(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状体の内部欠陥を超音波探傷装置を用いて検出する内部欠陥検出方法において、
前記帯状体の内部欠陥を検出する際に設定するしきい値を、前記帯状体の板厚方向において変化するように設定して板厚中心位置に比べ板厚表層位置でのしきい値を小さくすることを特徴とする内部欠陥検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼帯等の金属帯に代表される帯状体を被検査対象とし、当該帯状体に存在する非金属介在物等の内部欠陥を超音波探傷装置を用いて検出する内部欠陥検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、鋼帯をはじめとする金属帯などの帯状体（帯状材ともいう）の内部欠陥の検出方法として、超音波探傷法がある。この探傷法には、送受兼用プローブによるパルス反射法、分割型超音波プローブによるパルス反射法、板を挟んで上下に超音波プローブを配列して行なわれる透過法などがある。また特に、表面近くの内部欠陥も含めて一度に一定幅の領域の探傷を不感帯なく行い、被検査材中の微細な介在物などの内部欠陥を、被検査材の全面にわたって高い検出能力で検出する方法として、特開平７−２５３４１４号及び特開平１１−８３８１５号に記載の探傷方法及び装置が提案されている。これは、超音波探傷装置の検出部を、移送される被検材を挟んでラインフォーカス型送信アレイプローブとラインフォーカス型受信アレイプローブとを対向配列（配列の方向は被検材の板幅方向）したもので、送信アレイプローブから送信された超音波によって生起された内部欠陥からの反射波を送信アレイプローブと対向配置した受信アレイプローブによって受信することにより、被検材の内部欠陥を表裏面直下の不感帯なしに検出するものである。
【０００３】
すなわち、図５に示すように、送信アレイプローブから送信され、被検材（鋼帯Ｓ）を０．５往復して受信アレイプローブに到達する０．５往復透過波Ｔ１と被検材を１．５往復して受信アレイプローブに到達する１．５往復透過波Ｔ２との間にあらわれる欠陥からの反射波Ｆ１，Ｆ２をゲート回路によって抽出し、反射波Ｆ１，Ｆ２の振幅が所定レベル以上である場合には、欠陥反射波があるとして内部欠陥を検出する方法である。
【０００４】
一般的に上記のような超音波探傷法を用いて内部欠陥を探傷する場合、そこから得られる情報は単位面積当たり欠陥の個数である内部欠陥の密度（個／ｍ２）である。この欠陥密度の大小により欠陥の問題度が評価され、欠陥密度が大きい方が内部欠陥の問題度が大きいと評価される。例えば鋼帯においては、内部欠陥の存在の程度（清浄度）を評価し、内部欠陥厳格材への充当規制を行っていた。
【０００５】
従来は上記のように、内部欠陥の存在位置にかかわらず、内部欠陥の密度のみで評価をおこなっていた。即ち、評価対象となる内部欠陥の密度の算出に際して、内部欠陥の板厚方向の位置情報が加味されていなかった。
一方、内部欠陥の存在位置が板厚方向の表層に近いほど、有害度が高い、すなわち加工時の割れにつながる可能性が高くなる場合があることが判ってきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法では、板厚方向の内部欠陥の存在位置を測定しておらず、内部欠陥の密度の算出に際して、内部欠陥の板厚方向の位置情報が加味されていないため、検出した欠陥の有害度を正確には評価できていないという問題があった。すなわち、内部欠陥位置に関わらず検出された欠陥個数のみに基づき内部欠陥の評価を行うことにより、例えば、欠陥密度は低いが、板厚の表層近くに内部欠陥が顕在化している場合は、欠陥密度の判定では合格となるものの、実際の加工において割れが発生してしまう場合があった。このような問題を回避するため、欠陥密度の合否のしきい値を低く設定すると、実際には割れ発生の問題のない帯状材を不合格としてしまうため、歩留りの低下につながる。すなわち欠陥密度は高いものの、板厚中央部に欠陥が多量に存在する場合は、実際には割れが発生しないにも関わらず不合格と判定され、歩留りの低下を招いていた。
【０００７】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、従来求めていた内部欠陥密度からは予想されない不具合の発生を防止し、歩留りを向上して生産性を良好とできる内部欠陥検出方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、内部欠陥の検出を行なう際に、内部欠陥の有害度を考慮し、内部欠陥を検出する際に設定するしきい値を、板厚方向において変化するように設定して板厚中心位置に比べ板厚表層位置でのしきい値を小さくすることにより、上記課題を解決したものである。すなわち、
