JP5702257B2 - 穴検査方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、穴検査方法及び装置に関する。

近年、工業用内視鏡を使用して、穴状の検査対象物（以下、検査穴という。）の内壁面（以下、穴壁面という。）を撮像し、穴壁面の欠陥の有無などを検査することが行われている。この際、先端に広角レンズを備えた細長い挿入シャフトを検査穴に挿入するが、レンズや穴壁面に水滴、切粉、異物等の付着物が付着していると、内視鏡で撮像した画像から欠陥の有無などを正確に検出することができない。

そこで、特許文献１には、ファイバケーブルの先端端面に空気を吹き付けて、先端端面に付着した異物を除去するクリーニング機構付きファイバスコープが開示されている。このファイバスコープでは、ファイバケーブルの外周を覆うように可撓性パイプを配置して可撓性パイプの内周面とファイバケーブルの外周面との間に空気通路を構成し、可撓性パイプの先端部を内方に折り曲ることによって空気噴出部を構成している。

特開平０８−０５０２０７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、ファイバケーブルの先端端面に付着した異物を除去することはできても、穴壁面に付着した付着物を除去することはできない。穴壁面に付着した付着物は検査の妨げとなり、正確な検査を行うことができない。

なお、従来、検査穴内の異物をファイバケーブルで確認したとき、清掃用ツールを穴内に挿入させて、異物を除去することも行われていた。しかし、細穴の場合、清掃用ツールを穴内に挿入させる際にファイバケーブルに大きな負荷が作用し、好ましくない。さらに細い穴の場合、一旦ファイバケーブルを抜き出し、清掃用ツールのみを穴内に挿入させるので、画像に頼らず清掃箇所に清掃用ツールを押し当てなければならず、非常に困難な作業であった。

本発明は、以上の点に鑑み、細穴であっても、穴壁面の付着物を容易に除去することが可能な穴検査方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の穴検査方法は、穴の壁面を検査する方法であって、先端に広角レンズを備え、先端側の部分がガイドで囲繞された挿入シャフトを前記穴へ挿入させて、前記広角レンズを通じた画像に基づいて前記穴の壁面を検査する際、前記ガイドと前記挿入シャフトとの間を介して、前記ガイドから突出する前記挿入シャフトの最先端部の外周面に沿って前記穴の奥に向ってガスを噴出させることを特徴とする。

本発明の穴検査方法によれば、挿入シャフトの外周面に沿って穴の奥に向ってガスを噴出させることにより、穴の壁面に付着した水滴、切粉、異物などの付着物を除去することができる。また、これにより、レンズ表面の曇りや水滴なども除去することができる。よって、検査精度を向上させることが可能となる。なお、穴は例えば燃料噴射装置を配置する穴である。

本発明の穴検査装置は、穴の壁面を検査する装置であって、先端に広角レンズを備え、前記穴に挿入される挿入シャフトと、前記挿入シャフトの先端側の部分を囲繞し、当該挿入シャフトの外周面との間に当該挿入シャフトの長手方向に延びるガス噴出路を形成するガイドと、前記ガイドの内部空間にガスを供給するガス供給部とから構成され、前記ガイドから突出する前記挿入シャフトの最先端部の外周面に沿って前記穴の奥に向ってガスを噴出するガス噴出機構とを備えることを特徴とする。

本発明の穴検査装置によれば、ガス噴出機構は、挿入シャフトの外周面に沿って穴の奥に向ってガスを噴出する。これにより、穴の壁面に付着した水滴、切粉、異物などの付着物を除去することができる。また、これにより、レンズ表面の曇りや水滴なども除去することができる。よって、検査精度を向上させることが可能となる。なお、穴は例えば燃料噴射装置を配置する穴である。

また、挿入シャフトの先端側の部分を、ガス噴出路のガス圧によって非接触でガイドの内部空間の中心に支持することができる。よって、挿入シャフトの先端側の部分を軸芯を合わせた状態で良好に支持することが可能となる。さらに、ガス噴出機構を備えた穴検査装置の先端部分を細く簡易な構成とすることが可能となる。

