JP2005257423A - 欠陥検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被測定材の内部欠陥と表面疵を同時に識別して検出することが可能な欠陥検出
装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 異なるエネルギースペクトルを有する放射線源２１ａと多チャンネル検出
器２２ａとを被測定材１を挟み込むように対向配置して、被測定材幅方向の透過線量の変
化を検出する多チャンネル検出器を有する検出手段を並置した第１及び第２の検出手段２
、３と、前記第１の検出手段の出力信号を遅延するトラッキング処理手段４、５と、前記
第１の検出手段の出力信号と前記第２の検出手段の出力信号との差を求める演算手段６と
、前記第１及び前記第２の検出手段の出力信号、前記演算手段の出力信号の夫々を予め設
定される判定値と比較して欠陥信号の有無とその欠陥信号の発生パターンから内部か表面
かを識別する欠陥識別手段７とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被測定材の内部及び表面の欠陥検出を放射線の透過を用いて測定する欠陥検
出装置に係り、特に、内部欠陥と表面疵とを非接触で、同時に識別判定する欠陥検出装置
に関する。

自動車や罐に代表される薄鋼板製品は、表面疵あるいは加工時の割れ欠陥が、概観や機
能の異常の原因となることから、鋼材の製造段階において厳格に管理されている。

製鋼工程の段階においては、鋼材中に含まれる介在物の削減対策とその検査には多大な
コストをかけて行っている。例えば、その検査方法製鋼工程のスラブ材からサンプル切り
出し、介在物の最大粒径を測定し、製品の欠陥検出頻度を統計的に予測する方法が知られ
ている（特許文献１参照。）。

また、圧延工程の段階においては、ロール疵や、線状疵などの表面疵の検査を各種の検
査方法で行って、その発生の防止と品質の保証を行っている。

上述した介在物の検査方法は、統計による抜き取り検査で有るため、全品の品質を保証
することができない問題がある。

このため、磁気探傷装置と光学的な表面欠陥検査装置を並置して、各々の検出信号を組
み合わせて介在物による内部欠陥と表面疵とを識別して検出する方法が知られている（例
えば、特許文献２参照。）。

この方法では、磁気探傷のために特別の非磁性体で構成されるロールを非測定材に接触
させて測定する方法であるので、このロールによって新たな表面疵の発生の可能性がある
ので、ロールの品質管理が難しい問題がある。

さらに、磁気探傷装置と光学的な表面欠陥検査装置との空間分解能が異なるため、欠陥
の検出位置を精度良く合わせて判定することが難しい問題がある。
特開平１０−１７０５０２号公報 特公平７−１０４３３０号公報（第２ページ、図５）

上述した磁気探傷装置と光学探傷装置を組み合わせた検出方法は、異なる検出原理を組
みわせて、薄鋼板の内部に発生する介在物欠陥か、表面疵かを識別する方法であるので、
検出感度が高くできる反面、システムが複雑で高価になる問題がある。

特に、この磁気探傷装置は、非磁性体で構成される特別のロールを必要とするので、そ
の品質管理が難しい問題がある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、薄鋼板の内部欠陥と表面疵を同
じ検出手段で同時に識別処理して検出することが可能な欠陥検出装置を提供することを目
的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１による欠陥検出装置は、異なるエネ
ルギースペクトルを有する放射線源と多チャンネル検出器とを被測定材を挟み込むように
対向配置して、被測定材幅方向の透過線量の変化を検出する多チャンネル検出器を有する
検出手段を前記被測定材の移動方向で所定の間隔を置いて平行に並置した第１及び第２の
検出手段と、前記被測定材の移動方向の上流に置かれる前記第１の検出手段の出力信号を
前記第２の検出手段の出力信号の検出位置まで遅延するトラッキング処理手段と、前記第
１の検出手段の出力信号と前記第２の検出手段の出力信号との差を求める演算手段と、前
記第１及び前記第２の検出手段の出力信号を予め設定される第１の疵判定値と比較して欠
陥信号の有無を判定し、前記演算手段の出力信号を予め設定される第２の判定値と比較し
て欠陥信号の有無を判定して、これらの欠陥信号の発生パターンから欠陥の存在が内部か
表面かを識別する欠陥識別手段とを備え、前記被測定材に発生する表面疵と内部欠陥とを
識別検出するようにしたことを特徴とする。

