KR100839279B1 - 리크 테스터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저렴하고, 또한 소형이고, 자동적이고 또한 고정밀도로 피측정물의 리크 판정을 행하는 리크 테스터를 제공한다. 본 발명의 리크 테스터는 피측정물 내를 가압하는 가압 장치와, 제1 가압 동작과, 제2 가압 동작을 행하도록 상기 가압 장치를 제어하는 가압 제어부와, 상기 제1 가압 동작 정지 시에 있어서의 피측정물 내의 압력치 및 상기 제2 가압 동작 정지 후에 있어서의 피측정물 내의 압력 변화량을 검출하는 압력 검출부와, 적어도 상기 압력치를 기초로 하여 상기 피측정물의 용적을 추정하는 용적 추정부와, 압력 변화 정보와, 상기 압력 변화량을 기초로 하여 상기 피측정물의 리크 상태를 판정하는 리크 판정부를 갖는다.

리크 테스터, 내시경, 게이지압 센서, 스위치, 릴리프 밸브

Description

리크 테스터 {LEAK TESTER}

본 발명은 기밀성의 물품, 예를 들어 내시경의 리크를 검지하는 리크 테스터에 관한 것이다.

예를 들어, 내시경은 재사용하는 의료 기기이기 때문에, 세정 및 소독을 빠뜨릴 수 없다. 이때, 내시경에 핀 홀이나 접속부의 헐거움이 있던 경우, 내시경의 내부에 물이나 소독액 등의 액체가 침입하여 광파이버나 CCD 등의 전기계 고장의 원인이 될 우려가 있다. 이로 인해, 이와 같은 것을 미연에 방지하기 위해, 내시경은 리크 테스트를 행할 필요가 있다.

내시경과 같은 기밀성의 피측정물에 대한 리크 테스트 방법으로서는, 피측정물을 물에 침지하고, 내부에 가압 공기를 주입함으로써 발생하는 기포를 확인하는 방법이 일반적이다. 그러나 이 방법에 있어서는 사람이 보고 판단하기 때문에 리크 테스트를 자동화할 수 없어, 사람의 손이 끊임없이 필요해진다.

그래서, 피측정물의 리크를 자동적으로 검출하기 위해서는 피측정물의 내부를 가압하여 닫아두고, 내부의 압력 변화를 검지하여 리크의 유무를 판단하는 방법이 일반적이다. 그리고, 고정밀도로 자동 측결정 방법으로서, 일본 특허 공개 평4-221733호 공보나, 일본 특허 제3186438호 공보에 있어서는 차압 센서를 이용하여 피측정물 내의 기체의 압력과 가압 가스원으로부터 공급된 가압 기체의 압력과의 압력차를 검출함으로써 리크의 유무를 판정하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 보다 간편한 리크 테스트 방법으로서, 일본 특허 공개 평5-220110호 공보에 있어서는 내시경의 내부 압력을 게이지압 센서에 의해 검지하는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 상술한 일본 특허 공개 평4-221733호 공보 및 일본 특허 제3186438호 공보에 개시된 바와 같은 차압 센서를 이용하는 방식은 센서가 고가인 것에 부가하여 복잡한 배관 구조가 필요하고, 또한 복잡한 보정 처리도 필요해, 일반적으로 시스템이 복잡해지는 과제가 있다.

또한, 상술한 일본 특허 공개 평5-220110호 공보에 개시된 바와 같은 게이지압 센서를 이용하는 방법은 가압한 압력 이상의 풀 스케일을 갖는 압력 센서가 필요하고, 리크에 의한 압력 변화가 미소한 경우에는 정밀도를 확보하기 위해 장시간의 측정이 필요해진다는 문제가 있다.

본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 저렴하고, 또한 소형이고, 자동적이고 또한 고정밀도로 피측정물의 리크 판정을 행하는 것이 가능한 리크 테스터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 리크 테스터는 피측정물 내에 기체를 도입함으로써 가압하는 가압 장치와, 상기 가압 장치가 가압을 개시한 후 소정의 압력에 도달하기 전에 가압을 정지하는 제1 가압 동작과, 제1 가압 동작 후에 상기 소정의 압력에 도달할 때까지 가압한 후 정지하는 제2 가압 동작을 행하도록 상기 가압 장치의 가압 동작을 제어하는 가압 제어부와, 상기 피특정물 내의 압력을 검출하는 동시에, 적어도 상기 제1 가압 동작 정지 시에 있어서의 피측정물 내의 압력치 및 상기 제2 가압 동작 정지 후에 있어서의 피측정물 내의 압력 변화량을 검출하는 압력 검출부와, 상기 제1 가압량 및 가압 동작 정지 시의 압력치를 기초로 하여 상기 피측정물의 용적을 추정하는 용적 추정부와, 상기 용적 추정부에 의해 추정된 상기 피측정물의 용적에 따라서 얻을 수 있는 압력 변화 정보와, 상기 압력 검출부에 의해 검출된 제2 가압 동작 정지 후에 있어서의 압력 변화량을 기초로 하여 상기 피측정물의 리크 상태를 판정하는 리크 판정부를 갖는다.

