JP2001296278A - 金属体検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサホルダを金属被検体と等距離かつ平行
に保ち、安定した検査を行なうことができる金属体検査
装置を提供する。 【解決手段】 鋼板４の上下変動に対しては、上下スラ
イド機構８によりセンサヘッド１が追随して上下する。
鋼板４が長手方向に波打った場合には、長手方向ならい
機構９ａ、９ｂが支点を中心として回転し、その傾斜に
倣う。鋼板４が幅方向に波打った場合には、幅方向なら
い機構１０ａ、１０ｂが支点を中心として回転し、その
傾斜に倣う。センサヘッド１の内部は、空気を通すこと
が可能な構造になっている。この空気は空気供給口２
ａ、２ｂから供給され、センサヘッド１内を通り、空気
噴出口３ａ、３ｂから鋼板４に向かって噴出し、その反
力によってセンサヘッド１を浮上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属被検体表面の
変位に対して、前記金属被検体とセンサとの距離を一定
に保ち、且つ前記金属被検体表面と前記センサ支持装置
の表面を平行に保つための機構を有する金属体検査装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁気的な検査を行う際は、検査の対象と
なる金属体とセンサとの距離（以下リフトオフと称す
る）を可能な限り一定に保つ必要がある。その例が特開
平８−１０１１１６９号公報に示されているが、図５を
用いて説明する。ハウジング２１には円筒ころ２２を介
してヘッド２３が回転自在に支承され、そのヘッド２３
の下面には、渦流プローブ２４が埋設されている。ま
た、ヘッド２３の下面には、８個のノズル２５が、ヘッ
ド２３の回転軸を中心に同心円上に等間隔（４５°間
隔）で配設されている。

【０００３】空気供給路２６、空気室２７を介して各ノ
ズル２５から空気を噴射すると、ヘッド２３が浮上し、
ヘッド２３下面と金属板２８表面との間にいわゆるエア
ベアリングが形成される。エアベアリングの厚さｈ、す
なわちリフトオフは空気の噴射量に対応し、バックラッ
シュや金属板２８のたわみの影響を受けない。また、同
心円上に配設された複数のノズル２５より空気を噴射す
るため、リフトオフが一層安定する。この系においては
ヘッドは上下方向に動き追従する。

【０００４】このように、これまで検査装置において
は、金属被検体表面に対して垂直方向の可動機構によっ
て、検出ヘッドを金属被検体の表面変動に対して追随さ
せ、リフトオフを安定化させていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような検出ヘッド
が、金属被検体の振動に追随する様子を図６に示す。図
６において、(a)、(b)、(c)、(d)、(e)は、同じヘッド
２５の位置を時系列的に示したものであり、金属板２８
との相対位置関係を示している。すなわち、本当は、ヘ
ッド２５の水平位置は固定しており、金属板２８が右か
ら左に進行しいるのであるが、作図の都合上、金属板２
８が静止し、ヘッド２５が左から右に進行しているよう
に描いている。

【０００６】図６において、（Ａ）は金属板２８の表面
変動の周期が大きく、緩やかな場合を示している。この
場合は、ヘッド２５は、金属板２８の動きに追随して上
下しており、金属板２８の長さ方向に離れて設けられた
センサ１とセンサ２のリフトオフはほぼ同じに保たれて
いる。

【０００７】これに対し、（Ｂ）は金属板の表面変動の
周期が短く急峻な場合を示している。このような場合に
は、ヘッド２５は、金属板の動きに追随できず、金属板
２８の長さ方向に離れて設けられたセンサ１とセンサ２
のリフトオフの絶対値が変化するのみならず、金属板２
８の傾きにより、センサ１とセンサ２のリフトオフに差
が生じるようになる。

【０００８】すなわち、ヘッド２５は上下運動しかしな
いため、金属板２８が急峻な傾きを持った場合には、た
とえ、ヘッド２５が金属板の表面変動に追随できたとし
ても、金属板２８とヘッドの平行度を保つことは不可能
であり、２つのセンサのリフトオフに差ができるのは避
けられない。

【０００９】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、金属被検体の傾きが急峻で周期の短い変化
をする場合にも、センサホルダを金属被検体と等距離か
つ平行に保ち、安定した検査を行なうことができる金属
体検査装置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、金属被検体表面に対向して、前記金属
被検体を検査するセンサを保持するセンサホルダを有す
る金属体検査装置であって、前記センサホルダは、前記
金属被検体のパスライン平面に垂直な方向に移動可能と
されていると共に、前記金属体のパスライン平面に垂直
な方向をｚ軸とするｘ−ｙ−ｚ直交座標系において、ｘ
軸とｙ軸をそれぞれ中心軸として二軸回転可能とされて
いることを特徴とする金属体検査装置（請求項１）であ
る。

