鋼材的品質(zhì)評價(jià)方法以及品質(zhì)評價(jià)裝置制造方法
【專利摘要】鋼材的品質(zhì)評價(jià)裝置具備：探傷儀控制部11，其朝向與包含表層部的鋼材1的黑皮面S1對置的掃描面S2掃描超聲波信號(hào)，并接收伴隨著超聲波信號(hào)的掃描而產(chǎn)生的來自鋼材1的回波信號(hào)；黑皮面形狀輪廓計(jì)算部14，其使用回波信號(hào)的波形數(shù)據(jù)計(jì)算來自黑皮面S1的回波信號(hào)的傳播路程，并根據(jù)計(jì)算出的傳播路程計(jì)算超聲波信號(hào)的掃描方向上的黑皮面S1的形狀輪廓；以及缺陷指示圖像化部(15)與缺陷指示輸出部(16)，它們基于黑皮面S1的形狀輪廓將由鋼材1內(nèi)的缺陷產(chǎn)生的回波信號(hào)的檢測范圍設(shè)定為探傷選通范圍，生成并輸出對所設(shè)定的探傷選通范圍內(nèi)的回波信號(hào)的最大值進(jìn)行繪圖而得的缺陷指示圖像。
【專利說明】鋼材的品質(zhì)評價(jià)方法以及品質(zhì)評價(jià)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及利用超聲波對鋼材進(jìn)行探傷，并基于探傷結(jié)果對鋼材的品質(zhì)進(jìn)行評價(jià) 的鋼材的品質(zhì)評價(jià)方法以及品質(zhì)評價(jià)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 通常，薄板鋼材經(jīng)由連續(xù)鑄造、熱軋、酸洗、冷軋、以及鍍鋅之類的多個(gè)工序制造而 成。在上述的薄板鋼材的最終制品中成為問題的缺陷是外觀上的問題即表面缺陷、以及因 沖壓處理而顯現(xiàn)出的表層（從表面起算深度50i!m?10mm左右的范圍）正下方的缺陷。上 述的缺陷有在上述的各工序中產(chǎn)生的可能性。例如，作為在連續(xù)鑄造工序中產(chǎn)生的缺陷有 氧化鋁夾雜物、粉末夾雜物。另外，在熱軋工序的氧化皮去除（> ^ 一;1才7 )處理時(shí)，鋼 材的表層下的氣泡呈現(xiàn)于表面，從而氧化皮堵塞在氣泡中，這也被稱為表面缺陷的原因之 一。這樣的夾雜物、氣泡通常較多地存在于連續(xù)鑄造而成的鋼片的表層正下方，因此通過連 續(xù)鑄造機(jī)的鑄模內(nèi)的電磁攪拌、制止技術(shù)等，實(shí)施盡可能不在鋼片的表層正下方產(chǎn)生缺陷 的對策。
[0003] 作為為了判斷連續(xù)鑄造工序的鑄造條件是否適當(dāng)而對鋼片的品質(zhì)進(jìn)行評價(jià)的方 法之一，存在如下方法：在將從鋼片被切出的被檢查件的表面磨削幾毫米左右后，利用超聲 波探傷法對被檢查件進(jìn)行探傷，由此統(tǒng)計(jì)調(diào)查被檢查件內(nèi)部的夾雜物、氣泡的分布狀態(tài)。超 聲波探傷法是廣泛地應(yīng)用于鋼鐵制品內(nèi)部的缺陷的探傷的檢查方法。通常被公知的超聲波 探傷法是以相對于探傷面垂直地入射超聲波信號(hào)的垂直脈沖回波法對被檢查件進(jìn)行探傷 的方法，在油或水中對超聲波探頭與被檢查件進(jìn)行聲耦合，從而利用超聲波探頭接收回波 信號(hào)。然而，根據(jù)該超聲波探傷法，雖能夠?qū)Ρ粰z查件的壁厚的中央部充分地進(jìn)行探傷，但 表面下幾毫米的極表層部落入超聲波信號(hào)、回波信號(hào)無法進(jìn)行探傷的盲區(qū)區(qū)域，因此無法 進(jìn)行探傷。
[0004] 根據(jù)上述的背景，作為對被檢查件的極表層部（從表面起算深度50iim?2mm左 右的范圍）的缺陷進(jìn)行探傷的方法，提出有將超聲波信號(hào)的頻率例如高頻化為50MHz左右 的方法。具體而言，在專利文獻(xiàn)1中記載有如下方法：在經(jīng)由水并以垂直脈沖回波法對被檢 查件進(jìn)行探傷的方法中，對超聲波信號(hào)的頻率進(jìn)行高頻化而縮短所接收的表面回波信號(hào)的 時(shí)間幅度，檢測因存在于表層部的缺陷而產(chǎn)生的多重反射回波信號(hào)。根據(jù)該方法，能夠檢測 以往落入盲區(qū)區(qū)域而無法檢測的缺陷回波信號(hào)，因此能夠?qū)O表層部的缺陷進(jìn)行探傷。
[0005] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開平01-237449號(hào)公報(bào)
[0006] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開平09-257762號(hào)公報(bào)
[0007] 然而，在專利文獻(xiàn)1所記載的超聲波探傷方法中存在以下所示的問題點(diǎn)。以下，參 照圖11以及圖12,對專利文獻(xiàn)1所記載的超聲波探傷方法的問題點(diǎn)進(jìn)行說明。
