ボルト軸力の測定方法及び装置

【課題】非接触により、簡単に素早く高い精度でボルト軸力を測定でき、生産ラインへの組み込みが可能な検査装置を提供すること。
【解決手段】検査装置１を、レーザ変位計２と、これに接続された演算装置であるコンピュータ３と、レーザ変位計２を移動させる移動装置４とで構成する。レーザ変位計２は、発光素子からレーザ光をボルトＢのボルト頭部Ｂ１の表面に照射し、その拡散反射光の一部を受光素子で受けることにより、ボルトＢの締め込み前後のボルト頭部Ｂ１の表面の変位量を検出する。移動装置４は、ボルトＢが締結材Ｐに挿入されてから締め込まれるまで間に移動する位置にレーザ変位計２のセンサヘッドを追随させる。コンピュータ３は、レーザ変位計２のボルト頭部Ｂ１表面の変位量のデータを受けて、ボルトＢの締め込み後の表面の変位量からほぼ線形の関係にある軸力を算出する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルトを適正に締め込むために軸力を検査する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボルトの軸力を超音波により測定する方法がある（特許文献１参照）。この方法は、ボルト頭部から超音波を入射させて、ボルトを軸方向に伝搬させ、ボルト軸端からの反射波を検出して入射から反射波の到達時間を、ボルトの締め込み前後において測定し、この時間差から予め求めてある関係より軸力を算出している。
【特許文献１】実用新案登録第２５１６７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の方法では、ボルト上の音波入射位置に水等の超音波伝搬媒体を介在させる必要があり、また測定対象のボルトに装置の一部を接触させなければならないし、完全な静止状態で測定しなければならない。測定装置自体がコスト高になるし、実質的な測定作業前の準備に手間がかかる。比較的高度な技術を応用しているにも関わらず、温度の影響を受け易く、±１５％程度の誤差が生じ、技術に見合う測定精度が伴わないなどの問題があり、現実的な生産ラインへの組み込みに適さない。
そこで、本発明は、非接触により、簡単に素早く高い精度で測定でき、生産ラインへの組み込みが可能で作業労力の負担を軽減するボルト軸力の検査方法及び装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、本発明においては、締結材Ｐに挿入されたボルトＢの締め込み前後におけるボルト頭部Ｂ１の軸方向の変位量をレーザ変位計２により検出して、この変位量からボルトの軸力を演算装置３により算出することとした。
演算装置３によるボルトＢの軸力が所定値に達していない場合に、ディスプレイ５のような警告手段により警告を発することとした。
レーザ変位計２により変位量を検出する前にボルト頭部Ｂ１の表面を平滑にするために樹脂を塗布することとした。
レーザ変位計２は、ボルトＢの締め込み前後のボルト頭部Ｂ１の表面位置を検出するためにボルト位置の変更に追随するための移動装置４上に設けることとした。
レーザ変位計２は、ボルトＢの締め込み前後のボルト頭部の表面位置を検出するためにボルトの位置変更に対応して二つ設けることとした。
【発明の効果】
【０００５】
本発明においては、検査対象のボルトに物理的に接触することなく、特別な下処理を施すこともなく、ボルト軸力を検査することができるし、検査作業に熟練を要することなく誰でも検査結果を得ることができ、検査時間も短縮できるし、装置に使用する機器の準備等も比較的安価に得ることができ、測定環境に影響されにくく、高い精度で検査することができ、特にねじの締め込みを伴う生産ラインへの組み込みに好都合である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図面を参照して本発明の実施の一形態を説明する。
図１において、検査装置１は、レーザ変位計２と、これに接続された演算装置であるコンピュータ３と、レーザ変位計２を移動させる移動装置４とで構成される。レーザ変位計２は、発光素子からレーザ光をボルトＢのボルト頭部Ｂ１の表面に照射し、その拡散反射光の一部を受光素子で受ける。レーザ変位計２は、ボルト頭部Ｂ１の表面との距離が変化すると、反射光の集光角度が変化して、受光素子上の受光位置がずれるので、この変位から対象物の変位量を検出する。レーザ変位計２は生産ラインに沿って移動する移動装置４に設けられ、ボルトＢの締め込み前後のボルト頭部Ｂ１表面の位置を検知し、締め込みによる変位量を検出する。
【０００７】
レーザ変位計２が設けられる移動装置４は、生産ライン上の所定区間においてボルトＢが締結材Ｐに挿入されてから締め込まれるまで間に移動する位置に対応してセンサヘッドを移動させるものである。移動装置４は、例えば、ラインに沿って固定されたガイドレールと、このガイドレール上を往復移動可能に支持され、モータ駆動で回転するねじ棒に係合する移動体とで構成することができる。
【０００８】
コンピュータ３は、レーザ変位計２のボルト頭部Ｂ１表面の変位量のデータを受けて、ボルトＢの締め込み後の表面の変位量ΔＺから軸力Ｆを算出する。ボルトＢの軸力Ｆとボルト頭部Ｂ１の表面の変位量ΔＺとは、図２，図３に示すようにその関係が線形になるので、予め関係式を求めて設定しておく。また、コンピュータ３は、適切な軸力であるか否かを予め設定した基準値と比較し、所定の軸力に達していない場合に、ディスプレイ５などの警告手段により警告を発する。さらに、コンピュータ３は、移動装置４やレーザ変位計２の動作に必要な制御処理を所定のプログラムに従って行う。
【０００９】
この検査装置１においては、生産ライン上を流れる締結材ＰのボルトＢによる締結作業箇所で、締結材Ｐに挿入されたボルトＢ上に移動装置４でレーザ変位計２のセンサヘッドを移動させて、締め込み前後のボルト頭部Ｂ１の表面の軸方向の位置をレーザ変位計２により検知し、変位量を検出する。コンピュータ３がこの変位量のデータを受けてボルトＢの締め込みによる軸力を算出する。そして、適切な軸力であるか否かを予め設定した基準値と比較することにより判定し、算出した軸力と共に判定結果をディスプレイ５に表示して、適切でない場合の警告とする。ボルト頭部Ｂ１の表面の粗さによって、レーザ変位計２による検出誤差が大きくなるのを防ぐために、必要に応じてボルト頭部Ｂ１の表面に予め耐熱性樹脂を塗布して平滑にしておき、検査後除去するようにしてもよい。
【００１０】
なお、レーザ変位計２によるボルト頭部Ｂ１の変位量を手掛かりとする軸力の検出精度は、試験の結果、ボルト頭部と締結材Ｐとの間の摩擦係数に影響を受けないことを確認した。また、ボルト頭部Ｂ１と締結材Ｐの縦弾性係数の比や、締結体Ｐの温度が及ぼす影響については、軸力と変位量との関係を適宜補正することにより、軸力を変位量から推定することが可能であることを確認した。さらに、実際の締結状態に近い分析である有限要素法（ＦＥＭ法）による解析や、ボルト軸部に歪みゲージを取り付けて求めた軸力との比較によっても、本発明による軸力の測定の妥当性が証明された。
【００１１】
図５に示すように、レーザ変位計２は移動装置４に設ける代わりに、ボルトＢの移動位置に対応して二つ設けることにより、締め込み前後のボルト頭部Ｂ１の表面位置を検知し、変位量を検出するように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
本発明は、ボルトを適正な軸力で締められているか否かを判定するのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るボルト軸力測定装置の概略的構成図である。
【図２】締め付け前のボルト頭部の拡大正面図である。
【図３】締め付けた状態のボルト頭部の拡大正面図である。
【図４】変位量と軸力の関係を示すグラフである。
【図５】他の実施形態に係るボルト軸力測定装置の概略的構成図である。
【符号の説明】
【００１４】
１検査装置
２レーザ変位計
３コンピュータ
４移動装置
５ディスプレイ
Ｂボルト
Ｂ１ボルト頭部
Ｐ締結材

