JPH11326290A - 円柱体の超音波探傷方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧延ロールやローラ等の金属の円柱体の表面
や表面直下に存在する割れ等の欠陥を検出する際に、水
滴や組織による誤検出を防止する。 【解決手段】 円柱体の表面に沿って伝播させた表面波
の、欠陥からの反射波をとらえて欠陥を検出する表面波
探傷と、円柱体の表面に発生させた渦流の、欠陥による
変化をとらえて欠陥を検出する渦流探傷とを同時に行
い、両探傷によって、円柱体表面の同一位置に欠陥が検
出された時、欠陥有りと判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧延ロールやロー
ラ等の金属の円柱体の表面や表面直下に存在する割れ等
の欠陥を検出する円柱体の超音波探傷方法及び装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】圧延ロールやローラ等の金属の円柱体の
表面や表面直下に存在する割れ等の欠陥の検出には、特
開平４−２７６５４７や特開平５−２８８７３４に見ら
れるように、表面波を用いた超音波探傷方法（表面波探
傷と称する）が用いられている。この表面波探傷では、
回転する円柱体の表面に、水等の接触媒質の膜を介して
表面波プローブ（探触子）を接触させ、該表面波プロー
ブから円柱体回転方向と逆方向に向かって、表面波を伝
播させると共に、円柱体表面のうち、表面波が伝播する
部分の接触媒質の膜を除去するようにして、円柱体の表
面や表面直下に存在する欠陥を検出している。

【０００３】又、特開平４−２７６５４７に開示された
探傷方法を用いた超音波探傷装置が、特開平７−２９４
４９３に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
４−２７６５４７、特開平５−２８８７３４、特開平７
−２９４４９３等に開示された表面波探傷では、表面波
の伝播路に水滴が落ちると、これから大きな振幅の反射
波が発生して、欠陥として誤検出するという問題点を有
していた。

【０００５】即ち、前記表面波探傷では、超音波の伝達
媒体となる水等の媒体液を、超音波探触子と被検材表面
との間に供給するが、該媒体液は超音波の伝達媒体とし
ての役目を終えた後、被検材であるロールの回転に引き
摺られ、その大部分がロール表面に残留して、ロールと
共に回転する。該媒体液が表面波の伝播路に侵入する
と、表面波の伝播の阻害や反射波の発生等の問題が生ず
るため、該媒体液は、通常、スクレーパによって除去さ
れるが、このとき飛沫が発生して、表面波の伝播路に飛
び込み、これから大きな振幅の反射波が発生して、欠陥
として誤検出することがある。

【０００６】又、特開平７−２９４４９３の図１に示さ
れた超音波探傷装置では、探触子を被検材の上方で、被
検材表面に対し、一定間隔を維持するように保持する保
持部には、被検材表面に接触するローラが用いられてい
るが、このローラが、被検材と共に回転する媒体液を跳
ね上げ、跳ね上げられた液滴が表面波の伝播路に落ち、
これから大きな振幅の反射波が発生して、欠陥として誤
検出することもある。

【０００７】更に、前記表面波探傷を行う装置は、砥石
によって被検材である圧延ロールの表面を研削する研削
装置に取り付け、研削が終了した圧延ロールに対して探
傷が実施されることが多いが、研削の仕上パスと同時に
探傷を行うと、探傷のための余分な時間が不要となっ
て、ロールの研削能率が向上するため、最近は、研削中
に探傷を行うことが検討されている。

【０００８】しかしながら、圧延ロールの砥石による研
削は、クーラントと呼ばれる液体を高速回転する砥石と
圧延ロールとの間に供給しながら行われるため、研削中
に探傷を行うと、このクーラントの飛沫が表面波の伝播
路に飛び込み、高速回転する砥石に接触し、霧状になっ
たクーラントが探傷装置の保持部に凝結し、液滴となっ
て表面波の伝播路に落ちる等の現象が発生する。この表
面波の伝播路に落ちた飛沫や液滴によって誤検出が頻繁
に発生することは珍しくない。

【０００９】一方、圧延ロールやロール等の金属の円柱
体の表面や表面直下に存在する割れ等の欠陥検出には、
従来、長い間、渦流探傷法が使用されていた。この渦流
探傷は、被検材に液滴が付着していても、異常信号が発
生することがなく、前記した表面波による探傷のような
液体による誤検出発生の問題はない。

