特開 2023-130302 センサ校正システム、センサ校正方法、探傷システム、物体の製造設備、物体の製造方法および物体の品質管理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023130302

(43)【公開日】2023-09-20

(54)【発明の名称】センサ校正システム、センサ校正方法、探傷システム、物体の製造設備、物体の製造方法および物体の品質管理方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/90 20210101AFI20230912BHJP

   B21C 37/06 20060101ALI20230912BHJP

   B21C 51/00 20060101ALI20230912BHJP

   B21B 38/00 20060101ALI20230912BHJP

【ＦＩ】

G01N27/90

B21C37/06 L

B21C51/00 P

B21B38/00 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023008839

(22)【出願日】2023-01-24

(31)【優先権主張番号】P 2022034032

(32)【優先日】2022-03-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】柏原 悠太

(72)【発明者】

【氏名】西澤 佑司

【テーマコード（参考）】

2G053

4E028

【Ｆターム（参考）】

2G053AA11

2G053AB21

2G053BA03

2G053BA12

2G053BA26

2G053BA30

2G053BB03

2G053BC14

2G053CA03

2G053CA17

2G053CC07

4E028BB01

4E028BB07

(57)【要約】

【課題】簡易な構成により、複数のセンサを同時に校正することができるセンサ校正システム、センサ校正方法、探傷システム、物体の製造設備、物体の製造方法および物体の品質管理方法を提供すること。
【解決手段】センサ校正システムは、複数のセンサを校正するためのセンサ校正システムであって、一つ以上の貫通きずを有し、センサで計測される物体とセンサに対し同等の物理的特性およびセンサまでの距離が同じである試験片と、試験片を、センサの近傍で物体の搬送方向と同じ方向に移動させる第一移動手段と、貫通きずに対するセンサの感度からセンサの校正を行う第一校正手段と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のセンサを校正するためのセンサ校正システムであって、
一つ以上の貫通きずを有し、前記センサで計測される物体と前記センサに対し同等の物理的特性および前記センサまでの距離が同じである試験片と、
前記試験片を、前記センサの近傍で前記物体の搬送方向と同じ方向に移動させる第一移動手段と、
前記貫通きずに対する前記センサの感度から前記センサの校正を行う第一校正手段と、
を備えるセンサ校正システム。

【請求項2】

２０ｄＢ以上減衰しない距離範囲に配置された複数のセンサを、一つの貫通きずによって校正する請求項１に記載のセンサ校正システム。

【請求項3】

前記複数のセンサは、断面略円形の物体を、前記物体の円周方向半分以下の角度範囲にわたり検査する請求項１に記載のセンサ校正システム。

【請求項4】

前記試験片は、一定の幅および深さを有する一つ以上のスリットきずを有し、
前記スリットきずに対する前記センサの感度から前記センサの校正を行う第二校正手段を備える、
請求項１に記載のセンサ校正システム。

【請求項5】

前記センサを、前記センサで計測される物体を製造する製造設備列から外部に移動させる第二移動手段を備え、
前記第一移動手段は、前記第二移動手段で前記センサが移動した後に、前記試験片を前記センサの近傍で前記物体の搬送方向と同じ方向に移動させる、
請求項１に記載のセンサ校正システム。

【請求項6】

前記第一移動手段および前記試験片を、外部から前記センサで計測される物体を製造する製造設備列に移動させる第二移動手段を備え、
前記第一移動手段は、前記第二移動手段で前記試験片が移動した後に、前記試験片を前記センサの近傍で前記物体の搬送方向と同じ方向に移動させる、
請求項１に記載のセンサ校正システム。

【請求項7】

前記第一校正手段は、予め取得しておいた、各センサと前記貫通きずとの距離に応じた感度特性に基づいて、前記センサの校正を行う、
請求項１に記載のセンサ校正システム。

【請求項8】

複数のセンサを校正するためのセンサ校正方法であって、
一つ以上の貫通きずを有し、前記センサで計測される物体と前記センサに対し同等の物理的特性および前記センサまでの距離が同じである試験片を用いて、
前記試験片を前記センサの近傍で前記物体の搬送方向と同じ方向に移動させる第一移動ステップと、
前記貫通きずに対する前記センサの感度から前記センサの校正を行う校正ステップと、
を含むセンサ校正方法。

【請求項9】

請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のセンサ校正システムを備える探傷システム。

【請求項10】

請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のセンサ校正システムを備える物体の製造設備。

【請求項11】

請求項８に記載のセンサ校正方法によって校正を行った複数のセンサによって、製造した物体の探傷を行う探傷ステップを含む、物体の製造方法。

【請求項12】

請求項８に記載のセンサ校正方法によって校正を行った複数のセンサによって、製造した物体の検査を行い、その計測結果から品質を管理する品質管理ステップを含む、物体の品質管理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサ校正システム、センサ校正方法、探傷システム、物体の製造設備、物体の製造方法および物体の品質管理方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に製造設備列の品質保証または管理用センサは、定期的な校正によりその性能が担保されている。センサの校正システムを構築する場合、製造設備列やセンサの特性に応じて、可能な限り高精度かつ簡易な手法を選択することが望ましい。特に広く用いられている校正方法として、実製造材に人工貫通きずを施して製造設備列内に通材し、人工貫通きずに対するセンサ感度に基づいてセンサを校正する方法が挙げられる。この方法では、実際に製造している物体の探傷に最も近い条件で、かつ毎回同じ条件でセンサを校正することができる。そのため、精度が高く、かつ既存の製造設備のみで校正を実施できる非常に優れた校正方法である。

【0003】

一方、前記した手法では校正を行うことができないケースがある。例えば、製造設備列が連続材を対象としており、校正用の試験片を単体で通すことができない場合が該当する。その場合、製造設備列から外れたオフライン位置で校正を行う必要があり、従来からオフライン位置で校正を行う方法がいくつか提案されている。

