(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯型光学スキャン機器により変換器の空間方向を検出する方法であって、
ａ）前記変換器の少なくとも第１外側筐体表面に第１空間方向特徴を提供するステップであって、前記第１空間方向特徴は、加速度、音圧、力といった前記変換器により測定される物理量に対する前記変換器の第１感度軸を示す、ステップと、
ｂ）前記第１空間方向特徴が視界に入るよう、携帯型光学スキャン機器を前記変換器の前記第１外側筐体表面に対して選択された空間方向に向けるステップと、
ｃ）前記携帯型光学スキャン機器により前記第１空間方向特徴を識別するステップと、
ｄ）前記第１空間方向特徴の識別にあたり、所定の座標参照系での前記携帯型光学スキャン機器の空間方向を、前記携帯型光学スキャン機器の方向センサにより検出するステップと、
ｅ）前記第１空間方向特徴および前記携帯型光学スキャン機器の前記検出された空間方向に基づいて、前記所定の座標参照系における前記変換器の空間方向を決定するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記第１空間方向特徴は、前記変換器の前記第１外側筐体表面の突起またはくぼみを含む、請求項１に記載の、変換器の空間方向を検出する方法。
【請求項３】
前記第１空間方向特徴は、前記変換器の前記第１感度軸を示す第１機械可読コードを含む第１方向タグを含む、請求項１または２に記載の、変換器の空間方向を検出する方法。
【請求項４】
戦記第１機械可読コードは、シリアル番号、ロット番号、タイプ番号、較正データ等といった追加変換器情報を含む、請求項３に記載の、変換器の空間方向を検出する方法。
【請求項５】
前記第１機械可読コードは、バーコード、ＱＲコード（登録商標）、文字、数字、またはこれらの組み合わせのうち１以上を含む、請求項４に記載の、変換器の空間方向を検出する方法。
【請求項６】
前記第１方向タグは、
前記変換器の前記第１感度軸に対して実質的に垂直に延びる前記変換器の第２感度軸を示す第２機械可読コードを含み、
前記変換器の前記第１および第２感度軸のそれぞれに対して実質的に垂直に延びる変換器の第３感度軸を示す第３機械可読コードを含んでもよい、
請求項４または５に記載の、変換器の空間方向を検出する方法。
【請求項７】
前記第１方向タグの前記第１および第２機械可読コードは、回転非対称なパターンにより前記第１外側筐体表面の面上に形成される、請求項６に記載の、変換器の空間方向を検出する方法。
【請求項８】
前記変換器の第２外側筐体表面に第２空間方向特徴を提供するステップであって、前記第２空間方向特徴は前記測定される物理量に対する前記変換器の第２感度軸を示す、ステップをさらに含み、
前記第２外側筐体表面は、前記変換器の前記第１外側筐体表面に対して実質的に垂直である、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の、変換器の空間方向を検出する方法。
【請求項９】
請求項１のステップａ）における前記変換器の製造において、前記変換器の第１外側筐体表面に前記第１方向タグを取り付けるステップを含む、請求項３ないし８のいずれか１項に記載の、変換器の空間方向を検出する方法。
【請求項１０】
試験対象への前記変換器の搭載にあたり、前記変換器の第１外側筐体表面に前記第１方向タグを取り付けるステップを含む、請求項３ないし８のいずれか１項に記載の、変換器の空間方向を検出する方法。
【請求項１１】
前記携帯型光学スキャン機器は、前記第１空間方向特徴の画像を記録するよう構成されたカメラを備える、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の、変換器の空間方向を検出する方法。
【請求項１２】
ｆ）前記携帯型光学スキャン機器により、前記所定の座標参照系における決定された前記変換器の方向を記述する方向データを、無線または有線データ通信リンクを介して遠隔測定システムに送信するステップであって、前記遠隔測定システムは、測定された前記物理量の成分を表す変換器信号を受信するために前記変換器の出力に接続されている、ステップ
をさらに含む、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の、変換器の空間方向を検出する方法。
【請求項１３】
少なくとも第１外側筐体表面を備える変換器筐体の中に搭載される変換部と、
測定された物理量の成分を示す変換器信号を供給するため前記変換部に接続される変換部出力と、
前記第１外側筐体表面に取り付けられる第１方向タグであって、前記第１方向タグは、加速度、音圧、力といった物理量に対する前記変換部の第１感度軸を示す第１機械可読コードを含む、第１方向タグと、
を備え、
装置によって検出される所定の座標参照系における前記変換器の空間方向は、前記装置によって識別された前記第１方向タグに対する前記変換部の前記第１感度軸と、前記所定の座標参照系における前記装置の空間方向とに基づいて、決定される、
変換器。
【請求項１４】
前記第１方向タグは、
前記変換器の前記第１感度軸に対して実質的に垂直に延びる前記変換器の第２感度軸を示す第２機械可読コードを含み、
前記変換器の前記第１および第２感度軸のそれぞれに対して実質的に垂直に延びる変換器の第３感度軸を示す第３機械可読コードを含んでもよい、
請求項１３に記載の変換器。
【請求項１５】
前記第１方向タグの前記第１機械可読コードは、バーコード、ＱＲコード、文字、数字、またはこれらの組み合わせのうち１以上を含む、請求項１３または１４に記載の変換器。
【請求項１６】
変換器の製造方法であって、
第１外側筐体表面を備える変換器筐体を製造するステップと、
加速度、音圧、力といった物理量に反応する変換部を、前記変換器筐体の１以上の内側表面に取り付けるステップと、
前記物理量の少なくとも１つの成分を表す少なくとも１つの変換器信号を供給するために、前記変換部の少なくとも１つの電気出力を前記変換器の外部からアクセス可能なコネクタの端子またはピンに接続するステップと、
ｉ）第１方向タグを、前記変換器の第１外側筐体表面に取り付けるステップであって、前記第１方向タグは、前記物理量に対する前記変換部の第１感度軸を示す第１機械可読コードを含む、ステップ、および、