【００１０】しかしながら、渦流探傷は、被検材の組織
変化、偏析、硬さ変化、磁気特性変化によって欠陥検出
信号を発生する問題があり、近年、鋼板の熱間仕上圧延
に多用されるようになった高速度工具鋼のロール（一般
にハイスロールと称される）の探傷において、この現象
が顕著であることから、特に、圧延ロールの探傷からは
姿を消しつつあった。

【００１１】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、圧延ロールやローラ等の金属の円柱
体の表面や表面直下に存在する割れ等の欠陥を超音波探
傷するに際して、液体に起因した誤検出がなく、しか
も、被検材の組織変化、偏析、硬さ変化、磁気特性変化
によって欠陥検出信号を発生することがないようにする
ことを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、円柱体の超音
波探傷に際して、円柱体の表面に沿って伝播させた表面
波の、欠陥からの反射波をとらえて欠陥を検出する表面
波探傷と、円柱体の表面に発生させた渦流の、欠陥によ
る変化をとらえて欠陥を検出する渦流探傷とを同時に行
い、両探傷によって、円柱体表面の同一位置に欠陥が検
出された時、欠陥有りと判定するようにして、前記課題
を解決したものである。

【００１３】又、前記表面波探傷を、回転する円柱体の
表面に、接触媒質を介して表面波を送受信する表面波プ
ローブを接触させ、該表面波プローブから円柱体に対し
て、その回転方向と逆方向に超音波を伝播させると共
に、円柱体表面や表面直下に存在する欠陥からの反射波
を受信することにより、該欠陥を検出するようにしたも
のである。

【００１４】更に、前記渦流探傷を、回転する円柱体の
表面に渦流探傷プローブをあてがい、円柱体表面や表面
直下に存在する欠陥を検出するものとしたものである。

【００１５】本発明は又、円柱体の表面探傷装置におい
て、回転する円柱体の表面に、接触媒質を介して表面波
を送受信する表面波プローブを接触させ、該表面波プロ
ーブから円柱体に対して、その回転方向と逆方向に表面
波を伝播させると共に、円柱体表面や表面直下に存在す
る欠陥からの反射波を受信することにより、該欠陥を検
出する超音波探傷手段と、回転する円柱体の表面に渦流
探傷プローブをあてがい、円柱体表面や表面直下に存在
する欠陥を検出する渦流探傷手段と、該２つの探傷手段
によって、円柱体表面の同一位置に欠陥が検出されたと
き、欠陥有りの出力を行う信号処理手段とを備えること
により、前記課題を解決したものである。

【００１６】本発明に係る探傷装置には、図１に示すよ
うに、表面波プローブ２０及び渦流探傷プローブ３０が
備えられており、前記表面波プローブ２０には超音波探
傷器２２が接続され、前記渦流探傷プローブ３０には渦
流探傷器３２が接続されている。

【００１７】前記超音波探傷器２２は、表面波プローブ
２０がとらえた信号を所定のレベルに増幅し、欠陥反射
波を抽出した上で、該欠陥反射波が所定のレベルを超え
たときに欠陥有りの信号を出力するようにされている。

【００１８】又、前記渦流探傷器３２は、前記渦流探傷
プローブ３０がとらえた信号から、欠陥信号を抽出し、
該欠陥信号が所定のレベルを超えたときに、欠陥有りの
信号を出力するようにされている。

【００１９】図１では、図中に矢印Ｃで示す被検材（圧
延ロール１１０）の回転方向から見て、渦流探傷プロー
ブ３０の方が、表面波プローブ２０よりも上流側に位置
し、渦流探傷プローブ３０の方に先に欠陥信号が現われ
るため、遅延回路３４でこの信号を遅延させ、表面波プ
ローブ２０によって探傷を行う場所と渦流探傷プローブ
３０によって探傷を行う場所の位置ずれによる欠陥信号
発生のタイミングのずれを補正する。

【００２０】前記超音波探傷器２２の欠陥検出信号と、
遅延回路３４によって遅延された渦流探傷器３２出力の
欠陥検出信号とは、論理積回路４０に入力されて論理積
がとられ、超音波探傷器２２及び渦流探傷器３２の両者
から欠陥検出信号が出力されているときにのみ正式な欠
陥検出信号を出力するようにされている。

【００２１】このように装置を構成すると、表面波プロ
ーブ２０によって検出した信号が、液体による誤検出信
号であったときには、液体に反応しない渦流探傷器３２
からは欠陥検出信号が検出されず、結果として、論理積
回路４０からは欠陥検出信号が出力されない。従って、
液体による誤検出を防止することができる。又、渦流探
傷プローブ３０によって検出した信号が、被検材の組織
変化、偏析、硬さ変化、磁気特性変化のいずれかをとら
えたものであったときにも、これらには反応しない超音
波探傷器２２からは欠陥検出信号が出力されず、結果と
して、論理積回路４０からは欠陥検出信号が出力されな
い。従って、被検材の組織変化、偏析、硬さ変化、磁気
特性変化による誤検出も防止することができる。

