JPH0350989B2

JPH0350989B2 -

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Publication number: JPH0350989B2
Application number: JP58023527A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Ooshiro; Masayoshi Iwasaki; Hirosuke Sawara; Akio Suzuki; Hitoshi Uchiumi; Kazuo Myake; Kenji Yuya
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1983-02-14
Filing date: 1983-02-14
Publication date: 1991-08-05
Also published as: JPS59148865A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、超音波探傷による皮下欠陥検出方法
に関し、より具体的には、被検材の表面欠陥と皮
下欠陥とを実用的な手段にて弁別し検出すること
を目的とするものである。近年、線材・棒鋼の二次加工メーカーでは、省
力・省エネルギ、コストダウンを目的とした工程
省略が進められており、線材・棒鋼に対する加工
条件は過酷になる一方である。そのため、線材・
棒鋼の内部に存在する微細な介在物に起因する冷
間鍛造時の加工割れ、伸線時の断線が問題化され
製銑・製鋼段階での介在物の除去と混入防止のた
めの炉外精錬技術、並びに品質保証の観点から微
細な介在物含有の有無を検出する検査技術の確立
が必要不可欠なものとなつてきている。この検査技術として、棒鋼成品については棒鋼
を回転させるか、棒鋼の回りを探触子を回転させ
ながら収束超音波ビームを材中に入射させる超音
波探傷装置があるが、線材成品については径が細
いために同様の探傷法は適用できず、またコイル
状にされた最終段階での全周全長の機器探傷は現
状では不可能である。ところで、問題となる線材、棒鋼中の介在物は
その素材段階から存在するものであり、従つて角
鋼片の段階で介在物を検出すれば製品の内部品質
を保証することにもなり、特に線材の場合では製
品の内部探傷の代用として、角鋼片内部の超音波
探傷が活用される。そして、この中間工程への内
部探傷の導入は、欠陥鋼片を事前に除去すること
ができること、また製品段階での探傷に比較して
被探傷材の長さが短く探傷処理能率が良いことも
あつて、多大な効用が得られるが、反面その信頼
性を確保するために微細な介在物に対しても高い
検出精度を発揮するものであることが要求されて
いる。従来、角鋼片の超音波探傷法としては、２分割
探触子により垂直探傷する方法が知られている。
しかしこの方法では、内部に存在する欠陥は検出
し得るが、角鋼片の表面皮下に存在する欠陥は検
出できないという大きな問題がある。すなわち、
実際に角鋼片から製品に加工するさい、加工割れ
等で問題となる介在物はその表面皮下に存在する
ことが多く、表面皮下を含む内部欠陥を検出する
探傷法の確立が望まれている。そこで本願出願人は特願昭57−233944号におい
て斜角探傷を応用した表面層探傷法を提案した。
この斜角探傷を応用した探傷では、角鋼片の表面
から不感帯なしに表面層及び内部の欠陥を検出す
ることができるが、オンライン探傷への適用を考
えると探傷スピードの制約、角鋼片の形状不整等
の理由により、検出した欠陥の位置推定精度があ
まり良くない。そのため、検出した欠陥が表面上
の欠陥であるか又は皮下欠陥であるかを判定する
ことは困難であつた。表面上の欠陥（表面疵）は、鋼片加工工程のチ
ツピングやグラインダによる加工によつて除去す
ることができ、成品の二次加工時に問題となるも
のではない。それ故、検出した欠陥が角鋼片の表
面欠陥であるのか、皮下欠陥であるのかの識別は
重要となる。そこで、表面欠陥と皮下欠陥とを弁別する方法
として、例えば、特開昭57−132054号公報に開示
の方法が既に提案されている。この従来の弁別法は、磁気探傷装置と斜角探傷
装置とを用い、磁気探傷装置のみで検出された欠
陥は表面欠陥とし、磁気探傷装置と斜角探傷装置
の双方で探傷された欠陥は、表面直下欠陥（皮下
欠陥）として弁別するものであつた。しかしながら、斜角探傷装置にて検出された欠
陥は、表面欠陥か皮下欠陥かそれは単独では判別
できないのであるから、磁気探傷装置でも欠陥を
検出したからと言つて、必ずしも、それが皮下欠
