JP4886999B2 - ボルト緩み判定方法およびボルト緩み検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボルト緩み判定方法およびボルト緩み検出装置に関し、特に、測定しようとするボルトが汚れていたり水滴が付着していたりする場合においても、非接触で前記ボルトの緩みの有無を判定できるボルト緩み判定方法およびボルト緩み検出装置に関する。

ボルトの緩みを自動的に検出する方法としては、ボルトが緩むとボルトに加わっていた軸力が抜けることに着目して、ボルト中に歪ゲージを埋包してこのゲージで軸力を監視する方法が提案された（特許文献１）。

しかし、前記方法は、すべてのボルトに歪ゲージを埋め込む必要がある上、それぞれのボルトについて電源を用意する必要があるから、レールを多数のボルトで枕木に固定している軌道などの構造物におけるボルトの緩み測定方法としては実際的ではない。

そこで、多数設置されたボルトの緩みを自動的に検出する方法として、ボルト頭部に一定方向の線を入れてこのボルト頭部を撮影し、得られた画像から前記線の角度を算出して前記ボルトの回転角を求める方法が提案された。
特開平１１−１１８６３７号公報

しかしながら、２番目の方法においても、線を記入した後にボルト頭部が錆びたり汚れたりすると、線が判別できなくなること、ボルトが１８０度回転していたら緩みが検出できないこと、ボルトを増し締めするとボルト頭部の線の位置がずれ、正しい緩み検出が行えなくなることなどの問題点がある。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、測定しようとするボルトが汚れていたり水滴が付着していたりしていても、ボルトの高さを正しく求めることのできるボルト高さ測定方法、ボルト緩み判定方法、ボルト高さ測定装置、およびボルト緩み検出装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、ボルト頭部頂面と高さが既知である基準面とに跨ってスリット状の検査光を照射し、前記ボルト頭部頂面と前記基準面とに形成された線状の光像を、前記検査光の照射方向と交差する方向から撮像し、撮像した画像から、前記ボルト頭部頂面に形成された線状の光像と前記基準面に形成された線状の構造とのすれの大きさを求め、前記ずれの大きさと前記基準面と高さとから前記ボルト頭部頂面の高さであるボルト高さを求めるボルト高さ測定ステップと、前記ボルト高さ測定ステップで測定したボルト高さ測定値に基づいて前記ボルトが緩んでいるか否かを判定するボルト緩み判定ステップと、を有し、前記ボルト緩み判定ステップにおいては、前記ボルト高さ測定ステップで得られたボルト高さ測定値と、基準ボルト高さとを比較し、前記基準ボルト高さに対する前記ボルトの突出量が所定値以上のときに、前記ボルトが緩んでいると判定するボルト緩み判定方法に関する。

ボルトのピッチをｐ、前記ボルトを所定のトルクで締めた時点から前記ボルトが緩むまでの回転角をθとすると、前記ボルトは緩むとｐ×θ／２πだけ上昇する。したがって、ボルト頭部頂面の高さを測定し、ボルトが上昇したことを検出することにより、ボルトの緩みを検知できる。
前記ボルト緩み判定方法においては、まず、請求項１〜５のいずれか１項に記載のボルト高さ測定方法でボルト高さを測定する。そして、得られたボルト高さ測定値を、前記ボルトを所定のトルクで締めたときのボルト頭部頂面の高さである基準ボルト高さと比較する。ボルト高さ測定値と基準ボルト高さとの差が所定値以上のときは、前記ボルトの頭部が前記基準ボルト高さに対して所定の突出量以上に上昇したと考えられるから、前記ボルトが緩んだものと判定する。

したがって、ボルトの頭部が汚れていても緩みの判定が容易に行えるうえ、微小な緩みも高精度で検出できる。
また、ボルト緩みの有無の判定が非接触で行えるうえ、ボルトに歪センサを埋設する必要がないからコストも安い。さらに、通常の鉄道やリニアモーターカーの軌道を走行しながら、前記軌道におけるボルト緩み検出を行うことができるから、能率的でもある。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のボルト緩み判定方法において、前記検査光で照射する基準面が、高さを測定しようとするボルトの周囲の面である判定方法に関する。

