JPH0549935B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0549935B2 JPH0549935B2 JP1295281A JP29528189A JPH0549935B2 JP H0549935 B2 JPH0549935 B2 JP H0549935B2 JP 1295281 A JP1295281 A JP 1295281A JP 29528189 A JP29528189 A JP 29528189A JP H0549935 B2 JPH0549935 B2 JP H0549935B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- spectrum
- vibration
- measured
- defect
- peak value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 152
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 130
- 238000001845 vibrational spectrum Methods 0.000 claims description 68
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 25
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 17
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 9
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 claims description 4
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 28
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229920001875 Ebonite Polymers 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
この発明は、被測定物に生じる亀裂、空洞及び
凹みの等の欠陥の存在する位置の評定方法及び装
置に関する。
The present invention relates to a method and apparatus for evaluating the location of defects such as cracks, cavities, and dents occurring in an object to be measured.
例えば自動車のエンジンのピストン機構に用い
られるシリンダ部品やピストン部品は、亀裂、空
洞、凹みなどの欠陥があると、ピストン機構の不
良を招く。そこで、これら亀裂、空洞、凹み等の
欠陥を有する部品は、エンジン組み立て前に、部
品の製造ラインにおいて、検出できることが好ま
しい。そして、その欠陥の位置を評定できれば、
欠陥の原因の究明の一助にもなる。
ところで、この種の欠陥の検出及び位置評定方
法としては、従来、超音波の反射による方法、
AE(アコーステイツクエミシヨン)による亀裂発
生時の音による検出方法、CCDカメラによる観
測法、X線写真法、カラーチエツク法など知られ
ている。
For example, if cylinder parts or piston parts used in the piston mechanism of an automobile engine have defects such as cracks, cavities, or dents, the piston mechanism will fail. Therefore, it is preferable that parts having defects such as cracks, cavities, dents, etc. can be detected on the parts manufacturing line before assembly of the engine. Then, if you can evaluate the location of the defect,
It also helps in investigating the cause of defects. By the way, conventional methods for detecting and locating defects of this type include methods using ultrasonic reflection;
Known methods include acoustic detection (AE) (acoustic emission), an observation method using a CCD camera, an X-ray photography method, and a color check method.
しかしながら、上記の従来の各方法は、それぞ
れ、以下のような取扱上の問題があつた。
すなわち、例えば超音波探傷法は、被測定物に
接触させて欠陥を検出し、位置評定する方法であ
り、超音波の直進性からセンサを当てた部分しか
測定できず、センサ接続面における不整合による
反射や、わずかな角度差で見える波形が異なり、
判別が容易でない。
また、AE法の場合は、超音波探傷法と同じよ
うに接触法であると共に、進行性の亀裂でないと
測定できない。逆に進行性のあるものでは亀裂を
拡大しながら測定することになる。
また、CCDカメラによる観測法では、亀裂や
凹みなどの欠陥以外のしみや模様があつても、判
定を乱す欠点があり、また、鋳造物等において
「す」と呼ばれる空洞は検出及び位置評定できな
い。
また、X線写真法は、直接、目視できるので有
効だが、X線量の調整が厄介で観測できなかつた
りすると共に、被測定物の全数検査に向かず、製
造ライン上での検査に向かない。
この発明は、以上の点に鑑み、非接触で被測定
物の欠陥の検出及び位置評定ができ、取り扱いが
容易な欠陥位置評定方法及び装置を提供しようと
するものである。
However, each of the above conventional methods has the following handling problems. In other words, for example, ultrasonic flaw detection is a method of detecting defects by bringing them into contact with the object to be measured and evaluating their positions.Due to the straightness of ultrasonic waves, only the area where the sensor is applied can be measured, and there may be misalignment on the sensor connection surface. The waveforms that appear differ due to reflections and slight angle differences,
It is not easy to distinguish. Furthermore, in the case of the AE method, it is a contact method like the ultrasonic flaw detection method, and it cannot be measured unless the crack is progressive. On the other hand, if the crack is progressive, the crack will be measured as it expands. In addition, the observation method using a CCD camera has the drawback that even if there are stains or patterns other than defects such as cracks or dents, the judgment will be disturbed, and it is not possible to detect or evaluate the position of cavities called "su" in castings etc. . In addition, X-ray photography is effective because it allows direct visual observation, but it is difficult to adjust the X-ray dose, making it impossible to observe, and it is not suitable for 100% inspection of objects to be measured, and is not suitable for inspection on a manufacturing line. In view of the above points, it is an object of the present invention to provide a defect position evaluation method and apparatus that are capable of detecting and positioning defects on a workpiece in a non-contact manner and are easy to handle.
この発明は、被測定物の周囲に沿つた複数箇所
において、
上記被測定物に振動を加え、各加振位置におけ
る上記被測定物の固有振動の基本固有振動スペク
トルのピーク値と、上記被測定物の欠陥による振
動のスペクトルのピーク値との差が最大になる位
置を、上記被測定物の欠陥の存在位置として評定
する欠陥位置評定方法である。
また、この発明は、
被測定物の周囲に沿つた複数箇所を順次に加振
する加振手段と、
上記被測定物の振動をピツクアツプし、電気信
号に変換するピツクアツプ手段と、
このピツクアツプ手段からの電気信号を受け、
上記被測定物の固有振動をスペクトル分析し、上
記被測定物の基本固有振動スペクトルのピーク値
と、上記被測定物の欠陥による振動のスペクトル
のピーク値との差を、上記複数の各加振位置にお
いて求める手段と、
上記複数の各加振位置における上記ピーク値の
差が最大となる加振位置を検出し、この加振位置
近傍を欠陥位置として判定する手段と
からなる欠陥位置評定装置である。
また、この発明は、断面が円または楕円の被測
定物を、その上記断面に沿つた位置であつて、
90°/3より小さい角間隔で、かつ、互いに90°×
n(n=0,1,2,3)または60°×m(m=1,
2,3,4,5)よりずれた、3箇所以上を加振
し、
上記各加振位置における上記被測定物の振動を
ピツクアツプし、このピツクアツプした振動か
ら、上記各加振位置における上記被測定物の基本
固有振動のスペクトルのピーク値、あるいは上記
被測定物中の欠陥による振動のスペクトルのピー
ク値を検出し、
上記複数の加振位置におけるピーク値が描く軌
跡から、上記被測定物の欠陥の存在可能位置を評
定するようにした欠陥位置評定方法である。
さらに、この発明は、断面が円または楕円の被
測定物を、その上記断面に沿つた位置であつて、
かつ、重心位置よりずれた位置で加振し、この加
振位置において、上記被測定物の固有振動をスペ
クトル分析し、
基本固有スペクトルとペアとなつて現れる欠陥
による振動のスペクトルが、高い周波数位置の基
本固有スペクトルとペアとなるか、低い周波数位
置の基本固有スペクトルとペアとなるかにより、
欠陥の存在位置が重心位置より上か下かを評定す
ることを特徴とする欠陥位置評定方法である。
This invention applies vibration to the object to be measured at multiple locations along the circumference of the object to be measured, and calculates the peak value of the fundamental natural vibration spectrum of the natural vibration of the object to be measured at each vibration position, and This is a defect position evaluation method in which the position where the difference from the peak value of the spectrum of vibration due to a defect in the object is the maximum is evaluated as the position where the defect exists in the object to be measured. The present invention also provides: a vibrating means for sequentially vibrating a plurality of locations along the circumference of a measured object; a pickup means for picking up the vibration of the measured object and converting it into an electrical signal; receives an electric signal from
The natural vibration of the object to be measured is analyzed spectrally, and the difference between the peak value of the basic natural vibration spectrum of the object to be measured and the peak value of the spectrum of vibration due to defects in the object to be measured is calculated for each of the plurality of excitations. A defect position evaluation device comprising a means for determining the position, and a means for detecting an excitation position where the difference between the peak values at each of the plurality of excitation positions is maximum, and determining the vicinity of this excitation position as a defect position. be. Further, the present invention provides a method for measuring an object having a circular or elliptical cross section at a position along the cross section,
Angular spacing smaller than 90°/3 and 90°
n (n=0, 1, 2, 3) or 60°×m (m=1,
2, 3, 4, and 5), and pick up the vibrations of the object to be measured at each of the excitation positions, and from the picked up vibrations, calculate the vibration of the object at each of the excitation positions. The peak value of the spectrum of the fundamental natural vibration of the object to be measured or the peak value of the spectrum of vibration due to a defect in the object to be measured is detected, and from the locus drawn by the peak values at the plurality of excitation positions, the peak value of the spectrum of the fundamental natural vibration of the object to be measured is detected. This is a defect position evaluation method that evaluates possible positions of defects. Further, the present invention provides a method for measuring an object having a circular or elliptical cross section at a position along the cross section,
Then, the vibration is applied at a position shifted from the center of gravity, and the natural vibration of the object to be measured is analyzed spectrally at this vibration position. depending on whether it is paired with the fundamental eigenspectrum of , or with the fundamental eigenspectrum of a lower frequency position.
This defect position evaluation method is characterized by evaluating whether the position of the defect is above or below the center of gravity.
