(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の健全品の打音データに基づいて、健全品として許容されるばらつき許容幅を設定するばらつき許容幅設定部と、
検査対象品の打音データが前記ばらつき許容幅の範囲内に収まっているか否かを判定することで、前記検査対象品が健全品であるか否かを判定する判定部と、を備え、
前記打音データは、時系列の振幅波形データであり、
前記ばらつき許容幅設定部は、前記複数の健全品で収集された前記振幅波形データからそれぞれの周波数スペクトルを抽出し、抽出された前記周波数スペクトルの輪郭線から前記ばらつき許容幅を設定する打音検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の打音検査装置において、
前記ばらつき許容幅設定部は、複数の健全品の打音データに基づいて、健全品として許容されるばらつき許容幅を打音変動因子別に設定し、
前記判定部は、検査対象品の打音データが前記ばらつき許容幅の範囲内に収まっているか否かを前記打音変動因子別に判定することで、前記検査対象品が健全品であるか否かを判定する打音検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の打音検査装置において、
前記打音変動因子は、前記検査対象品の予め定めた形状寸法区分であり、
前記ばらつき許容幅設定部は、前記健全品として許容されるばらつき許容幅を前記形状寸法区分別に設定し、
前記判定部は、前記検査対象品の打音データが前記ばらつき許容幅の範囲内に収まっているか否かを前記形状寸法区分別に判定する打音検査装置。
【請求項４】
請求項２に記載の打音検査装置において、
前記打音変動因子は、前記検査対象品の製造経路区分であり、
前記ばらつき許容幅設定部は、前記健全品として許容されるばらつき許容幅を前記製造経路区分別に設定し、
前記判定部は、前記検査対象品の打音データが前記ばらつき許容幅の範囲内に収まっているか否かを前記製造経路区分別に判定する打音検査装置。
【請求項５】
請求項１に記載の打音検査装置において、
前記判定部は、前記検査対象品の周波数スペクトルの輪郭線が前記ばらつき許容幅の範囲内に収まっていない場合に前記検査対象品を構造欠陥と判定する打音検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、打音検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造品などをハンマーで打撃し、打撃によって得られる音響信号を基に、鋳造品などを打音検査することが行われている。打音検査を行う場合、打音データから予め定めた特徴パラメータの値を抽出して、予め測定しておいた基準となる健全品の特徴パラメータ値と比較することにより、合否判定を行っている。特徴パラメータの一例としては、打音波形の振幅の収束時間や、打音周波数スペクトルの最大ピーク周波数が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２６１８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した、特許文献１に記載の方法を用いた場合、基準となる健全品の特徴パラメータ値からどれだけ乖離していたら検査対象品が欠陥品であると判定するかを決めるための判定しきい値を予め設定する作業が必要であった。この判定しきい値は、検査対象品の品種ごとに異なる特徴パラメータ値のばらつき範囲を考慮して適切に設定しなければならないため、設定に多大な手間がかかっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の打音検査装置は、複数の健全品の打音データに基づいて、健全品として許容されるばらつき許容幅を設定するばらつき許容幅設定部と、検査対象品の打音データが前記ばらつき許容幅の範囲内に収まっているか否かを判定することで、前記検査対象品が健全品であるか否かを判定する判定部と、を備え、前記打音データは、時系列の振幅波形データであり、前記ばらつき許容幅設定部は、前記複数の健全品で収集された前記振幅波形データからそれぞれの周波数スペクトルを抽出し、抽出された前記周波数スペクトルの輪郭線から前記ばらつき許容幅を設定する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、打音検査用の判定しきい値を予め設定する作業が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】打音検査装置のシステム構成図である。
【図２】健全品ばらつき範囲の生成画面を示す図である。
【図３】健全品ばらつき範囲を生成するフローチャートである。
【図４】健全品打音データ群のメタデータテーブルを示す図である。
【図５】健全品打音データ群の振幅波形チャートを示す図である。
【図６】輪郭線抽出の手順を示す図である。
【図７】輪郭線の上限値および下限値を抽出する手順を示す図である。
【図８】欠陥有無判定画面を示す図である。
【図９】欠陥有無判定の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】履歴データのメタデータテーブルを示す図である。
【図１１】打音の生データテーブルを示す図である。
【図１２】第２の実施形態における打音検査装置のシステム構成図である。
【図１３】第２の実施形態における健全品ばらつき範囲の生成画面を示す図である。
【図１４】第２の実施形態における健全品ばらつき範囲を生成するフローチャートである。
【図１５】周波数スペクトルとその輪郭線を示す図である。
【図１６】輪郭線抽出の手順を示す図である。
【図１７】輪郭線の上限曲線を抽出する手順を示す図である。
【図１８】第２の実施形態における欠陥有無判定画面を示す図である。
【図１９】第２の実施形態における欠陥有無判定の処理手順を示すフローチャートである。
