JPS62276454A

JPS62276454A - 強磁性体の異物の検出方法

Info

Publication number: JPS62276454A
Application number: JP4338786A
Authority: JP
Inventors: Toji Kin; 東治金; Kiyoshi Takeuchi; 竹内　淨; Fumihiko Abe; 文彦安倍
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1986-02-05
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1987-12-01

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】３、発明の詳細な説明（産業上の利用分野）本発明は非鉄金属より成る長尺部材に混入せる鉄粉等の
強磁性体の異物を検出する方法に関する。

（従来の技術）電線の素材となるｉＭ（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａ１）
部材等に鉄粉等の異物が混入することにより断線事故が
発生している。このため電線製造プロセスにおける鋳造
、圧延、伸線工程中に素材となる銅或いはアルミニウム
部材に混入した微小鉄粉を検出して除去することが必要
不可欠である。

従来、前記微小鉄粉等を検出する方法としては電磁誘導
の原理を利用したものがあり、第５図に示すように直流
平等磁界Ｈ中に検出コイル１を配置し、該コイルｌに電
線（銅線）２を貫通させて磁界Ｈと同じ方向に走行させ
る。電線２中に鉄粉３が混入している場合には、当該鉄
粉３がコイル１内を貫通すると該鉄粉３の磁気モーメン
トによりコイルｌの磁束鎖交数が変化し、当該コイル１
の両端に次式で示す起動電力ｅが発生する。

ｄ　φ ｄ　（ここに、値Ｎはコイル１の巻数、値φはコイルｌを貫通
する磁束、値りは時間を示す。

コイルｌに発生される起動力ｅを検出することにより電
線２中に混入せる鉄粉３の存在を検知する。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記従来の検出方法においては、検出可
能な鉄粉の大きさは直径約１ｍ１）程度であり、これ以
下の微細な鉄粉の検出は困難である。その理由の１つは
、検出コイルｌの寸法と巻数とが互いに制約することに
ある。即ち、コイルｌの検出感度はコイルの寸法が小さ
い程、巻数が多い程高くなるが、現状では巻数が１５０
０回が限度とされ、これにより検出感度の上限が略決定
される。

また、印加する磁界をより強くすれば感度をある程度高
くすることが可能であるが、周知のように鉄粉の透磁率
は磁束密度が７０００Ｇを超えると急に低下するために
かかる手段により感度の向上も略限界に近づいている。

更に、検出感度を高くすると周囲のノイズに対して非常
に敏感に反応し、この結果、検出信号のＳ／Ｎ比が低下
するという問題がある。

また、前記混入せる鉄粉等の異物の大きさを検出する場
合、前記電線２の移動速度即ち、ラインスピードを検出
して信号処理を行う必要があり、ラインスピード測定器
を必要とし、検出装置が高価となる等の問題がある。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、非鉄金属よ
り成る電線等の長尺部材に混入せる鉄粉等の強磁性部材
の異物の検出感度を高め、更に、前記異物の大きさを判
別可能とする強磁性体の異物の検出方法を提供すること
を目的とする。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するために本発明によれば、非鉄金属よ
り成る長尺部材の長手方向に沿う所定の″２２位置夫々
当該長尺部材の移動方向と直角方向に磁界を印加し、こ
れらの各位置における前記長尺部材が通過する空間部分
の各磁気抵抗の変化を検出して対応する信号を得、これ
らの信号の差分を取り前記長尺部材に混入せる強磁性体
の異物を検出する強磁性体の異物の検出方法及び、非鉄
金属より成る長尺部材の長手方向に沿う所定の２位置で
夫々当該長尺部材の移動方向と直角方向に磁界を印加し
、これらの各位置における前記長尺部材が通過する空間
部分の各磁気抵抗の変化を検出して対応する信号を得、
これらの信号の差分を取り、咳差分信号の前記２位置に
おける検出時間差から前記長尺部材の移動速度を算出し
、該移動速度と前記差分信号とにより前記長尺部材に混
入せる強もｎ性体の異物の大きさを判別する強磁性体の
異物の検出方法が提供される。

