JP2010197377A - Infrared method and apparatus for detecting crack - Google Patents
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本発明は、構造物に発生する亀裂等の異常を検出する亀裂検出装置および検出方法に関するものであり、特に、構造物に発生する亀裂に対して超音波振動を与えた場合に生じる亀裂の温度変動を赤外線サーモグラフィ装置で検出する赤外線亀裂検出装置および検出方法に関するものである。 The present invention relates to a crack detection device and a detection method for detecting an abnormality such as a crack generated in a structure, and in particular, a crack temperature generated when ultrasonic vibration is applied to a crack generated in a structure. The present invention relates to an infrared crack detection device and a detection method for detecting a change with an infrared thermography device.
例えば、製鉄プラントにおいて、転炉、圧延機、搬送用テーブルローラ等の様々な構造物(機械構造物)が使用されている。しかし、近年、これらの構造物の内部において長期間の使用に起因する疲労亀裂が発生し、構造物の故障が起きている。 For example, various structures (mechanical structures) such as converters, rolling mills, and conveying table rollers are used in steel manufacturing plants. However, in recent years, fatigue cracks resulting from long-term use have occurred inside these structures, and structural failures have occurred.
そこで、このような故障を未然に防ぐために、様々な亀裂検出方法が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。 Therefore, various crack detection methods have been proposed in order to prevent such a failure (for example, refer to Patent Documents 1 and 2).
ただし、現在、よく用いられている亀裂検出方法は、検査者が直接視認によって亀裂を検出する目視検出方法である。この目視検出方法は、特別な装置を必要とせず、短時間で亀裂を検出できるという利点がある。 However, a crack detection method that is often used at present is a visual detection method in which an inspector directly detects a crack by visual recognition. This visual detection method has an advantage that a crack can be detected in a short time without requiring a special device.
しかし、前記の目視検出方法においては、構造物の表面の汚れ・錆などの表面状態、また検査者の作業熟練度や作業当日の体調によって、検出精度にばらつきが出るので、亀裂の誤検出や見落としの可能性がある。また、目視検出方法では、可視レベルより微小な亀裂、もしくは完全に閉じた閉亀裂を検出することができない。これらのことは構造物の保全上、大きな問題となっている。 However, in the visual detection method described above, the detection accuracy varies depending on the surface condition such as dirt and rust on the surface of the structure, the work skill level of the inspector and the physical condition of the work day. There is a possibility of oversight. Further, the visual detection method cannot detect a crack that is smaller than the visible level or a closed crack that is completely closed. These are major problems in the maintenance of structures.
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたもので、構造物に対する亀裂検出を目視検出方法と同様の短時間で、かつ目視検出方法より高精度で行うことができる亀裂検出装置および検出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and provides a crack detection device and a detection method capable of performing crack detection on a structure in a short time similar to the visual detection method and with higher accuracy than the visual detection method. The purpose is to provide.
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。 In order to solve the above problems, the present invention has the following features.
[1]構造物中における亀裂を非破壊で検出する亀裂検出装置であって、構造物の外表面に接触させることにより、当該構造物に超音波振動を与える超音波振動発生装置と、構造物中の測定対象面に発生する温度変化を、赤外線サーモグラフィ装置で計測する表面温度検出手段とを備えていることを特徴とする赤外線亀裂検出装置。 [1] A crack detection device for detecting a crack in a structure in a nondestructive manner, an ultrasonic vibration generator for applying ultrasonic vibration to the structure by contacting the outer surface of the structure, and the structure An infrared crack detection apparatus comprising surface temperature detection means for measuring a temperature change occurring on a surface to be measured with an infrared thermography apparatus.
[2]前記超音波振動発生装置は、音波を発生させる超音波振動子と、超音波振幅を増幅する超音波ホーンとを備え、該超音波ホーンを構造物の表面に接触させることにより当該構造物に超音波振動を与えることを特徴とする前記[1]に記載の赤外線亀裂検出装置。 [2] The ultrasonic vibration generating device includes an ultrasonic transducer that generates sound waves and an ultrasonic horn that amplifies the ultrasonic amplitude, and the ultrasonic horn is brought into contact with the surface of the structure to make the structure. The infrared crack detection apparatus according to [1], wherein the object is subjected to ultrasonic vibration.
[3]前記超音波ホーンは、先端が構造物の表面形状に合うよう加工されていることを特徴とする前記[2]に記載の赤外線亀裂検出装置。 [3] The infrared crack detection device according to [2], wherein the ultrasonic horn is processed so that a tip thereof matches a surface shape of the structure.
[4]前記超音波振動発生装置は、ハンディタイプであることを特徴とする前記[1]〜[3]のいずれかに記載の赤外線亀裂検出装置。 [4] The infrared crack detection device according to any one of [1] to [3], wherein the ultrasonic vibration generation device is a handy type.
