JPS6219752A - 表面検査装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は表面検査装置に関し、更に詳しくは、スチール
板圧延用スラブの割れその他の表面欠陥をセンサで探知
する装置に関する。

（従来の技術） 従来、スチール板圧延用のスラブの亀裂やその他の表面
欠陥を検出し、その所在を突き止めるために、適当なセ
ンサが使用されている。これらのセンサ（例えば、渦流
を利用したものが、西ドイツ国特許出願公開第２０４４
３３１号明細書に記載されている）は１通常、表面のす
ぐ上に近接して（例えば、４　ａｍ）配置する必要があ
り、その作用が及ぶ有効範囲は狭い範囲に限られている
。センサで表面を広範囲に走査するためには、ストラン
ド鋳込装置から連続的に送り出されるスラブ上のある範
囲にわたって、センサが前後に移動できることが必要で
ある。この前後移動を実現するために、例えば、クラン
ク駆動によるものが知られている（西ドイツ国特許出願
公開第２７４８８１８号明細書）、これは、ガイド上を
走行するキャリッジを、クランク駆動装置で前後にシフ
トさせるものである。

（発明が解決しようとする問題点） 走査パターンを十分に狭くするためには、センサの往復
運動を高速にする必要があるが、それによって発生する
質量の力は走査周波数の２乗に比例して増加するので、
非常に大きなものとなる。

（問題点を解決するための手段） 本発明の目的は、センサを高走査周波数で表面上を前後
に移動できるようにした表面検査装置を提供することに
ある。

本発明の別の目的は、センサの移動に必要な力を最小に
することにある。

更に、本発明の他の目的は、センサを移動する振動装置
を備え、振動装置をその固有振動数で、あるいはそれに
近い振動数で動作させるようにした表面検査装置を提供
することにある。

本発明によれば、センサを前後に移動させるために、振
動装置を採用し、その振動装置を励振装置によってその
固有振動数またはそれに近い振動数で駆動させる方式を
とっている。検査対象となる表面とセンサとの間隔は、
非常に厳しい許容範囲内に保つ必要があるので、本発明
では、センサの高さと横断方向の傾斜を、弾性要素の変
形によって制御する方式または検査対象表面とセンサ間
の間隔を、　１＜イアスされた空気圧または流体圧スラ
スト・ベアリングによって一定に保つ方法を採用してい
る。

本発明のその他の目的と特徴は以下に詳述する実施例で
説明する通りである。

（実　施　例） 第１図はねじり振動方式に基づく検査装置の側面図であ
る。この方式では、ねじり棒２はその上端が基礎フレー
ムに固定保持されている。このねじり棒２の下端はベア
リング３を介して基礎フレームｌに支承されている。ま
た、振動アーム４がねじり棒２の下端に固着されている
。振動アーム４には１間隔検知センサ５とひび割れ検知
センサ６が装備されている。これらの間隔検知センサ５
とひび割れ検知センサ６は磁気誘導または渦流で動作す
るものが好ましいが、それ自体は公知（西ドイツ国特許
出願公開第２０４４３３１号、第２７４８６１８号、第
３３２４４４４号、米国特許第４，２５８，３１９号）
であるので、詳しい説明は省略する。振動アーム４の上
端には、ベアリング７が移動自在のベアリングΦケース
８内に置かれている。ベアリング魯ケース８は推力装置
または変位装置ｌＯによって、好ましくはフレキシブル
・コネクタ９を介して移動可能になっている。推力装置
１０はモータ１１で駆動され、その内部には、モータ１
１で駆動されると共に、ねじ付きラックｌｏａを駆動す
るピニオンまたは同種部品（図示せず）、およびコネク
タ９に接続されたねじ付きスピンドルまたは同種部品が
内蔵されている。上述した部品９．１０および１１が一
体となって、振動アームの第１調節手段を構成している
。

