特開 2025-111190 亀裂検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025111190

(43)【公開日】2025-07-30

(54)【発明の名称】亀裂検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 5/00 20060101AFI20250723BHJP

【ＦＩ】

G01B5/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024005447

(22)【出願日】2024-01-17

(71)【出願人】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100196346

【弁理士】

【氏名又は名称】吉川 貴士

(72)【発明者】

【氏名】大武 浩司

【テーマコード（参考）】

2F062

【Ｆターム（参考）】

2F062AA66

2F062AA99

2F062EE01

2F062EE34

2F062FF02

2F062FF25

2F062GG17

2F062GG90

2F062HH21

(57)【要約】

【課題】定量的にかつ正確に対象物表面の亀裂の有無を評価することが可能となる。
【解決手段】この亀裂検出装置１０は、先端に向けて尖った形状をなす尖形部材１１と、尖形部材１１を対象物１の表面１ａに沿った向きに移動可能とする移動装置１２と、尖形部材１１を対象物１の表面１ａに向けて付勢可能な付勢部材１３と、尖形部材１１の付勢方向に沿った向きの加速度ａを計測可能な加速度計１４とを備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物の亀裂を検出するための装置であって、
先端に向けて尖った形状をなす尖形部材と、
前記尖形部材を前記対象物の表面に沿った向きに移動可能とする移動装置と、
前記尖形部材を前記対象物の表面に向けて付勢可能な付勢部材と、
前記尖形部材の付勢方向に沿った向きの加速度を計測可能な加速度計とを備えた、亀裂検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、亀裂検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えばプレス金型の製作、設計変更に際して当該プレス金型に肉盛り溶接などの溶接加工を施した場合、溶接後に肉盛り部を除去した後の溶接境界（溶接部と金型との境界）に微小な亀裂が残存していることがある。このサイズの亀裂は、溶接を施したプレス金型をそのまま使用する分にはさほど問題にはならないが、成形面の硬度向上を狙ってプレス金型にメッキ処理を施す場合には、メッキ処理の一部としての加熱処理により上記亀裂が広がるおそれが生じる。亀裂が広がることで金型の強度低下はもちろん、プレス成形品の表面に広がった亀裂の形状を反映した痕が残るおそれも生じるため、外観品質の観点からもこの種の亀裂は極力回避すべきである。

【0003】

溶接部に生じる亀裂の有無を検出するための手段として、種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１には、橋梁構造物の溶接部における亀裂の発生又は進展によって橋梁構造物に発生する弾性波を検出することによって、当該亀裂の発生又は進展を検出可能とする亀裂検出装置が提案されている。

【0004】

あるいは、特許文献２には、金属板を溶接することにより構築される船舶などの建造物における溶接部の亀裂の有無を検出するための方法として、溶接ビードに沿って渦電流センサを走査して得られる信号に対して所定の処理を施すことで得られる数値の大きさに基づいて溶接部における亀裂の有無を検出する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－１１２３９６号公報

【特許文献2】特開２０００－１１１５３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載のように、亀裂の発生又は進展時に生じる現象（弾性波の発生）を検出することで亀裂の有無を検出する方法だと、既に存在している亀裂の有無を検出する用途には適さない。また、特許文献２に記載のように、渦電流などの検出信号を亀裂の存在が疑われる箇所に向けて発した際の反応に基づいて亀裂の有無を検出する方法だと、金型表面に開口している亀裂だけでなく、金型内部に存在している欠陥（空孔など）も検出してしまうため、金型表面の亀裂のみを検出するための手段として適切ではなかった。

【0007】

そのため、現状では、微小亀裂の有無を直接手で触れる（爪が引っ掛かるか否か）方法でチェックしているが、これだと検査する人の技量や感覚によって検査結果が異なるといった問題が起こり得る。探傷法と呼ばれる亀裂検出手段を用いて亀裂の有無のチェックも行ってはいるが、この方法だと、塗料が入り込む隙間全てが着色されるため、正確に溶接境界の亀裂を正確に検出することは難しい。

【0008】

上述した問題は溶接部に限ったことではなく、物体表面に生じる亀裂の有無を検出する必要がある対象物全てに起こり得る。

【0009】

以上の事情に鑑み、本明細書では、定量的にかつ正確に対象物表面の亀裂の有無を評価可能とすることを、解決すべき技術課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記課題の解決は、本発明に係る亀裂検出装置によって達成される。すなわち、この評価装置は、対象物の亀裂を検出するための装置であって、先端に向けて尖った形状をなす尖形部材と、尖形部材を対象物の表面に沿った向きに移動可能とする移動装置と、尖形部材を対象物の表面に向けて付勢可能な付勢部材と、尖形部材の付勢方向に沿った向きの加速度を計測可能な加速度計とを備えた点をもって特徴付けられる。

