JP7091646B2 - Surface scratch depth determination device - Google Patents
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Description
本発明は、表面きずの深さ判定装置に関する。特に、本発明は、鋼片に発生する比較的急峻な形状変化を伴う表面割れなどの表面きずであっても、その深さを精度良く判定可能な表面きずの深さ判定装置に関する。 The present invention relates to a surface flaw depth determination device. In particular, the present invention relates to a surface flaw depth determination device capable of accurately determining the depth of a surface flaw such as a surface crack accompanied by a relatively steep shape change generated in a steel piece.
従来、鋼片の品質保証を行うために、超音波探傷方法が広く利用されている。
近年、超音波探傷方法の中でも、発生したきずの位置を精度良く判定可能な方法として、複数の振動子を具備する一次元アレイ型超音波探触子を利用した2次元画像化手法を用いた超音波探傷方法が注目されている。
Conventionally, an ultrasonic flaw detection method has been widely used to guarantee the quality of steel pieces.
In recent years, among the ultrasonic flaw detection methods, a two-dimensional imaging method using a one-dimensional array type ultrasonic probe equipped with a plurality of oscillators has been used as a method capable of accurately determining the position of a flaw that has occurred. The ultrasonic flaw detection method is attracting attention.
具体的には、一次元アレイ型超音波探触子を鋼片の側面に沿って配置し、一次元アレイ型超音波探触子が鋼片からエコーを受信することで出力される探傷信号に信号処理(開口合成処理やTFM(Total Focusing Method)など)を施すことで、鋼片の長手方向に直交する方向の断面についての2次元画像を生成し、この2次元画像を用いてきずを検出する超音波探傷方法が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。2次元画像化手法として用いられる開口合成処理やTFMは、一次元アレイ型超音波探触子に対向する方向の鋼片等の被探傷材の断面の座標空間をメッシュに分割し、一次元アレイ型超音波探触子で同時に多点計測した反射源からの探傷信号の伝搬時間と振幅値を、被探傷材と一次元アレイ型超音波探触子との位置関係及び音速情報に基づいて、所定のメッシュ内に積算させることで、反射源の像を再構成する手法である。
上記の2次元画像化手法を用いた超音波探傷方法によれば、高い空間分解能を有する2次元画像を生成できるため、各一次元アレイ型超音波探触子の探傷領域内において、きずの位置を精度良く判定可能である。
Specifically, a one-dimensional array type ultrasonic probe is placed along the side surface of the steel piece, and the one-dimensional array type ultrasonic probe receives an echo from the steel piece to output a flaw detection signal. By performing signal processing (opening synthesis processing, TFM (Total Focusing Method), etc.), a two-dimensional image of the cross section in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the steel piece is generated, and the waste is detected using this two-dimensional image. An ultrasonic flaw detection method has been proposed (see, for example,
According to the ultrasonic flaw detection method using the above two-dimensional imaging method, a two-dimensional image having high spatial resolution can be generated. Therefore, the position of the flaw in the flaw detection region of each one-dimensional array type ultrasonic probe. Can be accurately determined.
しかしながら、上記の2次元画像化手法を用いた超音波探傷方法においては、表層(鋼片の側面)において生じるノイズ(底面エコー等)の影響により、2次元画像における表層から深さ方向(表層に垂直な方向)の所定の範囲が、探傷周波数に応じた不感帯とされるのが一般的である。例えば、探傷周波数が3MHzの場合には、表層から2mm程度が不感帯とされる。このため、例えば、表層から深さ方向への形状変化を伴う表面割れが鋼片に発生していた場合、表面割れの深さを実際よりも小さく評価したり、表層ではなく鋼片内部に発生したきずであると誤判定するおそれもある。また、表面割れを検出できないおそれもある。 However, in the ultrasonic flaw detection method using the above two-dimensional imaging method, due to the influence of noise (bottom echo, etc.) generated on the surface layer (side surface of the steel piece), the surface layer to the depth direction (from the surface layer) in the two-dimensional image. Generally, a predetermined range (in the vertical direction) is a dead zone according to the flaw detection frequency. For example, when the flaw detection frequency is 3 MHz, the dead zone is about 2 mm from the surface layer. For this reason, for example, when a surface crack that accompanies a shape change from the surface layer to the depth direction occurs in the steel piece, the depth of the surface crack is evaluated to be smaller than the actual value, or it occurs inside the steel piece instead of the surface layer. There is a risk of erroneous determination as a flaw. In addition, surface cracks may not be detected.
表面割れのように表層から深さ方向への形状変化を伴うきずを検出するには、超音波探傷方法ではなく、レーザ光源及び撮像手段を具備し光切断法によって鋼片の側面の形状を測定する形状測定装置を用い、この形状測定装置で測定した形状変化に基づき、きずを検出することが考えられる。 In order to detect flaws that change the shape from the surface layer to the depth direction, such as surface cracks, the shape of the side surface of the steel piece is measured by the optical cutting method with a laser light source and imaging means instead of the ultrasonic flaw detection method. It is conceivable to detect a flaw based on the shape change measured by this shape measuring device using the shape measuring device.
