JPH09251010A - 板波超音波探傷による欠陥判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノイズの発生に拘らず、被探傷材に及ぼす欠
陥の影響を正確に判断することができる板波超音波探傷
による欠陥判定方法を提供する。 【解決手段】 ＣＰＵ61は、フレームメモリ62内の２次
元探傷画像を２値化し、その２値化画像を画像メモリ63
に記憶させる。欠陥形状計測部64は、画像メモリ63に記
憶された２値化画像中の各２値化像の長さ，幅及び面積
を求める。欠陥検出部66は所定の寸法範囲にあるものを
欠陥による２値化像Ｋ_P2であると判断してその位置を特
定する。欠陥濃度計測部65はフレームメモリ62中の欠陥
による像Ｋ_P の階調値を求める。欠陥判定部67は、欠陥
の寸法及び欠陥の階調値から、欠陥の長さ，欠陥画像の
平均階調値，欠陥画像内の最大階調値，欠陥画像の合計
階調値等の特徴量を求め、予め設定してある判定ロジッ
クに従って特徴量と閾値とを比較し、その比較結果から
その欠陥の有害度を判定する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被探傷材に板波超
音波を入射し、その反射波を受信して被探傷材に生じた
欠陥を探傷し、その探傷結果に基づいて被探傷材に及ぼ
す欠陥の影響を判定する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱延鋼板，冷延鋼板等、その厚みが比較
的薄い被探傷材の表面又は内部に生じた欠陥をオンライ
ンで非破壊検査するために、タイヤ探触子を用いて被探
傷材に板波超音波を伝播させ、その反射波を受信し、そ
の中に欠陥に基づく信号が含まれているか否かによっ
て、被探傷材に生じた欠陥を探傷する板波超音波探傷が
行われている。

【０００３】図８はタイヤ探触子の使用態様を示す模式
的断面図であり、図中Ｓはその長手方向に移送される帯
状の被探傷材である。被探傷材Ｓの表面には接触媒質15
が所定の厚みに均一に塗布されている。被探傷材Ｓの上
方には支持棒13が鉛直に配置してあり、支持棒13の下端
近傍には被探傷材Ｓの幅方向に固定軸16が支持されてい
る。固定軸16には被探傷材Ｓに転接する探触部22が回転
自在に取付けてある。

【０００４】探触部22は、その周縁部に溝18，18が形成
してあるホイル17，17と該ホイル17，17の周囲を取り囲
むゴム等の帯状のタイヤ部14とを備えており、タイヤ部
14の両エッジは両ホイル17，17の溝18，18に固定してあ
る。探触部22の内の固定軸16には、所定周期毎に超音波
を送受信する板波探触子20が被探傷材Ｓのエッジ部の方
向に所定角度傾斜して固定してある。また探触部22内に
は接触媒質15が充填してあり、板波探触子20が発生した
超音波は探触部22内の接触媒質15，タイヤ部14及び接触
媒質15を介して被探傷材Ｓへ、該被探傷材の幅方向と平
行に所定の入射角で入射され、そこで超音波の入射角，
被探傷材Ｓの板厚及び超音波の周波数に応じた振動モー
ドの板波超音波に変換されて、被探傷材Ｓ中を伝播す
る。

【０００５】被探傷材Ｓ中を伝播された板波超音波は、
被探傷材Ｓの表面又は内部に生じた欠陥、及び被探傷材
のエッジ部で反射され、反射波は被探傷材Ｓ表面の接触
媒質15，タイヤ部14及び探傷部22内の接触媒質15を介し
て板波探触子20に受信されて探傷信号が得られる。

【０００６】図９は板波超音波探傷による探傷信号の一
例を示すグラフであり、図中、縦軸は探傷信号の強度
を、また横軸は超音波を送信してからの時間を示してい
る。図９の如く、超音波の送信直後から所定の時間Ａ内
に、探触子近傍の乱反射によって受信された複数の信号
が現れている。そして、被探傷材の幅方向に伝播される
板波超音波の伝播時間である時間Ｂ内に、被探傷材の欠
陥の反射によって受信された信号が現れており、その後
に被探傷材のエッジ部の反射によって受信された信号が
所定の時間Ｃだけ現れている。このようにエッジ部から
の反射信号の幅が広いのは、被探傷材中を伝播する板波
超音波は伝播速度が異なる複数の振動モードの板波が重
合した波であるため、各振動モードの板波毎にエッジ部
による反射波が受信されるからである。

