(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被探傷材に対して相対移動可能に対向配置した超音波探触子から超音波を所定の入射角および探傷周波数で送信することにより、板波超音波を被探傷材内に前記相対移動方向と直交する方向に伝播させ、被探傷材の欠陥からの反射波を前記超音波探触子で受信し、その信号レベルに応じて被探傷材の欠陥を検出する方法において、
予め試験片で調査した被探傷材の材質、板厚毎の静止状態の入射角を用いて初期入射角を決定し、走行状態や静止状態の被探傷材に対して、前記初期入射角で端面エコー高さを観測し、この検出された端面エコー高さが設定値以上の場合、前記初期入射角で探傷を行い、前記端面エコー高さが設定値以下の場合、前記初期入射角を所定の範囲内を所定のピッチで変更して端面エコー高さが最大となる入射角を決定し、この入射角で探傷を行うことを特徴とする板波超音波探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波探触子から鋼板等の被探傷材に板波超音波を発生させ、その反射波を受信して被探傷材に生じた欠陥を検出する板波超音波探傷方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱延鋼板や冷延鋼板等、その厚みが比較的薄い被探傷材の表面および内部に生じた欠陥をオンラインで非破壊検査する場合、タイヤ型探触子を用いて被探傷材内に後述するような板波超音波を伝播させ、その反射波を探触子で受信し、その反射波の中に欠陥に基づく信号が含まれているか否かによって、被探傷材に生じた欠陥を探傷する板波超音波探傷が行われている。
【０００３】
図５は、タイヤ型探触子１０の使用態様を示す模式的断面図である。薄板等の被探傷材Ｓはその長手方向（紙面と直交する方向）に搬送され、被探傷材Ｓの表面には接触媒質１９が塗布され、この上にタイヤ型探触子が接触状態で設置される。タイヤ型探触子１０は、被探傷材Ｓの幅方向に位置調整移動可能な装置架台から鉛直に垂下する支持棒１２の下端近傍から固定軸１３を被探傷材Ｓの幅方向に延在するように水平に突設し、この固定軸１３に探触部１４を回転自在に取り付けて構成されている。
【０００４】
探触部１４は、固定軸１３に図示しない軸受を介して回転可能に取り付けられた左右一対のホイール１５と、この一対のホイール１５の外周縁部に形成された溝１６に端部が取り付けられ一対のホイール１５の外周を覆う形状のゴム等からなるタイヤ部１７とからなり、固定軸１３には、所定周期毎に超音波を送受信する振動子１８が被探傷材Ｓの幅方向に対して所定の角度で傾斜して取り付けられている。また、探触部１４内には充填液１１が充填されている。
以上のような構成のタイヤ型探触子１０を被探傷材Ｓのエッジ部ｅに配置し、振動子１８から超音波を発信すると、超音波はタイヤ部１７内の充填液１１・タイヤ部１７・被探傷材Ｓ表面の接触媒質１９を介して被探傷材Ｓに被探傷材の幅方向と平行に所定の入射角で入射され、そこで超音波の入射角・被探傷材Ｓの板厚・超音波の周波数に応じた振動モードの板波超音波に変換されて被探傷材Ｓ中を伝播する。
【０００５】
被探傷材Ｓ中を伝播した板波超音波は、被探傷材Ｓの表面・内部に生じた欠陥および被探傷材Ｓの端面で反射され、その反射波は、被探傷材Ｓ表面の接触媒質１９・タイヤ部１７・タイヤ部１７内の充填液１１を介して振動子１８に受信されて探傷信号が得られる。
【０００６】
ここで、この板波探傷に関する欠陥検出能力は、タイヤ型探触子１０内の振動子１８の入射角θと探傷周波数ｆの選定が大きく影響を与える。被探傷材Ｓ内に発生する板波は、通常の垂直探傷や斜角探傷における縦波や横波と異なり、被探傷材Ｓの板厚ｔと超音波の周波数ｆとの積が所定の条件を満たす時に発生する共振現象とみなすことができる。
【０００７】
図６は、板波モード表の例であり、横軸が板厚ｔと探傷周波数ｆの積、縦軸が入射角θである。この図において、ａ０  、ａ１  、ａ２  、…（Ａモード）、ｓ０  、ｓ１  、ｓ２  、…（Ｓモード）の曲線部分で板波が発生する。つまり、被探傷材Ｓの板厚ｔはその被探傷材固有のため、変更することができないため、入射角θもしくは探傷周波数ｆを変更することにより、各板厚毎（被探傷材毎）に板波を発生させる必要がある。
【０００８】
このため、特開昭６１−９１５６７号公報では、ストリップの内部欠陥を板波で探傷するに際し、タイヤ型探触子の水平角および入射角を端面エコー（バックエコー）の強度が最大となるようにマイクロコンピュータにより自動設定し、その最大となった端面エコー強度をＣＲＴ表示画面上で１００％となるように感度調整器で感度調整し、予め設定したレベル以上の欠陥エコーを検出することにより、欠陥検出を自動的に行うようにした自動板波探傷装置が提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の従来の自動板波探傷装置では、次のような問題点がある。
