JP4232183B2

JP4232183B2 - 気密検査方法及び装置

Info

Publication number: JP4232183B2
Application number: JP2005256326A
Authority: JP
Inventors: 友二平尾
Original assignee: Tokushima Prefecture
Current assignee: Tokushima Prefecture
Priority date: 2005-09-05
Filing date: 2005-09-05
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2025-09-05
Also published as: JP2007071574A

Description

本発明は、超音波を利用して液中で、鋼管材や密閉された容器体等の気密検査を行うための方法及び装置に関する。

気密性部品を製造している多くの分野においては、特許文献１に示されるような、空気漏れ検査装置を利用した気密検査が行われている。気密検査装置は、被検査物を液槽内に浸漬させた後、被検査物内に気体を充填し加圧することにより、被検査物の欠陥からの気体漏洩を水槽内に生じさせ、目視で確認して合否判定するための装置で、一般的には水没式気密検査装置と言われている。水没式気密検査装置は、自動車部品、ガス器具、医療器具など様々な分野で実用化されている。特に、引火性・溶解性・高温・低温など気密性が極めて重視される鋼管材や密閉容器などの気密検査では全数検査が行われており、目視検査の熟練度による判定の曖昧さや人件費コストが製造現場において問題となっていた。特許文献１の装置は、水中への気泡離脱を容易にするための揺動機構なども有しており、今でも広い分野で一般的に用いられている。

現在では、検査の自動化の流れから、気密性部品を製造している電機、石油ガス機器、自動車、食品機械などの業界では、数々の検査装置の自動化を試みており、現在、ヘリウムや水素ガスを使った特許文献２に示されるようなガス拡散式や気密差圧を利用した特許文献３に示されるような差圧式の自動検査装置が実用化されている。

しかしながら、差圧式の自動検査装置では、検査対象物が溶接後の残熱などの影響で高温の場合などには気体膨張による圧力変動の影響や環境温度あるいは気圧変動などによる影響で精度が良くないという欠点がある。一方、ガス拡散式も高価なチャンバー槽が必要な上、ヘリウムガスが高価であること、水素ガスは炭素繊維などの複合材料や新素材など水素吸脱性を有する素材を用いた強化軽量化部品には適用できないことなどの問題を有しており適用範囲が限定される。

上記各検査装置の外、超音波を使った気密検査方法も提案されており、その一例として、特許文献４に開示される方法を図１２に基づいて詳述すると、まず、測定すべき被検査物としての鋼管７１の両端部を保持装置７２によって保持し、水を満たした水槽７６内に配置する。次に、前記鋼管７１内に空気圧送装置７３から圧縮空気を充填する。この際、鋼管７１に内外面を貫通する貫通孔７４があれば、鋼管７１に充填された空気が貫通孔７４を通して鋼管７１の外に漏洩し、水中を気泡となって上昇していき、水面に浮上し破裂する。この破裂時に発する超音波をマイクロホンか検出装置７５によって検出することにより、貫通孔の有無を検出する方法である。

また、超音波を利用した他の気密検査技術では、検査対象物上に集泡ロートを有し、集泡管や蓄泡管において超音波エコー法や超音波ドップラー法を用いた検知器で泡の有無や空気量を検知するもの（例えば特許文献５，６参照）や、笛吹効果により検査対象物から気体が漏洩する際に生じる音を検知器によって可聴音あるいは超音波として検出するもの（例えば特許文献７参照）の他、検査対象物にセンサを直接取り付けて検査対象物から気体が漏洩する際に生じる機械的振動あるいは振動音を超音波として検出することにより漏洩を検知するもの（例えば特許文献８参照）などが知られている。
実開平０３−２７３３４号公報特開２００４−１６３２２３号公報実開昭６３−６３７４２号公報特開昭５０−４３９８８号公報特開平０３−１８０７３４号公報登実第３０４４４７３号公報特開昭６３−２４９０３３公報特開昭６２−１３３３３４号公報

