일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2020.9.17

초음파 영역의 진동 변화로 볼트의 이완 검출
시바우라(芝浦)공대가 정량 평가 기법 개발

시바우라공업대학은 볼트의 이완을 저비용으로 정량 평가할 수 있는 기법을 개발했다고 밝혔다. 기계기능공학과 교수인 호소야(細矢) 씨와 영국 에든버러대학 공학부의 Giorgio-Serchi 씨 등의 연구 그룹에 의한 성과가 그것이다. 초음파 영역의 진동을 계측해 볼트 선단부의 주파수(고유진동수)와 축력의 상관 관계로부터 볼트의 이완(축력 저하)을 검출한다.

이번 연구에서는 볼트와 너트 체결체의 몇 군데를 해머로 두드려 진동시켜 가속도계로 볼트 선단 부분의 고유진동수를 계측했다. 그 결과, 볼트 선단부의 고유진동수와 축력 사이에는 명확한 관계가 있음을 확인할 수 있었다. 구체적으로는 볼트가 조여 있을 때는 선단부 진동 모드형의 고유진동수가 많아 미세하고 빠르게 흔들린다. 볼트가 느슨해짐에 따라 고유진동수는 감소해 크고 천천히 흔들리게 된다. 따라서 볼트 선단부의 고유진동수 변화를 조사함으로써 축력의 평가가 가능하다고 한다.

볼트의 이완을 검출하는 방법으로는 망치로 때린 소리의 변화를 점검자가 듣고 판단하는 타음 검사가 주류다. 그러나 이 방법으로는 점검자의 기량에 따른 불균형이 커 이완의 정도를 정량적으로 평가하는 것은 어렵다. 토크를 측정하는 방법도 있지만, 좌면(座面)의 마찰 특성이 변화하기 때문에 축력을 정확히 측정하는 것은 어렵다고 한다.

그에 반해, 새로운 수법은 점검자의 기량이나 숙련도에 의존하지 않고도 이완의 정량 평가가 가능하다. 사람에게는 들리지 않는 초음파 영역의 진동을 이용하기 때문에 타음 검사에서는 파악할 수 없는 미묘한 이완도 검지할 수 있다. 앞으로는 원격 계측이나 자동화로의 대응도 가능하다고 한다.

연구진은 현재 기업과 공동연구를 진행하고 있으며, 이 방법을 이용한 검사 실현을 위해 시스템 구축에 나설 예정이다. 일반 진동 장치를 사용해 저비용으로 시스템을 구축할 수 있기 때문에 개발도상국에서의 실용화도 기대할 수 있다고 한다.

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