JPS6086454A - 熱間表面探傷方法 - 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】 発明の技術分野 この発明は、熱間圧延中の高温子ラブのような走行中の
高温被検体の表面に外部よシ投射元を連続的に当て、こ
の投射光とほぼ等しｂ通過帯域幅をもつ干渉フィルタを
具備する受光系によって投射光の被検体表面からの反射
光を受＞ｆ　Ｌ　、その受光量の変化にょシ、高温被検
体の表面傷を自動的に精度よく検出するための熱間表面
探傷方法に関するものである。

従来技術とその問題点 従来、かかる熱間表面探傷方法としては種々のものが知
られており、第１図および第２図は従来一般に行なわれ
ている熱間表面探傷方法に使用されている表面傷自動検
査装置の一例を示す。

°第１図において、Ｍは被検体で、高温スラブであり、
矢印方向に連続して走行している。１は投射た源で、投
射光２が出射し、スポットサイズ設定光学レンズ８でビ
ームがしぼられた後、回転ミラー４で走査され、非球面
鏡５で反射されて被検体Ｍの表面に投射され、投射の軌
跡は直線６となる。被検体Ｍに商った投射光は反射した
後）大型コンデンサレンズ７で集光された後、ホトマル
チプライヤ８に入射し、ここで光電変換され１増幅器９
で増幅された後、出力される。したがって１被測定物Ｍ
の表面に傷があると、そこから反射するレーザ′＃：、
２の光量は少なくなるから増幅器９の出力が急激に低下
し、パルス出力が現われる。このパルス出力の位置から
被測定物Ｍの表面の傷の位置を検出することができる。

第２図はやは９投射元を用いた他の形式の表面キズ自動
検査装置を例示したものであシ、図中、１〜４は第１図
と同じものである。この例では、回転ミラー鳴で直接、
被検体Ｍ上を投射光２で走査し、その反射光をシリコン
フォトセル１０に入射して光電変換し、その出力を増幅
器９で増幅して出力としている。

第１図の例では為大型コンデンサレンズ７を必要とする
ために、高価になるばかりでなく、非球面鏡５や大型コ
ンデンサレンズ７をできるだけ被検体Ｍに近づける必要
があるために耐熱性に問題がある、などの欠点が指摘さ
れる。第２図の例でも、第１図の例と同様に、高温にさ
らされることによる耐熱性の問題点はそのまま致命的欠
点として残る。

しかしながら、従来から用いられている光反射法による
熱間表面傷・検出方法は、このような機構上の欠点以外
に本質的な、問題点をもっていた。

すなわち、被検体表面からは、その物体の放射率（ε＝
θ〜１．０）および検査時の温度によって定まる電磁波
（自発、５Ｙ、；）が放射される。この自発光成分は波
長に対して連続した分布をもち、温度が高くなる程高い
エネルギーを持ち、被検体表面温。

度が、例えば、５００℃〜１０００℃の場合には、自発
光成分は十分に強い外部元を投射した場合に°も無視で
きない影響を与える。したがって、通常、このような高
温被検体の表面傷を光反射法で検出する場合、自発光成
分の影響が比較的小さい短波長可視光を投射光として選
択するなどの考慮はをされていた。また、投射光のもつ
波長範囲以外の自発光成分をカットするために、光学的
バンドパスフィルタ（干渉フィルタ）を受光レンズ系に
装着する場合が多かった。この理由は、投射光と自発光
の比をできるだけ大きくして、効果的に反射光を受光す
るためである。

また、他の従来技術として、例えば特開昭５８−９２９
８７号公報には、反射光を間欠的に通過させる七゛クタ
ーを受光レンズの前面に設けて受光系への熱線を遮蔽す
るとともに傷信号とノイズ信号との区別を行なって傷検
出率を向上させることが記載されている。この公報に記
載の方法では、セクターにレーザによる投射光のみを通
過させるフィルターと被検体からの放射元のみ通過させ
るフィルターとを設け、レーザ光の被検体からの反射光
と自発光とを交互に受光し、信号波形を比較して傷の検
出を行なっている。この技術によれば、自発元信号と反
射光信号との傷信号の極性を比較することによりノイズ
信号の除去にも効果があるとさ九ている。

