JP5570242B2 - 表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置、及びその検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、棒鋼や鋼片の表面及び表面皮下に存在する欠陥を検出する表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置、及びその検出方法に関する。

金属材料である棒鋼や鋼片などの表面や表面皮下に存在する欠陥を非破壊で検出する方法として、磁粉探傷法、浸透探傷法、渦流探傷法、超音波探傷法などが知られている。
磁粉探傷法は、磁化された被検査体に蛍光特性を有する磁粉を散布し、その磁粉に紫外光源を照射して得られる磁粉指示模様を観察することで表面欠陥を検出するものである。
浸透探傷法は、被検査体の表面に蛍光浸透剤を塗布してクラックに染み込ませ、クラック内の浸透剤が被検査体表面ににじみ出してできた指示模様に紫外線を当てて得られる蛍光を観察することで表面欠陥を検出するものである。

このような磁粉探傷法や浸透探傷法は湿式検査であり、磁粉液や蛍光浸透剤の散布量変化による輝度の変動、被検査体の表面粗度分布などの影響を大きく受けるため、検査結果の再現性が良くない。そのため、検査作業者によって検査結果が異なるという問題と、検査対象の表面に開口している欠陥しか検出できないという問題がある。
また、渦流探傷法は、被検査体の表面に検出コイルを近付けて被検査体表面に渦電流を流し、その検出コイルを被検査体上で移動させながら誘導電流の変化を検出することで被検査体の欠陥とその深さを検出するものである。

この渦流探傷法では、金属材料の表層部分の検査が可能であるものの、欠陥以外の組織変化や磁気変化も検出してしまうので、検出結果における欠陥の弁別が難しいという問題がある。
そこで、一般的には、特許文献１に示すような超音波表面探傷法が用いられることが多い。超音波探傷法は、超音波探触子から被検査体内に表面波となる超音波を送出し、被検査体内で反射して戻ってきた超音波を超音波探触子で受信することで、被検査体の表面欠陥及び表面皮下欠陥を検出するものである。このとき、探傷領域内の超音波伝播経路に、超音波探触子で用いられる接触媒質が存在していたり、水滴や粉塵などが付着していたりすると、欠陥ではないこれら接触媒質や付着物で超音波が反射するので、探傷領域内の接触媒質や付着物などをエアブロアで吹き飛ばすか、ワイパーで除去している。このような超音波表面探傷法は、欠陥の検出精度が良く、また検査作業者にとっての作業性も良いという利点がある。

図１０は、特許文献１に示される円柱体表面検査装置の構成を示す図である。図１０（ａ）において、円柱体１００の表面には探触子１０１が配置されおり、円柱体の周方向（実線の矢印で示される方向）に沿った超音波の伝播方向には、この伝播方向に沿って円柱体の表面にエアを噴射するエアノズル１０２が配置されている。図１０（ｂ）において、円柱体１００の表面で斜線で示される付着物は超音波探触子が用いた接触媒質であり、円柱体１００は紙面に向かって時計回りに回転し、エアノズル１０２からは、円柱体１００に向かってエアが吹き出してしている。このような構成により、図１０（ｂ）の破線で示す探傷領域には接触媒質が存在しなくなる。

特開２００３−９８１６０号公報

超音波探傷法において、超音波探触子から被検査体内に超音波を伝播するために用いる接触媒質や表面付着物が完全に取り除かれずに伝播経路に残っていると、それら接触媒質や表面付着物から超音波の反射信号がかえってくるため、欠陥ではないそれら表面付着物からの反射信号を検出してしまうという問題がある。
そこで特許文献１に開示されるように、探傷領域の伝播経路内に接触媒質や表面付着物が入らないようにエアノズルで吹き飛ばして除去するという手段が採られる。特許文献１に開示される方法では、被検査体を回転させながら、回転方向とは逆向きにエアを噴射して、探傷領域に接触媒質が進入しないようにしている。しかしこの方法では、探傷領域から除去した又は除去できなかった接触媒質や表面付着物が、常に超音波の伝播方向に存在し、外乱となる。これにより、図１０（ｂ）の破線で示すように、接触媒質を除去できた一部の領域でしか検査できず、１度の検査で欠陥を検出できる探傷領域が、被検査体の一部分のみに限定される。よって、被検査体の周方向の検査を数度に分けて行わねばならず、その周方向の検査を終えるまで、被検査体を被検査体の長さ方向に移動させることができないという問題がある。