陥であると断定できない。また、斜角探傷装置による欠陥位置推定と、磁
気探傷装置による欠陥位置推定との精度に差があ
るため、両装置による検出欠陥が、同一欠陥であ
るか否かも不確定である。従つて、従来技術による皮下欠陥検出方法は、
精度的に今一歩のものであつた。そこで、本発明は、上記問題点に鑑みて発明さ
れたものであり、被検材の表面欠陥と皮下欠陥と
を実用的手段により弁別して検出する方法を提供
することを目的とするものであり、その特徴とす
る処は、電子走査アレイ型探触子を用いる縦波斜
角探傷装置により、前記探触子を、角鋼片軸方向
に垂直な面内でその材表面から所定の距離で、か
つ又材表面に対して所定の角度でセツトし、前記
探触子を電子セクター走査に電子リニア走査を組
み合わせて走査することにより、前記材表面での
入射点を略一定にして、角鋼片の内部および入射
面に隣接する側面の表面層を探傷することによ
り、被検材の表面層の欠陥を検出して、その表面
層欠陥の位置を推定し、その位置を情報１とし、表面欠陥探傷装置により、被検材の表面欠陥を
検出して、その表面欠陥の位置を推定し、該表面
欠陥位置を中心として、前記斜角探傷装置による
位置推定誤差よりも大きな範囲を与えて、その範
囲を表面欠陥領域とし、その領域を情報２とし、前記情報１から情報２を差引くことにより、皮
下欠陥のみを検出する点にある。以下、本発明を詳述する。先ず本発明で斜角探傷法を導入することについ
て説明する。従来角鋼片の内部欠陥の探傷には、前述の如く
超音波垂直探傷法が応用されているが、この場合
には第１図に示すように、探触子１から角鋼片２
に発信された超音波Ｓがその入射面で反射エコー
S₁、底面で反射エコーB₁を生じ、表面近傍は不
感帯となる欠点がある。これに対して斜角探傷法
を用いる場合には、第２図に示すように、超音波
Ｓの入射面からの反射エコーS₁は相当残存してい
るが、角鋼片２の側面からの反射エコーS₂は下方
に進向するため、側面では反射エコーによる不感
帯を生じない。そこで斜角探傷法を用い、その入
射面に隣接する側面を探傷域とすることによつ
て、角鋼片２の表面から内部まで不感帯なしに探
傷が可能となる。更に、入射面と対向する面の表面層を探傷する
場合は、第３図に示すように、側面の探傷の場合
と同様に底面からの反射エコーS₁による不感帯は
生じない。故に斜角探傷では、入射面の対面であ
る底面の表面層を探傷域とすることができる。本発明は、このような斜角探傷法により被検材
である角鋼片２の表面層を探傷することを基本原
理とする。次に、斜角探傷において、表面層の探傷に使え
る超音波の屈折角の範囲につき説明する。第４図及び第５図に示すように、屈折角θが
30゜以上になると底面エコーB₁は極端に小さくな
る。即ち、底面の表面層の不感帯がなくなり、表
面層探傷が可能となる。従つて、底面の表面層を
探傷するには、屈折角θが30゜以上となるように
することが望ましい。第６図に示す如き側面表面層を探傷域とする場
合は、上記底面の結果より、側面に対して立てた
法線に対し、30゜以上傾斜して超音波が当たれば
側面からの反射エコーが問題とならず、表面層の
探傷ができることが判る。即ち、屈折角θで60゜
以下であることが望ましい。次に、縦波による探傷か横波による探傷かにつ
いて説明する。第７図は、水から鉄に超音波を入射した場合の
入射角α、屈折角θ及び往復通過率の関係をグラ
フにしたものである。グラフ中、T_Sは横波を示
しT_Dは縦波を示している。第７図から明らかな如く、屈折角35゜以上の領
域では、縦波T_Dよりも横波T_Sの方が高い通過率
が得られる。従つて、屈折角35゜以上の横波T_Sを
使えば縦波T_Dが発生しないのでまぎらわしさが
ない。即ち、この範囲で縦波斜角探傷すれば、横
波が同時に発生し、横波で違つた方向からの欠陥
エコーを拾う可能性があるから、底面の表面層探
傷には横波斜角探傷をする方が望ましい。側面表面層を探傷域とする場合は、屈折角θが
60゜以下であることが望ましいので、屈折角θが
35゜以下の小さな領域において、横波T_Sより大き
な往復通過率が得られる縦波T_Dを使用すれば使
用できる屈折角θの角度範囲が広くなる。従つ
て、側面表面層の探傷には縦波斜角探傷をする方
が望ましい。しかし、探傷目的、探傷しようとする領域に応
じて、横波あるいは縦波の適切な屈折角θを選定
すればよい。尚、屈折角θと入射角αの関係は次式で示され
る。 sinα／sinθ＝C₁／C₂ α；入射角 θ；屈折角 C₁；入射側の物質の音速 C₂；屈折側の物質の音速次に、角鋼片２の横断面における全表面層及び
長手方向全長にわたる探傷のための走査技術につ
