JP2007271375A - 超音波探傷を用いた被探傷材の合否判定システムおよび合否判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被探傷材ごとの合否判定を容易かつ正確に実施できる新規な超音波探傷を用いた被探傷材の合否判定システムおよび合否判定方法の提供。
【解決手段】被探傷材Ｚの種類や材質などに関する情報を取得すると共に、その被探傷材Ｚごとに予め規定された内部疵の合否基準に関する情報を取得してから、被探傷材Ｚの内部疵の有無を探傷し、これらの情報に基づいてその被探傷材Ｚごとの合否を判定し、その判定結果をモニター上に表示する。これによって、検査員が介在することなく被探傷材Ｚごとの合否判定を容易かつ正確に実施できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、従来から多くの構造物や機械材料などの内部欠陥を非破壊検査するために用いられている超音波探傷方法に係り、特に、その超音波探傷を用いた被探傷材の合否判定システムおよび合否判定方法に関するものである。

係る超音波探傷は、一般にその探傷方式により垂直探傷法と斜角探傷法との２つに大別される。
垂直探傷法は、例えば図７に示すように被探傷材Ｚの探傷面に対して探触子Ｓから垂直に超音波ビームｂを入射するようにしたものであり、探傷面に超音波ビームｂを入射したときの表面エコーと共に所定時間経過後に比較的大きな底面エコーが検出されるといった特長がある。そして、図８に示すようにその被探傷材Ｚの内部に空隙や割れなどの内部欠陥Ｐがあると、入射された超音波ビームｂがその内部欠陥Ｐで反射してその表面エコーと底面エコーとの間に反射エコーが発生することから、その反射エコーの有無と位置および大きさなどを検出することでその被探傷材Ｚの内部欠陥Ｐの有無と位置および大きさなどを非破壊で検出することができるようになっている。なお、この被探傷材Ｚの底面が探傷面に対して平行でない場合、すなわち超音波ビームｂの入射角に対して直角でない場合は、被探傷材Ｚ内に入射された超音波ビームｂは探触子Ｓ側に戻らないため、その底面エコーは検出されないことはいうまでもない。

一方、斜角探傷法は、図９に示すように被探傷材Ｚの探傷面に対して探触子Ｓから斜め方向に超音波ビームｂを入射するようにしたものであり、通常その被探傷材Ｚの底面は超音波ビームｂの入射角に対して直角でないことからその被探傷材Ｚの内部に空隙や割れなどの内部欠陥Ｐがない場合には表面エコーのみが検出され、底面エコーは検出されないといった特長がある。

そのため、平板状の被探傷材Ｚなどに対しては、通常は垂直探傷法が多用されているが、探傷面が平滑でない溶接部などでは被探傷材Ｚの探傷面と探触子Ｓとを密着できないため、かかる場合は斜角探傷法が用いられることになる。
また、被探傷材Ｚの内部欠陥Ｐが表層部に存在するいわゆる表皮下疵である場合、垂直探傷法では、その表皮下疵に対する反射エコーが底面エコーと近接または融合してしまい、その底面に生じた表面疵なのか、あるいは表皮下疵なのか正確に判別できないため、この場合も通常は斜角探傷法が用いられることになる。

さらに、以下の特許文献１〜４などに示すように、被探傷材が断面円形の丸棒材であっては、内部疵のみならずその内部疵と表面疵とを正確に弁別するために垂直探傷法と斜角探傷法とを併用した超音波探傷も行われている。
特開昭５８−８５１５３号公報 特開昭５８−１３５９６０号公報 特開昭６３−３１４４６３号公報 特開２０００−４６８１３号公報

ところで、このような丸棒材などの被探傷材に対する超音波探傷検査を行った後は、その検査結果に基づいて被探傷材ごとに合否判定することになるが、その合否基準は被探傷材の使用目的や品質レベル、サイズ、材質などに応じて様々に異なっているため、一律に合否を判定するのは困難である。
例えば、超音波探傷検査対象となる被探傷材が丸棒材であって、その後、その表層部がグラインダーなどで研削されてから用いられるような場合では、仮にその丸棒材に許容範囲を超えるような内部疵があったとしても、その内部疵が最終的には研削されて除去されてしまうような表層部分に存在する場合には、その内部疵の存在は合否に影響せず、それを理由として不合格とする必要はない。

