JP2000230926A - 欠陥検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面欠陥と内部欠陥を同時に検出し、検出し
た欠陥の種類を特定し、凹凸性の表面欠陥の欠陥深さを
検出できるようにする。 【解決手段】 光学探傷と超音波探傷を併用し、各探傷
結果を被検査体１０の各位置で比較し、超音波探傷波形
の欠陥反射波のビーム路程を計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼板やアルミ板な
ど平板状の材料の表面欠陥及び内部欠陥を検査する欠陥
検査方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、鋼板やアルミ板等の被検査体に
発生する欠陥には、被検査体表面に現われる表面欠陥
と、被検査体表面には現われない内部欠陥があり、これ
らを検査装置で自動的に検出することは、品質管理上あ
るいは品質保証上、重要である。又、鋼板やアルミ板等
の製造工程においては、欠陥が発生した時に、その原因
を究明して対策を講ずる必要があるため、欠陥を検出す
るだけではなく、検出した欠陥の種類を特定することが
要求され、特に、表面欠陥と内部欠陥の区別は、両者の
発生原因及び品質管理基準が大きく異なるため非常に重
要である。

【０００３】従来、鋼板やアルミ板等の被検査体の表面
欠陥を検出する方法としては、図１に示すように、点状
光源（レーザ）２０で発生したレーザビーム２２を、被
検査体１０の搬送方向と垂直な方向（以下、幅方向と呼
ぶ）に走査しながら被検査体１０の表面に照射し、表面
欠陥からの反射光２４を光電子増倍管等の光電素子２６
で受光するレーザ走査探傷法や、図２に示すように、線
状（白色）光源３０で発生したスリット光３２を、被検
査体１０の表面の幅方向に照射し、その反射光３４をＣ
ＣＤアレイセンサ等の固体撮像素子（例えば一次元ＣＣ
Ｄカメラ）３６で受光するＣＣＤカメラ探傷法等の光学
的探傷法があり、金属板だけでなく半導体、印刷紙、不
織布等の表面欠陥検査で広く使われている。図１及び２
において、２８は信号処理装置である。

【０００４】一方、鋼板等の被検査体の内部欠陥を検出
する方法としては、数ＭＨｚの超音波を被検査体の幅方
向に伝搬させ、内部欠陥からの反射波を検出する板波超
音波探傷法や、本発明者らが先に特開平７−２５３４１
４で提案したラインフォーカス型超音波探傷法等が知ら
れている。このラインフォーカス型超音波探傷法は、図
３に示すように、平板状の被検査体１０の両側にそれぞ
れラインフォーカス型超音波送信子４０と１次元アレイ
型超音波受信子４２を被検査体１０を挟む形で配置し、
ラインフォーカス型超音波送信子４０により被検査体内
にほぼ垂直に伝搬された帯状の超音波が、内部欠陥で反
射されて生じる反射波を１次元アレイ型超音波受信子４
２により受信するようにした探傷方法であり、被検査体
の表面直下の内部欠陥も検出できるという特徴がある。

【０００５】しかしながら、前者の光学的な表面欠陥探
傷法では、品質管理上、重要な指標となる欠陥の深さが
原理上検出できないという問題があった。

【０００６】又、従来の板波超音波探傷法やラインフォ
ーカス型超音波探傷法では、内部欠陥だけでなく比較的
凹凸の大きい表面欠陥も検出されるが、検出した欠陥が
表面欠陥であるか内部欠陥であるかの判別ができないと
いう問題があった。

【０００７】このような問題を解決するために、表面欠
陥と内部欠陥を同時に検出する方法が提案されている。
一つの方法として、被検査体を磁化した時の表面欠陥及
び内部欠陥からの漏洩磁束を検出する漏洩磁束探傷法が
あり、例えば特開平６−２７３３４９等に、その具体的
な方法が提案されている。

【０００８】又、特開昭６２−２４２８５２には、被検
査体表面を加熱して放射させた赤外線を検出することに
より表面欠陥を、又、被検査体内部に伝搬させた超音波
の反射波を検出することにより内部欠陥を、それぞれ探
傷する装置が提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
漏洩磁束探傷法では、被検査体が強磁性材料に限定され
てしまうばかりでなく、表面欠陥と表面直下にある内部
欠陥は検出できるが、比較的厚い、例えば厚さ５ｍｍの
酸洗鋼板の板厚方向中央付近の内部欠陥の検出ができな
いという問題があった。

【００１０】又、後者の方法では、被検査体表面を加熱
する必要があり、設備が大掛かりになるだけでなく、運
転コストも多大になるという問題があった。又、深く凹
んだ表面欠陥は超音波探傷でも検出されてしまうので、
これを内部欠陥と誤判定したり、表面欠陥の深さが検出
できないという問題があった。

