(57)【要約】【課題】丸棒鋼についての内質・寸法検査を迅速且つ安価に実施できる検査方法の提供。【解決手段】センサ１９は、丸棒鋼１１に対して相対的に軸方向に沿って螺旋状に移動する。センサ１９は、発信波を発信し、その反射波を受信する。丸棒鋼１１の外径寸法は、規則的に検出される反射波の時間が測定され、音速との積が演算されることにより確認される。丸棒鋼１１の内部きずは、反射波が不規則に受信されることにより確認される。超音波は、伝達媒体である水を介して伝播する。丸棒鋼１１は、軸方向に１ｍ／ｓ〜３ｍ／ｓの速度で送給され、センサ１９は、丸棒鋼１１のまわりに１０００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍの速度で回転される。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波である発信波を発信すると共にその反射波を受信する超音波センサが所定の超音波伝達媒体を介して被検体である丸棒鋼の周囲を軸方向に沿って螺旋状に相対移動され、
上記反射波が規則的に受信された場合には当該丸棒鋼の内部に欠陥が存在せず、上記反射波が不規則に受信された場合には当該丸棒鋼の内部に欠陥が存在することを検知し、
上記反射波が規則的に受信された場合の受信間隔時間に基づいて当該丸棒の外径寸法を検知する丸棒鋼の内質・寸法検査方法。
【請求項２】
上記超音波伝達媒体は、水である請求項１記載の丸棒鋼の内質・寸法検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
この発明は、鋼材、特に製品としての丸棒鋼の内部きずの有無（内質検査）及び仕上外径寸法の確認（寸法検査）についての検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
丸棒鋼等の鋼材は、例えば自動二輪車の部品等、様々な機械装置の要素その他の部品として使用されており、近年においては、そのような機械部品等に使用される鋼材について、ますます品質の向上が求められている。製品としての丸棒鋼について品質の向上とは、一般に、丸棒鋼の表面及び内部における欠損等の疵がないこと、及び丸棒鋼が設計された外径寸法に精度良く仕上げられていることである。
【０００３】
丸棒鋼について内部きず（内部欠損等の疵）の有無を調べる検査は、一般に内質検査と呼ばれる。また、丸棒鋼の外径が所定の精度で仕上げられているかどうかを調べると共に、表面損傷等の疵の有無を調べる検査は、一般に寸法検査と呼ばれている。そして、検査コストを含む丸棒鋼の製造コストが低減されるために、従来では、内質検査及び寸法検査は、多数の製品（丸棒鋼）の中からサンプリングされたもののみが対象となっていた。
【０００４】
従来から内質検査及び寸法検査には、例えば超音波を利用したいわゆる非破壊検査方法が採用されている。この検査方法では、被検体としての丸棒鋼の側面（周面）に対向するように超音波センサが配置される。
そして、超音波センサが超音波を被検体に発信すると共にその反射波を受信し、当該反射波の特性が解析されることにより、上記内質検査が行われる。
【０００５】
他方、寸法検査は、内質検査とは別工程で行われていた。具体的には、寸法検査は、作業者が丸棒鋼の外径を、予め定められた所定の計測位置において実測することにより行われていた。その理由の一つは、一般に被検体としての丸棒鋼はきわめて長尺であるから、全長にわたって寸法検査を行うのはコストの面から困難だからである。
しかし、厳しい品質管理の履行のために、これらの内質検査及び寸法検査は、サンプリング検査ではなく全数検査が行われるべきであり、しかも、寸法検査においては、丸棒鋼の全長にわたる検査が行われるへきである。ところが、その一方で、これらの検査に要するコストは低減されるべきであるとの要請もある。
【０００６】
