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図面 (10)

課題

振動試験により生じた損傷等の有無の判定をより高精度に行う。

解決手段

試験体TPに対して振動試験を行う際に、例えば、振動試験開始前及び振動試験終了後等、振動試験を行う試験期間内の時点及び試験期間前後の時点のうちの複数の計測時点で、試験体TPの周波数応答特性を検出するための周波数応答特性検出用加振を行い(ステップS1、S4)、周波数応答特性検出用の加振が行われているときの、試験体TPの振動レベルと試験体TPに対する加振力とを検出し、計測時点毎に、振動レベルを加振力で正規化して試験体TPの周波数応答特性を検出(ステップS2、S5)し、周波数応答特性のずれに基づいて振動試験により試験体TPに生じた損傷の有無を検出する(ステップS6)。

概要

背景

一般に、自動車航空機等、輸送機械部品の安全性や耐久性事前に検証するための振動試験が行われており、振動試験は、JIS規格輸送機器等の製造会社独自の基準で実施されている。振動試験は、例えば、加振テーブル上に試験体を載置し、加振テーブルを振動させて加振テーブル上に固定された試験体を振動させることで行われる。
ここで、振動試験の結果、試験体の外観が変化している場合には振動試験により試験体に損傷等が生じたことがわかる。しかしながら、振動試験による損傷等が試験体内部で生じている場合等には、外観からは損傷等を検出することができない。そのため、試験体内部での損傷の有無等の解析を行う必要がある。

ところで、試験体内部での損傷等の有無を検出する方法として、例えば、試験体としての構造用集成材に対して振動を付与し、その振動周波数スペクトルと予め設定した基準振動周波数スペクトルとを比較することで、接着不良の有無を判定する方法(例えば、特許文献1参照)、また、被検査品打撃することにより発生する音又は振動の固有振動数及び固有振動ピーク値が、予め設定した良品判定領域内か否かによって割れ検出を行う方法(例えば、特許文献2参照)、が提案されている。

概要

振動試験により生じた損傷等の有無の判定をより高精度に行う。試験体TPに対して振動試験を行う際に、例えば、振動試験開始前及び振動試験終了後等、振動試験を行う試験期間内の時点及び試験期間前後の時点のうちの複数の計測時点で、試験体TPの周波数応答特性を検出するための周波数応答特性検出用の加振を行い(ステップS1、S4)、周波数応答特性検出用の加振が行われているときの、試験体TPの振動レベルと試験体TPに対する加振力とを検出し、計測時点毎に、振動レベルを加振力で正規化して試験体TPの周波数応答特性を検出(ステップS2、S5)し、周波数応答特性のずれに基づいて振動試験により試験体TPに生じた損傷の有無を検出する(ステップS6)。

目的

本発明は、上記未解決の問題に着目してなされたものであり、振動試験により生じた損傷等の有無を、より精度よく検出することの可能な振動試験方法及び振動試験装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

試験体に対して振動試験を行う際に、前記振動試験を行う試験期間内の時点及び当該試験期間前後の時点のうちの複数の計測時点で、前記試験体の周波数応答特性を検出するための周波数応答特性検出用加振を行い、当該周波数応答特性検出用の加振が行われているときの、前記試験体の振動レベルと前記試験体に対する加振力とを検出し、前記計測時点毎に、前記振動レベルを前記加振力で正規化して前記試験体の周波数応答特性を検出し、当該周波数応答特性のずれに基づいて前記振動試験により前記試験体に生じた損傷の有無を検出することを特徴とする振動試験方法

請求項2

前記試験体に対して振動試験用の加振を行う加振部とは別に、当該振動試験用の加振を行う加振部よりも高い周波数帯域での加振を行う周波数応答特性検出用の加振部を設け、当該周波数応答特性検出用の加振部により前記周波数応答特性検出用の加振を行うことを特徴とする請求項1に記載の振動試験方法。

請求項3

前記計測時点の一つは前記振動試験の開始前の時点であり、前記計測時点の他の一つは前記振動試験終了後の時点であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の振動試験方法。

請求項4

前記計測時点は、前記試験期間中の複数の時点を含むことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の振動試験方法。

請求項5

前記振動レベルを、振動センサ又は音響センサにより検出することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の振動試験方法。

請求項6

前記加振力を、ロードセル又は振動センサにより検出することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の振動試験方法。

請求項7

試験体に対して振動試験用の加振を行う振動試験用加振部と、試験体に対して周波数応答特性検出用の加振を行う特性検出用加振部と、前記特性検出用加振部により加振が行われているときの前記試験体の振動レベルを検出する振動レベル検出部と、前記特性検出用加振部により加振が行われているときの前記試験体に対する加振力を検出する加振力検出部と、前記振動レベル検出部で検出した振動レベルを、前記加振力検出部で検出した加振力で正規化して前記試験体の周波数応答特性を検出し記憶領域に記憶する特性演算部と、を備え、前記特性検出用加振部は、前記振動試験を行う試験期間内の時点及び当該試験期間前後の時点のうちの複数の計測時点で、前記周波数応答特性検出用の加振を行うことを特徴とする振動試験装置

