(57)【要約】【課題】本発明は、表面欠陥の部品内部における形状や深さを正確に評価可能な表面検査方法及び検査装置を提供することを目的としている。【解決手段】測定機を用いて検査対象物の表面形状データを取得する表面計測ステップと、前記表面形状データから推定した表面欠陥先端の位置に基づいて超音波探傷の探傷範囲を設定する探傷範囲ステップと、前記表面形状データおよび前記探傷範囲に基づいて超音波センサの設置位置を設定するセンサ位置設定ステップと、前記超音波センサの設置位置に基づいて超音波探傷の測定条件を設定する探傷条件設定ステップと、前記超音波探傷の測定条件に基づいて超音波探傷を実施する超音波探傷ステップと、前記表面形状データおよび前記超音波探傷の結果に基づいて、前記探傷範囲に表面欠陥から連結する欠陥があるか否かを判定する判定ステップを備えることを特徴とする。【選択図】  図１
2019143992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定機を用いて検査対象物の表面形状データを取得する表面計測ステップと、
前記表面形状データから推定した表面欠陥先端の位置に基づいて超音波探傷の探傷範囲を設定する探傷範囲設定ステップと、
前記表面形状データおよび前記探傷範囲に基づいて超音波センサの設置位置を設定するセンサ位置設定ステップと、
前記超音波センサの設置位置に基づいて超音波探傷の測定条件を設定する探傷条件設定ステップと、
前記超音波探傷の測定条件に基づいて超音波探傷を実施する超音波探傷ステップと、
前記表面形状データおよび前記超音波探傷の結果に基づいて、前記探傷範囲に表面欠陥から連結する欠陥があるか否かを判定する判定ステップと、
を備えることを特徴とする鋳造品の検査方法。
【請求項２】
請求項１における鋳造品の検査方法において、
前記判定ステップで表面欠陥から連結する欠陥があると判定された場合、前記超音波探傷の結果から推定した欠陥先端の位置に基づいて超音波探傷の探傷範囲を設定し直し、前記センサ位置設定ステップ、前記探傷条件設定ステップ、前記超音波探傷ステップ、前記判定ステップを再度実施することを特徴とする鋳造品の検査方法。
【請求項３】
検査対象物の表面形状データを取得する表面計測センサと、
前記表面形状データから推定された表面欠陥先端の位置に基づいて超音波探傷の探傷範囲を設定する超音波探傷範囲設定部と、
前記表面形状データおよび前記探傷範囲に基づいて超音波センサの設置位置を設定するセンサ位置設定部と、
前記超音波センサの設置位置に基づいて超音波探傷の測定条件を設定する超音波探傷条件設定部と、
前記探傷範囲および前記設置位置および前記測定条件に基づいて前記検査対象物の超音波探傷を実施する超音波センサと、
前記表面形状データおよび前記超音波探傷の結果に基づいて、前記探傷範囲に表面欠陥から連結する欠陥があるか否かを判定する判定部を備えることを特徴とする鋳造品の検査装置。
【請求項４】
請求項３における鋳造品の検査装置において、
前記判定部で表面欠陥から連結する欠陥があると判定された場合、前記探傷範囲設定部は超音波探傷の結果から推定した欠陥先端の位置に基づいて前記探傷範囲を設定し直すことを特徴とする鋳造品の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳物品の表面検査方法および検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造は、金属加工の中で最も古くポピュラ−な方法であり、金属を一度溶解して溶湯を鋳型に注ぎ、凝固させて整形させる加工法である。鋳造品が出来るまでには、鋳型、溶解、鋳込、その他複数の工程があるが、各工程において、外界の影響により物理的、化学的に種々の変化が生じ、鋳造品に表面欠陥や形状不良、内部組織不良が発生することがある。
【０００３】
