(57)【要約】      （修正有）【課題】テーブルローラに発生する亀裂を非破壊かつ非開放で効率よく診断することができるテーブルローラの亀裂診断装置及び方法を提供する。【解決手段】テーブルローラネック部の亀裂診断装置は、テーブルローラ表面に超音波振動を与える超音波振動発生装置（超音波振動子８、超音波ホーン７）と、超音波振動発生装置をテーブルローラローラ部４に固定する固定装置（固定冶具１２、電磁石固定部、電磁石１４）と、テーブルローラネック部５表面に発生する温度変化を赤外線サーモグラフィで計測する表面温度検出手段（アルミ製の反射板１７、赤外線カメラ１５、演算処理装置１６）から構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーブルローラに発生する亀裂を非破壊かつ非開放で診断する亀裂診断装置であって、テーブルローラ表面に接触させることにより超音波振動を与える超音波振動発生装置と、該超音波振動発生装置を磁石でテーブルローラに固定する固定装置と、テーブルローラ表面に発生する温度変化を反射板を介して赤外線サーモグラフィで計測する表面温度検出手段とを備えていることを特徴とするテーブルローラの亀裂診断装置。
【請求項２】
前記超音波振動発生装置は、超音波を発生させる超音波振動子と、超音波振幅を増幅する超音波ホーンとを備え、前記超音波ホーンを油圧、もしくは空圧、もしくはネジ締結力によってテーブルローラ表面に接触させることにより超音波振動を与えることを特徴とする請求項１に記載のテーブルローラの亀裂診断装置。
【請求項３】
前記反射板は、アルミニウムまたは銀で作られていることを特徴とする請求項１または２に記載のテーブルローラの亀裂診断装置。
【請求項４】
前記超音波ホーンは、金属片であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のテーブルローラの亀裂診断装置。
【請求項５】
前記固定装置は、前記超音波振動発生装置をテーブルローラ表面に任意の力で接触させる機構を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のテーブルローラの亀裂診断装置。
【請求項６】
前記磁石は、テーブルローラの径に合わせてテーブルローラに対する固定角度を変更できることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のテーブルローラの亀裂診断装置。
【請求項７】
前記磁石は、電磁石または永久磁石であり、電流または磁力線の向きを制御することによって着脱が可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のテーブルローラの亀裂診断装置。
【請求項８】
テーブルローラに発生する亀裂を非破壊かつ非開放で診断する亀裂診断方法であって、超音波振動発生装置を磁石でテーブルローラに固定する工程と、前記超音波振動発生装置をテーブルローラ表面に接触させることにより超音波振動を与える工程と、テーブルローラ表面に発生する温度変化を反射板を介して赤外線サーモグラフィで計測する工程とを備えていることを特徴とするテーブルローラの亀裂診断方法。
【請求項９】
前記超音波振動発生装置は、超音波を発生させる超音波振動子と、超音波振幅を増幅する超音波ホーンとを備え、前記超音波ホーンを油圧、もしくは空圧、もしくはネジ締結力によってテーブルローラ表面に接触させることにより超音波振動を与えることを特徴とする請求項８に記載のテーブルローラの亀裂診断方法。
【請求項１０】
前記磁石は、テーブルローラの径に合わせてテーブルローラに対する固定角度を変更できることを特徴とする請求項８または９に記載のテーブルローラの亀裂診断方法。
【請求項１１】
前記磁石は、電磁石または永久磁石であり、電流または磁力線の向きを制御することによって着脱が可能であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載のテーブルローラの亀裂診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くはローラに発生する亀裂を診断する亀裂診断装置及び方法に関するものであり、特に、テーブルローラに発生する亀裂に対して超音波振動を与えた場合に発生する亀裂の温度変動を赤外線サーモグラフィで検出する亀裂診断装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、製鉄プラントにおける圧延ラインでは、鋼板を搬送するためにテーブルローラが多数備えられている。これらのテーブルローラには、運転中に鋼板の衝突により多大なる荷重がかかり、両端ネック部において表面腐食を起点とする亀裂が発生する。これらの亀裂は長期間の使用により進展し、テーブルローラの破断を引き起こす。
