特許 7597591 検査方法および超音波検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-02

(45)【発行日】2024-12-10

(54)【発明の名称】検査方法および超音波検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/07 20060101AFI20241203BHJP

   G01N 29/44 20060101ALI20241203BHJP

【ＦＩ】

G01N29/07

G01N29/44

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021008479

(22)【出願日】2021-01-22

(65)【公開番号】P2022112623

(43)【公開日】2022-08-03

【審査請求日】2023-12-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】304021288

【氏名又は名称】国立大学法人長岡技術科学大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小山 友宏

(72)【発明者】

【氏名】井原 郁夫

(72)【発明者】

【氏名】小川 曜史

【審査官】井上 徹

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－３２９６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１９４１３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００－Ｇ０１Ｎ ２９／５２

Ｇ０１Ｂ １７／００－Ｇ０１Ｂ １７／０８

Ｇ０１Ｋ １／００－Ｇ０１Ｋ １９／００

Ｂ２２Ｄ １５／００－Ｂ２２Ｄ １７／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波を用いた検査方法であって、
成形品を形成するための内部空間を有する金型と、前記内部空間に流入される成形材料とを含む検査対象に縦波超音波を発信し、前記検査対象からの前記縦波超音波の反射波である縦波反射波を検出して、前記縦波反射波の波形の変化と、前記縦波超音波の発信から前記縦波反射波の受信までの前記縦波超音波の伝搬時間とのうち少なくともいずれか一方を取得し、
取得した前記波形の変化と、前記縦波超音波の伝搬時間の変化とのうち少なくともいずれか一方を用いて、前記金型の内壁に当接する前記成形材料の有無を含む第一情報を決定し、
横波超音波を前記検査対象に発信し、前記検査対象からの前記横波超音波の反射波である横波反射波を検出して、前記横波超音波の発信から前記横波反射波の受信までの前記横波超音波の伝搬時間を取得し、
前記縦波超音波の波形の変化と前記縦波超音波の伝搬時間の変化のいずれも用いず、取得した前記横波超音波の伝搬時間を用いて、前記検査対象の温度情報を含む第二情報を決定し、
前記第一情報および前記第二情報を用いて、前記成形品の製造条件を変更する、
検査方法。

【請求項2】

前記第一情報には、さらに、前記金型の内壁に塗布されている離型剤の塗布分布が含まれる、請求項１に記載の検査方法。

【請求項3】

さらに、前記第一情報を用いて、前記内部空間における前記成形材料の流れを観察する、請求項１または請求項２に記載の検査方法。

【請求項4】

超音波を用いた超音波検査装置であって、
成形品を形成するための内部空間を有する金型と、前記内部空間に流入される成形材料とを含む検査対象に縦波超音波を発信し、前記検査対象からの縦波反射波を受信するための縦波超音波センサと、
横波超音波を前記検査対象に発信し、前記検査対象からの横波反射波を受信するための横波超音波センサと、
前記縦波反射波の波形の変化と、前記縦波超音波の発信から前記縦波超音波に対応する前記縦波反射波を受信するまでの伝搬時間とのうち少なくともいずれか一方を用いて、前記金型の内壁に当接する物体の有無を含む第一情報を決定するとともに、前記縦波超音波の波形の変化と前記縦波超音波の伝搬時間の変化のいずれも用いず、前記横波超音波の発信から前記横波超音波に対応する前記横波反射波を受信するまでの伝搬時間を用いて、前記検査対象の温度情報を含む第二情報を決定する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第一情報および前記第二情報を用いて、前記成形品の製造条件を変更する、
超音波検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、超音波を用いた検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

キャビティ内部に溶湯が充填された金型の外部からキャビティ内へ向かって超音波を発信し、検出した複数の反射波を用いて算出される超音波速度に基づいて溶湯の温度や固相率を算出する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－０８３２７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

超音波を用いた検査方法では、検査対象に関するより多くの種類の情報を検査対象の外部から取得することができる技術が求められていた。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
本開示の第１の形態は、超音波を用いた検査方法であって、成形品を形成するための内部空間を有する金型と、前記内部空間に流入される成形材料とを含む検査対象に縦波超音波を発信し、前記検査対象からの前記縦波超音波の反射波である縦波反射波を検出して、前記縦波反射波の波形の変化と、前記縦波超音波の発信から前記縦波反射波の受信までの前記縦波超音波の伝搬時間とのうち少なくともいずれか一方を取得し、取得した前記波形の変化と、前記縦波超音波の伝搬時間の変化とのうち少なくともいずれか一方を用いて、前記金型の内壁に当接する前記成形材料の有無を含む第一情報を決定し、横波超音波を前記検査対象に発信し、前記検査対象からの前記横波超音波の反射波である横波反射波を検出して、前記横波超音波の発信から前記横波反射波の受信までの前記横波超音波の伝搬時間を取得し、前記縦波超音波の波形の変化と前記縦波超音波の伝搬時間の変化のいずれも用いず、取得した前記横波超音波の伝搬時間を用いて、前記検査対象の温度情報を含む第二情報を決定し、前記第一情報および前記第二情報を用いて、前記成形品の製造条件を変更する、検査方法である。

