JPS6234099B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は連続鋳造法によつて製造された鋼片、
該鋼片を圧延、精整して得られる製品等の鋼材に
存在することある中央偏析及び層割れ等の欠陥を
自動的に検出評価する装置に関するものである。

連続鋳造によつて製造された鋼片又はこれを素
材として得た製品には中央偏析が存在することが
ある。このような中央偏析の検出評価には、一般
には厚板等のクロツプ部から試験片を切出し、そ
の断面をエツチングしてそのエツチングされた異
常組織の総長さ（占有率）に基いて等級判定を行
う方法が採られていた。しかしながら斯かる方法
による場合は被検鋼材の切断、エツチングを要し
て煩わしく、長時間を要し、しかもクロツプ部以
外の検出評価を行えないという欠点があつた。こ
の欠点を解消する為に本願発明者等は超音波技術
を利用した「鋼材の中央偏析の超音波自動検出判
定評価方法」の発明を完成した（特開昭52−
102786号）。

本発明は上述の発明に係る鋼材の中央偏析の検
出判定評価方法を実施すると共に、併せてその鋼
材に存する欠陥の検出評価も行うことを可能とし
て、連続鋳造法によつて得られた鋼材、これを素
材とする厚板等の製品の評価をオンラインで、し
かもその全長域に亘つて自動的に行えるようにし
た鋼材の自動評価装置を提供することを目的と
し、以下に本発明をその実施例を示す図面に基い
て詳述する。

第１図は本発明装置の走査系を示す立面図、第
２図はホルダの拡大立断面図、第３図は第２図の
―線によ平面断面図である。第１図において
１は門形をなす架台であつて、床面に固定されて
おり、搬送ローラ２上を図面の表裏方向に水平移
動される厚板３の上方に、その梁部１ａが厚板３
の移動方向と直交するように水平支架されてい
る。

この梁部１ａには走査ブロツク４が矢符で示す
ようにその長手方向、又は厚板幅方向、即ち厚板
移動方向と直交する方向への摺動自在に係合され
ている。１ｂ，１ｂは梁部１ａの前面の上下に突
出形成したガイドレールであつて、走査ブロツク
４はこのガイドレール１ｂ，１ｂにより姿勢を鉛
直に規制されつつ、案内される。梁部１ａの内部
空洞には略々梁部１ａの全長に亘つて無端のチエ
イン１ｃが張架されており、梁部１ａの左端部に
配設されているモータ５によつてこのチエイン１
ｃが駆動されるようにしてある。そして走査ブロ
ツク４はこのチエイン１ｃに繋留されており、要
するにモータ５の正逆回転によつて走査ブロツク
４は梁部１ａに沿い右、左に横行するようにして
ある。架台１の左側脚柱に取付けられているハン
ドル６はチエイン１ｃを手動駆動するためのもの
であり、モータ５に連結されたスプロケツト（図
示せず）と係脱自在に連繋してある。

走査ブロツク４にはエアシリンダ７がそのロツ
ド７ａが鉛直下向きとなるようにして取付けられ
ており、ロツド下端部には超音波探触子１１，１
２を保持するためのホルダ８が枢支されている。

ホルダ８は第２，３図に示すように略円筒状を
なしており、探触子１１，１２を保持する中子部
８ａとこれを上方から外被する外筒部８ｂとから
なつている。外筒部８ｂの上蓋部中央は前記ロツ
ド７ａの下端末に厚板３の移動方向（第３図矢
符）への若干の首振可能に枢支され、また中子部
８ａは外筒部下端における厚板３移動方向前後側
に設けたピン８ｃ，８ｃにより梁部１ａの長手方
向（厚板３の移動方向と直交する方向）への若干
の首振可能に支持されている。このような支持構
造により中子部８ａはエアシリンダ７のロツド７
ａに対して一定範囲内で任意方向に首振運動を行
えるから、その底部を厚板３に接触させた場合に
おいて厚板表面に凹凸が存在してもこの表面に倣
うようにして確実な摺擦が行えることになる。

中子部８ａには超音波探触子１１，１２が探触
面を底部に向けるようにして前後方向に並置さ
れ、超音波探触子１１，１２の対向部の左右には
プリウエツト用の給水管８ｄ、カプリング用の給
水管８ｅが設けられており、給水管８ｄに供給さ
れた水は中子部８ａの外部へ放出されて厚板３の
表面を予め濡らし、また給水管８ｅに供給された
水は探触子１１，１２の下端面配置部へ導かれ、
探触子１１，１２と厚板３との音響的結合を図る
ようにしてある。中子部８ａの下端部を構成する
皿状のシユー８ｆの下面は摩擦強度向上の為にタ
ングステン溶射を施してある。探触子１１，１２
の下端面はこのシユー８ｆに開設した穴に位置し
ている。

