JP2016197012A - 加速度センサ取付け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】取り付け面が滑らかでなく、または被測定物の取り付け面に複数の穴が開いているような被測定物に加速度センサを取り付けることができるようにする。【解決手段】被測定物１の振動を測定するための加速度センサ１０を被測定物１に取り付けるものであって、位置決め機構によって移動可能なセンサホルダ６０を備え、センサホルダ６０は支持プレート４０、弾性部３０、センサ台座２０により構成され、支持プレート４０の一端には弾性部３０を介してセンサ台座２０が取付けられ、センサ台座２０は支持プレート４０に対して弾性部３０によって揺動自在に保持され、センサ台座２０の被測定物１と接触する側は複数の突部２１ａ、２１ｂを備えており、センサ台座２０の被測定物１と接触する側と反対側の面には加速度センサ１０が配置されている。【選択図】図１

Description

この発明は、振動測定に用いられる加速度センサを被測定物に取付けるための加速度センサ取付け装置に関するものである。

振動測定に用いる加速度センサは、ねじ、接着剤、磁石等により被測定物に取り付けられていた。また特許文献１に記載されているように被測定物の取り付け面を傷つけないために、取り付け治具と被測定物間の隙間を真空吸引する装置もあった。

特開２０００−３５３６１号公報（図１）

上記特許文献１に記載されているように、取り付け治具と被測定物間の隙間を真空吸引する取り付け装置においては、被測定物の取り付け面が滑らかでなければいけないという問題点がある。またねじによって取付ける場合では被測定物にねじ穴を加工する必要がある。また接着剤を使用した場合では、接着剤の痕が被測定物の表面に残ってしまう問題がある。また磁石を用いた場合では磁石が被測定物に直接接触することで被測定物に傷をつけてしまう恐れがある。また手によって押し当てる場合には、一定の力を保つことが困難である。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、取り付け面が滑らかでなく、または被測定物の取り付け面に複数の穴が開いているような被測定物に加速度センサを取り付けることができるようにするものである。更には加速度センサを被測定物に取り付けても、被測定物に傷や接着剤の痕を付けないようにするものである。

この発明に係る加速度センサ取付け装置は、被測定物の振動を測定するための加速度センサを被測定物に取り付けるためのものであって、位置決め機構によって移動可能なセンサホルダを備え、センサホルダは位置決め機構に取り付けられた支持プレートと、支持プレートに対して弾性部を介して取り付けられたセンサ台座を備え、センサ台座における被測定物と接触する側の面には複数の突部が形成されるとともに、被測定物と接触する側の面とは反対側の面には加速度センサを取り付けたものである。

上記のように構成された加速度センサ取付け装置によれば、被測定物の取り付け面が滑らかでなく、あるいは取り付け面が円弧状、球体状の被測定物に対しても安定して接触させることにより加速度センサを取付けることができる。また、被測定物の取付け面に対して加速度センサが直角方向を向くように取り付けられるので、加速度センサの性能を損なうことなく精度よく測定を行うことが可能である。更に被測定物を加工する必要が無いので、取付け面に傷を付けたり汚したりすることなく加速度センサの取付けが可能である。

実施の形態１による加速度センサ取付け装置を示す正面図（Ａ）、底面図（Ｂ）である。 実施の形態１による加速度センサ取付け装置を示す底面図である。 一般的な加速度センサを示す正面図である。 一般的な加速度センサを示す平面図である。 実施の形態１による加速度センサ取付け装置により加速度センサを被測定物に取り付ける際の動作について説明するための正面図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）である。 実施の形態１による加速度センサ取付け装置により加速度センサを被測定物に取り付ける際の動作について説明するための側面図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）である。 実施の形態１による加速度センサ取付け装置により加速度センサを被測定物に取り付ける際の動作について説明するための正面図である。 実施の形態１による加速度センサ取付け装置を示す正面図（Ａ）、底面図（Ｂ）である。 実施の形態２による加速度センサ取付け装置におけるセンサホルダ部を示す正面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、底面図（Ｃ）である。 実施の形態２による加速度センサ取付け装置により加速度センサを被測定物に取り付ける際の動作について説明するための正面図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）である。 実施の形態３による加速度センサ取付け装置におけるセンサホルダ部を示す正面図（Ａ）、側面図（Ｂ）である。

