JPH09229876A

JPH09229876A - 自動磁粉探傷装置

Info

Publication number: JPH09229876A
Application number: JP8067208A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Suzuki; 洋一鈴木; Masahide Yamamoto; 昌秀山本; Toshibumi Fukuda; 俊文福田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1996-02-27
Publication date: 1997-09-05
Anticipated expiration: 2016-02-27
Also published as: JP3077793B2

Abstract

(57)【要約】【課題】磁粉探傷において欠陥以外のノイズを自動除
去して欠陥検出能を大幅に向上させる。【解決手段】テレビカメラ１８により得られた検査対
象物１表面の画像データを２値化して解析し、検査対象
物１の欠陥を判定する手段２３とからなる磁粉探傷装置
において、検査対象物１を磁化するに先立ち、へん平化
手段６により査対象物１の欠陥が広がる方向にへん平化
し、欠陥検出能を大幅に向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、磁化させた検査
対象物に磁粉を付着させてテレビカメラにより得た画像
データを解析し、検査対象物の表面および表面近傍の欠
陥を検出する磁粉探傷装置に関するもので、例えば、電
縫鋼管溶接部のペネトレータと呼ばれる微小な溶接欠陥
をも検出できる磁粉探傷装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属材料に生じる割れ等の表面疵の検査
は、例えば、超音波探傷装置で行われているが、例え
ば、電縫鋼管にあっては、その電縫溶接部にコールドウ
エルド、ペネトレータ、溶け落ち、フッククラック等の
欠陥が発生するため、電縫溶接部を超音波探傷試験して
品質管理を行っている。前記電縫溶接部に発生する微小
な溶接欠陥であるペネトレータは、前記超音波探傷試験
では検出困難である。このため、電縫鋼管の表面疵の検
査は、図７（ａ）に示すとおり、電縫鋼管７１を所定の
長さで切り出し、電縫溶接部７２を時計の３時または９
時位置にして平板７３間に挟み、図７（ｂ）に示すとお
り、電縫鋼管７１を規定高さまで押圧したのち電縫溶接
部７２に欠陥があるかないか観察するへん平試験によっ
て検査している。

【０００３】上記へん平試験は、人的手段によって行わ
れるため、電縫溶接部の位置ずれにより溶接部が正確に
曲がらなくて試験にならなかったり、へん平に押圧した
後の電縫溶接部の観察も目視のため、判定結果に個人的
誤差が生じるという問題点を有している。

【０００４】上記のような問題を解決する方法として
は、検査対象物に付着させた磁粉模様群を撮像管により
電気映像信号に変換し、この電気映像信号を明と暗の２
種類の信号に分類し、これとは別に撮像管の走査電子ビ
ームと同期した掃引電圧を得て画面上の座標を示させ、
この画面上の座標およびこれに対応する位置の映像信号
の出力値を明暗によって記憶させ、明に該当する座標を
画面上のいずれかの明点集合部に属する座標点集合また
は孤立明点に属する座標として分類し、前記分類毎に各
磁粉模様の面積と周長または周長と長さを同時に測定
し、前記測定値を基に（面積）／（周長）²または（周
長）／（長さ）の値を算出し、前記測定値が基準値より
大でかつ算出値が基準値より小であるもののみ表面疵と
判定する方法（特公昭５８−５７７０５号公報）、撮像
装置からのビデオ信号をサンプリングして材幅方向に多
数個のデジタル信号に変換し、次に材幅方向および材長
手方向の複数個のデジタル信号毎に、そのデジタル信号
を差分して代表値をそれぞれ求め、この各代表値を所要
数の走査線に対応して各走査線毎に記憶させておき、そ
の記憶した各代表値を検査対象物の表面上における所定
線分方向に所要数だけ加算し、この加算値がしきい値を
超えた時の疵信号により表面疵を検査する磁粉探傷方法
および装置（特公昭５９−２２８９５号公報）が提案さ
れている。

