JP2009042099A - 衝撃試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハンマが被検査体に衝突する際に、ダブルハンマリング現象が発生することを抑制することができて、被検査体の判別を適正に行うことができる衝撃試験装置を提供する。
【解決手段】ソレノイド１２の駆動によりハンマ１３を動作させて、そのハンマ１３を被検査体Ｗに衝突させるように構成する。ハンマ１３を衝突方向とは逆方向に付勢するバネ１４を設ける。ハンマ１３の衝突による打音の検出に基づいて、ソレノイド１２に対する通電終了タイミングを制御する。例えば、被検査体Ｗに対するハンマ１３の衝突検出後の計時に従って通電終了タイミングを決定して、ソレノイド１２に対する通電時間を規制する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ソレノイドの駆動力により、ハンマを被検査体に衝突させて、振動を検出し、被検査体の状態を判別するようにした衝撃試験装置に関するものである。

従来のこの種の衝撃試験装置としては、例えば特許文献１に開示されるような構成が提案されている。この従来装置においては、被検査体に対して衝撃を付与するハンマの一部に回転体を機械的に接触させてその機械的接触によりハンマを回動させて、そのハンマを被検査体から離隔させ、次いで、機械的接触を解き放すことにより、スプリングのバネ力を利用して、被検査体をハンマにより叩打させる。そして、その叩打にともなう振動を検出して被検査体の状態を判別するようにしている。

このような機械式の衝撃試験装置においては、ダブルハンマリング現象（詳細は後述する）が生じやすいため、前記特許文献１においては、一対のスプリングのバランス下においてハンマを動作させてダブルハンマリング現象を防止しようとしている。しかし、この構成においては、一対のバネ力を微妙に調節しないと、ハンマが被検査体の接触面で微細に複数回のバウンドを生じる、いわゆるダブルハンマリング現象を防止できないばかりでなく、叩打力が強すぎたり、逆に不足したり、あるいは、叩打が行われなかったりするおそれがあり、このような場合は被検査体の状態の判別に支障を来す。

一方、別の方式の従来のこの種の衝撃試験装置としては、例えば特許文献２に開示されるような構成が提案されている。この特許文献２の従来装置においては、ケース内にシャフトが一対の軸受を介して移動可能に支持され、そのシャフトの外端部にはハンマが固定されている。シャフトと軸受との間には、シャフトをケース内への引き込み方向に付勢するためのバネが介装されている。ケース内にはシャフトをバネの付勢力に抗して突出動作させるためのソレノイドが配設されている。

そして、被検査体がハンマに対応配置された状態で、ソレノイドの励磁によってシャフトが突出動作されることにより、ハンマが被検査体に衝突する。この衝突にともなう打音がマイクロフォンにより検出され、その音波データから周波数スペクトルが求められて解析されることにより、被検査体に異常かあるか否かが判別される。
特開平１０−１９７５０１号公報 特開２０００−５５８９３号公報

ところが、特許文献２の衝撃試験装置において、被検査体の衝撃試験を行う場合、ソレノイドの駆動によりハンマを被検査体に衝突させる際のソレノイドの駆動時間が規定されていない。このため、ハンマが被検査体に衝突した後に離間するまでの接触時間が長くなって、特許文献１の場合と同様にダブルハンマリング現象が発生しやすいものであった。

すなわち、ダブルハンマリング現象を生じない正常な衝撃試験では、図５に示すように、発生する打音の音波がピークレベルから時間の経過にともなって次第に減衰する特性を得ることができる。そして、この波形特性から周波数スペクトルを求めた場合には、図６に示すように、固有の周波数帯域でスペクトルを観測することができる。よって、このスペクトルに基づいて、被検査体に異常かあるか否か等を適正に状態判別することができる。

