JP2000131291A - 鋳物の材質検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳物製品の材質の判定を打音により精度良く
検査することができる鋳物製品の材質検査装置を得る。 【解決手段】 鋳物製品１をハンマ２にて打撃したとき
の加振力を加振力センサ１１にて検出し、比率演算器１
５にて加振基準値との比率を求める。また、ボルト２に
発生した打音をマイクロホン３により検出し、アナログ
ＢＰＦ５により周波数帯域毎の時系列信号に分離し、そ
の時系列信号を整流してピークホールド７にて各周波数
帯域における瞬間的な最大値を抽出する。その最大値を
比率演算器１５にて算出した比率を基に補正し、比較器
９において予め設定された材質に対応する振動基準値と
比較して正常・異常の判定を行い、判定結果が異常の場
合に警報器に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、鋳物製品の材質
を検査する鋳物の材質検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一定の形状を有する物体は打撃等が与え
られると振動して音波を発生する。発生する音波の振動
数は形状、材質等により変化する。形状が一定の場合は
材質により振動数が変わる。このことを利用して一定の
形状の鋳物製品を打撃して振動数を測定し、材質を推定
する検査装置の例として特開昭５９−４８６５５号公報
に開示されたものがある。その構成を図６に示す。図に
おいて、９１は対象物の鋳物製品、９２は鋳物製品９１
を打撃して振動を発生させるハンマ、９３は打音を電気
信号に変換するマイクロホン、９４はマイクロホンで変
換された電気信号を増幅する増幅器、９５はローパスフ
ィルタ、９６はハイパスフィルタ、９７はＡ／Ｄ変換
器、９８はマイクロプロセッサ、９９はマイクロプロセ
ッサ９８の出力を表示する表示器である。

【０００３】図６の構成において、鋳物製品の材質検査
を行う方法について説明する。まず、ハンマ９２により
鋳物製品９１を打撃すると、鋳物製品９１は振動して音
波を発生する。発生した音波はマイクロホン９３で電気
信号に変換されて増幅器９４に入力され、増幅器９４で
増幅されてローパスフィルタ９５、ハイパスフィルタ９
６を通って不要周波数成分が除去され、Ａ／Ｄ変換器９
７でデジタル信号に変換され、波形データとしてマイク
ロプロセッサ９８に入力され、マイクロプロセッサ９８
において、予め検査対象とする鋳物製品の材質と固有振
動数の関係が記憶されており、測定された鋳物製品の振
動データを基に周波数スペクトルを演算して固有振動数
を求め、予め記憶された材質と固有振動数の関係から鋳
物製品の材質が検査され、検査結果が表示器９９に表示
される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように図６の従
来の鋳物製品の材質を推定する検査装置では、打撃によ
り発生した振動信号の固有振動数のみで判定しているの
で、打撃したときの振動が複合周波数となる形状の場合
で、主要な周波数成分以外の周波数に異常の特徴が現る
場合には正確な材質の検査ができない問題点があった。

【０００５】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、次のような鋳物の材質検査
装置を得ることを目的とする。 ａ．打撃により発生した振動の状態と基準状態と比較し
て判定の信頼性を向上させることができる。 ｂ．安価で高速処理ができる。 ｃ．あるいは小形化でき、条件の変更に柔軟に対応でき
る。 ｄ．操作性を向上できる。 ｅ．対象物に加えられる外力のばらつきの影響を防止で
きる。 ｆ．周囲からの騒音やノイズによる影響を防止できる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る鋳物の材
質検査装置においては、外力を加えられた対象物から発
生する振動を振動信号として検出する信号検出手段と、
振動信号を複数の所定の周波数帯域毎の時系列信号に変
換する変換手段と、時系列信号の最大値を周波数帯域毎
に抽出する抽出手段と、各最大値をあらかじめ設定され
た周波数帯域毎の振動基準値とそれぞれ比較する比較手
段とを設けたものである。

【０００７】振動信号を複数の周波数帯域毎の時系列信
号に変換し、この各時系列信号における最大値を各々抽
出するので、振動信号の周波数分解能が向上するととも
に、時系列信号のなかから感度よく最大値を抽出でき
る。従って、打音の特徴でもある発生直後の大きな音あ
るいは振動の特徴を的確に把握して比較を行うことがで
きる。

【０００８】また、変換手段は振動信号の所定の周波数
帯域の周波成分を通過させる複数の帯域フィルタであ
り、抽出手段は各帯域フィルタを通過した周波数成分を
整流し、この整流された周波数成分の各ピーク値の内最
大のものを各々最大値として抽出するものであることを
特徴とする。

【０００９】変換手段を帯域フィルタとすると、処理を
高速に行うことができ、装置も簡易で、安価になる。特
に、アナログ帯域フィルタとすると、処理を高速化でき
る。デジタル帯域フィルタとすると、小形化でき、条件
の変更に柔軟に対応できる。また、抽出手段は整流され
た周波数成分から最大値を抽出するので、振動信号の負
符号部に最大値がある場合でも検出でき、振動信号が急
激に減衰する対象物の場合でも的確に比較できる。

【００１０】さらに変換手段は、振動信号をウエーブレ
ット変換するウェーブレット変換手段であり、抽出手段
はウェーブレット変換手段による変換結果に基づき周波
数帯域毎の時系列信号の最大値を抽出するものである。
ウェーブレット変換手段とすると、周波数帯域の時系列
信号に分離する際の特性を向上させることができ、判定
の信頼性が向上する。

