JP2006300524A - 異音検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】人の判定結果と異音検査装置における判定結果との相関を、容易かつ確実にとれ、官能検査に代わる高精度な異音検査方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】製品８から発生する音を回転機構１、マイクロホン２、回転制御機構３などの計測手段で計測したデータに基づき、製品８の異音の良否を判定する異音検査を、測定データから人が正常音と判断した製品８の音データを基準値として保存する基準音データ格納部６２の記憶手段と、記憶手段により保存されている正常音の音データと計測手段で測定された製品８の音の測定データとの一致度を算出する一致度算出処理部６３の処理手段と、処理手段により算出された結果を用いて製品８の異音の良否を判定する判定部６４の判定手段にて行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載用の各種回転部品などから発生する音を解析、比較判定することにより、正常、判定不明あるいは異常を判定する異音検査方法に関するものである。

従来におけるこの種の異音検査方法およびその装置としては、車載用の各種回転部品などである製品から発生する音の異常すなわち異音を、人（検査員）が耳で聴く官能検査に頼って、製品の検査および品質保証を行っている。

しかしながら、近年の自動車業界における目覚しい技術進歩により、車内の静音化が急速に進み、官能検査では人（検査員）の個人差や環境の変化などで安定した検査、すなわち製品の品質保証を維持することができず、また判定結果のデータ化や保存という観点での確実かつ高精度の検査、品質保証が困難となってきている。

そこで、官能検査に代わる一般的な手段として、異常音の周波数軸成分あるいは時間軸成分において、正常品との相違を数値化し、その数値の大小すなわち相違により製品における発生音の異常診断を行ってきた。

しかし、本来人の耳による感覚すなわち聴覚は複雑であり、異音検査装置による判定結果と相関をとることは容易ではなく、最終的には官能検査に依存せざるを得ないのが、異音検査における現状といえるのである。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平５−３１２６３４号公報

しかしながら、前記従来の異音検査方法では、人（検査員）が正常あるいは異常と判定した製品と検査装置における判定結果に、主観の影響を受ける相違が現れることがあり、相関をとることが困難であるという課題を有していた。

本発明は、前記課題を解決しようとするものであり、人（検査員）の判定結果と異音検査装置における判定結果との相関が、容易かつ確実にとれ、官能検査に代わる高精度な異音検査方法を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、特に、人が聴き正常音と判断した製品の音データを基準値として記憶手段で保存し、前記記憶手段により事前に保存されている製品における前記基準値と、計測手段で測定された被検査体の製品から発生する音の測定データとの一致度を一つあるいは複数を処理手段で算出し、前記処理手段により算出された結果の一致度により製品の異音の良否を判定手段にて判定するという構成を有しており、これにより、製品から発生する異音に対し、正常、判定不明あるいは異常の３つの判定を、官能検査に代わって確実かつ高精度に対応でき、かつ検査における個人差がなくなるという作用効果を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、保存されている基準値となる製品の音データと被検査体の製品における音の測定データとの一致度の判定を行うための全測定時間を任意の所定数の区間に分割する手段は、前記測定時間を任意の所定数の区間に任意の時間だけ重ねて分割するものとしてなるという構成を有しており、これにより、前記各区間の境界線上に存在する製品の異常すなわち異音における音圧実効値が隣接する区間で分散し減少することを防止でき、正常品と異常品との識別が明確に行えるという作用効果を有する。

本発明の異音検査方法は、測定データから人が正常音と判断した製品の音データを基準値とし保存する記憶手段、記憶手段により保存されている正常音の音データと計測手段で測定された製品の音の測定データとの一致度を算出する処理手段、処理手段により算出された結果を用いて製品の異常すなわち異音の良否を判定する判定手段を有するという構成であり、汎用的なシステム構成でありながら、人（検査員）の判定結果と異音検査装置における判定結果との相関が、容易かつ確実であり、官能検査に代わって高精度な異音検査の自動化が図れるという効果を有する。

