JP2007064907A - 漏洩磁束探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】探傷装置をオフライン側に移動させることなく、オンライン位置で短時間に、移動する鋼板の検査を擬似的に再現して、感度校正を行うことを可能とする漏洩磁束探傷装置を提供することを目的とする。
【解決手段】磁性材に適用する漏洩磁束探傷装置であって、磁気センサの非磁気感知面側に、磁性材からの漏洩磁束を模した磁束を発生することのできる導線を備え、該導線に交流電流を流す。
【選択図】図１０

Description

本発明は、磁性材、特に薄鋼板（薄板）を製造するラインに設置して被探傷材の内部欠陥、表面欠陥を探傷する漏洩磁束探傷装置に関し、特に、漏洩磁束を検出する磁気センサの感度校正を簡便かつ高精度に行う漏洩磁束探傷装置に関するものである。

薄板の探傷に用いる磁気センサは、一般に、複数の磁気センサを連続して配置して、薄板を磁気センサに対して相対的に移動させながら広い面積の探傷を可能とするように構成される。本発明は、この複数個の磁気センサ（検出素子）を容易に感度校正することを可能とする漏洩磁束探傷装置に関するものである。

ブリキ、亜鉛鉄板、表面処理鋼板等の薄板を製造するラインにおいては、漏洩磁束式の探傷装置の導入が進みつつある（特許文献１参照）。

漏洩磁束探傷の原理を、図７に基づいて説明する。

図７に示すように、被探傷材である薄板１に直流励磁を掛けて薄板１内の内部欠陥３からの磁束７を飽和状態にし、当該欠陥による磁束７の乱れ（この乱れは、主に磁気抵抗の違いによって発生するものであることが知られている）から漏れ出てくる磁束７を、磁気感知面11a を薄板に対向させて配置した磁気電気変換素子、すなわち、磁気センサ11にて電気信号に変換して検出する（特許文献１および特許文献２参照）。

次に、薄板に適用される漏洩磁束探傷装置の代表的な例を、図８に基づいて説明する。図８において、被探傷材である薄板１が、非磁性ロール２に巻回して搬送されている。

非磁性ロール２上には、励磁コイル５を具備する磁化ヨーク６が配置され、搬送されている薄板１を励磁し、漏洩磁束を発生させる。そして、この漏洩磁束を磁気センサ11で検出し、薄板の欠陥検出を行う。なお、磁気センサ11は、図８の紙面に鉛直方向（すなわち、薄板の幅方向）に多数配置されており、薄板１の全面の探傷をカバーしている。例えば、幅500mm 程度の冷延鋼板ラインに設置する漏洩磁束探傷装置の場合、幅方向に300個を超える磁気センサが配置される。なお、励磁コイル５を具備する磁化ヨーク６と磁気センサ11を一体化して磁気センサヘッド10が構成されている。

磁気センサ11で検出した信号の出力である検出信号は、アンプ12で増幅されてさらに検査信号として出力され、その検査信号を入力として欠陥判定手段13において欠陥判定がなされる。

ところで、多数の磁気センサを備えた漏洩磁束探傷装置を使用するにあたっては、定期的に各センサの感度の変化を確認し調整する校正作業が必要になる。この感度校正には、検出対象の実際の欠陥サンプルを用いるか、もしくは、同等な検査出力となるような模擬サンプル、もしくは模擬的な磁気入力が用いられ、これらの模擬的な入力に基づいて、各センサの感度確認とゲイン調整を実施する。従来の感度調整方法や感度調整機能を具備する装置として、検査装置をオフライン位置で短時間に感度校正を行なう装置が、たとえば特許文献３に開示されている。この技術は、導線に電流を流して擬似的な磁場を発生させて校正を行なうものである。
特開昭５６−６１６４５号公報 特開２００２−１９５９８４号公報 特開２００４−３５４２８２号公報

しかしながら、特許文献３に開示された技術は単パルスを導線に流して感度校正を行なうものであり、信号が得られるか否かを確認することはできるが、実際の装置には鋼板速度変化に影響されずに感度を一定に保つように周波数フィルターが用いられており、そのフィルターの動作まで校正することを考慮したものではない。したがって、移動している鋼板を模擬的に再現して校正することはできなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、探傷装置をオフライン側に移動させることなく、オンライン位置で短時間に、移動する鋼板の検査を擬似的に再現して、感度校正を行うことを可能とする漏洩磁束探傷装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、磁性材に適用する漏洩磁束探傷装置であって、磁気センサの非磁気感知面側に、磁性材からの漏洩磁束を模した磁束を発生することのできる導線を備え、該導線に交流電流を流すことを特徴とする漏洩磁束探傷装置である。

また本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の漏洩磁束探傷装置において、前記導線が、電流方向が互いに異なる導線対であることを特徴とする漏洩磁束探傷装置である。