また、本発明の穴検査装置において、前記ガス供給部からガスが供給され、前記ガイドの基端側の鍔部を収容し、前記ガイドの内部空間に連通するガス室を有する支持体を備え、前記挿入シャフトは、その長手方向において前記ガイドと前記ガス室とを挿通するように配置されるとともに、基端側の部分が前記支持体に支持されることが好ましい。

この場合、挿入シャフトは、基端側が支持体で、先端側がガス圧でそれぞれ支持される。よって、挿入シャフトを安定して高精度に支持し、その先端部の位置ズレを低減することが可能となる。これにより、高価で大型の高精度なブッシュ機構を用いる必要がなく、支持体の小型化及び装置の低コスト化を実現することが可能となる。

さらに、ガイドの鍔部がガス圧でガス室の底面に押し付けられるので、ガス圧を超える外力がガイドに作用したとき、ガイドは移動する。よって、ガイドが穴の壁面に接触しても、ガイドが瞬間的に移動し、穴の壁面の損傷を最小限に抑えることができる。

本発明の実施形態に係る穴検査装置を示す概略断面図。 本発明の別の実施形態に係る穴検査装置を示す概略断面図。

本発明の実施形態に係る穴検査装置１０について図１を参照して説明する。穴検査装置１０は、穴状の検査対象物（以下、検査穴という。）の内壁面（以下、穴壁面という。）に巣穴等の欠陥が存在するかなどを検査するために使用される。

なお、検査穴は、例えば、直噴エンジンの燃料噴射装置（インジェクタ）を配置するために形成された穴であるが、その用途、形状、穴径、深さなどは限定されない。例えば、検査穴は、貫通穴であっても、底壁を有する穴であってもよい。また、検査穴は、穴径が一定のストレート穴であっても、穴径が漸次変化するテーパ穴であってもよい。

穴検査装置１０は、挿入シャフト１１、支持ブラケット（支持体）１２、ガイド１３、及びガス供給手段１４を備えている。

挿入シャフト１１は、全体外観として細長い棒状体であり、その長手方向（図１における上下方向。以下、上下方向ともいう。）の先端部分（下端部分）が検査時に検査穴内に挿入される。挿入シャフト１１は、その最先端部に魚眼レンズなどの広角レンズ１５を備えている。

ここでは、挿入シャフト１１は、内視鏡として構成されている。具体的には、挿入シャフト１１は、ステンレス鋼などの硬質材からなる円筒状の外殻を有している。そして、挿入シャフト１１は、図示しないが、広角レンズ１５を含むレンズ機構、及びＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる撮像素子などを先端部に内蔵している。

ただし、挿入シャフト１１は撮像素子などを内蔵するものに限定されない。例えば、挿入シャフト１１に内蔵されたレンズ機構や光ファイバを通じて、広角レンズ１５を介した穴壁面の画像が穴検査装置１０の外部に配置された撮像素子の撮像面に結像されるものであってもよい。

撮像素子で光電変換された穴壁面画像の画像信号は、信号線を介して、挿入シャフト１１内又は穴検査装置１０外部に存在する図示しない画像信号処理部に伝送され、映像信号が生成される。そして、生成された映像信号は穴検査装置１０外部の画像表示装置２０に出力され、画像表示装置２０の表示画面上に穴壁面の画像が表示される。

この画像を目視する検査員によって欠陥の有無等が検査される。或いは、図示しないが、生成された映像信号は映像解析装置に送信され、自動的に欠陥の有無等が判定される。

支持ブラケット１２は、ブラケット本体１６と２つの支持ブッシュ１７，１８とからなる。ブラケット本体１６は、ステンレス鋼などの硬質材からなり、第１支持部１６ａと第２支持部１６ｂとが連結部１６ｃで連結されて一体的に形成されている。

