JPH03239960A - 鋼板の疵検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は鋼板の疵検出装置、特に微小紙の検出精度の
向上に関するものである。

［従来の技術］ 例えば鋼板や鋼管等に発生する疵を検出するために、超
音波探傷法、渦電流探傷法、漏洩磁束探傷法等が従来か
ら用いられている。

これらの探傷法のうち漏洩磁束探傷法は他の方法と比べ
て悪環境でも測定できるため、従来からあらゆる場所で
利用されている。

第１１図は漏洩磁束探傷法を使用した従来の鋼板の疵検
出装置の構造を示す０図に示すように、疵検出装置は、
鋼板ｌの移動に伴って回転する非磁性の中空ロール２と
、中空ロール２内に設けられ鋼板ｌを磁化するため磁化
コア４に巻き回されたコイル３と、磁化コア４間に設け
られ漏洩磁束を検出する例えばホール素子からなるセン
サー５とから構成されている。

鋼板ｌの疵を検出するときは、コイル３に直流電流を流
して磁界を生じさせる。そして、移動する鋼板ｌをロー
ル２を介して磁化コア４によって磁化する。この磁化さ
れた鋼板ｌに疵が存在すると、疵の部分に漏洩磁束が生
じる。この漏洩磁束をセンサー５によって検出し、セン
サー５からの出力信号の大小により鋼板ｌに存在する疵
を検出する。

この場合、センサー５の出力信号にはノイズ信号が含ま
れるので、このノイズの影響を除去するため、あらかじ
め一定レベルのしきい値を定め、このしきい値を越えた
センサー５の出力信号により疵を検出し、疵の誤検出を
防止している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記ノイズは鋼種や圧延条件等の違い、
あるいは測定場所の他の磁性体の影響を受け、種々のノ
イズレベルを有する。この種々のノイズを除去し疵の誤
検出を防止するため、従来はノイズの中で最も高いレベ
ルのものをしきい値として設定していた。このため、主
要な疵は検出することはできるが、センサー５から出力
するしきい値以下の信号で示される微小な疵は検出でき
ず、疵の測定精度が低下するという短所があった。

他方、例えば特願平１−１１０１０８号に係る原理に基
づく磁気センサのようにセンサ５の感度が高ければ高い
ほど、より小さな疵（欠陥）を検出できるとはいえ、種
々のノイズを拾う傾向が強まるため、ノウズ除去と疵の
高精度検出の要求は高まる。

この発明はかかる短所を解決するためになされたもので
あり、微小な疵も高感度に検出し疵の測定精度を高める
ことができる鋼板の疵検出装置を得ることを目的とする
ものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る鋼板の疵検出装置は、磁気センサと、磁
気センサの出力を受けて鋼板の主要な疵を検出する第１
の比較手段と、第２しきい値算出手段及び第２しきい値
算出手段と磁気センサの出力を受けて鋼板の小さな疵を
検出する第２の比較手段とを有する。

磁気センサは、強磁性体コアに巻き回され連続して移動
する鋼板の表面近傍に設置されたコイルと、このコイル
に固定インピーダンスを介して一定周波数、一定電圧の
交流電力を供給する交流電力供給手段と、コイルの両端
から出力する電圧の正側電圧と負側電圧をそれぞれ検出
する直流電圧検出手段と、直流電圧検出手段で検出した
正側電圧と負側電圧の差を演算し磁界の強さを検出する
磁気検出手段とからなる。

第１の比較手段は磁気センサからの検出信号とあらかじ
め定められた第１しきい値とを比較し、第１しきい値を
越えた検出信号と第１しきい値に達しない検出信号とを
判別する。

第２しきい値算出手段は第１の比較手段からの第１しき
い値に達しない検出信号を受けて、あらかじめ定められ
た鋼板の移動距離毎に検出信号のピーク値を検出するピ
ーク値検出手段と、ピーク値検出手段で検出した複数個
のピーク値から代表値を選定する代表値選定手段と、代
表値選定手段から順次送られる代表値の平均値を演算し
第２しきい値を算出する平均値演算手段とからなる。

