JP2019086304A - 振動測定装置及び振動測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転体又は移動体の特定の部分に入力することができる振動測定装置及び振動測定方法を提供する。【解決手段】実施形態の振動測定装置１０は、回転体又は移動体Ｔに入力するハンマー２４と、ハンマー２４を入力動作させる駆動装置２２と、回転体又は移動体Ｔの振動を測定する測定手段１２とを有する振動測定装置１０であって、回転体又は移動体Ｔにおける所定部分が所定位置に到達したことを検出するとハンマー２４を入力動作させるための信号を駆動装置２２へ出力する制御装置２８を有する。【選択図】図１

Description

本発明は振動測定装置及び振動測定方法に関する。

特許文献１や特許文献２に記載されているように、物体にハンマーで入力（ハンマーで叩いて振動を与えることを「入力する」と言う）して、その応答としての物体の振動を測定する装置及び方法が知られている。凹凸を有する物体をはじめ多くの物体には、入力に適した特定の部分が存在するが、物体が静止していれば、その特定の部分に入力することができる。

一方、特許文献３や非特許文献１に記載されているように、回転する物体（回転体）に入力することも提案されている。また、移動する物体（移動体）に入力することもあり得る。

特許第４８９３１４５号公報 特許第４３１２５７８号公報 特許第４４３１０２３号公報

公益社団法人自動車技術会 ２０１５年秋季大会学術講演会講演予稿集 ｐｐ．４８３−４８７

しかし、回転体や移動体における特定の部分に入力しようとしても、入力動作開始のタイミングがずれると、その特定の部分から外れた部分に入力してしまうことになる。そのため、回転体や移動体における特定の部分に入力することは困難であった。また、回転体に複数回入力する場合は、回転体の同じ部分に毎回入力することが要求されるが、それが容易に出来なかった。

また、回転体や移動体が凹凸を有するものである場合、ハンマーで凹部に入力してしまうと、ハンマーがその凹部の隣の凸部にもぶつかってしまうという問題もあった。

本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、回転体又は移動体の特定の部分に入力することができる振動測定装置及び振動測定方法を提供することを課題とする。

実施形態の振動測定装置は、回転体又は移動体に入力するハンマーと、前記ハンマーを入力動作させる駆動装置と、前記回転体又は前記移動体の振動を測定する測定手段とを有する振動測定装置であって、前記回転体又は前記移動体における所定部分が所定位置に到達したことを検出すると、ハンマーを入力動作させるための信号を前記駆動装置へ出力する制御装置を有することを特徴とする。

また、実施形態の振動測定方法は、回転体又は移動体にハンマーで入力し前記回転体又は前記移動体の振動を測定する振動測定方法であって、前記回転体又は前記移動体における所定部分が所定位置に到達したことを検出すると制御装置が信号を出力するステップと、前記ハンマーを動作させる駆動装置が、前記信号に基づき前記ハンマーの入力動作を開始するステップとを有することを特徴とする。

実施形態によれば、回転体又は移動体の特定の部分に入力することができる。

振動測定装置１０の構造を示す図。 回転パルスの波形を示す図。 振動測定のフローチャート。

実施形態について図面に基づき説明する。なお、実施形態は一例に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更されたものについては、本発明の範囲に含まれるものとする。また図面は、説明のために、大きさや形状等が誇張されて描かれたり、模式的に描かれたりする場合がある。しかしこのような図面はあくまでも一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

以下では、振動測定の対象物体として回転体であるタイヤＴを例に取って説明する。

１．振動測定装置１０の全体構造及び振動測定方法
実施形態の振動測定装置１０は、タイヤＴに入力して、その応答としてのタイヤＴの振動を測定する装置である。図１に示すように、振動測定装置１０は、タイヤＴに入力する入力装置２０と、タイヤＴの振動を測定する測定手段１２と、タイヤＴを回転させるドラム１６とを有する。ここで、測定手段１２として、加速度計、速度計、変位計等を用いることができる。

タイヤＴは不図示のホイールに装着され回転自在に保持される。また、タイヤＴはそのトレッド部がドラム１６の外周面に接触するように保持される。そして、ドラム１６が回転すると、ドラム１６の回転方向と逆方向にタイヤＴが回転する。

回転しているタイヤＴに入力装置２０で入力すると、タイヤＴが振動する。その振動を、タイヤＴに取り付けられた測定手段１２が測定する。測定されたデータはタイヤＴの振動特性の解析に利用される。

２．入力装置２０の構造及び入力方法
入力装置２０は、ロータリーアクチュエータ等の駆動装置２２と、駆動装置２２の駆動部２３（ロータリーアクチュエータの場合は回転部）に対して柄２５が固定されたハンマー２４とを有する。ハンマー２４は、タイヤＴのトレッド部に入力できるように、タイヤＴの外径側の場所に配置されている。

