(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の対になったラインフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子を、金属板を挟み金属板の幅方向に並べて配置し、前記の送信子から受信子に向けて超音波パルスを送信して金属板内部の介在物を検出するラインフォーカス型超音波介在物センサを用いて、金属板のエッジを検出する金属板のエッジ検出方法であって、
前記の送信子から受信子までの超音波パルスの伝播時間をそれぞれ計測し、前記受信子の内、金属板を透過する透過波の伝播時間となる超音波パルスを受信する受信子と、金属板を透過しない直接波の伝播時間となる超音波パルスを受信する受信子との間の位置を金属板のエッジ位置とすることを特徴とする金属板のエッジ検出方法。
【請求項２】
複数個の対になったラインフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子を、金属板を挟み金属板の幅方向に並べて配置し、前記の送信子から受信子に向けて超音波パルスを送信して金属板内部の介在物を検出するラインフォーカス型超音波介在物センサを用いて、金属板のエッジを検出する金属板のエッジ検出方法であって、
前記受信子の内、１回の送信波パルスに対し、受信波パルスを２回以上受信する受信子と、１回受信するのみである受信子との間の位置を金属板のエッジの位置とすることを特徴とする金属板のエッジ検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板をはじめとする圧延金属板等の金属板の介在物を幅方向に一度に検出することのできるラインフォーカス型超音波介在物センサに適用し、金属板のエッジ位置を検出する方法に関する。
なお、ここでは金属板の中に金属帯を含めるものとする。また、以下では、金属板の代表例として鋼板を例に説明するがこれに限定するものではない。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板の材料内部の欠陥、特に介在物の検出には超音波探傷法を用いたラインフォーカス型超音波介在物センサを適用することが最も適している。
ラインフォーカス型超音波介在物センサは、図１に示すように、超音波送受信子１、２を対向させて鋼板３の幅方向に多数連続して配置し、超音波受信結果から連続的に鋼板内部の介在物を検出する装置である。超音波送受信子１、２としては、ラインフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子とが用いられる。また、ラインフォーカス型超音波送受信子をアレイタイプの送受信子としても良い。
【０００３】
ラインフォーカス型超音波介在物センサでは、鋼板を伝播してくる透過波と欠陥からの反射波を正確に検出するために、検査対象の鋼板の端部（エッジ）を検出することがきわめて重要である。つまり、鋼板のエッジ近傍において、超音波が鋼板内部を透過し有効に欠陥検出を行っている超音波送受信子が幅方向のどの位置の送受信子までかを正確に把握することで、鋼板のエッジまでの欠陥検出を可能とするためである。
【０００４】
鋼板のエッジの検出方法としては、蛍光灯とカメラを用いた光学式のエッジ検出方法や、特開平6-265302号公報に開示されているような磁気特性を利用する方法等がある。
しかし、鋼板内部の介在物検出を超音波探傷法で行う方法において、ラインフォーカス型超音波介在物センサのためのエッジ検出に適用するには、エッジ位置検出のために超音波センサの他に上述の蛍光灯とカメラ、または、磁化装置等の磁気検出用の装置の設置が必要となり、設備が大がかりとなり、また、大幅なコスト増加につながることになる。
【０００５】
また、ラインフォーカス型超音波介在物センサを用いて鋼板のエッジを検出する方法として、鋼板を伝播してくる透過波の伝搬時間をモニタして鋼板のエッジを検出する方法も考えられる。
すなわち、対向する距離Ｌの探触子（送信子と受信子）間に板厚ｈの鋼板が有る場合の超音波の伝播時間ｔf は、鋼板中の超音波伝播速度をＶs 、水中の超音波伝播速度をＶW とすると、