き説明する。角鋼片２の全長にわたつてオンラインで探傷す
るためには、超音波ビームＳを高速で走査させな
ければならない。この走査方式を大別すると機械
的走査と電子走査に分けられ、それら各々につい
て超音波ビームを平行に移動させるリニア走査
と、超音波ビームを振るセクター走査が考えられ
る。すなわち、これをまとめると次のようにな
る。

【表】機械的リニア走査として、第８図に示すベルト
式リニア走査がある。これは、ベルト３に振動子
４を多数配列し、該ベルトを回転させつつ角鋼片
２上を相対移動させて超音波ビームを走査させる
ものである。また機械的リニア走査として、第９図に示すよ
うな振動式リニア走査を採用することも可能であ
る。この走査手段は、複数の振動子４を一列に配
列し、これを角鋼片２の幅方向に振動させつつ相
対移動させて超音波ビームを走査させるものであ
る。第１０図に示すものは、機械的擬リニア走査で
あり、この走査手段は、円板５の外周上に多数振
動子４を配列し、該円板５を回転させつつ角鋼片
２上を相対移動させて超音波ビームを走査させる
ものである。機械的セクター走査としては、第１１図に示す
ものがあり、振動子４は反射板６に対し固定する
一方、該反射板６を振動させ、角鋼片２に対し超
音波ビームＳを振り走査させるものである。次に、電子走査につき説明する。電子走査には
第１２図に示すような電子走査アレイ型探触子７
が用いられる。この探触子７は、多数の振動子素
子８を基体９平面上に一列に配列させ、その表面
にコーテイング１０を施して構成される。該探触
子からの超音波ビームの制御は、各素子８の送受
波のタイミングを遅延時間制御回路で調整するこ
とにより行なわれる。例えば、第１３図Ｉに示すように遅延時間を設
定しない場合には、その超音波ビームＳは単一の
大口径振動子からの波面と等価な波面を形成する
がこの遅延時間Ｔを適宜に設定すると、第１３図
ａのようにビームＳを傾けたり、第１３図ｂ
のように絞つたりあるいは第１３図ｃのように
ビームＳを絞つて傾ける波面を自在に形成するこ
とができる。このような探触子を電子走査し、超音波ビーム
を入射面上に平行移動させるかもしくは振る電子
リニアもしくはセクター走査の特徴を要約すると
次の通りである。 (i) 高速走査性機械的走査に比べて高速走査が容易である。 (ii) 鋭い指向性電子走査型探触子は多数の振動子エレメント
を同時に動作させるため、全体としては大口径
の振動子と同じであり、鋭い指向性を有してい
る。 (iii) 電子収束電子走査型探触子は、前述の通り、送受波信
号に所定の遅延時間を与えることにより、凹面
振動子やレンズ付き振動子と同様にビームを細
く絞り分解能を上げた探傷を可能にする。そし
てこの焦点距離は任意に設定できるため、材中
の探傷領域にビームを収束させることによつて
微小な欠陥の検出精度を向上させることができ
ると同時に、欠陥位置推定精度も向上する。参
考として、角鋼片探傷時の超音波ビーム径と
φ2の横穴に対するＳ／Ｎの関係を第１４図に
示す。 (iv) 探触子を固定した状態で超音波ビームを走査
させることが出来るので、一つの探触子で広い
探傷域が得られる。次に、このような特徴を有する電子走査アレイ
型探触子７を用いて電子リニア走査する場合と、
電子セクター走査する場合を対比して説明する。まず電子リニア走査する場合では、探触子７を
所定の状態でセツトして、第１５図ａ，ｂ，ｃに
示すように、超音波ビームＳを入射面上に平行移
動させ乍ら、その隣接する側面の表面層の側を探
傷して行くものである。このさい必要な走査回路
例を挙げれば、第１６図に示す通りである。すな
わち、例えば総エレメント８数64個のリニアアレ
イ探触子７を16個のエレメント８を１セツトとし
て、探触子７と送受信器１１とを先に述べた遅延
回路１２に加えてリードリレー回路１３を介して
接続し、切換スイツチで順次送受信のエレメント
８をずらし、超音波ビームを走査するのである。一方、電子セクター走査する場合では、やはり
探触子７を所定の状態にセツトして、第１７図
ａ，ｂ，ｃに示すように、超音波ビームＳを入射
面に対して振り乍ら、その隣接する側面下半分の
表面層の側を探傷して行くものである。このさい
必要な走査回路例を挙げれば、第１８図に示す通
りである。すなわち、例えば総分割エレメント数
32個の探触子７と送受信器１１とを遅延回路１２
を介して１対１に対応させて接続し、その遅延回
路１２による遅延時間設定を順次変えることによ
つて、超音波ビームの傾き角を変化させ、ビーム
を振る走査をするのである。上記電子リニア走査と電子セクター走査とを比
較すると、後者は前記のもつ下記の欠点が解消さ
