(57)【要約】【課題】金属部品における割れの深さを直接計測することのできる、割れ深さ計測方法、及び、割れ深さ計測装置を提供する。【解決手段】渦流探傷計測装置１１で、被計測部材Ｗと同じ材質で、体積が既知である複数個の割れが生じている部材の渦流探傷計測を行い、対応する割れについての渦流探傷計測の出力値と体積との関係である渦流出力−割れ体積関係ｌを予め算出して記憶装置１４に記憶し、渦流探傷計測装置１１で、被計測部材Ｗの表面の渦流探傷計測を行い、演算装置１３で、渦流探傷計測の出力値と、渦流出力−割れ体積関係ｌと、により、被計測部材Ｗの表面に発生する割れの体積Ｖを算出し、画像処理装置１２で、被計測部材Ｗの表面の画像を撮像し、演算装置１３で、画像から被計測部材Ｗの表面における割れの面積を算出し、演算装置１３で、計測対象である割れについて、演算装置１３で算出した割れの体積Ｖと面積Ｓとの関係から、深さＬを算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の被計測部材の表面に発生する割れの深さを計測する方法であって、
前記被計測部材と同じ材質で、体積が既知である複数個の割れが生じている部材を対象として渦流探傷計測を行い、対応する割れについての渦流探傷計測の出力値と体積との関係である、渦流出力−割れ体積関係を予め算出する、予備算出工程と、
前記被計測部材の表面を対象として渦流探傷計測を行い、該渦流探傷計測の出力値と、前記渦流出力−割れ体積関係と、により、前記被計測部材の表面に発生する割れの体積を算出する、体積算出工程と、
前記被計測部材の表面の画像を撮像し、前記画像から前記被計測部材の表面における割れの面積を算出する、面積算出工程と、
計測対象である割れについて、前記体積算出工程で算出した体積と、前記面積算出工程で算出した面積と、の関係から、深さを算出する、割れ深さ算出工程とを備える、
ことを特徴とする、割れ深さ計測方法。
【請求項２】
前記割れ深さ算出工程では、前記計測対象である割れの立体的形状を、前記被計測部材の表面部分を底面とする錐体と推定し、前記体積算出工程で算出した体積と、前記面積算出工程で算出した面積と、の関係から、前記底面に直交する方向の前記割れの深さを算出する、ことを特徴とする、請求項１に記載の割れ深さ計測方法。
【請求項３】
前記割れ深さ算出工程では、前記計測対象である割れの立体的形状を、前記被計測部材の表面部分を側面とする三角柱体と推定し、前記体積算出工程で算出した体積と、前記面積算出工程で算出した面積と、の関係から、前記側面に直交する方向の前記割れの深さを算出する、ことを特徴とする、請求項１に記載の割れ深さ計測方法。
【請求項４】
金属製の被計測部材の表面に発生する割れの深さを計測する割れ深さ計測装置であって、
前記被計測部材の表面を対象として渦流探傷計測を行う渦流探傷計測装置と、
前記被計測部材の表面の画像を撮像する画像処理装置と、
前記被計測部材と同じ材質で構成され、体積が既知である複数個の割れが生じている部材を対象として渦流探傷計測を行うことにより予め算出された、対応する割れについての渦流探傷計測の出力値と体積との関係を示す渦流出力−割れ体積関係が記憶される記憶装置と、
渦流探傷計測装置にて行われた前記渦流探傷計測の出力値と、前記記憶装置に記憶される渦流出力−割れ体積関係と、により、前記被計測部材の表面に発生する割れの体積を算出し、前記画像処理装置により撮像された前記被計測部材の表面の画像から前記被計測部材の表面における割れの面積を算出し、計測対象である割れについて、算出した体積と算出した面積との関係を用いて、前記割れの深さを算出する、演算装置とを備える、
ことを特徴とする、割れ深さ計測装置。
【請求項５】
前記演算装置は、前記計測対象である割れの立体的形状を、前記被計測部材の表面部分を底面とする錐体と推定し、前記演算装置で算出した前記割れの体積と面積との関係から、前記底面に直交する方向の前記割れの深さを算出する、ことを特徴とする、請求項４に記載の割れ深さ計測装置。
