JP2020148504A - Looseness detection system of axial force member and looseness detection method of axial force member - Google Patents
Looseness detection system of axial force member and looseness detection method of axial force member Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020148504A JP2020148504A JP2019044199A JP2019044199A JP2020148504A JP 2020148504 A JP2020148504 A JP 2020148504A JP 2019044199 A JP2019044199 A JP 2019044199A JP 2019044199 A JP2019044199 A JP 2019044199A JP 2020148504 A JP2020148504 A JP 2020148504A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axial force
- vibration
- bolt
- force member
- looseness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
【課題】振動検知装置の測定結果に基づいて軸力部材の緩みを段階的に判定することが可能な軸力部材の緩み検知システムを提供する。
【解決手段】外力が加えられたボルトから発生する振動によって軸力を判定するボルトの緩み検知システムである。
そして、軸力が既知のボルトから発生する振動によって得られた複数の固有振動数に基づいて軸力推定式を作成する推定式作成部４２と、検査対象ボルトに外力を加えるための加振装置２と、それによって発生したボルト振動を測定する振動検知装置３と、検知されたボルト振動を周波数分析することで取得されたピーク振動数及び振幅の中から、複数の値を軸力推定式に入力することで検査対象ボルトの軸力を推定する軸力推定部４３と、その推定結果に基づいて検査対象ボルトの緩みを判定する緩み判定部４４とを備えている。
【選択図】図１PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a looseness detection system of an axial force member capable of stepwise determining looseness of an axial force member based on a measurement result of a vibration detection device.
SOLUTION: This is a bolt loosening detection system that determines an axial force by vibration generated from a bolt to which an external force is applied.
Then, an estimation formula creation unit 42 that creates an axial force estimation formula based on a plurality of natural frequencies obtained by vibration generated from a bolt whose axial force is known, and a vibrating device for applying an external force to the bolt to be inspected. From 2 and the vibration detection device 3 that measures the bolt vibration generated by it, and the peak frequency and amplitude obtained by frequency analysis of the detected bolt vibration, a plurality of values are used in the axial force estimation formula. It includes an axial force estimation unit 43 that estimates the axial force of the inspection target bolt by inputting, and a looseness determination unit 44 that determines looseness of the inspection target bolt based on the estimation result.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、外力が加えられた軸力部材から発生する振動によって軸力を判定する軸力部材の緩み検知システム、及び軸力部材の緩み検知方法に関するものである。 The present invention relates to a looseness detection system for an axial force member that determines an axial force by vibration generated from an axial force member to which an external force is applied, and a looseness detection method for the axial force member.
特許文献１に開示されているように、ボルトをハンマで打撃した際に発生する打音からボルトの緩みを判定する装置が知られている。この特許文献１のボルトの緩み判定装置では、マイクロホンで打音を検出し、アナログ帯域フィルタにより各周波数帯の時系列信号に分離し、その時系列信号を整流してピークホールドすることによって、各周波数帯における瞬間的な最大値を抽出する。 As disclosed in Patent Document 1, there is known a device for determining looseness of a bolt from a hitting sound generated when the bolt is hit with a hammer. In the bolt loosening determination device of Patent Document 1, the tapping sound is detected by a microphone, separated into time-series signals of each frequency band by an analog band filter, and the time-series signals are rectified and peak-held to hold each frequency. Extract the instantaneous maximum value in the band.
一方、ハンマで打撃した際の加振力は、加振力センサで検出して、比率演算器により外力基準値との比率を求める。そして、打音から抽出された最大値を比率演算器にて算出した比率を基に補正し、比較器において予め設定された振動基準値と比較して、所定の関係から外れたときの比較結果信号を出力する。 On the other hand, the exciting force when hit with a hammer is detected by the exciting force sensor, and the ratio with the external force reference value is obtained by the ratio calculator. Then, the maximum value extracted from the tapping sound is corrected based on the ratio calculated by the ratio calculator, compared with the vibration reference value preset in the comparator, and the comparison result when the relationship deviates from the predetermined relationship. Output a signal.
さらに警報器によって、比較結果信号の数が例えば３個以上の場合に、異常としての警報を行う。要するにこの装置では、入力信号の大きさと、各周波数帯の最大値とを比較することで緩みを検知して、緩みが検知された場合に警報を行う。 Further, when the number of comparison result signals is, for example, 3 or more by the alarm device, an alarm as an abnormality is given. In short, this device detects looseness by comparing the magnitude of the input signal with the maximum value of each frequency band, and issues an alarm when looseness is detected.
しかしながら、上記した特許文献１のボルトの緩み判定装置は、ボルトが緩んだことを警報器によって報知させる装置であるため、初期や中期の緩みは検出されず、警報しなければならない状態まで緩みが進行しないと、検査員は気付くことができない。 However, since the bolt loosening determination device of Patent Document 1 described above is a device that notifies that the bolt has loosened by an alarm device, the initial or medium-term looseness is not detected, and the looseness reaches a state where an alarm must be given. If it does not progress, the inspector will not be able to notice.
また、検査員がハンマで打撃を行い、緩みを判断する方法では、検査対象が、検査員の接近できるボルトに限られる。さらに、打撃時の加振力や打音などを複数のセンサでそれぞれ検知させて、それらの入力信号を用いて判定を行う場合には、計測機器が増え、信号処理が複雑となる。 In addition, in the method in which the inspector hits with a hammer to determine looseness, the inspection target is limited to the bolts that the inspector can approach. Further, when a plurality of sensors detect the excitation force and the tapping sound at the time of striking and make a judgment using those input signals, the number of measuring devices increases and the signal processing becomes complicated.
そこで、本発明は、振動検知装置の測定結果に基づいて軸力部材の緩みを段階的に判定することが可能な軸力部材の緩み検知システム及び軸力部材の緩み検知方法を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention provides a looseness detection system for the axial force member and a looseness detection method for the axial force member, which can determine the looseness of the axial force member stepwise based on the measurement result of the vibration detection device. I am aiming.
前記目的を達成するために、本発明の軸力部材の緩み検知システムは、外力が加えられた軸力部材から発生する振動によって軸力を判定する軸力部材の緩み検知システムであって、軸力が既知の軸力部材から発生する振動によって得られた複数の固有振動数に基づいて軸力推定式を作成する推定式作成部と、検査対象軸力部材に外力を加えるための加振装置と、前記加振装置によって加えられた外力によって発生した前記検査対象軸力部材の軸力部材振動を測定する振動検知装置と、前記振動検知装置によって検知された前記軸力部材振動を周波数分析することで取得されたピーク振動数及び振幅の中から、複数の値を前記軸力推定式に入力することで前記検査対象軸力部材の軸力を推定する軸力推定部と、前記軸力推定部の推定結果に基づいて前記検査対象軸力部材の緩みを判定する緩み判定部とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the looseness detection system for the axial force member of the present invention is a looseness detection system for the axial force member that determines the axial force by the vibration generated from the axial force member to which an external force is applied. An estimation formula creation unit that creates an axial force estimation formula based on a plurality of natural frequencies obtained by vibration generated from a vibration member whose force is known, and a vibration exciter for applying an external force to the axial force member to be inspected. And, the vibration detection device for measuring the vibration of the axial force member of the axial force member to be inspected generated by the external force applied by the vibration detection device and the axial force member vibration detected by the vibration detection device are frequency-analyzed. Axial force estimation unit that estimates the axial force of the axial force member to be inspected by inputting a plurality of values into the axial force estimation formula from the peak frequency and amplitude obtained by the above, and the axial force estimation unit. It is characterized by including a looseness determination unit for determining looseness of the axial force member to be inspected based on the estimation result of the unit.
ここで、前記軸力部材としては、ボルトが適用できる。また、前記軸力推定式の作成には、５００Ｈｚから６ｋＨｚの範囲に発生する２個から４個のピーク振動数が固有振動数として使用されることが好ましい。また、前記加振装置は、前記検査対象軸力部材の頭部を打撃する打鍵装置、又はＹＡＧレーザを照射する加振用レーザ装置である構成とすることができる。 Here, a bolt can be applied as the axial force member. Further, in creating the axial force estimation formula, it is preferable that two to four peak frequencies generated in the range of 500 Hz to 6 kHz are used as natural frequencies. Further, the vibration device may be configured to be a keying device that strikes the head of the axial force member to be inspected, or a vibration laser device that irradiates a YAG laser.