【0006】

（１）本開示の一形態によれば、超音波を用いた検査方法が提供される。この検査方法は、内部に物体を充填することができる検査対象に縦波超音波を発信し、前記検査対象からの前記縦波超音波の反射波である縦波反射波を検出して、前記縦波反射波の波形の変化と、前記縦波超音波の発信から前記縦波反射波の受信までの前記縦波超音波の伝搬時間とのうち少なくともいずれか一方を取得し、取得した前記波形の変化と、前記縦波超音波の伝搬時間の変化とのうち少なくともいずれか一方を用いて、前記検査対象の内壁に当接する前記物体の有無を含む第一情報を決定し、横波超音波を前記検査対象に発信し、前記検査対象からの前記横波超音波の反射波である横波反射波を検出して、前記横波超音波の発信から前記横波反射波の受信までの前記横波超音波の伝搬時間を取得し、取得した前記横波超音波の伝搬時間を用いて、前記検査対象の温度情報を含む第二情報を決定する。
この形態の検査方法によれば、横波超音波の伝搬時間と、縦波反射波の波形の変化と縦波超音波の伝搬時間との少なくともいずれか一方とを取得することにより、検査対象の内壁に当接する前記物体の有無を含む第一情報と、検査対象の温度情報を含む第二情報とを取得することができる。したがって、検査対象の外部から検査対象に関する複数の種類の情報を取得することができる。
（２）上記形態の検査方法において、前記検査対象は、成形品を形成するための内部空間を有する金型と、前記内部空間に流入される成形材料とを含んでよい。
この形態の検査方法によれば、成形機に用いられる金型内の成形材料の状態に関する複数の種類の情報を取得することできる。
（３）上記形態の検査方法において、前記第一情報には、さらに、前記金型の内壁に塗布されている離型剤の塗布分布が含まれてよい。
この形態の検査方法によれば、成形品の製造時における離型剤の塗布分布の状態に基づいて、離型剤の塗布条件を変更することができる。
（４）上記形態の検査方法において、前記第一情報を用いて、前記内部空間における前記成形材料の流れを観察してもよい。
この形態の検査方法によれば、成形品が製造される際に、成形材料が金型内で流動する状態を金型の外部から把握することができる。
（５）上記形態の検査方法において、さらに、前記第一情報および前記第二情報を用いて、前記成形品の製造条件を変更してもよい。
この形態の検査方法によれば、製造中に取得した金型内での成形材料の状態に基づいて製造条件を設定することができ、成形品の製造条件をより適正化することができる。
本開示は、超音波を用いた検査方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、成形品の製造方法、成形品の製造装置、超音波検査装置、超音波検査装置や成形品の製造装置の制御方法、その制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】超音波検査装置の構成を示す説明図。

【図2】超音波検査装置を用いた第一の実験の概要を示す説明図。

【図3】第一の実験により得られた縦波超音波および横波超音波の伝搬時間の変化の結果を示すグラフ。

【図4】第一の実験により取得されたワークの温度分布の結果を示す説明図。

【図5】超音波を用いた検査処理を示すフロー図。

【図6】超音波検査装置を用いた第二の実験の概要を示す説明図。

【図7】第二の実験によって得られた縦波超音波および横波超音波の伝搬時間の変化の結果を示すグラフ。

【図8】第二の実験により取得されたワークの温度分布の結果を示す説明図。

【図9】液水が付着していない状態のワークの底面からの横波反射波の波形を示す説明図。

【図10】液水が付着している状態のワークの底面からの横波反射波の波形を示す説明図。

【図11】液水が付着していない状態のワークの底面からの縦波反射波の波形を示す説明図。

【図12】液水が付着している状態のワークの底面からの縦波反射波の波形を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

Ａ．第１実施形態：
図１は、本開示の第１実施形態としての超音波検査装置１００の構成を示す説明図である。超音波検査装置１００は、超音波送受信装置８０と、制御装置９０とを備えている。超音波検査装置１００は、例えば、成形機に備えられる金型に超音波送受信装置８０を装着することにより用いられる。成形機とは、成形材料を金型内に射出し、成形材料を金型内で凝固させることにより、成形品を製造する装置である。本実施形態では、超音波検査装置１００は、成形機としてのダイカストマシン２００に取り付けられている。成形材料とは、例えば、液状または固液共存状態である凝固前の金属材料である。凝固前の金属材料は、溶湯とも呼ばれる。金属材料には、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金、亜鉛合金やマグネシウム合金、銅合金などの種々の材料が含まれる。成形機は、ダイカストマシンのほかに、例えば、樹脂材料を成形材料とする射出成形機などの種々の成形機が含まれてよい。

【0009】

ダイカストマシン２００は、金型５０を含む図示しない型締装置と、離型剤射出部６０と、射出装置７０と、を備えている。金型５０は、超音波検査装置１００の超音波送受信装置８０を装着するための外壁と、内部空間ＣＶを規定する金型５０の内壁とを備えている。型締装置は、制御装置９０による制御のもとで、金型５０の型開き、型閉じ、ならびに型締めを行う。型締装置が型締めすることによって、金型５０内に成形品と略同一形状の内部空間ＣＶが形成される。内部空間ＣＶは、キャビティとも呼ばれる。離型剤射出部６０は、制御装置９０による制御のもとで、金型５０の内壁面に離型剤６２を塗布する。

【0010】

射出装置７０は、制御装置９０による制御のもとで、金型５０の内部空間ＣＶへ凝固前の金属材料を射出し、充填する。射出装置７０は、金型５０内に通じるスリーブ７４と、スリーブ７４内を摺動可能なプランジャ７６と、プランジャ７６を駆動する射出駆動部７２とを有している。型締装置による金型５０の型締めが完了すると、図示しない供給装置が１ショット分の成形材料ＰＤを、スリーブ７４の上面の供給口からスリーブ７４内へと供給する。プランジャ７６がスリーブ７４内を内部空間ＣＶ側へ摺動することにより、スリーブ７４内の成形材料ＰＤが金型５０の内部空間ＣＶに押し出される。内部空間ＣＶに充填された凝固前の成形材料ＰＤは、金型５０に熱を奪われることにより冷却され、凝固する。この結果、成形品が形成される。