【００１１】本発明は、以上のような問題点を解決し、
被検査体の表面欠陥と内部欠陥を同時に検査でき、且
つ、品質管理上重要である表面欠陥の深さを検出でき、
品質管理上及び欠陥発生原因究明上重要である表面欠陥
と内部欠陥の判別が可能な欠陥検査方法及びその装置を
提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様は、
被検査体表面からの反射光量変化に基づく光学的探傷に
より、被検査体の表面欠陥を検出すると共に、被検査体
内部に超音波を伝搬させた時の受信信号に基づく超音波
探傷により、被検査体の内部欠陥及び表面欠陥を検出
し、被検査体表面上の同一位置における前記２通りの検
出結果を比較することにより、被検査体の表面欠陥と内
部欠陥を判別することを特徴とする欠陥検査方法であ
る。

【００１３】又、本発明の第２の態様は、被検査体に光
を照射する照光装置と、その表面からの反射光を受光す
る受光素子と、該受光素子の信号強度変化に基づき被検
査体の表面欠陥を検出する第１の弁別処理手段と、被検
査体内部に超音波を伝搬させる超音波送信子と、その反
射波あるいは透過波を受信する超音波受信子と、該超音
波受信子の信号強度変化に基づき被検査体の内部欠陥及
び表面欠陥を検出する第２の弁別処理手段と、被検査体
表面上の同一位置における前記２つの弁別処理手段の出
力を比較して、被検査体の表面欠陥と内部欠陥を判別す
る信号処理手段と、を備えたことを特徴とする欠陥検査
装置である。

【００１４】なお、前記光学的探傷により検出した表面
欠陥の深さを、前記超音波探傷による欠陥検出有無もし
くは欠陥反射波のビーム路程に基づいて求めることが、
品質管理あるいは品質保証上、好ましい。

【００１５】更に、前記超音波送信子としてラインフォ
ーカス型の超音波送信子を用い、前記超音波受信子とし
て１次元アレイ型超音波受信子を用いるのが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明による欠陥検査装置の構成
の例を示すブロック図を図４に、又本発明による欠陥検
査方法の処理手順の例を示すフローチャートを図５に示
す。以下、これらの図を基に、本発明の実施形態につい
て説明する。

【００１７】図４に示す如く、被検査体１０の表面に光
源５０から光５２を照射し、その反射光５４を受光素子
５６で受光し、信号処理装置５８で、受光信号の強度変
化に基づく弁別処理により、被検査体表面の表面欠陥を
検出する。

【００１８】前記光源５０としては、レーザ光源や白色
光源等、又、前記受光素子５６としては、光電子増倍管
や固体撮像素子等、従来の光学的探傷と同様のものを用
いることができる。又、弁別処理法としては、従来の方
法、例えば、受光信号を微分処理して欠陥信号を強調し
た後、予め設定した閾値を越えた部分を欠陥と判定する
方法等を用いることができる。

【００１９】一方、被検査体１０の上記光学（的）探傷
と干渉しない位置に超音波送信子６０及び超音波受信子
６２を配置し、被検査体１０内に超音波を伝搬させ、前
記信号処理装置５８で、超音波受信子６２の受信強度変
化に基づく弁別処理により、被検査体の内部欠陥を検出
する。

【００２０】超音波の伝搬様式としては、内部欠陥の検
出性能が高く不感帯の小さいラインフォーカス型超音波
探傷法が好適であるが、旧来から知られている板波超音
波探傷法を用いてもよい。又、超音波信号の弁別処理法
も従来の方法を用いればよく、前記と同様に、所定の閾
値を越えた部分を欠陥と判定する方法でもよい。

【００２１】なお、図４では省略してあるが、超音波と
被検査体の間には、伝搬媒質として水等を用いることが
できる。

【００２２】このように同一の被検査体に対して、光学
探傷法と超音波探傷法を適用し、図５に示す如く、それ
ぞれ弁別処理によって個別に欠陥の有無を判定する（ス
テップ１００、１１０）。

【００２３】次に、被検査体表面上の同一位置におけ
る、これら２通りの探傷結果を比較する（ステップ１２
０）。ここでいう同一位置とは、光学探傷を行う２次元
的な表面上の位置のことであり、図４では、板状の被検
査体１０の上面内の２次元的な位置のことである。同一
位置における２通りの探傷結果の具体的な比較法として
は、例えば、被検査体の搬送方向をＸ軸、幅方向をＹ軸
にとり、搬送方向の被検査体先端部をＸ＝０、被検査体
の幅方向の一端をＹ＝０と定義し、光学的探傷及び超音
波探傷で検出された欠陥を、それぞれこの（Ｘ，Ｙ）平
面上の座標として表わせばよい。