れる点で有利なものといえる。 (i) 電子リニア走査の場合、送受信エレメントを
順次ずらすため、エレメント総数が多くなり全
体として振動子径が大きくなる。 (ii) 切り換えに多数のリレーが必要であり、この
リレーの寿命が短い。 (iii) 送受信エレメントを順次ずらすため、送受信
器（Ｔ／RUnit）とエレメントが１対１の対応
にならないため、感度バラツキの調整が困難で
ある。 (iv) 超音波ビームの入射点の移動量が大きいため
第１９図に示すように、角鋼片２の表面凹凸の
影響を受け屈折角が変化し、欠陥位置推定精度
が劣化する。一方、電子セクター走査では、送受信エレメン
トを順次ずらす必要がないため、エレメント総数
が少なくてすみ、かつリレー１３が不要となり、
然も、１つの送受器１１は１つのエレメント８に
対応するため感度のバラツキ調整が容易となる。しかも、電子セクター走査では、超音波ビーム
の入射点の移動量が少ないため、第２０図に示す
ように、入射面の凹凸の影響を受けにくい。このように、電子セクター走査の場合は、実用
化において特に問題となる点はないが、入射面の
凹凸の影響をさらに少なくするため、次に説明す
る電子セクター＋リニア走査を用いることが望ま
しい。電子セクター＋リニア走査は、第２１図Ｉに示
すように、電子セクター走査では、超音波ビーム
Ｓの入射点が若干ずれるので、このずれを補正す
るために行なうものである。即ち、第２１図ａ，ｂ，ｃに示すよう
に、各ビーム傾斜角に応じて送受信エレメントを
シフトさせ（リニア走査させ）、これによつて入
射点のずれを最小限におさえ、電子セクター走査
以上に入射面の影響を受け難くし、欠陥位置推定
精度の向上を図つたものである。次に、このような特徴を有する電子走査を行な
うための探触子セツト方法について説明する。電子走査アレイ型探触子においては、グレーテ
イングローブの発生を防ぐために必要とされる振
動子エレメント間隔ｄは、超音波ビームＳの最大
傾斜角を±ioとすれば、ｄ＜λ／１＋｜sin io｜ λ；超音波伝播媒質中の波長で表わされる。よつて超音波ビームＳの傾斜角を
大きくするためには、λ一定ではそのエレメント
間隔ｄを小さくしなければならない（第２２図
ａ，ｂにエレメント幅と最大ビーム傾斜角ioとの
関係を示す）。すなわち、エレメント幅は小さく
する必要がある。ここで、グレーテイングローブとは、前述の第
１３図の様な傾けたい方向以外の方向に、強度
の高いビームが発生することを言う。特に後述の
音響結合法で述べる水浸または局部水浸の場合、
水中の波長λが小さいため、エレメント間隔ｄを
小さくする事により、このグレーテイングローブ
の発生を抑制する事が重要となる。さて、具体的に電子リニア走査する場合の探触
子のセツト法につき説明する。この場合、次の二
通りの方法がある。 (i) 一つは、角鋼片軸方向に垂直な面内でその材
表面から所定の距離に位置して、探触子をその
入射面に対して平行にセツトする方法である。
但し、この場合には探触子の各エレメント幅を
小さくし、分割数を多くする。このセツト法に
よる場合の特徴は、最大ビーム傾斜角が大きい
ので、入射面に隣接する両側面の探傷が可能と
なることである。 (ii) もう一つは、やはり角鋼片軸方向に垂直な面
内でその材表面から所定の距離に位置して、探
触子をその入射面に対して所定の傾斜角度i⁰ ₀で
傾斜させてセツトする方法である。このセツト
法による場合の特徴は、上記傾斜角度i⁰ ₀を入射
角と同じに設定することにより、ビームを傾斜
させるための各エレメントの遅延動作が不要に
なることである。また探触子の分割エレメント
幅が大きくてもよく、同一エレメント分割の探
触子の比較では、水平セツト時よりも大きな入
射角がとれる。今、角鋼片２に対して上記のような所定の状態
で探触子７をセツトし、リニア走査するさいの様
子を概念的に示すと、第１５図ａ，ｂ，ｃに示す
通りである。第２３図は角鋼片２に対する探触子７の配置状
態の応用例を示し、この場合角鋼片２の各面に対
して探触子７は水平に一個ずつ配置される。すな
わち、１個の探触子７で図示の如く入射面に隣接
する角鋼片２の片側面あるいは両側面の側を探傷
するのであるが、４個の探触子７を配設すること
によつて、角鋼片２の全表面層を探傷することが
できる。なお、両側面を探傷する場合では、全表
面層を二方向から重複探傷することになるが、重
複探傷が不要な場合では角鋼片２の相隣接する入
射面に対し各々一つの探触子を配置すれば、２個
の探触子で全表面層の探傷が可能となる。次に、電子セクター走査または電子セクター＋
リニア走査する場合の探触子のセツト法について