鋳造品に発生する欠陥の中には、鋳造品に気体あるいは液体を圧入したときに鋳造品の一部から液体が漏れる圧漏れ（あるいは耐圧不良）と呼ばれるものがある。圧漏れは、鋳巣、湯回り不良やかじり・焼付きなどの一次的な不良の発生が単独あるいは組み合わされることにより生じる二次的な不良である。圧漏れのある部品は、品質低下が懸念されるため、流出を防止しなければならない。そのため、鋳造部品工場では一般に、出荷前の部品全数に対して漏れ試験が実施され、試験の結果より圧漏れと判定された部品は廃棄される。
【０００４】
しかしながら、機械加工、組み立て等を終えた出荷前の部品が廃棄されると、その部品に対して行った機械加工、組立等の工程が全て無駄になり損失となるため、機械加工前の鋳造プロセス後に圧漏れのある部品が排除されることが望ましい。しかしながら、鋳造プロセスの最終品質検査で一般的に行われる目視検査では、鋳物に生じる表面欠陥は検出できるものの、圧漏れの有無を判定することは困難である。表面欠陥が圧漏れか否かを判定するためには、表面欠陥の部品内部における形状や深さを評価する必要がある。
【０００５】
検査対象内の欠陥の形状や深さを評価する手法としては、超音波探傷が一般的に知られている。特許文献１には、超音波を送信する複数の送信用振動素子を配列した送信振動子列、及び超音波を受信する複数の受信用振動素子を配列した受信振動子列の双方を有し、前記送信振動子列と前記受信振動子列の中央が検査対象物の欠陥表面開口部上に設置された送受信アレイセンサと、超音波送信角と超音波受信角との和の半分が３０度以内となる集束位置に各々の前記送信用の振動素子から発信された各超音波を集束させる制御装置と、前記受信用振動素子が受信した前記検査対象物内で回折して来た超音波に基づいて探傷情報を生成する生成手段と、前記生成手段によって生成された探傷情報を表示する表示手段とを有する超音波探傷装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２７０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、送信超音波の焦点束をセンサの真下方向に連続的あるいは離散的に走査させ欠陥の深さを評価する方法の記載があるが、この方法では、超音波センサ真下のある一つの断面以外にある欠陥の深さ、形状は評価できない。したがって、欠陥が検査対象内部で連結した圧漏れであるか否かを判定するに足る欠陥情報を得ることはできない。
【０００８】
本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、鋳物に発生する表面欠陥の部品内部における形状や深さを正確に評価可能な表面検査方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明は、測定機を用いて検査対象物の表面形状デ−タを取得する表面計測ステップと、前記表面形状デ−タから推定した表面欠陥先端の位置に基づいて超音波探傷の探傷範囲を設定する探傷範囲ステップと、前記表面形状デ−タおよび前記探傷範囲に基づいて超音波センサの設置位置を設定するセンサ位置設定ステップと、前記超音波センサの設置位置に基づいて超音波探傷の測定条件を設定する探傷条件設定ステップと、前記超音波探傷の測定条件に基づいて超音波探傷を実施する超音波探傷ステップと、前記表面形状デ−タおよび前記超音波探傷の結果に基づいて、前記探傷範囲に表面欠陥から連結する欠陥があるか否かを判定する判定ステップを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、鋳物に発生する表面欠陥の部品内部における深さや形状を高速・正確に評価可能な鋳造品の検査方法及び装置を提供することが出来る。それにより、エンジンブロックなどの自動車用鋳物部品の仕損費低減ならびに品質向上に繋げる事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１における１個の検査対象物に対する検査プロセスのブロック図を表す。
