JP3930783B2

JP3930783B2 - Vibration characteristic measuring method and apparatus

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Publication number: JP3930783B2
Application number: JP2002259041A
Authority: JP
Inventors: 和紀才木
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2022-09-04
Also published as: JP2004101186A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種機器や部品などの被加振物に、振動試験機などの振動源から振動を与えて振動状態の機械的特性を測定する振動特性測定方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、モータや原動機などの機械的な振動発生源を備える機器や、自動車などに搭載されて外部振動を受けやすい環境下で使用される機器を被加振物として、振動試験機などで振動を与え、振動特性の測定が行われている。内部や外部で発生する振動を受ける機器は、機械的な構造部分で共振現象などを生じる可能性がある。共振現象が顕著に発現すると、機械的な制御が困難になったり、耐久性の限界を超えて破壊に至りやすくなったりするので、振動に対する挙動を把握しておく必要があるからである。
【０００３】
従来、外部振動に影響される被加振物の振動特性を測定する場合、被測定物となる被加振物には加振の加速度Ｇを測定する加速度ピックアップを貼付け、その出力電圧で振動の大きさを測定している。
【０００４】
特開昭６１−２６２６２２号公報の特許請求の範囲の第１項や第１図などには、サーボ駆動系で合焦方向とトラック方向とに移動可能な光ピックアップヘッドの可動部に生じる振動を、レーザドップラー型振動計を用いて非接触で検出する先行技術が開示されている。レーザドップラー型振動計は、光路を切換えて合焦方向とトラック方向との振動測定を可能とし、光ピックアップヘッドは移動テーブル上に設置して、測定位置の変更を可能にしている。振動測定は、光ピックアップヘッドの駆動部に与える電気信号と、レーザドップラー型振動計から出力される振動検出に対応する電気信号とを周波数分析器で信号処理して、電気信号間の利得や位相差を求めて行っている。
【０００５】
なお、特開平１０−８２７６７号公報の［００１５］−［００１６］段落や図５などには、レーザドップラー振動計を応用する他の先行技術が開示されている。この先行技術では、振動発生器の架台上に載置してトマトやキウイなどの青果物に振動を与え、青果物の表面の振動を非接触で検出し、青果物に与えた振動との位相差を用いて青果物の熟度を測定する考え方が示されている。青果物に与えた振動は、加速度センサを架台に接触させて検出している。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６１−２６２６２２号公報
【特許文献２】
特開平１０−８２７６７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来からの振動測定方法のうち、加速度ピックアップなどを被加振物に貼付ける方法では、質量を持った加速度ピックアップが被加振物に貼付けられることにより、振動状態が変るおそれがある。特に微小な部品や部位にはその影響が大きくなることや、加速度ピックアップ自体の取付ができないことが懸念され、実際に求めたい振動特性を得ることが困難である。また加振Ｇを測定することができたとしても、外部振動に対する位相遅れなどの振動特性を測定することはできず、実際にどのように被加振物が振動のふるまい（振動モード、変形モード）をしているかを把握することができない。
【０００８】
特開昭６１−２６２６２２号公報の先行技術では、振動の測定に加速度ピックアップを用いる必要がないので、微小な部品である光ピックアップの振動測定も充分に可能と考えられる。しかしながら、振動は光ピックアップを駆動部が移動させることによって発生するので、外部振動に対する振動特性を測定することはできない。自動車などに搭載したり、携行したりして使用する移動使用用の光ディスク装置などに使用する光ピックアップでは、外部振動に対する振動特性の測定も重要なはずである。
【０００９】
特開平１０−８２７６７号公報に開示されている構成を、振動特性の測定に適用する場合には、架台の振動を加速度ピックアップと同様なものと考えられる加速度センサで検出し、被加振物である青果物の表面の振動はレーザドップラー振動計で検出している。加速度センサを貼付けても架台の振動状態には影響がないとしても、青果物に与える振動と青果物表面の振動とで検出原理が異なり、精度の高い振動測定は困難である。
【００１０】
本発明の目的は、外部振動と被加振物との振動状態を非接触でそれぞれ検出し、測定系には全く影響を与えないで高精度な振動特性の測定が可能な振動特性測定方法および装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、振動源から被加振物に振動を与えながら、
振動源の表面にレーザ光を照射し、ドップラ効果によって変調された反射光の速度成分検出を行いながら、
被加振物の表面にもレーザ光を照射し、ドップラ効果によって変調された反射光の速度成分検出を行い、
振動源から検出される速度成分と被加振物から検出される速度成分とを同時に比較して、比較結果に従って被加振物の振動特性を測定することを特徴とする振動特性測定方法である。
【００１２】
本発明に従えば、振動源から被加振物に振動を与えるので、被加振物は振動の周波数に応じて振幅や位相が変化する振動を行う。振動源の表面にレーザ光を照射し、ドップラ効果によって変調された反射光の速度成分検出を行いながら、被加振物の表面にもレーザ光を照射し、ドップラ効果によって変調された反射光の速度成分検出を行うので、被加振物に与えられる振動と、被加振物の表面の振動とを、同時に、かつ振動状態には影響を与えないような非接触で検出することができる。振動源から検出される速度成分と被加振物から検出される速度成分とを同時に比較して、比較結果に従って被加振物の振動特性を測定するので、ドップラ効果によって変調された反射光から速度成分を取出すという同一の検出原理に基づく比較で、高い精度の振動特性の測定を行うことができる。
【００１３】
また本発明は、複数の前記被加振物について同時に振動特性を測定することを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、複数の被加振物に対する振動特性の測定を、振動源に対する測定を共通化して、効率的に行うことができる。
【００１５】
また本発明は、前記被加振物について複数の測定箇所で振動特性を測定し、被加振物の形状と測定箇所の位置との関係に基づいて、測定結果についての動画像を生成し、振動特性を視覚的に表示することを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、被加振物について複数の測定箇所の振動特性の測定結果を、被加振物の形状に合わせて動画像として表示し、視覚的に判り易い状態で振動特性を表示することができる。
