JP3811039B2 - 磁気探傷装置の漏洩磁気検出センサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気探傷装置の漏洩磁気検出センサに係り、特に、オンラインで薄鋼帯の表面傷や内部介在物の検査を行う漏洩磁束探傷に用いるのに好適な、強磁性体である被検査材の内部や表面から漏洩する磁束を検出する磁気探傷装置の漏洩磁気検出センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
漏洩磁束探傷法は、被検査材の走行方向に磁界を発生させ、被検査材の内部及び表面欠陥より発生する漏洩磁束を検出して欠陥を探傷する方法であり、漏洩磁束を検出するセンサとして、磁気ダイオード、磁気抵抗素子、ホール素子等の半導体磁気センサがあり、コイル方式のセンサとして、平面コイル、フェライトに導線を巻回した誘導コイルセンサ等がある。
【0003】
このうち磁気ダイオードは、検出感度が高く、形状も小さい利点があるが、温度特性が悪く、又、基本ノイズが大きく、機械的強度が弱いという問題点がある。
【0004】
一方、コイル方式のセンサは、構造が簡単で温度特性もよいが、感度が低いという問題点を有する。
【0005】
これらに対して、半導体磁気センサで、従来感度の低かったホール素子も、感度や温度特性が改善され、漏洩磁束探傷法用の漏洩磁気検出センサとして広く用いられるようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
食缶等の材料となるブリキ板は、ツーピース缶(DI缶)を製造する過程で強度の加工を受けるため、材料の内部に介在する被金属介在物(以下単に介在物と称する)等も、加工割れの原因となっている。検出を要求される大きさは、楕円計算で0.5×10-3mm3の体積で、長さ1.0mm×幅0.1mm×厚さ0.01mm程度であり、幅方向全幅のオンライン探傷では、半導体磁気センサの必要数量は1000個程度となり、信号処理回路も1000チャンネル分という多大な数量必要となるという問題点を有していた。
【0007】
なお、本発明に類似するものとして、実開平7−38956には、磁気感受面にコイルを作成したコイルセンサの磁気感受面の反対側に、直に、強磁性体を配置して、漏洩磁束を該強磁性体に引き寄せ、その多くをコイルセンサの磁気感受面を集中的に横切らせることによってセンサの感度を向上させることが記載されているが、センサの検出範囲を広くすることについては示唆されていなかった。
【0008】
又、特開平4−296648にも、磁気センサの近くに強磁性体の治具を配置することが記載されているが、この治具は、磁気センサの飽和を回避するために、その周辺空間に存在する高密度の磁束をバイパスして、磁気センサ周囲の磁束を低下させるためのシールドであり、多少の感度向上は見込まれるが、検出範囲を拡大することは狙っていない。
【0009】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、漏洩磁気検出センサ1個当りの検出範囲を広くして、センサ数及び信号処理回路の数を少なくすることを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、検査対象ストリップの走行方向に磁界を発生させ、内部及び表面欠陥で生ずる漏洩磁束を、検査対象ストリップの幅方向に多数併設された感磁性素子群を備えた探傷ヘッドによりオンラインで検出して、欠陥信号とする磁気探傷装置において、前記感磁性素子群の磁気感受面の反対側に、前記感磁性素子郡と離隔して、該磁気感受面より大きな軟質磁性体を配置し、更に該感磁性素子の磁気感受面とは反対側の面に密着して、別途の軟質磁性体を配置することにより、前記課題を解決したものである。
【0012】
又、前記感磁性素子の磁気感受面に密着して、更に他の軟質磁性体を配置したものである。
【0013】
又、前記感磁性素子を、ホール素子としたものである。
【0014】