第１支持部１６ａは、先端側（下方側）に位置し、内部に円柱状の空間からなるガス室１６ｄが形成されている。ガス室１６ｄの上方は開放されている。そして、第１支持部１６ａの側壁にガス室１６ｄにガスを供給するためのガス供給口１６ｅが形成されている。なお、ガスは、窒素などの不活性ガスや空気であることが好ましいが、特に限定されない。

第１支持ブッシュ１７は、第１支持部１６ａの基端側（上方側）に図示しない留めネジなどで第１支持部１６ａに固定的に装着され、ガス室１６ｄの上側を密閉している。また、第１支持ブッシュ１７は、その中心部に貫通穴が形成されており、この貫通穴に挿入シャフト１１が気密に挿通されている。これにより、挿入シャフト１１の中間部は、第１支持ブッシュ１７によって固定的に支持される。

第２支持部１６ｂは、基端側に位置し、第２支持ブッシュ１８が装着される貫通穴が形成されている。第２支持ブッシュ１８は、その中心部に貫通穴が形成されており、この貫通穴に挿入シャフト１１が挿通されている。これにより、挿入シャフト１１の基端部は、第２支持ブッシュ１８によって固定的に支持される。

ガイド１３は、挿入シャフト１１の先端側の部分を囲繞してガイドするとともに、噴出ガスをガイドする。ガイド１３は、例えば、ポリアセタール等のエンジニアリングプラスチック樹脂などの耐磨耗性に優れた材料から形成されている。

ガイド１３の中心部には、挿入シャフト１１の長手方向（上下方向）に貫通する円柱状の貫通穴が形成されており、この貫通穴に挿入シャフト１１の先端側の部分が挿通されている。ただし、挿入シャフト１１の最先端部はガイド１３から突出している。なお、ガイド１３の内周面と挿入シャフト１１の外周面とは、正常時は非接触であり、その間には空隙が形成されている。この上下方向に延びる円筒状の空隙がガス噴出路Ｒとなっている。

ガイド１３は、第１支持部１６ａのガス室１６ｄの下方に形成された貫通穴の径と略同一の外径を有する円筒状のガイド本体部１３ａと、ガス室１６ｄの内径と略同一の外径を有する円環板状の鍔部１３ｂとが一体化して構成されている。そして、鍔部１３ｂはガス室１６ｄ内に収容されている。

これにより、ガイド１３は挿入シャフト１１の長手方向（上下方向）と直交する方向（図１における左右方向）には移動不能に、その鍔部１３ｂがガス室１６ｄ内を摺動する範囲内で上下方向に移動可能になっている。

ガス供給手段１４は、ホース１４ａ、ホース１４ａをガス供給口１６ｅに接続するためのコネクタ（接続具）１４ｂ、及び例えばコンプレッサ（圧縮機）、ガスボンベ、制御弁等からなるガス供給部１４ｃから構成されている。ガス供給部１４ｃのコンプレッサなどは、穴検査装置１０外部の制御装置３０に接続され、制御装置３０からの制御信号に従って作動し、ガス室１６ｄ内に高圧ガスを供給する。

以上のように構成された穴検査装置１０において、ガス供給手段１４からガス室１６ｄ内に供給された高圧ガスは、ガス噴出路Ｒを介して、挿入シャフト１１の外周面に沿って検査穴の奥方（下方）に向って噴出する。このように、穴検査装置１０におけるガス噴出機構１９は、ガス噴出路Ｒ、ガス室１６ｄ、ガス供給手段１４から構成されている。

以下、本発明の実施形態に係る、穴検査装置１０を使用した穴検査方法について説明する。

まず、切削加工等によって形成された検査穴の内部を水などで検査前に洗浄しておく。そして、穴検査装置１０の挿入シャフト１１の先端部を自動的に又は作業者が手動的に検査穴内に挿入させる。

この際、ガス供給手段１４から高圧ガスを供給する。ガス供給手段１４によって高圧ガスがガス室１６ｄに供給されると、ガス室１６ｄに高圧ガスが充満される。このガス圧により、ガイド１３の鍔部１３ｂはガス室１６ｄの底面に押し付けられる。

