JP7421072B2

JP7421072B2 - 鋼材表層検査装置

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Publication number: JP7421072B2
Application number: JP2019228499A
Authority: JP
Inventors: 充宮本; 裕久山田; 龍司山本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2024-01-24
Anticipated expiration: 2039-12-18
Also published as: JP2021096187A

Description

本発明は、鋼材の表層に形成された表層硬度変化部を検出して鋼材の表層を検査する鋼材表層検査装置に関する。

従来から、鋼材の表面疵や、内部の構造欠陥などを検出するために非接触式の検査手法が用いられている。例えば、壁面の欠陥を検査する方法として、過流探傷装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、パイプラインの検査手法として超音波探傷法を用いた検査が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

ところで、近年硫化水素環境下に晒される鋼材では、硫化物腐食割れ（ＳＳＣ：Sulfide Stress Cracking）が問題となっている。ＳＳＣは、硫化水素などの硫化物にさらされる鋼材の表層において、予め定められた硬度の上限値よりも硬度の高い表層硬化部が起点となって発生することが明らかとなっている。また、鋼材の強度が不足すると、鋼材の表層においては予め定められた硬度の下限値よりも硬度の低い表層軟化部が起点となって鋼材の破断が発生してしまう場合がある。以下、表層硬化部および表層軟化部を総称して表層硬度変化部という。

特開２０１０－２５８０１号公報特開２００６－１１２５２５号公報

このような鋼材の表層の検査方法としては、上記のとおり特許文献１、２などの非接触の検出方式を用いて間接的に表層硬度変化部を検出し鋼材の表層を検査する方法を用いることができる。しかしながら、特許文献１、２のいずれにおいても、欠陥を検出するためのプローブを走査するためには、プローブを走査させる車輪を鋼材の表面で走行させる必要がある。このため、プローブを走査して表層硬度変化部を検出できる範囲は、車輪が鋼材の縁部を走行したときにプローブで鋼材の表面を検査できるところまでに限定されてしまう。したがって、鋼材の縁部近傍は、プローブによって表層硬度変化部を検出することができない不感帯となってしまう問題があった。この不感帯における表層硬度変化部を検出するためには、例えば接触式の検査方法などで別途検査を行う必要があり、検査にかかる工数が増大してしまうため、できる限り不感帯の面積を小さくすることが望まれていた。

そこで、この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、非接触方式で表層硬度変化部の検出を行うことができない不感帯となる範囲を抑制し、効率的に表層硬度変化部を検出することが可能な鋼材表層検査装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明の一態様に係る鋼材表層検査装置は、鋼材の表面上を第一方向に走行可能な複数の第一走行輪が設けられた支持部と、前記支持部に支持され、前記鋼材の表面に沿って走査されることで、前記鋼材の表層の硬度が予め定められた上限値を超える表層硬化部または前記鋼材の表層の硬度が予め定められた下限値を超える表層軟化部のいずれか一方である表層硬度変化部を検出するプローブとを備え、前記第一走行輪は、前記検査対象面に沿い前記第一方向に直交する第二方向の両端の前記プローブの検査可能範囲の前記第二方向最も外側の点を前記第一方向に沿って通過する仮想境界線よりも所定距離だけ外側に配置された測定限界線よりも内側に配置されている。
この構成によれば、支持部に設けられた第一走行輪によって鋼材の表面を第一方向に走行することで、支持部に支持されたプローブを鋼材の表面に沿って第一方向に走査することができる。ここで、第一走行輪が、検査対象面に沿い前記第一方向に直交する第二方向の両端のプローブの検査可能範囲の第二方向最も外側の点を第一方向に通過する仮想境界線よりも所定距離外側に配置された測定限界線よりも内側に配置されている。このため、第一走行論で鋼材の縁部付近を走行したとしても、プローブによって鋼材の縁部形状の影響を受けない範囲で縁部に近い位置まで鋼材の表面を検査し、表層硬度変化部の検出を行うことができる。

また、上記鋼材表層検査装置において、前記第一走行輪は、前記仮想境界線よりも前記第二方向の内側に配置されているものとしても良い。
この構成によれば、第一走行輪が、仮想境界線よりも第二方向内側に配置されているので、平面視してより一層鋼材の縁部に近い位置にプローブを配置することができる。

また、上記鋼材表層検査装置において、前記支持部は、前記プローブを支持するとともに、前記プローブを挟んで前記第一方向の両側にそれぞれ配されて前記鋼材の表面に沿って前記第一方向に走行可能な複数の案内輪が設けられたプローブホルダと、平面視して前記プローブホルダを囲むように枠状に形成され、前記第一走行輪が前記プローブホルダを挟んで前記第一方向の両側にそれぞれに設けられた支持枠部と、前記支持枠部と前記プローブホルダとを連結し、前記プローブ及び前記プローブホルダの重量によって下方に弾性的に変形可能な連結部とを備えるものとしても良い。
この構成によれば、第一走行輪が、プローブホルダを支持する支持枠部に、プローブホルダを挟んで第一方向両側に設けられていることで、プローブホルダを支持した状態で安定的に走行することができる。プローブを支持するプローブホルダは、枠状に形成された支持枠部に囲まれるようにして配され、連結部を介して支持枠部に支持されている。このため、プローブ及びプローブを支持するプローブホルダは、安定的に支持された状態であるとともに、連結部が上下方向に弾性的に変形することで上下方向に変位することが可能である。プローブホルダには第一方向に走行可能な複数の案内輪が設けられている。このため、プローブホルダに支持されたプローブは、第一走行輪によって第一方向に走行する際、案内輪が鋼材の表面上を第一方向に走行しながら、鋼材の表面を走査することができる。上記のとおり連結部は上下方向に弾性的に変形可能であるため、鋼材の表面が傾斜し、湾曲していたとしても、鋼材の表面の状態に応じて連結部が弾性的に変形し、複数の案内輪が鋼材の表面に接触した状態を維持することができる。これにより鋼材の表面に対してプローブを一定の距離保ち、検査精度の変動を抑制することができる。