請求項8

前記振動試験用加振部は前記特性検出用加振部を兼ねていることを特徴とする請求項7に記載の振動試験装置。

技術分野

0001

本発明は、振動試験方法及び振動試験装置に関する。

背景技術

0002

一般に、自動車航空機等、輸送機械部品の安全性や耐久性事前に検証するための振動試験が行われており、振動試験は、JIS規格輸送機器等の製造会社独自の基準で実施されている。振動試験は、例えば、加振テーブル上に試験体を載置し、加振テーブルを振動させて加振テーブル上に固定された試験体を振動させることで行われる。
ここで、振動試験の結果、試験体の外観が変化している場合には振動試験により試験体に損傷等が生じたことがわかる。しかしながら、振動試験による損傷等が試験体内部で生じている場合等には、外観からは損傷等を検出することができない。そのため、試験体内部での損傷の有無等の解析を行う必要がある。

0003

ところで、試験体内部での損傷等の有無を検出する方法として、例えば、試験体としての構造用集成材に対して振動を付与し、その振動周波数スペクトルと予め設定した基準振動周波数スペクトルとを比較することで、接着不良の有無を判定する方法(例えば、特許文献1参照)、また、被検査品打撃することにより発生する音又は振動の固有振動数及び固有振動ピーク値が、予め設定した良品判定領域内か否かによって割れ検出を行う方法(例えば、特許文献2参照)、が提案されている。

先行技術

0004

特開2009−97890号公報
特開平3−211457号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、例えば、特許文献1に記載の検出方法にあっては、同じ製造工程により製作された別々の試験体における周波数スペクトルの比較を行っているが、周波数スペクトルは、製造工程における多少の製造方法の違い等によっても変化する。また、接触不良等は振幅依存性があることも考えられるため、加振力の大きさによっても周波数スペクトルが変化する。そのため、周波数スペクトルの変化が生じたとしても、接着不良によるものであるとは言い切れず、接着不良によるものであるのか、製造工程の違い、或いはその他の要因によるものであるのかを判別することは困難である。特許文献2に記載の検出方法にあっても同様のことが言える。

0006

本発明は、上記未解決の問題に着目してなされたものであり、振動試験により生じた損傷等の有無を、より精度よく検出することの可能な振動試験方法及び振動試験装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0007

本発明の一態様によれば、試験体に対して振動試験を行う際に、振動試験を行う試験期間内の時点及び試験期間前後の時点のうちの複数の計測時点で、試験体の周波数応答特性を検出するための周波数応答特性検出用の加振を行い、周波数応答特性検出用の加振が行われているときの、試験体の振動レベルと試験体に対する加振力とを検出し、計測時点毎に、振動レベルを加振力で正規化して試験体の周波数応答特性を検出し、周波数応答特性のずれに基づいて振動試験により試験体に生じた損傷の有無を検出する、振動試験方法が提供される。

0008

また、本発明の他の態様によれば、試験体に対して振動試験用の加振を行う振動試験用加振部と、試験体に対して周波数応答特性検出用の加振を行う特性検出用加振部と、特性検出用加振部により加振が行われているときの試験体の振動レベルを検出する振動レベル検出部と、特性検出用加振部により加振が行われているときの試験体に対する加振力を検出する加振力検出部と、振動レベル検出部で検出した振動レベルを、加振力検出部で検出した加振力で正規化して試験体の周波数応答特性を検出し記憶領域に記憶する特性演算部と、を備え、特性検出用加振部は、振動試験を行う試験期間内の時点及び試験期間前後の時点のうちの複数の計測時点で、周波数応答特性検出用の加振を行う、振動試験装置が提供される。

発明の効果

0009

本発明の一態様によれば、振動試験により生じた損傷等の有無を、より高精度に検出することができる。

図面の簡単な説明

0010

本発明の第一実施形態における振動測定装置の一例を示す構成図である。
振動試験装置の動作例を説明するためのフローチャートである。
第二実施形態における振動測定装置の一例を示す構成図である。
振動レベルに基づく周波数応答特性と、音響レベルに基づく周波数応答特性との一例を示す特性図である。
第三実施形態における振動測定装置の一例を示す構成図である。
第四実施形態における振動測定装置の一例を示す構成図である。
第五実施形態における振動測定装置の一例を示す構成図である。
第六実施形態における振動測定装置の一例を示す構成図である。
損傷の有無の判定結果のその他の表示例である。

実施例

0011

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
なお、以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

