KR101611102B1 - Apparatus and method for measuring the axial force of bolts using nonlinear ultrasound - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 결합부재에 체결된 볼트/너트부의 너트 양쪽에 초음파용 센서를 부착하여 볼트의 축력을 측정하는 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 장치에 있어서, 너트의 일측 접촉면에서 초음파를 송신하고 반대쪽 타측 접촉면에서 초음파를 수신하는 센서부와, 펄스 신호를 생성하여 센서부로 전송하고 다시 센서부에서 출력되는 비선형 초음파 신호를 수신하는 펄서/수신부와, 펄서/수신부에서 수신된 비선형 초음파 신호를 분석하여 2차 고조파를 분리하고 그 크기를 측정하는 분석부 및 상기 분석부에서 측정한 2차 고조파의 크기를 볼트 축력으로 출력하여 표시해주는 표시부를 포함하는 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 장치를 제공한다.The present invention relates to an apparatus and method for measuring a bolt axial force using a nonlinear ultrasonic wave, and more particularly, to a bolt axial force measuring apparatus using a nonlinear ultrasonic wave measuring an axial force of a bolt by attaching an ultrasonic sensor to both sides of a nut of a bolt / A sensor unit for transmitting an ultrasonic wave at one contact surface of the nut and receiving ultrasonic waves at the other contact surface on the other side, a pulser / receiver for generating a pulse signal and transmitting the pulse signal to the sensor unit and receiving the nonlinear ultrasonic signal output from the sensor unit, A nonlinear ultrasonic wave analyzing unit for analyzing the nonlinear ultrasonic signal received by the receiving unit and separating the second harmonic wave and measuring the size thereof, and a display unit for outputting and displaying the magnitude of the second harmonic wave measured by the analyzing unit as a bolt axial force, To provide a bolt axial force measuring device using the bolt.

Description

비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING THE AXIAL FORCE OF BOLTS USING NONLINEAR ULTRASOUND}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and method for measuring bolt axial force using a nonlinear ultrasonic wave,

본 발명은 볼트 축력 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and method for measuring bolt axial force, and more particularly to an apparatus and method for measuring bolt axial force using nonlinear ultrasonic waves.

각종 건축 및 토목 구조물의 체결을 위해 결합할 부재를 고력볼트로 강하게 조여 붙이면 볼트에는 축방향의 인장력이 작용하는데 이 인장력을 볼트축력이라고 한다. 이러한 볼트축력을 측정하여 고력볼트의 결합상태의 검사 및 유지 보수를 하는 것은 각종 건축 및 토목 구조물의 안전을 위해 필수적이다.When the members to be joined are fastened with high-strength bolts for fastening various architectural and civil engineering structures, the axial tensile force acts on the bolts. This tensile force is called bolt axial force. It is essential for the safety of various architectural and civil engineering structures to inspect and maintain the joint state of high-strength bolts by measuring the bolt axial force.

최근에는 이러한 고력볼트의 볼트축력을 측정하는 방법으로 초음파를 이용한 방법이 주로 사용되고 있다. 초음파를 이용한 볼트축력 측정방법에서 종래에 사용되고 있는 방법은 벌크 초음파를 이용하여 측정된 볼트의 길이 변형률로 축력을 산정하는 벌크 초음파 축력 측정 방법이 있다. In recent years, a method using ultrasound has been mainly used as a method for measuring the bolt axial force of such a high-strength bolt. A method conventionally used in a bolt axial force measurement method using ultrasonic waves is a bulk ultrasound axial force measurement method for estimating an axial force with a length strain of a bolt measured using a bulk ultrasonic wave.

벌크 초음파 측정 방법은 볼트 헤드부에서 수직으로 입사된 초음파가 볼트 내를 진행하여 볼트 끝단에서 반사되어 온 반사파의 비행시간을 측정하여 볼트 축력을 계산한다. 원리는 볼트가 축력을 받으면 늘어나고 이 늘어난 길이에 의해 반사파의 비행시간이 길어지는 것을 이용하여 축력을 간접적으로 계측한다. 따라서 초기의 축력이 가해지기 전의 볼트길이를 알고 있어야만 늘어난 길이를 초음파로 측정함으로서 변형량을 알 수 있게 되고 기계적 물성치(탄성계수)를 이용하여 볼트의 축력을 계산할 수 있다. 또한 초음파 센서를 장착하기 위해서 통상 볼트 헤드부를 평탄하게 가공하는 일이 요구되는데 현실적이지 못하다.In the bulk ultrasonic measurement method, the ultrasonic wave incident vertically in the bolt head proceeds in the bolt, and the bolt axial force is calculated by measuring the flight time of the reflected wave reflected from the end of the bolt. The principle is that the bolt is stretched when it receives the axial force, and the axial force is indirectly measured by using the elongated length to increase the flight time of the reflected wave. Therefore, by knowing the length of the bolt before the initial axial force is applied, it is possible to know the amount of deformation by measuring the increased length with the ultrasonic wave, and the axial force of the bolt can be calculated using the mechanical property value (elastic modulus). Further, in order to mount the ultrasonic sensor, it is usually not practical to process the bolt head portion smoothly.

그러므로 이러한 벌크 초음파 축력 측정 방법의 문제점은 볼트 체결 전의 볼트의 길이를 알고 있어야 하고 볼트 헤드부를 일부 가공해야 하는 문제점이 있다. 즉 이미 체결된 볼트의 축력을 측정할 수 없게 된다. Therefore, the problem of the bulk ultrasonic axial force measurement method is that there is a problem that the length of the bolt before the bolt fastening has to be known and that the bolt head part has to be partially machined. In other words, the axial force of the already fastened bolt can not be measured.

현재 제안하는 기술에서는 이러한 초기 길이를 측정하는 문제점을 해결하고 초음파 센서 부착에 따른 볼트의 변형이 필요 없는 새로운 기술이다.The proposed technique is a new technology that solves the problem of measuring the initial length and does not require the modification of the bolt due to the attachment of the ultrasonic sensor.

