JP6490083B2 - 中空弁の肉厚の超音波測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、中空弁ヘッドを有するかあるいは有しない中空弁の肉厚を測定するための方法に関する。本発明は、さらに、中空弁ヘッドを備えた中空弁を製造するための方法に関する。

その精密な実施形態のため、中空弁は往々にして高い品質が要求され、そのため１００％検査にサンプルが含まれなければならない。特に、所定の肉厚を維持することは、そのような中空弁における重要な品質要素である。単に穴あけされた中空弁における最もシンプルな場合では、これはステムの肉厚と、ここで特に、当該穴において存在し得る中心オフセットとであり、当該中心オフセットは中空弁のステムの肉厚に影響する。この場合、このことは、少なくとも２箇所もしくはより好ましくは４箇所、または理想的には周囲に沿って連続的に肉厚を測定することにより確認され得る。成形されかつ互いに溶接されたシートメタル部品で作られた組み立てられた中空弁の場合には、ブランクにおける肉厚測定または完成して実装された弁における肉厚測定が同様に必須な品質の要点である。なぜなら、成形や溶接のプロセスを通じて肉厚の変化が生じ得るためである。一方、電解加工（ＥＣＭ）によって弁ヘッド内に空洞が形成される中空弁の場合には、同様に肉厚の測定が非常に重要である。なぜなら、電解加工は、視認性に乏しくかつそれ故に制御性に乏しく、さらに、例えばドリルによって空洞を形成する場合のようにはソリッドカッターによって規定されていないためである。同時に、電解加工では湾曲していて平坦でない表面が作り出され、電解加工は加えてまたアンダーカットを形成する。ここで、ステムおよびプレートベースにおいて比較的複雑でない態様で肉厚をなお触覚的に測定できるなら、これに伴う困難は斜面部の領域における肉厚の測定のみである。しかしながら、ステムの領域における肉厚の測定は、また既に、比較的長い測定時間および触覚アプローチを必要としている。さらには、ブランクしか測定することができない。なぜなら、完成した弁は冷却媒体で満たされて閉じられており、概して触覚アプローチのためのいかなるアクセスも不可能であるためである。測定時間を短縮するため、およびまた斜面部の領域においてできるだけシンプルに肉厚を測定できるようにするために、超音波測定を使用することができる。しかしながら、超音波測定は往々にして湾曲面およびしたがって一定でない厚みまたは逆向きの面の場合に困難を伴う。

特許文献１から、溶接された中空梁の肉厚を測定するための超音波による方法が知られており、中空梁の内部はシール要素によって端部が気密態様で閉じられていて負圧または正圧が作用している。次に、実質的に溶接継ぎ目の領域に向けられた音響センサを有して中空梁内を移動可能な検査ユニットによってノイズレベルが測定される。当該ノイズレベルは中空梁の溶接継ぎ目のクラックにおける流入空気または流出空気によって生じる。流れノイズによって検知されるクラックの位置を突き止めるために、音響センサのそれぞれの移動距離が経路長測定ユニットによって測定される。この方法は、しかしながら、比較的大きな直径を有する中空領域に対してしか適用できない。

特許文献２から、パイプにおける超音波厚み測定のための装置が知られており、当該装置は、計測されるパイプラインの内部を移動し、かつハウジングを有しており、当該ハウジング内には測定および測定データの処理、蓄積のためのいくつかの器具が収容されている。これらの器具は、直列に接続された、始動パルスジェネレータ、超音波伝達器、増幅器、アナログ入力式のコンパレータ、デジタルクロックタイマ、プロセッサ、およびデジタルデータメモリを有している。この装置は、またしかしながら、測定されるパイプラインの内部を移動するので、ここでまた、空洞がある程度の直径を有している必要がある。

独国特許第１０２００７０１１４４５号明細書 独国実用新案第２０２０７６８４号明細書

本発明は、中空弁ヘッドを有するかあるいは有しない中空弁の肉厚を測定するための方法を提示するという問題に関する。当該方法により、特にまた、中空弁ヘッドを有する電解加工によって製造された中空弁が、その肉厚に関して正確な態様で検査され得る。