説明する。 (i) 一つは、角鋼片軸方向に垂直な面内でその材
表面から所定の距離に位置して、探触子をその
入射面に対して水平にセツトする方法である。
但し、この場合には探触子の各エレメント幅を
小さくし、分割数を多くする。このセツト法に
よる場合の特徴は、最大ビーム傾斜角が大きい
ので、入射面に隣接する両側面の探傷が可能と
なることである。 (ii) もう一つは、やはり角鋼片軸方向に垂直な面
内でその材表面から所定の距離に位置して、探
触子をその入射面に対してセクター走査の振り
の中心となる入射角分だけ傾斜させてセツトす
る方法である。このセツト法による場合の特徴
は、ビーム傾斜角の絶対値が小さくなるので、
最大遅延時間が小さくて済むことである。また
ビーム傾斜角の絶対値が小さくなるので、探触
子のエレメント分割数が少なくてもよい。今、角鋼片２に対して上記のような所定の状態
で探触子７をセツトし、セクター走査するさいの
様子を概念的に示すと、第１７図ａ，ｂ，ｃに示
す通りである。電子セクター＋リニア走査するさいの様子を概
念的に示すと、第２１図ａ，ｂ，ｃに示す
通りである。第２４図と第２５図は角鋼片２に対する探触子
７の配置状態の応用例を示す。まず第２４図の例
の場合では、角鋼片２の各面に対して平行に一個
ずつ探触子７が配置される。すなわち、１個の探
触子７で図示の如く入射面に隣接する角鋼片２の
両側面下半分を探傷するのであり、４個の探触子
７で角鋼片２の全表面層を探傷するのである。一
方第２５図の例の場合では、角鋼片２の各面に対
して所定の角度をもつて２個ずつ探触子７が配置
される。すなわち、この場合には１個の探触子７
で図示の如く入射面に隣接する角鋼片２の片側面
下半分を探傷し、合計８個の探触子７を用いて角
鋼片２全表面層を探傷するのである。いずれの配
置による場合でも、オンラインで角鋼片全表面層
に亘る高速探傷が可能とされる。次に、本発明に用いられる被検材２の探触子７
の音響結合方法について説明する。音響結合方法としては、直接接触方法と水浸方
法とがある。直接接触法では、探触子と被検材の超音波入射
面は水または他の液体の接触媒質の薄膜を介して
接触する。本発明では、第２３図及び第２４図の
ように、アレイ型探触子７の材面に対して平行に
配置する場合には応用することが可能である。た
だし直接接触の場合には、接触媒質の厚さ及び被
検材２の超音波入射面のアラサ及び形状不整によ
り、超音波の送受の能率が変動しやすい。水浸法は、探触子から放射された超音波を、あ
る程度長い距離の水（または液体）中を伝播させ
た後、被検材に入射させる方法であり、第２６図
に示すように、被検材である角鋼片２の一定の長
さだけ水１４に浸漬する水槽貫通方式（第２６図
ａ）と、探触子７の被検材２の超音波入射面との
間だけを局部的に満たす局部水浸方式（第２６図
ｂ，ｃ）とが考えられる。この水浸法の場合には、超音波はまず第１に探
触子７から水中１４に発射されるのであるから、
直接接触法に比べて音の送受は安定する。本発明
においては、いずれを用いてもよい。さて以上の説明は、「超音波探触子７により被
検材２の表面層を斜角探傷する」具体的手段を詳
述したのである。前記のごとく斜角探傷を導入す
ることにより、被検材２の表面から不感帯なく表
面皮下探傷をすることができるのであるが、この
とき表面欠陥（表面上の疵）も同時に検出してし
まうおそれがある。この表面欠陥については鋼片加工工程のチツピ
ングやグラインダによる加工によつて除去するこ
とができ、線材・棒鋼成品の二次加工時に問題と
なるものではない。それ故に、検出欠陥を表面欠
陥と皮下欠陥とに弁別し、抽出する必要があるこ
とはすでに冒頭に述べたところである。そこで、次に、本発明の最も重要な点である表
面欠陥弁別処理について説明する。欠陥位置を表面エコー（S₁エコー）と欠陥エコ
ーＦの検出時間差により推定する場合、屈折角θ
の設定は既知であり、超音波ビームＳの入射点に
ついては、前述のどのような走査方式を採用する
にしても探触子７と被検材２の位置関係より演算
によつて求めることができる。今、第２７図に示す角鋼片２の右上コーナを基
準にして入射点位置x₀を演算により求めたとする
と、欠陥位置（ｘ、ｈ）は次式で示される。ｘ＝x₀−ΔT×Ｃ／２sinθ ｈ＝ΔT×Ｃ／２cosθ ΔT；S1エコーと欠陥エコーＦの時間差Ｃ；鋼中の音速実際には超音波ビームの広がり、被検材２の形
状不整（表面凹凸、たおれ等）、探触子７の追従
誤差等のために、欠陥推定位置には誤差があり、
斜角探傷情報のみでは、表面欠陥と皮下欠陥を識
別することは困難である。そこで、これらを弁別するためには、表面欠陥
