JP2009058238A - 欠陥検査方法および装置 - Google Patents

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Minoru Matsui
穣 松井
Yukimichi Iizuka
幸理 飯塚
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Jfe Steel Kk
Jfeスチール株式会社
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Abstract

【課題】被検査材の表面を手入れすることなく、表面粗さが大きく、表面に凹凸をもつ被検査材の欠陥を検出する欠陥検査方法および装置を提供することを目的とする。
【解決手段】被検査材の表面状態情報をもとに、超音波探傷して得られた探傷結果から被検査材の非平坦部位置のデータを除去して、被検査材の欠陥検査情報とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、表面粗さが大きく、表面に凹凸をもつ被検査材の欠陥を検出するための欠陥検査方法および装置に関するものである。
鉄鋼製品(捧、板、管など)内部や表面の欠陥探傷の一つに、超音波探傷法が使われている。一般的に良く知られている超音波探傷方法は垂直パルスエコー法であり、この垂直パルスエコー法は一つの超音波探触子と被検査材とを油や水で音響結合して、超音波探触子から被検査材内部に垂直に超音波を送信し、内部に存在する欠陥で反射したエコーを超音波探触子で受信する方法である。この方法は被検査材の肉厚中央部は十分に探傷することができるが、ごく表層部については、水を介して検査する方法では被検査材表面で反射したエコーの幅(表面エコー幅)が不感帯(探傷不可能領域)となる。
被検査材の検査は、全長・全幅・全断面を検査することが理想的であり、その為、少しでも被検査材の表面直下近傍から探傷しようとすると、この不感帯の直後から欠陥を検出するためのゲートを設置して探傷しなければならない。このとき、被検査材に凹みがあると、この不感帯にある表面エコーが探傷ゲートに紛れこみ、誤った欠陥指示が出力されることになる。
実際、被検査材は表面が平坦なものばかりではなく、平坦部の平均表面粗さに比べて、その表面が粗く、大きな凹凸の非平坦部を持つものが多い。たとえば、厚板や継目無管などは圧延などの工程で、表面にスケールなどが押し込まれたことによる凹み(凹部)が生じたり、部分的に手入れを行なった部位に凹みが存在する場合がある。また、連続鋳造されたスラブはその表面にオシレーションマークと呼ばれる凹みが存在する。
このように表面に、特に凹み(凹部)がある被検査材を探傷すると、前述したメカニズムによって凹みによる誤検出が多数でてしまい、被検査材の品質を正しく評価することができない。そのため、凹みによる超音波指示なく、被検査材内部に存在する本当の欠陥による超音波指示のみを検出したいという要望があった。
過去、このような凹みによる誤検出をなく探傷する方法として、例えば、特許文献1に開示された技術が有る。この技術は、スラブの全幅または一定の幅で長さ方向にスラブ表面を研削し、スラブを長さ方向に連続移動させながら、研削した範囲をスラブ幅方向に、深さ方向の探傷範囲を鋳片表面から5mm深さ迄の一定の範囲として、周波数50MHzの超音波で探傷して、探傷範囲内で欠陥が検出される確率を求め、欠陥検出率から薄板製品表面疵の発生率を予測するものである。
特開平9−257762号公報
しかしながら、特許文献1に開示された技術は、スラブ表面を研削して平滑にする、すなわち、凹みをなくすことで、凹みによる誤検出を起させないようにするものである。被検査材を研削して凹みをなくすことには、(1)研削処理が非常に手間がかかる、(2)製品によっては、研削して減肉することで歩留まりが落ちる、(3)最終出荷製品を研削することは論外である、といった理由から、製品の全数検査に適しているとはいえないという問題がある。
また、被検査材表面の凹みそのものが、後に、欠陥の原因となる事もある。たとえば、スラブ表面にある凹みがスケールを噛み込んだまま圧延されると、表面疵となることがある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、被検査材の表面を手入れすることなく、表面粗さが大きく、表面に凹凸をもつ被検査材の欠陥を検出する欠陥検査方法および装置を提供することを目的とする。
本発明の請求項1に係る発明は、被検査材の表面状態情報をもとに、超音波探傷して得られた探傷結果から被検査材の非平坦部位置のデータを除去して、被検査材の欠陥検査情報とすることを特徴とする欠陥検査方法である。
