JP6094538B2

JP6094538B2 - 放射線探傷方法及び放射線探傷装置

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Publication number: JP6094538B2
Application number: JP2014142401A
Authority: JP
Inventors: 孝文尾関; 淳一四辻
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2034-07-10
Also published as: JP2016017908A

Description

本発明は、放射線を利用して金属からなる中空円筒形部材の欠陥を検出する放射線探傷方法及び放射線探傷装置に関する。

金属からなる中空円筒形部材（以下、筒形部材と略記）は例えば缶用の部材として広く使われており、その欠陥を検出する技術が数多く提案されている。例えば特許文献１には、缶体の内側に漏れ出る光を検出することにより、缶体に生じたピンホール等の欠陥を検出する技術が記載されている。特許文献２には、被検査缶の側面外側から放射線を入射し、反対側の被検査缶の側面外側を透過してきた放射線を検出することにより、被検査缶内の液面レベルを検出する技術が記載されている。特許文献３には、筒形部材を放射線計測システムに対して相対的に回転させながら筒形部材に放射線を透過させることにより、筒形部材の内部を検査する技術が記載されている。

特開２００９−２５１３０号公報特開平５−３２２６３０号公報特開２００４−８５３４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような光学的手法を利用した検査方法によれば、筒形部材を貫通している欠陥又は少なくとも筒形部材の表面に顕在化した欠陥しか検出することができない。すなわち、光学的手法を利用した検査方法では、例えば筒形部材内部の非金属介在物等、検査時点では見えないものの後の加工や衝撃によって顕在化及び有害化する内部欠陥を検出することができない。

これに対して、特許文献２に記載されているような筒形部材の側面外側から放射線を入射し、反対側の筒形部材の側面外側を透過してきた放射線を検出する検査方法によれば、筒形部材の内部欠陥を検出することができる。しかしながら、このような検査方法には以下に示す問題点がある。以下、図１３〜図１５を参照して、この検査方法の問題点について説明する。

一般に、放射線の減衰率が大きい金属からなる筒形部材に対する放射線探傷においては、放射線経路における筒形部材（健全部）が占める厚みｐ_ｍに比例して検出限界となる欠陥Ｄのサイズ（検出限界欠陥サイズ）ｄ’（球状を仮定）が決まる。具体的には、図１３（ａ），（ｂ）に示すように、放射線経路における筒形部材Ｍが占める厚みｐ_ｍがａからａ／２に変化すると、検出限界欠陥サイズｄ’もｂからｂ／２に変化する。すなわち、比例係数をαとすると、放射線経路における筒形部材が占める厚みｐ_ｍと検出限界欠陥サイズｄ’との関係は以下に示す数式（１）のように表される。ここで、比例係数αは、放射線源、放射線センサ、筒形部材の放射線透過率、及び欠陥の放射線透過率等により変化する。

一方、筒形部材Ｍの側面外側から放射線を入射する場合、図１４（ａ）に示すように、放射線経路に含まれる筒形部材Ｍの厚みは放射線経路が筒形部材Ｍの中心軸Ｏ（θ＝９０°）を通る放射線経路からずれるに従って大きくなる。すなわち、図１４（ａ）に示すように、筒形部材Ｍの中心軸Ｏを通る放射線経路Ｌ１１からの放射線経路Ｌ１２のずれ量をｘとすると、筒形部材Ｍの中心軸Ｏを通る放射線経路Ｌ１１に垂直な平面ＰＬ１と筒形部材Ｍの中心軸Ｏと筒形部材Ｍに対する放射線経路Ｌ１２の入射位置Ｐとを結ぶ直線Ｌ１３とがなす角度θは、以下の数式（２）のように表される。ここで、数式（２）中のＲは筒形部材Ｍの半径を示す。そして、以下の数式（３）に示す条件が成立すると仮定すると（図１４（ｂ）参照）、放射線経路Ｌ１２に含まれる筒形部材Ｍの厚みｐ_ｍは角度θと筒形部材Ｍの板厚ｔとを用いて以下の数式（４）のように表される。

