JP5994852B2 - Steel quality evaluation method and quality evaluation apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、超音波を利用して鋼材を探傷し、探傷結果に基づいて鋼材の品質を評価する鋼材の品質評価方法及び品質評価装置に関するものである。   The present invention relates to a steel material quality evaluation method and a quality evaluation apparatus that detect a steel material using ultrasonic waves and evaluate the quality of the steel material based on a flaw detection result.

一般に、薄板鋼材は、連続鋳造、熱延、酸洗、冷延、及び亜鉛メッキといった複数の工程を経て製造される。このような薄板鋼材の最終製品において問題となる欠陥は、外観上の問題となる表面欠陥やプレス処理によって顕在化する表層(表面から深さ50μm〜10mm程度の範囲)直下の欠陥である。これらの欠陥は、前述の各工程で発生する可能性がある。例えば、連続鋳造工程において発生する欠陥としては、アルミナ性介在物やパウダー性介在物がある。また、熱延工程におけるスケールオフ処理の際、鋼材の表層下の気泡が表面に現れ、気泡の中にスケールが詰まることも、表面欠陥の原因の一つと言われている。こうした介在物や気泡は、通常、連続鋳造された鋼片の表層直下に多く存在するため、連続鋳造機の鋳型内での電磁攪拌やブレーキ技術等により、できる限り鋼片の表層直下に欠陥を発生させないような取り組みが実施されている。   In general, a sheet steel material is manufactured through a plurality of processes such as continuous casting, hot rolling, pickling, cold rolling, and galvanization. Defects that are a problem in the final product of such a sheet steel material are surface defects that are problematic in appearance and defects directly under the surface layer (in the range of about 50 μm to 10 mm in depth from the surface) that are manifested by pressing. These defects may occur in each of the aforementioned processes. For example, defects generated in the continuous casting process include alumina inclusions and powder inclusions. In addition, it is said that one of the causes of surface defects is that bubbles under the surface of the steel material appear on the surface during scale-off treatment in the hot rolling process, and the scale is clogged in the bubbles. Since these inclusions and bubbles usually exist directly under the surface layer of continuously cast steel slabs, defects such as those under the surface layer of steel slabs can be obtained as much as possible by electromagnetic stirring or braking technology in the mold of the continuous casting machine. Efforts to prevent it from occurring are being implemented.

連続鋳造工程の鋳造条件が適切であるか否かを判断するために鋼片の品質を評価する方法の一つとして、鋼片から切り出された被検査材の表面を数ミリ程度研削した後、超音波探傷法を利用して被検査材を探傷することによって、被検査材内部の介在物や気泡の分布状態を統計的に調べる方法がある。超音波探傷法は、鉄鋼製品内部の欠陥の探傷に広く使われている検査方法である。一般的に知られている超音波探傷法は、探傷面に対して垂直に超音波信号を入射させる垂直パルスエコー法で被検査材を探傷する方法であり、超音波探触子と被検査材とを油や水で音響結合し、超音波探触子でエコー信号を受信する。しかしながら、この超音波探傷法によれば、被検査材の肉厚の中央部は十分に探傷できるが、表面下数ミリの極表層部は、超音波信号やエコー信号が探傷不可能な不感帯領域に入るために、探傷することができない。   As one of the methods for evaluating the quality of the steel slab in order to judge whether the casting conditions of the continuous casting process are appropriate, after grinding the surface of the material to be inspected cut out from the steel slab for about several millimeters, There is a method of statistically examining the distribution state of inclusions and bubbles inside the inspection material by detecting the inspection material using an ultrasonic flaw detection method. The ultrasonic flaw detection method is an inspection method widely used for flaw detection inside a steel product. The generally known ultrasonic flaw detection method is a method for flaw detection using a vertical pulse echo method in which an ultrasonic signal is incident perpendicular to the flaw detection surface. Are acoustically coupled with oil or water, and an echo signal is received by an ultrasonic probe. However, according to this ultrasonic flaw detection method, the central part of the thickness of the material to be inspected can be sufficiently detected, but the extreme surface layer part several millimeters below the surface is a dead zone where ultrasonic signals and echo signals cannot be detected. Can't flaw to get into.

このような背景から、被検査材の極表層部(表面から深さ50μm〜2mm程度の範囲)の欠陥を探傷する方法として、超音波信号の周波数を例えば50MHz程度に高周波化する方法が提案されている。具体的には、特許文献1には、水を介して垂直パルスエコー法で被検査材を探傷する方法において、超音波信号の周波数を高周波化することによって受信される表面エコー信号の時間幅を短くし、表層部に存在する欠陥によって発生する多重反射エコー信号を検出する方法が記載されている。この方法によれば、従来は不感帯領域に入り検出できなかった欠陥エコー信号が検出できるようになるので、極表層部の欠陥を探傷することができる。   From such a background, a method for increasing the frequency of an ultrasonic signal to, for example, about 50 MHz has been proposed as a method for flaw detection of the extreme surface layer portion (in the range of about 50 μm to 2 mm deep from the surface) of the material to be inspected. ing. Specifically, Patent Document 1 discloses the time width of a surface echo signal received by increasing the frequency of an ultrasonic signal in a method for flaw detection using a vertical pulse echo method through water. A method for detecting a multiple reflection echo signal which is shortened and is generated by a defect existing in a surface layer portion is described. According to this method, since it becomes possible to detect a defect echo signal that could not be detected in the conventional dead zone region, it is possible to detect defects in the extreme surface layer portion.

特開平01−237449号公報Japanese Patent Laid-Open No. 01-237449 特開平09−257762号公報JP 09-257762 A

しかしながら、特許文献1記載の超音波探傷方法には以下に示すような問題点がある。以下、図11及び図12を参照して、特許文献1記載の超音波探傷方法の問題点について説明する。   However, the ultrasonic flaw detection method described in Patent Document 1 has the following problems. Hereinafter, the problems of the ultrasonic flaw detection method described in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS.

図11及び図12はそれぞれ、特許文献1記載の超音波探傷方法を利用して表面が粗い被検査材の表層部(表面から数mm〜10mm程度の範囲)を探傷した際の超音波信号の反射経路及びエコー信号の波形を示す図である。図11に示すように、被検査材の表面Sが粗い場合、超音波探傷子100から送出され、被検査材内部の欠陥Dで反射された超音波信号は、表面Sの山の部分では反射経路R1、表面Sの谷の部分では反射経路R2を伝播する。このため、表面Sが粗い被検査材を探傷する場合、表面Sの凹凸によって超音波信号の伝播時間に差が生じる。一方、図12(c)に示すように、超音波探傷子100が受信するエコー信号は、図12(a)に示す反射経路R1(図11参照)を伝播した表面エコー信号ES1及び欠陥エコー信号EF1を含むエコー信号と図12(b)に示す反射経路R2(図11参照)を伝播した表面エコー信号ES2及び欠陥エコー信号EF2を含むエコー信号との和である。   11 and 12 respectively show the ultrasonic signal when the surface layer portion (in the range of several mm to 10 mm from the surface) of the inspection object having a rough surface is detected using the ultrasonic flaw detection method described in Patent Document 1. It is a figure which shows the waveform of a reflection path | route and an echo signal. As shown in FIG. 11, when the surface S of the material to be inspected is rough, the ultrasonic signal transmitted from the ultrasonic flaw detector 100 and reflected by the defect D inside the material to be inspected is reflected at the mountain portion of the surface S. The path R1 and the valley portion of the surface S propagate along the reflection path R2. For this reason, when an inspection material having a rough surface S is detected, a difference occurs in the propagation time of the ultrasonic signal due to the unevenness of the surface S. On the other hand, as shown in FIG. 12C, the echo signals received by the ultrasonic flaw detector 100 are the surface echo signal ES1 and the defect echo signal propagated through the reflection path R1 (see FIG. 11) shown in FIG. This is the sum of the echo signal including EF1 and the echo signal including the surface echo signal ES2 and the defect echo signal EF2 propagated through the reflection path R2 (see FIG. 11) shown in FIG.