【図２０】第３の実施形態における健全品ばらつき範囲の生成画面を示す図である。
【図２１】第３の実施形態における欠陥有無判定画面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における打音検査装置のシステム構成図である。本実施形態では、打音検査装置を計算機システムによって実現する例で示す。
【０００９】
図１に示すように、打音検査装置１は、打音検査用計算機１００、打撃制御信号出力器２００、Ａ／Ｄ変換器３００から構成される。打音検査用計算機１００は、演算処理装置１０１、表示装置１０２、記憶装置１０３を備える。記憶装置１０３は、履歴データ記憶部１０３ａ、健全品ばらつき範囲記憶部１０３ｂを備える。
【００１０】
打音検査装置１は、金属製品２を打撃装置３で打撃した際の打音データ（音圧の時間変化）を、マイク４を用いて収集し、Ａ／Ｄ変換器３００でデジタル値に変換して取得する。更に、形状寸法測定器８から金属製品２の形状寸法データを取得する。形状寸法測定器８は、例えば、投影方式、レーザ走査方式、あるいは画像方式などにより、金属製品２の角度などの形状や大きさなどの寸法を必要な測定精度で測定する。本実施形態では、打音変動因子として形状寸法データを例に説明する。また、打音検査装置１は、外部の製造実行システム（MES: Manufacturing Execution System）５から金属製品２の品種データをネットワーク７を経由して収集する。
【００１１】
金属製品２の打音検査を行うのに先立って、最初に打音検査装置１は、健全品であることが予め確認された複数の金属製品２の打音データ群を用いて、健全品の打音データのばらつき範囲を表す「健全品ばらつき範囲」を生成し、健全品ばらつき範囲記憶部１０３ｂに品種データおよび形状寸法データと関連付けて記憶する。この健全品ばらつき範囲の生成に打音データが用いられる金属製品２は、打音検査装置１による打音検査以外の他の方法（オフライン検査、人手による官能検査等）により健全品であることが予め確認されている。なお、健全品ばらつき範囲の生成方法については、後で詳しく説明する。
【００１２】
金属製品２の打音検査を行う際には、打音検査装置１は、検査対象の金属製品２の属する品種データおよび形状寸法データと紐付いた健全品ばらつき範囲を健全品ばらつき範囲記憶部１０３ｂから抽出する。そして、検査対象の金属製品２に対して得られた打音データの輪郭線が健全品ばらつき範囲を逸脱しているか否かを判定することで、その金属製品２の欠陥有無を判定する。打音検査装置１は、品質管理システム（QCS: Quality Control System）６に判定結果を送信し、必要に応じて表示装置１０２に判定結果を表示する。
【００１３】
打音検査装置１は、様々な金属製品２に対する打音検査によって得られた打音データ、品種データ、形状寸法データ、および判定データを互いに関連付けて履歴データ記憶部１０３ａに記憶する。また、打音検査装置１は、過去の打音検査で得られたこれらのデータを必要に応じて履歴データ記憶部１０３ａから抽出し、その中で健全品であると判定された複数の金属製品２の打音データ群を用いて、健全品ばらつき範囲を生成し直すことができる。この新たに生成した健全品ばらつき範囲を用いて、打音検査装置１は、それまで健全品ばらつき範囲記憶部１０３ｂに記憶された健全品ばらつき範囲を更新する。
【００１４】
‐健全品ばらつき範囲の生成画面-
図２は、表示装置１０２に表示する健全品ばらつき範囲の生成画面の一例を示す図である。なお、表示装置１０２はその表面にタッチパネルを備えており、演算処理装置１０１に対する入力装置としての機能も有している。図２に示すように、健全品ばらつき範囲の生成画面は、品種指定ボックス１９１Ａ、ファイル指定ボックス１９２Ａ、形状寸法区分指定ボックス１９９Ａ、健全品ばらつき範囲生成ボタン１９３、振幅波形の健全品ばらつき範囲表示欄１９６Ａから構成される。
【００１５】
‐健全品ばらつき範囲の生成の処理手順‐
図３は、打音検査装置１による健全品ばらつき範囲を生成する処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートで示す処理は打音検査用計算機１００の演算処理装置１０１によって実行される処理を示すものである。
【００１６】
表示装置１０２に表示された図２の生成画面において健全品ばらつき範囲生成ボタン１９３が指定されると、図３に示す処理が開始される。この時に、製造実行システム５から取得した健全品である金属製品２の品種データに基づいて、品種番号（P-a）を品種指定ボックス１９１Ａに表示する。品種指定ボックス１９１Ａに品種番号を入力することにより、品種を指定するようにしてもよい。更に、形状寸法区分指定ボックス１９９Ａに、当該品種番号における形状寸法区分を指定する。形状寸法区分は、同一品種であっても、寸法公差内で形状寸法にばらつきがあるが、金属製品２を形成する角度や金属製品２の大きさのばらつきの範囲を複数に区分したものである。
【００１７】
打音検査装置１は、ステップＳ１１で、履歴データ記憶部１０３ａから、指定された品種（P-a）および形状寸法区分と同一品種で同一形状寸法区分の健全品の打音データ群を取得する。取得された健全品の打音データ群のメタデータテーブルを図４に、その振幅波形チャートを図５に示す。これらは取得された健全品の打音データ群の一例である。図４のメタデータテーブルは、健全品の打音データ群に含まれる各打音データに関するメタデータを表している。
【００１８】
