JPS5828525B2 - 連続波動による表面欠陥検知方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は釉薬をかけたタイル表面、光訳を有する塗装面
等比較的平滑な表面を有する被検査物体に存在する表面
欠陥を波動を利用して検知する方法に関する。

ここに「表面欠陥」とは、被検査物体表面の傷及び該表
面に付着した異物等、表面仕上り不良と判断される一切
の表面状況をいう。

波動を利用して物体を検知する方法としては従来からレ
ーダ装置及びソナー装置を使用する方法があった。

これらの方法はいずれも物体の寸法より十分短い波長の
波動を一定周期のパルス信号に同期させて断続的に物体
の表面に放射し、該断続的放射波動の物体表面からの反
則波を受波器で受波し、該反射波が如何なる状態の物体
表面から反射されたものであるかを識別するものであっ
た。

しかし、かかる方法によって微小な表面欠陥を検知する
には分解能を向上させるために、放射波動の断続間隔を
決定するパルス信号のパルス波長を予測される表面欠陥
寸法より十分短かくすると共に、送波器からの放躬波動
の波長を前記パルス波長より十分短かくしておく必要が
あるばかりでなく、更に放射波動のビーム幅（ビームの
広がり）をも前記表面欠陥寸法より十分小さく絞ってお
かなければならない。

このため従来法により表面欠陥を検知する場合において
は、 （１）被検査面の揺動等により反則波の方向が僅かにず
れてもビーム幅が狭幅であるため受波器における受波不
能現象を招来する。

（２）従ってまた送波器、受波器及び被検査物の位置決
定に極めて精密な調整を要する。

（３）ビーム幅が狭幅であるため、被検査面が広い場合
には検査のための走査時間が極めて長時間に亘る。

等の不都合があった。

従って多数の被検査物を逐次連続的に検査する場合の如
く、検査装置へ送導するためにベルトコンベア等、若干
の揺動を伴う機械的送導装置を用いざるを得ない場合に
おいては従来法の実用性は皆無に等しかった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであって、検
知に用いる放射波動として、ビーム幅の比較的広い連続
波動を使用して実用性を高めた新規な表面欠陥検知方法
を提供することを目的とする。

本発明をその実施例を示す図面に基いて説明すると以下
のとおりである。

すなわち本発明に係る表面欠陥検知方法（以下単に本発
明方法という）は適宜の送波器を用いて、該送波器と相
対移動する被検査物体の表面に音波等の連続波動を広幅
の拡散性ビームとして放則し、前記送波器との相対位置
を固定した受波器によって、被検査物体表面からの反則
波動を、広幅拡散性ビームの状態のまま受波し、表面欠
陥に基因して前記反則波動に生じた振幅、位相又は周波
数の変動を、前記受波器の後段に接続した微分回路等の
検出回路により電気的に検知することを特徴とするもの
である。

いま、本発明方法をタイルの表面欠陥を検知するために
実施する場合を例にとって説明すると以下のとおりであ
る。

第１図は、本発明方法の実施によりタイルの表面欠陥を
検知する装置を示すものであって１は発振器、２は電力
増幅器、３は直径１０Ｒグ程度のセラミック振動子から
なる送波器、４は同じくセラミック振動子からなる受波
器、５は増幅器、６はＡＭ検波を行う検出器、７は微分
器であって、送波器３及び受波器４は、コンベア１３上
に載置されて白抜矢符方向に送導されるタイル１２の表
面１２ａからｌＯ〜２０７Ｉｇｔ程度の高さ位置に傾祠
角度を等しくし、互に相対位置を固定して配置されてい
る。

８は比較器であって制御端子８ｃＫ電圧が入力されてい
る時間内に、その入力端子８ａに設定電圧レベルを越す
入力信号が加わると出力端子８ｂからパルス信号を発す
るようになっている。

９．１０はいずれもリミットスイッチ等から構成される
通過検出器であって、タイル表面１２ａに散剤された放
射波動のビーム（破線矢符で図示）がタイルの送導方向
に関して有する幅の後端部位Ａ又は前端部位Ｂからビー
ム内へ僅かに寄った位置にそれぞれの検出部９ａ＋１０
ａが設けられており、通過検出器９（または１０）はタ
イル１２が検出部９ａ（または１０ａ）を通過する聞出
力信号を継続して発する。

１１は通過検出器９．１０と比較器８の制御端子８ｃの
間に設けた論理和回路、１４は比較器８に接続され、パ
ルス信号の入力により動作しクイル１２上にマークを付
し、又はタイル１２をコンベア１３上から排除してタイ
ルの選別を自動的に行う選別器である。

