JP2000338090A

JP2000338090A - 鋳造成形品の成形不良孔検査方法およびその装置

Info

Publication number: JP2000338090A
Application number: JP11144405A
Authority: JP
Inventors: Miyuki Sato; 幸佐藤
Original assignee: Ryoei Engineering Co Ltd
Current assignee: Ryoei Engineering Co Ltd
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】複雑な流路の閉塞度を検査することができる
鋳造成形品の成形不良孔検査方法およびその装置を提供
する。【解決手段】鋳造成形品内部に形成される非直線状の
流路Ｒに通じる開口より超音波を発射し、該流路Ｒを通
過してきた超音波の直接波を隣接する流路Ｒに通じる開
口で検出する方法と、鋳造成形品内部に形成される一つ
または複数の非直線状の流路Ｒに通じる一つまたは複数
の開口に、超音波センサ３の発振器４を設けるととも
に、前記一つまたは複数の流路Ｒに通じる一つまたは複
数の隣接する開口に、流路Ｒを通過してきた超音波の直
接波を検出する超音波センサ３の受信器５を設けた装置
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鋳造成形品に形成さ
れる非直線状の流路の閉塞度を検査する鋳造成形品の成
形不良孔検査方法およびその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車のシリンダブロックやシリンダー
ヘッド等の鋳造成形品内部には冷却水用の水孔を張りめ
ぐらせる必要がある。この水孔は鋳型内に中子を配置さ
せることにより得られるが、鋳造成形時の熱や溶湯流に
より、中子が折れたり崩れたりして水孔が塞がれたり狭
窄されると、冷却不良を生じさせ、エンジン効率を低下
させたり焼付けを起こす恐れがあるため、鋳造成形後、
水孔の成形不良を全製品検査しなければならなかった。
しかし、目視確認できる水孔はともかく、鋳造成形品内
部に複雑に張りめぐらされている水孔は曲がりくねって
いるため、人手により光を流路の開口から照射して通過
してくる反射光を見て良否を判断したり、針金等を通し
て流路の良否を判断する他、複雑な流路は先端を屈曲さ
せることができる内視鏡の光源を用いて良否を判断する
ことも行われているが、操作が煩雑なうえ、いずれも人
手に頼らざるを得ないという問題があり、自動化できる
装置の開発が要望されていた。そこで、流路開口から流
路内に照射された光を隣接する流路開口に配置させた光
センサで検出したり、流路開口から流路内にエアを供給
して隣接する流路開口におけるエア圧力やエア流量をセ
ンサで検出する装置も考えられるが、流路内は変色した
り粗面となっているため、通過光は１／１０００以下に
減衰して良否を判断できるレベルになく、また、圧力も
他の流路からエアは漏れ出るため、分岐点では１／１０
００以下に減衰して良否を判断できるレベルになく、い
ずれも実用化は極めて難しいものであった。しかも、測
定の際、流路開口にエア供給孔や圧力センサを密接させ
てエアが漏れないようにしたり、流路開口に光源や光セ
ンサをできる限り近接させて減衰を抑える必要があり、
測定前の段取りに手間と時間がかかるという問題もあっ
た。そこで、本出願人はエスエムシー株式会社と共同で
特公平７−７６６９４号の目詰まり測定装置を開発し、
検査の自動化を図ったが、複雑で分岐の多い流路での検
査には適用できなかった。しかも、エアを利用するた
め、エア源が必要になる等装置が大型化するうえに、重
くて取扱いが厄介となる問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、複雑な流路
の閉塞度を検査することができる鋳造成形品の成形不良
孔検査方法およびその装置を提供することを目的とする
ものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
め本発明は、鋳造成形品内部に形成される非直線状の流
路に通じる開口より超音波を発射し、該流路を通過して
きた超音波の直接波を隣接する流路に通じる開口で検出
する鋳造成形品の成形不良孔検査方法を請求項１の発明
とし、鋳造成形品内部に形成される一つまたは複数の非
直線状の流路に通じる一つまたは複数の開口に、超音波
センサの発振器を設けるとともに、前記一つまたは複数
の流路に通じる一つまたは複数の隣接する開口に、流路
を通過してきた超音波の直接波を検出する超音波センサ
の受信器を設けた鋳造成形品の成形不良孔検査装置を請
求項２の発明とし、請求項２の発明において、流路の良
否を判定する判定回路を設けた鋳造成形品の成形不良孔
検査装置を請求項３の発明とするものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】次に、シリンダヘッドの水孔の検
査を行う本発明の好ましい実施の形態を図１〜図６に基
づいて詳細に説明する。１はシリンダヘッドＧ上に載置
される測定治具であり、該測定治具１はシリンダヘッド
Ｇに形成されている孔Ｈに位置決めピン２を嵌挿させて
位置決め固定されるものである。３は発振器４と受信器
５とからなるよりなる超音波センサであり、該超音波セ
ンサ３の発振器４は支持杆７の先端に振動子を取り付け
たもので、該支持杆７は測定治具１の取付孔１ａに嵌着
されるプラグ６にスライドおよび回動自在に嵌挿される
もので、縦孔Ｓに配置される発振器４の高さ位置や水平
方向角度を調節して流路Ｒの開口に振動子が臨むように
配置できるものとしている。また、超音波センサ３の受
信器５も支持杆７の先端に振動子を取り付けたもので、
前記と同様、支持杆７は測定治具１の取付孔１ａに嵌着
されるプラグ６にスライドおよび回動自在に嵌挿される
もので、縦孔Ｓに配置される受信器５の高さ位置や水平
方向角度を調節して超音波が放出される開口に振動子が
臨むように配置できるものとしている。また、Ｊは節開
口であり、該節開口Ｊは流路Ｒと流路Ｒを結ぶ交点に形
成されるもので、その上端はシリンダヘッドＧの上面に
開口している。

