JP2023119392A - 検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で検査対象物の異常を検査できる検査装置を提供すること。【解決手段】検査装置は、振動センサ、マイクロホン、インパルス応答算出部、除去部、周波数変換部、エネルギー算出部、異常判定部を具備する。振動センサは、振動を励起された検査対象物の振動を検知する。マイクロホンは、検査対象物からの放射音を収集する。インパルス応答算出部は、振動と放射音の音圧とに基づいて、振動センサとマイクロホンとの間のインパルス応答を算出する。除去部は、インパルス応答から不要成分を除去する。周波数変換部は、不要成分が除去されたインパルス応答を周波数特性に変換する。エネルギー算出部は、周波数特性に基づいて振動センサとマイクロホンとの間の音響エネルギーを算出する。異常判定部は、音響エネルギーに基づいて検査対象物の異常の有無を判定する。【選択図】図１

Description

実施形態は、検査装置および検査方法に関する。

音響波などの物理的振動を検査対象物に与えてその挙動を解析することで、軸力低下や亀裂などの異常を、非破壊で検査する技術が提案されている。この種の技術では、スピーカによる音響加振、打音機構による加振、あるいは人によるハンマリング加振などで検査対象物を振動させ、検査対象物からの放射音を収集することで異常の有無や場所を検知することができる。

特開２００９－２８４０９７号公報 特許第５２４２３１３号公報 特許第６１１４５８７号公報

実施形態は、簡易な構成で検査対象物を検査できる検査装置および検査方法を提供する。

実施形態の検査装置は、振動センサと、マイクロホンと、インパルス応答算出部と、除去部と、周波数変換部と、エネルギー算出部と、異常判定部とを具備する。振動センサは、振動を励起された検査対象物の振動を検知する。マイクロホンは、検査対象物の近傍に配置されて検査対象物からの放射音を収集する。インパルス応答算出部は、振動センサにより検知された振動と、マイクロホンにより収集された放射音の音圧とに基づいて、振動センサとマイクロホンとの間のインパルス応答を算出する。除去部は、インパルス応答から不要成分を除去する。周波数変換部は、不要成分が除去されたインパルス応答を周波数特性に変換する。エネルギー算出部は、周波数特性に基づいて振動センサとマイクロホンとの間の音響エネルギーを算出する。異常判定部は、音響エネルギーに基づいて検査対象物の異常の有無を判定する。

図１は、実施形態に係る検査装置の一例を示すブロック図である。 図２は、加振音の除去前後でのインパルス応答と周波数特性をそれぞれ示す図である。 図３は、検査装置の動作原理を説明するための図である。 図４は、複数のマイクロホンごとの音圧について説明するための図である。 図５は、異なる振動モードについて説明するための図である。 図６は、低域共振と高域共振との差異について説明するための図である。 図７は、図１に示される検査装置の動作原理について説明するための図である。 図８は、図１に示される検査装置の動作原理についてさらに説明するための図である。 図９は、実施形態に係る検査装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。 図１０は、実施形態における効果を検証する実験において得られたグラフの一例を示す図である。 図１１は、実施形態における効果を検証する実験において得られたグラフの他の例を示す図である。 図１２は、実施形態における効果を検証する実験において得られたグラフの他の例を示す図である。 図１３は、リアルタイム相互相関処理について説明するための図である。 図１４は、リアルタイムで得られたインパルス応答の一例を示す波形図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。
（構成）
図１は、実施形態に係る検査装置の一例を示すブロック図である。図１に示される検査装置は、加振音源１０１と、スピーカ１０２と、マイクロホン１０３と、レーザセンサ１０７と、処理部１０４と、メモリ１０５と、ディスプレイ１０６とを備える。この検査装置は、例えば加振音を照射することにより検査対象物Ｏに振動を励起し、検査対象物Ｏからの放射音を収集することで検査対象物Ｏにおける異常の有無を検査する。検査対象物Ｏにおける異常は、例えば検査対象物Ｏに発生したき裂Ｃである。

なお、検査対象物Ｏに振動を励起するには、スピーカから加振音を照射することや、打音機構などの機械、または人によるハンマリング加振など様々な方法がある。つまり音響加振信号は、任意の手法で生成されてよい。実施形態においては、スピーカから加振音を照射する方法を例にして説明する。

