JP2015135261A - 薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄鋼帯張力によるリフトオフ変動にかかわらず同一の検出感度でオンライン探傷ができる、薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置および方法を提供することを目的とする。【解決手段】薄鋼帯の幅方向に複数個のレーザ距離計を配置し、磁化器の磁極間隙より非磁性中空ロール内面までの距離を計測し、あらかじめ測定され格納された磁気センサのリフトオフに対する相対出力特性と、計測した前記距離から演算した、薄鋼帯に張力が無いときに対する薄鋼帯走行時に張力が生じたときの磁気センサのリフトオフの変動分に基づいて、前記信号処理後の出力に対して、磁気センサのリフトオフの変動分による出力補正を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、薄鋼帯といった被検査体中に存在する微小欠陥を漏洩磁束法により検出する、薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置および方法に関するものである。

鋼帯といった磁性体中の欠陥を検出する方法として、漏洩磁束法が広く使用されている。図４は、漏洩磁束法の原理を説明する図である。図中、２１は磁気センサ、２２は磁化器、２３は鋼帯等の被検査体、２４は欠陥、および２５は磁束をそれぞれ示す。

磁化器２２により被検査体２３を磁化する。磁化器２２により発生する磁束の大部分は磁気抵抗の少ない被検査体２３の中を通過するが、被検査体２３中に欠陥２４が存在すると、その欠陥２４により磁束の通過が妨げられ、一部の磁束が空中に漏洩する。この漏洩した磁束を、被検査体より所定のリフトオフだけ離して配置された磁気センサ２１で検出することにより欠陥２４の存在を検知する。

このような漏洩磁束法を用いた鋼帯の微小欠陥検出装置が、例えば、特許文献１に開示されている。図５は、特許文献１に開示された鋼帯の微小欠陥検出装置を説明する図である。図中、４は非磁性ロール、５は磁化器、１１は磁気シールド板、１２はＥ型磁気センサ、１３は増幅器、１４はハイパスフィルタ、１５は全波整流器、１６は判定回路、および１７は自動カットオフ周波数設定器をそれぞれ示す。

非磁性ロール４内に、磁化コイルを有する磁化器５を配置し、非磁性ロール４を介して、その上方を走行する被検査体（薄鋼帯）３を走行方向に磁化する。非磁性ロール４の上方には、磁気センサとして、磁気シールド板１１で囲ったＥ型形状のＥ型磁気センサ１２を設置する。

図６は、Ｅ型磁気センサの動作原理を説明する図である。Ｅ型磁気センサ１２は、図６に示すように、強磁性体で作られたＥ型コアの磁極１２ａ〜１２ｃの内、中央の磁極１２ｃにサーチコイル１８を巻回し、これら３個の磁極１２ａ〜１２ｃの列が被検査体（薄鋼帯）３の走行方向に沿うように配置されている。

欠陥２４が図６（ａ）で示す位置にあるとき、漏洩磁束１９は磁極１２ａから磁極１２ｃを通過し、サーチコイル１８を下向きに通過する。そして、被検査体（薄鋼帯）３が図に示す走行方向に走行して、欠陥２４が図６（ｂ）で示す位置に来ると、漏洩磁束１９は磁極１２ｃから磁極１２ｂを通過し、サーチコイル１８を上向きに通過する。

このように、被検査体（薄鋼帯）３の走行に伴って欠陥２４が移動することによってサーチコイル１８を通過する磁束量が変化し、サーチコイル１８には磁束の変化量に比例した電圧が発生する。ここで、磁気センサにＥ型磁気センサ１２を適用した場合の特長として、鋼帯近傍の浮遊磁束やＥ型磁気センサの外側から到来する地合ノイズなどは、磁極１２ａから磁極１２ｂへ直接通過するので、サーチコイル１８への影響はなく、低減可能としている。また、鋼帯の振動、センサの振動に起因する磁場変化も、磁極１２ａと磁極１２ｃで構成される磁気回路と磁極１２ｂと磁極１２ｃで構成される磁気回路とで打ち消され、サーチコイル１８の信号内にノイズとして混入することを防ぐことが可能としている。

