JP2021535368A - 振動モニタ - Google Patents

Abstract

振動モニタ（３０）は、動力工具の使用中に操作者の腕又は手に取り外し可能に取り付けられる。振動モニタ（３０）は、振動センサ（３６）とプロセッサ（３２）とを備える。振動センサ（３６）は、振動モニタ（３０）が操作者の腕又は手に取り付けられている際に操作者の腕又は手によって持続される振動を検知し、第１の軸における振動に対応する第１の振動信号と、第２の軸における振動に対応する第２の振動信号と、第３の軸における振動に対応する第３の振動信号と、を提供する。第１の軸は、腕又は手の背側と掌側との間に延在し、第２の軸は、手の指の分離方向に腕又は手にわたって延在し、第３の軸は、腕又は手に沿って延在する。プロセッサ（３２）は、第１、第２、及び第３の振動信号を受信し、第１、第２、及び第３の振動信号のそれぞれに第１、第２、及び第３の変換を適用する。プロセッサ（３２）は、第１、第２、及び第３の変換によって変換される第１、第２、及び第３の振動信号に依存して、動力工具の使用中の操作者に対する振動曝露を決定する。第１から第３の変換のそれぞれは、周波数の増加につれて８Ｈｚと２０Ｈｚとの間のピークへの上昇と、周波数の増加に伴ってピークを超えるトラフへの下降と、周波数の更なる増加につれてトラフからの上昇と、を提供する。第３の変換は、第１及び第２の変換のうち少なくとも１つよりも高い周波数でトラフからの上昇を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、動力工具の使用中に操作者の身体に取り付けられるように構成される振動モニタに関し、より具体的には、動力工具の使用中に操作者の腕又は手に取り付けられるように構成される振動モニタに関するが、これに限定されるものではない。

手持ち式及び手誘導式の動力工具は、しばしば、動力工具の操作者の手及び腕に振動を伝播する。このような伝播振動は、しばしば手腕振動（ＨＡＶ）と称され、長期にわたる暴露の結果として、白蝋病等の痛みを伴い且つ障害を起こす疾患につながり得ることが知られている。

動力工具の使用中に持続する振動を監視するための振動モニタが知られている。英国特許公開第２２９９１６８号は、振動デバイスの使用中に操作者の手首に装着される振動モニタを開示する。英国特許公開第２２９９１６８号の振動モニタは、振動を検知し、閾値レベルを超える振動の持続時間を決定する。英国特許公開第２５４２０２７号は、手首に装着した振動モニタを開示する。英国特許公開第２５４２０２７号の手首装着型振動モニタは、振動を検知し、検知された振動に対して変換を適用して、結果として動力工具の使用中に操作者が接触している動力工具又は工作物上での位置における振動の代表性がより高い変換データを提供する。

本発明者らは、英国特許公開第２２９９１６８号及び英国特許公開第２５４２０２７号の振動曝露モニタリングへのアプローチに欠点があることを認識した。本発明は、本発明者らがこのような欠点を認識したことに鑑みてなされたものである。したがって、本発明の目的は、動力工具の使用中に操作者の腕又は手に取り外し可能に取り付けられるように構成される改良された振動モニタを提供することである。

本発明の第１の態様によれば、動力工具の使用中に操作者の腕又は手に取り外し可能に取り付けられるように構成される振動モニタであって、
前記振動モニタが前記操作者の前記腕又は手に取り付けられている際に、前記操作者の前記腕又は手によって持続される振動を検知し、第１の軸における振動に対応する第１の振動信号と、第２の軸における振動に対応する第２の振動信号と、第３の軸における振動に対応する第３の振動信号と、を提供するように動作する振動センサであって、前記第１の軸は、前記腕又は手の背側と掌側との間に延在し、前記第２の軸は、前記手の指の分離方向に前記腕又は手にわたって延在し、前記第３の軸は、前記腕又は手に沿って延在する振動センサと、
前記第１、第２、及び第３の振動信号を受信し、第１の変換を前記第１の振動信号に適用し、第２の変換を前記第２の振動信号に適用し、第３の変換を前記第３の振動信号に適用するように構成されるプロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、前記動力工具の使用中に前記操作者の振動曝露を決定するように更に構成され、前記振動曝露は、前記第１、第２、及び第３の変換によって変換された前記第１、第２、及び第３の振動信号に応じて決定され、
前記第１から第３の変換のそれぞれは、周波数の増加につれて８Ｈｚと２０Ｈｚとの間のピークへの上昇と、周波数の増加に伴って前記ピークを超えるトラフ（trough）への下降と、周波数の更なる増加につれて前記トラフからの上昇と、を提供し、前記第３の変換は、前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つよりも高い周波数で前記トラフからの上昇を提供する、振動モニタが提供される。

前記振動モニタは、電動工具の使用中に操作者の腕又は手に取り付け可能に取り付けられるように構成される。前記振動モニタは、前記振動モニタが前記操作者の前記腕又は手に取り付けられている際に、前記操作者の前記腕又は手によって維持される振動を検知するように動作する振動センサを備える。前記振動モニタが前記腕又は手に取り付けられている際に、前記振動センサは、第１の軸における振動に対応する第１の振動信号と、第２の軸における振動に対応する第２の振動信号と、第３の軸における振動に対応する第３の振動信号と、を提供する。前記第１の軸は、前記手又は腕、より具体的には前腕の背側と掌側との間を延在する。前記第２の軸は、前記手の指の分離方向に前記腕又は手にわたって延在する。前記第３の軸は、前記腕又は手に沿って延在する。前記第１、第２、及び第３の軸は、実質的に相互に直交してもよい。

前記振動モニタは、前記第１、第２、及び第３の振動信号を受信し、前記第１の振動信号に第１の変換を適用し、前記第２の振動信号に第２の変換を適用し、前記第３の振動信号に第３の変換を適用するように構成、例えばプログラムされるプロセッサも備える。プロセッサは、更に、前記動力工具の使用中の前記操作者に対する振動曝露を決定するように構成、例えばプログラムされ、前記振動暴露は、前記第１、第２、及び第３の変換によって変換された前記第１、第２、及び第３の振動信号に依存して決定される。

前記第１から第３の変換のそれぞれは、前記第１から第３の振動信号のそれぞれ１つに関して、周波数の増加につれて８Ｈｚと２０Ｈｚとの間のピークへの上昇、周波数の増加に伴って前記ピークを越えたトラフへの下降、及び周波数の更なる増加につれて前記トラフからの上昇を提供する。更に、前記第３の変換は、より高い周波数で、より具体的には前記第１及び第２の変換の少なくとも１つよりも少なくとも２０Ｈｚだけ高い周波数で、前記トラフからの上昇を提供する。トラフは、最大減衰値と、最大減衰値の２０％、１５％、１０％、又は５％以下の最大減衰値からの偏差と、を含んでもよい。トラフの側面間に偏差が存在してもよい。

本発明者らは、前記動力工具の使用中に前記操作者が接触する動力工具又はワーク上の位置から前記手及び腕を介した振動の伝達に関して、前記第１から第３の軸に沿った前記手及び腕の解剖学の異なる寄与を理解するようになった。これに加えて、本発明者らは、振動暴露の決定が前記３つの軸のうち少なくとも２つにおいて異なるように検知される振動の処理によって改善され得ることを認識した。より具体的には、前記異なる処理は、前記第１及び第２の振動信号の少なくとも一方に適用される変換とは異なる第３の変換を前記第３の振動信号に適用することを含む。より具体的には、前記第３の変換は、前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つよりも高い周波数でトラフからの上昇を提供し、前記変換における前記トラフは、８Ｈｚと２０Ｈｚとの間のピークよりも高い周波数である。より高い周波数での前記第３の変換による前記トラフからの前記上昇は、前記第１及び第２の軸に沿ったものと比較して、前記第３の軸に沿った異なる前記解剖学的構造を反映する。前記第１及び第２の軸に沿って、前記解剖学的構造は、脂肪及び軟骨等のより柔らかい構造から構成され、前記第３の軸に沿ったものよりも、相互接続組織を介してより緩やかに結合される。前記第１及び第２の軸における振動の伝達は、前記第１及び第２の変換が同じであってもよいように、同じであるとして扱われてもよい程度に類似していてもよい。したがって、前記第１の軸における振動と前記第２の軸における振動とのそれぞれに同じ変換が適用されてもよい。振動の伝達が前記第１の軸から前記第２の軸まで異なる場合、第１及び第２の変換は、前記第１及び第２の振動信号にそれぞれ適用されてもよく、前記第１及び第２の変換は互いに異なっていてもよい。

第１のアプローチによれば、前記第１の変換は、前記第１の振動信号に適用され、第１の変換データを提供してもよく、前記第２の変換は、前記第２の振動信号に適用され、第２の変換データを提供してもよく、前記第３の変換は、前記第３の振動信号に適用され、第３の変換データを提供してもよい。以下で更に説明するように、前記第１から第３の変換データは、振動曝露を決定するために結合されてもよい。

