JP2018054301A - 漏洩磁束探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
鋼板の漏洩磁束探傷を行うにあたって、鋼板を効率よく磁化しＳ／Ｎ比良く欠陥を検出することができる漏洩磁束探傷装置を提供することを課題とする。
【解決手段】鋼板に存在する欠陥から生じる漏洩磁束に基づいて欠陥検出する漏洩磁束探傷装置であって、
非磁性ロール上方に対向させて配置した、非磁性ロールの上を走行する鋼板を走行方向に磁化する磁化器と、前記鋼板に所定のリフトオフだけ離し、前記鋼板の幅方向に一定ピッチで配置された複数個のＥ形のコアを有する磁気センサとを一体配置した検出器を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁性材料で形成された被検体を磁化器で磁化し、被検体表面に漏洩する磁束を磁気センサで測定し、磁気的に非健全である非健部を探傷する漏洩磁束探傷装置に関するものである。

漏洩磁束探傷装置は、鋼板（いわゆる、鋼帯も含むものとする）の内部もしくは表面欠陥の検出に広く利用されている。内部欠陥の例としては、製鋼工程で除去し切れなかったＣａやＡｌが酸化されて残った介在物、ブローホールなどがある。

また、表面欠陥の例としては、ロールの巻きずれを起因とする、削り取ったあるいは抉り取ったような痕跡であるガウジ、擦り傷などの凹凸が挙げられる。

漏洩磁束探傷装置としては、たとえば「磁気検出方法及びその装置」との名称の特許文献１に開示された技術がある。この技術は、非磁性材料で作成したロール内に磁化器を配置し、それに対向してセンサを配置したものである。

特開平８−５６１０号公報

特許文献１に開示されたような漏洩磁束探傷装置では、センサと測定対象とのギャップが小さいほど測定対象からの信号が大きくなることが一般的に知られている。このため、センサと測定対象とのギャップは小さいほうが望ましいため、必然的に、ロールに磁化器を内在させる場合は、その外筒は厚さをできるだけ薄くするようにしている。

しかしながら、たとえば冷間圧延ラインなどの板厚が厚い鋼板（板厚０．８ｍｍ以上)を製造するラインでは、ロールにかかる張力が大きいため外筒が薄いと張力に負けてつぶれてしまうと言う問題がある。

そして、これを解決するために、外筒を厚くすると磁化器と鋼板の距離が大きくなってしまい、磁化効率が悪くなると言う課題がある。磁化効率が悪くなると、鋼板が十分磁化されないため欠陥からの信号レベルが小さくなりノイズとの比であるＳ／Ｎ比が小さくなると言う問題がある。

ここでノイズとは、電気ノイズ、鋼板からの地合いノイズなどを合わせた全体のノイズのことである。このＳ／Ｎ比を大きくするためには、磁化器を大きくする、磁化器に巻回するコイルの巻き数を大きくする、または、磁化電源の容量を大きくするなど鋼板を磁化する磁化力を相対的に大きくする必要がある。しかしながら、これらの対処では設備が大型化してしまい、設備制約から実機化が難しいという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、鋼板の漏洩磁束探傷を行うにあたって、鋼板を効率よく磁化しＳ／Ｎ比良く欠陥を検出することができる漏洩磁束探傷装置を提供することを課題とする。

上記課題は、以下の発明によって解決できる。

［１］ 鋼板に存在する欠陥から生じる漏洩磁束に基づいて欠陥検出する漏洩磁束探傷装置であって、
非磁性ロールの上方に対向させて配置した、非磁性ロールの上を走行する鋼板を走行方向に磁化する磁化器と、前記鋼板に所定のリフトオフだけ離し、前記鋼板の幅方向に一定ピッチで配置された複数個のＥ形のコアを有する磁気センサと、を一体配置した検出器を具備することを特徴とする漏洩磁束探傷装置。