【0011】

上記構成に係る亀裂検出装置を用いて亀裂の検出を行った場合、次のような作用効果を得ることができる。すなわち、尖形部材の先端部を対象物の表面に接触させた状態で移動装置により尖形部材を移動させた場合、尖形部材は付勢部材により対象物の表面に付勢された状態で移動する。そのため、尖形部材が通過する軌跡上に亀裂が存在しない場合、尖形部材は、対象物の表面に倣って上下動しながら当該表面に沿って移動する。一方、尖形部材が亀裂上を通過する際、亀裂の直上部分では尖形部材に作用する付勢力を受ける物体が存在しないため、尖形部材は付勢方向に加速し、尖形部材の先端部が亀裂に嵌まり込む。表面の例えば凹部や凸部を通過する際も尖形部材は上下動するが、その間、尖形部材の先端部は常に対象物の表面に接触した状態にある。そのため、尖形部材の加速度が大きく変動する可能性は極めて低い。以上より、本発明によれば、亀裂の有無を定量的にかつ正確に評価することができ、これにより亀裂の検出結果に対する信頼性を高めることが可能となる。

【0012】

また、本発明に係る亀裂検出装置は、加速度計で計測した尖形部材の加速度の値に基づいて、加速度を計測した地点における亀裂の有無を判定する判定部をさらに備えてもよい。

【0013】

本発明に係る亀裂検出装置によれば、尖形部材の加速度の値に基づいて、亀裂の存在及びその位置を定量的に評価し得る。よって、加速度の値に基づいて、亀裂の有無を判定する判定部を設けることによって、自動的に亀裂の有無及びその位置を検出することが可能となる。これにより、亀裂の検出結果に対する信頼性をさらに高めることが可能となる。

【0014】

また、亀裂検出装置が判定部を備える場合、本発明に係る亀裂検出装置において、判定部は、機械学習により、対象物の表面に亀裂が存在している場合に加速度計で計測される尖形部材の加速度の大きさを学習し、亀裂が存在していると判定される場合の加速度の閾値を取得し、加速度計で計測して得た加速度の値が閾値を上回っている場合に、亀裂が存在していると判定するように構成してもよい。

【0015】

このように、判定部が、機械学習により亀裂が存在していると判定される場合の加速度の閾値を取得し、この閾値と加速度の計測値とに基づいて、亀裂の有無を判定するようにすれば、判定対象の種類が変わっても、その都度機械学習により自動的に加速度の閾値を取得して、取得した閾値を用いて対象物の亀裂の有無の判定を自動的にかつ連続的に実施することが可能となる。これにより、さらに使用者の主観が入り込む余地を排除して、より普遍的に亀裂の有無を評価することが可能となる。

【発明の効果】

【0016】

以上のように、本発明に係る亀裂検出装置によれば、定量的にかつ正確に対象物表面の亀裂の有無を評価することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態に係る亀裂検出装置の全体構成を示す正面図である。

【図2】図１に示す亀裂検出装置の要部平面図である。

【図3】図１に示す亀裂検出装置の使用態様の一例を概念的に示す図で、（ａ）尖形部材の移動態様を模式的に示す図と、（ｂ）尖形部材の加速度の変動態様を模式的に示すグラフである。

【図4】尖形部材が亀裂上を通過するときの挙動を模式的に描いた図である。

【図5】尖形部材が表面の凹部を通過するときの挙動を模式的に描いた図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の一実施形態に係る亀裂検出装置の内容を図面に基づいて説明する。

【0019】

図１は、本発明の一実施形態に係る亀裂検出装置１０の全体構成を示している。この亀裂検出装置１０は、対象物１の表面１ａに存在する亀裂２（後述する図３等を参照）を検出するためのもので、尖形部材１１と、移動装置１２と、付勢部材１３と、加速度計１４と、判定部１５とを備える。本実施形態では、亀裂検出装置１０は、対象物１への固定部１６をさらに備える。

【0020】

尖形部材１１は、先端に向けて尖った形状をなすもので、本実施形態では、全体として柱状をなしかつその先端部１１ａが円錐形状をなしている。また、尖形部材１１の先端部１１ａ外周面の角度（円錐形状をなす場合であれば円錐面をなす母線の中心線に対する角度）は、特に制限なく設定可能であるが、あまりに大きいと、亀裂２の大きさ（深さ）に応じた嵌まり込みが阻害され、また、あまりに小さいと亀裂２に嵌まり込んだ後に亀裂２から尖形部材１１が抜け出るのを阻害するおそれがある。よって、実際には、上述した二つの条件を満たすように、先端部１１ａ外周面の角度を設定するのがよい。一例として、先端部１１ａ外周面の角度は１０°～３０°の範囲内に設定される。