これに対して、ダブルハンマリング現象を生じた場合には、図７に示すように、ハンマが被検査体の接触面に繰り返し衝突することによって、打音の音波はピークレベルから不規則に減衰して、繰り返しピークレベルを示すことになる。そして、この波形特性から周波数スペクトルを求めた場合には、図８に示すように、固有の周波数帯域においてスペクトルに異常が発生して、その解析に障害となる。その結果、被検査体の状態判別を適正に行うことができないという問題があった。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、ハンマが被検査体に衝突する際に、ダブルハンマリング現象が発生することを適切に抑制することができて、被検査体の状態判別を適正に行うことができる衝撃試験装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、衝撃試験装置の発明は、ソレノイドの駆動によりハンマを動作させて、そのハンマを被検査体に衝突させるようにした衝撃試験装置において、前記ハンマを衝突方向とは逆方向に付勢する付勢手段と、被検査体に対するハンマの衝突を検出する検出手段と、その検出手段の検出結果に基づいて、前記ソレノイドに対する通電終了タイミングを制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。

従って、この発明の衝撃試験装置においては、ソレノイドの通電にともなう駆動により、ハンマが被検査体に衝突したとき、その被検査体に対するハンマの衝突が検出手段により検出される。そして、この検出手段の検出結果に基づいて、ソレノイドに対する通電終了タイミングが決定されて、ソレノイドの通電時間が規制される。このため、被検査体に対するハンマの衝突時に、ハンマが被検査体の接触面に対して長時間にわたり接触されることがなく、ダブルハンマリング現象が発生するおそれを適切に抑制することができる。よって、被検査体に異常があるか否かの状態判別を適正に行うことができる。

また、前記の構成において、前記ソレノイドを直動型で構成し、ソレノイドのアーマチャの自由端に前記ハンマを設けるとよい。このように構成した場合には、被検査体に衝撃を加える加振部をコンパクトに構成することができるとともに、ソレノイドの駆動によりハンマを直線方向に移動させて、被検査体に対する加振力を一定に維持することができる。

さらに、前記の構成において、前記制御手段は、被検査体に対するハンマの衝突後の計時に従って通電終了タイミングを決定するように構成するとよい。このように構成した場合には、被検査体に対するハンマの衝突の検出から所定時間経過したとき、ソレノイドに対する通電が遮断される。よって、ソレノイドの通電時間を規制することができて、ダブルハンマリング現象が発生するおそれを抑制することができる。

さらに、前記の構成において、前記制御手段は、被検査体に対するハンマの衝突にともなう被検査体の振動のレベルに従って通電終了タイミングを決定するように構成するとよい。このように構成した場合には、被検査体に対するハンマの衝突にともなう被検査体自体の振動が検出されて、その振動のレベルが所定値になったとき、ソレノイドに対する通電が遮断される。よって、ソレノイドの通電時間を規制することができて、ダブルハンマリング現象の発生を抑制することができる。

さらに、前記の構成において、前記制御手段は、被検査体に対するハンマの衝突にともない被検査体から発生された音波のレベルに従って通電終了タイミングを決定するように構成するとよい。このように構成した場合には、被検査体に対するハンマの衝突にともない被検査体から発生された音波が検出されて、その音波のレベルが所定値になったとき、ソレノイドに対する通電が遮断される。よって、ソレノイドの通電時間を規制することができて、ダブルハンマリング現象の発生を抑制することができる。

以上のように、この発明によれば、ハンマが被検査体に衝突する際に、ダブルハンマリング現象が発生することを抑制することができて、被検査体の状態判別を適正に行うことができるという効果を発揮する。

（第１実施形態）
以下に、この発明の第１実施形態を、図１〜図３に基づいて説明する。
図１に示すように、この実施形態の衝撃試験装置においては、フレーム１１に直動型の電磁式ソレノイド１２が固定支持され、そのソレノイド１２の中心には上下方向に直線移動可能なアーマチャ１２ａが設けられている。アーマチャ１２ａの下方側の自由端には、被検査体Ｗに衝突されて、その被検査体に衝撃を付与するためのハンマ１３が固定されている。アーマチャ１２ａの上方側の基端とフレーム１１との間には、アーマチャ１２ａを介してハンマ１３を衝突方向と逆方向，つまり上方に付勢するための付勢手段としてのバネ１４が張設されている。

