JP3724231B2 - Ultrasonic flaw detection method and apparatus for cylindrical body, and roll grinding method using the same - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧延ロールやローラ等の金属の円柱体、特に、圧延により表面に熱的・機械的損傷を受けた高速度工具鋼からなる圧延用のハイスロールの表面や表面直下に存在する割れ等の欠陥を表面波により検出する際に適用して好適な、円柱体表面の超音波探傷方法及びその装置並びに、これを利用したロールの研削方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属板の熱間圧延に使用される圧延ロールは、圧延により、表面に熱的・機械的損傷を受ける。以下、図２４を用いて、熱間仕上圧延に用いられる高速度工具鋼よりなる前段ワークロール（以下、仕上前段スタンド用ハイスロールと称する）表面の熱的・機械的損傷を詳しく説明する。熱的損傷は、仕上スタンド前段では被圧延材が高温であることに起因し、ロール１００の表面に垂直に、ヒートクラックと称される深い一次的なクラックＫが生成される。機械的な損傷は、バックアップロールとの転動による剪断応力によるものであり、前記ヒートクラックＫを起点とし、２次的なクラックＬがロール表面に平行に近い向きに生成される。又、これらのクラックが複数個連結して、ロール表面に微小な欠けＭが発生する。この微小な欠けＭは、被圧延材に転写されると、被圧延材の表面欠陥となるので、表面から一定の深さまで（以下、一定量と称する）、例えば砥石により研削で除去した後、ロールを再び圧延に使用するが、研削後に、特開平４−２７６５４７にみられるように、表面波を用いた超音波探傷（表面波探傷と称する）が行われる。
【０００３】
具体的には、回転するロールの表面に、水等の接触媒質の膜を介して表面波プローブ（探触子）を接触させ、該表面波プローブからロール回転方向と逆方向に向かって表面波を伝搬させると共に、ロール表面のうち表面波が伝搬する部分の接触媒質の膜を除去するようにして、ロール表面や表面直下に存在する欠陥を検出するようにしている。この表面波探傷で欠陥が検出されれば、追加の研削が行われる。
【０００４】
又、特開平４−２７６５４７による探傷法を応用した装置として、特開平７−２９４４９３に開示された超音波探傷装置がある。この超音波探傷装置は、表面欠陥等の検査を予定する円筒状あるいは円柱状の被検材を、その円周方向に回転させる回転手段と、超音波で欠陥等を検出する超音波探触子と、この探触子を被検材の上方で被検材表面に対して一定間隔を維持するように保持する保持部と、超音波の伝達媒体となる水等の媒体液を探触子と被検材の間に供給する給水手段を備えている。前記保持部は、探触子より下方に突出し、且つ、被検材表面と円滑に当接する倣い部を有し、この倣い部は、回転中の被検材との当接によって、保持部の被検材に対する間隔を一定に保つ。更に、前記保持部の接触子近傍に前記給水手段が設けられている。この給水手段は、他より探触子近傍へ導いてきた媒体液を一旦溜めることが可能な収容部を有する。この収容部は、探触子の近傍に位置し、底部に複数の放水口を有すると共に、上部に外部へ貫通する空気抜き孔を有している。前記複数の放水口の各々は、被検材の回転によって探触子が被検材表面を走査する際、その進行方向前方にあって、前記周方向と交差するよう配列されており、走査中の探触子の前方より、収容部内の媒体水を探触子と被検材表面の間へ放水するようにされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の特開平４−２７６５４７による探傷法を、特に仕上前後スタンド用のハイスロールの表面や表面直下に存在する欠陥の検出に用いると、次に述べるような大きな問題点があることが最近明らかになった。
【０００６】
即ち、図２４に示した微小な欠けＭは、２次クラックＬが無ければ発生しないため、該微小な欠けＭの発生を防止するには、研削によって２次クラックＬのみ除去すればよい。ところが、従来の超音波探傷方法では、２次クラックＬを全て除去した後も、大きな振幅の反射波が現われる現象が観察され、この反射波が現われなくなるまで研削を行うと、除去が不要な１次クラックＫの残存部分まで全て削り取ってしまい、ロール原単位が悪化する。
【０００７】
これは、表面波を用いた超音波探傷法が、ロール表面に垂直な欠陥に対する感受性が高く、２次クラックＬを全て除去したとしても、１次クラックＫの残存部分を検出してしまうためである。この１次クラックＫの残存部分は、深さがかなり小さくなっているため、個々の１次クラックＫの残存部分からの反射波の振幅は微小になるが、１次クラックＫの残存部分は、ロール表面上に無数に存在し、表面波を用いた超音波探傷で表面波が伝搬する路程にも無数に存在する。このような無数の微小な反射体を有する被検材（ここではロール）を表面波を用いて探傷するときには、表面波の波長λとすると、図２５に示す如く、表面波プローブ１０からの距離の差がλ／２となる微小な反射体の組合せが必ず存在する。図２５は、この微小な反射体の組合せを例示したもので、微小反射体Ｋ１〜Ｋ４が、この組合せに該当する。
【０００８】
このような微小反射体Ｋ１〜Ｋ４が存在する領域を、従来のように、パルス幅が表面波の波長の５倍以上ある狭帯域パルスを用いて探傷すると、パルスが長いことが原因となって、図２６に示すように、微小な反射波が等位相で重なり合って干渉して振幅が増大し、あたかも大きな欠陥があるような反射波が生ずる。即ち、熱間仕上圧延前段スタンド用ハイスロールの表面波を用いた超音波探傷に際しては、パルス幅が表面波の波長の５倍以上ある狭帯域パルスを用いて探傷しているので、１次クラックＫからの反射波の振幅が過大に検出される。その結果、１次クラックＫからの反射波の振幅が所定値より小さくなるまで研削が行われ、１次クラックＫがほとんど除去されるので、研削量が過大となり、ロール原単位が悪化する。
【０００９】
なお、欠陥検出のために設定する閾値を、１次クラックＫが過検出とならない程度に高めることも考えられる。しかしながら、この閾値を高くすると、欠陥の検出能力の低下を招くことになるため、単独で存在するクラック（圧延中の事故により発生する）等の検出すべき欠陥の見逃しが発生する危険性がある。
【００１０】
以上説明した超音波探傷の問題点は、圧延ロール等の１次クラックにのみ存在するものではなく、ローラ等の一般の金属円柱体において、結晶組織が粗く、結晶粒界から散乱波が発生する場合には、従来の狭帯域パルスを用いて探傷を行うと、既に説明した現象と同じメカニズムで、高いノイズが発生するため、同様な問題点が存在する。
【００１１】
又、圧延によって生成された熱的・機械的損傷の深さは、圧延した金属板の長さや圧延の速度、ロールの冷却条件、材質（同一の材質に分類されるロールであっても、製造方法の相違に起因した材質の細かな相違がある）等により大きく相違する。従って、これを一定量の研削で除去しようとすると、次のような問題点が生ずる。
【００１２】
▲１▼熱的・機械的負荷が小さく、熱的・機械的損傷の深さが小さい場合には、損傷の無い部分までロール表面を削り取り（過研削）、研削量が多くなって、ロールの原単位が悪化する。
【００１３】
▲２▼熱的・機械的負荷が大きく、熱的・機械的損傷の深さが大きい場合には、一定量の研削後も、これが残り、探傷において欠陥が検出されるため、追加の研削が必要となる。しかし、熱的・機械的損傷が、どの程度残っているか、はっきりしないため、追加研削量を初めの研削量と同程度にせざるを得ず、大抵は削り過ぎになり（過研削）、研削量が多くなって、ロールの原単位が悪化する。
【００１４】
▲３▼上記の過研削に要した時間だけ、ロールの研削時間が長くなり、ロール研削の効率が落ちる。
【００１５】
又、特開平７−２９４４９３に開示された超音波探傷装置では、被検材の回転速度と必要な媒体液量の関係について全く考慮されていないが、被検材の回転速度に応じて、被検材に引き摺られて探触子と被検材表面との間から逃げていく媒体液量が変化し、例えば、被検材の回転速度が大きくなると、探触子と被検材表面の間から逃げていく媒体液量が増加して、探触子と被検材表面間の媒体液量が不足し、被検材への超音波の伝達が不良になり、表面欠陥が検出できなくなることがある。又、逆に、ロールの回転速度が小さくなると、過剰となった媒体液が探触子前方に流れ出し、これによって表面波が減衰して、表面欠陥が検出できなくなることもある。
【００１６】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、表面波を用いて超音波探傷する際に、１次クラックの過検出を防止すると共に、結晶粒界からのノイズのレベルを低減させ、欠陥検出能力を向上させることが可能な円柱体の超音波探傷方法及び装置を提供することを第１の課題とする。
【００１７】
本発明は、又、被検材の回転速度が変化しても、常に適量の媒体液を探触子と被検材表面との間に供給し、被検材への超音波の伝達を良好に維持し、且つ、過剰な媒体液の探触子前方への流れ出しを防止できる超音波探傷装置を提供することを第２の課題とする。
【００１８】
本発明は、又、圧延等により表面に熱的・機械的損傷を受けたロールの研削に際して、ロールの研削量を最適化してロール原単位を向上させると共に、ロール研削の能率を向上させることができるロールの研削方法を提供することを第３の課題とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転する円柱体の表面に、接触媒質を介して表面波プローブを接触させ、該表面波プローブから円柱体に対して表面波を伝搬させると共に、円柱体表面や表面直下に存在する欠陥からの反射波を受信することにより、該欠陥を検出する円柱体の超音波探傷方法において、前記表面波プローブが送受信する表面波の中心周波数をｆc としたとき、該表面波の周波数スペクトルにおいて、強度がピーク値に対して−６ｄＢ以内の範囲の幅に当る周波数帯域幅を、０．５０ｆc 以上とすることにより、前記第１の課題を解決したものである。
【００２０】
本発明は、又、前記超音波探傷方法において、表面波プローブが送受信する表面波パルスのパルス幅を、前記円柱体を伝搬する表面波の波長の２．５倍以下とすることにより、前記第１の課題を解決したものである。
【００２１】
本発明は、回転する円柱体の表面に、接触媒質を介して表面波プローブを接触させ、該表面波プローブから円柱体に対して表面波を伝搬させると共に、円柱体表面や表面直下に存在する欠陥からの反射波を受信することにより、該欠陥を検出する円柱体の超音波探傷装置において、前記表面波プローブが送受信する表面波の中心周波数ｆ ｃ としたとき、該表面波の周波数スペクトルにおいて、強度がピーク値に対して−６ｄＢ以内の範囲の幅に当たる周波数帯域幅を、０．５０ｆｃ以上となるように、前記表面波プローブが、超音波振動子の超音波送受信面に配設されたくさびと、該超音波振動子の背面に配設されたダンピング材とを備えることにより、同様に前記第１の課題を解決したものである。
【００２２】
又、本発明は、前記超音波振動子を、ニオブ酸鉛系磁器、チタン酸鉛系磁器、１−３型コンポジット振動子（図６に示す如く、エポキシ樹脂等からなる高分子材の板１１Ａに小さな柱状のジルコン酸チタン酸鉛（以下ＰＺＴと称する）１１Ｂが多数並んで入っている振動子）、０−３型コンポジット振動子（図７に示す如く、高分子材１１Ｃの中にセラミック振動子の粒子１１Ｄが均一に分散している振動子）、又は、３−１型コンポジット振動子（図８に示す如く、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）の板１１Ｅに貫通孔を多数開けて、ここにエポキシ樹脂等の高分子材１１Ｆを流し込んで固めた振動子）としたものである。
【００２３】
又、本発明は、前記くさびを、ポリイミド樹脂、ポリスチロール樹脂、アクリル樹脂、又は、フッ素樹脂（テフロン（登録商標））で製作したものである。
【００２４】
図１に示すように、本発明に係る表面波プローブ１０は、主に超音波振動子１０Ａ、ダンピング材１０Ｂ、樹脂製くさび１０Ｃから構成することにより、送受信する表面波の中心周波数をｆc としたとき、前記表面波の周波数帯域幅を０．５０ｆc 以上としている。
【００２５】
即ち、いま、表面波プローブ１０が送受信する表面波の周波数スペクトルが、図２に概念的に示すような周波数分布を持つとすると、スペクトル強度（信号強度）のピーク値に対して−６ｄＢ以内の範囲の周波数幅（ｆR −ｆL ）を周波数帯域幅と規定し、次の（１）式が成り立つようにしている。
【００２６】
ｆR −ｆL ≧０．５０ｆc …（１）
【００２７】
このように、本発明では、表面波プローブ１０の周波数帯域を、０．５０ｆc 以上の広帯域としている。この表面波プローブ１０の具体的構成を説明すると、上記超音波振動子１０Ａには、ニオブ酸鉛系磁器や、図６〜図８に示したコンポジット振動子等の機械的Ｑ値の低い振動子を用いるか、あるいは、チタン酸鉛系磁器等の機械的Ｑ値が高くても、機械的なダンピングがかけ易い振動子を用いることができる。ここで、機械的Ｑ値とは、共鳴振動の鋭さを表わす量であり、Ｑ値が大きいものほど振動の持続時間が長い。なお、送受信する表面波の中心周波数ｆc は、探傷される材料の結晶粒界や表面粗さにより散乱ノイズが異なるので、適切な範囲に設定する必要がある。例えば、圧延用ロールの場合には、１〜４ＭＨｚが好ましい。
【００２８】
又、上記ダンピング材１０Ｂには、タングステン（金属）等の比重の大きな粉体をエポキシ樹脂等に混ぜて固めた物体を用い、これを超音波振動子１０Ａの背面に貼り付けることにより、超音波振動子１０Ａに発生した超音波振動を制動するようにしている。タングステン（金属）等の粉体の体積分率が多いほど、ダンピング材の重量が増えるので、超音波振動子の振動の制動効果が大きくなり、超音波パルスのパルス幅が小さくなる。
【００２９】
超音波振動子１０Ａとダンピング材１０Ｂを上記のような材料構成とすることにより、周波数帯域幅が０．５ｆc 以上、且つ、パルス幅が表面波の波長の２．５倍以下の超音波パルスを生成（発信）することができる。
【００３０】
又、前記樹脂製くさび１０Ｃは、図１に示すように、超音波振動が下記（２）式を満足して、被検体に入射するように、該被検体の表面に前記媒体を介して接触する底面の法線Ｓ１に対して、超音波送受信面の法線Ｓ２が入射角θi で交差する傾斜面を有し、該傾斜面に上記超音波振動子１０Ａの前面（超音波送受信面）を貼付するようになっている。そして、このくさび１０Ｃ自体は、前記のような短いパルス波形を損なうことがないように、なるべく減衰率の小さい、例えばポリスチロール樹脂やポリイミド樹脂等を用いて形成されている。
【００３１】
θi ＝sin -1（ＣW ／ＣR ） …（２）
ここで、ＣW ：樹脂製くさび内での超音波の速度
ＣR ：円柱体での表面波の速度
【００３２】
図３は、ダンピング材の材質を種々変更することにより周波数帯域幅の異なる中心周波数ｆc ＝２ＭＨｚの表面波プローブ１０を製作し、パルス幅と周波数帯域幅との関係を調べた結果を示したものである。但し、ここでは、周波数帯域幅が中心周波数ｆc に等しいときを１００％として示している。
【００３３】
この図３より、周波数帯域幅が５０％以上になると、パルス幅が表面波の波長の２．５倍以下の短いパルスを生成させることができることが分かる。そして、このように生成させたパルス幅の短い表面波パルスを、一次クラックＫの残存部分が無数に存在するロールの欠陥検出に適用する。この場合も、前記図２５を用いて説明したように、表面波の波長をλとすると、表面波プローブ１０からの距離がλ／２となる微小な反射体Ｋ1 〜Ｋ4 の組合せが必ず存在する。
【００３４】
図４は、前記周波数帯域幅が０．７０ｆc 以上で、パルス幅も表面波の波長の１．５倍と短い超音波パルスを用いて、上記微小な反射体が存在する領域を探傷したときの観測波形を示したもので、前記従来例の図２６に相当する。
【００３５】