しかし、これらの気密検査装置では、欠陥孔が比較的大きく漏洩量が多い場合や、被検査物が強固で被検査物内に加圧供給する圧縮空気の圧力を高くして漏洩量を多くできる場合などには有効ではあっても、最近の品質向上により欠陥孔が極めて微細な場合や、樹脂など内部加圧により変形しやすく加圧変形による漏洩を生じてしまうため低加圧しかできない材料で作られた気密容器の場合や、内部加圧により変形破断を生じてしまうため低加圧しかできない構造で作られた気密容器の場合などのように気密性が特に重要視されるような密閉容器の場合には漏洩があったとしても極めて微少で漏洩振動や笛吹き効果を生じなかったり、水没式では漏洩による気泡が被検査物から離脱上昇することなく検査が終了するなどして、検知ができないという新たな問題が生じている
本発明は、最近のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、超音波を用いて水槽内に定在音場を作り出し、その定在音場が水槽内の超音波反射環境により一義的に生じる再現性のある定在音場であることに着目し、水槽内の漏洩による超音波反射環境の変化に伴う定在音場の変化を受信波形から検出することで、従来の気密検査装置では対応できないほどの微少漏洩を検知し、且つ受信波形を演算解析することによりその漏洩位置を推定することもできる高性能な気密検査装置を提供することにある。

即ち、上記目的に適合する本発明の特徴は、検査液槽内の検査液中に被検査物を浸漬させて、被検査物に接続された配管から被検査物内に気体を供給し、加圧された被検査物の欠陥部から発生する気泡を検知することで被検査物の気密性を検査する気密検査方法において、前記検査液槽内に超音波送信部から既定のパターン波形を繰り返し送信するような周期性超音波によって定在音場を作り出し、超音波受信部において被検査物の欠陥部から発生した気泡による前記定在音場の変化を定在波形の周波数パワースペクトルの変化として検知し、加圧前と加圧後の前記周波数パワースペクトルを比較することにより被検査物の気密性を検査することにある。

請求項２は、上記気密検査方法において、前記検査液槽外に検知演算部を備え、前記検査液槽内の任意の異なる２カ所以上に超音波受信部を配置し、該配置された超音波受信部の各々で受信された、被検査物の欠陥部から発生した気泡による前記定在波形の変化を互いに比較することにより、被検査物の欠陥部から発生した気泡に発生位置を演算処理により推定することを特徴とする。更に請求項項３，４は上記気密検査方法を実施するための装置を夫々特徴とする。

以下、更に具体的に説明すると、検査液槽の検査液中に被検査物を浸漬させた状態で、検査液中の任意の位置に一つだけ配置された超音波送信部から一定周期毎に既定のパターン波形を繰り返し送信するような周期性超音波を検査液槽内に送信すると、送信された超音波は拡散しつつ直進して、検査液槽内壁や検査液槽内構造物、被検査物等に当たり反射する。反射した超音波は拡散減衰しながら検査液槽内の検査液槽内壁や検査液槽内構造物、被検査物等に当たり様々に反射を繰り返し減衰消滅する。このとき様々に反射した超音波の音圧を前記検査液槽内の任意の位置で受信すると送信波や反射波が重畳した結果として、一定周期毎に既定のパターン波形を繰り返す定在波形が受信されるようになる。この定在波形は前記検査液槽内の受信する位置や受信方向が異なるとそれに伴って異なり、前記検査液槽内の検査液槽内壁や検査液槽内構造物などの材質や形状が変化した場合にはその変化に応じた変化を示す。このように前記検査液槽内に送信された送信波が前記検査液槽内の反射物によって様々に反射し、その結果として波の重畳により前記検査槽内に形成された超音波の音圧分布のことを一般的に定在音場と呼び、前記検査液槽内の音響環境が変化しない限り定在音場も変化せず周期性を保つ。