を検出する探傷法により、表面欠陥のみを別途検
出し、表面欠陥と皮下欠陥の探傷情報を含む前述
の斜角探傷情報から、表面欠陥情報を差し引くこ
とにより、表面皮下欠陥のみを抽出する。表面欠陥弁別のための情報処理方法として、基
本的には第２８図に示すように、情報１から情報
２を差し引けばよいのであるが、前述のように斜
角探傷は、欠陥位置推定精度を低下させる要因を
多く含んでいるため、情報１は表面欠陥探傷から
の欠陥位置情報（情報２）に比べて信頼性が低
く、欠陥位置推定誤差範囲が大きいため、単純に
差し引くことができない。即ち、第２９図に示すように、実際の表面欠陥
１５に対し、前述の超音波斜角探傷により検出し
た欠陥位置は図中◎印の位置であるとして情報１
を得、他の表面欠陥探傷装置により検出した表面
欠陥位置は図中○×印の位置であるとして情報２を
得た場合、これらの情報をそのまま処理すると、
各々別個の欠陥と判断され、情報１は皮下欠陥情
報であるとして残される。すなわち、実際には表
面欠陥１５しか有さないのに、皮下欠陥材とされ
てしまう。これを防ぐために、情報２に一定の領域を持た
せ、その領域に入る情報１はキヤンセルすること
により、表面欠陥を皮下欠陥と誤検出することを
防止する。ここで、情報２に持たせる領域は、第２９図の
一点鎖線で示す領域であり、情報１の欠陥位置推
定誤差範囲（図中点線の領域）より大きく取る必
要がある。従つて、情報２の表面欠陥推定位置
（○×印）に対して、角鋼片幅方向で±ΔHの幅、
深さ方向では探傷域全体δの領域（１点鎖線の領
域）内にある情報１はキヤンセルされる。このよ
うに、情報２に、ある領域をもたせて情報１を表
面欠陥と判断することができる。ここで、角鋼片２の幅方向で±ΔHの幅につい
て斜角探傷情報をキヤンセルするということは、
実際にはその領域の皮下欠陥を検出しているの
に、皮下欠陥でないとする場合が生じる。この矛
盾が生じる確率を少なくするためには、±ΔHの
幅を小さくしなければならない。すなわち、斜角
探傷において、欠陥位置推定精度の良い走査方式
を導入した方が良い。前述のリニア走査では被検材の形状不整の影響
が大きく欠陥位置推定精度がセクター走査の場合
より悪い。従つて、セクター走査が優位である。
更に、入射点の位置の変動を極力小さくしたセク
ター＋リニア走査が最も優位であることは言うま
でもない。セクター走査及びセクター＋リニア走査で、よ
り一層欠陥位置推定精度を向上するために次の二
つの方法を併用することができる。一つは入射面の凹凸の影響も最も少ないと考え
られる面中央部から超音波を入射することであ
る。つまりこうすることにより、第３０図ａ，ｂ
に示す如く、角鋼片２の表面に凹凸があつても、
面中央部ではほぼ平坦と近似することができる。もう一つの方法は、第３１図に示すように入射
面の傾斜による見かけ上の屈折角の変化（So→
Ｓ）を補正するために、コーナー部からのエコー
を検出し、その最大値を示す入射角を求めること
である。そしてその値より入射面の傾斜を算出
し、所望の探傷域にビームが入るように入射角を
補正すればよい。さて、次に、前記表面欠陥１５を検出するため
の表面欠陥探傷装置につき説明する。表面欠陥探傷法としては、磁粉探傷法、渦流探
傷法、表面波探傷法そして光学的探傷法等があり
それぞれの方法に適した装置は公知である。しか
し、上記各々の表面欠陥探傷法により、かつ、表
面欠陥の種類によつて、その検出能は異なる。例えば、第３２図に示すような各種表面欠陥に
対して、各探傷法の検出能は次表の通りである。
第３２図の１５ａは割れ、１５ｂはヘゲ、１５ｃ
はカキ疵を示す。

【表】即ち、上記表によれば、斜角探傷で検出する表
面欠陥に対し、表面波探傷ではその全てを検出す
るが、磁粉探傷では割れ１５ａ以外は検出し難
い。ただし、表面波探傷では表面欠陥が１つある
と、それ以遠への音波の伝播が極端に低下するた
め、多数の表面欠陥を有する場合には見落す可能
性がある。このように、各表面欠陥探傷法には一長一短が
あり、どの方法と斜角探傷とを組合わせるかによ
つて、表面欠陥１５と皮下欠陥の弁別特性が異な
る。次に、本発明の具体的な実施例として、斜角探
傷用に電子走査型探傷装置を用い、表面欠陥探傷
用に表面波探傷装置と磁粉探傷装置とを用いた場
合の表面層欠陥と表面欠陥との弁別のための情報
処理について説明する。まず斜角探傷データの処理方法につき説明す
る。第３３図に示すように、電子走査型探傷装置に
より探傷域を、下部コーナー位置を基準にして８
ステツプでセクター＋リニア走査し、各ステツプ
毎に探傷領域内で予め設定したエコーレベル（関
値）以上のエコーがあれば、その最大エコーの得
