(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査ヘッドと構成部材との間の回転または並進相対運動により、当該の構成部材を非破壊的に測定しまた機能を判定する方法であって、
当該方法では前記構成部材が超音波によって反射方式または透過方式で検査される方法において、
前記測定および機能判定を行うため、前記の測定にて求めた、前記構成部材の位置(ｉ)および／または角度に依存する振幅の実際値ＡＦ(ｉ)を有する振幅関数につぎのステップを有する決定プロセスを適用し、ただしｉ＝１…ｎは当該値の測定を行った位置を表しており、
Ａ．第１補正プロセスでは、表面の非均一性が発生する前記構成部材の１つまたは複数のマスキング領域の実際値をマスキングないしは補間するために１重に補正した振幅関数ＡＦｋ１(ｉ)を
【数１】
0005495781.tif 000007
によって求め、ここで各マスキング領域は、開始番号ｕ１である第１の位置値と、当該領域の対応する終了番号ｕ２である第２の位置値とによって定められ、
Ｂ．第２補正プロセスではガウスフィルタを適用することにより、波長の長い成分の重畳によって発生する障害の影響を除去し、２重に補正した振幅関数ＡＦｋ２(ｉ)を求め、
Ｃ．繰り返しの方式で、上記の１重に補正した振幅関数ＡＦｋ１(ｉ)に対し、２重に補正した振幅関数ＡＦｋ２(ｉ)のエントロピーの変化を求め、結果的に得られたエントロピーが増大している際には第２補正プロセスをリセットし、これに基づいて新たに補正される振幅関数ＡＦｎｅｕ(ｉ)を形成し、ここで当該の新たに補正された振幅関数は、前記の１重に補正した振幅関数ＡＦｋ１(ｉ)および２重に補正した振幅関数ＡＦｋ２(ｉ)の２つの関数のうちのどちらが全体として小さいエントロピーを有するかに応じて２つの関数のいずれかからなり、
Ｄ．閾値Ｓを計算し、
反射方式の場合には所定の位置(ｉ)にて振幅値ＡＦｎｅｕ(ｉ)が当該閾値を上回ったことが、ないしは透過方式の場合には所定の位置(ｉ)にて振幅値ＡＦｎｅｕ(ｉ)が当該閾値を下回ったことが、機能しない接合を示しており、ただしｉは、前記値を測定した位置を表しており、前記の閾値をつぎのようにして求め、すなわち、
（Ｉ)  位置値ｕ１とｕ２との間の前記のマスキング領域を除いてすべてのＡＦｎｅｕ(ｉ）について平均値ｍ
【数２】
0005495781.tif 000008
で計算し、
（ＩＩ）  つぎの特性量ｓ１およびｓ２を求め、
【数３】
0005495781.tif 000009
ここでｉＱは、ＡＦｎｅｕ(ｉＱ)が残りのすべてのＡＦｎｅｕ(ｉ)の値のあらかじめ設定した第１のパーセント値よりも大きく、また残りのすべてのＡＦｎｅｕ(ｉ)の値のあらかじめ設定した第２のパーセント値よりも小さいすべての測定個所を表し、
（ＩＩＩ）  ここから閾値Ｓをつぎの式
【数４】
0005495781.tif 000010
にしたがって求め、ここでａ，ｂ，ｃおよびｄは、測定すべき構成部材に依存しておりかつ検査すべき接合部に対して選択した値であり、
Ｅ．前記の閾値Ｓおよび平均値ｍを用いて、前記位置(ｉ)を識別し、
ここで反射方式では前記機能しない接合部は、
ＡＦｎｅｕ(ｉ)＞ｍ＋ｘＳが成り立つ位置(ｉ)であり、
これに対して透過方式では前記機能しない接合部は、ＡＦｎｅｕ(ｉ)＜ｍ−ｙＳが成り立つ位置(ｉ)であり、
ただしｉは、前記値を測定した位置を表す番号であり、ｘ，ｙは正の係数である、
ことを特徴とする、
構成部材を非破壊的に測定しまた機能を判定する方法。
【請求項２】
均一な構成部材では、前記の第１補正プロセスをスキップする、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記のガウスフィルタを用いた第２補正プロセスの代わりに、２重の平均値フィルタを用いた補正プロセスを実行して、
前記の補正した振幅関数ＡＦｋ１(ｉ)から第１補助関数
【数５】
0005495781.tif 000011
を求め、ここから第２ステップにて第２補助関数
【数６】
0005495781.tif 000012
を求め、当該の第２補助関数から２重に補正した振幅関数
ＡＦｋ２(ｉ) ＝ ＡＦｋ１(ｉ)−Ｈ２(ｉ)を求める、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記の閾値Ｓ
【数７】
0005495781.tif 000013
をａ，ｂ，ｃおよびｄに対してつぎの値で、すなわち、
−  ａに対して１〜２、
−  ｂに対して２〜４、
−  ｃに対して１〜３、
