JPH03120459A - Detection of defect - Google Patents

Detection of defect

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JPH03120459A
JPH03120459A JP1259184A JP25918489A JPH03120459A JP H03120459 A JPH03120459 A JP H03120459A JP 1259184 A JP1259184 A JP 1259184A JP 25918489 A JP25918489 A JP 25918489A JP H03120459 A JPH03120459 A JP H03120459A
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vibration
defect
measured
peak
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Kiyoshi Tsuboi
坪井 淨
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Abstract

PURPOSE:To easily detect a defect by applying an oscillation to an object to be measured having the circular or elliptic cross section and exciting at least two places with a space of different angle deviated from a specified angle each other at the positions along the cross section. CONSTITUTION:Two positions with the space of different angle deviated from 90 deg.Xn (=90 deg., 180 deg., 270 deg.) on the object to be measured, e.g. the 1st exciting position P1 and 2nd position P2 distant from the P1 by 22.5 deg., are excited. For this procedure, a stage for measurement is made capable of turning within the horizontal face and the cylindrical object to be measured is placed thereon by making it to align so as the center line position coincides with a turning center position of the stage. Then, the position P1 on the side peripheral face of object is excited at first, and after that, the stage is turned by 22.5 deg. to excite the position 2 on the side peripheral face of the object. Consequently, even if a fundamental natural oscillation is too large or the oscillation due to the defect is too large at one of the excited positions P1, such oscillation states do not occur at another excited position P2. Thus, by superposing both oscilla tion analyses results, existence of defect can be easily discriminated.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

この発明は、被測定物の亀裂や凹みあるいは空洞などの
欠陥の検出方法に関する。
The present invention relates to a method for detecting defects such as cracks, dents, and cavities in an object to be measured.

【従来の技術】[Conventional technology]

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。 ところで、この種の欠陥の検出方法としては、従来、超
音波の反射による方法、AE(アコースティックエミシ
ョン)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、渦
電流法などがある。
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 these cracks, cavities, and dents can be detected on the parts manufacturing line before engine assembly. By the way, conventional methods for detecting this type of defect include a method using reflection of ultrasonic waves, a method using acoustic emission (AE) to detect sound when a crack occurs, an observation method using a CCD camera, an X-ray photography method, and a color check method. method, eddy current method, etc.

【発明が解決しようとする課題】[Problem to be solved by the invention]

