(57)【要約】鮮明な明るい蛍光磁粉模様の画像を得ることができ、複雑な機構を無くし、安価かつメンテナンス性に優れた蛍光磁粉探傷装置を提供するもので、蛍光磁粉探傷装置において、紫外線照射装置２５の光源２６をストロボ光とし、撮像装置３０をその前面に蛍光のスペクトル帯のみを透過するバンドパスフィルター３２を有し、かつストロボ光の発光時間だけシャッターを開く機能および映像信号増倍機能を付加したＣＣＤカメラとしている。これにより、鮮明な蛍光磁粉模様が得られるとともに、被検査材と探傷装置との相対速度の高速化が可能となった。
2003071256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査材である鋼材または鋼部材の溶接部の表層部を磁化する磁化装置と、被検査材の表面に磁粉液を散布する磁粉液散布ノズルと、被検査面を照射する紫外線照射装置と、被検査面を撮像する撮像装置と、撮像した画面を処理して疵の有無を判別する画像処理装置とで構成した蛍光磁粉探傷装置において、
前記撮像装置を、その前面に蛍光のスペクトル帯のみを透過するバンドパスフィルターを有し、かつ前記ストロボ光の発光時間だけシャッターを開く機能および映像信号倍増機能を付加したＣＣＤカメラとすることにより、被検査材と探傷装置の相対速度を高速化可能としたことを特徴とする蛍光磁粉探傷装置。
【請求項２】
前記磁化装置が、１対の電磁石を被検査面に垂直な軸の回りに軸対象にかつ磁極が正方形の頂点をなすように配置した４極を設けるとともに、前記正方形の一辺に直角方向に２極ずつ増やして磁極が複数の正方形をなすように構成し、新たに形成した正方形の対角点に配置した磁極をそれぞれ対とすることにより、実質的に１対の電磁石とし、それぞれの電磁石に同一周波数で位相をずらせた磁化交番電流を通じて、被検査面に複数の回転磁場を生成する磁化装置であることを特徴とする請求項１記載の蛍光磁粉探傷装置。
【請求項３】
前記磁化装置が、１対の電磁石を被検査面に垂直な軸の回りに軸対象にかつ磁極が正方形の頂点をなすように配置した４極を設けるとともに、前記正方形の一辺に直角方向に間隔をおいて４極ずつ増やして、４極の磁極が複数の正方形を成すように配置し、４極ごとに磁極を短絡する継鉄を設けることにより各４磁極の対象性を保持して、対角となる磁化コイルを１対として、２対の磁化コイルに同一周波数で位相をずらせた磁化交番電流を通じるようにして、被検査面に複数の回転磁場を生成する磁化装置であることを特徴とする請求項１記載の蛍光磁粉探傷装置。
【請求項４】
前記磁化装置が、２極すなわち１対の電磁石を被検査面に垂直な軸の回りに軸対象にかつ磁極が長方形または正方形の頂点をなすように配置した４極１組の１組または２組以上で構成され、当該各組の電磁石の対角の磁極または４極を継鉄で短絡し、各組の２極１対の磁極に巻いた２対の磁化コイルに同一周波数で位相をずらせた磁化交番電流を通じて、被検査面に１つまたは複数の回転磁場を生成する磁化装置であることを特徴とする請求項１記載の蛍光磁粉探傷装置。
【請求項５】
前記撮像装置の撮像位置に対して相対的に移動する被検査面上の各点の移動距離を計測する距離計測器を具備して、距離測定器で計測された移動距離情報を用いて検出した被検査材の表層疵をマッピングすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の蛍光磁粉探傷装置。
【請求項６】
被検査材である鋼材または鋼部材の溶接部の表層部を磁化するステップと、被検査材の表面に磁粉液を散布する磁粉液散布ステップと、被検査面に紫外線を照射するステップと、被検査面を撮像するステップと、撮像した画面を処理して疵の有無を判別する画像処理ステップとで構成した蛍光磁粉探傷方法において、
前記撮像ステップには、蛍光のスペクトル帯のみを透過するバンドパスフィルターを用いること、かつ前記ストロボ光の発光時間だけシャッターを開くこと、映像信号倍増機能を付加したＣＣＤカメラを用いる一連のステップにより、被検査材と探傷装置の相対速度を高速化可能としたことを特徴とする蛍光磁粉探傷方法。
【請求項７】
前記磁化するステップが、１対の電磁石を被検査面に垂直な軸の回りに軸対象にかつ磁極が正方形の頂点をなすように配置した４極を設けるステップとともに、前記正方形の一辺に直角方向に２極ずつ増やして磁極が複数の正方形をなすように構成し、新たに形成した正方形の対角点に配置した磁極をそれぞれ対とすることにより、実質的に１対の電磁石とするステップにより、それぞれの電磁石に同一周波数で位相をずらせた磁化交番電流を通じて、被検査面に複数の回転磁場を生成する磁化方法であることを特徴とする請求項６記載の蛍光磁粉探傷方法。
【請求項８】
