(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の振動波を検出する振動波検出手段からの信号が入力される振動波入力手段と、
複数の周波数帯域とこの周波数帯域に対応した係数を記憶したパラメータテーブルと、
前記入力された振動波から、前記パラメータテーブルが指示する複数の周波数帯域の振動波を抽出する周波数分離手段と、
前記分離した複数の周波数帯域の信号レベルを前記パラメータテーブルが記憶した係数に基づいて補正をする補正手段と、
前記補正された複数の周波数帯域の信号レベルの総和に基づいて振動波の判定を行う判定手段と、
を具備する振動波判定装置。
【請求項２】
トリガ手段からの信号が入力されるトリガ入力手段を具備し、
前記周波数分離手段はウェーブレット演算手段であり、前記トリガ信号が入力されると前記周波数帯域の分離を開始する請求項１に記載の振動波判定装置。
【請求項３】
対象物の画像を撮影する撮像手段からの画像信号が入力される画像入力手段を具備し、
前記判定手段は、前記入力された画像信号から特徴量を抽出し、その特徴量に基づいて対象物の判定を行う、請求項１又は２に記載の振動波判定装置。
【請求項４】
前記判定手段から出力される判定データを記憶する記憶手段を具備する請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動波判定装置。
【請求項５】
前記判定手段の出力側に接続されたパラメータテーブル生成器を具備し、
このパラメータテーブル生成器は、前記対象物からの振動波が正常なときの判定データと、異常のときの判定データとの比較に基づいて、前記対象物についての周波数帯域と前記係数を作成して前記パラメータテーブルに記憶させる、請求項１に記載の振動波判定装置。
【請求項６】
前記パラメータテーブルは、対象物ごとに、判定に使用する周波数帯域とこの周波数帯域に対応した係数を格納しており、
前記パラメータテーブルは、品番情報入力手段から入力された品番に従い、対象物の判定に適した周波数帯域を選択することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動波判定装置。
【請求項７】
対象物の振動波を検出し、
前記検出した振動波から、複数の周波数帯域の振動波を抽出し、
前記抽出した複数の周波数帯域の信号レベルを、前記信号レベルに対応する係数に基づいて補正し、
前記補正された信号レベルの総和に基づいて振動波の判定を行う振動波判定方法。
【請求項８】
品番情報入力手段から入力された品番に従い、対象物の判定に適した周波数帯域を選択し、前記検出した振動波から、複数の周波数帯域の振動波を抽出することを特徴とする請求項７に記載の振動波判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物が発生する振動波に基づいて、対象物の状態を判定する振動波判定装置及び振動波判定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、対象物をハンマーなどで軽くたたき、そのときに発生する音又は振動を検出し、この振動波に基づいて、対象物の内容物の判別、構造物の割れの検査などを判定する方法が実施されている。なお、本明細書では、音と振動を総称して振動波という。
【０００３】
この方法を自動的に実施する方法が特開平１０-３００７３０号公報に記載されている。
この発明は、缶などの製品を打撃するハンマーにマイクロホンと振動検出器を取り付ける。マイクロホンで検出した音は、アナログバンドパスフィルタにより周波数帯域ごとに分離抽出される。一方、振動検出器が検出した振動によりトリガ信号が取得される。また、振動の振幅値に基づいて補正値が取得される。
【０００４】
分割された各周波数帯域の信号レベルが、トリガ信号を契機としてピークホールド回路で保持され、補正器に入力される。補正器に入力された周波数帯域ごとの信号は、上記の補正値により補正される。補正された信号は、比較器にて基準信号と比較される。周波数帯域ごとの比較信号値が所定の関係から外れると、判定器により製品に異常があると判定され、警報装置に信号が発せられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の方法は、あらかじめ設定された内部の基準値を用いて判定をしている。このため、製品により音の周波数又は音圧が変動する場合、製品の種類が変わるたびに基準値を変更する必要が生じる。
