(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力を加えられたボルトから発生する振動を振動信号として検出する信号検出手段と、上記外力の大きさを外力信号として検出する外力検出手段と、上記振動信号を複数の所定の周波数帯域毎の時系列信号に変換する変換手段と、上記時系列信号の最大値を上記周波数帯域毎に抽出する抽出手段と、上記周波数帯域毎の振動基準値をあらかじめ設定する基準値設定手段と、上記外力の大きさに応じて上記振動信号と上記時系列信号と上記最大値と上記振動基準値とのうちの少なくとも１つを補正する補正手段と、上記補正の結果得られた上記各最大値を上記振動基準値と又は上記各最大値を上記補正の結果得られた上記振動基準値と又は上記補正の結果得られた上記各最大値を上記補正の結果得られた上記振動基準値と比較する比較手段とを備えたボルトの緩み判定装置。
【請求項２】
外力信号を予め設定された外力基準値にて除した比率を求める比率演算手段と上記比率が所定範囲内であるか否かを判定する比率判定手段とを設け、補正手段による振動信号と時系列信号と最大値と振動基準値とのうちの少なくとも１つを補正する補正は上記比率に基づき行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載のボルトの緩み判定装置。
【請求項３】
外力信号を増幅して増幅外力信号として出力する外力信号増幅手段と振動信号を増幅して増幅振動信号として出力する振動信号増幅手段とを設け、比率演算手段を増幅外力信号を外力信号として用いるものとし、変換手段を増幅振動信号を振動信号として用いるものとし、増幅外力信号と増幅振動信号との少なくとも一方の波高値が所定値を超えたことを検出するレンジオーバ検出手段を設けたことを特徴とする請求項２に記載のボルトの緩み判定装置。
【請求項４】
外力信号増幅手段と振動信号増幅手段との少なくとも一方の増幅率を自動的に設定する増幅率自動設定手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載のボルトの緩み判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ボルトの緩みを判定する装置に関し、特に判定の信頼性を向上させることのできるボルトの緩み判定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のボルトの緩み測定装置として、例えば特開平１０−８２７１４号公報に示されたものがある。これは、ボルトを打撃し振動を発生させるハンマに、ハンマによる加振力を電気信号に変換する加振力センサを設けるとともに、ハンマの先端部に打撃方向に出入り自在に設けられたノックピンを介してボルトに発生した振動を電気信号に変換する加振力センサが一体的に設けられ、それぞれで検出した加振力波形及び振動波形を緩み計に出力するように構成されている。
【０００３】
次に動作について説明する。まず、ハンマにより対象物であるボルトを打撃する。このとき発生する加振力は加振力センサにより検出されて電気信号に変換され加振力波形として、緩み計に入力される。同時に、ボルトに発生した振動は加振力センサにより検出されて電気信号に変換され振動波形として、緩み計に入力される。
【０００４】
そして、緩み計は、この緩み計に取り込んだ入力波形のうち、最大の加振力の波形とこれに応答する振動の波形を用いて単位加振力に対する応答加速度の波形を求め、これらの比と予め求めておいたしきい値とを比較して緩み度合いを定量的に判定する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来のボルトの緩み判定装置においては、打撃により発生した振動信号を周波数帯域毎に分解せずに判定しているので、複合周波数を特徴とする打音の検査では主成分以外の周波数に異常の特徴が現れる場合には正確に異常を検出することができなかった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、次のようなボルトの緩み判定装置を得ることを目的とする。
ａ．打撃により発生した振動の状態と基準状態とを比較して判定の信頼性を向上させることができる。
【０００７】
ｂ．対象物に加えられる外力のばらつきの影響を防止できる。
ｃ．適正範囲を外れた外力を与えた場合や入力が適正レンジを超えたことを知ることができる。
ｄ．増幅器の増幅率を適切な値に容易に設定できる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、この発明にかかるボルトの緩み判定装置においては、外力を加えられたボルトから発生する振動を振動信号として検出する信号検出手段と、外力の大きさを外力信号として検出する外力検出手段と、振動信号を複数の所定の周波数帯域毎の時系列信号に変換する変換手段と、時系列信号の最大値を周波数帯域毎に抽出する抽出手段と、周波数帯域毎の振動基準値をあらかじめ設定する基準値設定手段と、外力の大きさに応じて振動信号と時系列信号と最大値と振動基準値とのうちの少なくとも１つを補正する補正手段と、補正の結果得られた各最大値を振動基準値と又は各最大値を補正の結果得られた振動基準値と又は補正の結果得られた各最大値を補正の結果得られた振動基準値と比較する比較手段とを設けたものである。