−  ｄに対して５〜２０で求める、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記の係数ｘおよびｙは同じ大きさ、すなわちｘ＝ｙに選択する、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記の係数ｘおよび／またはｙは、５〜１５の値をとる、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも５００個の実際値ＡＦ(１…ｎ)を１構成部材当たりに決定する、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記の２重に補正された振幅関数ＡＦｋ２(ｉ)を求めるガウスフィルタは、限界波長Ｌを有しており、
該限界波長は、前記方法によって解決しようとする検査課題に適合しかつ測定値の数ｎに依存する、
請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記の２重に補正される振幅関数ＡＦｋ２(ｉ)を求めるガウスフィルタは、８０００／ｎ〜１２０００／ｎの限界波長Ｌを有しており、ここでｎは測定値の個数である、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記の第１補正プロセスにて、前記の第１位置値ｕ１と第２位置値ｕ２との間の前記マスキング領域を実際値の線形補間によって置換することにより、前記の１重に補正される振幅関数ＡＦｋ１(ｉ)を算出する、
請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法を実施する装置において、
該装置は、
−  構成部材を支持する装置と、
−  前記の構成部材が測定センサに対して相対運動する際に当該構成部材をスキャンする少なくとも１つの測定センサと、
−  前記の測定センサと構成部材との間の位置ないしは角度を決定する装置とを有しており、ここで当該位置ないしは角度決定装置は、前記の測定センサに対して構成部材の運動速度ないしは回転速度が一定である場合にタイマとして構成することが可能であり、
前記の装置はさらに
−  評価計算機と、
−  前記の方法にしたがって求めた結果を表示ないしは評価する出力または表示装置とを有しており、
前記の評価計算機は、
−  測定値およびプログラムを収容する記憶手段を含んでいるか、またはこのような記憶手段に接続可能であり、
−  前記の測定センサおよび位置ないしは角度についての実際値を記録する前記の位置ないしは角度決定装置に接続可能であることを特徴とする
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法を実施する装置。
【請求項１２】
−  前記の回転部分を支持する装置は、前記の測定センサに対して固定の、すなわち位置の変わらないベースプレート（８）に回転可能かつ位置固定で支持されている、
請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
−  前記の測定センサは、可動の保持装置によって取り付けられて、前記の構成部材のスキャニングが少なくとも２つの面にて行えるようにした、
請求項１１または１２に記載の装置。
【請求項１４】
検査ヘッドと構成部材との間の回転または並進相対運動により、当該の構成部材を非破壊的に測定しまた機能を判定するコンピュータプログラムであって、
ここでは超音波によって反射方式または透過方式で検査が行われる、コンピュータプログラムにおいて、
当該のプログラムがコンピュータで実行される場合、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法が実施されることを特徴とする
コンピュータプログラム。
【請求項１５】
情報技術システムにおいて、
請求項１４に記載のコンピュータプログラムが当該の情報技術システムにて実行されることを特徴とする
情報技術システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野
本発明は、測定技術の分野に関するものであり、また回転部品の測定、例えば内燃機関および他のピストン機関用のピストンの測定に関する。このような測定において重要であるのは、精確なまたしばしば複雑な測定値を迅速にかつ可能な限り少ないコストで求めることである。これによって、例えば、ピストンまたは他の回転部品が、所定の使用目的に適していることを判定する、または構成部材を作製する際の品質監視を行うことが可能である。
【０００２】
本発明の場合は、構成部材における鋳込み部分および類似の構成部の接合部を非破壊的に測定することおよび機能判定すること、殊に内燃機関用ピストンの鋳込み部分の金属接合部を診断することに関する。このような測定において問題となるのは、ベース材料と、鋳込みまたは他の手法で接続された材料との間の所定の面に沿って、この接合部の機能および完全性を評価して、例えば、この構成部材の品質または所定の使用目的への適否を判定するか、または作製プロセス（鋳造工場、作製）の品質監視を行うことである。
【０００３】
従来の技術
