JPH06258294A - 超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属板の全面を探傷可能な超音波探傷装置を
提供する。 【構成】 金属板Ａの一方のエッジ部に配置するタイヤ
型板波アレイ探触子１と金属板Ａの両エッジ部に配置す
るタイヤ型垂直アレイ探触子２，２とを有し、タイヤ型
板波アレイ探触子１には板波アレイ探傷器３が、タイヤ
型垂直アレイ探触子２，２には垂直アレイ探傷器４，４
が、それぞれ接続されている。板波アレイ探傷器３及び
垂直アレイ探傷器４，４へ入力された金属板Ａからの超
音波の反射信号は、それぞれコンパレータ５へ入力さ
れ、しきい値以上の信号が存在する場合に欠陥があると
判断される。また前記反射信号は探傷画像表示器６へも
入力され、金属板Ａの検査結果を２次元平面図として表
示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属板用の超音波探傷装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属板の製造ラインで超音波オンライン
探傷を行い、金属板表面及び内部の欠陥を検出する場
合、板波探触子を用いた板波探傷法または垂直探触子を
用いた垂直探傷法が用いられている。

【０００３】板波探傷法は熱延鋼板及び冷延鋼板といっ
た板厚が比較的薄い金属板に対して行われ、オンライン
探傷では主としてタイヤ探触子が用いられる。図９はタ
イヤ探触子22の縦断面図であり、タイヤ探触子22は長手
方向に搬送される金属板Ａの幅方向に設けた固定軸16の
外側にベアリングを介して回転可能なゴムタイヤ14を取
り付け、該ゴムタイヤ14内に接触触媒15を充填し、固定
軸16にに板波探触子20を設けたものである。

【０００４】タイヤ探触子22内の板波探触子20と金属板
Ａとは、ゴムタイヤ14内の接触触媒15、ゴムタイヤ14及
び金属板Ａ上に塗布してある接触触媒15を介して音響的
接触が行われる。板波探触子20は金属板Ａの幅方向へ所
定の入射角で超音波を入射するように傾斜させて取付け
てある。

【０００５】板波探傷法ではタイヤ探触子22を金属板Ａ
のエッジ部に転接させ、金属板搬送方向と直交する方向
に超音波を伝播させる。板波探触子20から送信された超
音波は金属板Ａに入射後、超音波入射角、金属板厚み及
び超音波周波数に応じた振動モードの板波超音波となり
金属板中を伝播する。そして該板波の欠陥による反射エ
コーを、前記固定軸16に設けられている板波探触子20に
て受信し欠陥が検出される。

【０００６】また垂直探傷法は、各探傷位置で金属板Ａ
に対して垂直に超音波ビームを送信した後に受信される
金属板Ａからの反射信号を用いて欠陥を検出する。図10
は垂直探傷法を示す模式図である。図10に示す如く垂直
探傷法では通常、超音波が金属板Ａの板厚の1/2 の箇所
に集束するように機械的に曲面加工した、またはエポキ
シ樹脂などで凹レンズ状に加工した音響レンズを備えた
垂直探触子21を用いて金属板Ａに超音波を送信し、その
反射エコーに基づいて欠陥の検出が行われる。該垂直探
傷法においては超音波ビームを小さく絞っているため、
微小な欠陥まで検出できると同時に、欠陥の寸法・形状
を精度良く検出できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記板波探傷法におい
ては、タイヤ内の板波探触子から送信された超音波が金
属板に入射後、金属板内を板波超音波として伝播する
が、板波探触子から送信された超音波はタイヤ内の接触
媒質とタイヤとの界面もしくはタイヤと金属板との界面
にてその一部が反射し、タイヤ内で乱反射を起こす。

【０００８】従って金属板に入射した板波超音波を受信
する場合、前記乱反射信号がノイズとなり、該ノイズに
よりタイヤ探触子が転接されている近傍の欠陥からの反
射信号の検出が妨害され、欠陥検出が困難となる不感帯
が生じる。また金属板中を伝播する板波は伝播速度の異
なる複数の振動モードから構成されているため、各振動
モードによって金属板のエッジからの反射波がタイヤ内
の探触子に受信されるまでの時間が異なる。このためエ
ッジからの反射信号が幅広いものとなり、該エッジ反射
信号によってエッジ近傍の欠陥からの反射信号の検出が
妨害されるため、タイヤ探触子が転接されていない側の
エッジ部においても不感帯が生じる。

