JP3773343B2 - 金属帯の超音波探傷方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属帯の欠陥を非破壊で検出する超音波探傷方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に板厚の薄い金属帯の超音波探傷には、板波探傷が行われている。板波は、金属帯の板厚が超音波の波長に比べて小さいときに、縦波と横波とが独立して存在できなくなって発生する波動である。以後、超音波探傷を板波探傷と呼ぶこととする。板波探傷は、超音波を金属帯に入射して金属帯に板波を発生させ、発生した板波を金属帯に伝播させて欠陥から反射される欠陥エコーを検出することによって行われる。前記板波は、図７に示すように超音波の周波数ｆ、超音波の入射角θおよび金属帯の板厚ｔが特定の関係を示すときに発生する。図７の横軸は、周波数ｆと板厚ｔとの積であり、図７の縦軸は入射角θである。図７中のＡ0，Ｓ0，Ａ1，Ｓ1，…は板波のモードを表す。図７は、特開昭５３−２５４８４号公報および特開昭５９−５２７５０号公報に開示されている。図７において、たとえば周波数ｆと板厚ｔとの積が３．５のときには、入射角θがＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各点においてそれぞれＡ0，Ｓ0，Ａ1，Ｓ1モードの板波が発生する。このように、板波は多数のモードを有しているので、実操業で板波探傷を行うには、どのモードが適しているのかを事前に把握しておく必要がある。すなわち、周波数ｆと板厚ｔとの積に対する最適モードの周波数の入射角θ１（以後、基準入射角と呼ぶ）を設定しておく必要がある。超音波の基準入射角θ１の設定は次のようにして行われる。
【０００３】
（１）板厚、成分の異なる多数のサンプル板を準備し、
（２）超音波の周波数ｆを一定に固定し、入射角θを変化させ、サンプル板の端面または側面から反射される端面または側面エコーを検出し、端面または側面エコーの強度を最大とする入射角θを求めて基準入射角θ１として設定し、
（３）板厚、成分と前記求めた基準入射角θ１との対応関係をテーブルとしてまとめる。
【０００４】
したがって、実操業においては製造指令からの板厚および成分に対応する基準入射角θ１を前記テーブルに基づいて容易に求めることができる。従来の板波探傷は、超音波の入射角をこのようにして求めた基準入射角θ１に固定することによって行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、前記基準入射角θ１はサンプル板に基づいて設定されたものである。実操業における金属板の成分は、公称成分が同一であってもサンプル板の成分と異なることがあり、成分が同一であっても結晶粒度がサンプル板と異なることがある。また金属帯の板厚は公称板厚が同一であってもサンプル板の板厚と公差範囲内で異なることがあり、金属帯の形状もサンプル板の形状と異なることがある。さらに、パスラインの変動によって異なることがある。したがって、実操業における超音波の最適な入射角は、前記基準入射角θ１とずれることがしばしばある。前述のように、板波は周波数ｆ、入射角θおよび板厚ｔが特定の関係を示すときに発生するので、入射角のずれによって板波の強度が減少したり、板波が全く発生しなくなったりすることがある。この結果、超音波の入射角が前記基準入射角θ１に固定されている従来の板波探傷法では、欠陥の検出が正常に行われないことがしばしばあり、欠陥の検出精度が低下してしまうという問題がある。この問題に対する対策としては、入射角θを手動操作で変化させ、オンラインにて常時適正な入射角θに追従させる操作が行われている。しかしながら金属帯の走行速度および探傷速度が高いので、入射角を常時適正な入射角θに追従させることは困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、前記問題を解決し、金属帯の成分、板厚、形状が変動しても欠陥の検出精度を高精度に維持することのできる金属帯の超音波探傷方法および装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、走行する金属帯の幅方向一側面寄りから金属帯の幅方向に、欠陥検出用超音波探触子から発生される欠陥検出用超音波を入射し、その反射波を受信して欠陥を検出する金属帯の超音波探傷方法において、
入射角設定用超音波探触子を金属帯の幅方向一側面寄りに配置し、
入射角設定用超音波探触子から発生される入射角設定用超音波の入射角を予め定める繰返し周期で変更しながら、入射角設定用超音波を金属帯に入射し、
金属帯の幅方向他側面からの反射波を受信し、前記他側面からの反射波の強度が最大となる最適入射角を、前記繰返し周期毎に求め、
前記欠陥検出用超音波の入射角を、最適入射角になるように、前記繰返し周期毎に設定変更することを特徴とする金属帯の超音波探傷方法である。
【０００８】
本発明に従えば、入射角設定用超音波の入射角を予め定める繰返し周期で変化させて金属帯の幅方向他側面からの反射波の強度が最大となる入射角が求められるので、金属帯の成分、板厚および形状に変動があっても前記繰返し周期毎に最適入射角を確実に求めることができる。また、欠陥検出用超音波の入射角が前記最適入射角になるように、前記繰返し周期毎に設定変更されるので、欠陥の検出精度を低下させることなく超音波探傷を行うことができる。したがって、金属帯の成分、板厚および形状に変動があると欠陥の検出精度が低下する従来の超音波探傷方法に比べて欠陥の検出精度を向上させることができる。
【０００９】
また本発明は、超音波を発生する第１振動子を有し、走行する金属帯の幅方向一側面寄りに配置され、金属帯の幅方向に第１振動子から発生される入射角設定用超音波を入射して反射波を検出する入射角設定用超音波探触子と、
第１振動子を金属帯の走行方向に平行な軸線まわりに角変位駆動する第１駆動手段と、
入射角設定用超音波の入射角を検出する第１角度検出手段と、
超音波を発生する第２振動子を有し、前記一側部寄りに配置され、金属帯の幅方向に第２振動子から発生される欠陥検出用超音波を入射して反射波を検出する欠陥検出用超音波探触子と、
第２振動子を金属帯の走行方向に平行な軸線まわりに角変位駆動する第２駆動手段と、
欠陥検出用超音波の入射角を検出する第２角度検出手段と、
金属帯の種類に応じて超音波の入射角を設定する入射角設定回路と、
第１駆動手段を制御して第１振動子を予め定める角変位範囲にわたって、予め定める繰返し周期で角変位させ、入射角設定用超音波の入射角を変化させる第１制御回路と、
入射角設定用超音波探触子および第１角度検出手段の出力に応答し、前記予め定める角変位範囲内における金属帯の他側面からの反射波の強度が最大となる最適入射角を、前記繰返し周期毎に求める最適入射角設定回路と、
最適入射角設定回路の出力に応答し、欠陥検出用超音波の入射角を最適入射角になるように第２駆動手段を制御する第２制御回路とを含むことを特徴とする金属帯の超音波探傷装置である。
【００１０】
本発明に従えば、第１振動子を予め定める角変位範囲内にわたって、予め定める繰返し周期で繰返して往復角変位させることができる。これによって、反射波の強度を最大とする最適入射角が角変位の繰返し周期毎に設定されるので、金属帯の成分、板厚および形状に変動があっても、超音波探傷の全期間にわたって最適入射角を確実に求めることができる。したがって、金属帯に板波を安定して伝播させることができる。
