特許 7642275 ボイド可視化方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-28

(45)【発行日】2025-03-10

(54)【発明の名称】ボイド可視化方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/046 20180101AFI20250303BHJP

【ＦＩ】

G01N23/046

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2024210139

(22)【出願日】2024-12-03

【審査請求日】2024-12-10

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】595143333

【氏名又は名称】桑野工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003214

【氏名又は名称】弁理士法人服部国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 裕太

(72)【発明者】

【氏名】上谷 拓未

【審査官】小澤 瞬

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１６１２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２２／００９１０１３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０２１－５１６４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－８９１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－１５５６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１７４９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－９０７４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｄ １７／３２

Ｇ０１Ｎ ２３／００ － Ｇ０１Ｎ ２３／２２７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属ダイカスト又は樹脂成形で製造された検査対象部品（１０）の内部画像がＸ線ＣＴスキャナ（５）で撮像されるＣＴスキャンステップ（Ｓ１）と、
前記Ｘ線ＣＴスキャナが、前記検査対象部品の形状に加え、前記検査対象部品のボイド（１８）の位置及び大きさを示すＳＴＬデータを３Ｄプリンタ（６）に送信するデータ送信ステップ（Ｓ２）と、
前記３Ｄプリンタが、受信したＳＴＬデータに基づき、前記検査対象部品のボイド以外の素材部（１３）に対応する基部（２３）を透明材料のモデル材で充填し、前記検査対象部品のボイドに対応するボイド可視化部（２８）を着色材料のサポート材で充填して三次元造形物（２０）を造形する造形ステップ（Ｓ３）と、
前記三次元造形物の前記ボイド可視化部の位置及び大きさに基づき、前記検査対象部品の品質が検査される検査ステップ（Ｓ５）と、
を含むボイド可視化方法。

【請求項2】

前記造形ステップの後、前記三次元造形物を着色液（７）に含浸し、前記三次元造形物の表面に露出した前記ボイド可視化部（２８ｓ）を前記サポート材とは異なる色に着色する着色ステップ（Ｓ４）をさらに含む請求項１に記載のボイド可視化方法。

【請求項3】

画像認識装置（８）による検査方法に用いられ、
前記検査ステップにおいて、前記画像認識装置は、画像認識した前記ボイド可視化部の画像を、予め記憶された又は学習された検査基準画像と比較し、前記検査対象部品が良品か不良品か判別する請求項１または２に記載のボイド可視化方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属ダイカスト部品や樹脂成形部品等の製造時に発生するボイドの可視化方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、Ｘ線ＣＴスキャナを用いて内部欠陥（ボイド）を検査する方法が知られている。例えば特許文献１には、Ｘ線ＣＴの画像に基づきアルミダイカスト部品の内部欠陥を検出する方法が開示されている。

【0003】

また特許文献２に開示された鋳造品内部欠陥検査支援装置では、表示画像形成手段は、鋳造品の三次元形状モデルを半透明とし、空洞に該当する部分を三次元モデルとは異なる色で強調した表示画像を形成してディスプレイ装置に表示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１３－８８３１０号公報

【文献】特開２００４－３４１４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の方法で用いられる画像は白黒画像であるため、内部欠陥の位置、大きさの三次元把握が難しく、品質検査に熟練技能を要する。また、一つのサンプルに対し複数枚の断面写真が出力されるためデータ管理が煩雑となる。さらに、Ｘ線ＣＴスキャンの断面ピッチによって、大きなボイドを過小評価したり、小さなボイドを見落としたりする可能性がある。

【0006】

特許文献２には、検査支援装置によって内部欠陥状態の検査が容易になると記載されているが、ディスプレイ装置の表示画像が図面等により開示されておらず、実際にどの程度容易になるのか不明である。また、ユーザは、ディスプレイ装置に表示された三次元モデルの画像を視覚的に確認可能であるに過ぎず、内部欠陥の位置や大きさを直接的に三次元把握できるわけではない。

【0007】

本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、検査対象部品の内部のボイドを直接的に三次元把握可能なボイド可視化方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明によるボイド可視化方法は、ＣＴスキャンステップ（Ｓ１）と、データ送信ステップ（Ｓ２）と、造形ステップ（Ｓ３）と、検査ステップ（Ｓ５）と、を含む。ＣＴスキャンステップでは、金属ダイカスト又は樹脂成形で製造された検査対象部品（１０）の内部画像がＸ線ＣＴスキャナ（５）で撮像される。

