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技術 リーク検査システム、プログラム

出願人 株式会社ガスター浦田暎三
発明者 浦田暎三
出願日 2018年8月10日 (2年4ヶ月経過) 出願番号 2018-151893
公開日 2020年2月20日 (9ヶ月経過) 公開番号 2020-027028
状態 未査定
技術分野 気密性の調査・試験
主要キーワード 小時定数 初期温度差 温度補償値 差圧データ 関係量 漏れ測定 試験圧 容器内空
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図面 (12)

課題

測定期間の低減し、温度の影響を除去して高精度で漏れを判断できるリーク検査システムを提供する。

解決手段

ワークとマスタ大気圧PE開放から封止後の両容器内圧差圧を所定期間測定した後、続けてワークとマスタを試験圧加圧して封止後の差圧を所定期間測定し、大気圧封止測定で得た差圧曲線勾配(差圧の変化率)の差分が許容値以下になる時の測定時刻Taとその時の差圧の変化率Qを求め、試験圧封止測定で得た差圧曲線の勾配の差分が許容値以下になる時の測定時刻Tbとその時の差圧の変化率Rを求め、TaからTbまで連続計時した場合の時間差をTSとし、漏れL=R−exp(−TS/大時定数)×(PT/PE)×Qの演算でワークの漏れを判断する。大時定数はワークとマスタを大気圧開放から封止後の両容器内圧の差圧の温度に基づく変化を支配する二つの時定数のうち大きい方であり情報処理装置で求めてリーク検査装置に入力する。

概要

背景

容器漏れ検査する場合、検査対象容器と漏れの無い基準容器とに空気等の気体高圧加圧導入した後、これらを封止し、その後の検査対象容器の内圧と基準容器の内圧との差圧の変化を観察することで検査対象容器の漏れの有無を判断する方法が一般的に行われている。検査対象容器に漏れがあれば差圧が生じ、その大きさは時間に比例するというのが基本思想である。

しかし、観察される差圧の変化には、漏れのほかに、温度変動に起因する差圧の変化分が含まれる。すなわち、検査対象容器内の気体温度と基準容器内の気体温度がなんらかの理由で相違しても差圧は発生する。そこで、漏洩検査で測定した差圧の変化から、温度に起因する差圧の影響を除去する技術が各種提案されている。

たとえば、下記特許文献1では、検査対象容器であるワークと漏れの無い基準容器であるマスタを同圧の高圧に加圧してから封止した状態で放置したときの差圧の変化を所定時間測定する漏洩検査を行う。さらにこの漏洩検査の前後に、ワークとマスタを大気開放してから封止した状態で放置したときのワーク・マスタ間の差圧の変化を所定時間測定する温度補償用測定工程を行う。そして、前後の温度補償用測定工程で求めた温度補償値(差圧の変化率)の平均値を用いて、漏洩検査時の温度変動に基づく差圧の変化分を推定して、漏洩検査の測定結果温度補償する。

また、特許文献1では、漏洩検査前の温度補償用測定工程が行われてから漏洩検査が実施されるまでの第1時間と、漏洩検査後の温度補償用測定工程が実施されるまでの第2時間とに差が生じた場合を考慮して、漏洩検査前の温度補償用測定工程で得た温度補償値と漏洩検査後の温度補償用測定工程で得た温度補償値を、第1時間と第2時間の逆比加重平均した値で、漏洩検査時の測定結果を温度補償することが開示される。

概要

測定期間の低減し、温度の影響を除去して高精度で漏れを判断できるリーク検査システムを提供する。ワークとマスタを大気圧PE開放から封止後の両容器内圧の差圧を所定期間測定した後、続けてワークとマスタを試験圧に加圧して封止後の差圧を所定期間測定し、大気圧封止測定で得た差圧曲線勾配(差圧の変化率)の差分が許容値以下になる時の測定時刻Taとその時の差圧の変化率Qを求め、試験圧封止測定で得た差圧曲線の勾配の差分が許容値以下になる時の測定時刻Tbとその時の差圧の変化率Rを求め、TaからTbまで連続計時した場合の時間差をTSとし、漏れL=R−exp(−TS/大時定数)×(PT/PE)×Qの演算でワークの漏れを判断する。大時定数はワークとマスタを大気圧開放から封止後の両容器内圧の差圧の温度に基づく変化を支配する二つの時定数のうち大きい方であり情報処理装置で求めてリーク検査装置に入力する。

目的

本発明は、上記問題の解決を課題とするものであり、測定期間の低減を図りつつ、温度の影響を除去して高い精度で漏れを判断することのできるリーク検査システムおよびプログラムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

リーク検査装置と、情報処理装置とを有するリーク検査システムであって、前記リーク検査装置は、検査対象容器漏れのない基準容器とを大気圧PE開放から双方を封止した後の両容器内圧差圧を所定期間にわたり繰り返し測定し、測定した各差圧と測定時刻とを対応付けて記録する大気圧封止測定ステップを行い、前記大気圧封止測定ステップの終了後に続けて、前記検査対象容器内と基準容器内とに気体を導入して所定の試験圧PTに加圧した後に双方を封止し、封止後の両容器の内圧の差圧を所定期間にわたり繰り返し測定し、測定した各差圧と測定時刻とを対応付けて記録する試験圧封止測定ステップを行い、前記大気圧封止測定ステップで記録したデータから、時間の経過に伴う差圧の変化率の変化率が一定以下になるときの差圧のデータの前記大気圧封止測定ステップでの測定時刻Taとそのときの差圧の変化率Qを求める第1勾配取得ステップと、前記試験圧封止測定ステップで測定したデータから、時間の経過に伴う差圧の変化率の変化率が一定以下になるときの差圧のデータの前記試験圧封止測定ステップでの測定時刻Tbとそのときの差圧の変化率Rを求める第2勾配取得ステップと、測定時刻Taから測定時刻Tbまでを連続して計時した場合の時間差をTSとし、の演算で求めたLの値に基づいて前記検査対象容器の漏れの有無を判断する漏れ判断ステップと、を行うと共に、前記リーク検査装置は、漏れのない基準容器と、周囲と異なる温度であって漏れの無い検査対象容器とを、大気圧PE開放から双方を封止した後、両容器の内圧の差圧の測定を一定時間行っては両容器を再び大気圧PE開放とする工程を複数回連続的に繰り返す準備測定ステップを行って、該準備測定ステップで取得した測定データを前記情報処理装置へ出力し、前記情報処理装置は、前記リーク検査装置から取得した測定データに基づいて、前記検査対象容器と前記基準容器とを大気圧PE開放から封止した後の両容器の内圧の差圧の温度に基づく変化を支配する二つの時定数のうちの大きい方の時定数である大時定数を導出し、前記リーク検査装置は、前記情報処理装置が求めた前記大時定数を入力し、前記判断ステップでは、前記入力した大時定数を用いて前記Lの値を演算することを特徴とするリーク検査システム。

請求項2

リーク検査装置と、情報処理装置とを有するリーク検査システムであって、前記リーク検査装置は、検査対象容器と漏れのない基準容器とを大気圧PE開放から双方を封止した後の両容器の内圧の差圧を測定期間TMにわたって繰り返し測定し、測定した各差圧を測定開始からの順位と共に記録する大気圧封止測定ステップを行い、前記大気圧封止測定ステップの終了後に続けて、前記検査対象容器内と基準容器内とに気体を導入して所定の試験圧PTに加圧した後、前記大気圧封止測定ステップでの測定期間TMの終了から圧縮空気導入時間TIの経過後に双方が封止された状態となり、封止後の両容器の内圧の差圧を測定期間TMにわたって繰り返し測定し、測定した各差圧を測定開始からの順位と共に記録する試験圧封止測定ステップを行い、前記大気圧封止測定ステップで記録したデータを封止時から時間T毎のグループ(グループ番号m=1、2、…M)に分け、グループ毎の差圧の平均値を時間Tで除した、PED、m(m=1、2、…M)を求め、なる差分列を求める第1勾配取得ステップと、前記試験圧封止測定ステップで記録したデータを封止時から時間T毎のグループ(グループ番号m=1、2、…M)に分け、グループ毎の差圧の平均値を時間Tで除した、PDD、m(m=1、2、…M)を求め、なる差分列を求める第2勾配取得ステップと、測定期間TMと圧縮空気導入時間TIの和をTSとし、なる数列においてmの増加に伴ってLmの値が一定値収束する場合にその収束値を漏れと判断する、もしくは、Lmの絶対値が所定の許容値以下となるmが存在する場合に漏れ無しと判断する漏れ判断ステップと、を行うと共に、前記リーク検査装置は、漏れのない基準容器と、周囲と異なる温度であって漏れの無い検査対象容器とを、大気圧PE開放から双方を封止した後、両容器の内圧の差圧の測定を一定時間行っては両容器を再び大気圧PE開放とする工程を複数回連続的に繰り返す準備測定ステップを行って、該準備測定ステップで取得した測定データを前記情報処理装置へ出力し、前記情報処理装置は、前記リーク検査装置から取得した測定データに基づいて、前記検査対象容器と前記基準容器とを大気圧PE開放から封止した後の両容器の内圧の差圧の温度に基づく変化を支配する二つの時定数のうちの大きい方の時定数である大時定数を導出し、前記α2は、であり、前記リーク検査装置は、前記情報処理装置が求めた前記大時定数を入力し、該入力した大時定数に基づいて前記α2を求め、前記判断ステップでは、前記入力した大時定数および前記α2を用いて前記Lmの値を演算することを特徴とするリーク検査システム。

