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(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】2024-06-20
(45)【発行日】2024-06-28
(54)【発明の名称】超音波送受信装置及び超音波送受信プログラム
(51)【国際特許分類】
G01N 29/24 20060101AFI20240621BHJP
G01N 29/46 20060101ALI20240621BHJP
【ＦＩ】
G01N29/24
G01N29/46
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2020049276
(22)【出願日】2020-03-19
(65)【公開番号】P2021148629
(43)【公開日】2021-09-27
【審査請求日】2023-02-10
(73)【特許権者】
【識別番号】392036153
【氏名又は名称】菱電湘南エレクトロニクス株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002491
【氏名又は名称】弁理士法人クロスボーダー特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】大橋 利明
(72)【発明者】
【氏名】石田 司
(72)【発明者】
【氏名】津▲崎▼ 一浩
(72)【発明者】
【氏名】▲榊▼原 利次
【審査官】横尾 雅一
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－１４５２２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－２７９２０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２３２６２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－２８８７３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０８５１１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－２４０７２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２８３６１２（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２９／００ － Ｇ０１Ｎ ２９／５２
Ｇ０１Ｌ ５／００ － Ｇ０１Ｌ ５／２８
Ｇ０１Ｍ ５／００ － Ｇ０１Ｍ ７／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
探触子からボルトに向けて超音波を送信させ、送信させた前記超音波のエコーを前記探触子に受信させる探触子制御部と、前記探触子によって受信された前記エコーを基にしたエコーデータと比較するための１以上の比較データを格納している比較データ格納部と、
前記エコーデータと、前記比較データとを比較し、比較結果に基づいて前記ボルトへの前記探触子の接触状態を判断する接触状態判断部と、
を備え、
前記比較データ格納部は、
前記比較データを複数格納していると共に、
複数の前記比較データとして、試験用探触子の超音波出射面と、前記超音波出射面が設置されるボルト端面とのなす角度である複数の傾斜角度の傾斜角度ごとに前記超音波出射面から出射された超音波のエコーの周波数特性が高速フーリエ変換によって解析された、前記傾斜角度ごとのＦＦＴ解析データを格納しており、
前記探触子制御部は、
前記探触子が受信した前記エコーの周波数特性を高速フーリエ変換によって解析し、解析結果を前記エコーデータとして生成する超音波送受信装置。
【請求項2】
前記接触状態判断部は、前記ボルトへの前記探触子の接触状態が正常でないと判断した場合に、前記比較結果を示す比較結果信号を、前記ボルトを締めつけるナットランナに出力する請求項１に記載の超音波送受信装置。
【請求項3】
前記比較データ格納部は、前記比較データとして、ボルトへの前記探触子の正常な接触状態を示す正常データと、前記探触子の正常ではない接触状態を示す非正常データとを格納する請求項１または請求項２に記載の超音波送受信装置。
【請求項4】
コンピュータに、探触子からボルトに向けて超音波を送信させ、送信させた前記超音波のエコーを前記探触子に受信させる探触子制御処理と、
前記探触子によって受信された前記エコーを基にしたエコーデータと比較するための１以上の比較データを格納する比較データ格納処理と、
