JP2013047630A - 磁気特性測定方法および磁気特性測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易かつ高精度に形状不良部と磁気特性欠陥部と、そのいずれでもない健全部とを検出できる磁気特性測定方法および磁気特性測定装置を提供すること。
【解決手段】電磁気を用いて鋼板の磁気特性分布を測定する際に、鋼板から受信した磁気特性検出信号の信号レベルの変化の速度と、信号レベルを抽出し、信号レベルの変化の速度に基づいて、形状不良部を判定し、信号レベルに基づいて、磁気特性の欠陥部を判定する。これにより、簡易かつ高精度に形状不良部と磁気特性欠陥部と、そのいずれでもない健全部とを検出できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、鋼板の局所的な磁気特性分布を測定する磁気特性測定方法および磁気特性測定装置に関するものである。

鋼板の特性の評価のためには、電磁気を用いて鋼板の局所的な磁気特性分布を測定することが多い。ここでいう局所的な磁気特性分布とは、保磁力や透磁率、鉄損などの分布のみならず、鋼板の表面あるいは内部の傷や介在物による検出用電磁気の変化も含む。また、漏洩磁束探傷などにおいては、傷や欠陥の有無を漏洩磁束の有無で判定し、ある閾値以上の信号を検出したときに欠陥があると判定する。

一般に、電磁気を用いた磁気特性分布の測定の際には、検出信号が電磁気ノイズや検出素子と測定対象との間の距離（以下、リフトオフ量という）の変動などの外乱要素に対して非常に敏感であるという問題がある。従来、電磁気ノイズについては、シールド強化やフィルタリング、位相検波などの対策をとって低減している。また、鋼板のテンション変動、搬送ロールの偏心、鋼板の形状不良などに起因するリフトオフ変動に対しては、サポートロールを追加したり、鋼板に対して倣い機構を設けたりする対策をとって抑制している。

また、特許文献１には、検出センサ（検出素子）と被検材のリフトオフ量を測定することにより、検出信号を補正する技術が記載されている。

特開平０８−１４５９５２号公報

板厚の薄い鋼板には、いわゆる耳波と呼ばれる鋼板のエッジ部分の形状不良部や、腹伸びと呼ばれる幅方向中央部分の形状不良部などの局所的な形状不良部が発生しやすい。そのような局所的な形状不良部に起因したリフトオフ変動に対して、上述したようなサポートロールや倣い機構を適切に設けることは難しい。

局所的な形状不良部では数ｃｍ〜数ｍの周期で鋼板が波打っているため、ライン搬送にともなって、波打ちの周期とライン速度とに応じた短い周期で鋼板が上下に数ｍｍ程度の振動をおこす。この振動に伴ってリフトオフ量が変動して検出信号の出力も変動するが、この検出信号の出力の変動は鋼板の磁気特性の変化とは無関係に起こる。

しかも、局所的な形状不良部が発生した鋼板がライン搬送に伴って速い速度で振動している際に磁気検出素子を近接させて測定すると、検出素子の表面付近で磁束密度に大きな変化が生じ、強い電磁気ノイズが検出信号に重畳される。この電磁気ノイズは磁気特性の変化にともなう検出信号の出力変動と比べて大きい。そのため、磁気特性の変化にともなう検出信号の出力変動とリフトオフ量の変動にともなう電磁気ノイズを含む検出信号の出力変動とを判別することは難しい。したがって、漏洩磁束探傷のように検出信号に閾値を設定して欠陥の有無を判定するという従来の方法によって磁気特性欠陥部を検出することは困難である。

また、上述した特許文献１では鋼板の局所的な形状不良部における短い周期の振動を考慮しておらず、この特許文献１に記載の技術によってリフトオフ量を測定して検出信号を補正することもできない。

