KR102351656B1 - NONLINEARITY UlTRASONIC BOLT AXIAL FORCE MEASUREMENT FASTENING DEVICE - Google Patents

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KR102351656B1
KR102351656B1 KR1020200114003A KR20200114003A KR102351656B1 KR 102351656 B1 KR102351656 B1 KR 102351656B1 KR 1020200114003 A KR1020200114003 A KR 1020200114003A KR 20200114003 A KR20200114003 A KR 20200114003A KR 102351656 B1 KR102351656 B1 KR 102351656B1
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ultrasonic
bolt
ultrasonic transducer
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axial force
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KR1020200114003A
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김종범
임종민
이주찬
김경모
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한국원자력연구원
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Abstract

One embodiment of the present invention is to provide a non-linear ultrasonic bolt axial force measuring and fastening device which concurrently performs the application of torque with a torque wrench and the measurement of a non-linear ultrasonic wave so as to fasten a bolt while directly measuring a fastening axial force of the bolt, thereby preventing the fastening force having a magnitude that is lower or higher than an intended magnitude from being applied to the bolt. The non-linear ultrasonic bolt axial force measuring and fastening device, according to one embodiment of the present invention, comprises: a torque unit which includes a handle member connected to a head member, and applies torque to a bolt head; an ultrasonic transducer which is provided inside the head member, has an ultrasonic transmission/reception function, and is in contact with an upper surface and one surface of the bolt head; a contact management unit which maintains or terminates the contact between the ultrasonic transducer and the bolt head; and a control unit which is electrically connected to the ultrasonic transducer, analyzes an ultrasonic single input from the ultrasonic transducer, and calculates a bolt fastening force by measuring a gap between the bolt head and a flange, from the amplitude of a second harmonic component of the ultrasonic wave received in the gap between the bolt head and the flange.

Description

비선형 초음파 볼트 축력 측정 체결장치{NONLINEARITY UlTRASONIC BOLT AXIAL FORCE MEASUREMENT FASTENING DEVICE}NONLINEARITY UlTRASONIC BOLT AXIAL FORCE MEASUREMENT FASTENING DEVICE

본 발명은 비선형 초음파 볼트 축력 측정 체결장치에 관한 것이다.The present invention relates to a nonlinear ultrasonic bolt axial force measurement fastening device.

볼트 체결 시, 토크를 볼트 체결의 기준으로 하는 토크 게이지 방식이 산업계에서 주로 사용되고 있다. 볼트 체결부(볼트 헤드 및 나사산)의 접촉면의 윤활 정도에 따라 토크(단위: N.mm)와 볼트 체결력(단위: N)의 관계가 상이할 수 있으며, 이에 따라 설계에서 요구하지 않은 체결력이 볼트에 인가될 수 있다.When tightening bolts, a torque gauge method that uses torque as a standard for bolting is mainly used in the industry. The relationship between torque (unit: N.mm) and bolt clamping force (unit: N) may be different depending on the lubrication degree of the contact surface of the bolted part (bolt head and thread). may be authorized for

예를 들어, 의도보다 낮은 체결력이 볼트에 인가되는 경우, 배관 이음부의 누설이나, 철골 구조물의 부실 시공 등으로 이어질 수 있으며, 이는 장치 및 구조물의 심각한 위험을 초래할 수 있다. 이와는 달리, 의도보다 높은 체결력이 볼트에 인가되는 경우, 체결부의 영구적인 파손으로 이어질 수 있다. 또한 과한 체결력으로 인해 체결된 볼트의 탈착이 불가능한 경우도 발생 가능하다. 이로 인해, 체결 대상 구조물의 교체 등으로 인한 경제적 손실이 발생되고 있다.For example, if a lower fastening force than intended is applied to the bolt, it may lead to leakage of a pipe joint or poor construction of a steel structure, which may result in serious danger to the device and structure. On the other hand, if a higher than intended fastening force is applied to the bolt, it may lead to permanent damage to the fastening part. In addition, there may be a case where it is impossible to detach the fastened bolts due to excessive fastening force. For this reason, economic losses are occurring due to the replacement of the fastening target structure.

관련 선행문헌으로 한국등록특허 2019-0095381는 "일체형 토크 렌치 및 횡방향 맞물림을 갖는 초음파 수술 기구"을 개시한다.As a related prior document, Korean Patent Registration No. 2019-0095381 discloses "an integrated torque wrench and an ultrasonic surgical instrument having lateral engagement".

한국등록특허 2019-0095381Korean Patent Registration 2019-0095381

본 발명의 한 실시예는 토크렌치로 토크를 인가하는 작업과 비선형 초음파 측정을 병행함으로써 볼트 체결 축력을 직접적으로 측정하며 체결하기 때문에 의도보다 낮거나 높은 체결력이 볼트에 인가되는 것을 방지할 수 있는 비선형 초음파 볼트 축력 측정 체결장치를 제공하기 위한 것이다.An embodiment of the present invention directly measures and tightens the bolt fastening axial force by paralleling the operation of applying the torque with a torque wrench and the nonlinear ultrasonic measurement. To provide an ultrasonic bolt axial force measurement fastening device.

상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.In addition to the above problems, the embodiment according to the present invention may be used to achieve other problems not specifically mentioned.

본 발명의 한 실시예에 따른 비선형 초음파 볼트 축력 측정 체결장치는 헤드부재와 연결되는 손잡이부재를 갖고 볼트 헤드에 토크를 가하는 토크부, 헤드부재의 내부에 구비되어 초음파 송수신 기능을 갖고 볼트 헤드의 상면과 일면이 접하는 초음파 탐촉자, 초음파 탐촉자와 볼트 헤드의 접촉을 유지 또는 분리하는 접촉 관리부, 그리고 초음파 탐촉자에 전기적으로 연결되어 초음파 탐촉자로부터 입력되는 초음파 신호를 분석하고, 볼트 헤드와 플랜지 사이의 틈새에서 수신되는 초음파의 2차 고조파 성분의 진폭으로부터 볼트 헤드와 플랜지 사이의 들틈 간극을 측정하여 볼트 체결력으로 산출하는 제어부를 포함한다.A nonlinear ultrasonic bolt axial force measurement and fastening device according to an embodiment of the present invention has a handle member connected to a head member, a torque part for applying torque to the bolt head, is provided inside the head member and has an ultrasonic transmission/reception function, and the upper surface of the bolt head The ultrasonic transducer with one surface in contact with the ultrasonic transducer, the contact management unit that maintains or separates the contact between the ultrasonic transducer and the bolt head, and is electrically connected to the ultrasonic transducer to analyze the ultrasonic signal input from the ultrasonic transducer and receive it in the gap between the bolt head and the flange and a control unit for calculating the bolt clamping force by measuring the gap between the bolt head and the flange from the amplitude of the second harmonic component of the ultrasonic wave.