第２のアプローチによれば、前記第１から第３の変換が結合されて結合変換を提供し、前記第１から第３の振動信号が結合されて結合振動信号を提供してもよい。更に、結合変換は、前記結合振動信号に適用されて、結合変換データを提供してもよい。振動暴露は、前記結合変換データに応じて決定されてもよい。

前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つは、５０Ｈｚ、６０Ｈｚ、７０Ｈｚ、又は８０Ｈｚの周波数未満から開始する周波数の更なる増加を伴って、前記トラフからの前記上昇、より具体的には前記トラフの基部からの上昇を提供してもよい。前記第３の変換は、８０Ｈｚ、９０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１１０Ｈｚ、１２０Ｈｚ、１３０Ｈｚ、１４０Ｈｚ、１５０Ｈｚ、１６０Ｈｚ、１７０Ｈｚ、又は１７５Ｈｚの周波数を超えて開始する周波数の更なる増加に伴って、前記トラフの前記基部からの前記上昇を提供してもよい。より高い周波数で前記トラフからの上昇を有する前記第３の変換に関して、前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つからの前記第３の変換の異なる挙動は、前記手及び腕を介した振動の伝達に関して、前記第１から第３の軸に沿った前記手及び腕の前記解剖学の前記異なる寄与についての本発明者らのより深い理解を反映する。

前記第３の変換は、前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つよりも高い周波数で、前記トラフへの到達、より具体的には前記トラフの前記基部への到達を提供してもよい。前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つは、３０Ｈｚ未満の前記トラフへの到達を提供してもよい。加えて、前記第３の変換は、３０Ｈｚと１００Ｈｚとの間の前記トラフへの到達を提供してもよい。前記第３の変換は、４０Ｈｚと１００Ｈｚとの間、５０Ｈｚと１００Ｈｚとの間、６０Ｈｚと１００Ｈｚとの間、７０Ｈｚと１００Ｈｚとの間、又は８０Ｈｚと１００Ｈｚとの間で前記トラフへの到達を提供してもよい。より高い周波数で前記トラフの前記基部へ到達する前記第３の変換に関して、前記第１及び第２の変換の少なくとも１つとは異なる前記第３の変換の挙動は、前記手及び腕を介した振動の伝達に関して、前記第１から第３の軸に沿った前記手及び腕の前記解剖学の前記異なる寄与に対する本発明者らのより深い理解を反映する。これに加えて、本発明者らは、前記第１から第３の変換の前記ピークを含む周波数帯域において、前記第３の変換は、前記第１から第３の軸に沿った前記手及び腕の前記解剖学の前記異なる寄与を考慮に入れるために、前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つよりも高い周波数にシフトされてもよいことを理解した。

８Ｈｚと３０Ｈｚとの間の前記ピークは、振幅の増加から振幅の減少への遷移、及び減衰の減少から減衰の増加への遷移の１つによって構成されてもよい。前記トラフは、減衰の増加から減衰の減少への遷移、及び振幅の減少から振幅の増加への遷移のうち１つによって構成されてもよい。

前記第１から第３の変換のそれぞれは、周波数の増加に伴って、及び１５０Ｈｚ、１２５Ｈｚ、又は１００Ｈｚ未満の周波数において、最大減衰から減衰の減少に遷移してもよい。減衰の増加から減衰の減少への前記遷移は、前記第１から第３の変換のそれぞれにおける前記トラフの一部を規定する。前記第１の変換における前記トラフは、前記第２及び前記第３の変換のそれぞれにおける前記トラフよりも深くなくてもよい。前記第３の変換における前記トラフは、前記第２の変換における前記トラフよりも深くてもよい。前記第１の変換における前記トラフは、前記第２及び第３の変換のそれぞれにおける前記トラフよりも深くなく、前記第３の変換における前記トラフは、前記第２の変換における前記トラフよりも深いということは、前記第１から第３の軸に沿った前記手及び腕の前記解剖学の異なる寄与のより微細なレベルでの本発明者らの理解を反映する。

前記第１の変換によって提供される前記トラフは、５０Ｈｚ未満の最大減衰レベルであってもよい。最大減衰帯域における減衰係数は、０．３と０．５との間、又は０．３５と０．４５との間であってもよい。周波数の更なる増加に伴って、前記第１の変換は、１２０Ｈｚ未満の周波数で減衰の減少の提供から増幅の増加の提供に変化する前に減衰の減少を提供してもよい。前記第１の変換は、１１５Ｈｚ、１１０Ｈｚ、１０５Ｈｚ、又は１００Ｈｚ未満の周波数で減衰の減少の提供から増幅の増加の提供に変化する前に減衰の減少を提供してもよい。前記第１の変換は、８０Ｈｚ、８５Ｈｚ、９０Ｈｚ、９５Ｈｚ、１００Ｈｚ、１０５Ｈｚ、１１０Ｈｚ、又は１１５Ｈｚを超える周波数で減衰の減少の提供から増幅の増加の提供に変化する前に減衰の減少を提供してもよい。

前記第２の変換によって提供される前記トラフは、５０Ｈｚ未満の最大減衰レベルであってもよい。５０Ｈｚ未満の前記第２の変換によって到達される前記減衰レベルは、５０Ｈｚ未満の前記第１の変換によって到達される前記減衰レベルの半分までであってもよい。前記第２の変換に対する最大減衰帯域における減衰係数は、０．１５と０．４との間、又は０．２と０．３との間であってもよい。周波数の更なる増加に伴って、前記第２の変換は、１５０Ｈｚ未満の周波数で減衰の減少の提供から増幅の増加の提供へ変化する前に減衰の減少を提供してもよい。前記第２の変換は、１４０Ｈｚ、１３５Ｈｚ、１３０Ｈｚ、又は１２５Ｈｚ未満の周波数で減衰の減少の提供から増幅の増加の提供へ変化する前に減衰の減少を提供してもよい。前記第２の変換は、１１０Ｈｚ、１１５Ｈｚ、１２０Ｈｚ、１２５Ｈｚ、１３０Ｈｚ、１３５Ｈｚ、又は１４０Ｈｚを超える周波数で減衰の減少の提供から増幅の増加の提供へ変化する前に減衰の減少を提供してもよい。

前記第３の変換によって提供される前記トラフは、１５０Ｈｚ未満の最大減衰レベルであってもよい。前記第３の変換に対する最大減衰帯域における減衰係数は、０．１５と０．３５との間、又は０．２と０．３との間としてもよい。周波数の更なる増加に伴って、前記第３の変換は、２５０Ｈｚ未満の周波数で減衰の減少の提供から増幅の増加の提供へ変化する前に減衰の減少を提供してもよい。前記第３の変換は、２３０Ｈｚ、２１０Ｈｚ、１９０Ｈｚ、又は１８０Ｈｚ未満の周波数で減衰の減少の提供から増幅の増加の提供へ変化する前に減衰の減少を提供してもよい。前記第３の変換は、１６０Ｈｚ、１７０Ｈｚ、１８０Ｈｚ、１９０Ｈｚ、２１０Ｈｚ、又は２３０Ｈｚを超える周波数で減衰の減少の提供から増幅の増加の提供へ変化する前に減衰の減少を提供してもよい。したがって、前記第３の変換の減衰における減少レートは、前記第１および第２の変換のそれぞれの減衰における減少レートよりも著しく小さくてもよい。

前記第１から第３の変換のそれぞれは、１２０Ｈｚと３００Ｈｚとの間の周波数の増加に伴って最大増幅に到達してもよい。より具体的には、前記第１から第３の変換のそれぞれは、１３０Ｈｚと２９５Ｈｚとの間、１４０Ｈｚと２９０Ｈｚとの間、１５０Ｈｚと２８５Ｈｚとの間、１６０Ｈｚと２８０Ｈｚとの間、又は１７０Ｈｚと２７５Ｈｚとの間で最大増幅に到達してもよい。前記第１から第３の変換のそれぞれは、第２のピーク、すなわち、８Ｈｚと２０Ｈｚとの間の前記ピークよりも高い周波数におけるピークの形態で最大増幅に到達してもよい。前記第１から第３の変換のそれぞれは、前記トラフから前記第２のピークまで上昇してもよい。前記変換は、１００Ｈｚと２００Ｈｚとの間でそれぞれ第２のピークから下降し始めてもよい。

