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JPH0570003B2 - - Google Patents
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JPH0570003B2 - - Google Patents

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JPH0570003B2
JPH0570003B2 JP25255287A JP25255287A JPH0570003B2 JP H0570003 B2 JPH0570003 B2 JP H0570003B2 JP 25255287 A JP25255287 A JP 25255287A JP 25255287 A JP25255287 A JP 25255287A JP H0570003 B2 JPH0570003 B2 JP H0570003B2
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JP
Japan
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bolt
force
hammer
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nut
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Fujio Oka
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔産業上の利用分野〕 本発明はボルトの緩み検知方法、より詳しくは
ボルトを剪断方向に打撃し、この打撃によつて発
生する力と加速度によつて非破壊的にそのボルト
の緩みを検知するようにしたボルトの緩み検知方
法に関するものである。 〔従来技術〕 一般に、ボルトの緩みを検知する場合、このボ
ルトの頭部を剪断方向にハンマーで打撃し、この
ときの打撃音や振動によつて人間が判断する方法
が用いられている。しかしこの方法は比との
「感」に頼るところが多く、そのために個人差が
大きく、熟練者でないと正確な判断ができないだ
けでなく、緩み方が少ないときには高度な熟練者
であつても全く判断することができないという問
題がある。 このようなことからボルトに螺合したナツトの
側部の一面にセンサーを取付け、このナツトの反
対面をハンマーで打撃し、この打撃によるボルト
の加速度を検知し、信号解析器に導いてボルトの
緩みを検知する方法が提案されている。しかしこ
の方法においては、ハンマーの質量が小さい場合
やボルトの直径が大きい場合には充分な信号が得
られず、その結果検知に誤差が生ずるという問題
があつた。 〔発明の目的〕 本発明は、前記従来技術の欠点を解消するため
に得られたものであつて、ボルトの大きさや剛
軟、あるいはハンマーの質量の大小等の条件に影
響されずにボルトの緩みを的確に、かつ非破壊的
に検知する方法を提供するものである。 〔発明の概要〕 前記目的を達成するための本発明は、構造物に
締結されたボルトの頭部又はナツトの六角面の一
面に加速度センサーを取付るとともにハンマーに
力センサーを取付け、このハンマーにより前記ボ
ルトの頭部又はナツトの六角面であつてかつ前記
加速度センサー取付面に対応する一面を打撃し、
この打撃により得られた前記加速度センサーの信
号と力センサーの信号との比と、ボルトが所定の
締結状態にあるときの加速度センサーの信号と力
センサーの信号との比とを比較しボルトの締結状
態を判定するようにしたボルトの緩み検知方法で
ある。 本発明においては、ハンマーで打撃した際にボ
ルト側に取付けた加速度センサーから得られた加
速度Aとハンマー側に取付けた力センサーで得ら
れた力Fとの両信号A/Fの値、あるいはことれ
逆のF/A値でも同様であり、この加速度Aと力
Fとの比をボルトが所定の締結力で締つている場
合と検査時とで比較してそのボルトの締結状態の
良否を判定するものである。 本発明に係るボルト締め部の検査方法の原理に
ついて説明すれば次の通りである。 ハンマーでナツト(あるいはボルトの頭部)の
六角面を打撃する際にハンマーに作用する力Fに
ついて観察すれば、同じ初期速度で打撃したとし
ても、ナツトが緩んでいる場合には反発力が小さ
いのでハンマーに作用する力Fは小さくなる。し
かし、ボルトに対してナツトが固く締付けられて
いる場合にはワツシヤの部分での摩擦力が大きく
ない。従つてハンマーに大きな反発力が発生し、
力センサー又は加速度センサーによつて得られる
力Fは大きなものとなる。 前記のように、ボルトに対してナツトが固く締
付けられている場合とそうでない場合とでは、ナ
ツトあるいはボルトの頭部を打撃した際にハンマ
ーに作用する反発する力Fが変化することは明ら
かである。 一方、このナツトの打撃時に生じる加速度Aは
ナツトが緩んでいる場合に大きく、反対にナツト
が締つているときに小さいものとなる。この関係
をまとめると第1表の通りである。
[Industrial Field of Application] The present invention provides a method for detecting bolt loosening, more specifically, a method for detecting bolt loosening by striking a bolt in a shearing direction, and non-destructively detecting the loosening of the bolt by the force and acceleration generated by this striking. The present invention relates to a bolt loosening detection method. [Prior Art] Generally, when detecting the loosening of a bolt, a method is used in which the head of the bolt is struck with a hammer in the shearing direction, and a human judge is determined based on the sound and vibration of the strike. However, this method often relies on a "feel" for the ratio, and as a result, there are large individual differences, and not only is it impossible to make an accurate judgment unless you are an expert, but even a highly skilled person can make no judgment when the amount of slack is small. The problem is that it cannot be done. For this reason, a sensor is attached to one side of the nut that is screwed into the bolt, and the opposite side of the nut is hit with a hammer.The acceleration of the bolt due to this hit is detected and sent to a signal analyzer. A method for detecting looseness has been proposed. However, this method has a problem in that when the mass of the hammer is small or the diameter of the bolt is large, a sufficient signal cannot be obtained, resulting