JP2002296250A - 内部欠陥検出方法 - Google Patents
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Abstract
欠陥密度を算出するようにして、従来求めていた内部欠
陥密度からは予想されない不具合の発生を防止し、歩留
りを向上して生産性を良好とした内部欠陥検出方法を提
供する。 【解決手段】帯状体Sの内部欠陥を超音波探傷装置1を
用いて検出する内部欠陥検出方法。帯状体Sの内部欠陥
を検出するとともに当該内部欠陥の帯状体Sにおける板
厚方向の位置を求め、当該内部欠陥の板厚方向の位置情
報を加味して帯状体Sにおける内部欠陥密度を算出し、
内部欠陥密度の大小により内部欠陥の問題度を判断す
る。
Description
代表される帯状体(帯状材ともいう)を被検査対象と
し、当該帯状体に存在する非金属介在物等の内部欠陥を
超音波探傷装置を用いて検出する内部欠陥検出方法に関
する。
帯状材の内部欠陥の検出方法として、超音波探傷法があ
る。この探傷法には、送受兼用プローブによるパルス反
射法、分割型超音波プローブによるパルス反射法、板を
挟んで上下に超音波プローブを配列して行なわれる透過
法などがある。また特に、表面近くの内部欠陥も含めて
一度に一定幅の領域の探傷を不感帯なく行い、被検査材
中の微細な介在物などの内部欠陥を、被検査材の全面に
わたって高い検出能力で検出する方法として、特開平7
−253414号及び特開平11−83815号に記載
の探傷方法及び装置が提案されている。これは、超音波
探傷装置の検出部を、移送される被検材を挟んでライン
フォーカス型送信アレイプローブとラインフォーカス型
受信アレイプローブとを対向配列(配列の方向は被検材
の板幅方向)したもので、送信アレイプローブから送信
された超音波によって生起された内部欠陥からの反射波
を送信アレイプローブと対向配置した受信アレイプロー
ブによって受信することにより、被検材の内部欠陥を表
裏面直下の不感帯なしに検出するものである。
プローブから送信され、被検材(鋼帯S)を0.5往復
して受信アレイプローブに到達する0.5往復透過波T
1と被検材を1.5往復して受信アレイプローブに到達
する1.5往復透過波T2との間にあらわれる欠陥から
の反射波F1,F2をゲート回路によって抽出し、反射
波F1,F2の振幅が所定レベル以上である場合には、
欠陥反射波があるとして内部欠陥を検出する方法であ
る。
て内部欠陥を探傷する場合、そこから得られる情報は単
位面積当たり欠陥の個数である内部欠陥の密度(個/m
2)である。この欠陥密度の大小により欠陥の問題度が
評価され、欠陥密度が大きい方が内部欠陥の問題度が大
きいと評価される。例えば鋼帯においては、内部欠陥の
存在の程度(清浄度)を評価し、内部欠陥厳格材への充
当規制を行っていた。
にかかわらず、内部欠陥の密度のみで評価をおこなって
いた。即ち、評価対象となる内部欠陥の密度の算出に際
して、内部欠陥の板厚方向の位置情報が加味されていな
かった。一方、内部欠陥の存在位置が板厚方向の表層に
近いほど、有害度が高い、すなわち加工時の割れにつな
がる可能性が高くなる場合があることが判ってきた。
方向の内部欠陥の存在位置を測定しておらず、内部欠陥
の密度の算出に際して、内部欠陥の板厚方向の位置情報
が加味されていないため、検出した欠陥の有害度を正確
には評価できていないという問題があった。すなわち、
内部欠陥位置に関わらず検出された欠陥個数のみに基づ
き内部欠陥の評価を行うことにより、例えば、欠陥密度
は低いが、板厚の表層近くに内部欠陥が顕在化している
場合は、欠陥密度の判定では合格となるものの、実際の
加工において割れが発生してしまう場合があった。この
ような問題を回避するため、欠陥密度の合否のしきい値
を低く設定すると、実際には割れ発生の問題のない帯状
材を不合格としてしまうため、歩留りの低下につなが
る。すなわち欠陥密度は高いものの、板厚中央部に欠陥
が多量に存在する場合は、実際には割れが発生しないに
も関わらず不合格と判定され、歩留りの低下を招いてい
た。
ものであり、内部欠陥の板厚方向の位置情報を加味した
