JPH0862183A - 鋼板の欠陥検出方法およびその装置 - Google Patents

鋼板の欠陥検出方法およびその装置

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JPH0862183A
JPH0862183A JP20034694A JP20034694A JPH0862183A JP H0862183 A JPH0862183 A JP H0862183A JP 20034694 A JP20034694 A JP 20034694A JP 20034694 A JP20034694 A JP 20034694A JP H0862183 A JPH0862183 A JP H0862183A
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JP
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digital
defect
steel plate
filter
frequency
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JP20034694A
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English (en)
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Toshibumi Kodama
俊文 児玉
Hajime Takada
一 高田
Fumihiko Ichikawa
文彦 市川
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 欠陥部信号の位相遅れを増大させることな
く、ノイズ成分を有効に低減できる欠陥検出能力の高い
鋼板の欠陥検出方法および装置を提供する。 【構成】 走行中の鋼板201 から生じる漏洩磁束を磁気
センサ111 〜11n で検出し、その出力信号に基づいて鋼
板201 の欠陥を検出するにあたり、磁気センサ111 〜11
n からのアナログ出力信号をデジタル信号に変換した
後、このデジタル信号中のノイズ成分を、振幅周波数特
性が予め設定された遮断周波数および急峻度を有する帯
域通過型で、位相特性が予め設定された遅延係数を含む
周波数に関する一次関数で表されるフィルタ係数を有す
るデジタルフィルタ15 1 〜15n で除去してから、デジタ
ルフィルタの出力信号に基づいて鋼板201 の欠陥を検出
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼板の表面疵や非金属
介在物等を、走行中に検出するオンライン欠陥検出方法
および欠陥検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般的な漏洩磁束探傷は、「非破壊検査
ハンドブック」p517-534 (日刊工業新聞社) に記載され
ているように、金属材料中のブローホール等の表面欠陥
や非金属介在物を探傷する有力な手法の一つであり、例
えば、特開昭57−108656号公報に開示されているよう
に、薄鋼板の製造時のオンライン探傷にも用いられてい
る。
【0003】現在、広く用いられている薄鋼板の漏洩磁
束探傷装置の回路構成を図4に示す。この従来装置は、
図示の符号411 , 412 , …41n で示される磁気センサ、
421, 422 , …42n で示す増幅器、431 , 432 , …43n
で示すバンドバスフィルタ、441 , 442 , …44n で示す
整流回路、45の演算回路そして図示の46は閾値回路であ
る。前記磁気センサ411 , 412 , …41n としては、汎用
の磁気ダイオード、磁気抵抗素子、サーチコイル等が好
適に用いられるが、微小な欠陥をも探傷するためには、
このセンサ素子の大きさを数mm程度にすることが望まし
く、これを鋼板の幅方向に並べて設置し、欠陥が鋼帯の
どの部位にあってももれなく探傷できるように構成する
のが普通である。
【0004】かかる漏洩磁束探傷装置は、前記磁気セン
サ411 , 412 , …41n による漏洩磁束の検出出力は、対
応する増幅器421 , 422 , …42n により適切な範囲の電
圧に増幅し、バンドバスフィルタ(BPF)431 , 4
32 , …43n に供給し、ここで欠陥信号(疵信号)の周
波数以外の周波数をカットしてS/Nを向上させ、必要
があれば整流回路441 , 442 , …44n で疵信号の正負電
圧を正信号のみの信号に変換し、演算回路45により各チ
ャンネルの出力を予め決められたブロック毎に集合させ
(この処理は後段でのチャンネル数を間引くための処理
であるから必ずしも必要ではない)、その出力を閾値回
