JP5567810B2

JP5567810B2 - サーボアンプユニット及び加振装置

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Publication number: JP5567810B2
Application number: JP2009215738A
Authority: JP
Inventors: 北海鈴木; 浩二弘中
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2029-09-17
Also published as: JP2011064583A

Description

本発明は、工場、プラント、若しくは、試験設備等で用いられる産業用機器用の複数の加振装置を有する加振システムに関し、特に、加振装置個々の油圧加振機を駆動するサーボ弁等に指令を与えるサーボアンプユニットに関するものである。

図１と図２によって、従来の複数の加振装置を用いた加振システムについて説明する。図１は、従来の複数の加振装置（油圧加振機とサーボ弁とから成る）を有する三次元振動台の略構成を示す斜視図である。１４０は供試体を搭載する振動台、１１１と１１２はＸ軸方向に加振する油圧加振機、１２１と１２２はＹ軸方向に加振する油圧加振機、１３１〜１３４はＺ軸方向に加振する油圧加振機、１５１は油圧加振機１１１のサーボ弁、１５２は油圧加振機１１２のサーボ弁、１６２は油圧加振機１３２のサーボ弁である。
図１に示すように、振動台１４０には、Ｘ軸方向に２台の油圧加振機１１１と１１２から振動が加えられ、Ｙ軸方向に２台の油圧加振機１２１と１２２から振動が加えられ、Ｚ軸（垂直）方向に４台の油圧加振機１３１〜１３４から振動が加えられる。全てのサーボ弁を図示していないが、例えば、サーボ弁１５１は油圧加振機１１１の圧油の供給と排出を制御することによって加振制御を行い、サーボ弁１５２は油圧加振機１１２の圧油の供給と排出を制御することによって加振制御を行い、サーボ弁１６２は油圧加振機１３２の圧油の供給と排出を制御することによって加振制御を行う。

図２によって、複数の加振装置を用いた大型の加振システムの振動試験の制御方式について説明する。図２は、図１のような従来の複数の加振装置を用いた加振システムの構成を示すブロック図である。図２では、例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及び、Ｚ軸方向のそれぞれの方向に、２台の加振装置（総計：６台の加振装置）から構成した加振システムとしている。２００は振動試験機構部、２３０はネットワーク、２４０は制御装置である。２０１〜２０６：油圧加振機、２１１〜２１６はサーボ弁、２２１〜２２６はインターフェース（Ｉ／Ｆ）部、２４１は制御装置２４０とネットワーク２３０間のＩ／Ｆ部である。

図２において、従来は、各種情報や管理の一元化を目的に、多数の油圧加振機２０１〜２０６を、それぞれ、Ｉ／Ｆ部２２１〜２２６を介してネットワーク２３０で接続していた。また、制御装置２４０についても、Ｉ／Ｆ部２４１を介してネットワーク２３０で接続していた。即ち、制御装置２４０は、Ｉ／Ｆ部２４１を介してネットワーク２３０と接続し、油圧加振機２０１〜２０６もまた、それらのＩ／Ｆ部２２１〜２２６を介してネットワーク２３０と接続している。
さらに、制御装置２４０は、Ｉ／Ｆ部２４１を介してネットワーク２３０と通信し、それぞれの加振機２０１〜２０６のセンサ情報を受信し、かつ、当該情報を加味して油圧加振機２０１〜２０６をそれぞれ制御していた。
ここで、油圧加振機２０１〜２０６にそれぞれ接続されたＩ／Ｆ部２２１〜２２６は、ネットワーク２３０を介して、制御装置２４０から伝送された指令信号を受信する。受信された指令信号が、それぞれの油圧加振機２０１〜２０６に出力されることによって、それぞれの油圧加振機２０１〜２０６を制御する。例えば、制御装置２４０から伝送された指令信号は、油圧加振機２０１〜２０６それぞれのサーボ弁２１１〜２１６を制御し、サーボ弁２１１〜２１６がそれぞれ油圧加振機２０１〜２０６内の圧油の供給と排出とを制御することによって、油圧加振機自体の動作を制御する。

ネットワーク２３０に接続された制御装置２４０に関しては、特許文献１が提案されている。
特許文献１には、数値シミュレーション機能を持つメイン計算機と、その下位にあり各加振システム毎に設けられている複数のサブ計算機で構成され前記両計算機間は通信でデータの受信を行う構成が示されている。

特開２００３−８３８４１号公報

上述の従来技術では、複数の油圧加振機同志をネットワークで接続し、ネットワークを介して制御装置から加振動作を制御する加振システムでは、加振動作中に、複数の油圧加振機のいずれかが故障した場合には、形成していたネットワークが切断される。このため、制御装置からの指令が切断され、全ての油圧加振機が無制御状態となり、他の油圧加振機、加振システム、若しくは試験体が破壊されることがある。
さらに、油圧加振機を、例えば、メンテナンス等で取り外して単体調整を行う場合には、制御装置を別に準備する必要がある。別途制御装置用に設置スペースを準備する必要もあり、場所及び時間と手間がかかる。さらに、任意の油圧加振機の調整パラメータを、準備した制御装置に設定する必要がある。

また、前述の振動試験装置においては、油圧加振機を駆動させる作動油の漏れや、ポンプ故障、停電、若しくは操作ミス、等により、例えば１台の油圧加振機若しくは加振装置が暴走することで、全体の加振システムに影響し、他の加振装置や試験体を破壊するという問題がある。前述の様な事態を避けるために、通常は、加振システムに、異常検知用のセンサの設置や、操作ミス防止のためのインーターロック機能を設ける等の対策が施される。ただし、油圧加振機内若しくは加振装置内の故障や変形、経年劣化等に関しては、問題点の把握や対策が難しいという問題がある。