図１において、加振部としての加振音源１０１は、検査対象物Ｏに照射される加振音を発生させるための音響加振信号を生成する。加振音は、例えば１点の打音でよい。
スピーカ１０２は、検査対象物Ｏに対して向き合うように配置され、加振音源１０１から入力された音響加振信号に従って検査対象物Ｏに加振音を照射する。加振音により、検査対象物Ｏは、全体としてＤ方向に振動し、この振動に伴って検査対象物Ｏからは放射音が放射される。

マイクロホン１０３は、検査対象物Ｏから２．５ｃｍといった、検査対象物Ｏの近傍に配置される。マイクロホン１０３は、検査対象物Ｏからの放射音を収集し、収集した放射音を電気信号に変換して処理部１０４に出力する。

レーザセンサ１０７は、例えばＬＤＶ（Laser Doppler Vibrometer）などの、非接触型の振動センサであり、マイクロホン１０３に対して任意の間隔を空けて配置される。レーザセンサ１０７は、検査対象物Ｏにレーザ光を照射し、反射されたレーザ光のドップラシフトに基づいて検査対象物Ｏの振動を計測し、振動計測信号を生成する。

処理部１０４は、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ又はＤＳＰ等のデジタル信号処理器を有し、検査装置に関わる各種の処理を行うプロセッサである。処理部１０４は、単一のＣＰＵ等で構成されていてもよいし、複数のＣＰＵ等で構成されていてもよい。処理部１０４は、例えばメモリ１０５に記憶されている音響検査プログラムを実行することによって、インパルス応答算出部１０４１と、除去部１０４２と、周波数変換部１０４３と、エネルギー算出部１０４４と、異常判定部１０４５として動作する。

インパルス応答算出部１０４１は、マイクロホン１０３を介して収集される音響信号とレーザセンサ１０７から出力される振動計測信号のそれぞれをサンプリング周波数に従ってサンプリングし、アナログ／ディジタル（ＡＤ）変換してディジタルの検査データを得る。そして、インパルス応答算出部１０４１は、レーザセンサ１０７を介して収集された振動の振動計測信号（デジタルデータ）と、マイクロホン１０３を介して収集された放射音の音圧（デジタルデータ）とに基づいて、デジタル演算処理を行い、マイクロホン１０３とレーザセンサ１０７との間のインパルス応答を算出する。例えば、インパルス応答算出部１０４１は、畳み込み演算を用いた適応同定処理により、インパルス応答を算出する。

除去部１０４２は、インパルス応答算出部１０４１で算出されたインパルス応答のうち、不要成分である加振音Ｎの成分を除去して検査対象物Ｏのき裂Ｃの振動に伴う振動放射音Ｓの成分を抽出する。

図２は、加振音の除去前後でのインパルス応答と周波数特性をそれぞれ示している。図２に示すように、インパルス応答算出部１０４１で収集されるインパルス応答は、加振音Ｎの成分（点線）と、振動放射音Ｓの成分（実線Ｓ）と、微弱振動放射音Ａの成分（一点鎖線）とを含む。このため、インパルス応答に基づいて算出される周波数特性も、加振音Ｎの周波数特性と、振動放射音Ｓの周波数特性と、微弱振動放射音Ａの周波数特性とを含むことになる。

検査対象物Ｏのき裂Ｃの振動に伴う微弱振動放射音Ａは、加振音Ｎに比べて微弱である。つまり、加振音Ｎは、振動放射音Ｓを励起するためには必要であるが、検査対象物Ｏの異常の判定のためには不要なノイズである。そこで、除去部１０４２は、ノイズとなる加振音Ｎの成分をインパルス応答から除去する。

ここで、マイクロホン１０３で収集される加振音Ｎは、スピーカ１０２からの直接波Ｎｄの成分と、検査対象物Ｏからの反射波Ｎｒの成分とを含む。直接波Ｎｄの成分は、マイクロホン１０３の設定又は適応同定処理によって除去され得る。一方、検査対象物Ｏからの反射波Ｎｒの成分は、例えばインパルス応答の最大ピークを検出し、インパルス応答における、最大ピークを含む所定の時間幅の成分、すなわち時間幅相当のサンプリング点数分を除去することで除去され得る。