一方、鋼板の形状測定を行って形状不良部をあらかじめ磁気特性の測定対象から外すためには、画像処理などを用いた形状測定を行う新たな装置の導入が必要となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡易かつ高精度に形状不良部と磁気特性欠陥部と、そのいずれでもない健全部とを検出できる磁気特性測定方法および磁気特性測定装置を提供することにある。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る磁気特性測定方法は、電磁気を用いて鋼板の磁気特性分布を測定する磁気特性測定方法であって、検出信号の変化の第１の特徴量と第２の特徴量とを抽出する抽出ステップと、前記第１の特徴量に基づいて、鋼板の形状不良部を判定する第１判定ステップと、前記第２の特徴量に基づいて、磁気特性の欠陥部を判定する第２判定ステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る磁気特性測定方法は、上記発明において、前記第１の特徴量は、信号レベルの変化の速度であり、前記第２の特徴量は、信号レベルであることを特徴とする。

また、本発明に係る磁気特性測定方法は、上記発明において、前記第１判定ステップは、鋼板の形状不良によるリフトオフ量の変動にともなって信号レベルの変化の速度が変動することを用いて、第１の特徴量に基づいて形状不良部を判定することを特徴とする。

また、本発明に係る磁気特性測定装置は、電磁気を用いて鋼板の磁気特性分布を測定する磁気特性測定装置であって、検出信号の変化の第１の特徴量と第２の特徴量とを抽出する抽出手段と、前記第１の特徴量に基づいて、鋼板の形状不良部を判定する第１判定手段と、前記第２の特徴量に基づいて、磁気特性の欠陥部を判定する第２判定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、磁気特性の検出信号のみから磁気特性欠陥部、形状不良部を判定できるので、簡易かつ高精度に鋼板の磁気特性欠陥部と形状不良部と、そのいずれでもない健全部とを検出することができる。

図１は、本発明の磁気特性測定の対象である形状不良部を含む板厚の薄い鋼板を示す模式図である。 図２は、本発明の磁気特性測定の原理を説明するための測定結果例を示すグラフである。 図３は、本発明の磁気特性測定の原理を説明するための形状不良部における検出信号の出力レベルとリフトオフ量との関係を例示するグラフである。 図４は、本発明の一実施の形態に係る磁気特性測定装置の構成を示す模式図である。 図５は、本実施の形態に係る磁気特性測定処理手順の流れを示すフローチャートである。 図６は、本実施の形態に係る磁気測定処理の対象である鋼板を例示する模式図である。 図７は、本実施の形態に係る図６の鋼板に対する磁気特性測定処理の結果を例示するグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る磁気特性測定方法および磁気特性測定装置について説明する。

まず、図１〜３を用いて、本発明の原理を説明する。図１は、本発明により磁気特性分布を測定する対象の形状不良部を含む板厚の薄い鋼板を示す模式図である。前述したように、板厚の薄い鋼板には、耳波、腹伸びと呼ばれる局所的な形状不良部が発生しやすい。図１に示すように、耳波は鋼板のエッジ部分に、腹伸びは鋼板の幅方向中央部分に発生する形状不良部で、座屈や不均一な圧延などの製造工程での不適合により発生する。このような形状不良部は鋼板のある領域に連続的に発生する。また、磁気特性の欠陥部は、主に鋼板を製造する際の熱履歴や成分の不適合により発生する。これらの条件は製造工程で急激に変化するものではない。したがって、磁気特性の欠陥部は、鋼板の一部に連続的に発生する。例えば、鋼板の製造時に熱分布が不均一になりやすい先端部分、尾端部分、エッジ部分に発生しやすい。

このような鋼板に対してライン搬送時に電磁気を用いて磁気特性分布を測定すると、前述したように、検出信号には、磁気特性による出力の他、形状不良部ではライン搬送により鋼板が上下に振動し、電磁気ノイズが重畳される。図２は、磁気特性の測定結果例を示す概念的グラフである。図２に示すように、耳波や腹伸びなどが発生していない形状良好部では、磁気特性の健全部と欠陥部とでは検出信号の信号レベルに差異が出る。したがって、適宜な閾値を設定することにより、磁気特性の欠陥部を判別することが可能である。一方、形状不良部では、磁気特性の健全部／欠陥部に関わらず検出信号の信号レベルは大きく変動し、磁気特性の欠陥部を判別することはできない。

