JP6524884B2 - 管状体の内面検査方法 - Google Patents
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Description
この熱間押出法は、一般的に、熱間押出機が備えるダイスに向けて素材(中空ビレット)を押圧し、ダイスとマンドレルとの間で素材を押出成形することで、継目無管を製造する方法である。熱間押出機には、素材を水圧で押圧するために、耐食性に優れるステンレス鋼製のシリンダ(メインシリンダ)が設けられている。
しかしながら、撮像手段をシリンダに対して挿脱するには、熱間押出機を停機して、シリンダ内部から高圧水を排出する他、撮像手段の挿脱動作に干渉する付帯設備を取り外す必要もあり、非常に手間を要する。
このため、シリンダの外面側から内面の微小凹凸を簡易に検出できる方法が望まれている。
上記と同様の課題は、熱間押出機に設けられたシリンダに限らず、ステンレス鋼製の管状体全般に共通するものだと考えられる。
また、特許文献6には、高い周波数のパルス成分と低い周波数のパルス成分とを有する超音波を被検体に送信し、被検体からのエコー信号をフーリエ変換して周波数解析することで、被検体の粗さを計測する方法が提案されている。しかしながら、ステンレス鋼製の管状体は、超音波の高周波成分が大幅に減衰する上、結晶粒度が均一でないために減衰率にバラツキも生じる。このため、特許文献6に提案されている周波数解析によって、ステンレス鋼製の管状体の内面微小凹凸を検出することは難しい。
(A)管状体の内面を垂直探傷したときの底面エコー信号の強度が内面微小凹凸によって減衰する。
(B)上記内面微小凹凸による底面エコー信号の強度の減衰は微弱であるため、管状体の偏芯や偏肉、内面肌の影響を受けやすい。管状体の偏芯や偏肉、内面肌の影響を低減するには、管状体の周方向の微分処理を施して評価することが効果的である。
(C)多数の測定箇所で得られた底面エコー信号の微分強度に統計処理(平均値や標準偏差を算出する処理)を施して得られた統計値の大小によって内面微小凹凸を検出可能(健全な内面と識別可能)である。
(1)第1ステップ:ステンレス鋼製の管状体の外面に対向して超音波探触子を配置する。
(2)第2ステップ:前記超音波探触子を前記管状体の周方向に沿って相対的に移動させると共に、前記超音波探触子から前記管状体の内面に対して略垂直に超音波を送信し、前記管状体の内面から反射した底面エコーを前記超音波探触子で受信して、前記管状体の周方向についての底面エコー信号の強度分布を取得する。
(3)第3ステップ:前記第2ステップで取得した底面エコー信号の強度分布に前記管状体の周方向の微分処理を施して、底面エコー信号の微分強度分布を取得する。
(4)第4ステップ:前記超音波探触子を前記管状体の軸方向に沿って相対的に移動させて前記第2ステップ及び前記第3ステップを繰り返し実行することで、又は、前記超音波探触子として前記管状体の軸方向に沿って複数の振動子を具備するアレイ超音波探触子を用いることで、前記管状体の軸方向に沿って複数の底面エコー信号の微分強度分布を取得する。
(5)第5ステップ:前記第4ステップで取得した複数の底面エコー信号の微分強度分布に統計処理を施し、該統計処理によって得られた統計値の大小に基づき、前記管状体の内面の凹凸を検出する。
本発明によれば、機械的動作としては、管状体の外面に対向して超音波探触子を配置し(第1ステップ)、管状体の周方向及び軸方向に相対的に超音波探触子を移動させる(第2ステップ及び第4ステップ)だけで良いため、撮像手段を挿脱する場合に比べて手間が掛からず、管状体の内面の微小凹凸を簡易に自動検出することが可能である。
図1は、本発明の一実施形態に係る管状体の内面検査方法を実施するための装置構成を概略的に説明する説明図である。図1(a)は管状体の軸方向から見た正面図を、図1(b)は平面図を示す。
図1に示すように、本実施形態に係る内面検査方法を実施するために用いる装置は、超音波探触子1と、超音波探触子1に接続された信号処理手段2とを備えている。また、後述のように、超音波探触子1をステンレス鋼製の管状体Pの周方向及び軸方向に相対的に移動させるための機構部(図示せず)も備えている。
具体的には、制御・信号処理手段2は、管状体Pの周方向について所定のピッチ毎に、超音波探触子1で受信したエコーのうち、底面エコーB(本実施形態では、表面エコーSを受信してから最初に受信した第1底面エコー)に相当する底面エコー信号の強度を検出することで、管状体Pの周方向についての底面エコー信号の強度分布を作成する。本実施形態では、管状体Pの1周当たり300点の底面エコー信号の強度を検出して強度分布を作成している。
