JPH02274476A - ボルト締付け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、締付は駆動装置を使用してボルトを締結する
ボルト締付は装置に係わり、特に、超音波の伝搬時間を
利用して締付中のボルトの軸力を直接的に検出し、複数
のボルトの軸力が所望の均一な軸力になるようにボルト
の締付は力を制御するのに好適な装置に関する。

〔従来の技術〕

第３図は、締付は駆動装置を使用してボルトを締結する
従来のボルト締付は装置の構成の１例を示すブロック図
である。図において、１はボルト締結時の締付はトルク
によりボルトの軸方向に発生するひずみにともなう信号
を検出するひずみ検出器、２はひずみ検出器１により検
出したひずみによる信号を増幅する増幅回路、３は所定
の既知の締付はトルクによるひずみ信号を設定する設定
回路で、設定されたひずみ信号の値はしきい値となる。

４は比較回路で、増幅回路２の出力値と設定回路３で設
定したしきい値とを比較し、増幅回路２の出力値がしき
い値に達するか、または僅かでも越えた場合に、締付は
駆動装置５に対して駆動停止の信号を出力して停止させ
るようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、ボルトの軸力と相関関係を有
するひずみを発生させる締付はトルクについてはかなり
精度よく測定することができるが、測定した締付はトル
クの値は、その締付はトルク値に対応するボルト、の真
の軸力を必ずしも表しているとはいえないことから、た
とえ締付はトルクの測定精度がよくてもボルトの軸力を
精度よく測定することにはならない。これは、締付はト
ルクに影響するボルト締結時のボルトの座面と被締結部
材との間の摩擦力が、該締結面の粗さ、形状。

硬度、油脂の付着の有無等のほか、ボ頌ト座面の傾き、
ボルト頭部の偏心、座金使用の有無等の各種の条件によ
り異なりばらつきがあるからで、−定の締付はトルクで
締結したボルトであっても、その軸力は一定にはならず
、前記摩擦力が大のときはボルトの軸力は小さく、反対
に摩擦力が小さい場合はボルトの軸力が過大になる場合
がある。このように、前記摩擦力はボルトの締付はトル
クに直接関係するから、締結後になじみ等により該締結
部の摩擦力が減少するとボルトの緩みの原因となり、ま
た、ボルトの緩みがないように、前記摩擦メ失きい場合
に相当する程度に締付はドア、りを大にすると、摩擦力
の小さい場合にはボルトの軸力過大から破損にまで至る
ことがあり、せっかくボルトのひずみに対応させて締付
はトルクのしきい値を設定しても、該しきい値がひずみ
と締付はトルクとのばらつきのある相関関係におけるも
のとなり、所望の均一なボルトの軸力発生状態にボルト
の締付は力を制御することができない問題点を有してい
た。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、締付は中のボ
ルトの軸力を超音波の伝搬時間を利用して直接的に検出
し、測定した伝搬時間により複数の同種のボルトの軸力
゛を所望の均一な軸力になるようにボルトの締付は力を
制御することができるボルト締付は装置を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明のボルト締付は装置は
、締付は中のポル°トの軸力の相関値が一定値に達した
とき、ボルトを締付けている締付は駆動装置の駆動を停
止させるように制御されるボルト締付は装置において、
前記ボルトの軸方向の一端面から送信回路によるパルス
印加により前記一端面に相対する他端面に向けて超音波
パルスを入射し、該他端面からの反射波信号を受信回路
に送る探触子と、前記受信回路より検波回路を介して送
られる前記反射信号の伝搬時間を測定する路程検出回路
と、該路程検出回路にて予め所定の既知のボルトの軸力
に対する伝搬時間を測定して伝搬時間のしきい値を設定
する設定回路と、該設定されたしきい値と前記路程検出
回路にて測定された軸力未知のボルトに対する伝搬時間
とを比較してその比較信号を出力し、該比較信号により
前記ボルト締付は駆動装置の駆動を停止させる比較回路
と、を備える構成にしたものである。

