JP2024039334A - Dynamic characteristic measurement apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、動特性測定装置に関する。 The present disclosure relates to a dynamic characteristic measuring device.
ワークの動特性を測定するための動特性測定装置が知られている。特許文献1に係る動特性測定装置は、基部と、基部の上部に空気バネを介してフローティング状態とすることを可能に載置された支持部と、基部と支持部との間に取付けられたワークの基部側に設けられ且つワークに上下方向の振動を与える動電加振機と、ワークの支持部側に設けられ且つワークに与えられた動荷重を計測するロードワッシャと、を備える。また、動電加振機は、ワークに対して上下方向のプリロードを与える。 Dynamic characteristic measuring devices for measuring dynamic characteristics of a workpiece are known. The dynamic characteristic measuring device according to Patent Document 1 includes a base, a support placed on the upper part of the base so as to be in a floating state via an air spring, and a base mounted between the base and the support. It includes an electrodynamic vibrator that is provided on the base side of the workpiece and applies vibration in the vertical direction to the workpiece, and a load washer that is provided on the support side of the workpiece and measures the dynamic load applied to the workpiece. Further, the electrodynamic vibrator applies preload in the vertical direction to the workpiece.
特許文献1に係る動特性測定装置では、ワークに上下方向のプリロードを与えながらワークに上下方向の振動を与えることによって、ワークに上下方向の静荷重が与えられた状態におけるワークの上下方向の動特性を測定することができる。 The dynamic characteristic measuring device according to Patent Document 1 applies vertical vibration to the workpiece while applying a vertical preload to the workpiece, thereby measuring the vertical movement of the workpiece when a vertical static load is applied to the workpiece. Characteristics can be measured.
ところで、ワークに上下方向の静荷重が与えられた状態におけるワークの水平方向の動特性を測定したい場合がある。この場合、ワークを一対の保持部により上下方向に挟んで保持しながらワークに対して上下方向のプリロードを与えるとともに、ワークに対して加振機により水平方向の振動を与える。 Incidentally, there are cases in which it is desired to measure the horizontal dynamic characteristics of a workpiece in a state where a vertical static load is applied to the workpiece. In this case, a preload is applied to the workpiece in the vertical direction while the workpiece is held between the pair of holding parts in the vertical direction, and a vibration in the horizontal direction is applied to the workpiece by the vibrator.
しかしながら、上記構成では、ワークに対して上下方向のプリロードを与えながらワークに対して水平方向の振動を与えたときに、ワークは、上下の保持部に拘束されて、水平方向へ自由に変位できない。ワークが水平方向へ自由に変位できなければ、ワークの水平方向の動特性を測定するに際して、誤差の要因となる。 However, with the above configuration, when a horizontal vibration is applied to the workpiece while applying a preload in the vertical direction to the workpiece, the workpiece is restrained by the upper and lower holding parts and cannot be freely displaced in the horizontal direction. . If the workpiece cannot be freely displaced in the horizontal direction, it will cause errors when measuring the horizontal dynamic characteristics of the workpiece.
このため、ワークに上下方向の静荷重が与えられた状態におけるワークの水平方向の動特性を精度よく測定できないという問題があった。 For this reason, there is a problem in that it is not possible to accurately measure the horizontal dynamic characteristics of the workpiece when a vertical static load is applied to the workpiece.
本開示は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ワークに上下方向の静荷重が与えられた状態におけるワークの水平方向の動特性を精度よく測定することにある。 The present disclosure has been made in view of this point, and its purpose is to accurately measure the horizontal dynamic characteristics of a workpiece in a state where a vertical static load is applied to the workpiece. .
本開示に係る動特性測定装置は、ワークを上下方向に挟んで保持する上側保持部及び下側保持部と、前記上側保持部又は前記下側保持部を通じて前記ワークに対して上下方向のプリロードを与えるプリロード生成部と、前記ワークに対して水平方向の振動を与える加振部と、前記加振部により前記ワークに対して与えられる荷重を検出する荷重センサと、少なくとも前記荷重センサにより検出された前記荷重に基づいて前記ワークの水平方向の動特性を測定する制御部と、を備え、前記上側保持部及び前記下側保持部のうちの少なくとも一方は、前記ワークを非接触で保持する。 The dynamic characteristic measuring device according to the present disclosure includes an upper holding part and a lower holding part that sandwich and hold a workpiece in the vertical direction, and applies a preload in the vertical direction to the workpiece through the upper holding part or the lower holding part. a preload generation unit that applies vibrations in a horizontal direction to the workpiece; a load sensor that detects a load that is applied to the workpiece by the vibration unit; a control section that measures horizontal dynamic characteristics of the workpiece based on the load, and at least one of the upper holding section and the lower holding section holds the workpiece in a non-contact manner.
かかる構成によれば、動特性測定装置は、ワークを上側保持部及び下側保持部によって上下方向に挟んで保持した状態で、ワークに対してプリロード生成部によって上下方向のプリロードを与えながら、ワークに対して加振部によって水平方向の振動を与える。そして、加振部によるワークに対する荷重を荷重センサによって検出するとともに、ワークの水平方向の動特性を当該荷重に基づいて制御部によって測定する。 According to this configuration, the dynamic characteristic measuring device applies a preload to the workpiece in the vertical direction by the preload generation section while holding the workpiece vertically between the upper holding part and the lower holding part. The vibrating section applies horizontal vibration to the object. Then, the load on the workpiece due to the vibrating section is detected by the load sensor, and the horizontal dynamic characteristics of the workpiece are measured by the control section based on the load.
ここで、上側保持部及び下側保持部のうちの少なくとも一方がワークに接触しないので、ワークに対して上下方向のプリロードを与えながらワークに対して水平方向の振動を与えたとしても、ワークは、上側保持部と下側保持部との間で水平方向へ自由に変位することができる。ワークが水平方向へ自由に変位できるので、ワークの水平方向の動特性を測定するに際して、誤差が生じにくい。 Here, since at least one of the upper holding part and the lower holding part does not contact the workpiece, even if a horizontal vibration is applied to the workpiece while applying a preload in the vertical direction to the workpiece, the workpiece will not move. , can be freely displaced in the horizontal direction between the upper holding part and the lower holding part. Since the workpiece can be freely displaced in the horizontal direction, errors are less likely to occur when measuring the horizontal dynamic characteristics of the workpiece.
