JP2003014565A - ボルト軸力の検量線自動作成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】超音波測定法を用いたボルト軸力の測定に際
し、予め求めておくことの必要なボルト軸力の検量線を
自動作成する装置を提供する。 【解決手段】先端部に超音波センサ６を内蔵させたナッ
トランナ１でもって六角ボルト１１の自動締結作業を行
いながら、ボルト頭１３に載置した超音波センサ６より
超音波を送受信してその伝播時間を計測する。一方、ボ
ルト締結部に嵌装したロードワッシャ１４でもって実際
のボルト軸力を検出し、超音波の伝播時間とボルト軸力
との関係を検量線として自動作成する。この検量線を用
いることにより、超音波の伝播時間を計測することでボ
ルト軸力が管理できるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は、超音波測定法を
用いたボルト軸力の測定に際し、予め作成しておくこと
が必要なボルト軸力の検量線を自動作成する装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】ボルト軸力を測定する方法に、超音波測
定法がある。この方法は、ボルト頭部に載置した超音波
センサより発信した超音波がボルト先端に達してから、
反射して戻ってくるエコー波を受信し、この間の伝播時
間を検出するもので、伝播時間の差違でもってボルト軸
力を測定しようとするものである。そのためには、予め
ボルト軸力と超音波の伝播時間との関係を測定して関係
式を求めておく必要がある。図２は、検量線データを示
す概念図である。Ｍ１０およびＭ１２のねじピッチを有
するボルトに対するもので、超音波の伝播時間とボルト
の軸力との関係はこの図のように表される。 【０００３】図３は、従来の検量線作成方法の一例を示
すもので、ねじ穴の穿設された材料１２に六角ボルト１
１が螺合している。ボルト頭１３と材料１２との間には
ロードワッシャ１４が嵌装され、ボルト頭１３の上には
超音波センサ６が接着剤などによって固定された状態で
載置されている。ロードワッシャ１４にかかる負荷は、
軸力表示器３によって知ることができる。また、超音波
センサ６の測定制御やデータ解析などは、超音波測定器
９によって行われる。 【０００４】このような従来の測定装置でもって検量線
を作成する方法は、以下のとおりである。まず六角ボル
ト１１を締め付け開始状態にセットし、軸力が零の状態
において発信して反射して戻ってくる超音波１６の伝播
時間を測定する。次に六角ボルト１１をスパナなどによ
って増し締付めしながら、その時点時点において、ロー
ドワッシャ１４による軸力の測定と超音波１６の伝播時
間とを測定する。軸力は使用する軸力より多少大きめの
ところまで求めておく。測定データをもとに、ボルトの
軸力と伝播時間との関係式を計算し、算出された計算式
が軸力測定プログラムに書き加えられる。 【０００５】図４は、従来の検量線作成方法の他の例を
示すもので、図３のものと同一箇所には同符号を付して
いる。六角ボルト１１は材料１２の貫通穴に挿入され、
先端部をナット１７によって締め付けられる。ナット１
７には油圧１８でもって引張り荷重がかかるように構成
され、荷重データが油圧・引張力表示器１９によって表
示されるようになっている。そして、前記と同様の手順
に従ってボルトの軸力と伝播時間との関係式を求め、ボ
ルト軸力の検量線を作成する。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】前記のような従来の検
量線の作成方法は、ボルトを増し締めして軸力を加える
度に軸力と伝播時間との関係をメモで残しておく必要が
あり、測定ミスを招きかねない。検量線を作成するのに
多くの工数がかかり、手間と時間を要す。超音波センサ
の着脱およびスパナを使用して手作業で締め付けること
で、データのバラツキが大となる。精度の高い検量線を
得るためにはデータ数を増やす必要があるが、従来の方
法は多くの時間がかかるために、限られた少ないデータ
により検量線を作ることとなり、精度が低下する。 【０００７】 【課題を解決するための手段】この発明は、前記のよう
な課題を解決するためになされたもので、先端部に超音
波センサを内蔵したナットランナでもってボルトの自動
締結作業を行うと同時に、超音波センサよりボルトに向
けて送信して受信される超音波の伝播時間と、ボルト締
結部に嵌装されたロードセルによりリアルタイムに検出
されるボルト軸力とでもって、ボルト軸力の検量線を自
動作成することを特徴とするボルト軸力の検量線自動作
