(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象製品を移動可能に支持する回転体と、その回転体に支持された前記検査対象製品の自由振動を許容しつつ前記回転体を支持する遮振性の支持体とを備えた支持手段、前記支持手段に支持された製品に対し打撃を加えて加振する加振手段、及び、前記支持手段に支持された製品の振動を測定する測定手段を備えた製品判別装置を用いた製品判別方法であって、
検査対象製品を前記回転体上を移動させて前記支持手段上の所定の支持位置にセットすることにより、前記測定手段を前記回転体を介して検査対象製品に間接接触させ、更に前記加振手段を検査対象製品を挟んで前記回転体と反対側に配設して、この加振手段による製品の打撃点と反対側において前記回転体が検査対象製品を支えるようにし、検査対象製品に対し加振することによって生じた当該製品の振動を測定し、その測定された振動を周波数解析して検査対象製品に固有の周波数分布又は固有振動数を解明し、その検査対象製品についての前記周波数解析の結果を、予め既知製品を周波数解析して得たデータと比較又は照合することにより、既知製品との異同又は検査対象製品の種別を判定することを特徴とする製品判別方法。
【請求項２】
検査対象となる製品を自由振動可能な状態で支持する支持手段と、前記支持手段に支持された製品に対し打撃を加えて加振する加振手段と、前記支持手段に支持された製品の振動を測定する測定手段と、前記測定手段によって測定された振動を周波数解析して検査対象製品に固有の周波数分布又は固有振動数を解明すると共に、その検査対象製品についての周波数解析の結果を、予め既知製品を周波数解析して得たデータと比較又は照合することにより、既知製品との異同又は検査対象製品の種別を判定する解析判定手段とを備えた製品判別装置において、
前記支持手段は、前記検査対象製品を移動可能に支持する回転体と、その回転体に支持された前記検査対象製品の自由振動を許容しつつ前記回転体を支持する遮振性の支持体とを備えており、
前記測定手段は、前記回転体を介して前記検査対象製品に間接接触するように配設されており、
前記加振手段は、前記検査対象製品を挟んで前記回転体と反対側に配設されていることを特徴とする製品判別装置。
【請求項３】
前記加振手段は更に、前記検査対象製品に対する前記回転体の一接点（Ｐ１）と前記加振手段による検査対象製品の打撃点（Ｐ２）とを結ぶ線（Ｌ）が前記検査対象製品の移動可能方向に対し略直交するように配設されていることを特徴とする請求項２に記載の製品判別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製品の種別を判定するための製品判別方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械部品の分野では、部品（製品）の付加価値向上や多様化の流れの中で、目視では判別が困難なほど微妙に形状が異なる品種や、同一形状でありながら材質の異なる品種が増加傾向にある。このため、製造現場では、異品種混入防止のために様々な工夫がなされている。例えば、ロット毎に生産を分割したり製造ラインを振り分けたりすることで工程管理を徹底するという対策がとられている。また、高精度の寸法測定装置を導入し、個々の製品の形状違いを見極めるという対策もとられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の工程管理を徹底するという方法は、ロット生産が前提条件となり、多品種に対応する場合には却って生産性を悪化させる要因となる。具体的には、同じ製造ラインで類似形状の製品を生産することが許されないために付帯設備の二重投資が必要になることや、ロット生産のために不要在庫を多量に抱え込まざるを得ないという問題がある。他方、寸法測定装置を用いて形状違いを見極める方法では、形状違いの程度により測定精度に対する要求が厳しくならざるを得ず、高精度の寸法測定を確保するために高価な測定装置が必要となり、検査コストが上昇するという難点がある。何より寸法測定による製品判別では、同形状異材質の製品を判別することができない。
【０００４】