実施の形態１．
図１（Ａ）は実施の形態１による加速度センサ取付け装置を示す正面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＸ方向から見た底面図である。図において、加速度センサ取付け装置９はセンサホルダ６０を備え、センサホルダ６０は支持プレート４０と、弾性部３０と、センサ台座２０により構成されている。センサホルダ６０においては、位置決め機構であるシリンダ５０に備えられたシリンダロッド５１が支持プレート４０に対して着脱可能にされており、ボルト等で固定され、シリンダロッド５１を動作させることにより、位置決め動作可能になるよう構成されている。

シリンダ５０はコントローラ（図示せず）から指令を受け、動作側と戻り側の２つの位置に制御できるようになっている。測定開始前にはシリンダ５０を戻り側に制御することで、センサホルダ６０を退避させ、測定時にはシリンダ５０を動作側に移動させることでセンサホルダ６０を被測定物１に接触させる。シリンダ５０が動作を完全に停止した後に測定が実施される。

支持プレート４０のシリンダロッド５１が取り付けられている端面とは反対側の端面には弾性部３０を介してセンサ台座２０が取り付けられている。図１においてはセンサ台座２０の角部の４隅に４つの弾性部材が取り付けられている。弾性部材はウレタンゴムやシリコンゴム等の弾性を有する樹脂製の材料が用いられている。弾性部３０においては、４本の弾性部材が外側に湾曲して形成され、センサ台座２０を保持している。このように複数本の棒状の弾性部材のそれぞれは放射状方向（加速度センサ１０に対して外側）に湾曲して形成されているので、センサホルダ６０を被測定物１に押し当てた際に弾性部材が座屈せずに安定して収縮し、センサホルダ６０と被測定物１の傾きを吸収することができる。

センサ台座２０は被測定物１を傷つけないように被測定物よりも軟質の素材を使用することが好ましく、ＰＯＭ（ポリアセタール）やＡＢＳ樹脂などの樹脂製の材料が用いられている。センサ台座２０の下面には２本の突部２１ａと１本の突部２１ｂが形成されており２本の突部２１ａと１本の突部２１ｂの先端は半球形状に形成されている。このように複数の突部２１ａ、２１ｂは３本の突起で構成されているので、必ず３本の突起の先端が被測定物１に接触することとなり、安定して加速度センサを被測定物１に取り付けることができる。更に突部２１ａと１本の突部２１ｂの先端は半球形状に形成されているので、センサホルダ６０を被測定物１に取り付けた際、取付け面とセンサ台座２０の上面が平行になりやすい。図２は他の形態による加速度センサ取付け装置を示す底面図である。

センサ台座２０の上面には加速度センサ１０が着脱可能に固定されている。図３は一般的な加速度センサを示す正面図、図４は同じく平面図である。加速度センサ１０はケーブル１１により信号処理装置（図示せず）に接続され、加速度センサ１０で検出された振動信号は信号処理装置で処理並びに分析される。又加速度センサ１０の下面にはねじ穴１２が形成されており、センサ台座２０を貫通してねじにより固定可能な構成となっている。このように構成したので、加速度センサ１０はねじにより容易に着脱可能となっており、センサ台座２０の上面に納まる範囲内において所望の加速度センサに交換することができる。

加速度センサ１０の中心線上にある１点と、２本の突部２１ａと１本の突部２１ｂの先端をそれぞれ線で結んだ場合、三角錐が形成されるようになっている。又２本の突部２１ａと１本の突部２１ｂの先端をそれぞれ結んだ場合、正三角形（図１（Ｂ））または二等辺三角形（図２）が形成される。そしてこのような三角形を形成する平面と加速度センサ１０が取り付けられるセンサ台座２０の上面は平行になるように形成されている。尚上記三角形は正三角形及び二等辺三角形以外の三角形であってもよい。本実施形態においては、突部２１ａと突部２１ｂの先端は半球形状に形成されているので、センサホルダ６０を被測定物１に取り付けた際、取付け面とセンサ台座２０の上面が平行になりやすい。

次に加速度センサ１０により被測定物１の振動を測定するため、加速度センサ取付け装置９により加速度センサ１０を被測定物１に取り付ける際の動作について図５に基づき説明する。被測定物１は圧縮機、モータ、ポンプのような製品を想定しており、これらを試運転して振動を測定し異常の有無を判断する。尚被測定物１としては、圧縮機、モータ、ポンプのような製品を想定しているので、弾性を有する樹脂にて複数本の細い弾性部材を湾曲させて弾性部３０を構成すれば、被測定物１の振動を大きく阻害することにはならず、シリンダ５０の推力は被測定物１には伝わらない。