また、極めて高い信頼性や品質が要求されるような被探傷材と、そうでない被探傷材とでは合否基準が異なるため、同じような位置に同じような大きさの内部疵が存在していても合否結果が全く正反対になることは通常多々あることである。
そのため、実際には検査員がその被探傷材ごとに設定された合否基準を把握し、その合否基準と超音波検査結果とを照らし合わせてその被探傷材ごとに合否判定するようになっているため、その作業は容易でなく、また検査ミスや検査員ごとに検査結果にばらつきが起こるといった問題があった。

そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、被探傷材ごとの合否判定を容易かつ正確に実施できる新規な超音波探傷を用いた被探傷材の合否判定システムおよび合否判定方法を提供するものである。

前記課題を解決するために請求項１に記載の超音波探傷を用いた被探傷材の合否判定システムは、
超音波探傷を用いた被探傷材の合否判定システムであって、被探傷材の内部疵の有無を超音波によって探傷する超音波探傷手段と、当該超音波探傷手段によって超音波探傷される被探傷材に関する情報を取得する被探傷材情報取得手段と、前記超音波探傷手段によって超音波探傷される被探傷材ごとに予め規定された合否基準に関する情報を取得する合否基準情報取得手段と、前記超音波探傷手段による探傷結果に関する情報と前記被探傷材情報取得手段で取得された被探傷材に関する情報と前記合否基準情報取得手段で取得された合否基準に関する情報とに基づいて前記被探傷材の合否を判定する合否判定手段と、当該合否判定手段による判定結果を表示する判定結果表示手段とを備えたことを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の超音波探傷を用いた被探傷材の合否判定システムは、
請求項１に記載の超音波探傷を用いた被探傷材の合否判定システムにおいて、
前記超音探傷手段は、前記被探傷材が断面円形の丸棒材であるときは、斜角探傷方式によって当該丸棒材の内部疵の有無を探傷し、
前記合否判定手段は、前記合否基準情報取得手段で取得された合否基準に関する情報が当該丸棒材の内部疵の許容深さに関する情報であるときは、前記超音探傷手段で探傷された内部疵の位置情報に基づいて当該丸棒材の合否を判定するようになっていることを特徴とするものである。

一方、請求項３に記載の超音波探傷を用いた被探傷材の合否判定方法は、
被探傷材の内部疵の有無を超音波によって探傷し、その探傷結果に基づいて合否を判定する方法であって、前記被探傷材を超音波探傷するに際し、当該被探傷材ごとに予め規定された合否基準に関する情報を取得してから当該被探傷材に対する超音波探傷し、当該被探傷材に内部疵が検出されたときは、前記被探傷材ごとに予め規定された合否基準に関する情報に基づいて当該被探傷材の合否を判定するようにしたことを特徴とするものである。

また、請求項４に記載の超音波探傷を用いた被探傷材の合否判定方法は、
請求項３に記載の超音波探傷を用いた被探傷材の合否判定方法において、
前記被探傷材が断面円形の丸棒材であるときは、斜角探傷方式によって当該丸棒材の内部疵の有無を探傷し、
当該丸棒材ごとに予め設定された合否基準に関する情報が当該丸棒材の内部疵の許容深さに関するものであるときは、当該情報と前記内部疵の位置に関する情報とに基づいて当該丸棒材の合否を判定するようにしたことを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、被探傷材情報取得手段がその被探傷材の種類や材質などに関する被探傷材情報を取得すると共に、合否基準情報取得手段がその被探傷材ごとに予め規定された内部疵の合否基準に関する情報を取得してから、超音波探傷手段が被探傷材の内部疵の有無を探傷し、合否判定手段がこれら各手段で得られた各情報に基づいてその被探傷材ごとの合否を判定し、判定結果表示手段がその判定結果をモニター上などに表示することになる。

