JP2005201894A - アルミニウム合金欠陥検出装置、アルミニウム合金欠陥検出方法、アルミニウム合金部材の製造方法、およびアルミニウム合金連続鋳造棒の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 欠陥の種類を判別することができ、安定した品質のアルミニウム合金部材を製造できるようにする。
【解決手段】 この発明のアルミニウム合金欠陥検出装置１、少なくとも一つの渦流探傷検査信号Ｓ０でアルミニウム合金部材に渦電流を生じさせ、その渦電流に対応して検出信号を出力する渦流探傷検出手段２と、周波数帯域が互いに異なる２以上のフィルター３１１，３２を有し、その各フィルターに検出信号を分配して通過させ、そのフィルター通過信号Ｓ２，Ｓ３を信号群として出力するフィルター処理手段３と、フィルター通過信号の各々の波形振り幅を、予め設定した閾値と比較してグループ分けする信号処理判定手段４と、そのグループ分け情報に基づいて、アルミニウム合金部材の欠陥の検出およびその欠陥の種類を判別する欠陥種類判別手段５と、を備えることを特徴としている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、アルミニウム合金部材の欠陥を検出するアルミニウム合金欠陥検出装置、アルミニウム合金欠陥検出方法、アルミニウム合金部材の製造方法、およびアルミニウム合金連続鋳造棒の製造方法に関するものである。

一般的にアルミニウム合金部材は、アルミニウム合金溶湯から、円柱状、角柱状あるいは中空柱状の長尺鋳塊を鋳造し、その鋳塊からアルミニウム合金棒として製造される。鋳造方法には、気体加圧連続鋳造方法や気体加圧ホットトップ連続鋳造方法、水平連続鋳造方法などがある（例えば、特許文献１参照）。また、鋳造された鋳塊を塑性加工の一例の押出し加工でより細径材に加工しアルミニウム合金棒を製造する場合も有る。
特開昭６３−１０４７５１号公報

これらのアルミニウム合金棒には鋳造由来の欠陥（例えばＳｉ偏析欠陥、酸化物欠陥）、ハンドリング時の当て傷、機械加工時や塑性加工時の加工欠陥などの各種欠陥があり、これらの各種欠陥は、その後の機械加工時、鍛造加工時の加工不良の原因となる為に、欠陥の有無を検査し判定して品質を一定のレベルに保つことが必要である。

これらの欠陥の検査方法としては、非破壊検査である必要があり、従来から、超音波を用いた超音波探傷法（例えば非特許文献１参照）や、渦流探傷法などが用いられてきた。
『超音波技術便覧』日刊工業新聞社、昭和６０年１２月３０日発行、ｐ７２１〜７３７

渦流探傷法とは、導電性のある試験体の近くに交流を通じたコイルを接触させ、電磁誘導現象によって試験体に発生した渦電流の変化を抽出して探傷試験を行うものである。交流を流したコイルを試料に近づけると、コイルの周辺に生じた磁界（磁束で示す）が導体である試料に作用し、電磁誘導による起電力が生じる。コイルの磁界は交流によるものであるから、導体を貫く磁束の向きと磁束の数が時間的に変化するので、導体内に発生する起電力は、この導体を貫く磁束の変化を妨げるように生じる。この起電力によって、導体中の磁力線のまわりには、渦電流（交流）が生じる。渦流探傷法ではこの渦電流の変化を抽出して探傷試験を行う。

この渦流探傷法による従来の欠陥検出方法において、検査信号周波数として複数周波数を用いた検査方法が開示されている（例えば非特許文献２）。
非破壊検査技術シリーズ「渦流探傷試験II」（社）日本非破壊検査協会 平成１３年１０月１５日発行

また、渦流探傷検出信号のＸ成分、Ｙ成分の位相差を用いて欠陥の深さ、大きさを判定する方法が開示されている（例えば特許文献２，特許文献３）。
特開平０６−０１８４８４号公報 特開平１１−０９４８０５号公報

また、渦流探傷検出信号のＸ成分、Ｙ成分の位相差を用いて作成したリサージュ図形による検査方法の開示もある。

さらには、渦電流を用いて検査体の表面材質を判別する方法において、測定対象物を遠ざけたときに変化する検出信号の位相差を用いてその表面材質を判別する方法も開示されている（例えば特許文献４参照）。
特開２０００−１８０４１５号公報

しかし、上記従来の渦流探傷法では、欠陥の検出およびその大きさ等は判別することができるものの、何れも欠陥の種類を判別することができない。このため欠陥がどの製造工程で発生したかを的確に特定することが難しく、製造工程にフィードバックして欠陥をなくすことにつながらず、したがって、安定した品質のアルミニウム合金部材を製造するのが困難であった。

この発明は上記に鑑み提案されたもので、欠陥の種類を判別することができ、またそれによって欠陥がどの製造工程で発生したかを的確に特定することができ、製造工程にフィードバックして安定した品質のアルミニウム合金部材を製造できるようになるアルミニウム合金欠陥検出装置、アルミニウム合金欠陥検出方法、アルミニウム合金部材の製造方法、およびアルミニウム合金連続鋳造棒の製造方法を提供することを目的とする。