以下、実施の形態を用いて、本発明の請求項１〜２に記載の発明について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態における異音検査の検査装置システム概要構成図である。図１において、被検査体である車載用の各種回転部品などの製品８、製品８を所定箇所に搭載し載置して回転させる回転機構１、回転機構１の回転制御を行う回転制御機構３であり、回転制御機構３により回転機構１を制御して、左右の回転方向、回転速度例えば０．５〜２［回転／秒］、そして回転時間例えば０．５〜４［ｓ］などを、検査する製品８の必要に応じた所定値に設定する。

次に製品８を回転機構１で回転させることで発生する音をコンデンサ型などのマイクロホン２にて集音し、その集音した音を増幅器４で所定レベルに増幅させ、その増幅された音信号をＡ／Ｄ変換部５によりデジタル信号に変換する。

そして、最終的に前記デジタル信号をシステム解析部６に入力して、製品８の異音検査をシステム解析部６にて行い、その判定結果を各種のディスプレイでなる判定結果表示部７に表示するのである。また、前記判定結果の信号の一部をフィードバックして回転制御機構３を制御駆動する。

なお、システム解析部６は、計測（測定）された被検査体である製品８の音信号の時間軸成分あるいは周波数軸成分の抽出処理を行い、抽出された音信号を電圧値からｄＢ値に変換する周波数解析処理部６１、複数種の音の基準値を保存する基準音データ格納部６２、官能検査すなわち基準値との一致度ηの計算を行う一致度算出処理部６３、基準音と測定音との一致度ηにより検査される製品８の良否判定を行う判定部６４、そして一致度ηの基準を作成する基準値作成部６５から構成されている。

なお、マイクロホン２に代えて振動を感知するセンサーにすれば、振動する被検査体における異振動検査を行うことができる。本実施の形態では音（音響）に関する検査について説明する。

本発明の異音検査方法は、人（検査員）が聴き正常音と判断した製品の音データを基準値として記録保存し、記録保存されている前記正常音の音データと、計測し測定された被検査体の製品から発生する音の測定データとの一致度を、所定演算により一つあるいは複数算出し、前記で算出された結果を別途設定された良品の基準値との比較により、被検査体の製品における異音の良否、すなわち正常、判定不明あるいは異常を数値により判定するものである。

さて、被検査体である製品８の異音検査の方法であるが、まず製品８を、回転制御機構３によりあらかじめ条件範囲内で設定され回転制御される回転機構１に搭載し載置して回転させ、その回転している間に製品８が発生する音を、コンデンサ型のマイクロホン２により計測（測定）する。

計測（測定）した音を増幅器４により、周波数２０Ｈｚ以下および２０ｋＨｚ以上を除去して、検査範囲である可聴周波数領域のみを増幅し、その増幅された音信号をＡ／Ｄ変換部５にてデジタル信号に変換した後、システム解析部６に入力する。

本発明を説明するための実施の形態として、回転制御機構３にて回転機構１に搭載し載置された製品８を中立の位置から順に右回転、左回転、右回転させて再びもとの中立位置に戻す動作とし、その時間軸においては、右回転を３分割、左回転を６分割、そして最後に右回転を３分割し、回転時間全体を合計１２分割し計測（測定）する設定としている。

前記における分割された各時間を１秒以下にすることで、製品８の回転中で瞬間的に発生した音を検査員の官能に近い形で捕捉することができるのであり、また被検査体の製品８における捕捉したい異音の発生する時間に対応して、各回転における時間の分割数は自由に設定することが出来るようになっている。

そしてまた周波数軸では、可聴範囲とされる２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ間で特に異音となる周波数を、異音検査装置における処理時間を考慮して、１５ポイントを設定して抜き出し、その音圧において一致度ηを求めるものとしている。