また本発明の請求項2に係る発明は、請求項1に記載の欠陥検査方法において、送信用圧電型振動子を用い、被検査材に対してクリーピング波を送信し、被検査材に存在する欠陥で反射したクリーピング波を送信位置とは異なる位置で受信用圧電型振動子で受信する第1の超音波探傷工程、および/または、送信用圧電型振動子を用い、超音波の送受信間で音響隔離した状態で、被検査材に対して超音波を送信し、被検査材に存在する欠陥からの反射波を受信用圧電型振動子で受信する第2の超音波探傷工程により前記超音波探傷を行うことを特徴とする欠陥検査方法である。
また本発明の請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2に記載の欠陥検査方法において、前記表面状態情報を、距離計で被検査材表面までの距離測定に基き得ることを特徴とする欠陥検査方法である。
また本発明の請求項4に係る発明は、請求項1または請求項2に記載の欠陥検査方法において、前記表面状態情報を、圧電型振動子より被検査材に対して超音波を送信し、被検査材表面で反射した超音波を受信し、受信した超音波信号の振幅に基き得ることを特徴とする欠陥検査方法である。
また本発明の請求項5に係る発明は、請求項2に記載の欠陥検査方法において、前記第1の超音波探傷工程又は前記第2の超音波探傷工程の少なくともどちらか一方の超音波探傷工程で、送信用圧電型振動子を用い、超音波を被検査材に対して超音波を送信し、被検査材表面からの反射波を送信用圧電型振動子で受信して被検査材の表面状態を測定して前記表面状態情報を得ることを特徴とする欠陥検査方法である。
また本発明の請求項6に係る発明は、被検査材の表面状態情報を入力する表面状態情報入力装置と、被検査材の欠陥を超音波探傷する探傷用超音波装置と、該探傷用超音波装置で得られた探傷結果から、前記表面状態情報入力装置で入力した表面状態情報に基いて被検査材の非平坦部位置のデータを除去して、被検査材の欠陥検査情報とする欠陥判定処理装置とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。
また本発明の請求項7に係る発明は、請求項6に記載の欠陥検査装置において、前記探傷用超音波装置は、被検査材に対してクリーピング波を送信する送信用圧電型振動子と、被検査材に存在する欠陥で反射したクリーピング波を送信位置とは異なる位置で受信する受信用圧電型振動子とを有する第1の超音波探傷装置、および/または、被検査材に対して超音波を送信する送信用圧電型振動子と、被検査材に存在する欠陥からの反射波を受信する受信用圧電型振動子と、超音波の送受信間を音響隔離する音響隔離板とを有する第2の超音波探傷装置とからなることを特徴とする欠陥検査装置である。
また本発明の請求項8に係る発明は、請求項6又は請求項7に記載の欠陥検査装置において、前記表面状態入力装置は、被検査材表面までの距離測定を行う距離計であることを特徴とする欠陥検査装置である。
また本発明の請求項9に係る発明は、請求項6又は請求項7に記載の欠陥検査装置において、前記表面状態情報入力装置は、圧電型振動子から被検査材に対して超音波を送信し、被検査材表面で反射した超音波を受信し、受信した超音波信号の振幅に基き被検査材の表面状態を計測することを特徴とする欠陥検査装置である。
さらに本発明の請求項10に係る発明は、請求項7に記載の欠陥検査装置において、前記表面状態情報入力装置は、前記前記第1の超音波探傷装置又は前記第2の超音波探傷装置の少なくともどちらか一方の超音波探傷装置で、送信用圧電型振動子を用い、被検査材に対して超音波を送信し、被検査材表面からの反射波を送信用圧電型振動子で受信して表面状態を測定することを特徴とする欠陥検査装置である。
なお、請求項における表面状態情報入力装置とは、表面状態測定用センサーなどの表面状態計測装置そのものであってもよいし、表面状態計測装置の情報データを入力する端末や通信用I/Fなどの入力装置や目視検査の情報を入力するための表面状態検査結果入力部であってもよく、これを含めたものを意味する。
本発明では、被検査材の表面状態を計測した表面状態計測情報をもとに、超音波探傷して得られた探傷結果から被検査材の凹み位置のデータを除去して、被検査材の内部欠陥検査情報とするようにしたので、表面に凹みを持つ被検査材を、表面を手入れせずにそのままの状態で超音波探傷し、かつ、被検査材表面の凹みを検出し、超音波探傷による超音波指示が本当に被検査材内部に存在する欠陥によるものか否かを判定することが可能となった。