また、ワイパーを使って接触媒質や表面付着物を除去する場合でも、ワイパー自体が超音波の伝播経路内にあるため、欠陥の擬似信号として検出されてしまうという問題がある。
そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、探傷する被検査体の通材方向、表面波の伝播方向、エアノズルの位置と噴射方向のそれぞれを適切に設定することで、超音波の表面波を被検査体の周方向に一周させて全面探傷することができ、欠陥以外からの反射波を低減する表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置及びその方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明に係る表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置は、被検査体に対して被検査体の表面直下を伝播する超音波を送出する送信部、及び送出された超音波のうち、少なくとも被検査体内の欠陥で反射して戻った超音波を受信する受信部を備えた探触子と、前記送信部から送出される超音波の伝播方向にある被検査体の表面付着物を、前記伝播方向に対して略垂直方向へ除去する除去手段と、を具備することを特徴とする。

また、本発明に係る表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置は、被検査体が長尺物である際に、前記探触子は、被検査体の周方向に超音波を送出するように配置されており、前記除去手段は、被検査体の全周にわたって配備されていることを特徴とする。
また、本発明に係る表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置は、前記探触子を２つ有しており、該２つの探触子は、被検査体の長手方向において異なる位置に配置され、被検査体の周方向において互いに対向する方向に超音波を送出することを特徴とする。

ここで前記除去手段は、被検査対象の探傷範囲に対して、前記探触子から送出された超音波の伝播方向に対して略垂直方向にエアを噴射するエア噴射手段であってもよい。
加えて、本発明に係る表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置は、長尺であって長手方向に沿った通材方向に移動する被検査体に対して、前記被検査体の表面直下を伝播する超音波を該被検査体の周方向に沿って送出する送信部、及び送出された超音波のうち、少なくとも被検査体内の欠陥で反射して戻った超音波を受信する受信部を備えた探触子と、前記通材方向において前記探触子の下流側に配備され、前記探触子へ向けて下流側から上流側へエアを吹き付けることで、前記送信部から送出される超音波の伝播範囲にある被検査体の表面付着物を、前記探触子よりも下流側から上流側へ、且つ前記超音波の伝播方向に対して略垂直方向へ除去する除去手段と、を具備することを特徴とする。
本発明に係る表面欠陥及び表面皮下欠陥検出方法は、超音波を用いて被検査体内の欠陥を検出する方法であって、超音波の伝播方向にある被検査体の表面付着物を、前記伝播方向に対して略垂直方向へ除去し、被検査体に対して、被検査体の表面直下を伝播する超音波を送出し、被検査体に送出された超音波のうち、少なくとも被検査体内の欠陥で反射した超音波を受信することを特徴とする。

また、本発明に係る表面欠陥及び表面皮下欠陥検出方法は、被検査体が長尺物である際に、被検査体の周方向に超音波を送出し、前記被検査体の全周にわたって同時に、前記伝播方向に対して略垂直方向へ、表面付着物を除去することを特徴とする。
また、本発明に係る表面欠陥及び表面皮下欠陥検出方法は、超音波の送出を開始する被検査体上の伝播方向前方に存する探傷範囲を、被検査体の長手方向へ移動させることを特徴とする。

また、本発明に係る表面欠陥及び表面皮下欠陥検出方法は、被検査体の長手方向における異なる位置から、被検査体の周方向において互いに対向する方向に超音波を送出することを特徴とする。
ここで、超音波の伝播方向に対して略垂直方向となるように、被検査対象の探傷範囲へエアを噴射してもよい。
加えて、本発明に係る表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出方法は、上述のいずれかの検出装置を用いて、長尺であって長手方向に沿った通材方向に移動する被検査体内の欠陥を検出する方法であって、前記通材方向において前記探触子へ向けて下流側から上流側へエアを吹き付けることで、前記送信部から送出される超音波の伝播範囲にある被検査体の表面付着物を、前記探触子よりも下流側から上流側へ、且つ前記超音波の伝播方向に対して略垂直方向へ除去し、前記被検査体に対して、前記被検査体の表面直下を伝播する超音波を該被検査体の周方向に沿って送出し、被検査体に送出された超音波のうち、少なくとも被検査体内の欠陥で反射して戻った超音波を受信することを特徴とする。

本発明に係る表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置及びその方法によれば、欠陥以外からの反射波を低減することができ、探傷する被検査体の通材方向、表面波の伝播方向、エアブロアの位置と噴射方向のそれぞれを適切に設定することで、超音波の表面波を被検査体の周方向に一周させて全面探傷することができ、欠陥以外からの反射波を低減することができる。