前記エコーデータと、前記比較データとを比較し、比較結果に基づいて前記ボルトへの前記探触子の接触状態を判断する接触状態判断処理と、
を実行させる超音波送受信プログラムであって、
前記比較データ格納処理では、
前記比較データを複数格納すると共に、
複数の前記比較データとして、試験用探触子の超音波出射面と、前記超音波出射面が設置されるボルト端面とのなす角度である複数の傾斜角度の傾斜角度ごとに出射された超音波のエコーの周波数特性が高速フーリエ変換によって解析された、前記傾斜角度ごとのＦＦＴ解析データを格納し、
前記探触子制御処理では、
前記探触子が受信した前記エコーの周波数特性を高速フーリエ変換によって解析し、解析結果を前記エコーデータとして生成する超音波送受信プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、探触子に超音波を送受信させる超音波送受信装置に関する。
【背景技術】
【0002】
超音波を発する探触子を用いてボルトの軸力を測定するボルト軸力測定装置がある（例えば、特許文献１）。超音波によって軸力値そのものでボルトの締結管理を行うことにより、軸力値のばらつきを低減できる。軸力値のばらつきを低減することで、ボルトの軽量化、低コスト化、締結物の性能向上が見込まれる。
【0003】
しかし、探触子を用いてボルトの軸力を測定するには、ボルトへの探触子の接触状態が正常かどうかを判定する必要がある。従来では、ボルトへの探触子の接触状態が正常かどうかの判定は、熟練したオペレータの判断にたよっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０２０－２０７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本開示は、オペレータの習熟度に頼ることなく、ボルトへの探触子の接触状態を判定する超音波送受信装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示に係る超音波送受信装置は、
探触子からボルトに向けて超音波を送信させ、送信させた前記超音波のエコーを前記探触子に受信させる探触子制御部と、
前記探触子によって受信された前記エコーを基にしたエコーデータと比較するための１以上の比較データを格納している比較データ格納部と、
前記エコーデータと、前記比較データとを比較し、比較結果に基づいて前記ボルトへの前記探触子の接触状態を判断する接触状態判断部と、
を備える。
探触子からボルトに向けて超音波を送信させ、送信させた前記超音波のエコーを前記探触子に受信させる探触子制御部と、
前記探触子によって受信された前記エコーを基にしたエコーデータと比較するための１以上の比較データを格納している比較データ格納部と、
前記エコーデータと、前記比較データとを比較し、比較結果に基づいて前記ボルトへの前記探触子の接触状態を判断する接触状態判断部と、
を備える。
【発明の効果】
【0007】
本開示の超音波送受信装置は比較データ格納部と接触状態判断部とを備えているので、オペレータの習熟度に頼ることなく、ボルトへの探触子の接触状態を判定できる超音波送受信装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施の形態１の図で、超音波送受信装置１００のハードウェア構成を示す図。
【図2】実施の形態１の図で、超音波によるボルトの軸力測定の原理を示す図。
【図3】実施の形態１の図で、超音波送受信装置１００の動作のフローチャート。
【図4】実施の形態１の図で、エコーデータ１１１Ａの測定を示す図。
【図6】実施の形態１の図で、傾斜角度θ＝０度におけるＦＦＴ解析結果の周波数スペクトルを示す図。
【図7】実施の形態１の図で、傾斜角度θ＝３度におけるＦＦＴ解析結果の周波数スペクトルを示す図。
【図8】実施の形態１の図で、傾斜角度θ＝４度におけるＦＦＴ解析結果の周波数スペクトルを示す図。
【図9】実施の形態１の図で、傾斜角度θ＝６度におけるＦＦＴ解析結果の周波数スペクトルを示す図。
【図10】実施の形態１の図で、傾斜角度θ＝０度におけるゲイン値７１．５ｄＢの生波形を示す図。
【図11】実施の形態１の図で、傾斜角度θ＝６度におけるゲイン値１０１．５ｄＢの生波形を示す図。
【図12】実施の形態１の図で、探触子２００の設置位置のバリエーションを示す図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。
【0010】
実施の形態１．
