JPH0812178B2 - 磁気探傷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、走行状態の鋼帯の欠陥を検出する磁気探
傷装置、特に探傷精度の向上に関するものである。

［従来の技術］ 鋼帯の内部あるいは表面に存在する傷，気泡等の欠陥
を検出するために磁気探傷装置が使用されている。

例えば製造ラインにおいては、鋼帯が停止していると
きのみならず、一定速度で走行しているときにも鋼帯の
欠陥を検出する必要がある。このように走行している鋼
帯の欠陥を連続的に検出する磁気探傷装置が、例えば実
開昭63−107849号公報に開示されている。

第６図は実開昭63−107849号公報に開示された従来の
磁気探傷装置の構造を示す。

図に示すように、非磁性材料で形成され、円筒部が均
一の厚さを有する中空ロール１は、その両端面がころが
り軸受を介して固定軸２に支持され、固定軸２を回転中
心として自由に回転できるようになっている。

この中空ロール１内の固定軸２には、略コ字状の断面
形状をした磁化鉄心３が、支持部材４を介して固定され
ている。そして磁化鉄心３の両端磁極は中空ロール１の
内周面に近接する姿勢で配置されている。この磁化鉄心
３の中央部に励磁コイル５が取付けられている。また固
定軸２には、例えばホール素子や磁気抵抗効果素子等か
らなる複数の磁気センサ６が固定され、磁気センサ６の
検出端が磁化鉄心４の磁極の間に配列されている。

なお、励磁コイル５に励磁電流を供給するための電源
ケーブルや磁気センサ６から出力される検出信号を取り
出すための信号ケーブルは固定軸２内を経由して外部に
接続されている。

このように構成された磁気探傷装置の中空ロール１の
外周面を、例えば矢印Ａ方向に走行している薄鋼帯７の
一方の面に所定圧力で押し当てると、中空ロール１は薄
鋼帯７の走行により固定軸２を中心にして時計方向に回
転する。

この状態で、励磁コイル５に励磁電流を供給すると、
磁化鉄心３と走行中の薄鋼帯７とで磁気回路が形成され
る。そして、薄鋼帯７の内部あるいは表面に欠陥が存在
すると、薄鋼帯７内の磁束が乱れ漏洩磁束が生じる。こ
の漏洩磁束を磁気センサ６で検出し、間接的に欠陥信号
を得ることができる。

この検出された欠陥信号は、その信号レベルが薄鋼帯
７の内部または表面の欠陥の大きさと関係するので、欠
陥信号の信号レベル変化により薄鋼帯７に存在する欠陥
とその大きさを判定することができる。

また、磁気センサ６の信号レベル変化により薄鋼帯７
の側端部も検出することができる。

［発明が解決しようとする課題］ 磁気探傷装置においては、鋼帯７の厚さが厚くなるほ
ど磁路の長さが長くなり、鋼帯７自体の磁気抵抗が大き
くなる。このため鋼帯７内の磁束密度が小さくなり、検
出することができる漏洩磁束が小さくなってしまう。

一方、磁化器で作り出される磁界の強さを大きくする
ことにより、鋼帯７内の磁束密度が小さくなることを防
ぐことができる。

しかしながら、従来の磁気探傷装置は、中空ローラ１
内に設けられた一組の磁化鉄心３と励磁コイル５で磁化
器を形成し、この一個の磁化器で磁界を発生させている
ため、磁界の強さに限界がある。このため、鋼帯７の厚
さがある程度厚くなってくると、磁気センサ６で検出で
きる漏洩磁束に限界が生じてしまうという短所があっ
た。

もちろん、励磁コイル５の巻数を増やしたり、励磁コ
イル５に流れる励磁電流を上げることで、起磁力を高め
鋼帯に生じる磁界の強度を大きくすることはできる。

ところが中空ロール１は、慣性モーメントを小さくし
て、走行する鋼帯７に傷をつけないようにする必要があ
るから、できるだけ外径を小さくして小型化を図ること
が望まれる。

しかし、中空ロール１内に磁化鉄心３と励磁コイル５
及び磁気センサ６を収納した磁気探傷装置において、励
磁コイル５の巻数を増やすためには中空ロール１を大型
化せざるを得なく、上記小径化の要請に反することにな
る。

