(57)【要約】      （修正有）【課題】複雑な中空構造の製品の検査を行う超音波検査装置、超音波検査方法、超音波検査プログラム及び３Ｄプリンタ装置を提供する。【解決手段】超音波検査装置６０は、検査対象に放射する超音波を送信すると共に上記検査対象からのエコー信号を受信する送受信回路６３と、上記送受信回路６３が受信したエコー信号に基づく検査エコーパターンを生成し、上記検査対象の良品サンプルに基づく良品エコーパターン及び上記検査対象の不良品サンプルに基づく不良品エコーパターンと上記検査エコーパターンとの類比判定を行って、類比判定結果に基づいて前記検査対象が良品であるか不良品であるかを判定する制御回路６１と、を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象に放射する超音波を送信すると共に上記検査対象からのエコー信号を受信する送受信回路と、
上記送受信回路が受信したエコー信号に基づく検査エコーパターンを生成し、上記検査対象の良品サンプルに基づく良品エコーパターン及び上記検査対象の不良品サンプルに基づく不良品エコーパターンと上記検査エコーパターンとの類比判定を行って、類比判定結果に基づいて上記検査対象が良品であるか不良品であるかを判定する制御回路と、
を具備したことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項２】
上記不良品サンプルは、３Ｄプリンタにより作製される
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。
【請求項３】
上記不良品サンプルは、上記不良品サンプルの内部の重要箇所に欠陥を有するように作製される
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波検査装置。
【請求項４】
上記不良品サンプルの内部の重要箇所は、上記不良品サンプルの中空部分に隣接する位置である
ことを特徴とする請求項３に記載の超音波検査装置。
【請求項５】
上記良品サンプル及び不良品サンプルは、上記検査対象の製品と同一素材で作製される
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。
【請求項６】
上記検査対象は、３Ｄプリンタにより作製される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波検査装置。
【請求項７】
上記良品であるか不良品であるかの判定結果を表示する表示部
を更に具備したことを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。
【請求項８】
検査対象に放射する超音波を送信すると共に上記検査対象からのエコー信号を受信する送受信ステップと、
上記送受信ステップにおいて受信したエコー信号に基づく検査エコーパターンを生成し、上記検査対象の良品サンプルに基づく良品エコーパターン及び上記検査対象の不良品サンプルに基づく不良品エコーパターンと上記検査エコーパターンとの類比判定を行って、類比判定結果に基づいて上記検査対象が良品であるか不良品であるかを判定するステップと、
を具備したことを特徴とする超音波検査方法。
【請求項９】
コンピュータに、
検査対象に放射する超音波を送信すると共に上記検査対象からのエコー信号を受信する送受信ステップと、
上記送受信ステップにおいて受信したエコー信号に基づく検査エコーパターンを生成し、上記検査対象の良品サンプルに基づく良品エコーパターン及び上記検査対象の不良品サンプルに基づく不良品エコーパターンと上記検査エコーパターンとの類比判定を行って、類比判定結果に基づいて上記検査対象が良品であるか不良品であるかを判定するステップと、
を実行させるための超音波検査プログラム。
【請求項１０】
検査対象に放射する超音波を送信すると共に上記検査対象内部からのエコー信号を含むエコー信号を受信する送受信回路と、
上記送受信回路が受信したエコー信号に基づく検査エコーパターンを生成し、上記検査対象の良品サンプルに基づく良品エコーパターン及び上記検査対象の不良品サンプルに基づく不良品エコーパターンと上記検査エコーパターンとの類比判定による超音波検査を行う制御回路とを具備し、
上記制御回路は、上記検査エコーパターンと上記良品エコーパターンとの類比判定結果と、上記検査エコーパターンと上記不良品エコーパターンとの類比判定結果との差を大きくするための検査態様を設定する
ことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項１１】
上記検査態様の情報を保持する記録回路
を更に具備したことを特徴とする請求項１０に記載の超音波検査装置。
【請求項１２】
製品の３Ｄデータと当該製品に超音波を放射してエコー信号を受信する超音波検査装置による超音波検査における重要箇所の情報及び当該重要箇所について想定し得る欠陥についての情報とに基づいて、上記製品の不良品サンプルを生成するための層データを生成する制御部を具備したことを特徴とする３Ｄプリンタ装置。
【請求項１３】
上記重要箇所の情報及び上記欠陥についての情報を記憶するメモリ
を更に具備したことを特徴とする請求項１２に記載の３Ｄプリンタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複雑な中空構造の製品の検査を行う超音波検査装置、超音波検査方法、超音波検査プログラム及び３Ｄプリンタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年３Ｄプリンタが利用されるようになってきている。３Ｄプリンタは、造形の自由度が高く、複雑で且つ中空構造の製品を作製することができる。このため、３Ｄプリンタは、金型等の少量生産品の製造に利用されるだけでなく、中空構造により軽量化した製品を製造することができるので、例えば、航空機の部品等の各種分野の製造に利用される。
【０００３】