外力の大きさに応じて補正し、比較手段における比較において外力の大きさのばらつきの影響を受けるのを防止する。
【０００９】
そして、外力信号を予め設定された外力基準値にて除した比率を求める比率演算手段と比率が所定範囲内であるか否かを判定する比率判定手段とを設け、補正手段による振動信号と時系列信号と最大値と振動基準値とのうちの少なくとも１つを補正する補正は比率に基づき行うようにしたことを特徴とする。
比率演算手段にて外力と外力基準値との比率が所定範囲内であるか否か、つまり対象物に与える外力、すなわち加振力が小さすぎたり大きすぎたりしないかを判定し、この範囲外となるような不適切な外力を与えたことが判るようにする。
【００１０】
さらに、外力信号を増幅して増幅外力信号として出力する外力信号増幅手段と振動信号を増幅して増幅振動信号として出力する振動信号増幅手段とを設け、比率演算手段を増幅外力信号を外力信号として用いるものとし、変換手段を増幅振動信号を振動信号として用いるものとし、増幅外力信号と増幅振動信号との少なくとも一方の波高値が所定値を超えたことを検出するレンジオーバ検出手段を設けたことを特徴とする。
測定の信頼性を確保するために、増幅外力信号や増幅振動信号が所定値を超えたことを、すなわち外力信号増幅手段や振動信号増幅手段が飽和するような大きな信号が入力されたことを検出する。
【００１１】
また、外力信号増幅手段と振動信号増幅手段との少なくとも一方の増幅率を自動的に設定する増幅率自動設定手段を設けたことを特徴とする。
増幅外力信号や増幅振動信号が適切な出力範囲となるように増幅率を容易に設定することができ、操作性が向上する。また、Ｓ／Ｎ比の低下を防止でき判定の信頼性も向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の一形態を図１の構成図に基づいて説明する。図において、１は対象物であるボルト、２はボルト１を打撃し打音を発生させるハンマ、１１はハンマ２に取り付けられボルト１に与えた外力としての加振力を電気信号に変換する外力検出手段としての加振力センサである。１２は加振力センサ１１で変換された電気信号を増幅する増幅器、１３は増幅器１２で増幅された信号を直流に変換する整流器である。
【００１３】
１４は整流器１３から出力される直流信号の最大値を保持するピークホールド、１５はピークホールド１４の出力と基準値設定器１６に格納された外力基準値との比率を求める比率演算器である。１７は整流器１３の出力する直流信号からトリガを検出するトリガ検出器である。
【００１４】
１９は比率演算器１５により求められた比率が所定範囲内か否かを判定する比率判定器である。２０はピークホールド１４から出力された最大値から増幅器１２の増幅率を自動的に設定するレンジ自動設定器である。２１はピークホールド１４から出力された最大値からレンジオーバを検出するレンジオーバ検出器である。
【００１５】
３はハンマ２に取り付けられ打撃されたボルト１が発する打音を電気信号に変換する信号検出手段としてのマイクロホン、４はマイクロホン３で変換された電気信号を増幅する増幅器である。５は増幅器４から得られる信号を各周波数帯毎に分離する変換手段としてのアナログＢＰＦである。このアナログＢＰＦ５は、例えば人間の可聴域である２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚをほぼ網羅すべく３１．２５Ｈｚ〜１６ｋＨｚまでの９オクターブ分を対象とし、１／３オクターブ毎の分解能を与えるとして全２８バンド分設ける。
【００１６】
６はアナログＢＰＦ５から得られる各周波数帯毎の信号を整流して直流に変換する整流器である。７は整流器６からの出力の最大値を保持する抽出手段としてのピークホールド、８は比率演算器１５から得られる比率に基づきピークホールド７が出力する最大値を補正する補正器である。９は補正器８の出力と基準値設定器１０に格納された振動基準値としての音圧基準値とを所定の方法で、つまり所定の比較基準に照らして比較する比較器である。１８は各比較器９からの比較結果信号を基に全体の判定を行い異常であると判定したとき警報を出力する判定手段としての警報器である。
【００１７】
３１は増幅器４で増幅された信号を直流に変換する整流器である。３２は整流器３１からの出力の最大値を保持するピークホールド、３３はピークホールド３２から出力された最大値から増幅器４の増幅率を自動的に設定するレンジ自動設定器である。３４はピークホールド３２から出力された最大値からレンジオーバを検出するレンジオーバ検出器である。
【００１８】
次に動作として基準となる対象物を用いて外力基準値及び音圧基準値を設定する基準値設定モードについて説明する。
まず、増幅器４及び増幅器１２の増幅率を最小とする。この状態で対象物である所定の締付トルクで締め付けられたボルト１をハンマ２により打撃し、発生した打撃音をマイクロホン３で電気信号に変換し、増幅器４、整流器３１、ピークホールド３２によりアナログＢＰＦ５を通さない音圧信号の最大値を求める。
【００１９】
この最大値をレンジ自動設定器３３に入力し適切な計測レンジとなるように増幅器４の利得を設定する。同様に打撃によりハンマ２に発生した振動を加振力センサ１１で電気信号に変換した後、増幅器１２、整流器１３、ピークホールド１４により振動信号の最大値を求める、この最大値をレンジ自動設定器２０に入力し適切な計測レンジとなるように増幅器１２の利得を設定する。