加振された被測定物の振動は、非接触でピツク
アツプ可能である。そして、この発明の発明者に
よる研究の結果、そのピツクアツプされた振動を
スペクトル分析すると、被測定物に欠陥がある場
合には、被測定物の固有振動が持つスペクトルが
2つに別れることが観測できることが判明した。
さらに、基本固有振動のエネルギーと欠陥部の
振動のエネルギーとの和は、加振位置に限らず一
定であるが、欠陥位置に対する加振位置に応じて
両者の振動の大きさが異なることにより、加振位
置により両者の振動のスペクトルのエネルギー
(ピーク値)の比が異なる。そして、欠陥位置で
は、基本固有振動スペクトルのピーク値と、上記
被測定物の欠陥による振動のスペクトルのピーク
値との差が最大になるので、この位置を上記被測
定物の欠陥の存在位置として評定することができ
る。
また、被測定物の断面の形状が円または楕円の
場合には、基本固有振動スペクトルのピーク値
と、上記被測定物の欠陥による振動のスペクトル
のピーク値は、1次の振動については90°毎に、
ほぼ正弦波状に繰り返し、かつ、基本固有振動ス
ペクトルのピーク値と、上記被測定物の欠陥によ
る振動のスペクトルのピーク値とでは、互いに位
相が45°ずれたものとなる。また、2次の振動に
ついては60°毎に、ほぼ正弦波状に繰り返すもの
となり、かつ、基本固有振動スペクトルのピーク
値と、上記被測定物の欠陥による振動のスペクト
ルのピーク値とでは、互いに位相が30°ずれたも
のとなる。なお、2次の振動については、120°毎
の繰り返しと考えることもできる。ところで、ス
ペクトルのピーク値の変化を再現するには、1周
期分の変化に対して、異なる3点以上の加振位置
のスペクトルのピーク値を検出できれば可能であ
るから、90°角範囲内において、3点で加振し、
その加振位置におけるスペクトルのピーク値から
断面円周に沿つたすべての位置でのスペクトルの
ピーク値を予測することができる。しかも、断面
が円または楕円の場合には、上述したように、基
本固有振動スペクトルのピーク値と欠陥による振
動のスペクトルのピーク値とは、一定の角度分だ
け位相がずれたものであることが分かつているの
で、基本固有振動スペクトルのピーク値あるいは
欠陥による振動のスペクトルのピーク値の一方に
ついての、被測定物の円周方向に沿つた変化の軌
跡から、両者のピーク値の差が大きくなる複数の
位置(貫通欠陥については、4点、非貫通欠陥に
ついては、6点)の内のいずれかの位置を欠陥が
生じている位置として評定することができる。な
お、上記3点以上の加振位置としては、同じ結果
が得られる90°の整数倍、あるいは60°の整数倍の
位置を除くものである。
さらに、被測定物が円筒状の物体のように、断
面が円や楕円の場合には、中心軸方向に重心位置
よりずれた位置で加振すると、被測定物の上半分
と下半分とで重さが異なるときには、基本固有振
動スペクトルは、上下の半分づつの重さに応じ
て、周波数の高いほうと低いほうの2つが現れ
る。そして、欠陥が存在する位置が被測定物の上
側か下側かにより、その2つの基本固有振動のス
ペクトルの一方に、欠陥による振動のスペクトル
がペアとなつて現れる。上下の中間に欠陥がある
ときは、2つの基本固有振動スペクトルの両方に
欠陥による振動のスペクトルがそれぞれペアとな
つて現れる。したがつて、これにより、欠陥の存
在位置が被測定物の上側か下側か、あるいはその
中間かを評定することができる。
The vibrations of the excited object to be measured can be picked up without contact. As a result of research by the inventor of this invention, when the picked-up vibrations were analyzed in spectrum, it was observed that if the object to be measured has a defect, the spectrum of the natural vibration of the object to be measured splits into two. It turns out it can be done. Furthermore, although the sum of the energy of the basic natural vibration and the energy of the vibration of the defective part is constant regardless of the excitation position, the magnitude of both vibrations differs depending on the excitation position relative to the defect position. The ratio of the energy (peak value) of both vibration spectra differs depending on the excitation position. At the defect position, the difference between the peak value of the basic natural vibration spectrum and the peak value of the vibration spectrum due to the defect in the object to be measured is the largest, so this position is considered as the location where the defect in the object to be measured exists. can be evaluated. In addition, when the cross-sectional shape of the object to be measured is a circle or an ellipse, the peak value of the basic natural vibration spectrum and the peak value of the spectrum of vibration due to defects in the object to be measured are 90° for the first-order vibration. Every,
It repeats in a substantially sinusoidal manner, and the peak value of the fundamental natural vibration spectrum and the peak value of the spectrum of the vibration due to the defect in the object to be measured are out of phase by 45° from each other. In addition, the secondary vibration repeats almost sinusoidally every 60 degrees, and the peak value of the basic natural vibration spectrum and the peak value of the vibration spectrum due to the defect in the object to be measured are out of phase with each other. is shifted by 30°. Note that the second-order vibration can also be considered to be repeated every 120 degrees. By the way, in order to reproduce the change in the peak value of the spectrum, it is possible to detect the peak value of the spectrum at three or more different excitation positions for one period of change, so it is possible to reproduce the change in the peak value of the spectrum within a 90° angle range. , excite at three points,
The peak values of the spectrum at all positions along the cross-sectional circumference can be predicted from the peak value of the spectrum at the excitation position. Moreover, when the cross section is circular or elliptical, as mentioned above, the peak value of the fundamental natural vibration spectrum and the peak value of the vibration spectrum due to the defect may be out of phase by a certain angle. Since it is known, the difference between the peak values of the fundamental natural vibration spectrum or the peak value of the vibration spectrum due to defects will be large from the locus of change along the circumferential direction of the measured object. Any one of a plurality of positions (4 points for a penetrating defect, 6 points for a non-penetrating defect) can be evaluated as a position where a defect occurs. Note that the three or more vibration positions mentioned above exclude positions that are an integral multiple of 90° or an integral multiple of 60° where the same result can be obtained. Furthermore, if the object to be measured has a circular or elliptical cross section, such as a cylindrical object, if vibration is applied at a position shifted from the center of gravity in the central axis direction, the upper and lower halves of the object will be separated. When the weights are different, two basic natural vibration spectra appear, one with a higher frequency and the other with a lower frequency, depending on the weight of the upper and lower halves. Then, depending on whether the defect is located above or below the object to be measured, a pair of vibration spectra due to the defect appears in one of the two fundamental natural vibration spectra. When there is a defect between the top and bottom, the vibration spectrum due to the defect appears as a pair in both of the two basic natural vibration spectra. Therefore, this makes it possible to evaluate whether the defect is located above or below the object to be measured, or in the middle thereof.
以下、この発明の一実施例を図を参照しながら
説明する。
先ず、この発明による欠陥検出方法及び装置に
おける原理について考察する。この発明方法及び
装置は、以下に説明するような、発明者の研究の
結果、誕生したものである。
今、例えば被測定物として鋳造物からなる中空
円筒状シリンダ部品を考える。そして、このシリ
ンダ部品に衝撃を与える等して振動を加え、この
振動を変位形や指向性の鋭い振動検出センサでピ
ツクアツプする。すると、亀裂や空洞や凹み等の
欠陥のない中空円筒の場合には、その固有振動を
スペクトル分析すると、第1図Aに示すように、
第1次、第2次……と、それぞれ各次数において
1つのピークを持つスペクトラムが得られる。こ
のスペクトルにおいてピークの立つ周波数は、被
測定物の形状、材質、大きさにより定まつてい
る。
これに対し、被測定物の円筒の壁面を貫通する
亀裂(以下クラツクという)がある場合には、1
次、3次等の奇数次のスペクトラムに注目したと
き、スペクトルのピークは2つに別れて観測する
ことができる。これは、第2図に示すように、ク
ラツク1の存在によりこのクラツク1の部分をシ
リンダ2の円筒側面を伝播する振動波が通過でき
ずに、図中、点線3で示すように迂回することに
より振動の伝播経路が長くなり、その分だけシリ
ンダ部品の基本固有振動スペクトルより低い周波
数側に、クラツクによる振動のスペクトルが生じ
るためである。
すなわち、クラツクのみがシリンダ部品に存在
している場合には、第1図Bに示すように、基本
固有振動スペクトルの第1次スペクトルのピーク
11の下側にクラツクによる振動のスペクトルの
ピーク12が分かれて現われる。両者のスペクト
ルのエネルギーの和は、第1図Aのクラツクの無
い場合の1次スペクトルのエネルギーに等しい。
2次スペクトルは、ピークは1つのままである。
この場合、クラツクの大きさ(長さ)は、スペ
クトルのピーク11と12とが立つ周波数位置の
周波数差Kに比例する。ここで、クラツクの大き
さとは、クラツク部分の容積を指すが、被測定物
が円筒の場合、厚みは一定であり、また、亀裂の
幅はほとんど無視できるほどに小さいので、クラ
ツクの長さを現すことになる。この例のシリンダ
部品の場合、周波数差Kの5Hzは、長さ4mmのク
ラツチの存在を示していることが確かめられた。
なお、クラツクが微小な場合には、これら奇数
次のスペクトルのQ値(=(1−2)/0,第3
図参照)が大きくなつて、幅が広がる。これは、
基本固有振動スペクトルと、クラツクによる振動
のスペクトルとが、演算装置の周波数分解能のた
めに、分離せずに結合したものとして観察される
ためであると考えられる。
したがつて、奇数次例えば1次のスペクトルの
Q値の大小を検出することにより、クラツクの有
無を判定することができる。
次に、被測定物のシリンダ部品に鋳巣や凹み
等、壁面は貫通していない非貫通欠陥があつた場
合には、貫通欠陥であるクラツクが他に存在しな
