JP2005291708A - 鋳造品空孔の検査方法および検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 鋳造品空孔における欠陥を簡易な構成で、かつ空孔の形状が複雑である場合にも精度よく検査することが可能な鋳造品空孔の検査方法および検査装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、空孔ａを有する鋳造品Ｗの空孔内部の欠陥の検出を、空孔の一端より所定周波数の電磁波を放射し、その受信された電磁波の通過特性や反射特性などの伝達特性を基準値と比較して欠陥を検出するものである。その場合、周波数をカットオフ周波数以上の所定範囲でスイープさせながら電磁波を送信するのが好ましい。
【選択図】 図２

Description

本発明は、鋳造品空孔の検査方法および検査装置に関する。さらに詳しくは、エンジンの給排気のためのマニホールドなどのように空孔を有する鋳造品の空孔の閉塞などの欠陥を検査する検査方法および検査装置に関する。

従来より、空孔を有する鋳造品、例えばエンジンの給排気のためのマニホールドにおける空孔の欠陥（閉塞、狭窄、バリなど）の有無を検査する検査手法として、下記のようなものが知られている。

手法１：針金などを挿入して、閉塞・狭窄状況を調べる。

手法２：内視鏡と光ファイバ光源などを挿入して目視で調べる。

手法３：１つの開口部から光を照射し、他の開口部での光量を検知することにより閉塞、狭窄状態を判定する。

手法４：１つの開口部からエアを注入し、他の開口部でその圧力や風速を検知することにより閉塞、狭窄状態を判定する（特許文献１参照）。

手法５：１つの開口部から超音波を照射し、他の開口部での音量を検知することにより閉塞、狭窄状態を判定する（特許文献２参照）。

手法６：１つの開口部から可聴音波を照射し、他の開口部で受信した音波のスペクトルを解析することにより閉塞、狭窄状態を判定する（特許文献３参照）。

手法７：１つの開口部から水を注入し、他の開口部まで水が導通しているか否かにより閉塞を判定する。

前記各検査手法の中では、手法２の目視検査が最も一般的な検査方法であるものといえるが、この手法は非常な労力を要するとともに、欠陥を見逃すことも多いという難点がある。

また、光（手法３）、エア（手法４）および超音波（手法５）を用いた検査手法は、いずれも、空孔の形状が複雑である場合には、その伝達途中の損失およびノイズ混入の度合いが大きくなり、正確な判定が困難である。また、総じて設備が大がかりなものとなり、検査コストが増大するといった問題もある。

また、可聴音波（手法６）を用いた検査手法は、外乱となる騒音（工場、作業場の騒音など）の影響が大きく、それを抑える防音設備等が必要になるなど、結局は、高コストなものになることも多い。
特開２００１−１１６６６３号公報 特開２０００−３３８０９０号公報 特開２００１−３３０５９３号公報

本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、鋳造品空孔における欠陥を簡易な構成で、かつ空孔の形状が複雑である場合にも精度よく検査することが可能な鋳造品空孔の検査方法および検査装置を提供することを目的としている。

本発明の鋳造品空孔の検査方法は、空孔を有する鋳造品の空孔内部の欠陥を検出する検査方法であって、空孔の一端より所定周波数の電磁波を放射し、その受信された電磁波の伝達特性に基づいて欠陥を検出することを特徴とする。

本発明の鋳造品空孔の検査方法においては、電磁波の通過特性により欠陥を検出してもよく、また電磁波の反射特性により欠陥を検出してもよい。

また、本発明の鋳造品空孔の検査方法においては、周波数を所定範囲でスイープさせながら電磁波を送信するのが好ましい。

本発明の鋳造品空孔の検査装置の第１形態は、空孔を有する鋳造品の空孔内部の欠陥を検出する検査装置であって、電磁波を放射する送信アンテナを有する送信部と、その放射された電磁波を受信する受信アンテナとその受信された電磁波の解析をなす解析部とを有する受信解析部と、制御装置とを備え、前記制御装置が、送受信周波数の制御をなす周波数制御部と、解析処理された受信電磁波の特性により欠陥の有無を判定する判定部とを有してなることを特徴とする。

