JP2002195984A - 磁気探傷装置の漏洩磁気検出センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサ１個あたりの検出幅を広げて、板幅方
向のセンサ及び信号処理回路の設置個数を減少させる。 【解決手段】 感磁性素子群の磁気感受面１２Ａの反対
側に、磁気感受面より大きな軟質磁性体１４を配置す
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、磁気探傷装置の漏
洩磁気検出センサに係り、特に、オンラインで薄鋼帯の
表面傷や内部介在物の検査を行う漏洩磁束探傷に用いる
のに好適な、強磁性体である被検査材の内部や表面から
漏洩する磁束を検出する磁気探傷装置の漏洩磁気検出セ
ンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】漏洩磁束探傷法は、被検査材の走行方向
に磁界を発生させ、被検査材の内部及び表面欠陥より発
生する漏洩磁束を検出して欠陥を探傷する方法であり、
漏洩磁束を検出するセンサとして、磁気ダイオード、磁
気抵抗素子、ホール素子等の半導体磁気センサがあり、
コイル方式のセンサとして、平面コイル、フェライトに
導線を巻回した誘導コイルセンサ等がある。

【０００３】このうち磁気ダイオードは、検出感度が高
く、形状も小さい利点があるが、温度特性が悪く、又、
基本ノイズが大きく、機械的強度が弱いという問題点が
ある。

【０００４】一方、コイル方式のセンサは、構造が簡単
で温度特性もよいが、感度が低いという問題点を有す
る。

【０００５】これらに対して、半導体磁気センサで、従
来感度の低かったホール素子も、感度や温度特性が改善
され、漏洩磁束探傷法用の漏洩磁気検出センサとして広
く用いられるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】食缶等の材料となるブ
リキ板は、ツーピース缶（ＤＩ缶）を製造する過程で強
度の加工を受けるため、材料の内部に介在する被金属介
在物（以下単に介在物と称する）等も、加工割れの原因
となっている。検出を要求される大きさは、楕円計算で
０．５×１０^-3mm³の体積で、長さ１．０ｍｍ×幅０．
１ｍｍ×厚さ０．０１ｍｍ程度であり、幅方向全幅のオ
ンライン探傷では、半導体磁気センサの必要数量は１０
００個程度となり、信号処理回路も１０００チャンネル
分という多大な数量必要となるという問題点を有してい
た。

【０００７】なお、本発明に類似するものとして、実開
平７−３８９５６には、磁気感受面にコイルを作成した
コイルセンサの磁気感受面の反対側に、直に、強磁性体
を配置して、漏洩磁束を該強磁性体に引き寄せ、その多
くをコイルセンサの磁気感受面を集中的に横切らせるこ
とによってセンサの感度を向上させることが記載されて
いるが、センサの検出範囲を広くすることについては示
唆されていなかった。

【０００８】又、特開平４−２９６６４８にも、磁気セ
ンサの近くに強磁性体の治具を配置することが記載され
ているが、この治具は、磁気センサの飽和を回避するた
めに、その周辺空間に存在する高密度の磁束をバイパス
して、磁気センサ周囲の磁束を低下させるためのシール
ドであり、多少の感度向上は見込まれるが、検出範囲を
拡大することは狙っていない。

【０００９】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くさなれたもので、漏洩磁気検出センサ１個当りの検出
範囲を広くして、センサ数及び信号処理回路の数を少な
くすることを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、検査対象スト
リップの走行方向に磁界を発生させ、内部及び表面欠陥
で生ずる漏洩磁束を、検査対象ストリップの幅方向に多
数併設された感磁性素子群を備えた探傷ヘッドによりオ
ンラインで検出して、欠陥信号とする磁気探傷装置の漏
洩磁気検出センサにおいて、前記感磁性素子群の磁気感
受面の反対側に、該磁気感受面より大きな軟質磁性体を
配置することにより、前記課題を解決したものである。

【００１１】又、前記感磁性素子群を構成する感磁性素
子を、前記軟質磁性体と離隔して配置し、更に該感磁性
素子の磁気感受面とは反対側の面に密着して、別途の軟
質磁性体を配置したものである。