また、上記鋼材表層検査装置において、前記連結部は、前記第一方向に前記プローブホルダを挟んで両側にそれぞれ配されているものとしても良い。
この構成によれば、プローブホルダは、第一方向にプローブホルダを挟んで両側で連結部によって支持されている。このため、プローブ及びプローブを支持するプローブホルダを安定的に支持するとともに、鋼材の表面に対してより好適に追従させることができる。

また、上記鋼材表層検査装置において、前記連結部は、前記支持枠部の側部に固定された第一端と前記プローブホルダの側部に固定された第二端とを含み弾性的に変形可能な弾性部材と、前記支持枠部及び前記プローブホルダの一方に固定された被規制部と、前記支持枠部及び前記プローブホルダの他方に設けられ、前記被規制部を上下方向に移動可能とするとともに、前記被規制部が上下方向に予め定められた量だけ相対移動した場合に、前記被規制部の上下方向への移動を規制する規制部とを備えるものとしても良い。
この構成によれば、第一端及び第二端がそれぞれ支持枠部及びプローブホルダに固定された弾性部材が弾性的に変形することで、鋼材の表面に対して追従することができる。一方、予め定めた量よりも大きく上下方向にプローブ及びプローブを支持するプローブホルダが移動しようとする場合には被規制部が規制部によって規制され、これにより過度にプローブ及びプローブホルダが上下方向に変位してしまうことを抑制することができる。

また、上記鋼材表層検査装置において、前記第二方向に走行可能な第二走行輪と、前記第二走行輪を前記第一走行輪に対して上下方向に相対移動させて、前記第二走行輪が前記鋼材の表面から離間して前記第一走行輪によって前記第一方向に走行可能な第一の状態と、前記第一走行輪が前記鋼材の表面から離間して前記第二走行輪によって前記第二方向に走行可能な第二の状態とに切り替え可能な切替機構とを備えるものとしても良い。
この構成によれば、第二走行輪が鋼材の表面から離間した第一の状態として第一走行輪によって走行することでプローブを第一方向に走査して鋼材の表面を検査することができる。次に、切替機構によって第一走行輪が鋼材の表面から離間した第二の状態に切り替えて第二走行輪で第二方向に走行することで、プローブによって鋼材の表面を検査した位置から第二方向に位置をずらすことができる。そして、位置をずらした後に、再び第一の状態に切り替えて第一走行輪によって走行することで。先に検査した位置と第二方向に異なる位置で、プローブを第一方向に走査して鋼材の表面を検査することができる。

また、上記鋼材表層検査装置において、前記プローブを、前記第二方向に複数並べて配置して構成された第一のプローブ群と、平面視して前記第一のプローブ群と前記第一方向に位置をずらして、かつ、前記第一方向視して、前記第一のプローブ群と重なるようにして配置され、前記前記プローブを前記第二方向に複数並べて配置して構成された第二のプローブ群とを備え、
前記第一のプローブ群の前記プローブと、前記第二のプローブ群の前記プローブとは、前記第二方向に交互に位置をずらして配置されているものとしても良い。
この構成によれば、第一のプローブ群と第二のプローブ群とは、第一方向視して、重なるようにして配置されつつ、それぞれのプローブの位置が第二方向に交互に位置をずらしている。このため、第一のプローブ群及び第二のプローブ群のそれぞれの複数のプローブの配列ピッチよりも小さいピッチで検査することができ、プローブ同士の磁気的な相互干渉を抑制しつつ検出漏れを抑制することができる。

本発明によれば、非接触方式で表層硬度変化部の検出を行うことができない不感帯となる範囲を抑制し、効率的に表層硬度変化部を検出することができる。

実施形態の鋼材表層検査装置の側面図である。実施形態の鋼材表層検査装置の正面図である。図１及び図２における切断線Ｉ－Ｉで切断した断面図である。実施形態の鋼材表層検査装置のプローブホルダ及び連結部の詳細を示す側面図である。実施形態の鋼材表層検査装置のブロック図である。

以下、本発明に係る実施形態について図１から図５を参照して説明する図１から図５は本実施形態の鋼材表層検査装置を示している。本実施形態の鋼材表層検査装置１は、鋼材１０１の表面のうち検査対象となる検査対象面１０２を検査し、検査対象面１０２を含む表層における表層硬度変化部を検出する装置である。

表層硬度変化部は、表層における他の部分と比較して硬度が所定の範囲を超えて異なる部分である。このような表層硬度変化部は、例えば予め定められた硬度の上限値を超える領域である表層硬化部や、予め定められた硬度の下限値を超える領域である表層軟化部である。鋼材に熱処理を施す際、熱処理設備のトラブルなどによって鋼材を均一に加熱したり冷却したりすることができない場合がある。このような場合、製造された鋼材の結晶組織は不均一となり鋼材の表層の硬度が均一とならず、鋼材の表層の一部に表層硬度変化部が生じてしまう。以下においては、表層硬度変化部の一例として、表層硬化部を検出する装置を例にして説明するが、これに限られず表層軟化部を検出する装置としても良い。

