JP2007147423A - 圧延材の内部欠陥検出方法および内部欠陥検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】雑音エコーに左右されることなく確実に圧延材の内部欠陥を検出する。
【解決手段】探触子１は、圧延材Ｍの長手方向複数位置で当該圧延材Ｍの横断面内に超音波を発射するとともに、横断面内に生じたエコーを受信する。同相加算回路２５でエコーが生じた位置を特定し、演算部３２にて、連続する所定数の横断面内でいずれもエコーを生じている位置に内部欠陥があるものと判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は圧延材の内部欠陥検出方法および内部欠陥検出装置に関し、特に、超音波を使用した検出において材料の結晶粒による誤検出を生じない内部欠陥検出方法および内部欠陥検出装置に関する。

圧延材の内部に超音波を発してそのエコーより材料の内部欠陥を検出する方法が注目されている。例えば特許文献１には圧延材の幅方向へ複数の超音波プローブを設けて、各超音波プローブから超音波を送信するとともに欠陥検出ゲートの閉鎖タイミングを最適に調整した状態でエコー信号を受信して、圧延材の横断面内の内部欠陥を良好に検出できるようにしたものが提案されている。
特開平９−１４５６８６

ところで、材料内部に超音波を発した時に生じるエコーは、材料成分中の異物や鋳造引け巣による空隙等の実際の内部欠陥からのもの以外に、材料結晶粒で生じる雑音エコーがあるために欠陥検出の確実性が阻害されるという問題があった。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、雑音エコーに左右されることなく確実に圧延材の内部欠陥を検出することができる圧延材の内部欠陥検出方法および内部欠陥検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、材料結晶粒で生じる超音波のエコーは通常、圧延材の長手方向へ長く続くことはないのに対して、製品使用時に亀裂や破断等の原因となる圧延材における有害な欠陥は、往々にして圧延時に長手方向へ延ばされて材料内で一定長以上続くものであるという発明者等の知見に基づいてなされたものである。

そこで、本第１発明に係る圧延材の内部欠陥検出方法では、圧延材の長手方向複数位置で当該圧延材の横断面内に超音波を発射して当該横断面内でエコーを生じた位置を特定し、連続する所定数の横断面内でいずれもエコーを生じている位置に内部欠陥があるものと判定する。

本第１発明において、連続する所定数の横断面内でいずれも超音波のエコーを生じる位置は、圧延時に長手方向へ延ばされて材料内で一定長以上続いている内部欠陥が存在する位置である可能性が高いから、この位置に内部欠陥があるものと判定することによって確実に圧延材の内部欠陥を検出することができる。

本第２発明に係る圧延材の内部欠陥検出方法では、圧延材の長手方向複数位置で当該圧延材の横断面内に超音波を発射して当該横断面内でエコーを生じた位置を特定し、連続する所定数の横断面内のエコー強度を加算して、当該エコー強度の加算値が一定値を超えた位置に内部欠陥があるものと判定する。

本第２発明において、エコー強度の加算値が一定値を超える位置は、連続する所定数の横断面内でいずれも超音波のエコーを生じる位置であるから、圧延時に長手方向へ延ばされて材料内で一定長以上続いている内部欠陥が存在する位置である可能性が高い。したがって、この位置に内部欠陥があるものと判定することによって確実に圧延材の内部欠陥を検出することができる。

本第３発明に係る圧延材の内部欠陥検出装置では、圧延材（Ｍ）の長手方向複数位置で当該圧延材（Ｍ）の横断面内に超音波を発射する超音波送信手段（１，２１）と、横断面内に生じたエコーを受信する超音波受信手段（１，２２）と、エコーが生じた位置を特定する位置特定手段（２５）と、連続する所定数の横断面内でいずれもエコーを生じている位置に内部欠陥があるものと判定する判定手段（３２）とを具備している。本第３発明によっても本第１発明と同様の作用効果が得られる。

