特開 2023-35455 欠陥検出装置、欠陥検出方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023035455

(43)【公開日】2023-03-13

(54)【発明の名称】欠陥検出装置、欠陥検出方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/26 20060101AFI20230306BHJP

   G01N 29/04 20060101ALI20230306BHJP

【ＦＩ】

G01N29/26

G01N29/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021142321

(22)【出願日】2021-09-01

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090273

【弁理士】

【氏名又は名称】國分 孝悦

(72)【発明者】

【氏名】山田 裕久

【テーマコード（参考）】

2G047

【Ｆターム（参考）】

2G047AA07

2G047BA03

2G047BC02

2G047BC03

2G047BC07

2G047BC18

2G047DB03

2G047DB04

2G047DB12

2G047GG28

2G047GG30

2G047GG47

2G047GH06

(57)【要約】

【課題】圧延によって製造された鋼材から複数の欠陥部位を検出した際に、圧延前鋼材において同一の発生源の欠陥から生じたものであるか否かを判別できる仕組みを提供する。
【解決手段】各測定点ごとに受信超音波の振幅の大きさを２次元状で表した第１の画像を２値化処理して得た第１の２値化画像（図５（ｃ））の中から、複数の欠陥に相当する複数の欠陥部位５０１を抽出し、各測定点ごとに受信超音波の路程に基づく鋼材の表面からの深さを２次元状で表した第２の画像（図５（ｂ））を用いて、第１の２値化画像の中から抽出した欠陥部位５０１を連結させて、欠陥領域５０２を画定する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧延によって製造された鋼材の欠陥を検出する欠陥検出装置であって、
前記鋼材の表面に２次元状に設定された各測定点に対して超音波探触子を相対的に移動させる２次元走査がなされている際に、前記超音波探触子を介して、前記各測定点との間で超音波を送受信する送受信手段と、
前記各測定点ごとに前記送受信手段で欠陥検出期間において受信した超音波である受信超音波の振幅の大きさを、前記２次元状で表した第１の画像を生成する第１の画像生成手段と、
前記第１の画像において前記振幅の大きさを用いた前記受信超音波の路程に基づく前記鋼材の表面からの深さを、前記２次元状で表した第２の画像を生成する第２の画像生成手段と、
前記第１の画像を２値化処理して、第１の２値化画像を取得する２値化処理手段と、
前記第１の２値化画像の中から、複数の前記欠陥に相当する複数の欠陥部位を抽出する欠陥部位抽出手段と、
前記第２の画像を用いて、前記欠陥部位を連結させて欠陥領域を画定する欠陥領域画定手段と、
を有することを特徴とする欠陥検出装置。

【請求項2】

前記欠陥領域画定手段は、前記第２の画像を用いて、前記鋼材の表面からの深さが同程度とみなせる所定の範囲内に属する前記欠陥部位を連結させて、前記欠陥領域を画定することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。

【請求項3】

前記欠陥部位抽出手段で抽出された前記複数の欠陥部位のそれぞれの欠陥部位における前記２次元状の第１方向の長さと当該第１方向と直交する第２方向の長さとの長さ比に基づいて、前記複数の欠陥部位の中から、線状欠陥部位を特定する線状欠陥部位特定手段を更に有し、
前記欠陥領域画定手段は、前記第２の画像を用いて、前記線状欠陥部位を連結させて前記欠陥領域を画定することを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検出装置。

【請求項4】

前記欠陥領域画定手段で画定された前記欠陥領域の前記圧延の方向における長さと、前記鋼材の圧延比とを用いて、前記圧延を行う前の圧延前鋼材に存在していた欠陥の大きさを推定する欠陥大きさ推定手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の欠陥検出装置。

【請求項5】

前記欠陥領域画定手段で画定された前記欠陥領域を表示装置に表示させる表示制御手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の欠陥検出装置。

【請求項6】

圧延によって製造された鋼材の欠陥を検出する欠陥検出装置による欠陥検出方法であって、
前記鋼材の表面に２次元状に設定された各測定点に対して超音波探触子を相対的に移動させる２次元走査がなされている際に、前記超音波探触子を介して、前記各測定点との間で超音波を送受信する送受信ステップと、
前記各測定点ごとに前記送受信ステップで欠陥検出期間において受信した超音波である受信超音波の振幅の大きさを、前記２次元状で表した第１の画像を生成する第１の画像生成ステップと、
前記第１の画像において前記振幅の大きさを用いた前記受信超音波の路程に基づく前記鋼材の表面からの深さを、前記２次元状で表した第２の画像を生成する第２の画像生成ステップと、
前記第１の画像を２値化処理して、第１の２値化画像を取得する２値化処理ステップと、
前記第１の２値化画像の中から、複数の前記欠陥に相当する複数の欠陥部位を抽出する欠陥部位抽出ステップと、
前記第２の画像を用いて、前記欠陥部位を連結させて欠陥領域を画定する欠陥領域画定ステップと、
を有することを特徴とする欠陥検出方法。

