(57)【要約】      （修正有）【課題】  走行する鋼板の内部欠陥を正確にかつ迅速に、しかも内部欠陥が板厚中心面に対してどちら側に存在するのかも検出することが可能な超音波探傷装置を提供する。【解決手段】  欠陥に基づく反射波信号を検出する際に、２種類の欠陥検出ゲートを設け、しきい値を超える前記欠陥に基づく反射波信号を検出したゲート数を求め、欠陥が板厚中心面に対してどちら側の鋼板内に存在するのかの判別を可能にした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行する鋼板に対して送受信プローブから超音波を発信し、鋼板内の欠陥からの反射波を前記送受信プローブで捉え、前記欠陥に基づく反射波信号を検出するように構成した超音波探傷装置であって、
前記欠陥に基づく反射波信号を検出する際に、２種類の欠陥検出ゲートを設け、しきい値を超える前記欠陥に基づく反射波信号を検出したゲート数を求め、前記欠陥が板厚中心面に対してどちら側の鋼板内に存在するのかの判別を可能にしたことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項２】
前記２種類のゲートのうち、一つのゲートには、表面反射波の電圧信号立ち上がり時点から下記式で表されるτ以上、τ未満の前記欠陥に基づく反射波信号を抽出するゲート信号が設定され、他のゲートには、裏面１回反射波の電圧信号立ち上がり時点から下記式で表されるτ以上、τ未満の前記欠陥に基づく反射波信号を抽出するゲート信号が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷装置。
記
τ＝Ｈ／Ｖ
ただし、Ｈ：鋼板の板厚、Ｖ：鋼板中の音速
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄鋼板の内部欠陥を検出する超音波探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄鋼板の内部欠陥検出において、およそ板厚６ｍｍ程度までの全断面をオンラインで連続検出する手段としては、超音波を用いた方法が実用化されている。
一つは板波探傷法であり、鋼板表面から探触子により発生させた超音波で鋼板を振動させ、欠陥により反射した超音波を捉える方法である。板波探傷法の検出性能は、それぼどよいものではなく、内部欠陥として検出できるのは、φ１ｍｍの球以上（圧延前の欠陥に相当）の大きさの欠陥である。他に超音波透過法と称される探傷法があり、この透過法によれば板厚によらず、表層部の不感帯を大幅に軽減し、φ５０μｍの球以上の欠陥の検出が可能とされている（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載の超音波透過法では、図４に示すように、送信プローブ２０ａと、受信プローブ２０ｂを鋼板１を挟んで対向配置し、送信プローブ２０ａから超音波を送信波２１のビームとして一側の鋼板表面に送信し、他側の鋼板表面から受信波２２のビームとして出てくるところで受信プローブ２０ｂにより捉えている。このため、特許文献１に記載の超音波探傷装置によれば、鋼板表面の表層約５０μｍを除く、板厚範囲に存在する微小な内部欠陥まで検出可能である。
【０００４】
ところで、欠陥エコーの試験材の厚さ方向の位置を正確に求めることができる超音波探傷装置が特許文献２に、また被検材の裏面直下の欠陥部を極めて正確に容易に検出できる超音波探傷装置が特許文献３に記載されている。
特許文献２に記載の超音波探傷装置は、クロックパルスを使用して、表面エコーから欠陥エコーまでのパルス数をカウントして求めるように構成している。また、特許文献３に記載の超音波探傷装置は、受信信号から被検材の裏面エコーを取り出し、一方、遅延回路により遅延させられた受信信号から、裏面エコーを基準にして被検材の欠陥エコーを抽出するように構成している。
【特許文献１】特開２００１−２７２３８３号公報
【特許文献２】特公昭５６−１９９１３号公報