さらに、前記振動検知装置は、外力が加えられたことにより前記検査対象軸力部材から発生する音を測定する集音装置、又は振動を測定するレーザ振動計である構成とすることができる。 Further, the vibration detection device may be configured to be a sound collecting device that measures the sound generated from the axial force member to be inspected when an external force is applied, or a laser vibrometer that measures the vibration.
また、軸力部材の緩み検知方法の発明は、外力が加えられた軸力部材から発生する振動によって軸力を判定する軸力部材の緩み検知方法であって、軸力が既知の軸力部材を使用して、発生する振動から取得された複数の固有振動数に基づいて軸力推定式を作成するステップと、検査対象軸力部材に対して外力を与えるステップと、前記外力によって発生した前記検査対象軸力部材の軸力部材振動を測定するステップと、測定された前記軸力部材振動を周波数分析することで取得されたピーク振動数及び振幅の中から、複数の値を前記軸力推定式に入力することで前記検査対象軸力部材の軸力を推定するステップと、前記軸力の推定結果に基づいて前記検査対象軸力部材の緩みを判定するステップとを備えたことを特徴とする。ここで、前記軸力部材としては、ボルトが適用できる。また、前記軸力推定式の作成には、５００Ｈｚから６ｋＨｚの範囲に発生する２個から４個のピーク振動数及び振幅を使用することが好ましい。 Further, the invention of the method for detecting the looseness of the axial force member is a method for detecting the looseness of the axial force member for determining the axial force by the vibration generated from the axial force member to which an external force is applied, and the axial force member having a known axial force. To create an axial force estimation formula based on a plurality of natural frequencies obtained from the generated vibrations, a step to apply an external force to the axial force member to be inspected, and the step generated by the external force. A plurality of values are estimated from the steps of measuring the axial force member vibration of the axial force member to be inspected and the peak frequency and amplitude obtained by frequency analysis of the measured axial force member vibration. It is characterized by including a step of estimating the axial force of the axial force member to be inspected by inputting it into a formula and a step of determining looseness of the axial force member to be inspected based on the estimation result of the axial force. To do. Here, a bolt can be applied as the axial force member. Further, it is preferable to use 2 to 4 peak frequencies and amplitudes generated in the range of 500 Hz to 6 kHz for creating the axial force estimation formula.
このように構成された本発明の軸力部材の緩み検知システムは、軸力が既知の軸力部材から発生する振動によって得られた複数の固有振動数に基づいて軸力推定式を作成する推定式作成部を備えている。 The looseness detection system of the axial force member of the present invention configured in this way is an estimation that creates an axial force estimation formula based on a plurality of natural frequencies obtained by vibration generated from an axial force member whose axial force is known. It has an expression creation unit.
そして、加振装置によって検査対象軸力部材に外力を加えたことで発生した軸力部材振動を振動検知装置で測定し、その軸力部材振動を周波数分析することで取得されたピーク振動数及び振幅の中から複数の値を軸力推定式に入力することで、軸力推定部によって検査対象軸力部材の軸力を推定するとともに、検査対象軸力部材の緩みを緩み判定部で判定する。 Then, the vibration of the axial force member generated by applying an external force to the axial force member to be inspected by the vibration exciter is measured by the vibration detection device, and the peak frequency and the peak frequency obtained by frequency analysis of the axial force member vibration are performed. By inputting a plurality of values from the amplitude into the axial force estimation formula, the axial force estimation unit estimates the axial force of the axial force member to be inspected, and the looseness determination unit determines the looseness of the axial force member to be inspected. ..
このように複数の固有振動数に基づいて作成された軸力推定式を使用することで、軸力部材の緩みを段階的に判定することができるようになる。また、検査対象軸力部材の検査時に検知させる入力データは、振動検知装置の測定結果だけでよいので、比較的簡単な構成にすることができる。 By using the axial force estimation formula created based on the plurality of natural frequencies in this way, it becomes possible to determine the looseness of the axial force member step by step. Further, since the input data to be detected at the time of inspecting the axial force member to be inspected is only the measurement result of the vibration detection device, a relatively simple configuration can be made.
また、軸力部材の緩み検知方法の発明では、軸力が既知の軸力部材から発生する振動によって得られた複数の固有振動数に基づいて軸力推定式を作成してから、検査対象軸力部材から発生した軸力部材振動を周波数分析し、前記軸力推定式によって検査対象軸力部材の軸力を推定する。そして、その軸力の推定結果から検査対象軸力部材の緩みを判定する。 Further, in the invention of the method for detecting looseness of an axial force member, an axial force estimation formula is created based on a plurality of natural frequencies obtained by vibration generated from an axial force member whose axial force is known, and then the shaft to be inspected. The vibration of the axial force member generated from the force member is frequency-analyzed, and the axial force of the axial force member to be inspected is estimated by the axial force estimation formula. Then, the looseness of the axial force member to be inspected is determined from the estimation result of the axial force.
このように複数の固有振動数に基づいて作成された軸力推定式を使用して、上記したステップで検査対象軸力部材の緩みを判定することで、軸力部材の緩みを段階的に把握することができるようになる。 By using the axial force estimation formula created based on a plurality of natural frequencies in this way to determine the looseness of the axial force member to be inspected in the above steps, the looseness of the axial force member can be grasped step by step. You will be able to.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の軸力部材の緩み検知システムであるボルトの緩み検知システムの構成を説明するブロック図、図２は本実施の形態の軸力部材の緩み検知方法であるボルトの緩み検知方法の処理の流れを説明する図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a bolt loosening detection system, which is a loosening detection system for axial force members of the present embodiment, and FIG. 2 is a block diagram for explaining a looseness detection system for axial force members of the present embodiment. It is a figure explaining the process flow of the looseness detection method.
本実施の形態のボルトの緩み検知システムは、外力が加えられた軸力部材であるボルトから発生する振動によって軸力（ボルトの締結力）を判定するためのシステムである。このボルトの緩み検知システムは、図１に示すように、検査対象軸力部材である検査対象ボルトに外力を加えるための加振装置２と、加振装置２によって加えられた外力によって発生した検査対象ボルトの軸力部材振動であるボルト振動（応答振動）を測定する振動検知装置３と、処理演算部４と、入力部１１及び出力部１２とによって主に構成される。 The bolt loosening detection system of the present embodiment is a system for determining an axial force (bolt fastening force) by vibration generated from a bolt which is an axial force member to which an external force is applied. As shown in FIG. 1, this bolt loosening detection system includes a vibration device 2 for applying an external force to the inspection target bolt, which is an inspection target axial force member, and an inspection generated by the external force applied by the vibration device 2. It is mainly composed of a vibration detection device 3 for measuring bolt vibration (response vibration) which is an axial force member vibration of a target bolt, a processing calculation unit 4, an input unit 11 and an output unit 12.
入力部１１は、軸力推定式の作成やボルト緩みを判定する際に必要となる各種設定や、後述する入力データ以外のデータなどの入力を行うための手段である。入力部１１には、キーボード、マウス、入力データが記録された記憶媒体などが該当する。 The input unit 11 is a means for inputting various settings necessary for creating an axial force estimation formula and determining bolt looseness, and inputting data other than the input data described later. The input unit 11 corresponds to a keyboard, a mouse, a storage medium on which input data is recorded, and the like.
一方、出力部１２は、作成された軸力推定式や軸力の推定値や緩みの判定結果などを出力する手段である。ディスプレイ、プリンタ、出力データを記録する記憶媒体などが該当する。入力部１１及び出力部１２の記憶媒体には、ＳＤメモリーカードやＵＳＢメモリなどのフラッシュメモリ、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、ハードディスクなどが使用できる。 On the other hand, the output unit 12 is a means for outputting the created axial force estimation formula, the estimated value of the axial force, the determination result of looseness, and the like. This includes displays, printers, storage media for recording output data, and the like. As the storage medium of the input unit 11 and the output unit 12, a flash memory such as an SD memory card or a USB memory, a solid state drive (SSD), a hard disk, or the like can be used.