この図４に示したように、パルス幅が短いために、一次クラックＫの残存部分からの微小振幅の反射波が、等位相で重なり合っても、振幅の増大は小さいことが分かる。即ち、パルス幅の短い表面波パルスを送受信できるようにした本発明の表面波プローブ１０を、一次クラックＫの残存部分が無数に存在するロールの欠陥検出に適用すると、該一次クラックＫの残存部分からの反射波の振幅が増大することを有効に防止することができる。
【００３６】
図５は、前述した周波数帯域幅が異なる（パルス幅が異なる）中心周波数２ＭＨｚの表面波プローブを用いて、熱間仕上圧延用前段ワークロールの一次クラックＫからの反射波高さと（パルス幅／表面波の波長）との関係を調査した結果を示したものである。但し、反射波高さの基準としては、直径１ｍｍ・深さ１ｍｍの縦方向のドリル孔からの反射波の高さをとっており、一次クラックＫの深さは約０．１５ｍｍであった。
【００３７】
図中、実測点であるＡ1 、Ａ2 、Ａ3 は、本発明に相当し、表面波プローブ１０を構成する超音波振動子１０Ａとしてニオブ酸鉛系磁器を用い、更にダンピング材１０Ｂとしてエポキシ樹脂に混ぜるタングステン粉の体積分率を、それぞれ８０％、６０％、４０％としたダンピング材を用いている。Ｂ1 、Ｂ2 は比較例に相当し、超音波振動子１０ＡとしてＰＺＴを用い、更にダンピング材１０Ｂとしてエポキシ樹脂に混ぜるタングステン粉の体積分率を、それぞれ８０％、６０％としたダンピング材を用いている。Ｃ1 、Ｃ2 は従来例に相当し、超音波振動子１０Ａとして、機械的Ｑ値が互いに若干異なるＰＺＴを用て、ダンピング材１０Ｂは用いなかったものである。上記以外は、実質上同一の装置により測定したものである。
【００３８】
図５より、パルス幅が短くなる程、一次クラックＫからの反射波高さが低下していることが分かる。
【００３９】
次に、超音波振動子１０Ａ、樹脂製くさび１０Ｃに適当な材質を詳しく検討した。ダンピング材１０Ｂとしては、前記のとおり、エポキシ樹脂にタングステン粉を混ぜて固めたものを用い、エポキシ樹脂に混ぜるタングステン粉の体積分率を、それぞれ８０％、６０％、４０％、２０％とした。超音波振動子１０Ａとして、ニオブ酸鉛系磁器、チタン酸鉛系磁器、ＰＺＴ、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、１−３型コンポジット振動子（図６）、０−３型コンポジット振動子（図７）、３−１型コンポジット振動子（図８）を選び、又、樹脂製くさび１０Ｃとして、ポリイミド樹脂、ポリスチロール樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂を選び、表面波プローブを製作して、送受信される表面波の周波数帯域幅及びパルス幅を測定すると共に、図５に結果を示した実験と同じ熱間仕上圧延用前段ワークロールの１次クラックＫからの反射波高さを調査した。反射波高さの基準としては、直径１ｍｍ、深さ１ｍｍの縦方向のドリル孔からの反射波の高さをとっており、図５に結果を示した実験と全く同じである。ダンピング材１０Ｂ中のタングステン粉の体積分率が８０％のときの実験結果を図９に、ダンピング材１０Ｂ中のタングステン粉の体積分率が６０％のときの実験結果を図１０に、ダンピング材１０Ｂ中のタングステン粉の体積分率が４０％のときの実験結果を図１１にそれぞれ示す。但し、１次クラックＫからの反射波高さが−１１ｄＢより高いもの（１次クラックＫからの反射波高さが従来プローブよりも３ｄＢ以上低くならなかったもの）は削除したが、超音波振動子がＰＺＴのときの結果は、比較例として対比のために全て示している。又、図１２は、ダンピング材１０Ｂ中のタングステン粉の体積分率が２０％のときの実験結果を示しているが、一次クラックＫからの反射波高さが−１１ｄＢより高かった。図９乃至図１１を見ると、全ての場合で、超音波振動子１０Ａには、ニオブ酸鉛系磁器、チタン酸鉛系磁器、１−３型コンポジット振動子、０−３型コンポジット振動子、３−１型コンポジット振動子が全て使用可能であることが分かる。又、樹脂製くさび１０Ｂには、ポリイミド樹脂（２ＭＨｚでの超音波の減衰定数：１．２×１０2 ｄＢ／ｍ）、ポリスチロール樹脂（２ＭＨｚでの超音波の減衰定数：１．３×１０2 ｄＢ／ｍ）、アクリル樹脂（２ＭＨｚでの超音波の減衰定数：１．８×１０2 ｄＢ／ｍ）、フッ素樹脂（テフロン：２ＭＨｚでの超音波の減衰定数：１．８×１０2 ｄＢ／ｍ）の全てが使用可能であることが分かる。従って、くざび材は、２ＭＨｚでの超音波の減衰定数が１．８×１０2 ｄＢ／ｍ以下であれば良い。更に、図９乃至図１１と図１２とを比較すると、ダンピング材１０Ｂ中のタングステン粉の体積分率は４０％以上必要であることがわかる。
【００４０】
本発明者等は、従来用いられている、パルス幅が表面波の波長の５倍の表面波プローブにより、実質上同一の条件で熱間仕上圧延用前段ワークロールの超音波探傷を行ったところ、最終的なロール研削の１回前の研削段階の後に行った探傷と、最終的な研削段階の後に行った探傷との間で、一次クラックからの反射波が３ｄＢ低下することを確認したので、該一次クラックＫからの反射波高さを３ｄＢ以上低減できれば、ロールの研削段階数を少なくとも１回は低減することができる。なお、最終的なロール研削段階とするか否かの判定は、研削後に測定した実測値が所定の閾値以下になったか否かで行っている。
【００４１】
従って、前記図５に示されるように、従来用いられているパルス幅が表面波の波長の５倍の表面波プローブによる測定値Ｃ1 に比べて、一次クラックからの反射波高さを３ｄＢ以上低減することができる測定値が得られる表面波プローブのパルス幅が、表面波の波長の２．５倍以下であるとすれば、測定値Ａ3 とＣ1 の差が３ｄＢであることから、ロールの研削段階数を１回以上少なくできることになる。
【００４２】
更に、図３から、パルス幅が表面波の波長の２．５倍以下の表面波を送受信できる表面波プローブの帯域幅は５０％以上が適当と言うことができる。従って、表面波プローブの周波数帯域幅を０．５０ｆc 以上とすることにより、一次クラックの過検出によるロールの過研削を低減できるという効果があることが分かる。これが本発明において表面波プローブの周波数帯域幅を０．５０ｆc 以上とする根拠である。
【００４３】
以上詳述したように、周波数帯域幅を０．５０ｆc 以上とし、パルス幅を表面波の波長の２．５倍以下とした表面波プローブを用いることにより、従来用いられているパルス幅が表面波の波長の５倍程度の表面波プローブを用いる場合（図５中、Ｃ1 点）と、本発明による場合（Ａ1 〜Ａ3 点）とを比べ、一次クラックＫからの反射波高さを３〜６ｄＢ以上、低減することができた。
【００４４】
又、同様に、深さ約０．１０ｍｍの一次クラックＫが残存している圧延ロールや、深さ約０．２５ｍｍの１次クラックＫが残存しているハイスロールに生成されていた、深さ０．５ｍｍのクラックを探傷したところ、パルス幅が表面波の波長の１．５倍の表面波プローブでは、クラックからの反射波のＳ／Ｎ比が１０ｄＢ、パルス幅が表面波の波長の２．５倍の表面波プローブでは、クラックからの反射波のＳ／Ｎ比が７ｄＢであったのに対し、従来用いられているパルス幅が表面波の波長の５倍程度の表面波プローブでは、Ｓ／Ｎ比が約４ｄＢであった。従って、本発明方法によれば、従来方法に比べてＳ／Ｎ比を約３〜６ｄＢ高くでき、欠陥検出能力を大幅に向上させることができる。
【００４５】
次に、前記図１に示した超音波振動子１０Ａ、ダンピング材１０Ｂ、樹脂製くさび１０Ｃが、それぞれニオブ酸鉛系磁器、エポキシ樹脂に６０％の体積分率でタングステン粉を混ぜたダンピング材、ポリイミド樹脂で形成された表面波プローブ１０を備えた超音波探傷装置を用いて、５００本の熱間仕上圧延用前段ワークロールの探傷を行い、一次クラック（ヒートクラック）からの反射波が所定のレベル以下に低下するまでの研削量の実績を調査したところ、直径換算の研削量実績で、パルス幅が表面波の波長の５倍程度の表面波プローブを有する超音波探傷装置を用いて、同様に調査した従来例では０．３３ｍｍであったのが、本発明により０．２ｍｍに削減できた。
【００４６】
このように、本発明によれば、従来技術に比べ、研削量を０．１ｍｍ以上削減することが可能となる。なお、このように削減した場合でも、圧延ロールの表面に生成する微小な欠けに起因して発生する被圧延材の表面欠陥の程度は、従来とほとんど変わらなかった。
【００４７】
本発明は、又、回転する円柱体の表面に、媒体液を介して表面波プローブを接触させ、該表面波プローブから円柱体に対して表面波を伝搬させると共に、円柱体表面や表面直下に存在する欠陥からの反射波を受信することにより、該欠陥を検出する円柱体の超音波探傷装置において、前記円柱体を、その周方向に回転させる円柱体回転手段と、該円柱体回転手段による円柱体の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記表面波プローブを円柱体の上方で円柱体表面に対して一定の間隔を維持するよう保持する保持手段と、該円柱体の軸方向に走査する走査手段と、超音波の伝達媒体となる媒体液を、前記表面波プローブと円柱体表面との間に供給することが可能であり、且つ、前記円柱体回転手段による円柱体の回転速度に応じて、媒体液の供給量を制御することが可能な流量制御弁を備えた給水手段と、前記表面波プローブが送受信する表面波の中心周波数をｆcとしたとき、該表面波の周波数スペクトルにおいて、強度がピーク値に対して−６ｄＢ以内の範囲の幅に当たる周波数帯域幅が０．５０ｆc以上となるように、超音波振動子の超音波送受信面に配設されたくさび、及び、超音波振動子の背面に配設されたダンピング材を備え、表面波で欠陥を検出することが可能な表面波プローブと、該表面波プローブに表面波を送信するための電気パルスを供給し、該表面波プローブがとらえた信号を欠陥判定に必要なレベルまで増幅し、出力する超音波送受信器と、該超音波送受信器が出力した信号から欠陥判定を行うべき信号を抽出し、出力するゲート手段と、該ゲート手段が出力する信号の振幅を検出して出力するか、又は、該信号のレベルを所定の閾値と比較し、該信号のレベルが大きいときには、欠陥有りの信号を出力する欠陥判定手段とを備えることにより、前記第２の課題を解決したものである。
【００４８】
特に、前記くさびが、円柱体表面に接触媒質を介して接触させる底面と、該底面部の法線に対して、法線が前出（２）式で規定される入射角θi で交差する傾斜面とを有し、該傾斜面に前記超音波振動子の超音波送受信面が貼付されている場合には、円柱体表面に表面波を効率良く伝搬させることができる。
【００４９】
発明者らが、人工欠陥を有するハイスロールを用い、該ハイスロールの回転速度を変化させて、探触子からロール表面への超音波の伝達が安定であって、且つ、過剰な媒体液の探触子前方への流れ出しがなく、人工欠陥からの反射波の高さが一定の値に維持されるのに適当な媒体液（この実験の場合は水）量を調べた結果を図１３に示す。斜線の範囲内の水量であれば、探触子からロール表面への超音波の伝達が安定になる。ハイスロールの回転速度が大きくなるのに従い、媒体液量も多くする必要があることが分かった。そこで、ハイスロールの回転速度を回転速度検出手段で計測し、ハイスロールの回転速度に応じて、給水手段に設けた流量制御弁を用いて媒体液の供給量を制御することによって、適切な量の媒体液を探触子とハイスロール表面との間に供給することができ、これにより、探触子からロール表面への超音波の伝達を安定に維持し、且つ、過剰な媒体液の探触子前方への流れ出しを防止することができる。
【００５０】
本発明は、又、表面に熱的・機械的損傷を受けたロールの研削に際し、研削を開始する前、あるいは、研削の途中で、前記の円柱体の超音波探傷方法を用いて、ロールを回転させながら、ロールの表面に接触媒質の膜を介して表面波プローブを接触させ、表面波プローブから表面波を伝搬させると共に、ロール表面のうち表面波が伝搬する部分の液体を除去するようにして、ロールの表面に存在又は残存する熱的・機械的損傷部からの反射波高さを測定し、該反射波高さに応じて、その後の研削量を設定して研削を行うようにして、前記第３の課題を解決したものである。
【００５１】
発明者らは、前記表面波プローブを用いて、熱的・機械的損傷部からの反射波高さと、熱的・機械的損傷部の残量（反射波高さが欠陥検出用閾値を下回ったときを残量無しとする）との関係を、圧延により熱的・機械的損傷を受けた圧延ロールを微小量ずつ研削しながら、熱的・機械的損傷部からの反射波高さを測定することにより調査した。この結果を図１４に示す。熱的・機械的損傷部の残量が減少すると共に、熱的・機械的損傷部からの反射波高さも減少することがよく分かる。図１４から、熱的・機械的損傷部を除去するのに必要な研削量と、熱的・機械的損傷部からの反射波高さとの関係を求めると、図１５に示す如くとなった。従って、研削の開始前あるいは研削の途上で、表面波による超音波探傷によって、熱的・機械的損傷部からの反射波高さを測定し、図１５の関係を用いて研削量を決定すれば、熱的・機械的損傷部を超えての過剰な研削や、熱的・機械的損傷部の削り残しを防止して、最適な研削が可能となる。
【００５２】
特に、前記熱的・機械的損傷部からの反射波高さが最も高いところに表面波プローブ及び研削用砥石を移動させ、探傷を行いながらプランジ（plunge）研削を行い、熱的・機械的損傷部からの反射波高さが所定レベル以下になる研削量を求め、この研削量に応じて、残りのロール面を研削することにより、最適な研削を行うことができる。
【００５３】
即ち、研削の開始前、あるいは研削の途上で、表面波による超音波探傷を実施すれば、図１４の関係から明らかなように、熱的・機械的損傷部からの反射波高さが最も高いところが、熱的・機械的損傷部の残量が最も多いところと特定することができる。そこで、図１６に示すように、ロール研削装置の砥石６２と表面波プローブ１０を圧延ロール１１０に当接させる位置（ロールの軸方向の位置）を一致させた上で、熱的・機械的損傷部からの反射波高さが最も高いところにロール研削装置の砥石６２と、表面波プローブ１０を当接させる。そして、表面波による超音波探傷を行い、熱的・機械的損傷部からの反射波高さが所定の閾値を下回るまで圧延ロールをプランジ研削すれば、このときの研削量が、圧延ロール全面から熱的・機械的損傷部を除去するのに必要な研削量となる。従って、残りのロール面の研削量を該研削量に設定して研削を行えばよい。
【００５４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００５５】
図１７は、本発明に係る超音波探傷装置の第１実施形態を示した概略側面図である。
【００５６】
本実施形態の超音波探傷装置は、図中符号１１０で示した圧延ロールを被検体とするもので、基本構成として該ロール１１０を回転させるロール回転装置と、該ロール１１０の表面波を送受信するための表面波プローブ１０と、該プローブ１０を保持するためのプローブホルダ１２と、該ホルダ１２に付設されている接触媒質（水）をロール１１０の表面と表面波プローブ１０の間に供給する給水手段（後述する）とを備えている。
【００５７】
前記ロール回転装置としては、図面の煩雑化を避けるために図示を省略するが、検査対象の圧延ロール１１０を、その円周方向Ｃに回転させることができるものであれば、周知の適当な装置を用いることができる。
【００５８】
前記表面波プローブ１０は、周波数帯域幅が０．５０ｆc 以上で、パルス幅が表面波の波長の２．５倍以下の表面波を送受信可能なように、振動子の種類やダンピング材の組成を調整したものである。
【００５９】
この表面波プローブ１０では、該プローブ１０と被検体である圧延ロール１１０の表面との間のギャップに水（接触媒質）が満たされた状態を形成し、該水を介して超音波をロール１１０の表面に伝達することにより、該ロール１１０に表面波を伝搬させ、その反射波を受信することにより、圧延ロール１１０の表面欠陥を検出することができるようになっている。
【００６０】
この表面波プローブ１０を保持している前記プローブホルダ１２は、圧延ロール１１０の上方に位置する固定構造部１４に対して、上下方向に摺動可能なガイド１６の下部に取り付けられている保持機構部１８に保持されている。この保持機構部１８には、前後各一対、計４個のローラ２０が備えられ、これらローラ２０の間に上記プローブホルダ１２が配置されている。そして、探傷を行うときには、これら４個のローラ２０が、圧延ロール１１０の表面に当接して回転することにより、探傷走査を安定させる。
