JPS58204356A - 金属物体表面探傷方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属物体表面探傷方法に係り、特に、連続鋳
造スラブ等の走行中の島温鋼材の表面欠陥をオンライン
で検出する際に用いるのに好適な、走行中の被検体の表
面に外部から光を照射し、被検体表面による反射光を受
光して、被検体の表面欠陥を検出するようにした金属物
体表面探傷方法の改良に関する。

搬送ラインを走行中の被検体の表面に外部から光を照射
し、被検体表面による反射光を受光して、被検体の表面
欠陥を検出するようにした光学的表面探傷方法が知られ
ている。この光学的表面探傷ｈ？ｉは、例えば第１図に
示す如く、被検体１０の走行ライン上方の、被検体直上
方向に配置した投光器１２から被検体１０表面に扇状の
外部光或いは飛点走査される外部光を照射し、同じく被
検体走行ラインの被検体直上方向に配置した受光器１４
により受光される反射光の諸物連層の変化（光蓋変化又
は回折パターン等）から、被検体１０の表面欠陥を検出
づるものである。例えば、前記投光器１２としてレーザ
光源を用いた場合には、スポット状の光点を飛点走査方
式で被検体１０の幅す向に走査し、被検体］０がらの反
射光を光電子増倍管やシリコンノオトセル等からなる受
光器１４−Ｃ−受光して、各点の光量変化から、欠陥部
の幅方向位置を検出する。又、前記投光器１２として白
色光の棒状光源を用いた場合には、被検体１０からの反
射光を、−次元イメージしン普すからなる受光器１４で
飛点走査方式により一点く一画素）ずつ順に受光する。

このような光学的表面探傷方法によれば、走行中の被検
体１０の表面欠陥を非接触でオンライン測定できるとい
う特徴を有するが、従来は、雑音信号を欠陥信号と誤認
し、誤検出の頻度が＾く、１；１ 実用上の障害となっていた。又、□被検体１０としＣ１
例えば冷閲斤延鋼板等の常温被検体が主として対鍮とさ
れており、連続綽造スフプ等のような高温材の表面探傷
にそのまま用いることは、耐熱性等の点で問題があった
。更に、回転ミラ一部等、複雑な機構を有し、装置全体
の耐熱対策及び調整が非常に繁雑であった。

本発明は、前記従来の欠点を解消りるべくなされたもの
で、走行中の被検体の表面欠陥を、格段に＾いＳ／Ｎ比
で精度良く検出することができ、しかも、投光器や受光
器の耐熱対策が容易な金属物体表面深傷方沫を提供する
ことを目的とづる。

本発明は、走行中の被検体の表面に外部がら光を照射し
、被検体表面による反射光を受光して、被検体の表面欠
陥を検出するようにした金属物体表面像一方法において
、被検体走行ライン側方の、被検体走行方向と直交する
斜め方向に配置した投光器から、被検体表面の法線と照
射光入射方向とのなす角度が１５度〜５５度となるよう
に、被検体表面に所定偏光面を有する外部光又は偏光特
性を有しない外部光を照１し、被検体走行ラインの投光
器と同−側或いは反対側の側すに配置した散乱反射光受
光器により受光される、照射光入射方向或いは正反射方
向となす角度が２０度以内の散乱反射光又はその所定偏
光成分の変化と、被検体走行ラインの投光器と反対側の
側方に配置した正反側光受光器により受光される正反射
光又はその所定偏光成分の変化から、被検体の表面欠陥
を検出するようにして、前記目的を達成したものである
。

以を本発明の詳細な説明する。

本発明は、前出第１図に示したような、投光器１２によ
り走行中の被検体１０の表面に外部から光を照射し、被
検体１０の表面による反射光を受光器１４により受光し
て、被検体１０の表面欠陥を検出するようにした表面探
傷方法において、発明者等が、投光１１２による照射光
入射方向と、受光器１４による反射光受光方向とを種々
変えて最適な位置関係について実験した結果に基づいて
なされたものである。

即ち、投光器１２を、被検体走行ライン側方の、被検体
走行方向と、直交する斜め方向に配置し、被検体表面の
法線と照射光入射方向とのなす角度θ１を変化させて、
被検体走行ラインの投光器１２と同一側の側方に配置し
た受光器１４により、照躬光人射り向となす角度θ２が
１０度の散乱反射光を受光し、これから被検体１０の表
面欠陥を検出したところ、欠陥（主として縦割れ）信号
のＳ　’Ｎ比は、第２図に実線Ａで示す如くとなった。