ｉｉ）前記変換器の前記第１外側筐体表面の上に、前記第１機械可読コードを、印刷、彫り込み、または押印するステップ、のうち少なくとも１つと、
を含み、
装置によって検出される所定の座標参照系における前記変換器の空間方向は、前記装置によって識別された前記第１方向タグに対する前記変換部の前記第１感度軸と、前記所定の座標参照系における前記装置の空間方向とに基づいて、決定される、
変換器の製造方法。
【請求項１７】
変換器および装置を備え、
前記変換器は、
少なくとも第１外側筐体表面を備える変換器筐体の中に搭載される変換部と、
測定された物理量の成分を示す変換器信号を供給するため前記変換部に接続される変換部出力と、
前記第１外側筐体表面に取り付けられる第１方向タグであって、前記第１方向タグは、加速度、音圧、力といった物理量に対する前記変換部の第１感度軸を示す第１機械可読コードを含む、第１方向タグと、を備え、
前記装置は、
前記第１方向タグに対応する、前記変換器の前記第１感度軸を識別するための識別手段と、
前記所定の座標参照系における前記変換器の空間方向所定の座標参照系における前記装置の空間方向を検出するための検出手段と、を備え、
前記所定の座標参照系における前記変換器の空間方向は、前記検出手段によって検出された前記空間方向と、前記識別手段によって識別された前記第１感度軸とに基づいて決定される、
システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明のある態様は、携帯型光学スキャン機器により変換器の空間方向を検出する方法に関する。方法は、変換器の少なくとも第１外側筐体表面に第１空間方向特徴を提供するステップと、第１空間方向特徴が視界に入るよう携帯型光学スキャン機器を変換器筐体の第１外側表面に対して選択された空間方向に向けるステップと、を含む。方法は、さらに、第１空間方向特徴を識別するステップと、所定の座標参照系での携帯型光学スキャン機器の空間方向を検出するステップと、所定の座標参照系における変換器の空間方向を決定するステップと、を含む。
【背景技術】
【０００２】
大規模測定機構の多数の変換器またはセンサの、機能、配置、および空間方向の検査および検証は、音と振動の測定の種々の応用、例えば自動車の検査または風力タービンの監視または検査において、依然としてかなりの課題である。検査対象物の寸法が大きくなると、検査対象物の測定箇所が増加する。そして、通常、測定機構に含まれる変換器の数もこれに対応して増加する。その結果、配置誤り、入れ違い、または不作動の変換器といった、測定機構における間違いや誤りの発生が起きやすくなる。近年、不揮発半導体メモリを備えたいわゆる「スマートセンサ」が発達してきている。半導体メモリは、シリアル番号、較正値、および位置といった様々な種類の有益な変換器情報を、ＩＥＥＥ−Ｐ１４５１．４標準で規定される標準化された形式で電子的に保存することができる。後者のフォーマットは、現在、変換器電子データシート（Transducer Electronic Data Sheet;ＴＥＤＳ）に指定されている。ＴＥＤＳ準拠の変換器は、保存した変換器情報を遠隔測定システムまたは装置に、標準化された通信プロトコルで送信することができる。遠隔測定システムは、変換器情報を自動的に、測定システムの機構の記述またはファイルに直接読み込んでよい。この機能により、変換器のデータの測定システムへの手入力に関連するヒューマンエラーを減少させることができる。
【０００３】
しかし、このような測定機構の個々の変換器の空間方向の検査および検証は、依然として顕著な課題である。変換器が適切な空間方向にあることは、対象部品の、例えば音圧、音の強度、加速度、または他の物理量を、変換器またはセンサにより測定するような、多種多様の音響および振動測定において重要である。変換器の空間方向を検出する本発明の方法は、光学スキャン機器で変換器筐体の少なくとも第１空間方向特徴を読み取り認識して変換器の空間方向を識別することにより、この問題に取り組み解決する。第１空間方向特徴は、音圧、力、加速度といった変換器が測定する物理量に対する変換器の感度の第１の軸を示す。光学スキャン機器は、スマートフォン、携帯電話、タブレットといった携帯端末に統合されていてよく、そうすると携帯端末の既存のスキャン用ハードウェアおよびソフトウェア要素を利用することができ、そして変換器の方向の検出を行う低コストで柔軟な可搬機器を提供することができる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の第１の態様は、携帯型光学スキャン機器により変換器の空間方向を検出する方法に関する。方法は、
ａ）変換器の少なくとも第１外側筐体表面に第１空間方向特徴を提供するステップであって、第１空間方向特徴は、加速度、音圧、力といった変換器により測定される物理量に対する変換器の第１感度軸を示す、ステップと、
【０００５】
ｂ）第１空間方向特徴が視界に入るよう、携帯型光学スキャン機器を変換器筐体の第１外側筐体表面に対して選択された空間方向に向けるステップと、
【０００６】
ｃ）携帯型光学スキャン機器により第１空間方向特徴を識別するステップと、
【０００７】
ｄ）第１空間方向特徴の識別にあたり、所定の座標参照系での携帯型光学スキャン機器の空間方向を、携帯型光学スキャン機器の方向センサにより識別するステップと、
【０００８】
ｅ）第１空間方向特徴および光学スキャン機器の検出された空間方向に基づいて、所定の座標参照系における変換器の空間方向を決定するステップと、を含む。
【０００９】
携帯型、または可搬の光学スキャン機器は、スマートフォン、携帯電話、タブレットまたは同様の携帯型のソフトウェア駆動コンピューティング機器に統合され、またはその一部をなしてよい。それにより、携帯端末の既存のカメラハードウェア、方向センサ、光学センサなどを利用することができ、変換器の空間方向検出のための低コストで柔軟な携帯型、または可搬のスキャン機器を提供することができる。同様に、携帯端末のグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）機能、メモリ保存容量および画像処理のハードウェアおよびソフトウェア要素を、本発明のステップｃ）、ｄ）およびｅ）のうち１以上といった様々なステップの実行または実装に用いることができる。よって、本方法のある実施形態は、