본 발명의 한 실시예는 볼트의 길이변화와 응력에 따른 전파속도의 변화를 모두 고려하여 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 볼트 체결 축력을 직접적으로 측정하며 체결할 수 있는 효과가 있다.One embodiment of the present invention can improve the precision of bolt axial force measurement using nonlinear ultrasonic waves in consideration of both the length change of the bolt and the change in propagation speed according to stress, and can directly measure and fasten the bolt fastening axial force. It works.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비선형 초음파 볼트 축력 측정 체결장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 탐촉자가 볼트 헤드와 분리되는 상태를 도시한 도면이다.1 is a view showing a nonlinear ultrasonic bolt axial force measurement and fastening device according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a state in which the ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention is separated from the bolt head.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.With reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are used for the same or similar components throughout the specification. In addition, in the case of a well-known known technology, a detailed description thereof will be omitted.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.

이하에서는 도면들을 참조하여 비선형 초음파 볼트 축력 측정 체결장치를 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비선형 초음파 볼트 축력 측정 체결장치를 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 탐촉자가 볼트 헤드와 분리되는 상태를 도시한 도면이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비선형 초음파 볼트 축력 측정 체결장치는 토크부, 초음파 탐촉자(200), 접촉 관리부, 그리고 제어부(도시되지 않음)를 포함하며, 토크부로 볼트 헤드(20)에 토크를 인가시, 초음파 탐촉자(200)로 초음파 측정을 병행하여 볼트의 체결력을 측정할 수 있다. 볼트는 플랜지(10)에 체결되어 볼트 헤드(20)가 플랜지(10)의 상부에 위치된 상태를 가정한다.Hereinafter, a nonlinear ultrasonic bolt axial force measurement and fastening device will be described in detail with reference to the drawings. 1 is a diagram illustrating a nonlinear ultrasonic bolt axial force measurement and fastening device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing a state in which an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention is separated from the bolt head. 1 and 2, the nonlinear ultrasonic bolt axial force measurement and fastening device according to an embodiment of the present invention includes a torque unit, an ultrasonic transducer 200, a contact management unit, and a control unit (not shown), and the torque unit is a bolt When torque is applied to the head 20 , the fastening force of the bolt can be measured by performing ultrasonic measurement with the ultrasonic transducer 200 in parallel. It is assumed that the bolt is fastened to the flange 10 so that the bolt head 20 is positioned on the flange 10 .

토크부는 헤드부재(120)와 연결되는 손잡이부재(140)를 갖고 볼트 헤드(20)에 토크를 가하는 부분이다. 헤드부재(120)는 초음파 탐촉자(200)와 대응하는 위치에 구비되어 초음파 탐촉자(200)의 상하방향 이동을 안내하는 가이드구멍을 가질 수 있다. 토크부는 토크렌치의 형상으로 형성될 수 있다. 토크부는 헤드부재(120)와 손잡이부재(140)를 연결하는 로드부재(110), 그리고 로드부재(110)와 헤드부의 사이에 구비되어 초음파 탐촉자(200)의 상하방향 이동을 안내하는 보조 헤드부재(130)를 더 포함할 수 있다. 보조 헤드부재(130)는 가이드부재(320)의 상하 방향 이동을 안내하는 보조 가이드구멍을 갖고, 가압부(322)의 타측이 접하는 가이드판재(330)를 포함할 수 있다.The torque part has a handle member 140 connected to the head member 120 and applies a torque to the bolt head 20 . The head member 120 may have a guide hole provided at a position corresponding to the ultrasonic probe 200 to guide the vertical movement of the ultrasonic probe 200 . The torque part may be formed in the shape of a torque wrench. The torque part is provided between the rod member 110 connecting the head member 120 and the handle member 140 , and the rod member 110 and the head part to guide the vertical movement of the ultrasonic probe 200 . 130 may be further included. The auxiliary head member 130 has an auxiliary guide hole for guiding the vertical movement of the guide member 320 , and may include a guide plate 330 that is in contact with the other side of the pressing unit 322 .

초음파 탐촉자(200)는 헤드부재(120)의 내부에 구비되어 초음파 송수신 기능을 갖고 볼트 헤드(20)의 상면과 일면이 접하는 기능을 한다. 초음파 탐촉자(200)는 초음파 신호 수신 기능을 하는 수신 초음파 탐촉자(210)와 초음파 신호 송신 기능을 하는 송신 초음파 탐촉자(220)를 포함할 수 있다. 이때 수신 초음파 탐촉자(210)의 공진 주파수는 송신 초음파 탐촉자(220)의 공진 주파수와 비교시 2배에 해당한다. 초음파 탐촉자(200)는 볼트 헤드(20)와 플랜지(10) 사이의 틈새에서 수신되는 초음파의 2차 고조파 성분의 진폭으로부터 볼트 헤드(20)와 플랜지(10) 사이의 들틈 간극을 용이하게 측정하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 볼트 헤드(20)의 중심에서 일측으로 치우친 위치에 구비될 수 있다. 상기한 바와 같이 초음파 탐촉자(200)는 헤드부재(120)의 내부에서 볼트 헤드(20)의 상부면과 접촉 및 분리되도록 구비될 수 있다. The ultrasonic transducer 200 is provided inside the head member 120 and has an ultrasonic transmission/reception function, and functions to contact the upper surface and one surface of the bolt head 20 . The ultrasonic transducer 200 may include a receiving ultrasonic transducer 210 having a function of receiving an ultrasonic signal and a transmitting ultrasonic transducer 220 having a function of transmitting an ultrasonic signal. In this case, the resonant frequency of the receiving ultrasonic transducer 210 corresponds to twice the resonant frequency of the transmitting ultrasonic transducer 220 . The ultrasonic transducer 200 easily measures the gap between the bolt head 20 and the flange 10 from the amplitude of the second harmonic component of the ultrasonic wave received in the gap between the bolt head 20 and the flange 10 . As shown in FIG. 1 for this purpose, it may be provided at a position biased to one side from the center of the bolt head 20 . As described above, the ultrasonic transducer 200 may be provided to be in contact with and separated from the upper surface of the bolt head 20 inside the head member 120 .

한편, 볼트 체결 작업 중 축력 측정을 병행하기 위해 초음파 탐촉자(200)를 볼트 헤드(20)의 내부에 장착할 수도 있다. 이러한 경우 초음파는 볼트 헤드(20) 방향인 수직 방향으로 발진되고 볼트 또는 와셔와 체결 대상체인 플랜지(10) 사이의 미세 간격에서 반사되는 초음파를 수신할 수 있다.Meanwhile, the ultrasonic transducer 200 may be mounted inside the bolt head 20 in order to simultaneously measure the axial force during the bolt fastening operation. In this case, the ultrasonic waves are oscillated in the vertical direction, which is the bolt head 20 direction, and the ultrasonic waves reflected from the micro-interval between the bolt or washer and the flange 10 as a fastening object may be received.

