JP2010175306A

JP2010175306A - 超音波測定装置

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Publication number: JP2010175306A
Application number: JP2009016029A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamaguchi; 貴士山口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-01-27
Also published as: JP5267158B2

Abstract

【課題】測定対象である穴部が、三次元測定機のプローブ等による測定が困難な深穴であっても、超音波を用いることで穴部の正確な位置を測定することができる超音波測定装置を提供すること。
【解決手段】シリンダヘッド２が有する直線状の穴部であるメインオイルホール３の位置を測定するための超音波測定装置１であって、超音波を送受信する超音波センサ１０と、シリンダヘッド２に対してメインオイルホール３の深さ方向に沿う所定の外側面部であるヘッド上面部２ａ上で位置決めされ、超音波センサ１０を、超音波の送受信方向がヘッド上面部２ａに沿った所定の基準面（ベース上側面２１ｃ）に対して垂直方向となる姿勢で、かつ、前記基準面に平行な方向について、前記深さ方向に沿う方向である第一の方向（Ｚ方向）、および第一の方向に直交する方向である第二の方向（Ｘ方向）に移動可能に支持する治具２０とを備える構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばエンジンを構成するシリンダヘッドが有する深穴であるメインオイルホール等の穴部の位置を測定するための超音波測定装置に関する。

物体の形状や位置等を非接触で測定できることから、所定の構造物が有する欠陥の検査等として、超音波を用いた測定が行われている（例えば、特許文献１参照。）。このような超音波を用いた測定が、従来、例えば自動車エンジン等のエンジンを構成するシリンダヘッドが有する穴部を測定の対象として行われている。具体的には、次のとおりである。

すなわち、エンジンを構成するシリンダヘッドにおいては、オイル通路等として用いられる穴部が形成される。このような穴部の位置等の測定としては、接触式のプローブを備える三次元測定機を用いる方法がある。三次元測定機による測定は、プローブが穴部に挿入されて穴部の内周面に接触させられることで行われる。

しかし、シリンダヘッドが有する穴部には、メインオイルホール（各部への分岐通路が連通するメインとなるオイル通路）がある。メインオイルホールは、例えば４００ｍｍ程度の加工長の深穴である。このため、メインオイルホールが測定対象となる場合、三次元測定機のプローブが穴奥まで届かない事態が生じる。つまりこの場合、プローブが届かない穴奥の部分については、測定が困難となる。この点、超音波を用いた測定によれば、穴部の外部から超音波を当てることで測定を行うことができることから、穴の深さによらずに測定を行うことができる。

一方で、従来における超音波を用いた測定は、測定対象である穴部がシリンダヘッドのメインオイルホールである場合、超音波の送受信を行う超音波センサがシリンダヘッドにおける所定の外側面部からメインオイルホールに対応する位置に沿って手作業で移動させられることにより行われている。具体的には、超音波センサがシリンダヘッドにおけるメインオイルホールの深さ方向に沿う所定の外側面部においてメインオイルホールに対応する位置の近傍を走査させられることで、メインオイルホールについて、外側面部からメインオイルホールまでの距離が一番短い場所（外側面部からメインオイルホールまでの肉厚が一番薄い場所）が、ピークホールド機能等によって測定される。

このような測定方法によれば、上下方向（超音波の送受信方向）についてのみの測定となることから、例えばメインオイルホールについての任意の断面位置における位置度等から導かれるメインオイルホールの正確な位置（三次元的な位置）の測定が困難である。つまり、従来における超音波を用いた測定においては、メインオイルホールの位置について超音波測定器の測定能力との関係においてある程度の範囲で目処をつけることはできるが、正確な位置の測定を行ううえでは十分ではない。そこで、穴奥の部分を含めたメインオイルホールの正確な位置の測定のため、現状では、シリンダヘッドを切断することによる破壊検査が行われている。こうした破壊検査は、生産性の低下を招く。