従って、数式（１）と数式（４）とから検出限界欠陥サイズｄ’は、以下の数式（５）のように表され、放射線経路が筒形部材Ｍの中心軸Ｏを通る放射線経路Ｌ１１からずれるに従って大きくなる。具体的には、筒形部材Ｍの板厚ｔを１、比例係数αを０．１として、角度θの変化に対する放射線経路中の筒形部材Ｍの厚みｐ_ｍ及び欠陥検出限界サイズｄ’の変化を算出すると、図１５（ａ），（ｂ）に示すように、放射線経路中の筒形部材Ｍの厚みｐ_ｍ及び欠陥検出限界サイズｄ’は筒形部材Ｍの中心軸（θ＝９０°）から離れるに従って増加する。

この結果、図１５（ａ），（ｂ）に示す例では、例えば板厚の０．５以上の欠陥を検出したい場合、欠陥検出限界サイズｄ’が０．５以下であることが求められるが、欠陥検出限界サイズｄ’が０．５以下になる角度θが約２３°〜約１５７°の範囲内であるので、角度θが約２３°より小さい場合及び角度θが約１５７°より大きい場合にはこの条件が満足されなくなり、欠陥を検出することができなくなる。

このように、特許文献２に記載されているような筒形部材の側面外側から放射線を入射し、反対側の筒形部材の側面外側を透過してきた放射線を検出する検査方法には、放射線経路が筒形部材の中心軸（θ＝９０°）を通る放射線経路からずれるに従って欠陥の検出性能が低下するという問題がある。

なお、特許文献３に記載されているような筒形部材を放射線計測システムに対して相対的に回転させる検査方法によれば、筒形部材全体について筒形部材の中心軸を通る放射線経路に近い放射線経路で計測できるため、上記のような欠陥の検出性能の低下を防ぐことができる。しかしながら、この検査方法によれば、筒形部材又は放射線計測システムを回転させる機構が必要になるために、検査装置の構成が複雑になる。また、角度を変えて複数回の計測を行わなければならないために、検査に多くの時間が必要になる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、検出性能を低下させることなく、簡単な構成により短時間で検査を行うことが可能な放射線探傷方法及び放射線探傷装置を提供することにある。

上記した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る放射線探傷方法は、放射線を利用して金属からなる中空円筒形部材の欠陥を検出する放射線探傷方法であって、複数の放射線源と放射線センサとの対を用いて、中空円筒形部材の側面外側から放射線を入射し、反対側の中空円筒形部材の側面外側を透過してきた放射線を検出するステップを含み、中空円筒形部材を平板にしたときの放射線源と放射線センサとの対の検出限界欠陥サイズをｄ_ｆｌａｔ、検出したい最小の欠陥サイズをｄで表したとき、前記中空円筒形部材の位置を固定した相対座標上における、放射線源と放射線センサの各対の中空円筒形部材の中心軸を放射線経路に含む場合における放射線経路同士がなす角度のうち、最大の角度φ_aが以下の数式（６）に示す条件を満足することを特徴とする。

本発明に係る放射線探傷方法は、上記発明において、前記放射線センサはラインセンサであり、前記中空円筒形部材と放射線源と放射線センサとの対との相対的な位置を中空円筒形部材の中心軸に対して垂直な方向に移動させるステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る放射線探傷方法は、上記発明において、前記放射線センサはラインセンサであり、前記中空円筒形部材と放射線源と放射線センサとの対との相対的な位置を中空円筒形部材の中心軸に対して平行な方向に移動させるステップを含むことを特徴とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る放射線探傷装置は、放射線を利用して金属からなる中空円筒形部材の欠陥を検出する放射線探傷装置であって、中空円筒形部材の側面外側から放射線を入射する放射線源と反対側の中空円筒形部材の側面外側を透過してきた放射線を検出する放射線センサとの対を複数備え、中空円筒形部材を平板にしたときの放射線源と放射線センサとの対の検出限界欠陥サイズをｄ_ｆｌａｔ、検出したい最小の欠陥サイズをｄで表したとき、前記中空円筒形部材の位置を固定した相対座標上における、放射線源と放射線センサの各対の中空円筒形部材の中心軸を放射線経路に含む場合における放射線経路同士がなす角度のうち、最大の角度φ_aが以下の数式（７）に示す条件を満足することを特徴とする。