上述のように、前記第１から第３の変換のそれぞれは、８Ｈｚと２０Ｈｚとの間のピークを提供する。前記第１及び第２の変換は、互いに１Ｈｚ、０．５Ｈｚ、又は０．２５Ｈｚ内で、より具体的には同じ周波数で、８Ｈｚと２０Ｈｚとの間でピーク値を有してもよい。８Ｈｚと２０Ｈｚとの間の前記第３の変換の前記ピークの値は、前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つの前記ピークの値よりも高い周波数であってもよい。８Ｈｚと２０Ｈｚとの間の前記第３の変換の前記ピークの値は、前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つの前記ピークの値よりも５Ｈｚ、４Ｈｚ、３Ｈｚ、又は２Ｈｚ以下だけ高い周波数であってもよい。８Ｈｚと２０Ｈｚとの間の前記第３の変換の前記ピークの値は、前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つの前記ピークの値よりも１Ｈｚ、２Ｈｚ、３Ｈｚ、又は４Ｈｚを超えて高い周波数であってもよい。前記第１及び第２の変換の前記ピークの値は、互いに２０％、１０％、５％、２％、又は１％以内であってもよく、より具体的には同じであってもよい。被験者のグループの解剖学的構造は、特定の周波数で伝達される振動の減衰が前記第３の軸について前記第１及び第２の軸のうち少なくとも１つとは異なり得るようなものであり得ることを、本発明者らは見出した。したがって、前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つについての前記ピークの高さは、前記第３の変換についての前記ピークの高さよりも１０％、２０％、又は３０％まで低くてもよい。前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つの前記ピークの値は、０．４５と１．２との間、０．６と０．９との間、０．６５と０．８との間、又は０．７と０．７５との間であってもよい。前記第１の変換の前記ピークの値は、０．６５と１．８との間、０．８５と１．３５との間、０．９５と１．２との間、又は１．０と１．１との間であってもよい。前記第３の変換の前記ピークの値は、１よりも大きくてもよく、それによって増幅を提供してもよい。前記第１及び第２の変換のそれぞれの前記ピークの値は、１未満であってもよく、それによって減衰を提供してもよい。

前記第１から第３の変換のそれぞれは、６Ｈｚよりも高くない周波数から、無限の減衰率、すなわちゼロの増幅値から、８Ｈｚと２０Ｈｚとの間の前記ピークまで増加してもよい。前記第１から第３の変換のそれぞれは、何ら減少が介在すること無く、前記ピークまで増加してもよい。前記第１から第３の変換によって規定される周波数に対する減衰／増幅のプロットの各部分は、１０Ｈｚまでは、互いに５％、２％、又は１％以内であってもよく、より具体的には同じであってもよい。前記第１から第３の変換のそれぞれは、少なくとも３００Ｈｚ、４００Ｈｚ、５００Ｈｚ、６００Ｈｚ、又は６５０Ｈｚまでの減衰及び増幅の少なくとも１つを提供してもよい。

前記第１から第３の変換のうち少なくとも１つは、低周波数動力工具については第１の形態を有してもよく、高周波数工具については第２の形態を有してもよい。前記変換の前記第１及び第２の形態は、閾値周波数未満では実質的に同じであってもよく、閾値周波数超えでは互いに異なっていてもよい。前記変換の前記第２の形態は、前記変換の前記第１の形態と同じそれぞれの周波数で、且つ前記閾値周波数超えで、より大きな増幅又はより少ない減衰を提供してもよい。前記閾値周波数は、９０Ｈｚと２３０Ｈｚとの間、より具体的には１２０Ｈｚと２００Ｈｚとの間であってもよい。異なる閾値周波数が、第１から第３の変換のそれぞれに適用されてもよい。前記第１の変換のための第１の閾値周波数は、１２０Ｈｚと１８０Ｈｚとの間、１３０Ｈｚと１７０Ｈｚとの間、１４０Ｈｚと１６０Ｈｚとの間、又は１４５Ｈｚと１５５Ｈｚとの間であってもよい。前記第２の変換のための第２の閾値周波数は、９０Ｈｚと１５０Ｈｚとの間、１００Ｈｚと１４０Ｈｚとの間、１１０Ｈｚと１３０Ｈｚとの間、又は１１５Ｈｚと１２５Ｈｚとの間であってもよい。前記第３の変換のための第３の閾値周波数は、１３５Ｈｚと１９５Ｈｚとの間、１４５Ｈｚと１８５Ｈｚとの間、１５５Ｈｚと１７５Ｈｚとの間、又は１６０Ｈｚと１７０Ｈｚとの間であってもよい。

前記プロセッサは、前記第１から第３の振動信号の少なくとも１つを分析して、高周波数工具からの振動が検知されているか否かを決定するように構成されてもよい。振動信号の分析は、前記振動信号の形状等の特性、より具体的には１２０Ｈｚと２００Ｈｚとの間等の所定の周波数範囲内の前記振動信号の特性を確認することを含んでもよい。分析は、確認された前記特性を所定の特性と比較することと、前記比較に依存して、変換の前記第２の形態、すなわち前記高周波数工具の変換を選択することと、を更に含んでもよい。例えば、分析は、１２０Ｈｚと２００Ｈｚとの間といった所定の周波数範囲内の前記振動信号のピークの高さを確認することと、前記ピーク高さが所定の値を超える場合に、変換の前記第２の形態、すなわち前記高周波数工具の変換を選択することと、を含んでもよい。分析は、周波数領域での分析を含んでもよい。

代替的又は追加的に、低周波数又は高周波数動力工具に関する前記第１から第３の変換の前記形態が、前記振動モニタによって受信される工具タイプデータに応じて選択されてもよい。前記工具タイプデータは、前記操作者等のユーザによって入力されてもよい。前記工具タイプデータの入力は、ユーザインタフェースのユーザ動作を介するものであってもよく、電気コネクタによってアクセスされ得るような前記振動モニタへの電気入力を介するものであってもよい。

代替的又は追加的に、前記工具タイプデータは、前記動力工具に取り付けられた工具デバイスから受信されてもよい。前記工具タイプデータは、前記振動モニタと前記工具デバイスとの間の無線通信リンクを介して前記工具デバイスから受信されてもよい。前記無線通信リンクは、ＲＦＩＤ又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等による無線周波数であってもよい。前記工具デバイス及び前記振動モニタは、適宜無線通信用に構成されてもよい。前記工具デバイスは、接着剤等によって動力工具に取り付けられるように構成されてもよい。

前記プロセッサは、前記振動センサからの時間領域の出力を周波数領域の信号に変換するように構成、例えばプログラムされてもよい。前記第１から第３の変換又はそれらの組み合わせの適用は、周波数領域においてであってもよい。前記プロセッサは、フーリエ変換、より具体的にはウェルチ法等のオーバーラッピングウィンドウフーリエ変換を実行するように構成されてもよい。前記プロセッサは、複数の周波数帯域を形成するように動作してもよく、前記周波数帯域は、５００と１３００との間、７００と１１００との間、又は８００と１０００との間であってもよい。例えば、８９６の周波数帯域が存在してもよい。前記周波数帯域の下限は、０Ｈｚ、１Ｈｚ、２Ｈｚ、３Ｈｚ、４Ｈｚ、５Ｈｚ、又は６Ｈｚであってもよい。前記周波数帯域の上限は、５００Ｈｚ、６００Ｈｚ、７００Ｈｚ、８００Ｈｚ、又は９００Ｈｚであってもよい。前記周波数領域の信号に依存してパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が決定されてもよい。更に、エネルギー値は、所定の間隔にわたる積分によって決定されてもよい。例えば、前記エネルギー値は、０Ｈｚから６５０Ｈｚの前記周波数範囲に関して決定されてもよい。

代替的又は追加的に、前記プロセッサは、前記時間領域において、前記第１、第２、及び第３の変換、又はそれらの組み合わせを適用するように構成されてもよい。処理は、完全に前記時間領域においてであってもよい。時間領域における処理は、前記プロセッサが十分な能力を有する場合に適切であり得る。

前記第１から第３の変換のそれぞれは、第１から第３の軸のそれぞれにおける複数の操作者を介した振動の伝達を決定することによって決定されてもよい。より具体的には、前記振動の伝達は、異なる動力工具について決定されてもよく、前記第１から第３の変換は、前記異なる動力工具についての伝達を表すように決定されてもよい。上述したように、異なる変換は、低周波数工具及び高周波数工具の別々のカテゴリに対して、より高い周波数で使用されてもよい。変換は、動力工具又はワークとの接触点又はその近傍での振動の第１の測定を行い、操作者が身に着けた振動モニタの位置若しくは意図された位置又はその近傍での振動の第２の測定を行うことによって、決定されてもよい。

代替的なアプローチでは、前記第１から第３の変換のそれぞれは、特定の操作者について決定されてもよい。特定の操作者についての決定は、特定の操作者に対する肥満度指数若しくは手首の幅等の解剖学的パラメータ、又は前記特定の操作者が前記動力工具又はワークをどのように把持するかに関するパラメータを提供することを含んでもよい。前記特定の操作者が前記動力工具をどのように把持するかに関する前記パラメータは、握力試験に依存して決定されてもよい。前記第１から第３の変換のうち少なくとも１つは、提供された前記解剖学的パラメータ、又は前記特定の操作者が前記動力工具又はワークをどのように把持するかに関する前記パラメータに依存して構成されてもよい。したがって、前記第１〜第３の変換は、前記特定の操作者に合わせて調整されてもよい。

これに加えて、前記第１から第３の変換は、操作者のグループに基づいて形成されてもよく、結果として生じる第１から第３の変換のうち少なくとも１つは前記特定の操作者に合わせて調整されてもよい。第３の変換の前記トラフからの前記上昇と、前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つの前記トラフからの前記上昇との間の周波数差は、前記操作者に依存してもよく、操作者の解剖学的構造の差は、特に前記第３の軸における振動の伝達の差を提供してもよい。

