JP3212733B2

JP3212733B2 - Ａｅ発生箇所標定装置

Info

Publication number: JP3212733B2
Application number: JP02247293A
Authority: JP
Inventors: 規泰小熊
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1993-02-10
Filing date: 1993-02-10
Publication date: 2001-09-25
Anticipated expiration: 2016-09-25
Also published as: JPH06235720A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被検出体のＡＥ(ア
コースティックエミッション)の発生箇所をＡＥセンサ
がＡＥを検出した時刻に基づいて標定するＡＥ発生箇所
標定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のＡＥ発生箇所標定装置と
しては、被検出体からのＡＥを検出する２個のＡＥセン
サと、上記各ＡＥセンサからのＡＥ信号を増幅するアン
プリファイアー(以下、アンプという)と、この各アンプ
から出力されたＡＥ信号としきい値とをそれぞれ比較す
る２個の比較器と、この２個の比較器から出力されるＡ
Ｅ信号がしきい値を越えたことを表す各信号を受けた両
時刻間の時間差に基づいて、ＡＥの発生箇所を決定する
ＡＥ発生箇所決定手段とを備えたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＡＥ発生箇所標定装置は、単に、ＡＥ信号がしきい
値を越えた時刻に基づいて、ＡＥの発生箇所を標定して
いるため、次のような問題がある。すなわち、図６に示
すように、ＡＥの発生箇所が第１と第２のＡＥセンサと
の間の丁度中間点であって、同じ波形のＡＥ信号ＷＬを
第１と第２の比較器が受けたとしても、レベルの異なる
しきい値Ｌ１,Ｌ２を用いると、ＡＥ信号ＷＬがしきい
値を越えたＡＥ信号ＷＬの波形上の点はＡ,Ｂとなり、
その時刻はＴa,Ｔbとなって、ＡＥの発生箇所を第１と
第２のＡＥセンサの中間点とは異なる点だと標定するこ
とになる。また、第１と第２の比較器が同じしきい値Ｌ
２を用いたとしても、減衰の具合により、第１のＡＥセ
ンサが受けるＡＥに対応するＡＥ信号の波形がＷＬとな
り、第２のＡＥセンサが受けるＡＥに対応するＡＥ信号
の波形がＷＳとなり、そのため、各ＡＥ信号ＷＬ,ＷＳ
がしきい値Ｌ２を越える各波形上の点はＢ,Ｃとなり、
その時刻はＴb,Ｔcとなって、やはり、ＡＥの発生箇所
が第１と第２のＡＥセンサの中間点であっても、中間点
と異なる点をＡＥの発生箇所と標定することになる。つ
まり、従来のＡＥ発生箇所標定装置では、ＡＥ信号がし
きい値を越えた時刻に基づいて、ＡＥの発生箇所を標定
しているため、図６に示すように、しきい値のレベルの
相違による標定誤差や、ＡＥ信号の減衰による振幅の相
異による標定誤差が生じることになる。このような標定
誤差は、固い材料、例えば、窒化けい素系セラミックス
のような被検出体の場合には、その中を伝わる音速が速
いため、極めて大きなものとなる。

【０００４】そこで、この発明の目的は、しきい値の相
違や減衰の程度の違いに影響を受けることなく、特に、
音速の速い場合においてでも正確にＡＥ発生箇所を標定
できるＡＥ発生箇所標定装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明のＡＥ発生箇所標定装置は、被検出
体からのＡＥを検出する少なくとも２個のＡＥセンサ
と、上記各ＡＥセンサから出力されたＡＥ信号を増幅す
る増幅器と、上記各増幅器から出力された増幅されたＡ
Ｅ信号の各波形を記憶するウエーブメモリと、上記増幅
器からの増幅されたＡＥ信号としきい値とを比較する比
較手段と、上記比較手段が上記ＡＥ信号がしきい値を越
えたことを表す信号を出力したときに、上記ウエーブメ
モリから所定時間領域の上記各波形を読み出して、上記
各波形における２番目に発生する極値の発生時刻を決定
する極値発生時刻決定手段と、上記極値発生時刻決定手
段により決定された２番目に発生した極値の発生時刻間
の時間差に基づいて、ＡＥの発生箇所を決定するＡＥ発
生箇所決定手段とを備えたことを特徴としている。

