(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可搬性のある検査対象物用の打撃検査装置であって、
打撃によって上記検査対象物に励起された複数箇所の振動を検出する非接触式の変位計、又は、非接触式の振動計である複数のセンサと、
これらのセンサを設けるための複数の凹部、及びこれらの凹部を形成するために刳り貫かれた部分を除く全面で検査対象物を支持すると共に、上記複数のセンサの上方に、上記複数のセンサから離間して下方から検査対象物を支持する弾性部分を備え、上記複数のセンサが取付けられたベース部材と、
上記複数のセンサによって検出された信号に基づいて、検査対象物を検査するための信号処理装置と、を有することを特徴とする打撃検査装置。
【請求項２】
上記信号処理装置が、上記センサによって測定された信号の周波数スペクトルを求めるための周波数分析部と、
この周波数分析部によって求められた周波数スペクトルの卓越周波数を、健全な検査対象物の卓越周波数と比較することによって検査対象物を判別するための判別部と、を有することを特徴とする請求項１記載の打撃検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検査対象物を判別するための打撃検査装置に関し、特に、燃料電池、コンクリート試験片等の欠陥を検査するための打撃検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池等の検査対象物を検査するために、打撃検査が行われてきた。燃料電池は、銅板とリンプル材とを接着により積層した多層構造物であり、各層の接着不良等の欠陥を検査する必要がある。従来の打撃検査では、検査対象物である燃料電池を作業台の上に置き、検査員が燃料電池をハンマで打撃し、その打撃音を聞くことによって燃料電池の良否を判定する。
【０００３】
一方、特開昭６１−２３９６６号公報には、鋳物等の検査試料を打撃し、この打撃によって生じた音をマイクロフォンで収音してバンドパスフィルタに通し、バンドパスフィルタからの出力データに基づいて試料の良・不良ランクを判別する自動感応検査装置が記載されている。
また、特開平６−３４４３０号公報には、自動車部品等から発生する評価すべき音をマイクロフォンで検出し、検出された音を感応検査によって予め得られているメンバシップ関数に基づいて評価する音質評価装置が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
検査員が燃料電池等を打撃して、その打撃音を判断する従来の打撃検査では、欠陥判別の判断は個人の経験、感性等に頼るため、評価が定量的でなく、結果にばらつきが生じる等の問題がある。
また、特開昭６１−２３９６６号公報、及び、特開平６−３４４３０号公報に記載された検査装置では、マイクロフォンによって打撃音を検出しているので、暗騒音等の周囲のノイズの影響で判定結果の精度が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は、検査員の経験や感性に頼ることなく、均質な検査結果を得ることができる打撃検査装置を提供することを目的としている。
また、本発明は、周囲ノイズが大きい環境下にあっても、精度良く検査を行うことができる打撃検査装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明は、可搬性のある検査対象物用の打撃検査装置であって、打撃によって検査対象物に励起された複数箇所の振動を検出する非接触式の変位計、又は、非接触式の振動計である複数のセンサと、これらのセンサを設けるための複数の凹部、及びこれらの凹部を形成するために刳り貫かれた部分を除く全面で検査対象物を支持すると共に、複数のセンサの上方に、複数のセンサから離間して下方から検査対象物を支持する弾性部分を備え、複数のセンサが取付けられたベース部材と、複数のセンサによって検出された信号に基づいて、検査対象物を検査するための信号処理装置と、を有することを特徴としている。
【０００７】
この構成では、検査対象物が、センサが取付けられたベース部材によって下方から支持される。検査対象物を加振することにより、検査対象物に振動が励起されると、センサがその振動を検出し、センサによって検出された測定データに基づいて検査対象物が検査される。
この構成により、検査員の経験や感性に頼ることなく、均質な検査結果を得ることができ、また、検査対象物の打撃音をマイクロフォンで検出するのではなく、検査対象物自体の振動をセンサによって直接検出するので、周囲ノイズが大きい環境下にあっても、精度良く検査を行うことができる。
【０００８】
また、本発明の打撃検査装置は、信号処理装置が、センサによって測定された信号の周波数スペクトルを求めるための周波数分析部と、この周波数分析部によって求められた周波数スペクトルの卓越周波数を、健全な検査対象物の卓越周波数と比較することによって検査対象物を判別するための判別部と、を有しても良い。
