JP2008209305A - 磁気探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ストリップ幅方向の検出感度を均一するとともに、所定のリフトオフを確保して、ストリップに疵を付けたり、磁気センサを故障させたりする恐れの少ない磁気探傷装置を提供することを目的とする。
【解決手段】薄鋼板を磁化する磁化器２と、欠陥部の漏洩磁束を検出する複数の磁気センサを幅方向に直線状、もしくは千鳥状に配列した磁気センサ部３と、前記磁気センサ部で検出された信号から欠陥信号を判定する信号処理部４とから成り、前記信号処理部４は、幅方向で隣り合う前記磁気センサの出力を加算し、さらに、当該２つの磁気センサに隣接する２つの前記磁気センサの出力を減算する加減算部４１と、前記加減算部の出力から欠陥信号を判定する欠陥判定部４２とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、薄鋼板の欠陥部によって生じる漏洩磁束を検出して欠陥を検出する磁気探傷装置に係り、特に、漏洩磁束を検出する磁気センサ及びその信号処理に関する。

従来、食缶等の材料となるブリキ板等のストリップ（薄鋼板とも言う）の表層，及び内部に存在する微小な欠陥の検出装置として、その欠陥部によって生じる漏洩磁束を検出して欠陥の存在を判定する磁気探傷装置がある（例えば、特許文献１参照。）。

この装置の検出部の構成を図５（ａ）に示す。図５（ａ）において、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、一体化された検出部２０とされ、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。

また、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、ストリップ１０に介在物や表面欠陥などの欠陥があると、漏洩磁束が発生する。

この漏洩磁束は、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、これらに挟まれた半導体磁気センサ１２の磁気感受面１２Ａを集中的に横切ることで、図６に示すようなストリップ１０の幅方向に多数配列される半導体磁気センサ１２の１個当りのセンサの検出幅が、図６に示すように広くなるとしている。

半導体磁気センサ１２の詳細な構造は、図５（ｂ）に示されるように、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１２Ｃ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を挟み込んでいる。

これにより、磁気感受面１２Ａを保護すると共に、漏洩磁束を磁気感受面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としている。

この方法では、微小な欠陥を検出するためには、半導体磁気センサ１２とストリップ１０との相対距離（リフトオフと言う）を１ｍｍ以下に近接させ、半導体磁気センサ１２を多数配列する必要がある。

しかしながら、ストリップ１０の幅方向位置で一様な感度特性を備えるために、図７に示すような山形の幅方向感度特性を有する半導体磁気センサ１０をどのように配列すべきかが知られていない。

特許文献２においては、リフトオフを小さくして、プリント基板上にホール素子を複数列配置した漏洩磁束検出用ホール素子モジュールを備え、ストリップ全面を高感度に検出する技術が開示されている。

この配列は、ホール素子の間隔をＰ、配列数をＮとすると、ホール素子の実行的間隔をＰ／Ｎとすることを特徴とし、望ましくは、チップ型ホール素子であれば、０．７ｍｍ以上２ｍｍ以下を推奨値とし、この時のリフトオフは０．２ｍｍ以下が可能としている。

しかしながら、走行するストリップ１０は、形状不良や厚さのばらつきもあることから、ストリップ１０とホール素子モジュールとが接触して、ストリップ１０の表面に欠陥を付け、大量の不良品を発生させたり、ホール素子モジュールが故障したりする恐れがある。
特許第３８１１０３９号公報（図１、第１頁） 特開２００３−１０７０５６号公報（図１、第１頁）

以上述べたような、従来の磁気探傷装置は、ホール素子等の半導体磁気センサを幅方向に微小なピッチで配列すると必要な感度が得られることは知られているが、微小な欠陥に対して幅方向の検出感度を一様にするための配列方法が知られていないため、検出感度のバラツキが生じる問題がある。