【図２】実施例１の表面検査装置の構成を表す。
【図３】実施例１の表面形状デ−タおよび表面欠陥の斜視図を表す。
【図４】第１探傷範囲の各頂点の座標を表す。
【図５】超音波センサの設置位置の設定方法の説明図である。
【図６】超音波探傷で得られるデ−タプロットの模式図である。
【図７】第１探傷範囲における欠陥先端を推定する方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図２は、実施例１の表面検査装置の構成である。装置は、検査対象物１の形状デ−タを取得する形状計測センサ２と、超音波センサ４と、各処理部を制御するＩ／Ｏ７と、表示部２６を有している。
【００１４】
形状計測センサ２は、レ−ザ変位計や赤外線カメラや投影機などの三次元点群を取得可能な光学センサであるが、本実施例ではレ−ザ変位計とする。レ−ザ変位計の計測原理を以下に説明する。
【００１５】
レ−ザ変位計の投光部よりレ−ザ光を検査対象に照射すると、検査対象より反射された光は、レ−ザ変位計の受光部の受光レンズで集光され受光素子上に結像される。検査対象までの距離が変動すると、集光される反射光の角度が変わり、それに伴って受光素子上に結像される位置が変化する。この受光素子上の結像位置の変位量はレ−ザ変位計から検査対象までの距離変化と比例することから、結像位置の変位量を読み取り、検査対象までの距離を計測する。
【００１６】
レ−ザ変位計からは細長い帯状のラインレ−ザ３が照射され、受光素子はラインレ−ザ３の長手方向に平行に配置されるため、レ−ザ変位計では、ラインレ−ザ３の照射位置における直線状に並ぶ点のＺ座標が記録される。したがって、形状計測センサ２をラインレ−ザ３の長手方向（ｘ方向）に垂直な方向（ｙ方向）に走査させることで、検査対象物１に発生した表面欠陥６の形状を座標デ−タとして取得できる。
【００１７】
超音波センサ４は、フェ−ズドアレイセンサである。フェ−ズドアレイセンサは、多数の微小な短冊状の圧電素子を一次元配列し、各圧電素子の励起時間を規則的に変化させることにより、機械的走査なしに超音波ビ−ムの指向性を平面内で制御することができる。超音波センサ４は送信用アレイセンサ４ａと受信用アレイセンサ４ｂとを備えており、送信用アレイセンサ４ａで超音波を送り出し、欠陥等によって反射された超音波を受信用アレイセンサ４ｂで受信する。送信用アレイセンサ４ａに接続された送信超音波制御機２１において各圧電素子の励起タイミングを設定することにより、送信する超音波の収束位置を調整することができる。また、受信用アレイセンサ４ｂに接続された受信信号処理機２２において各圧電素子の受信タイミングを考慮して波形を合成することにより、受信信号にも焦点を持たせ、信号強度を強めることができる。送信用アレイセンサ４ａと受信用アレイセンサ４ｂは、図２に示すように別々の筐体の中に配置されていても、一体となって一つの筐体の中に配置されていてもよい。
【００１８】
図１は本実施例の表面検査の検査方法を含む、１個の検査対象物に対する検査プロセスのブロック図である。
【００１９】
ステップＳ１０１では、検査対象物１を形状計測センサ２に対して相対移動させ、検査対象物１の表面形状デ−タ５を計測する。計測時には、検査対象物１の位置を固定した状態で形状計測センサ２を走査させても、形状計測センサ２の位置を固定した状態で検査対象物１を走査してもよい。このとき、検査対象物１または形状計測センサ２の移動は、図示しないが単軸ロボットや多間接ロボットア−ム等の駆動機構によって行う。
【００２０】
