JP2001324396A - Tightening inspection of bolt - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology capable of determining accurately the tightening state of a bolt. SOLUTION: A magnetic field showing a specific change with the lapse of time is applied on a head part 102 of the bolt 100, and magnetic flux densities on plural positions near the upper face of the bolt head part are measured by using an array sensor SR. An inductance distribution in the bolt head part 102 is obtained based on measured values of the magnetic flux densities. Then, the tightening state of the bolt is determined based on the inductance distribution.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、磁性体のボルト
の締め付け状態を非破壊で検査する技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for non-destructively inspecting the tightened state of a magnetic bolt.

【０００２】[0002]

【従来の技術】ボルトの締め付け状態を検査する方法と
しては、トルクレンチを用いる方法と、ハンマなどの打
撃音を熟練者が聞いて判定する方法などが代表的であ
る。2. Description of the Related Art As a method of inspecting a tightened state of a bolt, a method using a torque wrench, a method in which a skilled person listens to a hitting sound of a hammer or the like to make a determination are representative.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の方法は、信頼性に欠けており、ボルトの締め付け状
態を精度良く判定することが困難であった。However, such a conventional method lacks reliability, and it is difficult to accurately determine the tightened state of the bolt.

【０００４】この発明は、従来技術における上述の課題
を解決するためになされたものであり、ボルトの締め付
け状態を精度良く判定することのできる技術を提供する
ことを目的とする。[0004] The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the prior art, and has as its object to provide a technique capable of accurately determining the tightened state of a bolt.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の検
査装置は、ボルトの頭部に対して特定の経時変化を示す
磁場を印加する磁場印加手段と、複数の磁気センサを有
し、前記ボルト頭部の上面近傍の複数位置における磁束
密度を測定する磁束密度測定手段と、前記複数位置の磁
束密度の測定値に基づいて、前記ボルト頭部内の特定の
電磁気的特性値分布を求める電磁気特性決定手段と、前
記電磁気的特性値分布に基づいて前記ボルトの締め付け
状態を判定する判定手段と、を備えることを特徴とす
る。In order to solve at least a part of the above problems, an inspection apparatus of the present invention applies a magnetic field showing a specific temporal change to a head of a bolt. A magnetic field applying unit, a plurality of magnetic sensors, and a magnetic flux density measuring unit that measures magnetic flux densities at a plurality of positions near the upper surface of the bolt head; and Electromagnetic characteristics determining means for obtaining a specific electromagnetic characteristic value distribution in the head, and determining means for determining a tightened state of the bolt based on the electromagnetic characteristic value distribution are provided.

【０００６】ボルトの締め付け状態によって、ボルト頭
部の電磁気的特性が変化する。本発明の検査装置によれ
ば、ボルト頭部の上面近傍の複数位置において測定され
た磁束密度から、ボルト頭部内の特定の電磁気的特性値
分布を求め、この分布に基づいて締め付け状態の良否を
判定するので、精度良く検査を行うことが可能である。[0006] The electromagnetic characteristics of the bolt head change depending on the tightening state of the bolt. According to the inspection device of the present invention, a specific electromagnetic characteristic value distribution in the bolt head is obtained from the magnetic flux densities measured at a plurality of positions near the upper surface of the bolt head, and the quality of the tightened state is determined based on the distribution. Is determined, the inspection can be performed with high accuracy.

【０００７】なお、前記複数の磁気センサは、前記磁場
印加手段と前記ボルト頭部との間に配置されることが好
ましい。[0007] Preferably, the plurality of magnetic sensors are arranged between the magnetic field applying means and the bolt head.

【０００８】こうすれば、ボルト頭部における電磁気的
特性値を容易に検出することができる。In this case, the electromagnetic characteristic value at the bolt head can be easily detected.

【０００９】また、前記磁場印加手段は、前記ボルトの
頭部に静磁場を印加した後に前記静磁場を遮断し、前記
磁束密度測定手段は、前記静磁場が遮断された後に、前
記複数位置における微分磁束密度の過渡変化を測定し、
前記電磁気特性決定手段は、前記微分磁束密度の過渡変
化から、前記電磁気的特性値分布として、前記ボルト頭
部に発生する渦電流に関するインダクタンスの分布を求
めるようにしてもよい。Further, the magnetic field applying means interrupts the static magnetic field after applying a static magnetic field to the head of the bolt, and the magnetic flux density measuring means operates at the plurality of positions after the static magnetic field is interrupted. Measure the transient change of the differential magnetic flux density,
The electromagnetic characteristic determining means may determine a distribution of an inductance related to an eddy current generated at the bolt head as the electromagnetic characteristic value distribution from the transient change of the differential magnetic flux density.

【００１０】ボルトの締め付け状態によって、ボルト頭
部の透磁率等の磁気的特性が変化する。従って、上記の
ようにしてインダクタンス分布を求め、このインダクタ
ンス分布に基づいて締め付け状態の良否を判定すれば、
精度良く検査を行うことが可能である。[0010] Magnetic characteristics such as the magnetic permeability of the bolt head change depending on the tightening state of the bolt. Therefore, if the inductance distribution is obtained as described above and the quality of the tightened state is determined based on the inductance distribution,
Inspection can be performed with high accuracy.

【００１１】前記電磁気特性決定手段は、前記微分磁束
密度の過渡変化を、前記静磁場によって生起された第一
の磁束密度の減衰に対応する第一の微分磁束密度の過渡
変化と、前記第一の磁束密度の減衰により誘導される渦
電流によって生起される第二の磁束密度の減衰に対応す
る第二の微分磁束密度の過渡変化との合成とみなして、
前記第一の微分磁束密度の過渡変化を決定する第一の時
定数と、前記第二の微分磁束密度の過渡変化を決定する
第二の時定数とを求めるとともに、前記複数位置におけ
る前記第一と第二の時定数の分布から、前記インダクタ
ンス分布を求めるようにしてもよい。The electromagnetic characteristic determining means may be configured to determine the transient change in the differential magnetic flux density as a transient change in the first differential magnetic flux density corresponding to the attenuation of the first magnetic flux density generated by the static magnetic field. Assuming that this is a combination with the transient change of the second differential magnetic flux density corresponding to the attenuation of the second magnetic flux density caused by the eddy current induced by the attenuation of the magnetic flux density of
A first time constant for determining a transient change in the first differential magnetic flux density and a second time constant for determining a transient change in the second differential magnetic flux density are determined, and the first time constant at the plurality of positions is determined. And the distribution of the second time constant, the inductance distribution may be obtained.

【００１２】第一と第二の時定数は、ボルト頭部内の電
磁気的な物性値に関係しており、これらの時定数からイ
ンダクタンス分布とを求めることができる。The first and second time constants are related to the electromagnetic physical property values in the bolt head, and the inductance distribution can be obtained from these time constants.

【００１３】なお、本発明は、種々の態様で実現するこ
とが可能であり、例えば、ボルトの締め付け検査方法お
よび装置、それらの方法または装置の機能を実現するた
めのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログ
ラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラム
を含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の態様で
実現することができる。The present invention can be realized in various modes. For example, a bolt tightening inspection method and apparatus, a computer program for realizing the functions of those methods and apparatuses, and a computer program for the computer program are provided. The present invention can be realized in the form of a recorded recording medium, a data signal including the computer program and embodied in a carrier wave, and the like.

【００１４】[0014]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を実施例に基
づいて以下の順序で説明する。 Ａ．ボルトの締め付け検査の概要： Ｂ．センサ部の他の実施例： Ｃ．電磁気的特性の測定原理： Ｄ．検査装置の具体的構成： Ｅ．検査の詳細： Ｆ．変形例：DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples. A. Outline of bolt tightening inspection: B. Other Embodiments of Sensor Unit: Principle of measurement of electromagnetic characteristics: Specific configuration of inspection device: Details of the test: Modification:

【００１５】Ａ．ボルトの締め付け検査の原理：図１
（Ａ）は、本発明の一実施例におけるボルトの締め付け
検査装置のセンサ部の要部側断面図であり、図１（Ｂ）
はそのＢ−Ｂ断面を示す。図１（Ａ）は、センサ部２０
０がボルト１００の頭部１０２の上に載置された状態を
示している。センサ部２００は、略コの字状の第１のフ
ェライト部材２０２と、第１のフェライト部材２０２の
下面に垂直に設けられた板状の第２のフェライト部材２
０４と、第２のフェライト部材２０４の周囲に巻き回さ
れた励磁コイル２０６と、を有している。第２のフェラ
イト部材２０４の下面とボルト頭部１０２との間には、
アレーセンサＳＲが設けられている。アレーセンサＳＲ
は、複数の磁気センサがボルト頭部１０２の径方向に沿
って一直線に配列されたものである。アレーセンサＳＲ
は、第２のフェライト部材２０４の下方に固定されてい
るが、図１ではそのための構造部材の図示は省略されて
いる。A. Principle of bolt tightening inspection: Fig. 1
FIG. 1A is a side sectional view of a main part of a sensor unit of a bolt tightening inspection device according to an embodiment of the present invention, and FIG.
Shows the BB cross section. FIG. 1A shows the sensor unit 20.
0 indicates a state of being mounted on the head 102 of the bolt 100. The sensor unit 200 includes a substantially U-shaped first ferrite member 202 and a plate-shaped second ferrite member 2 provided vertically on the lower surface of the first ferrite member 202.
04 and an exciting coil 206 wound around the second ferrite member 204. Between the lower surface of the second ferrite member 204 and the bolt head 102,
An array sensor SR is provided. Array sensor SR
In FIG. 2, a plurality of magnetic sensors are arranged in a straight line along the radial direction of the bolt head 102. Array sensor SR
Are fixed below the second ferrite member 204, but the structural members therefor are not shown in FIG.

【００１６】励磁コイル２０６に電流が流れると、第２
のフェライト部材２０４が励磁されて、その下面側がＮ
極となる。また、第１のフェライト部材２０２の両端の
下垂部２０２ａ，２０２ｂがＳ極となる。図２は、この
ときの磁束のループが例示されている。磁束は、第２の
フェライト部材２０４の下端部のＮ極から出て、アレー
センサＳＲを通過し、ボルトの頭部１０２を通った後に
第２のフェライト部材２０４を通過し、第１のフェライ
ト部材２０２に戻る。When a current flows through the exciting coil 206, the second
Of the ferrite member 204 is excited, and the lower surface side is N
Become a pole. Also, the hanging portions 202a and 202b at both ends of the first ferrite member 202 become S poles. FIG. 2 illustrates a magnetic flux loop at this time. The magnetic flux exits from the N pole at the lower end of the second ferrite member 204, passes through the array sensor SR, passes through the head 102 of the bolt, passes through the second ferrite member 204, and passes through the first ferrite member 204. Return to 202.

【００１７】以下に説明するように、ボルト１００が締
め付けられると、ボルト１００の頭部１０２における透
磁率が変化するので、この透磁率の変化の影響をアレー
センサＳＲで測定することが可能である。As will be described below, when the bolt 100 is tightened, the magnetic permeability at the head 102 of the bolt 100 changes, so that the effect of this change in magnetic permeability can be measured by the array sensor SR. .

