JP2020201050A - Method and device for testing screw fastening state - Google Patents

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Abstract

To provide a method and device for appropriately performing an accurate test of a screw fastening state by performing a test in a state closer to a screw fastening body in a general structure compared with a conventional manner.SOLUTION: In a screw fastening state test method, a screw fastening body 16 whose first member 161 and second member 162 are fastened by screw structures 163, 164 is shaken in a first direction F so as to be vibrated. In this state, a position of the screw fastening body 16 in a second direction crossed with the first direction F is measured by a non-contact system, so as to detect a vibration aspect of a position in the second direction.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はねじの締結状況の試験方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for testing a screw fastening state.

従来から、ねじが緩むことによって脱落や落下などが生じて起こる事故が後を絶たない。本来は、ねじが適切に締結されていればねじの緩みが発生することはないと考えられているが、上記の事故は、ねじの締結状況に関する人々の関心の薄さに起因するものと言える。このようなねじの緩みを防止するには、適切なねじの設計、締結方法、締結状況の管理が必要である。 Conventionally, there has been no end to accidents that occur when screws are loosened, causing them to fall off or drop. Originally, it is thought that loosening of screws will not occur if the screws are properly tightened, but it can be said that the above accident is due to the lack of interest of people regarding the tightening situation of screws. .. In order to prevent such loosening of screws, it is necessary to properly design screws, fasten them, and manage the fastening status.

一方、ボルト・ナット締結体等のねじ締結体に対して、ねじの緩み易さを試験するための軸直角振動方式ねじ緩み試験などを行うためのねじ緩み試験機が知られている。このねじ緩み試験機、例えば、軸直角振動方式ねじ緩み試験機では、ねじ締結体の軸力をロードセルなどによって計測しつつ、ねじ締結体の可動板を往復動させることで、固定板との間でねじを弾性変形させて緩みを発生させるようにしている。そして、往復滑りによって軸力が低下すると、ねじ締結体に緩みが発生したことがわかる。 On the other hand, there is known a screw loosening tester for performing a shaft right angle vibration type screw loosening test for testing the looseness of a screw for a screw fastening body such as a bolt / nut fastening body. In this screw loosening tester, for example, a shaft right-angle vibration type screw loosening tester, the axial force of the screw fastener is measured by a load cell or the like, and the movable plate of the screw fastener is reciprocated to reach the fixing plate. The screw is elastically deformed to cause loosening. Then, it can be seen that when the axial force is reduced due to the reciprocating slip, the screw fastener is loosened.

また、上記のねじ緩み試験機を改良した装置としては、例えば、以下の特許文献1−3に記載のものが提案されている。これらの装置では、上記可動板に相当する可動部を加振する点は上記と同様であるが、上記固定板のように上記の可動部に対してボルト・ナットなどによって締結されている部分を固定せず、錘などの慣性を付加した可動構造とすることにより、強制振動のような現実離れした条件ではなく、より現実に近い条件で試験ができるようにしたり、より短時間に緩み状態を生成したりすることができる。 Further, as an apparatus improved from the above-mentioned screw loosening tester, for example, the device described in the following Patent Documents 1-3 has been proposed. In these devices, the point of vibrating the movable part corresponding to the movable plate is the same as the above, but the part fixed to the movable part by bolts, nuts or the like like the fixed plate is formed. By making it a movable structure that is not fixed and adds inertia such as a weight, it is possible to test under more realistic conditions instead of unrealistic conditions such as forced vibration, and a loose state is generated in a shorter time. Can be done.

特開昭53−106192号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 53-106192 特開平10−142099号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-14209 特開昭51−4709号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 51-4709

ところが、上記ねじ緩み試験機或いはこれを改良した上記各装置では、いずれもロードセルや圧力センサなどによってねじ締結体の軸力を検出するようにしているので、これらの力センサを介在させることによって一般の構造体におけるねじ締結体の締結状況とは異なる条件で試験が行われることになるため、正確な検出ができないという問題点がある。また、一般の構造体におけるねじ締結体の形成部分に対してねじの締結状況を検出しようとしても、上記の力センサを介在させる必要があるために、そのままの状態では検出することができないという問題点もある。一方、特許文献2のように電気抵抗により検出する方法もあるが、ねじ山が潰れるなどの大きな変化がないと高い精度でねじ構造の締結状況を検出することはできない。 However, in the above-mentioned screw loosening tester or each of the above-mentioned devices improved thereto, the axial force of the screw fastening body is detected by a load cell, a pressure sensor, or the like. Therefore, it is common to intervene these force sensors. Since the test is performed under conditions different from the fastening state of the screw fastener in the structure of the above, there is a problem that accurate detection cannot be performed. Further, even if an attempt is made to detect a screw fastening state with respect to a formed portion of a screw fastening body in a general structure, there is a problem that it cannot be detected as it is because the above force sensor needs to be interposed. There is also a point. On the other hand, although there is a method of detecting by electric resistance as in Patent Document 2, it is not possible to detect the fastening state of the screw structure with high accuracy unless there is a large change such as crushing of the screw thread.

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、従来よりも一般の構造体におけるねじ締結体に近い状況で行うことにより、高精度のねじの締結状況の試験を適格に行うことができる方法及び装置を提供することにある。 Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems, and by performing the problem in a situation closer to a screw fastening body in a general structure than before, a high-precision screw fastening situation test is qualified. To provide methods and devices that can be performed.

上記課題を解決するために、本発明に係るねじの締結状況の試験方法は、第1部材と第2部材がねじ構造により締結されたねじ締結体を、第1の方向に加振して振動させた状態で、前記ねじ締結体の前記第1の方向と交差する第2の方向の位置を非接触方式により測定し、前記第2の方向の位置の振動態様を検出することを特徴とする。この場合において、前記第2の方向は前記ねじ構造の軸線方向であることが好ましい。 In order to solve the above problems, in the method for testing the screw fastening state according to the present invention, a screw fastening body in which a first member and a second member are fastened by a screw structure is vibrated by vibrating in the first direction. In this state, the position of the screw fastener in the second direction intersecting with the first direction is measured by a non-contact method, and the vibration mode of the position in the second direction is detected. .. In this case, the second direction is preferably the axial direction of the screw structure.

本発明によれば、ねじ締結体を第1の方向に加振することによってねじ構造が当該方向に歪むので、このねじ構造の歪を介して第2の方向へ力成分が生じる。これにより、ねじ締結体の締結状況、例えば、緩みの有無や緩みの程度に応じて、前記軸線方向の位置の振動態様が変化するため、当該振動態様に応じてねじ構造の締結状況を把握することが可能になる。このとき、ねじ締結体の反射面における光の反射による当該反射面の位置の測定などといった非接触方式により当該位置の振動態様が検出されるので、上記位置の測定がねじ締結体の締結状況に影響を及ぼすことがないことから、一般の構造体の通常に近い状態で上記締結状況を把握することができる。このため、ねじの締結状況の試験を適格に行うことができるとともに、一般の構造体の通常の状況に即した検出態様に対する阻害要因を排除できるため、ねじ構造の締結状況を高精度に把握することができる。例えば、ねじ締結体の内部にロードセルや圧力センサなどの測定手段を組み込む必要がないため、一般の構造体(既存の建設物など)に設けられたねじ締結体に対しても、そのままの状態で、ねじ構造の締結状況を知ることができる。ここで、第2の方向は第1の方向と直交することが好ましい。特に、前記第2の方向が前記ねじ構造の軸線方向であれば、当該軸線方向と交差する方向の加振作用によりねじ構造の歪を生じさせ易くなるとともに、ねじ締結体の締結状況を強く反映したねじ構造の軸線方向の振動態様を検出することにより、締結状況をさらに正確に把握できる。このとき、上記の軸線方向と交差する方向は、軸線方向と直交する方向であることが望ましい。 According to the present invention, the screw structure is distorted in the first direction by vibrating the screw fastener in the first direction, so that a force component is generated in the second direction through the distortion of the screw structure. As a result, the vibration mode of the position in the axial direction changes depending on the fastening status of the screw fastening body, for example, the presence or absence of loosening and the degree of loosening. Therefore, the fastening status of the screw structure is grasped according to the vibration mode. Will be possible. At this time, since the vibration mode of the position is detected by a non-contact method such as measurement of the position of the reflecting surface by reflection of light on the reflecting surface of the screw fastening body, the measurement of the above position determines the fastening status of the screw fastening body. Since there is no effect, the fastening status can be grasped in a state close to the normal state of a general structure. For this reason, it is possible to properly test the screw fastening status, and it is possible to eliminate obstacles to the detection mode in line with the normal situation of a general structure, so that the screw fastening status can be grasped with high accuracy. be able to. For example, since it is not necessary to incorporate a measuring means such as a load cell or a pressure sensor inside the screw fastening body, the screw fastening body provided in a general structure (existing building, etc.) can be left as it is. , You can know the fastening status of the screw structure. Here, it is preferable that the second direction is orthogonal to the first direction. In particular, when the second direction is the axial direction of the screw structure, the vibration action in the direction intersecting the axial direction tends to cause distortion of the screw structure and strongly reflects the fastening status of the screw fastener. By detecting the axial vibration mode of the screw structure, the fastening status can be grasped more accurately. At this time, it is desirable that the direction intersecting the above-mentioned axial direction is a direction orthogonal to the axial direction.

ところで、本発明の試験方法において、ねじ締結体を加振する理由は、従来のねじ緩み易さの試験のようにねじ締結体を緊締状態から緩み状態に移行させるためだけではない。すなわち、従来のねじ緩み易さの試験では、緊締状態のねじ締結体にどの程度の負荷を与えれば緩み状態になるかといった「緩み易さ」を評価するための試験において、緊締状態から緩み状態へ移行させるためにねじ締結体を加振している。しかし、本発明では、ねじの締結状況(例えば、緊締状態か緩み状態か)を把握するための「軸線方向の振動態様」を生じさせるためにねじ締結体を第1の方向に加振している。ねじ締結体の「第1の方向の振動状態」は、ねじ構造の締結状況に応じて、当該ねじ構造を介して「第2の方向の振動態様」に変換される。ただし、従来と同様のねじの緩み試験を本発明の方法により実施することも可能である。例えば、後述するように、加振によるねじ締結体の「第1の方向の振動状態」により緊締状態から緩み状態へ移行させる過程で、「第2の方向の振動態様」を検出することにより、ねじ締結体のねじ構造の締結状況を把握することもできる。 By the way, in the test method of the present invention, the reason for vibrating the screw fastener is not only to shift the screw fastener from the tightened state to the loosened state as in the conventional screw looseness test. That is, in the conventional screw looseness test, in the test for evaluating the "looseness" such as how much load should be applied to the screw fastener in the tightened state to be in the loosened state, the tightened state is changed to the loosened state. The screw fastener is vibrated in order to shift to. However, in the present invention, the screw fastener is vibrated in the first direction in order to generate an "axial vibration mode" for grasping the screw fastening state (for example, tightened state or loosened state). There is. The "vibration state in the first direction" of the screw fastener is converted into the "vibration mode in the second direction" via the screw structure according to the fastening state of the screw structure. However, it is also possible to carry out the same screw loosening test as before by the method of the present invention. For example, as will be described later, by detecting the "vibration mode in the second direction" in the process of shifting from the tightened state to the loosened state by the "vibration state in the first direction" of the screw fastener due to vibration. It is also possible to grasp the fastening status of the screw structure of the screw fastening body.