しかしながら、鋼片に発生する表面割れは、比較的急峻な形状変化を伴う場合が多い。このため、図1(a)に示すように、表面きず(表面割れ)の形状と撮像手段の向きとの関係に応じて、きずの形状を正確に測定できる場合がある一方で、図1(b)に示すように、きずの深部については形状を測定できない場合がある。すなわち、撮像手段の視野から外れることで、形状測定データが欠損している箇所(図1(b)に白丸で示す箇所)が生じる場合がある。
形状測定データが欠損していると、たとえ表面きずの検出が可能であったとしても、その深さを実際よりも小さく判定するおそれがある。すなわち、形状測定装置を単独で用いたのでは、鋼片に発生する表面きずの深さを精度良く判定することが難しい場合がある。
なお、図1において、鋼片には符号Bを、鋼片Bの長手方向には符号Yを付している。後述の図2についても同様である。
However, surface cracks that occur in steel pieces are often accompanied by relatively steep shape changes. Therefore, as shown in FIG. 1 (a), the shape of the flaw may be accurately measured depending on the relationship between the shape of the surface flaw (surface crack) and the orientation of the imaging means, while FIG. 1 ( As shown in b), it may not be possible to measure the shape of the deep part of the flaw. That is, there may be a place where the shape measurement data is missing (a place indicated by a white circle in FIG. 1B) due to the deviation from the field of view of the image pickup means.
If the shape measurement data is missing, even if surface flaws can be detected, the depth may be determined to be smaller than the actual depth. That is, if the shape measuring device is used alone, it may be difficult to accurately determine the depth of surface flaws generated on the steel pieces.
In FIG. 1, the steel piece is designated by a reference numeral B, and the steel piece B is designated by a reference numeral Y in the longitudinal direction. The same applies to FIG. 2 described later.
図2は、以上に説明した従来の2次元画像化手法を用いた超音波探傷方法による表面きずの深さ判定における問題点及び光切断法による表面きずの深さ判定における問題点を説明する説明図である。図2(a)は表面きずの深さが浅い場合の光切断法の問題点を、図2(b)は表面きずの深さが中程度の場合の光切断法の問題点を、図2(c)は表面きずの深さが深い場合の光切断法の問題点を示す。図2(d)は表面きずの深さが浅い場合の超音波探傷方法の問題点を、図2(e)は表面きずの深さが中程度の場合の超音波探傷方法の問題点を、図2(f)は表面きずの深さが深い場合の超音波探傷方法の問題点を示す。具体的には、図2(d)~(f)は超音波探傷方法によって生成される鋼片の断面の2次元画像の例を示す。また、図2においてハッチングを施した領域は、超音波探傷方法における表層部(例えば、探傷周波数が3MHzの場合、表層(鋼片の側面)から2mm程度の範囲)の不感帯を意味する。 FIG. 2 illustrates the problems in determining the depth of surface flaws by the ultrasonic flaw detection method using the conventional two-dimensional imaging method described above and the problems in determining the depth of surface flaws by the optical cutting method. It is a figure. FIG. 2A shows a problem of the optical cutting method when the surface scratch depth is shallow, and FIG. 2B shows a problem of the optical cutting method when the surface scratch depth is medium. (C) shows a problem of the optical cutting method when the depth of the surface flaw is deep. FIG. 2 (d) shows the problem of the ultrasonic flaw detection method when the surface flaw depth is shallow, and FIG. 2 (e) shows the problem of the ultrasonic flaw detection method when the surface flaw depth is medium. FIG. 2 (f) shows a problem of the ultrasonic flaw detection method when the depth of the surface flaw is deep. Specifically, FIGS. 2 (d) to 2 (f) show an example of a two-dimensional image of a cross section of a steel piece generated by an ultrasonic flaw detection method. Further, the hatched region in FIG. 2 means a dead zone of the surface layer portion (for example, when the flaw detection frequency is 3 MHz, a range of about 2 mm from the surface layer (side surface of the steel piece)) in the ultrasonic flaw detection method.
図2(a)~(c)に示すように、光切断法によれば、撮像手段の視野から外れることで、形状測定データが欠損している箇所(図2(a)~(c)に白丸で示す箇所)が生じ、表面きずの検出自体は可能であったとしても、その深さを実際よりも小さく判定し、いずれの表面きずについても同等の深さであると誤判定するおそれがある。
また、図2(d)に示す例では、表面きず全体が表層部の不感帯に位置するため、超音波探傷方法によって表面きずを検出することができない。
さらに、図2(e)、(f)に示すように、超音波探傷方法によれば、表面きずのうち、表層部の不感帯よりも内部に位置する深部については検出できたとしても、不感帯に位置する表層部が検出できないため、表面きずの深さを実際よりも小さく判定したり、表層部ではなく鋼片内部に発生したきずであると誤判定するおそれがある。
As shown in FIGS. 2 (a) to 2 (c), according to the optical cutting method, the portion where the shape measurement data is missing due to being out of the field of view of the imaging means (in FIGS. 2 (a) to 2 (c)). (Points indicated by white circles) occur, and even if surface flaws can be detected, the depth may be determined to be smaller than the actual depth, and any surface flaw may be erroneously determined to be the same depth. be.