外筒部８ｂの下端における最左部及び最右部に
は厚板３の幅方向端部を検出する為の非接触型の
センサ８ｇ，８ｈが取付けられている。そしてこ
れらセンサ８ｇ，８ｈ、超音波探触子１１，１２
に対する電気的接続、及び給水管８ｄ，８ｅに対
するホース繋ぎ込み等は外筒部８ｂの上蓋部を貫
通して行われるようにしてある。

エアシリンダ７は探触子１１，１２を上下させ
て厚板３に対する離隔、接近を行わしめるもので
あつて、厚板移動方向に関し、ホルダ８よりも上
流側にエアシリンダ７の駆動タイミング制御用の
非接触型のセンサ（図示せず）が設けられてい
る。

叙上の如く構成された走査系の動作を説明する
と、まず、厚板３の送給に先立ち、厚板３の幅寸
法を考慮してハンドル６を操作し、探触子１１，
１２が厚板３の左端部通過域上に位置するように
走査ブロツク４の位置を初期設定する。

このようにした上で厚板３の送給を開始し、そ
の先端がホルダ８の手前に到るとエアシリンダ７
の駆動タイミング制御用のセンサが厚板先端の到
来を検知してロツド７ａを下向きに進出させる。
その後、厚板先端はロツド７ａ下に達するが、そ
れから僅かに遅れてホルダ８に保持された探触子
１１，１２がその直下にある厚板３の表面に接触
する。前記センサの厚板先端検知時点から、探触
子１１，１２の厚板３に対する接触時点までの時
間よりも若干長くその限時を設定されたタイマ
（図示せず）は前記センサの検知時点で計時動作
を開始し、その限時でモータ５の正転駆動を開始
させると共に給水管８ｄ，８ｅへの給水を開始す
る。走査ブロツク４は右へ移動し、また探触子１
１，１２と厚板３とは水の介在により音響的に結
合するので要するに探触子１１，１２を右方へ移
動させつつの走査が開始されることになる。

而してホルダ８が厚板右端部に至近するとセン
サ８ｈがこれを検知して図示しないモータ制御回
路にこれを報じ、モータ５を逆転駆動させる。そ
うすると今度は探触子１１，１２を左方へ移動さ
せつつの走査が行われることになり、逆に厚板左
端部へのホルダ８の接近は他方のセンサ８ｇによ
つて検知され、この検知と同時にモータ５を反転
して次には探触子１１，１２を右方へ移動させ
る。即ち探触子１１，１２は厚板の略全幅内で左
右に反復横行することになる。一方、厚板３は探
触子１１，１２の反復横行方向と直交する方向に
移動していくから、結局探触子１１，１２による
厚板３評価の為の走査は第４図に示す如くジグザ
グ状に行われていくことになる。第４図は厚板移
動速度及び走査ブロツク移動速度共等速（60m／
分）とした場合における走査軌跡を示しているの
で、この軌跡の厚板又は走査ブロツクの移動方向
に対する角度は45゜になつている。なお、前記セ
ンサ８ｇ，８ｈによるモータ５反転制御のための
厚板の幅方向裕度として片側夫々50±30mm程度を
見込んでいる。またモータ減速期、増速期の存在
のために上記速度例では、厚板３はセンサ８ｇ
（又は８ｈ）作動時からモータ５停止時まで90mm
移動し、またモータ５の反転開始時から定速に達
する迄に同程度の距離を移動するため、走査軌跡
は端部においては曲線的になる。このように探触
子１１，１２が移動していく間において厚板３の
表面に凹凸があり、また搬送系の不備のために厚
板３が上下動したとしても、エアシリンダ７がこ
れを吸収し、しかも前述したホルダ８の首振可能
構造のためにホルダ８の中子部８ａは厚板表面に
追随するから、ホルダ８下部のシユー８ｆは過大
な力を受けることがなく、また探触子１１，１２
の下面が厚板３の表面に対し略一定の条件で臨む
ことになり、要するに探触子の保護と走査条件の
安定化が図られている。そして厚板３が探触子１
１，１２の移動域を通過し去るとエアシリンダ駆
動タイミング制御用のセンサがこれを検知して、
ロツド７ａを退入させ、ホルダ８を上昇退避させ
る。

