JP2016166839A - 検出装置及び検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】振動の検出において、不要な振動を検出することを抑制する。【解決手段】検出装置は、対象物１０を伝搬する振動から波長λの第１振動の少なくとも一部を除去して上記した振動を検出する。第１振動検出部１００は、対象物１０に配置されている。第２振動検出部２００は、対象物１０に配置されている。第２振動検出部２００は、第１振動検出部１００から上記した第１振動の伝搬方向に距離｛（２ｎ−１）／２−１／４｝λ以上｛（２ｎ−１）／２＋１／４｝λ離れて位置する。振動合成部３００は、第１振動検出部１００が検出した振動と第２振動検出部２００が検出した振動を合成する。【選択図】図１

Description

本発明は、検出装置及び検出方法に関する。

近年、振動を用いて対象物の欠陥の有無を検査することがある。例えば特許文献１では、振動を用いて水道配管の漏水を検出する方法の一例が記載されている。この例では、水道配管の延伸方向に沿って２つの振動検出部を配置する。各振動検出部は、振動センサ及びマイクを有する。振動センサは水道配管の振動を検出し、マイクは水道配管の内部の水中の音を検出する。そして特許文献１には、各振動検出部において、振動センサが検出した振動とマイクが検出した振動（音）の共通周波数成分を有する共通周波数成分信号を生成すると記載されている。さらに特許文献１には、各振動検出部の共通周波数成分信号を相互相関処理すると記載されている。特許文献１には、相互相関処理の結果に基づいて、水道配管の漏水を検出することができると記載されている。

特開２００８−５１７７６号公報

振動の検出では、不要な振動（例えば、ノイズ）の検出を抑制することが必要とされることがある。本発明者は、振動の検出において、不要な振動を検出することを抑制する方法を検討した。

本発明の目的は、振動の検出において、不要な振動を検出することを抑制することにある。

本発明によれば、
対象物を伝搬する振動から波長λの第１振動の少なくとも一部を除去して前記振動を検出する検出装置であって、
前記対象物に配置された第１振動検出手段と、
前記対象物に配置されており、前記第１振動検出手段から前記第１振動の伝搬方向に距離｛（２ｎ−１）／２−１／４｝λ以上｛（２ｎ−１）／２＋１／４｝λ以下（ｎは１以上の整数）離れて位置する第２振動検出手段と、
前記第１振動検出手段が検出した振動と前記第２振動検出手段が検出した振動を合成する振動合成手段と、
を備える検出装置が提供される。

本発明によれば、
対象物を伝搬する振動から波長λの第１振動の少なくとも一部を除去して前記振動を検出する検出方法であって、
前記対象物に第１振動検出手段を配置し、
前記対象物に第２振動検出手段を配置し、前記第１振動検出手段から前記第１振動の伝搬方向に距離｛（２ｎ−１）／２−１／４｝λ以上｛（２ｎ−１）／２＋１／４｝λ以下（ｎは１以上の整数）離れて前記第２振動検出手段を位置させ、
前記第１振動検出手段が検出した振動と前記第２振動検出手段が検出した振動を合成する、検出方法が提供される。

本発明によれば、
対象物に配置された振動検出手段と、
前記対象物から離間して配置された音波検出手段と、
前記音波検出手段が検出した音波に基づいて、前記対象物の異常振動の有無を判断する判断手段と、
前記判断手段の判断結果に基づいて、前記振動検出手段が検出した振動から前記異常振動の少なくとも一部を除去する補正手段と、
を備える検出装置が提供される。

本発明によれば、
対象物に振動検出手段を配置し、
前記対象物から離間して音波検出手段を配置し、
前記音波検出手段が検出した音波に基づいて、前記対象物の異常振動の有無を判断手段で判断し、
前記判断手段の判断結果に基づいて、前記振動検出手段が検出した振動から前記異常振動の少なくとも一部を除去する、検出方法が提供される。

本発明によれば、振動の検出において、不要な振動を検出することを抑制することができる。

第１の実施形態に係る検出装置の構成を示す図である。 第２の実施形態に係る検出装置の構成を示す図である。 図２に示した検出装置の動作の一例を説明するための図である。 図２の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