検査装置の下に、検査の対象となる工作物１２が載置さ
れており、この工作物はローラ１３上を矢示Ｃ方向に前
送りされている。

検査装置は、遠心力励振装置からの振動を受けて動作す
る。この励振装置は例えば、偏心方式の遠心力励振装置
１４からなり、振動アーム４に固定されたベアリングＬ
４ａに軸支され、また、可変速モータ１６で駆動するフ
レキシブル・シャフトまたは自在シャフト１５に固着さ
れている。

検査装置が動作すると１間隔検知センサ５とひび割れ検
知センサ６装備の振動アーム４は検査を受ける工作物の
表面１７に対し間隔“ａ”を置いて、その上方を前後に
移動する。もし工作物１２が振動アーム４の移動と同時
に矢示“Ｃ”の方向に連続移動していれば、検査を受け
る表面１７は線形的に走査されることになる。ねじり棒
２、振動アーム４および間隔検知センサ５とひび割れ検
知センサ６で機械的振動系が構成され、これは励振系１
４．１４ａ、１５および１６によってその固有振動数ま
たはそれに近い振動数で駆動される。

第２図は第１図のＡ−Ａ断面から見た別実施例の試験装
置である。この実施例では、共振振動数またはそれに近
い振動数で振動する振動系を励振するために、遠心力励
振系１４．１４ａ、１５および１６ではなく、それとは
別の励振系を採用している。　　　　− エア・ダクト２２とバルブ２３から送り込まれた空気は
エア・ノズル２１から排出されたあと。

圧縮空気路２４を経てバルブ２３に送られる。振動系の
固有振動数で電気信号線２５から送られた電気信号でバ
ルブ２３が開閉すると、空気流２６は切替え振動数に同
調してエア・ノズル２１から排出されて、振動アームに
接続されたエア・ノズル２１の自由端側に反発または反
動パルスを発生する。この反発パルスは、下述する特殊
振動系に設けた間隔検知センサ５とひび割れ検知センサ
６に３００ｍｍの振幅を発生するのに十分な強度をもっ
ている。スチール製ねじり棒２の直径に２５ｍ層、長さ
に６００ｍｍを選択すると、ねじりばね数（方向性トル
ク）は、例えば、ｃ＝５．１６Ｘ１♂Ｎｍとなる。ねじ
り棒の軸を中心とする振動系の質量　　　゛慣性モーメ
ントは、間隔検知センサ５とひび割れ検知センサ６の質
量によってほぼ決まる。これに振動アーム４の質量慣性
モーメントが加えられる。

振動半径を１メートルとし、それを基準にした換算質量
がこの半径に対して５Ｋｇであるとすれば、その結果得
られる質量慣性モーメントは。

１９＝５ＮＩＩｌｓ”となる。

ねじりばね数Ｃと質量慣性モーメントが与えられていれ
ば、固有振動数は下式から求めることがこの種の振動系
をその固有振動数付近で励振させると、その結果得られ
る共振振幅は大幅に増幅される（共振上昇）。つまり、
振動系の励振と駆動に必要な力は、質量の移動に必要な
力より大幅に減少する。固有振動数がｆ＝５．ＩＯ２の
上述振動系を５１（Ｚ振動数で駆動させると、その共振
増幅振幅は、減衰を無視すれば、下式のようになる。

したがって、試験装置を駆動するために必要な力は、質
量を前後に移動するために必要な力のわずか１／２５で
すむことになる。

第２図の実施例では、第１図で説明した第１調節装置９
．１０および１１に加えて、振動アーム４に第２調節装
置１８．１９および２０が設けられている。この調節装
置は可動ベアリング・ケース８を左右方向に移動するた
めのもので、第１調節装置と同様に、これも、たわみ継
手１８．リフト機構または変位手段１９およびモータ２
０で構成することが望ましい。