【0021】

移動装置１２は、尖形部材１１を対象物１の表面１ａに沿って移動可能とするもので、本実施形態では、回転駆動部１７と、回転駆動部１７で発生させた回転駆動力を直進運動に変換する直進変換機構１８と、直進変換機構１８の直進部１８ａに取付けられ、直進部１８ａの直進方向Ｙに直交する向きに尖形部材１１を移動可能に支持する支持部１９とを有する。

【0022】

ここで、回転駆動部１７は例えばモータであって、図示しない電源から供給された電力により回転駆動する。また、直進変換機構１８は例えばボールねじ機構であって、ねじ部１８ｂの外周に取付けられたナット部を含む直進部１８ａを、ねじ部１８ｂの軸回転に伴いねじ部１８ｂの長手方向にスライド可能に構成されている。

【0023】

支持部１９は、直進変換機構１８のねじ部１８ｂから平面方向にずれた位置に配設されている（図２を参照）。また、本実施形態では、支持部１９は全体として筒状をなしており、基端側（図１でいえば上側）で尖形部材１１を挿通支持可能な第一小径部１９ａと、先端側で尖形部材１１を挿通支持可能な第二小径部１９ｂと、第一及び第二小径部１９ａ，１９ｂに対して内周面が大径で、かつ付勢部材１３としての圧縮ばね２０を尖形部材１１との間に収容可能な大径部１９ｃとを一体に有する。この場合、尖形部材１１の外周に鍔部１１ｂが一体的に設けられ、この鍔部１１ｂと第一小径部１９ａとの間に圧縮ばね２０が配設される。この場合、圧縮ばね２０が常に圧縮された状態となるように、尖形部材１１を対象物１の表面１ａ上に配置することで（本実施形態でいえば固定部１６により尖形部材１１及び移動装置１２を対象物１の表面１ａに対して所定の高さ位置に固定することで）、尖形部材１１の先端部１１ａは対象物１の表面１ａに常に押し付けられた状態となる（図３（ａ）を参照）。なお、本実施形態では、尖形部材１１の先端部１１ａが対象物１の表面１ａに当接していない状態では、図１に示すように、尖形部材１１の鍔部１１ｂが第二小径部１９ｂと軸方向で当接した状態となるように圧縮ばね２０の自然長が所定の長さに調整される。

【0024】

加速度計１４は、尖形部材１１に固定されて尖形部材１１と一体的に移動可能とされる。ここで加速度計１４としては、少なくとも尖形部材１１の長手方向に沿った方向の加速度（より正確には付勢方向に沿った向きの加速度ａ）が計測可能な限りにおいて、任意の種類の加速度計が適用可能である。

【0025】

判定部１５は、少なくとも加速度計１４と電気的に接続されており、加速度計１４で計測した尖形部材１１の長手方向に沿った向きの加速度ａの値に基づいて、当該加速度を計測した地点における亀裂２の有無を判定可能に構成されている。

【0026】

本実施形態では、判定部１５は、尖形部材１１の加速度ａと亀裂２との関係について機械学習を行うと共に（機械学習ステップＳ１）、機械学習の結果を利用して亀裂２の発生に係る加速度ａの閾値Ｔａを設定し（閾値設定ステップＳ２）、かつ設定した閾値Ｔａを用いて亀裂２の有無を判定する（判定ステップＳ３）ように構成されている。

【0027】

まず機械学習ステップＳ１では、機械学習により、対象物１の表面１ａに亀裂２が存在している場合に加速度計１４で計測される尖形部材１１の加速度ａの大きさを学習する。この場合、亀裂２が存在した場合の加速度データ（特に加速度ａの最大値に係るデータ）と、亀裂２が存在しない場合の加速度データとを学習することにより、亀裂２が存在する場合における尖形部材１１の加速度ａの大きさを学習する。

【0028】

そして、閾値設定ステップＳ２では、機械学習ステップＳ１で学んだ、亀裂２が存在する場合における加速度ａの大きさに基づいて、亀裂２が存在していると判定される場合の加速度ａの閾値Ｔａを設定する。なお、ここでいう「亀裂２が存在する場合」とは、「検出すべき大きさの亀裂２が存在する」ことを意味する。よって、例えば対象物１（プレス金型など）にとって問題とならないオーダーのサイズの亀裂２が加速度ａの値から検出できたとしても、当該亀裂２は閾値Ｔａの設定に際しては考慮されない。検出すべきサイズの亀裂２が存在する場合に計測された加速度ａの値に基づいて、加速度ａの閾値Ｔａを設定するのがよい。