【００１１】そして、変換手段は振動信号を短時間高速
フーリエ変換する短時間高速フーリエ変換手段であり、
抽出手段を短時間高速フーリエ変換手段による変換結果
に基づき周波数帯域毎の時系列信号の最大値を抽出する
ことを特徴とする。短時間フーリエ手段を用いると、周
波数の分解能が向上する。

【００１２】さらに、加えられた外力の大きさを検出す
る外力検出手段を設けるとともに、外力の大きさに応じ
て振動信号、時系列信号、最大値、及び振動基準値の少
なくとも１つを補正する補正手段を設けたことを特徴と
する。

【００１３】外力の大きさに応じて補正し、比較手段に
おける比較において外力の大きさのばらつきの影響を受
けるのを防止する。また、例えば周波数帯域毎に外力に
応じて異なる補正をすることにより、加えられた外力に
応じて周波数成分の分布が変化するような複雑な構造を
持つ対象物に対しても高い信頼度で比較できる。

【００１４】また、加えられた外力の大きさを検出する
外力検出手段を設けるとともに、外力の大きさが所定値
を超えたとき信号検出手段、変換手段、抽出手段、及び
比較手段の少なくとも１つの動作の開始を指令する指令
手段を設けたことを特徴とする。

【００１５】指令が出されるまで動作を開始しないの
で、指令がないときの周囲の騒音、振動、雑音等を振動
信号として誤って処理してしまうおそれがない。従っ
て、これらによる影響を防止でき、比較の信頼性が向上
する。

【００１６】さらに、加えられた外力の大きさを外力信
号として検出する外力検出手段を設けるとともに、外力
信号を予め設定された外力基準値にて除した比率を求め
る比率演算手段と、上記比率に基づき振動信号と時系列
信号と最大値と振動基準値とのうちの少なくとも１つを
補正することにより比較手段における最大値と振動基準
値との関係を変更する補正手段と、上記比率が所定範囲
内であるか否かを判定する比率判定手段とを設けたこと
を特徴とする。

【００１７】比率演算手段にて外力と外力基準値との比
率が所定の範囲内であるか否か、つまり、対象物に与え
る外力即ち加振力が小さすぎたり大きすぎたりしないか
を判定し、この範囲外となるような不適切な外力を与え
たことが、わかるようにする。加振力が小さすぎたり大
きすぎたりすると、対象物が発する振動の周波数特性が
異なる場合などに、誤った判定を防止できる。不適切な
外力を与えたことがわかれば、再度外力を与えればよい
のでそれほど神経を使うことなく操作でき、操作性も向
上する。

【００１８】さらに、外力信号を増幅して増幅外力信号
として出力する外力信号増幅手段と振動信号を増幅して
増幅振動信号として出力する振動信号増幅手段とを設
け、比率演算手段の増幅外力信号を外力信号として用い
るものとし、変換手段を増幅振動信号を振動信号として
用いるものとし、増幅外力信号と増幅振動信号との少な
くとも一方の波高値が所定値を超えたことを検出するレ
ンジオーバ検出手段を設けたことを特徴とする。

【００１９】測定の信頼性を確保するために増幅外力信
号や増幅振動信号が所定値を超えたこと、即ち外力信号
増幅手段や振動信号増幅手段が飽和するような大きな信
号が入力されたことを検出する。

【００２０】また、外力信号増幅手段と振動信号増幅手
段との少なくとも一方の増幅率を自動的に設定する増幅
率自動設定手段を設けたことを特徴とする。

【００２１】増幅外力信号や増幅振動信号が適切な出力
範囲となるように増幅率を容易に設定することができ、
操作性が向上する。また、Ｓ／Ｎ比の低下を防止でき判
定の信頼性も向上する。

【００２２】さらに、鋳物製品に外力を与える打撃手段
は、中間部で回動自在に支持され、一端部にボールが取
り付けられたアームと、アームの支持部とボールとの中
間位置で回転が停止するストッパが設けられ、アームが
ストッパに当接する方向に引き付けるばねが装着され、
アームの他端側を下方に押し下げて開放する駆動機構を
備えた構成としたことを特徴とする。この打撃装置を使
用したことにより、鋳物製品に与える外力が安定し、鋳
物製品の材質の判定のばらつきが少なくなる。

【００２３】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図１に基づいて説明する。１は対象物の
鋳物製品、２は鋳物製品１を打撃し打音を発生させるハ
ンマ、１１はハンマ２に取り付けられ加振力を電気信号
に変換する加振力センサ、１２は加振力センサ１１で変
換された電気信号を増幅する増幅器、１３は増幅器１２
で増幅された信号を直流に変換する整流器である。

【００２４】１４は整流器から出力される直流信号の最
大ピーク値を保持するピークホールド、１５はピークホ
ールド１４の出力と基準値設定器１６に格納された外力
基準値との比率を求める比率演算器、１７は整流器１３
の出力する直流信号からトリガを検出するトリガ検出器
である。

【００２５】１９は比率演算器１５により求められた比
率を判定する比率判定器、２０はピークホールド１４か
ら出力されたピーク値から増幅器１２の増幅率を自動的
に設定するレンジ自動設定器である。２１はピークホー
ルド１４から出力されたピーク値からレンジオーバを検
出するレンジオーバ検出器である。

