JP3606438B2 - 漏洩磁束探傷方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、漏洩磁束探傷法に関するものであり、さらに詳しくは、異なる２種の探傷条件で前記強磁性体金属被検体の漏洩磁束の測定を行い、その測定信号同士を演算することにより内部欠陥の検出を行う漏洩磁束探傷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漏洩磁束探傷装置の構成の概要を図５に示す。
【０００３】
製品検査ラインを搬送ローラ２１、２２により、ほぼ一定速度Ｖで搬送される薄鋼帯２３の搬送路に沿って磁気探傷装置２４が配設されている。この磁気探傷装置２４は、走行状態の薄鋼帯２３に磁界を印加する磁化器２５と、薄鋼帯２３を挟んで磁化器２５の対向位置に配設された磁気センサ２６と、この磁気センサ２６からの検出信号に基づいて薄鋼帯２３の内部または表面の欠陥２７を検出する信号処理装置２８とで構成されている。
【０００４】
薄鋼帯２３に欠陥２７が存在すると、この欠陥２７に起因して薄鋼帯２３内の磁力線が乱され、薄鋼帯２３の外部に漏洩して漏洩磁束となる。磁気センサ２６はこの漏洩磁束を検出する。漏洩磁束の強度は欠陥２７の大きさに対応するので、磁気センサ２６の検出信号の信号レベルで欠陥２７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６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６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６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】
しかしながら、図６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】
【発明が解決しようとする課題】
これら、従来の技術の問題点を解決するために、発明者らは、強磁性体被検体を２つの異なるレベルに磁化し、各々の磁化条件での漏洩磁束を測定し、測定された漏洩磁束を演算して内部欠陥を精度良く検出する方法を発明し、平成１１年特許願第２９７８２号として特許出願した（以下、「先願発明」という）。この先願発明の概要を、図７を用いて説明する。
【００１０】
製品検査ラインでは、鋼板３１が搬送ロール３２、３３によって、一定速度Ｖで搬送されている。鋼板３１の搬送路に沿って磁気探傷装置３４が設置されている。この磁気探傷装置３４は主に磁化器３５ａ、３５ｂ、磁気センサ３６ａ、３６ｂ、信号処理装置３７によって構成されている。磁気センサ３６ａ、３６ｂは、鋼板３１を挟んでそれぞれ磁化器３５ａ、３５ｂの対向位置に配置されている。
【００１１】
磁化器３５ａによる磁化は、磁化器３５ｂによる磁化よりも強く設定され、鋼板３１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３６ａは、磁化器３５ａで磁化された状態での鋼板３１よりの漏洩磁束を測定する。磁気センサ３６ｂは、磁化器３５ｂで磁化された状態での鋼板３１よりの漏洩磁束を測定する。信号処理装置３７は、磁気センサ３６ａ、３６ｂで検出された鋼板３１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。
【００１２】
たとえば、磁気センサ３６ａで検出された出力をＶａ、鋼板３１の同じ位置において磁気センサ３６ｂで検出された信号をＶｂとすると、信号処理装置の出力として、
Ａ＝ｋ１・（Ｖａーｋ２・Ｖｂ） …（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３８のない場所でＡの値が０に近くなるように設定する。
【００１３】
図８に信号処理の様子を示す。（ａ）は磁気センサ３６ａの出力で、印加する磁界が強い方の信号とする。（ｂ）は磁気センサ３６ｂの出力で磁界が弱い方の出力とする。それぞれ欠陥部と雑音部があるが、欠陥部と雑音部の出力比が異なっており、雑音部を除去するように係数を決定することにより、欠陥部がより強調される（ｃ）の結果となり、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００１４】
強磁性体金属被検体に磁界を印加した状態で、強磁性体金属被検体の表面近傍に磁気センサを配置し、異なる２種の探傷条件での漏洩磁束の測定を行い、強磁性体金属被検体上の同位置に対応する測定結果同士を演算し、欠陥を探傷する漏洩磁束探傷法に関する。
【００１５】