内部欠陥密度を算出するようにして、従来求めていた内
部欠陥密度からは予想されない不具合の発生を防止し、
歩留りを向上して生産性を良好とした内部欠陥検出方法
を提供することを目的とするものである。
の検出を行うとともに内部欠陥の板厚方向の存在位置を
求めて、欠陥個数と欠陥の位置情報から総合的に内部欠
陥の問題度を評価することにより、上記課題を解決した
ものである。すなわち本発明のうち請求項1に係る内部
欠陥検出方法は、帯状体の内部欠陥を超音波探傷装置を
用いて検出する内部欠陥検出方法において、前記帯状体
の内部欠陥を検出するとともに当該内部欠陥の前記帯状
体における板厚方向の位置を求め、当該内部欠陥の板厚
方向の位置情報を加味して前記帯状体における内部欠陥
密度を算出し、該内部欠陥密度の大小により内部欠陥の
問題度を判断することを特徴としている。
陥検出方法は、帯状体の内部欠陥を超音波探傷装置を用
いて検出する内部欠陥検出方法において、前記帯状体の
内部欠陥を検出するとともに当該内部欠陥の前記帯状体
における板厚方向の位置を求め、当該内部欠陥の板厚方
向の位置情報に基づいて板厚中央部から板厚表層に近づ
くほど大きくなる補正係数を設定し、検出された各板厚
方向位置での前記内部欠陥の個数と設定された各板厚方
向位置での前記補正係数とを乗じて各板厚方向位置での
補正された内部欠陥個数を算出し、当該補正された内部
欠陥個数を全ての板厚方向位置で足し合わせて内部欠陥
総個数を求め、この内部欠陥総個数から前記帯状体にお
ける内部欠陥密度を算出し、該内部欠陥密度の大小によ
り内部欠陥の問題度を判断することを特徴としている。
陥検出方法は、帯状体の内部欠陥を超音波探傷装置を用
いて検出る内部欠陥検出方法において、第1のしきい値
を用いて前記帯状体の内部欠陥を検出するとともに当該
内部欠陥の前記帯状体における板厚方向の位置を求め、
当該内部欠陥の板厚方向の位置情報に基づいて板厚中央
部から板厚表層に近づくほど小さくなる第2のしきい値
を設定し、第1のしきい値を用いて検出された前記内部
欠陥の超音波波形に対して、前記第2のしきい値を用い
て再度フィルタリング処理を行なって内部欠陥を検出し
直し、検出された内部欠陥の個数に基づいて前記帯状体
における内部欠陥密度を算出し、該内部欠陥密度の大小
により内部欠陥の問題度を判断することを特徴としてい
る。
帯とし、超音波送信子と超音波受信子を対向配置し、該
超音波送信子から超音波ヒ゛ームを鋼帯に向けてほぼ垂直に
送信して内部欠陥からの反射波を受信して欠陥の検出を
行う透過型超音波探傷法を例として、図面を参照して本
発明を詳細に説明する。
形態に適用される透過型超音波探傷装置の概略を図1に
示す。図1に示すように、帯状体である鋼帯Sは、左側
(上流側)から右側(下流側)に向けて搬送される。そ
して、上流側から下流側に向けて、上流側デフレクタロ
ール2、水槽7、リンガーロール5、及び下流側デフレ
クタロール6が配置されている。
しての水が収容されると共に、水中の上流側には第1の
搬送ロール3が設置され、水中の下流側には第2の搬送
ロール4が設置されている。そして、第1の搬送ロール
3と第2の搬送ロール4との間には、超音波探傷装置の
センサ部である超音波送信子1aと超音波受信子1bと
が鋼帯Sを挟んで当該鋼帯Sの板厚方向で対向配置され
ている。超音波送信子1a及び超音波受信子1bは、そ
れぞれ、図示はしないが、一次元アレイ型ラインセンサ
で構成されている。
1bは、探傷装置本体1cに接続されている。この探傷
装置本体1cは、超音波送信子1aに接続される送信回
路1d及び超音波受信子1bに接続される受信回路1e
で構成されている。送信回路1dは、超音波送信子1a
の各素子(振動子)に接続される複数の電気パルス送信
器(図示せず)と、これら複数の電気パルス送信器に接
続する同期信号発生器(図示せず)とからなり、各電気
パルス送信器は、同期信号発生器からのクロックパルス
を受けて同期をとって電気パルスを対応する各素子に出
力可能となっている。
に、主な構成要素として、増幅器11、ゲート回路1
3、ピーク検出器14、欠陥判定回路15、及び内部欠
陥密度算出器17を備えている。図1に示した透過型超