도1은 리크 테스터의 기본적인 구성을 도시하는 블럭도이다.

도2는 전체를 통한 에어 펌프와 개폐 밸브의 동작을 설명하는 흐름도.

도3은 내시경 가압 시의 압력 센서 출력의 천이도이다.

도4는 리크 테스터측의 리크를 무시할 수 있는 경우의 용적 측정 시에 있어서의 에어 펌프와 개폐 밸브의 동작을 설명하는 흐름도이다.

도5는 용적 측정 시에 있어서의 압력 센서 출력의 천이도이다.

도6은 리크 테스터측의 리크를 무시할 수 없는 경우의 용적 측정 시에 있어서의 에어 펌프와 개폐 밸브의 동작을 설명하는 흐름도이다.

도7은 에어 펌프의 개략 구성도이다.

도8은 리크가 없는 내시경의 가압 시간의 차이에 따른 압력 추이의 설명도이다.

도9는 일반적인 게이지압 센서의 입출력 특성의 설명도이다.

도10은 신호 증폭 회로의 개념도이다.

도11은 신호를 증폭하는 영역에 있어서의 신호 증폭 방법의 설명도이다.

도12는 도10에 있어서의 V1과 R1 및 R2의 결정 방법을 나타내는 도면이다.

도13은 리크 유무를 판정하는 영역의 일예의 설명도이다.

도14는 도13과는 다른 리크 유무를 판정하는 영역의 일예의 설명도이다.

도15는 도13, 도14와는 다른 리크 유무를 판정하는 영역의 일예의 설명도이다.

도16은 도13, 도14, 도15와는 다른 리크 유무를 판정하는 영역의 일예의 설명도이다.

도17은 도13, 도14, 도15, 도16과는 다른 리크 유무를 판정하는 영역의 일예의 설명도이다.

도18은 내시경용 리크 테스터의 외관도이다.

도19는 도18의 전체 블럭도이다.

이하, 도면을 기초로 하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

도1 내지 도18은 본 발명의 일 실시 형태를 나타낸다. 도1은 리크 테스터의 기본적인 구성을 도시하는 블럭도이다. 도2는 전체를 통과한 에어 펌프와 개폐 밸브의 동작을 설명하는 흐름도이다. 도3은 내시경 가압 시의 압력 센서 출력의 천이도이다. 도4는 리크 테스터측의 리크를 무시할 수 있는 경우의 용적 측정 시에 있어서의 에어 펌프와 개폐 밸브의 동작을 설명하는 흐름도이다. 도5는 용적 측정 시에 있어서의 압력 센서 출력의 천이도이다. 도6은 리크 테스터측의 리크를 무시할 수 없는 경우의 용적 측정 시에 있어서의 에어 펌프와 개폐 밸브의 동작을 설명하는 흐름도이다. 도7은 에어 펌프의 개략 구성도이다. 도8은 리크가 없는 내시 경의 가압 시간의 차이에 따른 압력 추이의 설명도이다. 도9는 일반적인 게이지압 센서의 입출력 특성의 설명도이다. 도10은 신호 증폭 회로의 개념도이다. 도11은 신호를 증폭하는 영역에 있어서의 신호 증폭 방법의 설명도이다. 도12는 도10에 있어서의 V1과 R1 및 R2의 결정 방법을 나타내는 도면이다. 도13은 리크 유무를 판정하는 영역의 일예의 설명도이다. 도14는 도13과는 다른 리크 유무를 판정하는 영역의 일예의 설명도이다. 도15는 도13, 도14와는 다른 리크 유무를 판정하는 영역의 일예의 설명도이다. 도16은 도13, 도14, 도15와는 다른 리크 유무를 판정하는 영역의 일예의 설명도이다. 도17은 도13, 도14, 도15, 도16과는 다른 리크 유무를 판정하는 영역의 일예의 설명도이다. 도18은 내시경용 리크 테스터의 외관도이다. 도19는 도18의 전체 블럭도이다.

우선, 리크 테스터 전체의 기본적인 구성에 대해 도1을 참조하면서 설명한다. 도1에 있어서, 부호 1은 리크 테스터를 나타내고, 이 리크 테스터(1)는 에어 펌프(11)와, 배관(12, 13)과, 개폐 밸브(14, 15)와, 릴리프 밸브(16)와, 게이지압 센서(17)와, 제어부(20)를 갖고 주요하게 구성되어 있다.

에어 펌프(11)는, 예를 들어 다이어프램형 에어 펌프로, 가압 수단으로서의 것이고, 배관(12)을 거쳐서 개폐 밸브(15)에 접속되어 있다. 또한, 이 개폐 밸브(15)에는 배관(13)이 접속되어 있다.

배관(12)에는 한쪽이 대기에 개방되어 있는 개폐 밸브(14)와 릴리프 밸브(16)가 접속되어 있다. 또한, 배관(13)에는 피측정물로서의 내시경(2)이 접속되어 있고, 또한 이 내시경(2) 내의 압력을 측정하는 압력 검출 수단으로서의 게이지압 센서(17)가 접속되어 있다.