なお、以下に示す説明において、振動合成部３００、音波処理部４１０、音波合成部４２０、判断部５００、及び補正部６００は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。振動合成部３００、音波処理部４１０、音波合成部４２０、判断部５００、及び補正部６００は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る検出装置の構成を示す図である。この検出装置は、対象物１０を伝搬する振動から波長λの第１振動の少なくとも一部を除去して上記した振動を検出する。検出装置は、第１振動検出部１００、第２振動検出部２００、及び振動合成部３００を備える。第１振動検出部１００は、対象物１０に配置されている。第２振動検出部２００は、対象物１０に配置されている。第２振動検出部２００は、第１振動検出部１００から上記した第１振動の伝搬方向に距離｛（２ｎ−１）／２−１／４｝λ以上｛（２ｎ−１）／２＋１／４｝λ離れて位置する。振動合成部３００は、第１振動検出部１００が検出した振動と第２振動検出部２００が検出した振動を合成する。以下、詳細に説明する。

対象物１０は、例えば、振動部材の近傍に位置する（例えば、振動部材に接して位置し、又は振動部材から離れて位置する）基材（例えば、金属基材又は樹脂基材）である。より具体的には、対象物１０は、例えば、上記した振動部材を内側の空間に有する筐体の一部である。この場合、上記した振動部材は、例えば、モータ（例えば、工作機械のモータ又はハードディスクのモータ）である。対象物１０には、振動部材から振動が伝搬する。そして振動は、対象物１０を伝搬する。本図に示す例において、上記した振動は、対象物１０の厚さ方向（図中Ｘ方向）に振動する。そして上記した振動は、対象物１０の厚さ方向に交わる方向（具体的には、対象物１０の厚さ方向に直交する方向であり、図中Ｚ方向）に伝搬する。この場合、対象物１０を伝搬する振動には、例えば、上記した振動部材の振動の波長及び対象物１０の共振周波数の振動を有する波長が含まれる。

本図に示す例において、第１振動検出部１００は、対象物１０に取り付けられている。詳細には、第１振動検出部１００は、振動センサ１１０及び接合部材１２０を有している。振動センサ１１０は、対象物１０の厚さ方向（図中Ｘ方向）の振動を電気信号に変換する。本図に示す例において、振動センサ１１０は、圧電型振動センサである。振動センサ１１０は、接合部材１２０を介して対象物１０に固定されている。接合部材１２０は、例えば、接着剤、治具、又は磁石である。なお、振動センサ１１０は、静電容量型振動センサであってもよい。この場合、第１振動検出部１００は、接合部材１２０を有さない。そしてこの場合、振動センサ１１０は、対象物１０から離間して配置される。

第２振動検出部２００は、対象物１０に取り付けられている。第２振動検出部２００は、振動センサ２１０及び接合部材２２０を有している。第２振動検出部２００は、第１振動検出部１００と同様の構成であり、振動センサ２１０及び接合部材２２０は、振動センサ１１０及び振動センサ１１０とそれぞれ同様の構成である。振動センサ２１０は、振動センサ１１０と同様にして、対象物１０の厚さ方向（図中Ｘ方向）の振動を電気信号に変換する。

第２振動検出部２００は、第１振動検出部１００から上記した振動の伝搬方向（図中Ｚ方向）に距離ｄ離れて位置している。距離ｄは、｛（２ｎ−１）／２−Ｚ１｝λ≦ｄ≦｛（２ｎ−１）／２＋Ｚ２｝λを満たしている。Ｚ１及びＺ２は、いずれも０以上の値である。Ｚ１及びＺ２は、互いに等しい値でもよいし、又は互いに異なる値であってもよい。Ｚ１及びＺ２は、いずれも小さい値であることが好ましい。具体的には、Ｚ１及びＺ２は、例えば、Ｚ１＝Ｚ２＝１／４であり、好ましくは例えばＺ１＝Ｚ２＝１／８であり、より好ましくは例えばＺ１＝Ｚ２＝０である。上記した場合、第１振動検出部１００が検出する第１振動（波長λの振動）と第２振動検出部２００が検出する第１振動（波長λの振動）は、ほぼ逆位相となる。

