JP2006208185A

JP2006208185A - 鋼材の探傷方法および探傷装置

Info

Publication number: JP2006208185A
Application number: JP2005020330A
Authority: JP
Inventors: Yoji Ozawa; 陽二小澤
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】小さな疵でもより正確に検出できる探傷方法および装置を提供する。
【解決手段】丸鋼材１の外周面に垂直に相対するように光ピックアップ９ａ〜９ｄをロータ８に装着し、該光ピックアップから放射されるレーザ光をスポット状に集光させて丸鋼材の外周面に常に垂直に当て、かつ該丸鋼材の表面から常に一定距離が保たれるように該ロータを回転させると共に、該丸鋼材を軸方向に進行させることにより該丸鋼材の外周面を螺旋状に走査し、該光ピックアップにより検出された鋼材表面の反射光の受光信号を解析する。
【選択図】図１

Description

本発明は光ピックアップを用いて鋼材の表面にある疵を検出する探傷装置に関するものである。

下記特許文献１に示された、丸ビレット（丸鋼材）の表面疵を検知する方法は、図１０に示すように、ＣＣＤエリアカメラ撮影手段ａの光軸から所定の角度だけ離れた光軸を有する照明手段ｂにて丸ビレットｃに光を照射し、丸ビレットｃを撮影手段ａで撮影する。撮影した画像に対して、微分処理，２値化処理等の画像処理を施し、その処理結果に基づいて丸ビレットｃの表面疵ｄを検知するものである。
特開平１１−０３７９４９号公報

ところで、上記従来の表面疵検知方法は、表面に比較的大きな開口部を持つ疵に対して、大きな明部と暗部が生じる場合は有効であるが、開口部の小さい疵形状では疵部での暗部が十分に得られず、検出不能となるおそれがあった。例えば図１１に示したように、表面疵幅Ｗ１のようなＹ方向の線状に対して光を斜め照射し、その影部をＣＣＤエリアカメラで撮像した場合、照明部の入射角度によって表面疵幅Ｗ１に光が当たるため、ハッチングを付していない部分Ｗ２が疵候補として検出され、実際の疵幅Ｗ１よりもＷ２の幅が小さくなるという欠点がある。そしてさらに表面疵幅Ｗ１が小さい場合は、光が当たらない部分が無くなり検出が困難となるおそれがあった。また、１台のカメラで丸ビレットｃの円周の１／４を撮像するために、視野中心地点と視野遠方とで疵への光の入射角度が大きく相違することとなり、このために円周方向全体で検出能にばらつきが生じ、正確な検出が困難となるという問題がある。

また、圧延工程にある熱間鋼材の傷の有無を検査するのに従来から渦流探傷装置が使用されていたが、従来の渦流探傷装置による疵の検出精度は疵幅が０．５ｍｍ程が限度で、これより小さい疵を検出することは困難であった。

そのために本発明に係る鋼材の探傷方法は、光ピックアップから放射されるレーザ光をスポット状に集光させて鋼材の表面に常に垂直に当て、かつ該鋼材の表面から常に一定距離が保たれるように該光ピックアップと鋼材とを相対的に移動させ、該光ピックアップにより検出された鋼材表面の反射光の受光信号を解析することを特徴とする。
また本発明に係る鋼材の探傷装置は、光ピックアップと、該光ピックアップから放射されるレーザ光をスポット状に集光させて鋼材の表面に常に垂直に当て、かつ該鋼材の表面から常に一定距離が保たれるように該光ピックアップと鋼材とを相対的に移動させる走査手段と、該光ピックアップにより検出された鋼材表面の反射光の受光信号を解析する信号解析手段とからなることを特徴とする。
また本発明に係る鋼材の探傷装置は、丸鋼材の外周面に垂直に相対するように光ピックアップをロータに装着し、該光ピックアップから放射されるレーザ光をスポット状に集光させて丸鋼材の外周面に常に垂直に当て、かつ該丸鋼材の表面から常に一定距離が保たれるように該ロータを回転させると共に、該丸鋼材を軸方向に進行させることにより該丸鋼材の外周面を螺旋状に走査し、該光ピックアップにより検出された鋼材表面の反射光の受光信号を解析することを特徴とする。
また本発明は上記探傷装置において、光ピックアップに赤外線を遮断するバンドパスフィルタを設けたことを特徴とする。
また本発明は上記探傷装置において、受光信号が丸鋼材の外周面上の軸方向に一致する位置にて繰り返し所定の閾値を超えたときに疵候補とすることを特徴とする。

