JPH04503863A - 損傷につきモノリスを音響検査する方法およびその方法を実施する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 損傷につきモノリスを音響検査する方法およびその方法を実施する装置 本発明は、損傷につきモノリスを音響検査する方法、並びにこの方法を実施する ための装置に関するものである。

たとえば自動車の排気ガス触媒および煤フィルタを作成するために使用するよう なモノリス担持体は、一般に比較的脆いセラミック材料からなっている。使用さ れる材料の大きい脆性の結果、モノリスはその作成または加工に際し損傷される ことがあり、特にモノリスの取扱いに際しその表面または内部に微細な亀裂が形 成しうる。この種の亀裂は、その後のモノリスの破壊に対する出発点となるので 担持体を実用的に使用しえなくする。この種の亀裂を有するモノリスの破壊は、 たとえば加工および／または操作の際の振動により比較的僅かな負荷にて既に生 じつる。この理由から、たとえ僅かな損傷であるにせよモノリス担持体はさらに 加工することができない。

したがって、担持体をさらに加工する前に起こりつる損傷につき検査することが 提案されている。勿論、表面状態にのみ向けうる光学検査の他に音響検査も行な われる。この・場合、担当操作員はモノリスに軽い衝撃を加え、次いでモノリス から放出される物音を判定する。この場合、モノリスの内部に存在する亀裂がそ の振動特性および放射される周波数に影響を及ぼすという知見を利用する。

この種の音響検査は種々の欠点を伴う。１つには、検査する人員の主観的音感が 試験の結果につき決定的になるので再現性が不満足となる。さらに、発生した物 音の種々異なる大きさ程度が検査員の音感を変化させる限り、音響検査の既知の 過程で利用しうる衝撃の場所および強度も検査の結果に影響を及ぼす。したがっ て全体として従来の音響検査につき低い信頼性しか得られず、これは実用上モノ リスの大部分があたかも傷がないように或いは傷があるように分類されるような 印象を与える。しかしながら、明確に無傷として分類されたモノリスのみが安全 性の理由から再加工されるので、用いられた検査法の上記不確実性は生産の際の 比較的高い廃棄割合、したがって比較的高い製造コストをもたらす。

本発明の課題は、損傷につきモノリスを音響検査するための高信頼性を特徴とす る方法を提供することにある。

本発明によれば、この課題は上記種類の方法において、固定されたモノリスに対 し所定の大きさの打撃を硬質衝撃体によって加え、 打撃されたモノリスから放出される物音の音圧／周波数−分布を分析ユニットに て周波数−分析器により分析し、分析結果を少なくとも検査されたモノリスにつ き個々の特徴的な基準点の範囲にて未損傷モノリスにつき決定された基準曲線と 対比する ことにより解決される。

放出された物音の音圧／周波数−分布を決定するため周波数分析器を用いること により、公知の検査法にて検査員の聴覚１感によって生ずる不確実性が確実に排 除される。未障害モノリスにつき得られた基準曲線と分析結果との比較も同様に 試験法の信頼性を向上させる。この点において、未障害モノリスと障害モノリス とは特にその高い周波数（たとえば４〜１２ｋ）ｌｘ　）における音圧分布に関 し相違する一方、人間の聴覚は約１ｋＨｚにてその最大感度を有するという知見 も極めて重要である。未損傷モノリスと損傷モノリスとの差につき決定的に重要 である周波数スペクトルにて人間聴覚の感度が低い周波数における場合よりもず っと小さいという事実において、従来の試験法における比較的大きい誤差率を説 明することができる。本発明の方法においては、人間聴覚における基本的に不完 全な能力は本発明の目的に関しもはや役割を演じない。

本発明による方法の好適具体例においては、少な（とも２回の音圧測定を異なる 伝播方向で同期して行なう。所定の空間方向に放出された音圧分布はモノリスに おける亀裂の位置および方向により相当程度に影響を受けるので、僅か１つの伝 播方向においてのみ単一の音波測定を行なっても「望ましくない」亀裂が未確認 のまま残存するという事実が排除されない。しかしながら、異なる伝播方向に２ 回もしくはそれ以上の音圧測定を同期して行なえば、常に少なくとも１つの測定 曲線において亀裂が確認されるような音圧分布の変動が生ずる。したがって、異 なる伝播方向に少なくとも２回の音圧測定を同期して行なうという手段により、 本発明の方法の信頼性をさらに向上させることができる。円筒状モノリスの場合 、正確に２回の音圧測定を行なうのが特に好適であり、そのうち一方は軸線方向 に行ない、他方は半径方向に行なう。

これは同様に円筒状モノリスだけでなく他の基面（たとえば楕円）を有するよう な円筒状モノリスについても当て嵌まる。

既に上記したように、損傷モノリスにおける音圧分布の特徴的な変動は特に４〜 １２ｋＨの範囲で生ずるので、本発明による方法の好適具体例においては周波数 分析をこの領域に限定するのが合理的である。この場合、分析結果と基準曲線と の比較は全スペクトルでなく個々に選定された基準点においてのみ行なうことが 特に好適である。

この場合、基準点は個々の種類のモノリスに特徴的な周波数、すなわた特に衝撃 を受けたモノリスから放出される物音が特に高い音圧を有するような周波数に関 するものである。

基準曲線はこの周波数にて、いわゆる「ピーク」を有する。

この場合、基準点は一連の予備試験にて各モノリスにつき測定される。

分析結果と基準曲線との比較は分析ユニットと接続したコンピュータユニットで 行なうのが好適である。ここで、比較は特にピークの比較によりその周波数、所 定の周波数帯における個数および／またはその振幅（音圧）に関し行なうことが できる。

本発明による方法の好適具体例においては、音圧分析に際し衝撃体の衝突物音を 考慮しない。このようにして、衝撃体の衝突に際しモノリスに発生する物音によ る放出周波数の測定誤差が回避される。音圧分析は専ら発生した物音に限定され 、したがって検査されるモノリスの状態に関し一層高い表現力を有する。衝撃体 の衝突の後、５〜３０ｍ５の間に音圧分析を行なうのが特に好適である。

衝撃体は好ましくは振子の１部であって、各検査過程に際し振子軌道の同一点か ら解放される。このようにして、モノリスに加えられる衝突力は常に同一の容易 に測定しうる大きさを有するようになる。円筒状モノリスの場合、衝撃体は好ま しくは一方の前面、特に好ましくはその中心に衝突する。

本発明による方法を実施するのに適した装置は、試験すべきモノリスのための収 容部と、可動衝撃体を含む衝撃装置と、少なくとも１個の音圧レシーバと、音圧 レシーバ（複数の音圧レシーバ）に接続した分析ユニットとを備える。

この場合、好ましくは分析ユニットはコンピュータユニットを備えて、分析ユニ ットで測定された分析結果と基準曲線との比較を行なう。好ましくはコンピュー タユニットに表示ユニットを接続して検査の結果を表示する。

種々異なる種類のモノリスを収容部に位置決めしうるよう、これは好ましくはモ ノリスを載置するための３個の支持体を備える。代案として、収容部の形態を拡 張板とし、少なくとも１個の各モノリスに適合した拡張部材を設ける。これら支 持体もしくは拡張部材は好ましくは弾力可撓性材料からなる緩衝部材を備えて、 揺動脱着を防御する。好ましくは衝突装置は振子支持体と、衝撃体が設けられた 振子とを備える。この種の振子は衝撃体からモノリスに伝達される衝突力の特に 高い均一性を保証し、これは測定結果の再現性につき極めて重要である。この場 合、特に好ましくは衝撃体は強磁性材料からなり、衝撃装置は衝撃体の振子軌道 の上路点に配置された電磁石を備える。このように形成された装置において検査 過程は次のように開始される。すなわち、電磁石を無通電状態にして強磁性衝撃 体を解放すると共に、モノリスに対する所定の振子軌道を生ぜしめる。

本発明による装置の分析ユニットは、好ましくは周波数分析の開始をモノリスに 対する衝撃体の衝突に応じて制御するように形成される。分析ユニットに付設さ れた制御部は、好ましくは周波数分析をモノリスに対し衝撃体が衝突した時点の 後５〜３０ｍ５の間に開始する。衝撃時点および衝突物音に関する情報が分析ユ ニットに１つもしくはそれ以上の音圧レシーバから供給される。音圧／周波数− 分布を決定するため、好ましくは分析ユニットはＦＦＴ−分析器を備え、すなわ ち音圧分布は「迅速ホリエール変換」によって決定される。音圧レシーバとして は、特に好ましくはコンデンサマイクロホンが設けられる。

以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明による方法を実施するための装置の１実施例を示し、 第２図は未障害モノリスの音圧／周波数−分布を示し、第３図は障害モノリスの 音圧／周波数分布を示し、第２図および第３図においてはそれぞれ異なる伝播方 向で測定された２本の測定曲線が示されている。

第１図による検査装置は基板１上に構築される。基板１上にはモノリス３のため の収容部２も構築される。収容部２は拡張板４を備えて前側の拡張部材５とモノ リス３のための下側ストッパ６および側方ストッパ７とを支持する。前側拡張部 材５はモノリス３を特にその軸線方向に固定する一方、両ストッパ６．７は衝撃 体８が正確に後面の中心、すなわち拡張部材５から離反したモノリス３の前面９ に衝突するようモノリスを調整するのに役立つ。ストッパ６．７も拡張部材５も モノリス３に対する接触面に弾力可撓性材料からなる緩衝部材３０を有する。

拡張板４は迅速拡張装置１０によって基板１に固定され、これにより種々異なる 種類のモノリスに適合した２種の収容部２を互いに迅速に交換することができる 。拡張板４には２個のマイクロホン保持体ｌＬ１２を設けて、それぞれコンデン サマイクロホン１３．１４を支持する。この場合、コンデンサマイクロホン１３ はモノリス３の前側面１５より突出するのに対し、他方のコンデンサマイクロホ ン１４はモノリス３の周面に指向する。

衝撃装置１６は振子１７を備えて、その自由端部が鋼球としての衝撃体８を支持 する。振子１７は架台１８に懸垂され、この架台１８を基板１に固定する。振子 １７は硬質チューブとして形成された振子ロッド３１を備え、これを架台１８に ボールベアリング１９により水平軸線２０を中心として旋回自在に連結する。

基板１にはさらに磁石支持体２１をも設け、そのモノリス３に指向する前面に電 磁石２２を固定する。基板１はさらに分析ユニット２３をも支持し、これをコン ピュータユニットと一体化して測定−１分析−および比較−電子回路を同一のハ ウジング内に収納する。分析ユニット２３にはコンデンサマイクロホン１３．１ ４をリード線２４．２５を介して接続する。電磁石２２を分析ユニット２３にリ ード線２６を介して接続する。コンピュータユニットと連結した表示装置２７は ２個の表示ランプ２８．２９を備える。表示ランプ２８は、検査されたモノリス がコンピュータユニット２３により欠陥があると決定された場合に点灯する。こ れに対し表示ランプ２９は、たとえば検査装置の故障により試験の反復が必要と される場合に点灯する。

第２図は、たとえば寸法６．６８インチｘ３．１８インチｘ６インチ（１６，９ ７ｃｍ　ｘ　８．０８ｃｍｘ　１５．２４ｃｍ　）の未障害の楕円円筒モノリス ３につき測定された音圧／周波数−分布を示している。

考慮した周波数スペクトルはθ〜１２．８ｋＨｚの範囲であって、横軸に示され る。縦軸に示した音圧の尺度は０〜８０ｄＢの範囲第２図の上側セクションに示 した分布は、モノリス３の側方に配置したマイクロホン１４（第１図）で測定さ れたものである；下側に示した音圧／周波数−分布は前面１５に指向させたマイ クロホン１３（第１図）で測定したものである。

コンピュータユニットは第２図に示した検査手順につき開始のｌＱｍｓ後に行な い、すなわち周波数分析に際し衝撃体８がモノリス３に衝突してから最初の１０ ｍ５を考慮せずに残した。

第３図は同じ検査条件下で測定された同一種類の欠陥を有するモノリスに関する 対応の音圧／周波数−分布を示す。第３図は、欠陥のあるモノリスの場合、特に ６ｋＨｘより高い周波数領域にて未障害モノリスに特徴的である第２図からの顕 著な物音−先端値が出現しないことを明かに示している。特に、未障害モノリス に存在する先端値が側方配置されたマイクロホンにて測定される音圧／分布の７ ．４　．７．９　．８．７　；１０．０；１０．９およびＩｆ、　１ｋＨｚにて 欠損する（第２図、上側セクション、丸印参照）。上記周波数は、したがって検 査された種類のモノリスにつき特徴的な基準周波数を形成する。同じことが前側 配置されたマイクロホンにに関し周波数７，４　；８．７　；１０．８；１１． ２およびＩｌ、　１ｋＨｚについても言える（第２図、下側セクション、箱印参 照）。

要約書 損傷につき音響検査する目的でモノリスに対し硬質衝撃体により所定の力の１撃 を加える。打撃したモノリスにより発生した音の音圧／周波数−分布を周波数分 析器によって分析し、その結果を未障害モノリスに見られる基準曲線と対比する 。この方法を実施する装置は検査すべきモノリス（３）のための収容部と、衝突 体（８）と、音圧レシーノくとしてのコンデンサマイクロホン（１３，１４）と 、周波数分析器を有する分析ユニット（２３）とを備える。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. １．損傷につきモノリスを音響検査するに際し：固定されたモノリスに対し所定 の大きさの打撃を硬質衝撃体によって加え、 打撃されたモノリスから放出される物音の音圧／周波数−分布を分析ユニットに て周波数−分析器により分析し、分析結果を少なくとも検査されたモノリスにつ き個々の特徴的な基準点の範囲にて未損傷モノリスにつき決定された基準曲線と 対比する ことを特徴とするモノリスの音響検査方法。
2. ２．少なくとも２回の音圧測定を異なる伝播方向で同期して行なうことを特徴と する請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．円筒状モノリスにつき、一方を軸方向としかつ他方を半径方向とする正確に ２回の音圧測定を行なうことを特徴とする請求の範囲第２項記載の方法。
4. ４．音圧分布を約４〜１２ｋＨｚの周波数帯にて分析することを特徴とする請求 の範囲第１項記載の方法。
5. ５．分析結果を基準曲線と比較するに際し特徴ピークの周波数を比較することを 特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
6. ６．分析結果を基準曲線と比較するに際し選択された周波数帯におけるピークの 個数を比較することを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
7. ７．分析結果を基準曲線と比較するに際し特徴ピークの音圧を比較することを特 徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
8. ８．音圧分布の分析に際し衝突時における衝撃体の衝突音を考慮しないことを特 徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
9. ９．衝撃体の衝突後５〜３０ｍｓの間に分析を行なうことを特徴とする請求の範 囲第８項記載の方法。
10. １０．衝撃体を振子における質量として形成すると共に、各検査過程にて振子軌 道の同一点から解放することを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
11. １１．衝撃体を円筒状モノリスの一方の前面に衝突させることを特徴とする請求 の範囲第１項記載の方法。
12. １２．衝撃体を前面の中心に衝突させることを特徴とする請求の範囲第１１項記 載の方法。
13. １３．基準曲線に対する分析結果の比較をコンピュータユニットで行なうことを 特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
14. １４．コンピュータユニットにより表示ユニットを制御して、検査したモノリス から放出される物音が基準曲線または基準曲線を含む所定の許容帯の範囲内また は範囲外に存在するかどうかを表示することを特徴とする請求の範囲第１３項記 載の方法。
15. １５．表示ユニットが音響信号を発生することを特徴とする請求の範囲第１４項 記載の方法。
16. １６．表示ユニットが欠陥モノリスにつき、または必要な検査反復につき光学信 号を発生することを特徴とする請求の範囲第１４項記載の方法。
17. １７．検査すべきモノリス（３）のための収容部（２）と、可動衝撃体（８）を 含む衝撃装置（１６）と、少なくとも１個の音圧レシーバと、音圧レシーバに接 続した分析ユニット（２３）とを備えることを特徴とする請求の範囲第１項記載 の方法を実施する装置。
18. １８．分析ユニット（２３）に含まれるコンピュータユニットと、このコンピュ ータユニットに接続した表示ユニット（２７）とを特徴とする請求の範囲第１７ 項記載の装置。
19. １９．収容部（２）が、モノリス（３）を載置するための３個の支持体を備える ことを特徴とする請求の範囲第１７項記載の装置。
20. ２０．収容部（２）を拡張板（４）として形成すると共に、少なくとも１個の支 持体を検査すべきモノリス（３）に適合した拡張部材（５）として形成したこと を特徴とする請求の範囲第１７項記載の装置。
21. ２１．拡張板（４）が急速拡張装置（１０）により基板（１）上に固定されるこ とを特徴とする請求の範囲第２０項記載の装置。
22. ２２．支持体がそれぞれモノリス（３）に対するその接触面に弾力可撓性材料の 緩衝部材（３０）を備えることを特徴とする請求の範囲第１９項記載の装置。
23. ２３．衝撃装置（１６）が振子（１７）を備え、その振子ロッド（３１）にて衝 撃体（８）が振子質量を形成することを特徴とする請求の範囲第１７項記載の装 置。
24. ２４．衝撃体（８）が強磁性材料からなり、衝撃装置（１６）が衝撃体（８）の 振子軌道の上終点に配置された電磁石（２２）を備えることを特徴とする請求の 範囲第２３項記載の装置。
25. ２５．２個の音圧レシーバ（１３、１４）を設け、一方を衝撃装置（１６）から 離反した前面に指向させると共に他方を検査すべきモノリスの周面に指向させた ことを特徴とする請求の範囲第１７項記載の装置。
26. ２６．音圧レシーバとしてコンデンサマイクロホン（１３、１４）を設けたこと を特徴とする請求の範囲第１７項記載の装置。
27. ２７．分析ユニット（２３）がＦＦＴ周波数分析器を備えることを特徴とする請 求の範囲第１７項記載の装置。
28. ２８．コンピュータユニットにより、モノリス（３）に対し衝撃体（８）が打撃 した後に５〜３０ｍｓの間で周波数分析するため時間遅延を設けたことを特徴と する請求の範囲第１８項記載の装置。