このような測定は、超音波法を用いて行うことができる。量産部品を自動的に測定する際、有利には液浸し法（Tauchverfahren）において超音波測定がしばしば使用される。択一的にはいわゆるコンタクト法（Kontakttechnik）の手法が使用される。
【０００４】
このような測定システムはたいていつぎの構成部材を有する。
【０００５】
・  場合によっては複数の検査チャネル（Pruefkanal）を有する少なくとも１つの超音波装置。この超音波装置により、超音波の形成およびその受信を適切に制御して、音の伝搬時間を適切に評価することができる。この超音波装置は、場合によっては別個の評価計算機を有する。
【０００６】
・  １つまたは複数のセンサ（「検査ヘッド」）。これらのセンサは、特徴的な超音波を形成し、送信／発射し、また受信するのに有利であり、また上記の測定装置にそれぞれ結合されている。
【０００７】
・  上記の検査ヘッドに対する１つまたは複数の有利な機械的位置決め装置。これは場合によっては軸を介して移動可能および／または操縦可能である。
【０００８】
・  液浸し法を使用する際にはプール。このプールは、液状媒体で満たすことができ、また検査すべき構成部材を固定しかつ上記の検査ヘッドを含む装置を有する。
【０００９】
・  検査すべき構成部材用の場合によっては可動の適切な保持部。
【００１０】
測定時には、検査課題に適合化されたセンサを用いてないしは複数のセンサによって、有利な波長の有利な超音波、音ビーム径（Schallbuendeldurchmesser）および伝搬特性が形成され、またこれらが検査すべき構成部材を浸した液体結合媒体（Koppelmedium）を介してこの構成部材に導かれる。上記の構成部材を通って伝搬する音波は、鋳込み部分との境界において一部は反射し、一部はこれを貫通してさらに伝搬する。このようにして反射したまたは透過した波は、構成部材内部についての情報、すなわち例えば接合部の状態についての情報も含んでおり、その振幅を適切な受信器（場合によっては上記の送信器に組み込むことも可能である）によって評価することができる。ここでは所定の伝搬時間または伝搬時間の周期に対応付けられる振幅成分が評価され、この振幅成分は、構成部材において得られるかないしは相関しまた選定すべき深さ方向位置ないしは位置に相応する。上記の検査すべき接合面に沿い、この検査すべき構成部材に対してセンサを適切に相対運動させることにより、例えばこの構成部材および／またセンサを互いに回転させることにより、反射したおよび／または透過した超音波の特徴的な振幅信号経過が生じるのである。
【００１１】
上記の測定区間についての相対的な振幅信号経過も絶対的な振幅の大きさも共に、多くのファクタによって影響を受ける。これは殊に、例えば構成部材および鋳込み部分の幾何学形状、構成部材または鋳込み部分の材料ないしは構成の影響、構成部材表面または鋳込み部分との境界面の粗さであり、またコンポーネント相互の幾何学的な配置構成などのパラメタ、超音波のパラメタ（その強度、伝搬特性、別の音場量等々）などである。これらの影響は、複数の部分を検査する際にはしばしば、またわずか数分間の短時間に非系統的に変化することがあり、またいわゆる障害的な影響または外乱になる。これらの重なり合う多くの障害的な影響の他に上記の振幅経過は、上記の接合部の形状および機能に依存する。すなわち、本発明の測定方法によって実際に求めようとする特性に依存するのである。
【００１２】
これまで市場に存在したシステムでは、これらの障害的な影響を複雑な構成部材に対しては極めて不十分にしか識別できずまた補償することもできなかった。これは殊に例えばつぎのようにすることによって行われる。すなわち、ここでは１つまたは複数の基準部分およびしばしば複数の正常に機能する量産構成部材を用い、（増幅調整によって）振幅の基本レベルを決定して調整しなければならず、また部分的またはまったく機能しない接合部において動的特性および変化を求めなければならないのである。これらの値からいわゆる境界値または閾値を定めることができ、ここではき続いて行われる量産検査においてこれらの値に達したことによって不良の構成部材を識別している。上記の閾値は、多くの場合、複数の構成部材の検査中の間に、測定区間全体にわたっておよび／または比較的長い時間にわたって固定に選択されるかまたは簡単な動的特性の条件だけを満たすため、上記の問題ないしは上記のコストを不十分にしか回避できないのである。
【００１３】
上記のすべての方法の欠点は、測定システムを新たに調整する際に部分的に大きなコストがかかることと、システムの再較正およびチェックを短い時間間隔で実行しなければならないことであり、また最適に調節した場合であっても（構成部材相互の特性の問題のない変化に起因するものも含めた）障害的な影響によって誤った測定結果が生じてしまうことと、誤った評価を行ってしまうことと、おまけに不良品の識別できないことまたは良品を廃棄してしまうことである。
【００１４】
