KR20210049757A - 초음파 검사 장치 - Google Patents

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아키히로 나라
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야마하 파인 테크 가부시키가이샤
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Abstract

수고를 들이지 않고, 검사 대상물에 있어서의 단의 검사를 고정밀도로 행할 수 있는 초음파 검사 장치를 제공하는 것이다.
서로 간격을 두고 배치된 송신부와 수신부의 사이에 검사 대상물이 배치되고, 상기 송신부로부터 송신된 초음파를 상기 수신부에 의해 수신하여 상기 검사 대상물을 검사하는 초음파 검사 장치에 있어서, 상기 송신부로부터 상기 수신부에 이르는 초음파의 전반 경로 중, 상기 검사 대상물을 투과하여 상기 수신부에 도달하는 초음파의 제1 전반 경로와는 상이한 제2 전반 경로를 규제하는 규제부를 갖는다.

Description

초음파 검사 장치 {ULTRASONIC INSPECTION APPARATUS}
본 발명은, 예를 들어 시트 부재를 접합하여 형성된 포장 용기에 있어서의 접합 개소의 박리 유무를 검사하는 초음파 검사 장치에 관한 것이다.
종래부터, 레토르트 식품, 음료수 등을 파우치 타입의 포장 용기에 밀폐 상태로 수용하는 것이 행해지고 있다. 이 포장 용기는 시트 부재(필름 부재도 포함한다)의 주연 부분을 용착, 접착 등에 의해 접합하여 주머니상으로 형성되어 있고, 내부에 수용물을 수용한 뒤에, 개구부가 접합된다. 이러한 포장 용기는, 접합 개소에 박리가 발생되거나 하면, 포장 용기 내에 수용한 수용물이 샐 우려가 있기 때문에, 제조 단계에서 접합 개소가 검사된다.
이 검사에 있어서는, 예를 들어 초음파 검사 장치가 사용된다. 초음파 검사 장치는, 검사 대상인 포장 용기(워크)에 초음파를 송신하고, 포장 용기를 투과한 초음파를 수신하여 해석함으로써 접합 개소에 박리가 발생되었는지 여부를 판정한다.
여기서, 포장 용기의 주연 부분의 단에 가까운 개소의 한쪽 면측에 초음파를 송신하면, 송신된 초음파가 단의 외측으로부터 돌아 들어가서 다른 한쪽 면측에 도달하는 회절파가 발생하는 경우가 있다. 초음파 검사 장치가 이러한 회절파를 수신하면, 박리가 발생되었는지 여부를 잘못 판정해 버리는 한 요인이 될 수 있다.
이 대책으로서, 초음파 검사에 있어서 회절파를 수신하지 않도록 하는 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에 있어서는, 포장 용기의 단을 덮음으로써 초음파를 차폐하는 실드 부재가 마련된다. 이에 의해, 포장 용기의 단에 가까운 개소에 초음파가 송신된 경우에 회절파가 발생하지 않는다.
미국 특허 제6840108호 명세서
그러나, 포장 용기의 단을 실드 부재로 덮는 작업은 수고나 시간이 걸린다. 또한, 주연 부분의 형상이 복잡한 포장 용기의 경우, 단을 덮는 작업 자체가 곤란해지는 경우도 있었다.
본 발명은, 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 수고를 들이지 않고, 검사 대상물에 있어서의 단의 검사를 고정밀도로 행할 수 있는 초음파 검사 장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 실시 형태는, 서로 간격을 두고 배치된 송신부와 수신부의 사이에 검사 대상물이 배치되고, 상기 송신부로부터 송신된 초음파를 상기 수신부에 의해 수신하여 상기 검사 대상물을 검사하는 초음파 검사 장치에 있어서, 상기 송신부로부터 상기 수신부에 이르는 초음파의 전반 경로 중, 상기 검사 대상물을 투과하여 상기 수신부에 도달하는 초음파의 제1 전반 경로와는 상이한 제2 전반 경로를 규제하는 규제부를 갖는 초음파 검사 장치이다.
또한, 본 발명의 실시 형태는, 서로 간격을 두고 배치된 송신부와 수신부의 사이에 검사 대상물이 배치되고, 상기 송신부로부터 송신된 초음파를 상기 수신부에 의해 수신하여 상기 검사 대상물을 검사하는 초음파 검사 장치에 있어서, 서로 대향하는 상기 송신부 및 상기 수신부의 대향면의 일부의 영역에 대향하도록 상기 송신부와 상기 수신부의 사이에 배치되는 규제부와, 상기 검사 대상물의 주연부 중 적어도 상기 검사 대상물의 단부를 포함하는 제1 부위가, 상기 송신부 및 상기 수신부의 배열 방향에서 보아서 상기 규제부에 대하여 겹치도록, 상기 검사 대상물을 안내하는 가이드부를 갖는 초음파 검사 장치이다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 규제부가 송신부로부터 송신된 초음파 중 검사 대상물을 투과하지 않고 수신부에 도달하는 초음파의 전반 경로를 규제하여, 당해 초음파가 수신부에 도달하는 시간을 늦출 수 있다. 이 때문에, 수고를 들이지 않고, 검사 대상물에 있어서의 단의 검사를 고정밀도로 행할 수 있다.
도 1은, 실시 형태에 있어서의 초음파 검사 장치(20)가 적용되는 초음파 검사 시스템(1)의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 2는, 실시 형태에 있어서의 송신부(26), 규제부(27) 및 수신부(28)를 나타내는 단면도이다.
도 3은, 도 2의 수신부(28) 및 규제부(27)를 나타내는 사시도이다.
도 4는, 도 2의 구성에 따른 작용 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 실시 형태의 제1 변형예에 있어서의 송신부(26), 규제부(27) 및 수신부(28)를 나타내는 단면도이다.