間隔゛ａ”は可能なかぎり正確に保持する必要があるの
で、工作物の表面レベルになんらかの起伏がある場合に
は、間隔検知センサ５とひび割れ検知センサ６の高さを
調節する必要がある。間隔″ａ′を狭くする必要が起こ
ったときは、ベアリングφケース８がモータ１１、推力
装置１０および継手部材９によって、右方向に引っ張ら
れるようになっている。この調節の様子を図式化して拡
大図で示したのが第３図ないし第５図であるが、これに
ついては詳しく下述する。これにより、振動アーム４は
、下端にあるベアリング３（これは例えば、心合せロー
ラ・ベアリングまたは類似ベアリングを使用する）を中
心に若干名に傾くので、ねじり棒２が若干揺動する。こ
の揺動と同時に、ねじり棒は屈曲変形する。第３図の配
置は、ひび割れ検知センサ６が工作物１２の表面１７に
対し間隔“ａ□”の位置にあるときの開始状態を示した
ものである。

そこで、第４図に示すように、振動アーム４の上部ベア
リング・ケース８が右にシフトしたとすると、ねじり棒
２の下端は角度βだけ傾動する。

振動アーム４も同角度だけ工作物１２側に下方に屈曲す
るので、間隔“ａｏ”は“ａｌ”に縮小する。

工作物１２が上下の起伏だけでなく、横断方向の傾きが
変化する場合は、ねじり棒２を工作物の横断方向にもた
わみ変形または屈曲変形させればよい。

第５図は第３図の矢印“Ｂ”の方向から見た検査装置で
ある。工作物１２が図面の平面から前方に連続的に延び
ていて１例えば、同図に示すような輪郭断面をもってい
るとする。この場合、矢示“Ｄ”の横断方向に振動する
ひび割れ検知センサ６が表面１７に対し同一間隔“ａ”
をもつためには、振動系を矢示”Ｅ”方向に変位させる
必要がある。振動系が変位すると、ひび割れ検知センサ
６はその振動を受けて、その両端位置６′と６”まで移
動する。これにより、ねじり棒２は、ねじり運動のほか
に、横断方向にもたわみ変形される。

この目的のために設けたのが、第２調節手段の継手部材
１８、推力装置１９、モータ２０であり。

またベアリングΦケース８である。この場合も、ベアリ
ング７は心合せローラ・ベアリングか類似ベアリングを
使用するのが望ましい。

間隔“ａ″の垂直方向の調節は、工作物の輪郭が変化す
る場合には、調節回路によって行なうことができ１表面
との間の実際の間隔は間隔検知センサ５によって検出さ
れる。実測された間隔は規定間隔と比較される。実測間
隔と規定間隔の間に差があれば、その補正は第１Ｘｇｌ
！！手段によって行なわれる。同様に、横断方向の傾斜
も補正が可能であるつこの場合は、間隔“ａｌ”と°“
ａｌ゛は、ひび割れ検知センサ６の両端位置で計測され
るつ４１　ａ、ＴＩと１　ａ２″との間に差異があると
、その差異を補正する調節が、第２調節手段１８．１９
および２０からなる閉制御回路によって行なわれる。

第１図の実施例では、振動系の励振に遠心力励振装置１
４が使用されているが、その駆動は、例えば、自在シャ
フト１５を介して制御可能モータ１６によって行なわれ
る。この種の振動系では、共振曲線の立上り部分で動作
させるのが望ましい。

振動振幅は歪ゲージをねじり棒２に配置することで測定
ができ、調節回路によって一定に保つことが可能である
。

振動系は、他の手段によって励振させることも可能であ
る０例えば、励振手段として、ばね力による励振装置や
パルス・エア・ジェット装置（例えば、第２図）の使用
が可能である。

振動系の別個を示したのが第６図と第７図である。この
例では、板ばね１０２は一端がポスト１０１に固着され
、他端にセンサ１０４を保持するホルダ１０３が設けら
れている。工作物１０５は矢示Ｆ方向に連続移動する。