【０００９】図11はタイヤ探触子の不感帯を無くするた
めの従来の方法を示す平面図である。タイヤ探触子22,2
2 の近傍における不感帯を無くすため、２個のタイヤ探
触子22,22 を金属板Ａの中央部に転接し、一方のタイヤ
探触子22近傍の不感帯を他方のタイヤ探触子22の探傷範
囲とするような工夫がなされている。この場合、タイヤ
探触子22,22 近傍の不感帯の探傷は可能になるが、金属
板Ａの両エッジ部の不感帯は依然として存在する。また
板波探傷法の場合、欠陥の検出能力は金属板Ａの長手方
向と板厚方向とで定められる平面内に存在する欠陥の断
面積に大きく依存する。

【００１０】このため板長手方向及び板厚方向に大きな
寸法を有していない欠陥（例えば点在する非鉄金属介在
物等）の場合は欠陥の検出が困難である。また垂直探傷
法においては、通常超音波が金属板Ａの厚みの1/2 の箇
所に集束するように調整して探傷を行うため、微小な欠
陥まで検出できると同時に欠陥の寸法・形状を精度良く
検出できるが、金属板Ａ全面の探傷を実行する場合は、
探傷時に垂直探触子21を矢符で示すように幅方向に走査
させる必要がある。

【００１１】図12は垂直探傷時の探傷経路を破線で示す
平面図であり、白抜矢符方向が金属板Ａの搬送方向であ
る。図12で示すように金属板Ａは白抜矢符方向に搬送さ
れているので、探傷経路が見かけ上ジグザグ状となり、
金属板Ａの全面を探傷して微小な欠陥まで検出するため
には該ジグザグ状の探傷経路の探傷間隔Ｘを小さくする
と同時に探傷幅Ｙを大きくする必要がある。しかし金属
板Ａの搬送速度が一般に200 〜400mpmと速く、また金属
板Ａの幅が１〜1.8 ｍと幅広いため、垂直探触子21を高
速で走査する必要がある。

【００１２】垂直探触子21の機械的走査速度には限界が
あるため、金属板Ａの寸法及び搬送速度が前述のような
場合、金属板Ａの全面探傷を行うには数十個以上の垂直
探触子21を使用する必要がある。しかし垂直探触子21の
数に応じた走査機構、探傷器及び欠陥判定装置等が必要
であり、装置の大型化及び高コスト化といった問題が生
じる。また各垂直探触子21ごとに感度校正作業を行う必
要があり、作業能率の低下も問題となる。

【００１３】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、金属板の中央部を板波探傷法により探傷し、板
波探傷法で探傷できない金属板の両エッジ部の不感帯を
垂直探傷法で探傷することにより金属板の全面探傷が可
能である超音波探傷装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る超音波探傷
装置は、超音波の送受信を行う超音波探触子から超音波
を送信し、金属板内部の欠陥から反射される超音波を超
音波探触子にて受信し、受信した反射超音波に基づき、
前記金属板の欠陥を検出する超音波探傷装置において、
超音波を送受信して金属板の中央部を探傷すべく配置さ
れている板波探触子と、金属板のエッジ部を探傷すべく
配置されている垂直探触子とを備えることを特徴とす
る。

【００１５】

【作用】金属板の中央部はタイヤ型板波アレイ探触子で
探傷し、金属板のエッジ部はタイヤ型垂直アレイ探触子
で探傷する。このためタイヤ型板波アレイ探触子の不感
帯である金属板のエッジ部をタイヤ型垂直アレイ探触子
により探傷できるので金属板の全面探傷が可能になる。

【００１６】

【実施例】以下本発明装置を、その実施例を示す図面に
基づいて説明する。図１は本発明装置の配置図とともに
示すブロック図、図２はタイヤ型板波アレイ探触子の縦
断面図、図３は本発明の超音波探傷装置全体のブロック
図、図４はタイヤ型垂直アレイ探触子の縦断面図をそれ
ぞれ表している。