【００１２】又、前記感磁性素子の磁気感受面に密着し
て、更に他の軟質磁性体を配置したものである。

【００１３】又、前記感磁性素子を、ホール素子とした
ものである。

【００１４】本発明は、又、前記漏洩磁気検出センサを
用いたストリップのオンライン探傷方法を提供するもの
である。

【００１５】本発明の漏洩磁気検出センサ（例えば半導
体磁気センサ）は、図１に示す如く、空間中の透磁率と
比較して非常に大きい透磁率を有する、半導体磁気セン
サ１２の感磁性素子（例えばホール素子）の磁気感受面
１２Ａよりも大きな軟質磁性体１４を、前記磁気感受面
１２Ａの反対側、即ち感磁性素子が検査対象ストリップ
に対向している面の反対側に、この磁気感受面１２Ａと
所定の間隔をとって、即ち感磁性素子と離隔して設置す
る。すると、帯鋼等のストリップ１０の介在物１０Ａに
より発生する漏洩磁束Ｆは、軟質磁性体１４に引き寄せ
られ、センサ１個当りの検出幅が広くなると共に、磁気
感受面１２Ａを、該磁気感受面１２Ａ、ストリップ１０
双方に対して垂直な方向に集中的に横切ることになるの
で、高感度の検出ができるようになる。

【００１６】更に、図１における半導体磁気センサ１２
として、図２に示すように、フェライト等の軟質磁性体
１２Ｂの表面にホール素子等の感磁性素子１２Ｃを配置
し、即ち感磁性素子１２Ｃの磁気感受面とは反対側の面
に密着して軟質磁性体１２Ｂを配置し、検査対象である
ストリップ１０側からみて、感磁性素子１２Ｃを検査対
象であるストリップ１０に対向する側の表面に有する半
導体磁気センサ１２、前記軟質磁性体１４の順に配置す
ることにより、図３に示すように、漏洩磁束Ｆを磁気感
受面１２Ａに、より垂直方向に集中して横切らせること
ができるようになるので、更にセンサ１個あたりの検出
幅を広く取ることができるようになるとともに、高感度
の検出を達成できるため更に好ましい。図２において、
１６はセンサ取付用の支持板である。

【００１７】このように更に高感度にできるのは、半導
体磁気センサ１２として、図２に示すように、フェライ
ト等の軟質磁性体１２Ｂの表面にホール素子等の感磁性
素子１２Ｃを配置したものを用いた場合、前記軟質磁性
体１４により引き寄せられた漏洩磁束Ｆが、更に半導体
磁気センサ１２に使用している軟質磁性体１２Ｂにより
磁気感受面１２Ａにより多く引き寄せられ、磁気感受面
１２Ａに対してより垂直な方向に集中して磁気感受面１
２Ａを横切らせることができるようになるためである。

【００１８】ここで半導体センサとして、図４に示すよ
うに、フェライト等の軟質磁性体１２Ｂの表面にホール
素子等の感磁性素子１２Ｃを配置するとともに、ホール
素子などの感磁性素子の磁気感受面１２Ａに密着してフ
ェライトなどの軟質磁性体１２Ｄを配置して、フェライ
ト等の軟質磁性体１２Ｂ、１２Ｄでホール素子等の感磁
性素子１２Ｃを挟み込んでもよい。これにより、磁気感
受面を保護すると共に、漏洩磁束Ｆを磁気感受面１２Ａ
に対し垂直方向に横切らせて感度を更に改善することが
できる。

【００１９】前記感磁性素子１２Ｃとしては、ホール素
子を用いることが好ましい。ホール素子はノイズが少な
いため、本願のような小さな介在物を対象としても検出
しやすく、又、小さなホール素子自体は非常に薄くでき
るため、本願のような構成をとる漏洩磁気検出センサ
を、特にストリップに面する方向にコンパクト化でき、
他の感磁性素子に比べ、磁気感受面をストリップに近づ
けて測定しやすく、検出精度を良好にできる。

【００２０】これらに対して、従来のようにセンサ単体
のときの漏洩磁束分布は、図５に示す如くとなり、漏洩
磁束Ｆは浅い角度でセンサ１２の磁気感受面１２Ａを通
過する。従って、磁気感受面１２Ａに対する垂直磁束成
分が少なく、センサ１個当りの検出幅も狭くなってい
た。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００２２】図６は、本実施形態の全体の配置を示す概
略構成図、図７は、同じく平面図、図８は、本発明に係
る漏洩磁気検出センサを構成する半導体磁気センサ（こ
こではホール素子）と軟質磁性体の形状を示す断面図で
ある。

【００２３】図６において、本発明に係る半導体磁気セ
ンサ１２、軟質磁性体１４及びストリップ１０を磁化す
るための磁化コイル２２が巻かれた磁化ヨーク２４は、
一体化された磁気センサヘッド２０とされており、スト
リップ１０を矢印方向に搬送する非磁性ロール１１の近
傍に配置される。