本発明によれば、検出性能を低下させることなく、簡単な構成により短時間で検査を行うことが可能な放射線探傷方法及び放射線探傷装置を提供することができる。

図１は、本発明の一本実施形態である放射線探傷装置の構成を示す平面図である。図２は、本発明の一実施形態である放射線探傷装置の構成を示す模式図である。図３は、数式の導出過程を説明するための模式図である。図４は、数式の導出過程を説明するための模式図である。図５は、数式の導出過程を説明するための模式図である。図６は、図１に示す放射線探傷装置の変形例の構成を示す平面図である。図７は、図１に示す放射線探傷装置の変形例の構成を示す平面図である。図８は、図１に示す放射線探傷装置の変形例の構成を示す平面図である。図９は、図６に示す放射線探傷装置の変形例の構成を示す平面図である。図１０は、図２に示す放射線探傷装置の変形例の構成を示す模式図である。図１１は、従来及び本実施例の放射線探傷装置の構成を示す平面図である。図１２は、図１１に示す従来及び本実施例の放射線探傷装置における筒形部材の位置毎の欠陥検出限界を示す図である。図１３は、筒形部材の厚みと欠陥検出限界サイズとの関係を説明するための図である。図１４は、放射線経路と放射線経路に含まれる筒形部材の厚みとの関係を説明するための図である。図１５は、放射線経路中の筒形部材の厚み及び欠陥検出限界サイズと筒形部材の中心軸を通る放射線経路からのずれ量との関係を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である放射線探傷装置の構成及びその動作について説明する。

図１は、本発明の一本実施形態である放射線探傷装置の構成を示す平面図である。図２は、本発明の一実施形態である放射線探傷装置の構成を示す模式図である。

図１，２に示すように、本発明の一実施形態である放射線探傷装置１は、被検体である金属からなる筒形部材Ｍの側面外側から放射線を入射する放射線源２（２ａ，２ｂ）と、反対側の筒形部材Ｍの側面外側を透過してきた放射線を検出するラインセンサ等によって構成された放射線センサ３（３ａ，３ｂ）との対（以下、線源・センサ対）を複数備えている。なお、図１，２に示す例では、線源・センサ対の数は２つであるが、線源・センサ対の数は３つ以上であってもよい。

各線源・センサ対は、欠陥の検出性能を低下させないように、各線源・センサ対における筒形部材Ｍの中心軸Ｏを含む放射線経路Ｌ１，Ｌ２がなす角度φ_aが以下の数式（８）に示す条件を満足する位置に配置されている。ここで、数式（８）中のｄ_ｆｌａｔは、筒形部材Ｍを平板にした時の欠陥検出限界サイズを示し、ｄは放射線探傷において検出したい最小の欠陥サイズを示している。なお、線源・センサ対が３つ以上ある場合には、筒形部材Ｍの中心軸Ｏを含む放射線経路がなす角度が最大になる線源・センサ対の組合せにおいて、放射線経路がなす角度φ_aが数式（８）に示す条件が満足すればよい。

また、本実施形態では、各線源・センサ対は、各線源・センサ対がなす放射線経路が交差するように配置されている。各線源・センサ対がなす放射線経路が交差するように配置することによって、筒形部材Ｍの中心軸Ｏを回転軸とした筒形部材Ｍの回転の有無に依存せずに正確に放射線探傷を行うことができる。さらに、図２に示すように、本発明の一実施形態である放射線探傷装置１は、各線源・センサ対によって筒形部材Ｍ全体を２次元画像化可能なように、筒形部材Ｍの中心軸方向に対して垂直な方向に線源・センサ対と筒形部材Ｓとを相対的に移動させる移動機構４を備えている。

