JPH0658346B2 - 渦電流により製品欠陥を検出する方法と装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は検出器との相対的運動により、製品の欠陥、特
に平板状製品のクラツクを渦電流により検出するものに
関する。

連続鋳造装置で製造される平板についてはその平面でか
つその端部に沿ってクラツク（割れ目）状の欠陥が存在
する。このクラツクは製品の次工程での処理前に見つけ
出すことが望ましい。

検出器との相対的運動により金属製品上の表面欠陥を検
出するために、渦電流を用いた検出方法が良く知られて
いる。この種の方法では、製品の表面に渦電流を発生さ
せるために交番磁界がかけられ、渦電流の変化を表す信
号が製品表面附近に配置された差動センサに入力され、
かつその検出信号は検出すべき欠陥に起因するじよう乱
を検出するために所定の位相角に沿つた投影法により復
調される。第７図は、渦電流により表面欠陥を検出する
従来の装置の例を示している。この装置では、渦電流を
発生させるために磁界を発生させ（１５）、製品表面付
近に配置した差動センサ（１１，１２，１６）によって
渦電流の変化を示す信号を受信し、受信した信号を位相
と直角位相に関して復調し（１７）、この復調された信
号を、発生器（１５）の出力に対して所定の位相角
（ａ）だけ位相された基準系の直交軸上に投射するよう
になっており（２１）、この位相角は最終的に手動によ
り調整できる。

この種の方法による平板上クラツクの検出は特に難かし
い。実際、好ましからざる周囲動作条件（特に温度）に
加えて、多くのノイズ原因、特に表面の不規則性（波や
ひだ）、端部効果、センサと製品間距離のランダムな変
動等が多々存在する。

Ｓ／Ｎ比を下げるこの種の好ましからざる条件にもかか
わらず、本発明の目的は、検出器との相対的運動によ
り、特に平板上のクラックの如き典型的な欠陥を自動的
にかつ高い信頼性で検出する方法を提供することにあ
る。

上記目的達成のために、本発明の上記型式の方法では、
全検出時において、入力信号投影値が最小平均値になる
位相角が自動的かつ周期的に決定されかつ検出信号が上
記位相角に沿つて投影されて反復的平面不規則性による
入力信号のじよう乱を除却し、上記投影により得られた
検出信号の成分がデジタル値に変換され、かくして得ら
れたデジタル信号が検出される欠陥の種類の関数として
決定される特性のデジタルフイルタによりフイルタリン
グされて、上記デジタルフイルタの出力信号が所定の閾
値を超えたときに欠陥検出信号が発生される。

この方法による検出の信頼性は以下の要素の結合により
Ｓ／Ｎ比を大中に改善した結果である。即ち、 −共通モードの寄生信号を除去する差動センサの使用、 −欠陥自体でないが検出工程中にその位相角が変化する
波又はひだの如き反復的表面不規則性の影響を除去する
ための検出信号投影位相角の制御と、 −検出される欠陥の種類の関数と上記差動センサの関数
として予め決定された特性をもつフイルタに適合する選
択的デジタルフイルタリングである。

所定の位相角に沿つた投影により、得られた入力信号の
成分は製品の送り速度で制御されるサンプリング周波数
に従つてデジタル信号に変換される。

得られたデジタル信号は製品送り速度の変化に影響され
ないため、デジタルフイルタの設計を簡素化する。デジ
タルフイルタリングは検出される欠陥の特異性を示す前
もつて記憶されたデジタル信号との相関関係により例え
ば行われる。

