JP5874348B2

JP5874348B2 - 金属帯の渦流探傷方法

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Publication number: JP5874348B2
Application number: JP2011257845A
Authority: JP
Inventors: 田中　薫; 薫田中
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2031-11-25
Also published as: JP2013113619A

Description

本発明は、鋼帯などの金属帯を連続圧延処理する連続圧延ラインなどで用いられる金属帯の渦流探傷方法に関する。

鋼帯を連続圧延処理する連続圧延ラインでは、連続冷間圧延機で鋼帯を冷間圧延したときに割れなどの欠陥が鋼帯の表層部に発生することがあり、割れの発生した鋼帯が下流の焼鈍ライン等にそのまま通板されると割れの生じた部分が拡大し、鋼帯の破断に至ってしまうことから、鋼帯の表層部に割れなどの欠陥が発生した否かを渦流探傷装置により検査するようにしている。

このような連続圧延ライン等に用いられる渦流探傷装置として、強磁性材からなるＥ型コアの中央磁極を一次コイルとし両側の各磁極を二次コイルとする複数の渦流探傷センサと、これらの渦流探傷センサから出力された信号を処理して探傷信号を得る信号処理装置と、この信号処理装置で得られた探傷信号から欠陥の有無を判定する判定装置とを備えてなるものが特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載された渦流探傷装置によると、ピット状の疵や二次コイルの配列方向と直角に伸びる疵だけでなく、二次コイルの配列方向と同一方向に伸びる疵も検出することが可能であるが、疵の種類や大きさ、被検査体の速度等により決定される周波数成分のみを通過させてノイズ成分を信号処理装置でフィルタリングしている。このため、鋼帯が長手方向に沿って波形に変形する形状不良が生じている場合には、鋼帯の形状不良による渦流探傷センサの出力変化をフィルタ回路で除去することができず、鋼帯を連続圧延処理する上で問題とならない鋼帯の形状不良を誤って欠陥と判定してしまうという問題があった。

そこで、波形の形状不良が鋼帯などの金属帯に生じている場合でも割れなどの欠陥のみを探傷可能な方法として、渦流探傷センサの一次コイルに交流電流を通電して金属帯の表層部に渦電流を発生させると共に渦電流による誘起電圧を渦流探傷センサの二次コイルに発生させて信号処理装置に供給し、信号処理装置に供給された誘起電圧の電圧差を求めた後、電圧差の時間的変化を表す探傷信号を生成し、次いで探傷信号の周波数スペクトルが二次コイルのコイル間隔を２倍した値に所定値を加えた値以下となるように探傷信号をフィルタリング処理した後、探傷信号の周波数成分を予め定めた閾値と比較して欠陥の有無を判定する方法が提案されている（特許文献２参照）。