実開平５−５５０６１号公報

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、測定対象である穴部が、三次元測定機のプローブ等による測定が困難な深穴であっても、超音波を用いることで穴部の正確な位置を測定することができる超音波測定装置を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、シリンダヘッドが有する直線状の穴部の位置を測定するための超音波測定装置であって、超音波を送受信する超音波センサと、前記シリンダヘッドに対して前記穴部の深さ方向に沿う所定の外側面部上で位置決めされ、前記超音波センサを、前記超音波の送受信方向が前記外側面部に沿った所定の基準面に対して垂直方向となる姿勢で、かつ、前記基準面に平行な方向について、前記穴部の深さ方向に沿う方向である第一の方向、および該第一の方向に直交する方向である第二の方向に移動可能に支持する治具と、を備えるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、測定対象である穴部が、三次元測定機のプローブ等による測定が困難な深穴であっても、超音波を用いることで穴部の正確な位置を測定することができる。

本発明の一実施形態に係る超音波測定装置の構成を示す平面図。同じく正面一部断面図。同じく側面図。本発明の一実施形態に係る超音波測定装置の測定原理についての説明図。本発明の実施例である測定バラつきの一例を示す図。

本発明は、超音波センサを備える装置構成において、超音波センサを、シリンダヘッドが有する深穴の深さ方向に沿う所定の基準面に沿って、互いに直交する二方向に移動可能に支持することで、深穴の正確な位置を測定しようとするものである。以下、本発明の実施の形態を説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る超音波測定装置１は、自動車エンジンを構成するシリンダヘッド２をワーク（測定対象物）とするものである。つまり、超音波測定装置１は、シリンダヘッド２が有する穴部を測定対象とする。シリンダヘッド２は、例えばアルミニウム鋳造品であり、全体として略直方体状（厚板状）の外形を有する。

シリンダヘッド２は、超音波測定装置１による測定対象となる穴部として、メインオイルホール３を有する。メインオイルホール３は、エンジンにおける各部に向けて分岐する分岐オイル通路が連通する、メインとなるオイル通路を形成する穴部である。このため、メインオイルホール３は、シリンダヘッド２の長手方向（図１における左右方向、以下同じ。）の略全体にわたって直線状に形成される。

したがって、メインオイルホール３は、シリンダヘッド２の長手方向の寸法に対応して、例えば約４００ｍｍ程度の加工長の深穴（穴径約１０ｍｍ程度）として形成される。メインオイルホール３は、シリンダヘッド２の長手方向の一側（図１における右側）から他側（同図における左側）に向けて加工される。つまり、図１においては、シリンダヘッド２の長手方向のうち左に向かう方向が、メインオイルホール３の穴あけ方向（加工方向）に対応する。本実施形態に係るシリンダヘッド２は、互いに平行に形成される二つのメインオイルホール３を有する。なお、シリンダヘッド２が有するメインオイルホール３の数や設けられる位置は特に限定されるものではない。

このようにシリンダヘッド２が有する深穴であるメインオイルホール３の、シリンダヘッド２における位置が、超音波測定装置１によって測定される。つまり、本実施形態の超音波測定装置１は、シリンダヘッド２が有する直線状の穴部であるメインオイルホール３の位置を測定するためのものである。

図１〜図３に示すように、超音波測定装置１は、超音波を送受信する超音波センサ１０と、超音波センサ１０を所定の姿勢で所定の方向に移動可能に支持する治具２０とを備える。

超音波センサ１０は、円筒状のケース体１１の一端側に、超音波の送受信を行う部分であるセンサ部１２が設けられる構成を有する。センサ部１２は、超音波の発信および受信を行う振動子である超音波振動子を有する。超音波振動子は、例えば圧電セラミック等により構成される。超音波振動子に電圧が印加されることにより、超音波振動子において電圧に応じた機械的変位が生じ、超音波振動子から固有の周波数の超音波が発振される。また、超音波振動子が受信する超音波によって超音波振動子に機械的な力が加わることで、その力に応じた起電力が発生する。このように、超音波センサ１０は、超音波振動子を有するセンサ部１２によって超音波を送受信する。

超音波センサ１０が有するセンサ部１２は、ケーブル等を介して超音波測定装置１が備える操作制御部（図示略）に接続される。操作制御部においては、センサ部１２における超音波の送信時間や強度等を制御する制御部や、センサ部１２を介して得られる信号の処理を行う処理部や、処理した信号を映像として表示する表示部や、これら各部についての操作を行うための操作部等が備えられる。