図５を参照した説明に戻って、Ｅ型磁気センサ１２からの出力は、増幅器１３により電気的に増幅し、ハイパスフィルタ１４を介してノイズを抑制してＳ／Ｎ比を改善し、さらに全波整流器１５により整流した後、整流した信号に基づいて判定回路１６にて欠陥を判定してその結果を出力する。自動カットオフ周波数設定器１７は、Ｅ型磁気センサ１２の磁極間の距離Ｐ（ｍｍ）、リフトオフＬ（ｍｍ）、被検査体の走行速度Ｖ（ｍｍ／ｓ）より、これらに応じた最適なカットオフ周波数Ｆ（Ｈｚ）を設定するもので、これに基づいたハイパスフィルタ１４を用いれば、最大に近いＳ／Ｎ比で欠陥の検出を行うことができるとしている。

次に、特許文献２には、磁気センサアレイの校正を行う技術が開示されている。すなわち、非磁性ロール上方に所定のリフトオフだけ離し、幅方向に一定ピッチで配列された複数個の磁気センサについて、非磁性ロールの表面にその胴長方向に導線を貼り付け、この導線に電流を流して磁界を発生させた状態でロールを回転させ、当該磁界を基準磁界として磁気センサの感度校正を行う方法である。

図７は、特許文献２に開示された磁気センサ感度校正方法を説明する図である。図７（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図である。図７において、３１は、非磁性ロール４の胴長方向に沿って張り付けられた導線、３２は直流電源である。直流電源３２により導線３１に規定電流を流し、非磁性ロール４を回転させながら、導線３１により生ずる基準磁界を欠陥擬似磁界とすることにより、検出器１内の複数個の磁気センサ２の各々の出力が所定値となるように感度を調整することで、比較的簡便に磁気センサの校正を行うことができるとしている。

これにより、オフライン状態で、例えば板厚０．１６ｍｍの鋼板サンプルにφ０．１ｍｍのドリルホールを穴開けし、これが幅方向に一定ピッチで配列された磁気センサの内、代表チャンネルの直下に位置するよう非磁性ロールに鋼板サンプルを貼り付け、リフトオフが０．５ｍｍになるように高さ調整した後、非磁性ロールを回転しながら、所定の感度となるように磁気センサ代表チャンネルの感度調整を行う。次に、鋼板サンプルを取り外し、導線を貼り付け、規定電流を流しながら、ロールを回転させ、磁気センサ代表チャンネルの出力値を読み取る。最後に、他の全ての磁気センサ出力が該磁気センサ代表チャンネルと同じ出力となるよう、感度調整を実施することにより、全チャンネルについての感度校正が可能となる。

上記オフライン状態での感度校正の実施後、オンラインでの薄鋼帯検査においても同様、リフトオフ０．５ｍｍで検査するよう、あらかじめ受信される板厚情報より磁気センサ群の高さ方向についてプリセットを行えば、オフライン感度校正時と同じ検出感度で、薄鋼帯の欠陥の検出が可能となる。

また、特許文献３には、強磁性体金属被検体と磁気センサとの距離を磁気センサと併置した距離計で測定し、測定された距離に応じて、磁気センサの出力を補正する、漏洩磁束探傷の技術が開示されている。

特開平９−１４５６７９号公報 特開平９−２２９９０５号公報 特開２００１−１９４３４２号公報

漏洩磁束法では、一定感度で検査を行うためには、常に各磁気センサのリフトオフを一定に保つ必要がある。図２は、センサ欠陥出力信号のリフトオフ相対出力特性を示す図である。オフライン状態で、φ０．１ｍｍのドリルホールを開けた板厚０．１６ｍｍの鋼板サンプルを非磁性ロール表面に貼り付け、これを回転させながら、リフトオフを０．４５ｍｍから１．０ｍｍまで変えたときの、センサ感度のリフトオフに対する変化特性を図示する。

なお、図２において、縦軸はリフトオフ０．５ｍｍにおけるセンサ出力を１００％として相対出力（％）と示している。図２より、検査リフトオフを０．５ｍｍとした場合を基準とすると、これが０．１ｍｍ大きくなるとセンサ感度が約３０％、また０．２ｍｍ大きくなると約６０％減衰する。このことから、オフラインでの感度校正と同一の感度でオンライン検査するためには、常にリフトオフを一定に保つことが重要であることが分かる。

これに対し、特許文献１で開示された技術は、高Ｓ／Ｎでの検査が実現可能であるものの、この技術のみでは次のような問題点があった。すなわち、オフライン状態で特許文献２に開示された方法により、磁気センサ群の感度校正は可能であるが、走行する鋼帯をオンライン検査する場合、非磁性ロールには、その表面に所定の張力で引っ張られた鋼帯が所定の巻き付け角度で巻き付けられているので、非磁性ロールの軸受部及びロール表面には鉛直下方向に荷重が加えられ、非磁性ロールが下側方向（磁気センサから遠ざかる方向）に撓むこととなる。