そして、前記被検査体Ｗの衝突試験に際して、ソレノイド１２に通電されたとき、そのソレノイド１２のアーマチャ１２ａがバネ１４の付勢力に抗して下方に直線移動されて、図１に鎖線で示すように、ハンマ１３が被検査体Ｗに衝突される。また、ソレノイド１２に対する通電が遮断されたとき、ソレノイド１２のアーマチャ１２ａがバネ１４の付勢力により元位置に復帰移動されて、ハンマ１３が被検査体Ｗの接触面から離間される。

図１に示すように、前記被検査体Ｗの上方において、その被検査体Ｗに微少間隙をおいて対向するように、マイクロフォン１５が配置されている。そして、前記被検査体Ｗの衝突試験に際して、ソレノイド１２の通電にともなう駆動より、ハンマ１３が被検査体Ｗに衝突される。その被検査体Ｗから発生された打音は、マイクロフォン１５によってピックアップされる。このマイクロフォン１５は、検出手段を構成する。

次に、前記のような構成の衝撃試験装置の動作を制御するための回路構成について説明する。
図２に示すように、制御装置２１は、記憶部２２に記憶されたプログラムに従って、衝撃試験装置全体の動作を制御する。記憶部２２には、衝撃試験装置の動作を制御するために必要な諸データ、例えば被検査体Ｗの良否判別のためのスペクトルに関する周波数解析等のデータ、ソレノイド１２の通電終了タイミングデータ、ソレノイドの劣化を判別するための被検査体Ｗの振動レベルデータ等が記憶されている。また、記憶部２２には、衝撃試験装置の動作にともなって発生する各種のデータ，例えば検出された振動のデータ等が一時的に記憶される。

前記制御装置２１は、被検査体Ｗの衝撃試験に際して、前記マイクロフォン１５から打音の検出信号を入力する。制御装置２１は、駆動回路２３に対してソレノイド１２の通電を制御するための指令信号を出力して、ソレノイド１２を励磁または消磁させる。制御装置２１は、被検査体Ｗの衝撃試験に際して、液晶ディスプレイ等よりなる表示部２４に表示信号を出力して、被検査体Ｗの良否判別結果、ソレノイドの劣化状態等を表示させる。

また、この実施形態においては、前記制御装置２１により、打音の検出結果に基づいて、ソレノイド１２に対する通電終了タイミングを制御する制御手段、及びソレノイド１２の劣化を判別するための判別手段が構成されている。すなわち、制御装置２１には、打音判別部２１ａ、振動検出部２１ｂ、通電時間制御部２１ｃ及びソレノイド劣化判別部２１ｄが設けられている。

そして、前記打音判別部２１ａは、被検査体Ｗの衝撃試験時に、マイクロフォン１５から打音の検出信号を入力したとき、その音波データから周波数スペクトルを求めて解析し、被検査体Ｗに異常かあるか否かを判別して、その判別結果を表示部２４に表示させる。振動検出部２１ｂは、マイクロフォン１５から打音の検出信号を入力したとき、通電時間制御部２１ｃに対して衝突検出後の時間を計測させる。通電時間制御部２１ｃは、衝突検出後の計測時間と記憶部２２に記憶された時間データとを比較して、図３に示すように、衝突検出後の計測時間が所定時間Ｔ（例えば０．５／１０００ｓｅｃ）に達したとき、ソレノイド１２の通電終了タイミングを決定し、駆動回路２３に対してソレノイド１２に対する通電を遮断する指令信号を出力する。

さらに、前記ソレノイド劣化判別部２１ｄは、マイクロフォン１５からの衝突の検出信号に基づいて、被検査体Ｗの振動検出レベル（例えば、打音の振幅）を求め、その振動検出レベルを記憶部２２に記憶されたソレノイド１２の劣化判別用の振動レベルＬ１と比較する。そして、図３に示すように、振動検出レベルが劣化判別用の振動レベルＬ１よりも大きい場合には、表示部２４にソレノイド１２の正常状態を表示させる。これに対して、ソレノイド１２の劣化にともなう加振力の低下により、振動検出レベルが劣化判別用の振動レベルＬ１よりも小さくなっている場合には、表示部２４にソレノイド１２の劣化状態を表示させる。