이와는 달리, 초음파 탐촉자(200)는 볼트 헤드(20)의 외부에서 볼트 헤드(20)의 상부면이 아닌 다른 부분과 접촉 및 분리되도록 구비될 수도 있다. 예를 들어, 볼트 헤드(20)에 와셔가 일체로 구비된 경우, 초음파 탐촉자(200)는 와셔와 접하는 위치에 구비될 수 있다. 이러한 경우 초음파는 경사입사하고 볼트 또는 와셔와 플랜지(10) 사이의 미세 간격에서 반사되는 초음파를 수신할 수 있다.Alternatively, the ultrasonic transducer 200 may be provided outside the bolt head 20 so as to be in contact with and separated from a portion other than the upper surface of the bolt head 20 . For example, when the washer is integrally provided with the bolt head 20, the ultrasonic transducer 200 may be provided at a position in contact with the washer. In this case, the ultrasonic wave may receive the ultrasonic wave reflected from the micro-interval between the bolt or washer and the flange 10 .

접촉 관리부는 초음파 탐촉자(200)와 볼트 헤드(20)의 접촉을 유지 또는 분리하는 기능을 한다. 초음파 탐촉자(200)를 통한 정확한 볼트 축력 측정을 위해서는 볼트 헤드(20)와 초음파 탐촉자(200)의 접촉이 유지되어야 한다. 즉, 초음파 탐촉자(200)와 볼트 헤드(20)의 두 접촉면 사이에 어느 수준 이상의 접촉압이 유지되어야 한다. The contact management unit functions to maintain or separate the contact between the ultrasonic probe 200 and the bolt head 20 . For accurate bolt axial force measurement through the ultrasonic transducer 200 , the contact between the bolt head 20 and the ultrasonic transducer 200 must be maintained. That is, a contact pressure above a certain level must be maintained between the two contact surfaces of the ultrasonic transducer 200 and the bolt head 20 .

접촉 관리부는 초음파 탐촉자(200)의 상부에 구비되어 초음파 탐촉자(200)가 헤드부재(120)와 접촉되도록 가압하는 가압부재, 그리고 가압부재에 기구적으로 연결되어 초음파 탐촉자(200)와 헤드부재(120)의 접촉방향 이동을 단속하는 단속부재를 포함할 수 있다.The contact management unit is provided on the ultrasonic transducer 200 and is mechanically connected to the pressing member for pressing the ultrasonic transducer 200 to contact the head member 120, and the pressing member to the ultrasonic transducer 200 and the head member ( 120) may include an intermittent member for intermittent movement in the contact direction.

가압부재는 초음파 탐촉자(200)의 상부에 길이방향으로 결합되며, 단속부재에 기구적으로 연결되는 가이드부재(320), 그리고 가이드부재(320)에 길이방향으로 결합되어 일측이 초음파 탐촉자(200)의 상면에 접하여 초음파 탐촉자(200)에 가압력을 제공하는 가압부(322)를 포함할 수 있다. 여기서, 가압부(322)는 초음파 탐촉자(200)의 눌림에 압축되고 눌림해제시 복원되는 스프링을 포함할 수 있다.The pressing member is coupled to the upper portion of the ultrasonic transducer 200 in the longitudinal direction, the guide member 320 is mechanically connected to the intermittent member, and the guide member 320 is longitudinally coupled to one side of the ultrasonic transducer 200 . It may include a pressing unit 322 providing a pressing force to the ultrasonic transducer 200 in contact with the upper surface of the. Here, the pressing unit 322 may include a spring that is compressed by the pressing of the ultrasonic transducer 200 and restored when the pressing is released.

볼트 헤드(20)에 초음파 탐촉자(200)가 접촉압을 가진 상태로 토크를 인가하는 경우, 초음파 탐촉자(200)와 볼드 헤드(20) 사이의 반복적인 마찰로 인해 초음파 탐촉자(200)의 손상 가능성이 존재할 수 있다. 따라서 토크 인가 작업 중에는 초음파 탐촉자(200)와 볼드 헤드(20)를 분리시킬 필요가 있다. 이러한 경우, 단속부재를 이용하여 초음파 탐촉자(200)와 볼트 헤드(20)의 접촉압 유지를 해제시켜 초음파 탐촉자(200)가 볼트 헤드(20)로부터 분리되도록 할 수 있다. 이와 같이 필요에 따라 초음파 탐촉자(200)와 볼트 헤드(20)를 분리시킴으로써 볼트를 체결하는 단계에서 반복적인 마찰로 인한 초음파 탐촉자(200)의 손상을 방지할 수 있다.When a torque is applied to the bolt head 20 with the ultrasonic transducer 200 having a contact pressure, the ultrasonic transducer 200 may be damaged due to repeated friction between the ultrasonic transducer 200 and the bolt head 20 . can exist. Therefore, it is necessary to separate the ultrasonic transducer 200 and the bold head 20 during the torque application operation. In this case, it is possible to release the maintenance of the contact pressure between the ultrasonic probe 200 and the bolt head 20 using the intermittent member so that the ultrasonic probe 200 is separated from the bolt head 20 . In this way, by separating the ultrasonic transducer 200 and the bolt head 20 as necessary, it is possible to prevent damage to the ultrasonic transducer 200 due to repeated friction in the step of fastening the bolt.

초음파 탐촉자(200)와 볼트 헤드(20)가 접촉 또는 분리되는 단속부재의 메커니즘은 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 단속부재는 기구적인 작동구조로 구현될 수 있다. 단속부재는 손잡이부재(140)에 돌출구조로 구비되어 눌림동작에 따라 가이드부재(320)로 전달되는 가압력을 단속하는 버튼부재(160), 버튼부재(160)의 하부에 일단이 연결되는 제1 링크(150), 로드부재(110)의 길이방향으로 길게 구비되어 일단이 제1 링크(150)의 타단과 연결되는 제2 링크(310), 그리고 제2 링크(310)의 타단과 일단이 연결되고, 가이드부재(320)의 상면에 타단이 연결되는 제3 링크(152)를 더 포함할 수 있다. 손잡이부재(140)는 토크부를 작업자가 회전시킬 때 작업자가 손으로 잡는 부분을 나타낸다. 손잡이부재(140)에 버튼부재(160)를 구비함으로써 토크 인가 작업을 위해 손잡이부재(140)를 작업자가 움켜잡으면 자연스럽게 버튼부재(160)가 눌려질 수 있다.The mechanism of the intermittent member through which the ultrasonic probe 200 and the bolt head 20 are in contact or separated may be implemented in various ways. For example, the intermittent member may be implemented as a mechanical operation structure. The intermittent member is provided with a protruding structure on the handle member 140, and one end is connected to the button member 160 and the lower part of the button member 160 for intermitting the pressing force transmitted to the guide member 320 according to the pressing operation. Link 150, a second link 310 which is provided long in the longitudinal direction of the rod member 110 and one end is connected to the other end of the first link 150, and the other end and one end of the second link 310 are connected and may further include a third link 152 having the other end connected to the upper surface of the guide member 320 . The handle member 140 represents a part held by the operator's hand when the operator rotates the torque unit. By providing the button member 160 on the handle member 140 , when the operator grabs the handle member 140 for the torque application operation, the button member 160 can be naturally pressed.

