JP2007309690A - 探傷方法および探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】断面円形で周面が螺旋状に研磨などされた被検査材における各種の表面疵を確実に検出できる探傷方法、およびこれに用いる探傷装置を提供する。
【解決手段】断面円形で表面（周面）が螺旋状に研磨または研削された被検査材Ｗの探傷方法であって、係る被検査材Ｗの検査ラインＬにおいて、法超音波探傷法、渦流探傷法、および光学式撮像手段を用いる表面疵探傷を連続して行う、探傷方法。また、上記被検査材Ｗの検査ラインＬに沿って隣接して配置した、超音波探傷装置２、渦流探傷装置１０、およびＣＣＤカメラ（光学式撮像手段）２２を用いる表面疵探傷装置２０と、係る３つの探傷装置２，１０，２０と接続されたシーケンサ（信号処理手段）３０と、を含む、探傷装置１も含まれる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ダイスなどにより所定の直径である円形断面に一次加工された棒鋼などに対し、例えば、その表面に施される研磨などの二次加工により生じる表面疵などを、確実に検出するための探傷方法およびこれに用いる探傷装置に関する。

例えば、耐熱鋼（ＪＩＳ：ＳＵＨ鋼種）からなる円柱形の素材を、ダイスに複数回通して徐々に縮径することで、所定の直径である円形断面に一次加工された棒鋼は、その表面を平滑にするなどのため、例えば、センターレスグランイダによる研磨や刃物による表面研削（ピーリング）などの二次加工が更に施される。
上記研磨や表面研削に伴って、棒鋼の表面（周面）に、螺旋方向に沿って幅や深さが数μｍ〜１０数μｍ程度の極めて微細な加工疵（表面疵）が生じることがある。係る表面の加工疵を検出するため、二次加工された棒鋼を、目視により検査すると共に、更に特定の表面部分については、指先による触診（触爪）を行っている。このため、検査効率が低下し易いと共に、鋼種や二次加工の条件が変更されるごとに、検査精度にバラツキを生じるおそれがある、という問題があった。

前記微細な加工疵を検出するため、外周面を円周方向に沿って研磨された被検査材に対し、その軸芯に直角な方向から乳白色拡散板を介して斜方照明し、係る照明光の反射方向に配置したＣＣＤカメラにより、上記被検査材の外周面の照明反射部分を撮影し、その画像により表面欠陥を検出する表面検査方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
上記表面検査方法によれば、ステンレス鋼管において直径５０μｍで且つ深さ２０μｍの表面欠陥（表面疵）を検出できたことが特許文献１に記載されている。
しかしながら、上記表面検査方法では、前述した二次加工による幅や深さが数μｍ〜１０数μｍ程度の極めて微細な加工疵を検出できないおそれがある。更に、上記直径や深さとは異なる形態の表面疵を確実に検出しにくかったり、被検査材の内部欠陥を連続して検査できないため、別の検査ラインを設置し且つ係るラインにまで搬送する必要があり、検査効率が低下する、という問題があった。

特開平４−１２２８３９号公報（第１〜４頁、図１）

本発明は、背景技術において説明した問題点を解決し、断面円形で周面（表面）が螺旋状に研磨などされた被検査材における各種の表面疵などを確実に検出できる探傷方法、およびこれに用いる探傷装置を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、異なる種類の表面探傷法を連続して行えるように、これらの探傷装置を被検査材の同じ検査ラインに隣接して配置する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の探傷方法（請求項１）は、断面円形で周面が螺旋状に研磨または研削された被検査材の探傷方法であって、前記被検査材の検査ラインにおいて、渦流探傷法および光学式撮像手段を用いる表面疵探傷法を連続して行う、ことを特徴とする。

