JP2007057281A

JP2007057281A - 漏洩磁束探傷装置

Info

Publication number: JP2007057281A
Application number: JP2005240611A
Authority: JP
Inventors: Koji Fujiwara; 弘次藤原; Sosuke Kanbe; 宗理神戸
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2007-03-08

Abstract

【課題】簡易な構成で且つ精度良く探傷を行うことが可能な漏洩磁束探傷装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る漏洩磁束探傷装置１００は、被探傷材Ｓを磁化する磁化器１と、磁化器１内にそれぞれ並設された複数のセンサモジュール２とを備える。センサモジュール２は、磁気センサ２１１が配置された第１基板２１を具備し、被探傷材Ｓの表面に接触追従するように被探傷材Ｓの表面に対して略垂直方向に独立して移動可能に構成されている。また、好ましい構成として、センサモジュール２は、磁気センサ２１１からの出力信号を処理する信号処理回路が配置された第２基板２２を具備しており、第１基板２１と第２基板２２とが半田接続されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼材等の被探傷材を磁化し、被探傷材の表面や表皮下に存在する疵から漏洩する磁束を検出することにより探傷を行う漏洩磁束探傷装置に関し、特に、簡易な構成で且つ精度良く探傷を行うことが可能な漏洩磁束探傷装置に関する。

従来より、強磁性体である鋼板等の鋼材に存在する表面疵や表皮下疵を検出する装置として、自動で且つ高速に探傷できるという点で、漏洩磁束探傷装置が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、鋼材等の被探傷材の広い面積を効率良く探傷するには、漏洩磁束を検出するための磁気センサ（ホール素子等）を多数配置して、これら多数の磁気センサで一度に漏洩磁束を検出するように構成することが望ましい。

しかしながら、磁気センサを多数配置した構成では、必然的にその寸法が大きくなることから、被探傷材の中でも特に表面の凹凸が大きい材料（例えば、スラブ等）の探傷を行う場合には、各磁気センサのリフトオフ（被探傷材表面と磁気センサとの間隔）の差が大きくなってしまう。これにより、各磁気センサに検出感度差が生じる結果、精度良く探傷できないという問題が生じる。

磁気センサのリフトオフを一定に保つための構成を有する漏洩磁束探傷装置として、例えば、特許文献２に記載の装置が提案されている。特許文献２に記載の装置は、磁気センサを被探傷材（金属被検体）表面に対して垂直な方向（ｚ軸方向）に移動可能としているのみならず、ｚ軸に垂直なｘ軸及びｙ軸をそれぞれ中心軸として回転可能に構成し、これにより磁気センサのリフトオフを一定に保とうとするものである。

しかしながら、特許文献２に記載の装置において、磁気センサを多数配置した構成を採用する場合には、各磁気センサ毎に（或いは少数の磁気センサの纏まり毎に）３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の駆動機構を設ける必要があり、装置構成が複雑化するという問題があった。
特開平７−２９４４９０号公報特開２００１−２９６２７８号公報

本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、簡易な構成で且つ精度良く探傷を行うことが可能な漏洩磁束探傷装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するべく、本発明は、被探傷材を磁化する磁化器と、前記磁化器内にそれぞれ並設された複数のセンサモジュールとを備え、前記センサモジュールは、磁気センサが配置された基板を具備し、被探傷材の表面に接触追従するように被探傷材の表面に対して略垂直方向に独立して移動可能に構成されていることを特徴とする漏洩磁束探傷装置を提供するものである。

本発明に係る漏洩磁束探傷装置は、磁気センサが配置された基板を具備し、被探傷材の表面に接触追従するように被探傷材の表面に対して略垂直方向に独立して移動可能に構成された複数のセンサモジュールを備える構成であるため、たとえ被探傷材の広い面積を一度に探傷する場合であっても、単純にセンサモジュールの数を増やせば良く、各センサモジュールが接触追従するため、各センサモジュールが具備する磁気センサのリフトオフの差を低減することができ、精度良く探傷することが可能である。また、各センサモジュールを被探傷材の表面に対して略垂直方向に移動可能とする機構を備えれば足りる他、磁気センサが配置された基板を具備する構成であるため、当該基板上に必要な配線をプリントすることにより外部配線の数を低減することができ、結果的に簡易且つ小型化された構成とすることが可能である。