[0008] 圖11以及圖12分別是表示利用專利文獻(xiàn)1所記載的超聲波探傷方法對表面較粗 糙的被檢查件的表層部（從表面起算數(shù)mm?l〇mm左右的范圍）進(jìn)行探傷時(shí)的超聲波信號(hào) 的反射路徑以及回波信號(hào)的波形的圖。如圖11所示，在被檢查件的表面S較粗糙的情況下， 從超聲波探傷儀100發(fā)出并由被檢查件內(nèi)部的缺陷D反射的超聲波信號(hào)在表面S的凸?fàn)畈?分在反射路徑R1傳播，在表面S的凹狀部分在反射路徑R2傳播。因此，在對表面S較粗糙 的被檢查件進(jìn)行探傷的情況下，因表面S的凹凸而在超聲波信號(hào)的傳播時(shí)間上出現(xiàn)產(chǎn)生時(shí) 間差。另一方面，如圖12(c)所示，超聲波探傷儀100接收的回波信號(hào)是包含在圖12(a)所 示的反射路徑R1 (參照圖11)傳播的表面回波信號(hào)ESI以及缺陷回波信號(hào)EF1的回波信號(hào)、 和包含在圖12(b)所示的反射路徑R2(參照圖11)傳播的表面回波信號(hào)ES2以及缺陷回波 信號(hào)EF2的回波信號(hào)的和。
[0009] 根據(jù)以上的理由，在反射路徑R1傳播的表面回波信號(hào)ESI與在反射路徑R2傳播 的表面回波信號(hào)ES2之間產(chǎn)生時(shí)間差。具體而言，被檢查件為鋼，若假設(shè)對在表面存在1_ 的凹陷的部分進(jìn)行探傷，則鋼的音速為約5900m/s，水中的音速為約1490m/s，因此在反射 路徑R2傳播的表面回波信號(hào)ES2相對于在反射路徑R1傳播的表面回波信號(hào)ESI呈現(xiàn)于相 當(dāng)于表面下約4_的位置。因此，如圖12 (c)、圖12 (d)所示，超聲波探傷儀100接收的回波 信號(hào)所包含的表面回波信號(hào)ES的時(shí)間幅度增長，表面回波信號(hào)ES進(jìn)入為了對缺陷進(jìn)行檢 測而被設(shè)定的探傷選通范圍內(nèi)，成為噪聲，從而S/N降低，結(jié)果無法對表層部的缺陷高精度 地進(jìn)行檢測。
[0010] 此外，為了解決上述的問題，在專利文獻(xiàn)2中記載有如下方法：在對鋼材表面進(jìn)行 磨削后利用超聲波探傷法對鋼材進(jìn)行探傷，由此抑制由表面的凹凸產(chǎn)生的噪聲。然而，根據(jù) 專利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)，無法對被磨削的表層部分的缺陷進(jìn)行探傷。
[0011] 被檢查件的表面并不都是平坦的，具有與平坦部的平均表面粗糙度相比其表面較 粗糙且有較大的凹凸的非平坦部的情況較多。例如，在厚板、無縫管等中存在以下情況，即： 在軋制等工序中氧化皮等被壓入表面而產(chǎn)生凹陷，或者在局部進(jìn)行修整的部位產(chǎn)生凹陷。 另外，在被連續(xù)鑄造的鋼片的表面存在被稱為振動(dòng)波紋的凹陷。因此，期待提供一種能夠高 精度地檢測具有凹凸的表層部的缺陷的技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明是鑒于上述課題而完成的，其目的在于提供一種能夠高精度地對具有凹凸 的表層部的缺陷進(jìn)行探傷的鋼材的品質(zhì)評價(jià)方法以及品質(zhì)評價(jià)裝置。
[0013] 為了解決上述課題而實(shí)現(xiàn)目的，本發(fā)明所涉及的鋼材的品質(zhì)評價(jià)方法的特征在于 包括：朝向與包含表層部的鋼材的表面對置的面掃描超聲波信號(hào)，并接收伴隨著該超聲波 信號(hào)的掃描而產(chǎn)生的來自鋼材的回波信號(hào)的步驟；使用上述回波信號(hào)的波形數(shù)據(jù)計(jì)算來自 上述表面的回波信號(hào)的傳播路程，并根據(jù)計(jì)算出的傳播路程計(jì)算超聲波信號(hào)的掃描方向上 的上述表面的形狀輪廓的步驟；以及基于上述表面的形狀輪廓將由鋼材內(nèi)的缺陷產(chǎn)生的回 波信號(hào)的檢測范圍設(shè)定為探傷選通范圍，生成并輸出對所設(shè)定的探傷選通范圍內(nèi)的回波信 號(hào)的最大值進(jìn)行繪圖而得的缺陷指示圖像的步驟。
[0014] 在上述發(fā)明的基礎(chǔ)上，本發(fā)明所涉及的鋼材的品質(zhì)評價(jià)方法的特征在于，計(jì)算上 述形狀輪廓的步驟包括下述步驟：計(jì)算相對于來自上述表面的回波信號(hào)的波形的包絡(luò)線波 形，根據(jù)該包絡(luò)線波形計(jì)算上述傳播路程，對超聲波信號(hào)的掃描方向上的傳播路程的輪廓 實(shí)施平滑化處理，由此計(jì)算超聲波信號(hào)的掃描方向上的上述表面的形狀輪廓。
[0015] 在上述發(fā)明的基礎(chǔ)上，本發(fā)明所涉及的鋼材的品質(zhì)評價(jià)方法的特征在于，上述平 滑化處理是使用了移動(dòng)平均處理的平滑化處理。
