JPH04204143A - Method and apparatus for discriminating crack in shaft surface with laser - Google Patents
Method and apparatus for discriminating crack in shaft surface with laserInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野コ
本発明は、回転機械の最重要部であるシャフトの予防保
全システムに係り、シャフトに発生する欠陥の検出に当
って、疲労き裂と単なる傷との判別を迅速高精度に行う
のに好適なレーザによるシャフト表面き裂判別方法およ
びその装置に関するものである。Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a preventive maintenance system for a shaft, which is the most important part of a rotating machine. The present invention relates to a method and apparatus for determining shaft surface cracks using a laser, which are suitable for quickly and highly accurately determining whether they are scratches or not.
[、従来の技術]
シャフトは、回転機械における最重要部品であり、メン
テナンスを確実に行わねばならない。例えば既設火力発
電設備として納入されたボイラ給水ポンプでは、経年変
化による材料の劣化、運転の苛酷化により発生する疲労
き裂を早期に発見して予防保全を図らなければならない
。[Prior Art] A shaft is the most important component in a rotating machine, and maintenance must be performed reliably. For example, in boiler feed pumps delivered as part of existing thermal power generation equipment, fatigue cracks that occur due to material deterioration due to aging and harsher operation must be detected early and preventive maintenance must be carried out.
従来の技術としては、シャフトの表面き裂を検出する装
置として、光学的顕微鏡、CCDカメラ、および画像処
理装置を用いた2次元的な表面き裂組織処理装置があっ
たが、き裂検出の精度を向上するために信頼性の高い非
破壊検査システムの開発が望まれている。Conventional technology used to detect surface cracks on shafts was a two-dimensional surface crack tissue processing device using an optical microscope, CCD camera, and image processing device, but It is desired to develop a highly reliable non-destructive testing system to improve accuracy.
[発明が解決しようとする課題]
上記従来技術は、光学的顕微鏡、CCDカメラ、および
画像処理装置による検査装置であることから、2次元的
な平面処理による検出システムであった。したがって、
欠陥を検出しても、疲労き裂と単なる傷との判別がつき
にくく、検出精度が充分でないという問題があった。[Problems to be Solved by the Invention] Since the above-mentioned conventional technology is an inspection device using an optical microscope, a CCD camera, and an image processing device, it is a detection system using two-dimensional planar processing. therefore,
Even when a defect is detected, it is difficult to distinguish between a fatigue crack and a simple flaw, and the detection accuracy is insufficient.
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたもので、疲労き裂と単なる傷との判別が可能となり
、き裂欠陥の検出精度を上げ、信頼性の高い予防保全を
可能とする、レーザーによるシャフト表面き裂判別方法
およびその装置を提供することを、目的とするものであ
る。The present invention was made in order to solve the problems of the conventional technology described above, and makes it possible to distinguish between fatigue cracks and simple scratches, improve the detection accuracy of crack defects, and enable highly reliable preventive maintenance. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for determining shaft surface cracks using a laser.
[課題を解決するための手段]
上記目的を達成するために、本発明に係るレーザービー
ムによるシャフト表面き裂判別方法の構成は、回転機械
のシャフトの、認識された表面き裂に対し、そのき裂認
識点に、半導体レーザービームを走査させ、レーザービ
ームの焦点を絞って照射し、き裂認識点から反射された
レーザービームを検出し、レーザー反射強度の強弱を出
力電圧信号の変化としてマイクロコンピュータに入力し
、あらかじめ設定された判別値と比較する電算処理によ
って、前記き裂認識点のき裂が疲労き裂か単なる傷かを
判別するようにしたものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the structure of the shaft surface crack determination method using a laser beam according to the present invention is to The crack recognition point is scanned with a semiconductor laser beam, the laser beam is focused and irradiated, the laser beam reflected from the crack recognition point is detected, and the intensity of the laser reflection is detected as a change in the output voltage signal. By computer processing that is input into a computer and compared with a preset discrimination value, it is determined whether the crack at the crack recognition point is a fatigue crack or a simple flaw.