도 6은, 실시 형태의 제2 변형예에 있어서의 송신부(26), 규제부(27) 및 수신부(28)를 나타내는 단면도이다.
도 7은, 도 6의 수신부(28) 및 규제부(27)를 나타내는 평면도이다.
도 8은, 실시 형태의 제3 변형예에 있어서의 송신부(26), 규제부(27) 및 수신부(28)를 나타내는 단면도이다.
도 9는, 실시 형태의 제4 변형예에 있어서의 송신부(26), 규제부(27) 및 수신부(28)를 나타내는 단면도이다.
도 10은, 실시 형태의 제5 변형예에 있어서의 송신부(26), 규제부(27), 수신부(28) 및 가이드부(29)를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.
(실시 형태)
먼저, 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 1은, 실시 형태에 있어서의 초음파 검사 시스템(1)의 구성예를 나타내는 블록도이다. 초음파 검사 시스템(1)은, 초음파를 사용하여 검사 대상물(40)을 검사한다. 도 1에 나타내는 예에 있어서, 초음파 검사 시스템(1)은, 표시 장치(10), 초음파 검사 장치(20) 및 반송 장치(30)를 구비한다.
표시 장치(10)는, 초음파 검사 장치(20)의 제어부(22)로부터 출력되는 초음파 검사에 관한 각종 정보를 표시한다. 이 초음파 검사에 관한 각종 정보란, 예를 들어 검사 대상물(40)에 관한 정보, 송신하는 초음파의 파장이나 강도, 검사 대상물(40)을 반송하는 속도, 수신된 초음파의 해석 결과 및 박리의 유무를 판정한 판정 결과 등의 정보이다.
반송 장치(30)는, 예를 들어 벨트 컨베이어이다. 반송 장치(30)에서는, 벨트(32)에 검사 대상물(40)이 적재된다. 반송 장치(30)에서는, 롤러(31)(롤러(31a, 31b))를 회전시킴으로써 송신부(26)와 수신부(28)의 사이에 있는 소정의 검사 위치에 검사 대상물(40)을 반송한다. 롤러(31)의 회전은, 예를 들어 초음파 검사 장치(20)의 도시하지 않은 구동 제어부에 의해 제어된다.
검사 대상물(40)은, 초음파 검사 장치(20)가 검사하는 대상으로 하는 물체이다. 검사 대상물(40)은, 예를 들어 시트 부재에 있어서의 주연 부분을 접합하여 형성된 포장 용기이다. 검사 대상물(40)에 있어서, 박리 유무의 검사에 있어서 검사 대상이 되는 개소는, 예를 들어 포장 용기를 구성하는 2개의 시트 부재를 접합한 접합 개소가 되는 주연부(41)이다.
또한, 도 1의 예는, 검사 대상물(40)의 반송 방향을 한정하는 것이 아니고, 반송 방향은 검사 대상물(40)에 있어서의 검사 대상으로 하는 개소에 따라 임의로 결정되어도 된다.
초음파 검사 장치(20)는, 초음파를 송신하고, 검사 대상물(40)을 투과한 초음파에 기초하여 검사 대상물(40)을 검사하는 컴퓨터이다. 초음파 검사 장치(20)는, 예를 들어 조작부(21), 제어부(22), 신호 제어부(23), 송신 제어부(24), 수신 처리부(25), 송신부(26), 규제부(27) 및 수신부(28)를 구비한다.
조작부(21)는, 키보드, 마우스 등으로 구성되고, 초음파 검사에 관한 각종 정보를 입력하거나 설정하거나 하기 위해서 사용된다. 조작부(21)는, 입력된 각종 정보를 제어부(22)에 출력한다.
제어부(22)는, 초음파 검사 장치(20)를 통괄적으로 제어한다. 제어부(22)는, 예를 들어 조작부(21)로부터 입력된 각종 정보 및 후술하는 신호 제어부(23)로부터의 해석 결과나 박리의 유무를 판정한 결과를, 표시 장치(10)에 송신한다.
신호 제어부(23)는, 송신하는 초음파를 제어하기 위한 신호를 생성한다. 송신하는 초음파는, 예를 들어 버스트 신호이다. 신호 제어부(23)는, 예를 들어 송신하는 초음파의 송신 타이밍과 강도이게 따른 버스트 신호를 생성한다. 신호 제어부(23)는, 생성한 신호를 송신 제어부(24)에 출력한다.
또한, 신호 제어부(23)는, 수신부(28)에 의해 수신된 초음파의 신호를, 수신 처리부(25)를 통해 취득한다. 신호 제어부(23)는, 취득한 초음파의 신호의 강도나 위상을 해석하고, 해석 결과를 제어부(22)에 출력한다. 또한, 신호 제어부(23)는, 해석한 결과에 기초하여 박리의 유무(주연부의 불량 유무)를 판정한 결과를 제어부(22)에 출력한다.
신호 제어부(23)는, 취득한 초음파의 신호의 강도나 위상을 해석하는 경우에, 소정의 시간 구간의 신호를 추출하고, 추출한 신호를 사용하여 강도나 위상을 해석하도록 해도 된다. 초음파의 상태가 시계열로 보아서 변화하는 경우, 고정밀도로 해석할 수 있는 시간 구간의 초음파를 사용함으로써 판정의 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 신호 제어부(23)는, 수신부(28)에 수신된 초음파 중, 수신이 검출되고 나서 소정의 시간 구간(예를 들어, 송신된 초음파의 1파장에 상당하는 시간 구간)의 초음파에 상당하는 신호를 추출하여 파장이나 강도를 해석한다.