【００２６】３はハンマ２に取り付けられ打撃された鋳
物製品の打音を電気信号に変換するマイクロホン、４は
マイクロホン３で変換された電気信号を増幅する増幅
器、５は増幅器４から得られる信号を各周波数帯毎に分
離する変換手段としてのアナログ帯域フィルタ（以下ア
ナログＢＰＦと呼称する）である。このアナログＢＰＦ
５は、例えば人間の可聴域である２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ
をほぼ網羅すべく３１．２５Ｈｚ〜１６ｋＨｚまでの９
オクターブ分を対象とし、１／３オクターブ毎の分解能
を与えるとして全２８バンド分設ける。

【００２７】６はアナログＢＰＦ５から得られる周波数
帯域毎の時系列信号を整流して直流に変換する整流器、
７は整流器６からの出力の最大ピーク値を保持するピー
クホールド、８は比率演算器１５から得られる比率から
ピークホールド７が出力するピーク値に補正をかける補
正器、９は補正器８の出力と基準値設定器１０に格納さ
れた値とを比較する比較器、１８は各比較器９からの比
較結果を基に全体の判定を行い異常であると判定したと
きに警報を出力する警報器である。

【００２８】３１はアナログＢＰＦを通さない整流器、
３２は整流器３１からの出力の最大ピーク値を保持する
ピークホールド、３３はピークホールド３２から出力さ
れたピーク値から増幅器４の増幅率を自動的に設定する
レンジ自動設定器、３４はピークホールド３２から出力
されたピーク値からレンジオーバを検出するレンジオー
バ検出器である。

【００２９】次に動作として基準となる対象物を用いて
各基準値を設定する基準値設定モードについて説明す
る。まず、増幅器４及び増幅器１２の増幅率を最小とす
る。この状態で対象物である鋳物製品１をハンマ２によ
り打撃し、発生した打音をマイクロホン３で電気信号に
変換し、アナログＢＰＦを通さない整流器３１、ピーク
ホールド３２により打撃音信号の最大値を求める。

【００３０】この最大値をレンジ自動設定器３３に入力
し適切な計測レンジとなるように増幅器４の利得を設定
する。同様に打撃によりハンマ２に発生した振動を加振
力センサ１１で電気信号に変換した後、増幅器１２、整
流器１３、ピークホールド１４により振動信号の最大値
を求める、この最大値をレンジ自動設定器２０に入力し
適切な計測レンジとなるように増幅器１２の利得を設定
する。

【００３１】適切な計測レンジとは、例えばこの実施の
形態１のように加振力の差による補正を行っており、そ
の範囲が１／２〜２倍だとすると基準値と比較して最大
で２倍の入力を受け付ける必要があるため、この基準値
設定モード時に入力される信号レベルが計測レンジの５
０％ととなるように利得を設定する。このようにして基
準値設定モードの最初の１回目の打撃により振動および
音圧の両方の増幅率を設定する。

【００３２】次に、ハンマ２により対象物として基準と
する鋳物製品１を打撃する。このときハンマ２に発生し
た振動を加振力センサ１１で電気信号に変換し、増幅器
１２で、基準値設定モードの最初の１回目の打撃により
設定された利得を与える。この増幅された信号を整流器
１３で直流に変換する。トリガ検出器１７は整流器１３
からの直流信号とあらかじめ設定された基準値と比較を
行い、直流信号がこの基準値を越えたときトリガ出力を
行う。

【００３３】ピークホールド１４は、整流器１３から入
力される直流信号の最大値を記録する。このとき、ピー
クホールド１４の動作開始はトリガ検出器１７からのト
リガ信号により行われる。

【００３４】こうした最大値の記録は打撃による対象物
の発生振動がある程度減衰するまでの一定の時間行わ
れ、その後ピークホールド１４からの出力を基準値設定
器１６に格納する。

【００３５】同様に打撃により発生した音圧信号をマイ
クロホン３で電気信号に変換し、増幅器４で、基準値設
定モードの最初の１回目の打撃により設定された利得を
与える。この増幅された音圧信号が複数個設けられ、そ
れぞれ異なった周波数帯域を通過させるように設定され
たアナログＢＰＦ５に入力し、周波数帯域毎の時系列信
号に分離する。

【００３６】アナログＢＰＦ５で周波数帯域毎に分離さ
れた時系列信号は整流器６で直流信号に変換され、ピー
クホールド７に入力される。ピークホールド７の整流器
６からの直流信号の最大値記録動作は、トリガ検出器１
７からのトリガ信号により開始し、振動用ピークホール
ド１４と同様に対象物の音圧減衰までの一定時間行われ
る。このようにして周波数帯域毎の瞬間的な最大値が記
録される。音圧減衰までの一定時間終了後、ピークホー
ルド７により記録された最大値は基準設定器１０に格納
される。

【００３７】このような基準値設定モードの動作によ
り、基準値設定器１６には打撃の強さを示す情報が格納
され、基準値設定器１０には打音の周波数帯域毎の瞬間
的な最大音圧を示す情報が格納される。

【００３８】次に対象物の検査を行う検査モードについ
て説明する。まずハンマ２により対象物である鋳物製品
１を打撃する。このとき基準値設定モードの時と同様
に、ハンマ２に発生した振動を加振力センサ１１で電気
信号に変換し、増幅器１２で増幅すると共に整流器１３
で直流に変換される。トリガ検出器１７も同様に整流器
１３からの直流信号からトリガ出力を行い、ピークホー
ルド１４はトリガ出力から音圧減衰までの一定時間、直
流信号の最大値を記録する。

【００３９】検査モードの場合、音圧減衰までの一定時
間終了後、ピークホールド１４に記録された最大値を比
率演算器１５に入力し、比率演算器１５は、ピークホー
ルド１４からの最大値と基準値設定器１６に格納されて
いる基準値との比率を演算し出力する。