ここで、「ねじ締結体」とは、第1部材と第2部材にそれぞれ貫通孔を形成し、これらの各貫通孔に通したボルト(ねじ)の上記各貫通孔から突出した先端にナットを螺合させて締め付けた構造体に限らない。例えば、第1部材に貫通孔を形成し、第2部材にねじ穴を形成するとともに、ボルト(ねじ)を上記貫通孔に通してから上記ねじ穴に螺合させて締め付けた構造体であってもよく、或いは、第2部材に貫通孔を形成し、第1部材にねじ穴を形成するとともに、ボルト(ねじ)を上記貫通孔に通してから上記ねじ穴に螺合させて締め付けた構造体であってもよい。また、第1部材において一体に突設したねじ軸を、第2部材に設けた貫通孔に通した後に、その先端にナットを螺合させて締め付けた構造体であってもよく、或いは、第2部材において一体に突設したねじ軸を、第1部材に設けた貫通孔に通した後に、その先端にナットを螺合させて締め付けた構造体であってもよい。さらに、第1部材において一体に突設したねじ軸を、第2部材に設けたねじ穴に螺合させて締め付けた構造体であってもよく、或いは、第2部材において一体に突設したねじ軸を、第1部材に設けたねじ穴に螺合させて締め付けた構造体であってもよい。さらには、第1部材と第2部材の一方がボルト(ねじ)そのものであってもよく、このときにさらに他方がナットそのものであってもよい。すなわち、ねじ締結体とは、二以上の部材がねじ構造(雄ねじと雌ねじが螺合した構造)により相互に締め付けられた構造体である。 Here, the "screw fastener" means that through holes are formed in the first member and the second member, respectively, and a nut is inserted into the tip of a bolt (screw) that has passed through each of these through holes and protrudes from each of the through holes. It is not limited to a structure that is screwed and tightened. For example, a structure in which a through hole is formed in the first member, a screw hole is formed in the second member, and a bolt (screw) is passed through the through hole and then screwed into the screw hole and tightened. Alternatively, a structure in which a through hole is formed in the second member, a screw hole is formed in the first member, and a bolt (screw) is passed through the through hole and then screwed into the screw hole and tightened. It may be. Further, the structure may be a structure in which a screw shaft integrally protruding in the first member is passed through a through hole provided in the second member and then a nut is screwed into the tip thereof to tighten the structure. It may be a structure in which a screw shaft integrally protruding from the two members is passed through a through hole provided in the first member, and then a nut is screwed to the tip thereof and tightened. Further, the structure may be such that the screw shaft integrally projected in the first member is screwed into the screw hole provided in the second member and tightened, or the screw integrally projected in the second member. The structure may be a structure in which the shaft is screwed into a screw hole provided in the first member and tightened. Further, one of the first member and the second member may be a bolt (screw) itself, and at this time, the other may be a nut itself. That is, the screw fastening body is a structure in which two or more members are mutually tightened by a screw structure (a structure in which a male screw and a female screw are screwed together).

本発明において、前記第2の方向の位置は、光学式センサにより測定されることが好ましい。例えば、前記ねじ締結体の反射面による光の反射光を検知することにより測定できる。光を用いることにより、非接触方式で容易に測定することができるとともに、高い周波数帯域まで支障なく測定できる。このとき、前記光学式センサは、レーザ変位計であることが望ましい。これにより、上記位置をさらに高精度に検出できるとともに、高い振動数にも精度よく対応でき、上記位置の振動態様を確実に捕捉することが可能になる。 In the present invention, the position in the second direction is preferably measured by an optical sensor. For example, it can be measured by detecting the reflected light of the light by the reflecting surface of the screw fastening body. By using light, it is possible to easily measure by a non-contact method, and it is possible to measure up to a high frequency band without any trouble. At this time, it is desirable that the optical sensor is a laser displacement meter. As a result, the position can be detected with higher accuracy, and a high frequency can be accurately dealt with, so that the vibration mode of the position can be reliably captured.

本発明において、前記ねじ締結体に対する加振作用は前記第1部材に対して与えられ、前記ねじ締結体における前記第2の方向の位置の測定部位は前記第2部材であることが好ましい。これによれば、第1部材を加振することによって振動状態とされたねじ締結体において、第1部材に対してねじ構造を介して締結されている第2部材の第2の方向の位置を測定することにより、必ず加振部分に対してねじ構造を介した別部分の第2の方向の位置の振動態様が検出されることとなる。このため、検出された振動態様は、ねじ構造の締結状況をさらに大きく反映した態様となるから、ねじの締結状況の検出精度を高めることができる。ここで、第1部材と第2部材は、ボルトやナット以外の被締結部材に限らず、ねじ構造を介して締結された状態にあるものであればよく、例えば、自身で締結作用をもたらすボルトやナットそのものであってもよい。 In the present invention, it is preferable that the vibrating action on the screw fastening body is given to the first member, and the measurement site of the position in the second direction on the screw fastening body is the second member. According to this, in the screw fastening body that is brought into a vibrating state by vibrating the first member, the position of the second member fastened to the first member via the screw structure in the second direction is determined. By measuring, the vibration mode of the position of the other portion via the screw structure with respect to the vibrating portion in the second direction is always detected. Therefore, since the detected vibration mode reflects the fastening state of the screw structure more greatly, the detection accuracy of the screw fastening status can be improved. Here, the first member and the second member are not limited to the members to be fastened other than the bolts and nuts, and may be in a state of being fastened via a screw structure. Or the nut itself.

本発明において、前記振動態様に応じて、前記ねじ締結体の前記ねじ構造の締結状況を判定する段階をさらに含むことが好ましい。このとき、特に、上記第2の方向の位置の振動態様のうち、上記第2の方向の位置の振動の範囲又は振幅のばらつきの態様に応じて前記ねじ構造の締結状況を判定することが望ましい。ねじ締結体の振動態様はねじ構造の締結状況と密接に関連しているので、上記のような判定の態様に限定されるものではない。しかし、与えられた加振エネルギーによってねじ締結体が振動するとき、ねじの締結状況の如何によって、振動の範囲と振幅のばらつきはいずれも大幅に変動する。したがって、振動の範囲と振幅のばらつきのうちの少なくとも一方に基づいてねじの締結状況を判定することにより、当該締結状況をより精度よく容易に把握することができる。また、上記の段階において、前記振動態様を前記ねじ締結体の第1の方向の振動態様と対比することにより、前記ねじ構造の締結状況を判定することが望ましい。この場合には、上記振動態様は、振動の範囲の安定性の態様又は振幅のばらつきの態様であることが例示される。 In the present invention, it is preferable to further include a step of determining the fastening state of the screw structure of the screw fastening body according to the vibration mode. At this time, it is particularly desirable to determine the fastening state of the screw structure according to the vibration range of the position in the second direction or the variation in amplitude among the vibration modes of the position in the second direction. .. Since the vibration mode of the screw fastener is closely related to the fastening status of the screw structure, the vibration mode is not limited to the above-mentioned determination mode. However, when the screw fastener vibrates due to the given excitation energy, the variation in the vibration range and the amplitude varies greatly depending on the screw fastening condition. Therefore, by determining the screw fastening status based on at least one of the vibration range and the amplitude variation, the fastening status can be grasped more accurately and easily. Further, in the above stage, it is desirable to determine the fastening state of the screw structure by comparing the vibration mode with the vibration mode of the screw fastening body in the first direction. In this case, it is exemplified that the vibration mode is a stability mode of a vibration range or a variation of amplitude.

本発明において、前記ねじ締結体に対する加振作用は前記第1部材に対して与えられ、前記第2部材は可動に構成されることが好ましい。これによれば、第1部材が加振されるとともに、この第1部材に対してねじ構造を介して接続される第2部材を可動に構成することにより、一般の構造体における通常の状況にさらに近い状態で試験や検出を行うことが可能になる。また、ねじ構造以外の第1部材及び第2部材やさらにそれらの周囲の構造特性を反映した影響を低減することができるため、ねじ構造の締結状況を的確かつ正確に検出できる。例えば、軸直角振動方式ねじ緩み試験では第2部材が固定されることにより、現実には生じないような強制的な加振状態で測定が行われるので、一般の構造体における通常の状況とは異なる状態で試験が行われることとなる場合も出てくる。さらに、第2部材を固定することにより、ねじ構造以外の第1部材及び第2部材やさらにそれらの周囲の構造特性を反映した状態で測定が行われるので、ねじ構造の締結状況とは関係のない構造による影響を受けやすくなり、試験精度が低下する虞がある。しかし、本発明によれば、上記のような問題は生じない。 In the present invention, it is preferable that the vibrating action on the screw fastening body is applied to the first member, and the second member is movably configured. According to this, the first member is vibrated and the second member connected to the first member via the screw structure is movably configured, so that the normal situation in a general structure can be obtained. It will be possible to perform tests and detections in a closer state. Further, since the influence reflecting the structural characteristics of the first member and the second member other than the screw structure and their surroundings can be reduced, the fastening state of the screw structure can be detected accurately and accurately. For example, in the shaft right-angled vibration type screw loosening test, since the second member is fixed, the measurement is performed in a forced vibration state that does not actually occur, so it is different from the normal situation in a general structure. In some cases, the test will be conducted in different conditions. Further, by fixing the second member, the measurement is performed in a state that reflects the structural characteristics of the first member and the second member other than the screw structure and their surroundings, so that it is related to the fastening state of the screw structure. It is easily affected by the structure that is not used, and the test accuracy may decrease. However, according to the present invention, the above problems do not occur.

この場合において、前記第2部材に接続された錘を有し、前記錘は、前記第2部材の動作状態に応じた慣性力を前記第2部材に与えるように構成されることが望ましい。これによれば、第2部材に錘を接続することにより、錘の質量や接続位置に応じてねじ締結体が受ける慣性力を調整することが可能になる。このときにはまた、前記第2の方向は前記ねじ構造の軸線方向であり、前記第2部材には、前記ねじ構造の軸線の両側であって、前記第1部材に対する前記軸線方向と直交する向きにある両側に、それぞれ前記錘が接続され、両側の前記錘により、前記第1部材に対する加振時において前記第2部材に相互に等しい慣性力が与えられるように構成されることが好ましい。これにより、ねじ締結体の第1の方向の振動状態を安定させることができる。ここで、前記第1の方向は垂直方向であり、前記第2の方向は水平方向であることが望ましい。 In this case, it is desirable to have a weight connected to the second member, and the weight is configured to give an inertial force to the second member according to the operating state of the second member. According to this, by connecting the weight to the second member, it is possible to adjust the inertial force received by the screw fastener according to the mass of the weight and the connection position. At this time, the second direction is also the axial direction of the screw structure, and the second member is oriented on both sides of the axial line of the screw structure and orthogonal to the axial direction of the first member. It is preferable that the weights are connected to both sides thereof, and the weights on both sides are configured so that the second member is given an inertial force equal to each other when the first member is vibrated. Thereby, the vibration state of the screw fastener in the first direction can be stabilized. Here, it is desirable that the first direction is a vertical direction and the second direction is a horizontal direction.

本発明において、前記ねじ締結体における前記ねじ構造の軸線の周りの回動を抑制する回動抑制手段を備えることが好ましい。ここで、前記回動抑制手段は、前記第2部材に対して直接若しくは間接的に接続され、前記軸線の周りの固定箇所に当接可能に構成された規制部材を含むことが望ましい。これにより、ねじ締結体の回動によるねじ構造の締結状況の変動や第2の方向の振動態様への影響を回避することができる。また、前記両側の錘にそれぞれ直接若しくは間接的に接続される前記規制部材を両側に有することがさらに望ましい。 In the present invention, it is preferable to provide a rotation suppressing means for suppressing the rotation of the screw structure around the axis of the screw fastening body. Here, it is desirable that the rotation suppressing means includes a regulating member that is directly or indirectly connected to the second member and is configured to be in contact with a fixed portion around the axis. As a result, it is possible to avoid fluctuations in the fastening state of the screw structure due to rotation of the screw fastening body and influence on the vibration mode in the second direction. Further, it is more desirable to have the regulating members on both sides which are directly or indirectly connected to the weights on both sides.

次に、本発明に係るねじの締結状況の試験装置は、第1部材と第2部材がねじ構造により締結されたねじ締結体を、第1の方向に加振する加振器と、前記加振器により前記ねじ締結体を振動させた状態で、前記ねじ締結体の前記第1の方向と交差する第2の方向の位置を非接触方式により測定する位置測定手段と、前記位置測定手段による測定結果に基づいて前記第2の方向の振動態様を計測する振動計測手段と、を具備することを特徴とする。この場合において、前記振動計測手段により計測された前記第2の方向の振動の範囲又は振幅のばらつきの態様に応じて、前記ねじ締結体の前記ねじ構造の締結状況を判定する締結状況判定手段をさらに具備することが好ましい。 Next, the device for testing the screw fastening state according to the present invention includes a vibrating device that vibrates a screw fastening body in which a first member and a second member are fastened by a screw structure in a first direction, and the above-mentioned vibrating device. A position measuring means for measuring the position of the screw fastening body in a second direction intersecting with the first direction by a non-contact method and the position measuring means in a state where the screw fastening body is vibrated by a shaker. It is characterized by comprising a vibration measuring means for measuring the vibration mode in the second direction based on the measurement result. In this case, the fastening status determining means for determining the fastening status of the screw structure of the screw fastening body according to the mode of variation in the range or amplitude of the vibration in the second direction measured by the vibration measuring means. Further, it is preferable to provide.