以上の理由から、反射経路R1を伝播した表面エコー信号ES1と反射経路R2を伝播した表面エコー信号ES2との間には時間差が発生する。具体的には、被検査材が鋼であり、仮に表面に1mmの凹みがある部分を探傷したとすると、鋼の音速は約5900m/s、水中の音速は約1490m/sであるので、反射経路R1を伝播した表面エコー信号ES1に対して表面下約4mmに相当する位置に反射経路R2を伝播した表面エコー信号ES2が現れる。このため、図12(c),(d)に示すように、超音波探傷子100が受信するエコー信号に含まれる表面エコー信号ESの時間幅は長くなり、表面エコー信号ESが欠陥を検出するために設定された探傷ゲート内に入り込んでノイズとなり、S/Nが低下し、結果として表層部の欠陥を精度高く検出できなくなる。   For the above reasons, a time difference occurs between the surface echo signal ES1 propagated through the reflection path R1 and the surface echo signal ES2 propagated through the reflection path R2. Specifically, if the material to be inspected is steel and a part having a 1 mm dent is detected on the surface, the sound speed of steel is about 5900 m / s and the sound speed in water is about 1490 m / s. A surface echo signal ES2 propagated through the reflection path R2 appears at a position corresponding to about 4 mm below the surface with respect to the surface echo signal ES1 propagated through the path R1. For this reason, as shown in FIGS. 12C and 12D, the time width of the surface echo signal ES included in the echo signal received by the ultrasonic flaw detector 100 becomes long, and the surface echo signal ES detects a defect. Therefore, the noise enters the flaw detection gate set for this reason, and the S / N is lowered. As a result, the surface layer defect cannot be detected with high accuracy.

なお、このような問題を解決するために、特許文献2には、鋼材表面を研削した後に超音波探傷法を利用して鋼材を探傷することによって、表面の凹凸に起因するノイズの発生を抑制する方法が記載されている。しかしながら、特許文献2記載の技術によれば、研削された表層部分の欠陥を探傷することができなくなる。   In addition, in order to solve such a problem, Patent Document 2 discloses that the surface of a steel material is ground and then the surface of the steel material is detected by using an ultrasonic flaw detection method, thereby suppressing the generation of noise due to surface irregularities. How to do is described. However, according to the technique described in Patent Document 2, it becomes impossible to detect defects in the ground surface portion.

被検査材は表面が平坦なものばかりではなく、平坦部の平均表面粗さに比べて、その表面が粗く、大きな凹凸を有する非平坦部を有するものが多い。例えば厚板や継目無管等では、圧延等の工程において表面にスケール等が押し込まれることによって凹みが生じたり、部分的に手入れを行なった部位に凹みが存在したりする場合がある。また、連続鋳造された鋼片の表面には、オシレーションマークと呼ばれる凹みが存在する。このため、凹凸を有する表層部の欠陥を精度高く検出可能な技術の提供が期待されていた。   In many cases, the material to be inspected has not only a flat surface but also a non-flat portion having a rough surface and large irregularities compared to the average surface roughness of the flat portion. For example, in the case of a thick plate, a seamless pipe, etc., a dent may be generated by a scale being pushed into the surface in a rolling process or the like, or a dent may be present in a part that has been partially maintained. Further, a recess called an oscillation mark exists on the surface of the continuously cast steel piece. For this reason, provision of the technique which can detect the defect of the surface layer part which has an unevenness | corrugation with high precision was anticipated.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、凹凸を有する表層部の欠陥を精度高く探傷可能な鋼材の品質評価方法及び品質評価装置を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said subject, The objective is to provide the quality evaluation method and quality evaluation apparatus of the steel material which can detect a defect of the surface layer part which has an unevenness | corrugation with high precision.

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る鋼材の品質評価方法は、表層部を含む鋼材の表面に対向する面に向けて超音波信号を走査し、該超音波信号の走査に伴い発生する鋼材からのエコー信号を受信するステップと、前記エコー信号の波形データを用いて前記表面からのエコー信号の伝播路程を算出し、算出された伝播路程から超音波信号の走査方向における前記表面の形状プロファイルを算出するステップと、前記表面の形状プロファイルに基づいて鋼材内の欠陥に由来するエコー信号の検出範囲を探傷ゲートとして設定し、設定した探傷ゲート内のエコー信号の最大値をマッピングした欠陥指示画像を生成、出力するステップと、を含むことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a quality evaluation method for a steel material according to the present invention scans an ultrasonic signal toward a surface facing the surface of a steel material including a surface layer portion, A step of receiving an echo signal from the steel material generated by scanning, and calculating a propagation path of the echo signal from the surface using the waveform data of the echo signal, and a scanning direction of the ultrasonic signal from the calculated propagation path A step of calculating a shape profile of the surface in the step, and a detection range of an echo signal derived from a defect in the steel material is set as a flaw detection gate based on the shape profile of the surface, and the maximum value of the echo signal in the set flaw detection gate And a step of generating and outputting a defect instruction image in which is mapped.

本発明に係る鋼材の品質評価方法は、上記発明において、前記形状プロファイルを算出するステップは、前記表面からのエコー信号の波形に対する包絡線波形を算出し、該包絡線波形から前記伝播路程を算出し、超音波信号の走査方向における伝播路程のプロファイルに対し平滑化処理を施すことによって、超音波信号に走査方向における前記表面の形状プロファイルを算出するステップを含むことを特徴とする。   In the quality evaluation method for a steel material according to the present invention, in the above invention, the step of calculating the shape profile calculates an envelope waveform with respect to a waveform of an echo signal from the surface, and calculates the propagation path length from the envelope waveform. The method further includes a step of calculating a shape profile of the surface in the scanning direction on the ultrasonic signal by performing a smoothing process on the profile of the propagation path in the scanning direction of the ultrasonic signal.

本発明に係る鋼材の品質評価方法は、上記発明において、前記平滑化処理は、移動平均処理を用いた平滑化処理であることを特徴とする。   The quality evaluation method for a steel material according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the smoothing process is a smoothing process using a moving average process.

本発明に係る鋼材の品質評価方法は、上記発明において、前記エコー信号を受信するステップを、水を介してラインフォーカス状の超音波信号を送信する第1の圧電型振動子と、ラインフォーカス状の受信信号視野を有し、前記エコー信号を受信する第2の圧電型振動子と、を備え、第1の圧電型振動子と第2の圧電型振動子とが、第1の圧電型振動子が送信する超音波信号と前記受信信号視野の中心軸との交差位置が鋼材中の所定の深さ範囲内に位置するように音響隔離板を介して対向配置されている探傷手段を用いて行うことを特徴とする。   In the steel material quality evaluation method according to the present invention, in the above invention, the step of receiving the echo signal includes the step of receiving a line-focused ultrasonic signal through water, And a second piezoelectric vibrator that receives the echo signal, and the first piezoelectric vibrator and the second piezoelectric vibrator comprise the first piezoelectric vibration. Using flaw detection means arranged opposite to each other through an acoustic separator so that the intersection position of the ultrasonic signal transmitted by the child and the central axis of the received signal visual field is located within a predetermined depth range in the steel material It is characterized by performing.