請求項3

前記リーク検査装置は、前記漏れ判断ステップにおいて、LM−1の絶対値が前記許容値を超える場合は、なる数列を作成し、Dmが0に収束するときは、漏れがあると判断することを特徴とする請求項2に記載のリーク検査システム。

請求項4

Dmが0に収束しないときは、測定期間TMを延長し、大気圧封止測定ステップから再度行うことを特徴とする請求項3に記載のリーク検査システム。

請求項5

Lmが収束する最小のmに基づいて、測定期間TMを設定することを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1つに記載のリーク検査システム。

請求項6

リーク検査装置と、情報処理装置とを有するリーク検査システムであって、前記リーク検査装置は、検査対象容器と漏れのない基準容器とを大気圧PE開放から双方を封止した後の両容器の内圧の差圧を測定期間TMにわたって繰り返し測定し、測定した各差圧を測定開始からの順位と共に記録する大気圧封止測定ステップを行い、前記大気圧封止測定ステップの終了後に続けて、前記検査対象容器内と基準容器内とに気体を導入して所定の試験圧PTに加圧した後、前記大気圧封止測定ステップでの測定期間TMの終了後から圧縮空気導入時間TIの経過後に双方が封止された状態となり、封止後の両容器の内圧の差圧を所定期間にわたって繰り返し測定し、測定した各差圧を測定開始からの順位と共に記録する試験圧封止測定ステップを行い、前記大気圧封止測定ステップで記録したデータを封止時から時間T毎のグループ(グループ番号k=1、2、…M)に分け、グループ毎の差圧の平均値を時間Tで除した、PED、m(m=1、2、…M)を求め、として、の絶対値が所定の許容値以下になるmの値maを求める第1勾配取得ステップと、前記試験圧封止測定ステップで記録したデータを封止時から時間T毎のグループ(グループ番号m=1、2、…M)に分け、グループ毎の差圧の平均値を時間Tで除した、PDD、m(m=1、2、…M)を求め、として、の絶対値が所定の許容値以下になるmの値mbを求め、maとmbのうちの小さくない方の値をkとして、QkとRkを求める第2勾配取得ステップと、測定期間TMと圧縮空気導入時間TIの和をTSとし、の演算で求めたLの値に基づいて前記検査対象容器の漏れの有無を判断する漏れ判断ステップと、を行うと共に、前記リーク検査装置は、漏れのない基準容器と、周囲と異なる温度であって漏れの無い検査対象容器とを、大気圧PE開放から双方を封止した後、両容器の内圧の差圧の測定を一定時間行っては両容器を再び大気圧PE開放とする工程を複数回連続的に繰り返す準備測定ステップを行って、該準備測定ステップで取得した測定データを前記情報処理装置へ出力し、前記情報処理装置は、前記リーク検査装置から取得した測定データに基づいて、前記検査対象容器と前記基準容器とを大気圧PE開放から封止した後の両容器の内圧の差圧の温度に基づく変化を支配する二つの時定数のうちの大きい方の時定数である大時定数を導出し、前記α2は、であり、前記リーク検査装置は、前記情報処理装置が求めた前記大時定数を入力し、該入力した大時定数に基づいて前記α2を求め、前記判断ステップでは、前記入力した大時定数および前記α2を用いて前記Lの値を演算することを特徴とするリーク検査システム。

請求項7

maとmbのいずれかを求めることができない場合は、測定期間TMを延長し、kを決定できた場合はkの値に基づいて以後の測定期間TMを設定することを特徴とする請求項6に記載のリーク検査システム。

請求項8

リーク検査装置と、情報処理装置とを有するリーク検査システムであって、前記リーク検査装置は、検査対象容器と漏れのない基準容器とを大気圧PE開放から双方を封止した後の両容器の内圧の差圧を測定期間TMにわたって繰り返し測定し、測定した各差圧を測定開始からの順位と共に記録する大気圧封止測定ステップを行い、前記大気圧封止測定ステップの終了後に続けて、前記検査対象容器内と基準容器内とに気体を導入して所定の試験圧PTに加圧した後、前記大気圧封止測定ステップでの測定期間TMの終了後から圧縮空気導入時間TIの経過後に双方が封止された状態となり、封止後の両容器の内圧の差圧を所定期間にわたって繰り返し測定し、測定した各差圧を測定開始からの順位と共に記録する試験圧封止測定ステップを行い、前記大気圧封止測定ステップで記録したデータを封止時から時間T毎のグループ(グループ番号k=1、2、…M)に分け、グループ毎の差圧の平均値を時間Tで除した値を、PED、m(m=1、2、…M)として、を求める第1勾配取得ステップと、前記試験圧封止測定ステップで記録したデータを封止時から時間T毎のグループ(グループ番号m=1、2、…M)に分け、グループ毎の差圧の平均値を時間Tで除した値を、PDD、m(m=1、2、…M)として、を求める第2勾配取得ステップと、測定期間TMと圧縮空気導入時間TIの和をTSとし、の演算で求めたLの値に基づいて前記検査対象容器の漏れの有無を判断する漏れ判断ステップと、を行うと共に、前記リーク検査装置は、漏れのない基準容器と、周囲と異なる温度であって漏れの無い検査対象容器とを、大気圧PE開放から双方を封止した後、両容器の内圧の差圧の測定を一定時間行っては両容器を再び大気圧PE開放とする工程を複数回連続的に繰り返す準備測定ステップを行って、該準備測定ステップで取得した測定データを前記情報処理装置へ出力し、前記情報処理装置は、前記リーク検査装置から取得した測定データに基づいて、前記検査対象容器と前記基準容器とを大気圧PE開放から封止した後の両容器の内圧の差圧の温度に基づく変化を支配する二つの時定数のうちの大きい方の時定数である大時定数を導出し、前記α2は、であり、前記リーク検査装置は、前記情報処理装置が求めた前記大時定数を入力し、該入力した大時定数に基づいて前記α2を求め、前記判断ステップでは、前記入力した大時定数および前記α2を用いて前記Lの値を演算することを特徴とするリーク検査システム。

請求項9

前記リーク検査装置と前記情報処理装置の間における情報の授受を、通信記録媒体手動入力操作のうちの1または2以上の手段を用いて行うことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1つに記載のリーク検査システム。

請求項10

前記リーク検査装置は、操作パネルを備え、前記情報処理装置が導出した前記大時定数の入力操作を前記操作パネルで受け付けることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1つに記載のリーク検査システム。

請求項11

前記情報処理装置は、大時定数に代えて、を導出し、前記リーク検査装置は、前記情報処理装置が導出した前記βを入力して演算に使用することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1つに記載のリーク検査システム。

請求項12

請求項1乃至10のいずれか1つに記載のリーク検査システムにおける情報処理装置で実行されるプログラムであって、前記リーク検査装置から前記測定データを入力するステップと、前記測定データに基づいて、前記検査対象容器と前記基準容器とを大気圧PE開放から封止した後の両容器の内圧の差圧の温度に基づく変化を支配する二つの時定数のうちの大きい方の時定数である大時定数を導出するステップと、導出した前記大時定数を出力する出力ステップと、を有するプログラム。

請求項13

請求項11に記載のリーク検査システムにおける情報処理装置で実行されるプログラムであって、前記リーク検査装置から前記測定データを入力するステップと、前記測定データに基づいて、前記検査対象容器と前記基準容器とを大気圧PE開放から封止した後の両容器の内圧の差圧の温度に基づく変化を支配する二つの時定数のうちの大きい方の時定数である大時定数を求めて前記βを導出するステップと、導出した前記βを出力する出力ステップと、を有するプログラム。

技術分野

0001

本発明は、検査対象容器漏れ検査するリーク検査システムおよびそのプログラムに関する。

背景技術

0002

容器の漏れを検査する場合、検査対象容器と漏れの無い基準容器とに空気等の気体高圧加圧導入した後、これらを封止し、その後の検査対象容器の内圧と基準容器の内圧との差圧の変化を観察することで検査対象容器の漏れの有無を判断する方法が一般的に行われている。検査対象容器に漏れがあれば差圧が生じ、その大きさは時間に比例するというのが基本思想である。