また、上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ
ービームによるシャフト表面き裂判別装置の構成は1回
転機械のシャフトの、認識された表面き裂に対し、その
き裂認識点を照射する半導体レーザーの駆動装置と、前
記き裂認識点を走査しレーザービームの焦点を絞って照
射するレーザービーム入射装置と、この入射装置と相対
位置にあって、前記き裂認識点から反射されたレーザー
ビームの反射強度を検出する検出装置と、前記レーザー
ビームの反射強度の出力電圧信号を、あらかじめ設定さ
れた判別値と比較して、前記き裂認識点のき裂が疲労き
裂か単なる傷かを判別する電算処理装置とを備えたもの
である。In addition, in order to achieve the above object, the structure of the shaft surface crack determination device using a laser beam according to the present invention irradiates the crack recognition point with respect to the recognized surface crack of the shaft of a one-rotation machine. a semiconductor laser driving device; a laser beam injection device that scans the crack recognition point and focuses the laser beam to irradiate the laser beam; and a laser beam that is located relative to the injection device and is reflected from the crack recognition point. A detection device detects the reflected intensity of the laser beam and compares the output voltage signal of the reflected intensity of the laser beam with a preset discrimination value to determine whether the crack at the crack recognition point is a fatigue crack or a simple scratch. The system is equipped with a computer processing device that determines the
なお付記すると、上記目的を達成するために、本発明は
入射装置側に半導体レーザーとレーザービームを調整す
る光学系(特にフォー力シングレンズ)とを設け、相対
位置の検出装置側にフォーカシングレンズとCCDフォ
トダイオードアレイとを設けたものである。また、CC
Dフォトダイオードアレイからの出力電圧から、き裂と
傷との判別処理を行うために、その定量的判断を行うマ
イクロコンピュータを設けたものである。Additionally, in order to achieve the above object, the present invention includes a semiconductor laser and an optical system (especially a focusing lens) for adjusting the laser beam on the input device side, and a focusing lens on the relative position detection device side. A CCD photodiode array is provided. Also, CC
In order to discriminate between cracks and flaws based on the output voltage from the D photodiode array, a microcomputer is provided to make a quantitative judgment.
[作用コ 上記の技術的手段による働きは下記のとおりである。[Action Co. The working of the above technical means is as follows.
従来技術による画像処理で、回転機械のシャフトの表面
欠陥(き裂)を検出したのち、その認識された表面き裂
(以下ポイントという)に半導体レーザーを走査する。After detecting surface defects (cracks) on the shaft of a rotating machine using image processing using conventional technology, a semiconductor laser is scanned over the recognized surface cracks (hereinafter referred to as points).
ポイントに入射装置のフォーカシングレンズで絞り込ん
だ半導体レーザーのレーザービームを照射し、その反射
強度がどう変化するかを相対位置にある検出装置のCC
Dフォトダイオードアレイで測定する。A point is irradiated with a laser beam from a semiconductor laser focused by the focusing lens of the input device, and the CC of the detection device located in the relative position is used to observe how the reflected intensity changes.
Measured with a D photodiode array.
そして、その出力をA/Dコンバータを通してマイクロ
コンピュータに入力する。マイクロコンピュータには、
あらかじめ傷とき裂を判断するためのデータベースとし
て判別値を入力し記憶させている。レーザー反射強度の
変化量を判別値(設定値)と比較して、前記ポイントに
おける欠陥が疲労き裂か単なる傷かを判別する。The output is then input to the microcomputer through the A/D converter. The microcomputer has
Discrimination values are input and stored in advance as a database for determining flaws and tears. The amount of change in laser reflection intensity is compared with a discrimination value (set value) to determine whether the defect at the point is a fatigue crack or a simple scratch.
[実施例]
以下、本発明の一実施例を、火力発電機械の回転機械で
あるボイラ給水ポンプのシャフト損傷検出用き裂判別処
理装置の例として、第1図および第2図を参照して説明
する。[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 as an example of a crack discrimination processing device for detecting damage to the shaft of a boiler feed pump, which is a rotating machine of a thermal power generation machine. explain.
第1図は、本発明の一実施例に係るシャフト表面き裂判
別装置の検出部の略示構成図、第2図は、第1図の装置
の処理部の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a detection section of a shaft surface crack determination apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a processing section of the apparatus of FIG. 1.
第1,2図において、1は検品台、2aは、検出台1上
に被測定体10(シャフト)表面に対しある角度をもっ
て配置された入射側架台、3aは、検出台1上に前記入
射側と相対位置に配置された検出側架台である。In Figs. 1 and 2, 1 is an inspection stand, 2a is an incident-side mount placed on the detection stand 1 at a certain angle to the surface of the object to be measured 10 (shaft), and 3a is the incident side mount placed on the detection stand 1. This is a detection side mount placed at a position relative to the side.