本発明に係る鋼材の品質評価方法は、上記発明において、前記第1及び第2の圧電型振動子は、第1の圧電型振動子と第2の圧電型振動子とが対向する面に対して垂直及び平行な方向ではそれぞれ送信又は受信する信号が拡散及び集束するように配置されていることを特徴とする。   In the quality evaluation method for a steel material according to the present invention, in the above invention, the first and second piezoelectric vibrators may be disposed on a surface where the first piezoelectric vibrator and the second piezoelectric vibrator face each other. In the vertical and parallel directions, signals transmitted or received are arranged to be diffused and focused.

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る鋼材の品質評価装置は、表層部を含む鋼材の表面に対向する面に向けて超音波信号を走査し、該超音波信号の走査に伴い発生する鋼材からのエコー信号を受信する探傷手段と、前記エコー信号の波形データを用いて前記表面からのエコー信号の伝播路程を算出し、算出された伝播路程から超音波信号の走査方向における前記表面の形状プロファイルを算出する算出手段と、前記表面の形状プロファイルに基づいて鋼材内の欠陥に由来するエコー信号の検出範囲を探傷ゲートとして設定し、設定した探傷ゲート内のエコー信号の最大値をマッピングした欠陥指示画像を生成、出力する画像生成手段と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the steel material quality evaluation apparatus according to the present invention scans an ultrasonic signal toward a surface facing the surface of the steel material including the surface layer portion, and the ultrasonic signal A flaw detection means for receiving an echo signal from the steel material generated by scanning, and a propagation path of the echo signal from the surface using the waveform data of the echo signal, and scanning of the ultrasonic signal from the calculated propagation path A calculation means for calculating a shape profile of the surface in the direction, and a detection range of an echo signal derived from a defect in the steel material is set as a flaw detection gate based on the shape profile of the surface, and the echo signal in the set flaw detection gate is set Image generation means for generating and outputting a defect instruction image in which the maximum value is mapped.

本発明に係る鋼材の品質評価方法及び品質評価装置によれば、凹凸を有する表層部の欠陥を精度高く探傷することができる。   According to the quality evaluation method and quality evaluation apparatus for steel materials according to the present invention, it is possible to accurately detect defects in the surface layer portion having irregularities.

図1は、本発明の一実施形態である鋼材の品質評価装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a steel quality evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態である鋼材の品質評価処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the quality evaluation process for steel material according to an embodiment of the present invention. 図3は、超音波信号の走査に伴い発生するエコー信号を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an echo signal generated along with scanning of an ultrasonic signal. 図4は、Bエコーの伝播路程の算出方法を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a method of calculating the propagation path of the B echo. 図5は、Bスコープ像の算出方法を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a method of calculating a B scope image. 図6は、Bスコープ像の平滑化方法を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a method of smoothing the B scope image. 図7は、欠陥指示画像の生成方法を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a method for generating a defect instruction image. 図8は、Cスコープ像及びBスコープ像の一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a C scope image and a B scope image. 図9Aは、超音波探触子の構成を示す側面図である。FIG. 9A is a side view showing the configuration of the ultrasonic probe. 図9Bは、超音波探触子の構成を示す平面図である。FIG. 9B is a plan view showing the configuration of the ultrasonic probe. 図10は、圧電型振動子の構成を説明するための模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the configuration of the piezoelectric vibrator. 図11は、表面が粗い被検査材の表層部を探傷した際の超音波信号の反射経路を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a reflection path of an ultrasonic signal when a surface layer portion of a test object having a rough surface is detected. 図12は、表面が粗い被検査材の表層部を探傷した際のエコー信号及びゲート信号の波形を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating waveforms of an echo signal and a gate signal when a surface layer portion of a test object having a rough surface is detected.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である鋼材の品質評価装置及び品質評価方法について説明する。   Hereinafter, a steel quality evaluation apparatus and a quality evaluation method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

〔品質評価装置の構成〕
始めに、図1を参照して、本発明の一実施形態である鋼材の品質評価装置の構成について説明する。
[Configuration of quality evaluation equipment]
First, with reference to FIG. 1, the structure of the quality evaluation apparatus of the steel material which is one Embodiment of this invention is demonstrated.

図1は、本発明の一実施形態である鋼材の品質評価装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、本発明の一実施形態である鋼材の品質評価装置は、超音波探傷子10、探傷子制御部11、A/D変換部12、波形メモリ13、黒皮面形状プロファイル計算部14、欠陥指示画像化部15、及び欠陥指示出力部16を主な構成要素として備えている。   FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a steel quality evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the quality evaluation apparatus for steel material according to an embodiment of the present invention includes an ultrasonic flaw detector 10, a flaw detector control unit 11, an A / D conversion unit 12, a waveform memory 13, and a black skin shape profile. A calculation unit 14, a defect instruction imaging unit 15, and a defect instruction output unit 16 are provided as main components.

超音波探傷子10は、鋼材1に向けて超音波信号を送出し、鋼材1からの超音波信号の反射信号をエコー信号として受信するものである。   The ultrasonic flaw detector 10 transmits an ultrasonic signal toward the steel material 1 and receives a reflection signal of the ultrasonic signal from the steel material 1 as an echo signal.

探傷子制御部11は、超音波探傷子10の駆動を制御すると共に、超音波探傷子10が受信したエコー信号をA/D変換部12に出力するものである。   The flaw detector control unit 11 controls the drive of the ultrasonic flaw detector 10 and outputs an echo signal received by the ultrasonic flaw detector 10 to the A / D converter 12.

A/D変換部12は、探傷子制御部11から出力されたアナログ形態のエコー信号の波形データをデジタル形態のエコー信号の波形データに変換し、デジタル形態に変換されたエコー信号の波形データを波形メモリ13内に格納するものである。   The A / D converter 12 converts the waveform data of the analog echo signal output from the flaw detector control unit 11 into the waveform data of the digital echo signal, and converts the waveform data of the echo signal converted into the digital form It is stored in the waveform memory 13.

黒皮面形状プロファイル計算部14、欠陥指示画像化部15、及び欠陥指示出力部16は、マイクロプロセッサ等の情報処理装置がコンピュータプログラムを実行することによって実現される。   The black skin shape profile calculation unit 14, the defect instruction imaging unit 15, and the defect instruction output unit 16 are realized by an information processing apparatus such as a microprocessor executing a computer program.

黒皮面形状プロファイル計算部14は、波形メモリ13内に格納されているエコー信号の波形データを用いて鋼材1の黒皮面S1の形状プロファイルを算出する。   The black skin shape profile calculation unit 14 calculates the shape profile of the black skin surface S 1 of the steel material 1 using the waveform data of the echo signal stored in the waveform memory 13.

欠陥指示画像化部15は、黒皮面形状プロファイル計算部14によって算出された鋼材1の黒皮面S1の形状プロファイルに基づいて鋼材1の表層部に存在する欠陥の画像を欠陥指示画像として生成する。   The defect instruction imaging unit 15 generates, as a defect instruction image, an image of a defect existing on the surface layer portion of the steel material 1 based on the shape profile of the black skin surface S1 of the steel material 1 calculated by the black skin surface profile calculation unit 14 To do.

欠陥指示出力部16は、欠陥指示画像化部15が生成した欠陥指示画像を出力する。   The defect instruction output unit 16 outputs the defect instruction image generated by the defect instruction imaging unit 15.