前記磁化するステップが、１対の電磁石を被検査面に垂直な軸の回りに軸対象にかつ磁極が正方形の頂点をなすように配置した４極を設けるステップとともに、前記正方形の一辺に直角方向に間隔をおいて４極ずつ増やして、４極の磁極が複数の正方形を成すように配置し、４極ごとに磁極を短絡する継鉄を設けることにより各４磁極の対象性を保持して、対角となる磁化コイルを１対として、２対の磁化コイルに同一周波数で位相をずらせた磁化交番電流を通じるステップにより、被検査面に複数の回転磁場を生成する磁化方法であることを特徴とする請求項６記載の蛍光磁粉探傷方法。
【請求項９】
前記磁化するステップが、２極すなわち１対の電磁石を被検査面に垂直な軸の回りに軸対象にかつ磁極が長方形または正方形の頂点をなすように配置した４極１組の１組または２組以上で構成され、当該各組の電磁石の対角の磁極または４極を継鉄で短絡し、各組の２極１対の磁極に巻いた２対の磁化コイルに同一周波数で位相をずらせた磁化交番電流を通じるステップにより、被検査面に１つまたは複数の回転磁場を生成する磁化方法であることを特徴とする請求項６記載の蛍光磁粉探傷方法。
【請求項１０】
前記撮像するステップの撮像位置に対して相対的に移動する被検査面上の各点の移動距離を計測するステップと、距離測定器で計測された移動距離情報を用いて検出した被検査材の表層疵をマッピングするステップを有することを特徴とする請求項６〜９のいずれかの項に記載の蛍光磁粉探傷方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は製鋼製品の自動表面欠陥探傷装置、特に熱延製品およびその溶接部の表層欠陥検査に用いて好適な蛍光磁粉探傷装置および蛍光磁粉探傷方法に関する。
背景技術
熱延鋼帯、厚板、鋼管、条鋼などの熱延製品には表面にスケールや油汚れが付着していたり、冷延製品に比較し粗度が粗いため、表面欠陥検査自動化が困難である。したがって、従来、もっぱら検査員の目視、あるいは検出精度を要する場合には磁粉探傷法による目視検査に頼っていた。
上記磁粉探傷のうち蛍光磁粉を適用する蛍光磁粉探傷では、欠陥部に集積した蛍光磁粉に紫外線を照射すれば、表面のスケールなどの妨害要因が抑制され、欠陥部だけが顕在化されるという利点がある。近年、この利点を利用して蛍光磁粉模様をＴＶカメラで撮像し、信号処理することにより自動化しようという試みがある。しかし、紫外線を照射して得られる蛍光は通常光照明に比較して微弱であるため、被検査材とＴＶカメラの相対的な速度が高くなると、像流れにより画像がぼけると同時に、進行方向と直交する方向に延びた欠陥は著しく信号レベルが低下するという問題があった。
これら問題に対処するため、従来の装置では検査対象との相対的移動速度を打ち消すためのミラー揺動機構、あるいは検査対象と撮像装置の相対的移動を抑えるための搬送装置の倣い機構などを設けていた。従来の自動探傷装置の１つは、被検査材を長手方向に走行させつつ、走査ミラーを介して撮像箇所の動きに概略同期してＴＶカメラで撮像し、欠陥検出精度を向上させている（例えば、特開平４−６５６６０号公報参照）。また、他の自動探傷装置では、逆に被検査材を静置し、長手方向に走行する台車上に走査ミラーとＴＶカメラを設置して、走査ミラーを介して撮像箇所の動きに概略同期してＴＶカメラで撮像し、欠陥検出精度を向上させている（例えば、特開平５−２７３１５０号公報参照）。
上記従来技術には幾つかの問題点がある。特開平５−２７３１５０号公報に述べられているように、同期を正確に取るために、タッチロールに付けたパルス発生器などにより距離信号を生成する必要がある。しかし、被検査材とタッチロールとの滑りにより誤差が発生することがある。また、被検査材を搬送するときに揺動したり、被検査材が曲がっていたりすると、振動ミラーでは追従できない方向の画像流れが発生する。特開平４−６５６６０号公報に開示された装置についても、相対的な揺動や、被検査材の曲がりに関する問題は発生する。さらに、相対的な速度が上がると、ミラーの振れ角度が大きくなり、結果的に斜めから見るのと同じになり、光学的に歪んだ画像となることは避けられない。しかも、このような機械機構は、精度を向上させようとすると複雑、高価になり、メンテナンス性が低下するなどの問題がある。
これらの問題を解決するためには、瞬間的に静止画像を取得すればよく、通常のＴＶ撮影等ではストロボ照明により、これが可能である。しかし、通常のフラッシュバルブのスペクトルには、紫外線成分はわずかしか含まれておらず、かつ磁粉探傷で欠陥部に集まる磁粉は微量である。したがって、通常微弱な蛍光画像しか得られず、通常のＴＶカメラと紫外線ストロボ照明とでは十分な感度を得られないという問題があった。
発明の開示
本発明は以上のような問題点を解決し、鮮明な明るい蛍光磁粉模様の画像を得ることができ、ミラー揺動機構、倣い機構などの複雑な機構を無くして安価かつメンテナンス性に優れた蛍光磁粉探傷装置を提供することを課題としている。本発明の要旨は次のとおりである。
（１）被検査材である鋼材または鋼部材の溶接部の表層部を磁化する磁化装置と、被検査材の表面に磁粉液を散布する磁粉液散布ノズルと、被検査面を照射する紫外線照射装置と、被検査面を撮像する撮像装置と、撮像した画面を処理して疵の有無を判別する画像処理装置とで構成した蛍光磁粉探傷装置において、