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った。 すなわち、例えば超音波探傷法は、被Δ−1定物に接触
させて欠陥を検出する方法であり、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11−1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
の欠陥以外のじみや模様があっても、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
判定できない。 また、X線写真法は、直接、目視できるので有効だが、
Xl19I量の調整が厄介で観測できなかったりすると
共に、被測定物の全数検査ができず、製造ライン上での
検査に向かない。 さらに、渦電流法では、被測定物を高速で回転させる必
要がある。また、感度を上げるためにセンサを被測定物
に近づけ、−様に移動させる必要があるが、被測定物に
凹凸がある場合は測定が非常に困難である。 そこで、この発明の発明者は、以上の点に鑑み、非接触
で被測定物の欠陥の検出ができ、取り扱いが容易な新規
な検出方法を考案した。 この新規な欠陥検出方法は、被測定物に振動を加え、そ
の被測定物の固有振動から欠陥を検出する方法である。 すなわち、この新規な欠陥検出方法は、次のようなもの
である。 先ず、この新規な欠陥検出方法及び装置における検出原
理について考察する。この方法は、以下に説明するよう
に、発明者が研究の結果、創作したものである。 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。 今、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
ックアップする。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2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、大きさにより定
まっている。 これに対し、被測定物の円筒の壁面を貫通する亀裂(以
下クラックという)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3
図に示すように、クラック1の存在によりこのクラック
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
品の基本固有スペクトルより低い周波数側にクラックに
よる振動のスペクトルが生じるためである。 すなわち、クラックのみがシリンダ部品に存在している
場合には第2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の下側にクラックによ
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2図Aのクラ
ックの無い場合の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、クラックの大きさ(長さ)は、スペクトルの
ピーク11と12との周波数差fKに比例する。ここで
、クラックの大きさとは、クラック部分の容積を指すが
、被7]P1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、
クラッ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tK−5Hzは、長さ41IIのク
ラックの存在を示していることが確かめられた。 なお、クラックが微小な場合には、これら奇数次のスペ
クトルのQ値(=(f+   f2)/fo。 第4図参照)が大きくなって、幅が広がる。これは、基
本固有振動スペクトルと、クラックによる振動のスペク
トルとが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。 したがって、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、クラッ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の、円筒
の壁面を貫1していない非貫通欠陥があった場合には、
貫通欠陥であるクラックが他に存在しなければ第2図C
に示すように1次又は3次スペクトル等の奇数次スペク
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、鋳巣等は検出できない。これ
は1次スペクトルとして現われる振動は円周に沿っての
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2図Cは空洞や凹
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、
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との周波
数差f 11が非貫通欠陥の大きさに比例している。 また、貫通欠陥と非貫通欠陥と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Cよ多々ある)、
第2図り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1
5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はクラッ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(1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・ツクの存在の影響力5あるので、2次スペクトルに
ついての上記2つのビーク位置の周波数差f 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
fKを減算したものとなる。 鋳巣や凹み等の非貫通欠陥が微小な場合には、クラック
の場合と同様に、非貫通欠陥のスペクトルは2次の基本
固有スペクトル中に隠れてしまうが0、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。 ところで、以上説明した新規な欠陥検出方法は、被測定
物を加振する必要があるが、被測定物を1箇所のみにお
いて加振すると、次のようなr!rIlfiがある。 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、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、第5図に示す
ように、加振位置を円筒の外側円周に沿った円周5の上
にとって、その1周分の各角度位置における前記被11
FJ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ットして行くと
、基本固有振動のスペクトルのピーク値は、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、波形
7のようになる。 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6図に示すように、−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。したがって、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、この第5図からも明らかなように、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
の場合もある。被測定物に欠陥が存在する場合の2つの
スペクトルのピークの存在を短時間に判別するには、両
者がともに等しい振幅となる位置で加振できればよい。 しかしながら、本来、被測定物における欠陥の位置は不
明であるから、欠陥の位置に対し、加振位置をどのよう
な位置にするかを定めることは不可能である。このため
、1箇所のみの加振の場合には、加振位置によって、欠
陥部の振動が大きすぎたり、基本固有振動が大きすぎた
りする。このような場合には、被測定物の材質、の違い
によるスペクトル変化と、欠陥の存在によるスペクトル
変化とを判別することが困難になり、判別に長時間を要
するという問題がある。 この発明は、上記の点に鑑み、上述のような新規な欠陥
検出方法において、欠陥の検出を容易にする加振方法を
提供することを目的とする。 振動を加えて、その振動をピックアップし、上記被測定
物の固有振動から欠陥を検出する方法であって− 上記断面に沿った位置で、且つ、互いに90″X n 
(n−1+  2 +  3 )よりずれた角間隔だけ
異なる少なくとも2箇所を加振するようにした欠陥検出
方法である。
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 it into contact with a Δ-1 fixed object, but due to the straightness of the ultrasonic waves, only the area where the sensor is applied can be measured, and defects may be caused by misalignment on the sensor connection surface. It is difficult to distinguish between waves because of reflections or because the visible waveforms differ depending on slight angle differences. Further, in the case of the AE method, it is a contact method like the ultrasonic flaw detection method, and 11-1 cannot be determined unless the crack is progressive. On the other hand, if the crack is progressive, the crack will be measured as it expands. Furthermore, the observation method using a CCD camera has the disadvantage that even if there are blemishes or patterns other than defects such as cracks or dents, the judgment is disturbed, and cavities called "su" in cast objects cannot be judged. In addition, X-ray photography is effective because it allows direct visual observation, but
Adjustment of the amount of Xl19I is troublesome and it may not be possible to observe it, and it is not possible to inspect all the objects to be measured, so it is not suitable for inspection on a production line. Furthermore, in the eddy current method, it is necessary to rotate the object to be measured at high speed. Furthermore, in order to increase the sensitivity, it is necessary to bring the sensor closer to the object to be measured and move it in a negative direction; however, if the object to be measured has unevenness, measurement is extremely difficult. Therefore, in view of the above points, the inventor of the present invention has devised a new detection method that can detect defects in a workpiece without contact and is easy to handle. This novel defect detection method is a method in which vibration is applied to an object to be measured and defects are detected from the natural vibration of the object. That is, this new defect detection method is as follows. First, the detection principle of this new defect detection method and apparatus will be considered. This method was created by the inventor as a result of research, as explained below. For example, consider a hollow cylindrical cylinder part made of a cast material as the object to be measured. Now, vibration is applied to this cylinder part by applying a shock, etc., and this vibration is picked up by a vibration detection sensor with a displacement type or a sharp direction. Then, in the case of a hollow cylinder without defects such as cracks, cavities, dents, etc., when the spectrum of its natural vibration is analyzed, as shown in Figure 2A, the first, second, etc.
..., a spectrum having one peak for each order is obtained. The frequency at which the peak appears in this spectrum is determined by the shape and size of the object to be measured. On the other hand, when there is a crack penetrating the cylindrical wall of the object to be measured (hereinafter referred to as a crack), when paying attention to the odd-order spectrum such as the 1st and 3rd order, the peak of the spectrum is divided into two. can be observed. This is the third