【００１８】図３は、ボルトの非締め付け時と締め付け
時におけるボルト内の応力分布と変形の様子を示す概念
図である。ボルト１００は、構造材ＳＴに挿入され、図
示しないナットで締め付けられる。図３（Ｂ）に示すよ
うに、ボルトの締め付け時には、ボルト１００の頭部１
０２が凹状に湾曲し、頭部１０２の上面には圧縮応力が
掛かる。また、ボルト１００の軸には引っ張り応力が掛
かる。FIG. 3 is a conceptual diagram showing stress distribution and deformation in the bolt when the bolt is not tightened and when it is tightened. The bolt 100 is inserted into the structural material ST and is tightened with a nut (not shown). As shown in FIG. 3B, the head 1 of the bolt 100 is tightened when the bolt is tightened.
02 is concavely curved, and a compressive stress is applied to the upper surface of the head 102. Further, a tensile stress is applied to the shaft of the bolt 100.

【００１９】図４は、ボルト頭部１０２の上面における
応力分布を示すグラフである。横軸はボルト上面中心か
らの距離を示し、縦軸は応力を示している。なお、図４
では、軸応力（ボルト軸に掛かる引っ張り応力）とし
て、１０段階の異なる値を印加したときのグラフが示さ
れている。これらのグラフから理解できるように、ボル
ト頭部１０２の上面にはほとんどの位置で圧縮応力が掛
かり、上面の周縁部では引っ張り応力が掛かる。また、
上面の周縁部の近傍には軸応力のレベルによらず常にほ
ぼ応力が０である点ＳＰ（以下、「特異点」と呼ぶ）が
存在する。FIG. 4 is a graph showing a stress distribution on the upper surface of the bolt head 102. The horizontal axis indicates the distance from the center of the bolt upper surface, and the vertical axis indicates the stress. FIG.
In the graph, there are shown graphs when ten different values are applied as axial stress (tensile stress applied to the bolt axis). As can be understood from these graphs, compressive stress is applied to the upper surface of the bolt head 102 at most positions, and tensile stress is applied to the peripheral portion of the upper surface. Also,
A point SP (hereinafter, referred to as a “singular point”) in which the stress is almost zero regardless of the level of the axial stress exists near the periphery of the upper surface.

【００２０】スチールボルトのような磁性体に内部応力
が掛かると、その内部応力に応じて透磁率が変化する。
図５は、磁性体の内部応力に応じた透磁率の変化の様子
を示す説明図であり、矢印は金属結晶内の磁区を示して
いる。図５（Ｂ）は、引っ張り応力や圧縮応力が掛かっ
ていない状態を示している。この状態では、磁区はあら
ゆる方向にほぼ均等に存在し、この結果、透磁率は空間
的にほぼ均一である。図５（Ａ）は、上下方向に引っ張
り応力が掛かった状態を示している。この状態では、上
下方向の引っ張り応力によって上下方向の磁区が左右方
向の磁区よりも優勢になり、この結果、上下方向の透磁
率が増大する。図５（Ｃ）は、上下方向に圧縮応力が掛
かった状態を示している。この状態では、上下方向の圧
縮応力によって、左右方向の磁区が上下方向の磁区より
も優勢になり、この結果、上下方向の透磁率が減少す
る。なお、このような現象は、磁気弾性効果（ViLLali
効果）として知られている。When an internal stress is applied to a magnetic material such as a steel bolt, the magnetic permeability changes according to the internal stress.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing how the magnetic permeability changes according to the internal stress of the magnetic body, and arrows indicate magnetic domains in the metal crystal. FIG. 5B shows a state where no tensile stress or compressive stress is applied. In this state, the magnetic domains are almost uniformly present in all directions, so that the magnetic permeability is substantially uniform spatially. FIG. 5A shows a state in which a tensile stress is applied in the vertical direction. In this state, the magnetic domain in the vertical direction becomes dominant over the magnetic domain in the horizontal direction due to the tensile stress in the vertical direction, and as a result, the magnetic permeability in the vertical direction increases. FIG. 5C shows a state in which a compressive stress is applied in the vertical direction. In this state, the magnetic domain in the left-right direction becomes more dominant than the magnetic domain in the vertical direction due to the compressive stress in the vertical direction, and as a result, the magnetic permeability in the vertical direction decreases. This phenomenon is due to the magnetoelastic effect (ViLLali
Effect).

【００２１】本実施例による検査装置は、このようなボ
ルト頭部の上面近傍における透磁率の変化を利用して、
ボルトの締め付け状態を検査するものである。図６は、
アレーセンサＳＲで測定されたボルト頭部１０２内の上
面近傍のインダクタンスＬの分布を示している。横軸
は、ボルト上面の中心点からの距離である。アレーセン
サＳＲで測定されるインダクタンスＬは、磁路の体積
（磁路の面積×磁路長）と、透磁率との積である。上述
したように、ボルトに軸応力が掛かると透磁率が増大す
るので、インダクタンスＬが増大する。また、磁路の体
積も、ボルトに軸応力とともに増加すると考えられ、こ
れによってもインダクタンスＬが増大する。The inspection apparatus according to the present embodiment utilizes such a change in the magnetic permeability near the upper surface of the bolt head, and
This is to check the tightening state of the bolt. FIG.
The distribution of the inductance L near the upper surface in the bolt head 102 measured by the array sensor SR is shown. The horizontal axis is the distance from the center point of the bolt upper surface. The inductance L measured by the array sensor SR is a product of the volume of the magnetic path (the area of the magnetic path × the magnetic path length) and the magnetic permeability. As described above, when an axial stress is applied to the bolt, the magnetic permeability increases, so that the inductance L increases. Also, the volume of the magnetic path is considered to increase with the axial stress on the bolt, which also increases the inductance L.

【００２２】破線は、軸応力がゼロの場合のインダクタ
ンス分布を示しており、一点鎖線と実線は、軸応力が掛
かった場合のインダクタンス分布を示している。軸応力
が掛かると、ボルト上面の中央部における透磁率が増大
するので、中央部におけるインダクタンスＬは増加す
る。一方、特異点ＳＰ（内部応力が０でほぼ一定の点）
では、インダクタンスＬは変化しない。The broken line indicates the inductance distribution when the axial stress is zero, and the dashed line and the solid line indicate the inductance distribution when the axial stress is applied. When an axial stress is applied, the magnetic permeability at the center of the bolt upper surface increases, so that the inductance L at the center increases. On the other hand, the singular point SP (point where the internal stress is almost constant at 0)
Then, the inductance L does not change.

【００２３】このようなインダクタンス分布の変化を測
定することによってボルトの締め付け状態の良否を判定
することが可能である。この判定の方法としては、以下
のような種々の方法を採用することができる。By measuring such a change in the inductance distribution, it is possible to determine whether the bolt is properly tightened. As a method of this determination, various methods as described below can be adopted.

【００２４】（１）ボルト上面の中心点におけるインダ
クタンスＬの値に応じて、ボルトの締め付け状態の良否
を判断する。 （２）ボルト上面の中心点におけるインダクタンスＬの
値と、特異点ＳＰにおけるインダクタンスＬの値との差
分（または比）に応じて、ボルトの締め付け状態の良否
を判断する。 （３）インダクタンス分布を積分した値の大きさに応じ
て、ボルトの締め付け状態の良否を判断する。(1) According to the value of the inductance L at the center point on the upper surface of the bolt, it is determined whether the bolt is properly tightened. (2) It is determined whether the bolt is properly tightened according to the difference (or ratio) between the value of the inductance L at the center point of the bolt upper surface and the value of the inductance L at the singular point SP. (3) According to the magnitude of the value obtained by integrating the inductance distribution, it is determined whether the bolt is properly tightened.

【００２５】上記の方法（１）では、ボルト上面の中心
点におけるインダクタンスＬの値だけを利用するので、
検査時間が短くて済むという利点がある。方法（２）で
は、特異点ＳＰを基準として、ボルト上面の中心点にお
けるインダクタンスＬの値を評価するので、方法（１）
に比べて精度良く締め付け状態を検査できるという利点
がある。また、方法（３）では、方法（２）よりも更に
精度良く締め付け状態を検査できる可能性がある。In the above method (1), only the value of the inductance L at the center point of the bolt upper surface is used.
There is an advantage that the inspection time is short. In the method (2), the value of the inductance L at the center point of the upper surface of the bolt is evaluated based on the singular point SP.
There is an advantage that the tightening state can be inspected with higher accuracy than the above. Further, in the method (3), there is a possibility that the tightening state can be inspected with higher accuracy than the method (2).

【００２６】Ｂ．センサ部の他の実施例：図７（Ａ）
は、センサ部の第２実施例の要部側断面図であり、図７
（Ｂ）はそのＢ−Ｂ断面を示す。このセンサ部３００
は、棒状の第１のフェライト部材３０２と、第１のフェ
ライト部材３０２の下面の両端部に垂直に設けられた板
状の第２および第３のフェライト部材３０４ａ，３０４
ｂと、第２および第３のフェライト部材３０４ａ，３０
４ｂの周囲に巻き回された励磁コイル３０６ａ，３０６
ｂと、を有している。第２および第３のフェライト部材
３０４ａ，３０４ｂの下方には、アレーセンサＳＲがそ
れぞれ設けられている。B. Another embodiment of sensor unit: FIG. 7 (A)
FIG. 7 is a sectional side view of a main part of a second embodiment of the sensor unit, and FIG.
(B) shows the BB cross section. This sensor unit 300
Is a rod-shaped first ferrite member 302, and plate-like second and third ferrite members 304 a, 304 provided vertically on both ends of the lower surface of the first ferrite member 302.
b and the second and third ferrite members 304a, 30
Excitation coils 306a and 306 wound around 4b
b. Array sensors SR are provided below the second and third ferrite members 304a and 304b, respectively.

【００２７】励磁コイル３０６ａ，３０６ｂに電流が流
れると、第２のフェライト部材３０４ａの下面側がＮ極
となり、第３のフェライト部材３０４ｂの下面側がＳ極
となる。従って、磁束は、２つのアレーセンサＳＲと、
ボルト頭部１０２を通過する閉ループとなる。このよう
なセンサ部３００を用いても、図１に示したセンサ部２
００と同様に、ボルト１００の締め付け状態を検査する
ことが可能である。なお、このセンサ部３００の２つの
アレーセンサＳＲのうちの一方は、省略することが可能
である。但し、２つのアレーセンサＳＲを用いれば、そ
の測定値の平均を取ることによって、より精度を向上さ
せることが可能である。これは、他のセンサ部に関して
も同様である。When a current flows through the exciting coils 306a and 306b, the lower surface of the second ferrite member 304a becomes an N pole and the lower surface of the third ferrite member 304b becomes an S pole. Therefore, the magnetic flux has two array sensors SR,
A closed loop passes through the bolt head 102. Even if such a sensor unit 300 is used, the sensor unit 2 shown in FIG.
As in the case of 00, the tightening state of the bolt 100 can be inspected. Note that one of the two array sensors SR of the sensor unit 300 can be omitted. However, if two array sensors SR are used, it is possible to further improve the accuracy by taking the average of the measured values. This is the same for the other sensor units.