図から明らかな如く、角度θ１が１５度−５５度の範囲
内にある場合には、欠陥信号のＳ／Ｎ比が、実用上欠陥
信号を弁別し得る水準であるＳ　、／　Ｎ比２．０以上
となり、精度の高い欠陥検出が可能である。

又、投光器１２による照射光入射方向と被検体表面の法
線とのなす角度θ１を４５１１に固定して、前記受光器
１４による散乱反射光受光方向と前記投光器１２による
照射光入射方向とのなす角度θ２を変化させ、散乱反射
光から検出される欠陥信号のＳ／Ｎ比の変化状態を調べ
たところ、第３図に示すような結果が得られた。図から
明らかな如く、角度θ２が±２０度以内であれば、欠陥
信号のＳ　、／　Ｎ比は２．０以上であり、１度の高い
欠陥検出が可能である。

更に、投光器１２を、岡じく被検体走行ライン側方の、
被検体走行す向と直交する斜め方向に配置し、被検体表
面の法線と照射光入射方向とのなす角度θ１を変化させ
て、被検体走行ラインの投光器１２と反対側の側りの、
被検体表面の法線と反射光受光り向とのなす角度が前記
角度θ１と等しい正反射光受光位置に配置した受光１１
４により正反射光を受光し、これから被検体１ｏの表面
欠陥を検出したところ、欠陥信号のＳ、Ｎ比は、第４図
に実Ｉｔ　Ａ　ｃ″示す如くとなった。図から明らかな
如く、正反射光から求めた欠陥信号に関しても、前記の
散乱反射光から求めた欠陥信号と同様に、角度θ１が１
５度へ一５５度の範囲内であれば、Ｓ／Ｎ比２．０以上
となり、精度の＾い欠陥検出が可能である。

又、投光器１２による照射光入射方向を、ライン側方の
斜め方向とした場合に龜、第５図（Ａ）に示す如く、縦
削れ１０ａの胸部からの正反射光に近い反射光が強調さ
れて散乱反射光となり、又、縦割れ１０ａによる正反射
光の減表串も強調されるので、このように、投光器１２
をライン側方の斜め上方に置く方法は、特に走行方向と
平行な縦割れの検出に対して有効である。又、被検体１
゜からの垂直距離が小さい状態でも、耐熱対策が容秘で
ある。更に、投光器と反射点の距離を大きくとる必要が
なく、現場に多い埃の影響に拘わらず、を分な光が反射
点に到達する。

尚、前記角度θ、をあまり小さくすると、投光視野の遠
近感が強調され、焦点合せ及び信号処理の際のアドレス
付けに支障をもたらすことがある。

−ｈ、角度θ１が人であるほど、被検体１ｏの上下動の
影響は受けにくくなるものの、被検体１゜の土面に近く
なるので、特に高温材の耐熱の面では不利となる。又、
被検体１ｏの下面を反転せずに検査する場合には投光器
１２を配設するためのビットの深さを大き≦する必要も
生じる。従って、［述の如き、１５度二５５度の範囲内
が好ましく、特に、実用上は、２０度〜５０度の範囲が
より有効である。

更に、被検体１０のＬ面に、第５図（Ａ）に示す如く、
縦割れ１０ａとスケール１１等の疑似欠陥信号発生源が
存在した場合、散乱反射光受光器によって受光される受
光信号は、第５図（Ｂ）に示す如くとなるのに対し、正
反射光受光器によって受光される受光信号は、第５図（
Ｃ）に示ケ如くとなるので、両者の出力信号を比較する
ことによって、スケール等の疑似欠陥信号発生源に影響
されない、精度の良い表面欠陥の検出が可能である。第
５図（Ｂ）、（Ｃ）において、ピ　り８は疑似欠陥信号
、ビークＣは欠陥信号である。

又、前記のような角度範囲において、偏光条件を適正に
設定した場合、欠陥信号のＳ　、／　Ｎ比は、更に向上
した。即ち、前記投光器１２により照射される照射光を
直線偏光とし、その偏光面を調整して、被検体１０表面
上の棒状（帯状）視野の短辺に平行、即ち、被検体１０
の走行方向に平行な偏光面を持つ外部光とし、被検体１
０からの反射光を受光する際に、やはり該偏光面の光の
みを受光器１４に入力するようにしたところ、前記と同
様な角度条件において、そのＳ／Ｎ比は、第２図、第４
図に実Ｉ！ＩＤ′ｃ−示ス如り、又、Ｍ５Ｖ　（Ｄ）、
（Ｅ）に示す如く格段に向上した。尚、偏光条件は、前
記例に限定されず、例えば入射偏光面と直交する散乱偏
光面の光のみを受光するようにした場合でも、同様の効
采が得られた。

