JP6281273B2

JP6281273B2 - 音響装置の検査装置及び音響装置の検査方法並びに音響装置の検査プログラム

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Publication number: JP6281273B2
Application number: JP2013258811A
Authority: JP
Inventors: 寿憲村田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2033-12-16
Also published as: JP2015114294A

Description

本発明は、音響装置の検査装置及び音響装置の検査方法並びに音響装置の検査プログラムに関する。

基板などのワークに音声を出力する音響装置、例えばブザーを取り付ける製造工程では、ワークにブザーを取り付けた後で、ブザーの動作チェックを行っている。このとき、ブザーの筐体のカシメが弱かったり、ブザーとワークの固定が甘かったりすると、ブザー音の出力時に筐体やワークの間で共振が発生したり、筐体とワークの間の摩擦が生じたりして異音が発生することがある。

ここで、異音の発生を調べる方法としては、製造ラインの試験工程で作業員が異音の有無を直接に聞いて判定することがあげられる。しかし、この方法では、異音の有無を作業者の感覚で判定することになるので客観性に欠けることがある。そこで、従来では、ブザーを鳴動させたときの音圧と振動を同時に測定することで、ブザー音を精度良く計測できるようにしている。例えば、音声の出力と同時に振動が生じる製品では、振動レベルが高い周波数で算出した音響放射係数を用いて他の周波数の音響放射係数を近似すると、音響放射係数を用いてブザーで発生した音を精度良く取得することが可能になる。

ところが、製品を大量に生産する製造ラインでは、製品をコンベア装置で搬送する際にコンベア装置の振動が製品に伝わって製品が振動することがある。また、工場の騒音、例えば、製品に付着したダストを除去するときに使用するエアーブローの動作音が音圧データとして集音されることがある。これらの音や振動は、ブザーで発生した音の測定精度を低下させる要因になる。そこで、製品からの音圧と振動を測定し、振動の大きさが閾値を越えたときや、製品の一部を駆動させたことに起因して振動が発生したことが明らかな場合には、そのときに発生した音を時系列の音圧データから取り除いて解析する。

特開平１−６９９２１号公報特開２００３−２７９４０１号公報特開２００４−３１７２４８号公報

しかしながら、一定条件化で音圧データを取り除いてデータ解析を行うためには、振動の閾値を製品の種類毎に予め設定する必要があった。また、製品に個体差がある場合や、製造ラインの環境が変化した場合、複数の製造ラインがある場合に製造ライン毎に振動に偏差が生じる。このために、従来では、製造ライン毎に音圧及び振動を測定して閾値を設定する必要があり、作業効率が悪かった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、製品の種類や、製造ラインの環境が変化しても音響装置の試験を確実に行えるようにすることを目的とする。

実施形態の一観点によれば、検査対象物から出力された音声の周波数スペクトルを振幅の最大値を使用して正規化する第１の正規化部と、前記検査対象物の周囲で発生した振動の周波数スペクトルを振幅の最大値を使用して正規化する第２の正規化部と、正規化した２つの周波数スペクトルの振幅を周波数毎に比べ、振幅が小さい方の値を選択する選択部と、前記選択部で選択したデータを周波数毎に並べた周波数スペクトルからなる１つの検査用スペクトルを作成するスペクトル作成部と、前記検査用スペクトルのピーク高さから前記検査対象物から生じる異音の有無を判定する判定部と、を含むことを特徴とする音響装置の検査装置音響装置の検査装置が実現される。

また、実施形態の別の観点によれば、検査対象物から出力された音声の音圧データを取得し、前記音圧データと同時に前記検査対象物の周囲で発生した振動の振動データを取得し、前記音圧データの周波数スペクトルを振幅の最大値を使用して正規化し、前記振動データの周波数スペクトルを振幅の最大値を使用して正規化し、正規化した２つの周波数スペクトルの振幅を周波数毎に比べ、振幅が小さい方の値を取得して周波数毎に並べた周波数スペクトルからなる１つの検査用スペクトルを作成することを特徴とする音響装置の検査方法が実現される。