本発明の目的は、製品の微妙な形状違いや材質違い等にもかかわらず、製品種別を簡便且つ正確に判定することが可能な製品判別方法と、その方法を実施するための製品判別装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明（製品判別方法）は、検査対象製品を移動可能に支持する回転体と、その回転体に支持された前記検査対象製品の自由振動を許容しつつ前記回転体を支持する遮振性の支持体とを備えた支持手段、前記支持手段に支持された製品に対し打撃を加えて加振する加振手段、及び、前記支持手段に支持された製品の振動を測定する測定手段を備えた製品判別装置を用いた製品判別方法であって、検査対象製品を前記回転体上を移動させて前記支持手段上の所定の支持位置にセットすることにより、前記測定手段を前記回転体を介して検査対象製品に間接接触させ、更に前記加振手段を検査対象製品を挟んで前記回転体と反対側に配設して、この加振手段による製品の打撃点と反対側において前記回転体が検査対象製品を支えるようにし、検査対象製品に対し加振することによって生じた当該製品の振動を測定し、その測定された振動を周波数解析して検査対象製品に固有の周波数分布又は固有振動数を解明し、その検査対象製品についての前記周波数解析の結果を、予め既知製品を周波数解析して得たデータと比較又は照合することにより、既知製品との異同又は検査対象製品の種別を判定することを特徴とする。
【０００６】
この方法によれば、加振操作によって検査対象製品の支持が不安定化する虞が少なく、振動測定の精度が高まるため、加振によって生じた検査対象製品の振動を周波数解析することで、その製品に固有の周波数分布又は固有振動数（固有周波数ともいう）が解析結果として得られる。一般に、周波数解析の結果得られた周波数分布は、その製品の機械的属性（形状、寸法、密度、材質等）を反映して個々の製品に特有のパターンを示し、それを一種の「指紋」として利用することができる。従って、検査対象製品（未知製品）についての周波数分布を、予め既知製品を周波数解析して得た周波数分布のデータと比較照合すれば、既知製品との異同を判定できる。又、既知製品についての周波数分布データを多量に保持しておき、その中から周波数分布の一致するものを探し出すことで検査対象製品の種別を判定することができる。
【０００７】
また、周波数解析の結果判明する固有振動数（固有周波数）も検査対象製品の機械的属性を反映して個々の製品に特有のものであり、一種の「指紋」として利用することができる。ここで、製品（物体）の等価剛性をｋ、等価質量をｍとした場合、その製品物体の固有振動数ｆは、ｆ＝（ｋ／ｍ）1/2／２πで表されることが学問的に究明されている。等価剛性ｋとは、物体の形状、寸法、材質等の機械的属性を決定要因とするパラメータであり、等価質量ｍとは、物体の重量、体積、密度等の機械的属性を決定要因とするパラメータである。上記固有振動数ｆの式は、製品の機械的属性が異なれば、固有振動数ｆも異なる可能性が高いことを理論的に保証する。従って、上記周波数分布の場合と同様に、検査対象製品（未知製品）についての固有振動数を、予め既知製品を周波数解析して得た固有振動数のデータと比較照合すれば、既知製品との異同を判定できる。又、既知製品についての固有振動数データを多量に保持しておき、その中から固有振動数の一致するものを探し出すことで検査対象製品の種別を判定することができる。
【０００８】
従って、本発明の製品判別方法によれば、同一ラインで、微妙な形状違いや材質違いのある多種類の製品を扱う場合でも、その一つ一つの製品の種別を加振測定という簡便な手法で正確に判定することが可能となる。なお、固有振動数に基づく判別手法はいわば一点注目であるのに対し、周波数分布に基づく判別手法は全体のパターンを隈無く比較するので、周波数分布に基づく判別手法の方が固有振動数に基づく判別手法よりも、製品判別の信頼性が高い。反面、電子計算機等の演算処理手段を用いる場合には、周波数分布に基づく判別手法よりも固有振動数に基づく判別手法の方が、演算負荷が小さくて済むという利点がある。
【０００９】
請求項２の発明（製品判別装置）は、検査対象となる製品を自由振動可能な状態で支持する支持手段と、前記支持手段に支持された製品に対し打撃を加えて加振する加振手段と、前記支持手段に支持された製品の振動を測定する測定手段と、前記測定手段によって測定された振動を周波数解析して検査対象製品に固有の周波数分布又は固有振動数を解明すると共に、その検査対象製品についての周波数解析の結果を、予め既知製品を周波数解析して得たデータと比較又は照合することにより、既知製品との異同又は検査対象製品の種別を判定する解析判定手段とを備えた製品判別装置において、前記支持手段は、前記検査対象製品を移動可能に支持する回転体と、その回転体に支持された前記検査対象製品の自由振動を許容しつつ前記回転体を支持する遮振性の支持体とを備えており、前記測定手段は、前記回転体を介して前記検査対象製品に間接接触するように配設されており、前記加振手段は、前記検査対象製品を挟んで前記回転体と反対側に配設されていることを特徴とする。