［２］ 上記［１］に記載の漏洩磁束探傷装置において、
前記磁化器の磁極間距離を、前記鋼板が走行する方向の前記磁気センサの長さの１０倍以上かつ前記磁化器と前記鋼板のギャップの３倍以下とすることを特徴とする漏洩磁束探傷装置。

［３］ 上記［１］または［２］に記載の漏洩磁束探傷装置において、
前記磁気センサの間に配置した導線を具備し、
前記鋼板の溶接部が通過する際に、前記検出器を前記鋼板の所定の上方位置まで退避させたタイミングで、前記導線に交流電流を流して発生させた磁束をもとに前記磁気センサの健全性を確認することを特徴とした漏洩磁束探傷装置。

本発明によれば、板厚が厚い鋼板であっても、鋼板を効率よく磁化しＳ／Ｎ比良く欠陥を検出することができるようになった。さらに、溶接部が通過する際の退避時に、磁気センサの間に導線を配置して導線に交流電流を流すようにしたので、安定的に磁気センサの健全性を確認することができるようになった。

本発明に係る漏洩磁束探傷装置の装置構成例を示す図である。 磁気センサとしたＥ型センサの構造を示す図である。 本実施例で用いたＥ形センサの大きさおよび配置を示す図である。 健全性評価信号の一例を示す図である。 実施例における測定結果の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について説明する。まず、図１は、本発明に係る漏洩磁束探傷装置の装置構成例を示す図である。図中、１は検出器、２は磁気センサ、３は鋼板、４は非磁性ロール、５は磁化器、５ａは磁極、５ｂは磁極、５ｃは磁化鉄心、６は磁化コイル、７は信号処理部、８は欠陥判定部、そして９は欠陥表示部をそれぞれ表す。

検出器１は、非磁性ロール４の上の鋼板３の上方に所定の距離であるリフトオフだけ離して配置される。そして、検出器１は、鋼板３の幅方向に一定のピッチで千鳥状に対向して２列に配置された複数個の磁気センサ２と磁化器５からなる。磁化器５は、コ型形状の磁化鉄心５ｃに巻いた磁化コイル６により、磁極５ａ、５ｂ間に磁場を形成する。

所定の間隔を隔てて設けられた磁極５ａ、５ｂは、被検体である鋼板３の幅方向全体をカバーしている。また、検出器１が例えば鋼板３とのリフトオフ３ｍｍとなるときに、磁化器５は、鋼板３からの距離は例えば１０ｍｍとなるように、検出器１の内側（左記の場合は、７ｍｍ内側）に固定されて配置されている。

図２は、磁気センサとしたＥ型センサの構造を示す図である。本発明で用いている磁気センサ２は、強磁性体からなるＥ形のコアを持つＥ形センサである。Ｅ形のコアは、脚間隔ａ（例えば、０．８ｍｍ）、各脚の太さｂ（例えば、０．４ｍｍ）であり、Ｅ形のコア全体としては、長さｆ［＝３×ｂ＋２×ａ］（例えば、２．８ｍｍ）、幅ｃ（例えば、３．５ｍｍ）、高さｄ（例えば、３．５ｍｍ）の形状を有している。強磁性体のコアを持つことで欠陥からの漏洩磁束信号を効率よく磁気センサに集めることができる。

Ｅ形センサの長さ方向と鋼板３の進行方向（走行方向とも称する）を合わせて配置して、Ｅ形コアの真ん中の脚に巻回したコイルにて鋼板３からの漏洩磁束を測定する。また、磁気センサ２は、検出器１が例えばリフトオフ３ｍｍのときに鋼板３からの距離が同様に３ｍｍになる、すなわち鋼板３に対向して、磁気センサ２は検出器１と面一となるように配置されている。

