JP2000275219A

JP2000275219A - 漏洩磁束探傷法

Info

Publication number: JP2000275219A
Application number: JP11077332A
Authority: JP
Inventors: Hiroharu Kato; 宏晴加藤; Junichi Yotsutsuji; 淳一四辻; Akio Nagamune; 章生長棟
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】微小な欠陥であっても検出可能であり、検出
精度の高い強磁性体金属被検体の漏洩磁束探傷方法を提
供する。【解決手段】鋼板１の搬送路に沿って磁気探傷装置４
が設置されている。この磁気探傷装置４は主に磁化器５
ａ，５ｂ、磁気センサ６ａ，６ｂ、信号処理装置８によ
って構成されている。磁化器５ａ、５ｂはそれぞれ交流
電源７ａ（周波数ｆ１）、７ｂ（周波数ｆ２）により励
磁されている（ｆ１＜ｆ２）。信号処理装置８は、磁気
センサ６ａ，６ｂで検出された磁気信号（交流）の振幅
を求めるため、交流電源７ａ，７ｂの出力からの参照信
号を使用して、同期検波処理を行う。さらに鋼板上の同
一位置からの信号同士を演算し、雑音磁束を低減し、相
対的に欠陥信号を強調して、Ｓ／Ｎ比を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は強磁性体金属被検体
に磁界を印加し、この強磁性体金属被検体の内部に存在
する欠陥に起因する漏洩磁束を検出することによって、
欠陥を探傷する漏洩磁束探傷方法に関するものであり、
さらに詳しくは、材料に起因するノイズの影響を抑さえ
ることにより、微少な欠陥でも確実に検出することが可
能な漏洩磁束探傷方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄のような強磁性体の内部に存在する欠
陥を検出する方法として、漏洩磁束探傷法が広く用いら
れている。その一例として、製鉄プラントにおける製鉄
検査ラインに組み込まれている磁気センサを利用した磁
気探傷装置の構成を図８に示す。

【０００３】製品検査ラインを搬送ローラ２１，２２に
より、ほぼ一定速度Ｖで搬送される薄鋼帯２３の搬送路
に沿って磁気探傷装置２４が配設されている。この磁気
探傷装置２４は、走行状態の薄鋼帯２３に磁界を印加す
る磁化器２５と、薄鋼帯２３を挟んで磁化器２５の対向
位置に配設された磁気センサ２６と、この磁気センサ２
６からの検出信号に基づいて薄鋼帯２３の内部または表
面の欠陥２７を検出する信号処理装置２８とで構成され
ている。

【０００４】薄鋼帯２３に欠陥２７が存在すると、この
欠陥２７に起因して薄鋼帯２３内の磁力線が乱され、薄
鋼帯２３の外部に漏洩して漏洩磁束となる。磁気センサ
２６はこの漏洩磁束を検出する。漏洩磁束の強度は欠陥
２７の大きさに対応するので、磁気センサ２６の検出信
号の信号レベルで欠陥２７の大きさが評価できる。

【０００５】以上のように、従来の、強磁性体金属被検
体の欠陥を、漏洩磁束を測定することによって検出する
方法においては、磁気センサの検出信号の信号レベルに
よって欠陥の大きさを検出していた。しかしながら、磁
気センサによって検出される磁気的な信号には、上記の
欠陥に起因する漏洩磁束信号以外にも、強磁性体金属被
検体における局部的な磁気的特性変化、むらなどに起因
する強磁性体金属被検体外部の磁束分布の乱れや、表面
粗さにより生じる磁束分布の乱れが含まれる場合があ
る。この磁束分布の乱れは、欠陥検出という観点からす
れば、不要な磁束（雑音磁束）である。

