JPWO2020218301A1 - 漏洩磁束探傷装置 - Google Patents

Abstract

漏洩磁束探傷ユニットは、鋼帯Ｋに対面しており、回転可能に支持された回転ディスクと、回転ディスクの回転方向の異なる位置にそれぞれ設置されており、鋼帯Ｋを磁化方向へ直流磁化するとともに、直流磁化によって線状欠陥から漏洩する漏洩磁束を検知する複数の欠陥検出ヘッドと、を有する。複数の欠陥検出ヘッドの少なくとも一つは、欠陥検出ヘッドの設置位置における回転軌道の接線と磁化方向との傾斜角度が、他の欠陥検出ヘッドと異なる。

Description

本発明は、薄鋼帯（ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｉｐ）の表層下あるいは内部に存在する線状欠陥を検出する漏洩磁束探傷装置に関するものである。

近年、鉄鋼製品に求められる品質レベルが高くなり、従来では有害視されなかった大きさの表面欠陥や内部欠陥が問題とされるようになってきた。これらのうち、例えば自動車外板用として使用される亜鉛鍍金鋼板などの薄板製品も同様に、表面欠陥や内部欠陥の有無が品質上非常に重要である。電化製品向け鋼板や、その他の用途向けの鋼板、特に外板用途向け鋼板でも同様に、従来以上の品質レベルを要求されていることが増えている。

自動車外板用の亜鉛鍍金鋼板は、鉄鋼プロセスでの製鋼工程、熱延工程、酸洗工程、冷延工程、鍍金工程を経て製造され、さらに自動車製造メーカーにてプレス工程、塗装工程を経て使用される。この自動車外板に表面欠陥が有ると、その他の健全部と明らかに異なって見えるため、強度に問題は無くとも、外観を損ねるという問題を引き起こす。

鉄鋼製品製造プロセスでは、表面欠陥を検出する光学式の表面欠陥検査装置が使用されることがある。たとえば、自動車外板用鋼板の製造過程において、初期凝固殻（シェル）に捕捉された製鋼起因のアルミナ系介在物及びパウダー系介在物といった非金属介在物が熱間圧延や冷間圧延で薄く延ばされると、線状のスリバーやヘゲと呼ばれる重大欠陥（線状欠陥）になる。これらスリバー欠陥やヘゲ欠陥のうち、冷延工程後に鋼板表面に存在するものは、光学式の表面欠陥検査装置により検出可能である。しかしながら、欠陥の一部や大部分が鋼板表層下に潜り込んでいると、欠陥を過小に評価したり、検出できずに自動車製造メーカーへ流出してしまう。

自動車製造メーカーにおいて、納品された薄板製品の表層下に潜り込んだ内部欠陥の存在に気付かずにプレス加工した後に、内部欠陥が鋼板の表面に顕在化する場合がある。顕在化した欠陥が軽微なものであれば、簡単な手入れにより除去可能であるため、除去作業はさほどの負荷とならない。しかしながら、顕在化した欠陥が幅１〜２ｍｍ程度であっても長さ１００ｍｍを超えるような線状欠陥である場合、その除去に多大な手間や時間を要してしまうため、有害視される。

このような、自動車外板の素材に用いられる薄鋼帯において、幅が１〜２ｍｍ程度で、長さが１００ｍｍ以上に圧延方向に薄く延ばされ、且つ薄鋼帯表層下に埋もれた線状欠陥を、表層近傍での不感帯が無くオンラインで自動検出し得る探傷法として、渦流探傷法及び漏洩磁束探傷法がある。

このうち、渦流探傷法は、交流励磁用として、通常、数十ｋＨｚ以上の周波数を有する交流電源を使用する。渦流探傷法は、表皮効果の原理を積極的に利用するものであり、探傷範囲が極表層近傍に限定される。よって、渦流探傷法は鋼帯の表層から深く潜り込んだ内部欠陥の検出には不向きである。また、板厚が０．９ｍｍ以下の薄鋼帯であっても、両面検査のためには、表裏面の双方に幅方向に渦流センサ群を配列する必要が有る。このため、センサチャンネル数が多くなり、コストが掛かる懸念がある。

一方、漏洩磁束探傷法は、検査対象とする被検査材の板厚を０．９ｍｍ以下の薄鋼帯に限定すれば、使用する磁気センサ群を片方の面側のみに配置することで、探傷範囲を板厚方向の一方の面から反対面までカバーできる可能性がある。このため、漏洩磁束探傷法は渦流探傷法に比べてセンサチャンネル数が少なくなるため、安価に済むメリットがある。

特許文献１には、漏洩磁束探傷法による薄鋼帯の微小内部欠陥検出装置が開示されている。特許文献１によれば、長さの短い点状欠陥であっても、比較的厚みのあるものに対しては検出性能が高い。特許文献２には漏洩磁束検出素子を常時回転させることで長手方向線状欠陥を横切るよう構成された漏洩磁束探傷装置が開示されている。