図４のメタデータテーブルにおいて、第１列の「打音データＩＤ」は各打音データのＩＤ番号を表し、第２列の「品種番号」は各打音データに対応する金属製品２の品種番号を表し、第３列の「形状寸法区分」は金属製品２の形状寸法の区分を表し、第４列の「判定結果」は各打音データに対応する金属製品２の欠陥有無の判定結果を表している。ステップＳ１１では、健全品の打音データ群として、図４のメタデータテーブルの第４列に示すように、健全品かつ同一形状寸法区分、すなわち欠陥なしと判定された同じ寸法区分（D2）の金属製品２の打音データ（Data-1、Data-4、Data-5）に絞り込まれて取得される。なお、最初に健全品ばらつき範囲を生成するために用いる健全品の打音データ群には、前述のように、打音検査装置１による打音検査以外の他の方法を用いて健全品であることが判定されている複数の金属製品２の各打音データが採用される。そのため、このときの健全品の打音データ群のメタデータでの、「判定結果」には、当該他の方法によって成された欠陥有無の判定結果が格納されている。
【００１９】
図５に示す振幅波形チャートにおいて、第１列の「打音データＩＤ」は図４と同様に各打音データのＩＤ番号を表し、第２列の「打音生データ」は各打音データの生データを表している。本実施形態では、図５に示すように、横軸を時刻（打撃後の経過時間）、縦軸を打音（音圧）とした時系列の振幅波形データ２０１Ａ、２０４Ａ、２０５Ａを、各打音データの生データとして取得する。また、第３列の「輪郭線抽出」は、振幅波形データ２０１Ａ、２０４Ａ、２０５Ａに対して、後述のステップＳ１２の処理でそれぞれ計算される輪郭線２０１Ｂ、２０４Ｂ、２０５Ｂを表している。
【００２０】
次に、ステップＳ１２で、打音検査装置１は、各打音データ（振幅波形データ）の輪郭線の計算を行う。ステップＳ１３で、全打音データの輪郭線計算が終了したかどうかを判定し、終了していなければ、ステップＳ１２の処理に戻る。この処理を繰り返すことで、図５の第２列の「打音生データ」における振幅波形データ２０１Ａ、２０４Ａ、２０５Ａから第３列に示す輪郭線２０１Ｂ、２０４Ｂ、２０５Ｂをそれぞれ計算する。
【００２１】
ステップＳ１３で、全打音データの輪郭線計算を終了したと判定した後、打音検査装置１は、ステップＳ１４の処理に進む。ステップＳ１４では、全ての輪郭線を合わせた輪郭線群の上下限を抽出する。この輪郭線群の上下限の抽出の手順を図６および図７を用いて説明する。図６は、輪郭線２０１Ｂ、２０４Ｂ、２０５Ｂを重ね書きしたチャートである。ステップＳ１４では、図６の横軸である時間軸を走査しながら、これらの輪郭線の各時刻での上限値および下限値を逐次に抽出することにより、図７に示す上限曲線２０５Ｃおよび下限曲線２０４Ｃを抽出することができる。
【００２２】
なお、図６、図７の例では輪郭線群の各輪郭線２０１Ｂ、２０４Ｂ、２０５Ｂがお互いに交差しないため、輪郭線の上限曲線２０５Ｃおよび下限曲線２０４Ｃとして、輪郭線２０５Ｂ、２０４Ｃがそのままでそれぞれ抽出されている。しかし、これに限らず、輪郭線群に含まれる複数の輪郭線がお互いに交差しても、上記に説明した手順で上限曲線および下限曲線を抽出することができる。
【００２３】
また、本実施形態では輪郭線群から直接に上限曲線および下限曲線を抽出しているが、健全品の履歴データが大量（例えば５０以上）に蓄積された段階では、輪郭線群の各時刻の値に対応する点群から統計処理によって逐次に上限値および下限値を定めることにより、輪郭線群の上限曲線および下限曲線を決定しても良い。統計処理の一例を（式１）に示す。
0006605409.tif 000002
【００２４】
ここで、Lupper(t)は上限曲線、Llower(t)は下限曲線、xi(t)はi番目の輪郭線、tは時刻、αは点群標準偏差の係数、Ｎは輪郭線の数である。点群の標準偏差に係数を掛けることにより上限値および下限値を定めている。また、日次、週次あるいは月次などの予め決めたサイクルで上限曲線および下限曲線を抽出するようにして、健全品ばらつき範囲を学習しても良い。
【００２５】
次のステップＳ１５で、打音検査装置１は、ステップＳ１４で生成した上限曲線および下限曲線を健全品ばらつき範囲記憶部１０３ｂに記憶する。このとき、表示装置１０２に表示された図２の生成画面においてファイル指定ボックス１９２Ａに入力されたファイル名（例えばCriteria_P-a_D2.csv）で、健全品ばらつき範囲の仕様を規定する上限曲線および下限曲線の情報が、健全品ばらつき範囲記憶部１０３ｂに記録される。この際に、形状寸法測定器８から取得した形状寸法に基づく形状寸法区分を品種と関連付けて記憶する。もしくは、形状寸法測定器８が設置されていない場合は、形状寸法区分指定ボックス１９９Ａで指定された形状寸法区分を品種と関連付けて記憶する。
【００２６】
また、ステップＳ１５で打音検査装置１は、表示装置１０２の図２に示す生成画面の振幅波形の健全品ばらつき範囲表示欄１９６Ａに、ステップＳ１４で生成した上限曲線および下限曲線のチャートを表示する。その後、図３のフローチャートで示す健全品ばらつき範囲の生成処理を終了する。なお、健全品ばらつき範囲を規定する上限曲線および下限曲線のデータテーブルは図示しないが、後述の図１０、１１に示す打音データテーブルと同様とし、品種番号（P-a）および形状寸法区分（D2）と紐付けて記憶する。このようにして、複数の健全品の打音データに基づいて、健全品として許容されるばらつき許容幅、すなわち振幅波形データから抽出された輪郭線の上限曲線と下限曲線による健全品ばらつき範囲を設定する。
【００２７】
‐欠陥有無判定の画面−
図８は、打音検査装置１が表示装置１０２に表示する欠陥有無判定画面の一例を示す図である。図８に示すように、欠陥有無判定画面は、品種指定ボックス１９１Ｂ、ファイル指定ボックス１９２Ｂ、形状寸法区分指定ボックス１９９Ｂ、欠陥有無判定ボタン１９４、判定結果表示ボックス１９５、振幅波形の健全品ばらつき範囲からの逸脱判定結果表示欄１９６Ｂから構成される。
【００２８】
‐欠陥有無判定の処理手順‐
図９は、打音検査装置１による欠陥有無判定の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートで示す処理は打音検査用計算機１００の演算処理装置１０１によって実行される処理を示すものである。
【００２９】
