JP2003098160A - 円柱体表面検査方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】円柱体の表面検査では、探触子、媒質除去機
構、探触子押し付け機構、の取り付け位置を規制しない
と、探傷が良好に行なわれない。本発明は、前記相互間
の取りつけ位置を合理的に定め、表面粗さの影響を受け
ず、また、圧延ロール表面の接触媒質の除去が良好に行
え、高いＳ/Ｎで表面または表層部に発生する傷の検出
が行える円柱体表面検査方法および装置を提供すること
にある。 【解決手段】円柱体の円周方向に対し前記探触子および
接触媒質の供給部を前記円柱体円周の第１象限に、前記
接触媒質除去機構を第４象限に配置し、前記配置された
前記探触子および接触媒質の供給部と前記接触媒質除去
機構との間の円周に沿った位置に探触子押し付け機構を
配置して探傷アームを形成し、前記円柱体を時計方向に
回転し、前記円柱体の表面あるいは表面層の検査をおこ
なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧延ロールのよう
な円柱体の表面および表層層の健全性を超音波探傷技術
により評価する円柱体表面検査方法および装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来装置のほとんどは、特開平０７−２
８０７７７号公報に記載のようにワイパを円柱体表面に
接触させて接触媒質を除去することにより探傷領域を確
保しつつ表面波で自動探傷を行い、円柱体表面及び表層
部の健全性を評価する装置であった。

【０００３】また、特開昭５１−８９７８２号公報があ
る。これは比較的探傷距離が長い表面波超音波探傷装置
に関し、探傷方向への超音波伝達媒体としての水の漏出
を防止する手段を用いている。そしてわずかに漏出した
水はエアノズルにより探傷方向外に除去する方法を用い
ている。また同様に接触媒質を吹きとばす方法として圧
縮空気を吹きつける方法については、例えば他にも特開
昭５９−２２１６６３号公報、あるいは特開平１０−３
８８６４号公報に開示がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】表面波による探傷で
は、探傷面に水等の接触媒質が存在していると、超音波
の反射源となり、傷からの反射と識別できない。上記従
来技術では、超音波ビームが入射される探触子前面の一
定領域から水等の接触媒質をワイパにより除去すること
により、表面または表層部に発生している傷の検出を、
高いＳ／Ｎ比で行うことができる。しかし、表面荒さの
状態により媒質の除去性が変化するような場合などは、
圧延ロール端面付近でワイパの一部が検査体外に外れる
ようなことになり、除去動作が充分に行われないという
問題があった。特に、超音波ビームを圧延ロールの周方
向だけではなく、斜め方向や軸方向にも入射するマルチ
方式の装置では、探傷領域を確保するためワイパの長さ
が長くなり、上記問題が発生しやすかった。また圧縮空
気で媒質を除去する方法があるが、そのまま圧延ロール
などの円柱体の探傷に適用することは出来ない。

【０００５】本発明の目的は、表面粗さの影響を受け
ず、また、圧延ロール端面付近などの探傷において、良
好に接触媒質の除去が行え、高いＳ／Ｎ比で表面または
表層部に発生する傷の検出が行える構成の円柱体表面検
査方法および装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を以下の構成に
より解決することができる。超音波の送受信を行う探触
子、探触子を円柱体に押し付けるための探触子押し付け
機構、接触媒質を供給するための機構、探傷領域内への
接触媒質の侵入を防止するための接触媒質除去機構から
構成した円柱体表面検査方法において、円柱体の円周方
向に対し前記探触子および接触媒質の供給部を前記円柱
体円周の第１象限に、前記接触媒質除去機構を第４象限
に配置し、前記配置された前記探触子および接触媒質の
供給部と、前記接触媒質除去機構との間の円周に沿った
位置に探触子押付け機構を配置して探傷アームを形成
し、前記円柱体を時計方向に回転し、前記円柱体の表面
あるいは表面層の検査をおこなうことに特徴がある。