【００１７】
さらに本発明は、被加振物に振動を与えるための振動源と、
振動源の表面にレーザ光を照射し、ドップラ効果によって変調された反射光から速度成分を検出して電気信号として出力する振動源用レーザドップラ振動計と、
被加振物の表面にレーザ光を照射し、ドップラ効果によって変調された反射光から速度成分を検出して電気信号として出力する被加振物用レーザドップラ振動計と、
振動源用レーザドップラ振動計および被加振物用レーザドップラ振動計から速度成分を検出した電気信号がそれぞれ入力され、速度成分の周波数分析結果を比較して、被加振物の振動の周波数特性を分析して、被加振物の振動源に対する利得または位相差のうちの少なくとも一方を出力する周波数分析器とを含むことを特徴とする振動特性測定装置である。
【００１８】
本発明に従えば、振動特性測定装置は、振動源と、振動源用レーザドップラ振動計と、被加振物用レーザドップラ振動計と、周波数分析器とを含む。振動源用レーザドップラ振動計は、被加振物に振動を与えるための振動源の表面にレーザ光を照射し、ドップラ効果によって変調された反射光から速度成分を検出して電気信号として出力する。被加振物用レーザドップラ振動計は、振動源から振動が与えられる被加振物の表面にレーザ光を照射し、ドップラ効果によって変調された反射光から速度成分を検出して電気信号として出力する。周波数分析器は、振動源用レーザドップラ振動計および被加振物用レーザドップラ振動計から速度成分を検出した電気信号がそれぞれ入力され、速度成分の周波数分析結果を比較して、被加振物の振動の周波数特性を分析して、被加振物の振動源に対する利得または位相差のうちの少なくとも一方を出力する。同一の検出原理で被加振物に与えられる振動と被加振物の振動とを検出するので、被加振物への振動の入力と出力とは同等に検出することができ、振幅の比較に基づく利得や、位相差を精度良く求めることができる。
【００１９】
また本発明で、前記周波数分析器は、
入力される前記速度成分の検出信号に演算処理を施して振幅成分を算出し、算出結果に基づいて、前記被加振物の振動源に対する利得または位相差のうちの少なくとも一方を出力する演算手段を含むことを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、演算手段はレーザドップラ振動計で検出する振動の速度成分に演算処理を施して振幅成分を算出し、被加振物の振動源に対する利得や位相差を出力するので、振動速度に関する振動特性を精度良く把握することができる。
【００２１】
また本発明で、前記周波数分析器は、
入力される前記速度成分の検出信号に演算処理を施して加速度成分を算出し、算出結果に基づいて、前記被加振物の振動源に対する利得または位相差のうちの少なくとも一方を出力する演算手段を含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明に従えば、演算手段はレーザドップラ振動計で検出する振動の速度成分に演算処理を施して加速度成分を算出し、被加振物の振動源に対する利得や位相差を出力するので、振動加速度に関する振動特性を精度良く把握することができる。
【００２３】
また本発明で、前記周波数分析器は、
前記振動源の振動状態についての情報が予め入力され、前記被加振物の振動源に対する利得に基づいて、該被加振物の振動状態を表す振幅、速度または加速度のうちの少なくとも一つを把握する振動把握手段を含むことを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、振動源から振動が与えられる被加振物の振動源に対する振動特性のうちの利得を用いて、被加振物の振動状態を表す振幅、速度、加速度などを把握することができる。
【００２５】
また本発明で、前記振動把握手段は、任意の周波数における振動モードの把握が可能であることを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、被加振物の振動状態を表す振幅、速度、加速度などを把握して、任意の周波数における振動モードを把握することができる。
【００２７】
また本発明は、前記被加振物用レーザドップラ振動計によるレーザ光の照射位置を、予め設定される経路で移動させる移動手段を含み、
該被加振物について複数部位の振動測定が可能であることを特徴とする。
【００２８】
本発明に従えば、移動手段によって被加振物用レーザドップラ振動計によるレーザ光の照射位置を、予め設定される経路で移動させ、被加振物について複数部位の振動測定が可能であるので、被加振物の部位毎の振動特性などを容易に把握することができる。
【００２９】
また本発明で、前記周波数分析器は、
前記移動手段によるレーザ光の照射位置が入力され、前記被加振物の振動の周波数特性を分析した結果を、前記複数部位に対応する動画像として表示する動画表示手段を含むことを特徴とする。
【００３０】
本発明に従えば、被加振物の振動について周波数特性を分析し、被加振物上の複数部位に対応して動画像として表示するので、振動モードや変形モードなどの把握を容易化することができる。
【００３１】
また本発明は、前記被加振物用レーザドップラ振動計から照射されるレーザ光の経路に配置され、該経路を折り曲げる反射ミラーを含むことを特徴とする。
【００３２】
本発明に従えば、反射ミラーで直進するレーザ光の経路を折り曲げることができるので、直接レーザ光を照射して振動特性の測定が不可能な場所でも、被加振物の振動特性を非接触で測定することができる。
【００３３】
また本発明は、前記被加振物の表面に貼付けられ、高反射率を有する反射手段を含むことを特徴とする。
【００３４】
本発明に従えば、反射テープなど、高反射率を有する反射手段を被加振物の表面に貼付けるので、被加振物用レーザドップラ振動計での振動検出の際Ｓ／Ｎ（信号対雑音）比を向上させ、確実な振動検出を図ることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である振動特性測定装置１の概略的な電気的構成を示す。本実施形態では、加振する加振源２に載せられている被加振物３の振動特性を、非接触で測定することができる。プローブ４は外部振動源である源２の表面にレーザ光を照射し、反射光を受光することができる。プローブ５は、被測定物である被加振物３の表面にレーザ光を照射し、反射光を受光することができる。プローブ４およびプローブ５で検出される反射光の受光強度を表す電気信号は、ドップラ振動計６およびドップラ振動計７にそれぞれ取り込まれ、振動の速度成分を電気信号として出力される。ドップラ振動計６およびドップラ振動計７から出力される電気信号は、周波数分析器８にそれぞれ取り込まれ、内部で演算処理をすることによって、加振源２に対する被加振物３の速度、振幅、加速度の利得、位相差を求めることができる。被加振物３には、振動特性の測定対象となる機器や部品を用いることができる。
【００３６】