ければ、第1図Cに示すように1次又は3次スペ
クトル等、奇数時スペクトルは2つに分かれるこ
とはなく、奇数次のみのスペクトルを注目しただ
けでは、鋳巣等の非貫通欠陥は検出できない。こ
れは1次スペクトルとして現れる振動は円周に沿
つての振動で、凹みなどのように円筒壁を貫通し
ていないものでは、迂回路を必要とせず、2つの
ピークに分かれることがないからである。
しかし、偶数次、例えば2次のスペクトルに注
目すれば、凹み等の部分は厚み方向にみたとき、
やはり迂回する経路を考えることができるので、
スペクトルが2つに分かれることを観察できる。
すなわち、第1図Cは被測定物に空洞や凹み等
の非貫通欠陥のみが存在する場合で、2次のスペ
クトルが基本固有振動スペクトルのピーク13と
非貫通欠陥による振動のスペクトルのピーク14
との2つにピークが分かれる。この場合も同様に
両者のエネルギー(振幅)の和は、非貫通欠陥が
無い場合のそれに等しく、また、非貫通欠陥によ
る振動のスペクトルは上述と同様の理由から2次
の基本固有振動スペクトルよりも周波数的に低い
ほうに現われる。
この場合も、両スペクトルのピーク13と14
とが立つ周波数位置の周波数差Hが非貫通欠陥の
大きさに比例している。
鋳巣や凹み等の非貫通欠陥が微小な場合には、
クラツクの場合と同様に、非貫通欠陥による振動
のスペクトルは2次の基本固有振動スペクトル中
に隠れてしまうが、そのQ値が大きくなることか
ら、Q値の大小を判定することにより、微小鋳巣
や凹みを検出することができる。
次に、クラツク等貫通欠陥と、鋳巣や凹み等非
貫通欠陥が同時に存在している場合には(亀裂に
続いて凹みがあることは多々ある)、第1図Dに
示すように基本固有振動の1次スペクトルと2次
スペクトルについてみると、共にピークを2つ持
つスペクトルとなる。1次スペクトルについて、
ピーク15は基本固有振動のスペクトルであり、
その下側にあるピーク16はクラツク等の貫通欠
陥による振動のスペクトルである。また、2次ス
ペクトルについて、ピーク17は基本固有振動の
スペクトルであり、その下側にあるピーク18は
凹み等の非貫通欠陥による振動のスペクトルであ
る。ただし、この場合の非貫通欠陥の大きさは、
非貫通欠陥によるスペクトル中には貫通欠陥であ
るクラツクの存在の影響があるので、2次スペク
トルについての上記2つのピーク位置の周波数差
Hから、1次スペクトルについての2つのピーク
位置の周波数差Kを減算したものとなる。
ところで、以上説明した新規な欠陥検出方法に
おいて、基本固有振動のスペクトルのピーク値
と、欠陥による振動のスペクトルのピーク値と
は、被測定物の欠陥位置に対する加振位置によつ
て異なる。
すなわち、前述したように、加振したとき、基
本固有振動のエネルギーと欠陥部の振動のエネル
ギーとの和は、加振位置に限らず一定であるが、
欠陥位置に対する加振位置に応じて両者の振動の
大きさが異なることにより、加振位置により両者
の振動のスペクトルのエネルギー(ピーク値)の
比が異なる。
例えば、被測定物が円筒の場合において、1次
振動についてのスペクトルのピーク値の変化を考
察すると、第5図に示すように、加振位置を円筒
の外側円周に沿つた円周5の上にとつて、その1
周分の各角度位置における前記被測定物の固有振
動の1次スペクトルのピーク値を、円周5の中心
0点からの大きさとしてプロツトして行くと、基
本固有振動のスペクトルのピーク値の軌跡波形
は、欠陥(クラツク)がなければ、真円になる。
そして、被測定物に欠陥があれば、第5図の軌跡
波形6のようになり、欠陥による振動のスペクト
ルのそれは、軌跡波形7のようになり、基本固有
振動のスペクトルのピークが大きい加振位置で
は、欠陥による振動のスペクトルのピークが小さ
くなり、また、逆になる場合もある。そして、両
波形6及び7は、90度毎にほぼ正弦波状に、同じ
軌跡を繰り返し、かつ、互いに変化の位相が45
度、異なるものとなる。
波形6または7が、90度毎にほぼ同じ波形を繰
り返すのは、円筒物をある1点で加振したときに
は、欠陥がなければ、1次振動は第4図に示すよ
うに、一点鎖線8のような状態と、二点鎖線9の
ような状態とを繰り返す振動となり、加振位置A
から180度異なる位置Bは全く同様に振動をし、
加振位置Aに対し90度異なる位置C,Dは、逆相
の振動をするからである。したがつて、互いに90
度異なる位置A,B,C,Dのいずれで加振して
も、第5図のような結果が得られる。
そして、欠陥が存在する角度位置で加振したと
きには、欠陥による振動のエネルギーは最小にな
り、一方、基本固有振動スペクトルのエネルギー
は最大になる。したがつて、両者のピーク値の差
が最大になる位置として、欠陥、この場合は、貫
通欠陥であるクラツクの存在位置を検出すること
ができる。第5図の例では、矢印Aで示した位置
にクラツクが存在する。
こうして、被測定物の周囲に沿つて順次複数箇
所を加振し、その各加振位置における基本固有振
動スペクトルのピーク値PK1と、クラツクによる
振動のスペクトルのピーク値PK2とを求め、両ピ
ーク値の差(PK1−PK2)が最大となる位置をク
ラツクの存在位置として検出することができる。
この場合に、被測定物が、その断面の形状が円
または楕円である場合には、第5図に示したよう
に、クラツクが存在する可能性のある位置は、90
度異なる4箇所で、その4箇所では、基本固有振
動スペクトルのピーク値は、最大になつており、
一方、クラツクによる振動のスペクトルのピーク
値は、最小になつている。したがつて、基本固有
振動スペクトルのピーク値の軌跡か、クラツクに
よる振動のスペクトルの軌跡かの、どちらか一方
が分かれば、クラツクが存在している可能性のあ
る4箇所の位置を評定することができる。
また、前述したように、第5図の場合、各ピー
ク値の描く軌跡は、90度毎に正弦波状に繰り返す
ものとなつている。この第5図のように、ピーク
値の軌跡が歪むのは、クラツクが円筒の軸方向に
対し、斜めの状態になつているからで、クラツク
が軸方向に平行になつている場合には、90度毎に
ほぼ等しい軌跡を描く。なお、クラツクがどちら
側に曲がつているかは、クラツクによる振動のス
ペクトルのピーク値が描く90度毎の繰り返し軌跡
波形において、軌跡波形が占める面積により知る
ことができ、面積が大きいほうにクラツクは曲が
つている。第5図では、クラツクは右側に曲がつ
ている。
上記のように、ピーク値が描く軌跡が90度毎に
繰り返しとなることから、90度の角範囲での加振
により、その90度角範囲での軌跡波形を求め、こ
れから1周分の軌跡波形を推定することによりク
ラツクの存在位置の評定が可能である。
すなわち、第5図のように、曲がりのある軌跡
波形を再現するためには、少なくとも3点の値が
必要になる。
そして、90度離れた加振位置は、同じ結果しか
得られないことは分かつているので、90度、180
度、270度、互いに離れた点を取らないようにし
て、90度/3以下の角度離れた加振点を3点以上
選べば、90度角範囲のピーク値の軌跡波形を描く
ことができ、これより被測定物の周囲360度分の
軌跡を類推することができる。そして、その類推
波形から、クラツクが存在する可能性のある4位
置を評定することができる。
以上は、1次振動について考察したが、2次振
動についても同様にでき、鋳巣や凹み等の非貫通
欠陥の位置評定を行なうことができる。
すなわち、第6図に、非貫通欠陥がある場合の
2次スペクトルについての基本固有振動スペクト
ルのピーク値の軌跡波形60と、非貫通欠陥によ
るスペクトルのピーク値の軌跡波形70とを示
す。
第6図から明らかなように、これら軌跡波形6
0,70は、60度毎にほぼ正弦波状波形繰り返
し、しかも、基本固有振動スペクトルのピーク値
の軌跡波形と非貫通欠陥によるスペクトルのピー
ク値の軌跡波形とでは、互いに位相が30度異なつ
ている。
そして、この場合にも、基本固有振動スペクト
ルのピーク値PK3と、非貫通欠陥による振動のス
ペクトルのピーク値PK4との差(PK3−PK4)が
最大となる位置を非貫通欠陥の存在位置として検
出することができる。第6図の場合には、矢印B
で示す位置が、非貫通欠陥の存在位置である。
また、非貫通欠陥の場合にも、非測定物が、そ
の断面の形状として円または楕円を有するものの
場合には、前記クラツクの場合と同様にして、軌
跡波形の繰り返し性から、少なくとも60度角範囲
分の軌跡波形を描くことができれば、その軌跡波
形から、非貫通欠陥が存在する可能性のある6
(360÷6)箇所の位置を評定することができる。
この場合、2次振動の場合には、60度角間隔離れ
た位置を加振しても、同じ結果となるので、60度
の整数倍の位置は避けて、複数箇所加振するよう
にする。
なお、この第6図の波形は、120度毎の繰り返
し波形として考えることもできるので、前記のよ
うに90度/3の角度以下の間隔で加振するように
すれば、120度の角範囲では、4点以上の加振点
おけるスペクトルのピーク値が得られるので、第
6図の軌跡波形を類推して描くことは可能であ
る。
以上のことから、円筒状等、断面の形状が円や
楕円の被測定物の場合に、互いの角間隔が90度の
整数倍及び60度の整数倍を除く、90°/3以下の
角間隔で、3箇所以上を加振し、各加振位置にお
ける被測定物の基本固有振動のスペクトルのピー
ク値、あるいは被測定物中の欠陥による振動のス
ペクトルのピーク値を検出して、上記複数の加振
位置におけるピーク値が描く軌跡から、被測定物
の欠陥の存在可能位置を評定することができる。
次に、以上述べた欠陥位置評定方法を適用した
装置の一実施例を、図を参照しながら説明する。
第7図は、この発明方法が適用された欠陥位置
認定装置の一実施例を示し、この例は円筒状シリ
ンダ部品の欠陥を検出し、その位置評定を行なう
場合の例である。
被測定物21としてのシリンダ部品は、例えば
マイクロコンピユータを有する制御装置22によ
つて制御される搬送装置23によつて、測定用ス
テージ24上に搬入されて載置される。
測定用ステージ24は、例えば硬質ゴム等によ
り構成される。そして、この測定用ステージ24
に被測定物21が載置されたことが、例えば測定
用ステージ24に設けられたセンサによつて検出
されると、制御装置22は、加振装置25を駆動
し、被測定物21を加振する。この例では、加振
装置25は、例えば振り子状におもり等の衝撃物
により被測定物21を、例えばインパルス衝撃す
る。おもりの駆動機構は、衝撃後、おもりが被測
定物から即座に離れるようにカム機構等により構
成される。
この場合、加振装置25は円筒状の被測定物2
1に対し、その外側周面の複数箇所を、順次に衝
撃するようにされる。この衝撃する複数箇所は、
90度の整数倍及び60度の整数倍だけ離れた位置を
除く位置とされる。
第8図は加振装置25の加振部位の例を説明す
るための図で、同図Aは円筒状シリンダの横断面
図、同図Bは縦断面図である。この例では、被測
定物21を、第8図Aに示すように、22.5度間隔
で、5箇所の加振位置P1〜P5において順次に
加振する。このため、この例では測定用ステージ
24は、水平面内で回転可能とされ、円筒状被測
定物21は、その中心線位置が測定用ステージ2
4の回転中心位置に合うように位置合わせされて
載置される。
そして、先ず、加振装置25によつて被測定物
21の側周面の位置P1を加振し、その後、測定
用ステージ24を22.5°回転し、被測定物21の
側周面の位置P2を加振し、さらに測定用ステー
ジ24を22.5°回転し、被測定物21の側周面の
位置P3を加振するというようにして、順次に加
振するものである。
また、この例の場合、被測定物21の軸方向の
加振部位は、第8図Bに示すように、重心位置
(形状から定まる理論上の重心位置)Gからずれ
た位置、例えば被測定物21の上端部位置P4と
される。
このように、重心よりずれた位置で加振する
と、形状から決まる理論上の重心位置より上半分
と下半分とで、質量(重さ)が異なるときには
(一般には全ての物質はそうなつている)、1次及
び2次の固有振動のスペクトルのピークは、前述
したピークの他に、もう1つのピークが現われ
る。このピークの周波数位置は、被測定物21の
上半分と下半分の質量に応じたものとなり、重い
方(例えば下半分)は、高い周波数位置に、軽い
方(例えば上半分)は、低い周波数位置にスペク
トルが現われる。
そして、欠陥が上半分にあるときは、低い周波
数位置の基本固有振動スペクトルに欠陥による振
動のスペクトルがペアとなつて現われ、また、欠
陥が下半分にあるとき、高い周波数位置の基本固
有振動スペクトルに欠陥による振動のスペクトル
がペアとなつて現われる。したがつて、どちらの
基本固有振動スペクトルにペアとなる欠陥のスペ
クトルが現われるかにより、被測定物中、欠陥が
上半分にあるか、下半分にあるかが判別できる。
両方に現われた場合には、被測定物の中心部に欠
陥が存ることがわかる。
以上のようにして、加振された被測定物21の
振動は、無接触で出力振動受信装置26のセンサ
27で検出され、電気信号に変換され、シグナル
コンデイシヨナー28にて所定の信号処理がなさ
れる。センサ27は、振動を検出できるものであ
れば、どのようなものでも使用でき、変位計等を
用いることもできる。もつとも、周囲からの雑音
振動をできるだけ拾わないようにするために、被
測定物の方向に鋭い指向性を有するものが好まし
い。
シグナルコンデイシヨナー28では、電気信号
が増幅され、また、不要高低域成分の除去(トレ
ンドの除去)などが行われる。この例の鋳鉄のシ
リンダ部品の場合、固有振動のうち基本固有振動
の1次スペクトルは、例えば1.5kHzに現われ、2
次スペクトルは、その約2.8倍の約4kHzに現われ
るからである。
出力振動受信装置26からの電気信号は、伝送
路29を介して演算処理・判定装置30に供給さ
れる。この演算処理・判定装置30は、例えばマ
イクロコンピユータを有し、ソフトウエアにより
後述の演算処理及び判定動作をなすものである
が、この処理を機能ブロツクで示すと、図のよう
になる。
ところで、ここで問題にする振動は、その被測
定物の形状が持つ固有振動である。しかし、被測
定物を強制的に振動させた場合、その強制振動
や、地震波と同様に初期的に縦波が生じ、これが
固有振動と混在することになる。かなり大きなク
ラツクや凹みであるならば、これらの固有振動以
外が混在していても上記方法によつて欠陥を検出
することができる場合もある。しかし、通常はこ
れら固有振動以外をできるだけ除去しなければ、
欠陥の検出が困難である。
そこで、この例では次のようにしてこれを解決
している。
すなわち、被測定物21を加振する場合、正弦
波法とインパルス衝撃法とがあるが、正弦波法の
場合には、一定条件で被測定物21を加振してお
き、ある瞬間で、これを停止する。そして、その
停止時から少し時間経過した時点から振動の測定
を開始する。
インパルス衝撃法の場合には、衝撃を与える等
して加振した直後から少し時間を経過した時点か
ら測定を開始する。
この場合の加振停止時、あるいは衝撃時から測
定を開始するまでの時間は、次のようにして定め
ることができる。すなわち、被測定物21中を伝
わる音波の速度cがそのヤング率E(弾性係数)
とその物体の密度によつて異なり、
c=E/ρ
の関係があることから求める。
例えば、この例のインパルス衝撃法による場
合、円筒状鋳鉄のシリンダが被測定物21である
とすると、縦波の速度は4560m/s、横波はその
1/1.8で、約2780m/sとなり、衝撃直後から
ピツクアツプした振動の時系列波形は第9図Aの
ようになる。この波形では、早い縦波のみの部分
が約26μsec続いた後、横波が検出される。そし
て、横波の振動のピーク値を過ぎて指数関数的に
振動は減衰し、徐々に振動は停止する。
この第9図Aの波形からもわかるように、加振
後の振動は地震波の場合と同じであるので、上記
のように速度の速い縦波や遅い波が混在してお
り、また、振動に強制振動が残り、被測定物21
の形状に特有の固有振動波形になつていない。こ
の形状に特有の固有振動波は、例えばコマの「さ
いさ運動」のように、停止する少し前に、観測さ
れるものであると考えられる。そこで、この場
合、横波のピーク値を過ぎて減衰を始めた時点か
ら後の振動を抽出する。このため、第9図Bのよ
うな矩形波のウインドーW1を設定し、このウイ