（表層検査装置）
図１から図３に示すように、本実施形態の鋼材表層検査装置１は、鋼材１０１の表面を検査するためのプローブ２と、プローブ２で検出した表層硬化部となる位置にマーキングを行うマーキング部３と、鋼材１０１の検査対象面１０２に沿う第一方向Ｐに検査対象面１０２を走行可能な第一走行輪４と、第一方向Ｐに直交し鋼材１０１の検査対象面１０２に沿う第二方向Ｑに検査対象面１０２を走行可能な第二走行輪５とを備える。また、本実施形態の鋼材表層検査装置１は、プローブ２を支持する支持部１０と、第一走行輪４で走行可能な第一の状態と第二走行輪５で走行可能な第二の状態とに切り替え可能な切替機構５０とを備える。さらに、鋼材表層検査装置１は、プローブ２、マーキング部３及び切替機構５０を制御する制御部８０と、鋼材１０１の検査対象面１０２上での鋼材表層検査装置１の位置を検出するための位置検出手段９０とを備える。
詳細を以下に説明する。

（プローブ）
本実施形態のプローブ２は、渦流探傷試験に用いられるものである。プローブ２は、それぞれ、コイル２ａとコイル２ａが巻かれたコア２ｂとを有している（図５参照）。そして、プローブ２は、当該コイル２ａに交流電力を供給して発生する磁界の変化に基づいて表層硬化部を検出するものである。本実施形態では、鋼材表層検査装置１は、複数のプローブ２からそれぞれ構成される第一のプローブ群２Ａ及び第二のプローブ群２Ｂを備える。第一のプローブ群２Ａは、複数のプローブ２を第二方向Ｑに並べて構成している。同様に第二のプローブ群２Ｂは、複数のプローブ２を第二方向Ｑに並べて構成している。図２及び図３に示すように、第一のプローブ群２Ａと、第二のプローブ群２Ｂとは、第一方向Ｐ視して互いに重なるように配されているとともに、互いのプローブ２が第二方向Ｑに交互に位置をずらして配されている。より具体的には、本実施形態では、第二方向Ｑに所定の配列ピッチで配列された第一のプローブ群２Ａにおけるプローブ２の位置に対して、第二のプローブ群２Ｂにおけるプローブ２は、上記配列ピッチの半分だけ第二方向Ｑに位置をずらすようにして第二方向Ｑに同様の配列ピッチで並べられている。これにより、第一のプローブ群２Ａ及び第二のプローブ群２Ｂの複数のプローブ２は平面視して所謂千鳥状に配置されている。

（支持部）
図１から図３に示すように、支持部１０は、支持フレーム１１と、支持フレーム１１に支持されプローブ２を支持する２つのプローブホルダ３０と、支持フレーム１１とプローブホルダ３０とを連結する連結部４０とを備える。プローブホルダ３０は、第一のプローブ群２Ａ及び第二のプローブ群２Ｂと対応して２つ設けられているプローブホルダ３０には開口部３３が形成されている。各プローブ２は、開口部３３を通して鋼材１０１の検査対象面１０２と直接対向し、鋼材１０１の検査対象面１０２を検査することが可能となっている。ここで、図３に示すように、本実施形態において、各プローブ２の検査可能範囲Ｍは、円形状に規定されている。なお、プローブ２の検査可能範囲Ｍの形状や大きさは、一例であり、各プローブ２の形状、各プローブ２に供給される電流の大きさ・周波数、各プローブ２の被検体である鋼材１０１からの離間距離、鋼材１０１の電磁的性質などによっても異なる。また、隣り合う第一のプローブ群２Ａのプローブ２と、第二のプローブ群２Ｂのプローブ２とは、互いに向き合う側において検査可能範囲Ｍの境界に接し第一方向Ｐに沿って通過する仮想境界線が一致するようにして配置されている。なお、隣り合う第一のプローブ群２Ａのプローブ２と、第二のプローブ群２Ｂのプローブ２とは、第一方向Ｐ視して、検査可能範囲Ｍの一部が重なりあって第二方向Ｑで検査可能範囲を補完し合うようにして配置しても良い。少なくとも、第一のプローブ群２Ａと第二のプローブ群２Ｂとが第一方向Ｐに検査可能範囲Ｍが重ならないように離間し、第一のプローブ群２Ａのプローブ２同士、第二のプローブ群２Ｂのプローブ２同士で、第二方向Ｑに検査可能範囲Ｍが重ならないようにすることで、プローブ２同士の磁気的な干渉を抑制することができる。その一方で、第一のプローブ群２Ａと第二のプローブ群２Ｂとで、上記のとおり互いに向き合う側においてプローブ２の検査可能範囲Ｍの境界に接し第一方向Ｐに沿って通過する仮想境界線が一致し、または、第二方向Ｑでプローブ２の検査可能範囲Ｍが重なるようにすることで第二方向Ｑに漏れのない検査が可能となる。

