JPH10296331A - 鋼帯の溶接部検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接部の前後に穴を開けることなく、また溶
接部の圧延前後にかかわらず、鋼帯の走行中に溶接部の
位置を精度良く検出できる溶接部検出装置を提供する。 【解決手段】 一対の送信コイル１７及び受信コイル１
８からなる渦流センサ３と、鋼帯１に対し渦流センサ３
と同一の側に設置された直流磁化器４と、渦流センサ３
を浮遊磁場から磁気遮蔽する強磁性体の磁気シールド部
材５と、溶接部判定しきい値が鋼帯の地合ノイズに自動
追従するように設定された溶接部判定装置８とから構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼帯の連続処理ラ
インにおいて走行中の溶接部の位置を正確に検出する装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、鋼帯を連続的に洗浄したり、焼
鈍処理やメッキ処理、あるいは塗膜処理をしたりすると
き、通板作業を容易にするため、もしくは鋼帯の先端部
や後端部で処理が不均一になるのを防止するため、鋼帯
どうしを処理前に溶接にて接続している。そして接続さ
れる鋼帯の仕様、例えば厚さ、幅、材質等や処理仕様が
異なっているときは溶接部の前後で正確に処理を変える
必要がある。また同一仕様、同一処理であっても溶接部
は溶接時の熱のため、金属組成が変化しているので、後
工程では溶接部をトラッキングして通板速度を変えた
り、圧延機の圧下荷重を変えたりする必要がある。この
ため、連続処理ラインでは、溶接部の位置をライン入側
に設置された溶接機からライン出側に設置された切断装
置までトラッキングするための装置が設置されているの
が一般的である。

【０００３】図６に従来の光学式溶接部検出装置の構成
を示す。図６において、１は鋼帯、９、１０は投光器、
１１、１２は受光器、１３はアンド回路、１４、１５は
溶接部の前後に設けられたパンチ穴である。通常、投光
器９、１０からの光は鋼帯１によって遮られ、受光器１
１、１２には到達しない。しかし、溶接部に設けられた
パンチ穴１４、１５が通過すると、投光器９、１０から
の光が受光器１１、１２に達するので、アンド回路１３
より溶接部検出信号が出力される。しかし、この方法
は、溶接部の前後にパンチ穴を開ける必要があり、穴を
開けると鋼帯の接続強度が弱くなり、絞りや板破断につ
ながるという問題があった。また、鋼帯が大きく蛇行し
たり、投受光器が汚れたりしたときは、未検出になると
いう問題があった。

【０００４】この問題を解決する手段として、特開平７
−１１６７３２号公報には、図７に示すような、溶接部
前後に穴開けの必要のない、溶接部検出装置が開示され
ている。図７において、１６は３つ股の磁化鉄心であ
り、その外側の両脚部１６ａ、１６ｂに送信コイル１７
を連続的に巻き付け、中央脚部１６ｃに受信コイル１８
を巻き付けて非接触式の検出器１９を構成する。送信コ
イル１７の巻き方向は鋼帯１に交流磁界Ｈａを垂直に作
用させるように巻き、受信コイル１８の巻き方向は鋼帯
１に生じる渦電流による磁界Ｈｂが交流磁界Ｈａの向き
と逆向きになるように巻く。この受信コイル１８によっ
て溶接部の内部組織等の変化による鋼帯表層部の渦電流
変化を検出するものである。

【０００５】この方法は、鉄鋼プロセスにおける自ライ
ン溶接部、例えば酸洗ライン入側での溶接部を酸洗ライ
ン内にて検出するための装置としては、溶接部信号が溶
接部以外の地合ノイズ（材料ノイズとも呼ばれ、鋼帯の
材質、板厚等によりレベルが変わる固有のノイズであ
る）に比べてかなり大きいため、高精度で検出可能であ
る。しかし、鋼帯圧延後の前ライン溶接部を検出する場
合、例えば酸洗入側で溶接後、圧延された溶接部を、次
工程ラインである連続焼鈍ラインで検出する場合におい
ては、前記酸洗溶接部は薄く引き延ばされているため、
母材部と溶接部の境界がぼやけてくる。したがって、溶
接部信号レベルが小さくなるため、母材部地合ノイズと
の識別が極めて困難となる。