또한, 신호 제어부(23)는, 취득한 초음파의 신호에 대하여 위상 검파 등의 신호 처리를 행해도 된다. 초음파에, 서로 위상이 다른 초음파가 혼재하고 있는 경우, 각각을 분리함으로써, 판정의 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다.
송신 제어부(24)는, 신호 제어부(23)로부터의 버스트 신호에 따라, 도시하지 않은 발진기로부터 출력되는 소정의 주파수의 버스트파를 생성한다. 송신 제어부(24)는, 생성한 버스트파를 송신부(26)에 출력한다.
수신 처리부(25)는, 수신부(28)에 의해 수신된 초음파를 취득하고, 취득한 초음파를 해석하기 쉽게 하기 위한 처리를 행한다. 예를 들어, 수신 처리부(25)는, 취득한 초음파의 진폭을 증폭기에 의해 증폭시킨다. 또한, 수신 처리부(25)는, 취득한 초음파로부터, 송신한 초음파의 파장과는 상이한 파장을 필터에 의해 제거하게 해도 된다.
송신부(26)는, 송신 제어부(24)에 의해 생성된 버스트파(초음파)를 송신한다.
수신부(28)는, 송신부(26)에 의해 송신된 초음파를 수신한다. 수신부(28)는, 수신한 초음파를 수신 처리부(25)에 출력한다.
여기서, 송신부(26)와 수신부(28)와 검사 대상물(40)의 위치 관계에 대하여 설명한다.
먼저, 송신부(26)와 수신부(28)는, 서로 간격을 두고 배치된다. 그리고, 송신부(26)와 수신부(28)의 사이에 검사 대상물(40)이 배치된다. 즉, 송신부(26)에 의해 송신된 초음파는, 검사 대상물(40)에 도달하고, 검사 대상물(40)을 투과한 초음파(이하, 목적파라고 한다)가 수신부(28)에 도달하여 수신된다.
한편, 검사 대상물(40)의 주연부(41)에 초음파가 송신된 경우, 초음파가 주연부(41)의 외측으로부터 돌아 들어가는 회절파가 발생하는 경우가 있다. 이러한 회절파는, 검사 대상물(40)을 투과하지 않고, 직접, 수신부(28)에 도달한다고 생각된다. 이 경우, 검사 대상물(40)을 투과하지 않은 초음파(이하, 비목적파라고 한다)가 수신부(28)에 수신되어 버린다. 이 경우, 비목적파를 포함하는 초음파를 사용하여 검사가 행해지게 되어, 검사의 정밀도를 저하시키는 요인이 될 수 있다.
규제부(27)는, 이러한 비목적파가 수신부(28)에 수신되기 어려워지도록, 비목적파의 전반 경로를 규제한다. 혹은, 규제부(27)는, 비목적파가 목적파와 함께 수신된 경우라도, 후단의 신호 처리 등에 의해 분리될 수 있도록, 비목적파의 전반 경로를 규제한다. 즉, 규제부(27)는, 송신부(26)로부터 수신부(28)에 이르는 초음파의 전반 경로 중, 검사 대상물(40)을 투과하여 수신부(28)에 도달하는 목적파의 전반 경로와는 상이한 비목적파의 전반 경로를 규제한다. 여기서, 목적파의 전반 경로는 「제1 전반 경로」의 일례이고, 비목적파의 전반 경로는 「제2 전반 경로」의 일례이다.
구체적으로, 규제부(27)는, 비목적파가 수신부(28)에 도달할 때까지의 전반 경로가 길어지도록 한다. 규제부(27)는, 비목적파가 수신부(28)에 도달하는 경로를 길게 함으로써, 비목적파가 수신부(28)에 도달하는 시간을, 목적파가 수신부(28)에 도달하는 시간보다도 늦춘다. 이하, 규제부(27)가 비목적파를 규제하기 위한, 규제부(27)에 있어서의 송신부(26)와 수신부(28)와 검사 대상물(40)의 위치 관계에 대하여 도 2 및 도 3을 사용하여 설명한다.
도 2는, 실시 형태에 있어서의 초음파 검사 장치(20)가 갖는 송신부(26) 및 수신부(28)를 나타내는 단면도이다. 도 3은, 도 2의 사시도이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 송신부(26) 및 수신부(28)는, 일방향(Z축 방향)에 간격을 두고 배열된다. 송신부(26) 및 수신부(28)는, 초음파 검사 장치(20)에 있어서의 도시하지 않은 베이스부에 고정된다. 이에 의해, 송신부(26)와 수신부(28)의 간격이 유지된다. 송신부(26)는, 수신부(28)에 대향하는 송신부(26)의 송신면(260)으로부터, 초음파를 수신부(28)를 향해서 송신한다. 수신부(28)는, 송신부(26)에 대향하는 수신부(28)의 수신면(280)에 있어서, 송신부(26)로부터 송신된 초음파를 수신한다.
또한, 도 2에 있어서, 반송 장치(30)에 의한 검사 대상물(40)의 반송 방향은 X축 방향이고, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향(Z축 방향)에 대하여 직교하는 방향이다.
또한, 검사 대상물(40)의 단부(410)는, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향에서 보아서 선상으로 연장되는 검사 대상물(40)의 에지에 상당한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 수신부(28)는, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향에서 보아서 원 형상으로 형성되어 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 송신부(26)는, 수신부(28)와 마찬가지인 원 형상으로 형성되어도 된다. 이 송신부(26)의 송신면(260)이, 원형의 주연 부분으로부터 중심 부분을 향하는 오목부를 형성함으로써, 송신부(26)로부터 송신된 초음파는, 소정의 범위로 수렴(포커스)된다(도 2의 초음파(W)). 또한, 송신부(26) 및 수신부(28)의 형상은 원 형상으로 한정되지 않고, 임의의 형상으로 형성되어도 된다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 규제부(27)는, 송신부(26)와 수신부(28)의 사이에 배치된다. 규제부(27)는 수신면(280)에 대향하고, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향에 있어서, 수신면(280)의 일부의 영역을 덮는다. 즉, 규제부(27)를 송신부(26)와 수신부(28)의 사이에 배치한 상태에서는, 수신면(280)의 영역 S1의 일부의 영역(영역 S2, S4)의 사이에 규제부(27)가 개재되고, 수신면(280)의 나머지 영역 S3의 사이에는 규제부(27)가 개재되지 않는다.