【0004】

例えば特許文献１では、断面略円形の被探傷材用渦流探傷装置の校正方法が提案されている。この特許文献１では、複数配置された渦流探傷センサを、被探傷材に対して移動させることにより校正を行っている。

【0005】

また、特許文献２では、熱間棒線用渦流探傷装置の校正方法が提案されている。この特許文献２では、貫通型渦流探傷装置をオフライン位置に移動させ、オフライン位置に設置されている校正用の試験片をコイル内に通材させることにより校正を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０－３２３５２号公報

【特許文献2】特開平０８－１０５８６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１では、センサを被探傷材に対して移動させる必要がある。そのため、例えば複数のセンサが、例えばある一定の曲率をもって円周方向に配置されている場合、センサをオフライン位置に移動させた上で、被探傷材に沿って移動させるためには、複雑な構造を要してしまう。

【0008】

また、特許文献２では、熱間用の貫通式渦流探傷装置を校正することが可能であるが、例えば複数のセンサが円周方向に配置されているような渦流探傷装置の場合、一つの人工欠陥により、円周方向に離れたセンサを校正することは困難である。

【0009】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、簡易な構成により、複数のセンサを同時に校正することができるセンサ校正システム、センサ校正方法、探傷システム、物体の製造設備、物体の製造方法および物体の品質管理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

（１）本発明に係るセンサ校正システムは、複数のセンサを校正するためのセンサ校正システムであって、
一つ以上の貫通きずを有し、前記センサで計測される物体と前記センサに対し同等の物理的特性および前記センサまでの距離が同じである試験片と、
前記試験片を、前記センサの近傍で前記物体の搬送方向と同じ方向に移動させる第一移動手段と、
前記貫通きずに対する前記センサの感度から前記センサの校正を行う第一校正手段と、
を備えるものである。

【0011】

（２）また、本発明に係るセンサ校正システムは、上記（１）のセンサ校正システムにおいて、
２０ｄＢ以上減衰しない距離範囲に配置された複数のセンサを、一つの貫通きずによって校正するものである。

【0012】

（３）また、本発明に係るセンサ校正システムは、上記（１）または上記（２）のセンサ校正システムにおいて、
前記複数のセンサは、断面略円形の物体を、前記物体の円周方向半分以下の角度範囲にわたり検査するものである。

【0013】

（４）また、本発明に係るセンサ校正システムは、上記（１）から上記（３）のいずれか一項に記載のセンサ校正システムにおいて、
前記試験片は、一定の幅および深さを有する一つ以上のスリットきずを有し、
前記スリットきずに対する前記センサの感度から前記センサの校正を行う第二校正手段を備えるものである。

【0014】

（５）また、本発明に係るセンサ校正システムは、上記（１）から上記（４）のいずれか一項に記載のセンサ校正システムにおいて、
前記センサを、前記センサで計測される物体を製造する製造設備列から外部に移動させる第二移動手段を備え、
前記第一移動手段は、前記第二移動手段で前記センサが移動した後に、前記試験片を前記センサの近傍で前記物体の搬送方向と同じ方向に移動させる備えるものである。

【0015】

（６）また、本発明に係るセンサ校正システムは、上記（１）から上記（４）のいずれか一項に記載のセンサ校正システムにおいて、
前記第一移動手段および前記試験片を、外部から前記センサで計測される物体を製造する製造設備列に移動させる第二移動手段を備え、
前記第一移動手段は、前記第二移動手段で前記試験片が移動した後に、前記試験片を前記センサの近傍で前記物体の搬送方向と同じ方向に移動させるものである。

【0016】

（７）また、本発明に係るセンサ校正システムは、上記（１）から上記（６）のいずれか一項に記載のセンサ校正システムにおいて、
前記第一校正手段は、予め取得しておいた、各センサと前記貫通きずとの距離に応じた感度特性に基づいて、前記センサの校正を行うものである。

【0017】

（８）本発明に係るセンサ校正方法は、複数のセンサを校正するためのセンサ校正方法であって、
一つ以上の貫通きずを有し、前記センサで計測される物体と前記センサに対し同等の物理的特性および前記センサまでの距離が同じである試験片を用いて、
前記試験片を前記センサの近傍で前記物体の搬送方向と同じ方向に移動させる第一移動ステップと、
前記貫通きずに対する前記センサの感度から前記センサの校正を行う校正ステップと、
を含むものである。

【0018】

（９）本発明に係る探傷システムは、上記（１）から上記（７）のいずれか一項に記載のセンサ校正システムを備えるものである。

【0019】

（１０）本発明に係る物体の製造設備は、上記（１）から上記（７）のいずれか一項に記載のセンサ校正システムを備えるものである。

【0020】

（１１）本発明に係る物体の製造方法は、上記（８）に記載のセンサ校正方法によって校正を行った複数のセンサによって、製造した物体の探傷を行う探傷ステップを含むものである。

【0021】

（１２）本発明に係る物体の品質管理方法は、上記（８）に記載のセンサ校正方法によって校正を行った複数のセンサによって、製造した物体の検査を行い、その計測結果から品質を管理する品質管理ステップを含むものである。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、簡易な構成により、インラインで校正することが困難な複数のセンサ全てを同時に校正することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係るセンサ校正システムと、当該センサ校正システムが適用される製造設備列の一例を示す図である。

【図2】図２は、本発明の実施形態に係るセンサ校正システムにおいて、センサを移動させる搬送機の一例を示す図である。

【図3】図３は、本発明の実施形態に係るセンサ校正システムにおいて、搬送機およびセンサを移動させる搬送機の一例を示す図であって、搬送機およびセンサを移動させる前の状態を示す正面図である。

【図4】図４は、本発明の実施形態に係るセンサ校正システムにおいて、搬送機およびセンサを移動させる搬送機の一例を示す図であって、搬送機およびセンサを移動させる前の状態を示す側面図である。

