JP2003106926A

JP2003106926A - 気体漏れ検査方法及びその装置

Info

Publication number: JP2003106926A
Application number: JP2001297094A
Authority: JP
Inventors: Mitsushiro Okudaira; 光城奥平; Tetsuo Taguchi; 哲夫田口; Yoichi Ueishi; 陽一上石
Original assignee: SYNCHRO CO Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: SYNCHRO CO Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2003-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】容器等の欠陥孔を特別な遮音を必要とせずに
高精度に検出する。【解決手段】検査対象物７の欠陥孔８を検出する気体
漏れ検査装置において、欠陥孔から漏洩した気体により
発生する音響を計測する音響検出器１と、音響検出器１
で検出した音響データ中の周期的な位相変化を振幅波形
に変換すると共に前記振幅波形の輪郭を取り出し低周期
の変動波形として出力する演算処理手段を備える計測装
置２と、変動波形を表示し音波の噴出を可視化する表示
装置３と、取り出した輪郭の波形を閾値と比較して欠陥
孔の存否を自動判別する判別装置４とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力容器，配管，
タンク等の検査対象にピンホール等の欠陥孔や隙間が存
在するか否かを検査する検査方法及びその装置に係り、
特に、検査対象に気体を加圧して封入する等したときに
欠陥孔や隙間（以下、隙間も含めて欠陥孔という。）か
ら漏れる音の有無や音波の解析をして欠陥孔の位置を特
定するのに好適な気体漏れ検査方法及びその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】検査対象に気体を入れて加圧し、漏れの
有無を確認する従来の方法として、発泡漏れ試験ＪＩＳ
Ｚ２３２９や、気体漏れ箇所で発生する音響効果を
観測する技術が用いられている。音響効果を観測し漏れ
箇所を検出する技術の中で、特開平６−１９４２５５号
公報記載の従来技術は、欠陥孔で発生する可聴音を観測
している。また、特開平７−７７４７７号公報記載の従
来技術では、欠陥孔で発生する超音波を観測し、特開平
１１−１４２２７９号公報記載の従来技術では、予め特
定の任意周波数狭帯域の超音波を観測し、漏れの有無を
検出している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の検査技術のうち、発泡試験では漏洩試験の試験条件に
よって目視可能な泡を形成せず、気体漏れ箇所を見落と
す場合があり、また、検査終了後に拭き取りなどの煩雑
な作業が必要であるという問題がある。また、欠陥孔で
発生する音響の中で、可聴音や超音波等の特定の周波数
を測定し漏れ箇所を決定する従来技術では、漏洩気体の
風圧と欠陥孔の形状の関係により、検出される音響が必
ずしも予め特定した周波数領域で無い場合があり、誤検
出や見落とす可能性があるという問題がある。

【０００４】更に、周波数や振幅のみを測定し漏れ個所
を決定する従来技術では、検査現場に存在する雑音源
（空気の噴流するエアブラシや、空調機より発生する超
音波）と欠陥孔等で発生する超音波の周波数領域が重な
り、雑音との識別性が必ずしも良くないため、検出率が
低下するという問題がある。

【０００５】本発明の第１の目的は、欠陥孔の検出率が
高く、雑音との識別性に優れた気体漏れ検査方法及びそ
の装置を提供することにある。

【０００６】本発明の第２の目的は、気体漏れ検査の結
果を容易に確認できる気体漏れ検査方法及びその装置を
提供することにある。

【０００７】本発明の第３の目的は、欠陥孔等の有無を
自動的に判別することが可能な気体漏れ検査方法および
その装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、検査対象物
の欠陥孔を検出する気体漏れ検査方法において、欠陥孔
から漏洩した気体により発生する音響を計測し、音響デ
ータ中の周期的な位相変化を振幅波形に変換し、該振幅
波形の輪郭を取り出して低周期の変動波形とし、該変動
波形から変動要素をうなり成分として抽出し、前記振幅
波形の輪郭もしくは前記変動波形もしくは前記うなり成
分を予め設定した閾値と比較して前記欠陥孔の存否を判
定することで、達成される。