除去部１０４２は、このようなインパルス応答における、最大ピークを含む所定の時間幅の成分を除去する処理をする。図２のインパルス応答で示すように、振動放射音Ｓの残響は加振音Ｎ（＝Ｎｄ＋Ｎｒ）に比べて長い。そこで、インパルス応答における所定の時間幅の成分を除去することで、除去部１０４２から出力されるインパルス応答に基づいて算出される周波数特性は、振動放射音Ｓの周波数特性だけを含むことになる。異常の有無により振動放射音の周波数特性に違いが生じることから、この違いにより、異常の有無が判定され得る。

周波数変換部１０４３は、除去部１０４２から出力されるインパルス応答を周波数特性に変換する。例えば、周波数変換部１０４３は、ＦＦＴ（Fast Fourier Transformation）を用いてインパルス応答を周波数特性に変換する。

エネルギー算出部１０４４は、周波数変換部１０４３から出力された周波数特性における全域のゲインに基づいてマイクロホン１０３とレーザセンサ１０７との間の音響エネルギー（平均音響エネルギー）を算出する。

異常判定部１０４５は、エネルギー算出部１０４４で算出された音響エネルギーに基づいて、検査対象物Ｏにおける異常の有無と、異常があればその異常の進展の度合いを判定する。例えば、異常判定部１０４５は、検査対象物Ｏと同様の検査対象物において異常があるときの音響エネルギーの閾値を記憶している。異常判定部１０４５は、エネルギー算出部１０４４で算出された音響エネルギーと閾値とを比較することによって、異常の有無を判定する。同様に、異常判定部１０４５は、検査対象物Ｏと同様の検査対象物において異常が進展しているときの音響エネルギーの閾値を記憶している。異常判定部１０４５は、エネルギー算出部１０４４で算出された音響エネルギーと閾値とを比較することによって、異常の進展の度合いを判定する。

メモリ１０５は、ＲＯＭ及びＲＡＭである。ＲＯＭは、検査装置の起動プログラム、処理部１０４によって実行される音響検査プログラムといった各種のプログラムを記憶している。ＲＡＭは、処理部１０４における各種の演算等の際の作業メモリとして用いられ得る。

ディスプレイ１０６は、液晶ディスプレイ及び有機ＥＬディスプレイといったディスプレイであり、各種の画像を表示する。例えば、ディスプレイ１０６は、異常判定部１０４５による異常の有無及びその進展の度合いの判定結果を表示する。

次に、実施形態の検査装置の動作について説明する。まず、検査装置の動作原理を説明する。
図３は、検査装置の動作原理を説明するための図である。最初に、２本のマイクロホン（第１のマイクロホン、第２のマイクロホン）を用いる場合の原理について説明する。
亀裂を生じた構造物を加振すると、き裂の周囲で、高次のローカル振動に近い新たな共振が発生する。加振により、き裂の周辺がローカルに分割振動すると仮定すれば、通常の板共振によるモード振動とは異なり、局所的な不連続、かつ、非対称な振動場となる。この振動場を微小な分割振動と仮定すると、図３に示される検査対象物Ｏの表面の微小要素（数ｍｍサイズ）が複数２次元平板に分布し、異なる複素振幅で振動しているモデルと見なすことができる。

この振動放射音を、２本のマイクロホンを用いてそれぞれ収集する場合、マイクロホン間の伝達関数Ｇは、分割振動群の各要素間の複素振動振幅αｉと、この分割振動放射音を発生させる音源、すなわち、分割要素の位置からマイクロホンまでの距離ｒが関連する伝搬パス比による係数βｉとの関数になることがわかる。

劣化度合い（き裂の深さ等）の違いなどで振動しやすくなれば、振動変位、速度、振動体積速度ｑｉ（＝振動速度×要素面積）の増加により、αｉは増加する。ここで、体積速度ｑｉをｑ１との比で表してｑｉ＝αｉｑ１とすることもできる。劣化のサイズや進展によっては放射音の放射位置も変化し、よってβｉも変化する。従って、２本マイク間伝達関数Ｇの変化に基づいて、劣化部位を音響加振することで生じた発生する振動を計測できる。