この結果、あらかじめ設定された検査リフトオフよりも、大きなリフトオフで検査することとなり、このリフトオフ拡大分だけ、検査感度が落ちることとなる。なお、本リフトオフ拡大量は張力設定値、すなわち鋼種、板幅、板厚に応じて変動、また、ロール中央部ほど大きく、ロール端に近づくほど小さくなる傾向にある。

図３は、張力無し、有り時でのリフトオフ変動を示す図である。非磁性ロール４内の磁化器５の磁極間隙を通過し、非磁性ロール４の内面へレーザ光が到達するように、レーザ距離計ヘッド６ａ、６ｂ、６ｃの３台を、幅方向中央位置及び中央より各々３００ｍｍ離れた位置へ左右に設置し、板厚０．２３ｍｍ、板幅１０２４ｍｍの薄鋼帯３を、非磁性ロールに対する巻き付け角が１００°となるよう巻き付け、この状態で、張力が無いときと有るときでの各レーザ距離計６出力を記録した結果を示す。

この結果、オンライン探傷時には、板張力による非磁性ロール部の撓みなどのため、ロール中央部でリフトオフが０．２８０ｍｍに拡大する。リフトオフの０．２８０ｍｍ拡大と図２のセンサ出力のリフトオフ特性グラフより、オフライン校正時よりも感度が約７０％程度減衰した条件で検査を行ってしまうことになる。さらに、ロール中央部から離れたレーザ距離計ヘッド６ｂ、６ｃでのリフトオフは０．２５５ｍｍと、ロール中央部に比べて小さくなり、薄鋼帯幅方向でもリフトオフ量の変動があることが分かった。

なお、非磁性ロールの肉厚を厚くすることで、上記撓みによるリフトオフ拡大量を低減することは可能であるものの、漏洩磁束法では被検査材を充分磁化する必要が有り、ロール肉厚を厚くすると被検査材と磁化器磁極との距離が拡大することにより、磁化効率が落ちるため限界が有る。さらに、非磁性ロールへの鋼帯巻き付け角度を小さくすることで、鉛直下方の荷重を小さくはできるものの、鋼帯走行時のスリップの懸念があるため余り小さくできないことから、鋼帯張力によるリフトオフ拡大量をオンライン検査において影響が出ないレベルまで抑えることは不可能である。

また、磁気センサと同じ側に距離計を併置する特許文献３で開示された技術では、磁気センサ側にはスペース的に距離センサの設置が難しいという問題がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、薄鋼帯張力によるリフトオフ変動にかかわらず同一の検出感度でオンライン探傷ができる、薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置および方法を提供することを目的とする。

上記課題は、以下の発明によって解決できる。

［１］ 非磁性中空ロール内に配置され、該非磁性中空ロールの上を走行する薄鋼帯を走行方向に磁化する磁化器と、
前記薄鋼帯の上方に所定のリフトオフだけ離され、前記薄鋼帯の幅方向に一定ピッチで配置された複数個の磁気センサと、
該磁気センサの信号を、増幅、フィルタ処理、および全波整流処理といった信号処理を行う信号処理部と、
該信号処理部よりの出力に基づき欠陥判定する欠陥判定部とを具備することを特徴とする薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置において、
前記幅方向に複数個配置され、前記磁化器の磁極間隙より前記非磁性中空ロール内面までの距離を計測するレーザ距離計と、
該レーザ距離計で計測した前記距離に基づき、前記薄鋼帯に張力が無いときに対する前記薄鋼帯走行時に張力が生じたときの前記リフトオフの変動分を演算するリフトオフ変動演算部と、
あらかじめ測定された前記磁気センサのリフトオフに対する相対出力特性を格納するリフトオフ特性記憶部と、
該リフトオフ特性記憶部に格納された相対出力特性と前記リフトオフ変動演算部で演算された前記リフトオフの変動分に基づき、前記信号処理部からの出力に対して、前記リフトオフの変動分による出力補正を行うリフトオフ補正部とを具備することを特徴とする薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置。