特開平９−１４５６７９号公報 特開平２−１４７９５０号公報

しかしながら、特許文献１の場合、磁化する方向と線状欠陥の方向とが平行であるため、線状欠陥からの漏洩磁束が小さく、Ｓ／Ｎ比が悪いという問題がある。特許文献２の場合、交流にて磁化する手段を用いるため、渦流探傷法同様、表皮効果の問題があり、表層から深く潜り込んだ内部欠陥に対して不向きである。また、励磁コイルに通電する励磁電流を交流でなく直流とし、これを薄鋼帯における内部欠陥検出装置として適用することが考えられる。しかしながら、特許文献２で開示されている構成においては、漏洩磁束検出素子回転機構を挟み込むほどの磁極間隔が広い電磁石を用いている。一般的に直流励磁による漏洩磁束探傷では、被検材の材料性ノイズを低減させるため、被検材を磁気飽和域近傍まで磁化する必要がある。特許文献２で開示されている構成では、磁極間にこれに見合った磁力を到底発生させることができず、探傷に必要なＳ／Ｎ比を実現することができない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、Ｓ／Ｎ比を向上させて薄鋼帯の表層下あるいは内部に存在する線状欠陥を精度よく検出することができる漏洩磁束探傷装置を提供することにある。また、鋼帯の幅方向全域にわたって、線状欠陥をもれなく検出できる漏洩磁束探傷装置を提供する。

本発明は、これら課題を解決するために以下の構成を有する。
［１］ 鋼帯の線状欠陥を検出する漏洩磁束探傷装置において、
前記鋼帯に対し非接触の位置に設けられ、前記鋼帯の幅方向に配列された複数の漏洩磁束探傷ユニットを備え、
前記漏洩磁束探傷ユニットは、
前記鋼帯の被探傷面に対向しており、回転する回転ディスクと、
前記回転ディスク上の異なる周方向の位置にそれぞれ設置され、前記鋼帯を直流磁化するとともに、直流磁化によって線状欠陥から漏洩する漏洩磁束を検知する複数の欠陥検出ヘッドと、
を有し、
複数の前記欠陥検出ヘッドの少なくとも一つは、欠陥検出ヘッドの設置位置における回転軌道の接線と前記磁化方向との傾斜角度が、他の欠陥検出ヘッドと異なる漏洩磁束探傷装置。
［２］複数の前記欠陥検出ヘッドは、前記傾斜角度の相違に対応した周方向の異なる領域を探傷可能範囲として前記線状欠陥を検出するものであり、
前記漏洩磁束探傷ユニットは、すべての前記欠陥検出ヘッドの前記探傷可能範囲に対応した前記鋼帯の幅方向の有効探傷範囲を有する［１］に記載の漏洩磁束探傷装置。
［３］ 複数の前記欠陥検出ヘッドの前記傾斜角度は、周方向に隣接する前記探傷可能範囲同士を重複させた重複探傷範囲を形成するように設定されている［２］に記載の漏洩磁束探傷装置。
［４］ 複数の前記漏洩磁束探傷ユニットは、隣接する前記有効探傷範囲同士を重複させた有効重複範囲を形成するように配列されている［２］または［３］に記載の漏洩磁束探傷装置。
［５］ 前記欠陥検出ヘッドは、
２個の永久磁石と、一方の前記永久磁石のＳ極と、他方の前記永久磁石のＮ極とを結合するヨークとを備え、前記ヨークの磁化方向に沿って前記鋼帯を直流磁化する磁化器と、
前記２個の永久磁石との間に設けられ、前記線状欠陥から漏洩する漏洩磁束を検出する磁気センサと、
を備えた［１］から［４］のいずれかに記載の漏洩磁束探傷装置。
［６］ 複数の前記漏洩磁束探傷ユニットは、前記鋼帯を走行させながら前記線状欠陥を検出するものであって、走行する前記鋼帯のうち、非磁性ロールに巻き付けられた部位の前記鋼帯に対面するように設置されている［１］から［５］のいずれかに記載の漏洩磁束探傷装置。
［７］ 複数の前記漏洩磁束探傷ユニットは、前記鋼帯を走行させながら前記線状欠陥を検出するものであって、走行する前記鋼帯を押さえる２つの押さえロールの間に挟まれた領域に配置されている［１］から［５］のいずれかに記載の漏洩磁束探傷装置。
［８］ 複数の前記漏洩磁束探傷ユニットは、千鳥状に配列されている［１］から［７］のいずれかに記載の漏洩磁束探傷装置。
［９］ 複数の前記漏洩磁束探傷ユニットにおいて検知された検出信号に基づいて、前記鋼帯の線状欠陥の有無を検知する検出制御部をさらに備えた［１］から［８］のいずれかに記載の漏洩磁束探傷装置。

本発明に係る漏洩磁束探傷装置によれば、少なくとも１つの欠陥検出ヘッドの傾斜角度を他の欠陥検出ヘッドの傾斜角度と異なるように設定された複数の欠陥検出ヘッドを鋼帯に対して回転させることにより、周方向の異なる領域毎にそれぞれ各欠陥検出ヘッドの探傷可能範囲を設定して線状欠陥を検出することになるため、圧延方向に延ばされた線状欠陥からの漏洩磁束を精度よく検出することができる。