２本のマイクロホン間の伝達関数Ｇ（インパルス応答）は、式（１）で表される。式（１）の＊（アスタリスク）は、複素共役を表す記号である。

図４に示されるように、振動要素Ｅｉから第１のマイクロホンまでの距離をｒ１ｉとし、振動要素Ｅｉから第２のマイクロホンまでの距離をｒ２ｉとして、第１のマイクロホンの音圧をＰ１とし、第２のマイクロホンの音圧をＰ２とする。また、振動要素Ｅｉにおける体積速度（＝振動要素Ｅｉにおける振動速度ｖｉ×振動要素Ｅｉの面積ｓｉ）をｑｉとすると、Ｐ１，Ｐ２を式（２）で表すことができる。

図５は、異なる振動モードについて説明するための図である。（Ａ）は点振動を示し、（Ｂ）は面全体の一様な振動を示し、（Ｃ）は局所振動を示す。き裂がない状態の一般的な振動場において、点振動源の場合、あるいは、面全体が一様に振動する場合のマイクロホン間の伝達関数Ｇは、式（３）に示される。

式（３）に示されるように、２本のマイクロホン間の伝達関数Ｇに振動情報ｑｉが含まれないことから、放射音を検知することができない。

マイクロホンを対象部位から遠ざけた場合のマイクロホン間の伝達関数Ｇは、式（４）に示される。

式（４）に示されるように、この場合も振動情報ｑｉが含まれなくなるので、放射音を検知することはできない。

一方、図５（Ｃ）の局所振動の場合には、規則的な振動モード放射でないので、不規則な局所放射を検知することが可能である。つまり、式（５）に示されるように、各部位からマイクロホンまでの伝搬距離ｒｉに違いがあることが要点になる。すなわち、き裂部が加振されて発生する振動では、局所的に異なる体積速度ｑｉ（振幅位相）で振動する各部位からマイクロホンまでの伝搬距離ｒｉの違いも効果をもたらす。従って放射音を検知することが可能となる。

図６は、低域共振と高域共振との差異について説明するための図である。図５（Ｃ）の局所振動は、高域共振に相当する。高域共振は、分割振動の各要素の振幅のばらつきが大きい。また、高域共振は、分割振動の各要素からマイクロホンまでの距離差で位相ずれが起こりやすく、音圧干渉を生じやすい。いずれも２本マイクにより放射音を検知することが容易な振動であり、き裂や、軸力の低下などによる共振はこのケースに該当する。

式（６）は、分割振動の各要素からマイクロホンまでの距離差を示す。

式（７）は、振動放射面において変化する係数を示す。

式（８）は、高域共振における伝達関数Ｇを示す。

一方、低域共振は、構造物全体が共振するような共振であり、分割振動の各要素間でのばらつきが少ないので、到来音圧による音圧干渉が起こりにくい。よって低域共振をベースとする、例えば、振動減衰特性の劣化などは２本マイクでの検知では情報を得ることが難しい。

そこで、実施形態では２本マイクに代えて、図１に示されるように、全体的な振動情報を得られるマイクロホン１０３と、局所的な振動情報を得られるレーザセンサ１０７とで個別に計測を行い、レーザを照射された振動要素の振動からマイクロホン１０３までの放射音圧の伝達関数を計測する。

図７は、図１に示される検査装置の動作原理について説明するための図である。図７において、ホワイトノイズなどのランダム信号をアンプで増幅し、スピーカ１０２から音響加振音Ｎを放射する。これを照射されたき裂パネル（検査対象物Ｏ）は加振され、パネル振動放射音Ｓを放射する。き裂があれば、併せて微弱振動放射音Ａも発生する。パネル振動放射音Ｓおよび微弱振動放射音Ａは、マイクロホン１０３で集音されて電気信号に変換される。

一方、レーザセンサ１０７により検査対象物Ｏの表面の振動が計測され、振動計測信号が取得される。そして、マイクロホン１０３とレーザセンサ１０７との間のインパルス応答（振動放射伝達関数）が計測される。このインパルス応答において、不要成分としてのパネル音響加振波（加振音Ｎ）を除去することにより、埋もれていた微弱な振動放射音Ａを抽出し、さらに、広帯域領域の周波数特性に基づいて、き裂により発生する微弱な振動の有無を診断することができる。