【００２４】次に、被検査体表面上の各位置において、
光学探傷及び超音波探傷による欠陥検出の是非に基づい
て、欠陥の有無と欠陥の種類（表面欠陥か内部欠陥か）
を図６に従って判定する（ステップ１３０）。即ち、光
学探傷により検出された欠陥は（内部欠陥ではなく）表
面欠陥であるが、このうち、（１）超音波探傷でも検出
されたものは、凹凸を有する比較的深い表面欠陥（タイ
プＡ）であると判定できる。又、（２）超音波探傷では
検出されなかったものは、模様状の表面欠陥、あるいは
比較的浅い表面欠陥（タイプＣ）であると判定される。

【００２５】前者の凹凸を有する表面欠陥に関しては、
超音波探傷波形を利用して、その深さを計測する。

【００２６】超音波探傷法としてラインフォーカス型超
音波探傷法を用いた場合の表面欠陥深さの計測法を図７
により説明する。図７の（ｂ）、（ｃ）から幾何学的に
わかるように、被検査体１０内で反射することなく直接
透過した透過波Ｔ１と欠陥反射波Ｆとの受信時間遅れｔ
は、表面欠陥が深いほど短くなり、浅いほど長くなる。
表面欠陥が非常に浅い場合は、欠陥反射波Ｆが、被検査
体１０内の上下面で１回ずつ反射してから透過した透過
波Ｔ２と分離できなくなるため、超音波探傷では欠陥無
しと判定される。従って、上記時間遅れｔをタイムイン
ターバルカウンタ等で計測することにより表面欠陥の深
さが求められる。

【００２７】なお、図７の（ａ）、（ｂ）は、それぞれ
被検査体１０の表面直下に内部欠陥がある場合と、深い
表面欠陥がある場合を示すが、どちらも超音波探傷波形
は（ｃ）のようになるため、超音波探傷法だけでは、表
面欠陥と内部欠陥の区別がつけられない。本発明により
光学探傷と超音波探傷を併用し、図６のような判定ロジ
ックを用いることにより、初めて表面欠陥と内部欠陥の
判別が可能になる。

【００２８】なお、光学探傷と超音波探傷において、例
えば被検査体のロット番号や長さ・幅等は共通であり、
又、被検査体の搬送速度が変化する場合は搬送位置のト
ラッキング手段を両探傷共通のものにできるので、表面
探傷装置と内部探傷装置をそれぞれ別個に設置する場合
に比べ、本発明の装置は検査装置全体の小型化や低価格
化が図れる利点がある。又、表面欠陥と内部欠陥の検査
結果を一元管理できるので、例えば被検査体のロット別
の出荷のＯＫ／ＮＧ判定等が容易にできるという利点も
ある。

【００２９】なお、上記の説明では、被検査体を一方向
に搬送しながら探傷を行う方法について述べたが、例え
ば超音波送信子及び超音波受信子を幅方向と垂直に走査
させる等、被検査体全面を探傷できる方法であれば、他
の方法であっても差し支えない。

【００３０】又、図４では被検査体の片面のみ光学探傷
する構成となっているが、光源と受光素子をそれぞれ被
検査体の表面と裏面に設置して、光学探傷を被検査体の
両面で行ってもよい。

【００３１】又、欠陥の種類を判定するロジックとして
は、図６に示したもの以外の、光学探傷及び超音波探傷
結果を用いた別の方法であっても、本発明の要旨に沿う
ものであれば差し支えない。適用対象も鋼板に限定され
ない。

【００３２】

【実施例】本発明による欠陥検査方法及び検査装置を、
長さ１１００ｍ、幅９５０ｍｍ、厚さ２．３ｍｍの酸洗
鋼板コイルの検査に適用した結果の例を、模式的に図８
に示す。検査装置は、図９に示すように、線状白色光源
３０と１次元ＣＣＤカメラ３６による光学探傷部と、ラ
インフォーカス型超音波送信子４０と１次元アレイ型超
音波受信子４２による超音波探傷部、ライン速度に同期
した信号を発生するエンコーダ７０、及び、これらの出
力を信号処理する信号処理装置７２によって構成した。

【００３３】このコイルでは、超音波探傷により図８
（ａ）に示す如くＵ１〜Ｕ５の５個の欠陥が、又、光学
探傷により図８（ｂ）に示す如くＣ１〜Ｃ３の３個の欠
陥が検出された。これらの欠陥を、図６に示す判定ロジ
ックにより判定させたところ、２個の深い表面欠陥（Ｃ
１とＣ２）、１個の浅い表面欠陥（Ｃ３）、３個の内部
欠陥（Ｕ３、Ｕ４、Ｕ５）が有りとの出力を得た。又、
２個の表面欠陥Ｃ１、Ｃ２の欠陥深さは、それぞれ０．
８ｍｍ、０．６ｍｍという出力が得られた。

