(57)【要約】【課題】  測定した超音波の音圧レベルの利用に関する汎用性を向上させる技術を提供する。【解決手段】  超音波の音圧を測定する超音波音圧測定装置１であって、内部に収容空間を有する筐体１０と、収容空間内に設けられ、入射された超音波の音圧に応じて電圧を出力する圧電素子１２と、収容空間内に設けられる制御装置１１とを備え、制御装置１１は、圧電素子１２により出力された電圧がＡＤ変換された音圧データを取得するデータ取得部と、データ取得部により取得された音圧データを筐体１０の外部にある外部機器へ出力するデータ送信部とを有することを特徴とする。【選択図】図１
2018169332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の音圧を測定する超音波音圧測定装置であって、
内部に収容空間を有する筐体と、
前記収容空間内に設けられ、入射された超音波の音圧に応じて電圧を出力する圧電素子と、
前記収容空間内に設けられる制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記圧電素子により出力された電圧がＡＤ変換された音圧データを測定データとして取得するデータ取得部と、
前記データ取得部により取得された音圧データを前記筐体の外部にある外部機器へ出力するデータ送信部と
を有することを特徴とする超音波音圧測定装置。
【請求項２】
前記収容空間内に設けられ、測定した温度に応じて電圧を出力する温度センサを更に備え、
前記データ取得部は、更に、前記温度センサにより出力された電圧がＡＤ変換された温度データを前記測定データとして取得し、
前記データ送信部は、更に、前記データ取得部により取得された温度データを前記外部機器へ出力することを特徴とする請求項１に記載の超音波音圧測定装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記外部機器から前記超音波音圧測定装置に入力されたコマンドを取得するコマンド取得部を更に備え、
前記データ送信部は、前記コマンド取得部が前記測定データの要求を示すコマンドを取得した場合に、前記測定データを前記外部機器へ送信することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波音圧測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波洗浄装置における超音波の音圧を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、洗浄槽内の洗浄液に浸されたワークを超音波により洗浄する超音波洗浄装置が正常に動作しているか否かを判定することを目的として、洗浄槽における超音波の音圧を測定する超音波音圧測定装置が知られている。この超音波音圧測定装置は、本体に接続されたプローブを洗浄槽内に浸すことによって、超音波の音圧を測定し、測定値を本体に設けられた表示部に表示する。超音波の音圧が低下すると洗浄能力が低下してしまうため、超音波洗浄装置は、超音波音圧測定装置による測定値に基づいて、作業員によって定期的に監視される。
【０００３】
このような超音波音圧測定装置によれば、プローブ内の圧電素子に生じた電圧がプローブから出力され、プローブに接続されたアナログメータやデジタルメータのような表示部によって、電圧に基づく音圧レベルが示される。
【０００４】
また、関連する技術として、音波の受波面と検出面と、これらの間に空間部が形成された基体と、この基体の検出面に取着され音圧を電気信号に変換する振動子とにより構成される超音波音圧計（例えば、特許文献１参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１３７９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の超音波音圧測定装置によれば、プローブにより測定された超音波の音圧は電圧として出力されることから音圧レベルを取得するためには上述した表示部のような専用のハードウェアが必要となり、測定した超音波の音圧レベルの利用に関して汎用性が低い、という問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、測定した超音波の音圧レベルの利用に関する汎用性を向上させることができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本実施形態における超音波音圧測定装置は、超音波の音圧を測定する超音波音圧測定装置であって、内部に収容空間を有する筐体と、前記収容空間内に設けられ、入射された超音波の音圧に応じて電圧を出力する圧電素子と、前記収容空間内に設けられる制御装置とを備え、前記制御装置は、前記圧電素子により出力された電圧がＡＤ変換された音圧データを測定データとして取得するデータ取得部と、前記データ取得部により取得された音圧データを前記筐体の外部にある外部機器へ出力するデータ送信部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、測定した超音波の音圧レベルの利用に関する汎用性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る超音波音圧測定装置の構成を示す概略側面図である。