【００１１】
また本発明の前記第１振動子は、金属帯の種類に対応した予め定めるほぼ最適な入射角度の両側に予め定める角度範囲にわたる角変位量だけ往復角変位駆動されることを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、入射角設定用超音波の入射角は角変位範囲が予め定められているので、全域を角変位する場合に比べて角変位所要時間を短縮することができる。また角変位範囲が前記入射角設定回路によって設定されたほぼ最適な入射角を中心として設定されているので、予め定める角変位範囲を小さく設定しても入射角設定用超音波の最適入射角を確実に求めることができる。したがって、角変位所要時間を短縮することができ、迅速に最適入射角を求めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態である超音波探傷装置の電気的構成を示すブロック図であり、図２は図１に示す入射角設定用超音波探触子の構成を簡略化して示す断面図である。超音波探傷装置１１は、入射角設定用超音波探触子１３と、欠陥検出用超音波探触子１４と、入射角設定回路１５と、第１制御回路１６と、最適入射角設定回路１７と、第２制御回路１８と、第１駆動手段１９と、第２駆動手段２０と、第１処理回路２１と、第２処理回路２２と、第１角度検出手段２６と、第２角度検出手段２６ａとを含んで構成される。
【００１４】
入射角設定用超音波探触子１３は、たとえばタイヤ探触子であり、図２に示すようにタイヤ２３と、第１振動子２４とを含む。以後、入射角設定用超音波探触子１３を第１タイヤ探触子と略称する。第１タイヤ探触子１３は走行する金属帯、たとえば鋼帯３３の幅方向一側面寄りに配置される。タイヤ２３は、たとえばポリウレタン系の弾性ゴムから成り、固定軸２７に軸受２８を介して回転自在に軸支される。タイヤ２３の内部には、液体、たとえば水が一定圧の下に充填されている。タイヤ２３は、鋼帯３３の表面上に媒質油３４を介して接触しながら回転する。固定軸２７は、鋼帯３３の表面に平行で、かつ鋼帯３３の走行方向（図２の紙面に垂直な方向）に直角に延びる軸線を有しており、保持体２９を介してフレーム３０に取付けられる。
【００１５】
第１振動子２４は圧電材料、たとえばチタン酸バリウムから成り、タイヤ２３の内部に収納されている。第１振動子２４は、パルス発振器３１から予め定める一定周波数、たとえば２．２５ＭＨｚの発信パルス出力を受け、入射角設定用超音波を発生し、それを鋼帯３３に入射して鋼帯３３に板波３５を発生させる。発生した板波３５は、鋼帯３３の幅方向他側面に向かって伝播する。さらに第１振動子２４は、前記他側面からの反射波を受信し、それを側面反射信号として第１処理回路２１に送信する。
【００１６】
第１駆動手段１９は、たとえばモータであり、タイヤ２３の内部に収納されている。以後、第１駆動手段１９を第１モータと称す。前記第１振動子２４は、第１モータ１９のモータ軸１９ａの一端部に取付けられており、第１モータ１９によって角変位駆動される。第１モータ１９は、固定軸２７に取付けられており、モータ軸１９ａは、鋼帯３３の表面に平行で、かつ鋼帯３３の走行方向に延びる軸線を有している。第１角度検出手段２６は、たとえば光電式ロータリエンコーダであり、第１モータ１９のモータ軸１９ａの他端部に取付けられている。以後、第１角度検出手段２６を第１エンコーダと称す。第１エンコーダ２６は、モータ軸１９ａの角変位量すなわち回転角度を検出する。
【００１７】
第１振動子２４から発生された入射角設定用超音波は、水、タイヤ２３および媒質油３４を経て鋼帯３３に入射される。前記超音波の入射角θは、図２に示すように超音波の進行方向３６と、法線Ｋ、換言すれば鋼帯３３の表面に垂直な直線Ｋ１との成す角度であるので、第１振動子２４の回転角すなわちモータ軸１９ａの回転角度に比例する。したがって、前記第１エンコーダ２６は前記入射角θおよびその角変位量を検出することができる。第１エンコーダ２６の出力は、最適入射角設定回路１７に送られる。
【００１８】
欠陥検出用超音波探触子１４は、第２振動子２５を有するタイヤ探触子であり、その構成は第１タイヤ探触子２４と同一である。第２振動子２５は、欠陥検出用超音波を発生する。以後、欠陥検出用超音波探触子１４を第２タイヤ探触子１４と略称する。第２タイヤ探触子１４は、第１タイヤ探触子１３と同じ幅方向位置で第１タイヤ探触子１３の走行方向下流側に配置される。第２振動子２５は、第２駆動手段である第２モータ２０によって角変位駆動され、その回転角度は第２角度検出手段である第２エンコーダ２６ａによって検出される。したがって、第２振動子２５から発生される欠陥検出用超音波の入射角θは第２エンコーダ２６ａによって検出される。第２振動子２５は、鋼帯３３の幅方向に欠陥検出用超音波を入射して欠陥からの反射波を受信し、欠陥信号を第２処理回路２２に送信する。なお、第２モータ２０および第２エンコーダ２６ａの構成は、第１モータ１９および第１エンコーダ２６と同一である。
【００１９】
入射角設定回路１５は、鋼帯３３の種類、たとえば板厚および鋼種（成分）に応じて超音波の前記基準入射角θ１を設定する回路である。入射角設定回路１５はメモリ１５ａを有しており、メモリ１５ａには前記鋼帯３３の板厚と鋼種（成分）と、超音波の基準入射角θ１との対応関係を示すテーブルがストアされている。テーブルの一例を表１に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】
このテーブルに設定されている基準入射角θ１は、前述のように多数のサンプル板に基づいて求めた板波探傷の最適モードの基準入射角θ１である。さらに、板波探傷の最適モードは図７に関連して述べた構成と同様にして超音波の周波数ｆ（本実施形態では２．２５ＭＨｚ）と鋼帯３３の板厚ｔとの積に対応して前記Ａ〜Ｄの各点のうちいずれを選択するかが予め定められている。鋼帯３３の板厚および鋼種（成分）は、プロセスコンピュータ４１から入射角設定回路１５に指令される。
【００２２】
第１制御回路１６は、第１モータ１９を制御して第１振動子２４を予め定める角変位範囲内で角変位させ、入射角設定用超音波の入射角を順次的かつ周期的に変化させる回路である。第１制御回路１６の出力は、角変位指令信号として第１モータ１９に送られる。第１処理回路２１は、第１タイヤ探触子１３の第１振動子２４の出力に応答し、鋼帯３３の幅方向他側面からの反射波の強度を検出する回路である。第１処理回路２１の出力は、最適入射角設定回路１７に送られる。
【００２３】
最適入射角設定回路１７は、最適入射角を検出して設定する回路であり、最適角変位量設定回路３７と、加算器３８とから成る。最適角変位設定回路３７はメモリ３７ａを有し、入射角の最適角変位量を検出する回路である。前記最適角変位量設定回路３７は、第１エンコーダ２６および第１処理回路２１の出力に応答し、入射角の角変位量と前記側面からの反射波の強度とをメモリ３７ａにストアし、前記ストアしたデータの中から前記側面からの反射波の強度が最大となる入射角の角変位量を求める。加算器３８は、入射角設定回路１５の出力と最適角変位量設定回路３７の出力とを加算する。これによって、最適入射角設定回路１７は、前記側面からの反射波の強度が最大となる入射角を求め、前記求めた入射角を最適入射角として設定することができる。
【００２４】