【００２４】前記磁化コイル２２に直流電流を流すと、
磁化ヨーク２４によりストリップ１０が磁化され、該ス
トリップ１０に介在物や表面傷があると、漏洩磁束が発
生する。この漏洩磁束は、半導体磁気センサ１２の位置
で、その磁気感受面１２Ａより大きな軟質磁性体１４に
引き寄せられ、半導体磁気センサ１２の磁気感受面１２
Ａを集中的に横切ることで、１個当りのセンサの検出幅
が広くなって検出される。

【００２５】図７は、前記半導体磁気センサ１２と、そ
の磁気感受面１２Ａの反対側に取付けた軟質磁性体１４
の形状を示す概略図である。本発明に係る漏洩磁気検出
センサは、前記半導体磁気センサ１２と、その取付用の
支持板１６に埋設した、磁気感受面１２Ａより大きな幅
Ｗを有する軟質磁性体１４で構成されている。

【００２６】本実施形態では、一体型構造の磁気センサ
のため、検査用のストリップの静止時にもヨーク２４の
極間に水平磁界が発生して、浮遊磁界となり、磁性体に
悪い影響を与えるため、強い磁化特性と磁束密度を有す
る軟質磁性体を使用している。

【００２７】前記軟質磁性体１４の望ましい形状及び取
付位置は、被測定物の傷の大きさにより異なるが、例え
ば、幅Ｗを１〜１０ｍｍ、厚さＴを０．０５〜３ｍｍ程
度、半導体磁気センサ１２の磁気感受面１２Ａの反対側
面からの取付位置Ｄは０．１〜３ｍｍ、幅方向の長さ
は、図７に示した如く、使用するセンサの幅方向の両端
面までとすることができる。

【００２８】なお、軟質磁性体１４は、前述のように、
磁気感受面１２Ａより大きくする必要があり、好ましく
は、磁気感受面の長軸方向、短軸方向ともに５〜３０倍
の長さを有することが好ましい。又、軟質磁性体１４
は、磁気感受面１２Ａの軟質磁性体１４への投影図にお
いて、幅中央に配置することが好ましい。

【００２９】本実施形態においては、軟質磁性体１４を
センサ取付用の支持板１６に埋め込んでいるので、構成
が簡略である。なお、軟質磁性体の配設位置はこれに限
定されない。又、軟質磁性体１４としては、特に限定し
ないが、フェライト等の他、安価な、例えば冷延鋼板
（焼なまし材）などを用いてもよい。

【００３０】又、本実施形態においては、半導体磁気セ
ンサ１２及び軟質磁性体１４が、磁化コイル２２及び磁
化ヨーク２４と共に磁気センサヘッド２０に一体化され
ているので、全体構成が簡略である。なお、磁化コイル
２２及び磁化ヨーク２４と半導体磁気センサ１２及び軟
質磁性体１４を分離することも可能である。

【００３１】

【実施例】本発明の効果を確認するために行った実験結
果について説明する。上記した実施形態の一体型磁気セ
ンサヘッド２０を、繰り返し同じ場所が検出できる実験
用回転ロールに取付けて、本発明の効果を確認した。

【００３２】ここで、感磁性素子としてはホール素子を
用い、ホール素子をフェライト表面に配置した半導体磁
気センサを用いた。又、軟質磁性体１４としては、感磁
性素子の磁気感受面よりも大きく、長軸方向、短軸方向
ともに磁気感受面の１０倍の長さを有する冷延鋼板を用
いた。

【００３３】被測定物は、連鋳材で、厚さ０．２３ｍｍ
のブリキ板、介在物として長さ１．０ｍｍ、幅０．１ｍ
ｍ、厚さ約０．０１ｍｍあるものを使用した。ロールの
回転速度を２００ｍｐｍとし、磁気センサと被測定物間
のリフトオフは、１．０ｍｍとした。図９の横軸左から
磁気センサヘッド２０を０．２ｍｍピッチで右に移動さ
せて、何度も同じ位置を通過する介在物を、本発明によ
る軟質磁性体１４がある場合（実線Ａ）と従来の無い場
合（破線Ｂ）について計測した結果、図９のとおり、最
大出力の１／２（半価値）が、軟質磁性体１４の有無で
変わり、軟質磁性体１４がある場合（７．８）の方が、
無い場合（６．５）に比べて２０％程度広くなっている
ことが確認できた。従って、センサ及び信号処理回路の
数を約２０％削減できる。