本第４発明に係る圧延材の内部欠陥検出装置では、圧延材（Ｍ）の長手方向複数位置で当該圧延材（Ｍ）の横断面内に超音波を発射する超音波送信手段（１，２１）と、横断面内に生じたエコーを受信する超音波受信手段（１，２２）と、超音波が生じた位置を特定する位置特定手段（２５）と、連続する所定数の横断面内のエコー強度を加算して、当該エコー強度の加算値が一定値を超えた位置に内部欠陥があるものと判定する判定手段（３２）とを具備している。本第４発明によっても本第２発明と同様の作用効果が得られる。

なお、上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以上のように、本発明によれば、雑音エコーに左右されることなく確実に圧延材の内部欠陥を検出することができる。

（第１実施形態）
図１には本発明の内部欠陥検出装置の構成を示す。図において、圧延材Ｍは材料搬送装置４によって駆動されるローラＲ上を矢印方向へ水平に搬送されており、その圧延方向は搬送方向（図中の矢印）と一致する長手方向である。この圧延材Ｍの搬送移動位置は材料搬送装置４で検出されている。圧延材Ｍの上面に接して探触子１が設けられており、探触子１は本実施形態では図２に示すように、圧延材Ｍの幅方向へ７列、長手方向へ３列の多数の超音波振動子１１を下方へ向けてマトリクス状に並べたものである。なお、図２に示す角型マトリクス状のみならず、円形状等に超音波振動子１１を並べたものでも良い。

このようなマトリクス状に並んだ超音波振動子１１の下方にある圧延材Ｍの一定厚の横断面内が探触子１による検出領域Ｚ１となる。探触子１の一つの超音波振動子１１は図１に示す探傷器２の超音波送信部２１に接続されて、圧延材Ｍ内へパルス超音波を発信する。探触子１の各超音波振動子１１は探傷器２の超音波受信部２２（図１）に接続されており、圧延材Ｍ内での上記パルス超音波のエコーを受信して超音波受信部２２へエコー信号を出力する。

図１において、探傷器２は上記超音波送信部２１と超音波受信部２２に加えて、超音波発信器２３、Ａ／Ｄ変換器２４および同相加算回路２５を備えている。超音波発信器２３は超音波発信のためのパルス信号２３ａを出力し、これは超音波送信部２１を介して上記一つの超音波振動子１１に出力される。超音波発信器２３からは同時にＡ／Ｄ変換器２４へトリガ信号２３ｂが出力される。各超音波振動子１１から出力されるエコー信号は超音波受信部２２で増幅されて増幅信号２２ａがＡ／Ｄ変換器２４に入力し、ここでＡ／Ｄ変換されてエコーデータ２４ａとなる。同相加算回路２５は、いわゆる開口合成法を実現するもので、圧延材Ｍの検出領域Ｚ１内の各位置から各超音波振動子１１への、距離に応じたエコーの到達遅れを考慮して、各エコーデータ２４ａに適当な遅延をかけて同相の（同位置からの）エコーデータ２４ａを加算する。これによって、圧延材Ｍの検出領域Ｚ１内でエコーを生じている部分に焦点を合わせてその三次元位置を良好な分解能で検出することができる。

検出領域Ｚ１は圧延材Ｍの搬送移動に伴って図２に示すようにＺ１→Ｚ２→Ｚ３→Ｚ４へと相対的に逐次移動するから、内部欠陥等からのエコーデータを含んだ各検出領域Ｚ１〜Ｚ４の検出データが、圧延材Ｍの移動データと対応させてデータ処理装置３の記録部３１（図１）に記憶される。ここで、各検出領域Ｚ１〜Ｚ４の検出データの一例を図３に示し、材料結晶粒による雑音エコーのエコーデータＥＤ２は単数ないし２個程度の検出領域のみで同一位置に現れるのに対して、内部欠陥によるエコーデータＥＤ１は本実施例では４個の検出領域Ｚ１〜Ｚ４の全てで同一位置に現れている。