【０００５】また、テレビカメラにより得られた画像デ
ータを２値化して解析するに際し、該画像データより画
素毎の輝度信号を得る画素分割手段と、画素毎の輝度信
号より輝度毎の画素数の分布を求める輝度分布変換手段
と、輝度毎の画素数の分布より画素数が最大である輝度
を求めるピーク検出手段と、該最大画素数輝度から定め
られる閾値により該画像データを２値化する２値化手段
とを備えた装置（特開平２−５５９４８号公報）、テレ
ビカメラにより得られた画像データを２値化して表面疵
を検出するに際し、検査対象物表面の画像データの１画
面毎に任意の１ラインにおける輝度毎の画素数分布を求
めたのち、１ラインにおける輝度毎の画素数分布より画
素数が零となる最も低い輝度を求め、最も低い輝度より
定められる閾値により画像データを２値化する装置（特
開平６−４３１２０号公報）が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来公報に開示の
磁粉探傷方法および装置では、磁化電流を直流にして
も、原理的に検査対象物の表面および表面近傍に存在す
るペネトレータは検出できるが、表面より深い位置にあ
ったり、微小なペネトレータは検査対象物表面に漏洩磁
束が出にくく、磁粉探傷では検出し難いという問題点を
有している。

【０００７】この発明の目的は、上記従来技術の欠点を
解消し、磁粉探傷の欠陥検出能を大幅に向上させ、さら
に磁粉探傷を自動検査するうえで欠陥以外の磁粉模様を
自動除去できる磁粉探傷装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の磁粉探傷装置
は、検査対象物を磁化するに先立ち、検査対象物の欠陥
が広がる方向にへん平化するへん平化手段を有してい
る。このように、検査対象物を磁化するに先立ち、検査
対象物をへん平化手段により欠陥が広がる方向にへん平
化することによって、欠陥が表面より深い位置にあった
り、また、微小な欠陥でも欠陥がより大きくなり表面に
漏洩磁束が多く出るようになるため、磁粉探傷の検出能
が大幅に向上するのである。

【０００９】また、この発明の磁粉探傷装置は、検査対
象物を磁化するに先立ち、検査対象物の欠陥が広がる方
向にへん平化するへん平化手段と、テレビカメラにより
得られた検査対象物表面の画像データから検査領域を設
定し、その領域内画像データを予め定めたしきい値によ
り２値化画像とし、その２値化画像の（縦長さ／横長
さ）を演算し、その演算値が基準値より小さいときのみ
欠陥と判定する欠陥判定手段とを有している。このよう
に、検査対象物を磁化するに先立ち、検査対象物をへん
平化手段により欠陥が広がる方向にへん平化することに
よって、欠陥が表面より深い位置にあったり、また、微
小な欠陥でも欠陥がより大きくなり表面に漏洩磁束が多
く出るようになるため、磁粉探傷の検出能が大幅に向上
するのである。また、テレビカメラにより得られた検査
対象物表面の画像データから検査領域を設定し、その領
域内画像データを予め定めたしきい値により２値化画像
とした画像には、欠陥による画像のほかに、磁粉の塊や
検査対象物表面疵による磁粉の溜まりなど欠陥以外の画
像も含まれている。欠陥画像は横に長く、これらのノイ
ズ画像は縦にも長くなる特徴があるので、２値化画像の
（縦長さ）／（横長さ）を算出し、その値が基準値より
小さいとき、すなわち横に長い時のみ欠陥として検出す
ることによって、ノイズが除去され、欠陥のみを自動検
査することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】この発明の磁粉探傷装置における
へん平化手段は、へん平シリンダ、へん平金具、へん平
先端金具から構成される。検査対象物のへん平化は、へ
ん平シリンダによりへん平金具を押出し、検査対象物を
へん平化する。この場合の押出し寸法は、へん平先端金
具を取替えることによって調節する。最適なへん平量
は、例えば電縫鋼管の場合であると、外径Ｄに対してへ
ん平化後は外径Ｄの８０〜９５％にすることである。こ
のへん平量は、後の磁粉探傷の検出能を確保し、へん平
化し過ぎによる欠陥の視認性悪化を防止するのに効果的
な数値である。例えば電縫鋼管の溶接部にペネトレータ
がある場合は、へん平化することによって欠陥をより大
きくすることになり、磁粉探傷での検出能を大幅に向上
させることができる。