〔作用〕

締付は中のボルトの軸方向の１端面、例えばボルト頭部
端面に探触子を当接し、該端面から該端面に相対するね
じ側端面に向けて送信回路によるパルス印加により超音
波パルスを入射すると、入射波はねじ側端面にて反射し
てボルト全長を往復し、ねじ側端面からの反射波信号が
前記探触子に受信される。受信した反射波信号は受信回
路にて増幅されたのち検波回路を介して路程検出回路に
送られ、路程検出回路にて１または任意の往復回数の伝
搬時間が測定される。この測定された伝搬時間は、前記
路程検出回路にて予め測定し該測定値がしきい値として
設定回路に設定されている同種ボルトの所定の既知の軸
力に対する伝搬時間と比較回路にて比較される。ここで
比較される伝搬時間は、ボルトの軸力の増加によってボ
ルトの内部応力とともに変化する超音波の伝搬速度と、
軸方向の伸びとともに変化するボルト全長とに相関して
変化し、ボルトの座面と被締結部材との間の摩擦力の影
響を受けることがないから、測定した伝搬時間を介して
ボルトの軸力を直接的に検出することが可能になる。

前記比較回路より出力される伝搬時間の比較信号はボル
ト締付は駆動装置に送られ、締付は中のボルトの測定値
がしきい値に達するか、または僅かでも越えた場合はボ
ルト締付は駆動装置の駆動を停止させるように作用し、
同種のボルトの軸力が均一になるようにボルトの締付は
力を制御することができる。

〔実施例〕

本発明の１実施例を第１図および第２図を参照して説明
する。図において６は締付は中のボルト、６ａはボルト
６の軸方向の１端面（実施例では頭部端面）、６ｂは端
面６ａに相対する他の端面（実施例ではねじ側の端面）
、７は端面６ａに当接され、送信回路８によるパルス印
加により端面６ｂに向けて超音波パルスを入射する探触
子で、探触子７は端面６ｂからの反射波を受信し、受信
した反射波信号を受信回路９に出力する。受信回路９は
反射波信号を増幅し検波回路１０を介して該反射信号の
入射から受信までの伝搬時間を計測する路程検出回路１
２に送る。１１は制御回路で、クロック信号を出力し咳
クロック信号を送信回路８゜受信回路９および検波回路
１０に送って送・受の信号のタイミングを制御する。１
３は設定回路で、該回路には路程検出回路１２にて予め
測定されている同一種類のボルトの所定の既知の軸力に
対する伝搬時間がしきい値として設定されている。第２
図（ａ）はしきい値設定の手順を示すもので、まず、ボ
ルト６をまだ締付けていない軸力が零の状態における伝
搬時間ｔ、を路程検出回路１２にて求め、該伝搬時間ｔ
０を設定回路１３に入力する。ついで、ボルト６を締付
けて軸力が既知のＸ、の状態における伝搬時間ｔ、を求
める。伝搬時間ｔ１もｔ０同様に設定回路１３に入力さ
れる。伝搬時間ｔ、は、軸力が零の状態のときのボルト
６の端面６ａから６ｂまでの全長が、軸力Ｘ、の作用に
より軸方向に伸びた状態におけるもので、その場合の内
部応力による超音波の伝搬速度と、ボルト６の全長とに
相関して変化するものである。このボルト６の全長の変
化、つまり軸方向の伸びとボルト６内の超音波の伝搬速
度とは、軸力の大きさに相関して変化するから伝搬時間
ｔｌはボルト軸力の大きさに相関して変化するともいえ
る。いま、ボルト６に対する所定の締付は目標軸力をＸ
とすると、軸力Ｘに対するしきい値となるべき伝搬時間
Ｔは次式で表される。

Ｔ＝ｔｏ　　＋ｋＸ ここでに＝−し二」」−である。

設定回路１３に軸力Ｘを入力し、前式により伝搬時間Ｔ
を計算し、該計算値を設定回路１３に人力してしきい値
の設定を終了する。１４は比較回路で、設定回路１３に
て設定されたしきい値の伝搬時間Ｔと実際に締付けられ
た軸力未知のボルトの路程検出回路１２にて測定された
伝搬時間ｔとを比較してその比較信号を出力する。比較
信号はボルト６の締付は駆動装置Ｉ５に送られ、比較信
号がｔ＜Ｔのときは締付けを続行し、ｔ≧Ｔのときは締
付は駆動装置５の駆動を停止して締付けを終了させる。

