(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行する金属帯の表面に向けて水を噴射する上、下のノズルの内部に、超音波を送信するプローブと、超音波を受信するプローブを別個に収容した一対のセンサを、前記金属帯の上下両側に対向配置し、内部欠陥を検出可能に構成してなる水柱式超音波探傷装置において、前記ノズルの噴射口を長円形とし、該噴射口の面積を前記ノズル内のプローブの超音波発信面又は受信面の面積の２．５倍以上とし、前記噴射口入側の流路面積と前記噴射口の面積との比で表す絞り比を３．０以上とするとともに、上側のノズルの噴射口の長軸対短軸比を３．０〜３．４、下側のノズルの噴射口の長軸対短軸比を１．５以下とし、前記ノズルの流路部に多孔整流板が設置され、かつ前記金属帯の板厚に合わせて、前記センサを昇降させるセンサ昇降手段を具備したことを特徴とする水柱式超音波探傷装置。
【請求項２】
前記ノズルの噴射口から噴射する水量が流量調節弁で調整可能とされていることを特徴とする請求項１に記載の水柱式超音波探傷装置。
【請求項３】
前記センサの上流側に、前記金属帯の板厚を測定する厚み計を設け、該厚み計の測定値に基づき、前記センサ昇降手段を介して前記センサを昇降させるように構成してなることを特徴とする請求項１または２に記載の水柱式超音波探傷装置。
【請求項４】
前記センサの下流側に、前記金属帯にマーキングするマーカーを設け、前記金属帯中の内部欠陥位置をマーキングするように構成してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水柱式超音波探傷装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の水柱式超音波探傷装置を用い、走行する金属帯の内部欠陥を検出する方法において、前記金属帯の板厚に合わせて前記センサ昇降手段を介して前記センサを昇降させ、プローブ間の間隔を所定値にした後、内部欠陥を検出することを特徴とする水柱式超音波探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行する金属帯を検査対象とし、金属帯中の直径が５０μｍ以上１００μｍ以下の内部欠陥を精度よく検出することができる水柱式超音波探傷装置、及び水柱式超音波探傷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼帯製品などの金属帯中の介在物は、プレス加工などの際、割れやネッキングの原因になるといわれており、非常に微細なものまで検出することが要求されている。例えば自動車部品に加工される鋼帯製品に対しては、直径が５０μｍ以上の内部欠陥を検出することが求められている。このため、製造ラインに超音波探傷装置を設置し、鋼帯の内部欠陥を検出して、内部欠陥の個数、位置、種類、形態などの欠陥情報に基づき、製品の品質保証を行っている。
【０００３】
需要者の用途に応じて製造される金属帯製品は種々のものがあり、熱延鋼板の酸洗ラインには種々の板厚の金属帯が通板される。したがって、このような金属帯の製造ラインには、金属帯の板厚が変わった場合でも走行する金属帯の内部欠陥を精度よく検出することができる超音波探傷装置を設置する必要がある。
なお、製造ラインに設置する水柱式超音波探傷装置としては、金属帯の一側に、ノズルに収容した超音波探触子（以下、プローブという）を配置し、該プローブを送信・受信兼用プローブとした片側センサ方式のもの（特許文献１〜３）と、金属帯の両側にノズルに収容したプローブを配置した透過型のセンサ方式のものが知られている。
【０００４】
特許文献１には、片側センサ方式の装置に関して、送信・受信兼用のプローブで受信した反射波のうち、所定の底面反射波の減衰量から信号処理して鋼中介在物を検出する薄鋼帯の介在物連続探査方法が開示されている。
また、特許文献２には、片側センサ方式の装置に関して、水柱ノズルの形状を工夫した発明が、特許文献３には、同上の装置に関し、水と高温鋼板界面に発生する不良導性の蒸気膜を破壊し、音響結合機能を回復させる発明が開示されている。