そして、第一のプローブ群２Ａ及び第二のプローブ群２Ｂとして配列している複数のプローブ２のうち、第二方向Ｑの両端に配置されているプローブ２－１、２－２検査可能範囲Ｍの境界のうち第二方向Ｑに最も外側の点を第一方向Ｐに沿って通過する仮想境界線Ｑ１、Ｑ２によって、第一のプローブ群２Ａ及び第二のプローブ群２Ｂの複数のプローブ２によって測定可能な第二方向Ｑにおける範囲が規定される。なお、仮想境界線Ｑ１、Ｑ２よりも第二方向Ｑ外側に所定距離Ｎだけ離間した位置を通る仮想線を測定限界線Ｑ３、Ｑ４と呼ぶ。第一走行輪４で鋼材１０１の縁部付近を走行した際に、鋼材１０１の縁部が測定限界線Ｑ３、Ｑ４よりも内側に位置すると、鋼材１０１の縁部形状がプローブ２－１、２－２の測定結果に影響を及ぼす。測定限界線Ｑ３、Ｑ４を規定する所定距離Ｎは、各プローブ２の形状、各プローブ２に供給される電流の大きさ・周波数、各プローブ２の被検体である鋼材１０１からの離間距離、鋼材１０１の電磁気的性質などによって規定される。

（支持フレーム）
図１から図３に示すように、支持フレーム１１は、例えば複数の鋼材で構成されている。支持フレーム１１は、プローブホルダ３０を囲むように形成されて第一走行輪４を支持する支持枠部１２と、支持枠部１２の四隅から立ち上がる柱部１５と、柱部１５同士の上端を連結して矩形枠状に形成された上枠部２０とを備える。また、柱部１５の上端には、第一方向Ｐ両側にそれぞれ張り出して操作者が把持可能な把持部２２－１、２２－２が設けられている。第一方向Ｐ正側に走行する場合には第一方向Ｐ負側に設けられた把持部２２－１を用いる。また、第一方向Ｐ負側に走行する場合には第一方向Ｐ正側に設けられた把持部２２－２を用いる。

支持枠部１２は、一対の第一支持部材１２ａと一対の第二支持部材１２ｂとを備え、一対の第一支持部材１２ａと一対の第二支持部材１２ｂとによって平面視して矩形枠状に構成されている。一対の第一支持部材１２ａは、第一方向Ｐに互いに間隔を有して配され、それぞれ第二方向Ｑに延びて柱部１５同士を連結している。一対の第二支持部材１２ｂは、第二方向Ｑに互いに間隔を有して配され、それぞれ第一方向Ｐに延びて柱同士を連結している。本実施形態において、第一走行輪４は、一対のプローブホルダ３０を挟んで第一方向Ｐ両側に設けられるように、一対の第一支持部材１２ａに２つずつ設けられている。第一支持部材１２ａのそれぞれにおいて、２つの第一走行輪４は、第二方向Ｑに並べて配置されており、第一支持部材１２ａの第一方向Ｐを向く中心線に対して対称となる位置に設けられている。各第一走行輪４は、回転軸が第二方向Ｑを向くようにして設けられている。さらに支持枠部１２は、一対の第一支持部材１２ａの間において、第二方向Ｑに延びて一対の第二支持部材１２ｂの中間部分同士を連結する第三支持部材１２ｃを備える。そして、一方の第一支持部材１２ａと一対の第二支持部材１２ｂと第三支持部材１２ｃとで構成された矩形状の枠に囲まれるようにして一方のプローブホルダ３０が配されている。また、他方の第一支持部材１２ａと一対の第二支持部材１２ｂと第三支持部材１２ｃとで構成された矩形状の枠に囲まれるようにして他方のプローブホルダ３０が配されている。ここで、図３に示すように、第一走行輪４は、第一方向視Ｘして、上記測定限界線Ｑ３、Ｑ４よりも内側に配置されている。さらに、第一走行輪４は、第一方向視Ｘして、第二方向Ｑの両端の前記プローブの検査可能範囲Ｍにおける第二方向Ｑに最も外側の点を第一方向Ｐに沿って通過する仮想境界線Ｑ１、Ｑ２よりも内側に配置されているものとしても良い。

（プローブホルダ）
図３に示すように、各プローブホルダ３０には、第一方向Ｐに走行可能な複数の案内輪３５が設けられている。案内輪３５は、第二方向Ｑに向く回転軸によってプローブホルダ３０に回転可能に取り付けられている。案内輪３５は、プローブ２を挟んで第一方向Ｐ両側にそれぞれ配されている。本実施形態では、案内輪３５は、各プローブホルダ３０に３つ設けられている。各プローブホルダ３０において、第一方向Ｐ外側に面する側、すなわち一対のプローブホルダ３０同士が向き合う側と反対側には、プローブホルダ３０の第二方向Ｑ中央となる位置に１つの案内輪３５が設けられている。また、各プローブホルダ３０において、第一方向Ｐ内側に面する側、すなわち一対のプローブホルダ３０が互いに向き合う側には、プローブホルダ３０の第一方向Ｐを向く中心線に対して対称に２つの案内輪３５が設けられている。図１及び図２に示すように、プローブ２は、検査対象面１０２上で案内輪３５によって支持されたプローブホルダ３０に支持されていることで、一定の高さだけ検査対象面１０２から上方に離間して配されている。

