JP2018100948A - Vibration test method and vibration test equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動試験方法及び振動試験装置に関する。 The present invention relates to a vibration test method and a vibration test apparatus.
一般に、自動車や航空機等、輸送機械用部品の安全性や耐久性を事前に検証するための振動試験が行われており、振動試験は、JIS規格や輸送機器等の製造会社独自の基準で実施されている。振動試験は、例えば、加振テーブル上に試験体を載置し、加振テーブルを振動させて加振テーブル上に固定された試験体を振動させることで行われる。
ここで、振動試験の結果、試験体の外観が変化している場合には振動試験により試験体に損傷等が生じたことがわかる。しかしながら、振動試験による損傷等が試験体内部で生じている場合等には、外観からは損傷等を検出することができない。そのため、試験体内部での損傷の有無等の解析を行う必要がある。
In general, vibration tests are conducted to verify the safety and durability of parts for transportation equipment such as automobiles and aircraft in advance, and vibration tests are performed according to JIS standards and standards unique to manufacturers of transportation equipment, etc. Has been. The vibration test is performed, for example, by placing a test body on the vibration table, vibrating the vibration table, and vibrating the test body fixed on the vibration table.
Here, as a result of the vibration test, when the appearance of the test specimen is changed, it is understood that the test specimen is damaged by the vibration test. However, when damage or the like due to a vibration test occurs inside the specimen, damage or the like cannot be detected from the appearance. Therefore, it is necessary to analyze the presence or absence of damage inside the specimen.
ところで、試験体内部での損傷等の有無を検出する方法として、例えば、試験体としての構造用集成材に対して振動を付与し、その振動周波数スペクトルと予め設定した基準振動周波数スペクトルとを比較することで、接着不良の有無を判定する方法(例えば、特許文献1参照)、また、被検査品を打撃することにより発生する音又は振動の固有振動数及び固有振動ピーク値が、予め設定した良品判定領域内か否かによって割れ検出を行う方法(例えば、特許文献2参照)、が提案されている。 By the way, as a method for detecting the presence or absence of damage or the like inside the test body, for example, vibration is applied to the structural laminated material as the test body, and the vibration frequency spectrum is compared with a preset reference vibration frequency spectrum. Thus, a method for determining the presence or absence of adhesion failure (for example, see Patent Document 1), and the natural frequency and the natural vibration peak value of the sound or vibration generated by hitting the inspected product are set in advance. There has been proposed a method of detecting cracks depending on whether or not the product is in a non-defective product determination region (for example, see Patent Document 2).
しかしながら、例えば、特許文献1に記載の検出方法にあっては、同じ製造工程により製作された別々の試験体における周波数スペクトルの比較を行っているが、周波数スペクトルは、製造工程における多少の製造方法の違い等によっても変化する。また、接触不良等は振幅依存性があることも考えられるため、加振力の大きさによっても周波数スペクトルが変化する。そのため、周波数スペクトルの変化が生じたとしても、接着不良によるものであるとは言い切れず、接着不良によるものであるのか、製造工程の違い、或いはその他の要因によるものであるのかを判別することは困難である。特許文献2に記載の検出方法にあっても同様のことが言える。
However, for example, in the detection method described in Patent Document 1, frequency spectra in different test specimens manufactured in the same manufacturing process are compared, but the frequency spectrum is a somewhat manufacturing method in the manufacturing process. It varies depending on the difference. Further, since it is considered that contact failure or the like has an amplitude dependency, the frequency spectrum also changes depending on the magnitude of the excitation force. Therefore, even if a change in the frequency spectrum occurs, it cannot be said that it is due to poor adhesion, and it is determined whether it is due to poor adhesion, a difference in manufacturing process, or other factors. It is difficult. The same applies to the detection method described in
本発明は、上記未解決の問題に着目してなされたものであり、振動試験により生じた損傷等の有無を、より精度よく検出することの可能な振動試験方法及び振動試験装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to the above-mentioned unsolved problems, and provides a vibration test method and vibration test apparatus capable of more accurately detecting the presence or absence of damage or the like caused by a vibration test. It is an object.
本発明の一態様によれば、試験体に対して振動試験を行う際に、振動試験を行う試験期間内の時点及び試験期間前後の時点のうちの複数の計測時点で、試験体の周波数応答特性を検出するための周波数応答特性検出用の加振を行い、周波数応答特性検出用の加振が行われているときの、試験体の振動レベルと試験体に対する加振力とを検出し、計測時点毎に、振動レベルを加振力で正規化して試験体の周波数応答特性を検出し、周波数応答特性のずれに基づいて振動試験により試験体に生じた損傷の有無を検出する、振動試験方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, when a vibration test is performed on a specimen, the frequency response of the specimen is measured at a plurality of measurement points among a time point within the test period for performing the vibration test and a time point before and after the test period. Perform vibration for detecting frequency response characteristics to detect characteristics, detect vibration level of test specimen and excitation force against specimen when vibration for frequency response characteristic detection is performed, At each measurement point, the vibration level is normalized by the excitation force to detect the frequency response characteristics of the specimen, and the vibration test detects the presence or absence of damage caused to the specimen by the vibration test based on the deviation of the frequency response characteristics. A method is provided.
また、本発明の他の態様によれば、試験体に対して振動試験用の加振を行う振動試験用加振部と、試験体に対して周波数応答特性検出用の加振を行う特性検出用加振部と、特性検出用加振部により加振が行われているときの試験体の振動レベルを検出する振動レベル検出部と、特性検出用加振部により加振が行われているときの試験体に対する加振力を検出する加振力検出部と、振動レベル検出部で検出した振動レベルを、加振力検出部で検出した加振力で正規化して試験体の周波数応答特性を検出し記憶領域に記憶する特性演算部と、を備え、特性検出用加振部は、振動試験を行う試験期間内の時点及び試験期間前後の時点のうちの複数の計測時点で、周波数応答特性検出用の加振を行う、振動試験装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, a vibration test excitation unit that applies vibration for a vibration test to a specimen, and a characteristic detection that applies vibration for frequency response characteristic detection to the specimen. The vibration level detecting unit for detecting the vibration level of the specimen when the vibration is performed by the characteristic detecting vibration unit, and the characteristic detecting vibration unit, and the characteristic detecting vibration unit. Frequency response characteristics of the test specimen by normalizing the vibration level detected by the vibration detection section and the vibration level detected by the vibration detection section. A characteristic calculation unit that detects and stores the frequency response at a plurality of measurement time points within a test period and a time point before and after the test period for performing a vibration test. A vibration test apparatus is provided that performs vibration for characteristic detection.