【０００６】図８に、前記公報に開示された検出器を用
いたときの、連続焼鈍ライン出側での、圧延後の酸洗溶
接部検出結果を示す。図８から、溶接部信号レベルと地
合ノイズレベルが近接しているため、溶接部判定が困難
と判断される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述した従
来技術の有する問題を解決すべくなされたものであり、
溶接部の前後に穴を開けることなく、また溶接部の圧延
前後にかかわらず、鋼帯の走行中に溶接部の位置を精度
良く検出できる装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る鋼帯の溶接
部検出装置は、一対の送信コイル及び受信コイルからな
る渦流センサを用いて走行中の鋼帯の溶接部の位置を検
出する装置において、鋼帯に対し前記渦流センサと同一
の側に設置された直流磁化器と、前記渦流センサを浮遊
磁場から磁気遮蔽する磁気シールド部材とを備えたこと
を特徴とするものである。

【０００９】直流磁化器により鋼帯に直流磁界を印加す
ることにより、母材部地合ノイズを低減することができ
るので、鋼帯の圧延後であっても渦流センサにより溶接
部の検出が可能となる。この場合、直流磁化器から鋼帯
へ印加される直流磁界は、その強度が小さすぎると母材
部地合ノイズの低減が不十分なため、Ｓ／Ｎ比が悪化す
る。また逆に大きすぎると、磁気飽和に従い、溶接部と
母材部の内部組織等の変化に起因した透磁率差が小さく
なるため、溶接部信号が小さくなり、溶接部の検出が困
難となる。したがって、直流磁化器から鋼帯へ印加され
る磁界強度、すなわち磁化力には、最適範囲が存在す
る。

【００１０】そこで本発明では、前記直流磁化器は、磁
化力が鋼帯の磁気飽和レベルの２０〜８０％の範囲で鋼
帯に印加されるように設定する。この磁化力の範囲は実
験結果から定めたもので、詳細については後述するが、
この範囲であればＳ／Ｎ比が３以上を確保できるので、
溶接部の検出が可能となる。

【００１１】また、磁気シールド部材によって渦流セン
サを磁気遮蔽しているので、渦流センサに対する直流磁
化器の直流磁化作用の影響が少なく、そのため送信コイ
ル鉄心及び受信コイル鉄心の磁気飽和に起因した検出部
の感度低下を抑制でき、また浮遊磁場の混入によるＳ／
Ｎ比の低下を防止することができる。

【００１２】さらに、本発明は、渦流センサからの溶接
部信号に対する溶接部判定装置を備えたものであり、こ
の溶接部判定装置に設定されている溶接部判定基準とな
るしきい値は、鋼帯の地合ノイズに自動追従するように
なっているものである。この溶接部判定しきい値γは、
積分時定数を鋼帯速度に反比例させて得られる渦流セン
サ出力信号の積分値、すなわち鋼帯の地合ノイズＶｎ
と、可変定数α、βにより、γ＝α・Ｖｎ＋βとして設
定することで、地合ノイズの上昇の際には、しきい値γ
も追従して上昇することから、板の肌荒れ等による地合
ノイズを誤って溶接部と判定するような誤判定を防止す
ることができる。

【００１３】また、溶接部判定しきい値γは、上限リミ
ッタにより、渦流センサ出力信号の積分値Ｖｎに対する
追従範囲を制限することにより、比較的大きい地合ノイ
ズが発生したときの、しきい値γの過度の上昇による、
溶接部の未検出を防止することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の溶接部検出装置の
一例を示す構成図である。図１において、１は鋼帯、２
は鋼帯１の搬送ロール、３は一対の送信コイル及び受信
コイルからなる渦流センサで、その構成は図７に示した
ものと同様である。４は鋼帯の地合ノイズを低減するた
めの直流磁化器で、鋼帯に対し渦流センサ３と同一の側
に配置される。５は直流磁化器４から発せられる直流磁
場が渦流センサ３へ混入するのを防止するための磁気シ
ールド部材で、強磁性体よりなっている。

