赤外線サーモグラフィ法による亀裂検知技術

西 名 慶 晃1
今 西 大 輔2
吉 永 陽 一))3)
横 山 康 雄4亘5) 前 田)

壊検査は，定常状態における熱画像計測において十分に検出.

は じめにが可能である不良箇所，あるいは熱画像に大きな変化が現れる材料・構造物中の比較的寸法の大きな欠陥の検出から始ま昨今の設備の生産性向上要求に対応するため，高稼働率・った． 1980 年代後半には，赤外線アレイセンサを搭載した安定稼動が重要課題となっている．一方で，製鉄所の主要な赤外線サーモグラフィが開発され，赤外線サーモグラフィの設備は，稼動後 30 ～ 40 年が経過しており，従来にも増し性能は大きく向上した．アレイセンサの長所を活かして，画て，設備の劣化状態を効率的に診断して，適正時期に補修を像内の各画素における計測値の同時性を維持しながら，ミリ行う必要がある．そのため，設備安定稼働や，設備の安心・秒オーダの高速デジタル計測が可能となった．これにより，安全という観点から，効率的な設備劣化診断技術の確立が重従来の赤外線サーモグラフィでは計測できなかった非定常の要な課題となっている．この問題に対応するため， JFE ス

熱現象を精度良く計測できるようなった．温度分解能を示す

株 では，高精度赤外線サーモグラフィ技術を活用した
チール

NETD 値(ノイズ等価温度差)が 0.02 °C 以下にまで向上し，設備診断技術開発に取組み，効率的な設備管理技術の確立をさらに，各赤外線検出器間の赤外線信号の特性および出力値図っている．のバラツキを補正する信号処理機能も進歩し，熱画像の質も赤外線サーモグラフィは，非破壊評価の分野では，化学プ向上した．これにより，従来の赤外線サーモグラフィでは，ラントや発電・送電設備の異常発熱検知による保守・管理技

熱画像において識別できなかった温度変化が小さな領域も高術，建築構造物のタイル，モルタル等の外壁管理技術，建築精度に識別できるようになった．本稿では，最新の高精度赤構造物のタイル，モルタル等の外壁仕上げ材の浮きやはく離

外線サーモグラフィを活用した亀裂検知技術の製鉄所におけ診断(1)，コンクリート吹付け法面のはく離診断などに大きなる適用例について紹介する．

実績をあげている．プラント・電力設備の保守においては，不良部のみが異常発熱し，これが長時間持続するため，熱画

.

製鉄所における適用例

像中において不良部を容易に識別することが可能である．また，建築物の外壁仕上げ材のはく離診断では，一般的に金属製鉄所における設備故障の原因のひとつとして，スピンド材料に比べて熱拡散性が低いモルタル，タイル等の建築用材

ル，ウォームホイール，テーブルローラといった回転駆動部料の外壁に起こる昼夜の温度変化を検出している．はく離部位の疲労損傷が挙げられる．これらの設備の亀裂検査は，磁には，比較的大きな温度差が生じこれが長時間持続するため，熱画像の取得，熱画像中のはく離部位の識別も比較的容易である．このように，赤外線サーモグラフィ法による非破JFE スチール株式会社スチール研究所機械研究部
1)主任研究員 2)研究員 3)部長
JFE スチール株式会社西日本製鉄所(倉敷地区)
設備部開発設計室4)課長 5)室員
Detection Technology Using Infrared Thermography; Yoshiaki
Nishina, Daisuke Imanishi, Youichi Yoshinaga, Yasuo
Yokoyama, Wataru Maeda(JFE Steel Corporation,STEEL RESERCH LABOLATORY, JFE Steel Corporation,West Japan, STEEL WORKS)
2010年10月29日受理