加振装置２は、ボルトに外力を加えることができる装置であれば、いずれの形態であってもよい。例えば、ハンマや錘などの鍵２０で直接、ボルトを打撃する打鍵装置２Ａ（図４参照）を加振装置２として使用することができる。この打鍵装置２Ａは、モータとカムとバネなどを組み合わせることで、鍵２０を一定時間間隔で動かすことができる装置である。 The vibrating device 2 may be in any form as long as it can apply an external force to the bolt. For example, a key striking device 2A (see FIG. 4) that directly hits a bolt with a key 20 such as a hammer or a weight can be used as the vibrating device 2. The key pressing device 2A is a device capable of moving the key 20 at regular time intervals by combining a motor, a cam, a spring, and the like.
また、可視光のＹＡＧレーザを照射する加振用レーザ装置２Ｂ（図６参照）を加振装置２として使用することもできる。ＹＡＧレーザ（Yttrium Aluminum Garnetを用いた固体レーザ）をボルト面に当てると、表面材料のアブレーション（イオン化）により衝撃が発生するので、これによってボルトに振動を生じさせることができる。 Further, the vibration laser device 2B (see FIG. 6) that irradiates the YAG laser of visible light can also be used as the vibration device 2. When a YAG laser (solid-state laser using Yttrium Aluminum Garnet) is applied to the bolt surface, an impact is generated by the ablation (ionization) of the surface material, which can cause the bolt to vibrate.
一方、振動検知装置３は、打鍵装置２Ａや加振用レーザ装置２Ｂによってボルトに与えられた打撃によって発生した振動（ボルト振動）を測定できる装置であれば、いずれの形態であってもよい。 On the other hand, the vibration detection device 3 may be in any form as long as it can measure the vibration (bolt vibration) generated by the impact given to the bolt by the key pressing device 2A or the vibration laser device 2B.
例えば、ボルトを打撃した際に発生する打音を検知する集音装置３Ａ（図４参照）を振動検知装置３として使用することができる。集音装置３Ａは、打音を電気信号に変換するマイクロホンと、変換された電気信号を増幅する増幅器とを備えている。 For example, a sound collecting device 3A (see FIG. 4) that detects a hitting sound generated when a bolt is hit can be used as the vibration detecting device 3. The sound collecting device 3A includes a microphone that converts a tapping sound into an electric signal, and an amplifier that amplifies the converted electric signal.
また、振動を遠方から検知することが可能なドップラーレーザを利用したレーザ振動計３Ｂ（図６参照）を振動検知装置３として使用することもできる。レーザ振動計３Ｂは、レーザ光を照射するセンサヘッドと、反射されたレーザ光を受光する受光素子とを備えている。例えば、ボルト面が打撃によって振動していれば、振動するボルト面から反射されたレーザ光はドップラーシフトしたレーザ光となっており、周波数（速度）の変化が電圧に変換されて振動現象として検出することができる。 Further, a laser vibrometer 3B (see FIG. 6) using a Doppler laser capable of detecting vibration from a distance can also be used as the vibration detection device 3. The laser vibrometer 3B includes a sensor head that irradiates a laser beam and a light receiving element that receives the reflected laser beam. For example, if the bolt surface is vibrating due to a blow, the laser beam reflected from the vibrating bolt surface is a Doppler-shifted laser beam, and the change in frequency (velocity) is converted into a voltage and detected as a vibration phenomenon. can do.
処理演算部４は、ノートパソコンなどのパーソナルコンピュータ（ＰＣ）やタブレット端末などによって構成される。処理演算部４には、各種制御を行う制御部４０と、周波数分析などを行う波形分析部４１と、軸力推定式を作成する推定式作成部４２と、ボルトの軸力を推定する軸力推定部４３と、ボルトの緩みを判定する緩み判定部４４とを備えている。 The processing calculation unit 4 is composed of a personal computer (PC) such as a notebook computer, a tablet terminal, or the like. The processing calculation unit 4 includes a control unit 40 that performs various controls, a waveform analysis unit 41 that performs frequency analysis, an estimation formula creation unit 42 that creates an axial force estimation formula, and an axial force that estimates the axial force of a bolt. It includes an estimation unit 43 and a looseness determination unit 44 for determining looseness of the bolt.
制御部４０は、入力部１１から入力された信号を各演算部に送ったり、加振装置２に打撃動作の指示信号を送ったり、振動検知装置３の検知データ（測定データ）を各演算部に送ったりするなどの制御を行う。 The control unit 40 sends a signal input from the input unit 11 to each calculation unit, sends a striking operation instruction signal to the vibration device 2, and sends detection data (measurement data) of the vibration detection device 3 to each calculation unit. Controls such as sending to.
また、波形分析部４１は、後述するように、振動検知装置３で測定された信号波形の分割処理をしたり、周波数分析をしたりする演算部である。波形分析部４１による分析結果は、推定式作成部４２と軸力推定部４３との両方で利用される。 Further, as will be described later, the waveform analysis unit 41 is a calculation unit that divides the signal waveform measured by the vibration detection device 3 and performs frequency analysis. The analysis result by the waveform analysis unit 41 is used by both the estimation formula creation unit 42 and the axial force estimation unit 43.
続いて、図２を参照しながら推定式作成部４２の処理について説明する。推定式作成部４２では、検査対象とする継手のボルトＢと同様の形態のボルトＢを使用して、軸力推定式を作成する。ここで、ボルトＢは、取付部材Ｍの穴に通されて、ナットＢ２を使って締結される。そして、ボルトＢの頭部Ｂ１を打撃することで、ボルトＢの締結力、すなわち軸力（トルク）を推定する。 Subsequently, the processing of the estimation formula creating unit 42 will be described with reference to FIG. The estimation formula creation unit 42 creates an axial force estimation formula using a bolt B having the same shape as the bolt B of the joint to be inspected. Here, the bolt B is passed through the hole of the mounting member M and fastened using the nut B2. Then, by striking the head B1 of the bolt B, the fastening force of the bolt B, that is, the axial force (torque) is estimated.
軸力推定式の作成にあたっては、ボルトＢの軸力を変化させながら、加振時のボルト軸ひずみ及び軸方向振動加速度を測定する。要するに、このボルトＢは、軸ひずみが測定できるようになっているため、軸力が既知のボルトと言える。軸ひずみは、ボルトＢの軸部にひずみゲージを貼り付けることで測定できる。なお、ボルトＢが細径の場合は、トルクレンチによる締め付けトルクを測定することで、軸力を既知にすることもできる。 In creating the axial force estimation formula, the bolt shaft strain and axial vibration acceleration during excitation are measured while changing the axial force of the bolt B. In short, this bolt B can be said to be a bolt having a known axial force because the axial strain can be measured. Axial strain can be measured by attaching a strain gauge to the shaft portion of the bolt B. When the bolt B has a small diameter, the axial force can be made known by measuring the tightening torque with a torque wrench.
軸力推定式の作成の際には、例えば、軸力を４パターン程度で変化させ、各パターンで５回程度の加振をし、軸力及び振動の測定を繰り返すキャリブレーション実験を行う。そして、得られた計測波形に対して、以下の処理を行う。 When creating the axial force estimation formula, for example, a calibration experiment is performed in which the axial force is changed in about 4 patterns, vibration is performed about 5 times in each pattern, and the measurement of the axial force and the vibration is repeated. Then, the following processing is performed on the obtained measurement waveform.
まず、振動検知装置３によって検知されて入力された信号波形（測定データ）から、複数回ある打音による振動を、1回（１打撃）分毎に切り出す。続いて、切り出された各振動波形に対して、フィルタリングと高域補正（強調）処理とを行う。 First, from the signal waveform (measurement data) detected and input by the vibration detection device 3, vibrations due to a plurality of tapping sounds are cut out for each stroke (1 stroke). Subsequently, filtering and high-frequency correction (emphasis) processing are performed on each of the cut out vibration waveforms.