この構成では、センサによって検出された測定データが信号処理装置の周波数分析部に送られる。周波数分析部は、測定データに基づいて測定データの周波数スペクトルを計算し、その卓越周波数を求める。求められた卓越周波数は、予め求められた健全な検査対象物の卓越周波数と比較され、この比較結果に基づいて検査対象物が判別される。
【０００９】
また、センサを加速度計とし、ベース部材が弾性部分を有し、検査対象物が、ベース部材の弾性部分に取付けられた加速度計によって下方から支持されるように本発明の打撃検査装置を構成しても良い。
或いは、センサを荷重計とし、検査対象物が、ベース部材に取付けられた荷重計によって下方から支持されるように構成しても良い。
さらに、センサを非接触式の変位計、又は、非接触式の振動計とし、センサが取付けられたベース部材が弾性部分を有し、ベース部材に設けられた弾性部分が、センサの上方に、センサから離間して、検査対象物を支持するように本発明の打撃検査装置を構成しても良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、燃料電池を検査対象物とする場合を例に、本発明の実施形態を説明する。まず、図１乃至図４を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による打撃検査装置１の斜視図である。打撃検査装置１は、ベース部材２と、ベース部材２に設けられた弾性部分４と、弾性部分４の四隅及び中央に取付けられたセンサである５つの加速度計６ａ乃至６ｅと、加速度計によって検出された信号を処理するための信号処理装置８とを有する。ベース部材２に設けられた弾性部分４は、ゴム板、スポンジ等の任意適当な弾性部材で構成される。弾性部材の材質、厚さ等は検査対象物に応じて適宜選択する。５つの加速度計６ａ乃至６ｅは、それらの上に検査対象物を支持することができるように、弾性部分４に取付けられる。各加速度計の配置及び個数は、適用に応じて任意に変更することができる。また、ベース部材２の弾性部分４以外の部分を省略して、ベース部材２全体が弾性部材で構成されても良い。
【００１１】
各加速度計６ａ乃至６ｅの出力は、信号処理装置８に接続されている。信号処理装置８は、加速度計６ａ乃至６ｅの出力信号を周波数分析するための周波数分析部１２と、周波数分析部１２の分析結果に基づいて検査対象物の欠陥の有無を判定する判別部１４と、判別部１４の判別結果を表示するための表示部１０とを有する。
【００１２】
次に、図２乃至図４を参照して、本発明の第１実施形態による打撃検査装置１の作用を説明する。図２は、第１実施形態の打撃検査装置１による打撃試験の様子を示す概略図である。まず、打撃検査装置１を作業机Ｄの上に設置し、検査対象物である燃料電池Ｔを、打撃検査装置１の弾性部分４に取付けられた各加速度計６の上に置く。検査対象物が各加速度計６上に支持されると、検査対象物の重量によって加速度計６を取付けた弾性部分４が一定量変形し、その位置で検査対象物が支持される。次いで、検査員は、燃料電池Ｔの所定の位置をハンマＨで打撃し、燃料電池Ｔを加振する。検査対象物を打撃する位置は、後述する卓越周波数が明確に検出できるように、適用に応じて検査対象物の隅部、中央部等、適当な位置に設定する。
【００１３】
加振により振動が励起された燃料電池Ｔは、各加速度計６の上で変形・振動する。例えば、燃料電池Ｔの加速度計６ａによって支持されている部分が下方に振動すると、加速度計６ａは燃料電池Ｔによって下方に押圧され、その力によって弾性部分４が変形し、加速度計６ａは下方に移動させられる。逆に、燃料電池Ｔが上方に振動すると、燃料電池Ｔの自重によって下方に変形していた弾性部分４がもとの形状に復元するので、加速度計６ａは弾性部分４によって燃料電池Ｔに押付けられる。好ましくは、弾性部分４の材質や厚さは、検査対象物の振動の全周期に亘って、加速度計６が検査対象物に接触した状態になるように選択する。このように、各加速度計６は、燃料電池Ｔの変形・振動に従って、燃料電池Ｔに当接したまま上下に振動する。各加速度計６の出力信号は、信号処理装置８に送られる。
【００１４】
次に、図３及び図４を参照して、信号処理装置８によって行われる信号処理を説明する。図３（ａ）は実際の打撃試験を行う前に、健全な検査対象物の基準データを取得するための信号処理のフローチャートであり、図３（ｂ）は実際の打撃試験を行う際の信号処理のフローチャートである。
【００１５】
