JP7076300B2 - 紫外線探傷灯 - Google Patents

Description

本発明は、蛍光探傷法で傷検出を行う紫外線探傷装置の紫外線探傷灯に関する。

蛍光探傷法には、蛍光浸透探傷法と蛍光磁粉探傷法の２つがある。蛍光浸透探傷法は、蛍光物質を含んだ浸透液を被検査体に塗布し、表面の傷に蛍光物質を浸透させる。表面の余分な浸透液を除去した後、紫外線を照射し傷を検出する。一方、蛍光磁粉探傷法は、被検査物の表層部を外部磁場により磁化して、蛍光物質で標識された磁粉を散布する。傷部に集まった磁粉に紫外線を照射し、磁粉指示模様を得る。どちらの方法も、得られた傷部の像を撮像装置によって画像化し、画像処理を行う事で傷部を検出するものである。

この蛍光探傷法に用いられる紫外線探傷灯は、従来、高圧水銀灯やメタルハライドランプ、また最近では紫外線発光ダイオード（紫外線ＬＥＤ）が用いられて来た。特許文献１には、複数個の紫外線ＬＥＤに凸レンズを組み合わせた照射装置が開示されている。特許文献２には、紫外線照明灯を用いて撮像した画像データを解析して傷部検出を行うことが開示されており、棒状の照明灯を用いることが開示されている。

特開２０１１－２１５０７７号公報 特開２００１－１９４３１６号公報

特許文献１には、紫外線ＬＥＤによる光を集光レンズで集める紫外線照射装置が開示されている。しかし、ビレット等の長物の被検査体の蛍光探傷検査を行う際、また、被検査体をコンベアに乗せて流れ作業で蛍光探傷検査を行う際、長楕円形の光源が必要となる。この長楕円形に光を照射する為には、従来技術では、多数のＬＥＤを直線状に配置する必要があった。直線状に配置された多数のＬＥＤによる紫外線照射装置では、多数の円形状の光を直線状にならべるため、光が重なり合って、無駄に紫外線強度が強くなる部分が生じた。さらに、範囲外を照射する為、エネルギーロスが発生した。

本発明は、上記課題を解決するため、少数の紫外線ＬＥＤからの光を、複数の光学系レンズで集光し、長楕円形状の光照射をおこなう紫外線探傷灯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、本発明の紫外線探傷灯は、
紫外線ＬＥＤ光源と、凸レンズと、シリンドリカルレンズとを備え、
前記紫外線ＬＥＤ光源からの光を、前記凸レンズを透過後、前記シリンドリカルレンズにより軸方向に細長く集光し、
前記シリンドリカルレンズは、前記軸方向に移動可能な固定方法で固定されることを特徴とする。

更に、本発明の紫外線探傷灯は、
前記シリンドリカルレンズは、ベースブロックとスペーサを挟んで固定され、
前記シリンドリカルレンズから前記凸レンズまでの距離は、前記スペーサの厚みを変えることで変更可能なことを特徴とする。

更に、本発明の紫外線探傷灯は、
４１０～６９０ｎｍの可視光の透過率１０％未満で紫外線透過率７０％以上の可視光カットフィルタを備えることを特徴とする。

本発明によれば、紫外線ＬＥＤ光源と、凸レンズと、シリンドリカルレンズとを備え、紫外線ＬＥＤ光源からの光を、凸レンズを透過後、シリンドリカルレンズにより軸方向に細長く集光し、シリンドリカルレンズは、軸方向に移動可能な固定方法で固定されるので、シリンドリカルレンズが紫外線によって劣化した場合、軸方向に移動して未使用部分を使うことができるため、部品点数が少なくて済み経済的であり、更に、長楕円形に集光した紫外線を照射することで、効率的に紫外線探傷検査を行うことができる。

更に、本発明の紫外線探傷灯は、シリンドリカルレンズは、ベースブロックとスペーサを挟んで固定され、シリンドリカルレンズから凸レンズまでの距離は、スペーサの厚みを変えることで変更可能なので、焦点までの距離を調節でき、精度良く紫外線探傷検査を行うことができ、部品点数が少なくて済み経済的である。

更に、本発明の紫外線探傷灯は、４１０～６９０ｎｍの可視光の透過率１０％未満で紫外線透過率７０％以上の可視光カットフィルタを備え、観察を妨害する可視反射光を大幅に減少するので、紫外線探傷検査を効率的に行うことができる。