形状計測センサ２の受光素子は形状計測センサ２から照射されるラインレ−ザ３の長手方向（ｘ方向）に平行に等間隔で配置されているため、計測される座標デ−タはｘ方向に等間隔に並ぶ。形状計測センサ２をラインレ−ザ３の方向と垂直な方向（Ｙ方向）に走査させることで、検査対象物１の三次元形状が取得される。計測のタイミング（トリガ）は、形状計測センサ２の内部で連続的に発生する。あるいは、エンコ−ダを用いて駆動機構の移動量を計測し、移動量に応じたパルス信号を形状計測センサ２の外部から与えてもよい。駆動機構の走査速度が一定、かつトリガ間隔が一定の場合、計測した座標デ−タは走査方向に等間隔に並ぶ。
【００２１】
ステップＳ１０２では、表面欠陥先端位置推定部２５にて、ステップＳ１０１で取得した表面形状デ−タ５と設計形状デ−タを読み込み、これらを基に表面欠陥先端１２の位置を推定する。設計形状デ−タは例えば、設計情報から抽出した三次元形状の点群デ−タ、あるいは標準サンプルの計測点群デ−タである。表面欠陥先端１２は例えば、表面欠陥６の形状デ−タを設計形状デ−タに位置合わせし算出した表面欠陥６の形状デ−タと設計形状デ−タの最近傍点間の距離が最大となる点と推定される。あるいは、表面欠陥６の形状デ−タから曲線状に並んだデ−タを抽出し、これらの各成分を微分した値を基に推定してもよい。
【００２２】
ステップＳ１０３では、超音波探傷範囲設定部８において、ステップＳ１０２で推定された表面欠陥先端１２の位置を基に超音波探傷の第１探傷範囲１３を設定する。図３には表面形状デ−タ５および表面欠陥６の斜視図を示す。第１探傷範囲１３は、表面欠陥先端１２を包含する立方体形状に設定される。例えば、立方体の各頂点Ｑ１〜Ｑ８の座標は、図４に示すように表面欠陥先端１２の座標をＰ０（ｘ０、ｙ０、ｚ０）として、Ｑ１（ｘ０＋Δｘ／２、ｙ０−Δｙ／２、ｚ０）、Ｑ２（ｘ０＋Δｘ／２、ｙ０−Δｙ／２、ｚ０−Δｚ）、Ｑ３（ｘ０＋Δｘ／２、ｙ０＋Δｙ／２、ｚ０）、Ｑ４（ｘ０＋Δｘ／２、ｙ０＋Δｙ／２、ｚ０−Δｚ）、Ｑ５（ｘ０−Δｘ／２、ｙ０＋Δｙ／２、ｚ０）、Ｑ６（ｘ０−Δｘ／２、ｙ０＋Δｙ／２、ｚ０−Δｚ）、Ｑ７（ｘ０−Δｘ／２、ｙ０−Δｙ／２、ｚ０）、Ｑ８（ｘ０−Δｘ／２、ｙ０−Δｙ／２、ｚ０−Δｚ）と表される。第１探傷範囲１３は、表面欠陥先端１２を包含していればよく、立方体形状である必要はない。
【００２３】
ステップＳ１０４では、超音波センサ位置設定部９において超音波センサ４の情報とステップＳ１０３で設定された第１探傷範囲１３とを基に、超音波センサ４の設置位置２３を設定する。図５は、超音波センサの設置位置の設定方法の説明図である。超音波センサ４の圧電素子の数、大きさ、配置間隔などによって決まる超音波センサ４の焦点距離や指向角等の出力特性を考慮し、第１探傷範囲１３のなるべく広い範囲に超音波を収束させ超音波探傷できるように送信用アレイセンサの位置２３ａならびに受信用アレイセンサの位置２３ｂを設定する。圧電素子が一次元に配列されたフェ−ズドアレイセンサの探傷範囲は圧電素子を含む平面内のみのため、超音波センサ４の設置位置２３を複数の箇所に設定する。例えば、超音波センサ４の圧電素子の方向をｙ方向に平行とする場合、ｘ方向に一定間隔で離した複数の位置を設置位置２３として設定する。
【００２４】
ステップＳ１０５では、超音波探傷条件設定部１０においてステップＳ１０４で設定された超音波センサ４の設置位置２３を基に超音波探傷の測定条件を設定する。検査対象物１の材質の音速等の音響特性を考慮し、送信用アレイセンサ４ａの各圧電素子の励起タイミングや受信用アレイセンサ４ｂの受信波形の合成方法を設定する。
【００２５】