【００１７】図１，図２において、１はタイヤ型板波ア
レイ探触子である。図２に示す如くタイヤ型板波アレイ
探触子は白抜矢符で示す長手方向に搬送されている金属
板Ａの幅方向に設けた固定軸16の外側にベアリングを介
して回転可能なゴムタイヤ14を取り付け、該ゴムタイヤ
14内に接触触媒15を充填し、固定軸16に複数の超音波送
受信素子18,18 …を並設してなる板波アレイ探触子17を
設けたものである。

【００１８】タイヤ型板波アレイ探触子は金属板Ａの一
方のエッジ部に転接され、板波アレイ探触子17と金属板
Ａとはゴムタイヤ14内の接触触媒15、ゴムタイヤ14及び
金属板Ａ上に塗布してある接触触媒15を介して音響的接
触が行われる。超音波送受信素子18,18 …は図３に示す
板波アレイ探傷器３のパルサー駆動タイミングコントロ
ーラ8aにて駆動タイミングを制御されているパルサー
７，７…からのパルスにより励振され、ゴムタイヤ14内
の接触触媒15を通して所定の角度に偏向された超音波を
金属板Ａの他方のエッジ部へ向けて入射する。

【００１９】金属板Ａの幅方向へ入射された超音波は金
属板Ａ内部の欠陥または金属板Ａのエッジ部にて反射し
た後、各超音波送受信素子18,18 …にて受信される。各
超音波送受信素子18,18 …にて受信された反射信号はア
ンプ９，９…で増幅された後、遅延器10,10 …により超
音波入射角に応じた遅延が施され、その後加算器11にて
加算されて１つの超音波受信信号となる。

【００２０】更に板波の伝播距離による減衰をDAC （Ｄ
istance Ａmplitude Ｃompensation ）回路12を用いて
補正した後、ゲート回路13により必要な信号部分のみを
取り出す。ゲート回路13から出力された信号はコンパレ
ータ５へ入力され、しきい値以上の信号が存在する場合
に欠陥があると判定される。また板波アレイ探傷器３か
らの信号は同時に探傷画像表示器６へ入力され、金属板
Ａの検査結果が２次元平面図として表示させる。

【００２１】なお中央部の板波探傷には、板波アレイ探
触子17に替えて従来用いられている板波探触子20を使用
して板波探傷を行ってもよい。また図１において、２は
タイヤ型垂直アレイ探触子であり、図４に示す如くゴム
タイヤ14内の固定軸16に取り付けられた垂直アレイ探触
子19の外側に、ベアリングを介して回転可能なゴムタイ
ヤ14を取り付け、ゴムタイヤ14内に接触触媒15を充填し
た構造となっている。

【００２２】タイヤ型垂直アレイ探触子２，２は金属板
Ａの両エッジ部を探傷範囲とするように配置される。垂
直アレイ探触子19と金属板Ａとはゴムタイヤ14内の接触
触媒15，ゴムタイヤ14及び金属板Ａ上に塗布してある接
触触媒15を介して音響的接触が行われる。

【００２３】垂直アレイ探触子19は多数の超音波送受信
素子18,18 …から構成されており、超音波送受信素子1
8,18 …は図３に示す垂直アレイ探傷器４のパルサー駆
動タイミングコントローラ8bにより順次駆動されるパル
サー７によって励振される。垂直アレイ探触子19を構成
する全素子のうち、鋼板中の所定深さの位置に集束され
た超音波ビームの送受信動作を行うことを選択された所
定数の素子群20を電子的に順次切り替えることにより、
鋼板上での探傷位置を板幅方向へ移動させる。超音波ビ
ームの板幅方向への集束はパルサー駆動タイミングコン
トローラ8b及び受信回路中の遅延器10により行う。又、
金属板搬送方向への超音波の集束は各素子に対し機械的
な曲面加工を施し、実施している。

【００２４】超音波送受信素子18,18 …にて受信された
反射信号はアンプ９，９…を介して増幅された後、遅延
器10,10 …により超音波の集束位置に応じた遅延が施さ
れ、その後加算器11にて加算されて１つの超音波受信信
号となる。

【００２５】ゲート回路13により加算器11にて加算後の
超音波受信信号から必要な信号部分のみを取り出す。垂
直アレイ探傷器４のゲート回路13から出力された信号は
コンパレータ５へ入力され、しきい値以上の信号が存在
する場合に欠陥があると判定される。また垂直アレイ探
傷器４からの信号は同時に探傷画像表示器６へ入力さ
れ、金属板Ａの検査結果が２次元平面図として表示され
る。