［２］ 非磁性中空ロール内に配置した磁化器で、前記非磁性中空ロールの上を走行する薄鋼帯を走行方向に磁化し、
前記薄鋼帯の上方に所定のリフトオフだけ離し、前記薄鋼帯の幅方向に一定ピッチで配置された複数個の磁気センサで漏洩磁束を計測し、
計測した信号を増幅、フィルタ処理、および全波整流処理といった信号処理を行い、信号処理後の出力に基づき欠陥判定することを特徴とする薄鋼帯の漏洩磁束探傷方法において、
前記幅方向に複数個のレーザ距離計を配置し、前記磁化器の磁極間隙より前記非磁性中空ロール内面までの距離を計測し、
あらかじめ測定され格納された前記磁気センサのリフトオフに対する相対出力特性と、計測した前記距離から演算した、前記薄鋼帯に張力が無いときに対する前記薄鋼帯走行時に張力が生じたときの前記リフトオフの変動分に基づいて、前記信号処理後の出力に対して、前記リフトオフの変動分による出力補正を行うことを特徴とする薄鋼帯の漏洩磁束探傷方法。

本発明によれば、薄鋼帯張力によるリフトオフ変動量を計測し、幅方向に配列された各磁気センサに対してリフトオフ変動量による出力補正を行うようにしたので、オフラインで校正された検出感度と同一の感度でのオンライン探傷が可能となる。

本発明に係る薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置の構成を示す図である。 センサ欠陥出力信号のリフトオフ相対出力特性を示す図である。 張力無し、有り時でのリフトオフ変動を示す図である。 漏洩磁束探傷法の原理を説明する図である。 特許文献１に開示された鋼帯の微小欠陥検出装置を説明する図である。 Ｅ型磁気センサの動作原理を説明する図である。 特許文献２に開示された磁気センサ感度校正方法を説明する図である。

本発明を実施するための形態について、以下に説明を行う。図１は、本発明に係る薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置の構成を示す図である。図１（ａ）の左側には本発明による探傷機構の側断面図を、および（ａ）の右側にはその他の処理部を、さらに（ｂ）には本発明による探傷機構の正面図をそれぞれ示す。図中、１は検出部、２は磁気センサ、３は薄鋼帯、４は非磁性ロール、５は磁化器、６はレーザ距離計ヘッド、７は信号処理部、８はレーザ距離計アンプ、９はリフトオフ補正部、９１はリフトオフ特性記憶部、９２はリフトオフ変動演算部、および１０は欠陥判定部をそれぞれ示す。なお、本発明で対象とする薄鋼帯とは、その板厚が、０．５ｍｍ以下の鋼帯を表すものとする。

検出器１は、薄鋼帯３より所定のリフトオフだけ離し、幅方向に一定のピッチで配列された複数個の磁気センサ２からなる。中空の非磁性ロール４の内部には磁化器５が固定され、そして非磁性ロール４の内面までの距離を計測することでリフトオフ変動量を求めるように、レーザ距離計ヘッド６が磁化器５の磁極間隙部よりレーザ光を通過させることができるように設置されている。なお、図１においては、幅方向に所定のピッチでレーザ距離計ヘッド６を５式配置している。

非磁性ロール４には薄鋼帯３が巻き付けられ、走行する際に薄鋼帯３に張力がかかると、図１（ｂ）に示すように、非磁性ロール４及び軸受部（図示しない）には、鉛直下方に荷重が掛かり、非磁性ロールが下側方向（磁気センサから遠ざかる方向）に撓むため、薄鋼帯３と磁気センサ２との正規なリフトオフＬに対し、ΔＬだけリフトオフが拡大する。なお、このリフトオフ拡大量は、非磁性ロール中央部に位置するセンサで一番大きく、中央部から幅方向に離れた位置にあるセンサほど小さいものとなることは、前掲した図３についての記載でしたところである。

次に、図１（ａ）において、信号処理部７では、各磁気センサ２からの出力信号を電気的に増幅、フィルタ処理、全波整流処理といった信号処理が施される。リフトオフ補正部９には、信号処理部７からの出力以外に、レーザ距離計ヘッド単位に設けられるレーザ距離計アンプ８からの距離信号（非磁性ロール４の内面までの距離）が入力される。

そして、リフトオフ補正部９では、あらかじめ各磁気センサ２のリフトオフに対する相対出力特性を測定し格納するリフトオフ特性記憶部９１と、レーザ距離計ヘッド６で計測した距離に基づき、薄鋼帯３に張力が無いときに対する薄鋼帯３の走行時に張力が生じたときのリフトオフ変動分を演算するリフトオフ変動演算部９２とを具備し、リフトオフ特性記憶部９１に格納された相対出力特性とリフトオフ変動演算部９２で演算されたリフトオフの変動分に基づき、信号処理部からの出力に対して、リフトオフの変動分による出力補正を行う。