本発明において、前記加振器はボイスコイルモータや超音波振動子によって構成することが好ましい。ボイスコイルモータは、直線的な振動を広い周波数帯域において形成することができる。また、ボイスコイルモータは、振幅も制御可能に構成できるので、対象となるねじ締結体の構成(寸法、構造、材質等)に応じて、或いは、目的(緩み試験か、締結状況の検出か)に応じて、適切な振幅の振動を与えることができる。一方、超音波振動子は、ボイスコイルモータよりも高い周波数帯の振動を生成でき、ねじ締結体に高い加速度や振動エネルギーを与えることができる。また、超音波振動子の振幅は一般に小さいため、ねじ締結体に与える負荷を低減することができる。 In the present invention, it is preferable that the exciter is composed of a voice coil motor or an ultrasonic vibrator. Voice coil motors can form linear vibrations in a wide frequency band. In addition, since the voice coil motor can be configured so that the amplitude can be controlled, it depends on the configuration (dimensions, structure, material, etc.) of the target screw fastening body, or the purpose (looseness test or detection of fastening status). Depending on the situation, vibrations of appropriate amplitude can be applied. On the other hand, the ultrasonic vibrator can generate vibration in a higher frequency band than the voice coil motor, and can give high acceleration and vibration energy to the screw fastener. Further, since the amplitude of the ultrasonic vibrator is generally small, the load applied to the screw fastener can be reduced.

この発明によれば、一般の構造体におけるねじ締結体に近い状況で行うことにより、従来よりも高精度のねじの締結状況の試験を適格に行うことができる。また、一般の構造体におけるねじ締結体に対してそのままの状態でねじの締結状況を検出することが容易になる。 According to the present invention, by performing the test in a situation similar to that of a screw fastening body in a general structure, it is possible to appropriately test the screw fastening state with higher accuracy than before. In addition, it becomes easy to detect the screw fastening status of the screw fastening body in a general structure as it is.

本発明に係る第1実施形態のねじの締結状況の試験装置の本体部の正面図(a)及び当該本体部の主要部分の平面図(b)である。It is a front view (a) of the main body part of the test apparatus of the screw fastening state of 1st Embodiment which concerns on this invention, and the plan view (b) of the main part of the main body part. 本発明に係る第2実施形態のねじの締結状況の試験装置の本体部の正面図(a)及び当該本体部の主要部分の平面図(b)である。It is a front view (a) of the main body part of the test apparatus of the screw fastening state of the 2nd Embodiment which concerns on this invention, and the plan view (b) of the main part of the main body part. 本発明に係る第3実施形態のねじの締結状況の試験装置の本体部の正面図(a)及び当該本体部の主要部分の平面図(b)である。It is a front view (a) of the main body part of the test apparatus of the screw fastening state of the 3rd Embodiment which concerns on this invention, and the plan view (b) of the main part of the main body part. 本発明に係る第4実施形態のねじの締結状況の試験装置の本体部の正面図(a)及び当該本体部の主要部分の平面図(b)である。It is a front view (a) of the main body part of the test apparatus of the screw fastening state of the 4th Embodiment which concerns on this invention, and the plan view (b) of the main part of the main body part. 各実施形態のねじの締結状況の試験装置の位置測定手段の測定位置及び測定方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement position and the measurement method of the position measuring means of the test apparatus of the screw fastening state of each embodiment. 各実施形態の位置測定手段、振動計測手段及び締結状況検出手段の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the position measuring means, the vibration measuring means and the fastening state detecting means of each embodiment. 第2実施形態における加振方向の位置測定信号に基づいて導出した加振方向振動波形を示す図である。It is a figure which shows the vibration direction vibration waveform derived based on the position measurement signal of the vibration direction in 2nd Embodiment. 第2実施形態におけるねじ締結体にねじの緩みが発生していないときの軸線方向振動波形を示す図である。It is a figure which shows the axial vibration waveform at the time when a screw loosening occurs in a screw fastening body in 2nd Embodiment. 第2実施形態におけるねじ締結体にねじの緩みが発生したときの軸線方向振動波形を示す図である。It is a figure which shows the axial vibration waveform at the time of loosening of a screw in the screw fastening body in 2nd Embodiment. 第2実施形態におけるねじ締結体の緊締状態におけるねじ軸線方向の振動態様と加振方向の振動態様とを対比して示す図である。It is a figure which contrasts and shows the vibration mode in the screw axis direction and the vibration mode in a vibration direction in a tightened state of a screw fastening body in the 2nd Embodiment.

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。最初に、図1、図5及び図6を参照して、本発明に係る第1実施形態のねじの締結状況の試験方法及び装置について説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, a method and an apparatus for testing a screw fastening state according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 5 and 6.

図1は、ねじの締結状況の試験装置10の本体部10Aを示す正面図(a)及び本体部10Aの主要部分(中心部分)を示す平面図(b)である。防振台11上に複数(図示例では4本)の支柱12を介して基板13が固定されている。この基板13には、加振器14が吊り下げられた状態で固定されている。加振器14は、特に限定されないが、例えば、ボイスコイルモータ等の駆動モータを内蔵し、図示例では駆動モータにより垂直方向(第1の方向)に振動する加振部14aを備える。加振部14aは、基板13の中央に設けられた開口部13aを通して上方へ露出している。加振部14a上には接続部材15が固定されている。加振部14aの振動周波数と振幅は、上記駆動モータに与える駆動信号の周波数fdと電圧Vdによって制御できるようになっている。例えば、加振器14に与える交流電力により、50〜200Hz(例えば、50Hz、60Hz,100Hz、200Hzなど)の周波数で加振することができる。また、振幅も、電圧Vdを0.1〜1.0Vの範囲で調整することにより、fd=50Hzのとき98〜796μm、fd=100Hzのとき35〜250μm、fd=200Hzのとき6〜40μmといった形で変化させることができる。 FIG. 1 is a front view (a) showing the main body 10A of the test apparatus 10 in which the screws are fastened, and a plan view (b) showing the main part (central part) of the main body 10A. The substrate 13 is fixed on the vibration isolation table 11 via a plurality of (four in the illustrated example) columns 12. The exciter 14 is fixed to the substrate 13 in a suspended state. The exciter 14 is not particularly limited, but includes, for example, a drive motor such as a voice coil motor, and in the illustrated example, the exciter unit 14a vibrates in the vertical direction (first direction) by the drive motor. The vibrating portion 14a is exposed upward through the opening 13a provided in the center of the substrate 13. A connecting member 15 is fixed on the vibrating portion 14a. The vibration frequency and amplitude of the excitation unit 14a can be controlled by the frequency fd and the voltage Vd of the drive signal given to the drive motor. For example, the AC power applied to the exciter 14 can be used to vibrate at a frequency of 50 to 200 Hz (for example, 50 Hz, 60 Hz, 100 Hz, 200 Hz, etc.). Further, by adjusting the voltage Vd in the range of 0.1 to 1.0 V, the amplitude is 98 to 796 μm when fd = 50 Hz, 35 to 250 μm when fd = 100 Hz, and 6 to 40 μm when fd = 200 Hz. It can be changed in shape.

接続部材15は、加振部14aの中心部に沿った垂直な取付面15aを有し、この取付面15a上にねじ締結体16が取り付けられる。ねじ締結体16は、上記取付面15a上に固定された第1部材161と、この第1部材161と重なるように配置された第2部材162と、第1部材161と第2部材162を貫通するボルト(ねじ)163と、このボルト163の軸部に螺合し、第1部材161と第2部材162を締め付けるナット164とを備える。特に限定されるものではないが、図示例では、第1部材161と第2部材162はそれぞれ板状体である。なお、取付面15aには、上記ボルト163の軸部の先端及びナット164を収容するための凹部15bが設けられる。ここで、接続部材15は、図5に示すように、加振器14の加振部14aの軸線14xがねじ締結体16を通過するように、ねじ締結体16を配置するように構成されることが好ましい。これにより、加振器14による加振方向F(第1の方向)とねじ締結体16の振動方向とのずれや、当該ずれに起因して生ずるねじ締結体16の振動の加振方向Fと交差する方向の揺れ(振れ)を低減できる。 The connecting member 15 has a vertical mounting surface 15a along the central portion of the exciting portion 14a, and the screw fastening body 16 is mounted on the mounting surface 15a. The screw fastening body 16 penetrates the first member 161 fixed on the mounting surface 15a, the second member 162 arranged so as to overlap the first member 161 and the first member 161 and the second member 162. A bolt (screw) 163 to be screwed and a nut 164 screwed to the shaft portion of the bolt 163 to tighten the first member 161 and the second member 162 are provided. Although not particularly limited, in the illustrated example, the first member 161 and the second member 162 are plate-shaped bodies, respectively. The mounting surface 15a is provided with a recess 15b for accommodating the tip of the shaft portion of the bolt 163 and the nut 164. Here, as shown in FIG. 5, the connecting member 15 is configured to arrange the screw fastening body 16 so that the axis 14x of the exciting portion 14a of the exciter 14 passes through the screw fastening body 16. Is preferable. As a result, there is a deviation between the vibration direction F (first direction) by the exciter 14 and the vibration direction of the screw fastening body 16, and the vibration direction F of the vibration of the screw fastening body 16 caused by the deviation. It is possible to reduce the shaking in the direction of intersection.

上記第1部材161は、上記接続部材15に対して、取付部材17により取り付けられる。取付部材17は、取付ブラケット17a、17bを備える。これらの取付ブラケット17a,17bを用いてボルト等により第1部材161が取付面15a上に固定される。図示例では、取付ブラケット17aは第1部材161の下側の二辺を下方から支持するように接続部材15(取付面15a)に固定され、取付ブラケット17bは第1部材161の上側の二辺を上方から支持するように接続部材15(上面15c)に固定される。 The first member 161 is attached to the connecting member 15 by an attachment member 17. The mounting member 17 includes mounting brackets 17a and 17b. The first member 161 is fixed on the mounting surface 15a by bolts or the like using these mounting brackets 17a and 17b. In the illustrated example, the mounting bracket 17a is fixed to the connecting member 15 (mounting surface 15a) so as to support the lower two sides of the first member 161 from below, and the mounting bracket 17b is the upper two sides of the first member 161. Is fixed to the connecting member 15 (upper surface 15c) so as to support the above.

図5は、上述のようにねじ締結体16を取り付けた接続部材15と、ねじ締結体16のねじ構造の軸線16xの方向(第2の方向)の位置を測定するための位置測定手段であるレーザ変位計18と、ねじ締結体16の加振方向Fの振動を検出するための位置測定手段(実質的には振動検出手段)であるレーザ変位計19と、これらのレーザ変位計18,19による測定結果を表示するとともに、当該測定結果による振動態様を表示するように構成された、位置測定手段の一部と振動計測手段を構成する計測機101とを示す説明図である。ねじの締結状況の試験装置10は、上記本体部10Aと、上記レーザ変位計18,19及び計側機101から構成される検出部10Bとを有する。 FIG. 5 is a position measuring means for measuring the position of the connecting member 15 to which the screw fastening body 16 is attached as described above and the direction (second direction) of the axis 16x of the screw structure of the screw fastening body 16. The laser displacement meter 18, the laser displacement meter 19 which is a position measuring means (substantially the vibration detecting means) for detecting the vibration in the vibration direction F of the screw fastening body 16, and these laser displacement meters 18, 19 It is explanatory drawing which shows a part of the position measuring means and the measuring apparatus 101 which constitutes a vibration measuring means, which was configured to display the measurement result by the above-mentioned measurement result, and also to display the vibration mode by the measurement result. The screw fastening status test device 10 includes the main body 10A and a detection unit 10B including the laser displacement meters 18 and 19 and the meter side machine 101.