１）上記目的を達成するために、第１の発明は、アルミニウム合金部材の欠陥を検出するアルミニウム合金欠陥検出装置において、少なくとも一つの渦流探傷検査信号でアルミニウム合金部材に渦電流を生じさせ、その渦電流に対応して検出信号を出力する渦流探傷検出手段と、周波数帯域が互いに異なる２以上のフィルターを有し、その各フィルターに上記渦流探傷検出手段からの検出信号を分配して通過させ、そのフィルター通過信号を信号群として出力するフィルター処理手段と、上記フィルター通過信号の各々の波形振り幅を、予め設定した閾値と比較してグループ分けする信号処理判定手段と、上記フィルター通過信号に対するグループ分け情報に基づいて、アルミニウム合金部材の欠陥の検出およびその欠陥の種類を判別する欠陥種類判別手段と、を備えることを特徴としている。

２）第２の発明は、アルミニウム合金部材の欠陥を検出するアルミニウム合金欠陥検出装置において、少なくとも一つの渦流探傷検査信号でアルミニウム合金部材に渦電流を生じさせ、その渦電流に対応して検出信号を出力する渦流探傷検出手段と、周波数帯域が互いに異なる２以上のフィルターを有し、その各フィルターに上記渦流探傷検出手段からの検出信号を分配して通過させ、そのフィルター通過信号を信号群として出力するフィルター処理手段と、入力された各種信号に所定の前処理を施し、その前処理後の信号を信号群として出力する前処理手段と、上記信号群の各信号の波形振り幅を、予め設定した閾値と比較してグループ分けする信号処理判定手段と、上記信号群の各信号に対するグループ分け情報に基づいて、アルミニウム合金部材の欠陥の検出およびその欠陥の種類を判別する欠陥種類判別手段と、を備えることを特徴としている。

３）第３の発明は、上記した１）項または２）項に記載の発明の構成に加えて、上記ファイルター処理手段が２つのフィルターを有し、一方のフィルターの帯域を高周波通過帯域バンドパス型とし、他方のフィルターの帯域を低周波通過帯域バンドパス型とする、ことを特徴としている。

４）第４の発明は、上記した２）項または３）項に記載の発明の構成に加えて、上記前処理手段は、各フィルター通過信号に位相分別を施してＸ成分信号とＹ成分信号とに分解し、そのＸ成分信号とＹ成分信号とを用いてリサージュ図形を作成し、そのリサージュ図形の歪み値と傾き値を前処理後の信号として信号群に含め出力する、ことを特徴としている。

５）第５の発明は、上記した２）項から４）項の何れかに記載の発明の構成に加えて、上記前処理手段は、フィルター通過信号と、渦流探傷検査信号とを位相比較して得られた位相差信号を前処理後の信号として信号群に含め出力する、ことを特徴としている。

６）第６の発明は、上記した２）項から５）項の何れかに記載の発明の構成に加えて、上記前処理手段は、各フィルター通過信号に位相分別を施してＸ成分信号とＹ成分信号とに分解し、そのＸ成分信号とＹ成分信号とから得られる位相角度に基づいて導電率を求め、その導電率信号を前処理後の信号として信号群に含め出力する、ことを特徴としている。

７）第７の発明は、上記した２）項から６）項の何れかに記載の発明の構成に加えて、アルミニウム合金部材に超音波探傷を施し超音波探傷検出信号を出力する超音波探傷検出手段を備え、上記超音波探傷検出信号を、前処理手段に入力される各種信号の１つとする、ことを特徴としている。

８）第８の発明は、上記した１）項から７）項の何れかに記載の発明の構成に加えて、上記欠陥種類判別手段が判別するアルミニウム合金部材の欠陥の種類は、酸化物欠陥、Ｓｉ偏析欠陥、凹状欠陥の何れかである、ことを特徴としている。

９）第９の発明は、上記した１）項から８）項の何れかに記載の発明の構成に加えて、上記欠陥種類判別手段で検出された欠陥およびその欠陥の種類に基づいて、当該アルミニウム合金部材の品質合否を総合的に判定する総合判定手段を備える、ことを特徴としている。

１０）第１０の発明は、アルミニウム合金部材の欠陥を検出するアルミニウム合金欠陥検出方法において、少なくとも一つの渦流探傷検査信号でアルミニウム合金部材に生じた渦電流に対応して検出信号を出力し、上記検出信号を周波数帯域が互いに異なる２以上のフィルターに分配し、上記各フィルターを通過したフィルター通過信号を信号群とし、上記信号群の各フィルター通過信号の波形振り幅を、予め設定した閾値と比較してグループ分けし、上記フィルター通過信号に対するグループ分け情報に基づいて、アルミニウム合金部材の欠陥の検出およびその欠陥の種類を判別する、ことを特徴としている。

１１）第１１の発明は、アルミニウム合金部材の欠陥を検出するアルミニウム合金欠陥検出方法において、少なくとも一つの渦流探傷検査信号でアルミニウム合金部材に生じた渦電流に対応して検出信号を出力し、上記検出信号を周波数帯域が互いに異なる２以上のフィルターに分配し、上記各フィルターを通過したフィルター通過信号を信号群とし、入力された各種信号に所定の前処理を施し、その前処理後の信号を信号群に含め、上記信号群の各信号の波形振り幅を、予め設定した閾値と比較してグループ分けし、上記フィルター通過信号に対するグループ分け情報に基づいて、アルミニウム合金部材の欠陥の検出およびその欠陥の種類を判別する、ことを特徴としている。

１２）第１２の発明は、アルミニウム合金部材の製造方法であって、上記の１０）項または１１）項に記載のアルミニウム合金欠陥検出方法により検出し判別された欠陥およびその種類と、予め設定した判定基準とを比較して合否を判定する欠陥検査方法を用いる検査工程を有する、ことを特徴としている。

