CN110849529B - 螺栓轴力测量方法及该方法使用的螺栓 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种与以往相比能够更加可靠地高精度测量螺栓轴力的螺栓轴力测量方法及该方法使用的螺栓。本发明的螺栓轴力测量方法的特征在于，包括：探针插入工序，在该工序中，以与在螺栓(1)的头部(3)形成的阶梯凹部(5)对应的方式，将具有阶梯凸部(29)的探针(24)的所述阶梯凸部(29)插入所述头部(3)的所述阶梯凹部(5)；伸长量运算工序，在该工序中，基于从所述探针(24)朝向所述螺栓(1)的轴部的底面震荡的超声波脉冲的底面回波，运算紧固时的所述螺栓(1)的伸长量；以及轴力运算工序，在该工序中，基于所述螺栓(1)的伸长量运算所述螺栓(1)的轴力。
Description
技术领域
本发明涉及螺栓轴力测量方法及该方法使用的螺栓。
背景技术
以往已知一种螺栓轴力测量方法，其使用从螺栓的头部朝向螺栓轴部的底面震荡的超声波的B回波(底面回波)测量螺栓的伸长量以测量螺栓的轴力。在这样的螺栓轴力测量方法中，在震荡超声波的超声波传感器与螺栓的头部之间充满超声波的传播介质。但是，若夹设在超声波传感器与螺栓的头部之间的传播介质的厚度变化，则无法高精度测量螺栓的伸长量。
因此，公开了一种利用从超声波传感器侧朝向螺栓的头部侧突出的突起维持超声波传感器与螺栓的头部间的距离恒定的螺栓轴力测量方法(例如参照专利文献1)。
根据这样的螺栓轴力测量方法，通过将超声波传感器与螺栓的头部间的距离维持恒定，从而能够高精度测量螺栓的伸长量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实开昭61-34444号公报
发明内容
然而，在以往的螺栓轴力测量方法(例如参照专利文献1)中，为了能够使超声波传感器向螺栓的头部施力而在传感器支架与壳体之间设有间隙。因此，在超声波传感器向螺栓侧施力时，存在传感器支架在壳体内倾斜的情况。由此，在以往的螺栓轴力测量方法中，存在无法准确地进行朝向螺栓轴部底面的超声波的震荡及B回波的检波，而无法高精度测量螺栓轴力的可能。
因此，本发明的课题在于提供一种与以往相比能够更加可靠地高精度测量螺栓轴力的螺栓轴力测量方法及该方法使用的螺栓。
解决所述课题的螺栓轴力测量方法的特征在于，包括：探针插入工序，在该工序中，以与在螺栓的头部形成的阶梯凹部对应的方式，将具有阶梯凸部的探针的所述阶梯凸部插入所述头部的所述阶梯凹部；伸长量运算工序，在该工序中，基于从所述探针朝向所述螺栓的轴部的底面震荡的超声波脉冲的底面回波，运算紧固时的所述螺栓的伸长量；以及轴力运算工序，在该工序中，基于所述螺栓的伸长量运算所述螺栓的轴力。
另外，解决所述课题的本发明为所述螺栓轴力测量方法使用的螺栓，其特征在于，在螺栓的头部具有供所述探针的所述阶梯凸部插入的阶梯凹部。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种与以往相比能够更加可靠地高精度测量螺栓轴力的螺栓轴力测量方法及该方法使用的螺栓。
附图说明
图1是具有本发明实施方式的紧固装置的螺栓轴力测量装置的框图。
图2是构成图1的螺栓轴力测量装置的紧固装置的局部放大剖视图。
图3是基于本发明实施方式的螺栓轴力测量方法的螺栓设置工序的说明图。
图4是基于本发明实施方式的螺栓轴力测量方法的螺栓轴力测量工序的流程图。
图5是基于本发明实施方式的螺栓轴力测量方法的螺栓轴力测量工序的流程图。
图6是示出本发明实施方式的螺栓轴力测量方法中的头部回波及底面回波的波形示意图。
图7是基于本发明实施方式的螺栓轴力测量方法的头部回波的周期自动追踪的说明图。
图8是表示将运算出的轴力按时间序列绘制的例子的曲线图。
图9是头部回波及底面回波的振幅的修正系数(增幅度)的说明图。
图10的(a)和(b)构成螺栓轴力测量装置的螺栓的紧固装置的动作说明图。
附图标记说明
1 螺栓
2 轴部
2c 螺栓的底面
3 头部
10 螺栓轴力测量装置
20 紧固装置
31a 螺母动力扳手停止指令部