本発明はかかる背景のもとになされたものであり、その目的は、製品としての多数の丸棒鋼の全数について、全長にわたってコスト安価に内質検査及び寸法検査を行うことができる内質・寸法検査方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）　上記目的を達成するために本願発明者は、内質検査及び寸法検査は、同時に行われなければならないところ、内質検査で使用されている超音波をそのまま寸法検査にも応用できないかと考えた。
【０００８】
（２）　そこで、本願に係る内質・寸法検査方法は、超音波である発信波を発信すると共にその反射波を受信する超音波センサが所定の超音波伝達媒体を介して被検体である丸棒鋼の周囲を軸方向に沿って螺旋状に相対移動され、上記反射波が規則的に受信された場合には当該丸棒鋼の内部に欠陥が存在せず、上記反射波が不規則に受信された場合には当該丸棒鋼の内部に欠陥が存在することを検知し、上記反射波が規則的に受信された場合の受信間隔時間に基づいて当該丸棒の外径寸法を検知することを特徴とするものである。
【０００９】
この構成によれば、超音波センサは、丸棒鋼の周囲を軸方向に沿って相対的に螺旋状に移動するから、丸棒鋼は、全周及び全長にわたって超音波センシングがなされる。しかも、超音波センサは、丸棒鋼の周面との間に超音波伝達媒体を介して配置されるから、反射波の受信はより確実なものとなる。ここで、超音波センサが丸棒鋼に対して相対的に螺旋状に移動されるためには、例えば、超音波センサが丸棒鋼の周囲を回転し、且つ当該丸棒鋼がその軸方向にスライドすればよい。
【００１０】
超音波センサは、発信波を発信してその反射波を受信するが、反射波は、丸棒鋼の表面で反射したものと、発信波が丸棒鋼の内部を伝播して底部（丸棒鋼の内部と外部との境界部）で反射したものとがある。そして、これら反射波が規則的に受信されている場合は、超音波センサから見た丸棒鋼の表面の位置及び裏面の位置が一定であることを意味する。すなわち、反射波が規則的に受信されている場合は、丸棒鋼の外径が一定であり、表面に傷等の疵が存在しないことを意味する。
【００１１】
また、上記規則的に受信される反射波の受信間隔時間が測定されることにより、当該時間と音速との積から、丸棒鋼の表面の位置と裏面の位置との距離、すなわち、丸棒鋼の外径寸法が検知される。
なお、丸棒鋼は超音波センサに対して軸方向に相対的に移動されるから、上記反射波のうち最初の反射波が受信されてから最後の反射波が受信されるまでの時間（受信時間差）が測定されることにより、当該受信時間差と音速との積から、丸棒鋼の端部間距離、すなわち全長寸法が検知され得る。
【００１２】
ところで、超音波センサが丸棒鋼の周囲を回転し、且つ当該丸棒鋼がその軸方向にスライドする構成が採用された場合は、超音波センサは、丸棒鋼と非接触状態で配置されるので、その回転速度はきわめて高速に設定され得る。また、丸棒鋼は、単に軸方向へ送給されるのみであるから、その送給速度はきわめて高速に設定され得る。したがって、丸棒鋼の全周及び全長にわたるセンシングが迅速に行われる。
【００１３】
（３）　上記超音波伝達媒体は、コストの点、取り扱いの容易さの点から、水が採用されるのが好ましい。
なお、上記丸棒鋼は、軸方向に１ｍ／ｓ〜３ｍ／ｓの速度で送給され、上記超音波センサは、上記丸棒鋼の軸方向まわりに１０００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍの速度で回転されるのが好ましい。
この速度で丸棒鋼が送られ、超音波センサが回転されることにより、当該検査の工程と隣接する他の工程の進捗速度に対応させることが可能である。したがって、丸棒鋼の製造工程全体の効率化が図られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る丸棒鋼の内質・寸法検査方法が実施される検査装置１０の正面図である。