本発明の一態様によれば、振動試験により生じた損傷等の有無を、より高精度に検出することができる。 According to one embodiment of the present invention, the presence or absence of damage or the like caused by a vibration test can be detected with higher accuracy.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
なお、以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following detailed description, numerous specific specific configurations are set forth in order to provide a thorough understanding of embodiments of the present invention. However, it is apparent that other embodiments can be implemented without being limited to such specific specific configurations. The following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
まず、本発明の第一実施形態を説明する。
第一実施形態は、振動試験により試験体TPに損傷等が生じたか否かによって、試験体TPの振動試験前の周波数応答特性と、振動試験後の周波数応答特性とが一致するか又はこれら間にずれが生じることから、この関係を利用して振動試験による損傷等の有無を検出するものである。
図1は、第一実施形態に係る振動試験装置100の一例を示す概略構成図である。
振動試験装置100は、図1に示すように、加振機用冶具1と、加振機用冶具1を振動させる加振機(特性検出用加振部、振動試験用加振部)2と、加振機2を駆動制御する信号発生機3と、加振機2と加振機用冶具1との間に介挿されたロードセル(加振力検出部)4と、加振機用冶具1上に固定された試験体TPに固定され試験体TPに生じる振動を検出する振動センサ(振動レベル検出部)5と、ロードセル4の検出信号及び振動センサ5の検出信号を入力し、FFT(高速フーリエ変換)演算処理を行うFFT演算装置6と、FFT演算装置6で高速フーリエ変換されたロードセル4及び振動センサ5の検出信号から周波数応答特性を演算する演算装置(特性演算部)7と、を備える。
First, a first embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment, the frequency response characteristic before the vibration test of the test body TP matches the frequency response characteristic after the vibration test depending on whether or not the test body TP is damaged by the vibration test. Therefore, the presence or absence of damage or the like by the vibration test is detected using this relationship.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a
As shown in FIG. 1, the
加振機用冶具1はテーブル状に形成され、加振機2によって水平に支持される。加振機2は入力される加振信号に応じて加振機用冶具1を垂直方向(図1では上下方向)に往復動させる。
信号発生機3は、振動試験を行うための振動試験用の加振信号と、試験体TPの周波数応答特性検出用の加振信号とを加振機2に出力する。振動試験用の加振信号は、所望の振動パターンで振動を発生させるための信号である。周波数応答特性検出用の加振信号は、試験体TPの大きさや重量に応じて周波数帯域が設定される信号である。周波数応答特性検出用の加振信号は、振幅一定で、周波数をスイープさせた信号であり、試験体TPに一定の加振力を与えるか、又は試験体TPを一定の加速度で振動させる信号である。一般に、試験体TPに損傷が生じた場合、損傷が生じた時点前後における周波数応答特性は異なり、試験体TPの大きさや重量、損傷のレベルによって、周波数応答特性に違いが生じる周波数帯域が異なる。例えば、試験体TPが比較的大きいときには比較的低い周波数であっても損傷が生じた時点前後で周波数応答特性に違いが生じるが、試験体TPが比較的小さいときには比較的低い周波数では損傷が生じた時点前後で周波数応答特性に違いが生じにくく、比較的高い周波数であれば損傷が生じた時点前後で周波数応答特性に違いが生じやすい。したがって、周波数応答特性検出用の加振信号をスイープする周波数帯域は、試験体TPの大きさや損傷レベル等に応じて設定される。
The vibrator jig 1 is formed in a table shape and is horizontally supported by the
The
信号発生機3は、試験体TPの振動試験を行うときに、振動試験用の加振信号を加振機2に出力する。また、振動試験の開始前及び振動試験の終了後に周波数応答特性検出用の加振信号を加振機2に出力する。つまり、信号発生機3は、試験体TPに対して振動試験を行う際には、加振機2に対してまず周波数応答特性検出用の加振信号を出力し、続いて振動試験用の加振信号を出力し、続いて周波数応答特性検出用の加振信号を出力する。振動試験の開始前とは、振動試験開始時点における、試験体TPの周波数応答特性を検出することのできる時点をいう。振動試験の終了後とは、振動試験終了時点における、試験体TPの周波数応答特性を検出することのできる時点をいう。
The
周波数応答特性検出用の加振信号は、振動試験前及び振動試験後において同等の信号特性を有することが望ましいが、必ずしも完全に一致していなくともよい。なぜならば、後述のように、振動試験前の周波数応答関数FRF−A及び振動試験後の周波数応答関数FRF−Bを演算する際には、振動センサ5で検出される振動レベルをロードセル4の検出信号で正規化しているからである。
振動センサ5としては、加速度計、レーザ変位計等、振動加速度、振動速度、振動変位等、振動のレベルを検知することの可能なセンサであれば適用することができる。
The excitation signal for detecting the frequency response characteristic desirably has the same signal characteristic before and after the vibration test, but does not necessarily have to be completely coincident. This is because, as described later, when calculating the frequency response function FRF-A before the vibration test and the frequency response function FRF-B after the vibration test, the vibration level detected by the
As the