この問題は、本発明にしたがって独立請求項１の主題によって解決される。有利な実施形態は従属請求項の主題である。

本発明は、中空弁のうち正確に選択された所定の箇所に特定の態様で超音波センサを配置し、これにより肉厚の正確な測定を行うという一般的概念に基づいている。中空弁ヘッドを有するかあるいは有しない中空弁の肉厚を測定するための本発明に係る方法では、したがって少なくとも１つの超音波センサを用いてステムの領域において肉厚が測定され、この場合において超音波センサは、ステムの表面に対して、放射する超音波が当該表面に垂直に導入され得る態様で向けられる。加えてまたはその代わりに、中空弁を有する中空弁の斜面部の領域の肉厚が同様に少なくとも１つの超音波センサを用いて測定され、この場合において超音波センサは斜面部の場所に配置され、当該場所では中空弁の空洞の内側接線が斜面部の外側接線と平行に延び、また同時に、超音波センサは、これら２つの接線に対して、放射する超音波がこれらの接線および斜面部の表面に垂直に導入される態様で向けられる。本発明に係る方法によると、例えば０．８〜３ｍｍといった比較的薄い肉厚を極めて精確に測定できるのみでなく、特にまた電解加工によって作製された弁ヘッド内の空洞を有する中空弁の肉厚を正確に検出することができ、それにより中空弁の領域における比較的高い品質要求を満たすことができる。斜面部の領域における超音波センサが配置される必要のある箇所は、設計エンジニアによってあらかじめ規定され得、そのため対応する試験装置は当該箇所の超音波センサに所定の態様で適合する。

本発明に係る方法の有利な別の展開では、超音波センサがプレート平面に対して２０°＜α＜４０°の範囲の角度をなすように配置される。通常、この角度範囲内に、両方の湾曲面、すなわち内側の空洞表面および外側の斜面部表面の接線が互いに平行に延びる箇所が存在している。この箇所の正確な決定およびこの角度範囲の選択を通じて、測定または試験の高い繰り返し精度がまた実現可能となる。

好適には、測定は、流体、特に油、コンタクトゲルまたは防食性の水の中で行われる。音波の伝達のために、超音波センサは、センサヘッドと弁との間のギャップを埋められるようにするための適当な媒体を必要とする。このことは、例えばコンタクトゲルによって実現されてもよい。しかしながら、中空弁の全体、少なくとも測定される部分を、超音波センサが沈められる流体中に沈めることがより好ましい。これは準備するのがシンプルでかつコスト効率に優れる。なぜなら、流体は長時間にわたって使用され得る一方、コンタクトゲルは使用後に洗い流す必要があるためである。

概して、ステムの領域または斜面部の領域の両方の外面における中空弁の表面品質はＲｚ２５程度、特にＲｚ１２より小さくあるべきであり、またさらに、肉厚測定を誤らせるであろう溝をほとんど有しないべきである。

本発明に係る方法の別の有利な実施形態では、測定される中空弁が測定の間回転させられるか、あるいは、２つか４つの超音波センサが測定される中空弁に同時に向けられる。１つだけの超音波センサを使用する場合、中空弁をそのステム軸回りに単純に回転させることによって異なる測定箇所にアプローチすることができる。全体として測定時間を短縮するために、もちろんまた複数の超音波センサが設けられて周方向において分散配置されてもよく、当該複数の超音波センサは好ましくは肉厚測定を同時に実行し、それにより特にまた２つの測定の間における中空弁の回転が省略され得る。ここで、もちろん、どの箇所で、例えば弁ベースの下側または上側で測定が行われるかは重要でない。

