JP6460850B2 - 紫外線探傷灯ユニット、および紫外線探傷装置 - Google Patents

Description

本発明は、被照射物に対し紫外線を照射する紫外線探傷灯ユニット、および、照射物表面からの反射光を捕捉して被照射物の表面状態を解析する探傷装置に関するものであり、具体的には蛍光磁粉探傷や蛍光浸透探傷など蛍光体による探傷技術に関する。

紫外線探傷装置は、表面に塗布した蛍光体を紫外線光源により励起させ、例えばカメラなどで照射像を画像化して解析する方法で被照射物の表面の状態を評価するものである。この装置では、紫外線強度によって励起像が変化するため、キズの誤検知、見逃しが発生することがあった。そのため、被照射物に対して均一の強度で紫外線を照射する必要があった。

そこで、照射する紫外線強度を均一にするには、複数の紫外線光源を使用したり（特許文献１、および特許文献２）、照射面に対して鉛直方向から照射したりする方法など（特許文献３）が考案されている。しかし、前者は照射ユニットが大型化してシステム全体が複雑化する問題があり、後者はカメラなどの画像化ユニットを傾斜して配置するためキズの寸法などの評価にばらつきが生ずるという問題があった。

他方、照射面に対して傾斜して紫外線を照射し、鉛直方向から画像解析をする方法が考案されている（特許文献４）。しかし、これには探傷範囲での紫外線強度が不均一になるという問題があった。

紫外線管球による光源からの照射光を均一化する方法に関しては、まず紫外線によるプリント基板の製作方法に関する特許文献５では、光源背部に配置した放物線状断面の反射板を延長し、延長部分を折り曲げて反射角を変えた構成の照射ユニットが開示されている。さらに紫外線を用いた樹脂硬化技術に関して、同様に反射板を延長した構成の照射ユニットが特許文献６により開示されている。しかし、これらの照射ユニットは鉛直方向から紫外線を照射することを前提に、照射強度を均一にすることを目的としたものであった。

特開２００７−１７３７７号公報 特開２００９−２６６２９８号公報 特開２０１３−１６０５０７号公報 特開２０１２−１２２９５７号公報 特開平５−３４９２６号公報 特開平１０−１７７８４３号公報

従来技術では、鉛直方向からカメラ等を用いて紫外線探傷を行う場合に、傾斜方向から被照射物に紫外線を照射する必要があったが、照射強度の均一化が困難で、照射強度にムラが生じてしまっていた。そのため、紫外線が強すぎるとキズがないにもかかわらず非特異的に蛍光物質と反応が生じたり、紫外線が弱すぎると本来検知すべきキズがある部分に付着した蛍光物質の応答が不十分であったりすることにより、キズの誤判定や見逃しが生じるという問題点があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、探傷面から鉛直方向に対して傾斜して配置した場合にも探傷面における紫外線照射強度をより均一化できる紫外線探傷灯ユニット、および当該ユニットを用いた紫外線探傷装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、紫外線探傷灯ユニットは、
円筒状の紫外線管球を用いた紫外線探傷灯ユニットであって、
前記紫外線管球の軸方向に幅を持って延び、上方から下方へ放物線の形状で延びて前記紫外線管球を径方向から取り囲む主反射板と、
前記主反射板の下方に更に下方へ延びる一対の延長反射板と、
前記紫外線管球を軸方向から取り囲む一対の側反射板と、
前記側反射板の下方に更に下方へ延びる一対の延長側反射板と、を備え、
前記延長反射板、前記側反射板、および前記延長側反射板は、それぞれ前記紫外線管球に対する角度が調整できることを特徴とする。

更に、前記主反射板、前記延長反射板、前記側反射板、および、前記延長側反射板が、アルミニウムであることを特徴とする。

更に、前記紫外線管球の軸が、前記主反射板の前記放物線の焦点に位置するように配置されることを特徴とする。

更に、前記側反射板は、楕円曲線状に湾曲することを特徴とする。

更に、前記延長側反射板は、楕円曲線状に湾曲することを特徴とする。

更に、前記湾曲する一対の側反射板の曲率を非対称とし、かつ、前記湾曲する一対の延長側反射板の曲率を非対称とし、
一方の側の前記側反射板と前記延長側反射板のそれぞれの曲率は、他方の側の前記側反射板と前記延長側反射板のそれぞれの曲率より大であることを特徴とする。

また、本発明の紫外線探傷装置は、上述の本発明の紫外線探傷灯ユニットを含み、被照射物の鉛直方向に対して傾斜して紫外線を照射することを特徴とする。

本発明によれば、紫外線探傷装置において被照射物に対して斜めから紫外線を照射するように紫外線探傷灯ユニットを配置しても、被照射物表面での紫外線強度分布をより均一にすることができるようになるとともに、広い照射領域において、十分な照射強度を得ることができる。これにより、紫外線探傷において、紫外線強度のムラに起因する誤判定や見逃しを防止することができ、より正確にキズの有無や状況を判定することが可能となる。

