JP2004037217A

JP2004037217A - 漏洩磁束探傷装置

Info

Publication number: JP2004037217A
Application number: JP2002194098A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Koshihara; 腰原　敬弘; Hiroharu Kato; 加藤　宏晴; Akio Nagamune; 長棟　章生
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】強磁性体金属被検体が走行している場合でも、良好なＳ／Ｎ比で欠陥を検出することのできる漏洩磁束探傷装置を提供する。
【解決手段】磁気センサ６ａは、磁化器５の中心位置付近に設けられており、鋼板の移動速度Ｖに応じてセンサ移動用レール１０の上を移動することが可能で、適当な位置において強い磁化条件下での漏洩磁束の検出を行う。磁気センサ６ｂは、磁化器５の中心位置から離れた上流位置に設けられており弱い磁化条件下での漏洩磁束の検出を行う。この２つの信号を演算することにより、両者に共通に含まれるノイズ成分をキャンセルすることができ、Ｓ／Ｎ比の良い欠陥検出が可能である。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行する強磁性体金属被検体を磁化し、被検体に存在する欠陥に起因して発生する漏洩磁束を測定することにより、欠陥の検出を行う漏洩磁束探傷装置に関するものであり、さらに詳しくは、１つの磁化器に対して複数のセンサを配置し、各センサからの信号を演算することにより、欠陥の検出性能を向上させた漏洩磁束探傷装置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。近年、品質管理レベルの向上を目指して、素材における品質レベルもより高いものが要求されるようになってきた。例えば、鉄においても飲用缶などに見られるような薄板へのシフトが進むにつれ、より小さい内部欠陥の管理が要求されるようになってきた。そういった厳しい品質管理要求に応えるため、例えば、特開平２０００−２２７４１９号公報に開示されるような、より小さい内部欠陥を検出することのできる装置が開発されてきた。
【０００３】
その概要を図７に示す。図７において、２１は鋼板、２２，２３は搬送ロール、２４は磁気探傷装置、２５は磁化器、２６ａ，２６ｂは磁気センサ、２７は信号処理装置、２８は欠陥である。２６ａは磁化器２５の磁化方向中心近傍に、２６ｂはそれから離れた位置に設けられている。
【０００４】
製品検査ラインを搬送ローラ２２、２３により、ほぼ一定速度Ｖで搬送される鋼板２１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、走行状態の鋼板２１を磁化する磁化器２５と、鋼板１１を挟んで磁化器２５と対向する位置に配設された磁気センサ２６ａ、２６ｂと、この磁気センサ２６ａ、２６ｂからの検出信号に基づいて鋼板２１の内部または表面の欠陥２８を検出する信号処理装置２７とで構成されている。
【０００５】
鋼板２１に欠陥２８が存在すると、この欠陥２８に起因して鋼板２１内の磁束が乱され、鋼板２１の外部に漏洩して漏洩磁束となる。磁気センサ２６ａ、２６ｂはこの漏洩磁束を検出する。漏洩磁束の強度は欠陥２８の大きさに対応するので、磁気センサ２６ａ、２６ｂの検出信号の信号レベルで欠陥２８の大きさが評価できる。
【０００６】
ここで、磁気センサ２６ａは、磁化器２５の中心位置に設けられており、強い磁化条件下での漏洩磁束の検出を行う。磁気センサ２６ｂは、磁化器２５の中心位置から離れた位置に設けられており、弱い磁化条件下での漏洩磁束の検出を行う。この２つの信号を演算することにより、両者に共通に含まれるノイズ成分をキャンセルすることができ、Ｓ／Ｎ比の良い欠陥検出が可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図８に、全く欠陥が存在しない鋼板２１を磁極２５ａ、２５ｂに対して静止させた状態における、センサ２６の位置での鋼板２１の垂直・水平磁界分布特性Ｄ、Ｆを実線で示す。図８において２１は鋼板、２２、２３は搬送ロール、２５ａ、２５ｂは磁極、２５ｃは磁化コイル、２６は磁気センサである。図に示すように、水平方向磁界、垂直方向磁界とも、磁極２５ａ、２５ｂの中心に対して対称となっている。