また、あらかじめ用意されたすべての周波数帯域について解析がされるようになっているため、特定の周波数帯域についてのみ判定をすれば良い場合にも不要な演算が発生する可能性がある。
【０００６】
本発明は、振動波により対象物の状態を判定する振動波判定装置及び振動波判定方法において、対象物の変更に柔軟に対応できるようにすることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものである。対象物は、組み立て時に、正常な組み立ての場合と異常な組み立ての場合で異なる振動波を発生する。また、内容物の有無、傷の有無などによっても異なる振動波を発生する。本発明の振動波判定装置は、対象物から発生される振動波が入力されると、周波数分離手段が、パラメータテーブルに記憶された周波数帯域の振動波を抽出し、パラメータテーブルに記憶された係数で補正される。判定手段が、補正された信号レベルに基づいて対象物の不良判定を行う。本発明の振動波判定方法は、対象物の振動波を検出し、前記検出した振動波から、複数の周波数帯域の振動波を抽出し、前記抽出した複数の周波数帯域の信号レベルを、前記信号レベルに対応する係数に基づいて補正し、前記補正された信号レベルの総和に基づいて振動波の判定を行う。
【０００８】
上記パラメータテーブルは、対象物ごとに、判定に使用する周波数帯域とこの周波数帯域に対応した係数を格納している。一般に、対象物に応じて確認すべき周波数帯域が異なる。このため、パラメータテーブルに対象物ごとの良否判定条件を格納しておくことにより、システムのシンプル化、演算の高速化を実現することができる。
【０００９】
本発明は、動作の開始を指令するトリガ手段を設けることができる。これにより、振動波判定装置は、指令が出されるまで判定動作を開始しないので、指令がないときの周囲のノイズを検出信号として誤って処理してしまうおそれがない。したって、これらによる影響を防止でき、比較の信頼性が向上する。
【００１０】
本発明によれば、隠れて見えないような部位にある部分の状態を、対象物が発生する振動波により判定することにより、不良品の流出などを防止することができる。
そして、パラメータテーブルを用いることにより、対象物の判定に適した周波数帯域を簡単に選択することができる。したがって、対象物の種類が変わった場合でも、柔軟に対応することができる。
更に、パラメータテーブルにない、不要な周波数帯域に対する演算が省略されるので、高速処理が可能となる。
【００１１】
【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。
以下の説明では、製品の組み付け作業時に発生する音を検出することにより製品の不良判定を行う例について説明をする。しかしながら、本発明の振動波判定装置は、この用途に限定されず、その外の用途に適用可能である。例えば、容器の内容物の判別、構造物の傷の検査などの打音検査にも使用可能である。また、音の検出の代わりに振動の検出にも適用することもできる。
【００１２】
（実施形態１）
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。
振動波判定装置１に、マイクロホン２からの信号が入力される。マイクロホン２は、振動波判定の対象物である製品３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、増幅器４により増幅されて、Ａ/Ｄ変換器５に出力される。
【００１３】
Ａ／Ｄ変換器５は、トリガ検出器６からトリガ信号を受けると処理を開始し、音圧信号をデジタル信号に変換する。トリガ検出器６は、組み付け動作の開始を知らせる指令手段であり、指令がないときのノイズを誤検出しないように設けられている。トリガ検出器６の具体例は、例えば、シリンダの組み付けの場合には、戻し側端のＯＦＦ信号であり、手組みの場合には、作業者が操作する押しボタンである。
【００１４】
