JP3339762B2 - 鋼帯欠陥検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鋼帯を圧延方向に磁化し
た際、鋼帯の表面疵あるいは内部欠陥により生じる漏洩
磁束を検出して鋼帯の欠陥部を探傷する鋼帯欠陥検出装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】クロムめっき鋼板や冷延鋼板等の鋼帯に
生じるピンホールやガウジ等の表面疵や非金属介在物に
よる内部欠陥等の欠陥部を、鋼帯の走行中に検出する鋼
帯欠陥検出装置としては従来より種々提案されている。
これらの鋼帯欠陥検出装置に用いられる検出センサの感
磁素子としてはホール素子、ＳＭＤ素子、Ｕ字型コアよ
りなるセンシングコイル、コアの磁気ヒステリシス効果
を利用した飽和磁束型センサ、薄いプリント基板に平面
コイルを形成したもの等が用いられている。しかし、ホ
ール素子は検出する漏洩磁束に対する直線性はよいが検
出感度は比較的悪いという特性があり、ＳＭＤ素子は比
較的検出感度は高いが速度特性は悪い。しかも、これら
半導体素子系は耐熱性、機械的強度特性がよくないとい
う問題がある。また、Ｕ字型コアよりなるセンシングコ
イルは速度特性は良いが検出感度は比較的悪い。飽和磁
束型センサは速度特性が比較的悪く磁束を絶対値型で検
出しているのでＳ／Ｎ比を確保するのが難しい。そして
プリント基板に平面コイルを形成したセンサは製作は容
易だがコイルの巻数を多くできないため検出感度が悪か
った。

【０００３】しかし、Ｕ字型コアよりなるセンシングコ
イルは耐熱性や機械的強度がよいため鋼帯の欠陥検出装
置に用いられるものであるが、Ｕ字型コアによるセンシ
ングコイルの検査エリヤは１〜１０ｍｍ程度のため、多
数のセンシングコイルを組み合わせて検出センサを構成
する必要があった。そして検出センサは絶縁性、耐候
性、機械的強度を確保するために、エポキシ樹脂でモー
ルドし、さらに、研摩して寸法精度を高めていた。とこ
ろが、Ｕ字型コアは珪素鋼板をＵ字型に屈曲成形してい
るため、スプリングバックが生じてＵ字型コアの平行度
を確保することが難しかった。そこで、図９に示される
ように、Ｕ字型コア３０間にスペーサ３１を挟み込んで
コア間隔を規定した状態でモールドし、モールド後、コ
ア先端の鎖線部分をスペーサ３１とともに切削研摩して
実線のように切り詰めていた。しかし、スプリングバッ
クによりコア間隔の平行度を高精度に維持することは不
可能で、図１１に示されるように、コアはずれが生じた
ままでモールドされて一直線上に配置させことはでき
ず、検出感度が大きくばらつくという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は前記の
ような問題を解決し、検出感度が高いうえに、検出感度
のばらつきのない鋼帯欠陥検出装置を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、感磁素子のコ
アは先端部の断面寸法が同じであれば、コアの上端が閉
じていても開放されていても検出感度には差がないとい
う新しい知見に基づくもので、漏洩磁束を電磁誘導作用
により起電力に変換するコイルをそれぞれ装着した直方
体コアを千鳥状に対向配列させるとともにこれらを差動
結合して一対の感磁素子を構成し、これらの対をなす感
磁素子を多数千鳥状に配置した検出センサを、鋼帯巻掛
ロールの外周縁又は内周縁に配置した電磁石によって磁
化される鋼帯上方に配設したことを特徴とするものであ
る。

【０００６】

【作用】本発明の鋼帯欠陥検出装置は、鋼帯巻掛ロール
の外周縁又は内周縁に配置された電磁石により磁化され
た鋼帯の漏洩磁束を鋼帯上方に配置した検出センサによ
り検知して鋼帯の欠陥部を検出するものであるが、検出
センサの多数の感磁素子はコイルを装着した一対の直方
体コアを千鳥状に対向配列して差動結合したものである
から、感磁素子の組付寸法のばらつきによる検出感度の
ばらつきがなく、鋼帯欠陥の探傷を確実、且つ高精度で
行うことができる。