【００２８】図８（Ａ）は、センサ部の第３実施例の要
部側断面図であり、図８（Ｂ）はそのＢ−Ｂ断面を示
す。このセンサ部４００は、第１のフェライト部材４０
２と、第１のフェライト部材４０２の下面に約１２０度
の間隔で垂直に設けられた３枚の板状の第２のフェライ
ト部材４０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃと、第２のフェラ
イト部材４０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃの周囲に巻き回
された励磁コイル４０６と、を有している。第２のフェ
ライト部材４０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃの下方には、
アレーセンサＳＲがそれぞれ設けられている。なお、第
１のフェライト部材４０２の周縁部には、１２０度おき
に下垂部４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃが形成されてい
る。これらの下垂部４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃは、
３枚の第２のフェライト部材４０４ａ，４０４ｂ，４０
４ｃの外側の位置に存在する。FIG. 8A is a sectional side view of a main part of a third embodiment of the sensor unit, and FIG. 8B shows a cross section taken along line BB. The sensor section 400 is provided with the first ferrite member 40.
2, three plate-like second ferrite members 404a, 404b, 404c vertically provided on the lower surface of the first ferrite member 402 at intervals of about 120 degrees, and second ferrite members 404a, 404b, And an excitation coil 406 wound around the 404c. Below the second ferrite members 404a, 404b, 404c,
An array sensor SR is provided for each. In addition, hanging portions 402 a, 402 b, and 402 c are formed every 120 degrees on the peripheral portion of the first ferrite member 402. These hanging parts 402a, 402b, 402c
Three second ferrite members 404a, 404b, 40
4c.

【００２９】励磁コイル３０６に電流が流れると、第２
のフェライト部材４０４ａ〜４０４ｃの下面側がＮ極と
なり、下垂部４０２ａ〜４０２ｃがＳ極となる。このよ
うなセンサ部３００を用いても、上述した他のセンサ部
と同様に、ボルト１００の締め付け状態を検査すること
が可能である。When a current flows through the exciting coil 306, the second
The lower surfaces of the ferrite members 404a to 404c have N poles, and the hanging portions 402a to 402c have S poles. Even when such a sensor unit 300 is used, it is possible to inspect the tightening state of the bolt 100 as in the other sensor units described above.

【００３０】図９（Ａ）は、センサ部の第４実施例の要
部側断面図であり、図９（Ｂ）はそのＢ−Ｂ断面を示
す。このセンサ部５００は、略コの字状の第１のフェラ
イト部材５０２と、第１のフェライト部材５０２の下面
の中央に垂直に設けらた第２のフェライト部材５０４
と、第２のフェライト部材５０４の周囲に巻き回された
励磁コイル５０６と、を有している。第２のフェライト
部材５０４の下方には、２列のアレーセンサＳＲが設け
られている。FIG. 9A is a sectional side view of a main part of a fourth embodiment of the sensor unit, and FIG. 9B is a sectional view taken along the line BB. The sensor section 500 includes a first U-shaped ferrite member 502 and a second ferrite member 504 provided vertically at the center of the lower surface of the first ferrite member 502.
And an exciting coil 506 wound around the second ferrite member 504. Below the second ferrite member 504, two rows of array sensors SR are provided.

【００３１】図９（Ｂ）に示されているように、アレー
センサＳＲの配列方向は、第１のフェライト部材５０２
の両端にある２つの下垂部５０２ａ，５０２ｂを結ぶ方
向とは垂直な方向に設定されている。また、第２のフェ
ライト部材５０４も、その長手方向が、アレーセンサＳ
Ｒの配列方向と同じ方向に配置されている。但し、図９
のセンサ部も、アレーセンサＳＲがボルト頭部１０２の
径方向に沿って配列されている点では、上述した他のセ
ンサ部と同じである。As shown in FIG. 9B, the array direction of the array sensor SR is the first ferrite member 502.
Is set in a direction perpendicular to the direction connecting the two hanging parts 502a and 502b at both ends of the head. Further, the second ferrite member 504 also has the longitudinal direction of the array sensor S
They are arranged in the same direction as the arrangement direction of R. However, FIG.
Is also the same as the other sensor units described above in that the array sensors SR are arranged along the radial direction of the bolt head 102.

【００３２】励磁コイル５０６に電流が流れると、第２
のフェライト部材５０４の下面側がＮ極となり、第１の
フェライト部材５０２の下垂部５０２ａ，５０２ｂがＳ
極となる。このようなセンサ部５００を用いても、上述
した他のセンサ部と同様に、ボルト１００の締め付け状
態を検査することが可能である。なお、このセンサ部５
００の２つのアレーセンサＳＲのうちの一方は省略する
ことが可能である。When a current flows through the exciting coil 506, the second
The lower surface side of the ferrite member 504 becomes an N pole, and the hanging portions 502a and 502b of the first ferrite member 502
Become a pole. Even when such a sensor unit 500 is used, the tightening state of the bolt 100 can be inspected similarly to the other sensor units described above. Note that this sensor unit 5
One of the two array sensors SR of 00 can be omitted.

【００３３】Ｃ．電磁気的特性の測定原理：図１０は、
本発明による検査装置における電磁気的特性の測定原理
を示す説明図である。この検査装置は、励磁コイルＣＬ
と、励磁コイル駆動回路（電圧源ＶとスイッチＳＷと抵
抗Ｒ）ＤＣと、ボルト頭部１０２近傍の磁束密度変化を
検出するアレーセンサ（磁気感応素子を複数配列したも
の）ＳＲとを備えている。この検査装置は、ボルト頭部
１０２に静磁場を印加し、その後、静磁場の遮断を行っ
て、遮断後の磁束密度の変化をアレーセンサＳＲによっ
て測定するものである。C. Principle of measurement of electromagnetic characteristics: FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a principle of measuring electromagnetic characteristics in the inspection device according to the present invention. This inspection device uses an exciting coil CL
And an excitation coil drive circuit (voltage source V, switch SW, and resistor R) DC, and an array sensor (a plurality of magnetically sensitive elements) SR for detecting a change in magnetic flux density near the bolt head 102. . This inspection apparatus applies a static magnetic field to the bolt head 102, thereafter cuts off the static magnetic field, and measures a change in magnetic flux density after the cutoff by the array sensor SR.

【００３４】図１０（ａ）は、スイッチＳＷを「オン」
にして電圧源Ｖから出力される電圧を励磁コイルに印加
することにより、静磁場をボルト頭部１０２に印加した
状態を示す。ボルト頭部１０２内の磁束通過部分は、そ
の磁場に応じて磁化されている。FIG. 10A shows that the switch SW is turned on.
This shows a state in which a static magnetic field is applied to the bolt head 102 by applying the voltage output from the voltage source V to the exciting coil. The magnetic flux passing portion in the bolt head 102 is magnetized according to the magnetic field.

【００３５】図１０（ｂ）は、スイッチＳＷを「オフ」
にして静磁場を遮断した後の状態を示す。この時、磁束
のループは、励磁コイルＣＬの周辺の閉ループとボルト
頭部１０２の周辺の閉ループとに分離する。励磁コイル
ＣＬ周辺の磁束の閉ループは急速に減少して消失する。
一方、ボルト頭部１０２周辺における磁束の閉ループ
は、直ちには消失せず（残留磁気）、磁気エネルギーと
して磁性体に保持され、徐々に消失していき最終的には
静磁場印加以前の状態に戻る。FIG. 10B shows that the switch SW is turned off.
Shows the state after the static magnetic field is cut off. At this time, the magnetic flux loop is separated into a closed loop around the exciting coil CL and a closed loop around the bolt head 102. The closed loop of the magnetic flux around the exciting coil CL rapidly decreases and disappears.
On the other hand, the closed loop of the magnetic flux around the bolt head 102 does not disappear immediately (residual magnetism), but is retained by the magnetic material as magnetic energy, gradually disappears, and finally returns to the state before the application of the static magnetic field. .

【００３６】この時、ボルト頭部１０２の表面近傍に配
置されたアレーセンサＳＲにより、ボルト頭部１０２の
近傍における磁束の変化を検出する。静磁場遮断後にア
レーセンサＳＲで検出される磁束の変化は、理想的には
指数的に単調減少するはずである。しかし、現実には損
失があるので、理想値から逸脱する。この損失は、ボル
ト頭部１０２に蓄えられた磁気エネルギーの消失過程に
おいて、ボルト頭部１０２内の磁化の変化に誘導された
渦電流の発生によるものと考えられる。そこで、この実
施例では、静磁場の遮断後の磁束変化を与えるモデルと
して、以下に説明するモデルを仮定した。At this time, a change in magnetic flux near the bolt head 102 is detected by an array sensor SR arranged near the surface of the bolt head 102. The change in magnetic flux detected by the array sensor SR after the static magnetic field is cut off should ideally monotonically decrease exponentially. However, since there is a loss in reality, the value deviates from the ideal value. This loss is considered to be due to the generation of an eddy current induced by a change in the magnetization in the bolt head 102 in the process of losing the magnetic energy stored in the bolt head 102. Therefore, in this embodiment, a model described below is assumed as a model that gives a change in magnetic flux after the static magnetic field is cut off.

【００３７】図１１は、本実施例で仮定した残留磁気の
消失過程モデルを示す。この磁気エネルギー消失過程で
は、図１１（ａ）に示すように、アレーセンサＳＲの任
意の一つを通過する磁束密度をφ1 とする。また、磁束
密度φ1 の変化によって誘導される渦電流をＩn1、Ｉn
2、Ｉn3…とし、それらの誘導係数をそれぞれＭ1 、Ｍ2
、Ｍ3 …とする。磁束密度φ1 の変化から誘導された
渦電流Ｉn1、Ｉn2、Ｉn3…はそれぞれ独立であると考え
る。このとき、渦電流Ｉn1、Ｉn2、Ｉn3…は、磁束密度
φ1 の変化に応じて、誘導係数Ｍ＝ΣＭi （i=1,2,3,
…）で誘導されるひとつの渦電流ｉ2 に置き換えること
ができる。すなわち、アレーセンサＳＲの任意の一つを
通過する磁束の消失過程は、磁束密度φ1 と、磁束密度
φ1 から誘導係数Ｍで誘導される渦電流ｉ2 で表すこと
ができる。 図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の等価回路
を示している。ここで、Ｒ2 は渦電流ｉ2 の電気抵抗を
示し、Ｌ2 は渦電流ｉ2 のインダクタンスを示す。FIG. 11 shows a model of the process of disappearance of residual magnetism assumed in this embodiment. In this magnetic energy disappearing process, as shown in FIG. 11A, the magnetic flux density passing through any one of the array sensors SR is assumed to be φ1. The eddy currents induced by the change in the magnetic flux density φ1 are represented by In1 and In.
2, In3 ... and their induction coefficients are M1, M2, respectively.
, M3 ... The eddy currents In1, In2, In3,... Derived from the change in the magnetic flux density φ1 are considered to be independent. At this time, the eddy currents In1, In2, In3,...
..) Can be replaced with one eddy current i2 induced by That is, the disappearance process of the magnetic flux passing through any one of the array sensors SR can be represented by the magnetic flux density φ1 and the eddy current i2 induced by the induction coefficient M from the magnetic flux density φ1. FIG. 11B shows an equivalent circuit of FIG. Here, R2 indicates the electric resistance of the eddy current i2, and L2 indicates the inductance of the eddy current i2.

【００３８】図１２は、図１１（ｂ）の磁束密度φ1 の
閉ループを磁気等価回路に置き換えたものである。ここ
で、Ｒ1 は与えられた磁束の戻りにくさに相当し、Ｌ1
は磁気回路のインダクタンスに相当する。また、ｉ1 は
磁束密度（図１１のφ1 ）である。誘導係数Ｍは、磁気
回路のインダクタンスＬ1と、渦電流回路のインダクタ
ンスＬ2 の相互インダクタンスとしての意味を有する。FIG. 12 is obtained by replacing the closed loop of the magnetic flux density φ1 of FIG. 11B with a magnetic equivalent circuit. Here, R1 corresponds to the difficulty of returning the given magnetic flux, and L1
Is equivalent to the inductance of the magnetic circuit. Also, i1 is the magnetic flux density (φ1 in FIG. 11). The induction coefficient M has a meaning as a mutual inductance of the inductance L1 of the magnetic circuit and the inductance L2 of the eddy current circuit.