さらに、ガス室１６ｄに充満された高圧ガスは、ガス室１６ｄと連通するガイド１３と挿入シャフト１１との全周に亘る隙間であるガス噴出路Ｒを介して、ガイド１３の先端から挿入シャフト１１の外周に沿って検査穴の奥に向って、図１に矢印で示すように噴出する。

そして、挿入シャフト１１を必要に応じて検査穴の奥に徐々に移動させながら、穴壁面を撮像する。撮像した画像を展開処理などの適宜な画像処理を行った上で、画像表示装置４０に表示させた画像に基づいて検査員が目視で、又は図示しない映像解析装置で自動的に、巣穴等の欠陥の有無などを検査する。

ところで、加工、洗浄後の穴壁面には、洗浄に使用した水滴、洗浄で除去されなかった切粉や異物などの付着物が付着しているおそれがある。穴壁面に付着物が付着している場合、過検出が生じるおそれがあり、検査精度が低下する。さらに、洗浄直後の検査穴内は、高温、高湿度であり、広角レンズ１５の表面に曇りが発生しているおそれがある。レンズ表面に曇りが存在する場合、正確な画像を撮影することが困難になり、検査精度が低下する。

しかし、穴検査装置１０を使用した本穴検査方法では、挿入シャフト１１の先端部を検査穴内に挿入しながらガス噴出路Ｒからガスを噴出させて、挿入シャフト１１の先端部の外周面全体に沿って層流のガスを検査穴の奥に向って流す。これにより、図１に白抜き矢印で示すように負圧が発生し、穴壁面に付着した水滴、切粉、異物などの付着物は、挿入シャフト１１側に吸引され、確実に除去することができる。よって、検査精度を向上させることが可能となる。

さらに、検査穴外からエアブローして付着物を除去する方法と比べて、穴壁面の付着物を除去する効果を同等以上とすることも可能である。よって、検査前に検査穴内をエアブローする作業を廃止することも可能となる。

また、広角レンズ１５の表面近傍に、図１に矢印で示すように気流の渦が生じることにより、白抜き矢印で示すように、レンズ表面の付着物を引き剥がすような負圧が発生する。これにより、レンズ表面の水滴や曇りなどを確実に除去することができる。よって、高温高湿の環境下であっても、広角レンズ１５がクリアな状態で撮像することができ、検査精度を向上させることが可能となる。

さらに、これにより、水などで検査穴内を洗浄した場合であっても、乾燥するまで待機する必要がなく、洗浄直後に検査（撮像）することができる。よって、検査完了までに必要な時間を短縮化することが可能となる。

また、穴壁面やレンズ表面に付着した付着物を撮像と同時又は略同時に除去することができる。よって、洗浄後から撮像までの間に異物などが検査穴内に流入して、穴壁面やレンズ表面に付着物が付着するおそれは非常に小さい。

さらに、ガス噴出路Ｒには、パスカルの原理によって、挿入シャフト１１の外周面全周に亘って高いガス圧が等しく作用する。よって、挿入シャフト１１の先端側の部分をガス圧により非接触でガイド１３の内部空間の中心に支持させることでき、挿入シャフト１１を軸芯を合わせた状態で良好に支持することが可能となる。

そして、挿入シャフト１１の中間部及び基端側を２つの支持ブッシュ１７，１８でそれぞれ支持し、挿入シャフト１１の先端側をガス圧で支持している。これにより、挿入シャフト１１の軸芯ズレが防止され、軸芯ズレが生じても自動的に補正され、ガタ付きを低減することができる。

なお、この効果は、ガス室１６ｄの内壁面及びガイド１３の内壁面の垂直加工精度が良好であれば高い。よって、これらの加工精度を十分に確保することによって、高価で大型の高精度なブッシュ機構を用いる必要がなくなる。そのため、支持ブラケット１２の小型化、挿入シャフト１１の先端部の位置ズレ低減、及び低コスト化を実現することができる。

