JP2005326353A - 振動特性評価システム - Google Patents

Abstract

【課題】 供試体の振動特性評価をより容易に行うことのできる振動特性評価システムを提供する。
【解決手段】 振動特性評価システムであって、供試体（Ｓ）が載置される載置台（２）と、載置台を所定方向に加振する加振手段（例えば、振動発生機３１）と、加振手段によって加振された供試体の振動を検出する検出手段（例えば、センサ２ａ）と、検出手段から出力される振動検出信号の入力に基づいて加振手段の振動を制御する振動制御手段（例えば、振動制御部１１）と、供試体に対してストロボ光を発光するストロボ手段（例えば、ストロボスコープ４）と、検出手段から出力される振動検出信号の入力に基づいて、供試体の振動数と同期するストロボ光を発光させるように前記ストロボ手段の発光周期を制御する発光制御手段（例えば、発光制御部１２）と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動特性評価システムに関する。

従来、電気・電子分野の比較的小型の部品等から航空・宇宙分野の比較的大型の製品等について、様々な振動条件の下で振動試験を行うことにより、部品や製品の耐震性や耐久性を評価する振動特性評価システムが知られている。このような振動特性評価システムとして、例えば、モーダル解析を利用して供試体Ｓの振動特性評価を行うものが使用されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１記載の振動特性評価システムは、供試体を振動させる加振器と、この加振器の振動による供試体の変位を検出する変位センサと、この変位センサを移動させるアームと、各部を制御する制御部等を備えている。
そして、制御部のＣＰＵにより変位センサ及びアームを制御して、供試体の形状を解析し、この解析結果に基づいて加振器とアームとを制御して、供試体の振動特性（例えば、質量、ばね定数等）を解析する。
特開平０５−１６４６５２号公報

しかしながら、特許文献１記載の振動特性評価システムにおいては、供試体の構造の複雑さに解析系の複雑さが比例するので、構造の複雑な供試体（例えば、電気・電子部品の実装基板等）の振動特性評価には、解析系を組む作業に多大な時間を要し、振動特性評価が煩雑になるという問題点があった。
また、実装基板のような供試体においては、基板上のＬＥＤ、コンデンサ等の個々の部品ごとの詳細な振動特性評価を行うことができないという問題点もあった。
このような問題点を解決するため、供試体に対しストロボ光を発光し、振動特性評価を行う方法も知られているが、加振器の振動数を変える度にストロボの発光周期を調整して振動数と同期して発光させる操作が必要となり、操作にかかる負担が大きかった。

そこで、本発明の課題は、供試体の振動特性評価をより容易に行うことのできる振動特性評価システムを提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、例えば、図２に示すように、振動特性評価システム（１）であって、
供試体（Ｓ）が載置される載置台（２）と、
前記載置台を所定方向に加振する加振手段（例えば、振動発生機３１）と、
前記加振手段によって加振された前記供試体の振動を検出する検出手段（例えば、センサ２ａ）と、
前記検出手段から出力される振動検出信号の入力に基づいて前記加振手段の振動を制御する振動制御手段（例えば、振動制御部１１）と、
前記供試体に対してストロボ光を発光するストロボ手段（例えば、ストロボスコープ４）と、
前記検出手段から出力される振動検出信号の入力に基づいて、前記供試体の振動数と同期するストロボ光を発光させるように前記ストロボ手段の発光周期を制御する発光制御手段（例えば、発光制御部１２）と、
を備えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の振動特性評価システムであって、
前記発光制御手段により制御される前記ストロボ手段の発光周期を調整する発光周期調整手段（例えば、発光周期調整部１３、発光周期調整指示部１３ａ）を備えていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の振動特性評価システムであって、
前記載置台の振動数を整数倍する指示を行うための振動数調整指示手段（例えば、振動数調整指示部１１ａ）を備え、
前記振動制御手段は、
前記振動数調整指示手段による振動数の調整指示があった場合に、前記載置台の振動数が指示された整数倍の振動数になるように前記加振手段の振動を制御することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の振動特性評価システムであって、
前記供試体の動画像を撮像する撮像手段（例えば、ビデオカメラ５）と、
前記撮像手段によって撮像された動画像データを記録媒体（６ａ）に記憶する動画像データ記憶手段（例えば、記憶部６）と、
前記記録媒体に記憶されている動画像データを表示させる表示手段（例えば、表示部８）と、
を備えていること特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、ストロボ手段の発光周期と供試体の振動数とを自動的に同期させることができる。従って、ユーザがストロボ手段の発光周期と供試体の振動数とを同期させる操作を行う必要がなくなることとなって、供試体の振動特性評価をより容易に行うことができる。
また、供試体の振動特性評価をモーダル解析により行うのではなく、ストロボ光によるストロボ効果を利用して行う。従って、モーダル解析系を備える必要がないため、振動特性評価システムをより安価に製造することができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、ストロボ手段の発光周期を調整する発光周期調整手段を備えている。従って、ユーザが、振動中の載置台上の供試体を目視しながらストロボ手段の発光周期を調整するだけで、発光周期がその調整分だけ変化して、供試体が静止して見える状態から、振動して見える状態に移行させることができることとなって、供試体の振幅をより迅速に確認し、振動特性評価を行うことができる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、載置台の振動数を整数倍する指示があった場合には、載置台の振動数が指示された整数倍の振動数になるように制御される。従って、載置台の振動数が、供試体のｎ次振動が起きる振動数近傍に迅速に設定されることとなって、振動特性評価をより一層容易に行うことができる。

