JP2005091288A - 鋳造欠陥の識別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳造品に発生する鋳巣と破断チル層を明確に識別する識別方法を提供することを目的とする。
【解決手段】超音波探傷法によって鋳造品の鋳巣と破断チル層とが混在する欠陥データを取得し、さらに、同一鋳造品をＸ線ＣＴ測定して鋳造品の鋳巣データを取得する。鋳巣と破断チル層とが混在する欠陥データから鋳巣データを減算することにより破断チル層の分布データを得る。
【選択図】図３

Description

本発明は鋳造欠陥の識別方法に関する。より詳しくは、ダイカスト鋳造などで得られる鋳造品の欠陥を非破壊で検出して可視化する鋳造欠陥の識別方法に関する。

ダイカスト鋳造などで得られる鋳造品には、鋳巣や破断チル層などの欠陥が発生し、鋳造品の強度、耐久性、あるいは外観などの鋳造品の品質を低下させる原因となる。

鋳造品の内部に発生する内部欠陥の検査には、古くは鋳造品自体を切断する破壊が行われていた。また、鋳造品の表面に発生する表面欠陥についても、エッチングなどによって欠陥を現出方法が採られていた。このような破壊検査は、手間と時間を要する上に、精度もあまり高くなく、また、破壊検査に用いたワークについては、その後の強度試験や耐久試験といったワーク全体についての試験に供することができないため、不便な場合があった。

これに対し、近年では超音波やＸ線を用いた非破壊検査が行われるようになっている。特に最近では、超音波を用いて被検体内部の欠陥を定量的に検出して表示する方法や（特許文献１参照）、Ｘ線ＣＴにより鋳造品内部の断面を画像化することで鋳造品の内部品質を判定する方法（特許文献２参照）などが提案されている。
特開２００１−１９４３５１号公報 特開平７−１２７５９号公報

しかし、超音波を用いて被検体の内部欠陥を検出する方法では、正常な母材部分と欠陥部分の超音波の伝播する伝播時間の差を利用して欠陥部分を検出するようにしているので、鋳造品に発生する鋳巣と破断チル層とを明確に分離して検出することはできない。また、Ｘ線ＣＴによる内部欠陥の検出方法では母材との密度差が極めて小さい破断チル層は検出することができない。さらに、従来の超音波探傷では強い表面エコーのために鋳造品の表面欠陥を判別することは困難であった。

鋳造品の品質改善に際して、鋳巣と破断チル層とはその発生原因によって各々の発生防止対策は異なる。例えば、一般的に、アルミ合金のダイカスト鋳造品において、鋳巣に対しては射出速度や製品までの湯道形状の適正化、あるいは、製品形状の適正化や金型の冷却制御などの対策が有効である。また、溶湯のスリーブ内での保温状況によって発生する破断チル層については、スリーブの温度調節や潤滑剤の改良などの対策が効果的である。従って、個々の鋳造欠陥について、その発生位置とともに欠陥の種類を的確に識別する識別方法の開発が望まれていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、鋳造品に発生する鋳巣と破断チル層を明確に識別する識別方法を提供することを目的とする。

発明者らは、まず、破断チル層と鋳巣との混在する欠陥データを取得し、次に、鋳巣のみのデータを取得し、破断チル層と鋳巣との混在する欠陥データから鋳巣のみのデータを取り除けば破断チル層のみの分布データを得られ、鋳巣と破断チル層とを明確に識別できることに着目した。

すなわち、本発明の鋳造欠陥の識別方法に係わる第１発明は、検査対象の鋳造品に超音波を照射して該鋳造品からの音波情報に基づいて該鋳造品の鋳巣と破断チル層とを検出して該鋳造品の第１の内部欠陥３次元分布データを取得する第１工程と、前記検査対象の鋳造品をＸ線ＣＴ測定して該鋳造品の複数の断面画像から該鋳造品の前記鋳巣を検出して該鋳造品の第２の内部欠陥３次元分布データを取得する第２工程と、前記鋳造品の同一領域における前記第１の内部欠陥３次元分布データと前記第２の内部欠陥３次元分布データとを比較して前記鋳造品の前記破断チル層の３次元分布画像を形成する第３工程とを有することを特徴とする。