[0016] 在上述發(fā)明的基礎(chǔ)上，本發(fā)明所涉及的鋼材的品質(zhì)評價(jià)方法的特征在于，使用探 傷單元來進(jìn)行接收上述回波信號(hào)的步驟，上述探傷機(jī)構(gòu)具備經(jīng)由水發(fā)送線會(huì)聚狀的超聲波 信號(hào)的第一壓電型振子以及具有線會(huì)聚狀的接收信號(hào)視場并接收上述回波信號(hào)的第二壓 電型振子，第一壓電型振子與第二壓電型振子以第一壓電型振子發(fā)送的超聲波信號(hào)與上述 接收信號(hào)視場的中心軸的交叉位置位于鋼材中的規(guī)定的深度范圍內(nèi)的方式隔著聲音隔離 板對置配置。
[0017] 在上述發(fā)明的基礎(chǔ)上，本發(fā)明所涉及的鋼材的品質(zhì)評價(jià)方法的特征在于，上述第 一壓電型振子以及第二壓電型振子配置為：發(fā)送或者接收的信號(hào)分別在相對于第一壓電型 振子與第二壓電型振子對置的面垂直以及平行的方向上擴(kuò)散以及會(huì)聚。
[0018] 為了解決上述課題而實(shí)現(xiàn)目的，本發(fā)明所涉及的鋼材的品質(zhì)評價(jià)裝置的特征在于 具備：探傷單元，其朝向與包含表層部的鋼材的表面對置的面掃描超聲波信號(hào)，并接收伴隨 著該超聲波信號(hào)的掃描而產(chǎn)生的來自鋼材的回波信號(hào)；計(jì)算單元，其使用上述回波信號(hào)的 波形數(shù)據(jù)計(jì)算來自上述表面的回波信號(hào)的傳播路程，并根據(jù)計(jì)算出的傳播路程計(jì)算超聲波 信號(hào)的掃描方向上的上述表面的形狀輪廓；以及圖像生成單元，其基于上述表面的形狀輪 廓將由鋼材內(nèi)的缺陷產(chǎn)生的回波信號(hào)的檢測范圍設(shè)定為探傷選通范圍，生成并輸出對所設(shè) 定的探傷選通范圍內(nèi)的回波信號(hào)的最大值進(jìn)行繪圖而得的缺陷指示圖像。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明所涉及的鋼材的品質(zhì)評價(jià)方法以及品質(zhì)評價(jià)裝置，能夠?qū)哂邪纪沟?表層部的缺陷_精度地進(jìn)行探傷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的鋼材的品質(zhì)評價(jià)裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0021] 圖2是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的鋼材的品質(zhì)評價(jià)處理的流程的流程圖。
[0022] 圖3是表示伴隨著超聲波信號(hào)的掃描而產(chǎn)生的回波信號(hào)的示意圖。
[0023] 圖4是用于對B回波的傳播路程的計(jì)算方法進(jìn)行說明的圖。
[0024] 圖5是用于對B視界像的計(jì)算方法進(jìn)行說明的圖。
[0025] 圖6是用于對B視界像的平滑化方法進(jìn)行說明的圖。
[0026] 圖7是用于對缺陷指示圖像的生成方法進(jìn)行說明的圖。
[0027] 圖8是表示C視界像以及B視界像的一個(gè)例子的圖。
[0028] 圖9A是表示超聲波探頭的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
[0029] 圖9B是表不超聲波探頭的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0030] 圖10是用于對壓電型振子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明的示意圖。
[0031] 圖11是表示對表面粗糙的被檢查件的表層部進(jìn)行探傷時(shí)的超聲波信號(hào)的反射路 徑的圖。
[0032] 圖12是表示對表面粗糙的被檢查件的表層部進(jìn)行探傷時(shí)的回波信號(hào)以及選通信 號(hào)的波形的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 以下，參照附圖，對作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的鋼材的品質(zhì)評價(jià)裝置以及品質(zhì)評 價(jià)方法進(jìn)行說明。
[0034][品質(zhì)評價(jià)裝置的結(jié)構(gòu)]
[0035] 首先，參照圖1，對作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的鋼材的品質(zhì)評價(jià)裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說 明。
