(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とともに当該内部欠陥の前記帯状体における板厚方向の位置を求め、当該内部欠陥の板厚方向の位置情報を加味して前記帯状体における内部欠陥密度を算出し、該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とを特徴とする内部欠陥検出方法。
【請求項２】
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とともに当該内部欠陥の前記帯状体における板厚方向の位置を求め、当該内部欠陥の板厚方向の位置情報に基づいて板厚中央部から板厚表層に近づくほど大きくなる補正係数を設定し、検出された各板厚方向位置での前記内部欠陥の個数と設定された各板厚方向位置での前記補正係数とを乗じて各板厚方向位置での補正された内部欠陥個数を算出し、当該補正された内部欠陥個数を全ての板厚方向位置で足し合わせて内部欠陥総個数を求め、この内部欠陥総個数から前記帯状体における内部欠陥密度を算出し、該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とを特徴とする内部欠陥検出方法。
【請求項３】
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、
第１のしきい値を用いて前記帯状体の内部欠陥を検出するとともに当該内部欠陥の前記帯状体における板厚方向の位置を求め、当該内部欠陥の板厚方向の位置情報に基づいて板厚中央部から板厚表層に近づくほど小さくなる第２のしきい値を設定し、第１のしきい値を用いて検出された前記内部欠陥の超音波波形に対して、前記第２のしきい値を用いて再度フィルタリング処理を行なって内部欠陥を検出し直し、検出された内部欠陥の個数に基づいて前記帯状体における内部欠陥密度を算出し、該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（帯状材ともいう）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材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７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、内部欠陥の板厚方向の位置情報を加味した内部欠陥密度を算出するようにして、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した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うとともに内部欠陥の板厚方向の存在位置を求めて、欠陥個数と欠陥の位置情報から総合的に内部欠陥の問題度を評価することにより、上記課題を解決したものである。すなわち
本発明のうち請求項１に係る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とともに当該内部欠陥の前記帯状体における板厚方向の位置を求め、当該内部欠陥の板厚方向の位置情報を加味して前記帯状体における内部欠陥密度を算出し、該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とを特徴としている。
【０００９】
また、本発明のうち請求項２に係る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とともに当該内部欠陥の前記帯状体における板厚方向の位置を求め、当該内部欠陥の板厚方向の位置情報に基づいて板厚中央部から板厚表層に近づくほど大きくなる補正係数を設定し、検出された各板厚方向位置での前記内部欠陥の個数と設定された各板厚方向位置での前記補正係数とを乗じて各板厚方向位置での補正された内部欠陥個数を算出し、当該補正された内部欠陥個数を全ての板厚方向位置で足し合わせて内部欠陥総個数を求め、この内部欠陥総個数から前記帯状体における内部欠陥密度を算出し、該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とを特徴としている。
【００１０】
更に、本発明のうち請求項３に係る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る内部欠陥検出方法において、第１のしきい値を用いて前記帯状体の内部欠陥を検出するとともに当該内部欠陥の前記帯状体における板厚方向の位置を求め、当該内部欠陥の板厚方向の位置情報に基づいて板厚中央部から板厚表層に近づくほど小さくなる第２のしきい値を設定し、第１のしきい値を用いて検出された前記内部欠陥の超音波波形に対して、前記第２のしきい値を用いて再度フィルタリング処理を行なって内部欠陥を検出し直し、検出された内部欠陥の個数に基づいて前記帯状体における内部欠陥密度を算出し、該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とを特徴としている。
【００１１】
【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。
【００１２】
本発明に係る内部欠陥検出方法の第１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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、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７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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