表示装置１０２の図８に示す画面より欠陥有無判定ボタン１９４が指定されると、図９に示す処理が開始される。この時に、製造実行システム５から取得した検査対象品である金属製品２の品種データおよび形状寸法区分に基づいて、品種番号（P-a）を品種指定ボックス１９１Ｂに、形状寸法区分（例えばD2）を形状寸法区分指定ボックス１９９Ｂに表示する。また、それと共に、表示した品種番号（P-a）および形状寸法区分（D2）に適合する健全品ばらつき範囲の仕様を規定するファイルのファイル名（例えばCriteria_P-a_D2.csv）を、健全品ばらつき範囲記憶部１０３ｂから検索してファイル指定ボックス１９２Ｂに表示する。ファイル指定ボックス１９２Ｂにファイル名を入力することにより、健全品ばらつき範囲の仕様を規定するファイルを指定するようにしてもよい。
【００３０】
図９のステップＳ２１で、打音検査装置１は、打撃制御信号出力器２００を用いて、打撃装置３に打撃制御信号（打撃命令）を出力する。これにより、打撃装置３は検査対象の金属製品２を打撃する。
【００３１】
次のステップＳ２２で、打音検査装置１は、打撃装置３の打撃とタイミングを揃えて、マイク４より測定した音圧データをＡ／Ｄ変換器３００によりＡ／Ｄ変換することで、打音データの収集を開始する。ステップＳ２３で、予め定めた所定の時間区間が経過したかどうかを打音検査用計算機１００内のタイマーで判定する。なお、所定の時間区間に収集した打音データは打音検査用計算機１００内のＲＡＭに一時的に記憶されている。
【００３２】
ステップＳ２３で、所定の時間区間が経過した場合はＡ／Ｄ変換を終了して、ステップＳ２４へ進む。ステップＳ２４では、収集した打音データを履歴データ記憶部１０３ａに記憶する。その際に、製造実行システム５から収集した金属製品２の品種番号と、形状寸法測定器８から取得した形状寸法に基づく形状寸法区分とを打音データと関連付けて記憶する。もしくは、形状寸法測定器８が設置されていない場合は、形状寸法区分指定ボックス１９９Ｂで指定された形状寸法区分を記憶する。図１０および図１１に、履歴データ記憶部１０３ａのデータテーブルの例を示す。
【００３３】
図１０は履歴データ記憶部１０３ａに記憶されている各打音データに関するメタデータを表すメタデータテーブルである。図４と同様に、図１０のメタデータテーブルにおいて、第１列の「打音データＩＤ」は各打音データのＩＤ番号を表し、第２列の「品種番号」は各打音データに対応する金属製品２の品種番号を表し、第３列の「形状寸法区分」は金属製品２の形状寸法の区分を表し、第４列の「判定結果」は各打音データに対応する金属製品２の欠陥有無の判定結果を表している。これらのメタデータは、各打音データを測定する毎に記録される。
【００３４】
図１１は履歴データ記憶部１０３ａに記憶されている各打音データの内容を表す生データテーブルである。図１１の生データテーブルにおいて、第１列の「打音データＩＤ」は各打音データのＩＤ番号を表し、第２列以降の「時刻１」〜「時刻Ｎ」は各時刻における打音の音圧レベルを表している。これらのデータは、各打音データを測定する毎に記録される。図１０に示すメタデータと図１１に示す打音生データは、それぞれの「打音データＩＤ」が表すＩＤ番号によって紐付けられる。
【００３５】
次にステップＳ２５で、打音検査装置１は、ステップＳ２４で履歴データ記憶部１０３ａに記憶した検査対象の金属製品２の打音データから、その打音データが表す振幅波形データの輪郭線を計算する。つづいて、ステップＳ２６で、打音検査装置１は、ファイル指定ボックス１９２Ｂに表示されたファイル名のファイルを健全品ばらつき範囲記憶部１０３ｂから検索して取得する。ファイルには、健全品ばらつき範囲の仕様を規定する上限曲線および下限曲線の情報が、品種と形状寸法区分に関連付けて記憶されているので、このファイルを読み込むことで、打音検査装置１は、検査対象の金属製品２に対応する振幅波形データの健全品ばらつき範囲を規定する上限曲線および下限曲線を決定することができる。
【００３６】
ステップＳ２７で、打音検査装置１は、ステップＳ２５で計算した検査対象の金属製品２の打音データとしての振幅波形データの輪郭線が、健全品ばらつき範囲を規定する上限曲線の上側に逸脱（超過逸脱）しているか、あるいは下限曲線の下側に逸脱（不足逸脱）しているかを判定する。どちらかに逸脱している場合は、検査対象の金属製品２が欠陥品であると判断してステップＳ２８に進み、ステップＳ２８で、欠陥有りのフラグ設定を行う。一方、どちらにも逸脱していない場合は、検査対象の金属製品２が健全品であると判断してステップＳ２９に進み、ステップＳ２９で、欠陥無し（健全品）のフラグ設定を行う。このように、検査対象品の打音データである振幅波形データが健全品ばらつき範囲としてのばらつき許容幅の範囲内に収まっている場合に、検査対象の金属製品２を健全品と判定する。
【００３７】
最後に、ステップＳ３０で、打音検査装置１は、品質管理システム６に判定結果を送付すると共に、表示装置１０２の図８に示す判定画面の判定結果表示ボックス１９５に判定結果を表示する。また、振幅波形の健全品ばらつき範囲からの逸脱判定結果表示欄１９６Ｂに判定結果のチャートを表示する。図８の表示欄１９６Ｂには、上限曲線２０５Ｃおよび下限曲線２０４Ｃと共に、下限曲線２０４Ｃを下側に不足逸脱した振幅波形データの輪郭線２０６を、検査対象の金属製品２が欠陥品である場合の一例として示す。品質管理システム６に送付した判定結果は図１０のメタデータテーブルにおいて第４列の「判定結果」に反映され、履歴データ記憶部１０３ａに格納される。
【００３８】
‐第１の実施形態の効果‐
以上に説明したように、本実施形態の打音検査装置１によれば、健全製品の打音データ群から自動的に打音による振幅波形データの健全品ばらつき範囲を計算して、その範囲から検査対象製品の振幅波形データの逸脱を判定することによって打音検査を行う。そのため、以下の効果を得ることができる。
【００３９】
