技術紹介

スマート ECI プローブユニットの開発
木澤啓 *1

Kizawa Kei

佐藤仁壱 *2

Sato Jinichi

航空機や自動車等の産業では、使用する部品に対して、高い安全性かつ全数検査が求められる。これら部品の表面クラックやきずの検査は、蛍光浸透探傷検査もしくは渦流探傷検査が主流である。当社は IHIと協力して、渦流探傷検査の自動化によるタクトタイム削減を目的とし、2016 年度から検討を始め、2017 年度から 2019 年度にかけて渦流探傷の自動検査装置を開発した。本稿では、工作機械、ロボット等に実装でき、部品の渦流探傷を行うセンサ部となるスマート ECI（渦流探傷検査）プローブユニットと、探傷結果を可視化する C スキャン表示機能の開発について紹介する。
キーワード：渦流探傷、非接触給電、Wi-Fi、C スキャン

1. はじめに

2. システム概要

部品生産工場では、加工後の金属部品の表面クシステムの各構成の概要を以下に記載する。
（1）スマート ECI プローブユニット

ラックやきずの検査に蛍光浸透探傷検査や渦流探傷検査が生産ラインに組み込まれる。蛍光浸透探

市販の渦流探傷用プローブを脱着可能な無線通傷検査は、処理工程が多くあることから、ライン信・非接触充電方式のプローブユニットであり、生産効率においてボトルネックとなる。また、蛍ワイヤレス化で、自在に取り回し可能である。か

光浸透探傷検査で発生する廃液処理にかかるコス

つ検査対象の探傷信号を信号処理して外部へ送信トや環境負荷の課題がある。一方、渦流探傷検査する。

は、前処理の工程がなく廃液の問題も発生しない（2）制御部が、手動の場合、検査者によって結果にばらつき

スマート ECI プローブユニットから探傷デーがでる。また、電源・通信ケーブルが干渉するた

タ、走査部から軸座標データを受信し、A スコーめ、動きに自由度がない等課題がある。そこで当プ（信号強度）、リサージュ
（きず深さと体積）、C ス社は IHI と協力し、生産効率向上を狙い、生産ラキャン（きず大きさと位置）をリアルタイムで表示

インで用いられる工作機械やロボット等へ組込みする。

が可能なスマート ECI プローブユニットを開発し（3）走査部（工作機械、ロボット等）

た。スマート ECI プローブユニットを用いた自動スマート ECI プローブユニットを取付け、制御検査装置のシステム構成を図 1 に示す。

*1：制御システム事業部*2：制御システム事業部

防衛・宇宙システム部
産業システム部部のスキャンパス指令により走査する。

課長

—

39

—

IIC REVIEW/2022/10. No.68

④スマートECIプローブユニット ③スマートECIプローブユニット
充電部
走査部（工作機械，ロボット等）
主軸

Z①スマートECIプローブユニット

Y
X

No.6
充電
No.5
ｽﾃｰｼｮﾝ
充電
No.4
ｽﾃｰｼｮﾝ
充電
No.3
ｽﾃｰｼｮﾝ
充電
No.2
ｽﾃｰｼｮﾝ
充電
No.1
ｽﾃｰｼｮﾝ充電
ｽﾃｰｼｮﾝ

No.6
No.5
No.4
No.3
No.2

自動交換

No.1

検査対象

②制御部
探傷信号
ﾊﾟﾗﾒｰﾀ設定

PC等

モニタ
グラフ等表示充電ｽﾃｰﾀｽ

／6

電源
分配器

Wi-Fi
ｽﾃｰｼｮﾝ←スキャンパス→座標データWi-Fi
ｽﾃｰｼｮﾝ→探傷信号←パラメータ設定→充電ステータス

図1

PC

自動検査装置のシステム構成

本開発では、航空機向けの部品をターゲットとしこのコンセプトを基に、以下の機能を盛り込んだ。

たため、微小なきずを検知する必要があり、0.1mm（1）貫通穴、ねじ穴の探傷で回転が必要なため、以下のごく小さな幅のきずサイズと想定した。さPC との通信をワイヤレス化した。

らに、貫通穴、ネジ穴探傷に回転が必要であるこ（2）電源をバッテリとし、非接触給電機能を設けとから、マシニングセンタ（以下、MC）（精度：±1mm）た。

を使用した。

（3）探傷信号は、内部基板でリアルタイム処理する（4）充電部ことで、外部モニタにリアルタイム表示した。

非接触給電により、スマート ECI プローブユ（4）検査対象へのプローブ接触性を向上させるニットの充電を行う。

ため、サスペンション機構を設けた。
図 2 にプローブユニットの構成を示す。

本開発では、MC のオートツールチェンジャー
（以下、ATC）に非接触の給電モジュールを設置した。
本稿では、最も重要なスマート ECI プローブユ

非接触受電モジュール

ニット（以下、プローブユニット）、および制御部の C スキャン表示機能の開発について紹介する。
3. スマート ECI プローブユニット

内部基板
サスペンション機構

プローブユニットは、以下をコンセプトとして開発した。

Li-ionバッテリパック（1）サーフェイス（平面、湾曲面）、貫通穴、ねじ穴の探傷を可能とする。
（2）探傷結果をリアルタイムで表示する。
（3）工作機械、ロボットに搭載可能とする。