また、本発明の鋳造欠陥の識別方法に係わる第２発明は、検査対象の鋳造品の表面にレーザ光を照射して該鋳造品の表面からの反射光を干渉計に導いて該鋳造品表面の超音波の周波数特性と伝播時間とを走査位置ごとに求めて該鋳造品の鋳巣と破断チル層とを検出して該鋳造品の第１の表面欠陥分布データを取得する第１工程と、前記鋳造品の同一表面領域を撮影して得られた可視画像の輝度値から該表面領域の前記鋳巣を検出して該鋳造品の第２の表面欠陥分布データを取得する第２工程と、前記鋳造品の前記同一表面領域における前記第１の表面欠陥分布データと前記第２の表面欠陥分布データとを比較して前記鋳造品の前記破断チル層の表面分布画像を形成する第３工程と、を有することを特徴とする。

本発明の第１発明の方法によれば、超音波探傷により得られる内部欠陥３次元分布データとＸ線ＣＴによって得られる内部欠陥３次元分布データとの比較を行うことにより、超音波探傷で得られた鋳巣と破断チル層とが混在した欠陥データから鋳巣のみのデータを除去して、鋳造品の内部に存在する破断チル層のみを抽出することにより、鋳造品内部に発生する鋳巣と破断チル層とを識別することができる。

また、本発明の第２発明の方法によれば、レーザ超音波探傷によって得られる鋳巣と破断チル層とが混在した表面欠陥分布データと、デジタルカメラなどの可視像から得られた鋳巣のみの表面欠陥分布データとの比較を行うことで、鋳造品の表面に存在する破断チル層のみを抽出することにより、鋳造品表面に発生する鋳巣と破断チル層とを識別することができる。

得られた鋳巣と破断チル層のそれぞれの分布データに基づいて、各欠陥に対する的確な防止対策を講じることができる。

本発明の第１発明は、鋳造品の内部に発生する鋳造欠陥を鋳巣と破断チル層とに識別する方法である。第１発明の識別方法を図１〜３を参照しながら説明する。

図１は本発明の第１工程で好適に使用される超音波探傷装置の概略構成を示す模式図である。

超音波探傷装置は、検査対象の鋳造品１に超音波探触子２を当接して超音波送受信回路３で超音波を送受信し、得られた音波情報を演算処理装置４で処理して鋳造品の３次元形状モデルや内部欠陥の３次元分布などをディスプレイ５へ表示できるようになっている。

ここで、超音波探触子は複数の振動子を直線状に配列してなるアレイ探触子、あるいは、複数の振動子を２次元配置してなる２次元アレイ探触子を用いることが望ましい。アレイ探触子を用いる場合には、このアレイ探触子を所望の方向に移動させながら得た画像情報を画像メモリにマッピングしながら輝度情報に変換し、この輝度情報に基づいて画像信号を生成して内部欠陥の３次元画像を形成することができる。また、複数の振動子を２次元配置してなる２次元アレイ探触子を用いれば、探触子を移動することなく探触子の当接している領域の内部欠陥の３次元分布を得ることができる。

なお、探触子には水などの接触媒質を介して測定することが望ましく、鋳造品を水没して測定する水浸法とすることもできる。

図２は本発明の第２工程で使用されるＸ線ＣＴ装置の要部構成を示す模式図である。検査対象の鋳造品１をターンテーブル７に載置し、断面の厚さ方向にコリメートされたＸ線をＸ線源６から回転する鋳造品１に照射して多チャンネルセンサ８で透過Ｘ線を検出し、データ収集部で投影データを収集する。そして、この投影データを高速演算装置でデータ補正、画像処理して再構築する構成となっている。

以上の超音波探傷装置およびＸ線ＣＴ装置を用いて鋳造品内部の鋳造欠陥を識別する手順を図３のフローチャートに示した。

Ｓ１０では、まず、検査対象の鋳造品の検査領域を決め、図１に示す超音波探傷装置の２次元アレイ探触子を検査領域の表面に当接して、超音波を照射して音波データを取得する。この時、測定位置が明確となるようにシールや磁石によって目印とするとよい。Ｓ１１では、得られた音波データに基づいて鋳造品の内部欠陥を判定する。ここでは、破断チル層と鋳巣とが混在した内部欠陥として判定される。判定した内部欠陥から内部欠陥の３次元分布データを作成し、Ｓ１２で第１の内部欠陥３次元分布データとしてディスクなどの記憶部へ格納する。