【０００６】上記構成によると、少なくとも２個のＡＥ
センサが被検出体からのＡＥを検出する。上記各ＡＥセ
ンサから出力されたＡＥ信号は増幅器で増幅されて、こ
の増幅されたＡＥ信号の各波形はウエーブメモリに記憶
される。一方、上記比較手段が上記増幅器からの増幅さ
れたＡＥ信号としきい値を比較する。上記比較手段が上
記ＡＥ信号がしきい値を越えたことを表す信号を出力し
たときに、極値発生時刻決定手段は上記ウエーブメモリ
から所定時間領域の上記各波形を読み出して、上記各波
形における２番目に発生した極値の発生時刻を決定す
る。上記所定時間領域は比較手段が上記ＡＥ信号がしき
い値を越えたと判断する時刻よりも前の時刻における波
形をも含む時間領域であってもよく、あるいは、しきい
値が極めて小さいときには、上記比較手段が上記ＡＥ信
号がしきい値を越えたと判断した時刻よりも後の時刻の
みを含む時間領域であってもよい。ＡＥ発生箇所決定手
段は上記極値発生時刻決定手段により決定された各２番
目に発生した極値の発生時刻間の時間差に基づいて、Ａ
Ｅの発生箇所を決定する。すなわち、この時間差に相当
したＡＥの伝播距離だけ、対のＡＥセンサからの距離に
差がある点の位置を求めて、ＡＥの発生箇所が決定され
る。このように、各ＡＥセンサが検出したＡＥの波形の
２番目に発生した極値の発生時刻に基づいて、ＡＥの発
生箇所を標定するので、しきい値の大小や減衰の大小等
に影響を受けることなく、正確にＡＥの発生箇所を標定
することができ、特に、ＡＥの速度が速い、例えば、窒
化けい素系セラミックスのような硬質な材料のＡＥの発
生箇所を正確に標定することができる。以上のことは、
図６に示すように、波形ＷＬ,ＷＳの大小に関係なく、
極値Ｈｈ,Ｈ１の発生する時刻Ｔhは同じであることから
も分かる。なお、線路等の一次元におけるＡＥの発生箇
所を決定するには、２個のＡＥセンサの位置と、それら
のＡＥセンサがＡＥ信号の２番目の極値を検知した時刻
の時間差に基づいて決定される。二次元におけるＡＥの
発生箇所を決定するには、３個のＡＥセンサの位置と、
それらのＡＥセンサがＡＥ信号の２番目の極値を検知し
た時刻の時間差に基づいて決定される。たとえば、２つ
のＡＥセンサの位置を焦点とし、これらの焦点からの距
離の間の差が、上記時間差に相当した距離である点の軌
跡である双曲線を描き、このような双曲線を各対のＡＥ
センサの位置を焦点として複数描き、これらの双曲線の
交点からＡＥの発生箇所が決定される。

【０００７】さらに、上記極値発生時刻決定手段が上記
ＡＥ信号の２番目に発生した極値を決定するようにして
いるので、次のような利点がある。すなわち、もし、１
番目の極値を選択したとすると、１番目の極値はそのレ
ベルが低いため、減衰の影響により、増幅器で増幅して
も、１番目の極値の決定が不正確になるのに対して、こ
の発明のように、２番目の極値を選択すると、そのレベ
ルが低すぎることがないため、減衰があっても、２番目
の極値を正確に決定して、その発生時刻を正確に検知で
きる。また、もし、３番目の極値を選択したとすると、
そのレベルが高すぎるため、増幅器を高い増幅率に設定
してＡＥ信号を高感度に検出しょうとすると、オーバー
レンジすることがあるのに対して、この発明のように、
２番目の極値を選択すると、そのレベルが高すぎること
がないため、増幅器を高い増幅率に設定して増幅して
も、オーバーレンジすることがない。