特許文献１に記載の構成においては、数値シミュレーション機能を持つメイン計算機において、異常診断処理機能を持ち、複数台存在する加振装置の内１台が何らかの問題により、加振が継続できない場合に、モデル代替機能の処理結果に切替えることで、加振試験を継続することが可能となっている。しかし、メイン計算機自体が何らかの問題により、動作不可となった場合は考慮されていない。
また、サブ計算機が複数個存在する場合に、メイン計算機は複数の供試体に適応した数値モデルを準備する必要がある。具体的には複数のモデルを用意し同時にシミュレーションするか、加振システム毎にその都度モデルを切替える必要があり、メイン計算機の計算負荷が大きくなる問題がある。
また異常診断に関して、具体的な診断内容については記載が無く、例えば、設備が停電した際の動作についての記載は無い。

そこで、本発明は、複数の加振装置が、ネットワークで接続されている加振システムにおいて、その内の１台以上の加振装置に何らかの原因で異常が発生した場合でも、全体システムに影響を及ぼさず、安全に加振装置の油圧加振機を停止させることができるサーボアンプユニット及び加振装置並びに加振システムを提供することにある。
また好ましくは、本発明は、加振装置の油圧加振機の規範とする摺動抵抗値を持ち、油圧試験機自体の摺動抵抗値と規範とする摺動抵抗値の両者の値を比較し、油圧試験機の状態を自己診断することによって、油圧加振機の状態を監視すると共に、安全に油圧加振機を制御することができるサーボアンプユニット及び加振装置並びに加振システムを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明のサーボアンプユニット及び加振装置並びに加振システムは、それぞれの加振装置の油圧加振機やサ−ボ弁に取付けられた変位センサ、圧力センサ、荷重センサ、加速度センサ等のセンサのセンサ情報をアナログ信号として取り込むためのアナログ信号入力部と、サーボ制御信号を前記サーボ弁に出力するためのアナログ信号出力部と、前記アナログ信号の整形が可能で指令信号のサーボ制御信号と応答である油圧加振機の実際の状態を示す各種センサ信号のアナログ入力信号とを比較し、両者間の誤差が無くなる（０になる）様にして油圧加振機を指令通りに動作させるサーボ制御部と、外部装置からの指令信号の入力やサーボ制御部の状態を外部に出力可能なディジタル入出力部と、ネットワークにより外部と接続するインターフェース部を備え、前記構成を１枚の基板に実装したコントロール基板を持ち、該コントロール基板と、電圧を電流に変換する電圧電流変換部と無停電電源部とを備え、前記コントロール基板と前記電圧電流変換部と前記無停電電源部とをユニットとしたサーボアンプユニットを各油圧加振機に分散して設置した加振装置とするようにしたものである。

また好ましくは、本発明のサーボアンプユニット及び加振装置並びに加振システムは、上記発明の油圧加振機やサ−ボ弁に取付けられた変位センサ、圧力センサ、荷重センサ、加速度センサをアナログ信号として取り込むためのアナログ信号入力部と、サーボ制御信号をサーボ弁に出力するためのアナログ信号出力部と、前記アナログ信号の整形が可能で指令信号のサーボ制御信号と応答である油圧加振機の実際の状態を示す各種センサ信号のアナログ入力信号とを比較し、両者間の誤差が０になる様にして油圧加振機を指令通りに動作させるサーボ制御部と外部装置からの指令信号の入力やサーボ制御部の状態を外部に出力可能なディジタル入出力部と、ネットワークにより外部と接続するインターフェース部を備え、前記ディジタル入出力部や前記インターフェース部からの異常信号を常に監視する異常処理部と該異常信号を検出したときに油圧加振機を強制的に減衰停止する減衰停止処理部を備え、前記構成を１枚の基板に実装したコントロール基板を持ち、該コントロール基板と、電圧を電流に変換する電圧電流変換部と無停電電源部を備え、前記コントロール基板と前記電圧電流変換部と前記無停電電源部とをユニットとしたサーボアンプユニットを各加振装置に設置するようにし、該異常信号を検出したときに前記減衰停止処理部により油圧加振機を制御しながら、油圧加振機の状態を監視するとともに安全に油圧加振機を停止するようにしたものである。

また好ましくは、本発明のサーボアンプユニット及び加振装置並びに加振システムは、圧力センサから差圧を計算し油圧加振機の摺動抵抗を計測する摺動抵抗計測部と前記摺動抵抗と規範の摺動抵抗を比較し油圧加振機の状態を診断する自己診断処理部と前記ディジタル入出力部や前記インターフェース部からの異常信号を常に監視する異常処理部と該異常信号を検出したときに油圧加振機を強制的に減衰停止する減衰停止処理部を有し、前記自己診断処理部と前記減衰停止処理部により油圧加振機を制御しながら、油圧加振機の状態を監視するとともに安全に油圧加振機を停止するようにしたものである。

本発明により、サーボアンプユニット及び加振装置並びに加振システムにおいて、いずれか１台の油圧加振機に、故障等の異常が発生しても、加振システム全体に影響が及ぶことがなく、他の正常な油圧加振機は常に状態を監視されながら、制御下で停止することが可能となり、他の油圧加振機や加振装置及びそれらに搭載された試験体（供試体）を破壊することも無い。
また、任意の油圧加振機の単体調整に関しても、サーボアンプユニットを個々に搭載した加振装置であるため、加振システム全体に影響を及ぼすこともなく、油圧加振機単体を、サーボアンプユニットを含めた加振装置として取り出すことが可能であり、実際の制御に使用しているパラメータをそのまま使用することもできる。このため、交換や設置の手間も掛からず、加振の準備を短時間で行うことが可能となる。
さらに、油圧加振機の差圧から摺動抵抗を計測し、油圧加振機の状態を常に監視する自己診断処理部とを有し、変位指令出力装置や外部装置等の上位装置のコントローラや状態に関係なく油圧加振機に減衰停止する機能を兼備えた分散型のサーボアンプユニット及び加振装置並びに加振システムにより、油圧加振機を駆動させる作動油の漏れやポンプ故障、停電、操作ミスによる油圧加振機の暴走を抑止することができる。

