JP2001141437A - 管材の偏肉計測方法及び装置、並びに管材の偏肉発生原因特定方法及び装置 - Google Patents
管材の偏肉計測方法及び装置、並びに管材の偏肉発生原因特定方法及び装置Info
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- JP2001141437A JP2001141437A JP32383099A JP32383099A JP2001141437A JP 2001141437 A JP2001141437 A JP 2001141437A JP 32383099 A JP32383099 A JP 32383099A JP 32383099 A JP32383099 A JP 32383099A JP 2001141437 A JP2001141437 A JP 2001141437A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 管材の偏肉を、安価で単純なシステムで圧延
直後に熱間で測定できる方法及び装置を提供する。 【解決手段】 パルスレーザーからパルス光を被検査体
４に照射すると、被検査体４表面がアブレーションをお
こし超音波が発生する。発生した超音波は、被検査体４
の内面および外面を往復伝播する。冷却式電磁超音波セ
ンサー２が検出した超音波信号を広帯域アンプ５に通
し、さらにバンドパスフィルタ−６を通し、Ａ／Ｄ変換
部７でＡ／Ｄ変換する。伝播時間算出部８では、Ａ−ス
コープから隣あう２つのエコーピークの時間間隔Δｔを
周知の技術で算出し、さらに、厚さ算出部９で被検査体
の音速ＶとΔｔから肉厚を算出する。
直後に熱間で測定できる方法及び装置を提供する。 【解決手段】 パルスレーザーからパルス光を被検査体
４に照射すると、被検査体４表面がアブレーションをお
こし超音波が発生する。発生した超音波は、被検査体４
の内面および外面を往復伝播する。冷却式電磁超音波セ
ンサー２が検出した超音波信号を広帯域アンプ５に通
し、さらにバンドパスフィルタ−６を通し、Ａ／Ｄ変換
部７でＡ／Ｄ変換する。伝播時間算出部８では、Ａ−ス
コープから隣あう２つのエコーピークの時間間隔Δｔを
周知の技術で算出し、さらに、厚さ算出部９で被検査体
の音速ＶとΔｔから肉厚を算出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、継目無管等の管材
の肉厚分布を熱間圧延中に測定して偏肉を計測する方法
及び装置、及びその測定結果に基づいて偏肉の発生原因
を特定する方法及び装置に関するものである。
の肉厚分布を熱間圧延中に測定して偏肉を計測する方法
及び装置、及びその測定結果に基づいて偏肉の発生原因
を特定する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】たとえば、継目無管をマンネスマン・プ
ラグミル方式で製造する場合、ビレットを加熱炉にて所
定の温度に加熱した後、穿孔機で中心に沿って孔を穿ち
素管を得て、この素管を必要に応じて、エロンゲータ、
プラグミル、リーラーに通して、所定の外径、肉厚に仕
上げ、サイザーで矯正圧延することによって製造してい
る。このようにして製造される継目無管には種々の要因
に基づき肉厚にばらつきが生じる。
ラグミル方式で製造する場合、ビレットを加熱炉にて所
定の温度に加熱した後、穿孔機で中心に沿って孔を穿ち
素管を得て、この素管を必要に応じて、エロンゲータ、
プラグミル、リーラーに通して、所定の外径、肉厚に仕
上げ、サイザーで矯正圧延することによって製造してい
る。このようにして製造される継目無管には種々の要因
に基づき肉厚にばらつきが生じる。
【０００３】このような肉厚のばらつき発生要因として
は、素管材の材質、加熱温度の不均一等に基づく場合の
他、穿孔機、エロンゲータ、プラグミル、リーラー等の
製管設備に起因する場合も少なくない。例えば、穿孔機
にあたっては、そのプラグの摩耗、偏心等よって、ま
た、その他の設備でも、ロールのアライメント不良、ロ
ール摩耗、プラグの位置のセットアップ不良等で偏肉が
発生することが知られている。よって、上記工具の等の
点検、整備、交換により偏肉の程度を低減することが行
われている。
は、素管材の材質、加熱温度の不均一等に基づく場合の
他、穿孔機、エロンゲータ、プラグミル、リーラー等の
製管設備に起因する場合も少なくない。例えば、穿孔機
にあたっては、そのプラグの摩耗、偏心等よって、ま
た、その他の設備でも、ロールのアライメント不良、ロ
ール摩耗、プラグの位置のセットアップ不良等で偏肉が
発生することが知られている。よって、上記工具の等の
点検、整備、交換により偏肉の程度を低減することが行
われている。
【０００４】しかし、従来においては、このような点検
整備、工具交換等は定期的に、例えば鋼管の製造本数等
に基づいて行われていた。そのため、安全を見込んで点
検整備を早めに行なうことによって製造能率が落ち、さ
らに、工具を早めに交換することによって工具コストも
高くなる等の問題があった。
整備、工具交換等は定期的に、例えば鋼管の製造本数等
に基づいて行われていた。そのため、安全を見込んで点
検整備を早めに行なうことによって製造能率が落ち、さ
らに、工具を早めに交換することによって工具コストも
高くなる等の問題があった。
【０００５】また、定期的に工具の点検、整備、交換を
行なっていても、ミルの予想外のトラブルで点検後早期
に偏肉が発生することがある。しかし、従来においては
冷却後の肉厚検査で偏肉を計測しているので、偏肉が発
生してから検出されるまでの間に製造されて冷却床で冷
却中の鋼管が、肉厚不良スクラップとなることもまれに