本実施形態では、振動源である加振源２から被加振物３に振動を与えながら、プローブ４から振動源である加振源２の表面にレーザ光を照射し、反射光を受光する。同時に、プローブ５から、被加振物３の表面にもレーザ光を照射し、反射光を受光する。レーザ光を振動している物体の表面に照射すると、物体の表面が光源に接近するときと、光源から離反するときとで相対的な速度が異なり、反射光はドップラ効果によって変調される。ドップラ振動計６およびドップラ振動計７は、プローブ４およびプローブ５が受光する反射光から、速度成分の検出をそれぞれ行う。すなわち、プローブ４およびドップラ振動計６は、振動源である加振源２の表面にレーザ光を照射し、ドップラ効果によって変調された反射光から速度成分を検出して電気信号として出力する振動源用レーザドップラ振動計として機能する。プローブ５およびドップラ振動計７は、被加振物３の表面にレーザ光を照射し、ドップラ効果によって変調された反射光から速度成分を検出して電気信号として出力する被加振物用レーザドップラ振動計として機能する。周波数分析器８は、振動源用レーザドップラ振動計および被加振物用レーザドップラ振動計から速度成分を検出した電気信号がそれぞれ入力され、速度成分の周波数分析結果を比較して、被加振物の振動の周波数特性を分析して、被加振物の振動源に対する利得または位相差のうちの少なくとも一方を出力する。
【００３７】
振動源用レーザドップラ振動計および被加振物用レーザドップラ振動計は、加振源２から被加振物３に与えられる振動と、被加振物３の表面の振動とを、同時に、かつ振動状態には影響を与えないような非接触で検出することができる。周波数分析器８は、振動源から検出される速度成分と被加振物３から検出される速度成分とを同時に比較して、比較結果に従って被加振物３の振動特性を測定するので、ドップラ効果によって変調された反射光から速度成分を取出すという同一の検出原理に基づく比較で、高い精度の振動特性の測定を行うことができる。
【００３８】
たとえば加振源２が振動試験機の場合、一定の加速度Ｇで一定の周波数の振動や、周波数が連続的に変化する振動を加振源２から発生させることができる。被加振物３が加振源２に比較して小さければ、複数の前記被加振物３を加振源２上に載置して同時に振動特性を測定することもできる。プローブ５によるレーザ光の照射位置を複数の被加振物３の表面に順次的に移動させたり、各被加振物３毎にプローブ５およびドップラ振動計７を設けることによって、複数の被加振物３に対する振動特性の測定を、振動源に対する測定を共通化して、効率的に行うことができる。
【００３９】
図２は、被加振物３の振動速度の利得についての周波数特性の一例を示す。被加振物３には、一般に複数の周波数ｆ１，ｆ２，…で共振が生じる。共振周波数での利得が高いと、制御が困難になったり、騒音となったり、破損等のおそれが生じたりするので、利得を抑えるように、振動のダンピングを図ったり、共振が複数の要素の共振周波数が一致しているために顕著化しているときは、要素の共振周波数をずらせるような対策が施される。
【００４０】
加振源２が振動試駆機の場合、振動の周波数特性は、振動試験機から発生する振動の周波数を変化させて測定することができる。振動を評価する周波数特性としては、利得ばかりではなく、特開昭６１−２６２６２２号公報の第３図や特開平１０−８２７６７号公報の図２−図４と同様に、位相差であってもよいことはもちろんである。
【００４１】
図３は、図１に示す周波数分析器８の概略的な内部の電気的構成を示す。周波数分析器８は、演算手段１１、振動把握手段１２、表示手段１３、位置制御手段１４および動画処理手段１５を含む。これらの各部分は、マイクロコンピュータやＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのプログラ動作によって実現される。
【００４２】
演算手段１１は、入力される振動の速度成分の検出信号に演算処理を施して振幅成分を算出し、算出結果に基づいて、被加振物３の振動源に対する利得または位相差のうちの少なくとも一方を出力する。演算手段１１は、レーザドップラ振動計で検出する振動の速度成分に演算処理を施して振幅成分を算出し、被加振物３の振動源に対する利得や位相差を出力するので、振動速度に関する振動特性を精度良く把握することができる。振動把握手段１２は、被加振物３の振動状態を把握しやすいように、表示手段１３などを介して出力する。プローブ５の位置を移動する機構を設けて、位置制御手段１４で制御し、被加振物３の表面上にある複数の部位について振動特性を測定するようにすることもできる。複数の部位についての測定結果は、動画処理手段１５によって、振動モードや変形モードを視覚的に表す動画像として表示することもできる。
【００４３】
また周波数分析器８の演算手段は、入力される振動の速度成分の検出信号に演算処理を施して加速度成分を算出し、算出結果に基づいて、被加振物３の振動源に対する利得または位相差のうちの少なくとも一方を出力するようにすることもできる。演算手段１１がレーザドップラ振動計で検出する振動の速度成分に演算処理を施して加速度成分を算出し、被加振物の振動源に対する利得や位相差を出力するようにすれば、振動加速度に関する振動特性を精度良く把握することができる。
【００４４】
さらに周波数分析器８は、振動試験機が発生する振動の振幅や周波数など、振動源の振動状態についての情報が予め入力され、被加振物３の振動源に対する利得に基づいて、被加振物３の振動状態を表す振幅、速度または加速度のうちの少なくとも一つを把握する振動把握手段１２を含む。振動把握手段１２によって、被加振物３の振動源に対する振動特性のうちの利得から、被加振物３の振動状態を表す振幅、速度、加速度などを把握することができる。
【００４５】
図４は、図１の振動特性測定装置１を用いて行う振動特性の測定方法の手順を概略的に示す。ステップｓ０から手順を開始し、ステップｓ１では、振動試験機の動作を設定する。設定可能な項目としては、速度や加速度の振幅や周波数、またはその変化に関する事項がある。周波数を変化させる場合は、変化範囲や変化速度を設定することができる。ステップｓ２では、加振源２上に被加振物３を設置する。治具や固定具を用いて固定する場合もある。ステップｓ３では、プローブ４とブロー部５とをそれぞれ設置する。プローブ４は加振源２上をレーザ光が照射するように設定し、プローブ５は被加振物３の用面をレーザ光が照射するように設定する。プローブ４およびプローブ５からの出力信号は、ドップラ振動計６およびドップラ振動計７にそれぞれ入力するように接続する。ドップラ振動計６およびドップラ振動計７からの出力信号は、周波数分析器８にそれぞれ入力するように接続する。
【００４６】
ステップｓ４で振動試験機を動作させて、加振源２による加振を開始する。ステップｓ５では、プローブ４，５およびドップラ振動計６，７によるレーザドップラ測定を行う。ステップｓ６では、周波数分析器動８の演算手段１１などによる周波数分析が行われる。ステップｓ７では、周波数分析器８の振動把握手段１２による振動把握が行われる。ステップｓ９で手順を終了する。
【００４７】
本実施形態の測定系では、振動試験機１により加振源２に作用させる加速度Ｇが予め判っているので、加振源２の振幅は以下の（１）式で表すことができる。すなわち、加振力Ｇ、周波数ｆ［Ｈｚ］時の振幅Ｘは、
【数１】