また、励磁電流の電流値を高めて励磁コイル５の起磁
力を上げさえすれば、鋼帯７に生じる磁界の強度が大き
くなるというわけではない。すなわち、励磁コイル５の
起磁力を高めれ高めるほど、磁化鉄心３からの洩漏磁束
が加速的に増大して、励磁コイル５の起磁力を高めたわ
りには、鋼帯に生じる磁界を高めることができない。さ
らに、励磁電流を上げすぎると、磁化鉄心３の磁極間の
空間を直接磁束が通るようになって、探傷不能になって
しまう。このような磁化鉄心３からの漏洩磁束を減らす
にあたっては、磁化鉄心３の形状，材質面から種々の制
約がある。また磁極間の空間を直接通る磁束に対する磁
気センサの磁気シールドを確実にする必要があり、簡単
に励磁電流の電流値を高めることはできない。

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、鋼帯を十分に磁化させて、欠陥により生じる漏
洩磁束の密度を高めることができる磁気探傷装置を得る
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］ この発明に係る磁気探傷装置は、非磁性材料で形成さ
れ、走行する鋼帯の幅方向に配置された第１の中空ロー
ルと、非磁性材料で形成され、鋼帯を挟んで上記第１の
中空ロールに対向して配置された第２の中空ロールと、
上記第１の中空ロールと第２の中空ロール内にそれぞれ
配置された磁化器と、鋼帯の幅方向に配列され、鋼帯か
らの漏洩磁束を検出する磁気ラインセンサとを備えたこ
とを特徴とする。

上記磁化器の磁化鉄心が重量％で、C:0.004％以下、S
i:0.5％以下、Mn:0.50％以下、P:0.015％以下、S:0.01
％以下、Sol.Al:0.5〜2.0％、N:0.005％以下、酸素:0.0
05％以下、残部Fe及び不可避不純物からなる組成物から
なり、700℃以上1300℃以下に加熱し、700℃以上の温度
で熱間加工を行なった後900〜1300℃で焼鈍を行なった
軟磁性鋼により形成することが好ましい。

［作用］ この発明においては、それぞれ内部に磁化器を装着し
た第１の中空ロールと第２の中空ロールを鋼帯を挟んで
対向して配置し、走行する鋼帯を上下に設けた二つの磁
化器で磁化することにより、鋼帯内の磁界の強さを高め
る。したがって、鋼帯の厚さが大きくなっても、鋼帯の
欠陥に起因する漏洩磁束の密度を高めることができる。

このように二つの磁化器で鋼帯内の磁界の強さを高め
ることができるから、各磁化器の励磁コイルの巻数を増
やす必要がなく、各磁化器を小型化することができる。

さらに、各磁化器に流す励磁電流の電流値を大きくし
なくても良いから、磁化器の磁極間を直接通る漏洩磁束
を増加させずに鋼帯内の磁界の強さを高めることができ
る。

［実施例］ 第１図，第２図はこの発明の一実施例を示し、第１図
は側面断面図、第２図は正面断面図である。図に示すよ
うに、第１の中空ロール１が走行する鋼帯７の幅方向に
配置され、第２の中空ロール11が鋼帯７を挟んで第１の
中空ロール１と相対する位置に配置されている。この一
対の中空ロール1,11は非磁性材料、例えばオーステナイ
ト系ステンレスあるいはセラミックス等で形成され、長
さが走行する鋼帯７の幅より大きくなっている。

第１の中空ロール１と第２の中空ロール11の中心に
は、中空の固定軸2,12がころがり軸受8,18を介して貫通
されている。第１の中空ロール１を貫通した固定軸２は
フレーム（不図示）に固定され、第２の中空ロール11の
固定軸12は下側の固定軸２に対して、ごく弱いばねで付
勢されている。そして、第１の中空ロール１と第２の中
空ロール11はそれぞれ固定軸2,12を回転中心として自由
に回転できるようになっている。

第１の中空ロール１と第２の中空ロール11内は、略コ
字状の断面形状で、磁極間が5mm程度ある磁化鉄心3,13
が、それぞれ磁極を鋼帯７の方へ向く姿勢で、支持部材
4,14を介して固定軸2,12に固定されている。そして、磁
化鉄心3,13の磁極は中空ロール1,11の内周面と微小間隙
を有して対向配置されている。この磁化鉄心3,13の中心
部に励磁コイル5,15が固定されている。この励磁コイル
5,15の励磁電流は、磁化電源装置（不図示）から固定軸
2,12内を経由した電源ケーブルを介して供給される。

磁化鉄心3,13は炭素鋼SS41あるいは軟磁性鋼により形
成されている。軟磁性鋼としては、例えば重量％で、C:
0.004％以下、Si:0.5％以下、Mn:0.50％以下、P:0.015
％以下、S:0.01％以下、Sol.Al:0.5〜2.0％、N:0.005％
以下、酸素:0.005％以下、残部Feおよび不可避不純物か
らなる組成物からなり、700℃以上1300℃以下に加熱
し、700℃以上の温度で熱間加工を行ない、最終的に900
〜1300℃で焼鈍を行なって得たものを使用するとよい。
この軟磁性鋼は50000〜60000の最大透磁率を有し、小さ
な起磁力で大きな磁束密度を得ることができる。したが
って、この軟磁性鋼を使用することにより、磁化鉄心3,
13の小型化と軽量化を図ることができる。