【０００８】請求項２の発明では、上記比較手段は、そ
れぞれの増幅器からの増幅された各ＡＥ信号としきい値
とを比較し、上記極値発生時刻決定手段は、上記比較手
段から各ＡＥ信号がしきい値を越えたことを表す信号を
受けたときに、その各ＡＥ信号の波形をウエーブメモリ
から読み出す。

【０００９】上記構成によると、上記比較手段は、それ
ぞれの増幅器からの各ＡＥ信号としきい値とを比較し
て、極値発生時刻決定手段は、各ＡＥ信号がしきい値を
越えたときに、その各ＡＥ信号の波形をウエーブメモリ
から読み出して、処理を行う。このように、少なくとも
２個のＡＥセンサから出力されてそれぞれの増幅器で増
幅された各ＡＥ信号について、別々にしきい値と比較
し、ＡＥ信号がしきい値を越えたときにそのしきい値を
越えたＡＥ信号の波形をウエーブメモリから読み出すの
で、一つだけの比較器を用いて、一つのＡＥセンサから
のＡＥ信号がしきいを越えたときに、全てのＡＥセンサ
からのＡＥ信号の波形を全てウエーブメモリから読み出
すようにする場合に比して、各ＡＥ信号について、多す
ぎることのない必要な領域の波形のみをウエーブメモリ
から読み出すことができ、信号の処理量を少なくするこ
とができる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明を図示の実施例により詳細に
説明する。

【００１１】図１において、１は窒化けい素系セラミッ
クス等の固い被検出体からのＡＥを検出する第１ＡＥセ
ンサ、２は第１ＡＥセンサ１から出力されたＡＥ信号を
増幅する増幅器の一例としてのプリアンプ、３はプリア
ンプ２から出力されたＡＥ信号を受けて、例えば１００
ＫＨz以下の機械的ノイズと２ＭＨz以上の電気的ノイズ
を削除するバンドパスフィルタ、４はバンドパスフィル
タ３から出力されたＡＥ信号を増幅する増幅器の一例と
してのメインアンプである。

【００１２】ウエーブメモリ６はメインアンプ４から出
力されたＡＥ信号をデジタル化して、逐次記憶する。上
記ウエーブメモリ６はＡＥ信号の所定時間領域分を記憶
する容量を有し、その容量がＡＥ信号によって満たされ
ると、先に記憶したＡＥ信号を捨て、新しいＡＥ信号を
記憶していく。つまり、このウエーブメモリ６はいわゆ
るＦＩＦＯ(先入れ先出し)形式の記憶をしており、所定
時間領域のＡＥ信号の波形全体を微細な時間刻みで記憶
している。一方、比較器５はメインアンプ４からのＡＥ
信号としきい値とを比較する。このしきい値はＡＥ信号
の発生時刻そのものを決定するためのものではなく、ど
の所定時間領域のＡＥ信号を処理するかを決定するため
のものである。したがって、このしきい値は低いレベル
に設定され、このレベルを越えた場合に、上記所定時間領
域のＡＥ信号について後述の処理が行なわれる。上記比
較器５がＡＥ信号のレベルがしきい値のレベルを越えた
ことを表す信号をウエーブメモリ６とコンピュータ７に
出力する。上記ウエーブメモリ６は比較器５からＡＥ信
号がしきい値を越えたことを表す信号を受けると、その
時点で、ウエーブメモリ６が記憶している所定時間領域
分の時刻とＡＥ信号のレベルを対応づけたデータをコン
ピュータ７に出力する。上記所定時間領域には、ＡＥ信
号がしきい値を越える以前の時刻も含んでいる。コンピ
ュータ７は図２に示すソフトウェアにより動作して、Ａ
Ｅの発生箇所の標定結果を表す信号を表示装置８に出力
して、ＡＥの発生箇所を表示装置８に表示する。

【００１３】なお、第２センサ１１、プリアンプ１２、
バンドパスフィルタ１３、メインアンプ１４、比較器１
５およびウエーブメモリ１６は、先に述べた第１ＡＥセ
ンサ１、プリアンプ２、バンドパスフィルタ３、メイン
アンプ４、比較器５およびウエーブメモリ６と全く同じ
構成をしており、全く同じ動作をする。

【００１４】上記コンピュータ７の動作を図２を参照し
ながら以下に説明する。

【００１５】まず、上記コンピュータ７は比較器５,１
５からＡＥ信号がしきい値を越えたことを表す信号を受
けたか否かを判断する(ステップＳ１)。第１ＡＥセンサ
１、比較器５およびウエーブメモリ６等の動作と、第２
ＡＥセンサ１１、比較器１５およびウエーブメモリ１６
等の動作とは、全く同じなので、以下では、上記第１Ａ
Ｅセンサ１、比較器５およびウエーブメモリ６等につい
てのみ説明する。上記比較器５からの信号に基づき、
ＡＥ信号がしきい値を越えたと判別すると(ステップＳ
１)、ウエーブメモリ６から所定時間領域の間のＡＥ信
号の波形そのものを読み取る(ステップＳ２)。このＡＥ
信号の波形は図３の下段に示すような形をしている。こ
の読み出されたＡＥ信号の波形は、この実施例では、Ａ
Ｅ信号がしきい値を越えたと判断する時点よりも以前の
領域と以後の領域とを含むものである。

【００１６】次に、上記読み出されたＡＥ信号の波形に
基づき、図３に示す２番目に発生する極値としての第１
極小値Ｅ２の発生時刻Ｔ２を決定する（ステップＳ
３）。この第１極小値の発生する時刻Ｔ２を決定するア
ルゴリズムは種々あるが、たとえば、所定時間幅でＡＥ
信号のレベルの差を取り、その差がマイナスからプラス
に転じた１番目の点の時刻を第１極小値の発生する時刻
Ｔ２とするものである。図３において、１番目に発生す
る極値である第１極大値Ｅ１を検出しようとすると、こ
の極大値のレベルが小さいため、ＡＥ信号によっては、
この第１極大値の発生時刻を正確に決定することができ
ない。また、３番目に発生する極値である第２極大値Ｅ
３の発生時刻を検出しようとすると、第２極大値Ｅ３の
レベルが高いため、増幅率によってはオーバーレンジす
ることがある。したがって、２番目に発生する極値であ
る第１極小値Ｅ２の発生時刻Ｔ２を検出するのである。
なお、図３において、上段はＡＥ信号の発信波形を表
し、下段はＡＥ信号の受信波形を表し、Ｔ０は発信波形
の発生時刻を表す。

【００１７】次に、このようして求めた第１ＡＥセンサ
１からのＡＥ信号の第１極小値の発生時刻と第２ＡＥセ
ンサ１１からのＡＥ信号の第１極小値の発生時刻との時
間差を求め、さらに、この時間差に相当するＡＥの伝播
距離を求めて、第１センサ１を設けた点と第２ＡＥセン
サ１１を設けた点に対して、上記走行距離だけの距離差
を有する点をＡＥの発生箇所と標定する(ステップＳ
４)。そして、この標定動作を終了するか否かを判断す
る(ステップＳ５)。

【００１８】このように、この実施例では、単に、ＡＥ
信号がしきい値を越えた時刻を求めるのではなく、各Ａ
Ｅ信号の波形について同等な点である第１極小値Ｅ２の
発生時刻Ｔ２を基準にして、ＡＥの発生箇所を決定する
ので、第１,第２ＡＥセンサ１,１１からのＡＥ信号に対
する比較器５,１５のしきい値の設定の如何に拘わら
ず、また、減衰の程度の如何に拘わらず、正確にＡＥの
発生箇所を決定することができる。また、２番目に発生
する適切なレベルを有する第１極小値Ｅ２の発生時刻Ｔ
２を求めるようにしているから、減衰が大きいあるいは
転がり軸受に適用したときのように転がりノイズが発生
する場合であっても、１番目に発生する極値である低い
レベルの第１極大値Ｅ１を特定して、その発生時刻を求
める場合に比べて、第１極小値Ｅ２の特定が正確にで
き、したがって、その発生時刻を正確に定めることがで
きる。また、２番目に発生する極値である第１極小値Ｅ
２は、３番目に発生する極値である第２極大値Ｅ３や４
番目に発生する極値である第２極小値Ｅ４よりもレベル
が低いから、増幅しても、オーバーレンジすることがな
く、第１極小値Ｅ２の発生時刻Ｔ２を確実に決定するこ
とができる。

【００１９】図４は図３に示す発信波形と受信波形の関
係を、第１極大値と第２極大値と第１極小値をパラメー
タとして、発信波形電圧と受信波形振幅との関係で示し
たものである。○は図３の上段に示す発信波形の立ち上
がり時間Ｄが０.１μsであるものを示し、□は発信波形
の立ち上がり時間Ｄが０.３μsであるものを示し、△は
発信波形の立ち上がり時間Ｄが０.５μsであるものを示
す。また、○ □ △の中に線がないものは第１極大値を
表し、縦線があるものは第２極大値を表し、横線がある
ものは第１極小値を表す。この図から分かるように、第
２極大値を用いた場合にはオーバーレンジし、第１極大
値を用いた場合にはレベルが低くなり、第１極小値を用
いた場合にはレベルが適切になることが分かる。

【００２０】図５は平面上におけるＡＥの発生箇所を標
定する装置の概要を示したものである。矩形の平板状の
被検出体のコーナー３箇所にＡＥセンサ２１,２２,２３
を設けている。図示しない転動体が円形の軌道を走行
し、転走痕２５を残している。この３個のＡＥセンサ２
１,２２,２３からの各ＡＥ信号について、先の実施例と
全く同様にして、第１極小値の各発生時刻を求め、この
発生時刻間の時間差に相当する距離差を各ＡＥセンサ２
１,２２,２３から有する点を求め、ＡＥの発生箇所とし
た。このＡＥの発生箇所の標定結果は、実際のＡＥの発生
箇所が(３３.０,５６.０)であるのに対して、(３２.０,
５７.０)となり、極めて精度の高いものであった。な
お、従来のＡＥ信号がしきい値を越えた時刻を基にし
て、ＡＥの発生箇所を標定する装置では、(３１.８, ４
９.９)であった。これからも、この実施例の装置は従来
例の装置に比べてはるかに精度が高いことが分かる。

【００２１】上記実施例ではＡＥセンサを２個あるいは
３個設けた例について述べたが、三次元空間におけるＡ
Ｅの発生箇所を標定するためには４個以上のＡＥセンサ
を設ければよい。

【００２２】また、上記実施例では、プリアンプ２,１
２、バンドパスフィルタ３,１３およびメインアンプ４,
１４を用いたが、これらのうちのいくつかは取り除いて
もよい。

【００２３】また、上記実施例では、最初に極大値が出
て、次に、極小値が出るＡＥ信号の波形であったが、機
器の特性によっては、最初に極小値が出て、次に、極大
値が出る形式のものもある。この場合は、２番目に発生
する極値の発生時刻として、第１極大値の発生時刻を検
出するようにすればよい。

【００２４】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の発
明のＡＥ発生箇所標定装置は、ウエーブメモリに少なく
とも２個のＡＥセンサから出力されて増幅器で増幅され
たＡＥ信号の波形を記憶すると共に、上記増幅器からの
増幅されたＡＥ信号としきい値とを比較手段によって比
較して、上記ＡＥ信号がしきい値を越えたときに、上記
ウエーブメモリから所定時間領域の上記各ＡＥ信号の波
形を読み出して、上記各波形における２番目に発生する
極値の発生時刻を極値発生時刻決定手段によって決定
し、さらに、これらの２番目の極値の発生時刻間の時間
差に基づいて、ＡＥ発生箇所決定手段によって、ＡＥ発
生箇所を決定するようにしているので、ＡＥの速度が速
い、例えば、窒化けい素系セラミックスのような硬質な
材料からなる被検出体についてでも、しきい値の設定レ
ベルの相違やＡＥ信号の減衰の程度に関係なく、正確に
ＡＥの発生箇所を標定することができる。特に、各波形
における２番目に発生する極値の発生時刻に基づいて、
ＡＥ発生箇所を決定するようにしているので、ＡＥの減
衰が大きい場合であっても、正確に極値の発生時刻を決
定することができ、また、増幅器を高い増幅率に設定し
て増幅して高感度にＡＥを検出しょうとしても、オーバ
ーレンジすることがない。

【００２５】また、請求項２の発明のＡＥ発生箇所標定
装置は、少なくとも２個のＡＥセンサから出力されて増
幅器で増幅された各ＡＥ信号について、比較手段が各Ａ
Ｅ信号を別々にしきい値と比較し、ＡＥ信号がしきい値
を越えたときにそのしきい値を越えたＡＥ信号の波形を
ウエーブメモリから極値発生時刻決定手段が読み出すの
で、各ＡＥ信号について、多すぎることのない必要な領
域の波形のみをウエーブメモリから読み出すことがで
き、信号の処理量を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の第１実施例のＡＥ発生箇所
標定装置のブロック図である。

【図２】図２は上記実施例のフローチャートである。

【図３】図３はＡＥ信号の波形を示す図である。

【図４】図４は発信波形電圧と受信波形振幅との関係
を示すグラフである。

【図５】図５はこの発明の第２実施例のＡＥ発生箇所
標定装置の一部の模式図である。

【図６】図６はＡＥ信号の波形の大小およびしきい値
の高低によるＡＥの検出時刻の相違を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１…第１ＡＥセンサ、２,１２…プリアンプ、３,１３…
バンドパスフィルタ、４,１４…メインアンプ、５,１５
…比較器、６,１６…ウエーブメモリ、７…コンピュー
タ、８…表示装置、１１…第２ＡＥセンサ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被検出体からのＡＥを検出する少なくと
も２個のＡＥセンサと、上記各ＡＥセンサから出力されたＡＥ信号を増幅する増
幅器と、上記各増幅器から出力された増幅されたＡＥ信号の各波
形を記憶するウエーブメモリと、上記増幅器からの増幅されたＡＥ信号としきい値とを比
較する比較手段と、上記比較手段が上記ＡＥ信号がしきい値を越えたことを
表す信号を出力したときに、上記ウエーブメモリから所
定時間領域の上記各波形を読み出して、上記各波形にお
ける２番目に発生する極値の発生時刻を決定する極値発
生時刻決定手段と、上記極値発生時刻決定手段により決定された２番目に発
生した極値の発生時刻間の時間差に基づいて、ＡＥの発
生箇所を決定するＡＥ発生箇所決定手段とを備えたこと
を特徴とするＡＥ発生箇所標定装置。
【請求項２】上記比較手段は、それぞれの増幅器から
の増幅された各ＡＥ信号としきい値とを比較し、上記極
値発生時刻決定手段は、上記比較手段から各ＡＥ信号が
しきい値を越えたことを表す信号を受けたときに、その
各ＡＥ信号の波形をウエーブメモリから読み出すことを
特徴とする請求項１に記載のＡＥ発生箇所標定装置。