Ａ／Ｄ変換器５から出力されたデジタル信号は、ウェーブレット変換（Wavelet Transform)演算器７に入力される。ウェーブレット変換演算器７は、デジタル信号を、パラメータテーブル９が指定する周波数帯域ごとに分離し、時系列信号に変換する。
ウェーブレット変換演算器７は、基底関数（ウェーブレット関数）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、この演算の際に、製品の種類に合わせて、パラメータテーブル９の指示により適切な基底関数を選択することにより、周波数の分離特性や判定の信頼性を向上させている。
【００１５】
パラメータテーブル９は、品番情報入力手段１０から入力された品番に従い、品番の判定に有効な周波数帯域をウェーブレット変換演算器７に出力し、係数を補正器８１、８２…に出力する。
図２にパラメータテーブル９の内容を示す。パラメータテーブル９は、製品（品番Ａ〜Ｃ）ごとに、判定に使用する周波数帯域とゲイン（補正係数）を格納している。パラメータテーブルの作成方法については後述する。
【００１６】
図３、図４を用いて、パラメータテーブルについて説明をする。
図３は、ある品番を有する製品３が、スナップフィットにより組みつけられる作業工程を示す。（Ａ）は２つの部品が組み付けられる前の状態、（Ｂ）は組み付けが正常に終了した状態、（Ｃ）は完全に組み付けがされていない状態を示す。（Ａ）から（Ｂ）へ移る場合と（Ａ）から（Ｃ）へ移る場合とでは、組み付け時に異なる音が発生する。
【００１７】
図４（Ａ）の最上段に、組み付けが正常に行われ、組み付け音が検出された場合の音圧波形が示され、（Ｂ）の最上段に、組み付け作業が正常に行われなかったために組み立て音が検出されなかった場合の音圧波形が示されている。なお、図に設備の機械音と表示されている波形は、組み付け作業とは無関係の音もマイクロホン２が検出することを示している。
【００１８】
図４の下段には、最上段に示した波形を所定の周波数帯域ごとに分離した音圧波形が示されている。
（Ａ）と（Ｂ）を対比すると、組み付け音の有無により波形が大きく異なる周波数帯域があることが認められる。そのような周波数帯域を１又は複数選択して、パラメータテーブル９に記憶しておく。この際に、周波数帯域ごとに最大値を求めて、重み付けに必要な補正係数を計算する。
【００１９】
図１に戻ると、ウェーブレット変換演算器７は、パラメータテーブル９に記憶された周波数帯域について周波数分離を行い、結果の時系列信号は、それぞれ異なる補正器８１、８２…に入力される。
補正器８１、８２…は、パラメータテーブル９に記憶されたゲイン（補正係数）を用いて、周波数帯域ごとに重み付けする。なお、ウェーブレット変換演算器７で重み付けをする場合には、補正器８１、８２…を省略することができる。
【００２０】
図５は、ウェーブレット変換演算器７の出力信号（Ａ）と、補正器８１、８２…の出力信号（Ｂ）を示す。図示の例では、ウェーブレット変換演算器７では３つの周波数帯域について周波数分離がされていることが示されている。また、補正器８１、８２…で重み付けされることにより、各信号レベルがほぼ同一レベルに揃えられていることが示されている。
【００２１】
補正された音圧信号は判定器１１に入力され、製品３の良否判定（組み付け音の有無の判定）が行われる。判定方法の１例を挙げると、周波数帯域ごとの信号レベルの総和を求め、所定のしきい値と比較し、しきい値を超えれば正常（組み付け音あり）、しきい値以下であれば異常（組み付け音なし）と判定する。
判定器１１は、判定結果に基づき、表示器１２に結果を表示し、不合格の場合は警報器１３に出力する。
【００２２】
以上説明した例によれば、製品３の種類によって音の周波数及び音圧が変動する場合であっても、パラメータテーブル９にあらかじめ記憶した製品ごとの周波数帯域及び係数を用いることで、簡単に対応することができる。また、パラメータテーブル９に記憶されていない周波数帯域については、信号の分離、補正などの不要な処理が行われない。したがって、演算の高速化を実現することができる。
【００２３】
また、帯域ごとに分離された波形において、微小な振動を除去することにより、ノイズ成分を取り除き的確に判定できる。
なお、音の代わりに振動を検出する場合には、製品３に直接振動センサを接触させ、製品３の振動を電気信号に変換して増幅器４に入力する。