【００２６】板波探傷法及び垂直探傷法においては、夫
々の探触子１，２と金属板Ａとの音響的接触に使用する
接触触媒15の使用が問題にならない場合は噴流水浸探傷
方式または溢水水浸探傷方式を用いて探傷を行ってもよ
い。

【００２７】図５は噴流水浸探傷方式での探触子周りを
示す模式的立断面図、図６は溢水水浸探傷方式での探触
子周りを示す模式的立断面図である。図５に示す如く噴
流水浸探傷方式では接触触媒15を噴出するノズル24の奥
部に探触子23を設け、接触触媒15を層流またはそれに近
い状態にして金属板Ａに噴射して探傷を実行する。

【００２８】また図６に示す如く溢水水浸探傷方式は適
量の接触触媒15を貯溜する探触子カプセル24の底部から
接触触媒15を供給して上部から溢水させた状態としてこ
こに金属板Ａを接触させ、底部に設けた探触子23から超
音波を発せしめて探傷を実行する。

【００２９】図７は本発明装置での探傷領域を示す平面
図を表わし、白抜矢符方向が金属板Ａの搬送方向であ
る。図７に示す如く、金属板Ａの中央部はタイヤ型板波
アレイ探触子１が探傷し、金属板Ａのタイヤ型板波アレ
イ探触子１では探傷不可能な金属板Ａの両エッジ部はタ
イヤ型垂直アレイ探触子２，２が探傷するので金属板全
域の探傷が可能である。しかもタイヤ型垂直アレイ探触
子２，２を用いた場合は、電子的走査により金属板Ａの
面的探傷を行うため、ゴムタイヤ14,14 自体を機械的に
走査させる必要がなく、高速且つ高精度な探傷が可能で
あり、また安価に構成できる。

【００３０】図８は本発明装置を用いた場合の探傷結果
例を示す平面図である。図８に示す如く金属板Ａ中央部
の約1000mmを板波探傷で、また金属板Ａの両エッジ部20
0mmを垂直探傷でそれぞれ探傷しているため、金属板Ａ
の両エッジ部における欠陥Ｄも確実に探傷でき、金属板
Ａの全面探傷が可能となる。

【００３１】

【発明の効果】以上の如く本発明装置においては、板波
探傷法と垂直探傷法とを併用して、金属板の中央部を板
波探傷で探傷し、金属板の両エッジ部を垂直探傷で探傷
するようにしたので金属板の全面探傷が可能である。ま
た機械的走査なしに全面探傷できるので安価に構成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の配置図とともに示すブロック図で
ある。

【図２】タイヤ型板波アレイ探触子の縦断面図である。

【図３】本発明の超音波探傷装置全体のブロック図であ
る。

【図４】タイヤ型垂直アレイ探触子の縦断面図である。

【図５】噴流水浸探傷方式での探傷方法を示す模式的立
断面図である。

【図６】溢水水浸探傷方式での探傷方法を示す模式的立
断面図である。

【図７】本発明装置での探傷方法を示す平面図である。

【図８】本発明装置を用いた場合の探傷結果例を示す平
面図である。

【図９】タイヤ探触子の縦断面図である。

【図１０】垂直探傷法を示す模式図である。

【図１１】タイヤ探触子の不感帯を無くすための従来の
方法を示す平面図である。

【図１２】垂直探傷時の探傷経路を示す平面図である。

【符号の説明】

１ タイヤ型板波アレイ探触子 ２ タイヤ型垂直アレイ探触子 ３ 板波アレイ探傷器 ４ 垂直アレイ探傷器 ５ コンパレータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波の送受信を行う超音波探触子から
   超音波を送信し、金属板内部の欠陥から反射される超音
   波を超音波探触子にて受信し、受信した反射超音波に基
   づき、前記金属板の欠陥を検出する超音波探傷装置にお
   いて、超音波を送受信して金属板の中央部を探傷すべく
   配置されている板波探触子と、金属板のエッジ部を探傷
   すべく配置されている垂直探触子とを備えることを特徴
   とする超音波探傷装置。