上記の従来技術から出発して本発明が課題としたのは、一方では調整のコストを低減することであり、他方では、個別測定毎の障害の影響を最小化しまた上記の振幅に影響を与えるパラメタの変化に対してロバストで汎用的な手法を見つけることである。これによって、上記のような測定結果の評価品質および信頼性を、従来技術による市販のシステムではこれまで到達することのなかった程度にまで上昇させたい。
【００１５】
本発明の説明
本発明が追求しようとする目標は、構成部材の内部状態、例えばピストンなどの回転部品などの構成部分における鋳込み部分の金属接合部の殊に機能判定を高速かつ高い信頼性でまた十二分に自動化して判定するシステムおよび方法を得ることである。
【００１６】
この課題は、本発明により、基本的につぎのようにして解決される。すなわち、適切に構成された超音波測定法を用いて求められる振幅値に対して複数ステップの決定プロセスを適用することによって解決されるのであり、ここでこの決定プロセスは、超音波検査においてシステム内在的に発生する障害要因を汎用的かつ個別測定毎に最小化する決定プロセスである。
【００１７】
このために本発明によれば、固有の決定プロセスを用いて所望の結果を求める超音波法が使用される。本発明に相応して構成されるシステムにより、上記のような測定方法を扱う際（殊に調整／調節の際）にシステム内在的に生じる誤差の影響も、検査を行う際の測定誤りおよび判定誤りも最小化される。ここでこれらの誤りは、測定すべき複数の構成部材の幾何学的な許容差の偏差ないし相違によって、または材料の組成ないしは構造上の組立てならびに別の障害の影響によって生じるものである。固有の決定プロセスにより、上記の方法の較正および調整の重要な部分が完全自動かつ自動調整で殊に個々の構成部材毎に個別に行われる。したがって本発明の方法により、作業者の影響および誤りの影響が低減されることに加えて、従来技術による測定装置に比べて調整コストも格段に低減されることが保証されるのである。
【００１８】
これにより、複数の調整用構成部材および大量生産構成部材を使用せずに、固有の調整プロセスを実行せずに（粗い調整で十分である）、また短い時間間隔で定期的に繰り返さなければならない較正を行うことなしに、この構成部材の接合特性についての機能判定の信頼性を高めることができる。すなわち、障害がある接合部ないしは正常に機能する接合部に対応付けられる部分が識別され、定量的に決定されてつぎに取り除かれるのである。
【００１９】
構成部材の幾何学形状などの許容差および不可避的に構成部材毎に個別に相違しまた測定結果を狂わせる別の影響は、本発明の方法によって補償される。これにより、従来技術による手法ではこれまで不可能であった格段に改善された測定プロセスの信頼性が得られ、また誤判定の割合が格段に低減される。
【００２０】
最も簡単には本発明による方法の利点は、幾つかの数値によって示される。従来技術にしたがって機能する方法では、１０００個の構成部材の測定について約１０分の再校正コストないしは欠陥部分の所要の後判定が必要である。本発明による方法を使用する際には構成部材タイプが変更されない限りこのコストは省略される。測定プロセスの信頼性および誤判定（いわゆる「擬似欠陥（Pseudoausschuss）」）の割合についてはストのかかる調査によって裏付けられたのは、本発明による方法を適用することにより、生産された大量生産部品の総数に対して関連する欠陥の割合を無条件に少なくとも0.5%だけ低減できることである。例えば構成部材幾何学形状が変動するなどの不利な基本条件においても、格段に大きく低減することができる。
【００２１】
本発明の詳細は、特許請求の範囲から読み取ることができる。本発明の実施例を以下、詳しく説明する。
【００２２】
実施例
回転対称の構成部材を有する実施例を図面に関連して詳しく説明する。
【００２３】
図面において、
図１には本発明にも利用可能な市販の測定システムの概略図が示されており、
図２ａには、本発明の方法が適用される典型的な構成部材として内燃機関のピストンが断面図で示されており、
図２ｂには、図２ａに示したピストンの平面図が示されており、
図３ａには、求めた振幅値範囲にわたる「理想的な測定経過」が示されており、
図３ｂには、求めた振幅値範囲にわたる実際の経過が示されており、ここでこれらの振幅値は、長い波長が重畳されることによって狂わされており、
図４ａには、実際には欠陥なしであるが、従来技術によって測定し間違えられて欠陥ありとして取り除かれた部分に対する経過を示しており、
図４ｂには、実際には欠陥を有するが、従来技術によって測定し間違えられて欠陥なしとマーキングされた部分に対する経過が示されており、
図５ａには、図４ａに示したのと同じ（欠陥のない）部分に対する経過が示されているが、この経過は本発明の方法によって測定したものであり、ここでは正しく欠陥なしと識別されており、