【００４８】
たとえば、（１）式によって、１Ｇ、４０［Ｈｚ］を作用させた場合の加振源２の振幅は０．１５５［ｍｍ０−Ｐ］と計算することができる。なお、［ｍｍ０−Ｐ］は、振動の大きさをゼロピークで表す。もし、図１に示す測定系において、加振源２に対する振幅の被加振物３の利得が１０［ｄＢ］であると測定される場合、１０［ｄＢ］は３．１６倍に相当するから、被加振物３の振幅は、０．１５５×３．１６＝０．４９０［ｍｍ０−Ｐ］であると、計算で求めることができる。
【００４９】
図５は、プローブ５から被加振物３の表面に照射するレーザ光の経路２０を、反射ミラー２１，２２で折り曲げて、カバー３ａなどで遮蔽されているために、上方からレーザを当てることができない場合に、測定可能にする構成を示す。反射ミラー２１，２２は、被加振物用レーザドップラ振動計から照射されるレーザ光の経路２０に配置され、経路２０を折り曲げることができるので、直接レーザ光を照射して振動特性の測定が不可能な場所でも、被加振物３の振動特性を非接触で測定することができる。
【００５０】
図６は、プローブ５からのレーザ光の経路２０に反射ミラー２１を設置して、被加振物３の側面について振動を計測する状態を示す。このように反射ミラーを使用することによって、プローブ５からのレーザ光の照射方向とは異なる方向の振動検出も行うことができる。また、反射ミラーを移動させて、振動検出箇所を移動させることもできる。加振源２の振動を検出するプローブ４についても、同様に反射ミラーでレーザ光の経路を折り曲げることができる。
【００５１】
なお、加振源２や被加振物３の表面には、反射テープなど、高反射率を有する反射手段を貼付けることが好ましい。反射テープなど、高反射率を有する反射手段を表面に貼付けることによって、レーザドップラ振動計での振動検出の際、Ｓ／Ｎ（信号対雑音）比を向上させ、確実な振動検出を図ることができる。
【００５２】
また本発明は、前記被加振物について複数の測定箇所で振動特性を測定し、被加振物の形状と測定箇所の位置との関係に基づいて、測定結果についての動画像を生成し、振動特性を視覚的に表示することを特徴とする。
【００５３】
図７は、図１の測定系において、（ａ）に示すように被加振物３の測定箇所を細分化して、それぞれの部位の加振源２に対する利得や位相差を求め、これらのデータにより任意の周波数における振動モードを把握し、（ｂ）に示すように動画像として表示する状態を示す。図３に示すように、周波数分析器８には、動画処理手段１５が含まれ、振動状態（振動モード）を動画像３０にて視覚的に理解することを可能にする。
【００５４】
すなわち、図７（ａ）に示すように、被加振物３について複数の測定箇所を細かく設定し、各測定箇所の加振源２に対する利得、位相差を周波数分析器８によって数値データとして算出する。図７（ｂ）に示すように、各々のデータを動画処理手段１５によるコンピュータ処理で、動画にて視覚的に把握できるようにする。被加振物３の振動について周波数特性を分析し、被加振物３上の複数部位に対応して動画像３０として表示するので、振動モードや変形モードなどの把握を容易化することができる。
【００５５】
以上の実施形態では、加振源２上に被加振物３を載置して全体的に振動を与えるようにしているけれども、静置した被加振物３の一部に振動を加える状態でも同様に振動特性を測定することができる。この場合、加える振動は、インパルス状でもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、振動源から被加振物に振動を与えて、被加振物が周波数に応じて振幅や位相が変化する振動を行うようにし、表面にレーザ光を照射し、ドップラ効果によって変調された反射光の速度成分検出する。振動源の表面にもレーザ光を照射し、ドップラ効果によって変調された反射光の速度成分検出を行うので、被加振物に与えられる振動と、被加振物の表面の振動とを、同時に、かつ振動状態には影響を与えないような非接触で検出することができる。同一の原理で検出される振動の速度成分同士を同時に比較するので、高い精度で振動特性の測定を行うことができる。
【００５７】
また本発明によれば、複数の被加振物に対する振動特性の測定を、振動源に対する測定を共通にして、効率的に行うことができる。
【００５８】
また本発明によれば、被加振物についての振動特性の測定結果を、被加振物の形状に合わせて動画像として表示し、視覚的に判り易く振動特性を表示することができる。
【００５９】
さらに本発明によれば、振動源用レーザドップラ振動計と、被加振物用レーザドップラ振動計とを用いて、被加振物への振動の入力と出力とを同等に検出し、周波数分析器で振幅の比較に基づく利得や、位相差を精度良く求めることができる。
【００６０】
また本発明によれば、振動源用および被加振物用レーザドップラ振動計で検出する振動の速度成分に演算処理を施して振幅成分を算出し、被加振物の振動源に対する利得や位相差を出力して、振動特性を精度良く把握することができる。
【００６１】
また本発明によれば、振動源用および被加振物用レーザドップラ振動計で検出する振動の速度成分に演算処理を施して加速度成分を算出し、被加振物の振動源に対する利得や位相差を出力して、振動特性を精度良く把握することができる。
【００６２】
また本発明によれば、振動源から振動が与えられる被加振物の振動源に対する利得を用いて、被加振物の振幅、速度、加速度などを把握することができる。
【００６３】
また本発明によれば、被加振物の振幅、速度、加速度などを把握して、任意の周波数における振動モードを把握することができる。
【００６４】
また本発明よれば、被加振物用レーザドップラ振動計による被加振物へのレーザ光の照射位置を、予め設定される経路で移動させ、被加振物の部位毎の振動特性などを容易に把握することができる。
【００６５】
また本発明によれば、被加振物の振動の周波数特性を分析し、被加振物上の複数部位に対応して動画像として表示するので、振動モードや変形モードなどの把握を容易化することができる。
【００６６】
また本発明によれば、反射ミラーで直進するレーザ光の経路を折り曲げ、直接レーザ光を照射して振動特性の測定が不可能な場所でも、振動特性を非接触で測定することができる。
【００６７】
また本発明によれば、反射テープなどを被加振物の表面に貼付け、被加振物用レーザドップラ振動計での振動検出の際Ｓ／Ｎ（信号対雑音）比を向上させ、確実な振動検出を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である振動特性測定装置１０の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１の振動特性測定装置１０で測定される振動特性の一例を示すグラフである。
【図３】図１の周波数分析器８の内部構成を示すブロック図である。
【図４】図１の実施形態で振動特性測定を行う概略的な手順を示すフローチャートである。
【図５】図１の実施形態で、レーザ光の経路を折り曲げる一例を示す図である。
【図６】図１の実施形態で、レーザ光の経路を折り曲げる他の例を示す図である。
【図７】図１の実施形態で、振動特性を動画像で表示するときの測定ポイントと画像とを示す図である。
【符号の説明】
１振動特性測定装置
２加振源
３被加振物
４，５プローブ
６，７ドップラ振動計
８周波数分析器
１１演算手段
１２振動把握手段
１３表示手段
１４位置制御手段
１５動画処理手段
２０経路
２１，２２反射ミラー
３０動画像[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vibration characteristic measuring method and apparatus for measuring mechanical characteristics of a vibration state by applying vibration to a vibrating object such as various devices and parts from a vibration source such as a vibration tester.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, vibration testing machines, etc., are used as vibration-excited devices that are equipped with mechanical vibration sources such as motors and prime movers, and devices that are mounted on automobiles and used in environments subject to external vibration. The vibration characteristics are measured. A device that receives vibration generated inside or outside may generate a resonance phenomenon in a mechanical structure. If the resonance phenomenon appears remarkably, mechanical control becomes difficult, or it becomes easy to break beyond the limit of durability, so it is necessary to grasp the behavior against vibration.
[0003]
Conventionally, when measuring the vibration characteristics of an object to be affected by external vibration, an acceleration pickup for measuring the acceleration G of the excitation is attached to the object to be measured, and the output voltage of the object is vibrated. The size is measured.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-262622 claims the first term and FIG. 1 show vibrations generated in a movable part of an optical pickup head that can be moved in a focusing direction and a track direction by a servo drive system. The prior art for non-contact detection using a laser Doppler vibrometer is disclosed. The laser Doppler type vibrometer enables vibration measurement in the focusing direction and the track direction by switching the optical path, and the optical pickup head is installed on a moving table so that the measurement position can be changed. In the vibration measurement, the electrical signal given to the drive unit of the optical pickup head and the electrical signal corresponding to the vibration detection output from the laser Doppler vibrometer are processed by a frequency analyzer, and the gain and level between the electrical signals are measured. We are looking for a phase difference.
[0005]
In addition, paragraphs [0015]-[0016] of Japanese Patent Laid-Open No. 10-82767, FIG. 5 and the like disclose other prior arts applying a laser Doppler vibrometer. In this prior art, it is placed on a vibration generator frame to give vibrations to the fruits and vegetables such as tomatoes and kiwis, detects the surface vibration of the fruits and vegetables in a non-contact manner, and uses the phase difference from the vibrations given to the fruits and vegetables. The idea of measuring the maturity of fruits and vegetables is shown. The vibration applied to the fruits and vegetables is detected by bringing the acceleration sensor into contact with the gantry.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A 61-262622
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-82767
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Among conventional vibration measurement methods, in the method of attaching an acceleration pickup or the like to an object to be shaken, the vibration state may be changed by attaching the mass of the acceleration pickup to the object to be shaken. In particular, there is concern that the effect will be large on minute parts and parts, and that the accelerometer itself cannot be attached, and it is difficult to obtain the vibration characteristics that are actually desired. Even if the excitation G can be measured, vibration characteristics such as phase delay with respect to external vibration cannot be measured, and how the object to be excited actually behaves (vibration mode, deformation mode). ) Can't figure out if
[0008]
In the prior art disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-262622, it is not necessary to use an accelerometer for vibration measurement. Therefore, it is considered possible to sufficiently measure vibration of an optical pickup which is a minute part. However, since vibration is generated when the optical pickup is moved by the drive unit, vibration characteristics with respect to external vibration cannot be measured. In an optical pickup used for an optical disk device for mobile use that is mounted on a car or carried around, measurement of vibration characteristics with respect to external vibration should be important.
[0009]
When the configuration disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-82767 is applied to the measurement of vibration characteristics, the vibration of the gantry is detected by an acceleration sensor that is considered to be the same as an acceleration pickup, The vibration of the surface of some fruits and vegetables is detected with a laser Doppler vibrometer. Even if the acceleration sensor is affixed, there is no effect on the vibration state of the gantry, but the detection principle differs between the vibration applied to the fruit and vegetables and the vibration on the surface of the fruit and vegetables, and it is difficult to measure vibration with high accuracy.
[0010]
An object of the present invention is to provide a vibration characteristic measuring method capable of detecting vibration states of an external vibration and a vibrating object in a non-contact manner and measuring a vibration characteristic with high accuracy without affecting the measurement system at all. Is to provide a device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, while giving vibration to the object to be excited from the vibration source,
While irradiating the surface of the vibration source with laser light and detecting the velocity component of the reflected light modulated by the Doppler effect,
The surface of the object to be excited is also irradiated with laser light, and the velocity component of the reflected light modulated by the Doppler effect is detected.
A vibration characteristic measuring method characterized by simultaneously comparing a velocity component detected from a vibration source and a velocity component detected from a vibrating object, and measuring a vibration characteristic of the vibrating object according to a comparison result. .
[0012]
