JP3271246B2

JP3271246B2 - 漏洩磁束探傷法及び漏洩磁束探傷装置並びに製鉄プラント

Info

Publication number: JP3271246B2
Application number: JP02978299A
Authority: JP
Inventors: 宏晴加藤; 淳一四辻; 章生長棟
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2002-04-02
Anticipated expiration: 2019-02-08
Also published as: JP2000227418A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は強磁性体金属被検体
に磁界を印加し、この強磁性体金属被検体の内部に存在
する欠陥に起因する漏洩磁束を検出することによって、
欠陥を探傷する漏洩磁束探傷方法に関するものであり、
さらに詳しくは、材料に起因するノイズの影響を抑さえ
ることにより、微少な欠陥でも確実に検出することが可
能な漏洩磁束探傷方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄のような強磁性体の内部に存在する欠
陥を検出する方法として、漏洩磁束探傷法が広く用いら
れている。その一例として、製鉄プラントにおける製鉄
検査ラインに組み込まれている磁気センサを利用した磁
気探傷装置の構成を図６に示す。

【０００３】製品検査ラインを搬送ローラ１１，１２に
より、ほぼ一定速度Ｖで搬送される薄鋼帯１３の搬送路
に沿って磁気探傷装置１４が配設されている。この磁気
探傷装置１４は、走行状態の薄鋼帯１３に磁界を印加す
る磁化器１５と、薄鋼帯１３を挟んで磁化器１５の対向
位置に配設された磁気センサ１６と、この磁気センサ１
６からの検出信号に基づいて薄鋼帯１３の内部または表
面の欠陥１７を検出する信号処理装置１８とで構成され
ている。

【０００４】薄鋼帯１３に欠陥１７が存在すると、この
欠陥１７に起因して薄鋼帯１３内の磁力線が乱され、薄
鋼帯１３の外部に漏洩して漏洩磁束となる。磁気センサ
１６はこの漏洩磁束を検出する。漏洩磁束の強度は欠陥
１７の大きさに対応するので、磁気センサ１６の検出信
号の信号レベルで欠陥１７の大きさが評価できる。

【０００５】以上のように、従来の、強磁性体金属被検
体の欠陥を、漏洩磁束を測定することによって検出する
方法においては、磁気センサの検出信号の信号レベルに
よって欠陥の大きさを検出していた。しかしながら、磁
気センサによって検出される磁気的な信号には、上記の
欠陥に起因する漏洩磁束信号以外にも、強磁性体金属被
検体における局部的な磁気的特性変化、むらなどに起因
する強磁性体金属被検体外部の磁束分布の乱れや、表面
粗さにより生じる磁束分布の乱れが含まれる場合があ
る。この磁束分布の乱れは、欠陥検出という観点からす
れば、不要な磁束（雑音磁束）である。

【０００６】このような雑音磁束による影響を避けるた
め、欠陥漏洩磁束に起因する信号と雑音磁束に起因する
信号とで周波数が異なることを利用して、欠陥を判断す
る方法が用いられることがある。図７は欠陥信号と雑音
磁束の周波数特性の測定結果の一例を示す図である。す
なわち、図７は、薄鋼板を一定速度で走行させた状態に
おいて、欠陥に起因する漏洩磁束を磁気センサで検出し
た場合の欠陥信号の周波数特性と、雑音磁束を磁気セン
サにより検出した場合の周波数特性を示している。

【０００７】図７に示されるように、一般に欠陥信号の
方が雑音磁束よりも高い周波数分布を持っている。そこ
で、信号処理装置に遮断周波数ｆを有するハイパスフィ
ルタを組み込むことにより、磁気センサから当該信号処
理装置に出力された検出信号の内、欠陥信号を雑音磁束
に比べて相対的に強調して抽出することが可能である。
このように漏洩磁束探傷法において、欠陥検出能を上げ
るため、適当な定数を持つフィルターを使用する方式は
実開昭６１−１１９７６０号公報にも開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示すように、欠陥信号の周波数特性と雑音磁束の周波数
特性は重なり合う部分もあるため、検出すべき欠陥が小
さくて欠陥信号のレベルが小さい場合や、雑音磁束が大
きい場合には、たとえ前記のようなハイパスフィルター
を設けて欠陥信号を周波数弁別したとしても、欠陥を検
出できるレベルまで、雑音磁束を除去することは困難で
あるという問題点がある。