【図２】超音波洗浄装置の構成を示す側断面図である。
【図３】制御回路の構成を示す概略回路図である。
【図４】ＭＣＵのハードウェア構成を示すブロック図である。
【図５】ＭＣＵの機能構成を示すブロック図である。
【図６】ＭＣＵの動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
（超音波音圧測定装置の概要）
まず、本実施の形態に係る超音波音圧測定装置の概要について説明する。図１は、本実施形態に係る超音波音圧測定装置の構成を示す概略側面図である。図２は、超音波洗浄装置の構成を示す側断面図である。なお、図１においては、説明上、筐体のみが断面で示されている。
【００１３】
図１に示すように、超音波音圧測定装置１は、液体中に照射された超音波の音圧を測定する装置であり、中空となった柱体形状、本実施形態においては筒状に形成された筐体１０と、筐体１０内に収容される制御回路１１、圧電素子１２、ステンレスブロック１３及び温度センサ１４と、筐体１０の上面に設けられた防水コネクタ１５と、筐体１０の底面に設けられた受振棒２０と、筐体１０の外部に設けられたＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）コネクタ３０と、ＵＳＢコネクタ３０と制御回路１１とを接続するケーブル３１とを備える。
【００１４】
圧電素子１２は、ステンレスブロック１３に貼着されるとともに、制御回路１１に電気的に接続され、超音波振動を電圧に変換して音圧レベルを測定するセンサである。ステンレスブロック１３は、直方体状の部材であり、その底面には螺子穴１３ａが形成されるとともに、この底面が筐体１０の底面における内壁に接触するように設けられる。受振棒２０は、所定の長さを有する略棒状に形成され、その上端に螺子部２０ａが設けられ、この螺子部２０ａは筐体１０の底面に形成された孔を介して筐体１０に挿入されてステンレスブロック１３の螺子穴１３ａに螺合される。温度センサ１４は、筐体１０の側面における内壁に貼着されるとともに、制御回路１１に電気的に接続され、超音波が照射される液体の温度を測定するセンサである。なお、本実施形態において、液体中の超音波は、受振棒２０及びステンレスブロック１３を介して圧電素子１２に入射されるが、ステンレスブロック１３及び受振棒２０を省略して、筐体１０の底部における内壁に圧電素子１２を貼着する構成としても良い。
【００１５】
本実施形態における超音波音圧測定装置１による測定対象としての超音波洗浄装置９０は、図２に示すように、洗浄液を貯める容器である洗浄槽９１と、この洗浄槽９１の底部に設けられて洗浄液に超音波を発生させる振動部９２とを備え、振動部９２は、振動を発生する振動子９２１と振動子９２１による振動を洗浄槽９１へ伝達する振動板９２２とを有する。超音波測定装置１は、超音波洗浄装置９０の洗浄槽９１内に貯められた洗浄液中に、少なくとも受振棒２０が没入されることによって洗浄液に発生された超音波を測定するとともに、洗浄液中に少なくとも温度センサ１４の貼着位置まで筐体１０が没入されることによって洗浄液の温度を測定する。
【００１６】
超音波音圧測定装置１によれば、洗浄液内において測定された音圧レベル及び温度は、制御回路１１によってＡＤ変換されてＵＳＢコネクタ３０に接続された外部機器にデータとして送信される。また超音波音圧測定装置１の電源は接続された外部機器からＵＳＢコネクタ３０を介して供給される。このような外部機器としては、ＬＥＤ表示器、タブレット端末、パーソナルコンピュータ、データロガー、管理器などが考えられる。ＬＥＤ表示器は、音圧レベル及び温度を表示する。タブレット端末またはパーソナルコンピュータは、音圧レベル、温度、これらの時系列データ、音圧波形、及び超音波音圧測定装置１の設定状態などを表示する。データロガーは、音圧レベル及び温度の時系列データを保存する。管理器は、複数のＵＳＢ端子を備え、接続された複数の超音波音圧測定装置１を一括管理して、タブレット端末またはパーソナルコンピュータに対して複数の超音波音圧測定装置１により測定された音圧レベル及び温度を送信する。
【００１７】
（制御回路及びＭＣＵの構成）
次に、制御回路のハードウェア構成について説明する。図３は、制御回路の構成を示す概略回路図である。図４は、ＭＣＵのハードウェア構成を示すブロック図である。
【００１８】
制御回路１１は、図３に示すように、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１１０、減衰器１２０、増幅器１３０を備える。また、ＭＣＵ１１０は、図４に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）コア１１１、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１１２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）１１３、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１１４、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）１１６を備える。