本発明の第１の実施形態に係る漏洩磁束探傷装置を示す模式図である。 図１の漏洩磁束探傷ユニットの一例を示す模式図である。 図１の漏洩磁束探傷ユニットの一例を示す模式図である。 欠陥検出ヘッドの一例を示す模式図である。 欠陥検出ヘッドと線状欠陥との位置関係を示す模式図である。 異なる探傷角度で線状欠陥を検出したときの相対出力値の一例を示すグラフである。 探傷角度と相対出力値との関係を示すグラフである。 図３に示す複数の欠陥検出ヘッド毎の探傷可能範囲と鋼帯の幅方向の探傷領域との関係を示す模式図である。 隣接する漏洩磁束探傷ユニット同士の有効探傷範囲を示す模式図である。 複数の漏洩磁束探傷ユニット１０を、複数列で配置した例の模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る漏洩磁束探傷装置を示す模式図である。 図１１の場合の漏洩磁束探傷ユニットと、非磁性ロールとの関係を示す図である。

［第１の実施形態］
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る漏洩磁束探傷装置を示す模式図である。図１の漏洩磁束探傷装置１は、鋼帯（ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｉｐ）Ｋを長手方向（矢印Ｘ方向）に走行させながらオンラインで線状欠陥ＤＴを検出するものであり、鋼帯Ｋの被検査部分を直流磁化したときに線状欠陥ＤＴから漏洩する漏洩磁束を検出して線状欠陥を検出する。なお、鋼帯の幅方向をＹ方向、鋼帯の板厚方向をＺ方向とする。

漏洩磁束探傷装置１は、走行する鋼帯Ｋに対面して配置された収納ボックス３ａ、３ｂを有している。各収納ボックス３ａ、３ｂ内には鋼帯Ｋを直流磁化するとともに、線状欠陥ＤＴで発生する漏洩磁束を検出する漏洩磁束探傷ユニット１０が板幅方向に複数配列されるとともに、鋼帯Ｋの進行方向に複数列配置されている。収納ボックス３ａは鋼帯Ｋの表面側に設置されており、鋼帯Ｋの表面側から漏洩磁束を検知する。収納ボックス３ｂは鋼帯Ｋの裏面側に設置されており、鋼帯Ｋの裏面側から漏洩磁束を検知する。

漏洩磁束探傷装置１は、収納ボックス３ａ、３ｂ内の複数の漏洩磁束探傷ユニット１０の動作を制御するとともに、各漏洩磁束探傷ユニット１０で検知された漏洩磁束に基づき線状欠陥の有無を判定する検出制御部４を有している。

なお、図１において、鋼帯Ｋの両面に収納ボックス３ａ、３ｂが両面にそれぞれ設置された場合について例示しているが、鋼帯Ｋの板厚が０．９ｍｍ以下の場合、表面もしくは裏面のいずれか一方のみ配置されていれば、板厚方向の全範囲について探傷することができる。ただし、収納ボックス３ａ、３ｂは同一の場所にある必要はなく、異なる場所に設置されていてもよい。

各収納ボックス３ａ、３ｂの鋼帯Ｋと対向する面には、それぞれ複数の漏洩磁束探傷ユニット１０が配置されている。複数の漏洩磁束探傷ユニット１０は、走行する鋼帯Ｋに対面するように設置されている。

複数の漏洩磁束探傷ユニット１０は、収納ボックス３ａ内の漏洩磁束探傷ユニット１０と収納ボックス３ｂ内の漏洩磁束探傷ユニット１０とで、いわゆる千鳥状に配列されている。すなわち、複数の漏洩磁束探傷ユニット１０は、収納ボックス３ａ、３ｂ各々において、鋼帯Ｋの幅方向（矢印Ｙ方向）へ直線状に並んで複数（たとえば５個）、一列に配列されているとともに、幅方向の配置位置が互いにずれるように走行方向（矢印Ｘ方向）に配置された状態になっている（後述する図１０参照）。なお、漏洩磁束探傷ユニット１０の幅の個数は、鋼帯Ｋの幅に応じて適宜決定すればよい。

図２は、図１の漏洩磁束探傷ユニット１０の一例を示す模式図である。図２の漏洩磁束探傷ユニット１０は、鋼帯Ｋに対し非接触の位置に設けられたものであって、回転可能に支持された回転ディスク２０と、回転ディスク２０の周方向の異なる位置にそれぞれ設置された複数の欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄとを備える。漏洩磁束探傷ユニット１０は、図２に示すように、鋼帯Ｋに対して、所定のリフトオフ量Ｌだけ離れた位置に設置される。線状欠陥ＤＴからの漏洩磁束を確実に、かつ安定して検出するには、鋼帯Ｋと回転ディスク２０が平行であること、およびリフトオフ量Ｌが変動しないことが重要である。そこで、回転ディスク２０は、リフトオフ量Ｌが鋼帯Ｋに対して一定になるように、鋼帯Ｋと平行になるように設置される。