第２制御回路１８は、最適入射角設定回路１７の出力に応答し、欠陥検出用超音波の入射角が最適入射角になるように第２モータ２０を制御する回路である。第２処理回路２２は、第２タイヤ探触子１４の第２振動子２５の出力に応答し、欠陥からの反射波の強度を検出するとともに、それに基づいて欠陥を検出する回路である。欠陥の検出方法については後述する。走行距離検出器３９は、たとえばパルス発生器であり、鋼帯３３の走行距離を検出して出力を第２処理回路２２に送る。プリンタ４０は、第２処理回路２２の出力に応答し、欠陥からの反射波の強度および欠陥発生位置をプリントアウトする。
【００２５】
図３は、図１に示す超音波探傷装置の動作を説明するためのフローチャートである。図３を参照して本発明の超音波探傷方法、すなわち板波探傷方法を説明する。ステップａ１では、製造指令が発令され、板波探傷される鋼帯３３の鋼種および板厚がプロセスコンピュータ４１から指令される。ステップａ２では、超音波の基準入射角θ１が前記表１に基づいて設定される。基準入射角θ１は、前述のように多数のサンプル板に基づいて設定されたほぼ最適な入射角である。ステップａ３では、第１および第２タイヤ探触子１３，１４によって板波探傷が開始される。第１タイヤ探触子による板波探傷は、第１制御回路１６によって入射角設定用超音波の入射角が基準入射角θ１になるように第１モータ１９を制御し、前記他側部側面から反射される反射波（以後、側面エコーと呼ぶことがある）を受信することによって行われる。また、第２タイヤ探触子１４による板波探傷は、第２制御回路１８によって欠陥検出用超音波の入射角が基準入射角θ１になるように第２モータ２０を制御し、欠陥から反射される反射波（以後、欠陥エコーと呼ぶことがある）を受信することによって行われる。板波探傷による欠陥エコーおよび側面エコーの検出は次のようにして行われる。
【００２６】
図４は、超音波探傷による欠陥の検出方法を説明するための模式図である。図４（１）に示すように第１および第２タイヤ探触子１３，１４の第１および第２振動子２４，２５から送信された入射角設定用および欠陥検出用超音波は、基準入射角θ１で鋼帯３３に入射され、発生した板波が鋼帯３３の幅方向一側面４４寄りから他側面４３に伝播する。板波は、欠陥４２および他側面４３で反射して矢符４５方向に進行し、第１および第２振動子２４，２５に戻り、電気信号に変換されて第１および第２処理回路２１，２２に送信される。
【００２７】
第１および第２処理回路２１，２２では、反射波の電気信号が図４（２）に示すように画面に現れる。すなわち、欠陥からの欠陥エコーＦおよび他側面４３からの側面エコーＥが鋼帯３３の幅方向位置に対応して現れる。さらに画面には、入射波信号Ｐも現れる。図４（２）の横軸は、鋼帯３３の幅方向距離を表しており、図４（２）の縦軸は反射波の強度を表している。これによって、エコーの高さを測定すれば反射波の強度を検出することができる。しかしながら、画面には複数のエコーが現れるので、検出したいエコーを誤検知するおそれがある。したがって、図４（２）に示すように幅方向距離Ｂ１，Ｂ２の位置にゲートを設け、第２処理回路２２のように欠陥エコーを検出する場合には、Ｂ１以上Ｂ２以下の領域に現れるエコーのみを抽出し、第１処理回路２１のように側面エコーを検出する場合には、Ｂ２以上の領域に現れるエコーのみを抽出する。また、ノイズＮを欠陥エコーおよび側面エコーであると誤検知しないように図４（２）中に直線Ｌ１で示す反射波強度のしきい値を設定し、しきい値を超えるエコーのみを欠陥エコーおよび側面エコーであると判定している。
【００２８】
再び図３を参照して、ステップａ４では最適入射角の探索が行われる。最適入射角の探索は、次のようにして行われる。
【００２９】
図５は、入射角の角変位順序を説明するための図である。図５の直線Ｋ１は、前述のように鋼帯３３の表面に垂直な直線であり、直線Ｋ２は直線Ｋ１との成す角度が前記基準入射角θ１である直線である。また直線Ｋ３は、直線Ｋ１との成す角度が前記基準入射角θ１に予め定める最大角変位量Δθ２を加算した角度（＝θ１＋Δθ２）である直線であり、直線Ｋ４は直線Ｋ１との成す角度が（θ１−Δθ２）である直線である。したがって直線Ｋ３およびＫ４は、直線Ｋ２を中心として＋Δθ２，−Δθ２だけそれぞれ角変位した位置に存在する。さらに、直線Ｋ３と直線Ｋ４とで囲まれる領域（図５の斜線領域）は、角変位範囲を形成する。
【００３０】
本実施の形態では、入射角設定用超音波の入射角は次のような予め定める角変位順序で変化する。
（ａ）直線Ｋ２を入射角の角変位の出発位置とし、直線Ｋ３に向かって単位角変位量ずつ角変位する。
（ｂ）直線Ｋ３に到達すると、出発位置である直線Ｋ２に向かって連続的に角変位する。
（ｃ）直線Ｋ２に到達すると直線Ｋ４に向かって単位角変化量ずつ角変位する。
（ｄ）直線Ｋ４に到達すると、出発位置である直線Ｋ２に向かって連続的に角変位する。
（ｅ）前記（ａ）〜（ｄ）の一連の往復角変位を繰返す。
なお、前記（ａ）および（ｃ）においては前記反射波の強度が検出され、前記（ｂ）および（ｄ）においては前記反射波の強度が検出されない。
【００３１】
図６は、最適入射角の探索方法を説明するためのフローチャートである。ステップｂ１では、最大角変位量Δθ２および単位角変位量Δθ３が設定される。最大角変位量Δθ２は、最適入射角を探索するための角変位範囲を定めるものであり、たとえば５°に設定される。単位角変位量Δθ３は、順次的に行われる角変位の１回当たりの角変位量であり、たとえば０．１°に設定される。ステップｂ２では、第１タイヤ探触子１３の入射角設定用超音波の入射角が基準入射角θ１であるか否かが判断される。この判断が否定であれば、第１制御回路１６によって前記入射角が基準入射角θ１になるように制御される。この判断が肯定であれば、ステップｂ３に進む。
【００３２】
ステップｂ３では、入射角がΔθ３だけ増加される。ステップｂ４では、Δθ３の累積値であるΣΔθ３が第１エンコーダ２６によって検出されるとともに、側面エコー強度が第１処理回路２１によって検出される。さらに、これらの検出値は最適角変位量設定回路３７に送られ、そのメモリ３７ａに表２に示すようにストアされる。
【００３３】
【表２】
【００３４】
ステップｂ５では、ΣΔθ３＝Δθ２であるか否かが判断される。この判断が否定であれば、角変位量が最大角変位量Δθ２に達していないので、再度ステップｂ３に戻る。このステップｂ３，ｂ４，ｂ５，ｂ３を巡る処理は、ステップｂ５の判断が肯定になるまで繰返される。この間、入射角がΔθ３ずつ増加する毎に前記検出値が前記メモリ３７ａの表２に順次ストアされる。ステップｂ５の判断が肯定であれば、ステップｂ６に進む。ステップｂ６では、入射角が減少され、基準入射角θ１に向かって戻される。ステップｂ７では、ステップｂ２と同様に入射角が基準入射角θ１であるか否かが判断される。この判断が肯定であれば、ステップｂ８に進む。
【００３５】
ステップｂ８では、入射角が−Δθ３だけ減少される。ステップｂ９では、ステップｂ４と同様にΣ−Δθ３と側面エコー強度とが検出されるとともに、検出値が表２にストアされる。ステップｂ１０では、Σ−Δθ３＝−Δθ２であるか否かが判断される。この判断が否定であれば、角変位量が最大角変位量−Δθ２に達していないので、再度ステップｂ８に戻る。このステップｂ８，ｂ９，ｂ１０，ｂ８を巡る処理は、ステップｂ１０の判断が肯定になるまで繰返される。この間、入射角が−Δθ３ずつ減少する毎に前記検出値が表２に順次ストアされる。ステップｂ１１では、入射角が増加され、再度基準入射角θ１に向かって戻される。ステップｂ１２では、ステップｂ２と同様に入射角が基準入射角θ１であるか否かが判断される。この判断が肯定であればステップｂ１３に進む。
