(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる種類のゴム材同士が接合された面を含む多層部材の各層間の接合状態を検知する多層部材の検査方法であって、上記多層部材に広帯域の超音波パルスを入射させる一方、上記各層間の境界面からの反射パルスを受信して振動波形として同じ時間軸画面上に表示し、それら各反射パルスの到達時間によって上記各層間の境界面の位置を特定するとともに、当該各反射パルスの音圧強度および位相によって上記各層間の境界面の剥離状態を検出判定するようにしたことを特徴とする多層部材の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本願発明は、製紙用マシーンのゴムライニング金属ロール等多層部材の剥離状態の検査方法に関するものである。
【従来の技術】
【０００３】
従来、例えば製紙用マシーンのゴムライニング金属ロール等多層部材のゴム材接合部の剥離検査は、一般に外観検査又は打音検査が行われるだけであった。
【０００４】
そこで、例えば図７に示すような超音波探傷装置による超音波検査法も試みられているが、該従来の超音波検査法では、検査対象である多層部材に対して狭帯域の超音波パルスを入射させるようにしていることから、上記製紙マシーン用ゴムライニング金属ロール等の異なる種類のゴム材同士が接合された面を含む多層部材への適用は困難であった。
【０００５】
その為、金属ロール表面からの反射パルスと、その外周側のライニングゴム各層間からの反射パルスとが得られるにとどまり、剥離部の有無の検出に必要な情報が得られなかった（詳細は後述）。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、多層部材に広帯域の超音波パルスを入射させる一方、多層部材各層間の境界面からの反射パルスを受信して振動波形として同じ時間軸画面上に表示し、それら各反射パルスの到達時間によって上記多層部材各層間の境界面の位置を特定するとともに、当該各反射パルスの音圧強度と位相から上記多層部材各層間の境界面の剥離状態を検出判定することができるようにした多層部材の検査方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明は、上記の目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。
【０００８】
（１）  請求項１の発明
この発明の多層部材の検査方法は、異なる種類のゴム材同士が接合された面を含む多層部材の各層間の接合状態を検知する多層部材の検査方法であって、上記多層部材に広帯域の超音波パルスを入射させる一方、上記各層間の境界面からの反射パルスを受信して振動波形として同じ時間軸画面上に表示し、それら各反射パルスの到達時間によって上記各層間の境界面の位置を特定するとともに、当該各反射パルスの音圧強度および位相によって上記各層間の境界面の剥離状態を検出判定するように構成されている。
【０００９】
該構成では、上記のように超音波パルスとして、検査対象物の各材質に対応できるように、特にパルス波数の少ない広帯域の超音波パルスが採用されており、パルスの波数は例えば分解能の高い１波長半程度のものであるので、その反射波の受信には、従来のような検波回路やフィルタを必要とせず、減衰度も小さい。
【００１０】
したがって、異なる種類のゴム材同士が接合された面を含む多層部材に、広帯域の超音波パルスを入射させる一方、当該多層部材各層間の境界面からの反射パルスを受信して振動波形として同じ時間軸画面上に表示する場合、例えば高周波増幅後、そのままビデオ増幅を行ってＣＲＴディスプレイ等に入力するようにしても、きわめて判別しやすい（＋），（−）両方向に変化する振動波形として時間軸表示することができる。
【００１１】
そして、該表示画面上の振動波形の到達時間の相違から、対応する境界面を容易に特定することができるとともに、それらの各振動波形の音圧強度と位相から剥離状態を容易に検出することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上の結果、本願発明の多層部材の検査方法によると、ダンピング係数の高い異種のゴム材を使用した製紙用マシーンのゴムライニング金属ロールなどの多層部材の場合にも、簡単かつ正確に剥離状態の有無の検査を行えるようになる。
【発明の実施の形態】