ま て り あ 第50巻 第 2 号(2011)Materia Japan

図1

亀裂検出原理．

図3

超音波加振時の熱画像．

いう観点から，超音波による加振加熱法の応用を試みた．測定原理を図に示す．測定対象物に超音波を入射させた時に発生する亀裂部の摩擦発熱を，高精度赤外線カメラで検知するものである(2)．
図に示すように，段付部 2 箇所に亀裂が入っているテーブルローラを対象にオフライン実験を実施した．超音波加振機(加振周波数 19.5 kHz )をローラ胴部に設置し，レーザ変位計で超音波振動がテーブルローラに伝達されていることを確認した．また，段付部下側に入っている亀裂を測定するために，赤外線を反射するアルミニウム反射板を用いて測定した．超音波加振機と段付部の亀裂との距離は，亀裂 A
図2で 500 mm ， 亀 裂 B で 630 mm で あ っ た ． 亀 裂 の 大 き さ

オフライン実験状況．

は，長さ 70～80 mm，深さ 25～32 mm である．
図に測定結果を示す．亀裂部の摩擦発熱が白い点の画像

粉探傷法や浸透探傷法で定期的に実施されているが，検査対として捉えられており，テーブルローラのような重量物の機象面の研磨処理が必要であるため，設備の分解を伴う開放点械部品においても亀裂検知可能であることを検証した．さら検となり，検査効率が悪い．分解が出来ないために，検査自に，検査対象面の汚れを拭き取る程度で，十分に検出能が得体が不可能な部位も多い．以上の背景から，高効率で非開放られることを確認した．期待通りの測定性能を確認できたこ検査が可能な新亀裂診断方法の確立が望まれている．以降，とから，実機での測定を実施した．加振加熱法を適用したオ

高精度赤外線カメラを活用したテーブルローラネック部の非ンライン測定状況を図に示す．従来は，磁粉探傷法でロー開放亀裂診断に関する取組みを紹介する．従来法の課題であルネック部の亀裂検査を実施していたが，測定対象面を研磨る，研磨処理手入れを省略して非開放亀裂診断を実現すると処理するために，カバーを取外しての開放点検であったた

図4



オンライン測定状況．

新技術・新製品

できない測定部位への対応として，赤外線を反射するアルミニウム板を使用するなどの工夫を行っている．本開発の亀裂検知技術は，当社の工場において実用化を開始しており，当初の目表である検査効率向上に寄与している．従来法では測定が困難であった部位の亀裂検査も可能となり，疲労破壊による設備トラブルの発生抑止に貢献している．更には，本技
図5

測定フロー．

術はテーブルローラの亀裂検知だけでなく，その他の鋼構造物へ展開している．

め，検査効率が悪いという課題があった．実機においても，超音波振動がテーブルローラに伝達されていることをレーザ

.

結言変位計の測定結果から確認した．一度の赤外線カメラ測定で，ロールネック部外周の100度の測定が可能であり，ロー超音波による加振加熱法をテーブルローラネック部の亀裂ルを 3 回転することで，全周測定が可能であった．カバー

診断に応用することで，測定対象面の研磨処理を省略し，非を取外して開放点検する場合と比較して，1 箇所当たりの測開放亀裂診断を実現し，検査時間を大幅に短縮化することが定時間を最大 1 / 8 に短縮することが可能となった．従来技可能となった．本技術により，これまでの設備保守点検の世術と開発技術の検査フローの比較を図に示す．

界を変革することができた．

.

特許および実用化状況例

本開発の赤外線サーモグラフィによる亀裂検知は，これまでに，3 件の特許が公開されている．超音波加振機のロール胴部への簡易脱着機構，調芯機構の他，赤外線カメラで直視

ま て り あ 第50巻 第 2 号(2011)Materia Japan文献( 1 ) 阪上隆英非破壊検査，51(2002), 321327.
( 2 ) 川嶋紘一郎他日本機械学会材料力学部門講演会講演論文，(2004), 9394.
( 3 ) 特開2010197377，特開2010197366，特開2010175248.

