JPS593347A - 探傷装置 - 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】 本発明は熱間圧延加工によって製造される断面円形の棒
鋼、＃材、鋼管等の周面の欠陥を渦流式等の非接触で捉
える回転プローブ型の探傷装置番こ関する。

一般に、３０ｕ＋ｍＯ以下の丸棒鋼、＃材等は圧延され
た後、直ちにコイル状に巻き取られるため、冷間で探傷
を行う場合は一旦コイルを延ばして探傷を行った後に巻
戻す必要が生じる。このため丸棒鋼等をコイル状に巻き
取る前、即ち圧延終了直後の熱間において検査すること
が能率的で望ましい。

棒鋼等を圧延中に熱間吠態で検査を行う方法としては既
に負通コイル型渦流探傷法が実用化されているが、この
方法は自己比較法であるため、ヘゲ、０−ルマーク等長
さの短い独立欠陥を検出することはできるが、長手方向
に存する有害疵の検出は不可能であった。

一方棒鋼等の長尺材の長手方向欠陥を検出するため１こ
、冷間においてはプローブコイルを棒鋼等の周囲を高速
で回転させ、該棒鋼等の表面疵を検出する回転プローブ
型の渦流探傷装置が実用化されている。この装置はプ四
−プコイルのインピーダンス変化を捉えて被検材の表面
疵を検出するものであるが、該インピーダンスの変化１
尖被検材の表面疵のみならず、その材質１寸法、リフト
オフ（被検材表面とグローブコイルとの距離）等の変化
によっても生ずるため、被検材の寸法、材質が異なれば
プローブコイルの感度１ｉ節の必要が生じ、またリフト
オフを一定に保って走査することが重要となる。

従来の冷間圧延中：こおける回転プローブ型の渦流探傷
装置において、リフトオフを一定に保つためには。

（１）　　ピンチロールにより被検材を固定し、該被検
材の軸心とグローブの回転中心を一致させる。

（２）　　被検材表面にプローブを接触させて追従させ
る。

（３）リフトオフを測定し感度補正を行う。

のいずれか又はそれらの組合せにより行われていた。

第７図は従来の冷間回転プローブ型の渦流探傷装置の一
例を模式的に示したものであり、被検材ｌの搬送域に１
回転ドラム２を配し、被回転ドラム２の内面の対向する
位置に２つのプローブコイル８．８を取付け、また回転
ドラム２の入側、出側穴々に被検材径より０，１〜０．
２　ｔｏｒｎ程度大きし）径の超硬のスリーブ１０．１
０を回転ドラＪ％　２の中心と一致させて配し、さらに
この探傷装置の入側。

出側穴々に被検材１を保持するピンチロール９゜９を各
エアシリンダ９１．９１にて被検材ｌへの接離可能に設
け、モータ５の駆動により回転ト°ラム２を回転させる
ものである。従って被検材１（よピンチロール９．９に
て強固に保持されており、またスリーブ１０．１０にて
誘導されているため、被検材１の振動及び回転ドラム２
に対する被検材１の偏心を極力抑制することが可能とな
ってむ）る。

しかしながら、このような回転プローブ型の渦流装置の
熱間圧延中の被検材に適用せんとしても、特に棒鋼、線
材の仕上げ圧延までの中間工程や仕上圧延直後に適用せ
んとしてもそれには種々の困難がある。即ち熱間圧延中
の被検材の剛性は小さく柔かい状態にあるため、ピｙチ
μｍルによる強固な保持は、被検材表面に疵を生じせし
め％また被検材が変形する虞れがあって不可能であり、
被検材の振動を完全に抑制することができない、また同
様の理由によりスリーブにて誘導することが不可能であ
るためドラムの回転中心と被検材の断面中心（軸心）を
一致させることが困難である。

特に被触材の断面形状は真円でないために被検材の軸心
を求めることは困難であり、また棒鋼、線材等に勿いて
は、製品寸法が異なる場合は勿論。

同一寸法であっても圧延回数の相異により、ノ（スライ
ンが変わることがあり、従ってその都度被検材の軸心と
プローブの回転中心を一致させる操作が必要となる。さ
らに前述した（２）の被検材表面にプローブを接触させ
て追従させる場合も銑がつく虞れが大である。

