JPS58204350A - 金属物体表面探傷方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属物体表面探傷方法に係り、特に、連続特
進スラブ等の走行中の高温鋼材の表面欠陥をオンライン
で検出する際に用いるのに好適な、走１１中の被検体の
表面に外部から光を照射し、被検体表面による反射光を
受光して、被検体の表面欠陥を検出するようにした金属
物体表面探傷方法の改良に関する。

搬送ラインを走行中の被検体の表面に外部から光を照射
し、被検体表面による反射光を受光して、被検体の表面
欠陥を検出するようにした光学的表面探傷方法が知られ
ている。この光学的表面探傷り法は、例えば第１図に示
す如く、被検体１０の走４ｊライン上方の、被検体直上
方向に配置した投光器１２から被検体１０表面に扇状の
外部光或いは飛点走査される外部光を照射し、同じく被
検体走行ラインの被検体重、［方向に配置した受光器１
４により受光される反射光の諸物連鎖の変化（光量変化
又は回折パターン等）から、被検体１０の表面欠陥を検
出するものである。例えば、前記投光器１２としてレー
ザ光源を用いた場合には、スポット状の光点を飛点走査
方式で被検体１０の幅方向に走査し、被検体１０からの
反射光を光電子増倍ｔＲヤシリコンフオトセル等からな
る受光器１４で受光して、各点の光量変化から、欠陥部
の幅方向位置を検出する。又、前記投光器１２として白
色光の棒状光源を用いた場合には、被検体１０からの反
射光を、−次元イメージセンサからなる受光器１４で飛
点走査方式により一点く一画素）ずつ順に受光する。

このような光学的赤面探傷方法によれば、走行中の被検
体１０の表面欠陥を非接触でオンライン測定できるとい
う特徴を有するが、従来は、雑音信号を欠陥信号と誤認
し、娯検出の頻度が高く、実用上の障害となっていた。

又、被検体１０として、例えば冷間圧延鋼板等の常温被
検体が主たる対象とされており、連続鋳造スラブ等のよ
うな＾温材の表面探傷にそのまま用いることは、耐熱性
等の点で問題があった。更に、回転ミラ一部等、複雑な
機構を有し、装置全体の耐熱対策及び調整が非帛にＩ！
！雑であった。

本発明は、前記従来の欠点を解消するべくなされたもの
で、走行中の被検体の表面欠陥を、高（ＸＳＮ比でＭｌ
良く検出することができ、しかも、投光器や受光器の耐
熱対策が容易な金属物体表面探傷り法を提供することを
目的とする。

本発明は、走行中の被検体の表面に外部から光を照射し
、被検体表面による反射光を受光して、被＠体の表面欠
陥を検出するようにした金属物体表面像一方法において
、被検体走行ライン側方の、被検体走行方向と直交する
斜め方向に配置した投光器から、被検体表面の法線と照
射光入射方向とのなす角度が１５度〜５５度となるよう
に被検体表面に外部光を照射し、被検体走行ラインの投
光器と同−側或いは反対側の側方に配置した散乱反射光
受光器により受光される、照射光入射方向或いは正反射
方向となす角度が２０度以内の散乱反射光の変化と、被
検体走行ラインの投光器と反対側の側方に配置した正反
射光受光器により受光される正反射光の変化から、被検
体の表面欠陥を検出するようにして、前記目的を達成し
たものである。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明は、前出第１図に示したような、投光器１２によ
り走行中の被検体１０の表面に外部から光を照射し、被
検体１０の表向による反射光を受光器１４により受光し
て、被検体１０の表面欠陥を検出するようにした表面探
傷方法において、発明者等が、投光１１２による照射光
入射方向と、受光器１４による反射光受光方向とを種々
変えて最適な位置関係について実験した結果に基づいて
なされたものである。

即ち、投光器１２を、被検体走行ライン側方の、被検体
走行方向と、直交する斜め方向に配冒し、被検体表面の
法線と照射光入射方向とのなす角度θ１を変化させて、
被検体走行ラインの投光器１２と同一側の側方に配置し
た受光器１４により、照射光入射方向となす角度θ２が
１０度の散乱反射光を受光し、これから被検体１０の表
面欠陥を検出したところ、欠陥（主として縦割れ）信号
のＳ　、−′Ｎ比は、第２図に示す如くとなった。図か
ら明らかな如く、角度θ１が１５度〜５５ｙ１の範囲内
にある場合には、欠陥信号のＳ／Ｎ比が、実用上欠陥信
号を弁別し得る水準であるＳ／Ｎ比２．０以上となり、
１１度の高い欠陥検出が可能である。