ｔf ＝（Ｌ−ｈ）／ＶW ＋ｈ／Ｖs ・・・・（１）
と表すことができる。そして、それぞれの探触子での超音波伝播時間ｔf をモニタし、ｔf が大きく変化する位置を鋼板のエッジ位置とする方法である。
【０００６】
しかしながら、実際には鋼板の板厚にはばらつきΔh があるため、上記（１）式は下記（２）式に示すように、超音波伝播時間ｔf にばらつきΔｔが重畳し、そのために、しばしばエッジ位置を誤認識するという問題がある。
【０００７】
【数１】
0003843642.tif 000002
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、鋼板内部の介在物を検出するラインフォーカス型超音波介在物センサを利用し、無用な付帯設備を併置することなしに、エッジ位置を誤認せず正確に検出することが可能な鋼板のエッジ検出方法を提供することを目的とする。
そして、最終的な目的として、鋼板のエッジ位置を正確に把握して、鋼板のエッジ位置まで鋼板内部の介在物を正確に検出することを可能とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数個の対になったラインフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子を、金属板を挟み金属板の幅方向に並べて配置し、前記の送信子から受信子に向けて超音波パルスを送信して金属板内部の介在物を検出するラインフォーカス型超音波介在物センサを用いて、金属板のエッジを検出する金属板のエッジ検出方法であって、前記の送信子から受信子までの超音波パルスの伝播時間をそれぞれ計測し、前記受信子の内、金属板を透過する透過波の伝播時間となる超音波パルスを受信する受信子と、金属板を透過しない直接波の伝播時間となる超音波パルスを受信する受信子との間の位置を金属板のエッジ位置とすることを特徴とする金属板のエッジ検出方法によって上記課題を解決したのである。
【００１０】
また同様に、複数個の対になったラインフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子を、金属板を挟み金属板の幅方向に並べて配置し、前記の送信子から受信子に向けて超音波パルスを送信して金属板内部の介在物を検出するラインフォーカス型超音波介在物センサを用いて、金属板のエッジを検出する金属板のエッジ検出方法であって、前記受信子の内、１回の送信波パルスに対し、受信波パルスを２回以上受信する受信子と、１回受信するのみである受信子との間の位置を金属板のエッジの位置とすることを特徴とする金属板のエッジ検出方法によって上記課題を解決したのである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明を適用するラインフォーカス型超音波介在物センサにおける超音波の伝搬経路について図２を用いて説明する。ただし、図２では超音波探触子（送信子および受信子）そのものの記載は省略している。
図２において、Ｔ0 はそれぞれ超音波送信子から射出される送信波を表す。超音波送信子から射出され、鋼板３に入射されて内部を透過した超音波は、透過波Ｔ1 としてそのまま外部に射出され、または、鋼板内部で１回反射してから透過波Ｔ2 として射出される射出波に分かれ、超音波受信子に入射される。ここで、鋼板内部で２回以上反射して射出される超音波もあるがここでは記載を省略している。また、鋼板３内部の介在物６によっても反射され、欠陥反射波ＴC として超音波受信子に入射される。ここで、欠陥反射波ＴC のパス長は透過波Ｔ1 と透過波Ｔ2 のパス長の中間となる。一方、鋼板をはずれた位置で射出された超音波の送信波Ｔ0 は、そのまま直接波ＴD として超音波受信子に入射されることになる。
【００１２】
ラインフォーカス型超音波介在物センサは、搬送中の鋼板に超音波送信子から一定周期で超音波パルスを送信し、その送信波に対する受信波（上記の透過波、欠陥反射波）を検出することで介在物の検出を行う装置である。また、鋼板を外れた位置では受信波を直接波として検出するが、鋼板の板幅変動、搬送ぶれ等に起因してエッジの位置が変動するため、どの探触子までが鋼板を外れているかを特定することは困難である。