本発明の他の目的は上記の方法を実行する検出装置を提
供することにある。本発明の装置は、交番磁界を発生し
て製品表面上に渦電流を発生させる手段と、渦電流の変
化を表す信号が入力される差動センサと、可変位相角に
沿つた投影による検出信号を復調して検出すべき欠陥に
より起因するじよう乱を検出する手段とに加えて、更に −検出信号の投影が最小平均値になる位相角を自動的か
つ周期的に決定する計算手段と、 −上記計算手段と復調種間に接続されて、検出信号が投
影される位相角を上記決定された位相角に制御する手段
と、 −該復調手段に接続されて上記投影により得られた検出
信号の成分をデジタル信号に変換するＡ−Ｄコンバータ
と、 −該コンバータに接続されて該コンバータにより変換さ
れたデジタル信号をフイルタリングするデジタルフイル
タであつて、その特性が検出される欠陥の種類の関数と
して予め決められてるものから成ることを特徴とする。

本発明は添附図を用いた以下の説明により容易に理解さ
れよう。

第１図は連続鋳造機の出力側で鋼板を検出する本発明の
検出装置の送信コイルと受信コイルの配置を略図的に示
したもの、 第２図は第１図の検出装置のブロック図、 第３図は位相と積分値が復調された後センサから出力さ
れる信号の変化を示す図、 第４図は第２図の装置の計算手段により決定された位相
角に沿つた投影法により得られる入力信号成分の変化の
一例であり、 第５図はクラツク形式欠陥の予め記憶された基準信号を
示す図、第６図は整合フィルタによってフィルタリング
された信号（Ｚ）および所定の閾値（Ｚ₀）を示す図、
第７図は渦電流により表面欠陥を検出する従来の装置を
示す図である。

第１図に連続鋳造装置の支持ローラＲ上を案内される平
板Ｂの一部を示す。図面を簡素化するために下部ローラ
のみが示されている。

クラツク検出装置１０には２つのコイル１１，１２から
成る差動センサがあり、コイル内にはフエライトコアが
ある。センサは平板Ｂ上の上面かつ端部附近でかつ又ク
ラツクを除去する目的でさび落しされる面と反対側に配
置される。

コイル１１，１２は平板Ｂの進行方向Ｄに前後して設け
られ、その軸は平板上面と垂直である。

図示した例では、各コイル１１，１２は送信側と受信側
を形成し、一方では局部的に磁界を発生し、他方はセン
サの検出領域の平板部で生じるじよう乱を示す信号を検
出する（他の実施例では、送信側と受信側機能が分割さ
れ、一方の送信コイルが磁界を形成し、他方２つの受信
コイルがその磁界内でブリツジ回路の２つの腕部を形成
する）。線１３はコイル１１，１２を第２図で説明する
電源及び処理回路に接続する。

同様の第２検出装置（図示せず）が平板Ｂの上面の他端
部附近に配置される。同様に、他の２つの装置を平板下
面の両端部附近に配置してもよい。第２図のごとく、コ
イル１１，１２はブリツジの２つの近接腕部を構成する
要素で、ブリツジの他の腕は固定インピダンスＺ_１，Ｚ
_２で構成される。２つのコイル１１，１２が直列に接続
されるブリツジの２つの頂点は例えば５〜５０ｋHzの固
定周波数のサイン波発生器１５の出力端子に接続され
る。差動測定信号はブリツジの他の２つの頂点から取ら
れてアンプ６に印加される。

ブリツジは２つのコイル１１，１２に同一電流が流れた
時測定電流がゼロになるよう通常バランスされている。
平板Ｂに存在する第１図のＣの如きクラツクは平板端部
で平板巾部を横方向に伸張して形成される。このコイル
１１，１２の配置で、クラツクは連続かつ個別にコイル
１１の作動領域内を通過し次にコイル１２を通過して一
方向では第３図の第１アーチ形状を又他方向では第２ア
ーチ形状を表す測定信号を発生する。