これにより、ワークに上下方向の静荷重が与えられた状態におけるワークの水平方向の動特性を精度よく測定することができる。 Thereby, it is possible to accurately measure the horizontal dynamic characteristics of the workpiece in a state where a vertical static load is applied to the workpiece.
一実施形態では、前記上側保持部及び前記下側保持部のうちの前記少なくとも一方には、前記ワークを非接触で支持するエアベアリングが設けられている。 In one embodiment, at least one of the upper holding part and the lower holding part is provided with an air bearing that supports the workpiece in a non-contact manner.
かかる構成によれば、エアベアリングの表面とワークとの間に空気層が形成されることによって、ワークがエアベアリングの表面上を水平方向へ自由に変位することを許容しつつ、当該空気層によりワークを上下方向に保持することができる。 According to this configuration, an air layer is formed between the surface of the air bearing and the workpiece, thereby allowing the workpiece to freely displace on the surface of the air bearing in the horizontal direction, while the air layer allows the workpiece to move freely in the horizontal direction on the surface of the air bearing. Workpieces can be held vertically.
一実施形態では、前記エアベアリングは、ジョイントによって揺動可能である。 In one embodiment, the air bearing is swingable by a joint.
かかる構成によれば、ワークの変位に対するエアベアリングの追従性が良くなる。 According to this configuration, the ability of the air bearing to follow the displacement of the workpiece is improved.
一実施形態では、前記下側保持部には、前記ワークが載せられており、前記上側保持部は、前記ワークを上側から非接触で押さえる。 In one embodiment, the workpiece is placed on the lower holding part, and the upper holding part holds the workpiece from above in a non-contact manner.
かかる構成によれば、上側保持部及び下側保持部によるワークの保持が容易になる。 According to this configuration, the workpiece can be easily held by the upper holding part and the lower holding part.
一実施形態では、前記加振部による前記ワークの変位を検出する変位センサを備え、前記制御部は、前記荷重センサにより検出された前記荷重及び前記変位センサにより検出された前記変位に基づいて前記ワークの水平方向の前記動特性としての動バネ定数を測定する。 In one embodiment, the control unit includes a displacement sensor that detects a displacement of the workpiece caused by the vibrating unit, and the control unit is configured to perform the control unit based on the load detected by the load sensor and the displacement detected by the displacement sensor. A dynamic spring constant as the dynamic characteristic in the horizontal direction of the workpiece is measured.
かかる構成によれば、ワークの水平方向の動特性を表す代表的な指標である、ワークの水平方向の動バネ定数を、精度よく測定することができる。 According to this configuration, it is possible to accurately measure the horizontal dynamic spring constant of the workpiece, which is a typical index representing the horizontal dynamic characteristics of the workpiece.
一実施形態では、前記上側保持部を保持する上側質量部と、前記下側保持部を保持する下側質量部と、基礎に載置されるフレームと、を備え、前記上側質量部及び前記下側質量部はそれぞれ、前記フレームに弾性体を介して支持されている。 In one embodiment, the upper mass part and the lower mass part include an upper mass part that holds the upper holding part, a lower mass part that holds the lower holding part, and a frame that is placed on a foundation. Each of the side mass parts is supported by the frame via an elastic body.
かかる構成によれば、上側質量部及び下側質量部(上側保持部及び下側保持部)に対してフレームの共振が伝達されるのを抑制することができるので、ワークの水平方向の動特性を、より精度よく測定することができる。 According to this configuration, it is possible to suppress the resonance of the frame from being transmitted to the upper mass part and the lower mass part (the upper holding part and the lower holding part), thereby improving the horizontal dynamic characteristics of the workpiece. can be measured with greater precision.
本開示によれば、ワークに上下方向の静荷重が与えられた状態におけるワークの水平方向の動特性を精度よく測定することができる。 According to the present disclosure, it is possible to accurately measure the horizontal dynamic characteristics of a workpiece in a state where a vertical static load is applied to the workpiece.
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物あるいはその用途を制限することを意図するものでは全くない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail based on the drawings. The following description of preferred embodiments is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the present disclosure, its applications, or its uses.
図1は、動特性測定装置1を正面図で示す。動特性測定装置1は、ワークWの上下方向(Vで示す)及び水平方向(Hで示す)の動特性としての動バネ定数Kを測定する。上下方向は、鉛直方向である。水平方向は、上下方向に直交する方向であって、左右方向及び/又は前後方向である。 FIG. 1 shows a dynamic characteristic measuring device 1 in a front view. The dynamic characteristic measuring device 1 measures the dynamic spring constant K as the dynamic characteristic of the workpiece W in the vertical direction (indicated by V) and in the horizontal direction (indicated by H). The up-down direction is the vertical direction. The horizontal direction is a direction perpendicular to the up-down direction, and is the left-right direction and/or the front-back direction.
図1に示すように、動特性測定装置1は、基底部2と、加振部としての加振装置3と、水平測定用フレーム4と、水平測定用下側質量部5と、水平測定用上側質量部6と、水平測定用下側保持部7と、水平測定用上側保持部8と、プリロード生成部としてのプリロード生成機構9と、荷重センサとしてのロードセル10と、変位センサ11と、制御部としてのコントローラ12と、上下測定用フレーム13と、上下測定用質量部14と、上下測定用下側保持部15と、上下測定用上側保持部16と、を備える。 As shown in FIG. 1, the dynamic characteristic measuring device 1 includes a base section 2, an excitation device 3 as an excitation section, a frame 4 for horizontal measurement, a lower mass section 5 for horizontal measurement, and a lower mass section 5 for horizontal measurement. An upper mass part 6, a lower holding part 7 for horizontal measurement, an upper holding part 8 for horizontal measurement, a preload generation mechanism 9 as a preload generation part, a load cell 10 as a load sensor, a displacement sensor 11, and a control A controller 12 as a part, a frame 13 for vertical measurement, a mass part 14 for vertical measurement, a lower holding part 15 for vertical measurement, and an upper holding part 16 for vertical measurement.
