JP2005024508A - 形状異常検査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の形状異常検出方法や装置では、エアや水を利用してワークに形成された空洞内の形状異常を検出していたので、複雑な形状の空洞が形成されたワークの場合、エア等が回り込みにくい部分が存在することがあり、空洞内部全域で形状異常を確実に検出することが困難であった。
【解決手段】 内部に空洞１１を有するワーク１０の該空洞１１内の形状異常を検出するための方法であって、前記空洞１１内に煙を充満させた後、前記空洞１１の一端側の開口部１２から、青色光又は青色光よりも短波長の光を空洞内に照射し、他端側の開口部１３にて照射光の光量を測定して、測定された光量の大きさを、空洞に形状異常が存在するか否かの判断基準とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内部に空洞を有する被検査物の該空洞内の形状異常を検出するための形状異常検査方法及びその装置に関する。

一般的に、自動車用エンジンのシリンダヘッドやシリンダブロックは砂型を用いた鋳造により製造されており、このシリンダヘッドやシリンダブロックにはウォータジャケット等の空洞が形成されている。
この空洞には、外部と連通する入口と出口とが備えられている。また、この空洞はエンジンの実装部品等との位置関係を考慮したり、空洞壁面の表面積をできるだけ多く確保したりするために、複雑で入り組んだ形状をしている。

上述のようなシリンダヘッドやシリンダブロックを鋳造する際に使用される砂型は、鋳造工程で割れ等の破損が生じることがある。この場合、破損部に溶湯が流れ込んで、その破損部におけるワーク（製品）の形状が、本来鋳造されるべき形状と異なるものとなってしまう。
特に、砂型の中子が破損すると、ワークに形成される空洞内に突出部等の形状異常が発生することになり、空洞内に詰まりを生じさせる原因となり得る。
従って、このような形状異常が発生したワークを製造段階において検出する必要がある。

しかし、ワークに形成される空洞の形状が複雑であった場合、空洞の入口や出口から内部を覗いたとしても、空洞内の全域を視認することは困難である。
そこで、エアや水を利用してワークに形成された空洞内の形状異常を検出する等、種々の形状異常検出方法や装置が提案されている。

例えば、エアを用いたものとしては、特許文献１に記載されているように、シリンダヘッドのウォータジャケットの入口部に備えられた、一定圧のエアを供給する供給手段の流量調節弁よりも下流側にてエア圧を検出することで、ウォータジャケットの砂詰まりを検出するようにしたものがある。

実開平４−３４６４６号公報

しかし、前述のようにエアを用いた方法及び装置では、複雑な形状の空洞が形成されたワークの場合、エア等が回り込みにくい部分が存在することがあり、空洞内部全域で形状異常を確実に検出することが困難である。また、エアを利用した方法では、ワークの空洞内部面の状態により、測定結果が左右される他、エアを発するノズルやエアを検出するセンサの精度を高めなければ、高い測定精度を得ることができないため、装置としては高価で大規模なものとなってしまう。

さらに、特許文献１に従来技術として、中空部内に投光器と受光器とを挿入して、両者間で光を授受することにより中空内の形状異常を検出する技術が記載されている。
しかし、このような従来の投光器からは、波長が長く直進する性質を有した赤色光が照射されていたため、中空内の経路が直線である場合にしか受光することができず、複雑で入り組んだ形状の空洞の場合には用いることができなかった。

上記課題を解決する本発明の形状異常検査方法及びその装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１においては、内部に空洞を有する被検査物の該空洞内の形状異常を検出するための方法であって、前記空洞内に媒質を充満させた後、前記空洞の一端側の開口部から、青色光又は青色光よりも短波長の光を空洞内に照射し、他端側の開口部にて照射光の光量を測定して、測定された光量の大きさを、空洞に形状異常が存在するか否かの判断基準とする。
これにより、被検査物の空洞の内部形状が複雑で入り組んでいたとしても、光は空洞内を全域にわたって通過することが可能であり、空洞内の形状異常の有無を確実に判別することができる。
また、被検査物の空洞内部の大きさや形状に左右されることなく、簡単な構成の安価な装置にて、検査を行うことができる。

また、請求項２においては、予め形状異常のないことが確認されたマスター被検査物の空洞内に媒質を充満させた後、該空洞の一端側の開口部から青色光又は青色光よりも短波長の光を空洞内に照射し、他端側の開口部にて照射光の光量を測定して得られた結果を基準光量とし、該基準光量と、前記形状異常検査方法にて測定された被検査物の光量とを比較することにより、形状異常の有無を判別する。
これにより、簡単な方法で、空洞内の形状異常の有無を正確に判別することができる。