4は半導体レーザ、5は、レーザービームの広がり角を
減少させるためにビームエクスパンダ、6は、レーザー
ビームを真円に近い状態にするための矯正を施すアナモ
ルフィックプリズム、7は焦点を合わせるフォーカシン
グレンズで、これらの光学系は入射側架台2a上に配置
されてレーザービーム入射装置2を構成している。4 is a semiconductor laser, 5 is a beam expander to reduce the spread angle of the laser beam, 6 is an anamorphic prism that corrects the laser beam to make it nearly perfect circle, and 7 is a focusing lens. These optical systems, which are focusing lenses, are arranged on an incident-side pedestal 2a to constitute a laser beam incident device 2.
また、8は、被測定体10(シャフト)表面から反射さ
れたレーザービームを絞るフォーカシングレンズ、9は
、反射強度の強弱量を電圧に変換して出力するCCDフ
ォトダイオードアレイで、これらは検出側架台3a上に
配置されて、レーザービームの反射強度を検出する検出
装置3を構成している。Further, 8 is a focusing lens that narrows down the laser beam reflected from the surface of the object to be measured 10 (shaft), and 9 is a CCD photodiode array that converts the strength of the reflected intensity into a voltage and outputs it, and these are on the detection side. A detection device 3 is arranged on a pedestal 3a to detect the reflected intensity of the laser beam.
なおここで、CCDは電荷結合素子、チャージカップル
ド デバイス(Charge Coupled D
evice)である。Note that here, CCD is a charge coupled device, a charge coupled device (Charge Coupled D
evice).
レーザービーム入射装置2の軸心すなわちレーザービー
ムの入射光の光軸工は、被測定体10表面に対しある所
定の入射角を保つように配置されている。一方、相対位
置にある検出装置3の軸心すなわちレーザービームの反
射光の光軸Rは、被測定体10表面に対し前記入射角に
等しい反射角を保つように配置されている。ここで入射
角9反射角は図に示すように25〜35@どなっている
。The axis of the laser beam injection device 2, that is, the optical axis of the laser beam incident light, is arranged so as to maintain a certain angle of incidence with respect to the surface of the object to be measured 10. On the other hand, the axis of the detection device 3 located in the relative position, that is, the optical axis R of the reflected light of the laser beam, is arranged so as to maintain a reflection angle equal to the incident angle with respect to the surface of the object to be measured 10. Here, the angle of incidence and the angle of reflection range from 25 to 35 as shown in the figure.
第2図に示す16は、半導体レーザ駆動装置、11はC
CDフォトダイオードアレイ駆動装置(以下単にCOD
駆動装置という)、12はA/Dコンバータ、13は、
電算処理装置に係るマイクロコンピユー、14は、き裂
と傷の判別データベースを入力して記憶している記憶部
、15は判定結果を出力する表示部を示す。16 shown in FIG. 2 is a semiconductor laser driving device, and 11 is a C
CD photodiode array driver (hereinafter simply referred to as COD)
(referred to as a drive device), 12 is an A/D converter, 13 is
A microcomputer 14 is a storage unit that inputs and stores a database for determining cracks and flaws, and a display unit 15 outputs determination results.
次に、回転機械のシャフト表面のき裂判別方法について
説明する。Next, a method for determining cracks on the shaft surface of a rotating machine will be described.
被測定体10に係るボイラー給水ポンプのシャフト表面
に欠陥があるとする。Assume that there is a defect on the shaft surface of the boiler feed pump related to the object to be measured 10.
従来技術の画像処理によってき裂の有無が検出される。The presence or absence of cracks is detected by conventional image processing.
この認識された欠陥部、すなわちき裂認識点を以下ポイ
ントという。そのポイントに半導体レーザを走査する。This recognized defective portion, that is, the crack recognition point is hereinafter referred to as a point. A semiconductor laser is scanned at that point.
半導体レーザー駆動装置16により半導体レーザ4を駆
動させ、ビームエクスパンダ5を通してビームの広がり
を調整し、アナモルフィックプリズム6を通してレーザ
ービームを真円に近い状態に矯正し、フォーカシングレ
ンズ7によってレーザービームをポイントに焦点を絞る
ように照射する。The semiconductor laser 4 is driven by the semiconductor laser driving device 16, the spread of the beam is adjusted through the beam expander 5, the laser beam is corrected to a nearly perfect circle through the anamorphic prism 6, and the laser beam is focused through the focusing lens 7. Emits light in a focused manner.
