(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-08-04
(45)【発行日】2022-08-15
(54)【発明の名称】検査装置及び方法
(51)【国際特許分類】
G01N 29/09 20060101AFI20220805BHJP
G01N 27/02 20060101ALI20220805BHJP
G01N 29/24 20060101ALI20220805BHJP
【ＦＩ】
G01N29/09
G01N27/02 Z
G01N29/24
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020162583
(22)【出願日】2020-09-28
(65)【公開番号】P2022055147
(43)【公開日】2022-04-07
【審査請求日】2021-01-19
(73)【特許権者】
【識別番号】518025803
【氏名又は名称】金友 正文
(74)【代理人】
【識別番号】100145883
【弁理士】
【氏名又は名称】新池 義明
(72)【発明者】
【氏名】金友 正文
(72)【発明者】
【氏名】村山 省己
(72)【発明者】
【氏名】川▲崎▼ 春久
【審査官】横尾 雅一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－０５４０３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１２８１９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－１４６７８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０２０７６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第５７９８９８１（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２０３５９９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２９／００ － Ｇ０１Ｎ ２９／５２
Ｇ０１Ｎ ２７／００ － Ｇ０１Ｎ ２７／１０
Ｇ０１Ｌ ３／００ － Ｇ０１Ｌ ３／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧電素子を備えた超音波プローブ（１）と、
該超音波プローブと物理的に固定されている、軸部を有するばね受け部材（９）と、
該ばね受け部材の該軸部に外嵌されており、フランジ部を有する軸受（１５）と、
該ばね受け部材の該軸部に挿入されており、該ばね受け部材と該軸受のフランジ部の間に介在されている圧縮ばね（７）と、
該ばね受け部材の該軸部の超音波プローブと反対方向に位置する端面と物理的に接合されている連結部材（１７）と、
該軸受と物理的に接合されているケース（１９，２９）と、
該ケースに前記連結部材と接触可能に取り付けられている調整手段（２３，５７）と
を備え、
前記超音波プローブが被検体に所定の荷重を付与することを可能にする、締結状態の検査装置（１００，２００）。
【請求項2】
前記調整手段は、ネジ部を含み、前記ばね受け部材の前記軸部の中心軸と中心軸を共通するように前記ケースに該ネジ部が挿通されてなる請求項１記載の検査装置。
【請求項3】
前記所定の荷重が３７ニュートンから８７ニュートンである請求項１又は請求項２記載の検査装置。
【請求項4】
請求項１又は請求項２記載の検査装置を用いて、前記超音波プローブの先端に振幅０．００１μmから１．０μm、周波数１ＫＨｚから１００ＫＨｚの超音波が生じるように前記圧電素子に電圧を印加する、締結状態の検査方法。
【請求項5】
請求項１又は請求項２記載の検査装置を用いて、前記超音波プローブの軸中心が被締結部材と締結部材を締結する締結手段の頭部の中心から周縁までの長さの１／２より内側に所定の荷重を付与する、締結状態の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、被検体の締結状態を検査する検査装置及び方法に関し、例えば、ネジの締結状態を検査する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
発電機、モータなどの産業機器、自動車、電車、航空機などの輸送機、テレビ、洗濯機、冷蔵庫、エアコンなどの家電品は複数個の部品を組み合わせて性能を発揮する。この組み合わせを行う締結には、ネジ、リベット、溶接などが採用される。例えば、ネジ締結は、ネジの回転により簡便に締結できるが、締め忘れ、締め付けトルク不足、変動衝撃荷重などによる緩みが発生するおそれがある。この緩みは重大な事故を発生させることがあるので、メーカーは締結不備対策に時間と労力を費やしている。
【0003】
