JP2018132480A - Contactless acoustic analysis system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、音波を用いた非接触音響解析システムに関するものである。 The present invention relates to a non-contact acoustic analysis system using sound waves.
複数の部材を接合することによって構成されている製品や部品は世に広く流通しており、このような製品等の検査では接合部の健全性を解析することが品質保持の観点からきわめて重要である。
可能であれば製品等を破壊せずに接合部の健全度を検査できることが望ましいが、このような検査方法の実現に向けて様々な研究及び開発が行われている。
Products and parts constructed by joining multiple members are widely distributed in the world, and in the inspection of such products, it is extremely important to analyze the soundness of the joints from the viewpoint of maintaining quality. .
If possible, it is desirable to be able to inspect the soundness of the joint without destroying the product or the like. However, various studies and developments have been conducted to realize such an inspection method.
例えば、下記の特許文献１には、第２の部材に溶接されている第１の部材の表面にレーザ光を照射して超音波振動を生起させ、第１の部材から第２の部材に伝播した超音波振動の周波数及び波長を求め、求められた値を所定の関係式に代入することによって、溶接部の断面寸法を算出する検査装置が提案されている。 For example, in Patent Document 1 below, the surface of the first member welded to the second member is irradiated with laser light to cause ultrasonic vibration, and propagates from the first member to the second member. There has been proposed an inspection apparatus that calculates the frequency and wavelength of the ultrasonic vibration and substitutes the obtained value into a predetermined relational expression to calculate the cross-sectional dimension of the weld.
特許文献１に例示するように、非接触で接合部を解析する方式は従来においても種々提案されているものの、計測条件が十分に整っている環境において実現可能であったとしても実際の製作現場においては導入できない事例が多々存在しており、このような製作現場にも適用可能な新たな解析方式の開発が求められている。 As exemplified in Patent Document 1, although various methods for analyzing the joints in a non-contact manner have been proposed in the past, even if it can be realized in an environment where the measurement conditions are sufficiently prepared, the actual production site In Japan, there are many cases that cannot be introduced, and there is a demand for the development of new analysis methods that can be applied to such production sites.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、溶接等によって接合されている接合部に係る解析を新たな方式によって実現する非接触音響解析システムを提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the non-contact acoustic analysis system which implement | achieves the analysis which concerns on the junction part joined by welding etc. by a new system.
本発明者は鋭意検討し、上記課題を解決する方法を見出し、本発明を完成させた。
本発明は次の（i）〜（v）である。
（i）複数の部材を溶接、溶着又は接着することによって接合されている接合部を内部に含んでいる被照射体の表面に送波音波を照射することをもって前記接合部を解析する非接触音響解析システムであって、前記被照射体の前記表面の振動速度を計測する計測器と、前記送波音波を所定の送波時間間隔（Ｔ０）ごとに送出し、送出する各回の前記送波音波が前記送波時間間隔（Ｔ０）以下の時間長（Ｔａ）である音響発信源と、前記計測器によって計測された振動速度に係る波形の位相を前記表面の部位ごとに算出し、前記接合部上に予め定めた参照点における位相と前記表面の各部位における位相との位相差に基づいて前記接合部に係る解析結果を出力する解析装置と、を備える非接触音響解析システム。
（ii）前記解析装置は、前記表面の部位ごとに得られた前記位相差を、各部位を座標位置とする平面画像に描画し、得られた前記平面画像を出力する（i）に記載の非接触音響解析システム。
（iii）前記解析装置は、互いに隣接しており且つ前記位相差が所定の閾値以下である部位の群に対応している前記平面画像上の島部分を求め、求められた前記島部分の大きさ又は形状のうち少なくとも一方に基づいて、前記被照射体の前記接合部の健全度に係る良否判定を行い、前記良否判定の結果を出力する（ii）に記載の非接触音響解析システム。
（iv）前記解析装置は、算出された前記表面の部位ごとの前記位相差を用いた演算処理によって前記接合部が存在する位置と前記接合部が存在しない位置との境界を特定する（i）に記載の非接触音響解析システム。
（v）前記解析装置は、特定した前記境界に囲われている領域を求め、求められた前記領域の大きさ又は形状のうち少なくとも一方に基づいて、前記被照射体の前記接合部の健全度に係る良否判定を行い、前記良否判定の結果を出力する（iv）に記載の非接触音響解析システム。
The inventor diligently studied and found a method for solving the above-mentioned problems, and completed the present invention.
The present invention includes the following (i) to (v).
(I) Non-contact sound for analyzing the joint by irradiating the surface of the irradiated object including a joint joined by welding, welding or adhering a plurality of members with a transmitted sound wave An analysis system for measuring the vibration velocity of the surface of the irradiated object, and transmitting the transmitted sound wave at a predetermined transmission time interval (T 0 ); A sound wave source having a time length (Ta) equal to or shorter than the transmission time interval (T 0 ) and a phase of a waveform related to a vibration velocity measured by the measuring instrument is calculated for each part of the surface, A non-contact acoustic analysis system comprising: an analysis device that outputs an analysis result related to the joint based on a phase difference between a phase at a predetermined reference point on the joint and a phase at each part of the surface.
(Ii) The analysis apparatus draws the phase difference obtained for each part of the surface on a planar image having each part as a coordinate position, and outputs the obtained planar image. Non-contact acoustic analysis system.
(Iii) The analysis device obtains an island portion on the planar image corresponding to a group of portions that are adjacent to each other and the phase difference is equal to or less than a predetermined threshold, and the size of the obtained island portion is obtained. The non-contact acoustic analysis system according to (ii), wherein the quality determination regarding the soundness of the joint portion of the irradiated body is performed based on at least one of the height and the shape, and the result of the quality determination is output.
(Iv) The analysis device specifies a boundary between a position where the joint portion exists and a position where the joint portion does not exist by an arithmetic process using the calculated phase difference for each part of the surface (i). Non-contact acoustic analysis system described in 1.
(V) The analysis device obtains a region surrounded by the identified boundary, and based on at least one of the obtained size or shape of the region, the degree of soundness of the joint portion of the irradiated object The non-contact acoustic analysis system according to (iv), wherein the quality determination is performed and the result of the quality determination is output.
本発明者による検証により、接合部を内包している被照射体に対して音響発信源から所定の送波時間間隔（Ｔ０）で送波時間間隔（Ｔ０）以下である時間長（Ｔａ）の送波音波を照射することによって被照射体を振動させた場合、被照射体の表面の振動速度を計測すると、接合部上における振動の位相差と非接合部上における振動の位相差との間に明らかな相違が認められるとの知見に想到した。
本発明は、上記の知見に基づいて接合部の大きさや形状等を解析するものであり、その解析結果に基づいて接合部の健全性を判定することもできる。
The verification by the present inventors, transmitting time interval (T 0) or less is the time length at a predetermined transmit time interval from the acoustic source (T 0) for an object to be irradiated of the enclosing junction (Ta ) When the irradiated object is vibrated by irradiating the transmitted sound wave, the vibration phase difference on the bonded part and the vibration phase difference on the non-bonded part I came up with the knowledge that there was a clear difference between the two.
The present invention analyzes the size, shape, and the like of the joint based on the above knowledge, and can determine the soundness of the joint based on the analysis result.
本発明によれば、溶接等によって接合されている接合部に係る解析を新たな方式によって実現する非接触音響解析システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the non-contact acoustic analysis system which implement | achieves the analysis which concerns on the junction part joined by welding etc. by a new system can be provided.