これによって、検査員が介在することなく被探傷材ごとの合否判定を容易かつ正確に実施できるため、検査ミスや検査員ごとに検査結果にばらつきが起こるといった不都合を回避することができる。
請求項２の発明によれば、被探傷材として丸棒材を対象とするときには、斜角探傷方式によって当該丸棒材の内部疵の有無を探傷するようになっているため、その内部疵と表面疵とを正確に弁別できると共に、合否基準に関する情報が当該丸棒材の内部疵の許容深さに関するものであるため、その丸棒材ごとの内部疵の深さを検出することでその丸棒材の合否判定を、検査員が介在することなく容易かつ正確に実施することができる。

請求項３の発明によれば、請求項１と同様に被探傷材ごとに予め被探傷材の合否基準やその材質などに関する情報を取得し、その情報に基づいて被探傷材の合否を判定するようにしたため、検査員が介在することなく被探傷材ごとの合否判定を容易かつ正確に実施することができる。
請求項４の発明によれば、請求項２と同様に、その内部疵と表面疵とを正確に弁別できると共に、その丸棒材の合否判定を、検査員が介在することなく容易かつ正確に実施することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面を参照しながら詳述する。
図１は、本発明に係る超音波探傷を用いた被探傷材の合否判定システム（以下、適宜「合否判定システム」という）１００の実施の一形態を示したものである。
図示するようにこの合否判定システム１００は、超音波探傷装置１０と、被探傷材情報読取装置２０と、合否基準情報読取装置３０と、合否判定器４０と、判定結果表示器５０とから主に構成されている。

先ず、この超音波探傷装置１０は、従来から多用されているいわゆる自動超音波探傷装置（ＡＵＴ）などから構成されており、例えば図９などに示したように被探傷材Ｚが断面円形の鋼製の丸棒材である場合は、斜角探傷法に基づいてその探触子Ｓから丸棒材Ｚに対して所定の波長の超音波ビームｂを斜め方向に入射すると共にその入射に対するエコーなどを検知し、そのエコーなどに関する探傷結果情報を図示しないケーブルや記憶媒体などのインターフェースを介して合否判定器４０側に出力するようになっている。

次に、被探傷材情報読取装置２０は、この超音波探傷装置１０による超音波検査対象となる被探傷材Ｚに関する情報、例えば、この被探傷材Ｚが丸棒材である場合は、個々の丸棒材の識別情報や外径、長さ、材質などに関する情報を取得し、取得した情報を図示しないケーブルや記憶媒体などのインターフェースを介して合否判定器４０側に出力するようになっている。

そして、この被探傷材情報読取装置２０として具体的には、例えば被探傷材Ｚに関する情報が被探傷材Ｚに付されたタグなどにバーコードで記録されているときはそのバーコードを光学的に読み取るバーコードリーダ、磁気テープなどに磁気的に記録されているときはその磁気情報を磁気的に読み取る磁気ヘッド、ＲＦＩＤタグのような無線ＩＣタグに記録されている場合は、無線ＩＣタグ専用の電磁波読取器などを用いることによって容易に実現することができる。

また、合否基準情報読取装置３０は、同じくこの超音波探傷装置１０によって超音波探傷される被探傷材Ｚごとに予め規定された合否基準に関する情報、例えば、被探傷材Ｚ内の内部疵Ｐの大きさ、疵の個数、密度、疵の種類などの許容範囲に関する情報の他、その被探傷材Ｚの表面を切削して用いる場合の切削厚さａなどに関する情報などを取得し、取得した情報を図示しないインターフェースを介して合否判定器４０側に出力するようになっている。

そして、この合否基準情報読取装置３０として具体的には、被探傷材情報読取装置２０と同様にバーコードリーダや磁気ヘッド、無線ＩＣタグ専用の電磁波読取器などを用いることによって容易に実現することができる。
合否判定器４０は、これら超音波探傷装置１０による探傷結果に関する情報と、前記被探傷材情報読取装置２０で読み取られた被探傷材Ｚに関する情報と、前記合否基準情報読取装置３０で読み取られた合否基準に関する情報とに基づいて前記被探傷材Ｚの合否を判定する機能を提供するようになっており、その具体的な判定方法については後に詳述する。