締結状態を検査する方法として、視認、打音、ひずみゲージによる変形計測などが一般的であるが、他の方法として、超音波のインピーダンスと共振周波数変化を計測して検査する技術がある。この技術は、ネジの着座に着目し、ネジ頭の座面と被締結物との接触状態をインピーダンス変化として計測するため、小型のネジにも適用が可能であり、装置も安価に構成することができる（特許文献１段落［００１３］，［００３９］参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１３－５４０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記従来の装置では、選択するデータの選定方法、比較する場合のデータの判定法など締結ネジのインピーダンス変化と締結力の関係について何ら記載されておらず、未解決である。
そこで、本発明の目的は、被検体の締結状態を信頼性高く診断することが可能な締結状態の検査装置及び検査する方法を提供することにある。
そこで、本発明の目的は、被検体の締結状態を信頼性高く診断することが可能な締結状態の検査装置及び検査する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
第１の観点では、本発明は、圧電素子を備えた超音波プローブ１と、該超音波プローブと物理的に固定されている、軸部を有するばね受け部材９と、該ばね受け部材の該軸部に外嵌されており、フランジ部を有する軸受１５と、該ばね受け部材の該軸部に挿入されており、該ばね受け部材と該軸受のフランジ部の間に介在されている圧縮ばね（７）と、該ばね受け部材の軸部の超音波プローブと反対方向に位置する端面と物理的に接合されている連結部材１７と、該軸受と物理的に接合されているケース１９，２９と、該ケースに前記連結部材と接触可能に取り付けられている調整手段２３，５７とを備え、超音波プローブが被検体に所定の荷重を付与することを可能にする、締結状態の検査装置１００，２００を提供する。
上記第１の観点による検査装置では、超音波プローブが被検体に対して所定の荷重で押し付けられるので、より安定した被検体からの超音波に対応するインピーダンスデータを得ることができる。これにより、被検体の締結状態をより高い精度で検査することが可能になる。
上記第１の観点による検査装置では、超音波プローブが被検体に対して所定の荷重で押し付けられるので、より安定した被検体からの超音波に対応するインピーダンスデータを得ることができる。これにより、被検体の締結状態をより高い精度で検査することが可能になる。
【0007】
本発明において、所定の荷重が３７ニュートンから８７ニュートンの間であるのが好ましい。これにより、押し付け荷重を変えても被検体内から受信した反射波（超音波）のインピーダンスピークの周波数の変化は少なく、データは安定しているので、安定した検査値が得られる。
本発明において、調整手段は、ネジ部を含み、ばね受け部材の軸部の中心軸と中心軸を共通するようにケースに該ネジ部が挿通されてなる検査装置が好ましい。このことによって、小型で簡易な検査装置とすることができる。
本発明において、調整手段は、ネジ部を含み、ばね受け部材の軸部の中心軸と中心軸を共通するようにケースに該ネジ部が挿通されてなる検査装置が好ましい。このことによって、小型で簡易な検査装置とすることができる。
【0008】
第２の観点では、本発明は、上記第１の観点の検査装置を用いて、超音波プローブの先端に振幅０．００１μmから１．０μm、周波数１ＫＨｚから１００ＫＨｚの超音波が生じるように前記圧電素子に電圧を印加する、締結状態の検査方法を提供する。
【0009】
上記第２の観点による検査方法では、ばらつきが少ないインピーダンスデータを取得することができるので、信頼できる締結状態の検査が可能になる。
【0010】
第３の観点では、本発明は、上記第１の観点の検査装置を用いて、超音波プローブの軸中心が被締結部材と締結部材を締結する締結手段の頭部の中心から周縁までの長さの１／２より内側に所定の荷重を付与する、締結状態の検査方法を提供する。
【0011】
上記第３の観点による方法では、ばらつきが少ないインピーダンスデータを取得することができるので、信頼できる締結状態の検査ができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明の検査装置及び方法によれば、超音波プローブが被検体に対して所定の荷重で押し付けられた状態で被検体に超音波を送信し、被検体から反射波を受信することができるので、より安定したインピーダンスデータを得ることができる。これにより、被検体の締結状態をより高い精度で検査することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施例１に係る検査装置を示す構成説明図である。
【図2】実施例１に係る検査装置を被検体に押し付けた状態を示す説明図である。
【図3】被検体の締結状態を検査する装置全体を示す説明図である。
【図4】押し付け荷重とインピーダンスのピーク値の関係を示す図である。
【図5】周波数とインピーダンス値の関係を示す図である。
【図6】締結ネジとプローブの軸中心のズレとインピーダンスの関係を示す図である。
【図7】実施例２に係る検査装置を示す構成説明図である。
【図8】実施例３に係る検査装置の使用概念図である。
【図9】実施例３に係る周波数とインピーダンスの関係を示す図である。
【図10】実施例４に係る周波数とインピーダンスの関係を示す図である。
【図11】実施例５に係るネジの軸力とインピーダンスの関係を示す図である。
【図12】実施例６に係る締結力を変化させたときのピークと周波数を示す図である。