【請求項7】

圧延によって製造された鋼材の欠陥を検出する欠陥検出装置による欠陥検出方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記鋼材の表面に２次元状に設定された各測定点に対して超音波探触子を相対的に移動させる２次元走査がなされている際に、前記超音波探触子を介して、前記各測定点との間で超音波を送受信する送受信ステップと、
前記各測定点ごとに前記送受信ステップで欠陥検出期間において受信した超音波である受信超音波の振幅の大きさを、前記２次元状で表した第１の画像を生成する第１の画像生成ステップと、
前記第１の画像において前記振幅の大きさを用いた前記受信超音波の路程に基づく前記鋼材の表面からの深さを、前記２次元状で表した第２の画像を生成する第２の画像生成ステップと、
前記第１の画像を２値化処理して、第１の２値化画像を取得する２値化処理ステップと、
前記第１の２値化画像の中から、複数の前記欠陥に相当する複数の欠陥部位を抽出する欠陥部位抽出ステップと、
前記第２の画像を用いて、前記欠陥部位を連結させて欠陥領域を画定する欠陥領域画定ステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧延によって製造された鋼材の欠陥を検出する欠陥検出装置及び欠陥検出方法、並びに、当該欠陥検出方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、超音波を用いて、圧延によって製造された鋼材の欠陥を検出する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的に、特許文献１には、被圧延材を想定した帯状の被探傷材に対して超音波探触子を移動させる方向とは直交する被探傷材の幅方向に超音波を伝播させ、その反射波に基づく２次元画像を用いて、被探傷材に存在する欠陥を検出する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９－１５２１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、圧延によって製造された鋼材では、当該圧延を行う前の圧延前鋼材に存在していた欠陥（例えば、製鋼段階で混入した介在物など）が当該圧延により引き伸ばされて、一様に伸びた線状の欠陥部位だけでなく、途中で途切れた複数の欠陥部位として存在することがある。そして、圧延前鋼材に存在していた欠陥の大きさを推定できることは、製鋼の操業条件を見直し改善を図る上で大変有益なことである。

【0005】

この点、上述した特許文献１に記載の技術では、圧延によって製造された鋼材から検出した複数の欠陥部位について当該圧延を行う前の圧延前鋼材において同一の発生源の欠陥から生じたものであるか否かを判別することは、何ら想定がされていなかった。このため、上述した特許文献１に記載の技術では、圧延前鋼材に存在していた欠陥の大きさを推定することは困難であった。

【0006】

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、圧延によって製造された鋼材から複数の欠陥部位を検出した際に、圧延前鋼材において同一の発生源の欠陥から生じたものであるか否かを判別できる仕組みを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の欠陥検出装置は、圧延によって製造された鋼材の欠陥を検出する欠陥検出装置であって、前記鋼材の表面に２次元状に設定された各測定点に対して超音波探触子を相対的に移動させる２次元走査がなされている際に、前記超音波探触子を介して、前記各測定点との間で超音波を送受信する送受信手段と、前記各測定点ごとに前記送受信手段で欠陥検出期間において受信した超音波である受信超音波の振幅の大きさを、前記２次元状で表した第１の画像を生成する第１の画像生成手段と、前記第１の画像において前記振幅の大きさを用いた前記受信超音波の路程に基づく前記鋼材の表面からの深さを、前記２次元状で表した第２の画像を生成する第２の画像生成手段と、前記第１の画像を２値化処理して、第１の２値化画像を取得する２値化処理手段と、前記第１の２値化画像の中から、複数の前記欠陥に相当する複数の欠陥部位を抽出する欠陥部位抽出手段と、前記第２の画像を用いて、前記欠陥部位を連結させて欠陥領域を画定する欠陥領域画定手段と、を有する。
また、本発明は、上述した欠陥検出装置による欠陥検出方法、及び、当該欠陥検出方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを含む。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、圧延によって製造された鋼材から複数の欠陥部位を検出した際に、圧延前鋼材において同一の発生源の欠陥から生じたものであるか否かを判別することができる。これにより、圧延前鋼材に存在していた欠陥の大きさを推定することができ、その結果、製鋼の操業条件を見直し改善を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る欠陥検出装置の概略構成の一例を示す図である。

【図2】図１に示す超音波探触子から鋼材に向かう超音波と鋼材から超音波探触子に向かう超音波との３つのパターンと、当該３つのパターンに係る超音波の振幅を時系列で示した超音波波形データの一例を示す図である。

【図3】本発明の実施形態に係る欠陥検出装置において、鋼材の表面に２次元状に設定された各測定点に対して走査装置によって超音波探触子を２次元走査させる処理例を示す図である。

【図4】本発明の実施形態に係る欠陥検出装置による欠陥検出方法の処理手順の第１例を示すフローチャートである。

【図5】本発明の実施形態に係る欠陥検出装置による欠陥検出方法の処理を説明するための図である。

【図6】本発明の実施形態に係る欠陥検出装置による欠陥検出方法の処理手順の第２例を示すフローチャートである。

【図7】図６のステップＳ２０１における欠陥領域の画定処理を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。