【０００６】また、超音波センサ３は図４のブロック図
に示されるように、振動子をパルス発生回路に接続した
超音波の発振器４と、振動子を増幅回路に接続した超音
波の受信器５と、超音波波形からノイズを除くフィルタ
ー回路６と、超音波波形から流路Ｒの閉塞度（開口率）
を算出し、良否を判別する判定回路８とからなる。この
超音波センサ３の発振周波数は２５ＫＨｚとされ、２５
ＫＨｚの周波数を１〜３山発振器４より発射するものと
している。そして、該受信器５で検出した超音波を電圧
に変換したうえ電圧を増幅する。そして、増幅された電
圧の波形に含まれるノイズをフィルター回路６で除き、
ノイズが除かれた超音波波形のうち直接波、すなわち最
初に検出される第１波の最大値（電圧値）を判定回路８
により調べ、その最大値を閉塞度（開口率）の基準値と
比較して流路Ｒの閉塞度（開口率）を算出する。そし
て、算出された閉塞度（開口率）から流路Ｒの良否判定
を行うものである。

【０００７】またこのとき、図５に示されるように、受
信器５により検出される超音波のうち流路Ｒを直接通過
してくる直接波イ（第１波）以外に、超音波が反射して
非測定部の流路Ｒを通過してくる反射波ロ、ハ（第２
波、第３波）も検出されることとなるが、反射波ロ、ハ
は反射するため経路が長くなるため、第１波より遅れて
検出されるため、直接波（第１波）以外の反射波（第
２、３波）との識別ができることとなるが、シリンダヘ
ッドの設計図に基づく流路Ｒの平均流路長を利用すれ
ば、発射された超音波の到達時間が分かるため、より精
度よく直接波を検出することができる。このように、識
別の容易な直接波に基づいて閉塞度を検出するため、発
振器４や受信器５の指向性により検出精度は大きく影響
されることがないので、指向性の広い安価な発振器４や
受信器５を利用することができるうえに、指向性の広い
発振器４や受信器５を用いれば、流路Ｒの開口に発振器
４や受信器５を正確に位置決めする必要がないので、測
定前の位置決めを大まかに行うことができ、測定の自動
化を図ることが容易となるうえに、位置決め作業の時間
を短縮することができるので、作業性を向上させること
ができる。

【０００８】また、超音波による試験測定結果を図６に
示す。これは図３に示される流路のＡ点、Ｂ点、Ｃ点、
Ｄ点の各閉塞位置に挿し込み量を変化させつつプラグを
挿し込んで行った測定開口率と、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ
点の計算開口率とを比較したものであり、Ａ点、Ｂ点、
Ｃ点、Ｄ点におけるプラグの挿し込み量、すなわち開口
寸法が小さい（０から４まで）のときはノイズ成分しか
測定できないので、実際の測定では、開口寸法の０から
４までの測定値はフィルター回路でカットするものとす
る。開口寸法の５以上で測定された値はグラフ中曲線で
表示される理論上の計算開口率と相関が見られ、製品へ
の応用が可能なものであることが判明した。また、開口
寸法が小さい領域での精度を必要とする時は、周波数を
高めることにより対応できるものである。