図１から図１２を参照して、実施の形態１の超音波送受信装置１００を説明する。超音波送受信装置１００は、超音波を用いてボルトの軸力を計算するボルト軸力測定装置として実現される。超音波送受信装置１００は、ボルトに設置されている探触子２００の発した超音波のエコーを用いて、ボルトの軸力を測定するための探触子２００自身がボルトに正常に接触しているかどうかを判定し、判定結果を出力する。よって、超音波送受信装置１００によれば、ボルト軸力測定装置を扱うオペレータの習熟度によらず、精度よくボルトの軸力を測定することが可能となる。以下に超音波送受信装置１００を詳しく説明する。
図１から図１２を参照して、実施の形態１の超音波送受信装置１００を説明する。超音波送受信装置１００は、超音波を用いてボルトの軸力を計算するボルト軸力測定装置として実現される。超音波送受信装置１００は、ボルトに設置されている探触子２００の発した超音波のエコーを用いて、ボルトの軸力を測定するための探触子２００自身がボルトに正常に接触しているかどうかを判定し、判定結果を出力する。よって、超音波送受信装置１００によれば、ボルト軸力測定装置を扱うオペレータの習熟度によらず、精度よくボルトの軸力を測定することが可能となる。以下に超音波送受信装置１００を詳しく説明する。
【0011】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１は、超音波送受信装置１００のハードウェア構成を示す。超音波送受信装置１００は、コンピュータである。超音波送受信装置１００はプロセッサ１１０を備える。超音波送受信装置１００は、プロセッサ１１０の他に、主記憶装置１２０、補助記憶装置１３０及び送受信装置１４０といった、他のハードウェアを備える。プロセッサ１１０は、信号線１５０を介して他のハードウェアと接続され、他のハードウェアを制御する。
図１は、超音波送受信装置１００のハードウェア構成を示す。超音波送受信装置１００は、コンピュータである。超音波送受信装置１００はプロセッサ１１０を備える。超音波送受信装置１００は、プロセッサ１１０の他に、主記憶装置１２０、補助記憶装置１３０及び送受信装置１４０といった、他のハードウェアを備える。プロセッサ１１０は、信号線１５０を介して他のハードウェアと接続され、他のハードウェアを制御する。
【0012】
超音波送受信装置１００は、機能要素として、探触子制御部１１１及び接触状態判断部１１２を備える。探触子制御部１１１及び接触状態判断部１１２の機能は、超音波送受信プログラム１０１により実現される。接触状態判断部１１２はナットランナ制御装置６２０に接続しており、ナットランナ制御装置６２０に比較結果信号１１２Ａを送信する。ナットランナ制御装置６２０は比較結果信号１１２Ａに従って、ナットランナ６１０を制御する。超音波送受信プログラム１０１は補助記憶装置１３０に格納されている。プロセッサ１１０は、超音波送受信プログラム１０１を実行する装置である。プロセッサ１１０は、演算処理を行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。プロセッサ１１０の具体例は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。
【0013】
主記憶装置１２０は記憶装置である。主記憶装置１２０の具体例は、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）である。主記憶装置１２０は、プロセッサ１１０の演算結果を保持する。
【0014】
補助記憶装置１３０は、データを不揮発的に保管する記憶装置である。補助記憶装置１３０は比較データ格納部である。補助記憶装置１３０の具体例は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）である。また、補助記憶装置１３０は、ＳＤ（登録商標）（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ）メモリカード、ＮＡＮＤフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ（登録商標）ディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）といった可搬記録媒体であってもよい。
補助記憶装置１３０は、超音波送受信プログラム１０１を記憶している。また補助記憶装置１３０は、探触子２００によって受信されたエコーを基にしたエコーデータ１１１Ａと比較するための１以上の比較データ１３１を格納している。エコーデータ１１１Ａ及び比較データ１３１は後述する。
