WO2014109365A1 - パネルの検査装置及び検査方法 - Google Patents

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panel
unit
frequency
excitation
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Inventor
河野　一郎
近藤　剛史
Original Assignee
本田技研工業株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H13/00—Measuring resonant frequency
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table

Definitions

  • the present invention relates to a panel inspection apparatus and inspection method. More specifically, the present invention relates to a panel inspection apparatus and an inspection method for measuring a resonance frequency of a panel formed as a press-molded product and determining whether the quality of the panel is good based on the resonance frequency.
  • Patent Document 1 discloses a vibration nozzle that ejects gas toward an inspection object (panel) to resonate the inspection object (panel), and resonance of the inspection object (panel).
  • a defect detection method is provided in which a vibration sensor that acquires a vibration waveform is provided separately, and a feature amount is extracted from the resonance vibration waveform acquired by the vibration sensor in the control determination unit to check whether there is a defect in the inspection object (panel). ing.
  • the resonance vibration waveform acquired by the vibration sensor is a combined wave of the vibration output from the vibrator and the vibration reflected from the workpiece end, and is a stationary wave whose amplitude position does not change.
  • the resonance vibration waveform acquired by the vibration sensor varies depending on where the vibration sensor is installed on the inspection object, and in the worst case, the vibration sensor corresponds to the position of the node of the resonance vibration. Then, vibration cannot be detected. Since the installation position of the vibration sensor that cannot measure vibration changes depending on the vibration frequency and the state of the panel, it is difficult to specify the specific position, and even if there is no defect, there is a defect or there is a defect. However, there is a risk of misjudging that there is no defect.
  • an object of the present invention is to provide a panel inspection apparatus and a panel inspection method capable of accurately measuring the resonance frequency of a panel and accurately inspecting the presence or absence of defects such as a constriction event such as a constriction or a crack of the panel.
  • a vibration sensor, a vibrator (for example, a vibration sensor integrated vibrator 20 described later) and a control device (for example, a control device 30 described later) are provided, and the quality of the panel is determined based on the resonance frequency of the panel.
  • a panel inspection apparatus for example, a panel inspection apparatus 1 described later for determining the quality of An exciter including a vibration unit (for example, a vibration unit 22 described later) that vibrates a vibration point (for example, a vibration point 11 described later) which is a part of the panel, and vibration of the vibration unit
  • a vibration sensor mounted on the shaft for example, a vibration sensor 26 described later
  • the control device outputs a command value for exciting the panel (for example, a voltage waveform in FIG.
  • Excitation instruction unit 31 A vibration acquisition unit (for example, a vibration acquisition unit 32 described later) for acquiring a composite vibration including a resonance vibration of the panel from the vibration sensor; A frequency analysis unit (for example, a frequency analysis unit 33 to be described later) acquires a frequency waveform by performing frequency analysis (for example, a fast Fourier transform or maximum entropy method to be described later) on the waveform of the synthetic vibration, and acquires a resonance frequency from the frequency waveform.
  • a vibration acquisition unit for example, a vibration acquisition unit 32 described later
  • a frequency analysis unit for example, a frequency analysis unit 33 to be described later
  • acquires a frequency waveform by performing frequency analysis for example, a fast Fourier transform or maximum entropy method to be described later
  • a panel pass / fail judgment unit (for example, a panel pass / fail judgment unit 34 to be described later) that compares the resonance frequency with the resonance frequency of a good product panel measured in advance to determine whether the panel is a good product; A panel inspection apparatus.
  • the vibration instruction unit of the control device outputs a vibration command to the vibration unit of the vibrator.
  • the vibration unit vibrates, the panel is vibrated at an exciting point which is a part of the panel, and the vibrated panel resonates at a resonance frequency corresponding to the panel state.
  • the resonance vibration of the panel is a phenomenon in which the vibration caused by the vibration and the vibration reflected from the workpiece end are in phase and are amplified, and therefore the amplitude of the resonance vibration at the excitation point is maximized. Since the vibration sensor is mounted on the excitation shaft of the excitation unit, the resonance vibration of the panel can be reliably acquired at a position where the amplitude is maximum.
  • the vibration sensor acquires a combined vibration in which the vibration of the vibration unit that vibrates the panel is overlapped with the resonance vibration.
  • the frequency analysis unit of the control device analyzes the acquired synthesized vibration to obtain a resonance frequency
  • the panel pass / fail judgment unit of the control device obtains the acquired resonance frequency and the resonance frequency of the non-defective panel measured in advance. To judge whether the panel is good or bad.
  • the vibration sensor since the vibration sensor is mounted on the vibration axis of the vibration unit that vibrates the panel, the acquired resonance vibration has the maximum amplitude, and the resonance frequency obtained based on this is accurate. is there. In order to determine the quality of the panel based on the resonance frequency thus obtained, there is no misjudgment that there is no defect even if the panel is defective even if there is no defect in the panel, The presence or absence of a panel defect can be accurately determined.
  • the voltage waveform input by the excitation instruction unit (for example, an excitation instruction unit 31 to be described later) is based on a sweep sine wave (for example, the voltage waveform of FIG. 5 to be described later).
  • a sweep sine wave for example, the voltage waveform of FIG. 5 to be described later.
  • the voltage waveform output in the excitation instruction unit of the control device is a sweep sine wave, and the vibration amplitude of the acquired sine wave is constant because the sweep sine wave has a constant excitation intensity.
  • the peak of resonance vibration and the peak of vibration vibration can be clearly distinguished. That is, even if the sensor is mounted on the excitation shaft of the excitation unit, only the resonance vibration can be extracted, and the required resonance frequency is more accurate. Since the quality of the panel can be determined based on this, it is possible to reduce the determination that the panel is defective even if the panel is not defective due to a measurement error, and it is possible to more accurately determine the presence or absence of the panel defect. .
