JP2000506270A - 移動中のストリップの欠陥を音波を用いて検出する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 鋼ストリップ(11)等の移動する製品の欠陥を製造中に音波を用いて検出する装置。少なくとも１つのラム波変換器(2)が音響カップリング流体を収容した柔軟な材料のセンサーホイール(1)内に収容され、このセンサーホイール(1)は移動する検査対象製品の表面と接触する。この装置は、製品の移動方向に対してセンサーホイール(1)の上流に配置した検査対象製品(11)の表面(10)と接触するスプレッダー(8)と、このスプレッダー(8)の上流に設けられた、上記表面(10)を濡らす特性を有するカップリング流体を移動する製品の表面(10)上に分配する手段(15)とを有する。この装置は表面(10)上を移動する可動式台車(5)を備え、この台車(5)はそれを支持、案内し、表面(10)上での台車の位置を調節する手段(17_…24)に連結されている。横断方向のスキャンによって高速で移動する製品(11)、例えば鋼ストリップをその製造中に超音波で詳しく検査できる。

Description

【発明の詳細な説明】 移動中のストリップの欠陥を音波を用いて検出する装置 本発明は移動中の製品、特に鋼ストリップを製造中に非破壊で制御する方法に 関するものである。本発明は特に、ストリップに案内振動波、例えばラム波（Ｌ ＡＭＢ）を当ててストリップの欠陥を超音波検出する方法に関するものである。 ラム波は検査しようとする製品の内部（厚さ）を伝搬する超音波振動で、製品 の互いに反対側にある平坦面によって案内される。金属ストリップのような平ら な製品の場合には、検査しようとする製品の互いに反対側にある２つの平行な平 面によって導かれる波は製品の移動方向に対して直角に（従って、ストリップの 幅方向に）伝搬し、変換器を配置するための所定放出点から端縁部へ向かって伝 搬し、端縁部で反射されて強いエコー信号を発生する。波が通過する際になんら かの欠陥がある（例えば非金属介在物などがストリップ中に存在するか、ストリ ップ表面に現れている）場合、その欠陥は波が通過する材料中の局部的な不連続 性となって表れる。その応答信号の強度は欠陥の寸法および種類に依存し、エミ ッションエコーとエッジエコーとの間でそれが現れる瞬間がストリップ上で欠陥 が発生している場所を表す。 工業的には一般に２個の変換器をストリップの移動方向に交互に配置して使用 する。各変換器はストリップの互いに異なる端縁部の近くに置かれ、互いに対向 する端縁部に向かって放出する。ストリップは短い時間間隔で反対方向に２度ス キャンされる。これによって分析結果の信頼性が向上すると共に、検査領域が広 くなる。 本発明に関する公知例では、音響カップリング流体（一般には水）で満たされ た柔軟な材料より成る中空ホイール内に変換器が収容されている。この中空ホイ ールは移動中のストリップに押圧された時に移動接触状態となり、変換器とスト リップとの間の距離に常に一致した一定の厚さのカップリング流体が変換器の正 面に存在することを保証する。 一般には中空ホイールの押圧力を調節して、ストリップと密に接触させ、音響 インターフェース効果を少なくするようにしている。中空ホイールとストリップ との間の境界面での完全なカップリングが常に確保されるようにするために、優 れた湿潤特性を有する消耗性カップリング流体（例えば鉱物油）を外部から供給 するが、公知装置ではその利用は限界に達している。すなわち、最新のプラント で非常に多く見られる速度であるストリップの移動速度が100m/分を越えた時点 で公知装置の効果は急速に悪化し、品質が低下し、使用不可能になる。 本発明の目的は、500〜600m/分程度あるいはそれ以上の高速で移動する製品の 欠陥を検出することにある。 本発明の対象は、音響カップリング流体を収容した柔軟な材料からなるセンサ ーホイール内に収容された少なくとも１つの超音波変換器を有し、センサーホイ ールは検査対象製品の表面と移動しながら接触する、鋼ストリップ等の移動する 製品の欠陥を製造中に音波を用いて検出する装置において、製品の移動方向に対 してセンサーホイールの上流に配置した検査対象製品の表面（と接触するスプレ ッダー（拡布器）と、このスプレッダーの上流に設けられた、上記表面を濡らす 特性を有するカップリング流体を移動する製品の表面上に分配する手段とを有す ることを特徴とする装置にある。 