本実施形態に係る紫外線ＬＥＤ、凸レンズ、シリンドリカルレンズの右側面組立図である。 本実施形態に係る紫外線ＬＥＤ、凸レンズ、シリンドリカルレンズの正面図である。 可視光カットフィルタを配置した図である。 本実施形態に係るシリンドリカルレンズの平面図である。 本実施形態に係るシリンドリカルレンズのもう一つの実施例である。 本実施形態に係るシリンドリカルレンズのさらに別の固定方法を示す斜視図である。 紫外線反射板を配置した図である。 紫外線により劣化した部分と未使用部分を示す図である。 シリンドリカルレンズを軸方向に移動し、未使用部分を使う図である。 １つのシリンドリカルレンズに３つのＬＥＤと３つの凸レンズを配置した図である。 ３つのＬＥＤと３つの凸レンズと３つのシリンドリカルレンズを配置した図である。

シリンドリカル面とは円筒面のことで、一方向には曲率を持つが、それと直交する方向には曲率を持たない面のことである。この円筒面の回転軸方向を、本明細書では軸方向と呼ぶ。本発明の紫外線探傷灯に使用するシリンドリカルレンズには、この軸方向に集光作用が無い。シリンドリカルレンズに平行光を入射すると、軸方向と垂直方向に集光作用があり、軸方向に細長く収束する。

本発明の紫外線探傷灯は、蛍光探傷検査に用いる。光源は紫外線ＬＥＤを用いる。浸透探傷法あるいは磁粉探傷法によって傷部に集まった蛍光物質に紫外線を照射すると、紫外線により蛍光物質が励起され、これが脱励起する際に可視光を放出する。つまり、紫外線を当てると傷部が光って指示模様ができ、傷部を検出することが可能になる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る紫外線ＬＥＤ１、凸レンズ２、シリンドリカルレンズ３の右側面組立図である。紫外線ＬＥＤ１から照射された紫外線は、凸レンズ２を透過した後、シリンドリカルレンズ３に入射面２１から入射し、出射面２２から出射して、被検査体表面に集光する。図２は、本実施形態に係る紫外線ＬＥＤ１、凸レンズ２、シリンドリカルレンズ３の正面図である。正面方向から見た紫外線の軌跡は、シリンドリカルレンズ３で集光されないため広がる。この結果、被検査体表面では、長楕円形に紫外線を照射することが可能になる。この集光と広がりの様子を、図８に概念的に示した。

本発明の紫外線探傷灯は長楕円形に紫外線を照射する為、撮像装置は、これに対応して、図示しないエリアカメラまたはラインセンサカメラを使用しても良い。エリアカメラまたはラインセンサカメラにより解像度の高い画像を得ることができ、精度の良い傷部指示画像により、高精度の探傷検査を行うことができる。

紫外線が焦点を結ぶ被検査体表面上までの距離は、図２に示したスペーサ５の厚みを変えてシリンドリカルレンズ３の位置を調節することで可変となる。

紫外線ＬＥＤは、発光波長が３１５～４００ｎｍの範囲のＬＥＤを使用する。また、発光波長が前述の範囲内ならば、単一波長であってもよい。発光波長がこの範囲を超えて可視光領域に達しているため、図３に示した４１０～６９０ｎｍの可視光の透過率１０％未満の可視光カットフィルタ６を配置し、可視光を除去する。この可視光カットフィルタ６の紫外線透過率は７０％以上のものを使用する。

可視光カットフィルタ（長波用フィルタ）は、誘電体多層膜（誘多膜）フィルタとフィルタガラスに大別することが出来る。誘多膜フィルタは、基板表面にフィルタとして機能する誘多膜を蒸着したタイプである。誘多膜フィルタは、光の干渉効果により波長を選択的に取り出す。分光透過特性のグラフにおいて、パス／カットの急激な立ち上がり（或いは立ち下がり）を示すのが誘多膜フィルタの特徴である。但し誘多膜フィルタの場合は得られる光学特性に入射角度依存性があるため、使用の際には注意が必要である。これに対し、フィルタガラスは、基板自体による光の吸収によって、特定の波長を取り出す。フィルタガラスは、誘多膜フィルタのような入射角度依存性がないため、使用が比較的容易である。但しその反面、パス／カットの立ち上がり（或いは立ち下がり）が緩やかな特徴がある。

撮像装置は、ノイズを除去する為に、紫外線カットフィルタを装備しても良い。本構成により、精度の高い画像を得ることができる。

図４は本発明の実施形態に係るシリンドリカルレンズ３の平面図である。シリンドリカルレンズ３は長孔７によって固定されている。長時間の使用により、シリンドリカルレンズ３に白濁等の劣化を生じた際、この長孔７の範囲でシリンドリカルレンズ３を軸方向に移動し、未使用部分を使うことが可能である。また、図５はもう一つの実施形態である。固定穴１２に固定ネジ１１を差し替えることでシリンドリカルレンズ３を軸方向に移動することができる。