【００２０】
適切な計測レンジとは、例えばこの実施の一形態のように加振力の差による補正を行っており、その範囲が１／２〜２倍だとすると基準値と比較して最大で２倍の入力を受け付ける必要があるため、この基準値設定モード時に入力される信号レベルが計測レンジの５０％となるように利得を設定する。
【００２１】
このようにして基準値設定モードの最初の１回目の打撃により外力信号である振動信号、音圧信号両方の増幅率を設定する。
【００２２】
次に、ハンマ２により対象物としての基準とする欠陥のないボルト１を打撃する。このときハンマ２に発生した振動を加振力センサ１１で電気信号に変換し、増幅器１２で、基準値設定モードの最初の１回目の打撃により設定された利得を与える。この増幅された信号は整流器１３で直流に変換される。トリガ検出器１７は整流器１３からの直流信号とあらかじめ設定された基準値と比較を行い、直流信号がこの基準値を超えたときトリガ出力を行う。
【００２３】
ピークホールド１４は、整流器１３から入力される直流信号の最大値を記録する。このとき、ピークホールド１４の動作開始はトリガ検出器１７からのトリガ信号により行われる。
こうした最大値の記録は打撃による対象物の発生音圧がある程度減衰するまでの一定の時間行われ、その後ピークホールド１４からの出力を外力基準値として基準値設定器１６に格納する。
【００２４】
同様に打撃により発生した音波をマイクロホン３で電気信号に変換し、増幅器４で、基準値設定モードの最初の１回目の打撃により設定された利得を与える。この増幅された音圧信号を、複数個設けられそれぞれ異なった周波数帯を通過させるように設定されたアナログＢＰＦ５に入力し、各周波数帯毎の時系列信号に分離する。
【００２５】
アナログＢＰＦ５で各周波数帯毎に分離された時系列信号は整流器６で直流信号に変換され、ピークホールド７に入力される。ピークホールド７の整流器６からの直流信号の最大値記録動作は、トリガ検出器７からのトリガ信号により開始し、振動信号用のピークホールド１４と同様に対象物の音圧減衰までの一定時間行われる。
このようにして各周波数帯毎の瞬間的な最大値が記録される。
【００２６】
音圧減衰までの一定時間終了後、ピークホールド７により記録された最大値は音圧基準値として基準設定器１０に格納される。
このような基準値設定モードの動作により、基準値設定器１６には打撃の強さを示す情報である外力基準値が格納され、基準値設定器１０には打音の各周波数帯域における瞬間的な最大音圧を示す情報である音圧基準値が格納される。
【００２７】
次に対象物の検査を行う検査モードについて説明する。まずハンマ２により対象物であるボルト１を打撃する。このとき基準値設定モードの時と同様に、ハンマ２に発生した振動を加振力センサ１１で電気信号に変換し、増幅器１２で増幅すると共に整流器１３で直流に変換する。
【００２８】
トリガ検出器１７も同様に整流器１３からの直流信号からトリガ出力を行い、ピークホールド１４はトリガ出力から音圧減衰までの一定時間、直流信号の最大値を記録する。
検査モードの場合、音圧減衰までの一定時間終了後、ピークホールド１４に記録された最大値を比率演算器１５に入力し、比率演算器１５は、ピークホールド１４からの最大値と基準値設定器１６に格納されている外力基準値との比率を演算し出力する。
【００２９】
打撃により発生した音波も基準値設定モードと同様に、マイクロホン３で電気信号に変換すると共に増幅器４で増幅し、アナログＢＰＦ５により各周波数帯毎の時系列信号に分離され、整流器６で直流信号に変換され、ピークホールド７に入力される。ピークホールド７は、トリガ出力からの音圧減衰までの一定時間、直流信号の最大値を記録する。
【００３０】
検査モードの場合、音圧減衰までの一定時間終了後、ピークホールド７により記録された最大値を補正器８に入力し、補正器８は比率演算器１５から得られる比率から適切な補正値を演算しピークホールド７から得られる最大値を補正し出力する。
【００３１】
このとき、例えば加えた外力と発生する音とが比例するとして、振動レベルと音圧の補正を比例で行うとすると、基準値に対して２倍の比率が演算で得られた場合、ピークホールド７に記録された最大値を２で除算する。つまり基準値設定モード時における加振力に対して検査モード時の加振力が２倍になれば、発生する各周波数帯域毎の音圧も２倍に増加しているものとして得られた最大値を基準値設定モード時の加振力に換算するために２で除算する。
【００３２】
このようにして補正された最大値は、比較器９で基準値設定器１０に格納された音圧基準値と所定の方法あるいは所定の比較基準に基づいて比較される。この実施の形態では、あらかじめ設定された所定の関係から外れた場合に比較結果信号を警報器１８に出力する。
【００３３】
このときの所定の関係とは、例えばある周波数帯域においては、補正された最大値がその周波数帯域の音圧基準値に対して、８０％〜１２０％の範囲内であるとき正常、この範囲から外れたときは範囲外とし比較結果信号を出力するように比較基準を設定しておく。また、他の、ある周波数帯域においてはその周波数帯域の音圧基準値に対して、例えば７０％〜１１０％の範囲内を正常として比較結果信号は出さず、範囲外のとき比較結果信号を出すように比較基準を設定しておく。
【００３４】
さらに、音圧基準値が全体的な音圧に比べて小さい場合には、範囲の下限を解除する等の処置により主成分で無い周波数帯域において誤って比較結果信号を出さないようにする。