治具２０は、基体として、アルミベース２１を有する。アルミベース２１は、アルミニウムを材料とする矩形板状の外形を有する部材であり、矩形板状の外形に沿う矩形状の開口部（以下「ベース開口部」という。）２１ａを有する（図１参照）。したがって、アルミベース２１は、ベース開口部２１ａを縁取る額縁状の形状を有する。

ベース開口部２１ａは、厚板状の外形を有するシリンダヘッド２における板面部に相当する一側（図２において上側）の外側面部である上面部（以下「ヘッド上面部」という。）２ａ側からの方向視（図１参照、以下「平面視」とする。）で、二つのメインオイルホール３が存在する範囲を含む大きさ（面積）を有する。ヘッド上面部２ａは、シリンダヘッド２において、メインオイルホール３の深さ方向に沿う外側面部である。

治具２０は、超音波測定装置１による測定に際し、シリンダヘッド２に対してヘッド上面部２ａ上で位置決めされる。具体的には、治具２０は、板状の部材であるアルミベース２１の板面の方向が、ヘッド上面部２ａの面方向と略平行となるように、シリンダヘッド２に対して位置決めされる。位置決めされた状態の治具２０においては、アルミベース２１における一側（図２において下側）の板面（以下「ベース下側面」という。）２１ｂがヘッド上面部２ａに接触した状態となる。

ここで、治具２０は、平面視において、ベース開口部２１ａの範囲内に、シリンダヘッド２が有する二つのメインオイルホール３が含まれるように位置決めされる。つまり、治具２０がシリンダヘッド２に対して位置決めされた状態においては、ヘッド上面部２ａにおける二つのメインオイルホール３が存在する範囲に対応する部分が、平面視でベース開口部２１ａを介して露出した状態となる。

治具２０のシリンダヘッド２に対する位置決めには、位置決めピン２２が用いられる（図１参照）。位置決めピン２２は、アルミベース２１に形成される孔部を貫通するとともに、シリンダヘッド２に対してヘッド上面部２ａ側から係合する。本実施形態では、位置決めピン２２は、アルミベース２１における一側（図１において下側）の辺部において、アルミベース２１の長手方向（図１における左右方向）に所定の間隔を隔てて二箇所に設けられる。

なお、位置決めピン２２について、その設けられる位置や個数は特に限定されない。また、位置決めピン２２は、メインオイルホール３の設けられる位置や数等が異なる複数種類のシリンダヘッドに対応するため、複数の配置パターンで設けられてもよい。つまりこの場合、アルミベース２１において、シリンダヘッドの種類に応じて、ワークとなるシリンダヘッドに対応する配置パターンの位置決めピン２２が用いられる。ただし、この場合、ベース開口部２１ａは、治具２０が各種類のシリンダヘッドに対して位置決めされた状態において、ワークとしてのシリンダヘッドが有するメインオイルホール３が前記のとおりベース開口部２１ａの範囲内に含まれるように形成される。このように、位置決めピン２２がシリンダヘッドの種類に応じて複数の配置パターンで設けられることにより、治具２０の汎用性が向上する。

以下の説明では、治具２０について、シリンダヘッド２に位置決めされた状態を「位置決め状態」という。また、以下の説明では、位置決め状態の治具２０に対してシリンダヘッド２が存在する側（図２において下側）を下側とし、その反対側（同図において上側）を上側として、上下方向を規定する。

治具２０は、位置決め状態において、アルミベース２１の上側の板面（以下「ベース上側面」という。）２１ｃ側に、超音波センサ１０を支持する。また、前記のとおりベース下側面２１ｂがヘッド上面部２ａに接触した状態で位置決め状態となる治具２０は、超音波センサ１０を、ヘッド上面部２ａに対向させた状態で支持する。つまり、超音波センサ１０は、治具２０により、位置決め状態の治具２０におけるアルミベース２１の上側において、所定の姿勢で所定の方向に移動可能に支持される。

超音波センサ１０は、治具２０により、超音波の送受信方向が上下方向となる姿勢で支持される。つまり、超音波センサ１０は、位置決め状態の治具２０において、センサ部１２が下側となる姿勢で支持される。かかる姿勢で支持された状態の超音波センサ１０においては、超音波の送受信方向がヘッド上面部２ａに沿った所定の基準面に対して垂直方向となる。