【００１５】渦流センサ３からの検出信号は、信号処理
装置６において所定の処理を施され、最終的には全波整
流処理により絶対値信号７に変換後、溶接部判定装置８
に入力される。その後、溶接部判定装置８において、前
記絶対値信号と溶接部判定しきい値とを比較し、絶対値
信号が溶接部判定しきい値を超えたときに溶接部と判定
される。

【００１６】直流磁化器４は、走行中の鋼帯１に直流磁
界を印加するようになっている。直流磁界を印加する
と、鋼帯材料分子の磁気方向性が一方向に揃えられるた
め、鋼帯の地合ノイズを低減させることができる。しか
し、その磁界強度には前述したように最適範囲が存在す
る。図４は、例えば、炭素含有量０．０６９％、板厚
０．２５ｍｍの鋼帯について、直流磁化器の磁化力を変
えたときの溶接部信号レベル及び地合ノイズレベルの変
化を示すグラフである。なお、横軸には磁化力として、
直流磁化器に巻いたコイルの巻き数（Ｔ）と、直流磁化
器に流す電流（Ａ）の積ＡＴをとっている。同様に図５
は、図４より得られる、磁化力に対する溶接部信号レベ
ルＳと地合ノイズレベルＮとの比Ｓ／Ｎの変化を示すグ
ラフである。

【００１７】図５から、磁化力を大きくしたときに、溶
接部信号レベルがほぼ一定となる値（図５の場合、３０
００（ＡＴ））、すなわち鋼帯の磁気飽和時に比して、
その２０〜８０％（図５において、ａ＝６００〜ｂ＝２
４００（ＡＴ））の磁化力により、直流磁界を与えれ
ば、Ｓ／Ｎ比が３以上を確保でき、溶接部の検出が可能
となる。なお、鋼帯の磁気飽和に相当する磁化力は、鋼
種及び板厚により変動することから、検出対象とする全
ての鋼種及び板厚に対し、各々の磁気飽和時の磁化力を
計測後、上記最適磁化力のラップする範囲にて選択すれ
ばよい。以上から、鋼種及び板厚によらずに、圧延後の
溶接部を高Ｓ／Ｎ比で検出可能となる。

【００１８】次に、図１の溶接部判定装置８の判定処理
動作について、図２を用いて説明する。図２（Ａ）は、
地合ノイズが比較的小さい場合の、また（Ｂ）は、比較
的大きい場合の溶接部判定しきい値の動作原理を示すも
のである。図２（Ａ）、（Ｂ）中の山形連続波形は、図
１の信号処理装置６の出力波形であり、溶接部のない母
材部地合ノイズ信号を模式的に表したものである。前記
地合ノイズは、ある時定数にて積分された値Ｖｎとして
取り出された後、α倍され、あるバイアス分βだけかさ
上げされることで、溶接部判定しきい値γとして設定さ
れる。したがって、図２（Ｂ）に示すような、比較的大
きな地合ノイズが発生した場合には、これに追従する形
で、溶接部判定しきい値レベルも上昇する。これによ
り、鋼帯の肌荒れ等による地合ノイズ上昇に起因した溶
接部の誤判定を防止でき、最適なしきい値の設定が可能
となる。

【００１９】さらに、溶接部判定しきい値の地合ノイズ
の追従範囲は、上限リミッタにより制限することで、過
度のしきい値上昇による、溶接部の未検出の問題は回避
される。なお、これら積分時定数は、図１に示すよう
に、鋼帯走行速度を取り込み、その速度に反比例して自
動設定されるため、鋼帯走行速度によらない、溶接部判
定しきい値の最適設定が可能である。

【００２０】また、図３に、図１中の信号処理装置８で
処理された、圧延後の酸洗溶接部信号及び、図２と同様
にして得られた溶接部判定しきい値の波形例を示す。図
３に示すように、溶接部判定しきい値は溶接部信号のよ
うな急峻な信号変化には追従せず、遅れて立ち上がるた
め、溶接部が未検出となることはない。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
下記の効果が得られる。

