JPS6036019B2 - 非接触超音波探傷方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高温状態にある鋼板等の被検物を、これに接触
することなく探傷する非接触超音波探傷方法に関するも
のである。

被探傷物、例えば製鉄所の厚板製造工程においてストリ
ップを探傷する場合、従来は、第５図に示すように白抜
き矢符方向に移送されるストリップＭ上に臨ませて探触
子Ａを配置し、該探触子ＡをストリップＭの移送方向と
直交する幅方向に適宜速度で往復移動させストリップＭ
をＧで示す如くジグザグ状に連続的に深傷する方法、あ
るいは第６図に示すように、同じく白抜き矢符方向に移
送されるストリップＭ上に、ストリップＭの移送方向と
直交する幅方向に探触子Ｂ，Ｂ２・・・を等配し、各探
触子Ｂ，鷲…を矢符で示すように電気的に走査し、スト
リップＭを○，，○２・・・で示す如くポット状に深傷
する方法等が実施されている。

ところでこのような探傷を行う場合、第５，６図に示す
いずれの場合にあっても、探触子Ａ，Ｂ，Ｂ・・・には
超音波の発受信子として圧電素子等の振動子が用いられ
るため、被探揚物と探触子との間を音響的に結合する必
要上、各探触子と彼深傷物との間には水、油等の接触煤
質Ｗを介在させなければならない。従って、例えば熱間
圧延中の高温（８００℃〜１２００ｑｏ）のストリップ
Ｍを探傷しようとしても、薮触媒質として油等の可燃性
のものは勿論使用できないし、また水等の場合もその急
激な蒸発のため探触子とストリップとの間に安定した音
響的結合が得られず、また探触子自体相当な高温に曝さ
れる等の理由から殆んど実質的に有効な深傷が出来ず、
加えて走査方法についてみても、例えば、第５図に示す
方法では深触子Ａの往復移動機構が必要であり、第３図
に示す方法ではストリップＭの幅に応じた多数の探触子
を必要とするなど深傷を実施するための探触装置自体が
大嵩になるなどの欠点があった。また高温の熱間圧延材
を非接触で深傷できるものとして、所謂電磁超音波探触
子が公知（例えば特開昭５２一２５６８８号）であるが
、超音波探触子と被検査材との距離（リフトオフ）の変
動による影響を受け易いという欠点がある。

更にまたこのような電磁超音波探傷法にて送，受信コイ
ルを各別に設けて被検査材の同一面に臨ませ、送信コイ
ルによって生ぜしめた超音波の反射波を受信コイルにて
捉える所謂反射方式も知られているが、この方式による
場合は送，受信コイルでの電磁結合により測定精度が低
いという難点がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的とするところは、高温の被探揚物をこれに接触す
ることなく超音波深傷を可能とするとともに広幅の被探
傷物を容易に探傷でき、またリフトオフの変動の影響を
小さくし、送，受信コイルの電磁結合の影響を排除した
非接触超音波探傷方法を提供するにある。

本発明に係る非接触超音波探傷方法は、パルス状のレー
ザビームを、正ｎ角柱形に形成されており、その中心髄
回りに回転するミラーに入射させ、該ミラーから反射さ
れるレーザビームを被探傷物表面に対し投射走査させ、
投射時の衝撃により発生した衝撃波（超音波）を、被探
傷物内に伝播させ、レーザビームの走査に同期して電気
的又は機械的に走査する電磁超菅波探触子にて伝播波を
受信することを特徴とする。