特開平９−８９８４３号公報特開２００７−２４８１５３号公報

しかしながら、冷間圧延が施された金属帯には、腹伸びあるいは中伸びと呼ばれる形状不良が金属帯の中央部に発生するだけでなく、耳伸びと呼ばれる形状不良も金属帯の幅方向端部に発生することがある。この耳伸びは金属帯の中央部に発生する腹伸びに比べて金属帯の長手方向に変形する長さが短いため、特許文献２に記載された渦流探傷方法では、金属帯の幅方向端部に発生した耳伸びを誤って欠陥と判定してしまう可能性があった。
本発明は上述した問題点に着目してなされたものであり、その目的は、金属帯に波形の形状不良や耳伸びが発生した場合でも割れなどの欠陥を精度よく渦流探傷することのできる金属帯の渦流探傷方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、金属帯の表層部に発生した欠陥を渦流探傷装置により探傷する金属帯の渦流探傷方法であって、前記渦流探傷装置として、前記金属帯の幅方向に配列された複数個の渦流探傷センサと、該渦流探傷センサから出力された信号を処理して探傷信号を得る信号処理装置と、該信号処理装置で得られた探傷信号から前記欠陥の有無を判定する判定装置とを備えると共に、前記渦流探傷センサが前記鋼帯の長手方向に沿って配置されたＥ型コアと、該Ｅ型コアに形成された３つの磁極のうち前記Ｅ型コアの中央部に位置する磁極に巻回された一次コイルと、前記３つの磁極のうち前記Ｅ型コアの両端部に位置する磁極に巻回された２つの二次コイルとを有してなるものを用い、前記渦流探傷センサの一次コイルに交流電流を通電して前記金属帯の表層部に渦電流を発生させると共に該渦電流による誘起電圧を前記二次コイルに発生させて前記信号処理装置に供給し、前記信号処理装置に供給された誘起電圧の電圧差を求めた後、前記誘起電圧差の時間的変化を表す探傷信号を生成し、次いで前記探傷信号の周波数スペクトルが前記二次コイルのコイル間隔を２倍した値に所定値を加えた値以下となるように前記探傷信号をフィルタリング処理した後、前記探傷信号のフィルタリング処理後の信号出力値を予め定めた第１の閾値と比較し、該第１の閾値を前記信号出力値が超えているときにフィルタリング処理後の前記探傷信号をサンプリングし、サンプリングされた前記探傷信号の信号出力値を差分処理して前記信号出力値の最大差分値を求め、次いで前記探傷信号のフィルタリング処理前の最大信号出力値に対する前記最大差分値の変化率を第２の閾値と比較し、該第２の閾値を前記変化率が超えたときに前記金属帯の表層部に欠陥が発生したと前記判定装置で判定することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の金属帯の渦流探傷方法において、前記最大差分値と前記最大信号出力値との比を算出して前記変化率を求めることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２のいずれか一項に記載の金属帯の渦流探傷方法において、前記探傷信号をディジタル化してフーリエ変換した後、前記探傷信号の周波数スペクトルが前記二次コイルのコイル間隔を２倍した値に所定値を加えた値以下となるように前記探傷信号をフィルタリング処理することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属帯の渦流探傷方法において、前記探傷信号をフィルタリング処理した後にフーリエ逆変換し、フーリエ逆変換された探傷信号をアナログ信号に変換してから前記探傷信号のフィルタリング処理後の信号出力値を前記第１の閾値と比較することを特徴とする。

本発明によれば、金属帯に発生する波形の形状不良だけでなく金属帯の幅方向端部に発生する耳伸びと欠陥とを判別することが可能となるので、金属帯に波形の形状不良や耳伸びが発生した場合でも割れなどの欠陥を精度よく渦流探傷することができる。

本発明に係る金属帯の渦流探傷方法を実施するときに用いられる渦流探傷装置の一例を示す図である。図１に示す渦流探傷センサの詳細構成を示す図である。図１に示す信号処理装置で得られる探傷信号の波形を示す図である。図１に示す判定装置による欠陥判定を説明するためのフローチャートである。鋼帯に割れが発生した場合と耳伸びが発生した場合の探傷信号の波形を示す図である。

以下、図１〜図５を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明に係る金属帯の渦流探傷方法を実施するときに用いられる渦流探傷装置の一例を示す図、図２は図１に示す渦流探傷センサの詳細構成を示す図である。図１に示される渦流探傷装置１は複数個の渦流探傷センサ２と、これらの渦流探傷センサ２から出力された信号を処理して探傷信号を得る信号処理装置３と、この信号処理装置３で得られた探傷信号から欠陥の有無を判定する判定装置４とを備え、渦流探傷センサ２は鋼帯Ｓの幅方向に配列されている。

また、各渦流探傷センサ２は強磁性材からなるＥ型コア２１（図２参照）を有し、このＥ型コア２１は鋼帯Ｓの長手方向に沿って配置されている。さらに、各渦流探傷センサ２は一次コイル２２を有し、この一次コイル２２はＥ型コア２１に形成された３つの磁極のうちＥ型コア２１の中央部に位置する磁極に巻回されている。

また、各渦流探傷センサ２は２つの二次コイル２３ａ，２３ｂを有し、これらの二次コイル２３ａ，２３ｂはＥ型コア２１に形成された３つの磁極のうちＥ型コア２１の両端部に位置する磁極にそれぞれ巻回されている。従って、図示しない電源装置から一次コイル２２に交流電流を通電すると、図２に矢印で示すような渦電流が鋼帯Ｓの表層部に発生する。そして、鋼帯Ｓの表層部に渦電流が発生すると、この渦電流により誘起された電圧が二次コイル２３ａ，２３ｂに発生し、二次コイル２３ａ，２３ｂに発生した誘起電圧が各渦流探傷センサ２から出力される。

