СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТОВ И УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТОВ
METHOD OF DEFECTS CONTROL AND APPARATUS FOR DEFECTS CONTROL

[ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ]
[0001] Настоящее изобретение относится к способу контроля дефектов и устройству контроля дефектов.
Приоритет испрашивается по Заявке на патент Японии № 2013-018560, поданной 1 февраля 2013 г., содержание которой включается в этот документ посредством ссылки.
[ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ]
[0002] В последние годы приобрел известность электромагнитный акустический преобразователь, который обнаруживает некий внутренний дефект (например, включение, внутреннюю трещину или дефект под воздействием водорода), например, у стального материала с использованием ультразвуковых волн бесконтактным способом. Например, Патентный документ 1 раскрывает электромагнитный акустический преобразователь (EMAT), включающий в себя постоянный магнит и катушку индуктивности, которая подходит для образования дефектоскопических импульсов и для приема отраженных импульсов. Патентный документ 2 раскрывает матричный электромагнитный акустический преобразователь (EMAT), включающий в себя намагничивающее устройство, которое прикладывает подмагничивающее поле к испытуемому материалу, и множество воспринимающих обмоток, которые передают ультразвуковые волны в испытуемый материал и принимают ультразвуковые волны, отраженные от испытуемого материала.
[СПИСОК ИСТОЧНИКОВ]
[ПАТЕНТНЫЙ ДОКУМЕНТ]
[0003] [Патентный документ 1] Патент Японии № 4842922
[Патентный документ 2] Нерассмотренная заявка на патент Японии, первая публикация № 2005-214686
[СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ]
[ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ]
[0004] Однако авторы изобретения обнаружили проблему в том, что когда электромагнитный акустический преобразователь использовался для выполнения дефектоскопии испытуемого материала (контролируемого объекта), например стального листа, затухание отраженных волн в окрестности кромки испытуемого материала было больше затухания отраженных волн из области иной, чем окрестность кромки на этапе до того, как испытуемый материал разрезался под нужный размер изделия. В частности, затухание отраженных волн от нижней части в окрестности кромки значительно больше затухания отраженной волны от нижней части в области иной, чем окрестность кромки. Считается, что это обусловлено следующим: кристаллическая структура в окрестности кромки обладает свойствами, отличными от кристаллической структуры в области иной, чем окрестность кромки вследствие процесса прокатки или охлаждения, и возникает акустическая анизотропия в окрестности кромки. На электромагнитный акустический преобразователь существенно воздействует акустическая анизотропия, поскольку она формирует поперечные волны в испытуемом материале. Поэтому, когда внутренний дефект оценивается (классифицируется) на основе отношения отраженных волн от нижней части испытуемого материала и отраженных волн от внутреннего дефекта, затухание отраженных волн в окрестности кромки затрудняет точное оценивание внутреннего дефекта.
[0005] Изобретение создано в связи с вышеупомянутыми проблемами, и цель изобретения – предоставить новый и усовершенствованный способ контроля дефектов и новое и усовершенствованное устройство контроля дефектов, которые могут точно обнаруживать отраженные волны в окрестности кромки контролируемого объекта при электромагнитной ультразвуковой дефектоскопии.
[СРЕДСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ]
[0006] Настоящее изобретение принимает следующие меры для решения вышеописанных проблем.
(1) В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения способ контроля дефектов включает в себя: первый процесс, в котором формируют ультразвуковые колебания в поверхности стального листа в направлении по ширине стального листа; второй процесс, в котором обнаруживают эхо-сигнал F и эхо-сигнал B в ультразвуковых колебаниях; третий процесс, в котором корректируют значение обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного на конце стального листа, на основе значения обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного в области общей оценки, причем область общей оценки является областью иной, чем конец стального листа в направлении по ширине стального листа; и четвертый процесс, в котором оценивают внутренний дефект стального листа на основе значения обнаружения эхо-сигнала F и значения обнаружения эхо-сигнала B, полученных во втором процессе в области общей оценки, и оценивают внутренний дефект на основе значения обнаружения эхо-сигнала F, полученного во втором процессе, и значения обнаружения эхо-сигнала B, скорректированного в третьем процессе на конце стального листа.
[0007] (2) В аспекте в соответствии с (1) третий процесс может включать в себя: вычисление опорного значения, соответствующего значению обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного, когда внутренний дефект отсутствует в области общей оценки, на основе значения обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного в области общей оценки; и корректировку значения обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного на конце стального листа, до значения, полученного путем вычитания заранее установленного заданного значения коррекции из опорного значения.
[0008] (3) В аспекте в соответствии с (2) заданное значение коррекции может быть значением разности между значением обнаружения эхо-сигнала B, которое получено опытным путем заранее, когда внутренний дефект отсутствует в области общей оценки, и значением обнаружения эхо-сигнала B, которое получено опытным путем заранее, когда в области общей оценки присутствует внутренний дефект со значительным уровнем дефекта.
[0009] (4) В аспекте в соответствии с (1) третий процесс может включать в себя: вычисление опорного значения, соответствующего значению обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного, когда внутренний дефект отсутствует в области общей оценки, на основе значения обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного в области общей оценки; вычисление заданного значения коррекции на основе опорного значения и значения обнаружения эхо-сигнала F, обнаруженного в области общей оценки; и корректировку значения обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного на конце стального листа, до значения, полученного путем вычитания заданного значения коррекции из опорного значения.
[0010] (5) В аспекте в соответствии с любым из (2) – (4) опорное значение может быть максимальным значением среди значений обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного в области общей оценки.
[0011] (6) В аспекте в соответствии с любым из (2) – (4) опорное значение может быть значением за исключением значения меньше заранее установленного значения среди значений обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного в области общей оценки.
[0012] (7) В аспекте в соответствии с любым из (2)–(4) опорное значение может быть средним значением или медианой значений за исключением значения меньше заранее установленного значения среди значений обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного в области общей оценки.
[0013] (8) В соответствии со вторым аспектом изобретения устройство контроля дефектов включает в себя: электромагнитный акустический преобразователь, который формирует ультразвуковые колебания в поверхности стального листа в направлении по ширине стального листа и включает в себя множество катушек, которые обнаруживают эхо-сигнал F и эхо-сигнал B в ультразвуковых колебаниях; блок исполнения коррекции, который корректирует значение обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного катушкой, включенной в конец стального листа, на основе значения обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного катушкой, включенной в область общей оценки, причем область общей оценки является областью иной, чем конец стального листа в направлении по ширине стального листа; блок вычисления F/B, который вычисляет отношение эхо-сигнала F к значению обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного катушкой, включенной в область общей оценки, и вычисляет отношение значения обнаружения эхо-сигнала F к значению обнаружения эхо-сигнала B, скорректированному блоком исполнения коррекции; и блок оценки дефекта, который оценивает внутренний дефект стального листа на основе этого отношения.
[0014] (9) В аспекте в соответствии с (8) блок исполнения коррекции может вычислить опорное значение, соответствующее значению обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного, когда внутренний дефект отсутствует в области общей оценки, на основе значения обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного катушкой, включенной в область общей оценки, и скорректировать значение обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного катушкой, включенной в конец стального листа, до значения, полученного путем вычитания опорного значения из заранее установленного заданного значения коррекции.
[0015] (10) В аспекте в соответствии с (9) заданное значение коррекции может быть значением разности между значением обнаружения эхо-сигнала B, которое получено опытным путем заранее, когда внутренний дефект отсутствует в области общей оценки, и значением обнаружения эхо-сигнала B, которое получено опытным путем заранее, когда в области общей оценки присутствует внутренний дефект со значительным уровнем дефекта.
[0016] (11) В аспекте в соответствии с (8) можно дополнительно включить блок вычисления значения коррекции, который вычисляет опорное значение, соответствующее значению обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного, когда внутренний дефект отсутствует в области общей оценки, на основе значения обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного катушкой, включенной в область общей оценки, и вычисляет заданное значение коррекции на основе опорного значения и значения обнаружения эхо-сигнала F, обнаруженного катушкой, включенной в область общей оценки. Блок исполнения коррекции может скорректировать значение обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного катушкой, включенной в конец стального листа, до значения, полученного путем вычитания заданного значения коррекции из опорного значения.
[0017] (12) В аспекте в соответствии с любым из (9) – (11) опорное значение может быть максимальным значением среди значений обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного катушками, включенными в область общей оценки.
[0018] (13) В аспекте в соответствии с любым из (9)–(11) опорное значение может быть значением за исключением значения меньше заранее установленного значения среди значений обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного катушками, включенными в область общей оценки.