【００６１】
前記固定構造部１４には、保持機構部１８をガイド１６に沿って昇降させる動力を、周知の伝達手段（図示せず）を介して供給するためのモータ１４Ａと、その取り付けベース１４Ｂが備えられている。
【００６２】
該固定構造部１４は、図示を省略した走査手段によって、圧延ロール１１０の軸方向に走査可能とされ、これにより、表面波プローブ１０を圧延ロール１１０の軸方向に走査可能である。
【００６３】
前記プローブホルダ１２は、保持機構部１８に対して上下に移動可能に遊嵌されている棒状体１２Ａの下端に取り付けられ、該棒状体１２Ａの周囲の所定位置に介装されたばね（図示せず）により、常に図中下方、即ち圧延ロール１１０の表面に対して適当な力で押付けられた状態で支持されている。
【００６４】
前記プローブホルダ１２には、前記表面波プローブ１０と圧延ロール１１０との間に所定のギャップを形成するために、該表面波プローブ１０よりも下方の圧延ロール１１０側に突出する一対の倣いローラ２２が設けられている。
【００６５】
図１８は、この状態を拡大して示した正面図であり、水平方向（ロール軸方向）に沿ってプローブホルダ１２の対向する両側部にそれぞれ軸２４が設けられ、その両側に上記倣いローラ２２が回転可能にそれぞれ取付けられている。このように、プローブホルダ１２に軸支された倣いローラ２２が、前記ばねによる適当な押付力を受けることにより、測定時には常に圧延ロール１１０の表面に当接するようになっており、この構成によってプローブホルダ１２では、表面波プローブ１０と圧延ロール１１０との間に常に一定のギャップが維持されるように、前記表面波プローブ１０が保持されるようになっている。
【００６６】
又、この表面波プローブ１０では、プローブホルダ１２と倣いローラ２２の輪郭を、それぞれ二点鎖線で省略して示した図１９に示すように、その内部に給水部（給水手段）２６が備えられ、導管２８から導かれた水を収容部２６Ａに一旦収容し、これを収容部２６Ａの底部に設けられた放出孔２６Ｂより放出し、表面波プローブ１０と圧延ロール１１０との間に気泡のない水の層を形成することができるようになっている。給水手段は、従来既知の適当な手段を用いて構成すればよいので、詳しい説明は省略する。
【００６７】
図１７において、符号３０は、上記のように給水部２６により供給された水がロール表面に残留し、表面波の伝搬路上に流れ込むことがないように、該水を取り除くスクレーパである。
【００６８】
本実施形態の超音波探傷装置は、以上詳述した装置構成としたので、超音波の伝搬媒体となる水を表面波プローブ１０と被検体である圧延ロール１１０の表面との間に供給すると共に、該プローブ１０をその表面上で走査移動させながら、探傷する作業を容易且つ確実に実行することができる。
【００６９】
本実施形態を用いて、５００本の熱間仕上圧延用前段ワークロール（ハイスロール）の探傷を行い、ヒートクラックと称される１次クラックからの反射波が所定のレベル以下に低下するまでの研削量の実績を調査したところ、従来用いられている、パルス幅が表面波の波長の５倍程度の表面波プローブを用いた探傷装置での研削量実績（直径換算）が０．３３ｍｍであったのが、本実施形態では０．２０ｍｍとなり、従来に比べ、研削量を０．１ｍｍ以上削減できることが確認できた。なお、この場合でも、ハイスロール表面の微小な欠けによる被圧延材の表面欠陥発生は、従来と変わりは無かった。
【００７０】
次に、図２０を参照して、ハイスロールの表面上を表面波プローブ１０を走査移動させて探傷するのに適した、本発明の第２実施形態を詳細に説明する。
【００７１】
本実施形態においては、圧延ロール１１０がハイスロールとされ、該ハイスロールの回転速度が、回転速度検出器３２によって検出され、給水装置に備えられた流量制御弁３４に送られて、流量が図１３に示した範囲に適合するよう制御される。又、表面波プローブ１０の出力は、超音波送受信器４０及びゲート回路４２を経て、欠陥判定回路４４に入力される。
【００７２】
前記超音波送受信器４０は、前記表面波プローブ１０に表面波を送信するための電気パルスを供給し、該表面波プローブ１０がとらえた信号を欠陥判定に必要なレベルまで増幅し、ゲート回路４２に出力する。ゲート回路４２は、前記超音波送受信器４０が出力した信号から、欠陥判定を行うべき信号を抽出し、欠陥判定回路４４に出力する。欠陥判定回路４４は、ゲート回路４２が出力した信号の振幅を検出して出力するか、又は、該信号のレベルを所定の閾値と比較し、該信号のレベルが大きいときに、欠陥有りの信号を出力するように動作し、これによって表面欠陥が検出される。
【００７３】
前記プローブホルダ１２は、第１実施形態と同様、図１９に示すように、内部に給水部２６を備えている。該給水部２６は、流量制御弁３４によって圧延ロール１１０の回転速度（周速度）に応じた流量とされ、導管２８から導かれた水を収容部２６Ａに一旦収容し、これを収容部２６Ａの底部に設けられた放出口２６Ｂより放出し、表面波プローブ１０と圧延ロール１１０の間に気泡の無い水の層を形成する。
【００７４】
他の点に関しては、第１実施形態と同じであるので、同じ符号を用いて、詳細な説明は省略する。
【００７５】
表面欠陥を有するハイスロールを、本実施形態の装置で、回転速度２５ｒｐｍから５０ｒｐｍまで変化させて探傷を行い、欠陥からの反射波の高さと回転速度の関係を調査した結果を、図２１に示す。本実施形態の装置を用いれば、ハイスロールの回転速度に関係なく、良好に表面欠陥を検出できる。
【００７６】
次に、図２２を参照して、本発明の第３実施形態を詳細に説明する。
【００７７】
本実施形態は、研削の開始前あるいは研削の途上で表面波による超音波探傷を行い、熱的・機械的損傷部からの反射波の高さを測定して、圧延ロール１１０の研削装置６０へ研削量の設定値を伝送する装置を示す。圧延ロールの研削装置は、従来周知の適当な装置を用いればよく、図面の煩雑化を避けるために、図示を省略する。
【００７８】
前記表面波プローブ１０には超音波探傷器５０が接続され、表面波プローブ１０から表面波を送信するための電気パルスを表面波プローブ１０に供給し、又、表面波プローブ１０が受信した信号を欠陥判定に適したレベルに増幅する。更に、超音波探傷器５０は、第２実施形態と同様のゲート回路（図示省略）を用いて、増幅後の信号から熱的・機械的損傷からの反射波を抽出し、その高さを検出する。超音波探傷器５０によって検出された熱的・機械的損傷部からの反射波の高さは、コンピュータ５２に送られ、図１５の関係を参照することにより、熱的・機械的損傷部を除去するのに必要な研削量が求められる。こうして求められた研削量の設定値は、圧延ロールの研削装置６０に送られ、例えば砥石を用いて研削が実行される。
【００７９】
他の点に関しては、第１、第２実施形態と同じであるので、同じ符号を用いて、詳細な説明は省略する。
【００８０】
本実施形態を用いて、２００本の熱間仕上圧延用前段ワークロールの探傷を行い、研削量の実績を調査したところ、従来行われてきた、熱的・機械的損傷部からの反射波の高さが所定の閾値を下回るまで一定量の研削を繰り返す方法での研削量の推定値（ロール１本毎に本装置を用いた研削量の実績値から従来法での研削量を推定）が、直径換算で０．２３ｍｍであったのが、同じく０．１８ｍｍとなり、従来に比べ、研削量を０．０５ｍｍ以上削減できることが確認できた。
【００８１】
次に、図２３を参照して、本発明の第４実施形態を詳細に説明する。
【００８２】
本実施形態においては、表面波プローブ１０のロール軸方向位置を検出する位置検出器３６が設けられており、コンピュータ５２には、該位置検出器３６から、表面波プローブ１０のロール軸方向での位置が検出され、送られてきており、研削の開始前又は研削の途上で行われる表面波による超音波探傷において、熱的・機械的損傷部からの反射波の高さが最も高い部分の圧延ロール上での位置が求められる。又、プランジ研削と称する研削を行う際には、図１６に示したように、表面波プローブ１０と砥石６２が圧延ロール１１０に当接する位置（ロールの軸方向の位置）が一致するように、表面波プローブ１０は機械的に位置合わせをして設置される。
【００８３】
他の構成に関しては、第３実施形態と同じであるので、同じ符号を用いて、詳細な説明は省略する。
【００８４】
以下、本実施形態の動作について、詳しく説明する。まず、研削の開始前又は研削の途上で、圧延ロール１１０を、その円周方向Ｃに回転させながら、表面波プローブ１０を圧延ロール１１０の軸方向に走査することにより、圧延ロール全面の表面波による超音波探傷を行い、熱的・機械的損傷部からの反射波の高さ、及び、表面波プローブ１０の位置検出信号が入力されたコンピュータ５２によって、熱的・機械的損傷部からの反射波の高さが最も高い部分の圧延ロール１１０上での位置が求められる。
【００８５】
次に、図１６に示した如く、この位置に表面波プローブ１０と砥石６２が移動され、熱的・機械的損傷部からの反射波高さが所定の閾値を下回るまで、表面波による超音波探傷を行いながら、圧延ロール１１０のプランジ研削が行われ、このときの研削量が求められる。
【００８６】
こうして求められた研削量の設定値は、圧延ロールの研削装置６０に入力され、残りのロール面の研削が実行される。
【００８７】
本実施形態の装置を用いて、２００本の熱間仕上圧延用前段ワークロールの探傷を行い、研削量の実績を調査したところ、従来行われてきた、熱的・機械的損傷部からの反射波の高さが所定の閾値を下回るまで一定量の研削を繰り返す方法での研削量の推定値が、直径換算で０．２４ｍｍであったのが、本実施形態では、同じく０．１９ｍｍとなり、従来に比べ、研削量を０．０５ｍｍ以上削減できることが確認できた。
【００８８】
以上、本発明について具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００８９】
例えば、表面波プローブを構成する部材である超音波振動子１０Ａ、ダンピング材１０Ｂ、樹脂製くさび１０Ｃの具体的な材料は、前記実施形態に示したものに限定されず、同様の機能を有するものであれば任意の材料を利用できる。
【００９０】
又、前記実施形態では、接触媒体として水を用いる場合を示したが、油等の他の液体を用いてもよい。
【００９１】
又、本発明の適用対象は、圧延ロール、特にハイスロールに限られず、金属等からなるローラ等の円柱体であれば特に制限されない。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によれば、表面波を用いて超音波探傷する際に、一次クラックの過検出を防止して、過研削によるロール原単位の悪化を防止できる。更に、１次クラックや結晶粒界からのノイズのレベルを低減させ、欠陥検出能力を大幅に向上させることができる。
【００９３】
特に、圧延により表面に熱的・機械的損傷を受けた圧延ロールの研削に際し、熱的・機械的損傷からの反射波の高さに応じて、その後の研削量を設定するようにした場合は、ロールの研削量を最適化してロール原単位を向上させると共に、ロール研削の能率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いる表面波プローブの概略構成を拡大して示す断面図
【図２】前記表面波プローブの周波数帯域幅を説明するための線図
【図３】前記表面波プローブの周波数帯域幅と（パルス幅／表面波の波長）の関係を示す線図
【図４】本発明による観測波形と微小反射体からの反射波の関係を示す説明図
【図５】一次クラックからの反射波の高さと（パルス幅／表面波の波長）との関係を示す線図
【図６】本発明のプローブ振動子の一例である１−３型コンポジット振動子を示す斜視図
【図７】本発明のプローブ振動子の他の例である０−３型コンポジット振動子を示す斜視図
【図８】本発明のプローブ振動子の更に他の例である３−１型コンポジット振動子を示す斜視図
【図９】ダンピング材中のタングステン粉の体積分率が８０％である時の、前記表面波プローブの振動子材質及び樹脂材質と、表面波の周波数帯域幅、パルス幅、及び、１次クラックからの反射波の高さの測定結果の関係を示す図表
【図１０】同じく６０％である時の、前記表面波プローブの振動子材質及び樹脂材質と、表面波の周波数帯域幅、パルス幅、及び、１次クラックからの反射波の高さの測定結果の関係を示す図表
【図１１】同じく４０％である時の、前記表面波プローブの振動子材質及び樹脂材質と、表面波の周波数帯域幅、パルス幅、及び、１次クラックからの反射波の高さの測定結果の関係を示す図表
【図１２】同じく２０％である時の、前記表面波プローブの振動子材質及び樹脂材質と、表面波の周波数帯域幅、パルス幅、及び、１次クラックからの反射波の高さの測定結果の関係を示す図表
【図１３】本発明の原理を説明するための、ロールの回転速度と適当な媒体液量の調査結果を示す線図
【図１４】同じく、熱的・機械的損傷部からの反射波の高さと熱的・機械的損傷部の残量との関係を示す線図
【図１５】同じく、必要な研削量と熱的・機械的損傷部からの反射波の高さとの関係を示す線図
【図１６】同じく、プランジ研削における砥石と表面波プローブとの位置関係を示す斜視図
【図１７】本発明に係る超音波探傷装置の第１実施形態の概略構成を示す側面図
【図１８】第１実施形態のプローブホルダ部分を拡大して示す正面図
【図１９】同じく、表面波プローブに備えられた給水部を破断して示す要部側面図
【図２０】本発明に係る超音波探傷装置の第２実施形態の概略構成を示す側面図
【図２１】第２実施形態でロール回転速度を変化させて探傷した時の、欠陥からの反射波の高さと回転速度の関係の調査結果を示す線図
【図２２】本発明に係る超音波探傷装置の第３実施形態の概略構成を示す側面図
【図２３】同じく第４実施形態の概略構成を示す側面図
【図２４】熱間仕上圧延用ワークロールの円周方向の表面に生じるクラックを説明するための概念図
【図２５】表面波プローブと微小反射体との位置関係を示す説明図
【図２６】従来法による観測波形と微小反射体からの反射波との関係を示す説明図
【符号の説明】
１０…表面波プローブ
１０Ａ…超音波振動子
１０Ｂ…ダンピング材
１０Ｃ…樹脂製くさび
１２…プローブホルダ
１４…固定構造部
１６…ガイド
１８…保持機構部
２０…ローラ
２２…倣いローラ
２４…軸
２６…給水部
２８…導管
３０…スクレーパ
３２…回転速度検出器
３４…流量制御弁
３６…位置検出器
４０…超音波送受信器
４４…欠陥判定回路
５０…超音波探傷器
５２…コンピュータ
６０…研削装置
６２…砥石
１１０…圧延ロール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a metal cylindrical body such as a rolling roll or roller, particularly cracks present on the surface of the high-speed rolling steel made of high-speed tool steel whose surface is thermally and mechanically damaged due to rolling, and on the surface. The present invention relates to an ultrasonic flaw detection method and apparatus for the surface of a cylindrical body, and a roll grinding method using the same.
[0002]
[Prior art]