すなわち、環境や製品８の製造条件が変化する毎に、異音とされる周波数帯を自由かつ最適に対応させて設定することが可能となっている。

前記の設定条件による測定結果を、システム解析部６における周波数解析処理部６１において、製品８が回転することにより発生する音の振幅値を、所定の時間毎、あるいはまた所定の周波数毎にてｄＢ値に変換する。

そして、一致度算出処理部６３において、変換された音の振幅値（ｄＢ値）と基準音データ格納部６２からの本被検査体の製品８に適応する基準音データを用い、図２の音圧表に示すように、計測（測定）された音の各周波数の振幅値が、同じ周波数における基準音の振幅値との一致具合を、図４に示している式すなわち、
η＝１０×log｛（Ｓβ−Ｖ_ｅ）／（２ｒ×Ｖ_Ｎ）｝・ ・ ・ ・（導出式１）
により最終的に一致度η（ＳＮ比）として算出する。

このように一致度ηは１２分割された各時間で算出されるため、本実施の形態では１２個の一致度ηが算出されることになる。

なお、あらかじめシステム解析部６における基準音データ格納部６２に、必要かつ適応する複数種類の基準音を格納しているため、被検査体の製品８の種類、使用環境などに合せて対応することが可能となっている。

次に、一致度ηを導出する具体的な手順について説明する。図２は本発明の異音検査による各周波数におけるマスターデータ（設定音圧）と測定データの音圧表の例、図３は同じくマスターデータ（設定音圧）と測定データとの一致具合を示す事例のグラフである。

図３におけるグラフにおいて、横軸に図２に示す周波数ｆ１からｆ１５（例えば、４００Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）の所定周波数におけるマスターデータ（設定音圧）を正順にプロット、そして、縦軸に同設定音圧および被検査体の製品における同測定音圧で表しており、当然マスターデータ（設定音圧）は直線上にプロットされることになる。

なお、設定における同一レベルの音圧は重複させており、周波数ｆ１からｆ１５の１５のプロット数より少なくなっている。そして、マスターデータ（設定音圧）は選択された複数の人（検査員）が良品と判断したサンプルの平均値であり、各周波数における音圧と同じ値を検出することが人（検査員）による検査と同等であることを意味している。

従って、同等すなわち理想であると仮定したマスターデータ（設定音圧）の設定直線からのズレを不具合のノイズ（不要）成分とし、純粋な直線成分との相違（比）から測定データのバラツキ具合、すなわち一致度ηを算出するのである。

前記の内容は、品質工学におけるバラツキを最小とする最適条件の設定に有効なパラメータ設計で、評価指標として使用されているＳＮ比と同一であり、図２におけるデータを基にして、前記における図４に示す最後の
η＝１０×log｛（Ｓβ−Ｖ_ｅ）／（２ｒ×Ｖ_Ｎ）｝・ ・ ・ ・（導出式１）
として導出され計算されるのである。

さて、官能検査とのより整合性を図るための、判定手段における判定基準の設定として、例えば、１２分割された各時間における各々の一致度ηが算出された所定数（複数個）の製品８の回転中に発生する音を、人（検査員）が正常、判定不明品あるいは不良品とする３分類とし、各分類における時間毎の一致度ηのヒストグラムを基準値設定部６５にて自動作成する。

なお、１２分割された各時間の分割手段は、図８に示すように各時間帯を任意の時間だけ重ねることで、境界線上で異音が発生した際に異音の音圧実効値が隣接する時間帯で２分され減少することを防止できるのである。

このヒストグラムの結果すなわち傾向により、正常、判定不明および不良における平均値や標準偏差などから最適なしきい値を設定し、一致度ηによる正常、判定不明あるいは不良に対応する所定の判定基準を設定するか、あるいは３分類を総合して設定するのであり、測定データと官能検査とのより整合性を図ることができるのである。

図５は、製品８の所定回転時間を１２分割し、マスターデータ（設定音圧）と測定データの各周波数における音圧を基に、前記で説明した導出式（１）により一致度ηを算出し、測定開始の時間帯１から最後の分割区間である時間帯１２におけるＳＮ比すなわち一致度η（Ｉ）の例を示した表である。

