JPH01167624A - 張力測定装置及び張力測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は被測定物に対して非接触な状態で張力を測定す
る張力測定装置に関し、特に音により被測定物の張力を
測定する張力測定装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、テープ等による可撓性を有した被測定物の張力を
測定する場合には、支持された被測定物に所定の荷重を
加えて被測定物を変形させ、そのとぎの被測定物の変位
量に基づいて測定値を求めるのが一般的である。

そこで、従来の張力測定方法の一例を以下に説明する。

第８図は従来の張力測定装置を示す概略構成図である。

図において、可撓性を有したテープ５０はセンサ部５１
内の３本のテープ支持ボスト５２ａ、５２ｂ、５２ｃに
ほぼ１字状に掛けられて支持され、特にテープ支持ボス
ト５２ｂは矢印りが示す上下方向に移動可能である。ま
たテープ５０の一端５０ａは移動ステージ５３に取り付
けであるテープ支持バイブ５４に捲回して接着テープ５
５により固定されている。またテープ５０の他端５０ｂ
　（図示しない）はテープ支持ボスト５２ａ、５２ｂ、
５２ｃ以外のポスト（図示しない）に固着しである。ま
た移動ステージ５３の移動は粗動用マイクロメータ５６
によって調節される。

このような構成において、従来は駆動ステージ５３を矢
印Ｓの方向へ移動させて、テープ５ｏに張りを持たせ、
このときテープ５０に対して矢印Ｐの方向に荷重を加え
るように作用するテープ支持ボスト５２ｂの矢印り方向
の変位量に、基づいて張力を求めている。例えばテープ
支持ボスト５２ｂの基準位置よりの変位量を電気的、或
いは光学的に検出することにより、その検出量を力に換
算して張力を求めている。

［発明が解決しようとしている問題点］ところが、テー
プ支持ボストのようにテープに接触した状態で荷重を加
えるような場合には、テープ５０に変形を及ぼすことは
勿論、テープ支持ボスト等の検出機構とテープとの間に
摩擦を生じてしまう問題点がある。このような張力測定
装置では測定値に信頼性を得ることは非常に困難なこと
である。

本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、信頼性の高い測定値を得ること
ができる張力測定装置を提供する点にある。

［問題点を解決するための手段］ 上述した問題点を解決し、目的を達成するため、本発明
に係わる張力測定装置は音により被測定物を振動させて
張力を測定する張力測定装置であって、音により被測定
物に強制振動を発生させる振動発生手段と、前記強制振
動に基づいて所定の振動波形を検出する波形検出手段と
、前記所定の振動波形に基づいて周波数スペクトルを求
めるスペクトル解析手段と、前記周波数スペクトルに基
づいて張力を決定する張力決定手段とを備えたことを特
徴とする。

［作用］ 以上の構成によれば、振動発生手段は音により被測定物
に強制振動を発生させ、この強制振動に基づいて波形検
出手段は所定の振動波形を検出する。スペクトル解析手
段は振動波形に基づいて周波数スペクトルを求め、この
周波数スペクトルに基づいて張力決定手段は張力を決定
する。

このように、被測定物に対して非接触な状態で良好な張
力の測定ができる。

［実施例］ 以下添付図面を参照して本発明に係る好適な実施例を詳
細に説明する。

〈本実施例による張力測定装置の 構成の説明（第１図）〉 第１図は本実施例の張力測定装置（以下、本装置という
）の構成を示す概略構成図である。

第１図において、１は可撓性を有するテープ、２．３は
テープ１の張力測定方法に応じて所定の幅だけ離間した
テープ支持バイブである。テープ】の両端部近傍はテー
プ支持バイブ２．３のそれぞれの周面に沿って両面テー
プ等の接着具で固着されている。４は後述の駆動信号発
生部７より伝達される駆動信号に呼応して音を発生する
音源部である。この音源部４とテープ１との位置関係は
、音源部４より出力する音が空気中を伝搬してテープ１
に垂直に入射し且つテープ１に入射するまでの音の減衰
量が最小限となるように設定する。５は音源部４より出
力する音の周波数を決定し、その周波数で信号を発振す
る発振回路を備え　゛た周波数決定部、６は周波数決定
部５の信号を所定のタイミングで出力する信号を発振す
る発振回路を備えた出力タイミング調整部である。また
７は周波数決定部５と出力タイミング調整部６とから発
振されるそれぞれの信号とで積をつくり、その積により
形成した信号をテープ１を振動させる音の駆動信号とし
て音源部４に印加する駆動信号発生部である。