本発明の鋳造品空孔の検査装置の第２形態は、空孔を有する鋳造品の空孔内部の欠陥を検出する検査装置であって、電磁波を放射する送受信アンテナとその受信された電磁波の解析をなす解析部とを有する送受信解析部と、その放射された電磁波を受信する受信アンテナとその受信された電磁波の解析をなす解析部とを有する受信解析部と、制御装置とを備え、前記制御装置が、送受信周波数の制御をなす周波数制御部と、解析処理された受信電磁波の特性により欠陥の有無を判定する判定部とを有してなることを特徴とする。

本発明の鋳造品空孔の検査装置においては、例えば電磁波の通過特性により欠陥の有無を判定するものとされる。

また、本発明の鋳造品空孔の検査装置の第２形態は、電磁波の反射特性により欠陥の有無を判定するようにされてもよい。

本発明によれば、鋳造品空孔における欠陥を簡易な構成で、かつ空孔の形状が複雑である場合にも適格に検出できるという優れた効果が得られる。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係る鋳造品における空孔の検査方法に適用される検査装置の概略構成を図１にブロック図で示す。

図１に示すように、検査装置Ａは、電磁波を放射しかつ鋳造品Ｗから反射してきた電磁波を受信して解析する、送受信アンテナおよび解析装置を備えた送受信解析部ＦＡと、鋳造品Ｗを通過してきた電磁波を受信して解析する受信アンテナおよび解析装置を備えた受信解析部ＲＡと、送受信解析部ＦＡおよび受信解析部ＲＡを制御する制御装置Ｃとを主要構成要素として備えてなる。この制御装置Ｃの制御には、送受信の調整、周波数調整およびインピーダンス・マッチングなどの処理も含まれるものとされる。

図２に、検査装置Ａのより具体的な構成の一例を示す。

検査装置Ａは、図２に示すように、エンジン給排気のマニホールド(図３参照)のように、空孔ａを有する鋳造品Ｗの空孔閉塞などの空孔欠陥を検査するための検査装置とされ、鋳造品Ｗの空孔の一端より内部に電磁波を放射する送信部２と、送信部２から送信される電磁波（以下、送信電磁波という）および受信部３(３Ａ，３Ｂ)により受信される電磁波(以下、受信電磁波という)に対して周波数解析処理を行う周波数解析装置４と、送信電磁波および受信電磁波の周波数を制御しかつ送受信のタイミングを制御する高周波制御部５と、前記周波数解析装置４による解析結果を基準値と比較して良否の判定をなす比較判定部６と、前記各部を統括的に制御する統括制御部７とを主要構成要素として備えてなる。また、統括制御部７は比較判定部６の判定結果に基づいて、良品と不良品との選別をなす選別装置Ｅに鋳造品の選別の指示をもなすものとされる。

前記説明および図２から明らかなように、送信部２と受信部３Ａと周波数解析装置４とにより送受信解析部ＦＡが構成され、受信部３Ｂと周波数解析装置４とにより受信解析部ＲＡが構成され、高周波制御部５と比較判定部６と統括制御部７により制御装置Ｃが構成されるのが理解される。

送受信解析部ＦＡの送信部２および受信部３Ａを構成する送受信アンテナ１０には、図４に示すように、例えばセミリジッド・同軸ケーブル１３にＳＭＡコネクタ１２が装着された同軸導波管変換器１１が接続され、その送受信アンテナ１０を鋳造品Ｗの空孔の一端開口に配設して、これにより前記空孔内部に所定周波数の電磁波を放射しかつ鋳造品Ｗの空孔からの反射波を受信するものとされる。なお、放射される電磁波の適切な周波数は、後述するように、検査対象となる空孔の形状に応じて設定される。

受信解析部ＲＡの受信部３Ｂを構成する受信アンテナ１４は、例えばホーンアンテナ１４Ａとされ、これを鋳造品Ｗ空孔の例えば他端開口部に配設して、前記一端開口から伝達した電磁波を受信するものとされる。

図５に、送受信アンテナ１０および受信アンテナ１４の配置の一例を示し、また図６に送受信アンテナ１０および受信アンテナ１４のアンテナ部２０を平面アンテナにより構成した一例を斜視図で示す。