[0019] (14) В аспекте в соответствии с любым из (9) – (11) опорное значение может быть средним значением или медианой значений за исключением значения меньше заранее установленного значения среди значений обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного катушками, включенными в область общей оценки.
[РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ]
[0020] В соответствии с каждым из вышеупомянутых аспектов можно точно обнаруживать отраженные волны в окрестности кромки контролируемого объекта при электромагнитной ультразвуковой дефектоскопии.
[КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ]
[0021] Фиг. 1 – схематическое представление, показывающее конфигурацию электромагнитного ультразвукового устройства в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 2 – схематическое представление, показывающее конфигурацию электромагнитного ультразвукового устройства, если смотреть из направления Y фиг. 1.
Фиг. 3A – диаграмма характеристик, показывающая положение обнаружения дефекта стального листа и интенсивность сигнала (эхо-сигнала F и эхо-сигнала B), обнаруженную электромагнитным акустическим преобразователем.
Фиг. 3B – диаграмма характеристик, показывающая положение обнаружения дефекта стального листа и интенсивность сигнала (отношение F/B), обнаруженную электромагнитным акустическим преобразователем.
Фиг. 4 – схематическое представление, показывающее карту дефектов стального листа.
Фиг. 5 – схематическое представление, показывающее аспект, в котором ультразвуковые волны, сформированные в стальном листе, распространяются внутри стального листа.
Фиг. 6 – вид сверху, показывающий катушки 1–3, предусмотренные в электромагнитном акустическом преобразователе 102, если смотреть из направления Z фиг. 5.
Фиг. 7 – диаграмма характеристик, показывающая эхо-сигнал B в окрестности кромки стального листа и отношение F/B, когда дефектоскопия выполняется над стальным листом без внутреннего дефекта.
Фиг. 8A – диаграмма характеристик, показывающая эхо-сигнал B и эхо-сигнал F в области иной, чем окрестность кромки.
Фиг. 8B – диаграмма характеристик, показывающая эхо-сигнал B и эхо-сигнал F в окрестности кромки.
Фиг. 8C – диаграмма характеристик, показывающая отношение F/B в области иной, чем окрестность кромки.
Фиг. 8D – диаграмма характеристик, показывающая отношение F/B в окрестности кромки.
Фиг. 9A – диаграмма характеристик, показывающая способ коррекции в соответствии с первым вариантом осуществления.
Фиг. 9B – диаграмма характеристик, показывающая отношение F/B в области иной, чем окрестность кромки и отношение F/B в окрестности кромки, которое вычисляется по способу коррекции в соответствии с первым вариантом осуществления.
Фиг. 10 – диаграмма характеристик, показывающая связь между размером внутреннего дефекта (горизонтальная ось) и отношением F/B (вертикальная ось).
Фиг. 11 – блок-схема алгоритма, показывающая процесс коррекции значения обнаружения эхо-сигнала B в соответствии с первым вариантом осуществления.
Фиг. 12A – диаграмма характеристик, показывающая способ коррекции в соответствии со вторым вариантом осуществления.
Фиг. 12B – диаграмма характеристик, показывающая отношение F/B в области иной, чем окрестность кромки и отношение F/B в окрестности кромки, которое вычисляется по способу коррекции в соответствии со вторым вариантом осуществления.
Фиг. 13 – диаграмма характеристик, показывающая связь между F/Bmax и уменьшением эхо-сигнала B, которые получаются из сигналов обнаружения внутренних дефектов с разными размерами, которые заранее подвергаются дефектоскопическому испытанию.
Фиг. 14 – диаграмма характеристик, показывающая связь между значением эхо-сигнала F и уменьшением эхо-сигнала B.
Фиг. 15 – блок-схема алгоритма, показывающая способ коррекции в соответствии со вторым вариантом осуществления.
[ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ]
[0022] Ниже будут подробно описываться предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылкой на чертежи. В описании изобретения и на чертежах одинаковые номера ссылок назначаются одинаковым компонентам, обладающим практически одинаковыми функциями и конфигурациями, и их совпадающие описания пропускаются.
[0023] (ПЕРВЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ)
[ПРИМЕР КОНФИГУРАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО УСТРОЙСТВА]
Сначала со ссылкой на фиг. 1 и 2 будет описываться конфигурация электромагнитного ультразвукового устройства 100 (устройства контроля дефектов) в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. Фиг. 1 – схематическое представление, показывающее конфигурацию электромагнитного ультразвукового устройства 100. Электромагнитное ультразвуковое устройство 100 включает в себя электромагнитные акустические преобразователи 102, усилители 104 (не показаны на фиг. 1), измерительный валик 106, датчик 108 обнаружения края, арифметическое устройство 110, устройство 120 отображения и устройство 130 сигнализации.
[0024] Стальной лист 200, который является целью контроля дефектов, размещается на столе прохождения листа (не показан) и перемещается в направлении X фиг. 1 путем приведения в действие ролика в столе прохождения листа. Электромагнитный акустический преобразователь 102 обнаруживает внутренний дефект 202 стального листа 200. Множество электромагнитных акустических преобразователей 102 размещается в направлении по ширине (направлении Y фиг. 1) стального листа 200. Как показано на фиг. 1, два ряда электромагнитных акустических преобразователей 102 размещают в направлении перемещения (направлении X фиг. 1) стального листа 200. Восемь электромагнитных акустических преобразователей 102 размещаются в каждом из ряда (переднего ряда), который находится на передней (выходной) стороне в направлении X перемещения, и ряда (заднего ряда), который находится на задней (входной) стороне в направлении X перемещения. К тому же восемь электромагнитных акустических преобразователей 102 в переднем и заднем рядах размещаются в разных положениях в направлении Y по ширине стального листа 200. Электромагнитный акустический преобразователь 102 в заднем ряду располагается между соседними электромагнитными акустическими преобразователями 102 в переднем ряду. Поэтому электромагнитные акустические преобразователи 102 в заднем ряду, которые располагаются между электромагнитными акустическими преобразователями 102 в переднем ряду, могут надежно обнаружить внутренний дефект 202, который нельзя обнаружить электромагнитными акустическими преобразователями 102 в переднем ряду. К тому же показанный на фиг. 1 электромагнитный акустический преобразователь 102X указывает крайний электромагнитный акустический преобразователь 102 в направлении Y по ширине стального листа 200. Электромагнитный акустический преобразователь 102X будет описываться ниже.
[0025] Фиг. 2 – схематическое представление, показывающее конфигурацию электромагнитного ультразвукового устройства 100, если смотреть из направления Y фиг. 1. Как показано на фиг. 2, электромагнитный акустический преобразователь 102 размещается над стальным листом 200, чтобы находиться близко к стальному листу 200. Воздух поступает из нижней части электромагнитного акустического преобразователя 102 на стальной лист 200, и зазор (расстояние) между нижней частью электромагнитного акустического преобразователя 102 и поверхностью 200a стального листа 200 доводится приблизительно до 0,5 мм с помощью воздуха. Усилитель 104 размещается над электромагнитным акустическим преобразователем 102 и усиливает сигнал обнаружения от электромагнитного акустического преобразователя 102. На фиг. 1 усилитель 104 не показан.
[0026] Электромагнитный акустический преобразователь 102 формирует ультразвуковые колебания в поверхности 200a (первая поверхность) стального листа 200 и с использованием катушек обнаруживает вихревой ток, который формируется колебаниями ультразвуковых волн, отраженных от нижней части 200b (вторая поверхность) стального листа 200 в статическом магнитном поле. Затем обнаруживается уровень эхо-сигнала (эхо-сигнала B) ультразвуковых волн, отраженных от нижней части 200b. Когда в стальном листе 200 возникает внутренний дефект 202, показанный на фиг. 1, ультразвуковые волны отражаются от внутреннего дефекта 202, и электромагнитный акустический преобразователь 102 обнаруживает ультразвуковые волны, отраженные от внутреннего дефекта 202. Таким образом, обнаруживается уровень эхо-сигнала (эхо-сигнала F) ультразвуковых волн, отраженных от внутреннего дефекта 202. По существу, в случае, где в стальном листе 200 возникает внутренний дефект 202, уровень эхо-сигнала ультразвуковых волн изменяется по сравнению со случаем, в котором внутренний дефект 202 не возникает в стальном листе 200. Поэтому можно оценить (классифицировать) внутренний дефект 202 из отношения (отношения F/B) эхо-сигнала F к эхо-сигналу B. В отношении F/B B означает значение (интенсивность сигнала) эхо-сигнала B, а F означает значение (интенсивность сигнала) эхо-сигнала F.
[0027] Арифметическое устройство 110 обладает функцией подвода тока высокой частоты (высокочастотного сигнала) к каждому электромагнитному акустическому преобразователю 102. То есть арифметическое устройство 110 подводит ток высокой частоты для формирования ультразвуковых колебаний в стальном листе 200 к восьми катушкам, предусмотренным в каждом электромагнитном акустическом преобразователе 102.