【図13】実施例７に係る周波数とインピーダンスの関係を示す図である。
【図14】実施例８に係るプローブの先端の変位と周波数関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。実施例を説明するに当たって、同一機能を奏するものは同じ符号を付し、その重複する説明を省略する。
【実施例】
【0017】
－実施例１－
図１は、実施例１に係る検査装置を示す構成説明図である。
検査装置１００は、その本体を覆う本体ケース（本明細書において、単に「ケース」ということがある。）１９を有しており、この内部には、本体ケース１９の内面に突設された支持部３１にガイドホルダー２７が載置されている。ガイドホルダー２７の内側に各中心軸が重なるように、フランジ部を有する軸受１５がガイドホルダー２７にボルトで固定されている。軸受１５は、その中心軸に直交する断面は二重円形状であり、その中心軸に平行な円柱形の穴を有する。ばね受け部材９はばねを受ける面と垂直な中心線方向に円柱形の軸部を有し、該軸部は軸受１５の円柱形穴と嵌合し、その中心軸方向に摺動可能な構造となっている。
図１は、実施例１に係る検査装置を示す構成説明図である。
検査装置１００は、その本体を覆う本体ケース（本明細書において、単に「ケース」ということがある。）１９を有しており、この内部には、本体ケース１９の内面に突設された支持部３１にガイドホルダー２７が載置されている。ガイドホルダー２７の内側に各中心軸が重なるように、フランジ部を有する軸受１５がガイドホルダー２７にボルトで固定されている。軸受１５は、その中心軸に直交する断面は二重円形状であり、その中心軸に平行な円柱形の穴を有する。ばね受け部材９はばねを受ける面と垂直な中心線方向に円柱形の軸部を有し、該軸部は軸受１５の円柱形穴と嵌合し、その中心軸方向に摺動可能な構造となっている。
【0018】
コイルスプリング７は、その一端をばね受け部材９、他端を軸受１５の後端部に設けられたフランジ部の間に、軸受１５とばね受け部材９を包むように配置されている。
ばね受け部材９は、その後端部（円柱形の軸部端面）において六角ボルト（本明細書において、「連結部材」ということがある。）１７でプレート１３を固定している。さらに、ばね受け部材９は、その先端部において外筒２９の後端部に互いの中心軸が重なるようにビス３５で固定されている。外筒２９は、中心軸に直交する断面が二重円形状面を有し、その先端部に円柱形の穴を有する固定ブロック３を備えている。同じく円柱形状の穴を有し、その中心線に直交する断面が円形の穴を有するガイド５がビス３３で固定ブロック３に中心軸が一致するように固定されている。
ばね受け部材９は、その後端部（円柱形の軸部端面）において六角ボルト（本明細書において、「連結部材」ということがある。）１７でプレート１３を固定している。さらに、ばね受け部材９は、その先端部において外筒２９の後端部に互いの中心軸が重なるようにビス３５で固定されている。外筒２９は、中心軸に直交する断面が二重円形状面を有し、その先端部に円柱形の穴を有する固定ブロック３を備えている。同じく円柱形状の穴を有し、その中心線に直交する断面が円形の穴を有するガイド５がビス３３で固定ブロック３に中心軸が一致するように固定されている。
【0019】
ガイド５の円柱形状穴の内径は、締結ネジ３９の頭部のサイズより大きくする。ガイド５の円柱形状穴の内径と該締結ネジの頭部の外側の隙間は後者のサイズによって任意に設定することで該締結ネジの軸中心と超音波プローブ（本明細書において、単に「プローブ」ということがある。）１の軸中心のズレの大きさを規制することができる。
プローグ１は、その中心軸に直交する面に平行に取り付けられたフランジ２１の周縁部で、プローブ１の中心軸が軸受１５やガイド５の中心軸と一致するように固定ブロック３に固着されている。このように、フランジ２１はプローグ１と外筒２９の連結部となっている。
プローグ１は、その中心軸に直交する面に平行に取り付けられたフランジ２１の周縁部で、プローブ１の中心軸が軸受１５やガイド５の中心軸と一致するように固定ブロック３に固着されている。このように、フランジ２１はプローグ１と外筒２９の連結部となっている。
【0020】
プローブ１は、後端部に中心軸方向にネジ（図示せず）で固定された圧電素子１１を備える。圧電素子１１は電気音響変換素子を金属製の前面ブロック４１と金属製の裏打ちブロック４３とで挟み込んだ、いわゆるランジュバン型振動子となっている。また、プローブ１は、中心軸方向の振動振幅分布を持った半波長共振の固有振動モードを有している。フランジ２１は、プローブ１の振動モードに影響を与えないように、その振動モードの節に当たる位置に設けられる。
【0021】
本体ケース１９は、その後部にナット部５５を備え、ナット部５５に調整ネジ（本明細書において、「調整手段」ということがある。）２３が螺着されている。調整ネジ２３を回転させることでその先端の位置を変えることができる。調整ネジ２３は、その中心軸が六角ボルト１７の中心軸と一致するように本体ケース１９に固着されたナット部５５に螺着されているので、その先端は六角ボルト１７の頭部と当接可能である。また、本体ケース１９は、人手で掴み検査装置１００を操作することができるように取っ手２５を有している。
【0022】
