JPH085614A - クラック検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ＡＥセンサ等の音響波検出手段の感度の経時変
化にもかかわらず、確実な判定を可能とする。 【構成・作用】疑似ＡＥセンサ１７が基準信号を発生さ
せる。また、ＡＥセンサ１６がワークＷより放出される
ＡＥと基準信号とを検出する。ここで、ＡＥセンサ１６
がその感度を経時変化させれば、増幅手段３がＡＥセン
サ１６によって検出された基準信号の検出値に基づき、
ＡＥセンサ１６の検出データをその感度に応じた増幅度
で増幅させて増幅検出データを得る。そして、クラック
発生判定手段４は適度に増幅された増幅検出データに基
づいてワークＷのクラック発生状態を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波焼入れ、歪取り
加工等の加工中にワークより発生する音響波を検出し、
ワークのクラックの発生の有無を検査するクラック検査
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のクラック検査装置として、特開平
３−１９１８５９号公報記載のものが知られている。こ
のクラック検査装置では、クラックの発生時にワークよ
り放出される音響波（アコースティックエミッション。
以下、ＡＥと略す。）を音響波検出手段としてのＡＥセ
ンサにより検出し、その検出データに基づいてワークの
クラック発生状態を判定している。特に、このクラック
検査装置では、検出データを所定期間毎に区切り、その
期間毎に周期性を検出し、この周期性に基づいてワーク
のクラック発生状態を判定している。

【０００３】このクラック検査装置では、例えば高周波
焼入れ中のワークにおいて、高ノイズの存在下において
もクラックに起因するＡＥを識別して検出することが可
能であるため、この間のワークのクラック発生状態を確
実に判定することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のク
ラック検査装置では、ＡＥセンサ等の音響波検出手段が
その感度を経時変化させるにもかかわらず、検出データ
を一定の増幅度で増幅させているに過ぎないため、音響
波検出手段の感度によってはクラックの有無を判定でき
ない場合があった。

【０００５】すなわち、音響波検出手段が長期間の使用
により劣化等している場合、感度が低下して検出データ
が微弱となり、たとえ検出データを増幅させたとして
も、増幅度が不十分であることから、確実に判定ができ
ない。なお、音響波検出手段の完全な故障の場合には、
音響波検出手段から検出データが得られないため、作業
者がこれを知ることはできる。

【０００６】逆に、音響波検出手段が交換されて間もな
い等の場合、感度が高すぎて検出データが強大となり、
検出データを過剰に増幅させることから、やはり確実に
判定ができない。本発明は、上記従来の実情に鑑みてな
されたものであって、音響波検出手段の感度の経時変化
にもかかわらず、確実な判定を可能とするクラック検査
装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のクラック検査装
置は、図１のクレーム対応図に示すように、基準信号を
発生させる基準信号発生手段１と、ワークＷより放出さ
れるＡＥと該基準信号とを検出する音響波検出手段２
と、該音響波検出手段２によって検出された該基準信号
の検出値に基づいて該音響波検出手段２の検出データを
増幅させて増幅検出データを得る増幅手段３と、該増幅
検出データに基づいて該ワークのクラック発生状態を判
定するクラック発生判定手段４とからなることを特徴と
する。

【０００８】

【作用】本発明のクラック検査装置では、基準信号発生
手段１が基準信号を発生させる。また、音響波検出手段
２がワークＷより放出されるＡＥと基準信号とを検出す
る。ここで、音響波検出手段２がその感度を経時変化さ
せれば、増幅手段３が音響波検出手段２によって検出さ
れた基準信号の検出値に基づき、音響波検出手段２の検
出データをその感度に応じた増幅度で増幅させて増幅検
出データを得る。そして、クラック発生判定手段４は適
度に増幅された増幅検出データに基づいてワークＷのク
ラック発生状態を判定する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を具体化した実施例１〜６を図
面を参照しつつ説明する。 （実施例１）実施例１のクラック検査装置は、図２に示
すように、高周波焼入装置１１によって高周波焼入れ中
の炭素鋼からなるワークＷについて、クラックの発生の
有無を検査するものである。