以下、簡単のため、水平測定用フレーム4、水平測定用下側質量部5、水平測定用上側質量部6、水平測定用下側保持部7及び水平測定用上側保持部8を、単に、フレーム4、下側質量部5、上側質量部6、下側保持部7及び上側保持部8という。 Hereinafter, for the sake of simplicity, the frame 4 for horizontal measurement, the lower mass part 5 for horizontal measurement, the upper mass part 6 for horizontal measurement, the lower holding part 7 for horizontal measurement, and the upper holding part 8 for horizontal measurement are simply referred to as the frame. 4, lower mass part 5, upper mass part 6, lower holding part 7, and upper holding part 8.
基底部2は、基礎B上に載置されている。基礎Bは、例えば、フロアの床面である。基底部2は、例えば金属で形成されている。基底部2は、水平方向に延びている。 The base part 2 is placed on the foundation B. The foundation B is, for example, the floor surface of a floor. The base portion 2 is made of metal, for example. The base portion 2 extends horizontally.
加振装置3は、上下測定用フレーム13の載置板13b(後述)上に、空気バネ(図示せず)を介して載置されている。加振装置3は、加振対象に当接するアタッチメント3aを、含む。加振装置3は、アタッチメント3aを、上下方向に臨む姿勢(図示せず)と水平方向に臨む姿勢(図1参照)との間で、姿勢変換させ得る。これにより、加振装置3は、加振対象を、上下方向及び水平方向へ加振し得る。 The vibration device 3 is mounted on a mounting plate 13b (described later) of the vertical measurement frame 13 via an air spring (not shown). The vibration device 3 includes an attachment 3a that contacts the vibration target. The vibration device 3 can change the posture of the attachment 3a between a vertically facing posture (not shown) and a horizontally facing posture (see FIG. 1). Thereby, the vibration device 3 can vibrate the vibration target in the vertical direction and the horizontal direction.
フレーム4は、スライドレール17を介して、基底部2上に載置されている。すなわち、フレーム4は、スライドレール17及び基底部2を介して、基礎B上に載置されている。フレーム4は、例えば金属で形成されている。 The frame 4 is placed on the base portion 2 via a slide rail 17. That is, the frame 4 is placed on the foundation B via the slide rail 17 and the base portion 2. The frame 4 is made of metal, for example.
フレーム4は、底板4aと、中板4bと、天板4cと、支柱4dと、を含む。底板4aは、スライドレール17を介して、基底部2上に載置されている。中板4bは、底板4aよりも上側に配置されている。天板4cは、中板4bよりも上側に配置されている。底板4a、中板4b及び天板4cは、例えば四角形状であって、水平方向に延びている。支柱4dは、上下方向に延びており、底板4a、中板4b及び天板4cの外周部において、これらを互いに連結している。 The frame 4 includes a bottom plate 4a, a middle plate 4b, a top plate 4c, and a support column 4d. The bottom plate 4a is placed on the base portion 2 via the slide rail 17. The middle plate 4b is arranged above the bottom plate 4a. The top plate 4c is arranged above the middle plate 4b. The bottom plate 4a, the middle plate 4b, and the top plate 4c have, for example, a rectangular shape and extend in the horizontal direction. The support column 4d extends in the vertical direction and connects the bottom plate 4a, the middle plate 4b, and the top plate 4c to each other at their outer peripheries.
下側質量部5は、フレーム4の底板4a上に、弾性体としての第1空気バネ18を介して、支持されている。上側質量部6は、フレーム4の中板4b上に、弾性体としての第2空気バネ19を介して、支持されている。下側質量部5及び上側質量部6はそれぞれ、例えば金属製でブロック状の錘である。下側質量部5及び上側質量部6各々の重量、サイズ及び形状等は、共振を回避するために適宜設定される。下側質量部5及び上側質量部6は、フローティングマスとも呼ばれる。 The lower mass portion 5 is supported on the bottom plate 4a of the frame 4 via a first air spring 18 as an elastic body. The upper mass portion 6 is supported on the middle plate 4b of the frame 4 via a second air spring 19 as an elastic body. The lower mass part 5 and the upper mass part 6 are each block-shaped weights made of metal, for example. The weight, size, shape, etc. of each of the lower mass part 5 and the upper mass part 6 are appropriately set in order to avoid resonance. The lower mass part 5 and the upper mass part 6 are also called floating masses.
下側保持部7は、下側質量部5の上側にある。下側質量部5は、下側保持部7を保持する。具体的には、下側保持部7は、下側質量部5の上部に固定されている。下側保持部7は、例えば金属製のブロック状であり、上下方向に延びている。下側保持部7は、下側質量部5と一体形成されてもよいし別部材で構成されてもよい。下側保持部7の上部には、水平方向に延びる板状の載置台23が固定されている(図2参照)。なお、詳細は後述するが、下側保持部7と載置台23との間には、ロードセル10が配置されている。 The lower holding part 7 is located above the lower mass part 5. The lower mass part 5 holds the lower holding part 7. Specifically, the lower holding part 7 is fixed to the upper part of the lower mass part 5. The lower holding part 7 is, for example, in the shape of a metal block, and extends in the vertical direction. The lower holding portion 7 may be formed integrally with the lower mass portion 5 or may be constituted by a separate member. A plate-shaped mounting table 23 extending in the horizontal direction is fixed to the upper part of the lower holding part 7 (see FIG. 2). Note that, although details will be described later, a load cell 10 is arranged between the lower holding part 7 and the mounting table 23.
上側保持部8は、上側質量部6の下側にある。上側質量部6は、上側保持部8を保持する。具体的には、上側保持部8は、上側質量部6の下部に固定されている。上側保持部8は、例えば金属製のブロック状であり、上下方向に延びている。上側保持部8は、フレーム4の中板4bを貫通して、中板4bよりも下側まで延びている。上側保持部8は、上側質量部6と一体形成されてもよいし別部材で構成されてもよい。 The upper holding part 8 is located below the upper mass part 6. The upper mass part 6 holds the upper holding part 8. Specifically, the upper holding part 8 is fixed to the lower part of the upper mass part 6. The upper holding part 8 is, for example, shaped like a metal block and extends in the vertical direction. The upper holding portion 8 penetrates the middle plate 4b of the frame 4 and extends below the middle plate 4b. The upper holding part 8 may be formed integrally with the upper mass part 6 or may be constituted by a separate member.