ところで、このような中空構造の製品を検査する装置として、非破壊での検査が可能な超音波検査装置が用いられることがある。超音波検査装置は、高周波音の個体材料伝播に関する物理法則を利用して、厚さ測定、金属特性分析、金属、プラスチック、セラミック等の部品内部の隠れたクラック、空洞、孔(巣)、その他内部欠陥の検出を行うものである。
【０００４】
検査者は、超音波検査装置により超音波パルスを検査対象に放射させ、反射したエコーパターンを表示させることにより、隠れた傷や物質の境界部分を判定する。なお、特許文献１においては、円柱状試験体であっても試験体内部に超音波を収束させることができる超音波探傷の探触子が開示されている。この技術を用いることで、表面が複雑な形状の検査対象について、確実な検査が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１８５８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したように、超音波検査装置においては、検査者は、表示されたエコーのパターンによって、傷の有無等を判定する。しかしながら、例えば３Ｄプリンタで作製された製品のように、複雑で中空構造の製品については、エコーのパターンも複雑となり、熟練者でなければ、エコーパターンから製品の良不良を判定することができないことがある。また、場合によっては、熟練者であっても、良不良の判定が困難な場合もある。
【０００７】
本発明は、予め作成した良品エコーパターン及び不良品エコーパターンを用いることで、製品の良不良を確実且つ自動的に判定することができる超音波検査装置、超音波検査方法、超音波検査プログラム及び３Ｄプリンタ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様による超音波検査装置は、検査対象に放射する超音波を送信すると共に上記検査対象からのエコー信号を受信する送受信回路と、上記送受信回路が受信したエコー信号に基づく検査エコーパターンを生成し、上記検査対象の良品サンプルに基づく良品エコーパターン及び上記検査対象の不良品サンプルに基づく不良品エコーパターンと上記検査エコーパターンとの類比判定を行って、類比判定結果に基づいて上記検査対象が良品であるか不良品であるかを判定する制御回路と、を具備する。
【０００９】
また、本発明の一態様による超音波検査方法は、検査対象に放射する超音波を送信すると共に上記検査対象からのエコー信号を受信する送受信ステップと、上記送受信ステップにおいて受信したエコー信号に基づく検査エコーパターンを生成し、上記検査対象の良品サンプルに基づく良品エコーパターン及び上記検査対象の不良品サンプルに基づく不良品エコーパターンと上記検査エコーパターンとの類比判定を行って、類比判定結果に基づいて上記検査対象が良品であるか不良品であるかを判定するステップと、を具備する。
【００１０】
また、本発明の一態様による超音波検査プログラムは、コンピュータに、検査対象に放射する超音波を送信すると共に上記検査対象からのエコー信号を受信する送受信ステップと、上記送受信ステップにおいて受信したエコー信号に基づく検査エコーパターンを生成し、上記検査対象の良品サンプルに基づく良品エコーパターン及び上記検査対象の不良品サンプルに基づく不良品エコーパターンと上記検査エコーパターンとの類比判定を行って、類比判定結果に基づいて上記検査対象が良品であるか不良品であるかを判定するステップと、を実行させる。
【００１１】
また、本発明の他の態様による超音波検査装置は、検査対象に放射する超音波を送信すると共に上記検査対象内部からのエコー信号を含むエコー信号を受信する送受信回路と、上記送受信回路が受信したエコー信号に基づく検査エコーパターンを生成し、上記検査対象の良品サンプルに基づく良品エコーパターン及び上記検査対象の不良品サンプルに基づく不良品エコーパターンと上記検査エコーパターンとの類比判定による超音波検査を行う制御回路とを具備し、上記制御回路は、上記検査エコーパターンと上記良品エコーパターンとの類比判定結果と、上記検査エコーパターンと上記不良品エコーパターンとの類比判定結果との差を大きくするための検査態様を設定する。
【００１２】
また、本発明の一態様による３Ｄプリンタ装置は、製品の３Ｄデータと当該製品に超音波を放射してエコー信号を受信する超音波検査装置による超音波検査における重要箇所の情報及び当該重要箇所について想定し得る欠陥についての情報とに基づいて、上記製品の不良品サンプルを生成するための層データを生成する制御部を具備する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、予め作成した良品エコーパターン及び不良品エコーパターンを用いることで、製品の良不良を確実且つ自動的に判定することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る超音波検査装置を示すブロック図。
【図２】超音波検査の原理を説明するための説明図。
【図３】超音波検査の問題点を説明するための説明図。
【図４】作製する不良品の一例を説明するための説明図。
【図５】作製する不良品の一例を説明するための説明図。
【図６Ａ】作製する不良品の一例を説明するための説明図。
【図６Ｂ】作製する不良品の一例を説明するための説明図。
【図６Ｃ】作製する不良品の一例を説明するための説明図。
【図７】良品及び不良品を作製する３Ｄプリンタを示す説明図。
【図８】３Ｄプリンタによる不良品の製造工程を説明するためのフローチャート。
【図９】制御回路６１の検査制御を説明するためのフローチャート。
【図１０】検査の概要を示す説明図。
【図１１】表示例を示す説明図。
【図１２】表示例を示す説明図。
【図１３】検査工程を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施の形態に係る超音波検査装置を示すブロック図である。本実施の形態は、製品の検査において重要な箇所について、予め良品と不良品を作製し、これらの良品及び不良品に基づく良品エコーパターンと不良品エコーパターンとを求めて保持し、検査パターンとの類比判定によって製品の良不良を自動判定するものである。