図６は本発明の実施形態に係るシリンドリカルレンズ３のもう一つの固定方法を示した斜視図である。シリンドリカルレンズ３は取り付け治具３１を用いて固定される。取り付け治具３１はバネ弾性があり、シリンドリカルレンズ３の両側から挟んで固定する。シリンドリカルレンズ３を軸方向に移動する際は、凸部３４と凹穴３５を一致させて位置決めする。凹穴はシリンドリカルレンズ３に３ヵ所設置されている。

紫外線によりシリンドリカルレンズ３が劣化する様子の詳細は図８に示した。紫外線により劣化した部分９の両側にある未使用部分１０は、シリンドリカルレンズ３を軸方向に移動することで使用することが可能になる。図９は、紫外線による劣化後、シリンドリカルレンズ３を軸方向に移動し、未使用部分１０を使用した図である。本構成により、部品交換を行わずに長時間使用が可能になる。

図７は紫外線反射板８を左右に取り付けた正面図である。本構成により、左右方向に広がった紫外線を中央部に反射し、紫外線強度を高め、効率的な紫外線探傷検査が可能になる。

図１０は一つのシリンドリカルレンズ３に、３つの紫外線ＬＥＤ１と３つの凸レンズ２を配置した紫外線探傷灯である。本構成により、少ない部品点数で効果的に長楕円形に集光した紫外線照射が可能になる。また、シリンドリカルレンズ３の入射面付近が紫外線によって劣化した際には、シリンドリカルレンズ３を軸方向に移動し、使用する事が可能である。

図１１は３つの紫外線ＬＥＤ１と３つの凸レンズ２と３つのシリンドリカルレンズ３を配置した紫外線探傷灯である。本構成により、少ない部品点数で効果的に長楕円形に集光した紫外線照射が可能になる。また、シリンドリカルレンズ３の入射面付近が紫外線によって劣化した際には、シリンドリカルレンズ３を軸方向に移動し、使用する事が可能である。

蛍光探傷検査の被検査体が円筒形である場合、その円筒形の側面の探傷検査を行う際は、撮像装置によって画像化して自動的に傷部を検知する構成であってもよい。円筒形の被検査体の表面に、蛍光物質を塗布し、傷部に蛍光物質を集積させた後、シリンドリカルレンズよる長楕円形に集光する紫外線を照射し、エリアカメラまたはラインセンサカメラによって傷部の指示画像を得る。円筒形の被検査体を回転させることで、全側面を効率的に検査することが可能になる。

被検査体がベルトコンベアに乗せられて移動する際には、撮像装置によって画像化して自動的に傷部を検知する構成であってもよい。被検査体の表面に、蛍光物質を塗布し、傷部に蛍光物質を集積させた後、シリンドリカルレンズよる長楕円形に集光する紫外線を照射し、エリアカメラまたはラインセンサカメラによって傷部の指示画像を得る。ベルトコンベアによって被検査体を移動させることで、全面を効率的に検査することが可能になる。

本発明の紫外線探傷灯は、紫外線ＬＥＤを使用しており、小型で軽量であり、バッテリーにて稼働可能である。携帯型の可搬型も可能である。この構成によって、作業負荷を軽減し、作業効率を向上させることが可能になる。

浸透探傷検査法は、材料の非破壊検査法であり、材料表面に開口した傷やクラックを検出できる。磁粉探傷法と異なり、非鉄金属や金属以外の材料にも使用できる。

浸透探傷検査法では、まず、被検査物の表面を清浄にした後、乾燥させる。蛍光物質を含んだ浸透液をスプレーまたは刷毛塗りによって塗布して傷部に浸み込ませる。一定の浸透時間経過後に、材料表面から余剰の浸透液を除去する。この除去には水洗によるもの、または溶剤によるものがある。現像液を塗布して、傷部に浸み込んだ浸透液を露出させ、良く見えるようにする。最後に、紫外線を照射し傷部の指示画像を得る。傷部の判定は、目視による。あるいは、撮像装置によって画像化し、コンピューターにより自動的に判定する。傷部が検出された箇所にはマーキングを行い、印を付ける場合がある。コンピューターによる自動判定の場合、自動的にマーキングすることで効率良く傷部が確認できる。