そして、例えば第１図に示す鋼帯７が第１の中空ロー
ル１に押付けられている場合には、磁化鉄心３の先端の
磁極形状を第１の中空ロール１の内面に倣う曲面で形成
し、磁化鉄心13の先端の磁極形状を第２の中空ロール11
と鋼帯７との接平面と並行な平面で形成することによ
り、鋼帯７をより効果的に磁化することができる。すな
わち、このように鋼帯７に対する中空ロール1,11の相対
位置に応じて磁化鉄心13の磁極形状を変えて、鋼帯７に
近接する磁化鉄心13の磁極の断面積を大きくすることに
より、磁気抵抗を小さくすることができ、磁束密度の増
加を図ることができる。

この第１の中空ロール１内に配置された磁化鉄心３の
磁極間には、支持部材９により固定軸２に固定された複
数の磁気センサ６が鋼帯７の幅より広い範囲に直線状に
配列されている。この磁気センサはホール素子，磁気抵
抗素子等いずれでもよいが、棒状の強磁性体コアに巻き
回されたコイルを有する磁気センサ６を使用するとよ
い。

磁気センサ６は第３図のブロック図に示すように、棒
状の強磁性体コア21と、強磁性体コア21に巻き回された
コイル22と、コイル22に固定インピーダンス24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23と、コイル22の両端に接続された直流電圧検出
手段25と、磁気検出手段26及び信号処理手段27とを有す
る。この強磁性体コア21とコイル22が第１の中空ロール
１内に取付けられ、各コイル22の接続線が固定軸２を通
って交流電力供給手段23等に接続されている。

直流電圧検出手段25は正極性検波器と負極性検波器と
を有し、コイル22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26は直流電圧検出手段25
の出力を受けてコイル22の正側電圧と負側電圧の差を求
め、漏洩磁束を検出する。この漏洩磁束の検出信号は信
号処理手段27に送られ処理される。

この磁気センサ６のコイル22に、第４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
を供給すると、コイル22の磁束により強磁性体コア21が
磁化される。強磁性体コア21の透磁率は一定でなく、磁
界の強さによって変化し、磁化曲線がヒステリシス特性
を示す。

このためコイル22の両端に発生する出力電圧E₀は第４
図（ｂ）に示すように、正負対象のほぼ矩形波状の波形
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22に外部磁界を加えると強磁性体コ
ア21を交差する磁束はコイル22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22の両端に
発生する波形は第４図（ｃ）に示すように、正側電圧V₁
と負側電圧V₂に差生じる。このコイル22の両端に発生す
る出力電圧の正側電圧V₁と負側電圧V₂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。

このように外部磁界の強さを正側電圧V₁と負側電圧V₂
の差から求めるから、各電圧に対する温度の影響を相殺
することができ、特別の温度補償回路を設けなくても、
外部磁界の強さを精度良く計測することができる。

そして、この磁気センサ６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、０〜10ガウスという微
小な磁束密度に対して０〜500mVという高い出力電圧を
得ることができ、ホール素子等の出力電圧数mV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。

次に上記のように構成された磁気探傷装置の動作を説
明する。

鋼帯７を第１図に示す矢印Ａ方向に一定速度で走行さ
せると、第１の中空ロール１には鋼帯７の張力と重力が
印加され、第１の中空ロール１は時計方向に回転する。
また、第２の中空ロール11は、ばねで鋼帯７に押圧され
ているため反時計方向に回転する。

この状態で励磁コイル5,15に励磁電流を流し磁化鉄心
3,13を励磁すると、鋼帯７を通る２組の磁気回路が形成
される。ここで励磁コイル5,磁化鉄心３からなる第１の
磁化器と、励磁コイル15,磁化鉄心13からなる第２の磁
化器とによる鋼帯７の磁化方向が同方向になるように励
磁コイル5,15に励磁電流を流すと、鋼帯７は双方の磁化
器による起磁力により磁化される。このため、鋼帯７の
厚さが厚くなって磁気抵抗が大きくなっても、個々の励
磁コイル5,15に流す励磁電流を高めずに鋼帯７の磁束密
度を大きくすることができ、鋼帯７を十分に磁化するこ
とができる。したがって、傷等の欠陥により生じる漏洩
磁束の密度を高めることができる。この漏洩磁束の変化
を高感度の磁気センサ６で検出し、信号処理を行ない欠
陥信号として出力する。

