(57)【要約】【課題】装置の大型化を回避しつつ検出精度を向上させることができるとともに、電子機器系統の防塵性を向上させることができる蛍光磁粉探傷方法および蛍光磁粉探傷装置を提供する。【解決手段】本発明の蛍光磁粉探傷方法は、鋼材Ｗ表面における照明強度を４０００μＷ／ｃｍ２以上として疵輝度の信号レベルをカメラ光学部１１の暗時電流の４倍ないし１６倍とし、地肌輝度の信号レベルを暗時電流の１．２倍ないし１．８倍とするものである。本発明の蛍光磁粉探傷装置Ｕは、ＣＣＤカメラ２が、カメラ光学部１１とカメラ本体１４とに分離されてカメラボックス１６に収納されてなるものである。【選択図】図１
2007303824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像手段を用いた蛍光磁粉探傷方法であって、疵輝度の信号レベルを前記撮像手段の光学素子の暗時電流の４倍ないし１６倍とし、地肌輝度の信号レベルを暗時電流の１．２倍ないし１．８倍とすることを特徴とする蛍光磁粉探傷方法。
【請求項２】
被探傷材表面における照明強度を４０００μＷ／ｃｍ２以上とすることを特徴とする請求項１記載の蛍光磁粉探傷方法。
【請求項３】
撮像手段を有する蛍光磁粉探傷装置であって、前記撮像手段が、光学素子部と撮像手段本体部とに分離されてカメラボックスに収納されてなることを特徴とする蛍光磁粉探傷装置。
【請求項４】
カメラボックスが、光路を屈折させる反射ミラーを備えてなることを特徴とする請求項３記載の蛍光磁粉探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光磁粉探傷方法および蛍光磁粉探傷装置に関する。さらに詳しくは、より高い精度で鋼材表面の疵を検出することが可能な蛍光磁粉探傷方法および蛍光磁粉探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋼材等の強磁性体の表面疵を検出する検査方法として、蛍光磁粉探傷方法が広く行われている。蛍光磁粉探傷方法は、被検査材の表面に蛍光磁粉を付着させ、その表面に磁束を流し、それによって描かれる紋様に紫外線ランプにより紫外線を照射し、その照射部分を撮像装置により撮像して得られた映像信号に基づいて疵を検出するものとされる。
【０００３】
すなわち、疵とそれ以外の肌との輝度の差異に基づいて、疵を検出するものとされている。この場合、疵の検出精度はＳ／Ｎ比（疵輝度：Ｓ値、地肌輝度：Ｎ値）に依存し、Ｓ／Ｎ比を大きくするためには、紫外線ランプによる鋼材表面の照明強度を適当なものとすることが必要とされる。
【０００４】
図１０に、照明強度が１２００〜２３００μＷ／ｃｍ２の間で変化するときの、人為的に疵を付した標準試験材と自然疵を有する試験材との検査結果を示す。同図によれば、照明強度が１２００〜２３００μＷ／ｃｍ２の範囲では、Ｓ／Ｎ比は１．０〜４．２の間でばらつくことが分かる。
【０００５】
ここで、十分な検出精度を得るために、例えば２以上のＳ／Ｎ比を確保することが必要であるものとすれば、前記１２００〜２３００μＷ／ｃｍ２の照明強度では所望の検出精度を達成し得ない場合があることが分かる。
【０００６】
したがって、それよりも大きい照明強度で検査を行うことが好ましいが、照明強度を大きくするためには、紫外線ランプを増設したり、より大型の紫外線ランプを用いたりする必要があり、新たなスペースを確保する必要が生じて、機器の大型化を招くといった問題がある。
【０００７】
また、蛍光磁粉探傷方法においては、蛍光磁粉を被検査材に付着（吸着）させて検査を行うために、電子機器系統に粉塵が悪影響を及ぼすことがあり、機器の誤作動や短寿命化を引き起こすという別の問題も生じている。
【特許文献１】特開２０００−２３０９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、装置の大型化を回避しつつ検出精度を向上させることができるとともに、電子機器系統の防塵性を向上させることができる蛍光磁粉探傷方法および蛍光磁粉探傷装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の蛍光磁粉探傷方法は、撮像手段を用いた蛍光磁粉探傷方法であって、疵輝度の信号レベルを前記撮像手段の光学素子の暗時電流の４倍ないし１６倍とし、地肌輝度の信号レベルを暗時電流の１．２倍ないし１．８倍とすることを特徴とする。