【0011】

図１は、本発明の実施形態に係る欠陥検出装置１００の概略構成の一例を示す図である。この欠陥検出装置１００は、圧延によって製造された鋼材２００の欠陥２０１（例えば、製鋼段階で混入した介在物など）を検出する装置である。より具体的には、欠陥検出装置１００は、鋼材の表面２１０に２次元状（図１に示す例では、Ｘ方向及びＹ方向）に設定された各測定点２１１－０～２１１－Ｎに対して超音波探触子１１０を相対的に移動させる２次元走査を行いながら、各測定点２１１－０～２１１－Ｎにおいて欠陥２０１の有無を検査する装置である。

【0012】

なお、図１に示す欠陥２０１は、飽くまでも一例であり、その大きさや形状は任意である。また、図１には、鋼材２００の界面を構成する鋼材の表面２１０及び鋼材の裏面２２０も図示している。そして、図１に示す例の場合には、この鋼材の表面２１０と鋼材の裏面２２０との間の長さによって、鋼材２００の厚みＤが定められている。なお、図１に示すように、鋼材の裏面２２０は、鋼材の表面２１０と対向する面である。また、図１には、鋼材の表面２１０や鋼材の裏面２２０を定める、相互に直交するＸ方向及びＹ方向と、Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向であって鋼材２００の厚みＤの方向を示すＺ方向とからなるＸＹＺ座標系を図示している。

【0013】

欠陥検出装置１００は、図１に示すように、超音波探触子１１０、超音波送受信装置１２０、走査装置１３０、制御・処理装置１４０、情報入力装置１５０、記憶装置１６０、及び、表示装置１７０を有して構成されている。

【0014】

超音波探触子１１０は、走査装置１３０の処理によって、図１に示す鋼材２００の断面においては、鋼材の表面２１０の各測定点２１１－０～２１１－Ｎを順次移動する走査を行いながら、各測定点２１１－０～２１１－Ｎにおいて超音波の授受を司るものである。なお、図１では、説明を簡単にするために、１つの超音波探触子１１０を設けた例を示しているが、例えば検査効率の向上のために複数の超音波探触子１１０を設ける形態も、本発明に適用可能である。

【0015】

超音波送受信装置１２０は、制御・処理装置１４０の制御に基づいて、超音波探触子１１０を介して、鋼材２００との間で超音波の送受信を行うものである。この超音波送受信装置１２０には、送信部１２１と受信部１２２が構成されている。

【0016】

送信部１２１は、制御・処理装置１４０の制御に基づいて、鋼材の表面２１０の各測定点２１１－０～２２２－Ｎにおいて、鋼材２００に対して相対的に移動する超音波探触子１１０を介して、超音波１１１を送信する処理を行う。また、受信部１２２は、制御・処理装置１４０の制御に基づいて、鋼材の表面２１０の各測定点２１１－０～２２２－Ｎごとに、超音波探触子１１０を介して、鋼材２００からの超音波１１２を受信する処理を行う。

【0017】

走査装置１３０は、制御・処理装置１４０の制御に基づいて、鋼材の表面２１０の各測定点２１１－０～２１１－Ｎに対して超音波探触子１１０を順次移動させる走査を行う。図１には、走査装置１３０が、超音波探触子１１０を、Ｘ方向である走査方向（主走査方向）１３１に移動させる走査を行う例が示されている。この図１に示す例の場合、超音波探触子１１０は、測定点２１１－０，測定点２１１－１，測定点２１１－２，測定点２１１－３，測定点２１１－４，測定点２１１－５，測定点２１１－６，測定点２１１－７，測定点２１１－８，・・・，測定点２１１－Ｎの順番で走査することになる。この際、図１に示す各測定点２１１の後に「－」を介して付されている数（０，１，２，３，４，５，６，７，８，・・・，Ｎ）は、走査の順番を昇順に示す数に相当するものである。この際、図１に示す例では、Ｎは、８よりも大きい整数となるが、本実施形態においてはこれに限定されるものではなく、例えば、図１に示す場合にあっては０でなければ（即ち、１以上の整数であれば）、本実施形態に適用可能である。

【0018】

なお、図１では、超音波探触子１１０と鋼材２００とを相対的に移動させる例として、走査装置１３０が鋼材の表面２１０の各測定点２１１－０～２１１－Ｎに対して超音波探触子１１０を移動させる形態を例示しているが、本発明においてはこの形態に限定されるものではない。例えば超音波探触子１１０を静止させた状態で、走査装置１３０が鋼材２００を移動させることによって、超音波探触子１１０と鋼材２００とを相対的に移動させる形態も、本発明に適用可能である。

【0019】

制御・処理装置１４０は、例えば情報入力装置１５０から入力された入力情報に基づいて、欠陥検出装置１００の各構成部を制御し、欠陥検出装置１００の動作を統括的に制御する。また、制御・処理装置１４０は、例えば情報入力装置１５０から入力された入力情報に基づいて、各種の処理を行う。この制御・処理装置１４０は、図１に示すように、第１の画像生成部１４１、第２の画像生成部１４２、２値化処理部１４３、欠陥部位抽出部１４４、線状欠陥部位特定部１４５、欠陥領域画定部１４６、欠陥大きさ推定部１４７、及び、表示制御部１４８を有して構成されている。この制御・処理装置１４０内の各構成部１４１～１４８の説明は後述する。