（実施例）以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。

第１図は本発明を実施するための検出装置を示し、コア
５は角型のＣ字状をなし一側５ａの略中夫には空隙５ｂ
が形成され、他側５ｃにはコイル６が巻回されている。

コア７もコア５と全く同様に形成され、−側７ａの略中
夫には空隙７ｂが形成され、他側７Ｃにはコイル８が巻
回されている。

これらの各コア５，７は夫々高透磁率の磁性部材で同一
形状に形成され、且つコイル６．８も同一形状に形成さ
れている。各コア５．７の磁気回路の断面積及び空隙５
ｂ、７ｂの間隔は被検査対象物例えば銅線４の線径によ
り決定され、前記断面積は当該銅線の断面積よりも僅か
に大きく、前記間隔は線径よりも僅かに幅広に設定され
る。そして、コア５とコイル６、コア７とコイル８とに
より夫々磁気センサ９，１０が形成される。

銅線４は矢印方向にラインスピードＵで移動し、各コア
５，７は当該５ＰＩｌｉｆ１４の長手方向（移動方向）
に沿って所定位置に所定間隔したけ離間して並置され、
銅線４はこれらの各コア５，７の空隙５ｂ。

７ｂを僅かなギャップで貫通し、且つこれらの各コア５
．７の各磁気回路と直交する。即ち、各コア５．７は銅
線４にその移動方向と直角方向に磁界を印加する。

コイル６の端子６ａはコイル８の端子８ｂに、端子６ｂ
は定電流回路１）及び差動増幅器１２の一方の入力端子
に夫々接続され、コイル８の端子８ａは定電流回路１）
及び差動増幅器１２の他方の入力端子に夫々接続され、
コイル６とコイル８の端子６ａ、８ｂは定電流回路１）
のアースに接続される。差動増幅器１２の出力端子は第
２図に示すように信号処理回路１３の信号ピーク検出回
路１４及び比較回路１５の一方の入力端子に接続され、
該比較回路１５の他方の入力端子には基準信号Ｖ　ｒａ
ｔが加えられる。信号ピーク検出回路１４の出力端子は
乗算回路１６の入力端子に接続される。また、比較回路
１５の出力端子はパルス時間差検出回路１７の入力端子
に接続され、該パルス時間差検出回路１７の出力端子は
割算回路１８の入力端子に接続される。該割算回路１日
の入力端子には標準スピード信号ｅ３が入力され、出力
端子は乗算回路１６の入力端子に接続される。標準スピ
ード信号ｅ、は銅線４が所定のラインスピードＵでコア
５から７までの距＃Ｌを移動する時間に対応した値に設
定される。

以下に異物の検出方法を説明する。

定電流回路１）から各コイル８，６に所定の電流Ｉを供
給すると各コア７．５内に磁束が発生し、これらのコア
７．５の各空隙７ｂ、５ｂに磁界が発生する。これらの
各空隙７ｂ、５ｂの各磁界は！ＰＩ線４にその移動方向
と直交して印加される。

銅線４に鉄粉３が混入していない場合（以下定常状態と
いう）において、コイル６に前記電流Ｉを供給した時に
コア５内を通る磁束φは次式で与えられる。

１、　　　　　　ｆ。

μＩ　Ｓ　　　μ。ＳＡここに、Ｎはコイル６の巻数、Ｓはコア６の断面積、Ａ
は空隙５ｂの断面積の補正係数、！、はコイル５の磁路
長、１２は空隙５ｂの間隔（長さ）、μｍはコアのｉ３
ｉ率、μ。は真空の透磁率を表す。

また、１）／（μ＋　Ｓ）はコア５の磁気抵抗を、１２
／（μ。ＳＡ）は空隙５ｂの磁気抵抗を表す。

コア５の透磁率μｍは真空の透磁率μ。に比して十分に
大きく　（μｍ〉〉μ。）、従って、前代（２）は次式
のように簡略化される。

１ｔ　　　　　　　　Ｒａ μ。ＳＡ但し、Ｒｏ　”’１２／　（μ。ＳＡ）コア７について
もコア５と同様である。

前記定常状態においてはコア５．７の各空隙５ｂ。

７ｂの各磁気抵抗Ｒ０は共に変化せず、従ってコイル６
．８の出力はＯとなり、差動増幅器１２の出力はＯとな
る。従って、信号処理回路１３からは信号は出力されな
い。また、センサ９，１ｏの近傍におけるノイズにより
コイル６．８にノイズ信号が発生しても、各コイル６．
８の出力信号は同相となるため差動増幅器１２の出力は
０となる。