られた、ステツプNo.、エコー高さ、検出時間、及
び角鋼片２軸方向位置を探傷データとして取り込
み、まず、屈折角と検出時間より角鋼片の幅方向
位置ｈ（第23頁参照）を算出する。次に角鋼片の
軸方向の欠陥の連続性を評価するために、幅方向
位置を一定分解能で分割したときの位置情報（投
影推定位置）に置換する。第３４図ａは角鋼片２の断面を示し、１７は検
出欠陥位置、１８は欠陥の投影位置情報をしめ
す。第３４図ｂは、角鋼片２の投影表面マトリツ
クスを示し、Ｐ１は幅方向分割ピツチであり、Ｐ
２は角鋼片軸方向探傷ピツチである。このマトリ
ツクス上の欠陥投影推定位置情報１８をもとに鋼
片軸方向の欠陥の連続性を評価する。この情報１
８が、角鋼片軸方向に２回以上連続しない情報の
場合は、ノイズ１９と判断して欠陥情報とはしな
い。従つて、２回以上連続した情報１８を欠陥情
報として処理する。即ち、検出欠陥１７は、第３
４図ｂの太枠で囲われた如く、最終的に欠陥No.、
欠陥起点（軸方向）、欠陥長さ、幅方向位置の情
報とされる。尚、第３３図において、探傷領域内の探傷ゲー
ト１６は、被検材２の変形等による路程変化を考
慮し、完全に表面から探傷できるように長い目に
かける。但し、コーナ部では、コーナエコーを拾
わない範囲に限定する。ここで、電子走査型探傷装置により探傷領域を
８ステツプでセクター＋リニア走査する例をあげ
たが、ステツプ数を増やせば、それだけ密な探傷
ができ、弁別性能が向上することは明らかであ
る。次に、表面欠陥探傷データの処理方法につき説
明する。第３５図に示すように、表面波探傷には、タイ
ヤ探触子２２を用いる。この場合、探傷領域は探
触子２２接地側面と対向面であり、各面とコーナ
ー部に３分割してゲートをかける。そして第１ゲ
ート２３・第２ゲート２４については閾値を越え
るエコーについて最大３個まで、コーナー部ゲー
ト２５からは閾値を越える最大エコーについて、
各々エコー高さ、検出時間、角鋼片軸方向位置を
探傷データとして取り込み、斜角探傷データの集
約と同様に、検出時間より角鋼片軸方向の欠陥の
推定位置を算出し、一定ピツチで分割したときの
角鋼片幅方向位置情報に変換し、角鋼片軸方向の
連続性を調べ欠陥No.、欠陥起点（軸方向）、欠陥
長さ（軸方向）、幅方向位置の情報とする。磁粉探傷装置による磁粉探傷データについても
情報のフオーマツトを斜角探傷、表面波探傷の集
約情報と同型式とする。そして、上記斜角探傷による情報と、表面欠陥
探傷による情報から、皮下欠陥情報のみを弁別処
理するに当つては、既述のように、表面欠陥情報
に一定領域を付加した表面欠陥領域情報とし、該
情報を斜角探傷集約情報から差引くのである。そ
の処理ブロツク図を第３６図に示す。上記表面欠陥領域情報は、表面波探傷、磁粉探
傷、またはその両方の表面欠陥集約情報の幅方向
位置情報に、角鋼片幅方向分割の数ブロツク分の
幅と、欠陥起点及び長さ情報を数十mm延長した領
域とする。第３７図は、本発明の弁別処理の概念を示した
ものであり、表面波探傷と磁粉探傷の組合せによ
つて表面欠陥を皮下欠陥として処理する誤検出が
防止されることを示している。尚、斜角探傷時、全面探傷の探触子配置につい
ては第２３，２４図等で既述した。そこで全表面
探傷のためのタイヤ探触子の配置について説明す
れば第３８図に示す如く、タイヤ２６内に探触子
２７を２個内蔵する型式とし、このタイヤ探触子
２２を対向して２個設ければよい。勿論被検材は
軸方向に移動させる。上記本発明の実施例では、電子走査型探傷装置
と、表面波探傷装置と磁粉探傷装置とを組合わせ
ることにより、表面欠陥と皮下欠陥を識別判定で
きる上に、表面欠陥についても単独の表面欠陥探
傷の場合より、見落しが少なくなる。特に磁粉探
傷では、コーナー部の欠陥の検出能が低いので、
タイヤ探傷の第２ゲートの探傷情報でおぎなうこ
とができる。尚、本発明は、前述の実施例に限定されるもの
ではなく、被検材は丸棒状であつてもよく、この
場合、特願昭58−3198号に記載された環状アレイ
型探触子を用いて同時に表面層及び表面の探傷を
行ない、その欠陥弁別を行なうことができる。以上詳述した如く、本発明は、従来の皮下欠陥
弁別法のように、斜角探傷装置と表面欠陥探傷装
置の双方で検出した場合に、その欠陥を皮下欠陥
であると弁別するのではなく、斜角探傷装置によ
る欠陥情報から、表面欠陥探傷装置による欠陥情
報を差引くことにより、皮下欠陥を弁別するもの
である。従つて、弁別された欠陥が皮下欠陥であ
る確率は、前記従来例のものに比べて高くなる。また、斜角探傷装置による欠陥位置推定精度
と、表面欠陥探傷装置による同精度とに差がある