１３）第１３の発明は、アルミニウム合金連続鋳造棒の製造方法であって、上記の１０）項または１１）項に記載のアルミニウム合金欠陥検出方法により検出し判別された欠陥およびその種類と、予め設定した判定基準とを比較した結果を鋳造条件にフィードックする、ことを特徴としている。

本発明では、少なくとも一つの渦流探傷検出信号を分配して異なる周波数帯域のフィルターを通過させると、欠陥によって信号の振り幅（振幅）に違いが出ることを利用して欠陥の種類を判別分類し、またその違いをパターン化して、登録したパターンと検出結果のパターンを比較し、パターン判別して欠陥種類を判別する。したがって、欠陥の種類判別を容易に行うことができる。またその由来を特定して製造工程へのフィードバックを確実に行うことができる。その結果、Ｓｉ偏析欠陥、酸化物欠陥などの発生を効率良く抑えることができ、安定した品質のアルミニウム合金部材を製造することができる。

以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１はこの発明の第１の実施形態におけるアルミニウム合金欠陥検出装置の構成を示すブロック図である。図において、この発明のアルミニウム合金欠陥検出装置１は、アルミニウム合金部材の欠陥を検出する検出装置であり、渦流探傷検出手段２、フィルター処理手段３、信号処理判定手段４および欠陥種類判別手段５を備えている。

渦流探傷検出手段２は、少なくとも一つの渦流探傷検査信号Ｓ０でアルミニウム合金部材に渦電流を生じさせ、その渦電流に対応して検出信号Ｓ１を出力する。

フィルター処理手段３は、周波数帯域が互いに異なる２以上のフィルター３１，３２，…を有し、その各フィルター３１，３２，…に渦流探傷検出手段２からの検出信号Ｓ０を分配して通過させ、そのフィルター通過信号Ｓ２，Ｓ３，…を信号群として出力する。

信号処理判定手段４は、フィルター通過信号Ｓ２，Ｓ３，…の各々の波形振り幅（振幅）を、予め設定した閾値と比較してグループ分けする。例えば信号の波形振り幅をΔＤ、閾値をＭ１，Ｍ２とし、波形振り幅ΔＤが閾値Ｍ１以下であればグループＡ、Ｍ１とＭ２との間の値であればグループＢ、Ｍ２以上であればグループＣというようにグループ分けする。

欠陥種類判別手段５は、フィルター通過信号Ｓ２，Ｓ３，…に対するグループ分け情報に基づいて、アルミニウム合金部材の欠陥の検出およびその欠陥の種類を判別する。例えば、上記の例で、フィルター通過信号Ｓ２のグループがＡで、フィルター通過信号Ｓ３のグループがＢであれば、この信号群Ｓ２，Ｓ３から得られるグループパターンは（Ａ，Ｂ）となる。そして、この欠陥種類判別手段５には、予め例えばグループパターンが（Ａ，Ｂ）であれば酸化物欠陥、（Ｂ，Ｃ）であればＳｉ偏析欠陥、（Ｃ，Ｄ）であれば凹状欠陥であるというように設定登録されており、今回のフィルター通過信号Ｓ２，Ｓ３のグループパターンが例えば（Ａ，Ｂ）であれば、アルミニウム合金部材に酸化物欠陥が存在すると判定する。

図２はこの発明の第２の実施形態におけるアルミニウム合金欠陥検出装置の構成を示すブロック図である。この第２の実施形態におけるアルミニウム合金欠陥検出装置１０が上記第１の実施形態と異なる点は、超音波探傷検出手段６、前処理手段７および総合判定手段８を設けた点である。

超音波探傷検出手段６は、アルミニウム合金部材に超音波探傷を施し超音波探傷検出信号を前処理手段７に出力する。また、前処理手段７は、入力された各種信号に所定の前処理を施し、その前処理後の信号を信号群として出力するものである。また総合判定手段８は、欠陥種類判別手段５で検出された欠陥およびその欠陥の種類に基づいて、当該アルミニウム合金部材の品質合否を総合的に判定するものである。

上記の前処理手段７には、各種信号が入力される。すなわち、検査信号、フィルター処理手段３からのフィルター通過信号Ｓ２，Ｓ３，…、渦流探傷検出手段２からの渦流探傷検出信号、および超音波探傷検出手段６からの超音波探傷検出信号が入力される。そして、この前処理手段７は、これらの各種信号に所定の前処理を施し、その前処理後の信号を信号群として出力する。

例えば、前処理手段７は、各フィルター通過信号Ｓ２，Ｓ３，…に位相分別を施してＸ成分信号とＹ成分信号とに分解し、そのＸ成分信号とＹ成分信号とを用いてリサージュ図形を作成し、そのリサージュ図形の歪み値と傾き値を前処理後の信号として信号群に含め出力する。また、フィルター通過信号Ｓ２，Ｓ３，…と、渦流探傷検査信号とを位相比較して得られた位相差信号を前処理後の信号として信号群に含め出力する。さらに、各フィルター通過信号Ｓ２，Ｓ３，…に位相分別を施してＸ成分信号とＹ成分信号とに分解し、そのＸ成分信号とＹ成分信号とから得られる位相角度に基づいて導電率を求め、その導電率信号を前処理後の信号として信号群に含め出力する。

これらの信号群に含まれる各信号は、上記のフィルター通過信号Ｓ２，Ｓ３，…と同様に、信号処理判定手段４に出力され、信号処理判定手段４では、その各信号の波形振り幅を、予め設定した閾値と比較してグループ分けする。