しかしながら、センサの固定方法によっては磁気センサ同士の相対位置が変化したり、２種の異なる探傷条件を利用するために生じる強磁性体内の磁場分布の相異が原因となって、強磁性体金属帯から漏洩する磁場分布の形が必ずしも正確に一致しない場合が出てくる。この結果、強磁性体金属被検体上の同位置に対応する測定結果同士を演算しても雑音部が十分除去されないことがあった。
【００１６】
また、逆に欠陥部の演算信号が不当に大きくなって、欠陥の大きさとの関係が不安定になることがあった。このようなことは、強磁性体金属被検体の搬送速度が変化した場合に、２つの場所で得られた漏洩磁束信号の位置合わせをするための遅延回路の応答が遅れたような場合にも発生する。場合や欠陥部の演算結果が不当に大きくなるなど、定量性を欠き、検出性能が安定しない。
【００１７】
その例を図９に示す。ここでも探傷条件の主な差は磁化条件である。（ａ）は強い磁化を行った方の磁気センサ出力であり、（ｂ）は弱い磁化を行った磁気センサ出力である。また、（ｃ）は両者の信号に（１）式の演算を行った結果の信号の出力である。
【００１８】
探傷結果ａ−１、ｂ−１、ｃ−１は、ａ−１、ｂ−１において、欠陥信号とノイズ信号の位置がずれていない場合の信号を示すものであり、ｃ−１に示されるように、Ｓ／Ｎ比の良い信号が得られている。これに対し、探傷結果ａ−２、ｂ−２、ｃ−２は、ａ−２、とｂ−２で欠陥信号の位置はずれていないが、ノイズ信号の位置がずれた場合の信号を示すものであり、ノイズデータの低減が不十分であるために、Ｓ／Ｎ比が悪くなっているのが分かる。
【００１９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、２つのセンサで検出される信号同士の位置関係にずれが生じた場合にも、Ｓ／Ｎよく欠陥を検出することができる漏洩磁束探傷方法を提供することを課題とする。
【００２０】
【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の表面に対して磁気センサを対向配置させて、異なる２種の磁化条件で前記強磁性体金属被検体の漏洩磁束の測定を行い、前記強磁性体金属被検体上の同位置に対応する異なる２種の磁化条件における測定信号同士を演算することで、内部欠陥の検出を行う漏洩磁束探傷方法であって、磁化の強い側の前記磁気センサの信号は被測定部に対応する測定信号をそのまま用い、磁化が弱い側の前記磁気センサについては、前記被測定部の近傍の所定の領域における信号の平均値を求め、この平均値を前記磁気センサの信号の代わりに前記演算に用いることを特徴とする漏洩磁束探傷方法（請求項１）である。
【００２１】
本発明においては、得られる漏洩磁束信号のうち、磁化の強い側の前記磁気センサの信号は被測定部に対応する測定信号をそのまま用い、磁化が弱い側の前記磁気センサについては、被測定部の近傍の所定の領域における信号の平均値を求め、この平均値を前記磁気センサの信号の代わりに前記演算に用いているので、２つのセンサから得られる信号の相対関係がずれた場合においても、そのずれの影響を小さくすることができ、その結果、Ｓ／Ｎ比の悪化を避けることができる。
【００２２】
「近傍の領域における値の平均値」の求め方としては、センサから得られる信号の時系列的な移動平均値を求めるのが最も一般的であるが、センサから得られる信号をローパスフィルタによって鈍ったものとしてもよく、このようなものも「平均値」とみなすことができる。また、移動平均も、単純な移動平均でなく、中心には多きな重みを持ち、離れるに従って軽い重みを持つ加重平均にしてもよい。
【００２３】
また、２つのセンサや磁化状態が強磁性体金属被検体の走行方向と直角に、相対的なずれを起こす可能性があるような場合は、隣り合う複数のセンサの出力との平均や、荷重平均等をとってもよい。さらに、前記のような、強磁性体金属被検体の走行方向の平均値と、このような強磁性体金属被検体の走行方向と直角な方向の平均値を組み合わせたものの平均をとることもできる。
【００２５】
異なる磁化条件で強磁性体金属被検体を磁化すると、各々の場合におけるＳ／Ｎ比が異なるため、ノイズ信号をキャンセルするように前記（１）式の係数を定めてやれば、演算の結果Ｓ／Ｎ比良く欠陥を検出できる。
【００２７】
一般に磁化が強い場合の方が、欠陥信号が大きく現れる。よって、この信号は平均化せずにそのまま使い、欠陥信号のレベルが小さい、磁化が弱い側の漏洩磁束信号の値を平均化して使用することにより、全体としてのＳ／Ｎ比を低下させることなく本発明の目的を達成することができる。
【００２８】
【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説明する。図１は本実施の形態の１例である漏洩磁束探傷方法を実施する装置の概要を示す図であり、薄鋼板の内部介在物探傷に適用する例を示すものである。図１において、１は薄鋼板、２ａ、２ｂは搬送ローラ、３は磁化器、４は磁気センサ、５は信号処理装置、６は漏洩磁束探傷装置、７は内部欠陥、８は磁化器電源、９は前処理装置、１０は平均化装置、１１は記憶装置、１２は演算装置である。