in errors in detection. [Object of the Invention] The present invention was achieved in order to eliminate the drawbacks of the prior art described above, and it is possible to use a bolt without being affected by conditions such as the size and stiffness of the bolt or the mass of the hammer. The present invention provides a method for accurately and non-destructively detecting looseness. [Summary of the Invention] To achieve the above object, the present invention includes an acceleration sensor attached to the head of a bolt fastened to a structure or one hexagonal surface of a nut, and a force sensor attached to a hammer. striking one side of the hexagonal surface of the head of the bolt or nut that corresponds to the acceleration sensor mounting surface;
The ratio between the signal of the acceleration sensor and the signal of the force sensor obtained by this impact is compared with the ratio of the signal of the acceleration sensor and the signal of the force sensor when the bolt is in a predetermined fastened state, and the bolt is fastened. This is a bolt loosening detection method that determines the condition. In the present invention, the value of both the signal A/F of the acceleration A obtained from the acceleration sensor attached to the bolt side and the force F obtained from the force sensor attached to the hammer side when struck by the hammer, or The same is true for the opposite F/A value, and the ratio of this acceleration A to force F is compared between when the bolt is tightened with a predetermined tightening force and during inspection to determine whether the bolt's fastening condition is good or bad. It is something to do. The principle of the bolted part inspection method according to the present invention will be explained as follows. If we observe the force F that acts on the hammer when striking the hexagonal surface of a nut (or the head of a bolt), we can see that even if the hammer is struck at the same initial speed, the repulsive force will be smaller if the nut is loose. Therefore, the force F acting on the hammer becomes smaller. However, if the nut is tightly tightened against the bolt, the frictional force at the washer is not large. Therefore, a large repulsive force is generated on the hammer,
The force F obtained by the force sensor or acceleration sensor is large. As mentioned above, it is clear that the repulsive force F that acts on the hammer when hitting the nut or bolt head changes depending on whether the nut is tightly tightened against the bolt or not. be. On the other hand, the acceleration A generated when the nut is struck is large when the nut is loose, and conversely becomes small when the nut is tightened. This relationship is summarized in Table 1.

〔実施例〕〔Example〕

第1図に示すように、構造材1を貫通した孔2
に挿通したボルト3の頭部4、またはこのボルト
3に締付けられているナツト5の六角部の一つの
面4aあるいは5aに加速度センサー6を取付け
ておき、ナツト5あるいはボルト3の頭部4の移
動状態を加速度Aとして検出する。そしてこの加
速度センサー6が取付けられている面5aあるい
は4aとは反対側の面5bあるいは4bをハンマ
ー7で打撃する。 一方、ハンマー7の打撃面には圧電素子やスト
レーンゲージ等よりなる力センサー8を取付けて
おり、このハンマー7でナツト5の一面5b、あ
るいはボルト3の頭部4の一面4bを打撃する
と、力センサー8による力Fとナツト5あるいは
ボルト4自体の加速度Aに関連した信号Aが得ら
れることになる。 ボルト3で締付けている構造材1(この実施例
においては板材)に対して、前記ハンマー7で板
材の延長方向に打撃することになるために非常に
剛性が高く、ナツト5が十分に締つている場合に
はこのナツト5とワツシヤ9との間で滑りが発生
せず、その剛性に基づいて加速度センサー6と力
センサー8より剛性に応じた信号AとFが発生す
る。 一方、ボルト3が緩んでいる場合には、ハンマ
ー7による剪断方向の打撃によつてワツシヤ9の
部分で僅かではあるが滑りが発生することにな
る。従つてハンマー7とナツト5の面との間に働
く力Fは、同じ初期速度で打撃した場合でも緩ん
でいる場合には小さく、締つている場合には滑り
がないため反発力が大きく、したがつてハンマー
7に設けた力センサー8で得られる力Fは大とな
る。 このようにして検出された力Fと加速度Aとは
そのピーク値を信号として第3図に示されるよう
に増幅器20,21で増幅し、ピーク検出器2
2,23でピーク値をとらえ、これを演算部24
に導入し、ここで両者の比、即ちA/F又はF/
Aが算出され、これが数字により、又は必要に応
じて図形や色彩により陰極管あるいは液晶デイス
プレイ等よりなる表示部25に表示される。 また、演算部24により算出されたA/F又は