次に、本発明を図３を用いてより具体的に説明する。

図３のアルミニウム合金欠陥検出装置１００は、渦電流を検出するＥＴプローブ（渦流探傷検出器）１２、ＵＴプローブ（超音波探傷検出器）１６、ＥＴプローブ１２の検出信号を少なくとも２つ以上に分配しそれぞれを異なる周波数帯域を有するフィルター１３１，１３２を通過させるフィルタユニット１３、入力された各種信号からなる信号群に対して演算処理や信号の振り幅を予め設定した閾値と比較判定処理を行う信号処理判定ユニット１４、フィルター１３１，１３２を通過させた信号をＸ成分信号Ｙ成分信号に分解する位相分別器１７１、位相分別器１７１からの出力信号からリサージュ図形を描きその形状を判別するリサージュ判定処理ユニット１７２、信号処理判定ユニット１４の結果から欠陥位置を検出する欠陥位置検出ユニット１４１、信号処理判定ユニット１４とリサージュ判定処理ユニット１７２の結果から欠陥種類を判別する欠陥種類判別ユニット１５、欠陥位置検出ユニット１４１と欠陥種類判別ユニット１５からの情報を基に合否判定をする総合判定ユニット１８、各判定ユニットへ予め判定条件を設定するための制御ユニット２０、および判定条件等のデータベースユニット３０を有している。なお、位相分別器１７１，リサージュ判定処理ユニット１７２および信号処理判定ユニット１４は、図２では前処理手段７と信号処理判定手段４とを合わせた機能に相当する。

渦流探傷検出器１２には従来公知のものを使用することができ、例えば鉄心（コア）に励磁コイルと検出コイルとが併設されたものを使用する。そしてこの励磁コイルに渦流探傷検査信号として所定の周波数の励磁電圧を供給し、導電体からなる試料（アルミニウム合金部材）の表面部又は表層部に渦電流を生じさせる。検出コイルではその渦電流の変動を検出するものである。この誘導電流は、試料が完全に均質であれば励磁電圧の周波数と同一の周波数で且つ該励磁電圧に対して所定の位相差を有する信号となるが、実際には、試料中の欠陥の存在により測定検出されたものには振幅変動と位相差の変化が共存するものとなる。導体に生じる渦電流の大きさ、分布は、周波数、導体の導電率、透磁率、試料の寸法、形状、コイルの形状寸法、電流、導体との距離、さらに試料の有するキズによって変わる。

したがって、試験体（アルミニウム合金部材）を流れる渦電流の変化を検出することによって、試料のキズの有無、材質などの試験が可能となる。図４にキズを検出した場合の過電流の状態を模式的に示した。

フィルタユニット１３について説明する。フィルタユニット１３は少なくとも２つのフィルター１３１，１３２を有していて、それぞれ異なる周波数帯域を有する。周波数帯域は、高周波通過帯域バンドパス型、低周波通過帯域バンドパス型とするのが好ましい。例えば棒状の試料を回転させる場合、それらの中心周波数が次式を満たすフィルターを用いる。

ｆ_a0＝（１／Ａ）×（Ｄ・Ｒ／６０）、ｆ_b0＝（１／Ｂ）×（Ｄ・Ｒ／６０）
ここで、Ｄ：試料直径［ｍｍ］、Ｒ：試料と検出器の相対回転数［ｒｐｍ］である。Ａ，Ｂについては、センサーの型、試料状態など測定条件によって調整する。例えばＡ：２００〜４００、Ｂ：１０〜３０とできる。バンドパス型の帯ｆ_sは中心周波数ｆ₀の０．５〜２倍とするのが好ましい。フィルターの帯域の設定例を図５に示す。

検出信号を帯域の異なるフィルタを通過させることができる。例えば、試料と渦流探傷検出器１２との相対速度を０．１〜１０ｍ／ｓ（好ましくは０．５〜５ｍ／ｓ）とし、帯域の中心周波数が３０〜５００Ｈｚであるフィルター１３１と、帯域の中心周波数が１０００〜２５００Ｈｚであるフィルター１３２との少なくとも２つのフィルターを用いることが好ましい。実用的な範囲での条件設定ができるからである。

相対速度を大きくするために試料の移動速度を上げると試料のぶれにより、渦流探傷検出器１２との空間の変動が大きくなり、測定上のノイズとなり精度が悪くなる。その場合には、試料の搬送装置に試料のぶれを抑える手段、例えば図６に示すように、ガイドレールを設けることが好ましい。または、渦流探傷検出器１２側の移動を速くして相対速度を上げることも可能である。例えば、鋳造棒のように円柱状のものであれば、スパイラル状に総体運動させることで相対速度を上げることができる。

またフィルターの帯域は上記範囲でノイズ成分が低減されるように選択することが好ましい。

信号処理判定ユニット１４に入力される信号群としては、フィルタユニット１３からの出力信号、位相差信号、リサージュ図形の傾き値信号等を挙げることが出きる。

フィルター１３１，１３２を通過させた信号をそれぞれ位相分別器１７１によって分解したＸ成分信号とＹ成分信号とを、信号群に含ませることが好ましい。成分に分けることによりノイズ低減などの信号処理を施すことができ、より精度良く欠陥の種別を識別できる。例えば、図７に示すように、位相差を調整することによりノイズの低減を図ることができる。位相の調整は５０〜９０degreeに設定することができる。

Ｘ成分信号、Ｙ成分信号によるリサージュ図形の傾き値信号を、信号群に含ませることが好ましい。位相差の状態をダイナミックに観察することができる。さらにこの図形情報を処理することにより、位相情報の変化を検出することができ、その結果を判別のための信号群に加えることが好ましい。