さらに、熱間圧延中の被検材にセいては圧延ロールスタ
ンドの振動、巻き取り機構の振動等の被検材に振動を誘
起させる要因が多く、また被検材自身が熱間であり剛性
が小さいため番こピンチロール間でたわむ虞れが大であ
って、回転プローブ型の渦流探傷の熱間における実用化
が困難であった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、棒鋼
、ａ材等を熱間圧延ラインにおいて高精度に探傷し得る
ようにした回転プローブ型の探傷装置の提供を目的とす
る。

本発明は第１図に示すように、被検材ｌの局面に沿って
回転するプローブ８の回転位置検出手段の検出結果と、
プローブ８と被検材１周面との距ＰＷ検出手段の検出結
果に基き、プローブ８の１回転についてのプローブ８と
被検材ｌとの距離の変化を複数回転外捉えて平均化処理
し、これ化より被検材ｌの断面中心に対するグローブ８
の回転中心の偏心位置を算出し、この算出結果Ｉこ基い
て被検材１に対するプローブ８の相対位置変更手段を駆
動して％被検材１の断面中心とプローブ８の回転中心を
一致させるものである。

板子本発明をその実施例を示す図面に基いて詳述する。

、第２図は本発明に係る回転プローブ型の探傷装置の模
式図である。図においてｌは１ＩｋＩＰ、圧延機から送
出された被検材であり、図面の裏面側から表面側に向っ
て搬送されている。２は回転ドラムであって搬送方向と
直交する左右方向へ移動可能となった基台２１上に、昇
降可能に設りられた支持台２２に回転可能に取付けられ
てあり、支持台２２上に設けられたモータ５の回転駆動
により回転し、＃回転ドラム２内を被検材１が貫通して
いる。回転ドラム２の内側には渦流深傷用のプローブ８
が、その検出面をドラム２の中心番ζ向けて取付けられ
ており、また回転ドラム２の内側であって核プローブ８
の被検材１の搬送方向上流側には、プローブ８と被検材
１周面との距離（リフトオフ）を検出する渦流式の距離
センサ４が取付けられている。回転ドラム２の外周面で
あって、プローブ８と対向する位置には基準点表示子６
１が設けられており、また回転ドラム２の真上には＃基
準点表示子６１の接近を検知する近接スイッチ等よりな
る固定子６２が支持台２２上に設けられており、両者に
て回転ドラム２の回転位置検出センサ６を形成している
。回転ドラム２の下方には、該回転ドラム２を取付けた
支持台２２を上下方向に移動させる昇降モータ７が基台
２１上に、また基台２１を搬送方向と直交する左右方向
へ移動さゼるモータ８が設けられている。

また回転ドラム２の上、下流側には、被検材ｌを回転ド
ラム２の中心に誘導するためのピンチローラ（図示せず
）が設けられている。このピンチローラは被検材１を緩
やかに保持するだけであり。

被検材１の搬送を妨げるような負荷となる場合にはその
保持を解除するようになっている。

前記相離センサ４は渦流式の変位センサであり被検材１
周面とプローブ８との距離を検出するものであって、被
検材１と回転ドラム２の偏心だけを考慮した場合には、
距離センサ４の出力は第８図に破線で示すようにプロー
ブ３の１回転に相嶋する時間を１周期とした周波数ｆ１
の曲線を描くが、実際には被検材ｌの撮動（周波数ｆ＊
、、ｆ＊＞　ｆｔ）が重畳しており、第８図実線のよう
な信号を距離センサ４は発することになる。距離センサ
４の出力信号はバンドパスフィルタ１１に久方されてセ
リ。

