JP6388196B2

JP6388196B2 - 蛍光磁粉探傷装置

Info

Publication number: JP6388196B2
Application number: JP2014101769A
Authority: JP
Inventors: 伸浩斉木
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2018-09-12
Anticipated expiration: 2034-05-15
Also published as: JP2015219069A

Description

本発明は、磁粉を用いて被測定物の円管孔内表面の探傷検査を行うための磁粉探傷装置に関し、特に、蛍光磁粉を用いて円管孔の内表面を撮像し傷検査を行うための蛍光磁粉探傷装置に関する。

強磁性体材料からなる一般的な鋼部材において、表面傷を磁粉によって検出する磁粉探傷検査が知られている。この磁粉探傷検査では、被測定物を磁化させた上で磁粉を塗布し、表面傷が存在するとその近傍で磁界が漏洩し磁粉を吸着することを利用して、例えば、これを目視によって観察することで表面傷の有無を検出するのである。一方で、小径鋼管のような被測定物の円管孔の内表面では、これを直接目視して観察することが困難であるため、円管孔の内部にカメラなどの撮像装置を挿入して検査が行われている。

例えば、特許文献１では、円管孔の内部を走行可能な台車に撮像部を与えた蛍光磁粉探傷装置を開示している。透明な板体に４つの車輪を取り付けた台車の上に撮像カメラと蛍光磁粉を発光させ得るブラックライトとを下向きに与え、更に、台車の後方にこれを走行させるための棒体（マンドレル）を接続させている。ここでは、円管孔の軸方向に沿って一直線に延びる溶接部だけを検査対象とし、これに沿って台車を走行させながら検査を行うとしている。一方で、円管孔内の広い面を検査するためには、円管孔の円周方向の角度位置を変化させてから台車を円管孔の軸方向に沿って進入させる検査を繰り返すことで可能である。

ところで、台車を用いずに、片持ち支持した棒体の先端に撮像カメラを取り付け、棒体を管体の内部に沿って進入させて検査を行う方法も提案されている。円管孔の円周方向の角度位置を変化させるよう、円管孔を有する被測定物を回転させなくとも、棒体の長手方向を中心軸にこれを回転させて撮像カメラを回転させることができる。これによれば、一定距離だけ棒体及び撮像カメラを円管孔内に進入させこれらを回転させて検査を行い得る。また、棒体及び撮像カメラを固定して被測定物側を回転及び並進運動させる方法も提案されている。

例えば、特許文献２では、ラインセンサからなる撮像装置（センサヘッド）を片持ち支持して備える蛍光磁粉探傷装置を開示している。撮像装置は、スリットの形成された隔壁内部に棒状の紫外線ランプを備え、該スリットと平行にＣＣＤセンサ等からなる蛍光を検出するラインセンサを有する。かかる撮像装置を片持ち支持して円管孔の端部から挿入し、被測定物を円管孔の中心軸の周りに回転させつつ、撮像装置との相対的な移動に合わせて円管孔の内表面からの蛍光をスキャンしていく。このスキャン画像を順次フレームメモリに書き込み、画像処理することで円管孔の特定深さ位置における内表面の２次元の展開画像を得られるとしている。

また、特許文献３では、片持ち支持された棒状体の先端に光画像伝送可能なカメラからなる撮像装置を設けた蛍光磁粉探傷装置が開示されている。撮像装置には、紫外線を照射する照射部を併せ持ち、本体部からの紫外線を光ファイバにより照射部に導くとともに、カメラの映像信号はイメージファイバにより本体部側に伝送される。撮像部を被測定物の円管孔の所定の位置に位置決めしたのち、被測定物を円管孔の中心軸の周りに回転させて蛍光磁粉による蛍光像をカメラで撮像しこれを本体部側のモニタに表示させる。

特開２００４−２７９０４５号公報特開平６−２７０４７号公報特開平５−３３２９９５号公報

小径鋼管のような被測定物について円管孔の内表面の広い範囲に亘る傷検査が必要とされる。かかる場合も、例えば、引用文献２や３に開示の装置のような、片持ち支持した棒体の先端に撮像カメラを取り付けた装置によって蛍光磁粉探傷試験を行うことが可能である。

本発明は、上記したような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、円管孔の内表面の広い範囲に亘って高い作業効率で傷検査を行うことのできる蛍光磁粉探傷装置を提供することにある。

本発明による蛍光磁粉探傷装置は、片持ち支持した棒体の先端に与えた撮像部を被測定物の円管孔の一端から挿入し他端へ向けて相対移動させ該円管孔の内表面を撮像し傷検査を行う蛍光磁粉探傷装置であって、ステージ上で前記円管孔の中心軸を水平に維持したまま前記中心軸の周りに前記被測定物を回転させ且つ前記中心軸に沿って前記被測定物を並進させる駆動機構と、前記駆動機構による前記被測定物の回転運動及び並進運動を独立して制御し、前記ステージに対して固定された前記撮像部を前記円管孔の前記一端の近傍に位置決めした後に、前記撮像部を前記他端の近傍まで連続して相対移動させる駆動制御部と、前記撮像部で得られる一連の画像を前記円管孔の位置に対応させて処理する撮像処理部と、を含むことを特徴とする。