あった。
行なっていても、ミルの予想外のトラブルで点検後早期
に偏肉が発生することがある。しかし、従来においては
冷却後の肉厚検査で偏肉を計測しているので、偏肉が発
生してから検出されるまでの間に製造されて冷却床で冷
却中の鋼管が、肉厚不良スクラップとなることもまれに
あった。
【０００６】このような問題点を、冷却床前の熱間状態
で鋼管の肉厚測定を行うことにより解決する方法の１例
が、特開昭６１−７０１０号公報に開示されている。同
公報には、この発明によれば、圧延直後に熱間で電磁超
音波法を用いて周方向複数箇所の夫々において管の軸長
方向各部の肉厚を測定し、この肉厚測定値に基づいて、
その偏肉分布、偏肉周期、周方向の偏肉の最大値、最小
値を求めるので、迅速に正確な偏肉発生要因の診断がで
き、適正なタイミングで無駄なく整備点検が行ない得る
ようになると記されている。
で鋼管の肉厚測定を行うことにより解決する方法の１例
が、特開昭６１−７０１０号公報に開示されている。同
公報には、この発明によれば、圧延直後に熱間で電磁超
音波法を用いて周方向複数箇所の夫々において管の軸長
方向各部の肉厚を測定し、この肉厚測定値に基づいて、
その偏肉分布、偏肉周期、周方向の偏肉の最大値、最小
値を求めるので、迅速に正確な偏肉発生要因の診断がで
き、適正なタイミングで無駄なく整備点検が行ない得る
ようになると記されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記発
明では周方向の複数箇所で測定を行なう必要があり、装
置コストが非常に高くなってしまう問題がある。また、
超音波の送受信に電磁超音波法を用いているため、超音
波の検出感度を向上させる手段として、巨大なパルサー
や強力な磁化器が必要となっており、これも装置コスト
を高くしている。
明では周方向の複数箇所で測定を行なう必要があり、装
置コストが非常に高くなってしまう問題がある。また、
超音波の送受信に電磁超音波法を用いているため、超音
波の検出感度を向上させる手段として、巨大なパルサー
や強力な磁化器が必要となっており、これも装置コスト
を高くしている。
【０００８】すなわち、電磁超音波センサーの感度は、
希土類系の永久磁石を使った場合、通常の接触式の超音
波厚さ計に用いられる圧電素子に比較して、1／100〜1
／1000程低い。そのため、送受信に電磁超音波法を用い
た場合では、２乗で感度低下をおこすので、圧電素子に
比較して、1／10000〜1／1000000の感度低下がある。こ
の感度低下を減らすために、電磁超音波法では、強力な
電磁石や、高出力なパルサーを併用することが必要不可
欠となり、コスト増につながっている。
希土類系の永久磁石を使った場合、通常の接触式の超音
波厚さ計に用いられる圧電素子に比較して、1／100〜1
／1000程低い。そのため、送受信に電磁超音波法を用い
た場合では、２乗で感度低下をおこすので、圧電素子に
比較して、1／10000〜1／1000000の感度低下がある。こ
の感度低下を減らすために、電磁超音波法では、強力な
電磁石や、高出力なパルサーを併用することが必要不可
欠となり、コスト増につながっている。
【０００９】しかし、それでも感度は低く、センサーと
被検査体の距離（リフトオフ）は数mm程度しか離すこと
ができないのが現状である。よって、安定な測定には、
センサーの被検査体に対する倣いの正確さが必要とな
り、サイズの異なる鋼管を製造するラインでの周方向複
数箇所の測定には、複雑なエンジニアリングを要し、こ
れもまたコスト増につながるという問題がある。
被検査体の距離（リフトオフ）は数mm程度しか離すこと
ができないのが現状である。よって、安定な測定には、
センサーの被検査体に対する倣いの正確さが必要とな
り、サイズの異なる鋼管を製造するラインでの周方向複
数箇所の測定には、複雑なエンジニアリングを要し、こ
れもまたコスト増につながるという問題がある。
【００１０】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、管材の偏肉を、安価で単純なシステムで圧延
直後に熱間で測定できる方法及び装置を提供すること、
並びにこれらの測定結果に基づき、偏肉の発生原因を特
定する方法及び装置を提供することを課題とする。
たもので、管材の偏肉を、安価で単純なシステムで圧延
直後に熱間で測定できる方法及び装置を提供すること、
並びにこれらの測定結果に基づき、偏肉の発生原因を特
定する方法及び装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、管材の偏肉を熱間において超音波で測
定する方法であって、パルスレーザー光を管材外面に照
射することによって超音波を発生させ、管材内面から反
射して管材表面に戻ってきた超音波を電磁超音波センサ
ーを用いて受信し、管材内の超音波伝播時間を測定し、
前記伝播時間又は前記伝播時間から求めた管材の厚み
を、管材の長手方向に展開することによって偏肉を計測
することを特徴とする管材の偏肉計測方法（請求項１）
である。
の第１の手段は、管材の偏肉を熱間において超音波で測
定する方法であって、パルスレーザー光を管材外面に照
射することによって超音波を発生させ、管材内面から反
射して管材表面に戻ってきた超音波を電磁超音波センサ
ーを用いて受信し、管材内の超音波伝播時間を測定し、
前記伝播時間又は前記伝播時間から求めた管材の厚み
を、管材の長手方向に展開することによって偏肉を計測
することを特徴とする管材の偏肉計測方法（請求項１）
である。
【００１２】パルスレーザーを用いて超音波を発生させ
ると、条件しだいで、圧電素子に比較して10倍程度強力