Further, in the example shown in FIG. 2D, since the entire surface flaw is located in the dead zone of the surface layer portion, the surface flaw cannot be detected by the ultrasonic flaw detection method.
Further, as shown in FIGS. 2 (e) and 2 (f), even if the deep part of the surface flaw located inside the dead zone of the surface layer can be detected by the ultrasonic flaw detection method, the dead zone is formed. Since the located surface layer portion cannot be detected, the depth of the surface flaw may be determined to be smaller than the actual depth, or the flaw may be erroneously determined to be a flaw generated inside the steel piece instead of the surface layer portion.
そこで、本発明は、鋼片に発生する比較的急峻な形状変化を伴う表面割れなどの表面きずであっても、その深さを精度良く判定可能な表面きずの深さ判定装置を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention provides a surface flaw depth determination device capable of accurately determining the depth of a surface flaw such as a surface crack accompanied by a relatively steep shape change generated in a steel piece. Is the subject.
前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、2次元画像化手法を用いた超音波探傷方法及び光切断法の双方を実行可能で、2次元画像化手法を用いた超音波探傷方法の長所(表面きずの深部の位置を精度良く判定可能)と光切断法の長所(表面きずの表層部の位置及び形状を精度良く判定可能)とを組み合わせることで、表面きずの深さを精度良く判定可能であることに想到し、本発明を完成した。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors can execute both the ultrasonic flaw detection method and the optical cutting method using the two-dimensional imaging method, and the ultrasonic waves using the two-dimensional imaging method. By combining the advantages of the flaw detection method (which can accurately determine the position of the deep part of the surface flaw) and the advantage of the optical cutting method (which can accurately determine the position and shape of the surface layer of the surface flaw), the depth of the surface flaw. The present invention was completed with the idea that the above can be accurately determined.
すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、長手方向に搬送される鋼片の側面に沿って配置された一次元アレイ型超音波探触子と、前記鋼片の側面に沿って配置され、光切断法によって前記鋼片の側面の形状を測定する形状測定装置と、前記鋼片の搬送速度を測定する速度センサと、前記一次元アレイ型超音波探触子から出力される探傷信号に対して信号処理を施すことで、前記鋼片の長手方向に直交する方向の断面についての2次元画像を生成し、前記形状測定装置によって前記鋼片の側面の形状を測定することにより得られた形状測定データと、前記生成した2次元画像との位置合わせを、前記一次元アレイ型超音波探触子と前記形状測定装置との幾何学的な位置関係と、前記速度センサによって測定した前記鋼片の搬送速度とに基づき行う信号処理装置と、を備え、前記信号処理装置は、前記形状測定データに基づき、前記鋼片の側面に生じた表面きずを検出し、前記形状測定データと前記2次元画像とに基づき、前記検出した表面きずの深さを判定する、ことを特徴とする表面きずの深さ判定装置を提供する。 That is, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a one-dimensional array type ultrasonic probe arranged along the side surface of the steel piece transported in the longitudinal direction, and is arranged along the side surface of the steel piece. , A shape measuring device that measures the shape of the side surface of the steel piece by the optical cutting method, a speed sensor that measures the transport speed of the steel piece, and a flaw detection signal output from the one-dimensional array type ultrasonic probe. By applying signal processing to the steel piece, a two-dimensional image of a cross section in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the steel piece was generated, and the shape of the side surface of the steel piece was measured by the shape measuring device. The alignment between the shape measurement data and the generated two-dimensional image was measured by the geometrical positional relationship between the one-dimensional array type ultrasonic probe and the shape measuring device and the steel by the speed sensor. The signal processing device includes a signal processing device that performs based on the transport speed of the piece, and the signal processing device detects surface flaws generated on the side surface of the steel piece based on the shape measurement data, and the shape measurement data and the above 2 Provided is a surface flaw depth determination device characterized in that the depth of the detected surface flaw is determined based on a dimensional image.