（１）  タイヤ型探触子の入射角の選定に際し、所定の設定値を設定後、端面エコー強度を読み取り、記憶装置にその端面エコー強度を記憶する。次に、入射角を所定角度だけ変更した後、再度端面エコー強度を読み取り、前回記憶した端面エコー強度と比較し、それを越えている場合はその強度を最大とし、その時の入射角を設定する。また、越えていない場合には、所定角度を今とは逆方向に変更し、前回記憶した端面エコー強度となる入射角に設定する。従って、初期の所定設定値に比べ、端面エコー強度を越えたかどうかを判断しているため、入射角を初期設定値から最大端面エコー強度より離れる方向に変更していく場合には、本来の最大の端面エコー強度が得られる入射角に設定できない問題がある。
（２）  所定の角度に設定後、ある方向に角度を変更し、最大エコー強度が更新されない場合には、再度逆方向に角度を変更するため、時間を要してしまう。被探傷材走行中にこの処理を実施すると、処理中は探傷できないことになり、時間がかかればそれだけ探傷できない長さが長くなり、問題となる。
（３）  入射角の設定後に感度を調整し、端面エコーがＣＲＴ表示画面上１００％になるように設定しているが、前述の通り入射角が適当な角度に設定されない場合が多く、むやみに感度を上げることになる。これにより、ノイズを検出しやすくなり、ある設定レベル以上で検出した信号が欠陥によるものか欠陥によらないものか判別できない問題もある。
【００１０】
本発明は、前述のような問題点を解消すべくなされたもので、その目的は、板波超音波探傷に際し、最大端面エコー強度が得られる入射角を正確に高速で自動設定することができ、板波超音波が最大に発生している状態で欠陥検出することが可能となり、また被探傷材の走行中においても最適な入射角の設定が可能となる板波超音波探傷方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の板波超音波探傷方法は、被探傷材に対して相対移動可能に対向配置した超音波探触子から超音波を所定の入射角および探傷周波数で送信することにより、板波超音波を被探傷材内に前記相対移動方向と直交する方向に伝播させ、被探傷材の欠陥からの反射波を前記超音波探触子で受信し、その信号レベルに応じて被探傷材の欠陥を検出する方法において、予め試験片で調査した被探傷材の材質、板厚毎の静止状態の入射角を用いて初期入射角を決定し、走行状態や静止状態の被探傷材に対して、前記初期入射角で端面エコー高さを観測し、この検出された端面エコー高さが設定値以上の場合、前記初期入射角で探傷を行い、前記端面エコー高さが設定値以下の場合、前記初期入射角を所定の範囲内を所定のピッチで変更して端面エコー高さが最大となる入射角を決定し、この入射角で探傷を行うことを特徴とする（請求項１）。
【００１４】
通常、走行中の被探傷材を板波超音波で欠陥検出するには、検出したい欠陥を検出するための探傷感度、被探傷材の材質毎の超音波減衰による感度補正曲線、被探傷材の板厚毎の入射角、探傷周波数が必要となる。そこで、先ず、これらの探傷感度、感度補正曲線、入射角、探傷周波数は、被探傷材から切り出した試験片により、静的状態で調査し、被探傷材の材質、板厚毎にコンピュータに記憶させておく。
【００１５】
ここで、経験的に被探傷材の静止状態と走行状態では、被探傷材の平坦度、走行ラインの状態、走行ラインとタイヤ型探触子の位置関係により、異なり、静的状態で調査した結果を設定しても、走行状態においては被探傷材の幅方向の端面からのエコー強度が最大とはならない。
【００１６】
そこで、本発明では、前述の静止状態の試験片等により調査した結果を用いて初期入射角θ0 を設定し、この初期値で探傷を行い、被探傷材の板幅長さを用いて端面からの反射エコーの高さＥ0 を認識する。この端面エコー高さＥ0 がある設定値Ａ0 以上の時は、板波超音波が十分発生していると判断し、後述する自動角度変更を実施することなく、初期入射角θ0 で探傷を行う。
【００１７】
端面エコー高さＥ0 がある設定値Ａ0 以下の時は、初期入射角θ0 から、初期入射角θ0 を中心とする所定の範囲±Δθだけ所定のピッチｐで角度を１方向に変更し、順次その角度での端面エコー高さを読み取る。例えば、初期入射角θ0 ＝３０deg で変更範囲±Δθ＝±２deg 、ピッチｐ＝０．１deg の場合、一旦２８deg に設定後、３２deg まで０．１deg ピッチで角度を変更し、あるいは一旦３２deg に設定後、２８deg まで０．１deg ピッチで角度を変更する。この角度ピッチ毎に端面エコー高さを読み取り、所定の範囲±Δθの角度変更が終了した時点で、所定の範囲±Δθの中で最大の端面エコー高さが得られた時の角度に入射角を設定する。これら一連の動作終了後、探傷を開始する。