前記撮像装置を、その前面に蛍光のスペクトル帯のみを透過するバンドパスフィルターを有し、かつ前記ストロボ光の発光時間だけシャッターを開く機能および映像信号倍増機能を付加したＣＣＤカメラとすることにより、被検査材と探傷装置の相対速度を高速化可能としたことを特徴とする蛍光磁粉探傷装置。
（２）前記磁化装置が、１対の電磁石を被検査面に垂直な軸の回りに軸対象にかつ磁極が正方形の頂点をなすように配置した４極を設けるとともに、前記正方形の一辺に直角方向に２極ずつ増やして磁極が複数の正方形をなすように構成し、新たに形成した正方形の対角点に配置した磁極をそれぞれ対とすることにより、実質的に１対の電磁石とし、それぞれの電磁石に同一周波数で位相をずらせた磁化交番電流を通じて、被検査面に複数の回転磁場を生成する磁化装置であることを特徴とする（１）記載の蛍光磁粉探傷装置。
（３）前記磁化装置が、１対の電磁石を被検査面に垂直な軸の回りに軸対象にかつ磁極が正方形の頂点をなすように配置した４極を設けるとともに、前記正方形の一辺に直角方向に間隔をおいて４極ずつ増やして、４極の磁極が複数の正方形を成すように配置し、４極ごとに磁極を短絡する継鉄を設けることにより各４磁極の対象性を保持して、対角となる磁化コイルを１対として、２対の磁化コイルに同一周波数で位相をずらせた磁化交番電流を通じるようにして、被検査面に複数の回転磁場を生成する磁化装置であることを特徴とする（１）記載の蛍光磁粉探傷装置。
（４）前記磁化装置が、２極すなわち１対の電磁石を被検査面に垂直な軸の回りに軸対象にかつ磁極が長方形または正方形の頂点をなすように配置した４極１組の１組または２組以上で構成され、当該各組の電磁石の対角の磁極または４極を継鉄で短絡し、各組の２極１対の磁極に巻いた２対の磁化コイルに同一周波数で位相をずらせた磁化交番電流を通じて、被検査面に１つまたは複数の回転磁場を生成する磁化装置であることを特徴とする（１）記載の蛍光磁粉探傷装置。
（５）前記撮像装置の撮像位置に対して相対的に移動する被検査面上の各点の移動距離を計測する距離計測器を具備して、距離測定器で計測された移動距離情報を用いて検出した被検査材の表層疵をマッピングすることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかの項に記載の蛍光磁粉探傷装置。
（６）被検査材である鋼材または鋼部材の溶接部の表層部を磁化するステップと、被検査材の表面に磁粉液を散布する磁粉液散布ステップと、被検査面に紫外線を照射するステップと、被検査面を撮像するステップと、撮像した画面を処理して疵の有無を判別する画像処理ステップとで構成した蛍光磁粉探傷方法において、
前記撮像ステップには、蛍光のスペクトル帯のみを透過するバンドパスフィルターを用いること、かつ前記ストロボ光の発光時間だけシャッターを開くこと、映像信号倍増機能を付加したＣＣＤカメラを用いる一連のステップにより、被検査材と探傷装置の相対速度を高速化可能としたことを特徴とする蛍光磁粉探傷方法。
（７）前記磁化するステップが、１対の電磁石を被検査面に垂直な軸の回りに軸対象にかつ磁極が正方形の頂点をなすように配置した４極を設けるステップとともに、前記正方形の一辺に直角方向に２極ずつ増やして磁極が複数の正方形をなすように構成し、新たに形成した正方形の対角点に配置した磁極をそれぞれ対とすることにより、実質的に１対の電磁石とするステップにより、それぞれの電磁石に同一周波数で位相をずらせた磁化交番電流を通じて、被検査面に複数の回転磁場を生成する磁化方法であることを特徴とする（６）記載の蛍光磁粉探傷方法。
（８）前記磁化するステップが、１対の電磁石を被検査面に垂直な軸の回りに軸対象にかつ磁極が正方形の頂点をなすように配置した４極を設けるステップとともに、前記正方形の一辺に直角方向に間隔をおいて４極ずつ増やして、４極の磁極が複数の正方形を成すように配置し、４極ごとに磁極を短絡する継鉄を設けることにより各４磁極の対象性を保持して、対角となる磁化コイルを１対として、２対の磁化コイルに同一周波数で位相をずらせた磁化交番電流を通じるステップにより、被検査面に複数の回転磁場を生成する磁化方法であることを特徴とする（６）記載の蛍光磁粉探傷方法。
（９）前記磁化するステップが、２極すなわち１対の電磁石を被検査面に垂直な軸の回りに軸対象にかつ磁極が長方形または正方形の頂点をなすように配置した４極１組の１組または２組以上で構成され、当該各組の電磁石の対角の磁極または４極を継鉄で短絡し、各組の２極１対の磁極に巻いた２対の磁化コイルに同一周波数で位相をずらせた磁化交番電流を通じるステップにより、被検査面に１つまたは複数の回転磁場を生成する磁化方法であることを特徴とする（６）記載の蛍光磁粉探傷方法。