【００２４】
（実施形態２）
本例は、組み付け工程における確認方法として、画像処理による方法を併用する。本例によれば、組み付け音が発生しない（又は音が小さい）製品も含めた多種の製品に抜けなく対応をすることが実現できる。
画像により組み付け部の判定を行う原理を説明する。
前述の図３に示すように、（Ａ）に示す組み付け前の状態から組みつけが正常に終了すると、（Ｂ）に示すように部材間のギャップ量は０となる。また、組みつけが十分に行われていなければ、（Ｃ）に示すように部材間にギャップＡが発生する。
【００２５】
図６は、本発明の第２の実施形態におけるシステム構成を示す。図６の構成は、前述の図１のシステム構成と共通する部分が多いので、以下の説明では、図１の説明と重複する説明は省略し、図６に特有の構成を主に説明する。
音による判定処理を行う構成、つまり、マイクロホン２から判定器１１までの構成は図１のものと変わりない。判定部１１においては、音についての判定は音判定部１４で実行される。
【００２６】
画像処理のために、製品３の状態をカメラ２１で撮影する。カメラ２１で撮影した画像は、電気信号に変換されて画像入力回路２２に取り込まれる。組みつけが終了すると、トリガ検出器６から画像入力回路２２にトリガ信号が入力され、その時点の画像が判定器１１の画像判定部２３に出力される。
画像判定部２３は、取り込んだ画像情報を画像処理することによりギャップ長を抽出する。
【００２７】
良否判定のためのしきい値がパラメータテーブル９から取得される。
図７は、本例で使用するパラメータテーブル９の内容を示す。
本例で使用するしきい値は、品番Ｂに、ギャップ長Ｌ１として記憶されている。なお、品番Ａ，Ｃには、音による判定のための周波数帯域とゲインが記憶されている。
【００２８】
品番情報入力手段１０で品番Ｂを指定することにより、パラメータテーブル９から判定器１１に対してギャップ長Ｌ１が出力される。画像判定部２３は、画像から抽出したギャップ長とパラメータテーブル９から得たギャップ長Ｌ１とを比較し、画像のギャップ長がしきい値以下であれば正常であると判定し、以下であれば異常であると判定する。
【００２９】
判定器１１は、判定結果に基づき、表示器１２に結果を表示し、不合格の場合は警報器１３に出力する。
本例によれば、音が発生するものについては音圧波形を用いて、音が発生しないものについては画像を用いて組み付け工程の良否判定を実施する。これにより、判定を更に確実なものにすることができる。
【００３０】
なお、画像処理によりギャップ長を検出する代わりに、部材の位置（又は位置変動）を検出することにより判定をすることもできる。この場合、製品３の所定の場所に検出子を接触させ、その検出子から得た位置情報により、組み付けの深さ、爪の浮き上がりを検出することができる。
【００３１】
（実施形態３）
本例は、判定したデータをロギングする方法を実現するものである。製品ごとの判定データをロギングすることにより、不良発生のメカニズム解析に活用し、不良の再発を防止することができる。
図８はシステム構成を示す。本例のシステム構成は、前述の図６のシステム構成をすべて含み、更に新たな構成要素を追加したものである。ただ、図８では、図６に示した構成を一部省略して表示している。また、以下の説明では、図６の説明と重複する説明は省略し、図８に特有の構成を主に説明する。
【００３２】
判定器１１は、音又は画像により製品の良否を判定し、その結果を、ロギングデータ生成部３１に出力する。ロギングデータ生成部３１は、音データ加工部３２と画像データ加工部３３を有し、それぞれ音判定部１４、画像判定部２３からの判定結果が入力される。音データ加工部３２と画像データ加工部３３は、更に、Ａ／Ｄ変換器５、画像入力回路２２からの音データ及び画像データを取り込む。
【００３３】
ロギングデータ生成部３１は、音データ及び画像データを加工した上で、判定器１１から得た判定結果、トリガ検出器６から得た時刻データ、パラメータテーブル９から得た品番データを付加して、ロギング装置３４に出力する。ロギング装置３４は、ロギングデータ生成部３１からのデータをロギング出記憶部３５に記憶する。
【００３４】
(実施形態４)