【0020】

情報入力装置１５０は、例えば、ユーザにより操作入力された入力情報を制御・処理装置１４０に入力する。

【0021】

記憶装置１６０は、制御・処理装置１４０で用いる各種の情報や各種のデータ、プログラム等や、制御・処理装置１４０の処理で得られた各種の情報や各種のデータ等を記憶する。

【0022】

表示装置１７０は、制御・処理装置１４０の制御に基づいて、各種の情報や各種のデータ等を表示する。

【0023】

図２は、図１に示す超音波探触子１１０から鋼材２００に向かう超音波１１１と鋼材２００から超音波探触子１１０に向かう超音波１１２との３つのパターンと、当該３つのパターンに係る超音波１１２の振幅を時系列で示した超音波波形データの一例を示す図である。この図２において、図１に示す構成と同様の構成については同じ符号を付している。

【0024】

具体的に、まず、図２（ａ）には、図１に示す超音波探触子１１０から鋼材２００に向かう超音波１１１と鋼材２００から超音波探触子１１０に向かう超音波１１２との３つのパターンを示している。図２（ａ）の左側に示す第１のパターンは、超音波探触子１１０から鋼材２００に向かう超音波１１１が鋼材の表面２１０で反射し、表面反射超音波１１２－Ｓとして超音波探触子１１０に向かう様子を示している。また、図２（ａ）の中央に示す第２のパターンは、超音波探触子１１０から鋼材２００に向かう超音波１１１が鋼材の表面２１０を通過して鋼材２００の内部の欠陥２０１で反射し、欠陥反射超音波１１２－Ｆとして超音波探触子１１０に向かう様子を示している。また、図２（ａ）の右側に示す第３のパターンは、超音波探触子１１０から鋼材２００に向かう超音波１１１が鋼材の表面２１０を通過して鋼材の裏面２２０で反射し、裏面反射超音波１１２－Ｂとして超音波探触子１１０に向かう様子を示している。

【0025】

また、図２（ｂ）には、図２（ａ）に示す表面反射超音波１１２－Ｓ、欠陥反射超音波１１２－Ｆ及び裏面反射超音波１１２－Ｂの振幅を時系列で示した超音波波形データの一例を模式的に示している。この図２（ｂ）では、図２（ａ）に示す表面反射超音波１１２－ＳをＳエコー、欠陥反射超音波１１２－ＦをＦエコー、裏面反射超音波１１２－ＢをＢエコーとしてその波形の一例を示している。本実施形態においては、図２（ｂ）に示す超音波波形データの横軸に示す時間は、例えば、受信部１２２で受信処理を開始してからの経過時間を示すものとする。また、本実施形態においては、図２（ｂ）に示す超音波波形データの縦軸に示す振幅は、例えば、中央（０）よりも下側を負の振幅値とし、中央（０）よりも上側を正の振幅値とするものとする。図２（ｂ）に示すように、表面反射超音波１１２－Ｓ、欠陥反射超音波１１２－Ｆ及び裏面反射超音波１１２－Ｂは、受信部１２２においてそれぞれ異なる時刻に受信される。これは、図２（ａ）に示すように、表面反射超音波１１２－Ｓ、欠陥反射超音波１１２－Ｆ及び裏面反射超音波１１２－Ｂは、超音波探触子１１０に到達するまでの路程（伝播距離）が異なるからである。

【0026】

この図２（ｂ）に示す超音波波形データに対して、制御・処理装置１４０は、例えば、表面反射超音波１１２－Ｓを検出するための閾値１４０１を設定しており、図２（ｂ）に示す例では、表面反射超音波１１２－Ｓが初めて閾値１４０１以上となる時刻ＴＳを表面反射超音波１１２－Ｓの受信時刻として設定する例を示している。図２（ｂ）に示す例では、この時刻ＴＳは、受信部１２２で受信処理を開始した時刻から時間Ｔ２だけ経過した時刻となっている。そして、制御・処理装置１４０は、例えば、表面反射超音波１１２－Ｓが収まり安定するまでの期間及び裏面反射超音波１１２－Ｂが検出される前までの期間を考慮して、時刻Ｔｆｓから時刻Ｔｆｅまでの期間を、欠陥２０１に基づく欠陥反射超音波１１２－Ｆを検出するための欠陥検出期間として設定する。この時刻Ｔｆｓから時刻Ｔｆｅまでの欠陥検出期間は、例えば、超音波探触子１１０から送信された超音波１１１が、鋼材の表面２１０に入射してから、鋼材２００の内部をＺ方向に伝播して鋼材の裏面２２０で反射し再び鋼材の表面２１０に戻ってくるまでの時間を考慮して適宜設定される。また、制御・処理装置１４０は、時刻Ｔｆｓから時刻Ｔｆｅまでの欠陥検出期間に、欠陥反射超音波１１２－Ｆを検出するための閾値１４０２を設定する。そして、制御・処理装置１４０は、この時刻Ｔｆｓから時刻Ｔｆｅまでの欠陥検出期間に、例えば、図２（ｂ）に点線で示すような閾値１４０２以上となる欠陥反射超音波１１２－Ｆが存在する場合には、当該測定点２１１において鋼材２００の内部に欠陥２０１があると判定する。また、制御・処理装置１４０は、時刻Ｔｆｓから時刻Ｔｆｅまでの欠陥検出期間に、例えば、図２（ｂ）に点線で示すような閾値１４０２以上となる欠陥反射超音波１１２－Ｆが存在しない場合には、当該測定点２１１において鋼材２００の内部に欠陥２０１が無いと判定する。