なお、比較データ格納部である補助記憶装置１３０は、比較データ１３１として、ボルトへの探触子の正常な接触状態を示す正常データと、探触子の正常ではない接触状態を示す非正常データとの少なくともいずれかを格納している。例えば、後述する図５の傾斜角度θ＝０度における｛上限周波数、中心周波数、ピーク周波数及び下限周波数｝は、ボルトへの探触子の正常な接触状態を示す正常データである。また、図５の傾斜角度θ＝４度における｛上限周波数、中心周波数、ピーク周波数及び下限周波数｝は、ボルトへの探触子の正常ではない接触状態を示す非正常データである。
補助記憶装置１３０は、超音波送受信プログラム１０１を記憶している。また補助記憶装置１３０は、探触子２００によって受信されたエコーを基にしたエコーデータ１１１Ａと比較するための１以上の比較データ１３１を格納している。エコーデータ１１１Ａ及び比較データ１３１は後述する。
なお、比較データ格納部である補助記憶装置１３０は、比較データ１３１として、ボルトへの探触子の正常な接触状態を示す正常データと、探触子の正常ではない接触状態を示す非正常データとの少なくともいずれかを格納している。例えば、後述する図５の傾斜角度θ＝０度における｛上限周波数、中心周波数、ピーク周波数及び下限周波数｝は、ボルトへの探触子の正常な接触状態を示す正常データである。また、図５の傾斜角度θ＝４度における｛上限周波数、中心周波数、ピーク周波数及び下限周波数｝は、ボルトへの探触子の正常ではない接触状態を示す非正常データである。
【0015】
送受信装置１４０は、探触子２００に超音波を送信させ、探触子２００が受信したエコーを探触子２００から受信する。送受信装置１４０は探触子制御部１１１によって制御されることで、探触子２００に超音波を送信させ、探触子２００の送信した超音波のエコーを探触子２００から受信する。
【0016】
超音波送受信プログラム１０１は、探触子制御部１１１及び接触状態判断部１１２のような「～部」を、「～処理」、「～手順」あるいは「～工程」に読み替えた各処理、各手順あるいは各工程をコンピュータに実行させるプログラムである。
【0017】
また、超音波送信方法は、コンピュータである超音波送受信装置１００が超音波送受信プログラム１０１を実行することにより行われる方法である。なお、超音波送受信プログラム１０１は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納されて提供されてもよい。
【0018】
図１に示すように、探触子２００は接触媒質２１０を介してボルト３００のボルト頭３１０に設置される。接触媒質２１０は超音波の伝達を向上させるための媒質である。図１では、第２部材４２０にナット５００が溶接で固定されている。なお溶接は一つの例である。例えば後述の第１部材４１０及び第２部材４２０に雌ネジが形成されていてもよい。第１部材４１０と第２部材４２０とが重ねられている。第１部材４１０と第２部材４２０とに開けられた各貫通孔が連通しており、連通した各貫通孔にボルト３００のボルト軸３２０が通されている。ナットランナ６１０がボルト頭３１０に嵌っている。図１では、ボルト３００はナット５００に嵌ってはいるがナット５００に締め込まれていない状態とする。すなわち図１の状態では、ボルト３００に軸力は発生していないものとする。探触子２００の発した超音波はボルト底部３２１で反射され、エコーとなって探触子２００に受信される。
【0019】
図２は、超音波によるボルトの軸力測定の原理を示す。図２を参照して超音波によるボルトの軸力測定の原理を簡単に説明する。図２の左の寸法Ｌはボルト３００に軸力が発生していないときの長さである。図２の右側はボルト３００に軸力が発生している状態を示す。ボルト３００に軸力が発生すると、軸力が発生していない図２の左側の状態からボルト軸３２０は△Ｌだけ伸びる。超音波を用いるボルト軸力測定装置は、探触子２００の発する超音波によって「Ｌ＋△Ｌ」を測定し、「Ｌ＋△Ｌ」から既知のＬを引くことで△Ｌを求める。ボルト軸力測定装置は求めた△Ｌを軸力に換算する。この際、軸力を精度よく求めるには、探触子２００がボルト３００に正しく接触していることが必要である。そのため、超音波送受信装置１００は、探触子２００がボルト３００に正しく接触しているがどうかを、探触子２００の発する超音波のエコーで判定する。
【0020】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図３は、超音波送受信装置１００の動作を示すフローチャートである。図３を参照して、超音波送受信装置１００の動作を説明する。図３の各ステップにおける括弧書きは、そのステップの動作主体を示している。
