JPH0915218A - 板波超音波探傷方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 信号強度が一定でない場合であっても確実に
欠陥であるか否かを判定し得る板波超音波探傷方法及び
その実施に使用する装置を提供する。 【構成】 ＣＰＵ９の２値化処理部91は、フレームメモ
リ７に記憶された２次元探傷画像について、１２８を閾
値として０又は２５５に２値化して２値化画像を作成
し、膨張処理部92は２値化画像の各像を、所定の比率で
膨張させる膨張処理を行って膨張画像を作成し、２値化
画像におけるタイヤ探触子近傍の乱反射による複数の像
及び被探傷材の他方のエッジ部による複数の像を結合さ
せた帯状の二つの像を形成する。ＣＰＵ９の縮小処理部
93は膨張画像を、膨張処理と同じ比率で縮小処理して縮
小画像を作成し、帯状の像を分断することなく、各像の
大きさを２値化画像と同じ大きさにする。ＣＰＵ９の欠
陥判定部94は縮小画像における像の内、縦の長さが予め
設定された長さより短いものを欠陥像であると判定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被探傷材に板波超音波
を入射し、その反射波を受信して前記被圧延材に生じた
欠陥を探傷する方法及びその実施に使用する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】熱延鋼板，冷延鋼板等、その厚みが比較
的薄い被探傷材の表面又は内部に生じた欠陥をオンライ
ンで非破壊検査するために、タイヤ探触子を用いて被探
傷材に板波超音波を伝播させ、その反射波を受信し、そ
の中に欠陥に基づく信号が含まれているか否かによっ
て、被探傷材に生じた欠陥を探傷する板波超音波探傷が
行われている。

【０００３】図10はタイヤ探触子の使用態様を示す模式
的断面図であり、図中Ｓはその長手方向に搬送される帯
状の被探傷材である。被探傷材Ｓの表面には接触媒質15
が所定の厚みに均一に塗布されている。被探傷材Ｓの上
方には支持棒13が鉛直に配置してあり、支持棒13の下端
近傍には被探傷材Ｓの幅方向に固定軸16が支持されてい
る。固定軸16には被探傷材Ｓに転接するタイヤ探触子22
が回転自在に取付けてある。

【０００４】タイヤ探触子22は、その周縁部に溝18，18
が形成してあるホイル17，17と該ホイル17，17の周囲を
取り囲むゴム等の帯状のタイヤ部14とを備えており、タ
イヤ部14の両エッジは両ホイル17，17の溝18，18に固定
してある。タイヤ探触子22の内の固定軸16には、所定周
期毎に超音波を送受信する板波探触子20が被探傷材Ｓの
エッジ部の方向に所定角度傾斜して固定してある。また
タイヤ探触子22内には接触媒質15が充填してあり、板波
探触子20が発生した超音波はタイヤ探触子22内の接触媒
質15，タイヤ部14及び接触媒質15を介して被探傷材Ｓ
へ、該被探傷材の幅方向と平行に所定の入射角で入射さ
れ、そこで超音波の入射角，被探傷材Ｓの板厚及び超音
波の周波数に応じた振動モードの板波超音波に変換され
て、被探傷材Ｓ中を伝播する。

【０００５】被探傷材Ｓ中を伝播された板波超音波は、
被探傷材Ｓの表面又は内部に生じた欠陥、及び被探傷材
のエッジ部で反射され、反射波は被探傷材Ｓ表面の接触
媒質15，タイヤ部14，及びタイヤ探触子22内の接触媒質
15を介して板波探触子20に受信されて探傷信号が得られ
る。

【０００６】図11は板波超音波探傷による探傷信号の一
例を示すグラフであり、図中、縦軸は探傷信号の強度
を、また横軸は超音波を送信してからの時間を示してい
る。図11の如く、超音波の送信直後から所定の時間Ａ内
に、探触子近傍の乱反射によって受信された複数の信号
Ｒ_E が現れている。そして、被探傷材の幅方向に伝播さ
れる板波超音波の伝播時間である時間Ｂ内に、被探傷材
の欠陥の反射によって受信された信号Ｋ_E が現れてお
り、その後に被探傷材のエッジ部の反射によって受信さ
れた信号Ｔ_E が所定の時間Ｃだけ現れている。このよう
にエッジ部からの反射信号の幅が広いのは、被探傷材中
を伝播する板波超音波は伝播速度が異なる複数の振動モ
ードの板波が重合した波であるため、各振動モードの板
波毎にエッジ部による反射波が受信されるからである。