【００１０】高周波焼入装置１１は市販のものであり、
チャック１２、１３によって支持されたワークＷの回り
には、冷却水を循環可能な図示しない導管をもつ焼入コ
イル１４が設けられている。上部チャック１３内には、
図３にも示すように、ＡＥを伝播可能な結合材１５を介
し、音響波検出手段２としての圧電素子からなるＡＥセ
ンサ１６が検出部をワークＷに向けて縦置きに埋設され
ている。また、上部チャック１３の側面には、圧電素子
からなる疑似ＡＥセンサ１７が検出部をＡＥセンサ１６
の検出部に向けて横置きに設けられている。

【００１１】ＡＥセンサ１６は、図２に示すように、増
幅手段３に接続されている。増幅手段３では、プリアン
プ１８がＡＥセンサ１６と接続され、プリアンプ１８に
はメインアンプ１９が接続されている。また、メインア
ンプ１９には比較回路を含むレベル測定回路２０が接続
されており、レベル測定回路２０は増幅度を可変すべく
プリアンプ１８に接続されている。

【００１２】増幅手段３はマイクロコンピュータ２８を
もつクラック発生判定手段４に接続されている。クラッ
ク発生判定手段４では、ローパスフィルタ２１がメイン
アンプ１９と接続され、ローパスフィルタ２１にはサン
プルホールド回路２２が接続され、サンプルホールド回
路２２にはＡ／Ｄ変換器２３が接続されている。また、
サンプルホールド回路２２とＡ／Ｄ変換器２３とには設
定部２４が接続されている。そして、Ａ／Ｄ変換器２３
にはメモリ２５が接続され、メモリ２５にはゲート回路
２６と周期性検出部２７とが接続されている。ゲート回
路２６にはスタート信号発生器２８が接続されている。
周期性検出部２７は、遅延回路と積和回路とから構成さ
れており、出力信号を再びメモリ２５に入力可能になさ
れている。さらに、周期性検出部２７にはマイクロコン
ピュータ２８が接続されている。マイクロコンピュータ
２８は周期性検出部２７からの出力信号が入力される判
定部２９と、判定部２９に出力信号を送出可能な区間設
定部３０及び基準設定部３１とからなり、判定部２９の
出力信号は結果出力として外部モニター（図示せず）に
出力可能になされている。

【００１３】疑似ＡＥセンサ１７にはパルス発生回路３
２が接続されている。疑似ＡＥセンサ１７及びパルス発
生回路３２が基準信号発生手段１を構成している。以上
のように構成されたこのクラック検査装置は、焼入コイ
ル１４及び導管によりワークＷを高周波焼入れ中におい
て作動される。まず、ＡＥセンサ１６が高周波焼入れ中
にワークＷより発生するＡＥを検出する前に、疑似ＡＥ
センサ１７は、パルス発生回路３２の出力により、基準
信号としてパルス状の疑似ＡＥを発生させる。ＡＥセン
サ１６はこの疑似ＡＥを検出する。このとき、ＡＥセン
サ１６は数１００ｋＨｚの周波数の疑似ＡＥを検出可能
な指向性が悪いものであるため、疑似ＡＥセンサ１７の
検出部と対向されていなくても、疑似ＡＥを検出可能で
ある。

【００１４】そして、ＡＥセンサ１６の疑似ＡＥデータ
はプリアンプ１８及びメインアンプ１９に入力される。
メインアンプ１９の出力はレベル測定回路２０に入力さ
れ、疑似ＡＥの電圧レベルを設定範囲と比較する。ここ
で、図４（Ａ）に示すように、疑似ＡＥデータの電圧レ
ベルが設定範囲（ｖ₁ 〜ｖ₂ ）未満である場合には、Ａ
Ｅセンサ１６の劣化が進み、感度が低下していると考え
られる。この場合、高周波焼入れ中にＡＥセンサ１６が
ワークＷより検出し、プリアンプ１８及びメインアンプ
１９によって増幅されたＡＥデータの電圧レベルは、図
４（Ｂ）に示すように、判定可能範囲（ｖ₃ 〜ｖ₄ ）未
満で微弱であるため、そのままの増幅度ではクラック発
生判定手段４がワークＷのクラック発生状態を確実に判
定することができない。このため、この場合には、レベ
ル測定回路２０はプリアンプ１８の増幅度を増加させ
る。