また、超音波を含む音の反射は、一般的に異なる２つの物質の境界面で生じ、物質固有の音速と密度の積で表される固有音響抵抗の差が大きい２つの物質境界面ではほとんどが反射される。例えば、空気は約４００、水は約１４０万、金属は約１０００万と差が大きく、特に液体と気体での倍差は液体と固体の倍差よりも大きい。このことから検査液中に浸漬した前記被検査物内の気体を加圧したことにより前記被検査物自身に生じる前記検査液槽内での音響環境の変化よりも、前記加圧により前記被検査物の欠陥から漏洩して形成される気泡によって生じる音響環境の変化の方が前記検査液槽内の定在音場に与える変化がより大きい。

本発明の請求項１に記載の前記発明は、このことを利用して、前記超音波送信部と前記超音波送信部を配置した位置と異なる位置に配置された超音波受信部とを少なくとも１つずつ前記検査槽内の検査液中に備えたもので、前記超音波送信部から既定のパターン波形を繰り返すような周期性超音波を送信することによって前記検査槽内に形成された超音波による定在音場を前記超音波受信部で受信すると、前記検査槽内の前記超音波受信部の配置位置に応じた周期性受信波形を得ることができ、前記検査液中に浸漬した被検査物内の気体を加圧してその結果として前記被検査物の表面に欠陥部分からの気体漏洩により気泡が形成されるような変化が生じた場合には、前記検査液槽内の音響環境が変化したこととなり、前記超音波受信部で受信される前期周期性受信波形に変化が生じる。これにより、従来の気密検査装置では対応できないほどの微少漏洩を検知できる高性能な気密検査装置を実現できる。

本発明の請求項２に記載の発明は、前記方法において検査液槽外に検知演算部と、前記検査液槽内の任意の異なる２カ所以上に超音波受信部を配置したもので、前記超音波受信部で受信されるそれぞれの受信波形は、前記検査液槽内の検査液槽内壁や検査液槽内構造物などと配置された受信部との相関的な位置関係に基づく異なった波形となる。そこで、前記検査液中に浸漬した被検査物内の気体を加圧して、その結果として前記被検査物の表面に欠陥部分からの気体漏洩により気泡が形成されるような変化が生じた場合には、異なる２カ所以上に配置された前記超音波受信部でそれぞれ受信された加圧後の波形変化を演算処理部で互いに比較解析することにより、被検査物の欠陥部から発生した気泡の発生位置を推定することができる。

請求項３及び４は上記の各気密検査方法を実施するための装置であり、上記気密検査を有効に実施することができる。

本発明の気密検査方法及び装置は、被検査物の欠陥からの漏洩量が極めて少ないために従来の気密検査装置では検出できず、目視に頼っていたような場合においても目視によらず高精度に気泡の発生・漏洩を検出して、気密検査の信頼性と精度を高めることができる。

特に、部材厚が薄い被検査物や内部加圧により変形しやすい被検査物などの余り検査加圧をかけられない場合や、高い気密性が要求される有害性あるいは可燃性の高い物質を内在させる部品等の気密検査に好適に適用できる。検査対象としては、アルミホイール、燃料パイプ、燃料タンク等の自動車部品、エアコンや熱交換機などの触媒配管、燃料電池ケース等の電気電子機器部品、可燃性や有害なガスあるいは薬品、細胞や微生物を扱うような医療器具や食品容器類等の気密検査に有効である。

さらに、検査液槽内の反射環境により一義的に生じる超音波の定在音場が、被検査物から検査液への気泡の漏洩、つまり極めて異なる固有音響抵抗を有する液体と気体の境界の形成によって変化が生じることを利用しているため、被検査物の反対側や下側などの目視では確認できない陰となる部分についても同時に検査ができる。また、複数の超音波送信部あるいは受信部を使った漏洩位置の解析推定により、固有音響抵抗が検査液のそれと近しい検査液槽内を浮遊する浮遊ごみや検査液の流動による誤検出、被検査物に予め付着している気泡の存在や予め付着していた気泡の被検査物からの離脱上昇による誤検出も防止できる。

