JP2006133031A

JP2006133031A - 鋳造部材の欠陥検出方法および装置

Info

Publication number: JP2006133031A
Application number: JP2004320900A
Authority: JP
Inventors: Takaya Yamamoto; 貴也山本; Tomokazu Okuno; 友和奥野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】従来、鋳造部材内部に存在する欠陥を非破壊的に検査する場合、超音波探傷によると、鋳造部材内の欠陥の形状や深さを高精度で検出することができるが、測定に長時間を要するため、特に鋳造部材の表面全体を検査しようとすると、検査の高速化を図ることができなかった。
【解決手段】鋳造部材５表面を渦流探傷器１により走査して渦流探傷を行い、鋳造部材５内部に存在する欠陥５５ａ・５５ｂの位置情報を取得する工程と、位置情報を得た各欠陥５５ａ・５５ｂに対して、超音波探傷器２により超音波探傷を行い、該欠陥５５ａ・５５ｂの深さ位置および形状に関する情報を取得する工程と、渦流探傷および超音波探傷により取得した欠陥５５ａ・５５ｂに関する情報に基づいて鋳造部材５の良否判断を行う工程とを備える鋳造部材の欠陥検出方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋳造部材における鋳巣等の欠陥の検出を、渦流探傷器および超音波探傷器を用いて行うことで、高速・高精度に欠陥を検出することが可能な鋳造部材の欠陥検出方法および装置に関する。

従来から、鋳造部材内部に存在する鋳巣等の欠陥を非破壊的に検査する方法として、超音波を用いて欠陥を検出する超音波探傷が一般的に用いられており、この超音波探傷では、欠陥の形状や深さ位置に関する情報を高精度で得ることが可能となっている。超音波探傷方法としては、例えば特許文献１に示すようなものがある。
また、導電性部材内の表層近くに存在する傷等を非破壊的に検査する方法として、電流を流したコイルを導電性部材に接近させて渦電流分布の変化を検出することで探傷する渦流探傷が知られている。
特開２００１−３４３３７０号公報

前述の超音波探傷によると、鋳造部材内の欠陥の形状や深さを高精度で検出することができるが、測定に長時間を要するため、特に鋳造部材の表面全体を検査しようとすると、検査の高速化を図ることができなかった。
また、渦流探傷により鋳造部材内部の欠陥を検査すると、高速で検査することが可能であるが、欠陥の形状や深さといった欠陥の詳細情報を計測することが困難であり、高精度な検査を行うことができなかった。
そこで、本発明においては、検査の高速化を図りつつ、高精度な検査を行うことが可能な鋳造部材の欠陥部位検出方法および装置を提供するものである。

上記課題を解決する鋳造部材の欠陥部位検出方法および装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、鋳造部材表面を渦流探傷器により走査して渦流探傷を行い、鋳造部材内部に存在する欠陥の位置情報を取得する工程と、位置情報を得た各欠陥に対して、超音波探傷器により超音波探傷を行い、該欠陥の深さ位置および形状に関する情報を取得する工程と、渦流探傷および超音波探傷により取得した欠陥に関する情報に基づいて鋳造部材の良否判断を行う工程とを備える。
これにより、鋳造部材の検査対象となっている全領域に渡って、欠陥の存在している場所を渦流探傷器により高速で検出することができるとともに、検出した欠陥部分のみについて超音波探傷を行うことで、余分な箇所の超音波探傷を省略することができ、検出した欠陥がＯＫ欠陥であるかＮＧ欠陥であるかを判断するための、欠陥の深さ位置等の詳細で高精度なデータを、時間をかけることなく取得することができる。
また、渦流探傷器による渦流探傷は鋳造部材に対して非接触状態で行われるので、渦流探傷工程を容易にインライン化することが可能となる。
さらに、超音波探傷器における、プローブの鋳造部材との接触部にドライ・プラントを用いることで、接触部に水等の媒質を供給することが必要でなくなり、超音波探傷工程も容易にインライン化することが可能となる。

また、請求項２記載の如く、前記良否判断を行う工程においては、前記鋳造部材における最終製品表面となる部位に欠陥が存在していた場合に、その鋳造部材を不良と判断する。
これにより、必要以上に鋳造部材の歩留まりを低下させることがなく、生産性を向上することが可能となる。