本発明は、上記のような知見に基いてなされたものであ
る。

以下図面を参照して、本発明に係る金属物体表面探傷り
法が採用された連続鋳造スラブの表面探＊＠Ｈの実施例
を詳細に説明する。

本実施例は、第６図に示す如く、連続鋳造スラブ２０の
走行ライン側方のスラブ走行方向と直交する斜め方向に
配置された、連続鋳造スラブ２０表面の法線と照射光入
射方向とのなす角度θ、が、１５度〜５５度となるよう
に、連続鋳造スラブ２０の表面に一線偏光特性を有する
外部光を照射ｆるためのレーザ光＃２２と、該レーザ光
８２２から発振されたレーザ光の偏光面を所定偏光面、
例えば、連続鋳造スラブ２０の棒状（帯状）視野の短辺
に平行（即ち連続鋳造スラブ２０の走行方向に平行）な
偏光面を持つレーザ光２２ａとするための偏光面回転子
２４と、該偏光面回転子２４出力の所定偏光面を有ダる
レーザ光２２ａを、連続鋳造スラブ２０上の必要視野幅
まで帯状に広げるためのシリンドリカルレンズ２６と、
スラブ走行ラインの前記レーザ光源２２と同一側の側方
に配置された、照射先入側り向となす角度θ２が２０度
以内の散乱反射光の、照射光と同一偏光面の光の成分を
受光するための、１個又は複数個の偏光ノーイルタ２８
が装着された散乱反射光受光カメラ３０ど、スラブ走行
ラインの前記レーザ光源２２と反対側の側方の、連ｖｔ
ｖＩ造スラブ２０表面の法線と反射光受光方向とのなす
角度が前記角度θ１と等しい正反射光受光位置に配置さ
れた、正反射光の、照射光と同−ｍ−光面の光の成分を
受光するための、１個又は複数個の偏光フィルタ３２・
１１ が装着された正反射光受光カメラ３４と、前記散乱反射
光受光カメラ３０出力の敗乱反銅光信号を処理するため
の散乱反射光信号処理回路３６と、前記正反射光受光カ
メラ３４出力の正反射光信号を１６理するための正反射
光信号処理回路３８と、前記散乱反射光信号処理回路３
６と正反射光信号処理回路３８の出力を比較して、スケ
ール等による疑似欠陥信号が除去された欠陥信号のみを
出力するための比較回路４０とから構成され（いる。

１６図において、４２．４４は、ぞれぞれ散乱反射光受
光カメラ３０及び正反射光受光７Ｊメラ３４の受光部に
配設された、シー１ｆ光源２２から照射されｔこレーザ
光２２ａの使用波長域のみを通過ざＵることによつ【、
連続鋳造スラブ２０の自発光１ネルギの影響を除去し、
検出精度を高めるための干渉フィルタである。

ｔＪ記レーザ光源２２としては、例えば出′ｈ５Ｗのフ
ルボンレーザを用いることができる。一般に、Ｊ［物体
を被検体とした場合、被検体の自発光１ネルギは、赤外
及び可視の長波長側に強い１ネル□ ギ成分を持つので、反射光を受光して欠陥信号を得る場
合には、なるべく自発光成分の少ない短波長の光を投射
した方が有利である。アルゴンレーハ。

プ１よ、Ｉ７＆＾出り成分の波長が５００ｍｎ＋近傍の
波長を持′〕ので、連続鋳造スラブの五うな＾謳綱材の
自発光成分の比較的弱い波長１４に該当し、且つ、この
種のレーずは、連続して比較的強い出力が得られるので
、表面探自の光源どしては有効ぐある６前記散乱反躬光
受光ノｊメラ３０及び正反射光受光カメラ３４としては
、例えば１４１結合デバイスを用いた電子走査型イメー
ジセンサが焦点面に配設されたものを用いることが（゛
きる。各受光７Ｊメラのレンズは、被検体−受光カメラ
間距離、帯状投光面の幅等により、最適な口径に選定さ
れている。今、２０４８素子のセンナを用いて視野幅１
１を検査づる場合、その幾何学的分解能は約Ｑ、５ｍｍ
となる。

前記レーザ光源２２、偏光面回転子２４、シリンドリカ
ルレンズ２６等を含む投光装置、前記−光フィルタ２８
、散乱反射光受光カメラ３０．干渉フィルタ４２等を含
む散乱反射光受光装置、前記偏光フィルタ３２、正反射
光受光カメラ３４、干渉フィルタ４４等を含む正反射光
受光装置は、いずれも、連続鋳造スラブ２０の斜め方向
に十分大きい跪離を保って配置され、且つ、良時間連続
使用可能なように、気体或いは液体による耐熱対画が施
されＣいる。