【0027】

また、制御・処理装置１４０は、鋼材２００の内部に欠陥２０１があると判定した場合に、例えば、欠陥反射超音波１１２－Ｆの大きさが最大値Ａmaxとなる時刻ＴＦを欠陥反射超音波１１２－Ｆの受信時刻として設定する。この時刻ＴＦは、受信部１２２で受信処理を開始した時刻から時間Ｔ１だけ経過した時刻となっている。また、この時刻ＴＦは、表面反射超音波１１２－Ｓの受信時刻ＴＳから時間Ｔ３（Ｔ３＝Ｔ１－Ｔ２）だけ経過した時刻となっている。この場合、図２（ａ）に示す鋼材の表面２１０から欠陥２０１までの深さｄｓは、鋼材２００の内部を伝播する超音波の速度をＶｕとすると、以下の（１）式で表すことができる。
ｄｓ＝（Ｖｕ×Ｔ３）÷２ ・・・（１）

【0028】

次に、鋼材の表面２１０に２次元状に設定された各測定点２１１に対して超音波探触子１１０を２次元走査させる処理例について説明する。
図３は、本発明の実施形態に係る欠陥検出装置１００において、鋼材の表面２１０に２次元状に設定された各測定点２１１に対して走査装置１３０によって超音波探触子１１０を２次元走査させる処理例を示す図である。この図３において、図１に示す構成と同様の構成については同じ符号を付している。また、図３は、鋼材の表面２１０を上から見た際の模式図を示しており、さらに、図１に示すＸＹＺ座標系に対応するＸＹＺ座標系も図示している。

【0029】

本実施形態に係る欠陥検出装置１００では、図３に示すように、例えば、図１を用いて説明したＸ方向を走査方向１３１とする１つの走査ラインによる走査を（Ｍ＋１）回行って、鋼材の表面２１０に２次元状に設定された各測定点２１１を２次元走査する。この際、図３の左側に配置した四角の中に付されている数（０，１，２，３，４，５，・・・，Ｍ）は、それぞれの走査ラインによる走査を行う順番を昇順に示す数に相当するものである。この図３に示す２次元走査を行う場合、走査装置１３０は、まず、図３の左側に配置した四角の中に付されている「０」の走査ラインについて、超音波探触子１１０を鋼材の表面２１０の各測定点２１１－０～２１１－Ｎに対して順次移動させる走査を行い、次いで、Ｙ方向を次の走査ラインの始点位置への移動方向（副走査方向）１３２として超音波探触子１１０を移動させた後、図３の左側に配置した四角の中に付されている「１」の走査ラインについて、超音波探触子１１０を鋼材の表面２１０の各測定点２１１－０～２１１－Ｎに対して順次移動させる走査を行う。以降、同様にして、図３の左側に配置した四角の中に付されている「Ｍ」の走査ラインまで、超音波探触子１１０を鋼材の表面２１０の各測定点２１１－０～２１１－Ｎに対して順次移動させる走査を行う。ここで、本実施形態では、図３に示すように、各測定点２１１の間隔をｄｘとし、各走査ラインの間隔をｄｙとする。この場合、各測定点２１１－０～２１１－Ｎのうちの任意の測定点２１１をｉとし、各走査ライン０～Ｍのうちの任意の走査ラインをｊとすると、例えば図３に示す任意の測定点２１１は、ｐ（ｘｉ，ｙｊ）（但し、ｘｉ＝ｉ・ｄｘ，ｙｊ＝ｊ・ｄｙ）と表すことができる。

【0030】

次に、図１に示す制御・処理装置１４０内の各構成部１４１～１４８の説明を、図４に示すフローチャートを用いながら行う。

【0031】

図４は、本発明の実施形態に係る欠陥検出装置１００による欠陥検出方法の処理手順の第１例を示すフローチャートである。

【0032】

まず、図４のステップＳ１０１において、図１に示す超音波送受信装置１２０は、例えば図３に示すように鋼材の表面２１０に２次元状に設定された各測定点２１１との間で、超音波探触子１１０を介して、超音波を送受信する（即ち、送信部１２１から超音波１１１を送信し、受信部１２２で超音波１１２を受信する）。

【0033】

続いて、図４のステップＳ１０２において、図１に示す第１の画像生成部１４１は、鋼材の表面２１０に２次元状に設定された各測定点２１１ごとに超音波送受信装置１２０（受信部１２２）で、図２（ｂ）に示す時刻Ｔｆｓから時刻Ｔｆｅまでの欠陥検出期間において受信した超音波である受信超音波の振幅の大きさを、Ｘ方向及びＹ方向の２次元状で表した第１の画像（エコー高さ画像）を生成する。