【００１０】
ソフトウェアでプログラム可能な携帯端末のプロセッサで実行される第１アプリケーションプログラムにより、第１空間方向特徴を認識または識別するステップと、
【００１１】
ソフトウェアでプログラム可能なプロセッサで実行される第２アプリケーションプログラムにより、変換器の空間方向を検出するステップと、を有し、
【００１２】
第１および第２のアプリケーションプログラムは、それぞれ実行可能なプログラム命令のセットを含む。携帯端末は、｛スマートフォン、携帯電話、タブレット｝から選択されるスキャン機器であると好ましい。ソフトウェアでプログラム可能なプロセッサは、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）といったマイクロプロセッサであってよい。
【００１３】
変換器は、音響変換器、力もしくは歪変換器、または、１軸もしくは３軸加速度計であってよい。音響変換器はマイクロフォンまたはスピーカであってよい。第１空間方向特徴は、変換器の第１外側筐体表面の様々な物理的な属性であってよい。本発明のある実施形態で、第１空間方向特徴は、変換器の第１外側筐体表面の突起またはくぼみといった、既知で機械により認識可能な変換器の物理的特徴であってよい。ある典型的な実施形態で、第１空間方向特徴は、添付図面を参照して以下で詳細に説明するように、変換器筐体から突出する接続プラグの所定の形状および方向であってよい。本発明の他の実施形態で、第１空間方向特徴は、変換器の第１感度軸を示す第１の機械可読コードを含む第１方向タグであってよい。機械可読コードは、バーコード、ＱＲコード（登録商標）、またはDataMatrixコード、文字、数字、矢印またはこれらの記号の組み合わせといった１以上の記号で構成されてよい。第１の機械可読コードは、シリアル番号、ロット番号、タイプ指標または番号、較正データ等といった追加変換器情報またはデータを含んでよい。追加変換器情報があると、携帯型スキャン機器は、所定の座標参照系における個々のあるいは複数の変換器の空間方向の検出に加えて、特定の音響および振動測定機構の個々のあるいは複数の変換器についてのさまざまな有用情報を記録することができる。変換器の空間方向および追加変換器情報は、以下の詳細に説明するように、無線データ通信インタフェースを介して携帯型スキャン機器により遠隔測定システムに送信されてよい。
【００１４】
本発明のある実施形態で、第１方向タグは、変換器の第２感度軸を示す第２機械可読コードを含んでよい。ここで、第２感度軸は、変換器の第１感度軸に実質的に垂直である。また、変換器の第１および第２感度軸のそれぞれに対して実質的に垂直な変換器の第３感度軸を示す第３機械可読コードを含んでもよい。
【００１５】
本方法の好ましい実施形態では、携帯型スキャン機器は、第１空間方向特徴の画像を記録するよう構成されたカメラを備える。携帯型スキャン機器で実行される適切に構成されたプログラムルーチンまたはアプリケーションプログラムは、第１外側筐体表面の第１方向タグを認識し、第１方向タグのいずれかの機械可読コードを認識してデコードしてよい。第１方向タグの第１および第２の機械可読コードは、例えば、第１外側筐体表面の面上に回転非対称のパターンを形成する、上述したDataMatrixコードまたはパターンを含む。DataMatrixコードまたはパターンの一般的な形状またはパターンは携帯型光学スキャン機器が事前に知っているので、取得した第１方向タグの画像または像におけるDataMatrixコードの形状を分析するよう、スキャン機器の適切な補償プログラムまたはルーチンを構成することができる。取得した画像におけるDataMatrixコードの所定の独自要素の、第１方向タグにおける同じ独自要素の既知の位置に対する位置が、変換器筐体表面の所定の２次元平面での変換器の回転を計算して決定されてよい。そして、単一の方向タグの識別に基づいて、直交する少なくとも２つの感度軸方向における変換器の方向を、有利なやり方で決定することができる。
【００１６】
本発明のある実施形態において単一の方向タグから変換器の直交する少なくとも２つの感度軸方向を決定することができるが、変換器は、第２外側筐体表面の第２空間方向特徴を備えてよい。後者の方法の実行には以下のステップが含まれる：
【００１７】
変換器の第２外側筐体表面の第２空間方向特徴を提供するステップであって、第２空間方向特徴は、測定される物理量に対する変換器の第２感度軸を示し、
【００１８】
第２外側筐体表面は、変換器の第１外側筐体表面と実質的に垂直である。第１方向タグがいくつかの感度の軸を示す実施形態では、第２空間方向特徴は、重複した方向情報を提供する場合がある。
【００１９】
しかし、変換器の外側筐体表面の方向情報が見掛け上重複していると、大変便利な場合がある。なぜなら、一旦変換器が測定装置に搭載され、またはアレイ配置に置かれると、どの外部筐体表面が見えて携帯型スキャン機器でスキャンし画像取得できるかを予め知ることは一般にはできないからである。そして、重複した方向情報を含む変換器の外側筐体表面の２以上の方向タグが与えられると、測定操作者はスキャン作業をより早くより予測どおりに行うことができる。
【００２０】
上述のステップａ）に従った少なくとも第１外側筐体表面の第１方向タグを提供するステップは、本発明の方法の異なる実施形態では異なった方法で実行可能である。第１方向タグは、変換器の製造時に変換器の第１外側筐体表面に取り付けられ、または、接着されてよい。別の実施形態では、第１方向タグは、変換器の製造後、例えば変換器の使用者または顧客により、第１外側筐体表面に取り付けられ、または、接着されてよい。使用者または顧客は、例えば、変換器の測定対象への搭載にあたり、第１外側筐体表面に第１空間方向タグを取り付けまたは接着してよい。第１方向タグ、および、変換器筐体表面にあるその他の方向タグは、外側に面する表面に第１の、そして場合によっては第２の、機械可読マーカまたはコードが表示された、紙、金属、または樹脂シートといった適切な材料からなる平らな部材といった、別体のステッカーやラベルであってよい。第１方向タグは、例えば筐体表面の材料に対し良好な接着特性を有する接着剤を用いた接着により、第１外側筐体表面に取り付けられてよい。接着剤は、少なくとも試験が行われている間、方向タグを関連する筐体表面に固定する程度に強力であると好ましい。これは、試験の種類によっては些細な課題ではない。振動試験には、多くの場合、熱、振動、湿度などといった悪環境条件への強暴露が含まれる。