図2は、図1におけるワークW近傍を拡大正面図で示す。図2に示すように、ワークWは、下側保持部7と上側保持部8との間に配置されている。下側保持部7の上側に固定さされた載置台23の上面には、ワークWが載せられている。ワークWは、弾性体であって、例えば防振ゴムである。ワークWの上面には、水平方向に延びる金属製の支持板24が固定されている。 FIG. 2 shows an enlarged front view of the vicinity of the workpiece W in FIG. 1. As shown in FIG. 2, the workpiece W is placed between the lower holding part 7 and the upper holding part 8. A workpiece W is placed on the upper surface of a mounting table 23 fixed to the upper side of the lower holding part 7. The workpiece W is an elastic body, such as vibration-proof rubber. A metal support plate 24 extending in the horizontal direction is fixed to the upper surface of the workpiece W.
ここで、上側保持部8には、エアベアリング20が設けられている。エアベアリング20は、上側保持部8の下側且つワークWの上側にある。エアベアリング20は、水平方向に延びている。エアベアリング20の下面(表面)は、支持板24を介して、ワークWの上面に臨んでいる。エアベアリング20の下面と支持板24の上面との間には、僅かに隙間A(例えば数μm程度)がある。エアベアリング20は、例えば金属で形成されている。 Here, the upper holding part 8 is provided with an air bearing 20. The air bearing 20 is located below the upper holding part 8 and above the workpiece W. Air bearing 20 extends horizontally. The lower surface (front surface) of the air bearing 20 faces the upper surface of the workpiece W via the support plate 24. There is a slight gap A (for example, about several μm) between the lower surface of the air bearing 20 and the upper surface of the support plate 24. The air bearing 20 is made of metal, for example.
図3は、エアベアリング20を正面断面図で示す。図3に示すように、エアベアリング20は、ボールジョイント21を介して、上側保持部8に連結されている。ボールジョイント21は、上下方向に延びる棒状体である。ボールジョイント21の上端部は、上側保持部8の下面に固定されている。ボールジョイント21の下端部には、球状部21aが形成されている。エアベアリング20は、ボールジョイント21の球状部21aに連結されており、ボールジョイント21の球状部21aを起点に上下方向及び水平方向(前後方向及び左右方向)に揺動可能になっている。エアベアリング20は、ボールジョイント21の球状部21aによって、上側保持部8に対して、上下方向及び水平方向に揺動可能である。 FIG. 3 shows the air bearing 20 in a front sectional view. As shown in FIG. 3, the air bearing 20 is connected to the upper holding part 8 via a ball joint 21. The ball joint 21 is a rod-shaped body that extends in the vertical direction. The upper end of the ball joint 21 is fixed to the lower surface of the upper holding part 8. A spherical portion 21a is formed at the lower end of the ball joint 21. The air bearing 20 is connected to the spherical portion 21a of the ball joint 21, and is able to swing vertically and horizontally (back-and-forth and left-right directions) from the spherical portion 21a of the ball joint 21 as a starting point. The air bearing 20 can swing vertically and horizontally with respect to the upper holding part 8 by the spherical part 21a of the ball joint 21.
エアベアリング20の下面には、ノズル20aが形成されている。ノズル20aは、エアベアリング20の内部を延びる連通路20bを介して、外部のコンプレッサ(図示せず)に連通している。ノズル20aから下方に向けて、空気が噴出される。これにより、エアベアリング20の下面と、(ワークWの上側に固定された)支持板24の上面との隙間Aに、空気層が形成される(以下「空気層A」という場合がある)。エアベアリング20は、空気層Aを介して、ワークWを上側から非接触で支持する。上側保持部8は、エアベアリング20(空気層A)を介して、ワークWを上側から非接触で押さえる。 A nozzle 20a is formed on the lower surface of the air bearing 20. The nozzle 20a communicates with an external compressor (not shown) via a communication path 20b extending inside the air bearing 20. Air is ejected downward from the nozzle 20a. As a result, an air layer is formed in the gap A between the lower surface of the air bearing 20 and the upper surface of the support plate 24 (fixed to the upper side of the workpiece W) (hereinafter sometimes referred to as "air layer A"). The air bearing 20 supports the work W from above in a non-contact manner via the air layer A. The upper holding part 8 holds the workpiece W from above without contact via the air bearing 20 (air layer A).
図2に戻って、上側保持部8及び下側保持部7は、ワークWを上下方向に挟んで保持する。そして、上側保持部8は、エアベアリング20(空気層A)を介して、ワークWを非接触で保持する。 Returning to FIG. 2, the upper holding part 8 and the lower holding part 7 hold the work W by sandwiching it in the vertical direction. The upper holding part 8 holds the workpiece W in a non-contact manner via the air bearing 20 (air layer A).
図1に戻って、プリロード生成機構9は、公知の電動スクリュージャッキ機構で構成されている。プリロード生成機構9は、ねじ棒9aと、受け台9bと、モータ9cと、を含む。ねじ棒9aは、基底部2からフレーム4の中板4bに亘って、上下方向に延びている。受け台9bは、ねじ棒9aに係合されており、フレーム4の中板4bを下側から受けている。モータ9cは、ねじ棒9aを回転させることによって、受け台9bを上下方向に移動させる。 Returning to FIG. 1, the preload generation mechanism 9 is comprised of a known electric screw jack mechanism. The preload generation mechanism 9 includes a threaded rod 9a, a pedestal 9b, and a motor 9c. The threaded rod 9a extends in the vertical direction from the base portion 2 to the middle plate 4b of the frame 4. The cradle 9b is engaged with the threaded rod 9a, and receives the middle plate 4b of the frame 4 from below. The motor 9c moves the pedestal 9b in the vertical direction by rotating the threaded rod 9a.