請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、供試体の振動の動画像を記録可能であるので、振動試験を行った後であればいつでも供試体の振動特性を目視により再確認することができる。

以下、図を参照して本発明にかかる振動特性評価システムを実施するための最良の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明にかかる振動特性評価システムを説明するための模式図、図２は、図１の振動特性評価システムの構成例を示すブロック図である。

図１、図２に示すように、振動特性評価システム１は、供試体Ｓが載置される載置台２と、載置台２を振動させて振動試験を行う振動試験機３と、供試体Ｓに対してストロボ光を発光するストロボスコープ４と、供試体Ｓの動画像を撮像するビデオカメラ５と、各種データ等を記録媒体６ａに記憶する記憶部６と、振動特性評価システム１を操作するための操作部７と、操作部７により入力された各種データ等を表示する表示部８と、振動特性評価システム１の各部を制御する制御装置１０等を備えている。

振動試験機３は、供試体Ｓを水平方向又は鉛直方向の何れかに加振する加振手段としての振動発生機３１を備えている。この振動発生機３１は、載置台２に接続されており、磁界内に配置された可動コイル（図示省略）に駆動電流を供給することにより載置台２を振動させるようになっている。

載置台２には、図１に示すように、振動発生機３１によって加振された載置台２の振動を検出するセンサ２ａが設けられている。このセンサ２ａは、載置台２の振動加速度を検出するために用いられ、載置台２とともに振動し、検出した振動検出信号としての加速度信号を制御装置１０に出力するようになっている。ここで、載置台２には、供試体Ｓが固定されているので、載置台２の振動数を、供試体Ｓの振動数とみなすものとする。即ち、センサ２ａは、供試体Ｓの振動を検出する検出手段として機能する。

ストロボスコープ４は、ストロボ手段として機能し、制御装置１０から出力される発光制御信号（後述）に基づいて、振動中の載置台２上の供試体Ｓに対してストロボ光を発光する。

制御装置１０は、振動発生機３１の振動を制御する振動制御部１１と、ストロボスコープ４の発光周期を制御する発光制御部１２と、発光制御部１２に制御されるストロボスコープ４の発光周期を調整する発光周期調整部１３等を備えている。

振動制御部１１は、振動制御手段として機能し、センサ２ａから出力された加速度信号の入力に基づいて、振動発生機３１の振動を制御するための振動制御信号を出力する。
この振動制御部１１には、載置台２の振動数を整数倍する指示を行うための振動数調整指示部１１ａが接続されている。

振動数調整指示部１１ａは、振動数調整指示手段として機能し、振動数を整数倍させる旨の調整指示を振動制御部１１に出力する。そして、振動制御部１１はこの調整指示に従って、載置台２の振動数が指示された整数倍の振動数になるように振動発生機３１の振動を制御するようになっている。

