JP4822438B2 - 硬さ測定システムの動作中心周波数選択方法、動作中心周波数選択装置及び硬さ測定システム - Google Patents
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- 対象物に振動を入射する振動子と対象物から反射される信号を検出する振動検出センサとを有する硬さセンサと、硬さセンサに増幅器とともに直列に接続され、振動子への入力波形と振動検出センサからの出力波形に位相差が生じるときは、周波数を変化させてその位相差をゼロにシフトする位相シフト回路と、を含み対象物の硬さに応じて生ずる周波数変化より対象物の硬さを測定する硬さ測定システムについて、動作中心周波数を選択する方法であって、
硬さセンサがテストピースに未接触の自由端状態で周波数に対する振幅特性又は位相特性における複数のピークを検出して各ピークを区別するピーク検出工程と、
区別された各ピークについて、そのピーク位置の周波数又は位相又は振幅の中の少なくとも1つを測定し記憶する自由端特性取得工程と、
区別された各ピークにつき、硬さセンサを柔らかい硬さの第1テストピースに接触させるときに変化する周波数又は位相又は振幅の中の少なくとも1つを測定し記憶する第1特性取得工程と、
区別された各ピークにつき、硬さセンサを第1テストピースより硬い第2テストピースに接触させるときに変化する周波数又は位相又は振幅の中の少なくとも1つを測定し記憶する第2特性取得工程と、
区別された各ピークにつき、自由端特性と第1特性との間の周波数変化又は位相変化又は振幅変化の中の少なくとも1つと、自由端特性と第2特性との間の周波数変化又は位相変化又は振幅変化の中の少なくとも1つに基づいて、硬さ測定に用いるためのピークを選択するピーク選択工程と、
選択されたピークの自由端状態の周波数を硬さセンサの動作周波数とし、硬さセンサの動作周波数から任意の周波数幅を隔てる周波数を位相シフト回路の動作周波数とする動作中心周波数設定工程と、
を備えることを特徴とする硬さ測定システムの動作中心周波数選択方法。 - 請求項1に記載の硬さ測定システムの動作中心周波数選択方法において、
ピーク選択工程は、自由端特性と第1特性との間の周波数変化及び位相変化の変化方向と、自由端特性と第2特性との間の周波数変化及び位相変化の変化方向とを比較し、相互に逆方向に変化する候補ピークの中から選択することを特徴とする硬さ測定システムの動作中心周波数選択方法。 - 請求項2に記載の硬さ測定システムの動作中心周波数選択方法において、
ピーク選択工程は、
自由端特性に比べ第1特性が周波数及び位相のいずれも減少方向に変化し、
自由端特性に比べ第2特性が周波数及び位相のいずれも増加方向に変化する候補ピークの中から選択することを特徴とする硬さ測定システムの動作中心周波数選択方法。 - 請求項2に記載の硬さ測定システムの動作中心周波数選択方法において、
ピーク選択工程は、候補ピークの中から、変化幅の大きいピークを選択することを特徴とする硬さ測定システムの動作中心周波数選択方法。 - 請求項1に記載の硬さ測定システムの動作中心周波数選択方法において、
ピーク検出工程において、さらに、複数のピークの中から任意の周波数範囲の中にあるピークに絞り込む周波数絞込み工程を備えることを特徴とする硬さ測定システムの動作中心周波数選択方法。 - 請求項1に記載の硬さ測定システムの動作中心周波数選択方法において、
ピーク検出工程において、さらに、複数のピークの中から任意のQ値以下にあるピークに絞り込むQ値絞込み工程を備えることを特徴とする硬さ測定システムの動作中心周波数選択方法。 - 請求項1に記載の硬さ測定システムの動作中心周波数選択方法において、
ピーク検出工程において、さらに、複数のピークの中から、そのピーク位置における位相変化率が任意の値以下にあるピークに絞り込む位相変化率絞込み工程を備えることを特徴とする硬さ測定システムの動作中心周波数選択方法。 - 請求項1に記載の硬さ測定システムの動作中心周波数選択方法において、