31b 轴力运算部
31c 伸长量运算部
31d 回波检测部
31e 螺栓信息处理部
31f 超声波收发控制部(振幅修正部)
31f1 第一振幅修正部
31f2 第二振幅修正部
34 显示部
具体实施方式
参照适当附图详细说明实施本发明的方式(本实施方式)。以下详细说明本实施方式的具有紧固装置的螺栓轴力测量装置(及螺栓轴力测量程序)、螺栓轴力测量方法和螺栓。
《螺栓轴力测量装置》
本实施方式中的螺栓轴力测量装置构成为，一边进行螺栓紧固一边测量螺栓的轴力。另外，螺栓轴力测量装置在螺栓的轴力达到规定值时停止紧固动作。
图1是本实施方式的螺栓轴力测量装置10的框图。
如图1所示，本实施方式的螺栓轴力测量装置10构成为，主要包括螺栓的紧固装置20、控制部30、输入部33和显示部34。
＜紧固装置＞
首先说明紧固装置20。
图2是紧固装置20的构成说明图。在图2中，通过该紧固装置20紧固的螺栓1以假想线(双点划线)示出。
如图2所示，紧固装置20包括螺母动力扳手21、探针单元23、作为施力机构的弹性螺旋弹簧28和承口22。另外，紧固装置20具有螺母动力扳手控制部21b(参照图1)。
螺母动力扳手21具有旋转轴21a，该旋转轴21a利用后述的螺母动力扳手控制部21b(参照图1)以规定的转矩、旋转速度(旋转角速度)旋转。该旋转轴21a形成为管状。
另外，螺母动力扳手21根据螺母动力扳手控制部21b(参照图1)输出的指令使旋转轴21a旋转驱动。另外，螺母动力扳手21构成为，根据后述的螺母动力扳手停止指令部31a(参照图1)输出的指令停止。
探针单元23包括探针24(超声波传感器)、探针支承部件25、针对旋转轴21a的安装部件27、防脱部件26。
探针24具有使超声波脉冲震荡并对震荡的超声波脉冲的回波进行检波的压电元件等(图示省略)。探针24检波到的回波的电信号向后述的控制部30(参照图1)输出。
探针24形成为大致圆柱形状。并且，在探针24的下端面中央形成有向下方突出的大致圆柱形状的突出部24a。由此，探针24的下端部形成具有阶梯部24b的阶梯凸部29。
这样的探针24如后所述，凹窝嵌合于在螺栓1的头部3形成的凹部5。
探针支承部件25具有底座部25a和从该底座部25a的上表面中央部向上方延伸的轴部25b。
在底座部25a的下部形成有卡定部25a1。在该卡定部25a1以拆装自如的方式安装探针24的上部。
轴部25b能够相对于旋转轴21a的中空部进退。
作为安装部件27假想大致圆筒状的构造。
并且，安装部件27安装在旋转轴21a的下部外周。作为安装部件27向旋转轴21a的安装方法，能够举出嵌合等公知的方法，但并没有特别限制。安装部件27也可以与旋转轴21a一体形成。
在安装部件27的下端具有向半径方向内侧延伸的凸缘27a。由嵌入在轴部25b的顶端部的垫圈构成的防脱部件26与该凸缘27a的上表面抵接。
弹性螺旋弹簧28以环绕在探针支承部件25周围的方式配置。并且，弹性螺旋弹簧28的上端着落在安装部件27的下表面，弹性螺旋弹簧28的下端着落在底座部25a的外周阶梯部。
在这样的探针支承部件25中，在底座部25a抵抗弹性螺旋弹簧28的施力向上方位移时，轴部25b能够在旋转轴21a的中空部中摆动。
另外，防脱部件26与凸缘27a的上表面抵接，从而防止轴部25b从旋转轴21a的中空部脱离。
承口22呈大致圆筒形状。旋转轴21a的下部以拆装自如的方式嵌入承口22的上部内周侧。由此，承口22相对于旋转轴21a的周向位移被限制。顺带一提，在本实施方式中，假定旋转轴21a与承口22花键嵌合，但旋转轴21a与承口22的接合并不限定于此。
以上的紧固装置20在使螺栓1的头部3与承口22啮合时，由弹性螺旋弹簧28向凹窝嵌合在螺栓1的凹部5中的探针24施加朝向头部3侧的施力。
另外，在这样的紧固装置20中，承口22和探针单元23相互独立地分别与旋转轴21a接合。
另外，探针24通过在与旋转轴21a之间夹设弹性螺旋弹簧28而半浮置支承于旋转轴21a。
接下来说明控制部30。