（連結部）
図３に示すように、連結部４０は、それぞれプローブホルダ３０を挟んで第一方向Ｐの両側にそれぞれ設けられている。本実施形態では、連結部４０は、各プローブホルダ３０と対応して３つずつ設けられている。各プローブホルダ３０において、第一方向Ｐ外側に面する側、すなわち一対のプローブホルダ３０同士が向き合う側と反対側には、プローブホルダ３０の第一方向Ｐを向く中心線に対して対称に２つの連結部４０が設けられていて、プローブホルダ３０と支持枠部１２の第一支持部材１２ａとを連結している。また、各プローブホルダ３０において、第一方向Ｐ内側に面する側、すなわち一対のプローブホルダ３０が互いに向き合う側には、プローブホルダ３０の第二方向Ｑ中央となる位置に１つ連結部４０が設けられていて、プローブホルダ３０と支持枠部１２の第三支持部材１２ｃとを連結している。すなわち、各プローブホルダ３０について、第一方向Ｐ外側に面する側では、第二方向Ｑ中央に案内輪３５が設けられ、その両側に連結部４０が設けられ、第一方向Ｐ内側に面する側では、第二方向Ｑ中央に連結部４０が設けられ、その両側に案内輪３５が設けられている。

図４に示すように、各連結部４０は、支持枠部１２に固定されていてプローブ２及びプローブホルダ３０の重量に応じて弾性的に変形可能な弾性部材４２を備える。弾性部材４２は、例えばゴムで形成されている。弾性部材４２の第一端は支持枠部１２に固定され、第二端はプローブホルダ３０に固定されている。また、各連結部４０は、支持枠部１２に対するプローブホルダ３０の上下方向の相対移動を規制する被規制部４４ａ及び規制部４４ｂを備える。

被規制部４４ａは、例えば鋼片により形成されている。被規制部４４ａは、プローブホルダ３０の第一方向Ｐ両側に設けられ、プローブホルダ３０から、それぞれ第一支持部材１２ａ及び第三支持部材１２ｃに向かって延びている。規制部４４ｂは、第一支持部材１２ａ及び第三支持部材１２ｃに、各プローブホルダ３０と対応して設けられている。規制部４４ｂは、第一支持部材１２ａ及び第三支持部材１２ｃから、それぞれ各プローブホルダ３０に向かって延びている。また、規制部４４ｂは、例えば鋼片により形成されている。規制部４４ｂは、被規制部４４ａの下方に隙間を有して配されている。このため、当該隙間の分だけプローブホルダ３０は支持枠部１２に対して上下方向に相対移動可能である。一方、当該隙間分だけプローブホルダ３０が支持枠部１２に対して下方に相対移動すると被規制部４４ａが規制部４４ｂに係合して、さらなる下方への相対移動が規制される。

（切替機構）
図１及び図２に示すように、切替機構５０は、支持フレーム１１に固定されたアクチュエータ５１と、第二走行輪５を支持しアクチュエータ５１によって支持フレーム１１に対して上下方向に相対移動可能な移動部５２とを備える。アクチュエータ５１は、支持フレーム１１の柱部１５に取り付けられている。アクチュエータ５１は例えば油圧シリンダで下方に向けてロッドを進退可能である。移動部５２はアクチュエータ５１のロッドに固定されている。移動部５２は例えば鋼材から構成されている。このため、アクチュエータ５１のロッドを進退させることにより、第一走行輪４が設けられた支持フレーム１１に対して第二走行輪５が設けられた移動部５２を上下方向に相対移動させることができる。そして、切替機構５０は、上記のような動作により、第二走行輪５が第一走行輪４よりも上方に位置し検査対象面１０２から離間して第一走行輪４によって第一方向Ｐに走行可能な第一の状態と、第一走行輪４が第二走行輪５よりも上方に位置し検査対象面１０２から離間して第二走行輪５によって前記第二方向Ｑに走行可能な第二の状態とに切り替えることができる。

（マーキング部）
図１及び図３に示すように、マーキング部３は、検査対象面１０２から離間した位置で支持フレーム１１に支持された取付部３ａ－１、３ａ－２と、取付部３ａ－１、３ａ－２にそれぞれ固定されてプローブ２で表層硬化部が検出された位置にマーキングを行うためのマーキング本体３ｂ－１、３ｂ－２とを備える。本実施形態では取付部及びマーキング本体は、第一方向Ｐ正側に走行して測定する時に用いる取付部３ａ－１及びマーキング本体３ｂ－１と、第一方向Ｐ負側に走行して測定する時に用いる取付部３ａ－２及びマーキング本体３ｂ－２と、２組設けられている。第一方向Ｐ正側に走行して測定するときは、第一方向Ｐ負側に設けられているマーキング本体３ｂ－１を用いる。また、第一方向Ｐ負側に走行して測定するときは、第一方向Ｐ正側に設けられているマーキング本体３ｂ－２を用いる。なお、取付部のみ２組備えていて、マーキング本体は、走行する向きに応じて対応する取付部に載せ替えるようにしても良い。各取付部３ａ－１、３ａ－２は、対応する第一のプローブ群２Ａまたは第二のプローブ群２Ｂから離間するようにして支持フレーム１１から第一方向Ｐに片持ち状に延びている。取付部３ａ－１、３ａ－２には、対応するマーキング本体３ｂ－１、３ｂ－２を載置して固定する固定部３ｃを備える。固定部３ｃには、上下方向に貫通する開口部３ｄが形成されている。このため、固定部３ｃに固定されたマーキング本体３ｂ－１、３ｂ－２から開口部３ｄを通して検査対象面１０２にインクを吹き付けてマーキングを行うことが可能となっている。ここで、各マーキング本体３ｂ－１、３ｂ－２は、第一のプローブ群２Ａまたは第二のプローブ群２Ｂの各プローブ２とそれぞれ第二方向Ｑの位置を一致させるようにしてインクを吐出させるノズル３ｅを複数備えている。すなわち、本実施形態では、第一のプローブ群２Ａ及び第二のプローブ群２Ｂで合せて８つのプローブ２を備えるため、各マーキング本体３ｂ－１、３ｂ－２としては、８つのノズル３ｅを備えている。このため、特定のプローブ２で表層硬度変化部が検出された場合には第二方向Ｑの位置が一致している対応したノズル３ｅで検査対象面１０２にインクを吹き付けることで表層硬度変化が検出された位置で検査対象面１０２にマーキングを行うことが可能である。