【００１８】
以上のように、静止状態の試験片から調査した結果を初期値として用い、端面エコー高さが設定値以上の場合は、そのまま探傷を行い、設定値以下の場合は初期設定値を中心とする所定範囲を１方向に角度を変更して最大の端面エコー高さを求め、この最大端面エコー高さの入射角で探傷を行うため、最大端面エコー強度が得られる最適な入射角を正確に高速で自動設定することができ、板波超音波が最大に発生している状態で欠陥検出することが可能となる。また、最適な入射角の設定を高速で行うことができるため、被探傷材の走行中にも最適な入射角の設定を行うことが可能となる。なお、連続処理ラインでは、操業のための作業時における低速走行状態で前記設定を行うのが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する一実施形態に基づいて詳細に説明する。これは、タイヤ型探触子から発信される超音波の被探傷材への入射角θを自動調整する場合の例である。図１は本発明に係る板波超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。
【００２０】
図１において、本発明に係る板波超音波探傷装置１は、マイクロコンピュータ２と、超音波の発信・受信の制御および探傷信号の処理等を行う超音波探傷器３と、タイヤ型探触子の振動子の角度を調整する変角操作盤４と、タイヤ型探触子５を備えており、マイクロコンピュータ２には上位コンピュータ６からデータが送信される。タイヤ型探触子５は、従来と同様の構造であり（図５参照）、固定軸１３に取り付けられた振動子１８の被探傷材の幅方向に対する傾斜角度が変角操作盤４により調整され、入射角θが自動調整される。
【００２１】
マイクロコンピュータ２には、予め試験片等で調査した被探傷材の材質・板厚毎の探傷感度・感度補正曲線・入射角・探傷周波数を記憶させておく。また、上位コンピュータ６より被探傷材の寸法（板幅・板厚）および材質情報を受信し、この情報に基づいて、予めマイクロコンピュータ２に記憶した探傷感度および感度補正曲線と、板幅長さに基づく端面反射エコーゲート位置を超音波探傷器３に設定し、入射角θを変角操作盤４に設定する。変角操作盤４によりタイヤ型探触子５内部の振動子１８の傾斜角度が前記入射角θとなるように調整される。
【００２２】
次に、被探傷材の走行ライン情報より被探傷材の走行位置を把握し、被探傷材の先端部が通過後、先に設定した条件で被探傷材の反射信号の受信を開始する。そこで、端面エコー高さを読み取りながら、振動子１８の傾斜角度を端面エコー高さが最大となる入射角に自動的に設定する（以下、自動角度制御という）。その処理フローの１例を図２に示す。この処理フローは、第１になるべく高速に処理を行う、第２に正確に行うことを重視した処理フローである。次に示すような順序で自動角度制御がなされる。
（１）  先ず、前述した調査結果における入射角を初期値として設定し、この初期入射角θ０  での端面エコー高さを観測する。
（２）  観測された端面エコー高さＥ０  がある設定値Ａ０  以上の時は、板波超音波が十分発生していると判断し、自動角度制御を実施せず、ステップの（８）  へ移行し、探傷ゲートを被探傷材の板幅情報に基づいて設定し、探傷を開始する。
（３）  一方、観測された端面エコー高さＥ０  がある設定値Ａ０  以下の時は、次に示す自動角度制御を実施する。即ち、初期入射角θ０  から、角度制御範囲±Δθの−方向下限の角度（θ０  −Δθ）に設定し、角度制御ピッチｐで角度を変更し、各ピッチ毎に端面エコー高さを読み取り、これを角度制御範囲±Δθの＋方向上限の角度（θ０  ＋Δθ）まで角度制御ピッチｐで連続的に実施する。なお、この角度変更は前記とは逆に＋側から−側へと行うようにしてもよい。
（４）  次に、その角度制御範囲（−Δθ〜＋Δθ）において、最大の端面エコー高さＥ１ｍａｘを求め、この最大端面エコー高さＥ１ｍａｘが得られた入射角θ１  を設定する。
（５）  最大端面エコー高さＥｍａｘ  がある設定値Ａ１  以上の時は、この角度制御により十分に板波超音波が発生していると判断し、ステップ（７）  へ移行し、探傷ゲートを被探傷材の板幅情報に基づいて設定すると共に、最大端面エコー高さＥ１ｍａｘの入射角θ１  で探傷を開始する。
（６）  一方、最大端面エコー高さＥ１ｍａｘがある設定値Ａ１  以下の時は、探傷感度も不足していると判断し、その端面エコー高さが１００％になるように探傷感度を上げた後、ステップ（７）  へ移行し、探傷ゲートを被探傷材の板幅情報に基づいて設定すると共に、最大端面エコー高さＥｍａｘ  の入射角θ１  で探傷を開始する。
【００２３】