  • the voltage waveform output from the vibration instruction unit of the control apparatus is a sweep sine wave
  • the frequency analysis is performed by the maximum entropy method having good compatibility with the sweep sine wave.
  • the maximum entropy method does not require a precondition for the periodicity of the waveform unlike the fast Fourier transform method, and the obtained waveform can be converted as it is and converted with high accuracy. Further, since the maximum entropy method does not depend on the sampling frequency / number of data, frequency analysis can be performed with high accuracy even with a vibration waveform having a short measurement time.
  • a panel inspection apparatus and a panel inspection method capable of accurately measuring the resonance frequency of a panel and accurately inspecting the presence or absence of defects such as a constriction event such as a constriction or a crack of the panel.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a panel inspection apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the panel inspection apparatus 1 vibrates a panel 10 formed by press molding to be inspected, detects a resonance vibration of the panel 10 due to vibration, and a vibration sensor integrated vibration generator 20. And a control device 30 for controlling the device 20.
  • the panel inspection apparatus 1 vibrates the panel 10 by bringing the vibration sensor-integrated vibrator 20 into contact with an excitation point 11 which is a part of the panel 10 when the panel 10 is being transported by a robot arm. Then, the panel 10 may be resonated and the vibration of the panel 10 may be acquired by the vibration sensor integrated vibrator 20. Specifically, when the control device 30 outputs a voltage waveform to the vibration sensor integrated vibration exciter 20, the vibration amplifier converts the voltage into a current proportional to the voltage, and the vibration sensor integrated vibration exciter. The vibration sensor-integrated vibration exciter 20 vibrates the excitation point 11 which is one end of the panel 10 and resonates the panel 10.
  • the vibration sensor-integrated vibrator 20 detects the combined vibration including the resonance vibration at the excitation point and inputs it to the control device 30. Further, as will be described later, the control device 30 processes the vibration including the detected resonance vibration to extract the resonance frequency of the panel 10, and the resonance frequency of the panel 10 and the resonance frequency of the non-defective panel measured in advance. Are compared to determine whether the quality of the panel 10 is good or bad.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the vibration sensor-integrated vibrator 20 according to the embodiment of the present invention.
  • the vibration sensor-integrated vibrator 20 is formed integrally with the housing 21, a vibration unit 22 that vibrates the panel 10, a vibration magnet 23 fixed to the housing 21, and the vibration unit 22.
  • a yoke 25 that generates vibrations in cooperation with a vibration magnet 23 as will be described later by a coil (not shown) that is held by a flexible holder 24 and wound (not shown).
  • a vibration sensor 26 that is integrally attached to the vibration unit 22 on the vibration shaft 22 and detects the resonance vibration generated from the vibrated panel 10, and a vibration sensor at the vibration point 11 of the panel 10.
  • the vibration sensor-integrated vibrator 20 vibrates the vibration point 11 of the panel 10 when the vibration unit 22 vibrates in the V direction, and the vibration sensor 26 detects resonance vibration generated in the panel 10 due to vibration. Is configured to do.
  • “on the excitation axis” of the excitation unit 22 refers to a position and an orientation in which vibration in the vibration direction (V direction) can be measured.
  • the vibration sensor 26 is attached so that the vibration shaft 28 of the vibration unit 22 and the shaft 29 of the vibration sensor 26 are coaxial, and the vibration sensor 26 is added to the vibration unit 22. It is mounted on a vibration shaft.
  • the vibration sensor 26 only needs to be attached on the vibration shaft of the vibration unit 22, and the vibration sensor 26 may not be configured integrally with the vibration exciter.
  • a vibration exciter may be disposed on the surface of the panel 10 and a vibration sensor may be disposed on the back of the panel 10 on the vibration axis of the vibration unit 22 of the vibration exciter.
  • the resonance vibration waveform acquired by the vibration sensor changes depending on the position of the inspection object where the vibration sensor is installed.In the worst case, the vibration sensor responds to the position of the node of the resonance vibration and generates vibration. It cannot be detected. Since the installation position of the vibration sensor that cannot measure vibration changes depending on the vibration frequency and the state of the panel, it is difficult to specify the specific position, and if the vibration sensor is attached to such a position, there is a defect. Even if there is no defect, there is a risk of erroneous determination that there is a defect or that there is a defect even if there is a defect.
  • the vibration unit 22 cooperates with the excitation magnet 23 by supplying a desired current waveform to a coil (not shown) wound around an integrally formed yoke 25 and responds to the desired voltage waveform supplied. It is configured to vibrate with a waveform. Specifically, the yoke 25 becomes magnetic by supplying a desired current waveform to the coil of the yoke 25, and the yoke 25 attracts the exciting magnet 23 within the movable range of the flexible holder 24 of the yoke 25.
  • the vibration unit 22 formed integrally with the yoke 25 is vibrated. When the vibration unit 22 vibrates, a vibration point applied to the panel 10 in contact with the vibration unit 22 is vibrated by a panel fixing magnet 27 to be described later, and the vibration applied to the vibration point is reflected and reflected on the panel 10. Is designed to resonate.
  • the vibration sensor 26 is configured to detect a combined vibration including a resonance vibration of the panel 10 as a response to vibration by the vibration unit 22. That is, since the vibration sensor 26 is mounted on the vibration axis of the vibration unit 22, the vibration sensor 26 detects a combined vibration including a vibration vibration that is the vibration of the vibration unit 22 in addition to the resonance vibration.
  • the vibration sensor 26 it is preferable to use an acceleration sensor that can measure vibration with a small size and high accuracy.
  • the vibration sensor 26 uses a sensor with a built-in FET amplifier in the acceleration sensor, and is electrically insulated from the movable shaft of the excitation unit 22 by an insulator. Since the vibration unit 22 generates vibration using magnetic force, if the vibration sensor 26 is a charge type, it is affected by noise due to the magnetic force and vibration, but the sensor incorporating the FET amplifier minimizes the influence of noise. Can be suppressed.