プローブ１の先端を被検体に当接させた状態で検査装置１００を被検体に押し付けると、プローブ１に対して固定されている外筒２９とばね受け部材９及びその後端にねじ止めされているプレート１３と六角ボルト１７は動かないが、本体ケース１９に対して固定されているガイドホルダー２７、軸受１５及び調整ネジ２３は、ばね受け部材９の円柱形の軸部に沿って軸受１５が前方向に摺動することによって、被検体の方向へ移動する。この移動は、調整ネジ２３の先端が六角ボルト１７の頭部に当接するまで続く。このとき、コイルスプリング７は圧縮する。
【0023】
コイルスプリング７は圧縮ばねであり、ばねが縮むと復元力が生じる。図１に示すコイルスプリング７の長さは、プレート１３で取付時の長さに規制された状態であり、取付時荷重がかかっているときの長さを示している。使用時、調整ネジ２３の先端が六角ボルト１７の頭部に当接すると、その長さだけコイルスプリング７は縮むので、相当する復元力が生じる。調整ネジ２３の先端が六角ボルト１７の頭部に当接した状態では、この復元力に相当する荷重でプローブ１が被検体を押し付けていることになる。
【0024】
図２は、検査装置を被検体に押し付けた状態を示す説明図である。
検査装置１００のプローブ１の先端を被検体を構成する締結ネジ３９の頭部に押し付けた状態で、本体ケース１９に力を加えると、本体ケース１９が締結ネジ３９の方向へ移動し、図２に示すように、調整ネジ２３の先端が六角ボルト１７の頭部に当接して止まる。
このとき、コイルスプリング７は、無負荷時のコイルばねの長さ（自由高さ）より縮んだ状態にあるので復元力が生じている。この力がプローブ１の先端が締結ネジ３９の頭部を押し付ける荷重となる。事前に調整ネジ２３を回転させてその先端位置を調整することにより、検査装置１００が被検体に押し付ける荷重を一定の力とすることができる。
検査装置１００のプローブ１の先端を被検体を構成する締結ネジ３９の頭部に押し付けた状態で、本体ケース１９に力を加えると、本体ケース１９が締結ネジ３９の方向へ移動し、図２に示すように、調整ネジ２３の先端が六角ボルト１７の頭部に当接して止まる。
このとき、コイルスプリング７は、無負荷時のコイルばねの長さ（自由高さ）より縮んだ状態にあるので復元力が生じている。この力がプローブ１の先端が締結ネジ３９の頭部を押し付ける荷重となる。事前に調整ネジ２３を回転させてその先端位置を調整することにより、検査装置１００が被検体に押し付ける荷重を一定の力とすることができる。
【0025】
図３は、被検体の締結状態を検査する装置全体を示す説明図である。
図３に示すように、判定器４５は、検査装置１００のプローブ１と信号線５１及び５３によって電気的に連結されている。また、判定器４５は、調整ネジ２３及び六角ボルト１７（図２参照）と電気線４７及び４９によってそれぞれ電気的に連結されている。
検査装置１００の本体ケース１９の取っ手２５を掴み、ガイド５の円筒形穴で締結ネジ３９の頭部を覆いかぶせて、締結ネジ３９の頭部に当てた状態で本体ケース１９を押し付けると本体ケース１９は一定距離前方へ進んで停止する。このとき、被検体はコイルスプリング（図２参照）による復元力Ｆの力で押し付けられている。
図３に示すように、判定器４５は、検査装置１００のプローブ１と信号線５１及び５３によって電気的に連結されている。また、判定器４５は、調整ネジ２３及び六角ボルト１７（図２参照）と電気線４７及び４９によってそれぞれ電気的に連結されている。
検査装置１００の本体ケース１９の取っ手２５を掴み、ガイド５の円筒形穴で締結ネジ３９の頭部を覆いかぶせて、締結ネジ３９の頭部に当てた状態で本体ケース１９を押し付けると本体ケース１９は一定距離前方へ進んで停止する。このとき、被検体はコイルスプリング（図２参照）による復元力Ｆの力で押し付けられている。
【0026】
調整ネジ２３の先端が六角ボルト１７の頭部に当接すると電気線４７及び４９が電気的に繋がる。計測は、調整ネジ２３の先端と六角ボルト１７の頭部の接触による電気的導通によって開始される。つまり、プローブ１から被検体を構成する締結ネジ３９に超音波が発信され、被検体から反射された超音波を受信した圧電素子１１からの信号情報が判定器４９に備えられた表示部６７に表示される。
【0027】
図４は、押し付け荷重とインピーダンスのピーク値の関係を示す図である。
予め、調整ネジ２３（図１参照）の先端と六角ボルト１７（図１参照）の頭部までの距離と押し付け荷重との関係を求め、次に押し付け荷重を一定にして超音波の周波数とインピーダンス値との関係を求めた。図４は、インピーダンスが最大となるときの周波数を押し付け荷重との関係で示したものである。
図４から分かるように、押し付け荷重が３７ニュートン以上では、押し付け荷重を変えてもインピーダンスの最大時の周波数の変化は少なく、データは安定している。このことから、測定時の押し付け荷重は３７ニュートン以上が好ましく、３７ニュートン以上８７ニュートン以下の範囲であることがさらに好ましい。
予め、調整ネジ２３（図１参照）の先端と六角ボルト１７（図１参照）の頭部までの距離と押し付け荷重との関係を求め、次に押し付け荷重を一定にして超音波の周波数とインピーダンス値との関係を求めた。図４は、インピーダンスが最大となるときの周波数を押し付け荷重との関係で示したものである。