第２の比較手段は第２しきい値算出手段で算出した第２
しきい値と磁気センサの検出信号とを比較する。

また、上３己磁気センサのコイルに直流バイアスを加算
したパルス電流を供給することが好ましい。

また、パルス電流に加算する直流バイアスを磁気検出手
段からの磁気検出信号に応じて可変制御することにより
、紙検出性能をより向上させる。

［作用コ この発明においては、強磁性体コアに巻き回されコイル
に一定周波数、一定電圧の交流電力を供給し、このコイ
ルに流れる交流Ｎａにより生じる磁界によってヒステリ
シス特性を示す強磁性体コアの透磁率によりコイルのイ
ンピーダンスを変化させ、コイルの両端出力電圧を正負
対象の矩形波状に変化させる。このコイルを鋼板に近接
して配置し鋼板からの漏洩磁束により、コイルの両端出
力電圧の正側電圧と負側電圧の電圧値を変化させる。こ
の変化する正側電圧と負側電圧をそれぞれ検出し、検出
した正側電圧と負側電圧の差を算出し、鋼板の漏洩磁束
を電気信号として検出する。

これにより、より微小な疵を極めて高感度に検出できる
。

この磁気センサからの検出信号とあらかじめ定められた
第１しきい値とを第１の比較手段で比較し、第１しきい
値を越えた検出信号を主要な疵を検出として出力する。

また、第２しきい値算出手段では、第１の比較手段で判
別した第１しきい値に達しない検出信号のピーク値を、
あらかじめ定められた鋼板の移動距離毎に検出し、検出
した複数個のピーク値から代表値を選定し、順次得られ
る代表値の平均値を演算しで第２しきい値を算出する。

この第２しきい値を基準にして磁気センサの検出信号か
ら鋼板の小さな疵を検出する。

また、磁気センサのコイルに直流バイアスを加算したパ
ルス電流を供給することにより、漏洩磁束の測定スパン
を拡大することができる。

また、パルス電流に加算する直流バイアスな磁気検出手
段からの磁気検出信号に応じて可変制御することにより
、磁気センサの動作点を自動的に補償することができる
。

［寅施例コ 第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図である。

図に示すように、疵検出装置は磁気センサ５と、磁気セ
ンサ５からの磁気検出信号を受けて第１しきい値設定手
段６に設定された第１しきい値と比較し、鋼板の主要な
疵を検出する第１の比較手段７と、−第２しきい値を算
出する第２しきい値算出手段８と、第２しきい値算出手
段と第１の比較手段７からの信号を受けて鋼板の小さな
疵を検出する第２の比較手段９及び表示手段１０とを有
する。

磁気センサ５は棒状の強磁性体コア１１と、強磁性体コ
ア１１に巻き回されたコイル１２．コイル１２に固定イ
ンピーダンス１４を介して一定周波数、一定電圧の交流
電力を供給する交流電力供給手段１３、コイル１２の両
端に接続された直流電圧検出手段１５及び磁気検出手段
１６とを有する。直流電圧検出手段１５は正極性検波器
と頁捲性検波器とを有し、コイル１２の出力電圧の正側
電圧と負側電圧をそれぞれ検出する。磁気検出手段１６
は直流電圧検出手段１５の出力を受けてコイル１２の正
側電圧と負側電圧の差を求め、磁界の強さを検出する。

第２しきい値算出手段８は第１の比較手段７６）らの第
１しきい値に達しない検出信号を受けて、あらかじめ定
められた鋼板の移動距離毎に検出信号のピーク値を検出
するピーク値検出手段１７と、ピーク値検出手段１７で
検出した複数個のピーク値から代表値を選定する代表値
選定手段１８と、代表値選定手段１８から順次送られる
代表値の平均値を演算し第２しきい値を算出する平均値
演算手段１９とからなる。