【特許文献１】特開昭６１−２７１４４８号公報
【特許文献２】特開平７−１１３７９５号公報
【特許文献３】特公昭５５−２８０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の薄鋼帯の介在物連続探査方法は、散乱エコーを検出しているが、検出可能な介在物は厚さ２０μｍ×幅１００μｍ×長さ２００μｍが限界とされ、内部欠陥の検出能が不十分である。
また、特許文献１〜３に記載の水柱式超音波探傷装置は、片側センサ方式とした装置であるため、欠陥エコーがパスライン変動や鋼帯の傾きの影響を受けやすく、さらに板厚方向に感度分布があり、走行する金属帯中の直径が５０μｍ以上１００μｍ以下の介在物欠陥を検出できるようにするのは、極めて困難である。
【０００６】
しかも、従来の水柱式超音波探傷装置は、センサを金属帯厚み方向に動かす機能を有さないため、金属帯の板厚が広範囲に変わった場合、内部欠陥の検出能に板厚依存性が顕著に現れてしまうという問題がある。
そこで、本発明は、上記従来技術に鑑み、走行する金属帯を検査対象とし、金属帯の板厚が広範囲に変わった場合でもそれに対応することができ、しかも金属帯中の直径が５０μｍ以上１００μｍ以下の内部欠陥を精度よく検出することができる水柱式超音波探傷装置、及び水柱式超音波探傷方法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】
【０００７】
本発明者らは、水柱式超音波探傷装置について鋭意検討し、透過型のセンサ方式とすることで、上記課題を解決できることを知見し、本発明をなした。
本発明は以下のとおりである。
１．走行する金属帯の表面に向けて水を噴射する上、下のノズルの内部に、超音波を送信するプローブと、超音波を受信するプローブを別個に収容した一対のセンサを、前記金属帯の上下両側に対向配置し、内部欠陥を検出可能に構成してなる水柱式超音波探傷装置において、前記ノズルの噴射口を長円形とし、該噴射口の面積を前記ノズル内のプローブの超音波発信面又は受信面の面積の２．５倍以上とし、前記噴射口入側の流路面積と前記噴射口の面積との比で表す絞り比を３．０以上とするとともに、上側のノズルの噴射口の長軸対短軸比を３．０〜３．４、下側のノズルの噴射口の長軸対短軸比を１．５以下とし、前記ノズルの流路部に多孔整流板が設置され、かつ前記金属帯の板厚に合わせて、前記センサを昇降させるセンサ昇降手段を具備したことを特徴とする水柱式超音波探傷装置。
【００１０】
２．前記ノズルの噴射口から噴射する水量が流量調節弁で調整可能とされていることを特徴とする上記１．に記載の水柱式超音波探傷装置。
３．前記センサの上流側に、前記金属帯の板厚を測定する厚み計を設け、該厚み計の測定値に基づき、前記センサ昇降手段を介して前記センサを昇降させるように構成してなることを特徴とする上記１．または２．に記載の水柱式超音波探傷装置。
【００１１】
４．前記センサの下流側に、前記金属帯にマーキングするマーカーを設け、前記金属帯中の内部欠陥位置をマーキングするように構成してなることを特徴とする上記１．〜３．のいずれかに記載の水柱式超音波探傷装置。
５．上記１．〜４．のいずれかに記載の水柱式超音波探傷装置を用い、走行する金属帯の内部欠陥を検出する方法において、前記金属帯の板厚に合わせて前記センサ昇降手段を介して前記センサを昇降させ、プローブ間の間隔を所定値にした後、内部欠陥を検出することを特徴とする水柱式超音波探傷方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る水柱式超音波探傷装置は、外乱の影響を受け難い透過型のセンサ方式を採用すると共に、金属帯の板厚に合わせてセンサを昇降させるセンサ昇降手段を具備したから、金属帯の板厚が広範囲に変わった場合でもそれに対応して、透過型のセンサ方式の欠陥検出能を十分発揮することができ、走行する金属帯中の直径が５０μｍ以上１００μｍ以下の内部欠陥を精度よく検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図を用い、詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る水柱式超音波探傷装置の構成を示す全体図であり、図２は、図１の水柱式超音波探傷装置の要部を示す説明図である。