本発明の第１実施形態による表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置の構成を表す図である。 センサヘッドの構成を示す断面図である。 （ａ）は、被検査体に対するセンサヘッド及び後述するエアブロアの配置を示す斜視図であり、（ｂ）は、図２（ａ）に示す構成を、被検査体の通材方向の上流側から見たときの状態を示す図である。 （ａ）は、センサヘッドに対して、エアブロアを通材方向下流側に配置した状態を表す図、（ｂ）は、センサヘッドに対して、エアブロアを通材方向上流側に配置した状態を表す図である。 （ａ）は、被検査体に対するエアブロアの配置及び構成を示す図、（ｂ）は、被検査体に対するエアブロアの配置及び構成を示す図である。 同一ラインにおいて、表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置を、磁粉探傷装置の下流側に設置した状態を示す図である。 同一ラインにおいて、表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置を、磁粉探傷装置の上流側に設置した状態を示す図である。 （ａ）は、エアブロアとセンサヘッドの組合せを、被検査体の隣り合う検査面に１組ずつ配置した構成を示す図、（ｂ）は、エアブロアとセンサヘッドの組合せを、被検査体の同一検査面上に２組、通材方向に連続するように配置した構成を示す図である。 欠陥を有する被検査体の同一検査面上に２つのセンサヘッドを配備し、それぞれ対向する方向に表面波を送出した状態を示す図である。 （ａ）は、円柱体表面検査装置の概略構成を表す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ矢示断面図である。

以下、本発明による表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置の実施形態を、図を基に説明する。
本発明による表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ａは、金属材料である棒鋼や鋼片などの被検査体２に対して被検査体２の表面直下を伝播する超音波を送出する送信部、及び送出された超音波のうち、少なくとも被検査体２内の欠陥で反射して戻った超音波を受信する受信部を備えた探触子１０と、送信部から送出される超音波の伝播方向にある被検査体２の表面付着物を、前記伝播方向に対して略垂直方向へ除去する除去手段３ａと、を具備するものである。
［第１実施形態］
図１を参照して、表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ａの構成を説明する。図１は、本発明の第１実施形態による表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ａ及び被検査体２の構成と配置を示す概略図である。

表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ａは、除去手段としてのエアブロア３ａ、探触子１０とセンサホルダ４からなるセンサヘッド１５、工場エア供給部５、接触媒質供給回収部６、超音波探傷器７、及び信号記録処理装置８を有するものである。
表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ａは、略四角柱の棒鋼である被検査体２の製造ラインに固定及び設置されている。

まず、表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出に用いるセンサヘッド１５の構成について説明する。図１に示すセンサヘッド１５は、探触子１０及び探触子１０を保持するセンサホルダ４からなるものである。
センサホルダ４は、例えば略立方体で下方が開放された箱型の筐体であって、その箱型の内部において、超音波である表面波（レーリー波）を送受信する探触子１０を有する。さらにセンサホルダ４は、探触子１０と被検査体２との間で超音波を伝達する接触媒質を供給するための接触媒質供給管１１、及びその接触媒質を回収するための接触媒質回収管１２を有するものである。

探触子１０は、図示しないが、例えば圧電素子による探触子である。なお、ローレンツ型横波発生用センサなどの電磁超音波センサは、表面波を送出する送信部である送信コイルと、送出された表面波を受信する受信部である受信コイルとを有している。電磁超音波センサでは、接触媒質が不要であるが、本発明の実施形態においては、表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出により適した圧電素子による探触子を用いる。ここで表面波とは、被検査体の表面または表面直下を伝播する超音波である。

次に、図２を参照して、センサヘッド１５の構成をさらに詳細に説明する。
図２は、センサヘッド１５の構成を示す断面図である。被検査体２の側面（検査面）上に配置されたセンサヘッド１５のセンサホルダ４内において、探触子１０は、図２に示すように、被検査体２との間に所定の空間を確保するように浮き上がって設けられている。つまり、被検査体２に接するセンサホルダ４内で、探触子１０は、被検査体２から所定の間隔だけ上方に離れている。

センサホルダ４の側壁は、探触子１０の周囲を取り囲み、探触子１０は、センサホルダ４で形成された空間内にある。
欠陥検出の際には、接触媒質供給管１１からこの空間内に接触媒質が供給され、供給された接触媒質は、接触媒質回収管１２へ回収される。
図１に示す接触媒質供給回収部６は、センサヘッド１５で用いられる接触媒質を、センサホルダ４の接触媒質供給管１１を通してセンサホルダ４内の空間に供給すると共に、センサホルダ４の接触媒質回収管１２を通してセンサホルダ４内の空間から接触媒質を回収するものである。そのため、接触媒質供給回収部６は、センサホルダ４の接触媒質供給管１１及び接触媒質回収管１２に接続される。ここで接触媒質とは、水、グリセリンペースト、油など超音波を伝達する物質である。