すなわち、本実施形態の打音検査装置１では、打音検査用の判定しきい値を人手で製品品種毎に設定する必要がないため、人手工数あるいは人件費コストを削減することができる。また、欠陥製品を予め準備して、健全製品の打音データと欠陥製品の打音データを比較することにより判定しきい値を設定する作業が必要ないため、欠陥製品の管理コスト、あるいは模擬欠陥製品の製造コストが不要になる。また、予め想定した欠陥製品による判定しきい値設定を行わないため、健全品ばらつき範囲を逸脱するあらゆる欠陥製品を検出することが可能になる。
更に、金属製品の材料上の欠陥は打音の音圧の強弱を左右するため、本実施形態の打音検査装置１では、打撃から減衰するまでの時間軸上の振幅波形の逸脱からこうした材料欠陥を検出することができる。
更に、金属製品の同一品種内であっても寸法公差内で形状寸法がばらつくが、打音変動因子別として形状寸法区分別に打音検査を行っているので、打音判定の検出精度が向上する。
【００４０】
第１の実施形態では、検査対象の金属製品２に対して、品種データを形状寸法データで区分して、打音データの輪郭線が健全品ばらつき範囲を逸脱しているか否かを判定することで、その金属製品２の欠陥有無を判定した。しかし、検査対象の金属製品２に対して、品種データを形状寸法データで区分して、以下の第２の実施形態で説明するように、打音データの周波数スペクトルを用いて欠陥の有無を判定してもよい。
【００４１】
第１の実施形態では、検査対象の金属製品２に対して、品種データを形状寸法データで区分して、打音データが健全品ばらつき範囲を逸脱しているか否かを判定することで、その金属製品２の欠陥有無を判定した。しかし、検査対象の金属製品２に対して、品種データを形状寸法データで区分することなく、その金属製品２の欠陥有無を判定してもよい。このような判定は、金属製品２の形状寸法が均一の場合や、打音データが形状寸法に依存しない場合等に適用することができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
図１２は、本実施形態における打音検査装置のシステム構成図である。本実施形態では、打音検査装置を計算機システムによって実現する例で示す。第２の実施形態では、打音データの周波数スペクトルの全域を対象にして欠陥の有無を判定する例で説明する。更に、本実施形態では、打音変動因子として製造経路データを例に説明する。
本実施形態では、第１の実施形態として図１に示したシステム構成図の形状寸法測定器８に替えて、番号リーダー９を備えている。その他の構成は、図１と同様であるのでその説明を省略する。
【００４３】
打音検査用計算機１００は、金属製品２に貼付された番号２Ｎを番号リーダー９により読み取り、番号２Ｎを取得する。番号２Ｎは、金属製品２の個体を識別する個体番号、あるいは金属製品２の個体群を識別する個体群番号であり、金属製品２の製造経路毎に固有の製造経路識別番号に紐付けられている。打音検査用計算機１００は、製造実行システム５に記録された製造トレーサビリティ情報を用いて、取得した番号２Ｎに対応する製造経路識別番号を引き当てることができる。あるいは、番号２Ｎに製造経路識別番号を含めて、番号リーダー９により製造経路識別番号を直接読み取っても良い。番号リーダー９は、番号２Ｎの刻印方式に応じて、例えばバーコードリーダー、あるいは画像認識装置などである。
【００４４】
製造経路識別番号とは、複数ある製造ラインで同一製品を製造する場合に製造ラインを識別する番号、あるいは１つの製造ラインで複数の製造装置を用いて同一製品を製造する場合に製造装置を識別する番号、あるいは１つの製造装置で複数の型などの治具を用いて同一製品を製造する場合に治具を識別する番号、あるいはそれらの組合せを識別する番号である。
【００４５】
同一製品の同一品種であっても、上記の製造経路の違いによって、金属製品２の形状寸法に寸法公差内でばらつきが生じることがある。本実施形態では、このばらつきの範囲を複数に区分した製造経路区分を用いて打音データによる欠陥有無判定を行う。
【００４６】
‐健全品ばらつき範囲の生成画面−
図１３は、図１２に示した打音検査装置１が表示装置１０２に表示する健全品ばらつき範囲の生成画面の一例を示す図である。第１の実施形態で説明した図２の画面と異なる構成要素は、振幅波形の健全品ばらつき範囲表示欄１９６Ａに替えて周波数スペクトルの健全品ばらつき範囲表示欄１９７Ａを設けている。更に、形状寸法区分指定ボックス１９９Ａに替えて製造経路区分指定ボックス２００Ａを設けている。
【００４７】
‐健全品ばらつき範囲の生成の処理手順‐
図１４は、打音検査装置１による健全品ばらつき範囲を生成する処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートで示す処理は打音検査用計算機１００の演算処理装置１０１によって実行される処理を示すものである。
【００４８】
表示装置１０２に表示された図１３に示す生成画面において健全品ばらつき範囲生成ボタン１９３が指定されると、図１４に示す処理が開始される。この時に、製造実行システム５から取得した健全品である金属製品２の品種データに基づいて、品種番号（P-a）を品種指定ボックス１９１Ａに表示する。品種指定ボックス１９１Ａに品種番号を入力することにより、品種を指定するようにしてもよい。更に、製造経路区分指定ボックス２００Ａに、当該品種番号における製造経路区分（例えばR3）を表示あるいは指定する。
【００４９】
打音検査装置１は、ステップＳ４１で、履歴データ記憶部１０３ａから、指定された品種（P-a）および製造経路区分（R3）と同一品種で同一製造経路区分の健全品の打音データ群を取得する。そして、ステップＳ４２で、各打音データの周波数スペクトルの計算を行う。例えば図５の第２列に示す打音生データとしての振幅波形データ２０１Ａから図１５の第２列に示す周波数スペクトル２１１Ａを計算する。
【００５０】
図１５の周波数スペクトル２１１Ａにおいて、横軸は周波数（ｋＨｚ）であり、縦軸はスペクトル強度（ｄＢ）である。つづいて、ステップＳ４３で、ステップＳ４２で計算した周波数スペクトルの輪郭線の計算を行う。例えば図１５の第３列に示すように、周波数スペクトル２１１Ａに対して輪郭線２１１Ｂを計算する。ステップＳ４４で、全打音データの周波数スペクトルの輪郭線計算が終了したかどうかを判別する。終了していなければ、ステップＳ４２、Ｓ４３の処理に戻る。この処理を繰り返すことで、図５の打音生データとしての振幅波形データ２０４Ａ、２０５Ａから図１５の周波数スペクトル２１４Ａ、２１５Ａをそれぞれ計算し、各スペクトルの輪郭線２１４Ｂ、２１５Ｂを計算する。