次に、前記のように構成された衝撃試験装置の動作を説明する。
さて、この衝撃試験装置において、被検査体Ｗの衝撃試験を行う場合には、図示しないコンベアにより、被検査体Ｗがハンマ１３の下方の検査位置へ前工程から順次間欠的に搬入される。そして、１つの被検査体Ｗが検査位置に配置された状態で、制御装置２１から駆動回路２３への指令信号によりソレノイド１２に通電されると、そのソレノイド１２のアーマチャ１２ａがバネ１４の付勢力に抗して下方に直線移動されて、図１に鎖線で示すように、ハンマ１３が被検査体Ｗに衝突される。

この衝突による打音がマイクロフォン１５によって検出される。そして、マイクロフォン１５からの検出信号が制御装置２１の振動検出部２１ｂに入力される。すると、通電時間制御部２１ｃにおいて、衝突検出後の時間が計測され、その計測時間が記憶部２２に記憶された所定時間Ｔに達した時点が、ソレノイド１２の通電終了タイミングとして決定される。そして、このタイミングで制御装置２１から駆動回路２３に対して、ソレノイド１２の通電を遮断する指令信号が出力され、ソレノイド１２が消磁される。

この消磁により、ソレノイド１２のアーマチャ１２ａがバネ１４の付勢力により元位置に復帰移動され、ハンマ１３が被検査体Ｗの接触面から離間される。よって、ハンマ１３が被検査体Ｗの接触面に対して長時間にわたり接触されることはなく、ハンマ１３が被検査体Ｗの接触面で微細にリバウンドするというダブルハンマリング現象が発生するおそれを抑制することができる。

一方、マイクロフォン１５により検出された打音は、制御装置２１の打音判別部２１ａにおいて、打音の音波データから周波数スペクトルが求められて解析される。この解析により、被検査体Ｗに割れや巣等の異常かあるか否かが判別され、その判別結果が表示部２４に表示される。この場合、被検査体Ｗに対するハンマ１３の衝突時に、ダブルハンマリング現象が発生していないので、図５に示すように、音波が最高レベルから時間の経過にともなって次第に減衰する特性を得ることができる。このため、その波形特性から周波数スペクトルを求めた場合には、図６に示すように、クリアなスペクトルを観測することができる。よって、このスペクトルに基づいて、被検査体Ｗの良否を適正に判別することができる。

また、マイクロフォン１５による衝突の検出時には、制御装置２１のソレノイド劣化判別部２１ｄにおいて、被検査体Ｗの振動検出レベル（例えば、打音の振幅）が求められ、その振動検出レベルが記憶部２２に記憶されたソレノイド１２の劣化判別用の振動レベルＬ１と比較される。そして、振動検出レベルが劣化判別用の振動レベルＬ１よりも小さい場合には、表示部２４にソレノイド１２の劣化状態が表示される。従って、ソレノイド１２が劣化して、その加振力が低下した状態で、被検査体Ｗの衝撃試験が継続されることを防止することができる。このため、被検査体Ｗに対する状態判別を誤りなく行うことが可能となる。

以上に述べた第１実施形態の効果を列挙する。
（１） ダブルハンマリング現象の発生を抑制できて、被検査体Ｗの良否を適正に判別することができる。

（２） ソレノイド１２の劣化判別が可能となるため、被検査体Ｗに対する状態判別を誤りなく行うことできる。
（３） 前記特許文献１の技術とは異なり、ダブルハンマリング現象の防止を複数のスプリングのバネ力のバランスによって行うものではないため、部品点数が少なくなるばかりでなく、叩打が行われないというような不都合は生じない。

（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
さて、この第２実施形態においては、被検査体Ｗに対するハンマ１３の衝突にともなう被検査体Ｗの振動のレベルに従って、ソレノイド１２の通電終了タイミングが決定されるようになっている。すなわち、この第２実施形態では、記憶部２２に被検査体Ｗの振動基準レベルＬ２が記憶されている。そして、制御装置２１の振動検出部２１ｂにおいて、マイクロフォン１５によって検出された被検査体Ｗの振動検出レベルと振動基準レベルＬ２とが比較され、図４に示すように、振動検出レベルが振動基準レベルＬ２に達した時点がソレノイド１２の通電終了タイミングとして決定される。