A rolling roll used for hot rolling of a metal plate is subjected to thermal and mechanical damage on the surface by rolling. Hereinafter, with reference to FIG. 24, the thermal and mechanical damage on the surface of the former work roll (hereinafter referred to as the finishing high stand roll) made of high-speed tool steel used for hot finish rolling will be described in detail. The thermal damage is caused by the high temperature of the material to be rolled before the finishing stand, and deep primary cracks K called heat cracks are generated perpendicular to the surface of the roll 100. The mechanical damage is due to shear stress due to rolling with the backup roll, and secondary cracks L are generated in the direction almost parallel to the roll surface starting from the heat crack K. In addition, a plurality of these cracks are connected to generate minute chips M on the roll surface. When this minute chip M is transferred to the material to be rolled, it becomes a surface defect of the material to be rolled, so that it is removed from the surface to a certain depth (hereinafter referred to as a certain amount), for example, by grinding with a grindstone, The roll is used again for rolling, but after grinding, ultrasonic flaw detection using surface waves (referred to as surface wave flaw detection) is performed as seen in JP-A-4-276547.
[0003]
Specifically, a surface wave probe (probe) is brought into contact with the surface of a rotating roll through a film of a contact medium such as water, and the surface wave is directed in the direction opposite to the roll rotation direction from the surface wave probe. , And the film of the contact medium where the surface wave propagates on the roll surface is removed to detect defects existing on the roll surface or directly below the surface. If a defect is detected by this surface wave flaw detection, additional grinding is performed.
[0004]
As an apparatus to which the flaw detection method according to Japanese Patent Laid-Open No. 4-276547 is applied, there is an ultrasonic flaw detection apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-294493. This ultrasonic flaw detector includes a rotating means for rotating a cylindrical or columnar specimen to be inspected for surface defects in the circumferential direction, and an ultrasonic probe for detecting defects and the like with ultrasonic waves. And a holding unit that holds the probe so as to maintain a certain distance from the surface of the test material above the test material, and a medium liquid such as water serving as an ultrasonic transmission medium with the probe A water supply means for supplying between the test materials is provided. The holding portion has a copying portion that protrudes downward from the probe and smoothly contacts the surface of the test material, and the copying portion of the holding portion is brought into contact with the rotating test material. Keep the distance to the test material constant. Further, the water supply means is provided in the vicinity of the contact of the holding portion. This water supply means has an accommodating portion capable of temporarily storing the medium liquid guided to the vicinity of the probe from other places. This accommodating part is located in the vicinity of the probe, and has a plurality of water outlets at the bottom and an air vent hole penetrating to the outside at the top. Each of the plurality of water outlets is arranged in front of the traveling direction when the probe scans the surface of the test material by rotation of the test material, and is arranged so as to intersect the circumferential direction. From the front of the probe, the medium water in the housing portion is discharged between the probe and the surface of the test material.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the flaw detection method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-276547 is used to detect defects present on the surface of a high-speed roll for a stand before and after finishing, or a defect existing directly under the surface, recently, there are the following major problems. It was revealed.
[0006]
That is, since the minute chip M shown in FIG. 24 does not occur without the secondary crack L, in order to prevent the generation of the minute chip M, only the secondary crack L may be removed by grinding. However, in the conventional ultrasonic flaw detection method, even after all the secondary cracks L are removed, a phenomenon in which a reflected wave with a large amplitude appears is observed. If grinding is performed until this reflected wave does not appear, removal is unnecessary. The remaining part of the next crack K is scraped off, and the roll basic unit deteriorates.
[0007]
This is because the ultrasonic flaw detection method using surface waves is highly sensitive to defects perpendicular to the roll surface, and even if all the secondary cracks L are removed, the remaining portions of the primary cracks K are detected. is there. Since the depth of the remaining portion of the primary crack K is considerably small, the amplitude of the reflected wave from the remaining portion of each primary crack K is small, but the remaining portion of the primary crack K is There are innumerable numbers on the roll surface, and there are also innumerable paths along which the surface waves propagate by ultrasonic flaw detection using surface waves. When a specimen (here, a roll) having such countless minute reflectors is flaw-detected using surface waves, the distance from the surface wave probe 10 is as shown in FIG. There is always a combination of minute reflectors having a difference of λ / 2. FIG. 25 illustrates this combination of minute reflectors, and the minute reflectors K1 to K4 correspond to this combination.
[0008]
When a region in which such minute reflectors K1 to K4 exist is flaw-detected using a narrow-band pulse having a pulse width of five times or more of the surface wave wavelength as in the prior art, it is caused by a long pulse. As shown in FIG. 26, small reflected waves overlap with each other in the same phase and interfere to increase the amplitude, resulting in a reflected wave having a large defect. That is, in the ultrasonic flaw detection using the surface wave of the high-speed roll for the hot finish rolling pre-stage stand, the flaw detection is performed using a narrow band pulse whose pulse width is 5 times the wavelength of the surface wave. The amplitude of the reflected wave from K is detected excessively. As a result, grinding is performed until the amplitude of the reflected wave from the primary crack K becomes smaller than a predetermined value, and the primary crack K is almost removed, so that the grinding amount becomes excessive and the roll basic unit deteriorates.
[0009]
It is also conceivable to raise the threshold value set for defect detection to such an extent that the primary crack K is not overdetected. However, if this threshold value is increased, the defect detection capability will be lowered, so that there is a risk that defects that should be detected such as cracks that exist alone (generated due to an accident during rolling) may be missed. .