【００３６】
ステップｂ１３では、最適角変位量Δθ１の検出が行われる。この処理は、前記表２にストアした側面エコー強度を対比し、側面エコー強度が最大となる角変位量（ΣΔθ３，Σ−Δθ３）を求め、前記求めた角変位量を最適角変位量Δθ１とすることによって行われる。ステップｂ１４では、最適入射角θ４の設定が行われ、最適入射角の探索のための一連の処理が完了する。この処理は、最適入射角θ４を（１）式に基づいて算出することによって行われる。
θ４ ＝ θ１＋Δθ１ …（１）
【００３７】
このように、最適入射角θ４の探索が側面エコー強度の最大値に基づいて行われるので、信頼性の高い最適入射角θ４を確実に設定することができる。また、角変位の順序および角変位範囲が予め定められているので、それらが定められていない場合に比べて最適入射角θ４を迅速に探索することができる。さらに、角変位範囲が基準入射角θ１を中心として設定されており、基準入射角θ１は前述のように多数のサンプル板から求められたほぼ最適な角度に設定されているので、最適入射角θ４は基準入射角θ１の近辺にあり、角変位範囲を小さく設定しても最適入射角θ４を確実に求めることができる。
【００３８】
再び図３を参照して、ステップａ５では第２タイヤ探触子１４から発生される欠陥検出用超音波の入射角の設定変更が行われる。前記入射角の設定変更は、ステップａ２で設定した基準入射角θ１をステップａ４で設定した最適入射角θ４に設定変更することによって行われる。設定変更後、欠陥検出用超音波の入射角は第２制御回路１８によって最適入射角θ４になるように制御される。ステップａ６では、コイルエンドか否かが判断される。この判断が否定であれば、ステップａ４に戻り、再度最適入射角の探索が行われる。このステップａ４，ａ５，ａ６，ａ４を巡る処理は、ステップａ６の判断が肯定になるまで繰返して行われる。したがって、新たに最適入射角が探索されるごとに、すなわち一連の角変位の繰返し周期毎に欠陥検出用超音波の入射角の設定変更が行われる。また、次の設定変更が行われるまでは、入射角は設定された最適入射角θ４のまま一定に保持される。ステップａ６の判断が肯定であれば、超音波探傷装置１１の一連の動作が完了する。
【００３９】
このように、第１タイヤ探触子１３から発生される入射角設定用超音波の最適入射角度が一連の角変位の繰返し周期毎に求められるので、鋼帯３３の全長にわたって最適入射角を把握することができる。また第２タイヤ探触子１４から発生される欠陥検出用超音波の入射角が角変位の繰返し周期毎に前記求めた最適入射角に設定変更されるので、鋼帯３３の材質（成分、結晶粒度）、板厚および形状に変動が生じても欠陥検出精度を高精度に維持することができる。
【００４０】
本発明の他の実施の形態として入射角の角変位の出発位置を直線Ｋ２に代って直線Ｋ３または直線Ｋ４にしてもよい。この場合には、直線Ｋ３またはＫ４から直線Ｋ４またはＫ３に向かって順次的に角変位し、直線Ｋ４またはＫ３に到達後、反対方向に角変位する往復角変位が繰返して行われる。また、角変位中、常時前記反射波の強度が検出される。これによって、角変位の繰返し周期が短くなるので、最適入射角の設定変更周期を短縮することができ、欠陥の検出精度を向上することができる。さらに、角変位を一定周期で繰返して行わないで、断続的に行うように構成してもよく、１回だけ行うように構成してもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の本発明によれば、金属帯の成分、板厚および形状に変動があっても欠陥検出用超音波の入射角が予め定める繰返し周期で最適入射角になるように制御されるので、欠陥の検出精度を低下させることなく超音波探傷を行うことができる。したがって、金属帯の成分、板厚および形状の変動によって欠陥の検出精度が低下する従来の超音波探傷方法に比べて欠陥の検出精度を向上させることができる。
【００４２】
また請求項２記載の本発明によれば、超音波探傷の全期間にわたって、予め定める繰返し周期毎に最適入射角を確実に求めて、欠陥検出用超音波の入射角として設定することができるので、金属帯に板波を安定して伝播させることができる。したがって超音波探傷装置の信頼性を向上することができる。
【００４３】
また請求項３記載の本発明によれば、入射角設定用超音波の入射角の予め定める角変位範囲を小さく設定しても入射角設定用超音波の最適入射角を確実に求めることができるので、角変位所要時間を短縮することができる。したがって、迅速に最適入射角を求めることができ、欠陥の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である超音波探傷装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す入射角設定用超音波探触子の構成を簡略化して示す断面図である。
【図３】図１に示す超音波探傷装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】超音波探傷による欠陥の検出方法を説明するための模式図である。
【図５】入射角の角変位順序を説明するための図である。
【図６】最適入射角の探索方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】超音波の周波数と超音波の入射角と金属帯の板厚との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１１ 超音波探傷装置
１３ 第１タイヤ探触子
１４ 第２タイヤ探触子
１５ 入射角設定回路
１６ 第１制御回路
１７ 最適入射角設定回路
１８ 第２制御回路
１９ 第１モータ
２０ 第２モータ
２１ 第１処理回路
２２ 第２処理回路
２３ タイヤ
２４ 第１振動子
２５ 第２振動子
２６ 第１エンコーダ
２６ａ 第２エンコーダ
２７ 固定軸
３１ パルス発振器
３３ 鋼帯
３４ 媒質油
３７ 最適角変位量設定回路
３８ 加算器
３９ 走行距離検出器
４０ プリンタ
４１ プロセスコンピュータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属帯の欠陥を非破壊で検出する超音波探傷方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に板厚の薄い金属帯の超音波探傷には、板波探傷が行われている。板波は、金属帯の板厚が超音波の波長に比べて小さいときに、縦波と横波とが独立して存在できなくなって発生する波動である。以後、超音波探傷を板波探傷と呼ぶこととする。板波探傷は、超音波を金属帯に入射して金属帯に板波を発生させ、発生した板波を金属帯に伝播させて欠陥から反射される欠陥エコーを検出することによって行われる。前記板波は、図７に示すように超音波の周波数ｆ、超音波の入射角θおよび金属帯の板厚ｔが特定の関係を示すときに発生する。図７の横軸は、周波数ｆと板厚ｔとの積であり、図７の縦軸は入射角θである。図７中のＡ0，Ｓ0，Ａ1，Ｓ1，…は板波のモードを表す。図７は、特開昭５３−２５４８４号公報および特開昭５９−５２７５０号公報に開示されている。図７において、たとえば周波数ｆと板厚ｔとの積が３．５のときには、入射角θがＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各点においてそれぞれＡ0，Ｓ0，Ａ1，Ｓ1モードの板波が発生する。このように、板波は多数のモードを有しているので、実操業で板波探傷を行うには、どのモードが適しているのかを事前に把握しておく必要がある。すなわち、周波数ｆと板厚ｔとの積に対する最適モードの周波数の入射角θ１（以後、基準入射角と呼ぶ）を設定しておく必要がある。超音波の基準入射角θ１の設定は次のようにして行われる。