【００１０】
この製品判別装置は、前記請求項１の製品判別方法を実施するための装置であり、その技術的意義は、上記製品判別方法について記載した通りである。この装置によれば、検査対象製品は回転体上を移動して支持手段上の所定の支持位置にセットされる。測定手段は回転体を介して検査対象製品に間接接触することから、製品の前記所定位置へのセット完了と同時に、検査対象製品と測定手段との間の位置決めも完了する。故に、検査対象製品の取替え作業を円滑且つ迅速に行うことが可能となる。更に、加振手段は検査対象製品を挟んで回転体と反対側に配設されることから、加振手段による製品の打撃点と反対側において、回転体が製品（被打撃物）を支える格好となる。このため、加振操作によって検査対象製品の支持が不安定化する虞が少なく、振動測定の精度が高まる。
【００１１】
なお、検査対象製品に対する加振の仕方としては、加振ハンマ等による製品の打撃が好ましい。また、解析判定手段は、種々の既知製品を周波数解析して得た周波数分布又は固有振動数のデータを内部的に保持するか、あるいは、外部に設けられた既知製品についてのデータベースにアクセス可能であることが好ましい。
【００１２】
尚、請求項２において、「前記加振手段は更に、前記検査対象製品に対する前記回転体の一接点（Ｐ１）と当該加振手段による検査対象製品の打撃点（Ｐ２）とを結ぶ線（Ｌ）が前記検査対象製品の移動可能方向に対し略直交するように配設されていること」は好ましい（請求項３参照）。この場合には、加振時における検査対象製品の支持が更に安定化する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を具体化した製品判別装置について説明する。尚、本発明の実施形態の要部である図３の構成については、図１に示す前提構成との対比において説明する。
【００１４】
図１に示すように、製品判別装置は、基台１１と、その基台１１上に設けられた円盤状の治具１２と、第１及び第２の支柱１３，１６とを備えている。
【００１５】
治具１２は、判別対象となる製品Ｐ（例えば、ディスクブレーキ用のディスクロータ）を載せて支持するための支持手段であり、加振時において製品Ｐの自由振動を許容すると共にその自由振動が基台１１側に伝達されて減衰するのを極力防止可能な遮振性材料で作られている。このような遮振性材料としては、例えばゴム又はナイロン（ポリアミド系合成樹脂）等の軟質材料があげられる。
【００１６】
第１の支柱１３には、基台１１上方においてエアシリンダ１４が垂直に支持され、そのエアシリンダ１４のピストンの下端には加振ハンマ１５が設けられている。エアシリンダ１４の内部はピストン上端部によって上室と下室に区画されており、これら上下各室には、切替えバルブＶを介して圧縮機Ｃからの加圧空気が選択的に導入される。つまり、切替えバルブＶは、外部からの制御信号に基づいて切替え動作可能なアクチュエータ内蔵型のバルブであり、圧縮機Ｃからの加圧空気を前記上室又は下室のいずれか一方に供給制御するためのエア制御弁として機能する。切替えバルブＶの切替え動作に応じて、エアシリンダ１４のピストンは上下動する。加振ハンマ１５は、治具１２上に載置された製品Ｐとエアシリンダ１４との間に配置され、前記ピストンの上下動に応じて製品Ｐに接触し（即ち打撃）又は離間する。なお、エアシリンダ１４及び加振ハンマ１５は、加振手段を構成する。
【００１７】
第２の支柱１６には、センサブラケット１７が垂直方向へ位置調節可能に設けられている。センサブラケット１７の下側には、製品Ｐに接触してその振動を検知するための検知棒１８が設けられ、センサブラケット１７の上側には、振動センサ１９が設けられている。つまり、検知棒１８と振動センサ１９とはセンサブラケット１７を介在させて連結されると共に、センサブラケット１７によって第２の支柱１６に支持されている。センサブラケット１７は、治具１２と同様の遮振性材料で作られており、検知棒１８から振動センサ１９への振動伝達を許容しつつもその振動が支柱１６及び基台１１に伝達されるのを極力防止する。振動センサ１９は、検知棒１８が検知した振動を電気信号（例えば電圧）に変換する。
【００１８】