Арифметическое устройство 110 оценивает внутренний дефект 202 из отношения (отношения F/B) эхо-сигнала F к эхо-сигналу B. Как показано на фиг. 1, арифметическое устройство 110 включает в себя блок 112 исполнения коррекции, блок 114 вычисления значения коррекции, блок 116 вычисления F/B, блок 118 оценки дефекта и запоминающее устройство 119 значений коррекции. Функции каждого компонента арифметического устройства 110 будут описываться ниже.
[0028] Устройство 120 отображения отображает уровень внутреннего дефекта 202 и положение внутреннего дефекта 202. Устройство 130 сигнализации выдает предупреждение, когда уровень внутреннего дефекта 202 выше опорного уровня. Стальной лист 200, у которого обнаруживается внутренний дефект 202 с уровнем выше опорного уровня, отделяется от общего пути перемещения, и выполняется дополнительный контроль внутреннего дефекта 202.
[0029] Фиг. 3A – диаграмма характеристик, показывающая положение обнаружения дефекта стального листа 200 в направлении X перемещения и интенсивность сигнала у эхо-сигнала F и эхо-сигнала B, полученную путем обнаружения в электромагнитном акустическом преобразователе 102. Фиг. 3B – диаграмма характеристик, показывающая интенсивность сигнала у отношения F/B. Как показано на фиг. 3A, в случае, где в стальном листе 200 возникает внутренний дефект 202, значение эхо-сигнала F увеличивается, а значение эхо-сигнала B уменьшается в соответствии с размером внутреннего дефекта 202. Поэтому, как показано на фиг. 3B, в положении обнаружения, где возникает внутренний дефект 202, значение отношения F/B увеличивается по сравнению с положением обнаружения, где внутренний дефект 202 не возникает. Когда размер внутреннего дефекта 202 увеличивается, значение эхо-сигнала F увеличивается, а значение эхо-сигнала B уменьшается. В результате увеличивается значение отношения F/B. Поэтому на основе значения отношения F/B можно обнаружить, возникает ли внутренний дефект 202, и оценить размер внутреннего дефекта 202. К тому же, когда изменяется зазор между нижней частью электромагнитного акустического преобразователя 102 и поверхностью 200a стального листа 200, изменяются значения эхо-сигнала B и эхо-сигнала F. Вычисление отношения F/B позволяет компенсировать изменение эхо-сигнала B и эхо-сигнала F вследствие изменения зазора. К тому же, поскольку внутренний дефект 202 оценивается на основе значения отношения F/B, можно подавить шум, даже когда шум включается в эхо-сигнал F и эхо-сигнал B. Поэтому можно с высокой точностью оценить внутренний дефект 202.
[0030] Сигналы обнаружения от множества электромагнитных акустических преобразователей 102, которые размещаются в направлении Y по ширине стального листа 200, и сигнал положения от измерительного валика 106, который измеряет положение от края стального листа 200, передаются в арифметическое устройство 110. Датчик 108 обнаружения края обнаруживает положение края стального листа 200. Положение края является исходным положением, когда измерительный валик 106 обнаруживает положение стального листа 200. Арифметическое устройство 110 синхронизирует сигнал отношения F/B с сигналом положения, чтобы создать карту дефектов, указывающую положение внутреннего дефекта 202, который возникает в стальном листе 200, как показано на фиг. 4.
[0031] Длина (ширина) одного электромагнитного акустического преобразователя 102 в направлении Y по ширине стального листа составляет приблизительно 100 мм, и сложно установить в ноль расстояние между соседними электромагнитными акустическими преобразователями 102. Поэтому, чтобы контролировать всю область, которая описана выше, два ряда электромагнитных акустических преобразователей 102 размещают в направлении X перемещения стального листа, так что положения двух рядов электромагнитных акустических преобразователей 102 в направлении Y по ширине стального листа 200 отличаются друг от друга (так называемое шахматное расположение). Здесь зазор между передним и задним рядами электромагнитных акустических преобразователей 102 находится в диапазоне от 0,5 м до 1,5 м.
[0032] Арифметическое устройство 110 синхронизирует сигналы обнаружения от множества электромагнитных акустических преобразователей 102, которые размещаются таким образом, с положением стального листа 200, который движется на столе прохождения листа, чтобы распознать точное положение дефекта, и создает показанную на фиг. 4 карту дефектов. Карта дефектов отображается на устройстве 120 отображения. Поэтому можно сразу проверить положение внутреннего дефекта 202 в стальном листе 200 и длину внутреннего дефекта 202.
[0033] [ВЛИЯНИЕ СОСЕДНИХ КАТУШЕК НА ЗНАЧЕНИЕ ОБНАРУЖЕНИЯ]
ФИГ. 5 – схематическое представление, показывающее аспект, в котором ультразвуковые колебания, которые формируются электромагнитным акустическим преобразователем 102 в поверхности 200a стального листа 200, распространяются внутри стального листа 200. В этом варианте осуществления каждый электромагнитный акустический преобразователь 102 включает в себя восемь катушек, которые размещаются рядом друг с другом. Однако для удобства объяснения на фиг. 5 показаны три катушки. Как показано на фиг. 5, в одном электромагнитном акустическом преобразователе 102 размещается множество катушек с 1 по 3, которые формируют ультразвуковые волны. Катушки с 1 по 3 формируют ультразвуковые колебания в поверхности 200a стального листа 200 и принимают ультразвуковые волны, отраженные от нижней части 200b стального листа 200 и внутреннего дефекта 202, будучи синхронизированными друг с другом.
Фиг. 6 – вид сверху, показывающий три катушки 1–3, если смотреть из направления Z фиг. 5. На фиг. 5 для удобства иллюстрации три катушки 1–3 размещаются с заранее установленными интервалами, чтобы не перекрывать друг друга. Однако на практике, как показано на фиг. 6, три катушки 1–3 размещаются рядом друг с другом, чтобы частично перекрывать друг друга. К тому же восемь катушек (катушки с 1 по 8), включая три катушки с 1 по 3, размещаются на линии на печатной плате (гибкие печатные схемы) (не показано).
Ширина каждой катушки составляет, например, 10 мм. Количество катушек, предусмотренных в каждом электромагнитном акустическом преобразователе 102, и их ширина особо не ограничиваются и могут устанавливаться подходящим образом в соответствии, например, с эффективностью обнаружения.
[0034] Как показано на фиг. 5, электромагнитный акустический преобразователь 102 снабжается постоянными магнитами 102a, соответствующими катушкам 1–3. Фиг. 5 показывает только постоянный магнит 102a, соответствующий катушке 2. Будет описываться катушка 2. Когда ток высокой частоты течет в катушку 2, в поверхности 200a стального листа 200 формируется магнитное поле M1, которое изменяется с высокой частотой. Затем в поверхности 200a стального листа 200 формируется наведенный ток I1 в направлении, в котором он компенсирует магнитное поле M1. Затем наведенный ток I1 течет в проводник (стальной лист 200) в статическом магнитном поле M2, сформированном постоянным магнитом 102a, и формируется сила F Лоренца. Сила F Лоренца меняется синхронно с током высокой частоты, который течет в катушку 2. Поэтому поверхность 200a стального листа 200 колеблется вследствие силы F Лоренца, и формируется ультразвуковая волна 300.
[0035] Как показано на фиг. 5, ультразвуковая волна 300, которая формируется в поверхности 200a стального листа 200, отражается от нижней части 200b стального листа 200. Катушка 2 принимает уровень эхо-сигнала (эхо-сигнала B) ультразвуковой волны 301, отраженной от нижней части 200b. Сформированная катушкой 2 ультразвуковая волна 300 также отражается от внутреннего дефекта 202. Катушка 2 также обнаруживает уровень эхо-сигнала (эхо-сигнала F) ультразвуковой волны 302, отраженной от внутреннего дефекта 202. Катушка 2 обнаруживает вихревой ток, который формируется колебаниями ультразвуковой волны 301, отраженной от нижней части 200b, и ультразвуковой волны 302, отраженной от внутреннего дефекта 202, в статическом магнитном поле постоянного магнита 102a, чтобы обнаружить эхо-сигнал B и эхо-сигнал F.
[0036] Аналогичным образом другие катушки формируют ультразвуковые колебания в поверхности 200a стального листа 200 и обнаруживают эхо-сигнал B и эхо-сигнал F.