如图1所示，控制部30主要包括：CPU(Central Processing Unit：中央处理器)等由处理器构成的运算处理部31；以及由写入有程序的ROM(Read Only Memory：只读存储器)和临时存储数据用的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等构成的存储部32。
本实施方式中的运算处理部31包括螺母动力扳手停止指令部31a、轴力运算部31b、伸长量运算部31c、回波检测部31d、螺栓信息处理部31e和超声波收发控制部31f。
螺母动力扳手停止指令部31a如后所述，在螺栓1的轴力(F)达到目标轴力值的情况下，向螺母动力扳手21输出轴力施加停止的指令。
轴力运算部31b基于后述的式1运算轴力。伸长量运算部31c运算由螺栓1(参照图2)的紧固引起的螺栓1的伸长量。回波检测部31d运算超声波回波的零交叉点等。螺栓信息处理部31e将作为测量对象的螺栓1的信息输出至存储部32。超声波收发控制部31f使探针24震荡超声波脉冲，对检波到的超声波回波进行增幅。
关于运算处理部31的以上构成要素，与后述的螺栓轴力测量方法的说明一并进一步详细说明。
作为输入部33假定向螺栓信息处理部31e输入螺栓信息的键盘等，但也可以是兼具有显示部34的触摸面板。另外，还能够向输入部33输入针对运算处理部31的请求任务。
本实施方式中的显示部34假定将从运算处理部31输出的信息以视觉方式、声音方式显示的监视器、扬声器等。
《螺栓轴力测量方法》
接下来说明本实施方式的螺栓轴力测量方法。
该螺栓轴力测量方法包括针对螺栓轴力测量装置10的螺栓信息的输入工序(螺栓信息输入工序)、针对螺栓轴力测量装置10的螺栓1(参照图2)的设置工序(螺栓设置工序)和螺栓轴力测量工序。
＜螺栓信息输入工序＞
在该螺栓信息输入工序中，经由输入部33将作为测量对象的螺栓1(参照图2)的信息输入控制部30(参照图1)。
本实施方式中的螺栓信息为运算轴力F的下述式1中的螺栓1的杨氏模量(E)、有效直径(A)、被紧固长度(L)。
F＝(EA/L)δ·····式1
需要说明的是，在式1中，关于螺栓1的伸长变化量(δ)，由伸长量运算部31c按照后述方式运算。
以上的螺栓信息经由控制部30的螺栓信息处理部31e储存在存储部32中。
＜螺栓设置工序＞
接下来说明螺栓设置工序。
图3是螺栓轴力测量方法的螺栓设置工序的说明图。
如图3所示，在该螺栓设置工序中，并行执行使探针24嵌合于螺栓1的凹部5的探针嵌合工序和在螺栓1与探针24之间形成间隙41的间隙形成工序。
在探针嵌合工序中，探针24凹窝嵌合在螺栓1的凹部5(阶梯凹部)中。
具体来说，在探针嵌合工序中，探针24的顶端主体部24c的外周面与凹部5的大径部14a的内周面抵接。
并且，探针24的突出部24a收纳在凹部5的小径部14b中。
在间隙形成工序中，在由凹部5的底面6限定的螺栓1的表面与由突出部24a的顶面24d限定的探针24的表面之间形成间隙41。
具体来说，通过使螺栓1侧的阶梯部14c与探针24侧的阶梯部24b相互抵接而形成间隙41。该间隙41通过使凹部5的底面6与突出部24a的顶面24d平行正对而形成。
在这样的间隙41中充满传播物质42。
作为该传播物质42没有特别限制，例如能够举出机械油、水、含水聚合物、液体石蜡、蓖麻油、胶状物质、弹性体等公知的物质，尤其优选胶状物质、弹性体。
需要说明的是，在图3中，附图标记22为与螺栓1的头部3嵌合的承口。
＜螺栓轴力测量工序＞
接下来说明螺栓轴力测量工序。
图4及图5是螺栓轴力测量工序的流程图。
在该螺栓轴力测量工序中，设定探针24(参照图3)向螺栓1(参照图3)震荡超声波脉冲时的头部回波的周期(S回波周期(echo gate))和底面回波的周期(B回波周期)。
以上设定基于间隙41(参照图3)和螺栓1的长度预先设定，其中，间隙41由回波检测部31d(参照图1)参照存储部32获取。用于确定以上的头部回波的周期(S回波周期)和底面回波的周期(B回波周期)的传播时间范围，通过回波检测部31d储存在存储部32中。