図１の製品判別装置は、その電気的構成として、解析判定手段としての制御コンピュータ２１、Ａ／Ｄ変換回路２２、アンプ２３、Ｉ／Ｏインターフェイス２４、モニタ２５（表示装置）及び入力装置２６（例えばキーボード）を備えている。制御コンピュータ２１は、いわゆるＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他のコンピュータアーキテクチャを具備した演算処理ユニットであって、この製品判別装置の制御及び製品判別処理を司る。前記振動センサ１９は、アンプ２３及びＡ／Ｄ変換回路２２を介して制御コンピュータ２１に接続されている。振動センサ１９からの検知信号（アナログ）は、増幅及びデジタル信号への変換を受けて制御コンピュータ２１に入力される。前記切替えバルブＶは、Ｉ／Ｏインターフェイス２４を介して制御コンピュータ２１に接続されている。切替えバルブＶは、制御コンピュータ２１からの指令に応じて切替え動作される。それに応じて、所定のタイミングで加振ハンマ１５により製品Ｐが加振（即ち打撃）される。
【００１９】
次に、上記装置を用いた製品判別方法について説明する。図１の製品判別装置を用いる際には、まず判別対象製品Ｐを治具１２上に載置すると共に、センサブラケット１７の高さ位置を調節して検知棒１８の先端（下端）を製品Ｐの表面に当接させる。この事前設定が完了した後に、入力装置２６から検査開始を指令する。すると、制御コンピュータ２１からの指令によってエアシリンダ１４が一往復動され、これに伴い加振ハンマ１５が製品Ｐの表面を一撃する。
【００２０】
加振ハンマ１５による打撃によって製品Ｐには自由振動が発生し、この自由振動は検知棒１８を介して振動センサ１９に伝達される。振動センサ１９は、振動即ち検知棒１８の機械的な垂直方向変位を電圧値に変換し、その電圧信号をアンプ２３及びＡ／Ｄ変換回路２２を介して制御コンピュータ２１に入力する。図２（Ａ）は、振動センサ１９から制御コンピュータ２１に入力される電圧信号の時系列波形の一例を示す。
【００２１】
制御コンピュータ２１は、加振ハンマ１５による打撃から所定時間内に振動センサ１９から提供される電圧波形を数値化して内部メモリに蓄積する。そして、その数値化された電圧波形データに高速フーリエ変換を施すことにより、波形データの周波数解析を行う。図２（Ｂ）は、電圧波形データ（図２（Ａ））を周波数解析し、周波数（横軸：Ｈｚ）対強度（縦軸：ｄＢ）のグラフ形式で表現した周波数分布チャートの一例を示す。
【００２２】
ところで、図２（Ｂ）のような周波数分布は、製品の形状、寸法、重量、体積、密度、材質等の機械的属性の違いを反映して、製品の種類毎に全く違ったパターンを示す。つまり、類似製品で微妙な形状違いがある場合や、完全同一形状で材質のみが異なる場合であっても、周波数分布パターンには必ず違いが表われる。喩えて言えば、周波数分布パターンは機械製品の「指紋」に相当する。従って、機械的属性が明らかな既知の製品を予めこの装置で測定し、その周波数分布パターンを既知データとして蓄積しておけば、製品判別に利用することができる。具体的には、未知の製品（検査対象製品）を測定して得た周波数分布パターンを、既知製品について蓄積した周波数分布パターン群と比較することにより、その未知製品の品種を割り出すことができる。
【００２３】
あるいは、そのようなパターン全体の比較は演算処理の負荷が大きくなることも予想されるため、もっと簡便な方法で既知製品との異同を判定することもできる。例えば、自社の（既知）製品の全てについて周波数分布パターンを取得し、既知製品のそれぞれに特徴的な周波数ピークを予め把握しておく。そして、未知の製品について得た周波数分布チャートを読み解くときに、特定の周波数域にピークが存在するか否かをもって製品の種別判定を行う。例えば、図２（Ｃ）においてハッチングで示した周波数域Ｒにあるピークが、その既知製品についての固有周波数（固有振動数）に相当するとする。仮に未知製品の周波数分布パターンが図２（Ｄ）のようなものであった場合、前記周波数域Ｒには目立ったピークが存在しないため、この未知製品は少なくとも図２（Ｃ）の既知製品とは種類が異なる製品であると断定できる。
【００２４】
本実施形態の製品判別装置では、予め制御コンピュータ２１内に、自社の（既知）製品に関する固有周波数のデータが保持又は蓄積されている。従って、制御コンピュータ２１は、未知の製品Ｐについて加振後の周波数解析によって得られた周波数分布パターンの中に、いずれかの既知製品と同じ固有周波数ピークが存在するかを調べることで、その未知製品Ｐの製品種別を判定し、その判定結果をモニタ２５に表示している。
【００２５】