図３は、超音波送受信装置１００の動作を示すフローチャートである。図３を参照して、超音波送受信装置１００の動作を説明する。図３の各ステップにおける括弧書きは、そのステップの動作主体を示している。
【0021】
＜ステップＳ１１＞
ステップＳ１１において、ボルト頭３１０に探触子２００が設置される。探触子２００はナットランナ６１０に取り付けられている。ナットランナ６１０がボルト３００のボルト頭３１０に接続する際に、同時に、探触子２００がボルト頭３１０に設置される。
ステップＳ１１において、ボルト頭３１０に探触子２００が設置される。探触子２００はナットランナ６１０に取り付けられている。ナットランナ６１０がボルト３００のボルト頭３１０に接続する際に、同時に、探触子２００がボルト頭３１０に設置される。
【0022】
＜ステップＳ１２＞
ステップＳ１２において、探触子制御部１１１は、探触子２００からボルト３００に向けて超音波を送信させ、送信させた超音波のエコーを探触子２００に受信させる。
後述するステップＳ１４では、接触状態判断部１１２は、エコーデータ１１１Ａと、比較データ１３１とを比較し、比較結果に基づいてボルトへの探触子２００の接触状態を判断するが、「接触状態」には、探触子２００がボルト３００に接触していない場合も含む。探触子２００がボルト３００に接触していない場合とは、例えば探触子２００が接触媒質２１０に接触していない場合、あるいは探触子２００が接触媒質２１０に接触しているが、接触媒質２１０がボルト３００に接触していない場合を含む。
探触子制御部１１１は送受信装置１４０を介して探触子２００に超音波を送信させ、この超音波のエコーを探触子２００及び送受信装置１４０を介して受信する。
ステップＳ１２において、探触子制御部１１１は、探触子２００からボルト３００に向けて超音波を送信させ、送信させた超音波のエコーを探触子２００に受信させる。
後述するステップＳ１４では、接触状態判断部１１２は、エコーデータ１１１Ａと、比較データ１３１とを比較し、比較結果に基づいてボルトへの探触子２００の接触状態を判断するが、「接触状態」には、探触子２００がボルト３００に接触していない場合も含む。探触子２００がボルト３００に接触していない場合とは、例えば探触子２００が接触媒質２１０に接触していない場合、あるいは探触子２００が接触媒質２１０に接触しているが、接触媒質２１０がボルト３００に接触していない場合を含む。
探触子制御部１１１は送受信装置１４０を介して探触子２００に超音波を送信させ、この超音波のエコーを探触子２００及び送受信装置１４０を介して受信する。
【0023】
＜ステップＳ１３＞
ステップＳ１３において、探触子制御部１１１は、受信したエコーの信号波形をＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）解析する。以下では、エコーの信号波形に対するＦＦＴ解析の結果をエコーデータ１１１Ａと表記する。探触子制御部１１１は、エコーデータ１１１Ａを補助記憶装置１３０に格納する。
ステップＳ１３において、探触子制御部１１１は、受信したエコーの信号波形をＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）解析する。以下では、エコーの信号波形に対するＦＦＴ解析の結果をエコーデータ１１１Ａと表記する。探触子制御部１１１は、エコーデータ１１１Ａを補助記憶装置１３０に格納する。
【0024】
＜ステップＳ１４＞
ステップＳ１４において、接触状態判断部１１２は、エコーデータ１１１Ａと、比較データ１３１とを比較し、比較結果に基づいてボルトへの探触子２００の接触状態を判断する。具体的には以下のように判断する。
比較データ格納部である補助記憶装置１３０は、比較データ１３１として、超音波のエコーをＦＦＴ解析したＦＦＴ解析データを格納している。また探触子制御部１１１は、探触子２００が受信したエコーをＦＦＴ解析し、解析結果をエコーデータ１１１Ａとして生成する。
具体的には、接触状態判断部１１２は、補助記憶装置１３０からエコーデータ１１１Ａと比較データ１３１を読み込み、エコーデータ１１１Ａと比較データ１３１とを比較する。比較データ１３１は、超音波のエコーをＦＦＴ解析したデータである。比較データ１３１は主として以下の（Ａ）から（Ｄ）のようなデータである。（Ａ）から（Ｄ）の各比較データ１３１は、ＦＦＴ解析の周波数スペクトルにおける、上限周波数、中心周波数、ピーク周波数及び下限周波数を要素に有する集合として表すことができる。比較データ１３１はＦＦＴ解析結果のデータベースの形態で補助記憶装置１３０に格納されている。
（Ａ）比較データ１３１は、ボルトへの探触子の接触状態が正常なエコーのＦＦＴ解析結果のデータである。