【０００８】
ところが、実際の測定状態にておいては、鋼板２１は速度Ｖで一方方向へ移動している。このとき鋼板２１は磁極２５ａ、２５ｂによって磁化され、この励磁磁界内を移動する被検体である鋼板２１の速度効果により、見掛上、磁束分布が被検体の移動方向に偏倚する。すなわち、導体である被検体が磁界内で移動している場合には、被検体に渦電流が発生する。この渦電流により生起される磁界の作用により、結果として磁束分布が偏倚する。
【０００９】
その結果、垂直磁界分布特性Ｄが０ラインを横切る位置や水平磁界分布特性が最大となる位置が磁極２５ａ、２５ｂ中央位置とはならず、図８に破線Ｅ、Ｇで示すように、鋼板２１の走行方向側に平行移動する。
【００１０】
また、図９は、図８に示すような磁化装置の配置において、鋼板２１の移動速度Ｖを０ｍ／分から１２００ｍ／分まで変化させた場合における、磁極２５ａ、２５ｂの中心位置に配設された垂直型の磁気センサの出力電圧の実測データの相対値を示す図である。なお、図９中の各特性は磁化コイル２５の励磁電流Ｉを０．２５Ａ，０．５０Ａ，０．７５Ａと順番に変化させた場合の特性である。この実測図からも理解できるように、中心位置における磁束の垂直成分である浮遊磁束は移動速度Ｖおよび磁化電流Ｉの増加に伴って増加する。
【００１１】
よって、図７に示されるような弱い磁化条件での検出を受け持つセンサ２６ｂが、対象となる鋼板の走行方向（以下、単に下流方向と呼ぶ）に存在する構成では、対象となる鋼板が走行する際に生じる速度効果の影響により、強い磁化条件を受け持つセンサ２６ａと弱い磁化条件を受け持つセンサ２６ｂとの磁化条件の差が小さくなり、欠陥を信号源とする信号波形の差も小さくなる。その結果、それぞれの信号を演算して両者に共通に含まれるノイズ成分をキャンセルする際に、欠陥信号の成分も一部打ち消されるため、欠陥の検出能が低下するという問題が生じる。また、対象となる鋼板の走行速度の変化によって、センサ位置における磁化条件が変化するため安定した計測が困難となる問題が生じる。
【００１２】
また、対象となる鋼板の透磁率などの磁気特性、板厚が変更された場合にも、垂直・水平磁界分布特性が変化するため、鋼板の走行速度が変化した場合とおなじ問題が生じる。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、強磁性体金属被検体からの漏洩磁束を、複数のセンサにより検出し、その出力を演算して欠陥を検出する方式の漏洩磁束探傷装置において、強磁性体金属被検体が走行している場合でも、良好なＳ／Ｎ比で欠陥を検出することのできる漏洩磁束探傷装置、強磁性体金属被検体の速度、磁気特性、板厚が変わっても、良好なＳ／Ｎ比で欠陥を検出することのできる漏洩磁束探傷装置を提供することを課題とする。
【００１４】
【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、一方向に移動する強磁性体金属被検体を、当該強磁性体金属被検体の移動方向に沿って磁化する磁化器と、当該強磁性金属被検体の表面近傍に、前記磁化器の磁化方向に沿って、磁化条件の異なる位置に配置された複数の磁気センサと、これら複数の磁気センサによって測定された強磁性体金属被検体の同じ場所からの漏洩磁束信号を測定し、同じ場所に対応する測定結果同士を演算し、その演算結果より欠陥の検出を行う信号処理装置を有する漏洩磁束探傷装置であって、前記磁気センサの一つを磁化器の磁極間の中心軸上に、その他のセンサを磁化器の磁極間の中心軸に対して、移動する強磁性体金属被検体の移動方向と反対の方向に配置したことを特徴とする漏洩磁束探傷装置（請求項１）である。
【００１５】
本手段の作用を図１を用いて説明する。図１において１は鋼板、２、３は搬送ロール、５ａ、５ｂは磁極、５ｃは磁化コイル、６ａ、６ｂは磁気センサである。磁気センサは６ａは強い磁化条件における漏洩磁束を、６ｂは弱い磁化条件における漏洩磁束を検出するものである。また、図中破線Ａ、実線Ｂで示される曲線はそれぞれ鋼板１が静止時、速度Ｖにて移動しているときにおける水平方向磁場分布を示している。
【００１６】