前記ボルト緩み判定方法においては、高さを測定しようとするボルトの周囲の面を基準面としているから、軌道上を移動しつつボルトの高さを測定してボルトの緩みを検出するのに好適に使用される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のボルト緩み判定方法において、前記検査光としてレーザ光を用いるものに関する。

レーザ光は直進性に優れ、光強度が高いから、対象物であるボルトとの距離が多少離れていても、より鮮鋭度の高い光像を形成でき、高精度のボルト緩み判定が可能になる。

請求項４に記載の発明は、前記ボルト緩み判定ステップにおいてボルトが緩んでいると判定する基準になる前記所定値は前記ボルトの回転角と螺子ピッチとから決まる値に等しい請求項１〜３の何れか１項に記載のボルト緩み判定方法に関する。

前記ボルト緩み判定方法においては、前記ボルトの頭部頂面が前記ボルトの回転角と螺子ピッチとから決まる値の分だけ上昇したときに前記ボルトが緩んだものと判定する。

ここで、ボルトと被締結物との間には、ボルトの緩みを防ぐ目的で、通常、バネ座金を挿入する。そして、ボルトが緩み、ある程度上昇するまでは、バネ座金はある程度効いている。

したがって、バネ座金が効いている段階でボルトの緩みを検知できるから安全性が高い。

請求項５に記載の発明は、前記ボルト高さ測定ステップにおいては、スリット状の検査光を出射する光源と、前記光源から出射された検査光によってボルト頭部頂面と基準面とが照射されて形成された光像を撮像する撮像手段とを軌道に沿って一体的に移動させて前記軌道におけるボルト高さを測定し、前記ボルト緩み判定ステップでは、前記ボルト高さ測定ステップで得られたボルト高さ測定値と基準ボルト高さとを比較し、前記基準ボルト高さに対する前記ボルトの突出量が所定値以上のとき、前記ボルトが緩んでいると判定する請求項１〜４の何れか１項に記載のボルト緩み判定方法に関する。

前記ボルト緩み判定方法によれば、軌道を高速で走行しつつボルト緩みを正確に検出できる。

請求項６に記載の発明は、高さを測定しようとするボルト頭部頂面と既知の高さを有する基準面とに向ってスリット状の検査光を出射する光源、前記光源から出射された検査光によって前記ボルト頭部頂面と前記基準面とに形成される線状の光像を、前記検査光が通過する平面に対して交差する方向から撮像する撮像手段、および前記撮像手段で撮像した光の線のずれに基づいて前記ボルト頭部頂面の高さであるボルト高さを求めるボルト高さ演算手段を備えるボルト高さ測定装置と、前記ボルト高さ測定装置で求めたボルト高さ測定値に基づいてボルトの緩みの有無を判定する緩み判定手段と、を備え、前記緩み判定手段においては、前記ボルト高さ測定ステップで測定したボルト高さ測定値と、ボルトが緩んでいないときのボルト高さである基準ボルト高さとを比較し、前記基準ボルト高さに対する前記ボルトの突出量が所定値以上のときは、前記ボルトが緩んでいると判定するボルト緩み検出装置に関する。

請求項１のところでも述べたように、ボルトは、緩むと、螺子ピッチｐ×回転角θ／２πで示される高さだけ上昇する。前記ボルト緩み検出装置においては、前記ボルト高さ測定装置でボルト高さを測定し、得られたボルト高さ測定値を、緩み判定手段において前記ボルトを所定のトルクで締めたときのボルト高さである基準ボルト高さと比較し、前記ボルト高さ測定値が前記基準ボルト高さに対して所定の突出量以上突出したとき、前記ボルトが緩んでいるものと判定する。

したがって、頭部の汚れたボルトであっても緩みの判定が容易に行える。また、前記所定値を小さく設定すれば、微小なボルト緩みも検出できる。さらに、ボルト緩みの有無の判定が非接触で行えるうえ、ボルトに歪センサを埋設する必要がないからコストも安い。さらに、通常の鉄道やリニアモーターカーの軌道を走行しながら、前記軌道におけるボルト緩み検出を行うことができるから、能率的でもある。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のボルト緩み検出装置において前記検査光がレーザ光であるものに関する。