【００２１】
方向タグとして別体のステッカーやラベルを用いる代わりに、タグの適切な機械可読コードを変換器の外側筐体表面に彫り込み、または埋め込んで、変換器の実質的に永久なマーキングを形成してもよい。これは、変換器の製造時に行われると好ましい。適切な機械可読コードは、印刷、押印、または他の適切な印象形成技術により、変換器の外側筐体表面に直接形成されてよい。
【００２２】
方法のある好適な実施形態は、以下のステップを含む：
【００２３】
ｆ）携帯型光学スキャン機器により、所定の座標参照系における決定された変換器の方向を記述する方向データを、無線または有線データ通信リンクを介して遠隔測定システムに送信するステップ。遠隔測定システムは、測定された物理量の成分を表す変換器信号を受信するために変換器の出力に接続されている。遠隔測定システムは、本発明の第３の態様について後述するように、多数の変換器に接続され、それぞれの変換器から変換器出力信号を供給される、多数の測定チャネルを備えてよい。
【００２４】
本発明の第２の態様は、以下の構成を備えた変換器に関する：
【００２５】
少なくとも第１外側筐体表面を備える変換器筐体の中に搭載された変換部と、
【００２６】
測定された物理量の成分を示す変換器信号を供給するため変換部に接続される変換器出力と、
【００２７】
第１外側筐体表面に取り付けられる第１方向タグであって、加速度、音圧、力等といった物理量に対する変換部の第１感度軸を示す第１機械可読コードを含む、第１方向タグ。第１方向タグおよび第１機械可読コードの属性は上述のとおりであり、変換器筐体への第１方向タグの組込みおよび取り付けの異なる方法に適用される。変換器は、上述の理由で、変換器の他の外側筐体表面、例えば第１筐体表面に対し実質的に直交して配置される第２筐体表面に取り付けられる、他の方向タグをさらに含んでよい。変換器のある実施形態で、第１方向タグは、変換器の第１感度軸に対し実質的に垂直に延びる変換器の第２感度軸を示す第２機械可読コードを含んでよい。また、以下を含んでもよい：
【００２８】
変換器の第１および第２感度軸のそれぞれに対して実質的に垂直に延びる変換器の第３感度軸を示す第３機械可読コード。変換器の変換部は、１軸加速度計、２軸もしくは３軸加速度計、またはマイク部を備えてよい。変換器は、測定された物理量の成分を示す変換器信号出力を提供する接続部を備えてよい。接続部は、例えば電気ケーブルまたは光ケーブルを介して、遠隔測定システムに接続可能である。変換器信号出力は、変換器の感度の第１の軸に沿って変換器に作用して測定される、例えば加速度、力、または歪みの成分を示してよい。変換器がアクチュエータ、例えばスピーカまたは超音波発振器のとき、接続部はアクチュエータの入力信号または励起信号を受信するよう構成されてよい。アクチュエータは、着脱可能な振動板を備えてよい。
【００２９】
本発明の第３の態様は、以下のステップを有する変換器の製造方法に関する：
【００３０】
第１外側筐体表面を備える変換器筐体を製造するステップと、
【００３１】
加速度、音圧、力等といった物理量に反応する変換部を、変換器筐体の１以上の内側表面に取り付けるステップと、
【００３２】
物理量の少なくとも１つの成分を示す少なくとも１つの変換器信号を供給するために、変換部の少なくとも１つの電気出力を変換器の外部からアクセス可能なコネクタの端子またはピンに接続するステップと、
【００３３】
ｉ）第１空間方向タグを変換器の第１外側筐体表面に取り付けるステップであって、第１空間方向タグは、物理量に対する変換部の第１感度軸を示す第１機械可読コードを含む、ステップ
【００３４】
ｉｉ）変換器の第１外側筐体表面の上に、第１機械可読コードを印刷、彫り込み、または押印するステップ、のうち少なくとも１つのステップ。
【００３５】
本発明の第４の態様は、上述した実施形態に従った複数の変換器を備えた変換器測定システムに関する。複数の変換器は、検査対象の周囲の所定の複数の測定点に搭載される。変換器測定システムは、上述の遠隔測定システムをさらに備える。遠隔測定システムは、少なくとも以下を備える：
【００３６】
それぞれ無線または有線の信号接続を介して対応する複数の変換器の変換器出力信号に接続される複数の入力チャネル、
【００３７】
無線または有線データ通信リンクを介して光学スキャン機器から複数の変換器の方向データを受信するよう構成される無線データ通信インタフェース。
【００３８】
遠隔測定システムは、複数の信号入力チャネルに接続された複数の変換器のそれぞれの空間方向を表示するディスプレイを備えてよい。遠隔測定システムは、検査対象または検査構造体と同じ部屋に配置されてよく、この場合、携帯型スキャン機器から遠隔測定システムへの方向データの有線送信も無線送信も現実的である。検査操作者は、例えば、検査対象に搭載された複数の変換器のそれぞれに、本発明の方法の上述のｂ）、ｃ）、ｄ）およびｅ）のステップの実行を進めてよい。この過程で、すべての変換器のそれぞれの方向データが集められ、携帯型スキャン機器のメモリに一時記憶され、無線または有線データ通信リンクを介した単一のデータ送信セッションで、遠隔測定システムに送信される。
【００３９】
変換器測定システムは、検査対象のそれぞれの測定点近傍に取り付けられた、複数の機械可読位置マーカを備えてよく、それぞれの機械可読位置マーカは検査対象の特定の位置または場所を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
本発明の好適な実施形態を、次の図面を参照して以下詳細に説明する。