受け台9bが上下方向に移動すると、フレーム4の中板4b、上側質量部6及び上側保持部8も、連動して上下方向に移動する。プリロード生成機構9の受け台9bを下方に移動させることによって、上側保持部8は、エアベアリング20(空気層A)を介して、ワークWを上側から下方へ押圧する。プリロード生成機構9は、上側保持部8(エアベアリング20)を通じて、ワークWに対して上下方向のプリロードPを与える。ワークWに対する上下方向のプリロードPは、ワークWに対する上下方向の静荷重に相当しており、例えば車両におけるエンジンの重量に対応する。プリロードPは、例えば、数百[N]~数千[N]程度である。 When the pedestal 9b moves in the vertical direction, the middle plate 4b of the frame 4, the upper mass part 6, and the upper holding part 8 also move in the vertical direction in conjunction. By moving the pedestal 9b of the preload generation mechanism 9 downward, the upper holding part 8 presses the workpiece W from above to below via the air bearing 20 (air layer A). The preload generation mechanism 9 applies a vertical preload P to the workpiece W through the upper holding part 8 (air bearing 20). The preload P in the vertical direction on the workpiece W corresponds to a static load on the workpiece W in the vertical direction, and corresponds to, for example, the weight of an engine in a vehicle. The preload P is, for example, about several hundred [N] to several thousand [N].
図2に示すように、加振装置3のアタッチメント3aは、ワークWの上側に配置された支持板24の側面に臨んでおり、支持板24に当接する。加振装置3は、アタッチメント3aを水平方向に振動させることによって、支持板24を介して、ワークWに対して水平方向の振動Uを与える。 As shown in FIG. 2, the attachment 3a of the vibration device 3 faces the side surface of the support plate 24 arranged above the workpiece W, and comes into contact with the support plate 24. The vibration device 3 applies a horizontal vibration U to the workpiece W via the support plate 24 by horizontally vibrating the attachment 3a.
ロードセル10は、ワークWの下側に配置された載置台23と、下側保持部7との間に、配置されている。ロードセル10として、公知の種々の方式が適用可能である。 The load cell 10 is arranged between a mounting table 23 arranged below the workpiece W and the lower holding part 7. Various known methods can be applied as the load cell 10.
ロードセル10は、加振装置3によりワークWに対して与えられる水平方向の荷重Fを検出する。ロードセル10は、前後方向及び左右方向に対応するように、複数用意されてもよい。また、図示しないが、ワークWに対する上下方向のプリロードPを検出するための荷重センサを、別途設けてもよい。ロードセル10の配置箇所は、その方式により様々である。例えば、ロードセル10は、載置台23における加振装置3とは反対側の側面に取り付けられてもよい。 The load cell 10 detects the horizontal load F applied to the work W by the vibration device 3. A plurality of load cells 10 may be prepared so as to correspond to the front-rear direction and the left-right direction. Further, although not shown, a load sensor for detecting the preload P in the vertical direction on the workpiece W may be separately provided. The placement location of the load cell 10 varies depending on the method. For example, the load cell 10 may be attached to the side surface of the mounting table 23 on the opposite side from the vibration device 3.
変位センサ11は、加振装置3によるワークWの水平方向の変位δを検出する。ワークWの変位δは、主にワークWの弾性変形によって起こる。変位センサ11として、公知の種々の方式が適用可能である。また、変位センサ11の代わりに加速度センサを採用して、得られた加速度を後述するコントローラ12で積分することによって、変位δを算出してもよい。この場合の加速度センサは、変位センサ11として機能する。加速度センサとして、公知の種々の方式が適用可能である。 The displacement sensor 11 detects the horizontal displacement δ of the workpiece W caused by the vibration device 3 . The displacement δ of the workpiece W is mainly caused by elastic deformation of the workpiece W. Various known methods can be applied as the displacement sensor 11. Alternatively, the displacement δ may be calculated by employing an acceleration sensor instead of the displacement sensor 11 and integrating the obtained acceleration by the controller 12, which will be described later. The acceleration sensor in this case functions as the displacement sensor 11. Various known methods can be applied as the acceleration sensor.
変位センサ11は、前後方向及び左右方向に対応するように、複数用意されてもよい。変位センサ11は、ワークWの上側に配置された支持板24における加振装置3とは反対側の側面に、配置されている。なお、変位センサ11の配置箇所は、その方式により様々である。 A plurality of displacement sensors 11 may be provided so as to correspond to the front-rear direction and the left-right direction. The displacement sensor 11 is arranged on the side surface of the support plate 24 arranged above the workpiece W on the opposite side from the vibration device 3. Note that the placement location of the displacement sensor 11 varies depending on the method.
コントローラ12は、マイコン及びプログラムで構成されている。コントローラ12は、加振装置3、プリロード生成機構9、ロードセル10及び変位センサ11に、接続されている。コントローラ12は、ロードセル10により検出された水平方向の荷重F及び変位センサ11により検出された水平方向の変位δに基づいて、ワークWの水平方向の動バネ定数(動特性)Kを測定(算出)する。動バネ定数K[N/mm]は、荷重F[N]/変位δ[mm]で得られる。荷重F及び変位δの検出値に上下方向成分を含む場合、コントローラ12によって水平方向に変換してもよい。 The controller 12 is composed of a microcomputer and a program. The controller 12 is connected to the vibration device 3, the preload generation mechanism 9, the load cell 10, and the displacement sensor 11. The controller 12 measures (calculates) the horizontal dynamic spring constant (dynamic characteristic) K of the work W based on the horizontal load F detected by the load cell 10 and the horizontal displacement δ detected by the displacement sensor 11. )do. The dynamic spring constant K [N/mm] is obtained by load F [N]/displacement δ [mm]. When the detected values of the load F and the displacement δ include vertical components, the controller 12 may convert them to horizontal components.
上述したように、加振装置3は、アタッチメント3aを上下方向に臨む姿勢(図示せず)に位置付けることによって、加振対象を上下方向へ加振し得る。そこで、動特性測定装置1は、ワークWの上下方向の動バネ定数(動特性)Kを測定するために、以下の構成をなす。 As described above, the vibration device 3 can vibrate the vibration target in the vertical direction by positioning the attachment 3a in a vertically facing posture (not shown). Therefore, the dynamic characteristic measuring device 1 has the following configuration in order to measure the dynamic spring constant (dynamic characteristic) K of the workpiece W in the vertical direction.