ここで、超音波センサ１０の支持に関する所定の基準面（以下「支持基準面」という。）は、本実施形態では、治具２０を構成するアルミベース２１の板面（ベース下側面２１ｂおよびベース上側面２１ｃ、以下同じ。）に対応する。したがって、超音波センサ１０は、治具２０において、超音波の送受信方向が、アルミベース２１の板面に対して垂直方向となる姿勢で支持される。また、位置決め状態の治具２０においては、アルミベース２１の板面は、メインオイルホール３の深さ方向に沿う外側面部であるヘッド上面部２ａの面方向と略平行となることから、アルミベース２１の板面に対する垂直方向には、メインオイルホール３の径方向が含まれる。

超音波センサ１０は、治具２０において移動可能に設けられるセンサ支持部２３により姿勢が保持された状態で支持される。センサ支持部２３は、超音波センサ１０を支持するための支持孔２３ａを有する。支持孔２３ａは、位置決め状態の治具２０における上下方向に形成される貫通孔である。つまり、超音波センサ１０は、センサ支持部２３の支持孔２３ａにケース体１１の部分を貫通させた状態で支持される。

超音波センサ１０は、治具２０により、支持基準面に平行な方向について、メインオイルホール３の深さ方向に沿う方向（図１、矢印Ａ１参照）と、かかる方向に対して垂直な方向（同図、矢印Ａ２参照）に移動可能に支持される。つまり、超音波センサ１０は、位置決め状態の治具２０において、シリンダヘッド２の長手方向およびシリンダヘッド２の短手方向（図１における上下方向、以下同じ。）に移動可能に支持される。

つまり、本実施形態では、シリンダヘッド２の長手方向が、支持基準面に平行な方向について、メインオイルホール３の深さ方向に沿う方向である第一の方向に対応する。また、シリンダヘッド２の短手方向が、支持基準面に平行な方向について、第一の方向に直交する方向である第二の方向に対応する。以下では、説明の便宜上、第一の方向に対応するシリンダヘッド２の長手方向（矢印Ａ１参照）をＺ方向とし、第二の方向に対応するシリンダヘッド２の短手方向（矢印Ａ２参照）をＸ方向とする。

超音波センサ１０は、Ｘ方向およびＺ方向について、少なくとも、前記のとおりベース開口部２１ａを介して露出した状態となるメインオイルホール３が存在する範囲に対応する部分を含む範囲で移動可能に設けられる。本実施形態では、超音波センサ１０は、Ｘ方向およびＺ方向について、ベース開口部２１ａを含む範囲で移動可能とされる。

超音波センサ１０は、位置決め状態の治具２０において、所定の移動機構（以下「Ｘ方向移動機構」という。）２４により、Ｘ方向に直線移動可能に設けられる。Ｘ方向移動機構２４は、超音波センサ１０を支持するセンサ支持部２３を直線移動させることで、超音波センサ１０を直線移動させる。

Ｘ方向移動機構２４は、アルミベース２１の短手方向（位置決め状態２０の治具２０におけるＸ方向に対応、以下「Ｘ方向」ともいう。）を長手方向とするベース板部２５を有する。センサ支持部２３は、Ｘ方向に架け渡された状態で回転可能に支持されるネジ軸２６と、このネジ軸２６に螺合するナット部２７とを含む構成により、Ｘ方向に移動可能に設けられる。

すなわち、ナット部２７は、ネジ軸２６が回転すると、ネジ軸２６の軸方向（Ｘ方向）に沿って直線的に移動する。このようにネジ軸２６に沿って移動するナット部２７が、センサ支持部２３と一体的に構成される。つまり、ネジ軸２６に沿うナット部２７の移動にともなってセンサ支持部２３もＸ方向に移動する。センサ支持部２３およびナット部２７を含む部分のＸ方向についての移動は、ベース板部２５に対して設けられる側板部２８等によってガイドされる。

ネジ軸２６は、回転ハンドル２９によって回転させられる。回転ハンドル２９は、Ｘ方向における一側（図１において下側）の端部において、ネジ軸２６に対して同軸回転するように連結された状態で設けられる。回転ハンドル２９は、把持部２９ａを有する。つまり、把持部２９ａが把持されて回転ハンドル２９が手動により回転させられることで、超音波センサ１０がＸ方向に直線移動させられる。

