JPS5880532A - 振動周波数測定装置 - 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】 本発明は棒状、パイプ状、又は盤状などある形状を成す
耐火物製品を叩いて強制的に振動を起させ、その製品の
固有振動数を知ることにより製品固有の機械的性質を判
断する等の検査のために使用される振動周波数測定装置
の改良に関するものである。

耐火物に限らず振動する物体の固有振動数は、その物体
の形状、質量、物体支持の状態および物体の持つ弾性率
等で定まり、その固有振動数をｆとする。と、 ここに　ｌ：物体の長さ　　　Ａ：物体の断面積Ｅ：物
体の縦弾性率　工：物体の断面二次モーメントσ：物体
の密度　　　α：振動次数により定まる係数耐火物は材
質や形状が一定な製品であっても形をつくる成形過程や
焼き上げる焼成過程の微妙な条件の違いから使用目的に
全く合わない製品が出来あがることがある。

振動周波数測定機はこれらの製品群の中から固有振動数
の大きさを測定して縦弾性率を求め、製品の機械的性質
を判定するために使用されるもので、鋼の連続鋳造にお
いて溶鋼の酸化や空気の巻き込み防止の目的で使用され
る浸漬ノズル等は比較的長尺で振動を起し易い形状であ
ることから、この方法は極めて有効な検査手段として採
用されている。

これは製品を振動し易い状態に支持した後、ハンマーも
しくはドライバー等で製品を叩き、そ′の時の製品の振
動を製品に押しあてた受信用ディテクタで検知し、その
振動数を計測するものである。

しかしこの方法は製品を叩く作業およびディテクタを製
品に押しあてる作業が人力によらなければならず、検査
を自動化する上での大きな障害となっていた。

人力によらなければならなかった理由のひとつには製品
を叩く方法について、 ｌ　弾むような叩き方が要求されることである。

これは丁度ボニルが物体に当ってはね返るように、物体
に当った時の反発力で自然に物体から離れるような叩き
方でなければならないことである。このような叩き方を
機械的に再現することは非常に難かしく、物体上でハン
マーがたとえ短時間であっても静止してしまったり、ま
たは二度打ちになったりして測定誤差が大きくなるから
である。

もうひとつには振動を受信するディテクタの製品への押
しあて方について、 ２　物体を叩いた時の衝撃を適度に吸収してくれること
である。

人体の筋肉には弾力性がある他、人力は衝） 撃の大きさに応じて無意識にそのショックを加減できる
ことである。

このように打音の方法とディテクタの押しあて方に熟練
を必要とし、機械的には対応が難がしいためであったと
考えられる。

本発明は物体の叩き方やディテクタの押しあて方をより
熟練者の操作に近ずけた機械的な手段をもって測定精度
を高めると共に、反覆実現を可能とし、自動化された振
動周波数測定装置を得ようとするものである。

以下本発明の詳細を図示の実施例について説明する。

第１図は従来の検査方法を示すもので被検体である製品
（２）は２つの支持台Ｃ３ａ）　、　（３ｂ）　」二に
置かれ、振動を受信するディテクタ（４）を製品（２）
の端部に押しあてる。この状態でドライバー（１）で製
品（２）を叩くと製品（２）に振動を生じ、ディテクタ
（４）がその振動を受信し、振動周波数測定機により固
有振動周波数を測定する。ここで２つの支持台（３α）
　、　（３ｂ）は振動を逃がさないようゴムにはプラス
チックなど比較的軟かい材質が用いられ、製品（２）の
端部から各々全長の０．２２４倍離した内側に置かれる
。

製品（２）を叩くドライバー（１）はハンマーでもよい
が製品を傷っけないためプラスチック製の柄のものが用
いられ、軽く叩く程度とされる。

このようにして通常は１製品に対して４〜５回人力にて
打音し、その測定値の平均値又は確率の高い測定値、も
しくは各測定値の中央値等が検査した製品の代表値とさ
れている。測定者の熟練麿が優れている程、各測定値間
のバラツキは小さくなる。

以１この方法を自動化するにはドライバー（１）で叩く
役割を果す打音機、ディテクタ（４）を製品（２）に押
しつける手の役割を果たすディテクタ保持機ならびに、
打りのタイミングをとる頭脳に相当する制御機が必要で
ある。