[0036] 圖1是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的鋼材的品質(zhì)評價(jià)裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。如圖 1所示，作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的鋼材的品質(zhì)評價(jià)裝置的主要的構(gòu)成要素包括超聲波探 傷儀10、探傷儀控制部11、A/D轉(zhuǎn)換部12、波形存儲(chǔ)器13、黑皮面形狀輪廓計(jì)算部14、缺陷 指示圖像化部15、以及缺陷指示輸出部16。
[0037] 超聲波探傷儀10朝向鋼材1發(fā)送超聲波信號(hào)，并接收來自鋼材1的超聲波信號(hào)的 反射信號(hào)作為回波信號(hào)。
[0038] 探傷儀控制部11對超聲波探傷儀10的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制，并且將超聲波探傷儀10接 收的回波信號(hào)輸出至A/D轉(zhuǎn)換部12。
[0039]A/D轉(zhuǎn)換部12將從探傷儀控制部11被輸出的模擬方式的回波信號(hào)的波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換成數(shù)字方式的回波信號(hào)的波形數(shù)據(jù)，并將轉(zhuǎn)換成數(shù)字方式的回波信號(hào)的波形數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于 波形存儲(chǔ)器13內(nèi)。
[0040] 黑皮面形狀輪廓計(jì)算部14、缺陷指示圖像化部15、以及缺陷指示輸出部16通過微 處理器等信息處理裝置執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序而實(shí)現(xiàn)。
[0041] 黑皮面形狀輪廓計(jì)算部14使用儲(chǔ)存于波形存儲(chǔ)器13內(nèi)的回波信號(hào)的波形數(shù)據(jù)對 鋼材1的黑皮面S1的形狀輪廓進(jìn)行計(jì)算。
[0042] 缺陷指示圖像化部15基于通過黑皮面形狀輪廓計(jì)算部14計(jì)算出的鋼材1的黑皮 面S1的形狀輪廓，將存在于鋼材1的表層部的缺陷的圖像生成為缺陷指示圖像。
[0043] 缺陷指示輸出部16輸出缺陷指示圖像化部15生成的缺陷指示圖像。
[0044][品質(zhì)評價(jià)處理]
[0045] 具有上述的結(jié)構(gòu)的鋼材的品質(zhì)評價(jià)裝置執(zhí)行以下所示的品質(zhì)評價(jià)處理，由此對具 有凹凸的表層部的缺陷進(jìn)行探傷。以下，參照圖2所示的流程圖，對執(zhí)行品質(zhì)評價(jià)處理時(shí)的 鋼材的品質(zhì)評價(jià)裝置的動(dòng)作進(jìn)行說明。
[0046] 圖2是表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的品質(zhì)評價(jià)處理的流程的流程圖。對于圖2 所示的流程圖而言，操作人員以從通過連續(xù)鑄造而得的鋼片切出的板狀的鋼材1的與黑皮 面S1對置的表面S2 (以下，記為掃描面S2)與超聲波探傷儀10對置的方式配置鋼材1 (參 照圖1)，以對品質(zhì)評價(jià)裝置指示執(zhí)行品質(zhì)評價(jià)處理的時(shí)機(jī)為開始，品質(zhì)評價(jià)處理進(jìn)入步驟 S1的處理。
[0047] 在步驟S1的處理中，探傷儀控制部11將指定鋼材1的長度方向位置的程序計(jì)數(shù) 器P的值設(shè)定為1。由此，步驟S1的處理結(jié)束，品質(zhì)評價(jià)處理進(jìn)入步驟S2的處理。
[0048] 在步驟S2的處理中，探傷儀控制部11讀出與程序計(jì)數(shù)器p的值對應(yīng)的寬度方向 掃描數(shù)據(jù)Data(p)。由此，步驟S2的處理結(jié)束，品質(zhì)評價(jià)處理進(jìn)入步驟S3的處理。
[0049] 在步驟S3的處理中，探傷儀控制部11使鋼材1與超聲波探傷儀10相對地移動(dòng)， 由此使超聲波探傷儀10向與程序計(jì)數(shù)器P對應(yīng)的鋼材1的長度方向位置移動(dòng)。探傷儀控 制部11根據(jù)通過步驟S2的處理而讀出的寬度方向掃描數(shù)據(jù)Data(P)，一邊使鋼材1與超聲 波探傷儀10沿著鋼材1的寬度方向相對地移動(dòng)一邊從超聲波探傷儀10發(fā)送超聲波信號(hào)， 從而朝向掃描面S2掃描超聲波信號(hào)。探傷儀控制部11將超聲波探傷儀10接收的回波信 號(hào)輸出至A/D轉(zhuǎn)換部12。然后，A/D轉(zhuǎn)換部12將從探傷儀控制部11輸出的模擬方式的回 波信號(hào)的波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字方式的回波信號(hào)的波形數(shù)據(jù)，并將轉(zhuǎn)換成數(shù)字方式的回波信 號(hào)的波形數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于波形存儲(chǔ)器13內(nèi)。由此，步驟S3的處理結(jié)束，品質(zhì)評價(jià)處理進(jìn)入步驟 S4的處理。