これによって反射され散乱したレーザービームをフォー
カシングレンズ8でCCDフォトダイオードアレイ9に
集め、反射ビームの強弱量を電圧に変換して出力する。The laser beam reflected and scattered thereby is focused on a CCD photodiode array 9 by a focusing lens 8, and the intensity of the reflected beam is converted into a voltage and output.
第2図に示す処理部では、CCD駆動装置11からの各
チャンネルの出力信号をA/Dコンバータ12を通して
マイクロコンピュータ13に入力させ、その出力形態か
らマイクロコンピュータ13内で解析し、ポイントの欠
陥が疲労き裂か単なる傷かを判別し表示部15に表示す
る。In the processing section shown in FIG. 2, the output signal of each channel from the CCD drive device 11 is inputted to the microcomputer 13 through the A/D converter 12, and the output form is analyzed in the microcomputer 13, and the point defect is detected. It is determined whether it is a fatigue crack or a simple flaw and it is displayed on the display section 15.
解析方法として、あらかじめマイクロコンピュータ13
の記憶部14に、き裂のデータおよび傷のデータをデー
タベースとして記憶させ判別値が設定されている。そし
て、前記のようにレーザービームの反射強度の出力値と
判別値とを比較し、判別を行うものである。As an analysis method, the microcomputer 13
The storage unit 14 stores crack data and flaw data as a database and sets determination values. Then, as described above, the output value of the reflected intensity of the laser beam and the discrimination value are compared to make the discrimination.
このように、本実施例のレーザーによるシャフト表面き
裂判別装置は、認識されたシャフト表面き裂状欠陥が、
疲労き裂なのか単なる傷なのかを判別可能であり、き裂
欠陥の検出精度を上げる効果がある。In this way, the laser-based shaft surface crack determination device of this embodiment can detect the recognized shaft surface crack-like defect by
It is possible to determine whether it is a fatigue crack or a simple flaw, which has the effect of increasing the accuracy of detecting crack defects.
また、判定値を変えるか、あるいは被測定体に対するフ
ォーカスの方法の変化で、き裂以外の欠陥腐食(ピット
など)の検出にも使用できる効果がある。Furthermore, by changing the judgment value or changing the method of focusing on the object to be measured, the method can also be used to detect defective corrosion (pits, etc.) other than cracks.
[発明の効果]
以上詳細に説明したように、本発明によれば、疲労き裂
と単なる傷との判別が可能となり、き裂欠陥の検出精度
を上げ、信頼性の高い予防保全を可能とする、レーザー
によるシャフト表面き裂判別方法およびその装置を提供
することができる。[Effects of the Invention] As explained in detail above, according to the present invention, it is possible to distinguish between fatigue cracks and simple scratches, improve the detection accuracy of crack defects, and enable highly reliable preventive maintenance. A method and apparatus for determining shaft surface cracks using a laser can be provided.
第1図は、本発明の一実施例に係るシャフト表面き裂判
別装置の検出部の略示構成図、第2図は、第1図の装置
の処理部の構成を示すブロック図である。
2・・・レーザービーム入射装置、3・・・検出装置。
4・・・半導体レーザ、5・・・ビームエクスパンダ、
6・・・アナモルフィックプリズム、7,8・・・フォ
ーカシングレンズ、9・・・CCDフォトダイオードア
レイ、1o・・・被測定体、11・・・CCD駆動装置
、12・・・A/Dコンバータ、13・・・マイクロコ
ンピュータ、14・・・記憶部、15・・・表示部、1
6・・・半導体レーザー駆動装置。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a detection section of a shaft surface crack determination apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a processing section of the apparatus of FIG. 1. 2... Laser beam incidence device, 3... Detection device. 4... Semiconductor laser, 5... Beam expander,
6... Anamorphic prism, 7, 8... Focusing lens, 9... CCD photodiode array, 1o... Measured object, 11... CCD drive device, 12... A/D Converter, 13... Microcomputer, 14... Storage section, 15... Display section, 1
6... Semiconductor laser drive device.