【００１０】
本発明の蛍光磁粉探傷方法においては、被探傷材表面における照明強度を４０００μＷ／ｃｍ２以上とするのが好ましい。
【００１１】
本発明の蛍光磁粉探傷装置は、撮像手段を有する蛍光磁粉探傷装置であって、前記撮像手段が、光学素子部と撮像手段本体部とに分離されてカメラボックスに収納されてなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の蛍光磁粉探傷装置においては、カメラボックスが、光路を屈折させる反射ミラーを備えてなるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の蛍光磁粉探傷方法は、前記の如く構成されているので、Ｓ／Ｎ比が向上され探傷精度が向上するという優れた効果が得られる。
【００１４】
また、本発明の蛍光磁粉探傷装置は、前記の如く構成されているので、カメラボックスが小型化され、装置の大型化を最小限に抑えながら照明強度を向上させる紫外線照明手段を備えることができるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。
【００１６】
図１に本発明の一実施形態に係る蛍光磁粉探傷方法に用いられる蛍光磁粉探傷装置（以下、単に探傷装置という）の概略図を示す。図２に、探傷台車内における各機器の配置を２方向からの斜視図により示す。
【００１７】
この探傷装置Ｕは、断面略正方形で長尺な鋼材(被検査材)Ｗ表面の疵を検出するものであり、６基（図２参照）の紫外線ライト（紫外線照明手段）１と、４基のＣＣＤカメラ（撮像手段）２と、３基のコーナ検知用ライト３と、各コーナ検知用ライト３のための１基のコーナ検知用ライト光源４と、これらの各機器を搭載して鋼材Ｗの軸方向に走行する探傷台車１０と、紫外線ライト用電源５、カメラ信号延長器６、コーナ検知ライト用電源７およびカメラ・ミラー駆動用電源８を含む機器収納盤２０とを主要構成要素として備えてなるものとされる。
【００１８】
ここで、探傷台車１０は、レールＲの下側に配され、車輪ＲＷとピニオン（明瞭には図示されていない）とを用いてラックを有するレールＲに沿って走行するものとされる。
【００１９】
また、機器収納盤２０は、被検査材Ｗから所定距離を置くように、レール１１の上側に配され、探傷台車１０と一体的に移動するように探傷台車１０と連結して設けられている。
【００２０】
このように、電子機器である機器収納盤２０を被検査材Ｗから離して設けることによって、電子機器の防塵性が向上して機器の耐久性および作動の信頼性を高めることができる。
【００２１】
また、鋼材Ｗは、表面に軸通電されかつ断面外周方向に沿って磁化されて、蛍光磁粉が表面に付着（吸着）されており、１つのコーナを上方に向けるようにして、図示しない固定具により水平に固定されている。
【００２２】
ここで、図２に示すように、４基のＣＣＤカメラ２は全て、鋼材Ｗの長手方向の同一位置の周囲に並べて配置されており、その第１ＣＣＤカメラ２１は、鋼材Ｗの上方に向けられた１つのコーナ（以下、上側コーナという）と正対するように配され、第２ＣＣＤカメラ２２および第３ＣＣＤカメラ２３は、上側コーナを挟む鋼材Ｗの２つの側面とそれぞれ正対するように配され、第４ＣＣＤカメラ２４は、鋼材Ｗの側方に向くように配された２つのコーナ（以下、側方コーナという）の１つと正対するように配されるものとされる。
【００２３】
つまり、第１ＣＣＤカメラ２１は、鋼材Ｗの上側コーナを探傷するよう配され、第２ＣＣＤカメラ２２および第３ＣＣＤカメラ２３は、上側コーナを挟む２つの側面を探傷するよう配され、第４ＣＣＤカメラ２４は、鋼材Ｗの２つの側方コーナの１つを探傷するよう配されるものとされる。
【００２４】
図３に、ＣＣＤカメラの詳細を示す。
【００２５】
４基のＣＣＤカメラ２はそれぞれ、ＣＣＤアレイおよびカメラレンズを含むカメラ光学部（光学素子部）１１と、鋼材Ｗ表面の像を反射する反射ミラー１２と、反射ミラー１２により反射された像をカメラ光学部１１に対して走査させるように回転するガルバノミラー１３と、ＣＣＤカメラ本体（撮像手段本体部）１４と、電子冷却器１５と、これら各部を収納・支持する直方体形状のカメラボックス１６とを備えている。