以上述べた様に、本発明によれば、異なるエネルギースペクトルを有する放射線源を備
えた第１及び第２の検出装置を並置して、夫々の検出信号の位置を合わせ、基準材の出力
で検出感度を補正する補正テーブルを備え、夫々の検出感度が一致するようにして、夫々
の検出信号の差を求め、第１第２の検出信号及び第１と第２の検出信号の差を予め設定さ
れる判定値と比較して欠陥の有無を判定し、夫々の判定出力の有無の発生パターンから欠
陥を識別するようにしたので、被測定材の内部欠陥及び表面疵を非接触で、同時に検出す
ることができる欠陥検出装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、薄鋼板など高速で移動す
る被測定材１の幅方向から被測定材１を挟むように挿入された検出部２及び３、被測定材
１の移動方向の単位長さの同期信号を発信する速度検出器４と、検出部２の測定位置の検
出信号を移動方向下流に距離Ｌの間隔を置いて並置された検出部３の測定位置まで同期信
号で同期をとって遅延し、測定位置が合わされた検出信号とするトラッキング回路５、位
置合わせされた検出部２及び３の検出信号から欠陥信号を予め設定された判定値と比較判
定する演算部６及び判定された欠陥信号の発生パターンから内部欠陥か表面疵かを識別す
る欠陥識別回路７とから構成される。

検出部２（３）は、被測定材１の幅方向から、被測定材１を上下の腕部で挟むフレーム
２ａ（３ａ）と、フレーム２ａ（３ａ）の腕部上部に設けられ、被測定材１の両端部に放
射線を放射する２台の放射線源２１ａ、２１ｂ（３１ａ、３１ｂ）と、夫々の両端部の透
過放射線を検出する幅方向に配置配列された多チャンネル検出器２２ａ、２２ｂ（３２ａ
、３２ｂ）とから構成される。

検出部２のフレーム２ａの腕部上部の先端部に設けられた放射線源２１ａからの放射線
は、腕部下部先端部に対向して配置された多チャンネル検出器２２ａで、被測定材１の一
方の端部を透過した透過放射線を検出し、同様に、検出部２のフレーム２ａの腕部上部の
後端部に設けられた放射線源２１ｂからの放射線は、腕部下部後端部に設けられた２２ｂ
で、被測定材１の他方の端部を透過した透過放射線を検出する。

この実施例では、薄鋼板においては、通常大半の欠陥が両端部に集中して発生すること
から被測定材１の幅方向の両端部を検査する構成としたが、幅方向全幅について検査する
場合には、放射線源２１ａ（３１ａ）とその多チャンネル検出器２２ａ（３２ａ）の台数
を増やして、全幅検査する構成とすれば良い。

次に、検出部の各部の詳細設定について、図２乃至図３を参照して説明する。夫々の検
出部２、３内の放射線源２１ａ、２１、３１ａ、３１ｂのエネルギースペクトルは同一の
ものとするが、検出部２の放射線源２１ａ、２１ｂと検出部３の放射線源３１ａ、３１ｂ
とは、そのエネルギースペクトルが異なるもので構成する。

その理由は、薄鋼板においては、良品部の材質は鉄を主成分とするが、欠陥部は製鋼工
程におけるアルミナやその他の金属、非金属の介在物による成分からなるので、これらの
介在物成分の放射線に対する吸収率の差が出易いようなエネルギースペクトルの放射線源
を選択する。

そして、検出部２と検出部３の欠陥部に置ける検出感度差から内部欠陥を検出し、夫々
の検出部２、３で検出され、且つ検出感度差が発生しない場合は内部欠陥による材質異常
でなく単に凹凸の変化、即ち表面疵として検出ようとするためである。

例えば、線量が多く取れる連続スペクトルの制動Ｘ線の場合は、Ｘ線を発生させるＸ線
管球に印加する管電圧を制御して、検出部２の放射線源２１ａ、２１ｂの方を６０ｋｅＶ
、検出部３の方を１００ｋｅＶとする。そうすると、このエネルギースペクトルの材質に
よる吸収率の相違から、欠陥部の材質の変化が検出される。