【００１９】
ＣＰＵコア１１１は、ＲＡＭ１１２と協働して、ＲＯＭ１１３に格納されたプログラムを後述する各種機能として実行する。ＡＤＣ１１４は、複数チャンネルを有し、入力されたアナログ信号としての電圧をデジタル信号に変換する。Ｉ／Ｏ１１６は、複数チャンネルを有し、デジタル信号としてＨｉｇｈまたはＬｏｗの電圧を出力する。
【００２０】
図３に示すように、減衰器１２０及び増幅器１３０を介して、圧電素子１２から出力された電圧がＭＣＵ１１０のＡＤＣ１１４のチャンネルＡＤ１に入力され、また、温度センサ１４から出力された電圧がＡＤＣ１１４のチャンネルＡＤ２に入力される。また、ＭＣＵ１１０のＩ／Ｏ１１６のチャンネルＩＯ１は増幅器１３０に接続され、チャンネルＩＯ１からの出力に応じて増幅器１３０による増幅率が切り替えられる。また、Ｉ／Ｏ１１６のチャンネルＩＯ２及びＩＯ３は、減衰器１２０に接続されて、チャンネルＩＯ２及びＩＯ３からの出力に応じて減衰器１２０による減衰率が切り替えられる。チャンネルＩＯ１〜ＩＯ３からの出力を変更することによって、圧電素子１２から出力されてチャンネルＡＤ１へ入力される電圧のレベルを切り換えることができる。また、Ｉ／Ｏ１１６の他のチャンネルはＵＳＢコネクタ３０と接続され、超音波音圧測定装置１と接続された他の機器とのデータの送受信を行う。
【００２１】
（ＭＣＵの機能構成）
次に、ＭＣＵの機能構成について説明する。図５は、ＭＣＵの機能構成を示すブロック図である。
【００２２】
図５に示すように、ＭＣＵ１１０は、機能として、データ取得部１４１、平均処理部１４２、コマンド取得部１４３、データ送信部１４４、設定部１４５、レベル切替部１４６、設定送信部１４７を備える。
【００２３】
データ取得部１４１は、圧電素子１２及び温度センサ１４のそれぞれからＭＣＵ１１０に入力され電圧がＡＤＣ１１４に変換された音圧データ及び温度データを測定データとして取得する。ここで、音圧データは測定された超音波の音圧レベルを示し、温度データは測定された温度を示す。なお、圧電素子１２から出力された電圧は、減衰器１２０及び増幅器１３０にレベルが調節されてＭＣＵ１１０に入力されるため、音圧データにより示される音圧レベルは、減衰器１２０による減衰率及び増幅器１３０による増幅率を考慮したものとなっている。また、少なくとも音圧データについては、直近の所定数の音圧データがＲＡＭ１１２に格納される。
【００２４】
平均処理部１４２は、ＲＡＭ１１２に格納された直近の複数の音圧データにより示される音圧レベルの平均値を、例えば、加重平均や移動平均などにより算出する。音圧レベルの平均値を算出することによって、例えば、外部機器としてＬＥＤ表示器が超音波音圧測定装置に接続された場合に、変動が激しい音圧レベルを使用者が読み取りやすくすることができる。
【００２５】
コマンド取得部１４３は、ＵＳＢコネクタ３０により接続された外部機器から入力されるコマンドを取得する。コマンド取得部１４３により取得されるコマンドとしては、”測定データ要求”、”設定変更”、”設定データ要求”がある。これらコマンドは、”＃”で始まり”＄”で終わる形式で表現され、２文字目でどのようなコマンドかが示され、これによってコマンド全体の長さを類推することができる。
【００２６】
データ送信部１４４は、コマンドとして、”測定データ要求”がＭＣＵ１１０に入力された場合に測定データとして音圧データ及び温度データをＵＳＢコネクタ３０により接続された外部機器へ送信する。なお、本実施形態においてデータ送信部１４４により送信される音圧データは、直近の音圧データまたは平均化された音圧データのいずれかとする。超音波音圧測定装置１から送信されるデータについても、外部機器から入力されるコマンドと同様に”＃”で始まり”＄”で終わる形式で表現され、２文字目でどのようなデータかが示され、これに続く下位５ｂｉｔ、上位５ｂｉｔによりデータ値が示される。
【００２７】
設定部１４５は、コマンドとして、”設定変更”がＭＣＵ１１０に入力された場合に超音波音圧測定装置１の設定を変更する。ここで、設定としては、平均処理部１４２が音圧レベルの平均を算出する際に用いる音圧データの個数、圧電素子１２からＭＣＵ１１０に入力される電圧の入力レベルがある。
【００２８】
レベル切換部１４６は、減衰器１２０による減衰率及び増幅器１３０による増幅率を切り換えることによって、圧電素子１２からＭＣＵ１１０に入力される電圧の入力レベルを切り換える。ここで、レベル切換部１４６による入力レベルの切り換えは、設定部１４５による設定に依存し、ＡＤ変換に適さない電圧レベルとならないレンジに収まるように、具体的には、ＡＤＣ１１４に入力された際に飽和しない電圧レベルに自動に切り換えるように設定されるか、または、入力レベルを固定のレンジとするように設定される。