【００３９】磁気回路のインダクタンスＬ1 は、以下に
説明するように、磁束密度ｉ1 を保持している全磁束空
間の体積に相当している。図１３は、静磁界を遮断した
直後のアレーセンサＳＲの任意の一つを通過する磁束ｉ
1 （＝φ1 ）の閉ループＣ0を示している。この時、静
磁場印加中に蓄えられた磁気エネルギーは、直ちに消失
せずに、徐々に消失していく。この磁気エネルギーは磁
束の閉ループ空間に保持され、空間の与えられた磁束の
戻りにくさによって徐々に消失していくと考えられる。
磁気エネルギーＷは、次の（１）式であらわすことがで
きる。As described below, the inductance L1 of the magnetic circuit corresponds to the volume of the entire magnetic flux space holding the magnetic flux density i1. FIG. 13 shows the magnetic flux i passing through any one of the array sensors SR immediately after the interruption of the static magnetic field.
A closed loop C0 of 1 (= φ1) is shown. At this time, the magnetic energy stored during the application of the static magnetic field does not immediately disappear, but gradually disappears. It is considered that this magnetic energy is held in the closed loop space of the magnetic flux, and gradually disappears due to the difficulty in returning the applied magnetic flux to the space.
The magnetic energy W can be represented by the following equation (1).

【００４０】[0040]

【数１】 (Equation 1)

【００４１】ここで、Ｌは磁束を保持している空間（す
なわち、磁気エネルギーを保持する空間）の体積に比例
する値である。一方、（１）式は、インダクタンスＬの
コイルに電流ｉ1 を流した時に蓄積されるエネルギーと
同じ式である。これらのことから、図１２のインダクタ
ンスＬ1 は、磁束を保持している全空間の体積に相当す
ることがわかる。Here, L is a value proportional to the volume of the space holding the magnetic flux (that is, the space holding the magnetic energy). On the other hand, the equation (1) is the same as the energy stored when the current i1 flows through the coil having the inductance L. From these facts, it is understood that the inductance L1 in FIG. 12 corresponds to the volume of the entire space holding the magnetic flux.

【００４２】図１１（ｂ）に示す等価回路の動作につい
ては、次の（２ａ），（２ｂ）式が成立する。As for the operation of the equivalent circuit shown in FIG. 11B, the following equations (2a) and (2b) hold.

【００４３】[0043]

【数２】 (Equation 2)

【００４４】（２ａ），（２ｂ）式を解くと次の（３
ａ），（３ｂ）式が得られる。By solving the equations (2a) and (2b), the following equation (3) is obtained.
a) and (3b) are obtained.

【００４５】[0045]

【数３】 (Equation 3)

【００４６】ここで、初期条件として、静磁界遮断時
（ｔ＝０）の磁束密度ｉ1 をＩ0 として、（３ａ），
（３ｂ）式の係数α，γ，Ａ1，Ａ2，Ｂ1，Ｂ2を定め
る。誘導係数Ｍが小さく、磁束密度ｉ1 の変化から誘導
される渦電流ｉ2 が小さいときには（すなわち、Ｌ１・
Ｌ２》Ｍ・Ｍが成立するときには）、これらの係数に関
して次の（４ａ）〜（４ｆ）式が得られる。Here, as initial conditions, assuming that the magnetic flux density i1 when the static magnetic field is interrupted (t = 0) is I0, (3a),
The coefficients α, γ, A1, A2, B1, and B2 in the equation (3b) are determined. When the induction coefficient M is small and the eddy current i2 induced from the change in the magnetic flux density i1 is small (that is, L1 ·
L2 >> M · M holds), the following equations (4a) to (4f) are obtained for these coefficients.

【００４７】[0047]

【数４】 (Equation 4)

【００４８】（４ａ），（４ｂ）式を（３ａ）式に代入
すると、次の（５）式が得られる。When the equations (4a) and (4b) are substituted into the equation (3a), the following equation (5) is obtained.

【００４９】[0049]

【数５】 (Equation 5)

【００５０】現実に測定できる値は、（５）式の左辺の
磁束密度ｉ1 である。図１４（ａ）は（５）式で与えら
れる磁束密度ｉ1 の過渡変化を示す。ここで、（４ｄ）
式から明かなように、（５）式の右辺第２項は無視する
ことができ、第１項のみで近似できる。一方、磁気セン
サとして一般に用いられるループコイルで測定される電
圧は、磁束密度の変化率、すなわち微分磁束密度に比例
した値である。そこで、（５）式を時間ｔで微分し、下
式に示す微分磁束密度の式を得る。The value that can be actually measured is the magnetic flux density i1 on the left side of the equation (5). FIG. 14A shows a transient change of the magnetic flux density i1 given by the equation (5). Here, (4d)
As is apparent from the equation, the second term on the right side of the equation (5) can be ignored, and can be approximated only by the first term. On the other hand, the voltage measured by a loop coil generally used as a magnetic sensor is a value proportional to the rate of change of the magnetic flux density, that is, the differential magnetic flux density. Therefore, the equation (5) is differentiated with respect to time t to obtain the following equation of the differential magnetic flux density.

【００５１】[0051]

【数６】 (Equation 6)

【００５２】但し、（６）式の２行目から３行目への変
形では、ｔ＝０でｄｉ1 ／ｄｔ＝０となるように（Ａ2
・τ1／Ａ1・τ2）＝１としている。また、（６）式の
３行目から４行目への変形では、上記（４ｃ）式を用い
てＡ1 をＩ0 で置き換えている。However, in the transformation of the equation (6) from the second row to the third row, (A2) is set so that di1 / dt = 0 at t = 0.
.Tau.1 / A1.tau.2) = 1. In the transformation from the third line to the fourth line of the equation (6), A1 is replaced by I0 using the above equation (4c).

【００５３】図１４（ｂ）は（６）式で与えられる微分
磁束密度の過渡変化を示す。この波形は、磁気センサと
してループコイルを用いて現実に測定した結果とほぼ一
致していることがわかった。従って、図１１ないし図１
３で説明したモデルは現象を正しく反映したものである
ことが確認できた。（５）式はセンサで得られる磁束密
度ｉ1 の変化を示す式であり、（６）式は微分磁束密度
（ｄｉ1 ／ｄｔ）の変化を示す式であるといえる。FIG. 14B shows a transient change of the differential magnetic flux density given by the equation (6). This waveform was found to substantially match the result of actual measurement using a loop coil as a magnetic sensor. Therefore, FIGS.
It was confirmed that the model described in 3 correctly reflected the phenomenon. Equation (5) is an equation indicating a change in magnetic flux density i1 obtained by the sensor, and equation (6) is an equation indicating a change in differential magnetic flux density (di1 / dt).

【００５４】ここで、（６）式の右辺第１項の時定数τ
1 は、（４ａ）式で与えられるようにＬ1 ／Ｒ1 に等し
い。従って、この項は、図１２に示す磁束密度ｉ1 の磁
気回路の時定数に相当する。すなわち、（６）式の右辺
第１項は、静磁場遮断後のボルト頭部１０２の上面近傍
における磁束密度が指数的に減少する理想的な単調減少
特性、すなわち磁気エネルギーの減衰特性を示す項であ
る。図１４（ｃ）は、この磁気エネルギーの減衰特性ｆ
1（ｔ）を示している。Here, the time constant τ of the first term on the right side of the equation (6)
1 is equal to L1 / R1 as given by equation (4a). Therefore, this term corresponds to the time constant of the magnetic circuit having the magnetic flux density i1 shown in FIG. That is, the first term on the right side of the equation (6) is an ideal monotone decreasing characteristic in which the magnetic flux density in the vicinity of the upper surface of the bolt head 102 after the static magnetic field is cut off exponentially, that is, a term indicating the magnetic energy attenuation characteristic. It is. FIG. 14C shows the attenuation characteristic f of the magnetic energy.
1 (t) is shown.

【００５５】ところで、（６）式の右辺第２項の時定数
τ2 は、（４ｂ）式で与えられるように、Ｌ2 ／Ｒ2 に
等しい。従って、この項は、図１２に示す渦電流ｉ2 の
等価回路の時定数に相当する。すなわち、（６）式の右
辺第２項は、渦電流損失の減衰特性を示す項である。図
１４（ｄ）は、この渦電流損失の減衰特性ｆ2（ｔ）を
示している。なお、Ｒ2 は渦電流の抵抗（すなわち材料
の電気抵抗）に相当する。また、インダクタンスＬ2
は、渦電流の磁化空間の体積に担当する。Incidentally, the time constant τ 2 of the second term on the right side of the equation (6) is equal to L 2 / R 2 as given by the equation (4b). Therefore, this term corresponds to the time constant of the equivalent circuit of the eddy current i2 shown in FIG. That is, the second term on the right side of the equation (6) is a term indicating the attenuation characteristic of the eddy current loss. FIG. 14D shows the eddy current loss attenuation characteristic f2 (t). Note that R2 corresponds to the resistance of the eddy current (that is, the electrical resistance of the material). Also, the inductance L2
Is responsible for the volume of the eddy current magnetization space.

【００５６】上記（４ａ），（４ｂ）式から、２つの時
定数τ1 ，τ2 には次の（７）式の関係が成立する。From the above equations (4a) and (4b), the following equation (7) holds for the two time constants τ1 and τ2.

【００５７】[0057]

【数７】 (Equation 7)

【００５８】これを、電気抵抗Ｒ2 について解くと、次
の（８）式が得られる。When this is solved for the electric resistance R2, the following equation (8) is obtained.

【００５９】[0059]

【数８】 (Equation 8)

【００６０】ところで、磁気回路のインダクタンスＬ1
は、次の（９）式で示されるように、図１５（ａ）に示
すような２つのインダクタンスＬ0'，Ｌ2 の合成で与え
られるものと考えることができる。By the way, the inductance L1 of the magnetic circuit
Can be considered as given by the combination of two inductances L0 'and L2 as shown in FIG. 15 (a), as shown by the following equation (9).

【００６１】[0061]

【数９】 (Equation 9)

【００６２】ここで、Ｌ0'は空気中のインダクタンス成
分であり、Ｌ2 は渦電流回路のインダクタンス成分（す
なわちボルト頭部１０２中のインダクタンス成分）、ｋ
は係数である。なお、渦電流回路のインダクタンス成分
Ｌ2 の項に係数ｋを乗じているのは、磁気回路全体のイ
ンダクタンスＬ1 が、渦電流回路のインダクタンス成分
Ｌ2 に比例するものと考えられるからである。Here, L0 'is the inductance component in the air, L2 is the inductance component of the eddy current circuit (that is, the inductance component in the bolt head 102), k
Is a coefficient. The reason why the term of the inductance component L2 of the eddy current circuit is multiplied by the coefficient k is that it is considered that the inductance L1 of the whole magnetic circuit is proportional to the inductance component L2 of the eddy current circuit.

【００６３】空気中のインダクタンス成分Ｌ0'は、図１
５（ｂ）に示すように、ボルト頭部１０２が存在しない
場合における磁気回路のインダクタンスＬ0 に等しい。
このインダクタンスＬ0 はまた、次の（１０）式に示す
ように、ボルト頭部１０２が存在しない場合の磁気回路
の時定数τ0 （上記（６）式のτ1 に相当する値）と、
磁気回路の抵抗Ｒ1 との積に等しい。The inductance component L0 'in the air is shown in FIG.
As shown in FIG. 5B, it is equal to the inductance L0 of the magnetic circuit when the bolt head 102 is not present.
As shown in the following equation (10), the inductance L0 is a time constant τ0 (a value corresponding to τ1 in the above equation (6)) of the magnetic circuit when the bolt head 102 is not present.
It is equal to the product of the resistance of the magnetic circuit and R1.