さらに、実施形態の別の観点によれば、検査対象物から出力された音声の音圧データを取得し、前記音圧データと同時に前記検査対象物の周囲で発生した振動の振動データを取得し、前記音圧データの周波数スペクトルを振幅の最大値を使用して正規化し、前記振動データの周波数スペクトルを振幅の最大値を使用して正規化し、正規化した２つの周波数スペクトルの振幅を周波数毎に比べ、振幅が小さい方の値を取得して周波数毎に並べた周波数スペクトルからなる１つの検査用スペクトルを作成する処理をコンピュータに実行させることを特徴とする音響装置の検査プログラムが実現される。

音圧データと振動データを直接に比較して外乱のノイズを除去することが可能になり、閾値を使用せずに外来ノイズの影響を除去した音響装置の検査が可能になる。

図１は、本発明の実施の形態に係る音響装置の検査装置の概略構成の一例を示すブロック図である。図２は、本発明の実施の形態に係る音響装置の検査方法の一例を示すフローチャートである。図３は、本発明の実施の形態に係る音響装置の検査装置で作成される音圧の正規化された周波数スペクトルの一例を示す図である。図４は、本発明の実施の形態に係る音響装置の検査装置で作成される振動の正規化された周波数スペクトルの一例を示す図である。図５は、本発明の実施の形態に係る音響装置の検査装置で作成される音圧と振動の正規化された周波数スペクトルの一例を重ねて示すと共に一部を拡大した図である。図６は、本発明の実施の形態に係る音響装置の検査装置において音圧と振動の正規化された周波数スペクトルの振幅を周波数毎に比較する処理の一例を説明する図である。図７は、本発明の実施の形態に係る音響装置の検査装置で作成される音圧と振動の正規化された周波数スペクトルの比較結果の一例を示す共に一部を拡大した図である。図８は、本発明の実施の形態に係る音響装置の検査装置で作成される音響装置の検査用の音圧の周波数スペクトルの一例を示す図である。

発明の目的及び利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素及び組み合わせによって実現され達成される。
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、典型例及び説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない。

図１に製造ラインの概略構成を示す。
製造ライン１は、ワーク２を搬送するコンベア装置３を有すると共に、音響装置の検査装置４（以下、単に検査装置とする）が設けられている。検査装置４は、ワーク２に取り付けられたブザー５などの音響装置で発生した音を収集する集音装置であるマイクロフォン６と、ワーク２で発生した振動を検出する振動センサ７を有する。振動センサ７は、ワーク２に非接触で振動を計測できるタイプを使用することが好ましい。

検査装置４は、マイクロフォン６と振動センサ７で取得したデータを解析するデータ処理装置８を有する。データ処理装置８は、音圧データが入力される第１の入力回路１１を有する。第１の入力回路１１は、例えば、マイクロフォン６から出力されるアナログの音圧データをデジタル変換するＡ／Ｄ（Analog/digital）変換器を有する。第１の入力回路１１の出力は、第１のフーリエ変換器１２に接続されている。第１のフーリエ変換器１２は、時系列の音圧データを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して周波数スペクトルを作成する。第１のフーリエ変換器１２の出力は、第１の正規化部１３に接続されている。第１の正規化部１３は、音圧データの周波数スペクトルの振幅の最大値が「１」になるように音圧データの周波数スペクトルを正規化する。

また、データ処理装置８は、振動データが入力される第２の入力回路２１を有する。第２の入力回路２１は、例えば、振動センサ７から出力されるアナログの振動データをデジタル変換するＡ／Ｄ変換器を有する。第２の入力回路２１の出力は、第２のフーリエ変換器２２に接続されている。第２のフーリエ変換器２２は、時系列の振動データを高速フーリエ変換して周波数スペクトルを作成する。第２のフーリエ変換器２２の出力は、第２の正規化部２３に接続されている。第２の正規化部２３は、振動データの周波数スペクトルの振幅の最大値が「１」になるように振動データの周波数スペクトルを正規化する。