한편, 제2 링크(310)는 제2 링크(310)의 길이방향을 양분하는 위치에 결합되어 제2 링크(310)의 양단이 서로 반대방향으로 이동되도록 안내하는 힌지부재(316)를 더 포함할 수 있다. 제2 링크(310)는 힌지부재(316)를 중심으로 제21 링크(312)와 제22 링크(314)로 구분될 수 있다. 여기서 힌지부재(316)는 제21 링크(312)와 제22 링크(314)의 상하 방향 회전을 지지하는 중심점 기능을 한다.On the other hand, the second link 310 is coupled to a position bisecting the longitudinal direction of the second link 310 and further includes a hinge member 316 for guiding both ends of the second link 310 to move in opposite directions. can do. The second link 310 may be divided into a 21st link 312 and a 22nd link 314 based on the hinge member 316 . Here, the hinge member 316 functions as a center point for supporting the vertical rotation of the twenty-first link 312 and the twenty-second link 314 .

제어부는 초음파 탐촉자(200)에 전기적으로 연결되어 초음파 탐촉자(200)로부터 입력되는 초음파 신호를 분석하고, 볼트 헤드(20)와 플랜지(10) 사이의 틈새에서 수신되는 초음파의 2차 고조파 성분의 진폭으로부터 볼트 헤드(20)와 플랜지(10) 사이의 들틈 간극을 측정하여 볼트 체결력으로 산출한다. 제어부는 볼트 헤드(20)의 체결시 발생하는 들틈 간격을 비선형 초음파로 측정하기 위해 톤버스트(tone burst, 연속된 사인파) 형태의 초음파 신호를 발생할 수 있다. 즉, 제어부는 토크부로 볼트 헤드(20)에 토크를 인가시 톤버스트 형태의 초음파 신호를 발생하고 초음파 탐촉자로부터 입력되는 초음파 신호를 분석하여 비선형 초음파 볼트 축력을 측정하는 일련의 제어동작을 수행할 수 있다. 제어부는 볼트 헤드(20)에 응력이 가해짐으로써 변화하는 볼트의 길이 변화에 따른 비선형 초음파 전파시간의 변화를 응력으로 환산하여 볼트 축력값을 산출할 수 있다. 제어부는 정보 처리 장치의 프로세서에 의하여 연산, 처리 등이 되는 것으로, 컴퓨터에서 특정한 기능을 수행하는 프로그램의 논리적인 일부분을 뜻하며, 소프트웨어, 하드웨어 등으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 정보 처리 장치는 퍼스널 컴퓨터(personal computer), 핸드헬드 컴퓨터(handheld computer), PDA(personal digital assistant), 휴대폰, 스마트 기기, 태블릿(tablet) 등이 있다. 그리고 제어부는 비선형 초음파 볼트 축력 측정과 관련된 데이터를 저장하는 저장부를 별도로 구비할 수 있다. 저장부는 비선형 초음파 볼트 축력 측정과 관련된 제어 및 정보 처리, 관련 데이터와 프로그램을 저장하는 장치로, 고속 랜덤 액세스 메모리(high-speed random access memory), 자기 디스크 저장 장치, 플래시 메모리 장치, 기타 비휘발성 고체 상태 메모리 장치(non-volatile solid-state memory device) 등의 비휘발성 메모리 등 다양한 종류의 메모리를 포함할 수 있다. The control unit is electrically connected to the ultrasonic transducer 200 to analyze the ultrasonic signal input from the ultrasonic transducer 200 , and the amplitude of the second harmonic component of the ultrasonic wave received in the gap between the bolt head 20 and the flange 10 . The gap between the bolt head 20 and the flange 10 is measured from and calculated as the bolt fastening force. The controller may generate an ultrasonic signal in the form of a tone burst (continuous sine wave) in order to measure the gap between the bolt heads 20 when the bolt head 20 is fastened with nonlinear ultrasonic waves. That is, the control unit generates an ultrasonic signal in the form of a tone burst when torque is applied to the bolt head 20 with the torque unit and analyzes the ultrasonic signal input from the ultrasonic transducer to perform a series of control operations to measure the nonlinear ultrasonic bolt axial force. have. The controller may calculate a bolt axial force value by converting a change in a nonlinear ultrasonic wave propagation time according to a change in the length of the bolt, which is changed by applying a stress to the bolt head 20 , into a stress. The control unit is an operation, processing, etc. performed by the processor of the information processing device, and refers to a logical part of a program that performs a specific function in a computer, and may be implemented in software, hardware, or the like. For example, the information processing apparatus includes a personal computer, a handheld computer, a personal digital assistant (PDA), a mobile phone, a smart device, a tablet, and the like. In addition, the control unit may be separately provided with a storage unit for storing data related to nonlinear ultrasonic bolt axial force measurement. The storage unit is a device that stores control and information processing related to nonlinear ultrasonic bolt axial force measurement, and related data and programs, such as high-speed random access memory, magnetic disk storage, flash memory device, and other nonvolatile solid state. It may include various types of memory such as non-volatile memory such as a non-volatile solid-state memory device.

토크부의 헤드부재(120)에 초음파 탐촉자(200)를 결합하고, 볼트 헤드(20)를 토크부의 헤드부재(120)에 삽입하면, 볼트 헤드(20)와 초음파 탐촉자(200)가 접촉한다. 이때 초음파 탐촉자(200)를 이용하여 비선형 초음파 신호를 볼트 헤드(20)에 수신 및 송신할 수 있다. 초음파 탐촉자(200)에 의해 송수신 받은 비선형 초음파 신호는 제어부에서 자기 상관 연산을 수행하여 볼트의 체결력에 의한 초음파 전파시간(TOF ; Time of Flight)을 측정하고, 신호처리를 통해 볼트 축력값으로 환산될 수 있다. 측정된 비선형 초음파 신호를 축력으로 변환하기 위해서는 축력과 초음파 음속 간의 관계식이 설정될 수 있다. 제어부는 토크부에 일체형으로 구현될 수 있으며, 별도로 외장형으로도 구현이 가능하다. 제어부는 토크부를 이용하여 볼트 헤드(20)에 토크를 인가하는 작업과 초음파 측정하는 과정에서 초음파 탐촉자(200)로부터 입력되는 비선형 초음파 신호를 처리하는 기능을 한다.When the ultrasonic transducer 200 is coupled to the head member 120 of the torque unit and the bolt head 20 is inserted into the head member 120 of the torque unit, the bolt head 20 and the ultrasonic transducer 200 are in contact. In this case, a non-linear ultrasonic signal may be received and transmitted to the bolt head 20 using the ultrasonic transducer 200 . The nonlinear ultrasonic signal transmitted and received by the ultrasonic transducer 200 is to be converted into a bolt axial force value through signal processing and performing an autocorrelation operation in the controller to measure the ultrasonic propagation time (TOF) by the fastening force of the bolt. can In order to convert the measured nonlinear ultrasonic signal into an axial force, a relational expression between the axial force and the ultrasonic speed of sound may be established. The control unit may be implemented integrally with the torque unit, and may be separately implemented as an external type. The control unit functions to process a non-linear ultrasonic signal input from the ultrasonic transducer 200 in the process of applying a torque to the bolt head 20 using the torque unit and measuring the ultrasonic wave.