【図5】図５は、本発明の実施形態に係るセンサ校正システムにおいて、搬送機およびセンサを移動させる搬送機の一例を示す図であって、搬送機およびセンサを移動させた後の状態を示す正面図である。

【図6】図６は、本発明の実施形態に係るセンサ校正システムにおいて、搬送機およびセンサを移動させる搬送機の一例を示す図であって、搬送機およびセンサを移動させた後の状態を示す側面図である。

【図7】図７は、本発明の実施形態に係るセンサ校正システムにおいて、試験片の一例を示す図である。

【図8】図８は、本発明の実施形態に係るセンサ校正システムにおいて、試験片を用いた校正について説明するための図である。

【図9】図９は、本発明の実施形態に係るセンサ校正システムにおいて、試験片の貫通きずと複数のセンサとの位置関係の一例を示す図である。

【図10】図１０は、本発明の実施形態に係るセンサ校正システムにおいて、試験片の貫通きずと各センサとの距離に応じた感度特性の一例を示す図である。

【図11】図１１は、本発明の実施形態に係るセンサ校正システムにおいて、試験片の貫通きずとセンサとの距離に応じた感度特性の一例を示す図である。

【図12】図１２は、本発明の実施形態に係るセンサ校正システムにおいて、試験片の貫通きずと複数のセンサとの位置関係の一例を示す図である。

【図13】図１３は、本発明の実施形態に係るセンサ校正システムにおいて、試験片の貫通きずとセンサとの距離に応じた感度特性の一例を示す図である。

【図14】図１４は、本発明の実施形態に係るセンサ校正システムにおいて、試験片における複数の貫通きずの配置の一例を示す図である。

【図15】図１５は、本発明の実施形態に係るセンサ校正システムが実行するセンサ校正方法の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明の実施形態に係るセンサ校正システム、センサ校正方法、探傷システム、物体の製造設備、物体の製造方法および物体の品質管理方法について、図面を参照しながら説明する。

【0025】

（製造設備列における探傷システム）
本実施形態に係るセンサ校正システムが適用される製造設備列について、図１を参照しながら説明する。同図では、センサ校正システムが適用される製造設備列の一例として、鍛接鋼管製造設備列を示している。同図に示した構成のうち、符号５，６，４０で示されている設備が探傷システムであり、当該探傷システム内にセンサ校正システムが内包される。

【0026】

信号処理装置５は、ワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータ、あるいはＰＬＣ等のシーケンサーによって実現される。信号処理装置５は、処理プログラム等を記憶した格納部（例えばメモリやハードディスクドライブ等）および処理プログラムを実行する処理部（例えばＣＰＵ等）を用いて、センサ１によって検出された信号の処理を行う。また、信号処理装置５は、後記するセンサ校正システムの処理と制御も行う。

【0027】

なお、本実施形態では、信号処理装置５が第一校正手段および第二校正手段に該当する。このように本実施形態では、貫通きずにより校正を行う第一校正手段と、スリットきずにより校正を行う第二校正手段とが、同一装置である信号処理装置５に該当する。しかし、本発明はこれに限定されない。第一校正手段と第二校正手段とが、別々の装置であってもよい。

【0028】

表示装置６は、例えばＬＣＤディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ等によって実現され、信号処理装置５による信号処理結果（工程材（例えば鋼管Ｗ２）および試験片３の探傷結果）を表示する。

【0029】

（センサ校正システム）
本実施形態に係るセンサ校正システムについて、図２～図８を参照しながら説明する。本実施形態に係るセンサ校正システムは、複数のセンサ１を校正するためのシステムである。また、本実施形態に係るセンサ校正システムは、例えば渦流探傷システムをはじめとする、物体までの距離に応じてセンサの感度が変化するタイプの探傷システムに対して、幅広く適用可能である。

【0030】

本実施形態に係るセンサ校正システムは、センサ１と、搬送機（第二移動手段）２と、試験片３と、搬送機（第一移動手段）４と、を備えている。なお、センサ１、搬送機２、試験片３および搬送機４をまとめて「設備群４０」と呼称する。

【0031】

センサ１は、搬送機２によって搬送される架台２１に取り付けられている。また、センサ１は、例えば図２に示すように、工程材の軸方向に沿って複数配置されている。また、各センサ１は、工程材および試験片３の円周方向において、一定角度ずつずらして配置されている。また、各センサ１は、例えば同図に示した工程材のような断面略円形の物体を、当該物体の円周方向半分以下の角度範囲にわたり検査する。

【0032】

搬送機２は、例えばサーボモータ等でセンサ１の位置を、製造設備列内の位置（すなわちインライン位置）と製造設備列外の位置（すなわちオフライン位置）との間で移動させるための機構である。すなわち、搬送機２は、センサ１を製造設備列から外部、および外部から製造設備列内へと移動させる移動手段として機能する。

【0033】

搬送機２によるセンサ１の移動距離は、製造のための操業の妨げとならないように十分な距離を確保する。また、搬送機２は、センサ１の位置を正確に検出する図示しないセンサを備えており、異物の噛みこみ等によって生じ得る位置ずれを防止、または補正する。

【0034】

なお、図２では、センサ１が架台２１に固定されており、搬送機２によって、インライン位置とオフライン位置との間を架台２１ごと移動させる例を示している。しかし、架台２１は必要不可欠なものではなく、センサ１が移動できる機構であればよい。また、図２では、センサ１を移動させる搬送機２を用いる例を示しているが、例えば図３～図６に示すように、搬送機４および試験片３を移動させる搬送機２Ａを用いてもよい。

【0035】

図３および図４は、センサ１、搬送機２Ａ、試験片３および搬送機４を含む設備群４０Ａにおいて、搬送機４および試験片３をインライン位置に移動させる前の状態を示す正面図および側面図である。また、図５および図６は、設備群４０Ａにおいて、搬送機４および試験片３をインライン位置に移動させた後の状態を示す正面図および側面図である。