なお、鋼板同士は溶接され連続した鋼板３として、切れ目無く漏洩磁束探傷装置を通過し探傷が行われる。そして、探傷にあたっては、検出器１は鋼板３から所定のリフトオフの位置で探傷を行うものの、溶接部が通過する際にはリフトオフ以上の凹凸がある可能性があるので、凹凸との衝突を避けるべく検出器１をたとえば上方２０ｍｍの位置まで退避させる。

これまでの漏洩磁束探傷装置では、以下の方法で、磁気センサが正常に探傷できているかどうかの健全性を確認していた。鋼板のつなぎ目である溶接部は、磁気的に健全部と異なる特性を持つ。この溶接部が通過する際に強い漏洩磁束を発生させるため、各コイル毎に１回この信号を得ることで磁気センサの健全性を確認することができた。

本発明では、図１に示すように、磁化器５を非磁性ロール４から外だしした磁気センサ２と同じ側に一体配置した検出器１としているため、溶接部が通過する際には、一体配置した検出器１を所定距離上方に退避させる。

磁化器がロール内に配置されている場合は、センサのみが離れるだけなので鋼板は十分磁化されているので、溶接部から強い信号が発生し健全部を評価することができていた。

しかしながら、本発明のように磁化器をセンサと一体配置すると、磁化器も鋼板から離れてしまうので、鋼板を十分磁化できないため溶接部からの信号も弱くなり健全性の確認ができなくなるというさらなる問題が生じてしまう。

そこで、Ｅ形センサの間に導線を配置し交流電流を流し、溶接部が通過する際の鋼板から遠ざかったタイミングで、この交流電流の周りに生じる磁束をセンサに検知させることで健全性を確認することを可能とした。この点については、後により詳しく記述する。

図１に示す漏洩磁束探傷装置を用いた探傷手順を、以下に示す。先ず、磁化器５により被検体である鋼板３を磁化する。

磁化器５により発生する磁束の大部分は磁気抵抗の少ない鋼板３の中を通過するが、鋼板３中に欠陥（図示せず）が存在すると、その欠陥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２で検出することにより欠陥の存在を検知する。

磁気センサ２で検出された信号は、信号処理部７に送られ、電気的に増幅、フィルタ処理などを実施する。信号処理部７で処理された信号は、欠陥判定部８に送られ一定の閾値以上の信号を欠陥として判定して欠陥表示部９に送られ、欠陥が長手方向の分布として表示される。

本発明に係る漏洩磁束探傷装置の特徴を以下に列挙する。
（１）磁化器を非磁性ロール内から外だしし、磁気センサとともに一体配置する。
（２）磁化器の磁極間に磁気センサとしてのＥ形センサを鋼板の幅方向に一定のピッチで千鳥状に対向して２列に配置する。
（３）磁気センサの健全性チェックは、溶接部が通過する際の退避時に、Ｅ形センサの間に導線を配置して導線に交流電流を流し磁束をＥ形センサで検知して行う。

図３は、本実施例で用いたＥ形センサの大きさおよび配置を示す図である。なお、対向するＥ形センサの中心に配置された導線は、Ｅ形センサの健全性チェックでの配置を示すものである。

前述したように溶接部が通過する際には、Ｅ形センサと溶接部の凹凸がぶつからないように、Ｅ形センサを鋼板の上方位置まで退避させている。この位置では鋼板からの信号は、Ｅ形センサでは検知しない。

退避する毎に、導線に交流電流を流し、Ｅ形センサの健全性チェックを行う。なお、この導線は幅方向に一定ピッチで千鳥状に配置されたＥ形センサの中央を通しており、交流電流により発生した交流磁束が効率よくＥ形センサ上に発生するよう配置されている。

発生した交流磁束をＥ形センサが検知し、そして得たＥ形センサの出力信号が予め決めた一定値以上あることを持って健全性の評価を行う。図４は、健全性評価信号の一例を示す図である。溶接部での交流磁束を検知しており、センサが正常に働いていることを確認することができる。