リフトオフ量Ｌは、鋼帯Ｋの種類、後述する永久磁石の大きさや磁束密度などによって適宜設定してよいが、例えば、１ｍｍを例示することができる。好適範囲は０．５〜３ｍｍ程度である。リフトオフ量が小さすぎると、鋼帯Ｋの上下動によって、磁束探傷ユニット１０が破損する場合がある。反対に、リフトオフ量が大きすぎると、漏洩磁束を検出しにくくなるので、欠陥検出精度が悪くなる。

リフトオフ量Ｌの変動を小さくするために、図１に示すように、押えロール２０１を収納ボックスの前後に設置して、鋼帯Ｋの上下動を抑えるようにしてもよい。押えロール２０１は、図１では鋼帯の上側にあるが、押えロール２０１は鋼帯の下側に設けてもよく、さらに、上下の押えロールで鋼帯Ｋを挟み込むようにしてもよい。また、図１では、鋼帯Ｋが水平方向に移動する部分で探傷するようにしているが、鋼帯Ｋが垂直方法に移動する部分で探傷するようにしてもよく、またロールの部分で探傷するようにしてもよい。

図２に示すように、回転ディスク２０は、鋼帯Ｋの探傷面に対向しており、例えば半径Ｒ１＝１７５ｍｍの大きさを有する。回転ディスク２０は、中心ＣＬで回転軸２１に固定されており、回転軸２１は矢印Ｒ１０方向に回転可能に支持されている。回転軸２１は、タイミングベルト２３を介してモータ２２に接続されている。タイミングベルト２３がモータ２２により矢印Ｒ１０方向に回転すると、回転軸２１とともに回転ディスク２０が矢印Ｒ１０方向に回転する。なお、モータ２２の動作及び回転ディスク２０の回転速度は検出制御部４により制御されており、回転ディスク２０は例えば一定の速度で回転する。なお、回転ディスク２０は、モータ２２に直接、または変速機等を介してモータ２２に接続されていてもよい。

複数の欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄは、図３に示すように、回転ディスク２０の回転半径Ｒ２（例えばＲ２＝１５０ｍｍ）の回転軌道ＲＲ上において、回転ディスク２０の周方向の異なる位置にそれぞれ設置されている。図３においては、４つの欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄがそれぞれ等間隔に９０°ずつ周方向にずれた状態で配置された場合について例示している。また、図２に示すように、各欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄは、鋼帯Ｋに対し所定のリフトオフ量Ｌだけ離れており、鋼帯Ｋとは非接触で対面している。

図４（Ａ）、（Ｂ）は、欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄの一例を示す模式図であり、これらの図を用いて、欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄの構成について説明する。なお、欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄは同一の構成を有しているため、図４を用いて欠陥検出ヘッド３０Ａの構成について説明する。欠陥検出ヘッド３０Ａは、鋼帯Ｋを直流磁化するとともに、直流磁化によって線状欠陥ＤＴから漏洩する漏洩磁束を検知するものである。具体的には、欠陥検出ヘッド３０Ａは、鋼帯Ｋを直流磁化するための磁化器３１と、磁化器３１により磁化されたときに線状欠陥ＤＴから漏洩する漏洩磁束を検知する磁気センサ３２を有する。

磁化器３１は、永久磁石３１ａ、３１ｂと、永久磁石３１ａ、３１ｂによって磁化される軟鋼からなるヨーク３１ｃとを有する。永久磁石３１ａ、３１ｂは、たとえばネオジム磁石からなっており、ヨーク３１ｃの両端に所定の磁極間隔だけ離れて配置されている。ヨーク３１ｃの延びる方向が、鋼帯Ｋが直流磁化される際の磁化方向になる。磁気センサ３２は、後述するように、磁気センサ３２の磁化方向と線状欠陥ＤＴとがなす探傷角度が、磁気センサ３２の探傷可能範囲内にある線状欠陥ＤＴを検出するようになっている。例えば、永久磁石３１ａ、３１ｂがネオジム磁石からなり、ヨーク３１ｃの磁極間隔が３０ｍｍ程度である場合、板厚が０．９ｍｍ以下の鋼帯Ｋの漏洩磁束の探傷に必要とされる十分な磁力を得ることができる。

図３に示すように、欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄは、設置位置における回転軌道ＲＲの接線Ｔと磁化方向Ｊ１〜Ｊ４との傾斜角度β１〜β４がそれぞれ異なるように配置されている。例えば、欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄにおける傾斜角度β１〜β４は、回転軌道ＲＲ上の任意の１点の基準位置で、時計回りを正としたとき、それぞれβ１＝３０°、β２＝１０°、β３＝−１０°、β４＝−３０°になるように配置されている。そして、複数の欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄは、傾斜角度β１〜β４の相違に対応した周方向の異なる領域を探傷可能範囲として線状欠陥を検出する。以下に、探傷可能範囲及び傾斜角度β１〜β４と探傷可能範囲との関係について説明する。ここで、回転軌道ＲＲ上の任意の１点の基準位置とは、たとえば、回転ディスク２０の中心を通り、鋼帯Ｋの長手方向（図３ではＺ方向）に垂直な線と、回転軌道ＲＲとが交わる２点のうちの１点である。また、時計回りを正とは、任意の１点の基準位置上で、欠陥検出ヘッド３０の磁化方向が、任意の１点の基準位置上の接線の方向から、時計回りの方向に移動した時を正とすることをいう。