スプレッダーは検査対象製品の表面で支持するために十分に磨かれた変形しな い接触表面を有するのが有利である。この表面の幅はセンサーホイールの幅に等 しいか、それよりも広いのが好ましい。スプレッダーはローラーにするのが有利 である。 好ましい具体例では、センサーホイールとその対応するスプレッダーを移動す る検査対象製品の表面上に配置される可動式台車に取り付け、この台車を製品の 幅方向における台車の位置を決める支持装置で案内する。 本発明は、検査対象となるストリップの表面と接触するスプレッダーがセンサ ーを収容したセンサーホイールの正面に配置され、スプレッダーの正面でカップ リング流体の流れがストリップ上に分配され、ホイールがその上を通過する前に 流体が自然に広がり、スプレッダーの動作によって押圧および調節されるという ことは理解できよう。スプレッダーはさらに、それがストリップに加える圧力に よって表面の粗さに起因する凹凸に含浸させて表面の濡れを向上させる。その結 果、センサーホイールの通過中に超音波エネルギーの伝達に有害な影響を与える ストリップ表面上の空気または空気のミニポケットが生じる傾向が無くなる。 欠陥検出を速い移動速度且つ高い信頼性で達成する決定因子は、本発明によっ てセンサーホイール通過前のカップリング流体の表面湿潤品質にあったことは明 らかである。得られた結果の再現性はカップリング流体を一定の粘度、従って一 定の温度に保つこと、ストリップの表面上での流体フィルムの厚さを可能なかぎ り均一に保つことに依存することも明らかである。 本発明の他の特徴および利点は添付図面を参照した以下の本発明の実施例から 十分に理解され、より明瞭になろう。 図１は本発明の検出装置の概念的平面図。 図２は上記装置の概念的側面図。 各図で同じ要素には同じ参照番号が付けてある。 図から分かるように、センサーホイール(palpeuse)１は水３で膨らませた弾性 タイヤで構成されている。この弾性タイヤ内部の水３中にはラム波超音波変換器 ２が浸潰／収容されている。この水３の役目は変換器２とセンサーホイール１の カバ−４との間を超音波カップリングすることにある。 変換器２は圧電型のものが使用できる。変換器２はその放出ヘッドが検査対象 のストリップ11の表面10に対して傾めになるように設置され、ストリップ内にス トリップの縁部へ向って横断方向に伝搬するラム波が発生される。 ストリップは矢印で示す方向へ移動する。 センサーホイール１はシャーシ６を備えた可動台車５に搭載されており、台車 が検査対象のストリップ11上を移動する時に台車が正しく乗るようにするために 、シャーシ６には３つの車輪７、８、９が三角形の位置に取り付けられている。 ２つの車輪７、８はシャシの正面の両端に配置され、第３の車輪９は背面の中間 点に配置されている。 図から分かるように、センサーホイール１はがシャシの側面12に片寄って取り 付けられている。この側面12は変換器２によって発生される超音波が進んでいく 方のストリップ11の端縁とは反対側の端縁の近くに選択される。図１に示すよう に、台車５をできるだけ端縁の近くに配置したこの配置は、センサーホイール１ の幅を除いたストリップ11の幅全体がスキャンできるという利点があることは理 解できよう。 センサーホイール１の直径は車輪７、８、９の直径よりも大きく、車輪がスト リップ11上に支持されていないときにセンサーホイール１が車輪の端部から数ミ リメートルだけ車輪の底部に向かって長くなるような直径になっている。 台車５は搭載型のリザーバ13を備えている。このリザーバ13はサーボ弁14を介 して分配パイプ15へカップリング流体（消耗流体）を供給する。このカップリン グ流体は鋼の表面10を十分に濡らす性質を有するもの（鉱物油等）である。分配 パイプ15は所定流量のカップリング流体を鋼表面10上のセンサーホイール１の通 過場所に供給する。 このカップリング消耗流体を拡げるスプレッダーが、センサーホイール１の通 過線上且つストリップ11の移動方向に対してセンサーホイール１よりも上流側で 、台車５に固定されている。図示した具体例ではこのスプレッダーは車輪８その もので構成されている。 