【０００７】

【実施例】次に、本発明を図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。図１又は図２において、１は鋼帯巻掛用ロ
ールであり、該鋼帯巻掛用ロール１の外周縁又は内周縁
には鋼帯巻掛用ロール１を通過する鋼帯を圧延方向に直
流磁化させる電磁石２が配置されている。３は電磁石２
の両極間に配設される多数の感磁素子４よりなる検出セ
ンサであり、検出センサ３は電磁石２により直流磁化さ
れた鋼帯にピンホールやガウジ等の表面疵や内部の非金
属介在物等の欠陥部が存在した場合に生じる磁束変化す
なわち漏洩磁束を検出するものである。また、図４、図
６に示されるように、前記検出センサ３の感磁素子４は
漏洩磁束を電磁誘導作用により起電力に変換するコイル
４ａを装着した一対の珪素鋼板製の直方体コア４ｂを上
下のプリント基板４ｃに透設される一対の千鳥配列され
た孔４ｄに嵌合配置したうえ差動結合したものであり、
上下のプリント基板４ｃに透設される孔４ｄは数値制御
盤により極めて高い寸法精度で形成されている。そし
て、プリント基板４ｃの孔４ｄに嵌合配置される直方体
コア４ｂをプリント基板４ｃに半田付けしてモールド時
に直方体コア４ｂの取付位置がぐらつかないようにした
うえ、コイル４ａと直方体コア４ｂをプリント基板４ｃ
に挟んだ状態でモールドする。モールド後、鋼帯側の直
方体コア４ｂの先端を研削、研摩して８チャンネルの感
磁素子からなる検出端ブロック３ａの面精度を向上させ
た検出端ブロック３ａを得、該検出端ブロック３ａを９
個合わせて図２に示されるような検出センサ３が構成さ
れる。また、鋼帯に近い側のプリント基板４ｃにはテス
ト磁界を発生させる図示しないプリント配線が設けら
れ、鋼帯に遠い側のプリント基板４ｃにはコイル４ａの
図示しない巻線端末処理部と前置広域増幅器１３とが設
けられる。

【０００８】図７において、５は感度較正装置であり、
該感度較正装置５は標準検査体６と感度変動を較正する
較正装置７とよりなるものであり、前記標準検査体６は
直径５６×幅１２００ｍｍのＳＵＳ３１６製の剛体より
なる非磁性材のロール８に、軸線方向の凹溝９を形成
し、該凹溝９内に直径０．２ｍｍの強磁性材よりなるピ
アノ鋼線１０等の細線を張架したうえ、非磁性材よりな
る合成樹脂１１により埋設したものであり、該合成樹脂
１１によりピアノ鋼線１０を埋設することにより、ピア
ノ鋼線１０はロール８と一体化された状態となり、防錆
及び電磁石２の磁力によるピアノ鋼線１０の中央部がリ
フトされることを防止している。

【０００９】図８に示されるブロック図において、１２
は感磁素子４により検出された標準検査体６からの一定
の擬似漏洩磁束の電気信号が入力される較正装置であ
り、該較正装置１２は各感磁素子４により検出された一
定の擬似漏洩磁束の電気信号は対ノイズ性確保のため感
磁素子４の近傍に配置された前置広域増幅器１３により
約６０デシベル程増幅され、増幅された擬似漏洩磁束の
電気信号は可変帯域／可変増幅器１４により所定の周波
数帯域のみが増幅される。その後多数の前置広域増幅器
１３の信号は検出端ブロック３ａ毎に、検波・Ａ／Ｄ変
換器１５に集められて両振れ信号を片振れ信号に検波し
て、一定時間または一定周長内のピーク値をＡ／Ｄ変換
して検出端ブロック３ａ毎に配置したサブデータ処理部
１６に入力される。サブデータ処理部１６は検波・Ａ／
Ｄ変換器１５で検出端ブロック３ａ毎にデータが集めら
れるので、注目する感磁素子４に直結する可変帯域／可
変増幅器１４だけが所定の感度で擬似漏洩磁束を検出
し、他の感磁素子４に直結する可変帯域／可変増幅器１
４は感度を絞り、あたかも１チャンネルずつ感磁素子４
の出力をサブデータ処理部１６に取り込まれるように制
御している。