本図に示す例において、上記した距離ｄは、第１振動検出部１００及び第２振動検出部２００の中心間距離である。なお、振動センサ１１０及び振動センサ２１０それぞれの平面形状は、例えば円である。

振動合成部３００は、第１振動検出部１００が検出した振動を示す信号及び第２振動検出部２００が検出した振動を示す信号を受信する。そして、振動合成部３００は、これらの振動を合成する。上記したように、第１振動検出部１００が検出する第１振動（波長λの振動）と第２振動検出部２００が検出する第１振動（波長λの振動）は、ほぼ逆位相である。このため、振動合成部３００が生成した振動は、波の干渉によって波長λの成分が弱いものになる。

波長λは、所望の波長にすることができる。例えば、波長λは、対象物１０の共振周波及び当該共振周波数の整数倍の周波数の波長とは異なる波長である。この場合、対象物１０の共振周波数及び当該共振周波数の整数倍の周波数の波長は、波の干渉によって打ち消し合わない。これにより、振動合成部３００が生成する振動は、対象物１０の共振周波数の振動及びその高調波の振動の成分が強いものになる。

以上、本実施形態によれば、検出装置は、波長λの第１振動の少なくとも一部を除去する。第１振動検出部１００と第２振動検出部２００は、第１振動の伝搬方向に互いに距離｛（２ｎ−１）／２−１／４｝λ以上｛（２ｎ−１）／２＋１／４｝λ以下離れて位置する。振動合成部３００は、第１振動検出部１００が検出した振動と第２振動検出部２００が検出した振動を合成する。これにより、振動合成部３００が生成する振動は、波長λの成分が弱いものになる。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る検出装置の構成を示す図である。本実施形態に係る検出装置は、以下の点を除いて、第１の実施形態に係る検出装置と同様の構成である。

検出装置は、第１振動検出部１００、音波検出部４００、判断部５００、及び補正部６００を備える。第１振動検出部１００は、対象物１０に配置されている。音波検出部４００は、対象物１０から離間して配置されている。判断部５００は、音波検出部４００が検出した音波に基づいて、対象物１０の異常振動の有無を判断する。補正部６００は、判断部５００の判断結果に基づいて、第１振動検出部１００が検出した振動から上記した異常振動の少なくとも一部を除去する。以下、詳細に説明する。

本図に示す例において、音波検出部４００は、対象物１０の厚さ方向（図中Ｘ方向）に対象物１０から離れて位置している。さらに、音波検出部４００は、対象物１０の振動の伝搬方向（図中Ｚ方向）に第１振動検出部１００から離れて位置している。音波検出部４００は、音波を電気信号に変換する。本図に示す例では、対象物１０の振動が対象物１０と音波検出部４００の間の空気を伝搬して音波検出部４００に達する。音波検出部４００は、この振動（音波）を検出する。なお、音波検出部４００は、例えば、マイクロホンである。

図３は、図２に示した検出装置の動作の一例を説明するための図である。本図（ａ）は、音波検出部４００が検出した音波の周波数スペクトルを示す図である。本図（ｂ）は、第１振動検出部１００が検出した振動の周波数スペクトルを示す図である。本図に示す例では、周波数１０ｋＨｚの振動を対象物１０（図２）にノイズとして与えている。

本図（ａ）及び（ｂ）に示すように、音波検出部４００及び第１振動検出部１００のいずれにおいても、周波数１０ｋＨｚの振幅が最大になっている。一方、本図（ａ）に示すように、音波検出部４００では、周波数１０ｋＨｚの振幅が周波数１０ｋＨｚの周囲の周波数の振幅に比べて大きい。これに対して、本図（ｂ）に示すように、第１振動検出部１００では、周波数１０ｋＨｚの振幅が周波数１０ｋＨｚの周囲の周波数の振幅に比べてそれほど大きくない。