さらに、ＡＲ法（ユールウォーカー法）により、ピーク振動数の抽出を行う。例えば、特定周波数範囲（５００Ｈｚ−６ｋＨｚ）に発生したピーク振動数を例えば６個抽出し、それらの周波数をそれぞれｆ１−ｆ６とし、それらの周波数に対応するピークスペクトル（ピーク振幅）を、最大ピークを１として正規化した値であるｐ１−ｐ６とする。 Further, the peak frequency is extracted by the AR method (Yurwalker method). For example, for example, six peak frequencies generated in a specific frequency range (500 Hz-6 kHz) are extracted, their frequencies are set to f1-f6, and the peak spectrum (peak amplitude) corresponding to those frequencies is set to the maximum peak. Let p1-p6 be a value normalized as 1.
そして、各周波数の分布等を見て、軸力推定用の振動数を３つから４つ（ここでは４つ）選定する。以上で説明した周波数範囲や抽出する周波数の数は、検査対象となるボルトＢの形態により変わる。このようにして選定した８個のパラメータ（ｆ１−ｆ４，ｐ１−ｐ４）のうちのいくつかは、ボルトＢの軸力との間に相関関係が現れることが分かっており、キャリブレーション実験の結果から、それぞれの相関関係を見い出す。 Then, by looking at the distribution of each frequency and the like, three to four frequencies (here, four) for estimating the axial force are selected. The frequency range described above and the number of frequencies to be extracted vary depending on the form of the bolt B to be inspected. It is known that some of the eight parameters (f1-f4, p1-p4) selected in this way have a correlation with the axial force of the bolt B, and the result of the calibration experiment. From, find each correlation.
図３に、ボルト振動を周波数分析した結果を例示した。図３（ａ）は軸力が無い場合（既定値の０％）の周波数スペクトル図、図３（ｂ）は軸力が既定値の２０％の場合の周波数スペクトル図を示している。この図に示すように、軸力が０％の場合と２０％の場合とでは、異なるピーク振動数と異なるピーク振幅を示すことがわかる。すなわち、ピーク振動数とピーク振幅とを、軸力を推定する際の特徴量にすることができる。 FIG. 3 illustrates the result of frequency analysis of bolt vibration. FIG. 3A shows a frequency spectrum diagram when there is no axial force (0% of the default value), and FIG. 3B shows a frequency spectrum diagram when the axial force is 20% of the default value. As shown in this figure, it can be seen that different peak frequencies and different peak amplitudes are exhibited when the axial force is 0% and when the axial force is 20%. That is, the peak frequency and the peak amplitude can be used as the feature amount when estimating the axial force.
そこで、周波数と振幅をパラメータｆｉ,ｐｉに用いて、以下の式で軸力推定式を作成する。ここでは、軸ひずみの分かっている計測データを用いるため、軸ひずみ推定式とも言える。なお、以下の式では、説明を簡略にするために、推定に用いるピーク振動数の数（ｉ）を２つとし、軸ひずみ推定式を１次式とした場合を示す。
εＮ＝Σ（ｖｉ（ａｉｆｉ＋ｂｉ）＋ｗｉ（ｃｉｐｉ＋ｄｉ）） ；ｉ＝１，２
ここで、εＮは軸方向ひずみ、ｆｉはｉ番目のピーク振動数、ａｉｆｉ＋ｂｉとｃｉｐｉ＋ｄｉはｉ次振動パラメータによる軸ひずみ推定式、ｖｉ，ｗｉは重みを示す。
Therefore, using the frequency and amplitude parameters f i, the p i, to create the axial force estimation equation the following equation. Here, since measurement data for which the axial strain is known is used, it can be said to be an axial strain estimation formula. In the following equation, in order to simplify the explanation, a case where the number of peak frequencies (i) used for estimation is two and the axial strain estimation equation is a linear equation is shown.
ε N = Σ (v i ( a i f i + b i) + w i (c i p i + d i)); i = 1,2
Here, epsilon N is strain axially, f i is the i-th peak frequency, a i f i + b i and c i p i + d i is the axial strain estimate equation by i following oscillation parameters, v i, w i is Indicates the weight.
なお、実際に軸力推定式を作成する際のピーク振動数の数（ｉ）は、２つから４つとし、各パラメータに対する軸ひずみ推定式は２次式とする。軸ひずみ推定式（軸力推定式）の決定には、上記式のεＮの誤差を最小とする重み（ｖｉ，ｗｉ）を決定することが必要となるが、パラメータ数が増えると計算が煩雑となるため、機械学習により重みを決定することとする。 The number of peak frequencies (i) when actually creating the axial force estimation formula is 2 to 4, and the axial strain estimation formula for each parameter is a quadratic formula. To determine the axial strain estimate equation (axial force estimation equation) is the weight to minimize the error of the above formula ε N (v i, w i ) it is necessary to determine, as the number of parameters is increased calculation Is complicated, so the weight is determined by machine learning.
そして、推定精度の高い軸力推定式を作成する（図２のステップＳ１１）には、予めボルトＢに対する打撃実験を行う必要がある（ステップＳ１２）。例えば、ボルトＢの軸力を、既定値の０％，２０％，５０％，８０％としたボルトＢに対して、打撃を与えて発生する振動の測定を行う実験を複数回実施する。 Then, in order to create an axial force estimation formula with high estimation accuracy (step S11 in FIG. 2), it is necessary to perform a striking experiment on the bolt B in advance (step S12). For example, an experiment is carried out a plurality of times to measure the vibration generated by giving an impact to the bolt B in which the axial force of the bolt B is set to the default values of 0%, 20%, 50%, and 80%.
打撃実験の流れと検査対象ボルトに対する検査とは、同様の処理となるため、図２を参照しながら引き続き説明する。ボルトＢの頭部Ｂ１を加振装置２で打撃することで発生した打音を、振動検知装置３で収録して増幅器３１で増幅させて記録する。 Since the flow of the striking experiment and the inspection of the bolt to be inspected are the same processing, they will be described continuously with reference to FIG. The striking sound generated by striking the head B1 of the bolt B with the vibrating device 2 is recorded by the vibration detecting device 3 and amplified by the amplifier 31 for recording.
この記録（測定）された信号波形は、1回分毎の打音による振動に波形分割される（ステップＳ１）。分割された振動波形は、周波数分析（ステップＳ２）され、周波数と振幅を示す８つの変量（ｆ１−ｆ４、ｐ１−ｐ４）が取り出される（ステップＳ３１−Ｓ３４）。 The recorded (measured) signal waveform is divided into vibrations due to tapping sound for each time (step S1). The divided vibration waveform is frequency-analyzed (step S2), and eight variables (f1-f4, p1-p4) indicating frequency and amplitude are extracted (steps S31-S34).
そして、一旦決定された軸力推定式（ステップＳ１３）を組み込んだ判定プログラムに、その８つの変量を与えて、軸力を推定させる（ステップＳ４）。この推定作業を、軸力が既知（ひずみゲージで同時測定も含む）のボルトＢにおいて、何度か繰り返して実施する。 Then, the determination program incorporating the once determined axial force estimation formula (step S13) is given the eight variables to estimate the axial force (step S4). This estimation work is repeated several times on the bolt B whose axial force is known (including simultaneous measurement with a strain gauge).
判定プログラム内では、機械学習により、軸力判定が不正解だった場合には、正解を導きだせるように軸力推定式の係数（重み（ｖｉ，ｗｉ））の修正を行う。これを繰り返すことで、判定プログラムの軸力判定精度を向上させることができる。診断に用いる変量を適切に選択すれば、後述するようにほぼ１００％の正解率が得られるようになる。 Within determination program, by machine learning, when the axial force determination was incorrect, the correct the coefficients of the axial force estimation equation as derivable correct answer (weight (v i, w i)) . By repeating this, the axial force determination accuracy of the determination program can be improved. If the variables used for diagnosis are properly selected, a correct answer rate of almost 100% can be obtained as described later.