【００１５】逆に、図５（Ａ）に示すように、疑似ＡＥ
データの電圧レベルが設定範囲（ｖ ₁ 〜ｖ₂ ）を超えて
いる場合には、ＡＥセンサ１６の劣化は未だ進んでおら
ず、感度が高すぎると考えられる。この場合、高周波焼
入れ中にＡＥセンサ１６がワークＷより検出し、プリア
ンプ１８及びメインアンプ１９によって増幅されたＡＥ
データの電圧レベルは、図５（Ｂ）に示すように、ＡＥ
データの電圧レベルが判定可能範囲（ｖ₃ 〜ｖ₄ ）を超
えて強大なため、やはりそのままの増幅度ではクラック
発生判定手段４がワークＷのクラック発生状態を確実に
判定することができない。このため、この場合には、レ
ベル測定回路２０はプリアンプ１８の増幅度を減少させ
る。

【００１６】こうして、図６（Ａ）に示すように、疑似
ＡＥデータの電圧レベルを設定範囲（ｖ₁ 〜ｖ₂ ）以内
にする。次いで、ＡＥセンサ１６は、高周波焼入れ中に
ワークＷより発生するＡＥを検出する。ＡＥセンサ１６
のＡＥデータは増幅度が調整されたプリアンプ１８及び
メインアンプ１９にて増幅され、増幅ＡＥデータとされ
る。こうして、増幅ＡＥデータの電圧レベルは、図６
（Ｂ）に示すように、判定可能範囲（ｖ₃ 〜ｖ₄ ）以内
となる。

【００１７】そして、図２に示すローパスフィルタ２１
により低レベルのノイズが除かれ、予め設定部２４で設
定されたサンプリング周期の下、サンプルホールド回路
２２によって増幅ＡＥデータのサンプリングがなされ
る。このサンプリング周期は、ローパスフィルタ２１を
通過してくる信号波形を十分に表現できるように適宜設
定されている。

【００１８】サンプルホールド回路２２にてホールドさ
れたアナログ出力は、Ａ／Ｄ変換器２３にてデジタル値
に変換され、このデジタル値がメモリ２５に格納され、
増幅離散化波形データとして蓄積される。ゲート回路２
６はこの増幅離散化波形データをメモリ２５へ格納する
期間を制御している。その期間制御はスタート信号発生
器２８の出力信号をトリガ信号として、ゲートを開閉す
ることによりなされる。

【００１９】次に、周期性検出部２７がメモリ２５に時
系列順に格納された増幅離散化波形データから時系列順
に所定のサンプリング数を読み込む。そして、そのサン
プリング数毎に、内部の遅延回路と積和回路とにより積
和演算を実施する。この積和演算は遅延数を１つずつ増
加して所定の遅延数まで繰り返し行われる。このように
して自己相関演算処理がなされる。

【００２０】得られた自己相関関数値の配列は、順次、
周期性検出部２７からマイクロコンピュータ２８に出力
される。マイクロコンピュータ２８の判定部２９は、周
期性検出部２７から入力された自己相関関数値の配列の
うち、所定解析区間に存在する自己相関関数値を基準値
と比較することにより、周期性が高いか否かを判定す
る。所定解析区間は区間設定部３０に予め設定されてい
る。基準値は基準設定部３１にて設定され、クラックに
起因する周期性の高いＡＥと周期性の低いノイズとの区
別をつけるために適宜設定されている。判定部２９の処
理は周期性検出部２７からの自己相関関数値の配列デー
タが入力される毎に実施される。

【００２１】こうして判定された結果が順次外部モニタ
に出力されるため、このクラック検査装置では、ＡＥセ
ンサ１６の感度の経時変化にもかかわらず、クラック発
生判定手段４は増幅された増幅ＡＥデータに基づいてワ
ークＷのクラック発生状態を判定することが可能であ
る。なお、判定部２９の出力信号が例えば自動ラインの
制御装置に出力されているならば、ワークＷにクラック
が生じているか否かを焼入れの冷却過程で判定すること
ができる。従って、複数のワークＷのうち１つでも周期
性が基準値よりも高いものがあれば、ワークＷにクラッ
クが生じたことが判明するので、焼入れ処理後、直ちに
不良品をラインから排除することができる。こうして、
人手を介入させる必要なく、リアルタイムでのクラック
検査が可能となるので、ラインの自動化率の向上に貢献
できる。 （実施例２）実施例２のクラック検査装置では、図７に
示すように、上部チャック１３内にＡＥを伝播可能な結
合材１５を介してＡＥセンサ１６が横置きに埋設されて
いる。また、上部チャック１３の側面には、疑似ＡＥセ
ンサ１７が検出部をＡＥセンサ１６の検出部に対向して
横置きに設けられている。なお、３３はシール材であ
る。