小さな疵でもより正確に検出できると共に、例えば圧延工程にある熱間鋼材でも高精度な探傷が可能な探傷方法および装置を提供できる。

次に本発明の実施例を図面とともに説明する。図１は本発明に係る丸鋼材の探傷装置の概略を示す縦断面図、図２はそのＡ−Ａ線断面矢視図である。図中、１は圧延器により所定径に熱間圧延された直後の被検査材である丸鋼材、２は該丸鋼材が矢印の方向に進行するよう支持している押さえローラ、２ａは該押さえローラの回転数を検出するパルスジェレータである。３は中心に該丸鋼材が貫挿されるよう軸受４により回転自在に支持された円筒体で、該円筒体の一端に固設されたプーリ５に伝動ベルト６を介してモータ７が連繋され、該円筒体の他端に円板状のロータ８が固設され、該ロータ８に丸鋼材１の外周面に垂直に相対するように光ピックアップ９ａ〜９ｄが装着される。１０は固定側１０ａと回転側１０ｂとからなる信号電送トランスである。なお、ロータ８の回転数はモータ７に設けられたパルスジェレータ７ａにて検出される。

光ピックアップ９ａ〜９ｄは、図３に示したように、レーザダイオード１１と、ハーフミラー１２と、コリメータレンズ１３と、対物レンズ１４と、バンドパスフィルタ１５と、受光素子１６により構成され、レーザダイオード１１は発振器で駆動されることにより約４００ｎｍの波長の青紫色レーザを発信する。また、対物レンズ１４は焦点距離（光学部と検出対象との距離）Ｄが約１００ｍｍに設定され、バンドパスフィルタ１５は長波長の赤外線を遮断し、約４００ｎｍを中心とする短波長領域の光のみを透過させる。そしてレーザダイオード１１から放射されたレーザ光は、コリメータレンズ１３と対物レンズ１４を通ることにより、図４に示したように丸鋼材１の外周面にφ１０μｍ程度のスポット状に集光する。このため、同図（ａ）に示したように表面疵が存在する場合はレーザ光はあまり拡散されず、同図（ｂ）に示したように健全部ではレーザ光は適度に拡散され、拡散光の強弱に基づいて表面疵の有無を判断でき、従来のように開口部の小さい疵形状では暗部が十分に得られないという欠点もなく、高い検出能を有する。

そして、モータ７を動力としロータ８を回転駆動することにより、光ピックアップ９ａ〜９ｄを丸鋼材１の周囲に回転させると同時に丸鋼材１を定速度で進行させる。これによって、光ピックアップ９ａ〜９ｄは丸鋼材１の表面から常に一定距離Ｄに保たれレーザ光を丸鋼材の外周面に常に垂直に当てレーザ光をスポット状に集光させることができ、該丸鋼材が軸方向に進行することにより、該丸鋼材１の外周面が図５に軌跡を表したように螺旋状に走査される。なお、図６はこの走査によって得られる受光信号の一例を示す。

こうして得られた受光信号は、前記信号電送トランス１０を経て図７に示した信号処理装置１７，演算装置１８と表示装置１９からなる信号解析手段に送信され、疵の有無が判別される。信号処理装置１７は受光信号を微分処理する微分部と、ノイズを除去するローパスフィルタとからなり、微分処理によって明暗のコントラストを強調させ、次いでローパスフィルタによりノイズ処理される。このため信号処理装置を経ることにより受光信号は図８の上段に例示したものから下段に例示した信号に変わる。また、演算装置１８はこの信号強度を所定の閾値と比較する比較部と、ロータ８の回転数を基に連続性を判別する連続性判別部とからなり、比較部は信号強度が閾値を超えた場合に励起し信号を連続性判別部に出力する。そして該連続性判別部ではロータ８の回転数と周期的に一致する信号を捉えたときこれを疵候補として表示装置１９に表示する。なお、丸鋼材１は表面にスケールなどの凹凸があると受光信号が変動し誤検知要因となるが、このように軸方向に一致する位置にて繰り返し所定の閾値を超えたときに疵候補とすることにより、圧延によって軸方向に連続する線状疵を確実に検知することができる。また、レーザ光をスポット状に集光して鋼材表面に当てることから、開口部の小さい疵も精度良く検知することが可能となる。しかも、この装置は、光ピックアップに赤外線を遮断するバンドパスフィルタ１５を設け熱間鋼材から出る赤外線が受光素子１６に受光されないようにすることにより、例えば鋼材の圧延ラインに設け圧延途中の熱間鋼材の疵の有無を検出することも可能となる。また、バンドパスフィルタ１５が設けられていても冷間材の疵の有無を検出することは勿論可能である。
また、押さえローラ２の回転数を検出するパルスジェレータ２ａからの出力によって丸鋼材１の進行速度を測定できることから、疵の長さを高精度で検出することも可能となる。