【０００６】このような雑音磁束による影響を避けるた
め、欠陥漏洩磁束に起因する信号と雑音磁束に起因する
信号とで周波数が異なることを利用して、欠陥を判断す
る方法が用いられることがある。図９は欠陥信号と雑音
磁束の周波数特性の測定結果の一例を示す図である。す
なわち、図９は、薄鋼板を一定速度で走行させた状態に
おいて、欠陥に起因する漏洩磁束を磁気センサで検出し
た場合の欠陥信号の周波数特性と、雑音磁束を磁気セン
サにより検出した場合の周波数特性を示している。

【０００７】図９に示されるように、一般に欠陥信号の
方が雑音磁束よりも高い周波数分布を持っている。そこ
で、信号処理装置に遮断周波数ｆを有するハイパスフィ
ルタを組み込むことにより、磁気センサから当該信号処
理装置に出力された検出信号の内、欠陥信号を雑音磁束
に比べて相対的に強調して抽出することが可能である。
このように漏洩磁束探傷法において、欠陥検出能を上げ
るため、抵当な定数を持つフィルターを使用する方式は
実開昭６１−１１９７６０号公報にも開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９に
示すように、欠陥信号の周波数特性と雑音磁束の周波数
特性は重なり合う部分もあるため、検出すべき欠陥が小
さくて欠陥信号のレベルが小さい場合や、雑音磁束が大
きい場合には、たとえ前記のようなハイパスフィルター
を設けて欠陥信号を周波数弁別したとしても、欠陥を検
出できるレベルまで、雑音磁束を除去することは困難で
あるという問題点がある。

【０００９】本発明は、以上のような実状に鑑みてなさ
れたもので、微小な欠陥であっても検出可能であり、検
出精度の高い強磁性体金属被検体の漏洩磁束探傷方法を
提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、強磁性体金属被検体に異なる複数の励
磁周波数で交流磁界を印加して磁化し、各々の磁化条件
下で同一場所における漏洩磁束の測定を行い、これらの
測定結果同士を演算し、その演算結果に基づいて欠陥判
定を行うことを特徴とする漏洩磁束探傷方法（請求項
１）である。

【００１１】このような手段により検出能向上を図るこ
とができる理由を述べるため、まず雑音磁束の性質につ
いて説明する。まず、厚さ１mmの鋼板を、その表面よ
り、歪みが入らないよう化学的に少しずつ削っていき、
雑音磁束レベルの変化を調べた。この結果、図４に示す
ように雑音磁束は徐々に小さくなっていき、表層20μｍ
ほど削ったところで、削る前の状態の半分以下になって
安定することが分った。

【００１２】これは、例えば表面の粗さに起因して出る
磁気的信号が、表面を研削することによって減少するた
め、あるいは、鋼板製造時、表面から冷却されることに
より生じる表層組織の局所的なばらつきなどによる、磁
気的性質のむらの影響が減少するためと考えられる。い
ずれにしても、これより、雑音磁束の主要な源は表層に
あることが判明した。このような現象はここで使用した
サンプル以外でも発生しており、雑音磁束が持つ性質の
一つと考えることができる。このように、雑音磁束主要
部は表層部にその源を持つものであるが、内部欠陥は一
般にそれよりも深い位置にある。

【００１３】励磁周波数の異なる２種の測定条件にて、
雑音磁束と欠陥信号レベルの挙動を考えるとどのような
ことが起こるかを以下に述べる。鋼などの導電体に交流
磁束を印加すると、表皮効果により導電体に進入する磁
束は深くなればなるほど弱くなっていく。そのため、直
流のみによる磁化の場合に比べ、交流による磁化を行う
と、深いところにある信号源ほど検出信号レベルが弱め
られることになる。この現象は励磁周波数が高いほど、
また被検体の透磁率が高いほど顕著に現れる。たとえ
ば、低い励磁周波数として、欠陥が十分に検出される周
波数を選び、また高い励磁周波数として低い励磁周波数
の場合と比べ、表層にその源を持つ雑音磁束が、深い位
置にある欠陥からの漏洩磁束よりも相対的に強調される
ような周波数を選ぶことができる。