【００４０】打撃により発生した音波も基準値設定モー
ドと同様に、マイクロホン３で電気信号に変換すると共
に増幅器４で増幅し、アナログＢＰＦ５により周波数帯
域毎の時系列信号に分離し、整流器６で直流信号に変換
され、ピークホールド７に入力される。ピークホールド
７は、トリガ出力からの音圧減衰までの一定時間、直流
信号の最大値を記録する。

【００４１】検査モードの場合、音圧減衰までの一定時
間終了後、ピークホールド７により記録された最大値を
補正器８に入力し、補正器８は比率演算器１５から得ら
れる比率から適切な補正値を演算しピークホールド７か
ら得られる最大値に補正し出力する。

【００４２】このとき、例えば振動レベルと音圧の補正
を比例で行うとすると、基準値に対して２倍の比率が演
算で得られた場合、ピークホールド７に記録された最大
値を２で除算する。つまり基準値設定モード時における
加振力に対して検査モード時の加振力が２倍になれば、
発生する周波数帯域毎の音圧も２倍に増加しているもの
として得られた最大値を基準値設定モード時の加振力に
換算するため２で除算する。

【００４３】このようにして補正された最大値は、比較
器９で基準値設定器１０に格納された基準値と比較さ
れ、あらかじめ設定された所定の関係を越えた場合に警
報として警報器１８に出力される。

【００４４】このときの所定の関係とは、例えばバンド
においては、補正された最大値がそのバンドの音圧基準
値に対して８０％〜１２０％の範囲内を正常、範囲外を
異常として設定しておく。また、他のあるバンドにおい
てはそのバンドの音圧基準値に対して、例えば７０〜１
１０％の範囲内を正常、範囲外を異常として判定を出す
ように設定しておく。

【００４５】さらに音圧基準値が全体的な音圧信号に比
べて小さい場合には、下限側の比較を解除する等の処置
により主成分でない周波数帯域で誤って判定信号が出さ
れないようにする。

【００４６】警報器１８は、各周波数帯域における比較
器９からの判定結果を入力し、判定信号があらかじめ設
定された数量、例えば２個を越えると異常として外部に
警報出力する。

【００４７】比率判定器１９は比率演算器１５により求
められた比率が所定の関係を超えた時に補正範囲外警報
を出力する。この時の所定の関係とは、例えば１／２倍
〜２倍として設定しておく。すると１／２未満や２倍を
超える入力があった場合に補正範囲外警報が出力され
る。

【００４８】このように加振力による補正に範囲の制限
を設けることにより、加振力が極端に変化した場合に発
生する打音の周波数特性が変化する対象物に対しても確
実に検査することが可能となる。

【００４９】また、トリガ検出器１７にて振動の大きさ
が所定値を超えたときに信号検出手段、変換手段、抽出
手段、及び比較手段の少なくとも１つの動作の開始を指
令する指令手段を設けたので、周囲からのノイズ等の影
響を軽減し、判定の信頼性を向上させることができる。

【００５０】さらに、鋳物製品の材質検査装置の動作を
トリガ検出器１７からのトリガ信号により開始すること
により周囲からの騒音やノイズによる影響を防止し、判
定の信頼性を向上させることができる。なお、トリガ検
出器１７のトリガ信号をピークホールド１４及び７に与
えるものを示したが、振動検出器１１、増幅器１２、ア
ナログＢＰＦ５、整流器６、補正器８、比較器９等に与
えて最大値の記憶動作の開始あるいは比較動作の開始を
するようにしても同様の効果を奏する。

【００５１】基準値設定モード、検査モードの各モード
時においてレンジオーバ検出器２１は、振動信号につい
てピークホールド１４から得られるピーク値を入力し、
ピーク値が所定の関係を超えたときにレンジオーバ警報
を出力する。レンジオーバ検出器３４は、音の信号につ
いてピークホールド７から得られるピーク値を入力し、
計測信号が所定の関係を超えたときにレンジオーバ警報
を出力する。

【００５２】この時の所定の関係とは、例えば計測レン
ジの９９％として設定しておく。この場合、９９％を超
えた信号が入力されるとレンジオーバ警報が出力され
る。

【００５３】また、基準値設定モード時の最初の１回目
の打撃で適切な計測レンジを設定することにより、手動
で計測レンジを設定する煩わしさが無くなり、操作性が
向上する。さらに、手動で設定する際にはレンジが適切
でない場合にはＳ／Ｎ比が低下し、検査の信頼性が低下
するが、自動で適切なレンジに設定されるためこのよう
なことは発生せず、検査の信頼性を向上させた鋳物製品
の材質検査装置を得ることが可能となる。

【００５４】また、各信号の入力が飽和する直前でレン
ジオーバ警報を出力することで、増幅器の飽和による誤
判定を防止し、検査の信頼性を向上させた鋳物製品の材
質検査装置を得ることが可能となる。なお、アナログＢ
ＰＦを用いることで検査を高速に行うことが可能とな
る。

【００５５】実施の形態２．実施の形態１では周波数帯
域毎の時系列信号の最大値を求めるのに、アナログＢＰ
Ｆを用いたが、実施の形態２ではデジタルＢＰＦを用い
た実施の形態であり、図２に基づいて説明する。図２に
おいて、５１は整流器１３からのアナログ信号をデジタ
ル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、５２は増幅器４からの
アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器で
ある。５３はＡ／Ｄ変換器５１からのデジタル信号から
最大値を抽出する抽出手段としての最大値演算器であ
る。