図３に、形状不良部における検出信号の信号レベルとリフトオフ量との関係を示すグラフを例示する。前述のとおり、図２の形状不良部での検出信号の変動は、ライン搬送時の鋼板の上下振動を起因とする電磁気ノイズが重畳されたことによる。しかし、図３に示すグラフからわかるように、鋼板の上下振動を起因とする電磁気ノイズが重畳された検出信号の変動と鋼板の上下振動にともなうリフトオフ量の変動との関連性を定性的に表すことは困難である。したがって、何らかの方法でリフトオフ量を計測しても、検出信号を補正することはできない。

本発明は、形状良好部と形状不良部、磁気特性健全部と磁気特性欠陥部とでは、磁気特性の検出信号の変動の特徴が異なるという事象に基づいて、磁気特性の検出信号のみにより形状不良部と磁気特性欠陥部と健全部（形状良好部かつ磁気特性健全部）とを判別するものである。

図４は、本発明の実施形態に係る磁気特性測定装置の構成を示す模式図である。図４に示すように、磁気特性測定装置１は、検出ヘッド１０と制御部２０とを備える。検出ヘッド１０は、励磁素子１１と感磁性素子１２とを備え、制御部２０は、演算装置２１と判定手段２２と表示装置２３と記憶装置２４とを備える。

励磁素子１１は、被検体３０（鋼板）を磁化するためのものであり、コイル等で構成される。このとき、励磁素子１１が印加する磁場は、交流磁場または直流磁場、あるいはその両方の組み合わせとし得る。また、図４に示された例では、励磁素子１１が検出ヘッド１０の内部に設けられた構成であるが、被検体３０に関して検出ヘッド１０の反対側に設ける構成も取り得る。さらに、交流磁場と直流磁場とを組み合わせて用いる等の場合、検出ヘッド１０の内部および反対側の両方に励磁素子１１を備えることも可能である。

感磁性素子１２（検出素子）は、被検体３０の表面または内部の磁気特性分布を検出するものであり、コイルおよびホール素子など一般的な磁気センサを用いることができる。なお、本発明の説明では、被検体３０の表面とは、被検体３０の表面近傍も含むものと定義する。例えば、漏洩磁束探傷においては、被検体３０の表面から漏洩する漏洩磁束を検出することにより被検体３０の欠陥を検出するが、このような表面近傍の磁場を検出する測定においても本発明の適用が可能である。

感磁性素子１２は、検出性能の観点から、被検体３０からの距離（すなわちリフトオフ量）を可能な限り小さくすることが好ましい。一方で、リフトオフ量が小さすぎる場合、被検体３０の振動や形状不良により、検出ヘッド１０が被検体３０に接触する可能性がある。検出ヘッド１０が被検体３０に接触した場合、ヘッドの破損や、被検体３０である鋼板への傷または破断の発生などの危険性があるため、安全な間隔を取る必要がある。したがって、このリフトオフの基準量は、検出性能と鋼板の性状などの制約条件から決定する。

演算装置２１および判定手段２２は、後述する磁気特性測定処理を実行する。また、演算装置２１は、判定手段２２による判定結果の出力を表示装置２３に送信する。そして、表示装置２３は検出結果を適切な形式で表示する。あるいは、表示装置２３へ検出結果を表示する代わりに、検出結果を記憶装置２４へ記憶してもよい。

次に、図５のフローチャートを参照して、制御部１による磁気特性測定処理手順を説明する。図５のフローチャートは、例えば、操作者により図示しない入力部を介して磁気特性測定開始の指示入力があったタイミングで開始となり、磁気特性測定処理はステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１の処理では、演算装置２１が、感磁性素子１２により検出された磁気特性の検出信号を取得する処理を行う。これによりステップＳ１の処理は完了し、磁気特性測定処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、演算装置２１が、ステップＳ１で取得した検出信号の差分信号を取得する処理を行う。すなわち、検出信号の各測定値について、前後時間の測定値との差分を算出する処理を行う。これによりステップＳ２の処理は完了し、磁気特性測定処理はステップＳ３の処理に進む。なお、この差分信号は、磁気特性の測定周期を短くすることにより、検出信号の信号レベルの変化の速度に限りなく近似する。すなわち、ステップＳ２の差分信号を算出する処理は、検出信号の信号レベルの変化の速度を求めていることに他ならない。