データ処理装置３（図１）は上記記録部３１に加えて、演算部３２と表示部３３を備えており、演算部３２では、図４に示すように、各検出領域Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４，…，Ｚｎを圧延材Ｍの搬送移動位置に対応させて三次元の探傷結果画像を作成して、これを表示部３３に送って表示させる。このとき同時に演算部３２は、一定数（例えば５個）以上の検出領域で同一位置に現れているエコーデータＥＤ１を、内部欠陥によるエコーデータであるとして、その位置に内部欠陥が生じているものと判定する。

（第２実施形態）
記録部３１に記録する際に各検出領域Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４，…，Ｚｎの検出データに対して例えばハイパスフィルタ処理あるいは微分処理をし、さらに二値化処理をして、図５に示すようにエコーデータを圧延材長手方向の圧延方向のみの成分にすれば、内部欠陥によるエコーデータであるか否かの判定をさらに良好に行うことができる。

（第３実施形態）
演算部３２において、例えば図６に示すように、連続する所定数の検出領域Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，…，Ｚｍの検出データを加算して、当該検出データの加算値が一定値を超えた位置に、内部欠陥によるエコーデータＥＤｘがあるとして、その位置に内部欠陥が生じているものと判定するようなものであっても良い。

なお、上記各実施形態において、探触子１の超音波振動子１１を長手方向へは一列のみ設けて検出領域を厚みのない実質的に二次元的な横断面としても良い。また、検出領域内でエコーを生じている部分を特定する方法として上記実施形態では開口合成法を使用したが、例えばフェーズドアレイ法によっても良い。

本発明の第１実施形態を示す、内部欠陥検出装置のブロック構成図である。 本発明の第１実施形態を示す、圧延材における検出領域を示す模式図である。 本発明の第１実施形態を示す、各検出領域における検出データを示す模式図である。 本発明の第１実施形態を示す、演算部において生成される三次元の探傷結果画像の模式図である。 本発明の第２実施形態を示す、演算部において生成される三次元の探傷結果画像の模式図である。 本発明の第３実施形態を示す、演算部における演算結果を示す模式図である。

符号の説明

１…探触子、２１…超音波送信部、２２…超音波受信部、２５…同相加算回路（位置特定手段）、３２…演算部（判定手段）、Ｍ…圧延材。

Claims (4)

1. 圧延材の長手方向複数位置で当該圧延材の横断面内に超音波を発射して当該横断面内でエコーを生じた位置を特定し、連続する所定数の横断面内でいずれもエコーを生じている位置に内部欠陥があるものと判定する圧延材の内部欠陥検出方法。
2. 圧延材の長手方向複数位置で当該圧延材の横断面内に超音波を発射して当該横断面内でエコーを生じた位置を特定し、連続する所定数の横断面内のエコー強度を加算して、当該エコー強度の加算値が一定値を超えた位置に内部欠陥があるものと判定する圧延材の内部欠陥検出方法。
3. 圧延材の長手方向複数位置で当該圧延材の横断面内に超音波を発射する超音波送信手段と、前記横断面内に生じたエコーを受信する超音波受信手段と、エコーが生じた位置を特定する位置特定手段と、連続する所定数の横断面内でいずれもエコーを生じている位置に内部欠陥があるものと判定する判定手段とを具備する圧延材の内部欠陥検出装置。
4. 圧延材の長手方向複数位置で当該圧延材の横断面内に超音波を発射する超音波送信手段と、前記横断面内に生じたエコーを受信する超音波受信手段と、超音波が生じた位置を特定する位置特定手段と、連続する所定数の横断面内のエコー強度を加算して、当該エコー強度の加算値が一定値を超えた位置に内部欠陥があるものと判定する判定手段とを具備する圧延材の内部欠陥検出装置。

Images