(57)【要約】【課題】内部欠陥の発生状況を確実に把握できるとともに、板状成形品や丸棒状成形品における製造条件の適正化も行うことができる超音波検査装置を提供する。【解決手段】被検査体における内部欠陥の発生部位と大きさとを記憶する欠陥情報記憶手段と、前記被検査体の製造条件を記憶する製造条件記憶手段と、各製造条件に対応する被検査体の内部欠陥発生部位の情報に基づいて各製造条件毎の内部欠陥の発生傾向を統計的に処理し、各成形品における最適製造条件を選択するデータ分析手段とを備えている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体として板状成形品又は丸棒状成形品の内部欠陥を超音波により検査する超音波検査装置において、前記被検査体における内部欠陥の発生部位を、板状成形品の場合は該板状成形品の一つの頂点を基準とした表面に対して平行な方向のＸ軸及びこれに直交するＹ軸の座標と深さ方向のＺ軸の座標として、丸棒状成形品の場合は該丸棒状成形品の一方の基準端からの軸線方向の距離と丸棒状成形品の回転角と径方向の深さの座標として、それぞれ欠陥部分からの反射波強度に基づいて算出した欠陥部分の大きさと共に記憶する欠陥情報記憶手段と、前記被検査体の製造条件を記憶する製造条件記憶手段と、各製造条件に対応する被検査体の内部欠陥発生部位の情報に基づいて各製造条件毎の内部欠陥の発生傾向を統計的に処理し、各成形品における最適製造条件を選択するデータ分析手段とを備えていることを特徴とする超音波検査装置。
【請求項２】
被検査体である板状成形品の内部欠陥を超音波により検査する超音波送受信器を備えた検査ヘッドを、前記被検査体の表面におけるＸ−Ｙ直交座標方向に移動可能に設けたヘッド支持手段の下部にボールジョイントを介して前記超音波送受信器が前記被検査体の表面に対して垂直なＺ軸方向に向くように揺動可能に設け、被検査体の内部欠陥発生部位を、基準点からの前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸の座標と深さ方向のＺ軸の座標とで特定可能に形成するとともに、欠陥部分からの反射波強度に基づいて欠陥部分の大きさを判別可能に形成したことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項３】
被検査体である丸棒状成形品の内部欠陥を超音波により検査する超音波送受信器を備えた検査ヘッドを、前記被検査体の軸線方向に移動可能に設けたヘッド支持手段の下部にボールジョイントを介して前記超音波送受信器が前記被検査体の表面に対して法線方向に向くように揺動可能に設け、被検査体の内部欠陥発生部位を、基準点からの軸線方向の距離と基準角度に対する回転角と径方向の深さとの座標で特定可能に形成するとともに、欠陥部分からの反射波強度に基づいて欠陥部分の大きさを判別可能に形成したことを特徴とする超音波検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波検査装置に関し、詳しくは、板状成形品や丸棒状成形品のような被検査体の内部欠陥の有無を超音波により検査し、その結果を製造工程に反映できる超音波検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、各種物品の内部欠陥の有無を被破壊検査するための装置として、超音波検査装置が広く用いられている。この超音波検査装置は、物品の表面に沿って超音波送受信器を備えた検査ヘッドを移動させ、反射波の状態によって内部欠陥を探査するように形成されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−７５７１５号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開平５−３４３２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような超音波検査装置を使用して、例えば合成樹脂製の板状成形品や丸棒状（管状を含む）成形品の内部欠陥を検査することも行われているが、従来の超音波検査装置では、検査結果に基づいて製品を合格品、不合格品、準合格品に選別するのみであり、この検査結果を製造工程にフィードバックすることはほとんど行われていなかった。
【０００６】