この判定プログラムでは、推定された軸力の値に基づいて、最終的に緩み判定（ステップＳ５）の結果を出力する。緩み判定は、例えば検査対象ボルトの降伏ひずみに対する軸方向ひずみ量の割合（Ｒ）で示すことができる。 In this determination program, the result of the looseness determination (step S5) is finally output based on the estimated value of the axial force. The looseness determination can be indicated by, for example, the ratio (R) of the amount of axial strain to the yield strain of the bolt to be inspected.
要するに、検査対象ボルトの導入軸力の降伏ひずみをrN0とし、検査時の軸方向ひずみ量をrNとすると、緩み判定結果となる割合（Ｒ）は、Ｒ＝rN／rN0として算出することができる。 In short, assuming that the yield strain of the introduction axial force of the bolt to be inspected is r N0 and the amount of axial strain at the time of inspection is r N , the ratio (R) resulting from the loosening judgment result is calculated as R = r N / r N0. can do.
次に、本実施の形態のボルトの緩み検知システム１の具体的な構成について、図面を参照しながら説明する。まず、図４，５を参照しながら、打鍵音収録装置５を使用する場合について説明する。 Next, a specific configuration of the bolt loosening detection system 1 of the present embodiment will be described with reference to the drawings. First, a case where the keystroke sound recording device 5 is used will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
打鍵音収録装置５は、図４に模式的に示すように、加振装置である打鍵装置２Ａと、振動検知装置である集音装置３Ａとが、一体になっている。この打鍵音収録装置５は、２ｍ程度の近距離にある検査対象ボルト（ボルトＢ）に対して使用される。 As schematically shown in FIG. 4, the keystroke sound recording device 5 includes a keystroke device 2A, which is a vibration exciter, and a sound collector 3A, which is a vibration detection device. This keystroke sound recording device 5 is used for an inspection target bolt (bolt B) at a short distance of about 2 m.
この打鍵音収録装置５は、延長ポール５１の先端に取り付けられ、磁石などで取付部材Ｍに固定される。打鍵装置２Ａには、モータとカムとバネが組み込まれており、ボルトＢの頭部Ｂ１の周面を、一定時間間隔で動く鍵２０で打撃することができる。 The keystroke sound recording device 5 is attached to the tip of the extension pole 51 and is fixed to the attachment member M with a magnet or the like. The key-striking device 2A incorporates a motor, a cam, and a spring, and can strike the peripheral surface of the head B1 of the bolt B with a key 20 that moves at regular time intervals.
打鍵装置２Ａの打撃によって発生した音は、近接して設けられた集音装置３Ａのマイクロホンによって収録される。このような構成であれば、図５に示すように、例えばトンネルＴの天井から吊り下げられた道路標識Ｍ１の取付部材Ｍを固定するボルトＢを、検査員Ｎが手に持った延長ポール５１の先端の打鍵音収録装置５によって、検査することができる。 The sound generated by the striking of the key-striking device 2A is recorded by the microphone of the sound collecting device 3A provided in close proximity. With such a configuration, as shown in FIG. 5, for example, the extension pole 51 in which the inspector N holds the bolt B for fixing the mounting member M of the road sign M1 suspended from the ceiling of the tunnel T. It can be inspected by the keystroke sound recording device 5 at the tip of the.
続いて、図６，７を参照しながら、加振用レーザ装置２Ｂとレーザ振動計３Ｂとを組み合わせた構成について説明する。図６に模式的に示した構成は、加振装置である加振用レーザ装置２Ｂと、振動検知装置であるレーザ振動計３Ｂとを使用する場合を示している。 Subsequently, a configuration in which the vibration laser device 2B and the laser vibrometer 3B are combined will be described with reference to FIGS. 6 and 7. The configuration schematically shown in FIG. 6 shows a case where a vibration laser device 2B, which is a vibration device, and a laser vibrometer 3B, which is a vibration detection device, are used.
この構成は、検査員Ｎが接近することが難しい３ｍ−２０ｍ程度の遠方にあるボルトＢに対して適用する。加振を行うための加振用レーザ装置２Ｂは、可視光のＹＡＧレーザ２１を照射する。例えば、波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザ２１を、２２０ｍＪの出力で５ｎｓｅｃの照射時間で照射する。 This configuration is applied to a bolt B at a distance of about 3 m to 20 m, which is difficult for the inspector N to approach. The vibration laser device 2B for performing vibration irradiates the YAG laser 21 of visible light. For example, a YAG laser 21 having a wavelength of 532 nm is irradiated with an output of 220 mJ and an irradiation time of 5 nsec.
ＹＡＧレーザ２１の緑色の輝点をボルトＢの頭部Ｂ１の表面に当てると、表面材料のアブレーション（イオン化）により衝撃が発生する。これにより、ボルトＢに振動を生じさせることができるので、その振動をドップラーレーザー振動計であるレーザ振動計３Ｂで遠隔から測定する。 When the green bright spot of the YAG laser 21 is applied to the surface of the head B1 of the bolt B, an impact is generated due to the ablation (ionization) of the surface material. As a result, vibration can be generated in the bolt B, and the vibration is measured remotely by the laser vibration meter 3B, which is a Doppler laser vibration meter.
このような構成であれば、図７に示すように、移動式の台車Ｎ１に加振用レーザ装置２Ｂとレーザ振動計３Ｂとを搭載して、トンネルＴ内を移動しながら検査を行うことができる。すなわち、台車Ｎ１を道路標識Ｍ１の取付部材Ｍを固定するボルトＢが照準できる位置に移動させ、逐次、検査をしていくことができる。このため、足場を設置したり、長時間の交通規制をしたりしなくても、高所にあるボルトＢの検査（緩み判定）を迅速に行うことができる。 With such a configuration, as shown in FIG. 7, it is possible to mount the vibration laser device 2B and the laser vibrometer 3B on the mobile carriage N1 and perform the inspection while moving in the tunnel T. it can. That is, the carriage N1 can be moved to a position where the bolt B for fixing the mounting member M of the road sign M1 can be aimed, and the inspection can be performed sequentially. Therefore, the inspection (looseness determination) of the bolt B at a high place can be performed quickly without installing a scaffolding or restricting traffic for a long time.
次に、本実施の形態のボルトの緩み検知システム及びボルトの緩み検知方法の効果を確認するために行った、精度確認実験について説明する。従来の手法では、ボルトに緩みがあるか否かの判定しか行えなかったが、本実施の形態のボルトの緩み検知システム及びボルトの緩み検知方法であれば、例えば軸力が既定値の５０％程度に低下しているというような検知ができるようになることを説明する。 Next, an accuracy confirmation experiment conducted to confirm the effect of the bolt loosening detection system and the bolt loosening detection method of the present embodiment will be described. In the conventional method, it was only possible to determine whether or not the bolt was loose, but with the bolt loosening detection system and the bolt loosening detection method of this embodiment, for example, the axial force is 50% of the default value. Explain that it will be possible to detect that the level has dropped to a certain extent.
実験には、重ね継ぎ手をボルトＢで締め付けた試験体を用い、トルクレンチによる締め付けトルク（ボルトＢの軸力）を、既定値の０％，２０％，５０％，８０％の４種類に変えて行った。ボルトＢの打撃は、金属製のテストハンマーで頭部Ｂ１を軽くたたくことで行い、その振動を３ｍの距離から集音装置３Ａのマイクロホンで収録した場合と、２０ｍの距離からレーザ振動計３Ｂで測定した場合との２パターンの実験を行った。 In the experiment, a test piece in which the lap joint was tightened with bolt B was used, and the tightening torque (axial force of bolt B) with a torque wrench was changed to four types of default values: 0%, 20%, 50%, and 80%. I went. The bolt B is hit by tapping the head B1 with a metal test hammer, and the vibration is recorded with the microphone of the sound collector 3A from a distance of 3 m, and with the laser vibrometer 3B from a distance of 20 m. Two patterns of experiments were performed with the case of measurement.
集音装置３Ａ及びレーザ振動計３Ｂで測定した振動データは、判定プログラムが実行されている処理演算部４の波形分析部４１に入力される。波形分析部４１では、入力された信号波形を波形分割し、分割された振動波形の特徴量（ピーク振動数，ピーク振幅）を決定して、判定プログラムの訓練（機械学習）を行った。 The vibration data measured by the sound collector 3A and the laser vibrometer 3B is input to the waveform analysis unit 41 of the processing calculation unit 4 in which the determination program is executed. The waveform analysis unit 41 divided the input signal waveform into waveforms, determined the feature quantities (peak frequency, peak amplitude) of the divided vibration waveforms, and trained the determination program (machine learning).