（１０）前記撮像するステップの撮像位置に対して相対的に移動する被検査面上の各点の移動距離を計測するステップと、距離測定器で計測された移動距離情報を用いて検出した被検査材の表層疵をマッピングするステップを有することを特徴とする（６）〜（９）のいずれかの項に記載の蛍光磁粉探傷方法。
上述したように、発明の蛍光磁粉探傷装置は、ストロボ光の発光時間だけシャッターを開く機能、および映像信号増倍機能を付加したＣＣＤカメラを備えている。これにより、相対的にいかなる方向に移動または揺動していても静止撮影時と同等のぶれのない鮮鋭な画像を得ることができる。また、紫外線ストロボによる微弱な蛍光映像でも十分な感度をもって撮影可能であり、鮮明な明るい蛍光磁粉模様の画像を得ることができる。このため、欠陥検出精度は大幅に向上する。
また、本発明においては、磁化装置を１対の電磁石を被検査面に垂直な軸の回りに軸対称にかつ磁極が正方形の頂点をなすように配置した４極を設けるとともに、正方形の一辺に直角方向に２極ずつ増やして磁極が複数の正方形をなすように構成し、新たに形成した正方形の対角点に配置した磁極をそれぞれ対とすることにより、実質的に１対の電磁石とし、それぞれの電磁石に同一周波数で位相をずらせた磁化交番電流を通じて、被検査面に複数の回転磁場を生成するように構成しているために、被検査材は整列する複数の電磁石を順次通過する間、磁化されるので磁化時間が長くなり、被検査材が高速で移動しても鮮明な蛍光磁粉模様が形成される。
また、本発明においては、磁化装置が、１対の電磁石を被検査面に垂直な軸の回りに軸対称にかつ磁極が正方形の頂点をなすように配置した４極を設けるとともに、正方形の一辺に直角方向に間隔をおいて４極ずつ増やして、４極の磁極が複数の正方形を成すように配置し、４極ごとに磁極を短絡する継鉄を設けることにより各４磁極の対称性を保持して、対角となる磁化コイルを１対として、２対の磁化コイルに同一周波数で位相をずらせた磁化交番電流を通じるようにして、被検査面に複数の回転磁場を生成するように構成しているために、被検査材は整列する複数の電磁石を順次通過する間、磁化されるので磁化時間が長くなり、被検査材が高速で移動しても鮮明な蛍光磁粉模様が形成される。また、電磁石ごとにコイル巻き数、電源電圧などを調整することなく、すべての回転磁場を均等化することができる。回転磁場の均等化により、欠陥検出能は高くなる。
また、本発明においては、磁化装置が、２極すなわち１対の電磁石を被検査面に垂直な軸の回りに軸対象にかつ磁極が長方形または正方形の頂点をなすように配置した４極１組の電磁石の１組または２組以上で構成され、当該各組の電磁石の対角の磁極または４極を継鉄で短絡し、各組の２極１対の磁極に巻いた２対の磁化コイルに同一周波数で位相をずらせた磁化交番電流を通じて、被検査面に１つまたは複数の回転磁場を生成するよう構成して磁化時間を長くしてもよい。
また、本発明においては、蛍光磁粉探傷装置で検出した各疵の位置を確定しておく必要がある場合には、撮像装置の撮像位置に対して相対的に移動する被検査面上の各点の移動距離を被検査面上のある点を基準に計測する距離計測器を蛍光磁粉探傷装置に組み込んで、距離測定器で計測された移動距離情報を用いて検出した被検査材の表層疵をマッピングして、その後の疵の処理を容易にすることができる。
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明を図面を参照しながら説明する。
図１はこの発明の１実施の形態を示しており、蛍光磁粉探傷装置の模式的構成図である。蛍光磁粉探傷装置は、磁化装置１０、磁粉液散布装置２０、紫外線照射装置２５、撮像装置３０および画像処理装置３５からなっている。
磁化装置１０は、コ字形鉄心１２の脚部１４に磁化コイル１８が巻かれた電磁石１１からなっている。磁化コイル１８には直流電源（図示しない）から直流が供給される。なお、磁化コイル１８は、脚部１４の上部をつなぐ継鉄１６に巻かれたものであってもよい。
磁粉液散布装置２０は、磁粉液噴射ノズル２１および洗浄水供給ノズル２２を備えている。磁粉液噴射ノズル２１に磁粉液タンクが、また洗浄水供給ノズル２２に給水タンクがそれぞれ接続されており、ポンプ（いずれも図示しない）により磁粉液または洗浄水が供給される。洗浄水供給ノズル２１の代わりに、空気を噴出するエアパージノズルであってもよい。
紫外線照射装置２５は、紫外線ストロボ光源２６を有している。紫外線ストロボ光源２６は、例えばキセノンフラッシュランプとＵ３４０フィルターとの組合せからなっている。キセノンフラッシュランプのバルブには、硬い紫外線まで透過する材料が用いられている。キセノンフラッシュランプの発光時間は、約１０μｓである。Ｕ３４０フィルターは、硬い紫外線から赤外線まで広いスペクトルで発光、放射するストロボ光のうち、人に比較的安全な約３１０〜３９０ｎｍの紫外線を透過する。