As shown in the figure, due to the presence of the crack 1, the vibration waves propagating on the cylindrical side surface of the cylinder 2 cannot pass through the crack 1, and the vibration propagation path is detoured as shown by the dotted line 3 in the figure. This is because the vibration spectrum due to cracks is generated on the lower frequency side than the basic natural spectrum of the cylinder component. In other words, when only cracks exist in the cylinder part, the peak 12 of the vibration spectrum due to the crack is separated below the peak 11 of the first spectrum of the basic natural vibration spectrum, as shown in Figure 2B. appear. 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. 2A. The secondary spectrum remains with one peak. In this case, the size (length) of the crack is proportional to the frequency difference fK between peaks 11 and 12 of the spectrum. Here, the size of a crack refers to the volume of the cracked part, but if the object 7]P1 is a cylinder, the thickness is constant and the width of the crack is so small that it can be ignored, so
This will show the length of the crack. In the case of the cylinder part of this example, a frequency difference tK-5Hz was found to indicate the presence of a crack of length 41II. Note that when the crack is minute, the Q value (=(f+f2)/fo, see FIG. 4) of these odd-order spectra becomes large and the width becomes wide. This is considered to be because the fundamental natural vibration spectrum and the spectrum of vibration due to cracks are observed as a combination without being separated. Therefore, by detecting the magnitude of the Q value of the odd-order, for example, first-order spectrum, it is possible to determine the presence or absence of cracks. Next, if the cylinder part of the object to be measured has a non-penetrating defect such as a blowhole or a dent that does not penetrate the wall of the cylinder,
If there are no other cracks that are penetrating defects, Fig. 2C
As shown in the figure, an odd-order spectrum such as a first-order or third-order spectrum is not divided into two, and blowholes etc. cannot be detected just by focusing on the odd-order 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 even-order, for example, second-order spectra,
When looking at a portion such as a depression in the thickness direction, it is possible to consider a detour route, so it is possible to observe that the spectrum is divided into two. In other words, Fig. 2C shows a case where only non-penetrating defects such as cavities and dents exist, and the secondary spectrum is divided into two peaks: peak 13 of the basic natural vibration spectrum and peak 14 of the vibration spectrum due to the non-penetrating defect. The peaks are separated. In this case as well, the energy of both (
The sum of amplitudes) is equal to that without a non-penetrating defect,
The spectrum of vibrations due to non-penetrating defects appears lower in frequency than the second-order fundamental natural vibration spectrum for the same reason as described above. In this case as well, the frequency difference f 11 between the peaks 13 and 14 of both spectra is proportional to the size of the non-penetrating defect. In addition, when there are through-hole defects and non-through-hole defects at the same time (a crack is often followed by a dent as in C),
As shown in the second diagram, when we look at the primary spectrum and secondary spectrum of the fundamental natural vibration, both spectra have two peaks. For the primary spectrum, peak 1
5 is a spectrum of fundamental natural vibration, and a peak 16 below it is a spectrum of vibration due to a penetrating defect such as a crack. Regarding the secondary spectrum (1), peak 17 is the spectrum of the fundamental natural vibration, and peak 18 below it is the spectrum of vibration due to non-penetrating defects such as dents.However, in this case, the non-penetrating The size of the defect is influenced by the presence of cracks, which are penetrating defects, in the spectrum due to non-penetrating defects, so from the frequency difference f H between the two peak positions in the secondary spectrum,
It is obtained by subtracting the frequency difference fK between the two peak positions for the primary spectrum. When a non-penetrating defect such as a cavity or a dent is minute, the spectrum of the non-penetrating defect is hidden in the second-order fundamental eigenspectrum, as in the case of cracks, but its Q value becomes large. By determining the magnitude of the Q value, micro cavities and dents can be detected. By the way, the novel defect detection method described above requires the object to be measured to be vibrated, but if the object to be measured is vibrated at only one location, the following r! There is rIlfi. In other words, as mentioned above, when the vibration is applied, the sum of the energy of the basic natural vibration and the energy of the vibration of the defective part is:
Although it is constant regardless of the excitation position, since the magnitude of both vibrations differs depending on the excitation 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, as shown in FIG. 5, the excitation position is set on the circumference 5 along the outer circumference of the cylinder, and the object 11
When the peak value of the primary spectrum of the natural vibration of the FJ constant is plotted as the magnitude from the center 0 point of the circumference 5, the peak value of the spectrum of the basic natural vibration becomes as shown in waveform 6, The spectrum of vibration due to the defect is as shown in waveform 7. 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 Figure 6, as shown by the - dotted chain line. The vibration repeats the state shown by 8 and the state shown by the two-dot chain line 9, and the position B, which is 180 degrees different from the excitation position A, vibrates in exactly the same way, and the position C, which is 90 degrees different from the excitation position A, vibrates in exactly the same way.
, D vibrate in opposite phases. Therefore, even if the vibration is applied at any of the positions A, B, C, and D that are different from each other by 90 degrees, the result shown in FIG. 5 can be obtained. As is clear from FIG. 5, at the excitation position where the peak of the spectrum of fundamental natural vibration is large, the peak of the spectrum of vibration due to defects becomes small, and vice versa. In order to quickly determine the presence of two spectral peaks when a defect exists in the object to be measured, it is sufficient to be able to vibrate at a position where both peaks have the same amplitude. However, since the position of the defect in the object to be measured is originally unknown, it is impossible to determine the position of the vibration excitation relative to the position of the defect. For this reason, in the case of excitation at only one location, the vibration of the defective part may be too large or the fundamental natural vibration may be too large depending on the position of excitation. In such a case, it becomes difficult to distinguish between a spectral change due to a difference in the material of the object to be measured and a spectral change due to the presence of a defect, and there is a problem in that it takes a long time to make the distinction. In view of the above points, it is an object of the present invention to provide a vibration excitation method that facilitates defect detection in the above-described novel defect detection method. A method of applying vibration, picking up the vibration, and detecting defects from the natural vibration of the object to be measured, the method comprising: applying vibration, picking up the vibration, and detecting defects from the natural vibration of the object to be measured;
This is a defect detection method in which at least two locations that differ by an angular interval deviated from (n-1+2+3) are vibrated.