本図（ａ）の周波数スペクトルと本図（ｂ）の周波数スペクトルの差は、周波数スペクトルが振動の媒質によって異なることによる。詳細には、本図（ａ）に示す例では、対象物１０（図２）の振動が空気を伝搬して音波検出部４００に達している。これにより、周波数１０ｋＨｚの周囲の周波数の振幅は、空気によって抑制される。これに対して、本図（ｂ）に示す例では、対象物１０（図２）の振動が第１振動検出部１００に直接達している。これにより、周波数１０ｋＨｚの周囲の周波数の振幅があまり抑制されない。本図（ａ）と本図（ｂ）の比較から明らかなように、音波検出部４００は、異常振動（例えば、ノイズ）を精度よく検出することができる。

図２に戻る。判断部５００は、音波検出部４００が検出した音波を示す信号を受信する。そして判断部５００は、この信号に基づいて、対象物１０の異常振動（例えば、ノイズ）の有無を判断する。図３を用いて説明したように、音波検出部４００では、異常振動の周波数の振幅が大きいものになる。これにより、判断部５００は、対象物１０の異常振動の有無を判断することができる。

補正部６００は、第１振動検出部１００が検出した振動を示す信号及び判断部５００の判断結果を示す信号を受信する。そして補正部６００は、これらの信号に基づいて、第１振動検出部１００が検出した振動から異常振動の少なくとも一部を除去する。これにより、検出装置は、不要な振動を除去しつつ対象物１０の振動を検出することができる。

図４は、図２の変形例を示す図である。本変形例に係る検出装置は、以下の点を除いて、本実施形態に係る検出装置と同様の構成である。

本図に示すように、検出装置は、複数の音波検出部４００、音波処理部４１０、及び音波合成部４２０を備える。複数の音波検出部４００は、対象物１０に対向する同一面上で２次元的に配列されている。音波処理部４１０は、複数の音波検出部４００それぞれが検出した音波を、上記した同一面に入射する音波の入射角に基づいて、処理する。音波合成部４２０は、音波処理部４１０が処理した複数の音波を合成する。判断部５００は、音波合成部４２０が合成した音波に基づいて、異常振動の有無を判断する。

本図に示す例では、対象物１０からの音波の検出に指向性を与えることができる。言い換えると、本図に示す例では、ビームフォーミングを実現することができる。詳細には、本図に示す例において、複数の音波検出部４００は、対象物１０の表面と平行な同一面上に位置している。なお、複数の音波検出部４００それぞれは、対象物１０の上記した表面に垂直な方向（図中Ｘ方向）から見た場合、例えば、ｍ行ｎ列の複数の格子点のいずれかに配置されている。音波処理部４１０は、複数のフィルタ４１２を有している。複数のフィルタ４１２それぞれは、複数の音波検出部４００のいずれかに設けられている。フィルタ４１２は、音波検出部４００が検出した音波を示す信号を受信する。そしてフィルタ４１２は、上記した同一面に入射する音波の入射角に基づいて、この信号の音波の位相を第１位相だけ変化させる。音波合成部４２０は、各フィルタ４１２で処理された音波を示す信号を受信する。そして音波合成部４２０は、これらの音波を合成する。

本図に示す例では、各フィルタ４１２は、上記した入射角と上記した第１位相の関係を示すデータを記憶している。そして音波検出部４００が音波を検出した場合、フィルタ４１２は、このデータを用いて、上記した音波の位相を変化させる。

より詳細には、第１例として、複数のフィルタ４１２それぞれは、各フィルタ４１２で処理された音波が同位相になるように上記した音波の位相を変化させる。対象物１０からの音波は、平面波として複数の音波検出部４００の上記した同一面に到達する。この音波が上記した同一面に傾いた方向から上記した同一面に入射する場合、上記した音波は複数の音波検出部４００に互いに異なる時間に到達する。この場合に複数のフィルタ４１２が上記した処理を行うと、上記した方向からの音波の検出に指向性を与えることができる。なお、複数のフィルタ４１２それぞれは、上記した音波が上記した同一面に直交する方向から上記した同一面に入射する場合（言い換えると、上記した音波が複数の音波検出部４００に同時に到達する場合）、上記した音波の位相を変化させなくてもよい（言い換えると、上記した第１位相を０にしてもよい。）。この場合、上記した同一面に直交する方向からの音波の検出に指向性を与えることができる。