湿潤用カップリング流体が強制拡布される領域とストリップ11と接触する領域 のセンサーホイール１の寸法とを同じようにするには、スプレッダーすなわち車 輪８の有効幅をセンサーホイール１のカバー４の幅に等しくするか、押圧動作に よって起こる変形を考慮してこの幅よりも広くするのが好ましい。 台車５は案内装置16（図２のみに示される）によってストリップ11の幅方向の 上方に配置される。この案内装置は２本のレール18、18’を有する支持アーム17 からなり、この２本のレール18、18’上をブリッジ19がストリップ11の幅方向に 並進移動する。このブリッジ19は関節アーム20とシリンダー21とからなる空気サ スペンションを介して可動式台車５を支持している。シリンダー21の上端はブリ ッジ19に固定されたＵ字クランプ22に関節結合され、その他端は台車５の頂部に 設けられた取付け部23に取り付けられている。この取付け部23には上記アーム20 の末端も接続している。 上記空気サスペンションは、センサーホイール１が検査対象のストリップ11の 表面10と常に接触し、案内されるようにすると同時に、ストリップ表面10に加わ る力を例えば数キログラムに制限する役目をする。そのために、シリンダに21逆 圧力を供給して台車の重量の一部を補償することもできる。 ストリップ11の幅方向における変換器２の位置は、台車５の位置は二段階で調 節できる。すなわち、ブリッジ19を動かすことでおおまかに移動でき、次にモー タ駆動（図示せず）されるスクリュー−ナット装置24によってさらに細かく調節 できる。スクリュー−ナット装置24は取付け部23と台車５との間を機械的に連結 している。 変換器２とストリップ11の表面との間の距離は例えば５〜15mmにすることがで きる。この距離はセンサーホイール１のゴム弾性カバーがどの程度まで押しつぶ されるかによって決まる。カバーの押しつぶされる程度はセンサーホイール１の 軸線と台車５のシャーシとの間に所定厚さのシム等を挿入してセンサーホイール １が車輪の直径を越えて下方に出る量を一定に維持することで調節することがで きる。 ラム波超音波変換器２のような変換器の角度位置は検査対象ストリップの表面 の垂線に対する２つの入射角（１つは移動方向に対して平行な平面上にあり、も う１つはこの方向に対して垂直な平而上にある）によって定義される。一般に、 これらの角度は−20°〜＋20°および０°〜45°に設定される。この調節はセン サーホイール１の外側から台車５上に設置されたステッパーモータ25によって駆 動される標準的なスクリュー−ナット系で行うことができる。 移動中のストリップ11の運動（うねり、ロールなど）とは無関係に上記角度を 可能な限り一定に保つために、台車５はシリンダ21のロッドへの取付け部23への 取付け位置にカルダン継手のように枢着されている。 既に述べたように、図示した具体例では、センサーホイール１は台車５のシャ シを形成するフレームの片側にずれて位置している。この構成には２つの利点が ある。先ず第１に、この構成によってセンサーホイール１をストリップ11の最端 部に位置させることが可能になり、従って、変換器２から出たラム波列によって ストリップ11のほぼ全幅をスキャンできる。さらに、１つの車輪（図示した例で は車輪８）にセンサーホイール１の上流に存在する流体のスプレッダーの役目を させることができるという利点がある。これは本発明の特徴の一つである。 スプレッダー８とストリップ11との接触面は剛体であり、変形せず、十分に磨 かれた表面であるので、分配手段15から放出されたカップリング流体はスプレッ ダー８を通過することで拡布され、その膜厚は均一になる。以上の条件下で、ス トリップ表面のごくわずかな凸凹内にスプレッダー８がカップリング流体を強制 的に押し込むには１kg程度の適度な力で十分である（アスファルトを敷いたばか りの道路上でローラをかける程度）。 スプレッダー８の通過による破裂効果によって、表面のカップリング流体の下 側の表面10に空気がトラップされて残るマイクロポケットの発生が防止される。 その結果、センサーホイール／ストリップ境界面がカップリング流体によって最 大限濡れた状態となる。これが、高速で移動する製品上で本発明装置を使用する ことが可能になる理由である。すなわち、本発明は製造中、例えば再圧延前の酸 洗ラインから出てくる鋼ストリップに適用できる。この時の製品の移動速度は一 般に400〜600m／分である。 