このように、傷信号とノイズ信号との区別を行なって傷
検出率を向上させる方法としては、特開昭５５−８００
４１号公報に開示されている技術がある。この方法鉱色
分解法という異なる波長領域の受光信号を比較してノイ
ズを除去し、真の傷信号を弁別するものである。

これらの従来技術は、いずれも波長域の異なる信号を比
較して処理する方法である。

投射光として単一スペクトルの短波長可視レーザ光（た
とえばアルゴンガスレーザのうち５１４．５ナノメート
ル（ｎｍ）の波長の単一スペクトル）を用いると波長範
囲の極めて小さい（たとえば、５１４．５　ｎｍを中心
波長とし半価＠１０　ｎｍ程度の）干渉フィルタが利用
でき、自発光カットの効果は極めて大きい。しかしなが
ら、この場合でも受光レンズ系に＃：ｔ　５１４．５±
ｎｍの自発元分元放射エネル°ギが投射元からの反射光
と同時に受光されるので、自発光分光放射エネルギーの
影響は、やはシ無視することはできない。

すなわち、被検体表面温度が比較的低い場合には（たと
えば１００℃以下）、自発光エネルギーが十分低いので
実用上干渉フィルタにより投射ｙｔ、＋ＴｊＪ。

分のみを透過させることができる。

しかし、この場合は自発光のみの受光信号が低すぎて、
実用的な傷検出には有効でない。一方、５００℃以上の
表面温度の場合には、干渉フィルタ透過光には反＃ｆ元
信号と同一波長の相洛の割合の自発光が含ま九るのでフ
ィルタをかけても反射光のみをとシ出すことはできない
。そのために、前述の公知の２つの技術が前提としてい
るような反射光のみと自発光のみとの分別受光による比
較というような手法は、事実上実現不可能である。すな
わち、干渉フィルタ透過光は反射元年−成分とならず、
自発光によるノイズのため、外部投射光に基づく傷信号
は純粋の反射光による傷信号とは異ったものとなシ、シ
かもそのＳＮ比は相対的に′／トさくなシ、小さな欠陥
の職別が困難になる。

一方）放射尤のみの信号中の傷、たとえば表面割れの波
形は極めて小さ込。例えば、Ｔｒａｎｓ。

ｌ５ＩＪ、　ｖｏｌ、　２１　（ＩＬ、８１　）　ｐ２
０５によれば、温度差が強調される赤外領域においても
偏部と背景部の温度差ｔ′ｉたかだか１０　”０以内で
、波長が短い領域ではさらに微差であり、その職別精度
は極めて劣る。

以上の説明から明らかなように、例えば、特開昭５８−
９２９３７号公報においては、反射光と称しているが、
実際には、反射光と同波長域の自発光を含む元信号であ
り、この元信号ではノイズが太きく　Ｓ／Ｎ比が小さい
ため、小欠陥の識別が困難であシ、一方自発元の信号に
おいては、傷信号自体が小さくてＳ／Ｎ比が小さく、や
けシ識別が困難である。また、この両信号は互いに異な
る波長域の元に基づく信号であるため、両信号の差をと
っても自発光の悪影響は除去できない。従って、上述の
従来方法は小欠陥の検出には適さなかった。

発明の目的および構成 本発明の目的は、このような事実を考慮し、干渉フィル
タ透過光を構成する自発光成分と反射光成分とから反射
光と同一波長域の自発元信号を減算することＫよシ、反
射光に基づく傷信号を分離して、傷信号の弁別精度を向
上させようとするものである。

本発明は、投光側にセクターを設けて反射光と自発光と
を重畳して受光した信号から自発光のみを時間的に分離
して受光した信号を減じて反射光成分のみをとシ出し、
傷信号のＳ／Ｎ比の高い反射法の特徴を十分に活用した
方法を実現したものである。