撮像装置３０は、ストロボ光の発光時間だけシャッターを開く機能および映像信号増倍機能を付加したＣＣＤカメラからなる撮像部３１、およびバンドパスフィルター３２との組合せからなっている。ここでは、ＣＣＤカメラとして、浜松テレビ株式会社製のＭＣＰ型ＣＣＤカメラを用いている。このＣＣＤカメラは、イメージインテンシファイアに入射した光学像が光電面で光電子に変換される。光電子はマイクロチャンネルプレートで数千倍に増幅され、蛍光面で再び光学像になる。シャッター（ゲート）動作は、光電面−マイクロチャンネルプレート間の電位で制御する。光電面電位よりマイクロチャンネルプレート電位が高い場合、ゲート動作がオン（シャッター開）となり、低い場合はオフとなる。
バンドパスフィルター３２は、蛍光のスペクトル成分だけを透過する。前記紫外線照射装置２５からの照射光は、蛍光励起用紫外線およびわずかではあるがＵ３４０フィルターより漏洩した赤外線を含んでいる。撮像部３０は紫外線から赤外線領域まで波長感度を有しているために、上記紫外線および赤外線をも取り込む。バンドパスフィルター３２はこれら紫外線および赤外線をカットし、画像のＳＮ比を高める。
画像処理装置３５は、撮像装置３０からの画像信号について濃度補正、平滑化、２値化処理などを行なって、疵の有無を判別する。判別基準は実操業で得られた検査データに基づき作成され、表形式で画像処理装置に保存されている。
上記のように構成された蛍光磁粉探傷装置において、被検査材１は厚板を曲げ整形したドラム状の溶接構造物であり、矢印方向に移動する。被検査部は、円周方向に延びる溶接部である。磁化装置１０は、磁束が溶接部を横切るように直流磁化する。磁化された溶接部に、磁粉液噴射ノズル２１から蛍光磁粉液が散布される。被検査材１の表層部に欠陥があると、欠陥部に漏洩磁束が発生する。磁粉液中の蛍光磁粉が漏洩磁束に吸引されて欠陥部に集積し、蛍光磁粉模様を形成する。洗浄水供給ノズル２２から散布された洗浄水は、厚板１の表面に沿って後方に流れ下り、余分な磁粉液を洗い流す。一般に、欠陥部の漏洩磁束は無欠陥部の凹凸による漏洩磁束より強いため、適正な流速で洗浄すると、無欠陥部の不要磁粉だけが洗い流される。この結果、撮像装置３０で撮像された画像のＳＮ比は高くなる。
紫外線ストロボ光源２６によって、紫外線パルスを上方より照射して欠陥部に集積した蛍光磁粉を発光させる。紫外線ストロボ光源２６の発光時間は、前述のように約１０μｓｅｃである。上記ＣＣＤカメラのシャッターは、この発光時間だけ開くように調整している。通常、ＣＣＤカメラのフレームレートは、３０Ｈｚ、３３ｍｓｅｃである。したがって、画像流れや周囲環境の照度の影響は、１／３３００程度となる。このような短い発光時間では、移動している被検査材はほとんど静止している状態に見え、像流れの全くない鮮明な蛍光磁粉模様を撮像することができる。これによって、従来は被検査材を静止した状態でしか検出できなかった微細なクラックまで検出することができ、欠陥検出精度を大幅に向上することができる。
図２〜図５は、この発明の他の実施の形態を示している。図２は蛍光磁粉探傷装置の模式的側面図、図３は平面図、図４は磁化装置の鉄心の斜視図、および図５は磁化装置の電源および磁化コイルの回路図である。この実施の形態で、図１に示す装置、部材と同様のものには同一の参照符号を付け、その詳細な説明は省略する。
磁粉探傷では、検査規格上、被検査材の進行方向およびこれと直交する方向の２方向磁化が求められる場合がある。このような場合、被検査材を回転磁場で磁化する必要がある。この実施の形態の蛍光磁粉探傷装置では、磁化装置は回転磁場を生成する。
蛍光磁粉探傷装置は、磁化装置４０、磁粉液散布装置２０、紫外線照射装置２５、撮像装置３０および画像処理装置３５からなっている。磁粉液散布装置２０、紫外線照射装置２５、撮像装置３０および画像処理装置３５は、図１に示す装置と同じであるので、その説明は省略する。
磁化装置４０は、電磁石を備えた３組の磁化器４１，４２，４３とこれら磁化器に磁化電流を供給する電源とからなっている。電磁石の鉄心６０は、等間隔をおいて１列に並ぶ４個のコ字形鉄心６１〜６４を備えている。第１コ字形鉄心６１の両側端部と第２コ字形鉄心６２の両側端部とをそれぞれ継鉄７０で連結して第１四脚鉄心５７を形成している。また、第２コ字形鉄心６２の両側端部と第３コ字形鉄心６３の両側端部とをそれぞれ継鉄７０で連結して第２四脚鉄心５８を形成している。同様にして、第３四脚鉄心５９を形成している。第１四脚鉄心５７で、第１コ字形鉄心６１と第２コ字形鉄心６２との間隔は、第１コ字形鉄心６１の脚部６１Ａ，Ｂまたは６２Ａ′，Ｂ′の間隔に等しくなっている。したがって、４本の脚部６１Ａ，Ｂ，６２Ａ′，Ｂ′は正方形の頂点に位置している。第２四脚鉄心５８および第３四脚鉄心５９でも、同様に４本の脚部は正方形の頂点に位置している。