第２例として、複数のフィルタ４１２それぞれは、各フィルタ４１２で処理された音波が互いに打ち消し合うように上記した音波の位相を変化させてもよい。この場合、特定の方向から伝搬する音波の検出の指向性を弱いものにすることができる。これにより、不要な音波が検出されることを抑制することができる。

以上、本実施形態によれば、判断部５００は、音波検出部４００の検出結果に基づいて、対象物１０の異常振動の有無を判断する。補正部６００は、判断部５００の判断結果に基づいて、第１振動検出部１００が検出した振動から異常振動の少なくとも一部を除去する。これにより、検出装置は、不要な振動を除去しつつ対象物１０の振動を検出することができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

１０ 対象物
１００ 第１振動検出部
１１０ 振動センサ
１２０ 接合部材
２００ 第２振動検出部
２１０ 振動センサ
２２０ 接合部材
３００ 振動合成部
４００ 音波検出部
４１０ 音波処理部
４１２ フィルタ
４２０ 音波合成部
５００ 判断部
６００ 補正部

Claims (7)

1. 対象物を伝搬する振動から波長λの第１振動の少なくとも一部を除去して前記振動を検出する検出装置であって、
   前記対象物に配置された第１振動検出手段と、
   前記対象物に配置されており、前記第１振動検出手段から前記第１振動の伝搬方向に距離｛（２ｎ−１）／２−１／４｝λ以上｛（２ｎ−１）／２＋１／４｝λ以下（ｎは１以上の整数）離れて位置する第２振動検出手段と、
   前記第１振動検出手段が検出した振動と前記第２振動検出手段が検出した振動を合成する振動合成手段と、
   を備える検出装置。
2. 請求項１に記載の検出装置において、
   前記第２振動検出手段は、前記第１振動検出手段から前記伝搬方向に距離｛（２ｎ−１）／２｝λ離れて位置する検出装置。
3. 請求項１又は２に記載の検出装置において、
   前記波長λは、前記対象物の共振周波数及び前記共振周波数の整数倍の周波数の波長とは異なる波長である検出装置。
4. 対象物を伝搬する振動から波長λの第１振動の少なくとも一部を除去して前記振動を検出する検出方法であって、
   前記対象物に第１振動検出手段を配置し、
   前記対象物に第２振動検出手段を配置し、前記第１振動検出手段から前記第１振動の伝搬方向に距離｛（２ｎ−１）／２−１／４｝λ以上｛（２ｎ−１）／２＋１／４｝λ以下（ｎは１以上の整数）離れて前記第２振動検出手段を位置させ、
   前記第１振動検出手段が検出した振動と前記第２振動検出手段が検出した振動を合成する、検出方法。
5. 対象物に配置された振動検出手段と、
   前記対象物から離間して配置された音波検出手段と、
   前記音波検出手段が検出した音波に基づいて、前記対象物の異常振動の有無を判断する判断手段と、
   前記判断手段の判断結果に基づいて、前記振動検出手段が検出した振動から前記異常振動の少なくとも一部を除去する補正手段と、
   を備える検出装置。
6. 請求項５に記載の検出装置において、
   前記対象物に対向する同一面上で２次元的に配列された複数の前記音波検出手段と、
   前記複数の音波検出手段それぞれが検出した音波を、前記同一面に入射する前記音波の入射角に基づいて、処理する音波処理手段と、
   前記音波処理手段が処理した複数の前記音波を合成する音波合成手段と、
   を備え、
   前記判断手段は、前記音波合成手段が合成した音波に基づいて、前記異常振動の有無を判断する検出装置。
7. 対象物に振動検出手段を配置し、
   前記対象物から離間して音波検出手段を配置し、
   前記音波検出手段が検出した音波に基づいて、前記対象物の異常振動の有無を判断手段で判断し、
   前記判断手段の判断結果に基づいて、前記振動検出手段が検出した振動から前記異常振動の少なくとも一部を除去する、検出方法。

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