【００１１】この発明の磁粉探傷装置におけるテレビカ
メラにより得られた検査対象物表面の画像データから検
査領域の設定は、検査対象物の形状、寸法、検出すべき
欠陥の方向ならびに種類によって決定されるもので、例
えば、電縫鋼管の溶接部欠陥検出の場合には、電縫溶接
部の溶接線を特定し、検査領域を溶接線を中心として所
定幅、ビードを切削した溶接部分のみに限定することに
よって、常にバックグラウンドが一定となり、誤検出を
防止し、かつ高精度で電縫鋼管の溶接部の欠陥を判定す
ることができる。

【００１２】この発明の欠陥判定手段は、検査領域内画
像データを予め定めたしきい値により２値化画像とし、
その２値化画像の（縦長さ／横長さ）を演算し、その演
算値が基準値より小さいときのみ欠陥と判定する。すな
わち、検査領域内画像データを予め定めたしきい値によ
り２値化画像とした画像には、欠陥による画像のほか
に、磁粉の塊や製品としては問題とされない程度の検査
対象物表面疵による磁粉の溜まりなど欠陥以外の画像も
含まれている。例えば、図５に示すとおり、電縫鋼管の
溶接部５１のペネトレータ欠陥Ｆ₁、Ｆ₂の画像は、撮像
方向を横、撮像方向に直交する方向を縦とすれば、横に
長く、前記の磁粉の塊Ｍ₁や製品としては問題とされな
い程度の検査対象物表面疵による磁粉の溜まりＭ₂、
Ｍ₃、Ｍ₄など溶接欠陥以外のノイズ画像は縦にも長くな
る特徴があるので、２値化画像の（縦長さ）／（横長
さ）を算出し、その値が基準値より小さいとき、すなわ
ち横に長い時のみ欠陥として検出する。２値化画像の
（縦長さ）／（横長さ）の基準値ｒは、図６に示すとお
り、例えば、電縫鋼管溶接部のペネトレータ欠陥の場合
には、（縦長さ）／（横長さ）＝０．４以下に分布し、
溶接欠陥以外のノイズの場合には、（縦長さ）／（横長
さ）＝０．６〜１に分布する。したがって、電縫鋼管の
溶接部欠陥検出の場合には、２値化画像の（縦長さ）／
（横長さ）を算出し、その値を基準値、例えばｒ≦０．
５と比較することによって、溶接欠陥以外のノイズを除
去して溶接部欠陥のみを検出することができる。

【００１３】

【実施例】

実施例１以下にこの発明の磁粉探傷装置の詳細を実施の一例を示
す図１ないし図２に基づいて説明する。図１はこの発明
の磁粉探傷装置のへん平化装置によるへん平化動作を示
すもので、（ａ）図はへん平化前、（ｂ）図はへん平化
時、（ｃ）図はへん平化完了後の磁粉探傷時の模式図、
図２はこの発明の磁粉探傷装置の全体構成説明図であ
る。

【００１４】図１ないし図２において、１は採取された
長さ１ｍの検査対象物である電縫鋼管、２は電縫鋼管１
の溶接部、３、４は電縫鋼管１を磁化するための電極
で、電縫鋼管１は表面の油分を洗浄除去されたのち溶接
線Ｗを時計の１２時方向にして長手方向を両端を電極
３、４間にセットされる。５、６は電縫鋼管１の長手方
向と直交する方向の水平対向位置に設けたへん平シリン
ダ７、８、へん平金具９、１０、へん平先端金具１１、
１２からなるへん平化装置で、へん平シリンダ７、８を
操作してへん平金具９、１０を押出し、電縫鋼管１を両
側からへん平金具９、１０により押圧してへん平化す
る。この時のへん平化寸法は、へん平先端金具１１、１
２を取替えることによって調整する。したがって、図１
（ｂ）に示すＰ寸法までへん平化する場合は、へん平先
端金具１１、１２の電縫鋼管１の長手方向と直交する方
向長さはＰ／２となる。