そこで本発明は、内部欠陥の発生状況を確実に把握できるとともに、板状成形品や丸棒状成形品における製造条件の適正化も行うことができる超音波検査装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の超音波検査装置は、被検査体として板状成形品又は丸棒状成形品の内部欠陥を超音波により検査する超音波検査装置において、前記被検査体における内部欠陥の発生部位を、板状成形品の場合は該板状成形品の一つの頂点を基準とした表面に対して平行な方向のＸ軸及びこれに直交するＹ軸の座標と深さ方向のＺ軸の座標として、丸棒状成形品の場合は該丸棒状成形品の一方の基準端からの軸線方向の距離と丸棒状成形品の回転角と径方向の深さの座標として、それぞれ欠陥部分からの反射波強度に基づいて算出した欠陥部分の大きさと共に記憶する欠陥情報記憶手段と、前記被検査体の製造条件を記憶する製造条件記憶手段と、各製造条件に対応する被検査体の内部欠陥発生部位の情報に基づいて各製造条件毎の内部欠陥の発生傾向を統計的に処理し、各成形品における最適製造条件を選択するデータ分析手段とを備えていることを特徴としている。
【０００８】
さらに、本発明の超音波検査装置は、被検査体である板状成形品の内部欠陥を超音波により検査する超音波送受信器を備えた検査ヘッドを、前記被検査体の表面におけるＸ−Ｙ直交座標方向に移動可能に設けたヘッド支持手段の下部にボールジョイントを介して前記超音波送受信器が前記被検査体の表面に対して垂直なＺ軸方向に向くように揺動可能に設け、被検査体の内部欠陥発生部位を、基準点からの前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸の座標と深さ方向のＺ軸の座標とで特定可能に形成するとともに、欠陥部分からの反射波強度に基づいて欠陥部分の大きさを判別可能に形成したことを特徴としている。
【０００９】
また、被検査体である丸棒状成形品の内部欠陥を超音波により検査する超音波送受信器を備えた検査ヘッドを、前記被検査体の軸線方向に移動可能に設けたヘッド支持手段の下部にボールジョイントを介して前記超音波送受信器が前記被検査体の表面に対して法線方向に向くように揺動可能に設け、被検査体の内部欠陥発生部位を、基準点からの軸線方向の距離と基準角度に対する回転角と径方向の深さとの座標で特定可能に形成するとともに、欠陥部分からの反射波強度に基づいて欠陥部分の大きさを判別可能に形成したことを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一形態例を示す超音波検査装置のブロック図である。この検査装置は、被検査体１１である板状成形品又は丸棒状成形品の表面に沿って移動する検査ヘッド１２と、この検査ヘッド１２からのエコー情報及び検査ヘッド１２の位置情報に基づいて内部欠陥の発生部位や大きさを算出する演算手段１３と、この演算手段１３で得た欠陥情報を各被検査体１１毎に記憶する欠陥情報記憶手段１４と、各被検査体１１毎の製造条件を記憶する製造条件記憶手段１５と、この製造条件記憶手段１５に各被検査体１１毎の製造条件情報を与えるとともに、各製造条件に応じて製造装置１６を制御する制御手段１７と、前記欠陥情報記憶手段１４及び製造条件記憶手段１５の情報から各被検査体１１における製造条件による欠陥発生状況の差異を統計的に処理するデータ分析手段１８とを備えている。
【００１１】
検査ヘッド１２は、被検査体１１の形状、すなわち、板状又は丸棒状という形状に対応したものが用いられており、被検査体１１が板状成形品の場合は、板状成形品の表面に沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向に超音波送受信器を移動させることができるように形成されている。また、被検査体１１が丸棒状（管状）成形品の場合は、丸棒状成形品の表面に沿って軸線方向に移動させることができるように形成されている。
【００１２】
演算手段１３は、被検査体１１の内部欠陥の発生部位及び欠陥部分の大きさを算出するものであって、被検査体が板状成形品の場合は、該板状成形品における内部欠陥の発生部位を、任意の基準点からの超音波送受信器の位置、通常は板状成形品の一つの頂点を基準点としたＸ軸方向及びこれに直交するＹ軸方向の座標と、超音波送受信器からのエコー情報により得た深さ方向のＺ軸の座標として特定するとともに、エコー情報に基づいて欠陥部分の大きさも判別する。被検査体が丸棒状成形品の場合は、該丸棒状成形品における内部欠陥の発生部位を、任意の基準点からの超音波送受信器の位置、通常は丸棒状成形品の一方の端部を基準点とした軸線方向の距離と、任意の基準角度からの丸棒状成形品の回転角、通常は検査開始時点の角度を基準とした回転角と、超音波送受信器からのエコー情報により得た径方向の座標として特定するとともに、エコー情報に基づいて欠陥部分の大きさも判別する。
【００１３】
欠陥情報記憶手段１４は、前記演算手段１３で算出、判別した内部欠陥の発生位置及び内部欠陥の大きさを欠陥情報として記憶するものであって、各被検査体一つ一つの情報、例えば、被検査体１１の製品番号、製造番号といった情報と共に、内部欠陥の有無、内部欠陥が発生していた場合の発生数並びに各内部欠陥の位置及び大きさを記憶する。