レーザ光は直進性に優れ、光強度が高いから、前記ボルト緩み検出装置によれば、ボルトとの距離が多少離れていても鮮鋭度の高い光像を形成でき、高精度のボルト緩み検出が可能になる。

請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載のボルト緩み検出装置。であって前記光源と前記撮像手段とを一体的に軌道に沿って移動させ、前記軌道を固定するボルトの高さを測定するものに関する。

前記ボルト高さ測定装置は、軌道におけるボルトの高さの測定に好適に使用される。

請求項９に記載の発明は、前記緩み判定手段において、ボルトが緩んでいると判定する基準になる前記所定値が前記ボルトの回転角と螺子ピッチとから決まる値に等しい請求項６〜８の何れか１項に記載のボルト緩み検出装置に関する。

前記ボルト緩み検出装置においては、前記ボルトの頭部頂面が前記ボルトの回転角と螺子ピッチとから決まる値の分だけ上昇したときに前記ボルトが緩んだものと判定する。

ここで、ボルトと被締結物との間には、ボルトの緩みを防ぐ目的で、通常、バネ座金を挿入する。そして、ボルトが緩み、ある程度上昇するまでは、通常、バネ座金はある程度効いている。

したがって、前記ボルト緩み検出装置によれば、バネ座金が効いている段階でボルトの緩みを検知できる。

以上説明したように、本発明によれば、測定しようとするボルトが汚れていたり水滴が付着していたりしていても、ボルトの高さを正しく求めることのできるボルト高さ測定方法、ボルト緩み判定方法、ボルト高さ測定装置、およびボルト緩み検出装置が提供される。

１．実施形態１
本発明のボルト緩み検出装置を磁気浮上型リニアモーターカーの地上コイルにおけるボルト緩みの検出に用いた例について以下に説明する。

本実施形態に係るコイル緩み検出装置１０は、地上コイル１００およびコイル固定ボルト１０４にスリット状、換言すれば帯状のレーザ光Ｒを照射するレーザ光源２と、レーザ光源２から出射されるレーザ光Ｒの通過面に角度θで交差する方向から撮影するカメラ４と、カメラ４で撮影された画像に基づいてコイル固定ボルト１０４の緩みを検出する画像解析部６とを備える。地上コイル１００およびコイル固定ボルト１０４は、夫々本発明における基準面およびボルトに相当する。レーザ光Ｒは、本発明における検査光に相当する。レーザ光源２、カメラ４、および画像解析部６は、夫々本発明のボルト緩み検出装置における光源、撮像手段、および緩み判定手段に相当する。なお、カメラ４としては、ＣＭＯＳカメラや通常のデジタルカメラなどが使用できる。

図１において（Ａ）に示すように、レーザ光源２は、コイル固定ボルト１０４の頭頂面１０４Ａに対して上方から直角にレーザ光Ｒを照射し、カメラは、レーザ光Ｒに対して角θを成す方向から頭頂面１０４Ａおよび地上コイル１００を撮像するように配設することができる。また、図１において（Ｂ）に示すように、レーザ光源２を、垂直面に対して角度θだけ傾いた経路に沿って頭頂面１０４Ａおよび地上コイル１００を照射するように配設し、カメラ４を、コイル固定ボルト１０４の頭頂面１０４Ａの上方に固定し、頭頂面１０４Ａに対して直角に撮像するように配設してもよい。

図１において（Ａ）に示す形態のコイル緩み検出装置１０において、地上コイル１００にレーザ光Ｒを照射すると、図２において（Ｂ）に示すように、コイル固定ボルト１０４の頭頂面１０４Ａと地上コイル１００とに線状の光像Ｉが形成される。ここで、コイル固定ボルト１０４の頭頂面１０４Ａは地上コイル１００よりも高さが低いから、頭頂面１０４Ａ上の光像Ｉと地上コイル１００上の光像Ｉとの間にはずれｈが生じる。