また、請求項３においては、内部に空洞を有する被検査物の該空洞内の形状異常を検出するための装置であって、空洞の一端側の開口部に配置され、青色光又は青色光よりも短波長の光を空洞内に照射する光発生手段と、空洞の他端側の開口部に配置され、光発生手段から空洞内に照射された光を受光する受光手段と、被検査物の空洞を通過して受光手段にて受光された光量と、予め記憶手段に記憶されている基準光量とを比較する比較処理部と、比較処理部での比較結果から、空洞の形状異常の有無の判別を行う判別処理部と、判別結果を表示する表示部とを備える。
これにより、被検査物の空洞の内部形状が複雑で入り組んでいたとしても、光は空洞内を全域にわたって通過することが可能であり、空洞内の形状異常の有無を確実に判別することができる。
また、要求される光発生手段や受光手段の設置位置の精度がさほど高くないので、装置を簡単且つ安価な構成とすることができる。

本発明によれば、
被検査物の空洞の内部形状が複雑で入り組んでいたとしても、空洞内の形状異常の有無を確実に判別することができる。
また、被検査物の空洞内部の大きさや形状に左右されることなく、簡単な構成の安価な装置にて、検査を行うことができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を、添付の図面を用いて説明する。
本発明は、例えば、自動車用エンジンのシリンダヘッドやシリンダブロックに形成されたウォータジャケットのような鋳造品の内部に形成された空洞の形状異常を検出するための検査方法及びその装置である。
但し、本発明に係る検査方法及び装置の適用対象となる被検査物は、自動車用エンジンのシリンダヘッドやシリンダブロックに限定されるものではなく、鋳造品に限定されるものでもない。

例えば、内部に連続した空洞を有する、水道管のような曲折した管状物等を被検査物とし、その空洞内部に存在する異物や内部の形状異常等を検出することができる。特に、完全に閉塞された状態ではないが空洞断面が部分的に詰まっている状態を検出する場合に有効である。

まず、本発明にかかる形状異常検査装置について説明する。
図１に示す形状異常検査装置は、青色光又は青色光よりも短波長の光を照射する光発生手段１と、光発生手段から照射された光を受光する受光手段２と、形状異常検査に関する演算処理等を行うコントローラ３とを備えている。

光発生手段１には、例えば青色ＬＥＤが用いられ、受光手段２にはフォトディテクタ等が用いられている。但し、光発生手段１は青色ＬＥＤに限らず、青色光又は青色光よりも短波長の光を発するものであればよい。
コントローラ３には演算装置３１及びメモリ３２が備えられており、前記光発生手段１はアンプ３４及びＰＣＬ３３を介して演算装置３１に接続され、前記受光手段２はアンプ３５を介して演算装置３１に接続されている。

演算装置３１には、受光手段２にて受光した光量と予めメモリ３２に記憶された基準光量とを比較する比較処理部３１ａ、及び比較処理部３１ａでの比較結果から被検査物の良否判別を行う判別処理部３１ｂが備えられるとともに、良否判別の結果を表示する表示部５が接続されている。

図１に示す１０は、内部に連続した空洞１１を有した被検査物（以下「ワーク」と記載する）である。形状異常検査装置においては、前記光発生手段１をワーク１０の空洞１１における一端側の開口部１２に配置し、前記受光手段２を空洞１１における他端側の開口部１３に配置して、空洞１１を通過した光発生手段１からの光を受光手段２で受光するように構成されている。なお、光発生手段１からの光を空洞１１内に照射する際は、空洞１１内に媒質としての煙を充満させておく。
受光手段２で受光された光量は、比較処理部３１ａにて基準光量と比較処理され、この比較処理の結果に基づき、判別処理部３１ｂにてワーク１０の良否判別が行われる。

ここで、光発生手段１として、青色ＬＥＤ等の青色光又は青色光よりも短波長の光を発するものを用いている理由について説明する。

一般的に光は、媒質中での速度が波長の長さによって異なり、同じ媒質中での屈折率も波長により異なる。
例えば、図２に示すように、波長が短い青色の光は屈折率が高くて、ある媒質中を進行中に別の媒質に当たると大きく曲がるのに対し、波長が長い赤色の光は青色に比べて屈折率が低いため曲がり方が少なくなっている。
従って、赤色の光は直進性が強く、屈曲した経路の一側から他側へは光が届きにくい。一方、青色光又は青色光よりも短波長の光は、赤色光よりも波長が短くて強く散乱されるため、屈曲した経路でも光が届き易い。

例えば、図３に示すように、ワーク１０の空洞１１が、一端側の開口部１２から他端の開口部１３を見通すことができる形状である場合には、光発生手段１から照射される光が赤色光であっても、青色光であっても、受光手段２にて受光される。

図４に示すように、この場合は、受光手段２での受光量（すなわち受光手段２からの出力値の大きさ）は、青色光よりも赤色光の方が大きくなっている。これは、青色光は空洞１１内に充満された媒質としての煙によって散乱されるが、赤色光はあまり散乱されずに受光手段２まで到達するからである。