アンテナ部２０は、図６に示すように、平面アンテナ２１と、平面アンテナ２１の送信あるいは受信範囲をアンテナ部２０が配置される空孔の開口に合わせて調整するための送窓２２を有するカバー２３と、平面アンテナ２１を保持している枠２４とを備えてなるものとされ、枠２４が適宜手段により検査対象の鋳造品Ｗに装着されて検査がなされる。

なお、送信部２と受信部３との組合は、前記に限定されるものではなく適宜とでき、例えば１組の送信部２と受信部３をある開口に配設し、他の１組の送受信部２と受信部３とを他の開口に配設してもよい。

周波数解析装置４は、例えば高速フーリエ変換による周波数解析を行うものとされる。このような周波数解析装置４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit: 中央演算処理装置）、メモリおよび入出力装置を含むコンピュータを用い、周波数解析処理に対応するプログラムを実行させることにより実現することが可能である。

高周波制御部５は、送信部２における送信周波数およびそのタイミングを制御し、かつ受信部３における受信周波数およびそのタイミングを制御するものとされる。なお、その具体的な構成は、この種の高周波制御における公知の高周波制御手段と同様とされている。

比較判定部６は、受信電磁波の周波数解析装置４による解析結果を良品についての同様の解析結果(基準値)と比較してその良否を判定するものとされる。なお、このような比較判定部６は、コンピュータに対応するプログラムを実行させることにより実現することが可能である。

比較判定部６においては、図７に示すように、鋳造品Ｗの空孔を導波管と想定し、その導波管の伝達特性(通過特性、反射特性)を良品の伝達特性(基準値)と比較するものとされる。

ここで、鋳造品の空孔が、例えば図７（ａ）に示すような矩形導波管として扱える場合には、そのカットオフ周波数（単位：ギガヘルツ）ｆ_Ｃは、概してその長辺ｗ（単位：ミリメートル）により規定される（図８参照）。したがって、この場合には、送信電磁波の周波数は、空孔の長辺に基づいて求められたカットオフ周波数よりも高い周波数となるように設定される。

また、鋳造品の空孔が、例えば図７（ｂ）に示すような円形導波管として扱える場合には、そのカットオフ周波数（単位：ギガヘルツ）ｆ_Ｃは、概してその径ｄ（単位：ミリメートル）により規定される（図８参照）。したがって、この場合には、送信電磁波の周波数は、空孔の径に基づいて求められたカットオフ周波数よりも高い周波数となるように設定される。

しかして、比較判定部６は、受信電磁波について周波数解析装置４により周波数解析して得られた結果を、空孔に欠陥のない鋳造品（以下、健全品とも称する）の場合と比較し、鋳造品Ｗの空孔の良否を判別するものとされる。

図９に、検査装置Ａの動作手順を流れ図により示す。同図に示すように、送信部２により空孔の一端開口から内部に所定周波数の電磁波が放射され（ステップＳ１）、受信部３Ａおよび受信部３Ｂにより前記放射された電磁波が受信され（ステップＳ２）、つまり受信部３Ａにより反射波が受信され、受信部３Ｂにより通過波が受信され、周波数解析装置４により、前記受信された電磁波の周波数解析が行われ（ステップＳ３）、比較判定部６により前記周波数解析の結果が良品についての解析結果と比較されて良否が判定され（ステップＳ４）、その判定結果に基づいて選別装置Ｅにより良品と不良品との選別が行われる。

以下、より具体的な実施例により本発明をより具体的に説明する。

図１０に、重度の空孔狭窄が発生している鋳造品について、空孔における電磁波の伝達特性の一例としての電磁波通過特性を実施形態の検査装置Ａを用いて調査した結果を示す（実施例１、実施例２、実施例３）。ここで、実施例１は、送信電磁波の周波数が１ＧＨｚの場合であり、実施例２は、送信電磁波の周波数が２．５ＧＨｚの場合であり、実施例３は、送信電磁波の周波数が５ＧＨｚの場合である（いずれも、前記カットオフ周波数(遮断周波数)よりも高い周波数とされる）。図１１に、各実施例の実施条件を示す。