【０００７】従来の板波超音波探傷による欠陥判定方法
では、超音波を送信して時間Ａが経過したタイミングで
ゲートを開け、時間Ｂだけゲートを開けておくようにす
ることによって、欠陥による反射波のみを受信するよう
にし、探傷信号内に、図９中の一点鎖線で示した第１閾
値以上の信号が含まれていた場合、軽欠陥が存在すると
判定し、破線で示した第２閾値（第１閾値＜第２閾値）
以上の信号が含まれていた場合、重欠陥が存在すると判
定していた。なお、前述したゲート開のタイミング及び
ゲート領域の幅は、被探傷材の材質，板幅，及び板厚等
に基づいて予め定められる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の方
法にあっては、ゲート内の探傷信号の強度と第１閾値及
び第２閾値との比較結果に基づいて、重欠陥又は軽欠陥
であると判定しているため、第１閾値又は第２閾値を越
えるノイズが発生した場合、重欠陥又は軽欠陥であると
判定されるという問題があった。また、第２閾値を越え
ない欠陥であっても、その寸法が大きな欠陥は、被探傷
材の品質に重大な影響を及ぼすため、重欠陥であると判
定されるべきであるが、前述した方法では、このような
欠陥でも軽欠陥であると判定してしまい、欠陥の判定が
正確でないという問題があった。

【０００９】本発明はかかる事情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複数の探傷信号を順
次記憶し、記憶した探傷信号に基づいて欠陥に係る複数
の特徴量を求め、それらと閾値との比較結果に基づいて
欠陥の影響を判定することによって、ノイズの発生に拘
らず、被探傷材に及ぼす欠陥の影響を正確に判定するこ
とができる板波超音波探傷による欠陥判定方法を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１発明に係る板波超音
波探傷による欠陥判定方法は、被探傷材又は超音波探触
子を移動させつつ、前記超音波探触子から超音波を所定
周期で発信し、それを板波超音波として前記被探傷材の
エッジ側へ伝播させ、各反射波を受信して探傷信号を
得、該探傷信号に基づいて被探傷材に生じた欠陥が被探
傷材に及ぼす影響を判定する方法において、各探傷信号
を順次記憶し、それらの探傷信号に基づいて欠陥に係る
複数の特徴量を求め、求めた各特徴量とそれらに対応し
て予め定めた閾値とをそれぞれ比較し、その比較結果に
基づいて被探傷材に及ぼす欠陥の影響を判定することを
特徴とする。

【００１１】第２発明に係る板波超音波探傷による欠陥
判定方法は、第１発明において、各探傷信号を被探傷材
の探傷位置に対応付けて順次記憶し、欠陥に係る探傷信
号の領域をその形状に基づいて特定し、特定した領域の
探傷信号から欠陥に係る複数の特徴量を求めることを特
徴とする。

【００１２】探傷信号を被探傷材の探傷位置に対応して
順次記憶することによって、超音波探触子近傍の乱反射
による探傷信号の領域，被探傷材のエッジ部による探傷
信号の領域及び欠陥による探傷信号の領域等を生成し、
各領域の形状に基づいて、欠陥による領域を特定する。
このとき、ノイズによる信号領域はその形状が小さいた
め容易に区別することができ、そのためノイズによる誤
検出が防止される。そして、特定した欠陥に係る信号領
域の長さ，幅，面積、及びその信号領域の平均信号強
度，最大信号強度，累積信号強度等の複数の特徴量を求
める。