逆に、図５に示すように、ワーク１０の空洞１１が入組んでいて、一端側の開口部１２から他端の開口部１３を見通すことができない形状である場合には、図６に示すように、光発生手段１から照射される光が青色光であれば受光手段２により受光することができるが、赤色光であると受光手段２に光が届かず全く受光できない。

このように、赤色光のように波長が長い光では、屈曲して入り組んだ経路を通過するのが困難であるが、波長が短い青色光等では屈曲して入り組んだ経路でも通過することが可能であるため、入り組んだ空洞１１を有するワーク１０であっても形状異常を検査することが可能となる青色光又は青色光よりも短波長の光を照射可能なものを光発生手段１として用いている。

また、光発生手段１及び受光手段２は、それぞれ空洞１１の一端側の開口部１２及び他端側の開口部１３に配置されるが、受光手段２により検出する光は、光発生手段１から照射されて空洞１１内で散乱した散乱光なので、光発生手段１及び受光手段２の設置位置の精度をさほど高くする必要がない。

次に、以上の如く構成される形状異常検査装置により、ワーク１０の空洞１１の詰まりや形状異常の検査を行う検査方法の手順について、図７を用いて説明する。
まず、空洞内部に詰まりや形状異常がないことの確認がなされたマスターワークにおける光量を測定して（Ｓ０１）、測定した光量をメモリ３２に記憶する。
その後、実際に空洞１１内の検査を行うワーク１０の光量を測定する（Ｓ０２）。

この、マスターワーク及びワーク１０の光量の測定は、次のように行う。
最初に、形状異常検査装置に設けられた測定治具にマスターワークをセットして、セットしたマスターワークの空洞１１内に媒質としての煙を充満させる。
その後、空洞１１の一端側の開口部１２に光発生手段１を配置し、他端側の開口部１３に受光手段２を配置して、光発生手段１から所定の光量の光を空洞１１内へ向けて照射する。
光発生手段１からの光は、屈折しながら空洞１１内を進んでいき、受光手段２により受光される。受光手段２からは受光した光量が検出信号として、アンプ３５を通じて演算装置３１へ出力される。

次に、受光手段２からの検出信号を受けた演算装置３１の比較処理部３１ａでは、メモリ３２から読み出したマスターワークの光量と、受光手段２にて検出されたワーク１０の光量とを比較する（Ｓ０３）。
比較処理部３１ａでの比較の結果に基づき、判別処理部３１ｂにてワーク１０の空洞１１における形状異常の有無の判別、すなわちワーク１０の良否判別を行う（Ｓ０４）。この良否判別では、例えば、マスターワークの光量とワーク１０の光量との差を算出し、その差の大きさが所定値以上であれば、空洞１１にワーク１０が不良品となる程の形状異常があるとの判別が行われ、所定値よりも小さければ空洞１１にはワーク１０が不良品となる程の形状異常は無いとの判別が行われる。

判別処理部３１ｂにてワーク１０の良否の判別がなされると、その判別結果が前記表示部５に表示される。この表示部５には、例えばＣＲＴや液晶パネル等が用いられる。

このように、内部に空洞１１を有するワーク１０の該空洞内１１の形状異常を検出するために、空洞１１内に媒質としての煙を充満させ、空洞１１の一端側の開口部１２から、光発光手段１にて青色光又は青色光よりも短波長の光を空洞１１内に照射し、他端側の開口部１３にて受光手段２により照射光の光量を測定して、測定された光量の大きさを、空洞１１に形状異常が存在するか否かの判断基準とするので、
ワーク１０の空洞１１の内部形状が複雑で入り組んでいたとしても、光は空洞１１内を全域にわたって通過することが可能であり、空洞１１内の形状異常の有無を確実に判別することができる。
また、ワーク１０の空洞１１内部の大きさや形状に左右されることなく、簡単な構成の安価な装置にて、検査を行うことができる。

また、予め形状異常のないことが確認されたマスターワークの空洞内に媒質としての煙を充満させ、該空洞の一端側の開口部から青色光又は青色光よりも短波長の光を空洞内に照射し、他端側の開口部にて照射光の光量を測定して得られた結果を基準光量とし、該基準光量と、同様の方法にて測定されたワーク１０の光量（つまり、現実に検査を行う被検査物としてのワーク１０の空洞１１内に煙を充満させ、該空洞１１の一端側の開口部１２から青色光又は青色光よりも短波長の光を空洞１１内に照射し、他端側の開口部１３にて測定して得られた照射光の光量）とを比較することにより、空洞１１内の形状異常の有無を判別するようにしているので、
簡単な方法で、空洞内の形状異常の有無を正確に判別することができる。