【００２２】また、このクラック検査装置では、実施例
１と異なる増幅手段３を採用している。増幅手段３で
は、ＡＥセンサ１６がプリアンプ１８を介してメインア
ンプ１９に接続された後、Ａ／Ｄ変換器３４に接続さ
れ、Ａ／Ｄ変換器３４はＩ／Ｏボード３５に接続されて
いる。Ｉ／Ｏボード３５には、設定信号発生器３６とＣ
ＰＵ３７とが接続されているとともに、増幅度を可変す
べくプリアンプ１８が接続されている。他の構成は実施
例１と同一である。

【００２３】このクラック検査装置では、ＡＥセンサ１
６が検出部をワークＷに向けていないが、ＡＥセンサ１
６はやはり指向性が悪いものであるため、ワークＷから
放出されるＡＥを検出可能である。そして、このクラッ
ク検査装置では、図示しない制御装置により、図８のフ
ローチャートに従ってＡＥセンサ１６の出力を増幅・減
少させる。まず、ステップＳ１００において疑似ＡＥセ
ンサ１７によって放出された疑似ＡＥ（Ａ）をプリアン
プ１８、メインアンプ１９、Ａ／Ｄ変換器３４及びＩ／
Ｏボード３５を介して入力する。また、設定信号発生器
３６からＩ／Ｏボード３５を介して設定信号（Ｂ）を入
力する。次いで、ステップＳ１０１において、疑似ＡＥ
（Ａ）の電圧レベルと設定信号（Ｂ）の電圧レベルとが
近似するか否か判断する。

【００２４】ステップＳ１０１でＹＥＳであれば、プリ
アンプ１８に出力しない。ステップＳ１０１でＮＯであ
れば、ステップＳ１０２に進み、疑似ＡＥ（Ａ）の電圧
レベルが設定信号（Ｂ）の電圧レベルより小さいか否か
判断する。ステップＳ１０２でＹＥＳであれば、ステッ
プＳ１０３に進み、プリアンプ１８に増幅度増加信号を
出力する。ステップＳ１０２でＮＯであれば、ステップ
Ｓ１０４に進み、プリアンプ１８に増幅度減少信号を出
力する。ステップＳ１０３、１０４の後、ステップＳ１
０１にリターンする。

【００２５】したがって、このクラック検査装置でも、
実施例１と同様の作用及び効果を奏することができる。 （実施例３）実施例３のクラック検査装置では、図９に
示すように、上部チャック１３の側面に上下揺動可能に
リンク３８が設けられ、リンク３８の先端には自重によ
りＡＥセンサ１６の検出部に向けて上部チャック１３の
側面と当接する鋼球３９が設けられている。鋼球３９の
上死点には電磁石４０が設けられ、電磁石４０は図示し
ない制御装置に接続されている。他の構成は実施例１と
同一である。

【００２６】このクラック検査装置では、電磁石４０の
解磁により鋼球３９を上部チャック１３の側面と当接さ
せ、基準信号としての疑似ＡＥを発生させる。そして、
実施例１と同様の作用をする。したがって、このクラッ
ク検査装置では、簡易な構成により実施例１と同様の作
用及び効果を奏することができる。 （実施例４）実施例４のクラック検査装置では、図１０
に示すように、上部チャック１３の側方にＡＥセンサ１
６の検出部に向けてパイプ４１の開口が設けられ、パイ
プ４１の途中には電磁バルブ４２が設けられている。電
磁バルブ４２は図示しない制御装置に接続され、パイプ
４１の他端側開口は図示しないポンプを介してタンクに
接続されている。タンク内には鋼製の粉体４３が貯溜さ
れている。他の構成は実施例１と同一である。