図１に示した本発明の実施の形態に係る水柱式超音波探傷装置は、透過型のセンサ方式とされている。すなわち、上、下のノズル２に超音波ビーム３を送信するプローブ１と、超音波ビーム３を受信するプローブ１とが別個に収容され、金属帯の上下両側に対向配置さ、内部欠陥を検出可能に構成されている。前記ノズル２は、水を噴射して金属帯表面との間に水柱４を形成する噴射口を有する。
【００１４】
なお、図１、２に示すように、上側のプローブ１を金属帯表面に向かって垂直に超音波ビーム３を送信する送信プローブ１Ａ、下側のプローブ１を金属帯からの超音波ビーム３を受信する受信プローブ１Ｂとして説明する。図２中、ｔは検査対象の金属帯Ｓの板厚を示す。
前記のプローブ１としては、図３（ａ）に示すようなラインフォーカス型プローブを用いた。ラインフォーカス型プローブは、素子を複数積層してなり、内部欠陥からの欠陥エコー高さが極大になるプローブ１の間隔があることが知られている（特許第３６２９９１３号）。
【００１５】
ここで、図１中５は、金属帯Ｓの板厚ｔに合わせてセンサを昇降させるセンサ昇降手段であり、駆動モータＭなどを含む。例えば、駆動モータＭの回転を、一端に歯を形成したラック部材に伝え、このラック部材の上下移動によって、プローブ１の間隔Ｌを変える構造のセンサ昇降手段５とすることができる。
このような水柱式超音波探傷装置によれば、金属帯Ｓの板厚ｔが変わったときに、金属帯Ｓの板厚ｔに合わせてセンサ昇降手段５でセンサを昇降させ、プローブ１間の間隔Ｌを変えることができる。なお、図１中、６は、センサの上流側に設けた厚み計を示し、コンピュータ１０と接続されている。この厚み計６の測定値に基づき、センサ昇降手段５を介してセンサを昇降させ、プローブ１間の間隔Ｌを変える構成とするのが好ましい。このような水柱式超音波探傷装置によれば、プローブ１間の間隔Ｌを迅速に且つ正確に内部欠陥からの欠陥エコー高さが極大になる所定値に設定できる。
【００１６】
また７は、センサの下流側に設けたマーカーを示し、コンピュータ１０と接続され、コンピュータ１０からの信号によって、マーカー７で内部欠陥の位置をマーキングする構成とするのが好ましい。このような水柱式超音波探傷装置によれば、金属帯Ｓ中に内部欠陥が検出された場合、マーカー７で内部欠陥の位置を迅速に且つ正確にマーキングすることができる。前記のコンピュータ１０には、送信プローブ１Ａから発する送信波及び受信プローブ１Ｂで受信した受信波に基づき、内部欠陥を検出する信号処理手段が内蔵されている。また、ノズル２内に設置する多孔整流板８としては、例えば図４に示すようにピッチｐ対孔径ｄ比（ｐ／ｄ）＝１．２８とした貫通孔が形成されているものが好適に使用できる。
【００１７】
ここで、プローブ１を収容するノズル２の噴射口形状は、図３（ｂ）に示すように、プローブ形状に合わせて長円形としてなる。これは以下に述べる水柱安定化実験から得られたものである。
図３（ｂ）は、図１に示したノズル２を金属帯側から見た場合の概略平面図であり、ノズル２は、ラインフォーカス型プローブを収容してなる。ラインフォーカス型プローブは、図３（ａ）に示したとおり、その超音波発信面又は受信面が超音波ビーム３の焦点方向から見て矩形状となっている。αは、プローブ１の超音波発信面又は受信面の面積を示し、ｘは、その超音波発信面又は受信面の長辺寸法、ｙは、超音波発信面又は受信面の短辺寸法である。またａは、ノズル２に形成した噴射口の長軸寸法、ｂは噴射口の短軸寸法である。ａ＞ｘ及びａ＞ｙの関係をみたす。
【００１８】
次いで、ラインフォーカス型プローブの形状に合わせて、ノズル２の噴射口形状を長円形とした場合の水柱安定化実験結果について説明する。