そして、訓練済みの推定式作成部４２によって作成された軸力推定式を用いて、振動データから緩み判定を行う実験をし、判定結果の正解率を計算した。図８（ａ）は集音装置３Ａによる測定データを使用した場合の判定結果を示しており、図８（ｂ）はレーザ振動計３Ｂによる測定データを使用した場合の判定結果を示している。 Then, using the axial force estimation formula created by the trained estimation formula creation unit 42, an experiment was conducted to determine looseness from the vibration data, and the correct answer rate of the determination result was calculated. FIG. 8A shows the determination result when the measurement data by the sound collector 3A is used, and FIG. 8B shows the determination result when the measurement data by the laser vibrometer 3B is used.
そして、判別手法としては、２次判別法とｋ最近傍法（ｋＮＮ）との２つの手法を適用して、精度の比較を行った。ここで、２次判別法及びｋ最近傍法（ｋＮＮ）は、データを複数のクラス（グループ）に分類する手法の一つで、２次判別法は楕円などのの２次関数による判別を行う手法で、ｋ最近傍法（ｋＮＮ）は非線形の判別を行う手法で、いずれもパターン認識でよく用いられる。 Then, as the discrimination method, two methods, a quadratic discrimination method and a k-nearest neighbor method (kNN), were applied to compare the accuracy. Here, the quadratic discrimination method and the k-nearest neighbor method (kNN) are one of the methods for classifying data into a plurality of classes (groups), and the quadratic discrimination method discriminates by a quadratic function such as an ellipse. Among the methods, the k-nearest neighbor method (kNN) is a method for discriminating non-linearity, and all of them are often used in pattern recognition.
図８（ａ）の集音装置３Ａによる測定データを用いた診断結果では、特徴量として抽出した４つのピーク振動数（ｆ１−ｆ４）及び４つのピーク振幅（ｐ１−ｐ４）の中から、２つから５つを選定して正解率を比較した。 In the diagnosis result using the measurement data by the sound collector 3A of FIG. 8 (a), 2 out of 4 peak frequencies (f1-f4) and 4 peak amplitudes (p1-p4) extracted as feature quantities Five of them were selected and the correct answer rates were compared.
その結果、全データ（軸力０％，２０％，５０％，８０％）の正解率は、最大で８９％（２次判別法）となり、軸力２０％以下の場合でも、最大で８６％（ｋＮＮ）の正解率が得られた。 As a result, the correct answer rate of all data (axial force 0%, 20%, 50%, 80%) is 89% at maximum (secondary discrimination method), and even when the axial force is 20% or less, it is 86% at maximum. The correct answer rate of (kNN) was obtained.
一方、図８（ｂ）のレーザ振動計３Ｂによる測定データを用いた診断結果では、全データ（軸力０％，２０％，５０％，８０％）の正解率は、２次判別法で１００％となり、軸力２０％以下の場合では、２次判別法とｋＮＮの両方の判別手法で１００％の正解率が得られた。 On the other hand, in the diagnosis result using the measurement data by the laser vibrometer 3B of FIG. 8 (b), the correct answer rate of all the data (axial force 0%, 20%, 50%, 80%) is 100 by the secondary discrimination method. When the axial force was 20% or less, a correct answer rate of 100% was obtained by both the secondary discrimination method and the kNN discrimination method.
このように、振動検知装置３の構成が集音装置３Ａであるかレーザ振動計３Ｂであるかに関わらず、４段階の軸力（既定値の０％，２０％，５０％，８０％）を正解率８０％以上で判別できることが確認できた。要するに、本実施の形態のボルトの緩み検知システム及びボルトの緩み検知方法を適用することで、ボルト緩みが８０％なのか５０％なのかといった違いが判別できることが確認された。 In this way, regardless of whether the configuration of the vibration detection device 3 is the sound collector 3A or the laser vibrometer 3B, four stages of axial force (default values 0%, 20%, 50%, 80%). It was confirmed that the correct answer rate was 80% or more. In short, it was confirmed that by applying the bolt loosening detection system and the bolt loosening detection method of the present embodiment, it is possible to determine the difference such as whether the bolt loosening is 80% or 50%.
次に、本実施の形態のボルトの緩み検知システム及びボルトの緩み検知方法の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態のボルトの緩み検知システムは、軸力が既知のボルトＢから発生する振動によって得られた複数の固有振動数（ピーク振動数、ピーク振幅）に基づいて軸力推定式を作成する推定式作成部４２を備えている。
Next, the operation of the bolt loosening detection system and the bolt loosening detection method of the present embodiment will be described.
The bolt loosening detection system of the present embodiment configured in this way has a shaft based on a plurality of natural frequencies (peak frequency, peak amplitude) obtained by vibration generated from a bolt B having a known axial force. The estimation formula creation unit 42 for creating a force estimation formula is provided.
そして、加振装置２によって検査対象ボルト（Ｂ）に外力を加えたことで発生したボルト振動を振動検知装置３で測定し、そのボルト振動を波形分析部４１で周波数分析することで取得されたピーク振動数及びピーク振幅の中から、複数の値を軸力推定式に入力することで、軸力推定部４３によって検査対象ボルト（Ｂ）の軸力を推定するととともに、検査対象ボルトの緩みを緩み判定部４４で判定する。 Then, the bolt vibration generated by applying an external force to the inspection target bolt (B) by the vibration exciter 2 is measured by the vibration detection device 3, and the bolt vibration is frequency-analyzed by the waveform analysis unit 41. By inputting a plurality of values from the peak frequency and peak amplitude into the axial force estimation formula, the axial force estimation unit 43 estimates the axial force of the inspection target bolt (B), and at the same time, the looseness of the inspection target bolt is determined. The looseness determination unit 44 determines.
このように複数の固有振動数に基づいて作成された軸力推定式を使用することで、ボルトＢの緩みを、緩みの有無だけでなく、段階的に判定することができるようになる。また、検査対象ボルトの検査時に検知させる入力データは、振動検知装置３の測定結果だけでよいので、比較的簡単な構成にすることができる。 By using the axial force estimation formula created based on the plurality of natural frequencies in this way, it becomes possible to determine the looseness of the bolt B not only in the presence or absence of looseness but also in a stepwise manner. Further, since the input data to be detected at the time of inspection of the inspection target bolt is only the measurement result of the vibration detection device 3, the configuration can be relatively simple.
ボルトＢの緩み判定が段階的に把握できるようになれば、脱落の危険性が高いものだけでなく、数か月後から数年後にはボルトＢの締め直しや交換が必要になるなどの現状を高精度で把握できるようになるため、検査の頻度を減らすことができるようになる。また、修繕の時期や規模などの計画の立案もしやすくなる。 If it becomes possible to grasp the looseness judgment of the bolt B step by step, not only the risk of falling off is high, but also the current situation that the bolt B needs to be retightened or replaced in a few months to a few years. Can be grasped with high accuracy, so that the frequency of inspections can be reduced. It also makes it easier to make plans such as the timing and scale of repairs.
また、ボルトの緩み検知方法の発明では、軸力が既知のボルトＢから発生する振動によって得られた複数の固有振動数（ピーク振動数、ピーク振幅）に基づいて軸力推定式を作成（図２のステップＳ１１）してから、検査対象ボルト（Ｂ）から発生したボルト振動を周波数分析し（ステップＳ２）、作成された軸力推定式によって検査対象ボルト（Ｂ）の軸力を推定する（ステップＳ４）。そして、その軸力の推定結果から検査対象ボルト（Ｂ）の緩みを判定する（ステップＳ５）。 Further, in the invention of the bolt loosening detection method, an axial force estimation formula is created based on a plurality of natural frequencies (peak frequency, peak amplitude) obtained by vibration generated from a bolt B whose axial force is known (Fig.). After step S11) of 2, the bolt vibration generated from the inspection target bolt (B) is frequency-analyzed (step S2), and the axial force of the inspection target bolt (B) is estimated by the created axial force estimation formula (step S2). Step S4). Then, the looseness of the inspection target bolt (B) is determined from the estimation result of the axial force (step S5).