即ち、ノイズの影響を除去することができる。

次に、銅線４に鉄粉３が混入した場合における空隙５ｂ
の磁気抵抗Ｒ１は次式で与えられる。但し、鉄粉３の形
状を立法体と仮定し、その辺長を６、透磁率をμｍとす
る。

Ｒ，＝１ｔ　　　　　　　ｌｔ　−δ　　　　　　δ・・・・
・・　　（４）鉄粉３の透磁率μＶは真空の透磁率μ。に比して十分に
大きく　（μ、　＞＞μ。）、従って、旧式（４）で与
えられる磁気抵抗Ｒ１は磁気抵抗Ｒ０よりも小さくなる
（Ｒ＋＜Ｒｏ）。従って、鉄粉３が空隙５ｂを通過する
時間Δｔの間にコア５を通る磁束φは空隙５ｂの磁気抵
抗の変化分（Ｒ＠−１）＋）に相当する磁束量Δφだけ
変化する。前記時間Δｔは十分小さく、従って、コイル
７の両端には次の近似式で表される誘起起電力Δｅが発
生する。

（以下余白） Δ　【即ち、鉄粉３が空隙５ｂを通過した瞬間、コイル６に旧
式（５）で表される起電力Δｅが発生する。

旧式（５）において起電力Δｅはコイル６の巻数Ｎの２
乗に比例し、しかも高透磁率のコア５により磁気回路を
形成し該コア５にコイル６を巻回することにより、巻数
Ｎが幾何学的寸法により余り制限されることがなく、更
に、略全磁束がコア５内を通るためにコイル６の全ての
＠線が前記磁束の変化量に対して有効に作用する等によ
り、非常に大きな値となる。

一方、鉄粉がコア５の空Ｒ５ｂを通過した瞬間にはコア
７側は未だ定常状態にあり、コイル８の出力は０である
。この結果、差動増幅器１２から第３図に示すような信
号ｅ、が出力される。

鉄粉３は銅線４と共に図中左方から右方にラインスピー
ドＵで移動し、前記コア５の空隙５ｂを通過後時間Ｔの
経過後にコア７の空隙７ｂを通過し、これに伴いコイル
８に旧式（５）で表される起電力Δｅが発生する。この
時にはコア５側は既に定常状態となっており、コイル６
の出力は０となる。

この結果、差動増幅器１２から第３図に示す信号ｅ２が
出力される。これらの信号ｅ、とｅ２とは位相が１８０
’異なり、且つ略同振幅の信号となる。

信号処理回路１３の信号ピーク検出回路１４は順次入力
する各信号ｅｌ＋　ｅｔのピーク値を検出して対応する
ピーク値信号Ｅを出力する。この場合には信号ｅＩとｅ
２との各ピーク値信号は略等しい。比較回路１５は順次
人力する信号ｅｌ＋　８２と基準信号Ｖ　ｒａｔとを比
較し、ｅ　１　＞　Ｖ　ｒａｔ　％　ｅｔ　〉Ｖ　ｒｅ
ｆのときに夫々パルス信号Ｐ、、Ｐ、を出力する。これ
らのパルス信号Ｐ１とＰｔとの発生する時間差は第３図
に示すように信号ｅｌとｅ２との発生時間差Ｔに等しい
。パルス時間差検出回路１７はパルスＰ、が入力された
時からパルスＰ２が入力されるまでの時間Ｔを計測し、
対応する信号ｅｕを出力する。

ところで、磁気センサ９．ｌＯにより検出した信号ｅｌ
＋ｅＺの振幅は特定の装置に対して鉄粉３の大きさとラ
インスピード即ち、当該鉄粉３の移動速度Ｕとの２つの
パラメータに正比例する。従って、鉄粉３の大きさを判
別するためにはこれらの信号ｅｌ＋ｅＺの振幅（大きさ
）を標準ラインスピード信号ｅ、により補正する必要が
ある。そこで、割算回路１８において人力信号ｅ１＋”
ｕに基づいて（ｅｓ／ｅｕ）の演算を実行し、標準ライ
ンスピード信号ｅ、に基づいて検出せる信号ｅｕを補正
する。この補正せる信号（ｅｓ　／ｅｕ　）は補正係数
として乗算回路１６に加えられる。