動作中心周波数設定工程は、位相シフト回路のQ値に応じて任意の周波数幅を設定することを特徴とする硬さ測定システムの動作中心周波数選択方法。 - 対象物に振動を入射する振動子と対象物から反射される信号を検出する振動検出センサとを有する硬さセンサと、硬さセンサに増幅器とともに直列に接続され、振動子への入力波形と振動検出センサからの出力波形に位相差が生じるときは、周波数を変化させてその位相差をゼロにシフトする位相シフト回路と、を含み対象物の硬さに応じて生ずる周波数変化より対象物の硬さを測定する硬さ測定システムについて、動作中心周波数を選択する装置であって、
硬さセンサがテストピースに未接触の自由端状態で、周波数に対する振幅特性又は位相特性における複数のピークを検出して各ピークを区別するピーク検出手段と、
区別された各ピークについて、そのピーク位置の周波数又は位相又は振幅の中の少なくとも1つを測定し記憶する自由端特性取得手段と、
区別された各ピークにつき、硬さセンサを柔らかい硬さの第1テストピースに接触するときに変化する周波数又は位相又は振幅の中の少なくとも1つを測定し記憶する第1特性取得手段と、
区別された各ピークにつき、硬さセンサを第1テストピースより硬い第2テストピースに接触させるときに変化する周波数又は位相又は振幅の中の少なくとも1つを測定し記憶する第2特性取得手段と、
区別された各ピークにつき、自由端特性と第1特性との間の周波数変化又は位相変化又は振幅変化の中の少なくとも1つと、自由端特性と第2特性との間の周波数変化又は位相変化又は振幅変化の中の少なくとも1つとに基づいて硬さ測定に用いるピークを選択するピーク選択手段と、
選択されたピークの自由端状態の周波数を硬さセンサの動作周波数とし、硬さセンサの動作周波数から任意の周波数幅を隔てる周波数を位相シフト回路の動作周波数とする動作中心周波数設定手段と、
を備えることを特徴とする硬さ測定システムの動作中心周波数選択装置。 - 請求項9に記載の硬さ測定システムの動作中心周波数選択装置において、
ピーク選択手段は、自由端特性と第1特性との間の周波数変化及び位相変化の変化方向と、自由端特性と第2特性との間の周波数変化及び位相変化の変化方向とを比較し、相互に逆方向に変化する候補ピークの中から選択することを特徴とする硬さ測定システムの動作中心周波数選択装置。 - 請求項9に記載の硬さ測定システムの動作中心周波数選択装置において、
ピーク選択手段は、
自由端特性に比べ第1特性が周波数及び位相のいずれも減少方向に変化し、
自由端特性に比べ第2特性が周波数及び位相のいずれも増加方向に変化する候補ピークの中から選択することを特徴とする硬さ測定システムの動作中心周波数選択装置。 - 請求項9に記載の硬さ測定システムの動作中心周波数選択装置において、
ピーク選択手段は、候補ピークの中から、変化幅の大きいピークを選択することを特徴とする硬さ測定システムの動作中心周波数選択装置。 - 請求項9に記載の硬さ測定システムの動作中心周波数選択装置において、
ピーク検出手段において、さらに、複数のピークの中から任意の周波数範囲の中にあるピークに絞り込む周波数絞込み手段を備えることを特徴とする硬さ測定システムの動作中心周波数選択装置。 - 請求項9に記載の硬さ測定システムの動作中心周波数選択装置において、
ピーク検出手段において、さらに、複数のピークの中から任意のQ値以下にあるピークに絞り込むQ値絞込み手段を備えることを特徴とする硬さ測定システムの動作中心周波数選択装置。 - 請求項9に記載の硬さ測定システムの動作中心周波数選択装置において、
ピーク検出手段において、さらに、複数のピークの中から、そのピーク位置における位相変化率が任意の値以下にあるピークに絞り込む位相変化率絞込み手段を備えることを特徴とする硬さ測定システムの動作中心周波数選択装置。 - 対象物に振動を入射する振動子と対象物から反射される信号を検出する振動検出センサとを有する硬さセンサを用いて対象物の硬さを測定する硬さ測定システムであって、
硬さセンサと増幅器とが直列接続されたセンサ増幅回路部について、外部より周波数を変化させて掃引する信号を入力し、周波数に対する振幅特性又は位相特性において現れる複数のピークを予め定めた基準と比較して硬さ測定に用いるためのピークを選定し、選定されたピークに対応する周波数を選定周波数として選択する選定周波数選択装置と、