欠陥判定回路１５は、ピーク検出器１４の出力信号が所定レベルの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。すなわち、図３（ｂ）に示すように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、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する。前述のしきい値は、閾値設定器１６によって設定される。
【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、内部欠陥の鋼帯Ｓにおける板厚方向の位置を求め、内部欠陥の板厚方向の位置情報を加味して鋼帯Ｓにおける内部欠陥密度を算出し、算出結果を出力する。
内部欠陥密度算出器１７による板厚方向の欠陥位置の求め方を図３（ｂ）、（ｃ）を用いて具体的に説明する。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からの情報はｔ０／２の時に検出され、この時に板厚方向の欠陥位置（欠陥深さ）は極大値である板厚／２をとる。このような時間軸上（板厚方向位置に対応した時間）での内部欠陥からの反射波Ｆ１あるいはＦ２の検出時間を求めることにより、内部欠陥の板厚方向位置を求めることができる。なお、欠陥検出のための反射波としては、Ｆ１、Ｆ２があるが、欠陥位置を求めるのには、どちらか一方の明瞭に検出される反射波を用いればよい。また、欠陥の板厚方向の位置としては欠陥位置検出に用いる反射波が最初にしきい値を超えた時間から求めればよい。具体的に図３を用いて説明すると、図３（ｂ）において欠陥からの反射波であると明瞭に検出される反射波Ｆ２を用い、図３（ｃ）のように検出された時間ｔｘにおける欠陥深さ（板表面からの欠陥位置）Ｘが内部欠陥の位置情報として与えられる。
【００１９】
次に、内部欠陥密度算出器１７による内部欠陥密度の算出方法について説明する。
先ず、内部欠陥密度算出器１７は、前述の内部欠陥の位置情報に基づいて、図４に示すような板厚方向位置に応じて板厚中心即ち板厚の１／２の場合に極小値を与え、板厚表層に近づく程大きくなる補正係数を設定する。そして、内部欠陥密度算出器１７は、検出された各板厚方向位置での内部欠陥の個数と設定された各板厚方向位置での補正係数とを乗じて各板厚方向位置での補正された内部欠陥個数を算出し、当該補正された内部欠陥個数を全ての板厚方向位置で足し合わせて内部欠陥総個数を求め、この内部欠陥総個数から鋼帯Ｓにおける内部欠陥密度（個／ｍ２）を算出する。すなわち各板厚方向位置での補正された内部欠陥個数＝（各板厚方向位置で検出された内部欠陥個数）×（各板厚方向位置での補正係数）としてあらわされ、これを全板厚方向位置で足し合せて内部欠陥個数の総個数を求め、この個数から内部欠陥密度（個／ｍ２）求めるものである。
【００２０】
このようにして算出された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。すなわち、補正された内部欠陥個数から求められた内部欠陥密度は、板厚中央部に比べ板厚表層に近い欠陥の方が大きくなるように重み付けがなされており、板厚中央部に比べ板厚表層に近い欠陥の方が内部欠陥密度に対する寄与度が大きく、欠陥の個数が同じであれば板厚中央部に比べ板厚表層に近い欠陥の方が多ければ多いほど内部欠陥密度が大きくなり、内部欠陥の問題度が大きいと判断される。
【００２１】
なお、図４では、補正係数は板厚中心から表面に対し直線的に比例して数値を変えるようにしているが、補正係数の与え方はこれに限定されず、用途によって特に表面での内部欠陥の有害度が大きくなるような場合には板厚中心から板厚表面に対し指数関数的に大きくなるように設定しても良いし、あるいは段階的に大きくなるように設定してもよい。
【００２２】
次に、本発明に係る内部欠陥検出方法の第２実施形態について図５及び図６を参照して説明する。
この方法に用いられる透過型超音波探傷装置は、図１に示す装置と基本構成は同様であるが、受信回路１ｅの構成が異なっている。
すなわち、受信回路１ｅは、図５に示すように、主な構成要素として、増幅器１１、ゲイン設定器１２、ゲート回路１３、ピーク検出器１４、欠陥判定回路１５、他の欠陥判定回路１９、第２のしきい値設定器２０及び内部欠陥算出器２１を備えている。
【００２３】
ここで、増幅器１１、ゲイン設定器１２、ゲート回路１３、ピーク検出器１４及び欠陥判定回路１５の機能は、図１乃至図３に示した各構成部材の機能と同一である。なお、欠陥判定回路１５に設定されるしきい値は、第１のしきい値設定器１８により第１のしきい値として設定される。従って、欠陥判定回路１５は、第１のしきい値を用いて鋼帯Ｓの内部欠陥を検出判定し、その判定結果を他の欠陥判定回路１９に出力する。
【００２４】
この透過型超音波探傷装置において、第２のしきい値設定器２０は、内部欠陥の鋼帯Ｓにおける板厚方向の位置を図３（ｃ）に示す原理と同様の原理で求め、この内部欠陥の位置情報に基づいて、図６に示すような板厚方向位置に応じて板厚中心即ち板厚の１／２の場合に極大値を与え、板厚表層に近づく程小さくなる第２のしきい値を設定し、その設定された第２のしきい値の出力信号を他の欠陥判定回路１９に出力する。
【００２５】