【００２６】
電子冷却器１５は、例えばペルチエ素子を用いて、空冷式にてカメラボックス１６内部の熱を外部に放出するものとされる。
【００２７】
ここで、ＣＣＤカメラ２をカメラ光学部１１とＣＣＤカメラ本体１４とに分離しているのは、ＣＣＤカメラ２の配置の自由度を増しカメラボックス１６を小さくしながらＣＣＤカメラ２をカメラボックス１６に収納するためである。そして、かかる構成とすることにより、カメラボックス１６と紫外線ライト１との干渉範囲を少なくし、紫外線ライト１の増設を図りながら探傷台車１０の小型化が図られている。
【００２８】
反射ミラー１２は、カメラ光学部１１の高さ位置（鋼材Ｗ表面からの距離）を小さくするように、被探傷部位からガルバノミラー１３までの光路を屈折させるものとされる。
【００２９】
ここで、第２ＣＣＤカメラ２２および第３ＣＣＤカメラ２３の反射ミラー１２は、正対する鋼材Ｗの側面の全幅の像をガルバノミラー１３に投影し得るように、サイズ、位置および姿勢が設定されている。第１ＣＣＤカメラ２１および第４ＣＣＤカメラ２４の反射ミラー１２は、対向するコーナの像をガルバノミラー１３に投影し得るように、サイズ、位置および姿勢が設定されている。
【００３０】
ガルバノミラー１３は、反射ミラー１２により投影される像を静止画像としてＣＣＤカメラ２が撮像し得るようにその動作が調整されている。
【００３１】
ここで、反射ミラー１２とガルバノミラー１３とは、所望の光路長を確保するためにカメラボックス１６の長手方向の両端近傍に向かい合わせて配設されており、各カメラ２は、カメラボックス１６の長手方向を鋼材の軸方向と平行にして鋼材Ｗの周囲に配置されている。
【００３２】
また、ＣＣＤカメラ本体１４は、カメラボックス１６の長手方向の長さを可能な限り短くするように、反射ミラー１２からガルバノミラー１３への光路の側方に配置されるものとされる。これにより、次に説明するように、ＣＣＤカメラ２の撮像部位と紫外線ライト１との距離を短くすることが可能となり、撮像部位における紫外線ライト１の照明強度を大きくすることができる。
【００３３】
すなわち、紫外線ライト１は、鋼材Ｗの上側コーナを挟む２つの側面に対応して配置された第２ＣＣＤカメラ２２および第３ＣＣＤカメラ２３のそれぞれを間に挟むように、一対ずつの紫外線ライト１が合計４基、鋼材Ｗの軸方向に各カメラ２２、２３と並べて設けられるものとされる。
【００３４】
また、第２ＣＣＤカメラ２２および第３ＣＣＤカメラ２３の撮像部位を鋼材Ｗ軸方向の両側から照明するように、各一対の紫外線ライト１が配設されている。
【００３５】
さらに、２基の紫外線ライト１が、第２ＣＣＤカメラ２２および第３ＣＣＤカメラ２３の撮像部位を照明するように、各ＣＣＤカメラ２２、２３毎に１基ずつ、鋼材Ｗの側方に配設されている。すなわち、従来は探傷台車１０の内部に配置されていた電子機器を、探傷台車１０とは別体の機器収納盤２０に設けたことにより、新たに２基の紫外線ライト１を増設するスペースが確保されている。
【００３６】
また、３基のコーナ検知用ライト３は、鋼材Ｗの上側コーナーおよび２つの側方コーナーを各コーナ検知用ライト３が鋼材Ｗの軸方向にスリット状に照明するように、その照射方向が調整され、またその照明は、探傷に支障の生じないように、所定の時期にのみなされるようにされている。例えば、シャッターにより照明時期が調整されている。なお、シャッターに代えてストロボ方式による照明とされてもよい。
【００３７】
コーナー検知用ライト光源４は、不図示のキセノンランプと、集光用ミラーとを有し、側方コーナーを照明する１つのコーナー検知用ライト３の下方に配されるものとされる。集光用ミラーにより集光されたキセノンランプからの光は、光ファイバーを介して各コーナ検知用ライト３に送られる。
【００３８】
また、探傷台車１０の下部には、一対の投光・受光器（不図示である）が配設されており、鋼材Ｗの軸方向の両端部を検出し、探傷の開始及び終了位置を検出している(特開平６−２０７９２６号公報参照)。
【００３９】