上述のようにして得られた変換データは、前記第１から第３の変換を提供するために、ＨＡＶ曝露判定に適した重み付けと組み合わされてもよい。ＨＡＶ曝露判定に適切な前記重み付けは、例えば、ＥＮ ＩＳＯ ５３４９：２００１の付属書Ａの表Ａ．２に明記されているとおりであってもよい。

前記プロセッサは、前記第１から第３の変換データ又は前記結合変換データから、少なくとも１つの二乗平均平方根振動値を決定するように構成、例えばプログラムされてもよい。前記プロセッサは、前記第１から第３の軸のそれぞれにおいて検知された前記振動の振幅を表す単一の値を提供するように構成されてもよい。前記プロセッサは、下記の式１に従って、軸について二乗平均平方根値を決定するように動作してもよい。

ここで、ａ_ｈｗは前記軸についての二乗平均平方根加速度であり、Ｗ_hiは、前記第１から第３の変態のそれぞれ１つを介して適用されるｉ番目の１／３オクターブ帯域の重み付け係数であり、ａ_ｈiは、前記ｉ番目の１／３オクターブ帯域で測定される前記第１から第３の軸の１つの加速度（メートル毎秒毎秒）である。前記重み付け係数Ｗ_hiは、ＨＡＶ暴露判定に適切な重み付けを含んでもよい。

更に、前記プロセッサは、前記第１から第３の軸についての二乗平均平方根値を合計するように構成されてもよい。前記プロセッサは、前記３つの軸のそれぞれについて振動データの二乗を合計するように構成されてもよい。より具体的には、前記プロセッサは、前記３つの軸のそれぞれについて、振動データの二乗和の平方根を決定するように構成されてもよい。前記プロセッサは、下記の式２に従って、前記３つの軸における振動データを結合するように構成されてもよい。

ここで、a_ｈvは前記３つの軸についての結合値であり、ａ_hwｘ、ａ_hwy、及び ａ_hwyは上記の式に従って決定される前記第１から第３の軸（すなわち、ｘ、ｙ、及びｚ軸）のそれぞれについての二乗平均平方根値である。得られる値は、振動レベル値であってもよい。

特定の状況において、本発明者らは、伝達率が所与の周波数における振動の大きさと共に変化し、それによって、より大きな大きさの振動がより小さな大きさの振動よりも、前記解剖学によってより強く減衰されることを見出した。前記第１から第３の変換のうち少なくとも１つ又は結合変換は、このような伝達率の変化を考慮に入れるために、正又は負に調整されてもよい。より具体的には、変換は、振動信号の大きさに依存して調整されてもよい。第１のアプローチによれば、前記変換は、前記変換を周波数の軸において移動させることによって調整されてもよい。第２のアプローチによれば、全ての前記変換は、上述した全ての前記重み付け係数を変更することによって、調整されてもよい。第３のアプローチによれば、より大きな大きさの周波数帯域における前記変換の一部が調整されてもよく、一方で、前記変換の別の部分は調整されなくてもよい。例えば、振動の大きさがより大きいか又はより小さい１つ又は複数の前記周波数帯域において、上述した前記重み付け係数に正又は負のオフセットが適用されてもよい。

前記プロセッサは、暴露時間及び上述のように決定された前記振動レベル値に応じて、振動暴露を決定するように動作してもよい。前記振動曝露は、前記振動レベル値の二乗に前記曝露時間を乗ずることによって決定されてもよい。前記振動暴露は、振動スコアを含んでもよい。前記振動スコアは２×Ｔ×Ｖ^２であり、ここで、Ｔは、時間単位の曝露の持続時間であり、Ｖは、前記振動レベル値である前記プロセッサは、少なくとも１つの振動暴露を記録するように動作してもよい。具体的には、例えば、１日等の所定時間内で決定された複数の振動暴露を累積することにより、複数の振動暴露が記録されてもよい。日々の振動暴露は、例えばＩＳＯ ５３４９-１に従って決定されてもよい。

前記プロセッサは、振動レベル値、及び例えばＩＳＯ ５３４９−１に従った振動曝露限界等の振動曝露限界に依存して、動力工具の使用残存時間を決定するように動作してもよい。前記使用残存時間は、同じ動力工具又は異なる動力工具等の少なくとも１つの動力工具の以前の使用中に決定された振動レベル値に更に依存して決定されてもよい。例えば、前記振動モニタは、蓄積された振動曝露を記憶してもよく、動力工具の使用開始時に、前記振動モニタは、蓄積された振動曝露と本動力工具の使用中の振動曝露とを考慮に入れた前記動力工具の前記使用残存時間を提供してもよい。前記使用残存時間は、例えば、前記振動モニタに備えられるディスプレイ等を介して前記操作者に表示されてもよく、或いは前記使用残存時間に対する前記操作者の現在の状況が別の当事者に通知される遠隔地に伝達されてもよい。前記プロセッサは、前記振動レベル値の継続中の決定に依存して、前記使用残存時間を減分するように動作してもよい。

上述したように、前記振動モニタは、前記操作者の前記腕又は手に取り外し可能に取り付けられるように構成される。前記振動モニタは、前記操作者の前記手首に取り外し可能に取り付けられるように構成されてもよい。前記振動モニタは、腕時計の形態を有してもよい。したがって、前記振動モニタは、ストラップ又はバンド等の取付けデバイスを備えてもよく、それによって、前記振動モニタは、前記腕、より具体的には前記手首に取り付けられてもよい。前記取付けデバイスは、振動が前記振動モニタに適切に結合されるように、より具体的には、関連する周波数帯域内の振動が前記振動モニタに結合されるように構成されてもよい。前記取付けデバイスは、前記振動モニタが前記操作者に取り付けられる際に、実質的に非弾性であるように構成されてもよい。

前記振動モニタは、ハウジングを備えてもよい。前記ハウジングは、前記振動センサ及び前記プロセッサを収容してもよい。前記取付けデバイスは、前記ハウジングの外装に取り付けられてもよい。前記ハウジングは、少なくとも実質的に剛性材料の一部に形成されてもよく、それによって振動が前記操作者から前記振動センサに結合される。前記ハウジングは、少なくとも部分的にＰＣ-ＡＢＳ等のプラスチック材料から形成されてもよい。

前記振動モニタは、使用時に、前記取付けデバイスが所定の方法で前記腕又は手に対して前記振動モニタを配向するように構成されてもよい。前記振動センサが前記操作者の前記腕又は手に取り付けられている際に、前記第１から第３の軸が前記操作者の前記手の掌に対して配向されるように、前記振動センサは前記ハウジング内に配置されてもよい。前記取付けデバイスは、前記ハウジングの第１の側面から、或いは前記ハウジングの第１及び第２の反対方向に向いた側面のそれぞれから延在してもよい。前記第１から第３の軸のうち第１の軸と前記取付けデバイスとが同じ方向に延在するように、前記振動センサは前記ハウジング内に配置されてもよい。前記第１から第３の軸のうち第２の軸が、ディスプレイ及びオペレータ制御部のうち少なくとも１つを備える前記ハウジングの第１の表面、すなわち、使用時に前記操作者の腕又は手から遠ざかる表面と、反対方向を向いた第２の表面との間に延在するように、前記振動センサは前記ハウジング内に配置されてもよい。前記第１から第３の軸のうち第３の軸が前記ハウジングから前記取付けデバイスの延在方向に直交し、且つ前記第１及び第２の表面との間の方向に直交する方向に延在するように、前記振動センサは前記ハウジング内に配置されてもよい。前記振動モニタは、前記第１の軸が前記第１から第３の軸のうちの何れであるか、前記第２の軸が前記第１から第３の軸のうちの何れであるか、及び前記第３の軸が前記第１から第３の軸のうちの何れであるかを決定するように構成されてもよい。

代替的に、前記第２の軸及び前記取付けデバイスが同じ方向に延在するように、前記振動センサは前記ハウジング内に配置されてもよい。更に、前記第１の軸がディスプレイ及びオペレータ制御部のうち少なくとも１つを備える前記ハウジングの第１の表面、すなわち、使用時、前記操作者の腕又は手から遠ざかる表面と、反対方向を向いた第２の表面との間に延在するように、前記振動センサは前記ハウジング内に配置されてもよい。更に、前記第３の軸が、前記ハウジングから前記取付けデバイスの延在方向に直交し、且つ前記第１及び第２の表面との間の方向に直交する方向に延在するように、前記振動センサは前記ハウジング内に配置されてもよい。

前記振動モニタは、前記第１から第３の変換を記憶する、前記プロセッサに備えられるデータメモリ等のデータ記憶デバイスを備えてもよい。前記振動センサは、３軸振動センサを備えてもよい。前記振動センサは、加速度計を備えてもよい。前記プロセッサは、マイクロコントローラを備えてもよい。

代替的又は追加的に、前記プロセッサは、マイクロコントローラに更なる、又はマイクロコントローラに代えて、電子回路を備えてもよく、前記電子回路は、本明細書に記載されるプロセスを実行するように構成されてもよい。したがって、前記振動モニタは、これらのプロセスを実行するためのプログラムされた命令を有する構造体及び／又は非一時的な記憶媒体を有する回路を備えてもよい。