本実施形態のねじの締結状況の試験装置10では、レーザ変位計18により、ねじ締結体16のねじ構造の軸線16xの方向の第2部材162の位置(表面の光反射面の位置)を測定し、この位置の振動の範囲及び/又は振幅のばらつきなどといった振動態様を検出する。レーザ変位計18は、レーザ光18iを第2部材162の表面に照射し、当該表面(光反射面)により反射された反射光18rを検知することにより、当該表面の測定方向Eの位置との間の距離を測定することができる。ここで、図示例では、測定方向Eは、ねじ締結体16のねじ構造の軸線16xの方向である。ただし、測定方向Eは、図示例のように軸線16xの方向(第2の方向)と一致する場合に限らず、軸線16xの方向(第2の方向)との間に90度未満の角度を有していてもよい。これは、レーザ変位計18により軸線16xの方向のねじ締結体16の位置を測定できればよいので、測定信号に上記方向の検出成分が含まれていればよいからである。 In the screw fastening state test device 10 of the present embodiment, the position of the second member 162 (the position of the light reflecting surface on the surface) of the screw structure of the screw fastening body 16 in the direction of the axis 16x is measured by the laser displacement meter 18. Then, the vibration mode such as the vibration range and / or the amplitude variation at this position is detected. The laser displacement meter 18 irradiates the surface of the second member 162 with the laser beam 18i, detects the reflected light 18r reflected by the surface (light reflecting surface), and thereby determines the position of the surface in the measurement direction E. The distance between them can be measured. Here, in the illustrated example, the measurement direction E is the direction of the axis 16x of the screw structure of the screw fastening body 16. However, the measurement direction E is not limited to the case where it coincides with the direction of the axis 16x (second direction) as shown in the illustrated example, and an angle of less than 90 degrees with the direction of the axis 16x (second direction). You may have. This is because the position of the screw fastener 16 in the direction of the axis 16x can be measured by the laser displacement meter 18, so that the measurement signal may include the detection component in the above direction.

また、ねじ締結体16の測定位置としては、ねじ構造の軸線16xの方向の位置であればどこでも構わない。ただし、特に、第1部材161と第2部材162の重なった部分の上記軸線16xと交差(好ましくは直交)する表面の位置を測定することが好ましい。また、ボルト163のヘッド部やナット164の表面であってもよい。このように、上記測定位置は、本実施形態のように、第2部材162やボルト163又はナット164の一部など、加振される第1部材161に対してねじ構造を介して接続された部分であることが好ましい。これは、加振器14により加振されることにより生じた第1部材161の振動(駆動振動成分)に起因してねじ構造を介して他の部分が振動する態様(従動振動成分の態様)がねじ構造の締結状況を反映するため、この従動振動成分をなるべく多く検出することが、ねじの締結状況の高精度の把握に繋がるからである。ただし、ねじ締結体16の任意の箇所(上記第1部材161を含む。)の振動態様には必ず上記従動振動成分の態様の一部が含まれると考えられるから、上記のような測定位置に限定されるものでないことは勿論である。 Further, the measurement position of the screw fastening body 16 may be any position as long as it is a position in the direction of the axis 16x of the screw structure. However, in particular, it is preferable to measure the position of the surface of the overlapping portion of the first member 161 and the second member 162 that intersects (preferably orthogonally) the axis line 16x. Further, it may be the head portion of the bolt 163 or the surface of the nut 164. As described above, the measurement position is connected to the first member 161 to be vibrated, such as the second member 162, the bolt 163, or a part of the nut 164, via the screw structure as in the present embodiment. It is preferably a portion. This is a mode in which other parts vibrate via the screw structure due to the vibration (driving vibration component) of the first member 161 generated by being vibrated by the exciter 14 (a mode of the driven vibration component). This reflects the fastening status of the screw structure, and detecting as much of this driven vibration component as possible leads to a highly accurate grasp of the fastening status of the screw. However, since it is considered that the vibration mode of any part of the screw fastening body 16 (including the first member 161) always includes a part of the mode of the driven vibration component, the measurement position is set as described above. Of course, it is not limited.

レーザ変位計19は、ねじ締結体16の加振器14による加振方向Fの振動を検出する。具体的には、ねじ締結体16の任意の箇所又はこれに直接若しくは間接的に固定された加振部14aや接続部材15、或いは、取付部材17(17a,17b)の表面にレーザ光19iを照射し、その反射光19rを検知することにより、当該表面の加振方向Fの振動状態を検出することができる。この例ではレーザ変位計19を用いることから、上記表面の加振方向Fの位置を測定していることとなるが、ここでは、加振器14による加振によるねじ締結体16の振動状態(上記駆動振動成分の状態)、すなわち、加振方向Fの振動の周波数と振幅を検出することを目的としている。なお、加振方向Fの位置測定や振動測定の測定方向は、上述の軸線16xの方向の測定と同様に、加振方向F(第1の方向)の成分を測定可能であれば、加振方向F(第1の方向)そのものでなくても構わない。 The laser displacement meter 19 detects vibration in the vibration direction F by the exciter 14 of the screw fastening body 16. Specifically, the laser beam 19i is applied to the surface of the vibrating portion 14a or the connecting member 15 or the mounting member 17 (17a, 17b) fixed directly or indirectly to an arbitrary portion of the screw fastening body 16. By irradiating and detecting the reflected light 19r, the vibration state of the surface in the vibration direction F can be detected. In this example, since the laser displacement meter 19 is used, the position of the vibration direction F on the surface is measured. Here, the vibration state of the screw fastening body 16 due to the vibration by the vibration device 14 ( The purpose is to detect the state of the drive vibration component), that is, the frequency and amplitude of the vibration in the vibration direction F. The position measurement of the vibration direction F and the measurement direction of the vibration measurement are the same as the measurement of the axis 16x direction described above, if the component of the vibration direction F (first direction) can be measured, the vibration is performed. It does not have to be the direction F (first direction) itself.

なお、本実施形態のねじの締結状況の試験方法において、レーザ変位計18とレーザ変位計19を一つのレーザ変位計で兼用しても構わない。また、それぞれの測定又は検出において、位置測定手段又は振動検出手段は、ねじ締結体16に対して非接触で、位置の測定又は振動の検出を行うことができるものであればよく、上記レーザ変位計に限定されるものではない。一般的に、非接触方式で位置を測定できる方法としては、光検出方式や磁気検出方式などが挙げられる。例えば、近接センサがその一例であるが、これには、誘導形、静電容量形、超音波形、光電形、磁気形などがある。なお、レーザ変位計は、上記測定部18,19と、これらの測定部18,19から送出される信号に基づいて、被測定部の位置や当該位置の時間経過を示す振動波形を導出し、好ましくは、これらを表示する計測機101とで構成されると考えることもできる。ここで、計測機101には、軸線方向位置測定値表示部101aと、加振方向位置測定値表示部101bと、軸線方向振動波形表示部101cと、加振方向振動波形表示部101dとが設けられる。 In the method for testing the screw fastening state of the present embodiment, the laser displacement meter 18 and the laser displacement meter 19 may be used in combination with one laser displacement meter. Further, in each measurement or detection, the position measuring means or the vibration detecting means may be any one capable of measuring the position or detecting the vibration without contacting the screw fastening body 16, and the laser displacement is described above. It is not limited to the total. In general, as a method capable of measuring a position by a non-contact method, a light detection method, a magnetic detection method, or the like can be mentioned. For example, a proximity sensor is an example, which includes an induction type, a capacitance type, an ultrasonic type, a photoelectric type, and a magnetic type. The laser displacement meter derives a vibration waveform indicating the position of the unit to be measured and the passage of time at the position based on the measurement units 18 and 19 and the signals transmitted from the measurement units 18 and 19. Preferably, it can be considered to be composed of the measuring instrument 101 displaying these. Here, the measuring device 101 is provided with an axial position measurement value display unit 101a, a vibration direction position measurement value display unit 101b, an axial vibration waveform display unit 101c, and a vibration direction vibration waveform display unit 101d. Be done.

図6は、本実施形態のねじ締結体16に対するねじの締結状況の検出過程若しくはねじの締結状況の検出システムの構成を示す概略構成図である。まず、加振器14を稼働させ(加振手段により)、接続部材15を介してねじ締結体16を加振する。これによってねじ締結体16は加振方向Fに振動する。これが駆動振動成分である。この振動状態のねじ締結体16に対して位置測定手段であるレーザ変位計18によりねじ構造の軸線16xの方向である測定方向Eの位置を測定し、その位置の時間変化を示す位置測定信号18tを振動態様検出器18Aに出力する。この振動態様検出器18Aは、入力された位置測定信号18tに基づいて、上記位置の振動の範囲や振幅のばらつきを示す位置測定信号18tの波形を形成する。そして、この波形そのものや波形を間接的に示す情報を含む振動波形信号16dを出力する。この振動態様検出器18Aは、図示しない動作プログラムを図示しないコンピュータ装置によって動作させること等により、上記検出部10Bの機能実現手段として構成できる。 FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a screw fastening status detection process or a screw fastening status detection system for the screw fastening body 16 of the present embodiment. First, the exciter 14 is operated (by the vibrating means), and the screw fastening body 16 is vibrated via the connecting member 15. As a result, the screw fastening body 16 vibrates in the vibration direction F. This is the drive vibration component. The position of the measurement direction E, which is the direction of the axis 16x of the screw structure, is measured with respect to the screw fastening body 16 in the vibrating state by the laser displacement meter 18 which is a position measuring means, and the position measurement signal 18t indicating the time change of the position. Is output to the vibration mode detector 18A. Based on the input position measurement signal 18t, the vibration mode detector 18A forms a waveform of the position measurement signal 18t indicating a variation in the vibration range and amplitude of the position. Then, the vibration waveform signal 16d including the waveform itself and the information indirectly indicating the waveform is output. The vibration mode detector 18A can be configured as a function realizing means of the detection unit 10B by operating an operation program (not shown) by a computer device (not shown) or the like.

次に、上記のように検出されたねじ締結体16の振動波形信号(例えば、振動波形そのもの、或いは、振動の範囲、振幅のばらつきを示す信号)16dは、ねじ締結状況判定器18Bに出力される。このねじ締結状況判定器18Bでは、上記振動波形信号16dに基づいて、ねじ締結体16のねじ構造の締結状況を判定し、それを判定結果を出力する。このねじ締結状況判定器18Bも、上記振動態様検出器18Aと同様に動作プログラムをコンピュータ装置によって動作させること等により、上記検出部10Bの機能実現手段として構成できる。ねじ構造の締結状況の判定は、上記振動波形信号16dによって示される、ねじ締結体16の上記軸線方向の位置の振動の範囲の基準位置からのずれ(図5に示す測定表面(第2部材162の表面)であれば、上記位置の振動の範囲の増大方向へのずれ)、或いは、上記軸線方向の位置の振幅のばらつきの変化(図示例であれば、ばらつきの増加)の程度に応じて行われる。ここで、上記のずれ量やばらつきが増加するほど、ねじ構造の締結状況は緩む方向に進んでいると判定される。このようにして得られたねじ締結状況の判定結果16sは、判定表示手段である判定表示器18Cによって表示される。ここで、ねじ締結状況の判定結果16sは、文字(列)、数値、記号、色などの種々の方法で表示できる。例えば、ねじ締結状況の判定結果16sとしては、緩み状態か否か(緩み状態の有無)、締結状況(緩みの程度)の段階を表示する数値(例えば、10段階であれば、1〜10までの数値)とすることができる。一方、判定表示器18Cは、上記コンピュータ装置に接続された出力装置、例えば、表示モニタや印刷機などによって構成できる。 Next, the vibration waveform signal 16d of the screw fastening body 16 detected as described above (for example, the vibration waveform itself, or the signal indicating the variation in the vibration range and amplitude) 16d is output to the screw fastening status determining device 18B. To. The screw fastening status determining device 18B determines the fastening status of the screw structure of the screw fastening body 16 based on the vibration waveform signal 16d, and outputs the determination result. The screw fastening status determination device 18B can also be configured as a function realizing means of the detection unit 10B by operating an operation program by a computer device in the same manner as the vibration mode detector 18A. The determination of the fastening status of the screw structure is determined by the deviation from the reference position of the vibration range of the axial position of the screw fastening body 16 indicated by the vibration waveform signal 16d (measurement surface (second member 162) shown in FIG. 5). (Surface), depending on the degree of deviation of the vibration range of the above position in the increasing direction) or the change in the amplitude variation of the position in the axial direction (in the illustrated example, the increase in variation). Will be done. Here, it is determined that the tightening state of the screw structure is moving in the loosening direction as the deviation amount and variation increase. The determination result 16s of the screw fastening status thus obtained is displayed by the determination indicator 18C which is the determination display means. Here, the determination result 16s of the screw fastening status can be displayed by various methods such as characters (strings), numerical values, symbols, and colors. For example, as the determination result 16s of the screw fastening status, a numerical value indicating the stage of the loosening state (presence or absence of the loosening state) and the fastening status (degree of loosening) (for example, 1 to 10 in the case of 10 steps). Numerical value). On the other hand, the determination display 18C can be configured by an output device connected to the computer device, for example, a display monitor or a printing machine.