【０００７】また、前記円柱体を時計方向に回転させる
とともに前記探傷アームを軸方向に移動し、前記円柱体
の表面あるいは表面層の検査をおこなうことに特徴があ
る。

【０００８】また、前記円柱体円周方向の第１象限に設
けられる前記円柱体の探傷領域に接触媒質を供給するた
めの機構を併設した探触子と、前記円柱体円周方向の第
４象限に設けられた前記接触媒質除去機構と、 前記探
触子と前記接触媒質除去機構との間の円柱体円周上に設
けられた探触子押し付け機構とを一体に構成してなるこ
とに特徴がある。また、前記探触子は複数個の振動子か
らなるマルチチャンネル表面波探触子であることに特徴
がある。また、前記円柱体円周方向の第４象限に設けら
れた前記接触媒質除去機構を構成する複数のノズルユニ
ット相互間を一部オーバラップして配置したことに特徴
がある。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１〜図
４により説明する。図１は、本発明の一実施例である圧
延ロールの表面検査装置の探傷ヘッド構成図を示してい
る。探傷アーム１を下降させ、ローラ２を圧延ロール３
上に、押し付けることにより、探触子４を圧延ロール上
にあらかじめ定められた角度の傾きをもった姿勢で接触
させる。探触子は探触子ホルダ５内にジンバル機構によ
り固定されており、前後左右に回転する自由度を有して
いるため、圧延ロールの径が点線で示したように多少変
化してもこれに追従し、押し付けることができる。

【００１０】第１象限に配置される探触子は、バネ６に
より、一定圧力で押し付けられている。探触子から超音
波が探傷領域内に表面波として入射され、探傷が行われ
る。この時、探触子に設けられた複数個の供給口７を通
して、接触面に供給される接触媒質を介して超音波は伝
達される。接触面に供給された接触媒質は圧延ロール表
面をロール回転方向に流れる。探傷領域内への接触媒質
の進入は、探触子と反対側の第４象限に配置されたエア
ノズル８からのエアブローにより防止されるので、超音
波が入射される探触子前面の探傷領域を接触媒質のない
状態に保つことができる。

【００１１】マニホールド９は複数個のエアノズルへエ
アを供給分岐するものであり、マニホールド部を上下方
向にスライドすることによりノズルと圧延ロール間の距
離を最適化し、また、回転させることによりエアの吹き
付け角度を最適化することができる。探触子４、ローラ
２及びエアノズル８が、探傷ヘッドに一体化されている
ので、圧延ロールの径が点線で示したように多少変化し
ても、探傷ヘッドが上下に移動するだけで、ノズルと圧
延ロールの相対位置はほとんど変化しない。このため、
あらかじめ最適条件に設定すれば、無調整で接触媒質除
去ができる。また、実際の超音波探傷では、例えば同じ
サイズの圧延ロールの探傷を行うことが多いから、極端
にロール径が異なることも少なく、図１の構成であれば
ある程度の径の変化には充分対応できる。

【００１２】また、図１に示したように、探触子４、ロ
ーラ２及びエアノズル８の配置が重要になってくる。図
でいうと、エアノズル８は円柱断面の頂点よりも左側、
探傷のためのロール回転に対して探傷領域に先行する側
（第４象限）に設け、ロール回転によってなお付着して
いる媒質を取り除くようにする。また探傷子４は中心
（あるいは頂点）よりも右側（第１象限）に設け、エア
ノズル８との間が探傷領域となる。図のように探傷アー
ム１に、探触子4、ローラ２及びエアノズル８を一体構
成にして、これらの相対関係を保つようにしていること
も特徴の一つである。ローラ２はそのガイドローラとな
り、ローラを円柱体の頂点（Ｙ軸）に設定すれば、相互
間系が保持されることになる。

【００１３】また変形例としては、図２に示すように、
探傷子１６をその頂点（Ｙ軸）に配置することを限度
（第１象限内）として、シフト配置することもできる。
但しその場合であってもエアノズルは第４象限に配置さ
れること、もちろんローラ２はその間に位置するように
構成する。