この検査装置１０は、被検体としての丸棒鋼１１について内質検査及び寸法検査を行うためのものである。検査装置１０は、本体１２と、本体駆動部１３と、被検体搬送部１４と、表示部１５と、記録計Ｒとを備えている。内質検査及び寸法検査については、後に詳述される。
【００１６】
本体１２は、ケーシング１６と、ケーシング１６の内部に配設され、複数の超音波センサ（以下、単に「センサ」と称される。）１９を備えたセンシング部１７と、センシング部１７に水（超音波伝達媒体）を供給する給水部１８と、センサ１９から出力される信号を伝達する信号伝達部２０とを有する。
【００１７】
センシング部１７は、筒状のホルダ２１と、回転枠２２とを有する。ホルダ２１は、中空軸２４の内部に設けられており、中空軸２４と共に回転枠２２に取り付けられている。センサ１９は、ホルダ２１の壁面に配設されている。被検体としての丸棒鋼１１は、被検体送給部１４によって、ホルダ２１の内部を軸方向（図中左右方向）に送給される。
【００１８】
センサ１９は、超音波（発信波）を丸棒鋼１１に向けて発信し、その反射波を受信することができるようになっており、当該反射波を受信することによって出力信号を出力する。この出力信号は、信号伝達部２０を介して表示部１５に入力される。
回転枠２２は、同図が示すように、ベアリング２３を介してケーシング１６に取り付けられており、本体駆動部１３によって回転される。したがって、回転枠２２が回転すると、回転枠２２と共にホルダ２１が回転し、これにより、センサ１９が丸棒鋼１１の回りを丸棒鋼１１と非接触状態で回転する。
【００１９】
信号伝達部２０は、中空軸２４に取り付けられた回転部２５と、ケーシング１６側に固定された固定部２６とを有し、両者は、非接触状態ではあるが電気的に接続されている。したがって、センサ１９から出力された出力信号は、ホルダ２１及び信号伝達部２０を介して表示部１５に入力されるようになっている。
また、給水部１８は、中空軸２４の内部に水を供給する。供給された水は、ホルダ２１の内部に送られ、丸棒鋼１１とホルダ２１との間を満たす。したがって、検査装置１０が稼働しているときは、常に、センサ１９と丸棒鋼１１との間に水が存在し、センサ１９から送受信される超音波は、必ず水を媒介として伝播することになる。
【００２０】
本体駆動部１３は、電動モータ２７と、駆動ベルト２８とを備えている。
電動モータ２７にはプーリ２９が取り付けられており、これに駆動ベルト２８が掛けられている。そして、この駆動ベルト２８は、上記回転枠２２の外周面に巻き掛けられており、電動モータ２７が作動することによって、回転枠２２が回転するようになっている。なお、本実施形態では、回転枠２２に駆動ベルト２８が係合されるプーリ３０が設けられている。
【００２１】
被検体搬送部１４は、本体１２の両側に一対設けられている。各被検体搬送部１４は、それぞれローラ対３１が２カ所に設けられている。丸棒鋼１１は、ローラ対３１に挟持される。そして、ローラ対３１は、所定の駆動装置によって回転されるようになっており、これにより、丸棒鋼１１が図中左から右に搬送されるようになっている。
【００２２】
表示部１５は、モニタ３２を備えている。センサ１９から出力された出力信号は、表示部１５によって受信され、これに基づいてモニタ３２が信号波形を表示するようになっている。
図２は、表示部１５の構成を模式的に示した図である。
同図が示すように、表示部１５は、センサ１９に接続されたインターフェイス３３と、演算部３４と、モニタ３２と、スピーカ４０とを備えている。
【００２３】
センサ１９から出力された出力信号は、インターフェイス３３を介してデジタル信号として演算部３４のメモリ３５に入力される。演算部３５はＣＰＵ３６を備えており、ＣＰＵ３６は、当該デジタル信号を処理し、所定の画像データをモニタ３２に出力する。そして、モニタ３２は、この画像データに基づいて、上記出力信号を波形として表示する。
また、記録計Ｒは、上記出力信号を記録紙上に記録（印刷）し、出力するようになっている。
【００２４】
