JP3786790B2

JP3786790B2 - 磁性体粉の検出方法及び検出装置

Info

Publication number: JP3786790B2
Application number: JP34955298A
Authority: JP
Inventors: 克己長田; 英道藤原; 浩一新富
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 1998-12-09
Filing date: 1998-12-09
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2018-12-09
Also published as: JP2000171443A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、線状あるいは棒状の長尺な被検査物に含まれる磁性体粉を極めて高感度に且つ連続的に検出する方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
線材を製造する際には、線引きされる材料に含まれる極めて微小な異物（例えば鉄粉）が、断線等の原因となり品質および生産性の低下を招く。近年の電気製品の軽量化等の要求に伴い線径は５０μｍ以下の極細線の使用が増えている。この場合は数十μｍ以下の異物をも検出する検出器が要求される。従来の微少異物の検出には渦流探傷法があるが感度が不十分であった。
【０００３】
上記のような技術課題に対して特開平７−７７５１６号公報や特開平１０−１００９１号公報等のＳＱＵＩＤ（Superconductive Quantum Interference Device 、超伝導量子干渉素子）磁気センサを利用した検出装置がある。これらの検出装置は被検査物の走行方向と垂直な方向に磁界を発生し、被検査物の走行方向に対して垂直方向に被検査物中の磁性体微粉を磁化し、垂直方向磁界を高感度に検出して、被検査物中の磁性体粉を検出するものである。
【０００４】
ＳＱＵＩＤ磁気センサは、被検査物の微弱磁界を高感度に検出するので、磁界の向き、強度により検出特性が変化する。また、非常に高感度なので、外部磁界あるいは環境磁界を同時に検出するので、その対策が必要である。更に、長尺の被検査物は、長手方向に捩れながら走行するので、被検査物中の磁性体粉を垂直方向に磁化したとしても、磁界検出位置において、磁性体粉の磁化方向が磁化時と同じ位置、同じ磁化方向であるとは限らず、捩れにより検出信号が大きく変化する。
【０００５】
図１０の従来例について従来技術を説明する。９１は長手方向に走行する被検査線、９１a は被検査線９１に含まれている磁性体粉、９２は被検査線９１に含まれる磁性体粉を磁化するための磁界を発生する磁界発生手段、９３はＳＱＵＩＤ磁気センサ、９３ａはＳＱＵＩＤ磁気センサ内のピックアップコイル、９４は信号処理器、９５は記録器、９６は磁気遮断容器である。
【０００６】
被検査線９１は図示の場合では、左から右へ走行する。磁界発生手段９２は図示の被検査線の走行方向に対して垂直方向に被検査線に磁界を加えている。被検査物中に磁性体粉末、例えば鉄粉が存在すると、磁性体粉末は垂直方向に磁化されるので、ＳＱＵＩＤ磁気センサ９３は垂直方向の磁界を検出することにより被検査線中の磁性粉体の存在を検出する。ＳＱＵＩＤ磁気センサ９３は、ピックアップコイル９３ａの鎖交磁束の変化により磁界を検出し、信号処理器９４に出力する。信号処理器は検出信号を処理し、記録器９５に出力する。
【０００７】
図１０の従来例の垂直磁化方式のＳＱＵＩＤ磁気センサ９３による検出特性を、図５ないし図８の従来例における実験例で説明する。ピックアップコイル９３a の径は数mm、その面を被検査物の走行方向に平行にし、被検査物との距離をピックアップコイル９３a の径の数倍となるようにＳＱＵＩＤ磁気センサ９３を配置した。被検査線を直径０. ５mmのナイロン製糸で、被検査物中の磁性体粉をナイロン製糸に鉄粉を張りつけることで模擬した。（図５ないし図９の実験例全て同じ。）
【０００８】
図５は被検査物中の磁性体粉の角位置が変動した場合のＳＱＵＩＤ磁気センサ９３の検出例である。従来例の垂直磁化方式では磁性体粉の大きさが同一であるにもかかわらず、磁性体粉の角位置によりＳＱＵＩＤ磁気センサ９３の検出信号は大きく変化しているのが分かる。図７は図５の磁界検出波形の検出例である。
【０００９】