この水柱安定化実験は、長円形の噴射口の面積が異なる各種ノズルを用い、噴射水量を変化させ、水柱の断面積が十分確保でき、かつ超音波伝達の阻害要因となる気泡の発生がない水柱形成条件を調べたものである（図５参照）。
【００１９】
水柱の長さは、最低限必要な３０ｍｍを超える（板厚が１．２〜６．５ｍｍに対するプローブ１の間隔Ｌ＝４６〜７８ｍｍに相当）ものとし、噴射口の面積は、超音波発信面又は受信面の面積αに対して１〜１４倍の範囲で変え、絞り比は３．０で一定とし、ノズル２から噴射する噴射水量は最大で３００リットル／分とした。この場合、プローブ１として、焦点距離が３８ｍｍで、超音波発信面又は受信面の長辺寸法ｘ＝６０ｍｍ、超音波発信面又は受信面の短辺寸法ｙ＝１１ｍｍのラインフォーカス型プローブを用いた。
【００２０】
その結果、プローブ１を収容するノズル２を以下の（イ）〜（ホ）とすることで、気泡を含まず、長さが最低限必要な３０ｍｍを超え、かつ断面積が十分な水柱を効果的に形成できるとの結果が得られた。
（イ）噴射口の面積が該ノズル内のプローブ１の超音波発信面又は受信面の面積αの２．５倍以上であるノズルを用い、それから噴射する噴射水量を上側で３００リットル／分以上、下側で１６０リットル／分以上とすることができる水柱式超音波探傷装置（図５のハッチング部の範囲）。
（ロ）ノズル２の噴射口入側の流路面積と噴射口の面積との比で表す絞り比が３．０以上である水柱式超音波探傷装置。
（ハ）ノズル２の噴射口形状が長円形であり、上側の噴射口の長軸対短軸比が３．０〜３．４、下側の噴射口の長軸対短軸比が１．５以下である水柱式超音波探傷装置。
（ニ）ノズル２の噴射口から噴射する水量が流量調節弁９で調整可能とされている水柱式超音波探傷装置。
（ホ）ノズル２の流路部に、多孔整流板８が設置されている水柱式超音波探傷装置。
【００２１】
このようなノズル２に超音波を発信するプローブ１と、受信するプローブ１とを別個に収容することで、Ｓ／Ｎが良好な透過型のセンサを構成できるので好ましい。
ここで、上記（ニ）とするのは、絞り比を大きくするほど、給水系統内の水圧が高くなるから、絞り比が３．０を超えた所定値であるノズルを用いた場合、絞り比が３．０であるノズルを用いた場合（図５の結果）に比べて、長さが３０ｍｍを超える断面積が十分な水柱を効果的に形成するための噴射水量は、上側で３００リットル／分よりも少なくでき、下側で１６０リットル／分よりも少なくできるからである。また上記（ホ）とするのは安定な水柱４を形成するのに役立つからである。
【００２２】
ただし、ノズル２の噴射口形状を円形とした場合には、噴射口の面積を超音波発信面又は受信面の面積に対して１４倍までの範囲で変え、ノズル２の噴射口から噴射する水量を最大で３００リットル／分としても、上側では長さが３０ｍｍを超える断面積が十分な水柱を安定して形成できず、音響結合機能が不十分となるという結果であった。一方、下側では、ノズル２の噴射口形状を直径が１１０ｍｍの円形とし、ノズル２からの噴射水量を１６０リットル／分以上とした場合、気泡を含まず、長さが３０ｍｍを超える断面積が十分な水柱を安定して形成できた。
【００２３】
以上説明した本発明の実施の形態に係る水柱式超音波探傷装置を用い、走行する金属帯の内部欠陥を検出する方法について説明する。図６、図７には、透過型のセンサ方式を採用した水柱式超音波探傷装置の内部欠陥検出原理を模式的に示した。
透過型のセンサ方式の場合、送信プローブ１Ａから送信された超音波ビーム３が水柱４を介して金属帯表面に伝わり、金属帯Ｓ内を伝搬した後、水柱４を介して受信プローブ１Ｂによって受信される。受信プローブ１Ｂで受信した受信波（透過波Ｔ１，Ｔ２並びに反射波Ｆ１，Ｆ２）は、欠陥検出ゲート信号によって信号処置され、所定値以上の欠陥エコー（反射波Ｆ２）が抽出されたときに、金属帯Ｓ中に内部欠陥があると検出される。この欠陥エコーが弱いと、ノイズから分離して欠陥エコーを抽出することが困難となり、金属帯Ｓ中に直径が５０μｍ以上１００μｍ以下の内部欠陥がある場合でも、それを検出することができなくなる。