규제부(27)는, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향에서 보아서, 검사 대상물(40)의 주연부(41) 중 적어도 검사 대상물(40)의 단부(410)를 포함하는 부위에 대하여 겹치도록 배치되면 된다. 이 부위는, 도 2의 확대도에 있어서의 주연부(41)의 일부의 부위(411)이다. 여기서, 부위(411)는 「제1 부위」의 일례이다.
주연부(41)의 부위(411)와 규제부(27)가 겹치는 범위는, 검사 대상물(40)의 반송 방향(X축 방향) 및 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향(Z축 방향)에 직교하는 직교 방향(Y축 방향)에 있어서, 검사 대상물(40)의 단부(410)로부터 규제부(27)의 단에 이르는 범위이다.
부위(411)와 규제부(27)가 겹치는 범위는, 임의여도 되지만, 본 실시 형태에서는, 송신부(26)에 의해 송신되는 초음파의 파장에 따른 범위이다. 당해 범위는, 예를 들어 단부(410)로부터 초음파의 1파장에 대응하는 길이만큼, 검사 대상물(40)의 내측(Y축 정방향)으로 들어간 범위이면 된다.
규제부(27)는, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향에 있어서, 검사 대상물(40)에 대하여 소정의 거리 L을 두고 배치되어 있다. 거리 L은, 임의여도 되지만, 본 실시 형태에서는, 송신부(26)에 의해 송신되는 초음파의 파장에 의해 결정되는 길이이다. 당해 거리는, 예를 들어 초음파의 1파장에 대응하는 길이이면 된다. 거리 L이 짧을수록, 규제부(27)가 비목적파를 규제하는 효과가 높아진다.
규제부(27)는, 예를 들어 검사 대상물(40)의 주연부(41) 중 부위(411)만에 대하여 겹치도록 배치되어도 된다. 즉, 규제부(27)는, 예를 들어 주연부(41) 중 직교 방향에 있어서 부위(411)보다도, 검사 대상물(40)의 내측(Y축 정방향)에 위치하는 부위에 대하여 겹치지 않아도 된다. 본 실시 형태의 규제부(27)는, 주연부(41) 중, 부위(411)에 대하여 검사 대상물(40)의 내측에 간격을 두고 위치하는 부위에 대하여도 겹치도록 배치된다. 이 부위는, 도 2의 확대도에 있어서의 주연부(41)의 부위(412)이다. 여기서, 부위(412)는 「제2 부위」의 일례이다.
규제부(27)는, 적어도 송신부(26) 및 수신부(28)에 대하여 소정의 위치로 유지되면 된다. 본 실시 형태의 규제부(27)는, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향에 있어서 검사 대상물(40)과 수신부(28)의 사이에 배치된다. 또한, 규제부(27)는, 수신부(28)에 고정된다. 규제부(27)는, 예를 들어 수신부(28)로부터 소정의 거리를 두고 배치되고, 어느 부재를 통해 수신부(28)에 고정되어도 된다. 본 실시 형태의 규제부(27)는, 수신부(28)에 직접 고정된다. 규제부(27)는, 수신부(28)에 대하여 착탈 불가능 혹은 착탈 가능하게 고정되어도 된다.
또한, 규제부(27)의 구체적인 형상은, 임의여도 된다. 본 실시 형태의 규제부(27)는, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 검사 대상물(40)로부터 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향으로 이격됨에 따라서 직경 치수가 커지는 콘형(곡면에 경사가 진 통상)으로 형성되어 있다. 규제부(27)는, 예를 들어 각뿔형으로 형성되어도 된다.
본 실시 형태의 규제부(27)는, 검사 대상물(40)과 수신부(28)의 사이에 배치되어 있기 때문에, 콘형의 규제부(27)는, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향에 있어서 수신부(28)에 근접함에 따라서 직경 치수가 커지게 배치되어 있다. 그리고, 콘형의 규제부(27)는, 규제부(27)의 수신부(28)측의 개구단이 수신부(28)의 수신면(280)의 주연에 직접 접촉하도록, 수신부(28)에 고정되어 있다.
이상과 같이 마련되는 본 실시 형태의 규제부(27)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 수신부(28)의 수신면(280)의 주연을 포함하는 원환상의 영역 S5에 대향한다. 즉, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향에 있어서, 송신면(260) 및 수신면(280)의 사이의 주위 영역에 규제부(27)가 개재되고, 이 주위 영역의 내측에 위치하는 중앙의 영역 S6에는 규제부(27)가 개재되지 않는다. 영역 S6은, 포커스된 초음파를 수신하는 데 적합한 영역이다. 영역 S6에 나타내는 송신부(26)로부터 수신부(28)를 향하는 직선적인 공간은, 목적파가 수신부(28)에 도달하는 전반 경로에 상당한다.
즉, 규제부(27)는, 목적파의 전반 경로에 개재되지 않기 때문에 목적파의 전반 경로를 규제하지 않는다. 그리고, 규제부(27)는, 비목적파의 전반 경로에 개재되도록 마련됨으로써 비목적파의 전반 경로를 규제한다.
또한, 도 3에 있어서의 영역 S5는 도 2의 영역 S2, S4에 상당한다. 또한, 도 3에 있어서의 영역 S6은 도 2의 영역 S3에 상당한다.