【００５６】６１はデジタル信号を周波数帯域毎の時系
列信号に変換する変換手段としてのデジタルＢＰＦであ
る。デジタルＢＰＦ６１は、例えば図１の実施の形態１
と同様に人間の可聴域である２０〜２０，０００Ｈｚを
ほぼ網羅すべく３１．２５〜１６，０００Ｈｚまでの９
オクターブ分を対象とし、１／３オクターブ毎の分解能
を与えるとして全２８バンド分設ける。６２はデジタル
ＢＰＦからの交流信号を整流する整流器、６３は整流さ
れたデジタル信号から最大値を抽出する抽出手段として
の最大値演算器である。

【００５７】６４は補正器であり、比率演算器１５から
得られる比率により最大値演算器６３が出力するピーク
値を補正して補正値を出力する。６５は比較手段として
の比較器であり、補正器６４の出力と基準値設定器６６
に格納された基準値とを比較する。なお、整流器６２、
ピークホールド回路６３、補正器６４、比較器６５、基
準値設定器６６は全２８バンド分設けられたデジタルＢ
ＰＦ６１にそれぞれ対応して２８個設けられている。

【００５８】４１は最大値演算器であり、整流器３１に
より整流されたＡ／Ｄ変換器５２からのデジタル信号か
ら最大値を抽出する。その他の構成については、図１に
示されたものと同様のものであるので、相当するものに
同一符号を付して説明を省略する。

【００５９】次に動作を説明する。まず、基準となる対
象物を用いて各基準値を設定する基準値設定モードにつ
いて説明する。Ａ／Ｄ変換器５１は、整流器１３からの
アナログの直流信号をデジタル信号に変換する。このと
き、Ａ／Ｄ変換器５１はトリガ検出器１７からのトリガ
信号を受けて動作を開始し、打撃による対象物の発生振
動が所定値以下に減衰するまでの一定の時間継続して行
われる。最大値演算器５３は、デジタル信号の最大値を
抽出し、ピーク基準値として基準値設定器１６に収納す
る。

【００６０】同様に、打撃により発生した音波は、マイ
クロホン３で電気信号に変換され、増幅器４で適当な利
得を与えらえれた後、Ａ／Ｄ変換器５２でデジタル信号
に変換される。このとき、Ａ／Ｄ変換器５２はトリガ検
出器１７からのトリガ信号により動作を開始し、打撃に
よる対象物の発生音圧が所定値以下に減衰するまでの一
定時間の間動作する。この変換されたデジタル信号は、
それぞれ異なった周波数帯域を通過させるように設定さ
れた２８個のデジタルＢＰＦ６１に入力され、周波数帯
域毎の時系列信号に分離される。

【００６１】デジタルＢＰＦ６１で周波数帯域毎に分離
された時系列信号は整流器６２で直流信号に変換され、
最大値演算器６３に入力される。最大値演算器６３は、
この直流信号の最大値を抽出し、基準値設定器６６に格
納する。このようにして周波数帯域毎の瞬間的な最大値
が抽出され、基準値設定器６６に格納される。このよう
な基準値設定モードの動作により、基準値設定器１６に
は打撃の強さを示す情報が格納され、基準値設定器６６
には打音の各周波数帯域における瞬間的な最大音圧を示
す情報が格納される。

【００６２】次に対象物の判定を行う判定モードについ
て説明する。まずハンマ２により対象物である鋳物製品
１を打撃する。このとき基準値設定モードの時と同様
に、ハンマ２に発生した振動を加振力センサ１１で電気
信号に変換し、増幅器１２で増幅すると共に整流器１３
で直流に変換する。トリガ検出器１７も同様に整流器１
３からの直流信号からトリガ信号を出力し、Ａ／Ｄ変換
器５１はトリガ出力から振動減衰までの一定時間、直流
信号をデジタル信号に変換する。最大値演算器２１はデ
ジタル信号の最大値を抽出し出力する。

【００６３】判定モードの場合、最大値演算器２１によ
り抽出された最大値は比率演算器１５に入力され、比率
演算器１５は、最大値と基準値設定器１６に格納されて
いるピーク基準値との比率を演算し出力する。

【００６４】打撃により発生した音波も基準値設定モー
ドと同様に、マイクロホン３で電気信号に変換すると共
に増幅器４で増幅し、Ａ／Ｄ変換器５２によりデジタル
信号に変換される。このときＡ／Ｄ変換器５２の動作は
トリガ検出器１７からのトリガ信号により開始され、音
圧減衰までの一定時間行われる。デジタル信号はデジタ
ルＢＰＦ６１により周波数帯域毎の時系列信号に分離さ
れ、整流器６２で直流信号に変換され、最大値演算器６
３に入力される。最大値演算器６３は、直流信号の最大
値を抽出し出力する。

【００６５】判定モードの場合、最大値演算器６３によ
り抽出された最大値は補正器６４に入力され、補正器６
４は比率演算器１５から得られる比率に基づき適切な補
正値を演算し最大値演算器６３から得られる最大値を補
正し出力する。補正された最大値は、比較器６５で基準
値設定器６６に格納された基準値と比較され、あらかじ
め設定された所定の関係を超えた場合に警報として警報
器１８に出力される。設定する所定の関係は、例えば図
１に示した実施の形態１と同様に基準値に対して８０〜
１２０％の範囲内を正常、この範囲からはずれたときを
異常とし、判定信号を出力するするように設定してお
く。また、他のあるバンドにおいてはそのバンドの音圧
基準値に対して７０〜１１０％の範囲内を正常、範囲外
を異常として判定信号を出すようにしておく。警報装置
１８は、入力された判定信号があらかじめ設定された
数、例えば２個を超えると報知要としてブザーを鳴らす
とともにランプを点滅して警報する。