図６は磁性体粉体の大きさが変化した場合のＳＱＵＩＤ磁気センサ９３の磁界検出例である。ナイロン製糸に１０μm 、３０μm 、５０μm の磁性体粉をそれぞれ上、横、下の角位置に張りつけて被検査物中の磁性体粉の大きさ及び位置を模擬した。図６の実験例から、従来例の垂直磁化方式では検出信号の大きさは位置の影響により磁性体粉の大きさに対応していない。これでは磁性体の大きさに相当した信号を取り出せない。
【００１０】
図８は磁気センサ位置で長尺が捩れた場合の実験例である。即ち、図１０に示すように、磁界発生手段９２によって、磁性体粉が被検査物の例えば上位置にある状態の下で垂直方向に磁化されたとし、その後に磁気センサ９３の所までに長尺の被検査物に捩れが生じた場合の実験例である。被検査物に捩れが生じることなくあるいは捩れが生じて、磁気センサ９３の所で磁性体粉が被検査物の上位置、右上方向位置、横位置、下位置にある場合が、図示の夫々「捩れなし」、「４５度捩れ」、「９０度捩れ」、「１８０度捩れ」を模擬している。２０μm の鉄粉を張りつけて模擬した。従来例の垂直磁化方式では図の右欄に示すように検出信号の極性が正、零、負と大きく変化している。これでは磁性体微粉を正確に検出することはできない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように被検査物に垂直に磁界を加え、被検査物の磁界の変動を磁気センサのピックアップコイルで検出する方法では、磁気センサの検出信号が磁性体粉の位置及び被検査物の捩れにより大きく変化するので、被検査物に含まれる磁性体粉の検出に必要な磁性体粉の大きさに相当する検出信号を取り出すことはできなかった。本発明は、磁性体粉の被検査物中の位置変動による検出信号の変化を少なくし、磁性体粉の大きさに相当する検出信号を取り出し、被検査物を正確に検査することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、連続してその長手方向に走行する長尺の被検査物を走行方向に平行な磁界の中を通し、次いで被検査物を磁気センサの近傍を通過させる。被検出物を磁界の中を通すことにより、被検査物に含まれる磁性体粉は走行方向に対して平行に磁化される。
【００１３】
走行方向に平行な磁界を発生する手段として、ギャップをもつ鉄心と磁気コイルまたは磁石を有しており、磁気ギャップに面する鉄心部分に磁界の方向と平行な被検査物通過孔又は溝が設けられているものを使用してもよい。磁気センサおよび磁気センサ近傍を通過する被検査物近傍は磁気遮断容器で包囲されている。また、磁気遮断装置として１重または多重の磁気遮蔽体を持つものを使用しても良い。
【００１４】
本発明の作用について説明する。被検査物中の磁性体粉を検出するに先立って、被検査物に含まれる磁性体粉を走行方向に平行な磁界で磁化することにより、被検査物中の磁性体粉の位置に関係なく、磁性体粉の大きさに相当する検出信号が得られる。このため、磁性体粉のレベルを検出するレベルの調整が容易となり、また走行方向に平行に磁化したことによる検出感度の低下は磁気遮断手段であるパ−マロイ等でできた磁気遮断板を２重以上にすることで実質的に問題なく検査物を検査できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の検出装置の実施例である。１は長手方向に走行する被検査線（例えば銅線）、１a は被検査線１に含まれている磁性体粉、２は被検査線１に含まれる磁性体粉を磁化するための磁界を発生する磁界発生手段、３はＳＱＵＩＤ磁気センサ、３ａはＳＱＵＩＤ磁気センサ内のピックアップコイル、４は信号処理器、５は記録器、６は磁気遮断容器である。
【００１６】
被検査物１は左から右方向に走行する。図示の例では磁界発生手段は円筒形ソレノイドコイルである。被検査線１を円筒型コイルの中を通すことにより、被検査線に含まれる磁性体粉は走行方向に平行な方向に磁化される。平行磁界を通過した被検査線１は磁気センサ３の近傍を通過する。ＳＱＵＩＤ磁気センサはピックアップコイル３a やＳＱＵＩＤ（図示せず）を有し、冷媒で低温状態に維持されて断熱容器内に格納されている。
【００１７】
磁気センサおよび磁気センサの下方に位置する被検査線１の部分は、磁気遮断容器６で包囲されている。磁気遮断容器６の壁面には被検査線が通る孔が設けられている。磁気遮断容器６はパ−マロイ等の高透磁率材料で造られている。信号処理器４にディスプレイを設け、操作者はディスプレイ上の観測波形を見ながら感度調整等を行うこともできる。信号処理器４の出力は記録器５によって記録される。
【００１８】