  • the panel fixing magnet 27 is provided at the tip of the vibration unit 22 in order to reliably transmit the vibration of the vibration unit 22 to the panel 10, and the panel fixing magnet 27 is attracted to the panel 10. It is comprised so that the vibration part 22 and the panel 10 may contact reliably.
  • the adsorption (fixing) force of the panel fixing magnet 27 needs to be able to sufficiently withstand the vibration of the excitation unit 22.
  • control device 30 includes, in addition to a control unit that performs various arithmetic processes and a storage unit that stores various types of information, an input unit and various types realized by a keyboard or the like for an operator to input various data and commands.
  • a display unit such as a display for displaying the result of the arithmetic processing as an image is provided.
  • Such a control device 30 has various programs installed therein, and the control unit operates according to these programs, thereby exhibiting a panel inspection function unique to the present invention.
  • the panel inspection function is a function of measuring and analyzing the resonance vibration to inspect the quality of the panel 10 and creating a voltage waveform to be output to the vibration sensor integrated vibrator 20 in the control unit,
  • the resonance vibration is extracted from the vibration detection signal input from the vibration sensor-integrated vibrator 20 or the extracted resonance vibration is analyzed to check the quality of the panel 10.
  • control device 30 includes an excitation instruction unit 31, a vibration acquisition unit 32, a frequency analysis unit 33, and a panel quality determination unit 34, and is executed in the control unit. Further, the storage unit has a non-defective panel DB 35.
  • the vibration instruction unit 31 generates a desired voltage waveform and outputs the voltage waveform to the vibration unit 22 to vibrate the vibration unit 22.
  • the voltage waveform output by the vibration instructing unit 31 is preferably a sweep sine wave.
  • the multisine wave is a multiple sine wave obtained by adding many frequencies, and an example of the multisine wave is shown in FIG.
  • a multisine wave is generated by exciting at a plurality of frequencies at the same timing.
  • a swept sine wave is a sine wave whose frequency changes with time, and an example of a swept sine wave is shown in FIG.
  • the swept sine wave is vibrated at only one frequency at the same timing, and the frequency changes over time.
  • the vibration sensor 26 is mounted on the vibration shaft of the vibration unit 22 to constitute a vibration sensor integrated vibrator. Therefore, the vibration sensor 26 detects the resonance vibration of the panel 10 as a response to the vibration, and the vibration sensor 26 detects the vibration including the vibration of the vibration unit 22. Since only the resonance frequency is necessary to determine whether the panel is good or bad, it is necessary to extract only the resonance frequency. In order to extract only the resonance frequency from the frequency of the combined vibration, it is not possible to determine whether the peak is due to the resonance vibration or the vibration vibration if the fluctuation of the vibration of the vibrator without load is larger than the resonance frequency. The resonance frequency cannot be acquired.
  • the vibration sensor 26 including the vibration of the exciter is included in the excitation unit. Not suitable when mounted on 22 excitation shafts. This is due to the compatibility of the multisine wave and the maximum entropy method.
  • the maximum entropy method since the power spectrum is calculated from the Fourier transform of the autocorrelation function, it is a point for correct conversion that the waveform is easy to calculate autocorrelation. This is because a swept sine wave including only one frequency is easier to calculate an autocorrelation function than a multisine wave including a plurality of frequencies at the same time.
  • the swept sine wave will be described with reference to FIG. M represents the vibrator with no load and W represents the workpiece vibration.
  • the vibration intensity of the vibrator no-load vibration M is constant after passing through the slope range. By providing the slope range, it is possible to prevent unnecessary vibrations caused by suddenly applying vibrations having a large amplitude. Therefore, as in W1, the excitation vibration is detected at a constant vibration intensity. In W2, a region showing a weak peak of vibration intensity is detected, and it is shown that the resonance wave has returned in an opposite phase. In W3, a region showing a strong peak of vibration intensity is detected, indicating that the resonance wave has returned in the same phase.
  • the swept sine wave has a constant excitation intensity, and when the intensity exceeding a predetermined range threshold is detected, it can be determined that the resonance vibration has been detected.
  • the vibration sensor 26 is mounted integrally with the vibration unit 22 on the vibration shaft of the vibration unit 22, it is suitable for extracting resonance vibration.
  • the waveform of the sweep sine wave can be expressed by the following equation.
  • Equation 1 Equation 2
  • the vibration acquisition unit 32 acquires the combined vibration in which the vibration vibration and the resonance vibration are overlapped from the vibration sensor 26.
  • the frequency analysis unit 33 converts the combined vibration acquired by the vibration acquisition unit 32 into a frequency waveform, and extracts only the resonance frequency from the frequency waveform. Specifically, in the frequency waveform converted by the vibration acquisition unit 32, a frequency indicating a vibration intensity exceeding a predetermined threshold is determined as the resonance frequency of the panel 10 and extracted. Moreover, although the fast Fourier transform or the maximum entropy method can be applied to the frequency conversion, it is desirable to apply the maximum entropy method.
  • the maximum entropy method is a method of calculating by assigning so that the total entropy is maximized when the probability cannot be uniquely determined because there are few constraint conditions.
  • the reason why it is desirable to perform frequency conversion by the maximum entropy method will be described.
  • fast Fourier transform When performing frequency conversion, fast Fourier transform is often used.
  • the frequency resolution is determined by the sampling speed and the sampling time, and a long measurement time is required to resolve the frequency with high accuracy.
  • the fast Fourier transform expresses a periodic function by superimposing a sine wave and a cosine wave, it is necessary that the waveform be a standing wave that repeatedly occurs as a precondition.
  • the maximum entropy method does not depend on the sampling frequency / number of data, it can be converted with high accuracy without a long measurement time.