顺带一提，该S回波周期及B回波周期的传播时间范围设定为比后述的进行自动追踪的S回波周期及B回波周期宽。此处的S回波周期及B回波周期能够设定为超声波脉冲的两个周期宽度左右，但并不限定于此。
接下来，在该螺栓轴力测量工序中，探针24(参照图3)向螺栓1(参照图3)震荡超声波脉冲。该超声波脉冲的震荡根据控制部30(参照图1)的超声波收发控制部31f(参照图1)的指令进行。该超声波脉冲的震荡时间通过超声波收发控制部31f储存在存储部32(参照图1)中。顺带一提，本实施方式中的超声波脉冲的震荡(详细来说是轴力施加中的震荡)假定按重复发送频率震荡，但并不限定于此。
超声波脉冲在由凹部5(参照图3)的底面6(参照图3)限定的螺栓1(参照图3)的表面反射，并且，在轴部2的顶端面反射。
探针24检波在螺栓1(参照图3)的表面反射的第0次头部回波(S0回波)，并且，检测在螺栓1的底面反射的第0次底面回波(B0回波)。在此，第0次表示是轴力施加前的测量。
然后，超声波收发控制部31f(参照图1)使探针24检波到的S0回波及B0回波例如相互独立地分别增幅。
另外，回波检测部31d从超声波收发控制部31f获取增幅了的S0回波及B0回波，并且，参照存储部32获取S回波周期和B回波周期各自的传播时间范围。
接下来，回波检测部31d基于S0回波及B0回波设定S回波周期GS0及B回波周期GB0(参照步骤S101)
详细来说，回波检测部31d基于所述传播时间范围内的S0回波，将S回波周期GS0的起点GS0S设定在该S0回波的振幅超过预先设定为正或负的等级LS的第一个波的峰值位置PS的超声波脉冲的1/2波长前的位置(参照图6)。另外，回波检测部31d将S回波周期GS0的终点GS0E设定在从起点GS0S起的超声波脉冲的一个波长后的位置(参照图6)。
在本实施方式中，等级LS设定为正，振幅超过等级LS是指，在以传播时间为横轴的曲线图中，振幅从小于等级LS的值(绝对值也较小的值)变为大于等级LS的值(绝对值较大的值)。该情况下的峰值位置PS为正的峰值。需要说明的是，在等级LS设定为负的情况下，振幅超过等级LS是指，在以传播时间为横轴的曲线图中，从振幅大于等级LS的值(绝对值较小的值)变化为小于等级LS的值(绝对值较大的值)。该情况下的峰值位置PS为负的峰值。
同样地，回波检测部31d基于所述传播时间范围内的B0回波，将B回波周期GB0的起点GB0S设定在该B0回波的振幅超过预先设定为正或负的等级LB的第一个波长的峰值位置PB的1/2波长前的位置(参照图6)。另外，回波检测部31d将B回波周期GB0的终点GB0E设定在从起点GB0S起的超声波脉冲的一个波长后的位置(参照图6)。
在本实施方式中，等级LB设定正，振幅超过等级LB是指，在以传播时间为横轴的曲线图中，从振幅小于等级LB的值变化为大于等级LB的值。该情况下的峰值位置PB为正的峰值。需要说明的是，在等级LB设定为负的情况下，振幅超过等级LB是指，在以传播时间为横轴的曲线图中，从振幅大于等级LB的值(绝对值较小的值)变化为小于等级LB的值(绝对值较大的值)。该情况下的峰值位置PB为负的峰值。
接下来，回波检测部31d获取S回波周期GS0内的S0回波的传播时间及B回波周期GB0内的B0回波的传播时间(参照步骤S102)。
详细来说，回波检测部31d检测S回波周期GS0内的正或负的峰值前零交叉点，获取该零交叉点的传播时间tS0作为S0回波的传播时间(参照图6)。在本实施方式中，零交叉点是超声波脉冲的回波的振幅为零的点。
同样地，回波检测部31d检测B回波周期GS0内的正或负的峰值前零交叉点，获取该零交叉点的传播时间tB0作为B0回波的传播时间(参照图6)。
回波检测部31d重复步骤S102，直到S0回波的传播时间及B0回波的传播时间获取完成(在步骤S103中为否)。
接下来，若S0回波的传播时间及B0回波的传播时间获取完成(在步骤S103中为是)，则回波检测部31d获取起点GS0S作为S回波周期GS0的追踪基准位置并保持(参照步骤S104)(参照图6)。
同样地，回波检测部31d获取起点GB0S作为B回波周期BS0的追踪基准位置并保持(参照步骤S104)(参照图6)。