２つの正規化部１３，２３の出力は、最小値選択部２５に接続されている。最小値選択部２５は、２つの正規化された周波数スペクトルの振幅の最小値を所定の周波数ビン毎に選択し、振幅の最小値で構成された周波数スペクトル（再構築スペクトル）を構築する。最小値選択部２５の出力は、スペクトル作成部である乗算器２６に接続されている。乗算器２６には、再構築スペクトルと、正規化された音圧データの周波数スペクトルとが入力され、音圧スペクトルが作成される。乗算器２６には、判定部２７に接続されている。判定部２７は、音圧スペクトルのピーク位置やピーク高さに基づいて、ブザー５が正常に動作しているか決定し、ワーク２の良否を判定する。

なお、検査装置４のデータ処理装置８は、コンピュータに音響装置の検査プログラムを実行させることにより各部１２，１３，２２，２３，２５〜２７を実現するように構成しても良い。この場合のデータ処理装置８は、不図示の記憶装置に記憶させた音響装置の検査プログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）に展開することで各部１２，１３，２２，２３，２５〜２７の処理を実行させる。また、音響装置の検査プログラムは、データ処理装置８外に配置された不図示の記憶装置に保存され、必要に応じてデータ処理装置８に読み込んでも良い。

ワーク２としては、例えば、情報端末や、携帯機器、家電製品など様々な製品があげられる。音響装置は、信号入力によって所定の音声を出力できるものであれば良く、ブザー５に限定されない。ブザー５は、例えば、複数のパーツを組み合わせた筐体を有し、筐体をワーク２に固定させることによってワーク２に取り付けられている。また、ブザー５の筐体は、１つのパーツから製造しても良い。ブザー５のワーク２への取り付けは、不図示の前工程で実施される。また、検査装置１の近くには、エアーブロー装置や、他の装置の動作音などの工場騒音の発生源３１が配置されている。

次に、検査装置４を用いたワーク２の異音検査方法について説明する。
まず、ワーク２には、前工程でブザー５が取り付けられた後、コンベア装置３に搬入される。コンベア装置３上のワーク２が検査位置に到達したら、データ処理装置８又は他の不図示の制御装置の指令に基づいてブザー５が鳴動させられる。このときにブザー音と共にワーク２やブザー５に振動が発生する。以下において、ブザー音は、例えば、１ｋＨｚの周波数を有するものとする。また、エアーブロー音などの工場騒音が３ｋＨｚに発生しているものとする。また、コンベア装置３などに試験に悪影響を及ぼす振動は発生していない。

図２のステップＳ１０１Ａに示すように、検査装置４は、マイクロフォン６を使用してブザー音の音圧データを収集する。このとき、マイクロフォン６には、ブザー５から出力されるブザー音の他に、ブザー５やワーク２から生じる他の音や、工場騒音の発生源３１などの異音も取り込まれる。ステップＳ１０２Ａで、音圧データは、第１の入力回路１１でデジタル変換され、第１のフーリエ変換器１２で高速フーリエ変換されることによって周波数スペクトルに変換される。さらに、ステップＳ１０３Ａでは、周波数スペクトルが第１の正規化部１３において振幅の最大値が「１」となるように正規化される。これによって、例えば、図３に示すような音圧データの正規化スペクトルＦＳ１が得られる。図３は、横軸が周波数、縦軸が振幅になっており、マイクロフォン６で集音した音圧の周波数変化を示している。音圧の振幅の正規化スペクトルＦＳ１は、ブザー音の１ｋＨｚにピークを有する。正規化スペクトルＦＳ１は、最大ピークである周波数１ｋＨｚのピークが最大値「１」になるように振幅が正規化されている。さらに、ブザー音の高調波に相当する２ｋＨｚと３ｋＨｚのそれぞれにもピークが発生している。３ｋＨｚのピークは、ブザー音の高調波のピークに異音のピークが重なることにより、振幅が大きくなっている。