【０００３】
これに対して、従来、テーブルローラネック部の亀裂を診断する手段としては、磁粉探傷、浸透探傷、および赤外線法等が広く用いられている。
【０００４】
その内、磁粉探傷や浸透探傷は、亀裂の位置を磁粉や浸透剤によって可視化することはできるが、亀裂診断精度は高くはなく、検査に長時間を要する。また、磁粉探傷や浸透探傷では、表面のグリスや汚れ・錆が擬似欠陥模様となるため、サンダー掛け、グリス洗浄等の表面処理を施し、処理後に検査を行う必要があるが、例えば、圧延ラインのテーブルローラでは、通常、図１に示すように、テーブルローラローラ部１に続くテーブルローラネック部２に、冷却水からテーブルローラネック部２を保護するための鋼鉄製の保護カバー３がかけられていることから、上記の表面処理を行うためには、保護カバー３を取り外す必要がある。しかし、保護カバー３の多くはボルト締結部のグリス溶着などの要因により取り外しが困難な場合が多く、ラインの検査時間増加要因となっている。また、機械構造上、保護カバー３の取り外し自体が不可能であり、検査不可能な箇所も存在し、そのために、非常に検査効率が悪くなっている。
【０００５】
一方、赤外線法は、何らかの入力を亀裂に与えた場合に発生する亀裂発熱を、赤外線サーモグラフィ機器で計測する手法であるが、被計測物に対して外部熱源による加熱を行い、赤外線カメラで計測された加熱の前後画像の差分を計算することにより欠陥を検出する手法が行われている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
また、被計測物に対してマイクロ波を照射し、表面に現れる温度差より亀裂を検出する方法もある（例えば、特許文献２）。
【０００７】
また、被計測物に対して、パルス状の電流を付加し、亀裂を回折する電流によって発熱する熱を赤外線サーモグラフィで計測し、高温部として亀裂を検出する手法がある（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−３７２０１号公報
【特許文献２】特開２００５−２４９５３６号公報
【特許文献３】特開平０３−１５４８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１に記載されている赤外線法は、亀裂が閉じている閉亀裂の場合、亀裂接触面を熱が通過してしまい、断熱作用が発生しないので、亀裂部と健全部での温度差はほとんど発生しない。検査対象であるテーブルローラの亀裂は、主に繰り返し荷重による疲労亀裂であり、これは、閉亀裂であるため本手法を適用することができないという問題点がある。
【００１０】
また、特許文献２に記載の手法は、放電が発生するため、金属に対して適用することができない。そのため、鋼構造物に対して使用することが出来ない。また、マイクロ波の周波数は、工場の大型構造物をコントローラする無線の周波数と近いため、誤作動を引き起こす可能性があるという問題点を持つ。
【００１１】
また、特許文献３に記載の手法は、亀裂が閉じている閉亀裂の場合、亀裂接触面を電流が通過してしまい、ほとんど熱が発生しないので、亀裂が開口している必要がある。検査対象であるテーブルローラの亀裂は、主に繰り返し荷重による疲労亀裂であり、これは閉亀裂であるため、本手法を適用することができないという問題点がある。また、電流を流した際、亀裂発熱を発生させる大きさの電流範囲が非常に狭いため、検査効率が悪いという問題点もある。
【００１２】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、テーブルローラに発生する亀裂を非破壊かつ非開放で効率よく診断することができるテーブルローラの亀裂診断装置及び方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００１４】
［１］テーブルローラに発生する亀裂を非破壊かつ非開放で診断する亀裂診断装置であって、テーブルローラ表面に接触させることにより超音波振動を与える超音波振動発生装置と、該超音波振動発生装置を磁石でテーブルローラに固定する固定装置と、テーブルローラ表面に発生する温度変化を反射板を介して赤外線サーモグラフィで計測する表面温度検出手段とを備えていることを特徴とするテーブルローラの亀裂診断装置。