〔品質評価処理〕
このような構成を有する鋼材の品質評価装置は、以下に示す品質評価処理を実行することによって、凹凸を有する表層部の欠陥を探傷する。以下、図2に示すフローチャートを参照して、品質評価処理を実行する際の鋼材の品質評価装置の動作について説明する。
[Quality evaluation process]
The steel material quality evaluation apparatus having such a configuration detects defects in the surface layer portion having irregularities by executing the following quality evaluation process. Hereinafter, with reference to the flowchart shown in FIG. 2, operation | movement of the quality evaluation apparatus of the steel materials at the time of performing quality evaluation processing is demonstrated.

図2は、本発明の一実施形態である品質評価処理の流れを示すフローチャートである。図2に示すフローチャートは、オペレータが、連続鋳造された鋼片から切り出された板状の鋼材1の黒皮面S1に対向する表面S2(以下、走査面S2と表記)が超音波探傷子10に対向するように鋼材1をセッティングし(図1参照)、品質評価装置に対して品質評価処理の実行を指示したタイミングで開始となり、品質評価処理はステップS1の処理に進む。   FIG. 2 is a flowchart showing the flow of quality evaluation processing according to an embodiment of the present invention. In the flowchart shown in FIG. 2, an ultrasonic flaw detector 10 has a surface S <b> 2 (hereinafter referred to as a scanning plane S <b> 2) facing the black skin surface S <b> 1 of a plate-shaped steel material 1 cut out from a continuously cast steel piece. The steel material 1 is set so as to face (see FIG. 1), and starts at the timing when the quality evaluation apparatus is instructed to execute the quality evaluation process, and the quality evaluation process proceeds to step S1.

ステップS1の処理では、探傷子制御部11が、鋼材1の長さ方向位置を指定するプログラムカウンタpの値を1に設定する。これにより、ステップS1の処理は完了し、品質評価処理はステップS2の処理に進む。   In the process of step S <b> 1, the flaw detector control unit 11 sets the value of the program counter p that specifies the position in the length direction of the steel material 1 to 1. Thereby, the process of step S1 is completed and a quality evaluation process progresses to the process of step S2.

ステップS2の処理では、探傷子制御部11が、プログラムカウンタpの値に対応する幅方向走査データData(p)を読み出す。これにより、ステップS2の処理は完了し、品質評価処理はステップS3の処理に進む。   In the process of step S2, the flaw detector control unit 11 reads the width direction scanning data Data (p) corresponding to the value of the program counter p. Thereby, the process of step S2 is completed and the quality evaluation process proceeds to the process of step S3.

ステップS3の処理では、探傷子制御部11が、鋼材1と超音波探傷子10とを相対的に移動させることによってプログラムカウンタpに対応する鋼材1の長さ方向位置に超音波探傷子10を移動する。探傷子制御部11は、ステップS2の処理によって読み出された幅方向走査データData(p)に従って、鋼材1と超音波探傷子10とを鋼材1の幅方向に沿って相対的に移動させながら超音波探傷子10から超音波信号を送信することにより走査面S2に向けて超音波信号を走査する。探傷子制御部11は、超音波探傷子10が受信したエコー信号をA/D変換部12に出力する。そして、A/D変換部12は、探傷子制御部11から出力されたアナログ形態のエコー信号の波形データをデジタル形態のエコー信号の波形データに変換し、デジタル形態に変換されたエコー信号の波形データを波形メモリ13内に格納する。これにより、ステップS3の処理は完了し、品質評価処理はステップS4の処理に進む。   In the process of step S3, the flaw detector control unit 11 moves the steel material 1 and the ultrasonic flaw detector 10 to move the ultrasonic flaw detector 10 to the position in the length direction of the steel material 1 corresponding to the program counter p. Moving. The flaw detector control unit 11 moves the steel material 1 and the ultrasonic flaw detector 10 relatively along the width direction of the steel material 1 in accordance with the width direction scanning data Data (p) read out in the process of step S2. By transmitting an ultrasonic signal from the ultrasonic flaw detector 10, the ultrasonic signal is scanned toward the scanning surface S2. The flaw detector controller 11 outputs an echo signal received by the ultrasonic flaw detector 10 to the A / D converter 12. The A / D converter 12 converts the waveform data of the analog echo signal output from the flaw detector control unit 11 into the waveform data of the digital echo signal, and the waveform of the echo signal converted into the digital form Data is stored in the waveform memory 13. Thereby, the process of step S3 is completed and the quality evaluation process proceeds to the process of step S4.

ステップS4の処理では、黒皮面形状プロファイル計算部14が、波形メモリ13内に格納されているエコー信号の波形データから黒皮面S1からのエコー信号(以下、Bエコーと表記)を抽出し、抽出されたBエコーを用いて黒皮面S1の形状プロファイル(Bスコープ像,底面位置情報)を算出する。ここで、図3〜図5を参照して、黒皮面S1の形状プロファイルの算出方法について詳しく説明する。図3に示すように、超音波探傷子10から超音波信号を送出することにより、鋼材1の黒皮面S1からのBエコーEB、鋼材1中の欠陥Dからのエコー信号(以下、Fエコーと表記)EF、及び走査面S2からのエコー信号ESが発生する。   In the processing of step S4, the black skin shape profile calculation unit 14 extracts an echo signal (hereinafter referred to as B echo) from the black skin surface S1 from the waveform data of the echo signal stored in the waveform memory 13. Then, the shape profile (B scope image, bottom surface position information) of the black skin surface S1 is calculated using the extracted B echo. Here, a method for calculating the shape profile of the black skin surface S1 will be described in detail with reference to FIGS. As shown in FIG. 3, by sending an ultrasonic signal from the ultrasonic flaw detector 10, B echo EB from the black skin surface S1 of the steel material 1, echo signal from the defect D in the steel material 1 (hereinafter referred to as F echo). And EF and an echo signal ES from the scanning plane S2 is generated.

黒皮面S1の形状プロファイルを算出する際、黒皮面形状プロファイル計算部14は、Bエコーの伝搬路程(伝播時間又は深さ位置)を算出する。具体的には、図4に示すように、黒皮面形状プロファイル計算部14は、Bエコーゲートを利用して波形メモリ13内に格納されているエコー信号の波形データからBエコーの波形データを抽出し、Bエコーゲート内におけるBエコーの波形BLの立ち上がりから伝播路程ΔTを算出する。Bエコーの伝播路程ΔTを算出する際には、Bエコーの波形BLの絶対値にローパスフィルタ処理や移動平均処理等の処理を施すことによって包絡線波形(検波波形)L1を算出し、包絡線波形L1の振幅が閾値Tb以上になる伝播時間を伝播路程ΔTとすることが望ましい。そして、図5(a),(b)に示すように、黒皮面形状プロファイル計算部14は、Bエコーの伝播路程ΔTに基づいて、超音波信号の走査方向におけるBエコーEBの伝播路程ΔTのプロファイルを超音波信号の走査方向における黒皮面S1の形状プロファイルとして生成する。これにより、ステップS4の処理は完了し、品質評価処理はステップS5の処理に進む。   When calculating the shape profile of the black skin surface S1, the black skin surface profile calculation unit 14 calculates the propagation path length (propagation time or depth position) of the B echo. Specifically, as shown in FIG. 4, the black skin surface profile calculation unit 14 uses the B echo gate to convert the B echo waveform data from the waveform data of the echo signal stored in the waveform memory 13. The propagation path length ΔT is calculated from the rise of the B echo waveform BL in the B echo gate. When calculating the propagation path length ΔT of the B echo, an envelope waveform (detection waveform) L1 is calculated by subjecting the absolute value of the B echo waveform BL to processing such as low-pass filter processing and moving average processing. It is desirable that the propagation time when the amplitude of the waveform L1 is equal to or greater than the threshold value Tb be the propagation path length ΔT. Then, as shown in FIGS. 5A and 5B, the black skin shape profile calculation unit 14 determines the propagation path length ΔT of the B echo EB in the scanning direction of the ultrasonic signal based on the propagation path length ΔT of the B echo. Is generated as a shape profile of the black skin surface S1 in the scanning direction of the ultrasonic signal. Thereby, the process of step S4 is completed and the quality evaluation process proceeds to the process of step S5.