【０００７】従来の板波超音波探傷装置では、超音波を
送信して時間Ａが経過したタイミングでゲートを開け、
時間Ｂだけゲートを開けておくようにすることによっ
て、欠陥による反射波のみを受信するようにし、探傷信
号内に予め定めた閾値以上の信号が含まれていた場合、
欠陥が存在すると判断する。そして、探傷信号の強度に
基づいて欠陥の大きさを評価し、また超音波を送信して
から欠陥による反射波が受信される時間の１／２と、予
め求めた超音波の被探傷材中の伝播速度との積から、被
探傷材の幅方向における欠陥の存在位置を求めていた。
なお、前述したゲート開のタイミング及びゲート領域の
幅は、被探傷材の材質，板幅，及び板厚等に基づいて予
め定められる。

【０００８】しかしそのような板波超音波探傷装置で
は、被探傷材が蛇行した場合、エッジ部の反射によって
受信された信号Ｔ_E がゲート内に入ることがあり、その
場合、欠陥の誤検出が生じるという問題があった。その
ため、被探傷材の幅方向に伝播した板波超音波を受信し
て得た複数の探傷信号をＡ（アナログ）／Ｄ（ディジタ
ル）変換して濃淡信号とし、それらを被探傷材の長さ方
向に配列して２次元画像を得、該２次元画像を所定の閾
値に基づいて２値化して２値化画像を形成する画像処理
を行い、該２値化画像に基づいて欠陥を検出する板波超
音波探傷装置が開発されている。

【０００９】図12は前述した２値化画像を説明する説明
図である。図12において縦は被探傷材の搬送方向であ
り、横は被探傷材の幅方向である。図12の如く、２値化
画像の両端にはタイヤ探触子近傍の乱反射による像Ｒ_P
及び被探傷材の他方のエッジ部による像Ｔ_P が、縦に帯
状に形成されている。そして両像の間に欠陥による島状
の複数の像Ｋ_P ，Ｋ_P ，…が形成されている。そして、
これらの像Ｒ_P ，Ｔ_P ，Ｋ_P の縦方向の長さを求め、予
め設定した閾値より短いものが欠陥による像Ｋ_P，
Ｋ_P ，…であると判定し、各像Ｋ_P ，Ｋ_P ，…からエッ
ジ部による像Ｔ_P までの距離を計測して当該欠陥の被探
傷材における幅方向の位置を求める。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した如き
画像処理を行う従来の板波超音波探傷装置にあっては、
被探傷材の蛇行等によってタイヤ探触子近傍の乱反射に
よる像及び被探傷材の他方のエッジ部による像の信号強
度が変化した場合、次のような問題が生じる。

【００１１】図13はタイヤ探触子近傍の乱反射による像
及び被探傷材の他方のエッジ部による像の信号強度が一
定でない場合の２値化画像を説明する説明図である。図
13から明らかな如く、図12に示し如く縦に帯状であった
像Ｒ_P 及び像Ｔ_P は、縦方向に複数の部分で分断されて
おり、縦方向の長さがＫ_P の縦方向の長さと略同じであ
るかそれ以下である像Ｒ_PP，Ｒ_PP，…，Ｔ_PP，Ｔ_PP，…
もある。そのため、前述した如く像の縦方向の長さに基
づいて欠陥による像であるか否かを判定する場合に、誤
判定を招来する。また、像Ｋ_P ，Ｋ_P ，…の位置にあっ
ては、それらの位置に対応するエッジ部が像Ｔ_PPと像Ｔ
_PPとの間隙に該当するため、エッジ部を認識することが
できず、被探傷材における像Ｋ_P ，Ｋ_P ，…の幅方向の
位置を求めることができない。

【００１２】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは２次元探傷画像を２
値化した２値化画像において適宜距離を隔てる像を連結
させるべく各像を膨張させた後に縮小する構成にするこ
とによって、信号強度が一定でない場合であっても確実
に欠陥であるか否かを判定し得る板波超音波探傷方法及
びその実施に使用する装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１発明に係る板波超音
波探傷方法は、被探傷材及び該被探傷材に対向すべく配
した超音波探触子を相対移動させつつ、超音波探触子か
ら超音波を所定周期で送信し、それを板波超音波として
移動方向と直交する方向へ伝播させ、各反射波を受信し
て得た複数の探傷信号のレベルに応じた複数の像からな
る２次元探傷画像を形成し、該２次元探傷画像に基づい
て被探傷材の欠陥を探傷する方法において、前記２次元
探傷画像を所定の閾値に基づいて２値化して２値化画像
を得、該２値化画像において適宜距離を隔てる像を連結
させるべく各像を膨張させて膨張画像を得、得られた膨
張画像の各像を縮小して縮小画像を得ることを特徴とす
る。