관련 선행기술로는 한국등록특허 10-1190024호(등록일: 2012. 10. 05)가 있다.
A related prior art is Korean Patent No. 10-1190024 (registered on October 05, 2012).

본 발명은 이와 같은 문제를 해소하기 위해 제안된 것으로, 비선형 초음파를 너트부에 사용하여 볼트의 축력을 측정할 수 있는 비선형 초음파를 이용하여 볼트의 축력을 측정하는 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention proposes a bolt axial force measuring device using a nonlinear ultrasonic wave to measure an axial force of a bolt using a nonlinear ultrasonic wave capable of measuring an axial force of a bolt using a nonlinear ultrasonic wave in a nut part, Method.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 장치는 너트의 일측 접촉면에서 초음파를 송신하고 반대쪽 타측 접촉면에서 초음파를 수신하는 센서부와, 펄스 신호를 생성하여 센서부로 전송하고 다시 센서부에서 출력되는 비선형 초음파 신호를 수신하는 펄서/수신부와, 펄서/수신부에서 수신된 비선형 초음파 신호를 분석하여 2차 고조파를 분리하고 그 크기를 측정하는 분석부 및 분석부의 분석결과를 출력하여 표시해주는 표시부를 포함할 수 있다. In order to achieve the above object, there is provided an apparatus for measuring a bolt axial force using a nonlinear ultrasonic wave, comprising: a sensor unit for transmitting an ultrasonic wave at one contact surface of a nut and receiving ultrasonic waves at an opposite contact surface; An analyzer for analyzing the nonlinear ultrasonic signal received from the pulser / receiver and separating the second harmonic wave and measuring the magnitude of the second harmonic wave; And may include a display unit.

구체적으로 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 장치는 펄서/수신부와 분석부 사이에 오실로스코프를 더 포함할 수 있다. Specifically, a bolt axial force measuring apparatus using nonlinear ultrasonic waves may further include an oscilloscope between the pulser / receiver and the analyzer.

또한, 센서부는 초음파를 송신하는 초음파용 송신센서와 송신센서와 대응되는 너트의 반대쪽 타측에 부착되는 초음파용 수신센서를 포함하되, 상기 수신센서는 상기 송신센서로부터 투과되는 비선형 초음파에서 처음 발생된 초음파의 중심 주파수의 2배에 해당하는 고조파 성분을 수신할 수 있도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다. The sensor unit may include an ultrasonic transmission sensor for transmitting an ultrasonic wave and an ultrasonic reception sensor attached to the opposite side of the nut corresponding to the transmission sensor, wherein the reception sensor is configured to detect ultrasonic waves generated first from nonlinear ultrasonic waves transmitted from the transmission sensor So that a harmonic component corresponding to twice the center frequency of the harmonic component can be received.

또한, 펄서/수신부는 펄스신호를 생성하여 송신센서로 전송하는 펄서와 수신센서로부터 획득된 비선형 초음파 신호를 수신하는 수신부를 포함하되, 상기 센서부의 송신센서 및 수신센서와 각각 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.The pulser / receiver includes a pulser for generating a pulse signal and transmitting the pulsed signal to the transmission sensor, and a receiver for receiving the nonlinear ultrasonic signal obtained from the reception sensor, and is connected to the transmission sensor and the reception sensor of the sensor unit .

또한, 분석부는 입력된 비선형 초음파 신호에서 처음 발생된 초음파의 중심 주파수의 2배에 해당하는 2차 고조파를 분리해낸 후 그 크기를 측정하되, 볼트와 너트의 접촉계면의 압력에 비례하는 2차 고조파의 크기를 볼트 축력으로 인지되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the analysis unit separates the second harmonics corresponding to twice the center frequency of the first ultrasonic wave generated from the input nonlinear ultrasonic signal, and then measures the size of the second harmonics. The second harmonic, which is proportional to the pressure at the interface between the bolt and the nut, So that the size of the bolt can be recognized by the bolt axial force.

또한, 상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 방법은, 결합부재에 체결된 볼트와 너트에서 너트의 대응되는 양 측면을 계측점으로 지정하는 계측점 지정단계(S10)와, 너트의 양측면에 지정된 계측점에 각각 초음파용 송신센서와 수신센서를 부착하는 센서 부착단계(S20)와, 볼트가 너트의 회전에 의해 축력이 작용하여 나사산은 서로 접촉하면서 압축되고 송신센서에서 발생된 초음파가 나사산이 접촉되는 압축면을 통과하면서 발생된 비선형 초음파를 수신센서가 수신하는 투과파 수신단계(S30)와, 펄서/수신부가 수신센서로 수신된 비선형 초음파인 투과파를 수신한 후, 오실로스코프를 거쳐 분석부로 전송하는 펄서/수신부, 오실로스코프 및 분석부 전송단계(S40)와, 분석부가 전송된 비선형 초음파인 투과파에서 2차 고조파를 분리해내고 그 크기를 측정하는 2차 고조파 분리 및 측정단계(S50) 및 분석부의 측정결과를 모니터 등과 같은 표시부에 출력하는 표시부 출력단계(S60)를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of measuring a bolt axial force using a nonlinear ultrasonic wave, the method comprising: a measurement point designation step (S10) of designating corresponding sides of a bolt and a nut fastened to a joint member, (S20) of attaching an ultrasonic transmission sensor and a reception sensor to the measurement points specified on both sides of the bolt, and an ultrasonic wave generated by the transmission sensor is compressed A transmitting wave receiving step (S30) in which the receiving sensor receives the nonlinear ultrasonic wave generated while passing through the compression surface in contact with the thread, and a transmitting step of receiving the nonlinear ultrasonic wave transmitting wave received by the receiving sensor in the pulser / receiver through an oscilloscope A transmitting step (S40) of a pulser / receiver, an oscilloscope, and an analyzing unit to transmit the analyzed ultrasonic waves to the analyzing unit; It may include a display output step (S60) for outputting on a display unit such as a second harmonic wave separating and measuring step (S50) and the measurement result analyzing unit to separate the harmonic measuring its size as a monitor.