演算装置7は、記憶部(記憶領域)7a及び表示部7bを備え、FFT演算装置6で高速フーリエ変換されたロードセル4の検出信号と振動センサ5の検出信号とから、振動センサ5の検出信号(つまり、試験体TPの振動レベル)を、ロードセル4の検出信号(つまり、加振機用冶具1に対する加振機2による加振力)で割り算して正規化し、振動試験前及び振動試験後の試験体TPの周波数応答特性として、振動試験前の周波数応答関数FRF−A及び振動試験後の周波数応答関数FRF−Bを演算し記憶部7aに記憶する。また、演算装置7は、振動試験前の周波数応答関数FRF−A及び振動試験後の周波数応答関数FRF−Bを図1中に示すように、表示部7bに重畳表示する。
The
次に、第一実施形態における振動試験装置100の動作を、図2のフローチャートを伴って説明する。
まず、加振機用冶具1上に試験体TPを固定し、試験体TP上に振動センサ5を固定する。そして、まず、振動試験前の周波数応答特性検出用の加振処理を行う(ステップS1)。すなわち、信号発生機3により、周波数応答特性検出用の加振信号、つまり、振幅一定で周波数がスイープする信号を加振機2に出力し、試験体TPに対して周波数応答特性検出用の加振を行う。加振機2は、入力される加振信号に応じて加振機用冶具1を上下動させ、これにより試験体TPが加振信号に応じて上下に振動する。このときの加振機2から加振機用冶具1に加えられる加振力がロードセル4により検出され、その検出信号はFFT演算装置6でフーリエ変換されて演算装置7に入力される。また、試験体TPの振動状況は振動センサ5により検出され、振動センサ5の検出信号はFFT演算装置6でフーリエ変換されて演算装置7に入力される。演算装置7では、振動センサ5の検出信号を、ロードセル4の検出信号で正規化し、振動試験前の周波数応答関数FRF−Aを演算し(ステップS2)、演算結果を記憶部7aに格納する。
Next, operation | movement of the
First, the test body TP is fixed on the vibrator jig 1, and the
次に、試験体TPに対する振動試験を行う(ステップS3)。つまり、信号発生機3は、振動試験用の加振信号を加振機2に出力し、試験体TPに対して振動試験用の加振を行う。これにより、加振機2が加振信号に応じて振動し加振機用冶具1を介して試験体TPに振動が加えられる。
振動試験中、つまり振動試験を行う試験期間中は、振動センサ5及びロードセル4による検出及び、FFT演算装置6及び演算装置7における演算処理は行わない。
続いて、振動試験後の周波数応答特性検出用の加振を行う(ステップS4)。すなわち信号発生機3は、周波数応答特性検出用の加振信号を加振機2に出力し、試験体TPに対して周波数応答特性検出用の加振を行う。ステップS4で加振機2に出力される加振信号は、ステップS1で出力される周波数応答特性検出用の加振信号と同等の信号である。また、振動試験後の周波数応答特性検出用の加振は、振動試験前の周波数応答特性検出用の加振と同じ条件下で行う。つまり、同等の周波数帯域で同等の加振力を発生させる加振信号を用いて加振力を付与する。また、振動センサ5やロードセル4の種類や配置位置も同一とする。
Next, a vibration test is performed on the specimen TP (step S3). That is, the
During the vibration test, that is, during the test period in which the vibration test is performed, the detection by the
Subsequently, vibration for detecting frequency response characteristics after the vibration test is performed (step S4). That is, the
FFT演算装置6及び演算装置7では、ステップS2での処理と同様の手順で振動試験後の周波数応答関数FRF−Bを演算し、演算結果を所定の記憶領域に記憶する(ステップS5)。
そして、演算装置7では、ステップS2で演算した振動試験前の周波数応答関数FRF−Aと、ステップS5で演算した振動試験後の周波数応答関数FRF−Bと、を例えば図1中に示すように重畳表示する(ステップS6)。図1中の重畳図において、横軸は周波数、縦軸は、「振動レベル/加振力」である。
In the FFT
Then, in the
ここで、振動試験により試験体TPに損傷等が生じていない場合には、振動試験前及び振動試験後における周波数応答特性に変化はないため、周波数応答関数FRF−AとFRF−Bとは一致するはずである。一方、振動試験により試験体TPに損傷等が生じた場合には、振動試験前と振動試験後とで周波数応答特性に変化が生じることから、周波数応答関数FRF−AとFRF−Bとにずれが生じるはずである。したがって、図1中に示すように、重畳表示される周波数応答関数FRF−AとFRF−Bとのずれの有無を検出することにより、振動試験により試験体TPに損傷等が生じたか否かを判定することができる。 Here, when the specimen TP is not damaged by the vibration test, there is no change in the frequency response characteristics before and after the vibration test. Therefore, the frequency response functions FRF-A and FRF-B coincide with each other. Should do. On the other hand, when the specimen TP is damaged by the vibration test, the frequency response characteristics change before and after the vibration test, so that the frequency response functions FRF-A and FRF-B are shifted. Should occur. Therefore, as shown in FIG. 1, whether or not the specimen TP is damaged by the vibration test is detected by detecting whether or not the frequency response functions FRF-A and FRF-B displayed in a superimposed manner are detected. Can be determined.
また、通常、損傷等が大きいときほど、周波数応答特性が大きく変化し、周波数応答関数FRF−AとFRF−Bとのずれが大きくなることから、周波数応答関数FRF−AとFRF−Bとのずれ量を検出することにより、損傷の度合を推測することができる。
また、演算装置7では、周波数応答関数FRF−A及びFRF−Bを、振動レベルを加振力で正規化することで算出している。そのため、仮に、周波数応答特性検出用の加振を行う際に、振動試験前と振動試験後とで加振信号の周波数帯域や振幅、が異なる等が生じた場合であっても、振動試験前と振動試験後とで加振信号等、計測環境が異なることにより生じる周波数応答特性の変動分が、周波数応答関数FRF−A及びFRF−Bとのずれ分に与える影響を低減することができる。
In general, the greater the damage or the like, the greater the frequency response characteristics change, and the greater the deviation between the frequency response functions FRF-A and FRF-B, the difference between the frequency response functions FRF-A and FRF-B. By detecting the amount of deviation, the degree of damage can be estimated.