【０００３】
（１）板厚、成分の異なる多数のサンプル板を準備し、
（２）超音波の周波数ｆを一定に固定し、入射角θを変化させ、サンプル板の端面または側面から反射される端面または側面エコーを検出し、端面または側面エコーの強度を最大とする入射角θを求めて基準入射角θ１として設定し、
（３）板厚、成分と前記求めた基準入射角θ１との対応関係をテーブルとしてまとめる。
【０００４】
したがって、実操業においては製造指令からの板厚および成分に対応する基準入射角θ１を前記テーブルに基づいて容易に求めることができる。従来の板波探傷は、超音波の入射角をこのようにして求めた基準入射角θ１に固定することによって行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、前記基準入射角θ１はサンプル板に基づいて設定されたものである。実操業における金属板の成分は、公称成分が同一であってもサンプル板の成分と異なることがあり、成分が同一であっても結晶粒度がサンプル板と異なることがある。また金属帯の板厚は公称板厚が同一であってもサンプル板の板厚と公差範囲内で異なることがあり、金属帯の形状もサンプル板の形状と異なることがある。さらに、パスラインの変動によって異なることがある。したがって、実操業における超音波の最適な入射角は、前記基準入射角θ１とずれることがしばしばある。前述のように、板波は周波数ｆ、入射角θおよび板厚ｔが特定の関係を示すときに発生するので、入射角のずれによって板波の強度が減少したり、板波が全く発生しなくなったりすることがある。この結果、超音波の入射角が前記基準入射角θ１に固定されている従来の板波探傷法では、欠陥の検出が正常に行われないことがしばしばあり、欠陥の検出精度が低下してしまうという問題がある。この問題に対する対策としては、入射角θを手動操作で変化させ、オンラインにて常時適正な入射角θに追従させる操作が行われている。しかしながら金属帯の走行速度および探傷速度が高いので、入射角を常時適正な入射角θに追従させることは困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、前記問題を解決し、金属帯の成分、板厚、形状が変動しても欠陥の検出精度を高精度に維持することのできる金属帯の超音波探傷方法および装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、走行する金属帯の幅方向一側面寄りから金属帯の幅方向に、欠陥検出用超音波探触子から発生される欠陥検出用超音波を入射し、その反射波を受信して欠陥を検出する金属帯の超音波探傷方法において、
入射角設定用超音波探触子を金属帯の幅方向一側面寄りに配置し、
入射角設定用超音波探触子から発生される入射角設定用超音波の入射角を予め定める繰返し周期で変更しながら、入射角設定用超音波を金属帯に入射し、
金属帯の幅方向他側面からの反射波を受信し、前記他側面からの反射波の強度が最大となる最適入射角を、前記繰返し周期毎に求め、
前記欠陥検出用超音波の入射角を、最適入射角になるように、前記繰返し周期毎に設定変更することを特徴とする金属帯の超音波探傷方法である。
【０００８】
本発明に従えば、入射角設定用超音波の入射角を予め定める繰返し周期で変化させて金属帯の幅方向他側面からの反射波の強度が最大となる入射角が求められるので、金属帯の成分、板厚および形状に変動があっても前記繰返し周期毎に最適入射角を確実に求めることができる。また、欠陥検出用超音波の入射角が前記最適入射角になるように、前記繰返し周期毎に設定変更されるので、欠陥の検出精度を低下させることなく超音波探傷を行うことができる。したがって、金属帯の成分、板厚および形状に変動があると欠陥の検出精度が低下する従来の超音波探傷方法に比べて欠陥の検出精度を向上させることができる。
【０００９】
また本発明は、超音波を発生する第１振動子を有し、走行する金属帯の幅方向一側面寄りに配置され、金属帯の幅方向に第１振動子から発生される入射角設定用超音波を入射して反射波を検出する入射角設定用超音波探触子と、
第１振動子を金属帯の走行方向に平行な軸線まわりに角変位駆動する第１駆動手段と、
入射角設定用超音波の入射角を検出する第１角度検出手段と、
超音波を発生する第２振動子を有し、前記一側部寄りに配置され、金属帯の幅方向に第２振動子から発生される欠陥検出用超音波を入射して反射波を検出する欠陥検出用超音波探触子と、
第２振動子を金属帯の走行方向に平行な軸線まわりに角変位駆動する第２駆動手段と、
欠陥検出用超音波の入射角を検出する第２角度検出手段と、
金属帯の種類に応じて超音波の入射角を設定する入射角設定回路と、
第１駆動手段を制御して第１振動子を予め定める角変位範囲にわたって、予め定める繰返し周期で角変位させ、入射角設定用超音波の入射角を変化させる第１制御回路と、
入射角設定用超音波探触子および第１角度検出手段の出力に応答し、前記予め定める角変位範囲内における金属帯の他側面からの反射波の強度が最大となる最適入射角を、前記繰返し周期毎に求める最適入射角設定回路と、
最適入射角設定回路の出力に応答し、欠陥検出用超音波の入射角を最適入射角になるように第２駆動手段を制御する第２制御回路とを含むことを特徴とする金属帯の超音波探傷装置である。
【００１０】
本発明に従えば、第１振動子を予め定める角変位範囲内にわたって、予め定める繰返し周期で繰返して往復角変位させることができる。これによって、反射波の強度を最大とする最適入射角が角変位の繰返し周期毎に設定されるので、金属帯の成分、板厚および形状に変動があっても、超音波探傷の全期間にわたって最適入射角を確実に求めることができる。したがって、金属帯に板波を安定して伝播させることができる。
【００１１】
また本発明の前記第１振動子は、金属帯の種類に対応した予め定めるほぼ最適な入射角度の両側に予め定める角度範囲にわたる角変位量だけ往復角変位駆動されることを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、入射角設定用超音波の入射角は角変位範囲が予め定められているので、全域を角変位する場合に比べて角変位所要時間を短縮することができる。また角変位範囲が前記入射角設定回路によって設定されたほぼ最適な入射角を中心として設定されているので、予め定める角変位範囲を小さく設定しても入射角設定用超音波の最適入射角を確実に求めることができる。したがって、角変位所要時間を短縮することができ、迅速に最適入射角を求めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態である超音波探傷装置の電気的構成を示すブロック図であり、図２は図１に示す入射角設定用超音波探触子の構成を簡略化して示す断面図である。超音波探傷装置１１は、入射角設定用超音波探触子１３と、欠陥検出用超音波探触子１４と、入射角設定回路１５と、第１制御回路１６と、最適入射角設定回路１７と、第２制御回路１８と、第１駆動手段１９と、第２駆動手段２０と、第１処理回路２１と、第２処理回路２２と、第１角度検出手段２６と、第２角度検出手段２６ａとを含んで構成される。