路46に供給し、ここで演算回路45の出力と予め設定した
閾値とを比較し、予め設定した閾値を超えた時に、閾値
回路46が疵検出の警報を発するようにしている。
【0005】上記従来装置の場合、前記疵信号以外のノ
イズ成分を低減させるバンドパスフィルタは、通常はコ
ンデンサや抵抗器およびインダクタ、さらに必要があれ
ば演算増幅器を組み合わせたアナログ回路で構成される
のが一般的であり、その周波数特性の急峻度はフィルタ
の段数により決定されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の欠陥検出装置においては、フィルタによるノイズ
低減の効果を向上させるためには、フィルタの段数を増
やして周波数特性の急峻度を高める方法が有効であると
考えられる。しかしながら、フィルタの段数を増やして
いくと、たしかに周波数特性の急峻度は増加する一方、
フィルタの群遅延が大きくなり、欠陥部信号の振幅が却
って低下して適切な探傷ができなくなるという問題があ
った。この発明の目的は、従来装置が抱えている上記の
ような問題点を解消し、とくに欠陥部信号の位相遅れを
増大させることなくノイズ成分の低減効果を向上させる
ことのできる欠陥検出の方法とそのための構造の簡単な
欠陥検出装置を提供しようとするところにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を実現するた
めに開発した本発明にかかる欠陥検出方法は、走行中の
鋼板から生じる漏洩磁束を磁気センサで検出し、その出
力信号に基づいて、鋼板の欠陥を検出するにあたり、前
記磁気センサからのアナログ信号をデジタル信号に変換
した後、このデジタル信号中のノイズ成分を、その周波
数特性の振幅特性が予め設定された遮断周波数と急峻度
とをもつ帯域通過型であり、かつその位相特性が予め設
定された遅延係数を含んだ周波数に関する一次関数で表
わされるデジタルフィルタでノイズを除去してから、こ
のデジタルフィルタの出力信号に基づいて鋼板の欠陥検
出を行うことを特徴とする鋼板の欠陥検出方法である。
【0008】そして、上記の欠陥検出方法を実施するた
めに、本発明においては、走行ライン上を移動する鋼板
を磁化するために、前記走行ラインに対抗して配置した
磁化装置と、前記磁化装置により磁化された鋼板からの
漏洩磁束を検出するために、前記走行ライン上の鋼板に
対面してその幅方向に配置した複数の磁気センサと、該
磁気センサからのアナログ出力信号をデジタル信号に変
換する複数のアナログ−デジタル変換装置と、前記アナ
ログ−デジタル変換装置からの各デジタル信号中に含ま
れるノイズ成分を除去するフイルタ係数を有する複数の
デジタルフィルタと、予め設定された遮断周波数および
急峻度に基づく帯域通過型の振幅周波数特性と、予め設
定された遅延係数を含む周波数に関する一次関数で表わ
された位相特性とを有するフィルタのパルス応答列を算
出し、これをデジタルフィルタのフィルタ係数として与
える演算制御装置と、前記複数のデジタルフィルタの各
出力の振幅を演算する複数の演算装置と、これらの演算
装置の出力と所定の閾値とに基づいて欠陥の有無を判定
する判定手段とを備えることを特徴とする鋼板の欠陥検
出装置を提案する。
【0009】
【作用】一般に、フィルタの伝達関数がN次式で表わさ
れる場合、このフィルタの遮断特性の急峻度は−6NdB
/oct. で与えられる。すなわち、周波数が2倍になると
遮断特性は6dB向上する。また、このフィルタの位相成
分( 周波数特性の偏角)の変化量は( Ν/2)π(rad.)で
与えられる。すなわち、フィルタの次数を高めると、急
峻度は増大するが位相遅れも大きくなるのである。この
フィルタの遮断特性の急峻度を保ったままその位相遅れ
を消去するためには、フィルタの伝達関数H(ω) が実
関数となるようにすればよいが、このような伝達関数は
アナログ回路では実現できない。これに対して、デジタ
ル回路では以下のようにしてフィルタが構成できる。
【0010】一般に知られているように、実関数X
(ω) の逆フーリエ変換を行うと、x(t) が偶関数とな
り、このようなフィルタは非因果的になる。即ち、この
ようなフィルタは未来の情報を含むことになり、このま
まではデジタルフィルタを構成することができない。そ
こで、このフィルタのインパルス応答をh(t)を離散化し
た移動平均型のデジタルフィルタの入出力間にある遅延
時間αを設け、 ha (t) =h(t−α) ……(1) としてやることでデジタルフィルタが実現可能となる。
つまり、望ましい周波数特性を逆フーリエ変換したよう
なインパルス応答列を算出し、これに一定の遅延を加え
た移動平均型デジタルフィルタを構成すればよい。
【0011】このように、フィルタの入出力間に遅延を