Further, the
また、振動試験前における周波数応答特性検出用の加振と、振動試験後における周波数応答特性検出用の加振とを同一条件下で行うようにしているため、試験体TPに生じた損傷を除いた他の要因によって、周波数応答関数にずれが生じることを低減することができ、損傷の有無をより高精度に検出することができる。
また、振動試験前における試験体TPに対する周波数応答特性検出用の加振、試験体TPに対する振動試験用の加振、及び振動試験後における試験体TPに対する周波数応答特性検出用の加振を、試験体TPを加振機用冶具1上に固定したまま、連続して行うようになっている。振動試験を除く他の要因によって試験体TPに損傷等が生じることを抑制することができ、また、振動試験前と振動試験後とで、周波数応答特性検出用の加振を行う際の各種センサの配置位置や、試験体TPに対する加振方法等は、同等の条件下で加振を行うことができる。そのため、加振条件や、各種センサの配置位置等の影響により、周波数応答関数が影響を受けることを低減することができ、振動試験を原因として試験体TPに生じる損傷等を、より高精度に検出することができる。
In addition, since the vibration for detecting the frequency response characteristic before the vibration test and the vibration for detecting the frequency response characteristic after the vibration test are performed under the same conditions, damage to the specimen TP is excluded. It is possible to reduce the occurrence of deviation in the frequency response function due to other factors, and to detect the presence or absence of damage with higher accuracy.
Further, the vibration for detecting the frequency response characteristic with respect to the specimen TP before the vibration test, the vibration for detecting the vibration test with respect to the specimen TP, and the vibration for detecting the frequency response characteristic with respect to the specimen TP after the vibration test are tested. The body TP is continuously performed while being fixed on the vibrator jig 1. Various sensors can be used to suppress the occurrence of damage to the specimen TP due to other factors than the vibration test, and when performing vibration for detecting frequency response characteristics before and after the vibration test. As for the arrangement position, the vibration method for the specimen TP, etc., vibration can be performed under the same conditions. Therefore, it is possible to reduce the influence of the frequency response function due to the influence of the excitation conditions and the arrangement positions of various sensors, and the damage caused to the specimen TP due to the vibration test can be more accurately performed. Can be detected.
なお、上記第一実施形態では、試験体TPに対して一つの振動センサ5を設けているが、一つに限らず、試験体TP上の異なる位置に複数設けてもよい。周波数応答関数FRF−AとFRF−Bとのずれ量は損傷箇所に近いほど大きくなる。そのため、複数の振動センサ5を設け、各振動センサ5の配置位置における周波数応答関数FRF−AとFRF−Bとのずれ量を比較することにより、損傷箇所を推測することができる。つまり、周波数応答関数FRF−AとFRF−Bとのずれ量が最も大きい振動センサ5の配置位置近傍が損傷箇所であると推測することができる。なお、複数の振動センサ5の検出信号の収集は、周波数応答特性検出用の加振中、つまり、周波数応答特性検出用の加振を行う期間中、連続して収集してもよく、或いは、周波数応答特性検出用の加振中、収集する振動センサ5を順次切り替えて収集するようにしてもよい。
In the first embodiment, one
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
この第二実施形態における振動試験装置101は、図3に示すように、第一実施形態における振動試験装置100において、振動レベル検出部として、振動センサ5に代えて音響センサ11を設けたものである。振動試験装置100と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
振動試験装置101において、音響センサ11は、例えば、試験体TPの上方に試験体TPに近接して配置される。音響センサ11の検出信号は、FFT演算装置6でフーリエ変換されて、演算装置7に入力される。音響センサ11としては、マイクロホン、音響インテンシティ、音響粒子速度計等、音響レベルを検出することの可能なセンサであれば適用することができる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 3, the
In the
演算装置7では、FFT演算装置6で高速フーリエ変換されたロードセル4の検出信号と音響センサ11の検出信号とから、音響センサ11の検出信号(つまり、試験体TPの音響レベル)をロードセル4の検出信号(つまり、加振機用冶具1に対する加振機2による加振力)で割り算して正規化し、振動試験前の周波数応答関数FRF−A及び振動試験後の周波数応答関数FRF−Bを演算する。また、演算装置7は、振動試験前の周波数応答関数FRF−A及び振動試験後の周波数応答関数FRF−Bを図3中に示すように、重畳表示する。なお、図3中の重畳図において、横軸は周波数、縦軸は「音響レベル/加振力」である。
In the
この第二実施形態においても、振動試験において損傷等が生じていなければ、音響レベルの周波数応答特性は、振動試験前と振動試験後とで一致し、損傷等が生じていればずれが生じる。
したがって、第二実施形態においても上記第一実施形態と同等の作用効果を得ることができる。また、複数の音響センサ11を設けること、或いは音響センサ11として、マイクロフォンアレーやビームフォーミングマイク等を用いることにより、損傷箇所を推測することができる。
Also in this second embodiment, if no damage or the like occurs in the vibration test, the frequency response characteristics of the sound level are the same before and after the vibration test, and a deviation occurs if damage or the like occurs.