ステップＳ１０６では、超音波探傷条件設定部１０においてステップＳ１０５で設定された超音波探傷の測定条件で超音波探傷を実施する。まず、ステップＳ１０４で設定された超音波センサ４の設置位置２３に超音波センサ４を設置する。超音波センサ４は、単軸ロボットや多間接ロボットア−ム等の駆動機構によって設置位置２３まで移動する。または、超音波センサ４に位置センサを設置し、位置センサの計測位置と設置位置２３のずれが小さくなるように、人手によって移動してもよい。図６は、超音波探傷で得られるデ−タプロットの模式図である。このプロットの横軸は超音波の伝播時間、縦軸は受信信号の強度を表す。超音波の伝播時間は反射波の波源位置の深さと相関があり、超音波の収束位置付近に欠陥がある場合、図６の収束領域において信号強度が大きくなる。処理部１１では、振幅に適当な判定閾値を設定するなどして欠陥の有無を判定する。処理部１１で欠陥ありと判定された場合は、下記のＳ１０７、Ｓ１０８のステップを行った後、ｎをｎ＋１に変更し、上記のＳ１０４〜Ｓ１０６のステップを再度実行する。処理部１１で欠陥なしと判定された場合は、検査を終了する。
【００２６】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で取得した第ｎ探傷範囲１７（ｎ＝１、２、…）における超音波探傷デ−タを基に第ｎ探傷範囲における欠陥先端１８の位置を推定する。図７は、第１探傷範囲１３の超音波探傷結果を基に第１探傷範囲における欠陥先端１４を推定する方法の説明図である。第１探傷範囲１３の超音波探傷により欠陥ありと判定された領域２４の各点と表面欠陥先端１２の距離を計算し、表面欠陥先端１２から最も距離が離れた点を第１探傷範囲における欠陥先端１４と推定する。
【００２７】
ステップＳ１０８では、ステップＳ１０７で推定した第ｎ探傷範囲における欠陥先端１８の位置を基に超音波探傷の第（ｎ＋１）探傷範囲１９（ｎ＝１、２、…）を設定し、第（ｎ＋１）探傷範囲における欠陥先端２０を求める。設定手順は、Ｓ１０３と同様である。
【００２８】
以上の手順によって、欠陥先端の位置を推定してから、超音波探傷範囲、超音波センサの設置位置、超音波探傷条件を変更しながら超音波探傷を実施することにより、３次元空間における欠陥の位置、形状を高速・正確に評価可能である。これにより、機械加工、組立等の工程を行う前の鋳造プロセス後に圧漏れのある部品を排除することが可能となり、エンジンブロックなどの自動車用鋳物部品の仕損費低減に繋げる事ができる。また、欠陥の位置、形状の定量的な情報を得ることで、欠陥の発生要因をより正確に推定することが可能となり、品質向上に繋げる事ができる。
【００２９】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３０】
１：検査対象物
２：形状計測センサ
３：ラインレーザ
４：超音波センサ
４ａ：送信用アレイセンサ
４ｂ：受信用アレイセンサ
５：表面形状データ
６：表面欠陥
７：Ｉ／Ｏ
８：超音波探傷範囲設定部
９：超音波センサ位置設定部
１０：超音波探傷条件設定部
１１：処理部
１２：表面欠陥先端
１３：第１探傷範囲
１４：第１探傷範囲における欠陥先端
１５：第２探傷範囲
１６：第２探傷範囲における欠陥先端
１７：第ｎ探傷範囲
１８：第ｎ探傷範囲における欠陥先端
１９：第（ｎ＋１）探傷範囲
２０：第（ｎ＋１）探傷範囲における欠陥先端
２１：送信超音波制御機
２２：受信信号処理機
２３：設置位置
２３ａ：送信用アレイセンサの位置
２３ｂ：受信用アレイセンサの位置
２４：欠陥ありと判定された領域
２５：表面欠陥先端位置推定部
２６：表示部
Ｓ１０１：表面形状データ取得ステップ
Ｓ１０２：表面欠陥先端の位置推定ステップ
Ｓ１０３：第１探傷範囲の設定ステップ
Ｓ１０４：センサの設置位置設定ステップ
Ｓ１０５：測定条件設定ステップ
Ｓ１０６：超音波設置ステップ
Ｓ１０７：第ｎ探傷範囲における欠陥先端の位置設定ステップ
Ｓ１０８：第（ｎ＋１）探傷範囲の設定ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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