또한, 2차 고조파 분리 및 측정단계(S50)에서, 상기 분석부는 입력된 비선형 초음파 신호에서 처음 발생된 초음파의 중심 주파수의 2배에 해당하는 2차 고조파를 분리해낸 후 그 크기를 측정하되, 2차 고조파의 크기가 볼트 및 너트부의 체결력과 비례하므로 볼트의 축력을 측정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 방법.
In addition, in the second harmonic separation and measurement step S50, the analysis unit separates the second harmonic corresponding to twice the center frequency of the first ultrasonic wave generated from the input nonlinear ultrasonic signal, measures the size thereof, And the axial harmonic of the bolt is proportional to the fastening force of the bolt and the nut so that the axial force of the bolt can be measured.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 비선형 초음파(nonlinear ultrasound)를 너트부에 사용하기 때문에 볼트와 너트가 결합 부재에 체결되기 전의 볼트의 길이를 알고 있지 않아도 체결된 볼트의 축력을 측정할 수 있는 효과가 있다. As described above, since the nonlinear ultrasound is used for the nut portion, the present invention can measure the axial force of the fastened bolt without knowing the length of the bolt before the bolt and the nut are fastened to the fastening member. have.

또한, 본 발명은 평면 상태의 너트부 표면에서 초음파를 발생시키므로 볼트의 축력을 측정하기 위해 별도의 볼트 가공이 필요하지 않아 간편하게 볼트 축력을 측정할 수 있는 효과가 있다.
In addition, since ultrasonic waves are generated on the surface of the nut part in the planar state, it is not necessary to separately process bolts to measure the axial force of the bolt, so that the bolt axial force can be easily measured.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 볼트와 너트에 대한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 송신되는 초음파와 볼트와 너트를 투과한 후 나타난 비선형 초음파 중 2차 고조파를 개략적으로 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고체의 접촉계면에서의 응력과 변위의 관계 그래프를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 방법을 나타낸 순서도이다. FIG. 1 is a schematic view illustrating an apparatus for measuring a bolt axial force using a nonlinear ultrasonic wave according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a sectional view of the bolt and nut shown in Fig. 1. Fig.
FIG. 3 is a schematic view of a second harmonic among nonlinear ultrasonic waves generated after transmission of ultrasonic waves and bolts and nuts according to an embodiment of the present invention; FIG.
4 is a graph showing a relationship between a stress and a displacement in a solid contact interface according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a bolt axial force measurement method using nonlinear ultrasonic waves according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference symbols whenever possible. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 장치를 개략적으로 나타낸 구성도로서, 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 장치(100)는, 결합부재(10)에 체결되고 볼트(21)와 너트(23)로 구성되는 볼트/너트부(20), 너트(23)의 일측 접촉면에서 초음파를 송신하고 반대쪽 타측 접촉면에서 초음파를 수신하는 센서부(110), 펄스 신호를 생성하여 센서부(110)로 전송하고 다시 센서부(110)에서 출력되는 비선형 초음파 신호를 수신하는 펄서/수신부(120), 펄서/수신부(120)에서 수신된 비선형 초음파 신호를 분석하여 2차 고조파를 분리하고 그 크기를 측정하는 분석부(140) 및 분석부(140)의 분석결과를 볼트 축력으로 출력하여 표시해주는 표시부(150)를 포함한다. FIG. 1 is a schematic view of an apparatus for measuring bolt axial force using a nonlinear ultrasonic wave according to an embodiment of the present invention. The apparatus for measuring bolt axial force using ultrasonic waves includes a bolt 21, A sensor unit 110 for transmitting ultrasonic waves from one side of the contact surface of the nut 23 and receiving ultrasonic waves from the other side of the opposite side of the nut 23, The second harmonic is separated from the nonlinear ultrasonic signal received by the pulser / receiver 120, and the second harmonic is separated from the second harmonic by the pulsar / And a display unit 150 for outputting and displaying an analysis result of the analysis unit 140 as a bolt axial force.

볼트/너트부(20)는 볼트축력의 측정대상으로서 결합부재(10)는 이러한 볼트(21)와 너트(23)에 의하여 강하게 조여 붙여지며, 현장에서는 각종 구조물의 체결에 쓰이는 고력볼트가 이에 해당된다. 본원에서는 결합된 상태의 볼트/너트부(20)에 별도의 조작을 하지 않고서도 너트(23)의 표면 접촉만으로 볼트축력을 측정할 수 있도록 한다.The bolt / nut part 20 is an object of measurement of the bolt axial force, and the joint member 10 is strongly tightened by the bolts 21 and the nut 23. In the field, a high-strength bolt used for fastening various structures do. In this embodiment, bolt axial force can be measured only by the surface contact of the nut 23 without any other operation on the bolt / nut portion 20 in the coupled state.

센서부(110)는 볼트/너트부(20)가 결합된 상태에 있을 때, 너트의 일측 접촉면에 부착 되어서 초음파를 송신하는 송신센서(111)와 대응되는 너트의 반대쪽 타측 접촉면에 부착되어서 초음파를 수신하는 수신센서(113)를 포함한다. The sensor unit 110 is attached to the contact surface of one side of the nut when the bolt / nut unit 20 is engaged, and is attached to the contact surface of the other side opposite to the corresponding sensor 111 for transmitting the ultrasonic wave, And a receiving sensor 113 for receiving the signal.