検査対象物Ｏに向けて加振音を照射したとき、検査対象物Ｏは全体としてＤ方向に振動する（図１）。このとき、検査対象物Ｏの異常、例えばき裂Ｃの無い箇所は一様にＤ方向に振動する。一方、き裂Ｃの箇所については、図３に示すように、き裂Ｃの部位とその周辺は、他の部位のような板共振によるモード振動とは違い、局所的で不連続、かつ、非対称な振動場を有する。

このようなき裂Ｃにより発生する振動は、図４に示すような、数ｍｍサイズの多数の振動要素Ｅｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）が２次元平板に分布し、それぞれの振動要素Ｅｉが異なる複素振幅で振動しているモデルで表される。実施形態の検査装置は、このようなモデルの振動に基づく放射音を検知する。そこで実施形態の検査装置は、マイクロホン１０３で検査対象物Ｏからの放射音を検知することと、レーザセンサ１０７で検査対象物Ｏの振動を直接検知することとを実施する。

図８は、図１に示される検査装置の動作原理についてさらに説明するための図である。図８において、加振力をＦとし、レーザセンサによる計測値をｖ１とし、マイクロホン音圧をＰｖで表すと、各パラメータ間の関係が（９）に示される。

式（１０）は、音響加振波（加振音Ｎ）を含むインパルス応答Ｇ、および音響加振波（加振音Ｎ）のマイクロホン音圧ＰＲを示す。

式（１１）は、マイクロホン１０３の位置でのパネル振動放射音Ｐｖを示す。

式（１２）は、音響加振波（加振音Ｎ）を除去したインパルス応答Ｇを示す。

式（１２）において、ｎ次共振減衰率ξを一定とし、パネル全体とレーザ振動部位とでは減衰率が異なる（背面分散制御）と仮定すると、式（１３）を得る。

（作用）
図９は、実施形態に係る検査装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。図９の処理は、主に処理部１０４によって行われる。
ステップＳ１において、加振音源１０１は、検査対象物Ｏに対して加振音を照射する。

ステップＳ２１において、マイクロホン１０３は、集音を実施する。
ステップＳ２２において、レーザセンサ１０７は、検査対象物Ｏの表面の振動を計測する。

ステップＳ３において、処理部１０４は、マイクロホン１０３で収集される音響信号の音圧と、レーザセンサ１０７で取得される振動計測信号とに基づき、マイクロホン１０３とレーザセンサ１０７との間のインパルス応答を算出する。
ステップＳ４において、処理部１０４は、算出したインパルス応答における加振音の成分を除去する。

ステップＳ５において、処理部１０４は、例えばＦＦＴにより、加振音の成分が除去されたインパルス応答を周波数特性に変換する。
ステップＳ６において、処理部１０４は、周波数特性からマイクロホン１０３とレーザセンサ１０７との間の平均音響エネルギーを算出する。
ステップＳ７において、処理部１０４は、例えば算出した平均音響エネルギーを閾値と比較することで検査対象物Ｏにおける異常の有無及びその進展の度合いを判定する。
ステップＳ８において、処理部１０４は、異常の有無及びその進展の度合いの判定結果を異常の診断結果として例えばディスプレイ１０６に出力する。

レーザセンサ１０７は、パネル上の１点の振動を計測するので、パネル振動面に局所的に発生する微弱なき裂など劣化によって起こる振動を取得できるとは限らない。レーザセンサ１０７だけで異常の有無を診断するには、レーザセンサ１０７でパネル全体をスキャニングする機構が必要になる。接触型の加速度センサを用いる場合も同様に、異常の有無を診断するには多点で計測することが必須である。

そこで、実施形態では、レーザ振動とマイクロホン音圧との２点間でのインパルス応答を計測する。そして、インパルス応答から最大ピークとなる音響加振波を除去することで、レーザで取得する１点よりも広い領域の振動情報を再現できるようにした。このようにすることで、レーザによる１点での計測では取得困難な、微弱な振動を検知することが可能になる。