【0036】

搬送機２Ａは、搬送機４および試験片３を、外部から、センサ１で計測される物体を製造する製造設備列に移動させる。そして、搬送機４は、搬送機２Ａで試験片３が製造設備列に移動した後に、当該試験片３をセンサ１の近傍で物体の搬送方向と同じ方向に移動させる。図２の残りの構成について説明を続ける。

【0037】

搬送機４は、例えばサーボモータ等で試験片３を移動させるための機構である。この搬送機４は、試験片３をセンサ１上の近傍で、複数のセンサ１に計測される物体の搬送方向と同じ方向に移動させる移動手段として機能する。より詳細には、搬送機４は、搬送機２によってセンサ１が製造設備列から外部へと移動した後に、試験片３をセンサ１上の近傍で、複数のセンサ１に計測される物体の搬送方法と同じ方向に移動させる。言い換えると、搬送機４は、試験片３を図４の紙面に対して手前から奥に移動させる。

【0038】

搬送機４による試験片３の移動範囲は、複数配置されているセンサ１全てに対し、試験片３の両端が通過できる程度に設定する。搬送機４は、搬送機２と同様に、試験片３の位置を正確に検出する図示しないセンサを備えている。また、搬送機４は、試験片３が搬送機４の端部に位置していない場合に、搬送機２が動かないようにするインターロックを備えることが好ましい。

【0039】

図２～図６の例では、計測対象の物体に対してセンサ１が特定の方向に配置されていることが望ましい。また、いずれの例においても、計測対象の物体に対してセンサ１が全周に配置されている場合、搬送機４がセンサ１と干渉しないよう、前後いずれかの方向から試験片３を挿入するような構造が必要となり、設置スペースの増大等の制約が大きくなる。一方、例えば図３～図６のように、計測対象の物体に対してセンサ１が下方向（鉛直真下から±９０度以内）に配置されている場合、搬送機２Ａによって、試験片３および搬送機４を直接センサ１の直上に移動させることができるため、設置スペースが増大しない。なお、図３～図６では、計測対象の物体に対してセンサ１が下方向（鉛直真下から±９０度以内）に配置されているが、それとは反対に、計測対象の物体に対してセンサ１が上方向（鉛直真上から±９０度以内）に配置されていてもよい。この場合、試験片３および搬送機４をセンサ１の真下に移動させる搬送機を用いればよい。

【0040】

試験片３は、実際に製造され、センサ１で計測される対象となっている物体（以降は工程材と呼ぶ）になるべく近い形状や、種類（素材）のものを使用することが好ましい。例えば工程材が円筒状である場合、試験片３は、同じ径の円筒状であることが好ましい。またその際、円筒の厚みは同じであってもよく、異なっていてもよい。また、試験片３とセンサ１までの距離は、製造設備列で製造される工程材からセンサ１までの距離と、同じ距離となるように搬送機４に配されている。

【0041】

図７および図８は、各センサ１の配置と、試験片３の２種類の人工欠陥の配置の一例を示している。ここで、２種類の人工欠陥は、貫通きず３１とスリットきず３２の各１種類ずつである。更に、試験片３は、センサ１と対向する面に一つ以上の貫通きず３１と、前記センサ１と対向する面に一つ以上のスリットきず３２とを有している。

【0042】

貫通きず３１は、例えば円形状に形成されている。また、試験片３における貫通きず３１の個数は、全てのセンサ１がいずれかの貫通きず３１を計測可能な個数とすることが好ましい。スリットきず３２は、例えば試験片３の円周方向に形成されたスリット状のきずであり、一定の幅および深さを有している。本実施形態では、後記するように、この貫通きず３１およびスリットきず３２に対する、センサ１の感度からセンサ１の校正を行う。

【0043】

図８に示すように、ここではセンサ１は、試験片３の搬送方向に三台設置されている。また、それぞれのセンサ１は、試験片３の搬送方向から見て、ある一定の曲率をもって、円周方向に所定の角度θずつ離して設置されている。

【0044】

人工欠陥の配置について、貫通きず３１は全てのセンサ１の探傷範囲内に最低一つ以上配置するようにし、スリットきず３２は必要に応じて配置する。例えば、後述する図９のように、三つのセンサ１で円周方向に角度２θの範囲が探傷可能であるとする。この場合、貫通きず３１は、中央に位置するセンサ１に合わせて一つ施すことが最も好ましい。試験片３に形成する貫通きず３１の個数が少ない程、当該試験片３を短く設計することができるため、試験片３の取り回しが向上する。

【0045】

試験片３を用いた校正の考え方について、図９～図１１を参照しながら説明する。試験片３の形状や各センサ１の配置は、図７および図８と同様とする。

【0046】

第一校正手段である信号処理装置５は、予め取得しておいた、各センサ１と貫通きず３１との距離に応じた感度特性に基づいて、センサ１の校正を行う。より具体的には、試験片３がセンサ１上を通過した際に、各センサ１は、貫通きず３１およびスリットきず３２の探傷信号を出力する。センサ１から出力される探傷波形は、一般に各センサ１の位置ときずとの距離に応じて変化する。そこで、事前に各センサ１ときずとの距離に応じた感度特性（本実施形態の例では、円周上の角度差によってセンサおよびきず間の距離が決まるため、以下「角度特性」と表記する）を予め取得しておく。そして、このように予め取得しておいた角度特性に応じて、貫通きず３１の探傷信号の大きさを信号処理装置５により補正することにより、円周方向に配置された複数のセンサ１を適切に校正することが可能となる。