【００１３】また、複数の特徴量それぞれについて、判
断する閾値が予め定めてあり、各特徴量と対応する閾値
とをＩｆ−Ｔｈｅｎ形式にてそれぞれ比較する木構造の
判断ロジックに従って、又は各特徴量と対応する閾値と
を比較結果に応じてポイントを予め設定しておき、その
総合ポイントのランクに従って、その欠陥が被探傷材に
及ぼす影響を判定する。これによって、被探傷材に及ぼ
す欠陥の影響が正確に判定される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本発明をその実施例を示す図
面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施に
使用する欠陥判定装置の構成を示すブロック図であり、
図中11はタイヤ探触子である。タイヤ探触子11は矢符方
向に移送される帯状の被探傷材Ｓの一方のエッジ部Ｅ上
に転接させてある。タイヤ探触子11にはパルサ２から電
圧が印加されるようになっており、パルサ２はパルスタ
イミングコントローラ１からのパルス信号によって電圧
を印加する周期が制御されている。そしてタイヤ探触子
11は印加された電圧によって励振され、被探傷材Ｓの他
方のエッジ部Ｅへ超音波を送信しその反射波を受信す
る。

【００１５】タイヤ探触子11が探傷受信した信号は信号
増幅器３にて増幅された後、所定の通過周波数領域を有
するバンドパスフィルタ４に入力される。バンドパスフ
ィルタ４を通過した信号はアナログ／ディジタル（Ａ／
Ｄ）変換器５によってディジタル信号に変換されてコン
ピュータ６に備えられたＣＰＵ61に与えられる。ＣＰＵ
61には前述したパルスタイミングコントローラ１からパ
ルス信号も与えられるようになっており、ＣＰＵ61はパ
ルスタイミングコントローラ１から与えられたパルス信
号に基づいて、Ａ／Ｄ変換器５から与えられた探傷信号
を適宜階調（例えば０〜２５５階調）の濃淡信号に変換
してフレームメモリ62に２次配列し、２次元探傷画像を
形成する。

【００１６】図２はＣＰＵ61に与えられる信号の波形図
であり、図３はフレームメモリ62に２次元配列される探
傷信号の波形図である。ＣＰＵ61には、図２（ａ）の如
く、パルスタイミングコントローラ１からのパルス信号
と、（ｂ）の如く、各パルス信号のタイミングで被探傷
材の幅方向に伝播される板波超音波によって探傷された
探傷信号とが与えられる。この探傷信号をパルス信号毎
に分割すると、被探傷材の移送方向の順に該被探傷材の
幅方向毎の探傷信号が得られる。そして、各探傷信号を
濃淡信号に変換した後、ｘ軸が被探傷材の板幅方向，ｙ
軸が被探傷材の移送方向，ｚ軸が信号強度である座標軸
上に、被探傷材の移送方向の順にフレームメモリ62に配
列して２次元化すると、図３のようになる。両図中、Ｒ
_E はタイヤ探触子近傍の乱反射による信号であり、Ｋ_E
は欠陥による信号であり、Ｔ_E は被探傷材の他端エッジ
部による信号である。

【００１７】図４はフレームメモリ62に記憶された２次
元探傷画像図であり、等高線表示を行った場合について
示してある。図４において縦軸は被探傷材の移送方向で
あり、横軸は被探傷材の幅方向である。図４の如く、２
次元探傷画像の両端にはタイヤ探触子近傍の乱反射によ
る像Ｒ_P 及び被探傷材の他方のエッジ部による像Ｔ
_Pが、縦に帯状に形成されている。そして両像の間に島
状に複数の欠陥による像Ｋ _P ，Ｋ_P ，…及びノイズによ
る像Ｎ_P ，Ｎ_P ，…が形成されている。

【００１８】ＣＰＵ61は、予め設定してある閾値（例え
ば、階調値１２８）を用いて、フレームメモリ62内の２
次元探傷画像を２値化し、その２値化画像を画像メモリ
63に記憶させる。

【００１９】図５は２値化画像を説明する説明図であ
る。図５の如く、タイヤ探触子近傍の乱反射による２値
化像Ｒ_P2及び被探傷材の他方のエッジ部による像Ｔ
_P2は、２値化によって部分的に欠けが生じているもの
の、図４に示した２次元探傷画像と略同様に、縦に帯状
に形成されており、両２値化像の間には、欠陥による２
値化像Ｋ_P2，Ｋ_P2，…が残存している。