又、投光！１１２による照射光入射方向と被検体表面の
法線とのなす角度θ１を４５度に固定して、餉紀受光１
１４による散乱反射光受光方向と前記投光！１１２によ
る照射光入射方向とのなす角度θ２を変化させ、散乱反
射光から検出される欠陥信号のＳ／Ｎ比の変化状態を調
べたところ、第３図に示すような結果が得られた。図か
ら明らかな如く、角度θ２が±２０度以内であれば、欠
陥信号のＳ／Ｎ比は２．０以上であり、精度の＾い欠陥
検出が可能である。

更に、投光器１２を、同じく被検体走行ライン側方の、
被検体走行方向と直交する斜め方向に配置し、被検体表
面の法線と照射光入射方向とのな１ｐ１度θ１を変化さ
せて、被検体走行ラインの投光器１２と反対側の側方の
、被検体表面の法線と反射光受光方向とのなす角度が前
記角度θ１と等しい正反射光受光位置に配置した受光器
１４により正反射光を受光し、これから被検体１ｏの表
面欠陥を検出したところ、欠陥信号のＳ　ｙ’　Ｎ比は
、第４図に示す如くとなった。図から明らかな如く、正
反射光から求めた欠陥信号に関しても、前記の散乱反射
光から求めた欠陥信号と同様に、角度θ１が１５度〜５
５度の範囲内であれば、Ｓ　／　Ｎ比２．０以上となり
、精度の高い欠陥検出が可能である。

又、投光器１２による照射光入射方向を、ライン側方の
斜め方向とした場合には、第５図（Ａ）に示す如く、縦
割れ１０ａの肩部がらの正反射光に近い反射光が強調さ
れて散乱反射光となり、又、縦割れ１０ａによる正反射
光の減資率も強調されるので、このように、投光器１．
、・２をライン側方の斜め上方に置く方法は、特に走、
行方向と平行な縦割れの検出に対して有効である。又、
被検体１゜からの垂１距離が小さい状態でも、耐熱対策
が容躬である。更に、投光器と反射点の踊離を大きくと
る必要がなく、現場に多い埃の影響に拘わらず、十分な
光が反射点に到達する。

尚、前記角度θ看をあまり小さくすると、投光視野の遠
近感が強請され、焦点合せ及び信号処理り際のアドレス
付けに支障をもたらすことがある。

−ｈ、角度θ１が大であるほど、被検体１０の上上動の
影響は受けにくくなるものの、被検体１０の上面に近く
なるので、特に高温材の耐熱の面では不和となる。又、
被検体１０の下面を反転せずに検査する場合には投光器
１２を配設するためのピットの深さを大きくＴる必要も
生じる。従って、上述の如き、１５度〜５５１！［の範
囲内が好ましく、特に、実用上は、２０度〜５０度の範
囲がより有効である。

更に、被検体１０の上面に、第５図（Ａ＞に示づ如く、
縦割れ１０．８とスケール１１等の疑似欠陥信号発生源
が存在した場合、散乱反射光受光器によって受光される
受光信号は、第５図（Ｂ）に示す如くとなるのに対し、
正反射光受光器によつ（受光される信＠は、第５図（Ｃ
）に示す如くとなるので、両者の出力信号を比較するこ
とによって、スケール等の疑似欠陥信号発生源に影響さ
れない、精度の良い表面欠陥の検出が可能である。

第５図（Ｂ）、（Ｃ）において、ビークＡは疑似欠陥信
号、ビークＢは欠陥信号である。

本発明は、−Ｆ記のような知見に基いてなされたもので
ある。

以下図面を参照して、本発明に係る金属物体表面探傷方
法が採用された連続鋳造スラブの表面探傷装置の実施例
を詳細に説明する。

本実施例は、第６図に示す如く、連続鋳造スラブ２０の
走行ライン側方のスラブ走行方向と直交する斜め方向に
配置された連続鋳造スラブ２０表面の法線と照射光入射
方向とのなす角度θ１が、１５度〜５５１１となるよう
に連続鋳造スラブ２゜の表面に外部光を照射するレーザ
光１２２と、該レーザ光源２２により発振されたレーザ
光２２ａを、連続鋳造スラブ２０上の必！視野幅まで帯
状に広げるためのシリンドリカルレンズ２４と、スラブ
走行ラインの前記レーザ光源２２と同一側の側りに配置
された、照射光入射方向となす角度θ２が２０［１以内
の散乱反射光を受光するための散乱反射光受光カメラ２
６と、スラブ走行ラインのレーザ光源２２と反対側の側
方の、連続鋳造スラブ２０表面の法線と反射光受光方向
とのなす角度が前記角度θ１と等しい正反射光受光位置
に配−された、正反射光を受光するための正反射光受光
カメラ２８と、前記散乱反射光受光カメラ２６出力の散
乱反射光信号を処理するための散乱反射光信号５１！ｌ
理回路３０と、前記正反射光受光カメラ２８出力の正反
射光信号を処理するための正反射光信号処理回路３２と
、前記散乱反射光信号処理回路３０と正反射光信号処理
回路３２の出力を比較して、スケール等による疑似欠陥
信号が除去された欠陥信号のみを出りする比較回路３４
とから構成されている。第６図において、３６．３８は
、それぞれ散乱反射光受光カメラ２６及び正反射光受光
カメラ２８の受光部に配設された、レーザ光線２２から
照射されたレーザ光２２ａの使用波長域のみを通過させ
ることによって、連続鋳造スラブ２０の自発光エネルギ
の影響を除去し、検出精度を高めるための干渉フィルタ
である。