このフィルタ１１にて距離センサ４の出力信号からｆｘ
＃ζ近い周波数成分のみを選択的に出力す番。

つまり、バンドパスフィルタ１１は、ａ動に起因する周
波数成分を排除して後述の信号処理を確実にするために
設けたものである。

バンドパスフィルタ１１の出力は平均化処理回路１２に
与えられており、また該平均化処理回路１２には回転位
置検出センサ６の出力信号が与えられている。平均化処
理回路１２に詔いては、距離センサ４の検出信号であり
周波数フィルタ１１を通過した信号が後述するように時
系列的にサンプリングされ平均化処理される。これは偏
心に起因する信号と振動、に起因する信号は、その発生
要因が異り、前者は回転ドラム２の回転位相に同期して
いるのに対し、費者は非同期であることを利用して１周
期（１回転分）のデータを１グループとしてこれを順次
記憶し複数周期分についての平均値を求めることにより
、ランダムに発生する信号即ち被検材１の振動に起因す
る信号を除去し、回転ドラム２の回転に同期して発生す
る信号即ち偏心に起因する信号を抽出するものである。

回転位！検出センサ６はプローブ８が被検材ｌの鉛直−
上方に廻ったときにタイミング信号を発し、従って該信
号は偏心に起因する周波数の１周期を規定スルことにな
り、平均化処理回路１２はこのタイミング信号にて距離
センサ４から得られる新たな信号を＃回のＲＭにおける
距離センサ４の信号に追加して記憶していく。

第４図（イ）はプローブ８の回転軌跡と被検材１の偏心
状態を示す模式図、第４図（ロ）はそのと蓬の回転位置
センサ６の出方信号、第４図ｆ−）は距離センサ４の出
力信号を理想化したものを夫々表わしている。第４図（
イ）において、イはプローブ８の回転軌跡、ａはその中
心、ｂは被検材１の軸心を示し、Ｘは両中心値間距離即
ち偏心値を示し、また０はプローブ８の回転軌跡と被検
材ｌとの偏心角度を。

回転中心ａの鉛直上方から反時計方向回りに示している
。回転位置検出センサ６はプローブ８の回転中心ａの鉛
直上方に到ったときにタイミング信号を発し、この信号
にて第４図（ハ）ｌこ示すように一定時間を毎に距離セ
ンサ４の出力信号をＡ１１ｅ　Ａ２ｂＡ１１．・・・、
Ａｉｊ、・・・とじて記憶し、タイミング信号により規
定される各周期毎に加算する。これによりラン、ダムに
発生ずる信号（振動に起因する信号）は相殺除去され、
これを平均化すると１周期（１回転）当りのグローブ８
と被検材１周面との距離の変化、即ちプローブ８の回転
中心と被検材ｌのｌ′Ｆｒ面中心の偏心量の内容を有す
る信号が得られる。

平均化処理回路１２の出力は偏心位置検出器１８に与え
られており、ｔだ前述の回転位置検出センサ６のタイミ
ング信号も該偏心位置検出器１８に与えられている。偏
心位置検出器１８は、前記平均化処理回路１２にて抽出
された偏心信号と、回転位置検出センサ６のタイきング
信号により偏心の方向、大きさを算出する。今、第４図
（ハ）に示すようにリフトオフが大きくなると負の方向
に偏位するものとすると、その振幅Ａは前記偏心値Ｘと
対応した値となり、またプローブ８０回転中心ａの鉛直
上方より０だけ反時計方向に回転した位置でリフトオフ
が最小となることがわかる。偏心位置検出器１８は偏心
角度θを求めると共に、振幅Ａを求めることにより偏心
値Ｘを算出するもの・であり、さら番ここれから被検材
ｌの軸心上、プローブ８の回転中心との鉛直方向離隔距
離ｘ　ｃｏｓθ、！送方向と直交する水平方向離隔距離
ｘ　ｓｉｎθを夫々算出する。そしてこれらの距４１　
Ｘ　ＯＩＳθ、ｘｓｉｎθだけ回転ドラム２を移動すべ
く所定信号をモータ７の制御回路１Ｇ、モータ８の制御
回路１７に夫々出力して各モータ７．８を正転又は逆転
駆動し、基台２１又は支持台２２を左右方向又は上下方
向へ移動させて回転ドラム２の位置を変更してプローブ
８の回転中心と被検材１の軸心とを一致させる。これに
より距°離センサ４の出力は被検材１の振動に起因する
リフトオフ変動だけが検出される状態になる。なお、平
均化処理回路１２　、　ｆｔｉ心位置検出器１８はとも
にマイクロコンピュータを利用して構成するのがよい。