図１０より明らかなように、実施例１、実施例２、実施例３の各場合で、電磁波の伝達率（電圧比）は大幅に低下している。したがって、伝達特性の一例としての電磁波の通過特性を調べることによって、空孔における狭窄の有無が判定可能である。また、図１０中、電圧比は、試料について周波数解析処理を実施した結果（パワースペクトル）におけるピークＰ_Ａ（図１２（ａ）参照）の、健全品について受信電磁波を周波数解析処理を実施した結果（パワースペクトル）におけるピークＰ_Ｂ（図１２（ｂ）参照）に対する比（ｄＢ）をいう。

また、閉塞およびバリが存在する場合には、狭窄の場合と同様に伝達率が大幅に低下するので、これらの欠陥についても電磁波の通過特性を調べることによって、検出することが可能である。

図１３に、重度の空孔狭窄が発生している鋳造品について、空孔における電磁波の伝達特性の一例としての反射特性を調査した結果を示す（実施例４、実施例５、実施例６）。ここで、実施例４は、送信電磁波の周波数が１ＧＨｚの場合であり、実施例５は、送信電磁波の周波数が２．５ＧＨｚの場合であり、実施例６は、送信電磁波の周波数が５ＧＨｚの場合である（いずれも、前記カットオフ周波数よりも高い周波数とされる）。なお、実施条件は、前記図１１と同じである。

図１３より明らかなように、実施例４、実施例５、実施例６の各場合で、電磁波の反射率電圧比）は大幅に増大している。したがって、伝達特性の一例である電磁波の反射特性を調べることによって、空孔の狭窄の有無を判定することができる。また、図中、電圧比は試料について周波数解析処理を実施した結果（パワースペクトル）におけるピーク（不図示である）の、健全品について周波数解析処理を実施した結果（パワースペクトル）におけるピーク（不図示である）に対する比（ｄＢ）をいう。

また、閉塞およびバリが存在する場合にも、狭窄の場合と同様に反射率が増大するので、反射特性を調べることによって、狭窄のみならず閉塞およびバリの有無を判定することが可能である。

図１４に、重度の空孔狭窄が発生している鋳造品について、送信電磁波の周波数を所定範囲でスイープさせて、空孔における電磁波の伝達特性の一例としての電磁波通過特性を調べた結果を示す（実施例７）。すなわち、送信電磁波の周波数を連続的に変化させることによって、空孔の電磁波通過特性をスキャンした結果を示す。

ここで、周波数をスイープさせる範囲は、前記カットオフ周波数（０．５ＧＨｚ）よりも高い範囲（０．５〜１０ＧＨｚ）に設定されている。また、実施条件は、前記図１１と同じである。

図１４より明らかなように、送信電磁波の周波数をスイープさせる範囲が適切であれば、いずれの周波数においても電磁波の伝達率に大幅な低下が見られる。したがって、スキャンにより得られるより多数のデータで電磁波の通過特性を調べることが可能となり、検査結果の信頼性を高めることができる。また、狭窄のみならず閉塞およびバリについても検査結果の信頼性を同様に高めることができる。

図１５に、重度の空孔狭窄が発生している鋳造品について、送信電磁波の周波数を所定範囲でスイープさせて、空孔における電磁波の伝達特性の一例としての反射特性を調べた結果を示す（実施例８）。すなわち、送信電磁波の周波数を連続的に変化させることによって、空孔の電磁波反射特性をスキャンした結果を示す。

ここで、周波数をスイープさせる範囲は、前記カットオフ周波数（０．５ＧＨｚ）よりも高い範囲（０．５〜１０）に設定される。なお、実施条件は、前記図１１と同じである。

表６より明らかなように、送信電磁波の周波数をスイープさせる範囲が適切であれば、いずれの周波数においても電磁波の反射率は大幅に増大している。したがって、スキャンにより得られる多数のデータで電磁波の反射特性を調べることが可能となり、検査結果の信頼性を高めることができる。また、狭窄のみならず閉塞およびバリについても検査結果の信頼性を同様に高めることができる。

このように、本発明によれば、検査対象となる鋳造品の空孔を擬似的に導波管として扱い、前記空孔における電磁波の伝達特性を調べることによって、狭窄、閉塞およびバリなどの鋳造品の欠陥の有無を高い精度で検査することが可能である。したがって、送受信機、受信機、および例えばパソコンといった簡素な構成でありながら、複雑な形状の空孔を有する鋳造品（例えば、エンジン給排気のマニホールド）の欠陥を高い精度で検出することができる。