【特許文献３】特開昭６０−８２８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１に記載の超音波透過法では、図５、図６に示すように、直接透過波Ｔ１と、鋼板内を厚み方向に１往復した透過波Ｔ２の間に、欠陥Ｆで反射した反射波ｆ１、ｆ２が検出されるので、これに基づき、欠陥Ｆの板厚方向位置を求めている。なお、図５（ａ）に示される欠陥Ｆと、図６（ａ）に示される欠陥Ｆは、板厚中心面１Ｂに対して反対側にある場合を示した。また、図５（ｂ）、図６（ｂ）には、超音波透過法によって検出することができる波形を示した。図中、ΔＴは、Ｈ／Ｖ（Ｈ：鋼板１の板厚、Ｖ：鋼板中の音速）を示す。
【０００６】
しかしながら、前述の超音波透過法では、板厚中心面１Ｂに対して欠陥Ｆがどちらの側に存在するかを判別することが不可能であった。
そのため、内部欠陥を除去する場合には、表面１Ａ、裏面１Ｃ共に研削する必要があり、余分な工程が発生したり、また歩留まりが低下するといった問題があった。
また、特許文献２、３に記載の超音波探傷装置は、走行する被検材に適用することが可能か、否かについて言及されていない。
【０００７】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決し、走行する鋼板の内部欠陥を正確にかつ迅速に、しかも内部欠陥が板厚中心面に対してどちら側に存在するのかも検出することが可能な超音波探傷装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下のとおりである。
１．走行する鋼板に対して送受信プローブから超音波を発信し、鋼板内の欠陥からの反射波を前記送受信プローブで捉え、前記欠陥に基づく反射波信号を検出するように構成した超音波探傷装置であって、前記欠陥に基づく反射波信号を検出する際に、２種類の欠陥検出ゲートを設け、しきい値を超える前記欠陥に基づく反射波信号を検出したゲート数を求め、前記欠陥が板厚中心面に対してどちら側の鋼板内に存在するのかの判別を可能にしたことを特徴とする超音波探傷装置。
２．前記２種類のゲートのうち、一つのゲートには、表面反射波の電圧信号立ち上がり時点から下記式で表されるτ以上、τ未満の前記欠陥に基づく反射波信号を抽出するゲート信号が設定され、他のゲートには、裏面１回反射波の電圧信号立ち上がり時点から下記式で表されるτ以上、τ未満の前記欠陥に基づく反射波信号を抽出するゲート信号が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷装置。
【０００９】
記
τ＝Ｈ／Ｖ
ただし、Ｈ：鋼板の板厚、Ｖ：鋼板中の音速
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、走行する鋼板の内部欠陥を正確にかつ迅速に、しかも内部欠陥が板厚中心面に対してどちら側に存在するのかも検出することができる。この結果、欠陥部の除去工程の削減と、歩留まり向上を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る超音波探傷装置について、図２、図３を用いて説明する。
図２には、送受信プローブ２に近い方の一側の鋼板内に欠陥Ｆが存在する場合の超音波路程を模式的に示し、図３には、送受信プローブ２から遠くの他側の鋼板内に欠陥Ｆが存在する場合の超音波路程を模式的に示した。
図２（ａ）、図３（ａ）中、１Ａは、送受信プローブ２に近い方の鋼板表面（単に、表面ともいう）を示し、１Ｃは、送受信プローブ２から離れた方の鋼板表面（単に、裏面ともいう）を示し、１Ｂは、板厚中心面を示す。ここで、Ｓは表面反射波、Ｂ１は、裏面１回反射波、Ｂ２は、裏面２回反射波をそれぞれ示す。
【００１２】
例えば、図２（ａ）に示すように、（１）送受信プローブ２からパルスとして発射された超音波は、送信波１１として音響媒体１０を介して表面１Ａに到達し、表面１Ａで一部が反射する。これが上記の表面反射波Ｓとして送受信プローブ２で受信される。残る送信波１１が鋼板内部に伝搬し、内部欠陥Ｆで反射したり、あるいは裏面１Ｃで反射して表面１Ａに向かう。裏面１Ｃで１回反射して表面１Ａに向かう超音波のうち、そのまま表面１Ａに到達して送受信プローブ２で受信されるものが、上記の裏面１回反射波Ｂ１であり、さらに表面１Ａで反射した後、裏面１Ｃで反射して送受信プローブ２で受信されるものが裏面２回反射波Ｂ２である。