【作用】[Effect]

90@Xn (■90@  180@  270”)よ
りずれた角間隔異なる、例えば2rf4所で加振が行わ
れるので、一方の加振位置で基本固有振動が大きすぎた
り、欠陥による振動が大きすぎたとしても、他方の加振
位置では、そのようなことはない。したがって、両者の
振動分析結果を重ね合わせることにより、欠陥の有無の
判別を容易に行うことが可能になる。
90@Xn (■90@180@270") Since the excitation is performed at 4 different angular intervals, for example 2rf, the basic natural vibration is too large at one excitation position, or the vibration due to defects is too large. However, such a problem does not occur at the other excitation position. Therefore, by overlapping the vibration analysis results of both, it becomes possible to easily determine the presence or absence of a defect.

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

この発明は、断面が円または楕円の被測定物に This invention applies to objects with a circular or elliptical cross section.

【実施例】【Example】

以下、この発明による欠陥検出方法の一実施例を図を参
照しながら説明しよう。 第7図は、この発明方法が適用された゛欠陥検出装置の
一実施例を示し、この例は製造ラインを流れてくる円筒
状シリンダ部品を自動的に全数検査して、且つ、自動的
に良品と不良品とを選別するようにした装置の場合の例
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
コンピュータを有する制御装置22によって制御される
搬送装置23によって、ライン上を搬送され、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
られたセンサによって検出されると、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、例えば振り千秋におもり等の
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21に対し
、その外側周面の複数箇所を同時に、あるいは順次に衝
撃するようにされる。この衝撃する複数箇所は、90°
、180°、270°だけ離れた位置を除く位置とされ
る。 第1図は加振装置25の加振部位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71?1定物21を2tl所
において加振するもので、第1図Aに示すように、第1
の加振位置P1と、これに対し22.5@離れた第2の
位置P2とを加振する。 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24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によって被測定物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
を加振する。 また、この例の場合、被測定物21の軸方向の加振部位
は、第1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)P3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
うなっている)、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
がペアとなって現われ、また、欠陥が下半分にあるとき
は、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って現われる。したが
って、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i1?1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、シグナルコンディショナ
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。もっとも、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。シグナルコンディショナー28では、電気信号が増
幅され、また、不要高低酸成分の除去(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4kH2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ュータを
有し、ソフトウェ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ックで示すと
、図のようになる。 すなわち、人力された電気信号はゲート手段31に供給
される。そして、ウィンドーWl形成手段32からのウ
ィンドー信号WI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。すなわち、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。かなり大きなりラッ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
よっ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って異
なり、 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2
780 m / sとなり、衝撃直後からピックアップ
した振動の時系列波形は第8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26μSaC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8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
なっていない。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
11FJ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8図Bのような矩形波
のウィンドーWIを設定し、このウィンドーW、によっ
て、この例では振動波を抽出する。 この例では、衝撃直後から20■5f3e経過した時点
からウィンドーWIを立ち上げ、200 m5ecのウ
ィンドー幅設定する。このためウィンドーWl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
てウィンドーWIが形成される。 以上のようにして、ウィンドー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33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、ウィンドーW2形成手段36からの強調
用ウィンドーW2が掛けられる。このウィンドーW2は
次のようなものである。すなわち、ウィンドーwI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、微小なりラックや凹みゃ鋳巣は、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の「
裾野」の広がりを小さく、クラックや鋳巣の判定をしや
すくするごとが考えられる。そのためには、第4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
小なりラックや凹みであっても、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、ピックア
ップした振動波形に、次式からなる波形の強調用ウィン
ドーW2を更にがければよい。 y−macos’  (xωt) +bcos 2 (xωt+r)+ −+kcos ’  (xωt +n r) +にこで
、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−・・・−にとされ
る。この強調用ウィンドーw2は第8図Cに示すような
波形となる。 第9図Aは、ピックアップした被測定物21の振動に対
し前述の固有振動抽出用ウィンドーw1及び強調用ウィ
ンドーw2をがける前の振動全体部分のスペクトルを示
す。また、第9図Bは、固有振動抽出用ウィンドーw1
によって上記被測定物21の振動の衝撃直後がら20m
5oc経過した後が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9図Cは、前述し
た強調用ウィンドー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、クラック又は凹み等
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。 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。 ウィンドーW2も、ウィンドーW1と同様に、制御装置
22からの加振開始の情報に基づいて形成される。 第10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21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。この場合、欠陥の
スペクトルのピークは小さく、その存在の有無を検出す
るのは、被測定物21の材質の、バラツキの変動と区別
するのが困難で、長時間を要することになる。しかし、
この例では、位置P1よりも22.5@離れた位置P2
が加振されている。その加振位置P2における第1次ス
ペクトルは第10図Bに示すように、欠陥による振動の
スペクトル42の方が基本固有振動スペクトル43より
も大きい振幅となっでいる。両者のスペクトルを重ね合
わせると第10図Cに示すようになり、被n1定物21
の上半分にクラックが存在することが明瞭に判別できる
。 また、同様に第11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、上半分についての基
本固有振動のスペクトル、53は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っている
。 第11図Bは、加振位置pi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、欠陥による振
動のスペクトル52が大きなピークとして現われる。し
たがって、両加振位置P1゜P2のスペクトルを重ね合
わせると、第11図Cのようになり、欠陥による振動の
スペクトルを明確に認識することができる。これにより
、この場合は被測定物21の上半分に凹み等の非貫通欠
陥が存在することが明瞭に判別できる。 判定手段38では、以上のようにして2個の加振位置で
のスペクトルを重ね合わしたものを用いて、例えば次ぎ
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
する。 すなわち、判定手段38では、第12図に示すように、
スペクトル液形から、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dl、
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d、。 da  (ds、d4<d+、dz)を、予め定めてお
き、この周波数範囲d、、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)基準に、前記周波数幅d、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
はクラック有りと判別する。 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8−
3定物21は鋳巣または凹み有りと判別する。 第13図に、以上説明した演算処理・判定装置30にお
ける動作のフローチャートを示す。 以上のようにして、欠陥ありと判別された部品は、選択
装置40により、ラインから不良品として除外される。 また、欠陥なしと判別された部品は、次工程に搬送され
る。以下、順次全部品について以上の欠陥判定が行われ
るものである。 以上のようにして、複数箇所において被測定物を加振す
ることにより、確実、且つ、短時間で1次及び2次のス