【００５１】
ステップＳ４４において全打音データに対する周波数スペクトルの輪郭線計算を終了したと判別された後、打音検査装置１は、ステップＳ４５で、全ての周波数スペクトルの輪郭線を合わせた輪郭線群の上限を抽出する。この周波数スペクトルの輪郭線群の上限の抽出の手順を図１６および図１７を用いて説明する。図１６は、周波数スペクトルの輪郭線２１１Ｂ、２１４Ｂ、２１５Ｂを重ね書きしたチャートである。ステップＳ４５では、図１６の横軸である周波数軸を走査しながら、これらの周波数スペクトルの輪郭線の各周波数での上限値を逐次に抽出することにより、図１７に示す上限曲線２１６Ｃを抽出することができる。こうして抽出された周波数スペクトルの輪郭線群の上限曲線２１６Ｃは、各近接ピークを渡る台形と矩形を組み合わせた形状となる。
【００５２】
なお、本実施形態では周波数スペクトルの輪郭線群の下限曲線は省略しているが、下限曲線を求めることもできる。また、本実施形態では周波数スペクトルの輪郭線群から直接に上限曲線を抽出しているが、第１の実施形態と同様に、健全品の履歴データが大量（例えば５０以上）に蓄積された段階では、周波数スペクトルの輪郭線群の各周波数の値に対応する点群から統計処理によって逐次に上限値を定めることにより、周波数スペクトルの輪郭線群の上限曲線を決定しても良い。
【００５３】
最後に、ステップＳ４６で、打音検査装置１は、ステップＳ４５で生成した周波数スペクトルの上限曲線を健全品ばらつき範囲記憶部１０３ｂに記憶する。このとき、表示装置１０２に表示された図１３の生成画面においてファイル指定ボックス１９２Ａに入力されたファイル名（例えばCriteria_P-a_R3.csv）で、健全品ばらつき範囲の仕様を規定する上限曲線の情報が、健全品ばらつき範囲記憶部１０３ｂに記録される。この際に、番号リーダー９から取得した番号２Ｎに基づく製造経路区分を打音データIDと関連付けて記憶する。もしくは、番号リーダー９が設置されていない場合は、製造経路区分指定ボックス２００Ａで指定された製造経路区分を打音データIDと関連付けて記憶する。
【００５４】
また、ステップＳ４６で打音検査装置１は、更に、表示装置１０２の図１３に示す生成画面の周波数スペクトルの健全品ばらつき範囲表示欄１９７Ａに、ステップＳ４５で生成した上限曲線のチャートを表示する。その後、図１４の健全品ばらつき範囲の生成処理を終了する。このようにして、複数の健全品の打音データに基づいて、健全品として許容されるばらつき許容幅、すなわち周波数スペクトルから抽出された輪郭線の上限曲線による健全品ばらつき範囲を設定する。
【００５５】
‐欠陥有無判定の画面−
図１８は、打音検査装置１が表示装置１０２に表示する欠陥有無判定画面の一例を示す図である。第１の実施形態で説明した図８の画面と異なる構成要素は、振幅波形の健全品ばらつき範囲からの逸脱判定結果表示欄１９６Ｂの替わりに周波数スペクトルの健全品ばらつき範囲からの逸脱判定結果表示欄１９７Ｂを設けている。また、形状寸法区分指定ボックス１９９Ｂの替わりに製造経路区分指定ボックス２００Ｂを設けている。
【００５６】
‐欠陥有無判定の処理手順‐
図１９は、打音検査装置１による欠陥有無判定の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートで示す処理は打音検査用計算機１００の演算処理装置１０１によって実行される処理を示すものである。
【００５７】
図１８に示す表示装置１０２の画面の欠陥有無判定ボタン１９４が指定されると、図１９に示す処理が開始される。この時に、製造実行システム５から取得した検査対象品である金属製品２の品種データおよび製造経路区分に基づいて、品種番号（P-a）を品種指定ボックス１９１Ｂに、製造経路区分（R3）を製造経路区分指定ボックス２００Ｂに表示する。また、それと共に、表示した品種番号（P-a）および製造経路区分（R3）に適合する健全品ばらつき範囲の仕様を規定するファイルのファイル名（例えばCriteria_P-a_R3.csv）を、健全品ばらつき範囲記憶部１０３ｂから検索してファイル指定ボックス１９２Ｂに表示する。ファイル指定ボックス１９２Ｂにファイル名を入力することにより、健全品ばらつき範囲の仕様を規定するファイルを指定するようにしてもよい。
【００５８】
図１９に示すステップＳ２１〜Ｓ２４の処理は、図９に示すステップＳ２１〜Ｓ２４と同様であり詳細は省略するが、打音データが取得され、図１０および図１１に示すように、履歴データが履歴データ記憶部１０３ａに記憶される。その際に、製造実行システム５から収集した金属製品２の品種番号と、番号リーダー９から取得した番号２Ｎに基づく製造経路区分とを打音データと関連付けて記憶する。もしくは、番号リーダー９が設置されていない場合は、製造経路区分指定ボックス２００Ｂで指定された製造経路区分を記憶する。
【００５９】
次に、ステップＳ５１で、打音検査装置１は、ステップＳ２４で履歴データ記憶部１０３ａに記憶した検査対象の金属製品２の打音データから、その打音データが表す振幅波形データの周波数スペクトルを計算する。そして、ステップＳ５２で、その周波数スペクトルの輪郭線を計算する。
【００６０】
つづいて、ステップＳ５３で、打音検査装置１は、ファイル指定ボックス１９２Ｂに表示されたファイル名のファイルを健全品ばらつき範囲記憶部１０３ｂから取得し、これを読み込むことで、検査対象の金属製品２に対応する周波数スペクトルの健全品ばらつき範囲を規定する上限曲線を読み込む。ファイルには、健全品ばらつき範囲の仕様を規定する情報が、品種と製造経路区分に関連付けて記憶されているので、このファイルを読み込むことで、打音検査装置１は、検査対象の金属製品２に対応する周波数スペクトルの健全品ばらつき範囲を規定する上限および下限を決定することができる。