一方ブローブ８の出力は渦流探傷器１４に入力されてお
り、該探傷器１４にて欠陥信号が得られるが、該欠陥信
号はさらに乗算器１５にて補正されている。乗′Ｓ器１
５にはｊ）η述の距なセンサ４の検出結果が出力変換器
１８にて出方変換され℃入力されていて、こ゛れを探傷
器１４の欠陥信号に乗算処理する。これは渦流探傷器１
４の出力する欠陥信号は、第５図ピ）に示すように、リ
フトオフの増加に伴い急激に減少し、す７トオフ変動に
依存するため、リフトオフ変動に対する補正をすべく。

出力変換器１８にて第５図（ロ）に示すように距離セン
サ４の捉えるリフトオフが増加するとその出方も増加す
るように補償して、欠陥信号に乗算し。

リフトオフ変動に依存しない欠陥信号を得るようにした
ものである。

蒸上の如く構成された本発明装首の作用は次のとおりで
ある。まず被検材１の探傷前に、プローブ８の回転中心
（回転ドラム２の中心）と被検材ｌの軸心の心ずれ調整
を行い、プローブ８と被検材ｌとのリフトオフを予め定
められた値に設定する。斯かる状態にて被検材１を図示
しないビンチロー化ニて回転ドラム２の中心に誘導しっ
ツモータ５の回転駆動により回転ドラム２を回転させる
と、距離センサ４はプローブ８と被検材１周面との距離
を検出し、その検出信号は周波数フィルタ１１を介して
平均化処理回路１２から偏心位置検出Ｅ’ｔｒ　ｌ　Ｂ
に与えられてあり、また回転位置検出センサ６は回転ド
ラム２の１回転毎にタイミング信号を出力して、該信号
を平均化処理回路１２．偏心位置検出器１８に与える。

第６図は平均化処理回路１２．偏心位置検出器１８のｉ
ｉ＋ＩＪ　％ＴＩ内容を示すフローチャートである。こ
の図に基いて制御内容を説明すると、ブ四−プ８の１回
転（１周期）に詔ける読込データの番号の計数値１及び
平均化のための一読込み周期の回数（プローブ８の回転
数）の計数値ｊを夫々１に初期セットすると共に、予め
セットされた読込回数ｍ、読込み周期回数ｎを夫々読込
む。そして回転位置検出センサ６のタイミング信号によ
り８４１回目のザンブリングを開始し、距離センサ４の
出力を読込み、これをメモリーにＡｕ　（ｔＡｌ　４図
（ハ）参照）として記憶し、次いでデータ番号の計数値
に１を加算して距離センサ４の出方を読取り、これをメ
モリーに〜として記憶し、以下読取回数の計数値１がｍ
を越えるまで一定の時間を毎に距離センサ４の出力を読
込んで記憶する。そして計数値がｍを越えると１周期の
読込みを終え、読込み周期回数の計数値ｊに１を加算し
て２回目のサンプリングを回転位置検出センサ６のタイ
ミング信号にて開始する。これは第１回目のサンプリン
グと同様に読込回数１がｍを越えるまでＡ１２　＊　Ａ
２２ｅ・・・、へ２．・・・として記憶する。この様に
して読込み周期回数ｊがｎを越えるまで距離センサ４の
出力をＡｉｊとして記憶し、読込み周期回数ｊがｎを越
えると、読込回数１を１にリセットして、各読込み周期
（１〜ｍ）釘の１番目（１＝１〜１１）の値の平均値へ
）を算出し、各平均値菟）を比較してその最大値Ａ、ｕ
ａ径算出すると共にそのときの１の値’］ｌ１ａＸを算
出し、さらに平均値の最小値Ａｍ１ｎ　　を算出する。

そしてＡｍａＸ−Ａ□１ｎを算出することにより第４図
（イ）に示す偏心値Ｘを求め、またそのときの角度０（
回転中心ａの鉛直上方より反時６１回り）を用斐入にて
求める。これらの算出結果からｘｃｏｓθ。