F/AはそのままLED等により出力してもよく、
更には第4図に示すようにあらかじめ基準値Bを
比較器26に入力しておき、演算部24からの
A/F又はF/Aと比較し、表示部25に表示し
たり、LED27から出力したり、又は拡声器2
8から警報を発するようにすることもできる。 〔実験例〕 次に実験例を示す。 直径22mmのボルト3の軸力(締付力)を変化さ
せて重量260gにハンマー7でナツト5の一面5
bを打撃した際の力Fと加速度Aを調べた。その
結果の代表例を第5図a〜cに示す。 第5図は軸力を1トンとした場合における打撃
時における力Fをa−1に、加速度Aをa−2
に、同様に軸力を4トンとした場合の力Fをb−
1に、加速度をb−2に、また、軸力22.5トンと
した場合の力Fc−2に、加速度をc−2それぞ
れ示した。 これらについて各力Fと加速度Aを纏めると第
2表の通りとなつた。
As shown in FIG. 1, a hole 2 passing through a structural member 1
An acceleration sensor 6 is attached to the head 4 of the bolt 3 inserted into the bolt 3, or to one surface 4a or 5a of the hexagonal part of the nut 5 tightened to the bolt 3. The moving state is detected as acceleration A. Then, the surface 5b or 4b opposite to the surface 5a or 4a on which the acceleration sensor 6 is attached is struck with the hammer 7. On the other hand, a force sensor 8 made of a piezoelectric element, a strain gauge, etc. is attached to the striking surface of the hammer 7, and when the hammer 7 strikes one surface 5b of the nut 5 or one surface 4b of the head 4 of the bolt 3, a force is generated. A signal A is obtained which is related to the force F by the sensor 8 and the acceleration A of the nut 5 or bolt 4 itself. The hammer 7 hits the structural member 1 (in this example, a plate) fastened with the bolt 3 in the direction of extension of the plate, so the rigidity is very high and the nut 5 is sufficiently tightened. If the nut 5 and the washer 9 are in the same position, no slipping occurs between the nut 5 and the washer 9, and signals A and F are generated from the acceleration sensor 6 and the force sensor 8 based on the stiffness. On the other hand, if the bolt 3 is loose, the washer 9 will slip slightly due to the impact of the hammer 7 in the shearing direction. Therefore, even if the hammer 7 and the surface of the nut 5 are hit at the same initial speed, the force F is small when the hammer is loose, and when it is tight, there is no slipping and the repulsive force is large. As a result, the force F obtained by the force sensor 8 provided on the hammer 7 becomes large. The force F and acceleration A thus detected are amplified by amplifiers 20 and 21 using their peak values as signals, as shown in FIG.
2 and 23 capture the peak value, and calculate this by the calculation unit 24.
and here the ratio of both, i.e. A/F or F/
A is calculated and displayed on the display section 25 made of a cathode tube, liquid crystal display, etc., numerically or, if necessary, graphically or in color. Further, the A/F or F/A calculated by the calculation unit 24 may be output as is by an LED or the like.
Furthermore, as shown in FIG. 4, the reference value B is input into the comparator 26 in advance, and compared with A/F or F/A from the calculation section 24, and displayed on the display section 25 or output from the LED 27. or loudspeaker 2
It is also possible to issue an alarm from 8 onwards. [Experimental Example] Next, an experimental example will be shown. The axial force (tightening force) of the bolt 3 with a diameter of 22 mm was changed, and the weight was adjusted to 260 g.
The force F and acceleration A when hitting b were investigated. Representative examples of the results are shown in FIGS. 5a to 5c. Figure 5 shows that when the axial force is 1 ton, the force F at the time of impact is a-1, and the acceleration A is a-2.
Similarly, when the axial force is 4 tons, the force F is b-
1, the acceleration is shown in b-2, the force Fc-2 shows the acceleration when the axial force is 22.5 tons, and the acceleration c-2 shows the acceleration. Table 2 summarizes the force F and acceleration A for each of these.