本発明に係る表面きずの深さ判定装置によれば、信号処理装置は、光切断法を用いた形状測定装置によって得られた形状測定データに基づき、鋼片の側面に生じた表面きずの表層部を精度良く検出可能(表面きずの表層部の位置及び形状を精度良く判定可能)である。また、信号処理装置は、一次元アレイ型超音波探触子から出力される探傷信号を用いて生成した2次元画像に基づき、鋼片の側面に生じた表面きずの深部を精度良く検出可能(表面きずの深部の位置を精度良く判定可能)である。このため、信号処理装置は、形状測定データに基づき検出した表面きず(表面きずの表層部)の近傍における形状測定データ(形状測定データのうち、表面きずの表層部近傍に位置する部分のデータ)に基づき、表面きずの表層部の深さを判定することが可能である。また、検出した表面きずの近傍における2次元画像の濃度(2次元画像を構成する画素のうち、表面きずの表層部近傍に位置する画素の濃度)に基づき、表面きずの深部の深さを判定することが可能である。すなわち、所定のしきい値以上の濃度を有する画素は、表面きずに相当する画素であると考えることができるため、この表面きずに相当する画素に基づき、表面きずの深部の深さを判定することが可能である。したがい、形状測定データに基づき判定した表面きずの表層部の深さと、2次元画像の濃度に基づき判定した表面きずの深部の深さとを加味して、表面きずの深さを精度良く判定可能である。
なお、本発明に係る表面きずの深さ判定装置においては、形状測定データを表面きず検出のトリガーにする(すなわち、先に形状測定データに基づき表面きずの表層部を検出した後、この検出した位置近傍の2次元画像の濃度を用いて表面きずの深さを判定する)ため、従来のように2次元画像の表層近傍を不感帯にする必要がない。
According to the surface flaw depth determination apparatus according to the present invention, the signal processing apparatus is based on the shape measurement data obtained by the shape measuring apparatus using the optical cutting method, and the surface layer of the surface flaw generated on the side surface of the steel piece. The portion can be detected accurately (the position and shape of the surface layer portion of the surface flaw can be accurately determined). In addition, the signal processing device can accurately detect the deep part of the surface flaw generated on the side surface of the steel piece based on the two-dimensional image generated by using the flaw detection signal output from the one-dimensional array type ultrasonic probe ( The position of the deep part of the surface flaw can be determined accurately). Therefore, the signal processing device has shape measurement data in the vicinity of the surface flaw (surface layer portion of the surface flaw) detected based on the shape measurement data (data of the portion of the shape measurement data located near the surface layer portion of the surface flaw). Based on the above, it is possible to determine the depth of the surface layer portion of the surface flaw. Further, the depth of the deep part of the surface flaw is determined based on the density of the two-dimensional image in the vicinity of the detected surface flaw (the density of the pixel located near the surface layer portion of the surface flaw among the pixels constituting the two-dimensional image). It is possible to do. That is, since a pixel having a density equal to or higher than a predetermined threshold value can be considered to be a pixel corresponding to the surface flaw, the depth of the deep portion of the surface flaw is determined based on the pixel corresponding to the surface flaw. It is possible. Therefore, the depth of the surface flaw can be accurately determined by taking into account the depth of the surface layer of the surface flaw determined based on the shape measurement data and the depth of the surface flaw determined based on the density of the two-dimensional image. be.
In the surface flaw depth determination device according to the present invention, the shape measurement data is used as a trigger for surface flaw detection (that is, the surface layer portion of the surface flaw is first detected based on the shape measurement data, and then this detection is performed. Since the depth of the surface flaw is determined using the density of the two-dimensional image near the position), it is not necessary to make the vicinity of the surface layer of the two-dimensional image a dead zone as in the conventional case.
また、前記課題を解決するため、本発明は、鋼片の側面に沿って配置された一次元アレイ型超音波探触子と、前記鋼片の側面に沿って配置され、光切断法によって前記鋼片の側面の形状を測定する形状測定装置と、前記一次元アレイ型超音波探触子から出力される探傷信号に対して信号処理を施すことで、前記鋼片の長手方向に直交する方向の断面についての2次元画像を生成し、前記形状測定装置によって前記鋼片の側面の形状を測定することにより得られた形状測定データと、前記生成した2次元画像とに基づき、前記鋼片の側面に生じた表面きずの深さを判定する信号処理装置と、を備え、前記信号処理装置は、前記形状測定データが欠損している箇所を検出して起点とする第1ステップと、前記2次元画像を構成する画素のうち、前記起点に対して前記鋼片の深さ方向に位置し、且つ、所定のしきい値以上の濃度を有する画素を特定する第2ステップと、前記第2ステップで特定された画素のうち、前記鋼片の側面から最も離間した画素の位置に基づき、前記表面きずの深さを判定する第3ステップとを実行する、ことを特徴とする表面きずの深さ判定装置としても提供される。 Further, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a one-dimensional array type ultrasonic probe arranged along the side surface of the steel piece and the above-mentioned by an optical cutting method, which is arranged along the side surface of the steel piece. By performing signal processing on the flaw detection signal output from the shape measuring device that measures the shape of the side surface of the steel piece and the one-dimensional array type ultrasonic probe, the direction orthogonal to the longitudinal direction of the steel piece. Based on the shape measurement data obtained by generating a two-dimensional image of the cross section of the steel piece and measuring the shape of the side surface of the steel piece with the shape measuring device, and the generated two-dimensional image, the steel piece The signal processing device includes a signal processing device for determining the depth of surface flaws generated on the side surface, and the signal processing device detects a portion where the shape measurement data is missing and uses the first step as a starting point, and the second step. A second step of specifying a pixel that is located in the depth direction of the steel piece with respect to the starting point and has a density equal to or higher than a predetermined threshold among the pixels constituting the dimensional image, and the second step. The depth of the surface flaw, characterized in that the third step of determining the depth of the surface flaw is executed based on the position of the pixel most distant from the side surface of the steel piece among the pixels identified in. It is also provided as a determination device .
