JP4318113B2

JP4318113B2 - Bolt gauge

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Publication number: JP4318113B2
Application number: JP2003176065A
Authority: JP
Inventors: 行平田中; 敏雄服部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2009-08-19
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Also published as: JP2005010064A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボルトに働く歪や軸力などを測定するボルトゲージに係り、特に、光ファイバ式の歪ゲージを利用したボルトゲージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボルトに働く歪や軸力を測定する方法としては、超音波探触法と歪ゲージを使用する方法とがある。超音波探触法は、ボルトの頭部に探触子を設置し、このボルトの底部分つまり軸部の端面側部分からの超音波の反射時間により、ボルトの軸方向の長さの変化を測定し、軸力に換算するものである。この方法は、ボルトの表面の加工精度が測定結果に影響するといったことから取り扱いに注意が必要であり、また、測定装置本体が比較的高価なため、常時ボルトに取り付けて軸力などの測定を行う場合や、複数のボルトの軸力の測定を行う場合などには不向きである。
【０００３】
一方、歪ゲージは、ボルトの軸部の外面に歪ゲージのセンサ部を接着剤などで貼り付けるか、または、ボルトに頭部から軸部にかけて軸方向に形成した穴に歪ゲージのセンサ部を挿入して接着剤などで固定し、センサ部で検出した電気抵抗の変化より歪を測定するものである（特許文献１）。特許文献１には、センサ部に加え増幅器や表示部などを一体に形成してボルトに取り付ける構成が提案されているが、このような一体構成では、使用できるボルトの大きさに制限があり、また、１つのセンサ部に対して一つの増幅器や表示部などが必要となるためコストの面からも不利である。
【０００４】
このため、電気抵抗式の歪ゲージとしては、一般に、増幅器や表示部とセンサ部とを別個に構成し配線などで電気的に接続するものが用いられている。しかし、このような電気抵抗式の歪ゲージでは、１つの増幅器や表示部を複数のセンサ部に付け替えて用いることができるためコストの面で有利である反面、増幅器を電気的に接続する度にバランス調整が必要であるため、一度、増幅器とセンサ部との電気的接続を外してしまうと、ボルトの緩みによる軸力の低下などを正確に測定するのが困難である。さらに、電気抵抗式の歪ゲージでは、構成に関係なく、微小な電気抵抗の変化を測定する必要があるため、電磁ノイズの影響を受け易いという問題がある。
【０００５】
そこで、バランス調整が不要か、または容易であり、また、電磁ノイズの影響を受けない歪ゲージとして、光ファイバ式の歪ゲージが提案されている（特許文献２及び３）。特許文献２では、グラウンドアンカーの表面に光ファイバ式の歪ゲージを貼り付けて、このグラウンドアンカーに加わる軸力を測定することが提案されているが、この方法は、ボルトに働く歪やボルトの軸力の測定にも適用することが可能である。そして、特許文献３では、ボルトに頭部から軸部にかけて穴を形成し、この穴に光ファイバ式の歪ゲージのセンサ部を挿入し、エポキシ系の接着剤などをこの穴に流し込むことで、ボルトにセンサ部を接着し固定するボルトゲージが提案されている。また、これらの光ファイバ式の歪ゲージでは、センサ部からの光信号に基づいて歪みの値を演算する演算部とセンサ部との間には、光信号を伝送するため、光ファイバで形成される伝送部が連結されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１１８６３７号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００２−８１０６１号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献３】
米国特許第５，９４５，６６５号明細書（第２−３欄、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような光ファイバ式の歪ゲージを利用したボルトゲージを取り付けたボルトでは、光ファイバが折れ易いことから、ボルトを取り扱う場合、例えばボルトの締結作業などを行う場合、伝送部の光ファイバを折って破損させないように細心の注意を払う必要が生じる。このため、光ファイバ式の歪ゲージを利用したボルトゲージを取り付けたボルトは、取り扱いが難しいという問題がある。
【０００８】
本発明の課題は、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを容易にすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のボルトゲージは、ボルトの軸部に取り付けられてボルトの歪みに対応する光信号を生じるセンサ部と、このセンサ部からの光信号に基づいて歪みを演算する演算部と、センサ部から演算部に光信号を伝送する光ファイバで形成される伝送部と、センサ部を取り付けるボルトの頭部の面から突出した状態で、このセンサ部を取り付けるボルトの頭部に形成された穴に対応する位置に取り付けられ、伝送部を形成する光ファイバが挿通される保護管とを備えた構成とすることにより上記課題を解決する。
【００１０】
ボルトゲージを取り付けたボルトを取り扱う際に、伝送部の光ファイバが折れて破損しやすいのは、光ファイバがボルトに固定された部分と固定されていない部分との境界部である。したがって、このような構成とすることにより、光ファイバがボルトに固定された部分と固定されていない部分との境界部となる光ファイバの部分が保護管によって覆われ保護された状態となり、伝送部を形成する光ファイバが破損し難くなる。すなわち、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを容易にできる。
【００１１】
さらに、保護管が可撓性を有する管で形成された構成とすれば、光ファイバがより破損し難くなるので好ましい。
【００１２】
また、保護管は、一方の端部がセンサ部を取り付けたボルトの頭部の面に当接した状態で設けられ、この保護管の当接した端部と、センサ部を取り付けたボルトの頭部の少なくとも一部分とを覆い、センサ部を取り付けたボルトに保護管を固定する固定部材を備えた構成とする。このような構成とすれば、比較的小さなボルトにも保護管を取り付けることが可能となり、比較的小さなボルトにおいても、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを容易にできる。
【００１３】
ここで、ボルトの頭部から軸部にかけて形成された穴内にセンサ部を接着剤で固定するときに、接着剤中に形成された気泡を除去するために真空引きを行う。ところが、このようなボルトの頭部の面に当接した保護管と固定部材とを備えた構成とした場合、固定部材とボルトの頭部の面などとの間に空間があると、真空引きの際に、この空間内に接着剤が溜まってしまう。これにより、ボルトに形成された穴内が十分に接着剤で満たされずセンサ部の接着不良が生じ、ボルトゲージの測定精度が低下してしまう場合がある。
【００１４】
これに対して、保護管のセンサ部を取り付けたボルトの頭部の面に当接した端部には、この端部の面側から管壁を切り欠いた切り欠き部が形成されている構成とすれば、真空引きを行った際、固定部材とボルトの頭部の面などとの間の空間内に接着剤が溜まらず、ボルトに形成された穴内が十分に接着剤で満たされるため、ボルトゲージの測定精度の低下を抑制できる。
【００１５】
また、センサ部としてボルトの異なる位置に取り付けられる複数のセンサ部を有する構成とすれば、ボルトに働く歪みや軸力の分布の測定や、測定した歪みや軸力の温度補償などが行えるので好ましい。
【００１６】
さらに、センサ部を取り付けたボルトの頭部に取り付けられ、このボルトの頭部の面との間に空間を形成するカバーを備え、保護管は、このカバーに、このカバーから突出した状態で取り付けられており、このカバーの内面には、このカバーの歪みに対応する光信号を生じる補正用のセンサ部が取り付けられ、演算部は、この補正用のセンサ部からの光信号に応じて、ボルトの軸部に取り付けられるセンサ部からの光信号に基づいて演算した値の補正を行う構成とする。ボルトの歪みの影響を受けにくいカバーに取り付けた補正用のセンサ部からの光信号から演算した値は、カバーの熱変形、つまり温度の影響による歪みを示すものである。このため、この補正用のセンサ部からの光信号に応じて、ボルトの軸部に取り付けられたセンサ部からの光信号から演算した値の補正を行うことで、このボルトの軸力が加わる部分に取り付けられるセンサ部で検出した値の温度補償を行うことができる。
【００１７】
また、伝送部は、光ファイバ同士の光学的接続を行う接続部材を有し、この接続部材で分断可能である構成とすれば、ボルトを取り扱うときは、接続部材によって伝送部を分断し、ボルトから出ている伝送部の光ファイバをできるだけ短くすることができる。このため、伝送部を形成する光ファイバがさらに破損し難くなることから、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いをさらに容易にできる。
【００１８】
さらに、本発明のボルトゲージは、ボルトの軸部に取り付けられてボルトの歪みに対応する光信号を生じるセンサ部と、このセンサ部からの光信号に基づいて歪みを演算する演算部と、センサ部から演算部に光信号を伝送する光ファイバで形成される伝送部と、この伝送部に設けられて光ファイバ同士の光学的接続を行う接続部材とを備え、伝送部は、接続部材により分断可能であり、接続部材のうち、センサ部に連続する側の伝送部に設けられた接続部材が、センサ部が取り付けられたボルトの頭部に取り付けられている構成とすることにより上記課題を解決する。
【００１９】
また、本発明のボルトゲージは、ボルトの軸部に取り付けられてボルトの歪みに対応する光信号を生じるセンサ部と、このセンサ部からの光信号に基づいて歪みを演算する演算部と、センサ部から演算部に光信号を伝送する光ファイバで形成される伝送部と、この伝送部を分断し、この分断した伝送部の対向する光ファイバの端部に各々設けられた第１及び第２のレンズと、センサ部が取り付けられたボルトの頭部に取り付けられ、このボルトの頭部の面との間に空間を形成するカバーとを備え、第１のレンズは、センサ部に連なる側の伝送部の部分の端部に設けられ、センサ部が取り付けられたボルトの頭部に取り付けられており、第２のレンズは、演算部に接続される側の伝送部の部分の端部に設けられており、カバーは、このカバー内に形成された空間内で、第１のレンズに対向させた状態に第２のレンズを支持する構成とすることにより上記課題を解決する。このとき、第１のレンズ及び第２のレンズが、共に、コリメータレンズまたはフレネルレンズである構成とする。
【００２０】
これらのような構成とすれば、伝送部を接続部材やレンズの部分で分断した状態では、ボルトからは光ファイバが出ていない状態となる。このため、ボルトの取り扱うとき、伝送部を形成する光ファイバの破損はほとんど生じることがなくなるため、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを一層容易にできる。
【００２１】
さらに、カバーに、カバーから突出した状態で取り付けられ、伝送部を形成する光ファイバが挿通される保護管を備えた構成とすれば、分断された伝送部を第１のレンズ及び第２のレンズにより光学的に接続した後も、演算部とボルトとの間の伝送部を形成する光ファイバを破損し難くできる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明を適用してなるボルトゲージの第１の実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴にセンサ部を埋設した状態を示すボルトの断面図である。図２は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す図であり、ボルトの軸部表面にセンサ部を貼り付けた状態を示すボルトの側面図である。
【００２９】
本実施形態のボルトゲージ１は、図１及び図２に示すように、光ファイバ式の歪ゲージであり、ボルトゲージ１を取り付けたボルト３の軸部の歪みに対応する光信号を生成するセンサ部５、センサ部５からの光信号を伝送する光ファイバで形成された伝送部７、そして、伝送部７のセンサ部５側と反対側の端部が接続される外部装置９などで構成されている。光ファイバ式の歪ゲージとしては、例えばファイバ・ブラッグ・グレーティング（以下ＦＢＧと略称する）センサなど様々な種類のものを使用できる。ここでは、ＦＢＧセンサの場合を例として説明する。ＦＢＧセンサのセンサ部５は、光ファイバに所定の間隔で複数のスリットまたは傷を形成したものであり、ボルト３の軸部の歪みに応じてセンサ部５に歪みが生じたとき、センサ部５に形成されている複数のスリットまたは傷の間隔が変化するように設置される。
【００３０】
センサ部５の設置方法としては、図１に示すように、ボルト３内にセンサ部５を埋め込む方法や、図２に示すように、ボルト３の表面にセンサ部５を貼り付ける方法などがある。ボルト３中にセンサ部５を埋め込む方法では、図１に示すように、ボルト３に頭部３ａの頂面から軸部３ｂの端面に向けて穴１１を穿設する。そして、センサ部５を軸部３ｂの歪みを生じる位置つまり軸力を受ける位置に位置させた状態で、センサ部５を穴１１中に接着剤で埋設する。
【００３１】
このとき、ボルト３の頭部３ａ側の穴１１の開口部には、伝送部７となる光ファイバが挿通された保護管１３が設置される。保護管１３は、一部分がボルト３に形成された穴１１内に挿入された状態で、残りの部分は、ボルト３の頭部３ａの頂面から突出した状態となっており、保護管１３の穴１１内に挿入された部分が、必要に応じ接着剤などを用いることで、穴１１に固定されている。保護管１３は、可撓性を有する管、例えばテフロン(登録商標)製の管、その他の合成樹脂製の管、または、金属製のフレキシブル管などで形成されている。このように、保護管１３は、光ファイバの折れによる破損を防ぐうえで、可撓性を有し、適度な力をかけると曲がる管であることが望ましい。
【００３２】
ボルト３に形成された穴１１内には、ボルトゲージ１のセンサ部５などが、ボルト３の頭部３ａ側から挿入された後、接着剤が入れられる。このとき、穴１１の内面と硬化した接着剤との間にできるだけ隙間が生じないようにする必要がある。穴１１の内面と硬化した接着剤との間の隙間は、気泡などにより形成される。このため、接着剤を穴１１に入れた後、真空引きを行うことにより、気泡の除去を行う。真空引きを行うとき、保護管１３のボルト３から突出した側の端部開口から穴１１内に入れた接着剤が出てくるのを防ぐため、保護管１３のボルト３から突出した側の端部開口を樹脂や接着剤などで塞いでおく。
【００３３】
なお、ボルトに形成する穴１１は、ボルトの長さや大きさ、穴１１の径、穴１１を埋めるために用いる接着剤の粘性などに応じ、貫通穴として形成することもできるし、底を有する有底穴として形成することもできる。また、穴１１を埋める接着剤や保護管１３の開口を塞ぐ接着剤には、例えばエポキシ、シアノアクリレート、ポリエステル、フェノール、ポリイミド、ポリウレタン、合成ゴムなどが使用でき、常温硬化または加熱硬化させる。接着剤は、少なくともセンサ部５を覆う量を穴１１に注入し、少なくともセンサ部５ができるだけ完全に硬化した接着剤中に埋まった状態となるようにする。