【００１１】本手段においては、金属被検体の上下方向
の変動には、センサホルダの、金属被検体のパスライン
平面に垂直な方向への移動によって追随動作を行い、金
属被検体の傾きに対しては、ｘ軸とｙ軸をそれぞれ中心
軸とする二軸回転可能機能によって追随を行なう。な
お、ｘ軸、ｙ軸は、それぞれ金属被検体の走行方向とそ
れと直角な方向（幅方向）とすることが好ましい。

【００１２】よって、金属被検体の表面変動の周期が短
く、かつ傾きが急峻な場合にも、センサホルダと金属被
検体の距離を一定に保つと共に、金属被検体面とセンサ
ホルダ面を平行に保つことができる。

【００１３】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、前記センサホルダから前記金
属被検体に向けて気体を噴出する装置が設けられている
ことを特徴とするもの（請求項２）である。

【００１４】本手段においては、センサホルダから金属
被検体に向けて噴出される気体のエアベアリング効果に
より、センサホルダと金属被検体の距離を一定に、か
つ、センサホルダと金属被検体とを平行に保つ。このた
めには、気体の噴出口は少なくとも３個必要であるが、
ｘ軸方向に少なくとも２個、ｙ軸方向に少なくとも２個
設けることが好ましい。センサホルダと金属被検体の距
離は、空気の噴出圧力、噴出量を変えることにより変化
させることができる。

【００１５】前記課題を解決するための第３の手段は、
前記第１の手段又は第２の手段であって、漏洩磁束探傷
を行なうものであり、前記センサホルダには磁気センサ
が設けられていることを特徴とするもの（請求項３）で
ある。

【００１６】漏洩磁束探傷においては、特にセンサと金
属被検体との距離を一定に保つ必要があるので、前記第
１の手段又は第２の手段が有効となる。特に、漏洩磁束
探傷法においては、金属被検体の走行方向に離れて配置
された２個のセンサを用い、磁化条件を変えて同じ欠陥
を検出し、検出出力を演算することによってＳ／Ｎ比を
上げるものがある。このようなタイプの漏洩磁束探傷に
おいては、これら２個のセンサのリフトオフを共に同一
の値に保つ必要があるので、前記第１の手段又は第２の
手段が有効に働く。

【００１７】

【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の１
例である金属体磁気探傷装置の例を示す概要図である。
以下、鋼板の移動方向を長手方向、その方向に垂直で鋼
板表面と平行な方向を板幅方向と呼ぶ。（１）は縦断面
図、（ｂ）はセンサヘッドを下面側から見た図である。
図１において、１はセンサヘッド、２ａ、２ｂは空気供
給口、３ａ、３ｂは空気噴出口、４は鋼板、５ａ、５ｂ
は磁気センサアレイ、６は信号処理装置、７は表示器、
８は上下スライド機構、９ａ、９ｂは長手方向倣い機
構、１０ａ、１０ｂは幅方向倣い機構である。

【００１８】センサヘッド１の内部は、空気を通すこと
が可能な構造になっている。この空気は空気供給口２
ａ、２ｂから供給され、センサヘッド１内を通り、空気
噴出口３ａ、３ｂから鋼板４に向かって噴出し、その反
力によってセンサヘッド１を浮上させる。なお、空気噴
出口３ａ、３ｂは板幅方向に複数個設置されている。鋼
板４は矢印の方向にほぼ一定速度にて移動している。セ
ンサヘッド１には、磁気センサアレイ５ａ、５ｂが板幅
方向にアレイ状に複数個並べられている。磁気センサア
レイ５ａ、５ｂの検出信号は信号処理装置６で処理さ
れ、その結果が表示器７に表示される。

【００１９】センサヘッド１を支持する機構が上下スラ
イド機構８と長手方向ならい機構９ａ、９ｂと、幅方向
ならい機構１０ａ、１０ｂである。これらは、リフトオ
フｈを安定化させる機構である。すなわち、鋼板４の上
下変動に対しては、上下スライド機構８によりセンサヘ
ッド１が追随して上下する。鋼板４が長手方向に波打っ
た場合には、長手方向ならい機構９ａ、９ｂが支点を中
心として回転し、その傾斜に倣う。鋼板４が幅方向に波
打った場合には、幅方向ならい機構１０ａ、１０ｂが支
点を中心として回転し、その傾斜に倣う。

【００２０】この様子を図２を用いて説明する。冷延鋼
板のような表面の平面度が高い場合、表面が変動する場
合は振動などによる上下変動の場合がほとんどである。
このような場合は(a)に示す様に上下方向にのみ追従す
れば良く、そのために上下スライド機構８が動作する。
ところが熱延鋼板のような鋼板においては、(b)のよう
に鋼板自体の形状が悪く（耳波などの波状にうねった形
状が有る）、センサヘッドの大きさに近い周期の変動が
存在することがある。

