(57)【要約】【課題】対象物の作動時に生ずる振動波の状態をより詳細に評価して、対象物の複数箇所より振動波が生じる場合でもそれらの状態を精度良く判定する。【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、入力された振動波を周波数分離して所定の周波数帯域毎の第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６と、第１の時系列信号から、対象物１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２の時系列信号を取出す信号処理手段７、８と、各第２の時系列信号を結合させて音圧信号を形成する逆ウエーブレット変換演算手段１０と、音圧信号に基いて対象物１の状態を判定する判定手段１２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を周波数分離して所定の周波数帯域毎の第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と、
前記第１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第２の時系列信号を取出す信号処理手段と、
前記各第２の時系列信号を結合させて音圧信号を形成する逆ウエーブレット変換演算手段と、
前記音圧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、前記第１の時系列信号のノイズ除去を行うフィルタ処理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、前記第１の時系列信号のうち、前記の予め定めた周波数帯域にある時系列信号のレベルを補正する補正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４】
前記逆ウエーブレット変換演算手段より生ずる前記音圧信号を波形整形して、この音圧信号に応じたレベルをもつ波形整形信号を形成し、この波形整形信号を前記判定手段に与える波形整形手段を備えたことを特徴とする請求項２または３に記載の振動波判定装置。
【請求項５】
前記波形整形手段は、前記音圧信号の包絡線もしくはピーク値に従って波形整形して、前記波形整形信号を形成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６】
前記波形整形手段は、前記波形整形信号として、前記音圧信号に応じたレベルをもつ矩形波信号を形成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。
【請求項７】
前記判定手段は、前記対象物の特定個所の作動状態を示す目的作動音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を有しており、前記波形整形信号の波形形状に基く面積相当値と前記基準値とを比較することで、前記対象物より生ずる目的作動音の個数を判定することを特徴とする請求項４〜６のいずれか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、例えば複数個所にある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号公報の実施形態３には、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ウエーブレット変換演算手段により周波数分離して、周波数帯域毎の時系列信号を形成し、この時系列信号の判定に基いて、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記載されている。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】
上記公報によれば、対象物の特定個所より生ずる振動波に的を絞って判定処理することは可能と思われる。しかしながら、対象物の複数個所より同時もしくは連続して振動波が生じ、それらの振動波が重なるようにして発生する場合には、重なった複数の振動波の個々の作動状態まで判定することは難しい。
【０００４】
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであって、対象物の作動時に生ずる振動波の状態をより詳細に評価して、対象物の複数箇所より振動波が生じる場合でもそれら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７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、入力された振動波を周波数分離して所定の周波数帯域毎の第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と、第１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２の時系列信号を取出す信号処理手段と、各第２の時系列信号を結合させて音圧信号を形成する逆ウエーブレット変換演算手段と、音圧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。
【０００７】