0003

しかし、観察される差圧の変化には、漏れのほかに、温度変動に起因する差圧の変化分が含まれる。すなわち、検査対象容器内の気体温度と基準容器内の気体温度がなんらかの理由で相違しても差圧は発生する。そこで、漏洩検査で測定した差圧の変化から、温度に起因する差圧の影響を除去する技術が各種提案されている。

0004

たとえば、下記特許文献1では、検査対象容器であるワークと漏れの無い基準容器であるマスタを同圧の高圧に加圧してから封止した状態で放置したときの差圧の変化を所定時間測定する漏洩検査を行う。さらにこの漏洩検査の前後に、ワークとマスタを大気開放してから封止した状態で放置したときのワーク・マスタ間の差圧の変化を所定時間測定する温度補償用測定工程を行う。そして、前後の温度補償用測定工程で求めた温度補償値(差圧の変化率)の平均値を用いて、漏洩検査時の温度変動に基づく差圧の変化分を推定して、漏洩検査の測定結果温度補償する。

0005

また、特許文献1では、漏洩検査前の温度補償用測定工程が行われてから漏洩検査が実施されるまでの第1時間と、漏洩検査後の温度補償用測定工程が実施されるまでの第2時間とに差が生じた場合を考慮して、漏洩検査前の温度補償用測定工程で得た温度補償値と漏洩検査後の温度補償用測定工程で得た温度補償値を、第1時間と第2時間の逆比加重平均した値で、漏洩検査時の測定結果を温度補償することが開示される。

先行技術

0006

特許第4994494号

発明が解決しようとする課題

0007

特許文献1では、漏洩検査の前後の温度補償用測定で得た温度補償値が線形に変化するものと仮定して温度補償を行っている。しかしながら実際には温度の影響は線形に変化するものではないので、正確な温度補正になっていない。そのため、最終的に差圧変化率が検出された場合、それが除去できなかった温度ノイズによるものか、漏れによるものかの区別をつけられない。さらに、適切な測定期間を決めて測定期間を最小化することもできなかった。

0008

本発明は、上記問題の解決を課題とするものであり、測定期間の低減を図りつつ、温度の影響を除去して高い精度で漏れを判断することのできるリーク検査システムおよびプログラムを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0009

かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。

0010

[1]リーク検査装置と、情報処理装置とを有するリーク検査システムであって、
前記リーク検査装置は、
検査対象容器と漏れのない基準容器とを大気圧PE開放から双方を封止した後の両容器の内圧の差圧を所定期間にわたり繰り返し測定し、測定した各差圧と測定時刻とを対応付けて記録する大気圧封止測定ステップを行い、
前記大気圧封止測定ステップの終了後に続けて、前記検査対象容器内と基準容器内とに気体を導入して所定の試験圧PTに加圧した後に双方を封止し、封止後の両容器の内圧の差圧を所定期間にわたり繰り返し測定し、測定した各差圧と測定時刻とを対応付けて記録する試験圧封止測定ステップを行い、
前記大気圧封止測定ステップで記録したデータから、時間の経過に伴う差圧の変化率の変化率が一定以下になるときの差圧のデータの前記大気圧封止測定ステップでの測定時刻Taとそのときの差圧の変化率Qを求める第1勾配取得ステップと、
前記試験圧封止測定ステップで測定したデータから、時間の経過に伴う差圧の変化率の変化率が一定以下になるときの差圧のデータの前記試験圧封止測定ステップでの測定時刻Tbとそのときの差圧の変化率Rを求める第2勾配取得ステップと、
測定時刻Taから測定時刻Tbまでを連続して計時した場合の時間差をTSとし、

演算で求めたLの値に基づいて前記検査対象容器の漏れの有無を判断する漏れ判断ステップと、
を行うと共に、
前記リーク検査装置は、
漏れのない基準容器と、周囲と異なる温度であって漏れの無い検査対象容器とを、大気圧PE開放から双方を封止した後、両容器の内圧の差圧の測定を一定時間行っては両容器を再び大気圧PE開放とする工程を複数回連続的に繰り返す準備測定ステップを行って、該準備測定ステップで取得した測定データを前記情報処理装置へ出力し、
前記情報処理装置は、
前記リーク検査装置から取得した測定データに基づいて、前記検査対象容器と前記基準容器とを大気圧PE開放から封止した後の両容器の内圧の差圧の温度に基づく変化を支配する二つの時定数のうちの大きい方の時定数である大時定数を導出し、
前記リーク検査装置は、
前記情報処理装置が求めた前記大時定数を入力し、前記判断ステップでは、前記入力した大時定数を用いて前記Lの値を演算する
ことを特徴とするリーク検査システム。

0011

ワークとマスタを大気圧PE開放から封止後の両容器の内圧の差圧の温度に基づく変化を支配する時定数は大時定数と小時定数の2つであり、そのうちの小時定数に係る差圧の変化は短時間で無視できる大きさに減衰する。また、大時定数に係る差圧の変化については、大気圧封止測定で求めた温度に基づく差圧の変化を引き起こした容器の温度変化の作用が、ほぼそのまま試験圧封止測定のときも継続していると考えられる。そこで、大気圧測定の差圧曲線の勾配の変化率が一定以下になったとき(小時定数に係る変化等が無視できるほどに減衰したとき)の差圧データの測定時刻Taとそのときの勾配(差圧の変化率)Qを求める。また試験圧封止測定での差圧曲線の勾配の変化率が一定以下になったとき(小時定数に係る変化等が無視できるほどに減衰したとき)の差圧データの測定時刻Tbとそのときの差圧の変化率Rを求める。Rは漏れによる差圧の変化分と温度による差圧の変化分を含む。Rに含まれる温度による差圧の変化分は、大気圧封止測定の測定時刻Taにおける勾配Qが大時定数に従って測定時刻Tbまで経過した時の値に対応する。すなわち、測定時刻Taから測定時刻Tbまでの時間をTsとし、圧力比を考慮すると、

である。よって、これをRから減算することで漏れLを求めることができる。大時定数の測定は、検査対象容器の1種類毎に1回行えば良い。リーク検査装置は大時定数を求めるための差圧の測定を行ってその測定データを情報処理装置へ出力し、情報処理装置はリーク検査装置から受けた測定データに基づいて大時定数を導出して出力し、リーク検査装置は情報処理装置が導出した大時定数を入力し、これを漏れ判定の演算に使用する。

0012

[2]リーク検査装置と、情報処理装置とを有するリーク検査システムであって、
前記リーク検査装置は、
検査対象容器と漏れのない基準容器とを大気圧PE開放から双方を封止した後の両容器の内圧の差圧を測定期間TMにわたって繰り返し測定し、測定した各差圧を測定開始からの順位と共に記録する大気圧封止測定ステップを行い、
前記大気圧封止測定ステップの終了後に続けて、前記検査対象容器内と基準容器内とに気体を導入して所定の試験圧PTに加圧した後、前記大気圧封止測定ステップでの測定期間TMの終了から圧縮空気導入時間TIの経過後に双方が封止された状態となり、封止後の両容器の内圧の差圧を測定期間TMにわたって繰り返し測定し、測定した各差圧を測定開始からの順位と共に記録する試験圧封止測定ステップを行い、
前記大気圧封止測定ステップで記録したデータを封止時から時間T毎のグループ(グループ番号m=1、2、…M)に分け、グループ毎の差圧の平均値を時間Tで除した、PED、m (m=1、2、…M) を求め、

なる差分列を求める第1勾配取得ステップと、
前記試験圧封止測定ステップで記録したデータを封止時から時間T毎のグループ(グループ番号m=1、2、…M)に分け、グループ毎の差圧の平均値を時間Tで除した、PDD、m (m=1、2、…M) を求め、

なる差分列を求める第2勾配取得ステップと、
測定期間TMと圧縮空気導入時間TIの和をTSとし、

なる数列においてmの増加に伴ってLmの値が一定値収束する場合にその収束値を漏れと判断する、もしくは、Lmの絶対値が所定の許容値以下となるmが存在する場合に漏れ無しと判断する漏れ判断ステップと、
を行うと共に、
前記リーク検査装置は、
漏れのない基準容器と、周囲と異なる温度であって漏れの無い検査対象容器とを、大気圧PE開放から双方を封止した後、両容器の内圧の差圧の測定を一定時間行っては両容器を再び大気圧PE開放とする工程を複数回連続的に繰り返す準備測定ステップを行って、該準備測定ステップで取得した測定データを前記情報処理装置へ出力し、
前記情報処理装置は、
前記リーク検査装置から取得した測定データに基づいて、前記検査対象容器と前記基準容器とを大気圧PE開放から封止した後の両容器の内圧の差圧の温度に基づく変化を支配する二つの時定数のうちの大きい方の時定数である大時定数を導出し、
前記α2は、

であり、
前記リーク検査装置は、
前記情報処理装置が求めた前記大時定数を入力し、該入力した大時定数に基づいて前記α2を求め、
前記判断ステップでは、前記入力した大時定数および前記α2を用いて前記Lmの値を演算する
ことを特徴とするリーク検査システム。