（Ｂ）比較データ１３１は、摩耗している探触子の発振した超音波のエコーのＦＦＴ解析結果のデータである。
（Ｃ）比較データ１３１は、探触子とボルトとの間に異物が存在している場合に、その探触子の発振した超音波のエコーのＦＦＴ解析結果のデータである。
（Ｄ）ボルトに異常がある場合に、そのボルトに設置されている探触子の発振した超音波のエコーのＦＦＴ解析結果のデータである。
ステップＳ１４において、接触状態判断部１１２は、エコーデータ１１１Ａと、比較データ１３１とを比較し、比較結果に基づいてボルトへの探触子２００の接触状態を判断する。具体的には以下のように判断する。
比較データ格納部である補助記憶装置１３０は、比較データ１３１として、超音波のエコーをＦＦＴ解析したＦＦＴ解析データを格納している。また探触子制御部１１１は、探触子２００が受信したエコーをＦＦＴ解析し、解析結果をエコーデータ１１１Ａとして生成する。
具体的には、接触状態判断部１１２は、補助記憶装置１３０からエコーデータ１１１Ａと比較データ１３１を読み込み、エコーデータ１１１Ａと比較データ１３１とを比較する。比較データ１３１は、超音波のエコーをＦＦＴ解析したデータである。比較データ１３１は主として以下の（Ａ）から（Ｄ）のようなデータである。（Ａ）から（Ｄ）の各比較データ１３１は、ＦＦＴ解析の周波数スペクトルにおける、上限周波数、中心周波数、ピーク周波数及び下限周波数を要素に有する集合として表すことができる。比較データ１３１はＦＦＴ解析結果のデータベースの形態で補助記憶装置１３０に格納されている。
（Ａ）比較データ１３１は、ボルトへの探触子の接触状態が正常なエコーのＦＦＴ解析結果のデータである。
（Ｂ）比較データ１３１は、摩耗している探触子の発振した超音波のエコーのＦＦＴ解析結果のデータである。
（Ｃ）比較データ１３１は、探触子とボルトとの間に異物が存在している場合に、その探触子の発振した超音波のエコーのＦＦＴ解析結果のデータである。
（Ｄ）ボルトに異常がある場合に、そのボルトに設置されている探触子の発振した超音波のエコーのＦＦＴ解析結果のデータである。
【0025】
＜ステップＳ１５＞
ステップＳ１５において、接触状態判断部１１２は、エコーデータ１１１Ａと比較データ１３１との比較結果により、ボルト３００への探触子２００の接触状態が正常かどうかを判定する。接触状態判断部１１２が正常と判定した場合、処理はステップＳ１６に進む。接触状態判断部１１２が正常ではない判定した場合、処理はステップＳ１７に進む。
ステップＳ１５において、接触状態判断部１１２は、エコーデータ１１１Ａと比較データ１３１との比較結果により、ボルト３００への探触子２００の接触状態が正常かどうかを判定する。接触状態判断部１１２が正常と判定した場合、処理はステップＳ１６に進む。接触状態判断部１１２が正常ではない判定した場合、処理はステップＳ１７に進む。
【0026】
＜ステップＳ１６＞
ステップＳ１６において、接触状態判断部１１２は、比較結果信号１１２Ａとして正常信号をナットランナ制御装置６２０に送信する。ナットランナ制御装置６２０は比較結果信号１１２Ａとして正常信号を受信すると、ナットランナ６１０にボルト３００の締め付け処理を継続させる。この場合、探触子２００はボルト３００の軸力測定に使用される。
ステップＳ１６において、接触状態判断部１１２は、比較結果信号１１２Ａとして正常信号をナットランナ制御装置６２０に送信する。ナットランナ制御装置６２０は比較結果信号１１２Ａとして正常信号を受信すると、ナットランナ６１０にボルト３００の締め付け処理を継続させる。この場合、探触子２００はボルト３００の軸力測定に使用される。
【0027】
＜ステップＳ１７＞
ステップＳ１７において、接触状態判断部１１２は、ボルト３００への探触子２００の接触状態が正常でないと判定した場合に、比較結果を示す比較結果信号１１２Ａを、ボルトを締めつけるナットランナ６１０に出力する。具体的には接触状態判断部１１２は、比較結果信号１１２Ａとして異常信号をナットランナ制御装置６２０に送信する。ナットランナ制御装置６２０は比較結果信号１１２Ａとして異常信号を受信すると、ナットランナ６１０にボルト３００の締め付け処理を中止させる。
ステップＳ１７において、接触状態判断部１１２は、ボルト３００への探触子２００の接触状態が正常でないと判定した場合に、比較結果を示す比較結果信号１１２Ａを、ボルトを締めつけるナットランナ６１０に出力する。具体的には接触状態判断部１１２は、比較結果信号１１２Ａとして異常信号をナットランナ制御装置６２０に送信する。ナットランナ制御装置６２０は比較結果信号１１２Ａとして異常信号を受信すると、ナットランナ６１０にボルト３００の締め付け処理を中止させる。
【0028】