また、請求項３記載の如く、鋳造部材表面を走査して、鋳造部材内部に存在する欠陥の位置情報を取得するための渦流探傷器と、位置情報を得た各欠陥に対して超音波探傷を行い、該欠陥の深さ位置および形状に関する情報を取得する超音波探傷器と、渦流探傷器および超音波探傷器により取得した欠陥に関する情報に基づいて鋳造部材の良否判断を行う判断手段とを備える。
これにより、鋳造部材の検査対象となっている全領域にわたって、欠陥の存在している場所を渦流探傷器により高速で検出することができるとともに、検出した欠陥部分のみについて超音波探傷を行うことで、余分な箇所の超音波探傷を省略することができ、検出した欠陥がＯＫ欠陥であるかＮＧ欠陥であるかを判断するための、欠陥の深さ位置等の詳細で高精度なデータを、時間をかけることなく取得することができる。
また、渦流探傷器による渦流探傷は鋳造部材に対して非接触状態で行われるので、渦流探傷工程を容易にインライン化することが可能となる。
さらに、超音波探傷器における、プローブの鋳造部材との接触部にドライ・プラントを用いることで、接触部に水等の媒質を供給することが必要でなくなり、超音波探傷工程も容易にインライン化することが可能となる。

本発明のように、渦流探傷と超音波探傷との両方を用いて欠陥の検出を行うことで、両探傷方法の欠点を補いながら、高速で高精度な検査を行うことが可能となる。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
図１に示す欠陥検出装置は、渦流探傷器１と、超音波探傷器２と、コンピュータ３とを備えており、被検査物である鋳造部材５の内部に存在する鋳巣等の欠陥を検出するものである。

渦流探傷器１は、コイル１１を内蔵したプローブ１０を有しており、コイル１１に電流を流した状態のプローブ１０を導電性部材である鋳造部材５の表面に近接させつつ、鋳造部材５の表面を走査させることで、鋳造部材５の内部に存在する鋳巣等の欠陥の位置や大きさを検出することが可能となっている。

つまり、コイル１１に電流を流した状態のプローブ１０を鋳造部材５の表面に近接させると、電磁誘導により鋳造部材５の表層部に渦電流が発生するが、発生した渦電流の分布が鋳巣等の欠陥の存在により変化し、これによりコイル１１に誘起される電圧が変化するため、この電圧の変化を検出することで、欠陥の検出を行うことができる。

超音波探傷器２は、プローブ２０の先端に配置されるドライ・カプラント２１を、鋳造部材５の表面に接触させた状態で、該プローブ２０から鋳造部材５内部へ向けて超音波ビームを照射することで、鋳造部材５の内部に存在する鋳巣等の欠陥の形状や深さ位置等といった、欠陥に関する詳細情報を検出することが可能である。

つまり、プローブ２０から鋳造部材５内部へ向けて照射され、鋳造部材５内部を伝播した超音波は、鋳巣等の欠陥部分で反射して戻ってくるが、この反射波（エコー）をプローブ１０にて受信することで、欠陥の形状や深さを検出することができる。

コンピュータ３には、渦流探傷器１および超音波探傷器２にて検出した鋳巣等の欠陥に関する、欠陥の存在位置（渦流探傷器１による走査面における位置）、深さ（渦流探傷器１による走査面からの深さ位置）、大きさ、および形状等のデータが入力され、該コンピュータ３は入力されたデータに基づいて、鋳造部材５の良否判断を行う。

また、鋳造部材５の表面は粗加工面となっており、後の機械加工により除去される仕上加工代５１が製品本体５３の表層側に存在している。そして、表層にある仕上加工代５１を除去すると、最終的には仕上面である製品加工面５２が製品本体５３の表面に現れる構成となっている。
このような構成の鋳造部材５においては、仕上加工代５１に位置する欠陥５５ａ、製品加工面５２に位置する欠陥５５ｂ、および製品本体５３内に位置する欠陥５５ｃが存在することとなる。

次に、前記欠陥検出装置による、鋳造部材５内部の鋳巣検出方法について説明する。
図２に示すように、本欠陥検出装置においては、まず渦流探傷器１による渦流探傷を行った後に（Ｓ１０）、超音波探傷を行い（Ｓ２０）、コンピュータ３により両方の探傷データを総合して鋳造部材５の良否判定が行われる。

渦流探傷を行う際には、まず、渦流探傷器１のプローブ１０を鋳造部材５の表面に近接させながら、鋳造部材５の表面を走査させて探傷を行う。この場合、渦流探傷は、鋳造部材５の検査対象となっているエリアの全域に渡って行われる（Ｓ１１）。
探傷の結果、鋳巣等の欠陥が検出されると、その欠陥の位置および欠陥の大きさに関するデータがコンピュータ３に入力される（Ｓ１２）。
欠陥の位置に関するデータは、例えば欠陥位置の座標データであり、欠陥の大きさに関するデータは、例えば欠陥箇所での検出信号の振幅データである。