前記振動モニタは、前記振動センサからの前記第１から第３の軸のそれぞれについての出力をサンプリングするように動作するアナログ／デジタル変換器を備えてもよい。前記アナログ／デジタル変換器は、前記振動センサからの出力を、少なくとも１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、４ｋＨｚ、６ｋＨｚ、又は８ｋＨｚのレートでサンプリングするように動作してもよい。前記アナログ／デジタル変換器は、１０ｋＨｚ以下のレートで前記振動センサからの出力をサンプリングするように動作してもよい。

前記振動モニタは、ＬＣＤディスプレイ等のディスプレイを備えてもよい。前記ＬＣＤディスプレイは、前記ハウジングに支持されてもよい。前記振動モニタは、前記振動モニタによって決定される振動曝露を表示するように構成されてもよい。

代替的又は追加的に、前記振動モニタは、ブザー等の可聴出力を提供するように動作可能な可聴出力デバイスと、振動モータ等の振動感覚に敏感な出力を提供するように動作可能な出力デバイスとのうち少なくとも１つを備えてもよい。前記プロセッサは、決定された振動曝露に依存して、上記出力デバイスを動作させてもよい。例えば、出力デバイスは、日々の振動曝露限界等、所定の振動曝露限界に到達した際に動作してもよい。

前記振動モニタは、前記振動モニタからの振動曝露データ等のデータ通信のために構成されてもよい。前記データは無線で通信されてもよい。より具体的には、前記振動モニタは、操作者の身に付けられて使用されていない際にホルダ内に受容されてもよい。前記ホルダは、振動モニタを受け入れるようにそれぞれ形成された複数の外形等を介して、複数の振動モニタを受け入れるように構成されてもよい。前記ホルダは、データ通信、より具体的には前記ホルダと前記振動モニタとの間のデータ無線通信のために構成されてもよい。したがって、振動曝露データは前記ホルダに送信されてもよく、前記ホルダは、前記ホルダから離れた位置にあってもよい計算機器へ受信された前記振動曝露データを送信するように構成されてもよい。振動暴露データは、前記計算機器に記憶されてもよい。前記計算機器は、記憶された振動曝露データの分析を提供してもよい。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様による前記振動モニタと前記工具デバイスとを備える振動監視装置が提供される。本発明の第２の態様の実施形態は、第１の態様の１つ又は複数の特徴を含んでもよい。

本発明の第３の態様によれば、動力工具の使用中に操作者によって持続される振動を監視する方法であって、
振動モニタが前記操作者の腕又は手に取り外し可能に取り付けられている際に、前記振動モニタに備えられる振動センサによって前記操作者の前記腕又は手によって持続される振動を検知するステップと、
前記振動センサから、第１の軸における振動に対応する第１の振動信号と、第２の軸における振動に対応する第２の振動信号と、第３の軸における振動に対応する第３の振動信号と、を提供するステップであって、前記第１の軸は、前記腕又は手の背側と掌側との間に延在し、前記第２の軸は、前記手の指の分離方向に前記腕又は手にわたって延在し、前記第３の軸は、前記腕又は手に沿って延在するステップと、
プロセッサにおいて、第１の変換を前記第１の振動信号に適用し、第２の変換を前記第２の振動信号に適用し、第３の変換を前記第３の振動信号に適用するステップと、
前記プロセッサにおいて、前記動力工具の使用中に前記操作者に対する振動暴露を決定するステップであって、前記振動暴露は、前記第１、第２、及び第３の変換によって変換された前記第１、第２、及び第３の振動信号に応じて決定され、
前記第１から第３の変換のそれぞれは、周波数の増加につれて８Ｈｚと２０Ｈｚとの間のピークへの上昇と、周波数の増加に伴って前記ピークを超えるトラフへの下降と、周波数の更なる増加に伴って前記トラフからの上昇と、を提供し、前記第３の変換は、前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つよりも高い周波数で前記トラフからの上昇を提供するステップと、を含む方法が提供される。

本発明の第３の態様の実施形態は、本発明の第１の態様の１つ又は複数の特徴を含んでもよい。

本発明の第４の態様によれば、動力工具の使用中に操作者の腕又は手に取り外し可能に取り付けられるように構成される振動モニタであって、
前記操作者の前記腕又は手に取り付けられている際に前記操作者の前記腕又は手によって持続される振動を検知するように動作する振動センサと、
前記振動センサから検知された振動データを受信し、少なくとも１つの振動の軸に関して受信された前記振動データに変換を適用して変換データを提供するように構成されたプロセッサと、を備え、
前記変換は、前記検知された振動の大きさに依存して調整される、振動モニタが提供される。

本発明の第４の態様の実施形態は、本発明の第１の態様の１つ又は複数の特徴を含んでもよい。

本発明の第５の態様によれば、動力工具の使用中に操作者によって持続される振動を監視する方法であって、
振動モニタが前記操作者の前記腕又は手に取り外し可能に取り付けられている際に、前記振動モニタに備えられる振動センサを介して前記操作者の腕又は手によって維持される振動を検知するステップと、
プロセッサにおいて、前記振動センサから受信された検知された振動データに変換を適用するステップであって、検知された前記振動データは少なくとも１つの振動の軸に関するものであるステップと、を含み
前記変換は、検知された前記振動の大きさに依存して調整される、方法が提供される。

本発明の第５の態様の実施形態は、本発明の第１の態様の１つ又は複数の特徴を含んでもよい。

より一般的な意味では、本発明は、更なる態様において、動力工具の使用中に操作者の肢に取り外し可能に取り付けられるように構成された振動モニタを提供する。前記振動モニタは、前記振動モニタが前記操作者の前記肢に取り付けられている際に、前記操作者の前記肢によって持続された振動を検知し、第１の軸における振動に対応する第１の振動信号及び第２の軸における振動に対応する第２の振動信号のうち少なくとも１つ、並びに第３の軸における振動に対応する第３の振動信号を提供するように動作する振動センサを備える。前記第１の軸は、前記肢の第１側と第２側との間に延在し、前記第２の軸は、前記肢の第３側と第４側との間に延在し、前記第３の軸は前記肢に沿って延在する。前記振動モニタは、前記第１及び第２の振動信号のうち少なくとも１つを受信し、前記第３の振動信号を受信し、前記第１の振動信号に第１の変換を適用して、前記第１の振動信号が受信される第１の変換データを提供し、前記第２の振動信号に第２の変換を適用して、前記第２の振動信号が受信される第２の変換データを提供し、前記第３の振動信号に第３の変換を適用して、第３の変換データを提供するように構成されたプロセッサを備え、前記プロセッサは、前記動力工具の使用中に前記操作者に対する振動曝露を決定するように更に構成され、前記振動曝露は、前記第１及び第２の変換データのうち少なくとも１つ、並びに前記第３の変換データに応じて決定される。前記第１から第３の変換のそれぞれは、周波数の増加につれて８Ｈｚと２０Ｈｚとの間のピークへの上昇と、周波数の増加に伴って前記ピークを越えたトラフへの下降と、周波数の更なる増加につれて前記トラフからの上昇と、を提供する。

前記第３の変換の前記ピークは、前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つの前記ピークよりも高くてもよい。前記第３の変換の前記ピークは、より高く、特定のカテゴリの操作者に適切であってもよい。別の特定のカテゴリの操作者について、第３の変換は、更に、前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つよりも高い周波数で前記トラフからの上昇を提供してもよい。本発明の更なる態様の更なる実施形態は、本発明の第１の態様の１つ又は複数の特徴を含んでもよい。

更に、上述のより一般的な意味では、更に別の態様では、動力工具の使用中に操作者によって持続される振動を監視する方法が提供される。前記方法は、前記振動モニタが前記操作者の前記肢に取り付けられている際に、前記振動モニタに備えられる振動センサを介して前記操作者の前記肢によって維持される振動を検知するステップと、前記振動センサから、第１の軸における振動に対応する第１の振動信号及び第２の軸における振動に対応する第２の振動信号のうち少なくとも１つ、並びに第３の軸における振動に対応する第３の振動信号を提供するステップと、を含む。前記第１の軸は、前記肢の第１側と第２側との間に延在し、前記第２の軸は、前記肢の第３側と第４側との間に延在し、前記第３の軸は、前記肢に沿って延在する。前記方法は、プロセッサにおいて、前記第１の振動信号に第１の変換を適用して、前記プロセッサにおいて前記第１の振動信号が受信される第１の変換データを提供するステップと、前記第２の振動信号に第２の変換を適用して、前記プロセッサにおいて前記第２の振動信号が受信される第２の変換データを提供するステップと、前記第３の振動信号に第３の変換を適用して、第３の変換データを提供するステップと、も含む。前記方法は、前記動力工具の使用中に、前記操作者についての振動曝露を前記プロセッサにおいて決定するステップを更に含み、前記振動曝露は、前記第１及び第２の変換データのうち少なくとも１つ、並びに前記第３の変換データに依存して決定される。前記第１から第３の変換のそれぞれは、周波数の増加につれて８Ｈｚと２０Ｈｚとの間のピークへの上昇と、周波数の増加に伴って前記ピークを越えてトラフへの下降と、周波数の更なる増加につれて前記トラフからの上昇と、を提供する。