本発明によれば、信号処理装置が実行する第1ステップにより、形状測定データが欠損するほど急峻な形状変化を伴う表面割れのような表面きずを検出可能(表面きずの表層部の位置である起点を検出可能)である。次いで、鋼片に発生する表面割れのような表面きずは鋼片の深さ方向に進展しているので、信号処理装置が実行する第2ステップにより、2次元画像を構成する画素のうち、第1ステップで検出した表面きずに相当する画素を特定することが可能である。最後に、信号処理装置が実行する第3ステップにより、最も離間した画素の位置、すなわち、表面きずの最深部に相当する画素を特定することで、表面きずの深さを精度良く判定することが可能である。 According to the present invention , by the first step executed by the signal processing apparatus, it is possible to detect surface scratches such as surface cracks accompanied by a steep shape change so that the shape measurement data is lost (the position of the surface layer portion of the surface scratches). The starting point can be detected). Next, since surface flaws such as surface cracks generated in the steel pieces are propagated in the depth direction of the steel pieces, the second step among the pixels constituting the two-dimensional image is performed by the second step executed by the signal processing device. It is possible to identify the pixel corresponding to the surface flaw detected in one step. Finally, by the third step executed by the signal processing device, the position of the most distant pixel, that is, the pixel corresponding to the deepest part of the surface flaw is specified, so that the depth of the surface flaw can be accurately determined. It is possible.
好ましくは、前記第2ステップにおいて、前記鋼片の側面からの距離に応じた複数のしきい値を設定し、該複数のしきい値は、前記鋼片の側面から離間するほど小さい。 Preferably, in the second step, a plurality of threshold values are set according to the distance from the side surface of the steel piece, and the plurality of threshold values are small enough to be separated from the side surface of the steel piece.
鋼片に発生する表面割れのような表面きずの探傷信号を2次元画像化した場合、深部になるほど、探傷信号の強度が小さくなる傾向となる。このため、上記の好ましい構成のように、鋼片の側面から離間するほど小さいしきい値を設定することで、表面きずに相当する画素を精度良く特定し、ひいては表面きずの深さを精度良く判定することが可能である。 When a flaw detection signal for surface flaws such as surface cracks generated in a steel piece is imaged in two dimensions, the strength of the flaw detection signal tends to decrease as the depth becomes deeper. Therefore, by setting a threshold value small enough to be separated from the side surface of the steel piece as in the above preferable configuration, the pixel corresponding to the surface flaw can be accurately identified, and the depth of the surface flaw can be accurately identified. It is possible to judge.
本発明によれば、鋼片に発生する比較的急峻な形状変化を伴う表面割れなどの表面きずであっても、その深さを精度良く判定可能である。 According to the present invention, it is possible to accurately determine the depth of a surface flaw such as a surface crack that occurs in a steel piece and is accompanied by a relatively steep shape change.
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
図3は、本発明の一実施形態に係る表面きずの深さ判定装置の概略構成図である。図3(a)は、全体構成図である。図3(b)は、図3(a)の矢符Y方向から見た一次元アレイ型超音波探触子の拡大図である。図3(c)は、図3(a)の矢符Y方向から見た形状測定装置の拡大図である。
図3に示すように、本実施形態に係る表面きず深さ判定装置(以下、適宜、「深さ判定装置」という)100は、一次元アレイ型超音波探触子1と、形状測定装置2と、信号処理装置3とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a surface flaw depth determination device according to an embodiment of the present invention. FIG. 3A is an overall configuration diagram. FIG. 3B is an enlarged view of the one-dimensional array type ultrasonic probe seen from the arrow Y direction of FIG. 3A. FIG. 3 (c) is an enlarged view of the shape measuring device seen from the arrow Y direction of FIG. 3 (a).