【００１５】１３、１４は電縫鋼管１の上方に電縫鋼管
１に沿って平行に配設したスクリュー軸、１５、１６は
スクリュー軸１３、１４を回転させるモータ、１７はス
クリュー軸１３の回転により電縫鋼管１に沿って平行に
移動自在の磁粉液散布装置で、電極３、４間にセットさ
れへん平化された電縫鋼管１に所定の電流値および定め
られた時間通電して磁化させたのち、モータ１５を駆動
してスクリュー軸１３を回転させて磁粉液散布装置１７
を移動させ、電縫鋼管１の溶接部２全長に亘って定めら
れた濃度の磁粉液を散布するよう構成されている。

【００１６】１８はスクリュー軸１４の回転により電縫
鋼管１に沿って平行に移動自在のテレビカメラ、１９、
２０はテレビカメラ１８と共にスクリュー軸１４の回転
により電縫鋼管１に沿って平行に移動自在の紫外線ラン
プで、紫外線ランプ１９、２０から紫外線を照射しつ
つ、モータ１６を駆動してスクリュー軸１４を回転させ
てテレビカメラ１８および紫外線ランプ１９、２０を移
動させ、電縫鋼管１の溶接部２全長をテレビカメラ１８
によって撮影するよう構成されている。２１はテレビカ
メラ１８で撮像されＡ／Ｄ変換器２２で変換された画像
を映し出すテレビモニタ、２３はＡ／Ｄ変換器２２で変
換された画像信号の信号処理装置で、Ａ／Ｄ変換器２２
で変換されテレビモニタ２１に表示された生画像から検
査領域であるウインドウを座標によって指定する検査領
域設定部２４、検査領域の画像をその輝度によって２値
化する２値化処理部２５、２値化された画像から電縫鋼
管１の溶接部２の欠陥判定を行う欠陥判定部２６および
欠陥判定部２６で欠陥と判定された溶接欠陥を集計する
欠陥計数部２７からなる。２８は検査領域、しきい値お
よびｒ値を検査領域設定部２４、２値化処理部２５およ
び欠陥判定部２６に入力設定するための操作卓、２９は
欠陥計数部２７で計測した欠陥数を出力するプリンター
である。

【００１７】電縫鋼管１の溶接部２の欠陥を検出する場
合は、電縫鋼管１を磁化させるに先立ち、へん平シリン
ダ７、８を操作して図１（ｂ）に示すようにへん平金具
９、１０を押出し、電縫鋼管１を両側からへん平金具
９、１０により押圧し、電縫鋼管１の外径Ｄの８０〜９
０％にへん平化させたのち、へん平シリンダ７、８を操
作してへん平金具９、１０を図１（ｃ）に示すように後
退させる。電縫鋼管１の溶接部２の欠陥は、このへん平
化処理によってより大きくなる。ついで、電極３、４間
に所定の磁化電流を所定時間通電して電縫鋼管１を磁化
させる。しかるのち、モータ１５を駆動して磁粉液散布
装置１７を磁化させた電縫鋼管１に沿って移動させ、電
縫鋼管１の溶接部２全長に亘って定められた濃度の磁粉
液を散布する。磁化させた電縫鋼管１の溶接部２全長に
亘って散布された磁粉液は、溶接部２表面の溶接線Ｗに
溶接欠陥がある場合には、そこから磁束が漏れるため、
磁粉液が他の部分より多量に付着する。また、磁粉液
は、塊となったり、製品としては問題とされない程度の
材料表面疵部分にも他の部分より多量に付着する。

【００１８】次いでモータ１６を駆動して紫外線ランプ
１９、２０で照射しつつテレビカメラ１８を電縫鋼管１
に沿って移動させ、電縫鋼管１の溶接部２を含む全長を
撮影する。電縫鋼管１の溶接部２は、紫外線ランプ１
９、２０で照射すると、溶接欠陥や磁粉の塊ならび製品
としては問題とされない程度の材料表面疵部分は他の部
分より明るく現れ、また、溶接線Ｗはモニタテレビ２１
の生画像に薄いが他の部分より若干明るく現れる。テレ
ビカメラ１８で撮影された画像信号は、Ａ／Ｄ変換器２
２で変換されたのち信号処理装置２３に出力される。信
号処理装置２３は、Ａ／Ｄ変換器２２から入力される画
像信号に対して所定の処理を行い、電縫鋼管１の溶接部
２の溶接欠陥の有無を判定する。