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態による、加速度計のそれぞれの外側筐体表面に取り付けられた第１、第２、および第３の空間方向タグを備えた３軸加速度計としての典型的な変換器の模式斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施形態による、加速度計のそれぞれの外側筐体表面に取り付けられた第１、第２、および第３の空間方向タグを備えた３軸加速度計としての典型的な変換器の模式斜視図である。
【図２】本発明の３軸加速度計の空間方向を検出する方法の第１の典型的な実施形態による、図１に示す変換器筐体に搭載された方向タグの１つの、典型的な携帯型光学スキャン機器による読み取りの模式的斜視図である。
【図３】本発明の３軸加速度計の空間方向を検出する方法の第２の典型的な実施形態による、図１に示す変換器筐体に搭載された方向タグの１つの、典型的な携帯型光学スキャン機器による読み取りの模式的斜視図である。
【図４】本発明の３軸加速度計の空間方向を検出する方法の第３の典型的な実施形態による、図１に示す変換器筐体に搭載された特定の方向タグの、典型的な携帯型光学スキャン機器による読み取りの模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明による加速度計の空間方向を携帯型光学スキャン機器により検出する方法での使用に適した、典型的な３軸加速度計の模式斜視図である。典型的な３軸加速度計１００は、３軸加速度計１００のそれぞれ垂直な第１および第２外側筐体表面１０１および１０３に取り付けられた、第１および第２方向タグ１０２、１０４を備える。３軸加速度計１００は、第１および第２外側筐体表面１０１、１０３のそれぞれに対して垂直な第３外側筐体表面１０５に取り付けられた第３方向タグを備えてもよい。第１および第２方向タグ１０２、１０４は、３軸加速度計１００の第１および第２空間方向特徴として機能する。加速度計の他の実施形態または他の形式の変換器が、第１および／または第２外側筐体表面上の突起またはくぼみといった加速度計または変換器の所定の既知で機械認識可能な物理的特徴に依存して加速度計または変換器の空間方向の認識を行うことができることを、当業者は理解するだろう。第１および第２空間方向特徴は、例えばコネクタプラグ１２１の形状を含む。３軸加速度計１００は、例えばデンマーク国ネーロムのブリュール  アンド  ケーア  サウンド  アンド  バイブレーション  メジャーメント社製３軸圧電加速度計の４５２４、４５２４−Ｂまたは４５０４であってよい。もちろん、これに代えて他社製の１軸または多軸加速度計も、本発明の実施に用いることができる。加速度計の構造詳細に依存して、しばしばｘ、ｙ、ｚ軸方向で指定される３つの直交する空間軸方向のうち特定の軸方向の加速度に反応して、その特定の軸方向の加速度に比例する電圧または電流を生成する１以上の圧電変換部（不図示）が、変換器筐体１０７の内側に搭載されてよい。同様に、低雑音増幅器、フィルタ、ＡＤコンバータ、電源などといった様々な電子信号調整回路および／またはメモリ素子が、変換器筐体１０７の内部の適切な荷台上に搭載されてよい。電子信号調整回路は、１以上の圧電変換部のそれぞれの出力端子に接続され、ｘ、ｙ、ｚのそれぞれの感度軸方向についての加速度計１００の低インピーダンスで場合によっては周波数整形された出力信号を提供してよい。加速度計筐体１０７は、例えば湿度、機械的衝撃、埃、光、熱などの様々な有害環境汚染物質から変換部を保護するため、金属化合物、または、チタンといった金属で構成されてよい。金属の加速度計筐体１０７は、電磁妨害保護目的でも有益なことがある。加速度計筐体１０７は、取り付けのためのクリップの搭載や加速度計１００の異なる複数の検査対象への適合をサポートする、複数のオプションスロット１０９ａ、１０９ｂを備える。加速度計筐体１０７の下方の実質的に平らな外側筐体表面（斜視図では隠れており、外側筐体表面１０１に対向して配置される）は、検査構造体と、直接または間接に（例えば適切な接着剤または接着層を介して）接触する。したがって、加速度計筐体１０７の下方の実質的に平らな外側筐体表面は、検査構造体に対する連接面または接合面として働く。
【００４２】
３軸加速度計１００は、共通アース端子と、３軸加速度計１００の変換部の第１、第２、第３の直交する感度軸をそれぞれ示す加速度計のｘ、ｙ、ｚ成分の出力信号が通る３つの個別の出力信号端子と、を含む４ピンコネクタを備えてよい。第１、第２方向タグ１０２、１０４は、３軸加速度計１００の、それぞれ例えばｘとｙの感度軸方向を示す。第４空間方向タグ１０６は、第２方向タグ１０４が置かれた第２外側筐体表面１０３に対向する表面に搭載され、これらのタグ１０４、１０６が３軸加速度計１００の同一の感度の軸を示すように、同一の空間方向を有する。しかし、このような感度のｙ軸方向を示す方向タグの見掛け上の重複は有用である。なぜなら、３軸加速度計１００が検査構造体に搭載されると、３軸加速度計１００のどの外側筐体表面がスキャン／画像取得のために見える状態になるかは、どの検査手順でも事前に知ることは概してわからないためである。
【００４３】
ｘ成分の出力信号は、平らな第１外側筐体表面１０１から垂直に突出する加速度計の所定のｘ軸方向への加速度計１００の加速度を示す。ｙおよびｚ成分の出力信号も同様にｙ軸およびｚ軸に沿った加速度をそれぞれ示し、これにより対応する検査対象または検査構造体の振動の３軸加速度測定を行うことができる。後者（検査構造体）は、例えば自動車の車体、航空機の構造体、列車の構造体、風力タービンの構造体、衛星構造体などが含まれる。電気コネクタ１２０は、適切なケーブル、例えば低雑音シールドケーブルを介してｘ、ｙ、ｚ成分の出力信号を遠隔測定システムに接続するために用いられてよい。実際の測定機構には、多数の、例えば２０以上、あるいは１００以上の、適切な電気ケーブルを介して遠隔測定システムに接続された個別の３軸加速度計１００が含まれる場合があることを、当業者は理解するだろう。遠隔測定システムは、パーソナルコンピュータまたは他の計算機ハードウェア装置で実行される様々な種類のデータ収集ソフトウェアとともに、適切な加速度計計測システムを備えてよい。遠隔測定システムは、それぞれの加速度計の識別および状態情報、例えばシリアル番号とともに、それぞれの測定チャネルの状態と識別子とを視覚的に表示するよう構成されたディスプレイを備えてよい。多数の３軸加速度計のそれぞれは、遠隔測定システムの特定の測定チャネルに接続されてよい。