【００１４】第２発明に係る板波超音波探傷装置は、被
探傷材及び該被探傷材に対向すべく配した超音波探触子
を相対移動させつつ、超音波探触子から超音波を所定周
期で送信し、それを板波超音波として移動方向と直交す
る方向へ伝播させ、各反射波を受信して得た複数の探傷
信号のレベルに応じた複数の像からなる２次元探傷画像
を形成し、該２次元探傷画像に基づいて被探傷材の欠陥
を探傷する装置において、前記２次元探傷画像を所定の
閾値に基づいて２値化して２値化画像を得る手段と、該
２値化画像における各像を膨張させて膨張画像を得る手
段と、得られた膨張画像の各像を縮小して縮小画像を得
る手段とを備えることを特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明にあっては、被探傷材及び被探傷材に対
向するように被探傷材の一エッジ部近傍に配置した超音
波探触子を相対移動させつつ、超音波探触子から超音波
を所定周期で送信し、それを板波超音波として移動方向
と直交する方向へ伝播させ、各反射波を受信して探傷信
号を得、超音波の送信周期毎に得られた複数の探傷信号
を時間軸に対して配置し、その信号レベルに応じた階調
の濃淡によって２次元探傷画像を形成する。

【００１６】２次元探傷画像を所定の閾値に基づいて、
例えば最大レベル又は０レベルに２値化して２値化画像
を得る。そして、この２値化画像から次のようにして膨
張画像を得る。２値化画像における任意の画素に注目
し、該注目画素の周囲の所定範囲，例えば３×５画素の
範囲の内の少なくとも１つの画素の信号が第１レベルで
ある場合に、その範囲内の全ての画素の信号を最大レベ
ルに置換する膨張処理を施す。この膨張処理を２値化画
像を構成する全ての画素の信号に対して行うことによっ
て膨張画像を得る。これによって、２値化画像において
エッジ部等に係る像が分断されて複数の像が形成されて
いる場合、それらの像は互い連結されて帯状の像が形成
される。

【００１７】そして、得られた膨張画像を前述した膨張
処理とは逆の縮小処理することによって縮小画像を得
る。例えば、膨張画像における任意の画素に注目し、該
注目画素を中央として膨張処理と同じ３×５画素の範囲
の内の少なくとも１つの画素の信号が０レベルである場
合に、その範囲内の全ての画素の信号を０レベルに置換
する。これによって、前述した如く連結された像は再び
分断されることなく、２次元探傷画像と同じサイズに縮
小される。これによって、縮小画像にあっては欠陥によ
る島状の像とエッジ部による帯状の像とが明確に区別さ
れ、欠陥による像のみが的確に判別される。そして、エ
ッジ部から欠陥までの距離を正確に測定することが可能
になる。

【００１８】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て具体的に説明する。図１は本発明に係る板波超音波探
傷装置の構成を示すブロック図であり、図２は図１に示
した中央演算装置（ＣＰＵ）９の機能を示すブロック図
である。なお、図２に示した各ブロックの機能は予めプ
ログラムされたソフトによって実現されている。タイヤ
探触子11は矢符方向に搬送される帯状の被探傷材Ｓの一
方のエッジ部Ｅ上に転接させてある。タイヤ探触子11に
はパルサ２から電圧が印加されるようになっており、パ
ルサ２はパルスタイミングコントローラ３からのパルス
信号によって電圧を印加する周期が制御されている。そ
してタイヤ探触子11は印加された電圧によって励振さ
れ、被探傷材Ｓの他方のエッジ部Ｅへ超音波を送信しそ
の反射波を受信する。

【００１９】タイヤ探触子11が探傷受信した信号は信号
増幅器４にて増幅された後、所定の通過周波数帯域を有
するバンドパスフィルタ５に入力されてノイズ成分が除
去される。バンドパスフィルタ５を通過した信号はＡ／
Ｄ変換器６によって８ビット，０〜２５５階調のディジ
タル信号に変換されてフレームメモリ７に与えられる。
フレームメモリ７には前述したパルスタイミングコント
ローラ３からパルス信号も与えられるようになってお
り、該パルス信号に基づいて、Ａ／Ｄ変換器６から与え
られた探傷信号が２次元化されて２次元探傷画像として
フレームメモリ７に記憶される。