【００３４】又、上記軟質磁性体１４の有無につき、磁
化電流、即ち磁化コイルに流す電流値の変化によるセン
サ出力の変動についても調査した。

【００３５】一般にホール素子などの感磁性素子におい
ては、磁化電流の増加に比例してセンサ出力は大きくな
り、ある程度以上の磁化電流値となると、センサ出力が
飽和する傾向にある。

【００３６】当該実施例のように、フェライト表面にホ
ール素子を配置した半導体センサを用いた場合、ホール
素子単体を用いた場合に比べ、比較的低い磁化電流にお
いてセンサ出力が飽和するようになり、更に磁化電流を
大きくすることにより、かえってセンサ出力が小さくな
る傾向が認められた。

【００３７】一方、このような半導体センサを用い上記
軟質磁性体１４がある場合は、上記軟質磁性体１４が無
い場合に比べて、大きな磁化電流までセンサ出力が飽和
せず、又、飽和時のセンサ出力も大きくなることが判っ
た。このように大きな磁化電流までセンサ出力が飽和し
ないことは、計測時に大きな磁化電流を流すことを可能
とするものであり、即ち板厚の厚い検査対象まで測定で
きることを確認した。

【００３８】又、センサ出力自体も大きくなっており、
測定精度を向上できていることも確認した。

【００３９】なお、センサ出力飽和時の磁化電流値近傍
において、当該磁化電流値近傍の磁化電流値変化に対す
るセンサ出力の変化は、軟質磁性体１４がある場合は無
い場合に比べて小さく、安定した測定が可能であること
も確認した。

【００４０】なお、前記説明においては、本発明が、薄
鋼板のオンライン探傷に適用されていたが、本発明の適
用対象はこれに限定されない。又、漏洩磁気検出センサ
の種類も、ホール素子を用いた半導体磁気センサが好ま
しいが、これには限定されない。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、漏洩磁気検出センサの
１個当りの検出幅を広げることができるので、センサ及
び信号処理回路の数を削減できる。又、センサの感度が
高まるため、リフトオフを例えば１ｍｍまで広くとっ
て、微小介在物の検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための断面図

【図２】本発明の改良例における半導体磁気センサ部分
の構成を示す断面図

【図３】前記改良例の原理を説明するための断面図

【図４】本発明の他の改良例における半導体磁気センサ
部分の構成を示す断面図

【図５】従来の原理を説明するための断面図

【図６】本発明の実施形態の全体配置を示す断面図

【図７】同じく平面図

【図８】同じく半導体磁気センサ部分の構成を示す断面
図

【図９】本発明の効果を確認するために行ったテスト結
果の例を示す線図

【符号の説明】

１０…ストリップ（帯鋼） １０Ａ…介在物 １１…非磁性ロール １２…半導体磁気センサ １２Ａ…磁気感受面 １２Ｂ、１２Ｄ…軟質磁性体 １２Ｃ…感磁性素子 １４…軟質磁性体 ２０…磁気センサヘッド ２２…磁化コイル ２４…磁化ヨーク Ｆ…漏洩磁束

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸村 寧男 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者 運崎 秀明 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者 鶴岡 繁利 山口県徳山市岡田町10番34号 株式会社シ ステムハイテック内 Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AC07 AD53 2G053 AA07 AA11 AB11 AB22 BA02 BA15 BB03 BB11 BC03 CA05 DA01 DB03 DB20

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】検査対象ストリップの走行方向に磁界を発
   生させ、内部及び表面欠陥で生ずる漏洩磁束を、検査対
   象ストリップの幅方向に多数併設された感磁性素子群を
   備えた探傷ヘッドによりオンラインで検出して、欠陥信
   号とする磁気探傷装置において、 前記感磁性素子群の磁気感受面の反対側に、該磁気感受
   面より大きな軟質磁性体を配置したことを特徴とする磁
   気探傷装置の漏洩磁気検出センサ。
2. 【請求項２】前記感磁性素子群を構成する感磁性素子
   を、前記軟質磁性体と離隔して配置し、更に該感磁性素
   子の磁気感受面とは反対側の面に密着して、別途の軟質
   磁性体を配置したことを特徴とする請求項１に記載の磁
   気探傷装置の漏洩磁気検出センサ。
3. 【請求項３】前記感磁性素子の磁気感受面に密着して、
   更に他の軟質磁性体を配置したことを特徴とする請求項
   ２に記載の磁気探傷装置の漏洩磁気検出センサ。
4. 【請求項４】前記感磁性素子が、ホール素子であること
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気探
   傷装置の漏洩磁気検出センサ。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の漏洩磁
   気検出センサを用いたことを特徴とするストリップのオ
   ンライン探傷方法。