【００４４】
３軸加速度計１００の金属筐体１０７は、上述のように、３つの実質的に平らで互いに垂直に向いた外側筐体表面１０１、１０３、１０５を有する。これらの外側筐体表面のうち２つまたは３つには、それぞれの上に方向タグがしっかりと取り付けられ、好ましくは、以下で図２、３および４を参照して詳細に説明するように、３軸加速度計１００の感度のｘ、ｙ、ｚのそれぞれの軸が変換器の空間方向を検出する本発明の方法の適用により所定の座標／空間参照系において一意に識別できるよう、少なくとも３つの機械可読コードを備えてよい。本発明の方法は、慣性またはジャイロ測定システムを独自に備え、適切に構成またはプログラムされた、携帯型光学スキャン機器（図２の２０１）を用いる。各々の方向タグの機械可読コードは、コードパターンの所定の属性により、３軸加速度計１００の感度の軸の１つ、例えば方向タグの設けられた筐体表面から垂直に突出する軸を示してよく、また、３軸加速度計１００の２または３の直交する感度の軸を示してもよい。３軸加速度計１００の本実施形態では、第１および第２方向タグ１０２、１０４のそれぞれは、例えばＥＣＣ０００−ＥＣＣ２００標準に従って、DataMatrixまたはＱＲコードを備える。方向タグ１０２、１０４のそれぞれに、他の形式の多数の機械可読コードを適用可能であることを、当業者は理解するだろう。ある実施形態で、それぞれの機械可読コードは、バーコード、英数字、または英数字の組み合わせで構成されてよい。それぞれの方向タグの機械可読コードは、例えば単に「Ｘ」または「Ｙ」または「Ｚ」の文字を矢印とともに表示し、通常の加速度計の用語法に従って軸方向を示してよい。方向タグ１０２、１０４（そしてタグ１０６も）のそれぞれの機械可読コードは、好ましくは、シリアル番号、ロット番号、タイプ番号、較正データ、加速度計形式識別子等といった追加または補足変換器情報を含んでよい。方向タグ１０２、１０４の１つまたは両方の機械可読コードは、３軸加速度計１００の感度のｘ軸および感度のｙ軸を示す第１および第２機械可読コードの両方を含んでよい。これは、第１外側筐体表面１０１において、第１方向タグ１０２の第１および第２機械可読コードを含むDataMatrixコードの回転非対称属性により実装される。第２外側筐体表面１０３に取り付けられた第２方向タグ１０４のDataMatrixコードも同様に、第２機械可読コードと第３機械可読コードとを含んでよい。第３機械可読コードは、３軸加速度計１００の感度のｚ軸を示してよい。方向タグ１０２、１０４のDataMatrixコードに回転対称性がないため、図２、３および４を参照して以下に詳述するように、第１または第２外側筐体表面１０１、１０３の平面における３軸加速度計１００の回転角を、携帯型光学スキャン機器により検出することができることになる。
【００４５】
本発明のある実施形態で、方向タグ１０２、１０４、１０６のそれぞれは、外側の面に適切な機械可読マーカまたはコードを設けた個別のステッカー、例えば、紙または樹脂シートといった材料の比較的平らな小片で構成される。適切な機械可読マーカまたはコードは、筐体表面に、印刷、押印、または他の適切な印象形成技術によって形成されてよい。方向タグは、対象の変換器筐体表面に、例えば筐体表面の材料への接着特性の良好な接着剤を用いた接着により、取り付けられてよい。接着剤は、少なくとも振動試験が行われる間方向タグを対応する筐体表面に固定できる程度に強力であると好ましい。多くの振動試験には熱、振動、湿度などといった悪環境条件への強暴露が含まれるため、これは小さな課題ではない。後者の実施形態で、第１および第２方向タグ１０２、１０４（そして場合によっては第３方向タグ１０６）は、例えば振動試験および試験対象の準備にあたり、既存の加速度計のそれぞれの外側筐体表面に後付けされてよい。第１および第２空間方向タグ１０２、１０４は、３軸加速度計１００が試験対象に搭載される前、もしくは３軸加速度計が試験対象に搭載された後であって、振動試験が開始される前に、それぞれの外側筐体表面に取り付けられてよい。これに代えて、上述した形式の方向タグは、製造時点で加速度計のそれぞれの外側筐体表面に取り付けられてよい。本発明の他の実施形態で、方向タグは、加速度計１００のそれぞれの外側筐体表面に彫り込まれ、または埋め込まれて、加速度計筐体１０７に実質的に永久のマーキングを形成してもよい。各方向タグは、例えば、加速度計筐体１０７の製造にあたり、押印、彫り込み、金型成形、エッチング、印刷、レーザーマーキングなどといった既知の刻印技術により作成または形成することができる。
【００４６】
図２は、本発明の３軸加速度計１００の空間方向を検出する方法の第１の実施形態による、加速度計筐体１０７の第１外側筐体表面１０１に搭載された、DataMatrixにエンコードされた第１方向タグ１０２の形態である第１空間方向特徴（図１参照）の、典型的な携帯型光学スキャン機器２０１による読み取りの模式的斜視図である。加速度計筐体１０７は、加速度計筐体１０７の上述した接合面を介して、試験対象筐体２１２に対しその要求される位置にしっかりと取り付けられる。典型的な携帯型光学スキャン機器２０１は、本発明の第１の実施形態では、スマートフォンのデジタルカメラ部として実装される。スマートフォンは、本発明の方法の実行をサポートする多数の有用な機能、具体的にはデジタルカメラ、画像の記憶・操作アプリケーション、そして無線通信リンクを提供し、方向タグ１０２、１０４に関する様々な種類の情報を記憶、表示、処理等のためにリモートコンピューティングシステムまたはプラットフォームにアップロードすることが可能になることを、当業者は理解するだろう。
【００４７】