本発明は、さらに、中空弁ヘッドを有する中空弁を製造するための方法を提示するという一般的概念に基づいている。当該方法では、穴あけおよび／または電解加工（ＥＣＭ）によって、中空弁の内部または当初はまだ中実弁として構成された弁の内部に空洞が形成される。空洞の形成に続いて、中空弁の肉厚が、ステムおよび／または斜面部において上述した方法により測定される。このことは、製造工程の早い段階に肉厚測定を組み入れ、そのために不適切な肉厚を有する中空弁が良いタイミングで、特にさらなる高コストな製造工程（研磨／コーティング）の前に排除されるという大きな利点をもたらす。これにより、製造工程が全体としてよりコスト効率に優れたものとして構成され得る。加えて、限られたスペース、および細いステム穴を通じた唯一のアクセス可能性のために、触覚的測定は特別で非常に手の込んだ測定装置によってのみ可能であり、当該測定装置はまた長い測定時間のために連続的測定にはほとんど適さないだろう。さらに、触覚的測定は、完成して実装された、冷却媒体で満たされて閉じた弁ステムを有する弁においてはもはや実行不可能である。

本発明の別の重要な特徴および利点は、従属請求項から、図面から、および図面を参照した関連する図の説明から明らかになるだろう。

上述したあるいは後述する特徴は、それぞれに示された組み合わせにおいてのみでなく、本発明の範囲を逸脱することなく他の組み合わせまたは単独でも用いられ得ることを理解されたい。

図１は、弁ステムの領域における肉厚測定の間の中空弁の縦断面図である。 図２は、電解加工によって作られた空洞の領域の、当該領域における肉厚測定の間の中空弁の縦断面図である。 図３は、本発明に係る方法を実行するための装置を示す図である。 図４は、肉厚の変化を可視化するためのグラフである。 図５は、全部で４つの超音波センサを備えた、図３の本発明に係る装置を示す図である。

以下、本発明の好ましい例示的な実施形態について図示すると共に詳細に説明する。同じ参照符号は同一のもしくは類似の、または機能的に同一の構成要素を示す。

図１によると、中空弁１の肉厚ｂ_ｓが弁ステム２の領域において少なくとも１つの超音波センサ３により測定される。ここで、超音波センサ３は、放射する超音波が弁ステム２の表面に垂直に導入されるような態様で当該表面に対して向けられていて、ここでしたがって中空弁１の軸に対して垂直に向けられている。ここで、超音波センサ３は、放射のためのみでなく、反射した超音波信号の受信のためにも構成されており、当該超音波信号はその後、測定ユニット４により測定される。図１からわかるように、中空弁１は穴あけされた空洞５を有しており、当該空洞５は弁ステム２にわたってのみでなく、弁ヘッド６の領域まで延びている。

それに対して、図２に示す中空弁１はその弁ヘッド６の領域に電解加工（ＥＣＭ）によって作られた空洞５’を有している。ここで、そのような態様で作られた空洞５’の肉厚ｂ_１または肉厚ｂ_２は、空洞５’の作製プロセスのために、測定するのが明らかにより難しい。ここで、肉厚ｂ_１は弁ベース７の領域のものであり、当該弁ベース７はプレート平面８により規定されている。他方、肉厚ｂ_２は斜面部９の領域のものである。肉厚ｂ_２を測定するために、超音波センサ３は斜面部９の場所に配置され、当該場所では空洞５’の内側接線１０が斜面部９の外側接線１１と平行に延びている。ここで、超音波センサ３は、放射する超音波が中空弁１の弁ヘッド６へと表面に対して垂直にかつ同時に２つの接線１０，１１に対して垂直に導入される態様で、これらの接線１０，１１に向けられている。超音波を垂直に導入することにより、肉厚を正確に測定することができる。

図２をさらに見ると、超音波センサ３がプレート平面８に対して２０°＜α＜４０°の範囲の角度をなすように配置されていることがわかる。この角度位置内に、通常、２つの接線１０，１１が互いに平行に延びる場所が存在する。

図３には、測定方法を実行するための装置１２が示されており、当該装置１２は測定される弁を保持するアーム１３を有している。ここで、このアーム１３は、弁ステム２または斜面部９の領域において複数の測定点または複数の肉厚ｂ_ｓ，ｂ_２が測定され得るように、測定される中空弁１を弁軸１４回りに回転させることができるのみでなく、加えて、肉厚ｂの実際的な測定が流体１５内で行われるように、測定される中空弁１を流体１５、例えば油または防食性の水に沈めることもできる。これは、まず塗布して測定後に再び除去する必要のあるコンタクトゲルによる測定に比べて、著しくよりシンプルに、よりコスト効率に優れ、かつより良く自動化可能な態様で実現され得る。

