JP2006250578A - 超音波検査装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワークの内周面の欠陥の有無を迅速かつ高精度に検査できるようにする。
【解決手段】 定盤24にシリンダヘッド22を固定し、シリンダヘッドを所望の姿勢で位置決めし、シリンダヘッドのボア穴に、その内周面30との相対距離が測定できると共にその内周面の欠陥の有無をも検出できるセンサ28A、28Bを挿入し、これらのセンサを所望の位置に位置決めし、センサによってセンサとボア穴の内周面との相対距離を、少なくともその内周面の１周に渡って検出し、検出された相対距離に基づいて、シリンダヘッドの姿勢またはセンサの位置のいずれか一方または双方を微調整し、センサをボア穴軸に沿って下降させると共にその内周面に沿って回転させ、内周面全体の検出データを取得し、取得した検出データを解析して内周面における欠陥の有無を検査する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ワークの内周面の欠陥の有無を迅速かつ高精度で検査することができる超音波検査装置およびその方法に関する。

ワークの欠陥の有無を検査する装置としては、下記特許文献１に示すような検査装置が従来から用いられている。この検査装置は、水没させたワークの測定位置にプローブを移動させ、ワークからの反射エコーに基づいて欠陥の有無を検査する装置である。
特開平６−９４６８３号公報

上記の検査装置を適用させて、たとえばシリンダヘッドのボア内周面の欠陥の有無を検査しようとする場合には、プローブをボア内周面に沿わせて回転させなければならない。プローブとボア内周面との相対位置の変化は検査精度に多大な影響を与えることから、プローブの回転中心とボア内周円の中心とを正確に一致させなければならない。プローブの回転中心とボア内周円の中心とを一致させるためには、水槽内に設置されている定盤とワークとの間にスペーサーを挿入するなどの微調整が必要となる。この微調整は多大の工数を要することから検査の作業効率を低下させる主要因となっている。

本発明は、このような従来の技術の問題点に鑑みて成されたものであり、ワークの内周面の欠陥の有無を迅速かつ高精度に検査することができるようにした超音波検査装置およびその方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る超音波検査装置は、載置手段に固定されたワークを任意の方向に位置決め自在なワーク位置決め手段と、前記ワークに形成されている穴内に挿入され、前記穴の内周面との相対距離が測定できると共に前記内周面の欠陥の有無をも検出できるセンサを、前記穴内で任意の方向に位置決め自在なセンサ位置決め手段と、少なくとも前記センサで検出された前記穴の内周面との相対距離に基づいて、前記ワーク位置決め手段または前記センサ位置決め手段のいずれか一方または双方の位置決めを制御して、前記センサと前記穴の内周面との相対距離が一定の状態のまま、前記内周面全体の欠陥が検査できるようにする位置制御手段と、を有することを特徴とするものである。

さらに、上記目的を達成するための本発明に係る超音波検査方法は、載置手段にワークを固定する段階と、前記ワークを所望の姿勢で位置決めする段階と、前記ワークに形成されている穴に、前記穴の内周面との相対距離が測定できると共に前記内周面の欠陥の有無をも検出できるセンサを挿入し、前記センサを所望の位置に位置決めする段階と、前記センサによって、前記センサと前記穴の内周面との相対距離を、少なくとも前記内周面の１周に渡って検出する段階と、検出された相対距離に基づいて、前記ワークの姿勢または前記センサの位置のいずれか一方または双方を微調整する段階と、を含むことを特徴とするものである。

以上のように構成された本発明に係る超音波検査装置およびその方法によれば、ワークの穴内で、センサを最適な位置関係をもって自動的に設置することができるので、ワークの内周面の欠陥の有無を迅速かつ高精度に検査することができるようになる。

次に、本発明に係る超音波検査装置およびその方法の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る超音波検査装置の概略構成図である。

基台１０上には二次元（Ｘ−Ｙ）方向に移動自在なベッドプレート１２が移動自在に取り付けられている。ベッドプレート１２には回動及び昇降自在な回動軸１４が取り付けられている。回転軸１４上には半球状の傾斜板１６が傾斜自在に取り付けられている。傾斜板１６上には水槽１８の載置台２０が固定されている。水槽１８内にはワークであるシリンダヘッド２２を固定するための載置手段として機能する定盤２４が取り付けられている。