図５においては、被測定物１は円柱状であり、その側面を測定する場合について説明する。また被測定物１と加速度センサ取付け装置９の中心線はずれているものとする（図５（Ａ））。被測定物１は例えばコンベアにより搬送されて所定の測定位置に位置決めされるが、被測定物１の個体差や位置決め誤差により被測定物１が加速度センサ１０の正面に位置決めされるとは限らない。まず図５（Ａ）は突部２１ａ、突部２１ｂが被測定物１に接触していないときの状態を示す。

センサホルダ６０の２本の突部２１ａは被測定物１の中心線と略平行になるように保持されている。このときにはシリンダ５０のシリンダロッド５１が戻り側の位置にあり、即ちセンサホルダ６０は後方へ下がっており、加速度センサ１０を搭載したセンサ台座２０は揺動自在に保持されている。次にシリンダ５０を駆動してシリンダロッド５１を動作側に移動させ、センサホルダ６０及び加速度センサ１０を被測定物１に向けて移動させると、図５（Ｂ）に示すように、２本の突部２１ａが被測定物１に接触する。

さらにシリンダロッド５１が伸びるに従い、図５（Ｃ）に示すように、センサホルダ６０が徐々に傾き、突部２１ｂが被測定物１に接触する。さらにシリンダロッド５１が伸びて動作側端部まで到達すると、２本の突部２１ａと１本の突部２１ｂのそれぞれが被測定物１に接触した状態で、弾性部３０のそれぞれが収縮し、センサ台座２０に所望の圧力が付与される。ここで動作側端部とは、シリンダロッド５１の移動端であり、それ以上前には出ない部位である。シリンダ５０は位置決め機構として用いられており、シリンダロッド５１がシリンダ５０の移動端にある状態で弾性部３０は所定量収縮され、その状態で振動測定を実施する。弾性部３０を構成する４本の弾性部材のそれぞれは外側に湾曲して形成されているので、弾性部３０の収縮の際に４本の弾性部材の内、先に被測定物１に接触した突部２１ａ側の２本の弾性部材は外側に大きく膨らみながら上下方向（シリンダロッド５１の動作方向）に収縮し、もう一方の２本の弾性部材は他方の弾性部材よりも、外側に小さく膨らみながら上下方向に収縮することができる。これに対して直線状の弾性部材で弾性部が構成されていると、その収縮動作は上下方向に収縮しつつ内側（加速度センサ１０の方向）に膨らむので弾性部材が加速度センサ１０と干渉する可能性がある。弾性部材が干渉しつつ収縮するとあらかじめ設計された通りの圧力を得られない。また、弾性部材が直線状で太い棒状であったとすると、弾性部としての収縮動作は弾性部材の圧縮のみにより行われるので十分な収縮量が得られず、突部２１ａ、２１ｂのいずれかが被測定物１に接触できないことがある。本実施形態においては、弾性部材は外側に湾曲して形成されているのでこのような不具合が生じにくい。

加速度センサ１０はセンサ台座２０の上に固定されているので、加速度センサ１０には直接圧力が加えられることなく、加速度センサ１０が被測定物１の振動を測定可能な状態となる。この状態で被測定物１の振動測定を実施する。このとき２本の突部２１ａと１本の突部２１ｂの３点で被測定物１に接触しているので加速度センサ１０は被測定物１の測定面の法線と平行な状態になっている。このため加速度センサの性能を損なうことなく精度よく測定を行うことが可能である。即ち加速度センサ１０を測定面の法線に対して傾けて取付けると、実際の振動の余弦分が検出されてしまう。例えば法線と２５度ずれて取り付けるとＣＯＳ２５°≒０．９であるので、実際の振動の０．９倍で検出される。

弾性部３０においては、測定時のシリンダ５０の動作完了による収縮時には、被測定物１の振動により２本の突部２１ａと１本の突部２１ｂのそれぞれが被測定物１から離れないだけの押圧力であり、尚かつ被測定物１の振動を阻害することのない適度な押圧力をセンサ台座２０に付与できるように設計されている。上記のようにして振動測定が終了した後、シリンダ５０のシリンダロッド５１を戻り側に移動して、センサホルダ６０及び加速度センサ１０を被測定物１から退避させる。

このようにシリンダ５０の駆動によりセンサホルダ６０を被測定物１に接触させることにより、振動測定可能な状態に加速度センサ１０を取り付けることができる。更にシリンダ５０を戻り動作させて、センサホルダ６０及び加速度センサ１０を被測定物１から取り外すことができるので、効率的に振動測定を実施することができる。このように自動で取り付け及び取り外しができるので、製造ライン等で被測定物が次々に搬送されてくる場合においても、同じ条件で再現性よく振動測定が可能である。