이와 같은 구성에 있어서, 제어부(20)는 용적 추정 수단 및 리크 판정 수단으로서의 기능을 갖고, 도2에 도시한 흐름도를 따라서 에어 펌프(11), 개폐 밸브(14, 15)를 제어한다.

이하, 도2의 흐름도를 따라서 동작을 설명한다.

리크 판정의 측정 동작이 개시되면, 우선 피측정물인 내시경(2) 내부를 가압하는 공정이 개시된다. 이 가압 공정에 있어서는 제어부(20)가 개폐 밸브(15)를 개방하고, 개폐 밸브(14)를 폐쇄하여 에어 펌프(11)를 구동한다. 가압 압력은 릴리프 밸브(16)에 의해 결정된 일정 압력까지 상승한다. 그리고, 이 릴리프 밸브(16)에 의해 결정된 압력까지 내시경(2)의 내부를 가압하면, 제어부(20)는 개폐 밸브(15)를 폐쇄하여 밸런스 공정으로 이행한다.

밸런스 공정은 내시경(2)의 내부 및 배관(13) 내의 압력 분포가 똑같아지기까지의 시간을 확보하는 것을 목적으로 하는 공정이다. 이 밸런스 공정에 있어서는 에어 펌프(11)와 개폐 밸브(14)의 동작 상태는 임의라도 좋지만, 에어 펌프(11)는 정지 상태로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 밸런스 공정 종료 후, 측정 공정으로 이행한다. 또한, 밸런스 공정으로부터 측정 공정으로의 이행 시에는 개폐 밸브의 상태에 변화는 없다.

측정 공정에 있어서는, 제어부(20)는 게이지압 센서(17)의 출력치를 모니터링한다. 이 모니터링의 상세에 대해서는 후술한다. 측정 공정 종료 후, 내시경(2) 내부의 에어를 빼는 배기 공정으로 이행한다.

배기 행정에 있어서는, 제어부(20)는 개폐 밸브(14, 15)를 개방하고, 에어 펌프(11)를 정지 상태로 하여 내시경(2)의 내부의 가압 에어를 대기로 배출한다. 이 배기 공정 종료에 의해 측정 동작이 종료된다.

또한, 이 배기 공정은 배관(13)과 내시경(2)의 접속에 역지 밸브 기구 등이 없고, 접속을 제거하면 내시경(2)의 내부 및 리크 테스터(1)의 관로(13) 내부가 대기로 개방되는 경우, 이 부분의 접속을 제거함으로써 배기 공정 대신으로 해도 좋다. 그 경우, 도1의 구성으로부터 배기용 개폐 밸브(14)를 없앨 수 있다. 이 경우, 비측정 동작 시[스탠바이 시, 전원 오프(OFF) 시 포함함]에는, 개폐 밸브(15)는 개방되도록 한다.

다음에, 통상, 상술한 가압 공정에서 실행되는 내시경(2) 내부의 용적 측정에 대해 설명한다.

내시경으로 한정되지 않고, 밀폐 용기로부터 일정량(단위 : ml/분)의 리크가 있는 경우, 용기 내의 압력 변화(일정 시간당)는 용기의 용적에 따라서 다르다. 용적이 작으면 일정 시간당의 압력 저하가 커진다. 본 출원의 하나의 목적은 내시경의 고장 방지이므로, 일정한 크기의 구멍, 즉 일정량 이상의 리크를 검출함으로써 보다 고정밀도의 리크 테스터를 실현할 수 있다.

여기서, 피측정물이 단순한 용기이면, 압력의 급상승측에 의해 용적을 추측하는 것은 가능하지만, 내시경은 가늘고 길고, 또한 내부에 다양한 부품이 배치되어 있는 복잡한 장치이다. 또한, 내시경의 내부를 가압하기 위한 접속구는 내시경의 말단부에 있는 구성으로 되어 있다. 이로 인해, 도1에 도시한 리크 테스터(1) 의 구성은 가늘고 길고, 또한 공기에 있어서 저항이 있는 관로의 말단부에 압력 센서와 가압 펌프 등을 접속한 형태가 된다.

따라서, 도1의 구성으로 내시경(2)을 접속한 경우, 게이지압 센서(17)의 출력은, 예를 들어 도3에 도시한 바와 같이 비선형이 된다. 이 내시경(2) 특유의 현상은 게이지압 센서(17)에 의해 본 압력의 급상승측으로부터 용적을 추측하는 것을 복잡한 것으로 하고 있다. 그래서, 가압의 상승이라는 과도 상태는 아니고, 가압을 일단 정지하여 내시경(2) 내부와 게이지압 센서(17)를 포함한 관로(13) 내의 압력이 대략 같아진 후에 게이지압 센서(17)를 갖고 압력을 측정함으로써, 내시경(2)을 비롯한 피측정물의 용적을 추정하도록 하고 있다.