従来の複数の加振装置を有する加振システムの略構成を示す斜視図である。従来の複数の加振装置を用いた加振システムの構成を示すブロック図である。本発明の一実施例の複数の加振装置を用いた加振システムの構成を示すブロック図である。本発明の加振装置の一実施例の構成を示す図である。本発明の油圧加振機の自己診断動作の一実施例を説明するフローチャートである。本発明の加振装置における各センサを検出手段とする異常項目とその主な原因を示す表である。

本発明のサーボアンプユニットは、例えば、ネットワークを介して複数の加振装置を接続した加振システムにおける１つの加振装置のサーボアンプユニットにおいて、無停電電源部と、前記ネットワークにより制御装置から指令信号を入力するインターフェース部と、前記１つの加振装置の油圧加振機の状態を計測するための変位センサ、圧力センサ、荷重センサ、加速度センサ等のセンサからのセンサ情報を入力するアナログ信号入力部と、前記指令信号と前記センサ情報との両者間の誤差が無くなるように前記油圧加振機を制御するためのサーボ制御信号を出力するサーボ制御部と、前記サーボ制御信号に基づいて前記油圧加振機をサーボ弁によって制御するサーボアンプユニットであって、前記センサ情報若しくは前記無停電電源部の給電停止の情報の有無から前記油圧加振機が異常か否かを判定する自己診断処理部と、前記油圧加振機が異常の場合に前記油圧加振機を徐々に停止させかつ前記インターフェース部を介して前記ネットワークを介して接続された他の加振装置及び前記制御装置に前記油圧加振機が異常であることを通知する異常処理部とを備えたことを特徴とする。

上述のサーボアンプユニットにおいて、好ましくは、前記自己診断処理部が判定するための前記センサ情報は、前記センサのうちの前記圧力センサ及び前記荷重センサであることを特徴とする。
また上述のサーボアンプユニットにおいて、好ましくは、前記圧力センサは、前記油圧加振機のシリンダ内の、ピストンのフランジ部分により区切られた２つの部屋それぞれの圧力を測定する圧力センサであることを特徴とする。
また上述のサーボアンプユニットにおいて、好ましくは、前記自己診断処理部は、前記油圧加振機の摺動抵抗値を計測し、該計測された摺動抵抗値が所定の値を超えた場合に、前記油圧加振機が異常であると判定することを特徴とする。

また上述のサーボアンプユニットにおいて、好ましくは、前記アナログ信号入力部は前記入力されたセンサ情報をディジタル化して出力するＡ／Ｄ変換部であり、前記サーボ制御部の出力する前記サーボ制御信号は電圧値であって、前記サーボアンプユニットはさらに、前記サーボ制御信号をアナログ信号に変換するアナログ信号出力部と、該アナログ信号に比例したアナログ電流信号を前記サーボ弁に出力する電圧電源変換部と、外部装置との入出力インターフェースと前記無停電電源部からの給電停止の有無の情報を入力され前記インターフェース部若しくは異常処理部に出力し、自己診断処理部の出力信号を入力され前記外部装置に出力するディジタル入出力部と、前記インターフェース部からの前記センサ情報から摺動抵抗値を計測する計測部と、該計測された摺動抵抗値から前記１つの加振装置の異常の有無を判定する前記自己診断処理部と、前記ディジタル入出力部、前記自己診断処理部、若しくは前記インターフェース部からの情報に基づいて異常の有無を判定し減衰停止指示を出力する前記異常処理部と、前記減衰停止指示に基づいて、前記アナログ信号出力部を介して前記電圧電流変換部に前記油圧加振機を徐々に停止されるための制御信号を出力する減衰停止処理部とを備え、前記無停電電源装置と前記電圧電流変換部を除いて、他の構成要素を１枚のコントロール基板として実装したことを特徴とする。

また本発明の加振装置は、例えば、ネットワークを介して複数の加振装置を接続した加振システムにおける前記加振装置において、１つの加振装置は、油圧加振機と、前記油圧加振機を制御するサーボ弁と、前記油圧加振機の状態を計測するための変位センサ、加速度センサ、荷重センサ、圧力センサ等のセンサと、前記ネットワークにより制御装置から指令信号を入力するインターフェース部と、前記センサからのセンサ情報との差をゼロにするように前記油圧加振機を制御するための制御信号を出力し、前記制御信号に基づいて前記油圧加振機を前記サーボ弁によって制御するサーボアンプユニットと、を有する加振装置であって、前記サーボアンプユニットは、無停電電源部と、前記センサ情報若しくは前記無停電電源部の給電停止の情報の有無から前記油圧加振機が異常か否かを判定する自己診断処理部と、前記油圧加振機が異常の場合に前記油圧加振機を徐々に停止させかつ前記インターフェース部を介して前記ネットワークに前記１つの自加振装置が異常であることを通知する異常処理部とを備えたことを特徴とする。

上述の加振装置において、好ましくは、前記サーボアンプユニットの前記自己診断処理部が判定するための前記センサ情報は、前記センサのうちの前記圧力センサ及び荷重センサであることを特徴とする。
上述の加振装置において、好ましくは、前記圧力センサは、前記油圧加振機のシリンダ内の、ピストンのフランジ部分により区切られた２つの部屋それぞれの圧力を測定する圧力センサであることを特徴とする。
上述の加振装置において、好ましくは、前記サーボアンプユニットの前記自己診断処理部は、前記油圧加振機の摺動抵抗値を計測し、該計測された摺動抵抗値が所定の値を超えた場合に、前記油圧加振機が異常であると判定することを特徴とする加振装置。