【請求項６】
前記演算装置において、前記計測対象である割れの立体的形状を、該割れの長手方向を高さ方向として前記被計測部材の表面部分を側面とする三角柱体と推定し、前記演算装置で算出した前記割れの体積と面積との関係から、前記側面に直交する方向の前記割れの深さを算出する、ことを特徴とする、請求項４に記載の割れ深さ計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、割れ深さ計測方法、及び、割れ深さ計測装置に関し、特に、金属部品に生じる割れの深さを計測する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、渦流探傷計測や画像処理によって、金属部品の表面に発生する割れを検出する技術が知られている。また、これらを組み合わせて金属部品の検査を行う技術に関する公報も存在する（例えば、特許文献１を参照）。例えば複数の金属部品の接続にかしめ締結を用いた場合は金属部品に割れが発生しやすいため、金属部品を全数検査して割れを検出することが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１０７５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
金属部品においては、割れの深さ（部品の表面に直交する方向の割れの長さ）が品質に与える影響が大きくなる。しかし従来技術においては、渦流探傷計測等を用いても、割れの深さを直接計測することはできなかった。また、前記従来技術においては渦流探傷計測や画像処理を組み合わせているものの、割れの深さを計測する具体的手法については開示されていなかった。
【０００５】
本発明は、上記の状況を鑑み、金属部品における割れの深さを直接計測することのできる、割れ深さ計測方法、及び、割れ深さ計測装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、金属製の被計測部材の表面に発生する割れの深さを計測する方法であって、前記被計測部材と同じ材質で、体積が既知である複数個の割れが生じている部材を対象として渦流探傷計測を行い、対応する割れについての渦流探傷計測の出力値と体積との関係である、渦流出力−割れ体積関係を予め算出する、予備算出工程と、前記被計測部材の表面を対象として渦流探傷計測を行い、該渦流探傷計測の出力値と、前記渦流出力−割れ体積関係と、により、前記被計測部材の表面に発生する割れの体積を算出する、体積算出工程と、前記被計測部材の表面の画像を撮像し、前記画像から前記被計測部材の表面における割れの面積を算出する、面積算出工程と、計測対象である割れについて、前記体積算出工程で算出した体積と、前記面積算出工程で算出した面積と、の関係から、深さを算出する、割れ深さ算出工程とを備えるものである。
【０００８】
請求項２においては、前記割れ深さ算出工程では、前記計測対象である割れの立体的形状を、前記被計測部材の表面部分を底面とする錐体と推定し、前記体積算出工程で算出した体積と、前記面積算出工程で算出した面積と、の関係から、前記底面に直交する方向の前記割れの深さを算出するものである。
【０００９】
請求項３においては、前記割れ深さ算出工程では、前記計測対象である割れの立体的形状を、前記被計測部材の表面部分を側面とする三角柱体と推定し、前記体積算出工程で算出した体積と、前記面積算出工程で算出した面積と、の関係から、前記側面に直交する方向の前記割れの深さを算出するものである。
【００１０】