우선, 배관(12) 및 에어 펌프(11), 릴리프 밸브(16), 개폐 밸브(14)로부터의 리크를 무시할 수 있는 경우, 제어부(20)는 도4에 도시한 바와 같은 동작을 실시한다. 즉, 가압 개시 후, TA의 시간 가압하고, 그 후 에어 펌프(11)를 TB의 시간 정지한다. 그때의 게이지압 센서(17)의 출력은, 도5에 도시한 바와 같이 천이된다. 시간(TB) 사이에 있어서 압력이 대략 일정해졌을 때의 값을 내시경(2)의 용적 데이터로서 기억하고, TB의 시간 경과 후에는 다시 에어 펌프(11)를 구동시켜 가압을 재개한다.

반대로, 배관(12) 및 에어 펌프(11), 릴리프 밸브(16), 개폐 밸브(14)로부터의 리크를 무시할 수 없는 경우, 제어부(20)는 개폐 밸브(15)를 폐쇄함으로써 측정을 실현시킨다. 이 경우, 제어부(20)는 도6과 같은 동작을 실시한다. 즉, TA의 시간 가압 후, 개폐 밸브(15)를 TB의 시간만큼 폐쇄한다. 이 TB의 시간은, 에어 펌프(11) 및 개폐 밸브(14)의 동작 상황은 임의라도 좋다. 그리고, TB의 시간 경과 후에는 개폐 밸브(15)를 개방하여 가압을 재개시킨다.

여기서, 상술한 TA 및 TB의 시간에 대해 설명한다.

TA의 시간은 내시경(2) 내에 넣은 에어의 양이 일정해지는 조건을 만족시키는 시간이면, 어떠한 시간이라도 좋다. 가장 간단한 것은 일정 시간으로 하는 것이다. 단, 에어 펌프(11)나 시스템의 특성, 즉 에어 펌프(11)의 모터 열화, 전원 전압의 변동 등을 고려하면, 펌프 헤드 회전수가 일정 회전수가 된 경우로 해도 좋다.

여기서, 에어 펌프(11)가 다이어프램형인 경우에는 다이어프램 펌프 헤드의 피스톤이 몇번 왕복했는지에 따라서 펌프가 흡인한 대기의 양, 즉 펌프로부터 송출된 에어의 양이 결정된다. 따라서, 펌프 헤드를 구동하는 모터의 회전을 카운트하여 일정 회전하면 가압을 정지시킨다. 예를 들어, 도7에 도시한 바와 같이, 에어 펌프(11)는 펌프 헤드(31)를 구동하는 모터(32)에 펄스 발생기(33)를 부착하여 구성한다. 그리고, 제어부(20)는 가압 개시로부터 펄스 발생기(33)의 출력 펄스를 카운트하고, 이 카운트 값이 일정치가 되었을 때에 에어 펌프(11)를 정지시키도록 한다.

또한, TB의 시간은 일정 시간이라도 좋다. 내시경(2)의 종류, 즉 크기나 길이에 따라서 시간이 변하지만, 실험으로부터 하면 용적이 큰 내시경(2)이라도 1.5 내지 2초 정도 정지시키면 측정 결과에 영향을 미치지 않을 정도로 압력이 안정되는 것이 판명되어 있다. 이 시간의 동안에 제어부(20)는 게이지압 센서(17)의 출 력을 판독하고, 이를 피측정물로 하는 내시경(2)의 용적 데이터로서 기억하는 것이다.

다음에, 가압 공정에 있어서의 가압 시간에 관하여 상세하게 설명한다. 상술한 바와 같이, 내시경(2)은 가늘고 길고, 내부에 공기 저항이 있으므로, 게이지압 센서(17)에서 볼 때 릴리프 밸브(16)에 의한 압력에 도달하여 즉시 가압을 멈추면, 리크가 없는 내시경(2)이라도 내부의 압력이 일정해지고자 하기 위한 압력 저하가 생긴다. 이에 의해 측정 중인 압력 저하가 리크에 의한 압력 저하인지, 가압 불충분에 의한 것인지를 판단할 수 없으므로, 이 현상은 피해야만 하는 현상이다.

보다 알기 쉽게 한 것이 도8의 리크가 없는 내시경의 가압 시간의 차이에 따른 압력 추이의 설명도이고, A점에 있어서 멈춘 것으로부터 B점, B점에 있어서 멈춘 것으로부터 C점까지 가압하면, 내시경(2) 내부의 구석구석까지 똑같이 가압되므로, 상술한 현상을 원인으로 하는 압력 저하가 일어나기 어려워진다.

실험에 따라서 에어 펌프(11)의 능력에도 의존하지만, 로크압 1 ㎏/㎠, 0.4 ㎏/㎝의 압력 시의 송기량이 1.4 L/분의 DC 모터 구동 다이어프램 펌프를 이용하였을 때, 0.2 내지 0.5 ㎏/㎠의 설정 압력인 경우, 40초 내지 90초에서 리크 측정에 거의 영향을 미치지 않을 정도가 되는 것이 판명되어 있다.

다음에, 모니터링의 회로에 대해 서술한다.