例えば、挿入シャフト１１の先端側を従来のようにブッシュ機構で支持した場合、ブッシュ機構を有する部分は大型化し、検査穴が細いと挿入することができない。そのため、特に深部まで細穴の壁面を検査する場合には、挿入シャフト１１の先端部に位置ズレが少なからず発生する。一方、穴検査装置１０では、ガイド１３を検査穴内に挿入できる範囲の細穴であれば、挿入シャフト１１の先端部付近での位置ズレを大幅に低減することができる。

さらに、ガス噴出路Ｒの長さが長くなるようにガイド１３のガイド本体部１３ａを長く設定することにより、乱流が発生せずに低損失でガスを噴出させることが可能になる。これにより、曇り止めや付着物の除去を効果的に行うことができる。

さらに、ガス圧で下向きにガイド１３の鍔部１３ｂをガス室１６ｄの底面に押し付けているので、ガス圧を超える外力が上向きに作用したとき、ガイド１３は上向きに移動する。このように、ガイド１３は外力に応じて容易に上方向に移動するように構成されている。

よって、ガイド１３が穴壁面に接触しても、ガイド１３は瞬間的に上方に移動するので、穴壁面の損傷を最小限に抑えることができる。

また、外部の障害物や穴壁面などがガイド１３に接触してガイド１３に上方向への大きな外力が作用した場合、ガイド１３が上方に移動する。これにより、ガイド１３の鍔部１３ｂがガス供給口１６ｅを閉鎖し、ガス供給手段１４からガス供給口１６ｅを介したガス室１６ｄへのガス供給が阻害される。

そこで、接触センサ等のセンサを細径の挿入シャフト１１などに設けることなく、供給ガス圧を検出する機構を穴検査装置１０の外部に設けることにより、障害物との接触の有無を検出することが可能となる。

さらに、ガイド１３が接触したことを検知した場合、警告を報知する、穴検査装置１０を自動挿入させている場合には挿入を非常停止するなどによって、穴壁面や穴検査装置１０の損傷を防止することが可能となる。

なお、挿入シャフト１１の突出量が短くするようにガイド１３の長さを設定すれば、挿入シャフト１１と穴壁面との接触をより確実に防止することができる。ただし、この場合、穴検査装置１０の先端部付近の外径が大きくなり、ガイド１３が穴壁面に接触するおそれが高くなる。よって、検査穴のテーパ角度などに応じて、挿入シャフト１１の突出量を適宜設定することが好ましい。

以上のように、穴検査装置１０を用いた穴検査方法では、穴壁面やレンズ表面の付着物除去、レンズ曇り止め防止、挿入シャフト１１の安定した支持という３つの効果を実現することができる。よって、穴壁面の検査精度が向上する。

以下、本発明の別の実施形態に係る穴検査装置５０について図２を参照して説明する。穴検査装置５０は、上述した穴検査装置１０と類似するので、異なる構成及び機能に関してのみ説明する。穴検査装置５０は、挿入シャフト１１が回転可能に構成されており、ＥＴ検査に好適に使用される。

ＥＴ検査は、測定プローブを定速回転させながら穴内部に挿入して、測定プローブ側面周りの穴壁面を検査するものである。ＥＴ検査によれば、測定プローブと被検査対象の電磁誘導によって、画像検査では判別不能な微細な傷及びその深さ、又は、穴壁面に現れない内部の巣穴等の欠陥を検出することができる。穴検査装置５０をＥＴ検査に用いる場合、挿入シャフト１１が測定プローブとして機能する。

挿入シャフト１１には、ガイド１３の内周面と対向する外周面にタービン羽根５１が固定されている。そして、挿入シャフト１１は、２つの支持ブッシュ５２，５３にそれぞれ回転可能に支持されている。また、挿入シャフト１１の基端部には、挿入シャフト１１の回転数を検出するロータリエンコーダ５４が設けられている。