ンドーW1によつて、この例では振動波を抽出す
る。
すなわち、演算処理・判定処理装置30に入力
された電気信号はゲート手段31に供給される。
そして、ウインドーW1形成手段32からの前記
のウインドー信号W1により、加振すなわち衝撃
後の被測定物21の振動から、被測定物21の形
状の固有振動成分が抽出される。この例では、衝
撃直後から20msec経過した時点からウインド
ーW1を立ち上げ、200msecのウインドー幅を設
定する。このためウインドーW1形成手段32で
は、制御装置22からの加振開始の情報に基づい
てウインドーW1が形成される。
以上のようにして、ウインドーW1により被測
定物1の形状の固有振動成分が抽出される。
そして、その固有振動部分がA/D変換手段3
3でデジタルデータに変換され、メモリ手段34
に書き込まれる。そして、メモリ手段34からの
このデジタルデータが読み出され、波形強調手段
35において、このデジタルデータに対し、ウイ
ンドーW2形成手段36からの強調用ウインドー
W2が掛けられる。この強調用ウインドーW2は次
のようなものである。
すなわち、ウインドーW1により被測定物21
の形状に特有の固有振動波形部分を抽出したとし
ても、微小なクラツクや凹みや鋳巣は、その基本
固有振動のスペクトルに隠れてしまいやすく、前
述したようにスペクトルのQ値で検出するしかな
くなる。
そこで、できるだけ基本固有振動のスペクトル
波形「裾野」の広がりを小さく、クラツクや鋳巣
の判定をしやすくすることが考えられる。そのた
めには、第3図に示すようなスペクトル波形を同
図で波線19で示すように、ピークの50%のとこ
ろから(Q値は変わらない)急激に減衰させるよ
うな補正をかけてやればよい。このようにすれ
ば、スペクトル波形の「裾野」は狭くなり、微小
なクラツクや凹みであつても、その微小な欠陥を
スペクトルのQ値でなく、基本固有振動スペクト
ルと、欠陥による振動のスペクトルとを分離して
検出することが可能なものが多くなる。
以上のようにスペクトルを強調するためには、
ピツクアツプした振動波形に、次式からなる波形
の強調用ウインドーW2を更にかければよい。
y=acos2(xωt)
+bcos2(xωt+τ)+
……+kcos2(xωt+nτ)+C
ここで、τは時間遅れを示し、例えばλ/4
(λは波長)とされる。また、この例の場合、a
=b=……=kとされる。この強調用ウインドー
W2は第9図Cに示すような波形となる。
第10図Aは、ピツクアツプした被測定物21
の振動に対し、前述の固有振動抽出用ウインドー
W1及び強調用ウインドーW2をかける前の振動全
体部分のスペクトルを示す。また、第10図B
は、固有振動抽出用ウインドーW1によつて上記
被測定物21の振動の衝撃直後から20msec経過
した後から抽出した振動のスペクトルを示し、基
本固有振動スペクトルと欠陥による振動のスペク
トルとの分離を観測できる。さらに、第10図C
は、前述した強調用ウインドーW2をかけた後の
スペクトル波形であり、基本固有振動スペクトル
と、クラツク又は凹み等の欠陥の振動スペクトル
とがより明確に分離されることがわかる。
ウインドーW2も、ウインドーW1と同様に、ウ
インドーW2形成手段36において、制御装置2
2からの加振開始の情報に基づいて形成される。
こうして強調された後のデータは、スペクトル
分析手段37に供給され、スペクトル分析され
る。
第11図Aは、加振位置P1における第1次ス
ペクトルを示す。図において、41は被測定物2
1の上半分についての基本固有振動のスペクト
ル、42はこれとペアとなる欠陥のスペクトル、
43は被測定物21の下半分についての基本固有
スペクトルである。また、第11図Bは、加振位
置P2における第1次スペクトルを示す。第11
図Bでは、欠陥による振動のスペクトル42のピ
ーク値の方が、基本固有振動スペクトル43のピ
ーク値よりも大きい振幅となつている。さらに、
測定用ステージを22.5度回転し、位置P3におい
て加振すると、基本固有振動のスペクトルのピー
ク値及びクラツクによる振動のスペクトルのピー
ク値が、その加振位置に応じたものとなる第1次
スペクトルを得ることができる。
また、同様に第12図Aに加振位置P1におけ
る第2次スペクトルを示す。ここで51は、被測
定物21の上半分についての基本固有振動のスペ
クトル、53は被測定物21の下半分についての
基本固有振動のスペクトルである。この場合、凹
み等の欠陥は、基本固有振動のスペクトルに隠さ
れてしまつている。
第12図Bは、加振位置P1と22.5°離れた加
振位置P2における第2次スペクトルを示し、被
測定物の上半分についての基本固有振動スペクト
ル51に対し欠陥による振動のスペクトル52が
ペアとして大きなピークを持つて現われる。ま
た、この場合、被測定物の下半分についての基本
固有振動スペクトル53に対しても、欠陥による
振動のスペクトル54がペアとして現れ、非貫通
欠陥が被測定物の軸方向の中間位置に存在するこ
とが分かる。さらに、測定用ステージを22.5度回
転し、位置P3において加振すると、基本固有振
動のスペクトルのピーク値及び鋳巣や凹みによる
振動のスペクトルのピーク値が、その加振位置に
応じたものとなる第2次スペクトルを得ることが
できる。
そして、欠陥有無判定手段38では、以上のよ
うにして得たスペクトルを用いて、例えば次のよ
うにして欠陥による振動のスペクトルの存在を判
別して欠陥の有無を判別する。
すなわち、欠陥有無判定手段38では、第13
図に示すように、スペクトル波形から、予め定め
られている1次スペクトルの周波数範囲及び2次
スペクトルの周波数範囲d1,d2内において、それ
ぞれ振幅の大きいものから順に例えば5個までピ
ーク値を求め、その周波数及びピーク値を記憶す
る。次に、1次及び2次のスペクトルについて、
基本固有振動のスペクトルと、欠陥の振動のスペ
クトルとがペアになると考えられる周波数範囲
d3,d4(d3,d4<d1,d2)を、予め定めておき、
この周波数範囲d3,d4内に上記5個のピーク値の
周波数値のうち、ペアとして入るものがあるか否
かサーチする。そして、1次スペクトルについ
て、そのペアを検出したら、周波数の低い方のペ
アのうちの高い方の周波数を1次の基本固有振動
スペクトル位置と認識し、その周波数位置を基準
に、前記周波数幅d3より狭い、予め定められてい
る周波数幅d5内に基本固有振動スペクトルとは別
のピーク(もちろんペアのピークでもよい)が有
るか否か判別し、ピークがあれば、被測定物21
はクラツク有りと判別する。
同様に、2次スペクトルについて、そのペアを
検出したら、周波数の低い方のペアのうちの高い
方の周波数を2次の基本固有振動スペクトル位置
と認識し、その周波数位置を基準に、前記周波数
幅d4より狭い予め定められている周波数幅d6内に
基本固有振動スペクトルとは別のピークが有るか
否か判別し、ピークがあれば、被測定物21は鋳
巣または凹み有りと判別する。
第14図に、以上説明した欠陥有無判定手段3
8における動作のフローチヤートを示す。
この欠陥有無判定手段38で、クラツク(貫通
欠陥)有り、また、鋳巣または凹み等の非貫通欠
陥有りと判定されたときは、位置評定手段39に
おいて、その位置評定がなされる。
すなわち、3箇所の加振位置P1〜P3におけ
る上記基本固有振動スペクトルのピーク値あるい
は欠陥による振動のスペクトルのピーク値のどち
らか一方に着目し、被測定物であるシリンダの側
周面についての第5図及び第6図に示したような
1次スペクトル及び2次スペクトルのピーク値の
軌跡波形を推定して描く。そして、前述したよう
にして、その軌跡波形から、クラツクの場合に
は、その存在の可能性のある90度毎の4箇所の位
置を評定し、鋳造巣や凹みの場合には、その存在
の可能性のある60度毎の6箇所の位置を評定す
る。
そして、こうして評定された欠陥存在可能位置
は、位置P1〜P3は分かつているので、例えば
P3に対する1箇所の欠陥存在可能位置のずれの
角度を求め、その分だけ測定用ステージ24を回
転して、例えば図示しないマーカ付着手段によ
り、ペンキ等により被測定物のシリンダの対応箇
所に印字する等する。欠陥存在可能位置の4箇所
あるいは6箇所のすべてにマーカを印字する場合
には、その求めた1箇所を基準に、90度毎、ある
いは60度毎に測定用ステージを回転して、各欠陥
存在可能位置にマーカを付すようにする。この場
合、例えばクラツク(貫通欠陥)と、非貫通欠陥
の存在可能位置とは、例えばマーカの色を変える
ことにより識別するようにすることができる。
以上の例は、評定を迅速に行なうため、加振位
置を少数にして、複数箇所の欠陥存在可能位置を
評定するようにした場合であるが、前述したよう
に、被測定物の1周分の全てに渡つて、順次に所
定角度づつ異なる位置を加振することにより欠陥
位置を特定することも可能である。すなわち、各
加振位置における基本固有振動スペクトルのピー
ク値及び欠陥による振動のスペクトルのピーク値
から位置評定手段39において、各スペクトルの
ピーク値の軌跡波形をそれぞれ求める。そして、
位置評定手段39で、これらの軌跡波形から、前
述したように、基本固有振動スペクトルのピーク
値と、欠陥による振動のスペクトルのピーク値と
の差が最大になる位置を求め、その位置を欠陥位
置として評定するものである。
なお、前述したように、基本固有振動のスペク
トルと欠陥による振動のスペクトルが2つに別れ
るのが、周波数の高いほうか低いほうかにより、
円筒状シリンダの上半分の位置に欠陥があるの
か、下半分にあるのかを併せて評定することがで
きる。
なお、以上は被測定物が円筒状のシリンダの場
合について説明したが、被測定物はどのような形
状のものであつてもよく、六方体その他の多面体
であつても、また、球体であつてもよい。また、
材質も問わない。
また、加振方法はインパルス衝撃法ではなく、
例えば一端を固定して他端側に偏倚を与えて振動
を生じさせる等、種々の加振方法を採用すること
ができる。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the principle of the defect detection method and apparatus according to the present invention will be considered. The method and device of this invention were created as a result of the inventor's research as described below. Now, let us consider, for example, a hollow cylindrical cylinder part made of a cast material as an object to be measured. Vibrations are then applied to the cylinder parts, such as by applying an impact, and these vibrations are picked up by displacement type or vibration detection sensors with sharp directivity. Then, in the case of a hollow cylinder with no defects such as cracks, cavities, or dents, when its natural vibration is analyzed by spectrum, as shown in Figure 1A,
Spectra each having one peak in each order, such as the first order, the second order, etc., are obtained. The frequency at which the peak appears in this spectrum is determined by the shape, material, and size of the object to be measured. On the other hand, if there is a crack penetrating the cylindrical wall of the object to be measured (hereinafter referred to as a crack), 1
When paying attention to the spectrum of odd orders such as the second and third orders, the peak of the spectrum can be observed as two separate peaks. This is because, as shown in Fig. 2, due to the presence of crack 1, the vibration waves propagating on the cylindrical side surface of cylinder 2 cannot pass through the crack 1 and are detoured as shown by dotted line 3 in the figure. This is because the propagation path of vibration becomes longer, and the vibration spectrum due to cracks is produced on the lower frequency side than the basic natural vibration spectrum of the cylinder parts. That is, when only a crack exists in the cylinder part, as shown in FIG. Appears separately. The sum of the energies of both spectra is equal to the energy of the primary spectrum in the case of no crack in FIG. 1A.
The secondary spectrum remains with one peak. In this case, the magnitude (length) of the crack is proportional to the frequency difference K between the frequency positions of peaks 11 and 12 in the spectrum. Here, the size of the crack refers to the volume of the crack, but if the object to be measured is a cylinder, the thickness is constant and the width of the crack is so small that it can be ignored, so the length of the crack is It will appear. For the cylinder part of this example, it was determined that a frequency difference K of 5 Hz indicates the presence of a 4 mm long clutch. In addition, when the crack is minute, the Q value of these odd-numbered spectra (= ( 1 − 2 ) / 0 , the third
(see figure) becomes larger and wider. this is,