基台１０、ベッドプレート１２、回動軸１４、傾斜板１６および載置台２０はワーク位置決め手段として機能し、ワーク位置決め手段は定盤２４に固定されたシリンダヘッド２２を任意の方向に自在に位置決めすることができる。

すなわち、シリンダヘッド２２の水平方向の位置決めはベッドプレート１２を移動させることによって行うことができ、シリンダヘッド２２の回転方向の位置決め（位相調整）と高さ方向の位置決めは回転軸１４を回転または昇降させることによって行うことができ、シリンダヘッド２２の傾きの調整は傾斜板１６を任意の方向に任意の角度傾けることによって行うことができる。

したがって、ベッドプレート１２、回動軸１４、傾斜板１６のそれぞれを複合的に動作させることによってシリンダヘッド２２を任意の姿勢に保つことができる。なお、ワーク位置決め手段は主にシリンダヘッド２２の姿勢や位置を粗設定するために用いられる。

センサ取り付けロッド２６には二つのセンサ２８Ａおよび２８Ｂが取り付けられている。センサ２８Ａおよび２８Ｂは、シリンダヘッド２２の内周面３０の欠陥の有無を検査するために超音波を出力することができるセンサであり、この超音波を利用してセンサ２８Ａおよび２８Ｂと内周面３０との相対距離も測定することができるセンサである。センサ２８Ａおよび２８Ｂは、異なる位置から同時に超音波をシリンダヘッド２２の内周面３０に向けて出力できるように、その放射面が内周面３０に臨むように、シリンダヘッド２２のボア軸３２に沿って配列されている。センサ取り付けロッド２６は回転手段としても機能する昇降回転機構３４によって昇降自在におよび回転自在に支持される。昇降回転機構３４は図示左右方向および前後方向に移動可能に支持アーム３６に取り付けられている。昇降回転機構３４の移動によってセンサ２８Ａおよび２８Ｂを内周面３０に対して近接離反させることができ、センサ取り付けロッド２６の回転中心とボア軸３２とを一致させることができる。支持アーム３６は支持ポスト３８に支持される。

センサ取り付けロッド２６、昇降回転機構３４および支持アーム３６はセンサ位置決め手段として機能し、センサ位置決め手段はセンサ２８Ａおよび２８Ｂをシリンダヘッド２２のボア内で任意の方向に位置決めすることができる。すなわち、所望の位置に所望の姿勢で位置決めされているシリンダヘッド２２のボア内に図のように挿入されたセンサ２８Ａおよび２８Ｂを、支持アーム３６を移動させることによって、センサ２８Ａおよび２８Ｂの超音波の放射面とボア穴の内周面３０との相対距離を所望の距離（たとえば０．５ｍｍ）に設定することができる。なお、本実施形態ではセンサ取り付けロッド２６に二つのセンサ２８Ａおよび２８Ｂを所定の間隔をおいて並べて配置しているので、内周面３０の微妙な傾きを検出することもできる。内周面３０の傾きが検出された場合には、傾斜板１６を動かして傾きが無くなるまで微調整できる。

内周面３０の欠陥の有無を検査する場合には、シリンダヘッド２２を固定させたまま、昇降回転機構３４によってセンサ取り付けロッド２６を回転させると共にセンサ取り付けロッド２６を下降させる。この動作によってシリンダヘッド２２の内周面３０がらせん状に全周検査されることになる。

本実施形態では、シリンダヘッド２２のボア軸３２とセンサ取り付けロッド２６の軸中心とを合致させ、センサ取り付けロッド２６を単に回転させただけでセンサ２８Ａおよび２８Ｂの超音波の放射面とボア穴の内周面３０との相対距離を所定の間隔に保って検査できるようになっていることを想定しているが、シリンダヘッド２２のボア軸３２とセンサ取り付けロッド２６の軸中心とを合致させただけではその相対距離が所定の間隔を保てないときには、センサ取り付けロッド２６の回転と共に、ワーク位置決め手段とセンサ位置決め手段によってシリンダヘッド２２側、センサ２８Ａおよび２８Ｂ側のいずれか一方側または双方を動作させ位置決めを繰り返しながら検査する必要がある。