磁粉探傷検査法は、鉄鋼材料などの強磁性体の表面に開口した傷やクラックを検出する非破壊検査法である。強磁性体の被検査材料に磁場を印加した際、被検査物の表面や内部に磁束を遮断する欠陥があると、欠陥の両端に磁極が表れ、材料の表面に磁束が漏洩する。ここに、蛍光物質によって標識された磁粉液を塗布すると傷部に対応する漏洩磁場に磁粉が吸着される。ここで、蛍光物質によって標識された磁粉とは、蛍光物質が付着した磁粉をいう。最後に、紫外線を照射すると、傷部に吸着された磁粉の蛍光物質が発光して、傷部を検出できる。

磁粉探傷検査法では、まず、鉄鋼などの強磁性体の被検査物の表面を溶剤などで清浄にした後、乾燥させる。次に、電磁石等により強磁性体を磁化する。磁化している最中に磁粉を掛ける連続法と、磁場を除いた後に検出する残留法がある。磁粉は、空気中に磁粉を散布して振り掛ける乾式法と、水や有機溶媒を用いる湿式法がある。蛍光物質によって標識された磁粉を振り掛ける。磁粉を振り掛けたところに傷部があり、漏洩磁場があると、そこに磁粉がとどまる。紫外線を照射すると磁粉に付けられた蛍光物質が発光して、傷部の指示模様が得られる。傷部の判定は、目視による。あるいは、撮像装置によって画像化し、コンピューターにより自動的に判定する。傷部が検出された箇所にはマーキングを行い、印を付ける場合がある。コンピューターによる自動判定の場合、自動的にマーキングすることで効率良く傷部が確認できる。

浸透探傷検査法および磁粉探傷検査法のどちらの方法でも、探傷検査が終わった被検査物は、消磁、洗浄、防錆などの後処理を行う。

本発明の実施例として、１つのシリンドリカルレンズに１つの紫外線ＬＥＤと１つの凸レンズを配置した。シリンドリカルレンズは直径２５ｍｍ、長さ１００ｍｍである。ＬＥＤとシリンドリカルレンズとの距離は７ｍｍである。シリンドリカルレンズから照射位置までの距離は８００ｍｍである。紫外線は軸方向に細長く集光した。

さらに、実施例として、１つのシリンドリカルレンズに３つの紫外線ＬＥＤと３つの凸レンズを配置した。ＬＥＤとシリンドリカルレンズとの距離は７ｍｍである。シリンドリカルレンズから照射位置までの距離は８００ｍｍである。また、２つのＬＥＤの間隔は２００ｍｍである。紫外線は軸方向に非常に細長く集光し、かつ、充分な強度が得られた。

本開示は、蛍光探傷装置の紫外線探傷灯に関し、その照射範囲を長楕円形とする為に、シリンドリカルレンズを紫外線ＬＥＤに組み合わせた発明である。従って、ビレット等の鋼材の強磁性体の部材の傷を検出する蛍光磁粉探傷法に利用することができる。また、蛍光物質を傷部にしみ込ませて検出する、蛍光浸透探傷法に利用することができる。また、皮膚、繊維クズ、樹脂、油脂などの蛍光発光を利用して、コンタミネーションや漏洩検査などにも使用される。

１ 紫外線ＬＥＤ
２ 凸レンズ
３ シリンドリカルレンズ
４ ベースブロック
５ スペーサ
６ 可視光カットフィルタ
７ 軸方向に長い長孔
８ 紫外線反射板
９ 紫外線により劣化した部分
１０ 未使用部分
１１ 固定ネジ
１２ 固定穴
２１ シリンドリカルレンズの入射面
２２ シリンドリカルレンズの出射面
３１ 取り付け治具
３２ 取り付けボルト
３３ スペーサ用ボルト
３４ 凸部
３５ 凹穴

Claims (3)

1. 紫外線ＬＥＤ光源と、凸レンズと、シリンドリカルレンズとを備え、
   前記紫外線ＬＥＤ光源からの光を、前記凸レンズを透過後、前記シリンドリカルレンズにより軸方向に細長く集光し、
   前記シリンドリカルレンズは、前記軸方向に移動可能な固定方法で固定されることを特徴とする、紫外線探傷灯。
2. 前記シリンドリカルレンズは、ベースブロックとスペーサを挟んで固定され、
   前記シリンドリカルレンズから前記凸レンズまでの距離は、前記スペーサの厚みを変えることで変更可能な、請求項１に記載の紫外線探傷灯。
3. ４１０～６９０ｎｍの可視光の透過率１０％未満で紫外線透過率７０％以上の可視光カットフィルタを備える、請求項１または２に記載の紫外線探傷灯。

Images