上記脚部６１Ａ，Ｂ〜６４Ａ′，Ｂ′のそれぞれには、磁化コイル７５Ａ，Ｂ〜７８Ａ′，Ｂ′が巻かれている。これら磁化コイル７５Ａ，Ｂ〜７８Ａ′，Ｂ′のうち、上記正方形で一方の対角方向に向かい合う磁化コイルと、コ字形鉄心および継鉄７０とで１つの電磁石が構成されている。例えば、第１磁化器４１でコ字形鉄心６１，６２、継鉄７０、および磁化コイル７５Ａ，７６Ａ′で１つの電磁石５１が構成され、磁化コイル７５Ｂ，７６Ｂ′でもう１つの電磁石５４が構成されている。同様に、第２磁化器４２で電磁石５２，５５が、また第３磁化器４３で電磁石５３，５６がそれぞれ構成されている。
磁化装置４０は、このように構成された３組の電磁石５１，５２，５３および３組の電磁石５４，５５，５６とで６組の電磁石を備えている。つまり、１対の電磁石を被検査面に垂直な軸の回りに軸対称にかつ磁極が正方形の頂点をなすように配置した４極を設けている。そして、上記正方形の一辺に直角方向に２極ずつ増やして磁極が３つの正方形をなすように構成し、新たに形成した正方形の対角点に配置した磁極をそれぞれ対とすることにより、実質的に１対の電磁石としている。
図５は、磁化コイル７５Ａ〜７８Ｂ′および電源８０の回路を示している。上記正方形で一方の対角方向に向かい合う磁化コイル７５Ａ，７６Ａ′および磁化コイル７７Ａ，７８Ａ′にパワーアンプ８３を介して交流発信器８１が接続されている。他方の対角方向に向かい合う磁化コイル７５Ｂ，７６Ｂ′および磁化コイル７７Ｂ，７８Ｂ′に９０°位相器８５およびパワーアンプ８６を介して交流発信器８１が接続されている。パワーアンプ８３，８６は、交流発信器８１からの信号により所定周波数の交番磁化電流を各磁化コイル７５Ａ〜７８Ｂ′に供給する。磁化コイル７５Ｂ，７６Ｂ′，７７Ｂ，７８Ｂ′には磁化コイル７５Ａ，７６Ａ′，７７Ａ，７８Ａ′に対し９０°位相がずれた交番磁化電流が供給される。図６は、電磁石５１，５２，５３に対し電磁石５４，５５，５６に同一周波数で位相差が９０°の磁化交番電流を供給した場合を示している。なお、３相交流電流電源を用い、位相差を１２０°としてもよい。
この実施の形態では磁化器数は３であるが、探傷条件およびライン速度（被検査材移動速度）によって磁化器数は変わる。例えば、磁粉探傷では磁粉散布時間は５秒以上とすることが推奨されている。したがって、磁極間隔をｌｐ［ｃｍ］、ライン（被検査材）速度をＶ［ｃｍ／ｓｅｃ］とすると、１磁化器の通過時間ＴｆはＴｆ＝ｌｐ／Ｖとなる。
ｎ＝５ｓｅｃ／Ｔｆｓｅｃであれば、
ｎより大きい整数＋２磁化器（パージ部の磁化器＋撮像部の磁化器）
を磁化器数とすることが望ましい。
磁粉液噴射ノズル２１および洗浄水供給ノズル２２が、第２磁化器４２に配置されている。紫外線照射装置２５および撮像装置３０が、第３磁化器４３の直上に配置されている。
以上のように構成された蛍光磁粉探傷装置において、厚板１は洗浄水で余分の蛍光磁粉を洗い流すために水平面に対し傾斜した状態で矢印方向に送られる。磁化装置４０はコ字形鉄心６１〜６４が溶接線５をまたぐように配置される。電磁石５１〜５３に対し電磁石５４〜５６に同一周波数で位相差が９０°の磁化交番電流が供給されるので、磁化器ごとに被検査面に回転磁場Ｒが生じる。回転磁場Ｒは、溶接線方向およびこれに対し直角方向に同じ大きさである。第２磁化器４２の磁場回転方向は、第１磁化器４１および第３磁化器４３の磁場回転方向と逆になっている。
上記回転磁場Ｒは交流磁場であるため、厚板１の磁化部分が磁極から離れるときに脱磁される。しかし、この実施の形態の磁化装置４０では磁化器ごとに磁化されるので、第２磁化器４２で欠陥部に付着した磁粉は、第３磁化器４３でも保持されている。
一般に、散布された磁粉液中の磁粉が欠陥部に移動し、集積して蛍光磁粉模様を形成するまでにある程度の時間が必要である。したがって、高速で移動する厚板を磁粉探傷する場合、磁化装置の長さは厚板の移動速度に応じて長くしなければならない。一方、上記のような回転磁場を発生するためには、磁極を正方形の頂点に配置しなければならない。磁化装置の磁極間隔が狭い方が磁極間の被検査部に高い磁束密度が生じるが、そうすると隣り合うコ字形鉄心の間隔が狭くなり、蛍光磁粉模様を形成するに十分な時間が得られない。この実施の形態では３つの磁化器４１，４２，４３でそれぞれ磁化するので、磁化時間が長くなり、厚板１が高速で移動しても鮮明な蛍光磁粉模様が形成される。磁化器数は、被検査材の送り速度、あるいは探傷速度により増減可能である。
図７〜図９は、この発明の更に他の実施の形態を示している。図７は蛍光磁粉探傷装置の模式的側面図、図８は上記装置の平面図、図９は磁化装置の電源および磁化コイルの回路図である。
蛍光磁粉探傷装置は、磁化装置９０、磁粉液散布装置２０、紫外線照射装置２５、撮像装置３０および画像処理装置３５からなっている。磁粉液散布装置２０、紫外線照射装置２５、撮像装置３０および画像処理装置３５は、図１に示す装置と同じであるので、その説明は省略する。