図９を用いて、パラメータテーブル９を生成するための構成を説明する。
図９の振動波判定装置１の構成は、前述の図６のシステムと同様である。本例では、判定器１１の出力側にパラメータテーブル生成器４１が接続される。更にその出力側にＨＭＩ機器４２が接続される。ＨＭＩ機器４２は、結果のデータをパラメータテーブル９に追加する。
以下の説明では、図６の説明と重複する説明は省略し、図９に特有の構成を主に説明する。
【００３５】
音に基づいて判定を行う場合について説明する。
まず始めに、製品３の組み付け作業を行い、組み付け音のある音を複数回発生させ、マイクロホン２により組み付け音を検出する。
このパラメータテーブル生成時には、ウェーブレット変換演算器７は、図４に示した周波数帯域すべてについて周波数分離をする。
【００３６】
組み付け音を１回発生するたびに、ウェーブレット変換演算器７による周波数分離を行う。このデータは、判定器１１を通過してパラメータテーブル生成器４１に入力される。パラメータテーブル生成器４１は、複数回分のデータを蓄積し、周波数帯域ごとに最大値の平均と分散を求める。
次に、組み付け作業で組み付け音を発生させない状態で、音のデータを複数入力し、同様に周波数帯域ごとに最大値の平均と分散を求める。
【００３７】
パラメータテーブル生成器４１は、周波数帯域ごとに、組み付け音がある場合とない場合とでデータが大きく異なる周波数帯域を抽出し、これを判定用の周波数帯域として選択する。選択した周波数帯域のデータのレベルに基づいて重み付け量（係数）を計算する。結果の周波数帯域及び係数をＨＭＩ（Human Machine Interface）機器４２に出力する。
【００３８】
オペレータは、ＨＭＩ機器４２において、示されたデータからしきい値を決定し、品番情報を付加すると、パラメータテーブル７への登録処理を指示する。これにより、パラメータテーブル７へ新しい品番についてのデータを効率よく作成することができる。
品番情報の入力は、オペレータからの直接のオペレーションによる代わりに、ＰＬＣなどの制御機器からの信号を利用することもできる。
パラメータテーブル７へ画像用の特徴量を入力する場合は、オペレータがＨＭＩ機器４２から直接品番、特徴量などのデータを入力する。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、振動波により対象物の状態を判定する振動波判定装置において、対象物の変更に柔軟に対応できるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１のシステム構成を示す図である。
【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の製品の組み付け工程を示す図である。
【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における音圧波形の変換状態を示す図である。
【図６】実施形態２のシステム構成を示す図である。
【図７】図６のパラメータテーブルの内容を示す図である。
【図８】本発明の実施形態３のシステム構成を示す図である。
【図９】本発明の実施形態４のシステム構成を示す図である。
【符号の説明】
１…振動波判定装置
２…マイクロホン
３…製品
４…増幅器
５…Ａ／Ｄ変換器
６…トリガ検出器
７…ウェーブレット変換演算器
８１〜８２…補正器
９…パラメータテーブル
１０…品番情報入力手段
１１…判定器
１２…表示器
１３…警報器
１４…音判定部
２１…カメラ
２２…画像入力回路
２３…画像判定部
３１…ロギングデータ生成部
３２…音データ加工部
３３…画像データ加工部
３４…ロギング装置
３５…ロギングデータ記憶部
４１…パラメータテーブル生成器
４２…ＨＭＩ機器
【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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【図８】
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【図９】
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