図３は本発明の磁界発生手段の実施例である。３１は磁気コイル、３２は永久磁石、３３は鉄心である。（ａ）の磁界発生手段は直流電源に接続された磁気コイル３１で構成され、磁気コイル内に被検査線１を貫通させ、磁気コイル内の直流磁界により被検査線を長手方向に平行に磁化するように配置されている。（ｂ）の磁界発生手段は磁気コイル３１と鉄心３３とを有している。鉄心の基幹部３３ａにはコイルが巻かれており、基幹部３３ａの両側に脚部３３ｂ，３３ｃが一体に接合されている。脚部３３ｂ，３３ｃの先端は内側に折り曲げられている。脚部３３ｂ，３３ｃの先端の上を被検査線が走行する。その部分においては磁界の走行方向成分が非常に大きいので、被検査線に含まれる磁性体粉はほぼ走行方向に磁化される。（ｃ）の磁界発生手段は（ｂ）の磁界発生手段のコイルを永久磁石に置き換えたものである。
【００１９】
図４も本発明の磁界発生手段の実施例である。磁気ギャップの磁界を利用したものである。４１は磁気コイル又は永久磁石、４２は鉄心、４３は被検査線用孔、４４は被検査線用溝４は溝である。鉄心の構造は図３（ｂ），（ｃ）とほぼ同じである。磁気ギャップに面する両方の鉄心部分に被検査線１を案内する孔４３又は溝４４を設けている。被検査線１に含まれる磁性体を磁化するための磁界として磁気ギャップ内の平行磁界を利用できるので、磁化の効率は非常に良い。
【００２０】
図２は磁気遮断容器を多重化したときの例を示す図で、７、８は追加の磁気遮断容器である。図２の例では磁気センサは磁気遮断容器６で包囲され、磁気遮断容器６は第１の磁気遮断容器７で包囲され、第１の磁気遮断容器は第２の磁気遮断容器８で包囲されている。第１の磁気遮断容器、第２の磁気遮断容器はパ−マロイ等の高透磁率材料で作製されている。第１、第２の磁気遮断容器にも被検査線を通すための孔が設けられている。
【００２１】
磁気遮蔽装置は上端が開放され、上端は外側の第２の磁気遮蔽容器８から内側の第１の磁気遮蔽容器、磁気遮蔽容器６と順次低くなっている。円筒状磁気遮蔽体の円筒内における円筒端部からの進入磁界の減衰は円筒端部からの距離／円筒直径の指数関数に比例する。図２における３重の磁気遮蔽体の磁気遮蔽空間はほぼ同じ領域で、ＳＱＵＩＤ磁気センサ３を含むように上端の高さはそれぞれ設定されている。１重の円筒状磁気遮蔽体の場合、１直径入ると横方向成分は１／５０、縦方向成分は１／１０程度減衰する。磁気遮蔽体の肉圧は外部磁界により磁気飽和しない範囲であれば良い。図示の３重の磁気遮蔽で被検査物の磁気検出は充分実用に耐えられる。磁気遮蔽装置の上端開放部には蓋を設けることが可能である。
【００２２】
図５ないし図８の実験例で本発明と従来例とを比較する。図５は被検査物に捩れがない場合における磁性体粉の位置および磁気遮蔽壁に対する検出信号の大きさの従来例との比較実験例を示す。図５の実験例によると、本発明の被検査物の平行磁化方式では磁性体粉の被検査物中の位置変動によるＳＱＵＩＤ磁気センサの検出信号の大きさはあまり変化していないが、例えば実験例３は磁化方向を平行とし、磁気遮断壁（容器）３個（図２参照）としたものである。この例では検出信号の大きさが磁性体粉が上にある場合９、横にある場合８．９、下にある場合８．８となった。これに対して従来例の垂直方式では磁性体粉が上にある場合は１０、横にある場合９．７、下にある場合９となった。従来例の方式では検出信号の大きさは磁性体粉の位置変動に影響されているのに対し、本発明の方式では位置変動の影響は小さい。
【００２３】
図６は被検査物に捩れがない場合における磁性体粉の位置および大きさに対する検出信号の大きさの従来例との比較実験例を示す。検出信号の大きさは１０μｍの磁性体粉が上に付着されているときの検出信号の大きさを基準にしている。図６の実験例によると、本発明の平行磁化方式では被検査物中の磁性体粉の大きさが大きくなると信号も大きくなっていることが分かる。これに対し従来例の垂直磁化方式では検出信号の大きさは磁性体粉の位置変動の影響により、検出信号の大きさは磁性体粉の大きさと対応していない。
【００２４】
図７は被検査物に捩れがない場合における磁性体粉の位置に対する検出波形の従来例との比較実験例を示す。図８は被検査物の捩れに対する検出波形の従来例との比較実験例である。共に、本発明の平行磁化方式では被検査物の捩れの影響は位置の変動による影響が少し観測されるが、波形はほぼ同一である。それに対し、従来例の垂直磁化方式の検出波形は捩れにより検出波形のピ−ク値および波形が大きく変動している。
【００２５】
磁性体粉を磁化する時に磁性体粉が上にあり、かつ捩れなしの場合は、本発明の検出波形のピ−ク値よりも従来例のピ−ク値が若干高くなっている。磁性体粉を磁化する時に磁性体粉が上にあり、かつ時計方向に９０度捩れた場合には、本発明によると検出信号のピ−ク値および波形は捩れない場合と殆ど同じであるが、従来例では検出信号はほぼ零になる。磁性体粉を磁化する時に磁性体粉が上にあり、かつ捩れ有りの場合、時計方向に１８０度捩れた場合は、本発明によると検出信号のピ−ク値および波形は捩れがない場合と殆ど同じであるが、従来例では検出信号の波形が逆転している。