【００１３】
図１〜図６は、一例として製紙用マシーンのゴムライニング金属ロールの剥離状態の有無の検査に適用した本願発明の実施の形態に係る多層部材の検査方法の構成を示している。
【００１４】
（全体のシステム構成）
先ず図１のブロック図は、同検査方法を実施する検査装置の全体的なシステム構成を示している。
【００１５】
図中の符号１は広帯域の超音波パルス波を検査対象（ワーク）である製紙用マシーンのゴムライニング金属ロール２に向けて発信し、又その反射パルス波を受信する広帯域型の超音波探触子であり、その超音波発信部（超音波振動子）３には広帯域の超音波パルスを発生させる超音波発生回路（超音波振動子駆動回路）４と該超音波パルス発生回路４により発生される超音波パルスの発振周波数を可変制御する発振周波数制御回路５が接続されている。
【００１６】
また、超音波受信部（超音波振動ピックアップ素子）６には第１の高周波増幅器７、減衰器８、第２の高周波増幅器９、ビデオ増幅器１０、ＣＲＴディスプレイ１１が各々接続されている。
【００１７】
先ず上記超音波探触子１は、例えば検査対象（ワーク）である図２に示すような製紙用マシーンのゴムライニング金属ロール（以下、単にゴムライニング金属ロールという）２の外周面に対し、超音波の伝達性を良好にするために所定の接触媒質（高粘性の液状体）を介して接触せしめられる。そして、この場合、上記ゴムライニング金属ロール２は、例えば図２に示されるように、回転軸に嵌合される筒形の金属ロール２ａの外周に接着ゴム２ｂを介して例えば摩擦係数の高い耐熱ゴム２ｃを接合した材質の異なる多層部材（異なる種類のゴム材同士が接合された面を含む多層部材）となっており、その外周側から内周側にかけて、図２に示すごとく超音波透過音速、材料密度、音響インピーダンス共に次第に大となるような構造となっている。このような多層構造のゴムライニング金属ロール２の場合、すでに述べたように、その剥離状態やボイド部（又は内部きず）等の有無を検知判定するに際し、従来一般の外観検査や打音検査での正確な検知判定は先ず不可能である。またボイド部の有無を検出する非破壊検査方法として、例えばＸ線画像による検査方法が考えられるが、該方法ではＸ線の透過を必要とするため、透過エネルギーが大きすぎ、Ｘ線吸収係数の低いゴム材の画像が得られず、事実上ボイドの有無の適正な検査は不可能であった。
【００１８】
一方、従来の超音波による検査方法では、一般に狭帯域の超音波パルスを入射させる方法が試みられている。しかし、該狭帯域の超音波パルスを入射させる方法の場合、やはりゴム材部分での減衰度が大きく、上記のような吸音材質のゴム類への適用は困難であった。
【００１９】
一方通常の超音波振動数の超音波検査方法の場合、その波数が多いため、微少なボイド部の有無を判別することは不可能であった。その為、上記金属ロール２ａの表面からの反射パルスと、接着ゴム２ｂと耐熱ゴム２ｃとの間の層間（境界面）からの判別しにくい反射パルスが得られるにとどまり、各材料中にあるボイドの有無、剥離の有無共にそれらを判定するために必要な情報が得られなかった。
【００２０】
そこで、このような問題に対する対策として、本願発明の実施の形態では、上述のように広帯域の超音波パルスを使用し、分解能力が高く、波数の非常に少ない振動数の反射パルスの音圧強度と到達時間からボイド部を検出し、また同波数の少ない金属ロール２ａ境界面からの反射パルス、さらに接着ゴム２ｂと耐熱ゴム２ｃとの間の層間（境界面）からの反射パルスの音圧強度と位相により各ゴム層２ｂ，２ｃ間の境界面の剥離状態を正確に検出できるようにしている。
【００２１】
すなわち、先ず図１の構成において、上記超音波探触子１の超音波発信部３には超音波パルス発生回路４を介して超音波パルス発振周波数制御回路５により設定された広帯域の超音波パルスを発生するための加振信号が印加される。その結果、超音波発信部３からは広帯域の超音波パルスが発生する。そして、該発生した広帯域の超音波パルスは、上記図２のようなゴムライニング金属ロール２に対し、その中心軸Ｏ−Ｏ′方向に向けて垂直に入射せしめられ、図２に示すように耐熱ゴム２ｃ部分から耐熱ゴム２ｃと接着ゴム２ｂとの境界面、接着ゴム２ｂ、接着ゴム２ｂと金属ロール２ａ表面へと順次伝搬して行くとともに材質の変わる各境界面および金属ロール表面で各々到達時間と音圧強度の異なる反射パルスが形成され、それらが各々上記超音波受信部６に入射される。
【００２２】