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태의 초음파 검사 장치(20)는, 서로 간격을 두고 배치된 송신부(26)와 수신부(28)의 사이에 검사 대상물(40)이 배치되고, 송신부(26)로부터 송신된 초음파를 수신부(28)에 의해 수신하여 검사 대상물(40)을 검사하는 초음파 검사 장치(20)에 있어서, 송신부(26)로부터 수신부(28)에 이르는 초음파의 전반 경로 중, 검사 대상물(40)을 투과하여 수신부(28)에 도달하는 목적파의 전반 경로(제1 전반 경로)와는 상이한 비목적파의 전반 경로(제2 전반 경로)를 규제하는 규제부(27)를 갖는다.
이에 의해, 실시 형태의 초음파 검사 장치(20)에서는, 비목적파가 수신부(28)에 도달하는 시간을, 목적파가 수신부(28)에 도달하는 시간보다도 늦출 수 있어, 비목적파가 포함되지 않은 초음파를 수신할 수 있다. 이 때문에, 비목적파가 포함되지 않은 상태의 수신파, 즉 목적파를 사용하여 고정밀도로 박리의 유무를 판정하는 것이 가능하다.
또한, 실시 형태의 초음파 검사 장치(20)에서는, 검사 대상물(40)의 주연부(41)를 끼워 넣어서 지지할 필요가 없다. 이 때문에, 검사 대상물(40)을 검사하기 위한 준비에 요구되는 시간이 그다지 걸리지 않고, 효율적으로 검사하는 것이 가능하다. 또한, 주연부(41)를 덮을 필요가 없기 때문에, 포장 용기의 주연 부분의 형상이 복잡한 용기인 경우여도 용이하게 검사할 수 있다.
여기서 도 2의 초음파 검사 장치(20)에 의한 작용 효과를, 도 4를 사용하여 더 설명한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 송신부(26)에 의해 검사 대상물(40)에 대하여 송신된 초음파 중, 일부의 초음파(W1)가, 주연부(41)를 투과하여 수신부(28)에 도달한다. 이 경우, 초음파(W1)는 목적파이다. 한편, 검사 대상물(40)에 대하여 송신된 초음파 중, 다른 초음파(W2 내지 W5)는, 검사 대상물(40)을 투과하지 않는다. 이 예에서는, 초음파(W2)는, 단부(410)의 외측으로부터 돌아 들어가서 규제부(27)에 도달한 회절파(비목적파의 일례)이다. 또한, 초음파(W3)는, 검사 대상물(40)의 외측으로부터 직접 규제부(27)에 도달한 직접파(비목적파의 일례)이다. 초음파(W4, W5)는, 규제부(27)에 반사된 초음파(W2, W3)이다.
초음파(W2 및 W3)와 같은 비목적파가 규제부(27)에 도달하면, 규제부(27)에 의해 반사되거나 굴절되거나 한다. 이때, 비목적파의 일부가, 반사나 굴절을 반복하여 수신부(28)에 도달하는 경우가 있지만, 그 경우에는, 수신부(28)에 도달할 때까지의 전반 경로가 초음파(W1)(목적파)의 전반 경로보다도 길어진다. 예를 들어, 초음파(W2 내지 W6)에 이르는 회절파의 전반 경로는, 초음파(W1)의 전반 경로보다 길어진다. 이 때문에, 비목적파가 수신부(28)에 도달하는 경우, 목적파보다도 늦게 수신부(28)에 도달한다.
이와 같이, 규제부(27)는, 비목적파가 수신부(28)에 도달하는 경로를 길게함으로써, 비목적파가 수신부(28)에 도달하는 시간을, 목적파가 수신부(28)에 도달하는 시간보다도 늦출 수 있다.
비목적파가, 목적파보다도 늦게 수신부(28)에 도달하는 경우, 수신부(28)에는, 먼저 목적파가 수신된다. 이 때문에, 수신부(28)에 수신된 초음파 중, 수신이 검출되고 나서 소정의 시간 구간의 초음파에는, 목적파만이 포함되고, 비목적파가 포함되어 있지 않다. 이 비목적파가 포함되어 있지 않은 초음파를 해석함으로써 박리의 유무를 판정하면, 판정의 정밀도가 향상된다.
또한, 수신부(28)에 목적파가 수신된 후, 늦게 비목적파가 수신부(28)에 도달한 경우, 수신부(28)에는 목적파와 비목적파가 혼재된 초음파가 수신된다. 이 경우에 있어서의 목적파와 비목적파가 혼재된 초음파는, 목적파에 뒤쳐져 비목적파가 도달한다는 점에서, 목적파와 비목적파 각각의 위상이 서로 어긋난 상태이다. 이 경우, 위상 검파를 행함으로써, 목적파와 비목적파를 분리하는 것이 가능하다. 즉, 본 실시 형태의 초음파 검사 장치(20)에서는, 목적파와 비목적파가 혼재된 상태에서 수신된 경우라도, 목적파와 비목적파를 분리할 수 있고, 비목적파가 포함되어 있지 않은 초음파를 사용하여 박리의 유무를 판정할 수 있어, 판정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 비교예로서, 송신부(26)와 수신부(28)의 사이에, 규제부(27)가 개재되지 않는 경우를 고려한다.
여기서, 일반적으로, 초음파 검사에 사용되는 초음파는, 100kHz 내지 3MHz 정도까지의 주파수인 것이, 검사 대상물(40)의 재질 등에 따라 사용되는 경우가 많다. 예를 들어, 포장 용기의 박리 검사라면, 400kHz, 또는 800kHz의 초음파가 사용된다.