また、超音波測定装置１においては、超音波センサ１０のＸ方向の移動についての移動量が計測されて把握される。このため、Ｘ方向移動機構２４においては、測長ユニット３０が備えられる。測長ユニット３０は、長尺状（直線状）の部材である尺部３１と、この尺部３１に沿ってスライド移動するスライド部３２とを有する。

尺部３１は、ベース板部２５に対して固定された状態でＸ方向に配される。スライド部３２は、尺部３１を貫通させた状態で、尺部３１に沿ってスライド移動する。スライド部３２は、センサ支持部２３と一体的に構成される。つまり、センサ支持部２３の移動にともなうスライド部３２の所定の位置を基準とする尺部３１に沿う移動量により、超音波センサ１０のＸ方向の移動量が計測される。測長ユニット３０としては、例えばいわゆるデジタルノギスを応用した構成が用いられる。

超音波センサ１０は、治具２０において、Ｘ方向移動機構２４がアルミベース２１の長手方向（位置決め状態の治具２０におけるＺ方向に対応、以下「Ｚ方向」ともいう。）に平行移動可能に設けられることにより、Ｚ方向に直線移動可能に設けられる。

Ｘ方向移動機構２４は、アルミベース２１のベース上側面２１ｃ上に設けられるレール部３３およびガイド部３４に係合した状態で、Ｚ方向にスライド移動可能に設けられる。レール部３３は、アルミベース２１における一側（図１において上側）の辺部においてＺ方向に配される。ガイド部３４は、アルミベース２１における他側（図１において下側）の辺部においてＺ方向に配される。

Ｘ方向移動機構２４は、その一端側（図１において上側）の部分が、レール部３３によって支持され、他端側（同図において下側）の部分が、ガイド部３４によって支持される。つまり、Ｘ方向移動機構２４は、アルミベース２１に対して、Ｘ方向にベース開口部２１ａの両側に架け渡された状態で、Ｚ方向に平行移動可能に支持される。

Ｘ方向移動機構２４は、レール部３３に対して、スライダ３５を介して係合した状態で支持される。つまり、スライダ３５は、Ｘ方向移動機構２４のレール部３３に対する係合支持部を構成する。スライダ３５は、ベース板部２５の下側においてベース板部２５に対して固定された状態で設けられる。

また、Ｘ方向移動機構２４は、ガイド部３４に対して、ガイドステー３６を介して係合した状態で支持される。つまり、ガイドステー３６は、Ｘ方向移動機構２４のガイド部３４に対する係合支持部を構成する。ガイドステー３６は、ベース板部２５から下側に延設されるステー部分である。

このようにＺ方向にスライド移動するＸ方向移動機構２４については、Ｚ方向の位置における位置決めが行われる。Ｘ方向移動機構２４のＺ方向についての位置決めは、位置固定用ハンドル３７によって行われる。位置固定用ハンドル３７は、回動操作されることによってスライダ３５をレール部３３に対して固定させるように構成される。つまり、位置固定用ハンドル３７は、スライダ３５を介してＸ方向移動機構２４をレール部３３に対して固定することにより、Ｘ方向移動機構２４をＺ方向について位置決めする。

このような構成により、位置固定用ハンドル３７による位置決めが解除された状態でＺ方向にスライド移動するＸ方向移動機構２４が、任意の位置において位置固定用ハンドル３７の操作によって位置決めされる。こうしたＸ方向移動機構２４のＺ方向についての移動および位置決めは、手動操作により行われる。

以上のように、治具２０は、超音波センサ１０を、超音波の送受信方向が支持基準面に対して垂直方向となる姿勢で、かつ、Ｚ方向およびＸ方向に移動可能に支持する。そして、超音波測定装置１においては、治具２０によって移動可能に支持される超音波センサ１０による超音波の送受信が、ベース開口部２１ａを介してシリンダヘッド２（ヘッド上面部２ａ）に対して行われる。これにより、シリンダヘッド２におけるメインオイルホール３の位置の測定が行われる。

本実施形態に係る超音波測定装置１による測定原理について、図４を用いて説明する。なお、以下では、説明の便宜上、支持基準面に対する垂直方向（上下方向）をＹ方向とする。