0012

まず、本発明の第一実施形態を説明する。
第一実施形態は、振動試験により試験体TPに損傷等が生じたか否かによって、試験体TPの振動試験前の周波数応答特性と、振動試験後の周波数応答特性とが一致するか又はこれら間にずれが生じることから、この関係を利用して振動試験による損傷等の有無を検出するものである。
図1は、第一実施形態に係る振動試験装置100の一例を示す概略構成図である。
振動試験装置100は、図1に示すように、加振機用冶具1と、加振機用冶具1を振動させる加振機(特性検出用加振部、振動試験用加振部)2と、加振機2を駆動制御する信号発生機3と、加振機2と加振機用冶具1との間に介挿されたロードセル(加振力検出部)4と、加振機用冶具1上に固定された試験体TPに固定され試験体TPに生じる振動を検出する振動センサ(振動レベル検出部)5と、ロードセル4の検出信号及び振動センサ5の検出信号を入力し、FFT高速フーリエ変換演算処理を行うFFT演算装置6と、FFT演算装置6で高速フーリエ変換されたロードセル4及び振動センサ5の検出信号から周波数応答特性を演算する演算装置(特性演算部)7と、を備える。

0013

加振機用冶具1はテーブル状に形成され、加振機2によって水平に支持される。加振機2は入力される加振信号に応じて加振機用冶具1を垂直方向図1では上下方向)に往復動させる。
信号発生機3は、振動試験を行うための振動試験用の加振信号と、試験体TPの周波数応答特性検出用の加振信号とを加振機2に出力する。振動試験用の加振信号は、所望の振動パターンで振動を発生させるための信号である。周波数応答特性検出用の加振信号は、試験体TPの大きさや重量に応じて周波数帯域が設定される信号である。周波数応答特性検出用の加振信号は、振幅一定で、周波数スイープさせた信号であり、試験体TPに一定の加振力を与えるか、又は試験体TPを一定の加速度で振動させる信号である。一般に、試験体TPに損傷が生じた場合、損傷が生じた時点前後における周波数応答特性は異なり、試験体TPの大きさや重量、損傷のレベルによって、周波数応答特性に違いが生じる周波数帯域が異なる。例えば、試験体TPが比較的大きいときには比較的低い周波数であっても損傷が生じた時点前後で周波数応答特性に違いが生じるが、試験体TPが比較的小さいときには比較的低い周波数では損傷が生じた時点前後で周波数応答特性に違いが生じにくく、比較的高い周波数であれば損傷が生じた時点前後で周波数応答特性に違いが生じやすい。したがって、周波数応答特性検出用の加振信号をスイープする周波数帯域は、試験体TPの大きさや損傷レベル等に応じて設定される。

0014

信号発生機3は、試験体TPの振動試験を行うときに、振動試験用の加振信号を加振機2に出力する。また、振動試験の開始前及び振動試験の終了後に周波数応答特性検出用の加振信号を加振機2に出力する。つまり、信号発生機3は、試験体TPに対して振動試験を行う際には、加振機2に対してまず周波数応答特性検出用の加振信号を出力し、続いて振動試験用の加振信号を出力し、続いて周波数応答特性検出用の加振信号を出力する。振動試験の開始前とは、振動試験開始時点における、試験体TPの周波数応答特性を検出することのできる時点をいう。振動試験の終了後とは、振動試験終了時点における、試験体TPの周波数応答特性を検出することのできる時点をいう。

0015

周波数応答特性検出用の加振信号は、振動試験前及び振動試験後において同等の信号特性を有することが望ましいが、必ずしも完全に一致していなくともよい。なぜならば、後述のように、振動試験前の周波数応答関数FRF−A及び振動試験後の周波数応答関数FRF−Bを演算する際には、振動センサ5で検出される振動レベルをロードセル4の検出信号で正規化しているからである。
振動センサ5としては、加速度計レーザ変位計等、振動加速度振動速度振動変位等、振動のレベルを検知することの可能なセンサであれば適用することができる。

0016

演算装置7は、記憶部(記憶領域)7a及び表示部7bを備え、FFT演算装置6で高速フーリエ変換されたロードセル4の検出信号と振動センサ5の検出信号とから、振動センサ5の検出信号(つまり、試験体TPの振動レベル)を、ロードセル4の検出信号(つまり、加振機用冶具1に対する加振機2による加振力)で割り算して正規化し、振動試験前及び振動試験後の試験体TPの周波数応答特性として、振動試験前の周波数応答関数FRF−A及び振動試験後の周波数応答関数FRF−Bを演算し記憶部7aに記憶する。また、演算装置7は、振動試験前の周波数応答関数FRF−A及び振動試験後の周波数応答関数FRF−Bを図1中に示すように、表示部7bに重畳表示する。