0013

上記発明では、差圧の測定値から漏れを簡単な演算で判定する。すなわち、Qmは大気圧封止測定の測定開始から時間T×m後の差圧曲線の勾配に対応する値であり、Rmは試験圧封止測定の測定開始から時間T×m後の差圧曲線の勾配に対応する値であり、Lmは試験圧封止測定の測定開始から時間T×m後における漏れを表している。時間T毎の平均をとることで、測定のノイズを除去している。mを増加させてLmが一定値に収束したとき、小時定数に係る変化などの過渡的な変化が収まったことを示し、このときの収束値が漏れを示すことになる(収束値が0なら漏れ無し)。

0014

[3]前記リーク検査装置は、
前記漏れ判断ステップにおいて、LM−1の絶対値が前記許容値を超える場合は、

なる数列を作成し、Dmが0に収束するときは、漏れがあると判断する
ことを特徴とする[2]に記載のリーク検査システム。

0015

上記発明では、漏れ判断でLM−1の絶対値が許容値を超える場合、検査対象容器に漏れがあるのか、測定時間TMが不足しているかの区別がつかないので、

なる数列を作成し、Dmが0に収束するか否かによりその区別をつける。0に収束しなければ測定期間TMの不足であり、0に収束すればLM−1で漏れを正しく判断できる。すなわち、漏れがある。

0016

[4]Dmが0に収束しないときは、測定期間TMを延長し、大気圧封止測定ステップから再度行う
ことを特徴とする[3]に記載のリーク検査システム。

0017

[5]Lmが収束する最小のmに基づいて、測定期間TMを設定する
ことを特徴とする[2]乃至[4]のいずれか1つに記載のリーク検査システム。

0018

上記発明では、Lmが収束すれば、検査対象容器に漏れがあるか否かを正しく判別することができる。よって、Lmが収束するときの最小のmに基づいて定めた測定期間TMは正しい判定が可能な最小測定期間となる。

0019

[6]リーク検査装置と、情報処理装置とを有するリーク検査システムであって、
前記リーク検査装置は、
検査対象容器と漏れのない基準容器とを大気圧PE開放から双方を封止した後の両容器の内圧の差圧を測定期間TMにわたって繰り返し測定し、測定した各差圧を測定開始からの順位と共に記録する大気圧封止測定ステップを行い、
前記大気圧封止測定ステップの終了後に続けて、前記検査対象容器内と基準容器内とに気体を導入して所定の試験圧PTに加圧した後、前記大気圧封止測定ステップでの測定期間TMの終了後から圧縮空気導入時間TIの経過後に双方が封止された状態となり、封止後の両容器の内圧の差圧を所定期間にわたって繰り返し測定し、測定した各差圧を測定開始からの順位と共に記録する試験圧封止測定ステップを行い、
前記大気圧封止測定ステップで記録したデータを封止時から時間T毎のグループ(グループ番号k=1、2、…M)に分け、グループ毎の差圧の平均値を時間Tで除した、PED、m (m=1、2、…M) を求め、

として、

の絶対値が所定の許容値以下になるmの値maを求める第1勾配取得ステップと、
前記試験圧封止測定ステップで記録したデータを封止時から時間T毎のグループ(グループ番号m=1、2、…M)に分け、グループ毎の差圧の平均値を時間Tで除した、PDD、m (m=1、2、…M) を求め、

として、

の絶対値が所定の許容値以下になるmの値mbを求め、maとmbのうちの小さくない方の値をkとして、QkとRkを求める第2勾配取得ステップと、
測定期間TMと圧縮空気導入時間TIの和をTSとし、

の演算で求めたLの値に基づいて前記検査対象容器の漏れの有無を判断する漏れ判断ステップと、
を行うと共に、
前記リーク検査装置は、
漏れのない基準容器と、周囲と異なる温度であって漏れの無い検査対象容器とを、大気圧PE開放から双方を封止した後、両容器の内圧の差圧の測定を一定時間行っては両容器を再び大気圧PE開放とする工程を複数回連続的に繰り返す準備測定ステップを行って、該準備測定ステップで取得した測定データを前記情報処理装置へ出力し、
前記情報処理装置は、
前記リーク検査装置から取得した測定データに基づいて、前記検査対象容器と前記基準容器とを大気圧PE開放から封止した後の両容器の内圧の差圧の温度に基づく変化を支配する二つの時定数のうちの大きい方の時定数である大時定数を導出し、
前記α2は、

であり、
前記リーク検査装置は、
前記情報処理装置が求めた前記大時定数を入力し、該入力した大時定数に基づいて前記α2を求め、
前記判断ステップでは、前記入力した大時定数および前記α2を用いて前記Lの値を演算する
ことを特徴とするリーク検査システム。

0020

前述の[2]に係る発明では、差分列Lmを作ったが、[6]に係る発明では、Qm、Rmの段階で小時定数に係る変化を収束させ(許容値以下とし)、収束したQkとRkを用いてLを演算する。どの段階で収束させるかという点以外は[2]と同様である。

0021

[7]maとmbのいずれかを求めることができない場合は、測定期間TMを延長し、kを決定できた場合はkの値に基づいて以後の測定期間TMを設定する
ことを特徴とする[6]に記載のリーク検査システム。

0022

上記発明では、maとmbのいずれかを求めることができない場合、すなわち、QM−1,RM−1のいずれかが許容値以下にならない(収束しない)ときは測定期間TMを延長し、kが求まる(Q,Rの両方が収束する)場合は、そのkに基づいて測定期間TMを設定する。

0023

[8]リーク検査装置と、情報処理装置とを有するリーク検査システムであって、
前記リーク検査装置は、
検査対象容器と漏れのない基準容器とを大気圧PE開放から双方を封止した後の両容器の内圧の差圧を測定期間TMにわたって繰り返し測定し、測定した各差圧を測定開始からの順位と共に記録する大気圧封止測定ステップを行い、
前記大気圧封止測定ステップの終了後に続けて、前記検査対象容器内と基準容器内とに気体を導入して所定の試験圧PTに加圧した後、前記大気圧封止測定ステップでの測定期間TMの終了後から圧縮空気導入時間TIの経過後に双方が封止された状態となり、封止後の両容器の内圧の差圧を所定期間にわたって繰り返し測定し、測定した各差圧を測定開始からの順位と共に記録する試験圧封止測定ステップを行い、
前記大気圧封止測定ステップで記録したデータを封止時から時間T毎のグループ(グループ番号k=1、2、…M)に分け、グループ毎の差圧の平均値を時間Tで除した値を、PED、m (m=1、2、…M)として、

を求める第1勾配取得ステップと、
前記試験圧封止測定ステップで記録したデータを封止時から時間T毎のグループ(グループ番号m=1、2、…M)に分け、グループ毎の差圧の平均値を時間Tで除した値を、PDD、m (m=1、2、…M)として、

を求める第2勾配取得ステップと、
測定期間TMと圧縮空気導入時間TIの和をTSとし、

の演算で求めたLの値に基づいて前記検査対象容器の漏れの有無を判断する漏れ判断ステップと、
を行うと共に、
前記リーク検査装置は、
漏れのない基準容器と、周囲と異なる温度であって漏れの無い検査対象容器とを、大気圧PE開放から双方を封止した後、両容器の内圧の差圧の測定を一定時間行っては両容器を再び大気圧PE開放とする工程を複数回連続的に繰り返す準備測定ステップを行って、該準備測定ステップで取得した測定データを前記情報処理装置へ出力し、
前記情報処理装置は、
前記リーク検査装置から取得した測定データに基づいて、前記検査対象容器と前記基準容器とを大気圧PE開放から封止した後の両容器の内圧の差圧の温度に基づく変化を支配する二つの時定数のうちの大きい方の時定数である大時定数を導出し、
前記α2は、

であり、
前記リーク検査装置は、
前記情報処理装置が求めた前記大時定数を入力し、該入力した大時定数に基づいて前記α2を求め、
前記判断ステップでは、前記入力した大時定数および前記α2を用いて前記Lの値を演算する
ことを特徴とするリーク検査システム。

0024

上記発明では、適切な測定期間TMが決定された後の測定方法を示す。測定期間TMの最後における差圧曲線の勾配QM−1、RM−1を求め、これらからLを演算すればよい。

0025

[9]前記リーク検査装置と前記情報処理装置の間における情報の授受を、通信記録媒体手動入力操作のうちの1または2以上の手段を用いて行う
ことを特徴とする[1]乃至[8]のいずれか1つに記載のリーク検査システム。

0026

[10]前記リーク検査装置は、操作パネルを備え、前記情報処理装置が導出した前記大時定数の入力操作を前記操作パネルで受け付け
ことを特徴とする[1]乃至[9]のいずれか1つに記載のリーク検査システム。

0027

[11]前記情報処理装置は、大時定数に代えて、

を導出し、
前記リーク検査装置は、前記情報処理装置が導出した前記βを入力して演算に使用する
ことを特徴とする[1]乃至[10]のいずれか1つに記載のリーク検査システム。