また、幅方向の検出感度を一様にした時のリフトオフが実用的な範囲に押えられる配列が知られていない問題がある。

本発明は、ストリップ幅方向の検出感度を均一するとともに、所定のリフトオフを確保して、ストリップに疵を付けたり、磁気センサを故障させたりする恐れの少ない磁気探傷装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る磁気探傷装置は、薄鋼板を走行方向に磁化し、この薄鋼板の内部及び表層部の欠陥部によって生ずる漏洩磁束を、前記薄鋼板の幅方向に磁気センサを複数並べて検出し、前記薄鋼板の欠陥部を検出する磁気探傷装置であって、前記薄鋼板を磁化する磁化器と、前記欠陥部の漏洩磁束を検出する複数の磁気センサを幅方向に配列した磁気センサ部と、前記磁気センサ部で検出された信号から欠陥信号を判定する信号処理部とから成り、前記信号処理部は、幅方向で隣り合う、もしくは複数の前記磁気センサの出力を加算及び減算する加減算部と、前記加減算部の出力から欠陥信号を判定する欠陥判定部とを備えたことを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項２に係る磁気探傷装置は、請求項１において、前記磁気センサの配列は、直線状もしくは千鳥状に配列し、前記磁気センサ間の配列ピッチは、予め定められる前記薄鋼板上の微小模擬欠陥に対する幅方向の検出感度分布が、最大値の１／２となる幅方向寸法と等しい値で設定し、前記加減算部は、幅方向で隣り合う前記磁気センサの出力を加算し、さらに、当該２つの磁気センサに隣接する２つの前記磁気センサの出力を減算する加減算器と、さらに、前記加減算器の出力から前記検出感度分布の最大値方向の信号を抽出する半波整流回路とを備えたことを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項３に係る磁気探傷装置は、薄鋼板を走行方向に磁化し、この薄鋼板の内部及び表層部の欠陥部によって生ずる漏洩磁束を、前記薄鋼板の幅方向に磁気センサを複数並べて検出し、前記薄鋼板の欠陥部を検出する磁気探傷装置であって、前記薄鋼板を磁化する磁化器と、前記欠陥部の漏洩磁束を検出する複数の磁気センサを幅方向に配列した磁気センサ部と、前記磁気センサ部で検出された信号から欠陥信号を判定する信号処理部とから成り、前記信号処理部は、幅方向で隣り合う前記磁気センサの出力を加算する加算部と、前記加算部の出力から欠陥信号を判定する欠陥判定部とを備えたことを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項４に係る磁気探傷装置は、請求項３において、前記磁気センサの配列は、直線状もしくは千鳥状に配列し、前記磁気センサ間の配列ピッチは、予め定められる前記薄鋼板上の微小模擬欠陥に対する幅方向の検出感度分布が、最大値の１／２となる幅方向寸法と等しい値で設定し、前記加減算部は、幅方向で隣り合う前記磁気センサの出力を加算するようにしたことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、隣り合う２つの磁気センサ出力の加算部、または、隣り合う２つの磁気センサの出力を加算し、さらにその左右の２つの磁気センサの出力を減算する加減算部を備えて、幅方向の出力が均一になるようにしたので、本発明は、ストリップ幅方向の検出感度が均一になるとともに、所定のリフトオフが確保し易くなり、ストリップに疵を付けたり、磁気センサを故障させたりする恐れの少ない磁気探傷装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例について、図１乃至図４を参照して説明する。図１（ａ）は、薄鋼板１０の走行方向の側面から見た断面図で、磁気探傷装置の検出部1の構成図で、また、図１（ｂ）は検出部１で検出された信号から欠陥信号を抽出する信号処理部４の構成図を示す。

本発明による磁気探傷装置は、検出部１と信号処理部４とから成り、図１（ａ）に示す検出部１は、非磁性ロール１１に巻きつけられ、矢印方向に走行する薄鋼板１０を磁化するためのヨーク２ａに巻きつけられたコイル２ｂとからなる磁化器２とを備える。

このヨーク２ａの両端面部は、薄鋼板１０が所定の磁束密度以上で磁化される様に、薄鋼板１０の走行方向に所定の間隔で、また薄鋼板１０の表面と所定の距離に近接して配置される。

さらに、ヨーク２ａの両端部間の中央部には、幅方向に並べられた複数の磁気センサ３１ａを備える磁気センサ部３が配置され、これらが磁化器２と一体化されて磁気探傷装置の検出部１を構成する。

信号処理部４は、多数の磁気センサ３１ａを幅方向に配列した磁気センサ部３からの検出信号を所定の磁気センサ３１ａ毎に加算、減算する加減算器４１ａと、加減算器４１ａの出力から一方向の出力のみを取り出す半波整流回路４１ｂとから成る加減算部４１と、半波整流回路４２ａの出力から欠陥信号を抽出する欠陥判定部４２とから成る。

この半波整流回路４１ｂは、詳細を後述するような隣り合う磁気センサ３１ａの出力を加算する加算器のみで構成する場合には不要である。

そして、コイル２ｂに所定の直流電流を流すと、ヨーク２ａより薄鋼板１０が磁化し、この薄鋼板１０に介在物や表面欠陥があると、この部分に漏洩磁束が発生するので、この漏洩磁束を磁気センサ部３で検出して、欠陥の有無を信号処理部４で判定する。

次ぎに、各部の詳細設定について図２（ａ）を参照して磁気センサ部３と加減算部４１の回路構成について説明する。磁気センサ部３は、複数（ｎ−ｉ乃至ｎ＋ｉ）の磁気センサ３１ａと、夫々の磁気センサ３１ａの増幅器３１ｂと、これらのモジュールとして搭載するプリント基板３１ｃとからなる。