【００６４】[0064]

【数１０】 (Equation 10)

【００６５】上記の（９）式、（１０）式を利用する
と、渦電流の電気抵抗Ｒ2 を表す（８）式は、次の（１
１）式のように変形することができる。Using the above equations (9) and (10), the equation (8) representing the electric resistance R2 of the eddy current is expressed by the following equation (1).
It can be modified as shown in equation (1).

【００６６】[0066]

【数１１】 [Equation 11]

【００６７】（１１）式の右辺における時定数τ0 ，τ
1 ，τ2 は、アレーセンサＳＲの測定値を解析すること
によって決定することができる。すなわち、時定数τ0
は、空気中において励磁コイルＣＬの励磁を遮断した直
後の磁束密度ｉ1 の過渡変化から得られる。また、時定
数τ1 ，τ2 は、上記（６）式から理解できるように、
ボルト頭部１０２の直上において励磁コイルＣＬ（図１
０）の励磁を遮断した直後の磁束密度ｉ1 の過渡変化か
ら得られる。Time constants τ 0 and τ on the right side of equation (11)
1, τ2 can be determined by analyzing the measured values of the array sensor SR. That is, the time constant τ0
Is obtained from the transient change of the magnetic flux density i1 immediately after the excitation of the exciting coil CL is shut off in the air. Further, the time constants τ1 and τ2 can be understood from the above equation (6),
Immediately above the bolt head 102, the exciting coil CL (FIG. 1)
It can be obtained from the transient change of the magnetic flux density i1 immediately after the excitation of 0) is interrupted.

【００６８】なお、定数Ｃの真の値を求める必要はな
く、定数Ｃとして任意の値を設定することが可能であ
る。例えば、Ｃ＝１と仮定してもよい。It is not necessary to determine the true value of the constant C, and an arbitrary value can be set as the constant C. For example, it may be assumed that C = 1.

【００６９】渦電流回路のインダクタンスＬ2 は、次の
（１２）式で与えられる。The inductance L2 of the eddy current circuit is given by the following equation (12).

【００７０】[0070]

【数１２】 (Equation 12)

【００７１】すなわち、インダクタンスＬ2 は、２つの
時定数τ0 ，τ2 から決定することができる。That is, the inductance L2 can be determined from two time constants τ0 and τ2.

【００７２】このインダクタンスＬ2 は、図６に示した
ボルト頭部１０２内のインダクタンスＬに相当する。す
なわち、このインダクタンスＬ2 の分布を用いて、ボル
ト１００の締め付け状態を精度良く検査することができ
る。なお、インダクタンスＬ2 とともに、電気抵抗Ｒ2
も利用して、ボルト１００の締め付け状態を検査しても
よい。すなわち、ボルト頭部１０２の上面近傍の複数の
位置において測定された種々の電磁気的な特性値（イン
ダクタンスＬ2 や電気抵抗Ｒ2 など）の分布を用いて、
ボルト１００の締め付け状態を精度良く検査することが
可能である。This inductance L 2 corresponds to the inductance L in the bolt head 102 shown in FIG. That is, the tightening state of the bolt 100 can be inspected accurately using the distribution of the inductance L2. In addition to the inductance L2, the electric resistance R2
Also, the tightening state of the bolt 100 may be inspected by using the method. That is, by using distributions of various electromagnetic characteristic values (inductance L2, electric resistance R2, etc.) measured at a plurality of positions near the upper surface of the bolt head 102,
It is possible to accurately inspect the tightening state of the bolt 100.

【００７３】以上の説明から理解できるように、次の処
理を行うことによってボルトの締め付け状態を評価する
ことが可能である。 （Ａ）空間中での測定： （Ａ−１）静磁場を印加した後に遮断し、複数の磁気セ
ンサを用いて磁束密度ｉ1 の変化を測定する。 （Ａ−２)各センサにおける微分磁束密度の過渡変化か
ら、各センサ位置における空間中での磁気エネルギー減
衰特性の時定数τ0 （これは（６）式のτ1 に相当す
る）を求める。As can be understood from the above description, the tightening state of the bolt can be evaluated by performing the following processing. (A) Measurement in space: (A-1) Blocking after applying a static magnetic field, and measuring the change in magnetic flux density i1 using a plurality of magnetic sensors. (A-2) A time constant τ0 (corresponding to τ1 in the equation (6)) of a magnetic energy attenuation characteristic in a space at each sensor position is obtained from a transient change in the differential magnetic flux density in each sensor.

【００７４】（Ｂ）ボルト頭部１０２上での測定： （Ｂ−１）ボルト頭部１０２に静磁場を印加した状態
で、複数の磁気センサを用いて静磁束密度Ｉ0 を測定す
る。 （Ｂ−２）静磁場を遮断した後の磁束密度ｉ1 の変化を
測定する。 （Ｂ−３）各センサにおける微分磁束密度の過渡変化か
ら、各センサ位置における磁気エネルギー減衰特性の時
定数τ1 と、渦電流損失の減衰特性の時定数τ2とを求
める（（６）式））。 （Ｂ−４）３つの時定数τ0 ，τ1 ，τ2 から、各セン
サ位置における渦電流回路の電気抵抗Ｒ2 と、インダク
タンスＬ2 とを推定する（（１１）式、（１２）式）。 （Ｂ−５）インダクタンスＬ2 の分布（および電気抵抗
Ｒ2 の分布）から、ボルトの締め付け状態の良否を判定
する。(B) Measurement on bolt head 102: (B-1) With a static magnetic field applied to bolt head 102, static magnetic flux density I0 is measured using a plurality of magnetic sensors. (B-2) Change in magnetic flux density i1 after the static magnetic field is cut off is measured. (B-3) From the transient change of the differential magnetic flux density in each sensor, the time constant τ1 of the magnetic energy attenuation characteristic at each sensor position and the time constant τ2 of the eddy current loss attenuation characteristic are obtained (Equation (6)). . (B-4) The electric resistance R2 and the inductance L2 of the eddy current circuit at each sensor position are estimated from the three time constants τ0, τ1 and τ2 (Equations (11) and (12)). (B-5) From the distribution of the inductance L2 (and the distribution of the electric resistance R2), it is determined whether the bolt is properly tightened.

【００７５】但し、上記の「（Ａ）空間中での測定」で
得られる時定数τ0 は、センサの構造に特有の値であ
り、ボルト頭部１０２の構造や物性に依存しない。従っ
て、時定数τ0 の値は、一度求めておけば、すべてのボ
ルト頭部１０２に共通する同じ値として使用することが
可能である。However, the time constant τ0 obtained in the above “(A) Measurement in space” is a value specific to the structure of the sensor, and does not depend on the structure or physical properties of the bolt head 102. Therefore, once the value of the time constant τ0 is obtained, it can be used as the same value common to all bolt heads 102.

【００７６】Ｄ．検査装置の具体的構成：図１６は、上
記の原理を利用して、ボルト頭部１０２の締め付け状態
を検査する装置の構成を示すブロック図である。この装
置は、センサ部１０と、制御部２０と、データ処理部３
０とを備える。データ処理部３０は、例えば一般的なコ
ンピュータシステムで実現される。制御部２０は、デー
タ処理部３０に汎用バスを介して接続される制御回路で
あり、コンピュータシステムの汎用スロットに接続され
る制御基板である。D. Specific Configuration of Inspection Apparatus: FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of an apparatus for inspecting the tightened state of the bolt head 102 using the above principle. This device includes a sensor unit 10, a control unit 20, a data processing unit 3
0. The data processing unit 30 is realized by, for example, a general computer system. The control unit 20 is a control circuit connected to the data processing unit 30 via a general-purpose bus, and is a control board connected to a general-purpose slot of a computer system.

【００７７】センサ部１０は、図１６に示すように、励
磁部１１とアレーセンサ１２とセンサ出力切換部１３と
バッファアンプ１４とセンサ電源切換部１５とを備え
る。励磁部１１は制御部２０からの駆動信号ＣＬＳに応
じて静磁場の印加・遮断を行うための鉄心入りの励磁コ
イルである。アレーセンサ１２は、１６個の磁気センサ
ＳＲ０〜ＳＲ１５を一列にならべて実装したものであ
る。また、アレーセンサ１２は、励磁部１１の直下に所
定の間隔で保持されて、その長手方向に沿って配置され
ており、静磁場印加中および遮断後における被測定物近
傍の磁気変化を検知して電圧として出力する。センサ出
力切換部１３は、各磁気センサ出力のうち一出力のみを
選択してバッファアンプ１４に出力する回路であり、４
ビットのセンサ出力切換信号ＳＷＳによって、各磁気セ
ンサ出力を順次選択して出力する。バッファアンプ１４
はセンサ出力切換部１３の出力信号を検出信号ＳＲＳと
して制御部２０に出力するバッファ回路 である。セン
サ電源切換部１５は各磁気センサの電源供給を「オン／
オフ」する切換回路である。アレーセンサ１２を除く他
の回路は、通常の電気回路で使用される一般的な回路で
ある。As shown in FIG. 16, the sensor unit 10 includes an excitation unit 11, an array sensor 12, a sensor output switching unit 13, a buffer amplifier 14, and a sensor power switching unit 15. The excitation unit 11 is an excitation coil containing an iron core for applying / cutting off a static magnetic field in accordance with the drive signal CLS from the control unit 20. The array sensor 12 has 16 magnetic sensors SR0 to SR15 mounted in a line. The array sensor 12 is held at a predetermined interval directly below the excitation unit 11 and is disposed along the longitudinal direction thereof, and detects a magnetic change near the measured object during and after application of a static magnetic field. Output as voltage. The sensor output switching unit 13 is a circuit that selects only one output of each magnetic sensor output and outputs the selected output to the buffer amplifier 14.
Each magnetic sensor output is sequentially selected and output by the bit sensor output switching signal SWS. Buffer amplifier 14
Is a buffer circuit that outputs an output signal of the sensor output switching unit 13 to the control unit 20 as a detection signal SRS. The sensor power supply switching unit 15 turns on / off the power supply of each magnetic sensor.
This is a switching circuit that turns off. The other circuits except the array sensor 12 are general circuits used in ordinary electric circuits.