該超音波受信部６に入射された各反射パルスは、それぞれ超音波受信部６で図１中の（ａ）のような電圧信号（又は電流信号）に変換される。該電圧信号（ａ）は、先ず第１の高周波増幅器７で所定電圧レベルの信号に増幅された後に減衰器８に供給されて林状エコー等のピックアップ周辺で発生する不要なノイズ成分がカットされて図１中の（ｂ）のような反射パルス成分を中心とする電圧信号に形成される。
【００２３】
次に該電圧信号（ｂ）は、さらに第２の高周波増幅器９で必要な信号レベルに増幅された上で、ビデオ増幅器１０に供給され、該ビデオ増幅器１０で映像信号に変換されるとともに適切な信号レベルに増幅された後に図示のようにＣＲＴディスプレイ１１に入力されて、その画面上に図示のような（＋），（−）両方向に変化する振動波形として十分なエコー高さを有して表示される。
【００２４】
この場合、例えば先に触れた従来の狭帯域超音波パルスによるシステム（狭帯域超音波探触子と整流方式の組合せ）は、図７に示すように、超音波パルスの波数が多いために上記第２の高周波増幅器９で増幅された反射パルスの電圧信号を一旦検波回路１２で検波し、判別しやすい波形に整形した上で、さらにフィルタ１３を通してノイズ成分をカットし、その後ビデオ増幅器１４で映像信号に変換増幅した後にＣＲＴディスプレイ１５の画面上に半波整流又は全波整流された振動波形として表示する方法が採用されている。
【００２５】
しかし、本願発明の実施の形態では、上述のように広帯域の超音波パルスが採用されており、パルスの数は分解能の高い１波長半程度のものであるので、従来の図７のような検波回路１２やフィルタ１３を必要とせず、上記第２の高周波増幅器９からの出力信号を直接ビデオ増幅器１０を介してＣＲＴディスプレイ１１に入力して判別しやすい（＋），（−）両方向に変化する振動波形として表示することができる。そして、該振動波形から上記ゴムライニング金属ロール２中のボイド部の有無や同ゴムライニング金属ロール２の各層間の剥離状態等を、以下に述べるようにして容易かつ正確に検出判定することができる。
【００２６】
（検査方法の構成）
次に、該ＣＲＴ画面上の振動波形に基いて図２のゴムライニング金属ロール２中のボイド部の有無および各層間の剥離状態の検出等を行う検査方法について、具体的に説明する。
【００２７】
（剥離状態の検査方法）
前述したように、本実施の形態において検査対象としているゴムライニング金属ロール２は、パイプ状の金属ロール２ａの外周に接着ゴム２ｂを介して耐熱ゴム２ｃをライニングした多層構造（異なる種類のゴム材同士が接合された面を含む多層構造）のものであり、それが適正なものである限り、上記耐熱ゴム２ｃの外周面側から金属ロール２ａの中心軸Ｏ−Ｏ′垂直方向にかけて超音波の透過音速、材料密度、音響インピーダンスが共に小から大に均一に変化する構造体となっている。
【００２８】
ここで、今或るゴムライニング金属ロール２のサンプルを基に、各層間の境界面を上記広帯域の超音波パルスが通過する時の音圧反射率（％）を音響インピーダンスの差異を基に材料密度（ｇ／ｃｍ3）、透過音速（ｍ／ｓ）との関係で計算して見ると、次の［表１］のようになる。
【００２９】
【表１】
0003705960.tif 000002
【００３０】
また、各層の適正材質部から剥離部（空胴部）へ超音波パルスが入射するときの音圧反射率は、次の［表２］のようになる。
【００３１】
【表２】
0003705960.tif 000003
【００３２】
そして、上記［表１］に示す音響インピーダンスの差異によって計算される音圧反射率を図１のＣＲＴ画面上の振動波形によって得られる超音波パルス情報に加えると、剥離状態検出のための制御における制御条件が確定する。
【００３３】
なお、図２に示した条件は、音響インピーダンスが常に２ｃ＜２ｂ＜２ａの時を示しているが、これは同ロール２が健全な適正構造体である場合を示している。そして、この時の振動波形は例えば図４のＴ，Ｉ，Ｂのようになる。つまり、図中のＩ部における音圧反射率および同Ｂ部における音圧反射率が共に適正な反射強度を得ることができる時は、常に（２ｂ−２ａ間の音圧反射率）＞（２ｃ−２ｂ間の音圧反射率）の関係となり、これが剥離の存在しないことの条件である。
【００３４】