게이지압 방식으로 한 경우, 압력 저하에 의한 센서 출력 변화가 작아진다. 따라서, 센싱 회로의 전원 전압 변동이나 센서의 오프셋 오차나 온도 특성 등의 영향을 무시할 수 없게 된다. 일반적으로 압전식 압력 센서의 경우, 도9에 도시한 바와 같은 특성이 되지만, 이것이 상하 좌우로 이동하는 일이 있었어도 그 경사 자체는 안정되어 있는(일반적으로 ±1 ％ 정도) 것이 많다. 따라서, 밸런스 공정 중의 임의의 시간이 측정 개시 시의 게이지압 출력치를 초기치로 하고, 그것으로부터 단위 시간의 변화량에 의해서만 압력 저하치를 판정하도록 하면, 경사가 안정적으로 되어 있으므로, 상하 방향의 오프셋의 영향을 무시할 수 있다.

또한, 제어부(20)에서는 센서 출력을 AD 컨버터에 의해 디지털 변환하는 구성이 일반적이었지만, 이 AD 컨버터의 기준 전압(Vref)에 센서의 전원을 입력함으로써, 전압 변동에 의해 센서 출력이 변동되어도 AD 컨버터의 기준 전압도 동시에 변화되므로, 얻을 수 있는 디지털 값이 안정되므로, 전압 변동을 무시하는 것이 가능해진다.

또한, AD 컨버터를 이용하여, 이 AD 컨버터에 게이지압 센서(17)의 출력을 직접 입력하여 압력치를 검출하는 것이 일반적인 방법이다. 단, AD 컨버터의 분해 능력이 낮으면, 미소한 압력 변화를 디지털 변환 시의 변환 오차로 인해 검출 정밀도가 저하되는 경우가 있다. 따라서, 고분해 능력의 것(12 bit 이상)을 이용하거나, 또는 도10에 도시한 바와 같은 회로 구성에 있어서 8 내지 10 bit 등의 저분해 능력의 AD 컨버터를 사용해도 좋다.

여기서, 도10을 이용하여 게이지압 센서(17)의 신호 증폭 회로에 대해 간단하게 설명한다. 상술한 바와 같이, AD 컨버터(42)의 기준 전압(Vref)에는 게이지압 센서(17)의 전원(Vcc)이 입력되고, 전원 변동분만큼을 무시할 수 있도록 접속되어 있다. 또한, 게이지압 센서(17)의 출력(전압 출력 타입)을 OP 앰프(41)를 중심 으로 하는 앰프 회로에 의해 아날로그 신호 처리하고, 그 출력을 AD 컨버터(42)에 입력하도록 구성되어 있다.

OP 앰프(41)를 중심으로 한 앰프 회로는 매우 간단한 구성으로 되어 있고, 하기식에 의해 표시되는 신호 변환을 행한다.

Vout ＝ (R2ㆍ(Vin － V1))/R1

여기서, Vin은 게이지압 센서(17)의 출력, Vout은 앰프 회로의 출력, V1은 타이머에 의해 조정 또한 고정 가능한 기준 전압이고, 각각의 단위는 볼트(V)이다.

상기 식으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 전압이 β배가 되었을 때, Vin과 V1이 모두 β배가 되므로, Vout도 변동 전에 대해 β배가 된다. 이에 의해 V1도 포함하여 전원 전압 변동을 무시할 수 있는 구성으로 되어 있다.

도10의 회로에 있어서 행하는 것의 개념도가 도11이 된다. 즉, 내시경(2) 내에는 통상 가압에 의해 릴리프 밸브(16)의 압력까지 가압되고, 개폐 밸브(15)의 폐쇄 후, 리크가 있으면 그곳으로부터 압력이 저하된다. 이 압력의 저하분을 확대하여 AD 컨버터에 입력하면, 전술한 디지털 변환 시의 오차를 흡수할 수 있다. 그래서, 도11에 도시한 바와 같이 측정하고 싶은 압력 영역만을 AD 컨버터의 풀 스케일을 갖고 변환하도록 한다.

또한, 리크의 유무를 판정하는 기준치가 별도로 결정되어 있을 뿐이지만, 이 기준 리크 시의 압력 저하분에 대해 상하 방향에 마진을 고려한 영역(좌측의 도면에 있어서의 굵은 선 영역)을 확대하여 AD 컨버터에 입력하도록 하면 된다.

보다 알기 쉽게 하기 위해, 도12를 이용하여 도10에 있어서의 V1과 R1 및 R2 의 결정 방법을 서술한다.

우선, 가압 압력이, 예를 들어 0.4 ㎏/㎠이었던 경우, 압력 저하와 마진을 볼 때 도12 중 β값을 0.3 ㎏/㎠로 하고, 또한 가압의 오차와 마진으로부터 도12의 γ값을 0.45 ㎏/㎠로 한 예를 고려한다. 이 경우, α값은 바로 알 수 있으므로(α ＝ γ － β), α에 있어서의 센서 출력 변동치(α')를 산출한다. 다음에, (α'ㆍR2)/R1 ＝ Vcc(AD 컨버터 기준 전압)가 되도록 R1, R2를 산출한다.