ステップS5の処理では、黒皮面形状プロファイル計算部14が、ステップS4の処理によって生成された黒皮面S1の形状プロファイルに対して平滑化処理を施す。ステップS4の処理では、黒皮面S1の直下にあるFエコーも含めて黒皮面S1の形状プロファイルとしてとらえてしまう。このため、黒皮面形状プロファイル計算部14は、図6に示すように黒皮面S1の形状プロファイルに対し平滑化処理を施すことにより、真の黒皮面S1の形状を算出する。平滑化処理は、移動平均処理又はデジタルIIRフィルタやFIRフィルタ等を用いたローパスフィルタ処理を施すことによって行うことができる。これにより、ステップS5の処理は完了し、品質評価処理はステップS6の処理に進む。   In the process of step S5, the black skin shape profile calculation unit 14 performs a smoothing process on the shape profile of the black skin surface S1 generated by the process of step S4. In the process of step S4, the shape profile of the black skin surface S1, including the F echo immediately below the black skin surface S1, is captured. For this reason, as shown in FIG. 6, the black skin shape profile calculation unit 14 performs a smoothing process on the shape profile of the black skin surface S1, thereby calculating the shape of the true black skin surface S1. The smoothing process can be performed by performing a moving average process or a low-pass filter process using a digital IIR filter, FIR filter, or the like. Thereby, the process of step S5 is completed, and the quality evaluation process proceeds to the process of step S6.

ステップS6の処理では、欠陥指示画像化部15が、ステップS5の処理によって平滑化された黒皮面S1の形状プロファイルに基づいてFエコーの検出範囲を探傷ゲートとして設定する。具体的には、図7に示すように、欠陥指示画像化部15は、黒皮面S1の形状プロファイルを基準とした所定振幅の範囲内を探傷ゲートとして設定する。そして、欠陥指示画像化部15は、探傷ゲートを利用して黒皮面S1を基準にした超音波信号の走査方向におけるFエコーのプロファイル(Fスコープ像)を生成し、Fエコーの振幅の最大値(最大エコー高さ)及びその位置座標を算出する。黒皮面S1の形状プロファイルに基づいて探傷ゲートを設定することによって、黒皮面S1の凹凸に追従するように探傷ゲートを設定できるので、凹凸を有する表層部の欠陥を精度高く探傷することができる。これにより、ステップS6の処理は完了し、品質評価処理はステップS7の処理に進む。   In the process of step S6, the defect instruction imaging unit 15 sets the F echo detection range as a flaw detection gate based on the shape profile of the black skin surface S1 smoothed by the process of step S5. Specifically, as shown in FIG. 7, the defect instruction imaging unit 15 sets a predetermined amplitude range based on the shape profile of the black skin surface S1 as a flaw detection gate. Then, the defect indication imaging unit 15 generates an F echo profile (F scope image) in the scanning direction of the ultrasonic signal with reference to the black skin surface S1 using the flaw detection gate, and maximizes the amplitude of the F echo. The value (maximum echo height) and its position coordinates are calculated. By setting the flaw detection gate based on the shape profile of the black skin surface S1, the flaw detection gate can be set so as to follow the unevenness of the black skin surface S1, so that defects on the surface layer portion having the unevenness can be detected with high accuracy. it can. Thereby, the process of step S6 is completed and the quality evaluation process proceeds to the process of step S7.

ステップS7の処理では、欠陥指示画像化部15が、ステップS6の処理によって算出された最大エコー高さ及びその位置座標を図示しない一時記憶メモリに出力する。これにより、ステップS7の処理は完了し、品質評価処理はステップS8の処理に進む。   In the process of step S7, the defect instruction imaging unit 15 outputs the maximum echo height calculated by the process of step S6 and its position coordinates to a temporary storage memory (not shown). Thereby, the process of step S7 is completed, and the quality evaluation process proceeds to the process of step S8.

ステップS8の処理では、探傷子制御部11が、未処理の幅方向走査データData(p)があるか否かを判別する。判別の結果、未処理の幅方向走査データData(p)がある場合、探傷子制御部11は品質評価処理をステップS9の処理に進める。一方、未処理の幅方向走査データData(p)がない場合には、探傷子制御部11は品質評価処理をステップS10の処理に進める。   In step S8, the flaw detector control unit 11 determines whether there is unprocessed width direction scanning data Data (p). If there is unprocessed width direction scanning data Data (p) as a result of the determination, the flaw detector control unit 11 advances the quality evaluation process to the process of step S9. On the other hand, when there is no unprocessed width direction scanning data Data (p), the flaw detector control unit 11 advances the quality evaluation process to the process of step S10.

ステップS9の処理では、探傷子制御部11が、プログラムカウンタpの値を1増数する。これにより、ステップS9の処理は完了し、品質評価処理はステップS2の処理に戻る。   In the process of step S9, the probe control unit 11 increments the value of the program counter p by one. Thereby, the process of step S9 is completed, and the quality evaluation process returns to the process of step S2.

ステップS10の処理では、欠陥指示画像化部15が、図示しない一時記憶メモリに出力された各幅方向走査データData(p)の最大エコー高さ及びその位置座標を鋼材1の長さ方向にマッピングすることによって欠陥指示画像を生成する。そして、欠陥指示出力部16は、欠陥指示画像化部15が生成した欠陥指示画像を出力する。これにより、ステップS10の処理は完了し、一連の品質評価処理は終了する。   In the process of step S10, the defect indication imaging unit 15 maps the maximum echo height and the position coordinates of each width direction scanning data Data (p) output to a temporary storage memory (not shown) in the length direction of the steel material 1. By doing so, a defect instruction image is generated. The defect instruction output unit 16 outputs the defect instruction image generated by the defect instruction imaging unit 15. Thereby, the process of step S10 is completed and a series of quality evaluation processes are complete | finished.

なお、ステップS10の処理において、欠陥指示画像化部15は、予め設定した閾値以上の最大エコー高さを有する位置座標にラベリング処理を施し、ラベリング処理結果に基づいて欠陥個数、欠陥径、欠陥深さ等を算出、出力してもよい。   In the process of step S10, the defect indication imaging unit 15 performs a labeling process on the position coordinates having the maximum echo height equal to or higher than a preset threshold value, and determines the number of defects, the defect diameter, the defect depth based on the labeling process result. It is also possible to calculate and output the size.