Therefore, also in the second embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained. Further, by providing a plurality of
また、音響センサ11は、試験体TPに配置するのではなく、試験体TPの近傍に非接触で配置している。第一実施形態のように、振動センサ5を用いる場合、振動センサ5は試験体TPに固定されているため、試験体TPが小さい場合等には試験体TPに振動センサ5を配置したことによる影響を、振動センサ5が受ける可能性がある。しかしながら、音響センサ11は、試験体TPに非接触で配置されるため、音響センサ11を設けたことによる影響を受けることなく、より高精度に周波数応答関数を検出することができ、すなわち、損傷等の有無の判定をより高精度に行うことができる。
Further, the
図4は、第一実施形態における振動試験装置100で検出された振動試験前後における周波数応答関数を表す特性図(図4(a))と、第二実施形態における振動試験装置101で検出された振動試験前後における周波数応答関数を表す特性図(図4(b))である。図4(a)、図4(b)では、試験体TPとして、コンデンサ等各種部品が実装された基板を用いた。試験体TPとしての基板に対して、振動試験前の周波数応答特性検出用の加振を行った後、試験体TPとしての基板においていずれかの実装部品、例えばコンデンサの基板への接続を切断し、この状態で、振動試験後の周波数応答特性検出用の加振を行った。また、振動センサ5では振動加速度を検出し、音響センサ11では音響レベルを検出した。
FIG. 4 is a characteristic diagram (FIG. 4A) showing a frequency response function before and after the vibration test detected by the
図4(a)、図4(b)において、実線は、コンデンサの基板への接続を切断する前の周波数応答特性を表し、破線は、コンデンサの基板への接続を強制的に切断した後の周波数応答特性を表す。また、図4(a)において横軸は周波数を表し、縦軸は振動加速度/加振力を表す。さらに図4(b)において横軸は周波数を表し縦軸は音響レベル/加振力である。
振動センサ5により試験体TPの振動レベルを検出した場合(図4(a))及び振動センサ5に代えて音響センサ11により試験体TPの音響レベルを検出した場合(図4(b))のいずれの場合も、加振周波数が比較的小さいとき(例えば図4で、5200Hz程度以下)には、コンデンサの基板への接続を切断する前後で、周波数応答特性が一致するが、加振周波数が5200Hz程度よりも大きくなると、周波数応答特性が一致しないことがわかる。つまり、コンデンサの基板への接続を切断したため、切断前及び切断後で周波数応答特性に変化が生じ、両者が一致しないことがわかる。
4 (a) and 4 (b), the solid line represents the frequency response characteristic before disconnecting the capacitor from the substrate, and the broken line is the line after forcibly disconnecting the capacitor from the substrate. Represents frequency response characteristics. In FIG. 4A, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents vibration acceleration / excitation force. Further, in FIG. 4B, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents sound level / excitation force.
When the vibration level of the test body TP is detected by the vibration sensor 5 (FIG. 4A) and when the sound level of the test body TP is detected by the
次に、本発明の第三実施形態を説明する。
この第三実施形態における振動試験装置102は、図5に示すように、図1に示す第一実施形態における振動試験装置100において、さらに加振機(特性検出用加振部)21とこの加振機21を駆動制御する信号発生機22とを設け、ロードセル4は、加振機(振動試験用加振部)2に代えて加振機21による加振力を検出するようにしたものであり、その他は同様であるので、同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
加振機21は、加振機2よりも、より高い周波数範囲で加振を行うことの可能な加振機である。また、加振機21は、試験体TP上の、複数種の振動モードが励起され得る場所に配置される。つまりより多くの振動周波数の腹となる部分に配置され、例えば、対角線上や対称軸となる振動周波数の節となる箇所を除いた部分に配置される。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 5, the
The
振動試験装置102では、信号発生機3は振動試験用の加振信号を出力し、信号発生機22は周波数応答特性検出用の加振信号を出力する。加振機21はロードセル4を介して試験体TPに固定され、加振機21の加振力はロードセル4を介して試験体TPに付与される。ロードセル4の検出信号及び振動センサ5の検出信号は、FFT演算装置6でフーリエ変換された後、演算装置7に入力される。
そして、振動試験を行う際には、図2のフローチャートに示すように、まず、振動試験前の周波数応答特性検出用の加振処理を行う(ステップS1)。振動試験装置102では、信号発生機22が加振機21に対して周波数応答特性検出用の加振信号を出力する。これにより、加振機21が加振信号に応じて振動し、加振機21による加振力がロードセル4を介して試験体TPに付与される。これにより、試験体TPが振動し、この振動が振動センサ5により検出されて、FFT演算装置6を介して演算装置7に入力される。また、ロードセル4で検出された加振機21による加振力がFFT演算装置6を介して演算装置7に入力される。演算装置7では、フーリエ変換された振動センサ5の検出信号をロードセル4の検出信号で正規化し、振動試験前の周波数応答関数FRF−Aを演算する(ステップS2)。
In the
When performing a vibration test, as shown in the flowchart of FIG. 2, first, an excitation process for detecting a frequency response characteristic before the vibration test is performed (step S1). In the
次に、振動試験処理を行う(ステップS3)。すなわち、信号発生機3が加振機2に対して振動試験用の加振信号を出力する。これにより、加振機2が振動試験用の加振信号に応じて加振機用冶具1を振動させ、加振機用冶具1により試験体TPに加振力が付与される。
続いて、振動試験後の周波数応答特性検出用の加振処理を行う(ステップS4)。振動試験装置102では、信号発生機22が加振機21に対して周波数応答特性検出用の加振信号を出力する。これにより、加振機21が加振信号に応じて振動し、ロードセル4を介して試験体TPに加振力が付与され、ロードセル4の検出信号及び振動センサ5の検出信号がFFT演算装置6を介して演算装置7に入力される。
Next, a vibration test process is performed (step S3). That is, the
Subsequently, an excitation process for detecting frequency response characteristics after the vibration test is performed (step S4). In the
そして、演算装置7により振動試験後の周波数応答関数FRF−Bが演算され(ステップS5)、振動試験前及び振動試験後の周波数応答関数FRF−A及びFRF−Bが図5中に示すように、重畳表示される(ステップS6)。
ここで、振動試験は一般に、0Hzから2.6kHz程度以下の周波数帯域で行われる。一方、試験体TPに損傷等が生じた場合、特に、電子基板に実装された電子部品のハンダ不良や、接着不良、小さな亀裂等は、周波数応答特性検出用の加振信号が比較的高周波数帯域(3kHz程度以上8kHz程度以下)である場合に検知される傾向にある。また、振動試験用の加振機2の性能によっては、3kHz以上の帯域まで加振することが困難な場合がある。
Then, the frequency response function FRF-B after the vibration test is calculated by the arithmetic unit 7 (step S5), and the frequency response functions FRF-A and FRF-B before and after the vibration test are as shown in FIG. Are superimposed and displayed (step S6).