また、プローブ１０を鋳造部材５の表面に近接させることにより発生する渦電流は、鋳造部材５の表層部に生じるので、主に仕上加工代５１に存在する欠陥５５ａおよび製品加工面５２に存在する欠陥５５ｂが、渦流探傷器１により検出される。

次に、渦流探傷により得た欠陥の位置に関するデータに基づき、鋳造部材５の検査対象となっているエリアのうち、渦流探傷により検出された欠陥部分について、超音波探傷器２にて超音波探傷を行う（Ｓ２１）。
この場合、渦流探傷により得た欠陥の大きさに関するデータを利用して、検出された欠陥のうち、予め設定しておいた所定の大きさ以上の欠陥についてのみ超音波探傷を行うように構成することもできる。
超音波探傷は、プローブ２０のドライ・カプラント２１を鋳造部材５の表面に接触させた状態で、鋳造部材５内部へ向けて超音波ビームを照射して行われ、超音波探傷により得られた、欠陥の形状や深さ位置等といった詳細なデータがコンピュータ３に入力される（Ｓ２２）。

コンピュータ３では、渦流探傷器１から入力された欠陥位置等のデータ、および超音波探傷器２から入力された欠陥の形状や深さ位置等に基づき、以下のように鋳造部材５の合否判定を行う（Ｓ３０）。
図３に示すように、渦流探傷では、製品本体５３内に位置する欠陥５５ｃは検出されずに、鋳造部材５の仕上加工代５１に位置する欠陥５５ａ、および製品加工面５２に位置する欠陥５５ｂが主に検出されるため、超音波探傷は、主に欠陥５５ａ・５５ｂについて行われることとなる。

この超音波探傷の結果、得られる欠陥の形状および深さのデータにより、対象欠陥が仕上加工代５１に位置する欠陥５５ａであるか、又は製品加工面５２に位置する欠陥５５ｂであるかが判定され、製品加工面５２に位置する欠陥５５ｂであった場合には、その欠陥はＮＧ欠陥であると判定される。逆に仕上加工代５１に位置する欠陥５５ａであればＯＫ欠陥と判定される。

そして、超音波探傷の対象となる欠陥の全てについてＯＫ欠陥であるかＮＧ欠陥であるかの判定を行った後に、ＮＧ欠陥であると判定された欠陥があれば、その鋳造部材５は不良であると判断される。
また、ＮＧ欠陥であると判定された欠陥５５ｂがどこに位置しているかは、渦流探傷により得られた欠陥位置データから把握することができ、ＮＧ欠陥が存在している箇所を特定することが可能である。

ここで、図４に、鋳造部材５の内部における、仕上加工代５１に位置する欠陥５５ａ、製品加工面５２に位置する欠陥５５ｂ、および製品本体５３内に位置する欠陥５５ｃ、の３種類の欠陥を示す。

この中で、仕上加工代５１に位置する欠陥５５ａは、仕上げ加工時に仕上加工代５１が切削等により除去されるので、最終製品には残らない。また、製品本体５３内に位置する欠陥５５ｃは、仕上加工により仕上加工代５１を除去した後でも、製品加工面５２には表われてこないで、製品本体５３内に埋没したままとなる。
一方、製品加工面５２に位置する欠陥５５ｂについては、仕上加工により仕上加工代５１を除去すると、欠陥５５ｂが最終製品の製品加工面５２に現れてしまう。

このように、製品加工面５２に欠陥５５ｂが存在していた場合のみ、鋳造部材５の最終製品にとって問題となり、仕上加工代５１および製品本体５３内に欠陥５５ａ・５５ｃが存在していたとしても、問題とはならない。
従って、仕上加工代５１の欠陥５５ａおよび製品本体５３内の欠陥５５ｃをＯＫ欠陥と判定し、製品加工面５２の欠陥５５ｂをＮＧ欠陥と判定するようにしている。
そして、欠陥の深さ位置等を高精度で測定することができる超音波探傷の特性を用いて、存在すると実際に問題となる欠陥欠陥５５ｂのみをＮＧ欠陥と判定することで、必要以上に鋳造部材５の歩留まりを低下させることがなく、生産性を向上することが可能となる。