音波探傷装置では、図7に示したように鋼帯Sの表面か
らの透過波及び欠陥からの反射波を用い、内部欠陥の検
出が行われる。すなわち超音波送信子1aから被検査材
である鋼帯Sに超音波が送信され、鋼帯Sを0.5往復し
て超音波受信子1bに到達する0.5往復透過波T1と
鋼帯Sを1.5往復して超音波受信子1bに到達する
1.5往復透過波T2との間に欠陥からの反射波F1,
F2が発生する。これら受信された超音波を増幅器11
で増幅し、このうち反射波F1,F2のみを増幅器11
に接続されたゲート回路13で抽出する。ここで、増幅
器11は、ゲイン設定器12で設定されたゲインで受信
された超音波を増幅する。
を参照して具体的に説明すると、図3(b)に示すよう
に、透過波T1および透過波T2を検出している間は、図3
(a)に示すように、ゲート信号をOFFとして、透過波T
1と透過波T2の間ではゲート信号をONとして、反射波F
1,F2のみを抽出できるようにしている。ゲート回路
13は、抽出した反射波F1,F2の出力信号を出力す
る。
力信号を入力し、その出力信号のピーク値を検出して出
力する。欠陥判定回路15は、ピーク検出器14の出力
信号が所定レベルのしきい値以上であるときには、欠陥
という判定を出力する。すなわち、図3(b)に示すよ
うに検出したい最小の欠陥体積に応じた反射波F1、F2の
振幅の高さを下限値(しきい値)として設定しておき、
当該下限値以上の振幅を有する反射波が得られた場合、
欠陥が存在するという判定を出力する。前述のしきい値
は、閾値設定器16によって設定される。
15の出力信号を入力するとともに、内部欠陥の鋼帯S
における板厚方向の位置を求め、内部欠陥の板厚方向の
位置情報を加味して鋼帯Sにおける内部欠陥密度を算出
し、算出結果を出力する。内部欠陥密度算出器17によ
る板厚方向の欠陥位置の求め方を図3(b)、(c)を
用いて具体的に説明する。透過波T1が検出され始めた時
間を0とし、透過波T2が検出され始めた時間をt0とす
ると、板厚方向の中心位置からの情報はt0/2の時に
検出され、この時に板厚方向の欠陥位置(欠陥深さ)は
極大値である板厚/2をとる。このような時間軸上(板
厚方向位置に対応した時間)での内部欠陥からの反射波
F1あるいはF2の検出時間を求めることにより、内部欠陥
の板厚方向位置を求めることができる。なお、欠陥検出
のための反射波としては、F1、F2があるが、欠陥位置を
求めるのには、どちらか一方の明瞭に検出される反射波
を用いればよい。また、欠陥の板厚方向の位置としては
欠陥位置検出に用いる反射波が最初にしきい値を超えた
時間から求めればよい。具体的に図3を用いて説明する
と、図3(b)において欠陥からの反射波であると明瞭
に検出される反射波F2を用い、図3(c)のように検出
された時間txにおける欠陥深さ(板表面からの欠陥位
置)Xが内部欠陥の位置情報として与えられる。
欠陥密度の算出方法について説明する。先ず、内部欠陥
密度算出器17は、前述の内部欠陥の位置情報に基づい
て、図4に示すような板厚方向位置に応じて板厚中心即
ち板厚の1/2の場合に極小値を与え、板厚表層に近づく
程大きくなる補正係数を設定する。そして、内部欠陥密
度算出器17は、検出された各板厚方向位置での内部欠
陥の個数と設定された各板厚方向位置での補正係数とを
乗じて各板厚方向位置での補正された内部欠陥個数を算
出し、当該補正された内部欠陥個数を全ての板厚方向位
置で足し合わせて内部欠陥総個数を求め、この内部欠陥
総個数から鋼帯Sにおける内部欠陥密度(個/m2)を
算出する。すなわち各板厚方向位置での補正された内部
欠陥個数=(各板厚方向位置で検出された内部欠陥個
数)×(各板厚方向位置での補正係数)としてあらわさ
れ、これを全板厚方向位置で足し合せて内部欠陥個数の
総個数を求め、この個数から内部欠陥密度(個/m2)
求めるものである。
大小により内部欠陥の問題度を判断する。すなわち、補
正された内部欠陥個数から求められた内部欠陥密度は、
板厚中央部に比べ板厚表層に近い欠陥の方が大きくなる
ように重み付けがなされており、板厚中央部に比べ板厚