本発明の更なる態様に関連して上述したように、前記第３の変換の前記ピークは、前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つの前記ピークよりも高くてもよい。本発明の更なる態様の更なる実施形態は、本発明の第１の態様の１つ又は複数の特徴を含んでもよい。

本発明の更なる特徴及び利点は、単に例として与えられ、添付の図面を参照する以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明の一実施形態による振動モニタを取り付けた状態で示す。 図１の実施形態のブロック図である。 図１の振動モニタの動作中の主要ステップを説明するフローチャートである。 図１の振動モニタの動作中に使用される低周波数変換の第１のセット及び高周波数変換の第１のセットを示すグラフである。 図１の振動モニタの動作中に使用される低周波数変換の第２のセット及び高周波数変換の第２のセットを示すグラフである。

本発明の一実施形態による振動モニタ１０が、動力工具の操作者の手首に取り付けられた状態で示される。振動モニタ１０は、一般的な直方体形のハウジング１２と、ハウジングに取り付けられたストラップ１４と、を備え、振動モニタ１０は、腕時計のように操作者の手首に取り付けられてもよい。ハウジング１２の表側は、矩形の窓１６を画定し、そこを通して操作者がＬＣＤディスプレイを見ることができる。図１の振動モニタ１０の実施形態は、ユーザが操作可能なオン／オフスイッチを備えており、これにより、操作者が運転している際等の不適切な時に振動モニタをオフにして振動の記録を停止することができる。

振動モニタ３０は、図２のブロック図の形態で表される。振動モニタ３０は、マイクロコントローラ３２、すなわち、５１２Ｋのフラッシュメモリを有するＡｔｍｅｌ ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ Ｍ４ ＳＡＭ４ＬＳと、ｉ２ｃバスを介してマイクロコントローラ３２によって駆動されるＬＣＤ３４と、３軸加速度計３６（振動センサを構成する）、すなわち、ＳＴ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ＭＥＭＳ ＬＩＳ３ＤＳＨＴＲと、ＲＦＩＤトランシーバ３８、すなわち、多重プロトコルサポートを有するＮＸＰ １３．５６ＭＨｚ ＣＬＲＣ６６３０１ＨＮ／ＴＲと、を備える。加速度センサ３６及びＲＦＩＤトランシーバ３８のそれぞれは、ＳＰＩバスを介してマイクロコントローラ３２と通信する。加速度計３６は、アナログ／デジタル変換器を備える。マイクロコントローラ３２、ＬＣＤ３４、加速度計３６、及びＲＦＩＤトランシーバ３８に関する振動モニタ３０の設計は、当業者の通常の設計能力の範囲内である。振動モニタ３０は、更に、ブザー４０と振動モータ４２と、を備え、これらは、マイクロコントローラ３２からの制御下で動作して、振動暴露が所定のレベルを超えた場合に、異なる感覚形態の警告を提供する。ブザー４０及び振動モータ４２に関する振動モニタ３０の設計は、当業者の通常の設計能力の範囲内である。

振動モニタ３０は、充電式バッテリ４４と、バッテリ保護回路４６と、電気的に絶縁された通信回路４８と、オンオフスイッチ５０と、電源回路５２と、温度センサ５６と、更に備える。これらの構成要素に関する振動モニタ３０の設計は、当業者の通常の設計能力の範囲内である。図２にドッキングステーション５４が示される。ドッキングステーション５４は、ドッキングステーション５４に形成されたそれぞれのベイに複数の振動モニタ３０を保持するように構成される。ドッキングステーション５４内に受け取られると、振動モニタ３０の充電式バッテリ４４は、ドッキングステーション５４と振動モニタ３０との間の銅接続を介して充電される。振動モニタ３０の通信回路４８は、振動モニタ３０とドッキングステーション５４との間のデータ通信を提供する。ドッキングステーション５４に通信されるデータは、その使用中に振動モニタ３０に記憶される振動曝露データ、操作者曝露データ、及びパワースペクトル密度（ＰＳＤ）データのようなものを含む。このようなデータは、コンプライアンス及び記録保持の目的のために、並びに必要であれば動力工具の利用の更なる分析のために記憶される。ドッキングステーション５４から振動モニタ３０に通信されるデータは、振動暴露閾値、及び振動モニタ３０のための他の構成データのようなものを含み、振動暴露データ、操作者暴露データ、及びＰＳＤデータを記憶するために使用されるデータメモリ等の振動モニタ３０内のデータメモリの消去を提供する。電源回路５２は、充電式バッテリ４４から電流を引き出し、ブザー４０及び振動モータ４２のそれぞれに適切な電圧の電力を供給するように動作するレギュレータ及びＤＣ／ＤＣコンバータを備える。オンオフスイッチ５０は、操作者が振動モニタ３０をオン及びオフにすることを可能にする。温度センサ５６は、充電中に充電式バッテリ４４の温度を検知し、検知温度をドッキングステーション５４に伝達するように動作する。充電式バッテリ４４の損傷は、充電式バッテリ４４の温度が閾値温度を上回る場合に発生することがある。したがって、ドッキングステーション５４は、検知温度が閾値温度を超える場合に、充電式バッテリ４４の充電を停止するように構成される。

本発明の一実施形態による振動監視装置は、図１及び図２の振動モニタ３０と、ＲＦＩＤタグ（図示せず）と、を備える。動力工具データは、ＲＦＩＤタグに記憶され、ＲＦＩＤタグは、接着剤を介して動力工具に取り付けられて使用される。動力工具データは、電動工具のＩＤコードと、工具タイプデータと、動力工具の騒音評価と、動力工具の重量と、を含む。工具タイプデータは、動力工具を低周波数工具又は高周波数工具の何れかとして識別する。騒音評価は、動力工具の使用時間の長さに基づいて、操作者が騒音に曝されるか否かの決定を提供する。動力工具の重量は、使用中の動力工具の重量に応じて、ユーザの身体的ストレスを決定するための基礎を提供する。本発明の別の実施形態による振動監視装置は、図１及び図２の振動モニタ３０を備えるが、ＲＦＩＤタグを欠く。

ここで、図３のフローチャート並びに図４及び図５に示すチャートを参照して、図２の振動モニタ３０の動作を説明する。

操作者は、振動モニタ３０を手首７２に取り付け、振動モニタのスイッチを入れる。操作者が動力工具を把持すると、振動モニタ３０と工具上のＲＦＩＤタグとの間のＲＦＩＤ通信リンクが動作して、動力工具データ７４のアップロードを提供する。別の用途では、操作者は、グラインダーのような固定された動力工具を用いて作業し、動力工具が接触されるワークピースを保持し、それによって動力工具の振動がワークピースを介して操作者に結合される。動力工具データも、この別の用途に従って振動モニタにアップロードされる。

振動モニタ内に備えられた三軸加速度計３６は、動力工具の使用中に操作者によって持続された振動を検知し、相互に直交するｘ、ｙ、及びｚ軸のそれぞれにおける振動信号を供給するように動作する。マイクロコントローラ３２は、ｘ、ｙ、及びｚ軸のうち少なくとも１つにおける変換された振動信号の周波数領域のピークの高さ分析を１２０Ｈｚと２００Ｈｚとの間で行う。ピークの高さが所定の値を上回る場合、第１、第２、及び第３の変換の高周波数セットが選択される（７６）。そうでない場合、第１、第２、及び第３の変換の低周波数セットが選択される（７６）。別のアプローチによれば、ＲＦＩＤタグからアップロードされた工具タイプデータは、変換の低周波数セット及び変換の高周波数セットのうちの１つを選択するために使用される。第１、第２、及び第３の変換の高周波数セット、並びに第１、第２、及び第３の変換の低周波数セットは、図４及び図５のそれぞれに示される。

振動モニタに備えられる三軸加速度計３６は、動力工具の使用中に操作者によって持続される振動を検知し続け、互いに直交するｘ、ｙ、及びｚ軸のそれぞれにおける振動信号を供給し続ける（７８）。操作者の手首上の振動モニタの方位を説明するために、ｘ軸は、操作者の腕又は手の背側と掌側との間に延在し、ｙ軸は、手の指の分離方向に操作者の腕又は手にわたって延在し、ｙ軸は、操作者の腕又は手に沿って延在する。各振動信号は、１．６ｋＨｚのレートで１秒毎に３２０ミリ秒にわたるマイクロコントローラ３２内に備えられるアナログ／デジタル変換器によってサンプリングされる。３つの軸についてサンプリングされた振動データは、ハイパスデジタルフィルタ及びノッチデジタルフィルタを用いてフィルタリングされ、動力工具以外からの振動データ、例えば、振ったり或いは床から脚を介して持続したりする操作者からの振動を除去する（８０）。