【００１４】図５に、励磁周波数と、欠陥信号レベルと
雑音信号レベルの比、いわゆるＳ／Ｎ比の関係を示す。
図５から分かるように、励磁周波数を上げていくと、欠
陥信号が雑音磁束信号に比べて小さくなっていく。欠陥
信号の励磁周波数による変化と雑音磁束の励磁周波数に
よる変化には、上記原理に従い、図５に示すように差が
生じるため、適当な２種の励磁周波数条件をえらび、そ
の２種の励磁周波数条件のもとで得られた、サンプル上
の同じ位置の信号同志の適当な演算を行うことで、２種
の測定条件に共通に大きく存在する雑音磁束を低減し、
欠陥信号を相対的に強めることができる。

【００１５】なお、ここでは２種の励磁周波数条件を用
いる場合について述べたが、３種以上の励磁周波数条件
で測定を行い、その結果の測定対象の同じ位置に対応す
るデータを演算する場合にも同様のやり方により欠陥検
出能向上が図れることはいうまでもない。

【００１６】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段であって、異なる２つの励磁周波数で強
磁性体金属被検体を磁化し、低周波の励磁周波数での漏
洩磁束の測定結果と、高周波の励磁周波数での漏洩磁束
の測定結果とを、重み付けを行って減算し、演算結果に
基づいて欠陥判定を行うことを特徴とするもの（請求項
２）である。

【００１７】前記第１の手段で行う演算としては、欠陥
信号、雑音ノイズの性質に応じて検出能が向上できるよ
う適当なものを選択すればよいが、異なる２つの励磁周
波数で強磁性体金属被検体を磁化し、低周波励磁時の信
号測定値から、重み付けした高周波励磁時の信号測定値
を減算する方式、または高周波励磁時の信号測定値か
ら、重み付けした低周波励磁時の信号測定値を減算する
方式が、両測定値に共通して比較的大きく存在する雑音
ノイズを除去し、欠陥信号を相対的に強調するために
は、簡単で効果のある方法である。

【００１８】前記課題を解決するための第３の手段は、
前記第１又は第２の手段であって、強磁性体金属被検体
に、交流磁界と共に直流磁界を印加することを特徴とす
るもの（請求項３）である。

【００１９】交流磁化に加え直流磁化を印加すると、直
流磁化レベルに応じて、被検体の微分透磁率が変化し、
その変化により交流磁束の浸透深さが変化する。たとえ
ば、被検体を磁気飽和レベルまで直流磁化して行くと、
その微分比透磁率は小さくなりほぼ１に近づく。この場
合、直流磁化の無い場合と比べ、交流磁束の浸透深さは
非常に深くなる。交流励磁の周波数とともに、直流磁化
レベルを適当な値とすることで、所望の浸透深さを得る
ことができる。直流磁化レベルは、励磁周波数毎に別の
値を使ってもよいし、同じレベルに設定してもよい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例
を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態
である漏洩磁束探傷方法を実施するための磁気探傷装置
の第１の例を示す図である。図１において、１は鋼板、
２，３は搬送ロール、４は磁気探傷装置、５ａ，５ｂは
磁化器、６ａ，６ｂは磁気センサ、７ａ，７ｂは交流電
源、８は信号処理装置、９は欠陥である。

【００２１】製品検査ラインはでは、鋼板１が搬送ロー
ル２，３によって、一定速度Ｖで搬送されている。鋼板
１の搬送路に沿って磁気探傷装置４が設置されている。
この磁気探傷装置４は主に磁化器５ａ，５ｂ、磁気セン
サ６ａ，６ｂ、信号処理装置８によって構成されてい
る。各磁気センサ６ａ，６ｂと鋼板１との距離であるリ
フトオフの値は双方とも同じでＬである。磁化器５ａ、
５ｂはそれぞれ交流電源７ａ（周波数ｆ１）、７ｂ（周
波数ｆ２）により励磁されている（ｆ１＜ｆ２）。