また、入力装置２０は、タイヤＴのトレッド部に近接して設けられたセンサ２６と、センサ２６及び駆動装置２２に電気的に接続された制御装置２８とを有する。センサ２６は、ハンマー２４によるタイヤＴへの入力位置よりも、タイヤＴの回転方向の手前に設けられている。本実施形態におけるセンサ２６は、回転するタイヤＴからパルス信号を取得し、それを制御装置２８へ出力ものである。また制御装置２８は、パルス信号に基づきタイヤＴの所定部分（ハンマー２４による入力に適した部分）がセンサ２６の位置に到達したことを検出すると、ハンマー２４を入力動作させるための信号を駆動装置２２へ出力するものである。

なお、パルス信号に基づきタイヤＴの前記所定部分がセンサ２６の位置に到達したことを検出する方法の一例は、次の通りである。まず、センサ２６の位置にタイヤＴの前記所定部分が配置される。そしてその状態から、タイヤＴの回転が開始される。その後、パルス信号に基づきタイヤＴが１周又は複数周したことを認識した時が、タイヤＴの前記所定部分がセンサ２６の位置に到達した時である。

駆動装置２２は、制御装置２８から上記の信号を受けると、ハンマー２４を入力動作させる。

ところで、タイヤＴの前記所定部分は、上記のようにハンマー２４による入力に適した部分（例えばトレッド部における特定のブロック部分）に設定される。そこで、前記所定部分がセンサ２６の位置に到達したことを制御装置２８が検出した後、ハンマー２４が前記所定部分に正確に入力できるように、ハンマー２４を入力動作させる信号を制御装置２８が出力するタイミングが決定される。

まず、制御装置２８が信号を出力した時からハンマー２４がタイヤＴに入力する時までの時間（この時間を「動作時間」とする）が、測定等の手段により把握される。

また、タイヤＴの回転速度（ｒｐｍ）が把握される。そして、動作時間とタイヤＴの回転速度とに基づき、制御装置２８が信号を出力するタイミングが決定される。

具体的には、タイヤＴの回転速度が毎回常に一定である場合は、その回転速度から前記所定部分の速度ｖ１（ｍ／秒）が計算される。そして、センサ２６からハンマー２４によるタイヤＴへの入力位置までの距離（タイヤＴの円弧上での長さ）がｌ（ｍ）、前記動作時間がｓ（秒）とすると、前記所定部分がセンサ２６の位置に到達したことを検出してから駆動装置２２へ信号を出力するまでの時間ｔ１が、
ｔ１＝ｌ／ｖ１−ｓ（秒）
に設定される。

また、タイヤＴの回転速度がタイヤＴ毎に変化する場合は、タイヤＴの回転中に、不図示の速度計でタイヤＴの回転速度が測定され、前記所定部分の速度ｖ２（ｍ／秒）が計算される（速度計で前記所定部分の速度ｖ２（ｍ／秒）が直接測定されても良い）。そして、センサ２６からハンマー２４によるタイヤＴへの入力位置までの距離（タイヤＴの円弧上での長さ）がｌ（ｍ）、前記動作時間がｓ（秒）とすると、前記所定部分がセンサ２６の位置に到達したことを検出してから駆動装置２２へ信号を出力するまでの時間ｔ２が、
ｔ２＝ｌ／ｖ２−ｓ（秒）
に設定される。

なお、時間ｔ１又はｔ２の計算及び制御装置２８への設定は、作業者が行っても良いし、制御装置２８が計算に必要な情報を取得したうえで自ら行っても良い。

図２に、センサ２６が取得したパルス信号における、タイヤＴの前記所定部分の波形を示す。この波形のピーク位置ｐが、タイヤＴの前記所定部分がセンサ２６の位置に到達したことを検出する時だとすると、図２に示すように、ピーク位置ｐからｔ１又はｔ２秒後に、制御装置２８から駆動装置２２へ信号が出力される。

もっとも、時間ｔ１やｔ２の設定が必要無い場合もある。例えば、制御装置２８が、前記所定部分がセンサ２６の位置に到達したことを検出して直ちに駆動装置２２へ信号を出力したとしても、ハンマー２４が前記所定部分又はその近傍の入力に適した部分に入力することができる場合もある。その場合は、上記のように時間ｔ１やｔ２を設定しなくても良い。

以上の構成の振動測定装置１０が行う振動測定の例を、図３のフローチャートに従って説明する。この例は、タイヤＴの前記所定部分がセンサ２６の位置に到達したことを検出してから駆動装置２２へ信号を出力するまでの時間が上記のｔ１である場合の例である。