この方法においては、高温被検体の温度ムラによる自発
光分の変動が除去でき、効果的に純反射成分のみで傷信
号の弁別ができる。

これがため、本発明は、高温金属体の表面傷を外部よ、
！７元を被検体表面に投光し、その反射光を受光して検
出する際に受光レンズ系に投光される尤のスペクトル幅
に？’Ｅぼ等しい通過帯域幅をもつ干渉フィルターを装
備した受光部を用い１投元部のレンズ系にシャッターあ
るいは投射元を間欠的に遮断させるセクターを設け、投
射元通過時の被検体からの反射光と被検体からの自発光
とが重畳さｆｉた混合元を前記受光部にて受光した後に
信号処理部にて記憶し、次に投射尤が遮断された時の自
発光のみの元を前記受光部にて受光して、記憶された反
射光と自発光とが重畳された信号から自発光のみの信号
を減じて反射光のみの光量変化の電気信号をＮ度よくめ
、この光量変化の電気信号を信号処理することによシ高
精度で傷信号を抽出することを特徴とする。

発明の構成の具体的説明 以下、本発明を図面につき説明する。

第８図は、本発明の構成を示し、役瓦光源１がら出射さ
れた元２は投光レンズ系１１を経て、セクター１２に達
する。セクター１２（ｒａｆｔ、の進行方向に平行に配
置した中心軸１８のまわ夛に一定の角速度で回転するよ
うに構成されている。このセクター１２には第４図に示
すようにセクター通過時点での投射ｙｔ、２の大きさ以
上の大きさの穴ＡＸ。

Ａ２などが投射光の通過点を半径とする円周に沿って設
けである。この穴は１個、または複数個で等間隔で設け
る。

第４図に示す穴Ａ１、またはＡ２などを通過したｙｔ２
は第８図に示すように被検体Ｍに達し、その反射ｙｔ１
４は、投射光の波長領域にほぼ等しい干渉フィルタ１５
を経て受光レンズ系１６に入射され、受光系１７にて受
光され、受光系１７中の受光センサ部にて光電変換され
る。かようにして電気信号に変換された被検体表面情報
は、アナログあるいはデジタルのメモリを備えた信号処
理部１８にて処理される。

第４図におけるＡＩ　、７１２などの穴の円周（同図中
の点線で示す円周）に沿う穴の間隔の長さＣ１）と円盤
セクター１２の回転速度（Ｖ）から決まる周期の時間間
隔（１）にて、受光系１７で受光された被検体Ｍの表面
は、信号処理部１８に転送される。・・・Ｌ、ｖ、ｔの
間には（１）式の関係がある。

ｔ　＝　−（１１ ｖ すなわち、穴の間隔のｉの長さに相当する長さを回転速
度で除いた時間間隔でサンプリングを行う。また１つお
きのサンプリング時点は、必らず投射光２が穴を通過し
た時点と同期するようにしである。穴を通過した時点の
受信情報には、被検体表面からの投射ｆｉ２の反射元成
分１４と被検体表面の自発光成分とが重畳されている。

次に、受信される情報には、投射光が遮断される時点の
被検体表面情報であるので、自発光成分だけが含まれる
。穴を通過した時点の受信情報は、時間ｔの間、メモリ
で保持され、次に受信される自発光成分だけの受信情報
と比較し、前者から後者を減じて、反射尤成分の表面情
報のみを取シ出して解析し、傷信号を弁別する。

被検体Ｍ・が静止している場合は、同一視野を検査して
いるので同一場所からの反射元成分による解析が可能で
ある。被検体Ｍが移動している場合゛においても、ｔを
可能な限ル小さくするならば１実用上、同一場所の比較
情報が得られる。たとえｉｔ’　、２　ＫＨｚの周期で
サンプリングする時、被検体Ｍの走行方向に１　ａｍの
間隔で検査しようとするならば、該被検体が６０ｍ／−
以下の走行速庭であれば十分に高精度の傷、検出が可能
である。

本発明を適用する場合、被検体Ｍの表面温度が高い場合
の方が効果が大きい。その理由は被検体Ｍからの自発光
成分は温度が高くなるにしたがって、急激に増加し、通
常の方法による傷検出を困難にするからである〇 また〜周囲環境を含めた受光系１７の許容配置条件によ
っては、受光方向が反射ｙｔ、１４が最強となる正反射
方向とならず、乱反射成分を受光せざるを得ない場合も
ある。このような場合も本発明は有効である。