請求項４においては、金属製の被計測部材の表面に発生する割れの深さを計測する割れ深さ計測装置であって、前記被計測部材の表面を対象として渦流探傷計測を行う渦流探傷計測装置と、前記被計測部材の表面の画像を撮像する画像処理装置と、前記被計測部材と同じ材質で構成され、体積が既知である複数個の割れが生じている部材を対象として渦流探傷計測を行うことにより予め算出された、対応する割れについての渦流探傷計測の出力値と体積との関係を示す渦流出力−割れ体積関係が記憶される記憶装置と、渦流探傷計測装置にて行われた前記渦流探傷計測の出力値と、前記記憶装置に記憶される渦流出力−割れ体積関係と、により、前記被計測部材の表面に発生する割れの体積を算出し、前記画像処理装置により撮像された前記被計測部材の表面の画像から前記被計測部材の表面における割れの面積を算出し、計測対象である割れについて、算出した体積と算出した面積との関係を用いて、前記割れの深さを算出する、演算装置とを備えるものである。
【００１１】
請求項５においては、前記演算装置は、前記計測対象である割れの立体的形状を、前記被計測部材の表面部分を底面とする錐体と推定し、前記演算装置で算出した前記割れの体積と面積との関係から、前記底面に直交する方向の前記割れの深さを算出するものである。
【００１２】
請求項６においては、前記演算装置において、前記計測対象である割れの立体的形状を、該割れの長手方向を高さ方向として前記被計測部材の表面部分を側面とする三角柱体と推定し、前記演算装置で算出した前記割れの体積と面積との関係から、前記側面に直交する方向の前記割れの深さを算出するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、金属部品における割れの深さを直接計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は一実施形態に係る割れ深さ計測装置の概略構成、及び、平面視における被計測部材を示した図、（ｂ）は正面視における被計測部材を示した図。
【図２】（ａ）は渦流探傷装置による被計測部材の渦流探傷計測部分を示した図、（ｂ）は画像処理装置による被計測部材の撮像部分を示した図。
【図３】渦流探傷計測の出力値と割れの体積との関係を示した図。
【図４】一実施形態に係る割れ深さ計測方法のフローを示した図。
【図５】（ａ）は画像処理装置で撮像した被計測部材を示した図、（ｂ）は渦流探傷装置による被計測部材の渦流探傷計測の結果を示した図。
【図６】（ａ）は一実施例に係る割れの立体的形状の推定手法を示した図、（ｂ）は別実施例に係る割れの立体的形状の推定手法を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
【００１６】
［割れ深さ計測装置１０］
図１を参照して、割れ深さ計測装置の一実施形態である割れ深さ計測装置１０の概略構成について説明する。
割れ深さ計測装置１０は図１（ａ）に示す如く、渦流探傷計測装置１１と、画像処理装置１２と、演算装置１３と、を備え、金属製の被計測部材の表面に発生する割れ（図５（ａ）を参照）の深さ（部品の表面に直交する方向の割れの長さであって、図５（ａ）においては紙面と直交する方向の長さ）を計測する。本実施形態においては、被計測部材として、金属部材にて構成され、図１に示す如くケースＷ１の外周面にリング部Ｗ２がかしめ締結された自動車部品Ｗを用いて説明する。なお、被計測部材としては他の金属部品を用いることも可能である。
【００１７】
渦流探傷計測装置１１は、渦流探傷において現在一般的に用いられているものであり、励磁コイル及び検出コイルからなる交流コイルを備えた渦流センサである。渦流センサは、交流コイルに交流電流を通電することにより、交流コイルと導電体である金属製の被計測部材との間に生じる電磁誘導により、被計測部材に渦電流を発生させると同時に、被計測部材に発生した渦電流を検出コイルにより検出するのである。
【００１８】
画像処理装置１２はデジタルカメラを備えており、このデジタルカメラにより被計測部材の表面を撮像する。画像処理装置１２により撮像した被計測部材の画像データは後述する演算装置１３に取り込まれ、演算装置１３を用いて前記画像データに画像処理が施される。さらに、演算装置１３では、画像処理を施した画像データに基づいて、被計測部材の表面に生じた割れの有無を判定したり、割れの面積を算出したりすることができる。