ステップＳ３の処理では、判定手段２２が、演算装置２１により取得された差分信号に基づいて、形状不良部／形状良好部のいずれであるかを判定する処理を行う。前述したように、形状不良部では検出信号に電磁気ノイズが重畳され、検出信号の変動（変化の速度）が大きい。したがって、差分信号の振幅があらかじめ設定された所定の閾値以上であった場合に（ステップＳ３，Ｙｅｓ）、判定手段２２は、この検出信号には形式不良に起因する電磁気ノイズが含まれる、すなわち、鋼板のこの検出信号が得られた箇所が形状不良部であると判定し、磁気特性測定処理はステップＳ４の処理に移行する。一方、差分信号の振幅が所定の閾値未満であった場合には（ステップＳ３，Ｎｏ）、判定手段２２は、この検出信号には形式不良に起因する電磁気ノイズは含まれない、すなわち、鋼板のこの検出信号が得られた箇所が形状良好部であると判定し、磁気特性測定処理はステップＳ７の処理に移行する。なお、閾値は、たとえば、あらかじめ形状不良部での検出信号の差分信号を算出して、その振幅に基づいて所定の閾値を設定すればよい。

ステップＳ４の処理では、判定手段２２が、演算装置２１により取得された検出信号の信号レベルに基づいて、磁気特性欠陥部／磁気特性健全部のいずれであるかを判定する処理を行う。前述したように、磁気特性の健全部と欠陥部とでは検出信号の信号レベルに差異が出る。本実施例では、磁気特性欠陥部では、検出信号の信号レベルが磁気特性健全部に比べて大きい（図２参照）。したがって、検出信号の信号レベルがあらかじめ設定された所定の閾値以上であった場合に（ステップＳ４，Ｙｅｓ）、判定手段２２は、鋼板のこの検出信号が得られた箇所が形式不良部かつ磁気特性欠陥部であると判定し（ステップＳ５）、一連の磁気特性測定処理は終了する。一方、検出信号の信号レベルが所定の閾値未満であった場合には（ステップＳ４，Ｎｏ）、判定手段２２は、鋼板のこの検出信号が得られた箇所が形状不良部（かつ磁気特性健全部）であると判定し（ステップＳ６）、一連の磁気特性測定処理は終了する。なお、閾値は、たとえば、あらかじめ磁気特性欠陥部での検出信号の信号レベルを取得して、これに基づいて所定の閾値を設定すればよい。

ステップＳ７の処理では、ステップＳ４の処理と同様に、判定手段２２が、演算装置２１により取得された検出信号の信号レベルに基づいて、磁気特性欠陥部／磁気特性健全部のいずれであるかを判定する処理を行う。検出信号の信号レベルがあらかじめ設定された所定の閾値以上であった場合に（ステップＳ７，Ｙｅｓ）、判定手段２２は、鋼板のこの検出信号が得られた箇所が磁気特性欠陥部（かつ形状良好部）であると判定し（ステップＳ８）、一連の磁気特性測定処理は終了する。一方、検出信号の信号レベルが所定の閾値未満であった場合には（ステップＳ７，Ｎｏ）、判定手段２２は、鋼板のこの検出信号が得られた箇所が健全部（形状良好部かつ磁気特性健全部）であると判定し（ステップＳ９）、一連の磁気特性測定処理は終了する。

なお、採用する測定原理によっては、磁気特性欠陥部での検出信号の信号レベルが低く、磁気特性健全部での検出信号の信号レベルが高くなることがありうる。この場合には、上記ステップＳ７において、検出信号の信号レベルがあらかじめ設定された所定の閾値未満であった場合に、判定手段２２は、鋼板のこの検出信号が得られた箇所が磁気特性欠陥部（かつ形状良好部）であると判定し（ステップＳ８）、検出信号の信号レベルが所定の閾値以上であった場合に、判定手段２２は、鋼板のこの検出信号が得られた箇所が健全部（形状良好部かつ磁気特性健全部）であると判定する（ステップＳ９）。