【００３５】
警報器１８は、各周波数帯域における比較器９からの比較結果信号を入力し、比較結果信号があらかじめ設定された個数、例えば２個を超えると異常と判定するように判定基準が定められ、異常と判定されたとき外部に警報出力する。
【００３６】
比率判定器１９は比率演算器１５により求められた比率が所定の関係を超えた時に補正範囲外警報を出力する。この時の所定の関係とは、例えば１／２倍〜２倍として設定しておく。すると１／２未満や２倍を超える入力があった場合に補正範囲外警報が出力される。
【００３７】
このように加振力による補正に範囲の制限を設けることにより、加振力が極端に変化した場合に発生する打撃音の周波数特性が変化する対象物に対しても確実に判定でき、加振力の極端な変化による誤判定を防止することができる。
【００３８】
なお、補正は、振動信号の大きさに応じて波形分析結果と音圧基準値、つまり比較器９における基準値設定器１０に記憶されている音圧基準値との関係を補正すればよいので、増幅器４の出力、各アナログＢＰＦ５の出力、整流器６の出力、あるいは基準値設定器１０に記憶されている音圧基準値などのうちの一つあるいは複数を補正するようにしてもよい。
【００３９】
また、加振力センサ１１にて検出される振動の大きさが所定値を超えたときに、ピークホールド１４、抽出手段としてのピークホールド７に動作の開始を指令するトリガ検出器１７を設けたので、周囲からのノイズ等の影響を軽減し、判定の信頼性を向上させることができる。
【００４０】
なお、トリガ検出器１７のトリガ信号をピークホールド７に与えるものを示したが、マイクロホン３、増幅器４、変換手段としてのアナログＢＰＦ５、整流器６、補正手段としての補正器８、比較手段としての比較器９等に与えて最大値の記憶動作の開始あるいは比較動作の開始等をするようにしても同様の効果を奏する。
【００４１】
基準値設定モード、検査モードの各モード時においてレンジオーバ検出器２１は、振動信号についてピークホールド１４から得られる最大値を入力し、最大値が所定の関係を超えたときにレンジオーバ警報を出力する。レンジオーバ検出器３４は、音の信号についてピークホールド７から得られる最大値を入力し、計測信号が所定の関係を超えたときにレンジオーバ警報を出力する。
【００４２】
この時の所定の関係とは、例えば計測レンジの９９％として設定しておく。この場合、９９％を超えた信号が入力されるとレンジオーバ警報が出力される。
【００４３】
また、基準値設定モード時の最初の１回目の打撃で適切な計測レンジを設定することにより、手動で計測レンジを設定する煩わしさが無くなり、操作性が向上する。
さらに、手動で設定する際にはレンジが適切でない場合にはＳ／Ｎ比が低下し、検査の信頼性が低下するが、自動で適切なレンジに設定されるためこのようなことは発生せず、検査の信頼性を向上させた打音検査装置を得ることが可能となる。
【００４４】
また、各信号の入力が飽和する直前でレンジオーバ警報を出力することで、増幅器の飽和による誤判定を防止し、検査の信頼性を向上させた打音検査装置を得ることが可能となる。
なお、アナログＢＰＦを用いることで検査を高速に行うことが可能となる。
【００４５】
実施の形態２．
図２は、この発明の他の実施の形態を示すボルト、例えば送電線の鉄塔を締め付けているボルトの緩み判定装置の構成図である。図２において、次の点が図１に示したものと異なるが、他の構成については図１に示したものと同様のものである。ピークホールド７で抽出された各周波数帯域毎の音圧の最大値は補正器８にて補正された後、基準設定器１０へ入力される点、及び基準設定器１０は入力された最大値の平均値を求めて音圧基準値とするとともに最大値のばらつきの範囲を求め、そのばらつきの範囲に基づき比較基準を決定する機能を有している点が異なる。
【００４６】
上記した各基準は、実際にボルトで締め付けた試料を作成して、これに基づき設定する。ボルトは、例えばトルクレンチを用いてトルク法により締め付けられるものとする。日本機械学会発行、機械工学便覧Ｂ１編第７５頁〜第７７頁（昭和６２年４月２５日新版発行）を参照して以下のようになる。
まず、ボルトの材料の破損応力に基づいて最大締付応力
σｍａｘ＝０．７σｒ（ここに、σｒは破損応力）    ・・・・（１）
が決定される。
【００４７】
トルクレンチによる締付係数Ｑを１．４として最小締付応力
σｍｉｎ＝σｍａｘ／１．４                        ・・・・（２）
を求める。
この式（２）に式（１）の関係を代入すれば、
σｍｉｎ＝０．５σｒ                              ・・・・（３）
を得る。
【００４８】
ボルトに与えるべき予張力は、最大及び最小締付応力の平均応力（σｍａｘ＋σｍｉｎ）／２＝０．６σｒに、ボルトの有効断面積Ａｓを乗じて
Ｆｆ＝０．６σｒ（Ａｓ）                          ・・・・（４）
となる。
【００４９】
この予張力を得るために加えるべき締付トルクの目標値Ｔｆは、
Ｔｆ＝（Ｆｆ／２）（（ｄｐ）ｔａｎ（ρ１＋β）＋（ｄｗ）（μｗ））                                                        ・・・・（５）
ここに、  ｄｐ：ねじの有効径
ｄｗ：ナット座面における等価直径
μｗ：ナット座面における摩擦係数