乗算回路１６は入力せるピーク値信号Ｅに補正係数（ｅ
、／ｅｕ　’）を乗算して当該信号Ｅを補正し、対応す
る信号ＥＸ　（ｅ、／ｅｕ　）を出力する。

この信号ＥＸ（ｅｓ／ｅｕ）は銅ｖＡ４の移動速度（ラ
インスピード）を標準のラインスピードに換算した時の
鉄粉３の大きさに対応した値となる。

従って、この出力信号ＥＸ　（ｅｓ　／ｅｔ＋　）の大
きさにより鉄粉３の大きさを判別することが可能となる
。斯くして、銅線４に混入せる鉄粉３の有無及び当該鉄
粉３の大小を判別することが可能となる。

また、コア５．７の各空隙５ｂ、７ｂは線材４の外径に
応じて最適な寸法に形成可能であり、しかもコイル６．
８のＳ／Ｎ比は空隙５ｂ、７ｂが狭い程向上するため、
細い線材の微細な鉄粉を検出する場合に特に有効である
。

第４図はセンサの第２実施例を示し、センサ２０は磁界
の発生源を励磁コイルに代えてパーマネントマグネット
（以下単にマグネットという）を使用したもので、マグ
ネット２１．コア２２．２３及び検出コイル２４から成
り、マグネット２１のＮ極及びＳ極の各端面２１ａ及び
２１ｂには夫々略し字状に形成されたコア２２及び２３
の各一端２２ａ及び２３ａの各側面が密着固定されて磁
気的に結合され、各他端２２ｂ及び２３ｂは夫々各端面
が所定の間隔で離間対向して配置されている。

各コア２２．２３は夫々スーパーマロイ等の高透磁率の
磁性部材で形成される。これらのマグネット２１．コア
２２．２３により磁気回路が形成される。そして、各コ
ア２２．２３には検出コイル２４が所定回数巻回される
。

センサ２５もセンサ２０と同様に、マグネット２６、コ
ア２７．２８及び検出コイル２９等で構成される。これ
らの各センサ２０，２５の磁気特性は可能な呟り同じ特
性に構成されることが好ましい。特に各センサ２０．２
５の各空隙３０．３１に発生される磁界の強さは略等し
くなることが好ましい。センサ２０の空隙３０にはコア
２２の端面からコア２３の対向する端面方向に磁界が発
生し、センサ２５の空隙３１にはコア２７の端面からコ
ア２８の対向する端面方向に磁界が発生する。

これらの各センサ２０，２５を第１図の場合と同様に配
置し、検出コイル２４の端子２４ａ、検出コイル２９の
端子２９ｂを夫々接続端子４０゜４１に接続し、検出コ
イル２４の端子２４ｂと検出コイル２９の端子２９ａと
を接続して共に接地し、各接続端子４０．４１を前記第
１図の場合と同様に差動増幅器１２の各入力端子に接続
する。

銅線４は図示のように各センサ２０，２５の各空隙３０
．３１内に配置され矢印方向に所定のラインスピードＵ
で搬送される。この銅線４はセンサ２０．２５の各空隙
３０．３１においてその移動方向と直交する方向に磁界
を印加される。銅線４に鉄粉３が混入している場合には
、該鉄粉３が各センサ２０．２５の各空隙３０．３１を
通過即ち、これらの各空隙３０．３１において磁界を横
切る時にこれらの各空隙３０．３１の磁気抵抗が変化し
、これに伴い各検出コイル２４．２９に誘起起電力が発
生する。この誘起起電力は前述したように銅線４の移動
速度即ち、鉄粉３の移動速度Ｕと当該鉄粉３の大きさに
応じた値となる。これらの各センサ２０．２５の検出コ
イル２４．２９の出力信号は差動増幅器１２に加えられ
る。該差動増幅器１２の出力信号は前述と同様に信号処
理回路１３　（第１図）に加えられて処理される。

