(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査材としての管の結晶粒度の異常判定を連続的に行う装置であって、
前記管に超音波を垂直に入射するとともに前記管からの反射波を受信する超音波探触子と、超音波探触子で受信された信号を増幅する受信アンプと、受信アンプで増幅された信号を対数変換する対数変換器と、対数変換器で対数変換された信号のうち２つの底面エコーに基づく信号を抽出するゲート回路と、ゲート回路で抽出された２つの底面エコーに基づく信号の差を演算する引算器と、引算器で演算された結果を予め設定された判定値と比較してその結果を出力する比較器と、前記管を回転させながらその軸方向に搬送する搬送手段とを備える結晶粒度異常判定装置。
【請求項２】
超音波探触子により被検査材としての管に超音波を垂直に入射し、前記管からの反射波を受信する工程、
超音波探触子で受信された信号を増幅する工程、
増幅された信号を対数変換する工程、
対数変換された信号のうち２つの底面エコーに基づく信号を抽出する工程、
抽出された２つの底面エコーに基づく信号の差を演算する工程、および、
演算された結果を予め設定された判定値と比較し、その結果に基づき被検査材の結晶粒度の異常の有無を判定する工程の各工程を、前記管を回転させるとともにその軸方向に搬送しながら行う結晶粒度異常判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属材料中の結晶粒度の異常判定を行う装置および結晶粒度異常判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、金属材料の結晶粒度は、強度や靭性などの機械的性質、および耐食性などに密接な関係があることが知られている。したがって、金属材料は、鍛造、圧延などによる製造途中または製造後に、結晶粒度を測定されることが多い。
【０００３】
結晶粒度の測定方法は、例えばＪＩＳ  Ｇ  ０５５１に規定されている。しかし、この測定方法は、試験材を切り出して測定するため、鋼管の全長の結晶粒度のように、被検査材の全体の結晶粒度の測定を行うことはできない。また、顕微鏡により標準図と比較して測定する方法であるため、測定に要する時間が長い。
【０００４】
被検査材の全体の結晶粒度を能率良く測定するために、超音波を用いた測定方法が知られている。この測定方法は、被検査材中を超音波が伝搬する際に、結晶粒が大きい（結晶粒度番号が小さい）ほど減衰の程度が大きくなることを利用したもので、例えば、特開平６−２２９９９０号公報、および特開平７−３５７３４号公報に具体的な技術が示されている。
【０００５】
特開平６−２２９９９０号公報に示される結晶粒検査装置は、被検査材に超音波を斜めに入射する超音波発信子と、被検査材中を伝搬した超音波を受信する超音波受信子と判定手段とを備える。検査の際は、超音波発信子から被検査材に超音波を入射し、被検査材中を伝搬した超音波を超音波受信子で受信する。この受信された超音波の大きさと、予め設定された判定基準値とを判定手段で比較して、受信された超音波の大きさが判定基準値より小さければ、結晶粒が大きいと判定する。
【０００６】
しかし、この装置では、超音波発信子と被検査材との距離、超音波の入射角度、被検査材の表面粗さなどにより、超音波の入射効率が異なる。超音波の入射効率が異なると、同じ大きさの結晶粒であっても超音波受信子で受信される超音波の大きさが異なる。そのため、正確な結晶粒度の判定は困難である。
【０００７】
特開平７−３５７３４号公報に示される超音波測定方法は、被検査材に超音波を垂直に入射するとともに被検査材中からの反射波を受信する超音波探触子を備え、前記超音波探触子が受信した底面からの多重反射エコーのうちの２つの底面エコーの大きさから、減衰係数を算出して結晶粒度番号を測定する方法である。
【０００８】
この方法では、２つの底面エコーの大きさを用いるため、前記の超音波の入射効率が異なっても相殺されて、正確な結晶粒度の測定が可能となる。しかし、減衰係数は、２つの底面エコーの大きさをＣＲＴ表示器の表示画面から読みとって算出するようにしているため、測定速度が遅い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、結晶粒度の異常判定のように超音波の減衰異常の判定を、精度良くかつ高速度で処理することのできる結晶粒度異常判定装置および結晶粒度異常判定方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の要旨は、下記の（１）および（２）にある。