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である鋼材の品質評価装置によれば、探傷子制御部11が、表層部を含む鋼材1の黒皮面S1に対向する走査面S2に向けて超音波信号を走査し、超音波信号の走査に伴い発生する鋼材1からのエコー信号を受信し、黒皮面形状プロファイル計算部14が、エコー信号の波形データを用いて黒皮面S1からのエコー信号の伝播路程を算出し、算出された伝播路程から超音波信号の走査方向における黒皮面S1の形状プロファイルを算出し、欠陥指示画像化部15及び欠陥指示出力部16が、黒皮面S1の形状プロファイルに基づいて鋼材1内の欠陥に由来するエコー信号の検出範囲を探傷ゲートとして設定し、設定した探傷ゲート内のエコー信号の最大値をマッピングした欠陥指示画像を生成、出力する。このような構成によれば、黒皮面S1の形状プロファイルに基づいて探傷ゲートを設定することによって、黒皮面S1の凹凸に追従するように探傷ゲートを設定できるので、凹凸を有する表層部の欠陥を精度高く探傷することができる。   As is clear from the above description, according to the steel material quality evaluation apparatus which is an embodiment of the present invention, the flaw detector control unit 11 is a scanning surface S2 facing the black skin surface S1 of the steel material 1 including the surface layer portion. And the echo signal from the steel material 1 generated along with the scan of the ultrasonic signal is received, and the black skin shape profile calculation unit 14 uses the waveform data of the echo signal to obtain the black skin surface. The propagation path of the echo signal from S1 is calculated, the shape profile of the black skin surface S1 in the scanning direction of the ultrasonic signal is calculated from the calculated propagation path, and the defect indication imaging unit 15 and the defect indication output unit 16 are Based on the shape profile of the black skin surface S1, a detection range of an echo signal derived from a defect in the steel material 1 is set as a flaw detection gate, and a defect indication image in which the maximum value of the echo signal in the set flaw detection gate is mapped It formed, to output. According to such a configuration, by setting the flaw detection gate based on the shape profile of the black skin surface S1, the flaw detection gate can be set to follow the unevenness of the black skin surface S1, so that the surface layer portion having the unevenness can be set. Defects can be detected with high accuracy.

〔実施例1〕
本実施例では、連続鋳造された鋼片から幅(C方向)300mm×長さ(L方向)300mm×厚み5mmの鋼材を加工し、黒皮面を超音波探触子から超音波を走査する面と反対面になるように鋼材を設置し、超音波探触子を機械走査しながら、鋼材内部からの反射信号を受信した。このとき、超音波探触子は周波数5MHz、振動子径φ12.8mm、焦点距離60mmの単一プローブを用い、幅300mm×長さ300mmの鋼材に対し鋼材の中央幅方向280mm、長さ方向200mmの範囲を、探傷ピッチを鋼材のC方向、L方向共に0.5mmピッチとして超音波の送受信を行った。また、超音波探触子の機械走査方向は幅方向(C方向)とし、長さ方向に0.5mmずつずらしながら400回探傷を行った。また、一度の走査毎に受信波形は波形メモリに格納し、n回目のC方向の受信波形をData(n)として紐付けして波形メモリに格納した。そして、鋼材全面を超音波探傷して受信波形を測定した後、黒皮面下の探傷を行った。
[Example 1]
In this embodiment, a steel material having a width (C direction) of 300 mm, a length (L direction) of 300 mm, and a thickness of 5 mm is processed from a continuously cast steel piece, and the black skin surface is scanned with ultrasonic waves from an ultrasonic probe. The steel material was installed so that the surface was opposite, and the reflected signal from the inside of the steel material was received while mechanically scanning the ultrasonic probe. At this time, the ultrasonic probe uses a single probe with a frequency of 5 MHz, a vibrator diameter of 12.8 mm, and a focal length of 60 mm. The ultrasonic wave was transmitted and received with the flaw detection pitch being 0.5 mm pitch in both the C direction and the L direction of the steel material. Further, the mechanical scanning direction of the ultrasonic probe was the width direction (C direction), and the flaw detection was performed 400 times while shifting by 0.5 mm in the length direction. The received waveform was stored in the waveform memory for each scan, and the nth received waveform in the C direction was linked as Data (n) and stored in the waveform memory. Then, after ultrasonically flaw-detecting the entire surface of the steel material and measuring the received waveform, flaw detection was performed under the black skin.

Bエコーの伝播路程は、受信波形の絶対値に50点(伝播時間で0.1μsec相当)の移動平均処理を行い、包絡線波形を算出し、包絡線波形の振幅が閾値Tb以上となる位置を読み取ることによって算出した。Bエコーの伝播路程を算出する際の閾値Tbはできるだけ小さいことが好ましいことから、事前に欠陥のない鋼材を探傷し、その探傷波形のノイズレベルの最大値+0.5dBとして設定した。黒皮面の形状プロファイルに対する平滑フィルタ処理では、10点の移動平均処理を行い、平滑化処理を実施した。図8は、本実施例による黒皮面直下の欠陥(深さ方向0.1mm〜2.0mm)を探傷して得られた2次元画像(Cスコープ像及びBスコープ像)を示す。本実施例により、従来超音波探傷法では困難であった深さ0.1mmにあるφ0.8mm程度の気泡欠陥を検出することができた。以上のことから、本実施例によれば、凹凸を有する表層部の欠陥を精度高く探傷できることが確認できた。   For the propagation path of B echo, the absolute value of the received waveform is subjected to moving average processing of 50 points (equivalent to 0.1 μsec in propagation time), the envelope waveform is calculated, and the position where the amplitude of the envelope waveform is equal to or greater than the threshold Tb Calculated by reading. Since it is preferable that the threshold value Tb for calculating the propagation path of the B echo is as small as possible, a steel material having no defect is flawed in advance and set as the maximum value of noise level of the flaw detection waveform +0.5 dB. In smoothing filter processing for the shape profile of the black skin, 10 points of moving average processing were performed and smoothing processing was performed. FIG. 8 shows a two-dimensional image (C scope image and B scope image) obtained by flaw detection of a defect (depth direction: 0.1 mm to 2.0 mm) immediately below the black skin surface according to the present example. According to this example, it was possible to detect a bubble defect of about φ0.8 mm at a depth of 0.1 mm, which was difficult with the conventional ultrasonic flaw detection method. From the above, according to the present Example, it has confirmed that the defect of the surface layer part which has an unevenness | corrugation could be detected with high precision.

〔実施例2〕
実施例1では、超音波探触子として、周波数5MHz、振動子径φ12.8mm、焦点距離60mmの単一プローブを用いた。しかしながら、超音波探触子として単一プローブを用いた場合、鋼材表面からの反射波の影響によって不感帯が生じるため、超音波信号が入射する鋼材表面下から3mm程度の範囲内を探傷することができない。そこで、本実施例では、図9A,9Bに示すような超音波探触子を用いて超音波探傷を行った。
[Example 2]
In Example 1, a single probe having a frequency of 5 MHz, a vibrator diameter of 12.8 mm, and a focal length of 60 mm was used as the ultrasonic probe. However, when a single probe is used as an ultrasonic probe, a dead zone occurs due to the influence of the reflected wave from the steel surface, so it is possible to detect within 3 mm from the bottom of the steel surface where the ultrasonic signal enters. Can not. Therefore, in this example, ultrasonic flaw detection was performed using an ultrasonic probe as shown in FIGS. 9A and 9B.

図9A,9Bはそれぞれ、超音波探触子の構成を示す側面図及び平面図である。図9A,9Bに示すように、本実施例において用いた超音波探触子は、圧電型振動子51と、圧電型振動子52と、を備え、圧電型振動子51と圧電型振動子52とは音響隔離板53を介して対向配置されている。   9A and 9B are a side view and a plan view showing the configuration of the ultrasonic probe, respectively. As shown in FIGS. 9A and 9B, the ultrasonic probe used in this embodiment includes a piezoelectric vibrator 51 and a piezoelectric vibrator 52, and the piezoelectric vibrator 51 and the piezoelectric vibrator 52. Are arranged opposite to each other with an acoustic separator 53 interposed therebetween.