磁化装置９０は、電磁石を備えた３組の磁化器９１，９２，９３とこれらの磁化器に磁化電流を供給する電源とから構成されている。第１磁化器９１の鉄心は、第１コ字形鉄心１１０の両側端部と第２コ字形鉄心１１１の両側端部とをそれぞれ継鉄１１２で連結して形成された第１四脚鉄心１０７からなっている。また、第２磁化器９２の鉄心は、第３コ字形鉄心１１３両側端部と第４コ字形鉄心１１４の両側端部とをそれぞれ継鉄１１５で連結して形成された第２四脚鉄心１０８からなっている。同様にして、第３磁化器９３の第３四脚鉄心１０９が形成されている。第１磁化器９１で、第１コ字形鉄心１１０と第２コ字形鉄心１１１との間隔は、第１コ字形鉄心１１０の脚部１１０Ａ，Ｂまたは１１１Ａ′，Ｂ′の間隔に等しくなっている。したがって、４本の脚部１１０Ａ，Ｂ，１１１Ａ′，Ｂ′は正方形の頂点に位置している。第２磁化器９２および第３磁化器９３でも、同様に４本の脚部は正方形の頂点に位置している。
磁化器９１，９２，９３は、通板方向に隣り合う磁化器どうしの磁極間の間隔が各磁化器の磁極間の間隔に等しくなるように配置されている。例えば、第１磁化器９１の脚部１１１Ｂ′の磁極と第２磁化器９２の脚部１１３Ａの磁極との間隔は、第１磁化器９１の脚部１１０Ａ，１１１Ｂ′の磁極間隔に等しい。また、磁化器の数は図２に示す装置の場合と同様に探傷条件およびライン速度（被検査材移動速度）によって決められる。
上記脚部１１０Ａ，Ｂ〜１１７Ａ′，Ｂ′のそれぞれには、磁化コイル１２１Ａ，Ｂ〜１２６Ａ′，Ｂ′が巻かれている。これら磁化コイル１２１Ａ，Ｂ〜１２６Ａ′，Ｂ′のうち、上記正方形で一方の対角方向に向かい合う磁化コイルと、コ字形鉄心および継鉄とで１つの電磁石を構成している。例えば、コ字形鉄心１１０，１１１、鉄心１１２、および磁化コイル１２１Ａ，１２２Ａ′で１つの電磁石１０１を構成している。
磁化装置９０は、このように構成された３組の電磁石１０１，１０２，１０３および３組の電磁石１０４，１０５，１０６とで６組の電磁石を備えている。つまり、１対の電磁石を被検査面に垂直な軸の回りに軸対称にかつ磁極が正方形の頂点をなすように配置した４極を設けている。そして、上記正方形の一辺に直角方向に間隔をおいて４極ずつ増やして磁極が３つの正方形をなすように構成し、新たに形成した正方形の対角点に配置した磁極をそれぞれ対とすることにより、実質的に１対の電磁石としている。
図９は、磁化コイル１２１Ａ〜１２６Ｂ′および電源１３０の回路を示している。上記正方形で一方の対角方向に向かい合う磁化コイル１２１Ａ，１２２Ａ′、磁化コイル１２３Ａ，１２４Ａ′および磁化コイル１２５Ａ，１２６Ａ′にパワーアンプ１３３を介して交流発信器１３１が接続されている。他方の対角方向に向かい合う磁化コイル１２１Ｂ，１２Ｂ′、磁化コイル１２３Ｂ，１２４Ｂ′および磁化コイル１２５Ｂ，１２６Ｂ′に９０°位相器１３５およびパワーアンプ１３６を介して交流発信器１３１が接続されている。パワーアンプ１３３，１３６は、交流発信器１３１からの信号により所定周波数の交番磁化電流を各磁化コイル１２１Ａ〜１２６Ｂ′に供給する。磁化コイル１２１Ｂ，１２２Ｂ′，１２３Ｂ，１２４Ｂ′および１２５Ｂ，１２６Ｂ′には磁化コイル１２１Ａ，１２２Ａ′，１２３Ａ，１２４Ａ′および１２５Ａ，１２６Ａ′に対し９０°位相がずれた交番磁化電流が供給される。
以上のように構成された蛍光磁粉探傷装置で、磁化装置９０はコ字形鉄心１１０，１１１，１１３…等が溶接線５をまたぐように配置される。電磁石１０１〜１０３に対し電磁石１０４〜１０６に同一周波数で位相差が９０°の磁化交番電流が供給されるので、磁化器ごとに被検査面に回転磁場Ｒが生じる。回転磁場Ｒは、溶接線方向およびこれに対し直角方向に同じ大きさである。第１磁化器９１、第２磁化器９２および第３磁化器９３の磁場回転方向は、同方向となっている。
上記回転磁場Ｒは交流磁場であるため、厚板１の磁化部分が磁極から離れる時に脱磁される。しかし、この実施の形態の磁化装置９０では磁化器ごとに磁化されるので、第２磁化器９２で欠陥部に付着した磁粉は、第３磁化器９３でも保持されている。また、複数の回転磁場強度を均等に生成するためには、すべてのＡ−Ａ′磁極対およびＢ−Ｂ′磁極対に流れる磁束を均等にする必要がある。この実施の形態では、すべての磁化コイルの巻き数を等しくし、図９に示すように並列に電圧を印可すれば、磁化器ごとにコイル巻き数、電源電圧などを調整することなくすべての回転磁場を均等化することができる。
図１０は、光源の他の実施の形態を示している。光源１４０は、紫外線領域で発光する数十個のＬＥＤ１４４をマトリックス状に配列した１対のＬＥＤパネル１４２を備えている。ＬＥＤパネル１４２は、図７に示す第３磁化器９３の脚部１１６Ａ（図示しない）と脚部１１７Ｂ′との間、および脚部１１６Ｂ（図示しない）と脚部１１７Ａ′との間にそれぞれあって、これら脚部の下端寄りに配置されている。ＬＥＤ１４４は、電源（図示しない）からパルス電流が印加され、発光して検査面を照射する。このＬＥＤ光源１４０では、ストロボ光源を小型化できるため、観察位置近傍に配置可能である。したがって、照明効率が高くなり、電源も小型ですむ。