【００１９】信号処理装置２３は、検査領域設定部２４
に予め入力設定されている検査領域の４点の座標
（Ｘ₁、Ｙ₁）、（Ｘ₂、Ｙ₂）、（Ｘ₃、Ｙ₃）、（Ｘ₄、
Ｙ₄）と、Ａ／Ｄ変換器２２から入力される所定の周期
で量子化され、各画素のデジタル化された輝度に基づい
て電縫鋼管１の管軸方向の各画素ラインの平均輝度を算
出し、溶接線Ｗ検出のための第１のしきい値によって２
値化処理し、溶接線Ｗの画素ラインを特定し、溶接線Ｗ
の上下に検査領域であるウインドウを撮影領域中に４点
の座標（Ｘ₁、Ｙ₁）、（Ｘ₂、Ｙ₂）、（Ｘ₃、Ｙ₃）、
（Ｘ₄、Ｙ₄）で設定する。

【００２０】ついで信号処理装置２３は、前記により設
定された検査領域、すなわちウインドウ内の画素毎の輝
度を予め入力設定されている溶接欠陥検出のための第２
のしきい値によって２値化処理部２５で２値化する。前
記２値化によって溶接線Ｗを中心とするウインドウ内に
は、溶接線Ｗ上のペネトレータ欠陥のほかに磁粉の塊や
製品としては問題とされない程度の材料表面疵による磁
粉の溜まりのノイズ画像が存在する。ペネトレータ欠陥
は、溶接線Ｗ方向に細長く、磁粉の塊や磁粉の溜まりの
ノイズは、丸くなる傾向を示すので、弁別のため溶接線
Ｗ方向、すなわち横寸法に対する縦寸法の比（ｒ）を、
欠陥判定部２６でｒ＝（縦長さ）／（横長さ）により算
出し、予め入力設定されている基準値、例えばｒ＝０．
５と比較し、ｒ≦０．５を選別することによって、磁粉
の塊や磁粉の溜まりのノイズが除去され、ペネトレータ
欠陥のみを取出すことができる。取出されたペネトレー
タ欠陥は、欠陥計数部２７でその個数と欠陥長さの総和
寸法が演算され、プリンター２９に出力される。

【００２１】実施例２前記実施例１の磁粉探傷装置を用い、外径３１．８ｍ
ｍ、肉厚２．０ｍｍ、長さ１ｍの炭素鋼電縫鋼管につい
て、磁化前にへん平化処理した場合とへん平化処理しな
かった場合のそれぞれについた、直流電流２０００Ａで
５秒間磁化したのち、粒子径１〜２μｍの蛍光磁粉液を
散布して付着させ、テレビカメラの倍率１０倍で、ペネ
トレータ欠陥とノイズとの判別は、横寸法に対する縦寸
法の比ｒ≦０．５で実施し、ペネトレータ欠陥の検出能
を比較した。その結果を図４に示す。なお、図４の横軸
の欠陥長さは、図３に示す溶接線Ｗ方向の長さＬで、縦
軸の欠陥深さは、図３に示す電縫鋼管表面からの深さＤ
ｅで、ミクロ顕微鏡写真により測定したものである。

【００２２】図４に示すとおり、磁化前にへん平化処理
した場合は、ペネトレータ欠陥の検出限界は欠陥長さ
０．１ｍｍの場合、欠陥深さ０．１ｍｍ、欠陥長さ０．
６ｍｍの場合、欠陥深さ１．２ｍｍまで可能であるのに
対し、磁化前にへん平化処理しなかった場合は、欠陥長
さ０．３５ｍｍが限界で、それ以下の微小な欠陥は、表
面疵であっても検出できず、欠陥長さ０．６ｍｍの場合
で、欠陥深さ約０．７ｍｍが限度であった。すなわち、
ペネトレータ欠陥の検出能は、へん平化処理しなかった
場合の検出可能限界の欠陥長さ０．３５ｍｍ、欠陥深さ
約０．７ｍｍに対し、へん平化処理することによって、
検出可能限界が欠陥長さ０．１ｍｍ、欠陥深さ１．２ｍ
ｍと大幅に向上している。