【0009】

データ送信ステップでは、Ｘ線ＣＴスキャナが、検査対象部品の形状に加え、検査対象部品のボイド（１８）の位置及び大きさを示すＳＴＬデータを３Ｄプリンタ（６）に送信する。

【0010】

造形ステップでは、３Ｄプリンタが、受信したＳＴＬデータに基づき、検査対象部品のボイド以外の素材部（１３）に対応する基部（２３）を透明材料のモデル材で充填し、検査対象部品のボイドに対応するボイド可視化部（２８）を着色材料のサポート材で充填して三次元造形物（２０）を造形する。検査ステップでは、三次元造形物のボイド可視化部の位置及び大きさに基づき、検査対象部品の品質が検査される。

【0011】

本発明では、３Ｄプリンタの三次元造形物において、透明な基部に対しボイド可視化部は例えば乳白色のサポート材で充填されているため、視覚的に容易に認識することができる。しかも検査作業者は、ディスプレイ装置に表示された三次元画像を見るだけでなく、リアルな三次元造形物に触れながらボイドの位置や大きさを直接的に三次元把握することができる。したがって、検査対象部品の品質検査を容易に行うことができる。

【0012】

本発明のボイド可視化方法は、造形ステップの後、三次元造形物を着色液（７）に含浸し、三次元造形物の表面に露出したボイド可視化部をサポート材とは異なる色に着色する着色ステップ（Ｓ４）をさらに含んでもよい。これにより、検査対象部品の表面に接触しているボイドをより見やすく可視化することができる。

【0013】

また本発明のボイド可視化方法は、検査作業者による目視検査に限らず、画像認識装置（８）による検査方法に用いられてもよい。検査ステップにおいて、画像認識装置は、画像認識したボイド可視化部の画像を、予め記憶された又は学習された検査基準画像と比較し、検査対象部品が良品か不良品か判別する。これにより、検査作業者による判断のばらつきを無くし、一律の基準に基づいて機械的に不良品を判別することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】一実施形態によるボイド可視化方法が実施されるシステムのブロック図。

【図2】検査対象部品サンプルの（ａ）正面図、（ｂ）図２（ａ）のＩＩｂ－ＩＩｂ線断面図、（ｃ）図２（ｂ）のＩＩｃ－ＩＩｃ線断面図。

【図3】三次元造形物サンプルの模式的な正面図。

【図4】図３の（ａ）着色部周辺の拡大図、（ｂ）図４（ａ）のＩＶｂ矢視図。

【図5】一実施形態によるボイド可視化方法のフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜一実施形態＞
本発明の一実施形態によるボイド可視化方法について、図面に基づいて説明する。このボイド可視化方法は、金属ダイカスト部品や樹脂成形部品等の製造時に発生するボイドを可視化して品質検査を支援するための方法である。本実施形態では代表的な検査対象部品としてアルミニウムダイカスト品を想定する。

【0016】

図１では、検査対象部品１０の内部のボイド１８を模式的に白丸で示す。検査対象部品１０におけるボイド１８以外の部分を素材部１３という。ボイド可視化システム９は、Ｘ線ＣＴスキャナ５と３Ｄプリンタ６とを含む。Ｘ線ＣＴスキャナ５は、検査対象部品１０の内部画像を撮像し、検査対象部品１０の内部のボイド１８を判別する。Ｘ線ＣＴスキャナ５は、検査対象部品１０の形状に加え、検査対象部品１０のボイド１８の位置及び大きさを示すＳＴＬデータを３Ｄプリンタ６に送信する。

【0017】

３Ｄプリンタ６は、受信したＳＴＬデータに基づき三次元造形物２０を造形する。三次元造形物２０において検査対象部品１０の素材部１３に対応する部分を基部２３といい、ボイド１８に対応する部分をボイド可視化部２８という。３Ｄプリンタ６は、三次元造形物２０の基部２３を透明材料のモデル材で充填し、ボイド可視化部２８を例えば乳白色の着色材料のサポート材で充填する。造形された三次元造形物２０は、さらにサポート材とは異なる色、例えば黒色の顔料を含む着色液７に数時間含浸されてもよい。これにより、三次元造形物２０の表面に露出したボイド可視化部２８が着色される。