超音波測定装置１によるメインオイルホール３の位置の測定は、メインオイルホール３の深さ方向（Ｚ方向）についての複数箇所での断面（メインオイルホール３を横切る方向の断面、以下同じ。）におけるメインオイルホール３の位置（以下「断面位置」という。）が測定されることで行われる。つまり、超音波測定装置１によれば、Ｚ方向についての複数箇所におけるメインオイルホール３の断面位置に基づいて、メインオイルホール３全体としてのシリンダヘッド２における三次元的な位置が測定される。

したがって、超音波測定装置１によるメインオイルホール３の位置の測定としては、Ｚ方向についての任意の位置でのメインオイルホール３の断面位置の測定（以下「断面位置測定」という。）が複数回行われる。断面位置測定は、次のようにして行われる。

断面位置測定は、Ｚ方向の所定の位置において、超音波を送受信する超音波センサ１０がＸ方向に移動させられることにより行われる（図４、矢印Ａ３参照）。したがって、断面位置測定は、Ｘ方向移動機構２４が位置固定用ハンドル３７によってＺ方向について所定の位置決めに位置決めされた状態において、超音波を送受信する超音波センサ１０がＸ方向移動機構２４によってＸ方向に移動させられることにより行われる。

断面位置測定においては、メインオイルホール３の断面位置として、断面（Ｘ−Ｙ平面に対応）におけるＸ方向における中心の位置と、同じくＹ方向における中心の位置とが測定される。すなわち、図４に示すように、メインオイルホール３の断面形状は、円形状となる。そこで、断面位置測定においては、メインオイルホール３の断面形状である円形状についての中心位置が、メインオイルホール３の断面位置として測定される。ここで、図４に示す断面において、断面位置測定によって測定されるメインオイルホール３の断面位置、つまりメインオイルホール３の断面形状における中心の位置を測定位置ＭＰ（Ｘ方向における位置：ｘ０、Ｙ方向における位置：ｙ０）とする。

ところで、超音波は、異なる物質の境界面で反射する性質を有する。このため、ヘッド上面部２ａに対して超音波センサ１０から発信された超音波は、メインオイルホール３が存在する部分においては、シリンダヘッド２の部分とメインオイルホール３の内部（空気部分）との境界面、つまりメインオイルホール３の内周面３ａの位置で反射する。

そこで、超音波センサ１０から発信された超音波の跳ね返り時間（発信から受信までの時間）により、ヘッド上面部２ａからメインオイルホール３までのシリンダヘッド２部分の厚み（以下「ヘッド部分肉厚」という。）、つまりヘッド上面部２ａからメインオイルホール３の内周面３ａの位置までの距離（符号Ｄ１参照）が測定される。

したがって、メインオイルホール３の断面位置についてのＸ方向における中心の位置（ｘ０）は、Ｘ方向において、メインオイルホール３の内周面３ａの位置からの超音波の反射波が受信できる範囲における中心の位置として測定される。すなわち、Ｘ方向に移動する超音波センサ１０において受信されるメインオイルホール３からの超音波の反射波は、Ｘ方向においてメインオイルホール３の両端部よりも外側の範囲において途切れる（検出されなくなる。）。

そこで、Ｘ方向について、メインオイルホール３からの超音波の反射波が得られる範囲（符号Ｄ２参照）における中心の位置（符号Ｃ参照）が、Ｘ方向における中心の位置（ｘ０）として測定される。なお、Ｘ方向における中心位置の測定に際しては、治具２０が備える測長ユニット３０が用いられる。

また、メインオイルホール３の断面位置についてのＹ方向における中心の位置（ｙ０）は、ヘッド部分肉厚についての最小値に基づいて測定される。すなわち、Ｘ方向移動機構２４により、超音波の送受信を行う超音波センサ１０がＸ方向に移動させられながら、ピークホールド機能等により、ヘッド部分肉厚についての最小値が測定される。

そして、Ｙ方向における中心の位置（ｙ０）が、ヘッド部分肉厚の最小値と、メインオイルホール３の半径の値との和として測定される。なお、超音波によるヘッド部分肉厚の測定、つまりＹ方向における中心の位置の測定に際しては、例えば支持基準面であってヘッド上面部２ａに接触するベース下側面２１ｂの位置が基準とされる。