【0047】

（貫通きずを用いた校正）
貫通きず３１を用いたセンサ１の校正方法について、具体的に説明する。三台のセンサ１は、順にｃｈ１，ｃｈ２，ｃｈ３と表記する。図９の場合、三つのセンサ１で円周方向に角度２θの範囲が探傷可能となる。角度θは、各センサ１の向きを、円筒の場合の試験片３の中心軸に対する角度で示したものである。中央に位置する一つのセンサ１（ｃｈ２）を基準（角度０）とし、もう一つのセンサ１（ｃｈ１）が時計回りに角度θだけ傾斜し、残り一つのセンサ１（ｃｈ３）が反時計回りに角度θだけ傾斜している（図９参照）。また、試験片３には、貫通きず３１が一つ、スリットきず３２が一つ施されており、対称性を鑑みて、貫通きず３１はｃｈ２直上にあるものとする（図８参照）。そのため、角度θは、貫通きず３１との角度ずれに相当する。

【0048】

まず、適切な計測条件の下で、事前に貫通きず３１に対するセンサ１の角度特性を取得しておく。そうして得られるのが、図１１に示すような、貫通きず３１に対するセンサ１の角度特性ｆ（θ）である。予め得られた角度特性ｆ（θ）は、信号処理装置５内の格納部に予め格納される。次に、校正のためにセンサ１により試験片３を探傷した際に得られる探傷信号の一例を、図１０とする。

【0049】

このとき、三つのセンサ１を校正、すなわち各センサ１の感度を一定に揃えるためには、信号処理装置５が各センサ１から得られた探傷信号を「１／ｆ（θ）」倍に補正した上で、各センサ１の感度が同一となるように出力の倍率（以下、ゲイン）を調整すればよい。すなわち、ｃｈ２のセンサ１による探傷信号強度を「１／ｆ（０）」倍し、ｃｈ１，ｃｈ３のセンサ１による探傷信号強度を「１／ｆ（θ）」倍することにより、貫通きず３１に対する各センサ１の感度を補正することができる。ｆ（θ）による補正後、センサ１の貫通きず３１に対する感度が一定となるよう、センサ１のゲインを適切に調整することで、センサ１の校正が完了する。

【0050】

本発明の特徴の一つが、センサ１の個数に対して試験片３上のきずの数を少なくできることである。例えば試験片を回転させられるような複雑な機構を搭載しない限り、一般にはセンサと同数のきずを試験片に施す必要がある。すなわち、三つのセンサを用いる場合は、試験片にも三つのきずを施す必要がある。

【0051】

例えば渦流探傷法によって、直径１００ｍｍの物体を円周方向に±２０度の範囲で探傷する場合、一つのセンサは４０ｍｍ程度の探傷範囲を有している。このとき、複数のきずからの探傷信号を同時に計測して干渉することがないように、校正に使用する試験片のきずの間隔は１００ｍｍとすることが望ましい。また、管端の不感帯を避けるため、きずから管端までの距離は１５０ｍｍ程度離すことが望ましい。そのため、「貫通きず：一つ、スリットきず：一つ」の試験片の長さは、４００ｍｍとなる。

【0052】

ここで、センサの数だけきずを用意する場合、センサが増えるごとに試験片の長さが１００ｍずつ長くなってしまうため、多数のセンサを有する系では、試験片の取り回しが著しく悪化する。しかし、本発明では、一つの貫通きず３１のみで、複数のセンサ１を校正することができる。従って、比較的短い試験片３を一軸搬送することにより、複数のセンサ１を同時に校正することが可能となる。

【0053】

（スリットきずを用いた校正）
スリットきず３２を用いたセンサ１の校正方法について、具体的に説明する。スリットきず３２は、図７および図８に示すように、円周方向に一様なきずである。そのため、各センサ１の探傷条件（例えば試験片３との距離等）が同じであれば、各センサ１からの出力も同じとなる。従って、スリットきず３２によって各センサ１を校正する場合、信号処理装置５により、各センサ１の出力信号が同水準となるようゲインを調整すればよい。

【0054】

これまでの説明では、試験片３の貫通きず３１が一つ、かつ複数のセンサ１が、試験片３の円周方向に離れて配置されているケースについて説明したが、例えば以下のようなケース（１）、（２）においても適用可能である。

【0055】

（１）貫通きず３１が複数ある場合
センサ１の数が多く、センサ１間の距離が離れているような場合、一つの貫通きず３１では全てのセンサ１をカバーできないことが想定される。例えば、複数のセンサ１が試験片３の搬送機４により搬送される方向とは異なる方向において、各センサ１間の距離が離れている場合である。図９の場合は、円筒状の試験片３の周方向における角度θが大きくなる場合である。この場合、試験片３の周方向に、全てのセンサ１をカバーできる程度の個数の貫通きず３１を施す。そして、この貫通きず３１をセンサ１によって探傷し、予め取得しておいた、各センサ１と各貫通きず３１との距離に応じた角度特性に基づいて、信号処理装置５が感度を補正する。これにより、複数のセンサ１を同時に校正することができる。

【0056】

続いて、センサ１によって、計測対象の物体の鉛直真下±９０度の範囲を検査する場合を考える。図１２は、試験片３の円周方向の下半分に、９個のセンサ１を２０度間隔で配置した例を示している。同図に示したセンサ１としては、探傷範囲が２０度となるものを選定する。すなわちセンサ１は、例えば図１３に示すように、貫通きず３１に対して、円周方向に距離が離れるほど感度が小さくなり、±２０度の範囲では有意な感度を有しているが、±３０度以上では感度を担保できない（－２０ｄＢ以下）ように設計されている。そのため、図１２に示すように、試験片３の鉛直真下０度を中心として、２０度おきに±８０度まで、センサ１を等間隔に配置する。このようにセンサ１を配置することにより、試験片３の鉛直真下±９０度の範囲を十分な感度で検査することができる。

【0057】

また、センサ１を図１２のように配置した場合、試験片３の貫通きず３１およびスリットきず３２を、例えば図１４に示すように設ける。例えば第一の貫通きず３１は、試験片３の管端から長手方向に１５０ｍｍ離れた、鉛直真下の位置に設ける。また、第二の貫通きず３１は、第一の貫通きず３１から更に長手方向に１００ｍｍ離れた、鉛直真下から＋６０度の位置に設ける。また、第三の貫通きず３１は、第一の貫通きず３１から更に長手方向に１００ｍｍ離れた、鉛直真下から－６０度の位置に設ける。また、スリットきず３２は、第二および第三の貫通きず３１から更に長手方向に１００ｍｍ離れた位置に設ける。