【００１３】
ここで、介在物欠陥は不定位置にあるため、欠陥反射波は非定周期で受信されるが、透過波と直接波とは送信波に同期して一定周期で受信される。
まず、このラインフォーカス型超音波介在物センサに適用される鋼板のエッジ検出方法について、本発明の第１の実施の形態を説明する。
図３（ａ）に示すように、超音波の送信波（Ｔ0 ）パルス5aが時刻ｔ0 に射出される。この送信波パルスの射出は、それぞれのラインフォーカス型超音波送信子毎に一定周期で行われている。
【００１４】
ここで、鋼板をはずれた位置で射出された送信波（Ｔ0 ）パルスは、（ｂ）に示すようにそのままラインフォーカス型超音波受信子に直接波（ＴD ）パルス９として受信される（時刻ｔ3 ）。このとき、直接波（ＴD ）の伝搬時間ｔD はｔD ＝ｔ3 ―ｔ0 となるが、この値は、対向する探触子間の距離Ｌが一定であることから、鋼板の板厚の変動にかかわりなく一定の値となる。すなわち、
ｔD ＝Ｌ／ＶW ・・・・（３）
となる。
【００１５】
一方、鋼板に入射されて内部を透過した超音波パルスは、（ｃ）に示すようにラインフォーカス型超音波受信子に透過波（Ｔ1 ）パルス7a（受信時刻ｔ1 ）、透過波（Ｔ2 ）パルス7b（受信時刻ｔ2 ）として受信される。ここで、鋼板内部に介在物欠陥がある場合には、（ｄ）に示すように透過波（Ｔ1 ）パルス7aと透過波（Ｔ2 ）パルス7bの中間に欠陥反射波（ＴC ）パルス８が出現する。
【００１６】
ここで、透過波（Ｔ1 ）パルス7aの伝搬時間ｔf はすでに（１）式に示している。この伝搬時間ｔf は、鋼板の板厚変動によってばらつきがあるものの、鋼板中の音速（5900ｍ／秒）が、水中の音速（1480ｍ／秒）の約４倍であることから、ばらつきΔｔを見込んでも、通常は、
ｔD ＞ｔf ＋Δｔ  ・・・・（４）
の関係が満足される。
【００１７】
そのため、超音波送信時刻ｔ0 から時間ｔD 経過後に受信された信号は直接波であるとすることができ、その直接波を検出した受信子はすべて鋼板のエッジを外れていると判断でき、エッジ位置の検出が可能となるのである。
ただし、以上のようにして検出した直接波であっても、やはり、板厚の大きなばらつきや鋼板の表面傷等の影響が複合して、透過波伝搬時間ｔf が直接波伝播時間ｔD と一致してしまう場合も考えられ、誤検出の恐れは皆無ではない。
【００１８】
そこで、本発明においては、幅方向に配設された探触子の両端から中央部に向けてそれぞれ伝播時間をモニタしていき、その伝播時間が連続して直接波であるとされた探触子について、その一つ前までの探触子が鋼板のエッジを外れていると判定することを好適とする。
例えば、チャンネル数Ｎ＝200 のラインフォーカス型超音波介在物センサの場合、隣り合う２つのチャンネル（ｎ、ｎ＋１）を順次モニタしていき、（ｎ、ｎ＋１）＝（１、２）〜（９、10）まで異常がなくすべて直接波と判定され、（ｎ、ｎ＋１）＝（10、11）で異常がある場合は、ｎ＜100 であることから10チャンネルと11チャンネルの中間位置を鋼板のエッジと認識する。
【００１９】
また、（ｎ、ｎ＋１）＝（190 、191 ）で異常があり、（191 、192 ）〜（199 、200 ）まですべて直接波と判定された場合には、ｎ＞100 であるから190 チャンネルと191 チャンネルの中間位置を鋼板のエッジと認識する。
次に、このラインフォーカス型超音波介在物センサに適用される鋼板のエッジ検出方法につき、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００２０】
本発明の第２の実施の形態は、介在物検出のために用いられるゲート処理を利用した発明である。以下、図４に基づき説明する。
図４（ａ）に示すように、超音波の送信波（Ｔ0 ）パルス5aが射出される。この送信波（Ｔ0 ）パルスの射出は、それぞれのラインフォーカス型超音波送信子毎に一定周期で行われる。
【００２１】
