JP2017090364A - 薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置および探傷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多数の速度追従型ハイパスフィルタを必要とせずに、磁気センサが検出する低周波数信号をカットし、これより高い周波数信号を残すことができる、薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置および探傷方法を提供することを目的とする。
【解決手段】直流磁化した薄鋼帯にある欠陥により外部へ漏洩する磁束を磁気センサにて検出することによって、前記欠陥を検出する薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置において、
Ｅ型の強磁性体コアの中央脚に、前記薄鋼帯に近い方と遠い方のそれぞれに同一巻き数のサーチコイルを巻回し、直列に差動接続する磁気センサを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、強磁性体である薄鋼帯に直流磁界を印加して、この薄鋼帯の内部又は表面に存在する欠陥に起因する漏洩磁束を、薄鋼帯の幅方向へアレイ状に対向配列された複数個の磁気センサで検出することによって探傷する、薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置および探傷方法に関するものである。

薄鋼帯中の欠陥を漏洩磁束探傷方法にて検出する磁気センサとして、古くからサーチコイルを利用したものが、例えば、特許文献１及び２に開示されている。図８は、従来技術によるＥ型磁気センサを示す図である。図中、１はＥ型の強磁性体コア、２はサーチコイル、および３はＥ型磁気センサをそれぞれ表す。

Ｅ型磁気センサ３は、Ｅ型の強磁性体コア１と、この強磁性体コア１の中央脚１ｂにサーチコイル２を巻回して構成される。そして、中央脚１ｂに、薄鋼帯（図示せず）中における欠陥によって発生する漏洩磁界などの外部磁界が作用すると、磁束変化ｄΦ／ｄｔ（Φ：磁束、ｔ：時間）に応じた誘起電圧（記号：Ｖ）がサーチコイル２の出力端Ａ、Ｂに発生し、この出力電圧を処理することで欠陥を検出する。

図９は、従来技術によるＥ型磁気センサにより、人工欠陥サンプルを探傷したときのサーチコイルの出力波形例を示す図である。Ｅ型磁気センサ３を使用して、薄鋼帯テスト用サンプルに加工された直径０．１ｍｍのドリルホール欠陥（以下、φ０．１ｍｍドリルホール欠陥と称する）を所定のリフトオフ（センサと探傷する薄鋼帯の表面との距離）で探傷したときの、出力端子Ａ、Ｂの出力波形を示している。縦軸は電圧、横軸は所定のスピードで搬送されている薄鋼帯の位置を表している。なお、ここでのサーチコイルの出力波形の表示方法は、以降で示す図３、７でも同じである。

図９中の実線矢印の先に観測されている、周期がＥ型の強磁性体コア１の薄鋼帯走行方向寸法Ｌ（図１参照）程度の周波数の高いサインカーブ状の信号変化は、φ０．１ｍｍドリルホール欠陥による漏洩磁束の検出波形である。次に、破線矢印で示したものは、前記周波数の高い欠陥信号に比べて、周波数がずっと低い薄鋼帯中の磁気的なむらから生じる地合ノイズ（以下、低周波地合ノイズと称する）である。

このサンプル健全部における低周波地合ノイズによる大きなうねりのため、Ｅ型磁気センサ３からの出力信号そのままでは、欠陥と判定するための閾値の設定が上手くできない。

そこで、この低周波地合ノイズ成分を除去する方法として、特許文献３には、前記Ｅ型磁気センサ３からの出力信号を、薄鋼帯速度に応じて最適なカットオフ周波数を有するハイパスフィルタを配置し、Ｅ型磁気センサ３からの出力信号の内、カットオフ周波数より低い周波数の信号をカットし、これより高い周波数の信号を残すという信号処理する漏洩磁束探傷装置が開示されており、結果として高いＳ／Ｎ比で欠陥を検出することが可能であるとしている。

特開平０８−１９３９８０号公報 特開平０９−１２７２１７号公報 特開平０９−１４５６７９号公報

前述した特許文献１ 〜３に開示されているような、薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置で使用される磁気センサは、微小な欠陥を検出するためには、リフトオフを極力小さくして配置する必要がある。その結果、磁気センサ１個あたりの薄鋼帯の幅方向の探傷範囲は狭い領域に限定されることから、薄鋼帯の全幅を探傷するためには、幅方向に細かいピッチで配列された多数の磁気センサが必要となる。