また、ステップＳ１０１Ａの音圧データの取得と同時に、ステップＳ１０１Ｂにおいて、振動センサ７がワーク２やブザー５に生じた振動を取得する。ステップＳ１０２Ｂで、振動データは、第２の入力回路２１でデジタル変換され、第２のフーリエ変換器２２で高速フーリエ変換されることによって周波数スペクトルに変換される。さらに、ステップＳ１０３Ｂで、振動データは、第２の正規化部２３において振幅の最大値が「１」となるように正規化される。これによって、例えば、図４に示すような振動データの正規化スペクトルＦＳ２が得られる。図４は、横軸が周波数、縦軸が振幅になっており、振動センサ７で計測した振動の振幅の周波数変化を示している。振動の正規化スペクトルＦＳ２は、ブザー音の１ｋＨｚにピークを有する。正規化スペクトルＦＳ２は、最大ピークである周波数１ｋＨｚのピークが最大値「１」になるように振幅が正規化されている。さらに、ブザー音の高調波に相当する２ｋＨｚと３ｋＨｚのそれぞれにもピークが発生している。

ここで、２つの正規化スペクトルＦＳ１，ＦＳ２について説明する。
ブザー５を鳴動させたときにブザー５の筐体が振動等すると、本来のブザー音に加えて異音が発生する。ブザー５の筐体が振動することから、振動センサ７にも振動波形が現れる。即ち、ブザー５の鳴動に伴って異音が発生した場合には、音圧データと振動データに同様の反応が現れる。例えば、図３及び図４の正規化スペクトルＦＳ１，ＦＳ２では、ブザー５が１ｋＨｚで鳴動し、これに伴う高調波が２ｋＨｚと３ｋＨｚで発生している。２ｋＨｚ及び３ｋＨｚの高調波を示すピークは、２つの正規化スペクトルＦＳ１，ＦＳ２のそれぞれに発生している。

また、エアーブロー音などの工場騒音が発生した場合には、工場騒音がマイクロフォン６に取り込まれて周波数スペクトルにピークが発生する。エアーブロー音が３ｋＨｚの周波数の騒音であった場合には、図３の音圧の正規化スペクトルのピークが、工場騒音に相当する音圧、例えば、１５ｄｂ程度高くなる。３ｋＨｚには、ブザー５の異音もピークを有するので、工場騒音と異音が重畳されたピークが大きくなっている。一方、エアーブローに伴う空気振動は、ワーク２などの個体を振動させるパワーはない。従って、エアーブロー音による振動データの変化は生じない。このため、図４の振動の正規化スペクトルＦＳ１は、３ｋＨｚにブザー音に起因するピークのみが現れる。このことから、振動の正規化スペクトルＦＳ２の３ｋＨｚのピーク高さは、音圧データの正規化スペクトルＦＳ１に比べて低くなる。

ここで、コンベア装置３に振動が発生したときには、その振動が振動センサ７で検出されることがある。この場合には、振動の正規化スペクトルＦＳ２にコンベア装置３の振動に起因するピークが現れる。一方、コンベア装置３が振動しても音が発生しなければ、マイクロフォン６で収集する音圧データには影響が出ない。このために、音圧データの正規化スペクトルＦＳ１にコンベア装置３の振動に起因するピークは発生しない。このように、音圧の正規化スペクトルＦＳ１と、振動の正規化スペクトルＦＳ２では、同じ測定対象からのデータを同時に取得した場合に、外来ノイズの発生源の種類に応じて一方の正規化スペクトルＦＳ１，ＦＳ２のみに変動が生じる。

次に、図２のステップＳ１０４で、最小値選択部２５で２つの正規化スペクトルＦＳ１，ＦＳ２を比較し、最小値のみを抽出して再構築スペクトルを作成する。ここで、２つの正規化スペクトルＦＳ１，ＦＳ２は、振幅の最大値の周波数がブザー音の周波数である１ｋＨｚであり、振幅の最大値となる１ｋＨｚのピーク値が「１」になるように正規化されているために直接比較することができる。２つの正規化スペクトルＦＳ１，ＦＳ２の最小値を採用するのは、２つのスペクトルのうち、ピーク値が小さい方は、外来ノイズの影響を全く受けていないか、外来ノイズの影響を殆ど受けていないと考えられるためである。図３及び図４の正規化スペクトルＦＳ１，ＦＳ２の例では、工場騒音の影響は、音圧の正規化スペクトルＦＳ１のみに現れ、振動の正規化スペクトルＦＳ２には現れない。従って、２つの正規化スペクトルＦＳ１，ＦＳ２のうち、ピーク値が相対的に小さい振動の正規化スペクトルＦＳ２のピーク値を採用すれば、工場騒音の影響を除去できる。また、コンベア装置３の振動に起因する外来ノイズが生じた場合、振動による外来ノイズの影響は、振動の周波数スペクトルＦＳ２のみに現れ、音圧の周波数スペクトルＦＳ１には現れない。従って、２つの正規化スペクトルＦＳ１，ＦＳ２のうち、ピーク値が相対的に小さい音圧の正規化スペクトルＦＳ１のピーク値を採用すれば、コンベア装置３の振動の影響を除去できる。