基準データを取得する場合には、従来の打撃検査方法等によって欠陥がないことが確認されている燃料電池Ｔを打撃検査装置に載せ、打撃を行う。それ以外の点は、実際の打撃試験の手順と同様である。即ち、健全な燃料電池Ｔを打撃することによって振動が励起され、５つの加速度計６ａ乃至６ｅがその振動の時刻歴波形を検出する。ステップＳ１では、信号処理装置８に内蔵された周波数分析部１２が、それらの時刻歴波形を取得する。次いで、ステップＳ２では、周波数分析部１２が各時刻歴波形の周波数スペクトルを計算する。周波数スペクトルの計算には当業者には良く知られたＦＦＴ演算（高速フーリエ演算）等を使用することができる。ステップＳ３では、各周波数スペクトルがピークを示す周波数である卓越周波数を抽出する。図４（ａ）乃至（ｅ）は、夫々、加速度計６ａ乃至６ｅによって取得された時刻歴波形の周波数スペクトルである。図４（ａ）乃至（ｄ）に示す燃料電池Ｔの四隅における周波数スペクトルには、約１７５０Ｈｚに卓越周波数があり、図４（ｅ）に示す燃料電池Ｔの中央における周波数スペクトルには、約３０００Ｈｚに卓越周波数がある。ステップＳ４では、これらの卓越周波数が信号処理装置８に内蔵された判別部１４に基準データとして記憶され、基準データの取得処理を終了する。
【００１６】
好ましくは、検査対象物の質量と、弾性部分４のばね特性とによって規定される固有振動数（剛体モードの固有振動数）が、測定すべき卓越周波数よりも十分に低くなるように、弾性部分４の材質及び厚さを選択して打撃検査装置を構成する。
【００１７】
次に、図３（ｂ）を参照して、実際の打撃試験におけるデータ処理手順を説明する。実際の打撃試験では、まず、検査すべき燃料電池Ｔを打撃検査装置１に載せ、ハンマＨで打撃する。図３（ｂ）のステップＳ１１の打撃波形データの取得から、ステップＳ１３の卓越周波数の把握までの処理は、図３（ａ）のステップＳ１乃至Ｓ３と同様であるので説明を省略する。次いで、ステップＳ１４では、図３（ａ）のステップＳ４で判別部１４に記憶させておいた基準データの卓越周波数と、ステップＳ１３で抽出された検査すべき燃料電池Ｔの卓越周波数が、判別部１４によって比較される。各周波数スペクトルの卓越周波数が一致した場合には、ステップＳ１５に進み、燃料電池Ｔに欠陥がない旨が表示部１０に表示される。各卓越周波数の何れか一つでも基準データと一致しない場合には、ステップＳ１６に進み、燃料電池Ｔに欠陥がある旨が表示される。一例として、接着不良等の欠陥がある燃料電池Ｔにおいては、１７５０Ｈｚに存在した卓越周波数が約１５００Ｈｚに低下し、３０００Ｈｚに存在した卓越周波数が約２３００Ｈｚに低下する。本実施形態では、１７５０Ｈｚの卓越周波数が１５５０Ｈｚ以下に、又は、３０００Ｈｚの卓越周波数が２３５０Ｈｚ以下に低下した場合に欠陥ありと判定している。しかしながら、判定方法、及び、閾値とする周波数は適用に合わせて任意に定めることができる。
【００１８】
本実施形態の打撃検査装置によれば、検査員の経験や感性に頼ることなく、均質な検査結果を得ることができ、また、周囲ノイズが大きい環境下にあっても、精度良く検査を行うことができる。更に、検査対象物の振動を複数の加速度計で測定するので、局部的な検査対象物の欠陥も検出することができる。また、本実施形態によれば、一般に、加速度計を使用して行われている振動試験のように、検査対象物に加速度計を貼り付ける必要がなく、迅速に検査を行うこととができる。
【００１９】
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態による打撃検査装置２０を説明する。第２実施形態による打撃検査装置２０は、加速度計の代りに、センサとして荷重計を使用し、ベース部材が弾性部分を有しない点が第１実施形態とは異なる。第１実施形態と同様の構成要素には同様の参照番号を付し、第１実施形態と同様の構成、作用、効果については説明を省略する。
【００２０】
本発明の第２実施形態による打撃検査装置２０は、ベース部材２２と、ベース部材２２の四隅及び中央に取付けられた５つの荷重計２４と、各荷重計２４に接続された信号処理装置８とを有する。
【００２１】
次に、第２実施形態の作用を説明する。まず、第１実施形態と同様に、各荷重計２４の上に検査対象物である燃料電池Ｔを置き、所定の位置をハンマで打撃する。打撃により、検査対象物に振動が励起され、燃料電池Ｔの一部が下方に振動・変形すると、その部分を支持している荷重計に作用する力が増大する。逆に、燃料電池Ｔの一部が上方に振動・変形すると、その部分を支持している荷重計に作用する力は減少し、最小でゼロになる場合もある。このようにして、検査対象物の振動に応じた時刻歴波形が荷重計によって検出される。このとき、各荷重計２４が検査対象物を支持する位置は、荷重計２４及びベース部材２２の変形量分しか移動しないので、その移動量は非常に小さい。従って、検査対象物の振動振幅も、一般に、第１実施形態の場合に比べ小さくなる。各荷重計２４によって検出された信号の処理は、第１実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【００２２】
本実施形態では、荷重変化により卓越周波数を把握するため、検査対象物をゴムやスポンジ等の弾性体で浮かせる必要がなく、重量の大きな検査対象物にも適用することができる。
【００２３】