ペクトルから欠陥の有無の検出を行なうことができる。 また、図の例のように、重心よりずれた位置を加振する
ことにより、欠陥の存在部位が軸方向の上半分か下半分
にあるかの判別が容易になる。 以上の例は22.5°ずれた位置で2か所加振したが、
90”  180@270’を除く位置であれば、いず
れの位置でもよく、例えば45°ずれた2点を加振する
ようにしてもよい。ちなみに、第14図A−C及び第1
5図A−Cは45@ずれた2位置において、被測定物の
上半分を加振したときの1次及び2次のスペクトルを示
している。 第14図Aの第1加振位置の1次スペクトルでは、欠陥
のスペクトルが大きいため基本固有振動スペクトルが隠
れている。このため、ペアとして認識できず、材質のバ
ラツキと判別できない。しかし、同図Bの第2加振位置
の1次スペクトルでは基本固有振動スペクトルが現われ
るので、同図Cに示すように2つの加振位置のスペクト
ルの重ね合わせにより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ペアとして明瞭に認識できる
。 同様に、第15図の2次スペクトルも2つの加振位置の
スペクトルの重ね合わせにより欠陥を明瞭に認識できる
。そして、このスペクトルから被測定物21の下半分に
小さな凹み又は空洞があることも認識できる。 なお、第7図の装置では、演算処理・判定装置において
、1次及び2次スペクトルを分析し、欠陥があるときは
2つにスペクトルが分離されることを利用して判定を行
なったが、前述したように、1次スペクトルあるいは2
次スペクトルについての分析の結果、分離されていない
スペクトルであっても、そのQ値の大小をさらに測定し
、このQ値がクラック等の欠陥無しのときの値よりも大
きいとき、欠陥有りと判定し、さらに精度を上げること
もできる。 また、スペクトル分析ではなく、メモリに取り込んだ振
動波形データを時系列変換し、そのエンベロープを検出
し、山の数を計数することによりクラックを検出するよ
うにすることもできる。 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21は断面の外形形状が円や楕
円であってもよい。また、材質も問わない。 また、以上の例では、測定用ステージを回転して第1加
振位置P1と、第2加振位置P2を順次に加振するよう
にしたが、測定用ステージは回転せずに、複数個の重り
等により2つの加振位置P1、P2を同時に加振するよ
うにしてもよい。 また、加振位置は2か所に限らず、3か所あるいはそれ
以上であってもよい。 また、加振方法はインパルス衝撃法に限られるものでは
なく、種々の加振方法を採用することができることは言
うまでもない。
Hereinafter, an embodiment of the defect detection method according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 shows an embodiment of a defect detection device to which the method of the present invention is applied. This example automatically inspects all cylindrical cylinder parts flowing on a production line, and This is an example of a device that separates defective products from defective products. A cylinder component as the object to be measured 21 is transported on a line by a transport device 23 controlled by a control device 22 including, for example, a microcomputer, and is carried onto a measurement stage 24 and placed thereon. The measurement stage 24 is made of, for example, hard rubber. The object to be measured 21 is placed on this measurement stage 24.
When it is detected, for example, by a sensor provided on the measurement stage 24 that the measurement stage 24 has been placed, the control device 22
The vibration device 25 is driven to vibrate the object 21 to be measured. In this example, the vibration device 25 applies, for example, an impulse shock to the object to be measured 21 with an impact object such as a weight. 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 configured to impact the cylindrical object 21 at a plurality of locations on its outer peripheral surface simultaneously or sequentially. These multiple impact points are 90°
, 180°, and 270° apart. FIG. 1 is a diagram for explaining the vibrating part of the vibrating device 25, and FIG. 1A is a cross-sectional view of a cylindrical cylinder, and FIG. 1B is a longitudinal cross-sectional view. In this example, the object 71?1 constant object 21 is vibrated at a 2tl position, and as shown in FIG.
, and a second position P2 that is 22.5@ away from the excitation position P1. Therefore, in this example, the measurement stage 24 is rotatable in a horizontal plane, and the cylindrical object 21 is positioned and mounted so that its center line matches the rotational center position of the measurement stage 24. be placed. First, the position P1 of the side peripheral surface of the object to be measured 21 is excited by the vibration device 25, and then the measurement stage 24
is rotated by 22.5 degrees, and the position P2 of the side circumferential surface of the object to be measured 21 is
Excite. In addition, in this example, as shown in FIG. 1B, 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 position (theoretical center of gravity position determined from the shape) P3, for example, The upper end position of the measurement 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, this is the case with all materials). ), 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 is
It depends on the mass of the upper and lower half of , and the heavier one (
For example, the lower half of the spectrum appears at a higher frequency position, and the lighter side (for example, the upper half) appears at a lower frequency 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. A pair of vibration spectra due to the defect appears in the spectrum. 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 spectrum of the paired defect appears. 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 vibration of the excited i1?1 constant object 21 is detected without contact by the sensor 27 of the output vibration receiving device 26, converted into an electrical signal, and then sent to the signal conditioner 28 as a predetermined signal. Processing is done. The sensor 27 is
Any device that can detect vibrations can be used, 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. In the signal conditioner 28, the electrical signal is amplified, and unnecessary high and low acid components are removed (trend removal). In the case of the cast iron cylinder part in this example, the primary spectrum of the fundamental natural vibration appears at, for example, 1.5kHz, and the secondary spectrum appears at about 2.5kHz.
This is because it appears at approximately 4kHz which is 8 times higher. 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 shown in functional blocks as shown in the figure. That is, the manually input electric signal 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 being vibrated or impacted by the window signal WI from the window Wl forming means 32. That is, 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 rack or dent, the above method may be able to detect the defect even if vibrations other than these natural vibrations are present. However, it is usually difficult to detect defects unless vibrations other than these natural vibrations are removed as much as possible. 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. That is, the velocity C of the sound wave traveling through the object to be measured 21 varies depending on the Young's modulus E (modulus of elasticity) and the density of the object, and is determined from the following relationship. For example, in the case of 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, and the velocity of the transverse wave is 1/1.8, which is approximately 2
780 m/s, and the time-series waveform of vibrations picked up immediately after the impact is shown in Figure 8A. In this waveform, the transverse wave is detected after the early longitudinal wave only portion continues for about 26 μSaC. 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 8A, the vibration after excitation is the same as that of an earthquake wave, so as mentioned above, fast longitudinal waves and slow waves are mixed, and the vibration Forced vibration remains, and a natural vibration waveform specific to the shape of the object to be measured 21 is not formed. It is thought that the natural oscillation wave peculiar to this shape is one that is observed 11FJ just before it stops, like the "sawing motion" of a top, for example. 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 WI as shown in FIG. 8B is set, and the vibration wave is extracted in this example using this window W. In this example, the window WI is activated 20cm5f3e after the impact, and the window width is set to 200m5ec. Therefore, the window Wl forming means 32 forms the window WI 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 converted into digital data by the A/D conversion means 33 and written into the memory means 34. Then, this digital data is read from the memory means 34, and in the waveform emphasizing means 35, an emphasizing window W2 from the window W2 forming means 36 is applied to this digital data. This window W2 is as follows. In other words, even if the natural vibration waveform part specific to the shape of the object to be measured 21 is extracted using the window wI, minute racks and cavities are likely to be hidden in the spectrum of the basic natural vibration. The only way to detect it is by using the Q value of the spectrum. Therefore, as much as possible, the spectral waveform of the fundamental natural vibration should be
It is conceivable to make the width of the base smaller to make it easier to identify cracks and cavities. In order to do this, the spectrum waveform shown in Figure 4 must be corrected to suddenly attenuate from 50% of the peak (the Q value remains unchanged), as indicated by the dotted line 19 in the figure. good. In this way, the "base" of the spectral waveform becomes narrower, and even if it is a small rack or dent, the minute defect is treated not as the Q value of the spectrum, but as the basic natural vibration spectrum and the spectrum of vibration due to 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 add a waveform enhancement window W2 formed by the following equation to the picked up vibration waveform. y-macos' (xωt) +bcos 2 (xωt+r)+ -+kcos' (xωt +n r) +Nico, where τ indicates a time delay, for example, λ/4 (λ is wavelength). Further, in this example, it is set to a-b-...-. This emphasis window w2 has a waveform as shown in FIG. 8C. FIG. 9A shows the spectrum of the entire vibration before applying the above-mentioned natural vibration extraction window w1 and emphasis window w2 to the vibration of the picked up object 21 to be measured. In addition, FIG. 9B shows the natural vibration extraction window w1.
20 m immediately after the impact of the vibration of the object to be measured 21
The vibration spectrum extracted after 5oc is shown, and the separation between the fundamental natural vibration spectrum and the vibration spectrum due to the defect can be observed. Furthermore, FIG. 9C shows the spectrum waveform after applying the above-mentioned emphasis 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. . The data thus emphasized is supplied to spectrum analysis means 37 and subjected to spectrum analysis. Similarly to the window W1, the window W2 is also formed based on the vibration start information from the control device 22. FIG. 10A shows the first-order spectrum at the excitation position P1. In the figure, 41 is the spectrum of the basic natural vibration of the upper half of the object to be measured 21, 42 is the spectrum of the defect paired therewith, and 43 is the basic natural spectrum of the lower half of the object to be measured 21. In this case, the peak of the spectrum of the defect is small, and it is difficult to distinguish the presence or absence of the defect from variations in the material of the object to be measured 21, and it takes a long time. but,
In this example, position P2 is 22.5@ farther than position P1.
is being excited. As shown in FIG. 10B, in the first-order spectrum at the excitation position P2, the vibration spectrum 42 due to the defect has a larger amplitude than the basic natural vibration spectrum 43. When the two spectra are superimposed, it becomes as shown in Figure 10C, and the n1 constant 21
It can be clearly seen that there is a crack in the upper half. Similarly, FIG. 11A shows the second-order spectrum at the excitation position P1. Here, 51 is the spectrum of the fundamental natural vibration for the upper half, and 53 is the spectrum of the fundamental natural vibration for the lower half. In this case, defects such as dents are hidden in the spectrum of the fundamental natural vibration. FIG. 11B shows the secondary spectrum at the excitation position P2, which is 22.5' away from the excitation position pi, in which the spectrum 52 of vibration due to the defect appears as a large peak. Therefore, when the spectra at both excitation positions P1 and P2 are superimposed, the result is as shown in FIG. 11C, and the spectrum of vibration due to the defect can be clearly recognized. In this case, it can be clearly determined that a non-penetrating defect such as a dent exists in the upper half of the object 21 to be measured. The determining means 38 uses the superimposed spectra at the two vibration positions as described above to determine the presence of a vibration spectrum due to a defect, for example, in the following manner. That is, in the determination means 38, as shown in FIG.
From the spectrum liquid form, a predetermined frequency range of the primary spectrum and a frequency range of the secondary spectrum dl,
Within d2, for example, up to five peak values are determined in descending order of amplitude, and the frequencies and peak values are stored. Next, regarding the first-order and second-order spectra, the frequency range d is considered to be a pair between the spectrum of the fundamental natural vibration and the spectrum of the vibration of the defect. da (ds, d4<d+, dz) is determined in advance, and a search is made to see if there is a pair of frequency values of the five peak values within this frequency range d, d4. Then, when the pair is detected for the primary spectrum, the higher frequency of the lower frequency pair is recognized as the primary fundamental natural vibration spectrum position,
its frequency position), the frequency width d is narrower,
It is determined whether or not there is a peak other than the basic natural vibration spectrum (of course, a pair of peaks is also acceptable) within a predetermined frequency width d5, and if there is a peak, the object to be measured 21
It is determined that there is a crack. Similarly, for the secondary spectrum, if the pair is detected, the higher frequency of the lower frequency pair is
It is recognized as the next basic natural vibration spectrum position, and based on that frequency position, it is determined whether there is a peak other than the basic natural vibration spectrum within a predetermined frequency width d6 narrower than the frequency width d4. , if there is a peak, the 8-
3. The fixed object 21 is determined to have a cavity or a dent. FIG. 13 shows a flowchart of the operation of the arithmetic processing/judgment device 30 described above. Parts determined to be defective in the manner described above are excluded from the line as defective products by the selection device 40. Furthermore, parts determined to be free of defects are transported to the next process. Hereinafter, the above defect determination is sequentially performed for all parts. By vibrating the object to be measured at a plurality of locations as described above, the presence or absence of defects can be detected reliably and quickly from the primary and secondary spectra. Further, as in the example shown in the figure, by exciting a position shifted from the center of gravity, it becomes easy to determine whether the defect exists in the upper half or the lower half in the axial direction. In the above example, vibration was applied at two locations shifted by 22.5 degrees.
Any position other than 90"180@270' may be used. For example, two points shifted by 45 degrees may be vibrated. Incidentally, FIGS. 14A-C and 1
Figures 5A to 5C show the first-order and second-order spectra when the upper half of the object to be measured is vibrated at two positions shifted by 45@. In the primary spectrum at the first excitation position in FIG. 14A, the fundamental natural vibration spectrum is hidden because the defect spectrum is large. For this reason, they cannot be recognized as a pair and cannot be distinguished from variations in material. However, since the basic natural vibration spectrum appears in the primary spectrum at the second excitation position in Figure B, the fundamental natural vibration spectrum and the vibration due to the defect are obtained by superimposing the spectra at the two vibration positions as shown in Figure C. can be clearly recognized as a pair with the spectrum of Similarly, defects can be clearly recognized in the secondary spectrum of FIG. 15 by superimposing the spectra of the two excitation positions. From this spectrum, it can also be recognized that there is a small depression or cavity in the lower half of the object to be measured 21. In addition, in the apparatus shown in FIG. 7, the primary and secondary spectra are analyzed in the arithmetic processing/determination device, and the determination is made based on the fact that if there is a defect, the spectrum is separated into two. As mentioned above, the first-order spectrum or the second-order spectrum
As a result of the analysis of the next spectrum, even if the spectrum is not separated, the magnitude of its Q value is further measured, and if this Q value is larger than the value without defects such as cracks, it is determined that there is a defect. However, the accuracy can be further improved. Moreover, instead of spectrum analysis, cracks can be detected by time-series converting the vibration waveform data stored in the memory, detecting the envelope, and counting the number of peaks. Although the case where the object to be measured is a cylindrical cylinder has been described above, the object to be measured 21 may have a cross-sectional external shape of a circle or an ellipse. Moreover, the material does not matter. In addition, in the above example, the measurement stage is rotated to sequentially excite the first vibration position P1 and the second vibration position P2, but the measurement stage is not rotated and multiple vibrations are excited. The two vibrating positions P1 and P2 may be vibrated simultaneously using a weight or the like. Further, the number of vibration positions is not limited to two, but may be three or more. Furthermore, it goes without saying that the vibration method is not limited to the impulse impact method, and that various vibration methods can be employed.

【発明の効果】【Effect of the invention】

以上説明したように、この発明による欠陥検出方法は、
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する方法であるので、センサ接
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、波形が単純が判別で容易である。すなわち、
被測定物内部に生じる欠陥の有無を測定する際に、その
測定を乱す要因が少なく、安定した測定が可能であると
共に、判定動作、判定内容が単純であるので、短時間で
判定を行なうことができる。 また、この発明方法によれば、被測定物にしわや凹凸が
あっても固有振動と区別できるものであれば、クラック
や鋳巣などの空洞、凹み等の欠陥を検出することができ
るという特徴がある。 また、この発明方法によれば、90’Xnだけ異なる位
置を除く、少なくとも2tI所を加振するようにしてい
るので、1箇所の加振では被測定物の材質等のバラツキ
と欠陥とを区別するのに長時間を要するのに対し、明瞭
に欠陥のスペクトルを短時間で判別することができる。
As explained above, the defect detection method according to the present invention is
This method excites the object to be measured and uses a sensor to detect the inherent vibrations of the object itself in a non-contact manner, so there is no diffused reflection due to misalignment when the sensor contacts the sensor, and the waveform is is simple and easy to distinguish. That is,
When measuring the presence or absence of defects occurring inside the object to be measured, there are few factors that disturb the measurement, and stable measurement is possible, and the judgment operation and judgment contents are simple, so the judgment can be made in a short time. I can do it. Furthermore, according to the method of this 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 cavities such as cracks and cavities, and dents can be detected. There is. Furthermore, according to the method of the present invention, vibration is applied to at least 2tI locations, excluding positions that differ by 90' Although it takes a long time to detect defects, the spectra of defects can be clearly identified in a short time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、この発明の欠陥検出方法における加振方法の
一例を説明するための図、第2図は、この発明による欠
陥検出方法の説明のためのスペクトル図、第3図は、こ
の発明の検出原理の説明に供する図、第4図は、Q値の
説明のための図、第5図は、加振位置を円周方向に変え
たときのスペクトルのピーク値の変化を示す図、m6図
は、円筒状被測定物の1次振動の説明図、第7図は、こ
の発明による欠陥検出方法を適用した装置の一実施例を
示す図、第8図及び第9図は、この発明による固有振動
抽出及び強調を説明するための図、第10図及び第11
図は、2つの加振位置でのスペクトルを説明するための
図、第12図は、第7図例の装置の動作の説明のための
図、第13図は、第7図例の動作の一例のフローチャー
ト、第14図及び第15図は、他の例の加振位置におけ
るスペクトルを説明するための図である。 11.15.1次の基本固有振動のスペクトル12.1
6;クラック(貫通欠陥)の振動のスペクトル 13.17;2次の基本固有振動のスペクトル14.1
8.鋳巣、凹み等非貫通欠陥の振動のスペクトル 21;被測定物 25;加振装置 Pl;第1加振位置 P2;第2加振位置
FIG. 1 is a diagram for explaining an example of the vibration excitation method in the defect detection method of the present invention, FIG. 2 is a spectrum diagram for explaining the defect detection method according to the present invention, and FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the vibration method in the defect detection method of the present invention. 4 is a diagram for explaining the Q value, and FIG. 5 is a diagram showing the change in the peak value of the spectrum when the excitation position is changed in the circumferential direction. Figure m6 is an explanatory diagram of the primary vibration of a cylindrical object to be measured, Figure 7 is a diagram showing an embodiment of a device to which the defect detection method according to the present invention is applied, and Figures 8 and 9 are illustrations of this example. Figures 10 and 11 for explaining natural vibration extraction and emphasis according to the invention
The figure is a diagram for explaining spectra at two excitation positions, Figure 12 is a diagram for explaining the operation of the device in the example in Figure 7, and Figure 13 is a diagram for explaining the operation in the example in Figure 7. An example flowchart, FIGS. 14 and 15, are diagrams for explaining spectra at other example excitation positions. 11.15. Spectrum of first-order fundamental natural vibration 12.1
6; Spectrum of vibration of crack (penetrating defect) 13.17; Spectrum of second-order fundamental natural vibration 14.1
8. Spectrum of vibration of non-penetrating defects such as blowholes and dents 21; Object to be measured 25; Vibration device Pl; First vibration position P2; Second vibration position

Claims (1)

【特許請求の範囲】 断面が円または楕円の被測定物に振動を加えて、その振
動をピックアップし、上記被測定物の固有振動から欠陥
を検出する方法であって、 上記断面に沿った位置で、且つ、互いに90°×n(n
=0、1、2、3)よりずれた角間隔だけ異なる少なく
とも2箇所において加振するようにした欠陥検出方法。
[Claims] A method for detecting defects from the natural vibrations of the object by applying vibration to an object to be measured having a circular or elliptical cross section and picking up the vibrations, the method comprising: detecting a defect at a position along the cross section; , and 90°×n(n
= 0, 1, 2, 3) A defect detection method in which vibration is applied at at least two locations that differ by an angular interval deviated from 0, 1, 2, 3).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002040001A (en) * 2000-07-25 2002-02-06 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Flaw detection method and device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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