次に第５図に基き本発明装置の信号処理系につ
き説明する。前記ホルダ８に保持されている第１
の探触子１１は中央偏析の検出評価を目的として
設けられたものであつて、これが発する超音波の
周波数は８〜12MHzと比較的高くなるようにその
振動子（トランスデユーサ）１１０及び発信回路
１１ｔを構成している。一方、第２の探触子１２
は層割れその他通常の超音波探触の対象となる欠
陥の検出評価を目的として設けられたものであつ
て、これが発する超音波の周波数は２〜8MHzと
探触子１１のそれよりも低くしてあり、発信用、
受信用夫々の振動子１２０ｔ，１２０ｒを有して
いる。

発信回路１１ｔから間欠的に発せられる高周波
信号により振動子１１０は超音波を発するが、こ
の超音波は厚板３の裏面、中央偏析又は欠陥にて
反射され反射波は振動子１１０に捉えられて電気
信号に変換され、自動利得調整器１３へ入力さ
れ、その出力は検波等の信号処理を行う受信回路
１１ｒへ入力される。

一方、振動子１２０ｔも発信回路１２ｔにより
励振され超音波を発する。この超音波は比較的低
周波であるので厚板３の裏面又は欠陥にて反射さ
れ、反射波は受信用の振動子１２０ｒに捉えられ
て電気信号に変換され、自動利得調整器１４経由
で受信回路１２ｒへ入力される。１５はモニタ用
のCRTであつて受信回路１１ｒ又は１２ｒで処
理された信号を選択的に表示し得るようにしてあ
る。

１６はゲート回路であつて、受信回路１１ｒ，
１２ｒの出力信号から所要の信号成分を選択的に
通過せしめピークホールド回路１７へ送出する。
このゲート回路１６は受信回路１１ｒ用に１６
ａ，１６ｂの２個、受信回路１２ｒ用に１６ｃの
１個が設けられており、ゲート回路１６ａ，１６
ｂは択一的に使用される。

ピークホールド回路１７は受信回路１１ｒから
の信号用と１２ｒからの信号用の２チヤンネルの
構造を有し、逐次入力されるパレス状の信号夫々
のピーク値を保持し、同じく２チヤンネル構造の
コンパレータ１８へ出力する。コンパレータ１８
は予め設定された所定値を比較基準値とし、これ
をピークホールド回路１７から入力された値とを
比較し、両者が一致するように自動利得調整器１
３，１４を制御する。具体的にはCRT１５上に
おける表示レベルがフルスケールの50％となる値
を比較基準値として設定してあり、従つて自動利
得調整器１３，１４は夫々への入力信号がCRT
１５上にそのフルスケールの50％のレベルで表示
されるように制御せしめられることになる。そし
てコンパレータ１８は斯かる制御を行うと共に入
力信号と比較基準値とが一致した際の制御信号情
報をデータ処理装置１９へ出力する。この制御信
号情報は自動利得調整器１３，１４の増幅度又は
減衰度（振動子１１０，１２０ｒと自動利得調整
器１３，１４との間にプリアンプと介在させてい
る場合）をあらわすデータとなつている。

以下データ処理方法を第５図の回路動作と共に
説明する。このデータ処理はデータ処理装置１９
に入力されたデータを磁気テープ等の外部記録媒
体に収録し、その後データを再生してバツチ処理
することとしても、また１枚の厚板毎に又は１枚
の厚板の所定領域毎にリアルタイムで処理するこ
ととしてもよい。ここでは後者の方法に基いて説
明する。