（効果）
図１０は、実施形態における効果を検証する実験において得られたグラフの一例を示す図である。検証実験にあたり、レーザセンサ１０７では計測できないが、マイクロホン１０３では計測できる異常微弱振動モデルを作成した。このモデルは、模擬信号（微弱振動放射音）を作成し、これを実測マイクロホン信号にのみ加算することで作成された。

上記モデルを用いて、レーザセンサ１０７で振動計測信号を得て、マイクロホン１０３で音圧信号を得て相互のインパルス応答を算出した。このインパルス応答から最大ピーク成分を除去したことにより、音響加振に埋もれた微小振動が再現された。また、模擬信号を加算すると微小振動の信号帯域が増加し、振動を停止すると（模擬正常）と微小振動の信号帯域は消滅した。これにより、実施形態の計測装置の動作原理を確認することができた。

図１１および図１２は、実施形態における効果を検証する実験において得られたグラフの他の例を示す図である。レーザセンサ１０７による１点計測での振動場の減衰率と、マイクロホン音圧として収音される対象物全体の振動放射音の発生振動場の減衰率との比率は、レーザ振動に対するマイクロホン音圧の２点間インパルス応答に反映される。このことを、検査対象物Ｏの裏面にテープを貼り、テープの無い場合との振動減衰の違いを比較することで検証した。

図１１は、２本マイク間のインパルス応答から加振波を除去した後の波形を、テープなしのケースとテープあり（３個）のケースとで比較して示す。インパルス応答Ｇは式（１４）で表される。

図１１のグラフは、いずれのケースもほぼ同じ共振周波数特性を示しており、差異を見出すことが難しい。よって振動放射波をはっきりと捉えることができない。

図１２は、実施形態での、レーザセンサで計測された振動とマイクロホンで収集された音圧との２点間インパルス応答から加振波を除去した後の波形を、テープなしのケースとテープありのケースとで比較して示す。

テープなしのケースでの減衰率比をγ１とし、インパルス応答をＧ１とすると式（１５）が成立する。

テープありのケースでの減衰率比をγ２とし、インパルス応答をＧ２とすると式（１６）が成立する。

図１２のグラフは、振動放射波の衰退を顕著に示し、このことから、レーザセンサ１０７とマイクロホンとの２点間インパルス応答を解析する、実施形態での手法の有効性を確認することができた。テープの有無による減衰比がそのまま波形に反映される場合のインパルス応答Ｇは、式（１７）で表される。

以上説明したように実施形態によれば、検査対象物の異常を検査する検査装置において、１つのレーザセンサで検査対象物の振動を計測して得られた振動情報と、１本のマイクロホンを用いて検査対象物から収集された放射音による振動情報とが取得される。これにより、き裂の有無及びその進展がレーザセンサとマイクロホンとの間の伝達関数の変化として現れるため、レーザセンサとマイクロホンとを用いるだけという簡易な構成でき裂の有無及びその進展の度合いが判定され得る。

音響加振により微弱な振動をより強く励起させ、２本のマイクロホンで空間伝達関数（インパルス応答）を計測し、そこに現れる最大ピーク成分の加振波を除去することで、加振波に埋もれた微弱振動を抽出することができる。この方法は、平板共振振動など対象面全体が共振モードで振動している場合、これ自体の減衰変化などを検知することが難しい。

一方、剥離などの異常により局所的に振動部位が変化することをレーザで直接計測する方法がある。しかしレーザ振動は構造物の表面の１点の振動情報を取得できるに留まる。マイクロホン音圧は対象物全体の振動部位から放射される音すべてを１点で収録できる利点があるが、それぞれを単独で取得する場合は外乱影響などのノイズも加わる。特に、微弱な振動放射音の検知の場合はノイズ除去をしなければ、精度を期待することが難しい。

そこで実施形態では、加振部（加振音源１０１）により構造物に加振信号を与えて対象部位全体を加振する。そして、振動センサ（レーザセンサ１０７）で得られた検査対象物の表面の１点の振動と、マイクロホン音圧とから算出したインパルス応答の初期最大ピークから音響加振波を除去する。これにより、埋もれていた微弱な振動放射音を抽出し、構造物の劣化（軸力低下、き裂、制振劣化など）で生じる振動特性の変化を周波数特性から判断し、構造物の異常を診断できるようにした。このようにすることで、２本マイク方式では検知できなかった有益な振動情報も補完することができる。