【００２１】このような場合、上下のスライド機構８の
みでは追随できず、(b)-1の様にリフトオフが変化する
と共に、長手方向の位置が異なるセンサ同士でリフトオ
フが異なることになる。そこで本実施の形態において
は、(b)-2の様に、幅方向を軸とした回転機構を付加す
ることにより、鋼板表面にセンサヘッド１が平行に追随
できるようにしている。これにより、リフトオフの変化
が解消されると共に、長手方向の位置が異なるセンサ同
士でリフトオフが異なる度合いを少なくすることができ
る。

【００２２】幅方向にもＣ反りと呼ばれる鋼板の反りが
有る場合があり、これに対しては、今度は長手方向を軸
とする回転機構を付加することにより同様な効果が得ら
れる。

【００２３】図２ではスライド機構はセンサヘッド１の
上部、回転機構はセンサヘッド１の周辺下部に設置して
あるが、各機構の設置位置はセンサ配線、空気配管など
との兼ね合いで、同様の動作をする限りはどこに設置し
ても構わない。また、空気浮上として空気を供給してい
るが、気体であり所望の浮上量が得られるならば、その
種類は何でもよい。

【００２４】浮上力・追従動作を与える方式は、空気噴
出型の他にも、空気を下面から吸い込みヘッドを鋼板か
ら離す方向に引っ張る方法や、空気を利用せず、機械的
（サーボシリンダ等各種シリンダ）にヘッドを支持し、
位置・バランスを調整する方法も可能である。

【００２５】

【実施例】以下に本発明を、熱延鋼板中の微小な内部介
在物をオンラインにて検出する漏洩磁束探傷装置に適用
した例について、図３を参照しながら説明する。図３に
おいて、図１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３において、１
１ａ、１１ｂは搬送ロール、１２は欠陥、１３ａ、１３
ｂは励磁電源、１４ａ、１４ｂは磁化器、１５は遅延回
路、１６はプリアンプ、１７はフィルタ、１８はＡ／Ｄ
変換器、１９は計算機である。

【００２６】製品検査ラインを搬送される鋼板４の厚さ
は２mmである。また、この鋼板４は搬送ローラ１１ａ、
１１ｂによりほぼ一定速度Ｖ=30m/minで搬送される。こ
の鋼板中の欠陥１２を漏洩磁束探傷法により探傷する。

【００２７】空気浮上の構造を持ったセンサヘッド１
は、鋼板４の表面変動に追従する機構として、上下スラ
イド機構８、幅方向を軸とした回転機構９ａ、長さ方向
を軸とした回転機構１０ａ、１０ｂを有している。各磁
気センサ５ａ、５ｂはセンサヘッド１内に設置され、空
気浮上によりリフトオフｈ=1.0mmに設定されている。

【００２８】図示していないが、複数個の磁気センサ５
ａ、５ｂが板幅方向に直線的に５mmピッチで配列されて
おり、200組400個の磁気センサにて１ｍ幅を探傷する。
磁気センサ５ａの列と５ｂの列との距離は100mmとし
た。磁化器１４ａ、１４ｂと鋼板４との距離はそれぞれ
５mmとし、磁化器１４ａの磁化力は励磁電源１３ａで与
えられ4000AT、磁化器１４ｂの磁化力は磁化電源１３ｂ
で与えられ1000ATとした。

【００２９】ヘッド浮上のための空気が給気口２ａ、２
ｂから入れられ、噴出口３ａ、３ｂから鋼板４に向かっ
て空気が噴出される。給気の圧力によって浮上量を変化
させることができる。給気口２ａ、２ｂは幅方向にそれ
ぞれ２、３個所、噴出口３ａ、３ｂは幅方向にそれぞれ
５〜10個ほど加工してある。

【００３０】磁気センサ５ａの出力は、遅延回路１５に
より、鋼板４が磁気センサ５ａと５ｂの間を走行する時
間である0.2秒だけ遅延される。その後プリアンプ１６
にて100倍増幅され、フィルタ１７(バンドパスフィル
タ：200Hz-800Hz)により処理される。一方磁気センサ５
ｂの出力は遅延回路を経ずにプリアンプ１６、フィルタ
１７を通る。

【００３１】処理された磁気センサ５ａ、５ｂのそれぞ
れの信号はＡ／Ｄ変換装置１８によりディジタル化さ
れ、計算機１９のメモリーに格納される。計算機１９
は、磁気センサ５ａの探傷データをVa(t)、磁気センサ
５ｂの探傷データをVb(t)とし、メモリーに格納し、以
下の計算を行う。 V(t)=Va(t)-Vb(t)*2 係数の２は磁化状態によって変わるが、本実施例の場合
２が最適値であった。得られたＶ(t)は、常に欠陥を強
調する信号となっている。このＶ(t)が所定の閾値（本
実施例では３）を超えたときに欠陥があると判断する。