具体的には、制御・信号処理手段2は、底面エコー信号の強度分布を構成する複数の点の各強度に対して、注目点から所定の点数の範囲内での強度の最大値から最小値を減算し、この減算結果を当該注目点の微分強度とする演算を、注目点を順次ずらして実行することにより、底面エコー信号の微分強度を作成している。本実施形態では、底面エコー信号の強度分布を構成する300点の各強度に対して、注目点から5点の範囲内(約0.5mmピッチ毎に底面エコー信号を検出する場合、2.5mmの範囲内)での強度の最大値から最小値を減算して底面エコー信号の微分強度を作成している。
本実施形態では、管状体Pの軸方向に1mmピッチで計20点の底面エコー信号の微分強度分布を作成している。したがって、底面エコー信号の微分強度として、管状体Pの周方向に約300点で軸方向に20点の計約6000点の微分強度が生成されることになる。
なお、本実施形態では、機構部によって超音波探触子1を管状体Pの軸方向に沿って相対的に移動させる方法を採用しているが、本発明はこれに限るものではなく、超音波探触子1として管状体Pの軸方向に沿って複数の振動子を具備するアレイ超音波探触子を用いてもよい。超音波探触子1として20個以上の振動子を具備するアレイ超音波探触子を用いれば、超音波探触子1を管状体Pの軸方向に沿って相対的に移動させなくても、本実施形態と同様に、少なくとも約6000点の微分強度を生成することが可能である。
そして、図2(b)〜図4(b)から分かるように、内面微小凹凸が存在する場合(図3(b)及び図4(b))には、存在しない場合(図2(b))に比べて、底面エコー信号の微分強度が管状体Pの周方向について局部的に大きくなったり、全体的に大きくなったりすることがわかる。したがい、複数の底面エコー信号の微分強度分布に統計処理を施し、その統計値の大小を評価すれば、内面微小凹凸が検出可能(健全な内面と識別可能)となることが期待できる。
なお、図2(c)〜図4(c)から分かるように、微分処理を施さない底面エコー信号の強度分布には、図2(b)〜図4(b)に比べて、管状体Pの偏芯や偏肉に起因した強度のムラが生じている。このため、内面微小凹凸の検出精度を高めるには、本実施形態に係る内面検査方法のように、微分処理を施して評価することが効果的である。
図5に示すように、平均値、標準偏差、平均値×標準偏差のいずれの統計値も、黒比率に対して一定以上の相関係数(R2)を有することがわかった。したがい、いずれかの統計値を単独で、或いは、いずれかの統計値を組み合わせて、その大小に基づき、内面微小凹凸を検出すれば、目視評価と同等の精度で内面微小凹凸を検出可能であることが期待できる。
図6に示すように、本実施形態に係る内面検査方法による内面微小凹凸の自動判定(検出)結果と目視判定の結果は一致している。したがって、本実施形態に係る内面検査方法によれば、複数の底面エコー信号の微分強度分布に統計処理を施して得られた統計値の大小に基づき、目視評価と同等の精度で内面微小凹凸を検出可能であることが分かった。
図7は、複数の底面エコー信号の微分強度分布の各波形の表示例を示す。図7(a)は前述の図3に示す例に対応する表示例であり、図7(b)は前述の図4に示す例に対応する表示例である。
図7に示すような表示を行えば、底面エコー信号の微分強度分布の各波形をオペレータが目視で確認し易いため、前述した統計値の大小に基づく内面微小凹凸の自動検出に加えて、目視判断も併用することで、内面微小凹凸の検出精度が高まることが期待できる。
2・・・制御・信号処理手段
P・・・管状体
Claims (2)
- ステンレス鋼製の管状体の外面に対向して超音波探触子を配置する第1ステップと、
前記超音波探触子を前記管状体の周方向に沿って相対的に移動させると共に、前記超音波探触子から前記管状体の内面に対して略垂直に超音波を送信し、前記管状体の内面から反射した底面エコーを前記超音波探触子で受信して、前記管状体の周方向についての底面エコー信号の強度分布を取得する第2ステップと、
前記第2ステップで取得した底面エコー信号の強度分布に前記管状体の周方向の微分処理を施して、底面エコー信号の微分強度分布を取得する第3ステップと、
前記超音波探触子を前記管状体の軸方向に沿って相対的に移動させて前記第2ステップ及び前記第3ステップを繰り返し実行することで、又は、前記超音波探触子として前記管状体の軸方向に沿って複数の振動子を具備するアレイ超音波探触子を用いることで、前記管状体の軸方向に沿って複数の底面エコー信号の微分強度分布を取得する第4ステップと、
前記第4ステップで取得した複数の底面エコー信号の微分強度分布に統計処理を施し、該統計処理によって得られた統計値の大小に基づき、前記管状体の内面の凹凸を検出する第5ステップと、
を含むことを特徴する管状体の内面検査方法。 - 前記第4ステップで取得した前記管状体の軸方向に沿った複数の底面エコー信号の微分強度分布の各波形を、横軸を前記管状体の周方向位置とし、縦軸を前記管状体の軸方向位置として、重ねて表示することを特徴とする請求項1に記載の管状体の内面検査方法。
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