【0034】

図５は、本発明の実施形態に係る欠陥検出装置１００による欠陥検出方法の処理を説明するための図である。具体的に、図４のステップＳ１０２では、図５（ａ）に示す第１の画像を生成する。この図５（ａ）において、Ｘ方向及びＹ方向は、それぞれ、図３に示すＸ方向及びＹ方向に相当する。そして、図５（ａ）に示す第１の画像は、図３に示す各測定点２１１ごとに、図２（ｂ）に示す時刻Ｔｆｓから時刻Ｔｆｅまでの欠陥検出期間における受信超音波の振幅の大きさ（ここでは、例えば振幅の最大値Ａｍａｘを用いる）を、Ｘ方向及びＹ方向の２次元状で表した画像となっている。より具体的に、図５（ａ）に示す第１の画像は、受信超音波の振幅の大きさが大きくなる程、白色が強くなるように示している。

【0035】

続いて、図４のステップＳ１０３において、図１に示す第２の画像生成部１４２は、ステップＳ１０２で生成された第１の画像において振幅の大きさを用いた受信超音波の路程に基づく鋼材の表面２１０からの深さｄｓを、Ｘ方向及びＹ方向の２次元状で表した第２の画像（深さ画像）を生成する。

【0036】

具体的に、図４のステップＳ１０３では、図５（ｂ）に示す第２の画像を生成する。この図５（ｂ）において、Ｘ方向及びＹ方向は、それぞれ、図３に示すＸ方向及びＹ方向に相当する。そして、図５（ｂ）に示す第２の画像は、図３に示す各測定点２１１ごとに、図２（ｂ）に示す時刻Ｔｆｓから時刻Ｔｆｅまでの欠陥検出期間において振幅の最大値Ａｍａｘに係る受信超音波の路程に基づく鋼材の表面２１０からの深さｄｓを、Ｘ方向及びＹ方向の２次元状で表した画像となっている。より具体的に、図５（ｂ）に示す第２の画像では、鋼材の表面２１０からの深さｄｓが同程度とみなせる所定の範囲内（例えば、鋼材の厚みＤが２ｍｍである場合、±０．０２ｍｍの範囲内）について、同じ色を付している。

【0037】

続いて、図４のステップＳ１０４において、図１に示す２値化処理部１４３は、ステップＳ１０２で生成された第１の画像を２値化処理して、第１の２値化画像（２値化処理を施したエコー高さ画像）を取得する。

【0038】

具体的に、図４のステップＳ１０４では、図５（ｃ）に示す第１の２値化画像を取得する。この図５（ｃ）に示す第１の２値化画像は、図５（ａ）に示す第１の画像を、図２（ｂ）に示す閾値１４０２を用いて２値化処理を行った画像である。より具体的に、図５（ｃ）に示す第１の２値化画像では、振幅の大きさ（ここでは、例えば振幅の最大値Ａｍａｘを用いる）が閾値１４０２を超える受信超音波を受信した測定点２１１の位置を白色で示し、また、振幅の大きさ（ここでは、例えば振幅の最大値Ａｍａｘを用いる）が閾値１４０２を超えない受信超音波を受信した測定点２１１の位置を黒色で示している。

【0039】

続いて、図４のステップＳ１０５において、図１に示す欠陥部位抽出部１４４は、ステップＳ１０４で取得された第１の２値化画像の中から、複数の欠陥２０１に相当する複数の欠陥部位を抽出する。

【0040】

具体的に、図４のステップＳ１０５では、図５（ｃ）に示す第１の２値化画像の中から、複数の欠陥２０１に相当する複数の欠陥部位５０１－１～５０１－８を抽出する。この図５（ｃ）に示す複数の欠陥部位５０１－１～５０１－８における各欠陥部位５０１は、連続した一塊の白色領域からなる部位である。

【0041】

続いて、図４のステップＳ１０６において、図１に示す線状欠陥部位特定部１４５は、ステップＳ１０５で抽出された複数の欠陥部位のそれぞれの欠陥部位における２次元状の第１方向の長さと当該第１方向と直交する第２方向の長さとの長さ比に基づいて、ステップＳ１０５で抽出された複数の欠陥部位の中から、線状欠陥部位を特定する。

【0042】

具体的に、図４のステップＳ１０６の処理について、図５（ｄ）を用いて説明する。
図５（ｄ）においては、ステップＳ１０５で抽出された１つの欠陥部位を、欠陥部位５０１として図示している。そして、図４のステップＳ１０６では、欠陥部位５０１における２次元状のＸ方向（第１方向）の長さＬｘと当該Ｘ方向と直交するＹ方向（第２方向）の長さＬｙとの長さ比に基づいて、ステップＳ１０５で抽出された複数の欠陥部位５０１－１～５０１－８の中から、線状欠陥部位を特定する。ここで、本実施形態では、欠陥部位５０１における長さＬｘと長さＬｙとの長さ比Ｒｌ（Ｒｌ＝Ｌｙ／Ｌｘ）が０．２以下となる欠陥部位５０１を、線状欠陥部位として特定する。具体的に、図５（ｃ）に示す例では、複数の欠陥部位５０１－１～５０１－８のうち、欠陥部位５０１－１、欠陥部位５０１－３～５０１－６及び欠陥部位５０１－８が線状欠陥部位として特定され、欠陥部位５０１－２及び欠陥部位５０１－７が線状欠陥部位として特定されない（例えば、点欠陥部位として特定される）場合を示している。