【０００９】このように構成されたものは、検査台上に
シリンダヘッドＧを載置したうえ、図１に示されるよう
に、シリンダヘッドＧの上面に、その位置決めピン２を
シリンダヘッドＧの孔Ｈに嵌挿し、超音波センサ３の発
振器４と受信器５を検査すべき流路Ｒの対向する各節開
口Ｊの各縦孔Ｓに位置させて測定治具１を位置決め固定
する。次いで、図１に示されるように、発振器４をプラ
グ６に嵌着された支持杆７を介して先端の振動子が流路
Ｒの節開口Ｊと同じ高さとなるよう高さ調節を行うとと
もに、測定する流路Ｒの開口に振動子の先端が向くよう
に水平回動させて位置決めを行う。次いで、受信器５を
プラグ６に嵌着された支持杆７を介して先端の振動子が
流路Ｒの節開口Ｊに位置するように高さ調節を行うとと
もに、超音波の通過してくる流路Ｒの開口方向に振動子
が向くように水平回動させて位置決めを行う。このと
き、受信器５を配置する流路Ｒの節開口Ｊにはシリンダ
ヘッドＧの筒状壁Ｗが形成されているため、筒状壁Ｗの
下方に受信器５は配置されることとなる。このように、
発振器４と受信器５を位置決め配置したうえ、発振器４
より超音波を１山〜３山発射する。

【００１０】そして、発振器４より発射された超音波は
流路Ｒの節開口Ｊより一方の弧状路内に進入し弧状路を
通過して、筒状壁Ｗの下方開口より放出される。この放
出された１山〜３山の超音波は受信器５の振動子を振動
させることとなる。そして、振動子の振動は電気信号波
形に変換され、増幅器により増幅されてフィルター回路
６に入力される。このとき、流路Ｒが閉塞されていれば
直接波はノイズ成分しか検出されない。しかし、フィル
ター回路６で電気信号波形のノイズはカットされ、判定
回路７に入力されるので、図５に（ロ）と（ハ）で示さ
れる反射波の第２波、第３波しか検出されず、流路Ｒの
詰まりを検知することができる。また、流路Ｒが狭窄し
ていれば、検出された直接波の最大値は規定流路径にお
ける最大値より小さくなるので、判定回路７により波形
の最大値レベルを規定流路径における最大値レベルと比
較し、弧状路の閉塞度（開口率）を検出する。そして、
閉塞度が閾値内であれば、弧状路は異常なしの良品と判
定され、弧状路に閾値を超えれば異常ありの不良品と判
定する。このようにしてシリンダヘッドＧの右半分の流
路Ｒの検査が終了したら、測定治具１を左半分に移動さ
せて前記と同様の検査を行い閉塞度が許容レベルであれ
ば、良品として次の機械加工工程に送り出されることと
なる。

【００１１】なお、前記好ましい実施の形態では、流路
Ｒを左右の節開口Ｊを二つの弧状路で繋いだ弧状路とし
ているが、節開口Ｊが一つの弧状路で繋がれたものでも
よく、あるいは、多数の節開口Ｊをひとつあるいは複数
の弧状路で繋がれたものでもよいことは勿論である。さ
らに、前記好ましい実施の形態では、シリンダヘッドの
水孔の検査を行っているが、シリンダブロックその他、
内部に孔が形成されている鋳造成形品等の検査に用いる
ことができるものである。また、前記好ましい実施の形
態では、個々の対をなす流路Ｒを一つずつ検査するもの
としているが、検査すべき全ての流路Ｒに対応させて発
振器４と受信器５とを配置させ、全ての流路Ｒの検査を
同時に行うようにして、検査効率を高めて検査時間を短
縮するものとしてもよいことは勿論である。

【００１２】さらに、前記好ましい実施の形態では、発
振器４や受信器５を流路Ｒ開口に正確に向けて測定を行
っているが、発振器４から放出される超音波の一部でも
流路Ｒ内に進入すれば測定は可能なため、指向性の広い
発振器４や受信器５を利用すれば、発振器４や受信器５
を流路Ｒの開口方向に臨ませるだけで、位置決めを完了
することができるので、測定作業のスピ−ドアップを図
ることができるうえに、測定の自動化を簡単に行うこと
が可能となる。このように、発振器４や受信器５の位置
を大まかにすることにより、Ｓ／Ｎ比は低下するので、
Ｓ／Ｎ比を向上させる必要があるときは、発振器４か受
信器５の双方またはいずれか一方を流路Ｒの開口にでき
るかぎり正確に位置させればよい。また、Ｓ／Ｎ比がよ
くない状況で測定を行うときや、流路Ｒの閉塞部の位置
によっては、開口率の測定結果が異なる恐れがあるよう
な場合には、一旦、測定を行った後、発振器４と受信器
５の位置を逆にして測定を行うことにより、測定精度を
高めることができる。