Here, the vibration test is generally performed in a frequency band of about 0 Hz to about 2.6 kHz or less. On the other hand, when the test specimen TP is damaged, especially when the electronic component mounted on the electronic board is defective in soldering, poor adhesion, small cracks, etc., the excitation signal for detecting the frequency response characteristic has a relatively high frequency. There is a tendency to be detected when the frequency band is about 3 kHz or more and about 8 kHz or less. Further, depending on the performance of the
振動試験装置102では、振動試験用の加振機2と、振動試験用の加振機2よりもより高い周波数で加振することの可能な周波数応答特性検出用の加振機21とを備えている。したがって、これら二つの加振機2、21を使い分けることによって、試験体TPをより広い周波数帯域で振動させることができ、すなわち試験体TPの大きさ等に関係なく損傷の有無をより高精度に判定することができる。また、加振機2として発生可能な振動の周波数範囲が比較的低い場合であっても、別途周波数応答検出用の加振機21を設けることによって、振動試験による損傷等をより高精度に検出することの可能な振動試験装置102を容易に実現することができる。
The
周波数応答特性検出用の加振信号としては、周波数帯域を任意に決めることができ、ランダム加振、スイープ加振等を任意に選択できるようにすることができるようにすればよい。例えば、電子基板のように試験体TPに搭載されている部品が小さい場合には、周波数応答特性検出用の加振信号の上限周波数を10kHz程度まで入力できるようにすることによって、より高精度に周波数応答特性を検出することができる。
このように、第三実施形態における振動試験装置102は第一実施形態と同等の作用効果を得ることができると共に、さらに使い勝手を向上させることができる。
As an excitation signal for detecting frequency response characteristics, a frequency band can be arbitrarily determined, and random excitation, sweep excitation, and the like can be arbitrarily selected. For example, when the component mounted on the test body TP is small, such as an electronic substrate, the upper limit frequency of the vibration signal for detecting the frequency response characteristic can be input up to about 10 kHz, thereby achieving higher accuracy. A frequency response characteristic can be detected.
As described above, the
次に、本発明の第四実施形態を説明する。
第四実施形態における振動試験装置103は、図6に示すように、第三実施形態における振動試験装置102において、振動センサ5に代えて音響センサ11を設けたものである。振動試験装置102と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
振動試験装置103において、音響センサ11は、例えば、試験体TP3の上方に試験体TPに近接して配置される。音響センサ11の検出信号は、FFT演算装置6でフーリエ変換されて、演算装置7に入力される。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 6, the
In the
振動試験を行う際には、第二実施形態と同様に、振動試験前の周波数応答特性検出用の加振、振動試験用の加振、振動試験後の周波数応答特性検出用の加振を行う。そして、振動試験前及び振動試験後の周波数応答特性検出用の加振中において、高速フーリエ変換されたロードセル4の検出信号と音響センサ11の検出信号とから、音響センサ11の検出信号(つまり、試験体TPの音響レベル)をロードセル4の検出信号(つまり、試験体TPに対する加振機21による加振力)で正規化して、振動試験前の周波数応答関数FRF−A及び振動試験後の周波数応答関数FRF−Bを演算し、図6中に示すように、これら周波数応答関数を重畳表示する。なお、図6中の重畳図において、横軸は周波数、縦軸は「音響レベル/加振力」である。
When performing the vibration test, as in the second embodiment, the vibration for detecting the frequency response characteristic before the vibration test, the vibration for the vibration test, and the vibration for detecting the frequency response characteristic after the vibration test are performed. . Then, during the vibration for frequency response characteristic detection before and after the vibration test, the detection signal of the acoustic sensor 11 (that is, the detection signal of the acoustic sensor 11 (that is, the detection signal of the acoustic sensor 11) is obtained from the detection signal of the
この第四実施形態においても、上記第三実施形態と同等の作用効果を得ることができると共に、音響センサ11として複数の音響センサを設けることにより、損傷箇所を推測することができる。
なお、第三実施形態及び第四実施形態においては、周波数応答特性検出用の加振部として加振機21を、振動試験用の加振機2とは別に設けた場合について説明したが、加振機21に関わらず、ロードセルを備えたハンマーにより加振するようにしてもよい。
次に、本発明の第五実施形態を説明する。
In the fourth embodiment, the same operational effects as those of the third embodiment can be obtained, and by providing a plurality of acoustic sensors as the
In the third embodiment and the fourth embodiment, the case where the
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
第五実施形態における振動試験装置104は、図7に示すように、図1に示す第一実施形態における振動試験装置102において、加振力検出部としてのロードセル4に代えて振動センサ31を設けたものである。振動試験装置102と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
振動試験装置104では、振動センサ5とは別に、振動センサ31が加振機用冶具1に設けられ、加振機用冶具1の垂直方向の振動を検出する。振動センサ31の出力信号はFFT演算装置6に入力され、フーリエ変換されて演算装置7に入力される。
演算装置7は、高速フーリエ変換された、振動センサ31で検出された加振機用冶具1の振動レベルを表す検出信号と、振動センサ5で検出された試験体TPの振動レベルを表す検出信号とをもとに、振動センサ5の検出信号(つまり試験体TPの振動レベル)を振動センサ31の検出信号(つまり、加振機用冶具1の振動レベル)で割り算して正規化し、振動試験前の周波数応答関数FRF−A及び振動試験後の周波数応答関数FRF−Bを演算する。そして、図7中に示すように、これら周波数応答関数を重畳表示する。
As shown in FIG. 7, the
In the
The
この第五実施形態における振動試験装置104では、振動試験を行う際に、まず、試験体TPの大きさや重量に応じた周波数応答特性検出用の加振信号を信号発生機3から発生させ、加振機用冶具1の振動レベルと、試験体TPの振動レベルとに基づき、振動試験前における周波数応答関数FRF−Aを検出する。
次に、所望の振動パターンで振動試験を行った後、再度周波数応答特性検出用の加振信号を信号発生機3から発生させ、振動試験後における周波数応答関数FRF−Bを検出する。
この第五実施形態においても、上記第一実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
In the
Next, after performing a vibration test with a desired vibration pattern, an excitation signal for frequency response characteristic detection is again generated from the
In the fifth embodiment, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained.