＜比較データ１３１の具体例＞
図４から図１１を参照して比較データ１３１を具体的に説明する。
図４は、試験用ボルト８２０の端面８２１と、試験用探触子８１０の超音波の出射面８１１との角度θを１度ピッチで変えて、エコーの信号波形及びそのエコーデータ１１１Ａを取得した測定を示す。角度θを以下、傾斜角度θと呼ぶ。
図５は、図４の測定結果を示す。横軸は傾斜角度θであり単位は度である。縦軸はＦＦＴ解析における各周波数を示し、単位はＭＨｚである。図５の右にグラフの種類を示している。一点鎖線は上限周波数を示す。実線は中心周波数を示す。点線はピーク周波数を示す。二点鎖線は下限周波数を示す。
図４から図１１を参照して比較データ１３１を具体的に説明する。
図４は、試験用ボルト８２０の端面８２１と、試験用探触子８１０の超音波の出射面８１１との角度θを１度ピッチで変えて、エコーの信号波形及びそのエコーデータ１１１Ａを取得した測定を示す。角度θを以下、傾斜角度θと呼ぶ。
図５は、図４の測定結果を示す。横軸は傾斜角度θであり単位は度である。縦軸はＦＦＴ解析における各周波数を示し、単位はＭＨｚである。図５の右にグラフの種類を示している。一点鎖線は上限周波数を示す。実線は中心周波数を示す。点線はピーク周波数を示す。二点鎖線は下限周波数を示す。
【0029】
図６は、傾斜角度θ＝０度におけるＦＦＴ解析結果の周波数スペクトルを示す。図６の結果が図５の傾斜角度θ＝０度の値である。図６の右側はＦＦＴ解析結果の元になる生波形である。
図７は、傾斜角度θ＝３度におけるＦＦＴ解析結果の周波数スペクトルを示す。図７の結果が図５の傾斜角度θ＝３度の値である。図７の右側はＦＦＴ解析結果の元になる生波形である。
図８は、傾斜角度θ＝４度におけるＦＦＴ解析結果の周波数スペクトルを示す。図８の結果が図５の傾斜角度θ＝４度の値である。図８の右側はＦＦＴ解析結果の元になる生波形である。
図９は、傾斜角度θ＝６度におけるＦＦＴ解析結果の周波数スペクトルを示す。図９の結果が図５の傾斜角度θ＝６度の値である。図９の右側はＦＦＴ解析結果の元になる生波形である。
図１０は、傾斜角度θ＝０度におけるＦＦＴ解析の元になるゲイン値７１．５ｄＢの生波形を示す。
図１１は、傾斜角度θ＝６度におけるＦＦＴ解析の元になるゲイン値１０１．５ｄＢ生波形を示す。
図７は、傾斜角度θ＝３度におけるＦＦＴ解析結果の周波数スペクトルを示す。図７の結果が図５の傾斜角度θ＝３度の値である。図７の右側はＦＦＴ解析結果の元になる生波形である。
図８は、傾斜角度θ＝４度におけるＦＦＴ解析結果の周波数スペクトルを示す。図８の結果が図５の傾斜角度θ＝４度の値である。図８の右側はＦＦＴ解析結果の元になる生波形である。
図９は、傾斜角度θ＝６度におけるＦＦＴ解析結果の周波数スペクトルを示す。図９の結果が図５の傾斜角度θ＝６度の値である。図９の右側はＦＦＴ解析結果の元になる生波形である。
図１０は、傾斜角度θ＝０度におけるＦＦＴ解析の元になるゲイン値７１．５ｄＢの生波形を示す。
図１１は、傾斜角度θ＝６度におけるＦＦＴ解析の元になるゲイン値１０１．５ｄＢ生波形を示す。
【0030】
図５に示すように、傾斜角度θがゼロ度からだんだん大きくなると周波数が下がる。特に、上限周波数が下がっている。よって、ボルトへの探触子の接触状態が正常かどうかの判定手法として、ＦＦＴ解析結果における周波数の下降を使用することができる。
【0031】
また、傾斜角度θ＝０度、傾斜角度θ＝３度、傾斜角度θ＝４度、傾斜角度θ＝６度を示す、図６、図７、図８、図９をみると、傾斜角度θがゼロ度から次第に大きくなると、図７から図９に丸の破線で示すように、パワースペクトルの両サイドに周波数帯が現れる。この両サイドの周波数帯を、ボルトへの探触子の接触状態が正常かどうかの判定手法として利用することができる。
【0032】
また、傾斜角度θ＝０度、傾斜角度θ＝６度の生データを示す図１０、図１１をみると、丸の破線で示すように、傾斜角度θがゼロ度から次第に大きくなると反射波のレベルが下がり、ゲイン値を上げることによりノイズレベルが上昇している。図１０のゲイン値は７１．５ｄＢ，図１１のゲイン値は１０１．５ｄＢである。この傾斜角度θの増大に伴うノイズレベルの上昇をボルトへの探触子の接触状態が正常かどうかの判定手法として利用することができる。
【0033】
また、エコー高さを、ボルトへの探触子の接触状態が正常かどうかの判定手法として利用することもできる。
【0034】
さらに、接触状態判断部１１２は、ボルトへの探触子の接触状態が正常かどうかの判定手法として以下の判定手法を採用することができる。接触状態判断部１１２はステップＳ１４で述べた（Ａ）から（Ｄ）の比較データ１３１に対して、以下の（１）から（３）の判定手法を採用することができる。