【００６６】このように周波数帯域毎の時系列信号を求
める手法としてデジタルＢＰＦ６１を用いることで装置
を小型化できるとともに、ソフトウェア（Ｓ／Ｗ）で処
理するためフィルタ特性の変更や診断する周波数帯域の
追加などに柔軟に対応することが可能である。

【００６７】実施の形態３．図３は、実施の形態３の鋳
物製品の材質検査装置の構成図である。実施の形態２で
は周波数帯域毎の最大値を求めるのに、デジタルＢＰＦ
を用いたが、ウェーブレット変換(Wavelet Transform)
を用いても良い。実施の形態３ではウェーブレット変換
を用いた場合であり、図３に基づいて説明する。

【００６８】この実施の形態３においては、ウェーブレ
ット変換演算器７１を設け、周波数帯域毎の時系列信号
を求めるようにしたものであり、その他の動作は、実施
の形態２と同様である。なお、ウェーブレット変換は、
その解析演算により実効値を算出するため、整流手段を
設ける必要はない。

【００６９】図において、７１は変換手段としてのウェ
ーブレット変換(Wavelet Transform)演算器であり、基
底関数（マザーウェーブレット）を拡大あるいは縮小す
ることにより、デジタル音圧信号を周波数帯域毎の時系
列信号に分離する。ウェーブレット変換された信号は、
２８組設けられた最大値演算器６３、補正器６４、比較
器６５に入力される。比較器６５は、図１や図１２に示
されたものと同様に基準値設定器６６に格納された基準
値と比較され、あらかじめ設定された所定の関係に該当
する場合に判定信号を警報器１８に出力する。

【００７０】この際に、測定波形や観測したい現象に合
わせて適切な基底関数を選択することにより周波数の分
離特性が向上し、判定の信頼性を向上させることができ
る。また、ウェーブレット変換を用いることで装置を小
型化することができる。

【００７１】実施の形態４．図４は、実施の形態４の鋳
物製品の材質検査装置の構成図である。実施の形態２で
は周波数帯域毎の時系列信号の最大値を求めるのに、デ
ジタルＢＰＦを用いたが、短時間ＦＦＴを用いても良
い。実施の形態４は短時間ＦＦＴを用いた場合であり、
図４に基づいて説明する。この実施の形態４において
は、短時間ＦＦＴ演算器８１を設け、周波数帯域毎の時
系列信号を求めるようにしたものであり、その他の動作
は、実施の形態２と同様である。なお、短時間ＦＦＴ変
換は、その解析演算により実効値を算出するため、整流
手段を設ける必要はない。図において、８１は変換手段
として短時間ＦＦＴ(ＳＴＦＴ：Short-Time Fourier-Tr
ansform)演算器であり、周波数帯域毎の時系列信号を求
めるようにしたものである。

【００７２】このようにフーリエ変換器である短時間Ｆ
ＦＴ演算器８１を設けて周波数帯域毎の時系列信号の最
大値を求めることにより、周波数の分解能を向上させる
ことができる。

【００７３】従って、短時間ＦＦＴの優れた分解能を利
用して、鋳物製品の構造により周波数の変化に特徴が現
れるといった場合に診断の信頼性を向上させることがで
きる。また、短時間ＦＦＴによる変換を用いることで装
置を小型化することができる。

【００７４】実施の形態５．実施の形態５は鋳物製品を
打撃する打撃手段の実施の形態である。実施の形態１〜
４においてはハンマで鋳物製品を打撃する構成であった
が、打撃の大きさは個人差があり検査員の疲労度ほか気
分によっても変わることがあり判定にばらつきが大きく
なることが予想される。この実施の形態５では、打撃が
常に一定になるように以下に示すような打撃装置によっ
て検査するようにしたものである。

【００７５】打撃装置の構成を図５に示す。図におい
て、１１０は弾性体で構成されたアーム、１１１は弾性
体で形成されたボール、１１２はアーム１１０を回動自
在に支持する回転軸、１１３はアーム１１０の回動位置
を規制するストッパ、１１４はアームに回転力を与える
ばね、１１５はアームの他端側を押し下げて開放する駆
動機構、１１６は架台である。

【００７６】ボール１１１は鋳物製品を打撃したときの
打撃音に雑音が生じないように弾性体で形成され、アー
ム１１０は一端部にボール１１１が取り付けられた状態
で、適度な弾性を有するように形成されている。駆動機
構１１５が例えばミニチュアモータなどで１回転するこ
とによりアーム１１０の他端側１１０ａを押し下げて開
放し、アーム１１０は開放されるとばね１１４の引っ張
り力によって戻されアームがストッパ１１３に当接した
瞬間にボール１１が鋳物製品を打撃するように構成した
ものである。

【００７７】駆動機構１１５をモータとしておくことに
より、遠隔操作が可能であり、自動的に一定の打撃を鋳
物製品１に加えることができる。この打撃装置を使用し
て鋳物製品の材質検査装置を駆動することにより鋳物製
品の材質の判定精度を高めることができる。

【００７８】また、上記各実施の形態においては、ハン
マで外力を加えるものを示したが、他の手段により外力
が加えられるもの、電磁コイルやシリンダ等により外力
を加えるものを用いてもよい。