【００２９】
信号処理装置５は、磁気センサ出力信号の前処理（増幅やフィルタ処理）を行う前処理装置９と、一方の探傷条件での磁気センサ４の出力の前処理後の出力を平均化する平均化装置１０と、平均化された出力を記憶する記憶装置１１と、もう一方の探傷条件による出力の前処理後の出力と記憶装置１１に記憶されている出力との演算を行う演算装置１２を中心として構成される。
【００３０】
この製品検査ラインでは、鋼板１の搬送路に沿って漏洩磁束探傷装置６が設置されている。この漏洩磁束探傷装置６は、主に磁化器３、磁気センサ４、信号処理装置５、磁化器電源８から構成されている。磁化器３は磁化器電源８により電力を供給され、鋼板１を磁化する。磁気センサ４と鋼板１との距離であるリフトオフはＬ１とする。
【００３１】
磁化器３、磁気センサ４により鋼板１はある探傷条件にて探傷される。磁気センサ４の出力は前処理装置９を通り、平均化装置１０で平均化され、記憶装置１１に格納される。次に鋼板１の同じ場所を別の探傷条件にて行う。この時磁気センサ４の出力は信号処理装置５にて処理が施されるが、前処理装置９を通った後、直接演算装置１２へ入力される。その際、演算装置１２は、記憶装置１１に格納されている信号を取り出し、鋼板１上のほぼ同一位置の信号同士で前記（１）式の演算を行う。その結果、欠陥を強調した出力が得られる。
【００３２】
探傷条件を変える方法としては、磁化器の電流、磁化器の形状、強磁性体金属被検体と磁化器の距離、強磁性体金属被検体とセンサの距離、センサの向き、センサの角度、強磁性体金属被検体の移動方向を変える等、いろいろな方法があるが、磁化条件（強磁性体金属被検体内の磁界の強さ・向きの条件）を変えるのが最も好ましい。
【００３３】
図２は、異なる２つの磁化下での探傷を行う実施の形態の例を示す図である。なお、以下において、発明の実施の形態の欄以後における前出の図に示された構成要素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ことがある。
【００３４】
図２において、３ａ、３ｂは磁化器、４ａ、４ｂは磁気センサ、８ａ、８ｂは磁化器電源である。信号処理装置５は、各磁気センサ出力信号の前処理を行う前処理装置９と磁気センサ４ｂの出力の値を平均化する平均化装置１０、４ａの出力と、４ｂの平均化後の出力の演算を行う演算装置１１を中心として構成される。
【００３５】
この製品検査ラインでは、鋼板１の搬送路に沿って漏洩磁束探傷装置６が設置されている。この漏洩磁束探傷装置６は、主に磁化器３ａ、３ｂ、磁気センサ４ａ、４ｂ、信号処理装置５、磁化器電源８ａ、８ｂから構成されている。磁化器３ａ、３ｂは磁化器電源８ａ、８ｂにより電力を供給され、鋼板１を磁化する。磁気センサ４ａ、４ｂと鋼板１との距離であるリフトオフは、それぞれＬ１、Ｌ２とする。
【００３６】
磁化器３ａ、磁気センサ４ａにより鋼板１はある磁化状態にて探傷される。磁化器３ｂ、磁気センサ４ｂは、磁化器３ａ、磁気センサ４ｂとは異なる磁化レベルにて探傷を行う。信号処理装置５内では、磁気センサ４ａからの信号出力と磁気センサ４ｂからの信号出力を前処理装置９に通し、磁気センサ４ｂの出力はさらに平均化装置１０を通って平均化される。平均化の方法としては移動平均、ローパスフィルタによる処理等がある。演算装置１１は、磁気センサ４ａからの平均化されない信号と、磁気センサ４ｂからの信号を平均化した信号を入力し、鋼板１上のほぼ同一位置からの信号同士で（１）式の演算を行い、所定以上のレベルの出力が得られたとき、欠陥信号と判断する。
【００３７】
平均化の領域は、出力信号の位置ずれがどの程度予測されるかに応じて決める。ズレ量以上の範囲で平均化するのが望ましい。また、幅方向にもずれる可能性のある場合は幅方向にも平均化することにより性能がより安定する。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明を薄鋼板中の微小な内部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３を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施例に使用した装置の概要を示す図である。図３において、１２は遅延回路、１３はＡ／Ｄ変換装置、１４は計算機である。図３に示される探傷装置は、図２に示したものとほぼ同じ構成であるが、信号処理装置の中に遅延回路１２及びＡ／Ｄ変換装置１３、計算機１４が設置されているのが異なる点である。
【００３９】