好ましくは、前記センサモジュールは、前記磁気センサからの出力信号を処理する信号処理回路が配置された基板を具備するように構成される。

斯かる好ましい構成によれば、センサモジュールが磁気センサからの出力信号を処理する信号処理回路（増幅回路、同期検波回路、フィルタ処理回路等）が配置された基板を具備するため、磁気センサと信号処理回路との間の外部配線を省略（半田接続を利用する場合等）或いは短くすることができ、装置をより一層簡易且つ小型化できるという利点を有する。なお、信号処理回路が配置された基板と、磁気センサが配置された基板とは、それぞれ別体の基板とすることができる他、同一の基板上に信号処理回路と磁気センサとを配置する構成を採用することも可能である。

本発明に係る漏洩磁束探傷装置によれば、簡易な構成で且つ精度良く探傷を行うことが可能である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明に係る漏洩磁束探傷装置の一実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る漏洩磁束探傷装置の概略構成を示す斜視図である。また、図２は、図１に示すセンサモジュールの概略構成を示す透視図である。さらに、図３は、図１に示すセンサモジュールの具体的な構成を示す図であり、図３（ａ）は側面図を、図３（ｂ）は下面図を、図３（ｃ）は正面図を示す。図１に示すように、本実施形態に係る漏洩磁束探傷装置（以下、適宜「探傷装置」と略称する）１００は、自走用モータＭで駆動される自走台車Ｃに組み込まれ、被探傷材（本実施形態ではスラブ）Ｓを磁化する磁化器１と、磁化器１内にそれぞれ並設された複数のセンサモジュール２とを備えている。本実施形態では、各センサモジュール２の取り付けピッチを２１ｍｍとして、計１６個のセンサモジュール２が並設されている（探傷幅約３２０ｍｍ）。

本実施形態に係る磁化器１は、断面Ｃ字状のヨーク１１と、ヨーク１１に巻回されたコイル１２とを具備する。そして、コイル１２に交流電流（本実施形態では５０Ｈｚの交流電流）を通電することにより、ヨーク１１の磁極間に交流磁場が形成される。

図２又は図３に示すように、センサモジュール２は、磁気センサ（本実施形態ではホール素子）２１１が配置された第１基板２１を内蔵している。そして、後述する機構を備えることにより、被探傷材Ｓの表面に接触追従するように被探傷材Ｓの表面に対して略垂直方向（図２の矢符Ｚの方向）に独立して移動可能に構成されている。また、本実施形態に係るセンサモジュール２は、好ましい構成として、磁気センサ２１１からの出力信号を処理するための増幅回路、同期検波回路、フィルタ処理回路等の公知の各種信号処理回路が配置された第２基板２２を内蔵している。

図３に示すように、本実施形態に係るセンサモジュール２に内蔵された第１基板２１には、ホール素子２１１を自走台車Ｃの走査方向（図２の矢符Ｘの方向）に２個差動接続したものを、上記走査方向に直交する幅方向（図２の矢符Ｙの方向）に８組配置しており、差動間隔（走査方向におけるホール素子２１１の配置間隔）は２．５ｍｍ、各組の幅方向における配置間隔は２．５ｍｍとしている。第１基板２１のホール素子２１１が配置された面（下面）２１ａ側には、セラミックガイド３を介してステンレス薄鋼板からなる保護部材４が取り付けられており（図３（ｂ）及び（ｃ）では、セラミックガイド３及び保護部材４を図示省略）、探傷時にはこの保護部材４が被探傷材Ｓに接触することによって、被探傷材Ｓ表面とホール素子２１１とが一定のリフトオフを保つように構成されている。