【００７９】

【発明の効果】本発明は、以上に説明したように構成さ
れているので、次に記載するような効果を奏する。

【００８０】外力を加えられた鋳物製品から発生する振
動を振動信号として検出する信号検出手段と、振動信号
を複数の所定の周波数帯域毎の時系列信号に変換する変
換手段と、時系列信号の最大値を周波数帯域毎に抽出す
る抽出手段と、各最大値をあらかじめ設定された周波数
帯域毎の振動基準値とそれぞれ比較する比較手段とを設
けたので、打音の特徴でもある発生直後の大きな音圧の
周波数分布を的確に把握でき、比較の信頼性を向上させ
ることができる。

【００８１】また、変換手段は振動信号の所定の周波数
帯域の周波数成分を通過させる複数の帯域フィルタであ
り、抽出手段は各帯域フィルタを通過した周波数成分を
整流しこの整流された周波数成分の各ピーク値の内最大
のものを各々最大値として抽出するものであることを特
徴とするので、変換手段を帯域フィルタとすると、処理
を高速に行うことができ、装置も簡易で、安価になる。
また、抽出手段は整流された周波数成分から最大値を抽
出するので、振動信号の負符号部に最大値がある場合で
も検出でき、振動信号が急激に減衰する場合でも的確に
比較できる。

【００８２】さらに、変換手段は振動信号をウェーブレ
ット変換するウェーブレット変換手段であり、抽出手段
はウェーブレット変換手段による変換結果に基づき周波
数帯域毎の時系列信号の最大値を抽出するものであるこ
とを特徴とするので、各周波数毎の時系列信号に分離す
る際の特性を向上させることができ、比較及び判定の信
頼性を向上させることが可能となる。

【００８３】そして、変換手段を短時間高速フーリエ変
換手段とし、抽出手段を短時間高速フーリエ変換手段に
よる変換結果に基づき周波数帯域毎の時系列信号の最大
値を抽出するものとしたので、周波数の分解能を向上さ
せることができる。

【００８４】さらに、加えられた外力の大きさを検出す
る外力検出手段を設けるとともに、外力の大きさに応じ
て振動信号、時系列信号、最大値、及び振動基準値の少
なくとも１つを補正する補正手段を設けたことを特徴と
するので、外力の大きさに応じて補正することにより、
比較手段における比較において外力の大きさのばらつき
の影響を受けるのを防止でき、比較の信頼性が向上す
る。

【００８５】また、加えられた外力の大きさを検出する
外力検出手段を設けるとともに、外力の大きさが所定値
を超えたとき信号検出手段、変換手段、抽出手段、及び
比較手段の少なくとも１つの動作の開始を指令する指令
手段を設けたことを特徴とし、指令が出されるまで動作
を開始しないので、指令がないときの周囲の騒音、振
動、雑音等を振動信号として誤って処理をするおそれが
ない。従って、これらによる影響を防止でき、判定の信
頼性が向上する。

【００８６】さらに、加えられた外力の大きさを外力信
号として検出する外力検出手段を設けるとともに、外力
信号を予め設定された外力基準値にて除した比率を求め
る比率演算手段と、上記比率に基づき振動信号と時系列
信号と最大値と振動基準値とのうちの少なくとも１つを
補正することにより比較手段における最大値と振動基準
値との関係を変更する補正手段と、上記比率が所定範囲
内であるか否かを判定する比率判定手段とを設けたこと
を特徴とするので、所定範囲外となるような不適切な外
力を与えたことが判り、比較の信頼性を向上させること
ができる。

【００８７】さらに、外力信号を増幅して増幅外力信号
として出力する外力信号増幅手段と振動信号を増幅して
増幅振動信号として出力する振動信号増幅手段とを設
け、比率演算手段を増幅外力信号を外力信号として用い
るものとし、変換手段を増幅振動信号を振動信号として
用いるものとし、増幅外力信号と増幅振動信号との少な
くとも一方の波高値が所定値を超えたことを検出するレ
ンジオーバ検出手段を設けたことを特徴とするので、増
幅外力信号や増幅振動信号が所定値を超えたことを、す
なわち外力信号増幅手段や振動信号増幅手段が飽和する
ような大きな信号が入力されたことを検出して、測定の
信頼性の確保が可能となる。

【００８８】また、外力信号増幅手段と振動信号増幅手
段との少なくとも一方の増幅率を自動的に設定する増幅
率自動設定手段を設けたことを特徴とするので、増幅外
力信号や増幅振動信号が適切な出力範囲となるように増
幅率を容易に設定することができ、操作性が向上する。
また、Ｓ／Ｎ比の低下を防止でき判定の信頼性も向上す
る。

【００８９】さらに、鋳物製品に外力を与える打撃手段
は、中間部で回動自在に支持され、一端部に弾性体で形
成されたボールが取り付けられたアームと、アームの支
持部とボールとの中間位置で回転が停止するストッパが
設けられ、アームがストッパに当接する方向に引き付け
るばねが装着され、アームの他端側を下方に押し下げて
開放する駆動機構を備えた打撃装置としたことを特徴と
する。この打撃装置を使用したことにより、鋳物製品に
与える外力が安定し、鋳物製品の材質の判定のばらつき
が少なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１の鋳物製品の材質検
査装置の構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態２の鋳物製品の材質検
査装置の構成図である。