As shown in FIG. 3, the surface flaw depth determination device (hereinafter, appropriately referred to as “depth determination device”) 100 according to the present embodiment includes a one-dimensional array type
本実施形態の一次元アレイ型超音波探触子(以下、適宜、「超音波探触子」という)1は、搬送ロールRによって搬送される断面略矩形の鋼片(以下、ビレットという)Bの各側面に沿って4つ配置されている。超音波探触子1は、一方向に配列された複数(例えば64個)の振動子11を具備する。超音波探触子1は、振動子11の配列方向がビレットBの各側面に略平行となるように配置されている。
また、超音波探触子1には、樹脂製のシュー(図示せず)が取り付けられており、シューとビレットBの側面との間に水などの接触媒質が導入される。超音波探触子1から送信された超音波は、シュー及び接触媒質を介して、超音波探触子1に対向するビレットBの側面からビレットBの内部に入射され、ビレットBに存在する欠陥で反射したエコーは、接触媒質及びシューを介して超音波探触子1に受信される。
The one-dimensional array type ultrasonic probe (hereinafter, appropriately referred to as “ultrasonic probe”) 1 of the present embodiment is a steel piece (hereinafter, referred to as a billet) having a substantially rectangular cross section, which is conveyed by the conveying roll R. Four are arranged along each side of the. The
Further, a resin shoe (not shown) is attached to the
本実施形態の形状測定装置2は、ビレットBの各側面に沿って4つ配置されている。形状測定装置2は、ビレットBの側面に沿ってビレットBの長手方向(Y方向)に直交する方向(X方向又はZ方向)に延びるレーザスリット光2Lを照射するレーザ光源(図示せず)と、レーザスリット光2Lを撮像する撮像手段(図示せず)とを備え、光切断法によってビレットBの側面の形状を測定する装置である。
Four
本実施形態の信号処理装置3は、4つの各超音波探触子1からの超音波の送受信や、4つの各形状測定装置2からのレーザスリット光2Lの照射や撮像を制御する。また、信号処理装置3は、4つの各超音波探触子1から出力される探傷信号に対して信号処理を施すことで、ビレットBの長手方向(Y方向)に直交する方向の断面についての2次元画像を生成する。信号処理装置3は、必要に応じて、生成された超音波探触子1毎の2次元画像(計4つの2次元画像)を合成し、ビレットBの一断面全体の全体2次元画像を生成することも可能である。
本実施形態の信号処理装置3は、信号処理として開口合成処理を実施し、2次元画像として開口合成像を生成する。また、本実施形態の信号処理装置3は、全体2次元画像(全体開口合成像)は生成せずに、超音波探触子1毎の4つの開口合成像を個別に用いて、開口合成像毎に後述の判定を行う。
信号処理装置3は、ロールRによってビレットBが長手方向(矢符Yの方向)に搬送されている状態で、長手方向に複数の開口合成像を生成する。具体的には、ビレットBの長手方向に、例えば10mmピッチで、複数の開口合成像を生成する。
The
The
The
信号処理装置3は、パルサー、レシーバー、増幅器、A/D変換器、波形メモリなど、いわゆる探傷器が具備する公知の手段を備えることで上記の超音波の送受信を制御する。また、信号処理装置3は、波形メモリに記憶された探傷信号に対して開口合成処理を施すことで開口合成像を生成する。そして、信号処理装置3は、形状測定装置2によってビレットBの側面の形状を測定することにより得られた形状測定データと、生成した開口合成像とに基づき、ビレットBの側面に生じた表面きずの深さを判定するために、後述の各ステップを実行する所定のプログラムがインストールされている。なお、開口合成処理については、例えば、前述の特許文献2に記載のような公知の内容を適用できるため、ここではその具体的内容の記載を省略する。
The
信号処理装置3は、ビレットBの側面に生じた表面きずの深さを判定するために、以下に述べる第1~第3ステップを実行する。以下、図4を適宜参照しつつ、信号処理装置3が実行する各ステップについて順に説明する。
The
<第1ステップ>
第1ステップでは、信号処理装置3は、4つの各形状測定装置2によってビレットBの各側面の形状を測定することにより得られた形状測定データが欠損している箇所を検出して起点とする。
具体的には、図4(a)に示すように、信号処理装置3は、プロセスコンピュータ(図示せず)から入力された情報に基づき、ビレットBのサイズに応じたコーナー部の標準的な曲率半径rを特定する。次いで、信号処理装置3は、4つの形状測定装置3によって得られた4つの形状測定データを合成した形状測定データに曲率半径rの円(図4(a)に符号rで示す円)を最小二乗法等によってフィッティングし、各円rと各形状測定データとの接点間に位置するビレットBの平坦な側面(きずが無ければ平坦な側面)に相当する部分の形状測定データ(平坦部測定データ)を特定する。最後に、信号処理装置3は、平坦部測定データを基準とする深さ方向の許容領域内(図4(a)に示すハッチングを施した領域)において、形状測定データが存在しない箇所を検出してこれを起点S0とする。
<First step>
In the first step, the
Specifically, as shown in FIG. 4A, the
なお、信号処理装置3は、形状測定装置2によって得られた形状測定データを開口合成像の分解能に合わせてリサンプリングし、開口合成像との位置合わせを行う。本実施形態では、前述のように、ビレットBが長手方向(Y方向)に搬送されている状態で、例えば10mmピッチで複数の開口合成像を生成するため、開口合成像の分解能は、何れの超音波探触子1についても、Y方向が10mm/ボクセルとなる。また、図3のX方向に対向する一対の超音波探触子1について生成される開口合成像の分解能は、振動子11の配列方向(図3のZ方向)の分解能が2.5mm/ボクセルで、超音波の送信方向(X方向)の分解能が0.15mm/ボクセルである。同様に、Z方向に対向する他対の超音波探触子1について生成される開口合成像の分解能は、振動子11の配列方向(X方向)の分解能が2.5mm/ボクセルで、超音波の送信方向(Z方向)の分解能が0.15mm/ボクセルである。信号処理装置3は、上記開口合成像の分解能に合わせて、同じ分解能で形状測定データをリサンプリングし、開口合成像を構成するボクセルとの位置合わせ(X方向、Y方向及びZ方向の位置合わせ)を行う。X方向及びZ方向の位置合わせには、XZ平面内における超音波探触子1と形状測定装置2との幾何学的な位置関係が用いられる。また、Y方向の位置合わせには、Y方向についての超音波探触子1と形状測定装置2との幾何学的な位置関係と、速度センサ(図示せず)によって測定したビレットBの搬送速度が用いられる。一般的に、形状測定装置23によって得られる形状測定データの分解能は、開口合成像の分解能よりも高いので、上記のリサンプリングの際、必要に応じて、形状測定データに級数展開を適用してデータ補間することが望ましい。