実施例 第５因に本発明に基づく１実施例を示す。

本実施例では、投′＃Ｓ光源ｌとして、アルゴンガス・
レーザーを使用している。レーザーを利用し°た場合、
光源１から放射さ九る単一スペクトルを利用する場合と
、光源１から放射される全スペクトルを利用する場合と
が考えられる。単一スペクトルを利用した場合、たとえ
ば上２アルゴン・ガス・レーザーの４８８．０ナノメー
トル（ｎｍ　）のスペクトルを利用した場合、投射ン°
ｃの波長分散がほとんどないので、極めて通過帯域幅（
バンド幅）の小さい干渉フィルタ１５が利用でき、バン
ド幅以外の波長域の自発光を有効にカットできる。この
実施例では、中心波長が約４９０．Ｏｎｍ　Ｎ半値幅１
０．０　ｎｍの干渉フィルターを利用した。アルゴン・
ガス・レーザーから放射さη、る全スペクトルを利用す
る場合、投射光のエネルギは強力上なシ、たとえば４８
８．Ｏｎｍ単一波長の元を利用する場合の３倍相度の投
射エネルギが、同一の電源入力にて得られる。ただし、
受光レンズ系には投射光から放射される全スペクトルが
通過する必要があシ、このためにこの波長域にみあった
広いバンド幅の干渉フィルタ１５を用いなければならな
い。具体的には、中心波長が約４９０ｎｍで半値幅が６
０　ｎｍ°程度の干渉フィルターを利用しなければなら
ない。

レーザー発振器を投ｆｆ源１とする光源から放射された
元は、シリンドリカルレンズを含む投尤レンズ系ｌｌに
よって被検体Ｍに棒状（照射さ九る（照射面の軌跡を１
８で示す）。元ファイバなどの可撓性導光体を利用した
場合は、レーザー発振器と投光レンズ糸を十分離して設
置することが可能である。

特に、レーザー光源を利用した場合、この方式によシレ
ーザー発振器を設置環境を良好な場所に設置できるので
、多くの点でメリットがある。セクター１２は投ｙ０レ
ンズ系１１に十分に近づけて設けであるので１このセク
タ一部での投射光の断面形状に合わせた形状の穴を一個
または複数個を同一円周上に等間隔に設けることは容易
である。

照射面６からの投射ｙｔ１４を投射光の波長域にみあっ
たバンド幅をもつ干渉フィルタ１５を介して、受光レン
ズ系１６にて集光し、受光系１７の中にリニアイメージ
センサにて受光し、ｙｔ、電変換を行な−、被検体表面
の情報を電気信号としてとシ出す。

本実施例は、表面温度が５００℃以上の連続鋳造スラブ
を連鋳機の、ローラ・工１０７出側”ｒ　トーチ・カッ
ト前に検査するために実現したものである。この時点で
の被検体Ｍの移動速度は、鋳込速度（スラブ引抜速度）
に等しく　、５ｍ１ｍ以下である。この場合は、イメー
ジセンサからの各菓子（本実施例では２０４８素子を用
いている）の電荷を読み取るための電気的走査の周波数
は十分小さくできる。

この周波数に同期してセクター１２を回転すれば為レー
ザー元と自発光とが重畳された信号と、自発光のみの信
号とが交互に受光される。セクター１２に設ける穴の数
を多くすれば、セクター１２の回転を十分小さくするこ
とができる。

本実施例のように、被検体移動速度が小さい場合、各菓
子の受光時間が十分長くなるので、大きいエネルギの電
気信号が得られる。また、一定速度で回転するセクター
１２に穴と異なる円周上の穴と同−半径上に小さい別の
穴を設け、この大の°一方から細い別の元を通過せしめ
これを他方から７オトセルで受光し、フォトセルからの
電気信号を外部同期信号としてイメージセンサの信号を
読みとってもよい。

