JPS6291829A - 接触圧力測定装置 - Google Patents
接触圧力測定装置Info
- Publication number
- JPS6291829A JPS6291829A JP23215085A JP23215085A JPS6291829A JP S6291829 A JPS6291829 A JP S6291829A JP 23215085 A JP23215085 A JP 23215085A JP 23215085 A JP23215085 A JP 23215085A JP S6291829 A JPS6291829 A JP S6291829A
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- Japan
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- wave
- reflected
- amplitude
- contact pressure
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、二つの物体の接触面の圧力を音波により測定
する計測器に関する。
する計測器に関する。
従来、音波を利用して接触圧力を測定する方法としては
、反射波の音圧が大きいほど接触圧力が低いことを利用
した測定方法が知られているだけである。このような方
法による測定例は、水口義久、「超音波による接触圧力
測定Ｊ、日本機械学会論文集第５０巻第４５７号（１９
８４年）第１６６８頁に述べられている。
、反射波の音圧が大きいほど接触圧力が低いことを利用
した測定方法が知られているだけである。このような方
法による測定例は、水口義久、「超音波による接触圧力
測定Ｊ、日本機械学会論文集第５０巻第４５７号（１９
８４年）第１６６８頁に述べられている。
しかし、上述の測定方法では、被測定物体の寸法、表面
粗さ、測定用超音波周波数等の多くの条件により反射波
の音圧が影響を受けるので、これらの影響を接触圧力の
情報を含む反射波の音圧の高低から分離する必要がある
。したがって、測定の手順が複雑であり、誤差も大きい
と予想される。
粗さ、測定用超音波周波数等の多くの条件により反射波
の音圧が影響を受けるので、これらの影響を接触圧力の
情報を含む反射波の音圧の高低から分離する必要がある
。したがって、測定の手順が複雑であり、誤差も大きい
と予想される。
本発明は、このような問題点を解決し、二つの物体間の
接触圧力を外部から容易にしかも高精度に測定できる接
触圧力測定装置を提供することを目的とする。
接触圧力を外部から容易にしかも高精度に測定できる接
触圧力測定装置を提供することを目的とする。
本発明の接触圧力測定装置は、互いに接触している音響
インピーダンスの異なる二つの物体の一方から音波を入
射する手段と、この二つの物体の接触面から反射された
反射波を受信する手段とこの受信する手段の出力から上
記接触面における接触圧力を求める測定手段とを備えた
接触圧力測定装置において、上記測定手段は、上記入射
する手段の出力した音波の振幅を変化させる手段と、上
記出力した音波−と上記反射波との位相を比較する手段
と、上記振幅と上記位相との関係により上記接触面の接
触圧力を求める手段とを含むことを特徴とする 〔作用〕 本発明の接触圧力測定装置は、二つの物体の接触面で反
射した音波の位相が、両胸体の音響インピーダンスの大
小関係により反転することを利用して、境界面の接触圧
力を測定するものである。
インピーダンスの異なる二つの物体の一方から音波を入
射する手段と、この二つの物体の接触面から反射された
反射波を受信する手段とこの受信する手段の出力から上
記接触面における接触圧力を求める測定手段とを備えた
接触圧力測定装置において、上記測定手段は、上記入射
する手段の出力した音波の振幅を変化させる手段と、上
記出力した音波−と上記反射波との位相を比較する手段
と、上記振幅と上記位相との関係により上記接触面の接
触圧力を求める手段とを含むことを特徴とする 〔作用〕 本発明の接触圧力測定装置は、二つの物体の接触面で反
射した音波の位相が、両胸体の音響インピーダンスの大
小関係により反転することを利用して、境界面の接触圧
力を測定するものである。
上述の従来例では境界面からの反射波強度を測定して接