【００２０】コンピュータ６に備えられた欠陥形状計測
部64は、画像メモリ63に記憶された２値化画像中の各２
値化像Ｒ_P2，Ｔ_P2，Ｋ_P2の長さ，幅及び面積を求め、ま
た、欠陥による２値化像があればその像の長さ，幅及び
面積を求める。この計測結果に基づいて、欠陥検出部66
は所定の寸法範囲にあるものを欠陥による２値化像Ｋ _P2
であると判断してその位置を特定し、特定した位置の情
報を欠陥濃度計測部65に与えると共に、特定した欠陥に
よる２値化像Ｋ_P2の寸法の情報を欠陥判定部67に与え
る。欠陥濃度値計測部65はフレームメモリ62中の２次元
探傷画像において、欠陥検出部66が特定した位置と同じ
位置にある像Ｋ_P の階調値を求め、それを欠陥判定部67
に与える。欠陥判定部67には予め複数の閾値及び木構造
の判定ロジックが設定してあり、欠陥判定部67は後述す
るようにして、被探傷材Ｓの品質に及ぼす欠陥の影響
（有害度）を例えば５段階で判定し、その判定結果を上
位コンピュータ又は外部記録装置等へ出力する。

【００２１】図６は図１に示したコンピュータ61による
欠陥判定手順を示すフローチャートである。コンピュー
タ６に備えられたＣＰＵ61は、パルスタイミングコント
ローラ１から与えられたパルス信号に基づいて、Ａ／Ｄ
変換器５から与えられた探傷信号を適宜階調の濃淡信号
に変換してフレームメモリ62に２次配列し、２次元探傷
画像を形成する（ステップＳ１）。ＣＰＵ61は、予め設
定してある閾値を用いて、フレームメモリ62内の２次元
探傷画像を２値化し（ステップＳ２）、その２値化画像
を画像メモリ63に記憶させる。欠陥形状計測部64は、画
像メモリ63に記憶された２値化画像中の各２値化像
Ｒ_P2，Ｔ_P2，Ｋ_P2の長さ，幅及び面積を求め、また、欠
陥による２値化像があればその像の長さ，幅及び面積を
求める（ステップＳ３）。

【００２２】この計測結果に基づいて、欠陥検出部66は
所定の寸法範囲にあるものを欠陥による２値化像Ｋ_P2で
あると判断してその位置を特定し（ステップＳ４）、特
定した欠陥の位置情報を欠陥濃度計測部65に与えると共
に、特定した欠陥による２値化像Ｋ_P2の寸法の情報を欠
陥判定部67に与える。欠陥濃度値計測部65はフレームメ
モリ62中の２次元探傷画像において、欠陥検出部66が特
定した位置と同じ位置にある像Ｋ_P の階調値を求め（ス
テップＳ５）、それを欠陥判定部76に与える。欠陥判定
部67には予め複数の閾値及び木構造の判定ロジックが設
定してある。欠陥判定部67は、欠陥検出部66を介して欠
陥形状計測部64から与えられた欠陥の寸法及び欠陥濃度
計測部65から与えられた欠陥の階調値から、欠陥の長
さ，欠陥画像の平均階調値，欠陥画像内の最大階調値，
欠陥画像の合計階調値等の特徴量を求め（ステップＳ
６）、判定ロジックに従って特徴量と閾値とを比較し、
その比較結果からその欠陥の有害度を判定する（ステッ
プＳ７）。

【００２３】図７は欠陥の有害度判定の手順を示すフロ
ーチャートである。欠陥判定部67は、ステップＳ６で求
めた特徴量の内、欠陥の長さと閾値ａとを比較し（ステ
ップＳ71）、閾値ａより短い場合はステップＳ72に移っ
て、合計階調値と閾値ｂとを比較する。そして、欠陥判
定部67は、合計階調値が閾値ｂより小さい場合、その欠
陥は最も軽度な有害度１であると判定し（ステップＳ7
6）、合計階調値が閾値ｂより大きい場合、更に、最大
階調値と閾値ｄとを比較し（ステップＳ74）、最大階調
値が閾値ｄより小さい場合、有害度１より重い有害度２
であると判定し（ステップＳ77）、最大階調値が閾値ｄ
より大きい場合、更に重い有害度３であると判定する
（ステップＳ78）。