終了時は、例えばランプまたはブザーにて表示される。

第２図（ハ）に上記比較信号による締付は続行。

停止のフローを示す。

比較回路１４にて比較される伝搬時間は、上述した如く
内部応力の変化に伴う超音波の伝搬速度の変化と、ボル
ト６の全長の変化とにより測定値が変化するが、該伝搬
速度およびボルト６の全長の変化はボルト６に加わる軸
力の変化によりもたらされるものであるから、伝搬時間
の比較は、ボルトの軸力を直接的に検出しその検出した
軸力を比較するものであるともいえる。これは従来の締
付はトルクの比較のようにボルトの座面と被締結部材と
の間の摩擦力の影響を受けることがなくなることであり
、したがって、同種のボルトを複数本締付ける場合、そ
れらのボルトの軸力が所望の均一な軸力になるように締
付は力を制御することができるようになる。また、上記
伝搬時間は、入射域２ボルト６の全長を１往復させた場
合のものでもよいが、これを反射波信号のレベルが測定
可能な滅衰の範囲内で複数回往復させた場合は、その往
復回数に応じて伝搬時間もとしきい値との差が累積され
、しきい値と比較されたときに両者のちがいが明確に表
われる。このため、測定精度を向上させることができ、
特に、長さの短いボルトを測定する場合でも精度よく測
定することが可能になる。

前記ボルト６内を伝搬する超音波は、ボルト６の形状に
よっては各所から反射しそれら各所からの反射波信号が
受信されることになるが、かかる場合、端面６ｂからの
所望の反射波信号とそれ以外の不要な信号とを区別して
取り出すことが望ましく、そのためのゲート信号を制御
回路１１より受信回路９．検波回路ＩＯ等に必要に応じ
て出力させるとよい。また、設定回路１３および比較回
路１４の構成は、メモリや比較器等で構成するか、マイ
クロコンピュータを使用して記憶、計算、設定、比較等
を行わせる構成にしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので、締
付は中のボルトの軸力を該ボルトに入射された超音波の
伝搬時間を測定することにより直接的に検出することが
可能になり、複数の同種のボルトを締付ける場合に、そ
れらの軸力が所望の均一な軸力になるようにボルトの締
付は力を制御することが可能になる。そしてこの制御が
可能になることにより、ボルトの締付は不足による緩み
や締付は過大によるボルトの破損等が防止され、また、
従来の締付は過大に耐えるために使用されていた高強度
の高価なボルトの使用が不要になるなどの高価を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるボルト締付は装置の１実施例を
示すブロック図、第２図（ａ）は伝搬時間のしきい値設
定のフロー説明図、第２図（ｂ）はしきい値との比較信
号による締付は続行、停止のフロー説明図である。 第３図は従来のボルト締付は装置の構成例を示すブロッ
ク図である。 ５・・・締付は駆動装置、６・・・ボルト、５ａ、６ｂ
・・・ボルトの端面、７・・・探触子、８・・・送信回
路、９・・・受信回路、１０・・・検波回路、１２・・
・路程検出回路、１３・・・設定回路、１４・・・比較
回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、締付け中のボルトの軸力の相関値が一定値に達した
   とき、ボルトを締付けけている締付け駆動装置の駆動を
   停止させるように制御されるボルト締付け装置において
   、前記ボルトの軸方向の一端面から送信回路によるパル
   ス印加により前記一端面に相対する他端面に向けて超音
   波パルスを入射し、該他端面からの反射波信号を受信回
   路に送る探触子と、前記受信回路より検波回路を介して
   送られる前記反射波信号の伝搬時間を測定する路程検出
   回路と、該路程検出回路にて予め所定の既知のボルトの
   軸力に対する伝搬時間を測定して伝搬時間のしきい値を
   設定する設定回路と、該設定されたしきい値と前記路程
   検出回路にて測定された軸力未知のボルトに対する伝搬
   時間とを比較してその比較信号を出力し、該比較信号に
   より前記ボルト締付け駆動装置の駆動を停止させる比較
   回路と、を備えたことを特徴とするボルト締付け装置。