振動系を振動させ、矢示“Ｇ　１１方向にたわみ変形さ
せる励振系は図面に示していないが、例えば、第１図と
第２図に示す構成にすることが可能である。

第７図は、高さと横断方向の傾斜がどのように調整され
るかを示したものである。同図に示すように、矢示“Ｘ
′°方向に力が振動系に加えられたときは、固定ブロッ
ク１０６とボスト１０１の間に挟着された弾性たわみ部
材１０７が若干たわみ変形し、センサ１０４が若干上方
に持ち上げられる。力が矢示°“Ｚ　１１方向に加わっ
たときは、振動系が傾動するので、センサ１０４もその
傾動に追随してその面が傾くことになる。

第８図と第９図は、センサ２０５と検査表面間の間隔を
、ばねでバイアスした支持部材で保持する構成を示した
ものである。

第８図の振動系も、前記各種実施例と同様、ねじり棒２
０２と矢示“Ｈ”方向に振動する質量から構成されてい
る０本実施例では、振動アーム（第１図）は対の板ばね
２０３から構成されている。この対の板ばねに、センサ
２０５を保持するホルダ２０４が取り付けられている。

また、板ばね２０３の配置は、若干上方にたわみ変形し
たとき、センサ２０５を工作物２０６に圧接させるよう
になっている。

この構成では、センサ２０５と工作物２０６の表面間に
摩擦力が発生するので、空気圧スラスト・ベアリングが
設けられている。つまり、センサ２０５と工作物間に空
気クッション層を形成することによって、板ばね２０３
の圧力を受けても、センサと工作物間に空隙“ｂ″゛が
保たれるようになっている〔第９図〕、シたがって、セ
ンサ２゜５はこの空気クッション層を介して検査表面上
を浮動するので、はとんど摩擦抵抗なしで移動ができる
。

第９図は空気圧スラス）−ベアリングの好ましい実施例
を示したものである。この実施例では、支持円板２０７
がセンサ２０５に連結されている。

この支持円板２０７には、その周囲に複数のエア・ポケ
ット２０８が配置されている。空気はダクト２０９を経
て（必要ならば、さらにスロットル２１０経由で）これ
らのエア・ポヶッ）２０８の各々に送り込まれる。送り
込まれた空気は板ばね２０３が発生するばね力゛Ｉ　１
１に抗して支持円板２０７を持ち上げる。これにより空
隙“ｂ″が作られ、この空隙から空気は外部に排出され
る。スロットル２１０および支持円板２０７と検査表面
間の空隙“ｂパはエア・ポケッ）２０８内の圧力を自動
調節する一種のブリッジ回路を形成する。

スロットルに代えて、エア・ダクト２０９を細くすれば
、エアφダクトにスロットルと同じ働きをもたせること
も可能である。

センサが検査表面のどのような傾斜にも適応できるよう
にするには、矢示“工”方向に作用する力を、カルダン
懸架を介して導入することが望ましい。

スラスト・ベアリングをマグネットによってバイアスさ
せることも可能である。その場合には、板ばねの加圧力
“工゛はマグネットによるバイアスによって得られる。

第１０図は、バイアスされたスチール・バンド３０１を
、プーリ３０２に張設した振動系を示したものである。

同図に示すように、プーリ３０２はねじり棒３０３によ
って機械ハウジング３０４に結合され、ベアリング３０
７で軸支されている。

この振動系では、２個のプーリ３０２とねじり棒３０３
が同一方向に回転したとき、振動を引き起こすようにな
っている。この結果、スチール・バンド３０１が矢示゛
Ｋ　ＩＩ＋方向に前後に移動することになる。スチール
・バンド３０１が静止位置にあるとき、ねじり棒３０３
の少なくとも一方がある角度量だけねじられると、スチ
ール・バンドにバイアスが発生する。