本発明の内部欠陥検出方法は、帯状体の内部欠陥を超音波探傷装置を用いて検出する内部欠陥検出方法において、前記帯状体の内部欠陥を検出する際に設定するしきい値を、前記帯状体の板厚方向において変化するように設定して板厚中心位置に比べ板厚表層位置でのしきい値を小さくすることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、被検査材である帯状体を鋼帯とし、超音波送信子と超音波受信子を対向配置し、該超音波送信子から超音波ビームを鋼帯に向けてほぼ垂直に送信して内部欠陥からの反射波を受信して欠陥の検出を行う透過型超音波探傷法を例として、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１０】
本発明に係る内部欠陥検出方法の実施形態に適用される透過型超音波探傷装置の概略を図１に示す。
図１に示すように、帯状体である鋼帯Ｓは、左側（上流側）から右側（下流側）に向けて搬送される。そして、上流側から下流側に向けて、上流側デフレクタロール２、水槽７、リンガーロール５、及び下流側デフレクタロール６が配置されている。
【００１１】
ここで、水槽７中には、超音波伝播媒質としての水が収容されると共に、水中の上流側には第１の搬送ロール３が設置され、水中の下流側には第２の搬送ロール４が設置されている。
そして、第１の搬送ロール３と第２の搬送ロール４との間には、超音波探傷装置のセンサ部である超音波送信子１ａと超音波受信子１ｂとが鋼帯Ｓを挟んで当該鋼帯Ｓの板厚方向で対向配置されている。超音波送信子１ａ及び超音波受信子１ｂは、それぞれ、図示はしないが、一次元アレイ型ラインセンサで構成されている。
【００１２】
また、超音波送信子１ａ及び超音波受信子１ｂは、探傷装置本体１ｃに接続されている。この探傷装置本体１ｃは、超音波送信子１ａに接続される送信回路１ｄ及び超音波受信子１ｂに接続される受信回路１ｅで構成されている。
送信回路１ｄは、超音波送信子１ａの各素子（振動子）に接続される複数の電気パルス送信器（図示せず）と、これら複数の電気パルス送信器に接続する同期信号発生器（図示せず）とからなり、各電気パルス送信器は、同期信号発生器からのクロックパルスを受けて同期をとって電気パルスを対応する各素子に出力可能となっている。
【００１３】
また、受信回路１ｅは、図２に示すように、主な構成要素として、増幅器１１、ゲート回路１３、ピーク検出器１４、欠陥判定回路１５、しきい値設定器１６及び内部欠陥密度算出器１７を備えている。
図１に示した透過型超音波探傷装置では、図５に示したように鋼帯Ｓの表面からの透過波及び欠陥からの反射波を用い、内部欠陥の検出が行われる。すなわち超音波送信子１ａから被検査材である鋼帯Ｓに超音波が送信され、鋼帯Ｓを０．５往復して超音波受信子１ｂに到達する０．５往復透過波Ｔ１と鋼帯Ｓを１．５往復して超音波受信子１ｂに到達する１．５往復透過波Ｔ２との間に欠陥からの反射波Ｆ１，Ｆ２が発生する。これら受信された超音波を増幅器１１で増幅し、このうち反射波Ｆ１，Ｆ２のみを増幅器１１に接続されたゲート回路１３で抽出する。ここで、増幅器１１は、ゲイン設定器１２で設定されたゲインで受信された超音波を増幅する。
【００１４】
ゲート回路１３における抽出方法を、図３を参照して具体的に説明すると、図３（ｂ）に示すように、透過波Ｔ１および透過波Ｔ２を検出している間は、図３（ａ）に示すように、ゲート信号をＯＦＦとして、透過波Ｔ１と透過波Ｔ２の間ではゲート信号をＯＮとして、反射波Ｆ１，Ｆ２のみを抽出できるようにしている。ゲート回路１３は、抽出した反射波Ｆ１，Ｆ２の出力信号を出力する。
【００１５】
ピーク検出器１４は、ゲート回路１３の出力信号を入力し、その出力信号のピーク値を検出して出力する。
しきい値設定器１６は、鋼帯Ｓの内部欠陥を検出する際に設定するしきい値を、鋼帯Ｓの板厚方向において変化するように設定して板厚中心位置に比べ板厚表層位置でのしきい値を小さくする。そして、しきい値設定器１６は、設定されたしきい値を欠陥判定回路１５に送出する。このしきい値は、反射波Ｆ１，Ｆ２の振幅の大きさを基準とする。
【００１６】
しきい値設定器１６におけるしきい値の設定に際しては、具体的には、図４に示すように、しきい値をあらかじめ板厚中心（ｔ／２）の位置で極大値βをとるような板厚方向位置に対応した時間の関数で表す。図４にあっては、板厚表層位置に対応した時間（０及びｔ０  ）のしきい値はαで、板厚中心位置に対応した時間（ｔ０  ／２）のしきい値はβで、板厚表層位置に対応した時間から板厚中心位置に対応した時間まで直線的にしきい値は増加する関数となっている。ここで、板厚方向位置に対応した時間は、検出する超音波波形から求めることができる。すなわち、図３（ｃ）に示すように、透過波Ｔ１が検出され始めた時間を０とし、透過波Ｔ２が検出され始めた時間をｔ０  とすると、板厚方向の中心位置（板厚／２）からの情報は時間ｔ０  ／２の時に検出され、板厚表層からＸの位置（Ｘ）からの情報は時間ｔｘ  の時に検出される。従って、板厚方向位置はこのように超音波波形の検出される時間軸（板厚方向位置に対応した時間）で表すことができるため、この時間軸を変数とし、時間ｔ０  ／２で極大値となるようにしきい値を与えることにより、板厚中心位置に比べ板厚表層位置でのしきい値を小さくすることができる。