According to the present invention, vibration is applied from the vibration source to the object to be excited. Therefore, the object to be excited performs vibration whose amplitude and phase change according to the frequency of vibration. While irradiating the surface of the vibration source with laser light and detecting the velocity component of the reflected light modulated by the Doppler effect, the surface of the object to be excited is also irradiated with laser light, and the reflected light modulated by the Doppler effect is detected. Since the velocity component is detected, the vibration applied to the object to be excited and the vibration of the surface of the object to be excited can be detected simultaneously and in a non-contact manner that does not affect the vibration state. Since the velocity component detected from the vibration source and the velocity component detected from the object to be excited are simultaneously compared and the vibration characteristic of the object to be excited is measured according to the comparison result, the reflected light modulated by the Doppler effect is used. By comparison based on the same detection principle of extracting the velocity component, vibration characteristics can be measured with high accuracy.
[0013]
Further, the present invention is characterized in that vibration characteristics of a plurality of the excited objects are measured simultaneously.
[0014]
According to the present invention, it is possible to efficiently perform measurement of vibration characteristics for a plurality of excited objects by sharing measurement for a vibration source.
[0015]
Further, the present invention measures vibration characteristics at a plurality of measurement locations for the excited object, generates a moving image of the measurement result based on the relationship between the shape of the excited object and the position of the measurement location, The vibration characteristic is visually displayed.
[0016]
According to the present invention, the measurement results of the vibration characteristics of a plurality of measurement locations for the object to be excited are displayed as a moving image according to the shape of the object to be excited, and the vibration characteristics are displayed in a state that is visually easy to understand. be able to.
[0017]
Furthermore, the present invention provides a vibration source for applying vibration to an object to be excited,
A laser Doppler vibrometer for a vibration source that irradiates the surface of the vibration source with laser light, detects a velocity component from reflected light modulated by the Doppler effect, and outputs it as an electrical signal;
A laser Doppler vibrometer for a vibrating object that irradiates the surface of the vibrating object with a laser beam, detects a velocity component from reflected light modulated by the Doppler effect, and outputs it as an electrical signal;
The electrical frequency signal is detected from the laser Doppler vibrometer for the vibration source and the laser Doppler vibrometer for the vibrating object, and the frequency characteristics of the vibrating object are compared by comparing the frequency analysis results of the velocity component. And a frequency analyzer that outputs at least one of a gain and a phase difference with respect to the vibration source of the object to be vibrated.
[0018]
According to the present invention, the vibration characteristic measuring apparatus includes a vibration source, a laser Doppler vibrometer for a vibration source, a laser Doppler vibrometer for an object to be excited, and a frequency analyzer. A laser Doppler vibrometer for a vibration source irradiates the surface of a vibration source for applying vibration to an object to be vibrated, detects a velocity component from reflected light modulated by the Doppler effect, and outputs it as an electrical signal. . The laser Doppler vibrometer for a vibrating object irradiates the surface of the vibrating object to which vibration is applied from a vibration source, detects the velocity component from the reflected light modulated by the Doppler effect, and outputs it as an electrical signal To do. The frequency analyzer is supplied with electrical signals detected from the velocity component from the laser Doppler vibrometer for vibration source and the laser Doppler vibrometer for the object to be excited. Is analyzed, and at least one of a gain and a phase difference with respect to the vibration source of the excited object is output. Since the vibration applied to the object to be excited and the vibration of the object to be excited are detected based on the same detection principle, the input and output of the vibration to the object to be excited can be detected equally, and the amplitude can be compared. Can be obtained with high accuracy and a phase difference.
[0019]
In the present invention, the frequency analyzer is
An arithmetic means for calculating an amplitude component by performing arithmetic processing on the input detection signal of the velocity component, and outputting at least one of a gain or a phase difference with respect to a vibration source of the excited object based on the calculation result It is characterized by including.
[0020]
According to the present invention, the calculation means calculates the amplitude component by performing a calculation process on the vibration velocity component detected by the laser Doppler vibrometer, and outputs the gain or phase difference of the vibration source with respect to the vibration source. It is possible to accurately grasp the vibration characteristics related to speed.
[0021]
In the present invention, the frequency analyzer is
Calculation means for calculating an acceleration component by performing an arithmetic process on the input detection signal of the velocity component, and outputting at least one of a gain or a phase difference with respect to a vibration source of the excited object based on the calculation result It is characterized by including.
[0022]
According to the present invention, the calculation means calculates the acceleration component by performing calculation processing on the velocity component of the vibration detected by the laser Doppler vibrometer, and outputs the gain and phase difference of the vibration source with respect to the vibration source. It is possible to accurately grasp vibration characteristics related to acceleration.
[0023]
In the present invention, the frequency analyzer is
Information on the vibration state of the vibration source is input in advance, and at least one of amplitude, velocity, or acceleration representing the vibration state of the excited object is calculated based on the gain of the excited object with respect to the vibration source. It includes a vibration grasping means for grasping.
[0024]
According to the present invention, the amplitude, speed, acceleration, etc. representing the vibration state of the excited object are grasped using the gain of the vibration characteristics of the excited object to which vibration is applied from the vibration source. Can do.
[0025]
In the present invention, the vibration grasping means can grasp a vibration mode at an arbitrary frequency.
[0026]
According to the present invention, it is possible to grasp the vibration mode at an arbitrary frequency by grasping the amplitude, speed, acceleration, and the like representing the vibration state of the object to be excited.
[0027]
Further, the present invention includes a moving means for moving the irradiation position of the laser beam by the laser Doppler vibrometer for the excited object along a preset route,
The vibration object can be measured for vibrations at a plurality of sites.
[0028]
According to the present invention, it is possible to move the irradiation position of the laser beam by the laser Doppler vibrometer for the object to be excited by the moving means along a preset route, and to measure vibrations at a plurality of locations on the object to be excited. Thus, it is possible to easily grasp the vibration characteristics of each part of the object to be excited.
[0029]
In the present invention, the frequency analyzer is
It includes a moving image display means for displaying the result of analyzing the frequency characteristics of the vibration of the excited object as a moving image corresponding to the plurality of parts, by inputting the irradiation position of the laser beam by the moving means. .
[0030]
According to the present invention, the frequency characteristics of the vibration of the vibrating object are analyzed and displayed as a moving image corresponding to a plurality of parts on the vibrating object, so that the vibration mode, the deformation mode, etc. can be easily understood. be able to.
[0031]
Furthermore, the present invention is characterized in that it includes a reflection mirror that is disposed in a path of laser light emitted from the laser Doppler vibrometer for the object to be excited, and that bends the path.
[0032]
According to the present invention, the path of the laser beam that travels straight by the reflecting mirror can be bent, so that the vibration characteristics of the object to be excited can be contacted in a non-contact manner even when the vibration characteristics cannot be measured by direct laser irradiation. Can be measured.
[0033]
Moreover, this invention is affixed on the surface of the said to-be-excited object, and is characterized by including the reflection means which has a high reflectance.
[0034]