このように複数の固有振動数に基づいて作成された軸力推定式（ステップＳ１３）を使用して、上記したステップで検査対象ボルト（Ｂ）の緩みを判定することで、ボルトＢの緩みを段階的に把握することができるようになる。 By using the axial force estimation formula (step S13) created based on the plurality of natural frequencies in this way and determining the looseness of the inspection target bolt (B) in the above step, the looseness of the bolt B can be determined. You will be able to grasp it step by step.
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
例えば、前記実施の形態では、軸力部材として道路標識Ｍ１などを取り付けるボルトＢを例に説明したが、これに限定されるものではなく、高力ボルト、普通ボルト、アンカーボルト、吊りボルト、ＰＣ鋼線等の軸力部材に対して本発明を適用することができる。
Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design changes to the extent that the gist of the present invention is not deviated are described in the present invention. Included in the invention.
For example, in the above-described embodiment, the bolt B for attaching the road sign M1 or the like as the axial force member has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the high-strength bolt, the ordinary bolt, the anchor bolt, the suspension bolt, the PC The present invention can be applied to axial force members such as steel wires.
また、前記実施の形態では、打鍵装置２Ａ又は加振用レーザ装置２ＢによってボルトＢの頭部Ｂ１を打撃する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、振動波形から特徴量が抽出できるような振動をボルトＢから発生させることができるような加振装置であればよい。 Further, in the above-described embodiment, the configuration in which the head B1 of the bolt B is hit by the keystroke device 2A or the vibration laser device 2B has been described, but the present invention is not limited to this, and the feature amount is extracted from the vibration waveform. Any vibration device that can generate the vibration that can be generated from the bolt B may be used.
さらに、振動検知装置３についても、集音装置３Ａ又はレーザ振動計３Ｂに限定されるものではなく、ボルトＢから発生した振動を測定できるものであればよい。このため、加振装置２と振動検知装置３との組み合わせも、前記実施の形態で説明した組み合わせに限定されるものではなく、打鍵装置２Ａとレーザ振動計３Ｂ、加振用レーザ装置２Ｂと集音装置３Ａという組み合わせであってもよい。 Further, the vibration detection device 3 is not limited to the sound collector 3A or the laser vibrometer 3B, and may be any device that can measure the vibration generated from the bolt B. Therefore, the combination of the vibrating device 2 and the vibration detecting device 3 is not limited to the combination described in the above embodiment, and the keying device 2A, the laser vibrometer 3B, and the vibrating laser device 2B are collected. It may be a combination of a sound device 3A.
１ ：ボルトの緩み検知システム（軸力部材の緩み検知システム）
２ ：加振装置
２Ａ ：打鍵装置（加振装置）
２Ｂ ：加振用レーザ装置（加振装置）
３ ：振動検知装置
３Ａ ：集音装置（振動検知装置）
３Ｂ ：レーザ振動計（振動検知装置）
４１ ：波形分析部
４２ ：推定式作成部
４３ ：軸力推定部
４４ ：緩み判定部
Ｂ ：ボルト（軸力部材）
1: Looseness detection system for bolts (looseness detection system for axial force members)
2: Vibration device 2A: Keystroke device (vibration device)
2B: Laser device for vibration (vibration device)
3: Vibration detection device 3A: Sound collector (vibration detection device)
3B: Laser vibrometer (vibration detection device)
41: Waveform analysis unit 42: Estimate formula creation unit 43: Axial force estimation unit 44: Looseness determination unit B: Bolt (axial force member)
Claims (8)
軸力が既知の軸力部材から発生する振動によって得られた複数の固有振動数に基づいて軸力推定式を作成する推定式作成部と、
検査対象軸力部材に外力を加えるための加振装置と、
前記加振装置によって加えられた外力によって発生した前記検査対象軸力部材の軸力部材振動を測定する振動検知装置と、
前記振動検知装置によって検知された前記軸力部材振動を周波数分析することで取得されたピーク振動数及び振幅の中から、複数の値を前記軸力推定式に入力することで前記検査対象軸力部材の軸力を推定する軸力推定部と、
前記軸力推定部の推定結果に基づいて前記検査対象軸力部材の緩みを判定する緩み判定部とを備えたことを特徴とする軸力部材の緩み検知システム。 It is a looseness detection system for axial force members that determines axial force by vibration generated from the axial force member to which an external force is applied.
An estimation formula creation unit that creates an axial force estimation formula based on a plurality of natural frequencies obtained by vibration generated from an axial force member whose axial force is known,
A vibration exciter for applying an external force to the axial force member to be inspected,
A vibration detection device that measures the axial force member vibration of the axial force member to be inspected generated by an external force applied by the vibration exciter, and a vibration detection device.
The axial force to be inspected by inputting a plurality of values into the axial force estimation formula from the peak frequency and amplitude obtained by frequency analysis of the axial force member vibration detected by the vibration detection device. Axial force estimation unit that estimates the axial force of a member,
A looseness detection system for an axial force member, which comprises a looseness determination unit for determining looseness of the axial force member to be inspected based on an estimation result of the axial force estimation unit.
軸力が既知の軸力部材を使用して、発生する振動から取得された複数の固有振動数に基づいて軸力推定式を作成するステップと、
検査対象軸力部材に対して外力を与えるステップと、
前記外力によって発生した前記検査対象軸力部材の軸力部材振動を測定するステップと、
測定された前記軸力部材振動を周波数分析することで取得されたピーク振動数及び振幅の中から、複数の値を前記軸力推定式に入力することで前記検査対象軸力部材の軸力を推定するステップと、
前記軸力の推定結果に基づいて前記検査対象軸力部材の緩みを判定するステップとを備えたことを特徴とする軸力部材の緩み検知方法。 It is a loosening detection method of the axial force member that determines the axial force by the vibration generated from the axial force member to which the external force is applied.