できるだけ高い品質基準を実現するために、肉厚ｂ_１もしくは肉厚ｂ_２または弁ステム２の肉厚ｂ_ｓの検査は複数箇所で行われるべきであり、そのためには基本的に２つの異なる方法が存在する。図３に示す装置１２によると、測定される中空弁１は、測定の間においてまたは２つの測定の間において、その弁軸１４回りに回転させられる。これに代えて、２つまたは、図５に示すように４つの超音波センサ３を測定される中空弁１に同時に向けることも考えられ、それにより特にまた肉厚測定を実行するためのサイクル時間が短縮され得る。

図４には２つのグラフが示されており、当該グラフは不合格品（上図）および合格品（下図）における弁ステム２の肉厚の変化を示している。ここで、下に示されている合格品における肉厚変化はゼロ線付近を推移している一方、上図の不合格品では肉厚変化が比較的広範囲に分布していることが明らかに見て取れる。そのような不合格品は、したがって、中空弁１の製造工程の早い段階で、特に空洞５，５’の作製の直後に、さらには例えば研磨またはコーティングのようなより高コストで作業集中的な製造工程の前に不合格にされることが好ましい。

本発明に係る方法および本発明に係る装置１２によると、したがって、製造される中空弁１の１００％検査を実行することができ、それにより高い品質が保証され得る。

Claims (7)

1. 中空弁ヘッド（６）を有するかあるいは有しない中空弁（１）の肉厚（ｂ）を測定するための方法であって、
   弁ステム（２）の領域における肉厚（ｂ_ｓ）を少なくとも１つの超音波センサ（３）を用いて測定し、ここで、上記超音波センサ（３）を、上記弁ステム（２）の表面に対して、放射する超音波が該表面に垂直に導入される態様で向け、および／または、斜面部（９）の領域における肉厚（ｂ_２）を少なくとも１つの超音波センサ（３）を用いて測定し、ここで、上記超音波センサ（３）を、上記斜面部（９）の場所に配置し、該場所では空洞（５’）の内側接線（１０）が上記斜面部（９）の外側接線（１１）と平行に延び、また、上記超音波センサ（３）を、放射する超音波が表面に対して垂直に導入される態様で上記接線（１０，１１）に対して向け、
   上記超音波センサ（３）を、プレート平面（８）に対して２０°＜α＜４０°の範囲の角度をなすように配置する
   ことを特徴とする方法。
2. 請求項１において、
   上記測定を、流体（１５）の中で、特に油または防食性の水の中で行う
   ことを特徴とする方法。
3. 請求項１または２において、
   測定される上記中空弁（１）を、上記測定の間において回転させ、
   または、
   同時に２つまたは４つの上記超音波センサ（３）を、測定される上記中空弁（１）に向ける
   ことを特徴とする方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   上記弁ステム（２）および／または上記斜面部（９）の領域における上記肉厚（ｂ_ｓ，ｂ_２）を、上記中空弁（１）の周囲の少なくとも４箇所において測定する
   ことを特徴とする方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、
   上記弁ステム（２）および／または上記斜面部（９）および／または弁ベース（７）の領域における上記肉厚（ｂ_ｓ，ｂ_１，ｂ_２）を、閉じた空洞（５，５’）を有するブランクまたは完成した上記中空弁（１）において測定する
   ことを特徴とする方法。
6. 請求項５において、
   上記弁ベース（７）の領域における上記肉厚（ｂ_１）を、少なくとも１つの超音波センサ（３）によって測定し、ここで、上記超音波センサ（３）を、上記弁ベース（７）の表面に対して、放射する超音波が該表面に垂直に導入される態様で向ける
   ことを特徴とする方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項において、
   上記測定の間、測定される上記中空弁（１）と上記少なくとも１つの超音波センサ（３）との間において、上記弁ステム（２）の軸方向において相対移動を行わせる
   ことを特徴とする方法。