上記のように構成された疵検出装置により鋼板ｌの疵を
検出する場合は、例えば、第２図（ａ）に示すように、
磁気センサ５の強磁性体コア１１に巻き回されたコイル
１２をＨ４板１の移動に伴って回転する非磁性の中空ロ
ール２内に設けられ、鋼板ｌを磁化するコイル３が巻き
回された磁化コア４の間に設置する。なお、磁気センサ
５の強磁性体コア１１に巻き回されたコイル１２は、第
２図（ｂ）に示すように、鋼板ｌを磁化するコイル３が
巻き回された磁化コア４を有する中空ロール２と鋼板ｌ
を挾んで設けられた、中空ロール２と同径の中空ロール
２ａ内に設置してもよい。

上記のように構成された疵検出装置の動作を説明するに
あたり、まず上記磁気センサ５の原理を第３図の電圧波
形図と第４図の強磁性体コアの磁化特性図を参照して説
明する。

第３図（ａ）の電圧波形図に示すように一定周波数、一
定電圧の交流電圧Ｅをコイル１２に供給すると、コイル
１２の両端に発生する電圧Ｅ０は固定インピーダンス１
４の抵抗ｆｌｌ［Ｒとコイル１２のインピーダンスｚｓ
により次式で決定される。

Ｅｏ　＝Ｅ−Ｚｓ　／　（Ｒ＋Ｚ、） で示される。

このコイル１２のインピーダンスＺ３は強磁性体コア１
１の透磁率に比例して変化する。すなわち外部磁界を加
えない状態でコイル１２に交流電流を流すると、コイル
１２の磁束により強磁性体コア１１が磁化される０強磁
性体コア１１の透磁率は一定でなく、磁界の強さによっ
て変化し、第４図に示すように磁化曲線がヒステリシス
特性を示す、なお、第４図において、Ｂは磁束密度、ｎ
はコイル２の巻数、ｉはコイル電流である。

このためコイル１２の両端に発生する出力電圧Ｅ０は第
３図（ｂ）に示すように、正負対象の矩形波状の波形に
なる。そして外部磁界が加えられない状態では正側電圧
ｖ１と負側電圧ｖ２は等しくなる。

この状態でコイル１２に外部磁界を加えると強磁性体コ
ア１１を交差する磁束はコイル１２で発生する磁束と外
部磁界の磁束の合成磁束となる。

このためコイル１２の両端に発生する波形は第３図（Ｃ
）に示すように、正側電圧ｖＩと負側電圧Ｖ、に差生じ
る。このコイル１２の両端に発生する出力電圧の正側電
圧ｖ１と負側電圧Ｖ、を比較しその差を求めることによ
って間接的に外部磁界を計測できる。

そして、この磁気センサ５で外部磁界の磁束密度を測定
すると、第５図に示すように、０〜ｌＯガウスという微
小な磁束密度に対して口〜５００ｍＶという高い出力電
圧を得ることができ、従来のホール素子の出力電圧数ｍ
Ｖと比べて非常に高い検出感度で磁束密度を測定するこ
とができる。

次に上記原理に基ずく磁気センサ５を使用した疵検出装
置の動作を説明する。

例えば、第２図（ａ）に示すように、連続して移動する
鋼板ｌの表面に近接して設けられた中空ロール２の磁化
コア４の間に強磁性体コア１１に巻き回されたコイル１
２を設置する。この状態でコイル１２に交流電力供給手
段１３から固定インピーダンスＩ４を介して、第３図（
ａ）の波形図に示すような一定周波数、一定電圧の交流
電力を供給する。コイル１２は供給された交流電流によ
り磁界を生じ、その磁束が強磁性体コアＩＩを第４図に
示すように、磁束密度Ｂが飽和状態になるまで磁化する
。この強磁性体コア１１の磁界の強さはコイル１２に流
れる交流電流によりヒステリシス特性を繰返し、コイル
１２のインピーダンスを交流電流の周波数と同じ周波数
で変化させる。