[0037] [ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗНАЧЕНИЯ ОБНАРУЖЕНИЯ В ОКРЕСТНОСТИ КРОМКИ СТАЛЬНОГО ЛИСТА]
Как описано выше, кристаллическая структура конца (в окрестности кромки) стального листа 200 в направлении Y по ширине обладает характеристиками, отличными от кристаллической структуры центральной части стального листа 200 вследствие влияния прокатки или охлаждения. Фиг. 7 – диаграмма характеристик, показывающая связь между эхо-сигналом B или отношением F/B и расстоянием от кромки стального листа, когда контролируется стальной лист 200 без внутреннего дефекта 202, то есть бездефектный стальной лист 200. Здесь будет описываться случай, в котором дефектоскопия выполняется крайним электромагнитным акустическим преобразователем 102X в направлении Y по ширине стального листа 200, показанным на фиг. 1. На фиг. 7 горизонтальная ось указывает расстояние x катушек 1–13 от кромки, а вертикальная ось указывает уровень эхо-сигнала B и значение (дБ) отношения F/B, обнаруженного катушками 1–13. На фиг. 7 катушки с 1 по 8 предоставляются в электромагнитном акустическом преобразователе 102X, а катушки с 9 по 13 предоставляются в электромагнитном акустическом преобразователе 102 рядом с электромагнитным акустическим преобразователем 102X. К тому же фиг. 7 показывает случай, в котором в стальном листе 200 не возникает внутренний дефект 202. Поэтому показанное на фиг. 7 отношение F/B является отношением шума к эхо-сигналу B.
[0038] Как описано выше, каждый электромагнитный акустический преобразователь 102 включает в себя восемь катушек с 1 по 8. Как показано на фиг. 7, катушка 1 электромагнитного акустического преобразователя 102X располагается на кромке (x = 0), а катушки с 2 по 13 размещаются вдали от кромки стального листа 200 к центру (внутрь) в направлении по ширине. Катушки 7 и 9 размещаются, чтобы перекрывать друг друга, и катушки 8 и 10 размещаются, чтобы перекрывать друг друга.
[0039] Как показано на фиг. 7, значение обнаружения эхо-сигнала B от катушки в окрестности кромки уменьшается (затухает) по сравнению со значением обнаружения от катушки иной, чем катушка в окрестности кромки. В частности, значения обнаружения от катушек 1 и 2 в окрестности кромки затухают по сравнению со значениями обнаружения от катушек с 3 по 8. Когда значение эхо-сигнала B в окрестности кромки затухает, значение отношения F/B в окрестности кромки больше значения отношения F/B в области иной, чем окрестность кромки. Поэтому, когда внутренний дефект 202 оценивается на основе отношения F/B, в некоторых случаях стальной лист 200 определяется имеющим внутренний дефект 202, даже если у него нет никакого дефекта, в результате стальной лист не проходит контроль. Здесь область иная, чем окрестность кромки (конца), также называется областью общей оценки.
[0040] Далее это будет подробно описываться со ссылкой на фиг. 8A–8D. Фиг. 8A и 8B – диаграммы характеристик, показывающие значения обнаружения эхо-сигнала B и эхо-сигнала F. Фиг. 8A показывает характеристики катушек (соответствующих катушкам 3–8, показанным на фиг. 7) электромагнитного акустического преобразователя 102X в области иной, чем кромка стального листа 200, а фиг. 8B показывает характеристики катушек (соответствующих катушкам 1 и 2, показанным на фиг. 7) в окрестности кромки. Фиг. 8C и 8D показывают значение отношения F/B, вычисленное из значений обнаружения эхо-сигнала B и эхо-сигнала F, показанных на фиг. 8A и 8B. Фиг. 8C показывает значение отношения F/B в области иной, чем окрестность кромки, а фиг. 8D показывает значение отношения F/B в окрестности кромки.
[0041] В JIS G0801 оценка внутреннего дефекта 202 при ультразвуковой дефектоскопии классифицируется на три уровня, а именно O, Δ и X, в соответствии с уровнем обнаружения. На основе этой классификации на фиг. 8A и 8B дефекты классифицируются на легкий дефект (уровень O), средний дефект (уровень Δ) и значительный дефект (уровень X или уровень XX) в качестве уровней внутреннего дефекта 202 в возрастающем порядке размера дефекта. Для значительного дефекта размер дефекта с уровнем XX больше размера дефекта с уровнем X. Чтобы отличать уровень XX от уровня X, уровень XX в дальнейшем называется критическим дефектом.
[0042] Как показано на фиг. 8A, в катушках 3–8, предусмотренных внутри (в области иной, чем окрестность кромки) электромагнитного акустического преобразователя 102X, когда обнаруживается внутренний дефект 202, эхо-сигнал F увеличивается, а эхо-сигнал B уменьшается в соответствии с размером внутреннего дефекта 202. Тогда, как показано на диаграмме характеристик из фиг. 8C, значение отношения F/B меняется в зависимости от размера внутреннего дефекта 202. Когда значение отношения F/B больше либо равно пороговому значению T1 и меньше порогового значения T2, внутренний дефект 202 определяется как легкий дефект (уровень O). Когда значение отношения F/B больше либо равно пороговому значению T2 и меньше порогового значения T3, внутренний дефект 202 определяется как средний дефект (уровень Δ). Когда значение отношения F/B больше либо равно пороговому значению T3, внутренний дефект 202 определяется как значительный дефект (уровень X) или критический дефект (уровень XX). По существу, в катушках 3–8, предусмотренных внутри электромагнитного акустического преобразователя 102X, поскольку не возникает затухание эхо-сигнала B, описанное со ссылкой на фиг. 7, можно определить уровень внутреннего дефекта 202 на основе значения отношения F/B.
[0043] В отличие от этого, как показано на фиг. 7 и фиг. 8B, значение эхо-сигнала B затухает в катушках 1 и 2 в окрестности кромки. Фиг. 8B показывает случай, в котором затухание эхо-сигнала B равно D в окрестности кромки стального листа 200. Поэтому, как показано на фиг. 8D, значение отношения F/B в окрестности кромки в целом увеличивается по сравнению со значением отношения F/B в области иной, чем окрестность кромки. В результате стальной лист 200, которые следует определить не имеющим внутреннего дефекта, признается имеющим внутренний дефект с уровнем среднего дефекта (уровень Δ) или больше, и возникает ошибка определения.
[0044] В первом варианте осуществления, чтобы предотвратить ошибку определения, не используются значения обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного катушками 1 и 2, которые предоставляются в окрестности кромки стального листа 200 в электромагнитном акустическом преобразователе 102X, а эхо-сигнал B (от катушек 1 и 2) в окрестности кромки корректируется с использованием значения на основе эхо-сигнала B от катушек 3 – 8, расположенных в области иной, чем окрестность кромки в электромагнитном акустическом преобразователе 102X. С другой стороны, для эхо-сигнала F используются значения обнаружения от катушек 1 и 2 в окрестности кромки, и отношение F/B вычисляется на основе эхо-сигнала F, обнаруженного катушками 1 и 2 в окрестности кромки, и скорректированного эхо-сигнала B. Причина того, почему используется эхо-сигнал B от катушек 3–8, расположенных в области иной, чем окрестность кромки в электромагнитном акустическом преобразователе 102X, выглядит следующим образом. Когда используются одинаковые электромагнитные акустические преобразователи, зазор или температура стального листа практически одинакова. Поэтому изменение уровня эхо-сигнала B вследствие зазора или температуры одинаково.
[0045] [ПРИМЕР ПОДРОБНОЙ СТРУКТУРЫ ИЗ ПЕРВОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ]
Как показано на фиг. 3A, эхо-сигнал F увеличивается в соответствии с размером внутреннего дефекта 202, а эхо-сигнал B уменьшается. С другой стороны, когда не возникает внутренний дефект 202, не возникает и уменьшение эхо-сигнала B вследствие внутреннего дефекта 202. Поэтому в случае, в котором внутренний дефект 202 возникает непосредственно под катушкой, предусмотренной в окрестности кромки, и внутренний дефект 202 не возникает непосредственно под катушкой, предусмотренной в области иной, чем окрестность кромки, когда эхо-сигнал B от катушек 1 и 2 в окрестности кромки просто заменяется эхо-сигналом B от катушек 3–8 в области иной, чем окрестность кромки, предполагается, что значение отношения F/B у катушек 1 и 2 в окрестности кромки слишком мало, и внутренний дефект 202 сложно обнаружить.
[0046] По этой причине в первом варианте осуществления при предварительном испытании выполняется дефектоскопия над образцом для испытаний (лист с искусственным дефектом), в котором создается искусственный дефект, чтобы заранее вычислить размер искусственного дефекта и уменьшение B’ эхо-сигнала B. Таким образом, можно получить уменьшение B’ эхо-сигнала B по отношению к размеру внутреннего дефекта 202. Эхо-сигнал B от катушек 1 и 2 в окрестности кромки корректируется с помощью следующего Уравнения (1).
