JP2004233144A

JP2004233144A - 接合部の検査方法および検査装置

Info

Publication number: JP2004233144A
Application number: JP2003020437A
Authority: JP
Inventors: Ryuzo Yamada; 龍三山田; Koji Horio; 浩次堀尾; Kenichi Kaneshige; 健一兼重; Nobuyuki Takahashi; 信幸高橋
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-01-29
Also published as: JP4168764B2

Abstract

【課題】軸端面における接合部などの垂直方向からの探触が本来困難な検査対象においても、垂直方向から高精度に接合部を検査することができる接合部の検査方法および検査装置を提供する。
【解決手段】超音波センサ１０と、該超音波センサ１０の入射角度を調整する入射角調整部２０と、試験材を回転させる部材回転部３０と、試験材が所定位置で回転させられるよう軸振れを除去する位置決め部４０と、前記超音波センサ１０を制御するセンサ制御部５０と、前記超音波センサ１０の出力から接合部の判定をなす判定処理部６０とを備えてなる検査装置Ｋにより、同心円状の所要数の領域に分割された領域Ｖ１，Ｖ２，…毎に、それに対して設定された判定基準により接合部の判定をなすものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接合部の検査方法および検査装置に関する。さらに詳しくは、複数部材間の接合部を超音波を利用して検査する接合部の検査方法および検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ろう付けや拡散接合などにより接合された複数金属の接合部の検査方法として、超音波を利用した検査方法が行われている。
【０００３】
このような検査方法は主として、各部材の接合面に超音波を入射し、界面において反射される超音波の音圧を測定し、測定された超音波音圧の大きさ（エコー高さ）により接合部における剥離部分などの欠陥の有無を調べるようにして実施される。
【０００４】
そして、近年、このような接合部検査方法は、自動車のターボチャージャ用ロータにおいて従来は鋼製とされ軸と一体成形されていたロータ（ホットホイール）の羽根をチタンアルミニウム合金から形成し、これを鋼製軸とろう付けにより結合するようにしてロータの軽量化を図り回転性能を顕著に向上させる、といった画期的技術の実現によってその重要性が増大している。
【０００５】
一方、超音波検査方法において小さな欠陥を検出できるよう検査性能を向上させるためには超音波ビーム径を小さくする必要があり、そのためにはポイントフォーカス型の超音波探触子を用いることが有効である。
【０００６】
しかしながら、図８に示すように、軸１０１と羽根中央部１０２との接合面１０３が検査対象である場合に、接合面１０３と垂直な方向からポイントフォーカス型探触子１０４によって超音波１０４ａを入射させ検査しようとすると、図９に示すように、接合面１０３の中間部分は検査できるが周縁部分を充分な精度で検査することが困難になる。
【０００７】
これに対処するために、図１０に示すように、送信探触子１０５ａと受信探触子１０５ｂとがタンデムに並べられたタンデム型クリーピング波探触子（特開２００２−５９０７号参照）１０５を用い、軸１０１の側面から斜めに超音波を入射し、接合部１０３の検査を実施する方法が考えられる。しかしながら、図１１に示すように、接合部１０３近傍に段差１０６ａがあるなど適当な超音波入射面が得られない形状の軸１０６についてはこの方法では検査を実施することができないといった問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、軸端面における接合部などの垂直方向からの探触が本来困難な検査対象においても、垂直方向から高精度に接合部を検査することができる接合部の検査方法および検査装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の接合部の検査方法は、超音波センサを用いた接合部の検査方法であって、接合部の検査領域を同心円状の所要数の領域に分割し、その分割された領域毎に判定基準を設けて接合部の判定をなすことを特徴とする。