それにより、目的作動音が生じる周波数帯域の第２の時系列信号を結合させて音圧信号を形成できるため、複数個の目的作動音が重なる場合にはその重なる個数に応じた音圧信号レベルを与えることが可能になる。その結果として、その音圧信号を判定することで、対象物の複数箇所より目的作動音が生じる場合でもそれらの状態を精度良く判定することが可能になる。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、前記信号処理手段は、第１の時系列信号のノイズ除去を行うフィルタ処理手段を設けたことにより、対象物の所定作動状態を示す目的作動音以外の信号を縮小もしくはカットして、判定処理の精度を向上させることが可能となる。
【０００９】
請求項３記載の発明によれば、前記信号処理手段は、第１の時系列信号のうち、予め定めた周波数帯域にある時系列信号のレベルを補正する補正手段を有することで、周波数帯域毎の時系列信号の重み付けを行い、所定周波数帯域外にある時系列信号に対するＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
【００１０】
請求項４記載の発明によれば、逆ウエーブレット変換演算手段より生ずる音圧信号を波形整形して、この音圧信号に応じたレベルをもつ波形整形信号を形成し、この波形整形信号を前記判定手段に与える波形整形手段を備えたことにより、信号波形の面積を求め易い形状の音圧信号に整形でき、複数個の目的作動音が重なった場合にもその判定処理が容易となる。
【００１１】
請求項５および６記載の発明によれば、前記波形整形手段は、音圧信号の包絡線もしくはピーク値に従って波形整形して波形整形信号を形成したり、または波形整形信号として、音圧信号に応じたレベルをもつ矩形波信号を形成するようにしたことで、請求項４に比してより一層信号波形の面積を求め易い形状の音圧信号に整形でき、複数個の目的作動音が重なった場合にもその判定処理が容易となる。
請求項７記載の発明によれば、前記判定手段は、対象物の特定個所の作動状態を示す目的作動音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を有しており、波形整形信号の波形形状に基く面積相当値と前記基準値とを比較することで、対象物より生ずる目的作動音の個数を判定している。それにより、対象物の作動環境が異なり目的作動音の生じ方がばらつく場合でも、それらの状況を踏まえた基準値を設定することで、判定精度を向上させることが可能となる。特に、対象物の複数箇所より生じる目的作動音の判定処理に有効である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態について図を用いて説明する。
【００１３】
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。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態におけるシステム構成を示す。
【００１５】
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の嵌合用突部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、（ａ）が組付け良好時、（ｂ）が組付け不良時を示す。図４中の組付け音レベルから分かるように組付良否に応じて嵌合音の音圧レベルが変化する。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。
【００１６】
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。
【００１７】
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Ｓ１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。
【００１８】
フィルタ処理器７は、信号処理手段の一部を構成し、周波数帯域毎の時系列信号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、時系列信号Ｓ２として出力する。
【００１９】
補正器８は、信号処理手段の一部を構成し、時系列信号Ｓ２を入力とする通常１つ以上の補正器８ａ、８ｂ・・・の集合体である。各補正器８ａ、８ｂ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量（もしくは補正係数）であるゲインＧ（Ｇ１、Ｇ２、・・・）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、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比を向上させるためである。
【００２０】
パラメータテーブル９は、信号処理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、周波数帯域ｆに応じて各補正器８ａ、８ｂ・・・に与えるゲインＧ（Ｇ１、Ｇ２、・・・）を調整し、後述する判定器１２の判定精度を向上させる。
【００２１】
逆ウエーブレット変換演算器１０は、補正器８で補正された周波数帯域毎の時系列信号Ｓ３を受け、これらの時系列信号Ｓ３を結合して一つのデジタル音圧信号Ｓ４に変換する。その際、このデジタル音圧信号Ｓ４は各時系列信号Ｓ３のレベルの和に応じた信号レベルを有する。つまり、複数箇所からの嵌合音が重なっている場合には、音圧信号Ｓ４は重なった嵌合音の個数に応じた信号レベルを有する。
【００２２】