【００１４】
内部欠陥の発生深さ及び大きさは、超音波送受信器で受信した反射波（エコー）強度を解析することによって算出することが可能である。すなわち、内部欠陥が発生していない部分では、反射波は被検査体の表面と裏面とからのものであり、内部欠陥が発生している部分では、表面及び裏面からの反射波に欠陥部分からの反射波が加わった状態となる。この欠陥部分からの反射波は、欠陥が表面に近い、浅い位置の場合には表面からの反射波の近くに、深い位置に欠陥がある場合には裏面からの反射波の近くにピークが発生するので、各反射波のピーク位置を判別することによって欠陥発生部位の深さをＺ軸方向の位置で表すことができる。
【００１５】
さらに、内部欠陥が大きい場合や、小さな内部欠陥が集中しているような場合は、欠陥部分での超音波の反射量が増大し、裏面にまで到達してから反射する超音波が減少するので、内部欠陥からの反射量と裏面からの反射量とを比較判別することによって内部欠陥の大きさも推定することができる。このとき、欠陥発生部位を実際に切断して内部欠陥の状態と前記各反射波の状態とを関連づけて記憶させておくことにより、大きさの推定精度を高めることができる。
【００１６】
一方、前記製造条件記憶手段１５には、各検査体における製造条件に関する情報、例えば、被検査体１１の製品番号、製造番号等の情報と共に、合成樹脂製成形品では、原料樹脂の状態や配合、硬化剤や触媒の種類や添加量、成形時の速度や温度、その他の成形品の状態に影響を及ぼすような設定事項を記憶する。この設定事項は、前記制御手段１７にあらかじめ入力され、製造装置１６を制御するために用いられるデータ及び成形時に測定した金型温度等のデータをそのまま、あるいは、その一部を加工して記憶させておくことができる。
【００１７】
データ分析手段１８は、欠陥情報記憶手段１４及び製造条件記憶手段１５にそれぞれ記憶されている情報をそれぞれ読み出し、例えば、同一製品番号の被検査体１１における内部欠陥の発生状況と製造条件とを比較し、例えば成形時の温度と内部欠陥の発生状況とを比較し、温度と内部欠陥の発生とに有意な関係が認められるかを統計的に処理する。
【００１８】
新たな成形品の製造を開始する際には、異なる製造条件で複数個を製造し、前述の統計的処理を行うことにより、製品の品質向上と製造条件の適正化とが図れる。例えば、成形温度条件では、内部欠陥の発生が問題にならない状態で最も低い温度に設定することによってエネルギー消費量の低減が図れ、他の製品の温度条件と同一温度に設定できれば、複数の異なる製品を同時に連続的に製造することが可能となって製造効率を向上できる。
【００１９】
例えば、金型内に原料樹脂と触媒とを注入した後、加熱炉で加熱硬化させる工程を行う製品を複数形状製造する場合は、同一温度条件において、各金型への原料樹脂や触媒の配合割合及び注入速度、注入温度を変化させて前述の統計的処理を行い、適当な温度での各製品における金型への原料樹脂や触媒の配合割合及び注入速度等の最適値を導き出すことにより、最も時間を要する加熱炉の設定温度の変更を行わずに連続生産できることになるので、多品種を同時に製造する際の製造効率を大幅に向上させることが可能となる。
【００２０】
図２乃至図４は、板状成形品の超音波検査を行う検査部の一例を示すもので、図２は平面図、図３は正面図、図４は側面図である。また、図５乃至図８は、板状成形品の超音波検査を行う検査ヘッドの一例を示すもので、図５は断面正面図、図６は断面側面図、図７は平面図、図８は底面図である。
【００２１】
この検査部３１は、板状成形品３２を載置する検査台（図示せず）の上方に、検査ヘッド３３を板状成形品３２の表面に沿って移動させるための駆動装置３４を設けたものであって、幅寸法、奥行き寸法は、最大サイズの板状成形品に適合可能な寸法で形成されている。
【００２２】
駆動装置３４は、検査台の長辺に沿って設けられた一対のＸ軸ガイド部材３５と、このＸ軸ガイド部材３５に沿って移動するＸ軸移動体３６と、このＸ軸走行体３６の両側に設けられた一対のＹ軸ガイド部材３７と、このＹ軸ガイド部材３７に沿って移動するＹ軸移動体３８と、このＹ軸移動体３８の下部に設けられたヘッド支持手段３９とを有しており、Ｘ軸移動体３６及びＹ軸移動体３８は、Ｘ軸モーター４１及びＹ軸モーター４２の作動によって各軸線方向に移動するように形成されている。
【００２３】