[0050] 在步驟S4的處理中，黑皮面形狀輪廓計(jì)算部14從儲(chǔ)存于波形存儲(chǔ)器13內(nèi)的回波 信號(hào)的波形數(shù)據(jù)抽出來自黑皮面S1的回波信號(hào)（以下，記為B回波），使用被抽出的B回波 對黑皮面S1的形狀輪廓（B視界像、底面位置信息）進(jìn)行計(jì)算。此處，參照圖3?圖5,對黑 皮面S1的形狀輪廓的計(jì)算方法詳細(xì)地進(jìn)行說明。如圖3所示，從超聲波探傷儀10發(fā)送超 聲波信號(hào)，從而產(chǎn)生來自鋼材1的黑皮面S1的B回波EB、來自鋼材1中的缺陷D的回波信 號(hào)（以下，記為F回波）EF、以及來自掃描面S2的回波信號(hào)ES。
[0051] 在對黑皮面S1的形狀輪廓進(jìn)行計(jì)算時(shí)，黑皮面形狀輪廓計(jì)算部14對B回波的傳 播路程（傳播時(shí)間或者深度位置）進(jìn)行計(jì)算。具體而言，如圖4所示，黑皮面形狀輪廓計(jì)算 部14利用B回波選通范圍從儲(chǔ)存于波形存儲(chǔ)器13內(nèi)的回波信號(hào)的波形數(shù)據(jù)抽出B回波的 波形數(shù)據(jù)，根據(jù)B回波選通范圍內(nèi)的B回波的波形BL的上升對傳播路程AT進(jìn)行計(jì)算。優(yōu) 選在對B回波的傳播路程△T進(jìn)行計(jì)算時(shí)，對B回波的波形BL的絕對值實(shí)施低通濾波處 理、移動(dòng)平均處理等處理，由此算出包絡(luò)線波形（檢波波形）L1，并將包絡(luò)線波形L1的振幅 成為閾值Tb以上為止的波傳播時(shí)間設(shè)為傳播路程AT。然后，如圖5(a)、圖5(b)所示，黑 皮面形狀輪廓計(jì)算部14基于B回波的傳播路程△T，將超聲波信號(hào)的掃描方向的B回波EB 的傳播路程AT的輪廓生成為超聲波信號(hào)的掃描方向的黑皮面S1的形狀輪廓。由此，步驟 S4的處理結(jié)束，品質(zhì)評價(jià)處理進(jìn)入步驟S5的處理。
[0052] 在步驟S5的處理中，黑皮面形狀輪廓計(jì)算部14對通過步驟S4的處理而生成的黑 皮面S1的形狀輪廓實(shí)施平滑化處理。在步驟S4的處理中，包含處于黑皮面S1的正下方的 F回波在內(nèi)也捕捉為黑皮面S1的形狀輪廓。因此，如圖6所示，通過黑皮面形狀輪廓計(jì)算部 14對黑皮面S1的形狀輪廓實(shí)施平滑化處理，從而算出真正的黑皮面S1的形狀。平滑化處 理能夠通過實(shí)施移動(dòng)平均處理或者使用了數(shù)字IIR濾波器、FIR濾波器等低通濾波處理而 進(jìn)行。由此，步驟S5的處理結(jié)束，品質(zhì)評價(jià)處理進(jìn)入步驟S6的處理。
[0053] 在步驟S6的處理中，缺陷指示圖像化部15基于通過步驟S5的處理而被平滑化的 黑皮面S1的形狀輪廓將F回波的檢測范圍設(shè)定為探傷選通范圍。具體而言，如圖7所示， 缺陷指示圖像化部15將以黑皮面S1的形狀輪廓為基準(zhǔn)的規(guī)定振幅的范圍內(nèi)設(shè)定為探傷選 通范圍。然后，缺陷指示圖像化部15利用探傷選通范圍生成以黑皮面S1為基準(zhǔn)的超聲波 信號(hào)的掃描方向的F回波的輪廓（F視界像），并算出F回波的振幅的最大值（最大回波高 度）及其位置坐標(biāo)?；诤谄っ鍿1的形狀輪廓對探傷選通范圍進(jìn)行設(shè)定，由此能夠以追隨 黑皮面S1的凹凸的方式設(shè)定探傷選通范圍，因此能夠?qū)哂邪纪沟谋韺硬康娜毕莞呔?地進(jìn)行探傷。由此，步驟S6的處理結(jié)束，品質(zhì)評價(jià)處理進(jìn)入步驟S7的處理。
[0054] 在步驟S7的處理中，缺陷指示圖像化部15將通過步驟S6的處理而算出的最大回 波高度及其位置坐標(biāo)輸出至未圖示的臨時(shí)存儲(chǔ)存儲(chǔ)器。由此，步驟S7的處理結(jié)束，品質(zhì)評 價(jià)處理進(jìn)入步驟S8的處理。
[0055] 在步驟S8的處理中，探傷儀控制部11對是否存在未處理的寬度方向掃描數(shù)據(jù) Data(p)進(jìn)行辨別。在辨別的結(jié)果是存在未處理的寬度方向掃描數(shù)據(jù)Data(p)的情況下，探 傷儀控制部11使品質(zhì)評價(jià)處理進(jìn)入步驟S9的處理。另一方面，在不存在未處理的寬度方 向掃描數(shù)據(jù)Data(p)的情況下,探傷儀控制部11使品質(zhì)評價(jià)處理進(jìn)入步驟S10的處理。