以上のような処理により、角度制御不要な場合は自動角度制御を実施せず、角度制御が必要な場合には連続的に自動角度変更を実施して所定の範囲内での最大の端面エコー強度が得られる角度に設定するため、板波超音波が最大に発生している最適な入射角の設定を高速で行うことができる。なお、前記角度変更範囲は予め調査した初期設定値を中心に適宜設定しているため、最大の端面エコー強度が得られる角度を確実に検出することができる。
【００２４】
また、この入射角の制御を正確に行うためには、理想的には被探傷材が静止している状態が望ましいが、連続処理ラインの被探傷材は常に走行し続けているため、静止状態での自動角度制御は困難である。一方、被探傷材の走行ラインは、図３に示すように、被探傷材の先端部ではライン速度を減速して低速走行の被探傷材に対して所定の操業のための作業を実施し、この作業が終了すると、ライン速度を加速しており、この高速走行状態においては、端面エコーは接触媒質の塗布状態により角度を変更せずとも大きく変動するため、この状態で角度制御を実施すると、角度により端面エコー高さが変動しているのか、接触媒質の塗布状態により変動しているのか判別しにくい。さらに、自動角度制御を実施している間は、被探傷材を探傷することができないため、高速で走行中はその長さが長くなってしまう。
【００２５】
そこで、本発明では、被探傷材の走行ラインからライン速度情報を受信し、低速状態で自動角度制御を行い、ライン速度が加速されると、自動角度制御はその時点で終了し、その終了までの間で最大の端面エコー高さが得られた角度に設定するという処理とすることにより、正確な自動角度制御を実施することができる。
【００２６】
図４は、初期入射角θ０  ＝１７．５ｄｅｇ  、角度制御範囲±Δθ＝±２ｄｅｇ  、角度制御ピッチｐ＝０．１ｄｅｇ  で自動角度制御を実施した時の端面エコー高さの推移を示すグラフである。この図から明らかなように、初期入射角θ０  の設定時における端面エコー高さ５０％に対して１００％端面エコー高さの最適な入射角１６．７ｄｅｇ  を得ることができた。また、５０％に対して１００％の端面エコー高さが得られることにより、感度的には２倍に増大した結果が得られた。また、このような角度制御で１０００本の被探傷材を評価した結果、最大で３倍の感度が増大する結果が得られた。
【００２７】
なお、以上は、入射角を自動調整する例について説明したが、これに限らず、探傷周波数を自動調整する場合、入射角と探傷周波数の両方を自動調整する場合にも、前記と同様に実施できることはいうまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
前述の通り、本発明は、所定の入射角の超音波による板波超音波探傷において、予め試験片で調査した被探傷材の材質、板厚毎の静止状態の入射角を用いて初期入射角を決定し、走行状態や静止状態の被探傷材に対して、前記初期入射角で端面エコー高さを観測し、検出された端面エコー高さが設定値以上の場合、初期入射角で探傷を行い、検出された端面エコー高さが設定値以下の場合、前記初期入射角を所定の範囲内を所定のピッチで変更して端面エコー高さが最大となる入射角を決定し、この入射角で探傷を行うようにしたため、次のような効果を得ることができる。
(1) 最大端面エコー強度が得られる最適な入射角を正確に高速で自動設定することができ、板波超音波が最大に発生している状態で欠陥検出することが可能となり、被探傷材の欠陥を確実に自動検出することができる。
(2) また、最適な入射角の設定を高速で行うことができるため、被探傷材の走行中にも最適な入射角の設定を行うことが可能となり、走行する被探傷材全体の欠陥検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の板波超音波探傷方法を実施するための装置のブロック図である。
【図２】本発明の板波超音波探傷方法の処理フローをフローチャートである。
【図３】本発明の板波超音波探傷方法を行う走行ラインの例とタイミングを示すグラフである。
【図４】本発明の板波超音波探傷方法の自動角度制御の結果を示すグラフである。
【図５】本発明で用いるタイヤ型探触子の概要を示す断面図である。
【図６】本発明で用いる板波超音波の板波モード表の例を示すグラフである。
【符号の説明】
１…板波超音波探傷装置
２…マイクロコンピュータ
３…超音波探傷装置
４…変角操作盤
５…タイヤ型探触子
６…上位コンピュータ
１１…充填液
１２…支持棒
１３…固定軸
１４…探触部
１５…ホイール
１６…溝
１７…タイヤ部
１８…振動子
１９…接触媒質
【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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