図４から分かるように、押し付け荷重が３７ニュートン以上では、押し付け荷重を変えてもインピーダンスの最大時の周波数の変化は少なく、データは安定している。このことから、測定時の押し付け荷重は３７ニュートン以上が好ましく、３７ニュートン以上８７ニュートン以下の範囲であることがさらに好ましい。
【0028】
図５は、締結ネジの締結トルクを変えて測定したときの、周波数とインピーダンス値の関係を示す。押し付け荷重は４５ニュートンとした。
図５に示すように、締結ネジの締結トルクが異なるとインピーダンスの波形が異なる。規定のトルクで締結されている場合、６６．８３ｋＨｚと６７．２４ｋＨｚ付近に凹形状の下向きのピークが生じるが、規定トルクの１／２で締結されている場合、当該ピークが生じるときの周波数は小さくなり、それぞれ６６．６８ｋＨｚと６７．１０ｋＨｚ付近に凹形状の下向きのピークが生じる。さらに、締結トルクがゼロの場合には、インピーダンスは周波数の増加と減少するが下向きのピークは現れない。
このことから、このように周波数を変えたときのインピーダンスの波形から締結状態を推測することができる。
図５に示すように、締結ネジの締結トルクが異なるとインピーダンスの波形が異なる。規定のトルクで締結されている場合、６６．８３ｋＨｚと６７．２４ｋＨｚ付近に凹形状の下向きのピークが生じるが、規定トルクの１／２で締結されている場合、当該ピークが生じるときの周波数は小さくなり、それぞれ６６．６８ｋＨｚと６７．１０ｋＨｚ付近に凹形状の下向きのピークが生じる。さらに、締結トルクがゼロの場合には、インピーダンスは周波数の増加と減少するが下向きのピークは現れない。
このことから、このように周波数を変えたときのインピーダンスの波形から締結状態を推測することができる。
【0029】
図６は、締結ネジとプローブの軸中心のズレとインピーダンスの関係を示す図である。
図６の横軸は、締結ネジ３９の軸中心とプローブ１の軸中心のズレの大きさを示す。横軸の数字０は両軸中心が一致していることを示し、１／４，１／２，３／４は、プローブ１の軸中心が締結ネジ３９の軸中心からそれぞれ頭部の中央から周縁までの長さ（ネジの頭部の半径）の１／４，１／２，３／４ずつ離れていることを示す。
図６の横軸は、締結ネジ３９の軸中心とプローブ１の軸中心のズレの大きさを示す。横軸の数字０は両軸中心が一致していることを示し、１／４，１／２，３／４は、プローブ１の軸中心が締結ネジ３９の軸中心からそれぞれ頭部の中央から周縁までの長さ（ネジの頭部の半径）の１／４，１／２，３／４ずつ離れていることを示す。
【0030】
図６に示すように、横軸が０から１／２までのインピーダンス値はほとんど変わらないが、３／４では１／２のときのインピーダンス値より１０％以上下がっている。このことは、締結ネジ３９とプローブ１の軸中心のズレが大きくなると測定値の振れが大きくなることを示している。したがって、プローブ１の軸中心が締結ネジ３９の頭部の中心から周縁までの長さの１／２より内側を所定の荷重で押し付けるのが好ましい。
【0031】
以上のように、検査装置１００は、超音波を送信し、被検体から反射波を受信する圧電素子１１を備えた超音波プローブ１と、超音波プローブ１が被検体を所定の荷重で押し付けるように、該超音波プローブに荷重を付与する圧縮ばね７と該荷重力を調整する調整手段２３を含み、圧縮ばね７は、一端を該調整手段２３と物理的に固定されている軸受１５のフランジ部、他端を超音波プローブ１と物理的に固定されているばね受け部材９に挟まれ、軸受１５とばね受け部材９を包むように配置されている携帯用の装置である。
【0032】
－実施例２－
図７は、実施例２に係る検査装置２００を示す構成説明図である。
図７に示すように、検査装置２００の本体ケース２９にはガイドホルダー３７がその内面に溶接で固定されている。検査装置１００の本体ケース２９が備える取っ手２５及び調整ネジ２３は有していない。本体ケース２９の上部は、例えばロボット装置のアッタチメント５７などにボルトで固定できる構造になっている。その他の構成は検査装置１００と同じであるので重複する説明は省略する。
図７は、実施例２に係る検査装置２００を示す構成説明図である。
図７に示すように、検査装置２００の本体ケース２９にはガイドホルダー３７がその内面に溶接で固定されている。検査装置１００の本体ケース２９が備える取っ手２５及び調整ネジ２３は有していない。本体ケース２９の上部は、例えばロボット装置のアッタチメント５７などにボルトで固定できる構造になっている。その他の構成は検査装置１００と同じであるので重複する説明は省略する。
【0033】
このような構成の検査装置２００は生産工程において利用することができる。例えば、ロボット装置（図示せず）に取り付けると、その制御部（図示せず）によって検査装置２００、つまり、プローグ１の先端の位置と角度のみならず、プローブ１が被検体を押し付ける荷重が一定となるように制御することができる。このことによって、より安定したインピーダンスデータを得ることができるので、被検体の締結状態をより高い精度で検査することができる。
【0034】
－実施例３－
図８は、実施例３に係る検査装置の使用概念図である。