圧電型振動子51,52は、ラインフォーカス状に超音波信号を送受信可能な形状を有している。具体的には、圧電型振動子51,52の形状が長方形形状である場合、図10に示すように、圧電型振動子51,52は、長辺LS側には超音波信号が集束するように曲率を付け、短辺SS側は超音波信号が拡散するように平坦なままにすることによって形成されている。なお、ラインフォーカス状に超音波信号を送受信可能なように平坦な圧電型振動子に音響レンズを取り付けることによって圧電型振動子51,52を形成してもよい。   The piezoelectric vibrators 51 and 52 have a shape capable of transmitting and receiving an ultrasonic signal in a line focus shape. Specifically, when the shape of the piezoelectric vibrators 51 and 52 is a rectangular shape, as shown in FIG. 10, the piezoelectric vibrators 51 and 52 are arranged so that the ultrasonic signal is focused on the long side LS side. The short side SS side is formed so as to be flat so that the ultrasonic signal is diffused. The piezoelectric vibrators 51 and 52 may be formed by attaching an acoustic lens to a flat piezoelectric vibrator so that an ultrasonic signal can be transmitted and received in a line focus form.

本実施形態では、圧電型振動子51は、音響結合方法を水浸法として、すなわち水を介してラインフォーカス状の超音波信号UBを送信する。圧電型振動子52は、ラインフォーカス状の受信信号視野RSを有し、圧電型振動子51が送信した超音波信号UBに伴い発生するエコー信号を受信する。また、圧電型振動子51,52は、圧電型振動子51と圧電型振動子52とが対向する面に対して垂直及び平行な方向ではそれぞれ送信又は受信する信号が拡散及び集束するように形成されている。   In the present embodiment, the piezoelectric vibrator 51 transmits an ultrasonic signal UB in a line focus shape using a water immersion method as an acoustic coupling method, that is, through water. The piezoelectric vibrator 52 has a line focus-like reception signal field RS, and receives an echo signal generated with the ultrasonic signal UB transmitted by the piezoelectric vibrator 51. The piezoelectric vibrators 51 and 52 are formed such that signals transmitted or received are diffused and converged in directions perpendicular to and parallel to the surfaces of the piezoelectric vibrator 51 and the piezoelectric vibrator 52 facing each other. Has been.

また、圧電型振動子51と圧電型振動子52とは、鋼材表面S1の法線に対する中心軸の角度φ1,φ2を調整することによって、圧電型振動子51が送信する超音波信号UBの中心軸L1と受信信号視野RSの中心軸L2との交差位置Pが鋼材中の所定の深さ範囲Dc内に位置するように配置されている。また、圧電型振動子51と圧電型振動子52は、鋼中の焦点深さFが鋼材中の所定の深さ範囲Dc内に位置するように配置されている。   Further, the piezoelectric vibrator 51 and the piezoelectric vibrator 52 adjust the angles φ1 and φ2 of the central axis with respect to the normal line of the steel material surface S1, thereby the center of the ultrasonic signal UB transmitted by the piezoelectric vibrator 51. The intersection position P between the axis L1 and the central axis L2 of the received signal visual field RS is arranged so as to be located within a predetermined depth range Dc in the steel material. The piezoelectric vibrator 51 and the piezoelectric vibrator 52 are arranged such that the focal depth F in the steel is within a predetermined depth range Dc in the steel.

このような構成を有する超音波探触子によれば、圧電型振動子51と圧電型振動子52とは正反射方向とは異なる方向に向くことになる。このため、圧電型振動子51から送信され、鋼材の表面で反射した信号は、圧電型振動子52で受信されにくくなり、表面反射波(Sエコー)の振幅が小さくなる。さらに、音響隔離板53が、鋼材の表面で反射し、圧電型振動子52に洩れ込んでくる散乱波を遮るので、表面反射波の振幅がさらに小さくなり、不感帯を限りなく低減させることができる。   According to the ultrasonic probe having such a configuration, the piezoelectric vibrator 51 and the piezoelectric vibrator 52 are directed in a direction different from the regular reflection direction. For this reason, the signal transmitted from the piezoelectric vibrator 51 and reflected by the surface of the steel material is not easily received by the piezoelectric vibrator 52, and the amplitude of the surface reflected wave (S echo) is reduced. Further, since the acoustic separator 53 blocks the scattered wave that is reflected on the surface of the steel material and leaks into the piezoelectric vibrator 52, the amplitude of the surface reflected wave is further reduced, and the dead zone can be reduced as much as possible. .

なお、厚板の探傷等に用いられている2分割型探触子は、一見、本実施例で用いた超音波探触子と同じ構成を有している。しかしながら、2分割型探触子では、楔を樹脂系素材とし、音響結合法を水薄膜法(ギャップ法)としている。このため、2分割型探触子と鋼材との間のギャップ(距離)が少しでも開く方向に変動すると、楔底面部分と鋼材表面との間で多重反射が起き、ノイズが発生する。これに対して、本実施例で用いた超音波探触子では、楔を用いていないので、距離変動に伴うノイズは発生しない。   Note that the two-divided probe used for the flaw detection of a thick plate has the same configuration as the ultrasonic probe used in the present embodiment. However, in the two-divided probe, the wedge is made of a resin material, and the acoustic coupling method is a water thin film method (gap method). For this reason, if the gap (distance) between the two-divided probe and the steel material fluctuates in the opening direction even a little, multiple reflection occurs between the wedge bottom surface portion and the steel material surface, and noise is generated. On the other hand, the ultrasonic probe used in the present embodiment does not use a wedge, so no noise is generated due to distance fluctuation.

また、従来の技術では、Sエコーの不感帯域を狭めるために超音波信号を高周波化し、且つ、欠陥からの反射波をS/N比良く受信できるようにするために超音波信号を集束させている。しかしながら、超音波信号を高周波化し、且つ、集束させた場合、探傷可能な鋼材の深さ範囲が狭くなる。これに対して、本実施例で用いた超音波探触子は、ラインフォーカス状の超音波信号が拡散する側が鋼材の深さ方向に対し交差するように配置されているので、交差範囲、すなわち図9Aに示す測定深さ範囲Dc内に存在する欠陥からの反射波を受信することができる。これにより、超音波信号を高周波化せずとも不感帯域を狭め、且つ、鋼材の広い深さ範囲を探傷できる。   In the conventional technique, the ultrasonic signal is increased in frequency to narrow the dead zone of the S echo, and the ultrasonic signal is focused in order to receive the reflected wave from the defect with a high S / N ratio. Yes. However, when the ultrasonic signal is increased in frequency and focused, the depth range of the steel material capable of flaw detection becomes narrower. On the other hand, the ultrasonic probe used in this example is arranged so that the side where the line-focused ultrasonic signal is diffused intersects the depth direction of the steel material. A reflected wave from a defect existing in the measurement depth range Dc shown in FIG. 9A can be received. As a result, the dead zone can be narrowed and a wide depth range of the steel material can be detected without increasing the frequency of the ultrasonic signal.

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。   The embodiment to which the invention made by the present inventors is applied has been described above, but the present invention is not limited by the description and the drawings that form part of the disclosure of the present invention according to this embodiment. That is, other embodiments, examples, operation techniques, and the like made by those skilled in the art based on this embodiment are all included in the scope of the present invention.