Ba=Bmax - B’ (1)
В Уравнении (1) Ba является скорректированным значением эхо-сигнала B от катушек 1 и 2 в электромагнитном акустическом преобразователе 102X, Bmax является максимальным значением уровня эхо-сигнала B, обнаруженного катушками 3–8 в электромагнитном акустическом преобразователе 102X, и B’ является уменьшением эхо-сигнала B, которое вычисляется заранее (в дальнейшем называется заданным значением коррекции). К тому же Bmax соответствует нормальному уровню эхо-сигнала B, который обнаруживается катушкой электромагнитного акустического преобразователя 102 в положении, которое отличается от окрестности конца (кромки) стального листа 200 и в котором отсутствует дефект. Здесь Bmax называется опорным значением.
[0047] Уменьшение B’ эхо-сигнала B (заданное значение B’ коррекции) соответствует разности между значением эхо-сигнала B, обнаруженного катушкой, расположенной в положении, которое отличается от окрестности кромки и в котором отсутствует внутренний дефект, и значением эхо-сигнала B, обнаруженного катушкой, расположенной в положении, которое отличается от окрестности кромки и в котором имеется внутренний дефект. Поэтому, когда уменьшение B’ эхо-сигнала B вычисляется по листу с искусственным дефектом, например, обнаружение дефекта может выполняться на листе с искусственным дефектом, в котором создается искусственный дефект, чтобы разнести катушки 3–8, и уменьшение B’ эхо-сигнала B может вычисляться из разности между значением эхо-сигнала B, когда обнаруживается искусственный дефект, и значением эхо-сигнала B, когда обнаруживается бездефектная область. В этом случае любая из разностей, полученных катушками 3–8, может использоваться в качестве уменьшения B’ эхо-сигнала B, либо максимальное значение, среднее значение или медианное значение разностей, обнаруженных катушками 3–8, может использоваться в качестве уменьшения B’ эхо-сигнала B.
[0048] Как описано выше, в JIS G0801 внутренний дефект 202 при ультразвуковой дефектоскопии разделяется на три уровня O, Δ и X и оценивается в соответствии с уровнем обнаружения. Коррекция выполняется так, что внутренний дефект 202 не является недооцененным. Поэтому предпочтительно, чтобы в стальном листе создавался искусственный дефект с размером, соответствующим значительному дефекту (уровень X), и уменьшение B’ эхо-сигнала B, полученное путем обнаружения стального листа, использовалось единообразно в качестве заданного значения B’ коррекции в Уравнении (1).
[0049] Фиг. 9A и 9B – диаграммы характеристик, показывающие способ коррекции в соответствии с первым вариантом осуществления. Левая сторона фиг. 9A показывает характеристики катушек (соответствующих катушкам 3–8, показанным на фиг. 7), которые располагаются в окрестности кромки стального листа 200 в электромагнитном акустическом преобразователе 102X. Правая сторона фиг. 9A показывает значение Ba эхо-сигнала B (сплошная линия) от катушек (соответствующих катушкам 1 и 2, показанным на фиг. 7) в окрестности кромки, которое корректируется с помощью вышеупомянутого Уравнения (1), и значение эхо-сигнала B (пунктирная линия) от катушек до коррекции. К тому же левая сторона фиг. 9B показывает значение отношения F/B в области иной, чем окрестность кромки, которое вычисляется из значений обнаружения эхо-сигнала B и эхо-сигнала F, показанных на левой стороне фиг. 9A. Правая сторона фиг. 9B показывает значение F/(Bmax-B’) в окрестности кромки, которое вычисляется из значений обнаружения эхо-сигнала B и эхо-сигнала F, показанных на правой стороне фиг. 9A.
[0050] Как показано в характеристиках на правой стороне фиг. 9A, в катушках 1 и 2, расположенных в окрестности кромки, значение обнаруженного эхо-сигнала B не используется, а используется значение Ba эхо-сигнала B, вычисленное с помощью вышеупомянутого Уравнения (1). Заданное значение B’ коррекции эхо-сигнала B является уменьшением эхо-сигнала B, когда обнаружение дефекта выполняется на области иной, чем окрестность кромки, и обнаруживается значительный дефект (уровень X). Поэтому, как показано на правой стороне фиг. 9B, значение F/(Bmax-B’), то есть значение F/Ba, в целом уменьшается по сравнению со значением отношения F/B, показанным на фиг. 8D. В результате можно предотвратить ошибку определения на основе значения отношения F/B.
[0051] Когда имеется значительный дефект (уровень X), уровень эхо-сигнала B в области иной, чем окрестность кромки уменьшается на B’ по сравнению со случаем, в котором дефект отсутствует, как показано в характеристиках на левой стороне фиг. 8A и 9A. Поэтому значение, полученное путем вычитания B’ из эхо-сигнала B в области иной, чем окрестность кромки, когда дефект отсутствует, используется в качестве значения Ba эхо-сигнала B в окрестности кромки на основе Уравнения (1). В то же время, поскольку длина внутреннего дефекта 202 в направлении Y по ширине стального листа обычно меньше общей длины (80 мм) восьми катушек, предусмотренных в электромагнитном акустическом преобразователе 102X, то максимальное значение Bmax из значений обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного восемью катушками, считается эхо-сигналом B бездефектной части. Поэтому, когда вычисляется Bmax-B’ на основе Уравнения (1), можно вычислить значение Ba эхо-сигнала B, соответствующего части, в которой возникает значительный дефект (уровень X). Таким образом, даже в окрестности кромки значение отношения F/B оценивается по пороговому значению T3, чтобы обнаружить значительный дефект (уровень X), как в области иной, чем окрестность кромки.
[0052] При дефектоскопии стального листа 200, когда обнаруживается возникновение значительного дефекта (уровень X), стальной лист 200 отправляется во вспомогательный процесс, и внутренний дефект 202 контролируется подробно. Поэтому наличие или отсутствие значительного дефекта (уровень X) связано с тем, прошел ли испытание стальной лист 200, и важно надежно определить значительный дефект (уровень X) без недооценивания дефекта. Как описано выше, коррекция значения эхо-сигнала B в окрестности кромки до Ba (=Bmax-B’) позволяет надежно определить, имеется ли значительный дефект (уровень X) даже в окрестности кромки, как и в области иной, чем окрестность кромки. Поэтому можно надежно обнаружить значительный дефект (уровень X), что является стандартом для определения, прошел ли испытание стальной лист 200 на всем стальном листе 200, включая окрестность кромки, без недооценивания дефекта.
[0053] Когда имеется критический дефект (уровень XX), уменьшение эхо-сигнала B по отношению к эхо-сигналу B, когда дефект отсутствует, больше B’. Поэтому, когда эхо-сигнал B корректируется до Ba (=Bmax-B’), значение отношения F/B в окрестности кромки, которое вычисляется с помощью Ba, меньше значения, соответствующего критическому дефекту (уровень XX). Однако в этом случае, поскольку значение отношения F/B в окрестности кромки больше порогового значения T3 для определения значительного дефекта (уровень X), дефект определяется по меньшей мере как значительный дефект (уровень X). Поэтому, когда имеется критический дефект (уровень XX) в окрестности кромки, уровень дефекта немного недооценен как значительный дефект (уровень X). Однако, поскольку определяется, что имеется дефект, больше либо равный значительному дефекту (уровень X), что является критерием приемки, не возникает ошибка определения, которая имеет влияние на приемку стального листа 200, и не возникает никакой практической проблемы.
[0054] Как показано в характеристиках на правой стороне фиг. 9B, когда имеется легкий дефект (уровень O) в окрестности кромки, эхо-сигнал B в окрестности кромки корректируется до Ba (=Bmax-B’), и увеличивается значение отношения F/B с использованием Ba. Поэтому легкий дефект (уровень O) немного переоценен, но можно надежно предотвратить необнаружение легкого дефекта (O).
[0055] Аналогичным образом, когда имеется средний дефект (уровень Δ) в окрестности кромки, эхо-сигнал B в окрестности кромки корректируется до Ba (=Bmax-B’), и увеличивается значение отношения F/B с использованием Ba. Поэтому средний дефект (уровень Δ) немного переоценен. Однако можно надежно предотвратить необнаружение среднего дефекта (уровень Δ).