【００２７】このクラック検査装置では、電磁バルブ４
２の開弁により粉体４３を上部チャック１３の側面と当
接させ、基準信号としての疑似ＡＥを発生させる。そし
て、実施例１と同様の作用をする。したがって、このク
ラック検査装置でも、簡易な構成により実施例１と同様
の作用及び効果を奏することができる。 （実施例５）実施例５のクラック検査装置では、図１１
に示すように、ＡＥセンサ１６とプリアンプ１８との間
に基準信号発生手段１としてパルス信号発生回路４４を
接続させている。他の構成は実施例２と同一である。

【００２８】このクラック検査装置では、パルス信号発
生回路４４をＡＥセンサ１６に接続しているため、疑似
ＡＥを発生させるための別の疑似ＡＥセンサを設ける必
要ない。また、実施例１のクラック検査装置では、疑似
ＡＥセンサ１７自体が劣化した場合には感度が良すぎる
こととなり、クラック発生判定手段４がワークＷのクラ
ック発生状態をやはり確実に判定することができないこ
ととなるが、実施例５のクラック検査装置では、ＡＥセ
ンサ１６を共用しているため、このようなことがない。

【００２９】したがって、このクラック検査装置では、
既存のクラック検査装置を大幅に改造する必要なく、実
施例１と同様の作用及び効果を奏することができる。 （実施例６）実施例６のクラック検査装置は、図１２に
示すように、歪取り加工装置４５によって歪取り加工中
の炭素鋼からなるワークＷについて、クラックの発生の
有無を検査するものである。

【００３０】歪取り加工装置４５は市販のものであり、
油圧シリンダ４６によってピストン４７が上下動可能に
なされており、ピストン４７と結合された加圧棒４８に
ＡＥセンサ１６と疑似ＡＥセンサ１７とが設けられてい
る。他の構成は実施例１と同一である。このクラック検
査装置でも、実施例１と同様の作用及び効果を奏するこ
とができる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のクラック
検査装置では、請求項記載の構成を採用しているため、
音響波検出手段の感度の経時変化にもかかわらず、確実
な判定が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクレーム対応図である。

【図２】実施例１のクラック検査装置のシステムブロッ
ク構成図である。

【図３】実施例１のクラック検査装置の要部断面図であ
る。

【図４】実施例１のクラック検査装置において、（Ａ）
は疑似ＡＥデータの設定範囲未満の電圧レベルを時間と
の関係で示すグラフ、（Ｂ）はこのときのＡＥデータの
電圧レベルを時間との関係で示すグラフである。

【図５】実施例１のクラック検査装置において、（Ａ）
は疑似ＡＥデータの設定範囲を超えた電圧レベルを時間
との関係で示すグラフ、（Ｂ）はこのときのＡＥデータ
の電圧レベルを時間との関係で示すグラフである。

【図６】実施例１のクラック検査装置において、（Ａ）
は疑似ＡＥデータの設定範囲内の電圧レベルを時間との
関係で示すグラフ、（Ｂ）はこのときのＡＥデータの電
圧レベルを時間との関係で示すグラフである。

【図７】実施例２のクラック検査装置の要部ブロック構
成図及び要部断面図である。

【図８】実施例２のクラック検査装置のフローチャート
である。

【図９】実施例３のクラック検査装置の要部断面図であ
る。

【図１０】実施例４のクラック検査装置の要部断面図で
ある。

【図１１】実施例５のクラック検査装置の要部ブロック
構成図及び要部断面図である。

【図１２】実施例６のクラック検査装置の要部断面図で
ある。

【符号の説明】

Ｗ…ワーク ２…基準信号発生手段（１７…
疑似ＡＥセンサ） １…音響波検出手段（１６…ＡＥセンサ） ３…増
幅手段 ４…クラック発生判定手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基準信号を発生させる基準信号発生手段
   と、ワークより放出される音響波と該基準信号とを検出
   する音響波検出手段と、該音響波検出手段によって検出
   された該基準信号の検出値に基づいて該音響波検出手段
   の検出データを増幅させて増幅検出データを得る増幅手
   段と、該増幅検出データに基づいて該ワークのクラック
   発生状態を判定するクラック発生判定手段とからなるこ
   とを特徴とするクラック検査装置。