(57)【要約】【課題】特別のセンサを用いずとも、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。【解決手段】対象物１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、入力された振動波から、対象物１の作動に対応して生ずる所定周波数帯域の第１の振動波を周波数分離、抽出する第１の手段６、７１と、入力された振動波から、対象物１の動き度合に応じて変化し第１の振動波と相関した出力レベルをもつ第２の振動波を生ずる第２の手段６、７２と、第１の振動波と閾値とに基いて対象物の状態を判定する判定手段１０と、第２の振動波の出力レベルに基いて、判定手段１０に与える第１の振動波および閾値の少なくとも一方のレベルを調整する調整手段８、９とを備えたことを特徴とする。【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から、前記対象物の作動に対応して生ずる所定周波数帯域の第１の振動波を周波数分離、抽出する第１の手段と、
入力された前記振動波から、前記対象物の動き度合に応じて変化し前記第１の振動波と相関した出力レベルをもつ第２の振動波を生ずる第２の手段と、
前記第１の振動波と閾値とに基いて前記対象物の状態を判定する判定手段と、前記第２の振動波の出力レベルに基いて、前記判定手段に与える前記第１の振動波および前記閾値の少なくとも一方のレベルを調整する調整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】
前記第２の手段は、入力された前記振動波から、特定の周波数帯域の前記第２の振動波を周波数分離、抽出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】
前記第１の手段は、ウエーブレット変換手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の振動波判定装置。
【請求項４】
前記第２の手段は、前記ウエーブレット変換手段により前記第２の振動波として前記対象物の機械作動音を周波数分離することを特徴とする請求項３に記載の振動波判定装置。
【請求項５】
前記調整手段は、前記第２の振動波の出力レベルに基いて前記第１の振動波の出力レベルを補正する補正量を記憶したパラメータテーブルを有し、前記補正量に基いて前記判定手段に与える前記第１の振動波のレベルを補正することを特徴とする請求項１〜４に記載の振動波判定装置。
【請求項６】
前記調整手段は、前記第２の振動波の出力レベルに対して、逆比例の関係に前記第１の振動波のレベルを調整すると共に、比例の関係に前記閾値を調整することを特徴とする請求項１〜５に記載の振動波判定装置。
【請求項７】
前記第１の手段は、前記ウエーブレット変換手段により周波数分離した前記第１の振動波のノイズ除去を行う第１のフィルタ部を有することを特徴とする請求項３に記載の振動波判定装置。
【請求項８】
前記第２の手段は、前記ウエーブレット変換手段により周波数分離した前記第２の振動波のノイズ除去を行う第２のフィルタ部を有することを特徴とする請求項４に記載の振動波判定装置。
【請求項９】
前記対象物は、製品の組付作動時に可動する可動部と、この可動部の動き度合に応じた前記第２の振動波を発生する音発生器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。
【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、例えば特開平１０−３００７３０号公報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、対象物の内容の判別、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】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、打音等が発生する場合に、その動作スピード等により音圧レベルが変化する。そこで、上記公報では振動検出器のような専用のセンサを設置し、このセンサ出力を用いて音圧レベルの変化を補正しているが、そのための特別なセンサが必要となり、また判定システムが複雑化する可能性がある。
【０００４】
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであって、特別のセンサを用いずとも、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。
【０００５】
【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９に記載の技術的手段を採用する。
【０００６】
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、入力された前記振動波から、対象物の作動に対応して生ずる所定周波数帯域の第１の振動波を周波数分離、抽出する第１の手段と、入力された前記振動波から、対象物の動き度合に応じて変化し第１の振動波と相関した出力レベルをもつ第２の振動波を生ずる第２の手段と、第１の振動波と閾値とに基いて対象物の状態を判定する判定手段と、第２の振動波の出力レベルに基いて、判定手段に与える第１の振動波および閾値の少なくとも一方のレベルを調整する調整手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