かかる発明によれば、被測定物の回転運動及び並進運動を独立して制御し、一旦、位置決めするだけで撮像部を連続して相対移動させ、表面傷の有無を検出するための一連の画像を得られるから、高い作業効率で傷検査を行うことができる。

上記した発明において、前記駆動制御部は前記回転運動及び前記並進運動を同期させて制御することを特徴としてもよい。かかる発明によれば、撮像部を被測定物に対してらせん状に相対移動させ、表面傷の有無を検出するための一連の画像を得られ、高い作業効率で傷検査を行うことができる。

上記した発明において、前記回転運動及び前記並進運動による回転角度及び並進距離をそれぞれ測定するエンコーダ及び距離計を含み、前記円管孔の前記他端を閉塞し且つ前記円管孔を延長した凹部を有する蓋部を与えて前記蓋部に前記エンコーダを取り付けることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、磁粉液を円管孔内部に封入する蓋部に影響を受けることなく、撮像部を円管孔の一端から他端まで相対移動させ得て、高い作業効率で傷検査を行うことができる。

上記した発明において、前記撮像部は前記中心軸から撮像方向と反対側にオフセットされていることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、撮像部による撮像範囲を広く得られて、高い作業効率で傷検査を行うことができる。

本発明による蛍光磁粉探傷装置の正面図である。本発明による蛍光磁粉探傷装置の要部の側断面図である。蛍光磁粉探傷装置の要部の正断面図である。本発明による蛍光磁粉探傷装置のブロック図である。

まず、本発明による１つの実施例である蛍光磁粉探傷装置について、図１乃至図４を用いて詳細に説明する。

図１に示すように、蛍光磁粉探傷装置１０は、略水平に設置されたステージ１を含み、ステージ１の一端側に設置された検査機本体６と、検査機本体６に片持ち支持されて水平に延びる棒体７と、棒体７の伸張方向先端に備えられる撮像部２０とを含む。また、蛍光磁粉探傷装置１０は、被測定物である管体３０を支持して移動させるための機構として、ステージ１上を左右に延びるレール２と、レール２上をスライド可能で一対のローラ４をそれぞれ備える２つの支持部３と、２つの支持部３の距離を固定するロッド５とを含む。検査機本体６は、片持ち支持した棒体７の高さを調整する図示しない高さ調整機構を内蔵している。なお、管体３０は鋼などの強磁性体であって磁粉探傷可能な材料からなる円管状体である。

図２を併せて参照すると、２つの支持部３は、円管孔３１の中心軸Ｃをレール２に略平行にして管体３０を水平支持している。管体３０に当接する一対のローラ４は水平面内で中心軸Ｃを挟んで対向するよう支持部３に軸支されて回転可能であるとともに、図示しない回転用モータに接続されて管体３０を中心軸Ｃの周りに回転運動させることができる。また、支持部３は図示しない並進用モータに、例えばボールねじの如きで接続され、レール２に沿って管体３０を並進運動させることができる。なお、支持部３は適宜数を増やし、例えば、３つ以上としてもよい。また、管体３０の外形が段付き形状であっても中心軸Ｃを水平に支持できるように、ローラ４の高さや間隔を調整出来るようにしておくと好ましい。

図３を参照すると、撮像部２０は、棒体７の延びる方向を撮影方向とするＣＣＤカメラなどのカメラ２１と、同方向に紫外線を投光する投光部２２とを備え、さらにその前方に反射鏡２３を備える。これにより、円管孔３１の内表面に中心軸Ｃに対して略垂直な方向から紫外線を照射し、かかる内表面を中心軸Ｃに対して略垂直な方向から撮像することができる。このようにカメラ２１の方向を軸方向に向けることで撮像部２０の半径方向の寸法を小さくできるとともに、撮像距離を長くして取得する画像の内表面に対する撮像範囲を広くすることができる。典型的には、蛍光磁粉探傷装置１０では内径２５ｍｍ以上の円管孔であれば検査可能となる。また、撮像部２０を中心軸Ｃに対して撮像方向（図３では下向き）と反対側（図３では上側）にオフセットさせ、撮像範囲をより広くすることが好ましい。