磁気センサ３１ａは、例えば、ＩｎＳｂ等の化合物半導体からなる高感度なホール素子をプリント基板３１ｃ上に予め定められる所定のピッチＰで配列される。

また、増幅器３１ｂからの出力は、複数（ｎ−ｉ乃至ｎ＋ｉ）の加減算器４１ａでは、次のように加算及び減算される。

磁気センサ３１ａの間隔がピッチＰで配列されたｎ番目の磁気センサ３１ａに対応する加減算器４１ａの演算出力Ｖ_ｎ”は、
Ｖ_ｎ”＝−Ｖ_ｎ−１＋（Ｖ_ｎ＋Ｖ_ｎ＋１）−Ｖ_ｎ−２
同様に、配列されたｎ＋１番目の磁気センサ３１ａ加減算器４１ａ器の演算出力、Ｖ_ｎ＋１”は、
Ｖ_ｎ＋１”＝−Ｖ_ｎ＋（Ｖ_ｎ＋１＋Ｖ_ｎ＋２）−Ｖ_ｎ−３
の様に演算される。

一般に、薄鋼板１０の微小欠陥による漏洩磁束を対向する平面状に配置したホール素子等の磁気センサ３１ａで検出した場合、磁気センサ３１ａの幅方向の検出感度分布は、図３（ａ）及び図７に示すように、正規分布に近似する特性が得られることが知られている。

図３（ａ）は、磁気センサ３１ａを検出感度分布出力の最大値の１／２の値（半価値）幅をピッチＰで配列した時の、各磁気センサ３１ａの感度分布を図示したものである。

例えば、微小欠陥の位置が幅方向ｐ_ｉ点にある場合の加減算器４１ａの出力Ｖ_ｎ（ｐ_ｉ）”は、ｎ−１番目、ｎ番目、ｎ＋１番目、及びｎ＋２番目の４つの磁気センサ３１ａの出力のｎ番目とｎ＋１番目を加算し、ｎ−１番目とｎ＋２番目を減算したｐ_ｉ点の黒点で示すような出力となる。

このような検出感度分布を示す微小欠陥を幅方向に移動した時のＶ_ｎ”出力は、黒点で示すような出力となり、この黒点を連ねた幅方向の検出感度分布は図３（ｂ）の実線に示すような、ピッチＰ間ではほぼ平坦な均一化された値となる。

隣り合う磁気センサ３１ａの加算のみで構成した場合、ｎ番目のＶ_ｎ’出力は、
Ｖ_ｎ’＝Ｖ_ｎ＋Ｖ_ｎ＋１
となり、隣り合う磁気センサ３１ａの２つの加算出力は、図３（ｂ）の破線で示した検出感度分布となる。

図３（ｂ）のＶ_ｎ”出力（実線）とＶ_ｎ’出力（破線）との差は、演算方法による相違を示す。

Ｖ_ｎ”出力は、図３（ｃ）に示すように検出感度の最大値方向の出力を取り出す半波整流回路４２ａを備えることで、夫々の磁気センサ３１ａの検出感度分布範囲を、配列ピッチＰとその左右に１／２Ｐの幅以内に抑えることができる。

微小欠陥の検出位置を判定しようとする場合、Ｖ_ｎ”の演算方法を採用することで、欠陥の検出感度分布範囲を制限することが出来るので、位置判定精度が向上する。

次に、このように構成された磁気センサ３１ａの幅方向の検出感度分布を下記の条件で検証し、図４（ａ）に示す特性を得た。

磁気センサ３１ａとしては、旭化成電子株式会社製ＩＮＳｂホール素子ＨＷ−１０１Ａを用いた。このホール素子の外形寸法は、図４（ｂ）に示すように、１．５５ｍｍ×３．０ｍｍ×１．１ｍｍ（Ｌ×Ｗ×Ｈ）であった。

また、１．５５ｍｍの薄鋼板１０には、模擬欠陥として５０μφの垂直孔を空け、図１に示した磁化器２からは、２０００ＡＴの印加磁界を設定し、模擬欠陥から微小な漏洩磁束を生成させた。そして、薄鋼板１０を０．５ｍｍピッチで移動させた時の検出信号を測定して、磁気センサ３１ａの幅方向の検出感度分布を求めた。

図４（ａ）において、実線は、リフトオフ（ＬＦ）１．０ｍｍ、一点破線は、リフトオフ１．３ｍｍ、また、破線はリフトオフ０．７ｍｍの時の夫々の検出感度分布特性を示す。

この検出感度分布特性からは、磁気センサ３１ａの配列のピッチＰは、最大出力の１／２（半価値）幅に相当する４ｍｍ幅を配列のピッチＰとすることが望ましい。

即ち、このようなピッチＰで配列すると、ピッチＰの中間及びピッチの中心での加減算値の値を一致させやすく、且つ、幅全域の値を均一にしやすくなる。

このデータからも、夫々の検出感度分布特性は正規分布に近似していることが分り、図２で示した加算減算により幅方向の検出感度分布が均一化されることが検証された。

また、リフトオフが１．０ｍｍ±０．３ｍｍの範囲で変化しても検出感度分布は相似形で変化し、正規分布に近似する傾向は大きく変化しないため、リフトオフの変化に対しても均一性は確保されることが分る。