【００１３】さらに、縦孔Ｓが小さくて超音波センサ３
の発振器４と受信器５を挿し込むことができない場合に
は、測定冶具を介してシリンダヘッドＧの上面に超音波
センサ３を配置させ、発振器４と受信器５がシリンダヘ
ッドＧの対をなす縦孔Ｓに臨む開口に配置させて測定を
行ってもよい。この場合、発振器４からの超音波が直接
受信器５に進入しないように、発振器４と受信器５間に
遮蔽物を設けることが好ましい。さらに、シリンダヘッ
ドＧの上面に超音波センサ３を配置させた場合、減衰を
抑えるため発振周波数は低い周波数とすることが好まし
い。また、前記好ましい実施の形態では、発振周波数を
２５ＫＨｚとしているが、１０ＫＨｚ〜５０ＫＨｚの範
囲内であれば測定は可能である。前記実施の形態で周波
数を２５ＫＨｚとしたのは、周波数を高くすると回路設
計が難しくコスト高となるうえに、流路Ｒを通過する間
に減衰しやすくなるためであり、周波数を低くすると減
衰は抑えられるが、検出精度が悪くなるため、両者を満
足させる周波数として選択されている。しかし、精度を
優先するときは、高い周波数を用い、コストを優先する
ときは、低い周波数を用いることが好ましい。

【００１４】

【発明の効果】本発明は前記説明によって明らかなよう
に、鋳造成形品内部に形成される非直線状の流路に通じ
る開口から流路に向けて超音波を発射し、該流路を通過
してきた超音波の直接波（第１波）を隣接する開口で検
出するものであるから、反射して他の流路から放出され
てくる反射波（第２、３波）とは到達時間が明確に異な
るので、直接波のみを極めて簡単に識別でき、安価な回
路設計で高精度の測定が可能となる。また、超音波を利
用するため、流路開口に直接に発振器や受信器を設置す
る必要はなく、流路に通じる開口に発振器や受信器を設
置すればよいので、測定前の段取りが極めて簡単とな
り、高速で測定処理を行えることとなる。また、直接波
に基づいて測定を行うため、発振器や受信器の指向性は
広くてもよく、安価な発振器を利用することができる。
さらに、指向性の広い発振器や受信器を用いることによ
り、超音波の一部が流路に導入できれば、確実に測定を
行えるので、発振器や受信器を正確に流路の開口に向か
わせなくてもよいので、発振器や受信器を大まかに位置
決めすればよいので、作業性がよく、測定作業時間の短
縮が可能となる。しかも、超音波による測定のため、電
気エネルギーが利用できることとなり、装置を小型軽量
のものとすることができ、取扱いも容易となる等種々の
利点を有するものである。従って、本発明は従来の問題
点を解消した鋳造品の成形不良孔検査方法およびその装
置として業界の発展に寄与するところ極めて大なもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施の形態を示す縦断断面図
である。

【図２】本発明の好ましい実施の形態を拡大して示す縦
断断面図である。

【図３】本発明の好ましい実施の形態を拡大して示す横
断断面図である。

【図４】本発明の好ましい実施の形態に用いられる回路
のブロック図である。

【図５】本発明の好ましい実施の形態により検出された
超音波波形図である。

【図６】本発明の好ましい実施の形態による流路の測定
値による開口率と計算値による開口率とを比較して示す
グラフである。

【符号の説明】

３超音波センサ４発振器５受信器８判定回路Ｊ節開口Ｒ流路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳造成形品内部に形成される非直線状の
流路(R) に通じる開口より超音波を発射し、該流路(R)
を通過してきた超音波の直接波を隣接する流路(R) に通
じる開口で検出することを特徴とする鋳造成形品の成形
不良孔検査方法。
【請求項２】鋳造成形品内部に形成される一つまたは
複数の非直線状の流路(R) に通じる一つまたは複数の開
口に、超音波センサ(3) の発振器(4) を設けるととも
に、前記一つまたは複数の流路(R) に通じる一つまたは
複数の隣接する開口に、流路(R) を通過してきた超音波
の直接波を検出する超音波センサ(3) の受信器(5) を設
けたことを特徴とする鋳造品の成形不良孔検査装置。
【請求項３】流路(R) の良否を判定する判定回路(8)
を設けた請求項２に記載の鋳造品の成形不良孔検査装
置。