さらにまた、紫外線ライト１は、フードの空洞部分を小さくすることによって小型化が図られるものとされ、これにより、図４に示すように、鋼材Ｗの軸方向において、ＣＣＤカメラ２の撮像部位に紫外線ライト１の管球をより接近させて配置することが可能とされている。したがって、紫外線ライト１による照明強度をより大きくすることが可能とされるとともに、探傷台車１０をより小型化することこが可能とされている。
【００４０】
しかして、探傷台車１０は鋼材Ｗに沿って走行し、探傷台車１０が、鋼材Ｗの軸方向の一端から他端まで走行する間に、ＣＣＤカメラ２により鋼材Ｗの上側コーナ、上側コーナを挟む各側面および側方コーナの一方の撮象が行われる。
【００４１】
次に、鋼材Ｗを周方向に１８０°回転した後、探傷台車１０の移動方向を反転させ、未探傷の２つの側面および２つのコーナが撮像される。これにより、鋼材Ｗの両端面を除く全側面及び全コーナの表面を探傷することができる。
【００４２】
また、ＣＣＤカメラ２による撮像画像の信号処理方法は、例えば、探傷対象である鋼材Ｗの側面の映像信号をその外側部分の映像信号から分離して抽出するためのコーナ検出処理と、長手方向におけるＳ／Ｎ比を向上させるための差分処理と、映像信号から疵候補を抽出するための２値化処理と、ノイズを低減するための細線化処理と、磁粉溜によるノイズを低減して真正ではない疵候補を排除するためのつながり判別処理と、検出された疵の位置をマップ化して疵マップを生成するための２値疵マップ生成処理とを含む。
【００４３】
鋼材Ｗ表面の補修は、生成された疵マップに従って行われる。
【００４４】
以下、検出精度をより向上させるために本実施形態において採用し得る手法を説明する。
【００４５】
本実施形態においては、検出精度を向上させるために、撮像手段による映像信号の取込み感度を以下に説明するようにして向上させるものとしている。
【００４６】
すなわち、映像信号の取込み精度は、基本的にはＣＣＤ素子の感度に依存するが、光学レンズのフォーカス精度を向上させるとともに、前述したようにして、紫外線ランプ１の照明強度を大きくすることによって、映像信号の取込み精度を向上し、これによって検出精度を向上させるものとしている。
【実施例】
【００４７】
以下、実施形態装置について、照明強度と検出精度との関係を調べた実施例を説明する。検出精度は、疵輝度（Ｓ値）と、疵以外の部分の輝度である地肌輝度（Ｎ値）との比であるＳ／Ｎ比が高いほど検出精度は良くなる。
【００４８】
図５に、ＵＶランプの照明強度とＳ／Ｎ比との関係を調査した実施例および比較例を示す。
【００４９】
実施例１は、標準試験片における照明強度とＳ／Ｎ比との関係を示すものであり、約２０００μＷ／ｃｍ２〜４０００μＷ／ｃｍ２の範囲で照明強度が大きくなるのに伴ってＳ／Ｎ比が向上しているのが分かる。
【００５０】
実施例２は、微細な自然疵（セン疵：深さ０．３ｍｍ）を有する試験片における照明強度とＳ／Ｎ比との関係を示すものであり、約１０００μＷ／ｃｍ２〜４５００μＷ／ｃｍ２の範囲で照明強度が大きくなるのに伴ってＳ／Ｎ比が向上しているのが分かる。
【００５１】
比較例１は、実施例２と同一の試験片における照明強度とＳ／Ｎ比との関係を示すものであり、約２０００μＷ／ｃｍ２〜４０００μＷ／ｃｍ２の範囲でＳ／Ｎ比が疵検出に必要な２を超えていないのが分かる。
【００５２】
図６（ａ）は実施例１における照明強度とＳ／Ｎ比との関係をさらに詳しく示す図であり、図６（ｂ）は実施例２における照明強度とＳ／Ｎ比との関係をさらに詳しく示す図である。
【００５３】
同図（ａ）に示すように、実施例１においては、照明強度が２３００μＷ／ｃｍ２、２３００μＷ／ｃｍ２および２３００μＷ／ｃｍ２であるとき、Ｓ／Ｎ比はそれぞれ、３．０、４．８、５．３となった。
【００５４】
同図（ｂ）に示すように、実施例２においては、照明強度が１２００μＷ／ｃｍ２、４０００μＷ／ｃｍ２および４５００μＷ／ｃｍ２であるとき、Ｓ／Ｎ比はそれぞれ、２．５、４．０、４．５となった。
【００５５】
また、例えば図７に示すような、深さ０．３ｍｍのセン疵Ｓを有する試験材においては、図８に示すように、照明強度が１２００μＷ／ｃｍ２のときＳ／Ｎ比は２．５であり、照明強度が２３００μＷ／ｃｍ２のときＳ／Ｎ比は３．０であった。
【００５６】
次に、照明強度をどの程度大きくするのが最適であるかを考察する。