[0056]在步驟S9的處理中，探傷儀控制部11使程序計(jì)數(shù)器p的值增加1。由此，步驟S9 的處理結(jié)束，從而品質(zhì)評價(jià)處理返回步驟S2的處理。
[0057] 在步驟S10的處理中，缺陷指示圖像化部15通過沿鋼材1的長度方向?qū)敵鲋廖?圖示的臨時(shí)存儲(chǔ)存儲(chǔ)器的各寬度方向掃描數(shù)據(jù)Data(p)的最大回波高度及其位置坐標(biāo)進(jìn) 行繪圖而生成缺陷指示圖像。然后，缺陷指示輸出部16輸出缺陷指示圖像化部15生成的 缺陷指示圖像。由此，步驟S10的處理完成，一系列的品質(zhì)評價(jià)處理結(jié)束。
[0058] 此外，在步驟S10的處理中，缺陷指示圖像化部15也可以對具有預(yù)先設(shè)定的閾值 以上的最大回波高度的位置坐標(biāo)實(shí)施標(biāo)記處理，基于標(biāo)記處理結(jié)果計(jì)算并輸出缺陷個(gè)數(shù)、 缺陷直徑、缺陷深度等。
[0059]根據(jù)以上的說明可知，根據(jù)作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的鋼材的品質(zhì)評價(jià)裝置，探 傷儀控制部11朝向包含表層部的鋼材1的與黑皮面S1對置的掃描面S2掃描超聲波信號(hào)， 并接收伴隨著超聲波信號(hào)的掃描而產(chǎn)生的來自鋼材1的回波信號(hào)，黑皮面形狀輪廓計(jì)算部 14使用回波信號(hào)的波形數(shù)據(jù)計(jì)算來自黑皮面S1的回波信號(hào)的傳播路程，并根據(jù)計(jì)算出的 傳播路程算出超聲波信號(hào)的掃描方向的黑皮面S1的形狀輪廓，缺陷指示圖像化部15以及 缺陷指示輸出部16基于黑皮面S1的形狀輪廓將由鋼材1內(nèi)的缺陷產(chǎn)生的回波信號(hào)的檢測 范圍設(shè)定為探傷選通范圍，生成并輸出對所設(shè)定的探傷選通范圍內(nèi)的回波信號(hào)的最大值進(jìn) 行繪圖而得的缺陷指示圖像。根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，基于黑皮面S1的形狀輪廓來設(shè)定探傷選通 范圍，由此能夠以追隨黑皮面S1的凹凸的方式設(shè)定探傷選通范圍，因此能夠?qū)哂邪纪沟?表層部的缺陷_精度地進(jìn)行探傷。
[0060] [實(shí)施例1]
[0061] 在本實(shí)施例中，從連續(xù)鑄造而得的鋼片加工出寬度（C方向）300mmX長度（L方 向）300_X厚度5_的鋼材，以使黑皮面成為與從超聲波探頭掃描超聲波的面相反的面的 方式設(shè)置鋼材，一邊使超聲波探頭機(jī)械掃描一邊接收來自鋼材內(nèi)部的反射信號(hào)。此時(shí)，超聲 波探頭使用頻率5MHz、振子直徑9 12. 8mm、焦距60mm的單一探測器，對寬度300mmX長度 300mm的鋼材，在鋼材的中央寬度方向280mm、長度方向200mm的范圍內(nèi)以探傷間距沿鋼材 的C方向、L方向均為0. 5mm間距的方式進(jìn)行超聲波的收發(fā)。另外，超聲波探頭的機(jī)械掃描 方向?yàn)閷挾确较颍–方向），一邊沿長度方向平均錯(cuò)開0.5mm-邊進(jìn)行了 400次探傷。另外， 在每一次掃描中，接收波形儲(chǔ)存于波形存儲(chǔ)器，將第n次的C方向的接收波形設(shè)為Data(n) 而使之關(guān)聯(lián)并儲(chǔ)存于波形存儲(chǔ)器。然后，在對鋼材整個(gè)面進(jìn)行超聲波探傷并對接收波形進(jìn) 行了測量后，進(jìn)行黑皮面下的探傷。
[0062]通過以下方法算出B回波的傳播路程，S卩：對接收波形的絕對值進(jìn)行50點(diǎn)（在傳 播時(shí)間中相當(dāng)〇.lysec)的移動(dòng)平均處理，算出包絡(luò)線波形，并且讀取包絡(luò)線波形的振幅 成為閾值Tb以上的位置。對B回波的傳播路程進(jìn)行計(jì)算時(shí)的閾值Tb優(yōu)選盡可能地小，因 此預(yù)先對沒有缺陷的鋼材進(jìn)行探傷，并且該探傷波形的噪聲等級(jí)的最大值設(shè)定為+〇. 5dB。 在對黑皮面的形狀輪廓實(shí)施的平滑濾波處理中，進(jìn)行10點(diǎn)的移動(dòng)平均處理，并實(shí)施了平滑 化處理。圖8表示基于本實(shí)施例的對黑皮面正下方的缺陷（深度方向0. 1mm?2. 0mm)進(jìn) 行探傷而獲得的二維圖像（C視界像以及B視界像）。通過本實(shí)施例，能夠檢測處在以往通 過超聲波探傷法難以檢測的深度0. 1mm的<|> 0. 8mm左右的氣泡缺陷。據(jù)此，根據(jù)本實(shí)施例， 確認(rèn)了能夠?qū)哂邪纪沟谋韺硬康娜毕莞呔鹊剡M(jìn)行探傷。