そこで、上記特許文献３では、配列される磁気センサ個数分の速度追従型ハイパスフィルタを必要とするため、相応のコストが要求されるという問題がある。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、多数の速度追従型ハイパスフィルタを必要とせずに、磁気センサが検出する低周波数信号をカットし、これより高い周波数信号を残すことができる、薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置および探傷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］ 直流磁化した薄鋼帯にある欠陥により外部へ漏洩する磁束を磁気センサにて検出することによって、前記欠陥を検出する薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置において、
Ｅ型の強磁性体コアの中央脚に、前記薄鋼帯に近い方と遠い方のそれぞれに同一巻き数のサーチコイルを巻回し、直列に差動接続する磁気センサ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］ 上記［１］に記載の薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置を用いた薄鋼帯にある欠陥を検出する薄鋼帯の漏洩磁束探傷方法であって、
直流磁化した薄鋼帯を前記磁気センサで漏洩磁束探傷する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、使用するＥ型磁気センサは、Ｅ型の強磁性体コアの中央脚に巻回された２つのサーチコイルのうち、薄鋼帯に近い方に巻回されたサーチコイルでは欠陥及び低周波地合ノイズ成分を検出し、遠い方に巻回されたサーチコイルでは同程度の大きさの低周波地合ノイズ成分を検出するものの、欠陥は検出したとしても著しく信号レベルが減衰した状態で検出する。このため、両者を直列に差動接続した構成としたため、地合ノイズ成分をキャンセルすることで欠陥信号が強調され、多数の速度追従型ハイパスフィルタを必要とせずに精度良く安価に欠陥探傷が可能となる。

本発明に係る薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置の装置構成例を示す図である。 ２個のサーチコイルが差動となるよう直列に接続する様子を示す図である。 人工欠陥サンプルを探傷したときの２個のサーチコイルの出力波形を示す図である。 欠陥がＥ型磁気センサ下方を通過するときの欠陥による漏洩磁束の分布を示す図である。 Ｅ型磁気センサにおける低周波地合ノイズによる漏洩磁束の分布を示す図である。 実施例における装置構成を示す図である。 φ０．１ｍｍドリルホール欠陥を探傷したときのＥ型磁気センサの出力波形を示す図である。 従来技術によるＥ型磁気センサを示す図である。 従来技術によるＥ型磁気センサにより、人工欠陥サンプルを探傷したときのサーチコイルの出力波形例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明に係る薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置の装置構成例を示す図である。図中、１はＥ型の強磁性体コア、２（２ｆ、２ｎ）はサーチコイル、３はＥ型磁気センサ、４は信号処理部および５は薄鋼帯をそれぞれ表す。

強磁性体で作られたＥ型の強磁性体コア１において、３本の脚１ａ、１ｂ、１ｃのうち、中央脚１ｂに２個のサーチコイル２ｎ、２ｆが巻回されている。２個のサーチコイル２ｎ、２ｆは各々、中央脚１ｂの下面から上方に向って、同じ向きに同じ巻き数で巻回されている。これらが差動となるよう直列に接続し、信号処理部４に入力される。

図２は、２個のサーチコイルが差動となるよう直列に接続する様子を示す図である。図２（ａ）は、図１と同じ接続方法を示すものであり、２個のサーチコイル２ｎ、２ｆは同じ向きに同じ巻き数で巻回されているものの、サーチコイル２ｎとサーチコイル２ｆとは端子２ｎｅと２ｆeで接続されており、信号処理部４への信号は端子２ｎｓと２ｆｓから入力される。

これに対して、図２（ｂ）は、２個のサーチコイルのコイルの巻き方向が異なっている。図２（ｂ）では、図２（ａ）のサーチコイル２ｆとは逆の巻き方向のサーチコイル２ｆが配置され、サーチコイル２ｎとサーチコイル２ｆとは端子２ｎｅと２ｆｓで接続されており、信号処理部４への信号は端子２ｎｓと２ｆｅから入力される。

このように、いずれかの接続方法で、差動となるよう直列に接続された２個のサーチコイルからの信号は、信号処理部４において、信号増幅後、あらかじめ設定される欠陥判定閾値と比較することで、欠陥判定される。

以上のようにして構成されたＥ型磁気センサ３は、薄鋼帯５の走行方向へ直流磁化する電磁石（図示せず）により磁化される薄鋼帯５を、所定のリフトオフだけ離して、幅方向へ所定のピッチで薄鋼帯５の最大幅にわたってアレイ状に複数個配置され、薄鋼帯５の全幅探傷を行う。

図３は、人工欠陥サンプルを探傷したときの２個のサーチコイルの出力波形を示す図である。図３（ａ）、（ｂ）は各々、図１で説明したＥ型磁気センサ３を用いて、図９で説明した際に使用した、φ０．１ｍｍドリルホール欠陥が加工された薄鋼帯テスト用サンプルを探傷、前記２つのサーチコイル２ｎ、２ｆの出力端子２ｎｓ、２ｎｅ間及び２ｆｓ、２ｆｅ間に誘起される電圧を記録したものである。