【００２０】図３はフレームメモリ７に与えられる信号
の波形図であり、図４はフレームメモリ７に記憶された
探傷信号の３次元波形図である。フレームメモリ７に
は、図３（ａ）の如く、パルスタイミングコントローラ
からのパルス信号と、（ｂ）の如く、各パルス信号のタ
イミングで被探傷材の幅方向に伝播される板波超音波に
よって探傷された探傷信号とが与えられる。この探傷信
号をパルス信号毎に分割すると、被探傷材の搬送方向の
順に該被探傷材の幅方向毎の探傷信号が得られる。そし
て、各探傷信号をｘ軸が被探傷材の板幅方向，ｙ軸が被
探傷材の搬送方向，ｚ軸が信号強度である座標軸上に、
被探傷材の搬送方向の順に配列すると、図４のようにな
る。両図中、Ｒ_E はタイヤ探触子近傍の乱反射による信
号であり、Ｋ_E は欠陥による信号であり、Ｔ_E は被探傷
材の他端エッジ部による信号である。

【００２１】フレームメモリ７に記憶された２次元探傷
画像はＣＰＵ９の２値化処理部91に与えられ、２値化処
理部91は２次元探傷画像について例えば１２８を閾値と
して０又は２５５に２値化して２値化画像を作成する。

【００２２】図５は２値化画像を説明する説明図であ
る。図５において縦軸は被探傷材の搬送方向であり、横
軸は被探傷材の幅方向である。図５の如く、２値化画像
の両端にはタイヤ探触子近傍の乱反射による複数の像Ｒ
_PP，Ｒ_PP，…、及び被探傷材の他方のエッジ部による複
数の像Ｔ_PP，Ｔ_PP，…が、縦に適宜距離を隔てて形成さ
れている。これは、探傷信号のレベルが一定ではなかっ
たため、２次元探傷画像では縦に帯状に形成される、タ
イヤ探触子近傍の乱反射による像及び被探傷材の他方の
エッジ部による像において、閾値未満であったレベルの
部分が２値化によって抜け落ちたためである。そして像
Ｒ_PP，Ｒ_PP，…と像Ｔ_PP，Ｔ_PP，…との間に島状の複数
の欠陥による像Ｋ_P，Ｋ_P，…が形成されている。

【００２３】ＣＰＵ９の膨張処理部92は２値化画像の各
像を、縦横に膨張させるが横よりも縦をより膨張させる
膨張処理を行って、図６に示した如き膨張画像を作成す
ることによって、２値化画像におけるタイヤ探触子近傍
の乱反射による複数の像Ｒ_PP，Ｒ_PP，…、及び被探傷材
の他方のエッジ部による複数の像Ｔ_PP，Ｔ_PP，…（図４
参照）を結合させた帯状の二つの像Ｒ_PR，Ｔ_PR を得
る。そして、ＣＰＵ９の縮小処理部93は膨張画像を、膨
張処理と同じ比率で縮小処理して図７に示した如き縮小
画像を作成することによって、帯状の像Ｒ_PR，Ｔ_PR を
分断することなく、各像の大きさを２値化画像と同じ大
きさにする。

【００２４】図８は前述した膨張処理を説明する説明図
であり、図９は縮小処理を説明する説明図である。両図
において、（ａ）は処理前の部分画像を示しており、
（ｂ）は処理後の部分画像を示している。なお、両図に
あっては、２値化の状態を０又は１で示している。

【００２５】図８に示した如く、膨張処理部92は、２次
元探傷画像を構成する複数の画素Ｐ ₁₁，Ｐ₁₂，…の内の
任意の１画素を選択し、選択した画素を含むｍ×ｎ画素
の平滑化対象画素領域，図８（ａ）では３×５画素領域
を設定する。膨張処理部92は、設定した画素設定領域内
に１である画素が１つでも存在するか否かを判断し、存
在すると判断した場合、その画素設定領域内の全ての画
素を１にする。

【００２６】そして、膨張処理部92はこのような膨張処
理を２値化画像の全画素に対して行って図８（ｂ）の如
き膨張画像を得る。これによって、図８（ａ）の如く、
１で表された複数の画素からなる２つの画像は縦横に膨
張され、図８（ｂ）の如く、１つの画像に結合されて縦
に長い幅広の画像に処理される。

【００２７】一方、縮小処理部93は膨張処理部92と逆の
処理を行う。即ち、縮小処理部93は、図９（ａ）で示し
た如く、膨張画像を構成する複数の画素Ｑ₁₁，Ｑ₁₂，…
の内の任意の１画素を選択し、選択した画素を含み，膨
張処理で設定した画素領域と同じ領域を設定する。縮小
処理部93は、設定した画素設定領域内に０である画素が
１つでも存在するか否かを判断し、存在すると判断した
場合、その画素設定領域内の全ての画素を０にする。