【0029】

このようにして加速度ａの閾値Ｔａを設定した後、判定ステップＳ３で、実際に評価対象となる対象物１の表面１ａを伝って尖形部材１１が移動した際に計測された加速度ａの値に基づいて、尖形部材１１の移動範囲（先端部１１ａと表面１ａとの接触点の軌跡上）に亀裂２が存在しているか否かを判定する。詳細には、まず加速度計１４で計測した尖形部材１１の加速度ａの値を閾値Ｔａと比較する。そして、計測した加速度ａの値が閾値Ｔａを上回っている場合には、当該加速度ａを計測した地点に亀裂２が存在しているものと判定する。あるいは、計測した加速度ａの値が閾値Ｔａ以下である場合には、当該加速度ａを計測した地点に亀裂２は存在しないものと判定する。

【0030】

固定部１６は、亀裂検出装置１０のうち少なくとも尖形部材１１と機械的に接続された部分（本実施形態でいえば移動装置１２、付勢部材１３、加速度計１４）を対象物１に固定するためのもので、本実施形態では磁石で構成される。これにより、対象物１の表面１ａに対する尖形部材１１の移動開始位置及び高さ位置を設定することが可能となる（図３（ａ）を参照）。もちろん、磁石は一例に過ぎない。例えば対象物１が鋼材の如き磁性体でない場合には吸着機構を採用し、あるいは対象物１が板状をなす場合にはクランプ機構を採用する等、対象物１の形状、材質に応じて固定部１６を構成してもよい。

【0031】

次に、上記構成の亀裂検出装置１０を用いた亀裂検出方法の一例を主に図３～図５に基づいて説明する。

【0032】

まず固定部１６により亀裂検出装置１０を対象物１に固定する。この際、尖形部材１１の先端部１１ａが対象物１の表面１ａと当接し、被当接状態と比べて尖形部材１１が上方に位置するように亀裂検出装置１０を固定する。これにより、圧縮ばね２０には下向きの付勢力ｆ（弾性復元力）が発生し、尖形部材１１が表面１ａに向けて付勢された状態となる（図３（ａ）を参照）。

【0033】

このように尖形部材１１に対象物１の表面１ａに向けた付勢力ｆを作用させた状態で、移動装置１２により尖形部材１１を表面１ａに沿って移動させる。本実施形態では、回転駆動部１７の駆動により直進変換機構１８のねじ部１８ｂに回転駆動力が伝達され、伝達された回転駆動力はねじ部１８ｂから直進部１８ａに直進力に変換された状態で伝達される。これにより、直進部１８ａが所定の向きに直進移動を行うと共に、直進部１８ａに設けられた支持部１９（図２を参照）を介して尖形部材１１が直進部１８ａと共に移動する。

【0034】

この際、尖形部材１１は付勢部材１３（圧縮状態の圧縮ばね２０）により下方への付勢力ｆを付与された状態にあるので、直進方向Ｙ（図１を参照）への移動に伴い、尖形部材１１の先端部１１ａが対象物１の表面１ａに当接した状態を維持したまま直進方向Ｙに移動する。よって、尖形部材１１は表面１ａの形状に倣って上下動しながら直進方向Ｙに移動する（図３（ａ）を参照）。

【0035】

ここで、尖形部材１１が表面１ａに存在する亀裂２上を通過する場合、亀裂２上では、尖形部材１１の先端部１１ａは何らの物体とも接触していない状態となるため、圧縮ばね２０からの付勢力ｆを対象物１で受けることができず、結果、尖形部材１１は下方に加速しながら亀裂２に嵌まり込む（図４を参照）。この際、加速度計１４で計測される尖形部材１１の加速度ａは急激に増加する（図３（ｂ）の対応箇所を参照）。

【0036】

一方、尖形部材１１が表面１ａに存在する凹部３上を通過する場合、尖形部材１１は常に下方に付勢されているため、凹部３上を進むにつれて尖形部材１１は下方に移動していくが、その間、先端部１１ａと凹部３表面との接触状態は維持されている（図５を参照）。そのため、凹部３上を通過する間、尖形部材１１の加速度ａが急激に増加することはない（ほとんど変動しない）。