図5に示すように、上記位置測定信号18tは、計測機101の上記軸線方向位置測定値表示部101aに時間的に変化する数値として表示される。また、上記位置測定信号19tは、計測機101の上記加振方向位置測定値表示部101bに時間的に変化する数値として表示される。さらに、上記振動波形信号16dは、位置測定信号18tをサンプリングする等により、計測機101の上記軸線方向振動波形表示部101cに振動波形(例えば、縦軸が振幅、横軸が時間の二次元グラフ)として表示される。また、上記位置測定信号19tから求められた加振方向の振動波形が、位置測定信号19tをサンプリングする等により、上記加振方向振動波形表示部101dに振動波形(例えば、縦軸が振幅、横軸が時間の二次元グラフ)として表示される。なお、軸線方向振動波形表示部101cや加振方向振動波形表示部101dの表示内容は、それまでの平均波形を示すようにしてもよく、或いは、定期的に、若しくは、適宜の操作により、その都度更新されるようにしてもよい。 As shown in FIG. 5, the position measurement signal 18t is displayed on the axial position measurement value display unit 101a of the measuring device 101 as a numerical value that changes with time. Further, the position measurement signal 19t is displayed as a numerical value that changes with time on the vibration direction position measurement value display unit 101b of the measuring device 101. Further, the vibration waveform signal 16d is a two-dimensional graph of the vibration waveform (for example, the vertical axis is the amplitude and the horizontal axis is the time) on the axial vibration waveform display unit 101c of the measuring device 101 by sampling the position measurement signal 18t or the like. ) Is displayed. Further, the vibration waveform in the vibration direction obtained from the position measurement signal 19t is a vibration waveform (for example, the vertical axis is amplitude and horizontal) on the vibration direction vibration waveform display unit 101d by sampling the position measurement signal 19t or the like. The axis is displayed as a two-dimensional graph of time). The display contents of the axial vibration waveform display unit 101c and the vibration direction vibration waveform display unit 101d may indicate the average waveform up to that point, or may be displayed periodically or by an appropriate operation. It may be updated each time.

ここで、前述のように、レーザ変位計19により、ねじ締結体16の加振方向Fの振動状態を検知し、位置測定信号19tを出力する場合には、この位置測定信号19tを上記振動態様検出器18A及び/又は上記ねじ締結状況判定器18Bに入力し、上記振動波形信号16dの出力処理や上記ねじ締結状況判定結果16sの判定処理に利用することができる。例えば、上記位置の振動の範囲のずれ量や振幅のばらつきの程度を求める際に、上記位置の軸線方向の振動波形に対して上記位置測定信号19tを基準信号として用いることによってノイズ除去等を施すことができる。また、上記振動波形信号16dにより示される軸線16xの方向の振動態様のうち、振動の範囲の安定性や振幅のばらつきは、基本的に、ねじ締結体16が緊締状態にあるときには、上記位置測定信号19tから得られる加振方向Fの振動態様の振動の範囲の安定性や振幅のばらつきとほぼ同様である。一方で、ねじ締結体16が緩み状態にあるとき、或いは、緊締状態から緩み状態へ移行したときには、加振方向Fの振動の範囲の安定性や振幅のばらつきに比べて、軸線16xの方向の振動の範囲の安定性が低下し、振幅のばらつきも増大する。したがって、軸線16xの方向の振動態様と加振方向Fの振動態様とを対比することによって、ねじ締結体16のねじの締結状況を判定するようにしてもよい。 Here, as described above, when the laser displacement meter 19 detects the vibration state of the screw fastening body 16 in the vibration direction F and outputs the position measurement signal 19t, the position measurement signal 19t is used as the vibration mode. It can be input to the detector 18A and / or the screw fastening status determination device 18B and used for the output processing of the vibration waveform signal 16d and the determination processing of the screw fastening status determination result 16s. For example, when determining the amount of deviation in the vibration range of the position and the degree of variation in amplitude, noise removal or the like is performed by using the position measurement signal 19t as a reference signal for the vibration waveform in the axial direction of the position. be able to. Further, among the vibration modes in the direction of the axis line 16x indicated by the vibration waveform signal 16d, the stability of the vibration range and the variation in amplitude are basically measured in the position when the screw fastening body 16 is in the tightened state. It is almost the same as the stability of the vibration range and the variation of the amplitude of the vibration mode of the vibration direction F obtained from the signal 19t. On the other hand, when the screw fastening body 16 is in a loosened state, or when it shifts from a tightened state to a loosened state, it is in the direction of the axis 16x as compared with the stability of the vibration range in the vibration direction F and the variation in amplitude. The stability of the vibration range is reduced and the amplitude variation is increased. Therefore, the screw fastening state of the screw fastening body 16 may be determined by comparing the vibration mode in the direction of the axis 16x with the vibration mode in the vibration direction F.

さらに、上記位置測定信号19tは、実際のねじ締結体16の加振方向Fの振動状態、すなわち、同方向の振動の周波数や振幅を示すため、加振器14(加振手段)によって標準の振動状態が得られているか否かの確認や、加振方向Fの標準の振動状態からのずれによる影響を解消するために、例えば、上記振動波形信号16dや上記ねじ締結状況判定結果16sを加振方向Fの標準の振動状態からのずれの程度に応じて修正するために用いてもよい。ただし、上記位置測定信号19tを単に基準信号として表示するだけでも構わない。例えば、上記位置測定信号19tの波形を上記振動波形信号16dの波形と対比して示すことなどが考えられる。 Further, since the position measurement signal 19t indicates the actual vibration state of the screw fastening body 16 in the vibration direction F, that is, the frequency and amplitude of the vibration in the same direction, the vibration device 14 (vibration means) is used as a standard. For example, the vibration waveform signal 16d and the screw fastening status determination result 16s are added in order to confirm whether or not the vibration state is obtained and to eliminate the influence of the deviation of the vibration direction F from the standard vibration state. It may be used to correct according to the degree of deviation of the vibration direction F from the standard vibration state. However, the position measurement signal 19t may be simply displayed as a reference signal. For example, it is conceivable to show the waveform of the position measurement signal 19t in comparison with the waveform of the vibration waveform signal 16d.

本実施形態では、ねじ締結体16を加振して加振方向F(第1の方向)に振動させた状態で、光を用いて非接触で測定方向E(すなわち、ねじ締結体16のねじ構造の軸線16xの方向(第2の方向))のねじ締結体16の位置を測定し、その位置測定信号18tからねじ締結体16の軸線16xの方向の振動波形信号16d(例えば、振動の範囲や振幅のばらつき)を導出する。このようにすると、ねじ締結体16自体の振動態様に基づいて、ねじ構造の締結状況を確実に把握することができる。特に、振動波形信号16dに基づいてねじ構造の締結状況を判定し、ねじ締結状況判定結果16sを求めることにより、ねじ締結状況を客観的に示すことができる。この試験方法では、例えば、従来のロードセルや圧力センサなどのようにねじ締結体16の振動系に影響を与える虞がなく、また、電気抵抗の測定のように、振動系から悪影響を受けやすい物理量を測定するものでもないので、ねじ構造の締結状況を高精度に検出できる。特に、測定に際してねじ構造以外のロードセルや圧力センサなどの部材を介在させる必要がないため、一般の構造体におけるねじ締結体に近い状況で測定を行うことができる。 In the present embodiment, the screw fastening body 16 is vibrated and vibrated in the vibration direction F (first direction), and the measurement direction E (that is, the screw of the screw fastening body 16) is non-contacted using light. The position of the screw fastening body 16 in the direction of the axis 16x of the structure (second direction) is measured, and the vibration waveform signal 16d (for example, the range of vibration) in the direction of the axis 16x of the screw fastening body 16 from the position measurement signal 18t. And amplitude variation). In this way, the fastening state of the screw structure can be reliably grasped based on the vibration mode of the screw fastening body 16 itself. In particular, the screw fastening status can be objectively shown by determining the fastening status of the screw structure based on the vibration waveform signal 16d and obtaining the screw fastening status determination result 16s. In this test method, for example, unlike a conventional load cell or pressure sensor, there is no risk of affecting the vibration system of the screw fastening body 16, and a physical quantity that is easily adversely affected by the vibration system, such as measurement of electrical resistance. Since it does not measure, the fastening status of the screw structure can be detected with high accuracy. In particular, since it is not necessary to interpose a member such as a load cell or a pressure sensor other than the screw structure in the measurement, the measurement can be performed in a situation similar to that of a screw fastener in a general structure.

また、本実施形態では、加振器14により加振される第1部材161に対してねじ構造を介して接続される第2部材162を可動に構成し、固定していない。図示例において、第2部材162には、ボルト163とナット164等によるねじ構造による締付作用のみが与えられ、その他の拘束力は受けない。このため、加振器14によりねじ締結体16を確実に加振することができる一方で、ねじ構造自体に過剰な負荷を与える虞を回避でき、ねじ構造に対して検出に必要な負荷のみを与えて、ねじの締結状況適切に検出することができる。すなわち、従来の軸直角振動方式ねじ緩み試験のように振動によりねじの緩みを発生させるといった目的を有しない場合には、ねじ締結体16の現時点でのねじの締結状況を検出するだけでよいため、過剰な応力を与える必要がないから、加振時の振幅も低減できるので、ねじ構造の周囲に生ずる歪も抑制できる。ここで、ねじ締結体16の振動によりねじ構造に与えられる負荷は、基本的に第2部材162及びこれに接続された質量による慣性力となる。 Further, in the present embodiment, the second member 162, which is connected to the first member 161 excited by the exciter 14 via the screw structure, is movably configured and is not fixed. In the illustrated example, the second member 162 is provided only with a tightening action by a screw structure such as a bolt 163 and a nut 164, and is not subjected to any other binding force. Therefore, while the screw fastening body 16 can be reliably vibrated by the exciter 14, it is possible to avoid the possibility of giving an excessive load to the screw structure itself, and only the load necessary for detection is applied to the screw structure. Given, the screw fastening status can be detected appropriately. That is, when it does not have the purpose of causing the screw to loosen by vibration as in the conventional shaft right-angle vibration type screw loosening test, it is only necessary to detect the current screw fastening status of the screw fastening body 16. Since it is not necessary to apply an excessive stress, the amplitude at the time of vibration can be reduced, so that the strain generated around the screw structure can be suppressed. Here, the load applied to the screw structure by the vibration of the screw fastening body 16 is basically an inertial force due to the second member 162 and the mass connected to the second member 162.

上記の慣性力は、第2部材162自体の形状寸法(大きさや形状)や比重によって設定できるほか、後述するように、第2部材162に接続固定される錘その他の部材の形状寸法(大きさや形状)や比重によって適宜に設定することができる。このように構成される結果、本実施形態では、10mmφ以下の小径のボルトやねじなどを用いたねじ締結体16にも支障なく用いることができる。従来の軸直角振動方式ねじ緩み試験機によるねじの緩み易さを判定する試験では、加振によってねじに緩みを生じさせるために大きな振幅を与える必要がある上に第2部材162を固定するため、小径のボルトやねじでは、大きな損傷を受けたり、破断したりし、試験そのものができなくなる場合があった。本実施形態では、ねじ構造を緩める機能が不要である場合には、ねじ構造に合わせるために、或いは、ねじの締結状況の検出精度を高めるために、慣性力、加振周波数、振幅等を、より広い範囲で設定することができる。また、加振の振幅を或る程度確保すれば、上記のような試験不能の事態を回避しつつ、上記慣性力を或る程度大きくすることにより、従来の緩み易さを確認する試験機のように、ねじ構造を緩めることができる機能をも付与することができる。 The above inertial force can be set by the shape dimension (size and shape) and specific gravity of the second member 162 itself, and as will be described later, the shape dimension (size and size) of the weight and other members connected and fixed to the second member 162. It can be set appropriately according to the shape) and specific gravity. As a result of this configuration, in the present embodiment, the screw fastening body 16 using a bolt or screw having a small diameter of 10 mmφ or less can be used without any problem. In the test for determining the ease of loosening of a screw by a conventional axial right-angle vibration type screw loosening tester, it is necessary to give a large amplitude in order to cause the screw to loosen by vibration, and to fix the second member 162. , Small diameter bolts and screws may be severely damaged or broken, making the test itself impossible. In the present embodiment, when the function of loosening the screw structure is not required, the inertial force, excitation frequency, amplitude, etc. are adjusted in order to match the screw structure or to improve the detection accuracy of the screw fastening status. It can be set in a wider range. In addition, if the amplitude of excitation is secured to some extent, the conventional testing machine that confirms the ease of loosening is performed by increasing the inertial force to some extent while avoiding the above-mentioned untestable situation. As described above, a function capable of loosening the screw structure can also be imparted.