図３に図１を併せて参照すると、上記したように、管体３０は中心軸Ｃに沿って並進運動できるので、かかる並進運動によって片持ち支持された棒体７の撮像部２０を相対的に管体３０の一方の端部（図１左側）から挿入可能である。また、棒体７は管体３０の一方の端部から挿入させた撮像部２０を管体３０の対をなす他方の端部（図１右側）の内表面を撮像できる位置に相対移動させるだけの長さを有している。管体３０の他方の端部には、これを閉塞するように蓋体３２が取り付けられており、他方の端部を撮像する撮像部２０の他方の端部から突出する部分を収容するよう、円管孔３１を延長した形状の凹部となるポケット３３を内側に設けられている。これにより、撮像部２０は円管孔３１の内表面を一方の端部から他方の端部まで蓋体３２に接触することなく撮像できる。なお、蓋体３２は円管孔３１の中心軸Ｃをその回転軸として有することになるので、後述するエンコーダ３５（図４参照）の取り付けを容易にできる。また、蓋体３２は、円管孔３１の他端側を閉塞するので、磁粉液を円管孔３１の内表面に塗布する際に磁粉液を円管孔３１内部に封入できる。

図４に示すように、蛍光磁粉探傷装置１０は、管体３０の移動を制御する駆動制御部１１と、撮像部２０により撮像された画像を処理する撮像処理部１６とを検査機本体６（図１参照）に内蔵している。駆動制御部１１は図示しない回転用モータを含む回転駆動部１２と、図示しない並進用モータを含む並進駆動部１３とに接続され、管体３０の回転運動と並進運動とをそれぞれ独立して制御可能である。

管体３０の他方の端部を閉塞する蓋体３２には、エンコーダ３５を含む回転角度測定部１４が接続され、管体３０の回転角度を測定できる。また、管体３０を支持する支持部３には距離センサ３６を含む並進距離測定部１５が接続され、支持部３の並進距離を測定できる。管体３０は支持部３０に支持され、かかる並進距離は管体３０についての並進距離となる。回転角度測定部１４及び並進距離測定部１５はそれぞれ撮像処理部１６に接続される。また、撮像処理部１６は、撮像部２０に接続され、撮像部２０の撮像した画像を回転角度測定部１４及び並進距離測定部１５から受信する回転角度及び並進距離と併せて保存できる。

次に、蛍光磁粉探傷装置１０による管体３０の内表面の探傷検査方法の例について、図１、図３及び図４を用いて説明する。

図１に示すように、まず、管体３０を支持部３によりステージ１上で支持し、円管孔３１の内表面を有機溶剤で洗浄する。そして、管体３０を磁化して、内表面に磁粉液を塗布する。磁化については電流貫通法による周方向の磁化又はコイル法による中心軸Ｃに沿った方向の磁化を行い得るがこれに限定されない。

続いて、管体３０に蓋体３２を取り付け、エンコーダ３５に接続させるとともに、管体３０の位置決め及び棒体７の高さ調整を行う。ここでは、円管孔３１に対して撮像部２０を検査開始時の所定の位置として、管体３０の一端側（図１左端部側）の近傍に位置させる。位置決めは後述する駆動制御部１１によって行われ得る。

図４を併せて参照すると、駆動制御部１１によって管体３０に回転運動及び並進運動を与える。すなわち、駆動制御部１１により回転駆動部１２及び並進駆動部１３を制御し、図示しない回転用モータ及び並進用モータをそれぞれ駆動させ、管体３０に回転運動及び並進運動をさせ、管体３０の移動を制御するのである。

管体３０の回転運動及び並進運動による移動については、エンコーダ３５及び距離センサ３６からの信号に基づき、回転角度測定部１４及び並進距離測定部１５によってそれぞれ回転角度及び並進距離を測定される。かかる測定結果を示す信号は撮像処理部１６に送信される。

撮像処理部１６は、円管孔３１の内部に挿入された撮像部２０により撮像した内表面の磁粉模様の画像を所定の時間間隔で連続的に取得し、上記した回転角度及び並進距離の測定結果と併せて一連の画像として保存する。併せて、図示しないモニタに、かかる画像と回転角度及び並進角度を表示させても良い。これによって、円管孔３１の内表面の磁粉探傷検査を行うことができる。

ところで、回転駆動部１２と並進駆動部１３とはそれぞれ独立して制御可能であるので、円管孔３１の内表面の任意の位置の検査を予め定めた管体３０の運動に従って行うことができる。つまり、円管孔３１の内表面の広い範囲であっても撮像部を連続して相対移動させ、表面傷の有無を検出するための一連の磁粉模様の画像を得られ、高い作業効率で検査を行うことができる。