接下来，在该螺栓轴力测量工序中，螺母动力扳手控制部31a(参照图1)向螺母动力扳手21(参照图1)输出驱动指令。
也就是说，通过螺栓1的紧固装置20(参照图1)向螺栓1(参照图4)施加轴力(参照步骤S107)。
若检波到下一(第n次；n为自然数)发送PRF(Pulse Repetition Frequency：脉冲重复频率)处的超声波脉冲的回波(在步骤S108中为是)，则回波检测部31d获取S回波周期GSn-1内的Sn回波的传播时间及B回波周期GBn-1内的Bn回波的传播时间(参照步骤S109)。
详细来说，回波检测部31d检测S回波周期GSn-1内的正或负的峰值前的零交叉点，获取该零交叉点的传播时间tSn作为Sn回波的传播时间(参照图7)。
虽省略图示，但同样地，回波检测部31d检测B回波周期GBn-1内的正或负的峰值前的零交叉点，获取该零交叉点的传播时间tBn作为Bn回波的传播时间。
回波检测部31d重复步骤S109直到Sn回波的传播时间及Bn回波的传播时间获取完成(在步骤S110中为否)。
接下来，若Sn回波的传播时间及Bn回波的传播时间获取完成(在步骤S110中为是)，则轴力运算部31b基于传播时间tSn、tBn及初始传播时间T，运算螺栓1的轴力F(参照步骤S111)。
需要说明的是，Sn回波和Bn回波通过半浮置支承的探针24(参照图2)抑制波形紊乱。
顺带一提，螺栓1的长度能够基于Sn回波的零交叉点的传播时间与Bn回波的零交叉点的传播时间的差(tBn-tSn)获得。
该伸长量运算部31c(参照图1)基于回波检测部31d(参照图1)运算出的传播时间的差运算螺栓1的伸长变化量(δ)。
另外，轴力运算部31b(参照图1)获取伸长量运算部31c(参照图1)运算出的螺栓1的伸长变化量(δ)，并参照存储部32(参照图1)获取所述式1的参数。然后，轴力运算部31b(参照图1)根据式1运算螺栓1的轴力，并向显示部34(参照图1)输出(参照步骤S108)。
接下来，回波检测部31d关于S回波周期GSn及B回波周期GSn分别执行追踪处理(参照步骤S112)。
详细来说，回波检测部31d通过使前次(第n-1次)S回波周期GSn-1的起点GSn-1S移动时间(tSn-tSn-1)，设定本次(第n次)S回波周期GSn的起点GSnS(参照图7)。
另外，回波检测部31d将S回波周期GSn的终点GSnE设定为从起点GSnS起向后超声波脉冲的一个波长(参照图7)。
在轴力施加中，存在螺栓1的头部3在所施加的轴力的作用下产生歪斜的情况。该S回波周期GSn的追踪处理为应对头部3的歪斜而恰当检测Sn回波的处理。
虽省略图示，但同样地，回波检测部31d通过使前次(第n-1次)的B回波周期GBn-1的起点GBn-1S移动时间(tBn-tBn-1)来设定本次(第n次)的B回波周期GBn的起点GBnS。
另外，回波检测部31d将B回波周期GBn的终点GBnE设定为从起点GBnS起向后超声波脉冲的一个波长。
在轴力施加中，螺栓1的轴部2在所施加的轴力的作用下产生伸长。该B回波周期GBn为对应轴部2的伸长而用于恰当检测Bn回波的处理。
接下来，轴力运算部31b基于运算出的轴力(F)设定轴力正常范围(参照步骤S113)。
如图8所示，详细来说是轴力运算部31b基于按时间序列绘制运算出的轴力(F)的图，求算近似表示轴力(F)的经时变化的直线L。
另外，轴力运算部31b通过相对于直线L使用预先设定的值(例如上下10％)来设定轴力正常范围Rn。
接下来，在轴力(F)处于轴力正常范围Rn外且在预先设定的伸长变化量(δ)以上连续的情况下(在步骤S114中为是)，轴力运算部31b判定为测量发生了异常。
在该情况下，螺母动力扳手停止指令部31a(参照图1)向螺母动力扳手21(参照图1)输出轴力施加停止指令。也就是说，停止向螺栓1施加轴力。另外，虽未图示，螺母动力扳手21停止，自动追踪也停止，从而该一连串的螺栓轴力测量工序结束(异常结束)。
另一方面，在轴力(F)在轴力正常范围Rn内且连续落在预先设定的伸长变化量(δ)内的情况下(在步骤S114中为否)，轴力运算部31b判定为测量正常进行。