【0011】

超音波送受信装置８０は、縦波超音波の発信および受信を行う縦波超音波センサ８２と、横波超音波の発信および受信を行う横波超音波センサ８４と、接触媒質８１，８３と、高速ＡＤ変換器８６とを備えている。接触媒質８１，８３は、金型５０と、縦波超音波センサ８２および横波超音波センサ８４との接触面での超音波透過性を向上させる。接触媒質８１，８３としては、例えば、水やグリセリン等を適用することができる。

【0012】

図１には、横波超音波および縦波超音波の伝搬方向ＤＷが模式的に示されている。伝搬方向ＤＷは、例えば、縦波超音波センサ８２および横波超音波センサ８４が装着される金型５０の外壁の表面に対して略垂直方向である。縦波超音波とは、伝搬方向ＤＷと同じ方向に媒体が振動する超音波であり、横波超音波とは、伝搬方向ＤＷと垂直方向に媒体が振動する超音波である。本実施形態の超音波検査装置１００による検査対象には、後述するように、金型５０と、金型５０の内部空間ＣＶに存在する成形材料ＰＤと、金型５０の内部空間ＣＶに存在する離型剤６２とが含まれる。超音波検査装置１００は、例えば、シリンダブロックの内部のオイルや燃料の温度等の情報を取得するために用いられてもよく、内部に物体を充填することができる種々の検査対象に用いられてもよい。

【0013】

縦波超音波センサ８２および横波超音波センサ８４は、金型５０の外壁の同一の面上に取り付けられている。超音波検査装置１００は、縦波超音波センサ８２および横波超音波センサ８４をそれぞれ一つずつ備えてもよく、複数で備えられてもよい。本実施形態では、検査範囲をより広くする観点から、縦波超音波センサ８２および横波超音波センサ８４は、それぞれ複数で金型５０の外壁の同一の面上に取り付けられている。縦波超音波センサ８２は、縦波超音波を、金型５０の内部空間ＣＶへ向けて発信する。縦波超音波センサ８２は、例えば、金型５０の内部空間ＣＶの内壁面のうち縦波超音波センサ８２が取り付けられた位置に近い端面Ｅ１で反射して戻ってきた反射波である縦波反射波や、内部空間ＣＶに充填された成形材料ＰＤ内を伝搬して内部空間ＣＶにおける端面Ｅ１とは反対側に位置する底面Ｅ２で反射して戻ってきた縦波反射波を受信する。

【0014】

横波超音波センサ８４は、横波超音波を、金型５０の内部空間ＣＶへ向けて発信する。横波超音波センサ８４は、金型５０の内部空間ＣＶにおける内壁面のうち横波超音波センサ８４が取り付けられた位置に近い端面Ｅ１で反射して戻ってきた反射波である横波反射波や、底面Ｅ２で反射して戻ってきた横波反射波を受信する。

【0015】

高速ＡＤ変換器８６には、横波反射波および縦波反射波の波形のアナログ電圧信号が、縦波超音波センサ８２および横波超音波センサ８４から入力される。高速ＡＤ変換器８６は、入力されたアナログ電圧信号をデジタル信号へと変換し、制御装置９０に出力する。高速ＡＤ変換器８６は、縦波超音波センサ８２や横波超音波センサ８４、制御装置９０に備えられてもよい。

【0016】

制御装置９０は、論理演算を実行するマイクロプロセッサと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリとを備えるマイクロコンピュータである。マイクロプロセッサは、メモリに予め格納されるプログラムを実行することでダイカストマシン２００の型締装置や射出装置７０、ならびに離型剤射出部６０などの各部の動作を制御する。本実施形態では、マイクロプロセッサは、メモリに格納されたプログラムを実行することによって、伝搬時間取得部９４と、第二情報取得部９６と、第一情報取得部９８として機能する。なお、ダイカストマシン２００の各部の機能、伝搬時間取得部９４、第二情報取得部９６、ならびに第一情報取得部９８の機能の一部又は全部は、ハードウェア回路で実現されてもよい。

【0017】

伝搬時間取得部９４は、縦波超音波センサ８２が縦波超音波を発信してから縦波反射波を検出するまでの縦波超音波の伝搬時間と、横波超音波センサ８４が横波超音波を発信してから第一横波反射波を検出するまでの横波超音波の伝搬時間とを算出する。伝搬時間取得部９４は、縦波超音波センサ８２や横波超音波センサ８４に備えられてもよい。

【0018】

第二情報取得部９６は、伝搬時間取得部９４により取得される横波超音波の伝搬時間を用いて、検査対象に関する情報を決定する。横波超音波の伝搬時間を用いて得られる検査対象に関する情報を、「第二情報」とも呼ぶ。本実施形態では、第二情報取得部９６は、横波超音波の伝搬時間と、検査対象の温度伝導率などを含む検査対象に関する既知のデータとを用いて、理論式に基づき検査対象の温度分布を第二情報として決定する。温度分布を算出するための理論式としては、例えば、特開２００８－７０３４０号公報に公開されている理論式を用いることができる。第二情報取得部９６は、横波超音波の伝搬時間と、検査対象の温度との関係を示すデータテーブルを用いてもよい。第二情報は、検査対象の温度分布には限定されず、検査対象の任意の位置の温度などの種々の温度情報であってもよい。第二情報には、検査対象の内部の材料の凝固の進行状況が含まれてもよい。