【００２３】

【発明の効果】この発明の磁粉探傷装置は、検査対象物
を磁化するに先立ち、へん平化手段によって欠陥が広が
る方向にへん平化処理すると共に、ノイズによる磁粉模
様を自動的に除去することによって、磁粉探傷の検出能
を大幅に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の磁粉探傷装置のへん平化装置による
へん平化動作を示すもので、（ａ）図はへん平化前、
（ｂ）図はへん平化時、（ｃ）図はへん平化完了後の磁
粉探傷時の模式図である。この発明の磁粉探傷装置の全
体構成説明図である。

【図２】この発明の磁粉探傷装置の全体構成説明図であ
る。

【図３】実施例２における電縫鋼管溶接部の欠陥長さと
欠陥深さの説明のための一部切り欠き斜視図である。

【図４】実施例２における磁化前のへん平化処理の有無
によるペネトレータ欠陥検出能（欠陥長さと欠陥深さ）
の比較を示すグラフである。

【図５】２値化後の画像データの一例図である。

【図６】２値化後の画像データのペネトレータ欠陥と磁
粉の塊および磁粉の溜まりと縦横寸法分布との関係を示
すグラフである。

【図７】従来の電縫鋼管溶接部のへん平試験の説明図
で、（ａ）図はへん平化前、（ｂ）図はへん平化後を示
す。

【符号の説明】

１、７１電縫鋼管２、５１溶接部３、４電極５、６へん平化装置７、８へん平シリンダ９、１０へん平金具１１、１２へん平先端金具１３、１４スクリュー軸１５、１６モータ１７磁粉液散布装置１８テレビカメラ１９、２０紫外線ランプ２１テレビモニタ２２Ａ／Ｄ変換器２３信号処理装置２４検査領域設定部２５２値化処理部２６欠陥判定部２７欠陥計数部２８操作卓２９プリンター７２電縫溶接部７３平板Ｗ溶接線Ｆ₁、Ｆ₂ ペネトレータ欠陥Ｍ₁ 磁粉の塊Ｍ₂、Ｍ₃、Ｍ₄ 磁粉の溜まりＬ欠陥長さＤｅ欠陥深さ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検査対象物を磁化する手段と、磁化させ
た検査対象物の表面に磁粉液を付着させる手段と、検査
対象物表面に光を照射する手段と、該手段により照射さ
れた部分を撮像するテレビカメラと、テレビカメラによ
り得られた検査対象物表面の画像データを２値化して解
析し、検査対象物の欠陥を判定する手段とからなる磁粉
探傷装置において、検査対象物を磁化するに先立ち、検
査対象物の欠陥が広がる方向にへん平化するへん平化手
段を有することを特徴とする自動磁粉探傷装置。
【請求項２】検査対象物を磁化する手段と、磁化させ
た検査対象物の表面に磁粉液を付着させる手段と、検査
対象物表面に光を照射する手段と、該手段により照射さ
れた部分を撮像するテレビカメラと、テレビカメラによ
り得られた検査対象物表面の画像データを２値化して解
析し検査対象物の欠陥を判定する手段とからなる磁粉探
傷装置において、検査対象物を磁化するに先立ち、検査
対象物の欠陥が広がる方向にへん平化するへん平化手段
と、テレビカメラにより得られた検査対象物表面の画像
データから検査領域を設定し、その領域内画像データを
予め定めたしきい値により２値化画像とし、その２値化
画像の（縦長さ）／（横長さ）を算出し、その算出値が
基準値より小さいときのみ欠陥と判定する欠陥判定手段
とを有することを特徴とする自動磁粉探傷装置。