【００１４】一般に、表面波による探傷においては、探
傷領域に水等の接触媒質が残っていると反射源になり、
ノイズエコーとして現れ、探傷の障害となる。エアブロ
ーにより探傷領域から接触媒質は除去されるため、傷か
らの反射波のみを検出することができ、Ｓ／Ｎ比の高い
探傷を実現することができる。

【００１５】次に上記探傷ヘッドと組合せるマルチチャ
ンネル探傷システムについて図２により説明する。探傷
器１０からのトリガパルス信号１１はマルチプレクサ１
２内の信号切換器１３により切換え選択され、該当ｃｈ
のパルサ１４に送られ、ｎ方向の超音波ビーム１５を有
するマルチチャンネル探触子１６の該当ｃｈを励振し、
超音波パルス信号を、検査対象圧延ロール３の表面に入
射する。この時の切換器１３のｃｈ選択は、コンピュー
タ１７からの指定により行われる。

【００１６】当該圧延ロールの表面欠陥１８で反射され
た超音波信号が、マルチチャンネル探触子１６の該当ｃ
ｈで受信され、該当ｃｈのプリアンプ１９で増幅され
る。増幅された受信超音波信号２０は、マルチプレクサ
１２内の信号切換器１３を経由して探傷器１０に送ら
れ、増幅、検波等信号処理される。信号処理された受信
超音波信号２０ａの波高値は、後述する探傷ゲートによ
り抽出され、ピークホールドされた後、コンピュータ１
７に出力される。

【００１７】ピークホールド出力２１は、Ａ／Ｄ変換さ
れてコンピュータ１７に取り込まれ、指定したｃｈの探
傷データとして収録される。上記動作を、ｃｈ１〜ｃｈ
ｎまで、順次繰り返し行うことにより、ｎ方向の超音波
ビーム６で探傷を行うことができ、方向性を有する傷の
検出に対応することができる。探傷で使用される接触媒
質は接触媒質供給装置２２からエアブローのための空気
はコンプレッサー２３から供給される。なお、探触子の
探傷走査は研削盤による圧延ロールの回転及び軸方向送
りにより、螺旋状に行われる。

【００１８】次にマルチチャンネル探傷システムにおけ
る探傷範囲の確保について、図３および図４により説明
する。図３に表面波探傷における探傷ゲート範囲を示
す。表面波による探傷においては原理的にどのような距
離においても傷を検出することができるため、傷との距
離を厳密に設定する必要はない。しかし、検出された傷
の定量的評価を容易にするため、基準欠陥で感度校正を
行ったときの探傷距離を含む範囲に探傷ゲート範囲を設
定し、傷信号を抽出するのが一般的である。

【００１９】したがって、探触子の不感帯以降で、基準
欠陥の検出位置を含む範囲であるＷ1〜Ｗ２の範囲に探
傷ゲートを設定する。従来の周方向のみに超音波を入射
し、１チャンネル探傷を行う場合の探傷領域は図４
（a）ａｂｃｄで囲まれる帯状の部分であり、この領域
の接触触媒が除去されていなければならない。

【００２０】これに対して４チャンネルの装置構成によ
り圧延ロール周方向、軸方向、及び斜め２方向に超音波
を入射して探傷を行った場合、図４の（ｂ）ＡＢＣＤで
囲まれる部分が探傷領域になり、１チャンネル探傷に比
較して格段に広い領域で接触媒質の除去を行わなければ
ならない。この広い領域の接触媒質の除去に対して、従
来のワイパ方式では均一に除去できない場合が発生しや
すい。エアノズルを使用し、エアブローの方法で接触媒
質除去を行うことにより非接触で、表面の影響を受けず
に、また円柱体端面付近においても良好に接触媒質を除
去することができ、Ｓ／Ｎ比の高い良好な探傷を実現す
ることができる。