信号処理装置３は差動増幅回路３１を有し、渦流探傷センサ２の二次コイル２３ａ，２３ｂで発生した誘起電圧Ｖ１，Ｖ２は差動増幅回路３１に供給され、誘起電圧Ｖ１，Ｖ２の電圧差ΔＶを増幅した信号として差動増幅回路３１から出力される。
さらに、信号処理装置３は位相検波回路３２を有し、差動増幅回路３１から出力された信号は位相検波回路３２に供給され、電圧差ΔＶの時間的変化を表す探傷信号（アナログ信号）として位相検波回路３２から出力される。なお、位相検波回路３２には、探傷信号の基準電圧を設定するために、一次コイル２２に交流電流を通電する不図示の電源装置から交流電圧が供給されている。

また、信号処理装置３はＡ／Ｄ変換回路３３を有し、位相検波回路３２から出力された探傷信号はＡ／Ｄ変換回路３３に供給され、このＡ／Ｄ変換回路３３でディジタル信号に変換される。
さらに、信号処理装置３は高速フーリエ変換回路（以下、ＦＦＴ回路という）３４を有し、Ａ／Ｄ変換回路３３でディジタル化された探傷信号はＦＦＴ回路３４に供給され、このＦＦＴ回路３４でフーリエ変換される。

また、信号処理装置３はフィルタ回路３５を有し、ＦＦＴ回路３４でフーリエ変換された探傷信号はフィルタ回路３５に供給される。そして、探傷信号の周波数スペクトルが二次コイル２３ａ，２３ｂのコイル間隔を２倍した値に所定値を加えた値α以下となるようにフィルタ回路３５でフィルタリング処理され、これにより、探傷信号の周波数成分のうちαの逆数であるβ未満の周波数成分がカットされる。

さらに、信号処理装置３は高速フーリエ逆変換回路（以下、ＩＦＦＴ回路という）３６を有し、フィルタ回路３５でフィルタリング処理された探傷信号はＩＦＦＴ回路３６に供給され、このＩＦＦＴ回路３６でフーリエ逆変換される。
また、信号処理装置３はＤ／Ａ変換回路３７を有し、ＩＦＦＴ回路３６でフーリエ逆変換された探傷信号はＤ／Ａ変換回路３７に供給され、このＤ／Ａ変換回路３７でアナログ信号に再変換される。そして、Ｄ／Ａ変換回路３７でアナログ信号に再変換された探傷信号（以下、フィルタリング処理後の探傷信号という）は判定装置４に供給される。

図３は信号処理装置３の位相検波回路３２から出力される探傷信号の波形を示す図であり、鋼帯Ｓの表層部に欠陥Ｆ（図２参照）が存在する場合には、図３に示すような探傷信号ａが信号処理装置３の位相検波回路３２から出力される。このときの探傷信号ａはｓｉｎカーブのような波形を描き、図３の横軸を長さで表した場合、その波長は二次コイル２３ａ，２３ｂのコイル間隔を約２倍した値となる。

一方、鋼帯Ｓに波形の形状不良部がある場合には、鋼帯Ｓの形状不良部が渦流探傷センサ２の直下を通過すると、図３に示すような探傷信号ｂが信号処理装置３の位相検波回路３２から出力される。このときの探傷信号ｂは探傷信号ａと比較して、波長が長いｓｉｎカーブのような波形を描き、図３の横軸を長さで表した場合、その波長は形状不良部の長さとほぼ同一となる。
したがって、ＦＦＴ回路３４でフーリエ変換された探傷信号の周波数スペクトルが二次コイル２３ａ，２３ｂのコイル間隔を２倍した値に所定値を加えた値α以下となるように探傷信号をフィルタ回路３５でフィルタリング処理することで、探傷信号ｂの周波数成分をフィルタ回路３５でカットすることができる。