다음에, V1인데, 타이머를 사용하지 않고, β ＝ 0.3 ㎏/㎠이므로 센서 출력(V)을 역산하고, 그 값에 맞추어 넣으면 된다. 또한, 타이머를 이용하여 전압 측정을 하면서 그 값으로 해도 좋고, 실제로 센서에 0.3 ㎏/㎠의 압력을 인가하면서 V1 ＝ Vin이 되도록 타이머를 조결정 방법이라도 좋다.

본 예의 경우, 0.5 ㎏/㎠ 풀 스케일의 게이지압 센서였던 경우, 풀 스케일의 30 ％에 상당하는 영역을 AD 컨버터의 풀 스케일 변환하게 되므로, 이용하고 있는 AD 컨버터에 약 3.3 bit 가산한 분해 능력을 갖는 AD 컨버터를 이용한 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.

앰프가 달린 게이지압 센서의 출력은 0 내지 Vcc가 아닌, 상하에 오프셋(대체 0.5 V)을 설치하는 일이 많기 때문에, 이 케이스의 경우, 분해 능력을 더 향상시키는 효과가 있다. 이 경우 대략 8 bit AD 컨버터를 12 bit 상당으로 변환할 수 있다.

다음에 리크 유무의 판정 방법에 대해 서술한다.

리크량은 구멍의 크기에 의존하기 때문에, 일정한 리크량을 판정 기준으로 하는 것이 좋다. 누설(ml/분)이 일정할 때, 압력 변화는 단순히 1/V(V : 용적)에 비례한다. 또한, 전술한 용적 측정에 의한 데이터이지만, 압력 상승치를 용적 데이터로 하면 1/V(V : 용적)에 비례한다. 따라서, 용적 측정 데이터와 리크에 의한 압력 저하 데이터의 관계는 비례 관계가 된다.

이들은 가압에 의한 온도 상승 등을 무시한 경우의 간단한 계산으로부터 얻을 수 있는 관계이지만, 실제의 내시경이라도 도13과 같은 특성을 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다. 그래서, 도13에 도시한 바와 같이 이 특성을 나타내는 라인보다 위의 영역인 경우에는 리크가 있다고 판정하고, 아래의 영역인 경우에는 리크가 없다고 판정한다.

또한, 내시경에 특유한 것으로서, 리크가 없는 내시경을 측정한 바, 도14의 리크가 없는 영역의 부분에 용적 데이터에 대한 일정 시간에 있어서의 압력 저하치가 분포하는 것을 알 수 있었다.

그래서, 보다 검출 정밀도를 올리기 위해, 또한 용적 데이터가 작은(즉 용적이 큼) 내시경에 있어서 오검지하지 않도록 도14의 실선을 판정 기준으로 해도 좋다. 도13 및 도14의 설정의 예를 서술하면, 1 내지 10 ml/분을 기준 리크량으로 하고, 용적 400 내지 800 ml인 경우를 도14 중 Vol점으로 하는 것이 좋다. 이때, 가압 압력은 0.2 내지 0.5 ㎏/㎠의 범위로 한다.

물론 리크 유무의 판정 기준을, 예를 들어 10 ml 등으로 한 경우, 도15와 같이 일정한 압력 저하를 판단 기준으로 할 수도 있다.

또한, 리크의 유무뿐만 아니라, 판정이 어려운 영역으로서, 도16 중에 도시 한 바와 같이 불확정 영역을 마련해도 좋다. 이 도16의 경우, 예를 들어 리크가 있는 영역/불확정 영역의 판정 기준을 4 ml/분, 불확정 영역/리크가 없는 영역의 판정 기준을 2 ml/분으로 설정한다.

또한, 도14와 같은 판정 맵에 불확정 영역을 설정하고 싶은 경우에는, 예를 들어 도17과 같이 불확정 영역을 설정하면 된다. 즉, 불확정 영역은 용적 데이터가 비교적 큰 경우의 리크가 없는 영역의 상부와 리크가 있는 영역 사이에 설정하면 된다.

여기서, 판정 결과가 불확정 영역이 된 경우, 사용자가 종래와 같은 눈으로 본 것에 의한 수몰 기포 방식에 의한 리크 체크를 행하도록 하는 것이 좋다. 리크의 검출 정밀도에 있어서, 이 방식의 쪽이 정밀도가 높기 때문이다.

이하에, 지금까지 서술해 온 기능을 갖는 내시경용 자동 리크 테스터에 대해 구체적으로 설명한다.

도18은 내시경용 리크 테스터의 외관도이다. 본체(51)에는 전원 스위치(52)와, 종료 스위치(53)와, 시작 스위치(54)와, 송기 스위치(55)와, 표시부(56)와, 스코프 접속 커넥터(57)가 설치되어 있다.

이 내시경용 리크 테스터는, 도19에 도시한 바와 같이 전술한 도1에 도시하는 구성이 기본이 되어 주요하게 구성되어 있다. 또한, 도19 중 부호 58은 에어 필터이고, 방진 대책을 목적으로 하여 에어 펌프(11)의 토출구 하류에 배치되어 있다.