上記メモリ３５には、被検体としての丸棒鋼１１の正規外径寸法及び正規全長寸法が記憶されており、後述する要領で丸棒鋼１１の外径及び全長が測定された場合に、ＣＰＵ３６は、当該測定寸法と上記正規寸法とを比較し、正規寸法に対して所定の精度で測定寸法が測定されないときは、所定の弁別信号を発するようになっている。なお、この弁別信号に基づいて、上記スピーカ４０が警告音を発するように構成されていてもよい。
【００２５】
次に、丸棒鋼１１の内質検査及び寸法検査の要領について説明される。
図３は、丸棒鋼１１の内質検査及び寸法検査の原理を示す模式図である。
センサ１９は、丸棒鋼１１に対して発信波３７を発する。この発信波３７は、まず、丸棒鋼１１の表面３８に達し、その一部が反射して第１の反射波となる。また、発信波３７の他の一部は、丸棒鋼１１の内部を伝播して丸棒鋼１１の底部３９に達し、その一部が反射して第２の反射波となる。
【００２６】
第１の反射波及び第２の反射波は、センサ１９によって受信され、これが前述のように画像データに変換されてモニタ３２によって表示される。同図の右側に描かれた図は、これら反射波の画像であって、実際にモニタ３２に映し出される画像である。ポイントＰ１は、第１の反射波が受信されたことを示し、ポイントＰ２は、第２の反射波が受信されたことを示している。
【００２７】
上記表示部１５の演算部３４は所定の時計機能を備えており、第１の反射波が受信された時刻と、第２の反射波が受信された時刻とを測定し、その受信間隔時間を演算により求める。また、これら反射波は超音波であるから、その伝播速度は音速である。このことを利用して、演算部３４は、上記ポイントＰ１とポイントＰ２との距離、すなわち、丸棒鋼１１の外径寸法を求める。
ところで、前述のように、センサ１９は丸棒鋼１１の周囲を螺旋状に移動するから、仮に丸棒鋼１１に傷等の疵が存在せず、外径寸法が予め設計された寸法に仕上げられているとするならば、同図に示された波形は、規則的に連続する。
【００２８】
また、内質検査及び寸法検査は、図１が示すように、丸棒鋼１１は、センサ１９が配置されたホルダ２１内に送給されるから、図３に示す波形のスタート時点、すなわち、最初のポイントＰ１が現れた時刻が、丸棒鋼１１の先端面がセンサ１９の位置を通過したことになり、最後のポイントＰ２が現れた時刻が、丸棒鋼１１の後端面がセンサ１９の位置を通過したことになる。
演算部３４は、最初のポイントＰ１が現れた時刻と最後のポイントＰ２が現れた時刻との受信時間差を測定することができる。そして、演算部３４は、この受信時間差と音速とにより、丸棒鋼１１の先端面の位置と後端面の位置との距離、すなわち、丸棒鋼１１の全長寸法を求めることが可能である。
【００２９】
このようにして、被検体としての丸棒鋼１１の外径寸法と全長寸法とが測定されるが、さらに上記ＣＰＵ３６は、この測定寸法と、予め設計され、上記メモリ３５に記憶された正規寸法とを比較する。そして、測定寸法が正規寸法に対して所定の精度で仕上げられているかどうかを判断し、測定寸法が所定の精度以下である場合は、上記弁別信号を出力する。これにより、測定者は、丸棒鋼１１が不良品であることを認識することができる。
【００３０】
図４は、丸棒鋼１１に内部きずがある場合の検査結果を示す模式図である。
同図が示すように、丸棒鋼１１の内部に欠損４１が存在する場合は、当該欠損４１部分において発信波３７が反射される。これにより、センサ１９は、測定者が予定しない反射波を受信し、その結果、モニタ３２にポイントＰ３が表示される。つまり、モニタ３２に規則的に現れるポイントＰ１，Ｐ２の他にポイントＰ３が表示され、モニタ３２に表示される波形が不規則なものとなる。
このような不規則な波形がモニタ３２によって表示された場合は、丸棒鋼１１に内部きず（上記欠損４１）が存在することが検知され、ＣＰＵ３４が上記弁別信号を出力する。測定者は、丸棒鋼１１が不良品であることを認識することができる。
【００３１】
図５は、丸棒鋼１１の表面に傷（凹部）等の疵がある場合の検査結果を示す模式図である。