通過させた信号と渦流探傷検出器ヘ供給される渦流探傷検査信号とを位相比較した位相差信号を、信号群に含ませることが好ましい。直接位相差を求める信号処理はリサージュ図形を信号処理するより簡便な処理となるので、簡便な装置とすることができるので好ましい。

渦流探傷検査信号から算出した導電率算出信号を、信号群に含ませることが好ましい。渦流探傷検査信号により材質の変化などの状態を検出することができるからである。

アルミニウム合金試料に超音波探傷を施しその検出信号を、信号群に含ませることが好ましい。超音波探傷検査（ＵＴ）信号の乱れ状態を検出することによって内部の結晶粒子のバラツキの状態を検出できるからである。

検出器、信号処理において、信号処理に適したＳＮ比を得るための信号増幅器を設けることができる。

信号処理ユニットで行う演算処理としては、信号間の振り幅比算出、位相差算出、位相差算出手段から得られる位相角度から試料の導電率を算出する導電率算出、を挙げることができる。

その他の信号処理の一例を示す。

同期検波回路には従来公知のものを使用することができ、検出器によって検出された誘導電流に対して、前記励磁電圧の周波数と同一の周波数で且つ該励磁電圧に対して所定の位相差を有する基準周波数信号を発生し、この基準周波数信号からなる同期信号に対して実際の誘導電流の振幅と位相差を探傷信号として得るものである。例えば、前記励磁電圧と同じ位相，及び該励磁電圧と９０°位相のずれた信号で同期検波し、夫々の出力信号をＸ軸信号，Ｙ軸信号として得ることができる。

このＸ軸及びＹ軸信号は必要に応じて、図８に示すようなオシロスコープ観察波形（リサージュ図形）によって監視される。さらに、交番電流信号として得られるＸ軸信号及びＹ軸信号を正側に全波整流して出力し判定処理に供することもできる。リサージュ図形の傾きを算出して判定処理に供することもできる。

一方、渦電流密度ＪはＭａｘｗｅｌｌの方程式から一般的に式（１）となる。

ここで、Ｊ0は式（２）で与えられる。

ここで、Ｊ：渦電流密度（Ａ／ｍ²）、Ｈ：磁界（Ａ／ｍ）、Ｈ0：ｘ＝０の時の磁界強度、ｘ：距離（ｍ）、ｆ：周波数（１／ｓ）、μ：透磁率（Ｈ／ｍ）、σ：導電率（Ｓ／ｍ）である。

一方、式（１）は、式（３）に変形される。

ここで、式（３）の右辺の、第１の指数関数は導体表面からの距離に対する渦電流の減衰を意味し、第２の指数関数は渦電流の位相遅れを意味している。従って、位相遅れは、式（４）で表せる。

これによって、試料の導電率を測定する場合は、予め作製した基準試料を測定し、位相差算出ユニットから得られた位相角度を用いて、式（４）に基づいて、導電率算出ユニットにて導電率を算出することができる。

算出された導電率は、試料の内部品質を反映することになる。他の欠陥情報と合わせて判定する、すなわち信号群に含ませることにより、欠陥種別の精度が良くなる。

以上述べた信号処理は、アナログ処理でもディジタル処理でも良い。

本装置を実際の現場に実装する場合には、検査信号を付与する励磁コイルと渦電流を検出する検出コイルとからなる検出器と導電物質からなる試料とを所定の空隙間距離を保持しながら相対移動させながら検出器を試料の表面を走査させる移送装置、搬送装置が含まれる。図６に一例を示す。

図６において、送り装置を持つ探傷装置では、管、棒などの試験品が振動あるいは偏心がなくコイルを通過するよう、送り装置のローラ高さ、動作機構を調整する。普通「心出し」という。送りのガタ、振動は雑音の原因となり、また偏心はきずの位置による指示の変化を生じ、試験結果の信頼性を損なう。

送り装置の調整は、送りローラの高さの調整などの粗調整の後、対比試験片を用いて探傷し微調整を行う。ガイドレール、ガイドロールのレベルおよび動作の調整は、先ず標準試料を手動あるいは低速送りで試験コイルに挿入し、ガタがないことを確認した後、試験速度で搬送し、振動、偏心が十分小さくなるようにする。

本発明の検出方法の一例について、図３に沿って説明する。
［信号処理の流れ、検出判定の方法］
（１）ＥＴプローブ１２からの検出信号は、分配されて異なる周波数特性を有するフィルター１３１，１３２を通過処理される。通過した信号をＳ２、Ｓ３とする。
（２）Ｓ２、Ｓ３を閾値と比較して、欠陥に由来すると思われる信号を検出する。
（３）Ｓ２、Ｓ３の検出結果が予め設定した検出結果の組み合わせになった時を欠陥検出と判定する。
（４）ここでＳ２、Ｓ３に加えて、他の信号例えばＵＴからの信号Ｓ４からの検出結果を組み合わせても良い。
（５）一方、Ｓ２、Ｓ３の信号からリサージュ図形を観察する。
（６）欠陥が検出されたタイミングで、リサージュ図形の状態を判定する。
（７）さらに、（３）、（４）、（６）から選ぶ任意の組み合わせの結果のパターンから総合的に欠陥種別を判別して、例えば欠陥がＳｉ偏析か酸化物欠陥かまたは単なる凹状欠陥かを判定する。