0017

次に、第一実施形態における振動試験装置100の動作を、図2のフローチャートを伴って説明する。
まず、加振機用冶具1上に試験体TPを固定し、試験体TP上に振動センサ5を固定する。そして、まず、振動試験前の周波数応答特性検出用の加振処理を行う(ステップS1)。すなわち、信号発生機3により、周波数応答特性検出用の加振信号、つまり、振幅一定で周波数がスイープする信号を加振機2に出力し、試験体TPに対して周波数応答特性検出用の加振を行う。加振機2は、入力される加振信号に応じて加振機用冶具1を上下動させ、これにより試験体TPが加振信号に応じて上下に振動する。このときの加振機2から加振機用冶具1に加えられる加振力がロードセル4により検出され、その検出信号はFFT演算装置6でフーリエ変換されて演算装置7に入力される。また、試験体TPの振動状況は振動センサ5により検出され、振動センサ5の検出信号はFFT演算装置6でフーリエ変換されて演算装置7に入力される。演算装置7では、振動センサ5の検出信号を、ロードセル4の検出信号で正規化し、振動試験前の周波数応答関数FRF−Aを演算し(ステップS2)、演算結果を記憶部7aに格納する。

0018

次に、試験体TPに対する振動試験を行う(ステップS3)。つまり、信号発生機3は、振動試験用の加振信号を加振機2に出力し、試験体TPに対して振動試験用の加振を行う。これにより、加振機2が加振信号に応じて振動し加振機用冶具1を介して試験体TPに振動が加えられる。
振動試験中、つまり振動試験を行う試験期間中は、振動センサ5及びロードセル4による検出及び、FFT演算装置6及び演算装置7における演算処理は行わない。
続いて、振動試験後の周波数応答特性検出用の加振を行う(ステップS4)。すなわち信号発生機3は、周波数応答特性検出用の加振信号を加振機2に出力し、試験体TPに対して周波数応答特性検出用の加振を行う。ステップS4で加振機2に出力される加振信号は、ステップS1で出力される周波数応答特性検出用の加振信号と同等の信号である。また、振動試験後の周波数応答特性検出用の加振は、振動試験前の周波数応答特性検出用の加振と同じ条件下で行う。つまり、同等の周波数帯域で同等の加振力を発生させる加振信号を用いて加振力を付与する。また、振動センサ5やロードセル4の種類や配置位置も同一とする。

0019

FFT演算装置6及び演算装置7では、ステップS2での処理と同様の手順で振動試験後の周波数応答関数FRF−Bを演算し、演算結果を所定の記憶領域に記憶する(ステップS5)。
そして、演算装置7では、ステップS2で演算した振動試験前の周波数応答関数FRF−Aと、ステップS5で演算した振動試験後の周波数応答関数FRF−Bと、を例えば図1中に示すように重畳表示する(ステップS6)。図1中の重畳図において、横軸は周波数、縦軸は、「振動レベル/加振力」である。

0020

ここで、振動試験により試験体TPに損傷等が生じていない場合には、振動試験前及び振動試験後における周波数応答特性に変化はないため、周波数応答関数FRF−AとFRF−Bとは一致するはずである。一方、振動試験により試験体TPに損傷等が生じた場合には、振動試験前と振動試験後とで周波数応答特性に変化が生じることから、周波数応答関数FRF−AとFRF−Bとにずれが生じるはずである。したがって、図1中に示すように、重畳表示される周波数応答関数FRF−AとFRF−Bとのずれの有無を検出することにより、振動試験により試験体TPに損傷等が生じたか否かを判定することができる。

0021

また、通常、損傷等が大きいときほど、周波数応答特性が大きく変化し、周波数応答関数FRF−AとFRF−Bとのずれが大きくなることから、周波数応答関数FRF−AとFRF−Bとのずれ量を検出することにより、損傷の度合を推測することができる。
また、演算装置7では、周波数応答関数FRF−A及びFRF−Bを、振動レベルを加振力で正規化することで算出している。そのため、仮に、周波数応答特性検出用の加振を行う際に、振動試験前と振動試験後とで加振信号の周波数帯域や振幅、が異なる等が生じた場合であっても、振動試験前と振動試験後とで加振信号等、計測環境が異なることにより生じる周波数応答特性の変動分が、周波数応答関数FRF−A及びFRF−Bとのずれ分に与える影響を低減することができる。

0022

また、振動試験前における周波数応答特性検出用の加振と、振動試験後における周波数応答特性検出用の加振とを同一条件下で行うようにしているため、試験体TPに生じた損傷を除いた他の要因によって、周波数応答関数にずれが生じることを低減することができ、損傷の有無をより高精度に検出することができる。
また、振動試験前における試験体TPに対する周波数応答特性検出用の加振、試験体TPに対する振動試験用の加振、及び振動試験後における試験体TPに対する周波数応答特性検出用の加振を、試験体TPを加振機用冶具1上に固定したまま、連続して行うようになっている。振動試験を除く他の要因によって試験体TPに損傷等が生じることを抑制することができ、また、振動試験前と振動試験後とで、周波数応答特性検出用の加振を行う際の各種センサの配置位置や、試験体TPに対する加振方法等は、同等の条件下で加振を行うことができる。そのため、加振条件や、各種センサの配置位置等の影響により、周波数応答関数が影響を受けることを低減することができ、振動試験を原因として試験体TPに生じる損傷等を、より高精度に検出することができる。