【0019】

第一情報取得部９８は、伝搬時間取得部９４により取得される縦波超音波の伝搬時間を用いて、検査対象の状態を決定する。縦波超音波の伝搬時間の変化を用いて得られる情報を、「第一情報」とも呼ぶ。第一情報には、例えば、内部空間ＣＶを規定する金型５０の内壁に当接する物体の有無が含まれる。第一情報には、後述するように、内部空間ＣＶでのライデンフロスト現象の発生の有無が含まれてよい。ライデンフロスト現象とは、液滴が、その飽和温度以上の固体面上で蒸発する現象を意味する。なお、第一情報取得部９８は、第二情報取得部９６と同様に、縦波超音波の伝搬時間と、検査対象の温度伝導率などを含む検査対象に関する既知のデータとを用いて、理論式に基づき検査対象の温度分布を算出することができる。

【0020】

図２から図４を用いて、本実施形態の超音波検査装置１００が縦波超音波を用いて第一情報を決定するメカニズムについて説明する。図２は、超音波検査装置１００を用いた第一の実験の概要を示す説明図である。第一の実験において、超音波検査装置１００は、ワークＷＫの表面Ｅ４に取り付けられている。ワークＷＫは、金型５０の材料としても用いられるＳＫＤ鋼である。ワークＷＫは、伝搬方向ＤＷに厚さ３０ｍｍを有する略矩形の外観形状を有している。ワークＷＫは、表面Ｅ４とは逆側に底面Ｅ３を有している。ワークＷＫの底面Ｅ３に対向する位置には、液体を噴射する噴射器ＳＹが配置されている。噴射器ＳＹは、任意のタイミングで液水ＷＴ１を底面Ｅ３に噴射することができる。

【0021】

図２に示すように、ワークＷＫには、温度検出器４０が取り付けられている。温度検出器４０は、８つの熱電対Ｔ１～Ｔ８を有する温度センサである。温度検出器４０による温度の検出結果は、制御装置９０に出力される。第一の実験において、温度検出器４０による温度の検出結果は、超音波検査装置１００による超音波を利用した温度分布の検出結果との比較例として用いられる。熱電対Ｔ１～Ｔ５は、ワークＷＫの底面Ｅ３から順に約１ｍｍ間隔で配置され、熱電対Ｔ６～Ｔ８は、底面Ｅ３から順に約１０ｍｍ間隔で配置される。熱電対Ｔ８は、表面Ｅ４に配置されている。

【0022】

図３は、第一の実験により得られた縦波超音波および横波超音波の伝搬時間の変化の結果を示すグラフである。第一の実験では、超音波検査装置１００は、例えば、３０秒などの一定期間において、縦波超音波センサ８２および横波超音波センサ８４に、縦波超音波および横波超音波を定常的に発信させる。制御装置９０は、この一定期間において、底面Ｅ３からの縦波反射波および横波反射波を検出し、縦波超音波の伝搬時間と、横波超音波の伝搬時間とを取得する。第一の実験では、ワークＷＫの底面Ｅ３には、後述するように、噴射器ＳＹからの液水ＷＴ１が複数回に分けて間欠的に吹き付けられる。

【0023】

図３のグラフ中に示される破線ＴＴＬ１は、縦波超音波の伝搬時間の変化を示している。実線ＴＴＳ１は、横波超音波の伝搬時間の変化を示している。実線ＴＴ１は、熱電対Ｔ１によって得られた底面Ｅ３近傍の温度の変化を示している。図３のグラフの横軸は、時間軸である。図３のグラフの左側に示される２つの縦軸は、それぞれ、縦波超音波の伝搬時間と、横波超音波の伝搬時間とを示している。図３では、縦波超音波の伝搬時間と、横波超音波の伝搬時間との比較を容易にする観点から、縦波超音波の伝搬時間のスケールと、横波超音波の伝搬時間のスケールとを個別に設定することで、破線ＴＴＬ１と、実線ＴＴＳ１とを互いに近い位置に配置している。グラフの右側の縦軸は、熱電対Ｔ１の温度を示している。

【0024】

グラフ中には、ワークＷＫの底面Ｅ３に噴射器ＳＹからの液水ＷＴ１が吹き付けられるタイミングが、矢印ＳＰ１～ＳＰ７によって模式的に示されている。横波超音波の伝搬時間は、図３の実線ＴＴＳ１が示すように、略一定値である。このことから、横波超音波の伝搬時間は、ワークＷＫの底面Ｅ３への液水ＷＴ１の付着による影響をあまり受けないことが理解できる。縦波超音波の伝搬時間は、図３の破線ＴＴＬ１が示すように、矢印ＳＰ１～ＳＰ７のタイミングで、ノイズが発生し、横波超音波の伝搬時間と比較して大きく変化する。このことから、縦波超音波の伝搬時間は、ワークＷＫの底面Ｅ３への液水ＷＴ１の付着による影響を受けることが理解できる。

【0025】

図４は、第一の実験により取得されたワークＷＫの温度分布の結果を示す説明図である。グラフの縦軸は、温度を示し、横軸は、伝搬方向ＤＷに沿ったワークＷＫの底面Ｅ３からの距離を示している。距離が３０ｍｍとなる位置は、表面Ｅ４に相当する。図４に示す一点鎖線ＴＰＳ１は、横波超音波の伝搬時間を用いて得られたワークＷＫの温度分布の結果を示している。二点鎖線ＴＰＬ１は、縦波超音波の伝搬時間を用いて得られたワークＷＫの温度分布を示している。図４に示すプロットＴＰ１は、熱電対Ｔ１～Ｔ８から得られたワークＷＫの各位置での温度を示している。