  • the precondition that the waveform is a repetitively generated standing wave like the fast Fourier transform is not necessary, and the obtained waveform is converted as it is, so that it can be converted with high accuracy.
  • the maximum entropy method has a higher accuracy in operations partially included than in calculating frequency components included in the entire waveform. That is, the stepped sine wave and the maximum entropy method are compatible with each other, and the maximum entropy method is suitable for calculating the stepped sine wave with high accuracy.
  • the panel pass / fail determination unit 34 compares the resonance frequency extracted by the frequency analysis unit 33 with the range of the resonance frequency of the non-defective panel stored in the non-defective panel DB 35 to determine whether the panel 10 is non-defective.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the procedure of the panel inspection process. It is desirable to perform the panel inspection process during conveyance. By performing the panel inspection process during transportation, it is possible to determine whether the panel is good or bad by simply arranging the vibration sensor-integrated vibrator 20 in the handling of the transportation apparatus without providing new equipment. it can.
  • step S1 the vibration instruction unit 31 generates a waveform of a sweep sine wave to be vibrated on the panel.
  • the vibration instructing unit 31 outputs a voltage waveform to the vibration unit 22 so as to generate vibration based on the sweep sine wave generated in step S1.
  • step S2-2 the vibration acquisition unit 32 acquires a combined vibration of the excitation vibration and the resonance vibration.
  • step S3 the frequency analysis unit 33 converts the combined vibration acquired in step S2-2 into a frequency waveform.
  • step S4 the frequency analysis unit 33 extracts the resonance frequency from the frequency waveform acquired in step S3.
  • step S5 the panel pass / fail determination unit 34 compares the resonance frequency extracted in step S4 with the range of the resonance frequency of the non-defective panel stored in the non-defective panel DB 35 to determine whether the panel 10 is non-defective. .
  • the resonance vibration that is the vibration response output from the vibration instruction unit 31 of the control device 30 has the maximum amplitude, and the resonance frequency obtained based on this is accurate. is there. For this reason, it is possible to reduce erroneous determination that there is no defect even if there is no defect in the panel or that there is no defect even if there is a defect in the panel, and it is possible to accurately determine the presence or absence of a defect in the panel.
  • the excitation intensity of the swept sine wave which is a voltage waveform output from the excitation instruction unit of the control device
  • the peak of the resonance vibration and the peak of the excitation vibration can be clearly distinguished. That is, even if the vibration sensor is mounted integrally with the vibration unit on the vibration shaft of the vibration unit, only the resonance vibration can be clearly extracted, and the required resonance frequency is more accurate. For this reason, since the quality of the panel can be determined based on a more accurate resonance frequency, there is no misjudgment that there is no defect even if the panel has no defect or even if the panel has a defect. The presence or absence of a panel defect can be determined more accurately.