0023

なお、上記第一実施形態では、試験体TPに対して一つの振動センサ5を設けているが、一つに限らず、試験体TP上の異なる位置に複数設けてもよい。周波数応答関数FRF−AとFRF−Bとのずれ量は損傷箇所に近いほど大きくなる。そのため、複数の振動センサ5を設け、各振動センサ5の配置位置における周波数応答関数FRF−AとFRF−Bとのずれ量を比較することにより、損傷箇所を推測することができる。つまり、周波数応答関数FRF−AとFRF−Bとのずれ量が最も大きい振動センサ5の配置位置近傍が損傷箇所であると推測することができる。なお、複数の振動センサ5の検出信号の収集は、周波数応答特性検出用の加振中、つまり、周波数応答特性検出用の加振を行う期間中、連続して収集してもよく、或いは、周波数応答特性検出用の加振中、収集する振動センサ5を順次切り替えて収集するようにしてもよい。

0024

次に、本発明の第二実施形態を説明する。
この第二実施形態における振動試験装置101は、図3に示すように、第一実施形態における振動試験装置100において、振動レベル検出部として、振動センサ5に代えて音響センサ11を設けたものである。振動試験装置100と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
振動試験装置101において、音響センサ11は、例えば、試験体TPの上方に試験体TPに近接して配置される。音響センサ11の検出信号は、FFT演算装置6でフーリエ変換されて、演算装置7に入力される。音響センサ11としては、マイクロホン音響インテンシティ音響粒子速度計等、音響レベルを検出することの可能なセンサであれば適用することができる。

0025

演算装置7では、FFT演算装置6で高速フーリエ変換されたロードセル4の検出信号と音響センサ11の検出信号とから、音響センサ11の検出信号(つまり、試験体TPの音響レベル)をロードセル4の検出信号(つまり、加振機用冶具1に対する加振機2による加振力)で割り算して正規化し、振動試験前の周波数応答関数FRF−A及び振動試験後の周波数応答関数FRF−Bを演算する。また、演算装置7は、振動試験前の周波数応答関数FRF−A及び振動試験後の周波数応答関数FRF−Bを図3中に示すように、重畳表示する。なお、図3中の重畳図において、横軸は周波数、縦軸は「音響レベル/加振力」である。

0026

この第二実施形態においても、振動試験において損傷等が生じていなければ、音響レベルの周波数応答特性は、振動試験前と振動試験後とで一致し、損傷等が生じていればずれが生じる。
したがって、第二実施形態においても上記第一実施形態と同等の作用効果を得ることができる。また、複数の音響センサ11を設けること、或いは音響センサ11として、マイクロフォンアレービームフォーミングマイク等を用いることにより、損傷箇所を推測することができる。

0027

また、音響センサ11は、試験体TPに配置するのではなく、試験体TPの近傍に非接触で配置している。第一実施形態のように、振動センサ5を用いる場合、振動センサ5は試験体TPに固定されているため、試験体TPが小さい場合等には試験体TPに振動センサ5を配置したことによる影響を、振動センサ5が受ける可能性がある。しかしながら、音響センサ11は、試験体TPに非接触で配置されるため、音響センサ11を設けたことによる影響を受けることなく、より高精度に周波数応答関数を検出することができ、すなわち、損傷等の有無の判定をより高精度に行うことができる。

0028

図4は、第一実施形態における振動試験装置100で検出された振動試験前後における周波数応答関数を表す特性図(図4(a))と、第二実施形態における振動試験装置101で検出された振動試験前後における周波数応答関数を表す特性図(図4(b))である。図4(a)、図4(b)では、試験体TPとして、コンデンサ等各種部品実装された基板を用いた。試験体TPとしての基板に対して、振動試験前の周波数応答特性検出用の加振を行った後、試験体TPとしての基板においていずれかの実装部品、例えばコンデンサの基板への接続を切断し、この状態で、振動試験後の周波数応答特性検出用の加振を行った。また、振動センサ5では振動加速度を検出し、音響センサ11では音響レベルを検出した。

0029

図4(a)、図4(b)において、実線は、コンデンサの基板への接続を切断する前の周波数応答特性を表し、破線は、コンデンサの基板への接続を強制的に切断した後の周波数応答特性を表す。また、図4(a)において横軸は周波数を表し、縦軸は振動加速度/加振力を表す。さらに図4(b)において横軸は周波数を表し縦軸は音響レベル/加振力である。
振動センサ5により試験体TPの振動レベルを検出した場合(図4(a))及び振動センサ5に代えて音響センサ11により試験体TPの音響レベルを検出した場合(図4(b))のいずれの場合も、加振周波数が比較的小さいとき(例えば図4で、5200Hz程度以下)には、コンデンサの基板への接続を切断する前後で、周波数応答特性が一致するが、加振周波数が5200Hz程度よりも大きくなると、周波数応答特性が一致しないことがわかる。つまり、コンデンサの基板への接続を切断したため、切断前及び切断後で周波数応答特性に変化が生じ、両者が一致しないことがわかる。