【００１７】
欠陥判定回路１５は、ピーク検出器１４の出力信号が、しきい値設定器１６で設定されたしきい値以上であるときには、欠陥という判定を出力する。
なお、従来においては、検出したい最小の欠陥体積に応じた反射波Ｆ１、Ｆ２の振幅の高さを下限値（しきい値）として設定しておき、欠陥判定回路１５は、当該下限値以上の振幅を有する反射波が得られた場合、欠陥が存在するという判定を出力していた。このため、しきい値は、鋼帯Ｓの板厚方向において変化するようにはなっていなかった。
【００１８】
内部欠陥密度算出器１７は、欠陥判定回路１５の出力信号を入力するとともに、内部欠陥の個数を測定し、得られた内部欠陥の個数から鋼帯Ｓにおける内部欠陥密度（個／ｍ２）を算出し、算出結果を出力する。この内部欠陥密度の大小により内部欠陥の問題度を判断する。この際に、鋼帯Ｓの板厚方向において変化するように設定されたしきい値を用いて内部欠陥の個数を測定しているため、内部欠陥密度に前述のような有害度を盛込むことができ、従来求めていた内部欠陥密度からは予想されなかったような不具合の発生を防止し、歩留りを向上して生産性を良好とすることができる。
【００１９】
また、あらかじめ検出する情報を有害度に結びつく情報に絞り込んでいるため、従来に比べて情報量の削減が可能であり、特に容量の少ない情報処理装置を用いる場合でも迅速に内部欠陥情報の処理を行なうことができる。
なお、図４では、しきい値は板厚表層から板厚中心まで直線的に増加する関数としているが、しきい値の与え方はこれに限定されず、板厚表層位置に対応した時間から板厚中心に対応した時間まで指数関数的に増加するようにしても良いし、あるいは段階的に大きくするようにしても良い。
【００２０】
また、上記説明では、透過型超音波探傷法による場合を説明したが、この方法に限定するものではなく、超音波探傷法であれば他の透過型超音波探傷法であっても、反射型超音波探傷法であっても、板厚表面からの情報と内部欠陥からの情報とを分けて観察することができ、内部欠陥に位置情報を求めることができ、適用できる。
【００２１】
【実施例】
本発明の効果を検証すべく、従来のしきい値Ａに対して板厚方向中心位置で１．２Ａ、表面で０．８Ａとなるしきい値を与えて内部欠陥密度を求めた場合と、従来の方法で一定のしきい値Ａを与えて内部欠陥密度を求めた場合について比較検討を行なった。
【００２２】
検査対象は鋼帯であり、鋼種は低炭素鋼であり、用途は深しぼり缶である。
本発明を採用することにより、従来方法に比べ、実際にプレス成形した場合の不具合の発生を従来の１／３程度に削減することができ、歩留りも３０％程度向上することができた。
【００２３】
【発明の効果】
本発明に係る内部欠陥検出方法によれば、帯状体の内部欠陥を検出する際に設定するしきい値を、帯状体の板厚方向において変化するように設定して、板厚中心位置に比べ板厚表層位置でのしきい値を小さくするので、算出される内部欠陥密度に有害度を盛込むことができ、従来求めていた内部欠陥密度からは予想されなかったような不具合の発生を防止し、歩留りを向上して生産性を良好とできる。すなわち、欠陥の板厚方向位置に応じて、内部欠陥かどうかの判定を行なうことにより、有害度の大きい板厚表層に存在する欠陥は出力の超音波波形の小さいものから検出することができ、加工時の割れの発生を低下することができる。また、板厚中心近傍に存在する有害度の小さい欠陥は比較的大きな超音波波形のものに限って検出することにより、歩留りを向上することができる。また、前述のように、あらかじめ検出する情報を有害度に結びつく情報に絞り込んでいるため、従来に比べて情報量の削減が可能であり、特に容量が少ない情報処理装置を用いる場合に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内部欠陥検出方法の実施形態に適用される透過型超音波探傷装置の概略図である。
【図２】本発明に係る内部欠陥検出方法の実施形態に適用される受信回路のブロック図である。
【図３】ゲート信号、超音波波形、及び板厚方向の欠陥位置のタイムチャートである。
【図４】欠陥検出のためのしきい値と板厚方向位置に対応した時間との関係を示すグラフである。
【図５】透過型超音波探傷装置における透過波及び欠陥からの反射波を示す図である。
【符号の説明】
１  透過型超音波探傷装置
１ａ  超音波送信子
１ｂ  超音波受信子
１ｃ  探傷装置本体
１ｄ  送信回路
１ｅ  受信回路
２  上流側デフレクタロール
３  第１の搬送ロール
４  第２の搬送ロール
５  リンガーロール
６  下流側デフレクタロール
７  水槽
１１  増幅器
１２  ゲイン設定器
１３  ゲート回路
１４  ピーク検出器
１５  欠陥判定回路
１６  しきい値設定器
１７  内部欠陥密度算出器
Ｓ  鋼帯
Ｔ１，Ｔ２  透過波
Ｆ１，Ｆ２  反射波
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003603805.tif 000005
【図５】
0003603805.tif 000006