ｘｓｉｎθを夫々算出し、夫々の値だけ回転ドラム２を
鉛直方向、水平方向（ただし回転中心ａより上方、左方
を正、反対を負とする）に移動させるべくモータ制御回
路１６．１７に所定の信号を出力してモータ７．８を夫
々駆動させる。これにより回転ドラム２と被検材１との
軸心とは一致することになる。

斯かる状態にてグローブ８の検出信号を渦流探４ＪＩＩ
器１４に入力して欠陥信号を得、さらに前述した如くリ
フトオフの変動による補正を出力変換器１８の出力と渦
流探傷器１４の出力とを乗算することによって行う。

通常、被検材１と回転ドラム２が偏心している状態及び
被検材ｌが振動している状態（即ちリフトオフ変動が大
きい状態）では距離センサ４の出力（リフトオフ）を用
いて、渦流探傷器１４の出力する欠陥信号を補正するこ
とができない。これは、リフトオフ変動があまりにも大
きな状態ではリフトオフが大きいときにプローブ８が欠
陥を捉えたとしても■欠陥そのものの指示が得られない
（雑音の中１こ埋もれてしまう）、■欠陥の指示があっ
ても信号雑音比が悪い、ためであり、その、ためリフト
オフ変動をできる限り小さくしておく必要がある。

しかしながら本発明装置にあっては被検材断面中心とプ
ローブの回転中心を一致させて、両者の偏心に起因する
リフトオフ変動を除去し、振動による小さいリフトオフ
変動のみとしているためにリフトオフ変動に伴う上述の
■、■の欠点は解消され、距離センサ４の出力による補
正が可能となっている。

以上詳述したように本発明は、断面円形の被検材の周面
に沿ってプローブを回転する探傷装置にぷいて、被検材
に対するプローブの相対位置変更手段と、プローブと被
検材周面との距離検出手段と、プローブの回転位置検出
手段と、両検出信号番こよりプローブ１回転についての
プローブと被検材との距離の変化を複数回転弁捉えて平
均化処理する手段と、その処理結果により被検材の断面
中心の偏心位置を算出する手段と、その算出結果に基い
て前記相対位置変更手段を駆動する手段とを具備したも
のであるので、被検材をビンチロールにより強固に保持
することなく偏心に起因するり７トオフ変動を除去でき
、熱間工程にあける回転グローブ探傷が高精度に行える
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本＠明装置の概念的説明図、第２図は本発明の
詳細な説明するブロック図、第８図は距離検出センサの
出力状況を示すグラフ、第４図Ｇ）はグローブの回転軌
跡と被検材との偏心状態を示す桟弐囚、第４図（ロ）は
回転位置検出センサの出力状況を示すグラフ％ｍ４図（
ハ）は距離センサの出力状況を理想化したグラフ、第５
図←）はリフトオフと欠陥信号との関係を示すグラフ、
同じく←）は出力変換器入力とその出力の関係を示すグ
ラフ。 第６図は本発明装置の要部の制御方法の流れを示すフロ
ーチャート、第７図は従来装置の模式図である。 １・・・被検材、２・・・回転ドラム、８−・・グロー
ブ、４・・・距離検出センサ、５・・・モータ、６・・
・回転位置検出センサ、７，８・・・モータ、１１・・
・周波数フイルタ、１２・・・平均化処理回路、１Ｂ−
・・偏心位置検出回路、１４・・・渦流探傷器、１５・
・・乗算器、１６゜１７・・・モータ制御回路、１８・
・・出力変換器。 特許出顯人　住友金属工業株式会社 代理人弁理士河野登夫 ｙＡ　１　図 第　２　口 蒙　３（！ｌ □

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ！、断面円形の被検材の周面に沿ってグローブを回転す
   る探傷装置において、被検材に対するグローブの相対位
   置変更手段と、プローブと被検材局面との距離検出手段
   と、プローブの回転位置検出手段と１両検出信号により
   グローブ１回転　あたりのプローブと被検材との距離の
   変化を複数回転弁捉えて平均化処理する手段と、その処
   理結果により被検材の断面中心に対するプローブ回転中
   心の偏心位置を算出する手段と、その算出結果に基いて
   前記相対位置変更手段を駆動する手段とを具備すること
   を特徴とする回転プローブ型の探傷装置。