This is thought to be because the fundamental natural vibration spectrum and the spectrum of vibration caused by the crack are observed as a combination rather than separated due to the frequency resolution of the arithmetic unit. Therefore, the presence or absence of a crack can be determined by detecting the magnitude of the Q value of an odd-order, for example, first-order spectrum. Next, if there is a non-penetrating defect such as a blowhole or dent in the cylinder part of the object to be measured, and if there is no other crack that is a penetrating defect, then As shown, the odd-numbered spectrum, such as the first-order or third-order spectrum, is not divided into two, and non-penetrating defects such as blowholes cannot be detected by only focusing on the odd-numbered spectrum. This is because the vibration that appears as a primary spectrum is a vibration along the circumference, and if it does not penetrate the cylindrical wall, such as in a dent, there is no need for a detour and the vibration does not separate into two peaks. be. However, if we pay attention to the even-order spectrum, for example, the second-order spectrum, we can see that when viewed in the thickness direction, parts such as dents are
After all, you can think of a detour route, so
It can be observed that the spectrum is divided into two parts. In other words, Fig. 1C shows a case where only non-penetrating defects such as cavities and dents exist in the object to be measured, and the secondary spectrum has peak 13 of the basic natural vibration spectrum and peak 14 of the vibration spectrum due to the non-penetrating defect.
The peak is divided into two. In this case as well, the sum of both energies (amplitudes) is equal to that without a non-penetrating defect, and the spectrum of vibration due to a non-penetrating defect is larger than the second-order fundamental natural vibration spectrum for the same reason as above. Appears on the lower frequency side. Again, peaks 13 and 14 in both spectra
The frequency difference H between the frequency positions where . When non-penetrating defects such as cavities and dents are minute,
As in the case of cracks, the vibration spectrum due to non-penetrating defects is hidden in the second-order fundamental natural vibration spectrum, but since its Q value becomes large, it is possible to detect micro-casting by determining the size of the Q value. It can detect nests and dents. Next, when a through defect such as a crack and a non-penetrating defect such as a cavity or dent exist at the same time (it is often the case that a dent follows a crack), the basic characteristic as shown in Figure 1D. When we look at the first-order spectrum and the second-order spectrum of vibration, both spectra have two peaks. Regarding the primary spectrum,
Peak 15 is the spectrum of the fundamental natural vibration,
A peak 16 below it is a spectrum of vibrations due to a penetrating defect such as a crack. Regarding the secondary spectrum, peak 17 is a spectrum of fundamental natural vibration, and peak 18 below it is a spectrum of vibration due to non-penetrating defects such as dents. However, the size of the non-penetrating defect in this case is
Since the spectrum due to non-penetrating defects is affected by the presence of cracks, which are penetrating defects, the frequency difference between the above two peak positions in the secondary spectrum is
It is obtained by subtracting the frequency difference K between the two peak positions for the primary spectrum from H. By the way, in the novel defect detection method described above, the peak value of the spectrum of the fundamental natural vibration and the peak value of the spectrum of vibration due to the defect differ depending on the excitation position relative to the defect position of the object to be measured. In other words, as mentioned above, when vibration is applied, the sum of the energy of the basic natural vibration and the vibration energy of the defective part is constant regardless of the position of vibration.
Since the magnitude of both vibrations differs depending on the excitation position with respect to the defect position, the ratio of the energy (peak value) of the spectrum of both vibrations differs depending on the excitation position. For example, when the object to be measured is a cylinder, considering the change in the peak value of the spectrum for primary vibration, as shown in Fig. For the top, part 1
When the peak value of the primary spectrum of the natural vibration of the object to be measured at each angular position of the circumference is plotted as the magnitude from the center 0 point of the circumference 5, the peak value of the spectrum of the fundamental natural vibration is The trajectory waveform will be a perfect circle if there are no defects (cracks).
If there is a defect in the object to be measured, the spectrum of vibration due to the defect will be as shown in trajectory waveform 6 in Figure 5, and the spectrum of vibration due to the defect will be as shown in trajectory waveform 7. Depending on the position, the peak of the vibration spectrum due to the defect becomes smaller, or vice versa. Both waveforms 6 and 7 repeat the same trajectory almost sinusoidally every 90 degrees, and the phase of change is 45 degrees.
It will be different every time. The reason why waveform 6 or 7 repeats almost the same waveform every 90 degrees is that when a cylindrical object is vibrated at one point, if there is no defect, the primary vibration will be as shown in the dashed line 8 as shown in Fig. 4. The vibration repeats a state like this and a state like the two-dot chain line 9, and the excitation position A
Position B, which is 180 degrees different from , vibrates in exactly the same way,
This is because positions C and D, which are different by 90 degrees from the excitation position A, vibrate in opposite phases. Therefore, each other 90
Even if the vibration is applied at any of the different positions A, B, C, and D, the results shown in FIG. 5 can be obtained. When vibration is applied at an angular position where a defect exists, the energy of the vibration due to the defect is minimized, while the energy of the fundamental natural vibration spectrum is maximized. Therefore, the position where a defect exists, in this case a crack which is a through defect, can be detected as the position where the difference between the two peak values is maximum. In the example of FIG. 5, a crack exists at the position indicated by arrow A. In this way, multiple points are sequentially excited along the circumference of the object to be measured, and the peak value PK1 of the basic natural vibration spectrum and the peak value PK2 of the spectrum of vibration due to cracks at each excitation position are determined, and both peak values are determined. The position where the difference (PK1-PK2) is maximum can be detected as the position where the crack exists. In this case, if the cross-sectional shape of the object to be measured is a circle or an ellipse, the possible positions of cracks are 90
The peak value of the basic natural vibration spectrum is the maximum at four locations with different degrees.