송신센서(111)는 특정의 중심 주파수의 초음파를 너트(23)를 관통하여 대응되는 너트(23)의 반대쪽으로 보내면, 수신센서(113)가 송신센서(111)의 반대쪽에서 투과된 초음파를 수신한다. 이 때 수신센서(113)는 송신센서(111)로부터 전송되는 비선형 초음파의 고조파 성분 중에서 송신되는 기본 중심 주파수의 2배수의 중심 주파수에 해당하는 고조파를 수신할 수 있도록 구성된다. The transmitting sensor 111 transmits ultrasonic waves having a specific center frequency to the opposite side of the corresponding nut 23 through the nut 23 so that the receiving sensor 113 receives the ultrasonic wave transmitted from the opposite side of the transmitting sensor 111 do. At this time, the receiving sensor 113 is configured to receive a harmonic corresponding to a center frequency of two times the fundamental center frequency transmitted from the harmonic components of the nonlinear ultrasonic wave transmitted from the transmitting sensor 111. [

펄서/수신부(120)는 펄스신호를 생성하여 송신센서(111)로 전송하는 펄서(121) 및 수신센서(113)로부터 획득된 비선형 초음파 신호를 수신하는 수신부(123)를 포함하고 센서부(110)의 송신센서(111) 및 수신센서(123)와 각각 연결된다. 펄서(121)는 펄스신호를 생성하여 센서부(110)의 송신센서(111)에 전송하고 수신부(123)는 체결된 볼트(21)와 너트(23)를 투과하여 수신센서(113)에서 포착된 비선형 초음파 신호를 수신한다.The pulser / receiver 120 includes a pulser 121 for generating a pulse signal and transmitting the pulse signal to the transmission sensor 111 and a receiver 123 for receiving the nonlinear ultrasonic signal obtained from the reception sensor 113, The transmitting sensor 111 and the receiving sensor 123, respectively. The pulser 121 generates a pulse signal and transmits it to the transmission sensor 111 of the sensor unit 110. The reception unit 123 transmits the pulse signal to the reception sensor 123 through the bolt 21 and the nut 23, And receives the nonlinear ultrasonic signal.

오실로스코프(130)는 펄서/수신부(120)에서 포착된 비선형 초음파 신호를 시각으로 확인 할 수 있도록 펄서/수신부(120)의 출력측에 연결될 수 있다. 또한, 오실로스코프(130)는 입력되는 비선형 초음파 신호를 시각으로 보여줄 수 있을 뿐 아니라 실시간으로 일정분량을 저장할 수 있다.The oscilloscope 130 may be connected to the output side of the pulser / receiver 120 so that the nonlinear ultrasonic signal captured by the pulser / receiver 120 can be visually confirmed. In addition, the oscilloscope 130 can display a nonlinear ultrasonic signal inputted thereto, and can store a predetermined amount in real time.

분석부(140)는 오실로스코프(130)와 연결되어서 펄서/수신부(120)에서 오실로스코프(130)를 거쳐 출력되는 비선형 초음파 신호를 분석하여 2차 고조파를 분리해낸 후, 그 크기를 측정하고 결과를 출력한다. 분석부(140)는 CPU가 장착된 컴퓨터일 수 있다.The analyzer 140 analyzes the nonlinear ultrasonic signal output from the pulser / receiver 120 through the oscilloscope 130 in connection with the oscilloscope 130, separates the second harmonic, measures the size of the second harmonic, do. The analysis unit 140 may be a computer equipped with a CPU.

표시부(150)는 앞서의 분석부(140)에서 측정되고 분석된 결과들을 수신하여 모니터 등과 같은 표시장치를 통하여 외부로 인식 가능하도록 출력하게 된다.The display unit 150 receives the measured and analyzed results from the analysis unit 140 and outputs the received results to a display device such as a monitor.

도 2와 도3은 도 1에 도시된 볼트(21)와 너트(23)에 대한 단면도와 송신되는 초음파가 볼트(21)와 너트(23)를 투과한 후에 비선형 초음파로 변형되는데 그 변형된 투과파의 고조파 중에서 2차 고조파를 개략적으로 나타낸 도면이다.2 and 3 are cross-sectional views of the bolt 21 and the nut 23 shown in FIG. 1 and the transmitted ultrasonic waves transmitted through the bolts 21 and the nut 23, and then deformed into nonlinear ultrasonic waves. 2 is a diagram schematically showing the second harmonic among the harmonics of the wave.

먼저, 도 2를 참조하면, 볼트(21)와 너트(23)의 체결부에서 볼트(21)가 너트(23)의 회전에 의해 조여 붙여지면 볼트(21)에는 축방향으로 축력이 작용하여 볼트(21)와 너트(23)의 나사산은 서로 접촉하면서 압축된다(도 2의 확대도 참조). 이때, 이 압축면을 통과하는 초음파는 비선형 초음파를 발생시키는데, 이와 같은 비선형 초음파는 송신센서(111)의 반대쪽에 장착된 수신센서(113)에 의해 포착된다. 2, when the bolts 21 are tightened by the rotation of the nuts 23 in the fastening portions of the bolts 21 and the nuts 23, an axial force acts on the bolts 21 in the axial direction, The threads of the nut 21 and the nut 23 are compressed while being in contact with each other (see an enlarged view of FIG. 2). At this time, the ultrasonic waves passing through the compression surface generate nonlinear ultrasonic waves. These nonlinear ultrasonic waves are captured by the reception sensor 113 mounted on the opposite side of the transmission sensor 111.

한편, 비선형 초음파란 기존의 초음파 기술에서 사용하는 선형 초음파에 상대되는 초음파로서, 그 특성에 있어서 선형 초음파는 입력되는 초음파의 전파거리에 따른 선형함수의 특성을 가지는 반면 비선형 초음파는 비선형 특성을 가지게 된다. 다시 말해 선형초음파는 진행거리에 따라 초음파의 크기가 감쇄하기는 하나 파형의 모양은 변화하지 않지만 비선형 초음파는 거리에 따라 초음파 파형이 변화한다. On the other hand, the nonlinear ultrasonic wave is an ultrasonic wave which is opposed to the linear ultrasonic wave used in the conventional ultrasonic technology. In the characteristic, the linear ultrasonic wave has the characteristic of a linear function according to the propagation distance of the input ultrasonic wave, while the nonlinear ultrasonic wave has a nonlinear characteristic . In other words, the linear ultrasonic wave attenuates the size of the ultrasonic wave according to the progress distance, but the shape of the waveform does not change, but the nonlinear ultrasonic wave changes the ultrasonic wave waveform depending on the distance.