【０００９】好適には、欠陥孔から漏洩した気体により
発生する音響を計測する際に音響データ中の５０μｍ以
下の欠陥孔検出に有効である周波数１２０ｋＨｚ近傍の
音響の周期的な位相変化を振幅波形に変換して該振幅波
形の輪郭を取り出し、該輪郭の波形の低周期の変動波形
より変動要素をうなり成分として抽出し、該うなり成分
の値と予め設定した閾値とを比較して欠陥孔の存否を判
別することを特徴とする。

【００１０】更に好適には、音響データ中の周波数約４
０ＫＨｚの信号前記うなり成分を抽出し、また、前記う
なり成分の周波数の値と比較する閾値として、１０Ｈｚ
付近の値を用いることを特徴とする。

【００１１】上記目的は、検査対象物の欠陥孔を検出す
る気体漏れ検査装置において、欠陥孔から漏洩した気体
により発生する音響を計測する音響検出器と、該音響検
出器で検出した音響データ中の周期的な位相変化を振幅
波形に変換すると共に前記振幅波形の輪郭を取り出し低
周期の変動波形として出力する演算処理手段とを備える
ことで、達成される。

【００１２】好適には、前記変動波形を表示し音波の噴
出を可視化する表示手段を備え、また、前記取り出した
輪郭の波形を閾値と比較して前記欠陥孔の存否を自動判
別する判別手段、または、前記変動波形から抽出された
うなり成分と閾値とを比較して前記欠陥孔の存否を自動
判別する判別手段を備えることを特徴とする。

【００１３】更に好適には、前記演算処理手段は、前記
音響データ中の５０μｍ以下の欠陥孔検出に有効である
周波数１２０ｋＨｚ近傍の音響の周期的な位相変化を振
幅波形に変換して該振幅波形の輪郭を取り出し、該輪郭
の波形の低周期の変動波形より変動要素をうなり成分と
して抽出し、前記判別手段は、前記うなり成分の値と予
め設定した閾値とを比較することを特徴とし、また、音
響データ中の周波数約４０ＫＨｚの信号前記うなり成分
を抽出し、更に、前記うなり成分の周波数の値と比較す
る閾値として１０Ｈｚ付近の値を用いることを特徴とす
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を参照して説明する。

【００１５】図１は、本発明の一実施形態に係る気体漏
れ検査装置の構成図である。この実施形態では、配管７
中に加圧気体を流し、配管７に欠陥孔８が存在した場合
にこの欠陥孔８から気体等が漏れることで発生する音響
を計測し、欠陥孔８の有無を検査する場合について説明
する。

【００１６】この実施形態に係る気体漏れ検査装置は、
音響検出器１と、この音響検出器１の検出音データを取
り込む計測装置２と、計測装置２の計測結果等を表示す
る表示装置３と、欠陥孔の存否を判定する判定装置４
と、ハードディスク等の記憶媒体５とを備えて構成され
る。

【００１７】音響検出器（センサ）１は、配管７の欠陥
孔８から気体が漏れることで発生する音響を計測する。
計測装置２は、音響検出器１により観測された音響デー
タ中の周期的な位相変化を振幅波形に変換し、変換され
た振幅波形の輪郭を取り出して、輪郭波形の低周期のう
なり成分を抽出する演算処理部（後述する図２参照）を
有する。この抽出された低周期のうなり成分は、表示装
置３により表示される。また、判定装置４は、うなり成
分の波形のピーク値と面積を演算し、予め設定された閾
値とピーク値または面積値とを比較判定し、判定結果を
表示装置３に表示する。うなり成分を抽出する演算処理
部を有する計測装置２は、音響データから位相変化を低
周期のうなり成分として抽出するためのパラメータの設
定も行う。記憶媒体５は必須構成ではなく、判定装置４
への各試験条件における合否判定のための閾値を任意に
提供し測定結果を記録するためのものである。