（位置検出手段）
図１、図３及び図１９に示すように、位置検出手段９０は、検査対象面１０２の有無を検出する第一近接センサ９１及び第二近接センサ９２と、検査対象面１０２に対する位置を検出する第一位置センサ９３及び第二位置センサ９４とを備える。第一近接センサ９１及び第二近接センサ９２は、下方に検査対象面１０２があるか否かを検出する。第一近接センサ９１は、各取付部３ａ－１、３ａ－２の先端側で第二方向Ｑ両側に設けられている。このため、鋼材表層検査装置１を第一方向Ｐに移動させて第一近接センサ９１が鋼材１０１の縁部に到達すると、第一近接センサ９１の検出結果がＯＮからＯＦＦに切り替わることで鋼材１０１の縁部に到達したことを検出することができる。また、第二近接センサ９２は、支持フレーム１１の第二方向Ｑ両側において第一方向Ｐに離間して２つずつ設けられている。このため、鋼材表層検査装置１を第二方向Ｑに移動させて第二近接センサ９２が鋼材１０１の縁部に到達すると、第二近接センサ９２の検出結果がＯＮからＯＦＦに切り替わることで鋼材１０１の縁部に到達したことを検出することができる。

第一位置センサ９３は、鋼材表層検査装置１を第一方向Ｐに移動させた時に検査対象面１０２上における位置を検出しこれにより検査対象面１０２上におけるプローブ２の位置を把握可能とする。第一位置センサ９３は、第三支持部材１２ｃに固定された第一エンコーダ９３ａと、第一エンコーダ９３ａに第二方向Ｑに延びる軸回りに回転可能に取り付けられた検出輪９３ｂとを備える。検出輪９３ｂは、第一のプローブ群２Ａと第二のプローブ群２Ｂとの第一方向Ｐにおける中間位置に設けられている。検出輪９３ｂは、第一走行輪４で走行可能な第一の状態の時に検査対象面１０２に接触し、第一走行輪４とともに検査対象面１０２上で転動可能となっている。このため、第一走行輪４で走行する際に検出輪９３ｂの回転数を第一エンコーダ９３ａで検出することで鋼材表層検査装置１の第一方向Ｐの位置を検出することが可能である。

第二位置センサ９４は、鋼材表層検査装置１を第二方向Ｑに移動させた時に検査対象面１０２上における位置を検出し、これにより検査対象面１０２上におけるプローブ２の位置を把握可能とする。第二位置センサ９４は、第二走行輪５のいずれかの回転軸に接続された第二エンコーダである。このため、第二走行輪５で走行する際に第二走行輪５の回転数を第二エンコーダで検出することで鋼材表層検査装置１の第一方向Ｐの位置を検出することが可能である。

（制御部）
図５は、制御部８０の詳細を示している。図５に示すように、制御部８０は、コイル２ａとコア２ｂを有する各プローブ２のコイル２ａに交流電力を供給する交流電源８１と、各プローブ２のコイル２ａのインピーダンスを検出する検出部８２とを備える。さらに、制御部８０は、検出部８２の結果に基づいて表層硬化部の有無を判定する判定部８３と、マーキング部３を駆動させるマーキング駆動部８４とを備える。複数のプローブ２の各コイル２ａは、交流電源８１と並列接続されており、交流電源８１から供給される交流電流によって磁界を生成可能である。被検体が磁性体であると、プローブ２と対向する検査対象面１０２を含む被検体の表層部分では、交流電流による磁界の変化によって渦電流が発生する。通常、鋼板１０１などの鋼材１０１では、表層部分の状態がほぼ均一であるため、プローブ２のコイル２ａで検出されるインピーダンスはほぼ一定となる。一方、渦電流が発生する範囲に表層硬化部が含まれると、表層硬化部は他の部分と比較して磁気特性、すなわちコイル２ａによって発生する磁界に対する特性が異なることから、発生する渦電流にも変化が生じる。このため、表層硬化部の近傍にプローブ２を配置させると、検出部８２でコイル２ａから検出されるインピーダンスに変化が生じる。判定部８３は、このインピーダンスの変化によって表層硬化部の有無を判定する。判定部８３による判定手法としては、例えば、インピーダンスの検出結果と、予め設定された上限値または下限値との対比によって行われる。当該上限値は、予め被検体の材種ごとに硬度とインピーダンスの相関関係を求め、表層硬化部として判定すべき硬度の値から求められる。判定部８３の判定結果に基づいて、表層硬化部が検出された場合には、検出情報をマーキング駆動部８４に出力する。マーキング駆動部８４は、検出情報が取得されたプローブ２と対応するマーキング本体３ｂ－１、３ｂ－２を駆動する。マーキング本体３ｂ－１、３ｂ－２のいずれを駆動するかは第一方向Ｐの正側及び負側のいずれの向きに進行しているかによって切り替える。ここで、マーキング駆動部８４は、検出情報を取得すると、第一エンコーダ９３ａからの検出結果を取得する。そして、マーキング駆動部８４は、プローブ２とマーキング本体３ｂ－１、３ｂ－２との間隔に応じた回転数だけ検出輪９３ｂが回転したタイミングで対応するマーキング本体３ｂ－１、３ｂ－２を駆動させて鋼板１０１の検査対象面１０２にマーキングを行う。これによりプローブ２で表層硬化部が検出された位置でマーキングを行うことができる。なお、図５においては、図の簡略化のため、交流電源８１及び検出部８２に、第一のプローブ群２Ａのみが接続されているが、第二のプローブ群２Ｂの各プローブ２も接続されている。同様に、マーキング駆動部８４にも第二のプローブ群２Ｂの各プローブ２と対応するマーキング本体３ｂ－１、３ｂ－２も接続されている。また、位置検出手段９０のうち、第一エンコーダ９３ａだけでなく、各位置検出手段９０の構成も制御部８０に接続されている。