図９と同様、図３中の実線矢印の先に観測されている、周期がＥ型の強磁性体コア１の薄鋼帯走行方向寸法Ｌ程度の、周波数の高いサインカーブ状の信号変化は、φ０．１ｍｍドリルホール欠陥による漏洩磁束の検出波形である。また、破線矢印で示したものは、欠陥信号に比べてずっと周波数の低い低周波地合ノイズである。

図３（ａ）、（ｂ）より、前記低周波地合ノイズは、サーチコイル２ｎと２ｆ間とでその大きさがほとんど変わらないのに対し、φ０．１ｍｍドリルホール欠陥信号は、サーチコイル２ｎに比べサーチコイル２ｆはテスト用サンプルから遠いところに位置することで、その出力（欠陥による高周波成分）が急激に減衰していることが分かる。

本発明における上述の現象を、図４、図５を用いて、以下に説明する。図４は、欠陥がＥ型磁気センサ下方を通過するときの欠陥による漏洩磁束の分布を示す図である。図５は、Ｅ型磁気センサにおける低周波地合ノイズによる漏洩磁束の分布を示す図である。

まず図４について、欠陥６による漏洩磁束７は局所的に広がっており、欠陥６がＥ型の強磁性体コア１の両外側脚１ａ、１ｃ間下方に位置するときのみ中央脚１ｂを通過し、そして中央脚１ｂを通過する漏洩磁束量は、その高さ方向へ進むに連れて急激に減衰する。結果として、サーチコイル２ｎに比べてサーチコイル２ｆで誘起される電圧は、はるかに小さいものとなる。

次に図５について、図３で観測されたような低周波地合ノイズは、広がりのある空間分布を有しており、これによる漏洩磁束のうちサーチコイル２ｆを通過した低周波地合ノイズによる漏洩磁束８は減衰することなく、サーチコイル２ｎ部を通過する。よって、サーチコイル２ｆと２ｎで誘起される低周波地合ノイズによる出力電圧は、同等なものとなる。

以上から、Ｅ型磁気センサ３の高さ位置の異なる２個のサーチコイル２ｎ、２ｆについて、直列に差動接続することで、低周波地合ノイズによる出力電圧は取り除かれて、ハイパスフィルタと同等の効果が得られることになる。

以下に、厚さ０．１６ｍｍのブリキ用薄鋼帯で行なった本発明の実施例について説明する。図６は、実施例における装置構成を示す図である。図７は、φ０．１ｍｍドリルホール欠陥を探傷したときのＥ型磁気センサの出力波形を示す図である。

強磁性体で作られたＥ型の強磁性体コア１において、長さ６ｍｍの３本の脚１ａ、１ｂ、１ｃのうち、中央脚１ｂに２個のサーチコイル２ｎ、２ｆが巻回されている。２個のサーチコイル２ｎ、２ｆは各々、中央脚１ｂの下面から０．５ｍｍ及び３．５ｍｍの位置より上方に向って同じ向きに１００ターンずつ巻回され、これらが差動となるよう直列に接続した。

このように構成されたＥ型磁気センサ３は、φ０．１ｍｍドリルホール欠陥を施した薄鋼帯５の走行方向へ直流磁化する電磁石（図示しない）により磁化される薄鋼帯５を、リフトオフ０．５ｍｍだけ離して、幅方向へ所定のピッチで薄鋼帯５の最大幅にわたってアレイ状に複数個配置され、薄鋼帯５の全幅探傷を行った。

サーチコイル２ｎと２ｆの出力（図７（ａ）と図７（ｂ））を直列に差動接続すれば、図７（ｃ）のように低周波地合ノイズ成分がキャンセルし合うことで、φ０．１ｍｍドリルホール欠陥信号が強調され、φ０．１ｍｍ程度の微小な欠陥であっても安定して検出が可能となる。従って、低周波地合ノイズ成分を除去するための速度追従型のハイパスフィルタが前記信号処理部４では不要となるため、コスト的に大きなメリットとなる。

１ Ｅ型の強磁性体コア
２ サーチコイル
３ Ｅ型磁気センサ
４ 信号処理部
５ 薄鋼帯
６ 欠陥
７ 欠陥による漏洩磁束
８ 低周波地合ノイズによる漏洩磁束

Claims (2)

1. 直流磁化した薄鋼帯にある欠陥により外部へ漏洩する磁束を磁気センサにて検出することによって、前記欠陥を検出する薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置において、
   Ｅ型の強磁性体コアの中央脚に、前記薄鋼帯に近い方と遠い方のそれぞれに同一巻き数のサーチコイルを巻回し、直列に差動接続する磁気センサ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. 請求項１に記載の薄鋼帯の漏洩磁束探傷装置を用いた薄鋼帯にある欠陥を検出する薄鋼帯の漏洩磁束探傷方法であって、
   直流磁化した薄鋼帯を前記磁気センサで漏洩磁束探傷することを特徴とする薄鋼帯の漏洩磁束探傷方法。