前記レーザ光ａｉ２２としては、例えば出力５ｗのアル
ゴンレーザを用いることができる。一般に、高温物体を
被検体とした場合、被検体の自発光エネルギは、赤外及
び可視の長波長側に強い１ネルギ成分を持つので、反射
光を受光して欠陥信号を得る場合には、なるべく自発光
成分の少ない短波長の光を投射した方が有利である。ア
ルゴンレーザは、最強出力の波長成分が５００１１−近
傍の波長を持つので、連続鋳造スラブのような高温鋼材
の自発光成分の比較的弱い波長域に該当し、且つ、この
種のレーザは、連続して比較的強い出力が得られるので
、表面探傷の光源としては有効である。

前記散乱反射光受光カメラ２６及び正反射光受光カメラ
２８としては、例えば電荷結合デバイスを用いた電子走
査型イメージセンサが焦点面に配設されたものを用いる
ことができる。各受光カメラのレンズは、被検体−受光
カメラ間距離、帯状投光面の幅等により、最適な口径に
選定されている。今、２０４８＠子のセンサを用いて視
野幅１−を検査する場合、その幾何学的分解能は約Ｑ、
５ｍ−となる。

前記レーザ光源２２、シリンドリカルレンズ２４等を含
む投光装置、前記散乱反射光受光カメラ２６、干渉フィ
ルタ３６等を含む散乱反射光受光装置、前記正反射光受
光カメラ２８、干渉フィルタ３８等を含む正反射光受光
装置は、いずれも、連続鋳造スラブ２０の斜め方向に十
分大きい距−を保って配置され、且つ、長時間連続使用
可能なように、気体或いは液体による耐熱対策が施され
ている。

以下作用を説明する。

表面濃度５００℃以上の連続鋳造スラブ２０は、製造ラ
インを矢印Ｃの方向にほぼ一定の速度で走行しており、
少なくとも被検面が平坦とみなし得る状態となっている
。レーザ光源２２から発振されたレーザ光２２ａは、シ
リンドリカルレンズ２４により帯状に連続鋳造スラブ２
０上に投光される。連続鋳造スラブ２０の被検面によっ
て反射されたレーザ光は、散乱反射光受光カメラ２６及
び正反射光受光カメラ２８に入射し、帯状光の像が、各
受光カメラ２６．２８の焦点面に一次元情報として入力
され、各信号処理回路３０，３２で欠陥信号化された後
、比較回路３４で、各欠陥信号の被検体幅方向アドレス
も考謙して、疑似欠陥信号が除去され、真正の欠陥信号
のみが出力される。

本実施例においては、投光器として、レーザ光源２２を
用いているので、レーザ光源２２及びシリンドリカルレ
ンズ２４の部分と、＾温、材である連続鋳造スラブ２０
とのパスラインの距離、及び、連続鋳造スラブ２０と各
受光カメラ２６．２８とのパスラインの距離を大きくと
ることが可能であり、耐熱対策上一層有利である。即ち
、レーザ光は、強い指向性を持っており、そのビームが
非常に小さく、エネルギ密度が極めて＾いため、距離に
対する減衰がほとんど無く、シリンドリカルレンズ２４
で横に広げても、十分に＾いエネルギ密度が得られる。

又、レーザ光の特性として、その波長成分が単一である
ので、本実施例のように、使用するレーザに適した干渉
フィルタ３６．３８を、各受光カメラ２６．２８のレン
ズ前面に取付けることによって、レーザ光のみを極めて
選択的に受光することが可能であり、自発光１ネルギの
影響を効果的に除去することが容易である。尚、投光器
の種類は、これに限定されず、例えば、白色光を投射す
る水銀灯を用いることも可能である。