以下本発明方法をその実施例を示す図面に基いて説明す
る。

第１図は本発明方法の実施状態を示す平面図、第２図は
同側面図、第３図は第２図の皿−ｍ線方向にみた正面図
であって、図中Ｍは被探傷物たるストリップであり、白
抜き矢符方向に連続的に移送されており、このストリッ
プＭの移送域を挟んで、その片側（実施例では上側）に
レーザ発生装置Ｌ及び回転ミラーＲが夫々図示しない支
持部材に吊垂配設され、他の片側（実施例では下側）に
臨んで、探触子Ｐが相互に所要間隔を隔ててストリップ
Ｍの移送方向と直交する幅方向に同じく図示しない支持
部材を用いて配設されている。前記ミラーＲは正ｎ角柱
形（実施例では６角柱）に形成され、その中心に設けた
轍ＣをストＩＪップＭの移送方向に向かてこれと略平行
に位置させ、回転駆動装置Ｄを用いて回転させるように
してある。回転ミラーＲは正ｎ角形の外周面を形成する
ｎ面（実施例では６面）が夫々反射面Ｒとして構成され
ており、第３図に示すように回転ミラーＲの回転方向に
おける反射面Ｒ′の前側端部Ｒ，に入射し、ここから反
射されたレーザビームがストリップＭの幅方向における
一端部○，に入射し、また逆に回転ミラーＲの回転方向
における反射面Ｒ′の後側端部Ｒ２に入射し、ここから
反射されたレーザビームがストリップＭの幅方向におけ
る他端部０２に入射するようにストリップＭ表面からの
設置高さが適正に設定されている。一方レーザ発生装置
Ｌはそのヘッドが前記回転ミラーＲの鞄Ｃを含むストリ
ップＭへの鉛直面内において、所定の仰角で回転ミラー
Ｒの下部に向くよう上向きに配設されている。

該レーザ発生装置Ｌは赤外領域の波長を有するＮｄ：Ｙ
ＡＧ（ガーネット構造）レーザ等で構成されており、こ
れからは一定の周期（例えば１００日２）で非常に短い
パルス状レーザビームが発射され、このレーザビームは
回転ミラーＲの下部に移動してきた反射面Ｒ′に入射し
た後、これから反射されて被探傷物たるストリップＭ上
に投射される。回転ミラーＲは回転駆動装置Ｄによって
回転されており、レーザビームのストリップＭ表面への
投射点は第３図に示すように反射面Ｒ′の角度の変化に
応じて順次ストリップＭの幅方向に移動し、第１図にＧ
で示すような態様でストリップ表面を走査することとな
る。例えば回転ミラーＲとして正６角柱形のものを用い
、これを回転速度１／ｎＨＺ（実施例では１／６ＨＺ、
すなわち６秒で１回転）で回転させ、これにレーザビー
ムを１００ＨＺの周期でパルス状に入射させると、レー
ザビームが回転ミラーＲの回転につれて反射面Ｒ′の位
置Ｒ．からＲ２まで入射位置を変える間、換言すれば回
転ミラーＲが正ｎ角柱形に構成されている場合、回転ミ
ラーＲが３６０ｏ／ｎ（実施例では６００）回転する間
に、これに入射したレーザビームは７２００／ｎ（実施
例では１２０ｏ）変向し、反射面Ｒ′に対し反射したレ
ーザビームは夫々反射されてストリップＭの幅方向に略
一定の間隔で１０Ｍ箇所にレーザビームが投射されるこ
ととなり、１走査で１０の箇所のスポットを探傷しうろ
こととなる。同様に例えば回転ミラーＲの回転速度を倍
の１′３日２に設定すれば同じく１走査で５Ｍ箇所のス
ポットを探傷しうろこととなる。レーザビームの走査範
囲は回転ミラーＲの形状を適正な正多角柱状に設定し、
また回転ミラーＲをストリップＭから適宜の距離を隔て
て配設することによって任意に調整でき、また走査速度
は回転ミラーＲの回転数の調整すなわち回転駆動装置Ｄ
の回転数の調整によって適宜変速することができる更に
ストリップ表面に対するレーザビームの投射点間の間隙
はしーザビームの発射周期を変えることによって適宜選
択できる。

ストリップＭ表面にレーザビームが投射されるとストリ
ップＭ表面にレーザビームの衝撃による超音波が発生し
、この超音波はストリップＭ内に伝播され、ストリップ
Ｍ中に欠陥がない場合にはストリップ厚さ‘こ応じた通
常の減衰でストリップ下面に達し、また欠陥がある場合
は大幅に減衰されてストリップ下面に達する。被探傷物
たるストリップＭには永久磁石又は電磁石によって静磁
場がかけられており、このストリップＭにレーザビーム
投射に基く超音波の歪が加わると漏電流が発生する。探
触子Ｐはこの渦電流に基因して発生する磁気を検出する
平板状コイルを具備しており、超音波のレベル変化に応
じた磁気を検出してこれを超音波深傷器Ｓ（第２図参照
）に入力する。なお探触子ＰはストリップＭには非接触
であって、また図面には示さないが、過熱防止のための
強制冷却機構を備えており、ストリップＭの温度に何ら
影響されることがない。前記超音波深傷器Ｓは受信信号
の増幅検波を行ないブラウン管等の表示装置に表示する
ようになっている。