本実施形態に係る第２基板２２は、第１基板２１に対して垂直に取り付けられている。より具体的には、第１基板２１のホール素子２１１が配置された面と反対側の面（上面）２１ｂには、ホール素子２１１と電気的に接続された端子が形成されている一方、第２基板２２の第１基板２１に対して取り付けられる側の端部２２ａには、信号処理回路と電気的に接続された端子が形成されている。そして、これら両端子が半田で直接接続されることにより、第１基板２１と第２基板２２とが物理的に接合されていると共に、ホール素子２１１と信号処理回路とが電気的に接続されている。なお、第２基板２２に配置された信号処理回路は、外部から要求された信号に対して応答する機能も奏する。具体的には、各センサモジュール２の信号処理回路は、後述するように一つの信号線（信号バス）に共通接続されていると共に、各センサモジュール２にはそれぞれ独立した番号が割り当てられている。各センサモジュール２の信号処理回路は、信号バスを監視し、各自に割り当てられた番号の選択信号を受信すれば、信号バスに信号を出力する機能を有する。また、信号バスには、センサモジュール２を選択する信号以外にも、フィルタ定数や増幅率を指定する情報も存在することから、これらの情報に従ってセンサモジュール２の動作状態を変更する機能を有する。

センサモジュール２に内蔵された第２基板２２の第１基板２１に対して取り付けられる側と反対側の端部２２ａには、信号処理回路と電気的に接続されたコネクタ５が取り付けられている。そして、各センサモジュール２のコネクタ５が、フレキシブル配線板で構成された信号バスによって互いに接続され、この信号バスに出力された各センサモジュール２に配置されたホール素子２１１からの出力信号（ホール素子２１１からの出力信号に対して信号処理回路により所定の信号処理が施された後の信号）が、探傷装置１００に設けられた探傷パネル６（図１参照）内に設置された全体を統括する処理装置（図示せず）に入力される。探傷パネル６内の前記処理装置では、各センサモジュール２から入力された信号を処理（しきい値処理等）し、所定の基準を超える信号（疵信号）が得られた場合に、アラームを発したり、被探傷材Ｓの該当箇所にマーキングを施す等の処理が施される。

以下、本実施形態に係る各センサモジュール２が被探傷材Ｓの表面に接触追従するように、各センサモジュール２を被探傷材Ｓの表面に対して略垂直方向に独立して移動可能にするための機構（追従機構）の一例について説明する。

図４は、本実施形態に係るセンサモジュールの追従機構の概略構成を示す正面図であり、図５は、図４に示す追従機構の概略構成を示す側面図である。図４又は図５に示すように、各センサモジュール２は、磁化器１（図１参照）内に配置され（ヨーク１１内に配置され）、自走台車Ｃの所定部位と結合されたセンサモジュール収納用の筐体７に嵌め込まれている。より具体的に説明すれば、筐体７には、自走台車Ｃの走査方向（図２の矢符Ｘの方向）に対向し、上下方向に延びる一対の凹溝７１がセンサモジュール２の個数分だけ形成されており、この一対の凹溝７１に沿って各センサモジュール２が上下動するように構成されている。換言すれば、対向する一対の凹溝７１の前記走査方向の間隔Ｌ１は、センサモジュール２の前記走査方向の長さＬ２よりも若干長く設定されていると共に、凹溝７１の上記走査方向に直交する幅方向（図２の矢符Ｙの方向）の長さは、センサモジュール２の前記幅方向の長さよりも若干長く設定されており、これにより各センサモジュール２は、一対の凹溝７１に案内されながら上下動することになる。

そして、筐体７の上端部７ａ（図４）と各センサモジュール２の上端部との間には、各センサモジュール２を被探傷材Ｓの表面に向けて下方に垂直に付勢する弾性部材８が介挿されている。本実施形態に係る弾性部材８はコイルバネとされている。各コイルバネ８は、その自然長において、被探傷材Ｓの表面に接触する自走台車Ｃの車輪Ｃ１（図１参照）の下端よりも各センサモジュール２の下端（より具体的には保護部材４の下端）が下方に位置するように長さが設定されている。換言すれば、各コイルバネ８は探傷時において圧縮変形された状態とされており、これにより、各センサモジュール２を被探傷材Ｓの表面に向けて下方に垂直に付勢することになる。また、各コイルバネ８には、座屈を防止するための棒材８１が内挿されており、各棒材８１の上下端がそれぞれ筐体７の上端部７ａ及びセンサモジュール２に取り付けられた構成とされている。以上に説明した追従機構により、各センサモジュール２は、各弾性部材８の弾性変形に応じて独立して上下方向（被探傷材Ｓの表面に対して略垂直方向）に移動可能である。なお、各センサモジュール２のコネクタ５は、前述のように、フレキシブル配線板９で互いに接続されており、これにより各センサモジュール２の上下動に支障が生じないものとされている。