それにより、特別なセンサを用いずとも、振動波入力手段に入力された振動波を利用して、第２の振動波の出力レベルから第１の振動波の出力レベルの大きさを判断できるようになり、第１の振動波もしくは閾値を適正レベルに調整して、対象物の状態の判定精度を向上させることが可能となる。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、第２の手段が、入力された振動波から、特定の周波数帯域の第２の振動波を周波数分離、抽出することで、対象物の動き度合を検出する特別のセンサを不要にできる。
【０００９】
請求項３、４記載の発明によれば、第１、第２の手段にウエーブレット変換手段を用いることで、所定周波数帯域の第１の振動波を効果的に周波数分離することができる。また、第２の振動波として対象物の機械作動音を効果的に周波数分離することができる。
【００１０】
請求項５記載の発明によれば、調整手段は、第２の振動波の出力レベルに基いて第１の振動波の出力レベルを補正する補正量を記憶したパラメータテーブルを有し、この補正量に基いて判定手段に与える第１の振動波のレベルを補正することで、判定装置のシンプル化、演算の高速化を実現することができる。
【００１１】
請求項６記載の発明によれば、例えば組付スピードなど対象物の動き度合に応じてエネルギー量が大きくなり両振動波の音圧も高くなることを利用して、調整手段は、第２の振動波の出力レベルに対して、逆比例の関係に第１の振動波のレベルを調整すると共に、比例の関係に閾値を調整することで、判定手段への入力レベルを安定させ、判定精度の向上に有効になる。
【００１２】
請求項７、８記載の発明によれば、第１の手段に、ウエーブレット変換手段により周波数分離した第１の振動波のノイズ除去を行う第１のフィルタ部を有し、また第２の手段に、ウエーブレット変換手段により周波数分離した前記第２の振動波のノイズ除去を行う第２のフィルタ部を有することで、各振動波に含まれるノイズを低減可能になる。
【００１３】
請求項９記載の発明によれば、対象物は、製品の組付作動時に可動する可動部と、この可動部の動き度合に応じた第２の振動波を発生する音発生器とを有することで、機械作動音に頼ることなく、希望する周波数帯域や音圧レベルをもつ第２の振動波を得ることが可能となり、判定装置の適合がし易くなる。
【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製品の組付（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、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製品の自動組付、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樹脂部品１０１の孔部１０２に樹脂部品１０３の係合用突部１０４を嵌合させて両樹脂部品１０１、１０３を組付ける作業工程からの音発生例を挙げている。図４（ａ）、（ｂ）は組付時に発生する振動波の一例であり、組付良否に応じて嵌合音の音圧レベルが変化することを示している。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。
【００１８】
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。
【００１９】
ウエーブレット変換（Ｗａｖｅｌｅｔ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算器６は、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第１の周波数帯域と、組付設備等の動きに伴なう比較的音圧レベルの高い特定の機械作動音に合わせた第２の周波数帯域とが設定されている。なお、これら第１、第２の周波数帯域は、対象とする嵌合音や機械作動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。
【００２０】
フィルタ処理器７は、第１の周波数帯域の時系列信号から嵌合音以外の周波数帯域の信号をカットし、嵌合音信号Ｓ１として出力する第１のフィルタ部７１と、第２の周波数帯域の時系列信号から特定の機械作動音以外の周波数帯域の信号をカットし、機械作動音信号Ｓ２として出力する第２のフィルタ部７２とを有する。
【００２１】
補正器８は、調整手段の一部を構成し、嵌合音信号Ｓ１を入力とする通常１つ以上の補正器８１、８２の集合体である。各補正器８１、８２は、後述するパラメータテーブル９から所定の周波数帯域毎に設定された補正係数であるゲインＧ（Ｇ１、Ｇ２、・・・）を受けて、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。
【００２２】
パラメータテーブル９は、調整手段の一部を構成し、一例として図２に示すようなテーブルを有し、機械作動音信号Ｓ２を入力とし、機械作動音Ｓ２の音圧レベルの大きさに応じて各補正器８１、８２に与えるゲインＧ（Ｇ１、Ｇ２、・・・）（テーブル９１より選択）を調整し、後述する判定器１０の判定精度を向上させる。それに加えて判定器１０に与える判定処理のための閾値Ｌ（テーブル９２より選択）も機械作動音Ｓ２の音圧レベルに応じて調整してもよい。
【００２３】