まず、振動測定が開始すると（Ｓ１）、ドラム１６の回転の回転が開始し、それに伴ってタイヤＴの回転が開始する（Ｓ２）。タイヤＴの回転が開始すると同時に、センサ２６によるパルス信号の取得も開始する。制御装置２８は、パルス信号に基づきタイヤＴの前記所定部分がセンサ２６の位置に到達したことを検出すると（Ｓ３のｙｅｓ）、時間の計測を開始する（Ｓ４）。制御装置２８は、時間の計測を開始してから上記の時間ｔ１が経過すると（Ｓ５のｙｅｓ）、ハンマー２４を入力動作させる信号を駆動装置２２へ出力する（Ｓ６）。信号を受信した駆動装置２２はハンマー２４を入力動作させる（Ｓ７）。ハンマー２４がタイヤＴに入力するとタイヤＴが振動するので、測定手段１２がその振動を測定する（Ｓ８）。そして振動測定が終了する（Ｓ９）。ただし、ハンマー２４による入力が複数回行われる場合は、Ｓ３〜Ｓ８が繰り返される。その後、測定されたデータに基づきタイヤＴの振動特性の解析が行われる。

３．効果
以上のように、実施形態の振動測定装置１０及び振動測定方法によれば、タイヤＴの前記所定部分がセンサ２６の位置に到達したことが検出されると、制御装置２８から駆動装置２２へ信号が出力され、ハンマー２４はその信号に基づき入力動作を行う。そのため、前記所定部分又はその近傍の入力に適した部分に、確実に入力することができる。

そして、このように特定の部分に確実に入力することができるため、タイヤＴに複数回入力する場合に毎回同じ部分に入力することができる。その結果、測定結果の再現性が良くなる。また、タイヤＴのトレッド部の溝部に入力してしまうおそれも無い。

また、上記のように動作時間とタイヤＴの回転速度とに基づき制御装置２８が信号を出力するタイミングが決定されるため、特定の部分により正確に入力することができる。

４．変更例
上記の実施形態に対して、発明の要旨を逸脱しない範囲で、様々な変更を行うことができる。

タイヤＴの前記所定部分がセンサの位置に到達したことを検出するために、様々な方法が採用可能である。例えば、あらかじめタイヤＴの前記所定部分に目印を付けておき、その目印をセンサが検出することにより、前記所定部分がセンサの位置に到達したことを検出しても良い。

また、上記実施形態における前記所定部分はハンマー２４による入力に適した部分であり、前記所定部分がセンサ２６の位置に到達したことが検出されると、ハンマー２４を入力動作させるための信号が出力された。しかし、ハンマー２４による入力に適していない部分、例えばトレッド部の溝の部分がセンサ２６の位置に到達したことが検出されるとハンマー２４を入力動作させるための信号が出力されるよう制御されても良い。そのように制御される場合も、入力に適した部分にハンマー２４が入力できるよう、制御装置２８から信号が出力されるタイミングが決定される。

また、上記実施形態の振動測定装置及び振動測定方法は、歯車、回転刃、インペラ等の、回転させながら振動測定することが望ましい物体や、移動させながら振動測定することが望ましい物体にも適用することができる。特に、回転方向や移動方向に形状が変化し、ハンマーによる入力に適さない部分がある物体の振動測定に有効である。

Ｔ…タイヤ、１０…振動測定装置、１２…測定手段、１６…ドラム、２０…入力装置、２２…駆動装置、２３…駆動部、２４…ハンマー、２５…柄、２６…センサ、２８…制御装置

Claims (4)

1. 回転体又は移動体に入力するハンマーと、前記ハンマーを入力動作させる駆動装置と、前記回転体又は前記移動体の振動を測定する測定手段とを有する振動測定装置において、
   前記回転体又は前記移動体における所定部分が所定位置に到達したことを検出すると、ハンマーを入力動作させるための信号を前記駆動装置へ出力する制御装置を有する、
   振動測定装置。
2. 前記制御装置が前記信号を出力した時から前記ハンマーが前記回転体又は前記移動体に
   入力する時までの時間と、
   前記回転体の回転速度又は前記移動体の移動速度とに基づき、
   前記制御装置が前記信号を出力するタイミングが決定される、
   請求項１に記載の振動測定装置。
3. 回転体又は移動体にハンマーで入力し前記回転体又は前記移動体の振動を測定する振動測定方法において、
   前記回転体又は前記移動体における所定部分が所定位置に到達したことを検出すると制御装置が信号を出力するステップと、
   前記ハンマーを動作させる駆動装置が、前記信号に基づき前記ハンマーの入力動作を開始するステップとを有する、
   振動測定方法。
4. 前記制御装置が前記信号を出力した時から前記ハンマーが前記回転体又は前記移動体に
   入力する時までの時間と、
   前記回転体の回転速度又は前記移動体の移動速度とに基づき、
   前記制御装置が前記信号を出力するタイミングを決定するステップを有する、
   請求項３に記載の振動測定方法。
   

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