同図が示すように、丸棒鋼１１の表面に傷４２が存在する場合は、当該傷４２の表面において発信波３７が反射される。これにより、センサ１９は、傷４２が無いと仮定した場合に受信される反射波よりも時間的に遅れて反射波を受信する。具体的には、モニタ３２上では、ポイントＰ１は、上記傷４２が無い場合よりもｄだけ時間的に遅れて表示される。これにより、ＣＰＵ３４は、上記弁別信号を出力し、これにより、測定者は、丸棒鋼１１が不良品であることを認識することができる。
【００３２】
本実施形態では、これらの検査は、センサ１９が丸棒鋼１１の周囲を軸方向に沿って螺旋状に移動することによって行われるから、内部きずの有無を調べる内質検査並びに外径寸法を調べる寸法検査が同時に、且つ全長にわたって行われる。なお、本実施形態では、前述のようにして、丸棒鋼１１の全長の測定も可能である。
つまり、これら内質・寸法検査が丸棒鋼１１の全周及び全長にわたって迅速に行われ、これにより、製品としての多数の丸棒鋼１１についての全数検査も迅速に行うことができる。その結果、丸棒鋼１１の全数について、内質・寸法検査が安価に行われる。
【００３３】
加えて、本実施形態では、センサ１９が送受信する超音波は、前述のように水を介して確実に伝播されるものであるが、このように超音波伝達媒体として水が採用されることにより、コストの大幅な上昇が抑えられるという利点がある。
また、被検体としての丸棒鋼１１は単に軸方向に送給され、センサ１９は、単に回転されるだけの構造であるから、丸棒鋼１１は高速で送給され、センサ１９は高速で回転されることが可能である。例えば、丸棒鋼１１は、軸方向に１ｍ／ｓ〜３ｍ／ｓの速度で送給され、センサ１９は、丸棒鋼１１のまわりに１０００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍの速度で回転される。
この速度で丸棒鋼１１が送られ、センサ１９が回転されることにより、丸棒鋼１１の製造工程全体において、内質・寸法検査の工程の速度は、これと隣接する他の工程の進捗速度に対応することができる。したがって、丸棒鋼１１の製造工程全体の効率化が図られるという利点がある。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、超音波センサが被検体である丸棒鋼の周囲を相対的に螺旋状に移動され、超音波を用いて内部きず、外部損傷等の疵の有無、仕上外径寸法の確認検査が同時に行われるので、製品としての丸棒鋼の全数について、内質検査及び寸法検査が迅速且つ安価に行われるという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る丸棒鋼の内質・寸法検査方法が実施される検査装置の正面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る検査装置の表示部の構成を模式的に示した図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る丸棒鋼の内質検査及び寸法検査の原理を示す模式図である。
【図４】図４は、丸棒鋼の内部に欠損がある場合の検査結果を示す図である。
【図５】図５は、丸棒鋼の表面に傷（凹部）がある場合の検査結果を示す図である。
【符号の説明】
１０・・・検査装置
１１・・・丸棒鋼
１２・・・本体
１３・・・本体駆動部
１４・・・被検体搬送部
１５・・・表示部
１７・・・センシング部
１８・・・給水部
１９・・・センサ
２０・・・信号伝達部
２７・・・駆動モータ
３１・・・ローラ対
３２・・・モニタ
３７・・・発信波
３８・・・丸棒鋼の表面
３９・・・丸棒鋼の底部
４１・・・欠損
４２・・・傷
【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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