触圧力を求めていたが、本発明は、位相の反転による測
定である。これにより、接触面の状態を反映した正確な
測定を行うことができる。
触圧力を求めていたが、本発明は、位相の反転による測
定である。これにより、接触面の状態を反映した正確な
測定を行うことができる。
第１図は本発明実施例の接触圧力測定装置のブロック構
成図である。
成図である。
パルス発振部１は振幅制御部２に接続される。
振幅制御部２は音波送受信部３と波形記憶部４とに接続
される。音波送受信部３は波形記憶部４に接続される。
される。音波送受信部３は波形記憶部４に接続される。
振幅制御部２および波形記憶部４は制御部５に接続され
る。制御部５にはさらに表示部６が接続される。
る。制御部５にはさらに表示部６が接続される。
パルス発振部１は高電圧パルスを発生する。振幅制御部
２はこの高電圧パルスの振幅を調節し、音波送受信部３
、この高電圧パルスを音響パルスに変換し、これを、音
響インピーダンスの異なる被測定物体１０．１１の音響
インピーダンスの小さい被測定物体１０から、接触面に
対して垂直に入射する。被測定物体１０．１１の境界面
１２では、音響インピーダンスの差により反射波が発生
する。音波送受信部３は、この反射波を電気信号に変換
し、波形記憶部４に送出する。波形記憶部４は、振幅制
御部２と音波送受信部３との双方の出力信号、すなわち
、入射波に対応する電気信号と反射波に対応する電気信
号とを記憶する。制御部５は、波形記憶部４の記憶した
電気信号により入射波と反射波との位相を比較するとと
もに、振幅側？ｎ部２を制御し、比較結果、観測波形等
を表示部６に表示させる。
２はこの高電圧パルスの振幅を調節し、音波送受信部３
、この高電圧パルスを音響パルスに変換し、これを、音
響インピーダンスの異なる被測定物体１０．１１の音響
インピーダンスの小さい被測定物体１０から、接触面に
対して垂直に入射する。被測定物体１０．１１の境界面
１２では、音響インピーダンスの差により反射波が発生
する。音波送受信部３は、この反射波を電気信号に変換
し、波形記憶部４に送出する。波形記憶部４は、振幅制
御部２と音波送受信部３との双方の出力信号、すなわち
、入射波に対応する電気信号と反射波に対応する電気信
号とを記憶する。制御部５は、波形記憶部４の記憶した
電気信号により入射波と反射波との位相を比較するとと
もに、振幅側？ｎ部２を制御し、比較結果、観測波形等
を表示部６に表示させる。
ここで、送信音波と受信反射波の位相の関係について説
明する。
明する。
被測定物体１０．１１および空気の音響インピーダンス
をそれぞれｚｌ、 Ｚ、ｚａｉｒとする。被測定物体１
０．１１の接触圧力が低く微視的に両者の間隙に空気層
が介在すると近似される場合には、境界面１２における
反射率Ｔ、は、 ２＋”Ｚｍｔｒ となる。これに対して、接触圧力が高く、空気が介在し
ないと近似できる場合には、境界面１２における反射率
γ２は、 Ｚ、−１−２゜ となる。したがって、 ｚ 、 ＞ ｚ 、 ＞ ｚ ＋ａｉ
ｒの条件では、 γ１＜０ γ２〉０ となり、反射波の位相が反対となる。
をそれぞれｚｌ、 Ｚ、ｚａｉｒとする。被測定物体１
０．１１の接触圧力が低く微視的に両者の間隙に空気層
が介在すると近似される場合には、境界面１２における
反射率Ｔ、は、 ２＋”Ｚｍｔｒ となる。これに対して、接触圧力が高く、空気が介在し
ないと近似できる場合には、境界面１２における反射率
γ２は、 Ｚ、−１−２゜ となる。したがって、 ｚ 、 ＞ ｚ 、 ＞ ｚ ＋ａｉ
ｒの条件では、 γ１＜０ γ２〉０ となり、反射波の位相が反対となる。
第２図に位相反転の例を示す。この例は、被測定物体１
０．１１としてそれぞれ厚さ３０ｍｍ、 １０ｍｍのポ
リエチレンシートを用いた測定例であり、第２図（ａ）
は接触圧力が高い場合、第２図（ｂｌは接触圧力が低い
場合の反射波の波形を示す。
０．１１としてそれぞれ厚さ３０ｍｍ、 １０ｍｍのポ
リエチレンシートを用いた測定例であり、第２図（ａ）
は接触圧力が高い場合、第２図（ｂｌは接触圧力が低い
場合の反射波の波形を示す。
以上の説明では、接触圧力の変化により反射波の位相が
反転することを示したが、この位相の反転は入射波の振
幅にも依存している。
反転することを示したが、この位相の反転は入射波の振
幅にも依存している。