토크부의 헤드부재(120)에 초음파 탐촉자(200)가 장착된 상태를 가정하면, 수신 초음파 탐촉자(210)의 공진 주파수는 송신 초음파 탐촉자(220)의 2배에 해당한다. 볼트 헤드(20)를 토크부의 헤드부재(120)에 삽입하면, 볼트 헤드(20)와 초음파 탐촉자(200)가 접촉하고, 초음파 탐촉자(200)를 이용해 초음파 신호를 볼트 헤드(20)에 수신하고 플랜지(10)에서 반사되어 돌아오는 초음파 신호를 수신한다. 초음파 탐촉자(200)에 의해 발진된 초음파는 볼트 헤드(20)를 투과하여 볼트 헤드(20)와 플랜지(10)의 경계에서 반사된 후 초음파 탐촉자(200)에 의해 수신된다. 이때 볼트 헤드(20)와 플랜지(10) 사이의 틈새에 의해서 수신되는 초음파의 2차 고조파 성분의 크기가 달라진다.Assuming that the ultrasonic transducer 200 is mounted on the head member 120 of the torque unit, the resonance frequency of the receiving ultrasonic transducer 210 corresponds to twice that of the transmitting ultrasonic transducer 220 . When the bolt head 20 is inserted into the head member 120 of the torque part, the bolt head 20 and the ultrasonic probe 200 come into contact, and an ultrasonic signal is received by the bolt head 20 using the ultrasonic probe 200 and An ultrasonic signal reflected from the flange 10 is received. Ultrasonic waves oscillated by the ultrasonic probe 200 pass through the bolt head 20 , are reflected at the boundary between the bolt head 20 and the flange 10 , and then are received by the ultrasonic probe 200 . At this time, the magnitude of the second harmonic component of the ultrasonic wave received by the gap between the bolt head 20 and the flange 10 is changed.

단일 주파수의 초음파가 볼트 헤드(20)와 플랜지(10) 사이의 접촉계면에 전파하는 경우 투과파(

Figure 112020094583016-pat00001
)는 수학식 1, 반사파(
Figure 112020094583016-pat00002
)는 수학식 2를 이용하여 산출할 수 있다.When the ultrasonic wave of a single frequency propagates at the contact interface between the bolt head 20 and the flange 10, the transmitted wave (
Figure 112020094583016-pat00001
) is Equation 1, reflected wave (
Figure 112020094583016-pat00002
) can be calculated using Equation 2.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112020094583016-pat00003
Figure 112020094583016-pat00003

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112020094583016-pat00004
Figure 112020094583016-pat00004

여기서

Figure 112020094583016-pat00005
,
Figure 112020094583016-pat00006
이고, A0는 입사 초음파 진폭, ρ는 밀도, ω는 각주파수, c는 종파 초음파의 음속을 나타낸다. 이로부터 투과파와 반사파에 입사주파수의 2배에 해당하는 고조파 성분이 나타남을 알 수 있다.here
Figure 112020094583016-pat00005
,
Figure 112020094583016-pat00006
, A 0 is the incident ultrasound amplitude, ρ is the density, ω is the angular frequency, and c is the sound velocity of the longitudinal ultrasound. From this, it can be seen that a harmonic component corresponding to twice the incident frequency appears in the transmitted wave and the reflected wave.

투과파와 반사파 사이의 반사 계수는

Figure 112020094583016-pat00007
와 같다.The reflection coefficient between the transmitted and reflected waves is
Figure 112020094583016-pat00007
same as

즉, 선형 강성 K가 증가하면 Rc가 감소하게 된다. 이는 계면에서의 선형 강성이 증가할수록, 계면은 견고하게 닫히게 되고 반사파는 감소하게 되는 것을 의미한다. 즉, 반사계수 Rc를 측정함으로써 선형 강성 값을 구할 수 있고, 재료의 닫힘 계면 정도를 평가할 수 있다.That is, as the linear stiffness K increases, R c decreases. This means that as the linear stiffness at the interface increases, the interface is tightly closed and the reflected wave decreases. That is, the linear stiffness value can be obtained by measuring the reflection coefficient R c , and the degree of the closed interface of the material can be evaluated.

먼저, 볼트 헤드(20)와 플랜지(10)의 들틈 간극이 큰 경우 입사된 톤버스트 초음파는 전부 반사되고 반사된 초음파 신호는 입사된 주파수 성분(f)과 동일한 주파수를 갖는 초음파 신호가 수신될 수 있다. 이 경우는 간격에 따라 초음파 수신 신호가 변화하지 않지만, 볼트의 체결력이 낮으므로 볼트 축력값은 따로 도시되지 않는다.First, when the gap between the bolt head 20 and the flange 10 is large, all of the incident tone burst ultrasound is reflected, and the reflected ultrasound signal is an ultrasound signal having the same frequency as the incident frequency component (f). have. In this case, the ultrasonic reception signal does not change according to the interval, but since the fastening force of the bolt is low, the bolt axial force value is not separately shown.

이와는 달리 볼트 헤드(20)와 플랜지(10)의 간극이 매우 작은 경우 입사된 톤버스트 초음파는 일부 반사 및 투과될 수 있다. 이때 반사 및 투과된 초음파 신호에는 접촉 계면 비선형성에 의해 입사된 기본 주파수 성분뿐만 아니라 2차 고조파 성분도 생성될 수 있다. 이때 생성된 2차 고조파 성분은 볼트 헤드(20)와 플랜지(10)의 들틈 간극에 따라 달라지므로, 생성된 2차 고조파 성분의 진폭으로부터 들틈 간극을 측정하고, 이를 볼트 체결력으로 환산하여 볼트 체결력을 측정할 수 있다.On the other hand, when the gap between the bolt head 20 and the flange 10 is very small, the incident tone burst ultrasonic wave may be partially reflected and transmitted. In this case, in the reflected and transmitted ultrasonic signal, not only the fundamental frequency component incident by the contact interface nonlinearity but also the second harmonic component may be generated. At this time, since the generated second harmonic component varies depending on the gap between the bolt head 20 and the flange 10, the gap is measured from the amplitude of the generated second harmonic component, and the bolt clamping force is converted into bolt clamping force. can be measured