これによれば、例えば、幅や深さが約５０μｍ以上の表面疵は、渦流探傷法および光学式撮像手段を用いる表面疵探傷法の双方によって検出できると共に、幅や深さが約２０μｍ未満の表面疵については、光学式撮像手段を用いる表面疵探傷法によって、同じ検査ラインで確実に検出することができる。従って、検査精度および検査効率を高めることが可能となる。
尚、前記被検査材には、各種直径または線径の棒鋼や線材などが含まれる。
また、前記渦流探傷法には、例えば、相互誘導形自己比較方式が用いられる。
更に、前記光学式撮像手段には、例えばＣＣＤカメラが用いられ、これを用いる前記表面疵探傷法は、上記カメラで撮られた撮像を画像処理および信号処理するものである。加えて、前記「連続して」とは、可及的に少ない間隔で２つの探傷法を続けて行うことを意味している。

また、本発明には、前記渦流探傷法および光学式撮像手段を用いる表面疵探傷法の前、間、あるいは後で、超音波探傷法を、前記検査ラインにおいて連続して行う、探傷方法（請求項２）も含まれる。
これによれば、前記広範囲の表面疵を検出すると共に、渦流探傷法および光学式撮像手段を用いる表面疵探傷法の前・後、または、これらの中間で、被検査材の内部欠陥を、同じ検査ラインで併せて検出することができる。従って、検査精度および検査効率を一層高めることが可能となる。
尚、超音波探傷法には、垂直探傷法および斜角探傷法を含むギャップ法のほか、垂直探傷法および斜角探傷法が可能な局部水浸法なども含まれる。

一方、本発明の探傷装置（請求項３）は、断面円形で周面が螺旋状に研磨または研削された被検査材の探傷装置であって、被検査材の検査ラインに沿って隣接して配置した渦流探傷装置、および光学式撮像手段を用いる表面疵探傷装置と、上記２つの探傷装置と接続された信号処理手段と、を含む、ことを特徴とする。
これによれば、同じ検査ラインに沿って、渦流探傷装置と光学式撮像手段を用いる表面疵探傷装置とを隣接して配置している共に、これらにより得られた２種類の信号が共通の信号処理手段に接続されている。このため、２種類の探傷装置によって各種サイズの表面疵を確実に検出できると共に、それらの結果に基づき、共通の信号処理手段によって、表面疵の有無を判別することができる。従って、比較的少ない装置構成によって、被検査材の表面疵を精度良く確実に検出できると共に、検査ラインに要するスペースを低減することも可能となる。

尚、光学式撮像手段を用いる表面疵探傷装置は、前記ＣＣＤカメラのほか、被検査材の表面にエアを吹き付けるブロワや、被検査材の表面を照射する光源を有する照明ライトなどを備えている。
また、前記検査ラインは、断面ほぼＶ字形の溝を有する無端ベルトと、係る無端ベルトの上記溝内を軸方向に沿って送給される被検査材の上側の周面に接触する平坦な断面板形状の無端ベルトと、を備えている。
更に、前記信号処理手段には、シーケンサ、コントローラ、あるいは、パソコンを含むコンピュータなどなどが含まれ、２種類の探傷装置ごとによる表面疵の有無を所定のしきい値と判別する機能や係る結果を出力する機能を備えている。