また、本実施形態では、製品判別装置における検査対象製品Ｐの支持構造及び各種手段の相対配置を図３のようにしている。即ち図３によれば、基台１１上には、遮振性の支持体としての治具１２を介してボール受け３１が設けられ、そのボール受け３１には回転体としてのボール３２（例えば「フリーベア」）が自由回転可能に支持されている。ボール３２は製品Ｐの下面に接触して当該製品Ｐを水平方向に移動可能に支持する。遮振性の治具１２は、ボール３２に支えられた製品Ｐの自由振動を許容しながらボール受け３１を下から支えると共に、ボール受け３１と基台１１との間に一定の空間を確保する。そして、その空間には測定手段としての振動センサ１９が配置されている。この振動センサ１９は、ボール受け３１の湾曲底面及び前記ボール３２を介して製品Ｐの下面に間接接触している。
【００２６】
他方、検査対象製品Ｐを挟んで前記ボール３２と反対側には、加振手段を構成する加振ハンマ１５が配設されている。図３に示すように、製品Ｐに対するボール３２の接点Ｐ１と加振ハンマ１５による製品の打撃点Ｐ２とを結ぶ仮想垂直線Ｌは、製品Ｐの移動可能方向（水平方向）に対し直交関係にある。そして、加振ハンマ１５、ボール３２及び振動センサ１９の三者は、その仮想垂直線Ｌに沿って一列に並んで配置されている。
【００２７】
図３の装置によれば、検査対象製品Ｐはボール３２に支えられながら水平方向に移動して所定の検査用支持位置にセットされる。振動センサ１９はボール受け３１及びボール３２を介して製品Ｐに間接接触することから、製品Ｐの前記所定位置へのセット完了と同時に、製品Ｐと振動センサ１９との間の位置決めも完了する。つまり図１の場合と異なり、製品Ｐを取り替える毎に振動センサ１９の上下位置調節の必要がなく、検査を円滑且つ迅速に行うことができる。加えて、加振ハンマ１５とボール３２とが製品Ｐを挟んで反対側に配置されると共に、仮想垂直線Ｌに沿って一列に並んで配置されている。つまり、打撃点Ｐ２と反対側においてボール３２が製品Ｐを支える格好となるため、加振ハンマ１５による打撃時（加振時）でも、製品Ｐの姿勢が安定し、振動測定の精度が向上する。
【００２８】
このように本実施形態によれば、検査対象製品Ｐの加振によって生じた振動の電圧波形データを周波数解析し、その周波数分布チャートのパターン又は周波数分布チャート中の特徴的な固有周波数ピークの有無を、既知製品の周波数解析データと比較照合することにより、製品種別を判定している。このため、同一製造ラインにおいて、微妙な形状違いのある品種や完全同一形状で材質のみが異なる品種を製造する場合でも、ラインの最終段階で上記製品判別装置により、品種判別を正確かつ迅速に行うことができる。
【００２９】
また、この製品判別装置は、加振と振動検出のための機構が極めて簡素であるため、高精度の寸法測定装置（従来手法で利用）に比べて装置の製作、保守管理のための費用が格段に少なくて済む。また、寸法測定装置を用いる場合に比べ、検査対象製品Ｐを装置に位置決めする際の精度が多少粗くても、測定精度にさしたる影響を及ぼさない。このことは、設備投資額を縮減し、ラインでの製品管理の手間を省き生産性を高める上で極めて有利である。
【００３０】
［別例］：図３に示す上記ボール３２は、円筒状又は円柱状の回転体で置換されてもよい。また、加振ハンマ１５を駆動するエアシリンダ１４は、電磁アクチュエータで置換されてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、製品の微妙な形状違いや材質違い等にもかかわらず、製品種別を簡便且つ正確に判定することができる。特に本発明によれば、検査対象製品は回転体上を移動して支持手段上の所定の支持位置にセットされ、測定手段は回転体を介して検査対象製品に間接接触することから、製品の前記所定位置へのセット完了と同時に、検査対象製品と測定手段との間の位置決めも完了する。故に、検査対象製品の取替え作業を円滑且つ迅速に行うことが可能になる。更に、加振手段は検査対象製品を挟んで回転体と反対側に配設されることから、加振手段による製品の打撃点と反対側において、回転体が製品（被打撃物）を支える格好となる。このため、加振操作によって検査対象製品の支持が不安定化する虞が少なく、振動測定の精度が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】製品判別装置の概要を示す図。
【図２】測定した振動データに基づく周波数解析の一例を示すグラフ。
【図３】本発明の実施形態である製品判別装置の支持構造等を示す要部断面図。
【符号の説明】
１１…基台、１２…治具（支持手段、遮振性の支持体）、１４…エアシリンダ、１５…加振ハンマ（１４，１５は加振手段を構成する）、１９…振動センサ（測定手段）、２１…制御コンピュータ（解析判定手段）、３２…ボール（回転体）、Ｐ…検査対象製品。
【図１】
0003778816.tif 000002
【図２】
0003778816.tif 000003
【図３】
0003778816.tif 000004