또한, 제어부(20)에는 전술한 도10을 기본으로 한 게이지압 센서(17)-앰프 회로(43)-AD 컨버터(42)로 이루어지는 회로(즉, 압력 검출 수단의 일부)가 내장되어 있다.

또한, 도10의 회로 외에 게이지압 센서(17)의 출력은 AD 컨버터(42)의 별도의 입력 포트에 직접 입력된다. 이와 같이 구성함으로써, 하나의 게이지압 센서(17)로 용적 계측과 리크에 의한 압력 저하의 양쪽을 검출할 수 있도록 되어 있다.

AD 컨버터(42)는 제어부(20) 내에 있는 제어부(58)에 접속되어 있다. 또한, 제어부(20)에는 표시부(56)와, 각 스위치(52 내지 55)가 접속되어 있다. 또한, 스코프 접속 커넥터(57)에는 내시경(2)의 내부 공간에 접속된 누설 검지 커넥터(101)가 접속된다.

또한, 송기 스위치(55)는 판정 결과가, 리크가 있는 경우나 불확정인 경우에 통상 행해지고 있는 수몰시켜 기포를 눈으로 확인하는 방식의 리크 테스트를 실시하기 위해 설치되어 있다. 이때, 가압 압력은 릴리프 밸브(16)에 있어서 결정된 압력이라도 좋고, 그 이하로 하고 싶은 경우에는 게이지압 센서(17)의 출력을 AD 컨버터(42)의 CH0에 있어서 판독하여 임의의 압력이 되도록 에어 펌프(11)의 펌프 헤드(31)를 구동하는 모터(32)를 동작시키도록 해도 좋다. 이에 의해 리크의 재확인이 가능하고, 또한 내시경(2) 이외에 있어서, 기포를 눈으로 확인함에 의한 리크 체크를 행하는 피측정물에도 본 리크 테스터를 이용하는 것이 가능해진다.

내시경용 리크 테스터의 동작은 이하와 같이 된다. 각 개폐 밸브(14, 15)나 에어 펌프(11)의 동작은 전술한 바와 같다.

1) 가압 공정

가압 후, 전술한 용적의 계측을 행한다. 이때에는 게이지압 센서(17)의 출력을 AD 컨버터(42)의 CH0에서 취입한다. 여기서, 가압을 할 수 없는 경우에는 내시경(2)에 큰 리크가 있거나, 또는 리크 테스터 내부의 고장(배관의 빠짐, 펌프 동작하지 않음)이 고려되므로, 동작을 정지시켜 경고 표시를 행한다.

그리고, 소정 시간 내에 릴리프 밸브(16)로 결정되는 소정 압력 내에 도달해도 가압을 잠시 계속하고, 예를 들어 가압 개시로부터 40 내지 90초 경과 후에 다음 공정으로 이행한다. 또한, 이 가압 공정에 있어서, 전술한 바와 같이 내시경(2)의 용적 데이터를 구해 둔다.

2) 밸런스 공정

내시경(2) 내부의 압력이 똑같아질 때까지 소정의 시간 대기한다. 또한, 여기서도 내시경(2) 내의 압력을 감시하여, 비교적 큰 리크에 의한 급격한 압력 저하가 있는지 여부를 확인한다. 이 확인에는 게이지압 센서(17)의 출력을 그대로 입력한 CH0과 앰프 회로(43)를 경유한 CH1 중 어느 하나, 또는 양쪽의 값을 감시하여 행한다.

그리고, 급격한 압력 저하가 있는 경우에는 리크가 있다고 판단하여 배기 공정으로 이행하고, 그 후, 동작을 정지시켜 결과의 표시를 행한다.

3) 측정 공정

우선, 측정 공정에 있어서는 앰프 회로(43)를 경유한 게이지압 센서(17)의 출력 데이터(CH1)를 감시한다. 내시경(2) 내의 압력 변화도 선형으로 변화되지 않으므로, 일정 시간 측정하여 그 평균치로부터 압력 저하치를 구한다. 이 결과와 가압 공정에 있어서 구한 용적 데이터로부터 전술한 판정 기준으로 결과를 판정한다. 이 리크 판정의 측정 후에는 다음 공정으로 이행한다.

또한, 동시에 단위 시간마다의 압력 저하치라도 판정 기준을 마련하는 것이 바람직하다. 알기 쉽게 설명하면, 밸런스 공정에 있어서의 리크 유무의 판단 기준은 비교적 큰 구멍을 검출하는 것이고, 한편, 이 측정 공정에 있어서의 소정 시간 후의 판정 기준은 작은 구멍을 검출하는 것이다. 따라서, 비교적 큰 구멍으로부터 작은 구멍까지의 사이의 구멍(편의상 중간 위치의 구멍이라 함)도 보다 일찍 판정하는 것이 가능하다. 즉, 중간 위치의 구멍을 판정하는 경우의 단위 시간당의 압력 저하치를 미리 정해 둔다. 구체적으로는 작은 구멍의 기준치로부터 단위 시간당의 압력 저하치를 구하고, 그것에 임의의 수를 가산한 것을 중간 정도의 구멍의 판정 기준(단위 시간당)으로 하는 것이 간단한 방법이다. 이 단위 시간당의 압력 저하 기준치보다 큰 저하가 있었던 경우, 그 단계에 있어서 리크가 있다고 판단하여 다음 공정으로 이행한다.