また、本発明には、前記渦流探傷装置、および光学式撮像手段を用いる表面疵探傷装置のほかに、更に、前記被検査材の検査ラインに沿って超音波探傷装置を、上記渦流探傷装置および上記表面疵探傷装置の少なくとも一方に隣接して配置すると共に、上記超音波探傷装置も前記信号処理手段に接続されている、探傷装置（請求項４）も含まれる。
これによれば、前記広範囲の表面疵および内部欠陥の双方を同じ検査ラインで連続して検出できると共に、渦流探傷装置や光学式撮像手段を用いる表面疵探傷装置に隣接して、超音波探傷装置を同じ検査ラインに配置しているため、検査効率を高め、且つ検査ラインのスペースを低減することも可能となる。
尚、上記超音波探傷装置には、ギャップ法における垂直探傷法および斜角探傷法の少なくとも一方に用いるアレイ探触子、あるいは局部水浸法に用いる水室およびアレイ探触子が含まれている。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明の探傷装置１を含む検査ラインＬの概略を示す側面図である。
検査ラインＬは、図１で左右方向に沿って直線状に配置された複数の搬送コンベアＫ１〜Ｋ３と、コンベアＫ１の上方に対向して配置したピンチコンベアＫ４と、を備えている。係る搬送コンベアＫ１〜Ｋ３とピンチコンベアＫ４とは、複数のローラｒとこれらの外周に沿って巻き付けた無端ベルトｖ，ｖ０とからなる。
図１の左上方の断面図で示すように、搬送コンベアＫ１〜Ｋ３の無端ベルトｖは、外周面の中央部に断面ほぼＶ字形の溝ｇを有し、ピンチコンベアＫ４の無端ベルトｖ０は、断面がほぼ平板形状である。そして、表面疵などの有無を検査すべき被検査材Ｗを無端ベルトｖの溝ｇに挿入・支持しつつ、係る被検査材Ｗを無端ベルトｖ０の外周面で挟み込むことで、当該被検査材Ｗを非回転としつつ、その軸方向（図１で左右方向）に沿って、一定の速度で搬送可能としている。

被検査材Ｗは、例えば、耐熱鋼（ＳＵＨ鋼種）からなり、複数のダイスを通して伸線加工（一次加工）されることで、直径が約７〜１０ｍｍの断面円形を呈する長尺な棒鋼である。係る被検査材Ｗは、表面のスケールなど除去するため、図示しないセンタレスグラインダによる研磨、あるいは回転する複数の刃物による表面研削（ピーリング）などの二次加工を周面全体に螺旋状に施されている。
上記二次加工により直径が約６〜９ｍｍとなった際に、図１に示すように、被検査材Ｗの軸方向に沿って順次加工された跡である螺旋形状の筋ｙが表面（周面）に現れることがある。係る螺旋形状の筋ｙは、極く僅かな凹凸に基づく光沢による場合と、上記二次加工の際に、被検査材Ｗの表面に新たに形成された表面疵に基づく場合とがある。尚、被検査材Ｗの内部には、上記耐熱鋼の溶製材に含まれていたり、係る溶製材を一次加工した際に生じた内部欠陥（例えば、非金属介在物や空孔）が含まれている場合もある。

図１に示すように、探傷装置１は、被検査材Ｗの検査ラインＬに沿って隣接して配置した超音波探傷装置２、渦流探傷装置１０、および光学式撮像手段２２を用いる表面疵探傷装置２０と、これらと個別に接続されたシーケンサ（信号処理手段）３０とを備えている。
超音波探傷装置２は、図１に示すように、検査ラインＬ沿って隣接して配置したギャップ法による垂直探傷法用のアレイ探触子（プローブ）３、および斜角探傷法用のアレイ探触子（プローブ）４と、これらを制御するコントローラ９と、係るコントローラ９の操作盤ｋ１とを備えている。
上記アレイ探触子３，４は、図２，図３に示すように、底面が開口する箱形のケース５、その内側に流水路５ａを介して内蔵された圧電体６、および係る圧電体６の底面に突設された複数の圧電素子７を備えている。ケース５にはホース８が接続され、係るホース８から給水された水は、流水路５ａを経て複数の圧電素子７の先端面側に回り込み、被検査材Ｗの表面ｆとの間に水膜（図示せず）を形成する。

垂直探傷法用のアレイ探触子３では、図２中の細い矢印の長さで示すように、圧電素子７ごとから１秒間に例えば１０００回程度発信する複数の超音波ｈを、被検査材Ｗの表面ｆに同時に到達するように発信のタイミングを制御している。図２中の一点鎖線の矢印で示すように、複数の超音波ｈは、表面ｆから被検査材Ｗの内部に直角に入射する。係る複数の超音波ｈは、互い干渉せず且つ合成された単一の超音波（Ｈ）となって、被検査材Ｗの中心部付近に伝搬する。係る伝搬の過程で、上記超音波が被検査材Ｗの内部欠陥（図示せず）に達すると、当該内部欠陥による反射エコーが複数の圧電素子７とコントローラ９を経て、前記シーケンサ３０に送信される。因みに、被検査材ＷがＳＵＨ鋼種からなり、センタレスグラインダで表面が研磨された直径が約７ｍｍの棒鋼の場合で、且つ内部欠陥が非金属介在物の場合、約数１０μｍのサイズのものが検出された。