[0010]
The problems of ultrasonic flaw detection described above do not exist only in primary cracks such as rolling rolls, but in general metal cylinders such as rollers, the crystal structure is rough and scattered waves are generated from the grain boundaries. In such a case, when flaw detection is performed using a conventional narrow-band pulse, high noise is generated by the same mechanism as the phenomenon already described, and therefore there is a similar problem.
[0011]
The depth of thermal and mechanical damage generated by rolling is the length of the rolled metal sheet, the rolling speed, the cooling conditions of the roll, and the material (even if it is a roll classified into the same material) There is a small difference in material due to the difference in method). Therefore, if this is removed by a fixed amount of grinding, the following problems occur.
[0012]
(1) When the thermal / mechanical load is small and the depth of thermal / mechanical damage is small, the surface of the roll is scraped off (over-grinding) until there is no damage, and the grinding amount increases, Basic unit deteriorates.
[0013]
(2) If the thermal / mechanical load is large and the depth of thermal / mechanical damage is large, this will remain even after a certain amount of grinding, and defects will be detected during flaw detection. Necessary. However, since it is unclear how much thermal and mechanical damage remains, the additional grinding amount has to be the same as the initial grinding amount, which is usually too much grinding (over grinding), and the grinding amount As a result, the basic unit of roll deteriorates.
[0014]
(3) The grinding time of the roll becomes longer by the time required for the above-mentioned overgrinding, and the efficiency of roll grinding is reduced.
[0015]
Further, in the ultrasonic flaw detector disclosed in JP-A-7-294493, the relationship between the rotation speed of the test material and the required amount of medium liquid is not considered at all, but depending on the rotation speed of the test material, The amount of medium liquid that is dragged by the specimen and escapes between the probe and the specimen surface changes.For example, if the rotational speed of the specimen increases, the distance between the probe and the specimen surface The amount of medium liquid that escapes from the surface increases, the amount of medium liquid between the probe and the surface of the test material is insufficient, the transmission of ultrasonic waves to the test material becomes poor, and surface defects cannot be detected. There is. On the other hand, when the rotation speed of the roll is reduced, the excess medium liquid flows out in front of the probe, which may attenuate the surface wave and make it impossible to detect surface defects.
[0016]
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and when performing ultrasonic flaw detection using surface waves, it prevents over-detection of primary cracks and reduces the level of noise from the crystal grain boundary. It is a first object to provide a cylindrical ultrasonic inspection method and apparatus capable of reducing and improving defect detection capability.
[0017]
The present invention also supplies an appropriate amount of medium liquid between the probe and the surface of the test material at all times, even if the rotation speed of the test material changes, and ensures good transmission of ultrasonic waves to the test material. It is a second object to provide an ultrasonic flaw detector that can maintain the above and prevent the flow of excess medium liquid to the front of the probe.
[0018]
In the present invention, when grinding a roll whose surface is thermally and mechanically damaged by rolling or the like, the amount of roll grinding can be optimized to improve the roll basic unit, and the efficiency of roll grinding can be improved. A third problem is to provide a roll grinding method that can be used.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, a surface wave probe is brought into contact with the surface of a rotating cylindrical body through a contact medium so that a surface wave is propagated from the surface wave probe to the cylindrical body, and is present on the surface of the cylindrical body or directly below the surface. In a cylindrical ultrasonic inspection method for detecting a defect by receiving a reflected wave from the defect, the center frequency of the surface wave transmitted and received by the surface wave probe is f.cIn the frequency spectrum of the surface wave, a frequency bandwidth corresponding to a width within a range of −6 dB with respect to the peak value is 0.50 f.cBy setting it as the above, the said 1st subject is solved.
[0020]
The present invention also provides the ultrasonic flaw detection method, wherein the pulse width of the surface wave pulse transmitted and received by the surface wave probe is 2.5 times or less the wavelength of the surface wave propagating through the cylindrical body. This is a solution to the first problem.
[0021]
  In the present invention, a surface wave probe is brought into contact with the surface of a rotating cylindrical body through a contact medium so that a surface wave is propagated from the surface wave probe to the cylindrical body, and is present on the surface of the cylindrical body or directly below the surface. In the cylindrical ultrasonic inspection device for detecting the defect by receiving the reflected wave from the defect,Center frequency f of surface wave transmitted / received by the surface wave probe c In the frequency spectrum of the surface wave, the frequency bandwidth corresponding to the width in the range of −6 dB or less with respect to the peak value is 0.50 fc or more.A surface wave probe, a wedge disposed on an ultrasonic wave transmitting / receiving surface of an ultrasonic transducer;The ultrasonic transducerIn the same manner, the first problem is solved by providing a damping material disposed on the back surface of the material.
[0022]
Further, according to the present invention, the ultrasonic vibrator is composed of a lead niobate-based porcelain, a lead titanate-based porcelain, a 1-3 type composite vibrator (as shown in FIG. 6, a polymer plate 11A made of epoxy resin or the like). A small columnar lead zirconate titanate (hereinafter referred to as PZT) 11B, a 0-3 type composite vibrator (as shown in FIG. Vibrators in which the child particles 11D are uniformly dispersed), or a 3-1 type composite vibrator (as shown in FIG. 8, lead zirconate titanate (PZT) plate 11E with many through holes, Here, a vibrator in which a polymer material 11F such as an epoxy resin is poured and hardened is used.
[0023]
  In the present invention, the wedge may be a polyimide resin, a polystyrene resin, an acrylic resin, or a fluororesin (Teflon).(Registered trademark)).
[0024]
As shown in FIG. 1, the surface wave probe 10 according to the present invention is mainly composed of an ultrasonic transducer 10A, a damping material 10B, and a resin wedge 10C, so that the center frequency of surface waves to be transmitted and received is f.cWhen the frequency bandwidth of the surface wave is 0.50 fcThat's it.
[0025]
That is, now, assuming that the frequency spectrum of the surface wave transmitted and received by the surface wave probe 10 has a frequency distribution conceptually shown in FIG. 2, it is within −6 dB with respect to the peak value of the spectrum intensity (signal intensity). Range frequency width (fR-FL) Is defined as a frequency bandwidth, and the following equation (1) is established.
[0026]
fR-FL≧ 0.50fc      ... (1)
[0027]
Thus, in the present invention, the frequency band of the surface acoustic wave probe 10 is set to 0.50 f.cThe above broadband. The specific configuration of the surface wave probe 10 will be described. The ultrasonic vibrator 10A includes a vibrator having a low mechanical Q value, such as a lead niobate-based porcelain or the composite vibrator shown in FIGS. Or a vibrator that is easily mechanically damped even if the mechanical Q value is high, such as a lead titanate-based ceramic. Here, the mechanical Q value is a quantity representing the sharpness of resonance vibration, and the greater the Q value, the longer the vibration duration. The center frequency f of the surface wave to be transmitted and receivedcSince the scattering noise varies depending on the crystal grain boundary and surface roughness of the material to be flawed, it is necessary to set it within an appropriate range. For example, in the case of a roll for rolling, 1 to 4 MHz is preferable.
[0028]
Further, as the damping material 10B, an object obtained by mixing and hardening a powder having a large specific gravity such as tungsten (metal) with an epoxy resin and the like is adhered to the back surface of the ultrasonic transducer 10A, thereby ultrasonic waves are obtained. The ultrasonic vibration generated in the vibrator 10A is braked. As the volume fraction of powder such as tungsten (metal) increases, the weight of the damping material increases, so that the damping effect of the vibration of the ultrasonic vibrator increases, and the pulse width of the ultrasonic pulse decreases.
[0029]
By setting the ultrasonic transducer 10A and the damping material 10B to the material configurations as described above, the frequency bandwidth is 0.5f.cAs described above, an ultrasonic pulse having a pulse width of 2.5 times or less of the wavelength of the surface wave can be generated (transmitted).
[0030]
Further, as shown in FIG. 1, the resin wedge 10C is brought into contact with the surface of the subject through the medium so that the ultrasonic vibration satisfies the following expression (2) and enters the subject. The normal line S2 of the ultrasonic wave transmitting / receiving surface has an incident angle θ relative to the normal line S1 of the bottom surfaceiAnd the front surface (ultrasonic wave transmitting / receiving surface) of the ultrasonic transducer 10A is attached to the inclined surface. The wedge 10C itself is formed using, for example, a polystyrene resin, a polyimide resin, or the like having a small attenuation rate so as not to damage the short pulse waveform as described above.
[0031]
θi= Sin-1(CW/ CR(2)
Where CW: Ultrasonic velocity in resin wedge
CR: Surface wave velocity in a cylinder
[0032]
FIG. 3 shows the center frequency f having different frequency bandwidths by changing the material of the damping material.cThis shows the result of manufacturing the surface wave probe 10 of = 2 MHz and examining the relationship between the pulse width and the frequency bandwidth. However, here, the frequency bandwidth is the center frequency f.cIs shown as 100%.
[0033]
As can be seen from FIG. 3, when the frequency bandwidth is 50% or more, it is possible to generate a short pulse whose pulse width is 2.5 times or less of the wavelength of the surface wave. The surface wave pulse having a short pulse width generated in this way is applied to defect detection of a roll in which an infinite number of remaining primary cracks K exist. Also in this case, as described with reference to FIG. 25, there is always a combination of minute reflectors K1 to K4 whose distance from the surface wave probe 10 is λ / 2 when the wavelength of the surface wave is λ. .
[0034]
FIG. 4 shows that the frequency bandwidth is 0.70 f.cThus, the pulse width is 1.5 times the wavelength of the surface wave and an ultrasonic pulse is used to show the observed waveform when the region where the minute reflector is present is flawed. This corresponds to FIG.
[0035]
As shown in FIG. 4, since the pulse width is short, even if the reflected waves having a small amplitude from the remaining portion of the primary crack K overlap with each other in the same phase, the increase in the amplitude is small. That is, when the surface wave probe 10 of the present invention that can transmit and receive a surface wave pulse with a short pulse width is applied to defect detection of a roll in which an infinite number of remaining portions of the primary crack K exist, the remaining portion of the primary crack K It is possible to effectively prevent the amplitude of the reflected wave from increasing.
[0036]
FIG. 5 shows the reflected wave height from the primary crack K of the first work roll for hot finish rolling (pulse width / surface), using the surface wave probe having a center frequency of 2 MHz with different frequency bandwidth (different pulse width). The result of investigating the relationship with the wavelength of the wave) is shown. However, as a reference for the height of the reflected wave, the height of the reflected wave from the vertical drill hole having a diameter of 1 mm and a depth of 1 mm was taken, and the depth of the primary crack K was about 0.15 mm.
[0037]
In the figure, measured points A1, A2, and A3 correspond to the present invention, and a lead niobate-based ceramic is used as the ultrasonic transducer 10A constituting the surface wave probe 10, and further mixed with an epoxy resin as a damping material 10B. A damping material having a volume fraction of tungsten powder of 80%, 60%, and 40%, respectively, is used. B1 and B2 correspond to comparative examples, using PZT as the ultrasonic transducer 10A, and further using a damping material in which the volume fraction of tungsten powder mixed with the epoxy resin is 80% and 60% as the damping material 10B, respectively. Yes. C1 and C2 correspond to conventional examples, and PZT having slightly different mechanical Q values is used as the ultrasonic transducer 10A, and the damping material 10B is not used. Except for the above, the measurement was performed using substantially the same apparatus.
[0038]
FIG. 5 shows that the reflected wave height from the primary crack K decreases as the pulse width becomes shorter.
[0039]
Next, materials suitable for the ultrasonic transducer 10A and the resin wedge 10C were examined in detail. As described above, the damping material 10B is obtained by mixing and hardening an epoxy resin with tungsten powder, and the volume fraction of the tungsten powder mixed with the epoxy resin is 80%, 60%, 40%, and 20%, respectively. . As the ultrasonic vibrator 10A, lead niobate-based porcelain, lead titanate-based porcelain, PZT, barium titanate, lithium niobate, 1-3 type composite vibrator (FIG. 6), 0-3 type composite vibrator (see FIG. 7) Select the 3-1 type composite vibrator (Fig. 8), and select polyimide resin, polystyrene resin, acrylic resin, fluororesin as the resin wedge 10C, manufacture the surface wave probe, and send / receive In addition to measuring the frequency bandwidth and pulse width of the surface wave, the height of the reflected wave from the primary crack K of the first work roll for hot finish rolling, which was the same as the experiment whose result was shown in FIG. The height of the reflected wave is taken as the height of the reflected wave from a longitudinal drill hole having a diameter of 1 mm and a depth of 1 mm, which is exactly the same as the experiment whose result is shown in FIG. FIG. 9 shows the experimental results when the volume fraction of tungsten powder in the damping material 10B is 80%, and FIG. 10 shows the experimental results when the volume fraction of tungsten powder in the damping material 10B is 60%. FIG. 11 shows the experimental results when the volume fraction of tungsten powder in 10B is 40%. However, although the case where the reflected wave height from the primary crack K is higher than -11 dB (the reflected wave height from the primary crack K was not 3 dB or more lower than that of the conventional probe) was deleted, the ultrasonic transducer was The results for PZT are all shown for comparison as comparative examples. FIG. 12 shows the experimental results when the volume fraction of tungsten powder in the damping material 10B is 20%, and the reflected wave height from the primary crack K is higher than −11 dB. 9 to 11, in all cases, the ultrasonic vibrator 10A includes a lead niobate-based ceramic, a lead titanate-based ceramic, a 1-3 type composite vibrator, a 0-3 type composite vibrator, It can be seen that all 3-1 type composite vibrators can be used. In addition, the resin wedge 10B includes a polyimide resin (ultrasonic attenuation constant at 2 MHz: 1.2 × 102dB / m), polystyrene resin (ultrasonic attenuation constant at 2 MHz: 1.3 × 102dB / m), acrylic resin (ultrasonic attenuation constant at 2 MHz: 1.8 × 102dB / m), fluororesin (Teflon: ultrasonic attenuation constant at 2 MHz: 1.8 × 102It can be seen that all of dB / m) can be used. Therefore, the wedge material has an ultrasonic attenuation constant of 1.8 × 10 2 at 2 MHz.2It may be equal to or less than dB / m. Furthermore, comparing FIG. 9 to FIG. 11 with FIG. 12, it can be seen that the volume fraction of tungsten powder in the damping material 10B needs to be 40% or more.