又、本実施例においては、レーザ光源２２からの光を、
連続鋳造スラブ２０の表面に帯状に投光し、その反射光
を、電子走査型のイメージセンサで受光し−（出力信号
を得るようにしているので、信号取出し走査を、従来の
機械的走査より格段に＾透化できる。従って、被検体の
走行速度が１０００１、／分収上の場合でも、応答する
ことが可能である。又、光電子増倍管やシリコンフォト
セル、増幅器等で受光器を構成した場合に比べて、受光
器が小型ｒあり、耐湿、耐熱、耐酸等の遮蔽対策が行い
やりい。更に、探傷装置全体として、回転部分がないの
で、保守も容易である。

尚、前記実施例においては、散乱反射光受光カメラ２６
が、スラブ走行ラインのレーザ光源２２と同一側の側方
に配Ｉｆされ、該受光カメラ２６により、照射光入射す
向と′なす角度が２０Ｉｔ以内の散乱反射光を受光づる
ようにされていたが、散乱反射光を受光する１５法は、
これに限定されず、散乱反射光受光カメラ２６を、スラ
ブ走行ラインのレーザ光ｍ２２と反２→側の側ｈ、即ら
、正反射光受光カメラ２８と同一側の側方に配置して、
前記受光カメラ２６により、正反射方向となす角度が２
０度以内の散乱反射光を受光づることも司能である。

前記実施例においては、本発明が、高温材である連続鋳
造スラブの探傷に適用されていたが、本発明の適用範囲
はこれに限定されず、より＾速で走行する仕上圧延機出
側の熱延鋼帯のオンライン探傷、酸洗ラインのオンライ
ン探傷、冷延綱帯、鋼板のオンライン探傷等にも同様に
適用できることは明らかである。

以↓説明した通り、本発明によれば、連続鋳造スノ１等
の走ｔｌ中の被検体の表面欠陥を、高いＳＮ比（゛軸度
良く検出づることがてき、しかも、投光器ヤノ受光器の
耐熱対策も容易Ｃ゛ある。又、スケール等の疑似欠陥の
彰會を受０ることがない等の優れた効果を有づる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の表面探傷方法が行われている状態を示
４斜視図、第２図は、本発明の原理を示す、ｉ１！検体
表面の法線と照射光入射方向とのなす角度と、散乱反射
光の変化から検出した欠陥信号のＳ・Ｎ比との関係の一
例を示ｆ線図、第３図は、同じく照射光入射方向と散乱
反射光受光方向とのなす角度と、散乱反射光の変化から
検出した欠陥信号のＳ、′Ｎ比との関係の一例を示す線
図、第４図は、同じく、被検体表面の法線と照射光入射
方向とのなす角度と、正反射光の変化から検出した欠陥
１６月のＳ　、／　Ｎ比との関係の一例を示す線図、Ｗ
４ｂ図（Ａ）は、同じく縦刷れとスケールを有する被検
体の表面に斜め方向かう照射光を大剣している状態を示
す断面図、第５図（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ、同じく
散乱反射光及び正反射光の変化状態を示す線図、第６図
は、本発明に係る金属物体表面探傷方法が採用された連
続鋳造スラブの表面探傷装菅の実施例の構成を示す、一
部ブロック線図を含む斜視図である。 １０・・・被検体、　　　１０ａ・・・縦割れ、１１・
・・スケール、　　１２・・・投光器、１４・・・受光
器、　　　２０・・・連続鋳造スラブ、２２・・・レー
ザ光源、２４・・・シリンドリカルレンズ、２６・・・
散乱反射光受光カメラ、 ２８・・・正反射光受光カメラ、 ３０・・・散乱反射光信目処Ｎ回路、 ３２・・・正反射光信号処理回路、３４・・・比較回路
、３６．３８・・・干渉フィルタ。 代理人　　高　矢　　論 （ほか１名） 第１図 第２図 −片度θＣ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 〈１）走行中の被検体の表向に外部／Ｊｌら光を熊躬し
   、被検体表面による反射光を受光して、被検体の表面欠
   陥を検出づるようにした金属物体表面探傷り法において
   、被検体走行ライン側方の、被検体走行ラインと直交づ
   る斜め方向に配置した投光器から、被検体表面の払線と
   照射光入射方向とのなづ角度が１５度〜５５度となるよ
   うに被検体表面に外部光を照射し、被検体走行ラインの
   投光器と同−側或いは反対側の側方に配置した散乱反射
   光受光器により受光される、照射光入射方向或いは止反
   側方向とな寸角度が２０度以内の散乱反射光の変化と、
   被検体走行ラインの投光器と反対側の側りに配置した正
   反射光受光器により受光される正反射光の変化から、被
   検体の表面欠陥を検出するようにしたことを特徴とする
   金属物体表面探傷り沫。