一方、コイル１２には中空ロール２内に設けられた磁化
コア４で発生し鋼板１を通った磁束の漏洩磁束が加えら
れる。この鋼板ｌからの漏洩磁束は鋼板ｌの疵と疵の大
きさにより変化する。このため、第３図（Ｃ）に示すよ
うにコイル１２の両側出力電圧の正側電圧ｖＩと負側電
圧Ｖ雪に差が生じる。そこで、直流電圧検出手段１５で
コイル１２の正側電圧ｖＩと負側電圧Ｖ！をそれぞれ検
出し磁気検出手段１６に送る。磁気検出手段１６は送ら
れた正側電圧■、と負側電圧ｖ２の電圧差を演算し、鋼
板ｌの漏洩磁束に比例した磁気検出信号を得る。

この磁気センサ５で移動する鋼板ｌの漏洩磁束を連続測
定して得た第６図に示す磁気検出信号Ｓを第１の比較手
段７に送る。第１の比較手段７は送られた検出信号Ｓと
あらかじめ第１しきい値設定手段６に設定された第１し
きい値ＴＨ，とを比較し、検出信号Ｓのうち第１しきい
値ＴＨ，を越えた検出信号ＳＩと第１しきい値ＴＨ，を
越えない検出信号Ｓ８とを判別し、第１しきい値ＴＨ。

を越えた検出信号Ｓ１を主要な疵の検出信号として表示
手段ｌＯに送り表示する。

一方、第１の比較手段７で判別された第１しきい値ＴＨ
，を越えない検出信号Ｓｓは第２しきい値算出手段８の
ピーク値算出手段１７に送られる。ピーク値検、出手段
１７は、第７図に示すように、鋼板ｌの移動距離検出手
段２０から送られる移動距離し、例えばＬ　＝　Ｉ００
ｇｅｍ毎に検出信号Ｓ８のピーク値Ｐｉを検出する。こ
のピーク値Ｐｉが代表値選定手段１８に送られ、あらか
じめ定められた回数ｎ回毎に、送られたピーク値Ｐｉ（
ｉ＝１〜ｎ）の中から例えば第３番目の高さのピーク値
Ｐａを選択し、複数個のピーク値Ｐｉ（ｉ＝ｌ−ｎ）の
代表値として定める。このように代表（１ｉ　Ｐ　ａを
定めるのは、第５図に示すように、ノイズにより急激に
大きくなった検出信号Ｓｎの影響を防ぐためである。

このピーク値の代表値Ｐａが平均値演算手段１９に送ら
れる。平均値演算手段１９は鋼板ｌの移動にしたがって
順次送られるピーク値の代表値Ｐａｊ　（ｊ　＝　１〜
ｍ）をあらかじめ定められたｍ回毎に平均し、その平均
値を第２しきい値ＴＨ寞として第２の比較手段９に送る
。

第２の比較手段９は第２しきい値演算手段８から送られ
る第２しきい値ＴＨ，と第１の比較手段７から送られる
第１しきい値ＴＨ，を越えない検出信号Ｓ８とを比較し
、第２しきい値Ｔ　Ｈｚを越えた検出信号Ｓ８を鋼板ｌ
の微小な疵の検出信号として表示手段ｌＯに送り表示す
る。

なお、第２しきい値算出手段８の平均値演算手段１９で
得た第２しきい値ＴＨ，には安全率αを乗算しても良い
。

このように磁気センサ５で高検出感度で検出した鋼板ｌ
からの漏洩磁束検出信号Ｓを第１しきい値ＴＨＩと、圧
縮条件等で変わる第２しきい値ＴＨ意とで比較して主要
な疵とともに微小な疵も検出するようにしたので、鋼板
の紙検出精度な大幅に向上させることができる。

さらに、漏洩磁束の測定の際に温度が変動してコイル１
２の巻線抵抗と強磁性体コアｌｌの透磁率が変化しても
、この変化によるコイル１２のインピーダンスは磁化電
流の正負陽性とも等しく変化するので相互に補償し合う
から、温度変化によるコイル１２の正側電圧と負側電圧
の差にドリフトは発生せず、温度変動の影響なしに精度
良く漏洩磁束を測定することができる。