図１（ａ）にて示されるように、弱い磁化条件を受け持つ磁気センサ６ｂが鋼板の下流方向に存在する場合、鋼板が速度Ｖにて移動する場合の鋼板上の水平方向磁場分布は図中Ｂにて示されるように、鋼板静止時に比して下流方向に偏倚したものとなり強い磁化条件を受け持つセンサ６ａと弱い磁化条件を受け持つセンサの磁化条件６ｂの差が小さくなる。
【００１７】
そこで、図１（ｂ）にて示されるように、弱い磁化条件を受け持つセンサ６ｂを鋼板の上流方向に配置することで、鋼板の移動に応じて起こる水平方向磁場分布の偏倚の影響を受けにくくすることができる。
【００１８】
前記課題を解決するための第２の手段は、一方向に移動する強磁性体金属被検体を、当該強磁性体金属被検体の移動方向に沿って磁化する磁化器と、当該強磁性金属被検体の表面近傍に、前記磁化器の磁化方向に沿って、磁化条件の異なる位置に配置された複数の磁気センサと、これら複数の磁気センサによって測定された強磁性体金属被検体の同じ場所からの漏洩磁束信号を測定し、同じ場所に対応する測定結果同士を演算し、その演算結果より欠陥の検出を行う信号処理装置を有する漏洩磁束探傷装置であって、少なくとも１つのセンサの位置が、走行する強磁性体金属被検体の速度、磁気特性、板厚の少なくとも一つの変化に応じて、強磁性体金属被検体の移動方向と平行な方向ないしは、強磁性体金属被検体と垂直な方向に変えられるようにされていることを特徴とする漏洩磁束探傷装置（請求項２）である。
【００１９】
本手段の作用を図２を用いて説明する。以下の図において、番号の若い図において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ことがある。６ａ’は静止時における強い磁化条件を担当する磁気センサの位置、６ａは速度Ｖにて移動時における強い磁化条件を担当する磁気センサの位置である。このように少なくとも、強い磁化条件を担当する磁気センサ、弱い磁化条件を担当する磁気センサの、一方の磁気センサを鋼板の速度に応じて適当な磁化条件が得られる位置に変化させることによって、鋼板の速度変化の影響を受けにくい構成が可能である。
【００２０】
図２では、強い磁化条件を担当する磁気センサのみ移動させる例をあげたが、弱い磁化条件を担当する磁気センサのみの位置を変化させても、両方の磁気センサの位置を変化させても構わない。その場合、両方の磁気センサ間の相対的な位置を一定に保って変化させても、相対的な位置が変わっても構わない。図２では、弱い磁化条件を担当する磁気センサを鋼板の上流側に配置しているが、下流側に配置しても構わない。また、図２では、鋼板の進行方向に沿って位置を変化させているが、鋼板１に対して垂直方向に変化させても構わない。
【００２１】
また、上記説明では、鋼板の速度変化に応じて磁気センサの位置を変化させたが、鋼板の磁気特性、板厚が変化する場合にも同様の考え方で対応可能である。
【００２２】
前記課題を解決するための第３の手段は、一方向に移動する強磁性体金属被検体を、当該強磁性体金属被検体の移動方向に沿って磁化する磁化器と、当該強磁性金属被検体の表面近傍に、前記磁化器の磁化方向に沿って、磁化条件の異なる位置に配置された複数の磁気センサと、これら複数の磁気センサによって測定された強磁性体金属被検体の同じ場所からの漏洩磁束信号を測定し、同じ場所に対応する測定結果同士を演算し、その演算結果より欠陥の検出を行う信号処理装置を有する漏洩磁束探傷装置であって、磁化器の磁化能力が、走行する強磁性体金属被検体の速度、磁気特性、板厚の少なくとも一つの変化に応じてを変えられるようにされていることを特徴とする漏洩磁束探傷装置（請求項３）である。
【００２３】
本手段の作用を、図３を用いて説明する。図中一点鎖線Ｃに示される曲線は、鋼板が速度Ｖにて移動時に、磁気センサ６ａ、６ｂの設置位置において、鋼板１の静止時における磁化に近い強さの磁化が得られるように、磁化器の磁化能力を変化させた場合の水平方向磁化分布である。このように、磁化器の磁化条件を適当な条件にすることで、各磁気センサの設置位置における鋼板１の磁化条件を静止時の磁化条件に近い状態にすることが可能である。
【００２４】