図５は、欠陥検出ヘッドと線状欠陥との位置関係を示す模式図である。なお、図５の欠陥検出ヘッド１３０は、図４に示す欠陥検出ヘッド３０Ａと同一の構成を有するものであるが、磁化方向Ｊ（磁石のＮ極とＳ極を結ぶ線）が接線Ｔと等しくなるように（傾斜角度β＝０°）、回転ディスク２０上に１つ設置されたもので、図５では欠陥検出ヘッド１３０の各回転位置での状態を示している。この場合、線状欠陥ＤＴの形成方向（矢印Ｘ方向）と磁化方向とがなす探傷角度γは回転角度θと一致し（γ＝θ）、例えば回転角度θ＝９０°の場合には探傷角度γ＝９０°になる。ここで、回転角度θは、回転ディスク２０の中心を通り、鋼帯Ｋの長手方向（図５ではＸ方向）に垂直な線を基準とする。

図６は、図５に示す欠陥検出ヘッド１３０が、異なる探傷角度で線状欠陥を通過したときに検出された漏洩磁束の値を相対的に示した相対出力値の一例を示すグラフであり、図７は、探傷角度と相対出力値との関係を示すグラフである。なお、図６（ａ）は探傷角度γ＝９０°であり、図６（ｂ）は探傷角度γ＝７５°であり、図６（ｃ）は探傷角度γ＝６５°である場合の相対出力値を示す。

まず試験用の鋼帯Ｋには回転角度θ＝９０°、８０°、７５°、６５°に相当する幅方向（矢印Ｙ方向）の位置に線状欠陥（スリバー欠陥）ＤＴを予め形成しておく。回転ディスク２０を回転させ、欠陥検出ヘッド１３０の磁気センサ３２で鋼帯Ｋからの漏洩磁束を検出する。欠陥検出ヘッド１３０が線状欠陥ＤＴを横切るときに、大きな漏洩磁束が検出される。一方、線状欠陥ＤＴがない部分からの漏洩磁束は、ノイズレベルになる。回転ディスク２０の回転によって、欠陥検出ヘッド１３０が異なる角度で線状欠陥ＤＴを横切るので、回転角度に応じた大きさの漏洩磁束が検出される。そこで、回転角度θ毎に漏洩磁束を検出し、相対出力値として求める。

また、図６及び図７において探傷角度γ＝６５°〜９０°の範囲のグラフを例示しているが、探傷角度γが９０°よりも大きい場合、すなわち回転角度θが９０°＜θ≦１８０°の場合の相対出力値は、探傷角度γ＝１８０°−θのときの相対出力値と同一である。そして、図１の検出制御部４は、欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄにおいて検知された図６に示すような出力値を取得し、取得した出力値が予め設定された閾値を超えた場合に、欠陥があるとの判定結果を出力する。欠陥の判定基準は、取得した出力値の最大値が閾値を超えた場合を欠陥有りとする、または取得した出力値が複数回閾値を超えた場合を欠陥有りとする、等適宜設定してよい。

図７は、γが９０°のときの相対出力値の最大値に対する、各探傷角度での相対出力値の最大値の比の一例を表したものである。図６及び図７に示すように、探傷角度γが９０°から小さくなるにつれて線状欠陥を検出した際の相対出力値は小さくなっていく。つまり、磁化方向Ｊと線状欠陥とのなす探傷角度γが９０°に近づくほど、相対出力値は大きくなる。ここで、ノイズレベルと、検出した相対出力値との比、つまりＳ／Ｎ比を適切にとることで、線状欠陥の検出を精度よく行うことができる。たとえば、Ｓ／Ｎ比が３以上の時に、十分高い欠陥検出精度が得られるとすれば、図７の例ではノイズレベルＮ＝０．２１に対して、相対出力値＝０．６３以上であればよい、ということができる。Ｓ／Ｎ比を３以上とすると、図５の場合、欠陥検出ヘッド１３０の探傷可能範囲ＦＲ０は、回転角度θ＝９０°の±１５°の範囲（７５°≦θ≦１０５°）になる。なお、この探傷可能範囲の幅は、この範囲に限定されず、永久磁石３１ａ、３１ｂの磁力やヨーク３１ｃにおける磁極間隔等で異なるものである。Ｓ／Ｎ比も、確実に線状欠陥ＤＴを検出できるように、適宜設定されてよい。

上述の通り、図５は、磁化方向Ｊが接線方向Ｔと一致するように、欠陥検出ヘッド１３０が回転ディスク２０上に設置されている場合について例示している。一方、磁化方向Ｊが接線方向Ｔに対して傾斜角度βだけ傾斜すれば、探傷可能範囲ＦＲ０も傾斜角度βだけ回転する（７５°−β≦θ≦１０５°−β）。つまり、図３のように、欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄの傾斜角度β１〜β４がそれぞれ異なっていれば、各欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄの探傷可能範囲ＦＲ１〜ＦＲ４は、周方向においてそれぞれ異なる領域に設定されることになる。