検査装置２００は、アッタチメント５７でロボット装置６１に取り付けられている。ロボット装置３７は、被締結部材６５と締結部材６３を締結する締結ネジ３９の頭部にプローブ１の先端を所定の荷重で押し付ける。プローブ１の先端には軟質材（図示せず）が設けられている。軟質材は、弾性材料からなり、締結ネジ３９の頭部とプローブ１との接触を高める。プローブ１が押し付ける荷重力とプローブ１の先端位置はロボット装置６１の制御部（図示せず）で制御する。プローブ１の圧電素子１１（図１参照）と判定器４５は信号線５１及び５３によって電気的に連結されている。
図８は、実施例３に係る検査装置の使用概念図である。
検査装置２００は、アッタチメント５７でロボット装置６１に取り付けられている。ロボット装置３７は、被締結部材６５と締結部材６３を締結する締結ネジ３９の頭部にプローブ１の先端を所定の荷重で押し付ける。プローブ１の先端には軟質材（図示せず）が設けられている。軟質材は、弾性材料からなり、締結ネジ３９の頭部とプローブ１との接触を高める。プローブ１が押し付ける荷重力とプローブ１の先端位置はロボット装置６１の制御部（図示せず）で制御する。プローブ１の圧電素子１１（図１参照）と判定器４５は信号線５１及び５３によって電気的に連結されている。
【0035】
判定器４５は、駆動ドライバー６９，インピーダンス変換部７１，表示部６７及び判定部７３を有している。駆動ドライバー６９は、プローブ１の圧電素子１１に電圧を印加する。インピーダンス変換部７１は、被検体から反射された超音波を受信した圧電素子１１からの信号情報をインピーダンス値に変換する。表示部６７は、インピーダンス変換部７１で変換されたインピーダンスを周波数との関係で表示する。判定部７３は、被検体の締結状態を判定する。
【0036】
検査装置２００の動作説明は、次のとおりである。
被締結部材６５と締結部材６３を締結する締結ネジ３９の頭部にプローブ１の先端を所定の荷重で押し付ける。この荷重力は、ロボット装置３７の制御部（図示せず）に設定する。プローブ１が放射する超音波の周波数と繰り返し変位は駆動ドライバーにより圧電素子１１に電圧を印加することによって行われる。プローブ１から放射された超音波は被検体で反射され、その反射波を圧電素子１１が受信する。該受信信号は信号線５３を通ってインピーダンス変換部７１に送られ、該受信信号に対応するインピーダンスに変換される。変換されたインピーダンス（本明細書において、「インピーダンスデータ」ということがある。）は、表示部６７に表示される。判定部７３は、締結ネジ３９による被締結部材６５と締結部材６３の締結状態の良否を判定する。
被締結部材６５と締結部材６３を締結する締結ネジ３９の頭部にプローブ１の先端を所定の荷重で押し付ける。この荷重力は、ロボット装置３７の制御部（図示せず）に設定する。プローブ１が放射する超音波の周波数と繰り返し変位は駆動ドライバーにより圧電素子１１に電圧を印加することによって行われる。プローブ１から放射された超音波は被検体で反射され、その反射波を圧電素子１１が受信する。該受信信号は信号線５３を通ってインピーダンス変換部７１に送られ、該受信信号に対応するインピーダンスに変換される。変換されたインピーダンス（本明細書において、「インピーダンスデータ」ということがある。）は、表示部６７に表示される。判定部７３は、締結ネジ３９による被締結部材６５と締結部材６３の締結状態の良否を判定する。
【0037】
図９は、実施例３に係る周波数とインピーダンスの関係を示す。
図９（ａ）は、プローブ１を締結ネジ３９の頭部に押し付けないフリーの状態でプローブ１を駆動し、表示されたインピーダンスデータを示す。一方、（ｂ）は、プローブ１を締結ネジ３９の頭部に一定の力で押し付けた状態で、プローブ１の先端から超音波を放射し、その反射波から取得したインピーダンスデータを示す。両者を比較すると、（ｂ）では、周波数４６ＫＨｚ付近にインピーダンスのピークが存在するが、（ａ）にはない。この変化部分を締結ネジの軸力が変化するインピーダンスデータとして締結ネジの軸力の判定に使用することができる。
図９（ａ）は、プローブ１を締結ネジ３９の頭部に押し付けないフリーの状態でプローブ１を駆動し、表示されたインピーダンスデータを示す。一方、（ｂ）は、プローブ１を締結ネジ３９の頭部に一定の力で押し付けた状態で、プローブ１の先端から超音波を放射し、その反射波から取得したインピーダンスデータを示す。両者を比較すると、（ｂ）では、周波数４６ＫＨｚ付近にインピーダンスのピークが存在するが、（ａ）にはない。この変化部分を締結ネジの軸力が変化するインピーダンスデータとして締結ネジの軸力の判定に使用することができる。
【0038】
－実施例４－
図１０は、実施例４に係る周波数とインピーダンスの関係を示す。
図１０（ａ）は、プローブ１を締結ネジ３９の頭部に一定の力で押し付けた状態で、プローブ１の先端から超音波を放射し、その反射波の信号を変換して得られたインピーダンスデータを示す。一方、（ｂ）は、締結ネジ３９の座面が、被締結部材６５に接触していない、又は、トルクが０（ゼロ）の軸力が発生しない浮き状態時に、同様にプローブ１の先端から超音波を放射し、その反射波の信号を変換して得られたインピーダンスデータを示す。両者を比較すると、（ａ）では、周波数４４．３ＫＨｚ付近にインピーダンスのピークがあるが、（ｂ）にはない。このことから、ネジの浮きの評価は、このピークの出現の有無で検査することができる。
図１０は、実施例４に係る周波数とインピーダンスの関係を示す。