【0026】

図４の一点鎖線ＴＰＳ１およびプロットＴＰ１が示すように、横波超音波を用いて得られた温度分布と、熱電対Ｔ１～Ｔ８から得られた温度分布とは互いに略一致している。この結果は、横波超音波を用いて得られた温度分布が、ワークＷＫの底面Ｅ３への液水ＷＴ１の付着による影響をあまり受けず、安定していることを示している。二点鎖線ＴＰＬ１で示すように、縦波超音波の伝搬時間を用いて得られた温度分布は、底面Ｅ３近傍においてノイズが発生し、横波超音波の伝搬時間を用いて得られた温度分布と比較して大きく変化している。この結果は、縦波超音波の伝搬時間が横波超音波の伝搬時間と比較して、ワークＷＫの底面Ｅ３への液水ＷＴ１の付着による影響を受けやすいことを示している。

【0027】

図３および図４で示すように、第一の実験の結果から、縦波超音波は、物体の裏面、すなわち縦波超音波の反射位置における他の物体の付着に対する感度が高いことが分かる。これは、横波超音波が液体中を伝搬しにくい特徴を有しているのに対して、縦波超音波は液体中を伝搬しやすい特徴を有していることに起因していると考えられる。具体的には、ワークＷＫの底面Ｅ３に到達した縦波超音波の一部が、底面Ｅ３に付着した液水ＷＴ１へ透過することにより、縦波反射波の振幅が低下することや、底面Ｅ３に付着した液水ＷＴ１内で複数回の反射を繰り返すことにより、縦波反射波の波形に歪みを生じさせることに起因すると考えられる。

【0028】

図５は、超音波検査装置１００が実行する超音波を用いた検査処理を示すフロー図である。本フローは、例えば、ダイカストマシン２００が成形品の製造を開始することによって開始される。本フローは、成形品の製造ごとに繰り返し実行されてよい。

【0029】

ステップＳ１０では、制御装置９０は、型締装置や射出装置７０を制御して、型締めが完了した金型５０の内部空間ＣＶに１ショット分の成形材料ＰＤを射出する。ステップＳ２０では、成形材料ＰＤの充填を完了した金型５０の内部空間ＣＶに向かって、縦波超音波センサ８２から縦波超音波が発信され、横波超音波センサ８４から横波超音波が発信される。本実施形態では、ステップＳ２０において、縦波超音波と横波超音波とが同時に発信される。

【0030】

ステップＳ３０では、縦波超音波センサ８２は、金型５０の端面Ｅ１で反射して戻ってきた縦波反射波を受信し、横波超音波センサ８４は、横波反射波を受信する。高速ＡＤ変換器８６は、縦波超音波センサ８２および横波超音波センサ８４から入力された縦波反射波および横波反射波のアナログ電圧信号をデジタル信号へと変換し、制御装置９０に出力する。伝搬時間取得部９４は、入力されたデジタル信号を用いて、縦波超音波の伝搬時間および横波超音波の伝搬時間を取得する。

【0031】

ステップＳ４０では、第一情報取得部９８は第一情報を決定し、第二情報取得部９６は第二情報を決定する。具体的には、第一情報取得部９８は、縦波超音波の伝搬時間の変化（ノイズ）を検出して、第一情報を決定する。第一情報取得部９８は、例えば、縦波超音波の伝搬時間の微分値が、予め定められた閾値より大きいか否かによって、縦波超音波の伝搬時間の変化（ノイズ）の有無を判定することができる。第一情報取得部９８は、第一の実験の結果で示したように、縦波超音波が物体ＦＥの端面Ｅ１に対する物体ＦＥの付着の有無に対する感度が高いことを利用している。本実施形態では、第一情報取得部９８は、金型５０の内壁に当接する物体の有無として、例えば、エアギャップとも呼ばれる成形材料ＰＤと金型５０との間の空隙の有無を決定する。第一情報取得部９８は、金型５０に成形材料ＰＤが充填される前に、金型５０の内壁に付着する離型剤６２の塗布分布を取得してもよい。

【0032】

第二情報取得部９６は、横波超音波の伝搬時間を用いて、第二情報を取得する。第二情報取得部９６は、第一の実験の結果で示したように、横波超音波が安定して検査対象の温度分布を取得できることを利用している。本実施形態では、第二情報取得部９６は、横波超音波の伝搬時間と、検査対象の温度伝導率などを含む検査対象に関する既知のデータとを用いて、理論式に基づき検査対象の温度分布を算出し、第二情報として決定する。ステップＳ２０～Ｓ４０における縦波超音波の発信から第一情報の決定までのフローと、横波超音波の発信から第二情報の決定までのフローとは、同時には限らず、例えば、縦波超音波の発信から第一情報の決定までのフローを実行した後に、横波超音波の発信から第二情報の決定までのフローを実行してもよく、またはその逆の順序などの任意の順序で行ってよく、両方のフローは、任意の順序で開始された後に並行して実行されてもよい。