本発明について説明する。
図１は、本発明の実施形態の非接触音響解析システム（以下、「解析システム」と略記する場合がある）１０の構成を示す説明図である。はじめに、解析システム１０の概要について説明する。
The present invention will be described.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a non-contact acoustic analysis system (hereinafter, may be abbreviated as “analysis system”) 10 according to an embodiment of the present invention. First, an outline of the analysis system 10 will be described.
解析システム１０は、複数の部材（例えば、第一部材２及び第二部材４）を溶接、溶着又は接着することによって接合されている接合部３を内部に含んでいる被照射体１の表面に対して送波音波１２を照射することをもって接合部３を解析するシステムである。
解析システム１０は、音響発信源１１、計測器１３、および解析装置１５１を含むコンピュータ１５を備える。
計測器１３は、被照射体１の表面の振動速度を計測する計器である。
音響発信源１１は、送波音波１２を所定の送波時間間隔（Ｔ０）ごとに送出する。音響発信源１１によって送出される各回の送波音波１２は、送波時間間隔（Ｔ０）以下の時間長（Ｔａ）になっている。
解析装置１５１は、計測器１３によって計測された振動速度に係る波形の位相差を表面の部位ごとに算出し、接合部３上に予め定めた参照点における位相と表面の各部位における位相との位相差に基づいて接合部３に係る解析結果を出力する機能を有する。
The analysis system 10 is formed on the surface of the irradiated object 1 including a joint 3 that is joined by welding, welding, or bonding a plurality of members (for example, the first member 2 and the second member 4). On the other hand, it is a system that analyzes the joint 3 by irradiating the transmitted sound wave 12.
The analysis system 10 includes a computer 15 including an acoustic transmission source 11, a measuring instrument 13, and an analysis device 151.
The measuring instrument 13 is an instrument that measures the vibration speed of the surface of the irradiated object 1.
The acoustic transmission source 11 transmits the transmitted sound wave 12 at every predetermined transmission time interval (T 0 ). Each time the transmitted sound wave 12 transmitted by the acoustic transmission source 11 has a time length (Ta) equal to or shorter than the transmission time interval (T 0 ).
The analysis device 151 calculates the phase difference of the waveform related to the vibration velocity measured by the measuring instrument 13 for each surface part, and the phase at the reference point determined in advance on the joint 3 and the phase at each part of the surface are calculated. It has a function of outputting an analysis result related to the joint 3 based on the phase difference.
解析システム１０は、任意波形発生装置１７およびアンプ１９を更に有している。コンピュータ１５は、解析装置１５１に加えて制御装置１５２および表示部１５３を含んでおり、制御装置１５２によって任意波形発生装置１７を制御して、所望の周波数の音波を音響発信源１１から発生させる。計測器１３は、任意波形発生装置１７が発生するトリガ信号に制御装置１５２を同期させて計測する。表示部１５３には、後に説明する振動速度分布図等を表示することができる。表示部とはディスプレイ画面等を意味する。 The analysis system 10 further includes an arbitrary waveform generator 17 and an amplifier 19. The computer 15 includes a control device 152 and a display unit 153 in addition to the analysis device 151. The control device 152 controls the arbitrary waveform generation device 17 to generate sound waves having a desired frequency from the acoustic transmission source 11. The measuring instrument 13 measures the control device 152 in synchronization with the trigger signal generated by the arbitrary waveform generator 17. The display unit 153 can display a vibration velocity distribution diagram and the like described later. The display unit means a display screen or the like.
以下、解析システム１０について更に詳細に説明する。 Hereinafter, the analysis system 10 will be described in more detail.
解析システム１０によって解析される被照射体１としては、例えば、金属、樹脂、セラミック等を接合することによって構成されているものが挙げられる。
被照射体１に内包されている接合部３において接合されている第一部材２と第二部材４とは、同種の材料であってもよいし、異種の材料であってもよい。また、第一部材２と第二部材４とを接合する方法については、特に制限されず、各部材に適した接合方法が適宜選択されればよい。
Examples of the irradiated object 1 to be analyzed by the analysis system 10 include those configured by joining metals, resins, ceramics, and the like.
The first member 2 and the second member 4 joined at the joint 3 included in the irradiated body 1 may be the same material or different materials. Moreover, it does not restrict | limit especially about the method of joining the 1st member 2 and the 2nd member 4, The joining method suitable for each member should just be selected suitably.
音響発信源１１には、被照射体１に面的に加振を加えうるフラットスピーカを好ましく用いることができる。フラットスピーカとしては、具体的に、エフ・ピー・エス社のＦＰＳ２０３０Ｍ３Ｐ１Ｒが挙げられる。音響発信源１１には、フラットスピーカの他、パラメトリックスピーカも好ましく用いることができ、更にはラウドスピーカやパルスレーザ、高圧ガスガン、衝撃波管を用いることができる。なお、音響発信源１１の数やスピーカの角度等は特に限定されない。
音響発信源１１から被照射体１へ照射される送波音波１２は、所望の周波数（ω）に調整することができ、かつ、被照射体１の表面をその振動速度が計測器１３によって測定できる程度に、表面に対して平行方向ではない方向（好ましくは、表面に対する垂直方向）へ振動させることができる音波であればよい。送波音波１２は、空気中で振動振幅が減衰し難い可聴帯域の音波（音響波）が好ましい。超音波は空気中で振動振幅の減衰が大きいものの、音響発信源１１が発する送波音波１２としての使用を排除するものではなく、音波には超音波を含む。送波音波１２の強度は、音響発信源１１から被照射体１へ当該送波音波１２を照射することで、被照射体１の表面に９０ｄＢ以上の音圧を発生させる強度であることが好ましく、１００ｄＢ程度の音圧を発生させる強度であることがより好ましい。
As the acoustic transmission source 11, a flat speaker that can apply surface vibration to the irradiated object 1 can be preferably used. Specific examples of the flat speaker include FPS2030M3P1R manufactured by FPS. As the acoustic transmission source 11, a parametric speaker can be preferably used in addition to a flat speaker, and a loud speaker, a pulse laser, a high-pressure gas gun, and a shock tube can be used. In addition, the number of the acoustic transmission sources 11, the angle of a speaker, etc. are not specifically limited.
The transmitted sound wave 12 irradiated to the irradiated object 1 from the acoustic transmission source 11 can be adjusted to a desired frequency (ω), and the vibration speed of the surface of the irradiated object 1 is measured by the measuring instrument 13. Any sound wave that can be vibrated in a direction that is not parallel to the surface (preferably, a direction perpendicular to the surface) may be used. The transmitted sound wave 12 is preferably an audible sound wave (acoustic wave) whose vibration amplitude is difficult to attenuate in air. Although the ultrasonic wave has a large attenuation of vibration amplitude in the air, it does not exclude the use as the transmitted wave 12 generated by the acoustic transmission source 11, and the sound wave includes an ultrasonic wave. The intensity of the transmitted sound wave 12 is preferably an intensity that generates a sound pressure of 90 dB or more on the surface of the irradiated object 1 by irradiating the irradiated sound wave 12 from the acoustic transmission source 11 to the irradiated object 1. More preferably, the intensity is such that a sound pressure of about 100 dB is generated.