次に、図６（ａ）及び（ｂ）を参照して、本発明の第３実施形態による打撃検査装置３０を説明する。第３実施形態による打撃検査装置３０は、検査対象物を、ベース部材３２に設けられた弾性部分３４に載せて支持し、検査対象物の振動はセンサによって非接触で検出される点が、第１実施形態と異なる。第１実施形態と同様の構成要素には同様の参照番号を付し、第１又は第２実施形態と同様の構成、作用、効果については説明を省略する。
【００２４】
図６（ａ）は第３実施形態による打撃検査装置３０の斜視図を示し、図６（ｂ）は、図６（ａ）のｂ−ｂ断面を示す。打撃検査装置３０は、センサを取付けるための５つの凹部３８を設けたベース部材３２と、ベース部材３２に設けられた弾性部分３４と、各凹部３８の中に夫々取付けられた非接触式センサ３６と、各非接触式センサに接続された信号処理装置８と、を有する。非接触式センサ３６としては、適用に応じて、レーザ変位計、レーザ振動計、静電容量式変位計、渦電流式変位計等を使用することができる。ベース部材３２の上部に設けられた弾性部分３４は、スポンジ、又は、柔軟なゴム等で構成され、凹部３８を形成するために刳り貫かれた部分を除く、全面で検査対象物である燃料電池Ｔを支持するように構成されている。また、弾性部分３４の厚さ及び材質は、検査対象物を弾性部分の上に置いた際に、非接触式センサと検査対象物との間に所定の隙間ができるように選択する。
【００２５】
次に、第３実施形態の作用を説明する。まず、検査すべき燃料電池Ｔを、ベース部材３２の弾性部分３４の上に載せる。このとき、燃料電池Ｔは、弾性部分３４が燃料電池Ｔの重量により所定量、変形した状態で支持される。次いで、燃料電池Ｔを打撃すると、燃料電池Ｔは弾性部分３４の上で変形・振動する。この振動により、燃料電池Ｔと非接触式センサ３６との間の距離が変化し、この変化に応じた信号が、各非接触式センサ３６によって検出される。信号処理装置８による信号処理手順は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００２６】
本実施形態では、センサと検査対象物が接触していないので、センサの重量の影響やセンサが接触することによる影響を排除することができ、精度良く判別を行うことができる。また、本実施形態では、検査対象物のほぼ全面を弾性部分によって支持するので、検査対象物に作用する圧力が小さく、検査対象物を傷つけることがない。
【００２７】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、特許請求の範囲に記載した技術的事項の範囲内において、開示した実施形態に種々の変更をすることができる。特に、本発明の打撃検査装置は、本実施形態で例示した燃料電池以外にも、可搬性のある任意の検査対象物を検査することができる。また、検査の目的は必ずしも欠陥の発見である必要はなく、本発明の打撃検査装置を製品のランク付けや、選別に使用することもできる。さらに、加振は、必ずしもハンマによるインパクト加振である必要はなく、動電式の加振機等によるインパクト加振、ランダム加振等、任意の加振方法を採用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の打撃検査装置によれば、検査員の経験や感性に頼ることなく、均質な検査結果を得ることができ、また、周囲ノイズが大きい環境下にあっても、精度良く検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による打撃検査装置の斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態の打撃検査装置による打撃検査の様子を示す概略図である。
【図３】本発明の第１実施形態による打撃検査装置のデータ処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態の打撃検査装置によって測定された周波数スペクトルの一例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態による打撃検査装置の斜視図である。
【図６】本発明の第３実施形態による打撃検査装置の斜視図である。
【符号の説明】
１      第１実施形態の打撃検査装置
２      ベース部材
４      弾性部分
６      加速度計
８      信号処理装置
１０    表示部
１２    周波数分析部
１４    判別部
２０    第２実施形態の打撃検査装置
２２    ベース部材
２４    荷重計
３０    第３実施形態の打撃検査装置
３２    ベース部材
３４    弾性部分
３６    非接触式センサ
３８    凹部
【図１】
0004949568.tif 000002
【図２】
0004949568.tif 000003
【図３】
0004949568.tif 000004
【図４】
0004949568.tif 000005
【図５】
0004949568.tif 000006
【図６】
0004949568.tif 000007