（１）被検査材としての管の結晶粒度の異常判定を連続的に行う装置であって、前記管に超音波を垂直に入射するとともに前記管からの反射波を受信する超音波探触子と、超音波探触子で受信された信号を増幅する受信アンプと、受信アンプで増幅された信号を対数変換する対数変換器と、対数変換器で対数変換された信号のうち２つの底面エコーに基づく信号を抽出するゲート回路と、ゲート回路で抽出された２つの底面エコーに基づく信号の差を演算する引算器と、引算器で演算された結果を予め設定された判定値と比較してその結果を出力する比較器と、前記管を回転させながらその軸方向に搬送する搬送手段とを備える結晶粒度異常判定装置。
（２）超音波探触子により被検査材としての管に超音波を垂直に入射し、前記管からの反射波を受信する工程、超音波探触子で受信された信号を増幅する工程、増幅された信号を対数変換する工程、対数変換された信号のうち２つの底面エコーに基づく信号を抽出する工程、抽出された２つの底面エコーに基づく信号の差を演算する工程、および、演算された結果を予め設定された判定値と比較し、その結果に基づき被検査材の結晶粒度の異常の有無を判定する工程の各工程を、前記管を回転させるとともにその軸方向に搬送しながら行う結晶粒度異常判定方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の結晶粒度異常判定装置を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の結晶粒度異常判定装置の一例を示す回路図であり、図２は、多重エコーの波形の一例を示す波形図である。
【００１２】
図１において、超音波探触子１は、発信回路２から印可されるパルス電圧に基づいて超音波を発生させ、被検査材である管Ｐに超音波を垂直に入射する。また、この超音波探触子１は、図２に示す管Ｐから反射した表面エコーＳ、第１回底面エコーＢ１、第２回底面エコーＢ２、第３回底面エコーＢ３などを受信して電圧信号に変換し、受信アンプ３およびトリガ回路５に出力する。なお、図２において、Ｔは送信波を示す。
【００１３】
受信アンプ３は、超音波探触子１から入力された信号を、その後の処理に必要な大きさに増幅し、対数変換器４に出力する。
【００１４】
対数変換器４は、受信アンプ３から入力された信号を対数変換し、その対数変換値に相当する信号をゲート回路７に出力する。
【００１５】
一般に、被検査材中の超音波の減衰定数αは、２つの底面エコーの大きさ、例えば第１回底面エコーＢ１の大きさＣ１および第２回底面エコーＢ２の大きさＣ２と被検査材の厚さＨに基づいて、下記の（１）式により求めうることが知られている。
α＝２０ｌｏｇ（Ｃ１／Ｃ２）／２Ｈ・・・（１）
従って、第１回底面エコーＢ１の大きさＣ１および第２回底面エコーＢ２の大きさＣ２を検出し、このアナログ信号をアナログ／デジタル変換器でデジタル信号に変換して、例えばコンピュータにより前記（１）式により演算すれば、減衰定数αを求めることができる。
【００１６】
本発明の装置では、対数変換器４により、第１回底面エコーＢ１の大きさＣ１および第２回底面エコーＢ２の大きさＣ２を、２０ｌｏｇ（Ｃ１）および２０ｌｏｇ（Ｃ２）に対数変換する。対数変換器は、Ｌｏｇアンプと呼ばれる汎用の安価な電気回路素子であり、瞬時に対数変換することができる。
【００１７】
一方、トリガ回路５は、超音波探触子１から入力される電圧信号のうち、最も大きな反射波である管Ｐの表面エコーＳに基づく電圧信号を検出し、その時間信号をゲート発生回路６に出力する。
【００１８】
ゲート発生回路６は、トリガ回路５から入力された時間信号と、予め設定された２つの時間帯信号ｇ１、ｇ２から、２つのタイミング信号をゲート回路７に出力する。ここで時間帯信号ｇ１は、図２に示す表面エコーＳを受信してから第１回底面エコーＢ１を受信するまでに必要な時間を含む微少時間帯の信号である。また、時間帯信号ｇ２は、図２に示す表面エコーＳを受信してから第２回底面エコーＢ２を受信するまでに必要な時間を含む微少時間帯の信号である。
【００１９】
ゲート回路７は、ゲート発生回路６から入力される２つのタイミング信号に基づき、図２に示す探傷ゲートＧ１およびＧ２が設定される。この探傷ゲートＧ１およびＧ２により、対数変換器４から入力される信号の中から、第１回底面エコーＢ１に基づく信号および第２回底面エコーＢ２に基づく信号のみを抽出し、各信号レベルに比例した電圧信号をピークホールド回路８に出力する。
【００２０】
ピークホールド回路８は、ゲート回路７から入力された信号を一定時間保持した後、引算器９に出力する。ゲート回路７から入力される信号は、測定周期（数ＫＨｚから数１０ＫＨｚ）に応じて高速で変動する。そのため、第１回底面エコーＢ１に基づく信号、および第２回底面エコーＢ２に基づく信号が瞬間的に異常値を示すことがある。このように、第１回底面エコーＢ１に基づく信号、および第２回底面エコーＢ２に基づく信号が、瞬間的に異常値を示した場合であっても、十分に認識できるように、このピークホールド回路８で信号を一定時間保持する。