な超音波を発生させることも容易で、なおかつリフトオ
フも最大数ｍとすることができる。そのためパルスレー
ザーで発生させた超音波を電磁超音波センサーで受信し
た場合には、感度低下は圧電素子に比較して1／10〜1／
100程度となる。よって、若干の電気的増幅をすること
で、圧電素子並みの感度となり、電磁超音波センサーの
リフトオフは１０mm程度とすることができる。その上、
高出力なパルサーや強力な電磁石も不要となり、安価な
装置構成で、非接触の超音波送受信が可能となる。
ると、条件しだいで、圧電素子に比較して10倍程度強力
な超音波を発生させることも容易で、なおかつリフトオ
フも最大数ｍとすることができる。そのためパルスレー
ザーで発生させた超音波を電磁超音波センサーで受信し
た場合には、感度低下は圧電素子に比較して1／10〜1／
100程度となる。よって、若干の電気的増幅をすること
で、圧電素子並みの感度となり、電磁超音波センサーの
リフトオフは１０mm程度とすることができる。その上、
高出力なパルサーや強力な電磁石も不要となり、安価な
装置構成で、非接触の超音波送受信が可能となる。
【００１３】リフトオフが１０mm程度あるので電磁超音
波センサーに冷却機構を設けることは容易であり、熱間
での超音波送受信も可能になる。電磁超音波センサに穴
をあけてパルスレーザー光を通すことを可能にすれば、
パルスレーザー光による超音波の送信、電磁超音波セン
サーによる受信という構成で反射法による測定も可能と
なる。このような方式で管材の内部を超音波が伝播する
時間が測定でき、その伝播時間または伝播時間を用いて
算出した厚みを、装置を動かすか被検査対象を動かすこ
とによって管長手方向に展開すれば、長手方向の伝播時
間分布または厚み分布が測定できるようになる。
波センサーに冷却機構を設けることは容易であり、熱間
での超音波送受信も可能になる。電磁超音波センサに穴
をあけてパルスレーザー光を通すことを可能にすれば、
パルスレーザー光による超音波の送信、電磁超音波セン
サーによる受信という構成で反射法による測定も可能と
なる。このような方式で管材の内部を超音波が伝播する
時間が測定でき、その伝播時間または伝播時間を用いて
算出した厚みを、装置を動かすか被検査対象を動かすこ
とによって管長手方向に展開すれば、長手方向の伝播時
間分布または厚み分布が測定できるようになる。
【００１４】前記課題を解決するための第２の手段は、
パルスレーザー光を管材の表面に照射するように設けら
れたパルスレーザーと、パルスレーザー光の照射によっ
て管材の表面に発生し、管材の内面で反射して表面に戻
ってきた反射超音波を検出する電磁超音波センサーと、
パルスレーザーを照射してから電磁超音波センサーが反
射超音波を検出するまでの時間を測定する計時装置と、
測定された時間を管材の長さ方向位置に対応させる手段
とを有してなることを特徴とする管材の偏肉測定装置
（請求項２）である。
パルスレーザー光を管材の表面に照射するように設けら
れたパルスレーザーと、パルスレーザー光の照射によっ
て管材の表面に発生し、管材の内面で反射して表面に戻
ってきた反射超音波を検出する電磁超音波センサーと、
パルスレーザーを照射してから電磁超音波センサーが反
射超音波を検出するまでの時間を測定する計時装置と、
測定された時間を管材の長さ方向位置に対応させる手段
とを有してなることを特徴とする管材の偏肉測定装置
（請求項２）である。
【００１５】本手段においては、パルスレーザーよりの
パルスレーザー光を管材の表面に照射して超音波を発生
させ、その超音波が管材中を伝播し、内面で反射して戻
ってきたところを電磁超音波センサーにより検出する。
そして、計時装置が、パルスレーザーを照射してから電
磁超音波センサーが反射超音波を検出するまでの時間を
測定する。この時間は管材の肉厚に対応している。よっ
て、管材と測定装置との相対的な位置関係の変化に応じ
て測定された時間を管材の長さ方向位置に対応させるこ
とにより、管材の肉厚分布を測定することができる。
パルスレーザー光を管材の表面に照射して超音波を発生
させ、その超音波が管材中を伝播し、内面で反射して戻
ってきたところを電磁超音波センサーにより検出する。
そして、計時装置が、パルスレーザーを照射してから電
磁超音波センサーが反射超音波を検出するまでの時間を
測定する。この時間は管材の肉厚に対応している。よっ
て、管材と測定装置との相対的な位置関係の変化に応じ
て測定された時間を管材の長さ方向位置に対応させるこ
とにより、管材の肉厚分布を測定することができる。
【００１６】前記課題を解決するための第３の手段は、
パルスレーザー光を管材の表面に照射するように設けら
れたパルスレーザーと、パルスレーザー光の照射によっ
て管材の表面に発生し、管材の内面で反射して表面に戻
ってきた反射超音波を検出する電磁超音波センサーと、
パルスレーザーを照射してから電磁超音波センサーが反
射超音波を検出するまでの時間を測定する計時装置と、
測定された時間から管材の肉厚を算出する装置と、測定
された肉厚を管材の長さ方向位置に対応させる手段とを
有してなることを特徴とする管材の偏肉測定装置（請求
項３）である。
パルスレーザー光を管材の表面に照射するように設けら
れたパルスレーザーと、パルスレーザー光の照射によっ
て管材の表面に発生し、管材の内面で反射して表面に戻
ってきた反射超音波を検出する電磁超音波センサーと、
パルスレーザーを照射してから電磁超音波センサーが反
射超音波を検出するまでの時間を測定する計時装置と、
測定された時間から管材の肉厚を算出する装置と、測定
された肉厚を管材の長さ方向位置に対応させる手段とを
有してなることを特徴とする管材の偏肉測定装置（請求
項３）である。