そのため、目視による検出では、被検査物の検査可能範囲が限られていたり、検査液の水流や透明度などが判断に影響したりするといった欠点があったが、本発明によればそれらの問題もなく自動化が行え、人件費の削減や高精度の検出を行える利点が得られる。またこの装置は従来の、差圧式やガス拡散式の検査方法に比べて、被検査物の耐加圧強度や微少漏洩検出、使用検査気体の自由度など適用可能範囲が広く、ランニングコストが安いという優位性を持っている。

以下、更に図面に基づいて本発明の具体的な実施の形態を説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための気密検査装置の一例であり、本発明の気密検査装置は以下のものに特定されないことは勿論である。また、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等も特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。

図１に本発明気密検査方法を実施する気密検査装置の検査液槽の概略構成を斜視図で示す。気密検査装置は、まず、検査液槽１０に検査液１３を蓄えた状態で被検査物４０を液面下に浸漬させ、被検査物４０内に加圧した場合においてもなるべく形状変化を起こさないように固定する。検査液槽１０には、あらかじめ、検査液槽１０中の任意の液面下に液槽内に向けて配置された超音波送信部２０と、同様に、検査液槽１０中の任意の液面下の超音波送信部２０と異なる位置に液槽内に向けて配置された超音波受信部３０とが備えられており、超音波送信部２０と超音波受信部３０は電圧変化を超音波に、あるいはその逆に変換する電歪素子で構成されている。また、被検査物４０は、図示していないが、搬送を行うためのハンドリング装置と、昇降を行う昇降装置等によって、供給、浸漬、排出が行われる。

被検査物４０が浸漬している間、超音波送信部２０からは、既定のパターン波形を繰り返し送信するような周期性超音波が常時放射されている。超音波受信部３０は、配置された位置において受信面に受けうる音圧によって変換される電圧波形を受信する。超音波送信部２０から放射される、既定のパターン波形を繰り返し送信するような周期性超音波には、図３の（イ）に例示したような、正弦波連続波や、（ロ）に例示したようなバースト正弦波、（ハ）に例示したようなデューティ比の異なる矩形波、（ニ）に例示したような周期性パルス波、あるいは（ホ）に例示したようなコード化符号信号などが用いられる。

（イ）の正弦波連続波は連続性を有しているので、漏洩の検出や漏洩位置の推定においてが定在音場を作りやすく、変化の即応性や周期性に優れているが耐ノイズ性や検出の容易さに難がある。（ハ）や（ニ）は、間欠性波形であるため漏洩の検出や漏洩位置の推定においてが定在音場の形成や受信波形の周期性の検出に時間がかかるが耐ノイズ性や検出の容易さに優れている。（ロ）は上記（イ）と（ハ）の間に位置する特徴を有している。（ホ）は、波形の連続性と波形振幅などの経時変化とを併せ持っているため定在音場が作りやすく、変化の即応性や周期性に優れており、波形の経時変化を有しているため耐ノイズ性や誤検出訂正の容易さなど優れている点が多い。

図２は検査液槽を上面から見た気密検査装置の概略構成図を示す。被検査物４０には、内部に気体を加圧供給するための給気管４５が接続されており、給気管４５は検査液槽１０外の加圧給気装置５０に繋がっている。超音波送信部２０は検査液槽１０外に設けられた送信器２５に、一方、超音波受信部３０は受信器３５に夫々接続され、さらにこれらは演算部６５を備えたコントローラ６０に繋がっている。

ここで給気管４５は、被検査物４０に対し着脱可能で被検査物４０の検査液槽内への昇降に連動できるよう柔軟構造を有している。そして、送信器２５はプログラム可能な周期性信号の源信発生部と超音波送信部２０に使われている電歪素子を駆動するためのアンプを有している。受信器３５は、超音波受信部３０に使われている電歪素子からの微弱な電圧信号を精度良く増幅するための低ノイズ増幅回路と必要に応じて受信を切り替えるスイッチ回路を有している。