【００１０】
本発明の接合部の検査方法においては、判定基準が、接合部界面で反射される超音波の音圧により設定されるカップリングエラー閾値と良否判定閾値とされ、これらの閾値により判定されるのが好ましい。
【００１１】
一方、本発明の接合部の検査装置は、超音波センサと、該超音波センサの入射角度を調整する入射角調整部と、試験材を回転させる部材回転部と、試験材が所定位置で回転させられるよう軸振れを除去する位置決め部と、前記超音波センサを制御するセンサ制御部と、前記超音波センサの出力から接合部の判定をなす判定処理部とを備えてなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の接合部の検査装置においては、入射角調整部が反射部材を有し、超音波センサからの超音波が前記反射部材により反射させられて試験材に入射されるのが好ましい。
【００１３】
【作用】
本発明の接合部の検査方法は、前記の如く構成されているので、接合部の検査精度が向上する。
【００１４】
また、本発明の接合部の検査装置は、前記の如く構成されているので、軸端面における接合部などの垂直方向からの探触が本来困難な検査対象においても、垂直方向から高精度に接合部を検査することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。
【００１６】
図１に、本発明の一実施形態に係る接合部の検査装置の構成を機能ブロック図で示す。
【００１７】
検査装置（以下、単に装置という）Ｋは、２つの部材Ｗ１、Ｗ２からなる試験材の接合部Ｌを超音波を利用して検査する検査装置とされ、図示例は鋼からなるターボチャージャ用ロータの軸Ｗ１とチタンアルミ合金からなるロータ羽根Ｗ２（図３参照）とのろう付けによる接合部（以下、接合部を１つの面とみなして接合面ともいう）Ｌを検査する場合を示す。
【００１８】
ここで、軸Ｗ１は接合面Ｌ側の端部に形成されている短軸の大径部１とこれに続く長軸の小径部２とを有し、両者の間の段部が接合面Ｌに平行な面である接合面平行部分（以下、入射面という）３を接合面Ｌの比較的近傍に形成している。
【００１９】
また、装置Ｋは、検査精度を向上させるために接合面Ｌを複数の領域Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４（図２参照）に分割して検査するものとされる。
【００２０】
装置Ｋは、具体的には、超音波の送受信器を有し受信した超音波の音圧に対応する信号を出力するセンサ１０と、検査対象となる領域を切替えるように後述する反射部材２１への超音波の入射角度を調整する入射角度調整部２０と、領域Ｖ１、Ｖ２、…内の各ポイントに超音波を走査させるよう部材Ｗ１、Ｗ２を回転する部材回転部３０と、部材Ｗ１、Ｗ２が一定の位置で部材回転部３０により回転されるように位置決めをする位置決め部４０と、センサ１０を制御するセンサ制御部５０と、入射角度調整部２０および部材回転部３０を制御するとともにセンサ制御部５０を介してセンサ１０の出力信号を受取りこれに所定の信号処理を実施するようにして接合部Ｌにおける欠陥の有無についての判定を行う判定処理部６０と、を主要構成要素として備えてなる。
【００２１】
センサ１０は、所望精度の検査を実現するために超音波を接合面Ｌに垂直に入射するポイントフォーカス式の超音波センサが用いられる。しかしながら、軸Ｗ１においては入射面３の幅が狭いことから超音波を入射面３と垂直に近い角度で直接に入射させるようセンサ１０を配置することは困難である。このため、センサ１０を軸Ｗ１の側方に配置し、反射部材２１の反射面２１ａにおいて超音波の進行方向を切替えるようにして、超音波の入射角度、路程を適切なものに維持しながら自由に検査対象となる領域Ｖ１、Ｖ２、…を切替えることが可能なようにされている。
【００２２】
ここで、領域Ｖ１、Ｖ２、…は、図２に示すように、円形である接合部Ｌを中心からの距離に基づき区分してなるものとされる。つまり、超音波が入射される入射条件（実施形態では入射角度）Ａ１、Ａ２、…に対応させて接合部Ｌの良否を判定する、良否判定条件（判定用基準値）Ｔ１、Ｔ２、…を設定するよう接合部Ｌを区分してなるものとされる。これは、後述するように接合部Ｌの中心からの距離に応じて各ポイントにおける超音波の入射角度が変化し、これに伴って超音波の反射特性も変化することを理由とする。