図２は、本実施の形態に係る超音波検査装置の制御系ブロック図である。制御系は、センサ２８Ａおよび２８Ｂ、ワーク位置制御部４０、センサヘッド位置制御部５０、検査部６０、ベッドプレート移動用モータ１２Ｍ、軸上下用モータ１４Ｍ、傾斜板揺動用モータ１６Ｍ、軸回転用モータ１４Ｎ、センサヘッド回転用モータ２６Ｍ、センサヘッド上下用モータ２６Ｎ、センサヘッド微調整用モータ３４Ｍおよび表示部６４から構成される。

二つのセンサ２８Ａ、２８Ｂによって捕らえられた検出データはワーク位置制御部４０、センサヘッド位置制御部５０および検査部６０によって受信される。ワーク位置制御部４０は、その内部に有するワーク位置記憶部４２の記憶データ（シリンダヘッド２２の姿勢および位置に関するワーク位置データ）に基づいて、シリンダヘッド２２の姿勢を所望の姿勢におよびその位置を所望の位置に位置決めするための制御を行う。

ベッドプレート移動用モータ１２Ｍはベッドプレート１２を基台１０上で二次元（Ｘ−Ｙ）方向に移動させるためのモータである。軸上下用モータ１４Ｍは回転軸１４を伸縮させてその高さを調整するためのモータであり、軸回転用モータ１４Ｎは回転軸１４を回転させるためのモータである。傾斜板揺動用モータ１６Ｍは傾斜板１６を任意の方向に揺動させルためのモータである。

センサヘッド位置制御部５０は、その内部に有するセンサヘッド位置記憶部５２の記憶データ（センサ２８Ａ、２８Ｂの検査前の初期設定位置、検査時におけるセンサ２８Ａ、２８Ｂの回転および下降に関するデータ）に基づいてセンサ２８Ａ、２８Ｂの位置を制御する。センサヘッド位置制御部５０は、センサ２８Ａ、２８Ｂのそれぞれの検出データに基づいて、センサ２８Ａ、２８Ｂそれぞれの超音波の放射面とボア穴の内周面３０との相対距離を求め、それらの相対距離が一致した所望の距離となるように、それらの相対距離を調整する。すべてのセンサ２８Ａ、２８Ｂの相対距離の調整がセンサヘッド位置制御部５０だけではできない場合には、ワーク位置制御部４０にその旨の信号を出力しワーク位置制御部４０の助けをも借りてすべてのセンサ２８Ａ、２８Ｂが一致した所望の相対距離となるようにする。つまり、センサロッド２６の前後左右の位置調整だけでは相対距離の調整が不可能な場合には、シリンダヘッド２２の姿勢や位置をも微調整する。したがって、ワーク位置制御部４０とセンサヘッド位置制御部５０は、相対距離に基づいてワーク位置決め手段またはセンサ位置決め手段のいずれか一方または双方の位置決めを制御する位置制御手段として機能することになる。

センサヘッド回転用モータ２６Ｍはセンサ取り付けロッド２６を回転させるためのモータであり、センサヘッド上下用モータ２６Ｎはセンサ取り付けロッド２６を昇降させるためのモータである。そして、センサヘッド微調整用モータ３４Ｍはセンサ取り付けロッド２６の二次元（Ｘ−Ｙ）方向の位置を調整し、センサ取り付けロッド２６の回転中心とボア軸３２とを一致させるために使用されるモータである。

検査部６０は、センサ２８Ａ、２８Ｂが出力した検出データに基づいて、シリンダヘッド２２の内周面３０に欠陥が存在するか否かを検査するものであって検査手段として機能する。表示部６５は検査部６０による検査結果を表示する。

以上のように構成されている本発明に係る超音波検査装置は、図３の動作フローチャートに示す手順に従って動作する。なお、このフローチャートは本発明に係る超音波検査方法の手順を示すものでもある。

まず、作業者は、水槽１８内の載置手段として機能する定盤２４上にシリンダヘッド２２を載置ししっかりと固定する（Ｓ１）。ワーク位置制御部４０は、ワーク位置記憶部４２に記憶されているワーク位置データを入力し（Ｓ２）、シリンダヘッド２２を所望の位置におよび所望の姿勢に位置決めする（Ｓ３）。シリンダヘッド２２の位置と姿勢の調整は、ベッドプレート移動用モータ１２Ｍ、軸上下用モータ１４Ｍ、傾斜板揺動用モータ１６Ｍ、軸回転用モータ１４Ｎの回転を制御することによって行われる。