第１Ｏ図に示すように、センサ３０５は、相互に間１１
”ｃ”を置いてスチール・バンド３０１の振動方向に連
続配置されている。この場合、間隔“′Ｃ′′より若干
大きい２倍の振幅でスチール拳バンド３０１を１回振動
させると、工作物３０６の全幅が走査されることになる
。第１０図による検査装置は、例えば、振動方向に直交
して移動する約２ｍ幅のスチール・スラブのように、比
較的広幅の工作物３０６を走査する場合に、特に適して
いる。

工作物をさらに矢示゛Ｌ′′方向に移動させれば、表面
全体が線形的に検査され、ひび割れや表面欠陥がセンサ
によって検出されることになる。

（発明の効果） 上述した通り、本発明はセンサを、被検査物の上方で往
復動させて表面を検査する装置に係わるものである。セ
ンサの往復駆動に必要な動力を最小にするために振動系
を設け、この振動系を励振系でその固有振動数またはそ
れに近い振動数で駆動させるようにしたものである。つ
まり、本発明によれば、共振振動数またはそれに近い振
動数で振動させる場合、比較的小さな力があれば、振動
系を励振して振動を引き起こすことができるという利点
がある。また、本発明の別の利点は、センサと工作物間
の間隔が変化する場合、ねじり棒（第１図ないし第５図
の実施例）またばばね（第６図ないし第９図の実施例）
自体をたわみ変形させるか、たわみ性部材で懸架するだ
けで間隔調整ができるので、追加のベアリングや質量が
不要であることである。したがって、工作物１２が例え
ば毎秒２０ｍｍの速度で移動するとき、２倍の振動振幅
（例えば、４ミリメータ）で毎秒５図工作物を走査する
のに必要な振動周波数（少なくとも５Ｈｚ　）を容易に
発生できるので、工作物表面の一部が未検査のまま残る
ということがない。

以上各種実施例を参照して本発明の構成と作用について
説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定される
ものでなく、本発明の意図する目的と範囲内において種
々変更および改良が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図はねじり振動方式を採用した実施例の検査装置の
側面図である。 第２図は１ｇ１図のＡ−Ａ線から見た断面図であり、第
１図と異なる励振装置を採用した別実施例である。 第３図は検査装置の動作を説明する概略図である。 第４図は高さを調節する場合の動作説明概略図である。 第５図は横断方向の傾斜を調節する場合の動作説明概略
図である。 第６図は板ばね振動方式を採用した検査装置の別実施例
の上面図である。 第７図は第６図の検査装置の斜視図である。 第８図はホルダで保持されたセンサを、高さ方向に弾性
的にバイアスする振動系の実施例の斜視図である。 第９図はセンサを空気圧スラスト・ベアリングで浮動さ
せる実施例の一部断面図である。 第１０図はセンサ付きバイアス・ベルトを工作物表面の
横断方向に往復動させる振動系の斜視図である。 ｌ・・・基礎フレーム ２．２０２．３０３・・・ねじり棒 ３．７．１４ａ、３０７川ベアリング ４・・・振動アーム　　　５・・・間隔検知センサ６・
・・ひび割れ検知センサ ８・・・ベアリング・ケース ９・・・フレキシブル・コネクタ　１０・・・推力装置
１０ａ・・・ねじ付きラック　１１．２０・８．モータ
１２．１０５．２０６．３０６・・・工作物１３・・・
ローラ　　　　　　１４・・・遠心力励振装置１５・・
・自在シャフト　　　１６・・・可変速モータ１７・・
・工作物表面　　　　１８・・・継手部材１９−・推力
装置　　　　　２１・・・エア・ノズル２２・・・エア
・ダクト　　　２３・・・バルブ２４・・・圧縮空気路
　　　　２５・・・電気信号線２６・・・空気流　　　
　　１０１・・・ポスト１０２．２０３・・・板ばね １０３．２０４・・・ホルダ １０４．２０５．３０５・・・センサ １０６・・・固定ブロック　１０７・・・弾性たわみ部
材２０７・・・支持円板　　　２０８・・・エア・ポケ
ット２０９・・・ダクト　　　　２１０・・・スロット
ル３０１・・・スチール・バンド　　３０２・・・プー
リ３０４・・・機械ハウジング