【0033】

ステップＳ５０では、制御装置９０は、第一情報取得部９８が決定した第一情報、および第二情報取得部９６が決定した第二情報を用いて、ダイカストマシン２００の各部を制御し、成形品の製造条件を変更する。具体的には、制御装置９０は、例えば、第二情報取得部９６が取得した成形材料ＰＤの温度分布に基づいて、金型５０の型締期間の短縮または延長することにより成形材料ＰＤの冷却期間を調整する。制御装置９０は、金型５０内の冷媒の流量や温度を調節してもよい。制御装置９０は、例えば、成形材料ＰＤの温度分布から成形材料ＰＤの凝固の進行状況を取得して、金型５０内の押出ピンの動作や金型５０の型開きタイミングの調節などを行ってもよい。

【0034】

制御装置９０は、さらに、第一情報取得部９８が決定した第一情報に基づいて、金型５０の内部空間ＣＶを規定する端面Ｅ１に当接する物体の有無を検出する。具体的には、制御装置９０は、上述したように、第一情報を用いて、例えば、成形材料ＰＤと金型５０との間のエアギャップを検出する。エアギャップが多い場合には、制御装置９０は、射出装置７０を制御して、プランジャ７６による射出の圧力の増加や成形材料ＰＤの充填速度を調節して、内部空間ＣＶへの成形材料ＰＤの充填率を向上させる。制御装置９０が、第一情報を用いて、端面Ｅ１上に塗布された離型剤６２の塗布分布を取得する場合には、離型剤射出部６０を制御して、金型５０の内部空間ＣＶへの離型剤６２の塗布量を調整してもよい。例えば、離型剤の塗布量が不足する場合には、制御装置９０は、金型５０が型開きされている状態において、離型剤射出部６０を制御して、離型剤の塗布量や離型剤の噴射方向などを調整する。

【0035】

制御装置９０は、さらに、第一情報取得部９８から得られた第一情報を用いて、いわゆる湯流れとも呼ばれる内部空間ＣＶにおける成形材料ＰＤの流れを観察する。具体的には、制御装置９０は、金型５０の外壁の同一の面上に取り付けられている複数の縦波超音波センサ８２から得られた複数の第一情報を利用する。成形材料ＰＤが金型５０内に射出される際に、制御装置９０は、異なる位置に配置される複数の縦波超音波センサ８２のそれぞれから、内部空間ＣＶに当接する成形材料ＰＤの有無を取得する。制御装置９０は、縦波超音波センサ８２の配置位置に基づいて成形材料ＰＤの有無がマッピングされた結果を、湯流れの観察結果として取得する。制御装置９０は、予め定められる単位時間ごとに湯流れの観察結果を取得し、湯流れの観察結果に基づいて、射出装置７０を制御して、プランジャ７６による射出の圧力や成形材料ＰＤの充填速度を調節して、内部空間ＣＶへの成形材料ＰＤの充填率を調節する。

【0036】

図６から図８を用いて、本実施形態の超音波検査装置１００が取得する第一情報の他の形態について説明する。図６は、超音波検査装置１００を用いた第二の実験の概要を示す説明図である。検査対象としてのワークＷＫは、図２に示す第一の実験で用いたワークＷＫと同一のものである。ワークＷＫには、第一の実験と同様に、温度検出器４０が取り付けられている。第二の実験は、ワークＷＫの底面Ｅ３に液水ＷＴ２を付着させた後に、高温の物体ＦＥを、液水ＷＴ２を付着させた状態の底面Ｅ３に接触させる点において、第一の実験とは相違する。第二の実験では、物体ＦＥには、約５００℃に昇温された矩形状の鉄を用いた。

【0037】

図７は、第二の実験によって得られた縦波超音波および横波超音波の伝搬時間の変化の結果を示すグラフである。第二の実験では超音波検査装置１００は、例えば、８０秒などの一定期間において、縦波超音波センサ８２および横波超音波センサ８４に、縦波超音波および横波超音波を定常的に発信させる。制御装置９０は、この一定期間において、底面Ｅ３からの縦波反射波および横波反射波を検出し、縦波超音波の伝搬時間と、横波超音波の伝搬時間とを取得する。第二の実験では、さらに、ワークＷＫの底面Ｅ３に、矢印ＳＰ８，ＳＰ９で示す実験開始後の約１０秒後のタイミングで液水ＷＴ２を付着させる。実験開始後の４５秒後のタイミングＴＨでは、ワークＷＫの底面Ｅ３に、物体ＦＥを接触させる。

【0038】

図７のグラフ中に示される破線ＴＴＬ２は、縦波超音波の伝搬時間の変化を示している。実線ＴＴＳ２は、横波超音波の伝搬時間の変化を示している。実線ＴＴ２は、熱電対Ｔ１によって得られた底面Ｅ３近傍の温度の変化を示している。グラフの横軸は、時間軸である。グラフの左側の縦軸は、縦波超音波の伝搬時間と、横波超音波の伝搬時間とを示している。図７のグラフの左側に示される２つの縦軸は、それぞれ、縦波超音波の伝搬時間と、横波超音波の伝搬時間とを示している。図７では、縦波超音波の伝搬時間と、横波超音波の伝搬時間との比較を容易にする観点から、縦波超音波の伝搬時間のスケールと、横波超音波の伝搬時間のスケールとを個別に設定することで、破線ＴＴＬ２と、実線ＴＴＳ２とを互いに近い位置に配置している。グラフの右側の縦軸は、熱電対Ｔ１の温度を示している。

【0039】

グラフ中には、ワークＷＫの底面Ｅ３に液水ＷＴ２を付着させるタイミングが、矢印ＳＰ８，ＳＰ９によって模式的に示されている。横波超音波の伝搬時間は、図７の実線ＴＴＳ２が示すように、略一定であり、ワークＷＫの底面Ｅ３への液水ＷＴ２の付着による影響は見られないことが分かる。破線ＴＴＬ２で示すように、縦波超音波の伝搬時間は、矢印ＳＰ８，ＳＰ９のタイミングで、大きく変化する。