第３図は入射波の振幅と位相反転との関係を説明するた
めの図であり、第３図（８）は入射波の振幅が小さい場
合、第３図中）は振幅が大きい場合の境界面１２の近傍
の拡大図である。
めの図であり、第３図（８）は入射波の振幅が小さい場
合、第３図中）は振幅が大きい場合の境界面１２の近傍
の拡大図である。
二つの被測定物体１０．１１の表面は微視的に凹凸であ
り、このため空気層１４が存在する。入射波１３の振幅
範囲１５が小さい場合には、被測定物体１０の表面が振
動しても、その表面の大部分は相手の被測定物体１１に
接触せず、実質的に空気層１４に対して振動している。
り、このため空気層１４が存在する。入射波１３の振幅
範囲１５が小さい場合には、被測定物体１０の表面が振
動しても、その表面の大部分は相手の被測定物体１１に
接触せず、実質的に空気層１４に対して振動している。
これに対して、振幅範囲１５が大きい場合には、被測定
物体１０の表面は、相手の被測定物体１０に接触して振
動する。したがって、入射波１３の振幅が小さい場合は
入射波１３に対して反射波の位相が反転し、振幅が大き
い場合は位相が反転しない。また、粗面相互の接触また
は鏡面と粗面との微視的な接触面における実効的な空隙
の厚さは、両者の接触圧力の上昇にともなって減少する
。
物体１０の表面は、相手の被測定物体１０に接触して振
動する。したがって、入射波１３の振幅が小さい場合は
入射波１３に対して反射波の位相が反転し、振幅が大き
い場合は位相が反転しない。また、粗面相互の接触また
は鏡面と粗面との微視的な接触面における実効的な空隙
の厚さは、両者の接触圧力の上昇にともなって減少する
。
すなわち、入射波１３の振幅を大きくするにつれて、反
射波の位相が、入射波１３の位相に対して逆相から正相
に反転する。この位相が反転する振幅は接触圧力が低い
ほど大きく、接触圧力が高い領域では空隙が薄いために
小さい振幅の音波で位相の反転が生じる。したがって、
入射波の振幅を変化させながら、境界面１２からの反射
波の位相を入射波（または被測定物体１０のみの底面反
射波）の位相と比較することにより、二つの被測定物体
１０．１１間の接触圧力を測定することができる。
射波の位相が、入射波１３の位相に対して逆相から正相
に反転する。この位相が反転する振幅は接触圧力が低い
ほど大きく、接触圧力が高い領域では空隙が薄いために
小さい振幅の音波で位相の反転が生じる。したがって、
入射波の振幅を変化させながら、境界面１２からの反射
波の位相を入射波（または被測定物体１０のみの底面反
射波）の位相と比較することにより、二つの被測定物体
１０．１１間の接触圧力を測定することができる。
また、各種の振幅の入射波を用いて接触面を走査し、各
々の振幅において位相の反転する領域を連結すれば、各
々に対応した圧力の等圧力線図を得ることができる。
々の振幅において位相の反転する領域を連結すれば、各
々に対応した圧力の等圧力線図を得ることができる。
上記の実施例では、入射波と反射波との位相関係を正ま
たは逆の二つの状態だけで判断しているが、両者の相関
により位相変化を連続して評価しても本発明を実施でき
る。すなわち、測定用の音波で照射される領域はある広
がりをもち、その中に、微視的には種々の粗面による接
触状態が含まれている。したがって、応力に応じた接触
状況の変化を、反射波の位相の変化の相関により統計的
に評価することで推定できる。
たは逆の二つの状態だけで判断しているが、両者の相関
により位相変化を連続して評価しても本発明を実施でき
る。すなわち、測定用の音波で照射される領域はある広
がりをもち、その中に、微視的には種々の粗面による接
触状態が含まれている。したがって、応力に応じた接触
状況の変化を、反射波の位相の変化の相関により統計的
に評価することで推定できる。
以上説明したように、本発明の接触圧力測定装置は、単
に反射波形の位相の変化を測定するだけで二つの物体の
接触圧力を測定でき、音波送受信部に含まれる探触子の
接触状態や、被測定物体の厚さおよび材質の不均一によ
る誤差は、原理的に発生しない。したがって、測定しよ
うとする接触面の状況だけを反映したバラつきのない正
確な測定が可能となる効果がある。しかも本発明装置は
作業性に優れている。
に反射波形の位相の変化を測定するだけで二つの物体の
接触圧力を測定でき、音波送受信部に含まれる探触子の
接触状態や、被測定物体の厚さおよび材質の不均一によ