図６は球形の被測定物にセンサホルダ６０を取り付ける場合を示している。尚図６は図５とはセンサホルダ６０を見る方向が相違しており、２本の突部２１ａ及び１本の突部２１ｂの全てが見える方向から図示している。図６（Ａ）は突部２１ａ、突部２１ｂが被測定物２に接触していないときの状態を示す。図５に示された円柱状の被測定物１に取り付ける場合と同様にセンサ台座２０は弾性部３０によって揺動自在に保持されている。ついでシリンダ５０を駆動してシリンダロッド５１を動作側に移動させ、センサホルダ６０及び加速度センサ１０を被測定物１に向けて移動させると、図６（Ｂ）に示すように突部２１ａ、２１ｂの内、被測定物２に近いものから順に接触する。

さらにシリンダロッド５１が伸びるに従い、図６（Ｃ）に示すように、センサホルダ６０が徐々に傾き、２本の突部２１ａと１本の突部２１ｂのそれぞれが被測定物２に接触する。さらにシリンダロッド５１が伸びて動作側端部まで到達すると、２本の突部２１ａと１本の突部２１ｂのそれぞれが被測定物２に接触した状態で、弾性部３０のそれぞれの弾性部材が収縮し、センサ台座２０に所望の圧力が付与される。このように球形の被測定物２に対しても円柱状の被測定物１の場合と同様に加速度センサ１０が被測定物２の振動を測定可能な状態を実現することができる。

図７は取り付け面が平面の被測定物３にセンサホルダ６０を取り付けた状態を示している。被測定物３の取り付け面は傾いている。この場合は被測定物３の取り付け面の法線と平行な方向に加速度センサ１０が向くので、やはり加速度センサ１０の性能を損なうことなく精度よく測定を行うことが可能である。

また弾性部３０はウレタンゴムやシリコンゴム等の弾性を有する樹脂製の材料を用いられているとしたが、上記のような特徴を満たす弾性を備えていれば良く、例えば金属製であってもよい。また上記においては弾性部３０において、センサ台座２０と支持プレート４０のそれぞれの角部で４本の棒状の弾性部材で繋ぐ構成について示しているが、例えば図８（Ａ）、（Ｂ）に示す様にセンサ台座２０と支持プレート４０の四角形の各辺の中央部分においてさらに各１本ずつの弾性部材を追加して繋ぐようにしても良い。またセンサ台座２０はＰＯＭやＡＢＳ樹脂等の樹脂製の材料が用いられているとしたが、被測定物を傷つけないような被測定物よりも軟質の素材であれば良く、例えばアルミを用いても良い。また、位置決め機構としてシリンダを用いた場合を示したが、サーボモータとボールねじにより構成しても良い。

本実施形態によれば、被測定物の取り付け面が滑らかでなく、または取り付け面が円弧状、球体状の被測定物に対しても安定して自動で加速度センサを取付けることができる。また被測定物の取付け面に対して加速度センサは直角方向を向くように取り付けることができるので、加速度センサの性能を損なうことなく精度よく測定を行うことが可能である。また、被測定物を加工する必要が無く、取付け面に傷を付けたり汚したりしないで加速度センサを取付けることができる。
更に弾性部は複数本の棒状の弾性部材で構成されているので、センサホルダ６０を被測定物に対して直角に押し当てなくても、弾性部材が傾きを吸収し、正常に取り付けることができる。

実施の形態２．
図９は実施の形態２による加速度センサ取付け装置におけるセンサホルダ部を示す正面図（Ａ）、側面図（Ｂ）及び底面図（Ｃ）である。図においてセンサ台座１２０の下面はＶ字型を形成しており、正面図（Ａ）の奥行き方向に延在する２つの突部１２１を有している点が実施の形態１と異なる。本実施形態では円柱状の被測定物１の振動測定の際に好適である。このセンサ台座１２０を備えた加速度センサ取付け装置１０９により加速度センサ１０を被測定物１に取り付ける際の動作について図１０（Ａ）〜（Ｃ）に基づき説明する。被測定物１は円柱状であり、その側面を測定する場合について説明する。また被測定物１と加速度センサ取付け装置１０９の中心線はずれており、更に被測定物１に対して加速度センサ１０は僅かに回転しており正面を向いていないものとする。