【００２２】信号処理装置８は、磁気センサ６ａ，６ｂ
で検出された磁気信号（交流）の振幅を求めるため、交
流電源７ａ，７ｂの出力からの参照信号を使用して、同
期検波処理を行う。さらに鋼板上の同一位置からの信号
同士を演算し、雑音磁束を低減し、相対的に欠陥信号を
強調して、Ｓ／Ｎ比を向上する。

【００２３】たとえば、磁気センサ６ａで検出された出
力をＶ_a、鋼板１の同じ位置において磁気センサ６ｂで
検出された信号をＶ_bとすると、信号処理装置の出力と
して、Ａ＝ｋ₁・（Ｖ_aーｋ₂・Ｖ_b） …（１）が得られるようにする。ここで、ｋ₁、ｋ₂は定数であ
り、ｋ２の値は、欠陥９のない場所でＡの値が０に近く
なるように設定する。

【００２４】漏洩磁束が検出できれば、磁気センサと磁
化器は鋼板を挟んで反対側に配置されていてもよい。な
お、リフトオフＬは必ずしも、磁気センサ６ａ，６ｂで
同じである必要はなく、相互に異なっていてもよい。

【００２５】２種の励磁周波数条件を実現するために
は、必ずしも２組の磁化器-磁気センサを使う必要はな
い。１組の磁化器-磁気センサにて、励磁周波数を変え
て２度測定するなどの手段を取ることができる。

【００２６】図２は、本発明の実施の形態である漏洩磁
束探傷方法を実施するための磁気探傷装置の第２の例を
示す図である。以下の図において、発明の実施の形態の
欄における前出の図に示された構成要素と同じ構成要素
には同じ符号を付してその説明を省略する。図２におい
て、５は磁化器、６は磁気センサ、７は交流電源であ
る。

【００２７】図２に示した磁気探傷装置は、図１に示し
たものとは、磁化器５、磁気センサ６が１組しかなく、
交流電源７からは、周波数ｆ１と周波数ｆ２の交流をミ
ックスしたものが磁化器５のコイルに供給されている点
が大きく異なっている。よって、磁気センサ６から得ら
れる信号は、重ね合せの原理により、周波数ｆ１の励磁
電流に対応する磁化よって発生する漏洩磁束信号と、周
波数ｆ２の励磁電流に対応する磁化によって発生する漏
洩磁束信号の和になっている。

【００２８】磁気センサ６からの信号は、信号処理装置
８に取込まれるが、信号処理装置８には、交流電源７か
ら周波数ｆ１の励磁電流に対応する参照信号と、周波数
ｆ２の励磁電流に対応する参照信号が入力されている。
信号処理装置８は、ロックインアンプ等を使用して、各
々の周波数に同期した出力信号を別々に取出して増幅
し、それを検波したものを各々の励磁周波数に対する出
力信号とする。その後の信号処理方法は、図１に示した
磁気探傷装置と同様のものである。

【００２９】図３は、本発明の実施の形態である漏洩磁
束探傷方法を実施するための磁気探傷装置の第３の例を
示す図である。図３において、１０ａ，１０ｂは直流電
源である。図３に示した磁気探傷装置は、図１に示した
ものとは、磁化器５ａ，５ｂに加えられる電源が、それ
ぞれ交流電源７ａと直流電源１０ａの出力の和と、交流
電源７ｂの出力と直流電源１０ｂの出力の和となってい
る点で異なっている。すなわち、磁化器５ａ，５ｂに
は、直流バイアス磁化が加えられている。

【００３０】直流バイアス磁化を加えることにより、鋼
板１の微分透磁率は小さくなっていき、磁気飽和に至れ
ば１となる。よって、直流電源１０ａ，１０ｂの出力を
変えることにより、鋼板１の微分透磁率を変化させ、こ
れによって磁束の浸透深さを変えることができる。磁束
の浸透深さは、鋼板１の板厚や、検出したい欠陥９の深
さ等に応じて適当に決定すればよい。直流磁化の大きさ
は、磁化器５ａと５ｂで必ずしも同一にする必要はな
い。