ここで、コイル固定ボルト１０４が緩む前の地上コイル１００とコイル固定ボルト１０４の頭頂面１０４Ａとの高さの差をＨとし、コイル固定ボルト１０４が緩んだときの地上コイル１００とコイル固定ボルト１０４の頭頂面１０４Ａとの高さの差をＨ’とする。

図２の（Ａ）から明らかなように、ずれｈと高さの差Ｈとは、
ｈ＝Ｈｓｉｎθ
の関係にある。

図２の（Ａ）において二点差線で示すように、コイル固定ボルト１０４は緩むと上昇するから、コイル固定ボルト１０４が緩んだときの高さの差Ｈ’は、緩む前の高さの差Ｈよりも小さくなる。したがって、コイル固定ボルト１０４が緩んだときのずれｈ’の大きさは、コイル固定ボルト１０４が緩む前のずれｈよりも小さい。

一方、図１において（Ｂ）に示す形態のコイル緩み検出装置１０において、地上コイル１００にレーザ光Ｒを照射すると、図３において（Ｂ）に示すように、コイル固定ボルト１０４の頭頂面１０４Ａと地上コイル１００とに線状の光像Ｉが形成される。ここで、コイル固定ボルト１０４の頭頂面１０４Ａは地上コイル１００よりも高さが低いから、頭頂面１０４Ａ上の光像Ｉと地上コイル１００上の光像Ｉとの間にはずれｈが生じる。

ただし、地上コイル１００と頭頂面１０４Ａとの高さの差Ｈと、ずれｈとには、図３の（Ａ）から明らかなように、
ｈ＝Ｈｔａｎθ
の関係にある。

図３の（Ａ）において二点差線で示すように、コイル固定ボルト１０４は緩むと上昇するから、コイル固定ボルト１０４が緩んだときの高さの差Ｈ’は、緩む前の高さの差Ｈよりも小さくなる。したがって、コイル固定ボルト１０４が緩んだときのずれｈ’の大きさは、コイル固定ボルト１０４が緩む前のずれｈよりも小さい。

このように、図１における（Ａ）および（Ｂ）のいずれに示す形態のコイル緩み検出装置１０においても、ずれｈの大きさが小さくなったときは、地上コイル１００とコイル固定ボルト１０４の頂面１０４Ａとの高さの差Ｈが小さくなり、言い換えれば、コイル固定ボルト１０４が突出したものと判定される。したがって、ずれｈの大きさが所定値以下になったことを以ってコイル固定ボルト１０４が緩んだものと判定することができる。

地上コイル１００においてコイル固定ボルト１０４が緩むと、コイル固定ボルト１０４の頭頂部が地上コイル１００の表面から飛び出し、走行中のリニアモーターカーに接触して大事故がおきたり地上コイル１００が破損したりする危険がある。コイル固定ボルト１０４が地上コイル１００から飛び出す前に緩みを検出する必要がある。

しかも、地上コイル１００は、通常屋外に設置されるから、コイル固定ボルト１０４や地上コイル１００は雨や埃に曝されて汚損する。

しかし、ボルト緩み検出装置１０を適宜の移動体に載せてリニアモーターカーの軌道に沿って移動させることにより、多数の地上コイル１００についてコイル固定ボルト１０４の緩みを短時間に検出できる。また、カメラ４として分解能の高いものを用いれば、微小な緩みも検出できるから、コイル固定ボルト１０４が緩んで地上コイル１００から飛び出すのを事前に防止できる。しかも、コイル固定ボルト１０４の頭頂部が濡れていても緩み検出の障害にはならない。

本発明は、通常の鉄道軌道やリニアモーターカーの軌道のほか、プラントや各種建造物におけるボルト高さ測定やボルト緩み検出にも適用できる。

図１は、実施形態１に係るボルト緩み検出装置の構成を示す概略図である。 図２は、図１において（Ａ）に示す形態のボルト緩み検出装置において地上コイルおよびコイル固定ボルトに形成される光像、およびコイル固定ボルトの高さと前記光像におけるずれｈの大きさとの関係を示す説明図である。 図３は、図１において（Ｂ）に示す形態のボルト緩み検出装置において地上コイルおよびコイル固定ボルトに形成される光像、およびコイル固定ボルトの高さと前記光像におけるずれｈの大きさとの関係を示す説明図である。