図５ｂには、図４ｂに示したのと同じ（欠陥のある）部分に対する経過が示されているが、この経過は本発明の方法によって測定したものであり、ここでは正しく欠陥ありと識別されており、
図６には本発明の方法が流れ図で示されている。
【００２４】
図１には市販の測定システムの略図が示されている。重要な構成部分は以下の通りである。
【００２５】
・  超音波の形成およびその受信を制御しまた音の伝搬時間を評価することの可能な超音波装置
・  上記の構成部分の検査すべき接続面について、所定の超音波伝搬距離と対応付けることができる振幅信号を評価して表示することの可能な電子式処理および評価計算機（例えば市販のＰＣ）
・  特徴的な超音波を送受信可能でありかつ上記の超音波装置に接続される超音波センサ（「検査ヘッド」）
・  この超音波センサ用の移動可能な保持部
・  液状媒体を有する浸し槽（Tauchbecken）
・  例えば上記の浸し槽に取り付けられ、モータで回転可能な、検査すべき構成部材を支持する支持部（ここでは回転テーブル）
このテクノロジーを熟知している人であれば誰にでもわかるように上記の図は縮尺通りでも完全でもなく、本発明を説明するためだけに使用されることを指摘しておく。
【００２６】
有利な媒体（ここでは水）で満たされた上記の浸し槽には、検査すべき構成部材（ここでは略示した内燃機関用ピストン）が支持装置（ここではモータ駆動の回転テーブル）に載置されている。この浸し槽に同様に配置されているのは、超音波センサ用の調整可能な保持部であり、これはピストンの検査すべき接合面に向けられている。この保持部は当然のことながら浸し槽の外部に配置することも可能であり、および／または複数のセンサを使用することができる。ピストンを回転させると、上記の接合面はセンサの音の領域を通って運動する。このセンサは超音波装置に接続されており、この超音波装置によってセンサの励振ないしは制御を行うことができ、またその出力信号が処理される。この超音波装置の出力側そのものは評価計算機に接続されており、この評価計算機によって上記の求めた値が処理される。この評価計算機は、相応のプログラムを搭載した市販のＰＣとすることが可能である。
【００２７】
上記の回転テーブルでは、ピストン内の検査すべき接合部の配向および「スキャンニング」が行われる。このピストンは典型的な構成部材として図２に一層詳しく示されており、またこのピストンをこの図に関連して説明する。基本的に回転対称であるこの構成部材は、上記の回転テーブルに十分に安定して載置および固定される。上記の１つまたは複数のセンサは、ピストンの回転中、固定に位置決めされており、またふつう浸し槽において構成部材表面から数センチメートルから離れている。この位置決めは、上記の構成部材を通って伝搬する発射された音が、鋳込み材料との検査すべき境界面（図１および２を参照されたい）に当たるように選択される。
【００２８】
図２ａには、例として選択した内燃機関用ピストンが断面図で示されており、このピストンは最も上のピストンリングに対して鋳込み部分を有する。このようなピストンは、ディーゼル機関および高負荷ガソリン機関に使用される。検査しようとするのは、鋳込み部分（ふつう合金鉄）とピストン（ふつうアルミニウム合金）との境界面における接合部であり、これは超音波センサによって行われる。上記の浸し槽は、図２ａおよび２ｂに図示されていない。
【００２９】
図２ｂには図２ａと同じピストンが平面図で示されている。鋳込み部分との間の検査すべき境界面は、ハッチングを付けて示されている。ピストンがその中心軸の周りに回転されると、位置固定に調整された上記の音波センサにより、この境界面がスキャンされる。
【００３０】
上記の構成部材表面において、また境界面において部分的に反射した音は、超音波センサ、すなわち同じ「検査ヘッド」によって受信される。つまり、ここで適用されているのは反射方式である。透過方式または音貫通方式を択一的に適用する場合、上記の境界面を通過する超音波を別の検査ヘッドまたは超音波受信器によって記録することができる。これらの記録した値の後続の処理は２つの方式で基本的に同じであるが、この際には当然のことながら記録した信号を適合させる。
【００３１】
伝搬時間を評価することにより、構成部材表面との相関的な間隔において記録される振幅を決定する。対象体を有する上記の回転テーブルの回転速度が一定の場合、上記の境界面に当たる音の束は、外周に沿って移動する。この境界面の位置で戻って来る波の振幅を、上記の外周にわたって（すなわち測定区間にわたって）表示する。直線的にスキャンニングを行う場合、表示も相応して行われる。
【００３２】
ここでは視覚的な表示に対して振幅の高さをスケーリングして、この振幅の高さが、正常な接合部に対し、反射成分の記録についてはディスプレイの高さの約１０％〜３０％になり、透過成分を評価する場合にはディスプレイの高さの約９０〜７０％になるようにする。
【００３３】
このようにして得られた線図にはつぎに、本発明による複数ステップの決定プロセスが適用される。