上記の単一の変換器装置で120cm幅のストリップの60〜70％を試験することを できる（なお、末端領域はエミッションエコー（約25cm）およびエッジエコー( ５〜10cm)のためにいずれにしても使用不可能である）。このパーセンテージは ２つのセンサーホイールを両端に配置し、交互に使用する（互いに反対方向から ストリップをスキャンする波の列を放出させる）ことで大きくできる。 本発明が上記実施例に限定されるものでないことは言うまでもなく、請求の範 囲の定義に従う限り、多くの変形例または均等物を含むものである。 特に、スプレッダー８はローラーであるのが好ましいが、それに限定されない ことに注意されたい。単純なブラシやストリップ表面でドクターのように動作す る平坦な摩擦スプレッダーでもカップリング流体を拡げることができる。 同様に、ストリップ11上に放出される音響カップリング流体の粘度を一定にす ることによって検出結果の均一性を向上させることもできる。そのために、十分 な容量を有するリザーバ13を用いてカップリング流体の組成を一定に保ち、さら に必要な場合にはリザーバ13内に加熱手段を設けて流体の温度を一定に保つのが 好ましい。 本発明は移動ストリップ、プレート、その他の平坦な製品だけでなく、検査対 象となる部分が平坦面である限り、形状に関係なく任意の製品に適用できる。 同様に、鋼中でのラム波のダンピングが低いので、本発明用途は鋼製品が最も 適しているが、被検出欠陥が波の通る材料中でセンサによって検出可能なエコー を発生するのに十分な大きさの音響的不連続性を示す限り、例えば銅やアルミニ ウムなどの金属材料あるいは非金属材料でも特に困難なしに本発明を適用できる 。 本発明はラム波の利用に限定されるものではなく、相対運動する製品の検査に 使用される別の種類の案内波(guided-wave)の超音波変換器でも使用することが できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 音響カップリング流体を収容した柔軟な材料からなるセンサーホイール(1 )内に収容された少なくとも１つの超音波変換器(2)を有し、センサーホイール(1 )は検査対象製品の表面と移動しながら接触する、鋼ストリップ(11)等の移動す る製品の欠陥を製造中に音波を用いて検出する装置において、 製品の移動方向に対してセンサーホイール(1)の上流に配置した検査対象製品( 11)の表面(10)と接触するスプレッダー(8)と、このスプレッダー(8)の上流に設 けられた、上記表面(10)を濡らす特性を有するカップリング流体を移動する製品 の表面(10)上に分配する手段(15)とを有することを特徴とする装置。 ２． スプレッダー(8)が検査対象製品の表面(10)上に支持可能な十分に磨かれ た変形しない接触表面を有する請求項１に記載の装置。 ３． スプレッダー(8)の幅が検査対象製品(11)と接触するセンサーホイール(1) のカバー(4)の幅に等しいか、それよりも広い請求項１または２に記載の装置。 ４． スプレッダー(8)がローラーである請求項１、２または３に記載の検出装 置。 ５． センサーホイール(1)と、それに対応するスプレッダー(8)と、カップリン グ流体の分配手段(15)とが移動する検査対象製品(11)の表面(10)上を移動する可 動式台車(5)の上に配置され、この台車(5)を支持、案内する装置(17,18,19,20,2 1)が製品の幅方向における台車の位置を決定する請求項１に記載の装置。 ６． 可動式台車(5)が車輪(7,8,9)を有し、この車輪の１つがスプレッダー(8) を構成する請求項５に記載の装置。 ７． センサーホイール(1)が台車(5)の片側に片寄った位置にある請求項５に記 載 の装置。 ８． 台車(5)が搭載型リザーバ(13)を備え、このリザーバ(13)が分配手段(15) に連結され且つカップリング流体を収容する請求項５に記載の装置。 ９． 分配手段(15)に連結されたサーボバルブ(14)によって、検査対象製品(11) の表面(10)上のスプレッダー(8)の正面に放出されるカップリング流体の流量を 調節する請求項５または８に記載の装置。 １０． 台車(5)を支持、案内する装置が、検査対象製品(11)の表面(10)上での 台車の位置を細かく調節する手段(24)を有する請求項５に記載の装置。