(57)【要約】【課題】  観測対象の法線方向の音響振動を法線方向からビデオカメラの機能を援用して接触的あるいは非接触的に観測しビデオ段階で計測せしめる。【解決手段】  法線方向（縦方向）の振動を撮像された画面の方位角方向（横方向）の変位に、または場合によっては画面の輝度ないし濃度に、変換して観測せしめる観測補助手段を実現する。該補助手段の好ましい１例においては台枠（１１）の一端に取り付けられた片持ち梁構造の板バネ（１２）の自由端側に偏った位置に取り付けられた錘（１３）が配置され、台枠（１１）の縦振動から板バネと錘の回転運動が惹起され、錘とは略９０度異なる回転角位置に取り付けられた表示子（１４）において横振動への振動モード変換が惹起される。ビデオカメラは表示子（１４）を法線方向から見てビデオ観測する事で台枠（１１）の法線振動を観測し、ビデオ計測する。該振動モード変換手段は必要に応じて共振性をも有し、観測したい目的信号に対する周波数領域における機械的なフィルタの役も果たす。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測対象の法線方向の振動を接線方向の振動にモード変換する手段を有し、該手段により接線方向の振動にモード変換されて観測される観測対象の法線振動を法線方向からビデオカメラにより観測しビデオ計測する事を得しめたる事を特徴とする法線振動観測装置。
【請求項２】
台枠（１１）の一端に取り付けられた片持ち梁構造の板バネ（１２）の自由端側に偏った位置に取り付けられた錘（１３）が配置され、台枠（１１）の縦振動から板バネと錘の回転運動が惹起され、錘とは略９０度異なる回転角位置に取り付けられた表示子（１４）において横振動への振動モード変換が惹起され、もってビデオカメラ（３）が表示子（１４）を法線方向から見てビデオ観測する事で台枠（１１）の法線振動を観測し、ビデオ計測する事を得しめる如く構成された事を特徴とする、該装置。
【請求項３】
該モード変換手段が周波数領域において共振性ないしは周波数選択性をも併せ持つ如く構成された事を特徴とする、該装置。
【請求項４】
該ビデオカメラがビデオ計測用のソフトウエア手段、作業用の通信ないし通話手段、計測結果の出力のため、および、もしくは計測過程の制御のためのデータ伝送手段、の何れか１つ以上の機能を併せ持つ如く構成された事を特徴とする、該装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】  この発明は法線方向の振動を法線方向から視認するための装置に関し、特に観測したい音響振動をビデオカメラの機能を援用して接触的あるいは非接触的に観測せしめ、また振動のデータを採取せしめる装置に関する。特に該観測において該装置は周波数領域においてフィルタの役も兼ねる事が出来、またその動作は機械的、非電子的であり、従って無電源的に行われる事を特徴とする該装置に関する。
【０００２】  ある平面ないし壁面の振動を観測したい場合、単純には然るべき変位、速度、加速度ないし応力のトランスデューサーを該壁面に配置すればよいと考えられる。該トランスデューサーは機械的座標軸６軸の何れか１つまたは２つ以上の組み合わせをセンスする物である事ができる。またこれがパッシブなあるいはアクティブなテレメーター発信器を兼ねる場合には対応する受信機により非接触遠隔計測とする事ができる。
【０００３】しかしながら現実にはテレメーター式であっても対応する、おそらくは専用の受信システムが必要になる事は費用対効果比の点で１つの大きな制約となり得る。故に受信または観測のシステムとしては汎用品を用いる事ができれば、さらには汎用品に若干の運用ソフトウエアを結合させて用いる事ができれば、有益である。それゆえに本発明においては観測システムとして汎用されるビデオカメラの類いを用いる事を企図する。
【０００４】  ビデオカメラによる観測により壁面の振動のデータを得たい場合には、視線ないし光軸に直交する方向すなわち方位角の方向、ないしは対称物体の表面の接線の方向の振動のデータは撮像された画像の横ゆれや縦ゆれとして容易に観測、またデータ採取出来る。画面の内容の移動の計測はビデオ計測としては公知汎用の技術である。しかるに視線ないし光軸に平行な方向すなわち距離方向、ないし対象物体の表面の法線の方向の振動のデータは単純なビデオ計測では得られない。
【０００５】  本発明においては単純なビデオ計測によりかかる法線方向の振動を観測出来るように、法線方向（縦方向）の振動を撮像された画面の方位角方向（横方向）の変位に、または場合によっては画面の輝度ないし濃度に、変換して観測せしめる観測補助手段を実現する。本発明に成る該補助手段においては縦振動から横振動への振動モード変換手段が援用され、また該モード変換手段が共振性をも有し、目的信号に対する周波数領域における機械的なフィルタの役も果たす。