【００３４】
一方、ボルト３の表面にセンサ部５を貼り付ける方法では、図２に示すように、ボルト３の軸部３ｂのねじが切られていない部分にセンサ部５を接着剤などを用いて貼り付け、さらに、センサ部５を覆うように保護シート１５を貼り付ける。ボルト３の頭部３ａの鍔状に張り出した部分のセンサ部５を貼り付ける位置に対応する位置には、ボルト３の頭部３ａの鍔状に張り出した部分の面間にかけて貫通穴１７を穿設している。そして、この貫通穴１７に、センサ部５に連なる伝送部７を形成する光ファイバを挿通させる。このとき、ボルト３の頭部３ａの頂面側に位置する貫通穴１７の開口部分には、伝送部７を形成する光ファイバが挿通された保護管１３が設置される。保護管１３は、一部分がボルト３の頭部３ａに形成された貫通穴１７内に挿入された状態で、残りの部分は、ボルト３の頭部３ａの頂面から突出した状態となっており、保護管１３の貫通穴１７内に挿入された部分が、必要に応じ接着剤などを用いることで、貫通穴１７に固定されている。
【００３５】
いずれの構成においても、センサ部５に連なる伝送部７のセンサ部５が設けられた側と反対側の端部は、外部装置９に接続される。歪みアンプである外部装置９は、例えば、センサ部５に伝送される光の光源、センサ部５からの光信号の波長の変化、つまりセンサ部５で反射してきた光の波長の変化に応じて歪みの値を演算する演算部、演算した値などを記録する記録部、演算した値つまり測定した値を表示する表示部などを含んでいる。なお、レーザ光源といった光源は、外部装置９に設けるだけでなく、ボルト３内に設置することもできる。光源をボルト３内に設置すれば、外部装置９を小型化できる。
【００３６】
ボルト３を取り扱う場合、例えばボルト３の締結作業を行う場合、伝送部７を形成している光ファイバが折れて破損し易いのは、伝送部７を形成する光ファイバがボルトに固定された部分と固定されていない部分との境界部、つまり伝送部７を形成している光ファイバがボルト３に形成された穴１１または貫通穴１７から出てくる部分である。
【００３７】
これに対して本実施形態のボルトゲージ１では、伝送部７を形成する光ファイバが、ボルト３の頭部３ａの頂面から突出した状態で取り付けられた保護管１３に挿通された状態となっている。したがって、例えば、ボルト３を取り扱う際に伝送部７が引っ張られたような状態になっても、保護管１３により、伝送部７となる光ファイバが無理に折れ曲がり難くなるため、光ファイバが破損し難くなる。また、保護管１３により、ボルトを締結するための工具などが直接光ファイバに当たり難くなることなどからも、光ファイバが破損し難くなる。このように、保護管１３により、光ファイバが破損し難くなることから、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを容易にできる。
【００３８】
さらに、ボルトゲージ１は、光ファイバ式の歪みゲージを利用しているので、電磁ノイズの影響を受けず、また、ボルトに発生する軸力を常時測定できる。
【００３９】
（第２の実施形態）
以下、本発明を適用してなるボルトゲージの第２の実施形態について図３を参照して説明する。図３は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴にセンサ部を埋設した状態を示すボルトの断面図である。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同一の構成などには同じ符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と相違する構成や特徴部などについて説明する。
【００４０】
本実施形態のボルトゲージが、第１の実施形態と相違する点は、保護管の一部がボルトの頭部から軸部に形成した穴に挿入された状態になっておらず、保護管をボルトの頭部頂面に当接させた状態で、固定部材により保護管をボルトの頭部に固定したことにある。これは、本実施形態のボルトゲージが、第１の実施形態を適用するボルトに比べて小さなボルト、例えば電気抵抗式の歪ゲージでは歪みや軸力の測定が不可能なＭ１〜Ｍ６といった大きさの細径のボルトに適用するものである。このような細径のボルトでは、保護管を挿入できるような径の穴を形成することができない。
【００４１】
すなわち、本実施形態のボルトゲージ１７では、保護管１９の一方の端面をボルト３の頭部３ａの頂面に当接させた状態で保護管１９が設置されている。保護管１９は、第１の実施形態の保護管と同様の材料で形成された可撓性を有する管であり、ボルト３の頭部３ａの頂面に位置する穴１１の開口に連通させて設置されている。保護管１９は、保護管１９のボルト３の頭部３ａの頂面に当接させた側の端部からボルト３の頭部３ａの側面の一部分にかけてを覆うように貼り付けた固定部材２１によってボルト３の頭部３ａに固定されている。固定部材２１は粘着性または接着性を有する柔軟な樹脂や、粘着剤または接着剤が片面に塗布された柔軟なテープなどである。
【００４２】
さらに、本実施形態の保護管１９には、ボルト３の頭部３ａの頂面に当接する側の端部に、この端部の面側から保護管１９の管壁を切り欠いた切り欠き部２５が形成されている。
【００４３】
センサ部５は、保護管１９をボルト３の頭部３ａに固定部材２１によって固定した後、第１の実施形態と同様に穴１１内に接着剤を注入して硬化させることにより、穴１１中に接着剤に埋まった状態で固定される。このとき、ボルト３に形成された穴１１内に接着剤を注入し、気泡の除去のために真空引きを行うと、固定部材２１と、ボルト３の頭部３ａの頂面や保護管１９などとの間に形成された空間２３内に接着剤が侵入し溜まってしまう。これにより、センサ部５が接着剤中に完全に埋まった状態にならない場合がある。しかし、本実施形態では、保護管１９に切り欠き部２５が形成されていることにより、真空引きを行っても空間２３内に接着剤が溜まることはなく、センサ部５が硬化した接着剤中に完全に埋まった状態となる。
【００４４】
このように本実施形態のボルトゲージ１７では、保護管１３を挿入できないような径の穴しか形成できない比較的小さなボルトに対しても、固定部材２１により保護管１３を設置できる。このため、比較的小さなボルトにおいても、ボルトゲージを取り付けたときの取り扱いを容易にできる。
【００４５】
ところで、保護管を挿入できないような径の穴しか形成できない大きさのボルトに対する保護管の設置方法としては、保護管の端面とボルトの頭部の端面とを溶接や接着などにより取り付けることが考えられるが、これらの方法では、保護管をボルトの頭部に確実に固定できない場合があり、また、保護管の設置作業が煩雑になってしまう場合がある。しかし、本実施形態のボルトゲージ１７では、固定部材２１により、比較的小さなボルトに対しても確実に保護管を固定でき、また、保護管の設置も容易である。
【００４６】
さらに、本実施形態のボルトゲージ１７では、保護管１９に切り欠き部２５が形成されているため、真空引きを行っても空間２３内に接着剤が溜まることはなく、センサ部５を硬化した接着剤中に確実に埋め込むことができる。もし、センサ部５が、接着剤に完全に埋まっていない場合、ボルト３の歪みがセンサ部５の一部にしか伝達されないことになるため、ボルトゲージの測定精度の低下が生じる。しかし、本実施形態のボルトゲージ１７では、センサ部５が接着剤に完全に埋まった状態にでき、ボルト３の歪みがセンサ部５全体に伝達されるため、ボルトゲージの測定精度の低下を抑制することができる。
【００４７】
（第３の実施形態）
以下、本発明を適用してなるボルトゲージの第３の実施形態について図４乃至図６を参照して説明する。図４は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴に第１及び第２センサ部を埋設した状態を示すボルトの断面図である。図５は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴に第１センサ部を埋設し、ボルトの軸部表面に第２センサ部を貼り付けた状態を示すボルトの側面図である。図６は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴に第１センサ部を埋設し、ボルトの軸部表面に第２センサ部を貼り付けた状態を示すボルトの側面図である。なお、本実施形態では、第１及び第２の実施形態と同一の構成などには同じ符号を付して説明を省略し、第１及び第２の実施形態と相違する構成や特徴部などについて説明する。
【００４８】
本実施形態のボルトゲージが、第１及び第２の実施形態と相違する点は、第１センサ部と第２センサ部との複数のセンサ部を有し、軸力の分布の測定や、測定した値の温度補償を行うことにある。これら第１及び第２センサ部は、１つの光ファイバ上に設けられている場合と、各々別個の光ファイバ上に設けられている場合がある。
【００４９】
まず、第１及び第２センサ部が１つの光ファイバ上に設けられている場合について説明する。ボルトゲージ２７では、図４に示すように、多点測定用光ファイバを用いており、伝送部７に連なる光ファイバの部分２９には、複数箇所、本実施形態では２箇所のセンサ部、すなわち、伝送部７に連なる光ファイバの部分２９の端部側から順に第１センサ部５及び第２センサ部３１が所定の間隔をおいて形成されている。このような第１センサ部５及び第２センサ部３１が形成された光ファイバの部分２９は、第１の実施形態における図１に示した構成や第２の実施形態と同様に、ボルト３の頭部３ａの頂面から軸部３ｂにかけて形成した穴１１内に挿入され、接着剤で埋設される。さらに、ボルト３の頭部３ａ頂面の穴１１の開口部には、第２センサ部３１に連なり伝送部７を形成する光ファイバが挿通された保護管１３が設置されている。保護管１３は、一部分がボルト３の頭部３ａに形成された穴１１内に挿入された状態で、残りの部分は、ボルト３の頭部３ａの頂面から突出した状態となっており、保護管１３の穴１１内に挿入された部分が、必要に応じ接着剤などを用いることで、穴１１に固定されている。
【００５０】
第１センサ部５は、第１及び第２の実施形態と同様に、ボルト３の軸力が加わる部分つまりボルト３の歪みが生じる部分に取り付けられている。一方、第２センサ部３１は、ボルト３の軸力が加わる部分つまりボルト３の歪みが生じる部分で、第１センサ部５とは異なる位置に取り付けるか、または、ボルト３の軸力が加わらない部分つまりボルト３の歪みが生じない部分に取り付ける。第２センサ部３１をボルト３の軸力が加わる部分に位置させた場合には、異なる位置に取り付けられた第１センサ部５と第２センサ部３１で測定した値からボルト３内部の軸力の分布を測定できる。
【００５１】
また、第２センサ部３１をボルト３の軸力が加わらない部分に位置させた場合、第２センサ部３１で測定した値は、温度によって生じたボルト３の熱変形による歪みとなる。このため、第１センサ部５からの光信号に基づいて演算した値を、第２センサ部３１からの光信号に基づいて演算した値に応じて補正することで、第１センサ部５で測定した値の温度補償を行うことができる。本実施形態で例示したＦＢＧセンサは、その性質上、ボルトの温度と熱変形による歪みの特性との関係がわかっていれば、熱変形の状態から温度の測定も可能である。なお、センサ部の数は、外部装置９のアンプの性能限界まで増やすことができる。
【００５２】
次に、第１及び第２センサ部が各々別個の光ファイバ上に設けられている場合について説明する。ボルトゲージ３３では、図５に示すように、１つのセンサ部が形成された複数の光ファイバ、本実施形態では、第１センサ部５が形成された光ファイバ３５と、第２センサ部３１が形成された光ファイバ３７との２本の光ファイバを用いており、各光ファイバ３５、３７は、第１及び第２センサ部５、３１が形成された側の端部と反対側の端部で光スイッチ３９に接続されている。光スイッチ３９は、伝送部７を介して外部装置９に接続されている。
【００５３】
第１センサ部５は、第１の実施形態において図１に示した構成や第２の実施形態と同様に、ボルト３の頭部３ａの頂面から軸部３ｂにかけて形成した穴１１内に挿入され、接着剤で埋設されている。第２センサ部３１は、第１の実施形態において図２に示した構成と同様に、例えばボルト３の軸部３ｂのねじが切られていない部分に接着剤などを用いて貼り付けられ、さらに、保護シート１５で覆われている。ボルト３の頭部３ａの鍔状に張り出した部分の第２センサ部３１を貼り付ける位置に対応する位置には、ボルト３に頭部３ａの鍔状に張り出した部分の面間にかけて貫通穴１７が穿設されている。そして、この貫通穴１７に、第２センサ部３１に連なる光ファイバ３７が挿通される。
【００５４】
ここで、ボルト３の頭部３ａ頂面側の穴１１の開口部には、第１センサ部５が形成された光ファイバ３５が挿通された保護管１３が設置されており、ボルト３の頭部３ａ頂面側に位置する貫通穴１７の開口部には、第２センサ部３１が形成された光ファイバ３７が挿通された保護管１３が設置される。各保護管１３は、一部分がボルト３に形成された穴１１、１７内に挿入された状態で、残りの部分は、ボルト３の頭部３ａの頂面から突出した状態となっており、各保護管１３の穴１１、１７内に挿入された部分が、必要に応じ接着剤などを用いることで、穴１１、１７に固定されている。
【００５５】
なお、ボルト３に設置する光ファイバの本数つまりセンサ部の数は、光スイッチ３９のチャンネルの限界まで増やせる。図５に示した構成では、ボルト３の軸部３ｂの表面と軸部３ｂ内の中央部とに、各々、第２センサ部３１と第１センサ部５とが配置されいる。これにより、ボルト３に曲げが生じている場合、これら第１及び第２センサ部５、３１からの情報により、ボルト３の軸力と曲げの両方を測定できる。また、前述の構成と同様に熱変形による歪の値の補正もできる。
【００５６】
また、第１及び第２センサ部が各々別個の光ファイバ上に設けられている場合、図９に示すように、カプラー４１を介して伝送部７となる光ファイバを２本の光ファイバ３５、３７に分岐させた構成のボルトゲージ４３などにすることもできる。
【００５７】
このような本実施形態のボルトゲージ２７、３３、４３でも、第１及び第２の実施形態と同様に、光ファイバが折れて破損し難くなることから、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを容易にできる。さらに、本実施形態のボルトゲージ２７、３３、４３では、複数のセンサ部５、３１を有しているため、ボルトの軸力の分布と曲げの測定や、熱変形による歪の値の補正などができる。
【００５８】
（第４の実施形態）
以下、本発明を適用してなるボルトゲージの第４の実施形態について図７を参照して説明する。図７は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成をボルトの頭部部分を拡大した状態で示す図であり、ボルトに形成した穴にセンサ部を埋設した状態をボルトとカバーの部分を断面で示す図である。なお、本実施形態では、第１乃至第３の実施形態と同一の構成などには同じ符号を付して説明を省略し、第１乃至第３の実施形態と相違する構成や特徴部などについて説明する。
【００５９】
本実施形態のボルトゲージは、第３の実施形態と同様に、第１センサ部と第２センサ部との２つのセンサ部を有し、軸力の分布の測定や、測定した値の温度補償を行うが、ボルトの頭部頂面に一端が閉塞された筒状のカバーを設置し、このカバー内面に第２センサ部を設けた点が第３の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態のボルトゲージ４５は、図７に示すように、第３の実施形態において図５で示した構成と同様で、伝送部７が、光スイッチ３９を介して、図７には図示していない第１センサ部が形成された光ファイバ３５と、第２センサ部３１が形成された光ファイバ３７との２本の光ファイバに分岐されている。
【００６０】