통상 일반적인 탄성 재료내에서 초음파는 선형적 전파특성을 가지므로 비선형 초음파가 발생되지 않는다고 가정하여도 무방하지만, 특별한 경우에 대해서는 탄성체내에서도 비선형 초음파가 발생한다. 이 경우 중 대표적인 경우가 본 발명에 실시예에서와 같이 볼트(21)와 너트(23)가 결합부재(10)에 조여 붙여져 결합됨으로써 각각의 나사산이 서로 접촉하면서 압축되는 것과 같은 경우이다. 이때가 바로 두 탄성 고체가 접촉하는 접촉면을 초음파가 통과하면서 탄성체내에서도 비선형 초음파가 발생하는 경우이다(도 2 확대도 참조). Generally, in a general elastic material, since ultrasonic waves have linear propagation characteristics, nonlinear ultrasonic waves are not generated. In a special case, nonlinear ultrasonic waves are generated even in an elastic body. In this case, a representative case is a case where the bolts 21 and the nuts 23 are tightly coupled to the coupling member 10 as in the embodiment of the present invention, so that the respective threads are compressed while being in contact with each other. In this case, a nonlinear ultrasonic wave is generated in the elastic body while the ultrasonic wave passes through the contact surface where the two elastic solids are in contact (see an enlarged view of FIG. 2).

이러한 고체 접촉면에서는 접촉계면에 작용하는 응력과 변위의 관계가 고체의 재료자체가 탄성체라고 하더라도 상당한 정도의 비선형 특성을 보이는데, 이와 같이 비선형 특성을 갖는 계면에 초음파를 입사시키면 반사파나 투과파는 비선형 초음파를 발생시키게 된다. In this solid contact surface, the relation between the stress acting on the contact interface and the displacement shows a considerable nonlinear characteristic even if the solid material itself is an elastic body. When the ultrasonic wave is incident on the interface having such a nonlinear characteristic, .

여기에서 비선형 초음파의 특성은 다양하지만 그 중에서도 접촉 고체면에서 발생하는 비선형 초음파의 가장 중요한 특성중의 하나는 단일 주파수의 선형 초음파가 입사되더라도 투과된 초음파는 같은 주파수 성분은 물론 그것의 2배수, 3배수, 4배수 등의 주파수 성분을 가지는 비선형 초음파를 발생시킨다는 것이다. 이것을 기본 주파수에 대해 고조파 성분(super-harmonic component)라고 하는데 그 중에서도 2배수 성분이 가장 크기 때문에 2배수 성분의 주파수가 제일 중요하다. Here, the characteristics of nonlinear ultrasonic waves are various, but among them, one of the most important characteristics of nonlinear ultrasonic waves generated from the contact solid surface is that even if a single frequency linear ultrasonic wave is incident, the transmitted ultrasonic waves have the same frequency components, And a nonlinear ultrasonic wave having a frequency component such as a multiple, a multiple, and a multiple of four. This is called a super-harmonic component with respect to the fundamental frequency, and the frequency of the two-fold component is most important because the largest component is the two-fold component.

이러한 볼트(21)와 너트(23)를 투과한 비선형 초음파를 수신센서(113)가 포착하고 펄서/수신부(120)가 수신한 다음 분석부(140)로 전송한다. 분석부(140)는 수신된 신호를 퓨리에 변환하여 특정 주파수의 2차 고조파를 분리한다. 즉, 맨 처음 발생된 초음파의 특정 중심 기본 주파수보다 두 배에 해당하는 주파수의 2차 고조파를 필터링하여 분리해 내게 된다. The nonlinear ultrasonic waves transmitted through the bolts 21 and the nuts 23 are captured by the receiving sensor 113 and transmitted to the analyzer 140 after the pulser / receiver 120 receives the nonlinear ultrasonic waves. The analysis unit 140 performs Fourier transform on the received signal to separate a second harmonic of a specific frequency. That is, the second harmonic of a frequency twice as high as the specific fundamental frequency of the first ultrasonic wave is filtered and separated.

도 3을 참조하면, 볼트(21)와 너트(23)가 결합부재(10)에 체결되고 센서부(110)가 너트(23)의 일측면과 대응되는 너트(23)의 반대편에 각각 부착된 상태의 단면도를 도시하였다. 또한 볼트(21)와 너트(23)의 나사산의 접촉계면의 확대도를 도시하였다. 3, when the bolt 21 and the nut 23 are fastened to the coupling member 10 and the sensor unit 110 is attached to the opposite side of the nut 23 corresponding to one side of the nut 23 Sectional view of the state. And an enlarged view of the contact interface between the bolts 21 and the nuts 23 is shown.

여기서, 볼트(21)와 너트(23)를 결합부재(10)에 조여 붙이면 각각의 나사산에 있어서 두 계면의 접촉압력이 높아지고 이에 따라 발생하는 비선형 초음파의 2차 고조파(2배 주파수)의 에너지도 같이 증가한다. 그 이유는 접촉 면적이 커진 이유도 있지만 2차 고조파의 크기는 접촉강성에 비례하는 이론적 특성이 있기 때문이다. Here, when the bolts 21 and the nuts 23 are fastened to the joint member 10, the contact pressure of the two interfaces is increased in each thread, and the energy of the second harmonic (double frequency) of the nonlinear ultrasonic wave generated thereby Increase together. The reason for this is that the contact area is increased, but the size of the second harmonic is theoretically proportional to the contact stiffness.

그렇기 때문에, 2차 고조파를 분석부(140)에서 필터링 하여 그 크기를 측정하게 되면, 그 2차 고조파의 크기는 볼트(21)와 너트(23)의 체결력과 비례하므로 결과적으로 볼트(21)의 축력을 측정할 수 있게 된다. Therefore, when the second harmonic is filtered by the analyzer 140 and the size of the second harmonic is measured, the magnitude of the second harmonic is proportional to the fastening force between the bolt 21 and the nut 23. As a result, The axial force can be measured.