另外，螺母动力扳手停止指令部31a(参照图1)获取轴力运算部31b(参照图1)运算出的螺栓1的轴力(F)。然后，螺母动力扳手停止指令部31a判定螺栓1的轴力(F)是否达到目标轴力值(参照步骤S115)。
另外，在轴力(F)未达到目标轴力值的情况下(在步骤S115中为否)，螺母动力扳手停止指令部31a(参照图1)向螺母动力扳手21(参照图1)输出轴力施加的后续指令。也就是说，返回步骤S108，继续施加针对螺栓1的轴力。
另外，在轴力(F)达到目标轴力值的情况下(在步骤S115中为是)，螺母动力扳手停止指令部31a(参照图1)向螺母动力扳手21(参照图1)输出轴力施加停止的指令。也就是说，停止向螺栓1施加轴力。另外，虽未图示，螺母动力扳手21停止，自动追踪也停止，从而该一连串的螺栓轴力测量工序结束(正常结束)。
需要说明的是，本流程可以构成为，取代轴力(F)，基于螺栓1的伸长变化量(δ)及其正常范围进行异常判定，也可以构成为，在螺栓1的伸长变化量(δ)达到目标值的情况下，结束螺栓轴力测量工序。
＜回波的增幅方法＞
在本实施方式中，超声波收发控制部31f包括第一振幅修正部31f1、第二振幅修正部31f2和第三振幅修正部31f3。
第一振幅修正部31f1针对整个时间轴设定振幅的增幅度，基于增幅度对头部回波周期及底面回波周期双方的振幅进行等量修正。
在本实施方式中，振幅的增幅度即修正系数C1(图9)通过预实验等预先设定。
第二振幅修正部31f2以头部回波周期和底面回波周期中的一方为基准，修正使得头部回波周期和底面回波周期中的另一方的振幅与头部回波周期和底面回波周期中的一方的振幅接近。
在本实施方式中，振幅的增幅度即修正系数C2(图9)以使Bn回波的振幅接近Sn回波的振幅的方式进行修正，通过预实验等预先设定。第二振幅修正部31f2将检测该Bn回波的回波周期的传播时间内的修正系数C2与该Bn回波相乘。由此，第二振幅修正部31f2能够使Sn回波及Bn回波的各回波周期中的振幅大致相同并显示于显示部34。
第三振幅修正部31f3对头部回波周期和底面回波周期中的一方的振幅进行修正。在本实施方式中，振幅的增幅度即修正系数C3(参照图9)以使Bn回波的振幅接近Sn回波的振幅的方式进行修正，通过预实验等预先设定。由此，第三振幅修正部31f3能够使Sn回波及Bn回波的各回波周期内的振幅大致相同并显示于显示部34。
需要说明的是，螺栓轴力测量装置10可以单独对第一振幅修正部31f1、第二振幅修正部31f2及第三振幅修正部31f3中的某一个进行振幅修正，也可以使用第二振幅修正部31f2及第三振幅修正部31f3双方对各回波周期内的振幅进行大致相同的修正。
在使用第二振幅修正部31f2和第三振幅修正部31f3双方的情况下，也可以构成为，先由第二振幅修正部31f2对Sn回波和Bn回波双方的振幅进行修正，然后由第三振幅修正部31f3对Bn回波的振幅进行修正。根据该修正方法，能够更加准确地使Sn回波及Bn回波的各回波周期内的振幅接近。
《螺栓》
以上的螺栓轴力测量方法使用的螺栓1(参照图3)如前所述，具有轴部2(参照图3)和头部3(参照图3)。并且，在轴部2的顶端部限定所述底面2c(参照图3)。
在头部3的外周部形成有与该螺栓1的紧固件(例如扭矩扳手等)啮合的啮合部(图示省略)。
另外，头部3如图3所示形成有凹部5。该凹部5包括底面6和在该底面6的周围形成的周壁11。底面6形成为，包含以螺栓轴线为法线的平面。
这样的凹部5由在凹部5的开口侧形成的大径部14a和以比该大径部14a的内径小的内径形成周壁11的小径部14b构成。并且，小径部14b经由用于吸收内径差的阶梯部14c与大径部14a连结。
以上大径部14a、阶梯部14c和小径部14b在螺栓1的头部3形成与螺栓轴线同轴的阶梯状凹部5(阶梯凹部)。
并且，该阶梯状凹部5如前所述，与探针24的具有阶梯部24b的阶梯凸部29凹窝嵌合。
需要说明的是，构成这样的小径部14b的周壁11在图3所示的螺栓1的侧面观察时，从底面6侧朝向凹部5的开口侧以直线状延伸。但是，该周壁11只要与探针24凹窝嵌合即可，不限定于以直线状延伸，也能够以朝向头部3的半径方向外侧局部鼓出的方式形成。