そして、上記超音波探触子１の超音波発信部３より接触媒質を媒介して耐熱ゴム２ｃに入射した超音波パルスは、まず上記耐熱ゴム２ｃ，接着ゴム２ｂ間の境界面が健全であれば２０数％程度の反射のみで、残りの７０数％以上は接着ゴム２ｂ内へ直進して入射する。このため、健全部エコーとして図１中のＩが示す波のピークは（＋）位相を表示し、この際の超音波パルス印加時点Ｔからの時間経過を耐熱ゴム２ｃの設計上の厚みと時間軸の読取値とを一致させることにより、比較的音響インピーダンスの近い接着ゴム２ｂの厚みをほぼ近似値的に同時に表示する（つまり経過時間Ｔ2を表示したことになる）。
【００３５】
これによって接着ゴム２ｂ中を直進した超音波パルスは、金属ロール２ａとの境界面へ到達した際に、図１のＣＲＴ画面中のＢ部に示す波のピークで健全部を示す（＋）位相を表示する。一方、接着ゴム２ｂと金属ロール２ａとの間の反射率は８９％程度であるのでゴムライニング全体の厚みを表示し、厚みが極端に厚い場合についても、耐熱ゴム２ｃ，接着ゴム２ｂ間を７０数％通過した超音波パルスを十分残したまま接着ゴム２ｂ，金属ロール２ａ間へ到達させ、その反射率の高さを利用してエコー高さにおいて判別可能な範囲を大きく拡大することができる。
【００３６】
なお、以上の制御において例えば接着ゴム２ｂと金属ロール２ａとの間における境界面エコーが境界面の形状の差によって、例えば図３に示すように振動波形に乱れを伴って表示される場合が生じるが、これは金属ロール２ａまでの時間を十分に管理することによって剥離に対する識別を健全部のそれと十分に区別することができる。
【００３７】
つまり、該接着ゴム２ｂと金属ロール２ａとの境界面の形状差に影響を受けて生じたパルスが位相の反転部を形成する場合（（＋）ピークと（−）ピークとの差が僅差の場合）には、次の制御を併用する。
【００３８】
すなわち、位相の正負に加えて図３のＴ1時間及びＴ2時間の読み取り値を図４の健全部のＢエコーまでのＴ時間と比較して、それぞれ次の（１），（２）のように判断する。
【００３９】
（１）  図３のＴ1時間が図４の健全部ＢにおけるＴ時間のとき・・・・Ｂ2＝健全部エコーＢ1の余震と判断
（２）  図３のＴ2時間が図４の健全部ＢにおけるＴ時間のとき・・・・Ｂ1＝剥離部エコーＢ2の予備振動と判断
ところで、図２に示す製紙用ゴムライニング金属ロール２の健全部における音響的構造及び各層の音響的構造の対比は、材料中を伝搬する超音波パルス固有の音速、材料の密度によって計算される音響インピーダンスを［表１］のデータをもとに確定させたものであるが、若干の材質差によって変化する密度等の値も高速回転下で使用される同ロール２に関しては図２の状態を常に保っているので、図３に示すＢ2エコーが上記エコーの判断（１），（２）以外の判断材料となること、すなわち図３のＴ1時間が図４の健全部ＢにおけるＴ時間のときに図３のＢ2エコーが金属ロール２ａよりも手前の空気層その他剥離部のエコーであるということはあり得ない。
【００４０】
したがって、以上により、先ず図４のＩ波形のピークに（−）側への反転が認められれば耐熱ゴム２ｃと接着ゴム２ｂ間の境界面が剥離していることを、また図４のＢ波形のピークが（−）側に反転すると、接着ゴム２ｂと金属ロール２ａ間の境界面が剥離していることを、それぞれ上記図１のＣＲＴ画面中の単純な振動波形の読み取りによって容易に判定することができる。
【００４１】
以上の剥離検出を主目的においた制御は、また同時に上記各材料２ｃ，２ｂ，２ａ中又はそれらの間に介在するボイド部の存在を識別する制御を兼ねている。
【００４２】
（ボイド部の位置（深さ）判定、及びボイド部種別の推定のための制御）
ボイド部の存在は、振動波形上その時間においてどの層に存在するかを素早く判断し得るものであり、その位相情報によって介在するボイド部の種別がおおよそ推定できる。
【００４３】
すなわち、今例えば図５のａ，ｂ部分がボイド部であるとすると、それらについて、図５中のＴａ，Ｔｂ時間の読み取りによって金属ロール２ａの表面からの深さが判断できる。つまり、ａは耐熱ゴム２ｃ内の介在物であり、ｂは接着ゴム２ｂ内の介在物である。さらに、それが（＋）位相を示すことより、ａは耐熱ゴム２ｃより高密度等の音響構造的に大きな材質、ｂは接着ゴム２ｂよりも高密度等の音響構造的に大きな材質であると、各々判断することができる。
【００４４】
また、図６中のｃ，ｄ部分がボイド部であるとすると、それらについて、図６中のＴｃ，Ｔｄ時間の読み取りによって金属ロール２ａ表面からの深さが判断できる。つまり、ｃは耐熱ゴム２ｃ内の介在物であり、ｄは接着ゴム２ｂ内の介在物である。また、それが（−）位相を示すことにより、ｃは耐熱ゴム２ｃよりも低密度等の音響構造的に小さな材質、ｄは接着ゴム２ｂよりも低密度等の音響構造的に小さな材質であると各々判断することができる。
