JPH03205554A - Ａｅ発生位置標定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ＡＥ（アコースティックエミツション）の発
生位置を標定する装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、材料内部に存在する欠陥を非破壊で検査する方法
としてＡＥ法か知られている。この検査法は、材料内に
割れが発生するとこの割れの近傍て生じる弾性ひずみに
よりＡＥ信号か発生することを利用するものであり、被
検体に取り付けた複数のセンサへのＡ．Ｅ信号の到達時
刻の差とＡＥ信号の伝播速度を用いて割れの位置を標定
することかできる。したがって、従来よりこの検査法を
利用してＡＥ信号を計測し、設備機器の異常箇所の検出
、素材や部品の欠陥箇所の検出などが行われている。

従来より行われているＡＥ位置標定の方法は、例えば１
次元の位置標定の場合、２個のセンサ（それぞれチャン
ネル１，チャンネル２とする）を被検体に取り付け、次
式（１）を用いてＡＥ発生位置を計算により求めている
。

ｘ−（（ｘ＋　＋　Ｘ２）　＋　ｖ（ｔ　＋　　ｔ２）
）　／　２　　−（１）なお、上記（１）式において、
ＸはＡＥの発生位置、■はＡＥ信号の伝播速度、ｔ＋　
　，ｔ２は、それぞれチャンネル１、チャンネル２の各
センサへのＡＥ信号の到達時刻、Ｘ１ｔＸ２は、それぞ
れチャンネル１、チャンネル２の各センサの被検体への
取り付け位置てある。

したがって、上記（１）式からも明らかなとおり、セン
サへのＡＥ信号の到達時刻のセンサ間の差（上記の１次
元の位置標定の例ではｔ＋　　　ｔ２）をいかに正確に
測定できるかが、位置標定の精度を決定する。

従来のＡＥ発生位置標定装置では、センサから出力され
るＡＥアナログ信号、あるいは、このＡＥアナログ信号
を包路線検波した信号が、あらあしめ設定されたしきい
値を越える時刻を測定し、いずれかの値をセンサへのＡ
Ｅ到達時刻としていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしなから、上記従来の方法ては、例えば第５図（ａ
）のようにあるセンサてはＡＥアナログ信号の立ち上が
りの第１番目の山でしきい値を越えるか、同図（ｂ）の
ように他のセンサでは２番目以降の山でしきい値を越え
るなど、ＡＥアナログ信号の何番目の山がしきい値を越
えるかはセンサによってばらつきがあった。一般に、Ａ
Ｅ信号の第１番目の山は割れによって発生した弾性波の
うち、エネルギの小さな縦波の到着に対応しており、そ
の振幅は小さいが、ＡＥ信号の第２番目以降の山はエネ
ルギの大きな横波の到着に対応しており、その振幅も大
きい。

したかって、従来の装置では、位置標定に使用する複数
のセンサからの出力レベルかセンサ間で異なると、出力
レベルの高いセンサからの信号は第１番目の山でしきい
値を越えるが、出力レベルの低いセンサからの信号は第
２番目以降の山でしきい値を越える現象が発生する。ま
た、第６図のように包絡線検波した信号で判定を行って
も、同図（ａ）　，　（ｂ）にそれぞれ示したように、
ＡＥアナログ信号の振幅の違いが、しきい値を越える点
の立ち上がりからのずれ量の違いとなって現れてしまう
。

このため、センサへのＡＥ到達時刻の測定に大きな誤差
か発生していた。

なお、位置標定に使用する複数のセンサからの出力レベ
ルがセンサ間で異なるのは、主に以下の理由による。

（ａ）　　センサ、アンプ系の検出特性が個々のセンサ
、アンプにより異なる。

（ｂ）　　割れ発生位置からＡＥ検出位置（すなわちセ
ンサの取り付け位置）までの間のＡＥ信号の伝播特性（
減衰の程度、速度分布の程度、周波数成分）は、被検体
の形状および割れ発生位置とＡＥ検出位置の位置関係に
強く依存する。したがって、同一の割れによって発生し
たＡＥ信号でも、被検体内を伝播する過程で大きく変調
され、表面に到達するＡＥ信号の電圧レベルが、検出位
置によって大きく異なることになる。

（Ｃ）　　センサの被検体への取り付け状態がセンサ間
で微妙に異なるため、被検体表面とセンサの間のＡＥ信
号の伝播特性がセンサ間で異なることによる。

上記の（ａ）〜（Ｃ）の誤差要因によって生ずるＡＥ到
達時刻の差の測定の不正確さを回避するためには、理論
上はしきい値を極力ゼロに近い値に設定すれば良いこと
になる。しかし、しきい値を極力ゼロに近い値に設定し
た場合、実際にはＡＥ計測中に環境ノイズが高頻度で混
入するため、ノイズをＡＥ信号と誤って計測処理するこ
とになり、計測の精度、効率が極度に低下する。

すなわち、ここで掲げた誤差要因は、従来のＡＥ発生位
置標定装置では避けることができないものであり、この
誤差要因により、従来の装置ではＡＥ発生位置を正確に
標定することかできなかった。

本発明は、ＡＥ発生位置を正確に標定できるＡＥ発生位
置標定装置を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するためになした本発明のＡＥ発生位
置標定装置は、ＡＥ信号に感応して該ＡＥ信号に対応す
るアナログ信号を出力する複数のセンサと、上記センサ
からのアナログ信号の大きさが予め設定されたしきい値
以上のときに検出信号を出力するＡＥ信号検出手段と、
上記センサから出力されるアナログ信号を一定周期でサ
ンプリングして該アナログ信号の波形を示す時系列のデ
ィジタル信号に変換する信号変換手段と、上記ディジタ
ル信号を順次遅延する信号遅延手段と、前記ＡＥ信号検
出手段から検出信号が出力されることにより上記信号遅
延手段で遅延された時系列のディジタル信号を所定の長
さたけ記憶するための記憶手段と、上記記憶手段に記憶
された各時系列のディジタル信号からＡＥ信号の第１番
目の山の予め設定された同位相の点に対応する時刻情報
をそれぞれ求め、前記各センサに対応するＡＥ信号につ
いての上記時刻情報から該ＡＥ信号の発生位置を演算す
る演算手段と、を備えたことを特徴とする。

〔作　用〕

本発明のＡＥ発生位置標定装置は、ＡＥ信号に対応して
センサから出力されるアナログ信号を一定周期でサンプ
リングするとともにこのアナログ信号を信号の波形を示
す時系列のディジタル信号に変換し、このディジタル信
号を順次遅延することにより、ＡＥ信号の検出時にこの
ＡＥ信号に対応するディジタル信号を記憶し、このデイ
ジタル信号から演算手段によって、ＡＥ信号の第ｌ番目
の山の予め設定された同位相の点に対応する時刻情報を
それぞれ求めるようにしたので、ＡＥ信号の到達時間差
にＡＥ信号の振幅の違いによる影響が生じない。

〔実施例〕

第１図は本発明実施例のＡＥ発生位置標定装・置を示す
ブロック図であり、被検体Ｗに装着される２個のセンサ
ＩＡ，ＩＢは圧電素子からなる音響一電気変換素子であ
って、被検体Ｗにおける割れの発生および成長によって
生じるＡＥ信号を、被検体Ｗの表面から検知して電圧信
号として出力する。これらのセンサからの出力信号は、
それぞれプリアンプ２Ａ，２Ｂ，フィルタ３Ａ，３Ｂ，
メインアンプ４Ａ，４Ｂをそれぞれ経て、高速のＡ／Ｄ
変換器６Ａ，６Ｂ（信号変換手段）に導入される。また
、メインアンプ４Ａからの信号は、パルス発生回路５　
（ＡＥ信号検出手段）に導入される。

Ａ／Ｄ変換器６Ａ，６Ｂはそれぞれメインアンプ４Ａ，
４Ｂから入力される信号を一定の周期（例えば５０ｎｓ
）でサンプリングしてデイジタルデー夕に変換し、この
データは遅延回路７Ａ，７Ｂにそれぞれ入力される。

パルス発生回路５は、電圧比較器等によりメインアンプ
４Ａからの信号の大きさが予め設定されたしきい値以上
のときに所定の時間幅のパルス信号を発生するものであ
り、そのしきい値は電圧比較器の基準電圧を設定するこ
とにより予め設定されている。また、このパルス発生回
路５からのパルス信号は、遅延回路７Ａ，７Ｂ（信号遅
延手段）および中央処理装置９（演算手段）に導入され
る。

遅延回路７Ａ，７Ｂは、それぞれリングメモリ等によっ
てＦＩＦＯのバッファを構成し、この遅延回路７Ａ，７
Ｂの出力はそれぞれメモリ８Ａ，８Ｂ（記憶手段）に接
続されている。そして、Ａ／Ｄ変換器６Ａ，６Ｂからそ
れぞれ出力されるデータを順次記憶するとともに、パル
ス発生回路５からのパルス信号が入力されると、予め設
定された一定数のデータをメモリ８Ａ，８Ｂに格納する
。

中央処理装置９はマイクロプロセッサにより構成されて
おり、パルス発生回路５からのパルス信号により割込み
が発生すると、遅延回路７Ａ，７Ｂからのデータがメモ
リ８Ａ，８Ｂに格納されたことを確認して、このメモリ
８Ａ，８Ｂら、ＡＥ発生の１事象に対応して予め設定さ
れた数（長さ）のデータをそれそれ読み出し、後述説明
する演算処理を施す。そして、演算によって得られたＡ
Ｅ発生位置の標定結果を表示手段ｌＯに表示する。

第２図は実施例における信号およびデータの流れを示す
タイムチャートであり、ａはＡＥ信号に対応してアンプ
４Ａから出力されるＡＥ出力信号、ｂはパルス発生回路
５の出力信号、ＣはＡ／Ｄ変換器６Ａから出力される時
系列のディジタルデータ列、ｄは遅延回路７Ａの出力ア
ドレスにおけるディジタルデー夕で、このディジタルデ
ータｄがメモリ８Ａに取り込まれる。

ＡＥ出力信号ａが立ち上がるまでは、Ａ／Ｄ変換器６Ａ
はゼロのデータＤ，を順次出力しており、例えば時刻Ｔ
。てＡＥ出力信号ａが立ち上がると、Ａ／Ｄ変換器６Ａ
はＡＥ出力信号ａの振幅に相当するディジタルデータＤ
２を順次出力する。このＡ／Ｄ変換器６Ａから出力され
るディジタルデータＤＩ＝Ｄ２は、所定データ数（所定
時間）遅延されて遅延回路７の出力アドレス内にディジ
タルデー夕として順次現れる。

そして、ＡＥ出力信号ａが一定のしきい値Ｈ０を越える
と、パルス発生回路５からパルス信号Ｐが出力され、こ
のパルス信号Ｐにより遅延回路７Ａのデータはメモリ８
Ａに書き込まれる。

すなわち、メモリ８Ａには、ＡＥ出力信号ａの立ち上が
り前のデータＤ，と立ち上がり後のデータＤ２との所定
長のデータが順次書き込まれる。

向様にメモリ８ＢにもＡＥ出力信号ａの立ち上がり前の
データと立ち上がり後のデータとの所定長のデータが順
次書き込まれる。

なお、イニシャライズ時にメモリ８Ａ，８Ｂの書込み開
始アドレスはそれぞれ決められており、さらに、１事象
のＡＥ発生について上記のようにして書き込むデータ長
は予め設定されているので、例えば、ｌ事象毎のメモリ
８Ａ，８Ｂの書込み開始アドルスをそれぞれ基準にする
ことにより、各データの格納アドレスとＡ／Ｄ変換器６
Ａ，６Ｂのサンプリング周期により各メモリ８Ａ，８Ｂ
内の各データに時刻を対応付けることができる。

このようにしてメモリ８Ａ，８Ｂに記憶されたディジタ
ルデータは、中央処理装置９に読み出され、中央処理装
置９は時刻を対応付けた時系列のディジタルデータに基
づいて、ＡＥ信号の第１の山の波形の特徴点（予め決め
られた同位相の点）を求め、この点に対応する時刻から
ＡＥ発生位置を演算する。

中央処理装置９においては、第４図にそのフローチャー
トを示すごときプログラムによってＡＥ発生位置標定の
検査を行う。

第４図（ａ）に示したように、電源がＯＮになるとイニ
シャライズを行い（ステップＳｌ）、ノくルス発生回路
５からのパルス信号による割込みの発生の有無と、検査
終了か否かを監視する（ステップＳ２，ステップＳ４）
。なお、検査終了の条件としては、例えばメモリ８Ａ，
８Ｂのデータ記憶容量が飽和すると終了する等の条件を
設定することができる。

パルス発生回路５からパルス信号が入力されて割込みが
発生すると（ステップＳ３）、第４図（ｂ）に示したよ
うに、メモリ８Ａ，８Ｂにデータが書き込まれたことを
確認し（ステップＳ５）、メモリ８Ａ，８ＢからＡＥ発
生のｌ事象に対応して予め設定された所定数のデータを
それぞれ読み出して内部のメモリに格納する（ステップ
Ｓ６）。

次に、格納したデータに演算処理を行って各センサＩＡ
，ＩＢへのＡＥ到達時刻を求め（ステップＳ７）、例え
ばｌ次元のＡＥ発生位置標定の場合、前掲の弐（１）等
によりＡＥ発生位置の計算を行う（ステップＳ８）。そ
して、得られた結果を表示装置１０に表示し（ステップ
Ｓ９）、第４図（ａ）のフローに復帰する。

次に、ＡＥ到達時刻の演算方法について説明する。

第１の演算方法は、メモリ８Ａ，８Ｂ毎にそれぞれ読み
取ったデータについて、ＡＥ出力信号ａの振幅に相当す
るディジタルデータを上記のような時刻差について微分
演算を施し、この微係数の符号が正から負にあるいは負
から正に変わる点で、かつ、ＡＥ信号のディジタルデー
夕の絶対値がゼロ以外の値を有する点、すなわち、ＡＥ
信号の第１番目の山のピークの時刻に対応する点をＡＥ
到達時刻として設定する。

また、第２の演算方法は、上記第ｌの演算方法で第１番
目の山のピークの時刻に対応する点を設定し、この点の
から時刻（アドレス）を遡って、ディジタルデー夕がゼ
ロになる点をＡＥ到達時刻として設定する。

第３図は上記第１および第２の演算方法による各実施例
で求められるＡＥ到達時刻と従来の方法を用いた場合に
求められるＡＥ到達時刻の違いを比較する図である。

第３図において、ａはセンサＩＡの出力、ｂは従来の方
法によるＡＥ到達時間差，、Ｃは実施例の第１の演算方
法によるＡＥ到達時間差、ｄは実施例の第２の演算方法
によるＡＥ到達時間差、ｅはセンサＩＢの出力を示して
いる。

従来の方法によれば、センサＩＢの出力がセンサＩＡの
出力より小さいので、センサＩＡでは第１の山でしきい
値Ｈ。に達しているが、センサｌＢでは第２の山でしき
い値Ｈ０に達するようになる。このため、ＡＥ到達時間
差ｂは、ＡＥ信号の１周期程度になっている。

一方、実施例の第１の演算方法によれば、センサＩＡ，
ＩＢの各出力ａ　＋　ｅにおける第ｌの山の各ピーク点
ｐ，，Ｐ２に対応する時刻ｔ３　，ｔ４のＡＥ到達時間
差Ｃは、ＡＥ信号のｌ周期より小さくなっている。また
、同様に、実施例の第２の演算方法によれば、各第１の
山の立ち上がり点ＱｊＱ２に対応する時刻ｔ，，ｔ２の
ＡＥ到達時間差ｄは、ＡＥ信号の１周期より小さくなっ
ている。

ところが、ＡＥ信号がセンサＩＡ，ＩＢに到達した時点
とは、本来、センサＩＡ，ＩＢの各出力ａ，ｅにおける
第１の山の立ち上がり点Ｑ．，Ｑ２であるので、実施例
の第２演算方法によれば、本当のＡＥ到達時間差が得ら
れる。また、各センサＩＡ，ＩＢの出力レベルは異なる
が、第ｌの山付近では、各波形の周期が略同じであるの
で、第１演算方法によっても本当のＡＥ到達時間差に相
当する時間差を得ることができる。このことは、各セン
サＩＡ，１Ｂの出力の各波形における位相が同じ点でＡ
Ｅ到達時刻を求めることに起因している。

なお、センサへのＡＥ到達時刻を求める上記の各演算を
実行するに先立って、ノイズ除去のためのディジタルフ
ィルタリングを施してもよい。

また、上記の実施例では、ＡＥ発生毎にメモリ８Ａ，８
Ｂに記憶されたＡＥのｌ事象に対応するデータ長のディ
ジタルデー夕を読み出して、ＡＥ発生位置標定を行うよ
うにしているが、別の例では、検査中の演算を行わない
で、１つの検査期間中に発生する全てのＡＥ信号をメモ
リ８Ａ，８Ｂに記録するだけにとどめておいて、検査終
了後に個々のＡＥ事象について発生位置標定演算を行う
ようにしてもよい。

本発明によるＡＥ発生位置標定の精度を従来装置と対比
した実施例を以下に説明する。

共鳴周波数五百ｋＨｚのセンサを使用してセラミックス
の４点曲げ破壊靭性試験を行い、試験片の破断に伴って
放出されるＡＥ信号を従来装置および本発明による装置
を用いて同時に計測し、ＡＥ発生位置標定を実施した。

従来装置によるＡＥ発生位置標定結果は、破断位置から
約１〜２ｃｍの範囲にばらついており、ＡＥ信号のセン
サへの到達時刻が正確に測定できていないことが確認さ
れた。

これに対し、本発明によるＡＥ発生位置標定結果は、破
断位置から約１〜２ｍｍの範囲に集中しており、約ｌ〜
２ｍｍの精度でＡＥ発生位置を標定できることを確認し
た。なお、上述の実験例において、本発明に用いたＡ／
Ｄ変換器のサンプリング周期は、５０ｎｓである。

上記の実施例では、１次元のＡＥ発生位置標定の場合に
ついて説明したが、３個以上のセンサを用い、ＡＥ信号
による各センサからのアナログ信号に上記実施例と同様
の処理を施してＡＥ到達時刻を求めることにより正確な
ＡＥ到達時刻を求めることができ、周知の演算方法によ
り高次のＡＥ発生位置標定を行うことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明のＡＥ発生位置標定装置によ
れば、ＡＥ信号に対応してセンサから出力されるアナロ
グ信号を一定周期でサンプリングするとともにこのアナ
ログ信号を信号の波形を示す時系列のディジタル信号に
変換し、このディジタル信号を順次遅延することにより
、ＡＥ信号の検出時にこのＡＥ信号に対応するディジタ
ル信号を記憶し、このディジタル信号から演算手段によ
って、ＡＥ信号の第１番目の山の予め設定された同位相
の点に対応する時刻情報をそれぞれ求めるようにしたの
で、ＡＥ信号の到達時間差にＡＥ信号の振幅の違いによ
る影響が生じなくなり、ＡＥ発生位置を正確に標定する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例のＡＥ発生位置標定装置を示すブ
ロック図、 第２図は実施例における信号およびデータの流れを示す
タイムチャート、 第３図は実施例におけるＡＥ到達時刻と従来の方法を用
いた場合のＡＥ到達時刻との違いを比較して示す図、 第４図は実施例に係わるフローチャート、第５図はＡＥ
信号としきい値とを比較するだけでＡＥ到達時刻を求め
る従来の方法の問題点を説明する図、 第６図はＡＥ信号の包絡線検波した信号としきい値とを
比較するだけでＡＥ到達時刻を求める従来の方法の問題
点を説明する図である。 ＩＡ，ＩＢ・・・センサ、５・・・パルス発生回路、６
Ａ，６Ｂ・・・Ａ／Ｄ変換器、７Ａ，７Ｂ・・・遅延回
路、８Ａ，８Ｂ・・・メモリ、９・・・中央処理装置。 第 １ 図 （ａ） （ｂ） 第 ５ 図 （ａ） （ｂ） 第 ６ 図 Ｔｏ 第 ２ 図 （ｂ） 第４ 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＡＥ信号に感応して該ＡＥ信号に対応するアナロ
   グ信号を出力する複数のセンサと、 上記センサからのアナログ信号の大きさが予め設定され
   たしきい値以上のときに検出信号を出力するＡＥ信号検
   出手段と、 上記各センサに対応して該センサから出力されるアナロ
   グ信号を一定周期でサンプリングして該アナログ信号の
   波形を示す時系列のディジタル信号に変換する複数の信
   号変換手段と、上記各センサに対応して上記ディジタル
   信号を順次遅延する複数の信号遅延手段と、 前記ＡＥ信号検出手段から検出信号が出力されることに
   より上記信号遅延手段で遅延された各センサに対応する
   時系列のディジタル信号をそれぞれ所定の長さだけ記憶
   するための記憶手段と、 上記記憶手段に記憶された各時系列のディジタル信号か
   らＡＥ信号の第１番目の山の予め設定された同位相の点
   に対応する時刻情報をそれぞれ求め、前記各センサに対
   応するＡＥ信号にっいての上記時刻情報から該ＡＥ信号
   の発生位置を演算する演算手段と、 を備えたことを特徴とするＡＥ発生位置標定装置。
2. （２）前記予め設定された同位相の点が第１番目の山の
   ピークの点であることを特徴とする請求項１記載のＡＥ
   発生位置標定装置。
3. （３）前記予め設定された同位相の点が第１番目の山の
   立ち上がり点であることを特徴とする請求項１記載のＡ
   Ｅ発生位置標定装置。