0030

次に、本発明の第三実施形態を説明する。
この第三実施形態における振動試験装置102は、図5に示すように、図1に示す第一実施形態における振動試験装置100において、さらに加振機(特性検出用加振部)21とこの加振機21を駆動制御する信号発生機22とを設け、ロードセル4は、加振機(振動試験用加振部)2に代えて加振機21による加振力を検出するようにしたものであり、その他は同様であるので、同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
加振機21は、加振機2よりも、より高い周波数範囲で加振を行うことの可能な加振機である。また、加振機21は、試験体TP上の、複数種の振動モードが励起され得る場所に配置される。つまりより多くの振動周波数の腹となる部分に配置され、例えば、対角線上や対称軸となる振動周波数の節となる箇所を除いた部分に配置される。

0031

振動試験装置102では、信号発生機3は振動試験用の加振信号を出力し、信号発生機22は周波数応答特性検出用の加振信号を出力する。加振機21はロードセル4を介して試験体TPに固定され、加振機21の加振力はロードセル4を介して試験体TPに付与される。ロードセル4の検出信号及び振動センサ5の検出信号は、FFT演算装置6でフーリエ変換された後、演算装置7に入力される。
そして、振動試験を行う際には、図2のフローチャートに示すように、まず、振動試験前の周波数応答特性検出用の加振処理を行う(ステップS1)。振動試験装置102では、信号発生機22が加振機21に対して周波数応答特性検出用の加振信号を出力する。これにより、加振機21が加振信号に応じて振動し、加振機21による加振力がロードセル4を介して試験体TPに付与される。これにより、試験体TPが振動し、この振動が振動センサ5により検出されて、FFT演算装置6を介して演算装置7に入力される。また、ロードセル4で検出された加振機21による加振力がFFT演算装置6を介して演算装置7に入力される。演算装置7では、フーリエ変換された振動センサ5の検出信号をロードセル4の検出信号で正規化し、振動試験前の周波数応答関数FRF−Aを演算する(ステップS2)。

0032

次に、振動試験処理を行う(ステップS3)。すなわち、信号発生機3が加振機2に対して振動試験用の加振信号を出力する。これにより、加振機2が振動試験用の加振信号に応じて加振機用冶具1を振動させ、加振機用冶具1により試験体TPに加振力が付与される。
続いて、振動試験後の周波数応答特性検出用の加振処理を行う(ステップS4)。振動試験装置102では、信号発生機22が加振機21に対して周波数応答特性検出用の加振信号を出力する。これにより、加振機21が加振信号に応じて振動し、ロードセル4を介して試験体TPに加振力が付与され、ロードセル4の検出信号及び振動センサ5の検出信号がFFT演算装置6を介して演算装置7に入力される。

0033

そして、演算装置7により振動試験後の周波数応答関数FRF−Bが演算され(ステップS5)、振動試験前及び振動試験後の周波数応答関数FRF−A及びFRF−Bが図5中に示すように、重畳表示される(ステップS6)。
ここで、振動試験は一般に、0Hzから2.6kHz程度以下の周波数帯域で行われる。一方、試験体TPに損傷等が生じた場合、特に、電子基板に実装された電子部品ハンダ不良や、接着不良、小さな亀裂等は、周波数応答特性検出用の加振信号が比較的高周波数帯域(3kHz程度以上8kHz程度以下)である場合に検知される傾向にある。また、振動試験用の加振機2の性能によっては、3kHz以上の帯域まで加振することが困難な場合がある。

0034

振動試験装置102では、振動試験用の加振機2と、振動試験用の加振機2よりもより高い周波数で加振することの可能な周波数応答特性検出用の加振機21とを備えている。したがって、これら二つの加振機2、21を使い分けることによって、試験体TPをより広い周波数帯域で振動させることができ、すなわち試験体TPの大きさ等に関係なく損傷の有無をより高精度に判定することができる。また、加振機2として発生可能な振動の周波数範囲が比較的低い場合であっても、別途周波数応答検出用の加振機21を設けることによって、振動試験による損傷等をより高精度に検出することの可能な振動試験装置102を容易に実現することができる。

0035

周波数応答特性検出用の加振信号としては、周波数帯域を任意に決めることができ、ランダム加振、スイープ加振等を任意に選択できるようにすることができるようにすればよい。例えば、電子基板のように試験体TPに搭載されている部品が小さい場合には、周波数応答特性検出用の加振信号の上限周波数を10kHz程度まで入力できるようにすることによって、より高精度に周波数応答特性を検出することができる。
このように、第三実施形態における振動試験装置102は第一実施形態と同等の作用効果を得ることができると共に、さらに使い勝手を向上させることができる。