한편, 볼트 체결 과정 중, 볼트에 인가된 축력 확인을 위해 토크부의 손잡이부재(140) 또는 로드부재(110)에 실시간으로 측정된 축력을 표시하는 표시부를 더 구비할 수 있다. 초음파 신호 처리 기능을 하는 제어부에서 환산된 볼트 축력은 토크 렌치에 구비된 표시부를 통해 표시될 수 있다. 따라서, 볼드 헤드(20)와 초음파 탐촉자(200)의 접촉이 시작되면, 작업자는 표시부를 통해 볼트 축력을 용이하게 확인할 수 있다.Meanwhile, in order to check the axial force applied to the bolt during the bolt fastening process, a display unit for displaying the axial force measured in real time on the handle member 140 or the rod member 110 of the torque unit may be further provided. The bolt axial force converted by the control unit having the ultrasonic signal processing function may be displayed through a display unit provided in the torque wrench. Accordingly, when the contact between the bold head 20 and the ultrasonic transducer 200 starts, the operator can easily check the bolt axial force through the display unit.

상기한 바와 같이 초음파 탐촉자(200)를 토크부의 헤드부재(120)에 장착하고 볼트 헤드(20)와 플랜지(10) 사이의 틈새를 초음파 비선형성으로 측정하여 볼트 축력을 측정할 수 있다. 그리고 토크부로 토크를 인가하는 작업과 초음파 측정을 병행함으로써 볼트 체결 축력을 직접적으로 측정하며 체결하기 때문에 의도보다 낮거나 높은 체결력이 볼트에 인가되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 볼트 축력 측정을 위해, 별도 필요한 토크부의 헤드부재(120)와 볼트 헤드(20)의 분리 작업이 불필요하다. 또한, 초음파 측정을 위해 초음파 탐촉자(200)와 볼트 헤드(20)는 기설정값 이상의 접촉압을 유지할 수 있다. 또한, 토크렌치를 이용해, 볼트 체결을 위한 토크 인가 과정 중 초음파 탐촉자(200)의 손상을 방지할 수 있다.As described above, the ultrasonic transducer 200 is mounted on the head member 120 of the torque part, and the gap between the bolt head 20 and the flange 10 is measured by ultrasonic nonlinearity to measure the bolt axial force. In addition, since the torque is applied to the torque unit and the ultrasonic measurement is performed in parallel, the bolt fastening axial force is directly measured and fastened, so that a lower or higher fastening force than intended can be prevented from being applied to the bolt. In addition, in order to measure the bolt axial force, it is not necessary to separate the head member 120 and the bolt head 20 of the torque part required separately. In addition, for ultrasonic measurement, the ultrasonic transducer 200 and the bolt head 20 may maintain a contact pressure greater than or equal to a preset value. In addition, it is possible to prevent damage to the ultrasonic transducer 200 during the torque application process for bolting by using a torque wrench.

한편, 볼트 헤드(20)에 응력이 가해짐으로써 변화하는 볼트의 길이 변화에 따른 초음파 전파시간의 변화를 응력으로 환산하는 방법으로 볼트 축력값을 측정할 수 있다. 다만, 이러한 경우, 볼트에 응력이 가해지면 볼트의 길이(전파거리) 및 전파속도가 복합적으로 변화하기 때문에 초음파 반사신호의 도달시간으로 정밀한 볼트의 축력을 측정하는 데 어려울 수 있다. 일반적인 초음파 볼트 축력계는 인장응력에 따른 볼트의 길이 변화를 측정하고 이를 볼트 축력으로 환산한다. 하지만, 볼트에 응력이 가해지면 볼트의 길이가 변화하는 것뿐만 아니라 응력에 따른 초음파의 전파속도도 변화하기 때문에 기존의 볼트의 길이 변화를 초음파 전파시간으로 측정하여 축력으로 환산하는 방법은 정밀도가 떨어진다. 본 발명의 실시예에 따른 초음파 볼트 축력 측정 체결장치는 이러한 문제를 해결하고 초음파를 이용한 볼트 축력 측정의 정밀도를 향상시키기 위해서는 볼트의 길이변화와 응력에 따른 전파속도의 변화 모두 고려해야 한다.On the other hand, the bolt axial force value can be measured by converting a change in ultrasonic propagation time according to a change in the length of the bolt, which is changed when a stress is applied to the bolt head 20 , into stress. However, in this case, when stress is applied to the bolt, the length (propagation distance) and propagation speed of the bolt change complexly, so it may be difficult to accurately measure the axial force of the bolt with the arrival time of the ultrasonic reflected signal. A general ultrasonic bolt tensometer measures the change in bolt length according to tensile stress and converts it into bolt axial force. However, when stress is applied to the bolt, not only the length of the bolt changes, but also the propagation speed of ultrasonic waves according to the stress. . The ultrasonic bolt axial force measurement and fastening device according to an embodiment of the present invention must consider both the change in the length of the bolt and the change in propagation speed according to stress in order to solve this problem and improve the precision of the bolt axial force measurement using ultrasonic waves.

도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 초음파 탐촉자(200)가 볼트 헤드(20)와 분리되고 접촉되는 상태를 설명한다.A state in which the ultrasonic transducer 200 according to an embodiment of the present invention is separated from and in contact with the bolt head 20 will be described with reference to FIGS. 1 and 2 .

먼저, 토크부의 손잡이부재(140)에 구비되는 버튼부재(160)가 외력에 따라 눌리면(작업자가 손잡이부재(140)의 버튼부재(160)를 손으로 쥐면) 제1 링크(150)가 하향 이동되고, 제1 링크(150)에 연결되는 제21 링크(312)도 하향 이동된다. 제21 링크(312)의 하향 이동에 대응하여 제22 링크(314)는 힌지부재(316)를 중심으로 상향 이동된다. 따라서, 제22 링크(314)에 연결되는 제3 링크(152)도 상향으로 이동된다. 제3 링크(152)에 연결되는 가이드부재(320)는 상향으로 이동되며, 초음파 탐촉자(200)도 가압부(322)를 압축하며 상향 이동된다. 따라서, 초음파 탐촉자(200)와 볼트 헤드(20)로부터 이격되어 초음파 탐촉자(200)와 볼트 헤드(20)가 분리될 수 있다. 상기한 바와 같이 버튼부재(160)를 눌림방향으로 이동시키면 기구적으로 연결되는 링크들의 움직임에 따라 초음파 탐촉자(200)가 상향으로 이동될 수 있다. First, when the button member 160 provided in the handle member 140 of the torque part is pressed according to an external force (when the operator holds the button member 160 of the handle member 140 by hand), the first link 150 moves downward. and the 21st link 312 connected to the first link 150 is also moved downward. In response to the downward movement of the twenty-first link 312 , the twenty-second link 314 is moved upward with respect to the hinge member 316 . Accordingly, the third link 152 connected to the 22nd link 314 is also moved upward. The guide member 320 connected to the third link 152 is moved upward, and the ultrasonic probe 200 is also moved upward while compressing the pressing part 322 . Accordingly, the ultrasonic transducer 200 and the bolt head 20 may be separated from each other by being spaced apart from each other. As described above, when the button member 160 is moved in the pressing direction, the ultrasonic probe 200 may be moved upward according to the movement of the mechanically connected links.