またさらに本発明の加振システムは、例えば、制御装置と、ネットワークと、それぞれ油圧加振機を具備し該ネットワークを介して前記制御装置から出力される指令信号を入力して該指令信号に基づいて前記油圧加振機を制御するサーボアンプユニットを有する複数の加振装置と、を備えた加振システムにおいて、１つの加振装置は、前記サーボアンプユニットを介して前記ネットワークにより通信するためのインターフェース部と、自加振装置の異常の有無を判定する自己診断処理部とを備え、自加振装置が異常であった場合には、異常であることをエラー情報として前記ネットワークを介して通知することを特徴とする。

上述の加振システムにおいて、好ましくは、前記ネットワークを介して前記エラー情報を受信した場合には、受信した加振装置は前記受信した加振装置の油圧加振機を停止することを特徴とする。
上述の加振システムにおいて、好ましくは、前記複数の加振装置の前記サーボアンプユニットは、ディジタル入力部を備え、加振装置単体で前記油圧加振機を制御することが可能であることを特徴とする。

以下図面を用いて実施例を説明する。なお、各図の説明において、既に説明した図１と図２を含め、共通な機能を有する構成要素には同一の参照番号を付し、できるだけ説明の重複を避ける。

図３によって、本発明の一実施例の複数の加振装置を用いた加振システムについて説明する。図３は、本発明の一実施例の複数の加振装置を用いた加振システムの構成を示すブロック図である。図３では、例えば、図２と同様に、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及び、Ｚ軸方向のそれぞれの方向に振動台を加振するため、それぞれの方向に２台の加振装置（総計：６台の加振装置）で構成した加振システムとしている。３３０はネットワーク、３４０は制御装置、３０１〜３０６は油圧加振機、３１１は油圧加振機３０１のサーボ弁、３１２は油圧加振機３０２のサーボ弁、３１３は油圧加振機３０３のサーボ弁、３１４は油圧加振機３０４のサーボ弁、３１５は油圧加振機３０５のサーボ弁、３１６は油圧加振機３０６のサーボ弁、３２１は油圧加振機３０１とネットワーク３３０間のインターフェース（Ｉ／Ｆ）部、３２２は油圧加振機３０２とネットワーク３３０間のＩ／Ｆ部、３２３は油圧加振機３０３とネットワーク３３０間のＩ／Ｆ部、３２４は油圧加振機３０４とネットワーク３３０間のＩ／Ｆ部、３２５は油圧加振機３０５とネットワーク３３０間のＩ／Ｆ部、３２６は油圧加振機３０６とネットワーク３３０間のＩ／Ｆ部、３４１は制御装置３４０とネットワーク３３０間のＩ／Ｆ部、３３１は油圧加振機３０１のサーボアンプユニット、３３２は油圧加振機３０２のサーボアンプユニット、３３３は油圧加振機３０３のサーボアンプユニット、３３４は油圧加振機３０４のサーボアンプユニット、３３５は油圧加振機３０５のサーボアンプユニット、３３６は油圧加振機３０６のサーボアンプユニットである。ネットワーク３３０は、例えば、インターネットに代表されるような公衆の通信回線や、ＬＡＮ（ Local Area Network ：ロ−カルエリアネットワーク）や専用の通信回線である。

図３において、サーボアンプユニット３３１〜３３６は、工場やプラント、試験設備等で用いられる産業用機器の油圧加振機３０１〜３０６にそれぞれ指令を与える。このサーボアンプユニット３３１〜３３６は、油圧加振機３０１〜３０６それぞれ１台につき１台実装されている。
またサーボアンプユニット３３１〜３３６は、ネットワーク３３０に接続されている。
さらに、ネットワーク３３０には、変位指令出力装置として制御装置３４０が接続されており、各サーボアンプユニット３３１〜３３６に対して、当該サーボアンプユニット３３１〜３３６がそれぞれ設置されている油圧加振機３０１〜３０６それぞれのピストン位置の目標値である変位指令（指令信号）を与える。

次に、油圧加振機３０１〜３０６は、工場やプラント、試験設備等の内部に設置された図示していない供試体に振動を与え、変形を加えるためのものである。油圧加振機３０１〜３０６は、図示していないピストンのフランジ部分によりシリンダ内を２つの部屋に区切る構造となっている。このシリンダ内の２つの部屋に対して油の流入方向や流入量を制御するのがサーボ弁３１１〜３１６である。２つの部屋のうちのどちらに油を流入させるかによってピストンの動作方向が決定され、また、単位時間あたりの流入量を変化させることによって、ピストンの動作速度が変化する。
サーボ弁３１１〜３１６それぞれは、当該サーボアンプユニット３３１〜３３６それぞれからの指令を受けて油圧加振機３０１〜３０６のそれぞれピストンを所望の位置まで動作させるために、前述の油の流入方向や流入量を変化させる。

次に図４によって加振装置単体での制御について詳細に述べる。図４は、本発明のサーボアンプユニット搭載分散型油圧加振機（加振試験装置）の一実施例の構成を示す図である。図４は、例えば、図３のサーボアンプユニット３３１、サーボ弁３１１、油圧加振機３０１、及びＩ／Ｆ部３２１に相当するが、Ｉ／Ｆ部３２１をサーボアンプユニットに含んでいる。４１０は油圧加振機、４１１は油圧加振機４１０に設けられた変位センサ、４１２は油圧加振機４１０に設けられた圧力センサ、４１３は油圧加振機４１０に設けられた圧力センサ、４１４は図示していない供試体に設けられた加速度センサ、４１４ａは加速度センサ４１４のセンサヘッド、４１４ｂは加速度センサ４１４のアンプ、４１５は油圧加振機４１０に設けられた荷重センサ、４２０はサーボ弁、４３０はサーボアンプユニット、４３１はサーボアンプユニット４３０のＡ／Ｄコンバータ、４３２はサーボアンプユニット４３０のサーボ制御部、４３３はサーボアンプユニット４３０のＤ／Ａコンバータ、４３４はサーボアンプユニット４３０のディジタル入出力部、４３５はサーボアンプユニット４３０のインターフェース（Ｉ／Ｆ）部、４３６はサーボアンプユニット４３０のコントロール基板、４３７はサーボアンプユニット４３０の電圧電流変換部、４３８はサーボアンプユニット４３０のＵＰＳ（ Uninterruptible Power Supply ）等の無停電電源部、４３９はサーボアンプユニット４３０の異常処理部、４４０はサーボアンプユニット４３０の減衰停止処理部、４４１はサーボアンプユニット４３０の摺動抵抗計測部、４４２はサーボアンプユニット４３０の自己診断処理部、４５０はネットワーク、４６０は変位指令出力装置である。Ａ／Ｄコンバータ４３１、サーボ制御部４３２、Ｄ／Ａコンバータ４３３、ディジタル入出力部４３４、Ｉ／Ｆ部４３５、異常処理部４３９、減衰停止処理部４４０、摺動抵抗計測部４４１、自己診断処理部４４２は、コントロール基板４３６に実装されている。