【００１７】
先ず、図２及び図３の説明図を参照して超音波検査の原理及び問題点について説明する。
【００１８】
検査対象１は、外表面により内部が覆われて内部を視認できない筐体である。検査対象１には、内部に外部から視認できない傷１ａ，１ｂ，１ｃが存在する。一面に開口部を有する筐体２内には、開口部に露出した探触子３が収納されている。筐体２には、図示しない超音波検査装置の送受信回路に接続されるコネクタ５が取り付けられており、探触子３は送受信回路からコネクタ５を介して超音波パルスが供給されるようになっている。
【００１９】
検査対象１の検査時には、探触子３を接触媒質４を介して検査対象１の表面に当接させ、筐体２を検査対象１の表面上を図２の矢印に示すように移動させる。探触子３が傷１ａの上方に位置する場合、探触子３において図２の左側のエコー波形が受信される。即ち、探触子３から発せられた超音波（Ｔ波）は、傷１ａにおいて反射してＦ波として探触子３において受信されると共に、検査対象１の底面において反射してＢ波として探触子３において受信される。
【００２０】
同様に、探触子３が傷１ｂの上方に位置する場合には、図２の中央のエコー波形に示すように、探触子３から発せられた超音波（Ｔ波）は、傷１ｂにおいて反射してＦ波として探触子３において受信されると共に、検査対象１の底面において反射してＢ波として探触子３において受信される。また、探触子３が傷１ｃの上方に位置する場合には、図２の右側のエコー波形に示すように、探触子３から発せられた超音波（Ｔ波）は、傷１ｃにおいて反射してＦ波として探触子３において受信されると共に、検査対象１の底面において反射してＢ波として探触子３において受信される。
【００２１】
これらのエコー波形を観察することで、傷の有無、位置及び大きさ等を判定することができる。しかしながら、超音波は、傷等の欠陥部分だけでなく、壁面等においても反射し、しかも、欠陥のサイズによっては、超音波の進行が妨げられ、欠陥より先の部分からの反射波が得られないこともある。
【００２２】
図３はこの場合の例を示すものである。検査対象１０ａは内部に欠陥や空洞を有していない。検査対象１０ｂは内部に空洞１１ａを有した構造となっている。また、検査対象１０ｃは、検査対象１０ｂの空洞１１ａの近くに欠陥１１ｂを有したものである。
【００２３】
探触子１２は送信用振動子１３と受信用振動子１４とを有している。検査対象１０ａの表面に接触媒質１５を介して送信用振動子１３及び受信用振動子１４を当接させる。この場合には、送信用振動子１３からの超音波パルスは、矢印に示すように、検査対象１０ａの底面において反射して反射波が受信用振動子１４において受信される。
【００２４】
次に、検査対象１０ｂの表面に接触媒質１５を介して送信用振動子１３及び受信用振動子１４を当接させる。欠陥１１ａの大きさより探触子１３が大きい場合には、送信用振動子１３からの超音波パルスは、矢印に示すように、空洞１１ａ及び検査対象１０ａの底面において反射して反射波が受信用振動子１４において受信される。空洞の方が探触子より小さくないと、底面からの反射が得られないので、設計された空洞部の投影面積より、大きな面積の探触子を用いる方が良い。
【００２５】
次に、検査対象１０ｃの表面に接触媒質１５を介して送信用振動子１３及び受信用振動子１４を当接させる。この場合にも、送信用振動子１３からの超音波パルスは、矢印に示すように、空洞１１ａ及び検査対象１０ｃの底面において反射して反射波が受信用振動子１４において受信される。この状態で超音波の反射を検出しようとしても、欠陥１１ｂには超音波が到達していない場合、欠陥１１ｂにおいて反射した反射波の振幅が極めて小さい場合、欠陥１１ｂからの反射波と空洞１１ａからの反射波とが近接して区別できない場合等が考えられて、どのような状態か分からなくなる。
このような検査対象の内部の構造によっては、反射波の波形から確実に欠陥部分を判定することができるとは限らない。特に、３Ｄプリンタ等によって製作された中空で複雑な構造の製品については、反射波の波形は極めて複雑となり、欠陥部分を判定することは容易ではない。
【００２６】
そこで、本実施の形態においては、製品の検査において重要な箇所について、予め良品及び不良品（サンプル）を作製し、これらの良品及び不良品に基づくエコーパターンを取得しておくことで、自動的且つ確実に欠陥部分の判定を行うようにする。
【００２７】
図４、図５及び図６Ａ〜図６Ｃは作製する不良品の一例を説明するための説明図である。
【００２８】
図４はガスタービンブレード２０を示している。なお、図４はブレード部２１を切断して示している。図４のガスタービンブレード２０は、例えば、３Ｄプリンタを用いた金属積層造形（ＡＭ）技術を用いて作製することができる。ＡＭ技術としては、例えば、材料粉末を敷き詰めたパウダーベッドにレーザを照射し、任意の部分を溶融して金属を積層させるＳＬＭ（セレクティブ・レーザ・メルティング）方式を採用することができる。例えば、多結晶のニッケル超合金を原料にガスタービンブレード２０が作製されている。図４に示すように、ガスタービンブレード２０は、断面２２部分に示すように、内部は空洞２３が形成された中空構造を有しており、また、外形状及び内部形状はブレードの特性に必要な曲線を有している。
【００２９】
図５は図４のガスタービンブレード２０の良品２０ａの断面形状を模式化して示すものであり、図５の各四角の枠２５は３Ｄプリンタで作製する場合のレーザ照射の１走査によって溶融される部分を示している。なお、実際の走査のピッチは極めて小さいが、図５では説明の簡略化のために大きな走査ピッチを示している。３Ｄプリンタで金属を積層させることにより、空洞２３を有するガスタービンブレード２０の製造が可能である。
【００３０】