上述の装置の動作を第２図の波形図に基いて説明すると
、まず発振器１で約５００ＫＨｚの正弦波を発生させ、
電力増幅器２で増幅及びインピーダンス整合を行った後
、送波器３に入力する。

送波器３への入力電圧ａの波形は第２図ａに示す如きも
のとなる。

送波器３は入力電圧ａをこれと同様の波形を有する約５
００ ＫＨｚの超音波の連続波動に変換する。

該超音波は送波器３を構成するセラミック振動子の直径
に略々等しい約ＩＱＭｇの比較的広い幅の拡散性ビーム
となってコンベア１３又はこれに載置されて送導される
タイルの表面１２ａ上に散剤される。

なお、本明細書において「拡散性ビーム」とは、ビーム
幅が送波器からの距離に応じて増大するか、少くとも不
変であって、減少しないビームを言う。

コンベア１３０表面は粗面であるためコンベア１３に当
った超音波の広幅拡散性ビームは該粗面で散乱し、受波
器４は反則波動の極く一部を受渡するに止まる。

従って受波器４の出力はこの場合殆んど零である。

タイル１２の前端が超音波の広幅拡散性ビームの後端部
位Ａ点に来大した時点以後は、超音波の広幅拡散性ビー
ムが平滑なタイルの表面１２ａで反則され、第２図すに
示す如き広幅の拡散性反則波動は、受波器４によってそ
のまま、すなわちビームを絞り込むことなく受波される
。

該反則波動の受波はタイル１２の後端が超音波ビームの
前端部位Ｂ点を通過するまで継続され、その後は受波器
４による受波量が再度、殆んど零になる。

このときコンベア１３上の移動に伴ってタイル１２がわ
ずかに上下揺動することは避は難く、そのためにタイル
表面１２ａからの反則波動の方向に若干のずれを生じる
けれども、本発明方法で使用する超音波ビームのビーム
幅は従来のように狭いものではなくて、広幅で且つ拡散
性であるため、受波器４はタイル表面１２ａからの広幅
の反則波動を常に受波し得る。

ところでタイル１２の表面１２ａに表面欠陥が存在する
ときには、タイル１２が超音波ビーム内を通過する際、
その表面欠陥が広幅拡散性の超音波ビームのうち、その
一部分を散乱反射するので、その反則波動は第２図すに
矢符で示す如く、広幅反射ビームのうちの前記散乱部分
に相当する部分で振幅が低減する。

受波器４が受波した第２図すに示す如き反則波動は電気
信号に変換され増幅器５により増幅された後、検出器６
によりＡＭ検波され、検出器６は第２図Ｃに示す如き出
力信号を出力する。

もつともタイル１２を送導するコンベア１３の移動に伴
う微小な揺動は避は難いため、該揺動に基因して反射波
動の振幅が変化し、検出器６の実際の出力信号は第２図
Ｃに示す波形の上に、前記揺動に基因する低周波が重畳
した第２図ｄに示す如き形状となることが多い。

検出器６の出力信号は微分器１に入力されるので、微分
器７の出力信号は第２図ｅに示す如く、タイル１２の前
端が超音波ビームの後端部位Ａに達して受波器４が反則
波動の受波を開始する時点及びタイル１２の後端が超音
波ビームの前端部位Ｂを通過して受波器４が反射波動の
受波を停止する時点並びに表面欠陥に基因して受波器４
が受波する反則波動の振幅が急減、急増する時点におい
て夫々正又は負の尖頭パルスＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを
有する形状となる。

前述のコンベア１３の揺動に基因する低周波の信号は微
分器１の時定数を適尚に選択して、微分器７をバイパス
フィルタとして機能させているので第２図ｅの出力信号
中には現れない。

他方、通過検出器９，１０は、前述の如く夫々の検出部
をクイル１２が通過する聞出力信号を発するので、通過
検出器９の出力信号波形は、第２図ｆに示す如く、また
通過検出器１０の出力信号波形は、第２図ｇに示す如く
なっている。

従って論理和回路１１は第２図りに示す如く、受波器４
がタイルの表面１２ａからの受渡を開始した直後から、
受波を終了する直前までの時間Ｔだけ比較器８の制御端
子８ｃへ出力信号を発する。

その結果比較器８は、その入力端子８ａに入力してくる
第２図ｅに示す如き電圧信号が前記時間Ｔの間に設定レ
ベルを超える場合にのみパルス信号を発することになる
が、第２図ｅと第２図りとの比較から明らかな如く尖頭
パルスＰａ、Ｐｂは前記時間Ｔ外に発生するので、比較
器８が第２図ｉに示す如きパルス信号Ｐを発するのはタ
イルの表面１２ａに表面欠陥が存在し、且つ該表面欠陥
に対応して生じる尖頭パルスＰｃ 、Ｐｄのレベルが第
２図ｅに一点鎖線で示す設定電圧レベルを越えるときに
限られる。