上下測定用フレーム13は、基底部2上に載置されている。上下測定用フレーム13は、天板13aと、上下方向に延び且つ天板13aを支持する支柱13bと、天板13aの下側に配置され且つ支柱13bに支持された載置板13cと、を含む。上下測定用質量部14は、上下測定用フレーム13の天板13a上に、第3空気バネ22を介して支持されている。加振装置3は、載置板13c上に、空気バネ(図示せず)を介して、支持されている。上下測定用下側保持部15は、加振装置3のアタッチメント3aが上下方向に臨む姿勢のときに、アタッチメント3aに連結される(図示せず)。上下測定用上側保持部16は、上下測定用質量部14の下部に保持されている。 The upper and lower measuring frame 13 is placed on the base portion 2 . The vertical measurement frame 13 includes a top plate 13a, a column 13b extending in the vertical direction and supporting the top plate 13a, and a mounting plate 13c disposed below the top plate 13a and supported by the column 13b. include. The vertical measuring mass section 14 is supported on the top plate 13a of the vertical measuring frame 13 via a third air spring 22. The vibration device 3 is supported on the mounting plate 13c via an air spring (not shown). The lower holding part 15 for vertical measurement is connected to the attachment 3a (not shown) when the attachment 3a of the vibration device 3 is in a posture facing the vertical direction. The upper holding part 16 for vertical measurement is held at the lower part of the mass part 14 for vertical measurement.
上下測定用下側保持部15及び上下測定用上側保持部16は、ワークWを上下方向に挟んで保持する。上下測定用下側保持部15及び上下測定用上側保持部16は、電動スクリュージャッキ機構(図示せず)によって、上下測定用上側保持部16を通じて、ワークWに対して上下方向のプリロードを与える。加振装置3は、アタッチメント3aを上下方向に振動させることによって、上下測定用下側保持部15を介して、ワークWに対して上下方向の振動を与える。図示しないが、加振装置3によりワークWに対して与えられる上下方向の荷重を検出するための上下用ロードセルがある。また、加振装置3によるワークWの上下方向の変位を検出するための上下用変位センサがある。上下用ロードセル及び上下用変位センサは、コントローラ12に接続されている。 The lower holding part 15 for vertical measurement and the upper holding part 16 for vertical measurement hold the work W by sandwiching it in the vertical direction. The lower holding part 15 for vertical measurement and the upper holding part 16 for vertical measurement apply a preload in the vertical direction to the work W through the upper holding part 16 for vertical measurement by an electric screw jack mechanism (not shown). The vibration device 3 vibrates the attachment 3a in the vertical direction, thereby applying vibration in the vertical direction to the workpiece W via the lower holding part 15 for vertical measurement. Although not shown, there is a vertical load cell for detecting the vertical load applied to the workpiece W by the vibration device 3. Further, there is a vertical displacement sensor for detecting vertical displacement of the workpiece W caused by the vibration device 3. The vertical load cell and the vertical displacement sensor are connected to the controller 12.
(作用効果)
本実施形態によれば、動特性測定装置1は、ワークWを上側保持部8及び下側保持部7によって上下方向に挟んで保持した状態で、ワークWに対してプリロード生成機構9によって上下方向のプリロードPを与えながら、ワークWに対して加振装置3によって水平方向の振動Uを与える。そして、加振装置3によるワークWに対する水平方向の荷重F及び加振装置3によるワークWの水平方向の変位δを、ロードセル10及び変位センサ11によって検出するとともに、ワークWの水平方向の動バネ定数(動特性)Kを、荷重F及び変位δに基づいてコントローラ12によって測定する。
(effect)
According to the present embodiment, the dynamic characteristic measuring device 1 is configured such that the workpiece W is held between the upper holding part 8 and the lower holding part 7 in the vertical direction, and the preload generation mechanism 9 is applied to the workpiece W in the vertical direction. While applying a preload P of , horizontal vibration U is applied to the workpiece W by the vibration excitation device 3. Then, the horizontal load F on the work W caused by the vibration device 3 and the horizontal displacement δ of the work W caused by the vibration device 3 are detected by the load cell 10 and the displacement sensor 11, and the horizontal movement spring of the work W is detected by the load cell 10 and the displacement sensor 11. A constant (dynamic characteristic) K is measured by the controller 12 based on the load F and the displacement δ.
ここで、上側保持部8(エアベアリング20)がワークWに接触しないので、ワークWに対して上下方向のプリロードPを与えながらワークWに対して水平方向の振動Uを与えたとしても、ワークWは、上側保持部8(エアベアリング20)と下側保持部7との間で水平方向へ自由に変位することができる。ワークWが水平方向へ自由に変位できるので、ワークWの水平方向の動バネ定数(動特性)Kを測定するに際して、誤差が生じにくい。 Here, since the upper holding part 8 (air bearing 20) does not contact the workpiece W, even if a horizontal vibration U is applied to the workpiece W while applying a preload P in the vertical direction to the workpiece W, the workpiece W can be freely displaced in the horizontal direction between the upper holding part 8 (air bearing 20) and the lower holding part 7. Since the work W can be freely displaced in the horizontal direction, errors are unlikely to occur when measuring the horizontal dynamic spring constant (dynamic characteristic) K of the work W.
これにより、ワークWに上下方向の静荷重が与えられた状態におけるワークWの水平方向の動バネ定数(動特性)Kを、精度よく測定することができる。 Thereby, it is possible to accurately measure the horizontal dynamic spring constant (dynamic characteristic) K of the workpiece W in a state where a vertical static load is applied to the workpiece W.
本実施形態に係る動特性測定装置1は、例えば、車体に対してエンジンを支持するエンジンマウントに適用される防振ゴムの動バネ定数(動特性)Kを精度よく測定する上で、特に有利である。また、動特性測定装置1は、ワークWに対して高周波(例えば、3kHz以上)の振動Uを与えた場合に、ワークWの水平方向の動バネ定数(動特性)Kを精度よく測定する上で、特に有利である。 The dynamic characteristic measuring device 1 according to the present embodiment is particularly advantageous in accurately measuring the dynamic spring constant (dynamic characteristic) K of anti-vibration rubber applied to an engine mount that supports an engine relative to a vehicle body, for example. It is. In addition, the dynamic characteristic measuring device 1 is capable of accurately measuring the horizontal dynamic spring constant (dynamic characteristic) K of the workpiece W when a high frequency (for example, 3 kHz or higher) vibration U is applied to the workpiece W. This is particularly advantageous.