【0018】

検査作業者又は画像認識装置８により、三次元造形物２０のボイド可視化部２８の位置及び大きさに基づき、検査対象部品１０の品質が検査される。画像認識装置８はカメラ等の手段により、ボイド可視化部２８の画像を取得する。そして画像認識装置８は、画像認識したボイド可視化部２８の画像を、予め記憶された又は学習された検査基準画像と比較し、検査対象部品１０が良品か不良品か判別する。

【0019】

図２に一例として、アルミダイカスト部品である検査対象部品１０のサンプルの形状を示す。図２（ａ）に示される面を正面とする。検査対象部品１０のサンプルは、正面から視た形状が対称線Ｍに対して対称な略Ｌ字状、又は中心角９０°の円弧状を呈しており、厚肉部１５及び薄肉部１６を含む。図２（ａ）、（ｃ）に示すように、厚肉部１５は、Ｌ字カーブの径外側部分をなす外曲部１５１と、外曲部１５１の径内側において対称線Ｍに沿って形成された内柱部１５２とからなる。図２（ａ）、（ｃ）の左側に示される外曲部１５１の一端は溶湯が注入されるゲート側端部１４Ａであり、同図の下側に示される外曲部１５１の他端は溶湯の流れ（矢印Ｆ）の前方となる反ゲート側端部１４Ｂである。

【0020】

図２（ｂ）に示すように、検査対象部品１０のサンプルは、奥行き方向において対称線Ｚに対して対称である。外曲部１５１の正面側及び背面側の縁から径内側に向かって板状に延びる二対の薄肉部１６が設けられている。ゲート側及び反ゲート側において、両側が薄肉部１６に挟まれた凹空間が形成される。凹空間の底面は外曲部１５１の表面である。外曲部１５１と内柱部１５２との境界部はインコーナー部１７となっている。

【0021】

検査対象部品１０のサンプルが鋳造されるとき、溶湯は、主に外曲部１５１をゲート側端部１４Ａから反ゲート側端部１４Ｂに向かって流れ、溶湯の一部が内柱部１５２及び薄肉部１６に充填される。外曲部１５１のカーブ手前のゲート側部分に比べて、カーブ後の反ゲート側部分ではボイド１８が発生しやすい。また、径内側の凹空間の底面では、発生したボイド１８が外曲部１５１の表面に接触しやすい。Ｘ線ＣＴスキャナ５では、それらのボイド１８の画像が撮像される。

【0022】

図３に、Ｘ線ＣＴスキャナ５で生成された検査対象部品１０のサンプルのＳＴＬデータを用いて３Ｄプリンタ６で造形された三次元造形物２０のサンプルを模式的に示す。また図４（ａ）、（ｂ）に、三次元造形物２０の表面に露出したボイド可視化部が着色液７で着色されたサンプルの拡大図を示す。この例では、黒色顔料を含む着色液７に三次元造形物２０が数時間含浸された後、洗浄された。出願人は、図３、図４（ａ）、（ｂ）に対応するカラー写真を物件提出書により特許庁に提出する。

【0023】

三次元造形物２０の各部の符号は、検査対象部品１０の各部の符号の１桁目を「１」から「２」に置き換えた数字が用いられる。検査対象部品１０の素材部１３に対応する三次元造形物２０の基部２３は透明材料のモデル材で充填される。検査対象部品１０のボイド１８に対応する三次元造形物２０のボイド可視化部２８は、着色材料（例えば乳白色）のサポート材で充填される。ボイド可視化部２８のうち厚肉部２５のバルクに生成されたものに「２８ｂ」、厚肉部２５の表面に生成されたものに「２８ｓ」の括弧付き符号を併記する。

【0024】

図３に示すように、厚肉部２５のゲート側端部２４Ａ付近にはボイド可視化部２８はあまり生成されていない。一方、対称線Ｍの付近から反ゲート側端部２４Ｂにかけて溶湯の流路に対応する外曲部２５１の中心付近（バルク）に、ボイド可視化部２８ｂが連なって生成されている。外曲部２５１と内柱部２５２との境界付近にもややボイド可視化部２８ｂが見られる。また、薄肉部２６に挟まれた凹空間の底面に該当する外曲部２５１の表面付近に、細かなボイド可視化部２８ｓが点在するように生成されている。