例えば、渦流探傷センサ２の二次コイル２３ａ，２３ｂのコイル間隔を５０ｍｍ、判定装置４でサンプリングされる探傷信号のサンプリングピッチをコイル間隔の約１０分の１である４ｍｍに設定した場合、有害欠陥が含まれる探傷信号ａの波長は約１００ｍｍとなる一方、鋼帯Ｓに波形の形状不良部が発生したときの探傷信号ｂの波長は１４０ｍｍ以上になることから、αの値として二次コイル２３ａ，２３ｂのコイル間隔の二倍の値に所定値を加えた１２０ｍｍに設定する。ラインスピードを１１０ｍ／ｍｉｎとすると、βの値は約１７Ｈｚとなり、探傷信号の周波数成分のうち１７Ｈｚ未満の周波数成分がフィルタ回路３５でカットされる。また、必要に応じて、ノイズ除去のために、ローパスフィルタを設定してもよく、本実施形態の場合、例えば２２Ｈｚを設定することで、ノイズ成分を除去することができる。

なお、フィルタ回路３５でカットする周波数成分の基準値を二次コイル２３ａ，２３ｂのコイル間隔を２倍した値に設定してしまうと、有害な欠陥に関連する周波数成分までカットされるおそれがあるため、本実施形態では、多少の余裕を持たせるために、二次コイル２３ａ，２３ｂのコイル間隔を２倍した値に所定値を加えた値αを基準値に設定し、αの逆数であるβ未満の周波数成分をフィルタ回路３５でカットするようにしている。

図４は判定装置４による欠陥判定を説明するためのフローチャートであり、信号処理装置３で得られた探傷信号が判定装置４に供給されると、判定装置４は鋼帯Ｓの表層部に割れなどの欠陥が存在するか否かを図４に示すフローチャートに従って判定する。
すなわち、まず、図４のステップＳ１において、判定装置４は探傷信号のフィルタリング後の信号出力値Ｓｆを予め定めた第１の閾値α１と比較する。この閾値α１は明らかに割れなどの有害欠陥に起因する程度の信号出力が除外されるように適宜設定される。ここで、探傷信号の信号出力値Ｓｆが第１の閾値α１より小さい場合（Ｓｆ≦α１）には、判定装置４は鋼帯Ｓの表層部に割れなどの有害な欠陥が存在しないと判定する（ステップＳ２）。

一方、探傷信号の信号出力値Ｓｆが第１の閾値α１を超えている場合（Ｓｆ＞α１）には、判定装置４はフィルタリング処理後の探傷信号を一定間隔（例えば１０データおき）でサンプリングする（ステップＳ３）。このときのサンプリング間隔は、割れに起因するような信号（波形）の立ち上がりを捕らえられるような間隔に過去の実績等を基に設定することが望ましい。

次に、判定装置４はステップ３でサンプリングされた探傷信号の信号出力値Ｓｆを差分処理する（ステップＳ４）。そして、信号出力値Ｓｆの最大差分値max.ΔＳｆを求めるとともに、フィルタリング処理される前の探傷信号の最大信号出力値max.Ｓを求める（ステップＳ５）。ここで差分処理とは、ｎ番目にサンプリングされた探傷信号出力とｎ＋１番目にサンプリングされた探傷信号出力との差（ΔＳｆ＝Ｓｆ_ｎ＋１−Ｓｆ_ｎ）をとることである。

ステップＳ５で最大差分値max.ΔＳｆと最大信号出力値max.Ｓを求めたならば、判定装置４は最大信号出力値max.Ｓに対する最大差分値max.ΔＳｆの変化率Ｒ（＝max.ΔＳｆ／max.Ｓ）を算出する（ステップＳ６）。そして、ステップＳ６で算出した変化率Ｒを予め定めた第２の閾値α２と比較する（ステップＳ７）。
ここで、変化率Ｒが第２の閾値α２を超えていない場合、すなわち信号変化が緩やかな場合、判定装置４は鋼帯Ｓの幅方向端部に耳伸びが発生したと判定する（ステップＳ８）。一方、変化率Ｒが第２の閾値α２を超えている場合、すなわち信号変化が急峻な場合には、判定装置４は鋼帯Ｓの表層部に割れが発生したと判定する（ステップＳ９）。