【００３１】

【実施例】以下に、本発明を、薄鋼板中の微小な介在物
をオンラインにて検出する装置に適用した例について、
図６を参照しながら説明する。図６に示すような磁気探
傷器を用いて、実際に鋼板中の微少欠陥の探傷を行っ
た。図６において、１１は遅延処理回路、１２は信号処
理装置本体である。なお、製品検査ラインを搬送される
薄鋼板１の厚さは１［mm］であった。また、この鋼板１
の搬送速度は、ほぼ一定で、速度Ｖ＝20［m/min］であ
った。

【００３２】各磁気センサ６ａ，６ｂと鋼板１の表面ま
での距離であるリフトオフＬは0.7[mm]に設定した。ま
た、実際には、磁気センサ６ａ，６ｂは、板幅方向に直
線的に５mmピッチで複数配列されており、200組400個の
磁気センサ６ａ，６ｂによって板幅方向１ｍをカバーす
るようにされている。この磁気探傷装置４の基本的な作
動は、図１の説明において述べたものと同じである。

【００３３】磁化器５ａに印加する低周波励磁電流の周
波数としては、欠陥信号と雑音磁束が両方とも大きく検
出される周波数を選択した。ただし、この条件における
雑音磁束信号が、高周波励磁条件においても存在するよ
うにし、また両方の磁化条件を似せるという意味で、不
必要に小さくならない条件とした。また、鋼板速度との
関係で、信号の変化を十分に捉えられる周波数とした。
このようにして、励磁周波数として５kHzを選択した。
欠陥信号周波数は上限で700Hz程度を考えておけばよ
く、５kHzの励磁周波数であれば十分である。

【００３４】磁化器５ｂに印加する高周波励磁電流の周
波数としては、低周波励磁条件と比べ、欠陥信号レベル
の雑音ノイズレベルに対する比率が大きく変化する条件
を選ぶ必要があり、ここでは100kHzを選択した。

【００３５】磁気センサ６ａ，６ｂからの信号Ｖａ
(t)、Ｖｂ（ｔ）は、信号処理装置８にて、磁化器電源
７ａ，７ｂからの参照信号を使って同期検波される。信
号処理装置本体１２は、同期検波後の各磁気センサ６
ａ，６ｂの検出信号を１０ｋＨｚのサンプリング周波数
によりアナログ-ディジタル変換する。

【００３６】鋼板１の移動方向における磁気センサ６ａ
と磁気センサ６ｂの位置ずれ量ｄを逐次実測した鋼板速
度Ｖで除して、同じ鋼板位置に対応する時間差Δｔを求
め、遅延処理回路１１により磁気センサ６ａの信号Ｖａ
（ｔ）を相対的に磁気センサ１１ｂの信号Ｖｂ（ｔ）に
対して遅らせてＶａ（ｔ＋Δｔ）とＶｂ（ｔ）を対応さ
せるようにした。

【００３７】また、同期検波後の検出信号Ｖａ（ｔ＋Δ
ｔ）、およびＶｂ（ｔ）は直流分や周波数の低い地合ノ
イズ成分の低減、欠陥信号周波数より高い電気ノイズな
どをカットするため、バンドパスフィルタにかけられ
る。通過帯域は、両磁化条件とも同じで、400〜700Hzで
ある。

【００３８】図７に検出能改善効果を示す。低周波励磁
条件（磁化器５ａにより磁化）では材料に起因するノイ
ズが大きく、Ｓ／Ｎ比は１．4である。高周波励磁条件
（磁化器５ｂにより磁化）では、低周波励磁条件で出て
いた雑音磁束が同様に現れているのが判る。弱磁化信号
を2.5倍し、対応する位置の強磁化信号より引いた結果
が差分処理結果である（（１）式でｋ₂＝2.5としたも
の）。差分処理結果においては、雑音磁束が激減し、相
対的に欠陥信号が強調され、Ｓ／Ｎ比が3.3まで上昇し
ていることがわかる。