第一の実施形態
図1は、本発明に係る第一の実施形態および第二の実施形態を説明する図である。図1中、1は探傷用超音波センサー、2は表面状態測定用センサー、3は駆動装置、4は探傷用超音波送信部、5は探傷用超音波受信部、6は表面状態測定部、7はA/D変換部、8は計算機、9は探傷条件入力部、10は出力部である。
探傷用超音波センサー1は被検査材との超音波音響結合方法を局部水浸法として超音波を送受信する。探傷条件入力部9にて入力された各設定値をもとに、計算機8は駆動装置3、探傷用超音波送信部4、A/D変換部7を制御し、探傷用超音波センサー1と表面状態測定用センサー2を被検査材に対して走査して測定を行う。走査方法は被検査材や、探傷したい部位によって二方向スキャン(たとえばXYスキャン)や一方向スキャンなどを適宜選択すればよい。
このとき、探傷用超音波センサー1と表面状態測定用センサー2は同一のセンサーヘッドに納めて同時に探傷しても良いし、別個のセンサーヘッドに納め、別々に駆動して探傷しても良い。また、探傷用超音波センサー1による探傷前後に、別の場所やラインにて測定してもかまわない。
また、走査方法は各センサーを駆動させるのではなく、被検査材をロールなどにより搬送させながら走査できるようにしてもかまわないし、被検査材を搬送させながら各センサーを駆動して走査するようにしても良く、探傷した範囲を走査することができれば、その走査方法は限定しない。
探傷用超音波センサー1を走査する際、探傷用超音波送信部4は探傷用超音波センサー1内の圧電型振動子を駆動させて、被検査材に超音波を送信する。探傷用超音波送信部4で駆動された際の電気パルスは一定周期信号またはチャープ信号などのバースト波といった任意の波形で良い。
さらに、計算機8は、探傷用超音波センサー1と表面状態測定用センサー2の測定データを入力して、その結果を比較して、被検査材の内部欠陥や表面欠陥を判定する欠陥判定処理装置として以下の機能も有している。
被検査材に対して、水を介して送信され、被検査材から反射された超音波は探傷用超音波センサー1内の圧電型振動子で受信され、探傷用超音波受信部5によりフィルター処理、信号増幅されて、A/D変換部7により受信信号がデジタル変換されて、計算機8に取り込まれる。一般的には、計算機は取り込んだ信号波形全波整流を施して、予め設定されたゲート範囲内において信号振幅の最大値Fpを算出し、このとき最大値Fpが予め設定されたF_Thに対して、Fp>T_Thを満たすとき超音波指示有り(内部欠陥や表面欠陥がある)として判定し、満たさないときは超音波指示なし(欠陥無し)として探傷位置情報とともに計算機の外部や内部に設置された記録装置などに記録する。
超音波探傷による超音波指示の算出方法は上記の方法に限らず、様々な方法があり、その方法は上記の方法だけに限定はしない。また、計算機の内部でなく、欠陥指示算出を外部のDSPや、アナログ回路で算出し、その結果を計算機に取り込むようにしても良い。
被検査材表面の凹みを検出する表面状態測定用センサー2および表面状態測定部6には、距離計を用いる。距離計としてレーザー距離計、または超音波距離計など各種距離計を用いて、距離計から被検査材表面までの距離を測定する。表面状態測定部6で算出され出力された表面状態情報であるデータ値は、A/D変換部7によりデジタル変換、または計算機8と表面状態測定部6とを直接シリアル通信やGPIB通信などにより、計算機8に取り込まれ、欠陥判定処理により、最終欠陥の判定を行う。計算機8に取り込まれた値は被検査材上における測定位置情報とともに計算機の外部や内部に設置された記録装置に記録される。
計算機8では、一旦記録された距離情報を入力して、被検査材上に表面状態情報である、凹みの有無(凹み指示)を算出する。具体的には、被検査材の任意の位置Pにおいて、距離計から被検査材表面までの距離Sp(距離計の測定値)があらかじめ設定した閾値(基準値)S_thに対して、S_th<Spを満たすときは凹み(凹部)ありと判定して、満たさないときは凹み無しと判定する。
そして、表面状態測定用センサー2を用いて算出された被検査材表面の凹み位置と、探傷用超音波センサーを用いて算出された超音波指示位置(欠陥ありと判定した位置)とを比較して、超音波指示位置にて凹みが検出されている(探傷用超音波センサーで検出した欠陥の位置と、表面状態測定用センサーで検出した凹み位置とが一致している)ときは、その超音波指示を除外して、欠陥確度の高い位置のみを残したデータを作成する。これによって、超音波探傷時の凹みによって、欠陥を検出するためのゲート内に表面からの超音波反射波が紛れこんで、誤検出となる可能性のある「欠陥あり」と判定された指示を除外し、正確な欠陥指示を出力することができるようになる。
