JP2000019124A - 材料表面欠陥測定方法および測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主観の入りやすい手作業を極力廃して、十分
な再現性と客観性を有する測定結果が得られるととも
に、測定時間や労力を低減し得る材料表面欠陥測定方法
および測定装置を提供する。 【解決手段】 被検体に光を照射して欠陥指示模様を現
像化する工程と、被検体と撮像手段とを所定の配置に保
持固定し、撮像手段に欠陥指示模様の画像データを光学
的に取込み、デジタル処理して日時データとともに記憶
させる工程と、撮像手段に記憶された画像データと日時
データとを演算処理手段に取込み、所定の画像処理を施
して欠陥を抽出し、欠陥の寸法および前記被検体表面に
おける位置を示す計測データを算出して、該計測データ
と日時データとを記憶させる工程と、演算処理手段に記
憶された計測データと日時データとを取出して表示手段
に表示する工程とを、有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は工業材料の非破壊検
査技術に係わり、さらに詳しくは、材料表面に発生する
欠陥の位置や長さを測定する材料表面欠陥測定方法およ
び測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、非破壊検査技術は、物質の有
する物理的性質が欠陥の存在により変化することを利用
し、物質を破壊することなくその物理的性質を検出しう
る試験を行い、その検査結果から欠陥の存在を認知し
て、性能を推定するものとして知られている。その主な
運用目的としては、工業製品の品質管理や品質評価の他
に、製品の使用中に使用を危険にするような欠陥が発生
するか否かを、常時または定期的に観察するという保守
検査があげられる。

【０００３】このような保守検査にも適した非破壊検査
技術の一つとして、浸透現象を利用した浸透探傷法が知
られている。この浸透探傷法は、材料表面に開口してい
る欠陥に特殊な液体を浸透させ、これを現像処理によっ
て拡大指示を行い、見やすいようにする方法である。こ
の浸透探傷法は操作や装置の簡単な染色浸透法と検出感
度がよい蛍光浸透法とに大別される。

【０００４】従来より、たとえばガスタービンのタービ
ン用翼などの金属製の工業材料（以下被検体と記す）の
保守管理にあたっては、検査員が被検体に対し蛍光浸透
探傷試験を定期的に行って表面の欠陥を検出し、得られ
た欠陥指示模様を目視して定規などを用い計測し、その
結果を手書きによって記録し、さらに過去の記録と照合
して欠陥の成長の具合や新たな欠陥の発生を検出するこ
とが、一般に行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法においては、欠陥の位置の同定、長さや大きさの計測
および記録という目視に基づく手作業を１個の欠陥ごと
に行うことになるため、被検体の表面に発生する欠陥の
個数が多い場合には上記作業をその個数分繰り返すこと
になり、検査の度に多大の労力を要していた。さらに
は、欠陥の見落としや記録の書き写しの際に誤記の生じ
るおそれもあった。また、計測には検査員の個人差によ
る誤差が少なからず生じているため、経年的に欠陥を評
価する目的で過去の記録と照合する際に記録内容は客観
性を欠きやすく、欠陥位置の再現性が乏しくなりがちで
あった。

【０００６】本発明は上記事情からなされたものであ
り、検査員の主観の入りやすい手作業を極力廃して、十
分な再現性と客観性を有する測定結果が得られるととも
に、測定時間や労力を低減し得る材料表面欠陥測定方法
および測定装置を提供することを、その目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明の材料表
面欠陥測定方法は、請求項１に記載されているように、
被検体に光を照射して、材料表面の欠陥により発生した
欠陥指示模様を現像化する工程と、前記被検体と撮像手
段とを所定の配置に保持固定し、前記撮像手段に、前記
欠陥指示模様の画像データを光学的に取込み、デジタル
処理して日時データとともに記憶させる工程と、前記撮
像手段に記憶された画像データと日時データとを演算処
理手段に取込み、取込んだ画像データに所定の画像処理
を施して欠陥を抽出し、欠陥の寸法および前記被検体表
面における位置を示す計測データを算出して、該計測デ
ータと取込んだ日時データとを記憶させる工程と、前記
演算処理手段に記憶された計測データと日時データとを
取出して表示手段に表示する工程とを、有することを特
徴としている。

【０００８】本発明の測定方法においては、請求項２に
記載されているように、算出された計測データとすでに
記憶されている計測データとを比較して、欠陥の経時変
化を監視する工程をさらに有することにより、工業製品
の保守検査において、被検体の合否の判定を客観的なデ
ータに基づいて行うことも可能である。