そして、他の欠陥判定回路１９は、第１のしきい値を用いて検出された各内部欠陥の超音波波形に対し、前記第２のしきい値を用いて再度フィルタリング処理を行い、内部欠陥を検出判定し直す。そして、他の欠陥判定回路１９は内部欠陥密度算出器２１に判定結果を出力する。
内部欠陥密度算出器２１は、検出された内部欠陥の個数に基づいて鋼帯Ｓにおける内部欠陥密度（個／ｍ２）を算出する。そして、このようにして算出された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。
【００２６】
このように、他の欠陥判定回路１９で第２のしきい値を用いた再度のフィルタリング処理を行なうことにより、板厚表層部に比べ板厚中央でより高い波形から欠陥情報を検出し、すなわち板厚中央部に比べ板厚表層でより低い波形から内部欠陥情報が検出されるようになり、板厚中央部に比べ板厚表層に近い欠陥の方が内部欠陥の問題度が大きいと判断されるようになっている。
【００２７】
なお、図６では、第２のしきい値は板厚中心から表面に対し直線的に比例して数値を変えるようにしているが、第２のしきい値の与え方はこれに限定されず、用途によって特に表面での内部欠陥の有害度が大きくなるような場合には板厚中心から板厚表面に対し指数関数的に小さくなるように設定しても良いし、あるいは段階的に小さくなるように設定してもよい。
【００２８】
上記のように鋼帯Ｓの内部欠陥を検出するとともに当該内部欠陥の鋼帯Ｓにおける板厚方向の位置を求め、当該内部欠陥の板厚方向の位置情報を加味して鋼帯Ｓにおける内部欠陥密度を算出し、該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ので、内部欠陥の有害度を内部欠陥密度を求める際に盛込み、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向上できる。
【００２９】
また、いったん所定のレベルのしきい値で判断した内部欠陥の情報を求めるため、例えば内部欠陥の発生因子を検討するために製造条件との関係を検討する際にも、所定の一定のレベルを超えた欠陥の発生情報を求め、調査することができる。
なお、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。
【００３０】
【実施例】
本発明の第１実施形態の効果を検証すべく、補正された内部欠陥個数用いて、具体的には図４に示した板厚方向中心で０．５、表面で１．２となる補正係数を与えて内部欠陥密度を求めた場合と従来の方法で内部欠陥密度を求めた場合について比較検討をおこなった。
【００３１】
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。
本発明の第１実施形態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。
また、本発明の第２実施形態の効果を検証すべく、第２のしきい値を用いて、具体的には第１のしきい値をＡとし、図６に示した板厚方向中心で１．２Ａ、表面でＡとなる第２のしきい値を設定して再度のフィルタリング処理を行ない内部欠陥密度を求めた場合と従来の方法で内部欠陥密度を求めた場合について比較検討をおこなった。
【００３２】
なお、前記第１のしきい値Ａは従来のしきい値の８０％とし、従来よりも小さな値として小さな欠陥までも検出した。
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。
本発明の第２実施形態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。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係る内部欠陥検出方法によれば、本方法により従来と同様の内部欠陥密度による問題度の判断を行っても、有害度の大きい板厚表層に存在する欠陥は検出個数が少なくても問題度が大きいとすることができ、加工時の割れの発生を低下することが出来る。また、板厚中央付近の内部欠陥については、多少検出個数が多くても問題度が低いように判断することができ歩留りを向上できる。また、前述のように、いったん所定のレベルのしきい値で判断した内部欠陥の情報を求めるため、例えば内部欠陥の発生因子を検討するために製造条件と欠陥の発生個数の関係を調査する際にも、所定の一定レベルを超えた欠陥の発生情報を得た上で検討することができるという利点も有する。
【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第１実施形態及び第２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第１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】補正係数と板厚方向位置との関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係る内部欠陥検出方法の第２実施形態に適用される受信回路のブロック図である。
【図６】第２のしきい値と板厚方向位置との関係を示すグラフである。
【図７】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
１８  第１のしきい値設定器
１９  他の欠陥判定回路
２０  第２のしきい値設定器
２１  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】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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