図１１は、光源および撮像装置が磁化器の外側にある実施の形態を示している。磁化器は継鉄タイプ（口型ヨーク）を用いた例である。
図１２は、請求項４の実施例、図１３は請求項５の実施例をそれぞれ示す。図１２では、Ｘ型また目隠し型ヨークの磁化器でその外側で撮像した例である。図１３は移動距離計測器で撮像位置を測定して、欠陥位置を記録する例を示している。
なお、以上説明した実施の形態では、シャッター機能付きのイメージインテンシファイアとＣＣＤカメラとを組み合わせたＭＣＰ型ＣＣＤカメラを用いたが、基本的にはシャッター機能と映像信号増倍機能とを有する超高感度カメラであればよく、例えば浜松ホトニクス株式会社で開発されたシャッター機能付きのＥＢ型ＣＣＤカメラやテキサスインスツルメント社製のインパクト型ＣＣＤカメラを用いてもよい。また、図１０に示すＬＥＤ光源は、図１および図２の装置にも適用可能である。
産業上の利用可能性
この発明の蛍光磁粉探傷装置は、ストロボ光の発光時間だけシャッターを開く機能、および映像信号増倍機能を付加したＣＣＤカメラを備えているので、相対的にいかなる方向に移動または揺動していても静止撮影時と同等のぶれのない鮮明な明るい蛍光磁粉模様の画像を得ることができる。また、紫外線ストロボによる微弱な蛍光映像でも十分な感度をもって撮像可能である。このため、欠陥検出精度は大幅に向上し、自動検査の高精度化が可能となった。紫外線照射装置および撮像装置で、ミラー揺動機構、倣い機構などの複雑な機構が不要となったので、設備費が安価となり、メンテナンス性も向上した。さらに、従来の蛍光磁粉探傷装置では暗室を設ける必要があったが、屋内の作業環境ではその必要がなくなった。この点、構造物の組立溶接部の検査などで設備および作業が簡便となった。屋外においても、太陽光の直射を防ぐ天井覆い程度で蛍光磁粉探傷検査が可能となった。
磁化装置を４つの磁極を正方形の頂点に配置した複数の電磁石で回転磁場を形成するように構成した蛍光磁粉探傷装置では、被検査材は整列する複数の電磁石を順次通過する間、磁化されるので磁化時間が長くなり、被検査材が高速で移動しても鮮明な蛍光磁粉模様が形成される。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の１実施の形態を示すもので、蛍光磁粉探傷装置の模式的側面図である。
図２は、本発明の他の実施の形態を示すもので、蛍光磁粉探傷装置の模式的側面図である。
図３は、図２に示す蛍光磁粉探傷装置の平面図である。
図４は、本発明による蛍光磁粉探傷装置の磁化装置の鉄心の斜視図である。
図５は、図４に示す磁化装置の電源および磁化コイルの回路図である。
図６は、本発明による蛍光磁粉探傷装置の電磁石に供給される磁化電流のグラフである。
図７は、本発明の更に他の実施の形態を示すもので、蛍光磁粉探傷装置の模式的側面図である。
図８は、図７に示す蛍光磁粉探傷装置の平面図である。
図９は、本発明による蛍光磁粉探傷装置の電源および磁化コイルの回路図である。
図１０は、図９に示す光源の他の実施の形態を一部断面で示す図面である。
図１１は、本発明による蛍光磁粉探傷装置において、光源および撮像装置を磁化器の外側に配置した実施態様を示す図である。
図１２は、本発明の請求項４に基づく実施形態で、Ｘ型または目隠し型ヨークの磁化器でその外側で撮像した例を示す図である。
図１３は、本発明の請求項５に基づく実施形態で、移動距離計測器で撮像位置を測定し、欠陥位置を記録する例を示す図である。
符号の説明
１…厚板、鋼板（被検査材）
５…溶接線（検査部）
１０…磁化装置
１１…電磁石
１２…コ字形鉄心
１８…磁化コイル
２０…磁粉液散布装置
２１…磁粉液噴射ノズル
２２…洗浄水供給ノズル
２５…紫外線照射装置
２６…紫外線ストロボ光源
３０…撮像装置
３１…撮像部
３２…バンドパスフィルター
３５…画像処理装置
４０…磁化器
４１〜４３…磁化器
５１〜５６…電磁石
５７〜５９…四脚鉄心
６０…鉄心
６１〜６４…コ字形鉄心
７０…継鉄
７５〜７８…磁化コイル
８０…電源
８１…交流発信器
８３，８６…パワーアンプ
８５…９０°位相器
９０…磁化装置
９１，９２，９３…磁化器
１０１〜１０６…電磁石
１０７〜１０９…四脚鉄心
１１０，１１１，１１３，１１４，１１６，１１７…コ字形鉄心
１１２，１１５，１１８…継鉄
１２１〜１２６…磁化コイル
１３０…電源
１３１…交流発信器
１３３，１３６…パワーアンプ
１３５…９０°位相器
１４０…光源
１４２…ＬＥＤパネル
１４４…ＬＥＤ
１４５…ＩＣＣＤカメラ
１４６…ストロボ照明
１４７…磁化器１
１４８…磁化器２
１４９…位置測定器
１５０…口型ヨーク
１５１…Ｘ型ヨーク
１５２…目隠し型ヨーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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