図８は、図３に示す複数の欠陥検出ヘッド毎の探傷可能範囲と鋼帯の幅方向の探傷領域との関係を示す模式図である。なお、図８の探傷可能範囲ＦＲ１〜ＦＲ４は、それぞれ図３の欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄに対応している。また各欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄは、図５〜図７の欠陥検出ヘッド１３０と同一の性能を有しているものとする。また、傾斜角度β１〜β４は、図３と同様、それぞれβ１＝３０°、β２＝１０°、β３＝−１０°、β４＝−３０°に設定されている。

すなわち、欠陥検出ヘッド３０Ａの探傷可能範囲ＦＲ１は、β＝β１を代入して、周方向の４５°≦θ≦７５°の範囲に形成される。つまり、例えばＳ／Ｎ比が３以上となる探傷可能範囲ＦＲ１が、ＦＲ０に対して３０°回転した位置に形成されることになる。同様に、検出ヘッド３０Ｂの探傷可能範囲ＦＲ２は、β＝β２を代入して、周方向の６５°≦θ≦９５°の範囲に形成される。欠陥検出ヘッド３０Ｃの探傷可能範囲ＦＲ３は、β＝β３を代入して、周方向の８５°≦θ≦１１５°の範囲に形成される。欠陥検出ヘッド３０Ｄの探傷可能範囲ＦＲ４は、β＝β４を代入して、周方向の１０５°≦θ≦１３５°の範囲に形成される。

このように、各前記欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄは、それぞれ周方向の異なる位置の探傷可能範囲ＦＲ１〜ＦＲ４について線状欠陥ＤＴの検知を行う。この例では、欠陥検出ヘッド３０Ａの相対出力値は、θ＝６０°（４５°≦θ≦７５°の中央）で最大となる。これは、θ＝６０°の時に、欠陥検出ヘッド３０Ａの磁化方向Ｊが接線方向Ｔと一致するからである。一方、θ＝４５°およびθ＝７５°で相対出力値が最小となる。つまり、ＦＲ１の中央で相対出力値が最大となり、ＦＲ１の両端では最小となる。欠陥検出ヘッド３０Ｂ〜３０Ｄでも同様である。ＦＲ１〜ＦＲ４の、それぞれの探傷角度、鋼帯Ｋの位置と、相対出力値の関係を図８に示す。図８の相対出力値は、ＦＲ１〜ＦＲ４の中央の角度での相対出力値を１とし、Ｓ／Ｎ比が３となる探傷角度での値を最小値として、模式的に示している。

傾斜角度β１〜β４は、周方向で隣接する探傷可能範囲ＦＲ１〜ＦＲ４のそれぞれ一部を互いに重複させた重複探傷範囲ＤＲを形成するように設定されている。例えば、欠陥検出ヘッド３０Ａの探傷可能範囲ＦＲ１が４５°≦θ≦７５°であるのに対し、欠陥検出ヘッド３０Ｂの探傷可能範囲ＦＲ２は６５°≦θ≦９５°である。６５°〜７５°の範囲において探傷可能範囲ＦＲ１、ＦＲ２が互いに重複し、重複探傷範囲ＤＲが形成されている。同様に、探傷可能範囲ＦＲ２、ＦＲ３の間及び探傷可能範囲ＦＲ３、ＦＲ４の間にもそれぞれ重複探傷範囲ＤＲが設定されている。隣り合う探傷可能範囲ＦＲ１〜ＦＲ４同士を互いに重複させることにより、回転ディスク２０の回転軌道内の線状欠陥ＤＴを漏れなく検出することができる。なお、図１の検出制御部４は、重複探傷範囲ＤＲにおいて、信号レベルの高い出力値（図８にて、重複探傷範囲ＤＲ内に太破線で示した相対出力値）を線状欠陥の有無の判定に用いる。

そして、１つの漏洩磁束探傷ユニット１０全体の有効探傷範囲ＦＲは、複数の欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄによって形成される周方向の探傷可能範囲ＦＲ１〜ＦＲ４をすべて重ね合わせた領域になる。図８においては、１つの漏洩磁束探傷ユニット１０の有効探傷範囲ＦＲ（θＦＲ）は４５°≦θ≦１３５°になる。これを鋼帯Ｋの幅方向（矢印Ｙ方向）に換算すると、鋼帯Ｋの幅方向（矢印Ｙ方向）の有効探傷範囲ＦＲは、検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄの回転軌道半径Ｒ２＝１５０ｍｍの場合、ＦＲ＝２×（Ｒ２×ｃｏｓ４５°）＝Ｒ２×２^１／２＝２１２ｍｍ（回転ディスク２０の中心を原点として鋼帯Ｋの幅方向位置に±１０６ｍｍの範囲）となる。このようにβ１〜β４に傾斜角度をつけることで、一つの漏洩磁束探傷ユニット１０の欠陥の探傷範囲を広くすることができる。このようにして、ＦＲ１〜ＦＲ４に相当する範囲の、一つの漏洩磁束探傷ユニット１０の鋼帯Ｋの幅方向の探傷領域が設定される。