[0040]
The inventors of the present invention conducted ultrasonic flaw detection of the former work roll for hot finishing rolling under substantially the same conditions using a surface wave probe having a pulse width of 5 times the wavelength of the surface wave, which has been conventionally used. Since it was confirmed that the reflected wave from the primary crack was reduced by 3 dB between the flaw detection performed after the grinding step one time before the final roll grinding and the flaw detection performed after the final grinding step. If the height of the reflected wave from the primary crack K can be reduced by 3 dB or more, the number of roll grinding steps can be reduced at least once. Whether or not the final roll grinding stage is to be performed is determined based on whether or not an actual measurement value measured after grinding has become a predetermined threshold value or less.
[0041]
Therefore, as shown in FIG. 5, the reflected wave height from the primary crack is reduced by 3 dB or more compared to the measured value C1 using a surface wave probe whose pulse width is 5 times the wavelength of the surface wave used in the past. If the pulse width of the surface wave probe from which the measured value can be obtained is 2.5 times or less of the wavelength of the surface wave, the difference between the measured value A3 and C1 is 3 dB. The number can be reduced more than once.
[0042]
Furthermore, it can be said from FIG. 3 that the bandwidth of a surface wave probe capable of transmitting and receiving a surface wave whose pulse width is 2.5 times or less of the wavelength of the surface wave is appropriate to be 50% or more. Therefore, the frequency bandwidth of the surface wave probe is 0.50 f.cBy setting it as the above, it turns out that there exists an effect that the excessive grinding of the roll by the excessive detection of a primary crack can be reduced. In the present invention, this reduces the frequency bandwidth of the surface wave probe to 0.50 f.cThis is the basis for the above.
[0043]
As detailed above, the frequency bandwidth is 0.50 f.cWhen a surface wave probe having a pulse width of about 5 times the wavelength of the surface wave is used by using the surface wave probe having the pulse width of 2.5 times or less the surface wave wavelength as described above ( In FIG. 5, the point C1) and the case according to the present invention (points A1 to A3) were compared, and the reflected wave height from the primary crack K could be reduced by 3 to 6 dB or more.
[0044]
Similarly, the depth generated in the rolling roll in which the primary crack K having a depth of about 0.10 mm remains or the high speed roll in which the primary crack K having a depth of about 0.25 mm remains. When a 0.5 mm crack was detected, a surface wave probe with a pulse width of 1.5 times the wavelength of the surface wave had an S / N ratio of 10 dB of the reflected wave from the crack, and a pulse width of 2 of the wavelength of the surface wave. In the surface wave probe of 5 times, the S / N ratio of the reflected wave from the crack was 7 dB, whereas in the conventional surface wave probe whose pulse width is about 5 times the wavelength of the surface wave, The S / N ratio was about 4 dB. Therefore, according to the method of the present invention, the S / N ratio can be increased by about 3 to 6 dB as compared with the conventional method, and the defect detection capability can be greatly improved.
[0045]
Next, the ultrasonic vibrator 10A, the damping material 10B, and the resin wedge 10C shown in FIG. 1 are each a lead niobate-based porcelain, a damping material in which tungsten powder is mixed with epoxy resin at a volume fraction of 60%, Using an ultrasonic flaw detector provided with a surface wave probe 10 made of polyimide resin, flaw detection is performed on 500 pre-rolling work rolls for hot finish rolling, and reflected waves from primary cracks (heat cracks) are predetermined. We investigated the actual grinding amount until the level dropped below the same level. Using an ultrasonic flaw detector with a surface wave probe with a pulse width of about 5 times the wavelength of the surface wave, the same as the diameter grinding amount. According to the present invention, it was reduced to 0.2 mm from 0.33 mm in the conventional example investigated in (1).
[0046]
Thus, according to the present invention, it is possible to reduce the grinding amount by 0.1 mm or more compared to the prior art. Even in such a case, the degree of surface defects of the material to be rolled generated due to minute chips generated on the surface of the rolling roll was almost the same as before.
[0047]
In the present invention, the surface wave probe is brought into contact with the surface of the rotating cylindrical body via the medium liquid so that the surface wave is propagated from the surface wave probe to the cylindrical body, and the surface of the cylindrical body is directly below the surface. In a cylindrical ultrasonic inspection apparatus for detecting a defect by receiving a reflected wave from an existing defect, a cylindrical body rotating means for rotating the cylindrical body in its circumferential direction, and the cylindrical body rotating means A rotational speed detecting means for detecting the rotational speed of the cylindrical body, a holding means for maintaining the surface wave probe so as to maintain a constant distance from the cylindrical body surface above the cylindrical body, and an axial direction of the cylindrical body It is possible to supply a scanning liquid to be scanned and a medium liquid serving as an ultrasonic transmission medium between the surface wave probe and the surface of the cylindrical body, and the rotational speed of the cylindrical body by the cylindrical body rotating means. Depending on the medium A water supply means is provided with a flow control valve capable of controlling the supply amount, the center frequency of the surface wave which the surface wave probe to transmit and receive f ofcIn the frequency spectrum of the surface wave, the frequency bandwidth corresponding to the width within the range of −6 dB with respect to the peak value is 0.50 f.cAs described above, it has a wedge disposed on the ultrasonic transmission / reception surface of the ultrasonic transducer and a damping material disposed on the back surface of the ultrasonic transducer, and can detect defects with surface waves. A surface wave probe, and an ultrasonic transmitter / receiver that supplies an electric pulse for transmitting the surface wave to the surface wave probe, amplifies the signal detected by the surface wave probe to a level necessary for defect determination, and outputs the amplified signal. Extracting a signal to be subjected to defect determination from the signal output from the ultrasonic transceiver, and outputting and detecting the amplitude of the signal output from the gate means, or the level of the signal Is compared with a predetermined threshold value, and when the level of the signal is large, a defect determining means for outputting a signal with a defect is provided to solve the second problem.
[0048]
In particular, with respect to the bottom surface of the wedge that contacts the cylindrical body surface via the contact medium and the normal line of the bottom surface portion, the normal angle is defined as the incident angle θ defined by the above equation (2).iWhen the ultrasonic wave transmitting / receiving surface of the ultrasonic transducer is attached to the inclined surface, the surface wave can be efficiently propagated to the surface of the cylindrical body.
[0049]
The inventors use a high-speed roll having artificial defects, change the rotational speed of the high-speed roll, the transmission of ultrasonic waves from the probe to the roll surface is stable, and excess medium liquid FIG. 13 shows the result of examining the amount of medium liquid (water in this experiment) suitable for maintaining the height of the reflected wave from the artificial defect at a constant value without flowing out to the front of the probe. Show. If the amount of water is within the hatched range, the transmission of ultrasonic waves from the probe to the roll surface becomes stable. It has been found that the amount of the medium liquid needs to be increased as the rotation speed of the high-speed roll increases. Therefore, the rotational speed of the high-speed roll is measured by the rotational speed detecting means, and an appropriate amount is controlled by controlling the supply amount of the medium liquid using the flow rate control valve provided in the water supply means according to the rotational speed of the high-speed roll. Medium liquid can be supplied between the probe and the high-speed roll surface, so that the transmission of ultrasonic waves from the probe to the roll surface can be stably maintained, and excessive medium liquid can be detected. It is possible to prevent the flow out to the front of the touch element.
[0050]
  In the present invention, when grinding a roll whose surface is thermally and mechanically damaged, before starting grinding or during grinding,Using the above-described ultrasonic flaw detection method for a cylindrical body,While rotating the roll, the surface wave probe is brought into contact with the surface of the roll through the film of the contact medium, and the surface wave is propagated from the surface wave probe, and the liquid on the roll surface where the surface wave propagates is removed. In this way, the height of the reflected wave from the thermally or mechanically damaged part existing or remaining on the surface of the roll is measured, and the subsequent grinding amount is set according to the reflected wave height to perform grinding. This solves the third problem.
[0051]
The inventors used the surface wave probe to detect the reflected wave height from the thermally / mechanically damaged part and the remaining amount of the thermally / mechanically damaged part (when the reflected wave height falls below the defect detection threshold). Measure the height of the reflected wave from the thermally and mechanically damaged parts while grinding the rolls that were thermally and mechanically damaged by rolling in small increments. did. The result is shown in FIG. It is well understood that the remaining amount of the thermal / mechanical damaged part is reduced and the height of the reflected wave from the thermal / mechanical damaged part is also reduced. FIG. 15 shows the relationship between the grinding amount necessary to remove the thermal / mechanical damaged part and the reflected wave height from the thermal / mechanical damaged part, as shown in FIG. Therefore, if the reflected wave height from the thermally and mechanically damaged portion is measured by ultrasonic flaw detection using surface waves before starting grinding or in the middle of grinding, and the grinding amount is determined using the relationship shown in FIG. Optimal grinding is possible by preventing excessive grinding beyond the thermally and mechanically damaged part and uncut residue of the thermally and mechanically damaged part.
[0052]
In particular, the surface wave probe and the grinding wheel are moved to the place where the reflected wave height from the thermal / mechanical damaged part is the highest, and plunge grinding is performed while flaw detection is performed, and the thermal / mechanical damaged part is detected. It is possible to perform optimum grinding by obtaining a grinding amount at which the height of the reflected wave from is reduced to a predetermined level or less and grinding the remaining roll surface according to this grinding amount.
[0053]
That is, if ultrasonic flaw detection using surface waves is carried out before starting grinding or in the middle of grinding, the height of the reflected wave from the thermally and mechanically damaged part is the highest, as is apparent from the relationship of FIG. It can be identified that the remaining amount of the thermal / mechanical damaged portion is the largest. Therefore, as shown in FIG. 16, the position where the grindstone 62 of the roll grinding apparatus and the surface wave probe 10 are brought into contact with the rolling roll 110 (position in the axial direction of the roll) is matched, and thermal and mechanical damage is caused. The grindstone 62 of the roll grinding apparatus and the surface wave probe 10 are brought into contact with the place where the height of the reflected wave from the portion is the highest. Then, ultrasonic flaw detection using surface waves is performed, and if the rolling roll is plunge-ground until the reflected wave height from the thermally and mechanically damaged part falls below a predetermined threshold value, the grinding amount at this time is reduced from the entire surface of the rolling roll. This is the amount of grinding required to remove mechanical and mechanical damage. Therefore, grinding may be performed by setting the grinding amount of the remaining roll surface to the grinding amount.
[0054]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0055]
FIG. 17 is a schematic side view showing the first embodiment of the ultrasonic flaw detector according to the present invention.
[0056]
The ultrasonic flaw detector according to the present embodiment uses a rolling roll denoted by reference numeral 110 in the drawing as an object, and transmits and receives surface waves of the roll 110 and a roll rotating apparatus that rotates the roll 110 as a basic configuration. For supplying a contact wave (water) attached to the holder 12 between the surface of the roll 110 and the surface wave probe 10. Means (to be described later).
[0057]
As the roll rotating device, illustration is omitted in order to avoid complication of the drawing, but any known appropriate device can be used as long as it can rotate the rolling roll 110 to be inspected in the circumferential direction C thereof. Can be used.
[0058]
The surface wave probe 10 has a frequency bandwidth of 0.50 f.cAs described above, the type of the vibrator and the composition of the damping material are adjusted so that the surface wave having a pulse width of 2.5 times or less the wavelength of the surface wave can be transmitted and received.
[0059]
In the surface wave probe 10, a state in which water (contact medium) is filled in a gap between the probe 10 and the surface of the rolling roll 110 that is the subject is formed, and ultrasonic waves are transmitted through the water to the roll 110. By transmitting the surface wave to the roll 110, the surface wave is propagated to the roll 110 and the reflected wave is received, whereby the surface defect of the rolling roll 110 can be detected.
[0060]
The probe holder 12 holding the surface wave probe 10 is attached to the lower part of a guide 16 that can slide in the vertical direction with respect to the fixed structure 14 positioned above the rolling roll 110. It is held by the part 18. The holding mechanism section 18 includes a pair of front and rear rollers, a total of four rollers 20, and the probe holder 12 is disposed between the rollers 20. And when flaw detection is performed, these four rollers 20 are in contact with the surface of the rolling roll 110 and rotate, thereby stabilizing flaw detection scanning.
[0061]
The fixed structure portion 14 is provided with a motor 14A for supplying power for raising and lowering the holding mechanism portion 18 along the guide 16 via a known transmission means (not shown), and an attachment base 14B thereof. ing.
[0062]
The fixed structure portion 14 can be scanned in the axial direction of the rolling roll 110 by scanning means (not shown), and thereby the surface wave probe 10 can be scanned in the axial direction of the rolling roll 110.