本発明は、又、前記漏洩磁気検出センサを用いたストリップのオンライン探傷方法を提供するものである。
【0015】
本発明の漏洩磁気検出センサ(例えば半導体磁気センサ)は、図1に示す如く、空間中の透磁率と比較して非常に大きい透磁率を有する、半導体磁気センサ12の感磁性素子(例えばホール素子)の磁気感受面12Aよりも大きな軟質磁性体14を、前記磁気感受面12Aの反対側、即ち感磁性素子が検査対象ストリップに対向している面の反対側に、この磁気感受面12Aと所定の間隔をとって、即ち感磁性素子と離隔して設置する。すると、帯鋼等のストリップ10の介在物10Aにより発生する漏洩磁束Fは、軟質磁性体14に引き寄せられ、センサ1個当りの検出幅が広くなると共に、磁気感受面12Aを、該磁気感受面12A、ストリップ10双方に対して垂直な方向に集中的に横切ることになるので、高感度の検出ができるようになる。
【0016】
更に、図1における半導体磁気センサ12として、図2に示すように、フェライト等の軟質磁性体12Bの表面にホール素子等の感磁性素子12Cを配置し、即ち感磁性素子12Cの磁気感受面とは反対側の面に密着して軟質磁性体12Bを配置し、検査対象であるストリップ10側からみて、感磁性素子12Cを検査対象であるストリップ10に対向する側の表面に有する半導体磁気センサ12、前記軟質磁性体14の順に配置することにより、図3に示すように、漏洩磁束Fを磁気感受面12Aに、より垂直方向に集中して横切らせることができるようになるので、更にセンサ1個あたりの検出幅を広く取ることができるようになるとともに、高感度の検出を達成できるため更に好ましい。図2において、16はセンサ取付用の支持板である。
【0017】
このように更に高感度にできるのは、半導体磁気センサ12として、図2に示すように、フェライト等の軟質磁性体12Bの表面にホール素子等の感磁性素子12Cを配置したものを用いた場合、前記軟質磁性体14により引き寄せられた漏洩磁束Fが、更に半導体磁気センサ12に使用している軟質磁性体12Bにより磁気感受面12Aにより多く引き寄せられ、磁気感受面12Aに対してより垂直な方向に集中して磁気感受面12Aを横切らせることができるようになるためである。
【0018】
ここで半導体センサとして、図4に示すように、フェライト等の軟質磁性体12Bの表面にホール素子等の感磁性素子12Cを配置するとともに、ホール素子などの感磁性素子の磁気感受面12Aに密着してフェライトなどの軟質磁性体12Dを配置して、フェライト等の軟質磁性体12B、12Dでホール素子等の感磁性素子12Cを挟み込んでもよい。これにより、磁気感受面を保護すると共に、漏洩磁束Fを磁気感受面12Aに対し垂直方向に横切らせて感度を更に改善することができる。
【0019】
前記感磁性素子12Cとしては、ホール素子を用いることが好ましい。ホール素子はノイズが少ないため、本願のような小さな介在物を対象としても検出しやすく、又、小さなホール素子自体は非常に薄くできるため、本願のような構成をとる漏洩磁気検出センサを、特にストリップに面する方向にコンパクト化でき、他の感磁性素子に比べ、磁気感受面をストリップに近づけて測定しやすく、検出精度を良好にできる。
【0020】
これらに対して、従来のようにセンサ単体のときの漏洩磁束分布は、図5に示す如くとなり、漏洩磁束Fは浅い角度でセンサ12の磁気感受面12Aを通過する。従って、磁気感受面12Aに対する垂直磁束成分が少なく、センサ1個当りの検出幅も狭くなっていた。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0022】
図6は、本実施形態の全体の配置を示す概略構成図、図7は、同じく平面図、図8は、本発明に係る漏洩磁気検出センサを構成する半導体磁気センサ(ここではホール素子)と軟質磁性体の形状を示す断面図である。
【0023】
図6において、本発明に係る半導体磁気センサ12、軟質磁性体14及びストリップ10を磁化するための磁化コイル22が巻かれた磁化ヨーク24は、一体化された磁気センサヘッド20とされており、ストリップ10を矢印方向に搬送する非磁性ロール11の近傍に配置される。