これらの信号処理において、必要に応じて、時間的タイミングを合わせるために遅延回路を挿入して、検出精度を向上させることが好ましい。

これらの判定条件や、閾値は制御ユニット２０から予め設定される。また、制御ユニット２０には、データベースユニット３０が設けられているのが好ましい。例えば、フィルタユニット１３へ設定する周波数帯域、各判定ユニットへ設定する判定閾値、パターンの条件を試料別にテーブルの形で保持していて、必要に応じて制御ユニット２０から呼び出して設定できるからである。また、過去の検査結果のデータを蓄積して、その結果でテーブルを更新する機能を有していることが好ましい。

欠陥種類判別ユニット１５で行なわれる欠陥を種別するための判定パターンについて説明する。

信号の組み合わせによる欠陥の検出と欠陥の種類の判定が、各信号の振り幅を予め設定した閾値と比較して少なくとも２つ以上にクラス分けした後、クラス分けのパターンによって判定処理することが好ましい。

信号の組み合わせによる欠陥の検出と欠陥の種類の判定が、各信号の振り幅の大きさの比率を予め設定した閾値と比較して少なくとも２つ以上にクラス分けした後、クラス分けのパターンによって判定処理することが好ましい。

欠陥の種類が、酸化物欠陥、Ｓｉ偏析欠陥、凹状欠陥からなる群から選ばれる２つ以上の組み合わせとするのが好ましい。本発明で検出する欠陥は、例えば、凹状欠陥でその大きさが、直径０．５〜１ｍｍ、深さ０．２〜０．７ｍｍ、し偏析欠陥でその大きさが直径０．５〜１ｍｍ、酸化物欠陥でその大きさが０．８〜１．５ｍｍ程度であり、外観検査的に大きさの観点からは分別が困難である。なおこれらの欠陥の大きさの検出感度は、設定条件の変更により調整することが可能である。

以下これらの欠陥を判別する方法について説明する。

例えば以下の様に設定して説明する。周波数帯域が低周波通過帯域であるものをフィルタｆａ、周波数帯域が高周波帯域であるものをｆｂとする。信号の振り幅の観点からの分類を、１：第１閾値未満以下、２：第１閾値〜第２閾値、３：第２閾値超、とする。

ｆａフィルタ通過後の信号の振り幅が中間値であり、ｆｂフィルタ通過後の信号の振り幅が中間値である組み合わせをパターン（２、２）と設定し、その欠陥を酸化物と定義しておくことで、検出結果が（２、２）と一致した場合にその欠陥の種類を酸化物欠陥と分類することができる。

ｆａフィルタ通過後の信号の振り幅が閾値未満であり、ｆｂフィルタ通過後の信号の振り幅が閾値超である組み合わせをパターン（１、３）と設定しその欠陥をＳｉ偏析欠陥と定義しておくことで、検出結果が（１、３）と一致した場合にその欠陥の種類をＳｉ偏析欠陥と分類することができる。

ｆａフィルタ通過後の信号の振り幅が閾値超であり、ｆｂフィルタ通過後の信号の振り幅が閾値未満である組み合わせをパターン（３、１）と設定しその欠陥を凹状欠陥と定義しておくことで、検出結果が（３、１）と一致した場合にその欠陥の種類を凹状欠陥と分類することができる。

このようにパターン化して判定することにより、判別条件の設定が容易で、またパターン判別であるので判定処理が高速に実現できる。パターンをデータベースの形で蓄積するとともに、それを削除修正する機能を有していることが好ましい。データを蓄積することにより判別できる欠陥の種類を容易に増やすことができる。また、検出実績によりデータベースを修正することにより、常に最新の情報を反映させることができる。

以上の例示以外に、組み合わせて判定処理する際の、判定パターンを、データベースに登録しておくことにより、凸状欠陥、空洞状欠陥などを分類する判定処理を実現することができる。

今まで述べた判定パターンは、例えば予め各欠陥の標準試料の測定結果を蓄積しておくことで設定できる。

判別パターンの信号の組み合わせによる欠陥の検出と欠陥の種類の判定が、各信号の振り幅の大きさの比率を予め設定した閾値と比較して少なくとも２つ以上にクラス分けした後、クラス分けのパターンによって判定処理することを特徴とする方式であるのが好ましい。

本発明の欠陥検査方法について説明する。前述した検出方法により得られた各種の欠陥の個数と、予め設定した判定基準とを比較して合否を判定することで欠陥を検査することができる。

検査工程は、前述した検出方法により得られた各種の欠陥の個数と、予め設定した判定基準とを比較して合否を判定することを特徴とする欠陥検査方法を採用している。総合的な品質が良好なアルミニウム合金部材を容易に製造できる。

ここで、欠陥検出工程は、前述した検出方法により得られた各種の欠陥の個数と、予め設定した判定基準とを比較してその結果を出力している。その結果は、鋳造条件にフィードバックされている。例えば、凹部の欠陥情報は鋳造速度の制御にフィードバックする、Ｓｉ偏析の欠陥情報は鋳造機の鋳型状態、潤滑材状態の制御にフィードバックする、また酸化物の欠陥情報はＧＢＦ（Ｇａｓ Ｂｕｂｂｌｉｎｇ Ｆｌｕｘ）、溶湯中の不純物の状態の制御にフィードバックする、などを挙げることができる。その結果、総合的な品質が良好なアルミニウム合金連続鋳造棒を安定的に製造できる。