【０００９】本発明は、以上のような実状に鑑みてなさ
れたもので、微小な欠陥であっても検出可能であり、検
出精度の高い強磁性体金属被検体の漏洩磁束探傷方法及
び漏洩磁束探傷装置、及びそれを使用した製鉄プラント
を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、強磁性体金属被検体を異なる複数の磁
化条件、即ち強磁化条件と弱磁化条件であって、弱磁化
条件においては雑音信号も欠陥信号も強磁化条件の場合
よりも小さくなるが、欠陥信号の方がより小さくなる条
件で磁化し、各々の磁化条件下で同一場所における漏洩
磁束の測定を行い、これらの測定結果同士を演算し、そ
の演算結果に基づいて欠陥判定を行うことを特徴とする
漏洩磁束探傷方法（請求項１）である。

【００１１】このような手段により検出能向上を図るこ
とができる理由を述べるため、まず雑音磁束の性質につ
いて説明する。まず、厚さ１mmの鋼板を、その表面よ
り、歪みが入らないよう化学的に少しずつ削っていき、
雑音磁束レベルの変化を調べた。この結果、図２に示す
ように雑音磁束は徐々に小さくなっていき、表層20μｍ
ほど削ったところで、削る前の状態の半分以下になって
安定することが分った。

【００１２】これは、例えば表面の粗さに起因して出る
磁気的信号が、表面を研削することによって減少するた
め、あるいは、鋼板製造時、表面から冷却されることに
より生じる表層組織の局所的なばらつきなどによる、磁
気的性質のむらの影響が減少するためと考えられる。い
ずれにしても、これより、雑音磁束の主要な源は表層に
あることが判明した。このような現象はここで使用した
サンプル以外でも発生しており、雑音磁束が持つ性質の
一つと考えることができる。このように、雑音磁束主要
部は表層部にその源を持つものであるが、内部欠陥は一
般にそれよりも深い位置にある。

【００１３】磁化レベルの異なる２種の測定条件にて、
雑音磁束と欠陥信号レベルの挙動を考えるとどのような
ことが起こるかを以下に述べる。説明を容易にするた
め、強い磁化条件として強磁性体金属被検体を飽和させ
るレベルを考えるものとする。そのようなレベルでは、
強磁性体といえども微分的な比透磁率は１に近くなり、
磁気シールド効果はないと考えてよい。そのため、セン
サと信号源（欠陥あるいは雑音磁束源）との距離の差に
より欠陥信号の方が検出信号は小さくなるが、センサと
信号源の間に存在する強磁性体金属被検体自身によるシ
ールド効果により欠陥信号と雑音磁束の信号強度に差が
生じることはない。

【００１４】一方、弱磁化レベルの場合は、強磁性体金
属被検体が飽和していない状態を選ぶと、微分比透磁率
は１より大きくなり、センサと信号源の間に存在する強
磁性体金属被検体自身によるシールド効果が生じる。深
いところにある信号源ほど、このシールド効果の影響を
強く影響を受け、センサに達する信号が小さくなる。

【００１５】従って、強磁化条件から弱磁化条件に磁化
条件を変化させることで、雑音磁束も欠陥信号も小さく
なるが、欠陥信号の方が弱磁化時のシールド効果によ
り、より小さくなる。この様子を図３に示す。図３よ
り、飽和磁化レベル2500ATより磁化レベルを下げていく
と、雑音磁束と欠陥信号は両者とも小さくなって行く
が、表面から深い位置にある欠陥からの信号の方がシー
ルド効果により、より小さくなっていくことがわかる。

【００１６】ここでは説明を簡単にするため、強い磁化
条件として飽和磁化レベルを使用した。飽和磁化レベル
では、微分比透磁率が１になるので、本発明の効果が明
瞭に出やすい効果があるため、飽和磁化レベルは強磁化
条件の重要な選択肢の一つである。しかし磁化レベルの
強いほど微分透磁率は低く、シールド効果が低いという
傾向は変わらないため、強い磁化レベルが飽和レベルで
なくとも同様の効果が期待できることはいうまでもな
い。

【００１７】よって、強磁化条件と弱磁化条件であっ
て、弱磁化条件においては雑音信号も欠陥信号も強磁化
条件の場合よりも小さくなるが、欠陥信号の方がより小
さくなる条件を選び、この２種の磁化条件から得られた
サンプル上同じ位置に対応する検出信号同士の適当な演
算を行うことで、２種の測定条件に共通に大きく存在す
る雑音磁束を相殺して低減し、欠陥信号を相対的に強め
ることができる。

【００１８】なお、ここでは２種の磁化条件を用いる場
合について述べたが、強磁化条件と弱磁化条件であっ
て、弱磁化条件においては雑音信号も欠陥信号も強磁化
条件の場合よりも小さくなるが、欠陥信号の方がより小
さくなる３種以上の磁化条件で測定を行い、同じ測定対
象の位置に対応するデータ同士を演算する場合にも、同
様のやり方により欠陥検出能向上が図れることはいうま
でもない。