第２図は打音機（Ａ）の断面構造を示す。

各々に空芯をもつケース（１１）と蓋板（２ｏ）の内部
に電磁コイル（１２）を収容し、この空芯中をステンレ
ス鋼でつくったバイブ（１３）を貫通しナラ）　（１５
）で締めつけて固定する。パイプ（１３）は磁界に作用
しない非磁性材質であることが条件で、この内部には、
先端にプラスチック（ｌＯ）を持つ可動芯（１６）が戻
しばね（１７）によりパイプ（１３）に固定したフック
（１４）と連結して摺動自在に嵌装される。

プラスチック（１０）は製品を打音した時に製品を傷つ
けないためのもので硬質ゴムでもよい。

可動芯（１６）は純鉄又は純鉄に近い鋼製とし、電磁コ
イル（１２）の全長の約■〜百倍の長さにつくる。

電磁コイル（１２）に電気を流さない静ＩＥ状態では可
動芯（１６）の全長約１〜土が電磁コイル（１２）４ の空芯中にあるように位置決めの係止部材（＋　６’）
を設け、また戻しばね（１７）の長さを決定する。人力
による打音のように上方から製品を叩くようにしてもよ
い。この場合は可動芯（１６）の重量と戻し、ばね（１
７）の弾力を均合わせて可動芯（１６）を静止せしめる
ことができる。（１８）は打音機全体を固定するブラケ
ットで、パイプ（１３）を通す孔を持チ、通したパイプ
（１３）をボルト（１９）で固定する。

以上のようにしてつくった打音機め電磁コイＡＩ（１２
）に電気を流すとコイルの空芯に磁界を生じ、磁性材質
である可動芯（１６）は磁界に引きよせられ空芯の中央
で停止する。これは電磁コイル（１２）に電気を流しつ
づけた時の現象で、電気を流す時間を０．１秒〜０．４
秒とすることで可動芯（１６）をパイプ（１３）の中か
ら飛び出させて製品を叩き、反発させて元の静止状態に
戻す１往復動作が実現できる。これは、電磁コイル（１
２）で生じた磁界にｉｉＪ動芯（１６）が引きよせられ
磁界の最も大きい電磁フィルの長さの中心に達した頃に
電流を切り、ｐＪ動芯（１６〕の慣性でパイプ（１３）
から飛び出させるもので、０２秒の時が最も大きく、戻
しばね（１７）のバネ定数をｏ、　ｏ　Ｏ１５ｋｇ＜Ａ
ａｙｎとした時、可動芯（１６）先端のプラスチック（
１０）をおよそ８０ｍ１＋パイプ（１３）から飛び出さ
せることができ、０．１秒では吸引力が弱く、また０４
秒以上では磁界がブレーキに働くためいずれも慣性力は
弱くなるが、約５０ＩＩＩｉ＋程度飛び出させることが
できる。

電気を流す時間を極端に短かくする。と可動芯（１６）
はパイプ（１３）からは飛び出さず、又時間を長くする
と被検体を２度打ち、時には３度打ちする。このため、
被検体を確実に１回ずつ打音するには被検体とパイプ（
１３）との間隔を約３（）冨冨とし、電磁コイル（１２
）への通電時間を０２秒にするとよい。

以上の方法により人力に近い打音を得ることが反覆して
再現できる。

第３図はディテクタ保持装置（Ｂ）の断面構造を示す。

ディテクタ（４０）を移動する駆動源としては圧力エア
を用いるが、これは空気の圧縮性をり゛ンションに利用
するものである。

エアシリンダ（４９）はディテクタ（４０）の先端部が
針状にとがり高荷重に耐えられないため、シリンダ有効
径は１０１１以下のものとし、しかもその内部に戻し用
のスプリングが内蔵されたものとすれば更にディテクタ
（４０）の保護となる。

このエアシリンダ（４９）には圧力エアを送ったり停め
たりするための電磁弁（５０）をピストンロッド（４３
）を押し出す側に取り付け、この全体はブラケット（４
８）にナツト（４７）で支持される。

ピストンロッド（４３）にはホルダ（４２）を（４４α
）および（４４ｂ）の２ケのナツトで固定し、ホルダ（
４２）にはピストンロッド（４３）の回転を防止するた
めのガイド用ロンド（４５）が（４６α）および（４６
ｂ）の２つのナツトで固定され、ロンド（４５）の他端
はブラケツ）　（４８）　（Ｑガイド孔を貫通する。貫
通する部分の長さはピストンロッド（４３）の移動スト
ロークと同じかそれより少し長くする。又上記ホルダ（
４２）にはディテクタ（４０）を包んだ厚肉のゴム管（
４１）を孔にさし込んで固定する。ゴム管（４１）は軟
かい程よい。