なおこの実施例は、丸鋼材を被検査材とするものについて説明したが、平鋼材や帯鋼材のような平面状の鋼材を検査するに際しては、図９に示したように、光ピックアップ９から放射されるレーザ光をスポット状に集光させ鋼材２０の表面に常に垂直に当たるようにし、かつ該光ピックアップ９を該鋼材の表面から常に一定距離が保たれるように水平面内で円を描くように回転支持装置（図示しない）により支持して回転させると同時に、鋼材２０を矢印の方向に一定速度で移動させ検査点が同図に螺旋で示した軌跡を描くようにする。このように光ピックアップ９および／または鋼材２０を相対的に移動させ、該光ピックアップ９の回転数および該鋼材２０の移動速度を夫々パルスジェレータ等により検出すると同時に、該光ピックアップ９の受光信号を解析することにより、上記丸鋼材の実施例と同様の精度をもって平面状の鋼材を検査することが可能となる。

本発明に係る丸鋼材の探傷装置の概略を示す縦断面図。図１のＡ−Ａ線断面図。本発明に係る丸鋼材の探傷装置における光ピックアップの詳細図。光ピックアップのレーザ光照射による光の散乱を示した模式図。丸鋼材の外周面の走査軌跡を表す側面図。走査によって得られた受光信号の例を示した線図。信号解析手段のブロック図。受光信号とその信号処理装置を経た信号の例を示した線図。平面状の鋼材を走査した際の軌跡を表す鋼材の斜視図。従来の光学的に表面疵を検知する装置の模式図。図１０の装置の作用を示した説明用図。

符号の説明

１丸鋼材
３円筒体
４軸受
７モータ
８ロータ
９，９ａ〜９ｄ光ピックアップ
１１レーザダイオード
１５バンドパスフィルタ
１６受光素子
１７信号処理装置
１８演算装置
１９表示装置
２０平面状の鋼材

Claims

光ピックアップから放射されるレーザ光をスポット状に集光させて鋼材の表面に常に垂直に当て、かつ該鋼材の表面から常に一定距離が保たれるように該光ピックアップと鋼材とを相対的に移動させ、該光ピックアップにより検出された鋼材表面の反射光の受光信号を解析することを特徴とした鋼材の探傷方法。
光ピックアップと、該光ピックアップから放射されるレーザ光をスポット状に集光させて鋼材の表面に常に垂直に当て、かつ該鋼材の表面から常に一定距離が保たれるように該光ピックアップと鋼材とを相対的に移動させる走査手段と、該光ピックアップにより検出された鋼材表面の反射光の受光信号を解析する信号解析手段とからなることを特徴とした鋼材の探傷装置。
丸鋼材の外周面に垂直に相対するように光ピックアップをロータに装着し、該光ピックアップから放射されるレーザ光をスポット状に集光させて丸鋼材の外周面に常に垂直に当て、かつ該丸鋼材の表面から常に一定距離が保たれるように該ロータを回転させると共に、該丸鋼材を軸方向に進行させることにより該丸鋼材の外周面を螺旋状に走査し、該光ピックアップにより検出された鋼材表面の反射光の受光信号を解析することを特徴とした丸鋼材の探傷装置。
光ピックアップに赤外線を遮断するバンドパスフィルタを設けたことを特徴とする請求項２または３に記載の丸鋼材の探傷装置。
受光信号が丸鋼材の外周面上の軸方向に一致する位置にて繰り返し所定の閾値を超えたときに疵候補とすることを特徴とした請求項３または４に記載の丸鋼材の探傷装置。