紫外線探傷装置の主要部の模式図である。 紫外線探傷装置の主要部の模式図である。 紫外線探傷灯ユニットの模式図（Ｘ投影図）である。 紫外線探傷灯ユニットの模式図（Ｙ投影図）である。 側反射板及び延長側反射板からの紫外線の照射範囲および紫外線照射強度を示した模式図である。

以下、本発明の実施形態について、実施例に基づき説明する。なお、本発明の実施形態は以下に開示する実施例に限定されるものではない。本発明の紫外線探傷装置の紫外線探傷灯ユニット２を図１、図２に模式的に示す。

（照射ユニット配置）
カメラユニット３は、キズの寸法などの評価にばらつきが生じないように、被照射物１の鉛直方向（「Ｚ方向」という。）に配置される。一方、紫外線探傷灯ユニット２は、被照射物１の鉛直方向に対して一定の傾斜角度で設置されている（傾斜が生ずる方向を「Ｘ方向」という。）。ここで、被照射物１の鉛直方向に対する傾斜角度は、３０度以下であることが好ましい。

（ユニットの構造）
紫外線探傷灯ユニット２の内部構造の投影図を図３および図４に模式的に示す。紫外線探傷灯ユニット２は、円筒状の紫外線管球４と、紫外線管球４を径方向から取り囲む主反射板１１と、主反射板１１の下方に更に下方へ延びる一対の延長反射板１２、１３、紫外線管球４を軸方向から取り囲む一対の側反射板２１、２２と、側反射板２１、２２の下方に更に下方へ延びる一対の延長側反射板２３、２４などを備える。なお、紫外線管球４の長手が奥行き方向（「Ｙ方向」という。）になるような向き、つまり紫外線管球４の軸がＹ方向に延びる向きで配置されている。延長反射板１２、１３、側反射板２１、２２、および延長側反射板２３、２４の６枚は、紫外線管球４に対する角度がそれぞれ調整できるように構成さている。

いずれの反射板１１、１２、１３、２１、２２、２３、２４も、その材料は、好ましくは金属であり、より好ましくはアルミニウムであって、光源が発する紫外線を効率的に反射して集光する。例えば、各反射板１１、１２、１３、２１、２２、２３、２４がアルミニウム板から作製される場合、紫外線を効率的に反射することができるとともに、各反射板１１、１２、１３、２１、２２、２３、２４の加工、例えば曲げ加工などが容易であり、紫外線探傷灯ユニット２の生産性が良い。なお、各反射板１１、１２、１３、２１、２２、２３、２４は、アルミニウムの塊から削り出し加工によって作製されても良い。また、各反射板１１、１２、１３、２１、２２、２３、２４には、表面処理を施しても良い。例えば、表面にクロムメッキ処理及び金属蒸着を施すことによって、光源が発する紫外線をより効果的に反射させることができる。

（光源および主反射板）
主反射板１１は、紫外線管球４の軸方向に幅を持って延び、上方から下方へ放物線の形状で延びて紫外線管球４を径方向から取り囲むように構成されており、主反射板１１のＸ方向の投影形状は放物線状である。一方、紫外線管球４は、その軸が主反射板１１の放物線の焦点に位置するように配置されている。そして、主反射板１１は、その当該放物線の焦点に配置された紫外線管球４の紫外線を下方へ反射するとともに、この反射された紫外線が収束または拡散せず略平行に被照射物１に照射されるように構成されている。なお、紫外線管球４は、取付位置が調整できる機構を組み込んで配置される。

（延長反射板）
延長反射板１２、１３は、Ｘ投影図において、それぞれ主反射板１１の下方へ延びる延長線に沿うように配置され、主反射板１１の下方に更に延びている（図３参照）。延長反射板１２、１３のＸ方向の投影形状は、主反射板１１のそれである放物線状を延長した緩やかな曲線状ある。延長反射板１２、１３は、それぞれ独立に取付角度が調整できる機構を組み込んで配置される。

なお、延長反射板１２、１３の取付角度は、主反射板１１からの反射光のうち紫外線管球４の陰となる部分にも充分な紫外線照射を補うことができるような角度であって、被照射物１以外の領域へ拡散する紫外線を反射させて効率的に被照射物１の附近に集光できるよう最適化して設定することが好ましい。また、延長反射板１２、１３のＸ方向の投影形状は直線状であっても良いが、紫外線管球４の紫外線を効率的に集光する観点において、主反射板１１のそれである放物線状を延長した緩やかな曲線状であることが好ましい。