【0025】

図４（ａ）に示すように、ゲート側のインコーナー部２７（Ｐ部）に沿って、黒く着色されたボイド可視化部２８ｓが現れている。反ゲート側のインコーナー部２７（Ｑ部）には、ゲート側に比べると少ないが、やはりボイド可視化部２８ｓが現れている。このように、三次元造形物２０の表面に露出したボイド可視化部２８ｓをサポート材とは異なる色に着色することで、検査対象部品１０の表面に接触しているボイド１８をより見やすく可視化することができる。

【0026】

次に図５のフローチャートを参照し、一実施形態によるボイド可視化方法について説明する。フローチャートの記号「Ｓ」はステップを意味する。Ｓ１のＣＴスキャンステップでは、検査対象部品１０の内部画像がＸ線ＣＴスキャナ５で撮像される。Ｓ２のデータ送信ステップでは、Ｘ線ＣＴスキャナ５が、検査対象部品１０の形状に加え、検査対象部品１０のボイド１８の位置及び大きさを示すＳＴＬデータを３Ｄプリンタ６に送信する。

【0027】

Ｓ３の造形ステップでは、３Ｄプリンタ６が、受信したＳＴＬデータに基づき三次元造形物２０を造形する。この三次元造形物２０は、検査対象部品１０のボイド１８以外の素材部１３に対応する基部２３を透明材料のモデル材で充填し、検査対象部品１０のボイド１８に対応するボイド可視化部２８を着色材料のサポート材で充填したものである。

【0028】

造形ステップＳ３の後、Ｓ４の着色ステップでは、三次元造形物２０を着色液７に含浸し、三次元造形物２０の表面に露出したボイド可視化部２８をサポート材とは異なる色に着色する。なお、着色ステップＳ４は必須のステップでなくオプションとして実施可能なステップであるため破線で表す。Ｓ５の検査ステップでは、検査作業者又は画像認識装置８により、三次元造形物２０のボイド可視化部２８の位置及び大きさに基づき、検査対象部品１０の品質が検査される。

【0029】

本実施形態では、３Ｄプリンタ６の三次元造形物２０において、透明な基部２３に対し、ボイド可視化部２８は例えば乳白色のサポート材で充填されているため、視覚的に容易に認識することができる。しかも検査作業者は、ディスプレイ装置に表示された三次元画像を見るだけでなく、リアルな三次元造形物２０に触れながらボイドの位置や大きさを直接的に三次元把握することができる。したがって、検査対象部品１０の品質検査を容易に行うことができる。

【0030】

また、検査ステップＳ５に画像認識装置８を用いることで、検査作業者による判断のばらつきを無くし、一律の基準に基づいて機械的に不良品を判別することができる。

【0031】

＜その他の実施形態＞
検査対象部品はアルミニウムダイカスト品に限らず、マグネシウム、亜鉛等の金属ダイカストや樹脂成形で製造された部品にも適用可能である。

【0032】

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

【符号の説明】

【0033】

１０・・・検査対象部品、 １３・・・素材部、 １８・・・ボイド、
２０・・・三次元造形物、 ２３・・・基部、 ２８・・・ボイド可視化部、
５ ・・・Ｘ線ＣＴスキャナ、 ６ ・・・３Ｄプリンタ、
７ ・・・着色液、 ８ ・・・画像認識装置。

【要約】

【課題】検査対象部品の内部のボイドを直接的に三次元把握可能なボイド可視化方法を提供する。
【解決手段】ボイド可視化方法のＣＴスキャンステップＳ１では、金属ダイカスト又は樹脂成形で製造された検査対象部品の内部画像がＸ線ＣＴスキャナで撮像される。データ送信ステップＳ２では、Ｘ線ＣＴスキャナが、検査対象部品の形状を示すＳＴＬデータに加え、検査対象部品のボイドの位置及び大きさを示すＳＴＬデータを３Ｄプリンタに送信する。造形ステップＳ３では、３Ｄプリンタが、受信したＳＴＬデータに基づき、検査対象部品のボイド以外の素材部に対応する基部を透明材料のモデル材で充填し、検査対象部品のボイドに対応するボイド可視化部を着色材料のサポート材で充填して三次元造形物を造形する。検査ステップＳ５では、三次元造形物のボイド可視化部の位置及び大きさに基づき、検査対象部品の品質が検査される。
【選択図】図５

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】