[0063]
The probe holder 12 is attached to a lower end of a rod-like body 12A that is loosely fitted to the holding mechanism portion 18 so as to be movable up and down, and a spring (not shown) interposed at a predetermined position around the rod-like body 12A. ) Is always supported in a downward direction in the drawing, that is, in a state of being pressed against the surface of the rolling roll 110 with an appropriate force.
[0064]
In the probe holder 12, in order to form a predetermined gap between the surface wave probe 10 and the rolling roll 110, a pair of copying rollers 22 projecting toward the rolling roll 110 below the surface wave probe 10. Is provided.
[0065]
FIG. 18 is an enlarged front view of this state, in which shafts 24 are provided on opposite sides of the probe holder 12 along the horizontal direction (roll axis direction), and the copying roller 22 is provided on both sides thereof. Are rotatably mounted. In this way, the scanning roller 22 pivotally supported by the probe holder 12 receives an appropriate pressing force from the spring, so that it always comes into contact with the surface of the rolling roll 110 during measurement. In the holder 12, the surface wave probe 10 is held so that a constant gap is always maintained between the surface wave probe 10 and the rolling roll 110.
[0066]
Further, in the surface wave probe 10, as shown in FIG. 19 in which the contours of the probe holder 12 and the copying roller 22 are omitted by two-dot chain lines, a water supply section (water supply means) 26 is provided therein. The water guided from the conduit 28 is once accommodated in the accommodating portion 26A, and is discharged from the discharge hole 26B provided at the bottom of the accommodating portion 26A, and there is no air bubble between the surface wave probe 10 and the rolling roll 110. A water layer can be formed. Since the water supply means may be configured using a conventionally known appropriate means, detailed description thereof is omitted.
[0067]
In FIG. 17, reference numeral 30 denotes a scraper that removes water supplied from the water supply unit 26 as described above so that the water remains on the roll surface and does not flow onto the propagation path of the surface wave.
[0068]
Since the ultrasonic flaw detector of the present embodiment has the above-described apparatus configuration, water serving as an ultrasonic propagation medium is supplied between the surface wave probe 10 and the surface of the rolling roll 110 that is the subject. The flaw detection operation can be performed easily and reliably while scanning the probe 10 on its surface.
[0069]
Using this embodiment, flaw detection is performed on 500 pre-rolling work rolls (high-speed rolls) for hot finish rolling, and the reflected waves from primary cracks called heat cracks are lowered to a predetermined level or lower. When the actual grinding amount was investigated, the actual grinding amount (diameter conversion) with a flaw detector using a surface wave probe having a pulse width of about 5 times the wavelength of the surface wave was 0.33 mm. However, in this embodiment, it was 0.20 mm, and it was confirmed that the grinding amount could be reduced by 0.1 mm or more compared to the conventional case. Even in this case, the occurrence of surface defects in the material to be rolled due to minute chips on the surface of the high-speed roll was not different from the conventional one.
[0070]
Next, with reference to FIG. 20, a second embodiment of the present invention, which is suitable for flaw detection by scanning the surface wave probe 10 on the surface of the high speed roll, will be described in detail.
[0071]
In the present embodiment, the rolling roll 110 is a high-speed roll, and the rotational speed of the high-speed roll is detected by the rotational speed detector 32 and sent to the flow rate control valve 34 provided in the water supply device. It is controlled to fit the range shown in FIG. The output of the surface wave probe 10 is input to the defect determination circuit 44 via the ultrasonic transmitter / receiver 40 and the gate circuit 42.
[0072]
The ultrasonic transmitter / receiver 40 supplies an electric pulse for transmitting a surface wave to the surface wave probe 10, amplifies a signal captured by the surface wave probe 10 to a level necessary for defect determination, and a gate circuit 42. Output to. The gate circuit 42 extracts a signal to be subjected to defect determination from the signal output from the ultrasonic transceiver 40 and outputs the signal to the defect determination circuit 44. The defect determination circuit 44 detects and outputs the amplitude of the signal output from the gate circuit 42, or compares the level of the signal with a predetermined threshold, and when the level of the signal is high, To detect surface defects.
[0073]
As in the first embodiment, the probe holder 12 includes a water supply unit 26 as shown in FIG. The water supply unit 26 has a flow rate according to the rotational speed (circumferential speed) of the rolling roll 110 by the flow rate control valve 34, and temporarily stores the water guided from the conduit 28 in the storage unit 26A. It discharges from the discharge port 26 </ b> B provided at the bottom, and forms a water-free layer between the surface wave probe 10 and the rolling roll 110.
[0074]
Since the other points are the same as those in the first embodiment, the same reference numerals are used and detailed description thereof is omitted.
[0075]
FIG. 21 shows the result of investigating the high speed roll having surface defects by changing the rotation speed from 25 rpm to 50 rpm with the apparatus of this embodiment, and investigating the relationship between the height of the reflected wave from the defect and the rotation speed. . If the apparatus of this embodiment is used, surface defects can be detected satisfactorily regardless of the rotation speed of the high-speed roll.
[0076]
Next, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
[0077]
In the present embodiment, ultrasonic flaw detection using surface waves is performed before starting grinding or in the middle of grinding, and the height of the reflected wave from the thermally and mechanically damaged portion is measured, and then the grinding roll 60 is fed to the grinding device 60. The apparatus which transmits the setting value of grinding amount is shown. As the grinding device for the rolling roll, a conventionally known appropriate device may be used, and the illustration is omitted in order to avoid complication of the drawing.
[0078]
An ultrasonic flaw detector 50 is connected to the surface wave probe 10 to supply an electric pulse for transmitting a surface wave from the surface wave probe 10 to the surface wave probe 10, and a signal received by the surface wave probe 10 is received. Amplifies to a level suitable for defect determination. Furthermore, the ultrasonic flaw detector 50 uses the same gate circuit (not shown) as in the second embodiment to extract the reflected wave from the thermal and mechanical damage from the amplified signal and detect its height. To do. The height of the reflected wave from the thermal / mechanical damaged part detected by the ultrasonic flaw detector 50 is sent to the computer 52, and the thermal / mechanical damaged part is removed by referring to the relationship of FIG. The amount of grinding required to do this is required. The set value of the grinding amount thus obtained is sent to the grinding device 60 of the rolling roll, and grinding is performed using, for example, a grindstone.
[0079]
Since the other points are the same as those in the first and second embodiments, the same reference numerals are used and detailed description thereof is omitted.
[0080]
Using this embodiment, 200 pre-rolling work rolls for hot finish rolling were flawed and the amount of grinding was investigated. As a result, reflection waves from thermally and mechanically damaged parts, which have been conventionally performed, were investigated. The estimated value of the grinding amount by a method of repeating a certain amount of grinding until the height falls below a predetermined threshold (the grinding amount in the conventional method is estimated from the actual grinding amount value using this device for each roll) The diameter was 0.23 mm, which was also 0.18 mm, and it was confirmed that the grinding amount could be reduced by 0.05 mm or more compared to the conventional case.
[0081]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
[0082]
In the present embodiment, a position detector 36 for detecting the position of the surface wave probe 10 in the roll axis direction is provided, and the computer 52 receives the position detector 36 from the position detector 36 in the roll axis direction. Rolling the part where the height of the reflected wave from the thermally and mechanically damaged part is the highest in ultrasonic flaw detection by surface waves that have been detected and sent before the start of grinding or in the middle of grinding A position on the roll is required. When performing grinding called plunge grinding, as shown in FIG. 16, the position where the surface wave probe 10 and the grindstone 62 are in contact with the rolling roll 110 (position in the axial direction of the roll) matches. The surface wave probe 10 is mechanically aligned and installed.
[0083]
Since other configurations are the same as those of the third embodiment, the same reference numerals are used and detailed description thereof is omitted.
[0084]
Hereinafter, the operation of this embodiment will be described in detail. First, the surface wave of the entire surface of the rolling roll is scanned by scanning the surface wave probe 10 in the axial direction of the rolling roll 110 while rotating the rolling roll 110 in the circumferential direction C before starting grinding or in the course of grinding. Is reflected by the computer 52 to which the height of the reflected wave from the thermal / mechanical damaged portion and the position detection signal of the surface wave probe 10 are input. The position on the rolling roll 110 where the wave height is highest is determined.
[0085]
Next, as shown in FIG. 16, the surface wave probe 10 and the grindstone 62 are moved to this position, and ultrasonic flaw detection by the surface wave is performed until the reflected wave height from the thermally and mechanically damaged portion falls below a predetermined threshold value. The plunge grinding of the rolling roll 110 is performed while performing the above, and the grinding amount at this time is obtained.
[0086]
The set value of the grinding amount thus obtained is input to the grinding device 60 for rolling rolls, and the remaining roll surface is ground.
[0087]
Using the apparatus of the present embodiment, 200 initial work rolls for hot finish rolling were inspected and the results of grinding amount were investigated. Reflection from a thermally and mechanically damaged part, which has been conventionally performed. The estimated value of the grinding amount in the method of repeating a certain amount of grinding until the wave height falls below a predetermined threshold is 0.24 mm in terms of diameter, but in this embodiment, it is also 0.19 mm. It was confirmed that the grinding amount could be reduced by 0.05 mm or more compared to the conventional case.
[0088]
Although the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to that shown in the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
[0089]
For example, the specific materials of the ultrasonic transducer 10A, the damping material 10B, and the resin wedge 10C, which are members constituting the surface wave probe, are not limited to those shown in the above embodiment, and have similar functions. Any material can be used.
[0090]
Moreover, although the case where water was used as a contact medium was shown in the said embodiment, you may use other liquids, such as oil.
[0091]
The application target of the present invention is not limited to a rolling roll, particularly a high-speed roll, and is not particularly limited as long as it is a cylindrical body such as a roller made of metal or the like.
[0092]
【The invention's effect】
According to the present invention, when ultrasonic flaw detection is performed using a surface wave, over-detection of primary cracks can be prevented, and deterioration of the roll basic unit due to over-grinding can be prevented. Furthermore, the level of noise from primary cracks and crystal grain boundaries can be reduced, and the defect detection capability can be greatly improved.
[0093]
In particular, when grinding a roll whose surface has been thermally and mechanically damaged by rolling, the amount of subsequent grinding should be set according to the height of the reflected wave from the thermal and mechanical damage. In addition to improving the roll basic unit by optimizing the grinding amount of the roll, the efficiency of roll grinding can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged sectional view showing a schematic configuration of a surface wave probe used in the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a frequency bandwidth of the surface acoustic wave probe.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the frequency bandwidth of the surface wave probe and (pulse width / surface wave wavelength);
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between an observed waveform and a reflected wave from a minute reflector according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the height of a reflected wave from a primary crack and (pulse width / surface wave wavelength);
FIG. 6 is a perspective view showing a 1-3 type composite vibrator as an example of the probe vibrator of the present invention.
7 is a perspective view showing a 0-3 type composite vibrator as another example of the probe vibrator of the present invention. FIG.
FIG. 8 is a perspective view showing a 3-1 type composite vibrator which is still another example of the probe vibrator of the present invention.
FIG. 9 shows the surface wave probe vibrator material and resin material, surface wave frequency bandwidth, pulse width, and primary crack when the volume fraction of tungsten powder in the damping material is 80%. Chart showing the relationship between the measurement results of the reflected wave height from
FIG. 10 shows the measurement results of the surface acoustic wave transducer material and the resin material, the frequency bandwidth of the surface wave, the pulse width, and the height of the reflected wave from the primary crack when the ratio is 60%. Chart showing the relationship
FIG. 11 shows the measurement results of the vibratory material and the resin material of the surface wave probe, the frequency bandwidth of the surface wave, the pulse width, and the height of the reflected wave from the primary crack when it is also 40%. Chart showing the relationship
FIG. 12 shows the measurement results of the vibratory material and the resin material of the surface wave probe, the frequency bandwidth of the surface wave, the pulse width, and the height of the reflected wave from the primary crack when it is also 20%. Chart showing the relationship
FIG. 13 is a diagram showing the result of investigation on the rotational speed of a roll and an appropriate amount of medium liquid for explaining the principle of the present invention.
FIG. 14 is also a diagram showing the relationship between the height of the reflected wave from the thermally and mechanically damaged part and the remaining amount of the thermally and mechanically damaged part.
FIG. 15 is also a diagram showing the relationship between the required grinding amount and the height of the reflected wave from the thermally and mechanically damaged portion.
FIG. 16 is a perspective view showing the positional relationship between a grindstone and a surface wave probe in plunge grinding, similarly;
FIG. 17 is a side view showing a schematic configuration of the first embodiment of the ultrasonic flaw detector according to the present invention.
18 is an enlarged front view showing the probe holder portion of the first embodiment. FIG.
FIG. 19 is a side view of an essential part, similarly, showing a water supply part provided in the surface wave probe in a broken state.
FIG. 20 is a side view showing a schematic configuration of a second embodiment of the ultrasonic flaw detector according to the present invention.
FIG. 21 is a diagram showing the results of an investigation of the relationship between the height of a reflected wave from a defect and the rotational speed when flaw detection is performed by changing the roll rotational speed in the second embodiment.
FIG. 22 is a side view showing a schematic configuration of a third embodiment of the ultrasonic flaw detector according to the present invention.
FIG. 23 is a side view schematically showing the configuration of the fourth embodiment.
FIG. 24 is a conceptual diagram for explaining cracks generated on the circumferential surface of a work roll for hot finish rolling.
FIG. 25 is an explanatory diagram showing the positional relationship between a surface wave probe and a minute reflector.
FIG. 26 is an explanatory diagram showing the relationship between an observation waveform by a conventional method and a reflected wave from a minute reflector.