【0024】
前記磁化コイル22に直流電流を流すと、磁化ヨーク24によりストリップ10が磁化され、該ストリップ10に介在物や表面傷があると、漏洩磁束が発生する。この漏洩磁束は、半導体磁気センサ12の位置で、その磁気感受面12Aより大きな軟質磁性体14に引き寄せられ、半導体磁気センサ12の磁気感受面12Aを集中的に横切ることで、1個当りのセンサの検出幅が広くなって検出される。
【0025】
図7は、前記半導体磁気センサ12と、その磁気感受面12Aの反対側に取付けた軟質磁性体14の形状を示す概略図である。本発明に係る漏洩磁気検出センサは、前記半導体磁気センサ12と、その取付用の支持板16に埋設した、磁気感受面12Aより大きな幅Wを有する軟質磁性体14で構成されている。
【0026】
本実施形態では、一体型構造の磁気センサのため、検査用のストリップの静止時にもヨーク24の極間に水平磁界が発生して、浮遊磁界となり、磁性体に悪い影響を与えるため、強い磁化特性と磁束密度を有する軟質磁性体を使用している。
【0027】
前記軟質磁性体14の望ましい形状及び取付位置は、被測定物の傷の大きさにより異なるが、例えば、幅Wを1〜10mm、厚さTを0.05〜3mm程度、半導体磁気センサ12の磁気感受面12Aの反対側面からの取付位置Dは0.1〜3mm、幅方向の長さは、図7に示した如く、使用するセンサの幅方向の両端面までとすることができる。
【0028】
なお、軟質磁性体14は、前述のように、磁気感受面12Aより大きくする必要があり、好ましくは、磁気感受面の長軸方向、短軸方向ともに5〜30倍の長さを有することが好ましい。又、軟質磁性体14は、磁気感受面12Aの軟質磁性体14への投影図において、幅中央に配置することが好ましい。
【0029】
本実施形態においては、軟質磁性体14をセンサ取付用の支持板16に埋め込んでいるので、構成が簡略である。なお、軟質磁性体の配設位置はこれに限定されない。又、軟質磁性体14としては、特に限定しないが、フェライト等の他、安価な、例えば冷延鋼板(焼なまし材)などを用いてもよい。
【0030】
又、本実施形態においては、半導体磁気センサ12及び軟質磁性体14が、磁化コイル22及び磁化ヨーク24と共に磁気センサヘッド20に一体化されているので、全体構成が簡略である。なお、磁化コイル22及び磁化ヨーク24と半導体磁気センサ12及び軟質磁性体14を分離することも可能である。
【0031】
【実施例】
本発明の効果を確認するために行った実験結果について説明する。上記した実施形態の一体型磁気センサヘッド20を、繰り返し同じ場所が検出できる実験用回転ロールに取付けて、本発明の効果を確認した。
【0032】
ここで、感磁性素子としてはホール素子を用い、ホール素子をフェライト表面に配置した半導体磁気センサを用いた。又、軟質磁性体14としては、感磁性素子の磁気感受面よりも大きく、長軸方向、短軸方向ともに磁気感受面の10倍の長さを有する冷延鋼板を用いた。
【0033】
被測定物は、連鋳材で、厚さ0.23mmのブリキ板、介在物として長さ1.0mm、幅0.1mm、厚さ約0.01mmあるものを使用した。ロールの回転速度を200mpmとし、磁気センサと被測定物間のリフトオフは、1.0mmとした。図9の横軸左から磁気センサヘッド20を0.2mmピッチで右に移動させて、何度も同じ位置を通過する介在物を、本発明による軟質磁性体14がある場合(実線A)と従来の無い場合(破線B)について計測した結果、図9のとおり、最大出力の1/2(半価値)が、軟質磁性体14の有無で変わり、軟質磁性体14がある場合(7.8)の方が、無い場合(6.5)に比べて20%程度広くなっていることが確認できた。従って、センサ及び信号処理回路の数を約20%削減できる。
【0034】
又、上記軟質磁性体14の有無につき、磁化電流、即ち磁化コイルに流す電流値の変化によるセンサ出力の変動についても調査した。
【0035】