以ト作用を説明する。

表面温度５００℃以上の連続鋳造スラブ２０は、輪造ラ
インを矢印Ｅの方向にほぼ一定の速度で走行し【おり、
少なくとも被検面が平坦とみなし得る状態となっている
。レーザ光源２２から発振されｌこレーザ光２２ａは、
偏光面回転子２４により偏光面が所定−光面とされた後
、シリンドリカルレンズ２６により帯状に連続鋳造スラ
ブ２０上に投光される。連続鋳造スラブ２０の被検面に
よつ（反射されたレーザ光は、それぞれ干渉フィルタ４
２及び偏光フィルタ２８、干渉フィルタ４４及び―光フ
ィルタ３２を介して散乱反射光受光カメラ３０及び正反
射光受光カメラ３４に入射し、帯状光の像か、各受光カ
メラ３０．３４の焦点面に一次元情報として入力され、
各信号処理回路３６．３８で欠陥信号化された後、比較
回路４０で、各欠陥信号の被検体幅方向アドレスも考慮
して、疑似欠陥信号が除去され、実正の欠陥信号のみが
出ツノされる。

本実施例においＣは、投光器とし−（、レーザ光ｆｉ２
２を用いているので、レーザ光ａ！２２及びシリンドリ
カルレンズ２６の部分と、高温材ぐある連続鋳造スラブ
２０とのバスラｒンの距離　及び、連続鋳造スラブ２０
と各受光カメラ３ｏ、３４とのパスラインの距離を大き
くとることが可能であり、耐熱対策上一層有利である。

即ら、レーザ光は、強い指向性を持ってＪ３す、そのビ
ームが非常に小さく、エネルギ密度が極めて＾いため、
距離に対する減衰がほとんど無く、シリンドリカルレン
ズ２６で横に広げ−Ｃも、十分に高いエネルギ密度が得
られる。又、レーザ光の特性として、その波長成分が単
一　ぐあるので、本実施例のように、使用するレーザに
適した干渉フィルタ４２．４４を、各受光カメラ３０．
３４のし″：ンズ前面に取付）′１ けることによ゛つζ、レーザ光のみ□を極めて選択的に
受光することかり能であり、自琵光エネルギの影響を効
果的に除去することが容鵬である。尚、投光器の種類は
、これに限定されず、例えば、白色光を投射する水銀灯
を用いることも可能である。

父、本実施例においては、レーザ光＃Ａ２２がらの光を
、連続鋳造スラブ２０の表面に帯状に投光し、その反射
光を、電子走査型のイメージセンサＣ受光して出力信号
を得るようにしているので、イへ号取出し走査を、従来
の機械的走査より格段に高速化Ｃきる。従って、被検体
の走行速度が１００゜ｌ　分収上の場合でも、応答する
ことが可能である。又、光電子増倍管ヤシリコンノオト
セル、増幅器等で受光器を構成した場合に比べて、受光
器が小型であり、耐湿、耐熱、耐酸等の遮蔽対策が（Ｊ
いやすい。更に、探傷装置全体として、回転部分がない
ので、保守も容易である。

尚、前記実施例においては、散乱反射光受光カメラ３０
が、スラブ走行ラインのレーザ光源２２と則−側の側方
に配置され、該受光カメラ３０に］１ より、照射光入射方向となす角度が２０度以内の散乱反
射光を受光するようにされていたが、散乱反射光を受光
する方法は、これに限定されず、散乱反射光受光カメラ
３０を、スラブ走行ラインのレーザ光１ｉ２２と反対側
の側方、即ち、正反射光受光カメラ３４と同一側の側方
に配置して、前記受光カメラ３０により、正反射方向と
なす角度が２０度以内の散乱反射光を受光することも可
能である。

又、前記実施例においては、レーザ光源２２に偏光面回
転子２４が設けられると共に、各受光カメラ３０．３４
の前面に偏光フィルタ２８．３２が配設されていたが、
レーザ光源２２が、直線偏光性レーザ光源である場合に
は、その配設位置を工夫することによって、−光面回転
子２４を省略することも可能である。

又、前記レーザ光源２２が、ランダム鍋光レーザ光源又
は白色光源である場合には、該投光器の前面に１個又は
複数−の偏光フィルタを追加することも可能である。

更に、前記投光器による照射光を、偏光特性を有しない
外部光どし、前記受光器の前面に偏光フィルタを配設し
て、受光器により散乱反射光の所定偏光成分のみを受光
するようにｌａｄることもｉＪ能である。