【００１９】
演算装置１３は、渦流探傷計測装置１１及び画像処理装置１２と電気的に接続されており、入力機能、表示機能、記憶機能、通信機能、及び、各種演算機能等を備えている。演算装置１３は、ＣＰＵやＲＡＭやＲＯＭやインターフェース等を主体として構成された汎用的なコンピュータである。演算装置１３は記憶装置１４を備えており、記憶装置１４に、画像処理装置１２で撮像した画像データに画像処理を施すための画像処理プログラムや欠陥判定プログラム、及び、後述する演算処理を施すための処理プログラム等が記録されている。
【００２０】
演算装置１３は、渦流探傷計測装置１１の渦流センサと電気的に接続された信号処理装置、及び、信号処理装置と電気的に接続されたバンドパスフィルター等を備える。そして、信号処理装置は、渦流センサに電流を供給すると同時に、渦流センサが検出した渦電流の変化に基づいて形状信号を生成可能に構成されている。ここで、形状信号とは、被計測部材における渦電流の変化を示す信号であり、形状信号に基づいて被計測部材における割れ等の有無を判断することができる。
【００２１】
割れ深さ計測装置１０で割れ深さ計測を行う際には、図３に示す如く、予め対応する割れについての渦流探傷計測の出力値と体積との関係である「渦流出力−割れ体積関係」を算出しておく（予備算出工程）。
具体的には、渦流探傷計測装置１１で、被計測部材である自動車部品ＷのケースＷ１と同じ材質で、複数個の割れが生じている部材を準備する。そして、硬化性のある可塑性のゲル材を割れに充填し、このゲル材が硬化した後に、割れに充填されていたゲル材を取り出して、割れの部分の体積を計測し、複数個の割れの体積を測定する。さらに、この部材を対象として渦流探傷計測を行う（図２（ａ）を参照）。ここで、割れにおける渦流探傷計測の出力値と体積とについては、正の相関関係があることが知られている。その後、対応する割れについて、渦流探傷計測の出力値と体積との関係である、渦流出力−割れ体積関係を算出する。具体的には図３に示す如く、渦流探傷計測の出力値と割れの体積とに対応する点Ｐをそれぞれプロットし、その点Ｐの集合である点群に対して近似直線ｌを引くことにより、渦流出力−割れ体積関係を求めるのである。
この「渦流出力−割れ体積関係」は、割れ深さ計測装置１０により実際に割れ深さ計測を行うのに先立って算出され、記憶装置１４に記憶されている。
【００２２】
次に、図２（ａ）に示す如く、渦流探傷計測装置１１で、被計測部材である自動車部品ＷのケースＷ１における内周側の表面（図２（ａ）中に示す領域ｒ１）を対象として渦流探傷計測を行う。そして、演算装置１３で、渦流探傷計測の出力値と、記憶装置１４に記憶されている渦流出力−割れ体積関係ｌと、により、被計測部材の表面に発生する割れの体積を算出する（体積算出工程）。具体的には図３に示す如く、領域ｒ１における渦流探傷計測の出力値Ｅから、渦流出力−割れ体積関係ｌの直線上の点Ｑを抽出する。そして、点Ｑに対応する体積Ｖを割れの体積として算出するのである。
【００２３】
一方、図２（ｂ）に示す如く、画像処理装置１２で、被計測部材である自動車部品ＷのケースＷ１における内周側の表面（図２（ａ）中に示す領域ｒ２）の画像を撮像する。そして、演算装置１３で、撮像した画像データから被計測部材の表面における割れの面積を算出する（面積算出工程）。
【００２４】
本実施形態に係る割れ深さ計測装置１０においては図１（ａ）及び（ｂ）に示す如く、渦流探傷計測装置１１と画像処理装置１２とをケースＷ１の内周側に１８０度位相を変えて配置した状態で、矢印Ｒの如く自動車部品Ｗを回転させることにより、体積算出工程と面積算出工程とを同時に行うように構成している。なお、体積算出工程と面積算出工程とを別々に行う構成とすることも可能である。しかし、本実施形態における自動車部品Ｗの如く、被計測部材が円形状のものであれば、被計測部材を回転させて同時に行うことにより作業時間を短縮することができるため、同時に行う構成とすることが好適である。また、渦流探傷計測装置１１と画像処理装置１２との位相差は１８０度に限定されるものではないが、互いの影響を最小とするという観点においては、本実施形態の如く位相差を１８０度とすることが好ましい。