DataMatrixにエンコードされた第１方向タグ１０２の読み取りは、試験操作者がスマートフォン２０１を手で持って、スマートフォン筐体の実質的に平らな外側後方表面２０５と、３軸加速度計１００の実質的に平らな第１外側筐体表面１０１とを、図示されたｚ軸方向、および、紙面の前後方向に延びるｙ軸方向に沿ってこれらが並ぶように配置することにより開始する。これにより、スマートフォン筐体の平らな後方表面２０５は、３軸加速度計１００の実質的に平らな第２外側筐体表面１０３に対して垂直に配置される。図３および図４を参照して後述するように、本発明の方法の他の実施形態では、第１方向タグ１０２の読み取り中に、３軸加速度計１００の外側筐体表面１０１とスマートフォン筐体とが、別の空間方向関係を有してもよい。スマートフォン２０１のカメラレンズ（不図示）から加速度計１００への視線が、感度のｘ軸に沿って延びる光線路２０８により模式的に示されている。スマートフォンカメラのＣＣＤチップの感度面（不図示）がスマートフォンの実質的に平らな外側後方表面２０５に並んでいるとの仮定に基づくと、第１方向タグ１０２の画像は、ＣＣＤチップの感度面および３軸加速度計１００の外側筐体表面１０１に対して０度の角度で記録または取得され、第１方向タグ１０２の特徴および形状がＣＣＤチップに大きく（空間的に）ゆがむことなく投影される。スマートフォン筐体と３軸加速度計１００の筐体１０７との間が求められる空間方向となり、第１タグ１０２の機械可読コード上にカメラの焦点が合ったことに試験操作者が気づくと、試験操作者は方向タグ１０２の写真を撮影して読み取る。このようにして、方向タグ１０２のデジタル画像がスマートフォンのメモリに記憶される。光線路２０８内に記載されたDataMatrixコードを有する方向タグ１０２は、説明のためのものである。
【００４８】
方向タグ１０２の写真を撮影したのと実質的に同時に、スマートフォン２０１のソフトウェアプログラム可能なマイクロプロセッサ（不図示）は、対応するスマートフォン２０１の空間方向を検出するため、スマートフォンの組み込み方向センサまたは慣性航行システムに問い合わせまたはアクセスを行う。この動作は、本発明のある実施形態では、方向センサから３次元方向を読み取るよう構成された、スマートフォンのオペレーティングシステムの１以上の既存のプログラムルーチンまたはアプリケーションプログラムの読み出しおよび実行により比較的単純なやり方で行うことができることを、当業者は理解するだろう。方向センサは、ＭＥＭＳベースのジャイロスコープを備えてよい。そして、組み込み方向センサは、第１方向タグ１０２の読み取りの間、所定の座標参照系におけるスマートフォン２０１の空間方向を示す３次元方向データを出力する。スマートフォンのマイクロプロセッサは、次に、第１方向タグ１０２上に保持されたDataMatrixでエンコードされた機械可読コードをデコードすることにより、加速度計１００の感度軸方向を検出する。DataMatrixでエンコードされた機械可読コードのデコードが、取得されたデジタル画像からDataMatrixコードをデコードするよう構成されたスマートフォンのオペレーティングシステムの既存のプログラムルーチンを呼び出し実行するという比較的単純なやり方で行うことができることを、当業者は理解するだろう。プログラムルーチンは、次に、第１方向タグ１０２のDataMatrixでエンコードされた機械可読コードに示される感度の軸および検出されたスマートフォン２０１の空間方向に基づいて、所定の座標参照系における３軸加速度計１００の方向を決定する。３軸加速度計１００の平らな第１外側筐体表面１０１（第１方向タグ１０２を保持する）とＣＣＤチップの感度面との相対的空間方向または配置は、上述した理由でわかっているので、スマートフォン２０１の方向センサを用いて３軸加速度計１００の所定の座標参照系における空間方向を判断するのは容易である。第１外側筐体表面１０１の面上で、DataMatrixコードでエンコードされた機械可読コードは、上述したように回転非対称属性を有しているので、プログラムルーチンは、スマートフォン筐体の実質的に平らな外側後方表面２０５と３軸加速度計１００の平らな第１外側筐体表面１０１とが感度のｙ軸（紙面の前後方向）沿って並ぶ相対的位置関係を検出することができる。この検出は、図面の第１方向タグにおいてDataMatrixパターンまたはコードのｚ−ｙ平面での回転角を検出することにより可能となる。
【００４９】
一方、第１方向タグ１０２の機械可読コードが回転非対称属性を有していない場合、ここまでに概説した第１方向タグ１０２の読み取りと認識手順を、第２方向タグ１０４に対して繰り返し、感度のｙ軸に沿った３軸加速度計１００の空間方向を決定してよい。
【００５０】
スマートフォン２０１のソフトウェアでプログラム可能なマイクロプロセッサは、第１方向タグ１０２のDataMatrixでエンコードされた機械可読コードにエンコードされた追加変換器情報を読み、デコードするよう、あわせて構成されると好ましい。
【００５１】
その結果、所定の座標参照系で表現された３軸加速度計１００の空間方向、および、追加変換器情報は、手順が完了した後にスマートフォン２０１の所定の記憶領域に保存される。３次元方向情報および追加変換器情報は、その後、適切な無線データ通信リンクまたはチャネルを介して遠隔測定システムに送信される。データ送信の開始は、自動で行われてもよく、試験操作者の手動操作により行われてもよい。手動で行う実施形態で、試験操作者は、例えば、スマートフォン２０１で動作する専用アプリケーションの適切なグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を介して、送信手順を制御してよい。データ通信リンクまたはチャネルは、好ましくはスマートフォンの既存の無線通信インタフェースのハードウェア要素とソフトウェア要素に基づき、ＧＳＭ（登録商標）、ＧＲＰＳ、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、Bluetooth（登録商標）等といった異なる形式の無線データ通信の標準化プロトコルを含んでよい。このようにして、３軸加速度計１００の３次元空間方向データおよび追加変換器情報／データは遠隔測定システムに送信され、その適切な記憶領域に保存される。遠隔測定システムは、受信した３軸加速度計１００の３次元方向データおよびそのシリアル番号を、試験構造体上の３軸加速度計１００の加速度のｘ、ｙ、ｚ軸をそれぞれ示す、加速度計のｘ、ｙ、ｚ出力信号の１つにそれぞれ（４ピンコネクタ１２０を通して）接続される特定の測定チャネルと、関連づけ、または接続する。