ｔａｎ（ρ１）＝μ／ｃｏｓ（α１）
（μ：ねじ面における摩擦係数、α１：ねじ山直角断面におけるフランク角）
である。
【００５０】
ここで、上記送電線の鉄塔を模擬した模擬ボルトの締付部を１００箇所、用意する。そして、与えるべき締付トルクの目標値Ｔｆを１００とすれば、σｍａｘ、σｍｉｎに対応する締付トルクは、（０．７／０．６）×１００＝１１７、（０．５／０．６）×１００＝８３、となるが、締付トルクの目標値の管理値をプラスマイナス３％にする場合、１００箇所の模擬ボルトの締付トルクを、９５，９６，９７，９８，１００，１０２，１０３，１０４，１０５に変化させる。
【００５１】
まず、トルクレンチを用いて２０箇所の模擬ボルトを締付トルク１００にて締め付ける。これを対象にして、上述した基準値設定モードの手順に従いデータを採取する。まず、模擬ボルトをハンマ２にて打撃する。このときハンマ２に発生した振動を加振力センサ１１でボルトに加えた外力として検出して電気信号に変換し、ピークホールド１４にて最大値を抽出する。ピークホールド１４にて抽出された最大値は、基準設定器１６に外力基準値として記憶する。このとき、比率演算器１５は比率１を出力する。これらは、図１の実施の形態で示したものと同様である。
【００５２】
一方、ピークホールド７により抽出された音圧信号の最大値は、上記比率演算器１５が出力する比率が１であるので補正器８をそのまま通過し基準設定器１０に入力され、音圧基準値として記憶される。
【００５３】
次に、締付トルク１００にて締め付けた１００カ所の模擬ボルトについて、音圧のばらつきを求める。すなわち、１００カ所の試料についてハンマ２にて各模擬ボルトに打撃を与え、２８バンドの各アナログＢＰＦ５を通過し整流された各周波数帯域毎の波形の最大値を記憶する。
【００５４】
そして、これら各周波数帯域毎の最大値１００個のばらつきの範囲、すなわち各周波数帯域毎の最大値の平均値、最小値及び最大値（ｍｅａｎ，ｍｉｎ，ｍａｘ）を求めて、各周波数帯域Ａ１，Ａ２，Ａ３，・・    ・・，Ａ２８における最小値と最大値のデータセット
ＤＡＴ（ａｔ１００）＝｛Ａ１（ｍｅａｎ，ｍｉｎ，ｍａｘ）＋Ａ２（ｍｅａｎ，ｍｉｎ，ｍａｘ）＋・・    ・・＋Ａ２８（ｍｅａｎ，ｍｉｎ，ｍａｘ）｝
を得る。
【００５５】
同様にして、トルクレンチを用いて模擬ボルトを一旦完全に緩めてから、締付トルク９５，９６，９７，９８に締付け、各データセットＤＡＴ（ａｔ９５）、ＤＡＴ（ａｔ９６）、ＤＡＴ（ａｔ９７）、ＤＡＴ（ａｔ９８）を得る。さらに、模擬ボルトを締付トルク１０２，１０３，１０４，１０５に締め付けて、ＤＡＴ（ａｔ１０２）、ＤＡＴ（ａｔ１０３）、ＤＡＴ（ａｔ１０４）、ＤＡＴ（ａｔ１０５）を得る。
【００５６】
続いて、この各データセットから、締付トルクを９７〜１０３の間を変化させたときの最大値の平均値と最小値と最大値と（ｍｅａｎ，ｍｉｎ，ｍａｘ）を各周波数帯域毎に取り出し、データセット
ＤＡＴ（ａｔ９７〜１０３）＝｛Ａ１（ｍｅａｎ，ｍｉｎ，ｍａｘ）＋Ａ２（ｍｅａｎ，ｍｉｎ，ｍａｘ）＋・・    ・・＋Ａ２８（ｍｅａｎ，ｍｉｎ，ｍａｘ）｝
を求める。
【００５７】
上記のようにして求めた締付トルク９７〜１０３に対応する各周波数帯域ごとの音圧信号の最大値の平均値を音圧基準値とする。また、例えば中心周波数が最も小さい周波数帯域Ａ１において最小値が６０、最大値が１２０であったとすれば、比較器９における比較基準を、６０〜１２０の範囲内を正常とし、この範囲外となったときを範囲外として設定することとし比較結果信号を警報器１８に出力する。
【００５８】
同様に、中心周波数が上記に次いで小さい周波数帯域Ａ２において最小値が９０、最大値１１０であったとすれば、比較器９における比較基準を、９０〜１１０の範囲内を正常とし、この範囲外となったときを範囲外として比較結果信号を出力するように設定する。以下、同様にして、全２８バンドについて比較基準を設定する。この比較基準は、例えばフラッシュメモリカードに書き込む。対象物が異なる場合は、他のフラッシュメモリカードに書き込み、検査に当たっては該当するフラッシュメモリカードに差し替えて用いる。
【００５９】
音圧基準値と比較して正常あるいは異常を決めて比較結果信号を出すための比較方法、すなわち比較基準の決め方は、各バンドにより異なることが多いので、各バンド毎に基準を定め、的確な判定を行えるようにする。なお、模擬ボルトを用いずに、実物を打撃して各種の基準値を設定することもできるが、ボルトの緩みの判定の場合は、模擬ボルトによる供試品を製作してデータを取るのが便利である。
また、管理値を外れた締付トルクのデータセット、例えばＤＡＴ（ａｔ９５）、ＤＡＴ（ａｔ９６）、ＤＡＴ（ａｔ１０４）、ＤＡＴ（ａｔ１０５）及び管理値内のＤＡＴ（ａｔ９８）、ＤＡＴ（ａｔ１０２）等は、判定の確実度の検証に使用する。
【００６０】
なお、実際に設置されているボルトの締め付け箇所の打音のデータから各基準値を設定する場合は、例えば次のようにする。熟練者がハンマでボルトを１００箇所選び打撃して、音により当該箇所の健全性を確認する。そして、健全性を確認したボルトの発する打撃音に基づいて、上記と同様の手順で音圧基準値、比較基準を設定する。また、音圧信号の最大値の標準偏差σを求め、３σを外れたものは不良（主として緩み）として除外して、平均値やばらつきの範囲を求め、音圧基準値及び比較基準とする。
【００６１】