また、８はテープ１の振動による変位量を光学的に検出
する変位センサ部、９はこの変位センサ部８の検出する
変位量からテープ１が振動する振動波形を生成する振動
波形生成部である。尚、この振動波形はテープ１の周波
数を示す。１０は振動波形生成部９の生成した振動波形
に基づいて張力を決定する張力決定部、１１は張力決定
部１０の決定した張力を測定値として表示したり、後述
の周波数スペクトルを表示したりする機能を備えた表示
部である。特に表示部１１の表示の切り換えを表示部に
備えたスイッチによって行なう。

なお、周波数決定部５より発振する信号を基本信号とし
、出力タイミング調整部６より発振する信号をタイミン
グ信号とする。

次に、張力決定部１０の内部構成を述べる。１２は張力
決定部１０の全体を制御するＣＰＵ、１３は張力決定部
１０の制御プログラム、エラー処理用のプログラム、第
７図のフローチャートを実行するためのプログラム等を
格納したＲＯＭ、１４はＲＯＭ４に格納された各種プロ
グラムを実行するためのワーキングエリア及びエラー処
理時の一時退避エリアを備えるＲＡＭである。特にＲＯ
Ｍ１３は後述のスペクトル強度比に対応させた張力のデ
ータ群をテーブル化して格納している。すなわち本実施
例の張力のデータ群は従来のようなテープ接触式の張力
測定方法に用いたスペクトル強度比と張力との関係を示
すグラフをテーブル化したデータ群に対してテープ非接
触式な場合のデータ群に較正し、テーブル化したもので
ある。

１５は振動波形生成部９で生成された交流成分の振動波
形を解析して周波数スペクトルを求める波形解析部であ
る。１６は振動波形生成部９からの信号を受信するイン
ターフェース部、１フは測定値を表示部１１に送信する
インターフェース部である。１８はアドレスバス、デー
タバス、制御用のパス等から成るシステムバスである。

また１９〜２４は各部を接続する接続ケーブルである。

以上の如く構成された張力測定装置は、空気中に伝搬さ
せた音によりテープ１を振動させる振動発生方法とテー
プ１の振動による変位に基づいて張力を求める張力決定
方法とをそれぞれ独立して実施する。

く振動発生方法の説明（第２図）〉 まず、振動発生方法について以下に説明する。

第２図は本実施例による音の発生方法を説明するタイミ
ングチャートであり、図においてＡは周波数決定部５よ
り発振する基本信号、Ｂは出力タイミング調整部６より
発振するタイミング信号、Ｃは駆動信号発生部７より発
生する駆動信号である。またＴはタイミング信号Ｂの周
期であり、ｔは基本信号Ａの出力時間を調整する時間で
ある。

基本信号Ａとタイミング信号Ｂとの積で形成した駆動信
号Ｃは音の周波数を決定する基本信号Ａの出力タイミン
グをタイミング信号Ｂにより調整して音源部４から音を
発生させる合成信号である。すなわち駆動信号発生部７
では音源部４から音を発生する時間ｔと音を発生しない
時間Ｔ−ｔとから成る周期Ｔで駆動信号Ｃを生成する。

特に、時間（Ｔ−ｔ）の間には“０“ボルトを出力する
ように設定した駆動信号が音源部４に印加される。

以上の説明によれば、音源４は周期Ｔ毎に時間ｔの間だ
け駆動信号Ｃに呼応して音を発生し、テープ１は空気中
を伝搬する音の周波数に応じて周期Ｔ毎に減衰振動を発
生させている。