【０００９】また、本発明の材料表面欠陥測定装置は、
請求項３に記載されているように、被検体に光を照射し
て、材料表面の欠陥により発生した欠陥指示模様を現像
化する照明手段と、画像を光学的に取込んで得られた画
像データをデジタル処理して日時データとともに記憶す
る撮像手段と、該撮像手段と前記被検体とを、前記欠陥
指示模様を前記撮像手段が光学的に取込み可能な所定の
位置に配置して保持固定する固定冶具と、前記撮像手段
に記憶された前記欠陥指示模様の画像データと日時デー
タとを取込み、所定の画像処理を施して欠陥を抽出し、
欠陥の寸法および被検体表面における位置を示す計測デ
ータを算出して、該計測データと取込んだ日時データと
を記憶する演算処理手段と、前記演算処理手段に記憶さ
れた計測データと日時データとを取り出して表示する表
示手段とを、備えたことを特徴としている。

【００１０】また、本発明の測定装置は請求項４に記載
されているように、前記演算処理手段が算出した計測デ
ータを、すでに記憶されている計測データとを比較して
欠陥の経時変化を監視する監視手段を、さらに有するこ
とをも、特徴としている。

【００１１】本発明の測定装置において、撮像手段とし
ては、各機能を有する電子部品を組合わせて使用しても
よいが、たとえばデジタルスチルカメラなどの市販の電
子撮像装置がそのまま好適に使用可能である。デジタル
スチルカメラは、光学レンズにより被写体の光学像を取
込み、ＣＣＤなどの撮像デバイスにより取込んだ画像デ
ータをデジタル処理し、デジタル化された静止画像デー
タを半導体メモリに電気的に記録したり磁気記録媒体に
磁気的に記録したりするものである。撮影に特殊技能や
資格は要らず、銀塩フィルムを用いる一般的なスチルカ
メラと同様の撮影方法で、デジタル化された画像データ
が日時データとともに容易に得られるという特長を有し
ている。

【００１２】本発明の測定装置において、演算処理手段
は、画像データに画像処理を施し２値化処理を行って欠
陥部を抽出し、欠陥の位置および長さを計測し得られた
計測データを記憶し、必要に応じて表示する。この演算
処理手段は、所要の画像処理とデータの記憶が可能であ
れば特殊なものである必要はなく、いわゆるパーソナル
コンピュータとして汎用されている一般的な装置および
一般的な画像処理ソフトが良好に使用可能である。

【００１３】本発明の測定装置において、撮像手段に記
憶された画像データと日時データとを演算処理手段が取
込むにあたっては、たとえば撮像手段に着脱自在に組み
込まれている記憶媒体を取出して、演算処理手段の所定
のインターフェイス部に装着するようにしてもよいし、
あるいは記憶媒体を撮像手段に装着したまま、撮像手段
と演算処理手段とを所定の接続ケーブルなどを用いて接
続するようにしてもよい。

【００１４】本発明の測定装置によれば、被検体と撮像
手段との相互の位置関係が測定ごとに同一でなくとも、
画像データを演算処理手段に取込んで施す画像処理の１
工程として、画像上の距離の校正を画像毎に行うことが
可能であるので、全ての欠陥を同じ条件で継続的に評価
することができる。

【００１５】本発明の測定装置においては、固定冶具
に、いくつかの調節機構を付与することによって、作業
工程が迅速化・簡略化されあるいは測定結果の正確を期
することができる。

【００１６】まず、請求項５に記載されているように、
被検体を載置した平面上で被検体を２軸方向に任意に移
動可能にする機構を固定冶具に備えることにより、被検
体を任意の位置へ水平方向に移動することができるの
で、被検体の撮影範囲の位置決めを容易に行うことがで
きる。このような機構を備えることにより、被検体の形
状が複雑であったり大きすぎて一度に全体を撮影できな
かったりする場合にも、被検体の画像を分割して撮影す
ることが容易に可能となる。

【００１７】さらに、請求項６に記載されているよう
に、固定冶具に、被検体の被写面との角度を調節自在に
撮像手段を支持する機能をさらに付与することにより、
被検体に対する撮像手段の撮像レンズの角度を任意の角
度で固定できる。そうすることにより、被検体の被写面
が曲面であっても撮像手段を欠陥支持模様に正対するよ
うに固定することができ、得られる画像の歪みを低減す
ることができる。