ボルト３の頭部３ａの頂面には、一端が閉塞された筒状のカバー４７が取り付けられている。本実施形態のカバー４７は、筒状のカバー４７の開口した側のリング状の端面をボルト３の頭部３ａの頂面に接着剤で固定する場合を示している。しかし、カバー４７は、接着剤でボルト３の頭部３ａの頂面に固定するだけでなく、例えば、カバー４７の開口した側の端部とボルト３の頭部３ａの頂面側とに互いに対応するねじを切って螺合させる方法や、ボルト３の頭部３ａの頂面にカバー４７の開口した側のリング状の端部に対応する溝を形成し、この溝にカバー４７の開口した側のリング状の端部を嵌合させる方法など、様々な方法で取り付けることができる。なお、カバー４７は、ボルト３と同じ材料で形成するか、または、温度に対する歪みの特性がわかっている材料を用いて形成する。
【００６１】
このようなカバー４７の閉塞された端部の壁には、ボルト３の頭部３ａの頂面から軸部３ｂにかけて形成した穴１１に対応する位置と、カバー４７の側壁寄りの位置との２箇所に、各々、カバー４７の閉塞された端部の壁を貫通し、カバー４７の閉塞された端部の壁から外側に突出した状態で保護管１３が固定されている。ボルト３に形成された穴１１に対応する位置の保護管１３には、図７には図示していない第１センサ部が形成された光ファイバ３５が挿通されている。光ファイバ３５は、ボルト３に形成された穴１１に挿入され、図７には図示していない第１センサ部は、ボルト３に形成された穴１１内に接着剤で埋設されている。カバー４７側壁面寄りの位置の保護管１３には、第２センサ部３１が形成された光ファイバ３７が挿通されている。第２センサ部３１は、カバー４７の側壁内面に接着剤などを用いて貼り付けられ、さらに、保護シート１５で覆われている。
【００６２】
このようにボルトの歪みの影響をほとんど受けないカバー４７に第２センサ部３１を設置することによって、第３の実施形態よりも正確にボルト３の熱変形による歪みを補正でき、温度補償をより確実に行うことができる。なお、本実施形態の場合、ボルト３のねじ部つまり軸部３ｂとカバー４７との温度差が比較的少ない場合、すなわち、ボルト３の使用雰囲気の温度が一様な場合に適用できる。
【００６３】
このような本実施形態のボルトゲージ４５でも、カバー４７に保護管１３を設けることで、第１乃至第３の実施形態と同様に、光ファイバが破損し難くなり、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを容易にできる。さらに、ボルト３の使用雰囲気の温度が一様な場合には、温度補償をより確実に行うことができる。
【００６４】
（第５の実施形態）
以下、本発明を適用してなるボルトゲージの第５の実施形態について図８を参照して説明する。図８は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴にセンサ部を埋設した状態を示すボルトの断面図である。なお、本実施形態では、第１乃至第４の実施形態と同一の構成などには同じ符号を付して説明を省略し、第１乃至第４の実施形態と相違する構成や特徴部などについて説明する。
【００６５】
本実施形態のボルトゲージが、第１乃至第４の実施形態と相違する点は、ボルトから出た伝送部に着脱可能な接続部材を設け、この接続部材により伝送部を分断可能な構成としたことにある。すなわち、本実施形態のボルトゲージ４９は、図８に示すように、第１の実施形態において図１で示した構成と同様で、ボルト３に頭部３ａの頂面から軸部３ｂの端面に向けて穴１１を穿設し、センサ部５を軸部３ｂの歪みを生じる位置つまり軸力を受ける位置に位置させた状態で、センサ部５を穴１１中に埋設している。このとき、ボルト３の頭部３ａ頂面側の穴１１の開口部には、伝送部７となる光ファイバが挿通された保護管１３が設置される。保護管１３は、一部分がボルト３に形成された穴１１内に挿入された状態で、残りの部分は、ボルト３の頭部３ａの頂面から突出した状態となっており、保護管１３の穴１１内に挿入された部分が、必要に応じ接着剤などを用いることで、穴１１に固定されている。
【００６６】
ただし、本実施形態のボルトゲージ４９では、伝送部７は、外部装置９に接続された側の伝送部７ａを形成する光ファイバと、センサ部５に連なる伝送部７ｂを形成する光ファイバとの２本の光ファイバに分断された状態となっている。伝送部７ａを形成する光ファイバの外部装置９に接続された側と反対側の端部と、伝送部７ｂを形成する光ファイバのセンサ部５が形成された側と反対側の端部とには、各々、光ファイバの光学的接続を行う接続部材となるコネクタ５１ａ、５１ｂが設けられている。
【００６７】
コネクタ５１ａ、５１ｂには、光ファイバ用のＦＣコネクタやＳＣコネクタなどを使用する。ボルト３の締結作業を行う場合など、ボルト３を取り扱う場合には、コネクタ５１ａ、５１ｂを外した状態で行う。なお、ボルト３を取り扱うときに起こる光ファイバの破損を確実に防ぐうえでは、伝送部７ｂとなる光ファイバのボルト３の頭部３ａの頂面から出ている部分の長さは、５ｃｍ以下とすることが望ましい。
【００６８】
このような本実施形態のボルトゲージ４９では、ボルト３の頭部３ａ頂面側の穴１１の開口部から突出した保護管１３が設けられているうえ、伝送部７がコネクタ５１ａ、５１ｂにより、伝送部７ａと伝送部７ｂとに切り離せる。このため、保護管１３によって光ファイバが破損し難くなるのに加えて、外部装置９からボルト３が分離された状態で、ボルト３を取り扱える。したがって、さらに光ファイバが破損し難くなることから、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いをさらに容易にできる。
【００６９】
加えて、必要なとき以外には外部装置９を取り付けていない状態にでき、光ファイバ式の歪みゲージでは、バランスの調整が必要ないか、または容易であるため、ボルトの定期的な軸力測定が可能になる。
【００７０】
（第６の実施形態）
以下、本発明を適用してなるボルトゲージの第６の実施形態について図９及び図１０を参照して説明する。図９は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す図であり、伝送部に設けた接続部材としてコネクタを用いた構成を示すボルトの断面図である。図１０は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す図であり、伝送部に設けた接続部材としてフェルールやスリーブを用いた構成を示すボルトの断面図である。なお、本実施形態では、第１乃至第５の実施形態と同一の構成などには同じ符号を付して説明を省略し、第１乃至第５の実施形態と相違する構成や特徴部などについて説明する。
【００７１】
本実施形態のボルトゲージは、第５の実施形態と同様に、伝送部を着脱可能な接続部材を介して分断しているが、保護管を用いずに、センサ部に連続する伝送部の部分の端部に設けられた接続部材をボルトの頭部頂面に取り付けた点が第５の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態のボルトゲージ５３は、図９に示すように、第５の実施形態の構成と同様で、伝送部７が、外部装置９に接続された側の伝送部７ａを形成する光ファイバと、センサ部５に連なる伝送部７ｂを形成する光ファイバとの２本の光ファイバに分断された状態となっている。伝送部７ａを形成する光ファイバの外部装置９に接続された側と反対側の端部と、伝送部７ｂを形成する光ファイバのセンサ部５が形成された側と反対側の端部とには、各々、光学的な接続を行う接続部材となるコネクタ５１ａ、５１ｂが設けられている。
【００７２】
本実施形態では、ボルト３に頭部３ａの頂面から軸部３ｂの端面に向けて穴１１が穿設されているが、穴１１のボルト３の頭部３ａ頂面での開口部は、伝送部７ｂに設けられたコネクタ５１ｂを嵌合可能な形状に形成されている。そして、伝送部７ｂは、センサ部５と共に、全体がボルト３に形成された穴１１中に挿入され、伝送部７ｂに設けられたコネクタ５１ｂが穴１１のボルト３の頭部３ａ頂面での開口部に、適宜接着剤などを用いることで、取り付けられている。センサ部５は、他の実施形態と同様に、穴１１中に接着剤で埋設されている。
【００７３】
なお、接続部材は、コネクタ５１ａ、５１ｂに代えて、フェルールやスリーブなどで構成することもできる。このような接続部材を備えたボルトゲージ５５では、図１０に示すように、外部装置９に接続された側の伝送部７ａを形成する光ファイバの端部にフェルール５７ａと、フェルール５７ａを覆うコネクタ５９とを取り付け、センサ部５に連なる伝送部７ｂを形成する光ファイバの端部には、フェルール５７ｂを取り付ける。したがって、穴１１のボルト３の頭部３ａ頂面での開口部は、伝送部７ｂに設けられたフェルール５７ｂを嵌合可能な形状に形成され、フェルール５７ｂが取り付けられている。このような接続部材の場合、外部装置９に接続された伝送部７ａに設けられたフェルール５７ａと、センサ部５に連なる伝送部７ｂに設けられたフェルール５７ｂとをスリーブ６１を用いて連結する。
【００７４】
コネクタ５１ｂを穴１１のボルト３の頭部３ａ頂面での開口部に埋込む場合、開口部の径は比較的大きくなる。しかし、フェルール５７ｂを埋め込む構成では、穴１１の開口部を小さくでき、穴１１の加工作業の簡便化や、比較的小型のボルトへの本実施形態の適用が可能となる。
【００７５】
これらのボルトゲージ５３、５５では、ボルト３の締結作業を行う場合など、ボルト３を取り扱う場合には、コネクタ５１ａ、５１ｂ、または、フェルール５７ａ、５７ｂとスリーブ６１を外し、伝送部７ａ、７ｂとを分断した状態で行う。このとき、ボルト３からは光ファイバが出ていない状態となる。
【００７６】
このような本実施形態のボルトゲージ５３、５５では、外部装置９からボルト３が分離された状態で、さらに、光ファイバがボルト３から出ていない状態でボルト３を取り扱える。したがって、ボルトを取り扱うとき、光ファイバが破損することはほとんどなく、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを一層容易にできる。
【００７７】
（第７の実施形態）
以下、本発明を適用してなるボルトゲージの第７の実施形態について図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成をボルトの頭部部分を拡大した状態で示す図であり、コリメータレンズを用いて光学的接続を行う構成をボルトとカバーの部分を断面で示す図である。図１２は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成をボルトの頭部部分を拡大した状態で示す図であり、フレネルレンズを用いて光学的接続を行う構成をボルトとカバーの部分を断面で示す図である。なお、本実施形態では、第１乃至第６の実施形態と同一の構成などには同じ符号を付して説明を省略し、第１乃至第６の実施形態と相違する構成や特徴部などについて説明する。
【００７８】
本実施形態のボルトゲージは、第５及び第６の実施形態と同様に、伝送部を分断しているが、分断された伝送部となる２本の光ファイバの光学的接続にコネクタやフェルールを用いずにレンズを用い、非接触伝送方式で光学的接続を行う点が第５及び第６の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態のボルトゲージ６３は、図１１に示すように、第５及び第６の実施形態の構成と同様で、伝送部７が、外部装置９に接続された側の伝送部７ａを形成する光ファイバと、図１１では図示していないセンサ部に連なる伝送部７ｂを形成する光ファイバとの２本の光ファイバに分断された状態となっている。しかし、本実施形態では、伝送部７ａの外部装置９に接続された側と反対側の端部と、伝送部７ｂの図１１では図示していないセンサ部が形成された側と反対側の端部とには、各々、コリメータレンズ６５ａ、６５ｂが設けられている。
【００７９】
伝送部７ｂに設けられたコリメータレンズ６５ｂは、ボルト３の頭部３ａ頂面から軸部３ｂの端面に向けて形成された穴１１のボルト３の頭部３ａ頂面での開口部に、適宜接着剤などを用いることで、取り付けられている。伝送部７ｂは、図１１には図示していないセンサ部と共に、全体がボルト３に形成された穴１１内に挿入されている。センサ部５は、他の実施形態と同様に、穴１１中に接着剤で埋設されている。
【００８０】
一方、伝送部７ａに設けられたコリメータレンズ６５ａは、ボルト３の頭部３ａ頂面に取り付けられたカバー６７に固定されている。カバー６７は、一端が閉塞された筒状の部材であり、本実施形態では、筒状のカバー６７の開口した側のリング状の端面をボルト３の頭部３ａの頂面に接着剤で固定した場合を示している。しかし、カバー６７は、接着剤でボルト３の頭部３ａ頂面に固定するだけでなく、例えば、カバー６７の開口した側の端部とボルト３の頭部３ａの頂面側とに互いに対応するねじを切って螺合させる方法や、ボルト３の頭部３ａ頂面にカバー６７の開口した側のリング状の端部に対応する溝を形成し、この溝にカバー６７の開口した側のリング状の端部を嵌合させる方法など、様々な方法で取り付けることができる。
【００８１】
このようなカバー６７の閉塞された端部の壁には、ボルト３の頭部３ａの頂面に固定されたコリメータレンズ６５ｂに対応する位置に保護管１３がカバーの外部に突出した状態で取り付けられている。そして、コリメータレンズ６５ａは、この保護管１３のカバー６７内に位置する端部に、適宜接着剤などを用いることで、取り付けられている。したがって、ボルト３の頭部３ａ頂面にカバー６７を取り付けることで、コリメータレンズ６５ａは、コリメータレンズ６５ｂに対向した状態で、そして、コリメータレンズ６５ｂと所定の間隔をおいた状態で、カバー６７に支持される。なお、光信号の必要な伝送精度を確実に得るうえで、コリメータレンズ６５ａの面とコリメータレンズ６５ｂの面とは、角度のずれが約０.２度以下、偏心軸ずれ距離が２００μm以下の精度で配置することが望ましい。
【００８２】
非接触伝送方式で光学的接続を行うための構成としては、コリメータレンズを用いた構成だけではなく、図１２に示すように、伝送部７ａの外部装置９に接続された側と反対側の端部と、伝送部７ｂの図１１では図示していないセンサ部が形成された側と反対側の端部とに、各々、フレネルレンズ６９ａ、６９ｂを設けたボルトゲージ７１のような構成にすることもできる。フレネルレンズ６９ａ、６９ｂを用いたボルトゲージ７１の構成は、コリメータレンズに代えてフレネルレンズを用いた点以外、コリメータレンズを用いた場合と同じである。
【００８３】
これらのボルトゲージ６３、７１では、ボルト３の締結作業を行う場合など、ボルト３を取り扱う場合には、カバー６７をボルト３の頭部３ａに取り付けていない状態で行う。したがって、ボルト３を取り扱うとき、ボルト３からは光ファイバが出ていない状態となる。
【００８４】
このような本実施形態のボルトゲージ６３、７１では、ボルト３からは光ファイバが出ていない状態で、さらに、外部装置９からボルト３が分離された状態にでボルト３を取り扱える。したがって、ボルトを取り扱うとき、光ファイバが破損することはほとんどなく、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを一層容易にできる。
【００８５】
さらに、カバー６７に保護管１３を設けているため、カバー６７をボルト３の頭部３ａに取り付けた後も、光ファイバが破損し難くできる。
【００８６】
なお、カバー６７は、ボルト３の頭部３ａ頂面に着脱可能に取り付けた構成とすれば、複数のボルトに対して１つの外部装置を用いることができるので望ましい。したがって、接着剤を用いて固定する場合も、できるだけ容易に接着状態を解除できる種類の接着剤を用いることが望ましい。
【００８７】
（参考例）