図４において、変位センサ４１１は、油圧加振機４１０のピストン変位を計測する。変位センサ４１１は、例えば、差動変圧器である。即ち、変位センサ４１１は、ピストン位置を磁気の変化として検出し、信号増幅等を行ってアナログ電圧値Ａとしてサーボアンプユニット４３０に出力する。サーボアンプユニット４３０に入力されたアナログ電圧値Ａは、油圧加振機４１０のピストン変位の検出に利用される。
次に圧カセンサ４１２及び４１３は、油圧加振機４１０のシリンダでピストンのフランジ部分により区切られた２つの部屋個々の圧力を計測し、計測された圧力値をそれぞれ、アナログ電圧値Ｂ及びＣとしてサーボアンプユニット４３０に出力する。
また、油圧加振機４１０により加えられた変形に対する反力が計測できるように、上記ピストンの先端に荷重センサ４１５を配置している。荷重センサ４１５は、計測した荷重値をアナログ電圧値Ｅとしてサーボアンプユニット４３０に出力する。
さらに、加速度センサ４１４は、センサヘッド４１４ａとアンプ４１４ｂで構成され、センサヘッド４１４ａは、振動台上の供試体に設置されている。センサヘッド４１４ａは、油圧加振機４１０により加えられた供試体の変形の度合いを計測し、計測したデータをアンプ４１４ｂに出力する。アンプ４１４ｂは、計測したデータに対して信号増幅等を行ってアナログ電圧値Ｄとしてサーボアンプユニット４３０に出力する。

次にサーポアンプユニット４３０の構成について詳細に述べる。
サーポアンプユニット４３０は、前述の変位センサ４１１、圧カセンサ４１２と４１３、荷重センサ４１４、及び加速度センサ４１５のアナログ電圧信号Ａ〜Ｅを入力し、それぞれについてＡ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄコンバータ（アナログ信号入力部）４３１と、前記アナログ信号の整形が可能で指令信号と各種センサ４１１〜４１５からのアナログフィードバック信号Ａ〜Ｅにより、正確かつ速やかに追従させようとするサーボ制御部４３２と、サーボ制御部４３２から出力される信号をサーボ弁４２０に出力するためにＤ／Ａ変換を行うＤ／Ａコンバータ（アナログ信号出力部）４３３と、外部装置（図示しない）からの指令信号の入力やサーボ制御部４３２の状態を外部に出力するディジタル入出力部４３４と、ネットワーク４５０により外部と接続するＩ／Ｆ部４３５を少なくとも備えて１枚の基板に実装したコントロール基板４３６を有する。なお、無停電電源部４３８は、コントロール基板に設備（商用電源）からの電源を供給する。
Ｉ／Ｆ部４３５は、変位指令出力装置４６０から出力される変位指令をネットワーク４５０を介して受信し、前述の指令信号としてサーボ制御部４３２に出力する。また、Ｉ／Ｆ部４３５は、ネットワーク４５０を介して他の加振装置のエラー情報を入力し、異常処理部４３９に出力する。

ここで、Ａ／Ｄコンバータ４３１で実行するＡ／Ｄ変換について説明する。
Ａ／Ｄコンバータ４３３では、入力されたアナログ信号を、ディジタル化することである。ディジタル化とは、連続量であるアナログ値を離散値化することであり、具体的には、例えば±１０［Ｖ］範囲のアナログ電圧値を４０９６段階（１２ｂｉｔＡ／Ｄ変換の場合）の離散値（ディジタル値）の内最も近い値に当てはめて数値情報に変換する。
一方、Ｄ／Ａコンバータ４３３で実行するＤ／Ａ変換は、Ａ／Ｄ変換と逆の処理を行う。即ち、サーボ制御部４３２から入力されたディジタル信号を、アナログ値に変換することである。即ち、サーボ制御部４３２から入力されたディジタル電圧信号をアナログ電圧信号化し、コントロール基板４３６からの出力として、電圧電流変換部４３７に出力する。例えば、前述のＡ／Ｄ変換と逆の例で、±１０［Ｖ］範囲を４０９６段階（１２ｂｉｔＡ／Ｄ変換の場合）の離散値（ディジタル値）と定義されている場合に該離散値（ディジタル値）をもっとも近いアナログ電圧値に変換する。

また、サーボアンプユニット４３０は、コントロール基板４３６から出力されるサーボ制御信号を受けて、サーボ弁４２０に出力する電圧電流変換部４３７を有する。即ち、電圧電流変換部４３７は、コントロール基板４３６から出力されるサーボ制御信号（アナログ電圧信号）に比例したアナログ電流信号をサーボ弁４２０に出力する。サーボ弁４２０は、この電流値により制御される。
また、サーボアンプユニット４３０は、サーボアンプユニット４３０への給電が停電等で停止され、油圧加振機４１０が無制御状態をなることを防止するための無停電電源部４３８を有し、停電等で設備からの給電が停止されても無停電電源部４３８のバッテリーから給電を受け、油圧加振機３１０を安全に停止するようにしている。さらに、無停電電源部４３８は、設備からの給電が停止された場合には、給電停止信号をディジタル入出力部４３４に出力する（破線矢印）。