The
<第2ステップ>
第2ステップでは、信号処理装置3は、開口合成像を構成する画素(本実施形態では、ビレットBが長手方向に搬送されている状態で開口合成像が生成されるため、開口合成像を構成する画素はボクセルとなる。以下では、開口合成像を構成する画素がボクセルである場合について説明する。)のうち、起点S0に対してビレットBの深さ方向に位置し、且つ、所定のしきい値以上の濃度を有するボクセルを特定する。
具体的には、図4(b)に示すように、信号処理部装置3は、起点S0に対して起点S0の直下に位置する開口合成像の各ボクセルBi(i≧1)の濃度と、予め設定したしきい値とを、ボクセルB1から順に比較し、設定したしきい値以上の濃度を有するボクセルBiを特定する。この際、本実施形態では、ビレットBの側面(起点S0が存在する側面)からの距離に応じた複数のしきい値を設定し、該複数のしきい値は、ビレットBの側面から離間するほど小さいものとされている。
<Second step>
In the second step, the
Specifically, as shown in FIG. 4B, the signal
より具体的には、本実施形態では、2つのしきい値Th1、Th2が設定されており、Th2<Th1となっている。信号処理装置3は、最も起点S0に近いボクセルB1から順に各ボクセルBiの濃度としきい値Th1とを比較し、しきい値Th1以上の濃度を有するボクセルBiを特定する。そして、しきい値Th1以上の濃度を有するボクセルBiが存在しなくなった場合に、しきい値Th1をしきい値Th2に切り替える。信号処理装置3は、しきい値Th1以上の濃度を有し且つビレットBの側面から最も離間した位置にあるボクセルBiよりも下方に位置するボクセルBiについては、各ボクセルBiの濃度としきい値Th2とを比較し、しきい値Th2以上の濃度を有するボクセルBiを特定する。
図4(b)に示す例では、ボクセルB1、B2がしきい値Th1以上の濃度を有し、ボクセルB3、B4がしきい値Th2以上の濃度を有するボクセルとして特定されている。
More specifically, in this embodiment, two threshold values Th1 and Th2 are set, and Th2 <Th1. The
In the example shown in FIG. 4B, voxels B1 and B2 are specified as voxels having a concentration of the threshold value Th1 or more, and voxels B3 and B4 are specified as voxels having a concentration of the threshold value Th2 or more.
<第3ステップ>
第3ステップでは、信号処理装置3は、第2ステップで特定されたボクセルBiのうち、ビレットBの側面から最も離間したボクセルBiの位置に基づき、表面きずの深さを判定する。
具体的には、図4(c)に示す例では、信号処理装置3は、第2ステップで特定されたボクセルB1~B4のうち、ビレットBの側面から最も離間したボクセルB4の位置に基づき、表面きずの深さを判定する。より具体的には、起点S0の座標をボクセルB4の座標に置換することで、図4(c)に太線で示すように、形状測定データを補正し、該補正した形状測定データに基づき、表面きずの深さHを判定する。
<Third step>
In the third step, the
Specifically, in the example shown in FIG. 4C, the
以上に説明した本実施形態に係る深さ判定装置100によれば、信号処理装置3は、光切断法を用いた形状測定装置2によって得られた形状測定データに基づき、ビレットBの側面に生じた表面きずの表層部を精度良く検出可能(表面きずの表層部の位置及び形状を精度良く判定可能)である。また、信号処理装置3は、超音波探触子1から出力される探傷信号を用いて生成した開口合成像に基づき、ビレットBの側面に生じた表面きずの深部を精度良く検出可能(表面きずの深部の位置を精度良く判定可能)である。このため、信号処理装置3は、形状測定データに基づき検出した表面きず(表面きずの表層部)の近傍における形状測定データ(形状測定データのうち、表面きずの表層部近傍に位置する部分のデータ)に基づき、表面きずの表層部の深さを判定することが可能である。また、検出した表面きずの近傍における開口合成像の濃度(開口合成像を構成するボクセルのうち、表面きずの表層部近傍に位置する画素の濃度)に基づき、表面きずの深部の深さを判定することが可能である。すなわち、所定のしきい値Th1、Th2以上の濃度を有するボクセルは、表面きずに相当する画素であると考えることができるため、この表面きずに相当するボクセルに基づき、表面きずの深部の深さを判定することが可能である。
したがい、前述のように補正した形状測定データに基づき(換言すれば、形状測定データに基づき判定した表面きずの表層部の深さと、開口合成像の濃度に基づき判定した表面きずの深部の深さとを加味することで)、表面きずの深さHを精度良く判定可能である。
According to the
Therefore, based on the shape measurement data corrected as described above (in other words, the depth of the surface layer portion of the surface flaw determined based on the shape measurement data, and the depth of the surface flaw determined based on the density of the aperture synthesis image). The depth H of the surface flaw can be accurately determined.