【００３４】
出発点は、測定した振幅関数ＡＦ(測定個所)である。これらの測定値は振幅極大値に相応し、これらの振幅極大値は、上記の境界面の外周に対応付けることのできる波束に起因するものである。上記の測定個所は、回転対称の構成部材の場合、この構成部材に対するセンサの外周位置を表し、これは有利にはこの構成部材に対するセンサの角度位置を表す。しかしながらセンサが構成部材に対して相対的に一定に回転し、これによって等間隔の角度セグメントが得られる場合、簡略化して上記の測定個所を通し番号のインデックスで置き換えることも可能である。このような通し番号を付けたインデックスは、直線的にスキャンニングを行う場合も同様に使用することができる。
【００３５】
ＡＦ(測定個所)→ＡＦ(番号＝１…ｎ)
有効であることがわかったのは、約２００ｍｍまでの直径を有する回転部分では少なくとも１０００個の測定値（ｎ＝１０００）をこの部分の外周にわたって記録することである。１実施形態では、少なくとも５００個、有利には１０００〜３０００個の実際値ＡＦ(１…ｎ)を１構成部材当たりに決定する。
【００３６】
大きな構成部材の場合および／または大きな分解能が所望される場合、構成部材の長さまたは外周にわたって格段に多くの測定値を記録しなければならないこともある。
【００３７】
図３ａ，３ｂ〜５ａ，５ｂに示した曲線は、ここではピストンである構成部材の外周にわたって反射方式で測定した振幅関数値ＡＦ(測定個所)である。これらの図は、本発明の基本的な考え方が明らかになるように簡略化されている。例えば分かり易くするため、閾値が示されているが、この閾値は形状の経過で変化する。同様の作用は、振幅信号の形状を類似に変化させる場合に得られる。また従来技術にしたがって機能しかつ直線的な閾値を有する方法の場合とまさに同じように機能する。
【００３８】
図３ａには例として、外周にわたって求めた振幅値の理想的な経過が示されており、この理想的な経過は、例えばピストンを上記のように検査する際に、接続欠陥個所がなく、ピストンが正しく配向されておりかつ別の障害の原因がない場合に求められる。
【００３９】
これに対して図３ｂには、図３ａと同じピストンの求めた振幅値の経過が示されているが、ここではこれは典型的な低周波の重なりを有しており、これは例えば、治具における構成部材の軸ズレによって発生し得るものである。
【００４０】
つぎに図４ａには、従来技術にしたがって図３ｂに示した曲線に一定の閾値または境界値を適用することが示されている。設定した５０％の閾値を上回っているため、この構成部材は欠陥があるものとして、ひいては（誤って）廃棄物としてマークされる。
【００４１】
その一方で図４ｂには接続欠陥を有するピストンが示されており、この接続欠陥は、この場合も同様に低周波の障害との組み合わせで現れたものであり、しかも不都合なことにこの障害の波の谷間において現れたものである。図示したように、この接続欠陥は、従来技術にしたがって一定の閾値または境界値を適用する場合には識別されない。それは設定した５０％の境界値を上回っていないからである。
【００４２】
図５ａおよび５ｂには本発明による方法の効果が説明されている。「形状変化形閾値」を適用することによって、検査する構成部材を欠陥なし（図５ａ）ないしは欠陥あり（図５ｂ）として完全に分類することができる。
【００４３】
平坦かつ音の屈折に影響を与えない幾何学形状ではない複数の構造が、上記の構成部材の入射面にある場合、上記の振幅経過において、これらの構造を考慮しないままにすることは、有利になり、または必要になることもさえもあり得る。このために個々のまたは複数のマスキング区分を定めることができる。これらのマスキング部の識別および設定は手動で行うことができる。しかしながら「半自動の」マスキングは、適切なアルゴリズムによって以下の説明するように行うことができる。
【００４４】
具体的にこのことが意味するのは、ＡＦ(１…ｎ)から１つまたは複数のマスキングゾーンを定めることであり、ここでこのマスキングゾーンは、マスキング値の開始番号と終了番号とによってそれぞれ分類することができる。この場合にこれは外見上比較的簡単に見分けられかつ識別できる領域であるため、これらのゾーンを手動で簡単に決定することができる。これは上記の振幅関数を用いることによって行うことができる。なぜならば構成部材表面における幾何学的な変則性は、関数ＡＦにおける大きな変化によってわかることが多いからである。
【００４５】
この場合にＡＦ(１…ｎ)には、以下の第１の補正プロセスが適用される。すなわち、マスクすべき開始番号と、これに対応する終了番号との間の領域は、線形補間された値によって置換されるのである。
【００４６】
個所ｕ１ではじまりｕ２で終わるマスキング領域を考察する。この場合、補正した振幅関数はつぎのように計算される。すなわち、
【数１】
0005495781.tif 000002
である。
【００４７】