【００７８】図１７にアレーセンサ１２の構成例を示
す。図１７（ａ）はアレーセンサ１２の一つの磁気セン
サの実装概念図である。一つの磁気センサは、回路基板
ＰＫの部品面ＰＫＰに実装される一個のホール素子ＨＤ
と、ホール素子ＨＤの出力端子Ｏ1 にスルーホールＴＨ
を介して接続される半田面ＰＫＳの半田面パターンＳＰ
と、出力端子Ｏ2 に接続される部品面パターンＰＰによ
り形成される。これらの配線パターンがループコイルＬ
Ｃを形成している。端子Ｖ1および端子Ｖ2はホール素子
ＨＤの電源端子である。ループコイルＬＣは図１７
（ｂ）に示すように、出力端子Ｏ2 とホールチップＨＣ
（ホール素子ＨＤの半導体チップ部分）とを接続するリ
ード線ＬＰ2 と、ホールチップＨＣと出力端子Ｏ1 とを
接続するリード線ＬＰ1 と、出力端子Ｏ1 とスルーホー
ルＴＨを介して接続され、出力端子Ｏ2の直下までルー
プ状に配線された半田面パターンＳＰにより形成され
る。また、センサ出力への配線パターンは部品面パター
ンＰＰと半田面パターンＳＰで構成されるが、部品面パ
ターンＰＰと半田面パターンＳＰを上下に平行に配線す
ることで磁場の影響を受けないようにする。従って、ル
ープコイルＬＣが半田面ＰＫＳで形成されるため、ホー
ル素子ＨＤとループコイルＬＣからなる磁気センサの実
装間隔は、図１７（ｃ）に示すようにホール素子のサイ
ズ間隔とすることができる。また、ループコイルで検出
される微分磁束密度の変化は、実効的に図１７（ｄ）に
示すループパターンで囲まれた面積の重心ＣＴ０におけ
る変化とみなされる。従って、ループコイルの形状を適
当に設計することで、ループコイルの検出位置を設定す
ることができる。FIG. 17 shows a configuration example of the array sensor 12. FIG. 17A is a mounting conceptual diagram of one magnetic sensor of the array sensor 12. One magnetic sensor is composed of one Hall element HD mounted on the component surface PKP of the circuit board PK.
And the through hole TH to the output terminal O1 of the Hall element HD.
Surface pattern SP of the solder surface PKS connected via the
And the component surface pattern PP connected to the output terminal O2. These wiring patterns are loop coils L
C is formed. The terminals V1 and V2 are power terminals of the Hall element HD. FIG. 17 shows the loop coil LC.
As shown in (b), the output terminal O2 and the Hall chip HC
(A semiconductor chip portion of the Hall element HD), a lead LP1 connecting the Hall chip HC and the output terminal O1, and an output terminal O1 connected to the output terminal O1 through the through hole TH. Is formed by a solder surface pattern SP which is wired in a loop up to immediately below. Also, the wiring pattern to the sensor output is composed of the component surface pattern PP and the solder surface pattern SP, but the component surface pattern PP and the solder surface pattern SP are wired in parallel up and down so as not to be affected by the magnetic field. I do. Therefore, since the loop coil LC is formed by the solder surface PKS, the mounting interval of the magnetic sensor including the Hall element HD and the loop coil LC can be set to the size interval of the Hall element as shown in FIG. . The change in the differential magnetic flux density detected by the loop coil is effectively regarded as a change in the center of gravity CT0 of the area surrounded by the loop pattern shown in FIG. Therefore, by appropriately designing the shape of the loop coil, the detection position of the loop coil can be set.

【００７９】図１７（ｄ）は、磁気センサＳＲ０のルー
プコイル重心ＣＴ０が、となりの磁気センサＳＲ２のホ
ール素子ＨＤ１の中心位置（ホールチップ実装位置）と
なる例を示している。また、ループコイル重心を磁気セ
ンサ間隔の中間位置となるような形状とすることもでき
る。後者の場合には、ループコイルにより検出される磁
気変化は、実効的に、隣接するホール素子の中間位置の
磁気変化となるため、これを利用すれば、磁気センサ間
隔をホール素子間隔の１／２とすることができ、測定精
度向上を図ることができる。もちろんホール素子のみの
構成とし、測定された磁束密度から微分磁束密度を計算
により求めてもよい。また、ループコイルのみの構成と
し、測定された電圧（微分磁束密度）から磁束密度を計
算により求めてもよい。FIG. 17D shows an example in which the center of gravity CT0 of the loop coil of the magnetic sensor SR0 is the center position (hole chip mounting position) of the Hall element HD1 of the neighboring magnetic sensor SR2. Further, the center of gravity of the loop coil may be formed at a position intermediate between the magnetic sensors. In the latter case, the magnetic change detected by the loop coil is effectively a magnetic change at an intermediate position between the adjacent Hall elements. 2, and the measurement accuracy can be improved. Of course, a configuration may be adopted in which only the Hall element is used, and the differential magnetic flux density may be obtained by calculation from the measured magnetic flux density. Alternatively, the configuration may be such that only the loop coil is provided, and the magnetic flux density may be obtained by calculation from the measured voltage (differential magnetic flux density).

【００８０】図１７に示す磁気センサで磁気変化を測定
する場合は、磁気センサの構成上、ホール素子による検
出信号には、ループコイルによる検出信号が加算され
る。従って、ホール素子による真の検出信号を得るに
は、ホール素子への印加電源を遮断し、ホール素子を非
活性状態として、ループコイルによる検出出力のみを測
定し、（ホール素子＋ループコイル）の検出信号から差
し引く必要がある。When the magnetic change is measured by the magnetic sensor shown in FIG. 17, the detection signal from the loop coil is added to the detection signal from the Hall element due to the configuration of the magnetic sensor. Therefore, in order to obtain a true detection signal by the Hall element, the power supply to the Hall element is cut off, the Hall element is deactivated, and only the detection output by the loop coil is measured. It must be subtracted from the detection signal.

【００８１】図１６に示すように、制御部２０は、セン
サ部１０を制御するセンサ制御部２０ａと、検出信号Ｓ
ＲＳをデジタルデータに変換する信号処理部２０ｂとを
備える。センサ制御部２０ａは、励磁制御部２４とセン
サ出力制御部２５とセンサ電源制御部２６を備える。励
磁制御部２４は励磁部１１で静磁場の発生および遮断を
行うための駆動信号ＣＬＳを出力する。励磁部１１とし
て励磁コイルを使用する場合には、駆動信号ＣＬＳは励
磁コイルの印加電圧である。従って、励磁制御部２４の
回路構成は、励磁コイルを駆動可能な印加電圧を印加お
よび遮断できる一般的な回路構成であればよい。センサ
出力制御部２５はアレーセンサ１２の１６個の磁気セン
サ出力を順次選択する４ビットのセンサ出力切換信号Ｓ
ＷＳを出力する。センサ電源制御部２６は、磁気センサ
中のホール素子の電源供給をオン／オフするセンサ電源
切換信号ＰＷＳを出力する。As shown in FIG. 16, the control section 20 includes a sensor control section 20a for controlling the sensor section 10 and a detection signal S.
A signal processing unit 20b for converting the RS into digital data. The sensor control unit 20a includes an excitation control unit 24, a sensor output control unit 25, and a sensor power control unit 26. The excitation control unit 24 outputs a drive signal CLS for causing the excitation unit 11 to generate and shut off a static magnetic field. When an exciting coil is used as the exciting unit 11, the drive signal CLS is a voltage applied to the exciting coil. Therefore, the circuit configuration of the excitation control unit 24 may be a general circuit configuration that can apply and cut off an applied voltage that can drive the excitation coil. The sensor output control unit 25 is a 4-bit sensor output switching signal S for sequentially selecting the 16 magnetic sensor outputs of the array sensor 12.
Output WS. The sensor power control unit 26 outputs a sensor power switching signal PWS for turning on / off the power supply of the Hall element in the magnetic sensor.

【００８２】信号処理部２０ｂは、アレーセンサ１２か
らの検出信号ＳＲＳをＡ／Ｄ変換部２２の入力仕様に整
合させる波形整形部２１と、入力された検出信号をＡ／
Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部２２と、Ａ／Ｄ変換後のデジタ
ルデータを記憶するデュアルポートメモリ２３と、Ａ／
Ｄ変換部２２のタイミングを制御するＡ／Ｄ制御部２２
ａと、デュアルポートメモリ２３の書き込み／読み出し
を制御するメモリ制御部２３ａとを備える。検出信号Ｓ
ＲＳの過渡変化特性のうち、渦電流損失の影響が顕著に
現れるのは、ボルト頭部１０２の場合には、静磁場遮断
後１０μｓ程度以下（平均３μｓ〜６μｓ程度）であ
る。この事実と、データ処理精度とを考慮すると、Ａ／
Ｄ変換部２２は、変換速度４Ｍｓｐｓ以上、変換精度１
２ビット以上とすることが好ましい。The signal processing section 20b includes a waveform shaping section 21 for matching the detection signal SRS from the array sensor 12 with the input specification of the A / D conversion section 22, and an A / D conversion section for converting the input detection signal into an analog signal.
An A / D converter 22 for D / D conversion, a dual port memory 23 for storing digital data after A / D conversion,
A / D control unit 22 that controls the timing of D conversion unit 22
a and a memory control unit 23a for controlling writing / reading of the dual port memory 23. Detection signal S
Among the transient change characteristics of the RS, the effect of the eddy current loss appears remarkably in the case of the bolt head 102 about 10 μs or less (about 3 μs to 6 μs on average) after the interruption of the static magnetic field. Considering this fact and the data processing accuracy, A /
The D conversion unit 22 has a conversion speed of 4 Msps or more and a conversion accuracy of 1
It is preferable to set it to 2 bits or more.

【００８３】データ処理部３０では、図１６に示すセン
サ部１０から出力され、信号処理部２０ｂによって信号
処理された検出データを処理して、ボルト１００の締め
付け状態の良否が判定される。データ処理部３０は、図
示しないＣＰＵやメインメモリを含むコンピュータシス
テムである。後述する種々のデータ処理は、メインメモ
リに記憶されたコンピュータプログラムをＣＰＵが実行
することによって実現される。なお、このようなコンピ
ュータプログラムは、フレキシブルディスクやＣＤ−Ｒ
ＯＭのようなコンピュータ読み取り可能な記録媒体か
ら、コンピュータのハードディスクにインストールされ
て使用される。The data processing unit 30 processes the detection data output from the sensor unit 10 shown in FIG. 16 and subjected to the signal processing by the signal processing unit 20b to determine whether the bolt 100 is properly tightened. The data processing unit 30 is a computer system including a CPU and a main memory (not shown). Various data processing described later is realized by the CPU executing a computer program stored in the main memory. Such a computer program is stored on a flexible disk or CD-R.
It is used by being installed on a hard disk of a computer from a computer-readable recording medium such as OM.

【００８４】非破壊検査装置の構成は、上述の構成に限
定されるものではなく、種々の変形が可能である。例え
ば、図１６に示す構成において、センサ出力切換部１３
を省略し、信号処理部２０ｂを磁気センサの数だけ備
え、各磁気センサ出力の信号処理を並列に行う構成とし
てもよい。The configuration of the nondestructive inspection apparatus is not limited to the above-described configuration, and various modifications are possible. For example, in the configuration shown in FIG.
May be omitted, the signal processing units 20b may be provided by the number of magnetic sensors, and the signal processing of each magnetic sensor output may be performed in parallel.

【００８５】Ｅ．検査の詳細：ボルト１００の締め付け
状態の検査は、次のような手順で行われる。図１８は磁
気センサの出力信号と、そのデータ処理によって得られ
た信号の例を示している。E. Details of inspection: The inspection of the tightened state of the bolt 100 is performed in the following procedure. FIG. 18 shows an example of an output signal of the magnetic sensor and a signal obtained by data processing thereof.