【００２２】このようにして、真に欠陥があった場合の
み、超音波探傷器２２及び渦流探傷器３２から欠陥検出
信号が出力され、論理積回路４０からも欠陥検出信号が
出力される。従って、探傷装置に表面波プローブ２０及
び渦流探傷プローブ３０を共に備え、両者によって、同
一位置に欠陥を検出したときのみ欠陥有りとすることに
よって、誤検出を皆無とすることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００２４】図１を参照して、圧延ロール１１０につい
て、その表面上を表面波プローブ２０及び渦流探傷プル
ーブ３０を走査移動させて探傷するのに適した実施形態
を説明する。

【００２５】本実施形態には、ロール回転装置、前記表
面波プローブ２０、超音波探傷器２２、渦流探傷プロー
ブ３０、渦流探傷器３２、表面波プローブ用ホルダ５
０、渦流探傷プローブ用ホルダ５１、給水装置８０が備
えられている。

【００２６】前記ロール回転装置は、表面欠陥の検査を
行う被検体である圧延ロール１１０を、その円周方向Ｃ
に回転させる。このロール回転装置としては、周知の適
当な装置を用いればよく、図面の煩雑化を避けるため、
図示を省略している。

【００２７】前記表面波プローブ２０は、該表面波プロ
ーブ２０の表面と被検体である圧延ロール１１０との間
に水ギャップが形成されることにより、表面波を圧延ロ
ール１１０の表面に伝播させて、圧延ロール１０の表面
欠陥を検出する。

【００２８】前記渦流探傷プローブ３０は、該渦流探傷
ブロープ３０表面と被検体である圧延ロール１１０との
間に所定のギャップが形成されることにより、渦電流を
圧延ロール１１０に発生させ、欠陥による渦電流の流れ
方の変化を検知することにより、圧延ロール１１０の表
面欠陥を検出する。

【００２９】前記表面波プローブ用ホルダ５０及び渦流
探傷プロープ用ホルダ５１は、圧延ロール１１０の上方
に位置する固定構造部７０に対して摺動可能なガイド７
６の下部に取り付けられた表面波プローブ用保持機構６
０及び渦流探傷プローブ用保持機構６１にそれぞれ備え
られている。前記表面波プローブ用保持機構６１には、
前後各一対、計４個のローラ６２が備えられ、渦流探傷
プローブ用保持機構６１にも、同様に４個のローラ６３
が備えられており、探傷を行うときには、これらのロー
ラ６２、６３が圧延ローラ１１０の表面に当接し、回転
することにより、探傷走査を安定させる。前記４個のロ
ーラ６２の間に、前記表面波プローブ用ホルダ５０が設
けられており、又、４個のローラ６３の間に、前記渦流
探傷プローブ用ホルダ５１が設けられている。

【００３０】前記固定構造部７０には、前記保持機構６
０、６１をガイド７６に沿って昇降させる動力を供給す
るためのモータ７２と、その取り付けベース７４が備え
られている。該モータ７２の動力の伝達方法は、従来周
知の適当な手段を用いればよく、図面の煩雑化を避ける
ため、図示は省略する。

【００３１】前記渦流探傷プローブ用保持機構６１の前
方（図の右端）には、ロール１１０表面に残留した接触
媒質が表面波の伝播路上に流れ込まないよう、該接触媒
質を取り除くためのスクレーパ９０が設けられている。

【００３２】前記表面波プローブ用ホルダ５０は、その
保持機構６０との間にばね等の弾性体を介装することに
より、圧延ロール１１０の表面方向に付勢して支持され
る。前記渦流探傷プローブ用ホルダ５１も、その保持機
構６１との間にばね等の弾性体を介装することにより、
圧延ロール１１０の表面方向に付勢して支持されてい
る。

【００３３】詳細には、表面波プローブ用保持機構６０
に対して上下に摺動可能に遊嵌する棒状体６６の先端に
前記表面波プローブ用ホルダ５０が取り付けられ、該棒
状体６６の周囲の適当な位置に、図示しないばねが設け
られ、常に表面波プローブ用ホルダ５０を下方に付勢し
ている。