이와는 반대로 토크 인가 작업을 끝내고, 버튼부재(160)의 눌림을 가하는 외력이 해제되면(작업자가 손잡이부재(140)에서 손을 놓으면) 버튼부재(160)가 상향으로 이동되며 제1 링크(150)가 상향 이동될 수 있다. 여기서, 버튼부재(160)에는 별도로 탄성부재를 구비하여 버튼부재(160)의 눌림과 복원시 버튼부재(160)의 상하방향 움직임을 지지할 수 있다. 탄성부재는 버튼부재(160)의 눌림에 압축되고 눌림해제시 복원되는 스프링을 포함할 수 있다. 제1 링크(150)가 상향 이동되면, 제1 링크(150)에 연결되는 제21 링크(312)도 상향 이동된다. 제21 링크(312)의 상향 이동에 대응하여 제22 링크(314)는 힌지부재(316)를 중심으로 하향 이동된다. 따라서, 제22 링크(314)에 연결되는 제3 링크(152)도 하향으로 이동된다. 제3 링크(152)에 연결되는 가이드부재(320)는 하향으로 이동되며, 초음파 탐촉자(200)도 하향 이동된다. 이때 압축된 가압부(322)가 복원되며 초음파 탐촉자(200)가 볼트 헤드(20)에 가압되도록 가압력을 전달함으로써 초음파 탐촉자(200)와 볼트 헤드(20)가 접촉된 상태를 유지할 수 있다. 상기한 바와 같이 버튼부재(160)의 눌림 해제시에는 버튼부재(160)의 눌림시와 반대로 기구적인 연결관계의 링크들 움직임에 따라 초음파 탐촉자(200)가 하향으로 이동될 수 있다.Conversely, when the torque application operation is finished and the external force applying the pressing of the button member 160 is released (when the operator releases the hand from the handle member 140), the button member 160 is moved upward and the first link 150) can be moved upward. Here, the button member 160 may be provided with an elastic member to support the vertical movement of the button member 160 when the button member 160 is pressed and restored. The elastic member may include a spring that is compressed by the pressing of the button member 160 and restored when the pressing is released. When the first link 150 moves upward, the 21st link 312 connected to the first link 150 also moves upward. In response to the upward movement of the twenty-first link 312 , the twenty-second link 314 is moved downward based on the hinge member 316 . Accordingly, the third link 152 connected to the 22nd link 314 is also moved downward. The guide member 320 connected to the third link 152 is moved downward, and the ultrasonic probe 200 is also moved downward. At this time, the compressed pressing part 322 is restored and the ultrasonic transducer 200 and the bolt head 20 can maintain a contact state by transmitting a pressing force so that the ultrasonic transducer 200 is pressed to the bolt head 20 . As described above, when the button member 160 is pressed when the button member 160 is pressed, the ultrasonic probe 200 can be moved downward according to the movement of the links in a mechanical connection relationship, as opposed to when the button member 160 is pressed.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 비선형 초음파 볼트 축력 측정 체결장치를 이용하면, 축력 기준의 볼트 체결이 용이해져, 토크 기준 볼트 체결이 가지는 다양한 문제점(축력 과잉으로 인한 구조물 파손, 축력 미달로 인한 누설 발생 등)을 방지할 수 있다. 또한, 볼트 축력 측정을 위해 별도로 토크부의 헤드부재(120)와 볼트 헤드(20)의 분리 작업이 필요 없기 때문에, 기존의 초음파 볼트 축력계를 이용하는 방법 대비 작업의 효율성이 증대될 수 있다. 또한, 비선형 초음파 측정을 위한 접촉 관리부의 접촉압 유지 기능으로 인해 볼트 체결과정에서 비선형 초음파 전파시간 측정의 정확성이 유지되어, 계측값의 품질관리가 용이하다. 또한, 접촉 관리부의 초음파 탐촉자(200) 분리 기능으로 인해 반복적인 볼트체결로 인한 초음파 탐촉자(200)의 손상을 방지할 수 있다.As described above, if the nonlinear ultrasonic bolt axial force measurement and fastening device according to the embodiment of the present invention is used, bolt fastening based on axial force becomes easy, and various problems of torque-based bolt fastening (structural damage due to excessive axial force, insufficient axial force, etc.) leakage, etc.) can be prevented. In addition, since it is not necessary to separate the torque part head member 120 and the bolt head 20 separately for measuring the bolt axial force, the efficiency of the operation can be increased compared to the method using the conventional ultrasonic bolt axial force. In addition, due to the contact pressure maintenance function of the contact manager for nonlinear ultrasonic measurement, the accuracy of the nonlinear ultrasonic propagation time measurement is maintained during the bolt fastening process, thereby facilitating quality control of the measured value. In addition, it is possible to prevent damage to the ultrasonic transducer 200 due to repeated bolt fastening due to the separation function of the ultrasonic transducer 200 of the contact management unit.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the

10 ; 플랜지 20 ; 볼트 헤드
110 ; 로드부재 120 ; 헤드부재
130 ; 보조 헤드부재 140 ; 손잡이부재
150 ; 제1 링크 152 ; 제3 링크
160 ; 버튼부재 200 ; 초음파 탐촉자
310 ; 제2 링크 312 ; 제21 링크
314 ; 제22 링크 316 ; 힌지부재
320 ; 가이드부재 322 ; 가압부
330 ; 가이드판재10 ; Flange 20 ; bolt head
110 ; rod member 120 ; head member
130 ; Auxiliary head member 140 ; handle member
150 ; first link 152 ; third link
160 ; button member 200 ; ultrasonic transducer
310; second link 312 ; 21st link
314; 22nd link 316 ; hinge member
320 ; guide member 322; pressurized part
330; guide plate

Claims (11)