このようにして電磁弁（５０）に電気を通して弁を開き
圧力エアを送ればピストンロッド（４３）がそのストロ
ークエンドまで動くがその途中に検査する製品が置かれ
ていればディテクタ（４０）の先端が製品に当った位置
で停止する。

圧力エアはディテクタ（４０）の先端で受ける荷重が０
．４〜０．８　ｋｇになるように又移動スピードがｓｍ
／ｍ／上とならないよう予め調整しておく。

この圧力エアの調整によりディテクタ（４０）先端の接
触圧を常に所定の圧力に保持することができる。

ディテクタ（４０）の先端が被検体に接触していれば、
被検体を打音しその振動数を測定することができるが、
打音時の衝撃はエアシリンダ（４９）と緩衝部材である
厚肉のゴム管（４１）が吸収する。

このディテクタ保持装置の使用により、打音時の衝撃で
被検体とディテクタ（４０）の位置がズレ、このために
生じる摩擦振動を拾う誤振動測定を皆無にすることがで
きた。

第４図は本発明の振動周波数測定装置の外観を示す。

（３２）は検査を行なう時の架台でこの上に置いた２個
の支持台（３α）　、　（３ｂ）上に被検体（２）を載
せる。。

打音機（Ａ）はブラケツ）　（ＩＳ）をポル）　（３０
）で架台（３２）に固定するが、打音機用のブラケツ）
　（＋８）は可動芯（１６）が被検体にほぼ直角に当る
よう製品（２）を支持台（３α）　、　（３ｂ）上に置
いたときの高さのおよそ中心位置となるようにする。検
査する製品形状がよく換わる時は高さ調整ができるブラ
ケットとする方がよい。

ディテクタ保持装置（Ｂ）はブラケット・（４８）をボ
ルト（３りで架台（３２）に固定する。図は電磁弁（５
０）が作動してエアシリンダ（４９）に圧力空気が送ら
れ、ディテクタ（４０）の先端が被検体（２）に圧接さ
れた状態を示している。図中（５１）は圧力エアの導入
し］である。被検体（２）の交換或は測定位置を変える
ときは電磁弁（５０）によりディテクタ（４０）を引込
ませ、交換或は測定位置変更後、再度電磁弁（５０）を
作動してディテクタ（４０）を被検体に当接せしめる、
（２１）はペーパー（２９）上に測定結果を印字する印
字機で、測定値は振動周波数測定機（２３）からの信号
を（２８）のケーブルで入力する。印字機（２りと制御
機（２２）を結ぶケーブル（２７）は印字開始と終了の
信号を伝えるもので、ディテクタ（４０）がＭ′積体（
２）に触れた時に生じる誤測定値の印字を防止するため
のもので、制御機（２２）には（２５）のケーブルにて
電気を流して電磁弁（５０）を作動し、ディテクタ（４
０ンが被検体（２）に触れた後でなければ印字機（２り
が働らかないようにタイマーを内蔵している。

（２４）のケーブルで出力する打音機（Ａ）への信号開
始も同じタイミングであるが、開始以降はタイマーの組
合わせにより１秒間に１度、第２図の説明で述べた通り
０．２秒間のパルス信号をカウントで指定した回数だけ
続けるように組み込んでいる。

（２３）は振動周波数測定機で、ディテクタ（４０）が
受信した振動は（２６）のケーブルにて送信され内部に
組込まれた様々な回路を経て周波数をデジタル表示する
ものである。本発明では振動２サイクルに要する時間を
μｓｅｃで表示するタイプのものを用いている。即ち表
示の測定値は振動周波数との間にＲ＝　２　Ｘ　１０６
／ｆ　（μｓｅｃ　）なる関係となる。Ｒは測定表示す
る値、ｆは振動周波数である。