以上のように、断面位置測定においては、メインオイルホール３の断面位置についてのＸ方向およびＹ方向それぞれにおける中心の位置（ｘ０、ｙ０）が測定される。そして、このような断面位置測定が、Ｚ方向について適宜の間隔ごとに複数箇所で行われることにより、メインオイルホール３全体としてのシリンダヘッド２における三次元的な位置が測定される。これにより、メインオイルホール３の曲がり具合等が検出される。

メインオイルホール３の断面位置についてのＸ方向およびＹ方向それぞれにおける中心の位置が測定されることで、各断面におけるメインオイルホール３についての位置度の測定が行われる。なお、Ｘ−Ｙ平面における位置度は、｛（Ｘ^２＋Ｙ^２）^１／２｝×２により計算される。

本実施形態に係る超音波測定装置１によれば、測定対象の穴部が、三次元測定機のプローブ等による測定が困難な深穴であるメインオイルホール３であっても、超音波を用いることでメインオイルホール３の正確な位置を測定することができる。

すなわち、本実施形態に係る超音波測定装置１による測定においては、メインオイルホール３の断面位置について、Ｘ方向およびＹ方向それぞれにおける中心の位置を測定することができる。これにより、メインオイルホール３の深さにかかわらず、メインオイルホール３についての任意の断面位置における位置度等から導かれるメインオイルホール３の正確な位置（三次元的な位置）の測定が可能となる。

図５は、本発明の実施例として、本発明に係る超音波測定装置による測定バラつきの一例（測定例）を示すものである。本実施例は、Ｚ方向における所定の位置について、Ｘ方向についてのメインオイルホール３の位置（メインオイルホール３の断面位置についてのＸ方向における中心の位置（ｘ０参照））を２５回測定した結果である。図５に示すグラフにおいて、横軸は測定回を示し、縦軸は各回についてのＸ方向における中心の位置を示す。なお、縦軸で示されるＸ方向における中心の位置は、所定の基準位置（Ｘ＝０）からの距離（ｍｍ）である。

本測定例においては、２５回の測定による測定バラつきとして、最大バラつきで３σ＝０．０８５という値が得られた（σ：標準偏差）。かかる値は、Ｘ方向（水平方向）のバラつきとして、φ０．１７（＝０．１７ｍｍ）と位置度換算される。また、Ｙ方向（垂直方向）のバラつきとしては、実験によりφ０．２（＝０．２ｍｍ）という値が得られている。

したがって、メインオイルホール３の断面位置のバラつき（Ｘ−Ｙ平面におけるバラつき）としては、Ｘ方向およびＹ方向それぞれについてのバラつきを合わせて、二乗平均（＝｛（０．１７）^２＋（０．２）^２｝^１／２）であるφ０．２６（＝０．２６ｍｍ）という値が導かれる。つまり、メインオイルホール３の断面位置については、φ０．２６のバラつきで測定可能となる。

本実施例に係るメインオイルホール３については、深穴のため、位置度規格φ１．４（＝１．４ｍｍ）の位置が測定される。これに対し、本測定例により得られた測定バラつきについてのφ０．２６という値は、メインオイルホール３の位置の測定に際して十分な測定精度が得られる値である。本測定例からわかるように、本発明に係る超音波測定装置によれば、メインオイルホール３の位置の測定に際して十分な測定精度が得られる。

１超音波測定装置
２シリンダヘッド
２ａヘッド上側面部（外側面部）
３メインオイルホール（穴部）
１０超音波センサ
２０治具
２１ｂベース下側面
２１ｃベース上側面

Claims

シリンダヘッドが有する直線状の穴部の位置を測定するための超音波測定装置であって、
超音波を送受信する超音波センサと、
前記シリンダヘッドに対して前記穴部の深さ方向に沿う所定の外側面部上で位置決めされ、前記超音波センサを、前記超音波の送受信方向が前記外側面部に沿った所定の基準面に対して垂直方向となる姿勢で、かつ、前記基準面に平行な方向について、前記穴部の深さ方向に沿う方向である第一の方向、および該第一の方向に直交する方向である第二の方向に移動可能に支持する治具と、
を備えることを特徴とする超音波測定装置。