計測器１３は、送波音波１２により加振された被照射体１の振動を光学的に計測する手段である。本実施形態に用いられる計測器１３は、被照射体１の表面の振動速度を非接触で測定できるものであれば特に限定されず、レーザ変位計を用いることができ、レーザドップラ振動計であることが好ましい。計測器１３にレーザドップラ振動計を用いる場合、計測器１３はレーザ（観察波１３１）を被照射体１に照射する。送波音波１２が照射されて振動する被照射体１の表面で観察波１３１が反射されて計測器１３の受光部（図示せず）で受光されることにより、計測器１３は被照射体１の表面の振動速度を計測する。この観察波１３１は、接合部３を内包する被照射体１の振動状況を示す目的信号である。計測器１３で得られた振動速度の計測データは解析装置１５１で解析するために用いられる。 The measuring instrument 13 is a means for optically measuring the vibration of the irradiated object 1 excited by the transmitted sound wave 12. The measuring instrument 13 used in the present embodiment is not particularly limited as long as it can measure the vibration speed of the surface of the irradiated object 1 in a non-contact manner, and a laser displacement meter can be used, which is a laser Doppler vibrometer. It is preferable. When a laser Doppler vibrometer is used for the measuring instrument 13, the measuring instrument 13 irradiates the irradiated object 1 with a laser (observation wave 131). When the observation wave 131 is reflected by the surface of the irradiated object 1 that is irradiated with the transmitted sound wave 12 and vibrates, and is received by a light receiving unit (not shown) of the measuring instrument 13, the measuring instrument 13 is irradiated with the irradiated object 1. Measure the vibration speed of the surface. The observation wave 131 is a target signal indicating the vibration state of the irradiated object 1 including the joint 3. The vibration velocity measurement data obtained by the measuring instrument 13 is used for analysis by the analysis device 151.
計測器１３には、１回の計測で被照射体１の表面の１点における振動計測が可能なシングルレーザタイプのレーザ振動計を用いることも可能であるが、スキャニングレーザタイプのレーザ振動計を用いることが好ましい。スキャニング振動計であるレーザドップラ振動計としては、具体的に、ポリテックジャパン社製のＰＳＶ−５００−ＨやＰＳＶ−５００Ｘｔｒａが挙げられる。このレーザドップラ振動計は解析装置の一部および制御装置を含むものである。 As the measuring instrument 13, a single laser type laser vibrometer capable of measuring vibration at one point on the surface of the irradiated object 1 by one measurement can be used, but a scanning laser type laser vibrometer is used. It is preferable to use it. Specific examples of laser Doppler vibrometers that are scanning vibrometers include PSV-500-H and PSV-500Xtra manufactured by Polytech Japan. This laser Doppler vibrometer includes a part of an analysis device and a control device.
解析装置１５１は、上述した接合部３に係る解析処理を行うことができるものであれば特に限定されず、本実施形態の解析システム１０を実現するプログラムが格納された汎用コンピュータを用いることができる。
ここで、解析処理に用いられる各部位の位相差を算出する際に基準となる接合部３上に予め定めた参照点（リファレンス）は、被照射体１の表面上に予め定められた特定の位置であり、且つ、その直下に接合部３が存在する可能性が高いと推定される位置（例えば、スポット溶接による接合であれば、そのスポット径の中心位置）であることが好ましい。
The analysis device 151 is not particularly limited as long as it can perform the analysis processing related to the joint 3 described above, and a general-purpose computer in which a program for realizing the analysis system 10 of the present embodiment is stored can be used. .
Here, a reference point (reference) determined in advance on the joint 3 serving as a reference when calculating the phase difference of each part used in the analysis processing is a specific predetermined point on the surface of the irradiated object 1. It is preferably a position that is estimated to be highly likely to have the joint 3 immediately below it (for example, the center position of the spot diameter in the case of spot welding).
任意波形発生装置１７は、制御装置１５２の指令によって所望の周波数の音波を音響発信源１１から発生させる装置である。言い換えると、制御装置１５２は、音響発信源１１から送波音波１２が出力される時間関係を制御する手段である。任意波形発生装置１７には、バースト波を発生可能な市販のファンクションジェネレータ等を用いることができる。任意波形発生装置１７は、簡単のために手動で制御してもよく、または解析装置１５１側から制御するようにシステムを構成してもよい。アンプ１９に用いられる機器は特に限定されず、例えば、市販のオーディオアンプを用いることができる。 The arbitrary waveform generation device 17 is a device that generates a sound wave having a desired frequency from the acoustic transmission source 11 in accordance with a command from the control device 152. In other words, the control device 152 is a means for controlling the time relationship in which the transmitted sound wave 12 is output from the acoustic transmission source 11. The arbitrary waveform generator 17 may be a commercially available function generator that can generate burst waves. The arbitrary waveform generator 17 may be controlled manually for the sake of simplicity, or the system may be configured to be controlled from the analysis device 151 side. The equipment used for the amplifier 19 is not particularly limited, and for example, a commercially available audio amplifier can be used.
制御装置１５２は、送波音波１２を特定時刻に限局して音響発信源１１から出力させる。解析装置１５１は、計測器１３の計測結果のうち被照射体１が振動している時間帯を判定する。 The control device 152 limits the transmitted sound wave 12 to a specific time and outputs it from the acoustic transmission source 11. The analysis device 151 determines a time zone in which the irradiated object 1 is vibrating among the measurement results of the measuring instrument 13.
計測器１３の受光部（図示せず）には、被照射体１の表面で反射した観察波１３１のほか、音響発信源１１が発する送波音波１２の一部である直接音波１２１と、被照射体１の表面で送波音波１２が反射した反射音波１２２とが入射する。直接音波１２１は音響発信源１１から計測器１３に直接に到達する送波音波１２であり、反射音波１２２は被照射体１で反射して計測器１３に到達する送波音波１２である。
計測器１３に入射する直接音波１２１および反射音波１２２は、計測器１３を不要に振動させ、目的とする対象物（被照射体１）の振動を検出する感度を低下させる要因になりうる。また、直接音波１２１や反射音波１２２が被照射体１の周囲に存在する種々の部材（不図示）において反射することによって生じる多重反射波が計測器１３に到達することも振動検出の感度を低下する要因になりうる。
従って、直接音波１２１、反射音波１２２および多重反射波の影響を低減させる対策を施して、被照射体１の振動計測を行うことが好ましい。なお、以下の説明において、このような対策を不要信号対策と称して、いくつか例示する。これらは本発明の実施において必ずしも適用されなくてもよく、本発明を実施する環境において許容される場合に適用すればよい。
In addition to the observation wave 131 reflected from the surface of the irradiated object 1, the light receiving unit (not shown) of the measuring instrument 13 includes a direct sound wave 121 that is a part of the transmitted sound wave 12 emitted from the acoustic transmission source 11, The reflected sound wave 122 reflected by the transmitted sound wave 12 is incident on the surface of the irradiation body 1. The direct sound wave 121 is the transmitted sound wave 12 that directly reaches the measuring instrument 13 from the acoustic transmission source 11, and the reflected sound wave 122 is the transmitted sound wave 12 that is reflected by the irradiated object 1 and reaches the measuring instrument 13.
The direct sound wave 121 and the reflected sound wave 122 incident on the measuring instrument 13 may cause the measuring instrument 13 to vibrate unnecessarily and reduce the sensitivity of detecting the vibration of the target object (irradiated body 1). Moreover, the sensitivity of vibration detection also decreases when multiple reflected waves generated by reflection of direct sound waves 121 and reflected sound waves 122 on various members (not shown) around the irradiated body 1 reach the measuring instrument 13. Can be a factor.
Therefore, it is preferable to measure the vibration of the irradiated object 1 by taking measures to reduce the influence of the direct sound wave 121, the reflected sound wave 122 and the multiple reflected waves. In the following description, such countermeasures are referred to as unnecessary signal countermeasures and some examples will be given. These are not necessarily applied in the implementation of the present invention, and may be applied when allowed in the environment for implementing the present invention.