上記のとおり、有効探傷範囲ＦＲは、回転ディスク２０の直径よりも小さくなる。漏洩磁束探傷ユニット１０を鋼帯Ｋの幅方向に単に複数配置しただけでは、線状欠陥ＤＴが有効探傷範囲ＦＲの間をすり抜ける可能性がある。そこで、図９に示すように、隣接する漏洩磁束探傷ユニット１０の有効探傷範囲ＦＲが重なるように複数の漏洩磁束探傷ユニット１０を配置する。有効探傷範囲ＦＲが重なった部分を、有効重複範囲ＥＤＲと呼ぶ。有効重複範囲ＥＤＲを適宜設定することで、線状欠陥ＤＴが漏洩磁束探傷ユニット１０の間をすり抜ける可能性を減少させることができる。なお、有効重複範囲ＥＤＲにおいても、信号レベルの高い出力値（図９にて、重複探傷範囲ＤＲ内に太破線で示した相対出力値）を線状欠陥の有無の判定に用いる。

ここで、有効重複範囲ＥＤＲを設ける場合、複数の漏洩磁束探傷ユニット１０を、鋼帯Ｋの進行方向に対して直交する方向に、一列に配置することはできない。そこで、有効重複範囲ＥＤＲを設ける場合は、複数の漏洩磁束探傷ユニット１０を、鋼帯Ｋの進行方向に対して直交する方向に、複数の列になるように配置する。

図１０は、複数の漏洩磁束探傷ユニット１０を、複数列で配置した例の模式図である。図１０は、この例では、漏洩磁束探傷ユニット１０の中心が、鋼帯Ｋの幅方向にそれぞれ所定量ずれるように、配置されている。漏洩磁束探傷ユニット１０が一列だと、有効重複範囲ＥＤＲを設けることはできないが、漏洩磁束探傷ユニット１０の中心が互いにずれるようにして複数列配置することで、全体として有効重複範囲ＥＤＲを設けることが可能になる。そして、このように漏洩磁束探傷ユニット１０を配置、配列することで、線状欠陥ＤＴの検出漏れをさらに減少させ、鋼帯Ｋの幅方向（図１０のＹ方向）全体の線状欠陥ＤＴを検出することが可能になる。

回転ディスク２０の半径Ｒ１＝１７５ｍｍ、欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄの回転軌道半径Ｒ２＝１５０ｍｍ、欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄの検出角度がそれぞれβ１＝３０°、β２＝１０°、β３＝−１０°、β４＝−３０°である漏洩磁束探傷ユニット１０の場合、有効探傷範囲ＦＲ＝Ｒ２×２^１／２＝２１２ｍｍである。有効重複範囲ＥＤＲが鋼帯Ｋの幅方向に２４ｍｍになるように、収納ボックス３ａ内の漏洩磁束探傷ユニット１０をそれぞれ設置すれば、最大１９０４ｍｍの幅まで検査が可能になる。なお、最も外側の漏洩磁束探傷ユニット１０のＦＲ内に、鋼帯の幅方向端部が収まるように、漏洩磁束探傷ユニット１０を配置してもよい。

以上をまとめると、上記第１の実施形態によれば、異なる傾斜角度β１〜β４を有する複数の欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄを鋼帯Ｋに対して回転させることにより、周方向の異なる領域毎にそれぞれ各欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄの探傷可能範囲ＦＲ１〜ＦＲ４を設定して線状欠陥ＤＴを検出することになるため、線状欠陥ＤＴからの漏洩磁束を精度よく検出することができる。

特に、薄鋼帯の表層下あるいは内部に存在するもので、幅が１〜２ｍｍで、圧延方向に先頭部からなだらかに厚くなり（途中の厚みが厚いところでも２０〜３０μｍ程度）、その後、尾端部にかけてなだらかに薄くなるような線状欠陥を精度よく検出することができる。

また、検出可能な線状欠陥ＤＴの最短長さは、例えばモータ２２による回転ディスク２０の回転速度が３０００ｒｐｍ、鋼帯Ｋの走行速度が２００ｍｐｍであるとき、６７ｍｍ（＝（６０／３０００）×（２００／６０）×１０００）となる。

複数の欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄが、互いの探傷可能範囲ＦＲ１〜ＦＲ４が重複する重複探傷範囲ＤＲを有するとき、漏洩磁束探傷ユニット１０の有効探傷範囲ＦＲ内では、隙間なく線状欠陥ＤＴを検出することができる。さらに、複数の漏洩磁束探傷ユニット１０が、互いの有効探傷範囲ＦＲが重複する有効重複範囲ＥＤＲを有する場合、漏洩磁束探傷装置１全体として、鋼帯Ｋの幅方向（矢印Ｙ方向）において、隙間なく線状欠陥ＤＴを検出することができる。

また、図１のように、複数の漏洩磁束探傷ユニット１０が、走行する鋼帯Ｋを押さえる２つの押えロール２０１の間に挟まれた領域に配置されていれば、鋼帯Ｋのばたつきによる距離変動の影響を抑えることができる。