そして、この合否判定器４０として具体的には、例えば図２に示すようにＣＰＵ（中央処理装置）４１、ＲＡＭ（主記憶装置）４２、ＲＯＭ（読取専用記憶装置）４３、入出力インターフェース４４、バス４５などからなるパソコンなどの汎用の情報処理装置などを用いることによって容易に実現することができる。そして、同図に示すように、このインターフェース４４を介して前述した超音波探傷装置１０と、被探傷材情報読取装置（バーコードリーダ）２０と、合否基準情報読取装置（バーコードリーダ）３０と、次に述べる判定結果表示器５０が接続されており、超音波探傷装置１０と、被探傷材情報読取装置（バーコードリーダ）２０と、合否基準情報読取装置（バーコードリーダ）３０から入力される情報に基づいて被探傷材Ｚごとの合否を判定し、その判定結果をインターフェース４４を介して判定結果表示器５０に出力するようになっている。

判定結果表示器５０は、ＣＲＴ（陰極線管）やＬＣＤ（液晶ディスプレイ）などのいわゆるモニター装置であり、合否判定器４０による合否結果を単独であるいは所定の波形図と共に視覚的にあるいは音声などを伴って表示するようになっている。なお、この判定結果表示器５０は、別個新たに用意しても良いが、通常の超音波探傷装置１０の殆どには、ＣＲＴやＬＣＤなどのモニターが標準的に備わっているため、これをそのまま利用しても良い。

次に、このような構成をした合否判定システム１００を用いた合否判定方法の一例を主に図３のフローチャートおよび図４、図５の各模式図を参照しながら説明する。
なお、図４および図５に示すように、本実施の形態における超音波探傷検査で用いられる被探傷材Ｚは、鋼製の丸棒材であり、斜角探傷法によってその内部疵Ｐを探傷するようになっている。

先ず、図３のフローに示すように、最初のステップＳ１００においてその被探傷材Ｚの識別番号や外径、材質などに関する情報を取得すると共に、次のステップＳ１０２においてその被探傷材Ｚごとに予め設定されている合格基準に関する情報を取得する。
次に、このようにしてその被探傷材Ｚに関する情報およびその合格基準に関する情報を取得したならば、次のステップＳ１０４に移行してその被探傷材Ｚに対して有効な超音波探傷範囲を算出する。

例えば、図４および図５に示すように、半径ｒの断面円形の被探傷材Ｚに対する探触子Ｓからの超音波ビームｂの入射角が垂直および水平方向に対して斜め４５゜であって、その被探傷材Ｚの表層部が切削厚さａで切削されて用いられるような場合、有効な探傷範囲（深さ）は、図５に示すように、√２ｒ−√２ａということになる。
従って、例えば、その被探傷材Ｚの半径ｒが１００ｍｍであり、切削厚さａが１０ｍｍであったとすると、その探傷範囲は入射面から約１２７．５（約１４１．５−１４．１）ｍｍということになる（図５に示すように、切削厚さ≒ａと仮定した場合）。

そして、このようにしてその被探傷材Ｚごとの探傷範囲（深さ）を算出したならば、次のステップＳ１０６に移行してその被探傷材Ｚに対し、その探傷方向に実際に超音波を入射してその探傷検査を行い、その結果情報、具体的は図６に示すような波形情報（波形図）を取得し、その後、次のステップＳ１０８に移行してその波形情報に基づいてその被探傷材Ｚ内に所定レベルＬ以上の内部疵Ｐがあるか否かを判断する。なお、このような波形情報は１箇所のみならず被探傷材Ｚの全周および全長に亘って取得することはいうまでもない。

そして、この判断処理の結果、その被探傷材Ｚ内に所定レベルＬ以上の内部疵Ｐがないと判断したとき（Ｎｏ）は、ステップＳ１１４側に移行してその被探傷材Ｚは、「合格」であると判定することになるが、所定レベルＬ以上の内部疵Ｐがあると判断したとき（Ｙｅｓ）は、次のステップＳ１１０に移行してその検出された内部疵Ｐがステップ１０４で算出した有効探傷範囲内に存在しているか否かを判断する。