（１）接触状態判断部１１２は、エコーデータ１１１Ａと比較データ１３１との｛上限周波数、中心周波数、ピーク周波数及び下限周波数｝を比較して判定する。
（２）図５における、「ピーク周波数と上限周波数との差、及び、ピーク周波数と下限周波数との差」を、ボルトへの探触子の接触状態が正常かどうかの判定手法として用いる。つまり、接触状態判断部１１２は、エコーデータ１１１Ａと比較データ１３１との、「ピーク周波数と上限周波数との差、及び、ピーク周波数と下限周波数との差」を比較して判定する。
（３）接触状態判断部１１２は、エコーデータ１１１Ａの周波数スペクトルと、比較データ１３１の周波数スペクトルとを比較し判定する。
（１）接触状態判断部１１２は、エコーデータ１１１Ａと比較データ１３１との｛上限周波数、中心周波数、ピーク周波数及び下限周波数｝を比較して判定する。
（２）図５における、「ピーク周波数と上限周波数との差、及び、ピーク周波数と下限周波数との差」を、ボルトへの探触子の接触状態が正常かどうかの判定手法として用いる。つまり、接触状態判断部１１２は、エコーデータ１１１Ａと比較データ１３１との、「ピーク周波数と上限周波数との差、及び、ピーク周波数と下限周波数との差」を比較して判定する。
（３）接触状態判断部１１２は、エコーデータ１１１Ａの周波数スペクトルと、比較データ１３１の周波数スペクトルとを比較し判定する。
【0035】
実施の形態１の超音波送受信装置１００は、ボルトへの探触子の接触状態が正常かどうかを判定するので、熟練したオペレータによる人手による判定が不要となる。よって、人手に頼ることなく安定したボルトの軸力管理が可能になる。
また、超音波送受信装置１００は、ボルトへの探触子の接触状態が正常でないと判定した場合にはナットランナ制御装置６２０へ異常信号を送信するので、ボルトへの探触子の接触状態が正常でない状態でのボルト締め付けを防止できる。
また、超音波送受信装置１００は、ボルトへの探触子の接触状態が正常でないと判定した場合にはナットランナ制御装置６２０へ異常信号を送信するので、ボルトへの探触子の接触状態が正常でない状態でのボルト締め付けを防止できる。
【0036】
図１２は、探触子２００の設置位置のバリエーションを示す。図１では、探触子２００はボルト頭３１０に設置したが、図１２の設置位置１に示すように、ボルト底部３２１に探触子２００を設置してもよい。この場合、探触子２００の検出するエコーはボルト頭３１０で反射されたエコーである。また、図１ではボルト３００への探触子２００の接触状態を判定したが、設置位置２に示すように、ボルト頭３１０のないボルト７００に探触子２００を設置してもよい。設置位置２では探触子２００は、ボルト軸７２０の一方の端部の端面に設置される。ボルト７００はナット５００及びナット５１０で締め付けられる。また、設置位置３に示すように、設置位置２に対して、探触子２００はボルト軸７２０の他方の端部の端面に設置されてもよい。
【0037】
実施の形態１の超音波送受信装置１００は、以上のようにエコー波形をＦＦＴ解析した結果を使用する。接触状態判断部１１２はデータベース化されたＦＦＴ解析結果である比較データ１３１を用いて、エコーデータ１１１Ａと、比較データ１３１との比較により探触子２００の接触状態を判定する。
なお、超音波送受信装置１００では、軸力測定前の探触子設置時だけでなく、ボルトの軸力測定中も接触状態判断部１１２が判定を実施する。すなわち、図３のステップＳ１２以降のステップは、軸力測定前の探触子設置時だけでなく、ボルトの軸力測定中も実施される。
なお、超音波送受信装置１００では、軸力測定前の探触子設置時だけでなく、ボルトの軸力測定中も接触状態判断部１１２が判定を実施する。すなわち、図３のステップＳ１２以降のステップは、軸力測定前の探触子設置時だけでなく、ボルトの軸力測定中も実施される。
【符号の説明】
【0038】
１００ 超音波送受信装置、１０１ 超音波送受信プログラム、１１０ プロセッサ、１１１ 探触子制御部、１１１Ａ エコーデータ、１１２ 接触状態判断部、１１２Ａ 比較結果信号、１２０ 主記憶装置、１３０ 補助記憶装置、１３１ 比較データ、１４０ 送受信装置、２００ 探触子、２１０ 接触媒質、３００ ボルト、３１０ ボルト頭、３２０ ボルト軸、３２１ ボルト底部、４１０ 第１部材、４２０ 第２部材、５００，５１０ ナット、６１０ ナットランナ、６２０ ナットランナ制御装置、７００ ボルト、７２０ ボルト軸、７２１ 底部、８１０ 試験用探触子、８２０ 試験用ボルト。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】