次に、センサヘッド位置制御部５０は、センサヘッド位置記憶部５２に記憶されている記憶データを入力し（Ｓ４）、センサ２８Ａおよび２８Ｂを所望の位置に位置決めする（Ｓ５）。センサ２８Ａおよび２８Ｂの位置の調整は、センサヘッド回転用モータ２６Ｍ、センサヘッド上下用モータ２６Ｎ、センサヘッド微調整用モータ３４Ｍの回転を制御することによって行われる。

以上までの処理によって、シリンダヘッド２２の位置および姿勢と、センサ２８Ａおよび２８Ｂの位置の粗調整が完了したか否かが判断される（Ｓ６）。粗調整が完了していなければ（Ｓ６：ＮＯ）、シリンダヘッド２２が位置決めされ、さらにセンサ２８Ａおよび２８Ｂが位置決めされるまでＳ２からＳ５のステップの処理を繰り返す。粗調整が完了したら（Ｓ６：ＹＥＳ）、センサヘッド位置制御部５０は、センサヘッド回転用モータ２６Ｍ、センサヘッド上下用モータ２６Ｎ、センサヘッド微調整用モータ３４Ｍの回転を制御し、センサ２８Ａおよび２８Ｂによって、センサ２８Ａ、２８Ｂそれぞれの超音波の放射面とボア穴の内周面３０との測距データ（相対距離）を、ボア穴の内周面３０の１周に渡って入力する（Ｓ７）。センサヘッド位置制御部５０は、その測距データに基づいて、シリンダヘッド２２の位置および姿勢、またはセンサ２８Ａおよび２８Ｂの位置のいずれか一方または双方を微調整する（Ｓ８）。なお、この微調整は、すべてのセンサ２８Ａおよび２８Ｂの相対距離が一致するように行われる。次に、センサヘッド位置制御部５０は、相対距離の微調整が完了したか否かが判断される（Ｓ９）。微調整が完了していなければ（Ｓ９：ＮＯ）、すべてのセンサ２８Ａおよび２８Ｂの相対距離が所望の距離として一致するまでＳ７およびＳ８のステップの処理を繰り返す。

以上までの処理によってセンサ取り付けロッド２６の回転中心とボア軸３２とを一致させることができる。このようにセンサ取り付けロッド２６の回転中心とボア軸３２とを一致させるのは、次のような理由からである。

センサ取り付けロッド２６の回転中心とボア軸３２とが一致してなく、センサ２８Ａおよび２８Ｂの相対距離が所望の距離でない場合には、図４Ａに示すように、センサ２８Ａおよび２８Ｂの検出データには多くのノイズが含まれてしまうが、センサ取り付けロッド２６の回転中心とボア軸３２とが一致しており、センサ２８Ａおよび２８Ｂの相対距離が所望の距離となっている場合には、同図Ｂに示すようにノイズのないきれいな波形の検出データが得られるからである。

微調整が完了したら（Ｓ９：ＹＥＳ）、センサヘッド位置制御部５０は、センサヘッド位置記憶部５２に記憶されている記憶データに基づいてセンサ取り付けロッド２６を回転させながら下降させる（Ｓ１０）。この動作によってセンサ２８Ａおよび２８Ｂがボア穴の内周面３０をらせん状に検査することになる。検査部６０は、検査中にセンサ２８Ａおよび２８Ｂから出力される検出データを入力する（Ｓ１１）。センサヘッド位置制御部５０は、センサ取り付けロッド２６が下降端まで下がったか否かを判断する（Ｓ１２）。センサ取り付けロッド２６が下降端まで下がっていなければ、センサ２８Ａおよび２８Ｂがボア穴の内周面３０全体の検出データを取得するまでＳ１１の処理を繰り返す（Ｓ１２：ＮＯ）。センサ取り付けロッド２６が下降端まで下がったら（Ｓ１２：ＹＥＳ）、センサヘッド位置制御部５０は、センサ取り付けロッド２６の回転を終了させる（Ｓ１３）。

検査部６０は、取得したボア穴の内周面３０全体の検出データを解析し（Ｓ１４）、前記内周面における欠陥の有無を検査する。検査の結果は表示部６５に表示され作業者に報知される（Ｓ１５）。

以上のように、本発明によれば、センサを最適な位置関係をもって自動的に設置することができるようになるので、ワークの内周面の欠陥の有無を迅速かつ高精度に検査でき、検査の作業効率と精度の両方を向上させることができる。