本発明によって、探傷装置をオフラインに引き出す必要もなく、多数の磁気センサの感度校正をオンラインの状態と擬似的に同じ条件で実施することができ、感度校正に要する時間を大幅に短縮することができた。さらに、漏洩磁束探傷装置の周波数フィルターの試験も感度校正と同様に試験に要する時間を大幅に短縮することができた。

本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら以下説明する。図１は、本発明の感度校正機能を具備してなる漏洩磁束探傷装置の概要を説明する図である。なお、図８において説明した従来の漏洩磁束探傷装置と同一の部材には同一の番号を付し、再度の説明を省略する。また、図１では、薄板１を巻きつけてなる非磁性ロール２の記載を省略しているが、非磁性ロール２は本発明に必須のものではない。

本発明は、磁性材（薄板１）の幅方向に多数配設してなる磁気センサ11の非磁気感知面11b に、感度校正用として磁性材からの漏洩磁束を模した磁束を発生する導線15を備え、その導線に任意の交流電流を流すことを特徴とする。非磁気感知面11b 側に校正装置の要部を構成する感度校正用の導線を配置することにより、磁気感知面11a 側にある、薄板１や非磁性ロール２との干渉をさけるために探傷装置をオフライン側に退避することなく校正ができるようになる。

この導線15は、磁気センサ11の非磁気感知面11b 側に並行し、電流方向が互いに異なる導線対であることを好適とする。特に、磁気センサ11が、薄板１の幅方向に一列に並設されてなり、導線15が、一列に並設された当該磁気センサ11に並行してなる１対の平行導線である１ターンコイルであることを好適とする。

このように、１ターンコイルの平行導線としてなる導線15を配することで図２に示す磁束20が生じ、その磁束20が磁気センサ11を垂直に横切ることになる。そして、磁気センサ11を横切る磁束20は、導線15に流す電流を調整することで、欠陥に起因して発生する漏洩磁束を検知する磁気感知面11a 側での感知レベルと同等のレベルに調整することは容易である。なお、導線15を２ターン以上のコイルとして配置してもよいことは言うまでもないが、構造が複雑となる。

すでに説明したように、漏洩磁束探傷装置を冷延鋼板ラインに設置する場合、磁気センサ11のチャネル数は幅方向に300を超えることになる。そのため、通常は、図３あるいは図４に示すように20個程度のセンサを１つのセンサブロック17に集約し、そのセンサブロック17をセンサホルダ18に装着する工夫がなされている。ここで、センサブロック17には、磁気センサ11に接続した接続ピン17a を設けておき、その接続ピン17a をセンサホルダ18の接続孔18aに挿入する。なお、接続孔18a はアンプ12に接続されている。

なお、図４に示すようように、センサブロック17内の磁気センサ11の磁気感知面11a と反対側の裏面近傍に導線15を埋め込んでおくと、導線15と薄板１等との干渉による、導線の変形等に起因する故障を避けることができる。ただし、この場合、センサブロック17間で導線15を互いに接続することが必要となる。

また、磁気センサ11の非磁気感知面11b 側に導線15を図５に示すように引き回しても、個々の磁気センサに対しては、すでに説明した実施形態と同等の１ターンコイルとして機能する。さらに、各磁気センサに対して個別に、非磁気感知面11b 側に校正用の導線を個別に配置してもよいことは明らかである。
本発明において、導線15に入力する模擬信号は、実際の欠陥がオンラインで通過するときの時間／信号強度プロファイルを入力するとよい。また、入力電圧（あるいは電流）の波高値を任意に選択することで種々の欠陥を模擬することができる。
本発明の感度校正以外の応用として、漏洩磁束探傷装置の周波数フィルターの試験が可能となる。

本発明の漏洩磁束探傷装置では、ライン速度が変化した場合にも欠陥検出感度が変わらないように、検出信号を増幅器（アンプ）12によって増幅した後、フィルター21に増幅後の信号を入力している（図１０参照）。探傷対象の鋼板に欠陥があった場合（図６（ａ）のように導線にパルス信号を入力したときと同じ）には、図６（ｂ）に示される信号が得られる。しかしながら、鋼板の移動速度（ラインスピード）が変化した場合には、図６（ｂ）に示す検出波形の時間間隔と信号レベルが変化してしまうことになり、探傷結果としての欠陥サイズも変化して、正確な検査とならないという問題がある。

この問題を解決するために、フィルターによりラインスピードに対応して、その周波数特性を変更するようにしている。これによって、検査したい欠陥の周波数成分を、磁束変化から電気信号に変換した信号成分から弁別する機能である。