次に、本発明の第六実施形態を説明する。
第六実施形態における振動試験装置105は、図8に示すように、第五実施形態における振動試験装置104において、振動レベル検出部としての振動センサ5に代えて音響センサ11を設けたものである。振動試験装置104と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
振動試験装置105において、音響センサ11は、例えば、試験体TP3の上方に試験体TPに近接して配置される。音響センサ11の検出信号は、FFT演算装置6でフーリエ変換されて、演算装置7に入力される。また、加振機用冶具1に設けられた振動センサ31の検出信号は、FFT演算装置6でフーリエ変換されて演算装置7に入力される。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 8, the
In the
そして、第五実施形態における振動試験装置104と同様に、高速フーリエ変換された振動センサ31の検出信号と音響センサ11の検出信号とから、音響センサ11の検出信号(つまり、試験体TPの音響レベル)を振動センサ31の検出信号(つまり、加振機用冶具1の振動レベル)で正規化して、振動試験前の周波数応答関数FRF−A及び振動試験後の周波数応答関数FRF−Bを演算し、図8中に示すように、これら周波数応答関数を重畳表示する。なお、図8中の重畳図において、横軸は周波数、縦軸は「音響レベル/加振力」である。
Then, similarly to the
この第六実施形態においても、上記第五実施形態と同等の作用効果を得ることができると共に、複数の音響センサ11を設けることにより、損傷箇所を推測することができる。
なお、上記各実施形態においては、振動試験前の周波数応答特性の検出時に加振機用冶具1に試験体TPを固定したそのままの状態で、振動試験及び振動試験後の周波数応答特性の検出を行う。つまり、振動試験の前後で試験体TPの取り付けや取り外しを行うと、振動特性が変化する可能性があるためである。例えば、加振機用冶具1へ固定するためのネジの締め方だけでも振動特性が変化する可能性がある。そのため、振動試験前の周波数特性の検出を開始した後は、振動試験後の周波数特性の検出が終了するまで試験体TPを加振機用冶具1に固定したままとする。
In the sixth embodiment, the same effect as that of the fifth embodiment can be obtained, and a damaged portion can be estimated by providing a plurality of
In each of the above embodiments, the vibration test and the detection of the frequency response characteristic after the vibration test are performed in the state in which the test body TP is fixed to the vibrator jig 1 when the frequency response characteristic before the vibration test is detected. Do. That is, if the specimen TP is attached or removed before or after the vibration test, the vibration characteristics may change. For example, the vibration characteristics may change only by tightening screws for fixing to the vibrator jig 1. Therefore, after the detection of the frequency characteristic before the vibration test is started, the test body TP is kept fixed to the vibrator jig 1 until the detection of the frequency characteristic after the vibration test is completed.
また、上記各実施形態において、試験体TPの振動レベルや音響レベルの検出信号を正規化する際に、ロードセル4により検出した加振力を用いてもよく、振動センサ31により検出した、試験体TPを振動させる加振力相当の振動加速度を用いてもよい。
また、上記各実施形態において、振動センサ5により振動レベルを検出する方法と、音響センサ11により音響レベルを検出する方法とのいずれの方法を採用するかは、例えば、試験体TPの大きさ等、試験体TPの特性に応じて判断すればよい。つまり、比較的小さい試験体TPの場合には、試験体TPに配置した振動センサ5の影響を受ける可能性があるため、非接触で検出することの可能な音響センサ11を用いた方が好ましい場合もある。
In each of the above embodiments, the excitation force detected by the
Further, in each of the above embodiments, which of the method of detecting the vibration level by the
また、上記各実施形態においては、垂直方向に振動させる場合について説明したがこれに限らず任意の方向に振動させることができる。各振動センサは、振動方向の振動を検出可能な位置に配置すればよい。
また、上記各実施形態においては、音響センサを試験体TPの上方に配置する場合について説明したが、これに限るものではなく、任意の位置に配置することができる。
また、上記各実施形態においては、振動試験前及び振動試験後の周波数応答特性を重畳表示する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、複数の音響センサ11を設ける。試験体TPのある面を複数の領域に分割し、各分割領域の中心位置に音響センサ11を配置し、単一周波数で加振して測定する。例えば周波数応答で得られた、振幅のピーク値における周波数を選択してその周波数でサイン波の加振を与える。この試験を振動試験の前と後に行い、前後の測定結果の差分をとることによって、各ポイントのずれ量が得られる。そしてこのずれ量を、ずれ量の大きさに応じて例えば表示色を変える等として、音響センサ11の配置位置に対応させてマップ表示する。このようにすることによって、ずれ量の大きさからどの音響センサ11の近傍で、損傷が生じている可能性が高いかを、視覚的に明示するようにしてもよい。図9はこの測定方法によりマップ表示を行ったものである。試験体TPの側面を4つの領域、上面を2つの領域に分割し、各領域に音響センサ11を配置し測定を行ってずれ量を求めてマップ表示を行っている。
Further, in each of the embodiments described above, the case of vibrating in the vertical direction has been described. Each vibration sensor may be arranged at a position where vibration in the vibration direction can be detected.
Moreover, in each said embodiment, although the case where the acoustic sensor was arrange | positioned above the test body TP was demonstrated, it is not restricted to this, It can arrange | position in arbitrary positions.
In each of the above embodiments, the case where the frequency response characteristics before and after the vibration test are displayed in a superimposed manner has been described, but the present invention is not limited to this. For example, a plurality of
図9ではずれ量を示しているが、振動試験における振動の大きさをマップ表示することも可能である。
また、上記各実施形態においては、振動試験の前と振動試験の後に、周波数応答特性検出用の加振を行う場合について説明したが、これに限るものではなく、振動試験を行う試験期間内の時点及び試験期間前後の時点のうちの複数の計測時点で、周波数応答特性検出用の加振を行って周波数応答関数を検出してもよい。
つまり、上記各実施形態において、振動試験を行う試験期間中、所望のタイミングで振動センサ5或いは音響センサ11の検出信号を収集することで、振動試験と並行して、周波数応答関数を検出し、損傷の有無を判断するようにしてもよい。また、例えば、振動試験を行う試験期間中、一旦、振動試験用の加振を停止して、周波数応答特性検出用の加振を行い、このときの振動センサ5或いは音響センサ11の検出信号に基づき周波数応答関数を検出することで、振動試験の試験期間中においても損傷の有無を判断するようにしてもよい。
Although the amount of deviation is shown in FIG. 9, the magnitude of vibration in the vibration test can be displayed as a map.