一方、斜角探傷法用のアレイ探触子４では、図３中の細い矢印の長さで示すように、圧電素子７ごとから前記頻度で発信する複数の超音波ｈごとの発信タイミングをずらすことで、複数の超音波ｈが被検査材Ｗの表面ｆに同時に到達する。図３中の一点鎖線の矢印で示すように、複数の超音波ｈは、被検査材Ｗの表面ｆから斜めに内部に入射し、互い干渉せず且つ合成された単一の超音波Ｈとなり、当該被検査材Ｗの表面ｆに反射しつつ、被検査材Ｗ内の表層付近に伝搬する。係る伝搬の過程で、超音波が被検査材Ｗの内部欠陥（図示せず）に達すると、前記同様に前記シーケンサ３０に送信される。

シーケンサ３０では、斜角探傷法用のアレイ探触子３，４からの欠陥を含む反射エコーの信号を受信すると、例えば、係る信号の周波数と記録部に格納された周波数のしきい値とが比較され、許容公差の範囲内であるか否かを判別して記録すると共に、例えばモニタ３２に表示される。
尚、超音波探傷装置２において、垂直探傷法用のアレイ探触子３と斜角探傷法用のアレイ探触子４との配置を互いに逆にしても良い。あるいは、単一のアレイ探触子によって、垂直探傷法と斜角探傷法とを交互に行うようにしても良い。

前記超音波探傷装置２のアレイ探触子３，４による垂直探傷法と斜角探傷法とを受けた被検査材Ｗは、図１に示すように、検査ラインＬに沿って送給され、渦流探傷装置１０側に送られる。係る渦流探傷装置１０は、被検査材Ｗの表面ｆに接近して配置したプローブＰと、係るプローブＰを制御するコントローラ１２と、係るコントローラ１２の操作盤ｋ２とを備えている。
プローブＰは、図４に示すように、軟磁性材からなる円柱形のコアＣと、係るコアＣの基端側に巻き付けた励磁コイルｃ３と、係るコアＣの先端面から軸方向に沿って形成されたスリットｓと、係るスリットｓを挟んだコアＣの２つの先端部に互いに逆向きに巻き付けた一対の検出コイルｃ１，ｃ２と、を備えている。

図４に示すように、被検査材Ｗの表面ｆに先端面が接近するように配置したプローブＰにおいて、交流電流を上記励磁コイルｃ３に通電すると、係る励磁コイルｃ３の軸心方向に沿って形成される磁界に基づく電磁誘導作用により、対向する被検査材Ｗの表面ｆに渦電流が流れる。
被検査材Ｗの表面ｆにおいて、表面疵がない部分では、ほぼ同心円状の渦電流（図示せず）が形成され、係る渦電流も被検査材Ｗの表面ｆ付近で新たな磁界を形成するため、一対の検出コイルｃ１，ｃ２に誘導電流を生じさせる。この際、係る検出コイルｃ１，ｃ２の両端ごとに生じる電圧ｖ１，ｖ２の値は、互いに等しくなる。係る電圧ｖ１，ｖ２の信号は、コントローラ１２を経て、前記シーケンサ３０に送信され、互いに比較されることで、表面疵のないことが検出される。