【００２１】次にノズルの間隔およびノズルの距離と接
触媒質の除去について述べる。図５はノズルの間隔と距
離の説明図である。図５の（ａ）はノズルユニットの間
隔をゼロにした場合を示している。この場合は噴射口ｆ
１〜ｆ４の間隔を均一にすることができないためにノズ
ルユニットの間隔をゼロにしても、その中間に接触媒質
が除去されない部分が残ってしまう。これを防ぐために
はユニットｕ１、ｕ２をオーバラップさせる部分を設
け、図５の（ｂ）のように配列する。このことによって
ノズルからの噴射が均一化され、媒質の除去が残ること
はなく、正確な表面検査を行うことができる。

【００２２】図５の（ｃ）はこれらの位置関係の説明図
である。ここではノズルユニットの間隔をｄとし、ノズ
ルの距離をｇで表わしている。３は傷の検査をおこなう
ロール３である。図６は目視ではあるがノズル間隔ｄ、
ノズル距離ｇ、あるいはエア圧力を変えた場合の特性を
示している。図６の（ａ）ではノズルユニットのオーバ
ラップを５ｍｍとすることによって、ノズル距離１０〜
３０ｍｍについて良好な結果が得られたことを示してい
る。また図６の（ｂ）はエア圧を５、４、３（ｋｇ／ｃ
ｍ^２）の３段階について変化させた場合の例で、５（ｋ
ｇ／ｃｍ^２）であればノズル距離が１０〜３０ｍｍまで
媒質の除去を良好に行うことが出来る。

【００２３】図５、６の特性はその一例であるが、エア
圧、ノズル距離、あるいはノズルの位置によって決まる
オーバラップ量などから、最適な値が決まるので、それ
にしたがって、設定するようにすればよい。また、この
例によるノズル配置による媒質除去機構によれば、ロー
ル端部の探傷不可領域が、約１／３に減少する効果が得
られた。

【００２４】前記のように本発明は、探触子、探触子の
押し付け機構、接触媒質供給機構及びエアノズルを一体
的に構成し円柱体表面検査用探傷アーム（ヘッド）を構
成する。

【００２５】したがって、探触子押し付け機構により表
面波超音波探触子(以下探触子と略す)は円柱体の表面に
押し付けられ、探触子により表面波が円柱体表面に入射
される。この時、水等の接触媒質を探触子接触面に供給
することにより超音波を円柱体表面に効率良く入射する
ことができる。

【００２６】また、供給された接触媒質は円柱体の回転
にしたがって、円柱体表面を流れる。円柱体表面を流れ
た接触媒質は、前記第４象限に設けられたエアブローの
吹きつけ部でエアノズルによるエアブローにより除去さ
れ、探触子前面の探傷領域を接触媒質のない状態に保つ
ことができる。探傷領域には接触媒質が存在しないた
め、傷からの反射波のみを検出することができ、Ｓ／Ｎ
の高い良好な探傷を実現することができる。

【００２７】前記探傷アームと組合せる探傷システムと
しては、一般的に行われている１チャンネルで周方向の
みに表面波超音波ビームを入射するシステムでも可能で
あるが、傷の検出性を向上するために、複数個の振動子
を有するマルチチャンネル表面波探触子、探傷器、マル
チプレクサ、レコーダ及びコンピュータを設け、探傷ｃ
ｈの制御とレコーダへの出力制御をコンピュータにより
行い、周方向を含む複数方向に表面波超音波ビームを入
射するマルチチャンネル探傷システムを構成することに
よって、さらに、探傷精度を向上させることができる。

【００２８】前記本発明では、従来のワイパにより接触
媒質除去を行う装置に比較しても、非接触であるため、
表面の影響を受けにくく、円柱体端面付近においても接
触媒質除去性は良好である。また、複数方向に超音波を
入射するため、方向性を有する傷の検出にも充分対応す
ることができる。

【００２９】また、前記のように探触子、探触子の押し
付け機構、接触媒質供給機構及びエアノズルを一体的に
構成することによって、表面荒さの状態に依存しない
で、圧延ロール端面付近でも、Ｓ／Ｎ比の高い良好な探
傷を行える円柱体表面検査装置を提供することができ
る。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、探触子、探触子の押し
付け機構、接触媒質供給機構及びエアノズルの取りつけ
位置を定め、円柱体表面検査用探傷ヘッドとして一体構
成することにより、良好な探傷検査を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例である圧延ロール表面検査
装置の探傷ヘッド構成図である。