以上のように、渦流探傷により仕上加工代５１の欠陥５５ａおよび製品加工面５２の欠陥５５ｂを検出した後に、検出した欠陥５５ａ・５５ｂ箇所についてのみ超音波探傷を行い、両方の探傷で得たデータを共有して互いにフィードバックさせながら総合的に判断することで、鋳造部材５の検査対象となっている全領域に渡って、欠陥５５ａ・５５ｂの存在している場所を渦流探傷器１により高速で検出することができるとともに、検出した欠陥５５ａ・５５ｂ部分のみについて超音波探傷を行うことで、余分な箇所の超音波探傷を省略することができ、検出した欠陥５５ａ・５５ｂがＯＫ欠陥であるかＮＧ欠陥であるかを判断するための、欠陥の深さ位置等の詳細で高精度なデータを、時間をかけることなく取得することができる。

また、渦流探傷器１による渦流探傷は鋳造部材５に対して非接触状態で行われるので、渦流探傷工程を容易にインライン化することが可能となる。
さらに、超音波探傷器２では、プローブ２０の鋳造部材５との接触部にドライ・プラント２１を用いているので、接触部に水等の媒質を供給することも必要がなく、超音波探傷工程も容易にインライン化することが可能となる。
このように、渦流探傷と超音波探傷との両方を用いて欠陥の検出を行うことで、両探傷方法の欠点を補いながら、高速で高精度な検査を行うことが可能となっている。

また、超音波探傷器２においては、プローブ２０の鋳造部材５との接触部にドライ・プラント２１を用いているので、接触部に水等の媒質を供給することなく検査を行うことが可能であるが、次のように、接触部に潤滑材を自動供給する機構を備えることで、ドライ・プラント２１の接触部での摩擦を低減して消耗を抑え、ドライ・プラント２１の寿命を伸ばすことができる。
つまり、図５に示すように、プローブ２０に潤滑材供給パイプ２２を設けて、該潤滑材供給パイプ２２の供給口２２ａを、ドライ・カプラント２１の近傍に配置する。供給口２２ａは、例えば、該供給口２２ａから吐出される潤滑材がドライ・カプラント２１と鋳造部材５の表面との間に供給されるように、ドライ・カプラント２１の側面部に配置する。

また、図６に示すように、渦流探傷を行う場合、複数のプローブ１０を用いて、鋳造部材５の複数箇所を同時に検査することも可能である。このように、複数箇所を同時に探傷することで、さらに検査時間を短縮して検査の高速化を図ることができる。
なお、超音波探傷においても、複数のプローブ２０を用いて複数箇所の検査を同時に行うことが可能である。

本発明の鋳造部材の欠陥検出装置を示す概略図である。鋳造部材の欠陥検出装置による欠陥検出方法のフローを示す図である。渦流探傷器および超音波探傷器による欠陥検出の概念を示す図である。鋳造部材内部に存在する欠陥を示す側面断面図である。ドライ・カプラントと鋳造部材との接触部に潤滑材を自動供給する機構を備えた超音波探傷器のプローブを示す側面図である。複数のプローブを用いて渦流探傷を行う概念を示す図である。

符号の説明

１渦流探傷器
２超音波探傷器
３コンピュータ
５鋳造部材
１０・２０プローブ
５１仕上加工代
５２製品加工面
５５ａ・５５ｂ・５５ｃ欠陥

Claims

鋳造部材表面を渦流探傷器により走査して渦流探傷を行い、鋳造部材内部に存在する欠陥の位置情報を取得する工程と、
位置情報を得た各欠陥に対して、超音波探傷器により超音波探傷を行い、該欠陥の深さ位置および形状に関する情報を取得する工程と、
渦流探傷および超音波探傷により取得した欠陥に関する情報に基づいて鋳造部材の良否判断を行う工程と、
を備えることを特徴とする鋳造部材の欠陥検出方法。
前記良否判断を行う工程においては、前記鋳造部材における最終製品表面となる部位に欠陥が存在していた場合に、その鋳造部材を不良と判断する、
ことを特徴とする請求項１に記載の鋳造部材の欠陥検出方法。
鋳造部材表面を走査して、鋳造部材内部に存在する欠陥の位置情報を取得するための渦流探傷器と、
位置情報を得た各欠陥に対して超音波探傷を行い、該欠陥の深さ位置および形状に関する情報を取得する超音波探傷器と、
渦流探傷器および超音波探傷器により取得した欠陥に関する情報に基づいて鋳造部材の良否判断を行う判断手段と、
を備えることを特徴とする鋳造部材の欠陥部位装置。