このようにして得らｔ′したイメージセンサがらの信号
波形を第６図に示す。第６図（ａ）はル−ザーがセクタ
ー１２の穴を通過時の波形で、レーザーの反射九と被検
体Ｍからの自発光分が重畳されている。第６図（ｂ）は
、を時間後の波形で、レーｆ−ｎセクターによシ遮断さ
れてお９、照射レーザーと同一波長の自発光分のみ受光
されているが、この図から明らかなように、このエネル
ギも無視し得ない。照射面６が被検体Ｍの移動方向と直
角をなす場合、第６図の波形は被検体幅方向の表面情報
となシ、（ａ）（ｂ）の波形をアナログあるいはデジタ
ル処理によシ減算することによシ、反射尤成分のみ取り
出す。このように、元反射法本来の目的を十分に活用す
ることによりＳＮ比の高い傷木へ菟信号が得分れ・傷・
検出精度は格段に同上したＯ 光源は、レーザーに限定されず、水銀灯などでも効果的
に利用できる。また、正反射た、乱反射光を同時に複数
の受光系で受光する方法におりても有効に利用できる。

第７図の波形では、縦割れの傷信号が模式的に例示され
ている。同図のＳＳは第６図（ａ）に相当する自発光と
反射元の重畳波形であ、！＞、ｇｏにパックグランドレ
ベルよシ低い傷信号波形が得られている。傷信号１２の
振幅をより１反射元の振幅をＩｓ、自発光の振幅を工、
とする。従来のように重畳波形のまま信号処理すると、
傷信号の相対的強度はＩＤ／（Ｉｓ　＋　ＩＲ）　とな
るが、自発光成分の減算処理を行うと、それはより／Ｉ
ｓとなり、傷信号が強調されるので、後段の増幅器によ
りＩＤが精度よく弁別される。

なお１自発ｙｔ、波形中の傷信号２０′の影響は、減算
処理によル、全面的に除去されるが、こｔ′Ｌは反射元
検出と自発光検出を同一波長帯について行う本発明の方
法によってはじめて可能になったもので、その結果傷弁
別の精度が著しく同上する。

発明の効果 本発明方法によれば、高温被検体の温にムラによる自発
光分の変動が除去でき、効果的に純反射成分のみで傷信
号の弁別ができ、傷弁別精度を著しく向上させることが
できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の熱間表面探傷方法の原理説
明用路線図、 第８図は本発明方法の原理説明用路線図１第４図は第３
図に示すセクターの正面図島第５図は本発明の詳細な説
明用路線図、第６図の（ａ）は反射光と自発光が重畳さ
れた受光信号波形、（ｂ）は自発光のみの受光信号波形
を示すグラフＳ 第７図は傷信号の波形を示すグラフである。 Ｍ・・・被検体　ｌ・・・投射光源 ２・・・投射尤１１・・・投光レンズ系１２・・・セク
ター　１８・・・中心軸°１４・・・反射ｙｔＪ１５・
・・干渉フィルタ１６・・・集ｆレンズ系　１７・・・
受光系１８・・・信号処理部。 特許出願人　川崎製鉄株式会社 第１図 第２図 第６図 第７図 イＯ 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和５８年　特　￥１　願第１９４８６３−’；）−２
、発明の名称 熱間表面探傷方法 ３、補正をする者 事件との関係　特Ｎ’＋出願人 （１２５）川崎製鉄株式会社 ５、補正命令の日イ」　昭和５９年】月３１０とする。 図 ］ ） （訂正図）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　高温金属体の表面傷を外部より元を被検体表面に投
   光し、その反射光を受光して検出する際に、受光レンズ
   系に投光される元のスペクトル幅にほぼ等しい通過帯域
   幅をもつ干渉フィルタを具える受光部を用い、投光部の
   し°ンズ系に投射）ｔを間欠的に遮断させるセクターま
   たはシャッターを設け、投射光通過時の被検体からの反
   射光と被検体からの自発光とが重畳された混合元を前記
   受光部にて受光した後に信号処理部にて記憶し、次に投
   射光が遮断された時の自発光のみの元を前記受光部にて
   受光し、記憶さ九た反射光と自発光とが重畳された信号
   から自発光のみの信号を減じて反射光のみの′＃：、量
   変化の電気信号を精度よくめ１この光量変化の電気信号
   を信号処理することによυ高精度で傷信号を抽出するこ
   とを特徴とする熱間表面探傷方法。 λ　前記の外部投射光をレーザとすることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の熱間表面探傷方法。