以上のように比較器９における比較基準を設定すれば、各比較器９は比較結果信号を出さないことになるが、実際の検査時におけるばらつき等も考慮して比較結果信号が３個以上警報器１８へ送られたら警報器が警報するように判定基準を設定する。
【００６２】
スパナやインパクトレンチによる締付に適用する場合においても、同様にしてトルクレンチを用いて管理限界値近辺の締付トルクにて締め付けたときのデータセットから、基準範囲を定めることができる。
【００６３】
実施の形態３．
実施の形態１では各周波数帯域毎の最大値を求めるのに、アナログＢＰＦを用いたが、デジタルＢＰＦを用いてもよい。この実施の形態ではデジタルＢＰＦを用いた場合について図３の構成図に基づいて説明する。図３において、５１は整流器１３からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、５２は増幅器４からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。５３はＡ／Ｄ変換器５１の出力から最大値を抽出する最大値演算器である。
【００６４】
６１はデジタル信号を各周波数帯域毎の時系列信号に変換する変換手段としてのデジタルＢＰＦである。デジタルＢＰＦ６１は、例えば図１の実施の形態と同様に人間の可聴域である２０〜２０，０００Ｈｚをほぼ網羅すべく３１．２５〜１６，０００Ｈｚまでの９オクターブ分を対象とし、１／３オクターブ毎の分解能を与えるとして全２８バンド分設ける。６２はデジタルＢＰＦからの交流信号を整流する整流器、６３は整流されたデジタル信号から最大値を抽出する抽出手段としての最大値演算器である。
【００６５】
６４は補正器であり、比率演算器１５から得られる比率により最大値演算器６３が出力する最大値を補正して補正値を出力する。６５は比較器であり、補正器６４の出力と基準値設定器６６に格納された音圧基準値とを所定の方法で比較する。なお、整流器６２、ピークホールド回路６３、補正器６４、比較器６５、基準値設定器６６は全２８バンド分設けられたデジタルＢＰＦ６１にそれぞれ対応して２８個設けられている。
【００６６】
４１は最大値演算器であり、整流器３１により整流されたＡ／Ｄ変換器５２からのデジタル信号から最大値を抽出する。
その他の構成については、図１に示されたものと同様のものであるので、相当するものに同一符号を付して説明を省略する。
【００６７】
次に動作を説明する。まず、基準となる対象物を用いて各基準値を設定する基準値設定モードについて説明する。
Ａ／Ｄ変換器５１は、整流器１３からのアナログの直流信号をデジタル信号に変換する。このとき、Ａ／Ｄ変換器５１はトリガ検出器１７からのトリガ信号を受けて動作を開始し、打撃による対象物の発生音圧が所定値以下に減衰するまでの一定の時間継続して行われる。最大値演算器５３は、Ａ／Ｄ変換器５１の出力からデジタル信号の最大値を抽出し、この最大値が基準値設定器１６に外力基準値として収納される。
【００６８】
同様に、打撃により発生した音波は、マイクロホン３で電気信号に変換され、増幅器４で適当な利得を与えらえれた後、Ａ／Ｄ変換器５２でデジタル信号に変換される。このとき、Ａ／Ｄ変換器５２はトリガ検出器１７からのトリガ信号により動作を開始し、打撃による対象物の発生音圧が所定値以下に減衰するまでの一定時間の間動作する。この変換されたデジタル信号は、それぞれ異なった周波数帯域を通過させるように設定された２８個のデジタルＢＰＦ６１に入力され、各周波数帯域毎の時系列信号に分離される。
【００６９】
デジタルＢＰＦ６１で各周波数帯域毎に分離された時系列信号は整流器６２で直流信号に変換され、最大値演算器６３に入力される。最大値演算器６３は、この直流信号の最大値を抽出し、基準値設定器６６に格納する。このようにして各周波数帯域毎の瞬間的な最大値が抽出され、音圧基準値として基準値設定器６６に格納される。
【００７０】
このような基準値設定モードの動作により、基準値設定器１６には打撃の強さを示す情報である外力基準値が格納され、基準値設定器６６には打音の各周波数帯域における瞬間的な最大音圧を示す情報である音圧基準値が格納される。
【００７１】
次に対象物の判定を行う判定モードについて説明する。まずハンマ２により対象物であるボルト１を打撃する。このとき基準値設定モードの時と同様に、ハンマ２に発生した振動を加振力センサ１１で電気信号に変換し、増幅器１２で増幅すると共に整流器１３で直流に変換する。トリガ検出器１７も同様に整流器１３からの直流信号からトリガ信号を出力し、Ａ／Ｄ変換器５１はトリガ出力から音圧減衰までの一定時間、直流信号をデジタル信号に変換する。最大値演算器５３はデジタル信号の最大値を抽出し出力する。
【００７２】
判定モードの場合、最大値演算器５３により抽出された最大値は比率演算器１５に入力され、比率演算器１５は、最大値と基準値設定器１６に格納されている外力基準値との比率を演算し出力する。
【００７３】
打撃により発生した音波も基準値設定モードと同様に、マイクロホン３で電気信号に変換すると共に増幅器４で増幅し、Ａ／Ｄ変換器５２によりデジタル信号に変換される。このときＡ／Ｄ変換器５２の動作はトリガ検出器１７からのトリガ信号により開始され、音圧減衰までの一定時間行われる。デジタル信号はデジタルＢＰＦ６１により各周波数帯域毎の時系列信号に分離され、整流器６２で直流信号に変換され、最大値演算器６３に入力される。最大値演算器６３は、直流信号の最大値を抽出し出力する。