表層に近い欠陥の方が内部欠陥密度に対する寄与度が大
きく、欠陥の個数が同じであれば板厚中央部に比べ板厚
表層に近い欠陥の方が多ければ多いほど内部欠陥密度が
大きくなり、内部欠陥の問題度が大きいと判断される。
表面に対し直線的に比例して数値を変えるようにしてい
るが、補正係数の与え方はこれに限定されず、用途によ
って特に表面での内部欠陥の有害度が大きくなるような
場合には板厚中心から板厚表面に対し指数関数的に大き
くなるように設定しても良いし、あるいは段階的に大き
くなるように設定してもよい。
2実施形態について図5及び図6を参照して説明する。
この方法に用いられる透過型超音波探傷装置は、図1に
示す装置と基本構成は同様であるが、受信回路1eの構
成が異なっている。すなわち、受信回路1eは、図5に
示すように、主な構成要素として、増幅器11、ゲイン
設定器12、ゲート回路13、ピーク検出器14、欠陥
判定回路15、他の欠陥判定回路19、第2のしきい値
設定器20及び内部欠陥算出器21を備えている。
ゲート回路13、ピーク検出器14及び欠陥判定回路1
5の機能は、図1乃至図3に示した各構成部材の機能と
同一である。なお、欠陥判定回路15に設定されるしき
い値は、第1のしきい値設定器18により第1のしきい
値として設定される。従って、欠陥判定回路15は、第
1のしきい値を用いて鋼帯Sの内部欠陥を検出判定し、
その判定結果を他の欠陥判定回路19に出力する。
のしきい値設定器20は、内部欠陥の鋼帯Sにおける板
厚方向の位置を図3(c)に示す原理と同様の原理で求
め、この内部欠陥の位置情報に基づいて、図6に示すよ
うな板厚方向位置に応じて板厚中心即ち板厚の1/2の場
合に極大値を与え、板厚表層に近づく程小さくなる第2
のしきい値を設定し、その設定された第2のしきい値の
出力信号を他の欠陥判定回路19に出力する。
しきい値を用いて検出された各内部欠陥の超音波波形に
対し、前記第2のしきい値を用いて再度フィルタリング
処理を行い、内部欠陥を検出判定し直す。そして、他の
欠陥判定回路19は内部欠陥密度算出器21に判定結果
を出力する。内部欠陥密度算出器21は、検出された内
部欠陥の個数に基づいて鋼帯Sにおける内部欠陥密度
(個/m2)を算出する。そして、このようにして算出
された内部欠陥密度の大小により内部欠陥の問題度を判
断する。
のしきい値を用いた再度のフィルタリング処理を行なう
ことにより、板厚表層部に比べ板厚中央でより高い波形
から欠陥情報を検出し、すなわち板厚中央部に比べ板厚
表層でより低い波形から内部欠陥情報が検出されるよう
になり、板厚中央部に比べ板厚表層に近い欠陥の方が内
部欠陥の問題度が大きいと判断されるようになってい
る。
心から表面に対し直線的に比例して数値を変えるように
しているが、第2のしきい値の与え方はこれに限定され
ず、用途によって特に表面での内部欠陥の有害度が大き
くなるような場合には板厚中心から板厚表面に対し指数
関数的に小さくなるように設定しても良いし、あるいは
段階的に小さくなるように設定してもよい。
とともに当該内部欠陥の鋼帯Sにおける板厚方向の位置
を求め、当該内部欠陥の板厚方向の位置情報を加味して
鋼帯Sにおける内部欠陥密度を算出し、該内部欠陥密度
の大小により内部欠陥の問題度を判断するので、内部欠
陥の有害度を内部欠陥密度を求める際に盛込み、従来求
めていた内部欠陥密度からは予想されなかったような不
具合の発生を防止し、歩留りを向上して生産性を向上で
きる。
断した内部欠陥の情報を求めるため、例えば内部欠陥の
発生因子を検討するために製造条件との関係を検討する
際にも、所定の一定のレベルを超えた欠陥の発生情報を
求め、調査することができる。なお、上記説明では、透
過型超音波探傷法による場合を説明したが、この方法に
限定するものではなく、超音波探傷法であれば他の透過
型超音波探傷法であっても、反射型超音波探傷法であっ
ても、板厚表面からの情報と内部欠陥からの情報を分け
て観察することができ、内部欠陥に位置情報を求めるこ
とができ適用できる。
補正された内部欠陥個数用いて、具体的には図4に示し
た板厚方向中心で0.5、表面で1.2となる補正係数
を与えて内部欠陥密度を求めた場合と従来の方法で内部