【００２５】
本実施形態に係る割れ深さ計測装置１０で行う割れ深さ計測について、図４を用いて具体的に説明する。
まず、ステップＳ０１に示す如く、渦流探傷計測装置１１と画像処理装置１２とをケースＷ１の内周側に配置した状態で被計測部材である自動車部品Ｗを回転させる。本実施形態においては、１分間に３０回転する速度で被計測部材を回転させている。
【００２６】
次に、ステップＳ０２に示す如く、演算装置１３では、自動車部品Ｗにおいて予め設定した基準位置（回転角が０度となる位置）又は前回渦流探傷計測を行った位置から１度回転したかどうかを判断する。１度回転していればステップＳ０３へと進み、１度回転していなければステップＳ０２の判断を再度繰り返す。
次に、ステップＳ０３に示す如く、渦流探傷計測装置１１でケースＷ１における内周側の表面の渦流探傷計測を行い、渦流信号Ｖｎを読み取る。
【００２７】
次に、ステップＳ０４に示す如く、演算装置１３では、自動車部品Ｗにおいて予め設定した基準位置（回転角が０度となる位置）又は前回撮像した位置から１０度回転したかどうかを判断する。１０度回転していればステップＳ０５へと進み、１０度回転していなければステップＳ０２の判断を再度繰り返す。
次に、ステップＳ０５に示す如く、画像処理装置１２でケースＷ１における内周側の表面の画像を１０度分の範囲で撮像し、撮像した画像の画像データを演算装置１３に取り込む。
【００２８】
次に、ステップＳ０６に示す如く、演算装置１３では、自動車部品Ｗにおいて予め設定した基準位置（回転角が０度となる位置）から３６０度回転したかどうかを判断する。３６０度回転していればステップＳ１０（ステップＳ１１からステップＳ１７）へと進み、３６０度回転していなければステップＳ０２の判断を再度繰り返す。このステップＳ０２からステップＳ０６を繰り返すことによって、基準位置から１度ごとに角度と紐つけて渦流信号Ｖｎのデータを取得する（図５（ｂ）を参照）。また、基準位置から１０度ごとの範囲で、０度〜１０度、１０度〜２０度、・・・、３５０度〜３６０度までの３６個の画像データ（画像ｆ１〜画像ｆ３６）を取得する（図５（ａ）を参照）。
【００２９】
次に、ステップＳ１０（ステップＳ１１からステップＳ１７）に示す如く、演算装置１３で被計測部材である自動車部品Ｗにおける基準位置から０度〜１０度の割れ抽出Ｓ１を行う。
具体的には、ステップＳ１１に示す如く、０度〜１０度の画像データ（画像ｆ１）の二値化を行う。詳細には、画像ｆ１における濃淡を、各画素の値が所定の閾値を上回っているか否かによって白色又は黒色に置き換える。本実施形態においては、図５（ａ）中のＣ１からＣ５に示す如く、割れが生じている部分を二値化により黒色に置き換えている。
【００３０】
次に、ステップＳ１２に示す如く、演算装置１３により、画像ｆ１における割れＣ１からＣ５のそれぞれについて、その形状から中心位置（詳細には、基準位置からの角度）を算出する。
次に、ステップＳ１３に示す如く、演算装置１３により、画像ｆ１における割れＣ１からＣ５のそれぞれについて、その形状から割れの面積Ｓを算出する。
【００３１】
次に、ステップＳ１４及び図５（ｂ）に示す如く、演算装置１３により、割れＣ１からＣ５のそれぞれの中心位置（基準位置からの角度）における渦流電圧（Ｅ１からＥ５）を抽出する。
次に、ステップＳ１５に示す如く、演算装置１３により、渦流探傷計測の出力値である渦流電圧（Ｅ１からＥ５）と、渦流出力−割れ体積関係ｌと、により、ケースＷ１の表面に発生する割れの体積Ｖを算出する。
【００３２】
