JP2010286437A - 製品検査装置および製品検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製品から発生する打音の周波数の範囲が広い場合であっても、精度良く製品を検査できるようにする。
【解決手段】 打撃アーム１３を回動させて検査対象物ＯＢを叩いて打音を発生させ、打音が発生している初期において、周波数測定回路４４により打音の周波数を測定し、測定された周波数を中心周波数としたバンドパスフィルタ４５の通過帯域を設定する。そして、フィルタ処理された打音信号からロックインアンプ４６によりエンベロープ波形信号を生成し、エンベロープ波形信号の電圧値を積分回路４９により所定時間積分する。この積分値は、打音の減衰度合いを表す値に相当し、電圧計５０により測定される。電圧測定値が基準値未満であれば、検査対象物ＯＢにクラックが発生していると判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、製品に打撃を与えることで発生する音を解析して、製品の良否を判定する検査装置および検査方法に関する。

従来から、製品に打撃を与えることで発生する音の周波数や減衰度合い等を測定して、その測定値から製品の良否を判定する検査装置や検査方法が知られている。例えば、特許文献１には、製品に打撃を与えることで発生する音を電気信号に変換し、電気信号の減衰度を測定することで製品の良否を判定する検査方法が提案されている。製品にクラック等の傷が付いていると、発生する打音の減衰度が良品とは大きく異なる。従って、この検査方法によれば比較的精度良く製品の良否を判定することができる。また、装置の構成が簡単であるため、検査コストを抑制することができる。

また、この検査方法においては、音を電気信号に変換した後、フィルタを通すことで雑音による電気信号を除去できる構成になっている。これによれば、騒音レベルが高い工場内で検査を行う場合でも精度良く検査を行うことができる。

特開平３−９２７５８号公報

しかしながら、特許文献１に提案された検査方法は、製品から発生する打音が限られた周波数帯域のものであれば、その周波数帯域以外の周波数の信号をフィルタで除去することで精度良く検査を行うことができるが、製品の種類が多岐にわたっていたり、同じ製品でも打音の周波数がばらついたりして、発生する打音の周波数の範囲が広い場合には、フィルタの周波数帯域を広げざるを得ない。その場合には、雑音による電気信号を除去することができないケースがあり、そうしたケースにおいては検査精度が悪化するという問題が生じる。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、製品から発生する打音の周波数の範囲が広い場合であっても、精度良く製品を検査できる製品検査装置および製品検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の製品検査装置の特徴は、製品に打撃を与えることで製品から打音を発生させ、前記打音の減衰度合いから製品の良否を判定する製品検査装置において、前記製品から発生した打音を電気信号に変換する電気信号変換手段と、通過帯域が可変設定可能であり、前記電気信号変換手段により打音から変換された電気信号を入力し、通過帯域内の周波数の電気信号を出力するバンドパスフィルタと、前記電気信号変換手段により打音から変換された電気信号の周波数を、前記打音が発生している初期において測定する周波数測定手段と、前記周波数測定手段により測定された周波数に基づいて、前記打音が発生している期間内に前記バンドパスフィルタの通過帯域を設定するフィルタ特性設定手段と、前記フィルタ特性設定手段により前記バンドパスフィルタの通過帯域が設定された後に、前記バンドパスフィルタが出力する電気信号の減衰度合いを測定する減衰度合測定手段とを備えたことにある。

本発明においては、電気信号変換手段が製品から発生した打音を電気信号に変換し、周波数測定手段が打音の発生している初期において電気信号の周波数を測定する。そして、フィルタ特性設定手段が、測定された周波数に基づいて、打音が発生している期間内にバンドパスフィルタの通過帯域を設定する。バンドパスフィルタは、打音から変換された電気信号を入力し、打音の周波数を中心周波数とした通過帯域内の電気信号を出力する。減衰度合測定手段は、フィルタ特性設定手段によりバンドパスフィルタの通過帯域が設定された後に、バンドパスフィルタが出力する電気信号の減衰度合いを測定する。

このため、本発明によれば、打音の周波数に応じた適切なフィルタ処理を行うことができるため、製品から発生する打音の周波数のばらつきの範囲が広い場合であっても、精度良く製品検査を行うことができる。また、周波数測定は、打音の発生初期である音量が大きい時に行うため、検査現場の騒音が大きい場合でも良好に行うことができる。

また、本発明の製品検査装置の他の特徴は、前記バンドパスフィルタは、クロック信号の周波数に基づいて通過帯域が設定されるスイッチトキャパシタフィルタであり、前記フィルタ特性設定手段は、前記周波数測定手段により測定された周波数に応じて前記スイッチトキャパシタフィルタのクロック信号の周波数を設定することにある。

本発明によれば、バンドパスフィルタとしてスイッチトキャパシタフィルタを備えており、クロック信号の周波数の設定によりバンドパスフィルタの通過帯域を設定するため、その設定処理を瞬時に行うことができる。このため、打音の発生している期間中に、打音の周波数測定、バンドパスフィルタの通過帯域の設定、打音の減衰度合いの測定を容易に行うことができる。

また、本発明の製品検査装置の他の特徴は、前記減衰度合測定手段は、前記バンドパスフィルタが出力する電気信号から、信号出力の時間変化が打音の減衰カーブとなるエンベロープ波形信号を生成するエンベロープ波形信号生成手段と、前記エンベロープ波形信号生成手段により生成されたエンベロープ波形信号の大きさを予め設定された設定期間のあいだ積分して、その積分値を前記減衰度合いを表す値として出力する積分手段とを備えたことにある。

本発明においては、減衰度合測定手段が、エンベロープ波形信号生成手段と積分手段とを備えている。エンベロープ波形信号生成手段は、バンドパスフィルタが出力する電気信号から、信号出力の時間変化が打音の減衰カーブ（打音の音量変化を表すエクスポネンシャルカーブ）となるエンベロープ波形信号を生成する。積分手段は、エンベロープ波形信号の大きさを予め設定された設定期間のあいだ積分して、その積分値を打音の減衰度合いを表す値として出力する。エンベロープ波形信号は、製品の良否に応じて、その出力の減衰度合いが変化する。従って、積分手段の出力する積分値は、打音の減衰度合いを表す値となる。例えば、製品にクラックが発生している場合には、打音の減衰度合いが良品に比べて大きくなるため、積分手段の出力する積分値は、良品における積分値に比べて小さくなる。従って、積分値に基づいて製品の良否を簡単に判定することができる。