【００１９】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段であって、強磁化条件での漏洩磁束の測
定結果と、弱磁化条件での漏洩磁束の測定結果とを、重
み付けを行って減算し、その演算結果に基づいて欠陥判
定を行うことを特徴とする漏洩磁束探傷方法（請求項
２）である。

【００２０】前記第１の手段で行う演算としては、欠陥
信号、雑音ノイズの性質に応じて検出能が向上できるよ
う適当なものを選択すればよいが、強磁化信号測定値か
ら、重み付けした弱磁化信号測定値を減算する方式、ま
たは、弱磁化信号測定値から、重み付けした強磁化信号
測定値を減算する方式が、両測定値に共通して比較的大
きく存在する雑音ノイズを除去し、欠陥信号を相対的に
強調するためには、簡単で効果のある方法である。

【００２１】前記課題を解決するための第３の手段は、
前記第１の手段又は第２の手段であって、最強の磁化条
件として、強磁性体金属被検体が磁気飽和するレベルの
磁化を加えることを特徴とするもの（請求項３）であ
る。

【００２２】前述のように、飽和磁化レベルでは、微分
比透磁率が１になるので、シールド効果がなくなり、本
発明の効果を特に有効に得ることができるので好まし
い。前記課題を解決するための第４の手段は、強磁性体
金属被検体を異なる複数の磁化条件、即ち強磁化条件と
弱磁化条件であって、弱磁化条件においては雑音信号も
欠陥信号も強磁化条件の場合よりも小さくなるが、欠陥
信号の方がより小さくなる条件で磁化する磁化器と、各
々の磁化条件下で同一場所における漏洩磁束の測定を行
う磁気センサと、これらの測定結果同士を演算し、その
演算結果に基づいて欠陥判定を行う信号処理装置を有す
ることを特徴とする漏洩磁束探傷装置（請求項４）であ
る。前記課題を解決するための第５の手段は、前記第４
の手段であって、前記信号処理装置は、強磁化条件での
漏洩磁束の測定結果と、弱磁化条件での漏洩磁束の測定
結果とを、重み付けを行って減算し、その演算結果に基
づいて欠陥判定を行うことを特徴とするものであること
を特徴とする漏洩磁束探傷装置（請求項５）である。前
記課題を解決するための第６の手段は、前記第４の手段
又は第５の手段である漏洩磁束探傷装置が組み込まれた
検査ラインを有する製鉄プラント（請求項６）である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例
を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態
である漏洩磁束探傷方法を実施するための磁気探傷装置
の例を示す図である。図１において、１は鋼板、２，３
は搬送ロール、４は磁気探傷装置、５ａ，５ｂは磁化
器、６ａ，６ｂは磁気センサ、７は信号処理装置、８は
欠陥である。

【００２４】製品検査ラインはでは、鋼板１が搬送ロー
ル２，３によって、一定速度Ｖで搬送されている。鋼板
１の搬送路に沿って磁気探傷装置４が設置されている。
この磁気探傷装置４は主に磁化器５ａ，５ｂ、磁気セン
サ６ａ，６ｂ、信号処理装置７によって構成されてい
る。磁気センサ６ａ，６ｂは、鋼板１を挟んでそれぞれ
磁化器５ａ，５ｂの対向位置に配置されている。この各
磁気センサ６ａ，６ｂと鋼板１との距離であるリフトオ
フの値は双方とも同じでＬである。

【００２５】磁化器５ａによる磁化は、磁化器５ｂによ
る磁化よりも強く設定され、鋼板１を磁気飽和に近い程
度まで磁化するようになっている。磁気センサ６ａは、
磁化器５ａで磁化された状態での鋼板１よりの漏洩磁束
を測定する。磁気センサ６ｂは、磁化器５ｂで磁化され
た状態での鋼板１よりの漏洩磁束を測定する。信号処理
装置７は、磁気センサ６ａ，６ｂで検出された鋼板１の
同一位置の磁気信号同士を演算し、雑音磁束を低減す
る。これにより、相対的に欠陥信号が強調され、Ｓ／Ｎ
比が向上する。

【００２６】たとえば、磁気センサ６ａで検出された出
力をＶ_a、鋼板１の同じ位置において磁気センサ６ｂで
検出された信号をＶ_bとすると、信号処理装置の出力と
して、Ａ＝ｋ₁・（Ｖ_aーｋ₂・Ｖ_b） …（１）が得られるようにする。ここで、ｋ₁、ｋ₂は定数であ
り、ｋ２の値は、欠陥８のない場所でＡの値が０に近く
なるように設定する。