【００１５】
［２］前記超音波振動発生装置は、超音波を発生させる超音波振動子と、超音波振幅を増幅する超音波ホーンとを備え、前記超音波ホーンを油圧、もしくは空圧、もしくはネジ締結力によってテーブルローラ表面に接触させることにより超音波振動を与えることを特徴とする前記［１］に記載のテーブルローラの亀裂診断装置。
【００１６】
［３］前記反射板は、アルミニウムまたは銀で作られていることを特徴とする前記［１］または［２］に記載のテーブルローラの亀裂診断装置。
【００１７】
［４］前記超音波ホーンは、金属片であることを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載のテーブルローラの亀裂診断装置。
【００１８】
［５］前記固定装置は、前記超音波振動発生装置をテーブルローラ表面に任意の力で接触させる機構を有することを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載のテーブルローラの亀裂診断装置。
【００１９】
［６］前記磁石は、テーブルローラの径に合わせてテーブルローラに対する固定角度を変更できることを特徴とする前記［１］〜［５］のいずれかに記載のテーブルローラの亀裂診断装置。
【００２０】
［７］前記磁石は、電磁石または永久磁石であり、電流または磁力線の向きを制御することによって着脱が可能であることを特徴とする前記［１］〜［６］のいずれかに記載のテーブルローラの亀裂診断装置。
【００２１】
［８］テーブルローラに発生する亀裂を非破壊かつ非開放で診断する亀裂診断方法であって、超音波振動発生装置を磁石でテーブルローラに固定する工程と、前記超音波振動発生装置をテーブルローラ表面に接触させることにより超音波振動を与える工程と、テーブルローラ表面に発生する温度変化を反射板を介して赤外線サーモグラフィで計測する工程とを備えていることを特徴とするテーブルローラの亀裂診断方法。
【００２２】
［９］前記超音波振動発生装置は、超音波を発生させる超音波振動子と、超音波振幅を増幅する超音波ホーンとを備え、前記超音波ホーンを油圧、もしくは空圧、もしくはネジ締結力によってテーブルローラ表面に接触させることにより超音波振動を与えることを特徴とする前記［８］に記載のテーブルローラの亀裂診断方法。
【００２３】
［１０］前記磁石は、テーブルローラの径に合わせてテーブルローラに対する固定角度を変更できることを特徴とする前記［８］または［９］に記載のテーブルローラの亀裂診断方法。
【００２４】
［１１］前記磁石は、電磁石または永久磁石であり、電流または磁力線の向きを制御することによって着脱が可能であることを特徴とする前記［８］〜［１０］のいずれかに記載のテーブルローラの亀裂診断方法。
【発明の効果】
【００２５】
本発明においては、テーブルローラに発生する亀裂を非破壊かつ非開放で効率よく診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】テーブルローラを示す側面図である。
【図２】本発明の一実施形態における側面図である。
【図３】本発明の一実施形態における正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、ここでは、圧延ラインのテーブルローラ（特に、テーブルローラネック部）を診断対象としている。
【００２８】
図２は本発明の一実施形態における側面図であり、図３は本発明の一実施形態における正面図である。図２、図３において、４はテーブルローラローラ部、５はテーブルローラネック部、６は冷却水からテーブルローラネック部５を保護するための鋼鉄製の保護カバー、１８は電動機である。一般的に、鉄鋼製品の圧延ラインでは、電動機１８からの出力でテーブルローラを回転させて、鋼材を運搬する。
【００２９】
そして、この実施形態においては、テーブルローラローラ部４には、超音波振動子８が固定冶具１２にスライダー１１を介して設置されており、超音波振動子８はスライダー１１上を上下方向に移動することが可能である。また、超音波振動子８は、超音波ホーン７を介してテーブルローラローラ部４に接触している。
【００３０】
ここで、前記超音波ホーン７としては、診断対象物との接触部界面での超音波の反射を防ぐために、診断対象物であるテーブルローラと同じ材質のもの、或いは、音響インピーダンスがテーブルローラと同程度の材質のものを用いることが好ましい。さらに、形状としては、超音波振動の振幅の腹が診断対象物との接触部になるような形状のものを用いることが好ましい。