초음파는, 주파수가 클(파장이 짧을)수록, 수렴하기 쉬운 경향이 있다. 비교예에 있어서는, 주파수 400kHz의 초음파에서는 단부(410)로부터 주연부(41)의 폭 방향으로 보아서 검사 대상물(40)의 내측으로 15mm, 주파수 800kHz의 초음파에서는 단부(410)로부터 주연부(41)의 폭 방향으로 보아서 검사 대상물(40)의 내측으로 5mm 정도의 개소에 초음파를 송신한 경우에 있어서, 단부(410)로부터 돌아 들어가서 수신부(28)에 도달하는 비목적파(회절파)가 발생됨이 확인되어 있다.
또한, 비교예에 있어서, 목적파는 약 -60dB의 강도, 비목적파는 약 -40dB의 강도로 수신부(28)에 도달됨이 확인되어 있다. 목적파가 -60dB까지 감쇠되어 버리는 요인은, 송신부(26)로부터 송신된 초음파 중, 포커스되어서 검사 대상물(40)에 도달한 초음파가 검사 대상물(40)을 투과할 때 감쇠되기 때문이다. 또한, 비목적파의 신호 강도가 목적파와 비교하여 큰 요인으로서, 포커스되지 않은 초음파(예를 들어 도 4의 초음파(W3))가 검사 대상물(40)을 투과하지 않고, 즉 감쇠되지 않고 수신부(28)에 도달한 것을 생각할 수 있다.
이와 같이, 비교예에 있어서는, 단부(410)에 가까운 개소에 초음파를 송신하면, 비목적파가 목적파와 비교하여 신호 강도가 큰 상태에서 수신부(28)에 도달해 버린다. 이 때문에, 수신부(28)에는, 작은 목적파에 큰 비목적파가 포함된 상태의 초음파가 수신되어 버려, 후단의 신호 처리 등을 사용했다고 해도 목적파를 추출하는 것이 곤란해진다. 즉, 비교예에 있어서는, 정밀도가 좋은 적절한 판정을 할 수 없다.
이에 비해, 본 실시 형태의 초음파 검사 장치(20)에서는, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향에서 보아서, 규제부(27)를 검사 대상물(40)과 수신부(28)의 사이에 개재시킨다. 이때, 배열 방향에서 보아서 검사 대상물(40)의 단부(410)측의 일부와 규제부(27)가 겹치도록 배치한다. 이에 의해, 비목적파가 수신부(28)에 도달할 때까지의 전반 경로가 연장된다. 이 때문에, 목적파가 도달하는 시간보다도 늦게 비목적파를 수신부(28)로 도달시키는 것이 가능하다.
예를 들어, 규제부(27)를, 도 2에 있어서 부위(411)의 폭이 1mm, 거리 L이 1mm가 되도록 배치한다. 이 경우, 목적파가 도달하는 시간보다도 2.5㎲ 정도, 비목적파의 도달이 늦음이 확인되어 있다. 즉, 송신하는 초음파의 주파수가 400kHz인 경우, 비목적파의 전반 경로를 약 1파장분(0.86mm) 정도 연장시킨다. 비목적파의 전반 경로를 연장시켜, 비목적파가 수신부(28)에 도달하는 시간을, 목적파보다도 약 1파장분 늦출 수 있으면, 목적파와 비목적파를 분리하는 것이 충분히 가능하다.
(실시 형태에 관한 제1 변형예)
이어서, 실시 형태에 관한 제1 변형예에 대하여 도 5를 사용하여 설명한다.
도 5에 예시하는 규제부(27A)는, 다리부(270)를 통해 수신부(28)에 설치된 평면 형상이며, 그 두께 방향으로 관통하는 관통 구멍(271)이 형성되어 있다. 관통 구멍(271)은, 배열 방향에서 보아서 원형이나 다각형으로 형성되어도 된다. 도 5에 있어서, 규제부(27A)의 관통 구멍(271)은, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향에 있어서, 송신면(260) 및 수신면(280)의 중앙 영역, 즉 초음파가 포커스되는 영역과 겹치게 형성되어 있다. 즉, 도 5에 예시하는 규제부(27A)는, 상기 실시 형태에서 예시한 콘형의 규제부(27)와 마찬가지로, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향에 있어서 송신면(260) 및 수신면(280)의 주위 영역에 대향하도록 배치된다. 도 5에 예시한 초음파 검사 장치(20)에 의하면, 상기 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘한다.
(실시 형태에 관한 제2 변형예)
이어서, 실시 형태에 관한 제2 변형예에 대하여 도 6 및 도 7을 사용하여 설명한다.
도 6 및 도 7에 예시하는 규제부(27B)에는, 그 두께 방향으로 관통함과 함께, 두께 방향에 직교하는 방향으로 연장되는 긴 구멍(272)이 형성되어 있다. 긴 구멍(272)의 길이 방향의 일단부는, 규제부(27)의 단에 개구되어 있다. 구체적으로, 긴 구멍(272)의 길이 방향은, 검사 대상물(40)의 반송 방향(X축 방향) 및 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향(Z축 방향)에 직교하는 직교 방향(Y축 방향)으로 연장되어 있다. 보다 구체적으로, 긴 구멍(272)은, 검사 대상물(40)의 단부(410)보다도 검사 대상물의 내측(Y축 정방향)의 위치에서 시작되어, 직교 방향으로 연장되고, 규제부(27B)의 단에 개구되어 있다.
도 6 및 도 7에 있어서, 규제부(27B)의 긴 구멍(272)은, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향에 있어서, 수신면(280)의 중앙으로부터 주연까지 연장되는 띠상의 영역 S7(띠상 영역)과 겹치게 형성되어 있다. 즉, 도 6 및 도 7에 예시하는 규제부(27B)는, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향에 있어서 수신면(280) 중 띠상의 영역 S7을 제외한 영역에 대향하도록 배치된다. 영역 S7은 초음파가 포커스되는 영역을 포함하기 때문에, 규제부(27B)는 목적파를 가로막지 않고, 비목적파만을 규제한다. 따라서, 도 6 및 도 7에 예시한 초음파 검사 장치(20)에 의하면, 상기 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘한다.