0028

[12][1]乃至[10]のいずれか1つに記載のリーク検査システムにおける情報処理装置で実行されるプログラムであって、
前記リーク検査装置から前記測定データを入力するステップと、
前記測定データに基づいて、前記検査対象容器と前記基準容器とを大気圧PE開放から封止した後の両容器の内圧の差圧の温度に基づく変化を支配する二つの時定数のうちの大きい方の時定数である大時定数を導出するステップと、
導出した前記大時定数を出力する出力ステップと、
を有するプログラム。

0029

[13][11]に記載のリーク検査システムにおける情報処理装置で実行されるプログラムであって、
前記リーク検査装置から前記測定データを入力するステップと、
前記測定データに基づいて、前記検査対象容器と前記基準容器とを大気圧PE開放から封止した後の両容器の内圧の差圧の温度に基づく変化を支配する二つの時定数のうちの大きい方の時定数である大時定数を求めて前記βを導出するステップと、
導出した前記βを出力する出力ステップと、
を有するプログラム。

発明の効果

0030

本発明に係るリーク検査システムおよびプログラムによれば、測定期間の低減を図りつつ、温度の影響を除去して高い精度で漏れを判断することができる。

図面の簡単な説明

0031

本発明の実施の形態に係るリーク検査システムのシステム構成を示す図である。
本発明の実施の形態に係るリーク検査システムが有するリーク検査装置の概略構成を示す図である。
大気圧封止測定工程で得た測定データに基づく差圧曲線と、試験圧封止測定工程で得た測定データに基づく差圧曲線を連続した時間軸で表したグラフである。
大気圧封止測定工程から試験圧封止測定工程におけるワークとマスタ内の気体の温度差の変化を示す図である。
大時定数導出工程においてリーク検査システム5が行う処理を示す流れ図である。
準備測定工程における差圧の計測シーケンスを示す図である。
準備測定工程で測定した各回の差圧計測における平均勾配G0、G1、G2、…と、各回の開始時刻との関係を示す図である。
リーク検査装置が情報処理装置に送信する測定データの一例を示す図である。
図8のデータに基づいて情報処理装置が導出した中間データを示す図である。
図9の中間データをプロットした点に基づいて求めた最小二乗法直線を示す図である。
リーク検査システムが一般のリーク検査工程で行う処理を示す流れ図である。

実施例

0032

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。

0033

図1は、本発明に係るリーク検査システム5の概略構成を示している。リーク検査システム5は、検査対象となる容器(例えば、給湯器熱交換器貯湯タンク)の漏れを検査する装置であり、検査対象容器であるワーク2と、ワーク2と同形状、同材料で構成された容器であって漏れのないことが確認されたマスタ3に気体を導入してこれらの差圧を測定するリーク検査装置10と、データ処理を行う情報処理装置60を有して構成される。ワーク2とマスタ3は同じ力学的および熱力学パラメータを持った異なる容器である。リーク検査装置10と情報処理装置60は、通信可能に接続されてデータを授受する。

0034

図2に示すように、リーク検査装置10は、加圧源接続口11と、ワーク接続口12と、マスタ接続口13と、排気ポート14を備えている、リーク検査装置10は内部の管路として、加圧源接続口11に一端が接続された第1配管21を有し、該第1配管21は途中で二手に分岐して第2配管22と第3配管23となり、第2配管22の他端はワーク接続口12に、第3配管23の他端はマスタ接続口13にそれぞれ接続されている。

0035

第1配管21には第1開閉弁31が介挿されている。第2配管22には第2開閉弁32が介挿されている。また第3配管23には第3開閉弁33が介挿されている。第2開閉弁32とワーク接続口12との間の第2配管22は途中で分岐して差圧計37の一方の接続口に接続されている。同様に、第3開閉弁33とマスタ接続口13との間の第3配管23は途中で分岐して差圧計37の他方の接続口に接続されている。差圧計37はその一方の接続口にかかる圧力と他方の接続口にかかる圧力の差(差圧)を計測する。第1開閉弁31と第3開閉弁33との間の所定箇所で第3配管23から第4管路24が分岐しており、該第4管路24の途中に第4開閉弁34が設けてある。第4管路24の終端は排気ポート14となっており、排気ポート14は大気開放にされる。

0036

リーク検査装置10は、弁の開閉や検査の流れの制御、差圧の測定、測定結果の記録および記録した測定結果に基づく漏れ判定のための演算、情報処理装置60との間のデータの授受等を行う検査処理部40を有する。検査処理部40は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等で構成された制御部41と、制御部41にバスを通じて接続された、記憶部42、操作パネル43、弁制御I/F46、差圧計I/F47、通信部48、記録媒体I/F49を有して構成される。

0037

制御部41のCPUがROMに格納されたプログラムに従って各種の処理を実行することでリーク検査装置10における検査動作および演算、判定等が行われる。

0038

記憶部42は、RAMや不揮発メモリハードディスク装置などで構成され、設定された検査条件や、測定したデータ等が記憶される。操作パネル43は、ユーザから各種の設定操作を受け付ける操作入力部44、ユーザに対して各種の操作画面、設定画面動作状況を示す画面などを表示する表示部45を有する。表示部45は液晶ディスプレイ等で構成される。操作入力部44は表示部45の表示画面上に設けられたタッチスクリーンによるソフトウェアスイッチやその他の機械的スイッチなどで構成される。リーク検査装置10は操作パネル43を通じてユーザから各種の設定値の入力操作等を受け付ける。

0039

弁制御I/F46は、各第1開閉弁31〜第4開閉弁34へ制御信号(開閉を指示する信号)を出力する。差圧計I/F47は、差圧計37に対して制御信号を出力したり、差圧計37の出力する検出信号を入力したりする機能を果たす。通信部48は、情報処理装置60やその他の外部機器との間で各種データを授受する機能を果たす。通信方式は任意でよく、たとえば、LAN(Local Area Network)、RS-232CやUSBなどによるシリアル通信である。記録媒体I/F49は、メモリカードUSBメモリ、CDなどの記憶媒体に対してデータのリードライトを行う。

0040

加圧源接続口11には、図示省略の電空レギュレータ等を介して加圧気体供給元である圧力源が接続される。

0041

ワーク接続口12にはワーク2が接続され、マスタ接続口13にはマスタ3が接続される。

0042

図1に示すように、情報処理装置60は、CPU61にバスを通じて記憶部62、通信部63、ユーザI/F64、記録媒体I/F67を接続して構成される。記憶部62は、ROM、RAM、不揮発メモリ、ハードディスク装置などで構成される。通信部63は、リーク検査装置10やその他の外部機器との間で各種データを授受する機能を果たす。通信方式はリーク検査装置10の通信部48と同様に任意でよい。ユーザI/F64には、ユーザ操作を受け付けるキーボードマウス、タッチスクリーンなどの操作入力部65、各種の画面を表示する液晶ディスプレイなどの表示部66が接続される。表示部66には演算結果、漏れ判定の結果等が表示される。記録媒体I/F67は、メモリカードやUSBメモリ、CDなどの記憶媒体に対してデータのリード/ライトを行う。

0043

情報処理装置60は記憶部62に記憶されているプログラムに従ってCPU61が処理を行うことで、リーク検査装置10のデータの授受や本発明に係るデータ処理を行う。なお、情報処理装置60は、汎用パーソナルコンピュータ(PC)に、本発明に係るデータ処理等を行うためのソフトウェアインストールして構成されてもよい。

0044

次に本発明の概要を説明する。

0045

本発明に係るリーク検査システム5によるリーク検査では、ワーク2とマスタ3とを大気圧PE開放した後に双方を封止し、封止後の両容器の内圧の差圧を差圧計37で所定期間にわたり繰り返し測定し、測定した各差圧と測定時刻(測定時刻に代わり、測定時刻を特定できれば測定順位などでもよい)とを対応付けて記録する大気圧封止測定工程を行う。次に、大気圧封止測定工程の終了後に続けて、ワーク2とマスタ3とに気体を導入して所定の試験圧PTに加圧した後に双方を封止し、封止後の両容器の内圧の差圧を所定期間にわたり繰り返し測定し、測定した各差圧と測定時刻(測定時刻に代わり、測定時刻を特定できれば測定順位などでもよい)とを対応付けて記録する試験圧封止測定工程を行う。

0046

そして、大気圧封止測定工程で記録したデータから、時間の経過に伴う差圧の変化を表したグラフ(差圧曲線)の勾配(差圧の変化率)の差分(変化率)が一定以下になったときの差圧のデータの大気圧封止測定工程での測定時刻Taとそのときの差圧の変化率(勾配)Qを求める第1勾配取得工程、及び、試験圧封止測定工程で記録したデータから、時間の経過に伴う差圧の勾配(差圧の変化率)の差分(変化率)が一定以下になったときの差圧のデータの試験圧封止測定工程での測定時刻Tbとそのときの差圧の変化率(勾配)Rを求める第2勾配取得工程を行う。