次に、図2を参照して、本発明に係る第2実施形態について説明する。なお、上記第1実施形態における図5及び図6に示す内容に関する上述の説明は、第2実施形態においても共通するため、これらの内容に関する重複する説明事項は省略する。 Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. Since the above-mentioned explanations regarding the contents shown in FIGS. 5 and 6 in the first embodiment are common to the second embodiment, duplicate explanations regarding these contents will be omitted.

本実施形態では、上記第1実施形態における第2部材162の代わりに、左右に延びるアーム形状の第2部材165を有する。しかし、その他の構成については、第1実施形態と全く同じであるため、同じ部分の説明は省略する。この第2部材165は、ボルト163及びナット164によって第1部材161に対して締め付けられた中央部分165aと、この中央部分165aから左右に延在する一対のアーム部165b、165bと、これらのアーム部165bの先端に固定された錘部165c,165cを備える。また、第2部材165は、左右の錘部165cに接続され、それぞれ下方へ延伸して、上述の基板13の表面に向かう延長部165dを備える。延長部165dの先端は、例えば、基板13の表面に当接していてもよいが、図示例では、基板13の表面から僅かに離れている。 In the present embodiment, instead of the second member 162 in the first embodiment, the arm-shaped second member 165 extending to the left and right is provided. However, since the other configurations are exactly the same as those in the first embodiment, the description of the same parts will be omitted. The second member 165 includes a central portion 165a tightened to the first member 161 by bolts 163 and nuts 164, a pair of arm portions 165b and 165b extending to the left and right from the central portion 165a, and these arms. The weight portions 165c and 165c fixed to the tip of the portion 165b are provided. Further, the second member 165 is connected to the left and right weight portions 165c, and each includes an extension portion 165d extending downward toward the surface of the substrate 13. The tip of the extension portion 165d may be in contact with the surface of the substrate 13, for example, but in the illustrated example, it is slightly separated from the surface of the substrate 13.

本実施形態では、第2部材165に中央部分165aから延在するアーム部165b及びこれに接続された錘部165cを設けることによって、第2部材165に作用する慣性力を大きくしているため、ねじ締結体16のねじ構造に第1実施形態よりも大きな負荷を与えることができる。このため、ボルト163及びナット164によって構成されるねじ構造の耐力が大きい場合に、当該ねじ構造に十分な負荷を与えることによって、ねじ構造の締結状況を検出しやすくしたり、検出精度を高めたりすることができる。また、或る程度の加振による振幅を確保する必要はあるが、上記ねじ構造に大きな負荷を与えることによって、意図的にねじ構造を緩め、これによって、ねじ締結体16の緩み易さを判定する試験を行うことも可能である。さらに、アーム部165bと錘部165cからなる左右の対称構造は、加振時における軸線16x周りの回動成分の抑制にも寄与する。 In the present embodiment, since the second member 165 is provided with the arm portion 165b extending from the central portion 165a and the weight portion 165c connected to the arm portion 165b, the inertial force acting on the second member 165 is increased. A larger load can be applied to the screw structure of the screw fastening body 16 than in the first embodiment. Therefore, when the proof stress of the screw structure composed of the bolt 163 and the nut 164 is large, by applying a sufficient load to the screw structure, the fastening status of the screw structure can be easily detected and the detection accuracy can be improved. can do. Further, although it is necessary to secure an amplitude due to a certain degree of vibration, the screw structure is intentionally loosened by applying a large load to the screw structure, thereby determining the ease of loosening of the screw fastening body 16. It is also possible to carry out tests. Further, the left-right symmetrical structure including the arm portion 165b and the weight portion 165c also contributes to the suppression of the rotation component around the axis 16x at the time of excitation.

また、第2部材165には、下方へ伸びて基板13の表面に極めて近い位置まで達する延長部165dを設けることにより、第1部材161が加振されてねじ締結体16に振動が発生したとき、その振動によってねじ構造の軸線16xの周りを回動する方向の揺動運動が発生することをその規制作用により抑制することができる。図示例では、左右一対の延長部165dを設けることで、左右いずれの向きの回動をも、基板13の表面による規制作用により、抑制できる。なお、このような回動抑制手段としては、例えば、第1部材161と第2部材162,165(例えば、中央部分165a)との間において、ねじ構造の軸線16xの周りに形成した回動方向のストッパ構造などによって構成してもよい。 Further, when the first member 161 is vibrated and vibration is generated in the screw fastening body 16 by providing the second member 165 with an extension portion 165d that extends downward and reaches a position extremely close to the surface of the substrate 13. It is possible to suppress the occurrence of oscillating motion in the direction of rotating around the axis 16x of the screw structure due to the vibration by the restricting action. In the illustrated example, by providing a pair of left and right extension portions 165d, rotation in either the left or right direction can be suppressed by the restricting action of the surface of the substrate 13. As such a rotation suppressing means, for example, a rotation direction formed around the axis 16x of the screw structure between the first member 161 and the second member 162, 165 (for example, the central portion 165a). It may be configured by a stopper structure or the like.

本実施形態によれば、第2部材165の質量(或いは、第2部材に接続された質量)が増大することにより、ねじ締結体16が振動する際の慣性力が大きくなるため、ねじ構造に大きな負荷を与えることができる。したがって、加振により与えられた振動成分(駆動振動成分)に基づいて生ずる上記慣性力により、ねじ構造に与えられる振動エネルギーが大きくなることから、振動波形信号16d内のねじ構造の締め付け状況を反映した振動成分(従動振動成分)も大きくなるので、振動波形信号16dからねじの締結状況を判定することが容易になり、高精度の判定が可能になる。また、この場合には、加振器14による十分な振幅を生じさせれば、緊締されたねじ構造に対しても緩みを生じさせ易くなる。さらに、この構成であれば、上述の回動抑制手段(延長部165d)により、振動時におけるねじ締結体16の軸線16xの周りの回動を抑制できるため、加振器14による加振時の軸直角成分のみを残し、回動成分を排除できる。このため、ねじの締結状況のみを判定する目的で使用する場合には、試験時における締結状況を維持しやすくなり、また、ねじの緩み易さの試験を行う目的で使用する場合には回動成分による緩み促進作用を回避して、軸直角方向の緩み試験の精度を高めることができる。 According to the present embodiment, as the mass of the second member 165 (or the mass connected to the second member) increases, the inertial force when the screw fastening body 16 vibrates increases, so that the screw structure is formed. It can give a large load. Therefore, the vibration energy given to the screw structure increases due to the above-mentioned inertial force generated based on the vibration component (driving vibration component) given by the vibration, which reflects the tightening state of the screw structure in the vibration waveform signal 16d. Since the generated vibration component (driven vibration component) also becomes large, it becomes easy to determine the screw fastening status from the vibration waveform signal 16d, and a highly accurate determination becomes possible. Further, in this case, if sufficient amplitude is generated by the exciter 14, loosening is likely to occur even in the tightened screw structure. Further, in this configuration, the rotation suppressing means (extension portion 165d) described above can suppress the rotation of the screw fastening body 16 around the axis 16x during vibration, so that the vibration is performed by the exciter 14. Only the axis perpendicular component can be left, and the rotation component can be eliminated. Therefore, when used for the purpose of determining only the screw fastening status, it becomes easier to maintain the fastening status at the time of the test, and when used for the purpose of testing the ease of loosening of the screw, it rotates. It is possible to avoid the loosening promoting action of the components and improve the accuracy of the loosening test in the direction perpendicular to the axis.

次に、図3を参照して、本発明に係る第3実施形態について説明する。なお、上記第1実施形態における図5及び図6に示す内容に関する上述の説明は、第3実施形態においても共通するため、これらの内容に関する重複する説明事項は省略する。 Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. Since the above-mentioned explanations regarding the contents shown in FIGS. 5 and 6 in the first embodiment are common to the third embodiment, duplicate explanations regarding these contents will be omitted.

この第3実施形態では、第1実施形態の加振器14の代わりに、超音波振動子からなる加振器24を用いたねじの緩み試験装置20を構成している。超音波振動子からなる加振器24としては、例えば、ボルト締めランジュバン型振動子(BLT)を用いることができるが、特に限定されない。また、超音波振動子からなる加振器24には円錐状のホーン24aを取り付け、このホーン24aを基板23に接続固定している。基板23は、箱型の基枠21に設けられた支持板22に固定されている。 In the third embodiment, instead of the exciter 14 of the first embodiment, the screw loosening test device 20 using the exciter 24 made of an ultrasonic oscillator is configured. As the exciter 24 made of an ultrasonic oscillator, for example, a bolt-tightened Langevin type oscillator (BLT) can be used, but is not particularly limited. Further, a conical horn 24a is attached to the exciter 24 composed of an ultrasonic vibrator, and the horn 24a is connected and fixed to the substrate 23. The substrate 23 is fixed to a support plate 22 provided on the box-shaped base frame 21.

この第3実施形態においても、第1実施形態と同様の上記接続部材15及びこれに取り付けられた上記ねじ締結体16が用いられる。接続部材15は、第1実施形態において、加振器14の加振部14aの軸線14xに沿って取り付けられるのと同様に、上記加振器24とそのホーン24aの軸線24x上に沿って上記基板23に取り付け固定される。このときの超音波振動子の加振方向Fは、上記軸線24xに沿った方向である。また、この実施形態の接続部材15及びねじ締結体16は、第1実施形態のものと同様に構成できるので、それらの説明は省略する。 Also in this third embodiment, the same connection member 15 as in the first embodiment and the screw fastening body 16 attached to the connecting member 15 are used. In the first embodiment, the connecting member 15 is attached along the axis 14x of the exciting portion 14a of the exciter 14, and is mounted along the axis 24x of the exciter 24 and its horn 24a. It is attached and fixed to the board 23. The excitation direction F of the ultrasonic vibrator at this time is a direction along the axis 24x. Further, since the connecting member 15 and the screw fastening body 16 of this embodiment can be configured in the same manner as those of the first embodiment, their description will be omitted.

本実施形態では、加振器24から発せられた超音波(例えば、周波数15〜60kHz、一例として29kHz)がホーン24aを介して基板23上の接続部材15及びねじ締結体16に印加される。このとき、ホーン24aの形状寸法を調整することにより、上記超音波の節が基板23の支持板22に対する取付面の位置に生じるように構成されることが好ましい。これにより、超音波のエネルギーを効率的にねじ締結体16に伝搬させることができる。また、上記超音波の腹が接続部材15上の上記ねじ締結体16のねじ構造の軸線16xと交差する位置に生じるように構成されることが好ましい。これにより、ねじ締結体16に与えられる加振エネルギーを増大させることができる。 In the present embodiment, ultrasonic waves (for example, a frequency of 15 to 60 kHz, for example, 29 kHz) emitted from the exciter 24 are applied to the connecting member 15 and the screw fastening body 16 on the substrate 23 via the horn 24a. At this time, it is preferable that the shape and dimensions of the horn 24a are adjusted so that the ultrasonic node is generated at the position of the mounting surface of the substrate 23 with respect to the support plate 22. As a result, the ultrasonic energy can be efficiently propagated to the screw fastening body 16. Further, it is preferable that the antinode of the ultrasonic wave is formed at a position on the connecting member 15 at a position intersecting the axis 16x of the screw structure of the screw fastening body 16. As a result, the excitation energy given to the screw fastening body 16 can be increased.