この判断処理の結果、検出された内部疵Ｐが有効探傷範囲でない（Ｎｏ）、すなわち後に切削除去される表層部に位置する表皮下疵であると判断したときは、ステップＳ１１４側に移行してその被探傷材Ｚは、「合格」であると判定することになるが、検出された内部疵Ｐが有効探傷範囲内に存在する（Ｙｅｓ）と判断したときは、ステップＳ１１２側に移行してその被探傷材Ｚは、その内部疵Ｐの存在を理由に「不合格」であると判定することになる。

例えば、図６に示すように超音波探傷検査の結果、所定レベルＬ以上の欠陥エコーが検出されたとしても、その欠陥エコーの発生位置が本発明で先に設定した有効探傷範囲の外側であるときは、「合格」と判定することになる。
そして、このようにしてその被探傷材Ｚに対する合否判定結果が出たならば、最後のステップＳ１１６に移行してその合否判定結果をモニター上に表示して検査員に報知して処理を終了することになる。

このように本発明の合否判定システムおよび合否判定方法は、その被探傷材Ｚの種類や材質などに関する情報を取得すると共に、その被探傷材Ｚごとに予め規定された内部疵Ｐの合否基準に関する情報を取得してから、被探傷材Ｚの内部疵Ｐの有無を探傷し、これらの情報に基づいてその被探傷材Ｚごとの合否を判定し、その判定結果をモニター上に表示するようにしたため、検査員が介在することなく被探傷材Ｚごとの合否判定を容易かつ正確に実施できる。

これによって、多種多様な被探傷材Ｚに関する超音波検査の作業効率が向上すると共に、検査ミスや検査員ごとに検査結果にばらつきが起こるといった不都合を回避することができる。
なお、図３に示したステップＳ１０８からステップＳ１１４の処理は、前述したように被探傷材Ｚの全周および全長に亘る全体の超音波探傷情報が得られてからまとめて行うようにしても良いが、１回ごとに得られる超音波探傷情報に基づいて行うようにすれば、不合格となる内部疵Ｐが発見された時点で超音波探傷検査を終了することができるため、それ以降の超音波探傷検査を省略することが可能となる。

また、本実施の形態では、被探傷材Ｚごとの合格基準に関する情報を超音波探傷検査を行うごとにその被探傷材Ｚに付されたタグなどを読み取ることで取得するようにしたが、これら被探傷材Ｚごとの合格基準をハードディスクなどの外部記憶装置などに予めまとめて記憶させておき、被探傷材Ｚに関する情報が取得されると同時に自動的にその情報がハードディスクからＲＡＭ４２に読み込まれてＣＰＵ４１による探傷範囲の算出などに利用されるようにしても良い。

また、前記課題を解決するための手段の欄に記載した請求項１などの発明における「超音波探傷手段」は、本実施の形態に係る「超音波探傷装置１０」に対応し、「被探傷材情報取得手段」は、本実施の形態に係る「被探傷材読取装置２０」に対応し、「合否基準情報取得手段」は、本実施の形態に係る「合否基準情報読取装置３０」に対応するものである。
また、同様に請求項１などの発明における「合否判定手段」は、本実施の形態に係る「合否判定器４０」に対応し、「判定結果表示手段」は、本実施の形態に係る「判定結果表示器５０」に対応するものである。