【００３２】また、Va(t)/Vb(t)の値を求め、欠陥があ
ると判断されたとき、Va(t)/Vb(t)が別の閾値Ｚ（本実
施例では４）を超えたとき内部欠陥、超えないとき表面
欠陥と判断し、内部欠陥のときには、計算機１９によ
り、欠陥の詳細データを表示する。ここで詳細データと
は欠陥出力値、Va/Vb比、鋼板上の位置などである。

【００３３】ここで、上記探傷装置において、欠陥１２
がセンサヘッド下方を通過した時に、鋼板４の形状が良
い場合と、形状が悪い場合に各回転軸の有無にて欠陥信
号がどのように変化するかを図４に示す。(a)は鋼板の
形状が良いか変動が緩やか場合、(b)は鋼板の形状が悪
く、センサヘッドが各回転軸を有しない場合、(c)は鋼
板の形状が悪く、センサヘッドが各回転軸を有し、鋼板
の表面変動に追従している場合である。

【００３４】(a)では、センサヘッドの上下変動のみで
鋼板の上下変動に追随でき、かつ、２列のセンサ間にお
いてリフトオフの違いも生じないので、安定した出力が
得られる。

【００３５】(b)ではセンサヘッド内の各センサのリフ
トオフに違いが生じるため、結果として出力が安定せ
ず、(a)とは異なった出力、すなわち場合により（イ)の
ような出力、場合により（ロ）のような出力となりＳ／
Ｎが安定しない。一方(c)では、リフトオフのバラツキ
が改善され、ほぼ(a)と同等の出力が得られる。

【００３６】なお、本実施例ではセンサアレイを２列使
用したが、１列の場合でも幅方向にリフトオフが異なる
のは望ましくないので、本発明の機構を用いる方がよ
い。センサが１個の場合においても、鋼板の表面に対し
てセンサの角度が変化するのを防ぐため本機構を採用す
ると効果がある。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明のうち請求項１に係
る発明においては、金属被検体の表面変動の周期が短
く、かつ傾きが急峻な場合にも、センサホルダと金属被
検体の距離を一定に保つと共に、金属被検体面とセンサ
ホルダ面を平行に保つことができる。

【００３８】請求項２に係る発明においては、簡単な構
成により、センサホルダと金属被検体の距離を一定に、
かつ、センサホルダと金属被検体とを平行に保つことが
できる。

【００３９】請求項３に係る発明においては、特に、セ
ンサホルダと金属被検体の距離を一定に保つと共に、金
属被検体面とセンサホルダ面を平行に保つ効果が大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の１例である金属体磁気探
傷装置の例を示す概要図である。

【図２】鋼板の振動の形態と、センサホルダの倣い機構
に応じたリフトオフの変動を示す図である。

【図３】本発明を、熱延鋼板中の微小な内部介在物をオ
ンラインにて検出する漏洩磁束探傷装置に適用した実施
例の概要を示す図である。

【図４】鋼板の形状と欠陥検出信号との関係を示す図で
ある。

【図５】従来のセンサホルダの例を示す図である。

【図６】図５に示すようなセンサヘッドが金属被検体の
振動に追随する様子を示す図である。

【符号の説明】

１…センサヘッド、２ａ、２ｂ…空気供給口、３ａ、３
ｂ…空気噴出口、４…鋼板、５ａ、５ｂ…磁気センサア
レイ、６…信号処理装置、７…表示器、８…上下スライ
ド機構、９ａ、９ｂ…長手方向倣い機構、１０ａ、１０
ｂ…幅方向倣い機構、１１ａ、１１ｂ…搬送ロール、１
２…欠陥、１３ａ、１３ｂ…励磁電源、１４ａ、１４ｂ
…磁化器、１５…遅延回路、１６…プリアンプ、１７…
フィルタ、１８…Ａ／Ｄ変換器、１９…計算機

───────────────────────────────────────────────────── 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 BB03 CA03 DA01 DB03 DB21 DB24

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属被検体表面に対向して、前記金属被
   検体を検査するセンサを保持するセンサホルダを有する
   金属体検査装置であって、前記センサホルダは、前記金
   属被検体のパスライン平面に垂直な方向に移動可能とさ
   れていると共に、前記金属体のパスライン平面に垂直な
   方向をｚ軸とするｘ−ｙ−ｚ直交座標系において、ｘ軸
   とｙ軸をそれぞれ中心軸として二軸回転可能とされてい
   ることを特徴とする金属体検査装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の金属体検査装置であっ
   て、前記センサホルダから前記金属被検体に向けて気体
   を噴出する装置が設けられていることを特徴とする金属
   体検査装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の金属体検
   査装置であって、漏洩磁束探傷を行なうものであり、前
   記センサホルダには磁気センサが設けられていることを
   特徴とする金属体検査装置。