図６Ａ〜図６Ｃは、図５と同様の表記によって、図４のガスタービンブレード２０の不良品２０ｂの例を示すものである。図６Ａ〜図６Ｃの例はブレード部２１の側面に探触子１２を当接させて、ガスタービンブレード２０の内部の検査を行うことを示している。図６Ａ〜図６Ｃの例は、ブレード部２１の付け根の部分であって、強度的に重要部を検査する例である。例えば、中空であるがゆえに強度設計上、重要な空洞２３に接する部分を検査することを示している。このようなブレード部２１の付け根の部分等は、空洞２３と接していることから超音波を用いた検査では良不良の判定が困難であることが想定される。また、この部分は、その形状により製造時に欠陥が生じやすいことが想定される。また、この部分は、ガスタービンブレード２０の強度的に重要と考えられる部分であることも想定される。
【００３１】
そこで、例えば、欠陥が生じやすいと考えられる部分、強度等の理由から重要と考えられる部分、或いは検査において良不良の判定が困難と考えられる部分等について、想定される欠陥を含む不良品２０ｂを予め作製する。図６Ａ〜図６Ｃの例では、図５との比較から明らかなように、ブレード部２１の空洞２３の付け根部分において、欠陥３１が形成されている。
【００３２】
なお、図６Ａの例では、欠陥３１として、本来の形状に比べて溶融部分が多い突き出た形状の例を示しているが、欠落している場合もある。更に、形状は略同一であるが、溶融不良等の場合も考えられる。これらの場合には、超音波による反射波の波形は、良品と異なるものと考えられる。
【００３３】
なお、所定の一部が突き出た形状の製品では強度等について問題が無く、所定の一部が欠落した形状の製品（図６Ｂ、図６Ｃハッチング部分が欠落部、欠損部、欠陥部を示す）の場合にのみ強度等の点から問題がある場合には、不良品としては所定の一部が欠落した形状の製品を作製すればよい。即ち、超音波検査において、不良の状態を確実に判定する必要がある部分について、その不良の状態を再現した製品を不良品として作製すればよい。
【００３４】
図６Ｂは、空洞と欠陥部がつながってしまった例、図６Ｃは、空洞に接している部分は壁があるだけで、中が完全に溶融していない例を示すが、こうした細かな違いでも本発明によれば、微細な反射の違いが判定可能となる。もちろん、これ以外の欠陥に関しても、想定する不具合ごとに欠陥サンプルを作っておけば、どのパターンの不具合であるかが簡単に検出可能となる。
【００３５】
なお、十分なレベルのエコー信号が得られない場合等、パターンを検出することができない場合には、接触子を当接させる位置を変えたり、超音波の強度を変えたり、接触子を変えたり、ウェッジ（接触補助具）を設計したりして検出できるようにしておけば、実際の製品でも、どのパターンの欠陥かを判別することができる。このような位置変更、角度変更は、モータなどアクチュエータやギアや送りねじ、可動ステージなどを組み合わせた測定位置、角度変更機構を併用してもよいし、電気的に超音波のパターンを変えてもよい。
【００３６】
つまり、超音波の周波数を高くすると分解能が上がるが、浸透が少なくなるし、周波数を低くすると分解能が下がり、浸透が深くまで行くことになるので、このバランスをとって、不良品と良品の差が出るような周波数を選ぶようにすればよい。
【００３７】
このような不良品に関する情報や検査に関する情報を次の設計に反映したり、３Ｄプリンタの設定等に反映して、迅速且つ確実に最適な検査を可能にすることができる。これにより、超音波の反射が複雑に混信することから、これまで検出しにくかった中空部分に隣接した欠陥についても、確実な検査結果を得ることができる。
【００３８】
このように、本実施の形態においては、良不良の判定に不良品サンプルを用いており、確実な検査のために理想的な不良品サンプルを作製することが重要となる。本実施の形態においては、所望の欠陥を有する不良品サンプルを容易に作製できることから、３Ｄプリンタを用いて不良品サンプルを作製する。
【００３９】
図７は良品及び不良品を作製する３Ｄプリンタを示す説明図である。図８は３Ｄプリンタによる不良品の製造工程を説明するためのフローチャートである。
【００４０】
３Ｄプリンタ４０は、制御部４１を備えている。制御部４１は、ＣＰＵ等を用いたプロセッサによって構成されて、図示しないメモリに記憶されたプログラムに従って動作して各部を制御するものであってもよいし、ハードウェアの電子回路で機能の一部又は全部を実現するものであってもよい。制御部４１には３Ｄデータメモリ４２が設けられており、３Ｄデータメモリ４２には、作製する製品の３Ｄデータが格納されている。なお、３Ｄデータメモリ４２には、良品だけでなく、不良品についての３Ｄデータや不良品製造のための設定情報（良品及び不良品設計情報）等も格納されているものとする。制御部４１は、３Ｄデータメモリ４２から読出した３Ｄデータと良品及び不良品設計情報に基づいて、アクチュエータ制御部４３及びレーザ部４５を制御するようになっている。
【００４１】
なお、良品及び不良品設計情報は、部品強度上の重要箇所や、３Ｄプリンタ機種や個体固有の性能限界等に基づいて、制御部４１において生成してもよく、また、外部のコンピュータで生成した不良品設計情報を制御部４１が取り込んで３Ｄデータメモリ４２に格納するようにしてもよい。
【００４２】
図７の３Ｄプリンタ４０はレーザ溶融を行うＳＬＭ方式を採用した例を示している。図７に示すように、ＳＬＭ方式の３Ｄプリンタ４０は、材料バケット４６、造形ステージ４９及び余剰分ボックス５１を有する。材料バケット４６は、材料となる金属粉末４８が貯蔵された供給エレベータ４７を有する。供給エレベータ４７は、アクチュエータ制御部４３に制御されて、矢印に示すように上昇して、金属粉末４８を上方に持ち上げる。供給エレベータ４７の上方にはロールコーター４４が設けられている。ロールコーター４４は、アクチュエータ制御部４３に制御されて矢印に示すように移動し、供給エレベータ４７の上昇により持ち上がった金属粉末４８を造形ステージ４９に供給する。なお、図７ではロールコーター４４によって掻き取られた金属粉末４８ａ及び造形ステージ４９に供給された金属粉末４８ｂを示している。
【００４３】