【００２７】なお、リフトオフＬは必ずしも、磁気セン
サ６ａ、６ｂ間で同じである必要はなく、相互に異なっ
ていてもよい。また、２種の磁化条件を実現するために
は、必ずしも２組の磁化器と磁気センサを使う必要はな
く、１組の磁化器と磁気センサを用い、磁化電流を変え
て２度測定するなどの手段をとることができる。

【００２８】

【実施例】以下に、本発明を、薄鋼板中の微小な介在物
をオンラインにて検出する装置に適用した例について図
４を参照しながら説明する。図４に示すような磁気探傷
装置を使用して、実際の鋼板に存在する微少欠陥を探傷
した。図４において、図１に示されたものと同じ構成要
素には、同じ符号を付してその説明を省略する。９は遅
延処理回路、１０は信号処理装置本体である。なお、製
品検査ラインを搬送される薄鋼板１の厚さは１［mm］で
あった。また、この鋼板１の搬送速度は、ほぼ一定で、
速度Ｖ＝100［m/min］であった。

【００２９】各磁気センサ６ａ，６ｂと鋼板１の表面ま
での距離であるリフトオフＬは0.7[mm]に設定した。ま
た、実際には、磁気センサ６ａ，６ｂは、板幅方向に直
線的に５mmピッチで複数配列されており、200組400個の
磁気センサ６ａ，６ｂによって板幅方向１ｍをカバーす
るようにされている。この磁気探傷装置４の基本的な作
動は、図１の説明において述べたものと同じである。

【００３０】磁化器５ａにかける、より強い磁化条件
（強磁化条件）としては、欠陥信号と雑音磁束が両方と
も大きく検出される飽和磁化レベル近傍を選んだ。ただ
し、強磁化条件において検出される雑音磁束信号が、よ
り弱い方の磁化条件においても存在するようにするため
に、また、強磁化レベルも、弱い方の磁化条件に近づけ
るという意味で、不必要に大きくならない条件とした。

【００３１】磁化器５ｂにかける、より弱い磁化条件
（弱磁化条件）としては、磁化を下げたことによる欠陥
信号レベルの変化が、雑音磁束信号レベルの変化の割合
よりもできるだけ大きい範囲で、かつ強磁化条件におい
て検出される雑音磁束が弱磁化条件においても存在する
よう、小さくなりすぎないようなレベルとした。

【００３２】信号処理装置本体１０は、各磁気センサ６
ａ，６ｂの検出信号Ｖａ(t)、Ｖｂ（ｔ）を20ｋＨｚの
サンプリング周波数によりアナログ-ディジタル変換し
てから、前記（１）式に示した信号処理を行うものであ
る。

【００３３】また、鋼板２の移動方向における磁気セン
サ６ａと磁気センサ６ｂの位置ずれ量ｄを逐次実測した
鋼板速度Ｖで除して、同じ鋼板位置に対応する時間差Δ
ｔを求め、遅延処理回路９により磁気センサ６ａの信号
Ｖａ（ｔ）を相対的に磁気センサ６ｂの信号Ｖｂ（ｔ）
に対して遅らせてＶａ（ｔ−Δｔ）とＶｂ（ｔ）を対応
させるようにした。

【００３４】また、検出信号Ｖａ（ｔ−Δｔ）、および
Ｖｂ（ｔ）は直流分や周波数の低い地合ノイズ成分の低
減、欠陥信号周波数より高い電気ノイズなどをカットす
るため、バンドパスフィルタにかけられる。通過帯域
は、両磁化条件とも同じで、１kHz〜２kHzである。

【００３５】図５に検出能改善効果を示す。強磁化条件
（磁化力2500AT、磁化器５ａにより磁化）では材料に起
因するノイズが大きくＳ／Ｎ比は1.3である。弱磁化条
件（磁化力1000AT、磁化器５ｂにより磁化）では、強磁
化条件で出ていた雑音磁束が同様に現れているのがわか
る。弱磁化条件における信号を2.5倍し、対応する位置
の強磁化条件における信号より引いた結果が差分処理結
果である（（１）式においてｋ₂＝2.5としたもの）。差
分処理結果においては、雑音磁束が激減し、相対的に欠
陥信号が強調され、Ｓ／Ｎ比は3.5まで向上しているこ
とがわかる。