【００２１】
引算器９は、対数変換器４で対数変換された後、ゲート回路７で抽出された第１回底面エコーＢ１に基づく信号と、第２回底面エコーＢ２に基づく信号との差を、下記（２）式により演算する。
【００２２】
２０ｌｏｇ（Ｃ１）−２０ｌｏｇ（Ｃ２）・・・（２）
この演算結果を比較器１０、モニタ１１および外部に出力する。
【００２３】
前記のように減衰定数αは、被検査材の厚さＨを考慮した前記（１）式により求めることができる。しかし、全体の厚さＨがほぼ等しい管Ｐの全体を連続的に検査し、そのうち部分的に生じる減衰定数αの異常を判定する場合は、厚さＨに関する項を無視しても差し支えない。引算器９の出力である前記（２）式の結果は、被検査材の厚さＨがほぼ等しい場合の、相対的な減衰定数を表す。
【００２４】
比較器１０には、判定基準値Ｘが予め入力されている。この判定基準値Ｘは、例えば、管Ｐの部分的な結晶粒度の異常を判定する場合、管Ｐと同じ厚さで、結晶粒の大きさが許容最大値のときの、前記（２）式による演算結果に相当する信号であり、事前の試験により求める。比較器１０は、引算器９から入力される信号を、前記のようにして設定された判定基準値Ｘと比較し、判定基準値Ｘより大きい場合は、結晶粒の大きさが許容最大値を超える異常部分と判定し、警報信号を出力する。
【００２５】
モニター１１は、前記引算器９から出力される結果を監視するための例えばＣＲＴである。
【００２６】
以上のように構成された本発明装置により、管Ｐは、次のようにして粒度異常が判定される。
【００２７】
管Ｐの外面から超音波が垂直に入射されるように、超音波探触子１の姿勢を設定する。ゲート発生回路６には、対象とする管Ｐの厚さを考慮した２つの時間帯信号ｇ１、ｇ２を設定する。この設定により、ゲート回路７には、図２に示す２つのゲートＧ１、Ｇ２が設定される。また、比較器１０には、対象とする管Ｐの結晶粒の許容最大値に対応した判定基準値Ｘを入力する。
【００２８】
その後、管Ｐを回転させながらその軸方向に搬送する。超音波探触子１から発信された超音波は、その一部が管Ｐの外表面で反射して超音波探触子１により表面エコーＳ（図２参照）として受信される。他の超音波は、管Ｐの内部に入射され、管Ｐの内表面で垂直に反射した第１回底面エコーＢ１、更に管Ｐの肉厚内部において外表面と内表面と間で多重反射した第２回底面エコーＢ２、第３回底面エコーＢ３（いずれも図２参照）などが、超音波探触子１により受信される。
【００２９】
これらの信号は、対数変換器４で対数変換された後、ゲート回路７で第１回底面エコーＢ１と第２回底面エコーＢ２の対数変換された信号のみが抽出されて、引算器９に出力される。
【００３０】
引算器９は、前記２つの信号の差を演算し、比較器１０に出力する。比較器１０では、前記の信号を、予め設定された判定基準値Ｘと比較し、判定基準値Ｘより大きい場合は、警報信号を出力する。この警報信号により、管Ｐの結晶粒の大きさが許容最大値を超える部分が判定される。
【００３１】
上記の説明では、２つの底面エコーとして、第１回底面エコーＢ１と第２回底面エコーＢ２に基づく信号を抽出したが、被検査材の厚さが薄く、表面エコーＳが第１回底面エコーＢ１に影響を及ぼす場合は、ゲート回路７で設定されるゲートを変更して、第２回底面エコーＢ２と第３回底面エコーＢ３に基づく信号を抽出するようにしてもよい。
【００３２】
また、部分的に大きな結晶粒が存在する場合の、超音波減衰の異常判定について説明したが、管Ｐの内部に例えば介在物などの欠陥が存在すると、その部分における超音波の減衰の程度が、正常な部分における減衰の程度に比べて異なるため、介在物などの欠陥による超音波の減衰異常も判定することができる。
【００３３】
更に、被検査材が管の場合について説明したが、板であってもよい。なお、減衰定数αを前記（１）式により求める必要のある場合は、引算器９の後に割算器を設けて演算することもできる。
【００３４】
【発明の効果】
この発明の装置によれば、アナログ／デジタル変換器およびコンピュータを必要とせず、２つの底面エコーの大きさを対数変換する対数変換器と、その差を演算する引算器と、引算器による演算結果を判定基準値と比較する比較器を備えるので、安価な装置で被検査材の減衰異常を精度良くかつ高速度で判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の結晶粒度異常判定装置の一例を示す回路図である。
【図２】多重エコーの波形を示す波形図である。
【図１】
0004538928.tif 000002
【図２】
0004538928.tif 000003