矩形波生成器１１は、波形整形手段を構成し、後述する判定器１２における嵌合音の個数判定処理を容易にするために、逆ウエーブレット変換演算器１０より生ずる音圧信号Ｓ４を波形整形して、この音圧信号Ｓ４のレベルに応じたレベルをもつ波形整形信号（矩形波信号）Ｓ５を形成する。具体的には、音圧信号Ｓ４は振動波であり時間と共にレベルが変化しているため、その音圧信号Ｓ４の包絡線もしくは各ピーク値を検出して音圧信号レベルを把握し、この信号レベルに応じたレベルをもつ矩形波状もしくは階段波状の信号を形成する。そして重なった嵌合音の個数に応じた出力（トータル音量）を、矩形波状もしくは階段波状の信号のレベルとその発生期間の積による面積相当値に換算する。なお、矩形波生成器１１では面積相当値まで求めずに波形整形信号を形成するにとどめ、判定器１２において入力された矩形波状もしくは階段波状の信号の面積相当値を求めるようにしてもよい。
【００２３】
判定器１２は、対象物１内の複数の嵌合箇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、嵌合音の個数を判定する必要がある。そのために、嵌合箇所が重なった場合の重なり個数に応じた嵌合作動音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の積による面積相当値）を予め求め、テーブル１２ａに、嵌合音の重なり個数毎に定めた閾値として設定してある。
【００２４】
ここで嵌合音の重なり個数の判定要領について説明する。マイクロホン２が捕らえる振動波（音圧信号）には予め想定された嵌合音の他に、組付設備等の動きに伴なう機械作動音や設備周囲音等が含まれる。そこで、予め想定された嵌合音以外の音をカットした振動波（音圧信号）とすれば、重なった嵌合音の個数に応じて音圧レベルが変化する。その変化の仕方は、マイクロホン２の位置と各嵌合個所の環境その他が同じであれば重なった嵌合音の個数に比例して音圧レベルが増加する。ただ、各嵌合個所の環境その他が同じでないことが多いため、判定器１２の閾値としては、嵌合音の重なり個数毎に予め設定しておく方が望ましい。
【００２５】
一方、嵌合音の重なり方には、図５（ａ）に示すような同時嵌合（音圧レベル変化）の場合と、（ｂ）に示すような時間的に連続嵌合（発生期間変化）する場合がある。いずれの場合であっても、音圧信号の音圧レベルとその発生期間の積による面積相当値は嵌合音の重なり個数に相関していることが分かる。
【００２６】
そこで、信号波形の面積を求め易い矩形波状もしくは階段形状に形成して判定器１２に与え、この波形形状に基く面積相当値と閾値（基準値）とを比較することで、対象物より生ずる嵌合音の重なり個数を判定することができる。
【００２７】
判定器１２は、全ての嵌合が適切になされた場合には正常（合格）と判定し、嵌合されないものがある場合には異常（不合格）と判定し、表示器１３に判定結果を表示させる。また異常（不合格）の場合には警報器１４に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６のとおりである。図７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（図７（ａ））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周波数帯域（図７（ｂ））をもつ時系列信号Ｓ１に分離、抽出（ステップ２０２）する。図７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、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、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を縮小もしくはカットする。図７（ｃ）は嵌合音以外の周波数帯域の信号をフィルタリングした時系列信号Ｓ２を示す。補正器８により、ゲインＧ（補正量もしくは補正係数）により時系列信号Ｓ２を補正してＳ／Ｎ比を向上（ステップ２０３）させる。次に逆ウエーブレット変換演算器１０で、図７（ｄ）に示すように補正器８より嵌合音の存在する各周波数帯域の時系列信号Ｓ３を入力として一つのデジタル音圧信号Ｓ４に結合（ステップ２０４）させる。
【００３０】
次に矩形波生成器１１で、図７（ｅ）に示すように逆ウエーブレット変換演算器１０より生ずる音圧信号Ｓ４を波形整形して、この音圧信号Ｓ４に応じたレベルをもつ波形整形信号（矩形波信号）Ｓ５を形成（ステップ２０５）する。その際、形成した信号のレベルとその発生期間の積による面積相当値を求めて出力する。そこでこの波形整形信号（矩形波信号）Ｓ５の面積相当値とテーブル１２ａで選択された閾値とを判定器１２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（全数嵌合良好）、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一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９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】嵌合音の重なり状態を示す説明図である。
【図６】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７】図１に示す振動波判定装置１００の信号波形図である。
【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
７　フィルタ処理器（信号処理手段）
８　補正器（信号処理手段）
９　パラメータテーブル（信号処理手段）
１０　逆ウエーブレット変換演算器
１１　矩形波生成器（波形整形手段）
１２　判定器（判定手段）
１２ａ　テーブル
１３　表示器
１４　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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