【００１７】本手段は、前記第２の手段に加えて、計時
装置で測定された時間から肉厚を算出する装置が追加さ
れ、測定された肉厚を管材の長さ方向位置に対応させて
いることのみが前記第２の手段と異なっている。よっ
て、基本的には前記第２の手段と同様の作動を行い、同
様の作用効果を奏する。
装置で測定された時間から肉厚を算出する装置が追加さ
れ、測定された肉厚を管材の長さ方向位置に対応させて
いることのみが前記第２の手段と異なっている。よっ
て、基本的には前記第２の手段と同様の作動を行い、同
様の作用効果を奏する。
【００１８】前記課題を解決するための第４の手段は、
前記第１の手段によって得られる、管材内の超音波伝播
時間の管材長手方向変化または前記伝播時間から求めた
管材の厚みの、長手方向の周期を求め、求められた周期
から偏肉の発生原因を特定することを特徴とする管材の
偏肉発生原因特定方法（請求項４）である。
前記第１の手段によって得られる、管材内の超音波伝播
時間の管材長手方向変化または前記伝播時間から求めた
管材の厚みの、長手方向の周期を求め、求められた周期
から偏肉の発生原因を特定することを特徴とする管材の
偏肉発生原因特定方法（請求項４）である。
【００１９】プラグミル方式による圧延をした場合、偏
肉の主たる原因としては、穿孔機、エロンゲータ、リー
ラーによるプラグの偏心等がある。これらは、スパイラ
ル状に発生するため、周方向のある位置での長手方向肉
厚分布でみると、周期的にある長さで肉厚変化が発生す
ることになる。そこで、長手方向の肉厚変化、または、
それと同等の超音波伝播時間変化の周期を求めると、ど
の設備で偏肉が発生したかを特定することができる。
肉の主たる原因としては、穿孔機、エロンゲータ、リー
ラーによるプラグの偏心等がある。これらは、スパイラ
ル状に発生するため、周方向のある位置での長手方向肉
厚分布でみると、周期的にある長さで肉厚変化が発生す
ることになる。そこで、長手方向の肉厚変化、または、
それと同等の超音波伝播時間変化の周期を求めると、ど
の設備で偏肉が発生したかを特定することができる。
【００２０】長手方向の肉厚変化、または、それと同等
の超音波伝播時間変化の周期を求める方法としては、た
とえば、これらの値を、長さを基準軸としてフーリエ変
換等の周波数解析をすることが考えられる。ある周波数
でスペクトルピークが現れれば、このピークの周波数が
スパイラル状の偏心の周期と一致する。その他、長手方
向の肉厚変化、または、それと同等の超音波伝播時間変
化の長さ方向の相互相関をとり、そのピーク値より偏肉
の周期を求めてもよい。この周期がわかれば、穿孔機、
エロンゲータ、リーラーのどの部位で発生したかは圧延
スケジュールから容易に分かり、ただちに偏肉の発生原
因を特定することが可能となる。
の超音波伝播時間変化の周期を求める方法としては、た
とえば、これらの値を、長さを基準軸としてフーリエ変
換等の周波数解析をすることが考えられる。ある周波数
でスペクトルピークが現れれば、このピークの周波数が
スパイラル状の偏心の周期と一致する。その他、長手方
向の肉厚変化、または、それと同等の超音波伝播時間変
化の長さ方向の相互相関をとり、そのピーク値より偏肉
の周期を求めてもよい。この周期がわかれば、穿孔機、
エロンゲータ、リーラーのどの部位で発生したかは圧延
スケジュールから容易に分かり、ただちに偏肉の発生原
因を特定することが可能となる。
【００２１】前記課題を解決するための第５の手段は、
前記第２の手段又は第３の手段である偏肉測定装置を有
してなり、偏肉測定装置の出力として得られた、管材の
長さ方向位置に対応する前記測定された時間又は測定さ
れた肉厚の、長手方向の周期を算出する手段とを有して
なることを特徴とする管材の偏肉発生原因特定装置（請
求項５）である。
前記第２の手段又は第３の手段である偏肉測定装置を有
してなり、偏肉測定装置の出力として得られた、管材の
長さ方向位置に対応する前記測定された時間又は測定さ
れた肉厚の、長手方向の周期を算出する手段とを有して
なることを特徴とする管材の偏肉発生原因特定装置（請
求項５）である。
【００２２】本手段においては、前記第２の手段又は第
３の手段によって求まった管材の長さ方向位置に対応す
る前記測定された時間又は測定された肉厚の分布から、
これらの値の長さ方向の周期を算出する。たとえば、肉
厚の長手方向の周波数（長さを基準軸とした場合の肉厚
変動の周波数）を求める。そして、そのスペクトル分布
のピークとなっている周波数、すなわち管材の長さを求
める。又は、これらの値の長さ方向の相互相関をとるこ
とにより、長手方向の周期を算出することができる。す
ると、前記第４の手段の説明で説明したように、どの設
備において偏肉が発生しているかを判別することができ
る。
３の手段によって求まった管材の長さ方向位置に対応す
る前記測定された時間又は測定された肉厚の分布から、
これらの値の長さ方向の周期を算出する。たとえば、肉
厚の長手方向の周波数（長さを基準軸とした場合の肉厚
変動の周波数）を求める。そして、そのスペクトル分布
のピークとなっている周波数、すなわち管材の長さを求
める。又は、これらの値の長さ方向の相互相関をとるこ
とにより、長手方向の周期を算出することができる。す
ると、前記第４の手段の説明で説明したように、どの設
備において偏肉が発生しているかを判別することができ
る。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態の例を図
面にもとづいて具体的に説明する。図１は、本発明の実
施の形態の１例である管材の偏肉計の概略構成を示す図
である。図１において、１はパルスレーザー、２は冷却
式電磁超音波センサー、４は被検査体である管材（本実