本発明に係る超音波探傷を用いた被探傷材の合否判定システムの実施の一形態を示すブロック図である。 本発明に係る超音波探傷を用いた被探傷材の合否判定システムを情報処理装置を用いて実現した際のハードウェア構成図である。 本発明に係る超音波探傷を用いた被探傷材の合否判定方法の処理の流れの一例を示したフローチャート図である。 本発明に係る被探傷材の探傷方法の一例を示した模式図である。 図４中Ａ部を示す部分拡大図である。 図４に示すように斜角探傷法によって得られる波形図の一例を示したものである。 （Ａ）は、内部疵が存在しない丸棒材を垂直探傷法によって探傷した際の模式図の一例を示したものであり、（Ｂ）はその波形図の一例を示したものである。 （Ａ）は、内部疵が存在する丸棒材を垂直探傷法によって探傷した際の模式図の一例を示したものであり、（Ｂ）はその波形図の一例を示したものである。 （Ａ）は、内部疵が存在しない丸棒材を斜角探傷法によって探傷した際の模式図の一例を示したものであり、（Ｂ）はその波形図の一例を示したものである。 （Ａ）は、内部疵が存在する丸棒材を斜角探傷法によって探傷した際の模式図の一例を示したものであり、（Ｂ）はその波形図の一例を示したものである。

符号の説明

１００…合否判定システム
１０…超音波探傷装置（超音波探傷手段）
２０…被探傷材情報読取装置（バーコードリーダ、被探傷材情報取得手段）
３０…合否基準情報読取装置（バーコードリーダ、合否基準情報取得手段）
４０…合否判定器（情報処理装置、合否判定手段）
４１…ＣＰＵ
４２…ＲＡＭ
４３…ＲＯＭ
４４…インターフェース
４５…バス
５０…判定結果表示器（モニター、判定結果表示手段）
Ｐ…内部疵（内部欠陥、表皮下疵）
Ｓ…探触子
Ｚ…被探傷材（丸棒材）
ｂ…超音波ビーム

Claims (4)

1. 超音波探傷を用いた被探傷材の合否判定システムであって、
   被探傷材の内部疵の有無を超音波によって探傷する超音波探傷手段と、
   当該超音波探傷手段によって超音波探傷される被探傷材に関する情報を取得する被探傷材情報取得手段と、
   前記超音波探傷手段によって超音波探傷される被探傷材ごとに予め規定された合否基準に関する情報を取得する合否基準情報取得手段と、
   前記超音波探傷手段による探傷結果に関する情報と前記被探傷材情報取得手段で取得された被探傷材に関する情報と前記合否基準情報取得手段で取得された合否基準に関する情報とに基づいて前記被探傷材の合否を判定する合否判定手段と、
   当該合否判定手段による判定結果を表示する判定結果表示手段とを備えたことを特徴とする超音波探傷を用いた丸棒材の合否判定システム。
2. 請求項１に記載の超音波探傷を用いた被探傷材の合否判定システムにおいて、
   前記超音波探傷手段は、
   前記被探傷材が断面円形の丸棒材であるときは、斜角探傷方式によって当該丸棒材の内部疵の有無を探傷し、
   前記合否判定手段は、
   前記合否基準情報取得手段で取得された合否基準に関する情報が当該丸棒材の内部疵の許容深さに関する情報であるときは、前記超音探傷手段で探傷された内部疵の位置情報に基づいて当該丸棒材の合否を判定するようになっていることを特徴とする超音波探傷を用いた丸棒材の合否判定システム。
3. 被探傷材の内部疵の有無を超音波によって探傷し、その探傷結果に基づいて合否を判定する方法であって、
   前記被探傷材を超音波探傷するに際し、当該被探傷材ごとに予め規定された合否基準に関する情報を取得してから当該被探傷材に対する超音波探傷し、当該被探傷材に内部疵が検出されたときは、前記被探傷材ごとに予め規定された合否基準に関する情報に基づいて当該被探傷材の合否を判定するようにしたことを特徴とする超音波探傷を用いた被探傷材の合否判定方法。
4. 請求項３に記載の超音波探傷を用いた被探傷材の合否判定方法において、
   前記被探傷材が断面円形の丸棒材であるときは、斜角探傷方式によって当該丸棒材の内部疵の有無を探傷し、
   当該丸棒材ごとに予め設定された合否基準に関する情報が当該丸棒材の内部疵の許容深さに関するものであるときは、当該情報と前記内部疵の位置に関する情報とに基づいて当該丸棒材の合否を判定するようにしたことを特徴とする超音波探傷を用いた被探傷材の合否判定方法。

Images