しかも、２本マイク方式では２つのマイクの設置位置をシビアに設定する必要があったのに比べ、実施形態におけるマイクロホン１０３の位置と、レーザセンサ１０７の位置関係は、センシティブでない。これにより作業手順をさらに簡易なものとすることができる。

つまり、２本のマイクロホンの配置は、微弱振動の各分割要素点の位置からマイクロホンまでの距離と各点の体積速度で決まる。仮に微弱振動の規模が一定であっても、これと基準マイクまでの距離に応じて結果は異なる。実際の現場では、微弱振動の発生規模と位置が未知であることから、最適なマイクロホン間隔を導出することは難しい。

これに対し実施形態では、マイクとレーザセンサで個別に収集したデータから対象物を検査できるので、マイクとレーザセンサとの位置に関する配慮が不要になる。従ってマイクとレーザセンサとの設置位置や互いの間隔に関する試行錯誤を不要にでき、作業手順を大幅に簡略化することができる。Ｓ／Ｎ比を高めるにはマイクロホンをできるだけ近づける方が優位であり、単純にマイクを対象物に接近させればよいので、システム設計がシンプルになる。

さらに、マイクロホンは、微弱振動近傍における計測分解能が、レーザセンサよりも低い傾向がある。一方、マイクロホンの設置位置から離れたところに微弱振動が発生しても、マイクロホン正面のレーザセンサでは、微弱振動を高いＳ／Ｎ比で検出できる。この情報をもとに微弱振動の有無を検知できる。つまり、振動センサを利用することでマイクロホンから離れた位置の微弱振動を検知することが可能となり、マイクを複数本用いる方式よりも高い計測分解能を期待できる。

＜リアルタイム処理について＞
ここで、インパルス応答をリアルタイムで算出する処理について説明する。例えば、走行する車両から道路に向けて探知音を照射し、反射音を含む音響情報をマイクで集音して道路を検査する検査車両が知られている。この種の技術分野においては、インパルス応答をリアルタイムで算出できる技術が高く要望されている。

２つの信号からインパルス応答を算出するための処理として、適応フィルタ処理と、相互相関処理とが著名である。このうち相互相関処理が、リアルタイムでの処理に有利である。

図１３は、リアルタイム相互相関処理について説明するための図である。例えば２本のマイクロホンを用いて音響信号を収集することを考える。チャネル１（ｃｈ１）のマイクとチャネル２（ｃｈ２）のマイクとで、ＡＤの各点ごとにそれぞれサンプリングされた音響信号を時系列（ｎ，ｎ－１，…）で配列してメモリ（図示せず）に格納する。そして、各チャネルのデータから、現在時刻ｎを基準とするチャネル間の正相関データを取得し、時系列での相互相関を順次算出する。このような処理により、マイク移動に伴って時々刻々と変化する相互相関出力が得られ、２つの信号間のインパルス応答をリアルタイムで算出することができる。

図１４は、リアルタイムで得られたインパルス応答の一例を示す波形図である。インパルス応答は、点線で示される加振音の波形と、一点鎖線で示される振動放射音の波形とを含む。このうち加振音の波形は、第１のピークと第２のピークとを含む。第１のピークのレベルは、チャネル１のマイクとチャネル２のマイクとの間隔の関数になる。第２のピークの出現位置は、第１のピークの起点から、検査対象物と基準マイク（例えば検査対象物に近いほう：チャネル１）との間隔の関数になる。

そこで、リアルタイム処理では、図１４の点線の矩形領域に示すように、第１のピークの起点から第２のピークの起点までを処理対象（検知窓）とする。そして、この区間に対して実施形態で説明したように、第１のピークである不要成分の除去を適用し、周波数解析を行う。このような処理により、微弱音を捉えて異常の有無を検知する処理を、リアルタイムで行うことが可能になる。

もちろん、相互相関処理は系が停止している状態でも同様に適用することができる。つまり実施形態によれば、相互相関処理を用いることで、バッチ処理、リアルタイム処理のいずれにも適用可能な音響検査技術を提供することが可能である。