尚、積分手段の出力する積分値は、その出力形態に応じた計測手段により測定すればよい。例えば、エンベロープ波形信号の出力により充電されるコンデンサを設け、コンデンサの両極間の電圧値を、エンベロープ波形信号の積分値として電圧計により測定することもできる。この場合には、マイクロコンピュータを用いなくても、減衰度合いを簡単に測定することができ、低コストにて実施することができる。また、本発明においては、製品から発生する打音の初期音量が一定となるように、製品に一定の力の打撃を与える打音発生手段を設けると精度が向上する。

また、本発明の製品検査装置の他の特徴は、前記減衰度合測定手段は、前記バンドパスフィルタが出力する電気信号から、信号出力の時間変化が打音の減衰カーブとなるエンベロープ波形信号を生成するエンベロープ波形信号生成手段と、前記エンベロープ波形信号生成手段により生成されたエンベロープ波形信号の大きさを予め設定された第１設定期間のあいだ積分して、その積分値を出力する第１積分手段と、前記エンベロープ波形信号生成手段により生成されたエンベロープ波形信号の大きさを予め設定された第２設定期間のあいだ積分して、その積分値を出力する第２積分手段と、前記第１積分手段により出力された積分値と、前記第２積分手段により出力された積分値との比を前記減衰度合いを表す値として出力する積分値比算出手段とを備えたことにある。

本発明においては、減衰度合測定手段が、エンベロープ波形信号生成手段と第１積分手段と第２積分手段と積分値比算出手段とを備えている。エンベロープ波形信号生成手段は、バンドパスフィルタが出力する電気信号から、信号出力の時間変化が打音の減衰カーブとなるエンベロープ波形信号を生成する。第１積分手段と第２積分手段は、それぞれ第１設定期間、第２設定期間のあいだエンベロープ波形信号の大きさを積分する。従って、異なる２つの期間においてエンベロープ波形信号の大きさの積分値が得られる。このため、２つの積分値の比から打音の減衰度合いを求めることができる。そこで、積分値比算出手段は、第１積分手段により出力された積分値と、第２積分手段により出力された積分値との比を打音の減衰度合いを表す値として出力する。従って、２つの積分値の比に基づいて製品の良否を簡単に判定することができる。

また、２つの積分値の比を用いて打音の減衰度合いを算出するため、製品から発生する打音の初期音量を一定にしなくても精度の高い検査を簡単に行うことができる。このため、一定の力で製品を叩く打音発生装置を設ける必要が無く低コストにて実施することができる。また、例えば、エンベロープ波形信号の出力により第１設定期間のあいだ充電されるコンデンサと第２設定期間のあいだ充電されるコンデンサを設け、各コンデンサの両極間の電圧値の比を減衰度合いを表す値として算出するようにすれば、マイクロコンピュータを用いなくても減衰度合いを簡単に測定することができ、更に低コストにて実施することができる。

更に、本発明の実施にあたっては、製品検査装置の発明に限定されることなく、製品検査方法の発明としても実施し得るものである。

第１実施形態に係る製品検査装置の概略構成図である。 周波数測定回路の概略構成図である。 バンドパスフィルタの概略構成図である。 ロックインアンプの概略構成図である。 積分回路の概略構成図である。 エンベロープ波形信号と積分回路の出力電圧波形を表すグラフである。 第２実施形態に係る製品検査装置の概略構成図である。 ２種類のゲート信号波形を表すグラフである。 除算回路の概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係る製品検査装置の概略構成を表す。製品検査装置は、検査対象となる製品（以下、検査対象物ＯＢと呼ぶ）に対して打撃を与えて検査対象物ＯＢから打音を発生させる打音発生部１０と、検査対象物ＯＢから発生した打音を集音して電気信号に変換するマイクロフォン２０と、打音発生部１０の作動を制御する打撃制御部３０と、打音を解析する打音解析部４０と、打音解析結果を電圧で表示する電圧計５０と、製品検査装置内の各回路に電源を供給する主電源６０と、製品検査の開始／終了を指示する操作スイッチ７０とを備えている。打音発生部１０とマイクロフォン２０は、検査台１１の上に設けられ、打撃制御部３０と打音解析部４０と主電源６０は、製品検査装置本体内に設けられている。また、電圧計５０の表示部と操作スイッチ７０とは、製品検査装置本体の操作パネル（図示略）に設けられている。

打音発生部１０は、検査台１１に立設された支柱１２と、支柱１２の先端に揺動自在に軸支された打撃アーム１３と、打撃アーム１３を吸着する電磁石１４とを備えている。打撃アーム１３の先端には、錘を兼用し検査対象物ＯＢを叩く部位となる打撃部材１５が固着されている。打撃アーム１３には、水平となる位置で電磁石１４の吸着面と当接する位置に鉄片１６が固着されている。従って、打音発生部１０は、電磁石１４に通電しているときに打撃アーム１３を吸着して水平位置に保持し、電磁石１４への通電を解除したときに吸着を解除して、打撃アーム１３をその自重により下方に揺動させる。

検査台１１の上には検査対象物ＯＢが載置され、打撃アーム１３が下方に揺動したとき、打撃部材１５が検査対象物ＯＢに衝突する。これにより、検査対象物ＯＢから打音が発生する。検査対象物ＯＢの上方にはマイクロフォン２０が配設されており、このマイクロフォン２０により打音を電気信号に変換する。尚、マイクロフォン２０が本発明の電気信号変換手段に相当し、マイクロフォン２０の行う処理が本発明の電気信号変換ステップに相当する。