又、前記受光器で検出される散乱反射光及び正反射光の
偏光条件は必ずしも同一とする必要はなく、散乱反射光
受光器の偏光条件を入射光と同一とし、正反射光受光器
の偏光条件を、人躬光−光面と直交するようにして、正
反射光受光器ぐ、欠陥部からの散乱によるだ円輪光成分
を測定するよ゛うにしくも、同様な効果が得られる。

前記実施例においては、本発明が、高温材である連続鋳
造スラブの探−に適用されていたが、本発明の適用範囲
はこれに限定されず、より高速で走ｔ１づる仕上圧延機
出側の熱延鋼帯のオンフィン探傷、酸洗ラインのオンフ
ィン探傷、゛冷延鋼帯、調教のオンライン探傷等にも同
様に適用できることは明らかである。

以上説明した通り、本発明によれば、連続鋳造スフ１等
の走行中の被検体の表面欠陥を、格段に＾いＳ’Ｎ比で
１１度良く検出づることができ、しかし、投光器や受光
器の耐熱対策も容易である。

又、スケール等の疑似欠陥の影響を受けることがない等
の模れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の表面探傷方法が行われている状態を示
す斜視図、第２図（ｊ、本発明の原理を示す、−光条件
を設定した場合と設定しない場合にお（〕る、被検体表
面の法線と照射光入射方向とのなり角度と、散乱反射光
の変化から検出した欠陥信号のＳ／Ｎ比との関係を比較
しくＦｌ”＋　’ｆ線図、第３図番よ、同じく照射光入
射り向と散乱反射光受光り向どのなす角度と、散乱反射
光の変化から検出した欠陥信号のＳ、Ｎ比との関係の一
例を示ＴｊＩＩｉＡ図、第４図は、同じく、偏光条件の
有無による、被検体表面の法線と照躬光入１Ｆ１７ｊ向
とのなす角度と、正反射光の変化から検出した欠陥信号
のＳ／Ｎ比との関係を比較して示す線図、第５図（Ａ＞
は、同じく縦割れとスケールを有する被検体の表面に斜
め方向から照射光を入射している状態を示す断面図、第
５図（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ、偏光条件を設定し７
ない場合の散乱反射光及び正反射光の変化状態を示すＩ
！図、第５図（Ｄ）、（Ｅ）ｌｉｔ−しく、偏光条件を
設定した場合の散乱反射光及び正反射光の変化状態を示
す線図、第６図は、本光明に係る金属物体表曲探ｌ１ｉ
ｈ仏が採用された達Ｍ鋳造スラブの表面探ｍ鋏瞳の実施
例の構成を小ツ、一部ブロック１ｉ７Ａｒｔを含む斜視
図である。 １０・・・被検体、　　　１０ａ・・・縦削れ、１１・
・・スケール、　　１２・・投光器、１．１・・受光器
、　　　２０・・・連続騎造スラブ、２２・・レープ光
源、　２４・・・−光面回転子、２６・・シリンドリカ
ルレンス、 ２８．３２・・・−光−フィルタ、 ３０・・・散乱反射光受光カメラ、 ３４・・・正反射光受光カメラ、 ３６・・・散乱反射光信号処理回路１ ．３Ｂ・・・正反射光信号、、１処理回路、４０・・・
比較回路、４２．４４・・・干渉フィルタ。 代理人　　高　矢　　論　　　（ばか１名）第１図 第２図 一角Ｎｏ１ 第３図 角度０２ 第４ＩＡ ５５’　　４５６３５’　　２５”　　＋５’−角度ｅ
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）走行中の被検体の表面に外部から光を照射し、被
   検体表面による反射光を受光して、被検体の表面欠陥を
   検出するようにした金属物体り面深傷方法において、被
   検体走行ライン側方の、被検体走行方向と直交する斜め
   方向に配置し２だ投光器から、被検体表面の法線と照射
   光入射方向とのなす角度が１５度〜５５ｆｉ［となるよ
   うに、被検体表面に所定偏光面を有する外部光又は偏光
   特性を有しない外部光を照射し、被検体走行ラインの投
   光器と同−側或いは反対側の側方に配置した散乱反射光
   受光器により受光される、照射光入射方向或いは正反射
   方向となす角度が２０度以内の散乱反射光又はその所定
   偏光成分の変化と、被検体走行ラインの投光器と反対側
   の側方に配置した正反射光受光器により受光される正反
   射光又はその所定−光成分の変化から、被検体の表面欠
   陥を検出するようにしたことを特徴とする金属物体表面
   探傷方法。