さらに、ステップＳ１０５で、最小値選択部２５が、２つの正規化スペクトルＦＳ１，ＦＳ２の最小値のみを選択したスペクトル（再構築スペクトル）を構築する。この後、ステップＳ１０６で、音圧の正規化スペクトルＦＳ１を用いて再構築スペクトルの縦軸を音圧レベルに変換する。これによって、工場騒音や外部の振動に起因するノイズが除去された音圧の周波数スペクトルが得られる。この後、ステップＳ１０７で、判定部２７において、ＴＨＤ（Total Harmonic Distortion:全高周波歪み率）やｄＢｃ（基本波に対する高周波等の相対比率）を使用し、ブザー５や、ブザー５が取り付けられたワーク２の良否判断を行う。

ここで、ステップＳ１０４の最小値選択処理と、ステップＳ１０５のスペクトル再構築処理の具体例について、図５のグラフと、図６の表、図７を参照して説明する。なお、図５は、２つの正規化スペクトルＦＳ１，ＦＳ２を重ねて表示したものである。さらに、横軸の２７００Ｈｚから３３００Ｈｚまでの波形を抽出して拡大して示している。図６は、２つの正規化スペクトルＦＳ１，ＦＳ２の周波数ビン毎の最小値を抽出した結果を示す。図７は、再構築スペクトルＲＦ１を示し、下側部分は上側部分の周波数領域の一部を拡大して示している。そして、図５、図７においては、横軸が周波数を示し、縦軸が振幅を示す。

図５に示すように、２つの正規化スペクトルＦＳ１，ＦＳ２を重ねて表示すると、周波数によっては正規化スペクトルＦＳ１の振幅が大きいところと、正規化スペクトルＦＳ２の振幅が大きいところがある。特に、周波数３０００Ｈｚでは、音圧の正規化スペクトルＦＳ１の振幅が、振動の正規化スペクトルＦＳ２の振幅より大きくなっている。これは、音圧の正規化スペクトルＦＳ１には、ブザー音に加えて工場騒音がマイクロフォン６を通して収集されているためである。

図６に示すように、最小値選択部２５は、周波数ビンを１０Ｈｚとし、この範囲内の音圧と振動の振幅の最小値を抽出し、両者を比較する。例えば、２７００Ｈｚでは、音圧の振幅が−７０であり、振動の振幅が−５５である。従って、２７００Ｈｚでは、音圧の−７０が選択される。同様に、３０００Ｈｚでは振動の−３０が選択され、３０１０Ｈｚでは振動の−３５が選択される。そして、２つの正規化スペクトルＦＳ１，ＦＳ２の最小値のみを採用して正規化スペクトルを再構築すると、図７に示すような、再構築スペクトルＲＦ１が作成される。再構築スペクトルＲＦ１では、３ｋＨｚは振幅が小さい振動の正規化スペクトルＦＳ２の値が採用されるので、ピークに含まれる工場騒音の成分が取り除かれ、ブザー５からの音の成分のみが残る。