一方、図４に示すように、被検査材Ｗの表面（周面）ｆに表面疵ｋがある部分では、係る表面疵ｋを迂回するように窪んだ形の渦電流ｅが形成される。この際、係る渦電流ｅの窪んだ部分に接近する検出コイルｃ２と、比較的離れて位置する検出コイルｃ１とに個別に誘導される２つの電流および電圧ｖ２，ｖ１は、互いに相違したものとなる。係る電圧ｖ２，ｖ１の値の信号は、コントローラ１２を経て、前記シーケンサ３０に送信され、両者の差が記録部に格納されたしきい値と比較される。そして、電圧ｖ１，ｖ２の差が、許容公差の範囲内であるか否かを判別して記録されると共に、例えば、前記モニタ３２に表示される。
因みに、以上のような渦流探傷装置１０では、被検査材ＷがＳＵＨ鋼種からなり、センタレスグラインダで表面が研磨された直径が約７ｍｍの棒鋼の場合、幅や深さが約数１０μｍの表面疵ｋを検出することが可能であった。また、渦流探傷装置１０は、複数のプローブＰを被検査材Ｗの周囲に対称に配置したり、あるいは、係る複数のプローブＰを図示しない回転テーブルに配置し、係る回転テーブルの中心部に被検査材Ｗが通過する貫通孔を設けても良い。

前記超音波探傷装置２による垂直探傷法および斜角探傷法と、前記渦流探傷装置１０による渦流探傷法とを受けた被検査材Ｗは、図１に示すように、検査ラインＬに沿って送給され、ＣＣＤカメラ（光学式撮像手段）２２を用いる表面疵探傷装置２０側に送られる。係る表面疵探傷装置２０は、検査ラインＬに沿って配置されたエアブロワ２３、ＣＣＤカメラ２２、および照明ライト２５を備えている。上記エアブロワ２３は、送風機２４から送給されたエアを被検査材Ｗの表面ｆに吹き付け、塵埃などを除去することで、誤った画像の撮影を防いでいる。また、ＣＣＤカメラ２２の焦点軸は、被検査材Ｗの径方向に沿うように配置され、表面疵を含む被検査材Ｗの表面ｆの画像を撮影する。

更に、図１に示すように、照明ライト２５は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源とし、被検査材Ｗの表面ｆに対し、斜めに光を照射することで、表面疵を含む被検査材Ｗの表面ｆの画像に陰影（濃度）を与えている。係る照明ライト２５には、電源２７からの電流が変圧器２６を介して給電されている。係る変圧器２６、上記ＣＣＤカメラ２２、およびエアブロワ２３の送風機２４は、これらを制御するコントローラ２８に接続され、係るコントローラ２８は、これを操作する操作盤ｋ３とモニタ２９とを備えると共に、前記シーケンサ３０とも接続されている。
表面疵探傷装置２０では、図５に示すように、前記検査ラインＬに沿って送給された被検査材Ｗの表面ｆに対し、エアブロワ２３からエアを吹き付けて、付着していた塵埃を除去した後、照明ライト２５から照射された光が反射する当該被検査材Ｗの表面ｆを、ＣＣＤカメラ２２により連続して撮影する。

ＣＣＤカメラ２２では、図６に示すように、検査可能な視野の範囲内において、被検査材Ｗの移動方向と直角なサイズＳｙおよび平行なサイズＳｘを有する多数のセグメント（検査枠）Ｓとして、順次撮影される。各セグメントＳは、前後に隣接するセグメントＳｎとの間で、互いに被検査材Ｗの移動方向に４分の１（ａ〜ｄ）ずつ重複している。例えば、図６では、左端のセグメントＳ１と右端のセグメントＳ５との間に３つのセグメントＳ２〜Ｓ４が４分の１ずつ重複しつつ撮影される。この際、互いに隣接し合うセグメントＳ１，Ｓ２〜Ｓ４，Ｓ５ごとの４組のセグメント間の平均濃度（輝度）を計測した後、最大と最少との濃度差を演算する。係る濃度差と予め決定された表面疵のしきい値とを比較（信号処理）し、濃度差の値がしきい値以上であった場合、当該濃度差が撮像されたセグメントＳｎ，Ｓｎ＋１の組に表面疵があることが記録される。