次に、Ｓ１３では、前記で超音波探傷測定した鋳造品を図２に示すＸ線ＣＴ装置でＸ線ＣＴ測定する。Ｓ１４では、Ｓ１３で得られた断面画像から内部欠陥を判定する。ここでは、鋳巣のみが内部欠陥として判定される。判定した内部欠陥から内部欠陥の３次元分布データを作成し、Ｓ１５で第２の内部欠陥３次元分布データとして記憶部へ格納する。

Ｓ１６では、Ｓ１２とＳ１５で記憶部に格納した第１と第２の内部欠陥３次元分布データについて、Ｓ１０で印を付けた同一領域で両者を比較し、Ｓ１２で得られた第１の内部欠陥３次元分布データからＳ１５で得られた第２の内部欠陥３次元分布データをデータ上で減算することにより、この領域における破断チル層の３次元分布データを得る。Ｓ１７では、この処理を対象領域全体について完了したかを判断する。対象領域全体について演算が完了したら、Ｓ１８で結果をその領域における破断チル層の３次元分布としてディスプレイへ表示する。

以上のようにして鋳造品内部の鋳巣と破断チル層との分布を個別に検出することができ、両者を明確に識別することができる。

本発明の第２発明は、鋳造品の表面に発生する鋳造欠陥を鋳巣と破断チル層とに識別する方法である。第２発明の識別方法を図４〜６を参照しながら説明する。

図４は、本発明の第１工程で使用して好適なレーザ超音波探傷装置の主要部構成を示す概念図である。図４において、１は検査対象の鋳造品、９は超音波発生用の送信レーザ光源で、１０は超音波受信用の受信レーザ光源で、１１はレーザ干渉計であり、１４は光検出器、１５は得られたデータを処理する処理手段である。

検査対象の鋳造品の表面に送信レーザ光源９から送信プローブ１２を介してレーザ光を照射すると、鋳造品１の表面が加熱されて温度が上昇する。そして、温度上昇に伴い、体積膨張が生じて鋳造品１の表面に応力が発生し、この応力が振動発生源となって超音波が発生する。一方、振動している鋳造品１表面に、受信レーザ光源１０から受信プローブ１３を介してレーザ光を照射すると、その鋳造品１表面からの反射光は光周波数領域でのドップラーシフトを生じる。そして、ドップラーシフトが生じている反射光を受光用レンズで光ファイバに集光してレーザ干渉計１１に導き、反射光の周波数成分をレーザ干渉計１１によって抽出し、光電変換することによって、振動速度波形が得られて超音波の受信を行うことができる。

レーザの送信プローブ１２と受信プローブ１３とを鋳造品１の検査対象表面を平行して走査させることにより、走査距離と超音波の伝播時間との関係をデータとして取得することができる。この走査距離と伝播時間との関係からプローブを走査した領域表面の表面欠陥データを得ることができる。ここで得られる表面欠陥データは鋳巣と破断チル層とが混在したものである。

なお、送信レーザ光源としては、波長が１０６４ｎｍで出力が１００ｍＪ未満のパルス発振Ｎｄ：ＹＡＧレーザを、また、受信レーザ光源としては、波長が５３２ｎｍで出力が５Ｗ未満の連続発振Ｎｄ：ＹＡＧレーザを例示することができる。

図５は、本発明の第２工程で使用される鋳造品表面の撮影手段を示す模式図である。この撮影手段１６は検査対象の鋳造品１の表面を画像データとして取得できるものであれば特に限定はなく、市販のデジタルカメラを使用することができる。また、撮影範囲が微小範囲である場合には、実体顕微鏡など画像処理機能を有するマイクロスコープを用いることもできる。

以上のレーザ超音波探傷装置および撮影手段を用いて鋳造品表面の鋳造欠陥を識別する手順を図６のフローチャートに示した。

Ｓ２０では、まず、検査対象の鋳造品の検査領域を決め、検査領域表面に座標基準を設定する。図４に示すレーザ超音波探傷装置の送信プローブと受信プローブとを所定の送受信距離ｙを隔てて配置し、それぞれ所定のレーザ光を照射しながら平行に検査表面を走査してレーザビームの走査距離と超音波の伝播時間との関係をデータとして取得する。この時、測定位置が明確となるようにシールや磁石によって目印とするとよい。Ｓ２１では、得られた走査距離と伝播時間との関係から閾値を設けて解析し表面欠陥部分を判定する。ここでは、破断チル層と鋳巣とが混在した表面欠陥として判定される。判定された表面欠陥から表面欠陥の分布データを作成し、Ｓ２２で第１の表面欠陥分布データとして記憶部へ格納する。