図４に超音波送信部２０から放射された超音波が検査液槽内で複雑に反射して受信される状況を概念図で示す。超音波受信部３０は、超音波送信部２０から液槽内に放射された超音波が槽壁や被検査物４０と検査液１３との境界面などの音響境界面で反射・拡散して減衰していく。音波の拡散エネルギーは方向ベクトルを有しているため、検査液槽１０内の任意の位置の任意の方向に対して任意の経時的音圧変化を示す、つまり、超音波受信部３０の配置位置が異なると経時的音圧変化が異なり、同じ位置であっても受信面の方向が異なると経時的音圧変化が異なることとなる。また、超音波送信部２０と超音波受信部３０の配置位置は必ずしも検査液槽１０内で無くても良く、検査液槽１０に接した検査液槽外でも良いが、検査液槽１０を構成する材料内を伝播する超音波の影響が大きい場合には、検査の難易度が高くなり、検査液槽１０や液面１４に接しない検査液槽外では、空気など音響抵抗が著しく異なる物質が介在するために検査は困難となる。

図５及び図６は超音波送信部２０から放射された超音波が検査液槽内で複雑に乱反射して、結果的に定在音場を生じることを概念図で示す。即ち、図５は検査液槽を上面から見た概念図であり、図６は検査液槽を側面から見た概念図である。

これら図に示すように、超音波送信部２０から放射された既定のパターン波形を繰り返し送信するような周期性超音波は検査液槽内の音響境界面で複雑に反射・拡散し、その結果として検査液槽１０内に超音波の重畳による経時的音圧の周期的変化である定在音場を示す。定在音場は、超音波送信部２０から、前記周期性超音波が常時送信され、検査液槽１０内で放射された超音波が反射・拡散する音響境界面や検査液１３に音響に係わるような経時的変化が無い場合に既定の定在音場を生じる。検査液１３に生じる流動や温度分布、浮遊物によっても定在音場に変化が生じるが、温度分布による変化は流動による変化より小さく、流動による変化は微少であり定在音場に大きな影響を及ぼす程ではない。浮遊物による変化は様々考えられるが、そのほとんどが親水性であるため変化は無視できる程度である。検査液槽１０内に生じた定在音場は、被検査物４０を取り囲む検査液１３の全ての箇所で観測される。しかし、検査液槽１０や被検査物４０の形状によっては、少なくない領域に定在音場の著しく希薄な部分が生じることがあるので、望ましくは、定在音場の著しく希薄な部分が生じないように超音波送信部２０の配置を考慮するか、複数の超音波送信部を配置することも考慮される。

図７に被検査物４０に欠陥部４１がある場合の検査気体加圧前後での欠陥部４１付近の拡大概念図を示す。検査液１３に浸漬された被検査物４０の欠陥部４１は極めて小さな空隙であるため、浸漬しただけでは検査液１３の表面張力と被検査物４０にあらかじめ入っている気体の気圧が平衡し、検査液１３への気体漏れも被検査物４０内への検査液１３の浸透も生じない。このため、被検査物の欠陥部４１付近で反射する超音波は被検査物４０の形状に依存した単純なものとなる。被検査物４０に接続されている給気管４５から被検査物４０の内部に検査気体１６を圧送供給すると前記平衡が崩れ、欠陥部４１から検査気体１６が被検査物４０の表面に沿うように漏洩し、検査液１３側に気泡１７が生じる。欠陥部４１は極めて微少であるので、加圧によって生じた気泡１７は被検査物４０表面に付着したままで検査液１３中に離脱することは少ない。あるいは、被検査物４０が薄い金属板や樹脂など脆弱な材料構造である場合においては、加圧供給する検査気体１６の圧力を余り大きく取ると被検査物４０の材質変形を引き起こし、欠陥部以外においても加圧により剥離や割れを生じる恐れがあるため、加圧力を余り大きくできず、１．１から１．２倍程度の加圧しかできない。このような場合においても、同様に加圧によって生じた気泡１７は被検査物４０表面に付着したままで検査液１３中に離脱することは少ない。