さらに、前記形状異常検査装置は、空洞１１の一端側の開口部１２に配置され、青色光又は青色光よりも短波長の光を空洞内に照射する光発生手段１と、空洞１１の他端側の開口部１３に配置され、光発生手段１から空洞１１内に照射された光を受光する受光手段２と、ワーク１０の空洞１１を通過して受光手段２にて受光された光量と予めメモリ３２に記憶されている基準光量とを比較する比較処理部３１ａと、比較処理部３１ａでの比較結果から、空洞１１の形状異常の有無の判別を行う判別処理部３１ｂと、判別結果を表示する表示部５とを備えているので、
ワーク１０の空洞１１の内部形状が複雑で入り組んでいたとしても、光は空洞１１内を全域にわたって通過することが可能であり、空洞１１内の形状異常の有無を確実に判別することができる。
また、要求される光発生手段１や受光手段２の設置位置の精度がさほど高くないので、装置を簡単且つ安価な構成とすることができる。

また、本発明にかかる形状異常検査方法及び装置は、前述のように、水道管を被検査物とし、該水道管内部の詰まり等といった形状異常を検査する場合にも適用することができる。

例えば、図８に示すように、シンク６５に接続された水道管６０は、途中部で複数回屈曲していて、一端側の開口部６１から他端側の開口部６２を見通すことはできない。

しかし、水道管６０の一端側の開口部６１に前記光発生手段１を配置し、他端側の開口部６２に前記受光手段２を配置して、光発生手段１から水道管６０内に青色光又は青色光よりも短波長の光を照射すると、光発生手段１からの光は水道管６０内を反射しながら進み、他端側の開口部６２まで達して受光手段２により検出される。
そして、水道管６０内に詰まり６３等があった場合には、受光手段２により検出される光発生手段１からの光量が減少するため、その詰まり６３等の有無を検出することができる。
なお、形状異常検査方法及び装置においては、水道管６０内に水滴が付着していたとしても、光発生手段１から照射される光が青色光又は青色光よりも短波長の光であるため、受光手段２により受光することができ、正常に検査を行うことが可能である。
また、ワーク内の空洞やマスターワークの空洞に充満させる媒質として煙を適用した例について説明したが、煙に限らず油や水、半透明の液体等でも適用可能である。

本発明の形状異常検査装置の概略構成を示す図である。 光の波長と屈折率との関係を示す図である。 ワークの空洞が、一端側の開口部から他端の開口部を見通すことができる形状である場合における、光が到達する様子を示す図である。 ワークの空洞が図３に示す形状であった場合における、青色光と赤色光との受光手段による検出信号の大きさを示す図である。 ワークの空洞が、一端側の開口部から他端の開口部を見通すことができない、入り組んだ形状である場合における、光が到達する様子を示す図である。 ワークの空洞が図５に示す形状であった場合における、青色光と赤色光との受光手段による検出信号の大きさを示す図である。 形状異常検査方法のフローを示す図である。 形状異常検査方法及び装置により検査を行うことができる被検査物の第二の実施形態を示す図である。

符号の説明

１ 光発生手段
２ 受光手段
３ コントローラ
５ 表示部
１０ 被検査物（ワーク）
１１ 空洞
１２ 一端側の開口部
１３ 他端側の開口部
３１ 演算装置
３１ａ 比較処理部
３１ｂ 判別処理部
３２ メモリ

Claims (3)

1. 内部に空洞を有する被検査物の該空洞内の形状異常を検出するための方法であって、
   前記空洞内に媒質を充満させた後、
   前記空洞の一端側の開口部から、青色光又は青色光よりも短波長の光を空洞内に照射し、他端側の開口部にて照射光の光量を測定して、
   測定された光量の大きさを、空洞に形状異常が存在するか否かの判断基準とすることを特徴とする形状異常検査方法。
2. 予め形状異常のないことが確認されたマスター被検査物の空洞内に媒質を充満させた後、該空洞の一端側の開口部から青色光又は青色光よりも短波長の光を空洞内に照射し、他端側の開口部にて照射光の光量を測定して得られた結果を基準光量とし、
   該基準光量と、前記形状異常検査方法にて測定された被検査物の光量とを比較することにより、形状異常の有無を判別することを特徴とする請求項１に記載の形状異常検査方法。
3. 内部に空洞を有する被検査物の該空洞内の形状異常を検出するための装置であって、
   空洞の一端側の開口部に配置され、青色光又は青色光よりも短波長の光を空洞内に照射する光発生手段と、
   空洞の他端側の開口部に配置され、光発生手段から空洞内に照射された光を受光する受光手段と、
   被検査物の空洞を通過して受光手段にて受光された光量と、予め記憶手段に記憶されている基準光量とを比較する比較処理部と、
   比較処理部での比較結果から、空洞の形状異常の有無の判別を行う判別処理部と、
   判別結果を表示する表示部とを備えることを特徴とする形状異常検査装置。

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