【００１４】
入射角設定用超音波探触子１３は、たとえばタイヤ探触子であり、図２に示すようにタイヤ２３と、第１振動子２４とを含む。以後、入射角設定用超音波探触子１３を第１タイヤ探触子と略称する。第１タイヤ探触子１３は走行する金属帯、たとえば鋼帯３３の幅方向一側面寄りに配置される。タイヤ２３は、たとえばポリウレタン系の弾性ゴムから成り、固定軸２７に軸受２８を介して回転自在に軸支される。タイヤ２３の内部には、液体、たとえば水が一定圧の下に充填されている。タイヤ２３は、鋼帯３３の表面上に媒質油３４を介して接触しながら回転する。固定軸２７は、鋼帯３３の表面に平行で、かつ鋼帯３３の走行方向（図２の紙面に垂直な方向）に直角に延びる軸線を有しており、保持体２９を介してフレーム３０に取付けられる。
【００１５】
第１振動子２４は圧電材料、たとえばチタン酸バリウムから成り、タイヤ２３の内部に収納されている。第１振動子２４は、パルス発振器３１から予め定める一定周波数、たとえば２．２５ＭＨｚの発信パルス出力を受け、入射角設定用超音波を発生し、それを鋼帯３３に入射して鋼帯３３に板波３５を発生させる。発生した板波３５は、鋼帯３３の幅方向他側面に向かって伝播する。さらに第１振動子２４は、前記他側面からの反射波を受信し、それを側面反射信号として第１処理回路２１に送信する。
【００１６】
第１駆動手段１９は、たとえばモータであり、タイヤ２３の内部に収納されている。以後、第１駆動手段１９を第１モータと称す。前記第１振動子２４は、第１モータ１９のモータ軸１９ａの一端部に取付けられており、第１モータ１９によって角変位駆動される。第１モータ１９は、固定軸２７に取付けられており、モータ軸１９ａは、鋼帯３３の表面に平行で、かつ鋼帯３３の走行方向に延びる軸線を有している。第１角度検出手段２６は、たとえば光電式ロータリエンコーダであり、第１モータ１９のモータ軸１９ａの他端部に取付けられている。以後、第１角度検出手段２６を第１エンコーダと称す。第１エンコーダ２６は、モータ軸１９ａの角変位量すなわち回転角度を検出する。
【００１７】
第１振動子２４から発生された入射角設定用超音波は、水、タイヤ２３および媒質油３４を経て鋼帯３３に入射される。前記超音波の入射角θは、図２に示すように超音波の進行方向３６と、法線Ｋ、換言すれば鋼帯３３の表面に垂直な直線Ｋ１との成す角度であるので、第１振動子２４の回転角すなわちモータ軸１９ａの回転角度に比例する。したがって、前記第１エンコーダ２６は前記入射角θおよびその角変位量を検出することができる。第１エンコーダ２６の出力は、最適入射角設定回路１７に送られる。
【００１８】
欠陥検出用超音波探触子１４は、第２振動子２５を有するタイヤ探触子であり、その構成は第１タイヤ探触子２４と同一である。第２振動子２５は、欠陥検出用超音波を発生する。以後、欠陥検出用超音波探触子１４を第２タイヤ探触子１４と略称する。第２タイヤ探触子１４は、第１タイヤ探触子１３と同じ幅方向位置で第１タイヤ探触子１３の走行方向下流側に配置される。第２振動子２５は、第２駆動手段である第２モータ２０によって角変位駆動され、その回転角度は第２角度検出手段である第２エンコーダ２６ａによって検出される。したがって、第２振動子２５から発生される欠陥検出用超音波の入射角θは第２エンコーダ２６ａによって検出される。第２振動子２５は、鋼帯３３の幅方向に欠陥検出用超音波を入射して欠陥からの反射波を受信し、欠陥信号を第２処理回路２２に送信する。なお、第２モータ２０および第２エンコーダ２６ａの構成は、第１モータ１９および第１エンコーダ２６と同一である。
【００１９】
入射角設定回路１５は、鋼帯３３の種類、たとえば板厚および鋼種（成分）に応じて超音波の前記基準入射角θ１を設定する回路である。入射角設定回路１５はメモリ１５ａを有しており、メモリ１５ａには前記鋼帯３３の板厚と鋼種（成分）と、超音波の基準入射角θ１との対応関係を示すテーブルがストアされている。テーブルの一例を表１に示す。
【００２０】
【表１】
このテーブルに設定されている基準入射角θ１は、前述のように多数のサンプル板に基づいて求めた板波探傷の最適モードの基準入射角θ１である。さらに、板波探傷の最適モードは図７に関連して述べた構成と同様にして超音波の周波数ｆ（本実施形態では２．２５ＭＨｚ）と鋼帯３３の板厚ｔとの積に対応して前記Ａ〜Ｄの各点のうちいずれを選択するかが予め定められている。鋼帯３３の板厚および鋼種（成分）は、プロセスコンピュータ４１から入射角設定回路１５に指令される。
【００２２】
第１制御回路１６は、第１モータ１９を制御して第１振動子２４を予め定める角変位範囲内で角変位させ、入射角設定用超音波の入射角を順次的かつ周期的に変化させる回路である。第１制御回路１６の出力は、角変位指令信号として第１モータ１９に送られる。第１処理回路２１は、第１タイヤ探触子１３の第１振動子２４の出力に応答し、鋼帯３３の幅方向他側面からの反射波の強度を検出する回路である。第１処理回路２１の出力は、最適入射角設定回路１７に送られる。
【００２３】
最適入射角設定回路１７は、最適入射角を検出して設定する回路であり、最適角変位量設定回路３７と、加算器３８とから成る。最適角変位設定回路３７はメモリ３７ａを有し、入射角の最適角変位量を検出する回路である。前記最適角変位量設定回路３７は、第１エンコーダ２６および第１処理回路２１の出力に応答し、入射角の角変位量と前記側面からの反射波の強度とをメモリ３７ａにストアし、前記ストアしたデータの中から前記側面からの反射波の強度が最大となる入射角の角変位量を求める。加算器３８は、入射角設定回路１５の出力と最適角変位量設定回路３７の出力とを加算する。これによって、最適入射角設定回路１７は、前記側面からの反射波の強度が最大となる入射角を求め、前記求めた入射角を最適入射角として設定することができる。
【００２４】
第２制御回路１８は、最適入射角設定回路１７の出力に応答し、欠陥検出用超音波の入射角が最適入射角になるように第２モータ２０を制御する回路である。第２処理回路２２は、第２タイヤ探触子１４の第２振動子２５の出力に応答し、欠陥からの反射波の強度を検出するとともに、それに基づいて欠陥を検出する回路である。欠陥の検出方法については後述する。走行距離検出器３９は、たとえばパルス発生器であり、鋼帯３３の走行距離を検出して出力を第２処理回路２２に送る。プリンタ４０は、第２処理回路２２の出力に応答し、欠陥からの反射波の強度および欠陥発生位置をプリントアウトする。
【００２５】
図３は、図１に示す超音波探傷装置の動作を説明するためのフローチャートである。図３を参照して本発明の超音波探傷方法、すなわち板波探傷方法を説明する。ステップａ１では、製造指令が発令され、板波探傷される鋼帯３３の鋼種および板厚がプロセスコンピュータ４１から指令される。ステップａ２では、超音波の基準入射角θ１が前記表１に基づいて設定される。基準入射角θ１は、前述のように多数のサンプル板に基づいて設定されたほぼ最適な入射角である。ステップａ３では、第１および第２タイヤ探触子１３，１４によって板波探傷が開始される。第１タイヤ探触子による板波探傷は、第１制御回路１６によって入射角設定用超音波の入射角が基準入射角θ１になるように第１モータ１９を制御し、前記他側部側面から反射される反射波（以後、側面エコーと呼ぶことがある）を受信することによって行われる。また、第２タイヤ探触子１４による板波探傷は、第２制御回路１８によって欠陥検出用超音波の入射角が基準入射角θ１になるように第２モータ２０を制御し、欠陥から反射される反射波（以後、欠陥エコーと呼ぶことがある）を受信することによって行われる。板波探傷による欠陥エコーおよび側面エコーの検出は次のようにして行われる。