作成されたデータは、出力部10に出力され、そのデータに基づいて、被検査材の品質の良否判定を行うことができる。

なお、表面状態測定用センサー2、表面状態測定部6、およびA/D変換部7を設置する代わりに、検査員による目視で被検査材の表面状態を検査して、凹み位置を検出し、この表面状態情報を入力する表面状態検査結果入力部を設けて計算機8と接続しても良い。なお、請求項における表面状態情報入力装置とは、表面状態測定用センサー2などの表面状態計測装置そのものであってもよいし、表面状態計測装置の情報データを入力する端末や通信用I/Fなどの入力装置や前述の目視検査の情報を入力するための表面状態検査結果入力部を含むものである。また、表面状態測定用センサー2には距離計を用いる例で説明したが、それに限らず、例えば、光切断法や投影パターンの歪を画像処理により計測する方法など、被検査材の凸部や凹部などの表面形状を測定可能な3次元形状計測装置を用いてもよい。
なお、上述の説明では、測定データを、一旦、計算機の内部または外部に設置された記録装置にデータを記録し、各センサーで走査後に記録したデータを読み込んで、バッチ的に処理をするような手順としたが、被検査材の超音波探傷で得た超音波指示が、真に被検査材内部からの欠陥か否か判定をする処理は各センサーを走査しながらリアルタイムに行ってもよく、その処理フローは、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することが可能である。
出力部10には、凹みを検出した位置を除外した欠陥指示(位置、欠陥種、程度など)のデータだけを出力するのではなく、除外前の欠陥指示データに必要に応じて凹みが検出された指示や、凹み検出位置をあわせて出力しても良いし、欠陥指示と一緒にその欠陥の、超音波の信号から推定される大きさや、深さを同時に出力するようにしても良い。
第二の実施形態
被検査材表面状態の測定は距離計以外にも次にあげる方法を用いても良い。たとえば、被検査材表面の凹みを検出する表面状態を測定する方法として、水を介して超音波を被検査材表面に送信し、被検査材表面で反射した超音波の振幅を利用した方法も有効である。具体的には、図1に示す表面状態測定用センサー2を、被検査材表面に対して超音波を送受信する圧電型振動子を用いる。
図2を用いて原理を説明する。超音波を、水を介して被検査材表面に送信すると、被検査材表面から超音波の反射波が受信される。このとき、被検査材の表面が平坦であれば、超音波ビーム内での各超音波反射波は位相がそろう為に強い振幅で反射される。被検査材表面に凹みがあるときは表面凹みにより超音波ビーム内で反射波の位相がずれ、それぞれが干渉しあい、その振幅は弱くなる。したがって、被検査材表面からの超音波反射波の振幅の大きさを測定することで被検査材表面の凹みを検出することができる。
具体的には、被検査材に対して超音波を送信し、被検査材表面からの反射波を受信して、その波形の最大値S_maxを算出する。このとき、予め設定した閾値S_th2に対して、S_th2>S_maxを満たすときは凹み有り、満たさないときは凹みなしと判定して出力する。
凹み有無の判定処理は表面状態測定部内でDSPやアナログ回路などで行ない、その出力結果を計算機に取り込むようにしても良いし、計算機内で判定処理をしても良く、本実施形態を逸脱しない範囲で変形可能である。
また、超音波の送受信は、図2に示すように被検査材表面に対して垂直に送信しても良いし、図3に示すように超音波を斜めに送信しても良い、被検査材表面からの反射波を受信しても良い。なお、上述の説明では、音響結合方法は水を介して行う、いわゆる水浸法(全没水浸法、局部水浸法、噴流水浸法など)で説明したが、これに限定されず、アクリル樹脂などを介し、さらに水や油などを介するギャップ法や直接接触法で行ってもよい。
前述の測定原理を用いて鋼材表面の凹みを検出した例を、図4に示す。図4(a)は被検査材表面の写真であり、図4(b)は測定結果を示しており、図4(b)において色が黒い箇所が凹み検出箇所、それ以外が平坦な箇所を表している。図4(a)と図4(b)を比較すると、本測定原理により鋼材の凹みが明瞭に検出できることがわかる。