次に、Ｓ２３では、前記でレーザ超音波探傷した鋳造品の表面領域を、図５に示す撮影手段で撮影して画像データを取得する。Ｓ２４では、Ｓ２３で得られた画像データから輝度値の閾値を設けて解析し表面欠陥を判定する。ここでは、陰になり暗くなっている鋳巣のみが表面欠陥として判定される。判定した表面欠陥から表面欠陥の分布データを作成し、Ｓ２５で第２の表面欠陥分布データとして記憶部へ格納する。

Ｓ２６では、Ｓ２２とＳ２５で記憶部に格納した第１と第２の表面欠陥分布データについて、Ｓ２０で印を付けた同一領域で両者を比較し、Ｓ２２で得られた第１の表面欠陥分布データからＳ２５で得られた第２の表面欠陥分布データをデータ上で減算することにより、この領域における破断チル層の表面欠陥分布データを得る。Ｓ２７では、この処理を対象領域全体について完了したかを判断する。対象領域全体について演算が完了したら、Ｓ２８で結果をその領域における破断チル層の表面分布としてディスプレイへ表示する。

以上のようにして鋳造品表面の鋳巣と破断チル層との分布を個別に検出するこができ、両者を明確に識別することができる。

なお、レーザ超音波探傷において、前記では、送信プローブと受信プローブとの送受信距離をプローブの走査方向と直角方向に設定して走査したが、走査線上に送信プローブと受信プローブとを所定の送受信距離で配置し、その送受信距離を維持して同一走査線上を走査させてデータを取得することもできる。

本発明によれば、鋳造品の欠陥の種類を識別して各々の分布状態を知ることができる。従って、それら分布データから欠陥ごとに的確な発生防止対策を立案することができ、鋳造品の品質改善に大きく寄与する。

また、本発明は鋳造品の欠陥を非破壊で検出することができるので、データ採取後の鋳造品をさらに強度試験あるいは耐久試験などに供することができる。その結果、各試験結果と欠陥との関係を定量的に把握することができ、鋳造品の品質改善と研究開発に寄与するところ大である。

超音波探傷装置の概略構成を示す模式図である。 Ｘ線ＣＴ装置の概略構成を示す主要部模式図である。 第１発明の手順を示すフローチャートである。 レーザ超音波探傷装置の原理を説明するブロック図である。 撮影手段を示す模式図である。 第２発明の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１：検査対象鋳造品 ２：超音波アレイ探触子 ６：Ｘ線源 ８：マルチセンサ１２：送信プローブ １３：受信プローブ １６：撮影手段

Claims (2)

1. 検査対象の鋳造品に超音波を照射して該鋳造品からの音波情報に基づいて該鋳造品の鋳巣と破断チル層とを検出して該鋳造品の第１の内部欠陥３次元分布データを取得する第１工程と、
   前記検査対象の鋳造品をＸ線ＣＴ測定して該鋳造品の複数の断面画像から該鋳造品の前記鋳巣を検出して該鋳造品の第２の内部欠陥３次元分布データを取得する第２工程と、
   前記鋳造品の同一領域における前記第１の内部欠陥３次元分布データと前記第２の内部欠陥３次元分布データとを比較して前記鋳造品の前記破断チル層の３次元分布画像を形成する第３工程と、
   を有することを特徴とする鋳造欠陥の識別方法。
2. 検査対象の鋳造品の表面にレーザ光を照射して該鋳造品の表面からの反射光を干渉計に導いて該鋳造品表面の超音波の周波数特性と伝播時間とを走査位置ごとに求めて該鋳造品の鋳巣と破断チル層とを検出して該鋳造品の第１の表面欠陥分布データを取得する第１工程と、
   前記鋳造品の同一表面領域を撮影して得られた可視画像の輝度値から該表面領域の前記鋳巣を検出して該鋳造品の第２の表面欠陥分布データを取得する第２工程と、
   前記鋳造品の前記同一表面領域における前記第１の表面欠陥分布データと前記第２の表面欠陥分布データとを比較して前記鋳造品の前記破断チル層の表面分布画像を形成する第３工程と、
   を有することを特徴とする鋳造欠陥の識別方法。

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