不要信号対策として、解析システム１０に所望の周波数特性を持つ周波数ゲートを適用してもよい。ここで周波数ゲートとは、一部の周波数帯域を選択的に抽出又は除去する処理である。具体的な周波数ゲートとしては、計測器１３がバンドパスフィルタを備えてもよく、または解析装置１５１において周波数解析して振動速度の計測信号から不要信号を除去してもよい。
たとえば、音響発信源１１によって送出される送波音波の周波数範囲及びその近傍帯域を抽出する周波数ゲートを、解析システム１０に適用してもよい。或いは、被照射体１の振動計測を繰り返し行うことにより不要信号の周波数帯域が経験的に定まる場合には、経験的に定められた当該周波数帯域を除去する周波数ゲートを用いてもよい。
As an unnecessary signal countermeasure, a frequency gate having a desired frequency characteristic may be applied to the analysis system 10. Here, the frequency gate is a process of selectively extracting or removing a part of the frequency band. As a specific frequency gate, the measuring instrument 13 may include a band-pass filter, or an unnecessary signal may be removed from the vibration speed measurement signal by frequency analysis in the analysis device 151.
For example, a frequency gate that extracts a frequency range of a transmitted sound wave transmitted by the acoustic transmission source 11 and a band in the vicinity thereof may be applied to the analysis system 10. Alternatively, when the frequency band of the unnecessary signal is empirically determined by repeatedly measuring the vibration of the irradiation object 1, a frequency gate that removes the empirically determined frequency band may be used.
音響発信源１１から被照射体１の表面までの距離をｄ１とし、計測器１３から、被照射体１に対する観察波１３１の照射位置までの距離をｄ２とする。送波音波１２が音響発信源１１より送出されてから被照射体１の表面で反射して計測器１３に到達するまでの距離はｄ１＋ｄ２となる。すなわち、送波音波１２が音響発信源１１より送出されてから被照射体１の表面に到達するまでの時間（以下、目標到達時間Ｔ１という場合がある）は、ｄ１／音速（Ｖｓ）となる。
なお、観察波１３１（レーザ）の速度は音速に比べて十分に高いため、被照射体１の表面の振動が開始する目標到達時間Ｔ１の直後から被照射体１の振動計測を行うことができる。
The distance from the acoustic source 11 to the surface of the irradiated body 1 and d 1, from the instrument 13, the distance to the irradiation position of the observation wave 131 with respect to the irradiated body 1 and d 2. The distance from when the transmitted sound wave 12 is transmitted from the acoustic transmission source 11 until it is reflected by the surface of the irradiated object 1 and reaches the measuring instrument 13 is d 1 + d 2 . That is, the time from when the transmitted sound wave 12 is transmitted from the acoustic transmission source 11 until it reaches the surface of the irradiated body 1 (hereinafter sometimes referred to as target arrival time T 1 ) is d 1 / sound speed (Vs). It becomes.
Since the speed of the observation wave 131 (laser) is sufficiently higher than the sound speed, the vibration measurement of the irradiated object 1 can be performed immediately after the target arrival time T 1 when the surface vibration of the irradiated object 1 starts. it can.
送波音波１２はバースト波であり、所定の送波時間間隔Ｔ０ごとに音響発信源１１から送出される。各回の送波音波１２（以下、バースト群という場合がある）の送波時間間隔Ｔ０は一定であることが好ましい。送波音波１２はバースト波であるため、バースト群の一個あたりの時間長Ｔａは送波時間間隔Ｔ０よりも当然短い。 The transmitted sound wave 12 is a burst wave, and is transmitted from the acoustic transmission source 11 at every predetermined transmission time interval T 0 . It is preferable that the transmission time interval T 0 of each transmitted sound wave 12 (hereinafter sometimes referred to as a burst group) is constant. Since the transmitted sound wave 12 is a burst wave, the time length Ta per burst group is naturally shorter than the transmission time interval T 0 .
また、音響発信源１１が送波音波１２を送出してから反射音波１２２が計測器１３に入射するまでの反射到達時間Ｔ２は、（ｄ１＋ｄ２）／音速（Ｖｓ）となる。
反射音波１２２が不要信号として計測器１３に入射する反射到達時間Ｔ２の瞬間までに、計測器１３が被照射体１の振動を検出できるようにバースト群の一個あたりの時間長Ｔａを設定することにより、反射音波１２２の影響を低減させる不要信号対策になりうる。この場合、時間長Ｔａは少なくとも反射到達時間Ｔ２より短くなる。
The reflection arrival time T 2 from when the acoustic transmission source 11 sends the transmitted sound wave 12 to when the reflected sound wave 122 enters the measuring instrument 13 is (d 1 + d 2 ) / sound velocity (Vs).
By the reflected sound wave 122 is the moment of measuring devices 13 reflected arrival time entering the T 2 as an unnecessary signal, the instrument 13 sets the time length Ta per bursts group so as to detect the vibration of the object to be irradiated 1 As a result, an unnecessary signal countermeasure that reduces the influence of the reflected sound wave 122 can be provided. In this case, the time length Ta is shorter than at least a reflective arrival time T 2.
また、計測器１３と音響発信源１１との距離をｄ３とする。音響発信源１１より送出された送波音波１２は、ｄ３／音速（Ｖｓ）の時間（以下、直接到達時間Ｔ３という場合がある）で直接音波１２１として計測器１３に到達する。
計測器１３が直接音波１２１による影響を受ける時間帯が、計測器１３が被照射体１の振動計測を開始するタイミング（目標到達時間Ｔ１）までに含まれるようにバースト群の一個あたりの時間長Ｔａを設定することにより、直接音波１２１の影響を低減させる不要信号対策になりうる。この場合、直接到達時間Ｔ３と時間長Ｔａとの合計が少なくとも目標到達時間Ｔ１以下になる。
Further, the distance between the instrument 13 and the acoustic source 11 and d 3. The transmitted sound wave 12 transmitted from the acoustic transmission source 11 reaches the measuring instrument 13 as a direct sound wave 121 at a time of d 3 / sound speed (Vs) (hereinafter, may be referred to as a direct arrival time T 3 ).
The time per burst group so that the time zone in which the measuring instrument 13 is directly affected by the sound wave 121 is included by the timing at which the measuring instrument 13 starts vibration measurement of the irradiated object 1 (target arrival time T 1 ). By setting the length Ta, it can be an unnecessary signal countermeasure that directly reduces the influence of the sound wave 121. In this case, the total is T 1 or less at least the target arrival time between the direct arrival time T 3 and time length Ta.
＜送波音波の送信方法について＞
以下、送波音波の送信方法について説明する。
本発明者は、解析システム１０に好ましく適用可能な送波音波の送信方法を二通り確立している。
一つ目の送信方法は、周波数の異なる要素波形を送波音波として送波時間間隔Ｔ０ごとに順次送信することによって、接合部３の解析に必要な周波数帯域をカバーする方法である。この送信方法では、十分な長さの送波時間間隔Ｔ０ごとに送出される個々の送波音波において周波数は一定である。便宜上、この送信方法によって送信される送波音波をシングルトーンバースト波と呼ぶことにする。
二つ目の送信方法は、送波時間間隔Ｔ０ごとに到来する１回の音波送信の際に１つの周波数だけでなく、複数の周波数を含む送波音波（バースト波）を送信することによって、接合部３の解析に必要な周波数帯域を１回の音波送信で複数の帯域にわたってカバーする方法である。便宜上、この送信方法によって送信される送波音波をマルチトーンバースト波と呼ぶことにする。
<About the transmission method of transmitted sound waves>
Hereinafter, a transmission method of the transmitted sound wave will be described.