この駆動装置３４では、あらかじめ検査用制御部に入力された板状成形品３２のＸ軸方向及びＹ軸方向の寸法に基づいてＸ軸移動体３６及びＹ軸移動体３８がそれぞれ移動し、例えば、検査ヘッド３３に設けられている超音波送受信器の測定可能範囲に応じてＹ軸移動体３８が数ｍｍ程度の所定ピッチでＹ軸方向に少しずつ移動しながら、Ｘ軸移動体３６がＸ軸方向の成形品全長を高速で往復することにより、ヘッド支持手段３９に装着した検査ヘッド３３が板状成形品３２の全体を移動して超音波検査を行う。
【００２４】
このとき、検査台上における板状成形品３２のセット位置を、その大きさに関係なく、図２に示す点Ｐに設定しておくことにより、検査ヘッド３３のスタート位置を常に同一地点とすることができるとともに、内部欠陥の発生部位を、点Ｐを基準としたＸ軸及びこれに直交するＹ軸の座標で特定することができる。また、板状成形品３２の全体を検査した後、欠陥の発生部位を中心として検査ヘッドを低速で移動させることにより、更に詳細なデータを採取することができ、検査ヘッド３３にマーキング機能を付加しておくことにより、板状成形品３２の表面に欠陥発生部位の表示を行うことができる。
【００２５】
一方、前記検査ヘッド３３は、被検査体である板状成形品に反りや捻れがあった場合でも、超音波送受信器が板状成形品３２の表面に対して垂直なＺ軸方向に向くように形成されている。すなわち、図５に示すように、検査ヘッド３３は、前記Ｙ軸移動体３８に一体的に設けられているヘッド支持手段３９の下部にボールジョイント５１を介して設けられている。このボールジョイント５１は、ヘッド支持手段３９の下部プレート５２の中心と、検査ヘッド３３の上部プレート５３の中心との間に設けられており、Ｙ軸移動体３８に固定された状態のヘッド支持手段３９に対し、検査ヘッド３３をボールジョイント５１を中心にして任意の方向に揺動可能な状態で連結している。
【００２６】
ボールジョイント５１の周囲には、検査ヘッド３３の上部プレート５３に垂直に固定された４本のガイドピン５４が等間隔で設けられており、このガイドピン５４の上部は、前記下部プレート５２に設けられた通孔５５内に移動可能な状態で挿通されている。また、ガイドピン５４の周囲には、下部プレート５２と上部プレート５３との位置関係を安定化させるためのコイルスプリング５６を必要に応じて設けることができる。
【００２７】
この検査ヘッド３３は、上部ブロック６１と下部ブロック６２とからなるもので、上部ブロック６１には、ボールジョイント５１を挟む対向位置に２個の超音波送受信器６３を装着するための装着孔６４がそれぞれ設けられており、下部ブロック６２には各装着孔６４に対応した位置に送受信口６５がそれぞれ設けられている。また、上部ブロック６１の下面には、この送受信口６５の上部に連通する凹部６６が設けられており、この凹部６６に、給水口６７と気泡排出口６８とが設けられている。さらに、下部ブロック６２の底面周辺部には、送受信口６５を囲むようにして複数本のブラシ６９が設けられている。
【００２８】
このように形成された検査ヘッド３３は、前記ボールジョイント５１によって任意の方向に揺動可能となっているので、検査対象となる板状成形品３２に反りや捻れがあった場合でも、成形品の表面状態に応じて揺動して超音波送受信器６３を常に成形品表面に垂直な方向に保つことができる。したがって、超音波送受信器６３からの超音波を成形品表面に垂直に発信することができるとともに、成形品表面及び裏面で反射した超音波を超音波送受信器６３で確実に受信することができる。また、超音波を表面に対して常に垂直に送受信するので、内部欠陥の発生部位を表面に対して垂直なＺ軸の距離（深さ）として求めることが可能となる。さらに、２個の超音波送受信器６３を装着できるので、異なる仕様の超音波送受信器を組み合わせて用いることも可能である。
【００２９】
また、送受信口６５を囲むようにしてブラシ６９を設けたことにより、送受信口６５から噴出した水が周囲に飛散することを抑制できるとともに、送受信口６５の周辺における水膜の厚さを平均化かつ安定化することができるので、検査ヘッド３３を高速で移動させても安定した状態で検査を行うことができる。さらに、気泡排出口６８を設けているので、給水口６７に供給された水に気泡が含まれていたとしても速やかに排出することができ、水中の気泡による誤作動を回避することができる。
【００３０】
図９や図１０の平面図に示すように、この検査ヘッド３３で板状成形品３２の周辺部を検査する際には、送受信口６５の周辺における水膜が安定しにくい状態では、検査ヘッド３３の移動速度を低く抑えて行うようにする。周辺部以外の検査は、超音波送受信器６３における超音波の発信間隔及び測定可能範囲に応じて高速に設定することができる。
【００３１】
図１１乃至図１３は、丸棒状成形品の超音波検査を行う検査ヘッドの一例を示すもので、図１１は断面正面図、図１２は断面側面図、図１３は平面図である。なお、前記板状成形品用の検査ヘッドと実質的に同一の構成要素には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３２】