以下、本発明を適用してなるボルトゲージの参考例について図１３乃至図１５を参照して説明する。図１３は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す斜視図である。図１４は、本発明を適用してなるボルトゲージの柱状部材の形態とセンサ部の柱状部材への取り付け方を示す斜視図であり、（ａ）は柱状部材に穴を形成してセンサ部を埋設する形態、（ｂ）は柱状部材を２つに分割し、センサ部を挟み込む形態、そして、（ｃ）は柱状部材の表面にセンサ部を貼り付けた形態を示す図である。図１５は、本発明を適用してなるボルトゲージの概略構成を示す図であり、保護管を設けた構成を示す斜視図である。なお、本参考例では、第１乃至第７の実施形態と同一の構成などには同じ符号を付して説明する。
【００８８】
本参考例のボルトゲージ７３は、図１３に示すように、光ファイバ式の歪ゲージであり、ボルトゲージ７３を取り付けたボルト３の軸部の歪みに対応する光信号を生成するセンサ部５、センサ部５からの光信号を伝送する光ファイバで形成される伝送部７、伝送部７のセンサ部５側と反対側の端部が接続される外部装置９、そして、センサ部５及びセンサ部５に連なる伝送部７を形成する光ファイバの一部が取り付けられた柱状部材７５などで構成されている。
【００８９】
ボルトゲージ７３を取り付けるボルトには、ボルト３に頭部３ａ頂面から軸部３ｂの端面に向けて、柱状部材７５全体を挿入できる穴７７を穿設する。そして、この穴７７に、センサ部５及びセンサ部５に連なる伝送部７の一部が取り付けられた柱状部材７５を伝送部７が出ていない側の端部から挿入し、接着剤により固定する。このように本実施形態では、柱状部材７５を穴７７に固定することでボルトゲージ７３をボルト３に取り付ける。このとき、柱状部材７５に取り付けられたセンサ部５が、ボルト３の軸部３ｂの歪みを生じる位置つまり軸力を受ける位置に来るようにする。
【００９０】
柱状部材７５は、円柱形状であり、柱状部材７５のボルト３に形成した穴７７に挿入する側の端部は平坦面状、半球面状、円錐面状とし、他方の端部つまり伝送部７を形成する光ファイバが出ている側の端部は平坦面状とする。また、柱状部材７５は、金属、樹脂、ガラス、セラミックなどの様々な材料で形成することができ、柱状部材７５をスポンジ状の弾性体で形成する場合は、ボルト３に固定する際に接着剤を他の材質の場合よりも多く使用し、接着剤により硬化させる。
【００９１】
なお、ボルトに形成する穴７７は、ボルトの長さや大きさ、穴７７の径、穴７７を埋めるために用いる接着剤の粘性などに応じ、貫通穴として形成することもできるし、ボルト３の軸部３ｂ側に底を有する有底穴として形成することもできる。また、穴７７に柱状部材７５を固定するための接着剤には、例えばエポキシ、シアノアクリレート、ポリエステル、フェノール、ポリイミド、ポリウレタン、合成ゴムなどを使用し、常温硬化または加熱硬化させる。
【００９２】
ところで、センサ部のボルトへの接着の信頼性が、ボルトの軸力の測定精度を左右する。センサ部単体をボルトに形成した穴に挿入して接着剤で埋め込む場合、センサ部の大きさに対してボルトに形成した穴の径が大きくると、センサ部とボルトに形成した穴の内面との間の間隔が大きくなり、使用する接着剤の量が増加してしまう。このように接着剤の量の増加すると、接着剤に気泡などが入り易くなるため、接着不良が生じ易くなり、接着の信頼性が低くなる。特に、光ファイバ式の歪みゲージでは、センサ部の大きさが比較的小さいため、ボルトに形成できる穴の径の加工上の制約から、センサ部とボルトに形成した穴の内面との間の間隔が比較的大きくなってしまう。したがって、光ファイバ式の歪みゲージを用いたボルトゲージでは、センサ部をボルトに形成した穴に埋設するとき、接着不良が生じ易く、ボルトゲージの測定精度に問題が生じる場合がある。加えて、センサ部の接着の信頼性を向上するには、接着作業に対する熟練が必要である。
【００９３】
これに対して本参考例のボルトゲージ７３では、柱状部材７５をボルト３に形成された穴７７に接着剤で固定するとき、柱状部材７５の外面に接着剤を塗布し、ボルト３に形成された穴７７に挿入することで、ボルト３に形成された穴７７の内面と柱状部材７５の外面との間に接着剤を満たすことができる。さらに、ボルト３に形成された穴７７の径と柱状部材７５の外径は、光ファイバの径に比べれば大きいものであるため、ボルト３に形成された穴７７の径と柱状部材７５の外径の加工精度を向上でき、ボルト３に形成された穴７７の内面と柱状部材７５の外面との間の隙間を制御できるようになる。これにより、ボルト３に形成された穴７７の内面と柱状部材７５の外面との間を埋めるための接着剤の量を低減でき、気泡の混入などを抑制できる。したがって、接着の信頼性を向上でき、ボルトゲージの測定精度を向上できる。
【００９４】
さらに、柱状部材７５をボルト３に形成された穴７７に接着剤で固定するとき、柱状部材７５の外面に接着剤を塗布し、ボルト３に形成された穴７７に挿入するだけで、接着の信頼性を向上し、センサ部５をボルト内部に堅固に固定できるため、接着作業には熟練の必要がない。
【００９５】
また、柱状部材の形態及びセンサ部などの取り付け形態は、図１３で示したような柱状部材７５の表面にセンサ部５及びセンサ部５に連なる伝送部７の一部を貼り付ける形態に限らず、様々な形態にできる。例えば、図１４（ａ）に示すように、中心軸に沿って穴７９を形成した柱状部材８１を用い、柱状部材８１に形成された穴７９内に接着剤でセンサ部５を埋設することもできる。さらに、図１４（ｂ）に示すように、延在方向に２分割した柱状部材８３を用い、柱状部材８３を形成する分割した柱状部材片８３ａ、８３ｂの分割面間にセンサ部５を挟み込んで柱状部材片８３ａ、８３ｂの分割面間を接着剤で接着することもできる。
【００９６】
加えて、図１４（ｃ）に示すように、ボルト３に形成された穴７７に挿入する側の端部で折り返すように伝送部７となる光ファイバを貼り付けた柱状部材８５を用いることもできる。この場合、柱状部材８５の端部から２本の伝送部７となる光ファイバが出ていることになる。したがって、一方の伝送部７となる光ファイバが破損し断線しても、他方の伝送部７となる光ファイバを外部装置９に接続すれば測定が行える。また、図示していないが、柱状部材の円周面の周囲に螺旋状に光ファイバを巻いた形態とすれば、センサ部５の曲げ曲率を大きく取ることができ、光損失を低減できる。
【００９７】
また、本参考例のボルトゲージ７３のような光ファイバ式の歪ゲージを利用したボルトゲージを取り付けたボルト３では、光ファイバが折れ易いことから、ボルト３を取り扱う場合、例えばボルト３の締結作業などを行う場合、伝送部７となる光ファイバの部分を折って破損させないように細心の注意を払う必要が生じる。このため、本実施形態のようなボルトゲージ７３を取り付けたボルト３では、ボルト３の取り扱いが難しくなるという問題が生じる場合がある。光ファイバが折れて破損し易い部分は、伝送部７を形成する光ファイバのボルト３に固定された部分と固定されていない部分との境界部、つまりボルト３から伝送部７を形成する光ファイバが柱状部材７５、８１、８３、８５などから出てくる部分である。
【００９８】
このような問題が生じる場合には、例えば中心軸に沿って穴７９を形成した柱状部材８１を用いた場合、図１５に示すように、柱状部材８１に形成された穴７９の開口部に、伝送部７を形成する光ファイバが挿通された保護管１３を設置したボルトゲージ８７のような構成にする。保護管１３は、一部分が柱状部材８１に形成された穴７９内に挿入された状態で、残りの部分は、柱状部材８１の端面から突出した状態となっており、保護管１３の穴７９内に挿入された部分が、必要に応じ接着剤などを用いることで、穴７９に固定されている。
【００９９】
このような構成のボルトゲージ８７では、伝送部７となる光ファイバが、柱状部材の端面から突出した保護管１３に挿通された状態となっている。したがって、光ファイバが破損し難くなることから、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを容易にできる。すなわち、ボルトゲージの測定精度を向上でき、かつ、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを容易にできる。
【０１００】
なお、第１乃至第７の実施形態及び参考例の構成は、各々、適宜組み合わせて用いることができる。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明によれば、ボルトゲージを取り付けたボルトの取り扱いを容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなるボルトゲージの第１の実施形態の概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴にセンサ部を埋設した状態を示すボルトの断面図である。
【図２】本発明を適用してなるボルトゲージの第１の実施形態の概略構成を示す図であり、ボルトの軸部表面にセンサ部を貼り付けた状態を示すボルトの側面図である。
【図３】本発明を適用してなるボルトゲージの第２の実施形態の概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴にセンサ部を埋設した状態を示すボルトの断面図である。
【図４】本発明を適用してなるボルトゲージの第３の実施形態の概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴に第１及び第２センサ部を埋設した状態を示すボルトの断面図である。
【図５】本発明を適用してなるボルトゲージの第３の実施形態の概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴に第１センサ部を埋設し、ボルトの軸部表面に第２センサ部を貼り付けた状態を示すボルトの側面図である。
【図６】本発明を適用してなるボルトゲージの第３の実施形態の概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴に第１センサ部を埋設し、ボルトの軸部表面に第２センサ部を貼り付けた状態を示すボルトの側面図である。
【図７】本発明を適用してなるボルトゲージの第４の実施形態の概略構成をボルトの頭部部分を拡大した状態で示す図であり、ボルトに形成した穴にセンサ部を埋設した状態をボルトとカバーの部分を断面で示す図である。
【図８】本発明を適用してなるボルトゲージの第５の実施形態の概略構成を示す図であり、ボルトに形成した穴にセンサ部を埋設した状態を示すボルトの断面図である。
【図９】本発明を適用してなるボルトゲージの第６の実施形態の概略構成を示す図であり、伝送部に設けた接続部材としてコネクタを用いた構成を示すボルトの断面図である。
【図１０】本発明を適用してなるボルトゲージの第６の実施形態の概略構成を示す図であり、伝送部に設けた接続部材としてフェルールやスリーブを用いた構成を示すボルトの断面図である。
【図１１】本発明を適用してなるボルトゲージの第７の実施形態の概略構成をボルトの頭部部分を拡大した状態で示す図であり、コリメータレンズを用いて光学的接続を行う構成をボルトとカバーの部分を断面で示す図である。
【図１２】本発明を適用してなるボルトゲージの第７の実施形態の概略構成をボルトの頭部部分を拡大した状態で示す図であり、フレネルレンズを用いて光学的接続を行う構成をボルトとカバーの部分を断面で示す図である。
【図１３】本発明を適用してなるボルトゲージの参考例の概略構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明を適用してなる参考例のボルトゲージにおける柱状部材の形態とセンサ部の柱状部材への取り付け方を示す斜視図であり、（ａ）は柱状部材に穴を形成してセンサ部を埋設する形態、（ｂ）は柱状部材を２つに分割し、センサ部を挟み込む形態、そして、（ｃ）は柱状部材の表面にセンサ部を貼り付けた形態を示す図である。
【図１５】本発明を適用してなるボルトゲージの参考例の概略構成を示す図であり、保護管を設けた構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ボルトゲージ
３ボルト
３ａ頭部
３ｂ軸部
５センサ部
７伝送部
９外部装置
１１穴
１３保護管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a bolt gauge that measures strain and axial force acting on a bolt, and more particularly, to a bolt gauge using an optical fiber strain gauge.
[0002]
[Prior art]
Methods for measuring strain and axial force acting on the bolt include an ultrasonic probe method and a method using a strain gauge. In the ultrasonic probe method, a probe is installed on the head of the bolt, and the change in the axial length of the bolt is measured based on the reflection time of the ultrasonic wave from the bottom of the bolt, that is, the end face side of the shaft. And converted into axial force. This method requires careful handling because the processing accuracy of the bolt surface affects the measurement results, and the measuring device itself is relatively expensive. It is not suitable for the case where it is performed or when the axial force of a plurality of bolts is measured.
[0003]
On the other hand, the strain gauge is attached to the outer surface of the bolt shaft with an adhesive or the like, or the strain gauge sensor is mounted in a hole formed in the axial direction from the head to the shaft of the bolt. It is inserted and fixed with an adhesive or the like, and distortion is measured from a change in electrical resistance detected by a sensor unit (Patent Document 1). Patent Document 1 proposes a configuration in which an amplifier, a display unit, and the like are integrally formed and attached to a bolt in addition to a sensor unit, but in such an integrated configuration, there is a limit to the size of a bolt that can be used, Moreover, since one amplifier, a display part, etc. are needed for one sensor part, it is disadvantageous also in terms of cost.