第５図に従来通りの人力打音での測定結果と本発明の装
置で行なった測定結果をヒストグラムで比較した一例を
示す。

測定は長さ約５６０１１１１．、太さ約１２０１１１１
１中空の鋼の連続鋳造に用いられる黒鉛−アルミナ質の
浸漬ノズル耐火物を用いて先ず検査の熟練者が連続して
５０回人カ打音測定を行なった後、同じ被検体を本発明
の装置にて同様に５０回自動測定を行なった。但し本装
置の連続打音可能な回数はカウンタ容量が２０回のもの
を使用したため、２０回連続測定を２回くり返した後、
制御機の打音設定回数を１０回に変更して測定を行なっ
た。

この結果、本発明装置では測定平均値が３３７４μｓｅ
ｃであったのに対し人力測定では３３７４．５７１８θ
Ｃとなり、はとんど差を生じないことが判ったが測定値
のバラツキは本発明装置での測定の方が小さく、その標
準偏差値（σ）が４．１６に対し、人力測定では５６５
となった。その原因として、人力測定では、被検体を打
音する場合の打音の力加減、打音の位置、打音の時間間
隔が一定となりにくいこと。更にディテクタの押しあて
方についても、押し当てる力が一定となりにくい他、時
として測定値が大きく異なることがあるが、これは打音
時の動作が被検体にあてたディテクタを大きく揺らした
り、力加減を失ったりした時に起こるもので、ディテク
タ押しあてを静止状態に保ち難いためである。

以上のように本発明の振動周波数測定装置は難かしかっ
た自動測定を可能とする他、測定値の精度を従来法に比
較して著しく向上させることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の振動周波数測定方法を示す外観斜視図、
第２図〜第４図は本発明に係る測定装置の１実施例を示
し、第２図は打音機の縦断面図、第３図はディテクタ保
持装置の縦断面図第４図は本発明装置の全体斜視図、第
５図は本発明装置と人力による測定結果の比較を示す図
表である。 （１）・・・・・・ドライバー、（２）・・・・・・被
検体、（３ｔＬ）、（３ｂ）・・・支持台、　　　（４
）？（４０）・・・ディテクタ、（Ａ）・・・・・・打
音ｉ　、（１０）・・・・・・プラスチック、（ｎ）・
・・・・・ケース、（１２）・叩−電ｍコイル、（１３
）・・・・・・バイブ、（１４）・・曲フック、（１５
）・・・・・・ナツト、（１６）・・・・・・可動芯、
（１７）・・・・・・戻しばね、　　　（１８）・・・
・・・ブラケット、（１９）・・・・・・ポル）　、（
２０）・・・・・・蓋板、（Ｂ）・・・・・・ディテク
タ保持装置、（４１）・・・・・・ゴム管、（４２）・
・・・・・ホルダ、（４３）・・・・・・ピストンロッ
ド、（４４ｚ）ｌ　（４４ｂ）　、　（４７）・・・・
・・ナツト、（４８）・・・・・・ブラケット、（４９
）・・・・・・エアシリンダ、（５０）・・・・・・電
磁弁、（２１）・・・・・・印字機、　　　（２２）・
・・・・・制御機、（２３）・・・・・・振動周波数測
定機、　（２４）−（２８）・・・ケーブル、（３２）
・・・・・・架台。 第３図 １］ 本発明装置　　回　数

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　被検体を叩き発８生ずる振動の周波数を該被
   検体に当接せしめたディテクタを介し周波数測定機によ
   り測定する装置において、該被検体の所定個所を所定の
   衝撃力をもって一度打ちして振動を強制する如くした打
   音機（Ａ＋と、同被検体の所定位置に所定の接触圧力を
   もって上記ディテクタを当接せしめるよう保持するディ
   テクタ保持装置（Ｂ）を備えてなる振動周波数測定装置
   。
2. （２）上記打音機（Ａ）が電磁コイル（１２）の空芯中
   を貫通する非磁性のパイプ（１３）の内部に可動芯（１
   ６）を戻しばね（１７）で弾発して摺動自在に嵌装し、
   上記電磁コイル（１２）に所定時間通電することにより
   可動芯（１６）を駆動して被検体を叩くようにしてなる
   特許請求の範囲第１項記載の振動周波数測定装置。
3. （３）　　−上記ディテクタ保持装置（Ｂ）がディテク
   タ（，１（１）をエアシリンダ（４９）のピストンロフ
   ト、　（４３）に緩衝部材（４１）を介し取付け、該エ
   アシリンダ（４９）の空気圧をもってディテクタ（４ｏ
   ）を被検体に圧接するようにしてなる特許請求の範囲第
   １項記載の振動周波数測定装置。