The inventor has established two transmission wave transmission methods that are preferably applicable to the analysis system 10.
The first transmission method is a method of covering a frequency band necessary for analysis of the joint portion 3 by sequentially transmitting element waveforms having different frequencies as transmission sound waves at every transmission time interval T 0 . In this transmission method, the frequency is constant in each transmitted sound wave transmitted every sufficiently long transmission time interval T 0 . For convenience, a transmitted sound wave transmitted by this transmission method will be referred to as a single tone burst wave.
The second transmission method transmits not only one frequency but also a transmission sound wave (burst wave) including a plurality of frequencies at the time of one sound wave transmission that arrives at every transmission time interval T 0 . In this method, the frequency band necessary for the analysis of the joint 3 is covered over a plurality of bands by one sound wave transmission. For convenience, a transmitted sound wave transmitted by this transmission method will be referred to as a multitone burst wave.
＜解析システム１０を用いた解析の実施例について＞
以下、解析システム１０を用いた解析の実施例について説明する。
図２は、本実施例で使用した被照射体１を示す図である。同図に示す被照射体１は、本発明を検証するために新たに製作したものであり、上面側に１００ミリメートル角で厚さ１．２ミリメートルの鉄板である第一部材２が設けられており、下面側に３００ミリメートル角で厚さ２．３ミリメートルの鉄板である第二部材４が設けられている。
被照射体１を製作するにあたって第一部材２より第二部材４を大きく且つ厚くした理由は、第一部材２の上面にシングルトーンバースト波を照射して加振した場合、第一部材２の振動は第二部材４にも伝播するが、この伝播した振動の影響を計測上無視できる程度に抑制するためである。
<Example of Analysis Using Analysis System 10>
Hereinafter, examples of analysis using the analysis system 10 will be described.
FIG. 2 is a diagram showing the irradiated object 1 used in this example. The irradiated object 1 shown in the figure is newly manufactured to verify the present invention, and a first member 2 which is an iron plate having a thickness of 100 mm square and a thickness of 1.2 mm is provided on the upper surface side. The second member 4 which is a 300 mm square and 2.3 mm thick iron plate is provided on the lower surface side.
The reason why the second member 4 is larger and thicker than the first member 2 in manufacturing the irradiated body 1 is that when the top surface of the first member 2 is irradiated with a single tone burst wave and vibrated, the first member 2 This is because the vibration propagates to the second member 4 but the influence of the propagated vibration is suppressed to a level that can be ignored in measurement.
図２に示すように、第一部材２と第二部材４とは互いの中央付近においてスポット溶接を行ったことにより円痕部５が形成されている。
本検証のために、被照射体１の製作にあたって第一部材２と第二部材４とをスポット溶接する際に電流の大きさを変化させ、接合部３の状態（ナゲット径の大小）がそれぞれ異なる三種類の被照射体１が製作された。
以下の説明において、溶接時の電流が標準であるものを被照射体１Ｂ、溶接時の電流が標準より大きいものを被照射体１Ａ、溶接時の電流が標準より小さいものを被照射体１Ｃ、と呼称する。なお、被照射体１Ａ、被照射体１Ｂ及び被照射体１Ｃのいずれについても、中央付近に形成された円痕部５の径（スポット径）は外観上では約６ミリメートル程度になっている。
As shown in FIG. 2, the first member 2 and the second member 4 are formed with spot portions 5 by spot welding near the center of each other.
For the purpose of this verification, when the first member 2 and the second member 4 are spot welded in the production of the irradiated body 1, the magnitude of the current is changed, and the state of the joint portion 3 (the size of the nugget diameter) is changed. Three different types of irradiated objects 1 were produced.
In the following description, an object to be irradiated 1B having a standard current during welding, an object to be irradiated 1A having a current larger than the standard during welding, and an object 1C having a current smaller than the standard during welding, It is called. In all of the irradiated body 1A, irradiated body 1B, and irradiated body 1C, the diameter (spot diameter) of the circular mark portion 5 formed near the center is about 6 millimeters in appearance.
本実施例では、被照射体１の表面から音響発信源１１までの距離ｄ１を約３７０ミリメートルとし、計測器１３から被照射体１に対する観察波１３１の照射位置までの距離ｄ２を約６５０ミリメートルとして、被照射体１にシングルトーンバースト波を照射した。 In the present embodiment, the distance d 1 from the surface of the irradiated body 1 to the acoustic transmission source 11 is about 370 millimeters, and the distance d 2 from the measuring instrument 13 to the irradiation position of the observation wave 131 on the irradiated body 1 is about 650. As a millimeter, the irradiated body 1 was irradiated with a single tone burst wave.
図３（ａ）は、シングルトーンバースト波の送出方法を説明する説明図である。シングルトーンバースト波を送出する場合、接合部３の共振周波数を探すために、送波音波の周波数を音波送出毎に変化させていく（たとえば、周波数ＳＦ１、周波数ＳＦ２、周波数ＳＦ３の順に変化させる）ことにより、必要な周波数帯域をカバーする。
図３（ｂ）は、本実施例で被照射体１に照射したシングルトーンバースト波の波形を示す図である。縦軸は任意波形発生装置１７が発生させる送波音波１２の振幅であり、横軸は音響発信源１１が送波音波１２を発生させてからの時間である。
本実施例では、音響発信源１１から音響出力される送波音波１２の強度を、被照射体１の表面において９０ｄＢとなるように調整している。また、１回のシングルトーンバースト波の持続時間を３ミリ秒とし、各送波音波間のインターバル（送波時間間隔Ｔ０）を５０ミリ秒としている。周波数範囲を２ｋＨｚから５ｋＨｚとし、周波数変調インターバルを２００Ｈｚとすると１６回の送波音波を送出する必要があるため、波形全体の時間は５０ミリ秒×（１６−１）回＋３ミリ秒≒０．８秒である。この時間が１スキャンに要する送波音波の照射時間である。被照射体１を解析するにあたっては、被照射体１の表面の１箇所あたり行うスキャンの回数は１回であってもよいし、複数回であってもよい。
FIG. 3A is an explanatory diagram for explaining a method of transmitting a single tone burst wave. When a single tone burst wave is transmitted, the frequency of the transmitted sound wave is changed every time the sound wave is transmitted in order to find the resonance frequency of the junction 3 (for example, in order of frequency S F1 , frequency S F2 , and frequency S F3 ). To cover the required frequency band.
FIG. 3B is a diagram illustrating a waveform of a single tone burst wave irradiated to the irradiation object 1 in the present embodiment. The vertical axis represents the amplitude of the transmitted sound wave 12 generated by the arbitrary waveform generator 17, and the horizontal axis represents the time since the acoustic transmission source 11 generated the transmitted sound wave 12.
In the present embodiment, the intensity of the transmitted sound wave 12 that is acoustically output from the acoustic transmission source 11 is adjusted to be 90 dB on the surface of the irradiated object 1. Further, the duration of one single tone burst wave is 3 milliseconds, and the interval between the transmitted sound waves (transmission time interval T 0 ) is 50 milliseconds. If the frequency range is 2 kHz to 5 kHz and the frequency modulation interval is 200 Hz, it is necessary to transmit 16 transmitted sound waves, so the time of the entire waveform is 50 milliseconds × (16−1) times + 3 milliseconds≈0. 8 seconds. This time is the irradiation time of the transmitted sound wave required for one scan. In analyzing the irradiation object 1, the number of scans performed per location on the surface of the irradiation object 1 may be one or a plurality of times.