【００２４】
図１に示した水柱式超音波探傷装置を用い、走行する金属帯の内部欠陥を検出する方法によれば、金属帯の板厚が変わったときに、金属帯の板厚に合わせてセンサ昇降手段５を介してセンサを昇降させ、プローブ１間の間隔を内部欠陥からの欠陥エコー高さが極大になる所定値にした後、内部欠陥を検出することができる。ラインフォーカス型プローブを用いた場合には、金属帯の板厚ｔに応じ、金属帯Ｓから所定だけ離れ、内部欠陥からの欠陥エコー高さが極大になるプローブ１間の間隔があることがわかっている。
【００２５】
したがって、本発明の実施の形態に係る水柱式超音波探傷装置によれば、外乱の影響を受け難い透過型のセンサ方式を採用すると共に、金属帯の板厚に合わせてセンサを昇降させるセンサ昇降手段を具備したから、金属帯の板厚が広範囲に変わった場合でもそれに対応して、透過型のセンサ方式の欠陥検出能を十分発揮することができ、走行する金属帯Ｓ中に直径が５０μｍ以上１００μｍ以下の内部欠陥がある場合、それを精度よく検出することができる。
【実施例】
【００２６】
図１に示したような水柱式超音波探傷装置を構成し、板厚が１．２〜６．５ｍｍの鋼板が通板される熱延鋼板の酸洗ラインに設置した。その際、焦点距離が３８ｍｍ、欠陥検出能として直径が５０μｍ以上１００μｍ以下の内部欠陥を検出することができるラインフォーカス型プローブを、ノズル２に別個に収納し、鋼帯の上下両側に対向配置して一対のセンサを構成すると共に、鋼帯の板厚ｔに合わせてセンサを昇降させるセンサ昇降手段５を具備した。
【００２７】
このセンサ昇降手段５を具備した水柱式超音波探傷装置を用い、鋼帯の板厚が変わったときに鋼帯の板厚に合わせてセンサ昇降手段５を介してセンサを昇降させ、プローブ１の間隔を所定値にした後、内部欠陥を検出するようにした。その結果、検査する鋼帯の板厚が広範囲に変わった場合でも直径が５０μｍ以上１００μｍ以下の介在物欠陥を精度よく検出することができた。
【００２８】
一方、従来の水柱式超音波探傷装置は、片側センサ方式とした装置であるため、板厚が一定の場合に直径が１００μｍ以上２００μｍ以下の介在物欠陥を検出できるが、センサ昇降手段５を具備していないので、鋼帯の板厚ｔが変わった場合に鋼板中に直径が５０μｍ以上１００μｍ以下の介在物欠陥がある場合でもそれを検出できなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る水柱式超音波探傷装置の構成を示す全体図である。
【図２】図１の水柱式超音波探傷装置の要部を示す概略側面図である。
【図３】（ａ）はセンサに用いて好適なプローブを示す概略斜視図であり、（ｂ）はそれを収容したセンサを金属帯側から見た場合の概略平面図である。
【図４】図１の水柱式超音波探傷装置に設けて好適な多孔整流板の概略平面図である。
【図５】図１の水柱式超音波探傷装置に用いたノズルの水柱安定化実験結果を示す特性図である。
【図６】透過型のセンサ方式による内部欠陥検出原理を説明する説明図である。
【図７】透過型のセンサ方式を採用した水柱式超音波探傷装置での信号処理を説明する特性図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  プローブ
２  ノズル
３  超音波ビーム
４  水柱
５  センサ昇降手段
６  厚み計
７  マーカー
８  多孔整流板
９  流量調節弁
１０  コンピュータ
１１  内部欠陥
Ｓ  金属帯
ｔ  金属帯の板厚
Ｌ  プローブの間隔
ｘ  超音波発信面又は受信面の長辺寸法
ｙ  超音波発信面又は受信面の短辺寸法
α  超音波発信面又は受信面の面積
ａ  噴射口の長軸寸法
ｂ  噴射口の短軸寸法
ｐ  孔ピッチ
ｄ  孔径
【図１】
0004696895.tif 000002
【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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