欠陥密度を求めた場合について比較検討をおこなった。
あり、用途は深しぼり缶である。本発明の第1実施形態
を採用することにより、従来方法に比べ、実際にプレス
成形した場合の不具合の発生を1/3程度に削減すること
ができ、歩留りも30%程度向上することができた。ま
た、本発明の第2実施形態の効果を検証すべく、第2の
しきい値を用いて、具体的には第1のしきい値をAと
し、図6に示した板厚方向中心で1.2A、表面でAと
なる第2のしきい値を設定して再度のフィルタリング処
理を行ない内部欠陥密度を求めた場合と従来の方法で内
部欠陥密度を求めた場合について比較検討をおこなっ
た。
い値の80%とし、従来よりも小さな値として小さな欠
陥までも検出した。検査対象は鋼帯であり、鋼種は低炭
素鋼であり、用途は深しぼり缶である。本発明の第2実
施形態を採用することにより、従来方法に比べ、実際に
プレス成形した場合の不具合の発生を1/3程度に削減
することができ、歩留りも30%程度向上することがで
きた。
ば、本方法により従来と同様の内部欠陥密度による問題
度の判断を行っても、有害度の大きい板厚表層に存在す
る欠陥は検出個数が少なくても問題度が大きいとするこ
とができ、加工時の割れの発生を低下することが出来
る。また、板厚中央付近の内部欠陥については、多少検
出個数が多くても問題度が低いように判断することがで
き歩留りを向上できる。また、前述のように、いったん
所定のレヘ゛ルのしきい値で判断した内部欠陥の情報を求め
るため、例えば内部欠陥の発生因子を検討するために製
造条件と欠陥の発生個数の関係を調査する際にも、所定
の一定レベルを超えた欠陥の発生情報を得た上で検討す
ることができるという利点も有する。
及び第2実施形態に適用される透過型超音波探傷装置の
概略図である。
に適用される受信回路のブロック図である。
位置のタイムチャートである。
である。
に適用される受信回路のブロック図である。
グラフである。
からの反射波を示す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】帯状体の内部欠陥を超音波探傷装置を用い
て検出する内部欠陥検出方法において、 前記帯状体の内部欠陥を検出するとともに当該内部欠陥
の前記帯状体における板厚方向の位置を求め、当該内部
欠陥の板厚方向の位置情報を加味して前記帯状体におけ
る内部欠陥密度を算出し、該内部欠陥密度の大小により
内部欠陥の問題度を判断することを特徴とする内部欠陥
検出方法。 - 【請求項2】帯状体の内部欠陥を超音波探傷装置を用い
て検出する内部欠陥検出方法において、 前記帯状体の内部欠陥を検出するとともに当該内部欠陥
の前記帯状体における板厚方向の位置を求め、当該内部
欠陥の板厚方向の位置情報に基づいて板厚中央部から板
厚表層に近づくほど大きくなる補正係数を設定し、検出
された各板厚方向位置での前記内部欠陥の個数と設定さ
れた各板厚方向位置での前記補正係数とを乗じて各板厚
方向位置での補正された内部欠陥個数を算出し、当該補
正された内部欠陥個数を全ての板厚方向位置で足し合わ
せて内部欠陥総個数を求め、この内部欠陥総個数から前
記帯状体における内部欠陥密度を算出し、該内部欠陥密
度の大小により内部欠陥の問題度を判断することを特徴
とする内部欠陥検出方法。 - 【請求項3】帯状体の内部欠陥を超音波探傷装置を用い
て検出する内部欠陥検出方法において、 第1のしきい値を用いて前記帯状体の内部欠陥を検出す
るとともに当該内部欠陥の前記帯状体における板厚方向
の位置を求め、当該内部欠陥の板厚方向の位置情報に基
づいて板厚中央部から板厚表層に近づくほど小さくなる
第2のしきい値を設定し、第1のしきい値を用いて検出
された前記内部欠陥の超音波波形に対して、前記第2の
しきい値を用いて再度フィルタリング処理を行なって内
部欠陥を検出し直し、検出された内部欠陥の個数に基づ
いて前記帯状体における内部欠陥密度を算出し、該内部
欠陥密度の大小により内部欠陥の問題度を判断すること
を特徴とする内部欠陥検出方法。
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