複数のマスキング領域の場合、これが相応に有効になる。結果は、このようにして得られまた簡単に補正される振幅関数ＡＦＭ(１…ｎ)である。
【００４８】
上記の構成部材が、少なくとも測定される面に不連続性またはその他の非均一性を有しない場合、上で説明した第１の補正ステップは明らかに省略可能である。内燃機関および類似の適用（コンプレッサ、ポンプ）に対するピストンでは、これはむしろ例外である。
このような場合に最も簡単であるのは、第１補正ステップを単純にスキップして第２補正ステップで開始することである。
【００４９】
冒頭ですでに述べた別の障害の影響は、上記の振幅関数と、波長の長い成分との重ね合わせになり得る。第２補正プロセスの課題は、このような障害の影響を除去することである。
【００５０】
理想的なケースではこの除去はガウスフィルタを適用することよって行われる。しかしながらこの代わりに簡易的かつ近似的にこの補正プロセスを２重の平均値フィルタによって行うことも可能である。この平均値フィルタは、極めて簡単に解析に適用できまた実行できる点で優れている。
【００５１】
ここで変換プロセスに対して上記の振幅関数からつぎの補助関数
【数２】
0005495781.tif 000003
を計算する。
【００５２】
また第２ステップにおいて、
【数３】
0005495781.tif 000004
であり、ここでこのフィルタの最適な限界波長は、８０００／ｎ〜１２０００／ｎであり、有利にはＬ＝９１００／ｎであり、ｎは測定値の数である。この限界波長を検査課題に適合させてＬに対して、変更した値を選択しなければならないことがある。
【００５３】
上記の補助関数Ｈ２(ｉ)から
ＡＦｋ２(ｉ)＝ＡＦｋｌ(ｉ)−Ｈ２(ｉ)
によって振幅関数が計算される。
【００５４】
障害の影響を除去するためにここで実施される補正プロセスの性能の決め手となるのは、後置接続される妥当性検査であり、この妥当性検査を以下、説明する。すなわち上で説明した第２補正プロセスは、振幅の経過に作用する障害の影響だけを取り除くのではなく、接続欠陥に起因する影響も取り除くことになり得るのである。
【００５５】
ここで確認されたのは、接続欠陥に起因する影響により、結果的に得られる振幅関数ＡＦｋ２(ｉ)の乱雑さまたは「エントロピー」が、補正ＡＦｋ１(ｉ)の前段に比べて増大することである。
【００５６】
上記の乱雑さまたはエントロピーに対する簡単な尺度として決定されるのは、各振幅関数の全体的な値の経過が複数の縦軸区分にどのように分割されるかである。これらの縦軸区分は、例えば０〜１００％の１０個の区分にグループ化することができる。ここでは測定値の一種のヒストグラム関数のようなものを形成して、このヒストグラム関数を互いに比較する。
【００５７】
ここでこの比較は、つぎの繰り返し方式で行われる。すなわち、関数ＡＦｋ１(ｉ)の「占領された」縦座標区分の数が、関数ＡＦｋ２(ｉ)のそれよりも小さい場合、つまり上記の乱雑さまたはエントロピーの増大が示される場合、これに対して実行した第２補正プロセスを元のようにリセットする。区分が占領されるとは、すべての測定値のうちの最小数がそれぞれの区分内にあることである。ここで説明している例では、区分が「占領されている」と分類されるためには、すべての測定値の０．５％が１つの区分に発生しなればならない。
【００５８】
この繰り返し方式によって、最終的に上記の元々の測定値ＡＦ(ｉ)から、補正関数ＡＦｋ１(ｉ)およびＡＦｋ２(ｉ)を介して、補正した新たな振幅関数ＡＦｎｅｕ(ｉ)が得られる。
【００５９】
これらの３つの補正プロセスを実行した後、実際の決定プロセス、すなわち、構成部材の機能しない接続部分の識別が行われる。
【００６０】
このために以下に説明する方法によって閾値を計算する。関数ＡＦｎｅｕ(ｉ)の振幅値が、所定の個所において（反射方式において）この閾値を上回ったことないしは（透過方式において）この閾値を下回ったことは、この個所／番号ｉないしはこれによって決定可能な測定個所における機能しない接続を示す。
【００６１】
上記の閾値に対する決定プロセスの第１ステップは、すべてのＡＦｎｅｕ(ｉ）について平均値を計算することであるが、ここでは上記のマスキング領域ｕ１〜ｕ２（および場合によっては別のマスキング領域）を考慮しない。
【００６２】
分かり易くするため、以下では１つのマスキング領域だけが存在することを前提とする。しかしながら複数のマスキング領域が存在する場合、以下で説明する式を極めて簡単に拡張することができる。
【００６３】
以下の特性量、すなわち
【数４】
0005495781.tif 000005
を計算し、ここでｉＱは、ＡＦｎｅｕ(ｉＱ)が、残りの全ＡＦｎｅｕ(ｉ)の８０％よりも大きいすべての測定個所ならび残りの全ＡＦｎｅｕ(ｉ)の８０％よりも小さいすべての測定個所である。このことは、ｓ２についての和を形成する際に最大および最小の振幅値の相応の部分を考慮しないことを意味する。ここから特性量