図１０（ａ）は、プローブ１を締結ネジ３９の頭部に一定の力で押し付けた状態で、プローブ１の先端から超音波を放射し、その反射波の信号を変換して得られたインピーダンスデータを示す。一方、（ｂ）は、締結ネジ３９の座面が、被締結部材６５に接触していない、又は、トルクが０（ゼロ）の軸力が発生しない浮き状態時に、同様にプローブ１の先端から超音波を放射し、その反射波の信号を変換して得られたインピーダンスデータを示す。両者を比較すると、（ａ）では、周波数４４．３ＫＨｚ付近にインピーダンスのピークがあるが、（ｂ）にはない。このことから、ネジの浮きの評価は、このピークの出現の有無で検査することができる。
【0039】
－実施例５－
図１１は、締結ネジの軸力（本明細書において「締結力」ということがある。）とインピーダンスの関係を示す。
締結ネジ３９の軸力を予め変えて、プローブ１を締結ネジ３９に一定の力で押し付けて、実施例４と同様な方法でインピーダンスデータを取得した。
締結ネジの軸力は、トルクレンチを用いて締結トルクを変えることで行った。例えば、外径８ｍｍのネジは、定格トルク１２．３Ｎｍで締め付けた場合、９．６９キロニュートンの締結力を得ることができる。締結トルクが定格トルクの半分ならば、３．８５キロニュートン、１／４ならば２．０ニュートン程度の締結力をそれぞれ得ることができる。
図１１は、締結ネジの軸力（本明細書において「締結力」ということがある。）とインピーダンスの関係を示す。
締結ネジ３９の軸力を予め変えて、プローブ１を締結ネジ３９に一定の力で押し付けて、実施例４と同様な方法でインピーダンスデータを取得した。
締結ネジの軸力は、トルクレンチを用いて締結トルクを変えることで行った。例えば、外径８ｍｍのネジは、定格トルク１２．３Ｎｍで締め付けた場合、９．６９キロニュートンの締結力を得ることができる。締結トルクが定格トルクの半分ならば、３．８５キロニュートン、１／４ならば２．０ニュートン程度の締結力をそれぞれ得ることができる。
【0040】
図１１において、(1)は定格トルクの１／４の軸力、(2)は定格トルクの１／２の軸力、(3)は定格トルク軸力の場合のインピーダンスの変化部分と周波数との関係を示す。
図１１に示すように、定格トルクの１／４の軸力でピーク(1)が現れ、定格トルクの半分では変化部分がピーク(2)に移動し、定格トルクのときには、ピーク(3)にインピーダンスのピークが移動する。このことは、軸力の増加に伴い、周波数の増加する方向にピークが移動することを示す。これらのピークの位置によって、締結ネジの軸力を推定することができる。
図１１に示すように、定格トルクの１／４の軸力でピーク(1)が現れ、定格トルクの半分では変化部分がピーク(2)に移動し、定格トルクのときには、ピーク(3)にインピーダンスのピークが移動する。このことは、軸力の増加に伴い、周波数の増加する方向にピークが移動することを示す。これらのピークの位置によって、締結ネジの軸力を推定することができる。
【0041】
－実施例６－
締結力とインピーダンスピークとその時の周波数の関係は、次の方法で求めることができる。
ステップ１で、締結ネジ３９の頭部にプローブ１の先端を接触させない状態で、プローブ１から放射する超音波の周波数を変化させ、その反射波から得られた信号がインピーダンス変換部７１で変換されたインピーダンスデータ（第２データ）を取得する。
締結力とインピーダンスピークとその時の周波数の関係は、次の方法で求めることができる。
ステップ１で、締結ネジ３９の頭部にプローブ１の先端を接触させない状態で、プローブ１から放射する超音波の周波数を変化させ、その反射波から得られた信号がインピーダンス変換部７１で変換されたインピーダンスデータ（第２データ）を取得する。
【0042】
ステップ２で、既定の締結力で締結された締結ネジ３９の頭部にプローブ１を所定の荷重で押し付た状態で、ステップ１と同じ方法でインピーダンスデータ（第１データ）を取得する。
ステップ３で、スッテプ１及び２によって得られた第２データと第１データを比較して、第１データに新たに出現したピークを見出す。
ステップ４で、ステップ３において見出したピークの周波数の周辺の周波数について、締結ネジ３９の締結力を変えて、複数のインピーダンスデータを取得し、第１データと比較して新たに出現したピーク及びその周波数を得る。
ステップ３で、スッテプ１及び２によって得られた第２データと第１データを比較して、第１データに新たに出現したピークを見出す。
ステップ４で、ステップ３において見出したピークの周波数の周辺の周波数について、締結ネジ３９の締結力を変えて、複数のインピーダンスデータを取得し、第１データと比較して新たに出現したピーク及びその周波数を得る。
【0043】
ステップ５で、ステップ４において締結力の変化に伴うピークの周波数が変化しない場合は、ステップ３において出現た別のピークについて、その周波数の周辺の周波数について締結ネジ３９の締結力を変えて、複数のインピーダンスデータを取得し、第１データと比較して新たに出現したピーク及びその周波数を得る。
ステップ６で、ステップ４又は５によって得られた締結力とインピーダンスと周波数の関係をプロットし、締結力をインピーダンスと周波数で分離する。
ステップ６で、ステップ４又は５によって得られた締結力とインピーダンスと周波数の関係をプロットし、締結力をインピーダンスと周波数で分離する。
【0044】