[Explanation of symbols]
10 ... Surface wave probe
10A ... ultrasonic transducer
10B ... Damping material
10C: Resin wedge
12 ... Probe holder
14: Fixed structure
16 ... Guide
18 ... Holding mechanism
20 ... Laura
22 ... Copy roller
24 ... axis
26 ... Water supply section
28 ... Conduit
30 ... scraper
32 ... Rotation speed detector
34 ... Flow control valve
36 ... Position detector
40 ... Ultrasonic transceiver
44. Defect determination circuit
50 ... Ultrasonic flaw detector
52. Computer
60 ... Grinding device
62 ... Whetstone
110 ... rolling roll

Claims (13)

回転する円柱体の表面に、接触媒質を介して表面波プローブを接触させ、該表面波プローブから円柱体に対して表面波を伝搬させると共に、円柱体表面や表面直下に存在する欠陥からの反射波を受信することにより、該欠陥を検出する円柱体の超音波探傷方法であって、
前記表面波プローブが送受信する表面波の中心周波数をｆｃとしたとき、該表面波の周波数スペクトルにおいて、強度がピーク値に対して−６ｄＢ以内の範囲の幅に当たる周波数帯域幅を、０．５０ｆｃ以上とすることを特徴とする円柱体の超音波探傷方法。A surface wave probe is brought into contact with the surface of a rotating cylinder through a contact medium, and a surface wave is propagated from the surface wave probe to the cylinder, and reflection from defects existing on the surface of the cylinder or directly below the surface. An ultrasonic flaw detection method for a cylindrical body that detects a defect by receiving a wave,
When the surface wave probe was a f c the center frequency of the surface wave transmission and reception, in the frequency spectrum of the surface waves, the frequency bandwidth corresponds to the width of the range within -6dB relative intensity peak value, 0.50Fc An ultrasonic flaw detection method for a cylindrical body characterized by the above. 回転する円柱体の表面に、接触媒質を介して表面波プローブを接触させ、該表面波プローブから円柱体に対して表面波を伝搬させると共に、円柱体表面や表面直下に存在する欠陥からの反射波を受信することにより、該欠陥を検出する円柱体の超音波探傷方法であって、
前記表面波プローブが送受信する表面波パルスのパルス幅を、前記円柱体を伝搬する表面波の波長の２．５倍以下にすることを特徴とする円柱体の超音波探傷方法。A surface wave probe is brought into contact with the surface of a rotating cylinder through a contact medium, and a surface wave is propagated from the surface wave probe to the cylinder, and reflection from defects existing on the surface of the cylinder or directly below the surface. An ultrasonic flaw detection method for a cylindrical body that detects a defect by receiving a wave,
An ultrasonic flaw detection method for a cylindrical body, wherein a pulse width of a surface wave pulse transmitted and received by the surface wave probe is 2.5 times or less of a wavelength of a surface wave propagating through the cylindrical body. 回転する円柱体の表面に、接触媒質を介して表面波プローブを接触させ、該表面波プローブから円柱体に対して表面波を伝搬させると共に、円柱体表面や表面直下に存在する欠陥からの反射波を受信することにより、該欠陥を検出する円柱体の超音波探傷装置であって、
前記表面波プローブが送受信する表面波の中心周波数ｆ ｃ としたとき、該表面波の周波数スペクトルにおいて、強度がピーク値に対して−６ｄＢ以内の範囲の幅に当たる周波数帯域幅を、０．５０ｆｃ以上となるように、前記表面波プローブが、超音波振動子の超音波送受信面に配設されたくさびと、該超音波振動子の背面に配設されたダンピング材とを備えていることを特徴とする円柱体の超音波探傷装置。A surface wave probe is brought into contact with the surface of a rotating cylinder through a contact medium, and a surface wave is propagated from the surface wave probe to the cylinder, and reflection from defects existing on the surface of the cylinder or directly below the surface. An ultrasonic flaw detector for a cylindrical body that detects the defect by receiving a wave,
When said surface wave probe has a center frequency f c of the surface wave to be transmitted and received, in the frequency spectrum of the surface waves, the frequency bandwidth corresponds to the width of the range within -6dB relative intensity peak value, more 0.50fc The surface wave probe includes a wedge disposed on the ultrasonic transmission / reception surface of the ultrasonic transducer, and a damping material disposed on the back surface of the ultrasonic transducer. An ultrasonic flaw detector for cylindrical bodies. 請求項３に記載の円柱体の超音波探傷装置において、前記超音波振動子が、ニオブ酸鉛系磁器、チタン酸鉛系磁器、１−３型コンポジット振動子、０−３型コンポジット振動子、又は、３−１型コンポジット振動子であることを特徴とする円柱体の超音波探傷装置。  The cylindrical ultrasonic inspection apparatus according to claim 3, wherein the ultrasonic vibrator is a lead niobate-based porcelain, a lead titanate-based porcelain, a 1-3 type composite vibrator, a 0-3 type composite vibrator, Alternatively, a cylindrical ultrasonic inspection device characterized by being a 3-1 type composite vibrator. 請求項３に記載の円柱体の超音波探傷装置において、前記くさびの周波数２ＭＨｚにおける超音波（縦波）の減衰定数が、１．８×１０2ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする円柱体の超音波探傷装置。4. The cylindrical ultrasonic inspection device according to claim 3, wherein an attenuation constant of ultrasonic waves (longitudinal waves) at a frequency of 2 MHz of the wedge is 1.8 × 10 2 dB / m or less. Body ultrasonic flaw detector. 請求項５に記載の円柱体の超音波探傷装置において、前記くさびが、ポリイミド樹脂、ポリスチロール樹脂、アクリル樹脂、又は、フッ素樹脂で製作されていることを特徴とする円柱体の超音波探傷装置。  6. The cylindrical ultrasonic inspection apparatus according to claim 5, wherein the wedge is made of a polyimide resin, a polystyrene resin, an acrylic resin, or a fluororesin. . 請求項３に記載の円柱体の超音波探傷装置において、前記ダンピング材におけるタングステン粉の体積分率が４０％以上であることを特徴とする円柱体の超音波探傷装置。  4. The cylindrical ultrasonic inspection apparatus according to claim 3, wherein a volume fraction of tungsten powder in the damping material is 40% or more. 回転する円柱体の表面に、媒体液を介して表面波プローブを接触させ、該表面波プローブから円柱体に対して表面波を伝搬させると共に、円柱体表面や表面直下に存在する欠陥からの反射波を受信することにより、該欠陥を検出する円柱体の超音波探傷装置であって、
前記円柱体を、その周方向に回転させる円柱体回転手段と、
該円柱体回転手段による円柱体の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記表面波プローブを円柱体の上方で円柱体表面に対して一定の間隔を維持するよう保持する保持手段と、
該保持手段を円柱体の軸方向に走査する走査手段と、
超音波の伝達媒体となる媒体液を、前記表面波プローブと円柱体表面との間に供給することが可能であり、且つ、前記円柱体回転手段による円柱体の回転速度に応じて、媒体液の供給量を制御することが可能な流量制御弁を備えた給水手段と、
前記表面波プローブが送受信する表面波の中心周波数をｆｃとしたとき、該表面波の周波数スペクトルにおいて、強度がピーク値に対して−６ｄＢ以内の範囲の幅に当たる周波数帯域幅が０．５０ｆｃ以上となるように、超音波振動子の超音波送受信面に配設されたくさび、及び、該超音波振動子の背面に配設されたダンピング材を備え、表面波で欠陥を検出することが可能な表面波プローブと、
該表面波プローブに表面波を送信するための電気パルスを供給し、該表面波プローブがとらえた信号を欠陥判定に必要なレベルまで増幅し、出力する超音波送受信器と、
該超音波送受信器が出力した信号から欠陥判定を行なうべき信号を抽出し、出力するゲート手段と、
該ゲート手段が出力する信号の振幅を検出して出力するか、又は、該信号のレベルを所定の閾値と比較し、該信号のレベルが大きいときには、欠陥有りの信号を出力する欠陥判定手段と、
を備えてなることを特徴とする円柱体の超音波探傷装置。A surface wave probe is brought into contact with the surface of a rotating cylinder through a liquid medium, and a surface wave is propagated from the surface wave probe to the cylinder, and reflection from defects existing on the surface of the cylinder or directly below the surface. An ultrasonic flaw detector for a cylindrical body that detects the defect by receiving a wave,
A cylindrical body rotating means for rotating the cylindrical body in its circumferential direction;
A rotational speed detecting means for detecting the rotational speed of the cylindrical body by the cylindrical body rotating means;
Holding means for holding the surface wave probe so as to maintain a constant distance from the cylindrical body surface above the cylindrical body;
Scanning means for scanning the holding means in the axial direction of the cylindrical body;
It is possible to supply a medium liquid serving as an ultrasonic transmission medium between the surface wave probe and the cylinder surface, and according to the rotation speed of the cylinder by the cylinder rotation means, the medium liquid Water supply means equipped with a flow control valve capable of controlling the supply amount of
When the center frequency of the surface wave transmitted / received by the surface wave probe is f c , the frequency bandwidth corresponding to the width within the range of −6 dB with respect to the peak value in the frequency spectrum of the surface wave is 0.50 f c. As described above, the apparatus includes a wedge disposed on the ultrasonic transmission / reception surface of the ultrasonic transducer and a damping material disposed on the back surface of the ultrasonic transducer, and is capable of detecting defects using surface waves. Possible surface wave probes,
An ultrasonic transmitter / receiver that supplies an electric pulse for transmitting a surface wave to the surface wave probe, amplifies a signal captured by the surface wave probe to a level necessary for defect determination, and outputs the amplified signal;
A gate means for extracting and outputting a signal to be subjected to defect determination from the signal output by the ultrasonic transceiver;
Detecting and outputting the amplitude of the signal output by the gate means, or comparing the level of the signal with a predetermined threshold, and when the signal level is high, defect determining means for outputting a signal with a defect; ,
An ultrasonic flaw detector for a cylindrical body, comprising: 請求項３乃至８のいずれかに記載の円柱体の超音波探傷装置において、
前記くさびが、円柱体表面に接触媒質を介して接触させる底面と、
該底面の法線に対して、法線が次式
θｉ＝ｓｉｎ-1（Ｃｗ／Ｃｒ）
（Ｃｗ：くさび内での超音波の速度、Ｃｒ：円柱体での表面波の速度）
で規定される入射角θｉで交差する傾斜面とを有し、
該傾斜面に前記超音波振動子の超音波送受信面が貼付されていることを特徴とする円柱体の超音波探傷装置。The cylindrical flaw detection apparatus according to any one of claims 3 to 8,
The wedge is in contact with the cylindrical surface through a contact medium; and
The normal line is expressed by the following formula θi = sin −1 (Cw / Cr)
(Cw: velocity of ultrasonic waves in the wedge, Cr: velocity of surface waves in the cylinder)
And an inclined surface intersecting at an incident angle θi defined by
An ultrasonic flaw detector for a cylindrical body, wherein an ultrasonic wave transmitting / receiving surface of the ultrasonic vibrator is attached to the inclined surface. 請求項３乃至９のいずれかに記載の円柱体の超音波探傷装置において、前記円柱体が、高速度工具鋼のロールであることを特徴とする円柱体の超音波探傷装置。  The cylindrical ultrasonic inspection apparatus according to any one of claims 3 to 9, wherein the cylindrical body is a roll of high-speed tool steel. 表面に熱的・機械的損傷を受けたロールの研削に際し、
研削を開始する前、あるいは、研削の途中で、請求項１又は２に記載の円柱体の超音波探傷方法を用いて、ロールを回転させながら、ロールの表面に接触媒質の膜を介して表面波のプローブを接触させ、表面波プローブから表面波を伝搬させると共に、ロール表面のうち表面波が伝搬する部分の液体を除去するようにして、ロールの表面に存在又は残存する熱的・機械的損傷部からの反射波高さを測定し、
該反射波高さに応じて、その後の研削量を設定して研削を行なうことを特徴とするロールの研削方法。When grinding rolls that have been thermally and mechanically damaged on the surface,
The surface of the roll through the contact medium film while rotating the roll using the ultrasonic inspection method for a cylindrical body according to claim 1 or 2 before starting grinding or during grinding. Contact the wave probe to propagate the surface wave from the surface wave probe, and remove the liquid in the surface of the roll where the surface wave propagates. Measure the reflected wave height from the damaged part,
A roll grinding method, wherein grinding is performed by setting a subsequent grinding amount in accordance with the reflected wave height. 請求項１１に記載のロールの研削方法において、前記熱的・機械的損傷部からの反射波高さが最も高いところに表面波プローブ及び研削用砥石を移動させ、探傷を行いながらプランジ研削を行ない、熱的・機械的損傷部からの反射波高さが所定レベル以下になる研削量を求め、
この研削量に応じて、残りのロール面を研削することを特徴とするロールの研削方法。In the roll grinding method according to claim 11, the surface wave probe and the grinding wheel are moved to the place where the reflected wave height from the thermally and mechanically damaged portion is the highest, and plunge grinding is performed while performing flaw detection. Find the grinding amount at which the reflected wave height from the thermally and mechanically damaged part is below the specified level.
A roll grinding method comprising grinding the remaining roll surface in accordance with the grinding amount. 請求項１１又は１２に記載のロールの研削方法において、前記ロールが圧延用ロールであることを特徴とするロールの研削方法。The roll grinding method according to claim 11 or 12 , wherein the roll is a roll for rolling.
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