造形ステージ４９は、金属粉末４８ｂが敷き詰められるエレベータ５０を有している。造形ステージ４９上にはレーザ部４５が配置されている。レーザ部４５は、制御部４１により各層の形状データに基づいて制御されて、金属粉末４８ｂの表面にレーザ光を照射し、照射部分の金属粉末４８ｂを溶融させ、固化させる。エレベータ５０は、アクチュエータ制御部４３に制御されて、矢印に示すように供給エレベータ４７の上昇分だけ、即ち、形成する１層の厚さ分だけ下降するようになっている。エレベータ５０の下降後に、上述したように、ロールコーター４４によって金属粉末４８ｂが敷き詰められ、余った金属粉末４８は余剰分ボックス５１に落下して貯められるようになっている。
【００４４】
次に、図８を参照して良品及び不良品の製造工程について説明する。なお、ここでは、３Ｄプリンタの制御部４１が以下のプロセスを制御するが、これは、ほかのコンピュータ等と連携して実行してもよい。例えば、３Ｄデータなどは、ほかの設計用コンピュータなどで設計されたデータを取得すればよい。
【００４５】
図８のステップＳ１において、制御部４１は、３Ｄデータメモリ４２に格納されている良品及び不良品についての３Ｄデータ及び良品設計情報を取得する。制御部４１は、取得した３Ｄデータ及び良品設計情報に基づいて作製する層の形状データを求める。次に、制御部４１は、ステップＳ２において、強度設計上重要部位の情報を取得する。次のステップＳ３〜Ｓ６は、良品サンプルを作製するための処理を示している。この重要部位情報も、設計用の別のコンピュータ等で指定してもよいし、３Ｄプリンタが設計をレビューして情報を生成してもよい。例えば、３Ｄプリンタで加工する際に起こりやすい加工ミス情報は３Ｄプリンタが情報を持っている構成にすればよい。これは、加工機（３Ｄプリンタ）にも、個体差等もあり、その個体ならではの加工のしにくさや苦手箇所などがあり得、そうした場合は、工場で一括管理した情報を保持するようにしてもよいし、その情報を各加工機に記録していてもよい。
【００４６】
制御部４１は、ステップＳ３において、層の作製を行うか否かを判定する。層の作製を行う場合には、制御部４１は、次のステップＳ４において層の作製準備を行う。即ち、制御部４１はアクチュエータ制御部４３を制御して、最下層の作製時には、造形ステージ４９上に最下層の一層分の金属粉末４８ｂを敷き詰め、第２層以降の層の作製時には、造形ステージ４９を１層分下降させると共に、供給エレベータ４７を１層分上昇させ、金属粉末４８をロールコーター４４によって掻き取り、エレベータ５０上に金属粉末４８ｃを敷き詰める。
【００４７】
次に、制御部４１は、ステップＳ５において、レーザ部４５を制御して、作製する層の形状データに基づいてレーザ部４５を制御して、金属粉末４８ｃの対応する位置の表面にレーザ光を照射して溶融させ、固化させる。制御部４１は、１層の加工が終了すると処理をステップＳ３に戻して、次の層の作製を行うか否かを判定する。
【００４８】
制御部４１は、ステップＳ３において層の作製を行わないと判定した場合に、処理をステップＳ６に移行して、良品サンプルの作製が終了したか否かを判定する。制御部４１は、良品サンプルの作製が終了していない場合には、処理をステップＳ４に戻し、良品サンプルの作製が終了している場合には処理を次のステップＳ７に移行する。ステップＳ３〜Ｓ５において良品サンプルの作製が完了すると、制御部４１は、ステップＳ７において、強度設計上重要部位が非破壊検査が困難な部位であるか否かを判定する。
【００４９】
制御部４１は、強度設計上重要部位が非破壊検査が困難な部位でない場合には、不良品サンプルの作製は不要であるので、処理を終了する。強度設計上重要部位が非破壊検査が困難な部位である場合には、制御部４１は処理を次のステップＳ８に移行して、不良品の作製準備を行う。なお、この不良品の作成準備は、この３Ｄプリンタの制御部が行ってもよいし、外部から不良品用３Ｄデータを取得して、それに従って行ってもよい。
【００５０】
即ち、制御部４１は、良品サンプルの取り出し後に、供給エレベータ４７、エレベータ５０及びロールコーター４４を、製品の作製開始時の状態にする。次に、制御部４１は、ステップＳ１０において、層の作製を行うか否かを判定する。層の作製を行う場合には、制御部４１は、次のステップＳ１１において層の作製準備を行う。即ち、制御部４１はアクチュエータ制御部４３を制御して、最下層の作製時には、造形ステージ４９上に最下層の一層分の金属粉末４８ｂを敷き詰め、第２層以降の層の作製時には、造形ステージ４９を１層分下降させると共に、供給エレベータ４７を１層分上昇させ、金属粉末４８をロールコーター４４によって掻き取り、エレベータ５０上に金属粉末４８ｃを敷き詰める。
【００５１】
次に、制御部４１は、ステップＳ１２において、加工位置が重要部位に対応する部分であるか否かを判定し、重要部位でない場合には、正常な加工処理、即ち、ステップＳ５の加工と同様の加工を正常な３Ｄデータに対応した層の形状データに基づいて加工する。
【００５２】
一方、制御部４１は、ステップＳ１２において加工位置が重要部位に対応する部分であるものと判定した場合には、処理をステップＳ１４に移行する。制御部４１は、ステップＳ１４において、３Ｄデータ及び不良品設計情報に基づいて不良品として良品とは異なる加工（異常加工）を施す。図７の欠陥３１は、この異常加工によって形成されたものである。制御部４１は、ステップＳ１５において、対応する層の加工が終了したか否かを判定し、終了していない場合には処理をステップＳ１２に戻す。対応する層の加工が終了すると、制御部４１は処理をステップＳ１５からステップＳ１０に戻して、次の層の作製を行うか否かを判定する。
【００５３】
制御部４１は、ステップＳ１０において層の作製を行わないと判定した場合に、処理をステップＳ１６に移行して、不良品サンプルの作製が終了したか否かを判定する。制御部４１は、不良品サンプルの作製が終了していない場合には、処理をステップＳ１１に戻し、不良品サンプルの作製が終了している場合には処理を終了する。こうして、不良品サンプルが作製される。
【００５４】