【００１８】あるいは、請求項７に記載されているよう
に、被検体と撮像手段とを保持固定する固定冶具に、被
検体と撮像手段との距離を任意に調節可能にする機構を
付与するようにしてもよい。その場合には、測定ごとに
該距離を調節して被検体の撮影範囲と撮像手段との距離
を一定にして撮影することが可能になるので、各画像の
欠陥の長さが同じ縮尺で得られ、各画像の画像処理ごと
に縮尺の設定を行う必要がなくなり、作業工程が簡略化
される。

【００１９】本発明の測定装置を用いて蛍光浸透探傷法
を実施する場合、蛍光浸透液を用いて得られる欠陥指示
模様を現像化する照明手段としては、請求項８に記載さ
れているように、紫外線を発するブラックライトなどを
使用することができる。

【００２０】さらに本発明の測定方法および装置におい
ては、浸透探傷法を実施しなくとも欠陥指示模様を現像
化して材料表面の欠陥を検出することができる。具体的
には、単色光を被検体の欠陥のある部分へ傾けて照射し
たときにできる欠陥の輪郭による陰影を、欠陥指示模様
として利用することができる。すなわち、欠陥指示模様
を現像化する照明手段としては、請求項９に記載されて
いるように単色光照明装置をも用いることができる。単
色光照明装置を用い、蛍光浸探傷法によらずに欠陥指示
の画像を取込むようにすることにより、浸透探傷試験に
要する作業時間や、前処理、後処理の清掃に要する時間
を省略できるので、全体作業の時間短縮、労力の低減が
可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
にしたがって説明する。

【００２２】＜実施例１＞図１は、ガスタービン静翼の
単体を被検体として構成した本発明の材料表面欠陥測定
装置の一実施例の概略を示す斜視図である。図１に符号
１０で示される被検体であるガスタービン静翼単体の表
面には、欠陥２０が発生している。被検体には予め蛍光
浸透探傷試験のための蛍光浸透液を浸透させておき、紫
外線を発するブラックライトなどの照明装置３０を用い
て光を照射することにより、欠陥２０の指示模様は現像
化あるいは可視化される。

【００２３】本実施例の装置においてガスタービン静翼
単体１０は、撮像装置であるデジタルスチルカメラ（以
下カメラと記す）４０とともに固定冶具５０に取付けら
れている。カメラ４０は撮像レンズ４１により被写体の
光学像を取込み、デジタル処理して得られた静止画像デ
ータを着脱自在な記憶媒体４２に記憶する。

【００２４】図２（ａ）は、図１に示した本実施例の装
置を上から見た平面の概略図、（ｂ）は側面の概略図で
ある。図２（ａ）に示すように、固定冶具５０は、互い
にその長さ方向を直交させ上下に重ねられた２つの定盤
５１（下側）と定盤５２（上側）と、さらに定盤５２の
上に載置された被検体設置板５３からなる台状部材を備
えており、定盤５１の一端にはカメラ４０を支持固定す
る支持部材である支柱５４が取付けられている。定盤５
１の表面の支柱５４を有する端部から他端に向かってガ
イドレール５５と位置決めレール５６が設けられてい
る。定盤５１のガイドレール５５の上面にそって定盤５
２は自在にすべり動き、位置決めレール５６によりガイ
ドレール５５の任意の箇所に定盤５２は固定される。定
盤５２の表面にも同様にガイドレール５７と位置決めレ
ール５８が備えられており、定盤５２の上に、ガイドレ
ール５７の上面にそって自在にすべり動く被検体設置板
５３が設けられている。このように固定冶具５０におい
ては定盤５１上で定盤５２が移動し、定盤５２上で被検
体設置板５３が移動するように構成されているので、カ
メラ４０と、被検体設置板５３上に載置された被検体１
０とは、相互の空間的な位置関係を調節自在かつ再現可
能に保持固定される。

【００２５】また、定盤５１の一端に取付けられた支柱
５４の先端には角度調節冶具５９が備えられ、カメラ４
０は、角度調節冶具５９を介して支柱５４に固定される
構成になっている。角度調節冶具５９はカメラ４０の撮
像レンズと被検体１０の被写面とがなす角度を自在に調
整することができ、被検体１０の撮影範囲の被写面とカ
メラ４０の撮像レンズとが正対した配置に調節できる。
正対して配置することにより、被写体の取込む画像の範
囲における奥行きの差を抑制し、取込む画像の歪みおよ
び欠陥の傾きを低減できるので、欠陥の長さの計測誤差
が低減される。