図８に被検査物４０に欠陥部４１がある場合の検査気体加圧前後での欠陥部４１付近に設置した超音波受信部３０での概略受信波形を示し、（イ）は加圧前、（ロ）は加圧後である。超音波送信部２０から被検査物４０の欠陥部４１に向けて検査液１３中に放射された２ＭＨｚ連続波超音波は、拡散・減衰しながら検査液１３中を進行し、被検査物４０と検査液１３との境界面において反射する。被検査物４０に検査気体を加圧供給する前では、（イ）に示すように超音波は被検査物４０と検査液１３との境界面において比較的単純な反射を起こすため、欠陥部４１付近に配された超音波受信部３０においても２ＭＨｚ付近の周波数成分を多く含む単純な正弦波状連続波が受信される。

一方、被検査物４０に検査気体１６を加圧供給すると、（ロ）に示すように欠陥部４１から検査気体１６が被検査物４０の表面に沿うように漏洩し、検査液１３側に気泡１７が生じるので、超音波送信部２０から放射された２ＭＨｚ連続波超音波は、欠陥部４１に生じた気泡１７と検査液１３との境界面および被検査物４０と検査液１３との境界面で反射し、加圧前とは異なった反射方向や反射率を生じるために超音波受信部３０において受信される電圧波形は周期性が失われ、加圧前とは異なった波形となる。また、ほとんどの場合、加圧供給により欠陥部４１からは検査気体１６の微少な漏洩が継続するので、欠陥部４１に生じた気泡１７と検査液１３との境界面での超音波の反射状況は経時的な変化を示し、超音波受信部３０で受信される電圧波形の周期性も失われる。

超音波受信部３０で受信された電圧波形を受信器３５を経由してコントローラ６０や演算部６５でフィルタやＦＦＴ、ウェーブレット等の演算解析手法によって記憶演算することにより、加圧前後の波形の周波数パワースペクトルに係わる特徴量と周期性を求めて比較することにより受信波形の加圧前後での変化を検出することができる。かくして、検査槽１０内の音響環境の変化つまり被検査物４０の欠陥部４１からの検査気体１６の極めて微少な漏洩の有無を検出することができる。

図９は本発明の第２の実施態様として超音波受信部を異なる２カ所に配置した場合の概略図を示す。この場合においては、検査液槽１０に満たされた検査液１３内の任意の位置に超音波送信部２０とこれと異なる検査液１３内の任意の位置に第１の超音波受信部３０Ａとこれらと異なる検査液１３内の任意の位置に第２の超音波受信部３０Ｂとを配し、被検査物４０が浸漬されている。超音波送信部２０からは、検査液槽１０内の検査液１３に、既定のパターン波形を繰り返し送信するような周期性超音波が常時放射されている。放射された超音波は、槽壁や被検査物４０と検査液１３との境界面などの音響境界面で反射・拡散して減衰していき、検査液槽１０内に定在音場を形成する。このとき、前記第１の超音波受信部３０Ａの受信面から検査液槽１０内を見た場合の音響環境と前記第２の超音波受信部３０Ｂの受信面から検査液槽１０内を見た場合の音響環境とは異なるため、前記第１の超音波受信部３０Ａの受信面と前記第２の超音波受信部３０Ｂの受信面とで受信された電圧波形は異なる。

図１０（イ），（ロ）に被検査物４０に欠陥部４１がある場合の検査気体加圧前後での前記第１の超音波受信部３０Ａでの受信波形の比較と、図１１（イ），（ロ）に被検査物４０に欠陥部４１がある場合の検査気体加圧前後での前記第２の超音波受信部３０Ｂでの受信波形の比較とを示す。加圧前の第１の超音波受信部３０Ａで受信される受信波形と第２の超音波受信部３０Ｂで受信される受信波形とは、それぞれの受信部の受面から見た音響環境を反映したものであるので、それぞれで受信された電圧波形を受信器３５を経由して図２におけるコントローラ６０内の演算部６５でフィルタやＦＦＴ、ウェーブレット等の演算解析手法によって記憶演算することにより、加圧前の第１の超音波受信部３０Ａでの音響環境と第２の超音波受信部３０Ｂでの音響環境の特徴を波形の周波数パワースペクトルに係わる特徴量として求めることができる。受信波形の違いは超音波送信部２０から第１の超音波受信部３０Ａあるいは第２の超音波受信部３０Ｂに至る超音波の伝播状況の違いにより生じるため、演算部６５で求められた特徴量は、超音波送信部２０から第１の超音波受信部３０Ａあるいは第２の超音波受信部３０Ｂに至る超音波の伝播状況を示す指標となる。また、同様に演算部６５で求められた周期性の特徴量は前記の如く検査液槽１０内の音響環境が安定し、定在音場を形成していることを表している。