【００８６】（１）静磁場の印加および遮断：まずはじ
めに、図１６に示す励磁制御部２４から駆動信号ＣＬＳ
を出力し、励磁部１１における静磁場の発生および遮断
を制御する。この際、図１８（ａ）に示すように、まず
高速に静磁場を発生させるため、駆動信号ＣＬＳを期間
ｔH において高電圧信号ＶH とする。次に、測定対象内
の磁束密度を安定させるために必要な期間ｔL におい
て、駆動信号ＣＬＳを低電圧信号ＶL とする。その後、
静磁場を遮断するため、遮断時間ｔR で駆動信号ＣＬＳ
を遮断する。遮断時間ｔRは、静磁場遮断後において渦
電流損失による影響が最も顕著に測定できる値とするこ
とが好ましい。例えば、ボルト頭部１０２の場合ｔR は
約３μｓ〜約６μｓの間とするのがよい。(1) Application and interruption of the static magnetic field: First, the drive signal CLS from the excitation control unit 24 shown in FIG.
To control the generation and cutoff of the static magnetic field in the excitation unit 11. At this time, as shown in FIG. 18A, in order to generate a static magnetic field at high speed, the drive signal CLS is set to the high voltage signal VH in the period tH. Next, the drive signal CLS is set to the low voltage signal VL during a period tL necessary for stabilizing the magnetic flux density in the measurement object. afterwards,
In order to cut off the static magnetic field, the drive signal CLS takes a cutoff time tR.
Cut off. It is preferable that the interruption time tR be a value at which the influence of the eddy current loss can be most remarkably measured after the interruption of the static magnetic field. For example, for bolt head 102, tR may be between about 3 .mu.s and about 6 .mu.s.

【００８７】（２）磁気変化測定：上記静磁場の印加お
よび遮断の過程において、被測定物近傍の磁束変化を図
１６に示すアレーセンサ１２で測定する。図１９は、磁
束変化測定の手順を示すフローチャートである。まず、
ステップＳ１では、センサ電源制御部２６のセンサ電源
切換信号ＰＷＳにより、各磁気センサのホール素子に電
源を供給する。ステップＳ２では、センサ出力制御部２
５からセンサ出力切換信号ＳＷＳを出力し、アレーセン
サ１２の中から磁気センサを一つ選択する。ステップＳ
３では、静磁場の印加および遮断を行い、磁気センサの
出力を検出する。図１８（ｂ）は、こうして得られた磁
気センサの出力変化を示している。前述したように、ホ
ール素子が動作している場合には、磁気センサの出力Ｓ
ＲＳはホール素子の出力電圧ＨO とループコイルの出力
電圧ＬO とが加算された値を示す。検出信号ＳＲＳは、
信号処理部２０ｂで信号処理される。そして、ステップ
Ｓ２、Ｓ３を繰り返すことによって各磁気センサＳＲ０
〜ＳＲ１５のホール素子出力について磁束変化の測定を
行う。(2) Magnetic change measurement: In the process of applying and shutting off the static magnetic field, the magnetic flux change near the measured object is measured by the array sensor 12 shown in FIG. FIG. 19 is a flowchart showing the procedure of magnetic flux change measurement. First,
In step S1, power is supplied to the Hall element of each magnetic sensor according to the sensor power switching signal PWS of the sensor power controller 26. In step S2, the sensor output control unit 2
5 outputs a sensor output switching signal SWS, and selects one magnetic sensor from the array sensors 12. Step S
At 3, the static magnetic field is applied and cut off, and the output of the magnetic sensor is detected. FIG. 18B shows the output change of the magnetic sensor obtained in this manner. As described above, when the Hall element is operating, the output S of the magnetic sensor
RS indicates a value obtained by adding the output voltage Ho of the Hall element and the output voltage Lo of the loop coil. The detection signal SRS is
The signal is processed by the signal processing unit 20b. Then, by repeating steps S2 and S3, each magnetic sensor SR0
The change of the magnetic flux is measured for the output of the Hall element of SR15.

【００８８】次に、ステップＳ５では、センサ電源制御
部２６のセンサ電源切換信号ＰＷＳにより、各磁気セン
サのホール素子の電源を遮断する。ホール素子の電源を
遮断すると、アレーセンサ１２の出力はループコイルの
出力のみとなる。ステップＳ６では、センサ出力制御部
２５からセンサ出力切換信号ＳＷＳを出力し、磁気セン
サを選択する。ステップＳ７では、静磁場の印加および
遮断を行って、磁気センサの出力を検出する。図１８
（ｃ）は、ステップＳ７で得られる磁気センサの出力変
化、すなわちループコイル出力ＬO を示している。この
検出信号ＳＲＳも信号処理部２０ｂで信号処理される。
そして、ステップＳ６、Ｓ７を繰り返すことにより、各
磁気センサＳＲ０〜ＳＲ１５のループコイルについて順
次磁束変化の測定を行う。なお、信号処理部２０ｂで
は、検出信号ＳＲＳが、Ａ／Ｄ変換部２２により、変換
速度４Ｍｓｐｓで１２ビットのデジタルデータに変換さ
れて、デュアルポートメモリ２３に記憶される。Next, in step S5, the power of the Hall element of each magnetic sensor is cut off by the sensor power switching signal PWS of the sensor power controller 26. When the power supply of the Hall element is cut off, the output of the array sensor 12 becomes only the output of the loop coil. In step S6, a sensor output switching signal SWS is output from the sensor output control unit 25 to select a magnetic sensor. In step S7, the static magnetic field is applied and cut off, and the output of the magnetic sensor is detected. FIG.
(C) shows the output change of the magnetic sensor obtained in step S7, that is, the loop coil output Lo. This detection signal SRS is also signal-processed by the signal processing unit 20b.
Then, by repeating steps S6 and S7, the magnetic flux change is sequentially measured for the loop coils of the magnetic sensors SR0 to SR15. In the signal processing unit 20b, the detection signal SRS is converted into 12-bit digital data at a conversion speed of 4 Msps by the A / D conversion unit 22 and stored in the dual port memory 23.

【００８９】（３）データ処理：上述した測定データが
得られると、図１６に示すデータ処理部３０において、
デュアルポートメモリ２３に記憶された各磁気センサＳ
Ｒ０〜ＳＲ１５の検出データのそれぞれに関して以下の
ようなデータ処理が行われる。(3) Data processing: When the above measurement data is obtained, the data processing unit 30 shown in FIG.
Each magnetic sensor S stored in the dual port memory 23
The following data processing is performed on each of the detection data of R0 to SR15.

【００９０】図２０は、データ処理部３０におけるデー
タ処理のながれを示すフローチャートである。図１８
（ｃ）に示すループコイル出力ＬO は、前述した（６）
式で与えられる微分磁束密度に比例した値であり、磁気
エネルギー減衰特性（右辺第１項）と渦電流損失減衰特
性（右辺第２項）の合成として表される。そこで、図２
０のステップＳ１１、Ｓ１２では、ループコイル出力Ｌ
O のデータを分析することによって、磁気エネルギー減
衰特性の時定数τ1 および渦電流損失の減衰特性τ2 を
求める。例えば、ループコイル出力ＬO の経時変化を表
す関数式（高次多項式）を最小２乗法により求め、
（６）式をテーラー展開した高次多項式との係数比較に
より、τ1 およびτ2 を導出することができる。図１８
（ｅ）、（ｆ）は、こうして得られた時定数τ1 、τ2
で表される減衰特性をそれぞれ示している。FIG. 20 is a flowchart showing the flow of data processing in the data processing unit 30. FIG.
The loop coil output Lo shown in FIG.
This value is proportional to the differential magnetic flux density given by the equation, and is expressed as a combination of the magnetic energy attenuation characteristic (the first term on the right side) and the eddy current loss attenuation characteristic (the second term on the right side). Therefore, FIG.
0, in steps S11 and S12, the loop coil output L
The time constant τ1 of the magnetic energy decay characteristic and the decay characteristic τ2 of the eddy current loss are obtained by analyzing the data of O 2. For example, a function expression (higher-order polynomial) representing a temporal change of the loop coil output Lo is obtained by the least square method,
Τ1 and τ2 can be derived by comparing coefficients with a higher-order polynomial obtained by tailoring Expression (6). FIG.
(E) and (f) are the time constants τ1, τ2 thus obtained.
, Respectively.

【００９１】なお、センサ部１０をボルト頭部１０２上
に押し当てない状態において空気中で測定されたループ
コイル出力Ｌ0 からは、空気中における磁気エネルギー
減衰特性の時定数τ0 が得られる（ステップＳ１１）。
３つの時定数τ0 ，τ1 ，τ2 は、各磁気センサＳＲ０
〜ＳＲ１５の位置毎に決定される。The time constant τ0 of the magnetic energy attenuation characteristic in the air is obtained from the loop coil output L0 measured in the air in a state where the sensor unit 10 is not pressed on the bolt head 102 (step S11). ).
The three time constants .tau.0, .tau.1, .tau.2 correspond to the respective magnetic sensors SR0.
To SR15.

【００９２】ステップＳ１３では、これらの３つの時定
数τ0 ，τ1 ，τ2 を用いて、各磁気センサ位置におけ
る電気抵抗Ｒ2 とインダクタンスＬ2 とが決定される。
なお、ステップＳ１１〜Ｓ１３の機能は、本発明におけ
る電磁気特性決定手段に相当する。In step S13, the electric resistance R2 and the inductance L2 at each magnetic sensor position are determined using these three time constants τ0, τ1, and τ2.
Note that the functions of steps S11 to S13 correspond to the electromagnetic characteristic determining means in the present invention.

【００９３】ステップＳ１４では、インダクタンスＬ2
の分布（および電気抵抗Ｒ2 の分布）から、ボルト１０
０の締め付け状態の良否が判定される。この判定基準
は、図６で説明したように、予め実験的に決定されてい
る。このステップＳ１４の機能は、本発明の判定手段に
相当する。In step S14, the inductance L2
From the distribution (and the distribution of the electrical resistance R2),
The quality of the tightened state of 0 is determined. This criterion is experimentally determined in advance as described with reference to FIG. The function of step S14 corresponds to the determining means of the present invention.

【００９４】以上のように、上記実施例では、ボルト頭
部１０２上で測定された磁束密度の変化から、ボルト頭
部１０２の上面近傍におけるインダクタンス分布や電気
抵抗分布を測定し、これらの分布に基づいてボルトの締
め付け状態の良否を判定するようにしたので、従来に比
べて高精度に検査を行うことができる。As described above, in the above-described embodiment, the inductance distribution and the electric resistance distribution near the upper surface of the bolt head 102 are measured from the change in the magnetic flux density measured on the bolt head 102, and these distributions are measured. Since the quality of the tightened state of the bolt is determined on the basis of the inspection, the inspection can be performed with higher accuracy than in the related art.

【００９５】Ｆ．変形例：なお、この発明は上記の実施
例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲において種々の態様において実施することが
可能であり、例えば次のような変形も可能である。F. Modifications: The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be carried out in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are also possible. is there.

【００９６】Ｆ１．変形例１：上記実施例において、ハ
ードウェアによって実現されていた構成の一部をソフト
ウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウ
ェアによって実現されていた構成の一部をハードウェア
に置き換えるようにしてもよい。例えば、データ処理部
３０（図１６）の処理機能の一部を専用のハードウェア
回路で実現するようにすることも可能である。るように
すればよい。F1. Modification 1 In the above embodiment, a part of the configuration realized by hardware may be replaced by software, and conversely, a part of the configuration realized by software may be replaced by hardware. You may. For example, a part of the processing functions of the data processing unit 30 (FIG. 16) can be realized by a dedicated hardware circuit. What should I do?

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の一実施例におけるボルトの締め付け検
査装置のセンサ部の要部断面図。FIG. 1 is a sectional view of a main part of a sensor unit of a bolt tightening inspection device according to an embodiment of the present invention.

【図２】センサ部付近の磁束を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a magnetic flux near a sensor unit.