【００３６】なお、強磁化条件での測定値と弱磁化条件
での測定値の減算、遅延処理、フィルタリングなどの処
理は、アナログ信号にて行ってもよいし、アナログ信号
をディジタル信号に変換した後に行ってもよい。また、
ディジタル信号に変換してから行う場合でも、ハードウ
エアによって行っても、ソフトウエアによって行っても
かまわない。

【００３７】また、本手法によると表層に近いところに
ある欠陥は逆に検出能が低下することが考えられるが、
表層欠陥は従来法により検出しやすいため、本発明方法
と従来法を併用することにより、この問題は解決するこ
とができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１にかかる発明においては、適当な２種の磁化条件を
選び、２種の磁化条件から得られたサンプル上同じ位置
に対応する検出信号同士の適当な演算を行うことで、２
種の測定条件に共通に大きく存在する雑音磁束を相殺し
て低減し、欠陥信号を相対的に強めることができる。よ
って、強磁性体金属被検体中の欠陥が微小であっても確
実に検出でき、欠陥検出精度を大幅に向上させることが
できる。

【００３９】請求項２にかかる発明においては、強磁化
信号測定値から、重み付けした弱磁化信号測定値を減算
するようにしているので、簡単な方法により、確実に、
欠陥検出精度を大幅に向上させることができる。

【００４０】請求項３にかかる発明においては、強い方
の磁化条件として、強磁性体金属被検体が磁気飽和する
レベルの磁化を加えているので、シールド効果が無い状
態で漏洩磁束の検出を行うことができ、本発明の効果を
特に有効に得ることができる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である漏洩磁束探傷方法を
実施するための磁気探傷装置の例を示す図である。

【図２】鋼板の表面の削除厚さと、正規化された雑音磁
束信号のレベルとの関係を示す図である。

【図３】磁化レベルと、正規化された欠陥信号と雑音磁
束信号のレベルとの関係を示す図である。

【図４】本発明の実施例に使用した磁気探傷装置の構成
を示す図である。

【図５】本発明の実施例における欠陥検出性能の向上を
示す図である。

【図６】従来の磁気探傷装置の構成を示す図である。

【図７】欠陥信号と雑音磁束の周波数特性の測定結果の
一例を示す図である。

【符号の説明】

１…鋼板２，３…搬送ロール４…磁気探傷装置５ａ，５ｂ…磁化器６ａ，６ｂ…磁気センサ７…信号処理装置８…欠陥９…遅延処理回路１０…信号処理装置本体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平９−274016（ＪＰ，Ａ) 特開平９−145679（ＪＰ，Ａ) 特開平８−193980（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/72 - 27/90

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】強磁性体金属被検体を異なる複数の磁化
条件、即ち強磁化条件と弱磁化条件であって、弱磁化条
件においては雑音信号も欠陥信号も強磁化条件の場合よ
りも小さくなるが、欠陥信号の方がより小さくなる条件
で磁化し、各々の磁化条件下で同一場所における漏洩磁
束の測定を行い、これらの測定結果同士を演算し、その
演算結果に基づいて欠陥判定を行うことを特徴とする漏
洩磁束探傷方法。
【請求項２】請求項１に記載の漏洩磁束探傷方法であ
って、強磁化条件での漏洩磁束の測定結果と、弱磁化条
件での漏洩磁束の測定結果とを、重み付けを行って減算
し、その演算結果に基づいて欠陥判定を行うことを特徴
とする漏洩磁束探傷方法。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の漏洩磁束
探傷方法であって、最強の磁化条件として、強磁性体金
属被検体が磁気飽和するレベルの磁化を加えることを特
徴とする漏洩磁束探傷方法。
【請求項４】強磁性体金属被検体を異なる複数の磁化
条件、即ち強磁化条件と弱磁化条件であって、弱磁化条
件においては雑音信号も欠陥信号も強磁化条件の場合よ
りも小さくなるが、欠陥信号の方がより小さくなる条件
で磁化する磁化器と、各々の磁化条件下で同一場所にお
ける漏洩磁束の測定を行う磁気センサと、これらの測定
結果同士を演算し、その演算結果に基づいて欠陥判定を
行う信号処理装置を有することを特徴とする漏洩磁束探
傷装置。
【請求項５】請求項４に記載の漏洩磁束探傷装置であ
って、前記信号処理装置は、強磁化条件での漏洩磁束の
測定結果と、弱磁化条件での漏洩磁束の測定結果とを、
重み付けを行って減算し、その演算結果に基づいて欠陥
判定を行うものであることを特徴とする漏洩磁束探傷装
置。
【請求項６】請求項４又は請求項５に記載の漏洩磁束
探傷装置が組み込まれた検査ラインを有する製鉄プラン
ト。