Ｘ線の線量は、Ｘ線管の管電流を制御したり、Ｘ線の照射または透過経路に金属フィル
タを設けたりして調整する。γ線の線量は、核物質の量及び金属フィルタを選択して調整
するが、選択は、１０ｋｅＶ乃至１０ＭｅＶの管理された市販の線源から選択する。

または、一方を線スペクトルのγ線、他方を制動Ｘ線で構成しても良い。γ線の線量は
、核物質の量及び金属フィルタを選択して調整するが、選択は、１０ｋｅＶ乃至１０Ｍｅ
Ｖの管理された市販の線源から選択する。

放射線源のエネルギースペクトル、線量の選定は、被測定材１材質、及び検出対象とす
る内部欠陥の異常部の材質によって予めサンプル材で検証して、後述する多チャンネル検
出器２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂから所定の検出感度が得られることを確認して設定
される。

次に、検出部２、３の信号処理の構成について、被測定材１の一方の端部を検出する放
射線源２１ａ、３１ａからの透過放射線検出の構成の場合について説明し、被測定材１の
他方の端部を検出する放射線源２１ｂ、３１ｂからの透過放射線検出の構成の場合につい
ては同じ構成であるので、その説明を省略する。

被測定材１を透過した透過放射線は、例えば、独立したアレイ状の多チャンネル検出器
２２ａ（３２ａ）と、この多チャンネル検出器２２ａ（３２ａ）からの信号を増幅するプ
リアンプ２３（３３）と、プリアンプ２３（３３）の出力を高速で走査して、各チャンネ
ルの信号をデジタル化するマルチプレクサ２４（３４）及びＡＤ変換回路２５（３５）と
から構成される。

多チャンネル検出器２２ａ（３２ａ）は、放射線を電気信号に変換する電離箱、または
放射線を光信号に変換するシンチレータと光信号を電気信号に変換するホトダイオードを
組み合わせしたものでも良い。

夫々のチャンネルの空間分解能は、電離箱の放射線入射される窓形状で決まるので、そ
の窓形状とピッチは、対象とする欠陥のサイズに近い形状が必要である。

通常、対象とする内部欠陥のサイズは１ｍｍφ以下の要求が多いので、５ｍｍφ以下の
空間分解能が必要とされる。しかしながら、空間分解能と検出感度は、相反する要素なの
で所定のＳ／Ｎ比を確保する可能な放射線のエネルギー強度（線量）を決定し、サンプル
による検出感度を検証して最小の空間分解能と、検査可能な被測定材の移動速度を設定す
る。

また、多チャンネル検出器２２ａ（３２ａ）からの検出信号は、被測定材１の移動する
単位長さ信号を発信する速度検出器４の単位長さΔｌの同期信号毎に、例えば、５ｍｍ毎
に多チャンネル検出器２２ａ（３２ａ）の全チャンネルの信号をＡＤ変換回路２５（３５
）でデジタル信号に変換する。

次に、トラッキング回路５は、被測定材１の移動方向で検出部３から距離Ｌの間隔を置
いて上流側に配置された検出部２からのＡＤ変換信号を、シフトレジスタで構成される遅
延回路によって、Ｌ／Δｌビット分遅延し、検出部３からの出力信号と測定位置が一致し
た信号とされる。

次に演算部６の構成と設定設定について、図３乃至図５を参照して説明する。図３は、
演算部６の構成を、図４は、後述する演算部６の補正テーブル６ａ１、６ｂ１の例を、ま
た、図５は演算部６の動作を説明する図である。図３において、演算部６は、多チャンネ
ル検出器２２ａ、３２ａの各チャンネルの検出感度を均一にするための感度補正回路６ａ
、６ｂと、補正された検出信号から欠陥信号を抽出する演算回路６ｃとから構成される。

感度補正回路６ａ（６ｂ）は、放射線源２１ａ、２１ｂ(３１ａ、３１ｂ)からの透過放
射線のエネルギー強度分布を補正するもので、図５（ｃ）に示す放射線源２１ａ、２１ｂ
(３１ａ、３１ｂ)らファンビームのエネルギー強度分布は、通常、図５（ｄ）に示す様に
、ガウス分布形状の山形になっているので、図５（ｆ）に示す様に、このエネルギー強度
分布と逆関数のゲイン特性値を有する補正値を補正テーブル６ａ、６ｂ１に格納して備え
ておく。