4) 배기 공정

소정 시간 배기한 후, 스탠바이 상태로 복귀된다.

또한, 본 발명에 있어서는 그 기능을 갖는 것이면, 에어 펌프(11), 개폐 밸브(14, 15), 릴리프 밸브(16), 게이지압 센서(17), 기타 등은 도시한 것 등으로 한정되는 것은 아니다.

이와 같은 것이면, 용이하게 리크 테스트를 행할 수 있게 되는 동시에, 종래품에 비교하여 별도 유량계를 설치할 필요가 없어지는 결과, 소형화 및 저비용화를 실현할 수 있게 된다.

Claims (16)

1. 긴 삽입부를 갖는 내시경에 기체를 도입함으로써 상기 내시경을 가압하는 가압 장치와,

   상기 가압 장치에 의한 가압이 개시된 후, 상기 내시경 내로 도입되는 기체의 양이 일정한 양이 되기 위한 조건을 만족시킨 경우에 가압을 정지하는 제1 가압 동작과, 상기 제1 가압 동작 종료 시로부터 제1 기간이 경과되었을 때에 소정의 압력에 도달할 때까지 가압한 후 가압을 정지하는 제2 가압 동작을 순차적으로 행하도록 상기 가압 장치의 가압 동작을 제어하는 가압 제어부와,

   상기 제1 가압 동작 종료 후, 상기 제1 기간이 경과된 상태에 있어서의 상기 내시경 내의 내압치를 측정하는 동시에, 상기 제2 가압 동작 종료 후, 제2 기간이 경과된 후의 상태에 있어서의 상기 내시경 내의 압력 변화량을 검출하는 압력 검출부와,

   상기 제1 가압 동작에 있어서의 가압량 및 상기 제1 기간이 경과된 상태에 있어서의 상기 내시경 내의 압력치를 기초로 하여 상기 내시경의 용적을 추정하는 용적 추정부와,

   상기 용적 추정부에 의해 추정된 상기 내시경의 용적에 따라서 얻을 수 있는 압력 변화 정보와, 상기 압력 검출부에 의해 검출된 제2 가압 동작 정지 후에 있어서의 압력 변화량을 기초로 하여 상기 내시경의 리크 상태를 판정하는 리크 판정부를 갖고,

   상기 가압 장치는 에어 펌프인 것을 특징으로 하는 리크 테스터.
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4. 제1항에 있어서, 상기 에어 펌프는 다이어프램형 에어 펌프인 것을 특징으로 하는 리크 테스터.
5. 제4항에 있어서, 상기 가압 제어부는 상기 에어 펌프에 설치된 펌프 헤드의 회전수를 검출하는 회전수 검출 장치를 더 갖고, 상기 펌프 헤드의 회전수가 소정의 회전수가 된 경우에 상기 제1 가압 동작을 정지하는 것을 특징으로 하는 리크 테스터.
6. 제1항에 있어서, 상기 가압 제어부는 일정 시간이 경과한 경우에 상기 제1 가압 동작을 정지하는 것을 특징으로 하는 리크 테스터.
7. 제1항에 있어서, 상기 가압 장치의 가압 압력이 0.2 내지 0.5 ㎏/㎠인 경우에, 상기 가압 제어부에 의해 제어되는 상기 제1 가압 동작 개시로부터 상기 제2 가압 동작 종료까지의 시간이 40 내지 90초인 것을 특징으로 하는 리크 테스터.
8. 제1항에 있어서, 상기 가압 장치의 가압 압력이 0.2 내지 0.5 ㎏/㎠인 경우에, 상기 리크 판정부는 리크 구멍으로부터 누설되는 에어의 양이 1 내지 10 ml/분의 범위 내인지 여부를 리크 상태의 판정 기준으로 하는 것을 특징으로 하는 리크 테스터.
9. 제1항에 있어서, 상기 리크 판정부는 상기 제2 가압 동작 종료 후, 압력 저하량이 소정량 이상이었던 경우에는 리크 상태라고 판정하는 것을 특징으로 하는 리크 테스터.
10. 제1항에 있어서, 상기 리크 판정부는 상기 압력 검출부가 상기 제2 가압 동작 정지 후에 있어서의 내시경 내의 압력 변화량을 검출하고 있는 상태에 있어서, 단위 시간당의 압력 저하량이 소정량 이상이었던 경우에는 리크 상태라고 판정하는 것을 특징으로 하는 리크 테스터.
11. 제1항에 있어서, 상기 리크 판정부는 상기 용적 추정부에 의해 추정된 용적이 소정의 범위를 초과하는 값이었던 경우에는 조작자에 대해 경고를 행하는 것을 특징으로 하는 리크 테스터.
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