る誤差は、原理的に発生しない。したがって、測定しよ
うとする接触面の状況だけを反映したバラつきのない正
確な測定が可能となる効果がある。しかも本発明装置は
作業性に優れている。
第１図は本発明実施例接触圧力測定装置。
第２図は位相反転の例を示す図。
第２図（ａ）は接触圧力が高い場合の反射波の波形を示
す。 第２図（ｂｌは接触圧力が低い場合の反射波の波形を示
す。 第３図は入射波の振幅と位相反転との関係を示す説明図
。 第３図（ａｌは入射波の振幅が小さい場合を示す。 第３図中）は振幅が大きい場合を示す。 ｌ・・・パルス発振部、２・・・振幅制御部、３・・・
音波送受信部、４・・・波形記憶部、５・・・制御部、
６・・・表示部、１０．１１・・・被測定物体、１２・
・・境界面、１３・・・入射波、１４・・・空気層、１
５・・・振幅範囲。 特許出願人 日本電信電話株式会社 代理人 弁理士 井 出 直 孝 −１，。 実３１１例 第１図 波形例 第２図 （ａ）振幅小 鬼３ 図
す。 第２図（ｂｌは接触圧力が低い場合の反射波の波形を示
す。 第３図は入射波の振幅と位相反転との関係を示す説明図
。 第３図（ａｌは入射波の振幅が小さい場合を示す。 第３図中）は振幅が大きい場合を示す。 ｌ・・・パルス発振部、２・・・振幅制御部、３・・・
音波送受信部、４・・・波形記憶部、５・・・制御部、
６・・・表示部、１０．１１・・・被測定物体、１２・
・・境界面、１３・・・入射波、１４・・・空気層、１
５・・・振幅範囲。 特許出願人 日本電信電話株式会社 代理人 弁理士 井 出 直 孝 −１，。 実３１１例 第１図 波形例 第２図 （ａ）振幅小 鬼３ 図
Claims (1)
- （１）互いに接触している音響インピーダンスの異なる
二つの物体の一方から音波を入射する手段と、この二つ
の物体の接触面から反射された反射波を受信する手段と この受信する手段の出力から上記接触面における接触圧
力を求める測定手段と を備えた接触圧力測定装置において、 上記測定手段は、 上記入射する手段の出力した音波の振幅を変化させる手
段と、 上記出力した音波と上記反射波との位相を比較する手段
と、 上記振幅と上記位相との関係により上記接触面の接触圧
力を求める手段と を含む ことを特徴とする接触圧力測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23215085A JPS6291829A (ja) | 1985-10-17 | 1985-10-17 | 接触圧力測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23215085A JPS6291829A (ja) | 1985-10-17 | 1985-10-17 | 接触圧力測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6291829A true JPS6291829A (ja) | 1987-04-27 |
Family
ID=16934777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23215085A Pending JPS6291829A (ja) | 1985-10-17 | 1985-10-17 | 接触圧力測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6291829A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011257144A (ja) * | 2010-06-04 | 2011-12-22 | Kochi Univ Of Technology | 触覚センシング方法 |
-
1985
- 1985-10-17 JP JP23215085A patent/JPS6291829A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011257144A (ja) * | 2010-06-04 | 2011-12-22 | Kochi Univ Of Technology | 触覚センシング方法 |
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