エアベアリング20の表面(下面)と、(ワークWの上側に配置された)支持板24の上面との隙間Aに、空気層Aが形成されることによって、ワークWがエアベアリング20の表面(下面)上を水平方向へ自由に変位することを許容しつつ、空気層AによりワークWを上下方向に保持することができる。 An air layer A is formed in the gap A between the surface (lower surface) of the air bearing 20 and the upper surface of the support plate 24 (disposed above the workpiece W), so that the workpiece W can move onto the surface of the air bearing 20 ( The workpiece W can be held in the vertical direction by the air layer A while being allowed to move freely in the horizontal direction on the lower surface.
エアベアリング20がボールジョイント21により揺動可能であるので、ワークWの変位に対するエアベアリング20の追従性が良くなる。 Since the air bearing 20 is swingable by the ball joint 21, the ability of the air bearing 20 to follow the displacement of the workpiece W is improved.
下側保持部7にワークWが載せられ且つ上側保持部8(エアベアリング20)がワークWを上側から非接触で押さえることによって、上側保持部8(エアベアリング20)及び下側保持部7によるワークWの保持が容易になる。 When the workpiece W is placed on the lower holding part 7 and the upper holding part 8 (air bearing 20) presses the workpiece W from above without contact, the upper holding part 8 (air bearing 20) and the lower holding part 7 The workpiece W can be held easily.
動特性測定装置1がロードセル10のみならず変位センサ11を備えるので、ワークWの水平方向の動特性を表す代表的な指標である、ワークWの水平方向の動バネ定数Kを、精度よく測定することができる。 Since the dynamic characteristic measuring device 1 includes not only the load cell 10 but also the displacement sensor 11, it is possible to accurately measure the horizontal dynamic spring constant K of the workpiece W, which is a typical index representing the horizontal dynamic characteristic of the workpiece W. can do.
上側質量部6及び下側質量部5は、第2空気バネ19及び第1空気バネ18を介して、フレーム4に支持されている。このため、上側質量部6及び下側質量部5(上側保持部8及び下側保持部7)に対してフレーム4の共振が伝達されるのを抑制することができる。また、ロードセル10及び変位センサ11に対してフレーム4の共振が伝達されるのを、抑制することができる。これにより、ワークWの水平方向の動バネ定数(動特性)Kを、より精度よく測定することができる。 The upper mass part 6 and the lower mass part 5 are supported by the frame 4 via a second air spring 19 and a first air spring 18. Therefore, transmission of the resonance of the frame 4 to the upper mass part 6 and the lower mass part 5 (the upper holding part 8 and the lower holding part 7) can be suppressed. Furthermore, transmission of the resonance of the frame 4 to the load cell 10 and the displacement sensor 11 can be suppressed. Thereby, the horizontal dynamic spring constant (dynamic characteristic) K of the workpiece W can be measured with higher accuracy.
本実施形態に係る動特性測定装置1は、SDGsの目標9「産業と技術革新の基盤をつくろう」を達成する上で、有効である。 The dynamic characteristic measuring device 1 according to the present embodiment is effective in achieving Goal 9 of the SDGs, "Let's create a foundation for industry and technological innovation."
(その他の実施形態)
以上、本開示を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。
(Other embodiments)
Although the present disclosure has been described above using preferred embodiments, such descriptions are not limiting, and of course, various modifications are possible.
エアベアリング20は、上側保持部8と別体で構成され且つボールジョイント21により上側保持部8に連結されていたが、これに限定されない。ジョイントの種類は、ボールジョイント21に限定されない。ジョイントは、(高周波特性に影響を及ぼさない)高剛性のユニバーサルジョイント(自在継手)や、球面以外の曲面を有するジョイント、等であってもよい。ジョイントは、水平方向の加振時に上下方向の加振ブレを吸収する。ジョイントは、剛性を有することが好ましい。ジョイントは、無くてもよい。エアベアリング20は、上側保持部8と一体形成されてもよい。 Although the air bearing 20 is configured separately from the upper holding part 8 and is connected to the upper holding part 8 by the ball joint 21, the present invention is not limited thereto. The type of joint is not limited to the ball joint 21. The joint may be a highly rigid universal joint (universal joint that does not affect high frequency characteristics), a joint having a curved surface other than a spherical surface, or the like. The joint absorbs vibration vibration in the vertical direction during horizontal vibration. Preferably, the joint has rigidity. The joint may be omitted. The air bearing 20 may be formed integrally with the upper holding part 8.
エアベアリング20は、上側保持部8ではなく、下側保持部7に設けられてもよい。また、エアベアリング20は、上側保持部8及び下側保持部7の両方に、設けられてもよい。すなわち、エアベアリング20は、上側保持部8及び下側保持部7のうちの少なくとも一方に、設けられればよい。上側保持部8及び下側保持部7のうちの少なくとも一方が、エアベアリング20を介して、ワークWを非接触で保持すればよい。 The air bearing 20 may be provided in the lower holding part 7 instead of the upper holding part 8. Further, the air bearing 20 may be provided in both the upper holding part 8 and the lower holding part 7. That is, the air bearing 20 may be provided in at least one of the upper holding part 8 and the lower holding part 7. At least one of the upper holding part 8 and the lower holding part 7 may hold the work W in a non-contact manner via the air bearing 20.
エアベアリング20の代わりに、磁気軸受を用いてもよい。また、上側保持部8及び下側保持部7のうちの少なくとも一方がワークWを非接触で保持するのであれば、その他の保持方式を採用してもよい。 A magnetic bearing may be used instead of the air bearing 20. Further, as long as at least one of the upper holding part 8 and the lower holding part 7 holds the workpiece W in a non-contact manner, other holding methods may be adopted.
載置台23及び支持板24は、無くてもよい。 The mounting table 23 and the support plate 24 may be omitted.