【００３４】このコイルを巻戻して目視観察を行い、
又、欠陥Ｕ３、Ｕ４、Ｕ５のある部分を切り出して超音
波Ｃスキャン探傷装置で検査したところ、本発明による
欠陥検査結果と一致することが確認された。又、欠陥Ｃ
１、Ｃ２のある部分を切り出して、触針式の表面粗さ測
定装置により欠陥深さを測定したところ、Ｃ１とＣ２の
欠陥深さはそれぞれ０．８ｍｍ、０．５ｍｍであり、本
発明による結果と良く一致した。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、光学探傷と超音波探傷
を併用し、それぞれの探傷結果を被検査体表面上の各位
置で比較し、又、超音波探傷波形の欠陥反射波のビーム
路程を計測することにより、被検査体の表面欠陥と内部
欠陥を同時に検出でき、且つ、検出した欠陥を、凹凸
の大きい表面欠陥、凹凸の小さい表面欠陥、内部欠
陥の３つに判別することができ、更に凹凸の大きい表面
欠陥に関しては欠陥の深さを計測できるようになった。

【００３６】又、被検査体の仕様に関する情報や被検査
体の搬送速度のトラッキング等を光学探傷と超音波探傷
で共通化できるので、検査装置全体の小型化、低価格化
が図れ、更に、表面及び内部欠陥の検査結果を一元管理
ができるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光学探傷法の一例であるレーザ走査探傷
法の概略を示す斜視図

【図２】従来の光学探傷法の他の例であるＣＣＤカメラ
探傷法の概略を示す斜視図

【図３】従来の超音波探傷法の一例であるラインフォー
カス型超音波探傷法の概略を示す斜視図

【図４】本発明による欠陥検査装置の実施形態の構成を
示す斜視図

【図５】本発明による欠陥検査方法の実施形態の処理手
順を示すフローチャート

【図６】本発明による欠陥検査方法の実施形態における
欠陥種類判定ロジックの一例を示す図表

【図７】本発明による表面欠陥の深さ検出の原理を示す
説明図

【図８】本発明による欠陥検査例を示す模式図

【図９】本発明による欠陥検査装置の一実施例の構成を
示す斜視図

【符号の説明】

１０…被検査体 ３０、５０…光源 ３２、５２…照射光 ３４、５４…反射光 ３６、５６…受光素子 ４０、６０…超音波送信子 ４２、６２…超音波受信子 ５８、７２…信号処理装置 ７０…エンコーダ

フロントページの続き (72)発明者 虎尾 彰 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 戸村 寧男 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 Ｆターム(参考） 2G047 AA06 AA07 AB04 BA01 BA03 BC08 BC10 EA08 GA21 GB02 2G051 AA37 AB02 BA10 CA03 CB01 CB02 CD07 DA06 2G055 AA01 AA03 BA07 FA02 FA08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検査体表面からの反射光量変化に基づく
   光学的探傷により、被検査体の表面欠陥を検出すると共
   に、 被検査体内部に超音波を伝搬させた時の受信信号に基づ
   く超音波探傷により、被検査体の内部欠陥及び表面欠陥
   を検出し、 被検査体表面上の同一位置における前記２通りの検出結
   果を比較することにより、被検査体の表面欠陥と内部欠
   陥を判別することを特徴とする欠陥検査方法。
2. 【請求項２】請求項１において、前記光学的探傷により
   検出した表面欠陥の深さを、前記超音波探傷による欠陥
   検出有無もしくは欠陥反射波のビーム路程に基づいて求
   めることを特徴とする欠陥検査方法。
3. 【請求項３】被検査体に光を照射する照光装置と、 その表面からの反射光を受光する受光素子と、 該受光素子の信号強度変化に基づき被検査体の表面欠陥
   を検出する第１の弁別処理手段と、 被検査体内部に超音波を伝搬させる超音波送信子と、 その反射波あるいは透過波を受信する超音波受信子と、 該超音波受信子の信号強度変化に基づき被検査体の内部
   欠陥及び表面欠陥を検出する第２の弁別処理手段と、 被検査体表面上の同一位置における前記２つの弁別処理
   手段の出力を比較して、被検査体の表面欠陥と内部欠陥
   を判別する信号処理手段と、 を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
4. 【請求項４】請求項３において、前記超音波送信子とし
   てラインフォーカス型の超音波送信子を用い、前記超音
   波受信子として１次元アレイ型超音波受信子を用いるこ
   とを特徴とする欠陥検査装置。