【００２９】
設定送信部１４７は、コマンドとして、”設定データ要求”がＭＣＵ１１０に入力された場合に、超音波音圧測定装置１の現行の設定を示す設定データをＵＳＢコネクタ３０により接続された外部機器へ送信する。
【００３０】
（ＭＣＵの動作）
次に、ＭＣＵの動作について説明する。図６は、ＭＣＵの動作を示すフローチャートである。なお、このフローチャートにおいて、超音波音圧測定装置は外部機器としてのタブレット端末に接続され、ＭＣＵに入力される電圧レベルを自動に切り換えるように設定され、更に音圧レベルの平均値を算出するように設定されているものとする。
【００３１】
図６に示すように、まず、データ取得部１４１は、圧電素子１２、温度センサ１４から出力された電圧のそれぞれがＡＤＣ１１４によりＡＤ変換された音圧データ、温度データを測定データとして取得してＲＡＭ１１２に格納する（Ｓ１０１）。次に、レベル切換部１４６は、圧電素子１２による電圧のＭＣＵ１１０への入力レベルが適切であるか否かを判定する（Ｓ１０２）。この判定によれば、例えば、データ取得部１４１により取得された直近の音圧データにより示される音圧レベルが最大値に達している場合に適切でないと判定される。
【００３２】
入力レベルが適切である場合（Ｓ１０２，ＹＥＳ）、平均処理部１４２は、予め設定された所定数の音圧データがＲＡＭ１１２に格納されているか否かを判定する（Ｓ１０３）。
【００３３】
所定数の音圧データがＲＡＭ１１２に格納されている場合（Ｓ１０３，ＹＥＳ）、これら所定数の音圧データに基づいて音圧レベルの平均を算出し、この音圧レベルを示す音圧データとして出力する（Ｓ１０４）。次に、コマンド取得部１４３は、外部機器からのコマンド入力があるか否かを判定する（Ｓ１０５）。
【００３４】
外部機器のコマンド入力がある場合（Ｓ１０５，ＹＥＳ）、コマンド取得部１４３は、外部機器より入力されたコマンドが測定データ要求であるか否かを判定する（Ｓ１０６）。
【００３５】
コマンドが測定データ要求である場合（Ｓ１０６，ＹＥＳ）、データ送信部１４４は、測定データとして音圧データ及び温度データを外部機器へ送信する（Ｓ１０８）。ここで送信される音圧データは、平均化された音圧レベルを示す音圧データ、または直近の音圧データとする。測定データの送信後、データ取得部１４１が所定のサンプル時間待機後に測定データを取得する（Ｓ１０１）。
【００３６】
一方、コマンドが測定データ要求ではない場合（Ｓ１０６，ＮＯ）、コマンド取得部１４３は、外部機器より入力されたコマンドが設定変更であるか否かを判定する（Ｓ１０９）。
【００３７】
コマンドが設定変更である場合（Ｓ１０９，ＹＥＳ）、設定部１４５は、設定変更コマンドに示される設定となるように超音波音圧測定装置１の内部設定を変更し（Ｓ１１０）、設定の変更後、データ取得部１４１が所定のサンプル時間待機後に測定データを取得する（Ｓ１０１）。
【００３８】
一方、コマンドが設定変更ではない場合（Ｓ１０９，ＮＯ）、設定送信部１４７は、設定データを外部機器へ送信し（Ｓ１１１）、設定の送信後、データ取得部１４１が所定のサンプル時間待機後に測定データを取得する（Ｓ１０１）。
【００３９】
また、ステップＳ１０５の判定において、外部機器のコマンド入力がない場合（Ｓ１０５，ＮＯ）、データ取得部１４１が所定のサンプル時間待機後に測定データを取得する（Ｓ１０１）。
【００４０】
また、ステップＳ１０３の判定において、所定数の音圧データがＲＡＭ１１２に格納されていない場合（Ｓ１０３，ＮＯ）、コマンド取得部１４３が外部機器からのコマンド入力があるか否かを判定する（Ｓ１０５）。
【００４１】
また、ステップＳ１０２の判定において、入力レベルが適切ではない場合（Ｓ１０２，ＮＯ）、レベル切換部１４６は、入力レベルを切り換え（Ｓ１１２）、入力レベルの切り換え後、データ取得部１４１が所定のサンプル時間待機後に測定データを取得する（Ｓ１０１）。
【００４２】
このように、圧電素子１２及び温度センサ１４が収容された筐体１０内でＡＤ変換をしてデジタルデータとしての音圧データ及び温度データを外部機器へ出力することによって、測定した音圧レベル及び温度を様々な機器が取得することが可能となり、音圧レベル及び温度の利用について汎用性を向上することができる。また、超音波音圧測定装置１と外部機器との間で送受されるデータのプロトコルを公開することによって、超音波音圧測定装置１の使用者がソフトウェアを開発することができ、測定された音圧レベル及び温度をより柔軟に扱うことが可能となる。
【００４３】
本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４４】
１  超音波音圧測定装置
１０  筐体
１１  制御回路（制御装置）
１２  圧電素子
【図１】
2018169332.tif 000003
【図２】
2018169332.tif 000004
【図３】
2018169332.tif 000005
【図４】
2018169332.tif 000006
【図５】
2018169332.tif 000007
【図６】
2018169332.tif 000008