アンプ１６の出力信号は復調回路１７で位相と直角位相
に関して復調される。この復調回路１７はこの差動信号
と、発生器15の同相信号と９０゜位相ズレ信号を受け
る。回路１７の復調出力信号は、第１増巾段１８ｘ，１
８ｙ、ゼロオフセツト補正回路１９ｘ，１９ｙと可変ゲ
イン第２増巾段２０ｘ，２０ｙからそれぞれ構成される
２つの並列トラツクで処理される。増巾段２０ｘ，２０
ｙの出力信号Ｘ，Ｙは Ｘ′＝Ｘcos a ＋Ｙsin a ， Ｙ′＝−Ｘsin a ＋Ｙcos a 信号を発生する位相回転回路２１へ印加される。上式は
発生器１５の出力信号に対してある角度だけ移相された
基準系の直交軸上へ投射された差動信号を表す。

上記の回路１７−２１はそれ自体は公知のもので、ＨＢ
Ｓ社の“ＥＣ３０００”又はＰＬＳ社の“Metalog”の
ごとく渦電流を用いた検出装置に使用されるものであ
る。

第３図は、２つの直交軸０ｘ，０ｙの座標Ｘ，Ｙが増巾
段２０ｘ，２０ｙの出力信号の振巾、即ち位相と直角位
相に関して復調された測定信号の“アクテイブ”と“リ
アクテイブ”成分を表す点Ｍに基づいて描かれた曲線で
ある。

平板Ｂが前進すると、点Ｍは連続して同様の数個の曲線
Ｖ_１，Ｖ_２，…を描く。各曲線は起点Ｏに関して実質点
に対称な２つの細長い葉状突起部により構成される。こ
れらの曲線は平板面上に形成された波状起伏又はひだに
より形成される同性質の不規則性を表わしている。起点
Ｏに対する対称性は差動センサを用いたためであり、各
曲線Ｖ_１，Ｖ_２，…上の２つの対称点は２つのコイル１
１，１２の前方を連続して通過する平板の同一領域に対
応している。平板平面上の波状起伏部又はひだにより比
較的制限された区間で第３図の葉状突起部の振巾や方向
が変化することに注目されたい。

第３図は又、センサ差動領域を通過するクラツクの進路
の点Ｍにより描かれる曲線Ｃを示している。曲線Ｃは起
点Ｏに対して実質的に対称で、曲線Ｖ_１，Ｖ_２，…の葉
状突起部と異なつた形状、特に方向をもつ２つのアーチ
形状をしている。

本発明の特徴によれば、位相の回転は、曲線Ｖ_１，
Ｖ_２，…の葉状突起部の方向０ｘ′の軸０ｘに対する傾
斜に対応するよう決められた角度ａに基づいて行われ
る。

この目的のために、信号Ｘ，Ｙはコンバータ２３ｘ，２
３ｙでデジタル信号に変換された後計算回路２２に印加
される。デジタル化されかる記憶された値に基づいて、
点Ｍと直線Ｌ間距離の和を最小にする方向Ｏｘ′の直線
Ｌの傾斜ａ、即ち、投影Ｙ′の平均値が最小になる角度
ａを、回路２２が決定する。この回路２２はマイクロプ
ロセツサ回路である。値Ｘ，Ｙは平板Ｂの送り速度Ｖで
制御されるサンプリング周波数ｆでコンバータ２３ｘ，
２３ｙでサンプリングされ、回路２２で処理される。第
３図における多数の点は、コンバータによって変換され
たサンプル（ｘ_i，ｙ_y）を示している。このため回路２
２はローラＲの１つと関連づけられたセンサからの平板
送り速度を表すデジタル信号を受ける。ａの計算は任意
の例えば２００mmの平板長に対応する値の母集団に関す
る直線回帰法により行われる。位相角ａは平板長２００
mm毎に更新される。即ち、所定の平板長、例えば、２０
０ｍｍの平板長について、平板の表面に形成された波状
起伏又はひだによって構成される同質性の不規則性を示
す１０乃至２０の信号が検出され、これらのｘ_i値及び
ｙ_iの母集団（１００サンプル、所定の平板長ｄ、例え
ば、２ｍｍに対応する２つの連続するデジタル値の間
隔）を使用して、これらの点の母集団に適合させるのに
最良の直線ｙ＝ａｘを直線回帰法によって計算する。