前記計測、演算、および比較は、前記コントローラ２８において行われると共に、例えば、表面疵があった表面（部分）ｆについては、前記モニタ２９にも表示される。尚、係る計測、演算、および比較処理の一部または全部は、コントローラ２８を介して、前記シーケンサ３０において行うようにしても良い。
因みに、以上のような表面疵探傷装置２０では、被検査材ＷがＳＵＨ鋼種からなり、センタレスグラインダで表面が研磨された直径が約７ｍｍの棒鋼である場合、幅や深さが約１０μｍの表面疵を検出することができた。
また、ＣＣＤカメラ２２を用いる表面疵探傷装置２０は、検査ラインＬに沿って被検査材Ｗの異なる径方向に沿って、複数個を併設することにより、被検査材Ｗの全表面（全周面）における表面疵を確実に検出することが可能となる。

以上のような探傷装置１およびこれを用いた探傷方法によれば、被検査材Ｗの断面内における各種の位置に内在する内部欠陥の検出と共に、係る被検査材Ｗの表面ｆに研磨などの二次加工により形成された約１０〜数１０μｍの表面疵ｋの検出も、連続して精度良く行うことが可能となる。しかも、単一の検査ラインＬにおいて、上記内部欠陥および表面疵の双方を検出できるため、検査用のスペースや検査ライン間の搬送作業を省略することも可能となる。更に、前記シーケンサ３０は、超音波探傷装置２、渦流探傷装置１０、および表面疵探傷装置２０と接続されており、前記内部欠陥や表面疵の有無を比較・判別する信号処理を、単一のシーケンサ３０で行えるので、設備コストを低減することも可能である。

本発明は、以上において説明した形態に限定されるものではない。
例えば、前記検査ラインＬに沿って配置する前記超音波探傷装置２、渦流探傷装置１０、および表面疵探傷装置２０の配置順序は、任意に変更しても良い。
また、前記超音波探傷装置２において、ギャップ法用の前記アレイ探触子３，４に替えて、局部水浸法用のアレイ探触子を用いても良い。
更に、前記シーケンサ３０として挙げた信号処理手段は、コントローラやパソコンなどのコンピュータに置き換えても良い。

本発明の探傷装置の概略を示す側面図。 上記探傷装置中の超音波探傷装置およびその垂直探傷法を示す概略図。 上記超音波探傷装置の斜角探傷法を示す概略図。 前記探傷装置中の渦流探傷装置および渦流探傷法を示す概略図。 前記探傷装置中の表面疵探傷装置およびその探傷法を示す概略図。 上記表面疵探傷法の撮像ステップを示す概略図。

符号の説明

１……探傷装置
２……超音波探傷装置
１０…渦流探傷装置
２０…表面疵探傷装置
２２…ＣＣＤカメラ（光学式撮像手段）
３０…シーケンサ（信号処理手段）
Ｌ……検査ライン
Ｗ……被検査材
ｆ……表面（周面）

Claims (4)

1. 断面円形で周面が螺旋状に研磨または研削された被検査材の探傷方法であって、
   上記被検査材の検査ラインにおいて、渦流探傷法および光学式撮像手段を用いる表面疵探傷法を連続して行う、
   ことを特徴とする探傷方法。
2. 前記渦流探傷法および光学式撮像手段を用いる表面疵探傷法の前、間、あるいは後で、超音波探傷法を、前記検査ラインにおいて連続して行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の探傷方法。
3. 断面円形で周面が螺旋状に研磨または研削された被検査材の探傷装置であって、
   上記被検査材の検査ラインに沿って隣接して配置した渦流探傷装置、および光学式撮像手段を用いる表面疵探傷装置と、
   上記２つの探傷装置と接続された信号処理手段と、を含む、
   ことを特徴とする探傷装置。
4. 前記渦流探傷装置、および光学式撮像手段を用いる表面疵探傷装置のほかに、更に、前記被検査材の検査ラインに沿って超音波探傷装置を、上記渦流探傷装置および上記表面疵探傷装置の少なくとも一方に隣接して配置すると共に、
   上記超音波探傷装置も前記信号処理手段に接続されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の探傷装置。
   

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