このように、本実施例の張力測定装置は被測定物の減衰
振動に基づいた張力の測定方法を採用している。

く張力決定方法の説明（第３図〜第７図）〉次に、張力
決定方法について以下に説明する。

まず、音源４０発する音に伴って振動するテープ１の変
位量を変位センサ部８で検出する。そして変位センサ部
８から連続的に変位量を振動波形生成部９へ送出し、振
動波形生成部９で変位量に基づいて振動波形を生成する
。さらに振動波形生成部９で生成した振動波形を波形解
析部１５によって解析し、周波数スペクトルを求める。

次に、上述した振動波形から周波数スペクトルについて
第３図〜第６図を用いて説明する。

第３図、第４図はテープ１の連続した減衰振動による振
動波形を示す図である。第５図は第３図の振動波形を解
析した周波数スペクトル強度と周波数との関係を示す図
であり、第６図は第４図の振動波形を解析した周波数ス
ペクトル強度と周波数との関係を示す図である。

特に、第３図と第４図のように減衰振動を示す振動波形
が異なる場合には、減衰率の違いから測定時に異なる張
力でテープ１が支持されていることを示す。

また、第５図、第６図において、縦軸は周波数スペクト
ル強度、横軸は周波数である。ｐ１〜ｐ４及びｑ１〜ｑ
４は振動波形のピーク位置の周波数スペクトル強度であ
り、Ｗ、〜Ｗ４及びｕｌ＃ｕ４は周波数スペクトル強度
ＰＩ””Ｐ４及びｑ、〜ｑ４に対応した周波数である。

以上の波形解析部１５によって求めた第５図、第６図に
示す周波数スペクトルは表示部１１に表示することがで
きる。この場合には張力決定部１０より表示部１１に周
波数スペクトルのデータが送出されており、このときの
表示部１１のスイッチは周波数スペクトル側にセットさ
れている。

次に、周波数スペクトルより張力を決定する方法を第７
図のフローチャートに従って、第５図と第６図に示す周
波数スペクトルを参照しながら説明する。

まず、周波数スペクトルの中で最小の強度を有する周波
数スペクトルとこの最小の周波数スペクトルの次に大き
い強度を有する周波数スペクトルの２つのピーク位置を
検出する。

例えば、第５図の場合にはピーク位置のＥ＋（ｗ＋　、
Ｐ＋　）とＦ２　　（ｗ、、ｐ２　）とを取り出し、第
６図に場合にはピーク位置のＰ＋（ｕ＋。

ｑｌ）とＦ２　（ｕｚ　、Ｑ２　）とを取り出す（ステ
ップＳｌ）。そしてピーク位置Ｅ、とＦ２或はピーク位
置Ｆ、とＦ２の各周波数スペクトル強度を求め（ステッ
プＳ２）、次の方法でスペクトル強度比を算出する。即
ち、第１、第２番目のピーク位置の内、周波数スペクト
ル強度が高い方を低い方で割ることにより求めた強度比
をスペクトル強度比とする。例えばピーク位置Ｅ、％Ｅ
２の場合におけるスペクトル強度比をＲ１ピーク位電Ｆ
、、Ｆ２の場合におけるスペクトル強度比をＳとすると
、それぞれ次の式が成り立つ。即ち、となる（ステップ
Ｓ３）。

次に、上述の式（１）、（２）に基づいて求めたスペク
トル強度比Ｒ，Ｓに対応する張力を求める。

まず、ステップＳ３で求めたスペクトル強度比Ｒ或はＳ
をＲＯＭ１３に格納した張力のテーブルの相対アドレス
とする。そしてスペクトル強度比Ｒを算出した場合には
、Ｒを相対アドレスとしてテーブルより張力のデータを
取り出し、またスペクトル強度比Ｓを算出した場合には
、Ｓを相対アドレスとしてテーブルより張力のデータを
取り出す。このようにして各スペクトル強度比に対応す
す張力を決定する（ステップＳ４）。またステップＳ４
で決定した張力はＲＡＭ１４の所定の記憶領域に格納す
る（ステップＳ５）。