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　センサを被検査工作物の上方で往復動させてその表
   面を検査する装置において、センサ（５、６、１０４、
   ２０５、３０５）を往復動させるための振動系を設け、
   該振動系にその固有振動数またはその付近の振動数で動
   作させるための励振系（１４〜１６および２１〜２６）
   を設けたことを特徴とした表面検査装置。 ２　振動系は、ねじり振動系で構成し、該ねじり振動系
   はねじり棒（２、２０２）とこれに接続された振動アー
   ム（４、２０３）とでなり、その一端に少なくとも１つ
   のセンサ（５、６、２０５）を取り付けたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の表面検査装置。 ３　振動系は少なくとも１つの板ばね（１０２）でなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面検査
   装置。 ４　振動系は、ねじり棒（３０３）とこれに接続された
   プーリ（３０２）に張設されたバンド（３０１）で構成
   され、該バンド上に少なくとも１つのセンサ（３０５）
   を配置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の表面検査装置。 ５　振動系の振動振幅を測定し、それを調節することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項の何れか
   に記載の表面検査装置。 ６　センサ（５、６、１０４、２０５、３０５）と工作
   物（１２、１０５、２０６、３０６）間の間隔が変化し
   たとき、その変化を調節するための弾性要素（２、１０
   ７、２０３、３０１）を少なくとも１つ振動系に設けた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項の
   何れかに記載の表面検査装置。 ７　センサ（５、６、１０４、２０５、３０５）の横断
   方向の傾斜が変化したとき、その変化を調節するための
   弾性要素（２、１０７、２０３、３０１）を少なくとも
   １つ振動系に設けたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第６項の何れかに記載の表面検査装置。 ８　間隔変化もしくは横断方向傾斜変化またはその両変
   化を調節する弾性要素はねじり棒（２）としたことを特
   徴とする特許請求の範囲第６項または第７項記載の表面
   検査装置。 ９　間隔変化の調節を第１調節手段（９、１０、１１）
   で行なうこととした特許請求の範囲第６項または第８項
   記載の表面検査装置。 １０　横断方向傾斜変化の調節を第２調節手段（１８、
   １９、２０）で行なうこととした特許請求の範囲第６項
   ないし第９項の何れかに記載の表面検査装置。 １１　第１調節手段と第２調節手段の一方または両方を
   調節回路で制御可能としたことを特徴とする特許請求の
   範囲第９項または第１０項記載の表面検査装置。 １２　弾性要素（２、１０７、２０３、３０１）付きセ
   ンサ（６、１０４、２０５、３０５）を被検査工作物表
   面に圧接させることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第８項の何れかに記載の表面検査装置。 １３　センサ（６、１０４、２０５、３０５）を空気圧
   または流体圧スラスト・ベアリング（２０７、２０８、
   ２０９、２１０）によって被検査物表面上に浮動させる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の表面検
   査装置。 １４　センサ（６、１０４、２０５、３０５）を磁気的
   手段で被検査物表面側に近づけ、空気圧または流体圧ス
   ラスト、ベアリング（２０７、２０８、２０９、２１０
   ）によって被検査物表面上に若干の間隔を保つようにし
   た特許請求の範囲第１項ないし第１３項の何れかに記載
   の表面検査装置。 １５　励振系は、圧縮空気路（２４）に接続された反発
   力発生エア・ノズル（２１）からなり、圧縮空気路にバ
   ルブ（２３）を配設し、励振系を振動系の固有振動数ま
   たはその近傍振動数でオン・オフさせることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし第１４項の何れかに記載
   の表面検査装置。