設けることで探傷波形の解析タイミングが一定時間ずつ
遅れることになるが、その条件は実際にはわずかであ
り、実用上の問題はない。
【0012】なお、かかるデジタルフィルタは、以下の
ように構成しても良い。即ち、上記式(1) で定義される
移動平均型フィルタの周波数特性Ha (ω)は広く知ら
れているフーリエ変換の公式を用いて
【数1】 と表わされるから、上記でH(ω) の逆フーリエ変換演
算の後に遅延成分を与える代わりに、式(1) および式
(2) によりHa (ω)を算出した後に逆フーリエ変換に
よりha (t) を算出しても良い。
【0013】
【実施例】以下、添付の図面を参照して、この発明の実
施例について具体的に説明する。図1は、本発明による
薄鋼板の欠陥部信号検出装置の一例を示す模式図であ
る。図中の200 は、ライン上を走行中の鋼帯201 を磁化
する磁化装置であり、111, 112 , …11n は磁気セン
サ、121 , 122 , …12n は増幅器、131 , 132 , …13 n
はアナログ低域フィルタ、141 , 142 , …14n はA/D
変換装置、151 , 152, …15n はデジタルフィルタ、16
1 , 162 , …16n は演算回路、18は比較装置である。ま
た、110 は基準クロックを発する発振装置、100 はデジ
タルフィルタの係数列を算出する演算装置であり、101
は算出されたフィルタ係数列をデジタルフィルタ151 ,
152 , …15n に転送する転送装置である。
【0014】磁化装置としては電磁石を用いるのが一般
的であるが、本発明の実施上はどのような型式のもので
も良い。磁気センサ111 , 112 , …11n は一般的に多く
用いられる磁気ダイオード、磁気抵抗素子、ホール素
子、磁気飽和型センサ、微小コイル等の何れを使用して
もよく、増幅器121 , 122 , …12n もしくはそのセンサ
の磁気−電気変換特性に合わせたブリッジ回路あるいは
オペレーションアンプ等で構成すればよい。
【0015】アナログ低域フィルタは、抵抗器とコンデ
ンサで構成される簡単なものでも、反転増幅回路の構成
のものでも良いが、A/D変換による折り返し誤差を防
ぐためには、フィルタの遮断周波数を少なくとも発振器
110 が発するA/D変換のサンプリング周波数の半分以
下にする必要があり、可能ならば1/3 程度が望ましい。
デジタルフィルタは、一例として図2に示されるよう
に、遅延素子311, 312, …, 31n と乗算素子330, 331,
…33n と加算素子35で構成されるデジタル回路である
が、今日ではフィルタ係数をメモリに保持し外部クロッ
クと同期して動作するようなIC(集積回路)を安価に
入手可能である。
【0016】このように構成される鋼板の欠陥検出装置
の動作については、以下で説明する。磁気センサ111 ,
112 , …11n は磁化された鋼帯の漏洩磁束を検出し電気
信号に変換し、増幅器121 , 122 , …12n は前記磁気セ
ンサの微弱な幅の電圧変化を適切な電圧範囲の電気信号
に増幅する。アナログ低域フィルタ131 , 132 , …13 n
は検出した漏洩磁束信号中に測定現場において混入する
高周波ノイズを除去し、A/D変換装置141 , 142 , …
14n によって一定のクロック毎に数値データに変換され
た後、下記で説明するような方法で設定される係数を持
ったデジタルフィルタ151 , 152 , …15n により、欠陥
部信号以外の周波数成分が低減される。さらに、演算回
路161 , 162 , …16n により前記のデジタル雰囲気で濾
波された探傷信号の各時点での振幅を計算し、加算回路
17で各チャンネルの出力を予め決められたブロック毎に
加算された後、比較装置18により前記加算回路の出力が
予め設定した閾値を超えたときに欠陥検出の信号が発せ
られる。
【0017】次に、デジタルフィルタ151 , 152 , …15
n の係数の設定法の一例について説明する。まず、予め
設定された帯域特性や急峻度から、フィルタの周波数特
性H(ω)を算出し、メモリーに蓄える。ここで、前述
したように、本発明の場合はこのH(ω)は周波数に関
する実関数となる。次に、その周波数特性をもつような
時間波形の列a(a-N, …, a-1, a0, a1, …,aN ) を
算出する。これは、上述の周波数特性データの逆フーリ
エ変換演算を行えばよい。ここで、各係数の添字は時間
に相当する番号であり、Nは適当に定めて逆フーリエ変
換演算のためのデータ数である。さらに、上記のaに対
して、 hi =ai-R , O≦i≦2R ……(3) で定まる係数列hを算出し、これを移動平均フィルタの
係数列として用いる。ここで、定数Rは予め設定した遅
延定数であるが、精度の良いフィルタ演算を行うには、
aが十分減衰する程度の数にしておけばよい。定数Rの