【図３】ボルトの非締め付け時と締め付け時におけるボ
ルト内の応力分布と変形の様子を示す概念図。FIG. 3 is a conceptual diagram showing a state of stress distribution and deformation in the bolt when the bolt is not tightened and when the bolt is tightened.

【図４】ボルト１００の頭部１０２表面における応力分
布を示すグラフ。FIG. 4 is a graph showing a stress distribution on the surface of a head 102 of a bolt 100;

【図５】磁性体の内部応力に応じた透磁率の変化の様子
を示す説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram showing how the magnetic permeability changes according to the internal stress of the magnetic body.

【図６】ボルト頭部１０２内の上面近傍のインダクタン
ス分布の例を示すグラフ。FIG. 6 is a graph showing an example of an inductance distribution near the upper surface in the bolt head 102;

【図７】本発明によるセンサ部の第２実施例の要部断面
図。FIG. 7 is a sectional view of a main part of a second embodiment of the sensor unit according to the present invention.

【図８】本発明によるセンサ部の第３実施例の要部断面
図。FIG. 8 is a sectional view of a main part of a third embodiment of the sensor unit according to the present invention.

【図９】本発明によるセンサ部の第４実施例の要部断面
図。FIG. 9 is a sectional view of a main part of a fourth embodiment of the sensor unit according to the present invention.

【図１０】実施例の測定装置の概略構成とその動作とを
示す概念図。FIG. 10 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a measuring apparatus according to an embodiment and an operation thereof.

【図１１】残留磁気の消失過程モデルを示す説明図。FIG. 11 is an explanatory view showing a model of a disappearance process of residual magnetism.

【図１２】図１１（ｂ）の磁束密度φ1 の閉ループを磁
気等価回路に置き換えた説明図。FIG. 12 is an explanatory diagram in which the closed loop of the magnetic flux density φ1 in FIG. 11B is replaced by a magnetic equivalent circuit.

【図１３】静磁界を遮断した直後のアレーセンサＳＲの
任意の一つを通過する磁束ｉ1 （＝φ1 ）の閉ループＣ
0 を示す説明図。FIG. 13 shows a closed loop C of a magnetic flux i1 (= φ1) passing through any one of the array sensors SR immediately after the static magnetic field is cut off.
Explanatory drawing showing 0.

【図１４】アレーセンサＳＲで測定される磁束の変化を
説明する説明図。FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating a change in magnetic flux measured by the array sensor SR.

【図１５】磁気回路のインダクタンスＬ1 が２つのイン
ダクタンス成分Ｌ0'，Ｌ2 の合成で表されることを示す
説明図。FIG. 15 is an explanatory diagram showing that an inductance L1 of a magnetic circuit is represented by a combination of two inductance components L0 'and L2.

【図１６】ボルトの締め付け状態の検査装置の構成を示
すブロック図。FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of an inspection device of a bolt tightening state.

【図１７】アレーセンサ１２の構成例を示す概念図。FIG. 17 is a conceptual diagram showing a configuration example of an array sensor 12;

【図１８】磁気センサの出力信号と、そのデータ処理で
得られた信号の例を示す説明図。FIG. 18 is an explanatory diagram showing an example of an output signal of a magnetic sensor and a signal obtained by data processing thereof.

【図１９】磁束変化測定の手順を示すフローチャート。FIG. 19 is a flowchart showing the procedure of magnetic flux change measurement.

【図２０】データ処理部３０におけるデータ処理のなが
れを示すフローチャート。FIG. 20 is a flowchart showing the flow of data processing in the data processing unit 30;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０…センサ部 １１…励磁部 １２…アレーセンサ １３…センサ出力切換部 １４…バッファアンプ １５…センサ電源切換部 ２０…制御部 ２０ａ…センサ制御部 ２０ｂ…信号処理部 ２１…波形整形部 ２２…Ａ／Ｄ変換部 ２２ａ…Ａ／Ｄ制御部 ２３…デュアルポートメモリ ２３ａ…メモリ制御部 ２４…励磁制御部 ２５…センサ出力制御部 ２６…センサ電源制御部 ３０…データ処理部 １００…ボルト １０２…ボルト頭部 ２００…センサ部 ２０２…第１のフェライト部材 ２０２ａ，２０２ｂ…下垂部 ２０４…第２のフェライト部材 ２０６…励磁コイル ３００…センサ部 ３０２…第１のフェライト部材 ３０４ａ…第２のフェライト部材 ３０４ｂ…第３のフェライト部材 ３０６，３０６ａ，３０６ｂ…励磁コイル ４００…センサ部 ４０２…第１のフェライト部材 ４０２ａ〜４０２ｃ…下垂部 ４０４ａ〜４０４ｃ…第２のフェライト部材 ４０６…励磁コイル ５００…センサ部 ５０２…第１のフェライト部材 ５０２ａ，５０２ｂ…下垂部 ５０４…第２のフェライト部材 ５０６…励磁コイル DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Sensor part 11 ... Exciting part 12 ... Array sensor 13 ... Sensor output switching part 14 ... Buffer amplifier 15 ... Sensor power switching part 20 ... Control part 20a ... Sensor control part 20b ... Signal processing part 21 ... Waveform shaping part 22 ... A / D conversion unit 22a A / D control unit 23 Dual memory 23a Memory control unit 24 Excitation control unit 25 Sensor output control unit 26 Sensor power control unit 30 Data processing unit 100 Volt 102 Volt head Unit 200 Sensor part 202 First ferrite member 202a, 202b Hanging part 204 Second ferrite member 206 Excitation coil 300 Sensor part 302 First ferrite member 304a Second ferrite member 304b First No. 3 ferrite members 306, 306a, 306b ... exciting coil 400 ... sensor unit 40 2 First ferrite members 402a to 402c Hanging portions 404a to 404c Second ferrite members 406 Exciting coil 500 Sensor portion 502 First ferrite members 502a and 502b Hanging portions 504 Second ferrite members 506: Excitation coil

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 貴嗣 愛知県大府市長草町深廻間35番地 日本高 圧電気株式会社技術研究所内 Ｆターム(参考） 2F051 AA00 AB05 AC07 BA07 2G053 AA19 AB06 AB21 BA13 BC03 BC14 CA03 CB29 DB03  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Takashi Nakayama 35 Fukamama, Nagakusa-cho, Obu City, Aichi Prefecture F-term in the Japan High Voltage Electric Research Institute 2F051 AA00 AB05 AC07 BA07 2G053 AA19 AB06 AB21 BA13 BC03 BC14 CA03 CB29 DB03

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 磁性体のボルトの締め付け状態を非破壊
で検査する装置であって、 ボルトの頭部に対して特定の経時変化を示す磁場を印加
する磁場印加手段と、 複数の磁気センサを有し、前記ボルト頭部の上面近傍の
複数位置における磁束密度を測定する磁束密度測定手段
と、 前記複数位置の磁束密度の測定値に基づいて、前記ボル
ト頭部内の特定の電磁気的特性値分布を求める電磁気特
性決定手段と、 前記電磁気的特性値分布に基づいて前記ボルトの締め付
け状態を判定する判定手段と、を備えることを特徴とす
るボルトの締め付け検査装置。1. A device for non-destructively inspecting a tightened state of a bolt of a magnetic material, comprising: a magnetic field applying means for applying a magnetic field showing a specific temporal change to a head of the bolt; and a plurality of magnetic sensors. Magnetic flux density measuring means for measuring magnetic flux densities at a plurality of positions near the upper surface of the bolt head; and a specific electromagnetic characteristic value in the bolt head based on the measured values of the magnetic flux densities at the plurality of positions. A bolt tightening inspection device, comprising: electromagnetic characteristic determining means for obtaining a distribution; and determining means for determining a tightening state of the bolt based on the electromagnetic characteristic value distribution. 【請求項２】 請求項１記載の検査装置であって、 前記複数の磁気センサは、前記磁場印加手段と前記ボル
ト頭部との間に配置される、検査装置。2. The inspection device according to claim 1, wherein the plurality of magnetic sensors are disposed between the magnetic field applying unit and the bolt head. 【請求項３】 請求項２記載の装置であって、 前記複数の磁気センサは、前記ボルト頭部の径方向に沿
って配列されている、検査装置。3. The inspection apparatus according to claim 2, wherein the plurality of magnetic sensors are arranged along a radial direction of the bolt head. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の検
査装置であって、 前記磁場印加手段は、前記ボルトの頭部に静磁場を印加
した後に前記静磁場を遮断し、 前記磁束密度測定手段は、前記静磁場が遮断された後
に、前記複数位置における微分磁束密度の過渡変化を測
定し、 前記電磁気特性決定手段は、前記微分磁束密度の過渡変
化から、前記電磁気的特性値分布として、前記ボルト頭
部に発生する渦電流に関するインダクタンスの分布を求
める、検査装置。4. The inspection device according to claim 1, wherein the magnetic field applying unit cuts off the static magnetic field after applying a static magnetic field to a head of the bolt, and The measuring unit measures the transient change of the differential magnetic flux density at the plurality of positions after the static magnetic field is cut off, and the electromagnetic characteristic determining unit determines the electromagnetic characteristic value distribution from the transient change of the differential magnetic flux density. An inspection device for determining a distribution of inductance relating to an eddy current generated in the bolt head. 【請求項５】 請求項４記載の検査装置であって、 前記電磁気特性決定手段は、 前記微分磁束密度の過渡変化を、前記静磁場によって生
起された第一の磁束密度の減衰に対応する第一の微分磁
束密度の過渡変化と、前記第一の磁束密度の減衰により
誘導される渦電流によって生起される第二の磁束密度の
減衰に対応する第二の微分磁束密度の過渡変化との合成
とみなして、前記第一の微分磁束密度の過渡変化を決定
する第一の時定数と、前記第二の微分磁束密度の過渡変
化を決定する第二の時定数とを求めるとともに、 前記複数位置における前記第一と第二の時定数の分布か
ら、前記インダクタンス分布を求める、検査装置。5. The inspection device according to claim 4, wherein the electromagnetic characteristic determination unit is configured to determine that the transient change of the differential magnetic flux density corresponds to an attenuation of a first magnetic flux density generated by the static magnetic field. Synthesis of a transient change of one differential magnetic flux density and a transient change of a second differential magnetic flux density corresponding to an attenuation of a second magnetic flux density caused by an eddy current induced by the attenuation of the first magnetic flux density Assuming that the first time constant for determining the transient change of the first differential magnetic flux density and the second time constant for determining the transient change of the second differential magnetic flux density, An inspection apparatus for obtaining the inductance distribution from the distribution of the first and second time constants in the above. 【請求項６】 磁性体のボルトの締め付け状態を非破壊
で検査する方法であって、（ａ）ボルトの頭部に対して
特定の経時変化を示す磁場を印加するとともに、前記ボ
ルト頭部の上面近傍の複数位置における磁束密度を測定
する工程と、（ｂ）前記複数位置の磁束密度の測定値に
基づいて、前記ボルト頭部内の特定の電磁気的特性値分
布を求める工程と、（ｃ）前記電磁気的特性値分布に基
づいて前記ボルトの締め付け状態を判定する工程と、を
備えることを特徴とするボルトの締め付け検査方法。6. A method for non-destructively inspecting a tightened state of a bolt of a magnetic material, comprising: (a) applying a magnetic field showing a specific time-dependent change to a bolt head; Measuring a magnetic flux density at a plurality of positions near the upper surface; and (b) obtaining a specific electromagnetic characteristic value distribution in the bolt head based on the measured values of the magnetic flux densities at the plurality of positions; A) determining a tightening state of the bolt based on the electromagnetic characteristic value distribution.