【０００６】  以下本発明の好ましい実施例の代表例を説明する。図１は本発明の実施における基本的であり得る構成例を示す物で、これにおいて、計測の対象としたい壁面（１）には本発明に成る装置（２）が配置され、これをビデオカメラ（３）が「見守る」。後続の信号処理装置（４）はさらに記録器（５）や表示装置（６）を必要十分な程度に付き従わせる。この全体の構成はさらに図２に示すように目的壁面（１）に配置せられた本発明の装置（２）とビデオカメラ（３）とが光学的物理的に直接結合されている構成を取る事もできる。さらにこの場合、ビデオカメラ（３）は無線伝送式の物である事を妨げず、また図示せぬものの信号処理装置や表示装置、記録器、電池などを含む事も妨げず、さらにはキーボードや作業用の連絡通話装置などを含む事も妨げない。
【０００７】  図３は本発明の装置の動作原理を示す物で、これにおいて、（１１）は台枠、（１２）はこの台枠の一端に取り付けられた片持ち梁形式の板バネであり、その可動端には錘（１３）、表示子（１４）などが少し離れつつ一括搭載されたモード変換器（１５）が取り付けられている。図４はこのモード変換器（１５）をより詳細に示す物で、図３に示す台枠が縦方向すなわち図の上下方向に揺さぶられるとこのモード変換器は板バネ（１２）の端部においてやや離れた所にある錘（１３）が片寄った揺さぶられ方をするので十分ついて来れず、結果としてこの上下方向の並進運動に歩調を合わせた回転運動が起こる、言い換えると並進運動から回転運動へのモード変換が起こる。ここで錘（１３）は十分ついてこれないまま図中の上下方向に駆動されるが、結果として回転運動が生ずるので。その回転中心から大略９０度異なる角度の場所にやや離れて取り付けられている表示子（１４）は図示の左右の方向に揺れる事になる。表示子（１４）には図３に示したようにその頂部の半分が黒く、他の半分が白く塗装されている。
【０００８】  図５はこのように錘（１３）などを含む色々な物が搭載された台枠（１１）を収容する容器と収容の様子を示す物で、典型的には浅いカップ状の下枠（２２）と穴あきお椀状の上枠（２１）とからなり、収容ののちは閉じられる。ここで上枠には表示子の頂部が外から視認出来るようにのぞき穴（２０）が開いている。図６はこの上枠（２１）の穴（２０）から表示子（１４）の頂部が見えている所を示す。こののぞき穴（２０）の内径は表示子（１４）の径より小さく出来ており、結果として表示子が台枠や壁面の接線方向すなわちこの場合図示の見方で言って左右方向に揺れると穴から見えている黒い部分と白い部分の比率が変る。これをビデオ計測すると表示子（１４）の動きの瞬時値や、多数回の経時的な計測値を時間的に並べればその振動をサンプリングされた信号として、得る事ができる。
【０００９】  ここで該ビデオ計測はのぞき穴の区域全体の平均輝度を求める事でも、白黒境界線の位置を追い掛ける事でも、また白のピクセル数と黒のピクセル数を計測して差を求める事でも良く、またこれらに関連して重み付けとか意常置ピクセルの除外とか適宜様々な工夫があり得る。かかるビデオ計測の詳細は公知汎用の技術の範囲内の事であり、本発明の主旨には関係しないので、詳細な説明はしない。
【００１０】  一方、前記の片持ちばり構造はそのバネとしての機能と錘を含む先端部に取り付けられた物体の質量とに基づいて特定に周波数で共振する。言い換えると負荷質量やバネ定数の調整により所望の周波数にて共振するように設計製作出来る。この性質を利用すれば観測したい対象の壁面の法線振動の中から特定の周波数成分を選択的に、あるいは強調して、観測する事ができる。このような周波数選択性は対象物が商用周波数で稼動する固定電気機器の場合にはその商用周波数およびまたはその高調波、往復機関の場合にはその往復行程の周波数、またその内部に打撃や押し出しの作用を行う作動系や弁等のある機器の場合にはその作動系や弁の固有の共振の周波数、等である事ができる。しかしながら前記の共振周波数の選択は、また共振性が不要ないしは邪魔な場合にはその作用を避けて使用するために共振周波数を観測したい周波数域から大きく異ならしめる事、また共振のダンプを行う事等も含めて本発明の実施上の自由度であり、本発明の本質にはかかわらない。
【００１１】  また前記の台枠に取り付けた片寄った錘を有する片持ち梁構造は本発明の好ましい実施例ではあるが唯一の実施例ではない。すなわちかかる法線振動を接線振動にモード変換する機構は他にも無数に存在し、それらのどれを用いても本発明の実施が可能である。以下それらのうち若干の例に関して図示は省略して文言でのみ動作原理の説明を行う。