好ましい数値例としてはR= 64 である。以上の手順を
図示すると図3のようになる。
【0018】以上説明した実施例において、欠陥信号の
検出および波形処理はチャンネル毎に独立して行うの
で、探傷装置のチャンネル数は任意に選ぶことができ
る。また、自明のことであるが、デジタルフィルタ係数
の設定以降の処理はすべてデジタルデータを取り扱うの
で、その一部または全部をマイクロコンピュータで並列
的にあるいは一括して演算処理する構成にすることも可
能である。本発明と従来法による欠陥部検出信号の例を
図5に示す。この図において、(a)は従来法、(b)
は本発明の欠陥検出波形図である。この図は、欠陥部信
号をノイズから分離するフィルタの急峻度を同じとした
場合であるが、本発明では、欠陥部信号の位相遅れによ
る振幅の低下が生じないことが明らかである。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、欠
陥部信号をノイズから分離するフィルタの急峻度を高め
た場合でも欠陥部信号の位相遅れによる振幅の低減を招
くことなく、精度の良い探傷が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による欠陥検出装置の一例を示す模式図
である。
【図2】デジタルフィルタの構成の一例を示す模式図で
ある。
【図3】本発明によるデジタルフィルタ係数の演算手順
の一例を説明する模式図である。
【図4】従来装置を説明する模式図である。
【図5】本発明と従来法との欠陥検出波形図であり、
(a) は従来法、(b) は本発明の欠陥検出波形図である。
【符号の説明】
111 , 112 , …11n 磁気センサ 121 , 122 , …12n 増幅器 131 , 132 , …13n 低域フィルタ 141 , 142 , …14n A/D変換装置 151 , 152 , …15n デジタルフィルタ 161 , 162 , …16n 演算回路 17 演算装置( 加算回路) 18 判定回路 100 演算装置 101 転送装置 110 発振器 200 磁化装置 201 鋼帯 311, …, 31n 遅延素子 330, …, 33n 乗算素子 35 加算素子 411 , 412 , …41n 磁気センサ 421 , 422 , …42n 増幅器 431 , 432 , …43n バンドパスフィルタ 441 , 442 , …44n 整流回路 45 演算回路 46 閾値回路
フロントページの続き (72)発明者 市川 文彦 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社鉄鋼開発・生産本部鉄鋼研究所 内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 走行中の鋼板から生じる漏洩磁束を磁気
    センサで検出し、その出力信号に基づいて、鋼板の欠陥
    を検出するにあたり、 前記磁気センサからのアナログ信号をデジタル信号に変
    換した後、このデジタル信号中のノイズ成分を、その周
    波数特性の振幅特性が予め設定された遮断周波数と急峻
    度とをもつ帯域通過型であり、かつその位相特性が予め
    設定された遅延係数を含んだ周波数に関する一次関数で
    表わされるデジタルフィルタでノイズを除去してから、
    このデジタルフィルタの出力信号に基づいて鋼板の欠陥
    検出を行うことを特徴とする鋼板の欠陥検出方法。
  2. 【請求項2】 走行ライン上を移動する鋼板を磁化する
    ために、前記走行ラインに対抗して配置した磁化装置
    と、 前記磁化装置により磁化された鋼板からの漏洩磁束を検
    出するために、前記走行ライン上の鋼板に対面してその
    幅方向に配置した複数の磁気センサと、 該磁気センサからのアナログ出力信号をデジタル信号に
    変換する複数のアナログ−デジタル変換装置と、 前記アナログ−デジタル変換装置からの各デジタル信号
    中に含まれるノイズ成分を除去するフイルタ係数を有す
    る複数のデジタルフィルタと、 予め設定された遮断周波数および急峻度に基づく帯域通
    過型の振幅周波数特性と、予め設定された遅延係数を含
    む周波数に関する一次関数で表わされた位相特性とを有
    するフィルタのパルス応答列を算出し、これをデジタル
    フィルタのフィルタ係数として与える演算制御装置と、 前記複数のデジタルフィルタの各出力の振幅を演算する
    複数の演算装置と、これらの演算装置の出力と所定の閾
    値とに基づいて欠陥の有無を判定する判定手段とを備え
    ることを特徴とする鋼板の欠陥検出装置。
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