本実施形態の鋼材表層検査装置１では、支持部１０に設けられた第一走行輪４によって鋼材１０１の検査対象面１０２を第一方向Ｐに走行することで、支持部１０に支持されたプローブ２を鋼材１０１の検査対象面１０２に沿って第一方向Ｐに走査することができる。ここで、第一走行輪４は、測定限界線Ｑ３、Ｑ４よりも内側に配置されている。このため、第一走行輪４で鋼材１０１の縁部付近を走行したとしても、プローブ２によって鋼材１０１の縁部形状の影響を受けない範囲で縁部に近い位置まで鋼材１０１の検査対象面１０２を検査し、表層硬度変化部の検出を行うことができる。このため、間接的に表層硬度変化部の検出を行うことができない不感帯となる範囲を抑制し、効率的に表層硬度変化部を検出することができる。さらに、第一走行輪４が、第一方向Ｐ視して、第二方向Ｑの両端のプローブ２－１、２－２の検査可能範囲Ｍにおける第二方向両端の境界を第一方向Ｐに沿って通過する仮想境界線Ｑ１、Ｑ２よりも内側に配置されることで、平面視してより一層鋼材１０１の縁部に近い位置にプローブ２を配置することができる。

また、第一走行輪４が、プローブホルダ３０を支持する支持枠部１２に、プローブホルダ３０を挟んで第一方向Ｐ両側に設けられていることで、プローブホルダ３０を支持した状態で安定的に走行することができる。プローブ２を支持するプローブホルダ３０は、枠状に形成された支持枠部１２に囲まれるようにして配され、第一方向Ｐの両側で連結部４０を介して支持枠部１２に支持されている。このため、プローブ２及びプローブ２を支持するプローブホルダ３０は、安定的に支持された状態であるとともに、連結部４０が上下方向に弾性的に変形することで上下方向に変位することが可能である。プローブホルダ３０には第一方向Ｐに走行可能な複数の案内輪３５が設けられている。このため、プローブホルダ３０に支持されたプローブ２は、第一走行輪４によって第一方向Ｐに走行する際、案内輪３５が鋼材１０１の検査対象面１０２上を第一方向Ｐに走行しながら、鋼材１０１の検査対象面１０２を走査することができる。上記のとおり連結部４０は上下方向に弾性的に変形可能であるため、鋼材１０１の検査対象面１０２が傾斜し、湾曲していたとしても、鋼材１０１の検査対象面１０２の状態に応じて連結部４０が弾性的に変形し、複数の案内輪３５が鋼材１０１の検査対象面１０２に接触した状態を維持することができる。これにより鋼材１０１の検査対象面１０２に対してプローブ２を一定の距離保ち、検査精度の変動を抑制することができる。そして、プローブホルダ３０は、第一方向Ｐにプローブホルダ３０を挟んで両側で連結部４０によって支持されている。このため、プローブ２及びプローブ２を支持するプローブホルダ３０を安定的に支持するとともに、鋼材１０１の検査対象面１０２に対してより好適に追従させることができる。

さらに、上記連結部４０では、第一端及び第二端がそれぞれ支持枠部１２及びプローブホルダ３０に固定された弾性部材４２が弾性的に変形することで、鋼材１０１の検査対象面１０２に対して追従することができる。一方、予め定めた量よりも大きく上下方向にプローブ２及びプローブ２を支持するプローブホルダ３０が移動しようとする場合には被規制部が規制部によって規制され、これにより過度にプローブ２及びプローブホルダ３０が上下方向に変位してしまうことを抑制することができる。

また、上記のとおり、切替機構５０により、第一走行輪４によって第一方向Ｐの負側から正側に向かって走行することでプローブ２を第一方向Ｐに走査して鋼材１０１の検査対象面１０２を検査することができるとともに、第二走行輪５で第二方向Ｑの負側から正側に向かって走行することで、プローブ２によって鋼材１０１の検査対象面１０２を検査した位置から第二方向Ｑに位置をずらすことができる。そして、位置をずらした後に、再び第一の状態に切り替えて第一走行輪４によって第一方向Ｐの正側から負側に向かって走行することで、先に検査した位置と第二方向Ｑに異なる位置で、プローブ２を第一方向Ｐに走査して鋼材１０１の検査対象面１０２を検査することができる。