0036

次に、本発明の第四実施形態を説明する。
第四実施形態における振動試験装置103は、図6に示すように、第三実施形態における振動試験装置102において、振動センサ5に代えて音響センサ11を設けたものである。振動試験装置102と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
振動試験装置103において、音響センサ11は、例えば、試験体TP3の上方に試験体TPに近接して配置される。音響センサ11の検出信号は、FFT演算装置6でフーリエ変換されて、演算装置7に入力される。

0037

振動試験を行う際には、第二実施形態と同様に、振動試験前の周波数応答特性検出用の加振、振動試験用の加振、振動試験後の周波数応答特性検出用の加振を行う。そして、振動試験前及び振動試験後の周波数応答特性検出用の加振中において、高速フーリエ変換されたロードセル4の検出信号と音響センサ11の検出信号とから、音響センサ11の検出信号(つまり、試験体TPの音響レベル)をロードセル4の検出信号(つまり、試験体TPに対する加振機21による加振力)で正規化して、振動試験前の周波数応答関数FRF−A及び振動試験後の周波数応答関数FRF−Bを演算し、図6中に示すように、これら周波数応答関数を重畳表示する。なお、図6中の重畳図において、横軸は周波数、縦軸は「音響レベル/加振力」である。

0038

この第四実施形態においても、上記第三実施形態と同等の作用効果を得ることができると共に、音響センサ11として複数の音響センサを設けることにより、損傷箇所を推測することができる。
なお、第三実施形態及び第四実施形態においては、周波数応答特性検出用の加振部として加振機21を、振動試験用の加振機2とは別に設けた場合について説明したが、加振機21に関わらず、ロードセルを備えたハンマーにより加振するようにしてもよい。
次に、本発明の第五実施形態を説明する。

0039

第五実施形態における振動試験装置104は、図7に示すように、図1に示す第一実施形態における振動試験装置102において、加振力検出部としてのロードセル4に代えて振動センサ31を設けたものである。振動試験装置102と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
振動試験装置104では、振動センサ5とは別に、振動センサ31が加振機用冶具1に設けられ、加振機用冶具1の垂直方向の振動を検出する。振動センサ31の出力信号はFFT演算装置6に入力され、フーリエ変換されて演算装置7に入力される。
演算装置7は、高速フーリエ変換された、振動センサ31で検出された加振機用冶具1の振動レベルを表す検出信号と、振動センサ5で検出された試験体TPの振動レベルを表す検出信号とをもとに、振動センサ5の検出信号(つまり試験体TPの振動レベル)を振動センサ31の検出信号(つまり、加振機用冶具1の振動レベル)で割り算して正規化し、振動試験前の周波数応答関数FRF−A及び振動試験後の周波数応答関数FRF−Bを演算する。そして、図7中に示すように、これら周波数応答関数を重畳表示する。

0040

この第五実施形態における振動試験装置104では、振動試験を行う際に、まず、試験体TPの大きさや重量に応じた周波数応答特性検出用の加振信号を信号発生機3から発生させ、加振機用冶具1の振動レベルと、試験体TPの振動レベルとに基づき、振動試験前における周波数応答関数FRF−Aを検出する。
次に、所望の振動パターンで振動試験を行った後、再度周波数応答特性検出用の加振信号を信号発生機3から発生させ、振動試験後における周波数応答関数FRF−Bを検出する。
この第五実施形態においても、上記第一実施形態と同等の作用効果を得ることができる。

0041

次に、本発明の第六実施形態を説明する。
第六実施形態における振動試験装置105は、図8に示すように、第五実施形態における振動試験装置104において、振動レベル検出部としての振動センサ5に代えて音響センサ11を設けたものである。振動試験装置104と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
振動試験装置105において、音響センサ11は、例えば、試験体TP3の上方に試験体TPに近接して配置される。音響センサ11の検出信号は、FFT演算装置6でフーリエ変換されて、演算装置7に入力される。また、加振機用冶具1に設けられた振動センサ31の検出信号は、FFT演算装置6でフーリエ変換されて演算装置7に入力される。

0042

そして、第五実施形態における振動試験装置104と同様に、高速フーリエ変換された振動センサ31の検出信号と音響センサ11の検出信号とから、音響センサ11の検出信号(つまり、試験体TPの音響レベル)を振動センサ31の検出信号(つまり、加振機用冶具1の振動レベル)で正規化して、振動試験前の周波数応答関数FRF−A及び振動試験後の周波数応答関数FRF−Bを演算し、図8中に示すように、これら周波数応答関数を重畳表示する。なお、図8中の重畳図において、横軸は周波数、縦軸は「音響レベル/加振力」である。