【００７４】
判定モードの場合、最大値演算器６３により抽出された最大値は補正器６４に入力され、補正器６４は比率演算器１５から得られる比率に基づき適切な補正値を演算し最大値演算器６３から得られる最大値を補正し出力する。
【００７５】
補正された最大値は、比較器６５で基準値設定器６６に格納された音圧基準値と比較され、あらかじめ設定された所定の関係から外れた場合に比較結果信号が警報器１８に出力される。設定する所定の関係は、図１に示した実施の形態と同様に、例えばあるバンドにおいては、補正された最大値がそのバンドの音圧基準値に対して８０％〜１２０％の範囲内であるとき正常、この範囲から外れたとき、すなわち８０％未満及び１２０％超を範囲外とし比較結果信号を出力するように設定しておく。また、他の、あるバンドにおいてはそのバンドの音圧基準値に対して７０％〜１１０％の範囲内を正常、範囲外を異常として比較結果信号を出力するように設定しておく。
【００７６】
また、音圧基準値が全体的な音圧に比べて小さい場合には、下限側の比較を解除する等の処置により主成分で無い周波数帯域において誤って比較結果信号を出さないようにする。
警報装置１８は、入力された比較結果信号があらかじめ設定された数、例えば２個を超えると報知要としてブザーを鳴らすとともにランプを点滅して警報する。
【００７７】
このように各周波数帯域毎の時系列信号を求める手法としてデジタルＢＰＦ６１を用いることで装置を小型化できるとともに、ソフトウェア（Ｓ／Ｗ）で処理するためフィルタ特性の変更や診断する周波数帯域の追加などに柔軟に対応することが可能である。
【００７８】
実施の形態４．
図４は、さらにこの発明の他の実施の形態を示すボルトの緩み判定装置の構成図である。図３の実施の形態では各周波数帯域毎の最大値を求めるのに、デジタルＢＰＦを用いたが、ウェーブレット変換（Ｗａｖｅｌｅｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いてもよい。以下、ウェーブレット変換を用いた場合について図４の構成図に基づいて説明する。
【００７９】
この実施の形態においては、ウェーブレット変換演算器７１を設け、各周波数帯域毎の時系列信号を求めるようにしたものであり、その他の動作は、図３の実施の形態と同様である。なお、ウェーブレット変換は、その解析演算により実効値を算出するので、整流手段を設ける必要はない。
【００８０】
図において、７１は変換手段としてのウェーブレット変換（Ｗａｖｅｌｅｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算器であり、基底関数（マザーウェーブレット）を拡大あるいは縮小することにより、デジタル音圧信号を各周波数帯域毎の時系列信号に分離する。ウェーブレット変換された信号は、２８組設けられた最大値演算器６３、補正器６４、比較器６５に入力される。
【００８１】
比較器６５は、図１や図３に示されたものと同様に基準値設定器６６に格納された音圧基準値と比較され、あらかじめ設定された所定の関係に該当する場合に比較結果信号を警報器１８に出力する。
【００８２】
この際に、測定波形や観測したい現象に合わせて適切な基底関数を選択することにより周波数の分離特性が向上し、判定の信頼性を向上させることができる。また、ウェーブレット変換演算器を用いることで装置を小型化することができる。
【００８３】
実施の形態５．
図５は、さらにこの発明の他の実施の形態を示すボルトの緩み判定装置の構成図である。図３の実施の形態では各周波数帯域毎の最大値を求めるのに、デジタルＢＰＦを用いたが、短時間ＦＦＴを用いてもよい。以下、短時間ＦＦＴを用いた場合について図５に基づいて説明する。この実施の形態においては、短時間ＦＦＴ演算器８１を設け、各周波数帯域毎の時系列信号を求めるようにしたものである。
【００８４】
その他の動作は、図３に示した実施の形態と同様である。なお、短時間ＦＦＴは、その解析演算により実効値を算出するため、整流手段を設ける必要はない。
図５において、８１は変換手段としての短時間ＦＦＴ（ＳＦＦＴ：Ｓｈｏｒｔ−Ｔｉｍｅ  Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ−Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算器であり、各周波数帯域毎の時系列信号を求めるようにしたものである。
【００８５】
このようにフーリエ変換器である短時間ＦＦＴ演算器８１を設けて各周波数帯域毎の時系列信号を求めることにより、周波数の分解能を向上させることができる。
【００８６】
従って、短時間ＦＦＴの優れた分解能を利用して、壁部の構成により周波数の変化に特徴が現れるといった場合に診断の信頼性を向上させることができる。また、短時間ＦＦＴ演算器を用いることで装置を小型化することができる。
【００８７】
また、上記各実施の形態においてはハンマで外力を加えるものを示したが、他の手段により外力が加えられるもの、電磁波やシリンダ等により加振力を与えるものにも用いることができる。
【００８８】
上記各実施の形態においては、外力を加振力センサ１１にて検出し、打撃音をマイクロホン３で検出するものを示したが、打撃音についてマイクロホンの代わりに振動検出器を用いてもよい。なお、上記実施の形態においては、可聴周波数のものを音、これより広い周波数範囲のものを振動と呼んでいるが、この発明においては、判定装置は音によるものに限らず、音と振動を区別せず、振動によるものを含むものである。