【００５２】
最後に、３軸加速度計１００の空間方向を空間方向タグ１０２に基づいて検出する上述の方法は、好ましくは測定機構の残りの加速度計のそれぞれについて繰り返される。その後、測定システムのそれぞれの測定チャネルは、その測定チャネルに接続された加速度計の３次元方向およびシリアル番号を示す変換器情報に関連付けられる。
【００５３】
図３は、本発明の３軸加速度計１００の空間方向を検出する方法の第２の実施形態による、変換器筐体１０７の第１外側筐体表面１０１に取り付けられた（図１参照）、DataMatrixでエンコードされた第１方向タグ１０２の、上述の典型的な携帯型光学スキャン機器による読み取りの模式的斜視図である。図２に関連して上述した第１の実施形態および本実施形態に対応する特徴には、対比が容易となるよう対応する参照符号を付してある。全体として、３軸加速度計１００の空間方向データを取得して遠隔測定システムに送信するため、本方法は上述のステップを繰り返す。しかし、本実施形態では試験操作者３０３はスマートフォン３０１を、そしてその結果ＣＣＤチップの感度面を、３軸加速度計１００の平らな第１外側筐体表面１０１に対し、所定の事前に不明の回転角、例えば約４５度、ｚ−ｘ平面で回転させる。スマートフォン３０１と加速度計１００の平らな第１外側筐体表面１０１とをｚ−ｘ平面および／またはｚ−ｙ平面に揃えることなく、第１方向タグ１０２の機械可読コードを読み、３軸加速度計１００の空間方向を決定できるのは、多くの実用測定場面において有利な特徴となる。試験対象表面３１２の形や大きさによる物理的な制限のため、ｚ−ｘ平面および／またはｚ−ｙ平面で適切な配置とすることができない、または時間がかかることがしばしばある。したがって、このような配置の条件が緩和されると、操作者に必要な時間を顕著に削減することができる。既知のDataMatrixコードの一般的形状に関連して第１方向タグ１０２のDataMatrixコードが回転対称性を有していないため、スマートフォン３０１のソフトウェアでプログラム可能なマイクロプロセッサ上で適切な補償プログラムまたはルーチンを実行し、取得した画像または像における機械可読コードの回転を決定することができる。DataMatrixコードが例えばコードの所定の位置に特徴的な形状や要素を有していれば、取得したDataMatrixコードの像におけるこの特徴的な形状または要素の回転量を解析し、第１外側筐体表面１０１とスマートフォン３０１とのｚ−ｘ平面における回転角を決定することができる。回転角が決定されると、補償プログラムは、スマートフォン３０１の方向センサから取得した３次元方向データを決定された回転角と結合させ、所定の座標参照系における３軸加速度計１００の実際の方向を、スマートフォン３０１を用いて決定することができる。
【００５４】
図４は、本発明の３軸加速度計１００の空間方向を検出する方法の第３の実施形態による、変換器筐体１０７の第１外側筐体表面１０１に取り付けられた（図１参照）、DataMatrixでエンコードされた第１方向タグ１０２の、上述の典型的な携帯型光学スキャン機器による読み取りの模式的斜視図である。図２に関連して上述した第１の実施形態および本実施形態に対応する特徴には、対比が容易となるよう対応する参照符号を付してある。全体として、３軸加速度計１００の空間方向データを取得して遠隔測定システムに送信するため、本方法は上述のステップを繰り返す。しかし、本実施形態では試験操作者４０３は、スマートフォン４０１のＣＣＤチップの感度面と、第１方向タグ１０２の設けられる加速度計１００の平らな第１外側筐体表面１０１とを、上述のようにｚ軸に沿って０度をなすように配置する必要はない。図示された光線路４０８および並び線４０３ａ、４０３ｂに示すように、試験操作者４０３はスマートフォン４０１を回転させ、そしてＣＣＤチップの感度面を、ｘ−ｚ平面において所定の事前に不明の傾斜角αをなすようにする。そして、第１方向タグ１０２の機械可読コードに用いられるパターンによっては、これらの機械可読コードは、記録されたカメラ画像において、空間的な歪みの大小が生じ得る。しかし、機械可読マーカまたはコードの一般的な形状またはパターンは事前にわかっているので、マイクロプロセッサは、取り込まれた画像または像のデータ上の第１方向タグの機械可読コードの形状を分析する適切な補償プログラムまたはルーチンを含んでよい。機械可読コードが例えば第１方向タグ１０２の既知の位置に四角い要素を含んでいれば、補償プログラムルーチンは取り込まれた画像中の四角い要素の幾何変形量を分析して傾斜角αを決定することができる。傾斜角が決定されると、マイクロプロセッサは、スマートフォン４０１の方向センサから取得した３次元方向データと決定された傾斜角とを結合し、所定の座標参照系における第１外側筐体表面１０１の修正方向を、スマートフォン４０１を用いて決定することができる。
【００５５】
本発明の別の態様によると、測定機構は、試験対象の、例えば加速度計が搭載される測定点の近傍に取り付けられる複数の機械可読地点マーカを備えてもよい。測定地点マーカは、測定地点が試験対象のどの位置にあるのかを、例えば「翼端」「基部の垂下翼端」といった記述的単語を用いて、または、試験対象にわたって広がる所定の座標系における座標の数値セットにより、示してよい。そして、試験操作者は、上述した３軸加速度計のそれぞれの機械可読ＱＲタグの読み取りおよびデコード手順にあたり、例えばその前または後に、スマートフォンの光学スキャン機器を用いて、測定位置マーカをスキャンしてよい。このようにして、加速度計の位置情報と加速度計の方向データとが試験対象の一度の全体スキャン手順により取得可能となる。位置情報が３次元方向情報および追加変換器情報／変換器データとともに遠隔測定システムに送信されてよいことは、当業者には十分理解できるだろう。
【図１Ａ）】
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【図１Ｂ）】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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