図４は、被照射体１にシングルトーンバースト波を照射した場合に、円痕部５の範囲内の或る位置（以下の説明において、当該位置を溶接部上と称する）と、円痕部５の範囲外の近傍の或る位置（以下の説明において、当該位置を非溶接部上と称する）と、において計測された振動速度のタイムチャートである。図４に示す結果より、以下の二点が明らかになった。
一点目は、溶接部上でも振動が観測されるということである。これは接合部３の周辺がたわみ共振を起こした後に、接合部３にエネルギーが集中するために起こる現象であると考えられる。そのため、単純に接合部３の周辺における振動エネルギーを用いて接合部３について解析しても、接合部３の抽出が困難になることが判明した。
二点目は、振動速度のタイムチャートの波形には、溶接部上の動きと溶接部上の近傍付近の動きに明らかな時間差（位相差）が生じているということである。すなわち、この位相差に係る現象に着目した手法を用いて、被照射体１に内包されている接合部３を特定し、接合部３の健全性を評価するといった解析処理が実現可能であることが判明した。
FIG. 4 shows that when a single-tone burst wave is irradiated on the irradiated object 1, a certain position within the range of the circular mark part 5 (in the following description, this position is referred to as a welded part) and a circular mark part 5 is a time chart of vibration speed measured at a certain position outside the range of 5 (in the following description, the position is referred to as a non-welded portion). From the results shown in FIG. 4, the following two points became clear.
The first point is that vibration is also observed on the weld. This is considered to be a phenomenon that occurs because energy concentrates on the junction 3 after the periphery of the junction 3 causes flexural resonance. For this reason, it has been found that even if the joint portion 3 is simply analyzed using vibration energy around the joint portion 3, it is difficult to extract the joint portion 3.
The second point is that there is a clear time difference (phase difference) between the movement on the welded portion and the movement in the vicinity of the welded portion in the waveform of the vibration speed time chart. That is, it is possible to realize an analysis process that identifies the joint 3 included in the irradiated object 1 and evaluates the soundness of the joint 3 by using a method that focuses on the phenomenon related to the phase difference. There was found.
図４からは、溶接部上の振動振幅が非溶接部上の振動振幅より小さいことも見てとれるが、音波（超音波を含む）による計測において、振動振幅は伝搬媒質による変動が大きいステータスである。より多様な計測条件又は計測環境にも対応できる解析システム１０を開発する目的に鑑み、円痕部５の中心を参照点とした振動速度波形の位相差に着目して、接合部３を解析することを検討する。
各測定点における位相（θ）と、各測定点の振動速度波形に対してフーリエ変換を行うことによって得られる実部（Ｒ）と虚部（Ｉ）の関係は下式（１）のように表すことができる。
（数１）
位相θ＝atan(虚部I/実部R) ・・・（１）
Although it can be seen from FIG. 4 that the vibration amplitude on the welded portion is smaller than the vibration amplitude on the non-welded portion, in the measurement using sound waves (including ultrasonic waves), the vibration amplitude is in a status where the fluctuation due to the propagation medium is large. is there. In view of the purpose of developing the analysis system 10 that can cope with more various measurement conditions or measurement environments, the joint portion 3 is analyzed by paying attention to the phase difference of the vibration velocity waveform with the center of the circular scar portion 5 as a reference point. Consider that.
The relationship between the phase (θ) at each measurement point and the real part (R) and imaginary part (I) obtained by performing Fourier transform on the vibration velocity waveform at each measurement point is as shown in the following equation (1). Can be represented.
(Equation 1)
Phase θ = atan (imaginary part I / real part R) (1)
円痕部５の近傍周辺の範囲（図２に図示する計測範囲６）に限定し、より詳細に振動振幅を計測した場合の計測を行った。図２に示すように計測範囲６は、円痕部５を中心とした３６．５ミリメートル×１２．５ミリメートルの方形領域である。なお、この詳細測定においてはシングルトーンバースト波の周波数範囲は３ｋＨｚから４ｋＨｚとし、周波数インターバルは１００Ｈｚとし、シングルトーンバースト波の持続時間は５ミリ秒とし、各送波音波間のインターバル（送波時間間隔Ｔ０）は２０ミリ秒とした。 The measurement was performed in the case where the vibration amplitude was measured in more detail by limiting the range to the vicinity of the circular mark portion 5 (measurement range 6 illustrated in FIG. 2). As shown in FIG. 2, the measurement range 6 is a 36.5 mm × 12.5 mm square region centered on the circular scar part 5. In this detailed measurement, the frequency range of the single tone burst wave is 3 kHz to 4 kHz, the frequency interval is 100 Hz, the duration of the single tone burst wave is 5 milliseconds, and the interval between the transmission sound waves (the transmission time interval). T 0 ) was 20 milliseconds.
被照射体１Ａ、被照射体１Ｂ及び被照射体１Ｃのそれぞれについて、上記の条件で詳細測定を同様に行い、円痕部５の中心を参照点とした振動速度波形の位相差を計測範囲６の範囲内で映像化する画像化処理を行った。
ここで画像化処理とは、解析装置１５１によって行われる情報処理であって、具体的には、計測範囲６に含まれる測定点（被照射体１の表面の部位）ごとに得られた位相差を、各部位を座標位置とする平面画像に描画し、得られた平面画像を出力する処理である。平面画像の出力は、コンピュータ１５の表示部１５３に表示出力することであってもよいし、不図示の印刷装置から印刷出力することであってもよいし、不図示の外部装置に外部出力することであってもよい。
Detailed measurement is similarly performed for each of the irradiated body 1A, irradiated body 1B, and irradiated body 1C under the above-described conditions, and the phase difference of the vibration velocity waveform with the center of the circular mark portion 5 as the reference point is measured range 6 An imaging process was performed to visualize the image within the range.
Here, the imaging processing is information processing performed by the analysis device 151, and specifically, a phase difference obtained for each measurement point (surface portion of the irradiated object 1) included in the measurement range 6. Is drawn on a planar image having each part as a coordinate position, and the obtained planar image is output. The output of the planar image may be displayed on the display unit 153 of the computer 15 or may be printed out from a printing apparatus (not shown) or output to an external apparatus (not shown). It may be.
被照射体１Ｂの計測結果を描画した平面画像Ｐ２（図５（ａ）参照）と、実際に円痕部５を撮影した撮影画像Ｐ４（図５（ｂ）参照）と、の比較を図５に示す。また、上記の画像化処理によって出力された平面画像を図６に示す。図６に示す３つの平面画像Ｐ１（図６（ａ）参照）、平面画像Ｐ２（図６（ｂ）参照）、平面画像Ｐ３（図６（ｃ）参照）は、それぞれ被照射体１Ａ、被照射体１Ｂ、被照射体１Ｃに係る測定結果を描画したものである。即ち、図５の平面画像Ｐ２と図６の平面画像Ｐ２とは同じ平面画像である。
なお、図５及び図６に示す平面画像では、各測定点における位相差の大小を画像の濃淡によって表しており、濃い部分ほど位相差が小さく、淡い部分ほど位相差が大きくなっている。なお、視認容易とするため、位相差のスケール範囲を０（零）度から１０度までとしており、１０度を超える位相差については１０度に対応する濃度と同じ濃度で表している。
FIG. 5 shows a comparison between a planar image P2 (see FIG. 5A) on which the measurement result of the irradiated object 1B is drawn and a captured image P4 (see FIG. 5B) in which the circular scar portion 5 is actually captured. Shown in Moreover, the planar image output by said imaging process is shown in FIG. The three planar images P1 (see FIG. 6A), the planar image P2 (see FIG. 6B), and the planar image P3 (see FIG. 6C) shown in FIG. The measurement result concerning the irradiated body 1B and the irradiated body 1C is drawn. That is, the planar image P2 in FIG. 5 and the planar image P2 in FIG. 6 are the same planar image.