【００２６】
図４は、超音波探傷による欠陥の検出方法を説明するための模式図である。図４（１）に示すように第１および第２タイヤ探触子１３，１４の第１および第２振動子２４，２５から送信された入射角設定用および欠陥検出用超音波は、基準入射角θ１で鋼帯３３に入射され、発生した板波が鋼帯３３の幅方向一側面４４寄りから他側面４３に伝播する。板波は、欠陥４２および他側面４３で反射して矢符４５方向に進行し、第１および第２振動子２４，２５に戻り、電気信号に変換されて第１および第２処理回路２１，２２に送信される。
【００２７】
第１および第２処理回路２１，２２では、反射波の電気信号が図４（２）に示すように画面に現れる。すなわち、欠陥からの欠陥エコーＦおよび他側面４３からの側面エコーＥが鋼帯３３の幅方向位置に対応して現れる。さらに画面には、入射波信号Ｐも現れる。図４（２）の横軸は、鋼帯３３の幅方向距離を表しており、図４（２）の縦軸は反射波の強度を表している。これによって、エコーの高さを測定すれば反射波の強度を検出することができる。しかしながら、画面には複数のエコーが現れるので、検出したいエコーを誤検知するおそれがある。したがって、図４（２）に示すように幅方向距離Ｂ１，Ｂ２の位置にゲートを設け、第２処理回路２２のように欠陥エコーを検出する場合には、Ｂ１以上Ｂ２以下の領域に現れるエコーのみを抽出し、第１処理回路２１のように側面エコーを検出する場合には、Ｂ２以上の領域に現れるエコーのみを抽出する。また、ノイズＮを欠陥エコーおよび側面エコーであると誤検知しないように図４（２）中に直線Ｌ１で示す反射波強度のしきい値を設定し、しきい値を超えるエコーのみを欠陥エコーおよび側面エコーであると判定している。
【００２８】
再び図３を参照して、ステップａ４では最適入射角の探索が行われる。最適入射角の探索は、次のようにして行われる。
【００２９】
図５は、入射角の角変位順序を説明するための図である。図５の直線Ｋ１は、前述のように鋼帯３３の表面に垂直な直線であり、直線Ｋ２は直線Ｋ１との成す角度が前記基準入射角θ１である直線である。また直線Ｋ３は、直線Ｋ１との成す角度が前記基準入射角θ１に予め定める最大角変位量Δθ２を加算した角度（＝θ１＋Δθ２）である直線であり、直線Ｋ４は直線Ｋ１との成す角度が（θ１−Δθ２）である直線である。したがって直線Ｋ３およびＫ４は、直線Ｋ２を中心として＋Δθ２，−Δθ２だけそれぞれ角変位した位置に存在する。さらに、直線Ｋ３と直線Ｋ４とで囲まれる領域（図５の斜線領域）は、角変位範囲を形成する。
【００３０】
本実施の形態では、入射角設定用超音波の入射角は次のような予め定める角変位順序で変化する。
（ａ）直線Ｋ２を入射角の角変位の出発位置とし、直線Ｋ３に向かって単位角変位量ずつ角変位する。
（ｂ）直線Ｋ３に到達すると、出発位置である直線Ｋ２に向かって連続的に角変位する。
（ｃ）直線Ｋ２に到達すると直線Ｋ４に向かって単位角変化量ずつ角変位する。
（ｄ）直線Ｋ４に到達すると、出発位置である直線Ｋ２に向かって連続的に角変位する。
（ｅ）前記（ａ）〜（ｄ）の一連の往復角変位を繰返す。
なお、前記（ａ）および（ｃ）においては前記反射波の強度が検出され、前記（ｂ）および（ｄ）においては前記反射波の強度が検出されない。
【００３１】
図６は、最適入射角の探索方法を説明するためのフローチャートである。ステップｂ１では、最大角変位量Δθ２および単位角変位量Δθ３が設定される。最大角変位量Δθ２は、最適入射角を探索するための角変位範囲を定めるものであり、たとえば５°に設定される。単位角変位量Δθ３は、順次的に行われる角変位の１回当たりの角変位量であり、たとえば０．１°に設定される。ステップｂ２では、第１タイヤ探触子１３の入射角設定用超音波の入射角が基準入射角θ１であるか否かが判断される。この判断が否定であれば、第１制御回路１６によって前記入射角が基準入射角θ１になるように制御される。この判断が肯定であれば、ステップｂ３に進む。
【００３２】
ステップｂ３では、入射角がΔθ３だけ増加される。ステップｂ４では、Δθ３の累積値であるΣΔθ３が第１エンコーダ２６によって検出されるとともに、側面エコー強度が第１処理回路２１によって検出される。さらに、これらの検出値は最適角変位量設定回路３７に送られ、そのメモリ３７ａに表２に示すようにストアされる。
【００３３】
【表２】
ステップｂ５では、ΣΔθ３＝Δθ２であるか否かが判断される。この判断が否定であれば、角変位量が最大角変位量Δθ２に達していないので、再度ステップｂ３に戻る。このステップｂ３，ｂ４，ｂ５，ｂ３を巡る処理は、ステップｂ５の判断が肯定になるまで繰返される。この間、入射角がΔθ３ずつ増加する毎に前記検出値が前記メモリ３７ａの表２に順次ストアされる。ステップｂ５の判断が肯定であれば、ステップｂ６に進む。ステップｂ６では、入射角が減少され、基準入射角θ１に向かって戻される。ステップｂ７では、ステップｂ２と同様に入射角が基準入射角θ１であるか否かが判断される。この判断が肯定であれば、ステップｂ８に進む。
【００３５】
ステップｂ８では、入射角が−Δθ３だけ減少される。ステップｂ９では、ステップｂ４と同様にΣ−Δθ３と側面エコー強度とが検出されるとともに、検出値が表２にストアされる。ステップｂ１０では、Σ−Δθ３＝−Δθ２であるか否かが判断される。この判断が否定であれば、角変位量が最大角変位量−Δθ２に達していないので、再度ステップｂ８に戻る。このステップｂ８，ｂ９，ｂ１０，ｂ８を巡る処理は、ステップｂ１０の判断が肯定になるまで繰返される。この間、入射角が−Δθ３ずつ減少する毎に前記検出値が表２に順次ストアされる。ステップｂ１１では、入射角が増加され、再度基準入射角θ１に向かって戻される。ステップｂ１２では、ステップｂ２と同様に入射角が基準入射角θ１であるか否かが判断される。この判断が肯定であればステップｂ１３に進む。
【００３６】
ステップｂ１３では、最適角変位量Δθ１の検出が行われる。この処理は、前記表２にストアした側面エコー強度を対比し、側面エコー強度が最大となる角変位量（ΣΔθ３，Σ−Δθ３）を求め、前記求めた角変位量を最適角変位量Δθ１とすることによって行われる。ステップｂ１４では、最適入射角θ４の設定が行われ、最適入射角の探索のための一連の処理が完了する。この処理は、最適入射角θ４を（１）式に基づいて算出することによって行われる。
θ４ ＝ θ１＋Δθ１ …（１）
【００３７】
このように、最適入射角θ４の探索が側面エコー強度の最大値に基づいて行われるので、信頼性の高い最適入射角θ４を確実に設定することができる。また、角変位の順序および角変位範囲が予め定められているので、それらが定められていない場合に比べて最適入射角θ４を迅速に探索することができる。さらに、角変位範囲が基準入射角θ１を中心として設定されており、基準入射角θ１は前述のように多数のサンプル板から求められたほぼ最適な角度に設定されているので、最適入射角θ４は基準入射角θ１の近辺にあり、角変位範囲を小さく設定しても最適入射角θ４を確実に求めることができる。