  • the voltage waveform output from the vibration instruction unit of the control device is a sweep sine wave, and frequency fraction analysis is performed by the maximum entropy method that is compatible with the sweep sine wave. It can be converted as it is and with high accuracy. Further, the maximum entropy method can perform high-speed computation.
  • the series of processes described above can be executed by hardware or can be executed by software.
  • the functional configuration of FIG. 3 is merely an example, and is not particularly limited. That is, it is sufficient that the computer has a function capable of executing the above-described series of processes as a whole, and what functional block is used to realize this function is not particularly limited to the example of FIG.
  • one functional block may be constituted by hardware alone, software alone, or a combination thereof.
  • a program constituting the software is installed on a computer or the like from a network or a recording medium.
  • the computer may be a computer incorporated in dedicated hardware.
  • the computer may be a computer capable of executing various functions by installing various programs, for example, a general-purpose personal computer.

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Abstract

　正確にパネルの欠陥の有無を調べることができるパネル検査装置を提供すること。　振動センサと加振器と制御装置とを備え、パネルの共振周波数に基づいて当該パネルの品質の良否を判定するパネル検査装置であって、前記パネルの一部である加振点を加振する加振部を備える加振器と、前記加振部の加振軸上に当該加振部と一体に取り付けられた振動センサと、を備え、前記制御装置は、前記パネルを加振するための指令値を前記加振部に出力する加振指示部と、前記振動センサから前記パネルの共振振動を含む合成振動を取得する振動取得部と、前記合成振動の波形を周波数解析して周波数波形を取得し当該周波数波形から共振周波数を取得する周波数解析部と、前記共振周波数と良品パネルの共振周波数とを比較し、前記パネルが良品であるかどうかを判定するパネル良否判定部と、を備えるパネル検査装置。

Description

パネルの検査装置及び検査方法
　本発明は、パネルの検査装置及び検査方法に関する。詳しくは、プレス成形品として形成されたパネルの共振周波数を測定し、この共振周波数に基づいて、パネルの品質の良否を判定するパネルの検査装置及び検査方法に関する。
　板材をプレス成形してパネルを形成すると、このパネルにはくびれや割れ等の不具合事象が生じる場合がある。このようなくびれや割れは、比較的大きいプレスパネルにおいて、発生する不具合事象が小さいものであっても、正確に検出する必要がある。
　そのため、従来、パネルのくびれや割れ等の不具合事象を当該パネルの搬送中又は搬送途中において検査を行うことが可能な検査装置が提案されている。このような検査装置として、例えば特許文献１には、検査対象物（パネル）に向けて気体を噴出して検査対象物（パネル）を共振させる加振ノズルと、検査対象物（パネル）の共振振動波形を取得する振動センサとを個別に設け、制御判定部において振動センサで取得した共振振動波形から特徴量を抽出して検査対象物（パネル）の欠陥の有無を調べる欠陥検出方法が示されている。
特開２００８－１２２１５５号公報
　しかしながら、振動センサで取得する共振振動波形は、加振器から出力された振動と、ワーク端で反射された振動との合成波となり振幅の位置が変化しない定常波となる。このため、振動センサで取得する共振振動波形は、振動センサを設置する場所が検査対象物のどの位置に設置されるかによって変化し、最悪の場合、振動センサが共振振動の節の位置に対応すると振動を検出することができない。振動を測定できない振動センサの設置位置は、振動周波数及びパネルの状態に応じて変化するため、その具体的位置を特定することは困難であり、欠陥がなくても欠陥があると又は欠陥があっても欠陥がないと誤判定するおそれがある。
　そこで、本発明は、パネルの共振周波数を確実に測定してパネルのくびれや割れ等不具合事象等の欠陥の有無を精度よく検査できるパネル検査装置及びパネル検査方法を提供することを目的とする。
　（１）　振動センサと加振器（例えば、後述の振動センサ一体型加振器２０）と制御装置（例えば、後述の制御装置３０）とを備え、パネルの共振周波数に基づいて当該パネルの品質の良否を判定するパネル検査装置（例えば、後述のパネル検査装置１）であって、
　前記パネルの一部である加振点（例えば後述の加振点１１）を加振する加振部（例えば、後述の加振部２２）を備える加振器と、前記加振部の加振軸上に取り付けられた振動センサ（例えば、後述の振動センサ２６）と、を備え、
　前記制御装置は、前記パネルを加振するための指令値（例えば、後述の図４の電圧波形又は後述の図５の電圧波形）を前記加振部に出力する加振指示部（例えば、後述の加振指示部３１）と、
　前記振動センサから前記パネルの共振振動を含む合成振動を取得する振動取得部（例えば、後述の振動取得部３２）と、
　前記合成振動の波形を周波数解析（例えば、後述の高速フーリエ変換又は最大エントロピー法）して周波数波形を取得し、当該周波数波形から共振周波数を取得する周波数解析部（例えば、後述の周波数解析部３３）と、
　前記共振周波数と予め測定された良品パネルの共振周波数とを比較し、前記パネルが良品であるかどうかを判定するパネル良否判定部（例えば、後述のパネル良否判定部３４）と、