選択された選定周波数をセンサ増幅回路部に入力して選定周波数に対応する選定位相差が出力される状態で動作させるオープンループの第1回路ループと、
センサ増幅回路部の入力端と出力端の間に位相シフト回路を接続しループを閉じて自励発振ループを構成し、センサ増幅回路部への入力波形とその出力波形との間に位相差が生じるときは、位相シフト回路によって周波数を変化させてその位相差をゼロにシフトさせて自励発振を持続させるクローズドループの第2回路ループと、
センサ増幅回路部を含む回路ループを、第1回路ループにおける選定周波数及び選定位相差の下の動作状態から、第2の回路ループにおいてセンサ増幅回路部の両端の選定位相差を位相シフト回路で補償して選定周波数の下で自励発振を持続させる動作状態に切り替える切り替え手段と、
切り替え後において、対象物に硬さセンサを接触させ、対象物の硬さに応じてセンサ増幅回路部の両端の位相差が選定位相差からさらに変化する硬さによる位相差成分を、位相シフト回路によって選定周波数から周波数を変化させて補償してセンサ増幅回路の両端を選定位相差のままに維持し、変化させた周波数偏差を出力する周波数偏差出力部と、
を備え、
選定周波数選択装置は、
硬さセンサがテストピースに未接触の自由端状態で、周波数に対する振幅特性又は位相特性における複数のピークを検出して各ピークを区別するピーク検出手段と、
区別された各ピークについて、そのピーク位置の周波数又は位相又は振幅の中の少なくとも1つを測定し記憶する自由端特性取得手段と、
区別された各ピークにつき、硬さセンサを柔らかい硬さの第1テストピースに接触させるときに変化する周波数又は位相又は振幅の中の少なくとも1つを測定し記憶する第1特性取得手段と、
区別された各ピークにつき、硬さセンサを第1テストピースより硬い第2テストピースに接触させるときに変化する周波数又は位相又は振幅の中の少なくとも1つを測定し記憶する第2特性取得手段と、
区別された各ピークにつき、自由端特性と第1特性との間の周波数変化又は位相変化又は振幅変化の中の少なくとも1つと、自由端特性と第2特性との間の周波数変化又は位相変化又は振幅変化の中の少なくとも1つとに基づいて硬さ測定に用いるためのピークを選択するピーク選択手段と、
選択されたピークの自由端状態の周波数を選定周波数として選択する選定周波数設定手段と、
を含み、
周波数偏差出力部から出力された周波数偏差から対象物の硬さを測定することを特徴とする硬さ測定システム。 - 請求項16に記載の硬さ測定システムにおいて、
位相シフト回路は、
位相検出器と電圧制御発振器と分周器とがループ状に接続されるフェーズロック回路であって、センサ増幅回路部の出力と分周器の出力とが位相検出器に入力されてそれらの間の位相差をゼロにするように発振状態をロックするフェーズロック回路と、
時々刻々の分周器のデータについて選定位相差に相当するデータを補償演算し、これに基づき、センサ増幅回路部の出力信号の1周期について選定位相差分の位相差を補償した位相差補償信号を出力する補償信号出力部と、
を含み、補償信号出力部から出力される位相差補償信号をセンサ増幅回路部の入力信号として供給することを特徴とする硬さ測定システム。 - 請求項17に記載の硬さ測定システムにおいて、
センサ増幅器回路部の出力をデジタル信号に変換して位相シフト回路に供給する変換器を含み、
デジタル信号で動作する位相シフト回路の補償信号出力部は、
電圧制御発振器の信号のデータをカウントする分周カウンタと、
分周カウンタと同じビット数を有する選定位相差を補償するデータを分周カウンタのデータに加算するフルアダー回路と、
フルアダー回路のデータから正弦波信号を生成する波形生成器と、
を有し、生成された正弦波信号を位相差補償信号としてセンサ増幅回路部に供給することを特徴とする硬さ測定システム。
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