【0040】

図７の実線ＴＴＳ２で示すように、横波超音波の伝搬時間は、物体ＦＥが底面Ｅ３に接触するタイミングＴＨから、単調に増加している。破線ＴＴＬ２が示すように、縦波超音波の伝搬時間は、タイミングＴＨから増加する。ここで、縦波超音波の伝搬時間は、矢印ＬＦ１，ＬＦ２で示すように、不連続な値を含む大きな変化（ノイズ）が発生している。矢印ＬＦ１，ＬＦ２で示す縦波超音波の伝搬時間のノイズは、高温の物体ＦＥが液水ＷＴ２に接触することによって、液水ＷＴ２が瞬時に蒸発されるライデンフロスト現象の影響を受けて発生していると考えられる。この結果は、縦波超音波が、ライデンフロスト現象に対して横波超音波よりも高い感度を有することを示している。第一情報取得部９８は、例えば、縦波超音波の伝搬時間の微分値と、予め定められた閾値との対比によって、縦波超音波の伝搬時間のノイズを検出し、金型５０の端面Ｅ１でのライデンフロスト現象の発生の有無を判定することができる。

【0041】

図８は、第二の実験により取得されたワークＷＫの温度分布の結果を示す説明図である。グラフの縦軸は、温度を示し、横軸は、ワークＷＫの底面Ｅ３からの距離を示している。図８に示す一点鎖線ＴＰＳ２は、横波超音波の伝搬時間を用いて得られたワークＷＫの温度分布の結果を示している。二点鎖線ＴＰＬ２は、縦波超音波の伝搬時間を用いて得られたワークＷＫの温度分布を示している。図８に示すプロットＴＰ２は、熱電対Ｔ１～Ｔ８から得られたワークＷＫの各位置での温度を示している。

【0042】

図８の一点鎖線ＴＰＳ２およびプロットＴＰ２が示すように、横波超音波を用いて得られた温度分布と、熱電対Ｔ１～Ｔ８から得られた温度分布とは互いに略一致している。この結果は、横波超音波を用いて得られた温度分布が、ワークＷＫの底面Ｅ３でのライデンフロスト現象による影響をあまり受けず、安定していることを示している。二点鎖線ＴＰＬ２で示すように、縦波超音波の伝搬時間を用いて得られた温度分布はノイズが発生し、底面Ｅ３近傍での温度分布が大きく変化している。この結果は、縦波超音波が、ライデンフロスト現象に対して横波超音波よりも高い感度を有することを示している。

【0043】

超音波検査装置１００は、第二の実験の結果が示すように、縦波超音波が端面Ｅ１でのライデンフロスト現象の発生有無に対する感度が高いことを利用している。ライデンフロスト現象の発生の有無を検出することにより、例えば、金型５０の内部空間ＣＶに離型剤６２を塗布する際の離型剤６２の蒸発の有無を検出することができる。離型剤６２の蒸発は、例えば、成形品を製造した後の金型５０の余熱が高温であることによって発生する。離型剤６２の蒸発が確認される場合には、制御装置９０は、離型剤射出部６０を制御し、離型剤の塗布量や離型剤の噴射位置を調整して、内部空間ＣＶでの離型剤６２の塗布量が低下することを抑制する。離型剤の蒸発が検出される場合には、沸点の高い離型剤に変更してもよい。

【0044】

以上、説明したように、本実施形態の超音波検査装置１００によれば、縦波反射波の伝搬時間を用いて、金型５０の端面Ｅ１に当接する離型剤や成形材料ＰＤなどの物体の有無やライデンフロスト現象の発生有無を含む第一情報を取得するとともに、横波超音波の伝搬時間を用いて、金型５０の内部空間ＣＶの成形材料ＰＤの温度分布や成形材料ＰＤの凝固の進行状況を含む第二情報を取得する。したがって、金型５０の外部から金型５０内の成形材料ＰＤに関する複数の種類の情報を取得することができる。

【0045】

本実施形態の超音波検査装置１００によれば、検査対象は、金型５０と、金型５０の内部空間ＣＶに流入される成形材料ＰＤを含んでいる。したがって、ダイカストマシン２００などの成形機に用いられる金型５０内の成形材料ＰＤに関する複数の種類の情報を外部から取得することできる超音波検査装置１００を得ることできる。

【0046】

本実施形態の超音波検査装置１００によれば、第一情報には、金型５０の内部空間ＣＶを規定する端面Ｅ１に塗布される離型剤６２の塗布分布が含まれる。金型５０の外部から離型剤６２の塗布分布を取得することにより、ダイカストマシン２００による成形品の製造中に、離型剤６２の塗布条件を変更し、離型剤６２の塗布分布のばらつきを低減することができる。

【0047】

本実施形態の超音波検査装置１００は、さらに、第一情報を用いて、内部空間ＣＶにおける成形材料ＰＤの流れを観察する。したがって、ダイカストマシン２００によって成形品が製造される際に、成形材料ＰＤが金型５０内で流動する状態を外部から把握することができる。したがって、成形材料ＰＤが金型５０内で流動する状態を流体シミュレーションよりも精度良く把握することができる。

【0048】

本実施形態の超音波検査装置１００によれば、さらに、取得した第一情報および第二情報を用いて、ダイカストマシン２００による成形品の製造条件を変更する。製造中に取得した金型５０内での成形材料ＰＤの状態に基づいて製造条件を設定することができ、成形品の製造条件をより適正化することができる。