1・・・一次元アレイ型超音波探触子
2・・・形状測定装置
3・・・信号処理装置
100・・・表面きずの深さ判定装置
B・・・ビレット(鋼片)
1 ... One-dimensional array type
Claims (3)
前記鋼片の側面に沿って配置され、光切断法によって前記鋼片の側面の形状を測定する形状測定装置と、
前記鋼片の搬送速度を測定する速度センサと、
前記一次元アレイ型超音波探触子から出力される探傷信号に対して信号処理を施すことで、前記鋼片の長手方向に直交する方向の断面についての2次元画像を生成し、前記形状測定装置によって前記鋼片の側面の形状を測定することにより得られた形状測定データと、前記生成した2次元画像との位置合わせを、前記一次元アレイ型超音波探触子と前記形状測定装置との幾何学的な位置関係と、前記速度センサによって測定した前記鋼片の搬送速度とに基づき行う信号処理装置と、を備え、
前記信号処理装置は、前記形状測定データに基づき、前記鋼片の側面に生じた表面きずを検出し、前記形状測定データと前記2次元画像とに基づき、前記検出した表面きずの深さを判定する、
ことを特徴とする表面きずの深さ判定装置。 A one-dimensional array type ultrasonic probe placed along the side surface of a piece of steel transported in the longitudinal direction ,
A shape measuring device arranged along the side surface of the steel piece and measuring the shape of the side surface of the steel piece by an optical cutting method.
A speed sensor that measures the transport speed of the steel pieces and
By applying signal processing to the flaw detection signal output from the one-dimensional array type ultrasonic probe, a two-dimensional image of a cross section in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the steel piece is generated, and the shape measurement is performed. The one-dimensional array type ultrasonic probe and the shape measuring device are used to align the shape measurement data obtained by measuring the shape of the side surface of the steel piece with the device and the generated two-dimensional image. A signal processing device based on the geometrical positional relationship of the steel piece and the transport speed of the steel piece measured by the speed sensor.
The signal processing device detects surface flaws generated on the side surface of the steel piece based on the shape measurement data, and determines the depth of the detected surface flaws based on the shape measurement data and the two-dimensional image. do,
A device for determining the depth of surface flaws.
前記鋼片の側面に沿って配置され、光切断法によって前記鋼片の側面の形状を測定する形状測定装置と、
前記一次元アレイ型超音波探触子から出力される探傷信号に対して信号処理を施すことで、前記鋼片の長手方向に直交する方向の断面についての2次元画像を生成し、前記形状測定装置によって前記鋼片の側面の形状を測定することにより得られた形状測定データと、前記生成した2次元画像とに基づき、前記鋼片の側面に生じた表面きずの深さを判定する信号処理装置と、を備え、
前記信号処理装置は、
前記形状測定データが欠損している箇所を検出して起点とする第1ステップと、
前記2次元画像を構成する画素のうち、前記起点に対して前記鋼片の深さ方向に位置し、且つ、所定のしきい値以上の濃度を有する画素を特定する第2ステップと、
前記第2ステップで特定された画素のうち、前記鋼片の側面から最も離間した画素の位置に基づき、前記表面きずの深さを判定する第3ステップとを実行する、
ことを特徴とする表面きずの深さ判定装置。 A one-dimensional array type ultrasonic probe placed along the side surface of the steel piece,
A shape measuring device arranged along the side surface of the steel piece and measuring the shape of the side surface of the steel piece by an optical cutting method.
By applying signal processing to the flaw detection signal output from the one-dimensional array type ultrasonic probe, a two-dimensional image of a cross section in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the steel piece is generated, and the shape measurement is performed. Signal processing to determine the depth of surface flaws on the side surface of the steel piece based on the shape measurement data obtained by measuring the shape of the side surface of the steel piece with an apparatus and the generated two-dimensional image. Equipped with equipment,
The signal processing device is
The first step of detecting a place where the shape measurement data is missing and using it as a starting point,
A second step of identifying pixels constituting the two-dimensional image, which are located in the depth direction of the steel piece with respect to the starting point and have a density equal to or higher than a predetermined threshold value.
Among the pixels specified in the second step, the third step of determining the depth of the surface flaw is executed based on the position of the pixel farthest from the side surface of the steel piece.
A device for determining the depth of surface flaws.
ことを特徴とする請求項2に記載の表面きずの深さ判定装置。 In the second step, a plurality of threshold values are set according to the distance from the side surface of the steel piece, and the plurality of threshold values are small enough to be separated from the side surface of the steel piece.
The device for determining the depth of surface flaws according to claim 2.
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