水を介して超音波の送受信を行なうとき、被検査材表面に残っている水によってレーザー距離計では凹みを正確に検知できないことがある。また超音波距離計(超音波の被検査材表面からの反射波の伝播時間から距離を算出する手法)も、超音波ビーム範囲内に被検査材表面の平坦部分と凹み部分からの反射波がそれぞれ干渉しあうことで波形が歪み、反射波が帰ってきた伝播時間を求める際に誤差が生じ、正確に距離を割り出せないという弱点がある。特に、このような条件の場合には、図2および図3に示す被検査材表面からの超音波反射波の振幅の大きさから凹みを検出する方法により、前述の問題を解決し、被検査材表面の凹みをより正確に検出することが可能になる。
第三の実施形態
図5は、本発明に係る第三の実施形態を説明する図である。この実施形態では、前述の第一、第二の実施形態に対して、探傷用超音波センサー1に関わる構成が異なり、表面状態測定用センサー2に関わる構成は同じであるので、異なる点について説明する。図5中、11は探傷用の第一の超音波センサー、12は探傷用の第一の超音波送信部、13は探傷用の第一の超音波受信部、14は探傷用の第二の超音波センサー、15は探傷用の第二の超音波送信部、16は探傷用の第二の超音波受信部であり、その他は図1と同様である。
通常のシングルプローブ(超音波の送信と受信とを同一の圧電型振動子でおこなう方法)で被検査材の不感帯、直後から欠陥検出ゲートを設定し、探傷をおこなうと、わずかな凹み、たとえば、0.1mm程度の凹みであっても欠陥検出ゲート内に漏れこんでしまい、探傷範囲のほとんどで、凹みによる誤検出がでてしまう。その為、第一の実施形態に記載の方法で凹みによる誤検出を除外すると、探傷範囲に対する有効探傷面積が極わずかになってしまい、被検査材を正しく評価することができなくなる。
そこで、第三の実施形態では、被検査材表面直下から深さdx mmまでの範囲について、図6に示す第一の超音波センサー11で探傷し、深さdx1より深い範囲(深さdxまで)を図7に示す第二の超音波センサー14で探傷する。なお、ここでは上記2つのセンサーを組み合わせる方法を説明するが、被検査材の状態に応じてどちらか一方のみを使用するようにしてもよい。なお、これらのセンサーは、検出すべき欠陥の被検査材表面からの存在する深さ範囲に応じて、測定条件やそれらの組合せは適宜決定すればよい。例えば、表面から深さdxまでの欠陥を検査対象とするならば、第一の超音波センサー11だけでよいし、深さdxからdxの欠陥を検査対象とするならば、第二の超音波センサー14だけでも良く、表面からdxまでの欠陥を検査するのであれば両方の超音波センサーが必要となる。
第一の超音波センサー11は被検査材にクリーピング波を送信し、被検査材に存在する欠陥で反射したクリーピング波を送信位置とは異なる位置で受信するようにしたので、被検査材の表面粗さに起因するノイズを抑制し、検査材表面直下に存在する微小欠陥を高い検出能力で探傷することが可能となる。
第一の超音波センサーについて、図面を参照しながら、具体的に説明してゆく。図6は第一の超音波センサーの実施形態を示す図である。図6に示す超音波探傷方法において音響結合方法は水浸法とし、クリーピング波の送受信を送信用圧電型振動子と受信用圧電型振動子とに分割して行なう、送信用圧電型振動子と被検査材との角度Φ1は送信用圧電型振動子から送信した超音波が被検査材内部に屈折角度を約75°〜90°とするクリーピング波として伝播するように設定し、屈折角度を75°〜90°のクリーピング波を受信できるように、受信用圧電型振動子と被検査材表面との角度Φ2を設定する。
このとき、送信用圧電型振動子の検査材表面との角度Φ1と受信用圧電型振動子の検査材表面との角度Φ2とを異なる角度に設定する。このように角度Φ1と角度Φ2を設定することで、図6に示したように送信と受信の超音波ビームの中心を表面深さのある位置で交差させて焦点を結ぶことで、焦点近傍での検出能を高めることができる。
受信用圧電型振動子と送信用圧電型振動子は、図6に示したように前後に配置したタンデム配置とする。検査材内部の送受ビームの交差点と超音波の入射位置および放射位置は、同一直線上が配置を容易にする上で好ましいが、これに限定されない。
図6の配置とすることで、受信用圧電型振動子は送信ビームの入射位置に対して、大きく異なる方向を向くことになる。従って、ビームの広がりがあって、送信ビームが入射位置の周りに広がって表面粗さで散乱したとしても、その表面エコーは受信用圧電型振動子に受信されにくくなる。
さらに、検査材中での超音波の伝播経路も短くすることができることから、欠陥エコーの信号を強く受信することが可能となる。この結果、表面粗さに起因するノイズを低減し、信号対ノイズ比(S/N)を向上させることができる。さらに受信用圧電型振動子と送信用圧電型振動子との間に、音響隔離板を設置することで、わずかに受信用圧電型振動子側に伝播してくる表面散乱ノイズを遮蔽し、よりS/Nを向上させることができる。