前述した如き走査系の動作に従い探触子１１，
１２は厚板３の表面上を摺擦し、これらによるジ
グザグ状の走査が行われることになるが、まず探
触子１１による中心偏析の検出評価について述べ
る。センサ８ｇ，８ｈとタイマによる自動制御又
は手動操作により探触子１１が中央偏析の存在し
ないと想定される厚板の左右端部に位置する間に
はゲート回路１６ａを選択し、それ以外の間、す
なわち中央偏析が存することある部分に探触子１
１が存する間はゲート回路１６ｂを選択する。第
６図イは厚板左右端部等、中央偏析が存在しない
良好部における超音波伝播経路の模式図であり、
超音波は厚板３の裏面３１にて反射され振動子１
１０に捉えられるから受信回路１１ｒの出力信号
はCRT１５上の表示波形で示すと第７図イに実
線で示す如くになる。図中最初の矩形波状パルス
Ｔは発信波であり、以後のパルスは裏面３１より
の反射波信号Ｂ_Gである。ゲート回路１６ａは第
７図イに破線で示すように最初に裏面３１から反
射される超音波に相当する信号Ｂ_G1が現れる領域
を通過せしめるべく作用し、これをピークホール
ド回路１７へ入力する。ピークホールド回路１７
はそのピーク値を保持し、これをコンパレータ１
８へ入力するからこのコンパレータ１８と自動利
得調整器１３の作用により信号Ｂ_G1のピーク値が
比較基準値に一致せしめられることにより、デー
タ処理装置１９はその時のコンパレータ１８の制
御信号情報を取り込み、自動利得調整器１３の増
幅度又は減衰度に関するdB値として読込む。こ
の読込値をＢ_Gとし、同様の手順で適当なサンプ
リングタイミングにてｍ個のＢ_Gを読込む。そし
てＢ_Gの平均値Ｂ_Gを下記(1)式にて求める。

Ｂ_G＝１／ｍΣＢ_G …(1) 一方、探触子１１が厚板３の左右端部以外に在
り、そこに中央偏析が存在した場合にはその超音
波伝播経路は第６図ロに示す如く中央偏析３２及
び裏面３１から反射される状態になる。そうする
と受信回路１１ｒの出力信号はCRT１５上の表
示波形で示すと第７図ロに実線で示す如くにな
る。Ｔ，Ｂ_Gは第７図イ同様であり、Ｆは中央偏
析３２からの反射波信号である。然るところゲー
ト回路１６ｂは第７図ロに破線で示すようにＴ，
Ｂ_Gの通過を阻止せしめるべく作用し、信号Ｆが
存在する場合はこれのみをピークホールド回路１
７へ入力する。ピークホールド回路１７はそのピ
ーク値を保持し、これをコンパレータ１８へ入力
するから、コンパレータ１８と自動利得調整器１
３の作用により信号Ｆのうち例えば最初の信号
F₁のピーク値が比較基準値に一致せしめられる
ことになり、データ処理装置１９はその時のコン
パレータ１８の制御信号情報を読込み、これを自
動利得調整器１３のdB値として認識することに
なる。この読込値をFmax.とし、同様の手順で適
当なサンプリングタイミングにてｎ個のFmax.を
読込む。そしてFmax.の平均値.を下記(2)式
にて求める。

.＝１／ｎΣFmax. …(2) そして(1)，(2)式から_Gと.の差Ｐを下記
(3)式により求める。

Ｐ＝_G−. …(3) そしてこのＰを中央偏析評価の指数として用い
る。Ｂ_G，FmaxのdB値を自動利得調整器１３の
減衰度をあらわすものとすると、マクログレード
判定とＰの対応は次のようになる。

マクログレード判定 Ｐ＜−65dB Ａ（中央偏析 な し） −65dB≦Ｐ＜−55dB Ｂ（中央偏析 10％以下） −55dB≦Ｐ＜−45dB Ｃ（中央偏析 50％以下） −45dB≦Ｐ＜−35dB Ｄ（中央偏析 90％以下） −35dB≦Ｐ Ｅ（中央偏析 連 続） なお、探触子１１は次に説明する探触子１２に
よつて捉えるべき欠陥からの反射波も捉えること
になるが、この反射波は中央偏析からの反射波に
比して両者識別し得る程度に高レベルであるの
で、データ処理装置１９にてこの高レベルの信号
に対応するデータをＰを求めるための処理外象外
とすれば欠陥存在による中央偏析評価の誤りを回
避できる。また探触子１１と並設されている探触
子１２が欠陥の存在を検出した場合にこれと同時
的に又は前後して得られる探触子１１からの信号
に基くデータを無効化することとしてもよい。