この周波数フィルターは、ライン速度（欠陥移動速度）が変化すると移動速度に対応して欠陥信号の弁別周波数を変更する必要がある。つまり、速度が速くなると、欠陥の信号成分も比例して周波数が高くなるので、フィルターの通過帯域の周波数を高くする、また、逆に遅いときは、欠陥信号の周波数が低くなるので、フィルターの周波数を低くする。なお、この周波数の設定は同じ欠陥サイズであれば、同じ信号レベルとなるようにフィルター特性が調整される必要がある。

ライン速度変更に対応して、周波数フィルターの値が設定した通りに正確に変化（追従）しないと、検査信号の大きさがライン速度によりばらつき、一定した検査結果（欠陥の大きさに比例した検査出力）が得られない。この周波数変更の機能確認を校正用コイル（導線）を用いて行なうことができる。

この周波数変更の機能確認は、校正コイルに正弦波の信号を加えて出力波高値を確認することにより行なうことができる。すなわちこの方法は、加えた信号（正弦波）が周波数フィルターの透過特性（周波数によっては減衰する）によって、出力信号が変化する状況を捉えるものである。

信号（正弦波）の周波数を任意に一定値に決めて、模擬的にライン速度の設定を変えることで、周波数フィルターの特性が自動的に変更になるので、フィルターを通過する信号の出力変化が現れる。ライン速度を変更した結果が出力の変化として表れるので、その信号出力の結果を見ることによって、周波数フィルターの動作確認が可能となる。
図９はその実施結果例を示したものであり、入力として２００Ｈｚの正弦波を入力したものであり、ライン速度が速い、中位、遅いの３条件に設定すると、フィルターのゲイン−周波数特性が図のように変化（図では横方向真中位置のグラフ）して、フィルターから出力される信号（図９の右側のグラフ）も、ライン速度が遅くなるにしたがって振幅が大きくなる状態となる。このように、フィルターからの出力波形を確認することで、フィルターの状態（ライン速度変更に対応して、周波数フィルターの特性が正確に変化（追従）しているかどうか）を確認することができる。

また、別の校正方法としては、図１０に示すように交流電流を入力する交流発生器22に、ライン速度設定装置23からライン速度設定値を与えて、そのライン速度にあわせて周波数が変わる構成とし、ライン速度に同調させて入力信号（正弦波）の周波数を変化させて出力が一定になるような検査方法も可能である。これによって、ライン速度にあわせて周波数特性が変化する周波数フィルターを通過した信号の出力振幅が変化しないか、どうかを確認することでもフィルターの動作確認、または、特性の校正が可能である。

以上説明した本発明によって、探傷装置をオフラインに引き出す必要もなく、300個を超える多数の磁気センサの感度校正をオンラインの状態と擬似的に同じ条件で実施することができ、感度校正に要する時間を大幅に短縮することができた。さらに、漏洩磁束探傷装置の周波数フィルターの試験も同時に実施でき、感度校正と同様に試験に要する時間を大幅に短縮することができた。

感度校正機能を具備してなる漏洩磁束探傷装置の概要を説明する図（ａ）と、そのＡ−Ａ視図（ｂ）である。 感度校正機能を適用した場合の磁束分布を示す模式図である。 漏洩磁束探傷装置における感度校正用導線の配置例を示す模式図である。 感度校正用導線をセンサホルダに組み込んで配置した一例を示す模式図である。 センサホルダに組み込んだ感度校正用導線の別の配置例を示す模式図である。 感度校正用導線に入力するパルス模擬信号の好適例（ａ）と、その場合のセンサからの検出信号（ｂ）を示す時間／信号強度プロファイルの模式図である。 漏洩磁束探傷の原理説明図である。 漏洩磁束探傷装置の代表的な従来例を示す模式図である。 検査したい欠陥の周波数成分を信号成分から弁別する機能説明でライン速度に対応して弁別周波数を変化させ機能確認した図である。 本発明の装置構成ブロックを示した図である。

符号の説明

１ 薄鋼板（薄板）
２ 非磁性ロール
３ 内部欠陥
５ 励磁コイル
６ 磁化ヨーク
７ 漏洩磁束
１０ 磁気センサヘッド
１１ 磁気センサ
１１ａ 磁気感知面
１１ｂ 非磁気感知面
１２ アンプ（増幅器）
１３ 欠陥判定手段
１５ コイル導線
１７ センサブロック
１７ａ 接続ピン
１８ センサホルダ
１８ａ 接続孔
２０ 磁束
２１ フィルター
２２ 交流発生器
２３ ライン速度設定装置

Claims (2)

1. 
   磁性材に適用する漏洩磁束探傷装置であって、磁気センサの非磁気感知面側に、磁性材からの漏洩磁束を模した磁束を発生することのできる導線を備え、該導線に交流電流を流すことを特徴とする漏洩磁束探傷装置。
2. 請求項１に記載の漏洩磁束探傷装置において、
   前記導線が、電流方向が互いに異なる導線対であることを特徴とする漏洩磁束探傷装置。

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