[0004]
For this reason, as an electric resistance type strain gauge, generally, an amplifier, a display unit, and a sensor unit are configured separately and electrically connected by wiring or the like. However, such an electric resistance type strain gauge is advantageous in terms of cost because it can be used by replacing one amplifier or display unit with a plurality of sensor units, but every time an amplifier is electrically connected. Since balance adjustment is necessary, once the electrical connection between the amplifier and the sensor unit is disconnected, it is difficult to accurately measure a reduction in axial force due to loosening of the bolt. Furthermore, the electrical resistance type strain gauge has a problem that it is easily influenced by electromagnetic noise because it is necessary to measure a minute change in electrical resistance regardless of the configuration.
[0005]
Therefore, an optical fiber type strain gauge has been proposed as a strain gauge that is unnecessary or easy to adjust the balance and is not affected by electromagnetic noise (Patent Documents 2 and 3). In Patent Document 2, it is proposed to attach an optical fiber strain gauge to the surface of the ground anchor and measure the axial force applied to the ground anchor. It can also be applied to the measurement of axial force. And in patent document 3, a hole is formed from a head to a shaft in a bolt, a sensor part of an optical fiber type strain gauge is inserted into this hole, and an epoxy adhesive or the like is poured into this hole, Bolt gauges have been proposed in which a sensor part is bonded and fixed to a bolt. Further, these optical fiber type strain gauges are formed of an optical fiber in order to transmit an optical signal between a calculation unit and a sensor unit that calculate a strain value based on an optical signal from the sensor unit. Are connected to each other.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-118638 (page 2-3, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP 2002-81061 A (page 2-3, FIG. 1)
[Patent Document 3]
US Pat. No. 5,945,665 (column 2-3, FIG. 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the optical fiber is easy to break with the bolt attached using the optical fiber type strain gauge as described above, when handling the bolt, for example, when fastening the bolt, the light of the transmission unit is used. Great care must be taken not to break and break the fiber. For this reason, the bolt attached with the bolt gauge using the optical fiber type strain gauge has a problem that it is difficult to handle.
[0008]
An object of the present invention is to facilitate handling of a bolt to which a bolt gauge is attached.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The bolt gauge according to the present invention includes a sensor unit that is attached to a shaft portion of a bolt and generates an optical signal corresponding to the distortion of the bolt, an arithmetic unit that calculates strain based on the optical signal from the sensor unit, and a sensor unit Corresponds to the hole formed in the head of the bolt to which this sensor unit is mounted in a state where it protrudes from the surface of the head of the bolt to which the sensor unit is mounted and the transmission unit formed of an optical fiber that transmits the optical signal to the arithmetic unit The above-described problem is solved by providing a configuration including a protective tube that is attached to a position where the optical fiber forming the transmission portion is inserted.
[0010]
When handling a bolt with a bolt gauge attached, it is the boundary between the portion where the optical fiber is fixed to the bolt and the portion where the optical fiber is not fixed that the optical fiber of the transmission section is easily broken. Therefore, by adopting such a configuration, the portion of the optical fiber that becomes the boundary between the portion where the optical fiber is fixed to the bolt and the portion where the optical fiber is not fixed is covered and protected by the protective tube, and the transmission portion The optical fiber forming the is difficult to break. That is, the handling of the bolt with the bolt gauge attached can be facilitated.
[0011]
Furthermore, it is preferable that the protective tube is formed of a flexible tube because the optical fiber is more difficult to break.
[0012]
The protective tube is provided in a state where one end is in contact with the surface of the head of the bolt to which the sensor unit is attached, and the end of the protective tube in contact with the head of the bolt to which the sensor unit is attached. It is set as the structure provided with the fixing member which covers at least one part of a part and fixes a protective tube to the volt | bolt which attached the sensor part. With such a configuration, it is possible to attach a protective tube to a relatively small bolt, and even a relatively small bolt can easily handle a bolt to which a bolt gauge is attached.
[0013]
Here, when the sensor unit is fixed with an adhesive in a hole formed from the head of the bolt to the shaft, vacuuming is performed in order to remove bubbles formed in the adhesive. However, in the case of such a configuration having a protective tube and a fixing member that are in contact with the head surface of the bolt, if there is a space between the fixing member and the head surface of the bolt, a vacuum is drawn. In this case, the adhesive accumulates in this space. Thereby, the inside of the hole formed in the bolt may not be sufficiently filled with the adhesive, resulting in poor adhesion of the sensor unit, and the measurement accuracy of the bolt gauge may be reduced.
[0014]
On the other hand, a configuration in which a notch portion in which a tube wall is cut out from the surface side of the end portion is formed in an end portion that abuts the surface of the head of the bolt to which the sensor portion of the protective tube is attached. Then, when evacuation is performed, the adhesive does not accumulate in the space between the fixing member and the head surface of the bolt, and the hole formed in the bolt is sufficiently filled with the adhesive. A decrease in measurement accuracy of the bolt gauge can be suppressed.
[0015]
Further, if the sensor unit has a plurality of sensor units that are attached at different positions of the bolt, it is preferable because it can measure the strain acting on the bolt and the distribution of axial force, and can compensate the temperature of the measured strain and axial force. .
[0016]
Furthermore, it is attached to the head of the bolt to which the sensor unit is attached, and has a cover that forms a space between the head of the bolt and the protective tube is attached to the cover in a state of protruding from the cover. A correction sensor unit that generates an optical signal corresponding to the distortion of the cover is attached to the inner surface of the cover, and the arithmetic unit is connected to a bolt according to the optical signal from the correction sensor unit. The value calculated based on the optical signal from the sensor part attached to the shaft part is corrected. The value calculated from the optical signal from the correction sensor unit attached to the cover that is not easily affected by the distortion of the bolt indicates the thermal deformation of the cover, that is, the distortion due to the influence of the temperature. For this reason, a portion to which the axial force of the bolt is applied by correcting the value calculated from the optical signal from the sensor portion attached to the shaft portion of the bolt in accordance with the optical signal from the sensor portion for correction. It is possible to perform temperature compensation of the value detected by the sensor unit attached to the.
[0017]
Further, if the transmission unit has a connection member that optically connects the optical fibers and can be divided by this connection member, when handling the bolt, the transmission unit is divided by the connection member, and the bolt It is possible to make the optical fiber of the transmission part coming out of the cable as short as possible. For this reason, since the optical fiber forming the transmission part is more difficult to break, handling of the bolt attached with the bolt gauge can be further facilitated.
[0018]
Furthermore, the bolt gauge of the present invention includes a sensor unit that is attached to the shaft of the bolt and generates an optical signal corresponding to the distortion of the bolt, an arithmetic unit that calculates strain based on the optical signal from the sensor unit, and a sensor A transmission unit formed of an optical fiber that transmits an optical signal from the unit to the calculation unit, and a connection member that is provided in the transmission unit and optically connects the optical fibers, and the transmission unit is divided by the connection member The above-mentioned problem can be solved by adopting a configuration in which the connection member provided in the transmission part on the side continuous to the sensor part is attached to the head of the bolt to which the sensor part is attached. To do.
[0019]
A bolt gauge according to the present invention includes a sensor unit that is attached to a shaft portion of a bolt and generates an optical signal corresponding to the distortion of the bolt, an arithmetic unit that calculates strain based on the optical signal from the sensor unit, and a sensor A transmission unit formed of an optical fiber that transmits an optical signal from the unit to the calculation unit, and a first and a second provided at the ends of the optical fibers facing each other of the divided transmission unit. And a cover which is attached to the head of the bolt to which the sensor unit is attached and forms a space between the head of the bolt and the first lens is provided on the side connected to the sensor unit. Provided at the end of the transmission part, attached to the head of the bolt to which the sensor part is attached, and the second lens is provided at the end of the transmission part connected to the arithmetic unit And the cover is inside this cover Within formed space, to solve the above problems by adopting a configuration that supports the second lens in a state of being opposed to the first lens. At this time, the first lens and the second lens are both collimator lenses or Fresnel lenses.
[0020]
If it is set as such a structure, in the state which divided | segmented the transmission part by the connection member or the lens part, it will be in the state from which the optical fiber has not come out from the volt | bolt. For this reason, when the bolt is handled, the optical fiber forming the transmission part is hardly damaged, so that the bolt attached with the bolt gauge can be handled more easily.
[0021]
Furthermore, if it is set as the structure provided with the protective tube which is attached to the cover in the state protruded from the cover, and the optical fiber which forms a transmission part is penetrated, the divided | segmented transmission part is made into the 1st lens and the 2nd lens. Even after the optical connection, the optical fiber forming the transmission unit between the calculation unit and the bolt can be hardly damaged.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a bolt gauge to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a bolt gauge to which the present invention is applied, and is a sectional view of a bolt showing a state where a sensor portion is embedded in a hole formed in the bolt. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a bolt gauge to which the present invention is applied, and is a side view of the bolt showing a state in which a sensor portion is attached to the surface of a shaft portion of the bolt.
[0029]
As shown in FIGS. 1 and 2, the bolt gauge 1 of the present embodiment is an optical fiber type strain gauge, and generates a light signal corresponding to the strain of the shaft portion of the bolt 3 to which the bolt gauge 1 is attached. 5, a transmission unit 7 formed of an optical fiber that transmits an optical signal from the sensor unit 5, and an external device 9 to which the end of the transmission unit 7 opposite to the sensor unit 5 is connected. ing. As the optical fiber type strain gauge, various types such as a fiber Bragg grating (hereinafter abbreviated as FBG) sensor can be used. Here, the case of an FBG sensor will be described as an example. The sensor unit 5 of the FBG sensor is formed by forming a plurality of slits or scratches on the optical fiber at predetermined intervals, and when the sensor unit 5 is distorted according to the distortion of the shaft portion of the bolt 3, the sensor unit 5 The plurality of slits or scratches formed in the space are installed so that the interval between them is changed.
[0030]
As a method of installing the sensor unit 5, there are a method of embedding the sensor unit 5 in the bolt 3 as shown in FIG. 1, a method of attaching the sensor unit 5 to the surface of the bolt 3 as shown in FIG. . In the method of embedding the sensor portion 5 in the bolt 3, as shown in FIG. 1, a hole 11 is formed in the bolt 3 from the top surface of the head portion 3a toward the end surface of the shaft portion 3b. Then, the sensor unit 5 is embedded in the hole 11 with an adhesive in a state where the sensor unit 5 is located at a position where the distortion of the shaft portion 3b, that is, a position where the axial force is received.
[0031]
At this time, the protective tube 13 into which the optical fiber to be the transmission unit 7 is inserted is installed in the opening of the hole 11 on the head 3 a side of the bolt 3. The protective tube 13 is partially inserted into the hole 11 formed in the bolt 3, and the remaining portion protrudes from the top surface of the head 3 a of the bolt 3. The portion inserted into the hole 11 is fixed to the hole 11 by using an adhesive or the like as necessary. The protective tube 13 is formed of a flexible tube, for example, a tube made of Teflon (registered trademark), another synthetic resin tube, or a metal flexible tube. As described above, the protective tube 13 is desirably a tube that has flexibility and bends when an appropriate force is applied in order to prevent breakage due to bending of the optical fiber.
[0032]
In the hole 11 formed in the bolt 3, an adhesive is put after the sensor portion 5 of the bolt gauge 1 and the like are inserted from the head 3 a side of the bolt 3. At this time, it is necessary to prevent a gap as much as possible between the inner surface of the hole 11 and the cured adhesive. A gap between the inner surface of the hole 11 and the cured adhesive is formed by bubbles or the like. For this reason, after putting an adhesive agent in the hole 11, a bubble removal is performed by evacuating. When evacuating, the end of the protective tube 13 on the side protruding from the bolt 3 in order to prevent the adhesive put in the hole 11 from coming out from the end opening on the side protruding from the bolt 3 of the protective tube 13 Block the opening with resin or adhesive.
[0033]
The hole 11 formed in the bolt can be formed as a through hole or has a bottom depending on the length and size of the bolt, the diameter of the hole 11, the viscosity of the adhesive used to fill the hole 11, and the like. It can also be formed as a bottomed hole. Moreover, for example, epoxy, cyanoacrylate, polyester, phenol, polyimide, polyurethane, synthetic rubber, or the like can be used as the adhesive that fills the hole 11 or the adhesive that closes the opening of the protective tube 13, and is cured at room temperature or heat. An amount of the adhesive that covers at least the sensor unit 5 is injected into the hole 11 so that at least the sensor unit 5 is buried in a completely cured adhesive as much as possible.
[0034]
On the other hand, in the method of attaching the sensor part 5 to the surface of the bolt 3, as shown in FIG. 2, the sensor part 5 is attached to an unthreaded part of the shaft part 3b of the bolt 3 using an adhesive or the like. Further, a protective sheet 15 is attached so as to cover the sensor unit 5. At a position corresponding to the position where the sensor portion 5 of the head portion 3a of the bolt 3 projecting is attached, a through hole 17 is formed between the surfaces of the head portion 3a of the bolt 3 projecting portion of the head 3a. Has been established. And the optical fiber which forms the transmission part 7 connected to the sensor part 5 is inserted in this through hole 17. At this time, the protective tube 13 into which the optical fiber forming the transmission unit 7 is inserted is installed in the opening portion of the through hole 17 located on the top surface side of the head 3 a of the bolt 3. A part of the protective tube 13 is inserted into a through hole 17 formed in the head 3 a of the bolt 3, and the remaining part protrudes from the top surface of the head 3 a of the bolt 3. The portion inserted into the through hole 17 of the protective tube 13 is fixed to the through hole 17 by using an adhesive or the like as necessary.
[0035]
In any configuration, the end of the transmission unit 7 connected to the sensor unit 5 on the side opposite to the side where the sensor unit 5 is provided is connected to the external device 9. The external device 9 that is a distortion amplifier responds to, for example, a light source of light transmitted to the sensor unit 5, a change in wavelength of an optical signal from the sensor unit 5, that is, a change in wavelength of light reflected by the sensor unit 5. It includes a calculation unit that calculates a distortion value, a recording unit that records the calculated value, and a display unit that displays the calculated value, that is, a measured value. A light source such as a laser light source can be installed not only in the external device 9 but also in the bolt 3. If the light source is installed in the bolt 3, the external device 9 can be downsized.
[0036]
When handling the bolt 3, for example, when fastening the bolt 3, the optical fiber forming the transmission unit 7 is easily broken and damaged because the optical fiber forming the transmission unit 7 is fixed to the bolt. And the portion where the optical fiber forming the transmission portion 7 comes out from the hole 11 or the through hole 17 formed in the bolt 3.