施の形態では継目無鋼管）、５は広帯域アンプ、６はバ
ンドパスフィルター、７はＡ／Ｄ変換部、８は伝播時間
算出部、９は厚さ算出部、１０は偏肉要因診断部、１１
は表示部、１２は温度音速テーブル、１３は温度計であ
る。
面にもとづいて具体的に説明する。図１は、本発明の実
施の形態の１例である管材の偏肉計の概略構成を示す図
である。図１において、１はパルスレーザー、２は冷却
式電磁超音波センサー、４は被検査体である管材（本実
施の形態では継目無鋼管）、５は広帯域アンプ、６はバ
ンドパスフィルター、７はＡ／Ｄ変換部、８は伝播時間
算出部、９は厚さ算出部、１０は偏肉要因診断部、１１
は表示部、１２は温度音速テーブル、１３は温度計であ
る。
【００２４】まず、パルスレーザーから尖塔値が10MW／
cm2以上の光密度のパルス光を被検査体４である継目無
鋼管に照射すると、被検査体４表面がアブレーションを
おこし超音波が発生する。発生した超音波は、被検査体
４の内面および外面を往復伝播する。このとき、パルス
レーザー光を貫通させる穴を設けた電磁超音波センサー
２を被検査体４表面の超音波発生部位に置いておくと、
超音波が被検査体表面に到達するたびに超音波を電気信
号として検出することができる。
cm2以上の光密度のパルス光を被検査体４である継目無
鋼管に照射すると、被検査体４表面がアブレーションを
おこし超音波が発生する。発生した超音波は、被検査体
４の内面および外面を往復伝播する。このとき、パルス
レーザー光を貫通させる穴を設けた電磁超音波センサー
２を被検査体４表面の超音波発生部位に置いておくと、
超音波が被検査体表面に到達するたびに超音波を電気信
号として検出することができる。
【００２５】本実施の形態では、パルスレーザー光のパ
ルスエネルギーを200mJ、パルス幅を５nsとし、光を直
径２mmに絞って超音波を発生させており、この場合、圧
電素子の10倍程度のパワーの超音波が発生する。その反
射超音波を磁力3500Gauss、コイル７ターンの縦波型電
磁超音波センサー２で受信すると10mm程度のリフトオフ
でS／N＝３程度の受信信号がえられる。十分なリフトオ
フがあるので、電磁超音波センサー２に冷却機構を設け
ることができ、熱間でも使用が可能となる。
ルスエネルギーを200mJ、パルス幅を５nsとし、光を直
径２mmに絞って超音波を発生させており、この場合、圧
電素子の10倍程度のパワーの超音波が発生する。その反
射超音波を磁力3500Gauss、コイル７ターンの縦波型電
磁超音波センサー２で受信すると10mm程度のリフトオフ
でS／N＝３程度の受信信号がえられる。十分なリフトオ
フがあるので、電磁超音波センサー２に冷却機構を設け
ることができ、熱間でも使用が可能となる。
【００２６】本実施の形態においては、冷却機構は電磁
超音波の感度を低下させないように、非磁性のSUS304と
セラミックで電磁超音波センサー２を覆い内部に水を流
すような構造としている。しかし、電磁超音波センサー
２の感度を低下させることなく輻射熱による熱をセンサ
ーに流れないようにする構造であれば、どのような冷却
方式を採用してもよい。本実施の形態の冷却構造をとる
と、電磁超音波センサー２の外形が２mm程度大きくなる
ので、冷却式の電磁超音波センサー２の表面と被検査体
のリフトオフは８mm程度取れることになる。即ち、基準
リフトオフを４〜５mmに設定すれば、電磁超音波センサ
ー２と被検査体４の距離変動が３mm程度許されるので、
製造ラインへ設置の際、倣い機構の設計が容易になる。
超音波の感度を低下させないように、非磁性のSUS304と
セラミックで電磁超音波センサー２を覆い内部に水を流
すような構造としている。しかし、電磁超音波センサー
２の感度を低下させることなく輻射熱による熱をセンサ
ーに流れないようにする構造であれば、どのような冷却
方式を採用してもよい。本実施の形態の冷却構造をとる
と、電磁超音波センサー２の外形が２mm程度大きくなる
ので、冷却式の電磁超音波センサー２の表面と被検査体
のリフトオフは８mm程度取れることになる。即ち、基準
リフトオフを４〜５mmに設定すれば、電磁超音波センサ
ー２と被検査体４の距離変動が３mm程度許されるので、
製造ラインへ設置の際、倣い機構の設計が容易になる。
【００２７】冷却式電磁超音波センサー２が検出した超
音波信号を40dB〜80dBの広帯域アンプ５に通し、さらに
バンドパスフィルタ−６を通し、Ａ／Ｄ変換部７でＡ／
Ｄ変換する。広帯域アンプ５を通す理由は、Ａ／Ｄ変換
部７に入力するアナログ信号を適当な大きさにするため
であり、バンドパスフィルター６を通す理由は、被検査
体を伝播する超音波の周波数だけをＡ／Ｄ変換部７に入
力するようにして、Ｓ／Ｎを向上させるためである。本
実施の形態では、広帯域アンプ５で約80dB増幅し、バン
ドパスフィルター６で１〜５MHzの信号を通過させてい
る。
音波信号を40dB〜80dBの広帯域アンプ５に通し、さらに
バンドパスフィルタ−６を通し、Ａ／Ｄ変換部７でＡ／
Ｄ変換する。広帯域アンプ５を通す理由は、Ａ／Ｄ変換
部７に入力するアナログ信号を適当な大きさにするため
であり、バンドパスフィルター６を通す理由は、被検査
体を伝播する超音波の周波数だけをＡ／Ｄ変換部７に入
力するようにして、Ｓ／Ｎを向上させるためである。本
実施の形態では、広帯域アンプ５で約80dB増幅し、バン
ドパスフィルター６で１〜５MHzの信号を通過させてい
る。
【００２８】こうして得られた、超音波の伝播波形（Ａ
−スコープ）は図２のようになる。図中、超音波が被検
査体を１往復して受信されたB1エコーはノイズに隠れて
いるが、２、３・・・往復して得られれるB2、B3、B4・・・エ
コーは良好なS／N比で得られている。