図３では、弱い磁化条件６ｂを担当するセンサを鋼板１の上流側に配置してい以上の三つの手段の説明においては、水平方向磁場を検出して信号として用いる場合を対象として説明してきたが、垂直方向磁場を検出して信号として用いる場合においても同様である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を図４を用いて説明する。図４において、１は鋼板、２、３は搬送ロール、４は磁気探傷装置、５は磁化器、５ｃは磁化コイル、６ａ，６ｂは磁気センサ、７は信号処理装置、８は欠陥、９は磁化電源、１０はセンサ移動用レールである。６ａは磁化器５の磁化方向中心近傍に、６ｂはそれから離れた位置に設られている。
【００２６】
製品検査ラインを搬送ローラ２、３により、ほぼ一定速度Ｖで搬送される鋼板１の搬送路に沿って磁気探傷装置４を配設する。この磁気探傷装置４は、走行状態の鋼板１の速度に応じて電流値を変化させる事が可能な磁化電源９により磁化コイル１０に電流を供給し、鋼板１に磁界を印加する磁化器５と、鋼板１を挟んで磁化器５の対向位置に配設された磁気センサ６ａ、６ｂと、この磁気センサ６ａ、６ｂからの検出信号に基づいて鋼板１の内部または表面の欠陥８を検出する信号処理装置７とで構成されている。
【００２７】
鋼板１に欠陥８が存在すると、この欠陥８に起因して鋼板１内の磁束が乱され、鋼板１の外部に漏洩して漏洩磁束となる。磁気センサ６ａ、６ｂはこの漏洩磁束を検出する。漏洩磁束の強度は欠陥８の大きさに対応するので、磁気センサ６ａ、６ｂの検出信号の信号レベルで欠陥８の大きさが評価できる。
【００２８】
ここで、磁気センサ６ａは、磁化器５の中心位置付近に設けられており、鋼板の移動速度Ｖに応じてセンサ移動用レール１０の上を移動することが可能で、適当な位置において強い磁化条件下での漏洩磁束の検出を行う。磁気センサ６ｂは、磁化器５の中心位置から離れた上流位置に設けられており弱い磁化条件下での漏洩磁束の検出を行う。この２つの信号を演算することにより、両者に共通に含まれるノイズ成分をキャンセルすることができ、Ｓ／Ｎ比の良い欠陥検出が可能である。この方法は、前記特開平２０００−２２７４１９号公報に記載されているので、その説明を省略する。
【００２９】
ここで、磁化電源９から磁化コイル５ａに供給する電流値、磁気センサ６ａの位置のいずれか、ないしは双方を鋼板の速度、磁気特性、板厚に応じて適当に変えることによって、鋼板の移動速度Ｖ、磁気特性、板厚によらない安定した欠陥検出が可能となる。
【００３０】
【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５を参照しながら説明する。図５に示すような磁気探傷装置を使用して、実際の鋼板に存在する微少欠陥を探傷した。図５において、構成要素は図１と同じであるのでその説明を省略する。なお、製品検査ラインを搬送される薄鋼板１の厚さは１ｍｍであった。
【００３１】
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０．７ｍｍ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。
【００３２】
磁化器５ａにかける、より強い磁化条件（強磁化条件）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飽和磁化レベル近傍を選んだ。ただし、強磁化条件において検出される雑音磁束信号が、より弱い方の磁化条件においても存在するようにするために、また、強磁化レベルも、弱い方の磁化条件に近づけるという意味で、不必要に大きくならない条件とした。
【００３３】
磁化器５ｂにかける、より弱い磁化条件（弱磁化条件）としては、磁化を下げたことによる欠陥信号レベルの変化が、雑音磁束信号レベルの変化の割合よりもできるだけ大きい範囲で、かつ強磁化条件において検出される雑音磁束が弱磁化条件においても存在するよう、小さくなりすぎないようなレベルとした。
【００３４】
鋼板の移動速度Ｖを１００ｍｐｍ、２００ｍｐｍ、磁気センサ６ａの移動距離ｄを０ｍｍ、５ｍｍとした。
【００３５】