Using an axial force member with a known axial force, the step of creating an axial force estimation formula based on multiple natural frequencies obtained from the generated vibrations,
Steps to apply an external force to the axial force member to be inspected,
A step of measuring the axial force member vibration of the axial force member to be inspected generated by the external force, and
From the peak frequency and amplitude obtained by frequency analysis of the measured axial force member vibration, a plurality of values are input to the axial force estimation formula to obtain the axial force of the axial force member to be inspected. Steps to estimate and
A method for detecting looseness of an axial force member, which comprises a step of determining looseness of the axial force member to be inspected based on the estimation result of the axial force.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019044199A JP7244179B2 (en) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Looseness detection system for axial force member and looseness detection method for axial force member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019044199A JP7244179B2 (en) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Looseness detection system for axial force member and looseness detection method for axial force member |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2020148504A true JP2020148504A (en) | 2020-09-17 |
| JP7244179B2 JP7244179B2 (en) | 2023-03-22 |
Family
ID=72429527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019044199A Active JP7244179B2 (en) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Looseness detection system for axial force member and looseness detection method for axial force member |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7244179B2 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112507915A (en) * | 2020-12-15 | 2021-03-16 | 西安交通大学 | Method for identifying loosening state of bolt connection structure based on vibration response information |
| CN113074931A (en) * | 2021-04-26 | 2021-07-06 | 三一汽车制造有限公司 | Fastener loosening detection method and device, electronic equipment and storage medium |
| WO2022091680A1 (en) * | 2020-10-26 | 2022-05-05 | 株式会社日立製作所 | Bolt clamping-force measuring device and method |
| CN114526894A (en) * | 2020-11-02 | 2022-05-24 | 余姚舜宇智能光学技术有限公司 | Method, device and system for detecting matching state of mechanical matching structure |
| JP7193672B1 (en) | 2022-06-21 | 2022-12-20 | 中日本ハイウェイ・エンジニアリング東京株式会社 | Sound barrier inspection system |
| CN115560936A (en) * | 2022-09-27 | 2023-01-03 | 国网湖北省电力有限公司超高压公司 | A laser automatic detection device and detection method for tower bolt looseness |
| JP7488865B2 (en) | 2022-09-29 | 2024-05-22 | ソフトバンク株式会社 | Bolt looseness estimation device, bolt looseness estimation method, and bolt looseness estimation program |
| SE2330247A1 (en) * | 2023-06-01 | 2024-12-02 | Atlas Copco Ind Technique Ab | Estimating a clamping force applied to a bolted joint by estimating a resonant frequency |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4939035B1 (en) * | 1970-11-24 | 1974-10-22 | ||
| JPS6270728A (en) * | 1985-09-25 | 1987-04-01 | Fuji Seimitsu Seisakusho:Kk | Apparatus for judging locking looseness degree of bolt/ nut connector |
| JPH09269268A (en) * | 1996-03-29 | 1997-10-14 | Nippon Steel Corp | Bolt loosening detection method by strain waveform analysis |
| JPH11148876A (en) * | 1997-11-17 | 1999-06-02 | Sensor System Kk | Bolt tightening force inspection device |
| JP2000131195A (en) * | 1998-10-23 | 2000-05-12 | Mitsubishi Electric Corp | Device for judging looseness of bolt |
| JP2001159572A (en) * | 1999-12-02 | 2001-06-12 | Sensor System Kk | Device for inspecting bolt fastening force |
| JP2002340710A (en) * | 2001-05-17 | 2002-11-27 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Bolt axial force measuring method and device |
| WO2002095346A1 (en) * | 2001-05-21 | 2002-11-28 | Sensor System Co., Ltd. | Bolting tester |
| WO2004011893A1 (en) * | 2002-07-25 | 2004-02-05 | Takanori Nakamura | Device and method for measuring axial force of bolt |
| JP2005069312A (en) * | 2003-08-22 | 2005-03-17 | Masayuki Okugawa | Washer for detecting bolt slack |
| JP2006226716A (en) * | 2005-02-15 | 2006-08-31 | Jfe R & D Corp | Damage detection method and system of structure |
| JP2010197273A (en) * | 2009-02-26 | 2010-09-09 | Akita Univ | Fastening state evaluation system of bolt using ultrasonic wave |
-
2019
- 2019-03-11 JP JP2019044199A patent/JP7244179B2/en active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4939035B1 (en) * | 1970-11-24 | 1974-10-22 | ||
| JPS6270728A (en) * | 1985-09-25 | 1987-04-01 | Fuji Seimitsu Seisakusho:Kk | Apparatus for judging locking looseness degree of bolt/ nut connector |
| JPH09269268A (en) * | 1996-03-29 | 1997-10-14 | Nippon Steel Corp | Bolt loosening detection method by strain waveform analysis |
| JPH11148876A (en) * | 1997-11-17 | 1999-06-02 | Sensor System Kk | Bolt tightening force inspection device |
| JP2000131195A (en) * | 1998-10-23 | 2000-05-12 | Mitsubishi Electric Corp | Device for judging looseness of bolt |
| JP2001159572A (en) * | 1999-12-02 | 2001-06-12 | Sensor System Kk | Device for inspecting bolt fastening force |
| JP2002340710A (en) * | 2001-05-17 | 2002-11-27 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Bolt axial force measuring method and device |
| WO2002095346A1 (en) * | 2001-05-21 | 2002-11-28 | Sensor System Co., Ltd. | Bolting tester |
| WO2004011893A1 (en) * | 2002-07-25 | 2004-02-05 | Takanori Nakamura | Device and method for measuring axial force of bolt |
| JP2005069312A (en) * | 2003-08-22 | 2005-03-17 | Masayuki Okugawa | Washer for detecting bolt slack |
| JP2006226716A (en) * | 2005-02-15 | 2006-08-31 | Jfe R & D Corp | Damage detection method and system of structure |
| JP2010197273A (en) * | 2009-02-26 | 2010-09-09 | Akita Univ | Fastening state evaluation system of bolt using ultrasonic wave |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022091680A1 (en) * | 2020-10-26 | 2022-05-05 | 株式会社日立製作所 | Bolt clamping-force measuring device and method |
| JP2022069830A (en) * | 2020-10-26 | 2022-05-12 | 株式会社日立製作所 | Bolt axial force measurement device and method |
| JP7359748B2 (en) | 2020-10-26 | 2023-10-11 | 株式会社日立製作所 | Bolt axial force measuring device and method |
| CN114526894A (en) * | 2020-11-02 | 2022-05-24 | 余姚舜宇智能光学技术有限公司 | Method, device and system for detecting matching state of mechanical matching structure |
| CN112507915A (en) * | 2020-12-15 | 2021-03-16 | 西安交通大学 | Method for identifying loosening state of bolt connection structure based on vibration response information |
| CN113074931A (en) * | 2021-04-26 | 2021-07-06 | 三一汽车制造有限公司 | Fastener loosening detection method and device, electronic equipment and storage medium |
| JP7193672B1 (en) | 2022-06-21 | 2022-12-20 | 中日本ハイウェイ・エンジニアリング東京株式会社 | Sound barrier inspection system |
| JP2024000745A (en) * | 2022-06-21 | 2024-01-09 | 中日本ハイウェイ・エンジニアリング東京株式会社 | Sound insulation wall inspection system |
| CN115560936A (en) * | 2022-09-27 | 2023-01-03 | 国网湖北省电力有限公司超高压公司 | A laser automatic detection device and detection method for tower bolt looseness |
| JP7488865B2 (en) | 2022-09-29 | 2024-05-22 | ソフトバンク株式会社 | Bolt looseness estimation device, bolt looseness estimation method, and bolt looseness estimation program |
| SE2330247A1 (en) * | 2023-06-01 | 2024-12-02 | Atlas Copco Ind Technique Ab | Estimating a clamping force applied to a bolted joint by estimating a resonant frequency |
| SE546882C2 (en) * | 2023-06-01 | 2025-03-04 | Atlas Copco Ind Technique Ab | Estimating a clamping force applied to a bolted joint by estimating a resonant frequency |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7244179B2 (en) | 2023-03-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7244179B2 (en) | Looseness detection system for axial force member and looseness detection method for axial force member | |
| US7816622B2 (en) | System and method for controlling laser shock peening | |
| EP1795620B1 (en) | Laser shock peening system with time-of-flight monitoring | |
| JP7329810B2 (en) | Condition evaluation device | |
| JP5280407B2 (en) | Damage detection method, damage detection apparatus and program for columnar structure | |
| CN102884274A (en) | Method and apparatus for opening threaded joints of drilling equipment | |
| JP7033957B2 (en) | Tightening torque specification device for tightening bolts and tightening torque specification method | |
| JP2012168022A (en) | Method for diagnosing quality of concrete-based structure | |
| JP2020190460A (en) | Noncontact acoustic analysis system | |
| JPH08334431A (en) | Nondestructive inspection device | |
| JP6806329B2 (en) | Inspection equipment and inspection method | |
| JP2009041978A (en) | Soundness diagnosis method by sound analysis | |
| JP4410037B2 (en) | Ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detection apparatus | |
| JP6773878B1 (en) | Concrete structure internal condition inspection method and system used for that method | |
| JP2019168389A (en) | Crack angle determination device and crack angle determination method | |
| JP7388644B2 (en) | Standard test specimen for condition evaluation equipment | |
| JP2000088817A (en) | Hammering determining device | |
| JP6954528B2 (en) | Condition evaluation device and condition evaluation method for inspection objects | |
| JP2017101963A (en) | Internal defect inspection device and method | |
| JP2004117323A (en) | Vibration test apparatus and modal analysis method using the same | |
| JP6989925B2 (en) | Stress measurement method for concrete structures and stress measurement system for concrete structures | |
| JP3834660B2 (en) | Crack detection device for structures | |
| JP2734282B2 (en) | Percussion equipment for building finishing materials | |
| JP6893161B2 (en) | Non-destructive diagnostic method for mounting jigs for heavy objects in tunnels | |
| JPH05288727A (en) | Method for inspecting hammering using wavelet conversion |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220302 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230127 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230207 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230307 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7244179 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |