JPH03285143A - Method and apparatus for detecting part different in hardness in measured object - Google Patents

Method and apparatus for detecting part different in hardness in measured object

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JPH03285143A
JPH03285143A JP2086035A JP8603590A JPH03285143A JP H03285143 A JPH03285143 A JP H03285143A JP 2086035 A JP2086035 A JP 2086035A JP 8603590 A JP8603590 A JP 8603590A JP H03285143 A JPH03285143 A JP H03285143A
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Abstract

PURPOSE:To detect the presence of the different hardness part in an object to be measured by detecting that a spectrum is separated into two spectra from the vibration applied to the matter to be measured and picked up therefrom. CONSTITUTION:The object to be measured placed on a measuring stage 24 is vibrated by a vibrator 25 and the vibration thereof is detected in a non- contact state by the sensor 27 of an output vibration receiving apparatus 26 to be converted to an electric signal. The inherent signal of the object to be measured is subjected to spectrum analysis on the basis of the electric signal by an operational processing/judging apparatus 30 and it is judged whether the peak of the spectrum of vibration due to the different hardness part in the object to be measured is present in the vicinity of the peak of the fundamental inherent vibration spectrum of the object to be measured. When there is a different hardness part in the object to be measured in this spectrum analysis, the spectrum processed by the inherent vibration of the object to be measured in separated into two spectra and, therefore, by detecting said spectra, the presence of the different hardness part can be detected.

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、被測定物中の異なる硬さ部分を検出する方
法及び、装置に関し、被測定物に生じる亀裂や欠けを事
前に検出するために好適なものである。
The present invention relates to a method and apparatus for detecting portions of different hardness in an object to be measured, and is suitable for detecting cracks and chips occurring in the object in advance.

【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、鋳物で作れられるが、こ
れらの部品に亀裂、空洞、凹みなどの欠陥かあると、ピ
ストン機構の不良を招く。 そこで、従来からこれら亀裂、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
において検出し、不良品として廃棄するようにしている
。 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、カラーチエツク法な
ど知られている。
For example, cylinder parts and piston parts used in the piston mechanism of an automobile engine are made of cast metal, but if these parts have defects such as cracks, cavities, or dents, the piston mechanism will fail. Therefore, conventionally, parts having defects such as cracks, cavities, dents, etc. are detected in the parts manufacturing line before assembly of the engine, and are discarded as defective products. Conventionally, methods for detecting and locating this type of defect include:
Method using reflection of ultrasonic waves, detection method using sound when a crack occurs using AE (acoustic emission), CCD
Observation methods using cameras, X-ray photography methods, color check methods, etc. are known.

【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、欠陥等が生じていない部品であっても、
例えば鋳鉄の含有黒鉛が局所的に球状化していて、その
部分が他の部分よりも高い硬度になっていると、この部
品を例えばピストン部品として使用中にその硬い部分に
亀裂や欠けを生じる恐れがあり、危険である。しかしな
がら、前述したように、事前にこの硬度の局所的に高い
部分を検出する方法及び装置は従来存在せず、製造ライ
ンにおいて、このような部品を取り除くことは従来はで
きなかった。 また、例えば圧延機に用いられる圧延ローラは、中心部
分が軟鉄で構成されると共に、その外側の溶融した高熱
の鉄と圧接する部分は鍛造鉄から構成されている。この
鍛造鉄は硬度を高めるため、カーボンを含有しているが
、当初、この鍛造鉄部分に硬度が偏在する部分がなかっ
たとしても、高熱及び高圧のためにカーボンが球状化(
ダイヤモンド化)し、局部的に硬度の高い異硬度部分が
生じてしまう。そして、このように異硬度部分が生じる
と、その部分はやがて亀裂や欠けを生じるため圧延ロー
ラが壊れてしまう。 しかしながら、圧延ローラ中の球状化による硬度の高い
異硬度部分の存在を検出する手段が従来存在しないため
、従来は、安全率を見込んで圧延ローラを所定時間使用
したら交換するようにしている。 しかしながら、安全率を見込んだとしても、場合によっ
ては、圧延ローラを交換する前に異硬度部分の発生から
亀裂を生し、壊れてしまうことかある。そして、圧延ロ
ーラが一旦壊れてしまうと、圧延機の復旧には多大の労
力と時間を要する。 そこで、圧延ローラ中の異硬度部分の存在を検知して、
確実に圧延ローラの破壊を防止できることか望まれる。 この発明は、以上の点に鑑み、被測定物中に他と異なる
硬さ部分がある時、これを検知できるようにする方法及
び装置を提供することを目的とする。
However, even if there are no defects,
For example, if the graphite contained in cast iron is locally spheroidized and has a higher hardness than other parts, there is a risk that the hard part will crack or chip when the part is used, for example, as a piston part. and is dangerous. However, as described above, there has been no method or device for detecting locally high hardness parts in advance, and it has been impossible to remove such parts from the production line. Further, for example, a rolling roller used in a rolling mill has a central portion made of soft iron, and an outer portion that comes into pressure contact with molten high-temperature iron is made of forged iron. This forged iron contains carbon to increase its hardness, but even if there were no unevenly distributed areas of hardness in this forged iron part, the carbon becomes spheroidized due to high heat and pressure.
(diamond formation), resulting in localized hardness areas with high hardness. When a portion of different hardness occurs in this manner, cracks or chips will eventually occur in that portion, resulting in breakage of the rolling roller. However, conventionally, there is no means for detecting the presence of a different hardness portion due to spheroidization in the rolling roller, so conventionally the rolling roller has been replaced after being used for a predetermined period of time in consideration of a safety factor. However, even if a safety factor is taken into account, in some cases, the rolling roller may crack and break due to the occurrence of portions of different hardness before being replaced. Once the rolling roller is broken, it takes a lot of effort and time to restore the rolling mill. Therefore, by detecting the presence of parts with different hardness in the rolling roller,
It is desirable to be able to reliably prevent the rolling roller from breaking. In view of the above points, it is an object of the present invention to provide a method and a device that can detect when there is a portion of a measured object that has a hardness different from other portions.

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

この発明による検出方法は、 被測定物に振動を加えて、その振動をピックアップし、
このピックアップした振動から上記被測定物の固有振動
の持つスペクトルが2つに別れることを検出することに
より、上記被測定物中に異硬度部分が存在することを検
出する。 また、この発明による検出装置は、 被測定物を加振する加振手段と、 上記被測定物の振動をピックアップし、電気信号に変換
するピックアップ手段と、 このピックアッ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の近傍に、上記被測定物
中の異硬度部分による振動のスペクトルのピークが存在
するか否かを判別する手段とを備える。 また、上記被測定物中の異硬度部分の位置を評定するこ
ともでき、その方法は、 被測定物の周囲に沿っ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PKIと、
上記被測定物中の異硬度部分による振動のスペクトルの
ピーク値PK2とを求め、上記基本固有振動スペクトル
のピーク値PKIと、上記異硬度部分による振動のスペ
クトルのピーク値PK2との差(PKI−PK2)が最
大になる位置を、上記被測定物中の異硬度部分の存在位
置として評定することを特徴とする。 また、位置の評定のための装置は、 被測定物の周囲に沿っ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ックアップし、電気信号に変換
するピックアップ手段と、 このピックアッ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PKIと、上記被測定物中の異硬度部分による振動
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
測定物中の異硬度部分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(PKl、−PK2
)が最大となる位置を検出し、この位置を上記被測定物
中の異硬度部分の存在位置として評定する手段を備える
ことを特徴とする。
The detection method according to this invention applies vibration to the object to be measured, picks up the vibration,
By detecting that the spectrum of the natural vibration of the object to be measured is divided into two from the picked up vibrations, it is detected that a portion of different hardness exists in the object to be measured. Further, the detection device according to the present invention includes: an excitation means for vibrating the object to be measured; a pickup means for picking up the vibration of the object to be measured and converting it into an electric signal; receiving an electric signal from the pickup means; Analyze the spectrum of the natural vibration of the object to be measured, and determine whether or not there is a peak in the spectrum of vibration due to different hardness parts in the object to be measured, near the peak of the basic natural vibration spectrum of the object to be measured. and means to do so. It is also possible to evaluate the position of a portion of different hardness in the object to be measured, and this method involves applying vibration to the object at multiple points along the circumference of the object, and applying vibration at each excitation position. a peak value PKI of the basic natural vibration spectrum of the natural vibration of the object to be measured;
The peak value PK2 of the vibration spectrum due to the different hardness portions in the object to be measured is determined, and the difference (PKI- The method is characterized in that the position where PK2) is maximum is evaluated as the position where a portion of different hardness exists in the object to be measured. In addition, the device for position evaluation includes an excitation means that sequentially vibrates multiple points along the circumference of the object to be measured, and a pickup means that picks up the vibration of the object to be measured and converts it into an electrical signal. , receives the electrical signal from the pickup means, spectrally analyzes the natural vibration of the object to be measured at each of the excitation positions, and calculates the peak value PKI of the basic natural vibration spectrum of the object to be measured, and the peak value PKI of the basic natural vibration spectrum of the object to be measured. a means for determining a peak value PK2 of a spectrum of vibration due to different hardness portions; a locus of change in the peak value of the basic natural vibration spectrum from each peak value at each of the plurality of excitation positions; A method for determining the locus of change in the peak value of the vibration spectrum due to parts of different hardness, and a method for determining the difference between both peak values (PKl, -PK2) from the locus determined above.
) is at a maximum, and is characterized by comprising means for evaluating this position as a position where a portion of different hardness exists in the object to be measured.

【作用】[Effect]

加振された被測定物の振動は、非接触でピックアップ可
能である。そして、この発明の発明者による研究の結果
、そのピックアップされた振動をスペクトル分析すると
、被測定物中に異硬度部分(異物を含む)がある場合に
は、被測定物の固有振動が持つスペクトルか2つに別れ
ることが観測できることが判明した。 これは、振動の伝播速度は物質の硬さに応じて異なり、
硬度か高いほど伝播速度が早くなる性質を有しているこ
とに起因する。すなわち、被測定物中に局部的に硬度の
高い部分が存在すると、その部分では振動の伝播速度が
早くなり、被測定物の固有振動のエネルギーは、基本固
有振動のエネルギーと前記硬度の高い部分を含む振動の
エネルギーとに振動のエネルギーが別れる。そのため、
前記のように被測定物の固有振動が持つスペクトルは2
つに別れて観測されることになる。したがって、被測定
物中に他の部分よりも硬い部分が偏在すると、被測定物
の固有振動が持つスペクトルは、基本固有振動スペクト
ルと、それよりも高い周波数側のスペクトルとに別れて
現れる。また、同様にして被測定物中に他の部分よりも
柔らかい部分か偏在すると、被測定物の固有振動が持つ
スペクトルは、基本固有振動のスペクトルと、それより
も低い周波数側のスペクトルとに別れて観測されるもの
である。このようにして、被測定物の固有振動が持つス
ペクトルか2つに別れて観測できる可否かにより、被測
定物中の異硬度部分の有無を検出することができる。 そして、基本固有振動のエネルギーと異硬度部分による
振動のエネルギーとの和は、加振位置に限らず一定であ
るか、異硬度部分の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。 このため、加振位置により両者の振動のスペクトルのエ
ネルギー(スペクトルのピーク値)の比が異なる。そし
て、異硬度部分の位置で加振したときは、異硬度部分に
よる振動のエネルギーはほぼ0となるので、基本固有振
動スペクトルのピーク値と、上記異硬度部分による振動
のスペクトルのピーク値との差が最大になり、この位置
を上記被測定物中の異硬度部分の存在位置として評定す
ることができる。
The vibration of the excited object to be measured can be picked up without contact. As a result of the research conducted by the inventor of this invention, when the picked up vibrations are spectral analyzed, if there are parts of different hardness (including foreign objects) in the object to be measured, the spectrum of the natural vibration of the object to be measured is It turned out that it was possible to observe the separation into two parts. This means that the propagation speed of vibration varies depending on the hardness of the material.
This is due to the fact that the higher the hardness, the faster the propagation speed becomes. In other words, if there is a locally high hardness part in the object to be measured, the vibration propagation speed becomes faster in that part, and the energy of the natural vibration of the object to be measured is equal to the energy of the basic natural vibration and the part with high hardness. The vibrational energy is separated into the vibrational energy containing the vibrational energy. Therefore,
As mentioned above, the spectrum of the natural vibration of the measured object is 2
It will be observed separately. Therefore, if a part of the object to be measured is harder than other parts, the spectrum of the natural vibration of the object to be measured will appear divided into a basic natural vibration spectrum and a spectrum on the higher frequency side. Similarly, if a part of the object to be measured is softer than other parts, the spectrum of the natural vibration of the object will be divided into the spectrum of the fundamental natural vibration and the spectrum of lower frequencies. This is what is observed. In this way, the presence or absence of a portion of different hardness in the object to be measured can be detected depending on whether the spectrum of the natural vibration of the object to be measured can be observed separately into two parts. The sum of the energy of the basic natural vibration and the energy of the vibration caused by the different hardness parts is constant regardless of the excitation position, or the magnitude of both vibrations varies depending on the excitation position relative to the position of the different hardness parts. different. Therefore, the ratio of the energy of the spectrum of both vibrations (the peak value of the spectrum) differs depending on the excitation position. When the vibration is applied at the position of the different hardness part, the energy of the vibration due to the different hardness part becomes almost 0, so the peak value of the basic natural vibration spectrum and the peak value of the vibration spectrum due to the different hardness part are different. The difference becomes maximum, and this position can be evaluated as the location of the different hardness portion in the object to be measured.

【実施例】【Example】

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、この振動を変位計や指向性
の鋭い振動検出センサでピックアップする。すると、硬
さに偏在が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12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、大きさにより定まっている。 これに対し、被測定物の鋳造円筒シリンダ2の壁面を貫
通するように繋がった部分】で、例えば黒鉛の球状化が
生じて、この部分1が局部的に非常に硬くなった場合に
は(以下、この部分1を連繋異硬度部分1と呼ぶ)、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、連繋異硬度部分1の存
在により、シリンダ2の円筒側面を伝播する振動波3が
この異硬度部分10部分では他の部分より早く通過する
ため、この部分1を通る振動の伝播経路が短くなり、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高
い周波数側に、この連繋異硬度部分1による振動のスペ
クトルが生じるためである。 すなわち、連繋異硬度部分1がシリンダ部品2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と共に、周
波数的にその上側に連繋異硬度部分1による振動のスペ
クトルのピーク12が別れて現われる。ここで、両者の
スペクトルのエネルギーの和は、第1図Aの異硬度部分
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、連繋異硬度部分の大きさ(長さンは、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
fKに比例する。ここで、連繋異硬度部分の大きさとは
、連繋異硬度部分部分の容積を指す。 なお、連繋異硬度部分が微小な場合には、これら奇数次
のスペクトルのQ値(= (f+   f: )/ f
 o 、第3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、連繋異硬度部分によ
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。 したかって、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、連繋異硬度部分の有無を判定
することができる。 次に、被測定物のシリンダ部品に円筒壁面にまでは繋が
っていない非連繋異硬度部分かあった場合には、連繋異
硬度部分か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
別れることはなく、奇数次のみのスペクトルを注目した
たけては、非連繋異硬度部分は検出できない。これは1
次スペクトルとして現れる振動は円周に沿っての振動で
、非連繋異硬度部分のように円筒壁を貫通していないも
のでは、この異硬度部分を通らずに上記振動が伝播でき
るため、1時スペクトルが2つのピークに別れることが
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
、非連繋異硬度部分は厚み方向にみたとき、やはりこの
異硬度部分を通過する経路を考えることかできるので、
スペクトルが2つに別れることを観察できる。 すなわち、第1図Cは被測定物に非連繋異硬度部分のみ
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と非連繋異硬度部分による振動の
スペクトルのピーク14との2つにピークが別れる。こ
の場合も同様に両者のエネルギー(振幅)の和は、非連
繋異硬度部分が無い場合のそれに等しく、また、非連繋
異硬度部分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高
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fHが非連繋異硬度部分の大きさ
に比例している。 非連繋異硬度部分が微小な場合には、連繋異硬度部分の
場合と同様に、非連繋異硬度部分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、微小な非連繋異硬度部分を検出すること
ができる。 次に、連繋異硬度部分と、非連繋異硬度部分が同時に存
在している場合には、第1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15は基本固有振動のスペクトルで
あり、周波数的にその上側にあるピーク16は連繋異硬
度部分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、周波数的にその下側にあるピーク18は非連
繋異硬度部分による振動のスペクトルである。ただし、
この場合の非連繋異硬度部分の大きさは、非連繋異硬度
部分によるスペクトル中には連繋異硬度部分の存在の影
響があるので、2次スペクトルについての上記2つのビ
ーク位置の周波数差fH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。 ところで1以上説明した新規な検出方法において、基本
固有振動のスペクトルのピーク値と、異硬度部分による
振動のスペクトルのピーク値とは、被測定物の異硬度部
分の位置に対する加振位置によって異なる。 すなわち、前述したように、加振したとき、基本固有振
動のエネルギーと異硬度部分を通る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、異硬度部分の
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(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ットして行く
と、基本固有振動のスペクトルのピーク値の軌跡波形は
、異硬度部分(この場合、連繋異硬度部分)がなければ
、真円になる。そして、被測定物に異硬度部分があれば
、第5図の軌跡波形6のようになり、異硬度部分による
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か大きい加振位置で
は、異硬度部分を通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、互いに変化の位相か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、異硬度部
分がなければ、1次振動は第4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C1D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のいずれて
加振しても、第5図のような結果が得られる。 そして、異硬度部分が存在する角度位置で加振したとき
には、異硬度部分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。したがって、両者のピーク値の差が最大になる位
置として、異硬度部分、この場合は、連繋異硬度部分の
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で示した位置に連繋異硬度部分が存在する。 こうして、被測定物の周囲に沿っ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PKIと、連繋異硬度部分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(PK
I−PX3)が最大となる位置を連繋異硬度部分の存在
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、連繋異硬度
部分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、最大になっており、一方、連繋異硬度部分によ
る振動のスペクトルのピーク値は、最小になっている。 したがって、基本固有振動スペクトルのピーク値の軌跡
か、連繋異硬度部分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、連繋異硬度部分が存在して
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って
いる。この第5図のように、ピーク値の軌跡が歪むのは
、連繋異硬度部分が円筒の軸方向に対し、斜めの状態に
なっているからで、連繋異硬度部分が軸方向に平行にな
っている場合には、90度毎にほぼ等しい軌跡を描く。 なお、連繋異硬度部分がどちら側に曲がっているかは、
連繋異硬度部分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連
繋異硬度部分は曲がっている。 第5図では、連繋異硬度部分は右側に曲がっている。 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連繋異硬度部分の存在位
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、同し結果しか得られ
ないことは分かっているので、90度、180度、27
0度だけ互いに離れた点を取らないようにして、(90
÷3)度量下の角度層れた加振点を3点以上選べば、9
0度角範囲のピーク値の軌跡波形を描くことかでき、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、連繋異硬度部分
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
ても同様にてき、非連繋異硬度部分の位置評定を行なう
ことができる。 すなわち、第6図に、非連繋異硬度部分がある場合の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、非連繋異硬度部分によるスペク
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60及び7
0は、60度毎にほぼ正弦波状波形を繰り返し、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連
繋異硬度部分によるスペクトルのピーク値の軌跡波形と
ては、互いに位相が30度異なっている。 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、非連繋異硬度部分による振動のスペクト
ルのピーク値PK4との差(PX3−PX4)が最大と
なる位置を非連繋異硬度部分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て示す位置が
、非連繋異硬度部分の存在位置である。 また、非連繋異硬度部分の場合にも、被測定物が、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
、前記連繋異硬度部分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、非連繋異硬
度部分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6
0度の整数倍を除く、90@/3以下の角間隔て、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
異硬度部分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、被測定物中の異硬度部分の存在可能位置を評定する
ことができる。 次に、以上述べた異硬度部分検出方法及び異硬度部分の
位置評定方法を適用した装置の一実施例を、第7図以下
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異硬度部分の検出
装置の一実施例を示し、この例は円筒状シリンダ部品中
の異硬度部分を検出し、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、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n1定物2
1か載置されたことが、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
の例ては、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、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6
0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[25における被測定物21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2]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2]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、異硬度部分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異硬度部分による振
動のスペクトルがベアとなって現われ、また、異硬度部
分が下半分にあるときは、高い周波数位置の基本固有振
動スペクトルに異硬度部分による振動のスペクトルがベ
アとなって現われる。したがって、どちらの基本固有振
動スペクトルにベアとなる異硬度部分のスペクトルが現
われるかにより、被測定物中、異硬度部分が上半分にあ
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、被測定物中の軸方向の中間部に異硬度部分が存
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、
非接触で出力振動受信装置26のセンサ27て検出され
、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てきる。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
l、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。 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
。かなり大きな連繋異硬度部分や非連繋異硬度部分であ
るならば、これらの固有振動以外の振動が混在していて
も上記方法によって異硬度部分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の振動
をできるだけ除去しなければ、異硬度部分の検出が困難
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
ンパルス衝撃法とかあるが、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かできる
。すなわち、被測定物21中を伝わる音波の速度Cかそ
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、 V 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4560 m / s 、横波はその1/1.8
で、約2780 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9図Aのようになる
。この波形では、早い縦波のみの部1分が約26μse
c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
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ィ
ンドーWIを設定し、このウィンドーWIによって、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、ウィンドーW、形成手段32からの前記のウィ
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20111se
c経過した時点からウィンドーW1を立ち上げ、200
 m5ecのウィンドー幅を設定する。このためウィン
ドーW、形成手段32ては、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W□か形成される。 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。この強調用ウィンドー
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、微小な連
繋異硬度部分や非連繋異硬度部分は、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、できるた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、連繋異硬度部分や非連繋異硬
度部分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1つて示すように、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、微小な連繋異硬度部分や非連繋異硬度部分てあって
も、その微小な異硬度部分をスペクトルのQ値でなく、
基本固有振動スペクトルと、異硬度部分による振動のス
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を更にかければよい。 y−acos2 (xωt) +bcos  2 (x tt)t+r)+−−−+k
cos  2 (x ω t+nr)  +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9図Cに示すような波形
となる。 第10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W、及び強調用
ウィンドー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、固有振動抽出用ウィンド
ーWIによって上記被測定物21の振動の衝撃直後から
20m5ecu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異硬度部分による振
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、連繋
異硬度部分又は非連繋異硬度部分による振動スペクトル
とがより明確に分離されることがわかる。 ウィンドーW2も、ウィンドーW1と同様に、ウィンド
ー前2形成手段36において、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。 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はこれとベアと
なる異硬度部分のスペクトル、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1
1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、異硬度部分による振動のスペクト
ル42のピーク値の方か、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っている。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連
繋異硬度部分による振動のスペクトルのピーク値か、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、非連繋異硬度部分は、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に対し異硬
度部分による振動のスペクトル52かベアとして大きな
ピークを持って現われる。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、異硬度部分による振動のスペクトル54がベアとし
て現れ、非連繋異硬度部分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非連繋異硬度部分
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、異硬度部分有無判定手段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
異硬度部分による振動のスペクトルの存在を判別して異
硬度部分の有無を判別する。 すなわち、異硬度部分有無判定手段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d、、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、異硬度
部分の振動のスペクトルとがベアになると考えられる周
波数範囲d3.d4 (d3.d4 <d、。 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、ベアとして
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、そのベアを検出したら、周波数の低い方
のベアのうちの低い方の周波数を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して前
記周波数幅d3より狭い、予め定められている周波数幅
d。 内に基本固有振動スペクトルとは別のピーク(もちろん
ベアのピークでもよい)が有るか否か判別し、ピークか
あれば、被測定物21は連繋異硬度部分有りと判別する
。 同様に、2次スペクトルについて、そのベアを検出した
ら、周波数の低い方のベアのうちの低い方の周波数を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、ピークかあれば、被測定
物21は非連繋異硬度部分有りと判別する。 第14図に、以上説明した異硬度部分有無判定手段38
における動作のフローチャートを示す。 この異硬度部分有無判定手段38で、連繋異硬度部分有
り、また、非連繋異硬度部分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。 もっとも、この異硬度部分有無判定手段38で、異硬度
部分があると判定されたときは、その被測定物は不良品
として、この段階でラインから除去するようにしても良
い。 位置評定手段39では、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
異硬度部分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、
連繋異硬度部分の場合には、その存在の可能性のある9
0度毎の4箇所の位置を評定し、非連繋異硬度部分の場
合には、その存在の可能性のある60度毎の611所の
位置を評定する。 そして、こうして評定された異硬度部分存在可能位置は
、位置P]〜P3は分がっているので、例えばP3に対
する1箇所の異硬度部分存在可能位置の、現在位置から
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。 異硬度部分存在可能位置の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、各異硬度部分存在可能位置にマーカを付すよ
うにする。この場合、例えば連繋異硬度部分と、非連繋
異硬度部分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、複数箇所の異硬度部分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周分の全てに渡って、順次に所定角度づつ異なる位置
を加振することにより異硬度部分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
のピーク値及び異硬度部分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、異硬度部分に
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、その位置を異硬度部分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異
硬度部分による振動のスペクトルが2つに別れるのが、
周波数の高いほうが低いほうかにより、円筒状シリンダ
の上半分の位置に異硬度部分かあるのか、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っ
てもよく、六方体その他の多面体であっても、また、球
体であってもよい。また、材質も問わない。 また、異硬度部分は上述のように他の部分より硬い部分
ではなく、他の部分よりも柔らかい部分であっても検出
及び位置評定ができる。その場合には、異硬度部分によ
る振動のスペクトルは、この柔らかい異硬度部分を通る
振動の速度は遅くなるため、基本固有振動のスペクトル
よりも、周波数的に低い側に現れる。 さらに異硬度部分は被測定物とは硬さの異なる異物であ
ってもこの発明は適用可能である。 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 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 a shock, and these vibrations are picked up by a displacement meter or a vibration detection sensor with sharp directivity. Then, in the case of a hollow cylinder whose hardness is not unevenly distributed, the spectrum analysis of its natural vibration shows that each order is 1st, 2nd, etc., as shown in Figure 12A. A spectrum with one peak is 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, for example, the graphite becomes spheroidized and this part 1 becomes locally extremely hard ( Hereinafter, this part 1 will be referred to as the connected different hardness part 1), 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 existence of the connected different hardness portion 1, the vibration wave 3 propagating on the cylindrical side surface of the cylinder 2 passes through this different hardness portion 10 faster than other parts. This is because the propagation path of vibration passing through 1 becomes shorter, and the spectrum of vibration due to this linked different hardness portion 1 occurs on the frequency side higher than the basic natural vibration spectrum of the cylinder component. That is, when the linked different hardness part 1 exists in the cylinder part 2, as shown in FIG. The peaks 12 of the vibration spectrum due to the different hardness portion 1 appear separately. Here, the sum of the energy of both spectra is equal to the energy of the primary spectrum when there is no different hardness portion in FIG. 1A. 2
In the next spectrum, one peak remains. In this case, the size (length) of the linked different hardness portion is proportional to the frequency difference fK between the frequency positions where peaks 11 and 12 of the spectrum stand.Here, the size of the linked different hardness part is the linked different hardness Refers to the volume of the partial portion. In addition, when the connected different hardness portion is minute, the Q value of these odd-order spectra (= (f + f: )/f
o, see Figure 3) becomes larger and wider. This is thought to be because the fundamental natural vibration spectrum and the spectrum of vibration due to the linked different hardness parts are observed as a combination rather than separated due to the frequency resolution of the arithmetic device. 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 a connected different hardness portion. Next, if there is an unconnected different hardness part in the cylinder part of the object to be measured that is not connected to the cylinder wall surface, if there is no connected different hardness part, as shown in Figure 1C, Odd-numbered spectra, such as first-order or third-order spectra, do not separate into two, and if you focus only on the odd-numbered spectrum, you will not be able to detect uncoupled different hardness portions. This is 1
The vibration that appears as the next spectrum is a vibration along the circumference, and in cases where the vibration does not penetrate the cylindrical wall, such as a non-connected portion of different hardness, the vibration can propagate without passing through this portion of different hardness. This is because the spectrum does not separate into two peaks. However, if we pay attention to the even-order, for example, second-order spectrum, we can consider the path that passes through the unconnected different hardness parts when viewed in the thickness direction.
It can be observed that the spectrum is divided into two. That is, FIG. 1C shows a case where only a non-coupled different hardness part exists in the measured object, and the secondary spectrum is a combination of the peak 13 of the basic natural vibration spectrum and the peak 14 of the vibration spectrum due to the non-coupled different hardness part. The peak is divided into two. In this case as well, the sum of both energies (amplitudes) is equal to that in the case where there is no non-coupled different hardness part, and the spectrum of vibration due to the non-coupled different hardness part is a quadratic fundamental eigenvalue for the same reason as above. It appears higher in frequency than the vibration spectrum. In this case as well, the frequency difference fH between the frequency positions where the peaks 13 and 14 of both spectra stand is proportional to the size of the non-coupled different hardness portion. When the non-coupled differential hardness portion is minute, the spectrum of vibration due to the non-coupled differential hardness portion is hidden in the second-order fundamental natural vibration spectrum, as in the case of the coupled differential hardness portion, but its Q value is Therefore, by determining the magnitude of the Q value, it is possible to detect minute non-coupled different hardness portions. Next, when a connected different hardness part and a non-linked different hardness part exist at the same time, looking at the primary spectrum and secondary spectrum of the fundamental natural vibration, as shown in the first diagram,
Both result in spectra with two peaks. Regarding the primary spectrum, peak 15 is a spectrum of fundamental natural vibration, and peak 16 located above it in terms of frequency is a spectrum of vibration due to linked different hardness parts. Regarding the secondary spectrum, peak 17 is a spectrum of fundamental natural vibration, and peak 18 located below it in terms of frequency is a spectrum of vibration due to non-coupled different hardness parts. however,
In this case, the size of the non-coupled different hardness part is determined from the frequency difference fH between the two peak positions in the secondary spectrum, since the spectrum due to the non-coupled different hardness part is affected by the presence of the linked different hardness part. , is obtained by subtracting the frequency difference fK between the two peak positions for the primary spectrum. By the way, in the novel detection method described above, the peak value of the spectrum of the basic natural vibration and the peak value of the spectrum of vibration due to the different hardness portion differ depending on the excitation position with respect to the position of the different hardness portion of the object to be measured. 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 passing through the part with different hardness is constant regardless of the position of vibration, but when the vibration is applied to the position of the part with different hardness, Since the magnitude of both vibrations differs depending on the 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 the first-order vibration, the fifth
As shown in the figure, the excitation position is set on the circumference 5 along the outer circumference of the cylinder, and the peak value of the primary spectrum of the natural vibration of the object to be measured at each angular position for one circumference is calculated as follows:
When plotted as the size from the center 0 point of the circumference 5, the locus waveform of the peak value of the spectrum of the fundamental natural vibration will be a perfect circle unless there is a different hardness part (in this case, a connected different hardness part) Become. If the object to be measured has a portion of different hardness, the trajectory waveform 6 in FIG.
At an excitation position where the peak of the spectrum of the fundamental natural vibration is large, the peak of the spectrum of vibration passing through a portion of different hardness becomes small, or vice versa. And both waveforms 6
and 7 repeat the same locus almost sinusoidally every 90 degrees, and the phases of change differ from each other by 45 degrees. 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 are no parts with different hardness, the primary vibration is - as shown in Figure 4. The vibration repeats the state shown by the dotted chain line 8 and the state shown by the double dotted chain line 9, and the position B is 180 degrees different from the excitation position A.
vibrates in exactly the same way, and the position C1D, which is 90 degrees different from the excitation position A, vibrates in the opposite phase. 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. When vibration is applied at an angular position where a portion of different hardness exists, the energy of the vibration due to the portion of different hardness becomes minimum, while the energy of the fundamental natural vibration spectrum becomes maximum. Therefore, the position where the different hardness portion, in this case, the linked different hardness portion, exists can be detected as the position where the difference between the two peak values is maximum. In the example shown in FIG. 5, a connected different hardness portion exists at the position indicated by arrow A. In this way, a plurality of locations are sequentially excited along the circumference of the object to be measured, and the peak value PKI of the basic natural vibration spectrum at each excitation position and the peak value PK2 of the spectrum of vibration due to the linked different hardness parts are determined, Difference between both peak values (PK
The position where I-PX3) is maximum can be detected as the position where the connected different hardness portion exists. In this case, if the cross-sectional shape of the object to be measured is a circle or an ellipse, as shown in FIG. At these four locations, the peak value of the basic natural vibration spectrum is the maximum, while the peak value of the vibration spectrum due to the linked different hardness portion is the minimum. Therefore, if either the locus of the peak value of the basic natural vibration spectrum or the locus of the spectrum of vibration due to the linked different hardness part is known, then the four positions where the linked different hardness part may exist can be determined. can be evaluated. 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 trajectory of the peak value is distorted as shown in Figure 5 is because the connected different hardness portion is oblique to the axial direction of the cylinder, and the connected different hardness portion is parallel to the axial direction. If it is, approximately equal trajectories are drawn every 90 degrees. In addition, to which side the connected different hardness parts are bent,
In the repeating locus waveform every 90 degrees drawn by the peak value of the vibration spectrum due to the connected different hardness portion, it can be determined by the area occupied by the locus waveform, and the larger the area, the more curved the connected different hardness portion. In FIG. 5, the connected different hardness portions are curved 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 connected different hardness portion. 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 can use 90 degrees, 180 degrees, 27 degrees,
Avoid taking points that are 0 degrees apart from each other, (90
÷3) If you select 3 or more excitation points with angle layers under the measurement, 9
It is possible to draw a trajectory waveform of the peak value in the 0 degree angle range, and from this it is possible to infer a trajectory of 360 degrees around the object to be measured. Then, from the analogous waveform, it is possible to evaluate four positions where there is a possibility that a connected different hardness portion exists. Although the above discussion has focused on primary vibration, the same applies to secondary vibration, and the position of non-coupled and different hardness parts can be evaluated. In other words, in Fig. 6, 2 when there is a non-connected different hardness part.
A locus waveform 60 of the peak value of the basic natural vibration spectrum for the next spectrum and a locus waveform 70 of the peak value of the spectrum due to the non-coupled different hardness portion are shown. As is clear from FIG. 6, these trajectory waveforms 60 and 7
0 repeats a nearly sinusoidal waveform every 60 degrees, and 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-coupled different hardness portion have a phase difference of 30 degrees from each other. ing. In this case as well, the position where the difference (PX3-PX4) between the peak value PK3 of the basic natural vibration spectrum and the peak value PK4 of the spectrum of vibration due to the non-coupled different hardness part is the maximum is selected for the non-coupled different hardness part. It can be detected as the location. In the case of FIG. 6, the position indicated by arrow B is the position where the non-coupled differential hardness portion exists. In addition, in the case of non-coupled different hardness parts, if the object to be measured has a circular or elliptical cross-sectional shape, the repeatability of the trajectory waveform can be evaluated in the same way as in the case of the linked different hardness parts. If it is possible to draw a locus waveform with an angular range of at least 60 degrees, it is possible to evaluate from the locus waveform the positions of 6 (-360÷6) locations where non-coupled different hardness portions may exist. 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 Fig. 6 can also be considered as a repeating waveform every 120 degrees, so as mentioned above, the waveform is repeated every 120 degrees.
If the vibration is applied at intervals of 3 or less angles, the peak values of the spectrum at 4 or more vibration points can be obtained in an angular range of 120 degrees, so draw the locus waveform in Figure 6 by analogy. It is possible. From the above, in the case of a measured object with a circular or elliptical cross section, such as a cylinder, the angular interval between them is an integral multiple of 90 degrees and 6
Excite at least three locations at angular intervals of 90@/3 or less, excluding integral multiples of 0 degrees, and calculate 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 the fundamental natural vibration of the object to be measured at each excitation position. By detecting the peak value of the vibration spectrum due to the different hardness portion, it is possible to evaluate the possible existence position of the different hardness portion in the object from the locus drawn by the peak values at the plurality of excitation positions. Next, an embodiment of an apparatus to which the method of detecting a portion of different hardness and the method of evaluating the position of a portion of different hardness described above is applied will be described with reference to FIG. 7 and subsequent figures. FIG. 7 shows an embodiment of a device for detecting a portion of different hardness to which the method of the present invention is applied. This example is an example of detecting a portion of different hardness in a cylindrical cylinder part and evaluating its position. be. A cylinder component as an object to be measured 21 is carried onto a measurement stage 24 and placed thereon by a transport device 23 controlled by a control device 22 having, for example, a microcomputer. The measurement stage 24 is made of, for example, hard rubber. Then, the n1 constant object 2 is placed on 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, the control device 22 drives the vibration device 25 to vibrate the object to be measured 21. 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 sequentially impact the cylindrical object 21 at a plurality of locations on its outer peripheral surface. This multiple impact points are integral multiples of 90 degrees and 6
This is a position excluding positions that are an integer multiple of 0 degrees away. FIG. 8 is a diagram for explaining an example of a vibrating part of the object to be measured 21 in the vibration excitation device [25], in which FIG. 8A is a cross-sectional view of a cylindrical cylinder, and FIG. 8B is a longitudinal 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 cylindrical object 21 is positioned and mounted so that its center line matches the rotational center position of the measurement stage 24. 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 22.5 degrees, and the position P2 of the side circumferential surface of the object to be measured 2 is
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 2 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, 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. Then, when the different hardness part is in the upper half, the vibration spectrum due to the different hardness part appears as a bare part in the basic natural vibration spectrum at the low frequency position, and when the different hardness part is in the lower half, , the vibration spectrum due to the different hardness portion appears as a bare spectrum in the basic natural vibration spectrum at a high frequency position. Therefore, depending on which fundamental natural vibration spectrum the spectrum of the bare different hardness portion appears, it can be determined whether the different hardness portion is in the upper half or the lower half of the object to be measured. If it appears in both, it can be seen that a portion of different hardness exists in the axially intermediate portion of the object to be measured. The vibration of the object to be measured 21 excited in the above manner is
It is detected in a non-contact manner by the sensor 27 of the output vibration receiving device 26, converted into an electrical signal, and sent to the signal conditioner 28.
Predetermined signal processing is performed at . As the sensor 27, any sensor can be used as long as it can detect vibrations, and a displacement meter or the like may 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 eight times as high. 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. 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 it is a considerably large connected or non-coupled different hardness portion, it may be possible to detect the different hardness portion by the above method even if vibrations other than these natural vibrations are mixed. However, it is usually difficult to detect portions of different hardness unless vibrations other than these natural vibrations are removed as much as possible. So, in this example, we solve this problem as follows. In other words, when exciting the object 21 to be measured, there are the sine wave method and the impulse impact method, but in the case of the sine wave method, the object 21 to be measured is vibrated under certain conditions, and at a certain moment, the object 21 is vibrated. stop. 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 from the time of impact to the start of measurement can be determined as follows. That is, it is determined from the fact that the velocity C of the sound wave traveling through the object to be measured 21 depends on its Young's modulus E (elastic modulus) and the density of the object, and there is a relationship of V 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, and the velocity of the transverse wave is 1/1.8 of that.
The velocity was approximately 2780 m/s, and the time-series waveform of vibrations picked up immediately after the impact was as shown in Figure 9A. In this waveform, one minute of only the fast longitudinal wave is about 26 μsec.
After c, a transverse wave is detected. 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 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 waves specific to this shape are observed shortly before the spinning top stops, such as in the "sacrificial motion" of a top. So, in this case,
The vibrations after the point where the transverse wave reaches its peak value and begins to decay are extracted. For this reason, a rectangular wave window WI as shown in FIG. 9B is set, and a vibration wave is extracted in this example using this window WI. That is, the electrical signal input to the arithmetic processing/judgment processing device 30 is supplied to the gate means 31. Then, using the window signal W1 from the window W and forming means 32, 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. In this example, 20111se immediately after the impact
Start window W1 after c elapses and set 200
Set the m5ec window width. Therefore, the window W and the forming means 32 form the window W□ 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 emphasis window W2 is as follows. That is, even if the natural vibration waveform part specific to the shape of the object to be measured 21 is extracted using the window W1, the minute linked different hardness parts and unlinked different hardness parts are likely to be hidden in the spectrum of the basic natural vibration. As mentioned above, the only way to detect it is to use the Q value of the spectrum. Therefore, 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 judge connected and uncoupled different hardness parts. To do this, the spectrum waveform as shown in Figure 3 should be started from 50% of the peak (Q
(The value does not change) You can apply a correction to rapidly attenuate it. In this way, the "base" of the spectral waveform becomes narrower, and even if there is a minute linked or non-coupled different hardness part, that minute different hardness part is used instead of the Q value of the spectrum.
In many cases, it is possible to separate and detect the basic natural vibration spectrum and the vibration spectrum due to different hardness parts. 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-acos2 (xωt) +bcos2 (x tt)t+r)+---+k
cos 2 (x ω t+nr) + smile, 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. 9C. FIG. 10A shows the spectrum of the entire vibration before applying the above-mentioned natural vibration extraction window W and emphasis window W2 to the vibration of the picked up object 21 to be measured. In addition, FIG. 10B shows the spectrum of vibration extracted from the natural vibration extraction window WI after 20 m5 ecu from immediately after the impact of the vibration of the object to be measured 21, showing the basic natural vibration spectrum and the vibration due to different hardness parts. Separation from the spectrum can be observed. Furthermore, the 10th
Figure C 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 due to the linked different hardness part or the non-linked different hardness part are separated more clearly. . Similarly to the window W1, the window W2 is also formed by the window front 2 forming means 36 based on the vibration start information from the control device 22. The data thus emphasized is supplied to 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 spectrum of the basic natural vibration of the upper half of the object to be measured 21, 42 is the spectrum of the different hardness portion which is bare from this spectrum, and 43 is the basic natural spectrum of the lower half of the object to be measured 21. Also, the first
FIG. 1B shows the first-order spectrum at the excitation position P2. In Fig. 11B, the peak value of the vibration spectrum 42 due to the different hardness portion or the basic natural vibration spectrum 43
The amplitude is larger than the peak value of . 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 the linked different hardness portion, or the peak value of the spectrum of vibration due to the linked different hardness portion, or A first-order spectrum can be obtained. Similarly, FIG. 12A shows the second-order spectrum at the excitation position P1. Here, 51- is a spectrum of basic natural vibration for the upper half of the object to be measured 21, and 53 is a spectrum of basic natural vibration for the lower half of the object to be measured 21. In this case, the uncoupled hardness portion is hidden in the spectrum of the fundamental natural vibration. FIG. 12B shows the second-order spectrum at the excitation position P2, which is 22.5' apart from the excitation position P1. The spectrum 52 appears as a bare spectrum with a large peak. In addition, in this case, the vibration spectrum 54 due to the different hardness portion appears as a bare spectrum in the fundamental natural vibration spectrum 53 of the lower half of the object to be measured, and the non-coupled different hardness portion is located in the axial direction of the object to be measured. It can be seen that it exists in the position. Furthermore, when the measurement stage is rotated 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 the non-coupled different hardness portion change according to the position of excitation. It is possible to obtain a secondary spectrum that is useful. Then, the different hardness portion presence/absence determination means 38 uses the spectrum obtained as described above to determine the presence of a vibration spectrum due to the different hardness portion, for example, in the following manner, and determines the presence or absence of the different hardness portion. . That is, as shown in FIG. 13, the different hardness portion presence/absence determining means 38 determines the amplitude within the predetermined frequency range of the primary spectrum and the frequency range of the secondary spectrum d, d2 from the spectrum waveform. For example, five peak values are determined in descending order of frequency and the peak values are stored. Next, regarding the first-order and second-order spectra, the frequency range d3 is considered to be bare between the spectrum of the basic natural vibration and the spectrum of the vibration of the different hardness portion. d4 (d3.d4 <d,. d2) is determined in advance, and this frequency range d3°d4
A search is made to see if there is a bare frequency value among the five peak frequency values. When that bear is detected for the primary spectrum, the lower frequency of the bears with lower frequencies is recognized as the position of the primary fundamental natural vibration spectrum, and the frequency width d3 is set based on that frequency position. a narrower predetermined frequency width d. It is determined whether or not there is a peak other than the basic natural vibration spectrum (of course, a bare peak may be used), and if there is a peak, it is determined that the object to be measured 21 has a connected different hardness portion. Similarly, for the secondary spectrum, when the bear is detected, the lower frequency of the lower frequency bears 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, it is determined that the object to be measured 21 has a non-coupled, different hardness portion. FIG. 14 shows the different hardness portion presence/absence determining means 38 explained above.
A flowchart of the operation in is shown. When the different hardness portion presence/absence determining means 38 determines that there is a connected different hardness portion or that there is a non-connected different hardness portion,
The position evaluation means 39 evaluates the position. However, if the different hardness portion presence/absence determining means 38 determines that there is a different hardness portion, the object to be measured may be considered a defective product and removed from the line at this stage. The position evaluation means 39 focuses on either the peak value of the basic natural vibration spectrum at the three excitation positions P1 to P3 or the peak value of the vibration spectrum due to the different hardness portion, and calculates the value of the cylinder that is the object to be measured. The trajectory waveforms of the peak values of the primary spectrum and secondary spectrum as shown in FIGS. 5 and 6 for the side peripheral surface are estimated and drawn. Then, as mentioned above, from the trajectory waveform,
In the case of connected parts with different hardness, there are 9
Four positions at every 0 degrees are evaluated, and in the case of a non-coupled differential hardness portion, 611 positions at every 60 degrees where there is a possibility of its existence are evaluated. Then, since the positions P] to P3 of the positions where the different hardness part can exist evaluated in this way are known, for example, the angle of deviation of one possible position of the different hardness part with respect to P3 from the current position is calculated. , the measurement stage 24 is rotated by that amount, and, for example, a mark is printed with paint or the like on the corresponding location on the cylinder of the object to be measured using a marker attachment means (not shown). When printing markers at all four or six locations where parts with different hardness can exist, rotate the measuring stage every 90 degrees or every 60 degrees based on the determined one location. A marker is attached to a position where a portion of different hardness can exist. In this case, for example, the possible locations of the connected different hardness portions and the non-linked different hardness portions can be identified by, for example, changing the color of the marker. In the above example, in order to quickly perform evaluation, the number of vibration positions is reduced to a small number, and multiple positions where parts of different hardness can exist are evaluated. It is also possible to specify the position of a portion with different hardness by sequentially vibrating different positions by a predetermined angle over the entire circumference. 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 at each excitation position and the peak value of the vibration spectrum due to the different hardness portion. Then, from these trajectory waveforms, 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 different hardness portion is maximum, and determines the position. The position is evaluated as a position of a part with different hardness. As mentioned above, the spectrum of the basic natural vibration and the spectrum of vibration due to different hardness parts are divided into two because
Depending on whether the frequency is higher or lower, it can also be evaluated whether there is a different hardness portion in the upper half or the lower half of the cylindrical cylinder. Note that the above explanation is based on the case where the object to be measured is a cylindrical cylinder, but the object to be measured may be of any shape, such as a hexagonal or other polyhedron, or even a sphere. It's okay. Moreover, the material does not matter. Further, even if the different hardness portion is not a portion harder than other portions as described above, but a portion softer than other portions, detection and position evaluation can be performed. In that case, the spectrum of vibration due to the different hardness portion appears lower in frequency than the spectrum of the fundamental natural vibration, since the speed of vibration passing through this soft different hardness portion is slow. Furthermore, the present invention is applicable even if the different hardness portion is a foreign object having a hardness different from that of the object to be measured. In addition, the vibration method is not an impulse impact method, and various vibration methods can be used, such as fixing one end and applying a bias to the other end to generate vibration.

【発明の効果】【Effect of the invention】

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、異硬度部分の存在の有無を容易に検出できる。した
がって、外観上、亀裂等の欠陥が生じていないものも、
将来の亀裂の発生を予想して品質管理することができる
。特に、圧延ローラの用に、使用中に異硬度部分が徐々
に発生して亀裂が生じ、その結果環れてしまうものの保
守点検にこの発明を適用すれば、亀裂の発生前に確実に
異硬度部分の発生を検出して、部品の破壊を未然に防ぐ
ことができる。しかも、この発明は、非接触で、被測定
物を加振するだけで異硬度部分の検出及び位置評定がで
きるので、被測定物が圧延ローラのように取り外しが困
難なものであっても、容易に異硬度部分の検出の点検を
行うことができる。 また、この発明によれば、被測定物の周囲の複数箇所を
加振して、各位置における振動データをスペクトル分析
することにより、異硬度部分位置あるいは異硬度部分存
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、異硬度部分の検出及びその位置を評定す
ることができるので、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ょる乱反射がなく、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異硬度部分の有無を検
出し、異硬度部分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っ
ても固有振動と区別できるものであれば、それらに影響
されずに異硬度部分を検出し、また、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異硬度部分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 sensor detects the inherent vibration of the object itself in a non-contact manner, and the spectrum analysis of the vibration is performed to detect parts of different hardness. The presence or absence of can be easily detected. Therefore, even if there are no defects such as cracks in appearance,
Quality control can be performed by predicting the occurrence of cracks in the future. In particular, if this invention is applied to the maintenance and inspection of rolling rollers, which gradually develop cracks and cracks during use during use, it is possible to ensure that the parts of different hardness are removed before cracks occur. By detecting the occurrence of parts, it is possible to prevent damage to the parts. Moreover, this invention allows detection and position evaluation of parts of different hardness without contact, simply by vibrating the object to be measured, so even if the object to be measured is difficult to remove, such as a rolling roller, It is possible to easily check the detection of parts with different hardness. Further, according to the present invention, by exciting multiple locations around the object to be measured and performing spectrum analysis of the vibration data at each location, it is possible to easily evaluate the location of a portion with different hardness or the possible location of a portion with different hardness. be able to. In addition, by detecting the inherent vibration of the object to be measured without contact, it is possible to detect parts with different hardness and evaluate their positions.
There is no diffuse reflection due to misalignment when the sensor contacts, and the waveform is simple and easy to distinguish. That is, when detecting the presence or absence of a portion of different hardness occurring inside the object to be measured and evaluating the position of the portion of different hardness, 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, if they can be distinguished from natural vibrations, a portion of different hardness can be detected without being affected by the wrinkles or irregularities, and the position thereof can be evaluated. It has the characteristic of being able to Further, by simply vibrating the object to be measured, it is possible to evaluate the position of a portion with different hardness for the entire object to be measured, rather than just a portion thereof.

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

第1図は、この発明による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異硬度部分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
の発明による異硬度部分の検出装置の一実施例のブロッ
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1
1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1
4図は、第7図例の動作の一例のフローチャートである
。 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;連繋異硬度部分を通る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 70;非連繋異硬度部分を通る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13.1
7;2次の基本固有振動のスペクトル12.16;連繋
異硬度部分による振動のスペクトル 1.4.18+非連繋異硬度部分による振動のスペクト
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. The figure is a diagram for explaining primary vibration, Figures 5 and 6 are diagrams showing examples of locus waveforms drawn by the basic natural vibration spectrum and the peak values of the spectrum of vibration due to different hardness parts, and Figure 7 is a diagram for explaining primary vibration. , a block diagram of an embodiment of the device for detecting a portion of different hardness according to the present invention, FIG. 8 is an explanatory diagram of the vibrating part, FIGS.
Figure 1 is a diagram for explaining natural vibration extraction and emphasis.
1 and 12 are diagrams showing examples of spectrum analysis results, FIG. 13 is a diagram for explaining the operation of the example in FIG.
FIG. 4 is a flowchart of an example of the operation of the example in FIG. 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 vibration passing through the connected different hardness portion 60; Locus waveform of the peak value of the spectrum of the second-order fundamental natural vibration 70 ; Trajectory waveform of the peak value of the spectrum of vibration passing through the uncoupled hardness portion 11.15; Spectrum of the first-order fundamental natural vibration 13.1
7; Spectrum of second-order basic natural vibration 12.16; Spectrum of vibration due to connected different hardness parts 1.4.18 + Spectrum of vibration due to unlinked different hardness parts

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)被測定物に振動を加えて、その振動をピックアッ
プし、このピックアップした振動から上記被測定物の固
有振動の持つスペクトルが2つに別れることを検出する
ことにより、上記被測定物中にこの被測定物とは硬さが
異なる部分が存在することを検出する被測定物中の異硬
度部分の検出方法。
(1) By applying vibration to the object to be measured, picking up the vibration, and detecting from the picked up vibration that the spectrum of the natural vibration of the object to be measured is divided into two, A method for detecting a portion of different hardness in an object to be measured, which detects the presence of a portion with a hardness different from that of the object to be measured.
(2)被測定物を加振する加振手段と、 上記被測定物の振動をピックアップし、電気信号に変換
するピックアップ手段と、 このピックアッ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の近傍に、上記被測定物
中の異硬度部分による振動のスペクトルのピークが存在
するか否かを判別する手段とを備えた被測定物中の異硬
度部分の検出装置。
(2) an excitation means for vibrating the object to be measured; a pickup means for picking up the vibration of the object to be measured and converting it into an electrical signal; and means for analyzing the spectrum of vibration and determining whether or not a peak of a spectrum of vibration due to a portion of different hardness in the object to be measured exists in the vicinity of a peak of a basic natural vibration spectrum of the object to be measured. A device for detecting parts of different hardness in the object to be measured.
(3)被測定物の周囲に沿っ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PK
1と、上記被測定物中の異硬度部分による振動のスペク
トルのピーク値PK2とを求め、上記基本固有振動スペ
クトルのピーク値PK1と、上記異硬度部分による振動
のスペクトルのピーク値PK2との差(PK1−PK2
)が最大になる位置を、上記被測定物中の異硬度部分の
存在位置として評定することを特徴とする被測定物中の
異硬度部分の検出方法。
(3) Vibration is applied to the object to be measured at multiple locations along the circumference of the object to be measured, and the peak value PK of the fundamental natural vibration spectrum of the natural vibration of the object to be measured at each vibration position
1 and the peak value PK2 of the vibration spectrum due to the different hardness portions in the object to be measured, and the difference between the peak value PK1 of the basic natural vibration spectrum and the peak value PK2 of the vibration spectrum due to the different hardness portions. (PK1-PK2
) is the maximum position is evaluated as the location of the different hardness portion in the object to be measured.
(4)被測定物の周囲に沿っ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ックアップし、電気信号に変換
するピックアップ手段と、 このピックアッ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、上記被測定物中の異硬度部分による振動
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
測定物中の異硬度部分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、この位置を上記被測定物中
の異硬度部分の存在位置として評定する手段を備えるこ
とを特徴とする被測定物中の異硬度部分の検出装置。
(4) Excitation means that sequentially vibrates multiple points along the circumference of the object to be measured; Pick-up means that picks up the vibrations of the object to be measured and converts them into electrical signals; and Electric signals from the pickup means. Then, at each of the excitation positions, the natural vibration of the object to be measured is analyzed spectrally, and the peak value PK1 of the basic natural vibration spectrum of the object to be measured and the spectrum of vibration due to different hardness parts in the object to be measured are determined. a means for determining a peak value PK2 of the above-mentioned basic natural vibration spectrum from each peak value at each of the plurality of excitation positions; A means for determining the locus of change in peak value, and the difference between both peak values (PK1-PK2) from the locus determined above.
1. An apparatus for detecting a portion of different hardness in an object to be measured, comprising means for detecting a position where the hardness is at a maximum, and evaluating this position as a position where a portion of different hardness exists in the object to be measured.
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