さらに、ステップＳ１０６の音圧スペクトルの作成処理と、ステップＳ１０７の判定処理の具体例について、図８を参照して説明する。図８は、検査用スペクトルである音圧の周波数スペクトルＦＳ０の一例が示されている。図８の横軸は、周波数を示し、縦軸は音圧レベルを示す。
乗算器２６が再構築スペクトルＲＦ１と音圧の正規化スペクトルＦＳ１に基づいて図８に示すような音圧の周波数スペクトルＦＳ０を作成したら、判定部２７が音圧の周波数スペクトルＦＳ０に基づいて、ブザー５を評価する。判定処理には、例えば、ＴＨＤや、ｄＢｃを用いる。例えば、ＴＨＤは、基本波の実効値Ｖ１と、第２次高調波の実効値Ｖ２、第３の字高調波の実効値Ｖ３を用いて、以下のように算出できる。

ＴＨＤの値が小さいほど、歪みが小さくなるので、ＴＨＤの値が予め定められた閾値以下であれば、ブザー５及びワーク２は正常であると判定する。一方、ＴＨＤの値が閾値を上回ったときには、ブザー５又はワーク２に異常があると判定する。

以上、説明したように、検査装置４は、音圧データと同時に振動データを取得し、２つのデータの周波数スペクトルを正規化したので、２種類の周波数スペクトルを直接比較することが可能になる。これによって、２つの周波数スペクトルの最小値を採用して検査用の周波数スペクトルを作成することが可能になり、外来ノイズを除去することが可能になる。閾値を使用せずに外来ノイズの影響を除去した音響装置の検査が可能になる。また、所定の周波数ビン毎に最小値を選択するようにしたので、情報の処理量を低減しつつ、外来ノイズを除去できる。

ここで挙げた全ての例及び条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明及び概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例及び条件に限定することなく解釈するものであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換及び変形を施すことができる。

２ワーク
５ブザー
４検査装置
８データ処理装置
１２第１の正規化部
２２第２の正規化部
２５最小値選択部
２６乗算器（スペクトル作成部）
２７判定部
ＦＳ０音圧の周波数スペクトル（検査用スペクトル）
ＦＳ１，ＦＳ２正規化スペクトル

Claims

検査対象物から出力された音声の周波数スペクトルを振幅の最大値を使用して正規化する第１の正規化部と、
前記検査対象物の周囲で発生した振動の周波数スペクトルを振幅の最大値を使用して正規化する第２の正規化部と、
正規化した２つの周波数スペクトルの振幅を周波数毎に比べ、振幅が小さい方の値を選択する選択部と、
前記選択部で選択したデータを周波数毎に並べた周波数スペクトルからなる１つの検査用スペクトルを作成するスペクトル作成部と、
前記検査用スペクトルのピーク高さから前記検査対象物から生じる異音の有無を判定する判定部と、
を含むことを特徴とする音響装置の検査装置。
前記選択部は、所定幅の周波数ビン毎に正規化した２つの周波数スペクトルの振幅を周波数毎に比べるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の音響装置の検査装置。
検査対象物から出力された音声の音圧データを取得し、
前記音圧データと同時に前記検査対象物の周囲で発生した振動の振動データを取得し、
前記音圧データの周波数スペクトルを振幅の最大値を使用して正規化し、
前記振動データの周波数スペクトルを振幅の最大値を使用して正規化し、
正規化した２つの周波数スペクトルの振幅を周波数毎に比べ、振幅が小さい方の値を取得して周波数毎に並べた周波数スペクトルからなる１つの検査用スペクトルを作成することを特徴とする音響装置の検査方法。
正規化した２つの周波数スペクトルの振幅は所定幅の周波数ビン毎に比較することを特徴とする請求項３に記載の音響装置の検査方法。
検査対象物から出力された音声の音圧データを取得し、
前記音圧データと同時に前記検査対象物の周囲で発生した振動の振動データを取得し、
前記音圧データの周波数スペクトルを振幅の最大値を使用して正規化し、
前記振動データの周波数スペクトルを振幅の最大値を使用して正規化し、
正規化した２つの周波数スペクトルの振幅を周波数毎に比べ、振幅が小さい方の値を取得して周波数毎に並べた周波数スペクトルからなる１つの検査用スペクトルを作成する処理をコンピュータに実行させることを特徴とする音響装置の検査プログラム。