【００２２】（１）鋼帯に対し渦流センサと同一の側か
ら直流磁化器で鋼帯に直流磁界を印加するので、母材部
地合ノイズを低減することができる。また、直流磁化器
の磁化力の設定範囲を鋼帯の磁気飽和レベルの２０〜８
０％とすることにより、高Ｓ／Ｎ比で溶接部を検出する
ことができる。

【００２３】（２）渦流センサは、磁気シールド部材に
より磁気遮蔽されているので、直流磁化器の直流磁化作
用の影響を少なくすることができるため、送信コイル鉄
心及び受信コイル鉄心の磁気飽和に起因した検出部の感
度低下を抑制でき、また浮遊磁場の混入によるＳ／Ｎ比
の低下を防止することができる。

【００２４】（３）溶接部判定判定装置における溶接部
判定しきい値を、鋼帯の地合ノイズに自動追従させるよ
うに設定し、また、溶接部判定しきい値γが、積分時定
数を鋼帯速度に反比例させて得られる渦流センサ出力信
号の積分値、すなわち鋼帯の地合ノイズＶｎと、可変定
数α、βにより、γ＝α・Ｖｎ＋βとして設定すること
により、板の肌荒れ等による地合ノイズを誤って溶接部
と判定するような誤判定を防止することができる。

【００２５】（４）溶接部判定しきい値γは、上限リミ
ッタにより、渦流センサ出力信号の積分値Ｖｎに対する
追従範囲を制限することにより、比較的大きい地合ノイ
ズが発生したときの、しきい値γの過度の上昇による、
溶接部の未検出を防止することができる。

【００２６】以上により、鋼帯圧延後の前ライン溶接部
のような、薄く引き延ばされ、また母材部と溶接部の境
界がぼやけ、材質的な差異が小さく、したがって溶接部
信号レベルが小さい溶接部であっても、高精度の検出が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の溶接部検出装置の構成図である。

【図２】地合ノイズに対する溶接部判定しきい値の図で
ある。

【図３】本発明における信号処理後の溶接部信号と溶接
判定しきい値の波形図である。

【図４】直流磁化器の磁化力に対する溶接部信号及び地
合ノイズの変化を示すグラフである。

【図５】図４を磁化力とＳ／Ｎ比の関係で示すグラフで
ある。

【図６】従来の光学式溶接部検出装置の構成図である。

【図７】従来の渦流センサの構成図である。

【図８】鋼帯圧延後の溶接部の検出信号レベルが地合ノ
イズと近接している状態を示す波形図である。

【符号の説明】

１ 鋼帯 ２ 搬送ロール ３ 渦流センサ ４ 直流磁化器 ５ 磁気シールド部材 ６ 信号処理装置 ８ 溶接部判定装置 １７ 送信コイル １８ 受信コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長棟 章生 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の送信コイル及び受信コイルからな
   る渦流センサを用いて走行中の鋼帯の溶接部の位置を検
   出する装置において、 鋼帯に対し前記渦流センサと同一の側に設置された直流
   磁化器と、 前記渦流センサを浮遊磁場から磁気遮蔽する磁気シール
   ド部材と、を備えたことを特徴とする鋼帯の溶接部検出
   装置。
2. 【請求項２】 前記直流磁化器は、磁化力が鋼帯の磁気
   飽和レベルの２０〜８０％の範囲で鋼帯に印加されるよ
   うに設定されていることを特徴とする請求項１記載の鋼
   帯の溶接部検出装置。
3. 【請求項３】 溶接部の判定基準となるしきい値が鋼帯
   の地合ノイズに自動追従するように設定された溶接部判
   定装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の
   鋼帯の溶接部検出装置。
4. 【請求項４】 前記溶接部判定装置における溶接部判定
   しきい値γは、積分時定数を鋼帯速度に反比例させて得
   られる渦流センサ出力信号の積分値Ｖｎと、可変定数
   α、βにより、γ＝α・Ｖｎ＋βとして設定されている
   ことを特徴とする請求項３記載の鋼帯の溶接部検出装
   置。
5. 【請求項５】 前記溶接部判定しきい値γは、上限リミ
   ッタにより、前記渦流センサ出力信号の積分値Ｖｎに対
   する追従範囲を制限することを特徴とする請求項４記載
   の鋼帯の溶接部検出装置。