【図２】 圧延ロールの表面検査装置におけるマルチチ
ャンネル探傷システムである。

【図３】 表面波探傷における探傷ゲート範囲の説明図
である。

【図４】 1チャンネル探傷とマルチチャンネル探傷に
おける探傷領域の説明図である。

【図５】 エアノズルユニットの配置を説明する図であ
る。

【図６】 エア圧力、ノズル距離などの特性例を示す図
である。

【符号の説明】

１…探傷アーム、２…ローラ、３…圧延ロール、４…探
触子、５…探触子ホルダ、６…バネ、７…水供給口、８
…エアノズル、９…マニホールド、１０…探傷器、１１
…トリガパルス信号、１２…マルチプレクサ、１３…信
号切換器、１４…パルサ、１５…超音波ビーム、１６…
マルチチャンネル探触子、１７…コンピュータ、１８…
表面欠陥、１９…プリアンプ、２０…受信超音波信号、
２０ａ…信号処理された受信超音波信号、２１…ピーク
ホールド出力、２２…接触媒質供給装置、２３…コンプ
レッサー。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波の送受信を行う探触子、超音波送受
   信制御を行う探傷器、探触子を円柱体に押し付けるため
   の探触子押し付け機構、接触媒質を供給するための機
   構、探傷領域内への接触媒質の侵入を防止するための接
   触媒質除去機構および探傷器からのエコー信号を記録す
   るレコーダまたは収録処理するデータ収録・処理装置か
   ら構成し、超音波表面波を用いて円柱体表面あるいは表
   層層を検査する円柱体表面検査方法において、円柱体の
   円周方向に対し前記探触子および接触媒質の供給部を前
   記円柱体円周の第１象限に、前記接触媒質除去機構を第
   ４象限に配置し、前記配置された前記探触子および接触
   媒質の供給部と前記接触媒質除去機構との間の円周に沿
   った位置に探触子押し付け機構を配置して探傷アームを
   形成し、前記円柱体を時計方向に回転し、前記円柱体の
   表面あるいは表面層の検査をおこなうことを特徴とする
   円柱体表面検査方法。
2. 【請求項２】前記請求項1記載において、前記円柱体を
   時計方向に回転させるとともに前記探傷アームを軸方向
   に移動し、前記円柱体の表面あるいは表面層の検査をお
   こなうことを特徴とする円柱体表面検査方法。
3. 【請求項３】超音波の送受信を行う探触子、超音波送受
   信制御を行う探傷器、探触子を円柱体に押し付けるため
   の探触子押し付け機構、接触媒質を供給するための機
   構、探傷領域内への接触媒質の侵入を防止するための接
   触媒質除去機構および探傷器からのエコー信号を記録す
   るレコーダまたは収録処理するデータ収録・処理装置か
   ら構成し、超音波表面波を用いて円柱体表面あるいは表
   層層を検査する円柱体表面検査装置において、前記円柱
   体円周方向の第１象限に設けられ前記円柱体の探傷領域
   に接触媒質を供給するための機構を併設した探触子と、
   前記円柱体円周方向の第４象限に設けられた前記接触媒
   質除去機構と、前記探触子と前記接触媒質除去機構との
   間の円柱体円周上に設けられた探触子押し付け機構とを
   一体に構成してなることを特徴とする円柱体表面検査装
   置。
4. 【請求項４】請求項３において、前記探触子は複数個の
   振動子からなるマルチチャンネル表面波探触子であるこ
   とを特徴とする円柱体表面検査装置。
5. 【請求項５】前記請求項３において、前記円柱体円周方
   向の第４象限に設けられた前記接触媒質除去機構を構成
   する複数のノズルユニット相互間を一部オーバラップし
   て配置したことを特徴とする円柱体表面検査装置。