　を備えるパネル検査装置。
　（１）のパネル検査装置によれば、制御装置の加振指示部は、加振器の加振部に振動指令を出力する。加振部が振動することによりパネルの一部である加振点においてパネルを加振し、加振されたパネルはそのパネル状態に応じた共振周波数で共振する。
　パネルの共振振動は、加振による振動と、ワーク端で反射してきた振動が同相となり増幅される現象であるから、加振点における共振振動の振幅が最大となっている。
　そして、振動センサは、加振部の加振軸上に取り付けられているため、パネルの共振振動をその振幅が最大になる位置において確実に取得できる。ここで、振動センサは共振振動とともにパネルを加振する加振部の加振振動とが重ねあわされた合成振動を取得する。
　次に、制御装置の周波数解析部は、取得した合成振動を周波数解析して共振周波数を取得し、制御装置のパネル良否判定部は、取得した共振周波数と予め測定された良品パネルの共振周波数とを比較してパネルの良否判定をする。
　この際、振動センサは、パネルを加振する加振部の加振軸上に取り付けられているため、取得される共振振動は振幅が最大であり、これに基づいて求められる共振周波数は正確である。このように求めた共振周波数に基づいてパネルの良否を判定するため、パネルに欠陥がなくても欠陥があると又はパネルに欠陥があっても欠陥がないと誤判定してしまうことはなく、パネルの欠陥の有無を正確に判定することができる。
　（２）　前記加振指示部（例えば、後述の加振指示部３１）が入力する電圧波形がスェプトサイン波（例えば、後述の図５の電圧波形）に基づくものである、（１）に記載のパネル検査装置。
　（２）のパネル検査装置は、制御装置の加振指示部において出力する電圧波形は、スェプトサイン波であり、スェプトサイン波は加振強度が一定であるため、振動取得部は、取得した合成振動のうち、共振振動のピークと加振振動のピークとを明確に区別することができる。
　即ち、センサが加振部の加振軸上に取り付けられていても、共振振動のみを抽出することができ、求められる共振周波数はより正確である。これに基づいてパネルの良否を判定できるため、測定のミスによりパネルに欠陥がなくても欠陥があると判定してしまうことを低減でき、パネルの欠陥の有無をさらに正確に判定することができる。
　（３）　前記周波数解析部（例えば、後述の周波数解析部３３）が行う周波数解析は、最大エントロピー法である、（２）に記載のパネル検査装置。
　（３）のパネル検査装置は、制御装置の加振指示部において出力する電圧波形がスェプトサイン波であり、スェプトサイン波と相性の良い最大エントロピー法によって周波数解析を行う。最大エントロピー法は、高速フーリエ変換法のように波形の周期性についての前提条件は必要なく、得られた波形をそのまま変換し、高精度に変換することができる。また、最大エントロピー法は、サンプリング周波数／データ数に依存しないため、短い計測時間の振動波形でも高精度に周波数解析を行うことができる。
　本発明によれば、パネルの共振周波数を確実に測定してパネルのくびれや割れ等不具合事象等の欠陥の有無を精度よく検査できるパネル検査装置及びパネル検査方法を提供することができる。
本発明の一実施形態に係るパネル検査装置の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る振動センサ一体型加振器の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置の機能ブロックを示す図である。 電圧波形の一例を示す図である。 電圧波形の一例を示す図である。 振動センサが取得した合成振動波形の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るパネル検査装置のパネル検査処理の手順を示すフローチャートである。
　以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
　［パネル検査装置１の構成］
　図１は、本発明の一実施形態に係るパネル検査装置１の構成を示す概略図である。
　パネル検査装置１は、検査対象であるプレス成形により形成されたパネル１０を加振し、加振によるパネル１０の共振振動を検出する振動センサ一体型加振器２０と、振動センサ一体型加振器２０を制御する制御装置３０と、を含んで構成される。
　このパネル検査装置１は、パネル１０をロボットアームにより運搬している際に振動センサ一体型加振器２０をパネル１０の一部である加振点１１に接触させて、パネル１０を加振して、パネル１０を共振させ、振動センサ一体型加振器２０によってパネル１０の振動を取得するように構成されているものであってよい。具体的には、制御装置３０が電圧波形を振動センサ一体型加振器２０に出力することにより、加振器アンプが電圧を電圧に比例した電流に変換して、振動センサ一体型加振器２０に変換した電流を出力し振動センサ一体型加振器２０がパネル１０の一端部である加振点１１を加振し、パネル１０を共振させる。そして、振動センサ一体型加振器２０は、加振点における共振振動を含む合成振動を検出して制御装置３０に入力する。さらに、後述の通り、検出された共振振動を含む振動を制御装置３０で処理することにより、パネル１０の共振周波数を抽出して、パネル１０の共振周波数と予め測定された良品パネルの共振周波数とを比較してパネル１０の品質の良否を判定するようになっている。
　［振動センサ一体型加振器２０の構成］
　図２は、本発明の一実施形態に係る振動センサ一体型加振器２０の構成を示す概略図である。振動センサ一体型加振器２０は、筐体２１と、パネル１０を加振する加振部２２と、筐体２１に固定された加振用磁石２３と、加振部２２と一体に成形されるとともに柔軟な保持具２４によって筐体２１に保持され、巻回された（図示しない）コイルによって後述するように加振用磁石２３と協働して振動を発生させるヨーク２５と、加振部２２の加振軸上に当該加振部２２と一体に取り付けられ、加振されたパネル１０から発生される共振振動を検出するための振動センサ２６と、パネル１０の加振点１１に振動センサ一体型加振器２０を確実に接触させるためのパネル固定用磁石２７と、を含んで構成される。
　振動センサ一体型加振器２０は、加振部２２がＶ方向に振動することによりパネル１０の加振点１１を加振し、振動センサ２６が加振によってパネル１０に発生する共振振動を検出するように構成されている。
　ここで、加振部２２の「加振軸上」とは、振動方向（Ｖ方向）の振動を測定できる位置及び向きをいう。本実施形態においては、加振部２２の加振軸２８と振動センサ２６の軸２９とが同軸上になるように、振動センサ２６が取り付けられており、振動センサ２６は加振部２２の加振軸上に取り付けられている。
　なお、振動センサ２６は、加振部２２の加振軸上に取り付けられていればよく、振動センサ２６は加振器と一体に構成されていなくてもよい。例えば、パネル１０の表に加振器を配置し、加振器の加振部２２の加振軸上のパネル１０の裏に振動センサを配置してもよい。
　ここで、振動センサ２６が加振部２２の加振軸上に取り付けられている必要性について説明する。振動センサで取得する共振振動波形は、振動センサを設置する場所が検査対象物のどの位置に設置されるかによって変化し、最悪の場合、振動センサが共振振動の節の位置に対応すると振動を検出することができない。振動を測定できない振動センサの設置位置は、振動周波数及びパネルの状態に応じて変化するため、その具体的位置を特定することは困難であり、そのような位置に振動センサが取り付けられると欠陥がなくても欠陥があると又は欠陥があっても欠陥がないと誤判定するおそれがある。