【００２６】次に、上記のように構成された本実施例の
装置を用いて、本発明の方法を実施した場合について説
明する。まず、常法にしたがって被検体１０に蛍光浸透
液を浸透させた後、定盤５２上の被検体設置板５３に被
検体１０を載置した。そして、紫外線照明装置３０によ
り被検体１０に紫外線を照射したところ、欠陥指示模様
が現れた。位置決めレール５６、５８を調節して、欠陥
指示模様がカメラ４０の撮影範囲にはいるように、被検
体１０の位置決めを行った。さらに、支柱５４の先端に
取付けられた角度調節冶具５９を調節して、カメラのレ
ンズ面が欠陥指示模様に正対するようにした。

【００２７】その後、カメラ４０で欠陥指示模様を撮影
して画像を取込み、デジタル処理して得られた静止画像
データを着脱自在な記憶媒体４２に記憶させた。記憶さ
れた画像データをパーソナルコンピュータ７０に取込ま
せ、画像処理を施し、２値化処理をして欠陥の抽出を行
なった。画像処理の１工程として、画像上の距離の校正
を画像毎に行ない同じ縮尺の画像データを得た。画像処
理ソフトにより、欠陥の位置を記憶するとともに欠陥長
さを計測して表示した。

【００２８】図３は、上記方法により得られた経年的に
発生する欠陥の記録の一例を表示した模式図である。固
定冶具を用いてカメラと被検体の距離、角度、位置関係
を再現して欠陥を撮影することで、過去に計測し記憶さ
れている欠陥の位置７１と、新たに計測して得られた欠
陥の位置７２が一致するので、以前からあった欠陥の成
長の具合や新たに発生した欠陥の位置７３を容易に示す
ことが可能となる。

【００２９】＜実施例２＞図４は、図１に示した本発明
の装置にかかわる固定冶具５０において、支柱５３にカ
メラ４０の取付け高さの調節機構をさらに付与した例を
概略的に示した側面図である。同図に示されるように固
定冶具５０にはスライダ６０が備えてあり、被検体１０
とカメラ４０との距離を自在に調節することができる。

【００３０】上記装置を用いて、測定ごとに該距離を調
節して被検体の撮影範囲と撮像手段との距離を一定にし
て撮影したところ、各画像の欠陥の長さが同じ縮尺で得
られ、各画像の画像処理ごとに縮尺の設定を行う必要が
なく、画像処理の作業工程が簡略化された。

【００３１】＜実施例３＞被検体に対して蛍光浸透探傷
試験を実施せず、測定装置の照明手段として紫外線照明
装置３０の代わりに単色光照明装置３１を用いた他は、
実施例１と同様の測定装置を用いて本発明の方法を実施
した。

【００３２】単色光照明装置３１を被検体の欠陥のある
部分へ傾けて照射すると、欠陥の輪郭による陰影ができ
欠陥指示として画像を取込むことができた。この照明装
置３１により、測定全体作業の時間短縮、労力の低減が
実現した。

【００３３】なお、本発明の測定装置の固定治具は、上
記実施例に示された機構のものに限定されるものではな
い。

【００３４】このように本発明においては、欠陥の位置
および長さの計測および記録を撮像手段を用いて光学的
に取込んでデジタル処理し、データ処理をコンピュータ
を利用して行っているので、従来の手作業による計測お
よび手書きによる記録を行う作業と比較して、欠陥が多
数ある場合に、作業時間の短縮および労力の低減が見込
まれる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、検査員の主観の入りや
すい手作業を極力廃して、十分な再現性と客観性を有す
る測定結果が得られるとともに、測定時間や労力を低減
し得る材料表面欠陥測定方法および測定装置を提供し得
る。

【００３６】また、被検体と撮像手段との位置関係を再
現可能に固定し得るので、過去の記録との比較・照合が
容易に行え、経年的に欠陥の評価を行うことができる。
さらに、照明装置として単色光を用いることで、浸透探
傷液を使用せずに欠陥測定が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の材料表面欠陥測定装置の一実施例の概
略を示す斜視図