《作用效果》
接下来说明本实施方式所起的作用效果。
＜紧固装置所起的作用效果＞
在以往的紧固装置中，由于承口与超声波传感器成为一体，因此存在螺栓紧固时承口倒伏或晃动且振动向探针传递的问题。由此，在以往的紧固装置中，存在一边紧固螺栓一边测量的螺栓轴力的精度不足的问题。
对此，本实施方式的紧固装置20将承口22与探针24相互独立设置。
图10的(a)及(b)为构成螺栓轴力测量装置10的螺栓1的紧固装置20的动作图。
如图10的(a)所示，本实施方式的紧固装置20使承口22与探针24相互独立配置。
在以这样的紧固装置20对螺栓1进行紧固的情况下，如前所述，探针24凹窝嵌合于螺栓1的凹部5，承口22嵌合于螺栓1。并且，通过使承口22旋转，从而螺栓1被紧固，以探针24检测螺栓1的伸长量。
并且，紧固装置20如图10的(b)所示，即使承口22在螺栓1的紧固时晃动的情况下，也由于探针24和承口22独立配置，因此探针24针对螺栓1的按压角度不变。由此，紧固装置20不会受到承口22晃动的影响，能够高精度地进行螺栓1的伸长量测量。
另外，探针24如前所述，通过弹性螺旋弹簧28半浮置支承在旋转轴21a(参照图2)的下端。
由此，如图10的(b)所示，即使承口22相对于螺栓1的轴线倾斜，探针24也不会相对于螺栓1的轴线倾斜。
因此，该紧固装置20能够高精度测量轴力。
本实施方式中的紧固装置20如前所述使探针24凹窝嵌合于凹部5。由此，在紧固装置20中，探针24相对于凹部5牢固地固定。因此，该紧固装置20能够高精度测量轴力。
本实施方式中的紧固装置20在由凹部5的底面6限定的螺栓1的表面与由突出部24a的顶面24d限定的探针24的表面之间形成有间隙41。并且，该间隙41由超声波的传播物质42充满。
根据这样的紧固装置20，能够防止由间隙41中的波形变化等引起的测量误差。因此，该紧固装置20能够高精度测量轴力。
＜螺栓轴力测量方法所起的作用效果＞
通常，在将探针配置于在头部形成的凹部中的超声波测量用螺栓中，限定螺栓表面的凹部的底面的平坦度等存在波动。因此，在使探针紧贴于凹部底面的构成中，超声波测量值的精度不足。
对此，本实施方式的螺栓轴力测量方法及该方法使用的螺栓1在凹部5中具有阶梯部14c。
根据这样的螺栓轴力测量方法及该方法使用的螺栓1，通过使探针24支承于阶梯部14c，从而能够在探针24与凹部5的底面6之间形成间隙41。因此，根据该螺栓轴力测量方法，能够显著提高超声波测量值的精度。
另外，根据本实施方式的螺栓轴力测量方法，在间隙41中夹设有超声波的传播物质42。
根据这样的螺栓轴力测量方法，能够抑制间隙41内的超声波衰减。由此，根据本实施方式的螺栓轴力测量方法，能够实现更高精度的轴力测量。
通常，若要使探针24与螺栓1的表面(凹部5的底面6)接触来测量B回波，则由于超声波震荡时的探针24自身的振动而无法测量超声波的震荡原点(0位置)。因此，在以往的螺栓轴力测量方法中，无法将B1回波(第1次底面回波)用于轴力测量，而是基于探针24自身的振动停止了B2回波以后(第2次底面回波以后)的B回波测量轴力。但是，B2回波以后的B回波与B1回波相比衰减，另外存在噪声影响显著的课题。
对此，本实施方式的螺栓轴力测量方法通过设置间隙41，基于螺栓1的表面的S1回波与B1回波的差测量螺栓轴力。由此，在本实施方式的螺栓轴力测量方法中，通过使用与B2回波相比衰减量小且噪声小的B1回波，螺栓轴力测量的精度进一步提高。
＜螺栓轴力测量装置所起的作用效果＞
另外，本实施方式的螺栓轴力测量装置10包括：回波检测部31d，其检测从螺栓1的头部侧朝向螺栓1的轴部的底面震荡的超声波脉冲的头部回波(Sn回波)及底面回波(Bn回波)；以及轴力运算部31b，其基于在回波检测部31d中检测到的头部回波及底面回波各自的规定位置的时间差运算螺栓1的轴力。
另外，回波检测部31d针对头部回波设定头部回波周期GSn，且针对底面回波设定底面回波周期GBn，在螺栓1的紧固中，针对多次震荡的超声波脉冲，对头部回波周期GSn及底面回波周期BSn执行追踪处理，以使规定位置位于该头部回波周期GSn及底面回波周期BSn内的同一位置的方式使之分别独立移动。