【００３４】前記表面波プローブ用ホルダ５０には、前
記表面波プローブ２０が設けられており、該表面波プロ
ーブ２０と圧延ロール１１０との間に所定のギャップを
形成するため、表面波プローブ２０よりも下方の圧延ロ
ール１１０側に突出する一対の倣いローラ５２が設けら
れている。具体的には、図２に示すように、前記表面波
プローブ用ホルダ５０の水平方向に沿って軸５４が設け
られ、これに前記倣いローラ５２が配設されている。

【００３５】このように、表面波プローブ用ホルダ５０
に軸支された倣いローラ５２が、前記ばねによる付勢を
受けて、常時圧延ロール１１０の表面に当接する。この
構成によって、表面波プローブ用ホルダ５０は、表面波
プローブ２０と圧延ロール１１０との間のギャップが一
定値を維持するように、前記表面波プローブ２０を保持
する。

【００３６】又、前記渦流探傷プローブ用保持機構６１
に対して上下に摺動可能に遊嵌する棒状体６７の先端に
前記渦流探傷プローブ用ホルダ５１が取り付けられ、該
棒状体６７の周囲の適当な位置に、図示しないばねが設
けられ、常に渦流探傷プローブ用ホルダ５１を下方に付
勢している。

【００３７】前記渦流探傷プローブ用ホルダ５１には、
前記渦流探傷プローブ３０が設けられており、該渦流探
傷プローブ３０と圧延ロール１１０との間に所定のギャ
ップを形成するため、渦流探傷プローブ３０よりも下方
の圧延ロール１１０側に突出する一対の倣いローラ５３
が設けられている。具体的には、表面波プローブ２０と
同様に、前記渦流探傷プローブ用ホルダ５１の水平方向
に沿って軸５５が設けられ、これに前記倣いローラ５３
が配設されている。

【００３８】このように、渦流探傷プローブ用ホルダ５
１に軸支された倣いローラ５３が、前記ばねによる付勢
を受けて、常時圧延ロール１１０表面に当接する。この
構成によって、渦流探傷プローブ用ホルダ５１は、渦流
探傷プローブ３０と圧延ロール１１０との間のギャップ
が一定値を維持するように、前記渦流探傷プローブ３０
を保持する。

【００３９】図３に詳細に示すように、前記表面波プロ
ーブ用ホルダ５０の内部には給水装置８０が設けられて
いる。該給水装置８０は、導管８２から導かれた水を収
容部８４に一旦収容し、これを収容部８４の底部に設け
られた放出口８６より放出し、表面波プローブ２０と圧
延ロール１１０との間に、気泡のない水膜を形成する。
給水装置は、従来既知の適当な手段を用いて構成すれば
よいので、詳しい説明は省略する。

【００４０】前記表面波プローブ２０には、超音波探傷
器２２が接続され、渦流探傷プローブ３０には渦流探傷
器３２が接続されている。超音波探傷器２２は、表面波
プローブ２０がとらえた信号を、所定のレベルに増幅
し、欠陥反射波を抽出した上で、該欠陥反射波が所定の
レベルを超えたときに欠陥有りの信号を出力するように
されている。又、前記渦流探傷器３２は、渦流探傷プロ
ーブ３０がとらえた信号から、欠陥信号を抽出し、該欠
陥信号が所定のレベルを超えたときに欠陥有りの信号を
出力するようにされている。超音波探傷器２２の欠陥検
出信号と、遅延回路３４で遅延された渦流探傷器３２の
欠陥検出信号との論理積が論理積回路４０でとられ、こ
の出力が正式な欠陥検出信号となる。

【００４１】本実施形態においては、渦流探傷プローブ
３０を表面波プローブ２０の上流側に設けているので、
表面波プローブ２０と圧延ロール１１０の間に供給され
る接触媒質が渦流探傷プローブ３０の検出に悪影響を与
えることが少ない。なお、状況によっては、渦流探傷プ
ローブ３０を表面波プローブ２０の下流側に設けること
も考えられる。

【００４２】又、本実施形態においては、先行配置され
る渦流探傷プローブの出力を、遅延回路３４で遅延させ
ることによって、表面波プローブ２０出力との位置ずれ
を補正し、且つ、両者の論理積により欠陥信号を出力す
るようにしているので、構成が簡略である。なお、先行
するプローブの出力を遅延する方法や、表面波探傷と渦
流探傷の両者で欠陥が検出されたことを検出する方法
は、これに限定されない。