[5]前記赤外線サーモグラフィ装置は、検査者の頭部に装着したヘルメットに搭載される赤外線カメラと、該赤外線カメラによって測定した赤外線画像を表示するために、検査者の眼前に装着されたゴーグル上の画像表示装置とを備えていることを特徴とする前記[1]〜[4]のいずれかに記載の赤外線亀裂検出装置。 [5] The infrared thermography apparatus includes an infrared camera mounted on a helmet mounted on an examiner's head, and a goggle worn in front of the examiner's eyes to display an infrared image measured by the infrared camera. The infrared crack detection device according to any one of [1] to [4], further comprising: an image display device.
[6]前記ゴーグルは半透明であり、検査者が赤外線画像と可視画像を同時に見ることが出来る機能を有することを特徴とする前記[5]に記載の赤外線亀裂検出装置。 [6] The infrared crack detecting device according to [5], wherein the goggles are translucent and have a function of allowing an inspector to simultaneously view an infrared image and a visible image.
[7]構造物中における亀裂を非破壊で検出する亀裂検出方法であって、超音波振動発生装置を構造物の外表面に接触させることにより、当該構造物に超音波振動を与えて、構造物中の亀裂に温度変化を与える励起ステップと、当該構造物中の測定対象面に発生する温度変化を、ヘルメットに搭載した赤外線カメラで計測し、眼前のゴーグルに表示する計測ステップとを有することを特徴とする赤外線亀裂検出方法。 [7] A crack detection method for nondestructively detecting a crack in a structure, wherein an ultrasonic vibration is applied to the structure by bringing the ultrasonic vibration generator into contact with the outer surface of the structure, and the structure An excitation step for giving a temperature change to a crack in the object, and a measurement step for measuring the temperature change generated on the measurement target surface in the structure with an infrared camera mounted on the helmet and displaying it on goggles in front of the eyes An infrared crack detection method characterized by the above.
本発明においては、構造物に対する亀裂検出を目視検出方法と同様の短時間で、かつ目視検出方法より高精度で行うことができる。 In the present invention, it is possible to detect a crack in a structure in a short time similar to the visual detection method and with higher accuracy than the visual detection method.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[実施形態1]
本発明の実施形態1に係る赤外線亀裂検出装置および赤外線亀裂検出方法として、構造物の壁面部の亀裂検出に適用した場合について述べる。この実施形態1における側面図を図1に示す。また、この実施形態1における動作フローチャートを図2に示す。
[Embodiment 1]
As an infrared crack detection apparatus and infrared crack detection method according to Embodiment 1 of the present invention, a case where the present invention is applied to crack detection on a wall surface of a structure will be described. A side view of the first embodiment is shown in FIG. FIG. 2 shows an operation flowchart according to the first embodiment.
まず、図1に関して説明する。1は検査対象である構造物の壁面部である。壁面部1には、超音波振動発生装置7が検査者の手によって押し付けられている。
First, FIG. 1 will be described. Reference numeral 1 denotes a wall surface portion of a structure to be inspected. An
超音波振動発生装置7は、音波を発生させる超音波振動子7aと、超音波振幅を増幅する超音波ホーン7bとを備え、超音波ホーン7bを壁面部1表面に接触させることにより壁面部1に超音波振動を与えるようになっている。
The
検査者の頭部には、ヘルメット2が着用されており、ヘルメット2の前方には赤外線カメラ3がアタッチメント4を介して取り付けられている。ヘルメット2と赤外線カメラ3は分離可能であり、個々の検査者の頭部のサイズに合わせたヘルメット2を使用することが可能であり汎用性に優れている。
A
赤外線カメラ3は、検査対象である壁面部1から放射される赤外線を測定するために設置されている。赤外線カメラ3で測定された表面温度分布はケーブル6を介して、ゴーグル型ディスプレイ5に2次元画像として映し出される。赤外線カメラ3で測定された画像が、ケーブル6を介さずに無線によってゴーグル型ディスプレイ5に受信されればより好ましい。
The
次に、以上のように構成されたこの実施形態1に係る赤外線亀裂検出装置の動作を図2に示すフローチャートに基づいて説明する。 Next, the operation of the infrared crack detection apparatus according to the first embodiment configured as described above will be described based on the flowchart shown in FIG.