由此，在本实施方式的螺栓轴力测量装置10中，不设置基准周期，通过分别独立追踪头部回波及底面回波，从而能够更加可靠地高精度测量螺栓1的轴力(F)。
另外，本实施方式的螺栓轴力测量装置10具有振幅修正部(超声波收发控制部31f)，其以头部回波周期GSn内的头部回波(Sn回波)的振幅与底面回波周期GBn内的底面回波(Bn回波)的振幅接近的方式进行修正。
由此，在本实施方式的螺栓轴力测量装置10中，无论底面回波(Bn回波)是否衰减，均能够使头部回波(Sn回波)及底面回波(Bn回波)以大致相同的振幅高度显示。
另外，本实施方式的螺栓轴力测量装置10的特征在于，振幅修正部包括第一振幅修正部31f1和第二振幅修正部31f2中的至少一方，其中，第一振幅修正部31f1针对整个时间轴设定振幅的增幅度，并基于增幅度修正头部回波周期GSn及底面回波周期GBn双方的振幅，第二振幅修正部31f2以头部回波周期GSn及底面回波周期GBn中的一方为基准，以使头部回波周期GSn和底面回波周期GBn中的另一方的振幅接近头部回波周期GSn及底面回波周期GBn中的一方的振幅的方式进行修正。
由此，在本实施方式的螺栓轴力测量装置10中，能够使头部回波(Sn回波)和底面回波(Bn回波)以大致相同的振幅高度显示。
另外，在本实施方式的螺栓轴力测量装置10中，回波检测部31d将以头部回波的振幅超过第一规定值LS的首个正或负的峰值为中心的超声波脉冲的一个波长设定为头部回波周期，并且，将以底面回波的振幅超过第二规定值LB的首个正或负的峰值为中心的超声波脉冲的一个波长设定为底面回波周期。
另外，回波检测部31d关于头部回波周期及底面回波周期，分别将振幅为零的点设定在正或负的峰值前的规定位置。
由此，在本实施方式的螺栓轴力测量装置10中，通过减小各回波周期的范围且与规定位置相比后方设定得较长，从而能够恰当地追踪由伸长等导致的各回波的移动。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于所述实施方式，能够以多种方式实施。
在所述实施方式中，以利用承口22紧固螺栓1的头部3的紧固装置20为例进行了说明，但本发明的紧固装置20也可以是对与螺栓1啮合的螺母(图示省略)进行紧固的部件。另外，本发明也能够采用使计算机作为螺栓轴力测量装置10发挥作用的螺栓轴力测量程序来实现。
Claims (2)
1.一种螺栓轴力测量方法，其特征在于，包括：
探针插入工序，在该工序中，以与在螺栓的头部形成的阶梯凹部对应的方式，将具有阶梯凸部的探针的所述阶梯凸部插入所述头部的所述阶梯凹部；
间隙形成工序，在该工序中，通过使所述阶梯凹部与所述阶梯凸部的阶梯部彼此抵接，在由所述阶梯凹部的底面限定的所述螺栓的表面与由所述阶梯凸部的顶面限定的所述探针的表面之间形成间隙；
伸长量运算工序，在该工序中，基于从所述探针朝向所述螺栓的轴部的底面震荡的超声波脉冲的底面回波，运算紧固时的所述螺栓的伸长量；以及
轴力运算工序，在该工序中，基于所述螺栓的伸长量运算所述螺栓的轴力，
在所述间隙中夹设有传播物质，
在所述伸长量运算工序中，基于从所述探针朝向所述螺栓的轴部的底面震荡超声波脉冲时的、由所述螺栓的表面反射的第1次表面回波与由所述螺栓的轴部的底面反射的第1次底面回波的时间差，运算紧固时的所述螺栓的伸长量，
所述螺栓的反射所述第1次表面回波的表面由在所述螺栓的头部形成的所述阶梯凹部的所述底面划分形成，
轴部的反射所述第1次底面回波的底面由设置在与所述螺栓的头部相对的位置的端部的底面划分形成。
2.一种螺栓，为权利要求1所述的螺栓轴力测量方法所使用的螺栓，其特征在于，
所述螺栓具备头部，该头部通过具有与所述阶梯凸部抵接的所述阶梯凹部，从而在由所述阶梯凹部的底面限定的所述螺栓的表面与由所述阶梯凸部的顶面限定的所述探针的表面之间形成间隙，在所述间隙中夹设有超声波传播物质。
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