そして、図６に示すように、１２分割された時間の各々において設定されている一致度ηのしきい値にて判定を行う分割判定と、１２分割の区分における一致度ηを総合（例えば合計値）したしきい値により判定を行う総合判定を判定部６４にて行い、その判定の結果を結果表示部７にて表示して異音検査を行うのであり、被検査体である製品８の特定箇所（条件）の検査を要する場合と、特定箇所すなわち個別の判定では無く全体での判定を必要とする場合のそれぞれ必要に応じて選択し対応するのである。

なお、検査する各周波数において、マスターデータ（設定音圧）よりも低い音圧が検出し計測（測定）された製品８に関しては、その低い音圧が発生している計測点のみを、マスターデータ（設定音圧）と同じ音圧値が発生しているとして、一致度算出処理部６３において自動的に補正するのである。

この補正を行うことで、製品８における異音レベルの著しく低い良品を不良と判定せず、前記で説明したマスターデータ（設定音圧）の直線より上となる一致度ηが悪化している製品、すなわち真に不具合の製品８との識別（検査）を行うことができるのである。

また、回転機構１の空転、マイクロホン２の故障、あるいは製品８の取付けミスなどの理由で、音の計測（測定）を行っている間が無音状態となり、マスターデータ（設定音圧）よりも低い音圧あるいは零となる場合には、回転制御機構３により制御駆動されて製品８は除外されるよう構成されている。

図７は本発明の前記における事例を示しており、すなわちある周波数においてマスターデータ（設定音圧）の音圧値を下回る音圧（図７における破線で示す内側）に関しては、直線上に存在するとして補正されるのであり、バラツキが低減し、補正後における一致度ηは補正前と比較して向上する結果となる。

前記により、マスターデータ（設定音圧）よりも低い異音レベルの発生や、各種の不具合のため回転による異音が発生しない製品に対しても、異音検査における安定かつ確実な判定を行うことが出来るのである。

本発明にかかる異音検査方法およびその装置は、汎用的なシステム構成でありながら、人の判定結果と異音検査装置における判定結果との相関が、容易かつ確実であり、官能検査に代わる正確な異音検査の自動化が図れるという効果を有し、車載用の各種回転部品や、人の官能に依存している音響あるいは振動検査などの用途として有用である。

本発明の実施の形態における異音検査の検査装置のシステム概要構成図 同各周波数におけるマスターデータ（設定音圧）と測定データの音圧表を示す図 同マスターデータ（設定音圧）と測定データとの一致具合を示す図 同一致度ηを算出するための導出式を示す図 同各区分時間における一致度ηを示す図 同一致度ηによる判定基準を示す図 同一致度ηを補正する事例を示す図 同各区分時間の分割方法を示す図

符号の説明

１ 回転機構
２ マイクロホン
３ 回転制御機構
４ 増幅器
５ Ａ／Ｄ変換部
６ システム解析部
７ 判定結果表示部
８ 製品（被検査体）
６１ 周波数解析処理部
６２ 基準音データ格納部
６３ 一致度算出処理部
６４ 判定部
６５ 基準値作成部

Claims (2)

1. 人が聴き正常音と判断した製品の音データを基準値として記憶手段で保存し、前記記憶手段により事前に保存されている製品における前記基準値と、計測手段で測定された被検査体の製品から発生する音の測定データとの一致度の、一つあるいは複数を処理手段で算出し、前記処理手段により算出された結果の一致度により製品の異音の良否を判定手段にて判定することを特徴とする異音検査方法。
2. 保存されている基準値となる製品の音データと、被検査体の製品における音の測定データとの一致度の判定を行うための全測定時間を任意の所定数の区間に分割する手段は、前記測定時間を任意の所定数の区間に任意の時間だけ重ねて分割するものとしてなる請求項１に記載の異音検査方法。

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