本実施形態の製品検査装置が検査する検査対象物ＯＢは、電動モータ内に設けられるマグネットである。マグネットは、製造過程においてクラックが発生することがある。クラックは、その隙間が非常に小さい（例えば、４μｍ）ものであるため、従来においては、顕微鏡を使って目視検査が行われていた。このため、簡単に検査できないという問題があった。そこで、本実施形態の製品検査装置においては、検査対象物ＯＢを叩いたときに発生する打音の減衰度合いに基づいてクラックの有無を判定する。

打撃制御部３０は、第１制御スイッチ３１，第２制御スイッチ３２を介在させて吸着用電源３５から電磁石１４に通電する通電回路を備えている。この第１，第２制御スイッチ３１，３２は、電磁石１４の通電回路に並列に設けられている。第１制御スイッチ３１は、制御信号としてハイレベル信号を入力しているときにオフ状態となるノーマルクローズスイッチであり、第２制御スイッチ３２は、制御信号としてハイレベル信号を入力しているときにオン状態となり制御信号がローレベル信号に切り替わったのちに所定時間経過するとオフ状態に切り替わるオフディレイスイッチである。

第１制御スイッチ３１に入力される制御信号は、操作スイッチ７０および第３制御スイッチ３３を介して主電源６０から供給されるように構成されている。また、第３制御スイッチ３３は、遅延回路３４の出力信号により開閉制御されるノーマルクローズスイッチである。遅延回路３４は、操作スイッチ７０がオン操作されると、その時点から所定時間経過した後にハイレベル信号を出力する。従って、第３制御スイッチ３３は、操作スイッチ７０がオン操作された後、所定時間経過後にオフ状態となる。このため、電磁石１４の通電回路に設けられた第１制御スイッチ３１は、操作スイッチ７０がオン操作されるとオン状態からオフ状態に切り替わり、その後、所定時間経過するとオン状態に戻る。

一方、第２制御スイッチ３２は、制御信号として後述する音発生検出回路４２の出力信号を入力するように構成されている。従って、第２制御スイッチ３２は、音発生検出回路４２から音検出信号（ハイレベル信号）が出力されたときにオン状態となり、その後、音検出信号が入力されなくなると、その時点から所定時間経過後にオフ状態に切り替わる。

製品検査装置においては、操作スイッチ７０がオフ状態となっているときには、第１制御スイッチ３１を介して電磁石１４と吸着用電源３５とが電気的に接続され、図１に示すように、打撃アーム１３が電磁石１４に吸着されて水平状態に保持された状態となる。検査者は、この状態から操作スイッチ７０をオン操作して検査を開始する。操作スイッチ７０がオン操作されると、瞬時に第１制御スイッチ３１がオフ状態に切り替わり、電磁石１４への通電が断たれる。このため、打撃アーム１３の吸着が解除されて打撃アーム１３が自重で下方へ揺動する。これにより、打撃部材１５が検査対象物ＯＢを叩いて検査対象物ＯＢから打音が発生する。この打音の発生により、後述する音発生検出回路４２から音検出信号（ハイレベル信号）が出力され、第２制御スイッチ３２がオン状態に切り替わり、電磁石１４への通電が再開される。従って、打撃アーム１３が下方に揺動して検査対象物ＯＢと衝突した直後に、電磁石１４に磁力が発生して打撃アーム１３を上方に引き上げて吸着保持するため、打撃アーム１３が検査対象物ＯＢ上をバウンドして打撃部材１５が検査対象物ＯＢを何回も叩くことはない。

打撃アーム１３が吸着保持される高さ、および、打撃アーム１３の先端に固着された打撃部材１５の重さは一定であるため、検査対象物ＯＢの形状や材質が同一であれば、検査対象物ＯＢから発生する打音の音量はほぼ一定となる。

検査者が操作スイッチ７０をオン操作したのち、遅延回路３４の設定時間が経過すると第３制御スイッチ３３がオフ状態に切り替わり、これに伴って、第１制御スイッチ３１がオン状態となる。一方、第２制御スイッチ３２は、音発生検出回路４２の出力する音検出信号（ハイレベル信号）の立ち下がりから設定時間経過するとオフ状態に切り替わる。従って、本実施形態においては、第２制御スイッチ３２がオフ状態に切り替わる前に、第１制御スイッチ３１がオン状態に切り替わるように、遅延回路３４の遅延時間と第２制御スイッチ３２のオフディレイ時間との関係を設定することにより、打音発生後においても、打撃アーム１３の吸着を維持させることができるようになっている。

打撃アーム１３の揺動により検査対象物ＯＢから発生した打音は、マイクロフォン２０により集音されて電気信号に変換される。この電気信号は、打音解析部４０に出力される。打音解析部４０は、アンプ４１、音発生検出回路４２、ゲート信号発生回路４３、周波数測定回路４４、バンドパスフィルタ４５、ロックインアンプ４６、遅延回路４７、ゲート信号発生回路４８、積分回路４９を備えている。

アンプ４１は、マイクロフォン２０で発生した電気信号を増幅する。アンプ４１により増幅された電気信号は、音発生検出回路４２、周波数測定回路４４、バンドパスフィルタ４５に出力される。音発生検出回路４２は、アンプ４１の出力信号を入力し、入力した信号の強度が閾値を越えたときにハイレベルとなる音検出信号を出力する。つまり、検査対象物ＯＢから打音が発生した瞬間に音検出信号を出力する。この音検出信号は、ゲート信号発生回路４３、遅延回路４７、第２制御スイッチ３２に出力される。