図３を参照しつつ、上記した探触子１０が内蔵されたセンサヘッド１５の配置について説明する。図中、被検査体２が移動する方向を、通材方向として矢印で示している。
被検査体２は、通材方向を示す矢印の始端から終端に向かって移動する。本実施形態では、この矢印の始端側を上流側といい、その終端側を下流側という。
図３（ａ）は、被検査体２に対するセンサヘッド１５及び後述するエアブロア３ａの配置を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す構成を、被検査体２の通材方向の上流側から見たときの状態を示す図である。

図３（ａ）に示すように、センサヘッド１５は、被検査体２の検査面の一端側の位置にセンサホルダ４の下方開放面側壁の下端面又は下端辺が接するように、表面波の送出方向を被検査体２の周方向に向けて配置される。これによってセンサヘッド１５は、被検査体２の側面上の１点から、矢印で示すように被検査体２の周方向に向かって表面波を送出する。図中、通材方向におけるセンサヘッド１５の幅で、被検査体２の周方向の全周にわたって描かれている２本の細線に挟まれた領域は、送出された表面波の伝播範囲を示しており、センサヘッド１５から送出された表面波は、被検査体２の表面を全周にわたって伝播する。この伝播範囲が、表面欠陥及び表面皮下欠陥の検査範囲である。

被検査体２は通材方向に移動するが、センサヘッド１５は、表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ａに配備されており通材方向には移動しないので、被検査体２に対して相対的に上流側へ移動することになる。
図１に示す超音波探傷器７は、探触子１０の送信コイルへのパルス電流の送出と、受信コイルからのパルス電流の受信を制御するものであって、センサヘッド１５に接続されている。超音波探傷器７でパルス電流を調整することで、被検査体２の全周にわたって伝播する強度の超音波を発生させることができる。

図１に示す信号記録処理装置８は、探触子１０の受信コイルから超音波探傷器７を経て得たエコー（反射波）信号をもとに、エコーの到達時間、すなわち、欠陥の位置などを算出するものであり、超音波探傷器７に接続されている。信号記録処理装置８は、例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）で構成される。
続いて、表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ａにおける、除去手段としてのエアブロア３ａの構成について説明する。エアブロア３ａは、被検査体２の側面の幅とほぼ同じ幅を持つ略直方体の筐体と、該筐体の長手方向に沿って設けられた複数のエアノズル９と、エア導入口（図示せず）とから構成される。図３に示すエアブロア３ａは、７個のエアノズル９を有している。

また、図３に示すように、エアブロア３ａは、センサヘッド１５が配置された検査面上で、センサヘッド１５から所定の距離だけ離れた下流側の位置に配置される。このとき、エアブロア３ａは、該側面との間に大きな摩擦が生じないように、該側面との間に所定の間隔を確保して浮き上がった状態で配置される。また、このような位置でエアブロア３ａは、エアノズル９を被検査体２の周方向に沿った表面波の伝播範囲に向けて配置されている。

図３（ｂ）に示すように、上記のようなセンサヘッド１５とエアブロア３ａの配置を被検査体２の上流側から見ると、センサヘッド１５とエアブロア３ａは重なり合うように配置されている。
このときエアブロア３ａは、エアノズル９の噴射方向が、通材方向の下流側から上流側に向かって、表面波の伝播方向に対して略垂直となるように、且つ図３（ａ）に２本の細線で挟まれた伝播範囲を含んで下流側から上流側にエアが噴射されるように配置されている。

工場エア供給部５は、表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ａが設置される工場全体での使用を目的としたエアを供給する工場圧力配管やコンプレッサ等である。この工場エア供給部５は、エアブロア３ａのエア導入口に接続されて、エアを供給する。
上述のように構成及び配置されたエアブロア３ａに、工場エア供給部５からエアが供給されると、エアブロア３ａは、図３（ａ）で矢印で示すように、エア導入口に供給されたエアを、図中矢印で示すように通材方向の下流側から上流側に向けて、複数のエアノズル９から噴射する。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、センサヘッド１５のサイズは、エアブロア３ａの長手方向の幅に対して相対的に小さい。しかし、図３（ｂ）に示すように、両者の配置がエアの噴射方向において重なり合っているので、エアブロア３ａからセンサヘッド１５に向かってエアが噴射されると、センサヘッド１５にもエアが吹き付けられる。このときは、探触子１０と被検査体２との間に設けられた空間を取り囲むセンサホルダ４が風防の役割を果たすので、エアブロア３ａからのエアとともに該空間内の接触媒質が吹き飛ばされることはない。また、それだけにとどまらず、センサヘッド１５にエアが吹き付けられることで、センサホルダ４直近の接触媒質を確実に除去することができる。