本発明のアルミニウム合金部材の製造方法には、合金から鋳塊を得る鋳造工程、鋳塊から部材へ加工する工程、加工された部材を検査する工程が含まれる。検査工程に投入される試料としては、連続鋳造棒、鋳造棒に出し加工および／または引抜き加工したもの、これらに熱処理を施したもの、ピーリング工程で表面を切削加工したものが挙げられる。

ここで、検査工程は、前述した検出方法により検出し判別された欠陥およびその種類と、予め設定した判定基準とを比較して合否を判定する欠陥検査方法を採用している。総合的な品質が良好なアルミニウム合金部材を容易に製造できる。

本発明のアルミニウム合金連続鋳造棒の製造方法には、合金から鋳塊を得る鋳造工程、鋳塊から部材へ加工する工程、加工された部材の欠陥を検出るする工程、検出結果を鋳造工程にフィードバックする工程が含まれる。欠陥検出工程に投入される試料としては、連続鋳造棒、鋳造棒に出し加工およびまたは引抜き加工したもの、これらに熱処理を施したもの、ピーリング工程で表面を切削加工したものが挙げられる。

ここで、欠陥検出工程は、前述した検出方法により検出し判別された欠陥およびその種類と、予め設定した判定基準とを比較してその結果を出力している。その結果は、鋳造条件にフィードバックされている。例えば、凹部の欠陥情報は鋳造速度の制御にフィードバックする、Ｓｉ偏析の欠陥情報は鋳造機の鋳型状態、潤滑材状態の制御にフィードバックする、酸化物の欠陥情報はＧＢＦ（Ｇａｓ Ｂｕｂｂｌｉｎｇ Ｆｌｕｘ）、溶湯中の不純物の状態の制御にフィードバックする、などを挙げることができる。その結果、総合的な品質が良好なアルミニウム合金連続鋳造棒を安定的に製造できる。

なお、本発明に用いるアルミニウム合金は特に限定されないが、過共晶のＡｌ−Ｓｉ系合金を好適に用いることができる。製造時にＳｉ偏析が発生しやすく、また偏析状態が不定であるものが有効に検出できるからである。

また、アルミニウム合金の連続鋳造棒について説明したが、試料は棒状材に限らず、板状材、筒状材でも用いることができる。

また、ＥＴプローブとしては、従来公知のものを用いることができるが、試料の形状に合わせて適切なものを選択できる。

［ＥＴプローブ］ φ２型（径２ｍｍ）
［試料］アルミニウム合金連続鋳造棒（直径８０ｍｍ）の表面にドリルホール（直径０．７ｍｍ／深さ０．５ｍｍ）を設けた。
［設定条件］検査周波数５１２ｋＨｚ、試料移動速度：棒回転４６０ｒｐｍ、送り０．５ｍｍ／回転
［フィルタ］ｆａ：３０〜２００Ｈｚ、ｆｂ：１０００〜２５００Ｈｚ
［測定手順］予めドリルホールを有する校正試料により判定閾値（振り幅値の３ｄＢを第１閾値、振り幅値の５ｄＢを第２閾値とした）を設定した後に、試料を検査した。
［測定判定結果］測定結果、及び検出箇所の欠陥を観察した結果を表１に示す。

従来のフィルタ（帯域が（ｆａ＋ｆｂ）：３０〜２５００Ｈｚ）では判別が不充分であった欠陥１，２，３が、本発明の方法によりフィルタｆａ、ｆｂ通過後の信号の判定の組み合わせを用いることで判別することができた。リサージュ図形の判別結果も併記した。

この発明の第１の実施形態におけるアルミニウム合金欠陥検出装置の構成を示すブロック図である。 この発明の第２の実施形態におけるアルミニウム合金欠陥検出装置の構成を示すブロック図である。 この発明のアルミニウム合金欠陥検出装置のより具体的な構成を示す図である。 導体内にきずが存在するときの過電流分布を示す図である。 フィルターの帯域の設定例を示す図である。 送り装置を持つ渦流探傷検出手段（渦流探傷検出器）の一例を示す図である。 渦流探傷検出信号からノイズを除去するための位相設定法の説明図である。 オシロスコープ観察波形（リサージュ図形）を示す図である。

符号の説明

１，１０，１００ アルミニウム合金欠陥検出装置
２ 渦流探傷検出手段
３ フィルター処理手段
３１ フィルター
３２ フィルター
４ 信号処理判定手段
５ 欠陥種類判別手段
６ 超音波探傷検出手段
７ 前処理手段
８ 総合判定手段
１２ ＥＴプローブ（渦流探傷検出器）
１３ フィルタユニット
１４ 信号処理判定ユニット
１５ 欠陥種類判別ユニット
１６ ＵＴプローブ（超音波探傷検出器）
１８ 総合判定ユニット
２０ 制御ユニット
３０ データベースユニット
１３１ フィルター
１３２ フィルター
１４１ 欠陥位置検出ユニット
１７１ 位相分別器
１７２ リサージュ判定処理ユニット

Claims (13)