上述したように、マイクロコントローラ３２は、３つの軸についてサンプリングされた振動データを周波数領域に変換する（９２）。周波数領域への変換は、高周波分解能を提供するために、例えば１０秒の大きな時間窓を有するウェルチ方法による。ｘ、ｙ、及びｚ軸の周波数領域データは、変換の低周波数セット及び変換の高周波数セットのうち選択された１つのそれぞれの第１、第２、及び第３の変換を適用することによって変換される（９４）。次に、プロセッサは、下記の式３に従って、ｘ、ｙ、及びｚ軸のそれぞれについて二乗平均平方根値を決定するように動作する。

ここで、ａ_hwは、軸についての二乗平均平方根加速度であり、Ｗ_hiは、第１から第３の変換のそれぞれ１つによって適用されるｉ番目の１／３オクターブ帯域の重み係数であり、ａ_hiは、ｉ番目の１／３オクターブ帯域で測定される第１から第３の軸のうち１つについての加速度（メートル毎秒毎秒）である。次に、プロセッサは、下記の式４に従って、３つの軸についての二乗平均平方根加速度振動データを結合する。

ここで、ａ_hvは、３つの軸についての結合値であり、ａ_hwx、 ａ_hwy、及び ａ_hwyは、上記の式に従って決定されたｘ、ｙ、及びｚ軸についての二乗平均平方根値である。このようにして決定された結合値が振動レベル値である（９６）。代替的な実施形態では、十分な処理能力があることを条件として、第１から第３の変換が時間領域で適用される。周波数領域処理の代替として、時間領域で完全に処理することは、当業者の通常の設計能力の範囲内である。

代替的なアプローチによれば、第１から第３の変換が結合されて結合変換が提供され、ｘ、ｙ、及びｚ軸における振動データが結合されて結合振動データが提供される。次に、結合変換が結合振動データに適用される。

本発明の一形態では、第１から第３の変換又は結合変換は、振動の大きさによる手腕の解剖学の伝達率の変化を考慮に入れるように調整される。本形態の第１のアプローチによれば、周波数軸内で変換を移動させることによって、変換が調整される。本形態の第２のアプローチによれば、上述した全ての重み係数を変更することによって、全ての変換が調整される。本形態の第３のアプローチによれば、異なる周波数帯域における振動の大きさに応じて上述の重み係数を異なる程度に変化させることによって、異なる周波数帯域における変換の部分は異なるように調整される。例えば、より高い大きさの振動が存在する１つの周波数帯域において正のオフセットが適用されてもよく、より低い大きさの振動が存在する別の周波数帯域において負のオフセットが適用されてもよい。

振動暴露は、２×Ｔ×Ｖ^２に従って、振動レベル値の二乗に振動暴露持続時間を乗じることによって提供され、ここで、Ｔは、時間単位の暴露持続時間であり、Ｖは、振動レベル値である。振動曝露は、保存され（９８）、累積された振動曝露を提供するために、操作者の作業シフト中に以前に決定された振動曝露に加えられる。マイクロコントローラ３２が累積された振動暴露が振動モニタに記憶された振動暴露閾値を超えると決定した場合、マイクロコントローラ３２は、ブザー４０及び振動モータ４２を作動させて、操作者に警告を出すように動作する。マイクロコントローラ３２は、更に、ＬＣＤディスプレイ３４を介して、操作者に累積された振動曝露を表示するように動作する。マイクロコントローラ３２は、更に、操作者によって現在使用されている動力工具の使用残存時間を表示するように動作する。使用残存時間は、一日の暴露限界状態に到達する前に、動力工具の使用に残された時間である。使用残存時間は、累積された振動曝露、及び現在の動力工具の使用中に計算された振動曝露に基づいて計算される。使用残存時間は、現在の動力工具がより多く使用されるにつれて減少する。上述した振動暴露決定処理に加えて、マイクロコントローラ３２は、サンプリングされた振動データからパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を決定し、ＰＳＤをメモリに記憶するように動作する。ＰＳＤは、３Ｈｚと６５０Ｈｚの間で３．１２５Ｈｚの周波数刻みに基づいて決定される。振動が原因で操作者の手首で受け取られるエネルギーは、ＰＳＤの積分によって決定され、それによってエネルギー値が提供される。マイクロコントローラ３２は、更に、エネルギー値に応じて操作者の暴露値を決定するように動作する。

操作者のシフトの終わりに、操作者は、振動モニタ３０を手首から取り外し、ドッキングステーション５４内のベイに配置し、そこで振動モニタに備えられる充電式バッテリの再充電が開始する。加えて、累積された振動曝露及びパワースペクトル密度データは、操作者の曝露値と共にドッキングステーション５４に無線で伝達される。ドッキングステーション５４に格納されると、累積された振動曝露及びパワースペクトル密度データは、ここで説明した振動モニタ３０並びにドッキングステーション５４に備えられる公知の形態及び機能の通信ポートを介して同じ形式及び機能の他の振動モニタに記憶されたデータを受信するパーソナルコンピュータ等での後の検討及び分析のために利用可能である。

図４は、第１の実施例による、ｘ、ｙ、及びｚ軸のそれぞれに対する２つの変換を、ｘ軸に沿った周波数（Ｈｚ単位）及びｙ軸に沿った振幅値と共に示す。変換の低周波数セットは、ｘ軸に対する第１の変換（１３２）と、ｙ軸に対する第２の変換（１３４）と、ｚ軸に対する第３の変換（１３６）と、を含む。変換の高周波数セットは、ｘ軸に対する第１の変換（１３８）と、ｙ軸に対する第２の変換（１４０）と、ｚ軸に対する第３の変換（１４２）と、を含む。上述のように、変換の低及び高周波数セットの１つは、ｘ、ｙ及びｚ軸に対する振動信号のうち少なくとも１つのピークの高さ分析に基づいて、或いは工具タイプデータに基づいて選択される。次に、選択された第１、第２、及び第３の変換が、ｘ、ｙ、及びｚ軸に対する振動データにそれぞれ適用される。図４から分かるように、第１から第３の変換は、全て、トラフに下降する前に８と２０Ｈｚとの間のピークまで上昇する。第３の変換は、１よりもわずかに大きな増幅を有するピークを示す。第１及び第２の変換は、実質的に１未満の減衰を有するピークを示す。更に、第３の変換は、第１及び第２の変換のそれぞれがトラフから上昇する周波数よりも実質的に高い周波数で、トラフから上昇する。これに加えて、それぞれの変換は、８Ｈｚと２０Ｈｚとの間のピークより上に平底なトラフを有する。低周波数の変換１３２、１３４、１３６のそれぞれの第２のピークは、頂点が平坦になっている。高周波数の変換１３８、１４０、１４２のそれぞれは、トラフを超えて最大値に到達し、最大周波数まで最大値のままである。

図５は、第２の実施例による、ｘ、ｙ、及びｚ軸のそれぞれに対する２つの変換を、ｘ軸に沿った周波数（Ｈｚ単位）及びｙ軸に沿った振幅値と共に示す。ｘ、ｙ、及びｚ軸に対する低周波数の変換１５２、１５４、１５６及び高周波数の変換１５８、１６０、１６２は、以下に説明する図５の変換の形態におけるいくつかの違いがあるものの、図４を参照して上述したようなものである。

図５の各変換の平底なトラフは、図４の対応する変換のトラフよりも短い周波数範囲に及ぶ。ｘ軸に対する各低および高周波数の変換１５２、１５８のトラフを超えた最大振幅は、図４の対応する変換に対する振幅よりも高い。ｙ軸に対する高周波数の変換１６０のトラフを超えた最大振幅は、図４の対応する変換に対する振幅よりも高い。ｘ軸に対する高周波数の変換１５８は、頂点が平坦なピークを有するのに対して、対応する変換はトラフを超えて最大値に到達し、最大周波数まで最大値に留まる。

第１、第２、及び第３の変換のそれぞれは、工具又はワークとの接触点から振動モニタが装着される手首までの３Ｈｚと６５０Ｈｚとの間の振動の伝達を測定することによって決定される。振動の伝達は、代表的な伝達データを提供するために、様々な操作者に対して適宜異なる工具又はワークのセットについて測定される。代替的なアプローチでは、第１から第３の変換を操作者に適合させるために、特定の操作者に対して振動の伝達が測定される。代替的なアプローチでは、第１から第３の変換のうち１つ以上のパラメータは、解剖学的パラメータ及び特定の操作者が動力工具又はワークをどのように把持するかに関するパラメータのうち少なくとも１つの入力に応じて設定される。解剖学的パラメータは、操作者の肥満度指数又は手首の幅のうち少なくとも１つに基づく。特定の操作者が動力工具又はワークをどのように把持するかに関するパラメータは、操作者に対して実行される握力試験によって決定される。特定の状況では、この代替的なアプローチが代表的な送信データに基づいて変換を適合させるために使用される。次に、代表的な送信データ又は修正された代表的な送信データは、ＥＮ ＩＳＯ ５３４９：２００１の付属書Ａの表Ａ．２に規定されている重み付けと組み合わされて、図４に示される第１から第３の変換のそれぞれを提供する。別のアプローチによれば、代表的な送信データは、ＨＡＶ曝露決定に適した異なる重み付けと組み合わせて、図４に示される形態の第１から第３の変換を提供する。第１から第３の変換の２つのセットは、図３を参照して上述したように、振動モニタの動作中に使用するために振動モニタに備えられるデータメモリに記憶される。