Further, in each of the above embodiments, the case where the vibration for frequency response characteristic detection is performed before the vibration test and after the vibration test has been described, but the present invention is not limited to this, and within the test period in which the vibration test is performed. The frequency response function may be detected by performing vibration for detecting frequency response characteristics at a plurality of measurement points of time and before and after the test period.
That is, in each of the above embodiments, by collecting the detection signals of the
このように振動試験の試験期間中に損傷の有無を判断するようにすることで、例えば、損傷を検出した時点でそれ以後の振動試験を中止すれば、不要な振動試験を行うことを回避することができる。振動試験の試験期間中に一旦振動試験を停止して行う周波数応答特性検出用の加振は、例えば、定周期で行うようにしてもよく、任意のタイミングで行うようにしてもよい。
また、振動試験開始後、比較的初期の時点、つまり、試験体TPの周波数応答特性が、振動試験開始時における周波数応答特性と同一であるとみなすことのできる時点で、周波数応答特性検出のための各種センサの検出信号を収集して周波数応答関数を演算し、これを振動試験前の周波数応答関数として用いてもよい。また、振動試験終了間近の時点、つまり、試験体TPの周波数応答特性が、振動試験終了時における周波数応答特性と同一であるとみなすことのできる時点で、周波数応答特性検出のための各種センサの検出信号を収集して、周波数応答関数を演算し、これを振動試験後の周波数応答関数として用いてもよい。
By determining whether or not there is damage during the vibration test period in this way, for example, if the subsequent vibration test is stopped when the damage is detected, unnecessary vibration tests can be avoided. be able to. The vibration for frequency response characteristic detection that is performed once the vibration test is stopped during the test period of the vibration test may be performed, for example, at a constant cycle or at an arbitrary timing.
In order to detect the frequency response characteristics at a relatively early time after the start of the vibration test, that is, when the frequency response characteristics of the specimen TP can be regarded as the same as the frequency response characteristics at the start of the vibration test. The frequency response function may be calculated by collecting the detection signals of the various sensors and used as the frequency response function before the vibration test. Further, at the time near the end of the vibration test, that is, when the frequency response characteristic of the specimen TP can be regarded as the same as the frequency response characteristic at the end of the vibration test, various sensors for detecting the frequency response characteristic The detection signals may be collected and a frequency response function may be calculated and used as the frequency response function after the vibration test.
なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。 It should be noted that the scope of the present invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments, but includes all embodiments that provide the same effects as those intended by the present invention. Further, the scope of the invention can be defined by any desired combination of specific features among all the disclosed features.
1 加振機用冶具
2 加振機
3 信号発生機
4 ロードセル
5 振動センサ
6 FFT演算装置
7 演算装置
11 音響センサ
21 加振機
22 信号発生機
31 振動センサ
100〜105 振動試験装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
当該周波数応答特性検出用の加振が行われているときの、前記試験体の振動レベルと前記試験体に対する加振力とを検出し、
前記計測時点毎に、前記振動レベルを前記加振力で正規化して前記試験体の周波数応答特性を検出し、当該周波数応答特性のずれに基づいて前記振動試験により前記試験体に生じた損傷の有無を検出することを特徴とする振動試験方法。 When performing a vibration test on a specimen, a frequency response characteristic of the specimen is detected at a plurality of measurement points of a time point within a test period for performing the vibration test and a time point before and after the test period. Excitation for frequency response characteristics detection
When the vibration for detecting the frequency response characteristic is performed, the vibration level of the test body and the excitation force against the test body are detected,
At each measurement time point, the vibration level is normalized with the excitation force to detect the frequency response characteristic of the test specimen, and damage caused to the test specimen by the vibration test based on the deviation of the frequency response characteristic is detected. A vibration test method characterized by detecting presence or absence.
当該周波数応答特性検出用の加振部により前記周波数応答特性検出用の加振を行うことを特徴とする請求項1に記載の振動試験方法。 Separately from the vibration unit that performs vibration test for the test body, it is used for frequency response characteristic detection that performs vibration in a higher frequency band than the vibration unit that performs vibration test. A vibration unit is provided,
The vibration test method according to claim 1, wherein the vibration for detecting the frequency response characteristic is performed by the vibration unit for detecting the frequency response characteristic.
試験体に対して周波数応答特性検出用の加振を行う特性検出用加振部と、
前記特性検出用加振部により加振が行われているときの前記試験体の振動レベルを検出する振動レベル検出部と、
前記特性検出用加振部により加振が行われているときの前記試験体に対する加振力を検出する加振力検出部と、
前記振動レベル検出部で検出した振動レベルを、前記加振力検出部で検出した加振力で正規化して前記試験体の周波数応答特性を検出し記憶領域に記憶する特性演算部と、
を備え、
前記特性検出用加振部は、前記振動試験を行う試験期間内の時点及び当該試験期間前後の時点のうちの複数の計測時点で、前記周波数応答特性検出用の加振を行うことを特徴とする振動試験装置。 A vibration test excitation unit that applies vibration test to the specimen;
A characteristic detecting vibration unit for performing vibration for frequency response characteristic detection on the specimen;
A vibration level detection unit for detecting a vibration level of the specimen when vibration is being performed by the characteristic detection excitation unit;
An excitation force detection unit that detects an excitation force applied to the specimen when excitation is performed by the characteristic detection excitation unit;
A characteristic calculator that normalizes the vibration level detected by the vibration level detector with the excitation force detected by the excitation force detector and detects a frequency response characteristic of the specimen and stores it in a storage area;
With
The characteristic detecting vibration unit performs the vibration for detecting the frequency response characteristic at a plurality of measurement points of a time point within a test period for performing the vibration test and a time point before and after the test period. Vibration test equipment.
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