そして、ディジタル入出力部４３４は、この給電停止信号を受信した場合には、給電が停止されたことを異常処理部４３９に通知する（破線矢印）。また同時に、Ｉ／Ｆ部４３５及びネットワーク４５０を介して、他の油圧加振機に対して給電が停止されたことを通知する。またディジタル入出力部４３４は、この給電停止信号を受信した場合には、同時に、エラー情報として外部装置に対して給電停止信号を出力し（破線矢印）、例えば、図示していない表示ランプを点灯させる。また例えば、図示しないスピーカから警報を出力する。また例えば、図示しない表示部に、エラー情報を示す図形や文字で表示出力する。また例えば、図示しないプリンタからエラー情報をプリントアウトする。
異常処理部４３９は、この給電停止信号により、設備からの給電が停止されたと判定し、減衰停止指示を減衰停止処理部４４０に出力する。また、異常処理部は、Ｉ／Ｆ部４３５から入力される他の加振装置からのエラー情報に基づいて、上記と同様に減衰停止指示を減衰停止処理部４４０に出力する。
減衰停止処理部４４０は、サーボ制御部４３２から出力される信号の振幅を徐々に減衰させるように勾配を付け、信号振幅を０に近づけていくことで、油圧加振機４１０を減衰停止させて、所定の時間後に、安全に停止できるようにする。

なお、油圧加振機が加振試験を正常に終了した場合においても、上述と同様に、信号の振幅を徐々に減衰させ信号振幅を０に近づけていき、所定の時間後に停止する。
Ｄ／Ａコンバータ４３３は、減衰停止処理部４４０から減衰停止指示が入力された場合には、サーボ制御部４３２から入力されるサーボ制御信号の出力を停止し、減衰停止指示のための制御信号を電圧電流変換部４３７に出力する。なお、減衰停止指示のための制御信号は、減衰停止処理部４４０から出力されるように設定しても、Ｄ／Ａコンバータ４３３から出力されるように設定しても良い。また、好ましくは、減衰停止処理部４４０からの減衰停止指示を、Ｄ／Ａコンバータ４３３ではなく、サーボ制御部４３２に出力し、サーボ制御部４３２からＤ／Ａコンバータ４３３に徐々に油圧加振機を減衰させるためのサーボ制御信号を出力するように設定しても良い。

ディジタル入出力部４３４と接続される外部装置は、加振装置若しくは油圧式加振機を操作するための操作装置で、例えば、ボタン、マウス、あるいはキーボード、等の入力装置と、加振装置若しくは油圧式加振機の状態を表示するため若しくはＧＵＩ（ Graphical User Interface ）操作のための表示部、及び表示ランプ、スピーカ、プリンタ、等の出力装置とを備える。
また、ディジタル入出力部４３４と接続される外部装置は、加振装置が単体で例えば、メンテナンス等で取り外して単体調整を行う場合に、単体調整試験の開始の指示や終了の指示、あるいは任意の調整パラメータを設定するために使用する。

この結果、加振装置を、例えば、メンテナンス等で取り外して単体調整を行う場合において、制御装置を別に準備する必要が無い。また取り外す必要が無いため、別途設置スペースを準備する必要も無いため、場所及び時間と手間が無くなる。さらに、任意の油圧加振機の調整パラメータを入力するための制御装置を別途準備する必要が無いうえ、実際の制御に使用しているパラメータをそのまま使用することもできる。このため、交換や設置の手間も掛からず、加振の準備を短時間で行うことが可能となる。

次に、摺動抵抗により油圧加振機４１０の状態を診断する方法について述べる。
油圧加振機４１０は、作動油の力でシリンダ内のピストンを直動運動させることで、ピストンを所望の位置まで動作させる。その時ピストンにはシリンダ内の摩擦等の影響により、移動方向とは逆方向に抵抗力（減衰力）を受ける。この抵抗力が摺動抵抗である。この摺動抵抗は油圧加振機４１０が無負荷の状態でも存在する抵抗力であり、油圧加振機４１０の形状や寸法により決定され、通常はある一定の値となる。
しかし、例えば、作動油が汚れていた場合、若しくは、金属片などが混入していた場合、等で、ピストンとシリンダ隙間に金属片が入り込むとその金属片が抵抗となり、摺動抵抗が上昇する。また、ピストン若しくはシリンダが何らかの原因で変形していた場合も、片当たりや固着等により摺動抵抗は増加する。それによりシリンダが破損することもある。

上述のような現象を防止するためにも、油圧加振機４１０の動作中の摺動抵抗を監視し、普段と異なる値の上昇があった場合には、油圧加振機４１０に何らかの問題が発生したと考えることができる。
ただし、動作中の摺動抵抗値を直接計測することは不可能なので、差圧と反力と摺動抵抗の関係より求める（式（１））。
Ｆ＝Ｆ’−△Ｐ×Ｓ・・・式（１）
ここで、△Ｐは差圧［Ｐａ］、Ｓはピストン受圧面積［ｍ^２］、Ｆは摺動抵抗［Ｎ］、Ｆ’は反力［Ｎ］である。反力Ｆ’は、図４の荷重センサ４１５の計測結果である。
ただし、差圧△Ｐは、次の式（２）で求めるものとする。
△Ｐ＝Ｐａ−Ｐｂ・・・式（２）
ここで、Ｐａは圧力［Ｐａ］、Ｐｂは圧力［Ｐａ］である。なお、前述の通り、油圧加振機４１０は、ピストンのフランジ部分によりシリンダ内を２つの部屋に区切る構造となっている。２つの部屋の内、片方の圧力をＰａ、もう一方の圧力をＰｂとした。例えば、図４の圧力センサ４１２の計測結果をＰａ、圧力センサ４１３の計測結果をＰｂとする。
また、ピストン受圧面積Ｓは、次の式（３）で求められる。
Ｓ＝π／４×（Ｄ^２−ｄ^２）・・・式（３）
ここで、Ｄはピストンフランジ部直径［ｍ］、ｄはピストンロッド直径［ｍ］である。
通常、油圧加振機の動作時は、式（１）より摺動抵抗Ｆの値はほぼ一定値とできる。