【００８９】
なお、警報器１８により警報するものを示したが、このような判定における各信号や演算された値、例えば図１の実施の形態において設定器１０に記憶された各音圧基準値及び比較器９に設定された比較結果信号を出すか否かの基準となる範囲、比率演算器１５により算出された補正値、判定における各補正器８からの補正された最大値等を点や帯状にＣＲＴに表示し、かつ範囲外となったものは赤色等で色分けするなどして、容易に確認できるようにして、操作性を向上させることもできる。
【００９０】
補正器８により補正された最大値を正常範囲に重ねて図示し、視覚的に把握できるようにすることもできる。このとき、結果が定められた範囲外と判断された場合は、そのとき検出された最大値を赤色で表示する等してもよい。
【００９１】
また、実施の形態３〜５に示した音圧基準値、比較基準の代わりに、実施の形態２に示したものと同様の定め方により求めた音圧基準値、比較基準を用いることもできる。
【００９２】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したように構成されているので、次に記載するような効果を奏する。
【００９３】
外力を加えられたボルトから発生する振動を振動信号として検出する信号検出手段と、外力の大きさを外力信号として検出する外力検出手段と、振動信号を複数の所定の周波数帯域毎の時系列信号に変換する変換手段と、時系列信号の最大値を周波数帯域毎に抽出する抽出手段と、周波数帯域毎の振動基準値をあらかじめ設定する基準値設定手段と、外力の大きさに応じて振動信号と時系列信号と最大値と振動基準値とのうちの少なくとも１つを補正する補正手段と、補正の結果得られた各最大値を振動基準値と又は各最大値を補正の結果得られた振動基準値と又は補正の結果得られた各最大値を補正の結果得られた振動基準値と比較する比較手段とを設けたものであるので、外力の大きさに応じて補正することにより、比較手段における比較において外力の大きさのばらつきの影響を受けるのを防止でき、比較の信頼性が向上する。
【００９４】
そして、外力信号を予め設定された外力基準値にて除した比率を求める比率演算手段と比率が所定範囲内であるか否かを判定する比率判定手段とを設け、補正手段による振動信号と時系列信号と最大値と振動基準値とのうちの少なくとも１つを補正する補正は比率に基づき行うようにしたことを特徴とするので、所定範囲外となるような不適切な外力を与えたことが判り、比較の信頼性を向上させることができる。
【００９５】
さらに、外力信号を増幅して増幅外力信号として出力する外力信号増幅手段と振動信号を増幅して増幅振動信号として出力する振動信号増幅手段とを設け、比率演算手段を増幅外力信号を外力信号として用いるものとし、変換手段を増幅振動信号を振動信号として用いるものとし、増幅外力信号と増幅振動信号との少なくとも一方の波高値が所定値を超えたことを検出するレンジオーバ検出手段を設けたことを特徴とするので、増幅外力信号や増幅振動信号が所定値を超えたことを、すなわち外力信号増幅手段や振動信号増幅手段が飽和するような大きな信号が入力されたことを検出して、測定の信頼性の確保が可能となる。
【００９６】
また、外力信号増幅手段と振動信号増幅手段との少なくとも一方の増幅率を自動的に設定する増幅率自動設定手段を設けたことを特徴とするので、増幅外力信号や増幅振動信号が適切な出力範囲となるように増幅率を容易に設定することができ、操作性が向上する。また、Ｓ／Ｎ比の低下を防止でき判定の信頼性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態であるボルトの緩み判定装置の構成図である。
【図２】この発明の他の実施の形態であるボルトの緩み判定装置の構成図である。
【図３】さらに、この発明の他の実施の形態であるボルトの緩み判定装置の構成図である。
【図４】さらに、この発明の他の実施の形態であるボルトの緩み判定装置の構成図である。
【図５】さらに、この発明の他の実施の形態であるボルトの緩み判定装置の構成図である。
【符号の説明】
１  対象物（ボルト）、２  ハンマ、３  マイクロホン、４  増幅器、
５  アナログＢＰＦ、６  整流器、７  ピークホールド回路、８  補正器、９  比較器、
１０  基準値設定器、１１  加振力センサ、１２  増幅器、１３  整流器、
１４  ピークホールド、１５  比率演算器、１６  基準値設定器、１７  トリガ検出器、
１８  警報器、１９  比率判定器、２０  レンジ自動設定器、
２１  レンジオーバ検出器、３１  整流器、３２  ピークホールド、
３３  レンジ自動設定器、３４  レンジオーバ検出器、４１  最大値演算器、
５１，５２  Ａ／Ｄ変換器、５３  最大値演算器、６１  デジタルＢＰＦ、
６２  整流器、６３  最大値演算器、６４  補正器、６５  比較器、
６６  基準値設定器、７１  ウェーブレット変換演算器、８１  短時間ＦＦＴ演算器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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