【００２３】
図３に示すように、入射角度調整部２０は、センサ１０が反射面２１ａ上の一点Ｐに超音波を入射させる入射角度を調整するように、点Ｐを通りかつ軸Ｗ１に垂直な軸を中心にセンサ１０を所定の角度範囲（例えば水平方向より上１０°、水平方向より下３０°の間）で角度調整自在に支持する支持機構とされる。
【００２４】
入射角度調整部２０は、より具体的には図４に示すように、円弧状部材２３の一端部にその中心Ｏに向けて腕部材２４が設けられた鎌状平板部材２２とされ、その腕部材２４の適宜位置にセンサ１０を配設し、円弧状部材２３の外周面に形成されたラック２３ａに駆動モータ２５の駆動軸に装着されたピニオン２５ａを歯合させて中心Ｏを回動中心として回動させるようにしてなるものとされる。これにより、センサ１０の角度が高精度に調整可能となる。なお、図４中の両端矢符記号は回動方向を示す。
【００２５】
部材回転部３０は、軸Ｗ１を小径部２の端部において把持し、各領域Ｖ１、Ｖ２、…内を周方向に走査するように軸Ｗ１を回転させる回転機構とされる。
【００２６】
位置決め部４０は、図５に示すように、軸Ｗ１の小径部２が挿通される位置決め孔４１を有し、これにより部材回転部３０により回転される軸Ｗ１の軸振れを除去するものとされる。この位置決め孔４１を通った軸は、コレット（図示省略）を有する部材回転部３０により高精度に保持される。また、この位置決め部４０には、反射面２１ａを有する反射部材２１が一体的に組付けられる。
【００２７】
位置決め部４０は、より具体的には、反射部材２１と位置決め部本体４２とは組合わされた状態で、一つの角部が例えば４５度の角度で除去された直方体とされる。また、角部が除去されて形成された斜面４０ａの中間部を反射部材２１の反射面２１ａが形成し、かつ位置決め孔４１が反射面２１ａの端部に開口するように反射部材２１と位置決め部本体４２の対向面に半円形状断面の溝２１ｂ、４２ａを設け、これが合さって位置決め孔４１を形成するように構成される。
【００２８】
この構成により、入射面３に対して垂直に近い角度で超音波を入射させるように反射点Ｐの位置を設定することが可能となり、検査精度が向上する。また、反射部材２１は、位置決め部４０と独立して保持される構成とすることにより、試験材の回転に伴う振動の影響を低減できる。ここで、反射面２１ａは、入射された超音波が効率よくしかも所定方向に反射するよう鏡面とされているのが好ましい。
【００２９】
センサ制御部５０は、センサ１０が所定の周波数、音圧の超音波を発するようにセンサ１０を制御する。なお、センサ制御部５０は、従来より超音波探傷に用いられている超音波センサの出力制御装置を好適に用いることができる。
【００３０】
判定処理部６０は、センサ１０の出力信号に基づいて接合部Ｌの良否を判定する判定処理を実施する。以下、判定処理を説明する。
【００３１】
判定処理は、領域Ｖ１、Ｖ２、…毎に２つの基準値（閾値）を用い、例えばセンサ１０により検出される反射超音波の音圧（反射エコー高さ）が一方の閾値（以下、カップリングエラー閾値という）を下回った場合は、検査対象である接合部Ｌに超音波が届かないカップリングエラーが発生しているものと判断する。一方、他方の閾値（以下、良否判定閾値という）を上回った場合は、接合不良があるものと判定する。
【００３２】
このように実施形態の装置Ｋは、反射部材２１を位置決め部４０に一体的に組付けるようにして固定式の反射面（リフレクタ）２１ａを位置決め部４０とともに形成し、接合部Ｌの検査対象領域Ｖ１、Ｖ２、…を切替えるようにセンサ１０から反射面２１ａに入射される超音波の入射角度を入射角度調整部２０により調整し、領域Ｖ１、Ｖ２、…内の各ポイントに超音波を走査させるように部材回転部３０により部材Ｗ１、Ｗ２を回転させるものとされる。
【００３３】
この構成によって、例えばチタンアルミ合金からなるロータ羽根Ｗ２と鋼製の軸Ｗ１との接合部Ｌをポイントフォーカス式にて垂直に近い方向から超音波を入射しながら、かつ接合部Ｌの各検査対象ポイントにおける入射条件の相違による影響を除去するよう領域毎に設定される基準値を用いて接合部Ｌ全域を検査することが可能となる。
【００３４】
したがって、接合部Ｌ全域を所望の高精度で検査することが可能となり、自動車のような特に安全性が重視される交通機械においても充分な検査精度を達成することができる。
【００３５】
【実施例】