一般にホール素子などの感磁性素子においては、磁化電流の増加に比例してセンサ出力は大きくなり、ある程度以上の磁化電流値となると、センサ出力が飽和する傾向にある。
【0036】
当該実施例のように、フェライト表面にホール素子を配置した半導体センサを用いた場合、ホール素子単体を用いた場合に比べ、比較的低い磁化電流においてセンサ出力が飽和するようになり、更に磁化電流を大きくすることにより、かえってセンサ出力が小さくなる傾向が認められた。
【0037】
一方、このような半導体センサを用い上記軟質磁性体14がある場合は、上記軟質磁性体14が無い場合に比べて、大きな磁化電流までセンサ出力が飽和せず、又、飽和時のセンサ出力も大きくなることが判った。このように大きな磁化電流までセンサ出力が飽和しないことは、計測時に大きな磁化電流を流すことを可能とするものであり、即ち板厚の厚い検査対象まで測定できることを確認した。
【0038】
又、センサ出力自体も大きくなっており、測定精度を向上できていることも確認した。
【0039】
なお、センサ出力飽和時の磁化電流値近傍において、当該磁化電流値近傍の磁化電流値変化に対するセンサ出力の変化は、軟質磁性体14がある場合は無い場合に比べて小さく、安定した測定が可能であることも確認した。
【0040】
なお、前記説明においては、本発明が、薄鋼板のオンライン探傷に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されない。又、漏洩磁気検出センサの種類も、ホール素子を用いた半導体磁気センサが好ましいが、これには限定されない。
【0041】
【発明の効果】
本発明によれば、漏洩磁気検出センサの1個当りの検出幅を広げることができるので、センサ及び信号処理回路の数を削減できる。又、センサの感度が高まるため、リフトオフを例えば1mmまで広くとって、微小介在物の検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を説明するための断面図
【図2】本発明の改良例における半導体磁気センサ部分の構成を示す断面図
【図3】前記改良例の原理を説明するための断面図
【図4】本発明の他の改良例における半導体磁気センサ部分の構成を示す断面図
【図5】従来の原理を説明するための断面図
【図6】本発明の実施形態の全体配置を示す断面図
【図7】同じく平面図
【図8】同じく半導体磁気センサ部分の構成を示す断面図
【図9】本発明の効果を確認するために行ったテスト結果の例を示す線図
【符号の説明】
10…ストリップ(帯鋼)
10A…介在物
11…非磁性ロール
12…半導体磁気センサ
12A…磁気感受面
12B、12D…軟質磁性体
12C…感磁性素子
14…軟質磁性体
20…磁気センサヘッド
22…磁化コイル
24…磁化ヨーク
F…漏洩磁束
Claims (4)
- 検査対象ストリップの走行方向に磁界を発生させ、内部及び表面欠陥で生ずる漏洩磁束を、検査対象ストリップの幅方向に多数併設された感磁性素子群を備えた探傷ヘッドによりオンラインで検出して、欠陥信号とする磁気探傷装置において、
前記感磁性素子群の磁気感受面の反対側に、前記感磁性素子郡と離隔して、該磁気感受面より大きな軟質磁性体を配置し、
更に該感磁性素子の磁気感受面とは反対側の面に密着して、別途の軟質磁性体を配置し
たことを特徴とする磁気探傷装置の漏洩磁気検出センサ。 - 前記感磁性素子の磁気感受面に密着して、更に他の軟質磁性体を配置したことを特徴とする請求項1に記載の磁気探傷装置の漏洩磁気検出センサ。
- 前記感磁性素子が、ホール素子であることを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気探傷装置の漏洩磁気検出センサ。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の漏洩磁気検出センサを用いたことを特徴とするストリップのオンライン探傷方法。
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