【００２４】一方、ステップＳ71において、欠陥の長さ
が閾値ａより大きい場合、欠陥判定部67は、平均階調値
と閾値ｃとを比較し（ステップＳ73）、平均階調値が閾
値ｃより小さい場合、更に最大階調値と閾値ｅ（ｄ＜
ｅ）とを比較し（ステップＳ75）、最大階調値が閾値ｅ
より小さい場合、有害度４であると判定する（ステップ
Ｓ79）。そして、欠陥判定部67はステップＳ73及びステ
ップＳ75において、平均階調値が閾値ｃより大きい場合
及び最大階調値が閾値ｅより大きい場合、共に最も重度
な有害度５であると判定する（ステップＳ80）。このよ
うに、２次元画像から抽出した欠陥の複数の特徴量に基
づいて有害度を判定するため、被探傷材に及ぼす欠陥の
影響を正確に判定することができる。

【００２５】なお、上述した実施の形態にあっては、図
７に示した如く、Ｉｆ−Ｔｈｅｎ形式の判定ロジックを
用いているが、本発明はこれに限らず、各特徴量と閾値
ａ〜ｅとの比較結果に応じてそれぞれポイントを設定し
ておき、合計ポイントのレベルによって有害度１〜５を
判定するようにしてもよいことはいうまでもない。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明に係る板波超
音波探傷による欠陥判定方法にあっては、２次元画像に
含まれる各像の形状等から欠陥による像を判断するた
め、ノイズによる欠陥の誤検出が防止され、欠陥による
像から求めた複数の特徴量に基づいて有害度を判定する
ため、被探傷材に及ぼす欠陥の影響を正確に判定するこ
とができる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に使用する欠陥判定装置の構成を
示すブロック図である。

【図２】ＣＰＵに与えられる信号の波形図である。

【図３】フレームメモリに２次元配列された探傷信号の
波形図である。

【図４】フレームメモリに記憶された２次元探傷画像図
である。

【図５】２値化画像を説明する説明図である。

【図６】図１に示したコンピュータによる欠陥判定手順
を示すフローチャートである。

【図７】欠陥の有害度判定の手順を示すフローチャート
である。

【図８】タイヤ探触子の使用態様を示す模式的断面図で
ある。

【図９】板波超音波探傷による探傷信号の一例を示すグ
ラフである。

【符号の説明】 １ パルスタイミングコントローラ ２ パルサ ６ コンピュータ １１ タイヤ探触子 ６１ ＣＰＵ ６２ フレームメモリ ６４ 欠陥形状計測部 ６５ 欠陥濃度計測部 ６７ 欠陥判定部 Ｓ 被探傷材 Ｅ エッジ部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被探傷材又は超音波探触子を移動させつ
   つ、前記超音波探触子から超音波を所定周期で発信し、
   それを板波超音波として前記被探傷材のエッジ側へ伝播
   させ、各反射波を受信して探傷信号を得、該探傷信号に
   基づいて被探傷材に生じた欠陥が被探傷材に及ぼす影響
   を判定する方法において、 各探傷信号を順次記憶し、それらの探傷信号に基づいて
   欠陥に係る複数の特徴量を求め、求めた各特徴量とそれ
   らに対応して予め定めた閾値とをそれぞれ比較し、その
   比較結果に基づいて被探傷材に及ぼす欠陥の影響を判定
   することを特徴とする板波超音波探傷による欠陥判定方
   法。
2. 【請求項２】 各探傷信号を被探傷材の探傷位置に対応
   付けて順次記憶し、欠陥に係る探傷信号の領域をその形
   状に基づいて特定し、特定した領域の探傷信号から欠陥
   に係る複数の特徴量を求める請求項１記載の板波超音波
   探傷による欠陥判定方法。