【0058】

このとき、上記の校正方法により、０度の位置の第一の貫通きず３１によって、０度および±２０度の位置にあるセンサ１を校正することが可能である。また、＋６０度の位置の第二の貫通きず３１によって、＋４０度、＋６０度、＋８０度の位置にあるセンサ１を校正することが可能である。また、－６０度の位置の第二の貫通きず３１によって、－４０度、－６０度、－８０度の位置にあるセンサ１を校正することが可能である。

【0059】

ここで、図１４において貫通きず３１を長手方向の同一の位置に三つ並べなかったのは、４０度離れたセンサ１による僅かな干渉を防ぐためである。例えば２０度の位置にあるセンサ１は、０度の位置にある貫通きず３１によって校正するが、６０度の位置にある貫通きず３１からの信号が僅かに含まれる可能性がある。一方、貫通きず３１を１２０度離して配置した場合、校正対象外のきずは１００度以上離れ、完全に検査範囲外となる。従って、上記のような構成により、５００ｍｍの長さの試験片３の±９０度の範囲を探傷可能な複数のセンサ１を、貫通きず３１によって校正することが可能となる。なお、ここでは三つの貫通きず３１によって９個のセンサ１を校正する場合の例を説明したが、より感度の高いセンサ１を用いる場合は、より少ない数の貫通きず３１によって９個のセンサ１を校正することも可能である。

【0060】

このように、本実施形態では、各センサ１と貫通きず３１との円周方向の距離に応じた感度特性に基づいて、各センサ１の校正を行う。その際、例えば図１３に示すように、貫通きず３１に対するセンサ１の位置が±３０度以上離れていると、探傷信号が２０ｄＢ以上減衰し、感度を担保することができない。そこで、信号処理装置５では、探傷信号が２０ｄＢ以上減衰しない距離範囲に配置された複数のセンサ１を、一つの貫通きず３１によって校正する。

【0061】

また、図１４のように試験片３に複数の貫通きず３１を設ける場合、貫通きず３１同士の円周方向における間隔を、６０度以上離すことが好ましく、１００度以上離すことがより好ましい。

【0062】

（２）センサ１の幾何的配置が異なる場合
この場合、全てのセンサ１がいずれかの貫通きず３１を探傷できるように配置し、適切な最低限の個数の貫通きず３１を試験片３に施す。そして、このような試験片３は、計測する物体の搬送方向と同じ方向に、搬送機４によって搬送される。そして得られた各センサ１の出力と、予め取得しておいた、各センサ１と貫通きず３１との距離に応じた角度特性とに基づいて、信号処理装置５が感度を補正する。これにより、複数のセンサ１を同時に校正することができる。

【0063】

ここで、試験片３に形成する人工欠陥の種類として、貫通きず３１およびスリットきず３２の二種類を用いるのは、各センサ１の配置に歪み等が生じていないかを確認するためである。原理上、センサ１の感度は、貫通きず３１またはスリットきず３２のどちらか一方のみにより校正可能である。一方、貫通きず３１およびスリットきず３２の両方を校正に採用した場合、二つの結果を照らし合わせることで角度特性が合理的か否かを判定することができる。すなわち、貫通きず３１の探傷結果から本来想定されるスリットきず３２の探傷感度に矛盾が生じた場合、センサ１の位置にずれが生じていることが示唆される。この場合、設備の異常判定を迅速に下すことができ、設備のメンテナンスを実施することができる。

【0064】

（センサ校正方法）
続いて、本実施形態に係るセンサ校正システムが実行するセンサ校正方法の流れについて、図１５を参照しながら説明する。まず、試験片３を移動させる（ステップＳ１）。ステップＳ１では、例えば図２に示すように、校正開始時にインライン位置にあるセンサ１を、信号処理装置５が搬送機２によってオフライン位置に移動させる。また、ステップＳ１では、例えば図３～図６に示すように、校正開始時にオフライン位置にある搬送機４およびセンサ１を、信号処理装置５が搬送機２Ａによってオフライン位置に移動させてもよい。

【0065】

続いて、信号処理装置５が、搬送機４により、複数のセンサ１が計測する物体の搬送方向と同じ方向に、貫通きず３１が全センサ１上の近傍を通過するように移動させる。そして、信号処理装置５は、センサ１ごとに貫通きず３１を探傷する（ステップＳ２）。ステップＳ２では、まず各センサ１の貫通きず３１の探傷信号と、予め事前調査によって取得した貫通きず３１に対する角度特性ｆ（θ）に基づいて、信号処理装置５が各センサ１の感度を校正する。前記した通り、貫通きず３１から角度θ離れたセンサ１について、感度を「１／ｆ（θ）」倍することにより、各センサ１の感度を同一の基準で補正することができる。その上で、信号処理装置５が各センサ１のゲインを調整し、各センサ１の出力信号強度が同水準となるようにする。

【0066】

続いて、信号処理装置５が、搬送機４により、複数のセンサ１が計測する物体の搬送方向と同じ方向に、スリットきず３２が全センサ１上の近傍を通過するように移動させる。そして、信号処理装置５は、センサ１ごとにスリットきず３２を探傷する（ステップＳ３）。続いて、各センサ１の探傷信号強度が等しいか否かを信号処理装置５が判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４では、スリットきず３２の探傷信号を用いて、各センサ１の感度を校正する。