まず、超音波振動発生装置7を壁面部1表面に接触させ、壁面部1に超音波振動を与える(S100)。具体的には、超音波振動子7aに電気信号を与えることにより超音波信号を発生させ、その振動を超音波ホーン7bで増幅し、超音波ホーン7bを壁面部1表面に接触させることにより、壁面部1に超音波振動を伝える。超音波ホーン7bは壁面部1表面の形状に沿うよう先端が加工されており、超音波ホーン7bと壁面部1表面の接触面積を最大化している。このことにより超音波の効率的な入射が可能となる。
First, the
次に、壁面部1の温度分布を取得する(S101)。具体的には、壁面部1表面から放出される赤外線を、ヘルメット2の前面に設置した赤外線カメラ3で計測する。
Next, the temperature distribution of the wall surface portion 1 is acquired (S101). Specifically, the infrared rays emitted from the surface of the wall surface 1 are measured by the
最後に、赤外線カメラ3で計測された壁面部1の表面温度分布を、モニター型ディスプレイ5で二次元表示し、温度変異部として亀裂を検出する(S102)。
Finally, the surface temperature distribution of the wall surface portion 1 measured by the
以上説明したように、この実施形態1に係る赤外線亀裂診断装置は、構造物表面(壁面部1表面)に超音波振動を与える超音波振動発生装置7と、構造物内部(壁面部1内部)に発生する温度変化をヘルメット2に搭載した赤外線カメラ3を介して計測する表面温度検出手段(モニター型ディスプレイ5)から構成される。超音波振動発生装置7はハンディタイプになっており、検査者によって構造物外表面の任意の検査点に超音波振動発生装置7を接触させることにより、構造物に超音波を入射させることが可能となった。
As described above, the infrared crack diagnostic apparatus according to the first embodiment includes the
また、ヘルメット2に赤外線カメラ3を搭載し、ゴーグル型ディスプレイ5上に温度分布を表示することによって、亀裂部が高温部として目視検出方法と同様に視認でき、検出効率のよい亀裂検出方法が可能となった。さらに、振動を与えている時のみ亀裂部での発熱が起きるので非常に視認性が良く、検出能の個人差が少ない亀裂検出が可能となった。
In addition, by mounting the
また、半透明のゴーグル5を使用することにより、可視画像と温度分布画像の合成が可能であり、亀裂位置の同定が容易に可能となった。
Further, by using the
さらに、超音波振動を入射することにより、微小亀裂や閉亀裂も発熱するので、目視検出方法では検出できないこれらの亀裂を検出することが可能となった。 In addition, since microscopic cracks and closed cracks also generate heat due to the incidence of ultrasonic vibration, these cracks that cannot be detected by the visual detection method can be detected.
[実施形態2]
本発明の実施形態2に係る赤外線亀裂検出装置および赤外線亀裂検出方法として、熱伝導率が大きいアルミニウム製配管の亀裂検出に適用した場合について述べる。この実施形態2における側面図を図3に示す。なお、図3において、図1と同一部分は付して重複する説明は省略する。
[Embodiment 2]
As an infrared crack detection apparatus and infrared crack detection method according to
この実施形態2では、上記の実施形態1は異なり、熱伝導率が大きく温度差を保持しにくいアルミニウム製配管を対象にしたものであり、測定部位の時間的温度変動曲線を微分処理した後、判定レベルによって、表面傷・亀裂を検出できるようにしたものである。 In this second embodiment, the first embodiment is different from the first embodiment, which is intended for aluminum piping that has a high thermal conductivity and is difficult to maintain a temperature difference. After differential processing of the temporal temperature fluctuation curve of the measurement site, Surface flaws and cracks can be detected according to the judgment level.
なお、この実施形態2では、図3に示すように、検査対象がアルミニウム製配管8である点が実施形態1と異なるが、赤外線亀裂検出装置は実施形態1と同一である。また、実施形態2の動作フローチャートは、図2に示した実施形態1の動作フローチャートと同様である。
In the second embodiment, as shown in FIG. 3, the infrared crack detection device is the same as that of the first embodiment, except that the inspection target is an
この実施形態2固有の作用・効果について説明する。 Operations and effects unique to the second embodiment will be described.
動作フローチャートの(S101)において、ある任意の温度測定点について、時間的温度変動曲線を求め、その時間的温度変動曲線に対して信号処理(微分処理)を行う。各温度測定点の信号処理(微分処理)後の値が、予め定めてある閾値以上であれば、それは亀裂・傷であると判定する。一方、各温度測定点の信号処理(微分処理)後の値が前記閾値未満の場合は、それは正常部位であると判定する。 In (S101) of the operation flowchart, a temporal temperature fluctuation curve is obtained for an arbitrary temperature measurement point, and signal processing (differentiation processing) is performed on the temporal temperature fluctuation curve. If the value after signal processing (differential processing) at each temperature measurement point is equal to or greater than a predetermined threshold value, it is determined that the temperature measurement point is a crack / scratch. On the other hand, if the value after signal processing (differentiation processing) at each temperature measurement point is less than the threshold value, it is determined that the temperature measurement point is a normal part.
このようにして、この実施形態2においては、測定部位の時間的温度変動曲線を信号処理(微分処理)し、判定レベルによって亀裂・傷を評価するようにしたので、熱伝導率が高く、温度特異部が拡散しやすいアルミニウム素材に対して検出感度を向上させることができる。 In this way, in the second embodiment, the temporal temperature variation curve of the measurement site is signal-processed (differentiated), and cracks / scratches are evaluated according to the determination level. Detection sensitivity can be improved with respect to an aluminum material in which the singular part easily diffuses.
1 構造物の壁面部
2 ヘルメット
3 赤外線カメラ
4 アタッチメント
5 ゴーグル型ディスプレイ
6 ケーブル
7 超音波振動発生装置
7a 超音波振動子
7b 超音波ホーン
8 アルミニウム製配管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wall surface part of
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