成装置である。 【０００８】本出願人は、特開２０００−１４１２４１
号公報に開示されているように、ナットランナのソケッ
ト先端部に組み込んだ超音波センサから超音波を送信
し、ボルト先端に達してから反射して戻るエコーパルス
を受信して、その伝播時間を計測することでもってボル
ト軸力を算出するようにしたボルトの締結機をすでに完
成させている。本発明は、前記装置を利用することでも
って初めて実現できるもので、ナットランナによる締め
付けに伴って生じるボルトの軸力と超音波の伝播速度の
両方のデータがリアルタイムにボルト締結コントローラ
に送られて記録され、両者の関係を示す検量線が、連続
的かつ自動的に作成されるようにしたものである。 【０００９】 【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の一形態に
ついて、図を参照しながら説明する。図１に例示のボル
ト軸力の検量線自動作成装置は、ナットランナ１とボル
ト自動締結制御装置２と軸力表示器３によって構成され
ている。ナットランナ１は、モータ４，ソケット５，超
音波センサ６を主要部品として構成されるもので、超音
波センサ６から延びる電線７は、スリップリング８を介
して外に延び、ボルト自動締結制御装置２内の超音波測
定器９と繋がっている。また、モータ４は、ボルト自動
締結制御装置２内のボルト締結コントローラ１０によっ
て制御される。 【００１０】測定対象物であるボルトは本例では六角ボ
ルト１１であり、材料１２に穿設されたねじ穴と螺合し
ている。材料１２とボルト頭１３との間にはロードセル
としてロードワッシャ１４が嵌装されている。ロードワ
ッシャ１４は、軸力表示器３と繋がっており、さらに軸
力表示器３は超音波測定器９とも繋がっていて、超音波
測定器９に軸力データが送り込まれるようになってい
る。 【００１１】超音波センサ６は、ボルト頭１３と係合す
るように設けられたソケット５先端の六角穴の奥に組み
込まれるもので、ソケット５をセットしたときにボルト
頭１３の上面と接触するように付勢された状態で組み込
まれる。実際の測定の際には、ボルト自動締結制御装置
２に前もって最大軸力を入力して指示しておく。ナット
ランナ１による自動締め付け開始と同時に、ロードワッ
シャ１４からの軸力データと超音波センサ６による伝播
時間データとが採取され、これが指定した最大軸力に達
するまで連続的に行われる。締め付け作業が終了した時
点で、超音波測定器９によってボルト軸力と超音波の伝
播時間との関係を表す検量線が計算される。 【００１２】ボルトの軸力は、ねじの大きさ、ピッチ、
ボルトの材質、相手材料の状態など種々の要因によって
異なってくるから、諸条件ごとに前記装置によって一度
検量線を求めておけば、超音波センサ６および超音波測
定器９だけの簡単な装置でもって超音波の伝播時間を監
視するだけで、目標とするボルト軸力が得られるように
なる。この場合、ボルトの締め付けは、スパナによる手
作業であってもナットランナのような自動締結機であっ
てもよい。 【００１３】 【発明の効果】本発明のボルト軸力の検量線自動作成装
置は、超音波センサを利用したボルト自動締結制御装置
とロードセルから得られる軸力表示器とを連動させるこ
とにより、検量線作成時間を数秒間で完了させることが
可能となり、従来に比べて大幅な時間短縮が図られる。
超音波センサの脱着の必要がなく、ボルトを自動機で締
め付けるため、バタツキの少ないデータを得ることがで
きる。従来に比べて、測定する軸力と伝播時間のデータ
を連続的に近い形で取得できるために、高い精度の検量
線を得ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明の一実施形態を示す概略図で、ナット
ランナは一部断面を含む。 【図２】検量線を説明するための概念図である。 【図３】ロードワッシャを用いた従来の検量線作成装置
の概念図である。 【図４】油圧を利用した従来の検量線作成装置の概念図
である。 【符号の説明】 １ ナットランナ ２ ボルト自動締結制御装置 ３ 軸力表示器 ６ 超音波センサ １１ 六角ボルト １４ ロードワッシャ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 先端部に超音波センサを内蔵したナット
   ランナでもってボルトの自動締結作業を行うと同時に、
   超音波センサよりボルトに向けて送信して受信される超
   音波の伝播時間と、ボルト締結部に嵌装されたロードセ
   ルによりリアルタイムに検出されるボルト軸力とでもっ
   て、ボルト軸力の検量線を自動作成することを特徴とす
   るボルト軸力の検量線自動作成装置。