In the planar images shown in FIGS. 5 and 6, the magnitude of the phase difference at each measurement point is represented by the shading of the image. The darker the phase difference is, the lighter the phase difference is. For ease of visual recognition, the scale range of the phase difference is set from 0 (zero) degree to 10 degrees, and the phase difference exceeding 10 degrees is represented by the same density as the density corresponding to 10 degrees.
図５に示すように、平面画像Ｐ２の中央付近に形成されている位相差が低い島状の部分（例えば、３度以下の部分）は、撮影画像Ｐ４に撮影されている円痕部５の大きさよりもやや大きめではあるものの、円痕部５が存在する位置とほぼ同じ位置に形成されていることがわかる。 As shown in FIG. 5, an island-shaped portion (for example, a portion of 3 degrees or less) formed in the vicinity of the center of the planar image P <b> 2 has a low phase difference. Although it is slightly larger than the size, it can be seen that it is formed at substantially the same position as the position where the circular mark portion 5 exists.
図６に示す平面画像から、スポット溶接時に流した電流値に比例して、各平面画像において位相差が低い部分の面積が変化することが明らかである。
また、被照射体１Ａや被照射体１Ｂに対応する平面画像に示すように、スポット溶接時の電流が標準以上である場合には位相差が低い部分が連続的（一塊）に形成される傾向であるのに対して、被照射体１Ｃに対応する平面画像に示すように、スポット溶接時の電流が標準より小さい場合には位相差が低い部分が離散的に形成される傾向であることが明らかになった。
From the planar image shown in FIG. 6, it is apparent that the area of the portion having a low phase difference in each planar image changes in proportion to the current value passed during spot welding.
Further, as shown in the planar images corresponding to the irradiated body 1A and the irradiated body 1B, when the current at the time of spot welding is equal to or higher than the standard, a portion having a low phase difference tends to be formed continuously (in a lump). On the other hand, as shown in the plane image corresponding to the irradiated object 1C, when the current during spot welding is smaller than the standard, the portion having a low phase difference tends to be discretely formed. It was revealed.
上記のように、画像化処理によって平面画像を得ることにより、接合部３の大きさや形状を目視確認することができる。
通常の製造現場においてスポット溶接の健全性は、該当箇所を破壊して溶接部（ナゲット）を露わにし、その大きさを測定することをもって判定しているが、上記の画像化処理によって得られた平面画像の目視確認に代替することにより同様の判定を非破壊的に行うことが期待できる。
As described above, the size and shape of the joint portion 3 can be visually confirmed by obtaining a planar image by imaging processing.
The soundness of spot welding in a normal manufacturing site is determined by destroying the relevant part and exposing the welded part (nugget), and measuring its size. It can be expected that the same determination is made nondestructively by substituting with the visual confirmation of the flat image.
また、本発明に係る解析システム１０は送波音波で加振して、レーザで振動を計測する方法であるため、非接触かつ非破壊的に計測できるという利点を本質的に持っている。同じく非接触の方法である赤外線を用いた手法と比較すると、加熱する必要がないために周囲の環境条件に影響されにくいという利点を持っている。さらに加熱用のランプ交換等も必要としないために、導入後のランニングコスト面でも有利であると思われる。
或いは、三次元開口合成を用いたフェーズドアレイ型の超音波検査装置も市販されているが、計測時にはあくまでも対象部に接触する必要があるという欠点があるため、オフラインの抽出検査程度にしか使用されていないというのが実情である。
本発明に係る解析システム１０であれば、環境条件の変化にも対応可能であり、且つ、非接触で接合部の健全性を検査可能であるため、様々な分野のインラインで使用されることが期待できる。
Moreover, since the analysis system 10 according to the present invention is a method in which vibration is measured by a transmitted sound wave and vibration is measured by a laser, it has an advantage that it can be measured in a non-contact and non-destructive manner. Compared with the method using infrared rays, which is also a non-contact method, there is an advantage that it is not affected by the surrounding environmental conditions because it does not need to be heated. Furthermore, since it is not necessary to replace the lamp for heating, it seems to be advantageous in terms of running cost after introduction.
Alternatively, a phased array type ultrasonic inspection apparatus using a three-dimensional aperture synthesis is also commercially available, but it has a drawback that it needs to contact the target part at the time of measurement, so it is used only for off-line extraction inspection. The fact is not.
The analysis system 10 according to the present invention can cope with changes in environmental conditions and can inspect the soundness of joints in a non-contact manner. I can expect.
＜本発明の変形例について＞
ここまで図１から図６を用いて説明される実施例に即して本発明を説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の目的が達成される限りにおける種々の変形、改良等の態様も含む。
<Modification of the present invention>
The present invention has been described with reference to the embodiments described with reference to FIGS. 1 to 6 so far, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and as long as the object of the present invention is achieved. Various modifications, improvements, etc. are also included.
上記の実施例では、シングルトーンバースト波を用いた計測を解析システム１０に適用して説明したが、マルチトーンバースト波を用いた測定に代えてもよい。
マルチトーンバースト波を用いた場合、１回の音波送信の際に複数の周波数を含む送波音波を送信するため、計測に必要な周波数範囲のすべてを網羅するために要する音波送出の回数がシングルトーンバースト波を用いる場合に比べて低減するため、計測速度が向上することが見込まれる。
In the above embodiment, the measurement using the single tone burst wave is applied to the analysis system 10, but it may be replaced with the measurement using the multitone burst wave.
When a multi-tone burst wave is used, a transmission sound wave including a plurality of frequencies is transmitted at the time of one sound wave transmission, so the number of sound wave transmissions required to cover all the frequency ranges necessary for measurement is single. The measurement speed is expected to be improved because it is reduced as compared with the case where tone burst waves are used.
上記の実施例では、解析装置１５１によって行われる解析処理は、測定点ごとに得られた位相差を、各測定点を座標位置とする平面画像に描画して出力するのみであり、その良否の判断は目視確認に委ねる内容であった。この処理に合わせて、又はこの処理に代えて、解析装置１５１は、得られた平面画像に対する画像処理によって接合部３の良否判定を行ってもよい。
例えば、解析装置１５１は、互いに隣接しており且つ位相差が所定の閾値以下である部位の群に対応している平面画像上の島部分を求め、求められた島部分の大きさ又は形状のうち少なくとも一方に基づいて、被照射体１の接合部３の健全度に係る良否判定を行い、良否判定の結果を出力してもよい。
ここで島部分の大きさ又は形状に基づいて行われる接合部３の健全度に係る良否判定とは、例えば、島部分の面積と円痕部５の面積との誤差が所定範囲内であれば良好と判定し、所定範囲外であれば不良と判定する処理であってもよい。或いは、求められた島部分が円形に近似している場合には良好と判定し、円形に近似していない場合には不良と判定する処理であってもよい。
In the above embodiment, the analysis processing performed by the analysis device 151 only draws and outputs the phase difference obtained for each measurement point on a plane image with each measurement point as a coordinate position. Judgment was left to visual confirmation. In accordance with this process or instead of this process, the analysis device 151 may perform pass / fail determination of the joint portion 3 by image processing on the obtained planar image.