【００４５】
以上のように、本願発明の実施の形態に係る多層部材の検査方法によると、従来の方法では判別できなかった剥離状態やボイド部の有無等をＣＲＴ画面上で、  「（＋）、（−）の位相情報＝（良）、（否）」に単純化して表示判定することができるようになる。
【００４６】
また、超音波パルスの適正な音圧強度を得る広帯域の超音波探触子を組み入れることにより、明確な波形情報として多重ゴムライニングかつ吸音材質の複合ゴム材においても、どの層の波形情報であるかを正確に特定することができる。
【００４７】
この結果、同検査方法によって得られる検査結果は、従来の外観検査や打音検査によって得られる検査結果、およびその他の非破壊試験方法によって得られる検査情報と比較して、次のような優れた特徴を有している。
【００４８】
（１）  多層構造のゴムライニング金属ロールのどの位置に生じている欠陥（ボイド、剥離）かを正確に表示判別できる。
【００４９】
（２）  ボイド部の位置および種別を推定できる。また微少ボイド（１ｍｍ程度まで）を検出できる。
【００５０】
（３）  剥離の広がり（分布）を正確に把握できる（定量化）。
【００５１】
（４）  剥離の有無を（＋）、（−）のエコーピークによって単純に表示することができる。
【００５２】
（５）  デジタル方式を用いれば、振動波形の保存が可能となり、位置（深さ）を数値化できる。
【００５３】
これらの結果、同検査方法を例えば上述した製紙用マシーンのゴムライニング金属ロールのゴムライニング時の品質管理、納品時の受入検査、使用期間途中の保守検査等に採用すれば、剥離の進展等によって引き起こされるロールゴムの破壊を未然に防止し、一本のロールのみの破壊によってマシン全体の停止に到ることによる時間的、経済的なロスを確実に解消することができる。
【００５４】
また、同検査方法は、そのような多重構造ゴム材の寿命評価法を設定する上で不可欠な検査方法として採用される条件を十分に備えている。
【００５５】
（他の実施の形態）
なお、もちろん本願発明は、上述のような製紙用マシーンのゴムライニング金属ロール以外にも、同ロールに類する異なる種類のゴム材同士が接合された面を含む各種多層部材にも適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願発明の実施の形態に係る多層部材の検査方法を実施する検査装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図２】  同検査方法における検査対象としての製紙マシーン用ゴムライニング金属ロールの構成と特徴を示す斜視図である。
【図３】  同検査方法において検査対象であるゴムライニング金属ロールの接着ゴムと金属ロール間の形状差による振動波形の乱れが生じた時のＣＲＴ画面上の振動波形図である。
【図４】  同検査方法における検査対象であるゴムライニング金属ロールの適正構造時のＣＲＴ画面上の振動波形図である。
【図５】  同検査方法におけるボイド部の位置および種別判定方法を示す第１例のＣＲＴ画面上の振動波形図である。
【図６】  同検査方法におけるボイド部の位置および種別判定方法を示す第２例のＣＲＴ画面上の振動波形図である。
【図７】  従来の狭帯域超音波パルス検査方法に使用する検査装置のシステム構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１は超音波探触子、２はゴムライニング金属ロール、２ａは金属ロール、２ｂは接着ゴム、２ｃは耐熱ゴム、３は超音波発信部（超音波振動子）、４は超音波パルス発生回路（超音波振動子駆動回路）、５は超音波パルス発振周波数制御回路、６は超音波受信部（超音波振動ピックアップ素子）、７は第１の高周波増幅器、８は減衰器、９は第２の高周波増幅器、１０はビデオ増幅器、１１はＣＲＴである。
【図１】
0003705960.tif 000004
【図２】
0003705960.tif 000005
【図３】
0003705960.tif 000006
【図４】
0003705960.tif 000007
【図５】
0003705960.tif 000008
【図６】
0003705960.tif 000009
【図７】
0003705960.tif 000010