즉, 본 발명에서는 이러한 2차 고조파의 크기가 접촉계면의 압력에 비례한다는 물리적 특성을 체결된 볼트(21)와 너트(23)의 나사산 접촉계면에 응용하여 볼트(21)의 축력을 측정하게 되는 것이다. That is, in the present invention, the axial force of the bolt 21 is measured by applying the physical property that the magnitude of the second harmonic is proportional to the pressure of the contact interface to the threaded interface between the bolt 21 and the nut 23 will be.

이하에서는 상술한 바와 같이 2차 고조파의 크기 및 볼트(21) 축력의 독립변수가 되는 접촉계면에서의 압력(P)이 볼트(21)와 너트면의 거리(u)에 따라서 어떻게 변화하는지 살펴보도록 하겠다.Hereinafter, as described above, how the pressure P at the contact interface, which is an independent variable of the magnitude of the second harmonic and the axial force of the bolt 21, changes according to the distance u between the bolt 21 and the nut surface would.

여기서 압력(P)은 볼트(21) 및 너트면에 하중을 가했을 때 그 크기에 대응하여 발생하는 접촉계면에서의 응력(σ:stress)의 크기로서 살펴보도록 한다.Here, the pressure P will be considered as the magnitude of stress (σ: stress) at the contact interface generated corresponding to the magnitude of the load applied to the bolt 21 and the nut surface.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 접촉계면에서 볼트(21)와 너트면의 거리를 변위(u)로 하여 그에 따른 응력(σ)의 크기를 나타내는 그래프 및 볼트(21)와 너트면의 접촉계면 측정위치를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 왼쪽 그래프에서 가로축은 접촉계면에서의 볼트와 너트면의 거리를 나타내는 변위(u)축이고, 세로축은 변위(u)에 따른 응력(σ)을 나타내는 응력축이며, 오른쪽 그림은 볼트와 너트면의 접촉계면에서 압력(P0)이 가해지는 방향과 변위(u)를 측정하는 부위(Z)를 개략적으로 도시한 것이다. 4 is a graph showing the magnitude of the stress σ caused by the distance u between the bolt 21 and the nut surface at the contact interface according to the embodiment of the present invention and the distance u between the bolt 21 and the nut surface In the left graph, the abscissa is a displacement (u) axis indicating the distance between the bolt and the nut surface at the contact interface, and the ordinate is a stress axis indicating the stress (?) According to the displacement (u) , And the right figure schematically shows a direction (Z) where the pressure (P 0 ) is applied and the displacement (u) is measured at the contact interface between the bolt and the nut surface.

왼쪽 그래프에서 볼트(21)와 너트면 사이의 거리(u)가 압력(P)에 의하여 변화할수록 응력(σ)의 크기는 비례하여 증가하고 그 증가율도 변위(u)에 따라 점점 커짐을 알 수 있다. 이러한 응력(σ)의 증가율(K1)과 그 변화율(K2)은 아래의 수식으로 표현된다.In the left graph, it can be seen that as the distance (u) between the bolt (21) and the nut surface is changed by the pressure (P), the magnitude of the stress (σ) increases proportionally and the rate of increase increases gradually with the displacement (u) have. The rate of increase (K 1 ) of the stress (?) And the rate of change (K 2 ) are expressed by the following equations.

Figure 112014121126776-pat00001
Figure 112014121126776-pat00001

여기서, K1은 응력(σ)의 증가율로서 변위(u0)에 해당하는 곡선 그래프상의 점에서 접선의 기울기에 해당하는 응력과 변형율의 1차 선형 탄성계수가 되고, K2는 2차 비선형 탄성계수가 된다.Where K 1 is the rate of increase of stress (σ) as the first order linear elastic modulus of stress and strain corresponding to the slope of the tangent at the point on the curve plot corresponding to displacement (u 0 ), and K 2 is the second order non- Coefficient.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for measuring a bolt axial force using a nonlinear ultrasonic wave according to an embodiment of the present invention will be described.

도 5에 도시된 순서도를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 방법은, 계측점 지정단계(S10)와, 센서 부착단계(S20)와, 투과파 수신단계(S30)와, 펄서/수신부, 오실로스코프 및 분석부 전송단계(S40)와, 2차 고조파 분리 및 측정단계(S50) 및 표시부 출력단계(S60)를 포함할 수 있다.5, a bolt axial force measurement method using nonlinear ultrasonic waves according to an exemplary embodiment of the present invention includes a measurement point designation step S10, a sensor attaching step S20, a transmitted wave receiving step S30 , A pulser / receiver section, an oscilloscope and analysis section transmission step S40, a second harmonic separation and measurement step S50, and a display section output step S60.

계측점 지정단계(S10)는 결합부재(10)에 체결된 볼트(21)와 너트(23)에서 너트(23)의 일측면과 대응되는 반대쪽의 타측면을 계측점으로 지정하는 단계이다. The measurement point designation step S10 is a step of designating the other side of the bolt 21 fastened to the coupling member 10 and the opposite side of the nut 23 corresponding to one side of the nut 23 as a measurement point.

센서 부착단계(S20)는 너트(23)의 양측면에 지정된 계측점에 각각 초음파용 송신센서(111)와 수신센서(113)를 부착하는 단계이다. The sensor attaching step S20 is a step of attaching the ultrasonic transmit sensor 111 and the receive sensor 113 to the measurement points specified on both sides of the nut 23, respectively.