まず図１０（Ａ）は突部１２１が被測定物１に接触していないときの状態を示す。このときにはシリンダ５０のシリンダロッド５１が戻り側の位置にあり、センサホルダ１６０は後方へ下がっており、加速度センサ１０を搭載したセンサ台座１２０は揺動自在に保持されている。次にシリンダ５０を駆動してシリンダロッド５１を動作側に移動させ、センサホルダ１６０及び加速度センサ１０を被測定物１に向けて移動させると、図１０（Ｂ）に示すように、片側の突部１２１の先端または内側面が被測定物１に接触する。さらにシリンダロッド５１が伸びるに従い、図１０（Ｃ）に示すようにセンサホルダ１６０が徐々に傾き、右側突部１２１の内側面が被測定物１に接触する。

センサホルダ１６０は弾性部３０により揺動自在に保持されているので、中心線を軸としてセンサホルダ１６０全体が多少ずれていても、押し付けが進むに従い円柱形状に倣うように動作してセンサホルダ１６０は正面を向く。さらにシリンダロッド５１が伸びて動作側端部まで到達すると、２つの突部１２１の内側面のそれぞれが被測定物１に接触した状態で、弾性部３０のそれぞれが収縮し、センサ台座１２０に所望の圧力が付与される。加速度センサ１０はセンサ台座１２０の上に固定されているので、加速度センサ１０には直接圧力が加えられることなく、加速度センサ１０が被測定物１の振動を測定可能な状態となる。この状態で被測定物１の振動測定を実施する。

このように、センサ台座１２０の下面をＶ字型にした場合、突部１２１の内側面が円柱状の被測定物１と線接触して、センサ台座１２０が被測定物１に安定して押圧される。従って加速度センサ１０は被測定物１の測定面の法線と平行な状態になっている。このため加速度センサの性能を損なうことなく精度よく測定を行うことが可能である。
本実施形態によれば、センサ台座１２０の下面は２つの突部１２１を頂点としたＶ字形状に形成されているので、被測定物に対して線接触で接触することができ、安定して加速度センサ１０を被測定物に取り付けることができる。尚突部１２１以外の構成は上記実施の形態１と同様である。

実施の形態３．
図１１は実施の形態３による加速度センサ取付け装置におけるセンサホルダ部を示す正面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）である。図において、弾性部２３０は加速度センサ１０に対して外側に湾曲した板状に形成されており、左右１枚ずつの２部品で構成されている。この場合部品点数が少なくなるという利点がある。弾性部２３０を２枚の板状部材で構成し、支持プレート４０とセンサ台座２０を繋ぐことにより、センサ台座２０を支持プレート４０に対して揺動自在に保持している。従って上記実施の形態１、２で示したのと同様に、位置決め機構によって被測定物に押し付けた際には、測定面の傾きや丸み等の状態に倣うように弾性部２３０が収縮しながらセンサ台座２０に押圧力を付与することが可能である。

本実施形態によれば、弾性部２３０は２枚の板状で構成されているので、弾性部２３０の耐久性を高くすることができるとともに、部品点数を少なくすることができる。尚弾性部２３０以外の構成は上記実施の形態１と同じである。又本実施形態の弾性部２３０を上記実施の形態２に適用することもできる。
更に本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１，２，３ 被測定物、９，１０９，２０９ 加速度センサ取付け装置、
１０ 加速度センサ、２０，１２０ センサ台座、３０，２３０ 弾性部、
４０ 支持プレート、２１ａ，２１ｂ 突部、６０，１６０，２６０ センサホルダ。

Claims (7)

1. 被測定物の振動を測定するための加速度センサを上記被測定物に取り付けるための加速度センサ取付け装置であって、
   位置決め機構によって移動可能なセンサホルダを備え、
   上記センサホルダは上記位置決め機構に取り付けられた支持プレートと、上記支持プレートに対して弾性部を介して取り付けられたセンサ台座を備え、
   上記センサ台座における上記被測定物と接触する側の面には複数の突部が形成されるとともに、上記被測定物と接触する側の面とは反対側の面には上記加速度センサを取り付けたことを特徴とする加速度センサ取付け装置。
2. 前記弾性部は複数本の棒状の弾性部材で構成されていることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ取付け装置。
3. 上記弾性部材は上記加速度センサに対して外側に湾曲して形成されていることを特徴とする請求項２記載の加速度センサ取付け装置。
4. 上記弾性部は上記加速度センサに対して外側に湾曲した２枚の板状部材で構成されていることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ取付け装置。
5. 上記突部は３個存在していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の加速度センサ取付け装置。
6. 上記突部の先端は半球形状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の加速度センサ取付け装置。
7. 上記センサ台座における上記被測定物と接触する側の面をＶ字形状に形成することにより、上記突部は奥行き方向に延在する２つの突部より構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の加速度センサ取付け装置。

Images