【特許請求の範囲】
【請求項１】
締結材に挿入されたボルトの締め込み前後におけるボルト頭部の軸方向の変位量をレーザ変位計により検出して、この変位量からボルトの軸力を演算装置により算出することを特徴とするボルト軸力の検査方法。
【請求項２】
締結材に挿入されたボルトの締め込み前後におけるボルト頭部の軸方向の変位量を検出するレーザ変位計と、
このレーザ変位計により検出した変位量からボルトの軸力を算出する演算装置とを具備することを特徴とするボルト軸力の検査装置。
【請求項３】
前記演算装置による前記軸力が所定値に達していない場合に、警告手段により警告を発することを特徴とする請求項１又は２に記載のボルト軸力の検査方法又は検査装置。
【請求項４】
前記レーザ変位計により変位量を検出する前にボルト頭部の表面を平滑にするために樹脂を塗布することを特徴とする請求項１に記載のボルト軸力の検査方法。
【請求項５】
前記レーザ変位計は、ボルトの締め込み前後のボルト頭部の位置を検知するためにボルト位置の変更に追随する移動装置上に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のボルト軸力の検査装置。
【請求項６】
前記レーザ変位計は、ボルトの締め込み前後のボルト頭部の位置を検知するためにボルトの位置変更に対応して二つ設けられていることを特徴とする請求項２に記載のボルト軸力の検査装置。

【図１】