本発明によれば、凹凸を有する表層部の欠陥を精度高く探傷可能な鋼材の品質評価方法及び品質評価装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the quality evaluation method and quality evaluation apparatus of the steel material which can detect a defect of the surface part which has an unevenness | corrugation with high precision can be provided.

1 鋼材
10,100 超音波探傷子
11 探傷子制御部
12 A/D変換部
13 波形メモリ
14 黒皮面形状プロファイル計算部
15 欠陥指示画像化部
16 欠陥指示出力部
51,52 圧電型振動子
53 音響隔離板
D 欠陥
S1 黒皮面
S2 走査面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steel materials 10,100 Ultrasonic flaw detector 11 Flaw detector control part 12 A / D conversion part 13 Waveform memory 14 Black skin shape profile calculation part 15 Defect instruction | indication imaging part 16 Defect instruction | indication output part 51,52 Piezoelectric vibrator 53 Sound separator D Defect S1 Black skin S2 Scanning surface

Claims (5)

平坦部の平均表面粗さと比較して表面粗さが大きい非平坦部を有する表面を備える鋼材の品質評価方法であって、
表層部を含む前記表面に対向する面に向けて超音波信号を走査し、該超音波信号の走査に伴い発生する鋼材からのエコー信号を受信するステップと、
前記エコー信号の波形データを用いて前記表面からのエコー信号の伝播路程を算出し、算出された伝播路程から超音波信号の走査方向における前記表面の形状プロファイルを算出するステップと、
前記表面の形状プロファイルを基準とした所定距離の範囲内を鋼材内の欠陥に由来するエコー信号の検出範囲である探傷ゲートとして設定し、設定した探傷ゲート内のエコー信号の最大値をマッピングした欠陥指示画像を生成、出力するステップと、を含み、
前記形状プロファイルを算出するステップは、前記表面からのエコー信号の波形に対する包絡線波形を算出し、該包絡線波形から前記伝播路程を算出し、超音波信号の走査方向における伝播路程のプロファイルに対し平滑化処理を施すことによって、超音波信号の走査方向における前記表面の形状プロファイルを算出するステップを含むことを特徴とする鋼材の品質評価方法。
A method for evaluating the quality of a steel material comprising a surface having a non-flat portion with a large surface roughness compared to the average surface roughness of the flat portion,
A step towards a surface opposite to the surface including the surface layer portion to scan the ultrasonic signal, receiving echo signals from steel produced with the scanning of the ultrasonic signals,
Calculating the propagation path of the echo signal from the surface using the waveform data of the echo signal, calculating the shape profile of the surface in the scanning direction of the ultrasonic signal from the calculated propagation path;
A defect in which the range of a predetermined distance based on the shape profile of the surface is set as a flaw detection gate that is a detection range of an echo signal derived from a defect in the steel material, and the maximum value of the echo signal in the set flaw detection gate is mapped Generating and outputting an instruction image,
The step of calculating the shape profile calculates an envelope waveform for the waveform of the echo signal from the surface, calculates the propagation path from the envelope waveform, and calculates the propagation path profile in the scanning direction of the ultrasonic signal. A method for evaluating the quality of a steel material, comprising a step of calculating a shape profile of the surface in a scanning direction of an ultrasonic signal by performing a smoothing process.
前記平滑化処理は、移動平均処理を用いた平滑化処理であることを特徴とする請求項1に記載の鋼材の品質評価方法。   The steel material quality evaluation method according to claim 1, wherein the smoothing process is a smoothing process using a moving average process. 前記エコー信号を受信するステップを、水を介してラインフォーカス状の超音波信号を送信する第1の圧電型振動子と、ラインフォーカス状の受信信号視野を有し、前記エコー信号を受信する第2の圧電型振動子と、を備え、第1の圧電型振動子と第2の圧電型振動子とが、第1の圧電型振動子が送信する超音波信号と前記受信信号視野の中心軸との交差位置が鋼材中の所定の深さ範囲内に位置するように音響隔離板を介して対向配置されている探傷手段を用いて行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の鋼材の品質評価方法。   The step of receiving the echo signal includes a first piezoelectric transducer that transmits a line-focused ultrasonic signal through water and a line-focused received signal field, and receives the echo signal. Two piezoelectric transducers, and the first piezoelectric transducer and the second piezoelectric transducer transmit the ultrasonic signal transmitted by the first piezoelectric transducer and the central axis of the received signal field. The steel material according to claim 1 or 2, wherein flaw detection means are arranged so as to face each other via an acoustic separator so that the crossing position of the steel material is within a predetermined depth range in the steel material. Quality evaluation method. 前記第1及び第2の圧電型振動子は、第1の圧電型振動子と第2の圧電型振動子とが対向する面に対して垂直及び平行な方向ではそれぞれ送信又は受信する信号が拡散及び集束するように配置されていることを特徴とする請求項3に記載の鋼材の品質評価方法。   In the first and second piezoelectric vibrators, signals transmitted or received are diffused in directions perpendicular to and parallel to the surfaces of the first piezoelectric vibrator and the second piezoelectric vibrator facing each other. The steel material quality evaluation method according to claim 3, wherein the steel material quality evaluation method is arranged so as to converge. 平坦部の平均表面粗さと比較して表面粗さが大きい非平坦部を有する表面を備える鋼材の品質評価装置であって、
表層部を含む前記表面に対向する面に向けて超音波信号を走査し、該超音波信号の走査に伴い発生する鋼材からのエコー信号を受信する探傷手段と、
前記エコー信号の波形データを用いて前記表面からのエコー信号の伝播路程を算出し、算出された伝播路程から超音波信号の走査方向における前記表面の形状プロファイルを算出する算出手段と、
前記表面の形状プロファイルを基準とした所定距離の範囲内を鋼材内の欠陥に由来するエコー信号の検出範囲である探傷ゲートとして設定し、設定した探傷ゲート内のエコー信号の最大値をマッピングした欠陥指示画像を生成、出力する画像生成手段と、を備え、
前記算出手段は、前記表面からのエコー信号の波形に対する包絡線波形を算出し、該包絡線波形から前記伝播路程を算出し、超音波信号の走査方向における伝播路程のプロファイルに対し平滑化処理を施すことによって、超音波信号の走査方向における前記表面の形状プロファイルを算出することを特徴とする鋼材の品質評価装置。
A steel material quality evaluation apparatus comprising a surface having a non-flat portion with a large surface roughness compared to the average surface roughness of the flat portion,
Towards the opposite surface to the surface including the surface layer portion to scan the ultrasonic signals, and testing means for receiving echo signals from steel produced with the scanning of the ultrasonic signals,
A calculation means for calculating a propagation path of the echo signal from the surface using the waveform data of the echo signal, and calculating a shape profile of the surface in the scanning direction of the ultrasonic signal from the calculated propagation path;
A defect in which a predetermined distance range based on the shape profile of the surface is set as a flaw detection gate that is a detection range of an echo signal derived from a defect in the steel material, and the maximum value of the echo signal in the set flaw detection gate is mapped Image generating means for generating and outputting an instruction image,
The calculation means calculates an envelope waveform with respect to a waveform of an echo signal from the surface, calculates the propagation path from the envelope waveform, and performs a smoothing process on the propagation path profile in the scanning direction of the ultrasonic signal. A quality evaluation apparatus for steel material, characterized in that the shape profile of the surface in the scanning direction of the ultrasonic signal is calculated.
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