空間内の接触媒質の一部は、接触媒質回収管１２へ回収されず、センサホルダ４と被検査体２が接する部分から、矢印で示すようにセンサホルダ４の外側へ漏出するが、この漏出分は、エアブロア３ａからのエアで吹き飛ばされ、表面波の伝播範囲には残らない。
このような構成の表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ａは、被検査体２を回転させることなく通材させ、センサヘッド１５から被検査体２の周方向に表面波を伝播させると共に、被検査体２の通材方向に逆向きに、エアブロア３ａからエアを噴射する。

このようにすることで、表面波の伝播範囲内の接触媒質を、伝播方向に対して略垂直方向に且つ伝播範囲外に除去できると共に、工場内の粉塵などの付着を防ぐことができるので表面欠陥及び表面皮下欠陥の誤検出を低減できる。また、表面波の伝播方向が被検査体２の周方向であることと共に、エアブロア３ａからのエア噴射方向が表面波の伝播方向に略垂直であることにより、表面波の伝播範囲に不要な接触媒質が存在しなくなるので、従来のように被検査体２の全周を分割することなく、一回の探傷で、被検査体２の幅方向全周を探傷することができる。このような探傷検査を、被検査体２を通材方向に移動させながら連続的に行うと、被検査体２の全長にわたる連続的な探傷が可能となり、探傷にかかる時間を短縮することができるので、探傷効率が向上する。

上記の説明では、図４（ａ）に示すように、エアブロア３ａを、センサヘッド１５に対して通材方向の下流側に配置したが、図４（ｂ）に示すように、エアブロア３ａを、センサヘッド１５に対して通材方向の上流側で、エアノズル９が上流側を向くように配置してもよい。このときも、エアブロア３ａは、エアノズル９の噴射方向が、通材方向の下流側から上流側に向かうように、且つ被検査体２の表面にエアが噴射されるように配置されている。この配置によっても、表面波の伝播範囲に接触媒質や粉塵が付着しないようにして、一回の探傷で、被検査体２の幅方向全周を探傷することができる。また、センサヘッド１５は、エアブロア３ａからの風の影響を全く受けないので、探触子１０をセンサホルダ４に収納することなく露出させて使うこともできる。
［第２実施形態］
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態による表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ｂについて説明する。

本実施形態の表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ｂは、第１実施形態の表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ａにおいてエアブロア３ａの代わりに、被検査体２の４つの検査面に対応する第１除去手段〜第４除去手段である４つのエアブロア３ｂ〜３ｅを採用した構成を有している。エアブロア３ｂ〜３ｅ以外の構成は、第１実施形態の表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ａと同様である。

図５（ａ）は、本発明の第２実施形態による表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ｂのエアブロア３ｂ〜３ｅ及びセンサヘッド１５と、被検査体２の配置構成を通材方向の上流側から見た図である。
エアブロア３ｂ〜３ｅは、第１実施形態で説明したエアブロア３ａと同様の構成を有しており、それぞれ、第１実施形態で説明した工場エア供給部５に接続されている。

また、センサヘッド１５には、第１実施形態で説明した接触媒質供給回収部６、超音波探傷器７、及び信号記録処理装置８が接続されている。
第１実施形態と同様にして、センサヘッド１５を被検査体２の検査面に配置し、エアブロア３ｂ〜３ｅを、センサヘッド１５に対して通材方向の下流側に配置する。エアブロア３ｂ〜３ｅのそれぞれは、図５（ａ）に示すように、表面波の伝播範囲から所定の距離だけ離れた位置で周方向に被検査体２を取り囲むように配置される。また、エアブロア３ｂ〜３ｅのそれぞれは、被検査体２の検査面から所定の間隔を空けて浮き上がるとともに、エアノズル９の噴射方向が、通材方向の下流側から上流側に向かって表面波の伝播方向に対して略垂直となるように、且つ表面波の伝播範囲を含んで下流側から上流側にエアが噴射されるように配置される。

このような配置構成において、センサヘッド１５は表面波を送出し、送出された表面波は、被検査体２に示されている略円状の矢印の方向に伝播する。これと同時に、エアブロア３ａ〜３ｄは、矢印で示す噴射方向に沿ってエアを噴射し、送出された表面波の伝播範囲にある接触媒質や粉塵を除去する。
このように、エアブロア３ａ〜３ｄを被検査体２の検査面に対応させて全周に配置することで、被検査体２の全周にわたって表面波の伝播範囲にある粉塵等を除くことができるので、欠陥以外の粉塵などからの反射波を低減することができる。