この振動制御部１１と振動試験機３の間には、振動制御部１１からの振動制御信号を増幅する電力増幅器９が設けられている。この電力増幅器９は、Ｄ／Ａ変換器（図示省略）と、入力信号を増幅する増幅器（図示省略）等を備えている。そして、振動制御部１１から出力される振動制御信号をＤ／Ａ変換器によりＤ／Ａ変換した後、増幅器により増幅し、振動発生機３１に出力する。

発光制御部１２は、発光制御手段として機能し、センサ２ａからの加速度信号の入力に基づいて、載置台２の振動数と同期するストロボ光を発光させるようにストロボスコープ４の発光周期の制御を行う。この制御は、例えば、発光制御部１２から発光制御信号（同期信号）がストロボスコープ４に出力されることにより行われる。
ここで、載置台２の振動数を供試体Ｓの振動数とみなしているので、載置台２の振動数と同期するストロボ光を発光させる発光制御信号がストロボスコープ４に出力されると、ストロボスコープ４の発光周期と供試体Ｓの振動数とが同期して、供試体Ｓが静止して見える、いわゆるストロボ効果を得ることができる。

発光周期調整部１３は、発光制御部１２により制御されるストロボスコープ４の発光周期を調整するためのものである。この発光周期調整部１３には、発光周期調整指示部１３ａが接続されている。

発光周期調整指示部１３ａは、例えば、ツマミ（図示省略）等から構成されており、ユーザによるツマミの回動動作によりストロボスコープ４の発光周期の調整指示が発光周期調整部１３に出力されると、発光周期調整部１３がその調整指示に従って、ストロボスコープ４の発光周期を調節するようになっている。

即ち、振動試験開始時においては、発光制御部１２から出力される発光制御信号は発光周期調整部１３により発光周期を調整されることなくそのままストロボスコープ４へ出力されると、ストロボ効果により供試体Ｓが静止して見える状態となるので、ユーザは供試体Ｓを目視しながら、発光周期調整指示部１３ａの操作により発光制御部１２から出力されている発光制御信号を調整することにより、ストロボスコープ４の発光周期を変化させ、供試体Ｓが静止して見える状態から振動して見える状態へ移行させて、供試体Ｓの振動を目視できるようになっている。

なお、ストロボスコープ４の発光周期の調整範囲は特に限定されるものではないが、例えば、発光周期２〜５Ｈｚ程度の調整が可能な構成であればよい。
このように、発光周期調整部１３、発光周期調整指示部１３ａは、発光周期調整手段として機能する。

ビデオカメラ５は、撮像手段として機能し、例えば、振動中の載置台２上の供試体ＳをＣＣＤにより撮像して、供試体Ｓの動画像の画像データを得る。

記憶部６は、記録媒体６ａの読取／書込装置であり、記録媒体６ａを着脱自在に収納する。
この記憶部６は、センサ２ａから出力される加速度信号データや振動発生機３１の振動数データ等を記録媒体６ａに記憶する。
さらに、この記憶部６は、動画像データ記憶手段として機能し、ビデオカメラ５から制御装置１０を介して入力される供試体Ｓの動画像データを記録媒体６ａに記憶する。

操作部７は、例えば、キーボードやマウス等からなり、供試体Ｓの質量、寸法、重心値、偏心量等の数値データや振動試験に関するコマンドを入力、或いは選択するためのものである。

表示部８は、表示手段として機能し、例えば、ＣＲＴ表示装置等からなり、操作部７から入力された数値データやコマンド、或いは算出された数値データ、記録媒体６ａに記録されている供試体Ｓの動画像データ等を表示するためのものである。

次に、振動特性評価システム１を用いて行う振動特性評価の一例について説明する。ここでは、供試体Ｓを、電気・電子部品の実装基板上のＬＥＤとする。

先ず、ユーザは、振動特性評価システム１に電源を入れるとともに、載置台２に実装基板を載置する。ここで、載置台２に実装基板を固定することにより、載置台２の振動数を実装基板上のＬＥＤの振動数とみなすものとする。
次いで、ユーザは、表示部８を見ながら操作部７を操作して、振動試験開始指示を与える。このとき、ビデオカメラ５も起動させ、ＬＥＤの動画像を撮像できる状態としておく。