さらに、２本マイクで得られたインパルス応答に限らず、振動センサとマイクロホンとで個別に収集した情報から得られたインパルス応答に対しても、相互相関処理を適用してリアルタイム処理を行うことができる。つまり、マイクロホンおよび振動センサは、それそれ第１の信号を出力する第１のセンサ、第２の信号を出力する第２のセンサとして捉えることができる。

そこで、第１の信号と第２の信号との相互相関により得られたインパルス応答から、第１のピークの起点から第２のピークの起点までを処理対象とする。第１のピークは、第１のセンサと第２のセンサとの間隔で求まり、第２のピークの起点は、検査対象物と基準センサとの間隔に応じた時間幅で求まる。そして、第１のピークを除去したインパルス応答波形を周波数解析することで、センサの種別によらず、リアルタイムの非破壊検査を実現することができる。

なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば図１の加振音源１０１、スピーカ１０２に代えて、検査対象物Ｏに物理的な打撃を与える、打音機構を用いても良い。また、レーザセンサ１０７に代えて、検査対象物Ｏに取り付けられて検査対象物Ｏの振動を収集する、接触型センサを用いても良い。例えば、小型ハンマと、加速度センサと、小型マイクロホンと、小型端末とをパッケージし、ハンドキャリ計測を模擬した活用シーンを考えることができる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０１…加振音源、１０２…スピーカ、１０３…マイクロホン、１０４…処理部、１０５…メモリ、１０６…ディスプレイ、１０７…レーザセンサ、１０４１…インパルス応答算出部、１０４２…除去部、１０４３…周波数変換部、１０４４…エネルギー算出部、１０４５…異常判定部。

Claims (9)

1. 振動を励起された検査対象物の前記振動を検知する振動センサと、
   前記検査対象物の近傍に配置されて前記検査対象物からの放射音を収集するマイクロホンと、
   前記振動センサにより検知された振動と、前記マイクロホンにより収集された前記放射音の音圧とに基づいて、前記振動センサと前記マイクロホンとの間のインパルス応答を算出するインパルス応答算出部と、
   前記インパルス応答から不要成分を除去する除去部と、
   前記不要成分が除去されたインパルス応答を周波数特性に変換する周波数変換部と、
   前記周波数特性に基づいて前記振動センサと前記マイクロホンとの間の音響エネルギーを算出するエネルギー算出部と、
   前記音響エネルギーに基づいて前記検査対象物の異常の有無を判定する異常判定部と、を具備する検査装置。
2. 前記インパルス応答算出部は、前記計測された振動を基準として前記インパルス応答を算出する、請求項１に記載の検査装置。
3. 前記除去部は、前記検査対象物の振動面と前記マイクロホンとの間隔に応じた時間幅に相当するインパルス応答の成分を除去する、請求項１に記載の検査装置。
4. さらに、前記検査対象物に振動を励起する加振部を具備する、請求項１に記載の検査装置。
5. 前記加振部は、前記検査対象物に向けて加振音を照射する音源である、請求項４に記載の検査装置。
6. 前記加振部は、前記検査対象物を打撃する打音機構である、請求項４に記載の検査装置。
7. 前記振動センサは、前記検査対象物に照射されたレーザ光のドップラシフトに基づいて前記検査対象物の振動を計測する非接触型センサである、請求項１に記載の検査装置。
8. 前記振動センサは、前記検査対象物に取り付けられて検査対象物の振動を収集する接触型センサである、請求項１に記載の検査装置。
9. 加振部が、検査対象物に振動を励起することと、
   振動センサが、前記検査対象物の振動を検知することと、
   前記検査対象物の近傍に配置されるマイクロホンが、前記検査対象物からの放射音を収集することと、
   プロセッサが、前記振動センサにより検知された振動と、前記マイクロホンにより収集された前記放射音の音圧とに基づいて、前記振動センサと前記マイクロホンとの間のインパルス応答を算出することと、
   前記プロセッサが、前記インパルス応答から不要成分を除去することと、
   前記プロセッサが、前記不要成分が除去されたインパルス応答を周波数特性に変換することと、
   前記プロセッサが、前記周波数特性に基づいて前記振動センサと前記マイクロホンとの間の音響エネルギーを算出することと、
   前記プロセッサが、前記音響エネルギーに基づいて前記検査対象物の異常の有無を判定することと、を具備する検査方法。