【表】 〔発明の効果〕 本発明によるボルトの緩み検知方法は、構造物
に締結されたボルトの頭部又はナツトの六角面の
一面に加速度センサーを取付けるとともにハンマ
ーに力センサーを取付け、このハンマーにより前
記ボルトの頭部又はナツトの六角面であつてかつ
前記加速度センサー取付面に対応する一面を打撃
し、この打撃により得られた前記加速度センサー
の信号と力センサーの信号との比を、ボルトが所
定の締結状態にあるときの加速度センサーの信号
と力センサーの信号との比とを比較しボルトの締
結状態を判定するようにしたものである。 従つて、ハンマーの反発する状態とボルトが微
妙にズレる状態からハンマー側に設けた力センサ
ーの力Fやボルトの頭部、又はナツト側に設けた
加速度センサーの加速度Aを検知できるので、ハ
ンマーの質量が小さい場合やボルトの直径が大き
い場合であつても適切に信号を得ることができ正
確にボルトの弛みを検知することができる。 また、ボルトを軸線に直交する方向に打撃する
だけでそのボルトに発生している軸力を推定する
ことができるので大型の塔や橋梁等のような大型
の建造物の組立に使用されている多数のボルトの
締り具合を非破壊的に効率的に検知することがで
きる。
[Table] [Effects of the Invention] The bolt loosening detection method according to the present invention includes attaching an acceleration sensor to the head of a bolt fastened to a structure or one hexagonal surface of a nut, and attaching a force sensor to a hammer. Hit the head of the bolt or the hexagonal surface of the nut corresponding to the mounting surface of the acceleration sensor, and calculate the ratio of the signal of the acceleration sensor and the signal of the force sensor obtained by this hitting. The fastening state of the bolt is determined by comparing the ratio of the signal from the acceleration sensor and the signal from the force sensor when the bolt is in a predetermined fastening state. Therefore, the force F of the force sensor installed on the hammer side and the acceleration A of the acceleration sensor installed on the head of the bolt or the nut side can be detected from the state where the hammer is repelled and the bolt is slightly misaligned. Even when the mass is small or the diameter of the bolt is large, it is possible to obtain an appropriate signal and accurately detect the loosening of the bolt. In addition, the axial force generated in a bolt can be estimated by simply striking the bolt in a direction perpendicular to its axis, so it is used in the assembly of large structures such as large towers and bridges. The tightness of a large number of bolts can be detected non-destructively and efficiently.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明によるボルトの弛み検知方法の
概念を示す側断面図、第2図は同正面図である。
第3図及び第4図は信号の処理装置のブロツク
図、第5図a〜cは前記装置によつて得られたデ
ータのグラフである。 1…構造材、2…孔、3…ボルト、4…頭部、
4a…面、5…ナツト、5a…面、6…加速度セ
ンサー、7…ハンマー、8点力センサー、20,
21…増幅部、22,23…ピーク検出器、24
…演算部、25…表示部、26…比較器、27…
LED、28…拡声器。
FIG. 1 is a side sectional view showing the concept of the bolt loosening detection method according to the present invention, and FIG. 2 is a front view thereof.
3 and 4 are block diagrams of a signal processing device, and FIGS. 5a to 5c are graphs of data obtained by said device. 1... Structural material, 2... Hole, 3... Bolt, 4... Head,
4a...plane, 5...nut, 5a...plane, 6...acceleration sensor, 7...hammer, 8-point force sensor, 20,
21... Amplification section, 22, 23... Peak detector, 24
...Arithmetic section, 25...Display section, 26...Comparator, 27...
LED, 28... Loudspeaker.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 構造物に締結されたボルトの頭部又はナツト
の六角面の一面に加速度センサーを取付けるとと
もにハンマーに力センサーを取付け、このハンマ
ーにより前記ボルトの頭部又はナツトの六角面で
あつてかつ前記加速度センサー取付面に対応する
一面を打撃し、この打撃により得られた前記加速
度センサーの信号と力センサーの信号との比と、
ボルトが所定の締結状態にあるときの加速度セン
サーの信号を力センサーの信号との比とを比較し
ボルトの締結状態を判定するようにしたことを特
徴とするボルトの緩み検知方法。
1 Attach an acceleration sensor to one side of the hexagonal surface of the head of a bolt or nut fastened to a structure, and attach a force sensor to a hammer, and use the hammer to detect the acceleration of the head of the bolt or the hexagonal surface of the nut. one surface corresponding to the sensor mounting surface is struck, and the ratio of the signal of the acceleration sensor and the signal of the force sensor obtained by this striking;
A method for detecting loosening of a bolt, characterized in that the fastening state of the bolt is determined by comparing the ratio of a signal from an acceleration sensor with a signal from a force sensor when the bolt is in a predetermined fastening state.
JP25255287A 1987-10-08 1987-10-08 Looseness detecting method of bolt Granted JPH0198705A (en)

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