【図２】図１に示した本実施例の装置を上から見た概略
平面図（ａ）および概略側面図（ｂ）

【図３】経年的に発生する欠陥の記録の一例を表示した
模式図支柱にカメラ４０の取付け高さの調節機構をさら
に付与した例固定冶具の詳細を示す平面図および側面図

【図４】カメラ取付け高さの調節機構を備えた固定治具
の側面図

【符号の説明】

１０……被検体（ガスタービン静翼単体） ２０……欠陥 ３０……照明装置 ４０……カメラ ４１……撮像レンズ ４２……記憶媒体 ５０……固定冶具 ５１、５２……定盤 ５３……被検体設置板 ５４……支柱 ５５、５７……ガイドレール ５６、５８……位置決めレール ５９……角度調節冶具 ６０……スライダ ７０……パーソナルコンピュータ ７１……過去に計測し記憶されている欠陥の位置 ７２……新たに計測して得られた欠陥の位置 ７３……新たに発生した欠陥の位置

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G051 AA88 AB07 AC11 BA05 CA03 CB05 CD04 DA07 EA11 EA12 EA14 EA16 EB01 EB09 ED04 FA01 GB02 GC04 GC13 GC15 GC18 GD02 GD03 GD05 GD09

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体に光を照射して、材料表面の欠陥
   により発生した欠陥指示模様を現像化する工程と、 前記被検体と撮像手段とを所定の配置に保持固定し、前
   記撮像手段に、前記欠陥指示模様の画像データを光学的
   に取込み、デジタル処理して日時データとともに記憶さ
   せる工程と、 前記撮像手段に記憶された画像データと日時データとを
   演算処理手段に取込み、取込んだ画像データに所定の画
   像処理を施して欠陥を抽出し、欠陥の寸法および前記被
   検体表面における位置を示す計測データを算出して、該
   計測データと取込んだ日時データとを記憶させる工程
   と、 前記演算処理手段に記憶された計測データと日時データ
   とを取出して表示手段に表示する工程とを、有すること
   を特徴とする材料表面欠陥測定方法。
2. 【請求項２】 算出された計測データとすでに記憶され
   ている計測データとを比較して、欠陥の経時変化を監視
   する工程をさらに有することを特徴とする請求項１記載
   の材料表面欠陥測定方法。
3. 【請求項３】 被検体に光を照射して、材料表面の欠陥
   により発生した欠陥指示模様を現像化する照明手段と、 画像を光学的に取込んで得られた画像データをデジタル
   処理して日時データとともに記憶する撮像手段と、 該撮像手段と前記被検体とを、前記欠陥指示模様を前記
   撮像手段が光学的に取込み可能な所定の位置に配置して
   保持固定する固定冶具と、 前記撮像手段に記憶された前記欠陥指示模様の画像デー
   タと日時データとを取込み、所定の画像処理を施して欠
   陥を抽出し、欠陥の寸法および被検体表面における位置
   を示す計測データを算出して、該計測データと取込んだ
   日時データとを記憶する演算処理手段と、 前記演算処理手段に記憶された計測データと日時データ
   とを取り出して表示する表示手段とを、備えたことを特
   徴とする材料表面欠陥測定装置。
4. 【請求項４】 前記演算処理手段が算出した計測データ
   を、すでに記憶されている計測データとを比較して欠陥
   の経時変化を監視する監視手段を、さらに有することを
   特徴とする請求項３記載の材料表面欠陥測定装置。
5. 【請求項５】 前記固定冶具が、前記被検体を載置した
   平面上で前記被検体を２軸方向に任意に移動可能である
   ことを特徴とする請求項３あるいは４記載の材料表面欠
   陥測定装置。
6. 【請求項６】 前記固定冶具が、前記被検体と前記撮像
   手段とのなす角度を任意に調節可能であることを特徴と
   する請求項３、４、あるいは５記載の材料表面欠陥測定
   装置。
7. 【請求項７】 前記固定冶具が、前記被検体との前記撮
   像手段との距離を任意に調節可能であることを特徴とす
   る請求項３、４、５あるいは６記載の材料表面欠陥測定
   装置。
8. 【請求項８】 前記照明手段が紫外線照射装置であるこ
   とを特徴とする請求項３、４、５、６あるいは７記載の
   材料表面欠陥測定装置。
9. 【請求項９】 前記照明手段が単色光照射装置であるこ
   とを特徴とする請求項３、４、５、６あるいは７記載の
   材料表面欠陥測定装置。