テスト結果によれば、角度ａの時間に対する変化は比較
的に小さく、方向０ｘ′は約１０゜巾に入る。角度ａの
変化は主として温度変化によるものである。長さ２００
ｍの最初の平板の検出開始時点では、この角度ａは初期
値ａ_０ に任意に固定される。

角度ａ（同じことになる角度ａ＋９０゜）又は位相角ａ
＋９０゜に沿つた投射により得られた入力信号の成分
Ｙ′のみが考慮される。即ち最後の２００mmまでの入力
信号成分の平均値が最小となり最良のＳ／Ｎ比が得られ
る。

角度ａの時間変化は比較的小さいが、検出の信頼性向上
のためには、この角度を周期的に更新することが好まし
い。曲線Ｖ_１，Ｖ_２，…の葉状特記部の振巾を考慮する
と、僅かの角度偏差が実際に成分Ｙ′のノイズレベルを
高くする。成分Ｙ′はＡ−Ｄコンバータでデジタル信号
に変換される。この変換は計算回路２２からの周波数ｆ
で行われ、平板送り速度により制御される。

第４図は成分Ｙ′の時間変化を表す曲線を示す。この曲
線上の点はコンバータ２４からサンプルされた信号を示
す。平板の送り速度は例えば０−４cm／scc 間で可変で
き、周波数ｆは例えば２つの連続するサンプル間隔が所
定の平板長ｄ、例えば２mmに対応するよう制御される。

デジタル信号へ変換された後、信号Ｙ′は整合フイルタ
を通される。図示した例では、デジタルフイルタは検出
されるクラツク欠陥に対応するデジタル基準信号との相
関関係で行われる。第５図はクラツクに対応する基準信
号（又はサイン）のデジタル値を示す。２つの連続する
デジタル値の間隔は２つのデジタル信号Ｙ′のサンプル
間距離に対応する。

用いられる相関関数の関数は例えば次のものである。

ここでｎは基準信号の点数、aiは基準信号のｉ番目点の
係数、ｙ′_j-1 はデジタル信号Ｙ′のｎ点の母集団の
（ｊ−１）番目のデジタルサンプル値を示す。一例とし
て、ｎの値は２０である。

相関関係は検出装置により行われた測定に基づいて係数
aiが前もつて記憶されたマイクロプロセツサ回路２２に
より行われる。相関関係の新しい値は新しいデジタル成
分Ｙ′のサンプル値ｙ′_ｊ毎に計算され、所定の閾値Ｚ
_０と回路２２で比較される。この閾値を越えると、回路
２２は平板のクラツクの検出を示す信号Sdの出力を制御
する。クラツク欠陥信号は準サイン波である。デジタル
信号Ｙ′はデジタルバンドパスフイルタによりフイルタ
リングされる。このフイルタのカツトオフ周波数は検出
されるクラツク欠陥信号の見かけ上の周波数を測定し
て、検出装置の特性関数として決定される。

上記の説明では、センサはフエライトコアをもつ２つの
コイルのブリツジを用いた。他の実施例では、差動測定
である限りブリツジアセンブリ以外のものが使用でき
る。例えば、別個の送信・受信をもつアセンブリであ
る。２つの受信コイルを共通の単一送信コイルと関連付
けて差動様式に接続してもよい。

更に別の実施例では、磁気誘導効果は減少するが、セン
サのコイルにフェライトコア用いなくともよい。

本発明は勿論連続鋳造装置から送り出されて固定された
検出器の近くを通過する平板にも、又例えば屠殺場で移
動装置上に取付けられた検出器が固定平板附近を通過す
る場合にも適用できる。