0047

その後、測定時刻Taから測定時刻Tbまでを連続して計時した場合の時間差をTSとし、ワーク2の漏れLを、

の演算で求める、もしくはLの値に基づいてワーク2の漏れの有無を判断する漏れ判断工程を行う。

0048

図3は、大気圧封止測定工程で得た測定データに基づく時間の経過に伴う差圧変化と、試験圧封止測定工程で得た測定データに基づく差圧変化とを、大気圧封止測定工程の開始時点から連続した時間軸で表したグラフ(差圧曲線)である。試験圧封止測定工程での差圧変化は、ワーク2からの漏れによる差圧変化と、温度に基づく差圧変化の和である。一方、大気圧封止測定工程での差圧変化は、温度に基づく差圧変化のみと考えられる。

0049

しかし、同じワーク2について大気圧封止測定工程と試験圧封止測定工程を同時に行うことはできない。そこで、本発明では、試験圧封止測定工程の直前に実施した大気圧封止測定工程で得た差圧曲線の勾配Q(差圧の変化率)から、試験圧封止測定工程での温度による差圧の変化率を推定し、これに試験圧と大気圧の比を乗じた値を、試験圧封止測定工程で得た差圧曲線の勾配Rから減じることで、試験圧封止測定工程での漏れによる差圧の変化率(漏れL)を推定する。

0050

ところで、図3と同じ時間軸においてワーク2内の気体温度とマスタ3内の気体温度との温度差の変化を示すと図4のようになる。ワーク2内の気体温度は、大気圧封止測定工程において曲線ABのように変化し、もし大気圧封止測定工程の後に試験圧への加圧を行われなければ、そのまま継続した変化となり、破線BCで示すようになる。実際には、試験圧に加圧されることで容器内の気体が断熱圧縮されて温度上昇するため、BDEのように変化する(グラフは誇張して描いてある)。

0051

しかし、空気に比べて容器の熱容量が十分大きいこと、加圧による発熱はワーク2とマスタ3の双方でほとんど等しいことなどから、たとえば、容器内の空気を6分の1に断熱圧縮しても、ワーク2とマスタ3の内部の気体温度の差は、加圧しない場合とほとんど変わらない。すなわち、現実には、図4のABD´CのようにABCにほぼ重なる曲線になる。

0052

そして、絶対温度と圧力とは比例するので、試験圧での温度による差圧変化は温度差変化と同様になる。すなわち、大気圧封止測定工程での温度による差圧の変化は、その後の試験圧封止測定においては、封止圧力の比をかければそのまま継続していると推定される。

0053

そこで、温度差のあるワーク2とマスタ3とを大気圧PE開放から封止した後の両容器の内圧の差圧の変化(これは温度に基づく変化)を支配する2つの時定数のうちの大きい方の時定数である大時定数を予め測定して求めておく。そして、漏れ判断工程では、勾配Qの測定時刻Taから勾配Rの測定時刻Tbまでの経過時間TSと大時定数とで勾配Qを補正して、勾配Rの測定時刻Tbになったときの温度による差圧の変化率を推定する。また大気圧と試験圧の違いをPT/PEにより補正する。すなわち、

の演算で漏れLを求めて、漏れの有無を判断する。なお、上記温度による差圧の変化を支配する2つの時定数の内の小さい方を小時定数とする。

0054

第1勾配取得工程、第2勾配取得工程では、差圧曲線の勾配の変化率が一定以下に収まった後の勾配(差圧の変化率)を取得することで、温度に係る変化のうち小時定数に係る差圧変化等が無視できる程度に十分減衰するのを待っている。

0055

次に、より詳細に、本発明の理論的な説明を行う。

0056

ここでは計測時間内での周囲温度変化が無視できる場合を扱う。周囲温度が計測時間内に無視できないほど変化する場合には、別の方法を考えるべきである。それは計測時間が長い場合や、換気が速く行われるなどの場合に起こる。本発明は、容器等の環境温度の変化が無視できる程度に短時間で、測定を終了する漏れ試験法に関する。

0057

以下で使用する差圧は、
差圧PD=(マスタの内圧)−(ワークの内圧)
とする。

0058

図2において、第2開閉弁32、第3開閉弁33を封止した時刻をt=0とするとき、周囲の温度が変わらないときに生じる差圧は

である。ただしPCを封止圧力とするとき

であって、Gは質量流量、MCは封止された空気質量である。この質量流量Gは、PEを環境圧力、KVをリークを生じさせている孔により定まる定数として

である。C1及びC2は温度の初期条件で決定するので、漏れ測定前に知ることはできない。

0059

漏れ測定前に知ることができるパラメータは次のものである。
ガス定数:R
製品によって決定するパラメータ(温度変化の時定数):T1,T2,
試験条件により決定する既知の量:PC,PE,MC,μ,θ0,
μは空気粘度、θ0は空気温度である。T1は小時定数、T2は大時定数である。

0060

式(1)はPCが大気圧のときも試験圧のときも成り立つ。しかし、パラメータはすべて異なり、時間の原点も異なる。

0061

本発明が好適に適用できる容器は、

が成り立つものである。差圧の計測、記録は、測定期間である時間TMにわたって行う。TMの大きさの目安は、

である。なお、大気圧での時間TMにわたる差圧測定と次の試験圧での差圧測定の開始の間には加圧するためにインターバルTIが必要である。おおむね

程度のTを選んで

とおく。これらは、差圧の時間的な変化の比較において使用する。

0062

圧力変化の様子を一つの指数関数近似する>
さて、式(1)のtにt+Tを代入すると

である。式(9)から式(1)のα2倍を引くと、大時定数の指数関数を消去することができる。式(10)の左辺はリークを評価するための関数である。

0063

まず、大気圧による1回目の測定について考察する。
容器内を環境圧力PE(大気圧)で満たして密閉した後に差圧が発生したならば、その差圧は内部気体温度の変化により生じたと言える。このときには、式(2)において

であるが、式(4)、(3)、(2)により、

である。これを式(10)に代入して、次式を得る

左辺の観測値をプロットすれば、それは定数と指数関数の和となる。式(13)の左辺を測定値から求め、その変化が微小になれば、測定を打ち切る

0064

式(13)は、十分時間が経過して、二つの容器(ワークとマスタ)の温度差が0になっても、差圧は0にならないことを示す。式(13)の値が一定とみなせる程度に収束するまでが、計測に必要な時間である。それゆえ

程度とすれば、式(13)の右辺第2項が微小となり、温度により生じる圧力変化率

と、求められる。これは、時定数T2が非常に大きいことによる、見せ掛け質量変化率偽りの漏れ)である。

0065

次に第2回目の測定は、試験圧力PTを両容器に封止して行う。圧力が変わるので、C0=0とはいえない。また時間原点が変わるので、温度初期値が変更される。したがって、式(13)に代わり

としなければならない。初期値により定まる定数が前と異なるので、ここではC´1、C´2と記号を区別してある。大気圧による第1回目の測定と試験圧による第2回目の測定との時間的な関係は図2に示される。

0066

容器に試験圧をかけたとき、漏れ孔があれば漏れを生じる。一方、漏れの有無に関わらず、容器内には温度変化による気体圧力の変化が生じる。観測される差圧変化は、漏れによる差圧変化と温度による差圧変化の和である。同じ容器に対して加圧なしと加圧ありの場合の同時測定を行うことは不可能であるから、これらの分離には、なんらかの推論が必要である。そこで、温度による差圧変化を推定し、その推定値と異なる差圧が観測されたならば、その差が「漏れ」による圧力変化であるとみなすものとする。

0067

まず次の量を求める。

これに式(13)、(16)を代入して

0068

さて、測定の有無に関わらず、容器と外部環境との熱交換は続く。しかし容器を加圧すると、内部にあった気体は圧縮されて、熱が発生する。このことは空気の温度上昇を引き起こすし、容器への熱伝達により容器温度も上昇する。加圧による発熱量はマスタとワークにおいてほとんど等しいから、容器温度差は時定数T2により定まる連続的な変化で近似され、その状況での容器温度差推定が行える。図4は2つの測定を通じた、容器温度差の変化を説明している。

0069

大気圧封止で計測しているときの容器内空気の温度差が、曲線ABで表されている。加圧がなければ、この曲線は破線BD´Cのように続く。この曲線は、ABの延長であって、数式的には、ABまでの経過により決定されている。BD´は加圧過程であるから、温度差はBDのようになるが、D´とDはほとんど重なる場合が多いので、ここでは、そのような場合を考察する。その後の温度は、DEのような容器の放熱で代表される変化過程をたどるが、その曲線はD´Cとほぼ重なると仮定することができる。この仮定が成り立たないという事例のときはあるが、そういう事例に対して本発明を適用すると不正確な結果を招く。