次に、表示部１１のスイッチの位置を検出しくステップ
Ｓ６）、「張力の表示」であれば決定した張力のデータ
を表示部１１に送出する（ステップＳ７）、また「周波
数スペクトルの表示」であれば周波数スペクトルのデー
タを表示部１１に送出する（ステップＳ８）。

以上説明したように、本実施例によれば音を使って被測
定物の振動から張力を非接触な状態で求めることが可能
となる。すなわち接触式の張力測定装置で問題となって
いた摩擦がなくなることにより、測定値の信頼性が向上
するという効果がある。

また、本実施例の張力測定装置を以下の様に変形するこ
とも可能である。

即ち、第１の変形例によれば、音源４と変位センサ部８
を被測定物に対して対向する位置に配置しても良い。

第２の変形例によれば、変位センサ部８による光学的な
変位の検出方法でなく、電気的、磁気的な手段による変
位計を用いても同様の作用、効果を得ることができる。

第３の変形例によれば、テープ以外のひも、紙等による
容易な変形を可能とする被測定物の張力を測定すること
も可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば被測定物に非接触
な状態で張力を測定することが可能となり、測定値の信
頼性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の張力測定装置の構成を示す概略構成
図、 第２図は本実施例による音の発生方法を説明するタイミ
ングチャート、 第３図、第４図は本実施例による振動波形生成部９から
出力される異なる振動波形を示す図、第５図は第３図に
示す振動波形に対応する張力の決定方法を説明する図、 第６図は第４図に示す振動波形に対応する張力の決定方
法を説明する図、 第７図は本実施例による張力決定方法を説明するフロー
チャート、 第８図は従来の張力測定装置を示す概略構成図である。 図中、１・・・テープ、２，３．５４・・・テープ支持
バイブ、４・・・音源部、５・・・周波数決定部、６・
・・出力タイミング調整部、７・・・駆動信号発生部、
８・・・変位センサ部、９・・・振動波形生成部、１０
・・・張力決定部、１１・・・表示部、１２・・・ＣＰ
Ｕ５１３・・−ＲＯＭ、１４・・−ＲＡＭ、１５・・・
波形解析部、１６，１フ・・・インターフェース部、１
８・・・システムバス、５０・・・テープ、５１・・・
センナ部、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ・・・テープ支持ポ
スト、５３・・・移動ステージ、５５・・・接着テープ
、５６・・・粗動用マイクロメータである。 ］ ｗｌ　　　　Ｗ２　　　　Ｗ３　　　Ｗ４／ｉ！ｉｌＪ
数 第５図 ｕｌ　　　　ｕ２　　　　Ｌ１２　　　　ＬＪ４周猟玖 第６図 ；−

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）音により被測定物を振動させて張力を測定する張
   力測定装置であつて、 音により被測定物に強制振動を発生させる振動発生手段
   と、 前記強制振動に基づいて所定の振動波形を検出する波形
   検出手段と、 前記所定の振動波形に基づいて周波数スペクトルを求め
   るスペクトル解析手段と、 前記周波数スペクトルに基づいて張力を決定する張力決
   定手段とを備えたことを特徴とする張力測定装置。
2. （２）前記振動発生手段には音の出力周波数を決定する
   周波数決定手段と、前記音の出力タイミングを調整する
   タイミング調整手段とが含まれることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の張力測定手段。
3. （３）前記周波数決定手段は被測定物の振動応答に応じ
   て前記出力周波数を変更可能とする周波数調整手段を含
   むことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の張力測
   定手段。
4. （４）前記張力決定手段は周波数スペクトルの強度比よ
   り張力を決定したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の張力測定手段。
5. （５）前記強度比に対応する張力のデータ群を予め記憶
   させたことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の張
   力測定手段。