そして、超音波が鋼板中を透過する場合には、図４（ｂ）に示すようにその透過波（Ｔ1 ）パルス7aと透過波（Ｔ2 ）パルス7bが受信される。
介在物欠陥は、すでに図３（ｄ）に示したように、この透過波（Ｔ1 ）パルス7aと透過波（Ｔ2 ）パルス7bの中間位置で検出されることになる。
この介在物欠陥を検出するために、ゲートがかけられるが、このゲート位置は、図４（ｃ）に示すように、透過波（Ｔ1 ）パルス7aの終了時点を起点として順次広げられていき、最適幅となるように自動調整され、透過波（Ｔ2 ）パルス7bの開始位置までの幅を最適ゲート幅として設定される。このようにして、透過波の場合は、最適なゲート幅が設定されることから受信波パルスが２回あることを認識することができるのである。
【００２２】
一方、鋼板のない位置で射出された直接波パルス9aの場合（図４（ｄ））は、図４（ｅ）に示すようにゲート幅が広げられて行くが、反射するパルスがないため、ゲート幅は広がっていく一方となる。
ここで、本発明の第２の実施の形態では、あらかじめこのゲート幅にしきい値ｔthを設けておき、ゲート幅がこのしきい値ｔthを越えてしまい、最適なゲート設定ができないことで受信波パルスが直接波パルス9aしかないことを検出する。ここで、しきい値ｔthの値は上記の最適ゲート幅の値より大きい値とすることは当然である。
【００２３】
このようにして最適ゲート幅を設定できるかどうかで、受信波パルスを２回受信したか１回のみかの判定を行うことができる。そして、受信波パルスを２回受信するということはそのパルスが透過波であることを意味し、１回のみであることはそのパルスが直接波であることを意味する。
以上のようにしても、鋼板のエッジを正確に検出することが可能である。
【００２４】
なお、本第２の実施の形態においても、すでに説明した第１の実施の形態と同様に、幅方向に配設された探触子の両端から中央部に向けてそれぞれゲート設定可否をモニタしていき、ゲート設定できない場合が連続して発生した探触子について、その一つ前までの探触子が鋼板のエッジを外れていると判定することができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によって、ラインフォーカス型超音波介在物センサにおける鋼板の介在物検出において、幅方向に多数並べられた超音波送受信子をそのまま利用し、板厚のばらつきに影響されること無く非接触かつ連続的に鋼板のエッジを正確に検出することができるようになった。そして、このことから、主目的である鋼板内部の介在物の検出を鋼板のエッジまで正確に行うことができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属板のエッジ検出方法を適用するラインフォーカス型超音波介在物センサの構成を示す斜視図である。
【図２】金属板断面での超音波の経路を説明する模式図である。
【図３】本発明の金属板のエッジ検出方法の第１の実施形態を説明する超音波パルスのタイムチャートである。
【図４】本発明の金属板のエッジ検出方法の第２の実施形態を説明する超音波パルスのタイムチャートである。
【符号の説明】
１    超音波送信子（ラインフォーカス型超音波送信子）
２    超音波受信子（ラインフォーカス型超音波受信子）
３    金属板（鋼板）
４    超音波受信ビーム
５    超音波送信ビーム
5a    送信波（Ｔ0 ）パルス
６    介在物（欠陥）
7a    透過波（Ｔ1 ）パルス
7b    透過波（Ｔ2 ）パルス
８    欠陥反射波（ＴC ）パルス
９    直接波（ＴD ）パルス
31    端部（エッジ）
ｔ0   超音波送信時刻
ｔD   直接波伝搬時間
ｔf   透過波伝搬時間
ｔ1 、ｔ2   鋼板透過波受信時刻
ｔ3   直接波受信時刻
ｔth  ゲート幅しきい値
Ｔ0   送信波
Ｔ1 、Ｔ2   透過波
ＴC   欠陥反射波
ＴD   直接波
【図１】
0003843642.tif 000003
【図２】
0003843642.tif 000004
【図３】
0003843642.tif 000005
【図４】
0003843642.tif 000006