調整の要領について説明する。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。このことに着目し、嵌合音の音圧レベルのバラツキは、機械作動音の音圧レベルを用いて検出することができる。そこで、判定器１０において判定精度を向上させるためには、１つは嵌合音信号Ｓ１の音圧レベルを補正器８にて安定させること、もう１つは判定器１０の閾値Ｌを嵌合音信号Ｓ１の音圧レベルに応じて変化させることが必要である。例えば、組付スピードが速くて組付設備の運動エネルギーが増加すれば、嵌合音も大きくなるため、それを機械作動音に基いて判断して、補正器８のゲインＧを小さくするか、もしくは判定器１０の閾値Ｌを大きくする。あるいは両者８、１０の値Ｇ、Ｌとも調整してもよい。逆に、組付スピードが遅くて嵌合音が小さくなるときには、補正器８のゲインＧを大きくするか、もしくは判定器１０の閾値Ｌを小さくするか、両値Ｇ、Ｌとも調整すればよい。
【００２４】
判定器１０には、補正された嵌合音信号と閾値Ｌが入力され、製品の組付（嵌合）良否の判定が行われる。判定方法の一例を挙げると、第１の周波数帯域に対応する複数の周波数帯域毎の嵌合音信号レベルの総和を求め、閾値Ｌと比較し、閾値Ｌ以上であれば正常（嵌合良好）、閾値Ｌより小さければ異常（嵌合不良あり）と判定する。
【００２５】
判定器１０は、判定結果に基き、表示器１１に結果を表示させ、不合格の場合は警報器１２に出力し警報を発生させる。
【００２６】
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。
【００２７】
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（ステップ２０１）する。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第１の周波数帯域（図６（ｂ）の特性イ）と、組付設備の動きに伴なって発生する比較的音圧レベルの高い特定の機械作動音に合わせた第２の周波数帯域（図６（ｂ）の特性ロ）をもつ周波数の時系列信号に分離、抽出（ステップ２０２〜２０４）する。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から下の第２の周波数帯域で現れており、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から嵌合音や機械作動音以外の周波数帯域をカットする。図６（ｃ）は嵌合音に合わせた時系列信号をフィルタリングした嵌合音信号Ｓ１を示す。補正器８により、機械作動音信号Ｓ２の音圧レベルに応じたゲインＧ（補正係数）により嵌合音信号Ｓ１を補正してＳ／Ｎ比を向上（ステップ２０５）させる。この嵌合音信号Ｓ１とパラメータテーブル９で選択された閾値Ｌとを判定器１０において比較することにより、製品の組付（嵌合）良否を判定（ステップ２０６）する。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。
【００２８】
（第２の実施形態）
本例では、対象物１から発生する振動波中の機械作動音相当音を、強制的に発生させるようにしている。組付設備の動き（嵌合スピード）に相関して音圧レベルが変化する機械作動音の選択には設備構造等による制限がある。そこで、図７に示すように、組付設備の動き度合に基いて発生する空気流の変化を検知し音を生じる笛等の音発生器１Ａを、対象物１の嵌合用可動治具等の可動部１Ｂに設置した。この音発生器１Ａの音特性として、目的作動音である嵌合音の周波数帯域とは区分可能でかつ後段処理（ウエーブレット変換から判定）において使い易い第３の周波数帯域が設定されている。そのためウエーブレット変換演算器６では特定の機械作動音に合わせた第２の周波数帯域に代えて、この音発生器１Ａの音特性に合わせた第３の周波数帯域が設定される。第２のフィルタ部７２からは嵌合スピード情報Ｓ３が出力される。この情報Ｓ３に基いて、パラメータテーブル９によりゲインＧや閾値Ｌが第１の実施形態と同様にして選択される。
【００２９】
なお、上記実施形態では、機械作動音信号Ｓ２により補正器８のゲインＧ、もしくは補正器８のゲインＧおよび判定器１０の閾値Ｌを調整していたが、判定器１０の閾値Ｌのみを機械作動音信号Ｓ２に基いて調整するようにしても、判定精度を向上させることが可能である。
【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のパラメータテーブルの内容を示す図である。
【図３】図１の製品の組付工程の一部を示す図である。
【図４】図３の工程において検出される音圧波形を示す図である。
【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】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。
【符号の説明】
１　対象物
１Ａ　音発生器
１Ｂ　可動部
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（第１、第２の手段）
７　フィルタ処理器（第１、第２の手段）
８　補正器（調整手段）
９　パラメータテーブル（調整手段）
１０　判定器（判定手段）
１１　表示器
１２　警報器
【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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