【0067】

各センサ１は、貫通きず３１の探傷によって感度を一度揃えている。そのため、各センサ１の探傷信号強度（各センサ１のスリットきず３２に対する感度）は、通常は全て等しくなっている。ステップＳ４において、各センサ１の探傷信号強度が信号処理装置５により等しいと判定された場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、校正完了とし、操業を開始する（ステップＳ５）。なお、ステップＳ１で搬送機２（図２参照）を用いた場合、ステップＳ５では、センサ１が配置された架台２１を、信号処理装置５が搬送機２によってインライン位置に移動させ、操業を開始する。また、ステップＳ１で搬送機２Ａ（図３～図６参照）を用いた場合、ステップＳ５では、搬送機４および試験片３を、信号処理装置５が搬送機２Ａによってオフライン位置に移動させ、操業を開始する。

【0068】

一方、ステップＳ４において、各センサ１の探傷信号強度が信号処理装置５により等しくないと判定された場合（ステップＳ４でＮｏ）、各センサ１の配置（向きの角度、位置等）や試験片３等に不備が生じていると判断できる。この場合、設備のメンテナンスを実施し（ステップＳ６）、ステップＳ１に戻る。

【0069】

なお、ステップＳ４において、各センサ１のスリットきず３２に対する感度が等しいか否かの判定は、例えば複数のセンサ１のうち、最も高感度なセンサ１の探傷信号強度と最も低感度なセンサ１の探傷信号強度とを比較し、予め定めておいた基準以上の乖離があれば感度が等しくない、と判定することができる。この判定基準は、ケースに応じて決定すればよい。

【0070】

なお、貫通きず３１とスリットきず３２との探傷順序を入れ替えてもよい。すなわち、信号処理装置５がステップＳ２において、スリットきず３２の探傷および校正を実施し、ステップＳ３において、貫通きず３１の探傷を実施する。このとき、ステップＳ２におけるスリットきず３２による校正の方法は、前記段落００５３で説明した通りである。次に、ステップＳ３において貫通きず３１を探傷した際に、信号処理装置５が、前記と同様に、各センサ１の貫通きず３１に対する感度を、ｆ（θ）を用いて補正する。そして、信号処理装置５がステップＳ４において、補正後の貫通きず３１に対する感度が一致しているか否かにより、ステップＳ５かステップＳ６のどちらに進むかを決定する。このようにして、貫通きず３１とスリットきず３２との探傷順序を入れ替えた場合においても、同等の校正を実施することができる。

【0071】

なお、スリットきず３２の探傷（図１５のステップＳ３）を省略し、貫通きず３１のみで校正を実施してもよい。すなわち、信号処理装置５は、貫通きず３１の探傷信号に対して角度特性ｆ（θ）による補正を行う。次に、信号処理装置５は、各センサ１の感度が等しいか否かを判定する。

【0072】

図１５に示したセンサ校正方法は、信号処理装置５によってオペレータがその都度指示を出して行われてもよい。一方で、信号処理装置５によって可能な範囲において自動で行われることが最も好ましい。すなわち、信号処理装置５がセンサ１、搬送機２および搬送機４と通信しており、オペレータが信号処理装置５上で校正開始の操作をしたとき、以下の一連の処理を自動で行うように設計することが好ましい。

【0073】

（１）信号処理装置５から搬送機２，４に移動の指示を出力する。
（２）信号処理装置５が、事前にインプットされた角度特性ｆ（θ）に基づいて、センサ１の貫通きず３１に対する探傷信号を補正し、その上で感度が揃うようにゲインを調整する。
（３）信号処理装置５が、スリットきず３２に対する各センサ１の探傷信号強度が等しいか否かを判定する。
（４）探傷信号強度が等しい場合、信号処理装置５が、搬送機２にインライン位置への移動指示を出力し、操業を開始する。探傷信号強度が等しくない場合、信号処理装置５が、表示装置６にエラー判定を表示させる。

【0074】

なお、図１５に示したセンサ校正方法や信号処理装置５による前記した一連の処理は、搬送機２，４の制御、センサ１の感度調整を信号処理装置５による自動処理ではなく、手動で個別に実施するように、適宜変更してもよい。

【0075】

また、本実施形態では、図７および図８に示すように、試験片３が円筒状である場合の例を説明しているが、異なる形状であっても、貫通きず３１およびスリットきず３２に対応する人工欠陥を施すことにより、同様の校正システムを組むことが可能である。

【0076】

貫通きず３１は、スポット状の欠陥を再現するための人工欠陥であるため、例えば円柱状の試験片３である場合、一定深さのドリル孔を施せばよい。また、スリットきず３２は、一定深さおよび一定幅で全てのセンサ１の探傷範囲に入ればよいため、例えば平面状の試験片である場合、搬送方向に垂直で平面全体を横切るようなスリット状欠陥を施せばよい。

【0077】

（鋼管製造設備列）
本実施形態に係るセンサ校正システムが適用される探傷装置（探傷システム）および鋼管製造設備について、図１を参照しながら説明する。なお、探傷装置は渦流探傷装置、探傷システムは渦流探傷システムとして説明する。渦流探傷装置は、同図に示すような鍛接鋼管（以下、単に「鋼管」という）の製造設備（鋼管製造設備列）に適用される。この鋼管の製造設備は、加熱炉７と、鍛接機８と、渦流探傷装置と、絞り圧延機９，１０と、切断機１１と、を備えている。

【0078】

なお、本実施形態では、渦流探傷装置を鋼管の製造設備（鋼管製造設備列）に適用した例について説明する。また、本実施形態では、計測検査対象物が鋼管であり、またセンサ１が渦流探傷センサである場合の例について説明するが、計測検査対象物は、渦流探傷を実施可能な導電体からなる物質であればよく、またセンサ１は、原理上電磁気を利用したセンサであればよい。