図５（ｂ）を参照して、第２実施形態の変形例である表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ｃについて説明する。
本変形例における表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ｃは、本発明の第２実施形態による表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ｂにおいて、４つのエアブロア３ｂ〜３ｅの代わりに、エアブロア３ｆを採用した構成を有している。本変形例において、被検査体２ｂは円柱状の棒鋼である。

表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ｃにおいて、エアブロア３ｆ以外の構成要素は、第２実施形態による表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ｂと同様の構成となっている。
図５（ｂ）に示すように、エアブロア３ｆは、被検査体２ｂが通過するための開口を有する円環状の筐体を有しており、エア導入口（図示せず）を有するとともに、該筐体の円環状の平面に複数のエアノズル９を有するものである。図５（ｂ）では、２２個のエアノズル９が示されている。エアブロア３ｆは、エア導入口に供給されたエアを、図中矢印で示すように複数のエアノズル９から噴射する。

このようなエアブロア３ｆを、エアノズル９をセンサヘッド１５に向けて、被検査体２の通材方向下流側に配置する。エアブロア３ｆは、その開口に被検査体２ｂを通過させるので、図５（ｂ）に示すように、センサヘッド１５から所定の距離だけ離れた位置で、被検査体２の側面から所定の間隔を空けて、周方向に被検査体２ｂを取り囲むように配備される。

また、このような位置でエアブロア３ｆは、エアノズル９を被検査体２ｂの周方向に沿った表面波の伝播範囲に向けて配置されている。
このときエアブロア３ｆは、エアノズル９の噴射方向が、通材方向の下流側から上流側に向かって、表面波の伝播方向に対して略垂直となるように、且つ該伝播範囲を含んで下流側から上流側にエアが噴射されるように配置されている。

なお、図５（ｂ）に示すように、上記のようなセンサヘッド１５とエアブロア３ｆの配置を被検査体２ｂの上流側から見ると、センサヘッド１５とエアブロア３ｆは重なり合うように配置されている。
このような配置構成において、センサヘッド１５は表面波を送出し、送出された表面波は、被検査体２ｂに示されている略円状の矢印の方向に伝播する。これと同時に、エアブロア３ｆは、矢印で示す噴射方向にエアを噴射し、送出された表面波の伝播範囲にある接触媒質や粉塵を除去する。

このように、エアブロア３ｆを、被検査体２ｂの全周を取り囲むように配置することで、被検査体２ｂ上の不要な接触媒質のみでなく、工場内の粉塵の付着等を除くことができるので、表面波の伝播範囲にある欠陥以外の粉塵などからの反射波を、被検査体２ｂの全周にわたって低減することができる。
本変形例において、被検査体２ｂは円柱状の棒鋼であるとしたが、被検査体２ｂが被検査体２ａと同様の略四角柱の棒鋼であっても、被検査体２ａの全周にわたって表面波の伝播範囲にある粉塵等を除くことができる。

ところで、本発明の第１及び第２実施形態の表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置は、被検査体２の表面欠陥及び表面皮下欠陥を検出するものであるが、実際に被検査体２の探傷を行う際には、磁粉探傷装置１４や、垂直及び斜角に超音波を送出して内部欠陥を探傷する内部欠陥探傷装置も同一ライン上に設置されることがある。
磁粉探傷法とは、まず被検査体２を所定の方法で磁化し、蛍光特性を有する磁粉を分散させた磁粉液を被検査体２に散布し、被検査体２の表面欠陥から漏れ出る漏洩磁束によって磁粉を引き寄せる。その後に、表面欠陥の周辺に凝集した磁粉に紫外光源を照射して蛍光発光させ、磁粉指示模様を観察して表面欠陥を検出する検査方法である。

例えば図６に示すように、本発明の第１実施形態による表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ａを、磁粉探傷装置１４の下流側に設置する場合、磁粉探傷で使った磁粉液が被検査体２の全長及び全周にわたって付着する。また、本発明の第１実施形態の表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ａを、内部欠陥探傷装置の下流側に設置する場合、超音波の送出に使った接触媒質が被検査体２の全長及び全周にわたって付着する。これら磁粉液や接触媒質が、被検査体２のどこに付着しているのかを知ることはできないので、これら検査の後に第１実施形態の表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ａによる検査をしても、エアブロア３ａしか備えられていなければ、被検査体２の全周にわたって付着した磁粉液等を除去することができない。これでは、磁粉液や接触媒質から反射した信号を多く検出してしまうので、欠陥の位置を正確に検出することはできない。