−スコープ）は図２のようになる。図中、超音波が被検
査体を１往復して受信されたB1エコーはノイズに隠れて
いるが、２、３・・・往復して得られれるB2、B3、B4・・・エ
コーは良好なS／N比で得られている。
【００２９】伝播時間算出部８では、Ａ−スコープから
隣あう２つのエコーピークの時間間隔Δｔを周知の技術
で算出し、さらに、厚さ算出部９で被検査体の音速Ｖと
Δｔから肉厚を算出する。このとき、音速が被検査体４
の温度に応じて変化するので、厚さ算出部９では、温度
計１３により被検査体の温度をモニターし、その温度を
もとに、温度−音速テーブル１２から音速を推定する。
実施の形態では、放射温度計を用いて表面温度を測定し
ており、図３のような温度−音速テーブルを使用してい
る。
隣あう２つのエコーピークの時間間隔Δｔを周知の技術
で算出し、さらに、厚さ算出部９で被検査体の音速Ｖと
Δｔから肉厚を算出する。このとき、音速が被検査体４
の温度に応じて変化するので、厚さ算出部９では、温度
計１３により被検査体の温度をモニターし、その温度を
もとに、温度−音速テーブル１２から音速を推定する。
実施の形態では、放射温度計を用いて表面温度を測定し
ており、図３のような温度−音速テーブルを使用してい
る。
【００３０】以上のようなような方法で肉厚測定を長手
方向にしていくと、長手方向の肉厚分布は、図４のよう
になる。この長手方向の肉厚分布を偏肉要因診断部１０
でフーリエ変換し、周波数解析を行なうと図５の様なス
ペクトルが得られる。このスペクトル中で50cycle／mの
ピークが、リーラ−による偏肉周期であり、20cycle／m
のピークがエロンゲータによる偏肉周期であり、13cycl
e／mのピークが穿孔機による偏肉周期である。これらの
偏肉周期は、製造サイズによって変化するものである
が、圧延スケージュールにより予め予想できるものであ
る。そこで、この偏肉周期の図を表示部１１に表示させ
ておけば、異常な偏肉周期・強度を工場オペレータが認
識でき、操業へのフィードバックを迅速にとることが可
能になる。
方向にしていくと、長手方向の肉厚分布は、図４のよう
になる。この長手方向の肉厚分布を偏肉要因診断部１０
でフーリエ変換し、周波数解析を行なうと図５の様なス
ペクトルが得られる。このスペクトル中で50cycle／mの
ピークが、リーラ−による偏肉周期であり、20cycle／m
のピークがエロンゲータによる偏肉周期であり、13cycl
e／mのピークが穿孔機による偏肉周期である。これらの
偏肉周期は、製造サイズによって変化するものである
が、圧延スケージュールにより予め予想できるものであ
る。そこで、この偏肉周期の図を表示部１１に表示させ
ておけば、異常な偏肉周期・強度を工場オペレータが認
識でき、操業へのフィードバックを迅速にとることが可
能になる。
【００３１】また、偏肉要因診断部１０では偏肉の周期
を知るためにフーリエ変換を行なっているが、肉厚変化
の周期性がわかる信号処理ならば何でもよく、自己相関
をとるなどの方法も使用することができる。
を知るためにフーリエ変換を行なっているが、肉厚変化
の周期性がわかる信号処理ならば何でもよく、自己相関
をとるなどの方法も使用することができる。
【００３２】以上の説明では、管材の厚みを長手方向に
測定し偏肉周期を算出する例を示したが、厚みを算出せ
ずに伝播時間のみの測定で偏肉の周期を測定することも
可能なことはいうまでもない。
測定し偏肉周期を算出する例を示したが、厚みを算出せ
ずに伝播時間のみの測定で偏肉の周期を測定することも
可能なことはいうまでもない。
【００３３】なお、本実施の形態においては、超音波の
測定と同時に被検査体の温度を測定し、音速を推定した
が、通常、管材の長手方向の温度分布はクロップとし捨
て去る両端を除くと50℃以内となっている。温度差が50
℃以内であれば、平均的な温度で代表させて音速を推定
しても、音速変化に換算して１％以内の誤差にしかなら
ないので、肉厚の算出誤差となるのも１％以内であり、
要求精度によっては十分使えるレベルである。また、こ
の温度差の結果は、厚みではなく、伝播時間で偏肉を測
定した場合の精度も保証するものである。
測定と同時に被検査体の温度を測定し、音速を推定した
が、通常、管材の長手方向の温度分布はクロップとし捨
て去る両端を除くと50℃以内となっている。温度差が50
℃以内であれば、平均的な温度で代表させて音速を推定
しても、音速変化に換算して１％以内の誤差にしかなら
ないので、肉厚の算出誤差となるのも１％以内であり、
要求精度によっては十分使えるレベルである。また、こ
の温度差の結果は、厚みではなく、伝播時間で偏肉を測
定した場合の精度も保証するものである。
【００３４】本実施の形態では、パルスレーザー光を被
検査体に照射し、被検査体上でアブレーションを起し
て、超音波を発生させているが、１回のアブレーション
によって被検査体が損傷をうける量は深さ１μm程度で
あり、後にスケール等の付着物が付くことを考えると、
製品として疵がつくというレベルではない。即ち、レー
ザー光で超音波を発生することによるマイナス面は無
い。
検査体に照射し、被検査体上でアブレーションを起し
て、超音波を発生させているが、１回のアブレーション
によって被検査体が損傷をうける量は深さ１μm程度で
あり、後にスケール等の付着物が付くことを考えると、
製品として疵がつくというレベルではない。即ち、レー
ザー光で超音波を発生することによるマイナス面は無
い。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によって、
従来法よりもリフトオフを大きくとることができる非接
触超音波送受信法が確立し、熱間の管材の偏肉を測定す