次に図４及び図５を用いて、油圧加振機４１０の摺動抵抗の算出結果から、油圧加振機４１０の状態を診断する方法について説明する。図５は、本発明の一実施形態の摺動抵抗値の計測による油圧加振機の自己診断動作を説明するフローチャートである。

図５において、ステップ５１０では、圧カセンサ４１２及び４１３によって計測された圧力値Ｐａ及びＰｂと、荷重センサ４１５によって計測された荷重値（反力）Ｆ’は、アナログ電圧値として、サーボアンプユニット４３０に入力される。入力されたアナログ電圧値はＡ／Ｄコンバータ４３１によりＡ／Ｄ変換され、ディジタル化される。
ステップ５２０では、計測された圧力値は、摺動抵抗計測部４４１に入力され、式（２）を用いて差圧△Ｐが計算される。
ステップ５３０では、続いて、あらかじめ式（３）に基づいて計算されたピストン受圧面積Ｓと反力を用いて摺動抵抗Ｆが計算される。
次に、ステップ５４０では、自己診断処理部４４２によって、ステップ５３０において摺動抵抗計測部４４１で計算された摺動抵抗Ｆが、あらかじめ測定し図示しない記憶装置に保持されていた規範となる摺動抵抗Ｆｒと比較される。
この場合、規範となる摺動抵抗Ｆｒは、動作中に計算した値のある時間での平均値としても良い。また、対象とする油圧加振機を予め動作させ、差圧と反力を測定し式（１）よりＦｒを計算しておくことでも良い。

ステップ５５０では、自己診断処理部４４２の比較結果を判定し、摺動抵抗値Ｆが規範摺動抵抗値Ｆｒ以下の場合は、異常なしとして、再び計測動作（ステップ５１０）に戻る。また、摺動抵抗値Ｆが規範摺動抵抗値Ｆｒを超えている場合は異常と判定しステップ５６０に進む。
ステップ５６０では、自己診断処理部４４２は、異常処理部４３９に、摺動抵抗値が異常であることを通知する。また同時に、ディジタル入出力部４３４とＩ／Ｆ部４３５にも、摺動抵抗値が異常であることを通知する。
この時、ディジタル入出力部４３４は、エラー情報として、図示していない表示ランプ等を点灯させることで外部に対して異常を通知する。またＩ／Ｆ部４３５は、他の加振機に対して該摺動抵抗値の異常を通知する。

ステップ５７０では、異常処理部４３９は、この摺動抵抗値異常通知により、減衰停止処理部４４０に減衰停止指示を出力する。減衰停止処理部４４０は、前述したように、サーボ制御部４３２から出力される信号に勾配を付けて信号振幅を０に近づけていくことで、油圧加振機４１０を減衰停止させて安全に停止できるようにする。

なお、上述の実施例では、センサの出力信号がアナログ信号であった。しかし、出力信号がディジタル信号であっても良く、その場合には、サーボアンプユニットのセンサ入力信号をディジタル信号に変換するためのＡ／Ｄコンバータは不要となる。
また、サーボアンプユニットのコントロール基板の一部若しくは全てが、１個若しくは複数個のＦＰＧＡ（ Field Programmable Gate Array ）、ＤＳＰ（ Digital Signal Processor ）、若しくはＳｏＣ（Silicon on a Chip ）、等で構成されていても良い。

上述のようにした結果、複数の加振装置を用いた加振システムにおいて、各加振装置毎に設置されたサーボアンプユニット内に自己診断手段を有し、該個々の自己診断手段が各々の加振装置の状態を把握及び診断をしているため、ユーザが全ての加振装置の状態をまとめて把握したい場合でも、変位指令出力装置等の制御装置や他の加振装置において、各自己診断手段の診断結果のみを受信すれば良く、簡単かつ迅速に全体の状況を把握可能となる。
図６によって、各センサ（図４参照）を検出手段とする異常項目とその主な原因を、表で示した。（１）は圧力センサによって検出される異常項目「加振圧力低下」、（２）は変位センサによって検出される異常項目「変位過大」、（３）は加速度センサによって検出される異常項目「加速度過大」についての、それぞれの主な原因を示す。

以上、本発明を実施例によって詳細に説明した。しかし、本発明は、上述の実施例に限定されるわけではなく、本発明が属する技術分野において、通常の知識を有する者であれば、本発明の思想と精神に基づいて、本発明を修正若しくは変更できる発明が含まれることは勿論である。

１１１、１１２：Ｘ軸方向に加振する油圧加振機、１２１、１２２：Ｙ軸方向に加振する油圧加振機、１３１〜１３４：Ｚ軸方向に加振する油圧加振機、１４０：振動台、１５１、１５２、１６２：サーボ弁、２００〜２０６：加振機、２１１〜２１６：サーボ弁、２２１〜２２６：Ｉ／Ｆ部、２３０：ネットワーク、２４０：制御装置、２４１：Ｉ／Ｆ部、３３０：ネットワーク、３４０：制御装置、３０１〜３０６：油圧加振機、３１１〜３１６：サーボ弁、３２１〜３２６、３４１：Ｉ／Ｆ部、３３１〜３３６：サーボアンプユニット、４１０：油圧加振機、４１１：変位センサ、４１２：圧力センサ、４１３：圧力センサ、４１４：加速度センサ、４１４ａ：センサヘッド、４１４ｂ：アンプ、４１５：荷重センサ、４２０：サーボ弁、４３０：サーボアンプユニット、４３１：Ａ／Ｄコンバータ、４３２：サーボ制御部、４３３：Ｄ／Ａコンバータ、４３４：ディジタル入出力部、４３５：Ｉ／Ｆ部、４３６：コントロール基板、４３７：電圧電流変換部、４３８：無停電電源部、４３９：異常処理部、４４０：減衰停止処理部、４４１：摺動抵抗計測部、４４２：自己診断処理部、４５０：ネットワーク、４６０：変位指令出力装置。