【００３８】
再び図３を参照して、ステップａ５では第２タイヤ探触子１４から発生される欠陥検出用超音波の入射角の設定変更が行われる。前記入射角の設定変更は、ステップａ２で設定した基準入射角θ１をステップａ４で設定した最適入射角θ４に設定変更することによって行われる。設定変更後、欠陥検出用超音波の入射角は第２制御回路１８によって最適入射角θ４になるように制御される。ステップａ６では、コイルエンドか否かが判断される。この判断が否定であれば、ステップａ４に戻り、再度最適入射角の探索が行われる。このステップａ４，ａ５，ａ６，ａ４を巡る処理は、ステップａ６の判断が肯定になるまで繰返して行われる。したがって、新たに最適入射角が探索されるごとに、すなわち一連の角変位の繰返し周期毎に欠陥検出用超音波の入射角の設定変更が行われる。また、次の設定変更が行われるまでは、入射角は設定された最適入射角θ４のまま一定に保持される。ステップａ６の判断が肯定であれば、超音波探傷装置１１の一連の動作が完了する。
【００３９】
このように、第１タイヤ探触子１３から発生される入射角設定用超音波の最適入射角度が一連の角変位の繰返し周期毎に求められるので、鋼帯３３の全長にわたって最適入射角を把握することができる。また第２タイヤ探触子１４から発生される欠陥検出用超音波の入射角が角変位の繰返し周期毎に前記求めた最適入射角に設定変更されるので、鋼帯３３の材質（成分、結晶粒度）、板厚および形状に変動が生じても欠陥検出精度を高精度に維持することができる。
【００４０】
本発明の他の実施の形態として入射角の角変位の出発位置を直線Ｋ２に代って直線Ｋ３または直線Ｋ４にしてもよい。この場合には、直線Ｋ３またはＫ４から直線Ｋ４またはＫ３に向かって順次的に角変位し、直線Ｋ４またはＫ３に到達後、反対方向に角変位する往復角変位が繰返して行われる。また、角変位中、常時前記反射波の強度が検出される。これによって、角変位の繰返し周期が短くなるので、最適入射角の設定変更周期を短縮することができ、欠陥の検出精度を向上することができる。さらに、角変位を一定周期で繰返して行わないで、断続的に行うように構成してもよく、１回だけ行うように構成してもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の本発明によれば、金属帯の成分、板厚および形状に変動があっても欠陥検出用超音波の入射角が予め定める繰返し周期で最適入射角になるように制御されるので、欠陥の検出精度を低下させることなく超音波探傷を行うことができる。したがって、金属帯の成分、板厚および形状の変動によって欠陥の検出精度が低下する従来の超音波探傷方法に比べて欠陥の検出精度を向上させることができる。
【００４２】
また請求項２記載の本発明によれば、超音波探傷の全期間にわたって、予め定める繰返し周期毎に最適入射角を確実に求めて、欠陥検出用超音波の入射角として設定することができるので、金属帯に板波を安定して伝播させることができる。したがって超音波探傷装置の信頼性を向上することができる。
【００４３】
また請求項３記載の本発明によれば、入射角設定用超音波の入射角の予め定める角変位範囲を小さく設定しても入射角設定用超音波の最適入射角を確実に求めることができるので、角変位所要時間を短縮することができる。したがって、迅速に最適入射角を求めることができ、欠陥の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である超音波探傷装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す入射角設定用超音波探触子の構成を簡略化して示す断面図である。
【図３】図１に示す超音波探傷装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】超音波探傷による欠陥の検出方法を説明するための模式図である。
【図５】入射角の角変位順序を説明するための図である。
【図６】最適入射角の探索方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】超音波の周波数と超音波の入射角と金属帯の板厚との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１１ 超音波探傷装置
１３ 第１タイヤ探触子
１４ 第２タイヤ探触子
１５ 入射角設定回路
１６ 第１制御回路
１７ 最適入射角設定回路
１８ 第２制御回路
１９ 第１モータ
２０ 第２モータ
２１ 第１処理回路
２２ 第２処理回路
２３ タイヤ
２４ 第１振動子
２５ 第２振動子
２６ 第１エンコーダ
２６ａ 第２エンコーダ
２７ 固定軸
３１ パルス発振器
３３ 鋼帯
３４ 媒質油
３７ 最適角変位量設定回路
３８ 加算器
３９ 走行距離検出器
４０ プリンタ
４１ プロセスコンピュータ
Claims (3)
- 走行する金属帯の幅方向一側面寄りから金属帯の幅方向に、欠陥検出用超音波探触子から発生される欠陥検出用超音波を入射し、その反射波を受信して欠陥を検出する金属帯の超音波探傷方法において、
入射角設定用超音波探触子を金属帯の幅方向一側面寄りに配置し、
入射角設定用超音波探触子から発生される入射角設定用超音波の入射角を予め定める繰返し周期で変更しながら、入射角設定用超音波を金属帯に入射し、
金属帯の幅方向他側面からの反射波を受信し、前記他側面からの反射波の強度が最大となる最適入射角を、前記繰返し周期毎に求め、
前記欠陥検出用超音波の入射角を、最適入射角になるように、前記繰返し周期毎に設定変更することを特徴とする金属帯の超音波探傷方法。 - 超音波を発生する第１振動子を有し、走行する金属帯の幅方向一側面寄りに配置され、金属帯の幅方向に第１振動子から発生される入射角設定用超音波を入射して反射波を検出する入射角設定用超音波探触子と、
第１振動子を金属帯の走行方向に平行な軸線まわりに角変位駆動する第１駆動手段と、
入射角設定用超音波の入射角を検出する第１角度検出手段と、
超音波を発生する第２振動子を有し、前記一側部寄りに配置され、金属帯の幅方向に第２振動子から発生される欠陥検出用超音波を入射して反射波を検出する欠陥検出用超音波探触子と、
第２振動子を金属帯の走行方向に平行な軸線まわりに角変位駆動する第２駆動手段と、
欠陥検出用超音波の入射角を検出する第２角度検出手段と、
金属帯の種類に応じて超音波の入射角を設定する入射角設定回路と、
第１駆動手段を制御して第１振動子を予め定める角変位範囲にわたって、予め定める繰返し周期で角変位させ、入射角設定用超音波の入射角を変化させる第１制御回路と、
入射角設定用超音波探触子および第１角度検出手段の出力に応答し、前記予め定める角変位範囲内における金属帯の他側面からの反射波の強度が最大となる最適入射角を、前記繰返し周期毎に求める最適入射角設定回路と、
最適入射角設定回路の出力に応答し、欠陥検出用超音波の入射角を最適入射角になるように第２駆動手段を制御する第２制御回路とを含むことを特徴とする金属帯の超音波探傷装置。 - 前記第１振動子は、金属帯の種類に対応した予め定めるほぼ最適な入射角度の両側に予め定める角度範囲にわたる角変位量だけ往復角変位駆動されることを特徴とする請求項２記載の金属帯の超音波探傷装置。
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