【００６１】
そして、ステップＳ５４で、打音検査装置１は、ステップＳ５２で計算した検査対象の金属製品２の打音データとしての周波数スペクトルの輪郭線が、健全品ばらつき範囲を規定する上限曲線の上側に超過逸脱しているかを判定する。逸脱している場合はステップＳ５５で、欠陥有りのフラグ設定を行い、逸脱していない場合はステップＳ５６で、欠陥無し（健全品）のフラグ設定を行う。このように、検査対象品の打音データが健全品ばらつき範囲として表されるばらつき許容幅の範囲内に収まっている場合に、検査対象の金属製品２を健全品と判定する。
【００６２】
最後に、ステップＳ５６で、打音検査装置１は、品質管理システム６に判定結果を送付すると共に、表示装置１０２の図１８に示す判定画面の判定結果表示ボックス１９５に判定結果を表示する。また、周波数スペクトルの健全品ばらつき範囲からの逸脱判定結果表示欄１９７Ｂに判定結果のチャートを表示する。図１８の表示欄１９７Ｂには、上限曲線２１６Ｃと共に、上限曲線２１６Ｃを逸脱した周波数スペクトルの輪郭線２１７Ｃを、検査対象の金属製品２が欠陥品である場合の一例として示す。
【００６３】
‐第２の実施形態の効果‐
以上説明したように、本実施形態の打音検査装置１によれば、健全製品の打音データ群から自動的に打音の周波数スペクトルの健全品ばらつき範囲を計算して、その範囲から検査対象製品の打音データによる周波数スペクトルの逸脱を判定することによって打音検査を行う。そのため、以下の効果を得ることができる。
【００６４】
すなわち、本実施形態の打音検査装置１では、周波数スペクトル上に存在する多数の周波数ピークの中から欠陥検査のために着目する周波数ピークを人手で決定し、その周波数ピークに対する打音検査用の判定しきい値を人手で製品品種毎に設定する必要がないため、人手工数あるいは人件費コストを削減することができる。複雑形状の金属製品の周波数ピークは主要なものだけで数十に及ぶことがあり、その周波数は製品品種毎に異なる。また、欠陥製品を予め準備して、健全製品の打音データの周波数スペクトルと欠陥製品の打音データの周波数スペクトルを比較することにより周波数ピークを決定し、その判定しきい値を設定する作業が必要ないため、欠陥製品の管理コスト、あるいは模擬欠陥製品の製造コストが不要になる。また、予め想定した欠陥製品による周波数ピーク決定および判定しきい値設定を行わないため、周波数スペクトルの健全品ばらつき範囲を逸脱するあらゆる欠陥製品を検出することを可能にする。
【００６５】
更に、金属製品の構造上の欠陥は打音の周波数を左右するため、本実施形態の打音検査装置１では、周波数スペクトルの全域での周波数軸上のピーク周波数の移動による逸脱からこうした構造欠陥を検出することができる。
更に、同一製品の同一品種であっても、寸法公差内で金属製品の製造経路によって形状寸法にばらつきがあるが、打音変動因子別として製造経路区分別に打音検査を行っているので、打音判定の検出精度が向上する。
【００６６】
第２の実施形態では、検査対象の金属製品２に対して、品種データを製造経路データで区分して、打音データの周波数スペクトルを用いて欠陥の有無を判定した。しかし、検査対象の金属製品２に対して、品種データを製造経路データで区分して、上述の第１の実施形態で説明したように、打音データの輪郭線が健全品ばらつき範囲を逸脱しているか否かを判定することで、その金属製品２の欠陥有無を判定してもよい。
【００６７】
第２の実施形態では、検査対象の金属製品２に対して、品種データを製造経路データで区分して、打音データが健全品ばらつき範囲を逸脱しているか否かを判定することで、その金属製品２の欠陥有無を判定した。しかし、検査対象の金属製品２に対して、品種データを製造経路データで区分することなく、その金属製品２の欠陥有無を判定してもよい。このような判定は、金属製品２の製造経路データが均一の場合や、打音データが製造経路に依存しない場合等に適用することができる。
【００６８】
（第３の実施形態）
第３の実施形態における打音検査装置のシステム構成図は図１と同様であり、その説明を省略する。第３の実施形態では、打音データの打撃から減衰するまでの振幅波形と、周波数スペクトルの全域の両方を対象にして欠陥の有無を判定する。打音変動因子は形状寸法の例で説明するが、製造経路の場合も同様である。
健全品ばらつき範囲の生成の処理手順、欠陥有無判定の処理手順は第１の実施形態及び第２の実施形態で示したフローチャートの複合あるいは並列処理であるのでその説明を省略する。
【００６９】
打音検査装置１は、第１の実施形態及び第２の実施形態で説明したように、打音データの振幅波形と周波数スペクトルの両方に対して健全品ばらつき範囲を生成する。そして、図２０に示すように、表示装置１０２の生成画面において、振幅波形の健全品ばらつき範囲表示欄１９６Ａおよび周波数スペクトルの健全品ばらつき範囲表示欄１９７Ａの両方に、それぞれのチャートを表示する。
【００７０】
打音検査装置１は、第１の実施形態及び第２の実施形態で説明したように、振幅波形の健全品ばらつき範囲からの逸脱と、周波数スペクトルの健全品ばらつき範囲からの逸脱を両方共に判定する。そして、図２１に示すように、表示装置１０２の欠陥有無判定画面において、振幅波形の健全品ばらつき範囲からの逸脱判定結果表示欄１９６Ｂおよび周波数スペクトルの健全品ばらつき範囲からの逸脱判定結果表示欄１９７Ｂに、それぞれの判定結果のチャートを表示する。
【００７１】
‐第３の実施形態の効果‐
以上説明したように、本実施形態の打音検査装置１によれば、健全製品の打音データ群から自動的に打音による振幅波形データの健全品ばらつき範囲とその周波数スペクトルの健全品ばらつき範囲を両方共に計算して、その範囲からの検査対象製品の打音データによる振幅波形および周波数スペクトルの逸脱を判定することによって打音検査を行う。そのため、以下の効果を得ることができる。
【００７２】