以上に説明したように、本実施形態に係る探傷装置１００は、磁気センサ２１１が配置された第１基板２１を内蔵し、被探傷材Ｓの表面に接触追従するように被探傷材Ｓの表面に対して略垂直方向に独立して移動可能に構成された複数のセンサモジュール２を備えている。従って、センサモジュール２の数を適宜増やすことにより（本実施形態では１６個）、たとえ被探傷材Ｓの広い面積を一度に探傷する場合であっても、各センサモジュール２に内蔵された磁気センサ２１１のリフトオフの差を低減することができ、精度良く探傷することが可能である。本実施形態に係る探傷装置１００は、８組のホール素子２１１をそれぞれ配置したセンサモジュール２を１６個併設した構成であり、一度に探傷幅約３２０ｍｍの領域について総計１２８（＝８×１６）チャンネルの高精度な探傷が可能である。

また、各センサモジュール２を被探傷材Ｓの表面に対して略垂直方向に移動可能とする簡易な機構を備えれば足りる他、磁気センサ２１１が配置された第１基板２１を内蔵する構成であるため、当該第１基板２１上に必要な配線をプリントすることにより外部配線の数を低減することができ、結果的に簡易且つ小型化された構成とすることが可能である。さらには、センサモジュール２が磁気センサ２１１からの出力信号を処理する信号処理回路が配置された第２基板２２を内蔵し、第１基板２１と第２基板２１とを半田接続した構成であるため、磁気センサ２１１と信号処理回路との間の外部配線を省略することができ、装置をより一層簡易且つ小型化できるという利点を有する。

図６は、本実施形態に係る漏洩磁束探傷装置によって、スラブＳの表皮下に存在する高さ０．３〜０．４ｍｍ、長さ６ｍｍの自然疵を探傷した結果（探傷波形）の一例を示す図である。図６に示すように、本実施形態に係る探傷装置１００によれば、表面の凹凸が大きなスラブのような被探傷材であっても、高さ０．３〜０．４ｍｍ程度の微小な自然疵を検出可能であることが分かった。

図１は、本発明の一実施形態に係る漏洩磁束探傷装置の概略構成を示す斜視図である。図２は、図１に示すセンサモジュールの概略構成を示す斜視図である。図３は、図１に示すセンサモジュールの具体的な構成を示す図である。図４は、本発明の一実施形態に係るセンサモジュールの追従機構の概略構成を示す正面図である。図５は、図４に示す追従機構の概略構成を示す側面図である。図６は、図１に示す漏洩磁束探傷装置によって自然疵を探傷した結果の一例を示す図である。

符号の説明

１・・・磁化器
２・・・センサモジュール
３・・・セラミックガイド
４・・・保護部材
１１・・・ヨーク
１２・・・コイル
２１・・・第１基板（基板）
２２・・・第２基板（基板）
１００・・・漏洩磁束探傷装置
２１１・・・ホール素子（磁気センサ）
Ｃ・・・自走台車
Ｓ・・・被探傷材

Claims

被探傷材を磁化する磁化器と、
前記磁化器内にそれぞれ並設された複数のセンサモジュールとを備え、
前記センサモジュールは、磁気センサが配置された基板を具備し、被探傷材の表面に接触追従するように被探傷材の表面に対して略垂直方向に独立して移動可能に構成されていることを特徴とする漏洩磁束探傷装置。
前記センサモジュールは、前記磁気センサからの出力信号を処理する信号処理回路が配置された基板を具備することを特徴とする請求項１に記載の漏洩磁束探傷装置。