[0063][實(shí)施例2]
[0064] 在實(shí)施例1中，作為超聲波探頭使用了頻率5MHz、振子直徑912. 8mm、焦距60mm 的單一探測器。然而，在作為超聲波探頭而使用單一探測器的情況下，因來自鋼材表面的反 射波的影響而產(chǎn)生盲區(qū)，因此無法對超聲波信號(hào)入射的鋼材表面下3_左右的范圍內(nèi)進(jìn)行 探傷。因此，在本實(shí)施例中，使用圖9A、圖9B所示的超聲波探頭進(jìn)行超聲波探傷。
[0065] 圖9A、圖9B分別是表示超聲波探頭的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖以及俯視圖。如圖9A、圖9B 所示，在本實(shí)施例中使用的超聲波探頭具備壓電型振子51以及壓電型振子52,壓電型振子 51與壓電型振子52配置為隔著聲音隔離板53對置。
[0066] 壓電型振子51、52具有能夠呈線會(huì)聚狀對超聲波信號(hào)進(jìn)行收發(fā)的形狀。具體而 言，在壓電型振子51、52的形狀為長方形形狀的情況下，如圖10所示，壓電型振子51、52以 超聲波信號(hào)在長邊LS側(cè)會(huì)聚的方式施加曲率、并且以超聲波信號(hào)在短邊SS側(cè)擴(kuò)散的方式 保持平坦的狀態(tài)而形成。此外，也可通過以能夠呈線會(huì)聚狀對超聲波信號(hào)進(jìn)行收發(fā)的方式 對平坦的壓電型振子安裝聲學(xué)透鏡從而形成壓電型振子51、52。
[0067] 在本實(shí)施方式中，壓電型振子51以聲耦合方法為水浸法，即經(jīng)由水發(fā)送線會(huì)聚狀 的超聲波信號(hào)UB。壓電型振子52具有線會(huì)聚狀的接收信號(hào)視場RS，接收伴隨著壓電型振 子51發(fā)送的超聲波信號(hào)UB而產(chǎn)生的回波信號(hào)。另外，壓電型振子51、52形成為：各自發(fā)送 或者接收的信號(hào)在相對于壓電型振子51與壓電型振子52對置的面垂直以及平行的方向上 擴(kuò)散以及會(huì)聚。
[0068] 另外，壓電型振子51與壓電型振子52配置成：通過對中心軸相對于鋼材表面S1 的法線的角度9 1、（p2進(jìn)行調(diào)整，由此使壓電型振子51發(fā)送的超聲波信號(hào)UB的中心軸L1 與接收信號(hào)視場RS的中心軸L2的交叉位置P位于鋼材中的規(guī)定的深度范圍Dc內(nèi)。另外， 壓電型振子51與壓電型振子52配置為：鋼中的焦點(diǎn)深度F位于鋼材中的規(guī)定的深度范圍 Dc內(nèi)。
[0069] 根據(jù)具有上述的結(jié)構(gòu)的超聲波探頭，壓電型振子51與壓電型振子52朝向與正反 射方向不同的方向。因此，從壓電型振子51發(fā)出并在鋼材的表面反射的信號(hào)難以被壓電型 振子52接收，從而表面反射波（S回波）的振幅變小。并且，聲音隔離板53遮擋在鋼材的 表面反射并漏入壓電型振子52的散射波，因此表面反射波的振幅進(jìn)一步縮小，從而能夠無 限地減少盲區(qū)。
[0070] 此外，用于厚板的探傷等的對半分割型探頭乍一看具有與在本實(shí)施例中使用的超 聲波探頭相同的結(jié)構(gòu)。然而，在對半分割型探頭中，使楔形塊為樹脂系材料、使聲耦合法為 水薄膜法（間隙法）。因此，若對半分割型探頭與鋼材之間的間隙（距離）朝稍微打開的方 向變動(dòng)，則在楔形塊底面部分與鋼材表面之間引起多重反射，從而產(chǎn)生噪聲。與此相對，在 本實(shí)施例中使用的超聲波探頭中，不使用楔形塊，因此不產(chǎn)生伴隨著距離變動(dòng)的噪聲。
[0071] 另外，在以往的技術(shù)中，為了使S回波的盲區(qū)區(qū)域縮窄而將超聲波信號(hào)高頻化，并 且，為了能夠以S/N比良好地接收來自缺陷的反射波而使超聲波信號(hào)會(huì)聚。然而，在將超聲 波信號(hào)高頻化，并且使其會(huì)聚的情況下，能夠探傷的鋼材的深度范圍變窄。與此相對，在本 實(shí)施例中使用的超聲波探頭配置為線會(huì)聚狀的超聲波信號(hào)擴(kuò)散的一側(cè)相對于鋼材的深度 方向交叉，因此能夠接收來自存在于交叉范圍、即圖9A所示的測定深度范圍Dc內(nèi)的缺陷的 反射波。由此，即使不將超聲波信號(hào)高頻化也使盲區(qū)區(qū)域縮窄，并且能夠?qū)︿摬妮^寬的深度 范圍進(jìn)行探傷。
[0072] 以上，雖對應(yīng)用由本發(fā)明的
【發(fā)明者】們完成的發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā) 明不被本實(shí)施方式的表示本發(fā)明的公開的一部分的敘述以及附圖限定。即，基于本實(shí)施方 式由本領(lǐng)域技術(shù)人員等完成的其他的實(shí)施方式、實(shí)施例以及運(yùn)用技術(shù)等全部包含于本發(fā)明 的范圍內(nèi)。