【００１０】そして、サブデータ処理部１６はこの擬似
漏洩磁束を所定回数だけ取り込み、平均値を算出する。
この結果を上位のメインデータ処理部１７に送り込み、
予めメモリ１８に記憶している感度較正用のデータと製
造ロット毎に入力される板幅、板厚、検査条件等から判
断して、各感磁素子４毎に増幅器のゲイン補正値等を演
算する。この結果は直ちにサブデータ処理部１６に返さ
れる。サブデータ処理部１６はこれらのデータに基づき
可変帯域／可変増幅器１４のゲインを調整する。感磁素
子４は全部で７２チャンネルあって９つの検出端ブロッ
ク３ａに分かれており、サブデータ処理部１６は８チャ
ンネルの感磁素子４を制御し、メインデータ処理部１７
は９個のサブデータ処理部１６を制御している。そし
て、９個のサブデータ処理部１６と１個のメインデータ
処理部１７により中央演算部１９が構成されている。２
０はモニタ用ＣＲＴ、２１はプリンタである。

【００１１】以下、鋼帯欠陥検出装置の作動を説明すれ
ば、鋼帯巻掛用ロール１に巻き掛けられる鋼帯を電磁石
２により直流磁化させ、鋼帯の表面疵あるいは内部欠陥
による漏洩磁束を検出センサ３の感磁素子４により検出
するものであるが、検査前後や一定期間経過後鋼帯欠陥
検出装置を一旦停止して、一定の擬似漏洩磁束を生じさ
せるピアノ鋼線１０を非磁性材の剛体からなるロール８
に鋼帯幅にわたって設けた標準検査体６を鋼帯欠陥検出
装置の検出部直下に配置したうえ、ロール８を一定周速
度で回転させる。（この周速度は通板時と同じ速度でも
異なる周速度でもよいが、通板時と周速度が異なる場合
は検出値を補正する必要がある。）このロール８の回転
時、電磁石２により直流磁場を実検査時と同等の条件で
印加する。（このときの磁化電流は実検査時と異なる場
合は検出値の補正を行う必要がある。）この磁束中を標
準検査体６が通過すると、剛体よりなる非磁性材のロー
ル８の軸線方向に形成された凹溝９内に非磁性材で埋設
され、ロール８と一体化された強磁性材よりなるピアノ
鋼線１０により、電磁石２の鉄心から出た磁束は磁気抵
抗の小さい経路を通過しようとして曲げられる。この曲
げられた磁束は一定の擬似磁束として検出センサ３によ
り検出される。

【００１２】そして、一対の直方体コア４ｂを数値制御
盤で加工された高い寸法精度の千鳥配列の孔４ｄに嵌合
配置して得られる感磁素子４の多数を千鳥状に配置した
検出センサ３によって検出された一定の擬似漏洩磁束
は、電気信号として較正装置１２の前置広域増幅器１
３、可変帯域／可変増幅器１４を介して増幅され、検波
・Ａ／Ｄ変換器１５により検波され、Ａ／Ｄ変換された
うえ、サブデータ処理部１６、メインデータ処理部１７
としての中央演算部１９に取り込む。このとき各感磁素
子４からの検出値を多数回測定して平均値算出すること
により精度を高めることができる。そして、感度較正に
先立って、設定されている感度較正用のデータ、例え
ば、板幅、板厚等の通板材料及び通板速度や検出感度等
の検査条件を中央演算部１９に読み込み、各感磁素子４
の検出値と感度較正用のデータを比較して各感磁素子４
の感度補正量を演算する。この演算結果に基づき各感磁
素子４の対応する可変帯域／可変増幅器１４のゲインを
中央演算部１９の指令で調整する。その後再度各感磁素
子４の検出値を中央演算部１９に取り込んで、規定の値
に達しているかを確認する。収斂していなければ再度前
記と同様の操作を収斂するまで繰り返せばよいものであ
るが、多数の感磁素子４はスプリングバックの生じない
直方体コア４ｂにより構成されているので、高精度で千
鳥状に配置され、取付位置のずれによる検出感度のばら
つきはないので、感度較正は正確、且つ容易に行なえる
こととなる。

【００１３】そして、このようにして感磁素子４の感度
較正を行った後、鋼帯巻掛用ロール１に巻き掛けられた
鋼帯の表面疵や内部欠陥による漏洩磁束を検出センサ３
により検出するものであるが、従来のＵ字型コアでは内
部欠陥により発生した漏洩磁束は図１０に示されるよう
に、一方のコアを通り反対側のコアから鋼帯に戻ると考
えられていた。このため漏洩磁束を貫通させて電磁誘導
作用により起電力が得られるようにコイル３２は巻数を
考慮していた。ところが本発明者の実験によれば、探傷
時、鋼帯は磁気飽和値に近い状態まで磁化されているの
で、漏洩磁束を吸引するコアもかなり飽和気味で、漏洩
磁束はコアの先端部で吸引された後、少しだけコア内を
通過して空中を経て図５に示されるように、反対側のコ
アに引き寄せられるようにして鋼帯に戻る。