1. アルミニウム合金部材の欠陥を検出するアルミニウム合金欠陥検出装置において、
   少なくとも一つの渦流探傷検査信号でアルミニウム合金部材に渦電流を生じさせ、その渦電流に対応して検出信号を出力する渦流探傷検出手段と、
   周波数帯域が互いに異なる２以上のフィルターを有し、その各フィルターに上記渦流探傷検出手段からの検出信号を分配して通過させ、そのフィルター通過信号を信号群として出力するフィルター処理手段と、
   上記フィルター通過信号の各々の波形振り幅を、予め設定した閾値と比較してグループ分けする信号処理判定手段と、
   上記フィルター通過信号に対するグループ分け情報に基づいて、アルミニウム合金部材の欠陥の検出およびその欠陥の種類を判別する欠陥種類判別手段と、
   を備えることを特徴とするアルミニウム合金欠陥検出装置。
2. アルミニウム合金部材の欠陥を検出するアルミニウム合金欠陥検出装置において、
   少なくとも一つの渦流探傷検査信号でアルミニウム合金部材に渦電流を生じさせ、その渦電流に対応して検出信号を出力する渦流探傷検出手段と、
   周波数帯域が互いに異なる２以上のフィルターを有し、その各フィルターに上記渦流探傷検出手段からの検出信号を分配して通過させ、そのフィルター通過信号を信号群として出力するフィルター処理手段と、
   入力された各種信号に所定の前処理を施し、その前処理後の信号を信号群として出力する前処理手段と、
   上記信号群の各信号の波形振り幅を、予め設定した閾値と比較してグループ分けする信号処理判定手段と、
   上記信号群の各信号に対するグループ分け情報に基づいて、アルミニウム合金部材の欠陥の検出およびその欠陥の種類を判別する欠陥種類判別手段と、
   を備えることを特徴とするアルミニウム合金欠陥検出装置。
3. 上記ファイルター処理手段が２つのフィルターを有し、一方のフィルターの帯域を高周波通過帯域バンドパス型とし、他方のフィルターの帯域を低周波通過帯域バンドパス型とする、請求項１または２に記載のアルミニウム合金欠陥検出装置。
4. 上記前処理手段は、各フィルター通過信号に位相分別を施してＸ成分信号とＹ成分信号とに分解し、そのＸ成分信号とＹ成分信号とを用いてリサージュ図形を作成し、そのリサージュ図形の歪み値と傾き値を前処理後の信号として信号群に含め出力する、請求項２または３に記載のアルミニウム合金欠陥検出装置。
5. 上記前処理手段は、フィルター通過信号と、渦流探傷検査信号とを位相比較して得られた位相差信号を前処理後の信号として信号群に含め出力する、請求項２から４の何れかに記載のアルミニウム合金欠陥検出装置。
6. 上記前処理手段は、各フィルター通過信号に位相分別を施してＸ成分信号とＹ成分信号とに分解し、そのＸ成分信号とＹ成分信号とから得られる位相角度に基づいて導電率を求め、その導電率信号を前処理後の信号として信号群に含め出力する、請求項２から５の何れかに記載のアルミニウム合金欠陥検出装置。
7. アルミニウム合金部材に超音波探傷を施し超音波探傷検出信号を出力する超音波探傷検出手段を備え、
   上記超音波探傷検出信号を、前処理手段に入力される各種信号の１つとする、請求項２から６の何れかに記載のアルミニウム合金欠陥検出装置。
8. 上記欠陥種類判別手段が判別するアルミニウム合金部材の欠陥の種類は、酸化物欠陥、Ｓｉ偏析欠陥、凹状欠陥の何れかである、請求項１から７の何れかに記載のアルミニウム合金欠陥検出装置。
9. 上記欠陥種類判別手段で検出された欠陥およびその欠陥の種類に基づいて、当該アルミニウム合金部材の品質合否を総合的に判定する総合判定手段を備える、請求項１から８の何れかに記載のアルミニウム合金欠陥検出装置。
10. アルミニウム合金部材の欠陥を検出するアルミニウム合金欠陥検出方法において、
    少なくとも一つの渦流探傷検査信号でアルミニウム合金部材に生じた渦電流に対応して検出信号を出力し、
    上記検出信号を周波数帯域が互いに異なる２以上のフィルターに分配し、
    上記各フィルターを通過したフィルター通過信号を信号群とし、
    上記信号群の各フィルター通過信号の波形振り幅を、予め設定した閾値と比較してグループ分けし、
    上記フィルター通過信号に対するグループ分け情報に基づいて、アルミニウム合金部材の欠陥の検出およびその欠陥の種類を判別する、
    ことを特徴とするアルミニウム合金欠陥検出方法。
11. アルミニウム合金部材の欠陥を検出するアルミニウム合金欠陥検出方法において、
    少なくとも一つの渦流探傷検査信号でアルミニウム合金部材に生じた渦電流に対応して検出信号を出力し、
    上記検出信号を周波数帯域が互いに異なる２以上のフィルターに分配し、
    上記各フィルターを通過したフィルター通過信号を信号群とし、
    入力された各種信号に所定の前処理を施し、その前処理後の信号を信号群に含め、
    上記信号群の各信号の波形振り幅を、予め設定した閾値と比較してグループ分けし、
    上記フィルター通過信号に対するグループ分け情報に基づいて、アルミニウム合金部材の欠陥の検出およびその欠陥の種類を判別する、
    ことを特徴とするアルミニウム合金欠陥検出方法。
12. 請求項１０または１１に記載のアルミニウム合金欠陥検出方法により検出し判別された欠陥およびその種類と、予め設定した判定基準とを比較して合否を判定する欠陥検査方法を用いる検査工程を有する、ことを特徴とするアルミニウム合金部材の製造方法。
13. アルミニウム合金部材がアルミニウム合金連続鋳造棒であって、請求項１０または１１に記載のアルミニウム合金欠陥検出方法により検出し判別された欠陥およびその種類と、予め設定した判定基準とを比較した結果を鋳造条件にフィードックする、ことを特徴とするアルミニウム合金連続鋳造棒の製造方法。

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