第二の超音波センサー14は超音波の送受信を異なる圧電型振動子で分割して行ない、送受信する圧電型振動間に音響隔離版を設置することで、被検査材表面での反射波はほとんど受信されないか、小振幅の表面波が受信される程度となり、より表層部の欠陥をS/N良く検出できるようになる。ここで、表層部の欠陥とは、表面近くの内部欠陥や表面での割れであるが、割れの間隙が非常に狭く密着しているような表面欠陥をいう。
第二の超音波センサーについて、図面を参照しながら具体的に説明してゆく。図7は第二の超音波センサーの実施形態を示す図である。図7に示す超音波探傷方法において音響結合方法は水浸法とし、送信用圧電型振動子と被検査材表面との角度θ1として、受信用圧電型振動子と被検査材表面との角度をθ2として超音波の送受信を行なう。このとき、超音波の送信と受信の超音波ビームの中心を予め設定した深さ位置で交差させて焦点を結び、焦点近傍での検出能を高めるように角度θ1と角度θ2、および受信用と送信用の圧電型探触子の距離を設定する。
送信用と受信用圧電型振動子間には音響隔離板を配置し、超音波の送信と受信とを音響的に分割する。少しでも被検査材表面からの反射波が受信されないように音響隔離板先端と被検査材表面との距離は可能なかぎり小さくすることが好ましい。また、このときの先端の形状は、被検査材からの反射波が反射し難くなるような形状とし、被検査材表面からの反射波が音響隔離板の先端で反射することで散乱し、その散乱波が受信されないようにすることが好ましい。
たとえば、図8(A)の例では、音響隔離板の先端部での反射面積を小さくするために、先端部の形状を鋭くしている。このときの先端の厚みtは反射し難くなるように波長以下とし、波長の二分の一以下であることが好ましい。
図8(B)の例では、音響隔離板の形状を受信側の面は被検査材と垂直として、送信側の面を受信側の面に対して角度θ3の鋭角にして、音響隔離板面先端で生じた反射波を送信側に反射させている。このように音響隔離板の先端部の形状を定めているので、被検査材表面で反射したエコーは、音響隔離板で反射しても、受信用圧電型振動子にはほとんど入らず、S/Nを高めることができる。また、図9に示すように音響隔離板に空気層または不連続部を設けることで、送信側から音響隔離板を透過してしまう超音波を小さくすることができ、S/Nを小さくすることができる。
なお、第一の超音波センサーや第二の超音波センサーの音響結合方法は、水を介する、いわゆる水浸法(全没水浸法、局部水浸法、噴流水浸法など)に限らず、アクリル樹脂などを介し、さらに水や油を介するギャップ法や直接接触法を用いてもよい。
第一の超音波送信部12で第一の超音波センサー11内の送信用圧電型振動子を駆動して、水を介して超音波を送信し、被検査材内部からの反射波を第一の超音波センサー11内の受信用圧電型振動子にて受信し、受信した反射波を第一の超音波受信部13にてフィルター処理、増幅を行ない、A/D変換部6を介して計算機8で取り込み、超音波指示を算出する。
また、第二の超音波送信部15で第二の超音波センサー14内の送信用圧電型振動子を駆動して、水を介して超音波を送信し、被検査材内部からの反射波を第二の超音波センサー14内の受信用圧電型振動子にて受信し、受信した反射波を第一の超音波受信部16にてフィルター処理、増幅を行ない、A/D変換部6を介して計算機8取り込み、超音波指示を算出する。
第一の超音波センサー11、第二の超音波センサー14で探傷した波形は計算機内または計算機外部に取り付けたDSPで同期加算平均や開口合成などのデジタル信号処理をおこなってから超音波指示を判定しても良いし、アナログ回路で超音波指示を算出しても良い。
そして、上述の第一の実施形態や第二の実施形態で説明した表面状態測定用センサー2を用いて算出された被検査材表面の凹み位置と、第一の超音波センサー11、第二の超音波センサー14を用いて算出された超音波指示位置(少なくとも一方の超音波センサーで、欠陥ありと判定した位置)とを比較して、超音波指示位置にて凹みが検出されている(探傷用超音波センサーで検出した欠陥の位置と、表面状態測定用センサーで検出した凹み位置とが一致している)ときは、その超音波指示を除外して、欠陥確度の高い位置のみを残したデータを作成する。これによって、超音波探傷時の凹みによって、欠陥を検出するためのゲート内に表面からの超音波反射波が紛れこんで、誤検出となる可能性のある「欠陥あり」と判定された指示を除外し、正確な欠陥指示を出力することができるようになる。作成されたデータは、出力部10に出力され、そのデータに基づいて、被検査材の品質の良否判定を行うことができる。