Claims (1)
、 そのき裂認識点に、半導体レーザービームを走査させ、
レーザービームの焦点を絞って照射し、 き裂認識点から反射されたレーザービームを検出し、レ
ーザー反射強度の強弱を出力電圧信号の変化としてマイ
クロコンピュータに入力し、あらかじめ設定された判別
値と比較する電算処理によって、前記き裂認識点のき裂
が疲労き裂か単なる傷かを判別する ことを特徴とするレーザーによるシャフト表面き裂判別
方法。 2、回転機械のシャフトの、認識された表面き裂に対し
、そのき裂認識点を照射する半導体レーザーの駆動装置
と、 前記き裂認識点を走査しレーザービームの焦点を絞って
照射するレーザービーム入射装置と、この入射装置と相
対位置にあって、前記き裂認識点から反射されたレーザ
ービームの反射強度を検出する検出装置と、 前記レーザービームの反射強度の出力電圧信号を、あら
かじめ設定された判別値と比較して、前記き裂認識点の
き裂が疲労き裂か単なる傷かを判別する電算処理装置と
を 備えたことを特徴とするレーザーによるシャフト表面き
裂判別装置。 3、レーザービーム入射装置は、 半導体レーザーのビームの広がりを調整するビームエク
スパンダと、 レーザービームを真円に近い状態に矯正するアナモルフ
ィックプリズムと、 レーザービームをき裂認識点に焦点を合わせるフォーカ
シングレンズとからなる ことを特徴とする請求項2記載のレーザーによるシャフ
ト表面き裂判別装置。 4、レーザービームの反射強度を検出する検出装置は、 シャフト表面のき裂認識点から反射されたレーザービー
ムを絞るフォーカシングレンズと、反射強度の強弱量を
電圧に変換して出力するCCDフォトダイオードアレイ
とからなる ことを特徴とする請求項2記載のレーザーによるシャフ
ト表面き裂判別装置。 5、電算処理装置は、 疲労き裂か単なる傷かを判別する判別データを記録する
記憶部と、 CCDフォトダイオードアレイからA/Dコンバータを
通して入力されるレーザービームの強弱変化量を判別値
と比較判別する演算部と、判定結果を出力する表示部と
を有する ことを特徴とする請求項2記載のレーザーによるシャフ
ト表面き裂判別装置。[Claims] 1. Scanning a semiconductor laser beam at the crack recognition point for a recognized surface crack in the shaft of a rotating machine,
The laser beam is focused and irradiated, the laser beam reflected from the crack recognition point is detected, the strength of the laser reflection intensity is input to the microcomputer as a change in the output voltage signal, and compared with a preset discrimination value. A method for determining a shaft surface crack using a laser, the method comprising: determining whether the crack at the crack recognition point is a fatigue crack or a simple scratch through computer processing. 2. A semiconductor laser drive device that irradiates the detected surface crack on the shaft of a rotating machine at the crack recognition point, and a laser that scans the crack recognition point and focuses the laser beam to irradiate it. a beam injection device; a detection device located relative to the injection device for detecting the reflection intensity of the laser beam reflected from the crack recognition point; and an output voltage signal of the reflection intensity of the laser beam set in advance. 1. A shaft surface crack discriminating device using a laser, comprising: a computer processing device that compares the discriminant value with the determined discriminant value to determine whether the crack at the crack recognition point is a fatigue crack or a simple flaw. 3. The laser beam injection device includes a beam expander that adjusts the spread of the semiconductor laser beam, an anamorphic prism that corrects the laser beam to a nearly perfect circle, and a laser beam that focuses the laser beam on the crack recognition point. 3. The shaft surface crack determination device using a laser according to claim 2, further comprising a focusing lens. 4. The detection device that detects the reflected intensity of the laser beam consists of a focusing lens that focuses the laser beam reflected from the crack recognition point on the shaft surface, and a CCD photodiode array that converts the intensity of the reflected intensity into voltage and outputs it. A shaft surface crack determination device using a laser according to claim 2, characterized in that the device comprises: 5. The computer processing device has a storage unit that records discrimination data for determining whether it is a fatigue crack or a simple flaw, and compares the intensity change of the laser beam input from the CCD photodiode array through the A/D converter with the discrimination value. 3. The apparatus for determining shaft surface cracks using a laser according to claim 2, further comprising an arithmetic unit for determining and a display unit for outputting the determination result.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33051490A JPH04204143A (en) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | Method and apparatus for discriminating crack in shaft surface with laser |
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