【００４３】

【実施例】前記実施形態を用いて、５０本の圧延ロール
につき、研削の終了後に表面欠陥の検査を行い、欠陥検
出数及び誤検出数を確認した結果を図４に示す。従来技
術に対する改善の程度を調べるため、同時に表面波プロ
ーブ単独による欠陥検出数及び誤検出数、及び、渦流探
傷プローブ単独による欠陥検出数及び誤検出数も調べ
た。本発明による探傷装置では、誤検出がないことがよ
く分かる。

【００４４】又、前記実施形態を用いて、５０本の圧延
ロールにつき、研削仕上パスにおいて、研削中に表面欠
陥の検査を行い、誤検出の有無を確認した結果を図５に
示す。従来技術に対する改善の程度を調べるため、同時
に表面波プローブ単独による欠陥検出数及び誤検出数、
及び、渦流探傷プローブ単独による欠陥検出数及び誤検
出数も調べた。本発明による探傷装置では、誤検出がな
く、研削中に探傷を行うには本発明が必須であることが
よく分かる。

【００４５】以上、本発明について具体的に説明した
が、本発明は前記実施形態に示したものに限られるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
ある。

【００４６】例えば、前記実施形態では、接触媒体とし
て水を用いる場合を示したが、油等の他の液体を用いて
もよい。

【００４７】又、本発明の適用対象は、圧延ロールに限
られず、金属等からなるローラ等の円柱体であれば特に
制限されない。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、圧延ロールやローラ等
の金属の円柱体の表面や表面直下に存在する割れ等の欠
陥を検出する際に、液体に起因した誤検出がなく、しか
も、被検材の組織変化、偏析、硬さ変化、磁気特性変化
によって欠陥検出信号を発生することがなく、高精度の
探傷を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の全体構成を示す正面図

【図２】前記実施形態のプローブホルダ部分を示す側面
図

【図３】同じく給水装置部分を示す断面図

【図４】研削終了後に探傷を行ったときの、欠陥検出数
及び誤検出数を確認した結果を示す図表

【図５】研削仕上パスで研削中に探傷を行ったときの、
欠陥検出数及び誤検出数を従来例と比較して示す図表

【符号の説明】

２０…表面波プローブ ２２…超音波探傷器 ３０…渦流探傷プローブ ３２…渦流探傷器 ３４…遅延回路 ４０…論理積回路 ５０…表面波プローブ用ホルダ ５１…渦流探傷プローブ用ホルダ ６０…表面波プローブ保持機構 ６１…渦流探傷プローブ保持機構 ７０…固定構造部 ８０…給水装置 １１０…圧延ロール

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円柱体の表面に沿って伝播させた表面波
   の、欠陥からの反射波をとらえて欠陥を検出する表面波
   探傷と、 円柱体の表面に発生させた渦流の、欠陥による変化をと
   らえて欠陥を検出する渦流探傷とを同時に行い、 両探傷によって、円柱体表面の同一位置に欠陥が検出さ
   れた時、欠陥有りと判定することを特徴とする円柱体の
   超音波探傷方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の円柱体の超音波探傷方法
   において、前記表面波探傷が、回転する円柱体の表面
   に、接触媒質を介して表面波を送受信する表面波プロー
   ブを接触させ、該表面波プローブから円柱体に対して、
   その回転方向と逆方向に表面波を伝播させると共に、円
   柱体表面や表面直下に存在する欠陥からの反射波を受信
   することにより、該欠陥を検出するものであることを特
   徴とする円柱体の超音波探傷方法。
3. 【請求項３】請求項１に記載の円柱体の超音波探傷方法
   において、前記渦流探傷が、回転する円柱体の表面に渦
   流探傷プローブをあてがい、円柱体表面や表面直下に存
   在する欠陥を検出するものであることを特徴とする円柱
   体の超音波探傷方法。
4. 【請求項４】回転する円柱体の表面に、接触媒質を介し
   て表面波を送受信する表面波プローブを接触させ、該表
   面波プローブから円柱体に対して、その回転方向と逆方
   向に表面波を伝播させると共に、円柱体表面や表面直下
   に存在する欠陥からの反射波を受信することにより、該
   欠陥を検出する超音波探傷手段と、 回転する円柱体の表面に渦流探傷プローブをあてがい、
   円柱体表面や表面直下に存在する欠陥を検出する渦流探
   傷手段と、 該２つの探傷手段によって、円柱体表面の同一位置に欠
   陥が検出されたとき、 欠陥有りの出力を行う信号処理手段と、 を備えたことを特徴とする円柱体の超音波探傷装置。