第一の実施形態や第二の実施形態と同様に、表面状態測定用センサー2、表面状態測定部6、およびA/D変換部7を設置する代わりに、検査員による目視で被検査材の表面状態を検査して、凹み位置を検出し、この表面状態情報を入力する表面状態検査結果入力部を設けて計算機8とつなげるようにしても良い。
以上のように第一の超音波センサー11と第二の超音波センサー14を組み合わせることで、従来のシングルプローブで被検査材のより表面近傍から探傷した際に問題となるわずかな凹みによる誤検出を抑えるとともに、表面状態測定用センサー14の表面状態情報を用いて、さらに深い凹みの位置を除去するようにしたので、誤検出を低減して探傷でき、より表面状態の悪い被検査材を正しく評価することが実現可能となった。
第四の実施形態
図10は、本発明に係る第四の実施形態を説明する図である。
第三の実施形態では、表面状態測定用センサー2を、探傷用超音波センサー1とは異なる超音波センサーとしたが、本実施形態(第四の実施形態)では、第二の実施形態で説明した圧電型振動子を用いた表面状態測定用センサー2の機能を、第三の実施形態で説明した探傷用超音波センサー1の第一の超音波センサー11や第二の超音波センサ14を用いて行うものである。
図10では、第二の超音波センサー14も用いて表面状態測定を行うように、第二の超音波センサー14の出力が表面状態測定部6に入力する例を示しているが、第一の超音波センサ11の出力を表面状態測定部6に入力して表面状態を測定してもよい。その他の構成は図5と同様であるので、説明は省略する。
第一の超音波センサー11や第二の超音波センサー14は、たとえば、図6や図7に示すように、探傷の為の超音波の送受信を送信用圧電型振動子と受信用圧電型振動子は、異なる位置で、分割されて配置されている。探傷用超音波センサーとしては、送信用圧電型振動子は超音波を送信するのみであったが、図6や図7に示される、この送信用圧電型振動子を、それぞれ図11や図12に示すように、送信用振動子の機能に加えて、被検査体表面からの反射波を受信するための受信用振動子としても用いて、この受信した信号から表面状態を測定する。具体的には、送信用圧電型振動子で受信した信号を表面状態測定部を介して計算機に取り込まれるようにし、送信用圧電型振動子で超音波を送信して、被検査材内部からの反射波を受信用圧電型振動子で受信することで表面状態測定の処理を行なう。
このときの処理は、第二の実施形態と同様でよく、被検査材表面からの反射波を送信用圧電型振動子で受信し、表面状態測定部にてフィルター処理・信号増幅処理等の信号処理を行ない、その反射波の振幅値が予め設定した閾値より大きいときは平坦部で凹み(凹部)は無し、小さいときは凹みありと判定を行なう(図13参照)。凹みがない平坦部からの送信用圧電型振動子への反射波の振幅は大きく、これに対して凹み部からの反射波の振幅は小さくなるという現象を凹み有無の判定に利用している。
そして、得られた超音波指示位置と表面状態の凹み検出指示位置を比較して、超音波指示位置にて凹みが検出されているときは、その超音波指示を除外し、超音波探傷時の凹みによって、欠陥を検出するためのゲート内に表面からの超音波反射波が漏れこむことで誤検出された超音波指示を除外する。
以上のように第四の実施形態を用いることで、目視検査や表面状態の測定のためのセンサーを追加せずに、探傷用の超音波センサーのみで、超音波探傷と同時に表面状態を測定し、超音波指示のうち凹みによる誤検出を除外して、正確な欠陥指示を出力できるようになる。
なお、上述の説明では表面に凹み(凹部)がある場合について説明したが、凸部がある被検査材に対しても、同様に本発明を適用できるのは言うまでも無い。また、探傷用超音波センサーは、内部欠陥を検出するセンサーとして説明したが、表面欠陥も検出するセンサーであってもよい。
本発明に係る第一の実施形態および第二の実施形態を説明する図である。 第二の実施形態における第二の探傷用超音波センサー(垂直送信)の探傷原理と超音波で凹みを検出する方法を説明する図である。 第二の実施形態における第二の探傷用超音波センサー(斜め送信)の探傷原理と超音波で凹みを検出する方法を説明する図である。 第二の実施形態で鋼材を探傷した際の測定結果例を示す図である。 本発明に係る第三の実施形態を説明する図である。 第三の実施形態における第一の探傷用超音波センサーの探傷原理を説明する図である。 第三の実施形態における第二の探傷用超音波センサーの探傷原理を説明する図である。 第三の実施形態における音響隔離板先端部の形状を説明する図である。 第三の実施形態における音響隔離板の構造を説明する図である。 本発明に係る第四の実施形態を説明する図である。 第四の実施形態における第一の探傷用超音波センサーの探傷原理を説明する図である。 第四の実施形態における第二の探傷用超音波センサーの探傷原理を説明する図である。 平坦部と凹み部での送信用圧電型振動子への反射波を説明する図である。