　共振波形の場合、加振点と開放端であるワーク端では必ず最大振幅となることがわかっているため、開放端であるワーク端に振動センサ２６を配置すれば振幅最大幅の位置で検出することができるが、複雑な形状をしているパネルの場合は、どの場所がワーク端となっているか判別し難く、判別できたとしてもワーク端は複数存在するため、その分センサを配置する必要がある。
　したがって、加振点１１に接触する加振部２２の加振軸上に振動センサ２６を取り付けることが好ましい。
　加振部２２について詳述する。加振部２２は、一体に成形されたヨーク２５に巻回された図示しないコイルに所望の電流波形を供給することにより加振用磁石２３と協働し供給された所望の電圧波形に応じた波形で振動するように構成されている。具体的には、ヨーク２５のコイルに所望の電流波形が供給されることによりヨーク２５は磁力を帯び、ヨーク２５がヨーク２５の柔軟な保持具２４の可動範囲内で加振用磁石２３と引き合ったり反発したりしてヨーク２５と一体に成形された加振部２２を振動させる。加振部２２が振動することにより、後述するパネル固定用磁石２７によって加振部２２に接触したパネル１０の加振点を加振して、加振点に与えた振動が反射してパネル１０が共振するようになっている。
　次に、振動センサ２６について詳述する。振動センサ２６は、加振部２２による加振の応答としてのパネル１０の共振振動を含む合成振動を検出するように構成されている。即ち、振動センサ２６は加振部２２の加振軸上に取り付けられているため、共振振動の他、加振部２２の振動そのものである加振振動を含む合成振動を検出する。
　振動センサ２６には、小型かつ高精度で振動を計測できる加速度センサを使用することが好ましい。また、振動センサ２６は、加速度センサ内部にＦＥＴアンプを内蔵したセンサを使用し、加振部２２の可動軸とは絶縁体で電気的に絶縁することが好ましい。加振部２２が磁力を使って振動を発生させているため、振動センサ２６が電荷型であると磁力と振動によりノイズの影響を受けるがＦＥＴアンプを内蔵したセンサはノイズの影響を最小限に抑えることができる。
　また、パネル固定用磁石２７は、加振部２２の振動をパネル１０に確実に伝達するために、加振部２２先端に設けられており、パネル固定用磁石２７がパネル１０に吸着することにより加振部２２とパネル１０とを確実に接触させるように構成されている。パネル固定用磁石２７の吸着（固定）力は、加振部２２の振動に十分に耐えうるものであることが必要である。
　［制御装置３０の構成］
　図１に戻り、制御装置３０は、各種演算処理を行う制御部や各種情報を記憶する記憶部に加え、作業者が各種データや指令を入力するためにキーボード等により実現される入力部及び各種演算処理の結果を画像として表示するディスプレイ等による表示部を備えて構成される。このような制御装置３０は、各種プログラムがインストールされており、制御部がこれらプログラムに従い動作することで、本発明に特有のパネル検査機能を発揮する。なお、パネル検査機能とは、共振振動を測定・解析してパネル１０の品質の良否を検査する機能であり、制御部において振動センサ一体型加振器２０に出力する電圧波形を作成したり、振動センサ一体型加振器２０から入力された振動の検出信号から共振振動を抽出したり、抽出した共振振動を解析してパネル１０の品質の良否を検査するようになっている。
　［制御装置３０の機能的構成］
　続いて、パネル検査機能を発揮するための制御装置３０の機能的構成を、図３を参照して説明する。制御装置３０は、加振指示部３１と、振動取得部３２と、周波数解析部３３と、パネル良否判定部３４とを有し制御部において実行されるようになっている。また、記憶部には、良品パネルＤＢ３５を有している。
　加振指示部３１は、所望の電圧波形を生成して、当該電圧波形を加振部２２に出力して加振部２２を振動させるようになっている。
　具体的に、加振指示部３１が出力する電圧波形は、スェプトサイン波であることが好ましい。ここで、生成する波形がマルチサイン波ではなくスェプトサイン波が好ましい理由を説明する。マルチサイン波とは、多くの周波数を加算した多重正弦波であり、マルチサイン波の一例を図４に示す。マルチサイン波は同一タイミングで同時に複数の周波数で加振することで発生する。他方、スェプトサイン波とは、時間により周波数を変化させる正弦波であり、スェプトサイン波の一例を図５に示す。スェプトサイン波は、同一タイミングでは一つの周波数のみ加振し時間の経過により周波数が変化する。
　本実施形態においては、上述のように振動センサ２６は加振部２２の加振軸上に取り付けられて振動センサ一体型加振器を構成している。そのため、振動センサ２６は、加振の応答としてのパネル１０の共振振動を検出するとともに、加振部２２の加振振動を含んで振動センサ２６が検出する。
　パネル良否を判定するためには共振周波数のみが必要であるため、共振周波数のみを抽出する必要がある。合成振動の周波数から共振周波数のみを抽出するためには、加振器無負荷振動のばらつきが共振周波数よりも大きいと、そのピークが共振振動によるものか加振振動によるものか判断ができないため正しい共振周波数を取得できない。そのため、同一タイミングで複数の周波数を加振するマルチサイン波と最大エントロピー法の組み合わせでは周波数変換後の強度ばらつきが発生してしまうため、加振器の振動が含まれる振動センサ２６が加振部２２の加振軸上に取り付けられている場合に適さない。これはマルチサイン波と最大エントロピー法の相性によるものである。最大エントロピー法は、パワースペクトルが自己相関関数のフーリエ変換から計算されるため自己相関を算出しやすい波形であることが正しい変換を行うポイントとなる。同時に複数の周波数が含まれるマルチサイン波より、１つの周波数しか含まれないスェプトサイン波の方が自己相関関数を演算しやすいことによるものである。
　他方、スェプトサイン波について図６を参照して説明する。Ｍは、加振器無負荷振動を示し、Ｗはワーク振動を示している。加振器無負荷振動Ｍは、スロープ範囲を経過すると加振強度が一定になっている。スロープ範囲を設けることで、急に振幅が大きい振動を加えることによる不要な振動発生を防止することができる。そのため、Ｗ１のように、一定の振動強度において加振振動を検出している。Ｗ２においては、振動強度の弱いピークを示す領域を検出しており、共振波が逆位相で戻ってきたことが示されている。また、Ｗ３においては、振動強度の強いピークを示す領域を検出しており、共振波が同位相で戻ってきたことを示している。このように、スェプトサイン波は、加振強度が一定であり、所定の範囲の閾値を超えた強度が検出された場合には、共振振動を検出したと判定することができるため、スェプトサイン波は、振動センサ２６が加振部２２の加振軸上に加振部２２と一体に取り付けられている場合に、共振振動を抽出することに適している。
　なお、スェプトサイン波の時間経過による周波数の変化は、次式によって示すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　また、スェプトサイン波の波形は、次式によって示すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　さらに、数２に数１を代入することにより、スェプトサイン波の波形は、次式によって示すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　図３に戻り、振動取得部３２は、振動センサ２６から加振振動と共振振動とが重ねあわされた合成振動を取得する。