そして最終的に、欠陥判定部１０では、あらかじめ設定された欠陥判定しきい値とリフトオフ補正部９でリフトオフの変動分を補正された出力値とを比較することによって、欠陥判定が行われる。

以上のような装置構成ならびに処理を行うことにより、オンライン検査状態で薄鋼帯にかかる張力が変化して、各磁気センサのリフトオフ量が変動したとしても、本発明では、幅方向に配列された磁気センサ群に対し、リフトオフ変動分に応じた各センサ出力の感度補正ができるので、あらかじめオフラインで校正された検出感度と同じ感度で且つ鋼種、板幅、板厚に応じて設定変更される張力によらずに一定の感度で、オンライン検査することが可能となる。

なお、幅方向に配列されるレーザ距離計の個数は、その数が多いほど、より正確なリフトオフ補正が可能であるものの、その分、費用や設置の手間がかかることから、例えば３〜５台を設置することが好適である。そしてこの場合には、レーザ距離計ヘッド６の間に位置する磁気センサ群については、これらを挟むレーザ距離計の計測値を線形補間することで、幅方向に配列された個々の磁気センサについてのリフトオフ拡大量をリフトオフ補正部９にて算出するようにすると良い。

１ 検出部
２ 磁気センサ
３ 薄鋼帯
４ 非磁性ロール
５ 磁化器
６ レーザ距離計ヘッド
７ 信号処理部
８ レーザ距離計アンプ
９ リフトオフ補正部
９１ リフトオフ特性記憶部
９２ リフトオフ変動演算部
１０ 欠陥判定部
１１ 磁気シールド板
１２ Ｅ型磁気センサ
１２ａ〜１２ｃ 磁極
１３ 増幅器
１４ ハイパスフィルタ
１５ 全波整流器
１６ 判定回路
１７ 自動カットオフ周波数設定器
１８ サーチコイル
１９ 漏洩磁束
２１ 磁気センサ
２２ 磁化器
２３ 被検査体
２４ 欠陥
２５ 磁束
３１ 導線
３２ 直流電源

Claims (2)

1. 非磁性中空ロール内に配置され、該非磁性中空ロールの上を走行する薄鋼帯を走行方向に磁化する磁化器と、
   前記薄鋼帯の上方に所定のリフトオフだけ離され、前記薄鋼帯の幅方向に一定ピッチで配置された複数個の磁気センサと、
   該磁気センサの信号を、増幅、フィルタ処理、および全波整流処理といった信号処理を行う信号処理部と、
   該信号処理部よりの出力に基づき欠陥判定する欠陥判定部とを具備することを特徴とする薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置において、
   前記幅方向に複数個配置され、前記磁化器の磁極間隙より前記非磁性中空ロール内面までの距離を計測するレーザ距離計と、
   該レーザ距離計で計測した前記距離に基づき、前記薄鋼帯に張力が無いときに対する前記薄鋼帯走行時に張力が生じたときの前記リフトオフの変動分を演算するリフトオフ変動演算部と、
   あらかじめ測定された前記磁気センサのリフトオフに対する相対出力特性を格納するリフトオフ特性記憶部と、
   該リフトオフ特性記憶部に格納された相対出力特性と前記リフトオフ変動演算部で演算された前記リフトオフの変動分に基づき、前記信号処理部からの出力に対して、前記リフトオフの変動分による出力補正を行うリフトオフ補正部とを具備することを特徴とする薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置。
2. 非磁性中空ロール内に配置した磁化器で、前記非磁性中空ロールの上を走行する薄鋼帯を走行方向に磁化し、
   前記薄鋼帯の上方に所定のリフトオフだけ離し、前記薄鋼帯の幅方向に一定ピッチで配置された複数個の磁気センサで漏洩磁束を計測し、
   計測した信号を増幅、フィルタ処理、および全波整流処理といった信号処理を行い、信号処理後の出力に基づき欠陥判定することを特徴とする薄鋼帯の漏洩磁束探傷方法において、
   前記幅方向に複数個のレーザ距離計を配置し、前記磁化器の磁極間隙より前記非磁性中空ロール内面までの距離を計測し、
   あらかじめ測定され格納された前記磁気センサのリフトオフに対する相対出力特性と、計測した前記距離から演算した、前記薄鋼帯に張力が無いときに対する前記薄鋼帯走行時に張力が生じたときの前記リフトオフの変動分に基づいて、前記信号処理後の出力に対して、前記リフトオフの変動分による出力補正を行うことを特徴とする薄鋼帯の漏洩磁束探傷方法。