According to the present invention, reflecting means having a high reflectivity, such as a reflective tape, is affixed to the surface of the object to be vibrated. Noise) ratio can be improved and reliable vibration detection can be achieved.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a schematic electrical configuration of a vibration characteristic measuring apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, the vibration characteristic of the to-be-excited object 3 mounted on the excitation source 2 to be excited can be measured in a non-contact manner. The probe 4 can irradiate the surface of the source 2 which is an external vibration source with laser light and receive reflected light. The probe 5 can irradiate the surface of the object 3 to be measured with a laser beam and receive the reflected light. Electric signals representing the received light intensity of the reflected light detected by the probe 4 and the probe 5 are respectively taken into the Doppler vibrometer 6 and the Doppler vibrometer 7, and the velocity component of vibration is output as an electric signal. The electrical signals output from the Doppler vibrometer 6 and the Doppler vibrometer 7 are respectively taken into the frequency analyzer 8, and by performing arithmetic processing therein, the speed, amplitude, The acceleration gain and phase difference can be obtained. For the object 3 to be excited, a device or a part that is a measurement target of vibration characteristics can be used.
[0036]
In this embodiment, a laser beam is irradiated from the probe 4 to the surface of the vibration source 2 that is the vibration source while receiving vibration from the vibration source 2 that is the vibration source to receive the reflected light. . At the same time, the probe 5 irradiates the surface of the vibrating object 3 with laser light and receives the reflected light. When the surface of a vibrating object is irradiated with laser light, the relative speed differs when the surface of the object approaches the light source and when the object surface moves away from the light source, and the reflected light is modulated by the Doppler effect. The Doppler vibrometer 6 and the Doppler vibrometer 7 detect velocity components from the reflected light received by the probe 4 and the probe 5, respectively. That is, the probe 4 and the Doppler vibrometer 6 irradiate the surface of the vibration source 2 as a vibration source with a laser beam, detect a velocity component from the reflected light modulated by the Doppler effect, and output it as an electric signal. Functions as a laser Doppler vibrometer. The probe 5 and the Doppler vibrometer 7 irradiate the surface of the vibrating object 3 with laser light, detect the velocity component from the reflected light modulated by the Doppler effect, and output it as an electric signal. Functions as a vibration meter. The frequency analyzer 8 is inputted with electrical signals obtained by detecting the velocity component from the laser Doppler vibrometer for vibration source and the laser Doppler vibrometer for the object to be excited, and compares the frequency analysis result of the velocity component to obtain the vibration. The frequency characteristic of the vibration of the object is analyzed, and at least one of a gain or a phase difference with respect to the vibration source of the excited object is output.
[0037]
The laser Doppler vibrometer for a vibration source and the laser Doppler vibrometer for an object to be vibrated simultaneously perform vibration applied from the vibration source 2 to the object 3 to be excited and vibration of the surface of the object 3 to be excited. Non-contact detection that does not affect the vibration state is possible. The frequency analyzer 8 simultaneously compares the velocity component detected from the vibration source and the velocity component detected from the object 3 to be excited, and measures the vibration characteristics of the object 3 to be excited according to the comparison result. By comparison based on the same detection principle of extracting a velocity component from reflected light modulated by the effect, it is possible to measure vibration characteristics with high accuracy.
[0038]
For example, when the vibration source 2 is a vibration tester, vibration with a constant frequency with a constant acceleration G and vibration with a continuously changing frequency can be generated from the vibration source 2. If the vibrating object 3 is smaller than the vibration source 2, a plurality of the vibrating objects 3 can be placed on the vibration source 2 and the vibration characteristics can be measured simultaneously. By sequentially moving the irradiation position of the laser beam by the probe 5 to the surface of the plurality of vibrating objects 3, or by providing the probe 5 and the Doppler vibrometer 7 for each vibrating object 3, a plurality of the vibrating objects The measurement of vibration characteristics for the tremor 3 can be performed efficiently by sharing the measurement for the vibration source.
[0039]
FIG. 2 shows an example of the frequency characteristic regarding the gain of the vibration speed of the vibrating object 3. In the excited object 3, resonance is generally generated at a plurality of frequencies f1, f2,. If the gain at the resonance frequency is high, control becomes difficult, noise, or damage may occur. When the resonance frequency is notable due to the coincidence, a measure is taken to shift the resonance frequency of the element.
[0040]
When the excitation source 2 is a vibration trial machine, the frequency characteristic of vibration can be measured by changing the frequency of vibration generated from the vibration testing machine. As the frequency characteristics for evaluating the vibration, not only the gain but also the phase difference, as in FIG. 3 of Japanese Patent Laid-Open No. 61-262622 and FIG. 2 to FIG. 4 of Japanese Patent Laid-Open No. 10-82767. Of course it is good.
[0041]
FIG. 3 shows a schematic internal electrical configuration of the frequency analyzer 8 shown in FIG. The frequency analyzer 8 includes a calculation unit 11, a vibration grasping unit 12, a display unit 13, a position control unit 14 and a moving image processing unit 15. Each of these parts is realized by a program operation such as a microcomputer or a DSP (Digital Signal Processor).
[0042]
The computing means 11 performs an arithmetic process on the input vibration velocity component detection signal to calculate an amplitude component, and based on the calculation result, at least a gain or a phase difference of the vibration source 3 with respect to the vibration source. Output one. The calculation means 11 performs an arithmetic process on the vibration velocity component detected by the laser Doppler vibrometer to calculate the amplitude component, and outputs the gain and phase difference of the vibration source 3 with respect to the vibration source. The characteristics can be grasped with high accuracy. The vibration grasping means 12 outputs the information via the display means 13 so that the vibration state of the shaker 3 can be easily grasped. A mechanism for moving the position of the probe 5 may be provided and controlled by the position control means 14 to measure the vibration characteristics of a plurality of parts on the surface of the vibrating object 3. The measurement results for a plurality of parts can be displayed by the moving image processing means 15 as a moving image that visually represents the vibration mode or the deformation mode.
[0043]
The calculation means of the frequency analyzer 8 calculates an acceleration component by performing calculation processing on the input vibration velocity component detection signal, and based on the calculation result, the gain or level of the vibration source 3 with respect to the vibration source. It is also possible to output at least one of the phase differences. If the calculation means 11 calculates the acceleration component by performing an arithmetic process on the vibration velocity component detected by the laser Doppler vibrometer, and outputs the gain or phase difference of the vibration source with respect to the vibration source, Vibration characteristics can be grasped with high accuracy.
[0044]
Further, the frequency analyzer 8 is preliminarily input with information about the vibration state of the vibration source such as the amplitude and frequency of vibration generated by the vibration testing machine, and is excited based on the gain of the vibration source 3 with respect to the vibration source. Vibration grasping means 12 for grasping at least one of amplitude, speed or acceleration representing the vibration state of the object 3 is included. The vibration grasping means 12 can grasp the amplitude, speed, acceleration, and the like representing the vibration state of the shaken object 3 from the gain of the vibration characteristics of the shaker 3 with respect to the vibration source.
[0045]
FIG. 4 schematically shows a procedure of a vibration characteristic measuring method performed using the vibration characteristic measuring apparatus 1 of FIG. The procedure is started from step s0. In step s1, the operation of the vibration tester is set. Items that can be set include items relating to the amplitude and frequency of speed and acceleration, or changes thereof. When changing the frequency, a change range and a change speed can be set. In step s <b> 2, the object to be excited 3 is installed on the vibration source 2. It may be fixed using a jig or a fixture. In step s3, the probe 4 and the blow unit 5 are installed. The probe 4 is set so that the laser beam is irradiated on the excitation source 2, and the probe 5 is set so that the surface of the object to be excited 3 is irradiated with the laser beam. Output signals from the probe 4 and the probe 5 are connected to be input to the Doppler vibrometer 6 and the Doppler vibrometer 7, respectively. Output signals from the Doppler vibrometer 6 and the Doppler vibrometer 7 are connected to be input to the frequency analyzer 8 respectively.
[0046]
In step s4, the vibration testing machine is operated to start excitation by the excitation source 2. In step s5, laser Doppler measurement is performed by the