この補正値は、被測定材１の品質基準を示す基準材を検出部２（３）の測定位置に置い
て測定し、補正値を補正テーブルとして予め作成する。この補正テーブルは厚さや材質な
どの異なる製品の種類分の基準材で作成しておく。

図４は、その例を示すもので、多チャンネル検出器２２ａ（３２ａ）からの各チャンネ
ルのＡＤ変換回路２５（３５）の出力Ｖｏを測定し、その逆関数値に定数ｋを乗じて補正
値として感度テーブルに基準材１の品種毎に予め測定しておく。したがって感度補正され
た感度補正回路６ａと感度補正回路６ｂとの出力の差は、基準材においては同じ出力を示
すので、差は生じないことになる。

次に、このように構成、設定された欠陥検出装置の動作について、再び図５及び図６を
参照して説明する。図５（ａ）は、被測定材１で、同図（ｂ）の断面図に示すように、両
端部の一方に表面に凹凸をもつ表面疵ｄｓ、他方に内部欠陥ｄｉが発生している場合を図
示したものである。

夫々の表面疵ｄｓ、内部欠陥ｄｉは、同図（ｃ）に示す放射線源２１ａ、２１ｂから、
同図（ｄ）に示すようなガウス分布形状のエネルギー強度分布の放射線を照射され、被測
定材１を透過した放射線が同図（ｅ）に示すような直線上に並べられたアレイ状の多チャ
ンネル検出器２２ａ、２２ｂで検出される。

このとき、表面疵ｄｓは、多チャンネル検出器２２ａのチャンネルアドレスｎで検出さ
れ、内部欠陥ｄｉは多チャンネル検出器３２ａのチャンネルアドレスｍでの位置に存在し
ているとする。

多チャンネル検出器２２ａ、３２ａからの検出信号は、感度補正回路６ａでは、基準材
で測定した補正テーブル６ａ１の同図（ｆ）に示す補正値でゲイン補正され、同図（ｇ）
に示すような均一波高値の信号に補正される。

そして、被測定材１が下流に移動し、表面疵ｄｓ、内部欠陥ｄｉは検出部３の測定位置
に来ると、夫々多チャンネル検出器３２ａ、３２ｂで検出される。多チャンネル検出器の
３２ａ、３２ｂからの検出信号は検出部２と同様に、感度補正回路６ｂにおいて、補正テ
ーブル６ｂ１の補正値で補正され、同図ｈに示すような波高値が均一の出力となる。

このとき、表面疵ｄｓは材質の変化でなく凹凸の形状変化であるため、検出器２２ａと
検出器３２ａからの信号は同一の値を示す。ところが、基準材の材質と異なる介在物等の
内部欠陥ｄｉ部からの信号は、照射されたエネルギースペクトルが異なるため吸収率特性
が異なり、多チャンネル検出器２２ｂチャンネルｍと多チャンネル検出器３２ｂチャンネ
ルｍの出力は異なる値となる。

そのため、演算回路６ｃでは、トラッキング回路５で位置補正された感度補正回路６ａ
の出力と感度補正回路の６ｂの差の演算出力は、同図ｉに示すように、内部欠陥ｄｉ部の
みが差として検出され、表面疵ｄｓ部は検出信号レベルが同一であるため差が検出されな
い。

このようにして、感度補正された検出信号は、欠陥識別回路７において、演算部６で検
出された夫々の感度補正回路６ａ、６ｂで補正された欠陥部の信号、及び感度補正回路６
ａと感度補正回路６ｂとの差から検出された欠陥部の信号とを予め設定される夫々の欠陥
信号の判定値と比較して欠陥を抽出し、抽出された欠陥信号の発生パターンを論理判定し
て表面疵か内部欠陥かを欠陥判定部７で識別判定する。