헤드부재와 연결되는 손잡이부재를 갖고 볼트 헤드에 토크를 가하는 토크부,
상기 헤드부재의 내부에 구비되어 초음파 송수신 기능을 갖고 상기 볼트 헤드의 상면과 일면이 접하는 초음파 탐촉자,
상기 초음파 탐촉자와 상기 볼트 헤드의 접촉을 유지 또는 분리하는 접촉 관리부, 그리고
상기 초음파 탐촉자에 전기적으로 연결되어 상기 초음파 탐촉자로부터 입력되는 초음파 신호를 분석하고, 상기 볼트 헤드와 플랜지 사이의 틈새에서 수신되는 초음파의 2차 고조파 성분의 진폭으로부터 상기 볼트 헤드와 상기 플랜지 사이의 들틈 간극을 측정하여 볼트 체결력을 산출하는 제어부
를 포함하며,
상기 토크부는
상기 헤드부재와 상기 손잡이부재를 연결하는 로드부재, 그리고
상기 로드부재와 상기 헤드부재의 사이에 구비되어 상기 초음파 탐촉자의 상하방향 이동을 안내하는 보조 헤드부재를 더 포함하는 비선형 초음파 볼트 축력 측정 체결장치.A torque part having a handle member connected to the head member and applying a torque to the bolt head;
An ultrasonic transducer provided inside the head member and having an ultrasonic transmission/reception function and in contact with an upper surface and one surface of the bolt head;
A contact management unit for maintaining or separating contact between the ultrasonic transducer and the bolt head, and
It is electrically connected to the ultrasonic transducer to analyze the ultrasonic signal input from the ultrasonic transducer, and from the amplitude of the second harmonic component of the ultrasonic wave received in the gap between the bolt head and the flange, the gap between the bolt head and the flange. A control unit that calculates bolt fastening force by measuring
includes,
the torque part
a rod member connecting the head member and the handle member; and
Nonlinear ultrasonic bolt axial force measurement and fastening device provided between the rod member and the head member further comprising an auxiliary head member for guiding the vertical movement of the ultrasonic transducer. 제1항에서,
상기 접촉 관리부는
상기 초음파 탐촉자의 상부에 구비되어 상기 초음파 탐촉자가 상기 헤드부재와 접촉되도록 가압하는 가압부재, 그리고
상기 가압부재에 기구적으로 연결되어 상기 초음파 탐촉자와 상기 헤드부재의 접촉방향 이동을 단속하는 단속부재
를 포함하는 비선형 초음파 볼트 축력 측정 체결장치.In claim 1,
The contact management unit
A pressing member provided on the ultrasonic transducer to press the ultrasonic transducer to contact the head member, and
Intermittent member mechanically connected to the pressing member to control movement in the contact direction of the ultrasonic probe and the head member
A non-linear ultrasonic bolt axial force measurement fastener comprising a. 제2항에서,
상기 가압부재는
상기 초음파 탐촉자의 상부에 길이방향으로 결합되며, 상기 단속부재에 기구적으로 연결되는 가이드부재, 그리고
상기 가이드부재에 길이방향으로 결합되어 일측이 상기 초음파 탐촉자의 상면에 접하여 상기 초음파 탐촉자에 가압력을 제공하는 가압부
를 포함하는 비선형 초음파 볼트 축력 측정 체결장치.In claim 2,
The pressing member is
A guide member coupled to the upper portion of the ultrasonic transducer in the longitudinal direction and mechanically connected to the intermittent member, and
A pressing unit coupled to the guide member in the longitudinal direction so that one side is in contact with the upper surface of the ultrasonic transducer to provide a pressing force to the ultrasonic transducer
A non-linear ultrasonic bolt axial force measurement fastener comprising a. 제3항에서,
상기 헤드부재는 상기 초음파 탐촉자와 대응하는 위치에 구비되어 상기 초음파 탐촉자의 상하방향 이동을 안내하는 가이드구멍을 갖는 비선형 초음파 볼트 축력 측정 체결장치.In claim 3,
The head member is provided at a position corresponding to the ultrasonic probe and has a guide hole for guiding the vertical movement of the ultrasonic probe. 삭제delete 제3항에서,
상기 보조 헤드부재는
상기 가이드부재의 상하 방향 이동을 안내하는 보조 가이드구멍을 갖고, 상기 가압부의 타측이 접하는 가이드판재를 포함하는 비선형 초음파 볼트 축력 측정 체결장치.In claim 3,
The auxiliary head member is
A non-linear ultrasonic bolt axial force measurement and fastening device having an auxiliary guide hole for guiding the vertical movement of the guide member, and comprising a guide plate in contact with the other side of the pressing part. 제3항에서,
상기 단속부재는
상기 손잡이부재에 돌출구조로 구비되어 눌림동작에 따라 상기 가이드부재로 전달되는 가압력을 단속하는 버튼부재,
상기 버튼부재의 하부에 일단이 연결되는 제1 링크,
상기 로드부재의 길이방향으로 길게 구비되어 일단이 상기 제1 링크의 타단과 연결되는 제2 링크, 그리고
상기 제2 링크의 타단과 일단이 연결되고, 상기 가이드부재의 상면에 타단이 연결되는 제3 링크
를 더 포함하는 비선형 초음파 볼트 축력 측정 체결장치.In claim 3,
The control member is
A button member provided in a protruding structure on the handle member to control the pressing force transmitted to the guide member according to a pressing operation;
A first link having one end connected to a lower portion of the button member,
a second link elongated in the longitudinal direction of the rod member and having one end connected to the other end of the first link, and
A third link in which the other end and one end of the second link are connected, and the other end is connected to the upper surface of the guide member.
Nonlinear ultrasonic bolt axial force measurement fastener further comprising a. 제7항에서,
상기 제2 링크는 상기 제2 링크의 길이방향을 양분하는 위치에 결합되어 상기 제2 링크의 양단이 서로 반대방향으로 이동되도록 안내하는 힌지부재를 더 포함하는 비선형 초음파 볼트 축력 측정 체결장치.In claim 7,
The second link is coupled to a position that bisects the longitudinal direction of the second link and further comprises a hinge member for guiding both ends of the second link to move in opposite directions. 제1항에서,
상기 초음파 탐촉자는
초음파 신호 수신 기능을 하는 수신 초음파 탐촉자, 그리고
초음파 신호 송신 기능을 하는 송신 초음파 탐촉자
를 포함하는 비선형 초음파 볼트 축력 측정 체결장치.In claim 1,
The ultrasonic transducer
A receiving ultrasonic transducer having a function of receiving an ultrasonic signal, and
Transmitting ultrasonic transducer with ultrasonic signal transmission function
A non-linear ultrasonic bolt axial force measurement fastener comprising a. 제9항에서,
상기 수신 초음파 탐촉자의 공진 주파수는 상기 송신 초음파 탐촉자의 공진 주파수의 2배인 비선형 초음파 볼트 축력 측정 체결장치.In claim 9,
The resonant frequency of the receiving ultrasonic transducer is twice the resonant frequency of the transmitting ultrasonic transducer. 제10항에서,
상기 토크부로 상기 볼트 헤드에 토크를 인가시 상기 제어부는 톤버스트형태의 초음파 신호를 발생하고 상기 수신 초음파 탐촉자로부터 입력되는 2차 고조파 성분을 분석하는 비선형 초음파 볼트 축력 측정 체결장치.In claim 10,
When a torque is applied to the bolt head by the torque unit, the control unit generates a tone burst type ultrasonic signal and analyzes a second harmonic component input from the receiving ultrasonic transducer.
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