そこで、図５（ａ）に示したような第２実施形態の表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ｂを用いて、エアブロア３ｂ〜３ｅを、被検査体２の全周にわたって各検査面に対応するように設置すれば、上記磁粉液や接触媒質の乾燥を待たずに、それらを除去して表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出を行うことができるので、検査に要する時間を短縮でき、探傷効率の向上と共に、生産ラインの生産性も向上する。さらには、被検査体２の全長及び全周にわたって水滴も除去することができるので、被検査体２の錆び付きを防ぐことができる。

尚、図７に示すように、本発明の第１実施形態の表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ａを、磁粉探傷装置１４の上流側に設置する場合は、必ずしも被検査体２の全周にわたってエアブロアを設置する必要はないが、エアブロア３ａ〜３ｄを被検査体２の全周にわたって各検査面に対応するように配置することで、被検査体２の全周にわたって、表面波の伝播範囲にある不要な接触媒質のみでなく、工場内の粉塵の付着等も除くことができるので、欠陥以外の粉塵などからの反射波を低減することができる。
［第３実施形態］
次に、図８を参照して、本発明の第３実施形態による表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ｄについて説明する。本実施形態の表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ｄは、第１実施形態の表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ａにおける、エアブロア３ａ及びセンサヘッド１５を、２つずつ採用した構成を有している。

図８（ａ）は、エアブロア３ａとセンサヘッド１５の組合せを、被検査体２の隣り合う検査面に１組ずつ配置した構成を示している。１つの組合せにおけるエアブロア３ａとセンサヘッド１５の配置構成は、第１実施形態で説明したものと同様であり、エアブロア３ａは、エアノズル９の噴射方向が、通材方向の下流側から上流側に向かって、表面波の伝播方向に対して略垂直となるように、且つ該伝播範囲を含んで下流側から上流側にエアが噴射されるように配置されている。

その上で、２つのセンサヘッド１５の表面波の送出方向が、被検査体２の周方向において反対向きとなると共に、各々の表面波の伝播範囲が重ならないように、エアブロア３ａとセンサヘッド１５の各組合せを配備する。
図８（ｂ）は、２組のエアブロア３ａとセンサヘッド１５の組合せを、被検査体２の同一検査面上に、通材方向に連続するように配置した構成を示している。１つの組合せにおけるエアブロア３ａとセンサヘッド１５の配置構成は、第１実施形態で説明したものと同様であり、エアブロア３ａは、エアブロア３ａの噴射方向が、通材方向の下流側から上流側に向かって、表面波の伝播方向に対して略垂直となるように、且つ該伝播範囲を含んで下流側から上流側にエアが噴射されるように配置されている。

その上で、２つのセンサヘッド１５は、それぞれの表面波の送出方向が、被検査体２の周方向において反対向きとなるように配備されている。
このように配備された２つのセンサヘッド１５がそれぞれ表面波を送出すると、１つのセンサヘッド１５だけを用いる場合では検出できない欠陥を検出することができる。この理由を、図９を用いて説明する。

図９は、欠陥１３を有する被検査体２の同一検査面上に２つのセンサヘッド１５を配備し、それぞれ対向する方向に表面波を送出した状態を示す図である。図中、被検査体２の皮下に示される矢印は、センサヘッド１５から送出された表面波を示している。
図９に示すように、紙面右上から左下に向かって傾斜した欠陥１３は、紙面右側のセンサヘッド１５が送出した表面波を被検査体２の内部に向かって反射してしまうので、右側のセンサヘッド１５は、欠陥１３を検出することが困難である。しかし、紙面左側のセンサヘッド１５が送出した表面波は、欠陥１３と被検査体２の表面に閉じこめられる向きに反射するため、被検査体２の表面を伝わってセンサヘッド１５に戻る。これによって左側のセンサヘッド１５は、欠陥１３を検出することができる。

このように欠陥の形状は複雑であるため、表面波の伝播方向に対して有効な散乱断面積が小さい欠陥であったり、上記したように傾いた欠陥である場合でも、２つのセンサヘッド１５から互いに反対向きに表面波を送出する表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置１ｄによれば、確実に欠陥を検出することができる。
その際、ひし形搬送されている被検査体２に対しては、被検査体２の上側を向く面に探触子を設置することで、接触媒質が表面波の伝播方向に侵入することを防げるので、より検出の効果が高くなる。なお、ひし形搬送とは、被検査体２の通材方向に垂直な断面における１つの対角線を水平にして、断面視ひし形形状となるように下側を向く面をピンチローラ等で支持しつつ被検査体２を搬送する方法のことである。