以下、上記数式（８）が導出される過程について説明する。

いま数式（８）中のｄ_ｆｌａｔは数式（１）において筒形部材Ｍが占める厚みｐ_ｍがｔである時の検出限界欠陥サイズｄ’に対応するため（図３参照）、以下に示す数式（９）が成立する。従って、図４に示すように、一般の場合の検出限界欠陥サイズｄ’は数式（１０）のように表される。

また、図５に示すように、筒形部材Ｍが角度φ_bだけ傾いた計測も実施すると考えると、この計測による筒形部材Ｍの位置θでの検出限界欠陥サイズｄ”は以下に示す数式（１１）のように表される。この時、０°≦φ_b≦３６０°とする。

従って、この２つの計測による検出限界欠陥サイズｄ’’’（θに依存）は以下に示す数式（１２）のように表され、欠陥の検出性能が角度θによらず低下しないためには、角度θによらず以下の数式（１３）に示す条件が満足されればよい。

ここで、ｄ’’’（θ）が最大となる角度θはφ_b／２であり、この時、ｄ’’’（θ）は以下に示す数式（１４）のように表される。

従って、角度θによらず数式（１３）が成立する条件は、以下に示す数式（１５）〜１７）から数式（１８）のように求められる。

ここで、基本の計測及び筒形部材Ｍが角度φ_bだけ傾いた計測を実現することは、放射線経路同士のなす角度φ_aがφ_a=φ_bとなる条件でそれぞれ計測をすることと等価であり、これより数式（８）が得られる。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である放射線探傷装置１は、筒形部材Ｍの側面外側から放射線を入射する放射線源２ａ，２ｂと反対側の筒形部材Ｍの側面外側を透過してきた放射線を検出する放射線センサ３ａ，３ｂとの対を複数備え、筒形部材Ｍを平板にしたときの放射線源２ａ，２ｂと放射線センサ３ａ，３ｂとの対の検出限界欠陥サイズをｄ_ｆｌａｔ、検出したい最小の欠陥サイズをｄで表したとき、筒形部材Ｍの位置を固定した相対座標上における、放射線源２ａ，２ｂと放射線センサ３ａ，３ｂの各対の筒形部材Ｍの中心軸Ｏを放射線経路に含む場合における放射線経路同士がなす角度のうち、最大の角度φ_aが上記数式（１８）に示す条件を満足する。これにより、検出性能を低下させることなく、簡単な構成により短時間で筒形部材Ｍの欠陥を検査できる。

なお、上記実施形態では、各線源・センサ対は、各線源・センサ対がなす放射線経路が交差するように配置されていたが、図６に示すように、各線源・センサ対がなす放射線経路が交差しないように各線源・センサ対を配置してもよい。但し、この場合には、各放射線経路の角度φ_１，φ_２は筒形部材Ｍ上の同一の基準点Ｐ１を基準として評価する必要がある。各線源・センサ対がなす放射線経路が交差しないように各線源・センサ対を配置することによって、対となっていない放射線源から照射された放射線が放射線センサに入射することを抑制できる。このような利点を活かすため、線源・センサ対間で放射線を遮蔽することが望ましい。

また、上記実施形態では、線源・ラインセンサ対が、筒形部材Ｍの中心軸Ｏを含む筒形部材Ｍの移動方向に対して平行な平面ＰＬ１に直交する、筒形部材Ｍの中心軸Ｏを含む平面ＰＬ２に対して対称になるように配置されているが、図７に示すように一方の線源・センサ対を平面ＰＬ２内、すなわち筒形部材Ｍの移動方向に対して垂直な方向に配置してもよい。