このように、２個の磁化器で鋼帯７を磁化し、欠陥に
よる漏洩磁束を高感度の磁気センサ６で検出するように
したから、鋼帯７の欠陥検出精度を大幅に向上させるこ
とができる。

また、磁化鉄心3,13を前記軟磁性鋼により形成するこ
とにより、磁化鉄心3,13を小型にしても、鋼帯７を十分
に磁化することができ、第１の中空ロール１と第２の中
空ロール11を小型にすることができる。

例えば、第６図に示した従来例においては、板厚2mm
程度の鋼帯７の欠陥を安定に測定する場合、励磁コイル
5,磁化鉄心３からなる磁化器を大きくする必要があり、
中空ロール１の直径は250mm程度必要であった。しか
し、この実施例の場合には、直径160mmの第１の中空ロ
ール１と直径130mmの第２の中空ロール11を使用するこ
とにより、板厚3mm程度の鋼帯７の欠陥を安定に測定す
ることができた。

なお、上記実施例においては、第１の中空ロール１内
に磁気センサ６を配列した場合について説明したが、第
２の中空ロール11内に磁気センサ６を配列してもよい。

［発明の効果］ この発明は以上説明したように、それぞれ内部に磁化
器を装着した第１の中空ロールと第２の中空ロールを鋼
帯を挟んで対向して配置し、走行する鋼帯を上下に設け
た二つの磁化器で磁化することにより、励磁電流を大き
くしなくても鋼帯内の磁界の強さを高めることができ
る。

また、鋼帯内の磁界の強さを高めることができるか
ら、鋼帯の厚さが厚くなっても、鋼帯の欠陥に起因する
漏洩磁束の密度を高めることができ、鋼帯の欠陥を高精
度に検出することができる。

また、二つの磁化器で鋼帯内の磁界の強さを高めるこ
とができるから、各磁化器の励磁コイルの巻数を増やす
必要がなく、各磁化器を小型化することができる。した
がって、中空ロールも小型化して、その中空ロールの慣
性モーメントを小さくすることができるから、走行する
鋼帯に傷等を付けることなしに、欠陥を検出することが
できる。

さらに、各磁化器に流す励磁電流の電流値を大きくし
なくても良いから、磁化器の磁極間を直接通る漏洩磁束
を増加させずに鋼帯内の磁界の強さを高めることがで
き、安定して欠陥を検出することができる。

また、各磁化器の磁化鉄心として特別の軟磁性鋼を使
用することにより、磁化鉄心の小型化と軽量化を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図はこの発明の実施例を示し、第１図は側
面断面図、第２図は正面断面図、第３図は上記実施例の
磁気センサを示すブロック図、第４図（ａ），（ｂ），
（ｃ）は各々磁気センサの動作を示す波形図、第５図は
磁気センサの出力特性図、第６図は従来例を示す側面断
面図である。 １……第１の中空ロール、2,12……固定軸、3,13……磁
化鉄心、5,15……励磁コイル、６……磁気センサ、７…
…鋼帯、11……第２の中空ロール、21……強磁性体コ
ア、22……コイル、23……交流電力供給手段、24……固
定インピーダンス、25……直流電圧検出手段、26……磁
気検出手段、27……信号処理手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 静吾 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−160361（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−107849（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】走行する鋼帯の走行方向に磁界を発生さ
   せ、鋼帯の内部あるいは表面の欠陥により生じる漏洩磁
   束から鋼帯の欠陥を検出する磁気探傷装置において、 非磁性材料で形成され、上記鋼帯の幅方向に配置された
   第１の中空ロールと、 非磁性材料で形成され、鋼帯を挟んで上記第１の中空ロ
   ールに対向して配置された第２の中空ロールと、 上記第１の中空ロールと第２の中空ロール内にそれぞれ
   配置された磁化器と、 鋼帯の幅方向に配列され、鋼帯からの漏洩磁束を検出す
   る磁気ラインセンサと、 を備えたことを特徴とする磁気探傷装置。
2. 【請求項２】上記磁化器の磁化鉄心が重量％で、C:0.00
   4％以下、Si:0.5％以下、Mn:0.50％以下、P:0.015％以
   下、S:0.01％以下、Sol.Al:0.5〜2.0％、N:0.005％以
   下、酸素:0.005％以下、残部Fe及び不可避不純物からな
   る組成物からなり、700℃以上1300℃以下に加熱し、700
   ℃以上の温度で熱間加工を行なった後900〜1300℃で焼
   鈍を行なった軟磁性鋼により形成されている請求項１記
   載の磁気探傷装置。