プリロード生成機構9は、上側保持部8ではなく下側保持部7を通じて、ワークWに対して上下方向のプリロードPを与えてもよい。この場合、プリロード生成機構9は、フレーム4の底板4a、下側質量部5及び下側保持部7を、上方に移動させるとよい。プリロード生成機構9は、電動式ではなく油圧式でもよい。プリロード生成機構9は、上側保持部8及び下側保持部7の両方を通じて、ワークWに対して上下方向のプリロードPを与えてもよい。 The preload generation mechanism 9 may apply a preload P in the vertical direction to the work W through the lower holding part 7 instead of the upper holding part 8. In this case, the preload generation mechanism 9 preferably moves the bottom plate 4a, the lower mass part 5, and the lower holding part 7 of the frame 4 upward. The preload generation mechanism 9 may be hydraulic rather than electric. The preload generation mechanism 9 may apply a vertical preload P to the workpiece W through both the upper holding part 8 and the lower holding part 7.
動特性Kは、動バネ定数に限らず、ワークWの動的性質を表すその他の種々の指標を、含み得る。ワークWは、防振ゴムに限定されず、例えば、コイルバネ等でもよい。上下方向は、鉛直方向に対して多少の水平方向成分を含んでもよい。水平方向は、上下方向に完全に直交するのではなく、斜めに交差してもよい。 The dynamic characteristic K is not limited to the dynamic spring constant, but may include various other indicators representing the dynamic properties of the workpiece W. The workpiece W is not limited to vibration-proof rubber, and may be a coil spring or the like, for example. The vertical direction may include some horizontal component with respect to the vertical direction. The horizontal direction may not be completely perpendicular to the vertical direction, but may be diagonal to the vertical direction.
変位センサ11は、無くてもよい。コントローラ12は、少なくともロードセル10により検出された荷重Fに基づいて、ワークWの水平方向の動特性Kを測定すればよい。 The displacement sensor 11 may be omitted. The controller 12 may measure the horizontal dynamic characteristic K of the work W based on at least the load F detected by the load cell 10.
本開示は、動特性測定装置に適用できるので、極めて有用であり、産業上の利用可能性が高い。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present disclosure can be applied to a dynamic characteristic measuring device, so it is extremely useful and has high industrial applicability.
W ワーク
V 上下方向
H 水平方向
K 動バネ定数(動特性)
B 基礎
A 空気層(隙間)
P プリロード
U 振動
F 荷重
δ 変位
1 動特性測定装置
3 加振装置(加振部)
4 水平測定用フレーム
5 水平測定用下側質量部
6 水平測定用上側質量部
7 水平測定用下側保持部
8 水平測定用上側保持部
9 プリロード生成機構(プリロード生成部)
10 ロードセル(荷重センサ)
11 変位センサ
12 コントローラ(制御部)
18 第1空気バネ(弾性体)
19 第2空気バネ(弾性体)
20 エアベアリング
21 ボールジョイント(ジョイント)
W Work V Vertical direction H Horizontal direction K Dynamic spring constant (dynamic characteristics)
B Foundation A Air layer (gap)
P Preload U Vibration F Load δ Displacement 1 Dynamic characteristic measuring device 3 Vibration device (vibration section)
4 Frame for horizontal measurement 5 Lower mass part for horizontal measurement 6 Upper mass part for horizontal measurement 7 Lower holding part for horizontal measurement 8 Upper holding part for horizontal measurement 9 Preload generation mechanism (preload generation part)
10 Load cell (load sensor)
11 Displacement sensor 12 Controller (control unit)
18 First air spring (elastic body)
19 Second air spring (elastic body)
20 Air bearing 21 Ball joint (joint)
Claims (6)
前記上側保持部又は前記下側保持部を通じて前記ワークに対して上下方向のプリロードを与えるプリロード生成部と、
前記ワークに対して水平方向の振動を与える加振部と、
前記加振部により前記ワークに対して与えられる荷重を検出する荷重センサと、
少なくとも前記荷重センサにより検出された前記荷重に基づいて前記ワークの水平方向の動特性を測定する制御部と、を備え、
前記上側保持部及び前記下側保持部のうちの少なくとも一方は、前記ワークを非接触で保持する、動特性測定装置。 an upper holding part and a lower holding part that sandwich and hold the workpiece in the vertical direction;
a preload generation unit that applies a vertical preload to the workpiece through the upper holding part or the lower holding part;
a vibrator that applies horizontal vibration to the work;
a load sensor that detects a load applied to the workpiece by the vibrator;
a control unit that measures horizontal dynamic characteristics of the workpiece based on at least the load detected by the load sensor,
At least one of the upper holding part and the lower holding part holds the workpiece in a non-contact manner.
前記上側保持部及び前記下側保持部のうちの前記少なくとも一方には、前記ワークを非接触で支持するエアベアリングが設けられている、動特性測定装置。 The dynamic characteristic measuring device according to claim 1,
The dynamic characteristic measuring device, wherein at least one of the upper holding part and the lower holding part is provided with an air bearing that supports the workpiece in a non-contact manner.
前記エアベアリングは、ジョイントによって揺動可能である、動特性測定装置。 The dynamic characteristic measuring device according to claim 2,
The air bearing is a dynamic characteristic measuring device in which the air bearing can be swung by a joint.
前記下側保持部には、前記ワークが載せられており、
前記上側保持部は、前記ワークを上側から非接触で押さえる、動特性測定装置。 The dynamic characteristic measuring device according to claim 1,
The workpiece is placed on the lower holding part,
The upper holding section is a dynamic characteristic measuring device that holds the workpiece from above in a non-contact manner.
前記加振部による前記ワークの変位を検出する変位センサを備え、
前記制御部は、前記荷重センサにより検出された前記荷重及び前記変位センサにより検出された前記変位に基づいて前記ワークの水平方向の前記動特性としての動バネ定数を測定する、動特性測定装置。 The dynamic characteristic measuring device according to claim 1,
comprising a displacement sensor that detects displacement of the workpiece by the vibrator,
The control unit measures a dynamic spring constant as the horizontal dynamic characteristic of the workpiece based on the load detected by the load sensor and the displacement detected by the displacement sensor.
前記上側保持部を保持する上側質量部と、
前記下側保持部を保持する下側質量部と、
基礎に載置されるフレームと、を備え、
前記上側質量部及び前記下側質量部はそれぞれ、前記フレームに弾性体を介して支持されている、動特性測定装置。 The dynamic characteristic measuring device according to claim 1,
an upper mass part that holds the upper holding part;
a lower mass part that holds the lower holding part;
a frame resting on the foundation;
The upper mass part and the lower mass part are each supported by the frame via an elastic body.
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