また、上記実施形態では、放射線センサ３ａ，３ｂとしてラインセンサを用いたが、図８や図９に示すように、放射線センサ３ａ，３ｂとして二次元センサを用いてもよい。図８に示す例では、放射線センサ３ａ，３ｂを一体としているが、放射線３ａと放射線３ｂとを別体としてもよい。

さらに、上記実施形態では、移動機構４は、筒形部材Ｍの中心軸方向に対して垂直な方向に線源・センサ対と筒形部材Ｓとを相対的に移動させたが、図１０に示すように、筒形部材Ｍの中心軸方向に対して平行な方向に線源・センサ対と筒形部材Ｓとを相対的に移動させてもよい。

実施例として、ｄ／ｄ_ｆｌａｔの値が５、角度φ_aが６０°である場合の放射線探傷処理について述べる。このとき、数式（１８）の左辺の項は４７°となり、数式（１８）に示す条件が満足される。図１１（ａ），（ｂ）はそれぞれ、従来及び本実施例の放射線探傷装置の構成を示す平面図である。図１２（ａ），（ｂ）はそれぞれ、図１１（ａ），（ｂ）に示す従来及び本実施例の放射線探傷装置における筒形部材の位置毎の検出限界欠陥サイズを示す図である。

図１２（ａ）に示すように、従来の放射線探傷装置では、検出限界欠陥サイズが検出したい最小の欠陥サイズｄを越えてしまい、求める検出能での探傷ができない場合が生じる。これに対して、図１２（ｂ）に示すように、本実施例の放射線探傷装置では、全ての位置で少なくとも１つの線源・センサ対では求める検出能での測定が可能であることがわかる。以上のことから、本実施例の放射線探傷装置によれば、検出性能を低下させることなく、簡単な構成により短時間で筒形部材の欠陥を検査できることが確認された。

１放射線探傷装置
２ａ，２ｂ放射線源
３，３ａ，３ｂ放射線センサ
Ｄ欠陥
Ｍ筒形部材

Claims

放射線を利用して金属からなる中空円筒形部材の欠陥を検出する放射線探傷方法であって、
複数の放射線源と放射線センサとの対を用いて、中空円筒形部材の側面外側から放射線を入射し、反対側の中空円筒形部材の側面外側を透過してきた放射線を検出するステップを含み、
中空円筒形部材を平板にしたときの放射線源と放射線センサとの対の検出限界欠陥サイズをｄ_ｆｌａｔ、検出したい最小の欠陥サイズをｄで表したとき、前記中空円筒形部材の位置を固定した相対座標上における、放射線源と放射線センサの各対の中空円筒形部材の中心軸を放射線経路に含む場合における放射線経路同士がなす角度のうち、最大の角度φ_aが以下の数式（１）に示す条件を満足することを特徴とする放射線探傷方法。
前記放射線センサはラインセンサであり、前記中空円筒形部材と放射線源と放射線センサとの対との相対的な位置を中空円筒形部材の中心軸に対して垂直な方向に移動させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の放射線探傷方法。
前記放射線センサはラインセンサであり、前記中空円筒形部材と放射線源と放射線センサとの対との相対的な位置を中空円筒形部材の中心軸に対して平行な方向に移動させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の放射線探傷方法。
放射線を利用して金属からなる中空円筒形部材の欠陥を検出する放射線探傷装置であって、
中空円筒形部材の側面外側から放射線を入射する放射線源と反対側の中空円筒形部材の側面外側を透過してきた放射線を検出する放射線センサとの対を複数備え、
中空円筒形部材を平板にしたときの放射線源と放射線センサとの対の検出限界欠陥サイズをｄ_ｆｌａｔ、検出したい最小の欠陥サイズをｄで表したとき、前記中空円筒形部材の位置を固定した相対座標上における、放射線源と放射線センサの各対の中空円筒形部材の中心軸を放射線経路に含む場合における放射線経路同士がなす角度のうち、最大の角度φ_aが以下の数式（２）に示す条件を満足することを特徴とする放射線探傷装置。