ところで、前記マグネットを使用するセンサ２０゜２５
は前記励磁コイルを使用するセンサ９．１０に比して励
磁電流に起因するセンサの発熱、ノイズの影響が無くな
り、Ｓ／Ｎ比が更に向上すると共に、検出コイルを多数
（例えば１号数千回）巻回することが出来、検出感度を
一層向上させることが可能である。更にセンサの小型化
が可能であり、コアを構成する磁性部材の節約及び定電
流回路等の励磁電流源の不要により、センサ及び検出装
置のコストの低廉化を図ることが可能である。

尚、本実施例においては被検査対象物として銅線を使用
する場合について記述したが、これに限るものではなく
、他のアルミニウム或いは真鍮等の非鉄金属の線材或い
は長尺部材に対しても適用し得ることは勿論である。

更に、本実施例においては鉄粉を検出する場合について
記述したが、他の強磁性部材例えば、ニッケル、コバル
ト等の混入物の検出にも適用し得る。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、非鉄金属より成る
長尺部材の長手方向に沿う所定の２位置で夫々当該長尺
部材の移動方向と直角方向に磁界を印加し、これらの各
位置における前記長尺部材が通過する空間部分の各磁気
抵抗の変化を検出して対応する信号を得、これらの信号
の差分を取り前記長尺部材に混入せる強磁性体の異物を
検出することにより、センサのＳ／Ｎ比が大幅に向上し
、前記混入せる異物を高精度に検出可能となり、更に前
記積出せる差分信号の前記２位置における検出時間差か
ら前記長尺部材の移動速度を算出し、該移動速度と前記
差分信号とにより前記長尺部材に混入せる強磁性体の異
物の大きさを判別することが可能となり、製品の品質を
大幅に向上させることができるという優れた効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る強磁性体の異物の検出方法を実施
するための検出装置の一実施例を示す構成図、第２図は
第１図に示す信号処理回路の一実施例を示すブロック図
、第３図は第１図の検出装置の検出信号の一例を示す信
号波形図、第４図はセンサの第２実施例を示す斜視図、
第５回は従来の強磁性体の異物の検出方法を実施するた
めのセンサを示す図である。３・・・鉄粉、４・・・銅線、５，７．２２，２３，２
７．２８・・・コア、５ｂ、７ｂ、３０．３１−・・空
隙、６．８　・：ｒ　イ／Ｌ７．９．１０，２０．２５
・・・磁気センサ、１）・・・定電流回路、１２・・・
差動増幅器、１３・・・信号処理回路、２１．２６・・
・マグネット、２４．２９・・・検出コイル。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）非鉄金属より成る長尺部材の長手方向に沿う所定
の２位置で夫々当該長尺部材の移動方向と直角方向に磁
界を印加し、これらの各位置における前記長尺部材が通
過する空間部分の各磁気抵抗の変化を検出して対応する
信号を得、これらの信号の差分を取り前記長尺部材に混
入せる強磁性体の異物を検出することを特徴とする強磁
性体の異物の検出方法。
（２）前記磁界は両端面が所定の空隙で対向して磁気回
路を形成するコアにコイルを巻回し、該コイルを励磁す
ることにより前記空隙に発生させることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の強磁性体の異物の検出方法。
（３）前記磁気抵抗の変化は前記コアに巻回した前記コ
イルの電圧変化により検出することを特徴とする特許請
求の範囲第１項又は第２項記載の強磁性体の異物の検出
方法。
（４）前記磁界は両端面が所定の空隙で対向して磁気回
路を形成するコアの途中にパーマネントマグネットを介
挿し前記空隙に発生させることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の強磁性体の異物の検出方法。
（５）前記磁気抵抗の変化は前記コアに巻回した検出コ
イルにより検出することを特徴とする特許請求の範囲第
１項又は第４項記載の強磁性体の異物の検出方法。
（６）非鉄金属より成る長尺部材の長手方向に沿う所定
の２位置で夫々当該長尺部材の移動方向と直角方向に磁
界を印加し、これらの各位置における前記長尺部材が通
過する空間部分の各磁気抵抗の変化を検出して対応する
信号を得、これらの信号の差分を取り、該差分信号の前
記２位置における検出時間差から前記長尺部材の移動速
度を算出し、該移動速度と前記差分信号とにより前記長
尺部材に混入せる強磁性体の異物の大きさを判別するこ
とを特徴とする強磁性体の異物の検出方法。