製品検査ラインを搬送される薄鋼板１の厚さは１ｍｍである。また、この鋼板１は搬送ローラ２ａ、２ｂによりほぼ一定速度Ｖ＝３０ｍ／ｍｉｎで搬送される。各磁気センサ４ａ、４ｂは、それぞれリフトオフＬ１＝Ｌ２＝１．０ｍｍに設定されている。図示していないが、複数個の磁気センサ４ａ、４ｂが板幅方向に直線的に５ｍｍピッチで配列されており、２００組４００個の磁気センサによって１ｍ幅を探傷する。磁気センサ４ａの列と４ｂの列との距離は１ｍとした。磁化器３ａ、３ｂと鋼板との距離はそれぞれ５ｍｍとし、磁化器３ａの磁化力は４０００ＡＴ、磁化器３ｂの磁化力は１０００ＡＴとした。
【００４０】
磁気センサ４ａの出力は、遅延回路１２により、薄鋼板１が磁気センサ４ａと４ｂの間を走行する時間である２秒遅延される。その後前処理装置９で１００倍増幅され、２００−８００Ｈｚの周波数成分のみが取り出される。一方、磁気センサ４ｂの出力は遅延回路１２を経ずに前処理装置９を通り、その後平均化装置１０により平均化処理される。処理された４ａ、４ｂそれぞれの信号はＡ／Ｄ変換装置１３にてディジタル化され、計算機１４のメモリーに格納される。計算機１４は、格納された各々のデータについて、（１）式の計算を行い、その結果、所定以上の出力が得られた場合に欠陥信号と判断する。
【００４１】
本実施例においては、平均化装置１０により磁気センサ４ｂの信号が平均化されているので、（１）式により得られた結果は、磁気センサ４ａ、４ｂの相対位置のズレ等による影響を受けにくく、常に欠陥を強調する信号となっている。計算機１４は演算結果の波形をディスプレイに表示すると共に、所定以上のレベルの信号が出た場合は、欠陥が発生したとして警報出力やマーキングを行う。
【００４２】
図４に、本実施例における探傷信号の例を示す。この例は、磁気センサ４ｂの信号を３ｍｍの区間にて平均化して（１）式の計算を行ったものである。磁気センサ４ａの信号と磁気センサ４ｂの信号のずれが生じた部分では、通常のノイズでも演算結果の信号が大きくなり、結果としてＳ／Ｎ比が悪化するが、この実施例では、（ｃ）に示すように、ずれが生じている部分でも欠陥信号のレベルは低く抑えられている。
【００４３】
ここでは３ｍｍ区間の平均を求めたが、１ｍｍのズレの影響を軽減できる平均区間長として１ｍｍ以上が望ましい。さらに幅方向にズレがある場合には、隣り合うセンサの平均を求め演算に使用することにより、安定した探傷が可能となる。なお本実施例の場合、磁気センサ４ｂの出力のみを平均化しているが、磁気センサ４ａの出力をも平均化すると、信号レベルが鈍ってしまうので、平均化するのは、一方のセンサの出力のみとすることが好ましい。また、一般に磁化レベルの高い場合の磁気センサの信号の方がＳ／Ｎ比が高く取れるので、磁化レベルの高い方の磁気センサの信号をそのままとし、磁化レベルの低い方の磁気センサの信号を平均化することが好ましい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、２つのセンサから得られる信号の相対関係がずれた場合においても、そのずれの影響を小さくすることができ、その結果、Ｓ／Ｎ比の悪化を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の１例である漏洩磁束探傷方法を実施する装置の概要を示す図である。
【図２】本実施の形態の他の例である漏洩磁束探傷方法を実施する装置の概要を示す図である。
【図３】本発明の実施例に使用した装置の概要を示す図である。
【図４】本発明の実施例における出力波形の例を示す図である。
【図５】従来の漏洩磁束探傷装置の構成の概要を示す図である。
【図６】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。
【図７】先願発明の漏洩磁束探傷装置の構成の概要を示す図である。
【図８】先願発明における信号処理の様子を示す図である。
【図９】先願発明において、２つの信号の位置がずれたときの信号波形の概要を示す図である。
【符号の説明】
１…薄鋼板、２ａ、２ｂ…搬送ローラ、３…磁化器、４…磁気センサ、５…信号処理装置、６…漏洩磁束探傷装置、７…内部欠陥、８…磁化器電源、９…前処理装置、１０…平均化装置、１１…記憶装置、１２…演算装置、１２…遅延回路、１３…Ａ／Ｄ変換装置、１４…計算機

Claims (1)

1. 強磁性体金属被検体の表面に対して磁気センサを対向配置させて、異なる２種の磁化条件で前記強磁性体金属被検体の漏洩磁束の測定を行い、前記強磁性体金属被検体上の同位置に対応する異なる２種の磁化条件における測定信号同士を演算することで、内部欠陥の検出を行う漏洩磁束探傷方法であって、磁化の強い側の前記磁気センサの信号は被測定部に対応する測定信号をそのまま用い、磁化が弱い側の前記磁気センサについては、前記被測定部の近傍の所定の領域における信号の平均値を求め、この平均値を前記磁気センサの信号の代わりに前記演算に用いることを特徴とする漏洩磁束探傷方法。

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