Wi-Fi通信用アンテナ

図2—

40—

プローブユニット構成

3.1 無線化通信

本開発では、リアルタイム表示がコンセプトでプローブユニットと PC との通信には、複数のあることから、可視化に足るサンプリング数をプローブからの探傷信号をリアルタイムで伝送す

Wi-Fi 通信で遅滞なく伝送できることが必要となるために、無線通信規格の中では高速な Wi-Fi 通る。アナログ－デジタル変換のサンプリング周波信を採用した。プローブユニットと制御部間の数は、ターゲットの最小きず幅：0.1mm 以下およ

Wi-Fi 通信速度は約 3Mbps（実力値）である。

び最大走査速度：200mm/s において 10 サンプル取得可能な 25kHz とした。

3.2 非接触給電

なお、内部基板のサンプリング周波数の上限バッテリへの充電は、非接触給電方式を採用した。

は、Wi-Fi の伝送レート 3Mbps（実力値）、探傷信号電源供給は内蔵バッテリを用い、交換作業をなデータ 32bit（I/Q 信号各 16bit）であることから、約くすため二次電池とした。二次電池には、重量、85kHz である（1 秒間に伝送できるサンプル数の上体積エネルギ密度に優位性を持ち、メモリ効果の限は、約 85,000 個サンプル）。

ない Li-ion バッテリを採用した。
3.4 サスペンション機構

なお、8 時間の連続稼働が可能なバッテリを、プローブユニットの形状に合わせて特注し、組み渦流探傷は、プローブがきず上を通ったときに込んでいる。

発生するプローブ内部のコイルのインピーダンス

本開発では、MC の ATC 内に給電モジュールを変化を信号に変換している。プローブと検査対象設置し、未稼働のプローブユニットを待機中に充の距離の変化（リフトオフ）は、SN 比の低下をま電する構成とした。図 3 に ATC 内で充電中のプねく。そこで、プローブ取付部にサスペンションローブユニットを示す。

機構を組み込むことでプローブと検査対象の接触性を向上させた。サーフェイス（平面、湾曲面）のプローブユニットでは、サスペンション機構にバネを内蔵し、検査対象へプローブを押し当てて走査させることで、プローブと検査対象の距離に変化が生じず、平面および湾曲面に対してもプローブが追従する構造とした。サスペンション機構を
図 4 に示す。

図3ATC 内で充電中のプローブユニット

探傷前

探傷時

3.3 内部基板（信号処理機能）制御部で、A スコープ、リサージュ、C スキャンをリアルタイム表示するため、プローブから取（1）得した探傷信号を内部基板の同期検波回路 で、内部バネにより、接触面の形状にI/Q 信号に変換し、アナログ－デジタル変換（16bit）追従してストロークする

した後に Wi-Fi 通信で制御部に伝送する。

図4—

41—

サスペンション機構
IIC REVIEW/2022/10. No.68このとき、MC とプローブユニットは非同期で4. 探傷信号の可視化あるため、制御部の PC が同時にデータ要求をかきずの大きさと位置を可視化するため、探傷信けても、MC とプローブユニットの応答速度の違号の大きさを色分けし、二次元座標に表示する

いから軸座標データと探傷データの開始タイミ

C スキャン表示機能を開発した。C スキャン表示

ングにズレが生じる。このズレを補正するため、は、制御部に搭載する PC が、MC から軸座標デー既知のデータ取得ができる基準点を設け、プロータ、プローブユニットから探傷信号データを取得

ブ先端が基準点上を通過した時点の探傷データし、二つのデータを同期処理した上で行う。図 5を基に、軸座標データと探傷データを同期処理しおよび図 6 に平面探傷をした場合の C スキャン表ている。

示画面を示す。

5. まとめ
本稿では、スマート ECI プローブユニットおよきず 0.1mm
以下

び C スキャン表示機能の開発について紹介した。
プローブユニット

スマート ECI プローブユニットは、本開発では検査対象MC を使用したシステムに組み込んだが、取付部の形状や、非接触給電の給電モジュールの設置方法等を変更することで、他の工作機械やロボットへの適用が可能であり、航空機向けの部品以外へｽｷｬﾝﾊﾟｽの展開も可能である。
図5

平面探傷例

渦流探傷信号のワイヤレス通信や非接触給電、C スキャンの手法等の技術要素は、他開発案件への活用が可能である。今後も本技術の維持発展を継続していく。
参考文献「同期検波を活（1） AnalogDialogue ホームページ：用し、微小信号を高精度に計測」、https://www.
analog.com/jp/analog-dialogue/articles/synchronous-

図6

C スキャン表示画面

detectors-facilitate-precision.html

制御システム事業部
防衛・宇宙システム部課長

木澤

制御システム事業部
産業システム部佐藤 仁壱

啓TEL. 042-523-8315
FAX. 042-523-8320

TEL. 042-523-8319
FAX. 042-523-8320—

42—