probes

4 and 5 and the Doppler vibrometers 6 and 7. In step s6, frequency analysis is performed by the computing means 11 of the frequency analyzer operation 8 or the like. In step s7, vibration grasping by the vibration grasping means 12 of the frequency analyzer 8 is performed. The procedure ends at step s9.
[0047]
In the measurement system of the present embodiment, since the acceleration G to be applied to the vibration source 2 is known in advance by the vibration testing machine 1, the amplitude of the vibration source 2 can be expressed by the following equation (1). That is, the amplitude X at the excitation force G and the frequency f [Hz] is
[Expression 1]

[0048]
For example, according to equation (1), the amplitude of the excitation source 2 when 1 G, 40 [Hz] is applied can be calculated as 0.155 [mm0−P]. [Mm0-P] represents the magnitude of vibration with a zero peak. In the measurement system shown in FIG. 1, when it is measured that the gain of the vibration source 3 having an amplitude with respect to the vibration source 2 is 10 [dB], 10 [dB] corresponds to 3.16 times. And the amplitude of the to-be-excited object 3 can be calculated | required by calculation that it is 0.155 * 3.16 = 0.490 [mm0-P].
[0049]
FIG. 5 shows that the laser beam path 20 irradiated from the probe 5 to the surface of the object 3 to be excited is bent by the reflection mirrors 21 and 22 and shielded by the cover 3a. A configuration is shown that enables measurement when it is not possible. The reflection mirrors 21 and 22 are disposed in the path 20 of the laser beam emitted from the laser Doppler vibrometer for the object to be excited, and the path 20 can be bent. Therefore, the vibration characteristics can be measured by directly irradiating the laser beam. Even in an impossible place, the vibration characteristics of the vibrating object 3 can be measured in a non-contact manner.
[0050]
FIG. 6 shows a state in which a reflection mirror 21 is installed in the laser beam path 20 from the probe 5 and vibrations are measured on the side surface of the object 3 to be excited. By using the reflection mirror in this way, vibration detection in a direction different from the irradiation direction of the laser light from the probe 5 can also be performed. In addition, the vibration detection location can be moved by moving the reflection mirror. Similarly, the probe 4 for detecting the vibration of the excitation source 2 can bend the path of the laser beam with a reflection mirror.
[0051]
In addition, it is preferable to affix reflection means, such as a reflective tape, on the surface of the vibration source 2 or the object 3 to be excited. Affixing reflective means such as reflective tape to the surface to improve the S / N (signal to noise) ratio and ensure reliable vibration detection when detecting vibration with a laser Doppler vibrometer Can do.
[0052]
Further, the present invention measures vibration characteristics at a plurality of measurement locations for the excited object, generates a moving image of the measurement result based on the relationship between the shape of the excited object and the position of the measurement location, The vibration characteristic is visually displayed.
[0053]
FIG. 7 shows the measurement system of FIG. 1, in which the measurement location of the vibrating object 3 is subdivided as shown in (a), and the gain and phase difference with respect to the excitation source 2 at each location are obtained. Shows a state in which a vibration mode at an arbitrary frequency is grasped and displayed as a moving image as shown in FIG. As shown in FIG. 3, the frequency analyzer 8 includes a moving image processing means 15, which enables a moving image 30 to visually understand a vibration state (vibration mode).
[0054]
That is, as shown in FIG. 7 (a), a plurality of measurement locations are set in detail for the object 3 to be excited, and the gain and phase difference for the excitation source 2 at each measurement location are calculated as numerical data by the frequency analyzer 8. To do. As shown in FIG. 7B, each data can be visually grasped by a moving image by computer processing by the moving image processing means 15. Since the frequency characteristics of the vibration of the vibrating object 3 are analyzed and displayed as a moving image 30 corresponding to a plurality of parts on the vibrating object 3, grasping of the vibration mode and the deformation mode can be facilitated. .
[0055]
In the above embodiment, the vibration object 3 is placed on the vibration source 2 so as to give vibration as a whole, but a state in which vibration is applied to a part of the stationary vibration object 3 that is stationary. However, vibration characteristics can be measured in the same way. In this case, the applied vibration may be an impulse.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a vibration source is vibrated from a vibration source so that the vibration object undergoes vibration whose amplitude and phase change according to the frequency, and the surface is irradiated with laser light. The velocity component of the reflected light modulated by the Doppler effect is detected. The surface of the vibration source is also irradiated with laser light, and the velocity component of the reflected light modulated by the Doppler effect is detected, so the vibration applied to the object to be excited and the vibration of the surface of the object to be excited are simultaneously In addition, non-contact detection that does not affect the vibration state is possible. Since vibration velocity components detected by the same principle are simultaneously compared, vibration characteristics can be measured with high accuracy.
[0057]
Further, according to the present invention, it is possible to efficiently measure the vibration characteristics for a plurality of excited objects by using the same measurement for the vibration source.
[0058]
In addition, according to the present invention, the measurement result of the vibration characteristic of the object to be excited can be displayed as a moving image in accordance with the shape of the object to be excited, and the vibration characteristic can be displayed easily visually.
[0059]
Furthermore, according to the present invention, the vibration Doppler vibrometer for the vibration source and the laser Doppler vibrometer for the excited object are used to detect the input and output of the vibration to the excited object equally and perform frequency analysis. The gain based on the amplitude comparison and the phase difference can be obtained with high accuracy.
[0060]
Further, according to the present invention, the amplitude component is calculated by performing an arithmetic process on the velocity component of the vibration detected by the laser Doppler vibrometer for the vibration source and the vibrating object, and the gain or level of the vibrating object with respect to the vibration source is calculated. By outputting the phase difference, it is possible to accurately grasp the vibration characteristics.
[0061]
Further, according to the present invention, the acceleration component is calculated by performing an arithmetic process on the velocity component of the vibration detected by the laser Doppler vibrometer for the vibration source and the excited object, and the gain or position of the excited object with respect to the vibration source is calculated. By outputting the phase difference, it is possible to accurately grasp the vibration characteristics.
[0062]
Further, according to the present invention, it is possible to grasp the amplitude, speed, acceleration, and the like of the excited object using the gain of the excited object to which vibration is applied from the vibration source.
[0063]
Further, according to the present invention, it is possible to grasp the vibration mode at an arbitrary frequency by grasping the amplitude, speed, acceleration, and the like of the excited object.
[0064]
Further, according to the present invention, the irradiation position of the laser beam to the object to be excited by the laser Doppler vibrometer for the object to be excited is moved along a preset path, and the vibration characteristics for each part of the object to be excited are determined. It can be easily grasped.
[0065]
In addition, according to the present invention, the frequency characteristics of the vibration of the vibrating object are analyzed and displayed as a moving image corresponding to a plurality of parts on the vibrating object, so that the vibration mode and deformation mode can be easily grasped. can do.
[0066]
Further, according to the present invention, the vibration characteristic can be measured in a non-contact manner even in a place where the vibration characteristic cannot be measured by bending the path of the laser light traveling straight by the reflection mirror and directly irradiating the laser light.
[0067]
In addition, according to the present invention, a reflective tape or the like is affixed to the surface of the object to be vibrated, and the S / N (signal to noise) ratio is improved when detecting vibration with the laser Doppler vibrometer for the object to be vibrated. Vibration detection can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic electrical configuration of a vibration characteristic measuring apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing an example of vibration characteristics measured by the vibration characteristic measuring apparatus 10 of FIG.
3 is a block diagram showing an internal configuration of the frequency analyzer 8 of FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a flowchart showing a schematic procedure for performing vibration characteristic measurement in the embodiment of FIG. 1;
FIG. 5 is a diagram showing an example of bending a laser beam path in the embodiment of FIG. 1;
6 is a diagram showing another example of bending the path of laser light in the embodiment of FIG.
7 is a diagram showing measurement points and images when displaying vibration characteristics as a moving image in the embodiment of FIG. 1; FIG.
[Explanation of symbols]
1 Vibration characteristic measuring device
2 Excitation source
3 Excited object
4,5 probe
6,7 Doppler vibrometer
8 Frequency analyzer
11 Calculation means
12 Vibration grasping means
13 Display means
14 Position control means
15 Movie processing means
20 routes
21, 22 Reflection mirror
30 video