【0037】

以上より、判定部１５は、加速度計１４で計測された尖形部材１１の加速度ａの値を、予め閾値設定ステップＳ２で設定しておいた閾値Ｔａと比較し、当該加速度ａの値が閾値Ｔａを超える場合には当該加速度ａを計測した地点（位置Ｐ１）に亀裂２が存在しているものと判定する（図３（ａ）及び（ｂ）の左側部分を参照）。また、計測した加速度ａの値が閾値Ｔａ未満である場合には、当該加速度ａを計測した地点（位置Ｐ２，Ｐ３）に亀裂２は存在せず、あるいは亀裂２は存在しても問題にならない程度のごく微小な亀裂２（２′）に過ぎないものと判定する（図３（ａ）及び（ｂ）の右側部分を参照）。このようにして、対象物１の表面１ａにおける亀裂２の検出が自動的に行われる。

【0038】

以上述べたように、本実施形態に係る亀裂検出装置１０によれば、次のような作用効果を得ることができる。すなわち、尖形部材１１の先端部１１ａを対象物１の表面１ａに接触させた状態で移動装置１２により尖形部材１１を移動させた場合、尖形部材１１は付勢部材１３（圧縮ばね２０）により対象物１の表面１ａに付勢された状態を維持して移動する。そのため、尖形部材１１が通過する軌跡上に亀裂２が存在しない場合、尖形部材１１は、対象物１の表面１ａに倣って上下動しながら当該表面１ａに沿って移動する（図３（ａ）を参照）。一方、尖形部材１１が亀裂２上を通過する際、亀裂２の直上部分では尖形部材１１に作用する付勢力ｆを受ける物体が存在しないため、瞬間的に尖形部材１１は付勢方向に加速し、尖形部材１１の先端部１１ａが亀裂２に嵌まり込む（図４を参照）。表面１ａの例えば凹部３を通過する際も尖形部材１１は上下動するが、その間、尖形部材１１の先端部１１ａは常に対象物１の表面１ａに接触した状態にある（図５を参照）。そのため、尖形部材１１の加速度ａが大きく変動することはない。以上より、本実施形態に係る亀裂検出装置１０によれば、尖形部材１１の加速度ａの値に基づいて、亀裂２の有無を定量的にかつ正確に評価することが可能となる。

【0039】

また、本実施形態では、計測された加速度ａの値に基づいて、亀裂２の有無を自動的に判定する判定部１５をさらに備えると共に、この判定部１５が、機械学習により対象物１の表面１ａに亀裂２が存在していると判定される場合の加速度ａの閾値Ｔａを設定し、計測した加速度ａの値が閾値Ｔａを上回っている場合に、当該加速度ａを計測した地点に亀裂２が存在していると判定するようにした。このように、判定部１５が、機械学習により亀裂２が存在していると判定される場合の加速度ａの閾値Ｔａを設定し、この閾値Ｔａと計測した加速度ａの値とに基づいて、亀裂２の有無を判定するようにすれば、判定対象（対象物１）の種類が変わっても、その都度機械学習により自動的に加速度の閾値Ｔａを取得して、取得した閾値Ｔａを用いて対象物１の亀裂２の有無の判定を自動的にかつ連続的に実施することが可能となる。これにより、さらに使用者の主観が入り込む余地を排除して、より普遍的に亀裂２の有無を評価することが可能となる。

【0040】

以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明に係る亀裂検出装置は、その趣旨を逸脱しない範囲において、上記以外の構成を採ることも可能である。

【0041】

例えば上記実施形態では、移動装置１２を、回転駆動部１７と、直進変換機構１８としてのボールねじ機構と、支持部１９とで構成した場合を例示したが、もちろんこれ以外の構成をとることも可能である。例えば図示は省略するがシリンダにより支持部１９を所定の向きに沿って直進運動させ得るように移動装置１２を構成してもよい。ただし、何れにしても、付勢状態にある尖形部材１１の先端部１１ａが対象物１の表面１ａとの当接状態を維持できる程度に直進方向Ｙの移動速度を制御することが肝要となる。

【符号の説明】

【0042】

１ 対象物
１ａ 表面
２ 亀裂
３ 凹部
１０ 亀裂検出装置
１１ 尖形部材
１１ａ 先端部
１１ｂ 鍔部
１２ 移動装置
１３ 付勢部材
１４ 加速度計
１５ 判定部
１６ 固定部
１７ 回転駆動部
１８ 直進変換機構
１８ａ 直進部
１８ｂ ねじ部
１９ 支持部
２０ 圧縮ばね
ａ 尖形部材の加速度
Ｔａ 加速度の閾値
ｆ 付勢力
Ｙ 直進方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】