レーザビームのストリップ表面への投射点は前述したよ
うな条件では１００箇所となるから、夫々この各投射点
に対応するようストリップＭの下面側に探触子Ｐを配設
してもよいが、数個の投射点を兼用するように適当個数
の探触子Ｐを設けてもよい。そして探触子Ｐによる超音
波の受信はしーザビームの走査に同期して電気的又は機
械的に走査される。なお、第３図に明らかなように、回
転ミラーＲからストリップＭ表面に投射するレーザビー
ムの入射角は探傷点の位置により変化するが、超音波発
生レベルに与える影響は殆んどないことが実験により確
認されている。この実験における実測値をグラフ化した
ものが第４図に示すもので、横軸に入射角度（度）を、
縦軸に超音波発生レベル（ｄＢ）をとってあり、これを
見ると入射角度が大きくなるに従って、僅かに超音波発
生レベルに低下がみられるだけで探傷には殆んど影響が
ない。また図面に示した実施例では探触子Ｐをストリッ
プＭに対し回転ミラーＲと反対側に配設する透過法の場
合を示したが探角虫子ＰをストリップＭに対し、回転ミ
ラーＲと同側に設置する反射法に依ってもよく、その他
、レーザビームの干渉現象を利用して被探傷物表面の変
位を検出して超音波を受信する方法等超音波受信方法に
ついては特に限定するものではなく、従来知られている
ものを適宜採択すればよい。以上の如き本発明方法によ
る場合は、レーザビームにて超音波を発せしめ、電磁超
音波探触子にてそれを受信するので、被検物との接触な
いこ探傷でき、探触子と被検物との間に接触煤質を介在
させる必要が全くない。

従って被検物の温度が高温であっても何らの支障なく深
傷が行なえる。また回転するミラーにてレーザビームを
走査するので広い範囲に亘る探傷が可能であり、幅広の
被探揚物への適用で容易である。そして、このような回
転ミラーにてレーザビーム投射の走査を行う限り必然的
に被検査材の表面に対する入射角は常に、或いは特定の
光学的配置の場合においてはその殆どの場合に非直角と
なり、しかも変化するのであるが、それによる超音波発
生レベルに変化は殆どなく、走査域の全域で均等な探傷
が可能である。また、送，受信とも電磁超音波探触子に
よる方法ではリフトオフ変動の影響が倍加される（送信
側へ接近すると、受信側から離反する）ことになるのに
対し、本願発明では受信側にのみ電磁超音波探触子を用
いているだけであり、レーザビームによる超音波発生レ
ベルはリフトオフに影響されないから結局リフトオフの
影響が少なく探傷精度が高いｏ更に受信側に電磁超音波
探触子を用いるだけであるので、発信用のものと電磁結
合する虜れかない等本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施状態を示す平面図、第２図は
同側面図、第３図は第２図でｍ−ｍ線方向にみた正面図
、第４図はしーザビームの被探傷物表面への入射角度と
、超音波発生レベルとの関係を示すグラフ、第５図は従
来方法の実施状態を示す斜視図、第６図は他の従釆方法
の実施状態を示す斜視図である。 Ａ・・・探触子、Ｃ・・・軸、Ｄ…回転駆動装置、Ｇ・
・・走査線、Ｌ・・・レーザ発生装置、Ｍ…ストリップ
、Ｐ・・・探触子、Ｒ・・・回転ミラー。 多１図 多２図 券３図 斧４図 多５図 多６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ パルス状のレーザビームを、正ｎ角柱形に形成され
   ており、その中心軸回りに回転するミラーに入射させ、
   該ミラーから反射されるレーザビームを被探傷物表面に
   対し投射走査させ、投射時の衝撃により発生した衝撃波
   （超音波）を、被探傷物内に伝播させ、レーザビームの
   走査に同期して電気的又は機械的に走査する電磁超音波
   探触子にて伝播波を受信することを特徴とする非接触超
   音波探傷方法。