（側反射板）
側反射板２１、２２は、紫外線管球４を軸方向から取り囲むように構成されている。側反射板２１、２２のＸ方向の投影形状は、主反射板１１の放物線形状に適合するようなお椀形である。一方、側反射板２１、２２のＹ方向の投影形状は、下方に向かって外方に突出する緩やかな楕円の一部である曲線状である。側反射板２１、２２は、延長反射板１２、１３と同様に、それぞれ独立に取付角度が調整できる機構を組み込んで配置される。

（延長側反射板）
延長側反射板２３、２４は、Ｙ投影図において、それぞれ側反射板２１、２２の下方へ延びる延長線に沿うように配置され、側反射板２１、２２の下方に更に延びている（図４参照）。延長側反射板２３、２４のＸ方向の投影形状は、延長反射板１２、１３の端部の形状に適合するような略台形である。一方、延長側反射板２３、２４のＹ方向の投影形状は、下方に向かって外方に突出する緩やかな曲線状、より好ましくは上述した側反射板２１、２２における楕円の一部である曲線状である。延長側反射板２３、２４は、延長反射板１２、１３や側反射板２１、２２と同様に、それぞれ独立に取付角度が調整できる機構を組み込んで配置される。

（側反射板および延長側反射板の設定角度）
側反射板２１、２２及び延長側反射板２３、２４を経由して被照射物１に照射される紫外線の照射範囲および紫外線照射強度を図５に模式的に示す。なお、図５に示される２点鎖線は、側反射板２１と延長側反射板２３による紫外線の照射範囲と、側反射板２２と延長側反射板２４による紫外線の照射範囲とを分かりやすくするための補助線であり、紫外線の光路を示すものではない。

この側反射板２１、２２と延長側反射板２３、２４の取付角度やＹ方向の投影形状における緩曲線の曲率は、好ましくは、次のように設定する。紫外線探傷灯ユニット２は、被照射物１の鉛直方向に対して一定の傾斜角度で設置されているので、対向する側反射板２１と側反射板２２、および対向する延長側反射板２３と延長側反射板２４が、それぞれ紫外線管球４を基準として対称となるように配置された場合、被照射物１の鉛直方向から紫外線を照射した場合と異なり、Ｘ方向の照射強度にムラが生じる。つまり、紫外線探傷灯ユニット２が照射する紫外線は、紫外線探傷灯ユニット２に近い側（以下「Ａ側」という。）が強く、遠い側（以下「Ｂ側」という。）では弱くなる。

そこで、まず、Ａ側の反射板セット（側反射板２１と延長側反射板２３）が被照射物１のＢ側を照射し、Ｂ側の反射板セット（側反射板２２と延長側反射板２４）が被照射物１のＡ側をそれぞれ照射するように角度を調整する。

また、Ａ側・Ｂ側の各反射板セットのＹ方向の投影形状における曲率は、Ａ側の各反射板セット２１、２３ではＸ方向の広がりをより小さくして単位面積あたりの紫外線強度を増し（紫外線探傷灯ユニット２と平行な傾斜面での波形β）、他方でＢ側の各反射板セット２２、２４ではＸ方向の広がりをより大きくして紫外線強度を低下させる（紫外線探傷灯ユニット２と平行な傾斜面での波形α）ように設定する。このようにして、被照射物１の照射面でのＸ方向における波形αと波形βの合成波形γを均一化することができる（図５参照）。

より詳細には、Ａ側の反射板セット（側反射板２１と延長側反射板２３）のＹ方向の投影形状における曲率を、Ｂ側の反射板セット（側反射板２２と延長側反射板２４）のＹ方向の投影形状における曲率よりも小さくする。ここで、楕円反射鏡の焦点から出た光はもう一方の焦点に集光されるので、Ａ側の反射板セット２１、２３によって反射される紫外線が集光する位置（焦点）は、Ｂ側の反射板セット２２、２４によって反射される紫外線が集光する位置（焦点）よりも、紫外線探傷灯ユニット２に近い位置となる。

そして、各反射板２１、２２、２３、２４をこのような構成にするとともに、Ａ側の反射板セット２１、２３によって反射される紫外線が集光する位置（焦点）が被照射物１の照射面上となるように紫外線探傷灯ユニット２を配置することで、被照射物１のＢ側のＸ方向の単位面積あたりの紫外線強度が増す。この際、Ｂ側の反射板セット２２、２４によって反射される紫外線が集光する位置（焦点）は、被照射物１の照射面より更に下方となるため、Ｂ側の反射板セット２２、２４によって反射される紫外線は、被照射物１の照射面上では広がりを有することになり、被照射物１のＡ側のＸ方向の単位面積あたりの紫外線強度が減少する。したがって、被照射物１の照射面上でのＸ方向の合成波形γを均一化することができる。