On the other hand, the peak value of the spectrum of vibration caused by cracks is at its minimum. Therefore, if either the locus of the peak value of the fundamental natural vibration spectrum or the locus of the spectrum of vibration due to the crack is known, it is possible to evaluate the four positions where the crack may exist. I can do it. Further, as described above, in the case of FIG. 5, the trajectory drawn by each peak value is repeated in a sine wave shape every 90 degrees. The reason why the locus of the peak value is distorted as shown in Fig. 5 is because the crack is oblique to the axial direction of the cylinder.If the crack is parallel to the axial direction, Draws an approximately equal trajectory every 90 degrees. In addition, you can tell which side the crack is bent by looking at the area occupied by the locus waveform in the repeating locus waveform every 90 degrees drawn by the peak value of the spectrum of vibration caused by the crack. It's curved. In Figure 5, the crack is bent to the right. As mentioned above, the trajectory drawn by the peak value repeats every 90 degrees, so by excitation in the 90 degree angular range, the trajectory waveform in that 90 degree angular range is obtained, and from this, the trajectory for one round is calculated. By estimating the waveform, it is possible to evaluate the location of the crack. That is, in order to reproduce a curved trajectory waveform as shown in FIG. 5, values at at least three points are required. We know that excitation positions 90 degrees apart will only give the same results, so we
If you choose three or more excitation points that are separated by an angle of 90 degrees/3 or less without taking points that are far apart from each other, you can draw a locus waveform of the peak value in the 90 degree angle range. From this, it is possible to infer the trajectory of 360 degrees around the object to be measured. Then, from the analogous waveform, it is possible to evaluate four positions where a crack may exist. Although primary vibration has been considered above, secondary vibration can be similarly performed, and the position of non-penetrating defects such as blowholes and dents can be evaluated. That is, FIG. 6 shows a locus waveform 60 of the peak value of the basic natural vibration spectrum for the secondary spectrum when there is a non-penetrating defect, and a locus waveform 70 of the peak value of the spectrum due to the non-penetrating defect. As is clear from FIG. 6, these trajectory waveforms 6
0,70 is a nearly sinusoidal waveform that repeats every 60 degrees, and the phase of the trajectory waveform of the peak value of the basic natural vibration spectrum and the trajectory waveform of the peak value of the spectrum due to the non-penetrating defect are 30 degrees different from each other. . In this case as well, the position where the difference (PK3 - PK4) between the peak value PK3 of the basic natural vibration spectrum and the peak value PK4 of the vibration spectrum due to the non-penetrating defect is maximum is detected as the location where the non-penetrating defect exists. can do. In the case of Figure 6, arrow B
The position indicated by is the position where the non-penetrating defect exists. Also, in the case of a non-penetrating defect, if the non-measurable object has a circular or elliptical cross-sectional shape, the repeatability of the locus waveform means that the non-measurable object has a cross section of at least 60 degrees. If it is possible to draw a trajectory waveform for the range, it is possible to determine from the trajectory waveform that there is a possibility that a non-penetrating defect exists6.
(360÷6) The location of the location can be evaluated.
In this case, in the case of secondary vibration, the same result will be obtained even if you vibrate at positions 60 degrees apart, so avoid positions that are integral multiples of 60 degrees and excite multiple places. . The waveform in Figure 6 can also be considered as a repeating waveform every 120 degrees, so if the vibration is applied at intervals of 90 degrees/3 or less as described above, the angular range of 120 degrees can be achieved. Since the peak values of the spectrum at four or more excitation points can be obtained, it is possible to draw the locus waveform in FIG. 6 by analogy. From the above, in the case of a measured object with a circular or elliptical cross-sectional shape, such as a cylinder, the angular distance between each other is 90°/3 or less, excluding integral multiples of 90° and integral multiples of 60°. Vibrate at three or more locations at regular intervals, detect the peak value of the spectrum of the fundamental natural vibration of the object to be measured at each excitation position, or the peak value of the spectrum of vibration due to a defect in the object to be measured. From the locus drawn by the peak value at the excitation position, it is possible to evaluate the possible position of a defect in the object to be measured. Next, an embodiment of an apparatus to which the defect position evaluation method described above is applied will be described with reference to the drawings. FIG. 7 shows an embodiment of a defect location identification device to which the method of the present invention is applied, and this example is an example in which a defect in a cylindrical cylinder component is detected and its position is evaluated. A cylinder component as an object to be measured 21 is carried onto a measurement stage 24 and placed thereon by a transfer device 23 controlled by a control device 22 having, for example, a microcomputer. The measurement stage 24 is made of, for example, hard rubber. This measurement stage 24
When it is detected, for example, by a sensor provided on the measurement stage 24 that the object to be measured 21 is placed on the Shake. In this example, the vibration device 25 applies, for example, an impulse impact to the object to be measured 21 with an impact object such as a weight in a pendulum shape. The weight drive mechanism is configured with a cam mechanism or the like so that the weight immediately separates from the object to be measured after the impact. In this case, the vibration device 25 is a cylindrical object to be measured 2.
1, a plurality of locations on its outer peripheral surface are sequentially impacted. These multiple points of impact are
Positions excluding positions separated by integral multiples of 90 degrees and integral multiples of 60 degrees. FIG. 8 is a diagram for explaining an example of a vibrating part of the vibrating device 25, in which FIG. 8A is a cross-sectional view of a cylindrical cylinder, and FIG. 8B is a vertical cross-sectional view. In this example, the object to be measured 21 is sequentially vibrated at five excitation positions P1 to P5 at intervals of 22.5 degrees, as shown in FIG. 8A. Therefore, in this example, the measurement stage 24 is rotatable in a horizontal plane, and the centerline position of the cylindrical object 21 is at the measurement stage 24.
It is aligned and placed so as to match the rotation center position of No. 4. First, the vibrator 25 excites the position P1 of the side surface of the object to be measured 21, and then the measurement stage 24 is rotated by 22.5 degrees, and the position P2 of the side surface of the object to be measured 21 is rotated by 22.5 degrees. The measuring stage 24 is further rotated by 22.5 degrees, and the position P3 of the side peripheral surface of the object to be measured 21 is vibrated, and so on. In addition, in this example, as shown in FIG. 8B, the vibrating part in the axial direction of the object to be measured 21 is located at a position shifted from the center of gravity (the theoretical center of gravity determined from the shape) G, for example, the object to be measured. The upper end position of the object 21 is set to P4. In this way, when vibration is applied at a position shifted from the center of gravity, the mass (weight) is different between the upper half and the lower half of the theoretical center of gravity determined by the shape (generally speaking, all materials are like this). ), another peak appears in the spectrum of the first-order and second-order natural vibrations in addition to the above-mentioned peaks. The frequency position of this peak depends on the mass of the upper and lower halves of the object to be measured 21, with the heavier one (for example, the lower half) at a higher frequency position, and the lighter one (for example, the upper half) at a lower frequency position. A spectrum appears at the position. When the defect is in the upper half, the vibration spectrum due to the defect appears as a pair in the fundamental natural vibration spectrum at the lower frequency position, and when the defect is in the lower half, the fundamental natural vibration spectrum at the higher frequency position appears as a pair. The spectrum of vibrations due to defects appears in pairs. Therefore, it can be determined whether the defect is in the upper half or the lower half of the object to be measured, depending on which fundamental natural vibration spectrum the paired defect spectrum appears in.
If the defect appears on both sides, it can be seen that the defect exists in the center of the object to be measured. As described above, the excited vibration of the object to be measured 21 is detected by the sensor 27 of the output vibration receiving device 26 without contact, converted into an electrical signal, and subjected to predetermined signal processing by the signal conditioner 28. will be done. Any sensor can be used as the sensor 27 as long as it can detect vibrations, and a displacement meter or the like can also be used. However, in order to avoid picking up noise vibrations from the surroundings as much as possible, it is preferable to use one that has sharp directivity in the direction of the object to be measured. The signal conditioner 28 amplifies the electrical signal and also removes unnecessary high and low frequency components (trend removal). In the case of the cast iron cylinder part in this example, the first spectrum of the basic natural vibration among the natural vibrations appears at 1.5kHz, and
This is because the next spectrum appears at about 4kHz, which is about 2.8 times that frequency. The electrical signal from the output vibration receiving device 26 is supplied to the arithmetic processing/determination device 30 via the transmission line 29 . The arithmetic processing/judgment device 30 has, for example, a microcomputer, and performs arithmetic processing and judgment operations, which will be described later, using software, and this processing is illustrated in functional blocks as shown in the figure. By the way, the vibration in question here is the natural vibration of the shape of the object to be measured. However, when the object to be measured is forced to vibrate, the forced vibration initially generates longitudinal waves similar to seismic waves, which are mixed with natural vibrations. If the defect is a fairly large crack or dent, the above method may be able to detect the defect even if vibrations other than these natural vibrations are present. However, normally, if we do not remove vibrations other than these natural vibrations as much as possible,
Defects are difficult to detect. So, in this example, we solve this problem as follows. That is, when exciting the object 21 to be measured, there are the sine wave method and the impulse impact method. In the case of the sine wave method, the object 21 to be measured is vibrated under certain conditions, and at a certain moment, Stop this. Then, vibration measurement is started after a short period of time has elapsed since the stop. In the case of the impulse impact method, measurement is started immediately after a short period of time has elapsed after the vibration is applied, such as by applying an impact. In this case, the time from when the vibration stops or when the impact starts until the measurement starts can be determined as follows. In other words, the velocity c of the sound wave traveling through the object to be measured 21 is its Young's modulus E (elastic modulus).
It depends on the density of the object and the density of the object, and is determined from the relationship c=E/ρ. For example, when using the impulse impact method in this example, if the object 21 is a cylindrical cast iron cylinder, the velocity of the longitudinal wave is 4560 m/s, the transverse wave is 1/1.8 of that, or about 2780 m/s, and the impact The time-series waveform of vibrations picked up immediately after is shown in Figure 9A. In this waveform, the transverse wave is detected after the fast longitudinal wave portion continues for about 26 μsec. Then, after the peak value of the vibration of the transverse wave is passed, the vibration decays exponentially and gradually stops. As can be seen from the waveform in Figure 9A, the vibration after excitation is the same as that of an earthquake wave, so there are both fast longitudinal waves and slow waves as described above, and the vibration Forced vibration remains and the object to be measured 21
It does not have a natural vibration waveform specific to the shape. It is thought that the natural oscillation waves specific to this shape are observed shortly before the spinning top stops, such as in the "sacrificial motion" of a top. Therefore, in this case, vibrations after the point where the transverse wave passes its peak value and begins to attenuate are extracted. For this reason, a rectangular wave window W1 as shown in FIG. 9B is set, and a vibration wave is extracted in this example using this window W1 . That is, the electrical signal input to the arithmetic processing/judgment processing device 30 is supplied to the gate means 31.
Then, the natural vibration component of the shape of the object to be measured 21 is extracted from the vibration of the object to be measured 21 after the vibration or impact, using the window signal W 1 from the window W 1 forming means 32 . In this example, the window W1 is started 20 msec after the impact, and the window width is set to 200 msec. Therefore, the window W 1 is formed in the window W 1 forming means 32 based on the vibration start information from the control device 22 . As described above, the natural vibration component of the shape of the object to be measured 1 is extracted using the window W1. Then, the natural vibration part is the A/D conversion means 3
3, it is converted into digital data and stored in the memory means 34.
will be written to. Then, this digital data from the memory means 34 is read out, and the waveform emphasizing means 35 uses an emphasizing window from the window W2 forming means 36 for this digital data.