[0056] Фиг. 10 – диаграмма характеристик, показывающая связь между размером (горизонтальная ось) внутреннего дефекта 202 и значением (вертикальная ось) отношения F/B. На фиг. 10 пунктирная линия указывает характеристики критериев определения для области иной, чем окрестность кромки, а также указывает случай, в котором эхо-сигнал B не корректируется, когда вычисляется отношение F/B. В этом случае, когда отношение F/B больше либо равно пороговому значению T1 и меньше порогового значения T2, внутренний дефект 202 определяется как легкий дефект (уровень O). Когда отношение F/B больше либо равно пороговому значению T2 и меньше порогового значения T3, внутренний дефект 202 определяется как средний дефект (уровень Δ). Когда отношение F/B больше либо равно пороговому значению T3 и меньше порогового значения T4, внутренний дефект 202 определяется как значительный дефект (уровень X).
[0057] На фиг. 10 сплошная линия указывает характеристики критериев определения для окрестности кромки, а также указывает случай, в котором эхо-сигнал B корректируется до Ba (=Bmax-B’) с помощью Уравнения (1), когда вычисляется отношение F/B. В этом случае отношение F/B у легкого дефекта (уровень O) больше либо равно T1’ и меньше T2’. К тому же отношение F/B у среднего дефекта (уровень Δ) больше либо равно T2’ и меньше T3.
[0058] В окрестности кромки эхо-сигнал B корректируется с помощью Уравнения (1). В то же время уменьшение B’ эхо-сигнала B равно уменьшению эхо-сигнала B, когда имеется значительный дефект (уровень X) в области иной, чем окрестность кромки. Поэтому даже в окрестности кромки значение отношения F/B, которое является критерием для определения значительного дефекта (уровень X), равно пороговому значению T3, и определение, имеется ли значительный дефект (уровень X), выполняется на основе тех же критериев (пороговое значение T3), что и характеристики, указанные пунктирной линией на фиг. 10. Поэтому на основе порогового значения T3 можно точно определить, имеется ли значительный дефект (уровень X) в окрестности кромки, как и в области иной, чем окрестность кромки.
[0059] Когда имеется критический дефект (уровень XX) больше значительного дефекта (уровень X) в окрестности кромки, уменьшение эхо-сигнала B больше заданного значения B’ коррекции в области иной, чем окрестность кромки. Однако Ba вычисляется с помощью Уравнения (1), используя уменьшение эхо-сигнала B в качестве B’, а отношение F/B вычисляется с использованием Ba. Поэтому отношение F/B меньше характеристик, указанных на фиг. 10 пунктирной линией.
[0060] В окрестности кромки, как видно из показанной на фиг. 10 сплошной линии, легкий дефект (уровень O) и средний дефект (уровень Δ) переоценены, а дефект больше значительного дефекта (уровень X) недооценен. Однако определение, больше ли дефект значительного дефекта (уровень X), выполняется на основе порогового значения T3, аналогично показанной на фиг. 10 пунктирной линии. Поэтому можно точно определить, больше ли дефект значительного дефекта (уровень X).
[0061] По существу, в оценке на основе F/(Bmax-B’), которое соответствует F/Ba после коррекции эхо-сигнала B, можно предотвратить определение бездефектной части как дефекта (больше либо равного пороговому значению T1). К тому же для значительного дефекта (уровень X) отношение F/B после коррекции меньше отношения F/B до коррекции. Однако, поскольку значительный дефект определяется по классификации как уровень X, не возникает никакой практической проблемы. Поэтому можно определить дефекты всех размеров во всем стальном листе 200 в направлении Y по ширине без недооценивания тех дефектов.
[0062] В вышеупомянутом примере в Уравнении (1) заданное значение B’ коррекции вычитается из максимального значения Bmax эхо-сигнала B, обнаруженного восемью катушками, предусмотренными в электромагнитном акустическом преобразователе 102X. Однако вместо максимального значения Bmax может использоваться любое значение, соответствующее эхо-сигналу B, когда дефект отсутствует. Например, можно исключить значения обнаружения эхо-сигнала B от одной или множества катушек, которые находятся близко к кромке среди восьми катушек, и максимальное значение, среднее значение или медианное значение оставшихся значений обнаружения эхо-сигнала B можно использовать в качестве максимального значения Bmax. В этом случае, например, максимальное значение, среднее значение или медианное значение от значений обнаружения эхо-сигнала B, обнаруженного катушками 4–8, может использоваться в качестве максимального значения Bmax.
Например, можно задать заранее установленное значение, соответствующее значению обнаружения эхо-сигнала B, когда катушка располагается в области (области общей оценки) иной, чем окрестность кромки, и имеется внутренний дефект (например, внутренний дефект с легким уровнем дефекта (уровень O)), можно исключить значение обнаружения эхо-сигнала B, которое меньше заранее установленного значения, среди значений обнаружения эхо-сигнала B от восьми катушек, и максимальное значение, среднее значение или медианное значение оставшихся значений обнаружения эхо-сигнала B можно использовать вместо максимального значения Bmax. Другими словами, максимальное значение, среднее значение или медианное значение от значений обнаружения эхо-сигнала B, которые больше заранее установленного значения, среди значений обнаружения эхо-сигнала B от восьми катушек можно использовать вместо максимального значения Bmax.
Например, можно задать заранее установленное значение, соответствующее значению обнаружения эхо-сигнала B, когда катушка располагается в области (области общей оценки) иной, чем окрестность кромки, и отсутствует внутренний дефект, и максимальное значение, среднее значение или медианное значение от значений обнаружения эхо-сигнала B, которые больше заранее установленного значения, среди значений обнаружения эхо-сигнала B от восьми катушек можно использовать вместо максимального значения Bmax. Другими словами, можно исключить значение обнаружения эхо-сигнала B, которое меньше заранее установленного значения, среди значений обнаружения эхо-сигнала B от восьми катушек, и максимальное значение, среднее значение или медианное значение оставшихся значений обнаружения эхо-сигнала B можно использовать вместо максимального значения Bmax.
По существу, значение, соответствующее эхо-сигналу B, обнаруженному катушкой, расположенной в области (области общей оценки), которая отличается от окрестности кромки, и в положении, где отсутствует внутренний дефект, можно использовать в качестве максимального значения Bmax в Уравнении (1).
[0063] Как описано выше, арифметическое устройство 110 включает в себя блок 112 исполнения коррекции, блок 114 вычисления значения коррекции, блок 116 вычисления F/B, блок 118 оценки дефекта и запоминающее устройство 119 значений коррекции (см. фиг. 1). Блок 112 исполнения коррекции корректирует значение эхо-сигнала B в окрестности кромки на основе Уравнения (1). Блок 114 вычисления значения коррекции вычисляет заданное значение B’ коррекции. В первом варианте осуществления заданное значение B’ коррекции является фиксированным значением, которое устанавливается заранее. Во втором варианте осуществления, который будет описываться ниже, блок 114 вычисления значения коррекции вычисляет заданное значение B’ коррекции на основе значения F/Bmax. Блок 116 вычисления F/B вычисляет отношение F/B с использованием эхо-сигнала F и эхо-сигнала B. При вычислении отношения F/B в положении ином, чем окрестность кромки блок 116 вычисления F/B вычисляет отношение F/B из эхо-сигнала F и эхо-сигнала B, который не скорректирован. С другой стороны, при вычислении отношения F/B в положении в окрестности кромки блок 116 вычисления F/B вычисляет отношение F/B из эхо-сигнала F и скорректированного эхо-сигнала B (Ba). Блок 118 оценки дефекта оценивает внутренний дефект 202 на основе отношения F/B, вычисленного блоком 116 вычисления F/B. Запоминающее устройство 119 значений коррекции сохраняет заданное значение B’ коррекции.
[0064] Показанное на фиг. 1 арифметическое устройство 110 включает в себя схему (аппаратные средства) или центральный процессор (CPU) и программу (программное обеспечение) для реализации функций вышеупомянутых блоков.
[0065] [ПРОЦЕСС КОРРЕКЦИИ ЗНАЧЕНИЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЭХО-СИГНАЛА B В СООТВЕТСТВИИ С ПЕРВЫМ ВАРИАНТОМ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ]
ФИГ. 11 – блок-схема алгоритма, показывающая процесс коррекции значения обнаружения эхо-сигнала B в соответствии с первым вариантом осуществления. Сначала на этапе S10 заданное значение B’ коррекции, которое вычисляется заранее, получается и сохраняется в запоминающем устройстве 119 значений коррекции. Затем на этапе S11 эхо-сигнал F и эхо-сигнал B обнаруживаются восемью катушками, предусмотренными в электромагнитном акустическом преобразователе 102X. Затем на этапе S12 блок 112 исполнения коррекции вычисляет максимальное значение Bmax из эхо-сигналов B восьми катушек. Затем на этапе S13 блок 112 исполнения коррекции не использует значения обнаружения эхо-сигнала B от катушек 1 и 2 в окрестности кромки, а выполняет коррекцию, дабы использовать вычисленное из Уравнения (1) Ba в качестве значений эхо-сигнала B от катушек 1 и 2. На этапе S14 блок 116 вычисления F/B вычисляет отношение F/B из эхо-сигнала F и эхо-сигнала B, которые обнаруживаются каждой из восьми катушек. В то же время, когда отношение F/B вычисляется из значений обнаружения от катушек 1 и 2 в окрестности кромки (на конце), используется значение Ba эхо-сигнала B, скорректированное на этапе S13. На этапе S15 блок 118 оценки дефекта оценивает размер внутреннего дефекта 202 на основе отношения F/B, вычисленного на этапе S14. После этапа S15 процесс завершается.