図１において、超音波検査装置６０は、超音波検査装置６０の各部を制御する制御回路６１を有している。制御回路６１は、ＣＰＵ等を用いたプロセッサによって構成されて、図示しないメモリに記憶されたプログラムに従って動作して各部を制御するものであってもよいし、ハードウェアの電子回路で機能の一部又は全部を実現するものであってもよい。
【００５５】
超音波検査装置６０には、送受信制御回路６２及び送受信回路６３が設けられている。送受信制御回路６２は、制御回路６１に制御されて、送受信回路６３を制御する。送受信回路６３は、送受信制御回路６２に制御されて、探触子１２に対して超音波パルスを送信すると共に、探触子１２からのエコー信号を受信して制御回路６１及び画像変換回路６４に出力する。
【００５６】
画像変換回路６４は、入力されたエコー信号を画像化し、エコー画像（検査画像）を制御回路６１及び表示制御回路６５に出力する。表示制御回路６５は、表示に関する各種処理を実行する。表示制御部６５は、画像変換回路６４からの検査画像を表示部６６に与えることができる。表示部６６は、例えばＬＣＤ等の表示画面を有しており、表示制御部６５から与えられた検査画像を表示する。また、表示制御部６５は、各種メニュー表示等を表示部６６の表示画面に表示させることもできるようになっている。
【００５７】
なお、送受信回路６３によって得られるエコー信号は、エコー信号の波形（振幅）が時間的に１次元的で変化する場合、探触子１２の移動に伴って検査対象物の深さ方向及び移動方向に２次元的に変化する場合、探触子１２の走査に伴って３次元的に変化する場合がある。なお、２次元又は３次元のエコー信号は、探触子１２の走査だけでなく、アレイ状に配置された複数の探触子１２を採用することで得ることもできる。
【００５８】
画像変換回路６４は、１次元的に変化するエコー信号については、エコー信号に基づく波形画像を検査画像として生成することができる。また、画像変換回路６４は、２次元又は３次元で変化するエコー信号が与えられると、エコー信号に基づいて、非検査対象の内部の状態を画像化して２次元で表示する検査画像を生成することが可能である。
【００５９】
本実施の形態においては、超音波検査装置６０には記録回路６７が設けられている。記録回路６７には、良品エコーパターン記憶領域６８ａ及び不良品エコーパターン記憶領域６８ｂが設けられている。上述したように、同一の製品について、良品と考えられる製品及び不良品と考えられる製品（サンプル）を作製する。制御回路６１は、作製された良品についてのエコーパターンを良品エコーパターン記憶領域６８ａに記憶させると共に、不良品についてのエコーパターンを不良品エコーパターン記憶領域６８ｂに記憶させるようになっている。
【００６０】
制御回路６１は、例えば、実際に超音波検査装置６０の各部を制御して良品及び不良品サンプルの検査を行い、得られたエコー信号に基づいて良品エコーパターン及び不良品エコーパターンを作成してもよい。制御回路６１は、１次元のエコー信号が得られた場合には、振幅変化するエコー信号や波形画像による良品エコーパターン及び不良品エコーパターンを求める。また、制御回路６１は、２次元又は３次元のエコー信号が得られた場合には、２次元又は３次元のエコー信号や２次元又は３次元のエコー信号に基づく検査画像による良品エコーパターン及び不良品エコーパターンを求める。制御回路６１は求めた良品エコーパターンを良品エコーパターン記憶領域６８ａに与えて記憶させ、求めた不良品エコーパターンを不良品エコーパターン記憶領域６８ｂに与えて記憶させる。
【００６１】
製品の超音波検査に際して、同一製品の同一箇所であっても、不良の種類に応じて、複数の不良品エコーパターンを用いた検査が必要な場合がある。不良品エコーパターン記憶領域６８ｂには、検査に必要な全ての不良品エコーパターンが記憶されるようになっている。
【００６２】
なお、制御回路６１は、超音波検査装置６０の各部を制御して、実際に良品エコーパターン及び不良品エコーパターンを検査により取得してもよく、また、図示しない外部機器から良品エコーパターン及び不良品エコーパターンの情報を取得してもよい。
【００６３】
図１では、不良品についての検査を実施して、不良品エコーパターンを取得する例を示している。図１の不良品２０ｂは図７の３Ｄプリンタ４０により製作したものであり（別の３Ｄプリンタでもよい）、欠陥３１を有する。この不良品２０ｂと同一製品である２０ａは図５に示すものである。なお、良品のエコー信号及び不良品のエコー信号の取得方法は、後述する検査対象のエコー信号の取得方法と同様であり、説明を省略する。
【００６４】
制御回路６１は、送受信回路６３からの検査対象についてのエコー信号や画像変換回路６４からのエコー信号に基づく検査画像に基づいて検査エコーパターンを生成する。制御回路６１は、記録回路６７の良品エコーパターン記憶領域６８ａ及び不良品エコーパターン記憶領域６８ｂから良品エコーパターン及び不良品エコーパターンを読出して、検査エコーパターンとの類比判定を行う。
【００６５】
即ち、制御回路６１は、検査エコーパターンと良品エコーパターンとの類似度を判定すると共に、検査エコーパターンと不良品エコーパターンとの類似度を判定し、類似度の比較により、検査エコーパターンが良品エコーパターンと不良品エコーパターンのいずれにより類似しているか、即ち、検査対象が良品であるか不良品であるかを判定するようになっている。
【００６６】
本実施の形態においては、記録回路６７には、検査態様記憶領域６８ｃが設けられている。検査態様記憶領域６８ｃには、超音波検査の複数の検査態様の情報が記憶されている。検査態様としては、接触子を当接させる位置及び角度、超音波の強度及び周波数、接触子の種類、ウェッジ（接触補助具）の種類等の情報を含む。製品及びその検査位置、不良の種類等に応じて、最適となる検査態様、即ち、検査エコーパターンと良品エコーパターンとの類比判定結果と、検査エコーパターンと不良品エコーパターンとの類比判定結果とに比較的大きな差が得られるような検査態様は異なる。本実施の形態においては、各製品の各検査箇所毎に、最適となる検査態様の情報が検査態様記憶領域６８ｃに格納されている。
【００６７】