W 2 is multiplied. This highlighting window W2 is as follows. In other words, the object to be measured 21 is
Even if you extract the natural vibration waveform part specific to the shape of the shape, minute cracks, dents, and cavities are likely to be hidden in the spectrum of the basic natural vibration, and as mentioned above, the only way to detect them is by using the Q value of the spectrum. . Therefore, it is conceivable to make the spread of the spectral waveform "base" of the fundamental natural vibration as small as possible to make it easier to identify cracks and blowholes. In order to do this, the spectrum waveform shown in Figure 3 must be corrected to suddenly attenuate from 50% of the peak (the Q value remains unchanged), as shown by the dotted line 19 in the figure. good. In this way, the "base" of the spectral waveform becomes narrower, and even if there is a minute crack or dent, the minute defect is treated not as the Q value of the spectrum, but as the fundamental natural vibration spectrum and the spectrum of vibrations caused by the defect. This increases the number of things that can be separated and detected. In order to emphasize the spectrum as described above,
It is sufficient to further apply a waveform enhancement window W2 formed by the following equation to the picked-up vibration waveform. y=acos 2 (xωt) +bcos 2 (xωt+τ)+ ...+kcos 2 (xωt+nτ)+C Here, τ indicates time delay, for example, λ/4
(λ is the wavelength). Also, in this example, a
=b=...=k. This highlighting window
W 2 has a waveform as shown in FIG. 9C. Figure 10A shows the picked up object to be measured 21.
The above-mentioned natural vibration extraction window
The spectrum of the entire vibration before applying W 1 and the enhancement window W 2 is shown. Also, Figure 10B
shows the vibration spectrum extracted 20 msec after the vibration impact of the object to be measured 21 using the natural vibration extraction window W1 , and separates the basic natural vibration spectrum from the vibration spectrum due to defects. It can be observed. Furthermore, Figure 10C
is the spectrum waveform after applying the above-mentioned enhancement window W2 , and it can be seen that the fundamental natural vibration spectrum and the vibration spectrum of defects such as cracks or dents are more clearly separated. Similarly to the window W 1 , the window W 2 is also controlled by the control device 2 in the window W 2 forming means 36.
It is formed based on the information on the start of vibration from 2. The data thus emphasized is supplied to the spectrum analysis means 37 and subjected to spectrum analysis. FIG. 11A shows the first-order spectrum at the excitation position P1. In the figure, 41 is the object to be measured 2
The spectrum of the fundamental natural vibration for the upper half of 1, 42 is the spectrum of the defect paired with this,
43 is a basic eigenspectrum for the lower half of the object 21 to be measured. Moreover, FIG. 11B shows the first-order spectrum at the excitation position P2. 11th
In FIG. B, the peak value of the vibration spectrum 42 due to the defect has a larger amplitude than the peak value of the basic natural vibration spectrum 43. moreover,
When the measurement stage is rotated by 22.5 degrees and vibrated at position P3, the peak value of the spectrum of the basic natural vibration and the peak value of the spectrum of vibration due to cracks will correspond to the position of excitation to obtain a first-order spectrum. Obtainable. Similarly, FIG. 12A shows the second-order spectrum at the excitation position P1. Here, 51 is a spectrum of fundamental natural vibration for the upper half of the object to be measured 21, and 53 is a spectrum of fundamental natural vibration for the lower half of the object to be measured 21. In this case, defects such as dents are hidden in the spectrum of the fundamental natural vibration. FIG. 12B shows the secondary spectrum at the excitation position P2, which is 22.5 degrees away from the excitation position P1, and the vibration spectrum 52 due to defects is paired with the basic natural vibration spectrum 51 for the upper half of the object to be measured. appears with a large peak. Furthermore, in this case, the vibration spectrum 54 due to the defect appears as a pair in the basic natural vibration spectrum 53 for the lower half of the object to be measured, and the non-penetrating defect exists at an intermediate position in the axial direction of the object to be measured. I understand that. Furthermore, when the measurement stage is rotated by 22.5 degrees and vibrated at position P3, the peak value of the spectrum of the basic natural vibration and the peak value of the spectrum of vibration due to cavities and dents will correspond to the position of excitation. A secondary spectrum can be obtained. Then, the defect presence/absence determining means 38 uses the spectrum obtained as described above to determine the presence of a vibration spectrum due to a defect, for example, in the following manner, thereby determining the presence or absence of a defect. That is, the defect presence/absence determining means 38
As shown in the figure, for example, up to five peak values are determined from the spectrum waveform in the predetermined frequency range of the primary spectrum and frequency ranges d 1 and d 2 of the secondary spectrum, in descending order of amplitude. and store the frequency and peak value. Next, regarding the first and second order spectra,
The frequency range in which the spectrum of the fundamental natural vibration and the spectrum of the vibration of the defect are considered to be a pair.
d 3 , d 4 (d 3 , d 4 < d 1 , d 2 ) are determined in advance,
A search is made to see if there is a pair of frequency values of the five peak values within this frequency range d 3 and d 4 . Then, when the pair is detected for the primary spectrum, the higher frequency of the pair of lower frequencies is recognized as the primary fundamental natural vibration spectrum position, and the frequency width d is set based on that frequency position. It is determined whether or not there is a peak other than the basic natural vibration spectrum (of course, a pair of peaks may be used) within a predetermined frequency width d5 that is narrower than 3 , and if there is a peak, the object to be measured 21
It is determined that there is a crack. Similarly, when a pair of secondary spectra is detected, the higher frequency of the lower frequency pair is recognized as the secondary fundamental natural vibration spectrum position, and the frequency width is It is determined whether there is a peak other than the basic natural vibration spectrum within a predetermined frequency width d6 narrower than d4 , and if there is a peak, it is determined that the object to be measured 21 has a blow hole or a dent. . FIG. 14 shows the defect presence/absence determining means 3 described above.
8 shows a flowchart of the operation in 8. When the defect determination means 38 determines that there is a crack (through-hole defect) or a non-through-hole defect such as a cavity or a dent, the position evaluation means 39 evaluates the position. That is, focusing on either the peak value of the basic natural vibration spectrum or the peak value of the vibration spectrum due to a defect at the three excitation positions P1 to P3, the The trajectory waveforms of the peak values of the primary spectrum and secondary spectrum as shown in FIGS. 5 and 6 are estimated and drawn. Then, as described above, based on the trajectory waveform, in the case of a crack, the four positions of every 90 degrees where there is a possibility of its existence are evaluated, and in the case of a casting hole or dent, the existence of the crack is evaluated. Evaluate six possible 60 degree positions. Since the positions P1 to P3 of the defect possible positions evaluated in this way are known, for example, the angle of deviation of one possible defect position with respect to P3 is determined, and the measuring stage 24 is rotated by that amount. For example, by using a marker attachment means (not shown), a mark is printed with paint or the like on the corresponding location on the cylinder of the object to be measured. When printing markers at all four or six possible defect positions, the measurement stage is rotated every 90 degrees or every 60 degrees based on the determined one position, and each defect position is marked. Markers should be placed at possible positions. In this case, for example, a crack (through-hole defect) and a possible position of a non-through-hole defect can be identified by, for example, changing the color of the marker. In the above example, in order to perform evaluation quickly, the number of excitation positions is reduced to a small number, and multiple positions where defects are likely to exist are evaluated. It is also possible to specify the defect position by sequentially vibrating different positions at a predetermined angle over all of the parts. That is, the locus waveform of the peak value of each spectrum is determined in the position evaluation means 39 from the peak value of the basic natural vibration spectrum and the peak value of the spectrum of vibration due to the defect at each excitation position. and,
As described above, the position evaluation means 39 determines the position where the difference between the peak value of the basic natural vibration spectrum and the peak value of the vibration spectrum due to the defect is maximum from these trajectory waveforms, and determines that position as the defect position. It is evaluated as follows. As mentioned above, the spectrum of the fundamental natural vibration and the spectrum of vibration due to defects are divided into two depending on whether the frequency is higher or lower.
It is also possible to evaluate whether the defect is located in the upper half or the lower half of the cylindrical cylinder. In addition, although the above description has been made for the case where the object to be measured is a cylindrical cylinder, the object to be measured may be of any shape, even if it is a hexagonal or other polyhedron, or even a sphere. It's okay. Also,
The material does not matter. In addition, the vibration method is not an impulse impact method,
For example, various vibration excitation methods can be employed, such as fixing one end and biasing the other end to generate vibration.
以上説明したように、この発明によれば、被測
定物を加振してセンサにより非接触で被測定物自
体が持つ固有の振動を検出し、その振動をスペク
トル分析することにより、欠陥位置あるいは欠陥
存在可能位置を容易に評定することができる。
また、非接触で被測定物自体が持つ固有の振動
を検出することにより、欠陥位置を評定する方法
及び装置であるので、センサを接触する場合のよ
うに、センサ接触時の不整合による乱反射がな
く、波形が単純で判別が容易である。すなわち、
被測定物内部に生じる欠陥の有無を検出し、欠陥
位置を評定する際に、その評定を乱す要因が少な
く、安定した評定が可能である。
また、この発明によれば、被測定物にしわや凹
凸があつても固有振動と区別できるものであれ
ば、クラツクや鋳巣などの空洞、凹み等の欠陥を
検出して、その位置を評定することができるとい
う特徴がある。
また、被測定物を加振するだけで、部分的では
なく、被測定物全体についての欠陥位置評定を行
なうことができる。
As explained above, according to the present invention, the object to be measured is vibrated, the unique vibration of the object to be measured is detected in a non-contact manner by a sensor, and the vibration is spectral analyzed. Possible positions of defects can be easily evaluated. In addition, since this is a method and device that evaluates the defect position by detecting the inherent vibration of the object itself in a non-contact manner, diffused reflection due to misalignment when touching the sensor is avoided, as is the case when the sensor is in contact. The waveform is simple and easy to distinguish. That is,
When detecting the presence or absence of a defect occurring inside the object to be measured and evaluating the defect position, there are few factors that disturb the evaluation, and stable evaluation is possible. Furthermore, according to the present invention, even if the object to be measured has wrinkles or irregularities, as long as they can be distinguished from natural vibrations, defects such as cracks, cavities, dents, etc. can be detected and their positions can be evaluated. It has the characteristic of being able to Further, by simply exciting the object to be measured, it is possible to evaluate the defect position for the entire object to be measured, rather than just a portion of it.
第1図は、この発明により検出方法の説明のた
めのスペクトル図、第2図は、この発明の検出原
理の説明に供する図、第3図は、Q値の説明のた
めの図、第4図は1次振動を説明するための図、
第5図及び第6図は、基本固有振動スペクトルと
欠陥による振動のスペクトルのピーク値が描く軌
跡波形の例を示す図、第7図は、この発明による
欠陥位置評定装置の一実施例のブロツク図、第8
図は、加振部位の説明図、第9図及び第10図
は、固有振動抽出及び強調を説明するための図、
第11図及び第12図は、スペクトル分析結果の
例を示す図、第13図は、第7図例の動作の説明
のための図、第14図は、第7図例の動作の一例
のフローチヤートである。
6……1次の基本固有振動のスペクトルのピー
ク値の軌跡波形、7……クラツクの振動のスペク
トルのピーク値の軌跡波形、60……2次の基本
固有振動のスペクトルのピーク値の軌跡波形、7
0……鋳巣、凹みの振動のスペクトルのピーク値
の軌跡波形、11,15……1次の基本固有振動
のスペクトル、13,17……2次の基本固有振
動のスペクトル、12,16……クラツクの振動
のスペクトル、14,18……鋳巣、凹みの振動
のスペクトル。
FIG. 1 is a spectrum diagram for explaining the detection method according to the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the detection principle of the present invention, FIG. 3 is a diagram for explaining the Q value, and FIG. 4 is a diagram for explaining the detection principle of the present invention. The figure is a diagram to explain primary vibration.
