(57)【要約】【課題】複数の異なる対象物を判定する場合でも、対象物の作動時に生ずる振動波に基いて対象物の状態を精度良く判定すること。【解決手段】対象物の作動時に生ずる振動波を検出入力する振動波入力手段２と、入力された振動波を周波数分離して、対象物の所定作動状態を示す目的作動音が生じる予め定めた周波数帯域毎の第１の時系列信号を取出す信号処理手段６、７と、複数の異なる対象物毎に設定されると共に、第１の時系列信号のレベルを補正する補正係数を設定した複数の個別補正テーブル８２を有し、対象物に対応する選択指令信号に応じて個別補正テーブル８２を選択可能な補正テーブル手段８と、選択された個別補正テーブル８２の補正係数に基いて、予め定めた周波数帯域毎の第１の時系列信号のレベルを補正して第２の時系列信号を生じる補正手段１０と、第２の時系列信号に基いて対象物の状態を判定する判定手段１１とを備えた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の作動時に生ずる振動波を検出入力する振動波入力手段と、
入力された前記振動波を周波数分離して、前記対象物の所定作動状態を示す目的作動音が生じる予め定めた周波数帯域毎の第１の時系列信号を取出す信号処理手段と、
複数の異なる前記対象物毎に設定されると共に、前記第１の時系列信号のレベルを補正する補正係数を設定した複数の個別補正テーブルを有し、前記対象物に対応する選択指令信号に応じて前記個別補正テーブルを選択可能な補正テーブル手段と、
選択された前記個別補正テーブルの補正係数に基いて、予め定めた周波数帯域毎の前記第１の時系列信号のレベルを補正して第２の時系列信号を生じる補正手段と、
前記第２の時系列信号に基いて前記対象物の状態を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする振動波判定装置。
【請求項２】
前記信号処理手段は、入力された前記振動波を周波数分離して予め定めた周波数帯域毎の前記第１の時系列信号を形成するウエーブレット変換演算手段を有することを特徴とする請求項１に記載の振動波判定装置。
【請求項３】
前記信号処理手段は、入力された前記振動波を周波数分離して予め定めた周波数帯域毎の時系列信号を形成するウエーブレット変換演算手段と、この時系列信号から、前記対象物の所定作動状態を示す目的作動音が生じる予め定めた周波数帯域毎の前記第１の時系列信号を取出すフィルタ手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の振動波判定装置。
【請求項４】
外部より選択操作可能な入力装置を備え、前記補正テーブル手段は、この入力装置にて指示された選択指令信号に応じて選択された前記個別補正テーブルより、予め定めた周波数帯域毎に設定されて補正係数を読出し、前記補正手段に与えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の振動波判定装置。
【請求項５】
前記対象物が所定作動状態にあると前記判定手段が判定した場合には、予め定めた周波数帯域毎の前記第２の時系列信号のレベルが基準範囲内にあるか否かに基いて、前記個別補正テーブル内の補正係数を修正する補正係数修正手段を備えたことを特徴とする請求項１または４に記載の振動波判定装置。
【請求項６】
前記補正係数修正手段は、前記第２の時系列信号のレベルが前記基準範囲より大きいときは補正係数を小さくし、他方、前記第２の時系列信号のレベルが前記基準範囲より小さいときは補正係数を大きくすることを特徴とする請求項５に記載の振動波判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば組付作動など対象物の作動時に生ずる振動波に基いて、対象物の状態、例えば嵌合状態を判定する振動波判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特許文献１に記載されるように、対象物をハンマーなどで軽くたたき、そのとき発生する音または振動を検出し、この振動波の判定に基いて、対象物の内容の判定、構造物の割れの検査などを行う技術が知られている。なお、本明細書では、音と振動を総称して振動波という。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３００７３０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、対象物が同一形状、同一性質であれば発生する振動波は略同一特性を有するが、対象物として例えば樹脂成形品では、成形型により僅かにその形状が異なる場合があり、その場合には、例えば組付作動など対象物の作動時に生ずる振動波のレベルが変化し、対象物の内容の判定精度に影響を与えることが分かってきた。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであって、複数の異なる対象物を判定する場合でも、対象物の作動時に生ずる振動波に基いて対象物の状態を精度良く判定することが可能な振動波判定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項６に記載の技術的手段を採用する。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、対象物の作動時に生ずる振動波を検出入力する振動波入力手段と、入力された振動波を周波数分離して、対象物の所定作動状態を示す目的作動音が生じる予め定めた周波数帯域毎の第１の時系列信号を取出す信号処理手段と、複数の異なる対象物毎に設定されると共に、第１の時系列信号のレベルを補正する補正係数を設定した複数の個別補正テーブルを有し、対象物に対応する選択指令信号に応じて個別補正テーブルを選択可能な補正テーブル手段と、選択された個別補正テーブルの補正係数に基いて、予め定めた周波数帯域毎の第１の時系列信号のレベルを補正して第２の時系列信号を生じる補正手段と、第２の時系列信号に基いて対象物の状態を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
それにより、複数の異なる対象物を判定する場合でも、異なる対象物に対応した補正係数を選択して第１の時系列信号のレベルを補正するため、各対象物の作動状態を精度良く判定することが可能となる。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、信号処理手段は、入力された振動波を周波数分離して予め定めた周波数帯域毎の第１の時系列信号を形成するウエーブレット変換演算手段を有することで、予め定めた周波数帯域の第１の時系列信号を効果的に周波数分離することが可能になる。
【００１０】
請求項３記載の発明によれば、信号処理手段は、入力された振動波を周波数分離して予め定めた周波数帯域毎の時系列信号を形成するウエーブレット変換演算手段と、この時系列信号から、対象物の所定作動状態を示す目的作動音が生じる予め定めた周波数帯域毎の第１の時系列信号を取出すフィルタ手段とを有することで、予め定めた周波数帯域の第１の時系列信号を効果的に周波数分離すると共に、必要とする周波数帯域の信号を抽出することが可能になる。
【００１１】
請求項４記載の発明によれば、外部より選択操作可能な入力装置を備え、補正テーブル手段は、この入力装置にて指示された選択指令信号に応じて選択された個別補正テーブルより、予め定めた周波数帯域毎に設定されて補正係数を読出し、補正手段に与えることで、外部からの選択指令に応じて補正係数を連続的に選択可能となり、異なる対象物を連続して判定することが可能となる。
【００１２】
請求項５記載の発明によれば、対象物が所定作動状態にあると判定手段が判定した場合には、予め定めた周波数帯域毎の第２の時系列信号のレベルが基準範囲内にあるか否かに基いて、個別補正テーブル内の補正係数を修正する補正係数修正手段を備えたことにより、時間経過する中で対象物の状態が僅かずつ変化し当初想定していたばらつきの分布が変化することがあるが、それを第２の時系列信号のレベル変化からそのような変化を検出して補正係数を修正可能となり、判定精度を安定的に維持可能になる。
【００１３】
請求項６記載の発明によれば、補正係数修正手段は、第２の時系列信号のレベルが基準範囲より大きいときは補正係数を小さくし、他方、第２の時系列信号のレベルが基準範囲より小さいときは補正係数を大きくすることで、対象物の変化に応じた補正係数に設定可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図を用いて説明する。
【００１５】
以下の説明では、対象物として部品（もしくは製品）の組付作業時に発生する組付音（嵌合音）を検出することにより部品の組付（嵌合）不良を判定する例について説明する。しかしながら、本発明の振動波判定装置１００は、この用途に限定されず、対象物の状態が振動波に反映するものであれば、その他の用途にも適用可能である。また、音の代わりに振動の検出にも適用できる。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるシステム構成を示す。
【００１７】
ここで、対象物１として本例では樹脂成形部品の自動組付、特に組付時に大きな音が生じる例として、図２、３に示すようなスナップフィット機構を用い、図示しない組付設備等により両部品１１０、１２０を組付ける作業工程からの音発生例を挙げている。図２は、有底筒状上蓋部品１１０における複数の嵌合部１０１に開けた各孔部１０２に、有底筒状下蓋部品１２０における複数の嵌合部１０３に設けた各突部１０４を嵌合させる状態を示している。この場合、下蓋部品１２０が上蓋部品１１０内に挿入されると共に、各突部１０４が各孔部１０２内に略同時に嵌合し、スナップフィット機構により固定されることになる。
【００１８】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、両部品１１０、１２０の組付け時に発生する振動波の一例であり、（ａ）が組付け動作状態を示し、（ｂ）が組付け良好時、（ｃ）が組付け不良時の振動波を示す。図３（ｂ）、（ｃ）中の組付け音レベルから分かるように組付け良否に応じて嵌合音の音圧レベルが変化する。
【００１９】
組付時の音発生の特徴として、組付設備等の動きに伴なう機械作動音と嵌合状況を伝える嵌合音（つまり判定したい目的作動音）とが発生し、両音は部品の組付スピード等の大きさに応じた音圧レベルを有すると共に、両音の音圧レベルは互いに相関して変化することである。
【００２０】
マイクロホン２は、振動波判定の対象物１に発生した振動を音波として検出して電気信号に変換する。マイクロホン２から入力された音圧の電気信号は、振動波判定装置１００の増幅器３に入力されて、Ａ／Ｄ変換器４に出力される。このＡ／Ｄ変換器４では音圧信号をデジタル信号に変換して、後段の記憶装置５に出力され記憶処理される。
【００２１】
ウエーブレット変換（Ｗａｖｅｌｅｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算器６は、信号処理手段を構成し、所定のタイミングにて記憶装置５に記憶されたデジタル音圧信号Ｓ０を取込み、このデジタル音圧信号Ｓ０を、予め設定された周波数帯域毎に分離し、時系列信号Ｓ１に変換する。一般にウエーブレット変換演算器６は、基底関数（ウエーブレット関数）を拡大あるいは縮小することにより、デジタル音圧信号Ｓ０を各周波数帯域毎の時系列信号に分離する演算器である。本例では、組付音として１つ以上のスナップフィット機構より発生する目的作動音である嵌合音に合わせた周波数帯域が設定されている。なお、この周波数帯域は、対象とする嵌合音の特性に応じてそれぞれ１つまたは複数の周波数帯域の集合帯域からなる。
【００２２】
フィルタ処理器７は、信号処理手段を構成し、予め定めた周波数帯域毎の時系列信号から嵌合音以外の周波数帯域の信号を縮小もしくはカットし、時系列信号Ｓ２として出力する。なお、このフィルタ処理器７を省略し、ウエーブレット変換演算器６の時系列信号Ｓ１を後述する補正器１０に与えるようにし、この補正器１０に与える予め定めた周波数帯域毎の補正係数を工夫することで、嵌合音以外の周波数帯域の信号を縮小もしくはカットすることも可能である。
【００２３】
補正テーブル装置８は、補正テーブル手段を構成し、組付け嵌合される樹脂成形部品の形状や性質に応じて、後述する補正器１０に与える補正係数（もしくは補正量か、ゲイン）を選択するものであり、テーブル選択手段８１と、図４（ａ）、（ｂ）に示す複数の個別補正テーブル８２から構成される。このテーブル選択手段８１に接続される入力装置９は、例えば図２に示す部品１１０、１２０の樹脂成形型の種類を選択指令として入力する装置であり、両部品１１０，１２０の内外径、真円度、寸法、形状、材質などによって複数種類に分けられている。これは、両部品１１０、１２０のばらつきが主に樹脂成形型毎に異なる分布をもつことが分かったためである。
【００２４】
補正テーブル装置８は、図４（ａ）に示すように振動波の判定に使用される樹脂成形型の組合せ種類だけ個別補正テーブル（Ｄａ１、Ｄａ２、・・・）８２が設定してあり、その１つ（例えばＤａ１）が図４（ｂ）に示す個別補正テーブルを構成している。なお、図４（ａ）中のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄが部品１１０の種類を示し、１、２、３、４が部品１２０の種類を示す。そこでテーブル選択手段８１は、入力装置９の選択指令信号に応じて選択された個別補正テーブル８２から、予め定めた周波数帯域毎に設定された補正係数ａ１１、ｂ１１、・・・を読出し、フィルタ処理器７より時系列信号Ｓ２が入力される毎に各補正器１０ａ、１０ｂ、・・・に与える。
【００２５】
補正器１０は、補正手段を構成し、嵌合音信号Ｓ１を入力とする通常１つ以上の補正器１０ａ、１０ｂ、・・・の集合体である。各補正器１０ａ、１０ｂは、個別補正テーブル８２から予め定めた周波数帯域毎の補正係数ａ１１、ｂ１１、・・・を受けて、周波数帯域毎の時系列信号Ｓ２の重み付けを行い、時系列信号Ｓ３を形成する。これは予め想定した嵌合音以外の周波数帯域の時系列信号Ｓ２はノイズと見なしてレベルを下げるかもしくはカットし、他方、嵌合音の中でもノイズの少ない周波数帯域を増幅してＳ／Ｎ比を向上させている。
【００２６】
判定器１１は、対象物１内の複数の嵌合個所から生じる各嵌合音（目的作動音）が時間軸上で重なったり、あるいは連続したりした場合にも、全ての嵌合個所から嵌合音が生じているか否かを判定する必要がある。そのために、全嵌合個所が重なった場合の嵌合作動音の音圧信号レベルによって定まる音圧信号の基準値、もしくはこの音圧信号レベルとその発生期間によって定まる音圧信号の基準値（これは音圧信号レベルと発生期間との積による面積相当値を予め定めた周波数毎に加算した値、いわゆる音量相当値）を予め求め、閾値テーブル１２に閾値Ｌとして設定してある。複数箇所の嵌合状態を判定するには、発生期間を考慮した面積相当値、より望ましくは複数の周波数帯域の嵌合音量も考慮した体積相当値を使用する方が、判定精度を向上できる。
【００２７】
判定器１１の一例としては、補正器１０より生じる周波数帯域毎の時系列信号Ｓ３部分の面積相当値、もしくは複数の周波数帯域に嵌合音が存在する場合には、各時系列信号Ｓ３部分の面積相当値の合計値（音量相当値）を求め、その値と閾値Ｌとを比較することで部品の組付（嵌合）良否の判定が行われる。判定器１１は、判定結果に基き、表示器１３に結果を表示させ、不合格の場合は警報器１４にも出力し警報を発生させる。
【００２８】
次に、上記構成からなる振動波判定装置１００の判定フローをまとめると、図５のとおりである。図６は振動波の信号波形図である。
【００２９】
装置１００に判定開始が指示されると、対象物１から発生する振動波（図６（ａ））を、マイクロホン２〜記憶装置５によりデジタル音圧信号Ｓ０として録音する（ステップ２０１）。ウエーブレット変換演算器６では、このデジタル音圧信号Ｓ０を目的作動音である嵌合音に合わせた周波数帯域（図６（ｂ））をもつ周波数の時系列信号Ｓ１に分離、抽出する（ステップ２０２）。図６の例では、デジタル音圧信号Ｓ０のサンプリング周波数を４４ＫＨｚとし、第１の周波数帯域のうち周波数帯域１１が１１〜２２ＫＨｚ、周波数帯域１０が５．５〜１１ＫＨｚ、周波数帯域９が２．８〜５．５ＫＨｚで嵌合音が顕著に表れている。また機械作動音は２．８ＫＨｚから下の周波数帯域８〜６で現れており、この場合周波数帯域毎のデータを区別することで分離が可能なことが分かる。次にフィルタ処理器７で、これらの時系列信号Ｓ１から嵌合音以外の周波数帯域の信号を縮小もしくはカットし、嵌合音を抽出する（ステップ２０３）。図６（ｃ）は嵌合音に合わせた時系列信号Ｓ１をフィルタリングした時系列信号（嵌合音信号）Ｓ２を示す。
【００３０】
次に補正テーブル装置８において、入力装置９からの選択指令信号に応じて個別補正テーブル８２を選択し周波数帯域毎の補正係数ａ１１、ｂ１１、・・・を補正器１０に与える（ステップ２０４）。そこで補正器１０では、この補正係数ａ１１、ｂ１１、・・・に基いて時系列信号Ｓ２の嵌合音レベルを補正する（ステップ２０５）。
【００３１】
次に判定器１１では、補正器１０より生じる周波数帯域毎の時系列信号Ｓ３に基いて音量相当値を求め、その値と閾値Ｌとを比較することにより、製品の組付（嵌合）良否を判定する（ステップ２０６）。閾値Ｌ以上であれば合格表示（嵌合良好）、閾値Ｌより小であれば不合格表示（嵌合不良あり）かつ警報出力を行う（ステップ２０７、２０８）ことになる。
【００３２】
ここで、上述した補正テーブル装置８の各個別補正テーブル８２の作成要領について、図７、８を用いて説明する。
【００３３】
図７は、各個別補正テーブル８２の補正係数ａ１１、ｂ１１、・・・を作成するための試験システムであり、上述した嵌合音判定装置１００と同様の装置１００Ａを用意し、かつ各個別補正テーブル８２はフラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭなどの書換え可能な不揮発性記憶手段で構成しておく。また、図４（ａ）に示すような樹脂成形型Ａ〜Ｄと１〜４の各組合せ毎に順番に、初期値を設定した個別補正テーブル８２を指定すると共に、指定された樹脂成形型の部品１１０、１２０の組合せとなるように、自動的に部品交換可能に組付設備１Ａを設定し、また入力装置９から生じる選択指令信号の発生順序を設定しておく。
【００３４】
図８は、この試験システムの処理フローを示す。まず、組付設備１Ａに部品１１０、１２０をセットすると共に、入力装置９から選択指令信号を入力して個別補正テーブル８２を選択する（ステップ３０１、３０２）。組付設備１Ａ内の対象物１から発生する振動波を、マイクロホン２より入力してデジタル音圧信号として録音する（ステップ３０３）。この音圧信号をウエーブレット変換して（さらにフィルタ処理して）予め定めた周波数帯域毎の時系列信号に分離し（ステップ３０４）、予め定めた周波数帯域毎に時系列信号（嵌合音信号）を抽出する（ステップ３０５）。
【００３５】
ここで、補正係数の修正作業は、各時系列信号の音圧信号レベルが許容範囲内にある場合のみに行うようにし、異常な修正作業を防止している。そのため、各時系列信号の音圧信号レベルを判定し（ステップ３０６）、許容範囲内にある場合には、各時系列信号を個別補正ケーブル８２の初期値に基いて補正器で補正し、予め定めた周波数帯域毎の補正時系列信号を形成する（ステップ３０７）。
【００３６】
各補正時系列信号に基いて後段の判定器で判定するのに最適な音圧信号の大きさが得られるようにするため、周波数帯域ｆ１、ｆ２、・・・毎の時系列信号に対する各補正係数について、初期値から所定値ずつ増減し、最適な補正係数に修正、記憶する（ステップ３０８〜３１０）。なお、基準範囲とは、各補正時系列信号に基いて後段の判定器で判定するのに最適な音圧信号の大きさが得られるようにするための、各補正時系列信号毎の音圧信号レベルの範囲を意味する。
【００３７】
（第２の実施形態）
本例は、振動波の判定処理中において、個別補正テーブル８２に予め設定された周波数帯域毎の補正係数ａ１１、ｂ１１、・・・を、補正器１０からの各補正時系列信号のレベルに応じて修正可能にする、いわゆる学習機能を追加した例である。
【００３８】
各個別補正テーブル８２の補正係数ａ１１、ｂ１１、・・・は、図７、８に示すようなプロセスを得て予め設定されているが、長期流動中に樹脂成形型の僅かな磨耗や変形等に起因して樹脂成形された部品１１０、１２０の形状や表面状態等が変化し、当初想定していたばらつきの分布が変化することがある。それによって、部品１１０、１２０の嵌合時に発生する嵌合音の音圧信号レベルも変化し、判定器１１での判定精度に影響する恐れがある。そこで、本例ではそのような変化を検出して補正係数ａ１１、ｂ１１、・・・を修正するものであり、図９、１０を用いて説明する。
【００３９】
図９は、第２の実施形態におけるシステム構成を示し、図１とは補正係数修正手段１５を設けた点と、個別補正テーブル８２としてフラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭなどの書換え可能な不揮発性記憶手段で構成する点が異なる。図１０は、振動波判定装置１００の判定フローを示し、図５とは補正係数の修正フロー２５０を追加した点が異なる。
【００４０】
本例では、ステップ２０７にて合格判定した場合において、補正器１０からの予め定めた周波数帯域毎の各補正時系列信号Ｓ３の音圧信号レベルをチェックし、各音圧信号レベルが予め定めた周波数帯域毎に設けた基準範囲内に入るようにするために、設定された補正係数値から所定値ずつ増減し、最適な補正係数に修正し、該当する個別補正テーブル８２に更新、記憶する（ステップ２０９〜２１１）。
【００４１】
なお、ステップ２０９における基準範囲とは、図８の場合と同様で、補正器１０からの各補正時系列信号に基いて後段の判定器１１で判定するのに最適な音圧信号の大きさが得られるようにするための、各補正時系列信号毎の音圧信号レベルの範囲を意味する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のシステム構成を示す構成図である。
【図２】図１の部品の組付工程の一部を示す説明図である。
【図３】（ａ）は図２の部品の組付工程の要部を示す説明図、（ｂ）、（ｃ）は部品の組付工程において検出される音圧波形を示す図である。
【図４】（ａ）は図１の補正テーブル全体を示す図、（ｂ）は図１の個別補正テーブル８２を示す図である。
【図５】図１に示す振動波判定装置１００の処理フローを示すフローチャートである。
【図６】図１に示す振動波判定装置１００の信号波形図である。
【図７】補正テーブルの補正係数を設定するための試験システムを示す構成図である。
【図８】図７に示す試験システムの処理フローを示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態のシステム構成を示す構成図である。
【図１０】図９に示す振動波判定装置１００の処理フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  対象物
２  マイクロホン（振動波入力手段）
５  記憶装置
６  ウエーブレット変換演算器（信号処理手段）
７  フィルタ処理器（信号処理手段）
８  補正テーブル装置（補正テーブル手段）
９  入力装置
１０  補正器（補正手段）
１１  判定器（判定手段）
１５  補正係数修正手段
８１  テーブル選択手段
８２  個別補正テーブル
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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