【数５】
0005495781.tif 000006
が計算される。上記の値は、測定すべき構成部材に依存しおりかつ検査すべき接合部に対して選択した値である。
【００６４】
これらの値は、許容すべき有効信号特性／障害信号特性を信号理論的に重畳することから得られるが、経験的に求めることも可能である。これらの値は、検査の問題とはほとんど無関係であり、また一般的に有効であるが、個々のケースでは変更が有効なこともある。
【００６５】
最終的にはこれらの特性量を用いて、機能しない接続部を示す振幅値を識別することができる。反射方式ではこれは、
ＡＦｎｅｕ(ｉ)＞ｍ＋ｘ＊Ｓ
が成り立つすべての外周個所ｉである。
【００６６】
透過方式では相応してこれは、
ＡＦｎｅｕ(ｉ)＞ｍ−ｙ＊Ｓ
が成り立つすべての外周個所ｉである。１実施形態では、上記の式のＳの係数ｘ，ｙを同じ大きさに選択する。別の実施形態では、これらの係数は５〜１５の値をとり、有利には１０に等しい。
【００６７】
ここでこのようにして識別される個所は適切に表すことができ、例えばその長さを従来公知の技術によって動作する方法と同様に表すことができる。この手法は、測定毎にまた場合によっては任意の検査ヘッドにあらたに適用され、また極めて一般的に機能する。
【００６８】
この方法の個々のステップは有利には市販のＰＣまたは別のコンピュータにおいて、プログラムによって計算動作として実行される。このようなコンピュータの性能が、上記の要求に対して十分でなければならないことは当然のことである。このプログラムは公知のように適切な媒体に記憶できるかまたはネットワークを介して使用することができ、また上記のＰＣに適切な形態で供給される。この場合にこのようなプログラムは上記の繰り返しも含んでおり、ここでこの繰り返しは、コンピュータにおいて高速かつわずかなコストで実行することができる。
【００６９】
本発明では、情報技術システムも提供され、ここで情報技術システムは上記のようなコンピュータプログラムがこの情報技術システムにおいて実行される。
【００７０】
上記の方法によって障害の影響も、作業者の不注意、能力の不足または機械的な不精確さによって生じ得る欠陥も実質的に取り除かれるかまたは補償されることは明らかである。このことからまた、従来の方法を適用する場合よりも測定結果の再現性も格段に高くなり、また例えば測定プロセスの卓越した長期安定性が得られる。これに加えてさらに、この方法が一般的であることにより、測定すべき回転部分の変更された測定条件および／または構造への適合が、ソフトウェアによって通常は自動的に考慮され、また完全に別の構成部材を使用する場合だけ、使用するソフトウェアの変更を高速かつふつうは極めて経済的に行うことができる。
【００７１】
本発明の方法は当然のことながら、相対的に固定されたセンサおよび回転する測定対象物を有するシステムに制限されることはなく、別の方法でセンサと測定対象体との間の相対運動を形成することによって接合部を超音波で決定する別のシステムにも適用可能である。
【００７２】
本発明の基本的な考え方は、これがまさに比較的簡単であることに起因して、例示したピストンの測定と類似の前提条件の下で行われる回転部分の測定にも適している。当業者は困難なしに、ピストンに対して、すなわち回転構成部材に対して説明した上記の実施例を変更して、別の対象体の類似の測定に対して、長く延在する接合面を接合検査しなければならない対象体の類似の測定に対しても有利になるようにすることができる。その際には上記の適用の場合と同じ利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明にも利用可能な市販の測定システムの概略図である。
【図２ａ】本発明の方法が適用される典型的な構成部材である内燃機関のピストンの断面図である。
【図２ｂ】図２ａに示したピストンの平面図である。
【図３ａ】求めた振幅値範囲にわたる「理想的な測定経過」を示す線図である。
【図３ｂ】求めた振幅値範囲にわたる実際の経過を示す線図である。
【図４ａ】実際には欠陥なしであるが、従来技術によって測定し間違えられて欠陥ありとして取り除かれた部分に対する経過を示す線図である。
【図４ｂ】実際には欠陥を有するが、従来技術によって測定し間違えられて欠陥なしとマーキングされた部分に対する経過を示す線図である。
【図５ａ】図４ａに示したのと同じ（欠陥のない）部分に対する経過を本発明の方法によって測定した線図である。
【図５ｂ】図４ｂに示したのと同じ（欠陥のある）部分に対する経過を本発明の方法によって測定した線図である。
【図６】本発明の方法が流れ図である。
【図１】
0005495781.tif 000014
【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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