この丸棒用検査ヘッド８１は、被検査体である棒状成形品８２の軸線に沿って移動するヘッド支持手段８３の下部に、前記同様のボールジョイント８４を介して任意の方向に揺動可能な状態で設けられている。また、検査ヘッド８１における下部ブロック６２の両側には、一対の回転軸８５が棒状成形品８２の軸線と平行な方向に設けられており、この回転軸８５に棒状成形品８２の表面に接触して回転する複数のガイドローラー８６が設けられている。さらに、下部ブロック８２の底面は、丸棒状成形品８２の表面に略対応するような湾曲面となっている。
【００３３】
検査時には、前記ガイドローラー８６が丸棒状成形品８２の表面に接触した状態で行われ、丸棒状成形品８２に反り（曲がり）があった場合でも、その形状に追従して検査ヘッド８１がボールジョイント８４を中心に揺動し、超音波送受信器６３を常に成形品表面に垂直な方向に保つことができるので、内部欠陥の発生深さを棒状成形品８２の径方向の位置として求めることができる。また、２種類の超音波送受信器６３を使用することにより、丸棒状成形品８２の径方向全体における内部欠陥を効果的に探査することができる。さらに、図１４の断面正面図に示すように、下部ブロック８２における高さ寸法等を大きくして超音波送受信器６３の一方を大口径のものとすることにより、直径の大きな丸棒状成形品８２の内部欠陥も確実に捉えることができる。
【００３４】
なお、検査ヘッド３３，８１を保持するヘッド支持手段は、被検査体である板状成形品の厚さや棒状成形品の直径の差異等に対応するために上下動可能に形成されており、検査時における検査ヘッドと被検査体との間隔は、ヘッド支持手段や検査ヘッド等の自重と水の噴射力とが釣り合った位置となる。また、シリンダー等のヘッド押し付け手段を使用することも可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、板状成形品や棒状成形品、例えば合成樹脂製板材や棒材における内部欠陥の発生部位を特定することができるので、内部欠陥の発生状態を製造工程にフィードバックすることで、これらの成形品の製造条件の適正化と品質の向上とが図れる。また、検査ヘッドを被検査体の表面状態に応じて揺動可能とすることにより、被検査体に反りや捻れがあった場合でも、内部欠陥の発生部位を確実に特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態例を示す超音波検査装置のブロック図である。
【図２】板状成形品の超音波検査を行う検査部の一例を示す平面図である。
【図３】同じく正面図である。
【図４】同じく側面図である。
【図５】板状成形品の超音波検査を行う検査ヘッドの一例を示す断面正面図である。
【図６】同じく断面側面図である。
【図７】同じく平面図である。
【図８】同じく底面図である。
【図９】検査ヘッドで板状成形品の周辺部を検査する状態を示す平面図である。
【図１０】検査ヘッドで板状成形品の周辺部を検査する他の状態を示す平面図である。
【図１１】丸棒状成形品の超音波検査を行う検査ヘッドの一例を示す断面正面図である。
【図１２】同じく断面側面図である。
【図１３】同じく平面図である。
【図１４】丸棒用検査ヘッドの他の形状例を示す断面正面図である。
【符号の説明】
１１…被検査体、１２…検査ヘッド、１３…演算手段、１４…欠陥情報記憶手段、１５…製造条件記憶手段、１６…製造装置、１７…制御手段、１８…データ分析手段、３１…検査部、３２…板状成形品、３３…検査ヘッド、３４…駆動装置、３５…Ｘ軸ガイド部材、３６…Ｘ軸移動体、３７…Ｙ軸ガイド部材、３８…Ｙ軸移動体、３９…ヘッド支持手段、４１…Ｘ軸モーター、４２…Ｙ軸モーター、５１…ボールジョイント、５２…下部プレート、５３…上部プレート、５４…ガイドピン、５５…通孔、５６…コイルスプリング、６１…上部ブロック、６２…下部ブロック、６３…超音波送受信器、６４…装着孔、６５…送受信口、６６…凹部、６７…給水口、６８…気泡排出口、６９…ブラシ、８１…丸棒用検査ヘッド、８２…棒状成形品、８３…ヘッド支持手段、８４…ボールジョイント、８５…回転軸、８６…ガイドローラー
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2004233130.tif 000013
【図１２】
2004233130.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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