但し、検出信号の絶対値は大きく変化するため、図１に示したよう被磁性ロール１１を介して一様なリフトオフが確保できるようにして、薄鋼板１０の通板位置を確保し、薄鋼板１０と磁性センサ３１ａとの接触が無いようにするとともに、薄鋼板１０の厚さや形状の変化を検出して、加減算部４１の出力が一定になるように補正することが望ましい。

尚、本発明は上述したような実施例に何ら限定されるものでなく、磁化センサが千鳥状に配列される場合、また複数列で配列される場合でも、取り付けピッチと検出感度分布によって、加算及び減算する対象磁気センサを適宜選択することで、リフトオフを確保しやすくして幅方向の検出感度を均一にすることが可能である。

本発明の磁気探傷装置の構成図。 本発明の磁気探傷装置の信号処理部の詳細構成図。 本発明の信号処理部の動作を説明する図。 本発明の磁気センサの幅方向感度分布特性図。 従来の磁気探傷装置の検出部の構成図。 従来の磁気探傷装置の半導体磁気センサの配置図。 従来の半導体磁気センサの幅方向感度分布特性図。

符号の説明

１ 検出部
２ 磁化器
２ａ ヨーク
２ｂ コイル
３ 磁気センサ部
３１ａ 磁気センサ
３１ｂ 増幅器
３１ｃ 磁気センサモジュール
４ 信号処理部
４１ａ 加減算器
４１ｂ 半波整流回路
４２ 欠陥判定部
１０ 薄鋼板（ストリップ）
１０Ａ 欠陥
１１ 非磁性ロール
１２ 半導体磁気センサ
１４ 軟質磁性体
２０ 磁気センサヘッド
２１ 磁化ヨーク
２２ 磁化コイル

Claims (4)

1. 薄鋼板を走行方向に磁化し、この薄鋼板の内部及び表層部の欠陥部によって生ずる漏洩磁束を、前記薄鋼板の幅方向に磁気センサを複数並べて検出し、前記薄鋼板の欠陥部を検出する磁気探傷装置であって、
   前記薄鋼板を磁化する磁化器と、前記欠陥部の漏洩磁束を検出する複数の磁気センサを幅方向に配列した磁気センサ部と、前記磁気センサ部で検出された信号から欠陥信号を判定する信号処理部とから成り、
   前記信号処理部は、幅方向で隣り合う、もしくは複数の前記磁気センサの出力を加算及び減算する加減算部と、
   前記加減算部の出力から欠陥信号を判定する欠陥判定部と
   を備えたことを特徴とする磁気探傷装置。
2. 前記磁気センサの配列は、直線状もしくは千鳥状に配列し、前記磁気センサ間の配列ピッチは、予め定められる前記薄鋼板上の微小模擬欠陥に対する幅方向の検出感度分布が、最大値の１／２となる幅方向寸法と等しい値で設定し、
   前記加減算部は、幅方向で隣り合う前記磁気センサの出力を加算し、さらに、当該２つの磁気センサに隣接する２つの前記磁気センサの出力を減算する加減算器と、さらに、前記加減算器の出力から前記検出感度分布の最大値方向の信号を抽出する半波整流回路とを備えたことを特徴とする請求項1に記載の磁気探傷装置。
3. 薄鋼板を走行方向に磁化し、この薄鋼板の内部及び表層部の欠陥部によって生ずる漏洩磁束を、前記薄鋼板の幅方向に磁気センサを複数並べて検出し、前記薄鋼板の欠陥部を検出する磁気探傷装置であって、
   前記薄鋼板を磁化する磁化器と、前記欠陥部の漏洩磁束を検出する複数の磁気センサを幅方向に配列した磁気センサ部と、前記磁気センサ部で検出された信号から欠陥信号を判定する信号処理部とから成り、
   前記信号処理部は、幅方向で隣り合う前記磁気センサの出力を加算する加算部と、
   前記加算部の出力から欠陥信号を判定する欠陥判定部と
   を備えたことを特徴とする磁気探傷装置。
4. 前記磁気センサの配列は、直線状もしくは千鳥状に配列し、前記磁気センサ間の配列ピッチは、予め定められる前記薄鋼板上の微小模擬欠陥に対する幅方向の検出感度分布が、最大値の１／２となる幅方向寸法と等しい値で設定し、
   前記加減算部は、幅方向で隣り合う前記磁気センサの出力を加算するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の磁気探傷装置。

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