【００１８】図２は、図１に示す気体漏れ検査装置の機
能ブロック図である。計測装置２は、信号入力部２ａと
演算処理部２ｂとを備えて成り、音響検出器１の検出信
号は先ず信号入力部２ａに入力される。信号入力部２ａ
は、変換器２１とＡ／Ｄコンバータ２２とを備え、音響
検出器１の検出信号をディジタルデータに変換する。こ
のディジタルデータはメモリ２３に入力され、データ切
出部２４により切出指令を受けたメモリ２３内のディジ
タルデータが計測入力データＩｊとして次段の演算処理
部２ｂに入力される。

【００１９】演算処理部２ｂに入力された計測入力デー
タＩｊは、信号処理部２５で処理された後、ディジタル
フィルタ演算手段２６の多数のディジタルフィルタ２６
ａ，２６ｂ，…で演算された後、各フィルタ出力が合成
部２７で合成され、この合成出力Ｄｔ・ｊが判定装置４
に出力される。ディジタルフィルタ演算手段２６は、パ
ラメータ設定手段２８を備え、また、演算処理部２ｂは
位相合わせパラメータ設定手段２９を備える。

【００２０】判定装置４に入力された合成出力Ｄｔ・ｊ
は、判定部４１にて閾値と比較判定され、判定結果Ｄａ
・ｊが表示装置３に出力される。表示装置３は、判定結
果を画面に出力すると共に、接点に出力して警報表示を
行う。

【００２１】尚、ディジタルフィルタ演算手段２６は、
公知の特開平１０−２６００６６号公報記載のものが使
用でき、また、それ以外の機能は従来公知のウェーブレ
ットシステムが使用できる。

【００２２】図３は、上述した構成の気体漏れ検査装置
における音響解析手順を示した処理の流れ図である。セ
ンサ（音響検出器）１で計測された音響は信号として取
り込まれ、ステップＳ１で、Ｉ／Ｏアンプ処理およびＡ
／Ｄコンバート処理される。その後、ステップＳ２で設
定された揺らぎ変換モデルにより、複数のＩＩＲ型デジ
タルフィルタであるコンボリューションフィルタリング
を用い、揺らぎ変換にかけられる（ステップＳ３）。揺
らぎ変換処理により、計測信号の周波数波形の二乗平均
（移動平均）がとられて波形の輪郭が抽出がされ、音響
成分の中で、「うなり」および「響き」が特徴化される
（ステップＳ４）。抽出された輪郭波形は、事前にステ
ップＳ５で設定された判定基準パラメータと比較され
（ステップＳ６）、欠陥孔の有無の判定が行われる。

【００２３】欠陥孔の有無は、「うなり」の出現の有無
によって判定され、また、「うなり」波形の波形形状か
ら求めたピーク値や低周波面積値の値を、予め設定され
た閾値と比較することで、判定される。本実施形態で
は、周期的に振動する表面や渦によって他の波が時間的
に伸縮を受けるドップラー効果による位相シフト，位相
変調で生じる「うなり」を、欠陥孔の検出に利用する。
以下、この方法を詳述する。

【００２４】計測された音響に対して、Ｉ／Ｏアンプ及
びＡ／Ｄコンバータ処理（ステップＳ１）が施された
後、信号を高速フーリエ変換処理し（ステップＳ７）、
信号波形のスペクトルを可視化する。雑音の基となる周
期的に振動する表面や渦によって他の波が伸縮を受ける
場合、高速フーリエ変換処理をした波形スペクトルに雑
音信号波形を示す固有のスペクトル形状が出現する。出
現した雑音固有の振動数に対応するフィルタ出力に対し
て揺らぎ変換にかけることにより、雑音による波形を減
少されることができる。

【００２５】そこで、図３に示す例の様に、揺らぎ変換
波形スペクトルを用いた複合判定を行うステップＳ８
を設けることで、欠陥孔からの信号と雑音信号との比で
あるＳ／Ｎを一層向上させることが可能となる。また、
雑音による固有の波形スペクトルは、雑音発生源が音響
検出器１に対して垂直である場合に最も効果が大きく現
れるため、この指向性を利用することで、欠陥孔と雑音
とを識別することが可能となる。

【００２６】次に、本実施形態の特徴である検出精度の
向上原理について説明する。上述したドップラー効果
は、音響から得られる相対速度が大きい場合、最大の効
果が得られる。このため、音響検出器１のセンサ素子表
面が音源にまっすぐ向いているときに効果を最大に発揮
する。ドップラー効果による位相変動を抽出し、これを
振幅波形に変換して欠陥孔を検出する検査方法では、音
響検出器１のセンサ素子を音源に向けたとき最大の位相
抽出効果が得られる。そのため、従来の検査方法と比較
して精度を向上させることができる。

【００２７】このとき、音響検出器（センサ）１に指向
性がある場合や、超音波のように音に指向性がある場合
は、相乗効果で指向性が強化される。周辺雑音のように
他方向から放射される超音波は位相抽出時に低下し、相
対的に、欠陥孔で発生した音源による位相を抽出した低
周波は強調されるため、Ｓ／Ｎが向上し、欠陥孔検出精
度がよくなる。

【００２８】因みに実験によれば、ドップラー効果によ
る位相変動を抽出し、これを振幅波形に変換して欠陥孔
を検出する本実施形態の検査方法は、発生音源を直接観
測する従来の手法に比べ、Ｓ／Ｎが２ｄＢから３ｄＢ向
上する結果が得られている。

【００２９】次に、本実施形態に係る検査装置の具体的
な検査実施例を観測波形とともに示す。配管７に欠陥孔
８が存在しない場合は、バックグラウンドにおける集音
波形として、図４（ａ）に示す周波数―音圧曲線が観測
される。集音された音響に対して、揺らぎ変換を実施す
ることにより、図４（ｂ）に示す位相抽出波形が得られ
る。しかしながら、バックグラウンドにおける音響の場
合、前述の位相変動に伴うドップラー効果がないため、
図４（ｂ）に示す位相抽出波形には変化が見られない。

【００３０】これに対し、配管７に欠陥孔８が存在する
場合は、図５（ａ）に示す集音波形の周波数―音圧曲線
が観測される。この周波数―音圧曲線には、周波数４０
ＫＨｚ付近と、周波数１２０ＫＨｚ付近でピークが見ら
れる。これらのピークは、欠陥孔の存在に起因している
と考えられるが、これらのピークの存在だけで、欠陥孔
の存在を断定することはできない。しかし、図５（ａ）
に示す集音波形に対して揺らぎ変換による位相抽出を実
施すると、図５（ｂ）に示す位相抽出波形が観測され
る。この位相抽出波形には、約８Ｈｚの振幅変動が観測
される。

【００３１】位相抽出波形の振幅に変動が現れるのは、
欠陥孔からの音響固有の「うなり」を揺らぎ変換したた
めであり、欠陥孔検出の判定時には、この位相抽出波形
の振幅変動の値すなわち周波数の値に閾値を設定するこ
とにより、欠陥孔有無の判定を自動識別させることが可
能となる。欠陥孔が存在する場合、全てこの位相抽出波
形によるうなり成分の波形が観測されるため、このうな
り成分の有無により欠陥孔の検出ができる。

【００３２】上述した実施形態において、うなり成分の
波形のピーク値もしくは波形面積値を求め、これらの値
を、夫々予め設定された閾値と比較することで、欠陥孔
の有無判定を自動で実施することも可能である。

【００３３】ここで、社団法人日本非破壊検査協会発行
の超音波リーク試験方法ＮＤＩＳ３４２０にある標準
校正試験片により、欠陥孔で発生した超音波の位相変動
から抽出される低周期の振幅を測定し、検出を目的とす
る欠陥孔部を音源とする音響から抽出されたうなり成分
による振幅ピークや波形形状の面積値の判定基準を決定
することができる。この判定基準に基づいて本実施形態
の検査方法を適用することで、微細な欠陥孔等を高精度
に検出可能となる。なお、上述の構成のうち、欠陥孔検
出の閾値を予め校正試験片などで準備できる場合は、表
示装置３は必須ではなくなる。

【００３４】図６は、実験データを示す図である。この
実験では、サンプルの欠陥孔として穴径３０μｍ〜５０
０μｍのものを用意し、検査対象に入れる気体の内圧を
１００ｍｍＨｇ〜１５ｍｍＨｇとしたときの、低位ｆピ
ーク周波数と、高位ｆピーク周波数と、うなり周期を求
めた。この結果を見る限り、２００μｍを境に穴径が大
きいと低位ｆピーク周波数は４０ＫＨｚが支配的となる
ことが分かる。逆に、穴径が小さくなると、高位ｆピー
ク周波数は１００ＫＨｚが支配的となり、低位ｆピーク
周波数も４０ＫＨｚ近辺は明瞭でなくなる。

【００３５】また、図６の結果によれば、うなりは全て
の実験で観測でき、このうなり周波数は、穴径が大きい
と低くなり、穴径が小さいと周波数は高くなる傾向があ
る。欠陥孔に起因する「うなり」の周波数は１０Ｈｚよ
り小さいことが多いため、１０Ｈｚを閾値として欠陥孔
の有無の判定を行うことで、欠陥孔の検出率を高めるこ
とができる。「うなり」は、４０ＫＨｚとか１００ＫＨ
ｚとかの支配的なピーク値周波数で生じていると考える
こともできるが、３０ＫＨｚから２００ＫＨｚまでの領
域全体のパワー積算によって把握することも可能であ
る。

【００３６】以上述べた実施形態によれば、欠陥孔で発
生した音響を観測したデータ中の周期的な位相変化を振
幅波形に変換し、変換された振幅波形の輪郭を取り出し
て、該輪郭波形の低周期のうなり成分を抽出し、このう
なり成分の波形形状により欠陥孔の検出を行うため、周
辺の雑音による影響が小さくなるという効果がある。

【００３７】本実施形態の位相変化から低周期のうなり
成分を抽出する手法は、ドップラー効果が音源に対して
正面方向である場合に最大の効果が得られるため、機械
的な処置によらずに欠陥検出の指向性が得られ、優れた
欠陥孔位置特定の効果がある。

【００３８】また、低周期うなり成分による波形をピー
ク値または波形面積値で求め、これらを閾値と比較する
ことで欠陥孔の自動判定を行うことも可能である。更
に、５０μｍ以下の欠陥孔では１２０ｋＨｚ程度の超音
波が発生し、その音響データの位相変動を抽出すること
で、１０Ｈｚ付近のうなり成分を観測することができ、
うなり成分の波形に判定閾値を設けることで、５０μｍ
以下の欠陥孔を効率よく検出することができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、欠陥孔を高い検出率で
検出できると共に雑音との識別性を高めることができ、
また、気体漏れ検査の結果を容易に確認でき、更に、欠
陥孔等の有無を自動的に判別することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る気体漏れ検出装置の
構成図である。

【図２】図１に示す気体漏れ検出装置の機能構成図であ
る。

【図３】図１に示す気体漏れ検出装置の音響解析手順を
示す流れ図である。

【図４】（ａ）バックグラウンドにおける集音波形の周
波数―音圧曲線と、（ｂ）揺らぎ変換による位相抽出波
形である。

【図５】（ａ）欠陥孔が存在する場合における集音波形
の周波数―音圧曲線と、（ｂ）揺らぎ変換による位相抽
出波形である。

【図６】本発明の一実施形態による実験結果を示す図で
ある。

【符号の説明】

１音響検出器２計測装置３表示装置４判定装置５記憶媒体７被検査対象８欠陥孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田口哲夫茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所原子力事業部内 (72)発明者上石陽一東京都港区新橋五丁目15番５号シンクロ株式会社内Ｆターム(参考） 2G067 AA02 AA11 CC04 DD13 EE03 EE14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検査対象物の欠陥孔または隙間（以下、
欠陥孔という）を検出する気体漏れ検査方法において、
欠陥孔から漏洩した気体により発生する音響を計測し、
音響データ中の周期的な位相変化を振幅波形に変換し、
該振幅波形の輪郭を取り出して低周期の変動波形とし、
該変動波形から変動要素をうなり成分として抽出し、前
記振幅波形の輪郭もしくは前記変動波形もしくは前記う
なり成分を予め設定した閾値と比較して前記欠陥孔の存
否を判定することを特徴とする気体漏れ検査方法。
【請求項２】請求項１において、欠陥孔から漏洩した
気体により発生する音響を計測する際に音響データ中の
５０μｍ以下の欠陥孔検出に有効である周波数１２０ｋ
Ｈｚ近傍の音響の周期的な位相変化を振幅波形に変換し
て該振幅波形の輪郭を取り出し、該輪郭の波形の低周期
の変動波形より変動要素をうなり成分として抽出し、該
うなり成分の値と予め設定した閾値とを比較して欠陥孔
の存否を判別することを特徴とする気体漏れ検査方法。
【請求項３】請求項２において、前記音響データ中の
周波数約４０ＫＨｚの信号の前記うなり成分を抽出する
ことを特徴とする気体漏れ検査方法。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかにおい
て、前記うなり成分の周波数の値と比較する閾値とし
て、１０Ｈｚ付近の値を用いることを特徴とする気体漏
れ検査方法。
【請求項５】検査対象物の欠陥孔を検出する気体漏れ
検査装置において、欠陥孔から漏洩した気体により発生
する音響を計測する音響検出器と、該音響検出器で検出
した音響データ中の周期的な位相変化を振幅波形に変換
すると共に前記振幅波形の輪郭を取り出し低周期の変動
波形として出力する演算処理手段とを備えることを特徴
とする気体漏れ検査装置。
【請求項６】請求項５において、前記変動波形を表示
し音波の噴出を可視化する表示手段を備えることを特徴
とする気体漏れ検査装置。
【請求項７】請求項５において、前記取り出した輪郭
の波形を閾値と比較して前記欠陥孔の存否を自動判別す
る判別手段を備えることを特徴とする気体漏れ検査装
置。
【請求項８】請求項５において、前記変動波形から抽
出されたうなり成分と閾値とを比較して前記欠陥孔の存
否を自動判別する判別手段を備えることを特徴とする気
体漏れ検査装置。
【請求項９】請求項８において、前記演算処理手段
は、前記音響データ中の５０μｍ以下の欠陥孔検出に有
効である周波数１２０ｋＨｚ近傍の音響の周期的な位相
変化を振幅波形に変換して該振幅波形の輪郭を取り出
し、該輪郭の波形の低周期の変動波形より変動要素をう
なり成分として抽出し、前記判別手段は、前記うなり成
分の値と予め設定した閾値とを比較することを特徴とす
る気体漏れ検査装置。
【請求項１０】請求項８または請求項９において、前
記音響データ中の周波数約４０ＫＨｚの信号の前記うな
り成分を抽出することを特徴とする気体漏れ検査装置。
【請求項１１】請求項８乃至請求項１０のいずれかに
おいて、前記うなり成分の周波数の値と比較する閾値と
して１０Ｈｚ付近の値を用いることを特徴とする気体漏
れ検査装置。