(실시 형태에 관한 제3 변형예)
이어서, 실시 형태에 관한 제3 변형예에 대하여 도 8을 사용하여 설명한다.
본 발명의 초음파 검사 장치(20)는, 도 8에 예시하는 바와 같이, 콘형으로 형성된 규제부(27)(콘형 규제부(27)) 및 평판으로 긴 구멍(272)을 형성한 규제부(27B)(평판형 규제부(27B)) 양쪽을 구비해도 된다. 이 경우, 직경 치수가 작은 개구를 갖는 콘형 규제부(27)의 선단이, 평판형 규제부(27B)의 긴 구멍(272)에 삽입되어도 된다. 또한, 평판형 규제부(27B) 대신에, 도 5에서 나타낸, 평판형 규제부(27A)(평판에 관통 구멍(271)을 형성한 것)를 구비해도 된다. 즉, 본 발명의 초음파 검사 장치(20)는, 콘형 규제부(27)와 평판형 규제부(27A) 양쪽을 구비해도 된다.
(실시 형태에 관한 제4 변형예)
이어서, 실시 형태에 관한 제4 변형예에 대하여 도 9를 사용하여 설명한다.
본 발명의 초음파 검사 장치(20)는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 규제부(27)(규제부(27, 27C))가, 검사 대상물(40)과 수신부(28)의 사이 및 검사 대상물(40)과 송신부(26)의 사이 양쪽에 배치되어도 된다. 즉, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향에 있어서 검사 대상물(40)의 양측에 규제부(27, 27C)가 배치되어도 된다. 도 9에 예시하는 구성에 있어서, 콘형의 2개의 규제부(27, 27C)는, 직경 치수가 작은 개구가 서로 대향하게 배치되어 있다. 또한, 이들 2개의 규제부(27, 27C)는, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향에 있어서 송신면(260) 및 수신면(280)의 중앙 영역 S8의 사이에 개재되지 않도록 배치된다.
검사 대상물(40)과 수신부(28)의 사이 및 검사 대상물(40)과 송신부(26)의 사이 양쪽에 규제부(27)를 배치하는 구성에는, 콘형의 규제부(27, 27C)로 한정되지 않고, 예를 들어 도 5 내지 도 7에 예시한 규제부(27A, 27B)가 적용되어도 된다.
검사 대상물(40)과 수신부(28)의 사이 및 검사 대상물(40)과 송신부(26)의 사이 양쪽에 규제부(27, 27C)를 배치하는 구성에서는, 송신부(26)로부터 송신된 초음파가 검사 대상물(40)의 단부(410)에 도달하는 것을 규제할 수 있기 때문에, 회절파의 발생 그 자체를 억제할 수 있고, 비목적파가 수신부(28)에 도달하는 것을 억제할 수 있다.
(실시 형태에 관한 제5 변형예)
이어서, 실시 형태에 관한 제5 변형예에 대하여 도 10을 사용하여 설명한다.
본 발명의 초음파 검사 장치(20)는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 검사 대상물(40)의 주연부(41)를 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향으로 안내하는 한 쌍의 가이드부(29)를 구비해도 된다.
가이드부(29)는, 검사 대상물(40)의 주연부(41) 중 검사 대상물(40)의 단부(410)를 포함하는 부위(411)(도 2 참조)가, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향(Z축 방향)으로부터 보아서 규제부(27)에 대하여 겹치도록, 검사 대상물(40)을 안내(가이드)한다. 즉, 가이드부(29)는, 적어도 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향(Z축 방향)과 직교하는 직교 방향(XY 평면 방향)에 있어서, 검사 대상물(40)을 송신부(26), 수신부(28) 및 규제부(27)에 대하여 위치 결정한다. 또한, 가이드부(29)는, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향(Z축 방향)에 있어서, 검사 대상물(40)을 송신부(26), 수신부(28) 및 규제부(27)에 대하여 위치 결정해도 된다.
한 쌍의 가이드부(29)는, 규제부(27)에 대하여 검사 대상물(40)의 반송 방향(X축 정방향)의 전방측, 즉, 규제부(27)보다도 X축 부방향에 배치된다. 한 쌍의 가이드부(29)는, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향에 간격을 두고 배치된다. 한 쌍의 가이드부(29)는, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향에 대향하는 안내면을 갖는다. 한 쌍의 가이드부(29)의 안내면끼리의 간격은, 검사 대상물(40)의 반송 방향(X축 정방향)을 향함에 따라서 작아진다.
이 구성에서는, 검사 대상물(40)이 반송 방향(X축 정방향)으로 반송될 때, 검사 대상물(40)의 주연부(41)가 배열 방향에 있어서 규제부(27)에 대하여 어긋나 위치해 있어도, 검사 대상물(40)의 주연부(41)를 한 쌍의 가이드부(29)의 안내면에 의해 적정한 위치로 안내(위치 결정)할 수 있다.
또한, 이 구성에 있어서, 규제부(27)는, 가이드부(29)와 일체로 형성되어도 된다. 규제부(27)에 가이드부(29)의 안내면과 같은 기구를 마련함으로써, 규제부(27)가 가이드부(29)를 겸하게 해도 된다. 이 경우, 예를 들어 규제부(27)의 일부가 도 10에 예시한 가이드부(29)와 같은 형상으로 형성된다.