【0043】

続いて、図４のステップＳ１０７において、図１に示す欠陥領域画定部１４６は、ステップＳ１０３で生成された第２の画像を用いて、ステップＳ１０５で抽出された欠陥部位を連結させて欠陥領域を画定する。より具体的に、図４のステップＳ１０７では、図１に示す欠陥領域画定部１４６は、ステップＳ１０３で生成された第２の画像を用いて、ステップＳ１０６で特定された線状欠陥部位を連結させて欠陥領域を画定する。

【0044】

具体的に、図４のステップＳ１０７の処理について、図５（ｅ）を用いて説明する。
図５（ｅ）には、図５（ｃ）に示す第１の２値化画像と同じ画像が示されている。また、図５（ｃ）に示す例では、ステップＳ１０６の処理の説明で上述したように、複数の欠陥部位５０１－１～５０１－８のうち、欠陥部位５０１－１、欠陥部位５０１－３～５０１－６及び欠陥部位５０１－８が線状欠陥部位として特定されている。そして、これらの線状欠陥部位５０１－１、５０１－３～５０１－６及び５０１－８が位置する、図５（ｂ）に示す第２の画像の領域５１０内の対応する位置は、鋼材の表面２１０からの深さｄｓが同程度とみなせる所定の範囲内（例えば、鋼材の厚みＤが２ｍｍである場合、±０．０２ｍｍの範囲内）であることを示す同じ色が付されている。このため、図４のステップＳ１０６では、図１に示す欠陥領域画定部１４６は、図５（ｂ）に示す第２の画像を用いて、図５（ｅ）に示すように、鋼材の表面２１０からの深さｄｓが同程度とみなせる所定の範囲内に属する線状欠陥部位５０１－３～５０１－６を連結させて、これを１つの欠陥領域５０２－３として画定する。ここで、本実施形態では、図５（ｅ）に示す欠陥領域５０２－３とは、鋼材の表面２１０からの深さｄｓが同程度とみなせる所定の範囲内に属する線状欠陥部位５０１－３～５０１－６を連結させて作られた「連結欠陥」と外接する四角形状の領域を言うものとする。また、図５（ｅ）に示す例では、図１に示す欠陥領域画定部１４６は、欠陥部位（線状欠陥部位）５０１－１を１つの欠陥領域５０２－１として画定し、欠陥部位５０１－２を１つの欠陥領域５０２－２として画定し、欠陥部位５０１－７を１つの欠陥領域５０２－４として画定し、さらに、欠陥部位（線状欠陥部位）５０１－８を１つの欠陥領域５０２－５として画定している。

【0045】

続いて、図４のステップＳ１０８において、図１に示す欠陥大きさ推定部１４７は、ステップＳ１０７で画定された欠陥領域の圧延の方向における長さと、鋼材２００の圧延比とを用いて、圧延を行う前の圧延前鋼材に存在していた欠陥の大きさを推定する。

【0046】

具体的に、図４のステップＳ１０８の処理について、図５（ｄ）を用いて説明する。
ここで、図５（ｄ）においては、ステップＳ１０７で画定された１つの欠陥領域を、欠陥領域５０２として図示しているものとする。ここで、本実施形態においては、鋼材２００における圧延の方向はＸ方向であるものとし、ここでは、図５（ｄ）に示す欠陥領域５０２の圧延の方向における長さは、長さＬｘであるものとする。そして、鋼材２００の圧延比Ｒｒ（Ｒｒ＝圧延前鋼材の厚み／圧延によって製造された鋼材２００の厚み）を用いると、図１に示す欠陥大きさ推定部１４７は、以下の（２）式に従って、圧延を行う前の圧延前鋼材に存在していた欠陥の大きさＳｆを推定する。
Ｓｆ＝Ｌｘ÷Ｒｒ ・・・（２）

【0047】

なお、本実施形態においては、図４のステップＳ１０７で画定された欠陥領域５０２が複数ある場合には、図１に示す欠陥大きさ推定部１４７は、それぞれの欠陥領域５０２について、圧延前鋼材に存在していた欠陥の大きさＳｆを推定する。

【0048】

続いて、図４のステップＳ１０９において、図１に示す表示制御部１４８は、ステップＳ１０７で画定された欠陥領域（例えば、図５（ｅ）に示す画像）や、ステップＳ１０８で推定された圧延前鋼材に存在していた欠陥の大きさＳｆを、表示装置１７０に表示する制御を行う。