以下、より具体的な実施例により本発明をより具体的に説明する。
【００３６】
図６に示すように、実施形態と同様のロータ軸Ｗ１とロータ羽根Ｗ２とを接合部Ｌにおいて接合し、ロータ羽根Ｗ２の根本部分を接合面Ｌ近傍の平行平面Ｍで切断するようにして試験材Ｗ３を形成し、この試験材Ｗ３の接合部Ｌを領域Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４に区分するようにして実施形態の装置Ｋにより検査した。
【００３７】
図６（ａ）に示すように、試験材Ｗ３の平面Ｍは接合部Ｌの領域Ｖ１〜Ｖ４に対応して区分されており、各領域Ｖ１〜Ｖ４には装置Ｋの検査特性を確認することができるように欠陥を模して１ｍｍ径の平底穴Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４が設けられている。
【００３８】
図７にその結果を実施例として示す。ここで、図７（ａ）は領域Ｖ１の検査結果、すなわち領域Ｖ１の周方向各位置における反射エコーの高さをグラフ化したものを示し、図７（ｂ）は領域Ｖ２の検査結果を示し、図７（ｃ）は領域Ｖ３の検査結果を示し、図７（ｄ）は領域Ｖ４の検査結果を示す。
【００３９】
図７に示すように、平孔Ｎ１〜Ｎ４の対応位置に検出信号が表れており、特に図７（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）においては、さらに顕著な検出信号Ｎ１１、Ｎ１２、Ｎ１３が、接合部Ｌの各領域Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４における欠陥として表れていることが分る。
【００４０】
したがって、装置Ｋを用いることによって接合部Ｌの欠陥を検出することが可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の接合部の検査方法によれば、接合部の検査領域を同心円状の所要数の領域に分割し、その分割された領域毎に判定基準を設けて接合部の判定をなすようにしているので、接合部の検査精度が向上するという優れた効果が得られる。
【００４２】
また、本発明の接合部の検査装置によれば、軸端面における接合部などの垂直方向からの探触が本来困難な検査対象においても、垂直方向から高精度に接合部を検査することができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る接合部の検査方法が適用されてなる検査装置を示す機能ブロック図である。
【図２】検査対象である接合部の領域分割の原理を模式的に示す断面図である。
【図３】入射角度調整部の動作態様を示す側面図である。
【図４】入射角度調整部の概略図である。
【図５】位置決め部を示す斜視図である。
【図６】本発明のより具体的な実施例において使用した試験材を示す２面図である。
【図７】試験材を検査した検査結果を示すグラフ図である。
【図８】従来の接合部の検査方法の一例を示す模式図である。
【図９】同方法の問題点を示す模式図である。
【図１０】従来の接合部の検査方法の他の例を示す模式図である。
【図１１】同方法の問題点を示す模式図である。
【符号の説明】
Ｋ検査装置
Ｌ接合面
Ｖ領域
Ｗ部材
１大径部
２小径部
３接合面平行部分、入射面
１０センサ
２０入射角度調整部
２１反射部材
２１ａ反射面
３０部材回転部
４０位置決め部
５０センサ制御部
６０判定処理部

Claims

超音波センサを用いた接合部の検査方法であって、接合部の検査領域を同心円状の所要数の領域に分割し、その分割された領域毎に判定基準を設けて接合部の判定をなすことを特徴とする接合部の検査方法。
判定基準が、接合部界面で反射される超音波の音圧により設定されるカップリングエラー閾値と良否判定閾値とされ、これらの閾値により判定がなされることを特徴とする請求項１記載の接合部の検査方法。
超音波センサと、該超音波センサの入射角度を調整する入射角調整部と、試験材を回転させる部材回転部と、試験材が所定位置で回転させられるよう軸振れを除去する位置決め部と、前記超音波センサを制御するセンサ制御部と、前記超音波センサの出力から接合部の判定をなす判定処理部とを備えてなることを特徴とする接合部の検査装置。
入射角調整部が反射部材を有し、超音波センサからの超音波が前記反射部材により反射させられて試験材に入射されることを特徴とする請求項３記載の接合部の検査装置。