【００１４】つまり、コアの材質、断面寸法によるが、
鋼帯の２〜３ｍｍ以上離れたコア部分は欠陥部の漏洩磁
束の磁気回路としては寄与しないので、コアの上部が閉
じていようが開放されていようが無関係であるという知
見が得られた。このことからコアの上部を開放した直方
体とすることができ、コイル４ａを装着した差動結合さ
れる一対の直方体コア４ｂはスプリングバックの影響を
受けることなく、数値制御盤で高精度に透設加工した孔
４ｄに千鳥配列することが可能となる。そして該感磁素
子４の多数を千鳥状に配置したものであるから、感磁素
子４の取付位置のずれによる検出感度のばらつきは殆ど
なく、安定した鋼帯の探傷が行なえることとなる。実施
例では感磁素子４を７２チャンネル用いたものとしてい
るが、板幅方向の検査エリヤを満たすものならば、配置
数はいくつでもよいことは勿論である。さらに、実施例
ではコアを珪素鋼板よりなるものとしているが、本発明
は曲げ加工の必要がないので、珪素鋼板より透磁率の高
いフェライト等の焼結金属を用いてもよいことは勿論
で、珪素鋼板より高透磁率の材質を用いることによりさ
らに高い検出感度を得ることができる。

【００１５】

【発明の効果】本発明は前記説明によって明かなよう
に、コアを上部が閉じていない一対の直方体とすること
により検出センサの感磁素子を高精度で配置できること
となるので、組付精度のばらつきよる検出感度のばらつ
きをなくすことができ、感度較正も正確、且つ簡単なも
のとなって高い検出精度が得られ、鋼帯の探傷精度を高
めることができる。また、本発明では感磁素子を構成す
る直方体コアを千鳥配列したので、コアを対向配列した
場合よりも感磁素子の総数を半分近くにまで削減でき
る。このため、検出センサを軽量小型、且つ安価なもの
とすることができる。従って、本発明は従来の問題点を
解決した鋼帯欠陥検出装置として業界の発展に寄与する
ところ極めて大なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す側面図である。

【図２】本発明の実施例を示す側面図である。

【図３】本発明の検出センサを示す一部切欠斜視図であ
る。

【図４】本発明の感磁素子をプリント基板に取り付ける
状態を示す一部切欠斜視図である。

【図５】本発明の感磁素子による漏洩磁束の検出状態を
示す説明図である。

【図６】本発明の直方体コアの配列パターンを示す平面
図である。

【図７】本発明の感度較正装置を示す概略図である。

【図８】本発明の較正装置のブロック図である。

【図９】従来のＵ字型コアよりなるセンシングコイルを
示す斜視図である。

【図１０】従来のＵ字型コアよりなるセンシングコイル
の漏洩磁束の検出状態を示す説明図である。

【図１１】従来のＵ字型コアの配列パターンを示す平面
図である。

【符号の説明】

１ 鋼帯巻掛用ロール ２ 電磁石 ３ 検出センサ ４ 感磁素子 4a コイル 4b 直方体コア ５ 感度較正装置 ６ 標準検査体 12 較正装置

フロントページの続き (72)発明者 松實 敏幸 愛知県東海市富木島町北広81番地 太平 工業株式会社東海支店内 (72)発明者 佐藤 郁毅 愛知県東海市富木島町北広81番地 太平 工業株式会社東海支店内 (56)参考文献 特開 平５−60730（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−96547（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−232087（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−211023（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−281625（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−170067（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/72 - 27/90

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 漏洩磁束を電磁誘導作用により起電力に
   変換するコイルをそれぞれ装着した直方体コアを千鳥状
   に対向配列させるとともにこれらを差動結合して一対の
   感磁素子を構成し、これらの対をなす感磁素子を多数千
   鳥状に配置した検出センサを、鋼帯巻掛ロールの外周縁
   又は内周縁に配置した電磁石によって磁化される鋼帯上
   方に配設したことを特徴とする鋼帯欠陥検出装置。