被検査物４０に検査気体１６を加圧供給すると、欠陥部４１から検査気体１６が被検査物４０の表面に沿うように漏洩し、検査液１３側に気泡１７が生じるので、超音波送信部２０から放射された超音波は、欠陥部４１に生じた気泡１７と検査液１３との境界面および被検査物４０と検査液１３との境界面で反射し、加圧前とは異なった反射方向や反射率を生じるために前記第１の超音波受信部３０Ａにおいて受信される電圧波形と前記第２の超音波受信部３０Ｂにおいて受信される電圧波形とは周期性が失われ、加圧前とは異なった波形となる。また、その波形変化は第１の超音波受信部３０Ａにおいて受信される電圧波形と第２の超音波受信部３０Ｂにおいて受信される電圧波形とでは異なった変化を示す。この変化の違いは超音波送信部２０から第１の超音波受信部３０Ａあるいは第２の超音波受信部３０Ｂに至る超音波の伝播過程において、気泡１７が生じる相対位置関係が異なることに由来する。このことから、加圧後の第１の超音波受信部３０Ａで受信される電圧波形と第２の超音波受信部３０Ｂで受信される電圧波形とを受信器３５を経由してコントローラ６０内の演算部６５でフィルタやＦＦＴ、ウェーブレット等の演算解析手法によって記憶演算することにより、周波数スペクトルの変化傾向、及び周波数スペクトルに係わる特徴量の変化、変化応答時間、周期性の喪失傾向の違いなどから音響環境の変化位置を推定することができる。

さらに、検査液槽１０内に配置する超音波受信部３０の数を２ケ所に限らず、それ以上に増やしそれぞれ異なる位置や向きに配置することにより、欠陥部４１の位置をより正確に推定することができる。しかし、超音波受信部を増やすと解析により多くの時間を要することになるため、検査時間と位置推定精度とのバランスが問題となる。また、超音波送信部２０を複数個とし、超音波受信部３０を１個としても理論的には同様の推定が可能であるが、演算解析に用いる計測データつまり受信波形が１つしか得られないため、受信器３５や演算部６５に高精度が要求され、難易度が高くなってしまうため、好ましくない。さらにまた、超音波送信部２０と超音波受信部３０をともに複数個とすることも可能であり、容易に考えられる。

被検査物が量産品などの同一形状物である場合には、予め被検査物の様々な位置に作為的に欠陥部を作成した模擬物を用意し、この模擬物を使って欠陥部からの検査気体の漏洩により、超音波受信部で受信された電圧波形の変化をコントローラ内の演算部で演算解析し、前記漏洩の有無の検出や前記位置推定に必要な特徴量を予め求めておき、これをコントローラ内に記憶して、前記漏洩の有無の検出や前記位置推定の参照値とすることによって、演算解析を高速且つ容易にすることもできる。