[0073] 工業(yè)上的利用可能性
[0074] 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種對具有凹凸的表層部的缺陷高精度地進(jìn)行探傷的鋼材 的品質(zhì)評價(jià)方法以及品質(zhì)評價(jià)裝置。
[0075] 符號(hào)說明
[0076] 1…鋼材；10、100…超聲波探傷儀；11…探傷儀控制部；12-A/D轉(zhuǎn)換部；13…波形 存儲(chǔ)器；14…黑皮面形狀輪廓計(jì)算部；15…缺陷指示圖像化部；16…缺陷指示輸出部；51、 52…壓電型振子；53…聲音隔離板；D…缺陷；S1…黑皮面；S2…掃描面。
【權(quán)利要求】
1. 一種鋼材的品質(zhì)評價(jià)方法，其特征在于，包括： 朝向與包含表層部的鋼材的表面對置的面掃描超聲波信號(hào)，并接收伴隨著該超聲波信 號(hào)的掃描而產(chǎn)生的來自鋼材的回波信號(hào)的步驟； 使用所述回波信號(hào)的波形數(shù)據(jù)計(jì)算來自所述表面的回波信號(hào)的傳播路程，并根據(jù)計(jì)算 出的傳播路程計(jì)算超聲波信號(hào)的掃描方向上的所述表面的形狀輪廓的步驟；以及 基于所述表面的形狀輪廓將由鋼材內(nèi)的缺陷產(chǎn)生的回波信號(hào)的檢測范圍設(shè)定為探傷 選通范圍，生成并輸出將所設(shè)定的探傷選通范圍內(nèi)的回波信號(hào)的最大值繪圖而得的缺陷指 示圖像的步驟。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼材的品質(zhì)評價(jià)方法，其特征在于， 計(jì)算所述形狀輪廓的步驟包括下述步驟： 計(jì)算相對于來自所述表面的回波信號(hào)的波形的包絡(luò)線波形，根據(jù)該包絡(luò)線波形計(jì)算所 述傳播路程，對超聲波信號(hào)的掃描方向的傳播路程的輪廓實(shí)施平滑化處理，由此計(jì)算超聲 波信號(hào)的掃描方向的所述表面的形狀輪廓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼材的品質(zhì)評價(jià)方法，其特征在于， 所述平滑化處理是使用了移動(dòng)平均處理的平滑化處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的鋼材的品質(zhì)評價(jià)方法，其特征在于， 使用探傷單元來進(jìn)行接收所述回波信號(hào)的步驟，其中 所述探傷機(jī)構(gòu)具備經(jīng)由水發(fā)送線會(huì)聚狀的超聲波信號(hào)的第一壓電型振子以及具有線 會(huì)聚狀的接收信號(hào)視場并接收所述回波信號(hào)的第二壓電型振子，第一壓電型振子與第二壓 電型振子以第一壓電型振子發(fā)送的超聲波信號(hào)與所述接收信號(hào)視場的中心軸的交叉位置 位于鋼材中的規(guī)定的深度范圍內(nèi)的方式隔著聲音隔離板對置配置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼材的品質(zhì)評價(jià)方法，其特征在于， 所述第一壓電型振子以及第二壓電型振子配置為：發(fā)送或者接收的信號(hào)分別在相對于 第一壓電型振子與第二壓電型振子對置的面垂直以及平行的方向上擴(kuò)散以及會(huì)聚。
6. -種鋼材的品質(zhì)評價(jià)裝置，其特征在于，具備： 探傷單兀，其朝向與包含表層部的鋼材的表面對置的面掃描超聲波信號(hào)，并接收伴隨 著該超聲波信號(hào)的掃描而產(chǎn)生的來自鋼材的回波信號(hào)； 計(jì)算單元，其使用所述回波信號(hào)的波形數(shù)據(jù)計(jì)算來自所述表面的回波信號(hào)的傳播路 程，并根據(jù)計(jì)算出的傳播路程計(jì)算超聲波信號(hào)的掃描方向上的所述表面的形狀輪廓；以及 圖像生成單元，其基于所述表面的形狀輪廓將由鋼材內(nèi)的缺陷產(chǎn)生的回波信號(hào)的檢測 范圍設(shè)定為探傷選通范圍，生成并輸出對所設(shè)定的探傷選通范圍內(nèi)的回波信號(hào)的最大值進(jìn) 行繪圖而得的缺陷指示圖像。
【文檔編號(hào)】G01N29/04GK104412106SQ201380033845
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月3日
【發(fā)明者】松井穰, 吉田裕美, 松井章敏 申請人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社