【0079】

加熱炉７は、鋼帯（スリットコイル）Ｗ１を所定の温度（例えば１２００℃）まで加熱する。また、鍛接機８は、鋼帯Ｗ１を管状に形成し、その端部を鍛接によって接合する(以下、接合部を「シーム部」と呼ぶ)。鍛接機８により接合された直後の鋼管をＷ２とする。また、渦流探傷装置は、計測検査対象物である鋼管Ｗ２のシーム部を検査する。また、絞り圧延機９，１０は、鋼管Ｗ２を所定の径に縮径するために圧延する。そして、切断機１１は、圧延後の縮径された鋼管Ｗ３を所定の長さに切断する。なお、図１では図示を省略したが、切断機１１の後段には、例えば切断後の鋼管を冷却、矯正する設備等が配置される。

【0080】

渦流探傷装置は、鋼管Ｗ２の製造設備において、鍛接機８の後段かつ切断機１１の前段の範囲に設置されている。渦流探傷装置は、より詳細には、鋼管Ｗ２の搬送方向（鋼管Ｗ２の軸方向）において、鍛接機８と切断機１１との間に設置されている。この渦流探傷装置は、センサ１（複数個）と、センサ１をオフライン位置およびオンライン位置間で移動させるための搬送機２と、センサ１を校正するための試験片３と、オフライン位置で試験片３を移動させるための搬送機４と、信号処理装置５と、表示装置６と、を備えている。なお、搬送機２に代えて、搬送機４およびセンサ１をオフライン位置およびオンライン位置間で移動させる搬送機２Ａ（図３～図６参照）を用いてもよい。それぞれの機能は、前記した通りである。

【0081】

渦流探傷装置による渦流探傷は、検査対象物に対してセンサ１のコイルを接近させて当該コイルを励磁し、検査対象物に渦電流を誘起させて、渦電流の分布および変化をコイルによって検出するものである。渦流探傷では、測定範囲にきずや割れ等（以下、「きず等」という）がある場合、欠陥がない部分と比較して渦電流の分布が変化するため、その探傷信号の変化やコイルインピーダンスの変化に基づいて欠陥を検出する。

【0082】

また、渦流探傷装置では、熱間、すなわち鋼管Ｗ２の温度が変態点（キュリー点）以上である状態において、センサ１を用いて、鋼管Ｗ２のシーム部の渦流探傷を行う。鋼管Ｗ２が変態点以上である場合、鋼材は磁性を失うため、鋼管Ｗ２のシーム部の内面側を含めて高感度に探傷を行うことが可能となる。

【0083】

なお、操業中における鋼管Ｗ２のシーム部の位置は、当該鋼管Ｗ２のねじれ等によって多少変動する場合もある。この場合、シーム部を追従するために、プローブ移動機構を設けることも考えられるが、シーム部の検出・追従技術が必要となるため、システム構成が煩雑となる。一方で、プローブを鋼管Ｗ２の円周方向に複数個設置すれば、シーム追従機構なしにシーム部の全長検査が可能となる。

【0084】

渦流探傷装置では、センサ１の校正にあたり、製造設備列の設計上、試験片３をライン内に通材することができない。そのため、センサ１をオフライン位置に移動させて校正を実施するか（図２参照）、あるいは試験片３をオンライン位置のセンサ１上に移動させて構成を実施する（図３～図６参照）必要がある。また、シーム部の追従のために、センサ１を鋼管の円周方向に複数配置しており、全てのセンサ１を同一の基準で校正する必要がある。そのために、本実施形態に係るセンサ校正システムを導入し、簡易な構成により、全てのセンサ１を校正することが可能となる。

【0085】

試験片３は、センサ１で計測される物体と同等の物理的特性を有することが好ましいが、渦流探傷装置は熱間の鋼管を対象としており、全く同じ物理的特性の試験片３を用意することは現実的ではない。このような場合、冷間で熱間鋼管と性質が近い材料、すなわちＳＵＳ管を試験片３として用いることが好ましい。ＳＵＳ管は、冷間での電気特性が熱間の鋼管に近く、また非磁性という点で熱間鋼管と磁気特性が同じである。渦流探傷法は、材料の磁性の影響を強く受けるため、工程材および試験片３の磁気特性は揃えるべきである。

【0086】

本実施形態に係るセンサ校正システムでは、鋼管製造設備において操業前および操業後に校正を実施することが好ましい。校正開始は手動で指示してもよいが、鋼管製造設備全体を制御するＰＬＣ等と信号処理装置５とを接続することにより、操業開始および操業終了信号をＰＬＣから信号処理装置５に受け渡す。そして、前記した信号をトリガーとして校正を開始することで、人手を介さずに全自動で校正を実施することも可能である。

【0087】

本実施形態に係るセンサ校正システムでは、以上の仕組みにより、渦流探傷装置の性能を保証し、渦流探傷装置により鋼管シーム部の品質を管理し続けることができる。また、本実施形態に係るセンサ校正システムによれば、簡易な構成により、インラインで校正することが困難な複数のセンサ全てを同時に校正することができる。

【0088】

また、本実施形態に係るセンサ校正システムは、当該センサ校正システムを備えた物体（例えば鋼管等）の製造設備として実施することも可能である。また、本実施形態に係るセンサ校正方法は、当該センサ校正方法によって校正を行った複数のセンサ１によって、製造した物体の探傷を行う探傷ステップを含む、物体の製造方法として実施することも可能である。また、本実施形態に係るセンサ校正方法は、当該センサ校正方法によって校正を行った複数のセンサ１によって、製造した物体の検査を行い、その計測結果から品質を管理する品質管理ステップを含む、物体の品質管理方法として実施することも可能である。

【0089】

以上、本発明に係るセンサ校正システム、センサ校正方法、探傷システム、物体の製造設備、物体の製造方法および物体の品質管理方法について、発明を実施するための形態および実施例により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれる。

【符号の説明】

【0090】

１ センサ
２，２Ａ，４ 搬送機
３ 試験片
３１ 貫通きず
３２ スリットきず
５ 信号処理装置
６ 表示装置
７ 加熱炉
８ 鍛接機
９，１０ 絞り圧延機
１１ 切断機
４０，４０Ａ 設備群
Ｗ１ 鋼帯
Ｗ２，Ｗ３ 鋼管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】