【００５７】
図９に示すように、一般に、ＣＣＤの出力電圧は入力光量と比例関係にある。しかしながら、ＣＣＤは、光が当たっていないときにも電荷が発生し、これが暗時出力電圧ｖ１として出力される。
【００５８】
このため、図９（ａ）に示すように、地肌輝度（Ｎ値）が暗時出力電圧ｖ１以下となる入力光量（光量ａ）では、照明強度が低下すると地肌輝度（Ｎ値：１６）は一定であるのに対して疵輝度（Ｓ値）のみが低下するために、Ｓ／Ｎ比は低下する。
【００５９】
したがって、紫外線ライトの照明強度の低下や、磁粉凝集量のバラツキによって、疵輝度（Ｓ値）が低下すると、それに連れてＳ／Ｎ比は低下する。
【００６０】
逆に、入力光量が光量ａを上回る範囲までは、疵輝度が大幅に増加するのに対して地肌輝度の増加はほとんどなく、Ｓ／Ｎ比は大幅に増加する。したがって、検出精度が上がる。
【００６１】
また、地肌対応部分の入力光量が光量aを上回ると、疵輝度および地肌輝度がともに上昇し、Ｓ／Ｎ比はほぼ一定となる。
【００６２】
また、入力光量が所定光量ｂを越えてさらに増加すると、疵輝度は増加しないのに対して地肌輝度のみが増加し、Ｓ／Ｎ比は低下する。
【００６３】
したがって、疵輝度は、ＵＶライト照度の低下や磁粉凝集量のバラツキによって変動するために、Ｓ／Ｎ比を４以上としようとすれば、６４〜２５６（４ｘ１６〜１６ｘ１６；１６：暗時信号レベル）の範囲とするのが好ましい。また、地肌輝度は暗時信号レベル（１６）をやや超える１．２倍〜１．８倍の範囲とするのが好ましい。
【００６４】
本発明は以上において説明した各形態に限定されるものではない。例えば、被検査材には鋼材以外の強磁性体であってもよく、その断面形状も四角形以上の正多角形、変形多角形、又は長方形としてもよい。また、それらのコーナにはアールがない直角又は鈍角の稜線を長手方向の有する形状のものも含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、蛍光磁粉探傷に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態に係る蛍光磁粉探傷装置の概略図である。
【図２】同装置の探傷台車内の各機器の配置を示す斜視図であり、同（ａ）は、鋼材の１つの軸方向に近い角度から見た図であり、同（ｂ）は、その逆の方向から見た図である。
【図３】ＣＣＤカメラの詳細を模式的に示す二面図であり、同（ａ）は正面図、同（ｂ）は側面図を示す。
【図４】探傷台車内の各機器の配置を示す平面図である。
【図５】照明強度とＳ／Ｎ比との関係を調べた実施例１，２および比較例１のグラフ図である。
【図６】実施例の内容を詳細に示したグラフ図であり、同（ａ）は実施例１を示し、同（ｂ）は実施例２を示す。
【図７】試験材表面の実例を示す写真図である。
【図８】図７の試験材表面の探傷結果を示すグラフ図であり、同（ａ）は低照度のしきの結果を示し、同（ｂ）は高照度のときの結果を示す。
【図９】最適な照明強度を決めるための理論的根拠を示すためのグラフ図であり、同（ａ）は照明強度が低レベルのときのみを示し、同（ｂ）は照明強度が高レベルになる場合を含む。
【図１０】従来の問題点を説明するためのグラフ図である。
【符号の説明】
【００６７】
Ｕ    蛍光磁粉探傷装置
１    紫外線ライト
２    ＣＣＤカメラ
３    コーナ検知用ライト
４    コーナー検知用ライト光源
１０    探傷台車
１１    カメラ光学部
１２    反射ミラー
１３    ガルバノミラー
１４    ＣＣＤカメラ本体
１５    電子冷却器
１６    カメラボックス
２０    機器収納盤
【図１】
2007303824.tif 000003
【図２】
2007303824.tif 000004
【図３】
2007303824.tif 000005
【図４】
2007303824.tif 000006
【図５】
2007303824.tif 000007
【図６】
2007303824.tif 000008
【図７】
2007303824.tif 000009
【図８】
2007303824.tif 000010
【図９】
2007303824.tif 000011
【図１０】
2007303824.tif 000012