超音波振動子８で発生した超音波振動は超音波ホーン７で増幅され、超音波ホーン７をテーブルローラローラ部４に接触させることにより、超音波振動を入射する。また、超音波振動子８の上部には、油圧ジャッキ９とロードセル１０が設置されている。油圧ジャッキ９で加圧することにより、超音波ホーン７とテーブルローラローラ部４との接触圧力を変えることが可能である。また、押し付け過多による機材破損を防ぐため、押し付け力はロードセル１０によりモニタリングされている。なお、油圧ジャッキ９は、空圧もしくはネジ締結力に替えてもよい。
【００３１】
ここで、前記空圧を用いる場合としては、例えば、エアジャッキ等を用いることができる。また、前記ネジ締結力を用いる場合、ネジの締結トルクは、ネジ先端の摩擦力に比例し、ネジ先端の摩擦力はネジ先端の接触圧に比例することから、ネジの締結トルクを、トルクレンチを用いて計測することにより、ネジの接触圧を推定することが可能である。
【００３２】
また、固定冶具１２は磁石１４によってテーブルローラローラ部４に固定されている。磁石１４は、磁石固定部１３によって固定冶具１２に連結されている。この磁石固定部１３は固定ピンを中心軸にして周方向に回転可能であり、磁石固定部１３の角度を変えることにより、磁石１４をテーブルローラローラ部４の円弧の接線で接し、吸着力が最大になるように調整することができる。
【００３３】
ここで、前記磁石１４としては電磁石または永久磁石を用いることができる。電磁石を用いる場合、電磁石に供給する電流値を制御して、例えば、電流値を小さくし、或いは遮断して磁力を弱めることで、固定冶具１２をテーブルローラローラ部４から容易に取り外しが可能である。また、永久磁石を用いる場合、永久磁石をテーブルローラローラ部４の磁力線の向きを機械的に変更することで作用する磁力を弱めて、固定冶具１２をテーブルローラローラ部４から容易に取り外しが可能である。
【００３４】
また、反射板１７としては、診断対象であるテーブルローラネック部５から放射される赤外線を、テーブルローラ上方に設置された赤外線カメラ１５の方向に反射させるための、例えば、アルミ板、または、銀板等の金属製の板を用いることができ、テーブルローラ下部に設置されている。この反射板１７は、赤外線を高効率に反射させるために表面が鏡面加工されていることが望ましい。
【００３５】
そして、反射板１７を介して赤外線カメラ１５で計測されたテーブルローラネック部５の表面温度分布は、演算処理装置１６に保存されて解析される。
【００３６】
このように、この実施形態におけるテーブルローラネック部の亀裂診断装置は、テーブルローラ表面に超音波振動を与える超音波振動発生装置（超音波振動子８、超音波ホーン７）と、超音波振動発生装置をテーブルローラローラ部４に固定する固定装置（固定冶具１２、電磁石固定部１３、電磁石１４）と、テーブルローラネック部５表面に発生する温度変化を赤外線サーモグラフィで計測する表面温度検出手段（アルミ製の反射板１７、赤外線カメラ１５、演算処理装置１６）から構成されている。
【００３７】
これによって、この実施形態においては、超音波ホーン７をテーブルローラローラ部４表面に接触させる機構を有するので、テーブルローラローラ部４表面に超音波ホーン７を接触させることにより、テーブルローラローラ部４表面に超音波を入射させて、テーブルローラネック部５表面に超音波振動を与えることが可能となった。
【００３８】
そして、反射板１７を取付けたことにより、テーブルローラ上方から保護カバー６に覆われていないテーブルローラネック部５下面の計測が可能となり、保護カバー６を取り外さない非開放検査が可能となった。
【００３９】
このようにして、この実施形態においては、テーブルローラネック部５に発生する亀裂を非破壊かつ非開放で効率よく診断することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  テーブルローラローラ部
２  テーブルローラネック部
３  保護カバー
４  テーブルローラローラ部
５  テーブルローラネック部
６  保護カバー
７  超音波ホーン
８  超音波振動子
９  油圧ジャッキ
１０  ロードセル
１１  スライダー
１２  固定冶具
１３  磁石固定部
１４  磁石
１５  赤外線カメラ
１６  演算処理装置
１７  反射板
１８  電動機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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