また、差分信号による形状の良否の判定（ステップＳ３）の処理と、検出信号の信号レベルによる磁気特性の良否の判定（ステップＳ４，Ｓ７）の処理との処理順は入れ替えることが可能である。すなわち、差分信号による形状の良否の判定（ステップＳ３）の処理の前に、検出信号の信号レベルによる磁気特性の良否の判定（ステップＳ４，Ｓ７）の処理を行ってもよい。その場合にも、ステップＳ６〜Ｓ９の４つの判定は同様にできる。

また、鋼板製造において、形状不良部は磁気特性が健全であっても製品とはしないため、形状不良部の磁気特性の良否を必ずしも判定する必要はない。すなわち、ステップＳ４〜Ｓ６の処理を省くことも可能である。その場合、ステップＳ３の処理において差分信号の振幅があらかじめ設定された所定の閾値以上であった場合には（ステップＳ３，Ｙｅｓ）、鋼板のこの検出信号が得られた測定領域を形状不良部と判定して、一連の磁気特性測定処理は終了する。

図６および図７に、本実施の形態に係る磁気特性測定処理の結果を例示する。図６はこの磁気特性測定の対象とした鋼板を例示したものであり、図７は図６の鋼板の磁気特性を測定した結果の検出信号と、検出信号に基づいて算出された差分信号（信号レベルの変化の速度）を例示したものである。これらの図６および７に示すように、形状不良部では、差分信号の振幅が大きい。したがって、差分信号の振幅について所定の閾値を設定することで、閾値以上になる部分を形状不良部と判定する。また、磁気特性欠陥部（図６の黒色部）では、検出信号の信号レベルが大きい。したがって、検出信号の信号レベルについても所定の閾値を設定することで、閾値以上になる部分を磁気特性欠陥部と判定する。図６の網掛部は、磁気特性健全部であっても形状不良部である。形状不良部でも磁気特性欠陥部でもない部分（図６の白色部）を健全部と判定する。

以上の結果により、本発明の実施形態に係る磁気特性測定によれば、追加設備が必要なく、磁気特性の検出信号のみにより磁気特性欠陥部、形状不良部を判定できるので、簡易かつ高精度に鋼板の磁気特性欠陥部と形状不良部と、そのいずれでもない健全部とを検出することができる。

また、本発明の実施形態に係る磁気特性測定装置を製造工程に適用することで、鋼板の磁気特性を正確に測定し、不適合部位を確実に検出することができるようになる。検出された欠陥部位を切り捨てや手入れ、マーキングなどを行うことで製品の信頼性が向上する。

１ 磁気特性測定装置
１０ 検出ヘッド
１１ 励磁素子
１２ 感磁性素子
２０ 制御部
２１ 演算装置
２２ 判定手段
２３ 表示装置
２４ 記憶装置
３０ 被検体（鋼板）

Claims (4)

1. 電磁気を用いて鋼板の磁気特性分布を測定する磁気特性測定方法であって、
   検出信号の変化の第１の特徴量と第２の特徴量とを抽出する抽出ステップと、
   前記第１の特徴量に基づいて、鋼板の形状不良部を判定する第１判定ステップと、
   前記第２の特徴量に基づいて、磁気特性の欠陥部を判定する第２判定ステップと、
   を含むことを特徴とする磁気特性測定方法。
2. 前記第１の特徴量は、信号レベルの変化の速度であり、前記第２の特徴量は、信号レベルであることを特徴とする請求項１に記載の磁気特性測定方法。
3. 前記第１判定ステップは、鋼板の形状不良によるリフトオフ量の変動にともなって信号レベルの変化の速度が変動することを用いて、第１の特徴量に基づいて形状不良部を判定することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気特性測定方法。
4. 電磁気を用いて鋼板の磁気特性分布を測定する磁気特性測定装置であって、
   検出信号の変化の第１の特徴量と第２の特徴量とを抽出する抽出手段と、
   前記第１の特徴量に基づいて、鋼板の形状不良部を判定する第１判定手段と、
   前記第２の特徴量に基づいて、磁気特性の欠陥部を判定する第２判定手段と、
   を備えることを特徴とする磁気特性測定装置。

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