　周波数解析部３３は、振動取得部３２が取得した合成振動を周波数波形へと変換し、周波数波形より共振周波数のみを抽出する。具体的には、振動取得部３２によって変換された周波数波形において、所定の閾値を超える振動強度を示す周波数をパネル１０の共振周波数であると判定して抽出する。
　また、周波数変換は、高速フーリエ変換又は最大エントロピー法を適用することができるが、最大エントロピー法を適用することが望ましい。ここで、最大エントロピー法とは、拘束条件が少ないため確率を一意に決定できない場合に、全体のエントロピーが最大になるように割り当てを行うことにより計算する方法をいう。
　ここで、最大エントロピー法によって周波数変換を行うことが望ましい理由を説明する。周波数変換を行う際には、高速フーリエ変換が用いられることが多い。しかし、高速フーリエ変換は、サンプリング速度とサンプリング時間により周波数分解能が決定され、高精度に周波数へ分解するには、長い計測時間が必要となる。また、高速フーリエ変換は、周期関数を正弦波と余弦波の重ね合わせで表すものであるから前提条件として与えられた波形が繰り返し発生する定常波であることが必要となる。
　他方、最大エントロピー法では、サンプリング周波数／データ数に依存しないため、長い計測時間を経なくても高精度に変換することができる。また、高速フーリエ変換のように波形が繰り返し発生する定常波であることの前提条件は必要なく、得られた波形をそのまま変換するため、高精度に変換することができる。さらに、最大エントロピー法は、高速フーリエ変換と異なり波形全体に含まれている周波数成分を算出するよりも、部分的に含まれている演算が高精度になる。即ち、スェプトサイン波と最大エントロピー法は相性がよく、スェプトサイン波を高精度に演算するためには最大エントロピー法が適している。
　パネル良否判定部３４は、周波数解析部３３が抽出した共振周波数を、良品パネルＤＢ３５に記憶されている良品パネルの共振周波数の範囲と比較して、パネル１０が良品か否かを判定する。
　［パネル検査装置１の制御装置３０の処理］
　次に、図７を参照して、パネル検査装置１によりパネルを検査する手順について説明する。図７は、パネル検査処理の手順を示すフローチャートである。パネル検査処理は、搬送中に行うことが望ましい。パネル検査処理が搬送中に行われることにより、新たな設備を設けることなく、搬送装置のハンドリングに振動センサ一体型加振器２０を配置するだけで、パネルの良否を判定できるようにすることができる。
　ステップＳ１において、加振指示部３１は、パネルに加振するスェプトサイン波の波形を生成する。
　ステップＳ２－１において、加振指示部３１は、ステップＳ１で生成したスェプトサイン波に基づく振動を発生するように加振部２２に電圧波形を出力する。
　ステップＳ２－２において、振動取得部３２は、加振振動及び共振振動の合成振動を取得する。
　ステップＳ３において、周波数解析部３３は、ステップＳ２－２で取得した合成振動を周波数波形に変換する。
　ステップＳ４において、周波数解析部３３は、ステップＳ３で取得した周波数波形から共振周波数を抽出する。
　ステップＳ５において、パネル良否判定部３４は、ステップＳ４で抽出した共振周波数を、良品パネルＤＢ３５に記憶されている良品パネルの共振周波数の範囲と比較して、パネル１０が良品か否かを判定する。
　以上、本実施形態について説明した。このようなパネル検査装置１によれば、制御装置３０の加振指示部３１において出力した加振の応答である共振振動は、振幅が最大であり、これに基づいて求められる共振周波数は正確である。
　このため、パネルに欠陥がなくても欠陥があると又はパネルに欠陥があっても欠陥がないと誤判定してしまうことを低減でき、パネルの欠陥の有無を正確に判定することができる。
　また、制御装置の加振指示部において出力する電圧波形であるスェプトサイン波は加振強度が一定であるため、振動取得部において取得した合成振動のうち、共振振動のピークと加振振動のピークとを明確に区別することができる。
　即ち、振動センサが加振部の加振軸上に加振部と一体に取り付けられていても、共振振動のみを明確に抽出することができ、求められる共振周波数もより正確である。
　このため、より正確な共振周波数に基づいてパネルの良否を判定できるため、パネルに欠陥がなくても欠陥があると又はパネルに欠陥があっても欠陥がないと誤判定してしまうことはなく、パネルの欠陥の有無をさらに正確に判定することができる。
　また、制御装置の加振指示部において出力する電圧波形がスェプトサイン波であり、スェプトサイン波と相性の良い最大エントロピー法によって周波数端数解析を行うため、波形の前提条件は必要なく、得られた波形をそのまま変換し、高精度に変換することができる。また、最大エントロピー法は、高速な演算を行うことができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
　上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。
　換言すると、図３の機能的構成は例示に過ぎず、特に限定されない。即ち、上述した一連の処理を全体として実行できる機能がコンピュータに備えられていれば足り、この機能を実現するためにどのような機能ブロックを用いるのかは特に図３の例に限定されない。
　また、１つの機能ブロックは、ハードウェア単体で構成してもよいし、ソフトウェア単体で構成してもよいし、それらの組み合わせで構成してもよい。
　一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータ等にネットワークや記録媒体からインストールされる。
　コンピュータは、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータであってもよい。また、コンピュータは、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能なコンピュータ、例えば汎用のパーソナルコンピュータであってもよい。
　１・・・パネル検査装置
　１０・・・パネル
　１１・・・加振点
　２０・・・振動センサ一体型加振器
　２１・・・筐体
　２２・・・加振部
　２３・・・加振用磁石
　２４・・・保持具
　２５・・・ヨーク
　２６・・・振動センサ
　２７・・・パネル固定用磁石
　３０・・・制御装置
　３１・・・加振指示部
　３２・・・振動取得部
　３３・・・周波数解析部
　３４・・・パネル良否判定部
　３５・・・良品パネルＤＢ

Claims (3)

  1. 　振動センサと加振器と制御装置とを備え、パネルの共振周波数に基づいて当該パネルの品質の良否を判定するパネル検査装置であって、
    　前記パネルの一部である加振点を加振する加振部を備える加振器と、前記加振部の加振軸上に取り付けられた振動センサと、を備え、
    　前記制御装置は、
    　前記パネルを加振するための指令値を前記加振部に出力する加振指示部と、
    　前記振動センサから前記パネルの共振振動を含む合成振動を取得する振動取得部と、
    　前記合成振動の波形を周波数解析して周波数波形を取得し、当該周波数波形から共振周波数を取得する周波数解析部と、
    　前記共振周波数と良品パネルの共振周波数とを比較し、前記パネルが良品であるかどうかを判定するパネル良否判定部と、
    　を備えるパネル検査装置。
  2. 　前記加振指示部が入力する電圧波形がスェプトサイン波に基づくものである、請求項１に記載のパネル検査装置。
  3. 　前記周波数解析部が行う周波数解析は、最大エントロピー法である、請求項２に記載のパネル検査装置。
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