振動試験開始後は、振動制御部１１から振動発生機３１の振動を制御する振動制御信号が出力され、電力増幅器９により増幅された後、振動発生機３１に入力され振動し、この振動発生機３１の振動がセンサ２ａにより加速度信号として検出され、この加速度信号に基づいて振動制御部１１から振動制御信号が出力される。

具体的には、例えば、１Ｈｚから載置台２の振動数を漸次増加させていき、載置台２上のＬＥＤが共振するおおよその振動数を目視により探す。例えば、ＬＥＤの共振が９７Ｈｚ近傍で大雑把に目視できたとすると、ＬＥＤの固有振動数が９７Ｈｚ近傍であることがわかる。

次いで、ユーザは、操作部７の操作により、載置台２の振動数の増加を一旦止め、９７Ｈｚに振動数を合わせる。ここで、振動数を９７Ｈｚに合わせた時点では、発光制御部１２がセンサ２ａから出力された加速度信号に基づいて、９７Ｈｚの振動数に同期するストロボ光を発光させる発光制御信号をストロボスコープ４に出力するので、ストロボスコープ４の発光周期と載置台２の振動数（即ち、ＬＥＤの振動数）とが同期し、ユーザにはＬＥＤが静止して見える状態となっている。

次いで、ユーザは、発光周期調整指示部１３ａを操作することにより、発光制御部１２から出力されている発光制御信号を調整し、ストロボスコープ４の発光周期を調整する。即ち、載置台２の振動数は９７Ｈｚのままにしておいて、ストロボスコープ４の発光周期のみを２Ｈｚ〜５Ｈｚの間で変化させる。

このようにストロボスコープ４の発光周期のみを調整することにより、ＬＥＤが静止して見える状態から振動して見える状態に移行する。ここで、発光周期の調整の程度により、ＬＥＤの振動の見え方が変わってくるので、例えば、ＬＥＤが最も大きく振動して見える状態になるように調整する。
そして、ユーザは、このＬＥＤの振動の状態を目視して、ＬＥＤの振動特性を評価し、ＬＥＤの補強方法や配置の再検討等を行う。

次いで、ユーザは、必要に応じて、振動数調整指示部１１ａの操作により載置台２の振動数を９７Ｈｚの整数倍に相当する振動数に設定する。具体的には、例えば、９７Ｈｚの２倍の振動数にする旨の調整指示が振動制御部１１に入力されると、振動制御部１１は載置台２の振動数を１９４Ｈｚまで増加する振動制御を行う。
そして、載置台２の振動数が１９４Ｈｚになった後は、上記と同様に発光周期調整部１３の操作によりストロボスコープ４の発光周期の微調整を行い、ＬＥＤの２次振動時における振動特性を評価する。

また、この一連の振動試験時におけるＬＥＤの振動は、ビデオカメラ５により動画像データとして記録媒体６ａに記憶される。従って、ＬＥＤの詳細な振動特性評価は必ずしも振動試験時に行う必要はなく、上記方法でＬＥＤの振動を記録した動画像データに基づいて、振動試験後に詳細な評価を行うようにしてもよい。

以上説明した振動特性評価システム１によれば、ストロボスコープ４の発光周期と載置台２の振動数とを自動的に同期させることができる。従って、ユーザがストロボスコープ４の発光周期と載置台２の振動数とを同期させる操作を行う必要がないため、より容易に振動特性評価を行うことができる。
また、供試体Ｓの振動特性をモーダル解析により行うのではなく、ストロボ光によるストロボ効果を利用して行うので、振動特性評価システム１をより安価に製造することができる。

また、載置台２の振動数を供試体Ｓの振動数とみなして振動特性評価を行うことができるので、載置台２にセンサ２ａを取り付けることにより評価が可能となる。従って、センサ２ａを直接取り付けることができない比較的小さい基板等の振動特性評価を行うことができることとなって、より多くの供試体の振動特性評価を行うことができる。

また、ユーザが、振動中の載置台２上の実装基板のＬＥＤを目視しながらストロボスコープ４の発光周期を調整するだけで、発光周期がその調整分だけ変化して、ＬＥＤが静止して見える状態からわずかに振動して見える状態に移行させることができることとなって、ＬＥＤの振動を迅速に確認することができる。