【0049】

そして、図４のステップＳ１０９の処理が終了すると、図４に示すフローチャートの処理が終了する。

【0050】

図４に示すフローチャートの処理では、画像処理の負荷を軽減する等の目的で、ステップＳ１０６において、ステップＳ１０５で抽出した欠陥部位５０１の中から線状欠陥部位を特定し、第２の画像を用いて線状欠陥部位を連結させて欠陥領域５０２を画定する態様であった。しかしながら、本実施形態においては、この態様に限定されるものではなく、例えば、ステップＳ１０６の線状欠陥部位の特定処理は行わずに、第２の画像を用いて、ステップＳ１０５で抽出した欠陥部位５０１を連結させて欠陥領域５０２を画定する態様も、本実施形態に適用可能である。以下、この態様について、図６及び図７を用いて説明する。

【0051】

図６は、本発明の実施形態に係る欠陥検出装置１００による欠陥検出方法の処理手順の第２例を示すフローチャートである。

【0052】

この図６に示す第２例のフローチャートの処理では、まず、図４のステップＳ１０１～ステップＳ１０５までの処理を経る。これにより、ステップＳ１０４で取得された第１の２値化画像の中から、複数の欠陥２０１に相当する複数の欠陥部位が抽出される。具体的には、図５（ｃ）に示す第１の２値化画像の中から、複数の欠陥２０１に相当する複数の欠陥部位５０１－１～５０１－８が抽出される。

【0053】

続いて、図６のステップＳ２０１において、図１に示す欠陥領域画定部１４６は、ステップＳ１０３で生成された第２の画像を用いて、ステップＳ１０５で抽出された欠陥部位を連結させて欠陥領域を画定する。

【0054】

図７は、図６のステップＳ２０１における欠陥領域の画定処理を説明するための図である。この図７には、図５（ｃ）に示す第１の２値化画像と同じ画像が示されている。そして、図５（ｃ）に示す欠陥部位５０１－１～５０１－８が位置する、図５（ｂ）に示す第２の画像の領域５１０内の対応する位置は、鋼材の表面２１０からの深さｄｓが同程度とみなせる所定の範囲内（例えば、鋼材の厚みＤが２ｍｍである場合、±０．０２ｍｍの範囲内）であることを示す同じ色が付されている。このため、図６のステップＳ２０１では、図１に示す欠陥領域画定部１４６は、図５（ｂ）に示す第２の画像を用いて、図７に示すように、鋼材の表面２１０からの深さｄｓが同程度とみなせる所定の範囲内に属する欠陥部位５０１－１～５０１－８を連結させて、これを１つの欠陥領域５０２として画定する。ここで、本実施形態では、図７に示す欠陥領域５０２とは、鋼材の表面２１０からの深さｄｓが同程度とみなせる所定の範囲内に属する欠陥部位５０１－１～５０１－８を連結させて作られた「連結欠陥」と外接する四角形状の領域を言うものとする。

【0055】

続いて、図６のステップＳ２０２において、図１に示す欠陥大きさ推定部１４７は、ステップＳ２０１で画定された欠陥領域の圧延の方向における長さと、鋼材２００の圧延比とを用いて、圧延を行う前の圧延前鋼材に存在していた欠陥の大きさを推定する。この図６のステップＳ２０２における欠陥の大きさの推定処理は、図４のステップＳ１０８で説明した処理内容と基本的には同じであるため、その詳細な説明は省略する。

【0056】

続いて、図６のステップＳ２０３において、図１に示す表示制御部１４８は、ステップＳ２０１で画定された欠陥領域（例えば、図７に示す画像）や、ステップＳ２０２で推定された圧延前鋼材に存在していた欠陥の大きさＳｆを、表示装置１７０に表示する制御を行う。

【0057】

そして、図６のステップＳ２０３の処理が終了すると、図６に示すフローチャートの処理が終了する。

【0058】

以上説明した本実施形態に係る欠陥検出装置１００によれば、受信超音波の路程に基づく鋼材の表面２１０からの深さｄｓを２次元状で表した第２の画像を用いて、第１の２値化画像の中から抽出した欠陥部位を連結させて欠陥領域を画定するようにしたので、圧延によって製造された鋼材２００から複数の欠陥部位を検出した際に、圧延前鋼材において同一の発生源の欠陥から生じたものであるか否かを判別することができる。これにより、圧延前鋼材に存在していた欠陥の大きさを推定することができ、その結果、製鋼の操業条件を見直し改善を図ることが可能となる。

【0059】

（その他の実施形態）
その他の実施形態として、図４，図６に示すフローチャートの処理を実行するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種の記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する形態も、本発明に含まれる。また、このプログラム及び当該プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体も、本発明に含まれる。

【0060】

なお、上述した本発明の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

【符号の説明】

【0061】

１００：欠陥検出装置、１１０：超音波探触子、１２０：超音波送受信装置、１２１：送信部、１２２：受信部、走査装置１３０、制御・処理装置１４０、１４１：第１の画像生成部、１４２：第２の画像生成部、１４３：２値化処理部、１４４：欠陥部位抽出部、１４５：線状欠陥部位特定部、１４６：欠陥領域画定部、１４７：欠陥大きさ推定部、１４８：表示制御部、１５０：情報入力装置、１６０：記憶装置、１７０：表示装置、２００：鋼材、２０１：欠陥、２１０：鋼材の表面、２１１－０～２１１－Ｎ：測定点、２２０：鋼材の裏面、５０１：欠陥部位、５０２：欠陥領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】