【0049】

Ｂ．他の実施形態：
（Ｂ１）上記実施形態では、図３および図４で示したように、超音波検査装置１００は、縦波超音波の伝搬時間のノイズや、縦波超音波の伝搬時間を用いて得られた温度分布のノイズを検出することにより、金型５０の内部空間ＣＶを規定する端面Ｅ１に当接する物体の有無を判定する。また、図７および図８で示したように、超音波検査装置１００は、縦波超音波の伝搬時間のノイズや、縦波超音波の伝搬時間を用いて得られた温度分布のノイズを検出することにより、金型５０の端面Ｅ１でのライデンフロスト現象の発生の有無を判定する。これに対して、超音波検査装置１００は、縦波反射波の波形の変化を検出することにより、金型５０の内部空間ＣＶを規定する端面Ｅ１に当接する物体の有無やライデンフロスト現象の発生の有無を判定してもよい。

【0050】

図９は、第一の実験において、液水ＷＴ１が付着していない状態のワークＷＫの底面Ｅ３からの横波反射波の波形を示す説明図である。図１０は、第一の実験において、液水ＷＴ１が付着している状態のワークＷＫの底面Ｅ３からの横波反射波の波形を示す説明図である。図９および図１０に示す波形は、横波超音波センサ８４によって検出された結果である。図９および図１０において、横軸は時間軸であり、縦軸は振幅を示している。

【0051】

図９および図１０には、横波反射波における振幅の最大値と最小値との差ＳＡ１および差ＳＡ２が示されている。図９および図１０に示すように、差ＳＡ１と差ＳＡ２とは略等しく、横波反射波の波形は略同一である。これは、横波超音波がワークＷＫの底面Ｅ３への液水ＷＴ１の付着による影響をあまり受けていないことを示している。

【0052】

図１１は、第一の実験において、液水ＷＴ１が付着していない状態のワークＷＫの底面Ｅ３からの縦波反射波の波形を示す説明図である。図１２は、第一の実験において、液水ＷＴ１が付着している状態のワークＷＫの底面Ｅ３からの縦波反射波の波形を示す説明図である。図１１および図１２に示す波形は、縦波超音波センサ８２によって検出された結果である。図１１および図１２において、横軸は時間軸であり、縦軸は振幅を示している。

【0053】

図１１に示すように、液水ＷＴ１が付着していない状態のワークＷＫの底面Ｅ３からの縦波反射波は、第一波形ＬＮ１１と、第一波形ＬＮ１１の後に検出され、第一波形ＬＮ１１よりも振幅の小さい第二波形ＬＮ１２とを有している。図１１には、第一波形ＬＮ１１における振幅の最大値と最小値との差ＬＡ１が示されている。図１２に示すように、液水ＷＴ１が付着している状態のワークＷＫの底面Ｅ３からの縦波反射波は、第一波形ＬＮ２１と、第一波形ＬＮ２１の後に検出され、第一波形ＬＮ２１よりも振幅の小さい第二波形ＬＮ２２とを有している。図１２には、縦波反射波の波形における振幅の最大値と最小値との差ＬＡ２が示されている。

【0054】

図１２に示す第一波形ＬＮ２１での差ＬＡ２は、図１１に示す第一波形ＬＮ１１での差ＬＡ１よりも小さい。すなわち、縦波反射波の第一波形での振幅は、ワークＷＫの底面Ｅ３への液水ＷＴ１の付着による影響を受けて、小さくなることが分かる。これは、上述したように、ワークＷＫの底面Ｅ３に到達した縦波超音波の一部が、底面Ｅ３に付着した液水ＷＴ１へ透過することに起因していると考えられる。

【0055】

図１２に示す第二波形ＬＮ２２の振幅は、図１１に示す第二波形ＬＮ１２の振幅よりも大きい。すなわち、ワークＷＫの底面Ｅ３への液水ＷＴ１の付着による影響を受けて、縦波反射波の第二波形に歪みを生じさせていることが分かる。これは、上述したように、縦波超音波の一部が、底面Ｅ３に付着した液水ＷＴ１内で複数回の反射を繰り返すことに起因していると考えられる。以上のように、金型５０の内部空間ＣＶを規定する端面Ｅ１に当接する物体の有無やライデンフロスト現象の発生の有無は、縦波反射波の伝搬時間に代えて、またはそれとともに、縦波反射波の第一波形ＬＮ１１が有する振幅の最大値と最小値と、縦波反射波の第一波形ＬＮ２１が有する振幅の最大値と最小値との差や、第二波形ＬＮ２２の有無といった、縦波反射波の波形の変化を用いて判定することもできる。

【0056】

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0057】

４０…温度検出器、５０…金型、６０…離型剤射出部、６２…離型剤、７０…射出装置、７２…射出駆動部、７４…スリーブ、７６…プランジャ、８０…超音波送受信装置、８１，８３…接触媒質、８２…縦波超音波センサ、８４…横波超音波センサ、８６…高速ＡＤ変換器、９０…制御装置、９４…伝搬時間取得部、９６…第二情報取得部、９８…第一情報取得部、１００…超音波検査装置、２００…ダイカストマシン、ＣＶ…内部空間、ＤＷ…伝搬方向、ＦＥ…物体、ＰＤ…成形材料、ＳＹ…噴射器、Ｔ１～Ｔ８…熱電対、ＷＫ…ワーク、ＷＴ１，ＷＴ２…液水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】