Claims (22)

1. 動力工具の使用中に操作者の腕又は手に取り外し可能に取り付けられるように構成される振動モニタであって、
   前記振動モニタが前記操作者の前記腕又は手に取り付けられている際に、前記操作者の前記腕又は手によって持続される振動を検知し、第１の軸における振動に対応する第１の振動信号と、第２の軸における振動に対応する第２の振動信号と、第３の軸における振動に対応する第３の振動信号と、を提供するように動作する振動センサであって、前記第１の軸は、前記腕又は手の背側と掌側との間に延在し、前記第２の軸は、前記手の指の分離方向に前記腕又は手にわたって延在し、前記第３の軸は、前記腕又は手に沿って延在する、振動センサと、
   前記第１、第２、及び第３の振動信号を受信し、第１の変換を前記第１の振動信号に適用し、第２の変換を前記第２の振動信号に適用し、第３の変換を前記第３の振動信号に適用するように構成されるプロセッサと、を備え、
   前記プロセッサは、前記動力工具の使用中に前記操作者の振動曝露を決定するように更に構成され、前記振動曝露は、前記第１、第２、及び第３の変換によって変換された前記第１、第２、及び第３の振動信号に応じて決定され、
   前記第１から第３の変換のそれぞれは、周波数の増加につれて８Ｈｚと２０Ｈｚとの間のピークへの上昇と、周波数の増加に伴って前記ピークを超えるトラフへの下降と、周波数の更なる増加につれて前記トラフからの上昇と、を提供し、前記第３の変換は、前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つよりも高い周波数で前記トラフからの上昇を提供する、振動モニタ。
2. 前記第３の変換は、前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つに対して、前記トラフからの前記上昇よりも少なくとも２０Ｈｚだけ高い周波数で、前記トラフからの前記上昇を提供する、請求項１に記載の振動モニタ。
3. 前記第１の変換は、前記第１の振動信号に適用されて第１の変換データを提供し、前記第２の変換は、前記第２の振動信号に適用されて第２の変換データを提供し、前記第３の変換は、前記第３の振動信号に適用されて第３の変換データを提供し、前記第１から第３の変換データは、振動暴露を決定するために結合される、請求項１又は２に記載の振動モニタ。
4. 前記第１から第３の変換は、結合されて結合変換を提供し、前記第１から第３の振動信号は、結合されて結合振動信号を提供し、前記結合変換は、前記結合振動信号に適用されて結合変換データを提供し、振動暴露は、前記結合変換データに依存して決定される、請求項１又は２に記載の振動モニタ。
5. 前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つは、５０Ｈｚの周波数未満から開始する周波数の更なる増加に伴って、前記トラフからの前記上昇を提供する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の振動モニタ。
6. 前記第３の変換は、８０Ｈｚの周波数超えから開始する周波数の更なる増加に伴って、前記トラフからの前記上昇を提供する、請求項５に記載の振動モニタ。
7. 前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つは、３０Ｈｚ未満の前記トラフへの到達を提供し、前記第３の変換は、３０Ｈｚと１００Ｈｚとの間の前記トラフへの到達を提供する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の振動モニタ。
8. 前記第１から第３の変換のそれぞれは、周波数の増加に伴って、且つ１５０Ｈｚ未満の周波数で、最大の減衰から減衰の減少へ遷移し、減衰の増加から減衰の減少への前記遷移は、前記第１から第３の変換のそれぞれにおける前記トラフの一部を規定する、請求項１乃至７の何れか一項に記載の振動モニタ。
9. 前記第１の変換における前記トラフは、前記第２及び第３の変換のそれぞれにおける前記トラフよりも深くなく、前記第３の変換における前記トラフは、前記第２の変換における前記トラフよりも深い、請求項１乃至８の何れか一項に記載の振動モニタ。
10. 前記第１の変換によって提供される前記トラフは５０Ｈｚ未満の最大減衰レベルであり、最大減衰の帯域における減衰係数は０．３と０．５との間である、請求項１乃至９の何れか一項に記載の振動モニタ。
11. 更なる周波数の増加に伴って、前記第１の変換は、１２０Ｈｚ未満の周波数で減衰の減少の提供から増幅の増加の提供へ変化する前に減衰の減少を提供する、請求項１０に記載の振動モニタ。
12. 前記第２の変換によって提供される前記トラフは、５０Ｈｚ未満の最大減衰レベルであり、５０Ｈｚ未満の前記第２の変換によって到達される減衰レベルは、５０Ｈｚ未満の前記第１の変換によって到達される前記減衰レベルの半分までである、請求項１０又は１１に記載の振動モニタ。
13. 更なる周波数の増加に伴って、前記第２の変換は、１５０Ｈｚ未満の周波数で減衰の減少の提供から増幅の増加の提供へ変化する前に減衰の減少を提供する、請求項１２に記載の振動モニタ。
14. 前記第３の変換によって提供される前記トラフは１５０Ｈｚ未満の最大減衰レベルであり、前記第３の変換に対する最大減衰の帯域における減衰係数は０．１５と０．３５との間である、請求項１０乃至１３の何れか一項に記載の振動モニタ。
15. 更なる周波数の増加に伴って、前記第３の変換は、２５０Ｈｚ未満の周波数で減衰の減少の提供から増幅の増加の提供へ変化する前に減衰の減少を提供する、請求項１４に記載の振動モニタ。
16. 前記第１から第３の変換のそれぞれは１２０Ｈｚと３００Ｈｚとの間の周波数の増加に伴って最大増幅に到達し、到達した前記最大増幅は第２のピークの形成を有する、請求項１乃至１５の何れか一項に記載の振動モニタ。
17. ８Ｈｚと２０Ｈｚとの間の前記第１及び第２の変換の前記ピークは実質的に同じ周波数であり、８Ｈｚと２０Ｈｚとの間の前記第３の変換の前記ピークは前記第１及び第２の変換の前記ピークよりも１Ｈｚと５Ｈｚとの間だけ高い、請求項１乃至１６の何れか一項に記載の振動モニタ。
18. ８Ｈｚと２０Ｈｚとの間の前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つに対する前記ピークの高さは、８Ｈｚと２０Ｈｚとの間の前記第３の変換に対する前記ピークの高さよりも３０％まで低くてもよい、請求項１乃至１７の何れか一項に記載の振動モニタ。
19. 前記第３の変換に対する前記ピークの値は増幅を提供するために１超えであり、前記第１及び第２の変換のそれぞれに対する前記ピークの値は減衰を提供するために１未満である、請求項１乃至１８の何れか一項に記載の振動モニタ。
20. 前記第１から第３の変換のうち少なくとも１つは、低周波数の動力工具のための第１の形態と、高周波数の工具のための第２の形態と、を有し、前記変換の前記第１及び第２の形態は、閾値周波数未満で実質的に同じであり、前記閾値周波数超えで互いに異なるものであり、前記プロセッサは、前記第１から第３の振動信号のうち少なくとも１つを分析して、低又は高周波数の工具からの振動が検知されているか否かを決定するように構成され、変換の前記第１及び第２の形態のうち１つは、前記分析に応じて前記第１から第３の振動信号に適用される、請求項１乃至１９の何れか一項に記載の振動モニタ。
21. 前記第１から第３の変換のうち少なくとも１つ又はそれらの結合は、前記第１から第３の振動信号のうち少なくとも１つの大きさに応じて調整される、請求項１乃至２０の何れか一項に記載の振動モニタ。
22. 動力工具の使用中に操作者によって持続される振動を監視する方法であって、
    振動モニタが前記操作者の腕又は手に取り外し可能に取り付けられている際に、前記振動モニタに備えられる振動センサを介して前記操作者の前記腕又は手によって持続される振動を検知するステップと、
    前記振動センサから、第１の軸における振動に対応する第１の振動信号と、第２の軸における振動に対応する第２の振動信号と、第３の軸における振動に対応する第３の振動信号と、を提供するステップであって、前記第１の軸は、前記腕又は手の背側と掌側との間に延在し、前記第２の軸は、前記手の指の分離方向に前記腕又は手にわたって延在し、前記第３の軸は、前記腕又は手に沿って延在するステップと、
    プロセッサにおいて、第１の変換を前記第１の振動信号に適用し、第２の変換を前記第２の振動信号に適用し、第３の変換を前記第３の振動信号に適用するステップと、
    前記プロセッサにおいて、前記動力工具の使用中に前記操作者に対する振動暴露を決定するステップであって、前記振動暴露は、前記第１、第２、及び第３の変換によって変換された前記第１、第２、及び第３の振動信号に応じて決定され、
    前記第１から第３の変換のそれぞれは、周波数の増加につれて８Ｈｚと２０Ｈｚとの間のピークへの上昇と、周波数の増加に伴って前記ピークを超えるトラフへの下降と、周波数の更なる増加に伴って前記トラフからの上昇と、を提供し、前記第３の変換は、前記第１及び第２の変換のうち少なくとも１つよりも高い周波数で前記トラフからの上昇を提供するステップと、
    を含む、方法。
    

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