ることが実現できる。また、従来法に比べ、安価でシン
プルな装置構成なので、小額な投資で設備化できる。さ
らに、管材の長さ方向の肉厚の周期を知ることにより、
偏肉の発生設備を特定できるので、工具・圧延機の点
検、部品交換が適切なタイミングで行なえるようにな
り、稼働率向上・部品コスト低減に寄与する。
従来法よりもリフトオフを大きくとることができる非接
触超音波送受信法が確立し、熱間の管材の偏肉を測定す
ることが実現できる。また、従来法に比べ、安価でシン
プルな装置構成なので、小額な投資で設備化できる。さ
らに、管材の長さ方向の肉厚の周期を知ることにより、
偏肉の発生設備を特定できるので、工具・圧延機の点
検、部品交換が適切なタイミングで行なえるようにな
り、稼働率向上・部品コスト低減に寄与する。
【図１】本発明の実施の形態の１例である管材の偏肉計
の概略構成を示す図である。
の概略構成を示す図である。
【図２】検出された超音波の伝播波形（Ａ−スコープ）
の例を示す図である。
の例を示す図である。
【図３】管材の温度と管材中の音速の関係を示す図であ
る。
る。
【図４】測定された管材の長さ方向の肉厚分布の例を示
す図である。
す図である。
【図５】管材の長さ方向を基準軸として肉厚分布をフー
リエ変換した結果の例を示す図である。
リエ変換した結果の例を示す図である。
１…パルスレーザー ２…冷却式電磁超音波センサ− ３…パルスレーザー光 ４…被検査体 ５…広帯域アンプ ６…バンドパスフィルター ７…Ａ／Ｄ変換部 ８…伝播時間算出部 ９…厚さ算出部 １０…偏肉要因診断部 １１…表示部 １２…温度音速テーブル １３…温度計
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 29/10 ５０２ Ｂ２１Ｂ 37/00 ＢＢＳ 29/18 37/12 １１５Ｂ Ｆターム(参考） 2F068 AA29 BB09 CC16 EE03 FF03 FF12 FF14 FF25 GG04 GG07 JJ12 KK10 KK14 2G047 AA07 AB01 BC02 BC18 CA02 CA04 DA01 EA16 GA18 GG12 4E024 AA14
Claims (5)
- 【請求項１】 管材の偏肉を熱間において超音波で測定
する方法であって、パルスレーザー光を管材外面に照射
することによって超音波を発生させ、管材内面から反射
して管材表面に戻ってきた超音波を電磁超音波センサー
を用いて受信し、管材内の超音波伝播時間を測定し、前
記伝播時間または前記伝播時間から求めた管材の厚み
を、管材の長手方向に展開することによって偏肉を計測
することを特徴とする管材の偏肉計測方法。 - 【請求項２】 パルスレーザー光を管材の表面に照射す
るように設けられたパルスレーザーと、パルスレーザー
光の照射によって管材の表面に発生し、管材の内面で反
射して表面に戻ってきた反射超音波を検出する電磁超音
波センサーと、パルスレーザーを照射してから電磁超音
波センサーが反射超音波を検出するまでの時間を測定す
る計時装置と、測定された時間を管材の長さ方向位置に
対応させる手段とを有してなることを特徴とする管材の
偏肉測定装置。 - 【請求項３】 パルスレーザー光を管材の表面に照射す
るように設けられたパルスレーザーと、パルスレーザー
光の照射によって管材の表面に発生し、管材の内面で反
射して表面に戻ってきた反射超音波を検出する電磁超音
波センサーと、パルスレーザーを照射してから電磁超音
波センサーが反射超音波を検出するまでの時間を測定す
る計時装置と、測定された時間から管材の肉厚を算出す
る装置と、測定された肉厚を管材の長さ方向位置に対応
させる手段とを有してなることを特徴とする管材の偏肉
測定装置。 - 【請求項４】 請求項１の方法によって得られる、管材
内の超音波伝播時間の管材長手方向変化又は前記伝播時
間から求めた管材の厚みの、長手方向の周期を求め、求
められた周期より偏肉の発生原因を特定することを特徴
とする管材の偏肉発生原因特定方法。 - 【請求項５】 請求項２又は請求項３に記載の偏肉測定
装置を有してなり、偏肉測定装置の出力として得られ
た、管材の長さ方向位置に対応する前記測定された時間
又は測定された肉厚の長手方向の周期を算出する手段と
を有してなることを特徴とする管材の偏肉発生原因特定
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32383099A JP2001141437A (ja) | 1999-11-15 | 1999-11-15 | 管材の偏肉計測方法及び装置、並びに管材の偏肉発生原因特定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32383099A JP2001141437A (ja) | 1999-11-15 | 1999-11-15 | 管材の偏肉計測方法及び装置、並びに管材の偏肉発生原因特定方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001141437A true JP2001141437A (ja) | 2001-05-25 |
Family