同様に、本発明は、検出器との相対的運動に基づいて、
鋼又は他の材料でつくられた金属製品の非破壊検査にも
適用できる。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−163560（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−141553（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−39185（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−93250（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−199953（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】製品表面の欠陥、特に平板状製品のクラッ
   クを渦電流により検出する方法であって、 少なくとも１つの交番磁界を発生させて、製品表面に渦
   電流を発生させる工程と、 前記製品表面に対向するように第１の検出器を設け、前
   記製品表面の第１の検出器に対向する部分に渦電流を示
   す第１の信号を発生させる工程と、 前記製品表面に対向するように第２の検出器を設けて、
   前記製品と前記第１及び第２の検出器の間の相対移動の
   方向に前記第１及び第２の検出器が互いに離れるように
   配置させ、前記製品表面の該第２の検出器に対向する部
   分に渦電流を示す第２の信号を発生させる工程と、 前記第１及び第２の信号の差動を示す差動信号を発生さ
   せる工程と、 前記差動信号を位相と直角位相に関して復調する工程
   と、 製品表面の欠陥の検出中に、位相角に関係する被復調信
   号の成分が最小平均値となる位相角を自動的かつ周期的
   に決定する工程と、 前記周期的に決定された位相角における被復調信号の直
   角位相に関する成分を連続的に決定して、デジタル信号
   に変換し、反復的な表面の不規則性による差動信号の外
   乱を除去する工程と、 検出されるべき特定種類の欠陥の予め記録されたサイン
   を示す前記デジタル信号の相関関係によって、前記デジ
   タル信号をフィルタリングする工程と、 フィルタリングされたデジタル信号が所定の閾値を越え
   たときに欠陥検出信号を出力する工程とからなる製品表
   面の欠陥を検出する方法。
2. 【請求項２】前記被復調信号の成分の前記変換が、前記
   相対移動の速度によって制御される周波数で前記成分を
   サンプリングすることによって行われることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の方法。
3. 【請求項３】製品表面の欠陥、特に、平板のような製品
   のクラックを渦電流により検出する装置であって、少な
   くとも１つの交番磁界を発生させて、製品表面に渦電流
   を発生させる手段と、 前記製品表面に対向するように配置する第１の検出器で
   あって、前記製品表面の第１の検出器に対向する部分に
   渦電流を示す第１の信号を発生させる第１の検出器と、 前記製品表面に対向するように配置する第２の検出器で
   あって、前記製品と前記第１及び第２の検出器との間の
   相対移動の方向に前記第１の検出器から互いに離れた位
   置に配置し、前記製品表面の第２の検出器に対向する部
   分に渦電流を示す第２の信号を発生させる第２の検出器
   と、 前記第１及び第２の信号を受信し、これらの信号の差動
   を示す差動信号を発生させる手段と、 前記差動信号を受信し、この差動信号を位相と直角位相
   に関して復調する復調手段と、 前記復調された差動信号を受信し、位相角に関係する被
   復調信号の成分が最小平均値となる位相角を自動的かつ
   周期的に決定する計算手段と、 前記周期的に決定された位相角における被復調信号の直
   角位相に関する成分を連続的に提供して、デジタル信号
   に変換する手段と、 検出されるべき特定種類の欠陥の関数として予め決定さ
   れた特性を有し、前記デジタル信号を受信して、フィル
   タリングするデジタルフィルタ手段と、 フィルタリングされたデジタル信号が所定の閾値を越え
   たときに欠陥検出信号を出力する比較手段とからなる製
   品表面の欠陥を検出する装置。
4. 【請求項４】前記装置が、さらに、前記製品と前記検出
   器との間の相対移動速度の関数として前記変換手段のサ
   ンプリング周波数を制御する手段を有することを特徴と
   する特許請求の範囲第３項に記載の装置。
5. 【請求項５】前記デジタルフィルタ手段が、検出される
   べき欠陥の典型的サインを示すデジタル値を記憶する手
   段と、前記デジタル信号を前記デジタル値と関係づける
   手段とを含むことを特徴とする特許請求の範囲第４項に
   記載の装置。