[0037]
On the other hand, in the bolt gauge 1 of the present embodiment, the optical fiber forming the transmission unit 7 is inserted through the protective tube 13 attached in a state of protruding from the top surface of the head 3 a of the bolt 3. ing. Therefore, for example, even when the transmission unit 7 is pulled when the bolt 3 is handled, the optical fiber serving as the transmission unit 7 is not easily bent by the protective tube 13, and the optical fiber is broken. It becomes difficult. Further, the protective tube 13 makes it difficult for a tool for fastening a bolt or the like to directly hit the optical fiber. As described above, the protective tube 13 makes it difficult for the optical fiber to be damaged, and therefore, it is possible to easily handle the bolt attached with the bolt gauge.
[0038]
Further, since the bolt gauge 1 uses an optical fiber type strain gauge, it is not affected by electromagnetic noise and can always measure the axial force generated in the bolt.
[0039]
(Second Embodiment)
A second embodiment of a bolt gauge to which the present invention is applied will be described below with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a bolt gauge to which the present invention is applied, and is a sectional view of the bolt showing a state where a sensor portion is embedded in a hole formed in the bolt. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Configurations and features that are different from those in the first embodiment will be described.
[0040]
The difference between the bolt gauge of the present embodiment and the first embodiment is that a part of the protective tube is not inserted into the hole formed in the shaft portion from the head of the bolt. The protection tube is fixed to the head of the bolt by the fixing member in a state where it is in contact with the top surface of the head of the bolt. This is because the bolt gauge of this embodiment is smaller than the bolt to which the first embodiment is applied, such as M1 to M6, which cannot measure strain and axial force with an electrical resistance type strain gauge. Applicable to small diameter bolts. With such a small-diameter bolt, it is impossible to form a hole having such a diameter that the protective tube can be inserted.
[0041]
That is, in the bolt gauge 17 of the present embodiment, the protective tube 19 is installed in a state where one end surface of the protective tube 19 is in contact with the top surface of the head 3 a of the bolt 3. The protective tube 19 is a flexible tube formed of the same material as the protective tube of the first embodiment, and communicates with the opening of the hole 11 located on the top surface of the head 3 a of the bolt 3. is set up. The protective tube 19 is fixed by a fixing member 21 that is attached so as to cover an end portion of the protective tube 19 that is in contact with the top surface of the head portion 3a of the bolt 3 and a part of the side surface of the head portion 3a of the bolt 3. It is fixed to the head 3 a of the bolt 3. The fixing member 21 is a flexible resin having adhesiveness or adhesiveness, or a flexible tape in which an adhesive or an adhesive is applied on one side.
[0042]
Further, in the protective tube 19 of the present embodiment, a notch portion in which the tube wall of the protective tube 19 is cut out from the surface side of this end portion on the end portion of the bolt 3 that contacts the top surface of the head 3a. 25 is formed.
[0043]
After fixing the protective tube 19 to the head 3a of the bolt 3 with the fixing member 21, the sensor unit 5 injects an adhesive into the hole 11 and hardens it in the hole 11 as in the first embodiment. It is fixed in a state where it is buried in the adhesive. At this time, when an adhesive is injected into the hole 11 formed in the bolt 3 and evacuation is performed to remove bubbles, the fixing member 21, the top surface of the head 3 a of the bolt 3, the protective tube 19, etc. The adhesive enters and accumulates in the space 23 formed between the two. Thereby, the sensor part 5 may not be completely buried in the adhesive. However, in the present embodiment, since the cutout portion 25 is formed in the protective tube 19, the adhesive does not accumulate in the space 23 even if evacuation is performed, and the sensor portion 5 is hardened. Will be completely buried.
[0044]
Thus, in the bolt gauge 17 of the present embodiment, the protective tube 13 can be installed by the fixing member 21 even for a relatively small bolt that can only be formed with a hole having a diameter that the protective tube 13 cannot be inserted. For this reason, even a relatively small bolt can be easily handled when the bolt gauge is attached.
[0045]
By the way, as a method of installing a protection tube for a bolt of a size that can only form a hole that cannot be inserted into the protection tube, it is considered that the end surface of the protection tube and the end surface of the head of the bolt are attached by welding or bonding. However, in these methods, the protective tube may not be securely fixed to the head of the bolt, and the installation operation of the protective tube may be complicated. However, in the bolt gauge 17 of the present embodiment, the protective tube can be reliably fixed to a relatively small bolt by the fixing member 21, and the protective tube can be easily installed.
[0046]
Furthermore, in the bolt gauge 17 of the present embodiment, since the notch 25 is formed in the protective tube 19, the adhesive does not accumulate in the space 23 even if evacuation is performed, and the sensor unit 5 is cured. It can be securely embedded in the adhesive. If the sensor unit 5 is not completely buried in the adhesive, the distortion of the bolt 3 is transmitted only to a part of the sensor unit 5, so that the measurement accuracy of the bolt gauge is lowered. However, in the bolt gauge 17 of the present embodiment, the sensor unit 5 can be completely buried in the adhesive, and the distortion of the bolt 3 is transmitted to the entire sensor unit 5, thereby suppressing a decrease in measurement accuracy of the bolt gauge. can do.
[0047]
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of a bolt gauge to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a bolt gauge to which the present invention is applied, and is a sectional view of the bolt showing a state in which the first and second sensor portions are embedded in holes formed in the bolt. FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a bolt gauge to which the present invention is applied. The first sensor portion is embedded in a hole formed in the bolt, and the second sensor portion is attached to the surface of the shaft portion of the bolt. It is a side view of the bolt which shows a state. FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a bolt gauge to which the present invention is applied. The first sensor portion is embedded in a hole formed in the bolt, and the second sensor portion is attached to the surface of the shaft portion of the bolt. It is a side view of the bolt which shows a state. In the present embodiment, the same components and the like as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and the configurations and features that are different from those in the first and second embodiments are described. explain.
[0048]
The bolt gauge of this embodiment is different from the first and second embodiments in that it has a plurality of sensor parts of a first sensor part and a second sensor part to measure axial force distribution and measurement. It is to perform temperature compensation of the measured value. These first and second sensor units may be provided on one optical fiber or may be provided on separate optical fibers.
[0049]
First, the case where the 1st and 2nd sensor part is provided on one optical fiber is demonstrated. As shown in FIG. 4, the bolt gauge 27 uses an optical fiber for multipoint measurement. The optical fiber portion 29 connected to the transmission unit 7 has a plurality of sensor portions, that is, two sensor portions in this embodiment, that is, The first sensor unit 5 and the second sensor unit 31 are formed at predetermined intervals in order from the end side of the optical fiber portion 29 connected to the transmission unit 7. The portion 29 of the optical fiber in which the first sensor unit 5 and the second sensor unit 31 are formed is similar to the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 and the second embodiment of the bolt 3. It is inserted into a hole 11 formed from the top surface of the head portion 3a to the shaft portion 3b and embedded with an adhesive. Further, a protective tube 13 into which an optical fiber that is connected to the second sensor portion 31 and forms the transmission portion 7 is inserted is installed in the opening portion of the hole 11 on the top surface of the head 3a of the bolt 3. The protection tube 13 is partially inserted into the hole 11 formed in the head 3a of the bolt 3, and the remaining portion protrudes from the top surface of the head 3a of the bolt 3. The portion inserted into the hole 11 of the protective tube 13 is fixed to the hole 11 by using an adhesive or the like as necessary.
[0050]
As in the first and second embodiments, the first sensor unit 5 is attached to a portion to which the axial force of the bolt 3 is applied, that is, a portion in which the bolt 3 is distorted. On the other hand, the second sensor portion 31 is a portion where the axial force of the bolt 3 is applied, that is, a portion where the distortion of the bolt 3 occurs, and is attached to a position different from the first sensor portion 5 or the axial force of the bolt 3 is not applied. It is attached to the part, that is, the part where the bolt 3 is not distorted. When the second sensor unit 31 is positioned at a portion to which the axial force of the bolt 3 is applied, the axial force inside the bolt 3 is determined from the values measured by the first sensor unit 5 and the second sensor unit 31 attached at different positions. Can be measured.
[0051]
Moreover, when the 2nd sensor part 31 is located in the part to which the axial force of the volt | bolt 3 is not applied, the value measured by the 2nd sensor part 31 becomes distortion by the thermal deformation of the volt | bolt 3 produced with temperature. For this reason, the value calculated based on the optical signal from the first sensor unit 5 is corrected according to the value calculated based on the optical signal from the second sensor unit 31 to be measured by the first sensor unit 5. It is possible to perform temperature compensation of the measured value. The FBG sensor exemplified in the present embodiment can measure the temperature from the state of thermal deformation if the relationship between the temperature of the bolt and the characteristic of strain due to thermal deformation is known. The number of sensor units can be increased to the performance limit of the amplifier of the external device 9.
[0052]
Next, a case where the first and second sensor units are provided on separate optical fibers will be described. In the bolt gauge 33, as shown in FIG. 5, a plurality of optical fibers in which one sensor unit is formed, in this embodiment, an optical fiber 35 in which the first sensor unit 5 is formed, and a second sensor unit 31. Two optical fibers with the formed optical fiber 37 are used, and each optical fiber 35, 37 has an end portion on the opposite side to the end portion on which the first and second sensor portions 5, 31 are formed. To the optical switch 39. The optical switch 39 is connected to the external device 9 via the transmission unit 7.
[0053]
The first sensor portion 5 is inserted into the hole 11 formed from the top surface of the head 3a of the bolt 3 to the shaft portion 3b in the same manner as the configuration shown in FIG. 1 and the second embodiment in the first embodiment. And embedded with adhesive. Similar to the configuration shown in FIG. 2 in the first embodiment, the second sensor unit 31 is attached using, for example, an adhesive to an unthreaded portion of the shaft 3b of the bolt 3, The protective sheet 15 is covered. At a position corresponding to the position where the second sensor portion 31 of the portion of the head 3 a of the bolt 3 that protrudes in the hook shape is attached, the through hole 17 extends between the surfaces of the portion of the head 3 a that protrudes like the hook of the bolt 3. Is drilled. The optical fiber 37 connected to the second sensor unit 31 is inserted into the through hole 17.
[0054]
Here, in the opening of the hole 11 on the top surface side of the head 3 a of the bolt 3, a protective tube 13 into which the optical fiber 35 in which the first sensor portion 5 is formed is inserted is installed. In the opening of the through hole 17 located on the top surface side of the portion 3a, the protective tube 13 into which the optical fiber 37 in which the second sensor portion 31 is formed is inserted is installed. Each protection tube 13 is partially inserted into the holes 11 and 17 formed in the bolt 3, and the remaining portions protrude from the top surface of the head 3a of the bolt 3, The portions inserted into the holes 11 and 17 of the protective tube 13 are fixed to the holes 11 and 17 by using an adhesive as necessary.
[0055]
Note that the number of optical fibers installed in the bolt 3, that is, the number of sensor units, can be increased to the limit of the channel of the optical switch 39. In the configuration shown in FIG. 5, the second sensor portion 31 and the first sensor portion 5 are arranged on the surface of the shaft portion 3 b of the bolt 3 and the central portion in the shaft portion 3 b, respectively. Thus, when the bolt 3 is bent, both the axial force and the bending of the bolt 3 can be measured based on the information from the first and second sensor parts 5 and 31. Further, similarly to the above-described configuration, the distortion value due to thermal deformation can be corrected.
[0056]
When the first and second sensor units are provided on separate optical fibers, as shown in FIG. 9, the optical fiber that becomes the transmission unit 7 via the coupler 41 is divided into two optical fibers 35, A bolt gauge 43 having a structure branched to 37 may be used.
[0057]
In such a bolt gauge 27, 33, 43 of this embodiment as well, the optical fiber is not easily broken and broken as in the first and second embodiments, so that the bolt with the bolt gauge attached can be easily handled. Can be. Furthermore, since the bolt gauges 27, 33, and 43 of the present embodiment have a plurality of sensor portions 5 and 31, measurement of the distribution and bending of the axial force of the bolt, correction of distortion values due to thermal deformation, and the like. Can do.
[0058]
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a fourth embodiment of a bolt gauge to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a view showing a schematic configuration of a bolt gauge to which the present invention is applied in an enlarged state of a head portion of the bolt, and shows a state in which a sensor portion is embedded in a hole formed in the bolt and a portion of the bolt and the cover. FIG. In the present embodiment, the same components as those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and the configurations and features that are different from those in the first to third embodiments are described. explain.
[0059]
As in the third embodiment, the bolt gauge of the present embodiment has two sensor units, a first sensor unit and a second sensor unit, and measures axial force distribution and temperature compensation of the measured values. However, the third embodiment is different from the third embodiment in that a cylindrical cover whose one end is closed is installed on the top surface of the bolt head, and the second sensor portion is provided on the inner surface of the cover. That is, the bolt gauge 45 of this embodiment is the same as the configuration shown in FIG. 5 in the third embodiment as shown in FIG. 7, and the transmission unit 7 is connected to the optical switch 39 via the optical switch 39 in FIG. It is branched into two optical fibers, an optical fiber 35 in which a first sensor portion (not shown) is formed and an optical fiber 37 in which a second sensor portion 31 is formed.
[0060]
A cylindrical cover 47 whose one end is closed is attached to the top surface of the head 3 a of the bolt 3. The cover 47 of the present embodiment shows a case where the ring-shaped end face on the opening side of the cylindrical cover 47 is fixed to the top face of the head 3 a of the bolt 3 with an adhesive. However, the cover 47 is not only fixed to the top surface of the head 3a of the bolt 3 with an adhesive, but also, for example, the end of the cover 47 on the open side and the top surface side of the head 3a of the bolt 3 are mutually connected. A method of cutting and screwing the corresponding screw, or forming a groove corresponding to the ring-shaped end of the cover 47 on the top surface of the head 3a of the bolt 3, and opening the cover 47 in this groove. It can be attached by various methods such as a method of fitting the ring-shaped end portion on the side. Note that the cover 47 is formed of the same material as that of the bolt 3 or a material whose strain characteristics with respect to temperature are known.