図１２は、上記実施例の方法で得られた締結力を変化させたときのピークのインピーダンスと周波数の関係を示す。
図１２に示すように、十分な締結力がある（合格品の）ときに計測されたピークのインピーダンスと周波数は低周波数側にプロットされ、締結力が足りない（不合格品の）ときに計測されたピークのインピーダンスと周波数は高周波数側にプロットされる。
このことから、被締結部材と締結部材を締結した締結ネジ３９の頭部にプローブ１を所定の荷重で押し付た状態で取得したインピーダンスピークがどこに位置するかによって被検体の締結力の合否を判定することができる。
図１２に示すように、十分な締結力がある（合格品の）ときに計測されたピークのインピーダンスと周波数は低周波数側にプロットされ、締結力が足りない（不合格品の）ときに計測されたピークのインピーダンスと周波数は高周波数側にプロットされる。
このことから、被締結部材と締結部材を締結した締結ネジ３９の頭部にプローブ１を所定の荷重で押し付た状態で取得したインピーダンスピークがどこに位置するかによって被検体の締結力の合否を判定することができる。
【0045】
－実施例７－
図１３は、本発明の別の実施例における周波数とインピーダンスの関係を示す。
この実施例は、締結状態を２個のインピーダンスピークから判定する方法を示したものである。図１３に示すように、締結ネジの「着座」で出現するピークＡと締結力の大小でピークの周波数が変化するピークＢの両方をその締結の判定に使用する。この方法によると、図１３に示すように、ピークＡが出現しているので、この締結ネジは着座していることが分かり、ピークＢの周波数によって、その締結力を評価することができる。
図１３は、本発明の別の実施例における周波数とインピーダンスの関係を示す。
この実施例は、締結状態を２個のインピーダンスピークから判定する方法を示したものである。図１３に示すように、締結ネジの「着座」で出現するピークＡと締結力の大小でピークの周波数が変化するピークＢの両方をその締結の判定に使用する。この方法によると、図１３に示すように、ピークＡが出現しているので、この締結ネジは着座していることが分かり、ピークＢの周波数によって、その締結力を評価することができる。
【0046】
－実施例８－
図１４は、プローブの先端の変位と周波数関係を示す。
図１４は、プローブ１を圧電素子１１を用いて、圧電素子駆動ドライバー６９で電圧を印加し、その先端の変位量を縦軸に時間を横軸に示している。一般的に、インピーダンスデータのばらつきが少ないデータを取得するには、この振幅値を大きく取ればよいが、圧電素子ドライバー６９の能力と圧電素子１１の性能によって、この変位は決まる。本実施例では、ばらつきが少ないインピーダンスデータを取得するためには、０．００１μmから１．０μmの繰り返し変位と１ＫＨｚから１００ＫＨｚの周波数が好ましい。
図１４は、プローブの先端の変位と周波数関係を示す。
図１４は、プローブ１を圧電素子１１を用いて、圧電素子駆動ドライバー６９で電圧を印加し、その先端の変位量を縦軸に時間を横軸に示している。一般的に、インピーダンスデータのばらつきが少ないデータを取得するには、この振幅値を大きく取ればよいが、圧電素子ドライバー６９の能力と圧電素子１１の性能によって、この変位は決まる。本実施例では、ばらつきが少ないインピーダンスデータを取得するためには、０．００１μmから１．０μmの繰り返し変位と１ＫＨｚから１００ＫＨｚの周波数が好ましい。
【0047】
発明の詳細な説明の項においてなされた実施例は、本発明の技術内容を明らかにするものであって、上述の実施例に限定して解釈されるべきものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
【符号の説明】
【0048】
１ プローブ，超音波プローブ
３ 固定ブロック
５ ガイド
７ コイルスプリング，圧縮ばね，荷重付与部
９ ばね受け部材
１１ 圧電素子
１３ プレート
１５ 軸受
１７ 六角ボルト
１９，２９ 本体ケース
２１ フランジ
２３ 調整ネジ
２５ 取っ手
２７，３７ ガイドホルダー
３１ 支持部
３３，３５ ビス
３９ 締結ネジ
４１ 前面ブロック
４３ 裏打ちブロック
４５ 判定器
４７，４９ 電気線
５１，５３ 信号線
５５ ナット部
５７ アッタチメント
５９ ボルト
６１ ロボット装置
６３ 締結部材
６５ 被締結部材
６７ 表示部
６９ 駆動ドライバー
７１ インピーダンス変換部
７３ 判定部
１００，２００ 検査装置
３ 固定ブロック
５ ガイド
７ コイルスプリング，圧縮ばね，荷重付与部
９ ばね受け部材
１１ 圧電素子
１３ プレート
１５ 軸受
１７ 六角ボルト
１９，２９ 本体ケース
２１ フランジ
２３ 調整ネジ
２５ 取っ手
２７，３７ ガイドホルダー
３１ 支持部
３３，３５ ビス
３９ 締結ネジ
４１ 前面ブロック
４３ 裏打ちブロック
４５ 判定器
４７，４９ 電気線
５１，５３ 信号線
５５ ナット部
５７ アッタチメント
５９ ボルト
６１ ロボット装置
６３ 締結部材
６５ 被締結部材
６７ 表示部
６９ 駆動ドライバー
７１ インピーダンス変換部
７３ 判定部
１００，２００ 検査装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