図２に示すＥ型センサの各部の長さは、それぞれ図３に示すように、Ｅ形のコアは、脚間隔ａ＝０．８ｍｍ、各脚の太さｂ＝０．４ｍｍであり、Ｅ形のコア全体としては、長さｆ＝２．８ｍｍ、幅ｃ＝３．５ｍｍ、高さｄ＝３．５ｍｍである。また、Ｅ型センサの千鳥状の対向配置についても図３に示すようである。

上記のように配置されたＥ型センサを、図１に示す漏洩磁束探傷装置の磁化器５の磁極５ａ、５ｂの磁極間に固定し、漏洩磁束信号を測定した。図５は、実施例における測定結果の一例を示す図である。欠陥としては、厚さ０．８ｍｍの鋼板にあけたφ０．２ｍｍのドリルホールを用い、磁気センサと鋼板のギャップ(リフトオフ)は３ｍｍ、磁化器と鋼板のギャップ１０ｍｍとし、磁極間距離による漏洩磁束信号のＳ／Ｎ比の変化を表している。

図５において、磁極間距離を１００ｍｍから３０ｍｍまで小さくしていくと欠陥からの漏洩磁束信号のＳ／Ｎ比が次第に大きくなることが見て取れる。これは磁化効率が大きくなっている効果である。

また、図５において、磁極間距離を３０ｍｍから小さくしていくと漏洩磁束信号のＳ／Ｎ比が急激に小さくなることが見て取れる。これは、磁気センサの強磁性体のコアが磁化器からの直接の磁束により飽和してしまい、強磁性体のコアの漏洩磁束信号を集める効果が小さくなったことを意味する。

以上をまとめると、磁極間距離３０ｍｍにおいて、最大の漏洩磁束信号が得られることが確認できる。これから、磁極間距離としては、磁気センサが磁気的に飽和しないようにするためには、磁気センサの進行方向長さの１０倍（３０ｍｍ／２．８ｍｍ）以上であることが必要であり、さらに、鋼板への磁化効率の観点からは、磁化器と鋼板のギャップの３倍（３０ｍｍ／１０ｍｍ）以下とすることが必要であることが分かる。

磁化器の磁極間の距離を、Ｅ形センサの長さの１０倍以上かつ磁化器と鋼板のギャップの３倍以下とすることで、厚さ０．８ｍｍ以上の鋼板の漏洩磁束探傷を行うにあたって、鋼板を効率よく磁化しＳ／Ｎ比良く欠陥を検出することが可能となった。

１ 検出器
２ 磁気センサ
３ 鋼板
４ 非磁性ロール
５ 磁化器
５ａ 磁極
５ｂ 磁極
５ｃ 磁化鉄心
６ 磁化コイル
７ 信号処理部
８ 欠陥判定部
９ 欠陥表示部

Claims (3)

1. 鋼板に存在する欠陥から生じる漏洩磁束に基づいて欠陥検出する漏洩磁束探傷装置であって、
   非磁性ロールの上方に対向させて配置した、非磁性ロールの上を走行する鋼板を走行方向に磁化する磁化器と、前記鋼板に所定のリフトオフだけ離し、前記鋼板の幅方向に一定ピッチで配置された複数個のＥ形のコアを有する磁気センサと、を一体配置した検出器を具備する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、
   前記磁化器の磁極間距離を、前記鋼板が走行する方向の前記磁気センサの長さの１０倍以上かつ前記磁化器と前記鋼板のギャップの３倍以下とすることを特徴とする漏洩磁束探傷装置。
3. 請求項１または２に記載の漏洩磁束探傷装置において、
   前記磁気センサの間に配置した導線を具備し、
   前記鋼板の溶接部が通過する際に、前記検出器を前記鋼板の所定の上方位置まで退避させたタイミングで、前記導線に交流電流を流して発生させた磁束をもとに前記磁気センサの健全性を確認することを特徴とした漏洩磁束探傷装置。