この識別判定ロジックは、例えば、検出部１と検出部２いずれか、または双方で欠陥信
号が検出され、検出部１と検出部２の差演算の出力から欠陥信号が検出されないときは表
面疵と判定し、差演算の出力から欠陥信号が検出されたときは、内部欠陥と判定する。

以上述べた様に、本実施例１によれば、エネルギースペクトルの異なる検出部１、２か
らの検出信号を、基準材で校正した補正テーブルの補正値で補正演算し、その演算出力の
差を予め設定される内部欠陥の判定値と比較判定して内部欠陥の有無を判定し、検出部１
及び検出部２から欠陥信号が検出され、このとき内部欠陥が検出なければ、表面疵と識別
判定するようにしたので、表面疵と内部欠陥の検出を識別でき、且つ誤検出の恐れが少な
い薄鋼板の欠陥検出装置の提供が可能となる。

本発明は、上述したような各実施例に何ら限定されるものではなく、異なるエネルギー
スペクトルを選択使用することによって、被測定材が非金属場合においても、予め基準材
とする材質で補正テーブルを作成しておくことによって、非金属の表面疵と内部欠陥を同
時に識別処理して検出することが可能な欠陥検出装置を提供することができる。

本発明による欠陥検出装置の構成図。 本発明による欠陥検出装置の検出部の構成図。 異なる放射線源からのエネルギースペクトルの例の説明図。 感度補正回路の補正テーブルの例。 本発明による欠陥検出装置の動作を説明する図。

符号の説明

１ 被測定材
２、３ 検出部
４ 速度検出器
５ トラッキング回路
６ 演算部
６ａ、６ｂ 感度補正回路
６ａ１、６ｂ１ 補正テーブル
６ｃ 演算回路
７ 欠陥識別回路
２１ａ、２１ｂ 放射線源
３１ａ、３１ｂ 放射線源
２２ａ、２２ｂ 多チャンネル検出器
３２ａ、３２ｂ 多チャンネル検出器

Claims (6)

1. 異なるエネルギースペクトルを有する放射線源と多チャンネル検出器とを被測定材を挟
   み込むように対向配置して、被測定材幅方向の透過線量の変化を検出する多チャンネル検
   出器を有する検出手段を前記被測定材の移動方向で所定の間隔を置いて平行に並置した第
   １及び第２の検出手段と、
   前記被測定材の移動方向の上流に置かれる前記第１の検出手段の出力信号を前記第２の検
   出手段の出力信号の検出位置まで遅延するトラッキング処理手段と、
   前記第１の検出手段の出力信号と前記第２の検出手段の出力信号との差を求める演算手段
   と、
   前記第１及び前記第２の検出手段の出力信号を予め設定される第１の疵判定値と比較して
   欠陥信号の有無を判定し、前記演算手段の出力信号を予め設定される第２の判定値と比較
   して欠陥信号の有無を判定して、これらの欠陥信号の発生パターンから欠陥の存在が内部
   か表面かを識別する欠陥識別手段とを
   備え、
   前記被測定材に発生する表面疵と内部欠陥とを識別検出するようにしたことを特徴とする
   欠陥検出装置。
2. 前記放射線源は、夫々、異なるエネルギースペクトルを有する制動Ｘ線で構成したこと
   を特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
3. 前記放射線源は、一方が制動Ｘ線、他方がγ線で構成したことを特徴とする請求項１に
   記載の欠陥検出装置。
4. 前記演算手段は、前記第１及び前記第２の検出手段の検出感度が、前記被測定材の基準
   材で一致するように補正した補正テーブルを備えたことを特徴とする請求項１に記載の欠
   陥検出装置。
5. 前記欠陥識別手段は、前記演算手段の欠陥出力を内部欠陥と判定し、前記演算手段の欠
   陥出力がなく前記第1及び前記第２の検出手段の欠陥出力があったとき表面疵と判定する
   ようにしたことを特徴とする請求項1に記載の欠陥検出装置。
6. 前記多チャンネル検出器は、前記被測定材の幅方向の軸上に所定のピッチで並べられ、
   幅方向において同一位置に置かれた前記第１及び第２の検出手段の前記多チャンネル検出
   器の各チャンネルの出力信号の差を前記演算手段で求めるようにしたことを特徴とする請
   求項１に記載の欠陥検出装置。

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