투과파 수신단계(S30)는 송신센서(111)에서 송신되는 초음파가 체결된 볼트(21)와 너트(23)를 관통할 때 볼트(21)와 너트(23)의 접촉면을 통과하게 되면 비선형 초음파를 발생시키고, 이 비선형 초음파인 투과파를 수신센서(113)가 수신하는 단계이다.The transmitting wave receiving step S30 is a step of transmitting ultrasonic waves transmitted from the transmitting sensor 111 through the bolts 21 and the nuts 23 and passing through the contact surface between the bolts 21 and the nuts 23, And the reception sensor 113 receives the transmission wave that is the nonlinear ultrasonic wave.

여기서 수신센서(113)는 앞서의 설명에서와 같이 송신센서(111)로부터 전송되는 비선형 초음파의 고조파 성분 중에서 송신되는 기본 중심 주파수의 2배수의 중심 주파수에 해당하는 고조파를 수신할 수 있다.Here, the receiving sensor 113 may receive a harmonic corresponding to a center frequency of two times the fundamental center frequency transmitted from the harmonic components of the nonlinear ultrasonic wave transmitted from the transmitting sensor 111, as described above.

펄서/수신부(120), 오실로스코프(130) 및 분석부(140)로의 전송단계(S40)는 수신센서(113)에서 획득된 비선형 초음파인 투과파를 펄서/수신부(120)가 수신한 후, 오실로스코프(130)를 거쳐 분석부(140)로 전송하는 단계이다. The transmission step S40 to the pulser / receiver 120, the oscilloscope 130 and the analyzer 140 is performed by the pulser / receiver 120 after receiving the transmission wave that is the nonlinear ultrasonic wave acquired by the reception sensor 113, To the analysis unit 140 via the transmission unit 130.

2차고조파 분리 및 측정단계(S50)는 분석부(140)가 전송된 비선형 초음파인 투과파를 퓨리에 변환하여 맨 처음의 기본 초음파보다 주파수가 2배가 되는 2차 고조파를 분리해내고 그 크기를 측정하는 단계이다. 이때 2차 고조파의 크기가 볼트의 축력과 대응된다.In the second harmonic separation and measurement step (S50), the analysis unit 140 performs a Fourier transform on the transmitted wave, which is a nonlinear ultrasonic wave transmitted from the analyzer 140, to separate a second harmonic having a frequency two times higher than the first fundamental ultrasonic wave, . At this time, the magnitude of the second harmonic corresponds to the axial force of the bolt.

표시부 출력단계(S60)는 분석부(140)에서 측정한 2차 고조파의 크기를 모니터 등과 같은 표시부(150)에 볼트의 축력으로서 출력하는 단계이다. The display unit output step S60 is a step of outputting the magnitude of the second harmonic measured by the analyzer 140 to the display unit 150 such as a monitor as the axial force of the bolt.

본 발명에 의하면 비선형 초음파(nonlinear ultrasound)를 볼트/너트부(20)의 너트(23)에 사용함으로서 볼트의 축력을 측정하는 기술이기 때문에 선형 초음파를 사용하는 볼트의 축력을 측정하는 기술에서처럼 볼트와 너트를 결합부재(10)에 체결하기 전의 볼트의 길이를 알 필요가 없으며, 평면 상태의 너트 표면에서 초음파를 송수신하므로 측정을 위해 별도로 볼트의 가공이 필요 없다는 이점이 있다. According to the present invention, since the nonlinear ultrasound is used for the nut 23 of the bolt / nut portion 20 to measure the axial force of the bolt, as in the technique for measuring the axial force of the bolt using the linear ultrasonic wave, There is no need to know the length of the bolt before the nut is fastened to the coupling member 10 and ultrasonic waves are transmitted and received on the surface of the nut in the planar state.

상기와 같은 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 장치 및 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다. The apparatus and method for measuring the bolt axial force using the nonlinear ultrasonic wave are not limited to the configuration and operation of the embodiments described above. The embodiments may be configured so that all or some of the embodiments may be selectively combined so that various modifications may be made.

10 : 결합부재 20: 볼트/너트부
100 : 볼트 축력 측정 장치 110 : 센서부
120 : 펄서/수신부 130 : 오실로스코프
140 : 분석부 150 : 표시부 10: coupling member 20: bolt / nut part
100: bolt axial force measuring device 110: sensor part
120: Pulser / Receiver 130: Oscilloscope
140: Analyzer 150: Display

Claims (7)

결합부재에 체결된 볼트/너트부의 너트 양쪽 측면에 초음파용 센서를 부착하여 볼트의 축력을 측정하는 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 장치에 있어서,
상기 너트의 일측 접촉면에서 초음파를 송신하고 반대쪽 타측 접촉면에서 초음파를 수신하는 센서부;와, 초음파 펄스 신호를 생성하여 상기 센서부로 전송하고 상기 초음파 펄스 신호가 상기 볼트/너트부를 관통하여 비선형 초음파 신호를 발생시키면 상기 센서부에 획득되고 이 획득된 비선형 초음파 신호를 수신하는 펄서/수신부;와, 상기 펄서/수신부에서 수신된 비선형 초음파 신호를 분석하여 2차 고조파를 분리하고 그 크기를 측정하는 분석부; 및 상기 분석부에서 측정한 2차 고조파의 크기를 볼트 축력으로 출력하여 표시해주는 표시부;를 포함하되,
상기 센서부는,
상기 너트의 일측 측면에 부착되어 초음파를 송신하는 초음파용 송신센서와 상기 송신센서와 대응되는 너트의 반대쪽 타측 측면에 부착되어 비선형 초음파를 수신하는 초음파용 수신센서를 포함하고,
상기 분석부는,
입력된 비선형 초음파 신호에서 상기 수신부의 송신센서에서 송신되는 기본 초음파에서 중심 주파수의 2배에 해당하는 2차 고조파를 분리해낸 후 그 크기를 측정하되, 아래의 수학식을 사용하여 산출된 2차 비선형 탄성계수와 상기 2차 고조파의 크기가 상기 볼트 및 너트의 체결력과 비례하는 것을 이용하여 볼트의 축력을 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 장치.
Figure 112015122050066-pat00007