以上、本発明を実施形態および実施例に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態および実施例に限定されるものではなく、種々改変が可能である。例えば、実施形態では送受信機が用いられて、反射特性も検出するようにされているが、単に送信機として通過特性のみを検出するようにされてもよい。

本発明は、鋳造品空孔の閉塞などの欠陥を低コストかつ高精度で検査することを可能とする。

本発明の一実施形態に係る検査装置の概略ブロック図である。 同検査装置の詳細ブロック図である。 検査対象の鋳造品の一例を示す斜視図である。 本検査装置により検査を実施している状態を示す斜視図である。 同検査における送受信アンテナおよび受信アンテナの取付位置の一例を示す概略図である。 送受信アンテナおよび受信アンテナを平面アンテナにより構成した例の斜視図である。 導波管の各種形状を示す平面図である。 図５に示す導波管の特性を示すテーブル図である。 検査装置の動作手順を示す流れ図である。 実施例１〜実施例３の検査結果を示すテーブル図である。 実施例１〜実施例３の実施条件を示すテーブル図である。 周波数解析処理の処理結果を可視的に示す模式図であって、同(ａ)は欠陥品のものを示し、同(ｂ)は健全品のものを示す。 実施例４〜実施例６の検査結果を示すテーブル図である。 実施例７の検査結果を示すテーブル図である。 実施例８の検査結果を示すテーブル図である。

符号の説明

Ａ 検査装置
Ｃ 制御装置
Ｅ 選別装置
ＦＡ 送受信解析部
ＲＡ 受信解析部
Ｗ 鋳造品
２ 送信部
３ 受信部
４ 周波数解析装置
５ 高周波制御部
６ 比較判定部
７ 統括制御部
１０ 送受信アンテナ
１４ 受信アンテナ
１４Ａ ホーンアンテナ
２０ アンテナ部
２１ 平面アンテナ
２２ 窓
２３ カバー
２４ 枠

Claims (8)

1. 空孔を有する鋳造品の空孔内部の欠陥を検出する検査方法であって、
   空孔の一端より所定周波数の電磁波を放射し、その受信された電磁波の伝達特性に基づいて欠陥を検出することを特徴とする鋳造品空孔の検査方法。
2. 電磁波の通過特性により欠陥を検出することを特徴とする請求項１記載の鋳造品空孔の検査方法。
3. 電磁波の反射特性により欠陥を検出することを特徴とする請求項１記載の鋳造品空孔の検査方法。
4. 周波数を所定範囲でスイープさせながら電磁波を送信することを特徴とする請求項１記載の鋳造品空孔の検査方法。
5. 空孔を有する鋳造品の空孔内部の欠陥を検出する検査装置であって、
   電磁波を放射する送信アンテナを有する送信部と、その放射された電磁波を受信する受信アンテナとその受信された電磁波の解析をなす解析部とを有する受信解析部と、制御装置とを備え、
   前記制御装置が、送受信周波数の制御をなす周波数制御部と、解析処理された受信電磁波の特性により欠陥の有無を判定する判定部とを有してなる
   ことを特徴とする鋳造品空孔の検査装置。
6. 空孔を有する鋳造品の空孔内部の欠陥を検出する検査装置であって、
   電磁波を放射する送受信アンテナとその受信された電磁波の解析をなす解析部とを有する送受信解析部と、その放射された電磁波を受信する受信アンテナとその受信された電磁波の解析をなす解析部とを有する受信解析部と、制御装置とを備え、
   前記制御装置が、送受信周波数の制御をなす周波数制御部と、解析処理された受信電磁波の特性により欠陥の有無を判定する判定部とを有してなる
   ことを特徴とする鋳造品空孔の検査装置。
7. 電磁波の通過特性により欠陥の有無を判定するようにされてなることを特徴とする請求項５または６記載の鋳造品空孔の検査装置。
8. 電磁波の反射特性により欠陥の有無を判定するようにされてなることを特徴とする請求項６記載の鋳造品空孔の検査装置。

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