次に、ステップＳ１６に示す如く、演算装置１３により、計測対象であるそれぞれの割れＣ１からＣ５について、体積算出工程で算出した体積Ｖと、面積算出工程で算出した面積Ｓと、の関係から、割れの深さＬを算出する（割れ深さ算出工程）。
【００３３】
次に、ステップＳ１７に示す如く、演算装置１３により、０度〜１０度の割れ抽出が完了したかどうかを判断する。０度〜１０度の割れ抽出が完了していればステップＳ２０へと進み、自動車部品Ｗにおける基準位置から１０度〜２０度の割れ抽出Ｓ２を行う。０度〜１０度の割れ抽出が完了していなければステップＳ１０を再度繰り返す。
次に、ステップＳ２０に示す如く、演算装置１３により、基準位置から１０度〜２０度の割れ抽出Ｓ２を行い、ステップＳ３６０に示す基準位置から３５０度〜３６０度の割れ抽出Ｓ３６まで割れ抽出を繰り返して終了するのである。
【００３４】
本実施形態におけるステップＳ１６では、体積Ｖと面積Ｓとの関係から、割れの深さＬを算出する際に、計測対象である割れの立体的形状を、被計測部材の表面部分を底面とする錐体と推定している。具体的には図６（ａ）に示す如く、ケースＷ１における内周側の表面に生じる割れの形状を底面として、表面に直交する方向に向かって１個の頂点に収束する錐体とするのである。そして、演算装置で算出した割れの体積Ｖと面積Ｓとの関係から、底面に直交する方向の深さＬを算出する。つまり、錐体の体積Ｖは底面積Ｓと高さ（深さＬ）との積に１／３を乗じて求められることから、体積Ｖの３倍を面積Ｓ（図６（ａ）に示すＳ１）で除することにより、深さＬ（図６（ａ）に示すＬ１）を算出するのである。
【００３５】
なお、ステップＳ１６においては、本実施形態と異なる手法によって割れの深さＬを算出する構成とすることも可能である。例えば計測対象である割れの立体的形状を、割れの長手方向を高さ方向として被計測部材の表面部分を側面とする三角柱体と推定するのである。具体的には図６（ｂ）に示す如く、ケースＷ１における内周側の表面に生じる割れの形状を側面として、表面と平行に一定の深さＬで広がる三角柱体とするのである。そして、演算装置で算出した割れの体積Ｖと面積Ｓとの関係から、底面に直交する方向の深さＬを算出する。つまり、柱体の体積Ｖは側面積Ｓと該側面と直交する高さ（深さＬ）との積に１／２を乗じて求められることから、体積Ｖの２倍を面積Ｓ（図６（ｂ）に示すＳ２）で除することにより、深さＬ（図６（ｂ）に示すＬ２）を算出するのである。
【００３６】
割れの立体的形状については、上記の如く錐体又は柱体と推定する以外に、これらの立体的形状を組み合わせた立体的形状や、深さが曲線状に変化する立体的形状と推定することも可能である。割れの立体的形状は、材質と工法で決まっているため、ゲル材を使用して割れの体積を計測するのと同時に、予め立体的形状についても推定することも可能である。そして、推定した割れの立体的形状と、体積Ｖと面積Ｓとの関係から、底面に直交する方向の深さＬを算出するのである。
【００３７】
本実施形態に係る割れ深さ計測装置１０によれば、上記の如く割れ深さ計測を行うことにより、割れの深さＬを直接計測することができる。つまり、渦流探傷計測装置１１と画像処理装置１２とを組み合わせて使用して、体積算出工程で算出した体積Ｖと、面積算出工程で算出した面積Ｓと、の関係から、割れの深さＬを算出することにより、割れの深さＬを算出することが可能となるのである。
【符号の説明】
【００３８】
１０    割れ深さ計測装置
１１    渦流探傷計測装置
１２    画像処理装置
１３    演算装置
Ｗ    自動車部品（被計測部材）
【図１】
2014106208.tif 000003
【図２】
2014106208.tif 000004
【図３】
2014106208.tif 000005
【図４】
2014106208.tif 000006
【図５】
2014106208.tif 000007
【図６】
2014106208.tif 000008