【００２６】
図５ないし図８の実験例は、ピックアップコイル３a の平面を被検査物の走行方向に対して平行に配置した場合のＳＱＵＩＤ磁気センサの検出波形であるが、ピックアップコイル３a の平面を被検査物の走行方向に対して垂直に配置した場合においても、図５ないし図８の実験例と同じ傾向である。図９は、ピックアップコイル３a の平面を被検査物の走行方向に対して垂直に配置した場合において磁化時の位置に対して被検査物が捩れなし、捩れ４５度、捩れ９０度、捩れ１８０度のときのＳＱＵＩＤ磁気センサの検出信号の波形である。ピックアップコイル３a の平面を被検査物の走行方向に対して垂直に配置した場合においても、本発明の平行磁化方式では検出波形が殆ど変わらないのに対し、従来例の垂直磁化方式の検出波形では図８の従来例における実験例と同じ傾向で大きく変動する。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によると、被検査物中に含まれる磁性体粉の位置変動や被検査物の捩れ走行時の捩れに影響されず、磁性体微粉の大きさとほぼ比例する検出信号を安定して取り出すことができ、検出信号の感度調整、検査判定レベルの設定が容易となり、被検査物中の磁性体粉異物の大きさ及びその分布を容易に検査できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す図である。
【図２】磁気遮断装置を多重にしたときの実施例を示す図である。
【図３】本発明の磁界発生手段例１を説明する図である。
【図４】本発明の磁界発生手段例２を説明する図である。
【図５】磁性体粉の位置および遮蔽壁に対する検出信号の大きさの従来例との比較実験例である。
【図６】磁性体粉の大きさにおよび位置に対する検出信号の大きさの従来例との比較実験例である。
【図７】磁性体粉の位置に対する検出波形の従来例との比較実験例である。
【図８】被検査物の捩れに対する検出波形の従来例との比較実験例１である。
【図９】被検査物の捩れに対する検出波形の従来例との比較実験例２である。
【図１０】従来の磁性体粉の検出装置を示す図である。
【符号の説明】
１、９１被検査線
１a 、９１a 磁性体粉
２、９２磁界発生手段
３、９３ＳＱＵＩＤ磁気センサ
３a 、９３a ピックアップコイル
４、９４信号処理器
５、９５記録器
６〜８、９６磁気遮蔽容器
３１磁気コイル
３２永久磁石
３３、４２鉄心
３３a 鉄心３３の基幹部
３３b 、３３c 鉄心３３の脚部
４１磁気コイル又は永久磁石
４３被検査線用孔
４４被検査線用溝

Claims

連続してその長手方向に走行し当該走行の間に当該長手方向での捩じれの発生を許すよう支持されて走行する長尺の非磁性体からなる被検査物に磁界を加え、磁界が加えられた被検査物における当該被検査物に含まれる磁性体粉にもとづく磁界変動を、超電導量子干渉素子による磁気センサで検出することにより、被検査物に含まれる磁性体粉を検出する方法において、
被検査物の走行方向に平行な磁界を被検査物に加えると共に、
当該被検査物の外周に近接して配置された前記磁気センサからの電気信号を検出するようにした
ことを特徴とする磁性体粉の検出方法。
連続してその長手方向に走行し当該走行の間に当該長手方向での捩じれの発生を許すよう支持されて走行する長尺の非磁性体からなる被検査物に対して、当該被検査物に含まれる磁性体粉を磁化するための磁界発生手段と、
該磁界発生手段により磁界が加えられた被検査物に含まれる磁性体粉にもとづく磁界変動を検出する超電導量子干渉素子による磁気センサと
を具備する磁性体粉の検出装置において、
前記磁界発生手段は、被検査物の走行方向に平行な磁界を被検査物に加えるよう構成され、かつ
前記磁気センサは、前記被検査物の外周に近接して配置されて、前記磁性体粉の走行に伴う電気信号を発生する
ことを特徴とする磁性体粉の検出装置。
前記磁界発生手段は、磁気コイルもしくは永久磁石と磁気ギャップをもつ鉄心とを備え、磁気ギャップに面する鉄心部分に磁界の方向と平行な被検査物通過孔又は溝を設ける
ことを特徴とする請求項２の磁性体粉の検出装置。
前記磁気センサおよび該磁気センサ近傍を通過する被検査物を包囲する磁気遮断装置を有し、当該磁気遮断装置が１重または多重の磁気遮断体を有する
ことを特徴とする請求項２又は３の磁性体粉の検出装置。