Claims

振動源から被加振物に振動を与えながら、
振動源の表面にレーザ光を照射し、ドップラ効果によって変調された反射光の速度成分検出を行いながら、
被加振物の表面にもレーザ光を照射し、ドップラ効果によって変調された反射光の速度成分検出を行い、
振動源から検出される速度成分と被加振物から検出される速度成分とを同時に比較して、比較結果に従って被加振物の振動特性を測定することを特徴とする振動特性測定方法。While giving vibration to the object to be excited from the vibration source,
While irradiating the surface of the vibration source with laser light and detecting the velocity component of the reflected light modulated by the Doppler effect,
The surface of the object to be excited is also irradiated with laser light, and the velocity component of the reflected light modulated by the Doppler effect is detected.
A method for measuring vibration characteristics, comprising simultaneously comparing a speed component detected from a vibration source and a speed component detected from an object to be excited, and measuring vibration characteristics of the object to be excited according to the comparison result.

複数の前記被加振物について同時に振動特性を測定することを特徴とする請求項１記載の振動特性測定方法。The vibration characteristic measuring method according to claim 1, wherein vibration characteristics of the plurality of excited objects are simultaneously measured.

前記被加振物について複数の測定箇所で振動特性を測定し、被加振物の形状と測定箇所の位置との関係に基づいて、測定結果についての動画像を生成し、振動特性を視覚的に表示することを特徴とする請求項１または２記載の振動特性測定方法。The vibration characteristics of the object to be excited are measured at a plurality of measurement points, and a moving image of the measurement result is generated based on the relationship between the shape of the object to be excited and the position of the measurement points, and the vibration characteristics are visually determined. The vibration characteristic measuring method according to claim 1, wherein the vibration characteristic measuring method is displayed.

被加振物に振動を与えるための振動源と、
振動源の表面にレーザ光を照射し、ドップラ効果によって変調された反射光から速度成分を検出して電気信号として出力する振動源用レーザドップラ振動計と、
被加振物の表面にレーザ光を照射し、ドップラ効果によって変調された反射光から速度成分を検出して電気信号として出力する被加振物用レーザドップラ振動計と、
振動源用レーザドップラ振動計および被加振物用レーザドップラ振動計から速度成分を検出した電気信号がそれぞれ入力され、速度成分の周波数分析結果を比較して、被加振物の振動の周波数特性を分析して、被加振物の振動源に対する利得または位相差のうちの少なくとも一方を出力する周波数分析器とを含むことを特徴とする振動特性測定装置。A vibration source for applying vibration to the object to be excited;
A laser Doppler vibrometer for a vibration source that irradiates the surface of the vibration source with laser light, detects a velocity component from reflected light modulated by the Doppler effect, and outputs it as an electrical signal;
A laser Doppler vibrometer for a vibrating object that irradiates the surface of the vibrating object with a laser beam, detects a velocity component from reflected light modulated by the Doppler effect, and outputs it as an electrical signal;
The electrical frequency signal is detected from the laser Doppler vibrometer for the vibration source and the laser Doppler vibrometer for the vibrating object, and the frequency characteristics of the vibrating object are compared by comparing the frequency analysis results of the velocity component. And a frequency analyzer that outputs at least one of a gain and a phase difference with respect to a vibration source of the object to be excited.

前記周波数分析器は、
入力される前記速度成分の検出信号に演算処理を施して振幅成分を算出し、算出結果に基づいて、前記被加振物の振動源に対する利得または位相差のうちの少なくとも一方を出力する演算手段を含むことを特徴とする請求項４記載の振動特性測定装置。The frequency analyzer is
An arithmetic means for calculating an amplitude component by performing arithmetic processing on the input detection signal of the velocity component, and outputting at least one of a gain or a phase difference with respect to a vibration source of the excited object based on the calculation result The vibration characteristic measuring apparatus according to claim 4, comprising:

前記周波数分析器は、
入力される前記速度成分の検出信号に演算処理を施して加速度成分を算出し、算出結果に基づいて、前記被加振物の振動源に対する利得または位相差のうちの少なくとも一方を出力する演算手段を含むことを特徴とする請求項４記載の振動特性測定装置。The frequency analyzer is
Calculation means for calculating an acceleration component by performing an arithmetic process on the input detection signal of the velocity component, and outputting at least one of a gain or a phase difference with respect to a vibration source of the excited object based on the calculation result The vibration characteristic measuring apparatus according to claim 4, comprising:

前記周波数分析器は、
前記振動源の振動状態についての情報が予め入力され、前記被加振物の振動源に対する利得に基づいて、該被加振物の振動状態を表す振幅、速度または加速度のうちの少なくとも一つを把握する振動把握手段を含むことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の振動特性測定装置。The frequency analyzer is
Information on the vibration state of the vibration source is input in advance, and at least one of amplitude, velocity, or acceleration representing the vibration state of the excited object is calculated based on the gain of the excited object with respect to the vibration source. The vibration characteristic measuring device according to any one of claims 4 to 6, further comprising vibration grasping means for grasping.

前記振動把握手段は、任意の周波数における振動モードの把握が可能であることを特徴とする請求項７記載の振動特性測定装置。8. The vibration characteristic measuring apparatus according to claim 7, wherein the vibration grasping means is capable of grasping a vibration mode at an arbitrary frequency.

前記被加振物用レーザドップラ振動計によるレーザ光の照射位置を、予め設定される経路で移動させる移動手段を含み、
該被加振物について複数部位の振動測定が可能であることを特徴とする請求項４〜８のいずれかに記載の振動特性測定装置。A moving means for moving the irradiation position of the laser beam by the laser Doppler vibrometer for the object to be excited along a predetermined route;
The vibration characteristic measuring apparatus according to any one of claims 4 to 8, wherein vibration of a plurality of parts can be measured with respect to the object to be excited.

前記周波数分析器は、
前記移動手段によるレーザ光の照射位置が入力され、前記被加振物の振動の周波数特性を分析した結果を、前記複数部位に対応する動画像として表示する動画表示手段を含むことを特徴とする請求項９記載の振動特性測定装置。The frequency analyzer is
It includes a moving image display means for displaying the result of analyzing the frequency characteristics of the vibration of the excited object as a moving image corresponding to the plurality of parts, by inputting the irradiation position of the laser beam by the moving means. The vibration characteristic measuring apparatus according to claim 9.

前記被加振物用レーザドップラ振動計から照射されるレーザ光の経路に配置され、該経路を折り曲げる反射ミラーを含むことを特徴とする請求項４〜１０のいずれかに記載の振動特性測定装置。The vibration characteristic measuring apparatus according to any one of claims 4 to 10, further comprising a reflection mirror that is disposed in a path of laser light emitted from the laser Doppler vibrometer for the object to be excited, and that bends the path. .

前記被加振物の表面に貼付けられ、高反射率を有する反射手段を含むことを特徴とする請求項４〜１１のいずれかに記載の振動特性測定装置。The vibration characteristic measuring apparatus according to any one of claims 4 to 11, further comprising a reflection unit attached to a surface of the object to be excited and having a high reflectance.