本発明の一実施の形態にかかる気密検査装置の検査液槽部分の斜視概略図である。図１に示す検査液槽を上面から見た気密検査装置の概略構成図である。（イ）（ロ）（ハ）（ニ）（ホ）は既定のパターン波形を繰り返し送信するような周期性超音波の各波形例を示した波形図である。図１に示す検査液槽を上面から見た水平断面図であって、放射された超音波が検査液槽内で反射拡散していく様子を説明する概念図である。図１に示す検査液槽を上面から見た水平断面図であって、検査液槽内に生じた定在音場について説明する概念図である。図１に示す検査液槽を側面から見た垂直断面図であって、検査液槽内に生じた定在音場について説明する概念図である。検査気体の加圧供給により欠陥部から気泡が漏洩するときに超音波の反射の様子が変化することを説明するための欠陥部付近の拡大概念図で、（イ）は加圧前，（ロ）は加圧後である。図７に示した概念図に基づいた超音波受信部での受信波形の概略波形図で、（イ）は加圧前の受信波形，（ロ）は加圧後の受信波形である。本発明の第２の実施形態にかかる気密検査装置の検査液槽を上面から見た概略図で、（イ）はある。図７に示した概念図に基づいた第１の超音波受信部での気泡漏洩に伴う受信波形の変化を示した比較波形図で、（イ）は加圧前，（ロ）は加圧後である。図７に示した概念図に基づいた第２の超音波受信部での気泡漏洩に伴う受信波形の変化を示した比較波形図で（イ）は加圧前，（ロ）は加圧後である。従来の気密検査の一例を示す概略図である。

符号の説明

１０：検査液槽
１３：検査液
１４：液面
１６：検査気体
１７：超音波送信部
２５：送信器
３０：超音波受信部
３０Ａ：第１の超音波受信部
３０Ｂ：第２の超音波受信部
３５：受信器
４０：被検査物
４１：欠陥部
４５：給気管
５０：加圧給気装置
６０：コントローラ
６５：演算部
７０：フィルター
７１：鋼管
７２：保持装置
７３：空気圧送装置
７４：貫通孔
７５：検出装置
７６：水槽
７７：記録計

Claims

検査液槽内の検査液中に被検査物を浸漬させて、被検査物に接続される配管から被検査物内に気体を供給し、加圧された被検査物の欠陥部から発生する気泡を検知することで被検査物の気密性を検査する気密検査方法において、
前記検査液槽内の異なる任意の位置に超音波送信部と、超音波受信部とを配置し、
前記検査液槽内に超音波送信部から既定のパターン波形を繰り返し送信するような周期性超音波によって定在音場を作り出し、超音波受信部において被検査物の欠陥部から発生した気泡による前記定在音場の変化を定在波形の周波数パワースペクトルの変化として検知し、加圧前と加圧後の前記周波数パワースペクトルを比較することにより被検査物の気密性を検査することを特徴とする気密検査方法。
前記検査液槽外に検知演算部を備え、前記検査液槽内の任意の異なる２カ所以上に超音波受信部を配置し、該配置された超音波受信部の各々で受信された、被検査物の欠陥部から発生した気泡による前記定在波形の周波数パワースペクトルの変化を互いに比較することにより、被検査物の欠陥部から発生した気泡の発生位置を演算処理により推定することを特徴とする請求項１に記載の気密検査方法。
検査液槽内の検査液中に被検査物を浸漬させて、被検査物に接続された配管から被検査物内に気体を供給し、加圧された被検査物の欠陥部から発生する気泡を検知することで被検査物の気密性を検査する気密検査装置であって、
前記検査液槽内の検査液に対して超音波を送信し、前記検査液槽内に隙間無く定在波を作り出すために、前記検査液槽内の任意の位置に超音波送信部を配置すると共に、
前記検査液槽内の異なる任意の位置に超音波受信部を配置し、
前記検査液槽内に前記超音波送信部から既定のパターン波形を繰り返し送信するような周期性超音波によって定在音場を作り出す一方、前記超音波受信部において被検査物の欠陥部から発生した気泡による前記定在音場の変化を定在波形の周波数パワースペクトルの変化として検知し、加圧前と加圧後の前記周波数パワースペクトルを比較することにより被検査物の気密性を検査するようになしたことを特徴とする気密検査装置。
検査液槽外に検知演算部を設けると共に、前記検査液槽内の任意の異なる２カ所以上に夫々超音波受信部を配置して該配置された超音波受信部の各々で受信された、被検査物の欠陥部から発生した気泡による前記定在波形の周波数パワースペクトルの変化を互いに比較することにより、被検査物の欠陥部から発生した気泡の発生位置を上記検知演算部で演算処理することにより推定することを可能となしたことを特徴とする請求項３に記載の気密検査装置。