【００２８】そして、縮小処理部93はこのような縮小処
理を膨張画像の全画素に対して行って図９（ｂ）の如き
縮小画像を得る。これによって、図９（ａ）の如く、１
で表された幅広の画像は縦横に縮小され、図９（ｂ）の
如く、縦に連結された状態を維持しつつ２値化画像と同
じ倍率の画像に処理される。

【００２９】ＣＰＵ９の欠陥判定部94はこの縮小画像に
おける像の内、例えば縦の長さが予め設定された長さよ
り短いものを欠陥像であり、その他のものはタイヤ探触
子近傍の乱反射による像及び被探傷材の他方のエッジ部
による像であると判定する。そして、欠陥計測部95は欠
陥判定部94の判定結果に基づいて、被探傷材の他方のエ
ッジ部から欠陥までの距離を測定することによって被探
傷材における欠陥の幅方向の位置を求め、当該欠陥像に
係るパルス信号のタイミングから被探傷材における欠陥
の長手方向の位置を求める。出力部96はその結果をＣＲ
Ｔ又はプリンタ等の出力装置10から出力させると共に警
報装置（図示せず）を作動させる。

【００３０】なお、本実施例においては膨張処理及び縮
小処理をＣＰＵ９にプログラムされたソフトによって行
うようになしてあるが、本発明はこれに限らず、ハード
又はソフトとハードとの組み合わせにによって行うよう
になしてもよいことはいうまでもない。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明にあっては、２
値化画像を形成する過程においてエッジに係る像が分断
された場合であっても、２値化画像の各像について膨張
処理を施して膨張画像を得ることによって、分断された
各像を結合し、得られた膨張画像の像のサイズを２値化
画像のサイズに縮小して縮小画像を得ることによって、
信号強度が一定でない場合であっても確実に欠陥である
か否かを判定し得、誤判定が防止されると共に、エッジ
から欠陥までの距離を正確に測定することが可能にな
り、欠陥の位置が正確に検出される等、本発明は優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る板波超音波探傷装置の構成を示す
ブロック図である。

【図２】図１に示した中央演算装置の機能を示すブロッ
ク図である。

【図３】フレームメモリに与えられる信号の波形図であ
る。

【図４】フレームメモリに記憶された探傷信号の３次元
波形図である。

【図５】２値化画像を説明する説明図である。

【図６】膨張画像を説明する説明図である。

【図７】縮小画像を説明する説明図である。

【図８】膨張処理を説明する説明図である。

【図９】縮小処理を説明する説明図である。

【図１０】タイヤ探触子の使用態様を示す模式的断面図
である。

【図１１】板波超音波探傷による探傷信号の一例を示す
グラフである。

【図１２】２値化画像を説明する説明図である。

【図１３】タイヤ探触子近傍の乱反射による像及び被探
傷材の他方のエッジ部による像の信号強度が一定でない
場合の２値化画像を説明する説明図である。

【符号の説明】

７ フレームメモリ ９ 中央演算装置 １１ タイヤ探触子 ９１ ２値化処理部 ９２ 膨張処理部 ９３ 縮小処理部 ９４ 欠陥判定部 ９５ 欠陥計測部 Ｓ 被探傷材 Ｅ エッジ部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被探傷材及び該被探傷材に対向すべく配
   した超音波探触子を相対移動させつつ、超音波探触子か
   ら超音波を所定周期で送信し、それを板波超音波として
   移動方向と直交する方向へ伝播させ、各反射波を受信し
   て得た複数の探傷信号のレベルに応じた複数の像からな
   る２次元探傷画像を形成し、該２次元探傷画像に基づい
   て被探傷材の欠陥を探傷する方法において、 前記２次元探傷画像を所定の閾値に基づいて２値化して
   ２値化画像を得、該２値化画像において適宜距離を隔て
   る像を連結させるべく各像を膨張させて膨張画像を得、
   得られた膨張画像の各像を縮小して縮小画像を得ること
   を特徴とする板波超音波探傷方法。
2. 【請求項２】 被探傷材及び該被探傷材に対向すべく配
   した超音波探触子を相対移動させつつ、超音波探触子か
   ら超音波を所定周期で送信し、それを板波超音波として
   移動方向と直交する方向へ伝播させ、各反射波を受信し
   て得た複数の探傷信号のレベルに応じた複数の像からな
   る２次元探傷画像を形成し、該２次元探傷画像に基づい
   て被探傷材の欠陥を探傷する装置において、 前記２次元探傷画像を所定の閾値に基づいて２値化して
   ２値化画像を得る手段と、該２値化画像における各像を
   膨張させて膨張画像を得る手段と、得られた膨張画像の
   各像を縮小して縮小画像を得る手段とを備えることを特
   徴とする板波超音波探傷装置。