ねじ締結体16は、超音波によって加振され、振動する。この場合、先の各実施形態の場合よりも高い周波数で加振されるため、ねじ締結体16自体の加振方向Fの振動数も高く、各部に高い加速度が生じ、高い振動エネルギーを生じた状態とされる。一方、超音波を用いる場合には振幅は小さく、0.01〜0.05μm程度であった。このように、高い振動エネルギーを受けることによって、ねじの締結状況の検出を高精度に行うことが可能になる。一方、振幅が小さいことにより、振動状態にあってもねじ締結体16の歪量は小さいため、ねじの締結状況に影響を与え難いことから、ねじの締結状況が維持されやすいので、ねじの締結状況を高い精度で検出する目的で使用する場合に適した装置20であることがわかる。逆に、上記超音波による振動でねじの緩み状態を作り出すことは難しいため、ねじの緩み易さの試験を行う場合には適していないこともある。 The screw fastening body 16 is vibrated and vibrated by ultrasonic waves. In this case, since the vibration is performed at a higher frequency than in each of the above embodiments, the frequency of the vibration direction F of the screw fastening body 16 itself is also high, high acceleration is generated in each part, and high vibration energy is generated. Be in a state. On the other hand, when ultrasonic waves were used, the amplitude was small, about 0.01 to 0.05 μm. By receiving high vibration energy in this way, it becomes possible to detect the screw fastening status with high accuracy. On the other hand, since the amount of strain of the screw fastening body 16 is small even in a vibrating state due to the small amplitude, it is difficult to affect the screw fastening status, and the screw fastening status is easily maintained. It can be seen that the device 20 is suitable for use for the purpose of detecting the situation with high accuracy. On the contrary, since it is difficult to create a loosened state of the screw by the vibration caused by the ultrasonic wave, it may not be suitable for testing the looseness of the screw.

本実施形態では、加振器24の加振周波数や振幅の帯域が異なるものの、ねじの緩み試験装置20の本体部の全体構成は先の各実施形態の装置10の本体部10Aとは異なるが、ねじの締結状況を示す軸線方向の振動態様を検出する方法やレーザ変位計18,19などのセンサやそれらの動作は、図5及び図6に示す検出部10Bの内容と全く変わりがない。 In the present embodiment, although the vibration frequency and amplitude bands of the exciter 24 are different, the overall configuration of the main body of the screw loosening test device 20 is different from that of the main body 10A of the device 10 of each of the above embodiments. , The method of detecting the vibration mode in the axial direction indicating the screw fastening state, the sensors such as the laser displacement meters 18 and 19, and their operations are completely the same as the contents of the detection unit 10B shown in FIGS. 5 and 6.

次に、図4を参照して、本発明に係る第4実施形態について説明する。なお、上記第1実施形態における図5及び図6に示す内容に関する上述の説明は、第4実施形態においても共通するため、これらの内容に関する重複する説明事項は省略する。 Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. Since the above-mentioned explanations regarding the contents shown in FIGS. 5 and 6 in the first embodiment are common to the fourth embodiment, duplicate explanations regarding these contents will be omitted.

この実施形態では、上記第3実施形態と同様の、基枠21、支持板22、基板23、超音波振動子により構成される加振器24を備えているとともに、第1実施形態と同様の接続部材15やねじ締結体16を有するので、これらの説明は省略する。 In this embodiment, the same exciter 24 composed of the base frame 21, the support plate 22, the substrate 23, and the ultrasonic oscillator is provided as in the third embodiment, and the same as in the first embodiment. Since it has a connecting member 15 and a screw fastening body 16, the description thereof will be omitted.

本実施形態においては、第1実施形態と同様の第2部材161の代わりに、第2実施形態と類似の第2部材166を有する。この第2部材166は、中央部分166aから左右に延在するアーム部166b、166bと、これらのアーム部166bの先端にそれぞれ接続された錘部166cを有する。一方、基枠21の左右部分には案内部25,25が設けられ、これらの案内部25は、上記アーム部166b又は錘部166cを加振方向Fにスライド可能に案内する。図示例では、錘部166cが案内部25の案内面25a上で加振方向Fにスライド自在に支持されている。 In the present embodiment, instead of the second member 161 similar to the first embodiment, a second member 166 similar to the second embodiment is provided. The second member 166 has an arm portion 166b and 166b extending to the left and right from the central portion 166a, and a weight portion 166c connected to the tip of each of these arm portions 166b. On the other hand, guide portions 25 and 25 are provided on the left and right portions of the base frame 21, and these guide portions 25 guide the arm portion 166b or the weight portion 166c in the vibration direction F so as to be slidable. In the illustrated example, the weight portion 166c is slidably supported in the vibration direction F on the guide surface 25a of the guide portion 25.

本実施形態では、第2実施形態と同様に、第2部材166に大きな質量を与えたので、ねじ締結体16が振動するとき、ねじ構造は第2部材166から大きな慣性力を受ける。このため、ねじ構造に大きな負荷を与えることができるので、第2実施形態と同様にねじの締結状況の検出の高精度化やねじの締結状況の試験の容易化を図ることができる。また、アーム部166bの長さや錘部166cの質量を調整することにより、慣性力を調整することができるので、目的に応じて第2部材166による慣性力を適宜に設定し、締結状況の検出精度を高めたり、締結状況の試験の条件の最適化を図ったりすることができる。 In the present embodiment, as in the second embodiment, a large mass is applied to the second member 166, so that when the screw fastening body 16 vibrates, the screw structure receives a large inertial force from the second member 166. Therefore, since a large load can be applied to the screw structure, it is possible to improve the accuracy of detecting the screw fastening status and facilitate the test of the screw fastening status as in the second embodiment. Further, since the inertial force can be adjusted by adjusting the length of the arm portion 166b and the mass of the weight portion 166c, the inertial force by the second member 166 can be appropriately set according to the purpose to detect the fastening state. It is possible to improve the accuracy and optimize the test conditions of the fastening condition.

なお、本実施形態では図示しないが、例えば、左右の案内部25,25(案内面25a)とアーム部166b又は錘部166cとの間に加振方向Fに沿った案内溝や案内リブ(リニアガイドと同様の案内構造)を設けて相互に嵌合するように構成することなどにより、第2部材166がねじ構造の軸線16xの周りに回動しない回動抑制手段として用いることができる。この回動抑制手段の作用効果は第2実施形態と同様である。 Although not shown in this embodiment, for example, a guide groove or a guide rib (linear) along the vibration direction F between the left and right guide portions 25, 25 (guide surfaces 25a) and the arm portion 166b or the weight portion 166c. By providing a guide structure similar to a guide) so as to fit each other, the second member 166 can be used as a rotation suppressing means that does not rotate around the axis 16x of the screw structure. The action and effect of this rotation suppressing means is the same as that of the second embodiment.

なお、第3実施形態や本実施形態のように第2部材162や166を可動に構成するのではなく、第2部材を基枠21に対して固定し、例えば、左右の案内部25,25に固定するようにしてもよい。第3実施形態や本実施形態では、加振器24が超音波を生ずるが、その振幅は小さいため、第2部材を固定しても、ねじ構造に過剰な負荷を与える虞が少ない。したがって、小径のボルトやねじなどに対しても支障なくねじの締結状況の検出や緩み試験を行うことが可能である。なお、この第2部材の固定は、第1実施形態や第2実施形態において実施しても構わない。 The second members 162 and 166 are not movably configured as in the third embodiment and the present embodiment, but the second member is fixed to the base frame 21, for example, the left and right guide portions 25, 25. It may be fixed to. In the third embodiment and the present embodiment, the exciter 24 generates ultrasonic waves, but since the amplitude thereof is small, there is little possibility that an excessive load is applied to the screw structure even if the second member is fixed. Therefore, it is possible to detect the tightening status of screws and perform a looseness test on small-diameter bolts and screws without any trouble. The fixing of the second member may be carried out in the first embodiment or the second embodiment.

最後に、具体的な振動波形の例について説明する。図7−図10には、上記第2実施形態において計測された振動波形を示す。図7は、レーザ変位計19により測定された加振方向Fの位置測定信号19tに基づく加振方向の振動波形である。このとき、加振周波数fd=50Hz、加振電圧はVd=1.0Vである。この加振方向Fの振動態様は、ねじ締結体16のねじ構造が緊締状態にあるときと緩み状態にあるときとでほとんど変化しなかった。また、図8は、同じ条件で加振し続けたときの、ねじ締結体16が緊締状態にあるときのレーザ変位計18により測定された軸線方向の位置測定信号18tに基づく軸線方向の振動波形信号16dによる振動波形を示す。このときの軸線方向の振動の範囲は−135μm−+25μmであり、この約150μmの振幅のばらつきは15−25%程度(約20%)であった。 Finally, an example of a specific vibration waveform will be described. 7-10 show the vibration waveform measured in the second embodiment. FIG. 7 is a vibration waveform in the vibration direction based on the position measurement signal 19t in the vibration direction F measured by the laser displacement meter 19. At this time, the excitation frequency fd = 50 Hz, and the excitation voltage is Vd = 1.0 V. The vibration mode of the vibration direction F hardly changed between when the screw structure of the screw fastening body 16 was in the tightened state and when it was in the loosened state. Further, FIG. 8 shows an axial vibration waveform based on the axial position measurement signal 18t measured by the laser displacement meter 18 when the screw fastener 16 is in the tightened state when the vibration is continued under the same conditions. The vibration waveform by the signal 16d is shown. The range of vibration in the axial direction at this time was −135 μm − + 25 μm, and the amplitude variation of about 150 μm was about 15-25% (about 20%).

図9は、上記と同じ条件で加振し続けたときに、途中でねじ締結体16にねじの緩みが生じた場合の軸線方向の振動波形の変化を示す。緩みが生じた後には、振動の範囲は0−200μmにシフトし、軸線方向の位置の振動の範囲はプラス側(レーザ変位計18の計測距離が増大する側)に移動している。ここで、レーザ変位計18による位置測定ではプラス側への移動はレーザ変位計18と測定対象(ねじ締結体16)との距離が近づいた(小さくなった)場合に相当するので、ねじ締結体16の第2部材162の表面が第1部材161から手前側へ移動したことになる。このことは、ねじ締結体16のねじに緩みが生じたことと整合する。また、このときの振幅のばらつきは、図8に示す程度から図9に示すように増大し、振幅のばらつきは50−90%程度(約70%)であった。 FIG. 9 shows a change in the vibration waveform in the axial direction when a screw is loosened in the screw fastening body 16 in the middle when vibration is continued under the same conditions as described above. After the loosening occurs, the vibration range shifts to 0-200 μm, and the vibration range at the axial position moves to the plus side (the side where the measurement distance of the laser displacement meter 18 increases). Here, in the position measurement by the laser displacement meter 18, the movement to the plus side corresponds to the case where the distance between the laser displacement meter 18 and the measurement target (screw fastening body 16) becomes closer (smaller), so that the screw fastening body This means that the surface of the second member 162 of 16 has moved from the first member 161 to the front side. This is consistent with the loosening of the screws of the screw fastener 16. Further, the amplitude variation at this time increased from the degree shown in FIG. 8 as shown in FIG. 9, and the amplitude variation was about 50-90% (about 70%).