制御回路６１は、検査態様記憶領域６８ｃから読出した検査態様に従って超音波検査を実施する。制御回路６１は、良否判定の判定結果を表示制御回路６５に出力するようになっている。表示制御回路６５は、制御回路６１から検査対象が良品であるか不良品であるかの判定結果が与えられて、表示部６６の表示画面に判定結果を表示させるようになっている。なお、表示制御回路６５は、良不良の判定結果を検査画像に重ねて表示するようになっていてもよい。
【００６８】
次に、このように構成された実施の形態の動作について図９から図１３を参照して説明する。図９は制御回路６１の検査制御を説明するためのフローチャートである。図１０は検査の概要を示す説明図である。
【００６９】
図１０に示すように、良品２０ａと不良品２０ｂとについてそれぞれ超音波検査が行われ、それぞれの超音波検査結果であるエコー信号に基づいて良品エコーパターン及び不良品エコーパターンが生成される。これらの良品エコーパターン及び不良品エコーパターンは、それぞれ良品エコーパターン記憶領域６８ａ又は不良品エコーパターン記憶領域６８ｂに記憶される。なお、良品２０ａ及び不良品２０ｂは、例えば、３Ｄプリンタ４０によって作製されたものである。
【００７０】
制御回路６１は、図９のステップＳ２１において、送受信制御回路６２を制御して、送受信回路６３から超音波を発生させる。なお、制御回路６１は、記録回路６７の検査態様記憶領域６８ｃに記憶されている検査態様の情報に基づいた検査を行う。送受信回路６３からの超音波は探触子１２に伝送され、探触子１２の送信用振動子１３は、超音波に励起されて超音波パルスを発生して検査対象２０ｃに伝達する。超音波パルスは、検査対象２０ｃの内部に伝達され、壁や、傷等の欠陥等において反射して受信用振動子１４に入射する。送受信回路６３は、反射により発生したエコー信号を探触子１２から受信して、制御回路６１及び画像変換回路６４に出力する。画像変換回路６４は、入力されたエコー信号を画像化して検査画像を生成し、表示制御回路６５に出力する。制御回路６１は、エコー信号又はエコー信号に基づく検査画像が与えられて検査エコーパターンを生成する（ステップＳ２２）。
【００７１】
なお、良品エコーパターン及び不良品エコーパターンも、ステップＳ２１，Ｓ２２と同様の処理により、事前に生成されて記憶されている。
【００７２】
制御回路６１は、次のステップＳ２３において、良品エコーパターン及び不良品エコーパターンを記録回路６７から読出し、検査エコーパターンとの類比判定を行う。制御回路６１は、類比判定の結果、検査エコーパターンにより類似しているパターンが良品エコーパターンであるか不良品エコーパターンであるかを判定する（ステップＳ２４）。
【００７３】
制御回路６１は、検査エコーパターンが良品エコーパターンにより類似している場合には処理をステップＳ２５に移行して良品判定を行い、検査エコーパターンが不良品エコーパターンにより類似している場合には処理をステップＳ２６に移行して不良品判定を行う。制御回路６１は、判定結果を表示制御回路６５に与えて表示させる。表示制御回路６５は、画像変換回路６４から供給された検査画像と、制御回路６１から与えられた判定結果とを表示部６６の表示画面に表示する。
【００７４】
図１１及び図１２はこの場合の表示例を示す説明図である。図１１及び図１２は縦軸に深さ方向をとり横軸にエコー信号の振幅をとって、検査結果を２次元の画像により示すものである。
【００７５】
図１１においては、表示部６６の表示画面６６ａ上に、検査画像７１ａが表示されており、図１２においては、表示部６６の表示画面６６ａ上に、検査画像７１ｂが表示されている。検査画像７１ａでは、菱形の形状で示すエコー表示７２ａ〜７４ａによって、エコーが生じる部位の存在位置及びサイズを把握することができる。また、検査画像７１ｂでは、菱形の形状で示すエコー表示７２ｂ〜７４ｂによって、エコーが生じる部位の存在位置及びサイズを把握することができる。
【００７６】
図１１は制御回路６１によって良品と判定された例を示しており、検査画像７１ａ中には、表示制御回路６５によって良品と判定されたことを示すＯＫ表示７５が表示されている。一方、図１２は制御回路６１によって不良品と判定された例を示している。良品のエコー表示７４ａに対して不良品のエコー表示７４ｂは形状やサイズが異なり、制御回路６１は検査エコーパターンと、良品及び不良品エコーパターンとの比較から、不良を判定したものである。この場合には、表示制御回路６５によって、検査画像７１ｂ中には、不良品と判定されたことを示すＮＧ表示７６が表示される。なお、検査対象２０ｃについて、図１２のＮＧ表示７６が表示されることになる。
【００７７】
ところで、図９の例は、制御回路６１により、自動的に良不良の判定を行って、判定結果を表示するものであったが、制御回路６１は、検査者の操作に従って、判定結果を出力するようになっていてもよい。
【００７８】
図１３はこの場合の検査工程を示すフローチャートである。
【００７９】
図１３のステップＳ３１において、検査者はウェッジが必要か否かを判断する。ウェッジ等が必要な場合にはウェッジを挿入し（ステップＳ３２）、不要な場合には挿入することなくステップＳ３３に移行する。ステップＳ３３では、接触媒体を供給する。次に、検査者は、測定物に探触子１２を近接させながら、超音波検査装置６０を操作して、制御回路６１により送受信回路６３から超音波を送信させる（ステップＳ３４）。また、制御回路６１は送受信回路６３により、超音波のエコーを受信させ、エコー信号を制御回路６１及び画像変換回路６４に供給させる。画像変換回路６４は、エコー信号に基づく検査画像を作成し、この検査画像は、表示制御回路６５によって、表示部６６に表示される。
【００８０】
検査者は、ステップＳ３５において測定が終了するか否かを判定し、終了しない場合には、ステップＳ３４に戻して超音波の送信を繰り返す。測定が終了すると、検査者は、表示部６６に表示された検査画像によって、傷等の欠陥が存在するか否かを判定する（ステップＳ３６）。検査者が欠陥が存在すると判定した場合には、不良判定を行って（ステップＳ３７）、検査を終了する。
【００８１】