ID=18159081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32383099A Pending JP2001141437A (ja) | 1999-11-15 | 1999-11-15 | 管材の偏肉計測方法及び装置、並びに管材の偏肉発生原因特定方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001141437A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008032508A1 (fr) * | 2006-09-11 | 2008-03-20 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Dispositif et procédé de contrôle du statut de fabrication de tube sans soudure et installation de fabrication de tube sans soudure |
| JP2015078890A (ja) * | 2013-10-16 | 2015-04-23 | 新日鐵住金株式会社 | 鋼管肉厚測定装置及び鋼管肉厚測定方法 |
| WO2017138684A1 (ko) * | 2016-02-12 | 2017-08-17 | (주)이오테크닉스 | 레이저 가공 시스템 |
| JP2017189782A (ja) * | 2016-04-11 | 2017-10-19 | 新日鐵住金株式会社 | 管の偏肉検出方法 |
| CN109254294A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-01-22 | 美钻深海能源科技研发（上海）有限公司 | 一种新型探测水下装备生物环境数据的方法及系统 |
| CN115069787A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-09-20 | 承德建龙特殊钢有限公司 | 一种激光识别吊运的无缝钢管生产系统 |
| JP7466492B2 (ja) | 2021-04-21 | 2024-04-12 | 三菱重工業株式会社 | 測定方法 |
-
1999
- 1999-11-15 JP JP32383099A patent/JP2001141437A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008032508A1 (fr) * | 2006-09-11 | 2008-03-20 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Dispositif et procédé de contrôle du statut de fabrication de tube sans soudure et installation de fabrication de tube sans soudure |
| JP2008062294A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 継目無管の製造状況モニタリング装置及び方法並びに継目無管製造設備 |
| EP2080569A1 (en) * | 2006-09-11 | 2009-07-22 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Device and method for monitoring manufacturing status of seamless pipe and seamless pipe manufacturing facility |
| EP2080569A4 (en) * | 2006-09-11 | 2012-07-11 | Sumitomo Metal Ind | DEVICE AND METHOD FOR MONITORING THE MANUFACTURE STATUS OF A SEAMLESS TUBE AND DEVICE FOR PRODUCING SEAMLESS TUBES |
| US8413474B2 (en) | 2006-09-11 | 2013-04-09 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Monitoring apparatus and monitoring method of seamless pipe or tube production conditions and manufacturing facilities of seamless pipe or tube |
| JP2015078890A (ja) * | 2013-10-16 | 2015-04-23 | 新日鐵住金株式会社 | 鋼管肉厚測定装置及び鋼管肉厚測定方法 |
| WO2017138684A1 (ko) * | 2016-02-12 | 2017-08-17 | (주)이오테크닉스 | 레이저 가공 시스템 |
| JP2017189782A (ja) * | 2016-04-11 | 2017-10-19 | 新日鐵住金株式会社 | 管の偏肉検出方法 |
| CN109254294A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-01-22 | 美钻深海能源科技研发（上海）有限公司 | 一种新型探测水下装备生物环境数据的方法及系统 |
| JP7466492B2 (ja) | 2021-04-21 | 2024-04-12 | 三菱重工業株式会社 | 測定方法 |
| CN115069787A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-09-20 | 承德建龙特殊钢有限公司 | 一种激光识别吊运的无缝钢管生产系统 |
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