[0066] Как описано выше, в первом варианте осуществления не используется значение эхо-сигнала B, обнаруженного катушкой в окрестности кромки (на конце), и выполняется коррекция для использования значения Ba (=Bmax-B’), полученного путем вычитания B’ из эхо-сигнала B (Bmax) в области иной, чем окрестность кромки, в качестве значения эхо-сигнала B в окрестности кромки. Затем оценивается отношение F/B. Поэтому можно выполнить определение без влияния затухания эхо-сигнала B в окрестности кромки и без недооценивания внутреннего дефекта 202 в окрестности кромки.
[0067] В первом варианте осуществления катушка 1 в электромагнитном акустическом преобразователе 102X размещается непосредственно под кромкой стального листа 200 (то есть расстояние x от кромки =0). Однако катушка 1 может располагаться в пределах стального листа 200 (то есть x>0). Например, катушка 1 может располагаться в пределах кромки приблизительно от 20 мм до 40 мм. В этом случае можно избежать расположения катушки 1 за пределами кромки и предотвратить повреждение катушки 1. К тому же, когда катушка 1 располагается в пределах кромки, в стальном листе 200 имеется неконтролируемая область. Однако неконтролируемую область можно отрезать от стального листа 200 после контроля.
[0068] (ВТОРОЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ)
Далее будет описываться второй вариант осуществления настоящего изобретения. Во втором варианте осуществления заданное значение B’ коррекции в Уравнении (1), описанное в первом варианте осуществления, изменяется в зависимости от размера внутреннего дефекта 202.
[0069] Фиг. 12A и 12B – диаграммы характеристик, показывающие способ коррекции в соответствии со вторым вариантом осуществления. Здесь характеристики (значения обнаружения от катушек, расположенных в области иной, чем окрестность кромки), показанные на левой стороне фиг. 12A и 12B, являются такими же, как характеристики, показанные на левой стороне фиг. 9A и 9B. Характеристики, показанные на правой стороне фиг. 12A, указывают значение обнаружения (пунктирная линия) эхо-сигнала B от катушки в окрестности кромки и случай, в котором эхо-сигнал B корректируется по способу, который будет описываться ниже. Характеристики, показанные на правой стороне фиг. 12B, указывают значение отношения F/B, которое вычисляется из значения Ba, полученного путем вычитания B’ из Bmax, как показано на правой стороне фиг. 12A.
[0070] Во втором варианте осуществления вместо эхо-сигнала B, обнаруженного катушками 1 и 2 в окрестности кромки, для вычисления отношения F/B используется Ba, вычисленное с помощью Уравнения (1). В то же время во втором варианте осуществления, как показано на правой стороне фиг. 12A, заданное значение B’ коррекции изменяется в зависимости от размера внутреннего дефекта 202. На фиг. 12A заданное значение B’ коррекции изменяется линейно в зависимости от уровня внутреннего дефекта 202, например легкого дефекта (уровень O), среднего дефекта (уровень Δ), значительного дефекта (уровень X) или критического дефекта (уровень XX).
[0071] Во втором варианте осуществления значение F/Bmax используется в качестве индекса для изменения заданного значения B’ коррекции в зависимости от размера внутреннего дефекта 202. Bmax является максимальным значением эхо-сигнала B, обнаруженного каждой катушкой в электромагнитном акустическом преобразователе 102X, аналогично первому варианту осуществления. Заданное значение B’ коррекции определяется из значения F/Bmax по следующему способу.
[0072] При вычислении заданного значения B’ коррекции дефектоскопия выполняется с использованием листа для испытаний, в котором заранее создается искусственный внутренний дефект 202, чтобы измерить эхо-сигнал F и эхо-сигнал B, соответствующий размеру внутреннего дефекта 202. Затем с помощью вышеупомянутого измерения получается связь между F/Bmax и уменьшением эхо-сигнала B (заданным значением B’ коррекции) из сигналов обнаружения внутренних дефектов 202 с разными размерами. Как показано на фиг. 13, существует линейная корреляция между F/Bmax и уменьшением эхо-сигнала B, которая представлена характеристикой C. Поэтому заданное значение B’ коррекции можно представить следующим Уравнением (2), использующим коэффициенты a и b.
B’=a×(F/Bmax)+b (2)
[0073] Здесь ниже будет описываться причина, по которой уменьшение эхо-сигнала B оценивается на основе F/Bmax, без использования других параметров, например эхо-сигнала F и отношения F/B. Фиг. 14 – диаграмма, показывающая связь между эхо-сигналом F и уменьшением эхо-сигнала B (заданным значением B’ коррекции). Как показано на фиг. 14, отсутствует корреляция между эхо-сигналом F и уменьшением эхо-сигнала B, и сложно задать уменьшение эхо-сигнала B из значения эхо-сигнала F. Причина в том, что эхо-сигнал F изменяется вследствие таких факторов, как изменение зазора между электромагнитным акустическим преобразователем 102 и стальным листом 200, изменение температуры стального листа 200, и т. п.
[0074] Как описано со ссылкой на фиг. 5, значение эхо-сигнала B затухает значительно и является нестабильным. Поэтому, даже когда вычисляется отношение F/B, сложно получить корреляцию с размером внутреннего дефекта 202.
[0075] В отличие от этого изменение эхо-сигнала F и Bmax вследствие изменения зазора между электромагнитным акустическим преобразователем 102X и стальным листом 200 или изменения температуры стального листа 200 является одинаковым в электромагнитном акустическом преобразователе 102X. Поэтому можно вычислить заданное значение B’ коррекции из F/Bmax.
[0076] Когда вычисляется выражение отношения между F/Bmax и уменьшением эхо-сигнала B, например, обнаружение дефекта может выполняться на листе с искусственным дефектом, в котором искусственный дефект создается, чтобы располагаться между катушками 3–8. Тогда уменьшение B’ эхо-сигнала B можно вычислить из разности между значением эхо-сигнала B, когда обнаруживается искусственный дефект, и значением эхо-сигнала B, когда обнаруживается бездефектная область, и можно вычислить значение эхо-сигнала F, обнаруженного катушками 3–8. В этом случае любая из разностей, полученных катушками 3–8, может использоваться в качестве уменьшения B’ эхо-сигнала B, либо максимальное значение, среднее значение или медианное значение разностей, обнаруженных катушками 3–8, может использоваться в качестве уменьшения B’ эхо-сигнала B. К тому же может использоваться любое из значений эхо-сигналов F, обнаруженных катушками 3–8, либо может использоваться максимальное значение, среднее значение или медианное значение эхо-сигналов F, обнаруженных катушками 3–8.
[0077] Поэтому при предварительном испытании дефектоскопия выполняется над эталонным образцом для испытаний, например листом, в котором создается искусственный дефект, и заданное значение B’ коррекции вычисляется из связи между F/Bmax и уменьшением (заданным значением B’ коррекции) эхо-сигнала B, показанным на фиг. 13.
[0078] B’ вычисляется из F/Bmax с помощью Уравнения (2), а эхо-сигнал B в окрестности кромки корректируется с помощью Уравнения (1). Тогда значение отношения F/B в окрестности кромки равно значению отношения F/B в области иной, чем окрестность кромки, как показано в характеристиках на правой стороне фиг. 12B. Поэтому во втором варианте осуществления можно определить уровень внутреннего дефекта 202 в окрестности кромки, как и в области иной, чем окрестность кромки.
[0079] [ПРОЦЕСС КОРРЕКЦИИ ЗНАЧЕНИЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЭХО-СИГНАЛА B В СООТВЕТСТВИИ СО ВТОРЫМ ВАРИАНТОМ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ]
ФИГ. 15 – блок-схема алгоритма, показывающая процесс коррекции значения обнаружения эхо-сигнала B в соответствии со вторым вариантом осуществления. Во втором варианте осуществления сначала на этапе S20 выражение отношения между F/Bmax и B’, которое вычисляется заранее, получается и сохраняется в запоминающем устройстве 119 значений коррекции. Затем на этапе S21 эхо-сигнал F и эхо-сигнал B обнаруживаются восемью катушками, предусмотренными в электромагнитном акустическом преобразователе 102X. Затем на этапе S22 блок 114 вычисления значения коррекции вычисляет максимальное значение Bmax эхо-сигнала B, обнаруженного восемью катушками. Затем на этапе S23 блок 114 вычисления значения коррекции вычисляет заданное значение B’ коррекции на основе значения F/Bmax. В частности, блок 114 вычисления значения коррекции вычисляет заданное значение B’ коррекции на основе характеристики C, показанной на фиг. 13, которая получается заранее. Затем на этапе S24 блок 112 исполнения коррекции корректирует значение эхо-сигнала B из Уравнения (1), используя заданное значение B’ коррекции, вычисленное на этапе S23. Последующий процесс является таким же, как и в первом варианте осуществления.