符号の説明

２ レーザ光源
４ カメラ
６ 画像解析部
１０ ボルト緩み検出装置
１００ 地上コイル
１０４ コイル固定ボルト
１０４Ａ 頂面

Claims (9)

1. ボルト頭部頂面と高さが既知である基準面とに跨ってスリット状の検査光を照射し、
   前記ボルト頭部頂面と前記基準面とに形成された線状の光像を、前記検査光の照射方向と交差する方向から撮像し、
   撮像した画像から、前記ボルト頭部頂面に形成された線状の光像と前記基準面に形成された線状の構造とのすれの大きさを求め、前記ずれの大きさと前記基準面と高さとから前記ボルト頭部頂面の高さであるボルト高さを求めるボルト高さ測定ステップと、
   前記ボルト高さ測定ステップで測定したボルト高さ測定値に基づいて前記ボルトが緩んでいるか否かを判定するボルト緩み判定ステップと、
   を有し、
   前記ボルト緩み判定ステップにおいては、前記ボルト高さ測定ステップで得られたボルト高さ測定値と、基準ボルト高さとを比較し、前記基準ボルト高さに対する前記ボルトの突出量が所定値以上のときに、前記ボルトが緩んでいると判定する
   ボルト緩み判定方法。
2. 前記検査光で照射する基準面は、高さを測定しようとするボルトの周囲の面である請求項１に記載のボルト緩み判定方法。
3. 前記検査光としてレーザ光を用いる請求項１または２に記載のボルト緩み判定方法。
4. 前記ボルト緩み判定ステップにおいてボルトが緩んでいると判定する基準になる前記所定値は前記ボルトの回転角と螺子ピッチとから決まる値に等しい請求項１〜３のいずれか１項に記載のボルト緩み判定方法。
5. 前記ボルト高さ測定ステップにおいては、スリット状の検査光を出射する光源と、前記光源から出射された検査光によってボルト頭部頂面と基準面とが照射されて形成された光像を撮像する撮像手段とを軌道に沿って一体的に移動させて前記軌道におけるボルト高さを測定し、
   前記ボルト緩み判定ステップでは、前記ボルト高さ測定ステップで得られたボルト高さ測定値と基準ボルト高さとを比較し、前記基準ボルト高さに対する前記ボルトの突出量が所定値以上のとき、前記ボルトが緩んでいると判定する請求項１〜４の何れか１項に記載のボルト緩み判定方法。
6. 高さを測定しようとするボルト頭部頂面と既知の高さを有する基準面とに向ってスリット状の検査光を出射する光源、前記光源から出射された検査光によって前記ボルト頭部頂面と前記基準面とに形成される線状の光像を、前記検査光が通過する平面に対して交差する方向から撮像する撮像手段、および前記撮像手段で撮像した光の線のずれに基づいて前記ボルト頭部頂面の高さであるボルト高さを求めるボルト高さ演算手段を備えるボルト高さ測定装置と、
   前記ボルト高さ測定装置で求めたボルト高さ測定値に基づいてボルトの緩みの有無を判定する緩み判定手段と、
   を備え、
   前記緩み判定手段においては、前記ボルト高さ測定ステップで測定したボルト高さ測定値と、ボルトが緩んでいないときのボルト高さである基準ボルト高さとを比較し、前記基準ボルト高さに対する前記ボルトの突出量が所定値以上のときは、前記ボルトが緩んでいると判定する
   ボルト緩み検出装置。
7. 前記検査光はレーザ光である請求項６に記載のボルト緩み検出装置。
8. 前記光源と前記撮像手段とを一体的に軌道に沿って移動させ、前記軌道におけるボルトの高さを測定する請求項６または７に記載のボルト緩み検出装置。
9. 前記緩み判定手段において、ボルトが緩んでいると判定する基準になる前記所定値は前記ボルトの回転角と螺子ピッチとから決まる値に等しい請求項６〜８の何れか１項に記載のボルト緩み検出装置。

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