また、振動数調整指示部１１ａの調整指示により、載置台２の振動数が、供試体Ｓのｎ次振動が起きる振動数近傍に迅速に設定されることとなって、振動特性評価をより一層容易に行うことができる。
また、ビデオカメラ５によってＬＥＤの振動の動画像を記録可能であるので、振動試験後にいつでも振動特性を目視により再確認することができる。

なお、ビデオカメラ５により記録された画像を解析することにより、ＬＥＤの振動特性を自動的に評価する構成としてもよい。
より具体的には、例えば、振動試験前にＬＥＤに所定の印をつけておいて、振動試験中のＬＥＤの動画像を撮像し、撮像した動画像に基づいてＬＥＤの振動時における印の軌跡を数値化して、ＬＥＤの振幅が最も大きいときの載置台２の振動数を決定し、決定した振動数になるように振動発生機３１の振動を制御し、次いで、ＬＥＤの振動が目視可能となるようにストロボスコープ４の発光周期を調整し、ＬＥＤの振動特性を自動的に評価し、評価結果を表示部８に表示する。このストロボスコープ４の発光周期の調整は、例えば、発光周期の調整分とＬＥＤの振動とが対応付けられたテーブル等に基づいて行い、振動特性評価は、例えば、ＬＥＤの振動と振動特性とが対応付けられたテーブル等に基づいて行う。

また、振動特性の評価前の段階でＬＥＤの共振する振動数が既知であれば、最初からその振動数近傍に設定し、ＬＥＤの振動を目視できるようにストロボスコープ４の発光周期を調整してもよい。
また、振動特性評価の対象はＬＥＤに限定されるものではなく、例えば、抵抗器、コンデンサ、フィルタ、インダクタ等であってもよいし、比較的大型の製品等であってもよい。
また、上記実施の形態においては、載置台２にセンサ２ａを設け、載置台２の振動数をＬＥＤの振動数とみなして振動特性評価を行う構成を示したが、評価する部品によっては、その部品に直接センサ２ａを設け、振動を検出するようにしてもよい。

本発明にかかる振動特性評価システムを説明するための模式図である。 図１の振動特性評価システムの構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 振動特性評価システム
２ 載置台
２ａ センサ（検出手段）
４ ストロボスコープ（ストロボ手段）
５ ビデオカメラ（撮像手段）
６ 記憶部（動画像データ記憶手段）
６ａ 記録媒体
８ 表示部（表示手段）
１１ 振動制御部（振動制御手段）
１１ａ 振動数調整指示部（振動数調整指示手段）
１２ 発光制御部（発光制御手段）
１３ 発光周期調整部（発光周期調整手段）
１３ａ 発光周期調整指示部（発光周期調整手段）
３１ 振動発生機（加振手段）

Claims (4)

1. 供試体が載置される載置台と、
   前記載置台を所定方向に加振する加振手段と、
   前記加振手段によって加振された前記供試体の振動を検出する検出手段と、
   前記検出手段から出力される振動検出信号の入力に基づいて前記加振手段の振動を制御する振動制御手段と、
   前記供試体に対してストロボ光を発光するストロボ手段と、
   前記検出手段から出力される振動検出信号の入力に基づいて、前記供試体の振動数と同期するストロボ光を発光させるように前記ストロボ手段の発光周期を制御する発光制御手段と、
   を備えることを特徴とする振動特性評価システム。
2. 前記発光制御手段により制御される前記ストロボ手段の発光周期を調整する発光周期調整手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の振動特性評価システム。
3. 前記載置台の振動数を整数倍する指示を行うための振動数調整指示手段を備え、
   前記振動制御手段は、
   前記振動数調整指示手段による振動数の調整指示があった場合に、前記載置台の振動数が指示された整数倍の振動数になるように前記加振手段の振動を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の振動特性評価システム。
4. 前記供試体の動画像を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段によって撮像された動画像データを記録媒体に記憶する動画像データ記憶手段と、
   前記記録媒体に記憶されている動画像データを表示させる表示手段と、
   を備えていること特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の振動特性評価システム。

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