穴検査装置５０を使用した穴検査方法では、ガス噴出路Ｒを流れるガスによって挿入シャフト１１が回転する。よって、ガス室１６ｄ内を一定圧に保持すれば、挿入シャフト１１は定速回転する。なお、ロータリエンコーダ５４で検出した回転数に基づくフィードバックによって、ガス室１６ｄに供給する高圧ガスの流量を制御することによって、挿入シャフト１１の回転速度を制御してもよい。

穴検査装置５０を用いた穴検査方法でも、穴検査装置１０を用いた穴検査方法と同様に効果を得ることができる。

さらに、従来のＥＴ検査では、ＤＣモータ等を動力源として測定プローブを回転させていた。一方、穴検査装置５０では、ＤＣモータ等の動力源を別途必要とせず、タービン羽根５１等を追加するだけで、測定プローブとしての挿入シャフト１１を回転させることができ、回転機構を簡略に構成することが可能である。また、付着物を除去しながら検査を行うことができる。

タービン羽根５１は、付着物の除去に必要な気流の圧力や流量に合わせて、挿入シャフト１１が最適な回転数で定速回転するように選定すればよい。そして、ガス室１６ｄ内を所定の一定圧とすれば、挿入シャフト１１が安定して定速回転するとともに、穴壁面やレンズ表面の付着物を確実に除去することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、支持ブラケット１２が第２支持部１６ｂを有さず、挿入シャフト１１の基端側が支持ブッシュ１８で支持されていなくてもよい。また、挿入シャフト１１、ガイド１３及びガス室１６ｄの断面が円形である場合について説明したが、これらの断面は円形に限定されず、多角形などの任意形状であってもよい。

１０，５０…穴検査装置、 １１…挿入シャフト、 １２…支持ブラケット（支持体）、 １３…ガイド、 １３ａ…ガイド本体、 １３ｂ…鍔部、 １４…供給手段、 １４ａ…ホース、 １４ｂ…コネクタ、 １４ｃ…ガス供給部、 １５…広角レンズ、 １６…ブラケット本体、 １６ａ…第１支持部、 １６ｂ…第２支持部、 １６ｃ…連結部、 １６ｄ…ガス室、 １６ｅ…ガス供給口、 １７，５２…第１支持ブッシュ、 １８，５３…第２支持ブッシュ、 １９…ガス噴出機構、 ２０…画像表示装置、 ３０…制御装置、 ５１…タービン羽根、 ５４…ロータリエンコーダ、 Ｒ…ガス噴出路。

Claims (5)

1. 穴の壁面を検査する方法であって、
   先端に広角レンズを備え、先端側の部分がガイドで囲繞された挿入シャフトを前記穴へ挿入させて、前記広角レンズを通じた画像に基づいて前記穴の壁面を検査する際、
   前記ガイドと前記挿入シャフトとの間を介して、前記ガイドから突出する前記挿入シャフトの最先端部の外周面に沿って前記穴の奥に向ってガスを噴出させることを特徴とする穴検査方法。
2. 前記穴は燃料噴射装置を配置する穴であることを特徴とする請求項１に記載の穴検査方法。
3. 穴の壁面を検査する装置であって、
   先端に広角レンズを備え、前記穴に挿入される挿入シャフトと、
   前記挿入シャフトの先端側の部分を囲繞し、当該挿入シャフトの外周面との間に当該挿入シャフトの長手方向に延びるガス噴出路を形成するガイドと、前記ガイドの内部空間にガスを供給するガス供給部とから構成され、前記ガイドから突出する前記挿入シャフトの最先端部の外周面に沿って前記穴の奥に向ってガスを噴出するガス噴出機構とを備えることを特徴とする穴検査装置。
4. 前記ガス供給部からガスが供給され、前記ガイドの基端側の鍔部を収容し、前記ガイドの内部空間に連通するガス室を有する支持体を備え、
   前記挿入シャフトは、その長手方向において前記ガイドと前記ガス室とを挿通するように配置されるとともに、基端側の部分が前記支持体に支持されることを特徴とする請求項３に記載の穴検査装置。
5. 前記穴は燃料噴射装置を配置する穴であることを特徴とする請求項３又は４に記載の穴検査装置。

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