[0061]
Such a closed end wall of the cover 47 has two positions: a position corresponding to the hole 11 formed from the top surface of the head 3 a of the bolt 3 to the shaft portion 3 b and a position near the side wall of the cover 47. The protective tube 13 is fixed in a state where it passes through the wall of the closed end of the cover 47 and protrudes outward from the wall of the closed end of the cover 47. An optical fiber 35 having a first sensor portion (not shown in FIG. 7) is inserted through the protective tube 13 at a position corresponding to the hole 11 formed in the bolt 3. The optical fiber 35 is inserted into the hole 11 formed in the bolt 3, and the first sensor portion (not shown in FIG. 7) is embedded in the hole 11 formed in the bolt 3 with an adhesive. An optical fiber 37 in which the second sensor portion 31 is formed is inserted through the protective tube 13 at a position near the side wall surface of the cover 47. The second sensor unit 31 is attached to the inner surface of the side wall of the cover 47 using an adhesive or the like, and is further covered with the protective sheet 15.
[0062]
By installing the second sensor unit 31 in the cover 47 that is hardly affected by the distortion of the bolt as described above, the distortion due to the thermal deformation of the bolt 3 can be corrected more accurately than in the third embodiment, and the temperature compensation can be further improved. It can be done reliably. In the case of this embodiment, the present invention can be applied when the temperature difference between the threaded portion of the bolt 3, that is, the shaft portion 3 b and the cover 47 is relatively small, that is, when the temperature of the working atmosphere of the bolt 3 is uniform.
[0063]
Even in the bolt gauge 45 of this embodiment, by providing the protective tube 13 on the cover 47, the optical fiber is not easily broken, as in the first to third embodiments, and the bolt gauge attached with the bolt gauge is made. Easy handling. Furthermore, when the temperature of the working atmosphere of the bolt 3 is uniform, temperature compensation can be performed more reliably.
[0064]
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of a bolt gauge to which the present invention is applied will be described below with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a bolt gauge to which the present invention is applied, and is a sectional view of the bolt showing a state where a sensor portion is embedded in a hole formed in the bolt. In the present embodiment, the same components as those in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and the configurations and features that are different from those in the first to fourth embodiments are described. explain.
[0065]
The difference between the bolt gauge of the present embodiment and the first to fourth embodiments is that a connection member that can be attached to and detached from the transmission part that comes out of the bolt is provided, and the transmission part can be divided by this connection member. There is. That is, as shown in FIG. 8, the bolt gauge 49 of the present embodiment is the same as the configuration shown in FIG. 1 in the first embodiment, and the bolt 3 extends from the top surface of the head 3a to the end surface of the shaft portion 3b. The hole 11 is bored toward the sensor 11, and the sensor unit 5 is embedded in the hole 11 in a state where the sensor unit 5 is positioned at a position where the shaft 3 b is distorted, that is, a position that receives the axial force. At this time, the protective tube 13 into which the optical fiber to be the transmission unit 7 is inserted is installed in the opening of the hole 11 on the top surface side of the head 3 a of the bolt 3. The protective tube 13 is partially inserted into the hole 11 formed in the bolt 3, and the remaining portion protrudes from the top surface of the head 3 a of the bolt 3. The portion inserted into the hole 11 is fixed to the hole 11 by using an adhesive or the like as necessary.
[0066]
However, in the bolt gauge 49 of the present embodiment, the transmission unit 7 includes an optical fiber that forms the transmission unit 7 a on the side connected to the external device 9 and an optical fiber that forms the transmission unit 7 b that is connected to the sensor unit 5. The optical fiber is divided into two optical fibers. An end of the optical fiber forming the transmission unit 7a opposite to the side connected to the external device 9, and an end of the optical fiber forming the transmission unit 7b opposite to the side where the sensor unit 5 is formed Are provided with connectors 51a and 51b which are connection members for optical connection of optical fibers.
[0067]
For the connectors 51a and 51b, FC connectors for optical fibers, SC connectors, and the like are used. When handling the bolt 3, such as when fastening the bolt 3, the connector 51a, 51b is removed. In order to surely prevent the optical fiber from being damaged when the bolt 3 is handled, the length of the portion protruding from the top surface of the head 3a of the bolt 3 of the optical fiber to be the transmission portion 7b is 5 cm or less. It is desirable to do.
[0068]
In such a bolt gauge 49 of this embodiment, the protective tube 13 protruding from the opening of the hole 11 on the top surface side of the head 3a of the bolt 3 is provided, and the transmission unit 7 is connected by the connectors 51a and 51b. The transmission part 7a and the transmission part 7b can be separated. For this reason, in addition to making it difficult for the optical fiber to be damaged by the protective tube 13, the bolt 3 can be handled in a state where the bolt 3 is separated from the external device 9. Therefore, since the optical fiber is less likely to be broken, the bolt with the bolt gauge attached can be handled more easily.
[0069]
In addition, the external device 9 can be removed except when necessary, and the optical fiber strain gauge does not require or is easy to adjust the balance. Is possible.
[0070]
(Sixth embodiment)
Hereinafter, a sixth embodiment of a bolt gauge to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a bolt gauge to which the present invention is applied, and is a cross-sectional view of a bolt showing a configuration using a connector as a connecting member provided in the transmission section. FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a bolt gauge to which the present invention is applied, and is a cross-sectional view of a bolt showing a configuration using a ferrule or a sleeve as a connection member provided in the transmission section. In the present embodiment, the same components as those in the first to fifth embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and the configurations and features that are different from those in the first to fifth embodiments are described. explain.
[0071]
As in the fifth embodiment, the bolt gauge according to the present embodiment divides the transmission part via a detachable connecting member, but without using a protective tube, the part of the transmission part that is continuous with the sensor part. The point from which the connection member provided in the edge part was attached to the head top surface of the volt | bolt differs from 5th Embodiment. That is, as shown in FIG. 9, the bolt gauge 53 of the present embodiment is similar to the configuration of the fifth embodiment, and the light that forms the transmission unit 7a on the side where the transmission unit 7 is connected to the external device 9 is used. It is in a state of being divided into two optical fibers, that is, the fiber and an optical fiber that forms the transmission unit 7 b connected to the sensor unit 5. An end of the optical fiber forming the transmission unit 7a opposite to the side connected to the external device 9, and an end of the optical fiber forming the transmission unit 7b opposite to the side where the sensor unit 5 is formed Are provided with connectors 51a and 51b, which are connection members for optical connection.
[0072]
In this embodiment, the hole 3 is drilled in the bolt 3 from the top surface of the head 3a toward the end surface of the shaft portion 3b, but the opening of the hole 3 in the top of the head 3a of the bolt 3 is The connector 51b provided in the transmission part 7b is formed in a shape that can be fitted. And the transmission part 7b is inserted in the hole 11 formed in the volt | bolt 3 with the sensor part 5 as a whole, and the connector 51b provided in the transmission part 7b is in the head 3a top surface of the volt | bolt 3 of the hole 11. It is attached to the opening by using an adhesive or the like as appropriate. The sensor unit 5 is embedded in the hole 11 with an adhesive as in the other embodiments.
[0073]
Note that the connecting member may be formed of a ferrule, a sleeve, or the like instead of the connectors 51a and 51b. In the bolt gauge 55 provided with such a connection member, as shown in FIG. 10, a ferrule 57a and a connector covering the ferrule 57a are formed at the end of the optical fiber forming the transmission unit 7a on the side connected to the external device 9. 59, and a ferrule 57b is attached to the end of the optical fiber forming the transmission part 7b connected to the sensor part 5. Therefore, the opening of the hole 3 at the top surface of the head 3a of the bolt 3 is formed in a shape that can fit the ferrule 57b provided in the transmission portion 7b, and the ferrule 57b is attached. In the case of such a connection member, a ferrule 57 a provided in the transmission unit 7 a connected to the external device 9 and a ferrule 57 b provided in the transmission unit 7 b connected to the sensor unit 5 are connected using a sleeve 61.
[0074]
When the connector 51b is embedded in the opening at the top surface of the head 3a of the bolt 3 in the hole 11, the diameter of the opening becomes relatively large. However, in the configuration in which the ferrule 57b is embedded, the opening of the hole 11 can be made small, and the machining operation of the hole 11 can be simplified, and the present embodiment can be applied to a relatively small bolt.
[0075]
In these bolt gauges 53, 55, when handling the bolt 3, such as when fastening the bolt 3, the connectors 51a, 51b or the ferrules 57a, 57b and the sleeve 61 are removed, and the transmission parts 7a, 7b Is performed in a state of being divided. At this time, no optical fiber comes out from the bolt 3.
[0076]
In the bolt gauges 53 and 55 according to this embodiment, the bolt 3 can be handled in a state where the bolt 3 is separated from the external device 9 and the optical fiber is not out of the bolt 3. Therefore, when the bolt is handled, the optical fiber is hardly damaged, and the bolt with the bolt gauge attached can be handled more easily.
[0077]
(Seventh embodiment)
Hereinafter, a seventh embodiment of a bolt gauge to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 11 and 12. FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of a bolt gauge to which the present invention is applied in an enlarged state of the head portion of the bolt. The configuration for optical connection using a collimator lens is shown in the bolt and cover portion. It is a figure shown in a cross section. FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of a bolt gauge to which the present invention is applied in an enlarged state of the head portion of the bolt. The configuration for optical connection using a Fresnel lens is shown in the bolt and cover portion. It is a figure shown in a cross section. In the present embodiment, the same components as those in the first to sixth embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and the configurations and features that are different from those in the first to sixth embodiments. explain.
[0078]
The bolt gauge of this embodiment has divided the transmission part as in the fifth and sixth embodiments. However, a connector or a ferrule is used for optical connection of two optical fibers that become the divided transmission parts. A difference from the fifth and sixth embodiments is that a lens is used without being used and optical connection is performed by a non-contact transmission method. That is, as shown in FIG. 11, the bolt gauge 63 of this embodiment is the same as the configuration of the fifth and sixth embodiments, and the transmission unit 7 has a transmission unit 7a on the side connected to the external device 9. The optical fiber to be formed and the optical fiber forming the transmission unit 7b connected to the sensor unit (not shown in FIG. 11) are divided into two optical fibers. However, in this embodiment, the end of the transmission unit 7a opposite to the side connected to the external device 9 and the end of the transmission unit 7b opposite to the side where the sensor unit (not shown in FIG. 11) is formed. Collimator lenses 65a and 65b are provided in the sections.
[0079]
The collimator lens 65b provided in the transmission unit 7b is appropriately formed in an opening at the top surface of the head 3a of the bolt 3 in the hole 11 formed from the top surface of the head 3a of the bolt 3 toward the end surface of the shaft portion 3b. It is attached by using an adhesive or the like. The transmission part 7b is inserted into a hole 11 formed in the bolt 3 as a whole together with a sensor part not shown in FIG. The sensor unit 5 is embedded in the hole 11 with an adhesive as in the other embodiments.
[0080]
On the other hand, the collimator lens 65 a provided in the transmission unit 7 a is fixed to a cover 67 attached to the top surface of the head 3 a of the bolt 3. The cover 67 is a cylindrical member whose one end is closed. In the present embodiment, the ring-shaped end surface on the open side of the cylindrical cover 67 is fixed to the top surface of the head 3a of the bolt 3 with an adhesive. Shows the case. However, the cover 67 is not only fixed to the top surface of the head portion 3a of the bolt 3 with an adhesive, but also corresponds to, for example, the end portion of the cover 67 on the open side and the top surface side of the head portion 3a of the bolt 3. A groove corresponding to the ring-shaped end of the cover 67 on the opening side of the cover 67 is formed on the top surface of the head 3a of the bolt 3, and the groove on the opening side of the cover 67 is formed in this groove. It can be attached by various methods such as a method of fitting ring-shaped ends.
[0081]
The cover 67 is attached to the wall of the closed end of the cover 67 in a state where the protective tube 13 protrudes outside the cover at a position corresponding to the collimator lens 65b fixed to the top surface of the head 3a of the bolt 3. It has been. The collimator lens 65a is attached to the end portion of the protective tube 13 located in the cover 67 by using an adhesive or the like as appropriate. Therefore, by attaching the cover 67 to the top surface of the head 3a of the bolt 3, the collimator lens 65a faces the collimator lens 65b and is placed on the cover 67 with a predetermined distance from the collimator lens 65b. Supported. In order to reliably obtain the necessary transmission accuracy of the optical signal, the accuracy of the angle difference between the surface of the collimator lens 65a and the surface of the collimator lens 65b is about 0.2 degrees or less, and the eccentric axis deviation distance is 200 μm or less. It is desirable to arrange with.
[0082]
As a configuration for performing optical connection by the non-contact transmission method, not only a configuration using a collimator lens but also an end opposite to the side connected to the external device 9 of the transmission unit 7a as shown in FIG. And a bolt gauge 71 provided with Fresnel lenses 69a and 69b on the opposite side of the transmission part 7b and the side where the sensor part (not shown in FIG. 11) is formed. You can also. The configuration of the bolt gauge 71 using the Fresnel lenses 69a and 69b is the same as that using the collimator lens except that a Fresnel lens is used instead of the collimator lens.
[0083]
In these bolt gauges 63 and 71, when the bolt 3 is handled, for example, when the bolt 3 is fastened, the cover 67 is not attached to the head 3a of the bolt 3. Therefore, when the bolt 3 is handled, no optical fiber comes out of the bolt 3.
[0084]
In such bolt gauges 63 and 71 of the present embodiment, the bolt 3 can be handled in a state where no optical fiber comes out from the bolt 3 and the bolt 3 is separated from the external device 9. Therefore, when the bolt is handled, the optical fiber is hardly damaged, and the bolt with the bolt gauge attached can be handled more easily.
[0085]
Further, since the protective tube 13 is provided on the cover 67, the optical fiber can be hardly damaged even after the cover 67 is attached to the head 3a of the bolt 3.
[0086]
Note that it is desirable that the cover 67 be detachably attached to the top surface of the head 3a of the bolt 3 because one external device can be used for a plurality of bolts. Therefore, even when fixing using an adhesive, it is desirable to use a type of adhesive that can release the adhesive state as easily as possible.
[0087]
( Reference example )
Hereinafter, a bolt gauge to which the present invention is applied will be described. Reference example Will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is a perspective view showing a schematic configuration of a bolt gauge to which the present invention is applied. FIG. 14 is a perspective view showing the form of a columnar member of a bolt gauge to which the present invention is applied and how to attach the sensor unit to the columnar member. FIG. 14A is a perspective view of forming the sensor unit by forming a hole in the columnar member. The form to embed, (b) is a figure which divides | segments a columnar member into two, sandwiches a sensor part, and (c) is a figure which shows the form which affixed the sensor part on the surface of the columnar member. FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of a bolt gauge to which the present invention is applied, and is a perspective view showing a configuration provided with a protective tube. Book Reference example In the following description, the same components as those in the first to seventh embodiments are denoted by the same reference numerals.