また、第一のプローブ群２Ａと第二のプローブ群２Ｂは、第二方向Ｑ視して第一方向Ｐに離れて配置されている。さらに、第一のプローブ群２Ａのプローブ２同士、第二のプローブ群２Ｂのプローブ２同士のそれぞれは、第一方向Ｐ視して第二方向Ｑに離れて配置されている。そのため、各プローブ２同士の磁気的な相互干渉がなくなり、クロストークノイズが発生しにくくなる。さらに、第一のプローブ群２Ａの各プローブ２と第二のプローブ群２Ｂの各プローブ２とは第二方向に交互に位置をずらして配置されている。そのため、第一方向Ｐ視において、第一のプローブ群２Ａのプローブ２-１の検査可能範囲Ｍの境界から、第二のプローブ群２Ｂのプローブ２-２の検査可能範囲Ｍの境界までの間には、第一のプローブ群２Ａのプローブ２の検査可能範囲Ｍまたは、第二のプローブ群２Ｂのプローブ２の検査可能範囲Ｍのうちいずれかが配置されることになり、検査漏れが生じることがなくなる。なお、本実施形態では、第一のプローブ群２Ａ及び第二のプローブ群２Ｂと２つのプローブ群によって構成するものとしたが、３つ以上のプローブ群で構成しても良い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。すなわち、上記の鋼材表層検査装置１では、プローブ２として渦流探傷試験用のプローブを用いるものとしたがこれに限るものではない。プローブ２として超音波探傷試験用のプローブなどを用いても同様の作用効果を奏する。また、上記の鋼材表層検査装置１では、操作者が把持部２２を把持して操作するものとしたがこれに限るものではなく電動走行とし、さらには自動走行としても良い。

１鋼材表層検査装置
２プローブ
２Ａ第一のプローブ群
２Ｂ第二のプローブ群
４第一走行輪
５第二走行輪
１０支持部
１２支持枠部
３０プローブホルダ
３５案内輪
４０連結部
４２弾性部材
４４ａ被規制部
４４ｂ規制部
５０切替機構
１０１鋼材
１０２検査対象面
Ｍ検査可能範囲
Ｐ第一方向
Ｑ第二方向
Ｑ１、Ｑ２仮想境界線
Ｑ３、Ｑ４測定限界線

Claims

鋼材の表面上を第一方向に走行可能な複数の第一走行輪が設けられた支持部と、
前記支持部に支持され、前記鋼材の表面に沿って走査されることで、前記鋼材の表層の硬度が予め定められた上限値を超える表層硬化部または前記鋼材の表層の硬度が予め定められた下限値を超える表層軟化部のいずれか一方である表層硬度変化部を検出するプローブとを備え、
前記第一走行輪は、前記検査対象面に沿い前記第一方向に直交する第二方向の両端の前記プローブの検査可能範囲の前記第二方向最も外側の点を前記第一方向に沿って通過する仮想境界線よりも所定距離だけ外側に配置された測定限界線よりも内側に配置されている鋼材表層検査装置。
前記第一走行輪は、前記仮想境界線よりも前記第二方向の内側に配置されている請求項１に記載の鋼材表層検査装置。
前記支持部は、
前記プローブを支持するとともに、前記プローブを挟んで前記第一方向の両側にそれぞれ配されて前記鋼材の表面に沿って前記第一方向に走行可能な複数の案内輪が設けられたプローブホルダと、
平面視して前記プローブホルダを囲むように枠状に形成され、前記第一走行輪が前記プローブホルダを挟んで前記第一方向の両側にそれぞれに設けられた支持枠部と、
前記支持枠部と前記プローブホルダとを連結し、前記プローブ及び前記プローブホルダの重量によって下方に弾性的に変形可能な連結部とを備える請求項１または請求項２に記載の鋼材表層検査装置。
前記連結部は、前記第一方向に前記プローブホルダを挟んで両側にそれぞれ配されている請求項３に記載の鋼材表層検査装置。
前記連結部は、前記支持枠部の側部に固定された第一端と前記プローブホルダの側部に固定された第二端とを含み弾性的に変形可能な弾性部材と、
前記支持枠部及び前記プローブホルダの一方に固定された被規制部と、
前記支持枠部及び前記プローブホルダの他方に設けられ、前記被規制部を上下方向に移動可能とするとともに、前記被規制部が上下方向に予め定められた量だけ相対移動した場合に、前記被規制部の上下方向への移動を規制する規制部とを備える請求項３または請求項４に記載の鋼材表層検査装置。
前記第二方向に走行可能な第二走行輪と、
前記第二走行輪を前記第一走行輪に対して上下方向に相対移動させて、前記第二走行輪が前記鋼材の表面から離間して前記第一走行輪によって前記第一方向に走行可能な第一の状態と、前記第一走行輪が前記鋼材の表面から離間して前記第二走行輪によって前記第二方向に走行可能な第二の状態とに切り替え可能な切替機構とを備える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の鋼材表層検査装置。
前記プローブを、前記第二方向に複数並べて配置して構成された第一のプローブ群と、
平面視して前記第一のプローブ群と前記第一方向に位置をずらして、かつ、前記第一方向視して、前記第一のプローブ群と重なるようにして配置され、前記前記プローブを前記第二方向に複数並べて配置して構成された第二のプローブ群とを備え、
前記第一のプローブ群の前記プローブと、前記第二のプローブ群の前記プローブとは、前記第二方向に交互に位置をずらして配置されている請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の鋼材表層検査装置。