本発明によれば、ワークの内周面の欠陥の有無を迅速かつ高精度に検査することができるので、超音波検査の分野で利用することができる。

本実施の形態に係る超音波検査装置の概略構成図である。 本実施の形態に係る超音波検査装置の制御系ブロック図である。 図２に示した制御系の動作フローチャートである。 センサから出力される信号波形の一例を示す図であり、Ａはセンサとボア内周面との相対距離が適切でない場合に得られた信号波形を、Ｂはその相対距離が適切な場合に得られた信号波形を示す。

符号の説明

１０ 基台、
１２ ベッドプレート、
１２Ｍ ベッドプレート移動用モータ、
１４ 回動軸、
１４Ｍ 軸上下用モータ、
１４Ｎ 軸回転用モータ、
１６ 傾斜板、
１６Ｍ 傾斜板揺動用モータ、
１８ 水槽、
２０ 載置台、
２２ シリンダヘッド、
２４ 定盤、
２６ センサ取り付けロッド、
２６Ｍ センサヘッド回転用モータ、
２６Ｎ センサヘッド上下用モータ、
２８Ａ、２８Ｂ センサ、
３０ 内周面、
３２ ボア軸、
３４ 昇降回転機構、
３４Ｍ センサヘッド微調整用モータ、
３６ 支持アーム、
４０ ワーク位置制御部、
４２ ワーク位置記憶部、
５０ センサヘッド位置制御部、
５２ センサヘッド位置記憶部、
６０ 検査部、
６５ 表示部。

Claims (8)

1. 載置手段に固定されたワークを任意の方向に位置決め自在なワーク位置決め手段と、
   前記ワークに形成されている穴内に挿入され、前記穴の内周面との相対距離が測定できると共に前記内周面の欠陥の有無をも検出できるセンサを、前記穴内で任意の方向に位置決め自在なセンサ位置決め手段と、
   少なくとも前記センサで検出された前記穴の内周面との相対距離に基づいて、前記ワーク位置決め手段または前記センサ位置決め手段のいずれか一方または双方の位置決めを制御して、前記センサと前記穴の内周面との相対距離が一定の状態のまま、前記内周面全体の欠陥が検査できるようにする位置制御手段と、
   を有することを特徴とする超音波検査装置。
2. さらに、
   前記センサを前記内周面に沿って回転させるセンサ回転手段を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。
3. さらに、前記センサが捕らえた前記穴の内周面の検出データから欠陥の存在の有無を検査する検査手段を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。
4. 前記センサは、前記穴の内周面に臨む複数のセンサが前記穴軸に沿って配列されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波検査装置。
5. 前記位置制御手段は、
   さらに、複数のセンサのそれぞれの前記相対距離に基づいて、すべてのセンサの相対距離が一致するように、前記ワーク位置決め手段の位置決めを制御することを特徴とする請求項２に記載の超音波検査装置。
6. 載置手段にワークを固定する段階と、
   前記ワークを所望の姿勢で位置決めする段階と、
   前記ワークに形成されている穴に、前記穴の内周面との相対距離が測定できると共に前記内周面の欠陥の有無をも検出できるセンサを挿入し、前記センサを所望の位置に位置決めする段階と、
   前記センサによって、前記センサと前記穴の内周面との相対距離を、少なくとも前記内周面の１周に渡って検出する段階と、
   検出された相対距離に基づいて、前記ワークの姿勢または前記センサの位置のいずれか一方または双方を微調整する段階と、
   を含むことを特徴とする超音波検査方法。
7. さらに、
   前記センサを前記穴軸に沿って下降させると共に前記内周面に沿って回転させ、前記内周面全体の検出データを取得する段階と、
   取得した検出データを解析して前記内周面における欠陥の有無を検査する段階と、
   を含むことを特徴とする請求項６に記載の超音波検査方法。
8. 前記センサを所望の位置に位置決めする段階は、
   前記センサが前記穴の内周面に臨む複数のセンサが前記穴軸に沿って配列されてなるものである場合、複数のセンサのそれぞれの前記相対距離に基づいて、すべてのセンサの相対距離が一致するように、前記ワークの姿勢を調整する段階を含むことを特徴とする請求項６に記載の超音波検査方法。

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