【００１３】
なお、図２（ａ）において、ｆａ、ｆｂ、ｆｃは、内部欠陥Ｆで反射した反射波を示している。ｆａは、一側の鋼板表面と欠陥表面間を１往復した反射波を示し、ｆｂは、他側の鋼板表面と欠陥表面間を１往復し、かつ鋼板内を厚み方向に１往復した反射波を示す。ｆｃは、図３（ａ）に示すように、一側の鋼板表面と欠陥表面間を１往復し、かつ鋼板内を厚み方向に１往復した反射波をそれぞれ示す。
【００１４】
そして、送受信プローブ２で受信された反射波は、電気回路で信号処理を施すことによって、図２（ｂ）に示すような波形の電圧信号に変換される。ここで、内部欠陥は、ｆａ、ｆｂ、ｆｃの電圧信号があるしきい値を超えた場合に検出するように、超音波探傷装置が構成されている。
（２）その際、本発明に係る超音波探傷装置は、図２（ｂ）に示すような波形の電圧信号に対して、図２（ｃ）に示すようなゲート１、２を有するゲート回路で処理し、欠陥Ｆが板厚中心面１Ｂを境にして、送受信プローブ２に近い側の鋼板内に存在するのか、送受信プローブ２から離れた側の鋼板内に存在するのかを判定するようにしている。
【００１５】
すなわち、図２（ａ）に示すように、欠陥Ｆが板厚中心面１Ｂを境にして、送受信プローブ２に近い側の鋼板内に存在する場合、ゲート１では、欠陥に基づく反射波信号が検出されず、ゲート２でのみ、欠陥に基づく反射波信号ｆｂが検出される。一方、図３（ａ）に示すように、欠陥Ｆが板厚中心面１Ｂを境にして、送受信プローブ２から離れた側の鋼板内に存在する場合、欠陥に基づく反射波信号を上記ゲート回路で処理することで、ゲート１、２の両方で欠陥に基づく反射波信号ｆａ、ｆｃを検出したという信号が出力される。
【００１６】
本発明ではこのように、ゲート１、２により、しきい値を超える欠陥に基づく反射波信号を検出し、以下のように判別することを特徴とする。なお、同時にゲート回路では、図２（ｄ）、図３（ｄ）に示す信号が得られる。
（３）そこで、１パルスの送信波１１に対して、ゲート１、２の両方で欠陥に基づく反射波信号を検出したときには、図３で説明したように、送受信プローブ２から離れた側の鋼板内に欠陥が存在すると判別する。これに対して、ゲート１では欠陥に基づく反射波信号が検出されず、ゲート２のみで欠陥に基づく反射波信号を検出したときには、図２で説明したように、送受信プローブ２に近い側の鋼板内に欠陥が存在すると判別することができる。残る組合せの、ゲート２では欠陥に基づく反射波信号が検出されず、ゲート１のみで欠陥に基づく反射波信号を検出したときには、異常値と判別することができる。
【００１７】
このように本発明に係るの超音波探傷装置は、２種類の欠陥検出ゲートを設け、しきい値を超える前記欠陥に基づく反射波信号を検出したゲート数を求め、前記欠陥が板厚中心面に対してどちら側の鋼板内に存在するのかの判別を可能にしたものである。
【実施例】
【００１８】
図１に本発明に係る超音波探傷装置の好適な構成を示す。
本発明の実施例に係る超音波探傷装置は、図１（ａ）示すように、送受信プローブ２と、音響媒体として水を供給するノズル３と、送受信回路４、位置判別回路５および検査結果出力回路６を有する探傷ユニット７で構成される。送受信プローブ２は、ノズル３内に収納して固定され、探傷時に走行する鋼板１に対向配置される。位置判別回路５は、図１（ｂ）示すように構成することが好ましい。
【００１９】
図１（ｂ）中、制御回路、送信回路は、所定の繰り返し周波数で、超音波の送信を行う。増幅回路では、送受信プローブ２で受信した鋼板１からの反射波を増幅し、各種信号処理を施すことができる波形の信号とし、その信号を位置判別回路５に出力する。
この位置判別回路５の検出範囲設定器５Ｅは、ゲート信号作成回路５Ｄに対して、ゲートに、表面反射波Ｓの電圧信号立ち上がり時点から式（１）で表されるτ以上、τ未満の内部欠陥に基づく反射波信号を抽出するゲート信号を設定すると共に、ゲート２には、裏面１回反射波Ｂ１の電圧信号立ち上がり時点から式（１）で表されるτ以上、τ未満の内部欠陥に基づく反射波信号を抽出するゲート信号を設定する、機能を有する。
【００２０】
τ＝Ｈ／Ｖ            ・・・・・・・（１）
ただし、Ｈ：鋼板１の板厚、Ｖ：鋼板中の音速