ゲート信号発生回路４３は、音発生検出回路４２から出力された音検出信号が入力すると、予め設定されたパルス幅（例えば、１０ミリ秒）のパルス信号を周波数測定回路４４に出力する。周波数測定回路４４は、図２に示すように、２値化回路４４１、アンド回路４４２、ゲート終了検出回路４４３、カウンタ４４４を備えている。２値化回路４４１は、アンプ４１の出力する打音の電気信号を２値化してパルス列信号に変換する。アンド回路４４２は、２値化回路４４１とゲート信号発生回路４３の出力を入力し、ゲート信号発生回路４３からパルス信号が出力されているとき、つまり、ゲート信号発生回路４３の出力がハイレベルとなっている期間において、２値化回路４４１の出力であるパルス列信号をカウンタ４４４に出力する。ゲート終了検出回路４４３は、ゲート信号発生回路４３の出力するパルス信号を入力し、そのパルス信号の立ち下がりエッジを検出して検出信号をカウンタ４４４に出力する。

カウンタ４４４は、アンド回路４４２の出力するパルス列信号のパルス数をカウントし、ゲート終了検出回路４４３から検出信号を入力したときに、その時点のカウント値をデジタルデータで出力するとともにカウント値をリセットする。従って、カウンタ４４４は、ゲート信号発生回路４３が出力するパルス信号のパルス幅に相当する時間だけ（この例では１０ミリ秒）、２値化回路４４１の出力するパルス列信号のパルス数をカウントすることになる。このため、カウンタ４４４から出力されるカウント値は、打音の周波数と対応関係を有する値となる。尚、周波数測定回路４４が本発明の周波数測定手段に相当し、周波数測定回路４４の行う処理が本発明の周波数測定ステップに相当する。

アンプ４１の出力および周波数測定回路４４の出力は、バンドパスフィルタ４５に入力される。バンドパスフィルタ４５は、アンプ４１の出力する電気信号を入力し、設定通過帯域の電気信号のみを出力するフィルタで、本実施形態においては、スイッチトキャパシタフィルタが使用される。スイッチトキャパシタフィルタは、キャパシタのスイッチングによりフィルタ処理を行うためデジタルフィルタとも呼ばれている。バンドパスフィルタ４５（スイッチトキャパシタフィルタ）は、図３に示すように、クロック発生回路４５１、ローパスフィルタ４５２、ハイパスフィルタ４５３を備えている。ローパスフィルタ４５２およびハイパスフィルタ４５３は、そのカットオフ周波数が、クロック信号の周波数の設定により可変できる。例えば、中心周波数をｆｋＨｚとした通過帯域を設定する場合には、カットオフ周波数ｆｋＨｚに対応するクロック信号（本実施形態においては、カットオフ周波数の１００倍の周波数のクロック信号）をローパスフィルタ４５２およびハイパスフィルタ４５３に与えることで、中心周波数ｆｋＨｚのバンドパスフィルタを構成することができる。

クロック発生回路４５１は、周波数測定回路４４の出力するカウント値を入力し、このカウント値に対応したクロック信号をローパスフィルタ４５２およびハイパスフィルタ４５３に出力する。周波数測定回路４４の出力するカウント値は、打音の周波数に対応したものであるため、クロック発生回路４５１においては、打音の周波数がバンドパスフィルタ４５の中心周波数となるような周波数のクロック信号を出力する。例えば、カウント値が、打音の周波数に換算して７ｋＨｚを示すものである場合には、その１００倍の７００ｋＨｚのクロック信号をローパスフィルタ４５２およびハイパスフィルタ４５３に出力する。これにより、ローパスフィルタ４５２とハイパスフィルタ４５３のカットオフ周波数が設定され、アンプ４１の出力信号から設定通過帯域外の信号が除外され、設定通過帯域内の信号のみが出力される。尚、このようにクロック発生回路４５１によりバンドパスフィルタ４５の通過帯域を設定する処理部（処理）が本発明のフィルタ特性設定手段（フィルタ特性設定ステップ）に相当する。また、バンドパスフィルタ４５が本発明のバンドパスフィルタに相当し、バンドパスフィルタ４５によるフィルタリング処理が本発明のバンドパスフィルタリングステップに相当する。

バンドパスフィルタ４５の出力信号は、ロックインアンプ４６に入力される。ロックインアンプ４６は、反転回路４６１、２値化回路４６２、同期検波回路４６３、ローパスフィルタ４６４を備えている。反転回路４６１は、バンドパスフィルタ４５から出力された打音の電気信号を入力して正逆を反転し２値化回路４６２に出力する。２値化回路４６２は、入力した電気信号を、その大きさが閾値（この場合は振動の中心の値）以上となるときにハイレベルとなるパルス列信号に変換する。同期検波回路（ＰＳＤ：Phase Sensitive Detector）４６３は、バンドパスフィルタ４５から出力された打音の電気信号を測定信号として入力するとともに、２値化回路４６２から出力された２値化信号を参照信号として入力する。そして、参照信号がローレベルとなるときに「１」、参照信号がハイレベルとなるときに「−１」として、参照信号を測定信号に乗じる。このようにして、同期検波回路４６３は、バンドパスフィルタ４５から出力された打音の電気信号から、その振動の中心でプラス側に折り重ねた波形となる電気信号を生成してローパスフィルタ４６４に出力する。

ローパスフィルタ４６４は、同期検波回路４６３の出力信号の振動成分をカットしてエンベロープ波形信号を生成する。エンベロープ波形は、同期検波回路４６３の出力信号の波形の頂点を結ぶ包絡線を表すもので、打音の音量の変化を表す曲線（打音の減衰カーブ）となる。このエンベロープ波形信号は、ロックインアンプ４６の出力として積分回路４９に入力される。尚、ロックインアンプ４６が本発明のエンベロープ波形信号生成手段に相当し、ロックインアンプ４６の行う処理が本発明のエンベロープ波形信号生成ステップに相当する。

積分回路４９は、エンベロープ波形信号とは別に、積分期間を設定するための信号を入力する。この信号は、音発生検出回路４２の出力する音検出信号に基づいて、遅延回路４７とゲート信号発生回路４８により生成される。遅延回路４７は、音発生検出回路４２から音検出信号を入力したタイミングから所定時間経過したときにハイレベル信号を出力する。音検出信号に対して遅延回路４７がハイレベル信号を出力するまでの遅延時間は、ゲート信号発生回路４３が出力するパルス信号のパルス幅と同じかやや大きめの時間に設定されている。この遅延時間は、検査対象物ＯＢから打音が発生した後、積分回路４９にて積分動作を開始させるまでの遅延時間に相当するものである。つまり、周波数測定回路４４が打音の周波数測定を行い、それに基づいてバンドパスフィルタ４５が通過帯域を設定するのに要するだけの時間が遅延時間として設定されている。

遅延回路４７の出力信号は、ゲート信号発生回路４８に入力される。ゲート信号発生回路４８は、遅延回路４７からハイレベル信号を入力すると、設定されたパルス幅のパルス信号（以下、ゲート信号と呼ぶ）を出力する。ゲート信号のパルス幅は、積分回路４９にて積分動作を行う時間を設定するものとなる。従って、パルス幅は、打音が発生してから収束するまでの時間を考慮して設定される。

尚、本実施形態では遅延回路４７に音発生検出回路４２からの音検出信号を入力させているが、これに代えてゲート信号発生回路４３からのパルス信号を入力させてもよい。この場合、遅延回路４７は僅かな時間遅延させてパルス信号を出力し、ゲート信号発生回路４８は入力したパルス信号の立ち下がりエッジを検出してゲート信号を出力するようにすればよい。

積分回路４９は、図５に示すように、ゲート回路４９１、抵抗４９２、オペアンプ４９３、コンデンサ４９４、放電用スイッチ４９５を備えている。ゲート回路４９１は、ロックインアンプ４６の出力信号（エンベロープ波形信号）とゲート信号発生回路４８の出力信号（ゲート信号）を入力し、ゲート信号発生回路４８の出力信号がハイレベルとなっているときに、ロックインアンプ４６の出力信号を通過させる。積分回路４９は、ロックインアンプ４６の出力でコンデンサ４９４を充電して、その充電電圧（コンデンサ４９４の両極間の電圧）を出力することにより、ロックインアンプ４６の出力電圧を時間で積分した値に相当する電圧信号を出力する。

ロックインアンプ４６から積分回路４９に入力されるエンベロープ波形信号Ｖinは、図６（ａ）に示すように、Ｖin＝１／ｅ^tの関数で表されるような減衰カーブを描く波形となる。従って、積分回路４９から出力される電圧Ｖoutは、ゲート信号発生回路４８の出力信号がハイレベルとなっているときに、図６（ｂ）に示すように、Ｖout＝（１−（１／ｅ^t））で表されるような増加カーブを描く波形となる。そして、ゲート信号発生回路４８の出力信号がローレベルに切り替わると、その時点での電圧Ｖoutが維持される。従って、積分回路４９は、ゲート信号発生回路４８で設定された時間だけロックインアンプ４６の出力電圧を積分し、設定時間が経過すると、それまでに積分した値に相当する一定電圧を出力する。尚、積分回路４９，遅延回路４７，ゲート信号発生回路４８からなる構成が本発明の積分手段に相当し、積分回路４９，遅延回路４７，ゲート信号発生回路４８の行う処理が本発明の積分ステップに相当する。

放電用スイッチ４９５は、検査開始時においてコンデンサ４９４の蓄電量をゼロにしておくもので、制御信号を入力しているときに接点を開くノーマルクローズスイッチで構成される。この放電用スイッチ４９５は、その制御端子が操作スイッチ７０を介して主電源６０と接続されているため、操作スイッチ７０がオフしているときに、接点が閉じてコンデンサ４９４に溜まっている電荷を放出する。そして、操作スイッチ７０がオンされると、接点を開いてコンデンサ４９４を充電可能状態にする。従って、充電用スイッチ４９５は、検査開始時おける積分回路４９の積分値をゼロクリアしておくものである。

検査対象物ＯＢにクラックが発生している場合には、検査対象物ＯＢから発生する打音の減衰度合いが大きい。打音の減衰度合いは、ロックインアンプ４６の出力信号、つまり、エンベロープ波形信号の減衰度合いで表される。従って、検査対象物ＯＢにクラックが発生していると、図６（ａ）に破線にて示すように、積分回路４９に入力される電圧信号の減衰度合いが大きくなる。このため、積分回路４９の出力電圧Ｖoutは、図６（ｂ）に破線にて示すように、増加度合いが少なくなり、積分期間の終了したときの最終電圧（積分値に相当する）が正常な検査対象物ＯＢにおける最終電圧に比べて小さくなる。従って、積分回路４９の積分終了時での出力電圧を測定することで、検査対象物ＯＢの良否（クラックの有無）を判定することができる。

積分回路４９の出力電圧は、電圧計５０により測定される。本実施形態における製品検査装置においては、電圧計５０は製品検査装置本体内に組み込んで設けられるが、これに代えて、積分回路４９の出力端子を電圧測定端子として製品検査装置の本体ケースに露出して設け、電圧測定端子に測定プローブを接続して別の電圧計により電圧測定できるようにした構成であってもよい。尚、ロックインアンプ４６，遅延回路４７，ゲート信号発生回路４８，積分回路４９，電圧計５０が本発明の減衰度合測定手段に相当し、ロックインアンプ４６，遅延回路４７，ゲート信号発生回路４８，積分回路４９，電圧計５０の行う処理が本発明の減衰度合測定ステップに相当する。

ここで、本実施形態の製品検査装置の全体的な作動について説明する。まず、検査者は、操作スイッチ７０がオフとなっている状態で、検査対象物ＯＢを検査台１１の所定位置に載置する。このとき、打撃アーム１３は、電磁石１４による吸着力で水平状態に保たれている。また、積分回路４９のコンデンサ４９４は、放電用スイッチ４９５の接点が閉じていることから、蓄電量がゼロにセットされている。そして、検査者は、操作スイッチ７０をオン操作する。これにより、電磁石１４による吸着が解かれて打撃アーム１３が自重で下方に揺動し、打撃部材１５が検査対象物ＯＢを叩く。打撃アーム１３の吸着位置は一定であるため、打撃部材１５が検査対象物ＯＢを叩く力は一定となる。こうして、検査対象物ＯＢから一定の音量の打音が発生する。また、操作スイッチ７０のオン操作に伴って、積分回路４９の放電用スイッチ４９５がオフ状態に切り替わり、コンデンサ４９４が充電可能状態となる。

検査対象物ＯＢから打音が発生すると、音発生検出回路４２が打音を検出し、その打音検出時点から周波数測定回路４４が打音の周波数を測定する。この時点においては、打音の音量は大きいため、検査現場において騒音が発生していても、良好に打音の周波数測定を行うことができる。そして、周波数測定結果（カウンタ４４４のカウンタ値）がバンドパスフィルタ４５に出力され、バンドパスフィルタ４５において、打音の周波数を中心周波数とした狭い通過帯域が設定される。バンドパスフィルタ４５によりフィルタリングされた打音の電気信号は、ロックインアンプ４６によりエンベロープ波形信号に変換される。

そして、打音検出から所定時間経過したタイミングで、ゲート信号発生回路４８から積分回路４９にゲート信号が入力し、積分回路４９によりエンベロープ波形信号の電圧値の積分が開始される。この積分回路４９の作動開始タイミングは、遅延回路４７により設定され、周波数測定およびバンドパスフィルタ４５の通過帯域設定が完了するのに必要な時間相当分を見込んだものとなっている。

積分回路４９は、ゲート信号発生回路４８により設定された時間だけ積分動作を行うと、その積分値に相当する出力電圧値を一定に保つ。この時点で、検査者は、電圧計５０の表示する電圧値を読み取り、電圧値が基準値に満たない場合には検査対象物ＯＢを不良品と判定し、電圧値が基準値以上であれば検査対象物ＯＢを良品と判定する。そして、操作スイッチ７０をオフ操作することにより、積分回路４９のコンデンサ４９４の電荷が放電されて積分値がリセットされる。従って、電圧計５０の表示電圧は０ボルトになる。こうして、１つの検査対象物ＯＢの検査が完了する。

以上説明した第１実施形態の製品検査装置によれば、検査対象物ＯＢの打音の発生直後に打音の周波数を測定し、その周波数を中心周波数とした通過帯域をバンドパスフィルタ４５に設定するため、検査対象物ＯＢに応じた適切なフィルタ処理を行うことができる。このため、検査対象物ＯＢから発生する打音の周波数のばらつきの範囲が広い場合であっても、精度良く製品検査を行うことができる。また、周波数測定は、打音の発生直後の音量が大きい時に行うため、検査現場の騒音が大きい場合でも良好に行うことができる。更に、スイッチトキャパシタフィルタを用いたバンドパスフィルタ４５を使って通過帯域を設定するため、その設定を一瞬で行うことができる。このため、検査対象物ＯＢを１回叩いただけで、打音の周波数測定、バンドパスフィルタ４５の通過帯域設定、エンベロープ波形信号の積分といった一連の処理を実行することができ、製品検査を非常に簡単、かつ、短時間に行うことができる。更に、積分回路４９によりエンベロープ波形信号の電圧値を積分し、その積分値の大きさを、打音の減衰度合いを表す検査値として用いているため、マイクロコンピュータを用いなくても簡易な構成で打音の減衰度合いを検出することができる。このため、低コストにて実施することができる。

次に、第２実施形態としての製品検査装置について説明する。第１実施形態の製品検査装置においては、打音発生部１０により、常に一定の力で検査対象物ＯＢを叩いて一定音量の打音を発生させるようにしているが、この第２実施形態の製品検査装置においては、検査者が任意の力で叩いた打音から検査対象物ＯＢの良否を判定できるようにしたものである。

図７は、第２実施形態の製品検査装置の概略構成図である。この製品検査装置は、第１実施形態の製品検査装置において打音発生部１０、打撃制御部３０を削除し、遅延回路４７、ゲート信号発生回路４８、積分回路４９に代えて、２組の遅延回路４７ａ，４７ｂ、ゲート信号発生回路４８ａ，４８ｂ、積分回路４９ａ，４９ｂ、および、除算回路８０を設けたものである。以下、第１実施形態の製品検査装置と同じ構成要素については、図面に第１実施形態で使用した符号を付して説明を省略する。

この実施形態の製品検査装置においては、第１遅延回路４７ａと第１ゲート信号発生回路４８ａと第１積分回路４９ａとにより、ロックインアンプ４６から出力されるエンベロープ波形信号の電圧値を積分する第１積分ブロックＡと、第２遅延回路４７ｂと第２ゲート信号発生回路４８ｂと第２積分回路４９ｂとにより、ロックインアンプ４６から出力されるエンベロープ波形信号の電圧値を積分する第２積分ブロックＢとを備えている。第１積分ブロックＡと第２積分ブロックＢとは、エンベロープ波形信号の電圧を積分する期間が相違している。

第１実施形態においては、検査対象物ＯＢを叩いた瞬間の打音の音量（初期音量と呼ぶ）を一定にしているため、１つの積分期間における積分値（積分回路４９の出力電圧）から打音の減衰度合いを検出することができたが、この第２実施形態においては、初期音量が一定ではないため、２つの積分期間を設けて、各積分期間における積分値の比から打音の減衰度合いを検出する。従って、第１積分ブロックＡと第２積分ブロックＢは、回路構成に関しては、第１実施形態の遅延回路４７、ゲート信号発生回路４８、積分回路４９と基本的に同一であるが、２種類のゲート信号を生成するために遅延時間の設定やゲート信号のパルス幅の設定に関して第１実施形態と相違する。以下、第１ゲート信号発生回路４８ａが出力するゲート信号を第１ゲート信号と呼び、第２ゲート信号発生回路４８ｂが出力するゲート信号を第２ゲート信号と呼ぶ。

２種類のゲート信号は、信号の立ち上がりのタイミングを相違させてパルス幅を同一にするように設定してもよいし、信号の立ち上がりタイミングを同一にしてパルス幅を相違させるように設定してもよいし、立ち上がりタイミングとパルス幅との両方を相違させるように設定してもよい。本実施形態においては、第１遅延回路４７ａに比べて第２遅延回路４７ｂの遅延時間を長くして第１ゲート信号と第２ゲート信号の立ち上がりのタイミングをずらすとともに、各ゲート信号のパルス幅を同一にする。そして、第１遅延回路４７ａの遅延時間を第１実施形態の遅延回路４７と同等にし、第１遅延回路４７ａと第２遅延回路４７ｂの遅延時間の差をゲート信号のパルス幅分としている。従って、第１ゲート信号および第２ゲート信号は、図８に示すように、ゲート信号発生回路４３の出力信号がローレベルになった後、所定の時間差をもって発生する。第１積分回路４９ａ，第２積分回路４９ｂは、それぞれ入力されたゲート信号がハイレベルとなっている期間においてエンベロープ波形信号の電圧値を積分し、積分値に相当する電圧Ｖout１，Ｖout２を出力する。尚、第１積分ブロックＡが本発明の第１積分手段に相当し、第１積分ブロックＡの行う処理が本発明の第１積分ステップに相当する。また、第２積分ブロックＢが本発明の第２積分手段に相当し、第２積分ブロックＢの行う処理が本発明の第２積分ステップに相当する。

尚、本実施形態においても第１遅延回路４７ａと第２遅延回路４７ｂにゲート信号発生回路４３からのパルス信号を入力させ、第１ゲート信号発生回路４８ａ，第２ゲート信号発生回路４８ｂは入力したパルス信号の立ち下がりエッジを検出してゲート信号を出力するようにしてもよい。

第１積分回路４９ａの出力電圧Ｖout１と第２積分回路４９ｂの出力電圧Ｖout２は、除算回路８０に入力される。除算回路８０は、図９に示すように、トランジスタの対数特性を使用した第１ログ回路８１、第２ログ回路８２と、オペアンプ８３ａを使用した減算回路８３（差動増幅回路で増幅がない回路）と、トランジスタの対数特性を使用したアンチログ回路８４から構成される。第１ログ回路８１は、第１積分回路４９ａの出力電圧Ｖout１を入力し対数に相当する電圧に変換する。第２ログ回路８２は、第２積分回路４９ｂの出力電圧Ｖout２を入力し対数に相当する電圧に変換する。減算回路８３は、第２ログ回路８２の出力電圧と第１ログ回路８１の出力電圧との差に相当する電圧をアンチログ回路８４に出力する。アンチログ回路８４は、減算回路８３の出力電圧を指数に相当する電圧に変換する。これにより、除算回路８０は、第２積分回路４９ｂの出力電圧Ｖout２を第１積分回路４９ａの出力電圧Ｖout１で除算した値に相当する電圧Ｖdivを出力する。第１積分回路４９ａおよび第２積分回路４９ｂの出力電圧は、それぞれ異なった時間帯における打音の音量の積分値に相当するものであるため、除算回路８０の出力電圧Ｖdivは、打音の減衰度合いを表すものとなる。従って、除算回路８０の出力電圧Ｖdivを電圧計５０により測定することで、検査対象物ＯＢの良否（クラックの有無）を判定することができる。尚、除算回路８０が本発明の積分値比算出手段に相当し、除算回路８０の行う処理が本発明の積分値比算出ステップに相当する。

検査を行うにあたって、第１実施形態においては、操作スイッチ７０のオン操作により自動的に打撃アーム１３が検査対象物ＯＢを叩いたが、第２実施形態においては、操作スイッチ７０のオン操作を行った後に、検査者が打撃棒９０で検査対象物ＯＢを叩く点において相違する。その後の検査者の行う処理については、第１実施形態と同様である。つまり、電圧計５０の表示電圧と基準電圧とを比較し、その比較結果に基づいて検査対象物ＯＢの良否を判定する。この実施形態においては、打音の減衰度合いが大きいほど電圧計５０の測定電圧が減少するため、測定電圧が基準電圧を下回る場合に検査対象物ＯＢを不良品と判定する。

以上説明した第２実施形態の製品検査装置によれば、打音の音量を積分する期間を２つ設け、各期間における積分値の比から打音の減衰度合いを表す測定値を出力するようにしたため、打音の初期音量を一定にしなくても精度の高い検査を簡単に行うことができる。このため、検査対象物ＯＢを一定の力で叩く打音発生部や打撃制御部が不要となり低コストにて実施することができる。また、第１実施形態と同様な効果も奏する。

以上、本発明の２つの実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。

例えば、第１実施形態においては、電圧計５０にて積分回路４９の出力電圧値を表示するように構成したが、積分回路４９の出力をコンパレータに入力して、基準電圧との大小関係から良否を自動判定し、判定結果をランプの点灯／消灯、あるいは、表示器による文字表示で出力するようにしてもよい。同様に、第２実施形態においても、除算回路８０の出力電圧値と基準電圧との大小関係から良否を自動判定して判定結果を表示するようにしてもよい。

また、電圧計５０に代えて、デジタルオシロスコープを接続して電圧値を測定するようにしてもよい。また、ロックインアンプ４６の出力信号（エンベロープ波形信号）をＡ／Ｄ変換器に入力して所定のサンプリング周期でデジタルデータに変換し、マイクロコンピュータによりデジタルデータの推移から打音の減衰度合いを算出するようにしてもよい。この場合、積分回路４９、ゲート信号発生回路４８、遅延回路４７、電圧計５０を設ける必要は無い。

また、第１実施形態においては、打音発生部１０は電磁石１４の吸着解除による打撃アーム１３の回動により検査対象物ＯＢを一定の力で叩く構成であったが、例えば、糸で結ばれた錘（打撃部材）を一定の高さから落下させ、打音を検出したタイミングで糸を上昇させる駆動装置を設けた構成であっても良い。

また、上記２つの実施形態においては、打音の減衰度合いを表す値のみで検査対象物ＯＢの良否を判定したが、周波数測定回路４４で測定した打音の周波数を表示する周波数表示器を設け、検査者が、打音の減衰度合いを表す値（電圧計の測定値）と、打音の周波数とから検査対象物ＯＢの良否を判定できるようにしてもよい。これによれば、検査の確実性を向上させることができる。

１０…打音発生部、１１…検査台、１３…打撃アーム、１４…電磁石、１５…打撃部材、２０…マイクロフォン、３０…打撃制御部、４０…打音解析部、４１…アンプ、４２…音発生検出回路、４３…ゲート信号発生回路、４４…周波数測定回路、４５…バンドパスフィルタ、４６…ロックインアンプ、４７…遅延回路、４８…ゲート信号発生回路、４９…積分回路、５０…電圧計、６０…主電源、７０…操作スイッチ、８０…除算回路、９０…打撃棒。

Claims (8)

1. 製品に打撃を与えることで製品から打音を発生させ、前記打音の減衰度合いから製品の良否を判定する製品検査装置において、
   前記製品から発生した打音を電気信号に変換する電気信号変換手段と、
   通過帯域が可変設定可能であり、前記電気信号変換手段により打音から変換された電気信号を入力し、通過帯域内の周波数の電気信号を出力するバンドパスフィルタと、
   前記電気信号変換手段により打音から変換された電気信号の周波数を、前記打音が発生している初期において測定する周波数測定手段と、
   前記周波数測定手段により測定された周波数に基づいて、前記打音が発生している期間内に前記バンドパスフィルタの通過帯域を設定するフィルタ特性設定手段と、
   前記フィルタ特性設定手段により前記バンドパスフィルタの通過帯域が設定された後に、前記バンドパスフィルタが出力する電気信号の減衰度合いを測定する減衰度合測定手段と
   を備えたことを特徴とする製品検査装置。
2. 前記バンドパスフィルタは、クロック信号の周波数に基づいて通過帯域が設定されるスイッチトキャパシタフィルタであり、
   前記フィルタ特性設定手段は、前記周波数測定手段により測定された周波数に応じて前記スイッチトキャパシタフィルタのクロック信号の周波数を設定することを特徴とする請求項１記載の製品検査装置。
3. 前記減衰度合測定手段は、
   前記バンドパスフィルタが出力する電気信号から、信号出力の時間変化が打音の減衰カーブとなるエンベロープ波形信号を生成するエンベロープ波形信号生成手段と、
   前記エンベロープ波形信号生成手段により生成されたエンベロープ波形信号の大きさを予め設定された設定期間のあいだ積分して、その積分値を前記減衰度合いを表す値として出力する積分手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の製品検査装置。
4. 前記減衰度合測定手段は、
   前記バンドパスフィルタが出力する電気信号から、信号出力の時間変化が打音の減衰カーブとなるエンベロープ波形信号を生成するエンベロープ波形信号生成手段と、
   前記エンベロープ波形信号生成手段により生成されたエンベロープ波形信号の大きさを予め設定された第１設定期間のあいだ積分して、その積分値を出力する第１積分手段と、
   前記エンベロープ波形信号生成手段により生成されたエンベロープ波形信号の大きさを予め設定された第２設定期間のあいだ積分して、その積分値を出力する第２積分手段と、
   前記第１積分手段により出力された積分値と、前記第２積分手段により出力された積分値との比を前記減衰度合いを表す値として出力する積分値比算出手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の製品検査装置。
5. 製品に打撃を与えることで製品から打音を発生させ、前記打音の減衰度合いから製品の良否を判定する製品検査方法において、
   前記製品から発生した打音を電気信号に変換する電気信号変換ステップと、
   前記電気信号変換ステップにより打音から変換された電気信号の周波数を、前記打音が発生している初期において測定する周波数測定ステップと、
   前記周波数測定ステップにより測定された周波数に基づいて、前記打音が発生している期間内にバンドパスフィルタの通過帯域を設定するフィルタ特性設定ステップと、
   前記電気信号変換ステップにより打音から変換された電気信号を、前記フィルタ特性設定ステップにより通過帯域が設定されたバンドパスフィルタに入力し、前記設定された通過帯域内の周波数の電気信号を出力するバンドパスフィルタリングステップと、
   前記バンドパスフィルタが出力する電気信号の減衰度合いを測定する減衰度合測定ステップと
   を含むことを特徴とする製品検査方法。
6. 前記バンドパスフィルタは、クロック信号の周波数に基づいて通過帯域が設定されるスイッチトキャパシタフィルタであり、
   前記フィルタ特性設定ステップは、前記周波数測定ステップにより測定された周波数に応じて前記スイッチトキャパシタフィルタのクロック信号の周波数を設定することを特徴とする請求項５記載の製品検査方法。
7. 前記減衰度合測定ステップは、
   前記バンドパスフィルタが出力する電気信号から、信号出力の時間変化が打音の減衰カーブとなるエンベロープ波形信号を生成するエンベロープ波形信号生成ステップと、
   前記エンベロープ波形信号生成ステップにより生成されたエンベロープ波形信号の大きさを予め設定された設定期間のあいだ積分して、その積分値を前記減衰度合いを表す値として出力する積分ステップと
   を含むことを特徴とする請求項５または６記載の製品検査方法。
8. 前記減衰度合測定ステップは、
   前記バンドパスフィルタが出力する電気信号から、信号出力の時間変化が打音の減衰カーブとなるエンベロープ波形信号を生成するエンベロープ波形信号生成ステップと、
   前記エンベロープ波形信号生成ステップ手段により生成されたエンベロープ波形信号の大きさを予め設定された第１設定期間のあいだ積分して、その積分値を出力する第１積分ステップと、
   前記エンベロープ波形信号生成ステップにより生成されたエンベロープ波形信号の大きさを予め設定された第２設定期間のあいだ積分して、その積分値を出力する第２積分ステップと、
   前記第１積分ステップにより出力された積分値と、前記第２積分ステップにより出力された積分値との比を前記減衰度合いを表す値として出力する積分値比算出ステップと
   を含むことを特徴とする請求項５または６記載の製品検査方法。

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