For example, the analysis device 151 obtains an island part on a planar image corresponding to a group of parts that are adjacent to each other and have a phase difference equal to or less than a predetermined threshold, and the size or shape of the obtained island part is obtained. Based on at least one of them, the quality determination regarding the soundness level of the joint 3 of the irradiated body 1 may be performed, and the result of the quality determination may be output.
Here, the pass / fail determination relating to the soundness of the joint portion 3 performed based on the size or shape of the island portion is, for example, when the error between the area of the island portion and the area of the circular mark portion 5 is within a predetermined range. It may be determined to be good and may be determined to be defective if it is outside the predetermined range. Alternatively, it may be determined that when the obtained island portion approximates a circle, it is determined to be good, and when it is not approximated to a circle, it is determined to be defective.
上記の実施例では、解析装置１５１による位相差の演算処理の結果を描画した平面画像を、解析結果として出力することについて述べたが、解析結果の出力方式はこれに限られるものではない。
例えば、解析装置１５１は、被照射体１の表面の部位ごとに算出された位相差を用いた演算処理によって接合部３が存在する位置と接合部３が存在しない位置との境界を特定し、その特定した境界を示すデータ等（画像データも含む）を解析結果として出力してもよい。ここで境界を特定するために実行される演算処理とは、例えば、被照射体１の表面の部位ごとに算出された位相差を結果変数とする統計解析処理であってもよい。
更には、解析装置１５１は、特定した境界に囲われている領域を求め、求められた領域の大きさ又は形状のうち少なくとも一方に基づいて、被照射体の接合部の健全度に係る良否判定を行い、良否判定の結果を出力してもよい。ここで特定した境界に囲われている領域とは、境界として特定された部位群に完全に包囲されている領域に限らず、当該部位群に部分的に囲われている領域が含まれてもよい。
In the above-described embodiment, it has been described that a plane image on which the result of the phase difference calculation process by the analysis device 151 is drawn is output as an analysis result. However, the analysis result output method is not limited to this.
For example, the analysis device 151 identifies the boundary between the position where the joint portion 3 exists and the position where the joint portion 3 does not exist by an arithmetic process using the phase difference calculated for each part of the surface of the irradiated object 1. Data indicating the specified boundary or the like (including image data) may be output as an analysis result. Here, the arithmetic processing executed to specify the boundary may be, for example, statistical analysis processing using a phase difference calculated for each part of the surface of the irradiated object 1 as a result variable.
Furthermore, the analysis device 151 obtains a region surrounded by the specified boundary, and determines whether the irradiated object is healthy based on at least one of the size or shape of the obtained region. And the result of pass / fail judgment may be output. The area surrounded by the boundary specified here is not limited to the area completely surrounded by the part group specified as the boundary, but may include an area partially surrounded by the part group. Good.
本実施形態は以下の技術思想を包含するものである。
複数の部材を溶接、溶着又は接着することによって接合されている接合部を内部に含んでいる被照射体の表面に送波音波を照射することをもって前記接合部を解析する非接触音響解析システムであって、
前記被照射体の前記表面の振動速度を計測する計測器と、
前記送波音波を所定の送波時間間隔（Ｔ０）ごとに送出し、送出する各回の前記送波音波が前記送波時間間隔（Ｔ０）以下の時間長（Ｔａ）である音響発信源と、
前記計測器によって計測された振動速度に係る波形の位相を前記表面の部位ごとに算出し、前記接合部上に予め定めた参照点における位相と前記表面の各部位における位相との位相差に基づいて前記接合部に係る解析結果を出力する解析装置と、を備える非接触音響解析システム。
This embodiment includes the following technical ideas.
A non-contact acoustic analysis system for analyzing a joint by irradiating a surface with a transmitted sound wave on a surface of an irradiated body including a joint joined by welding, welding, or bonding a plurality of members. There,
A measuring instrument for measuring the vibration speed of the surface of the irradiated object;
An acoustic transmission source in which the transmitted sound wave is transmitted every predetermined transmission time interval (T 0 ), and the transmitted sound wave for each transmission has a time length (Ta) equal to or shorter than the transmission time interval (T 0 ). When,
The phase of the waveform related to the vibration velocity measured by the measuring instrument is calculated for each part of the surface, and based on the phase difference between the phase at the reference point predetermined on the joint and the phase at each part of the surface A non-contact acoustic analysis system comprising: an analysis device that outputs an analysis result relating to the joint portion.
１ 被照射体
２ 第一部材
３ 接合部
４ 第二部材
５ 円痕部
６ 計測範囲
１０ 解析システム
１１ 音響発信源
１２ 送波音波
１２ａ〜１２ｃ 目的信号
１３ 計測器
１５ コンピュータ
１７ 任意波形発生装置
１９ アンプ
１２１ 直接音波
１２２ 反射音波
１３１ 観察波
１５１ 解析装置
１５２ 制御装置
１５３ 表示部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 to-be-irradiated body 2 1st member 3 Joint part 4 2nd member 5 Circle scar part 6 Measurement range 10 Analysis system 11 Acoustic transmission source 12 Transmission sound wave 12a-12c Target signal 13 Measuring instrument 15 Computer 17 Arbitrary waveform generator 19 Amplifier 121 Direct sound wave 122 Reflected sound wave 131 Observation wave 151 Analysis device 152 Control device 153 Display unit
Claims (5)
前記被照射体の前記表面の振動速度を計測する計測器と、
前記送波音波を所定の送波時間間隔（Ｔ０）ごとに送出し、送出する各回の前記送波音波が前記送波時間間隔（Ｔ０）以下の時間長（Ｔａ）である音響発信源と、
前記計測器によって計測された振動速度に係る波形の位相を前記表面の部位ごとに算出し、前記接合部上に予め定めた参照点における位相と前記表面の各部位における位相との位相差に基づいて前記接合部に係る解析結果を出力する解析装置と、を備える非接触音響解析システム。 A non-contact acoustic analysis system for analyzing a joint by irradiating a surface with a transmitted sound wave on a surface of an irradiated body including a joint joined by welding, welding, or bonding a plurality of members. There,
A measuring instrument for measuring the vibration speed of the surface of the irradiated object;
An acoustic transmission source in which the transmitted sound wave is transmitted every predetermined transmission time interval (T 0 ), and the transmitted sound wave for each transmission has a time length (Ta) equal to or shorter than the transmission time interval (T 0 ). When,
The phase of the waveform related to the vibration velocity measured by the measuring instrument is calculated for each part of the surface, and based on the phase difference between the phase at the reference point predetermined on the joint and the phase at each part of the surface A non-contact acoustic analysis system comprising: an analysis device that outputs an analysis result relating to the joint portion.
互いに隣接しており且つ前記位相差が所定の閾値以下である部位の群に対応している前記平面画像上の島部分を求め、
求められた前記島部分の大きさ又は形状のうち少なくとも一方に基づいて、前記被照射体の前記接合部の健全度に係る良否判定を行い、前記良否判定の結果を出力する請求項２に記載の非接触音響解析システム。 The analysis device includes:
Finding island portions on the planar image that are adjacent to each other and that correspond to a group of sites where the phase difference is less than or equal to a predetermined threshold,
The quality determination based on the soundness of the said junction part of the said to-be-irradiated body is performed based on at least one among the magnitude | size or shape of the calculated | required island part, The result of the said quality determination is output. Non-contact acoustic analysis system.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2017
- 2017-02-17 JP JP2017027908A patent/JP2018132480A/en active Pending
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