以上、本発明の表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置について、第１実施形態から第３実施形態にかけて説明してきたが、各実施形態は、適宜組み合わせることができる。例えば、第１実施形態において図４（ｂ）に示したエアブロア３ａとセンサヘッド１５の配置を、第２及び第３実施形態に適用することができる。つまり、第２実施形態におけるエアブロア３ｂ〜３ｅを、そのエアの噴射方向は変えずに、センサヘッド１５に対して通材方向の上流側に配置することもできる。また、第３実施形態における２つのエアブロア３ａを、それらのエアの噴射方向は変えずに、組となっているセンサヘッド１５に対して通材方向の上流側に配置することもできる。

また、第２実施形態において図５（ａ）及び５（ｂ）に示したエアブロア３ｂ〜３ｅ及びエアブロア３ｆを、第３実施形態に適用することもできる。つまり、第３実施形態における２つのエアブロア３ａの代わりに、第２実施形態におけるエアブロア３ｂ〜３ｅを、被検査体２の全周にわたって各検査面に対応するように配置することもできる。このときのエアブロア３ｂ〜３ｅは、エアの噴射方向が、２つのエアブロア３ａと同じ方向で、通材方向の下流側から上流側に向くように配置される。また、第３実施形態における２つのエアブロア３ａの代わりに、第２実施形態におけるエアブロア３ｆを、２つのセンサヘッド１５に対して通材方向の下流側に配置することもできる。このときのエアブロア３ｆは、エアの噴射方向が、２つのエアブロア３ａと同じ方向で、通材方向の下流側から上流側に向くように配置される。

これによって、第３実施形態においても、第２実施形態と同様に、被検査体２の全周にわたって表面波の伝播範囲にある粉塵等を除くことができ、欠陥以外の粉塵などからの反射波を低減することができる。
さらに各実施形態では、被検査体２の例として鋼片や棒鋼を開示しているが、これに限ることなく表面波が伝播できる材質のものであれば、例えば板状の部材や鍛造品でも被検査体２として適用することができる。

１ 表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置
２ 被検査体
３ａ〜３ｅ エアブロア
４ センサホルダ
５ 工場エア供給部
６ 接触媒質供給回収部
７ 超音波探傷器
８ 信号記録処理装置
９ エアノズル
１０ 探傷子
１１ 接触媒質供給管
１２ 接触媒質回収管
１３ 欠陥
１４ 磁粉探傷装置
１５ センサヘッド

Claims (7)

1. 長尺であって長手方向に沿った通材方向に移動する被検査体に対して、前記被検査体の表面直下を伝播する超音波を該被検査体の周方向に沿って送出する送信部、及び送出された超音波のうち、少なくとも被検査体内の欠陥で反射して戻った超音波を受信する受信部を備えた探触子と、
   前記通材方向において前記探触子の下流側に配備され、前記探触子へ向けて下流側から上流側へエアを吹き付けることで、前記送信部から送出される超音波の伝播範囲にある被検査体の表面付着物を、前記探触子よりも下流側から上流側へ、且つ前記超音波の伝播方向に対して略垂直方向へ除去する除去手段と、を具備することを特徴とする表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置。
2. 前記除去手段は、被検査体の全周にわたって配備されていることを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置。
3. 前記探触子を２つ有しており、
   該２つの探触子は、被検査体の長手方向において異なる位置に配置され、被検査体の周方向において互いに対向する方向に超音波を送出することを特徴とする請求項１又は２に記載の表面欠陥及び表面皮下欠陥の検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載された検出装置を用いて、長尺であって長手方向に沿った通材方向に移動する被検査体内の欠陥を検出する方法であって、
   前記通材方向において前記探触子へ向けて下流側から上流側へエアを吹き付けることで、前記送信部から送出される超音波の伝播範囲にある被検査体の表面付着物を、前記探触子よりも下流側から上流側へ、且つ前記超音波の伝播方向に対して略垂直方向へ除去し、
   前記被検査体に対して、前記被検査体の表面直下を伝播する超音波を該被検査体の周方向に沿って送出し、
   被検査体に送出された超音波のうち、少なくとも被検査体内の欠陥で反射して戻った超音波を受信することを特徴とする表面欠陥及び表面皮下欠陥検出方法。
5. 前記被検査体の全周にわたって同時に、前記伝播方向に対して略垂直方向へ、表面付着物を除去することを特徴とする請求項４に記載の表面欠陥及び表面皮下欠陥検出方法。
6. 超音波の送出を開始する被検査体上の伝播方向前方に存する探傷範囲を、被検査体の長手方向へ移動させることを特徴とする請求項５に記載の表面欠陥及び表面皮下欠陥検出方法。
7. 被検査体の長手方向における異なる位置から、被検査体の周方向において互いに対向する方向に超音波を送出することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の表面欠陥及び表面皮下欠陥検出方法。

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