【００１２】  先ず、モード変換用の片寄った錘の構造物が搭載されるのは片持ち梁の代りに両持ち梁であっても同じ動作原理で可能であり、またさらにダイヤフラム、コルゲーションダンパ、糸ダンパ、板ダンパ、３方向以上の多数の方向から求心的に懸架された板バネないしコイルバネ等であっても同様に同じ動作原理で可能である。
【００１３】  さらにまた台枠ごと並進運動で揺さぶられるのではなく台枠を基準面としてその中心部を押し引きされるように揺さぶられる場合には、その部位にゴムの評価用の硬度計（デュロメーター）と同様な思想で接触子ないし圧迫子の構造をした感圧端子を置き、その感圧端子と台枠とに２つの頂点を結合された３角形の枠ないし構造物（アクチュエーター）を置き、その３角形の３番目の頂点に表示子を置く事でも前記と同主旨のモード変換系を実現する事ができる。この可動３角形アクチュエーターの機能ははまた耳小骨における鎚・砧・鐙の構造を援用して２個または３個の部片の連繋構造の形で実現する事もできる。
【００１４】  また前記いづれのモード変換機構も前記のごとく個別機械部片の集中的な配置結合による代りに分布構造ないし不定形構造によっても実現出来る。例えば脱脂綿、グラスウール、テトロンウールのようなふわふわくしゃくしゃとした物の表面や内部に多数の微少な錘を集中する事なく分布せしめた物を台枠の中に詰め込んでおくと、このふわふわくしゃくしゃ構造においては押し引き運動に伴い横方向のずれ運動が派生するので、その錘の群れをビデオ計測する事で同じ目的を達する事ができる。
【００１５】  さらにこのふわふわくしゃくしゃ構造の代りに粘性のある流体、ゲルないしエラストマーを用いてその中に小さな錘を無数に分布させる事でも同じ主旨の動作が実現できる。
【００１６】  以上より本発明は単純なビデオ計測によりかかる法線方向の振動を観測出来るように、法線方向（縦方向）の振動を撮像された画面の方位角方向（横方向）の変位に、または場合によっては画面の輝度ないし濃度に、変換して観測せしめる観測補助手段を実現する装置である事ができる。
【００１７】  さらに本発明はまた上記のごとき装置において縦方向の振動を横方向の振動にモード変換する振動手段を援用する該装置である事ができる。
【００１８】  さらに本発明はまた上記のごとき振動モード変換機能を担う振動手段が共振性を有し、この共振性に基づき取り扱われる振動に対してフィルタの機能をも具備する該装置である事ができる。
【００１９】  さらに本発明はまた上記のごときフィルタ機能をもあわせ持つ共振性の振動モード変換手段が片寄った錘を負荷された片持ちあるいは両持ちの梁である事を特徴とする該装置であることができる。
【００２０】  以上の説明により明らかにされた如く、本発明の実施によれば対象物の法線方向の振動を遠方から、あるいは近接位置から、さらには接触的に、ビデオカメラで撮像してビデオ信号の段階で計測する事ができるので様々な用途において有益である。
【００２１】  尚、上記ビデオカメラにはビデオ計測のためのハードウエアまたはソフトウエアによる信号処理装置を併設する事を妨げない。
【００２２】  さらに上記ビデオカメラには計測業務のための打ち合わせ等に供する通信手段ないし通話手段を併設する事を妨げない。
【００２３】  さらに上記ビデオカメラには計測業務の準備または結果に関連する情報を記憶するための記憶手段を併設する事を妨げない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施における基本的であり得る構成例を示す物で、これにおいて、（１）計測の対象としたい壁面  （２）本発明に成る装置  （３）ビデオカメラ  （４）信号処理装置  （５）記録器  （６）表示装置
【００２５】
【図２】本発明の実施における今一つの構成例を示す物で、これにおいて、各部の名称は図１の場合と同じである。
【００２６】
【図３】本発明の実施における振動モード変換器の１例を示す物で、これにおいて、（１１）台枠  （１２）片持ちされた板バネ  （１３）錘  （１４）表示子  （１５）モード変換器
【００２６】
【図４】前記振動モード変換器（１５）をより詳細に示す物で、これにおいて、各部の名称は図３の場合と同じである。
【００２７】
【図５】本発明の１実施例におけるモード変換系を収容する容器と収容の様子を示す物で、これにおいて、（１１）台枠  （１３）錘  （２０）のぞき穴  （２１）上枠  （２２）下枠
【００２８】
【図６】前記の上枠（２１）ののぞき穴（２０）から表示子（１４）の頂部が見えている所を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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