符号の説明
1 探傷用超音波センサー
2 表面状態測定用センサー
3 駆動装置
4 探傷用超音波送信部
5 探傷用超音波受信部
6 表面状態測定部
7 A/D変換部
8 計算機
9 探傷条件入力部
10 出力部
11 探傷用の第一の超音波センサー
12 探傷用の第一の超音波送信部
13 探傷用の第一の超音波受信部
14 探傷用の第二の超音波センサー
15 探傷用の第二の超音波送信部
16 探傷用の第二の超音波受信部

Claims (10)

  1. 被検査材の表面状態情報をもとに、超音波探傷して得られた探傷結果から被検査材の非平坦部位置のデータを除去して、被検査材の欠陥検査情報とすることを特徴とする欠陥検査方法。
  2. 請求項1に記載の欠陥検査方法において、
    送信用圧電型振動子を用い、被検査材に対してクリーピング波を送信し、被検査材に存在する欠陥で反射したクリーピング波を送信位置とは異なる位置で受信用圧電型振動子で受信する第1の超音波探傷工程、および/または、
    送信用圧電型振動子を用い、超音波の送受信間で音響隔離した状態で、被検査材に対して超音波を送信し、被検査材に存在する欠陥からの反射波を受信用圧電型振動子で受信する第2の超音波探傷工程により前記超音波探傷を行うことを特徴とする欠陥検査方法。
  3. 請求項1または請求項2に記載の欠陥検査方法において、
    前記表面状態情報を、距離計で被検査材表面までの距離測定に基き得ることを特徴とする欠陥検査方法。
  4. 請求項1または請求項2に記載の欠陥検査方法において、
    前記表面状態情報を、圧電型振動子より被検査材に対して超音波を送信し、被検査材表面で反射した超音波を受信し、受信した超音波信号の振幅に基き得ることを特徴とする欠陥検査方法。
  5. 請求項2に記載の欠陥検査方法において、
    前記第1の超音波探傷工程又は前記第2の超音波探傷工程の少なくともどちらか一方の超音波探傷工程で、送信用圧電型振動子を用い、超音波を被検査材に対して超音波を送信し、被検査材表面からの反射波を送信用圧電型振動子で受信して被検査材の表面状態を測定して前記表面状態情報を得ることを特徴とする欠陥検査方法。
  6. 被検査材の表面状態情報を入力する表面状態情報入力装置と、
    被検査材の欠陥を超音波探傷する探傷用超音波装置と、
    該探傷用超音波装置で得られた探傷結果から、前記表面状態情報入力装置で入力した表面状態情報に基いて被検査材の非平坦部位置のデータを除去して、被検査材の欠陥検査情報とする欠陥判定処理装置とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
  7. 請求項6に記載の欠陥検査装置において、
    前記探傷用超音波装置は、
    被検査材に対してクリーピング波を送信する送信用圧電型振動子と、被検査材に存在する欠陥で反射したクリーピング波を送信位置とは異なる位置で受信する受信用圧電型振動子とを有する第1の超音波探傷装置、および/または、
    被検査材に対して超音波を送信する送信用圧電型振動子と、被検査材に存在する欠陥からの反射波を受信する受信用圧電型振動子と、超音波の送受信間を音響隔離する音響隔離板とを有する第2の超音波探傷装置とからなることを特徴とする欠陥検査装置。
  8. 請求項6又は請求項7に記載の欠陥検査装置において、
    前記表面状態入力装置は、被検査材表面までの距離測定を行う距離計であることを特徴とする欠陥検査装置。
  9. 請求項6又は請求項7に記載の欠陥検査装置において、
    前記表面状態情報入力装置は、圧電型振動子から被検査材に対して超音波を送信し、被検査材表面で反射した超音波を受信し、受信した超音波信号の振幅に基き被検査材の表面状態を計測することを特徴とする欠陥検査装置。
  10. 請求項7に記載の欠陥検査装置において、
    前記表面状態情報入力装置は、前記前記第1の超音波探傷装置又は前記第2の超音波探傷装置の少なくともどちらか一方の超音波探傷装置で、
    送信用圧電型振動子を用い、被検査材に対して超音波を送信し、被検査材表面からの反射波を送信用圧電型振動子で受信して
    表面状態を測定することを特徴とする欠陥検査装置。
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