次に探触子１２が捉える反射波について説明す
る。この探触子１２は前述した如く２〜8MHzの
比較的低周波の超音波を発し、この超音波は中央
偏析で反射されない。

さて、第６図ハ厚板３に欠陥３３が存在した場
合における超音波の伝播経路を模式的に示してい
る。この場合には、欠陥３３が厚い場合、即ち二
枚割れである場合には欠陥３３にて入射超音波の
殆んどが反射され、欠陥３３が薄い場合、即ち断
面すじ割れである場合には欠陥３３及び厚板裏面
３１にて反射されることになる。第７図ハの実線
は後者の場合における受信回路１２ｒの出力信号
をCRT１５における表示能様で示してある。図
中FLは欠陥３３からの反射波に対応する信号を
表わしている。そしてゲート回路１６ｃは第７図
ハに破線で示すように発信波信号Ｔ及び裏面３１
からの反射波信号Ｂ_Gの通過を阻止せしめるべく
作用し、信号FLが存在する場合はこれをピーク
ホールド回路１７へ入力する。ピークホールド回
路１７はそのピーク値を保持し、これをコンパレ
ータ１８へ入力するから、コンパレータ１８と自
動利得調整器１４の作用により信号FLのピーク
値が比較基準値に一致せしめられることになり、
データ処理装置１９は信号FLの存在自体及び自
動利得調整器１４のdB値より、欠陥３３の存在
及びその厚さ程度を認識することになる。そして
予め与えられている探触子１２の移動速度と信号
FLの検出回数からその平面的な大きさにも認識
することになる。なお、検出、評価結果は図示し
ないプリンタ又はプロツタによつて視認情報とし
て記録される。

第８図は本発明装置による中央偏析の検出評価
結果を従来のクロツプ部のマクログレード判定結
果と対比して図示したものであり、横軸にはマク
ログレード判定結果Ａ〜Ｅを、また縦軸には(3)式
のＰ値を表わしており、両者には略々直線的な関
係があり、本発明装置による中央偏析の評価の妥
当性、換言すれば本発明装置の実用性が明らかと
なつた。

以上詳述した如く、本発明装置にあつては高周
波の超音波を発する第１の超音波探触子と、低周
波の超音波を発する第２の超音波探触子とを備
え、これらのデータに基づき鋼材の中央偏析及び
鋼材に存する欠陥の評価のための演算を行うデー
タ処理装置とを具備するから、鋼材の中央偏析の
検出評価及び欠陥の検出評価を同時的に、しかも
相互に誤認することなく、被検鋼材の全域にわた
つて自動的に行うことが出来るなど本発明が鋼材
の品質管理技術の向上に寄与する処多大である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであつて、第
１図は本発明装置の走査系を示す立面図、第２図
はホルダの拡大立面図、第３図は第２図の―
線による平面断面図、第４図は探触子の走査軌跡
を示す厚板の平面図、第５図は本発明装置の信号
処理系を示すブロツク図、第６図イ，ロ，ハは超
音波伝播経路を示す模式図、第７図イ，ロ，ハは
第６図イ，ロ，ハ夫々に対応する信号波形図、第
８図は本発明装置による評価結果をマクログレー
ドと対比図示するグラフである。 １…架台、４…走査ブロツク、５…モータ、７
…エアシリンダ、８…ホルダ、１１，１２…探触
子、１３，１４…自動利得調整器、１５…
CRT、１６…ゲート回路、１７…ピークホール
ド回路、１８…コンパレータ、１９…データ処理
装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼材に超音波を入射してその評価を行う装置
   において、被検鋼材に高周波の超音波を入射する
   ための第１の超音波探触子及び低周波の超音波を
   入射するための第２の超音波探触子と、これらの
   超音波探触子を保持するホルダと、両超音波探触
   子を被検鋼材に対して接離せしめる移動機構と、
   両超音波探触子を被検鋼材表面に沿つて移動させ
   る走査機構と、各超音波探触子夫々の受信系に介
   在させた自動利得調整器と、自動利得調整器の出
   力信号処理系に設けられ、所要信号を選択するゲ
   ート回路と、該ゲート回路によつて選択された信
   号のピーク値を保持するピークホールド回路と、
   前記ピーク値を所定値と比較し、両者が一致する
   ように自動利得調整器を制御すると共に、各自動
   利得調整器の制御に与る信号に関するデータを出
   力するコンパレータと、このデータを第１、第２
   の超音波探触子夫々に関連づけて読込み、読込デ
   ータに基き鋼材の中央偏析及び鋼材に存する欠陥
   の評価のための演算を行うデータ処理装置とを具
   備することを特徴とする鋼材の自動評価装置。 ２ 前記第１の超音波探触子は第２の超音波探触
   子よりも高周波の超音波を発せしめるべく構成し
   た特許請求の範囲第１項記載の鋼材の自動評価装
   置。