従って、この第２実施形態においても、前記第１実施形態に記載の効果とほぼ同様の効果を得ることができる。
（第３実施形態）
次に、この発明の第３実施形態を、前記第１実施形態及び第２実施形態と異なる部分を中心に説明する。

さて、この第３実施形態においては、被検査体Ｗに対するハンマ１３の衝突にともなって被検査体Ｗから発生された音波の振幅レベルに従って、ソレノイド１２の通電終了タイミングが決定されるようになっている。すなわち、この実施形態では、記憶部２２に被検査体Ｗから発生する音波の振幅を示す基準レベルが記憶されている。そして、制御装置２１の振動検出部２１ｂにおいて、マイクロフォン１５で検出された音波の検出レベルと基準レベルとが比較され、検出レベルが基準レベルに達した時点がソレノイド１２の通電終了タイミングとして決定される。

従って、この第３実施形態においても、前記第１実施形態に記載の効果とほぼ同様の効果を得ることができる。
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。

・ 前記各実施形態においては、ソレノイド１２として直動型の構成を用いているが、ロータリ型の構成を用いてもよい。
・ 前記各実施形態においては、被検査体Ｗの状態判別を、衝突にともなって発生する打音検出に基づいて行っているが、打音検出に代えて被検査体Ｗ自体の振動を直接検出してもよい。

・ 被検査体に対するハンマの衝突を検出する検出手段として、マイクロフォン１５以外に振動センサ（加速度をピックアップするもの、レーザドップラ振動計等）や、ＡＥ（アコースティックエミッション）センサ等、他の手段を用いること。

第１実施形態の衝撃試験装置を示す概略構造図。 図１の衝撃試験装置の回路構成を示すブロック図。 被検査体の加振時における振動波形を示す特性図。 第２実施形態の衝撃試験装置における被検査体の加振時の振動波形を示す特性図。 被検査体の衝撃試験における音波検出データを示す特性図。 図５の音波検出データから求められた周波数スペクトルを示す特性図。 従来装置により被検査体の衝撃試験を行った場合の音波検出データを示す特性図。 図７の音波検出データから求められた周波数スペクトルを示す特性図。

符号の説明

１２…ソレノイド、１２ａ…アーマチャ、１３…ハンマ、１４…付勢手段としてのバネ、１５…検出手段としてのマイクロフォン、２１…制御手段及び判別手段を構成する制御装置、２１ａ…打音判別部、２１ｂ…振動検出部、２１ｃ…通電時間制御部、２１ｄ…ソレノイド劣化判別部、２２…記憶部、２４…表示部、Ｗ…被検査体。

Claims (5)

1. ソレノイドの駆動によりハンマを動作させて、そのハンマを被検査体に衝突させるようにした衝撃試験装置において、
   前記ハンマを衝突方向とは逆方向に付勢する付勢手段と、
   被検査体に対するハンマの衝突を検出する検出手段と、
   その検出手段の検出結果に基づいて、前記ソレノイドに対する通電終了タイミングを制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする衝撃試験装置。
2. 前記ソレノイドは直動型であって、ソレノイドのアーマチャの自由端に前記ハンマが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の衝撃試験装置。
3. 前記制御手段は、被検査体に対するハンマの衝突後の計時に従って通電終了タイミングを決定することを特徴とする請求項１または２に記載の衝撃試験装置。
4. 前記制御手段は、被検査体に対するハンマの衝突にともなう被検査体の振動のレベルに従って通電終了タイミングを決定することを特徴とする請求項１または２に記載の衝撃試験装置。
5. 前記制御手段は、被検査体に対するハンマの衝突にともない被検査体から発生された音波のレベルに従って通電終了タイミングを決定することを特徴とする請求項１または２に記載の衝撃試験装置。

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