また位置判別回路５のしきい値回路５Ａは、しきい値を超える波形の信号をゲート回路５Ｂに出力する。前記ゲート回路５Ｂでは、しきい値を超える波形の信号のうちから、上記のゲート信号作成回路５Ｄで作成されたゲート信号によって、しきい値を超える波形の内部欠陥に基づく反射波信号を抽出する。その際、ゲート１、２の両方で、しきい値を超える波形の内部欠陥に基づく反射波信号を検出したのか、あるいはゲート１、２のどちらかで検出したのかも含めて、ゲート回路５Ｂで処理した信号を信号処理回路５Ｃに出力する。
【００２１】
信号処理回路５Ｃは、第１に、ゲート１、２の両方で、しきい値を超える波形の内部欠陥に基づく反射波信号を検出したときには、送受信プローブ２から離れた側の鋼板内に欠陥が存在するという、判別結果を検査結果出力回路６に出力するように構成されている。
第２に、ゲート２のみで欠陥に基づく反射波信号を検出したときには、送受信プローブ２に近い側の鋼板内に欠陥が存在するという、判別結果を検査結果出力回路６に出力するように構成されている。
【００２２】
第３に、ゲート１のみで欠陥に基づく反射波信号を検出したときには、異常値であるので、判別結果を検査結果出力回路６には出力しないように構成されている。
そのうえ、上記第１、２のときには、裏面１回反射波Ｂ１、もしくは裏面２回反射波Ｂ２からの時間のずれを計算し、時間のずれと、鋼板中の音速Ｖに基づき、上記情報に加えて、どちらか一方の表面からの欠陥が存在する位置までの距離を求めるように構成することもできる。検査結果出力回路６では、位置判別回路５から送られる結果（上記の第１〜３、及びどちらか一方の表面からの欠陥が存在する位置までの距離）を編集し、走行する鋼板１と一緒に回るローラーに接続されたＰＬＧ８からのラインパルスをカウントし、検査開始からの鋼板１の長手方向位置と対応させて表示装置９に表示する。表示装置９としては、プリントアウトおよびＣＲＴの併用とすることができる。
【００２３】
このような構成の本発明の実施例に係る超音波探傷装置によれば、板厚が６．５ｍｍ未満の薄鋼板をライン速度０〜３５０ｍ／分で走行させつつ、板幅方向の全幅にわたって、幅が６０ｍｍの送受信プローブ２を複数配置して超音波探傷を行うことによって、欠陥長さが１０ｍｍ以上の鋼板内の欠陥を正確にかつ迅速に、しかも内部欠陥が板厚中心面に対してどちら側に存在するのかも検出することができた。なお、プローブ数は従来の超音波透過法の半分とすることができ、取付け機構を含めて費用を削減することが可能であった。  
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例の装置構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係る超音波探傷装置を説明するための図であって、（ａ）は、内部欠陥が一面側に存在する場合の超音波路程を示す模式図、（ｂ）〜（ｄ）は、本発明に係る欠陥検出ゲートを説明するための模式図である。
【図３】本発明に係る超音波探傷装置を説明するための他の図であって、（ａ）は、内部欠陥が他面側に存在する場合の超音波路程を示す模式図であり、（ｂ）〜（ｄ）は、本発明に係る欠陥検出ゲートを説明するための模式図である。
【図４】従来の超音波透過法に用いるプローブを示す概略図である。
【図５】従来の超音波探傷装置法の問題点を説明するための模式図である。
【図６】従来の超音波探傷方法の問題点を説明するための他の模式図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  鋼板
Ｆ  欠陥
１Ａ  表面
１Ｂ  板厚中心面
１Ｃ  裏面
２  送受信プローブ
３  ノズル
４  送受信回路
５  位置判別回路
６  検査結果出力回路
７  探傷ユニット
８  ＰＬＧ
９  表示装置
１０  音響媒体（水）
１０Ａ  媒体供給方向
１１  送信波
２０ａ  送信プローブ
２０ｂ  受信プローブ
２１  送信波
２２  受信波
【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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