5 and 6 are diagrams showing examples of trajectory waveforms drawn by the basic natural vibration spectrum and the peak value of the spectrum of vibration due to defects, and FIG. 7 is a block diagram of an embodiment of the defect position evaluation device according to the present invention. Figure, 8th
The figure is an explanatory diagram of the vibrating part, Figures 9 and 10 are diagrams for explaining natural vibration extraction and emphasis,
11 and 12 are diagrams showing examples of spectrum analysis results, FIG. 13 is a diagram for explaining the operation of the example in FIG. 7, and FIG. 14 is an example of the operation of the example in FIG. 7. It is a flowchart. 6... Locus waveform of the peak value of the spectrum of the first-order fundamental natural vibration, 7... Locus waveform of the peak value of the spectrum of the crack vibration, 60... Locus waveform of the peak value of the spectrum of the second-order fundamental natural vibration. ,7
0... Locus waveform of the peak value of the spectrum of the vibration of the blowhole or dent, 11, 15... Spectrum of the first-order basic natural vibration, 13, 17... Spectrum of the second-order basic natural vibration, 12, 16... ... Spectrum of crack vibration, 14,18... Spectrum of vibration of blowholes and dents.
Claims (1)
上記被測定物に振動を加え、各加振位置における
上記被測定物の固有振動の基本固有振動スペクト
ルのピーク値PK1と、上記被測定物の欠陥による
振動のスペクトルのピーク値PK2とを求め、上記
複数の各加振位置のピーク値から、上記基本固有
振動スペクトルのピーク値の変化の軌跡と、上記
被測定物の欠陥による振動のスペクトルのピーク
値の変化の軌跡を求め、上記基本固有振動スペク
トルのピーク値と、上記欠陥による振動のスペク
トルのピーク値との差(PK1−PK2)が最大にな
る位置を、上記被測定物の欠陥の存在位置として
評定することを特徴とする欠陥位置評定方法。 2 被測定物の周囲に沿つた複数箇所を順次に加
振する加振手段と、 上記被測定物の振動をピツクアツプし、電気信
号に変換するピツクアツプ手段と、 このピツクアツプ手段からの電気信号を受け、
上記各加振位置において、上記被測定物の固有振
動をスペクトル分析し、上記被測定物の基本固有
振動スペクトルのピーク値PK1と、上記被測定物
の欠陥による振動のスペクトルのピーク値PK2と
を求める手段と、 上記複数の各加振位置における各ピーク値から
上記基本固有振動スペクトルのピーク値の変化の
軌跡と、上記被測定物の欠陥による振動のスペク
トルのピーク値の変化の軌跡を求める手段と、 上記求めた軌跡から両ピーク値の差(PK1−
PK2)が最大となる位置を検出し、この位置を欠
陥位置として判定する手段と からなる欠陥位置評定装置。 3 断面が円または楕円の被測定物を、その上記
断面に沿つた位置であつて、90°/3より小さい
角間隔で、かつ、奇数時のスペクトルの測定の場
合には、互いに90°×n(n=0,1,2,3)、
また、偶数時のスペクトルの測定の場合には、
60°×m(m=1,2,3,4,5)よりずれた、
3か所以上を加振し、 上記各加振位置における上記被測定物の振動を
ピツクアツプし、このピツクアツプした振動か
ら、上記各加振位置における上記被測定物の基本
固有振動のスペクトルのピーク値、あるいは上記
被測定物中の欠陥による振動のスペクトルのピー
ク値を検出し、 上記複数の加振位置における上記ピーク値が描
く軌跡から、上記被測定物の欠陥の存在可能位置
を評定することを特徴とする欠陥位置評定方法。 4 断面が円または楕円の被測定物を、その上記
断面に沿つた位置であつて、かつ、重心位置より
ずれた位置で加振し、この加振位置において、上
記被測定物の固有振動をスペクトル分析し、 基本固有スペクトルとペアとなつて現れる欠陥
による振動のスペクトルが、高い周波数位置の基
本固有スペクトルとペアとなるか、低い周波数位
置の基本固有スペクトルとペアとなるかにより、
欠陥の存在位置が重心位置より上か下かを評定す
ることを特徴とする欠陥位置評定方法。[Claims] 1. At multiple locations along the periphery of the object to be measured,
Applying vibration to the object to be measured, and determining the peak value PK1 of the basic natural vibration spectrum of the natural vibration of the object to be measured at each vibration position, and the peak value PK2 of the spectrum of vibration due to defects in the object to be measured, From the peak values at each of the plurality of excitation positions, the locus of change in the peak value of the basic natural vibration spectrum and the locus of change in the peak value of the vibration spectrum due to defects in the object to be measured are determined, and the basic natural vibration Defect position evaluation characterized in that the position where the difference (PK1-PK2) between the peak value of the spectrum and the peak value of the spectrum of vibration due to the defect is maximum is evaluated as the position where the defect exists in the object to be measured. Method. 2. An excitation means that sequentially vibrates multiple points along the circumference of the object to be measured, a pickup means that picks up the vibration of the object to be measured and converts it into an electric signal, and a means that receives the electric signal from the pickup means. ,
At each of the excitation positions, the spectrum of the natural vibration of the object to be measured is analyzed, and the peak value PK1 of the basic natural vibration spectrum of the object to be measured and the peak value PK2 of the spectrum of vibration due to defects in the object to be measured are determined. means for determining, from each peak value at each of the plurality of excitation positions, a locus of change in the peak value of the basic natural vibration spectrum and a locus of change in the peak value of the vibration spectrum due to a defect in the object to be measured; And, from the trajectory obtained above, the difference between both peak values (PK1−
A defect position evaluation device comprising means for detecting a position where PK2) is maximum and determining this position as a defect position. 3. When measuring spectra of an object with a circular or elliptical cross section at positions along the cross section at angular intervals smaller than 90°/3 and at odd numbers, 90° x 90° from each other. n (n=0, 1, 2, 3),
In addition, when measuring spectra at even times,
deviated from 60°×m (m=1,2,3,4,5),
Excite three or more locations, pick up the vibrations of the object to be measured at each of the excitation positions, and calculate the peak value of the spectrum of the basic natural vibration of the object to be measured at each of the excitation positions from the picked up vibrations. Alternatively, the peak value of the spectrum of vibration due to the defect in the object to be measured is detected, and the possible position of the defect in the object to be measured is evaluated from the trajectory drawn by the peak value at the plurality of vibration positions. Characteristic defect location evaluation method. 4. A measured object having a circular or elliptical cross section is excited at a position along the cross section and offset from the center of gravity, and at this exciting position, the natural vibration of the measured object is Through spectrum analysis, the spectrum of vibration due to defects that appears paired with the fundamental eigenspectrum is determined by whether it is paired with the fundamental eigenspectrum at a high frequency position or with the fundamental eigenspectrum at a low frequency position.
A defect position evaluation method characterized by evaluating whether the position of the defect is above or below the center of gravity.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1295281A JPH03156363A (en) | 1989-11-14 | 1989-11-14 | Method and apparatus for evaluating position of defect |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1295281A JPH03156363A (en) | 1989-11-14 | 1989-11-14 | Method and apparatus for evaluating position of defect |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03156363A JPH03156363A (en) | 1991-07-04 |
| JPH0549935B2 true JPH0549935B2 (en) | 1993-07-27 |
Family
ID=17818571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1295281A Granted JPH03156363A (en) | 1989-11-14 | 1989-11-14 | Method and apparatus for evaluating position of defect |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03156363A (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4511695B2 (en) * | 2000-07-25 | 2010-07-28 | 三井造船株式会社 | Flaw detection method and apparatus |
| JP4598433B2 (en) * | 2003-05-13 | 2010-12-15 | 積水化学工業株式会社 | Inspection method for buried pipes |
| JP5432618B2 (en) * | 2009-07-15 | 2014-03-05 | 日本電信電話株式会社 | Concrete pole damage detection system and method using natural vibration mode |
| JP5280407B2 (en) * | 2010-06-09 | 2013-09-04 | 日本電信電話株式会社 | Damage detection method, damage detection apparatus and program for columnar structure |
| US8171797B2 (en) * | 2010-09-23 | 2012-05-08 | General Electric Company | Sideband energy ratio method for gear mesh fault detection |
| KR101069515B1 (en) * | 2011-05-03 | 2011-09-30 | 이근영 | Cotton Cooking Pressure Cooker |
-
1989
- 1989-11-14 JP JP1295281A patent/JPH03156363A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03156363A (en) | 1991-07-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5214960A (en) | Method and apparatus for detecting defects in an object by vibrating the object in a plurality of positions | |
| US5144838A (en) | Defect detecting method and apparatus | |
| JPH03289561A (en) | Method and device for detecting defects and different hardness parts | |
| JP2020537155A (en) | Equipment and methods for performing shock excitation techniques | |
| JP2001021336A (en) | Method and device for measuring degradation of concrete structure | |
| JP5666334B2 (en) | Quality diagnosis method for concrete structures | |
| JPH07110289A (en) | Method and device for predicting life of measured object | |
| US5179860A (en) | Defect detecting method and apparatus | |
| JPH0549935B2 (en) | ||
| JP2001208733A (en) | Device for measuring degradation of concrete structure | |
| JP3922459B2 (en) | Separation and cavity detection method and apparatus by percussion method | |
| JPH0549934B2 (en) | ||
| JPH0549933B2 (en) | ||
| JP3006634B2 (en) | Defect detection method and device | |
| GB2254425A (en) | Defect detecting method and apparatus using vibrations | |
| JPH03285143A (en) | Method and device for detecting parts of different hardness in object to be measured | |
| JPH03285144A (en) | Method and apparatus for locating defective part and different hardness part | |
| RU2117940C1 (en) | Process of acoustic inspection of thin-walled articles and device for its implementation | |
| JP2002168841A (en) | Peeling inspection device at composite board interface | |
| JP3236865B2 (en) | Excitation mode identification method | |
| CN117425826A (en) | Method used for NDT test samples | |
| RU2791836C1 (en) | Device for concrete strength measurement | |
| JPS61193067A (en) | Method and device for evaluating cast iron article | |
| JPH06109580A (en) | Method of detecting defects and different hardness | |
| JP2734282B2 (en) | Percussion equipment for building finishing materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |