JPH09243503A

JPH09243503A - 構造良否検査装置

Info

Publication number: JPH09243503A
Application number: JP8080984A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ito; 伊藤　　剛
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1996-03-08
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 1997-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】被測定物の剛性の良否を高速かつ確実に検査
すること。【解決手段】伝達関数生成部１０によって生成された
伝達関数の特徴部分を抽出する特徴部分抽出部１２と、
この伝達関数の特徴部分に基づいて被測定物の構造の良
否を判定する構造良否判定部１４とを備え、特徴部分抽
出部１２が、予め定められた標準伝達関数の共振点の位
置に基づいて伝達関数の複数の共振点部分の波形を切り
出す共振点切り出し機能２０を備えている。さらに、構
造良否判定部１４が、共振点切り出し機能２０によって
切り出された切り出し波形の共振点の大きさと周波数と
に基づいて当該共振点の値が標準伝達関数による標準値
よりも小さいときに当該共振点の周波数が低い場合は不
良と判定すると共に、当該共振点の値が標準伝達関数に
よる標準値よりも大きいときに当該共振点の周波数が高
い場合には良品と判定する周波数別良否判定機能２６を
備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造良否検査装置
に係り、特に、溶接部品の良否を判定する構造良否検査
装置に関する。

【０００２】本発明による良否判定の対象となるのは、
溶接部品、鋳造部品、鍛造部品、プレス部品等一定の剛
性が要求される構造物である。そして、本発明は、構造
物の良否を破壊することなく検査する非破壊検査に属す
る。

【０００３】

【従来の技術】従来、図１０に示すように、振動解析の
伝達関数の波形全てを使って判定したり、図１１に示す
ように、一部のピーク値の高さだけで判定していた。

【０００４】図１０に示す例では、予めＯＫ範囲５１を
定めておき、計測データ５０がこのＯＫ範囲外に至る場
合にはＮＧ（不良）と判定するものである。一方、図１
１に示す例では、伝達関数のピーク部分にＮＧ範囲５２
を定めておき、計測データ５０がこのＮＧ範囲に至った
ときには不良と判定するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、伝達関数の全体を判定に使用するため、計算
時間が長く、また、Ｓ／Ｎ比が悪くなり判定が不確実に
なる。また、一部のピークの高さのみを判定に使うと、
計算時間は短いが、共振周波数のズレに対応できず、十
分な良否判定ができない、という不都合があった。

【０００６】さらに、従来例では、判定基準を変更する
ためには、実験をやり直さなければならない、という不
都合があった。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、係る従来例の有する不都合を
改善し、特に、被測定物の剛性の良否を高速かつ確実に
検査することのできる構造良否検査装置を提供すること
を、その目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、第
１の手段（請求項１）として、被測定物の自由振動に基
づいて伝達関数を生成する伝達関数生成部と、この伝達
関数生成部によって生成された伝達関数の特徴部分を抽
出する特徴部分抽出部と、この特徴部分抽出部によって
抽出された伝達関数の特徴部分に基づいて被測定物の構
造の良否を判定する構造良否判定部とを備えている。し
かも、特徴部分抽出部が、予め定められた標準伝達関数
の共振点の位置に基づいて伝達関数の複数の共振点部分
の波形を切り出す共振点切り出し機能を備えている。さ
らに、構造良否判定部が、共振点切り出し機能によって
切り出された切り出し波形の共振点の大きさと周波数と
に基づいて当該共振点の値が標準伝達関数による標準値
よりも小さいときに当該共振点の周波数が低い場合は不
良と判定すると共に、当該共振点の値が標準伝達関数に
よる標準値よりも大きいときに当該共振点の周波数が高
い場合には良品と判定する周波数別良否判定機能を備え
た、という構成を採っている。

【０００９】第１の手段では、伝達関数生成部が、被測
定物に加えられた力と、この被測定物に加えられた力に
よる被測定物の振動とから、伝達関数を生成する。この
伝達関数は振動の特徴を示すものであれば種々の構成が
可能であり、例えば、入力された力と、被測定物の加速
度、被測定物の位置、又は速度等により生成する。ここ
では、一般に振動解析に用いられる伝達関数のすべてを
含む。

【００１０】特徴抽出部は、伝達関数のうち、予め定め
られた位置の部分を切り出す。この切り出し位置は、検
査目的から良好とされる構造物の伝達関数のピーク部分
（共振周波数部分）である。伝達関数のピーク部分は振
動モードを特定する共振周波数部分に現れ、この共振周
波数のときの伝達関数の点を共振点という（図３参
照）。特徴抽出部は、この共振点を含む部分の伝達関数
を切り出し、切り出し波形とする。

【００１１】さらに、構造良否判定部は、周波数別良否
判定機能により、共振点の大きさとその共振周波数とに
基づいて、当該共振点の値が標準伝達関数による標準値
よりも小さいときに当該共振点の周波数が低い場合は不
良と判定する（第１の周波数別判定機能）。この標準値
は、通常の剛性を持つ被測定物から予め求めたものであ
る。共振点の周波数が標準の場合よりも低いときには、
当該被測定物の剛性は低いと考えられるため、共振点が
小さくとも不良と判定する。

【００１２】一方、周波数別良否判定機能は、当該共振
点の値が標準値よりも大きいときに当該共振点の周波数
が高い場合には良品と判定する（第２の周波数別判定機
能）。これは、被測定物の剛性が上がると、共振周波数
が高くなるため、共振周波数が高くなり共振点の周波数
が高くなった場合には、振幅（大きさ）が大きくなって
も、良品であると判定するものである。このため、本発
明では、検査の目的である一定の剛性を有するか否かが
精密に測定される。

【００１３】第２の手段（請求項２）では、第１の手段
を特定する事項に加え、特徴部分抽出部が、共振点切り
出し機能によって切り出された複数の切り出し波形を標
準化する標準化機能を備えている。しかも、構造良否判
定部が、標準化機能によって標準化された標準化データ
に基づいて当該標準化データによる波形形状の共振点数
が２以上又は０のときに不良と判定する共振点数別良否
判定機能を備えた、という構成を採っている。

【００１４】この第２の手段では、一部の共振周波数が
変化したとき、又は共振周波数でのピークが切り出し位
置から外れたときに、ピーク数別良否判定機能により、
不良と判定する。

【００１５】第３の手段（請求項３）では、第２の手段
を特定する事項に加え、構造良否判定部が、標準化機能
によって標準化された切り出し標準化データを正規化す
る正規化機能と、この正規化機能によって正規化された
正規化データを入力データとして被測定物の剛性の良否
度を出力するニューラルネットワークとを備えている。
しかも、ニューラルネットワークが、周波数の高い領域
については当該周波数が高くなるに従って標準伝達関数
による標準値よりも大きい領域を不良領域とすると共に
周波数の低い領域については当該周波数が低くなるに従
って標準伝達関数による標準値よりも小さい領域を不良
領域とした学習データと、当該学習データによって良好
と判定される領域でのピーク数が２以上の場合及びピー
ク数が０の場合には不良とする学習データとによって自
己組織化された、という構成を採っている。

【００１６】この第３の手段では、第１の手段の周波数
別良否判定機能と、第２の手段によるピーク数別良否判
定機能とをニューラルネットワークにより実現する。し
たがって、標準となる構造体の伝達関数から学習データ
を生成し、又は擬似的に学習データを作成して、これを
ネットワークに入力するのみで、構造体の良否判定を行
うこととなる。

【００１７】本発明は、これらの各手段により、前述し
た目的を達成しようとするものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１９】図１は、本発明による構造良否検査装置の
構成を示すブロック図である。構造良否検査装置は、被
測定物１の自由振動に基づいて伝達関数を生成する伝達
関数生成部１０と、この伝達関数生成部１０によって生
成された伝達関数の特徴部分を抽出する特徴部分抽出部
１２と、この特徴部分抽出部１２によって抽出された伝
達関数の特徴部分に基づいて被測定物の構造の良否を判
定する構造良否判定部１４とを備えている。

【００２０】しかも、特徴部分抽出部１２が、予め定め
られた標準伝達関数の共振点の位置に基づいて伝達関数
の複数の共振点部分の波形を切り出す共振点切り出し機
能２０を備えている。

【００２１】さらに、構造良否判定部１４が、共振点切
り出し機能２０によって切り出された切り出し波形の共
振点の大きさと周波数とに基づいて当該共振点の値が標
準伝達関数による標準値よりも小さいときに当該共振点
の周波数が低い場合は不良と判定すると共に、当該共振
点の値が標準伝達関数による標準値よりも大きいときに
当該共振点の周波数が高い場合には良品と判定する周波
数別良否判定機能２６を備えた。

【００２２】これを詳細に説明する。

【００２３】共振点（ピーク値）は、共振周波数におけ
る周波数応答振幅であり、共振周波数、共振点の大きさ
は、物体の形状、材質、剛性によって変化する。本実施
形態では、物体の剛性が高まると共振周波数が高くなる
点と、周波数応答振幅が小さくなる点を利用して、被測
定物の剛性を精密に検査する。

【００２４】また、本実施形態では、特徴部分抽出部１
２が、共振点切り出し機能によって切り出された複数の
切り出し波形を標準化する標準化機能２２を備えてい
る。しかも、構造良否判定部１４が、標準化機能によっ
て標準化された標準化データに基づいて当該標準化デー
タによる波形形状の共振点数が２以上又は０のときに不
良と判定する共振点数別良否判定機能２８を備えてい
る。

【００２５】〔第１実施例〕振動解析を利用して構造物
の良否判定を行うため、本実施形態では周波数伝達関数
を用いている。図２は伝達関数生成部１０に入力される
データの一例を示す説明図である。本実施例では、被測
定物に加えられる力と、この被測定物によって加えられ
た力による加速度とから伝達関数を算出する。

【００２６】図２（Ａ）に示すように、フォースセンサ
２を有するインパクトハンマーで被測定物を打撃する
と、図示する信号が伝達関数生成部１０に入力される。
さらに、この打撃により被測定物が振動すると、加速度
ピックアップ３が、被測定物の加速度を捕捉して図示す
る如くの信号を伝達関数生成部１０に出力する。

【００２７】伝達関数生成部は、入力波形をＦＦＴ処理
（高速フーリエ変換）し、図３に示す伝達関数を生成す
る。図３に示す例では、共振点５が５つ現れる。計測さ
れた伝達関数のうち、いくつかの共振周波数ピーク（共
振点）を選び、切り出す。

【００２８】周波数ピークを切り出す切り出し窓６の位
置は、その伝達関数で特徴的となるピークを選び出した
ものである。特徴的なピークは、ゲインが高く判別しや
すいピークであり、さらに、良品と不良品とで大きく高
さ又は周波数が変化するピークとなる。

【００２９】切り出しの幅は、ピークを中心に±５［Ｈ
ｚ］程度となるが、メモリ容量や速度、ピークの数など
で変更する。実際の切り出しピーク位置と幅の選定は、
伝達関数から最適と判断されるものの選定となる。この
ため、切り出しピーク位置及び幅は、予め定められてお
り、固定である。また、ゲインの幅についても、予め定
めておいた固定のものである。

【００３０】図５は、共振点切り出し機能２０によって
切り出された切り出し波形を示す説明図である。本実施
例では、この切り出し波形を図６及び図７に示す基準に
より評価することで、構造物の剛性の良否を判定する。
また、各切り出し波形全てをそれぞれ評価するのではな
く、一度の測定による伝達関数の切り出し波形を標準化
して、標準化データに基づいて良否判定を行うようにし
ても良い。

【００３１】図６は本実施例による良否判定の基準を示
す図表である。本実施例では、共振点の大きさ及び周波
数の関係によって良否を判定する。具体的には、周波数
が低いときには、振幅が大きいか又は標準のときにＮＧ
と判定し、周波数が高いときには、振幅が小さくともＯ
Ｋと判定する。

【００３２】図７は図６に示した判定基準と従来の判定
基準とを比較するための図である。図７（Ａ）に示すよ
うに、従来のＮＧ領域７は周波数の高さにかかわらず一
定の大きさとしていた。一方、図７（Ｂ）に示すよう
に、本実施例では、共振周波数が高い場合には振幅が大
きくともＯＫとし、一方共振周波数が低い場合には振幅
が小さくともＮＧとする。

【００３３】このように、第一実施例では、切り出した
それぞれのデータにつて、又は標準化データについて、
図６に示す基準により被測定物の剛性の良否を判定す
る。このため、被測定物の剛性の変化による共振周波数
の変化に応じて、良否判定の判断基準を変化させること
ができ、従って、被測定物が一定以上の剛性であるか否
かを良好に検査することができる。

【００３４】〔第２実施例〕第２実施例では、ニューラ
ルネットワークにより構造物の良否を判定する。

【００３５】ここでは、図５に示した切り出し波形を標
準化し、さらにゲイン（振幅）の幅の上限を１．０，下
限を０．０として正規化する（正規化機能２４）。ゲイ
ン幅は、微細な伝達関数の変化を拡大して判定に使うた
めに、ピークの値が０．５程度になるようにして、ま
た、量子化誤差が生じない程度に細かく設定する。量子
化したデータ数は、窓の数×周波数の幅となる。この周
波数の幅は、システムの周波数解像度に依存する。

【００３６】また、伝達関数の全てを量子化してニュー
ラルネットに入れると、ゲインの低い（ノイズの多い）
データも判定に使われることとなり、計算時間も多く必
要となるため、切り出し窓６による切り出しを用いてい
る。

【００３７】図８はニューラルネットワーク１５の構成
を示す説明図である。図８に示すように、ニューラルネ
ットワーク１５は、切り出し窓の周波数幅と周波数解像
度に応じた単位周波数とから定まる周波数方向のデータ
数と等しい数のユニットを有する入力層１５Ａと、この
入力層１５Ａの各ユニットと接続された複数のユニット
を有する中間層１５Ｂと、１．０から０．０までの値を
出力するユニットを有する出力層１５Ｃとを備えてい
る。

【００３８】入力層１５Ａの各ユニットには、正規化機
能２４によって１．０から０．０までに正規化された値
が入力される。また、出力層１５Ｃのユニットは、ＯＫ
品が１．０，ＮＧ品が０．０となるように学習させる。
このように、ニューラルネットワーク１５としては、一
般的な３階層のものを用いている。実際の判定時は０〜
１の間の値が出力されるが、大きいほどＯＫ品である確
率が高いこととなる。出力値と不良度は相関的な関係と
なるため、出力値についてのしきい値はユーザーが決定
することとなる。

【００３９】学習のＯＫ，ＮＧの範囲は、図７（Ｂ）に
示したものである。このため、学習データとして、図９
（Ａ）〜（Ｃ）のようなピーク値を有する切り出しデー
タを用意し、ＮＧの場合には出力が０となるように、Ｏ
Ｋの場合には出力が１となるように学習（自己組織化）
させる。これにより、ニューラルネットワーク１５は周
波数別良否判定機能２６として動作することとなる。

【００４０】図９（Ａ）〜（Ｃ）に示した基準は、測定
物の剛性が上がると、共振周波数が高くなることを考慮
したものであり、これによると、振幅（大きさ）が大き
くてもＯＫ品とみなせる。また、共振周波数が下がる
と、大きさが同じでも剛性が下がっているのでＮＧとな
る。

【００４１】また、著しく波形の異なるものをＮＧと判
定する。すなわち、図９（Ｄ）及び（Ｅ）に示すデータ
を擬似的に作成し、ニューラルネットワークに学習させ
る。これにより、ニューラルネットワーク１５は共振点
数別良否判定機能２８として動作する。

【００４２】このように、第２実施例では、ニューラル
ネットワークを利用することにより、実際のデータをフ
ィードバックさせてより確度の高い判定を行うことがで
きる。また、ニューラルネットワークの学習はオフライ
ンで行うことができるので、ラインを止めずに判定基準
の更新が可能となる。さらに、判定時には学習済みのニ
ューラルネットを使うので、判定時間が短い。

【００４３】また、本実施形態によると、振動モード間
の分離が比較的明瞭な単一構成物を被測定物とすると
き、たとえば、溶接部品の良否判定を行うときに、確度
の高い判定を行うことができ、しかも、判定時間を短縮
することができる。さらに、判定が不確定なときにはフ
ィードバックして更新することができる。

【００４４】

【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、構造良否判定部が、第１に、共振
点の値が標準伝達関数による標準値よりも小さいときに
当該共振点の周波数が低い場合は不良と判定するため、
共振点の大きさのみに基づいて判定した場合には良品と
判定される場合にあっても、剛性が低く共振周波数が低
くなった場合には的確にこれを剛性不良と判定すること
ができ、第２に、共振点の値が標準伝達関数による標準
値よりも大きいときに当該共振点の周波数が高い場合に
は良品と判定するため、共振点の値のみに基づいて判定
した場合には不良と判定される場合にあっても、剛性が
高く共振周波数が高くなった場合には、検査対象である
被対象物の剛性は一定以上と判断し、良品と判断するこ
とができる。このため、例えば、溶接部品の溶接の良否
を検査する際には、溶接不良により必要な剛性を有しな
い被測定物についてはこれを的確に不良品と検査するこ
とができ、しかも、共振点部分のみを切り出して標準伝
達関数との比較により検査するため、伝達関数全てを検
査対象とする従来例と比較して高速に検査することがで
きる。このように、被測定物の剛性の良否を高速かつ確
実に検査することのできる従来にない優れた構造良否検
査装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】図１に示した伝達関数生成部への入力データの
一例を示す説明図で、図２（Ａ）は被測定物に加えられ
る力の入力を示す図で、図２（Ｂ）は被測定物からの出
力を示す図である。

【図３】図１に示した伝達関数生成部によって生成され
た伝達関数の一例を示す波形図である。

【図４】図３に示した伝達関数の一部を切り出す際の切
り出し窓を示す説明図である。

【図５】図４に示した切り出し窓により切り出した切り
出し波形の一例を示す説明図である。

【図６】図１に示した周波数別良否判定機能による良否
判断の判定基準の一例を示す図表である。

【図７】図６に示した判定基準を従来の判定基準と比較
した図であり、図７（Ａ）は従来の判定基準を示す説明
図で、図７（Ｂ）は本実施例による判断基準を示す説明
図である。

【図８】図１に示した構造良否判定部として機能するニ
ューラルネットワークの一例を示す説明図である。

【図９】図８に示したニューラルネットワークを自己組
織化させる学習データの一例を示す説明図であり、図９
（Ａ）から（Ｃ）は周波数別良否判定機能を学習するた
めの学習データを示す図で、図９（Ｄ）及び（Ｅ）は共
振点数別良否判定機能を学習するための学習データを示
す図である。

【図１０】予め定められたＯＫ範囲に基づいて構造物の
剛性の良否を判定する従来例を示す説明図である。

【図１１】予め定められたＮＧ範囲に基づいて構造物の
剛性の良否を判定する従来例を示す説明図である。

【符号の説明】

１０伝達関数生成部１２特徴部分抽出部１４構造良否判定部２０共振点切り出し機能２２標準化機能２４正規化機能２６周波数別良否判定機能２８共振点数別良否判定機能

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０６Ｆ 15/18 ５６０Ｇ０６Ｆ 15/18 ５６０Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物の自由振動に基づいて伝達関数
を生成する伝達関数生成部と、この伝達関数生成部によ
って生成された伝達関数の特徴部分を抽出する特徴部分
抽出部と、この特徴部分抽出部によって抽出された伝達
関数の特徴部分に基づいて前記被測定物の構造の良否を
判定する構造良否判定部とを備えた構造良否検査装置に
おいて、前記特徴部分抽出部が、予め定められた標準伝達関数の
共振点の位置に基づいて前記伝達関数の複数の共振点部
分の波形を切り出す共振点切り出し機能を備え、前記構造良否判定部が、前記共振点切り出し機能によっ
て切り出された切り出し波形の共振点の大きさと周波数
とに基づいて当該共振点の値が前記標準伝達関数による
標準値よりも小さいときに当該共振点の周波数が低い場
合は不良と判定すると共に、当該共振点の値が前記標準
伝達関数による標準値よりも大きいときに当該共振点の
周波数が高い場合には良品と判定する周波数別良否判定
機能を備えたことを特徴とする構造良否検査装置。
【請求項２】前記特徴部分抽出部が、前記共振点切り
出し機能によって切り出された複数の切り出し波形を標
準化する標準化機能を備え、前記構造良否判定部が、前記標準化機能によって標準化
された標準化データに基づいて当該標準化データによる
波形形状の共振点数が２以上又は０のときに不良と判定
する共振点数別良否判定機能を備えたことを特徴とする
請求項１記載の構造良否検査装置。
【請求項３】前記構造良否判定部が、前記標準化機能
によって標準化された切り出し標準化データを正規化す
る正規化機能と、この正規化機能によって正規化された
正規化データを入力データとして前記被測定物の剛性の
良否度を出力するニューラルネットワークとを備え、前記ニューラルネットワークが、周波数の高い領域につ
いては当該周波数が高くなるに従って標準伝達関数によ
る標準値よりも大きい領域を不良領域とすると共に周波
数の低い領域については当該周波数が低くなるに従って
標準伝達関数による標準値よりも小さい領域を不良領域
とした学習データと、当該学習データによって良好と判
定される領域でのピーク数が２以上の場合及びピーク数
が０の場合には不良とする学習データとによって自己組
織化されたことを特徴とする請求項２記載の構造良否検
査装置。