［実施例１］
以上で説明した構造を前提として、主反射板１１のＸ方向の投影形状を数式「ｙ^２＝１８０ｘ」で表される放物線形状として、主反射板１１の頂点から４５ｍｍの位置にある焦点に紫外線管球４を配置した。Ａ側の反射板セット（側反射板２１と延長側反射板２３）のＹ方向の投影形状は楕円の一部である曲線状であり、紫外線管球４の位置にこの楕円の一方の焦点が位置し、紫外線管球４から１３５０ｍｍの位置に他方の焦点が位置するようにＡ側の反射板セット２１、２３を配置した。Ｂ側の反射板セット（側反射板２２と延長側反射板２４）のＹ方向の投影形状は楕円の一部である曲線状であり、紫外線管球４の位置にこの楕円の一方の焦点が位置し、紫外線管球４から１４００ｍｍの位置に他方の焦点が位置するようにＢ側の反射板セット２２、２４を配置した。紫外線管球４はメタルハライドランプ１５０ＳＭ（マークテック社製）であった。紫外線探傷灯ユニット２の被照射物１の鉛直方向に対する傾斜角度は、１５度であった。紫外線探傷灯ユニット２の紫外線管球４から１，３５０ｍｍの位置に被照射物１の探傷面が位置するように、紫外線探傷灯ユニット２を設置した。

そして、紫外線探傷灯ユニット２による、被照射物１の探傷面における紫外線照射強度を計測した。その結果、Ｘ方向が約２６０ｍｍでＹ方向が約１２０ｍｍの範囲の照射領域がほぼ均一の紫外線照射強度であった。１５００Ｗで発光した場合の紫外線照射強度は、ほぼ２００００μＷ／ｃｍ^２であった。

上述された実施例から、本実施形態に係る紫外線探傷灯ユニット２は、探傷面から鉛直方向に対して傾斜して配置した場合にも探傷面における紫外線照射強度をより均一化できるものであることが示された。

以上説明したように、本発明の紫外線探傷灯ユニット２によれば、単一の紫外線管球４を用いて、被照射物１に対して傾斜して紫外線を均一に照射することができるようになったことにより、より正確に探傷が可能となった。さらに、紫外線探傷装置における紫外線探傷灯ユニット２の配置の自由度および装置設計の自由度が増したことにより、装置の小型化、メンテナンス性の向上が図られることが期待される。

１ 被照射物
２ 紫外線探傷灯ユニット
３ カメラユニット
４ 紫外線管球
１１ 主反射板
１２、１３ 延長反射板
２１ 側反射板（Ａ側）
２２ 側反射板（Ｂ側）
２３ 延長側反射板（Ａ側）
２４ 延長側反射板（Ｂ側）

Claims (7)

1. 円筒状の紫外線管球を用いた紫外線探傷灯ユニットであって、
   前記紫外線管球の軸方向に幅を持って延び、上方から下方へ放物線の形状で延びて前記紫外線管球を径方向から取り囲む主反射板と、
   前記主反射板の下方に更に下方へ延びる一対の延長反射板と、
   前記紫外線管球を軸方向から取り囲む一対の側反射板と、
   前記側反射板の下方に更に下方へ延びる一対の延長側反射板と、を備え、
   前記延長反射板、前記側反射板、および前記延長側反射板は、それぞれ前記紫外線管球に対する角度が調整できることを特徴とする紫外線探傷灯ユニット。
2. 前記主反射板、前記延長反射板、前記側反射板、および、前記延長側反射板が、アルミニウムであることを特徴とする、請求項１に記載の紫外線探傷灯ユニット。
3. 前記紫外線管球の軸が、前記主反射板の前記放物線の焦点に位置するように配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の紫外線探傷灯ユニット。
4. 前記側反射板は、楕円曲線状に湾曲することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の紫外線探傷灯ユニット。
5. 前記延長側反射板は、楕円曲線状に湾曲することを特徴とする、請求項４に記載の紫外線探傷灯ユニット。
6. 前記湾曲する一対の側反射板の曲率を非対称とし、かつ、前記湾曲する一対の延長側反射板の曲率を非対称とし、
   一方の側の前記側反射板と前記延長側反射板のそれぞれの曲率は、他方の側の前記側反射板と前記延長側反射板のそれぞれの曲率より大であることを特徴とする、請求項５記載の紫外線探傷灯ユニット。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の紫外線探傷灯ユニットを含み、被照射物の鉛直方向に対して傾斜して紫外線を照射することを特徴とする紫外線探傷装置。

Images