また強磁性体コア１１をコイル１２に流す電流で充分飽
和するまで磁化することにより、コイル１２の両端に発
生する出力電圧は一定値にクリップされ、コイル両端の
出力電圧は外部磁界の強弱のみによって正掻と頁捲との
振幅及び位相が変化するようにしたから、交流電力供給
手段１３の出力電圧や固定インピーダンス１４の抵抗値
が多少変化しても検出感度は変化せず、高感度で漏洩磁
束を測定することができる。

なお、上記実施例においては、磁気センサｌの強磁性体
コア１１に巻き回したコイル１２に交流電力供給手段１
３から、第３図（ａ）に示すような連続した交流電力を
供給する場合について説明したが、交流電力供給手段１
３からパルス電流を出力し、このパルス電流に直流バイ
アスを加算することにより、磁束密度検出の測定スパン
を拡大し、疵の検出精度をより向上させることができる
。

第８図はコイル１２に直流バイアスを加えたパルス電流
を供給する場合の実施例の磁気センサ５を示す０図に示
すように、交流電力供給手段１３から高周波電圧パルス
電流が加算器２１に供給されるとともに直流電源２２か
ら直流バイアスが加算器２１に供給される。加算器２１
では高周波電圧に直流バイアスを加算して合成電圧を発
生し、その合成電圧が電力増幅器２３で増幅され、抵抗
からなる周波インピーダンス１４を介してコイル１２に
供給される。

この実施例において、直流電源２２からの直流バイアス
電流の値をＯｍＡ、　５０　ｍＡ、　１ｏｈＡ　。

１５０ｍＡ　、　２０ｈＡと変化させたときのコイル１
２の磁化電流−出力電圧特性を測定した結果を第９図に
示す。

第９図から解るように、コイル１２に直流バイアス電流
を１００ＱＩＡ供給すると直流バイアスが０ＩＩＡのと
きに比べて線形特性が得られる範囲が磁化電流の０〜４
．５Ａ程度となり約２倍の測定スパンが得られることに
なる。このように測定スパンを拡大することができ、疵
検出精度を向上できる。

そして直流バイアス電流を１００ａ＋Ａからさらに多く
すると１ｌｌ１１定スパンは変化しないが磁界強度の測
定エリアがシフトするようになる。

また、直流Ｎ　ｉｌｉ　２２からの直流バイアス電流を
磁気検出手段１６が出力する検出信号Ｓに応じて可変可
能とし、測定条件が変化しても常に良好な測定スパンを
得るようにしても良い。

第１０図は直流バイアス電流を可変する場合の実施例を
示すブロック図である０図に示すように、磁気検出手段
１６の検出信号Ｓをローパスフィルタ２４を介して差動
増幅器２５に送る。差動増幅器２５は検出信号Ｓと基準
電圧発生器２６からの基準電圧とを比較し、その差電圧
を直流電源２２に送る。この差電圧により直流電源２２
は直流バイアス電流を可変して加算器２１に送る。

このように磁気検出手段１６の検出信号Ｓにより磁気セ
ンサ５の動作点を検出し、基＊１電圧生器２６の基準電
圧との差電圧を差動増幅器２６で求めて直流電源２２か
らの直流バイアスを制御することにより、欠陥が無い状
態での磁気検出手段１６の検出信号Ｓが常にＯＶになる
ように自動的に補償する。

このように磁気センサ５の測定スパンの中央に動作点を
自動的に補償することにより、測定条件が変化しても常
に良好な測定スパンを確保でき、探傷性能をさらに向上
させることができる。

［発明の効果］ この発明は以上説明したように、強磁性体コアに巻き回
されコイルに一定周波数、一定電圧の交流電力を供給し
、このコイルに流れる交流電流により生じる磁界によっ
てヒステリシス特性を示す強磁性体ニアの透磁率により
コイルのインピーダンスを変化させ、コイルの両端出力
電圧を正負対象の矩形波状に変化させる。このコイルを
鋼板に近接して配置し鋼板からの漏洩磁束により、コイ
ルの両端出力電圧の正側電圧と負側電圧の電圧値を変化
させる。この変化する正側電圧と負側電圧をそれぞれ検
出し、検出した正側電圧と負側電圧の差を算出し、鋼板
の漏洩磁束を電気信号として検出するようにしたから、
鋼板からの漏洩磁束を高精度に測定することができる。