【図３】 この発明の実施の形態３の鋳物製品の材質検
査装置の構成図である。

【図４】 この発明の実施の形態４の鋳物製品の材質検
査装置の構成図である。

【図５】 鋳物製品の材質検査装置の打撃装置の構成図
である。

【図６】 従来の鋳物製品の材質検査装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 対象物の鋳物製品、２ ハンマ、３ マイクロホ
ン、４ 増幅器、５ アナログＢＰＦ、６ 整流器、７
ピークホールド、８ 補正器、９ 比較器、１０ 基
準値設定器、１１ 加振力センサ、１２ 増幅器、１３
整流器、１４ ピークホールド、１５ 比率演算器、
１６ 基準値設定器、１７ トリガ検出器、１８ 警報
器、１９ 比率判定器、２０ レンジ自動設定器、２１
レンジオーバ検出器、３１ 整流器、３２ ピークホ
ールド、３３ レンジ自動設定器、３４ レンジオーバ
検出器、４１ 最大値演算器、５１，５２ Ａ／Ｄ変換
器、６１ デジタルＢＰＦ、６２ 整流器、５３，６３
最大値演算器、６４ 補正器、６５ 比較器、６６
基準値設定器、７１ ウェーブレット変換演算器、８１
短時間ＦＦＴ演算器、１１０ アーム、１１１ ボー
ル、１１２ 回転軸、１１３ ストッパ、１１４ ば
ね、１１５ 駆動機構、１１６ 架台。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外力を加えられた鋳物製品から発生する
   振動を振動信号として検出する信号検出手段と、上記振
   動信号を複数の所定の周波数帯域毎の時系列信号に変換
   する変換手段と、上記時系列信号の最大値を上記周波数
   帯域毎に抽出する抽出手段と、上記各最大値をあらかじ
   め設定された上記周波数帯域毎の振動基準値とそれぞれ
   比較する比較手段とを備えた鋳物の材質検査装置。
2. 【請求項２】 変換手段は振動信号の所定の周波数帯域
   の周波数成分を通過させる複数の帯域フィルタであり、
   抽出手段は上記各帯域フィルタを通過した上記周波数成
   分を整流し、この整流された周波数成分の各ピーク値の
   内最大のものを各々最大値として抽出するものであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の鋳物の材質検査装置。
3. 【請求項３】 変換手段は検出信号をウェーブレット変
   換するウェーブレット変換手段であり、抽出手段は上記
   ウェーブレット変換手段による変換結果に基づき周波数
   帯域毎の時系列信号の最大値を抽出するものであること
   を特徴とする請求項１記載の鋳物の材質検査装置。
4. 【請求項４】 変換手段は検出信号を短時間高速フーリ
   エ変換する短時間高速フーリエ変換手段であり、抽出手
   段は上記短時間高速フーリエ変換手段による変換結果に
   基づき周波数帯域毎の時系列信号の最大値を抽出するも
   のであることを特徴とする請求項１記載の鋳物の材質検
   査装置。
5. 【請求項５】 加えられた外力の大きさを検出する外力
   検出手段を設けるとともに、外力の大きさに応じて振動
   信号、時系列信号、最大値、及び振動基準値の少なくと
   も１つを補正する補正手段を設けたことを特徴とする請
   求項１記載の鋳物の材質検査装置。
6. 【請求項６】 加えられた外力の大きさを検出する外力
   検出手段を設けるとともに、外力の大きさが所定値を超
   えたとき信号検出手段、変換手段、抽出手段、及び比較
   手段の少なくとも１つの動作の開始を指令する指令手段
   を設けたことを特徴とする請求項１記載の鋳物の材質検
   査装置。
7. 【請求項７】 加えられた外力の大きさを外力信号とし
   て検出する外力検出手段を設けるとともに、上記外力信
   号を予め設定された外力基準値にて除した比率を求める
   比率演算手段と、上記比率に基づき振動信号と、時系列
   信号と、最大値と、振動基準値のうちの少なくとも１つ
   を補正することにより、比較手段における最大値と振動
   基準値との関係を変更する補正手段を含み、上記比率が
   所定の範囲内であるか否かを判定する比率判定手段とを
   設けたことを特徴とする請求項１記載の鋳物の材質検査
   装置。
8. 【請求項８】 外力信号を増幅して増幅外力信号として
   出力する外力信号増幅手段と振動信号を増幅して増幅振
   動信号として出力する振動信号増幅手段とを設け、比率
   演算手段を上記増幅外力信号を外力信号として用いるも
   のとし、変換手段を上記増幅外力信号を振動信号として
   用いるものとし、上記増幅外力信号と上記増幅振動信号
   との少なくとも一方の波高値が所定値を超えたことを検
   出するレンジオーバ検出手段を設けたことを特徴とする
   請求項７記載の鋳物の材質検査装置。
9. 【請求項９】 外力信号増幅手段と振動信号増幅手段と
   の少なくとも一方の増幅率を自動的に設定する増幅率自
   動設定手段を設けたことを特徴とする請求項７記載の鋳
   物の材質検査装置。
10. 【請求項１０】 鋳物製品に外力を加える打撃手段は、
    中間部で回動自在に支持され、一端部に弾性体で形成さ
    れたボールが取り付けられたアームと、該アームの支持
    部と上記ボールとの中間位置で回転が停止するストッパ
    が設けられ、上記アームが上記ストッパに当接する方向
    に引き付けるばねが装着され、上記アームの他端側を下
    方に押し下げて開放する駆動機構を備えた構成としたこ
    とを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載
    の鋳物の材質検査装置。