0070

さて、曲線ABCは、

と近似することができて、加圧後の時刻の原点はTM+TIだけ、加圧前の大気圧封止測定よりも後である。加圧後の時間、初期値など関係量は、大気圧封止の場合の記号にダッシュ(´)をつけて表す。しからば、BCとDEがほとんど重なっているので、

であるが、T2>>T1であるから、通常は第2項は第1項に比べて微小である。

0071

それゆえ

と推定できる。それゆえ、漏れによる圧力変化率は

となる。この右辺第2項が減衰するのは、データを観測して待つべき時間を調査する。これはLの経時特性から、減衰の時定数T1を観測すれば、毎度調べる必要はない。式(23)式の右辺の第2項が減衰した後に残る右辺の第1項は漏れを表しているから、測定値から求まる式(17)の演算結果は、漏れを示すことになる。

0072

測定値から求まる式(17)の右辺は、ノイズを含む。また、リークを見るには、左辺(式(23))の指数関数項の減衰を待つ必要がある。ノイズに関しては、Lの時間幅Tにわたる平均値を求めて、近似的に消去する。この平均化は、上記のデータ処理の前で行っても、結果は同じである。

0073

漏れ量推定は、式(17)をデータから計算することにより行われる。この計算では、大時定数T2を前もって知っている必要がある。マスタを加熱せず、ワークを加熱して、差圧の時間曲線を一度求めれば、T2の数値は十分正確に知ることができる。

0074

次に、差圧を測定し、式(17)に対応する演算を行って漏れの有無を判断する検査工程について説明する。

0075

リーク検査システム5では、所定の測定を行って大時定数を求める大時定数導出工程を行い、その後、ワーク2について漏れの有無を調べる一般のリーク検査工程を行う。大時定数の測定は、測定物1種類に対して1回行えば良く、個々のリーク検査においては、一般の検査プロセスを実行するだけで良い。まず、大時定数導出工程について説明する。

0076

<大時定数(T2)の測定>
図5は、大時定数導出工程においてリーク検査システム5が行う処理を示す流れ図である。まず、リーク検査装置10は、大時定数を測定するための準備測定工程を行う(ステップS101)。準備測定工程では、リーク検査装置10のマスタ接続口13に漏れのないマスタを接続し、ワーク接続口12には周囲と異なる温度であって漏れの無いことが確認されているワークを接続する。

0077

次いでワークとマスタを環境空気に開放してから封止し、差圧計測を始める。この差圧は、時刻t=0において、弁(第2開閉弁32,第3開閉弁33)を遮断して差圧計測を開始し、一定時間TA後に弁32、33を開放して、(大気開放で差圧0の状態)に戻す操作をする。なお、一定時間TAに渡る差圧計測で得られる差圧曲線が直線近似できる程度に短いTAを取る。

0078

準備測定工程では、このような一定時間TAに渡る差圧計測を、TB時間の大気開放期間を挟んで複数回繰り返し行う。すなわち、図6に示すように、t=0で大気開放から封止し、一定時間TAに渡る第1回目の差圧計測(E0)、TB時間の大気開放、再び封止して一定時間TAに渡る第2回目の差圧計測(E1)、TB時間の大気開放、再び封止して一定時間TAに渡る第3回目の差圧計測(E2)…のようにして差圧の計測を繰り返す。

0079

たとえば、1回の差圧計測では一定時間TAを50秒とし、0.2秒毎の差圧の計測を50秒間に渡って行う。時間TBは、10秒前後とし、差圧計測を、たとえば、20回繰り返す。この際、実際の各回の差圧計測の開始時刻(StartTime:第1回目の差圧計測の開始時点(t=0)からの経過時間、ST1,ST2…)を測定する。

0080

リーク検査装置10は、各回の差圧計測(E0〜En)で得た測定データから各回の差圧計測における差圧曲線の平均勾配G0、G1、G2、…を求める。図7は、各回の差圧計測における平均勾配G0、G1、G2、…と、各回の開始時刻(StartTime:STn)との関係を示している。図7横軸は時間、縦軸は差圧である。リーク検査装置10は、各回の開始時刻(StartTime:STn)とその回の平均勾配Gnを紐付けたデータを作成して情報処理装置60へ出力する(図5、ステップS102)。図8は、リーク検査装置10が情報処理装置60に送信する測定データの一例を示している。

0081

リーク検査装置10は、たとえば、RS-232C等のシリアル通信で測定データを情報処理装置60に送信する。

0082

情報処理装置60は、リーク検査装置10から測定データを受信し(図5、ステップS201)、その受信した測定データに基づいて大時定数を演算で導出する(ステップS202)。大時定数の導出は以下のように行う。

0083

各回の差圧計測(E0〜En)における差圧曲線は、ほとんど直線とみなせる程度にTAは短い。このとき、

となっているから、両辺の対数を取った形

から、最小二乗法で1/T2を求めれば良い。k=3くらいまでのデータは、もう一つの時定数の影響を受けることがあるので、削除してから、残りのデータを使ってT2を求めるほうが、より真値に近くなる。

0084

詳細には、情報処理装置60は、図8のデータに基づいて、Log(G1/G0)、Log(G2/G0)、Log(G3/G0)…を求め、これらを各回のStartTime(STn)に対応付けた図9のデータを作成する。そして、図9に示すStartTime(STn)をX座標、Log(Gn/G0)の値をY座標とする点を、図10に示すような座標上にプロットした場合の、これらプロット点に対する最小二乗法直線を求める。そして、この最小二乗法直線の勾配の逆数を大時定数として導出する。

0085

情報処理装置60は、導出した大時定数をリーク検査装置10に対して出力し(図5、ステップS203)、リーク検査装置10は情報処理装置60の出力した大時定数を入力して(ステップS103)、大時定数導出工程は終了する。

0086

ここでは、情報処理装置60は、大時定数を自装置の表示部66に表示し、ユーザがこれを目視読み取り、その値を、操作パネル43の操作入力部44を使用してリーク検査装置10に手入力する。なお、情報処理装置60からリーク検査装置への大時定数の受け渡しは、手入力に代えて、通信で行っても良いし、記録媒体を介して行うようにしてもよい。

0087

次に、ワーク2の漏れを計測する一般のリーク検査工程について説明する。

0088

漏れ測定に使う時間を1分ないし数分程度とする場合には、0.1秒程度の時間ステップsごとに、差圧の測定及び記録を行う。この時間ステップsのn倍(nは整数で、おおむね10以上)をTとし、TのM倍(Mは整数でおおむね4以上)=TMを差圧記録時間(測定期間TM)とする。大気圧封止でのTMにわたる測定記録の完了から、次に行われる試験圧での差圧測定開始までの時間をTIとし、TIはできるだけ短く設定する。漏れ測定に使う時間が長い場合には、それに応じてsも大きく取って良い。

0089

<α及びβの決定>
式(17)に対応する演算を行って漏れの有無を判断するには、式(17)に含まれるα及びβの値を特定する必要がある。圧力の過渡応答は一つの線形関数と、二つの一次遅れステップ応答の和で表される。一次遅れステップ応答の時定数で、大きいほうが既述の大時定数であり、それを用いて

である。T、TM、TIは試験者が任意に定めることができるが便宜上、Mを正整数としてTMはTのM倍に設定する。大時定数T2は試験体(ワーク)によって定まる固有値により決定するもので、試験体によって定まる。T2は製品が決まれば決定するので、前述のようにして、一度測定しておけば、その後の同じ製品に対して、その値を使い続けることができる。

0090

<一般のリーク検査工程>
図11に一般のリーク検査工程の流れを示す。まず、第1開閉弁31を閉じた状態のリーク検査装置10のマスタ接続口13にマスタ3を接続し、ワーク接続口12に検査対象のワーク2を接続する(図11、ステップS121)。

0091

次にリーク検査装置10は、大気圧封止測定工程を行う(ステップS122)。大気圧封止測定工程では、リーク検査装置10は、第2開閉弁32、第3開閉弁33、第4開閉弁34を開いて大気圧PE開放とし、その後、第4開閉弁34を閉じ、さらに第2開閉弁32、第3開閉弁33を同時に閉じて、ワーク2とマスタ3を大気圧で封止する。双方を封止したときを測定の開始時点として、両容器の内圧の差圧を時間s毎に、測定期間TMにわたって繰り返し測定し、測定した各差圧を測定開始からの順位と共に(たとえば測定順に)記録する。前述したように、時間sのn倍がTであり、Tの整数倍(M倍、たとえば10倍)が測定期間TMである。測定の順位に代えて測定の時刻と紐付けて記録してもよい。

0092

大気圧封止での測定が終了したら続けて試験圧封止測定工程を行う(図11、ステップS123)。具体的には、リーク検査装置10は、第2開閉弁32、第3開閉弁33を開いた後に第1開閉弁31を開き、ワーク2とマスタ3の双方に圧力源から気体を導入して試験圧に加圧する。試験圧に加圧後、第1開閉弁31を閉じ、さらに第2開閉弁32、第3開閉弁33を同時に閉じることでワーク2とマスタ3を試験圧で封止する。