検査者がステップＳ３６において不良判定を行わない場合には、処理がステップＳ３９に移行する。このステップＳ３９において、制御回路６１は、図９のステップＳ２３，Ｓ２４と同様の処理を行い。検査エコーパターンが良品エコーパターンと不良品エコーパターンのいずれにより類似しているかを判定する。
【００８２】
制御回路６１は、検査エコーパターンが不良品エコーパターンにより類似している場合には処理をステップＳ３７に移行して不良品判定を行い、検査エコーパターンが良品エコーパターンにより類似している場合には処理をステップＳ４０に移行して良品判定を行う。他の作用は、図９の例と同様である。
【００８３】
このように本実施の形態においては、検査エコーパターンを良品エコーパターン及び不良品エコーパターンと類比判定することによって製品の良不良を判定しており、正確な判定を自動的に行うことができる。これにより、検査者が熟練者でない場合でも、また、検査対象が３Ｄプリンタ等により複雑な中空構造の製品であっても、確実に良不良を判定することが可能である。また、例えば、３Ｄプリンタを用いて、予め良品と不良品を作製し、これらの良品及び不良品を元に良品エコーパターン及び不良品エコーパターンを生成しており、製品の重要な箇所について、特に検査したい箇所等についての検査を確実に行うことができる。
【００８４】
なお、上記実施の形態においては、良品エコーパターン及び不良品エコーパターンと検査エコーパターンとの類比判定を行ったが、不良品エコーパターンと検査エコーパターンとの類比判定のみによって良不良の判定を行ってもよい。
【００８５】
また、上述したように、重要部位を、３Ｄプリンタ４０が判断して不具合加工をしてもよいし、ステップＳ８において、図示しない３ＤＣＡＤによりシミュレーションを実施し、検査が必要な不具合３Ｄデータを作成しておき、この不具合３Ｄデータに従って、３Ｄプリンタ４０が不良品サンプルを作成するようになっていてもよい。
【００８６】
実施形態において、部（セクションやユニット）として記載した部分は、専用の回路や、複数の汎用の回路を組み合わせて構成してもよく、必要に応じて、予めプログラムされたソフトウェアに従って動作を行うマイクロプロセッサ及びＣＰＵ等のプロセッサ、あるいはシーケンサを組み合わせて構成されてもよい。また、その制御の一部又は全部を外部の装置が引き受けるような設計も可能で、この場合、有線や無線の通信回路が介在する。ここでは、単純化のため通信部を特記していないが、本願の特徴的な処理や補足的な処理をサーバやパソコン等の外部機器が行う実施形態も想定される。つまり、複数の機器が連携して、本発明の特徴を成立させる場合も、本願はカバーしている。この時の通信には、ブルートゥース（登録商標）やＷｉ−Ｆｉ（登録商標）、電話回線等が用いられる。また、この時の通信は、ＵＳＢ等で行われてもよい。専用の回路、汎用の回路や制御部を一体としてＡＳＩＣとして構成してもよい。こうした装置、あるいはシステムは、ユーザに何らかの働きかけを行ったり、部品の角度を変えたりする等の機能を有しても良く、その機構は、様々なアクチュエータと、必要に応じて連結メカニズムによって構成されており、ドライバ回路によってアクチュエータが作動する。このドライブ回路もまた、特定のプログラムに従ってマイクロプロセッサマイコンやＡＳＩＣ等が制御する。こうした制御は各種センサやその周辺回路が出力する情報によって、詳細な補正、調整などが行われてもよい。
【００８７】
本発明は、上記各実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００８８】
なお、特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。また、これらの動作フローを構成する各ステップは、発明の本質に影響しない部分については、適宜省略も可能であることは言うまでもない。
【００８９】
また、ここで説明した技術のうち、主にフローチャートで説明した制御や機能は、多くがプログラムにより設定可能であり、そのプログラムをコンピュータが読み取り実行することで上述した制御や機能を実現することができる。そのプログラムは、コンピュータプログラム製品として、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等、不揮発性メモリ等の可搬媒体や、ハードディスク、揮発性メモリ等の記憶媒体に、その全体あるいは一部を記録又は記憶することができ、製品出荷時又は可搬媒体或いは通信回線を介して流通又は提供可能である。利用者は、通信ネットワークを介してそのプログラムをダウンロードしてコンピュータにインストールしたり、あるいは記録媒体からコンピュータにインストールしたりすることで、容易に本実施の形態の画像処理装置を実現することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１２…探触子、１３…送信用振動子、１４…受信用振動子、１５…接触媒質、２０…ガスタービンブレード、２０ａ…良品、２０ｂ…不良品、２０ｃ…検査対象、２１…ブレード部、２３…空洞、２５…枠、３１…欠陥、４０…３Ｄプリンタ、４１…制御部、４２…３Ｄデータメモリ、４３…アクチュエータ制御部、４４…ロールコーター、４５…レーザ部、４６…材料バケット、４７…供給エレベータ、４８…金属粉末、４９…造形ステージ、６０…超音波検査装置、６１…制御回路、６２…送受信制御回路、６３…送受信回路、６４…画像変換回路、６５…表示制御回路、６６…表示部、６８ａ…良品エコーパターン記憶領域、６８ｂ…不良品エコーパターン記憶領域。
【図１】
2019219179.tif 000003
【図２】
2019219179.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2019219179.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
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