Claims

ネットワークを介して複数の加振装置を接続した加振システムにおける１つの加振装置のサーボアンプユニットにおいて、
無停電電源部と、前記ネットワークにより制御装置から指令信号を入力するインターフェース部と、前記１つの加振装置の油圧加振機の状態を計測するための変位センサ、圧力センサ、荷重センサ、加速度センサ等のセンサからのセンサ情報を入力するアナログ信号入力部と、前記指令信号と前記センサ情報との両者間の誤差が無くなるように前記油圧加振機を制御するためのサーボ制御信号を出力するサーボ制御部と、前記サーボ制御信号に基づいて前記油圧加振機をサーボ弁によって制御するサーボアンプユニットであって、
前記センサ情報若しくは前記無停電電源部の給電停止の情報の有無から前記油圧加振機が異常か否かを判定する自己診断処理部と、前記油圧加振機が異常の場合に前記油圧加振機を徐々に停止させかつ前記インターフェース部を介して前記ネットワークを介して接続された他の加振装置及び前記制御装置に前記油圧加振機が異常であることを通知する異常処理部とを備えたことを特徴とするサーボアンプユニット。
請求項１記載のサーボアンプユニットにおいて、前記自己診断処理部が判定するための前記センサ情報は、前記センサのうちの前記圧力センサ及び前記荷重センサであることを特徴とするサーボアンプユニット。
請求項２記載のサーボアンプユニットにおいて、前記圧力センサは、前記油圧加振機のシリンダ内の、ピストンのフランジ部分により区切られた２つの部屋それぞれの圧力を測定する圧力センサであることを特徴とするサーボアンプユニット。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のサーボアンプユニットにおいて、前記自己診断処理部は、前記油圧加振機の摺動抵抗値を計測し、該計測された摺動抵抗値が所定の値を超えた場合に、前記油圧加振機が異常であると判定することを特徴とするサーボアンプユニット。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のサーボアンプユニットにおいて、前記アナログ信号入力部は前記入力されたセンサ情報をディジタル化して出力するＡ／Ｄ変換部であり、前記サーボ制御部の出力する前記サーボ制御信号は電圧値であって、前記サーボアンプユニットはさらに、前記サーボ制御信号をアナログ信号に変換するアナログ信号出力部と、該アナログ信号に比例したアナログ電流信号を前記サーボ弁に出力する電圧電源変換部と、外部装置との入出力インターフェースと前記無停電電源部からの給電停止の有無の情報を入力され前記インターフェース部若しくは異常処理部に出力し、自己診断処理部の出力信号を入力され前記外部装置に出力するディジタル入出力部と、前記インターフェース部からの前記センサ情報から摺動抵抗値を計測する計測部と、該計測された摺動抵抗値から前記１つの加振装置の異常の有無を判定する前記自己診断処理部と、前記ディジタル入出力部、前記自己診断処理部、若しくは前記インターフェース部からの情報に基づいて異常の有無を判定し減衰停止指示を出力する前記異常処理部と、前記減衰停止指示に基づいて、前記アナログ信号出力部を介して前記電圧電流変換部に前記油圧加振機を徐々に停止されるための制御信号を出力する減衰停止処理部とを備え、前記無停電電源装置と前記電圧電流変換部を除いて、他の構成要素を１枚のコントロール基板として実装したことを特徴とするサーボアンプユニット。
ネットワークを介して複数の加振装置を接続した加振システムにおける、前記加振装置において、
１つの加振装置は、油圧加振機と、前記油圧加振機を制御するサーボ弁と、前記油圧加振機の状態を計測するための変位センサ、加速度センサ、荷重センサ、圧力センサ等のセンサと、前記ネットワークにより制御装置から指令信号を入力するインターフェース部と、前記センサからのセンサ情報との両者間の誤差が無くなるように前記油圧加振機を制御するための制御信号を出力し、前記制御信号に基づいて前記油圧加振機を前記サーボ弁によって制御するサーボアンプユニットと、を有する加振装置であって、
前記サーボアンプユニットは、無停電電源部と、前記センサ情報若しくは前記無停電電源部の給電停止の情報の有無から前記油圧加振機が異常か否かを判定する自己診断処理部と、前記油圧加振機が異常の場合に前記油圧加振機を徐々に停止させかつ前記インターフェース部を介して前記ネットワークに前記１つの加振装置が異常であることを通知する異常処理部とを備えたことを特徴とする加振装置。
請求項６記載の加振装置において、前記サーボアンプユニットの前記自己診断処理部が判定するための前記センサ情報は、前記センサのうちの前記圧力センサ及び荷重センサであることを特徴とする加振装置。
請求項７記載の加振装置において、前記圧力センサは、前記油圧加振機のシリンダ内の、ピストンのフランジ部分により区切られた２つの部屋それぞれの圧力を測定する圧力センサであることを特徴とする加振装置。
請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の加振装置において、前記サーボアンプユニットの前記自己診断処理部は、前記油圧加振機の摺動抵抗値を計測し、該計測された摺動抵抗値が所定の値を超えた場合に、前記油圧加振機が異常であると判定することを特徴とする加振装置。