[0088]
Book Reference example As shown in FIG. 13, the bolt gauge 73 is an optical fiber strain gauge. The sensor section 5 generates an optical signal corresponding to the distortion of the shaft portion of the bolt 3 to which the bolt gauge 73 is attached, and the sensor section 5. A transmission unit 7 formed of an optical fiber that transmits an optical signal from the sensor, an external device 9 to which the end of the transmission unit 7 opposite to the sensor unit 5 is connected, and the sensor unit 5 and the sensor unit 5 It consists of a columnar member 75 to which a part of the optical fiber forming the transmission unit 7 is attached.
[0089]
A bolt 77 to which the bolt gauge 73 is attached is provided with a hole 77 through which the entire columnar member 75 can be inserted from the top surface of the head 3a toward the end surface of the shaft portion 3b. Then, the columnar member 75 to which the sensor unit 5 and a part of the transmission unit 7 connected to the sensor unit 5 are attached is inserted into the hole 77 from the end on the side where the transmission unit 7 does not come out, and is fixed with an adhesive. . Thus, in the present embodiment, the bolt gauge 73 is attached to the bolt 3 by fixing the columnar member 75 to the hole 77. At this time, the sensor unit 5 attached to the columnar member 75 is brought to a position where distortion of the shaft portion 3b of the bolt 3 occurs, that is, a position where the axial force is received.
[0090]
The columnar member 75 has a columnar shape, and the end of the columnar member 75 on the side to be inserted into the hole 77 formed in the bolt 3 has a flat surface, a hemispherical surface, and a conical surface, and the other end, that is, the transmission unit 7. The end on the side from which the optical fiber forming the surface protrudes has a flat surface. In addition, the columnar member 75 can be formed of various materials such as metal, resin, glass, and ceramic. When the columnar member 75 is formed of a sponge-like elastic body, an adhesive is used for fixing to the bolt 3. Is used more than with other materials and cured with an adhesive.
[0091]
The hole 77 formed in the bolt can be formed as a through hole depending on the length and size of the bolt, the diameter of the hole 77, the viscosity of the adhesive used to fill the hole 77, and the like. It can also be formed as a bottomed hole having a bottom on the shaft portion 3b side. As an adhesive for fixing the columnar member 75 to the hole 77, for example, epoxy, cyanoacrylate, polyester, phenol, polyimide, polyurethane, synthetic rubber, or the like is used, and is cured at room temperature or heat.
[0092]
By the way, the reliability of adhesion of the sensor part to the bolt affects the measurement accuracy of the axial force of the bolt. When the sensor unit alone is inserted into the hole formed in the bolt and embedded with an adhesive, if the diameter of the hole formed in the bolt is larger than the size of the sensor unit, the sensor unit and the inner surface of the hole formed in the bolt The interval between the two becomes large, and the amount of adhesive used increases. When the amount of the adhesive is increased in this way, bubbles and the like are liable to enter the adhesive, so that poor adhesion is likely to occur and the reliability of the adhesion is lowered. In particular, in an optical fiber type strain gauge, since the size of the sensor part is relatively small, the distance between the sensor part and the inner surface of the hole formed in the bolt is limited due to processing restrictions on the diameter of the hole that can be formed in the bolt. Becomes relatively large. Therefore, in a bolt gauge using an optical fiber type strain gauge, when the sensor part is embedded in a hole formed in the bolt, adhesion failure is likely to occur, and there may be a problem in the measurement accuracy of the bolt gauge. In addition, in order to improve the bonding reliability of the sensor unit, skill in bonding work is required.
[0093]
Book against this Reference example In the bolt gauge 73, when fixing the columnar member 75 to the hole 77 formed in the bolt 3 with an adhesive, the adhesive is applied to the outer surface of the columnar member 75 and inserted into the hole 77 formed in the bolt 3. Thus, an adhesive can be filled between the inner surface of the hole 77 formed in the bolt 3 and the outer surface of the columnar member 75. Further, since the diameter of the hole 77 formed in the bolt 3 and the outer diameter of the columnar member 75 are larger than the diameter of the optical fiber, the diameter of the hole 77 formed in the bolt 3 and the outer diameter of the columnar member 75 are reduced. The machining accuracy of the diameter can be improved, and the gap between the inner surface of the hole 77 formed in the bolt 3 and the outer surface of the columnar member 75 can be controlled. Thereby, the quantity of the adhesive agent for filling between the inner surface of the hole 77 formed in the volt | bolt 3 and the outer surface of the columnar member 75 can be reduced, and mixing of a bubble etc. can be suppressed. Therefore, the adhesion reliability can be improved, and the measurement accuracy of the bolt gauge can be improved.
[0094]
Further, when the columnar member 75 is fixed to the hole 77 formed in the bolt 3 with an adhesive, the adhesive is simply applied to the outer surface of the columnar member 75 and inserted into the hole 77 formed in the bolt 3. Since the reliability is improved and the sensor unit 5 can be firmly fixed inside the bolt, no skill is required for the bonding operation.
[0095]
Further, the form of the columnar member and the mounting form of the sensor unit and the like are not limited to the form of attaching the sensor unit 5 and a part of the transmission unit 7 connected to the sensor unit 5 to the surface of the columnar member 75 as shown in FIG. Can be in various forms. For example, as shown in FIG. 14A, a columnar member 81 in which a hole 79 is formed along the central axis is used, and the sensor unit 5 may be embedded with an adhesive in the hole 79 formed in the columnar member 81. it can. Further, as shown in FIG. 14B, the sensor unit 5 is sandwiched between the split surfaces of the divided columnar member pieces 83 a and 83 b that form the columnar member 83 using a columnar member 83 that is divided into two in the extending direction. It is also possible to bond the divided surfaces of the columnar member pieces 83a and 83b with an adhesive.
[0096]
In addition, as shown in FIG. 14 (c), a columnar member 85 to which an optical fiber to be the transmission unit 7 is attached so as to be folded back at the end portion to be inserted into the hole 77 formed in the bolt 3 may be used. it can. In this case, the optical fiber which becomes the two transmission parts 7 has come out from the edge part of the columnar member 85. FIG. Therefore, even if the optical fiber serving as one transmission unit 7 is broken and disconnected, measurement can be performed by connecting the optical fiber serving as the other transmission unit 7 to the external device 9. Although not shown, if the optical fiber is spirally wound around the circumferential surface of the columnar member, the bending curvature of the sensor unit 5 can be increased, and light loss can be reduced.
[0097]
Also book Reference example In the bolt 3 to which a bolt gauge using an optical fiber type strain gauge such as the bolt gauge 73 is attached, since the optical fiber is easily broken, when the bolt 3 is handled, for example, when the bolt 3 is fastened, It is necessary to pay close attention so as not to break and break the optical fiber portion serving as the transmission unit 7. For this reason, in the bolt 3 to which the bolt gauge 73 is attached as in the present embodiment, there is a case in which the handling of the bolt 3 becomes difficult. The portion where the optical fiber is easily broken and broken is the boundary portion between the portion fixed to the bolt 3 of the optical fiber forming the transmission portion 7 and the portion not fixed, that is, the optical fiber forming the transmission portion 7 from the bolt 3. Are portions that come out of the columnar members 75, 81, 83, 85 and the like.
[0098]
When such a problem occurs, for example, when a columnar member 81 in which a hole 79 is formed along the central axis is used, as shown in FIG. 15, in the opening of the hole 79 formed in the columnar member 81, A configuration such as a bolt gauge 87 in which a protective tube 13 into which an optical fiber forming the transmission unit 7 is inserted is provided. The protective tube 13 is partially inserted into a hole 79 formed in the columnar member 81, and the remaining portion protrudes from the end surface of the columnar member 81. The portion inserted into the hole 79 is fixed to the hole 79 by using an adhesive or the like as necessary.
[0099]
In the bolt gauge 87 having such a configuration, the optical fiber serving as the transmission unit 7 is inserted into the protective tube 13 protruding from the end surface of the columnar member. Accordingly, since the optical fiber is not easily broken, it is possible to easily handle the bolt attached with the bolt gauge. That is, the measurement accuracy of the bolt gauge can be improved, and handling of the bolt with the bolt gauge attached can be facilitated.
[0100]
1st to 1st 7 Embodiment of And reference examples These configurations can be used in combination as appropriate.
[0101]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to easily handle a bolt to which a bolt gauge is attached.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of a bolt gauge to which the present invention is applied, and is a sectional view of a bolt showing a state in which a sensor portion is embedded in a hole formed in the bolt.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of a bolt gauge to which the present invention is applied, and is a side view of the bolt showing a state in which a sensor portion is attached to the shaft surface of the bolt.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of a bolt gauge to which the present invention is applied, and is a sectional view of the bolt showing a state in which a sensor portion is embedded in a hole formed in the bolt.
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a third embodiment of a bolt gauge to which the present invention is applied, and a cross section of the bolt showing a state in which the first and second sensor portions are embedded in holes formed in the bolt; FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a third embodiment of a bolt gauge to which the present invention is applied, in which a first sensor portion is embedded in a hole formed in the bolt, and a second shaft surface of the bolt is It is a side view of the volt | bolt which shows the state which affixed the sensor part.
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a third embodiment of a bolt gauge to which the present invention is applied, in which a first sensor portion is embedded in a hole formed in the bolt, and a second shaft surface of the bolt is It is a side view of the volt | bolt which shows the state which affixed the sensor part.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a fourth embodiment of a bolt gauge to which the present invention is applied in an enlarged state of a head portion of the bolt, in a state where a sensor portion is embedded in a hole formed in the bolt; It is a figure which shows the part of a volt | bolt and a cover in a cross section.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a fifth embodiment of a bolt gauge to which the present invention is applied, and is a sectional view of the bolt showing a state in which a sensor portion is embedded in a hole formed in the bolt.
FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a sixth embodiment of a bolt gauge to which the present invention is applied, and is a sectional view of a bolt showing a configuration using a connector as a connecting member provided in a transmission section.
FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a sixth embodiment of a bolt gauge to which the present invention is applied, and is a sectional view of a bolt showing a configuration using a ferrule or a sleeve as a connecting member provided in a transmission unit; is there.
FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of a seventh embodiment of a bolt gauge to which the present invention is applied in an enlarged state of a head portion of the bolt, and a configuration for performing optical connection using a collimator lens; It is a figure which shows the part of a volt | bolt and a cover in a cross section.
FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of a seventh embodiment of a bolt gauge to which the present invention is applied in an enlarged state of a head portion of the bolt, and a configuration for optical connection using a Fresnel lens. It is a figure which shows the part of a volt | bolt and a cover in a cross section.
FIG. 13 shows a bolt gauge to which the present invention is applied. Reference example It is a perspective view which shows schematic structure of these.
FIG. 14 is obtained by applying the present invention. Reference example It is a perspective view which shows the form of the columnar member in the bolt gauge of this, and how to attach the sensor part to the columnar member, (a) is the form which forms a hole in the columnar member and embeds the sensor part, (b) is the columnar member Is a view showing a form in which the sensor part is sandwiched and the sensor part is sandwiched, and (c) is a form in which the sensor part is attached to the surface of the columnar member.
FIG. 15 shows a bolt gauge to which the present invention is applied. Reference example It is a figure which shows schematic structure of these, and is a perspective view which shows the structure which provided the protective tube.
[Explanation of symbols]
1 bolt gauge
3 bolts
3a head
3b Shaft
5 Sensor part
7 Transmission section
9 External devices
11 holes
13 Protection tube

Claims

A sensor unit that is attached to the shaft of the bolt and generates an optical signal corresponding to the distortion of the bolt, an arithmetic unit that calculates strain based on the optical signal from the sensor unit, and an optical signal from the sensor unit to the arithmetic unit A transmission part formed of an optical fiber that transmits the sensor part, and is attached to a position corresponding to a hole formed in a head part of the bolt to which the sensor part is attached in a state of protruding from the surface of the head part of the bolt to which the sensor part is attached. In a bolt gauge comprising a protective tube through which an optical fiber forming the transmission unit is inserted ,
The protective tube is provided in a state in which one end is in contact with the head surface of the bolt to which the sensor unit is attached, and the end of the protective tube in contact with the bolt to which the sensor unit is attached. A bolt gauge, comprising: a fixing member that covers at least a part of the head and fixes the protective tube to a bolt to which the sensor unit is attached.

The end of the protective tube that is in contact with the surface of the head of the bolt to which the sensor unit is attached has a notch formed by notching the tube wall from the surface of the end. The bolt gauge according to claim 1 .

A sensor unit that is attached to the shaft of the bolt and generates an optical signal corresponding to the distortion of the bolt, an arithmetic unit that calculates strain based on the optical signal from the sensor unit, and an optical signal from the sensor unit to the arithmetic unit A transmission part formed of an optical fiber that transmits the sensor part, and is attached to a position corresponding to a hole formed in a head part of the bolt to which the sensor part is attached in a state of protruding from the surface of the head part of the bolt to which the sensor part is attached. In a bolt gauge comprising a protective tube through which an optical fiber forming the transmission unit is inserted,
It is attached to the head of the bolt to which the sensor unit is attached, and includes a cover that forms a space between the head of the bolt and the protective tube is attached to the cover in a state of protruding from the cover A correction sensor unit that generates an optical signal corresponding to the distortion of the cover is attached to the inner surface of the cover, and the arithmetic unit is configured to respond to an optical signal from the correction sensor unit, features and to Rubo Rutogeji to become performing correction of the calculated value based on the light signal from the shaft portion and the sensor unit attached to the bolt.

A sensor unit that is attached to the shaft of the bolt and generates an optical signal corresponding to the distortion of the bolt, an arithmetic unit that calculates strain based on the optical signal from the sensor unit, and an optical signal from the sensor unit to the arithmetic unit A transmission unit formed of an optical fiber that transmits the first and second lenses, each of the first and second lenses provided at the ends of the optical fibers facing each other of the divided transmission unit, and the sensor unit. And a cover that forms a space between the head of the bolt and a surface of the bolt.
The first lens is provided at an end portion of the transmission portion on the side connected to the sensor portion, and is attached to a head of a bolt to which the sensor portion is attached, and the second lens is The cover is provided at an end of the transmission unit connected to the arithmetic unit, and the cover is in a state of facing the first lens in a space formed in the cover. A bolt gauge that supports the second lens.