図６に速度変化の影響と、センサ移動による改善効果を示す。図６のグラフ（ａ）は、Ｖ＝１００ｍｐｍ、ｄ＝０ｍｍ、グラフ（ｂ）はＶ＝２００ｍｐｍ、ｄ＝０ｍｍ、グラフ（ｃ）はＶ＝２００ｍｐｍ、ｄ＝５ｍｍにおける鋼板内部欠陥の信号である。グラフ（ａ）のＶ＝１００ｍｐｍにおいては強い磁化条件、弱い磁化条件における欠陥信号に４倍の差が見られるが、グラフ（ｂ）のＶ＝２００ｍｐｍでは両条件の欠陥信号は１．８倍となっており、鋼板の移動速度の増加に伴い強い磁化条件、弱い磁化条件における欠陥信号の指示の差が小さくなっており両者の演算のよる欠陥検出能力が低下する事がわかる。グラフ（ｃ）では、Ｖ＝２００ｍｐｍであるが、強い磁化条件を担当するセンサを下流方向に５ｍｍ移動させたことで、両条件の欠陥信号はグラフ（ａ）と同等の４倍となることがわかる。センサを移動させる事によって、鋼板の移動速度によらずほぼ等しいの欠陥検出能が得られる。このことにより安定した計測が実現できるので、より小さいレベルの欠陥の探傷が可能である。
【００３６】
本例では、センサを移動させる場合を例に上げたが、磁化条件を変えても同等の結果が得られている。また、本例では、鋼板の移動速度が変化する場合のみを対象としたが、板厚、磁気特性が変化する場合、およびそれらの２つ以上の組み合わせで変化する場合も同様である。また、本例では、鋼板は一方向に動く例を示したが、鋼板は往復運動を行っても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に係る発明の基本的な作用を説明するための図である。
【図２】請求項２に係る発明の基本的な作用を説明するための図である。
【図３】請求項３に係る発明の基本的な作用を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態の例を示す概略構成図である。
【図５】本発明の実施例として用いた装置の概略構成図である。
【図６】速度変化の影響と、センサ移動による改善効果を示す図である。
【図７】従来の漏洩磁束探傷装置の１例の概略構成図である。
【図８】鋼板の走行に伴う、磁化の変化の例を示す図である。
【図９】鋼板の走行に伴う、磁気センサ出力の変化の例を示す図である。
【符号の説明】
１…鋼板
２、３…搬送ロール
４…磁気探傷装置
５…磁化装置
５ａ、５ｂ…磁極
５ｃ…磁化コイル
６ａ、６ｂ…磁気センサ
７…信号処理装置
８…欠陥
９…磁化電源
１０…センサ移動用レール

Claims

一方向に移動する強磁性体金属被検体を、当該強磁性体金属被検体の移動方向に沿って磁化する磁化器と、当該強磁性金属被検体の表面近傍に、前記磁化器の磁化方向に沿って、磁化条件の異なる位置に配置された複数の磁気センサと、これら複数の磁気センサによって測定された強磁性体金属被検体の同じ場所からの漏洩磁束信号を測定し、同じ場所に対応する測定結果同士を演算し、その演算結果より欠陥の検出を行う信号処理装置を有する漏洩磁束探傷装置であって、前記磁気センサの一つを磁化器の磁極間の中心軸上に、その他のセンサを磁化器の磁極間の中心軸に対して、移動する強磁性体金属被検体の移動方向と反対の方向に配置したことを特徴とする漏洩磁束探傷装置。
一方向に移動する強磁性体金属被検体を、当該強磁性体金属被検体の移動方向に沿って磁化する磁化器と、当該強磁性金属被検体の表面近傍に、前記磁化器の磁化方向に沿って、磁化条件の異なる位置に配置された複数の磁気センサと、これら複数の磁気センサによって測定された強磁性体金属被検体の同じ場所からの漏洩磁束信号を測定し、同じ場所に対応する測定結果同士を演算し、その演算結果より欠陥の検出を行う信号処理装置を有する漏洩磁束探傷装置であって、少なくとも１つのセンサの位置が、走行する強磁性体金属被検体の速度、磁気特性、板厚の少なくとも一つの変化に応じて、強磁性体金属被検体の移動方向と平行な方向ないしは、強磁性体金属被検体と垂直な方向に変えられるようにされていることを特徴とする漏洩磁束探傷装置。
一方向に移動する強磁性体金属被検体を、当該強磁性体金属被検体の移動方向に沿って磁化する磁化器と、当該強磁性金属被検体の表面近傍に、前記磁化器の磁化方向に沿って、磁化条件の異なる位置に配置された複数の磁気センサと、これら複数の磁気センサによって測定された強磁性体金属被検体の同じ場所からの漏洩磁束信号を測定し、同じ場所に対応する測定結果同士を演算し、その演算結果より欠陥の検出を行う信号処理装置を有する漏洩磁束探傷装置であって、磁化器の磁化能力が、走行する強磁性体金属被検体の速度、磁気特性、板厚の少なくとも一つの変化に応じてを変えられるようにされていることを特徴とする漏洩磁束探傷装置。