상술한 실시 형태에 있어서의 규제부(27)의 재질로서, 가공이 용이하다는 점에서 PET(PolyEthylene Terephthalate) 수지를 사용해도 되지만, 이것으로 한정되지 않는다. 규제부(27)는, 비목적파의 전반 경로를 규제할 수 있는 재질이라면 되고, 예를 들어 종이나 필름과 같은 얇고 유연한 재질이어도 되고, 목재나 금속 등의 단단한 재질이어도 된다. 본 실시 형태에서는, 규제부(27)가 적어도 비목적파의 전반 경로를 규제할 수 있으면 되고, 비목적파를 완전히 차단할 필요는 없다. 이 때문에, 규제부(27)의 재질은 금속 등 강성이 높은 것으로 한정되지 않는다. 또한, 규제부(27)를 검사 대상물(40)에 밀착시킬 필요도 없다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 송신부(26) 및 수신부(28)는, 송신 소자와 수신 소자를 직선상으로 배치한 라인 포커스 센서여도 된다. 싱글 포인트의 송수신부인 경우와 비교하여, 초음파를 광범위하게 송수신할 수 있기 때문에, 검사의 고속화가 가능하다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 송신부(26)와 수신부(28)의 배열 방향으로 보아서, 규제부(27)는, 검사 대상물(40)로부터 수신부(28)측으로 이격되어 배치되는 경우를 예시했지만, 이것에 한정되지 않는다. 규제부(27)는, 검사 대상물(40)에 접하고 있어도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 반송 방향이 X축 방향인 경우를 예시하여 설명했지만, 반송 방향은 Y축 방향이어도 되고, XY 평면 상의 임의의 방향이어도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 송신부(26)와 수신부(28)의 사이에는, 예를 들어 도 5 내지 도 7에 나타내는 바와 같이, 송신부(26) 및 수신부(28)의 배열 방향(Z축 방향)을 두께 방향으로 하는 평판상으로 형성된 규제부(27)(규제부(27A, 27B))가 배치되어도 된다. 도 5 내지 도 7에 예시하는 규제부(27)는, 규제부(27)로부터 수신부(28)까지 배열 방향으로 연장되는 다리부(270)를 통해 수신부(28)에 고정되지만, 이것에 한정되지는 않는다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 규제부(27)가 검사 대상물(40)의 내측(도 2의 부위(412))에 대하여도 마련되는 예를 나타냈지만, 규제부(27)는 단부(410)측으로부터 수신부(28)에 도달하는 비목적파를 규제할 수 있으면 되기 때문에, 내측은 생략 가능하다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 검사 대상물(40)이 가이드부(29)의 안내판에 의해 물리적으로 적정한 위치로 안내되는 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않는다. 가이드부(29)는, 예를 들어 반송 장치(30)에 적재된 검사 대상물(40)을 부감하여 촬상하는 카메라로부터 얻어지는 검사 대상물(40)의 화상 데이터로부터 검사 대상물(40)의 위치를 인식하여, 컴퓨터 제어에 의해 검사 대상물(40)의 검사 위치를 적절한 위치로 안내하는 것이어도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 초음파 검사 시스템(1)이, 검사 대상물(40)의 주연부(41)에 있어서의 박리의 유무를 검출하는 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않는다. 초음파 검사 시스템(1)은, 각종 검사 대상물에 대하여, 내부에 이물이나 기포가 포함되어 있지 않은지를 검사하는 경우에도 응용할 수 있다.
본 발명의 몇 가지의 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는, 예로서 제시한 것이지, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않았다. 이들 실시 형태는,기타의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그의 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함되면 마찬가지로, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함되는 것이다.
1: 초음파 검사 시스템
20: 초음파 검사 장치
26: 송신부
27: 규제부
28: 수신부
29: 가이드부
40: 검사 대상물
41: 주연부
410: 단부

Claims (7)

  1. 서로 간격을 두고 배치된 송신부와 수신부의 사이에 검사 대상물이 배치되고, 상기 송신부로부터 송신된 초음파를 상기 수신부에 의해 수신하여 상기 검사 대상물을 검사하는 초음파 검사 장치에 있어서,
    상기 송신부로부터 상기 수신부에 이르는 초음파의 전반 경로 중, 상기 검사 대상물을 투과하여 상기 수신부에 도달하는 초음파의 제1 전반 경로와는 상이한 제2 전반 경로를 규제하는 콘형의 규제부를 구비하고,
    상기 규제부는 상기 수신부에 고정되는, 초음파 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신부에 의해 초음파의 수신이 검출되고 나서 소정의 시간 구간의 초음파에 상당하는 신호를 사용하여 상기 검사 대상물에 있어서의 주연부의 불량 유무를 판정하는 신호 제어부를 더 구비하는, 초음파 검사 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 규제부는, 상기 송신부 및 상기 수신부의 배열 방향에서 보아서, 상기 검사 대상물의 주연부 중 적어도 상기 검사 대상물의 단부를 포함하는 제1 부위에 대하여 겹치도록 배치되는, 초음파 검사 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 규제부는, 상기 송신부 및 상기 수신부의 배열 방향에서 보아서, 상기 송신부로부터 송신되는 초음파가 포커스되는 소정의 범위에 대하여 겹치지 않도록 배치되는, 초음파 검사 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 배열 방향에서 보아서 상기 규제부와 상기 검사 대상물이 겹치는 범위는, 상기 송신부에 의해 송신되는 초음파의 파장에 따른 범위인, 초음파 검사 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 규제부는, 상기 송신부 및 상기 수신부의 배열 방향에 있어서 상기 검사 대상물과 상기 수신부의 사이에 배치되는, 초음파 검사 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 규제부는, 상기 송신부 및 상기 수신부의 배열 방향에 있어서, 상기 검사 대상물에 대하여, 상기 송신부에 의해 송신되는 초음파의 파장에 따른 거리를 두고 배치되는, 초음파 검사 장치.
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