0043

この第六実施形態においても、上記第五実施形態と同等の作用効果を得ることができると共に、複数の音響センサ11を設けることにより、損傷箇所を推測することができる。
なお、上記各実施形態においては、振動試験前の周波数応答特性の検出時に加振機用冶具1に試験体TPを固定したそのままの状態で、振動試験及び振動試験後の周波数応答特性の検出を行う。つまり、振動試験の前後で試験体TPの取り付けや取り外しを行うと、振動特性が変化する可能性があるためである。例えば、加振機用冶具1へ固定するためのネジ締め方だけでも振動特性が変化する可能性がある。そのため、振動試験前の周波数特性の検出を開始した後は、振動試験後の周波数特性の検出が終了するまで試験体TPを加振機用冶具1に固定したままとする。

0044

また、上記各実施形態において、試験体TPの振動レベルや音響レベルの検出信号を正規化する際に、ロードセル4により検出した加振力を用いてもよく、振動センサ31により検出した、試験体TPを振動させる加振力相当の振動加速度を用いてもよい。
また、上記各実施形態において、振動センサ5により振動レベルを検出する方法と、音響センサ11により音響レベルを検出する方法とのいずれの方法を採用するかは、例えば、試験体TPの大きさ等、試験体TPの特性に応じて判断すればよい。つまり、比較的小さい試験体TPの場合には、試験体TPに配置した振動センサ5の影響を受ける可能性があるため、非接触で検出することの可能な音響センサ11を用いた方が好ましい場合もある。

0045

また、上記各実施形態においては、垂直方向に振動させる場合について説明したがこれに限らず任意の方向に振動させることができる。各振動センサは、振動方向の振動を検出可能な位置に配置すればよい。
また、上記各実施形態においては、音響センサを試験体TPの上方に配置する場合について説明したが、これに限るものではなく、任意の位置に配置することができる。
また、上記各実施形態においては、振動試験前及び振動試験後の周波数応答特性を重畳表示する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、複数の音響センサ11を設ける。試験体TPのある面を複数の領域に分割し、各分割領域の中心位置に音響センサ11を配置し、単一周波数で加振して測定する。例えば周波数応答で得られた、振幅のピーク値における周波数を選択してその周波数でサイン波の加振を与える。この試験を振動試験の前と後に行い、前後の測定結果の差分をとることによって、各ポイントのずれ量が得られる。そしてこのずれ量を、ずれ量の大きさに応じて例えば表示色を変える等として、音響センサ11の配置位置に対応させてマップ表示する。このようにすることによって、ずれ量の大きさからどの音響センサ11の近傍で、損傷が生じている可能性が高いかを、視覚的に明示するようにしてもよい。図9はこの測定方法によりマップ表示を行ったものである。試験体TPの側面を4つの領域、上面を2つの領域に分割し、各領域に音響センサ11を配置し測定を行ってずれ量を求めてマップ表示を行っている。

0046

図9ではずれ量を示しているが、振動試験における振動の大きさをマップ表示することも可能である。
また、上記各実施形態においては、振動試験の前と振動試験の後に、周波数応答特性検出用の加振を行う場合について説明したが、これに限るものではなく、振動試験を行う試験期間内の時点及び試験期間前後の時点のうちの複数の計測時点で、周波数応答特性検出用の加振を行って周波数応答関数を検出してもよい。
つまり、上記各実施形態において、振動試験を行う試験期間中、所望のタイミングで振動センサ5或いは音響センサ11の検出信号を収集することで、振動試験と並行して、周波数応答関数を検出し、損傷の有無を判断するようにしてもよい。また、例えば、振動試験を行う試験期間中、一旦、振動試験用の加振を停止して、周波数応答特性検出用の加振を行い、このときの振動センサ5或いは音響センサ11の検出信号に基づき周波数応答関数を検出することで、振動試験の試験期間中においても損傷の有無を判断するようにしてもよい。

0047

このように振動試験の試験期間中に損傷の有無を判断するようにすることで、例えば、損傷を検出した時点でそれ以後の振動試験を中止すれば、不要な振動試験を行うことを回避することができる。振動試験の試験期間中に一旦振動試験を停止して行う周波数応答特性検出用の加振は、例えば、定周期で行うようにしてもよく、任意のタイミングで行うようにしてもよい。
また、振動試験開始後、比較的初期の時点、つまり、試験体TPの周波数応答特性が、振動試験開始時における周波数応答特性と同一であるとみなすことのできる時点で、周波数応答特性検出のための各種センサの検出信号を収集して周波数応答関数を演算し、これを振動試験前の周波数応答関数として用いてもよい。また、振動試験終了間近の時点、つまり、試験体TPの周波数応答特性が、振動試験終了時における周波数応答特性と同一であるとみなすことのできる時点で、周波数応答特性検出のための各種センサの検出信号を収集して、周波数応答関数を演算し、これを振動試験後の周波数応答関数として用いてもよい。

0048

なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。

0049

1加振機用冶具
2 加振機
3信号発生機
4ロードセル
5振動センサ
6FFT演算装置
7演算装置
11音響センサ
21 加振機
22 信号発生機
31 振動センサ
100〜105 振動試験装置

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