[0080] Как описано выше, во втором варианте осуществления при дефектоскопии в окрестности кромки отношение F/B оценивается с использованием значения (Bmax-B’), полученного путем вычитания B’ из эхо-сигнала B в области иной, чем окрестность кромки. Тогда заданное значение B’ коррекции линейно изменяется в зависимости от размера внутреннего дефекта 202. Поэтому можно оценить внутренний дефект 202 в окрестности кромки, используя отношение F/B, как при оценке внутреннего дефекта 202 в области иной, чем окрестность кромки. Можно предотвратить влияние затухания эхо-сигнала B в окрестности кромки и выполнить коррекцию с меньшим изменением, чем в первом варианте осуществления. В результате можно точно обнаружить внутренний дефект 202 в окрестности кромки.
[ПРИМЕРЫ]
[0081] Далее со ссылкой на фиг. 1 будут описываться примеры для подтверждения работы и результата изобретения.
[0082] Дефектоскопическое испытание выполнялось над стальным листом 200 с использованием электромагнитного ультразвукового устройства 100, показанного на фиг. 1. В каждом ряду размещается восемь электромагнитных акустических преобразователей 102, и восемь катушек 1–8 размещаются в одном электромагнитном акустическом преобразователе 102. Ширина одного электромагнитного акустического преобразователя 102 составляет 100 мм, а ширина одной катушки составляет 10 мм. К тому же зазор (расстояние) между нижней частью электромагнитного акустического преобразователя 102 и поверхностью 200a стального листа 200 был установлен в 0,5 мм.
Стальной лист 200 (то есть стальной лист 200 без дефекта), который имел ширину 100 мм и толщину 35 мм и не имел никакого внутреннего дефекта, проходил через электромагнитное ультразвуковое устройство 100, и дефектоскопическое испытание выполнялось на основе эхо-сигнала F и эхо-сигнала B, обнаруженных катушками 1 и 2 электромагнитного акустического преобразователя 102X. Когда перемещался стальной лист, кромка стального листа проходила непосредственно под катушкой 1. При дефектоскопическом испытании было подготовлено 20 стальных листов, и проверялось, возникает ли ошибка определения в стальных листах.
Результаты показаны в Таблице 1.
[0083] [Таблица 1]
Таблица 1
КОРРЕКЦИЯ КАТУШЕК 1 И 2
КОЭФФИЦИЕНТ ОШИБОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ (%)
ПРИМЕР 1
ВЫПОЛНЕНО (ПЕРВЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ)
20
ПРИМЕР 2
ВЫПОЛНЕНО (ВТОРОЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ)
15
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 1
НЕ ВЫПОЛНЕНО
80
[0084] В Таблице 1 "коэффициент ошибок определения" указывает процент стальных листов, которые при дефектоскопическом испытании определяются имеющими средний дефект (уровень Δ) или значительный дефект (уровень X), заданные JIS G0801. Другими словами, при дефектоскопическом испытании, показанном в Таблице 1, коэффициент ошибок определения указывает отношение стальных листов, которые определяются имеющими внутренний дефект, больше либо равный среднему дефекту (уровень Δ), к стальным листам, которые будут определены не имеющими никакого дефекта, поскольку используются стальные листы без внутреннего дефекта.
[0085] Сначала Сравнительный пример 1 в Таблице 1 показывает результаты, когда эхо-сигнал B, обнаруженный катушками 1 и 2, не корректируется. В Сравнительном примере 1, как описано выше, многие стальные листы были определены имеющими средний дефект (уровень Δ) или значительный дефект (уровень X) из-за затухания эхо-сигнала B, и коэффициент ошибок определения составил 80%.
[0086] В отличие от этого Пример 1 в Таблице 1 показывает результаты, когда эхо-сигнал B, обнаруженный катушками 1 и 2, корректируется по способу коррекции в соответствии с первым вариантом осуществления. В Примере 1 значение, полученное путем вычитания уменьшения B’ эхо-сигнала B, когда был обнаружен значительный дефект (уровень X), из максимального значения Bmax эхо-сигнала B, обнаруженного катушками 3–8, использовалось в качестве эхо-сигнала B, обнаруженного катушками 1 и 2. В Примере 1 коэффициент ошибок определения составил 20%, что значительно меньше такового в Сравнительном примере 1.
[0087] Пример 2 в Таблице 1 показывает результаты, когда эхо-сигнал B, обнаруженный катушками 1 и 2, корректируется по способу коррекции в соответствии со вторым вариантом осуществления. В Примере 2 B’ вычислялось из выражения отношения между F/Bmax и уменьшением B’ эхо-сигнала B, и значение, полученное путем вычитания B’ из максимального значения Bmax эхо-сигнала B, обнаруженного катушками 3 – 8, использовалось в качестве эхо-сигнала B, обнаруженного катушками 1 и 2. В Примере 2 коэффициент ошибок определения составил 15%, что меньше такового в Примере 1.
[0088] Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны выше со ссылкой на прилагаемые чертежи. Однако настоящее изобретение не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что можно осуществить различные модификации или изменения настоящего изобретения без отклонения от объема и сущности, описанных в формуле изобретения, и они также входят в технический объем настоящего изобретения.
[0089] Например, в первом и втором вариантах осуществления размещают два ряда электромагнитных акустических преобразователей 102, и каждый ряд включает в себя восемь электромагнитных акустических преобразователей 102. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается, и количество электромагнитных акустических преобразователей 102, размещенных в каждом ряду, может устанавливаться в соответствии с размерами контролируемого объекта. К тому же можно предусмотреть три ряда электромагнитных акустических преобразователей 102 или больше.
[0090] В настоящем изобретении в качестве примера приводится JIS G0801, который классифицирует дефекты на три типа, например значительный дефект (уровень X), средний дефект (уровень Δ) и легкий дефект (уровень O), в соответствии, например, со значением эхо-сигнала F и значением эхо-сигнала B дефекта, и который оценивает дефекты. Однако существуют различные типы стандартов ультразвуковой дефектоскопии.
Например, существуют следующие стандарты: стандарт, который классифицирует дефекты только на один тип, например A435 Американского общества по испытанию материалов (ASTM); и стандарт, который в основном классифицирует дефекты на два типа и оценивает дефекты, например A578 ASTM, Уровень A. В общественных стандартах дефекты редко классифицируют на четыре типа или более. Однако в некоторых случаях дефекты классифицируются на четыре или более типов и оцениваются по запросу заказчика стали.
В этом случае также можно применять настоящее изобретение. Например, когда дефекты классифицируются только на один тип, их можно классифицировать только на значительный уровень дефекта (уровень X), а затем оценивать. Когда дефекты классифицируются на два типа, их можно классифицировать на значительный дефект (уровень X) и средний дефект (уровень Δ), а затем оценивать.
Во многих случаях многие стандарты ультразвуковой дефектоскопии не оценивают дефекты с использованием отношения F/B, а оценивают дефекты с использованием высоты эхо-сигнала F или высоты эхо-сигнала B. В этом случае необходимо заранее изучить значение отношения F/B, соответствующее чувствительности для обнаружения дефектов, с использованием, например, искусственного дефекта, и вычислить опорное значение для значения отношения F/B, соответствующего стандарту.
[ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ]
[0091] Можно предоставить новый и усовершенствованный способ контроля дефектов и новое и усовершенствованное устройство контроля дефектов, которые могут точно обнаруживать отраженные волны даже в окрестности кромки контролируемого объекта при электромагнитной ультразвуковой дефектоскопии.
[КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ОБОЗНАЧЕНИЙ ССЫЛОК]
[0092] 110: АРИФМЕТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО
112: БЛОК ИСПОЛНЕНИЯ КОРРЕКЦИИ
114: БЛОК ВЫЧИСЛЕНИЯ ЗНАЧЕНИЯ КОРРЕКЦИИ
116: БЛОК ВЫЧИСЛЕНИЯ F/B
118: БЛОК ОЦЕНКИ ДЕФЕКТА
119: ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ЗНАЧЕНИЙ КОРРЕКЦИИ