ここで、円管孔３１の内表面の全面についての検査を行う場合、撮像範囲を円管孔３１の内表面に対してらせん状に移動させ、かつ取得される画像による撮像範囲同士に隙間のないように撮像部２０を円管孔３１に対して相対的に移動させるとよい。すなわち、回転駆動部１２及び並進駆動部１３によって、管体３０の回転運動及び並進運動を同期させて管体３０をらせん状に連続して移動させる。そして、円管孔３１の一端から他端まで連続して撮像することで、内表面の全面の磁粉模様の画像を得られるのである。これにより、内表面の全面であっても高い作業効率で検査を行うことができる。なお、管体３０の回転運動及び並進運動は、円管孔３１の内径に伴って変化し得る撮像範囲と上記した撮像する時間間隔とに合わせてその速度を調整されることが好ましい。図示したように、円管孔３１の内径が途中で変化する場合には、かかる変化に合わせて管体３０の回転運動及び並進運動の速度を調整される。

図３に示すように、円管孔３１の他端まで相対的に移動した撮像部２０は、その一部を他端から突出させるが、かかる突出させた部分を蓋体３２のポケット３３の内部に収容させ得る。これにより、上記したように撮像部２０を蓋体３２に接触させることがない。また、蓋体３２により、これを取り付けて他端を閉塞して磁粉液を塗布する際に円管孔３１の内部への封入を容易とし得るとともに、蓋体３２を取り付けたままエンコーダ３５を接続できて作業効率に優れる。

また、撮像部２０を中心軸Ｃに対して撮像方向と反対側にオフセットし、撮像範囲をより広くすることで、撮像部２０により取得する画像の数を減じ得るとともに、撮像部２０の円管孔３１の内表面に対する相対的な移動距離も減じ得て、作業効率に優れる。

以上、本実施例によれば、管体３０の回転運動及び並進運動を独立して制御でき、撮像部２０に対する円管孔３１の位置決めを１回行うだけで内表面の任意の位置の測定ができる。例えば、上記したように内表面の全面であっても、これを撮像して一連の画像として処理することができる。これにより、位置決めの回数を減じて高い作業効率を得ることができる。

なお、並進距離の測定は支持部３に取り付けられた距離センサ３６によって行うが、内表面の他端側や蓋体３２の撮像範囲に入る位置にマークを施し、検査終了時に取得した画像に対するマークの位置によって支持部３と管体３０とのずれの無いことを検証すると好ましい。また、このようなずれを生じさせないように、距離センサ３６を管体３０の端面に取り付けるなどして管体３０の並進距離を直接測定し、さらに検出されたずれを補正するように支持部３及びローラ４の動作においてフィードバック制御を行うなどしてもよい。

上記した実施例では、管体３０の外周の断面形状は円形であったが、これに限らず、円管孔を有していれば、外形は角形などであってもよい。その場合、ローラ４によって支持させるための外周を円形とする治具を用いたり、支持部３に代わってマニプレータの如きによって回転及び並進可能に管体を支持したりしてもよい。

ここまで本発明による代表的実施例及びこれに基づく改変例について説明したが、本発明は必ずしもこれらに限定されるものではない。当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例を見出すことができるだろう。

３支持部
１０蛍光磁粉探傷装置
１１駆動制御部
１６撮像処理部
２０撮像部
３０管体
３１円管孔

Claims

片持ち支持した棒体の先端に与えた撮像部を被測定物の円管孔の一端から挿入し他端へ向けて相対移動させ該円管孔の内表面に向けた撮像方向に該内表面を撮像し傷検査を行う蛍光磁粉探傷装置であって、
ステージ上で前記円管孔の中心軸を水平に維持したまま前記中心軸の周りに前記被測定物を回転させ且つ前記中心軸に沿って前記被測定物を並進させる駆動機構と、
前記駆動機構による前記被測定物の回転運動及び並進運動を独立して制御し、前記ステージに対して固定された前記撮像部を前記円管孔の前記一端の近傍に位置決めした後に、前記撮像部を前記他端の近傍まで連続して相対移動させる駆動制御部と、
前記撮像部で得られる一連の画像を前記円管孔の位置に対応させて処理する撮像処理部と、を含み、更に、
前記撮像部を前記中心軸上の位置と前記撮像方向に沿ってオフセットさせた位置とで移動させる調整機構を含み、前記撮像部を前記中心軸から前記撮像方向と反対側にオフセット位置で撮像できるようになっていることを特徴とする蛍光磁粉探傷装置。
前記駆動制御部は前記回転運動及び前記並進運動を同期させて制御することを特徴とする請求項１記載の蛍光磁粉探傷装置。
前記回転運動及び前記並進運動による回転角度及び並進距離をそれぞれ測定するエンコーダ及び距離計を含み、前記円管孔の前記他端を閉塞し且つ前記円管孔を延長した凹部を有する蓋部を与えて前記蓋部に前記エンコーダを取り付けることを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光磁粉探傷装置。
前記撮像部は、前記棒体の伸びる方向を撮影方向とするカメラと、前記撮影方向の前方にあって前記内表面の撮像を与えるように配置された反射鏡と、を含むことを特徴とする請求項１乃至３のうちの１つに記載の蛍光磁粉探傷装置。