ため、共に検出した欠陥が同一欠陥か否かの判断
が困難になるが、本発明では、精度の良い表面欠
陥探傷装置により検出した欠陥位置に、所定の領
域を与えて、前記斜角探傷装置による欠陥情報か
ら差引くようにしているので、皮下欠陥の誤検出
が防止される。更に、本発明によれば、電子走査アレイ型探触
子を用いる縦波斜角探傷装置により、前記探触子
を、角鋼片軸方向に垂直な面内でその材表面から
所定の距離で、かつ又材表面に対して所定の角度
でセツトし、前記探触子を電子セクター走査に電
子リニア走査を組み合わせて走査することによ
り、前記材表面での入射点を略一定にして、角鋼
片の内部および入射面に隣接する側面の表面層を
探傷し、被検材の表面層の欠陥を検出して、その
表面層欠陥の位置を推定している。従つて、表面層欠陥位置推定精度が向上し、高
精度に皮下欠陥を検出することができる。即ち、鋼材表面には第１９，２０図及び３０図
に示す様な凹凸があり、第１９および２０図の様
な方法では、表面層欠陥の位置の特定が不可能で
ある。そのため、検出された全欠陥から表面欠陥
の検出結果を差し引いて皮下欠陥のみを抽出する
ことができない。ところで、一般に、鋼材の中央部は鋼材の形状
が凹または凸の長手方向に安定している。そこで、本発明においては、表層部を探傷する
斜角超音波探傷方に於ける超音波の入射位置を入
射面の一定位置（中央部子からの入射するよう構
成している。これにより表層部欠陥の位置推定精
度が高まり、結果として探傷確度が増大した。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の垂直探傷法による不感帯を示す
図、第２図は本発明に係る斜角探傷法による側面
反射エコーを示す図、第３図は同底面反射エコー
を示す図、第４図は反射エコー高さと屈折角の関
係を示すグラフ、第５図は底面エコーの場合の屈
折角を示す図、第６図は側面エコーの場合の屈折
角を示す図、第７図は入射角、屈折角及び往復通
過率の関係を示すグラフ、第８図はベルト式リニ
ア走査の原理図、第９図は振動式リニア走査の原
理図、第１０図は機械的擬リニア走査の原理図、
第１１図は機械的セクター走査の原理図、第１２
図は電子走査アレイ型探触子の斜視図、第１３図
は電子走査アレイ型探触子による超音波ビームの
制御態様を示す図、第１４図は超音波ビーム径と
Ｓ／Ｎの関係を示すグラフ、第１５図は電子リニ
ア走査の原理を示す図、第１６図は電子リニア走
査の制御回路図、第１７図は電子セクター走査の
原理図、第１８図は電子セクター走査の制御回路
図、第１９図は電子リニア走査のバラツキを示す
図、第２０図は電子セクター走査のバラツキを示
す図、第２１図は電子セクター＋リニア走査の原
理図、第２２図はエレメント幅とビーム傾斜角と
の関係を示す図、第２３図はリニア走査の探触子
の配置図、第２４図及び第２５図はセクター走査
の探触子の配置図、第２６図は音響結合方法を示
す図、第２７図は欠陥位置を示す図、第２８図は
弁別処理のフローチヤート図、第２９図は弁別処
理の原理図、第３０図は超音波ビームの入射点を
示す図、第３１図は被検材コーナー部より入射点
を求める図、第３２図は表面欠陥の種類を示す
図、第３３図は電子セクター走査を示す図、第３
４図は検出欠陥を集約するための説明図、第３５
図はタイヤ探触子の配置図、第３６図は弁別処理
フローチヤート図、第３７図は弁別処理概念を示
す図、第３８図はタイヤ探触子の配置図である。２……角鋼片（被検材）、７……探触子、１５
……表面欠陥、１７……検出欠陥位置、１８……
投影位置、２０……欠陥集約情報、２２……タイ
ヤ探触子（表面欠陥探傷装置）、Ｓ……超音波、
α……入射角。

Claims

【特許請求の範囲】１電子走査アレイ型探触子を用いる縦波斜角探
傷装置により、前記探触子を、角鋼片軸方向に垂
直な面内でその材表面から所定の距離で、かつ又
材表面に対して所定の角度でセツトし、前記探触
子を電子セクター走査に電子リニア走査を組み合
わせて走査することにより、前記材表面での入射
点を略一定にして、角鋼片の内部及び入射面に隣
接する側面の表面層を探傷することにより、被検
材の表面層の欠陥を検出して、その表面層欠陥の
位置を推定し、その位置を情報１とし、表面欠陥探傷装置により、被検材の表面欠陥を
検出して、その表面欠陥の位置を推定し、該表面
欠陥位置を中心として、前記斜角探傷装置による
位置推定誤差よりも大きな範囲を与えて、その範
囲を表面欠陥領域とし、その領域を情報２とし、前記情報１から情報２を差引くことにより、皮
下欠陥のみを検出することを特徴とする超音波探
傷による皮下欠陥検出方法。