【００３９】なお、低周波励磁条件での測定値と高周波
励磁条件での測定値の減算、遅延処理、フィルタリング
などの処理は、アナログ信号にて行っても良いし、アナ
ログ信号をディジタル信号に変換後に行ってもよい。し
かし、同期検波以前の信号は高周波であるので、アナロ
グ演算で行うのが好ましく、遅延処理回路にディジタル
方式を採用する場合は、その前で同期検波を行うように
することが好ましい。また、ディジタル信号に変換して
から処理を行う場合でも、ハードウエアによって行って
も、ソフトウエアによって行ってもかまわない。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係る発明においては、適当な複数の励磁周波数条
件をえらび、各々の励磁周波数条件のもとで得られた、
サンプル上の同じ位置の信号同志の適当な演算を行うこ
とで、各々の測定条件に共通に大きく存在する雑音磁束
を低減し、欠陥信号を相対的に強めることができる。よ
って、強磁性体金属被検体中の欠陥が微小であっても確
実に検出でき、欠陥検出精度を大幅に向上させることが
できる。

【００４１】請求項２に係る発明においては、異なる２
つの励磁周波数で強磁性体金属被検体を磁化し、両測定
値に共通して比較的大きく存在する雑音ノイズを除去
し、欠陥信号を相対的に強調するため、低周波励磁時の
信号測定値から、重み付けした高周波励磁時の信号測定
値を減算する方式であるので、簡単な方法で、ノイズ成
分を低減させることができる。

【００４２】請求項３に係る発明においては、交流励磁
の周波数とともに、直流磁化レベルを適当な値とするこ
とで、所望の浸透深さを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である漏洩磁束探傷方法を
実施するための磁気探傷装置の第１の例を示す図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態である漏洩磁束探傷方法を
実施するための磁気探傷装置の第２の例を示す図であ
る。

【図３】本発明の実施の形態である漏洩磁束探傷方法を
実施するための磁気探傷装置の第３の例を示す図であ
る。

【図４】鋼板の表面の削除厚さと、正規化された雑音磁
束信号のレベルとの関係を示す図である。

【図５】励磁周波数と、欠陥信号と雑音信号のレベル比
との関係を示す図である。

【図６】本発明の実施例に使用した磁気探傷装置の構成
を示す図である。

【図７】本発明の実施例における欠陥検出性能の向上を
示す図である。

【図８】従来の磁気探傷装置の構成を示す図である。

【図９】欠陥信号と雑音磁束の周波数特性の測定結果の
一例を示す図である。

【符号の説明】

１…鋼板２，３…搬送ロール４…磁気探傷装置５，５ａ，５ｂ…磁化器６，６ａ，６ｂ…磁気センサ７，７ａ，７ｂ…交流電源８…信号処理装置９…欠陥１０ａ，１０ｂ…直流電源１１…遅延処理回路１２…信号処理装置本体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長棟章生東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 2G053 AA11 AB22 BA15 BC02 BC03 BC07 BC14 CA03 CB24 DA06 DB02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強磁性体金属被検体に異なる複数の励磁
周波数で交流磁界を印加して磁化し、各々の磁化条件下
で同一場所における漏洩磁束の測定を行い、これらの測
定結果同士を演算し、その演算結果に基づいて欠陥判定
を行うことを特徴とする漏洩磁束探傷方法。
【請求項２】請求項１に記載の漏洩磁束探傷方法であ
って、異なる２つの励磁周波数で強磁性体金属被検体を
磁化し、低周波の励磁周波数での漏洩磁束の測定結果
と、高周波の励磁周波数での漏洩磁束の測定結果とを、
重み付けを行って減算し、演算結果に基づいて欠陥判定
を行うことを特徴とする漏洩磁束探傷方法。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の漏洩磁束
探傷方法であって、強磁性体金属被検体に、交流磁界と
共に直流磁界を印加することを特徴とする漏洩磁束探傷
方法