이때,
Ｋ2 : 2차 비선형 탄성계수
σ : 응력
u : 볼트와 너트면 사이의 거리
An apparatus for measuring bolt axial force using a nonlinear ultrasonic wave to measure an axial force of a bolt by attaching an ultrasonic sensor to both sides of a nut of a bolt / nut portion fastened to a joint member,
A sensor part for transmitting an ultrasonic wave at one contact surface of the nut and receiving an ultrasonic wave at an opposite contact surface of the other side, and a controller for generating an ultrasonic pulse signal and transmitting the ultrasonic pulse signal to the sensor part, wherein the ultrasonic pulse signal passes through the bolt / An analyzer for analyzing the nonlinear ultrasonic signal received by the pulser / receiver and separating the second harmonic wave and measuring the size of the second harmonic wave received from the pulser / receiver; And a display unit for outputting and displaying the magnitude of the second harmonic measured by the analysis unit as a bolt axial force,
The sensor unit includes:
An ultrasonic transmission sensor attached to one side of the nut and transmitting an ultrasonic wave and an ultrasonic reception sensor attached to the other side of the opposite side of the nut corresponding to the transmission sensor and receiving a nonlinear ultrasonic wave,
The analyzing unit,
The second harmonic corresponding to twice the center frequency is separated from the fundamental ultrasonic wave transmitted from the transmission sensor of the receiving unit and then the size of the second harmonic is measured by using the second nonlinearity Wherein the axial force of the bolt can be measured using the elastic modulus and the magnitude of the second harmonic being proportional to the fastening force of the bolt and the nut.
Figure 112015122050066-pat00007

At this time,
K 2 : Second order nonlinear modulus
σ: Stress
u: Distance between bolt and nut face
청구항 1에 있어서,
상기 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 장치는 상기 펄서/수신부와 상기 분석부 사이에 오실로스코프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the bolt axial force measuring device using the nonlinear ultrasonic wave further comprises an oscilloscope between the pulser / receiver and the analyzer.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 펄서/수신부는 펄스신호를 생성하여 송신센서로 전송하는 펄서와 수신센서가 획득한 비선형 초음파 신호를 수신하는 수신부를 포함하되, 상기 센서부의 송신센서 및 수신센서와 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the pulser / receiver includes a pulser for generating a pulse signal and transmitting the pulse signal to a transmission sensor, and a receiver for receiving a nonlinear ultrasonic signal acquired by the reception sensor, wherein the pulser / receiver is connected to the transmission sensor and the reception sensor of the sensor unit, An apparatus for measuring bolt axial force using ultrasonic waves.
삭제delete 결합부재에 체결된 볼트와 너트에서 너트의 대응되는 양 측면을 계측점으로 지정하는 계측점 지정단계(S10);와, 상기 너트의 양 측면에 지정된 상기 계측점에 각각 초음파용 송신센서와 수신센서를 부착하는 센서 부착단계(S20);와, 상기 송신센서에서 송신된 초음파가 체결된 볼트와 너트를 관통한 후 비선형 초음파를 발생시키면 이 비선형 초음파를 상기 수신센서가 수신하는 투과파 수신단계(S30);와, 펄서/수신부가 수신센서에서 획득한 비선형 초음파인 투과파를 수신한 후, 오실로스코프를 거쳐 분석부로 전송하는 펄서/수신부, 오실로스코프 및 분석부 전송단계(S40);와, 분석부가 전송된 비선형 초음파인 투과파에서 2차 고조파를 분리해내고 그 크기를 측정하는 2차 고조파 분리 및 측정단계(S50); 및 분석부에서 측정한 2차 고조파의 크기를 모니터 등과 같은 표시부에 볼트 축력으로서 출력하는 표시부 출력단계(S60);를 포함하되,
상기 2차 고조파 분리 및 측정단계(S50)는,
상기 분석부가, 입력된 비선형 초음파 신호에서 상기 수신부의 송신센서에서 송신되는 기본 초음파에서 중심 주파수의 2배에 해당하는 2차 고조파를 분리해낸 후 그 크기를 측정하되, 아래의 수학식을 사용하여 산출된 2차 비선형 탄성계수와 상기 2차 고조파의 크기가 상기 볼트 및 너트의 체결력과 비례하는 것을 이용하여 볼트의 축력을 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 비선형 초음파를 이용한 볼트 축력 측정 방법.
Figure 112015122050066-pat00008

이때,
Ｋ2 : 2차 비선형 탄성계수
σ : 응력
u : 볼트와 너트면 사이의 거리A measurement point designation step (S10) of designating the corresponding both sides of the nut in the bolt and the nut fastened to the joint member as measurement points; and attaching the ultrasonic transmission sensor and the reception sensor to the measurement points specified on both sides of the nut (S30) receiving the nonlinear ultrasonic waves from the receiving sensor when the ultrasonic waves transmitted from the transmitting sensor pass through the bolts and the nuts and then generate nonlinear ultrasonic waves; , A pulser / receiver, an oscilloscope, and an analysis unit transmission step (S40) for receiving a transmission wave, which is a nonlinear ultrasonic wave acquired by a pulser / receiver unit from a reception sensor, and then transmitting the transmission wave to an analysis unit via an oscilloscope; A second harmonic separation and measurement step S50 for separating the second harmonic from the transmission wave and measuring the size thereof; And a display outputting step (S60) of outputting the magnitude of the second harmonic measured by the analyzing unit as a bolt axial force to a display unit such as a monitor,
The second harmonic separation and measurement step (S50)
The analysis unit separates a second harmonic corresponding to twice the center frequency of the fundamental ultrasonic wave transmitted from the transmission sensor of the receiving unit from the inputted nonlinear ultrasonic signal and measures the size thereof, Wherein the axial force of the bolt can be measured by using the second order nonlinear elastic modulus and the second harmonic size proportional to the fastening force of the bolt and the nut.
Figure 112015122050066-pat00008

At this time,
K 2 : Second order nonlinear modulus
σ: Stress
u: Distance between bolt and nut face 삭제delete
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