すなわち、本実施形態の打音検査装置１では、振幅波形と周波数スペクトルのどちらで逸脱を検出したか、あるいは両方共に逸脱を検出したかを調べることによって、欠陥の種類を自動的に検出することを可能にする。例えば、金属製品の材料の欠陥は打音の音圧の強弱を左右するため、打撃から減衰するまでの時間軸上の振幅波形の逸脱から材料欠陥を検出することができる。一方、金属製品の構造の欠陥は打音の周波数を左右するため、周波数スペクトルの全域での周波数軸上のピーク周波数の移動による逸脱から構造欠陥を検出することができる。また、振幅波形と周波数スペクトルの詳細な検出情報（振幅波形逸脱の時間帯や逸脱方向、周波数スペクトル逸脱のピーク周波数値など）と詳細な欠陥種類（材料欠陥のレベル、構造欠陥の部位など）を照合して学習することにより、詳細な欠陥種類を検出することができる。
【００７３】
第３の実施形態では、打音変動因子は形状寸法の例で説明したが、検査対象の金属製品２に対して、品種データを形状寸法データや製造経路データで区分することなく、その金属製品２の欠陥有無を判定してもよい。このような判定は、金属製品２の形状寸法が均一の場合、製造経路データが均一の場合、打音データが形状寸法や製造経路に依存しない場合等に適用することができる。
【００７４】
なお、検査対象品は単一素材の金属製品に限定されるものではなく、打撃によって音を発生する素材で形成された様々な製品や部品が含まれる。例えば、金属とセラミックスなどの他の素材との複合材、人造石（コンクリート）などであってもよい。
【００７５】
以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）打音検査装置１が備える演算処理装置１０１は、複数の健全品の打音データに基づいて、健全品として許容されるばらつき許容幅を表す健全品ばらつき範囲を設定し（ステップＳ１４、Ｓ１５、ステップＳ４５、Ｓ４６）、検査対象品の打音データがばらつき許容幅の範囲内に収まっているか否かを判定することで、検査対象品が健全品であるか否かを判定する（ステップＳ２７、ステップＳ５４）。これにより、打音検査用の判定しきい値を予め設定する作業が簡単になる。
【００７６】
（２）打音データは時系列の振幅波形データであり、第１の実施形態では、演算処理装置１０１は、複数の健全品で収集された振幅波形データからそれぞれの輪郭線を抽出し（ステップＳ１２）、抽出された輪郭線の上限と下限の範囲をばらつき許容幅とする（ステップＳ１４、Ｓ１５）。また、第２の実施形態では、演算処理装置１０１は、複数の健全品で収集された振幅波形データからそれぞれの周波数スペクトルを抽出し（ステップＳ４２）、抽出された周波数スペクトルの輪郭線からばらつき許容幅を設定する（ステップＳ４５、４６）。また、第３の実施形態では、これらを組み合わせてばらつき許容幅を設定する。このようにしたので、ばらつき許容幅を適切に設定することができる。
【００７７】
（３）第１の実施形態では、演算処理装置１０１は、検査対象品の振幅波形データの輪郭線がばらつき許容幅の範囲内に収まっていない場合に検査対象品を材料欠陥と判定することができる（ステップＳ２７、Ｓ２８）。また、第２の実施形態では、演算処理装置１０１は、検査対象品の周波数スペクトルの輪郭線がばらつき許容幅の範囲内に収まっていない場合に検査対象品を構造欠陥と判定することができる（ステップＳ５４、Ｓ５５）。また、第３の実施形態では、これらを組み合わせて検査対象品の欠陥の種類を判定することができる。これにより、検査対象品が健全品ではなく欠陥ありと判定された場合に、その欠陥の種類についても判定することが可能になる。
【００７８】
（４）第１の実施形態では、製品の形状寸法を測定する手段を設けることによって寸法区分別に健全品ばらつき範囲を設定し、打音変動因子である形状寸法区分別に検査対象品の打音データがばらつき許容幅の範囲内に収まっているか否かを判定することで、検査精度を向上することが可能になる。
【００７９】
（５）第２の実施形態では、製品の個体番号を読み取る手段を設けることによって製造経路区分別に健全品ばらつき範囲を設定し、打音変動因子である製造経路区分別に検査対象品の打音データがばらつき許容幅の範囲内に収まっているか否かを判定することで、検査精度を向上することが可能になる。
【００８０】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００８１】
１  打音検査装置
２  金属製品
３  打撃装置
４  マイク
５  製造実行システム（MES）
６  品質管理システム（QCS）
７  ネットワーク
８  形状測定器
９  番号リーダー
１００  打音検査用計算機
１０１  演算処理装置
１０２  表示装置
１０３  記憶装置
【図１】
0006605409.tif 000003
【図２】
0006605409.tif 000004
【図３】
0006605409.tif 000005
【図４】
0006605409.tif 000006
【図５】
0006605409.tif 000007
【図６】
0006605409.tif 000008
【図７】
0006605409.tif 000009
【図８】
0006605409.tif 000010
【図９】
0006605409.tif 000011
【図１０】
0006605409.tif 000012
【図１１】
0006605409.tif 000013
【図１２】
0006605409.tif 000014
【図１３】
0006605409.tif 000015
【図１４】
0006605409.tif 000016
【図１５】
0006605409.tif 000017
【図１６】
0006605409.tif 000018
【図１７】
0006605409.tif 000019
【図１８】
0006605409.tif 000020
【図１９】
0006605409.tif 000021
【図２０】
0006605409.tif 000022
【図２１】
0006605409.tif 000023