図10は、第2実施形態において、加振周波数fd=50Hz、加振電圧Vd=0.5Vで加振したときのねじ締結体16の軸線16xの方向の振動態様と加振方向Fの振動態様とを対比して示すグラフである。この例では、レーザー変位計18,19の位置測定信号18t、19tのサンプリング周波数を40kHzとし、1振動周期内の測定点が約800点となる条件で表示した。このときのねじ締結体16は緊締状態にあり、軸線16xの方向の振動態様と加振方向Fの振動態様とは、相互に位相差はあるものの、振動の範囲の安定性と、振幅のばらつきに関してほとんど差異は見られなかった。そして、上述のように、加振方向Fの振動態様は、ねじ締結体16が緊締状態にあるときと緩み状態にあるときの差は、軸線16xの方向の振動態様の変化に比べて小さい。このため、緊締状態の軸線16xの方向の振動態様を加振方向Fの振動態様を比較対象とすることにより、ねじ構造の締結状況(緊締状態か緩み状態か)を確実に検出、判定することができることがわかる。 FIG. 10 shows a vibration mode of the screw fastening body 16 in the direction of the axis 16x and vibration in the vibration direction F when the screw fastener 16 is vibrated at a vibration frequency fd = 50 Hz and a vibration voltage Vd = 0.5 V in the second embodiment. It is a graph which shows in comparison with the aspect. In this example, the sampling frequencies of the position measurement signals 18t and 19t of the laser displacement meters 18 and 19 are set to 40 kHz, and the display is performed under the condition that the measurement points in one vibration cycle are about 800 points. At this time, the screw fastening body 16 is in a tightened state, and although there is a phase difference between the vibration mode in the axis 16x direction and the vibration mode in the vibration direction F, the stability of the vibration range and the variation in amplitude There was almost no difference in terms of. As described above, the difference between the vibration mode of the vibration direction F when the screw fastening body 16 is in the tightened state and the vibration mode when the screw fastening body 16 is in the loosened state is smaller than the change in the vibration mode in the direction of the axis 16x. Therefore, by comparing the vibration mode in the direction of the axis 16x in the tightened state with the vibration mode in the excitation direction F, the fastening state (tightened state or loosened state) of the screw structure can be reliably detected and determined. You can see that you can.

ここで、ねじ締結体16に緩みが生じたか否か、或いは、ねじの緩み状態がどの程度か、といった締結状況の判定については、上記振動態様との間で既定の条件を定めておき、当該条件に沿って判断することが好ましい。例えば、軸線方向の位置の振動の範囲に基づいて判定を行う場合には、上記振動の範囲の求め方(当該範囲を定めるための計算方法)と、上記振動の範囲の基準値からのシフト量の判定時に用いる閾値を定めておく。また、軸線方向の位置の振幅のばらつきに基づいて判定を行う場合には、上記振幅のばらつきの求め方(当該ばらつきを求めるための計算方法)と、上記振幅のばらつきの基準値との差の判定時に用いる閾値を定めておく。なお、判定に用いる振動態様の具体的な要素(上記の振動の範囲、振動の範囲の安定性、振幅のばらつき等)は、状況に応じて適宜に変更してもよい。 Here, with respect to the determination of the fastening state such as whether or not the screw fastening body 16 is loosened or how much the screw is loosened, a predetermined condition is set with the above vibration mode, and the relevant setting is made. It is preferable to make a judgment according to the conditions. For example, when making a judgment based on the vibration range of the position in the axial direction, how to obtain the vibration range (calculation method for determining the range) and the shift amount from the reference value of the vibration range. Determine the threshold value to be used when determining. Further, when making a judgment based on the variation in the amplitude of the position in the axial direction, the difference between the method of obtaining the variation in the amplitude (calculation method for obtaining the variation) and the reference value of the variation in the amplitude. Determine the threshold value to be used at the time of judgment. The specific elements of the vibration mode used for the determination (the above-mentioned vibration range, stability of the vibration range, variation in amplitude, etc.) may be appropriately changed depending on the situation.

なお、本発明に係るねじの締結状況の試験方法及び装置は、上述の図示例のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記各実施形態では、加振器に対してねじ締結体を装着する態様で、ねじの締結状況の試験や、ねじの緩み易さの試験などを行う例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、既存の建設物を加振器により加振し、当該建設物に存在するねじ締結体のねじの締結状況を試験する場合にも適用できる。また、本明細書において用いられる「試験」という語は、既存の方法で行われる行為だけを含むものではなく、ねじの締結状況を確認するための種々の状況で行われ得る種々の行為(締結状況と関係のある情報の検出、導出、算定、評価等)を含むものである。 It should be noted that the method and apparatus for testing the screw fastening state according to the present invention are not limited to the above-mentioned illustrated examples, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the gist of the present invention. .. For example, in each of the above embodiments, an example is shown in which a screw fastening body is attached to a vibration exciter to test a screw fastening state, a screw looseness test, and the like. The present invention is not limited to this, and for example, it can be applied to the case where an existing building is vibrated by a vibrator and the screw fastening state of the screw fastening body existing in the building is tested. In addition, the term "test" used in the present specification does not include only actions performed by existing methods, but also various actions (fastening) that can be performed in various situations for confirming the screw fastening status. It includes detection, derivation, calculation, evaluation, etc. of information related to the situation).

10,20…ねじの締結状況の試験装置、10A…本体部、10B…検出部、11…防振台、12…支柱、13,23…基板、13a…開口部、14,24…加振器、14a…加振部、15…接続部材、15a…取付面、15b…凹部、16…ねじ締結体、161…第1部材、162…第2部材、163…ボルト、164…ナット、16d…振動波形信号、16s…ねじ締結状況判定結果、17…取付部材、17a,17b…取付ブラケット、18,19…レーザ変位計、18t…位置測定信号、18A…振動態様検出器、18B…ねじ締結状況判定器、18C…判定表示器、19t…位置測定信号、21…基枠、22…支持板、25…案内部、25a…案内面、24a…ホーン、101…計測機、101a…軸線方向位置測定値表示部、101b…加振方向位置測定値表示部、101c…軸線方向振動波形表示部、101d…加振方向振動波形表示部 10, 20 ... Test device for screw fastening status, 10A ... Main body, 10B ... Detection unit, 11 ... Anti-vibration table, 12 ... Support, 13, 23 ... Board, 13a ... Opening, 14, 24 ... Exciter , 14a ... Vibration part, 15 ... Connection member, 15a ... Mounting surface, 15b ... Recession, 16 ... Screw fastener, 161 ... First member, 162 ... Second member, 163 ... Bolt, 164 ... Nut, 16d ... Vibration Waveform signal, 16s ... Screw fastening status determination result, 17 ... Mounting member, 17a, 17b ... Mounting bracket, 18, 19 ... Laser displacement meter, 18t ... Position measurement signal, 18A ... Vibration mode detector, 18B ... Screw fastening status determination Instrument, 18C ... Judgment display, 19t ... Position measurement signal, 21 ... Base frame, 22 ... Support plate, 25 ... Guide unit, 25a ... Guide surface, 24a ... Horn, 101 ... Measuring instrument, 101a ... Axial position measurement value Display unit, 101b ... Vibration direction position measurement value display unit, 101c ... Axial vibration waveform display unit, 101d ... Vibration direction vibration waveform display unit

Claims (15)

第1部材と第2部材がねじ構造により締結されたねじ締結体を、第1の方向に加振して振動させた状態で、前記ねじ締結体の前記第1の方向と交差する第2の方向の位置を非接触方式により測定し、前記第2の方向の位置の振動態様を検出することを特徴とするねじの締結状況の試験方法。 A second member that intersects the first direction of the screw fastening body in a state where the screw fastening body in which the first member and the second member are fastened by the screw structure is vibrated and vibrated in the first direction. A method for testing a screw fastening state, which comprises measuring a position in a direction by a non-contact method and detecting a vibration mode of the position in the second direction. 前記第2の方向は前記ねじ構造の軸線方向である、
請求項1に記載のねじの締結状況の試験方法。
The second direction is the axial direction of the screw structure.
The method for testing a screw fastening state according to claim 1.
前記第2の方向の位置は、光学式センサにより測定される、
請求項1又は2に記載のねじの締結状況の試験方法。
The position in the second direction is measured by an optical sensor.
The method for testing a screw fastening state according to claim 1 or 2.
前記光学式センサは、レーザ変位計である、
請求項3に記載のねじの締結状況の試験方法。
The optical sensor is a laser displacement meter.
The method for testing a screw fastening state according to claim 3.
前記ねじ締結体に対する加振作用は前記第1部材に対して与えられ、前記ねじ締結体における前記第2の方向の位置の測定部位は前記第2部材である、
請求項1−4のいずれか一項に記載のねじの締結状況の試験方法。
The vibrating action on the screw fastening body is given to the first member, and the measurement site of the position in the second direction on the screw fastening body is the second member.
The method for testing a screw fastening state according to any one of claims 1-4.
前記振動態様に応じて前記ねじ構造の締結状況を判定する段階をさらに含む、
請求項1−5のいずれか一項に記載のねじの締結状況の試験方法。
Further including a step of determining the fastening state of the screw structure according to the vibration mode.
The method for testing a screw fastening state according to any one of claims 1-5.
前記段階において、前記ねじ構造の締結状況を判定するために用いられる前記振動態様は、前記第2の方向の位置の振動の範囲と振幅のばらつきのうちの少なくとも一方である、
請求項6に記載のねじの締結状況の試験方法。
In the step, the vibration mode used to determine the fastening state of the screw structure is at least one of the vibration range and the amplitude variation of the position in the second direction.
The method for testing a screw fastening state according to claim 6.
前記段階において、前記振動態様を、前記ねじ締結体の第1の方向の振動態様と対比することにより、前記ねじ構造の締結状況を判定する、
請求項6又は7に記載のねじの締結状況の試験方法。
In the step, the fastening state of the screw structure is determined by comparing the vibration mode with the vibration mode of the screw fastening body in the first direction.
The method for testing a screw fastening state according to claim 6 or 7.
前記ねじ締結体に対する加振作用は前記第1部材に対して与えられ、前記第2部材は可動に構成される、
請求項1−8のいずれか一項に記載のねじの締結状況の試験方法。
The vibrating action on the screw fastening body is given to the first member, and the second member is movably configured.
The method for testing a screw fastening state according to any one of claims 1-8.
前記第2部材に接続された錘を有し、前記錘は、前記第2部材の動作状態に応じた慣性力を前記第2部材に与えるように構成される、
請求項9に記載のねじの締結状況の試験方法。
It has a weight connected to the second member, and the weight is configured to give an inertial force to the second member according to the operating state of the second member.
The method for testing a screw fastening state according to claim 9.
前記第2の方向は前記ねじ構造の軸線方向であり、
前記第2部材には、前記ねじ構造の軸線の両側であって、前記第1部材に対する前記軸線方向と直交する向きにある両側に、それぞれ前記錘が接続され、両側の前記錘により、前記第1部材に対する加振時において前記第2部材に相互に等しい慣性力が与えられるように構成される、
請求項10に記載のねじの締結状況の試験方法。
The second direction is the axial direction of the screw structure.
The weights are connected to the second member on both sides of the axis of the screw structure and in a direction orthogonal to the axis direction with respect to the first member, respectively, and the weights on both sides provide the second member. It is configured so that the second member is given an inertial force equal to each other when the one member is vibrated.
The method for testing a screw fastening state according to claim 10.
前記ねじ締結体における前記ねじ構造の軸線の周りの回動を抑制する回動抑制手段をさらに備え、
前記回動抑制手段は、前記第2部材に対して直接若しくは間接的に接続され、前記軸線の周りの固定箇所に当接可能に構成された規制部材を含む、
請求項9−11のいずれか一項に記載のねじの締結状況の試験方法。
Further provided with rotation suppressing means for suppressing rotation of the screw structure around the axis of the screw fastening body.
The rotation suppressing means includes a regulating member that is directly or indirectly connected to the second member and is configured to be in contact with a fixed portion around the axis.
The method for testing a screw fastening state according to any one of claims 9-11.
第1部材と第2部材がねじ構造により締結されたねじ締結体を、第1の方向に加振する加振器と、前記加振器により前記ねじ締結体を振動させた状態で、前記第1の方向と交差する第2の方向の位置を非接触方式により測定する位置測定手段と、前記位置測定手段による測定結果に基づいて前記第2の方向の振動態様を計測する振動計測手段と、を具備することを特徴とするねじの締結状況の試験装置。 A vibrator that vibrates a screw fastener in which a first member and a second member are fastened by a screw structure in a first direction, and a state in which the screw fastening body is vibrated by the vibration device, the first member. A position measuring means for measuring the position in the second direction intersecting the one direction by a non-contact method, and a vibration measuring means for measuring the vibration mode in the second direction based on the measurement result by the position measuring means. A test device for a screw fastening state, which comprises. 前記加振器は、ボイスコイルモータにより構成される、
請求項13に記載のねじの締結状況の試験装置。
The exciter is composed of a voice coil motor.
The test apparatus for a screw fastening state according to claim 13.
前記加振器は、超音波振動子により構成される、
請求項13に記載のねじの締結状況の試験装置。
The exciter is composed of an ultrasonic oscillator.
The test apparatus for a screw fastening state according to claim 13.
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