前記パルス信号Ｐが発せられると選別機１４の作動によ
り表面欠陥を有するタイルは不良マークを付され又はコ
ンベア１３から排除される。

本発明方法の実施によれば上述の如くコンベア１３によ
り連続的に送導されるタイル１２に対し表面欠陥の有無
を順次検知し表面欠陥を有するタイル１２を自動的に選
別することが可能になる。

またオシロスコープ等の表示装置を用いて微分器７の出
力信号を表示させ尖頭パルスＰｃ、Ｐｄの存在を目視観
察することにより表面欠陥の有無を検知することも可能
である。

ところでセラミック振動子なとの超音波発振子の最大径
には共振周波数選定上並びに機械的強度上からも制約が
あり、従ってまた、超音波ビームの幅にも一定の限界が
あるため、広幅のタイルの検査を行う場合は例えば第３
図に示す如く複数の送波器３ａ、３ｂ・・・・・・３ｎ
をタイルの送導方向と直角な方向、すなわちタイルの幅
方向に並列配設すると共に、これらに対応させて受波器
４ａ、４ｂ・・・・・・４ ｎ ｓ増幅器５ａ 、５ｂ
・・・・・・５ｎ、検出器５ａ、５ｂ・・・・・・６ｎ
を設け、検出器６ａ、６ｂ・・・・・・６ｎの出力端子
は和回路１５を介して微分器Ｔに接続する等して複数の
送波器３ａ 、３ｂ・・・・・・３ｎが放射する広幅拡
散性の超音波ビームにより広幅タイルに対する一斉走査
を行うのが適当である。

なおタイル等被検査物体に表面欠陥が存在する場合は前
述の如く広幅反射波動の振幅が一部低減するのみならず
、これと同時にその位相及び周波数も変化する。

従って広幅反則波動の位相又は周波数の変動を検出する
ことによっても表面欠陥の有無を探知することが可能で
あり、その場合における検出器６としては、位相変動を
検出するときは位相検波器、周波数変動を検出するとき
はＦＭ検波器を用いる。

また前述の実施例においては、被検査物体に放射すべき
連続波動として超音波を用いることとしたが、被検査物
体の物理的性質、表面状態等により適宜の連続波動を使
用し得る。

すなわち、吸音性の被検査物体に対しては光波又は電磁
波を、表面に平面模様又は色彩を有する被検査物体の表
面形状欠陥の検出には音波を、表面形状以外に色彩又は
図形についての欠陥をも同時に検出する必要がある場合
は光波を利用するのが適当である。

以上を要するに検知に用いる放射波動として連続波動を
使用しているため、放射波動のビーム幅を比較的広くと
った場合においても構成の簡単な装置によって反射波動
における振幅、位相又は周波数の変動を容易に検知する
ことが可能になるので、従来法においてみられた如きビ
ーム幅が狭いことに基因する種々の不都合がすべて解消
できる。

従って、本発明方法の実施によれば多数の被検査物体に
対し連続的に表面欠陥の有無を検知することが実用上見
地からも十分に可能となる等、本発明方法がこの種の表
面検査技術の向上に寄与する所は多大である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであって第１図は本発
明方法の実施に使用する表面欠陥検知装置のブロック線
図、第２図ａ乃至１は表面欠陥検知装置の各構成部材に
おける入力信号又は出力信号の波形図、第３図は本発明
方法を広幅の被検査物体に対して実施する場合の表面欠
陥検知装置のブロック線図である。 １・・・・・・発振器、２・・・・・・電力増幅器、３
・・・・・・送波器、４・・・・・・受波器、５・・・
・・・増幅器、６・・・・・・検出器、７・・・・・・
微分器、８・・・・・・比較器、９，１０・・・・・・
通過検出器、１１・・・・・・論理和回路、１４・・・
・・・選別機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 適宜の送波器を用いて、該送波器と相対移動する被
   検査物体の表面に音波等の連続波動を広幅の拡散性ビー
   ムとして放射し、前記送波器との相対位置を固定した受
   波器によって、被検査物体表面からの反射波動を、広幅
   拡散性ビームの状態のまま受波し、表面欠陥に基因して
   前記反射波動に生じた振幅、位相又は周波数の変動を、
   前記受波器の後段に接続した微分回路等の検出回路によ
   り電気的に検知することを特徴とする連続波動による表
   面欠陥検知方法。