図５は鋼帯Ｓに割れが発生した場合と耳伸びが発生した場合の探傷信号の波形を示す図であり、（ａ）は探傷信号をフィルタリング処理する前の探傷信号波形、（ｂ）は探傷信号をフィルタリング処理した後の探傷信号波形、（ｃ）はフィルタリング処理後に差分処理された探傷信号の波形をそれぞれ示している。
図５（ａ）、（ｂ）に示される探傷信号の信号波形から明らかなように、探傷信号の信号出力をフィルタリング処理後に第１の閾値と比較しただけでは閾値を超える部分が割れによるものか耳伸びによるものかを判別することができないが、図５（ｃ）に示されるように、フィルタリング処理後に差分処理を行うことで信号レベルの違いが見い出され、さらに、この信号波形から得られる変化率Ｒを第２の閾値と比較することで割れと耳伸びとを判別することが可能となる。

上述のように、探傷信号をフィルタリング処理した後、探傷信号の信号出力値Ｓｆを予め定めた第１の閾値と比較し、第１の閾値を信号出力値Ｓｆが超えているときに変化率Ｒを算出し、この変化率Ｒを予め定めた第２の閾値と比較することで、鋼帯Ｓに発生する波形の形状不良だけでなく鋼帯Ｓの幅方向端部に発生する耳伸びと欠陥とを判別することが可能となる。したがって、鋼帯Ｓに波形の形状不良や耳伸びが発生した場合でも割れなどの欠陥を精度よく渦流探傷することができる。

Ｓ…鋼帯
１…渦流探傷装置
２…渦流探傷センサ
３…信号処理装置
４…判定装置
２１…Ｅ型コア
２２…一次コイル
２３ａ，２３ｂ…二次コイル
３１…差動増幅回路
３２…位相検波回路
３３…Ａ／Ｄ変換回路
３４…ＦＦＴ回路
３５…フィルタ回路
３６…ＩＦＦＴ回路
３７…Ｄ／Ａ変換回路

Claims

金属帯の表層部に発生した欠陥を渦流探傷装置により探傷する金属帯の渦流探傷方法であって、
前記渦流探傷装置として、前記金属帯の幅方向に配列された複数個の渦流探傷センサと、該渦流探傷センサから出力された信号を処理して探傷信号を得る信号処理装置と、該信号処理装置で得られた探傷信号から前記欠陥の有無を判定する判定装置とを備えると共に、前記渦流探傷センサが前記鋼帯の長手方向に沿って配置されたＥ型コアと、該Ｅ型コアに形成された３つの磁極のうち前記Ｅ型コアの中央部に位置する磁極に巻回された一次コイルと、前記３つの磁極のうち前記Ｅ型コアの両端部に位置する磁極に巻回された２つの二次コイルとを有してなるものを用い、
前記渦流探傷センサの一次コイルに交流電流を通電して前記金属帯の表層部に渦電流を発生させると共に該渦電流による誘起電圧を前記二次コイルに発生させて前記信号処理装置に供給し、前記信号処理装置に供給された誘起電圧の電圧差を求めた後、前記誘起電圧差の時間的変化を表す探傷信号を生成し、次いで前記探傷信号の周波数スペクトルが前記二次コイルのコイル間隔を２倍した値に所定値を加えた値以下となるように前記探傷信号をフィルタリング処理した後、前記探傷信号のフィルタリング処理後の信号出力値を予め定めた第１の閾値と比較し、該第１の閾値を前記信号出力値が超えているときにフィルタリング処理後の前記探傷信号をサンプリングし、サンプリングされた前記探傷信号の信号出力値を差分処理して前記信号出力値の最大差分値を求め、次いで前記探傷信号のフィルタリング処理前の最大信号出力値に対する前記最大差分値の変化率を第２の閾値と比較し、該第２の閾値を前記変化率が超えたときに前記金属帯の表層部に欠陥が発生したと前記判定装置で判定することを特徴とする金属帯の渦流探傷方法。
前記最大差分値と前記最大信号出力値との比を算出して前記変化率を求めることを特徴とする請求項１に記載の金属帯の渦流探傷方法。
前記探傷信号をディジタル化してフーリエ変換した後、前記探傷信号の周波数スペクトルが前記二次コイルのコイル間隔を２倍した値に所定値を加えた値以下となるように前記探傷信号をフィルタリング処理することを特徴とする請求項１または２に記載の金属帯の渦流探傷方法。
前記探傷信号をフィルタリング処理した後にフーリエ逆変換し、フーリエ逆変換された探傷信号をアナログ信号に変換してから前記探傷信号のフィルタリング処理後の信号出力値を前記第１の閾値と比較することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属帯の渦流探傷方法。