0093

双方を封止したときを測定の開始時点として、両容器の内圧の差圧を時間s毎に、測定期間TMにわたって繰り返し測定し、測定した各差圧を測定開始からの順位と共に(たとえば測定順に)記録する。大気圧封止での測定終了から試験圧封止での測定開始までの時間(チャージ時間)が予め定めた圧縮空気導入時間TIとなるように試験を進めるものとする。

0094

差圧測定は、大気圧封止測定とこれに続けて行う試験圧封止測定の2回を一組として行い記録する。なお、検査対象のワークの大時定数T2を前述の大時定数導出工程で予め求めてリーク検査装置10に入力しておき、さらにα、βを式(26)、(27)により予め求めておく。一般のリーク検査工程では、上記の大時定数、α、βを使用した演算を行う。

0095

なお、前述した大時定数導出工程では、情報処理装置60にて大時定数を導出し、これをリーク検査装置10に入力するようにしたが、情報処理装置60でβを求め、これをリーク検査装置10に入力するようにしてもよい。この場合、図5のステップS102で時間TS、すなわち(TM+TI)の値をリーク検査装置10から情報処理装置60に送信し、情報処理装置60は、この値と自装置で求めた大時定数T2とから(27)式でβを求める。大時定数T2に代えてβの値を情報処理装置60で算出してリーク検査装置10に入力する場合には、リーク検査装置10は、情報処理装置60から受けたβの値に基づいてαの値を導出する。

0096

次に、リーク検査装置10は、大気圧封止測定工程および試験圧封止測定工程で測定して得た差圧データに基づいて、ワーク2の漏れの有無を判断するための演算判断工程を行って(図11、ステップS124)本処理を終了する。複数のワーク2検査する場合には、図11の処理を繰り返せばよい。演算判断工程は、前述の第1勾配取得工程、第2勾配取得工程、漏れ判断工程を含む。S124の演算判断工程では以下に説明する演算を行う。

0097

[大気圧封止の差圧データに基づく演算]
記録した差圧を、

とする。これから、n個(時間T)ごとの平均値を作って記録する。この処理は測定中に行って、その結果だけを記録してもよい。

これより次の数列をつくる。

Qmは項数がM−1の数列である。

0098

[試験圧封止の差圧データに基づく演算]
大気圧封止の場合と同様に差圧をn個ごとに区切って、その平均値を作って記録する。この処理は測定中に行って、その結果だけを記録してもよい。

これより

をつくる。Rmは項数がM−1の数列である。

0099

[QmとRmに基づく漏れ判断の演算]
QmとRmから次の数列を作る。

この数列は、漏れにより発生する差圧の変化率の近似値であって、mの増加にともない一定値に近づく。この収束値を用いて、漏れUは次式で表される。

漏れの許容値UCが定めてあるときには、次式が成り立つ場合を漏れ検査合格とする。

0100

一般の測定では、式(35)が成り立たない場合もある。そのときには漏れを疑うが、漏れでない場合もある。そこで、式(35)が成り立たない場合には次の処理を行う。

0101

[漏れが疑われる場合の処理]
LM−1の値が大きい場合には、漏れを疑う。このときには、記録してある数列{LM}を調査する。すなわちLMの差分列

をつくり、Dmが0に収束するときには、得られているLM−1は漏れを表している。
このとき

ならば、差分列Dmは0に収束していない。Dmが0に収束していないならば、それは、温度の過渡現象が計測時間内に落ち着いていないことを表している。この場合には、得た結果を破棄し、単に再測定を行うか、Mの値を増やして再計測を行い、式(36)以下の判定を再度行う。これで測定終了となる。

0102

この段階でDmが0に収束しないならば、測定器あるいは測定システム不適切、あるいはパラメータの誤入力の疑いがある。

0103

この再計測に関して次の注意が必要である。搬送されてきたワークが環境温度に比べて特に高温、あるいは低温のときには、計測時間が不足になる場合がある。このような場合には、1回目の計測により、温度が環境温度に近づくので、計測時間の延長をしないで、単なる再計測を行っても、LM−1が0に収束し、式(35)が成り立つようになることがある。このときには、2回目の計測値が正しく、最初のLM−1は初期温度差が過大であったことにより、収束に至らなかった値である。

0104

最短の測定期間TM]
M−1以下のmでLmが一定値に収束する場合、一定値に収束する最小のm(もしくはこれに少数余裕量(たとえば1または2)を加えた値)を新たなMとして測定期間TMを定めればよい。同様に式(35)が成立する最小のm(もしくはこれに少数の余裕量(たとえば1または2)を加えた値)を新たなMとして測定期間TMを定めればよい。このようにして最小の測定期間TMを設定することができる。その後の同じ製品に対する試験ではこの測定期間TMを用いればよい。

0105

<一般のリーク検査工程の変形例>
変形例では、式(30)、式(32)の段階でそれぞれ収束を確認する。すなわち、式(30)の数列を求めた後、

の絶対値が所定の許容値以下になる最小のmの値maを求める。また、式(32)の数列を求めた後、

の絶対値が所定の許容値以下になる最小のmの値mbを求める。次にmaとmbのうちの小さくない方の値をkとして、QkとRkを求める。ここでは、rmについては、最初にm=maでrmを求め、その絶対値が所定の許容値以下ならばmaをkとする。その絶対値が所定の許容値以下でなければ、mの値をmaから+1ずつ増して行き、rmの絶対値が所定の許容値以下になる最小のmの値をkとする。

0106

そして、

の演算で求めたLの値に基づいてワークの漏れの有無を判断する。Lの絶対値が所定の許容値以下ならば漏れ無し(合格品)と判定し、Lの絶対値が許容値を超えるならば漏れあり(不合格品)と判定する。

0107

maとmbのいずれかを求めることができない場合、すなわち、qm、rmの絶対値が許容値以下に収束しない場合は、測定期間TMを延長する。一方、kを決定できた場合はkの値に基づいて以後の測定期間TMを設定する。たとえば、kの値(もしくはこれに少数の余裕量(1または2)を加えた値)を新たなMとして測定期間TMを定めればよい。このようにして最小の測定期間を設定することができる。

0108

その後の同じ製品の別のワークに対する試験ではこの測定期間TMを用いればよい。また演算では最終の勾配QM−1とRM−1を求め、LM−1から漏れを判断すればよい。

0109

以上のように本発明によれば、大時定数を求めておけば、あとは、最小二乗法や連立方程式を用いることなく、簡単な四則演算で漏れを判定することができる。また、測定期間TMの過不足を判定して、最短の測定期間TMを設定することができる。また、漏れ無し判定の理論的根拠が明確である。

0110

以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は実施の形態に示したものに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

0111

実施の形態では、圧力源からワーク2、マスタ3に導入する気体を空気としたが、空気以外であってもよく、窒素としてもよい。ただし、水蒸気は良くない。

0112

本発明は、リーク検査システムのほか、リーク検査システムの情報処理装置で実行されるプログラムも含まれる。

0113

実施の形態で示すリーク検査装置10は一例であり、これに限定されるものではなく、大気圧封止測定に続けて試験圧封止測定を実施可能な検査装置であればよい。

0114

実施の形態では、大時定数を求める演算以外の演算をリーク検査装置10側で行うようにしたが、各種の測定データや測定条件等を情報処理装置60に転送し、リーク検査装置10で行っていた演算の一部または全部を情報処理装置60で行うようにしてもよい。たとえば、大気圧封止測定工程で得た測定データや試験圧封止測定工程で得た測定データ並びに各種測定条件の設定値などをリーク検査装置10から情報処理装置60へ受け渡し、情報処理装置60にて演算判断工程の全部または一部の演算を行うようにしてもよく、最終的な漏れ判定の結果を情報処理装置60で求めて表示するようにしてもよい。

0115

情報処理装置60とリーク検査装置10との間のデータの授受は、通信によるほか、記録媒体を介して行っても良く、手入力としてもよい。実施の形態では、情報処理装置60で求めた大時定数やβの値を手入力でリーク検査装置10へ入力するようにしたが、通信や記録媒体を用いてリーク検査装置10に入力するようにしてもよい。

0116

2…ワーク
3…マスタ
5…リーク検査システム
10…リーク検査装置
11…加圧源接続口
12…ワーク接続口
13…マスタ接続口
14…排気ポート
21…第1配管
22…第2配管
23…第3配管
24…第4管路
31…第1開閉弁
32…第2開閉弁
33…第3開閉弁
34…第4開閉弁
37…差圧計
40…検査処理部
41…制御部
42…記憶部
43…操作パネル
44…操作入力部
45…表示部
46…弁制御I/F
47…差圧計I/F
48…通信部
49…記録媒体I/F
60…情報処理装置
61…CPU
62…記憶部
63…通信部
64…ユーザI/F
65…操作入力部
66…表示部
67…記録媒体I/F

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