また、磁気センサからの高精度な検出信号とあらかじめ
定められた第１しきい値と比較し、第１しきい値を越え
た検出信号で主要な疵を検出するとともに、第２しきい
値算出手段で得られた第２′しきい値を基準にして磁気
センサの検出信号から鋼板の小さな疵を検出するように
したから、鋼板の疵を精度よく検出するすることができ
る。

また、磁気センサのコイルに直流バイアスを加算したパ
ルス電流を供給することにより、漏洩磁束の測定スパン
を拡大することができ、疵精度をより向上させることが
できる。

また、パルス電流に加算する直流バイアスを磁気検出手
段からの磁気検出信号に応じて可変制御することにより
、磁気センサの動作点を自動的に補償して、測定条件が
変化しても常に良好な測定スパンを確保することでき４
深傷性能をさらに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図（
ａ）、（ｂ）は各々上記実施例のコイルの配置図、第３
図、第４図は上記実施例の磁気センサの原理を示し、第
３図（ａ）、（ｂ）、（ｃｌはそれぞれ電圧波形図、第
４図は強磁性体コアの磁化特性図、第５図は上記実施例
の磁気センサの出力特性図、第６図は鋼板の移動に対す
る磁気センサの検出信号を示す検出信号分布図、第７図
は第２しきい値算出失段の動作を示す説明図、第８図は
他の実施例を示すブロック図、第９図は第８図に示した
実施例の出力特性図、第１０図は第３の実施例を示すブ
ロック図、第１１図は従来例を示す断面図である。 ｌ・・・・鋼板、５・・・・磁気センサ、７・・・・第
１の比較手段、８・・・・第２しきい値算出手段９・・
・・第２の比較手段、１１・・・・強磁性体コア、１２
・・・・コイル、１３・・・・交流電力供給手段、１４
・・・・固定インピーダンス、１５・・・・直流電圧検
出手段、１６・・・・磁気検出手段、１７・・・・ピー
ク値検出手段、１８・・・・代表値選定手段、１９・・
・・平均値演算手段、２１・・・・加算器、２２・・・
・直流電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、強磁性体コアに巻き回され、連続して移動する鋼板
   の表面近傍に設置されたコイルと、該コイルに固定イン
   ピーダンスを介して一定周波数、一定電圧の交流電力を
   供給する交流電力供給手段と、上記コイルの両端から出
   力する電圧の正側電圧と負側電圧をそれぞれ検出する直
   流電圧検出手段と、該直流電圧検出手段で検出した正側
   電圧と負側電圧の差を演算し磁界の強さを検出する磁気
   検出手段とからなる磁気センサと、 上記磁気センサからの検出信号とあらかじめ定められた
   第１しきい値とを比較し、第１しきい値を越えた検出信
   号と第１しきい値に達しない検出信号とを判別し鋼板の
   主要な疵を検出する第１の比較手段と、 該比較手段からの第１しきい値に達しない検出信号を受
   けてあらかじめ定められた鋼板の移動距離毎に検出信号
   のピーク値を検出するピーク値検出手段と、 該ピーク値検出手段で検出した複数個のピーク値から代
   表値を選定する代表値選定手段と、該代表値選定手段か
   ら順次送られる代表値の平均値を演算し第２しきい値を
   算出する平均値演算手段とからなる第２しきい値算出手
   段と、 上記第２しきい値算出手段で算出した第２しきい値と上
   記磁気センサの検出信号とを比較し鋼板の微小な疵を検
   出する第２の比較手段と、 を備えたことを特徴とする鋼板の疵検出装置。 ２、上記磁気センサの交流電力供給手段がパルス電流を
   出力し、該パルス電流に直流バイアスを加算する直流バ
   イアス加算手段を設けた請求項１記載の鋼板の疵検出装
   置。 ３、上記磁気検出手段からの磁気検出信号に応じて上記
   直流バイアス加算手段で加算する直流バイアスを可変制
   御する制御手段を設けた請求項２記載の鋼板の疵検出装
   置。