さらに、図１０のように、複数の漏洩磁束探傷ユニット１０が、千鳥状に配列されているとき、装置全体として、鋼帯Ｋの幅方向（矢印Ｙ方向）に隙間のない探傷範囲を設定することができる。

［第２の実施形態］
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る漏洩磁束探傷装置３００を示す模式図である。この例では、漏洩磁束探傷装置３００は、非磁性ロール２ａに巻き付けられて走行する鋼帯Ｋに対面して配置された収納ボックス３０１ａを有している。各収納ボックス３０１ａ内には漏洩磁束探傷ユニット１０が複数配置されている。また、漏洩磁束探傷装置３００は、収納ボックス内の漏洩磁束探傷ユニット１０の動作を制御するとともに、各漏洩磁束探傷ユニット１０で検知された漏洩磁束に基づき線状欠陥の有無を判定する検出制御部４を有していることは、第１の実施形態と同様である。

図１２は、図１１の場合の漏洩磁束探傷ユニット１０と、非磁性ロール２ａとの関係を示す図である。この実施形態では、図１２に示すように、漏洩磁束探傷ユニット１０は、非磁性ロール２ａに巻き付けられた部位の鋼帯Ｋに対面するように設置されている。具体的には、欠陥検出ヘッド３０Ａ（または３０Ｂ〜３０Ｄ）と非磁性ロール２ａの中心Ｐを結ぶ線ＧＬが非磁性ロール２ａと交わる点Ｅでの、非磁性ロール２の接線と回転ディスク２０とが平行になるように、漏洩磁束探傷ユニット１０を設置する。また前記の点Ｐで、欠陥検出ヘッド３０Ａ（または３０Ｂ〜３０Ｄ）と鋼帯Ｋとのリフトオフ量が所定の値Ｌになるように設置される。当然ながら、ＧＬとＣＬとは、平行である。

鋼帯ＫはＸ方向に与えられた張力によって非磁性ロール２に密着しており、リフトオフ量Ｌの変動が抑えられるので、鋼帯Ｋと漏洩磁束探傷ユニット１０との間の距離の変動もほとんどない。その結果、漏洩磁束を検出する際に距離変動の影響が排除でき、極めて安定した鋼帯Ｋのオンライン探傷が実現できる。また、収納ボックス３０１ａが設置された非磁性ロール２ａとは異なる非磁性ロール２ｂに、収納ボックス３０１ａとは反対の面の線状欠陥ＤＴを検出するように、収納ボックス３０１ｂを設置してもよい。なお、第３の実施形態で鋼帯Ｋの全幅を検査するには、図１２に示すように、異なる角度で漏洩磁束探傷ユニット１０を設置すればよい。あるいは、別の非磁性ロール２に、あらたに収納ボックスを設置してもよい。

本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されず、種々の変更を加えることができる。たとえば、上記各実施形態において、４つの欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄが配置された場合について例示しているが、３つ以上であればよい。また、欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄを４個よりも多くすることで、一層精度の高い探傷が可能となる。さらに、上記実施形態において、４つの欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄの傾斜角度β１〜β４がすべて異なる場合について例示しているが、複数の欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄのうち少なくとも一つの傾斜角度が他の欠陥検出ヘッドと異なっていればよい。

また、図３において複数の欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄが、それぞれ周方向に等間隔で設置されている場合について例示しているが、異なる間隔で設置されていてもよい。さらに、複数の欠陥検出ヘッド３０Ａ〜３０Ｄが、同一の回転軌道ＲＲ上に設置される場合について例示しているが、径方向の異なる位置に設置されていてもよい。

また、上記は、線状欠陥ＤＴの方向が、図３、または図５のように、θ＝９０°の方向である場合について説明しているが、これに限らず、線状欠陥ＤＴの方向がθ＝９０°に対して傾斜していても、本発明が適用可能である。この場合も、図７で示した探傷角度γと相対出力値の関係は、基本的には変わらない。

また、収納ボックス３ａ、３ｂ内に、漏洩磁束探傷ユニット１０が鋼帯Ｋの進行方向に複数列配置されるとしたが、漏洩磁束探傷ユニット１０が一列配置としてもよい。ただし、一列配置とする場合には、板幅方向全体の欠陥検出をするために、収納ボックスを鋼帯Ｋの進行方向に複数配置する必要がある。

さらに上記各実施形態において、鋼板は、自動車用の車体や部品に用いられる場合について例示しているが、電化製品用等の自動車用以外の種々の広範囲の用途の鋼板に適用することができる。

１、３００ 漏洩磁束探傷装置
２ａ、２ｂ 非磁性ロール
３ａ、３ｂ、３０１ａ、３０１ｂ 収納ボックス
４ 検出制御部
１０ 漏洩磁束探傷ユニット
２０ 回転ディスク
２１ 回転軸
２２ モータ
２３ タイミングベルト
３０Ａ〜３０Ｄ、１３０ 欠陥検出ヘッド
３１ 磁化器
３１ａ、３１ｂ 永久磁石
３１ｃ ヨーク
３２ 磁気センサ
２０１ 押さえロール
ＤＲ 重複探傷範囲
ＤＴ 線状欠陥（スリバー欠陥）
ＥＤＲ 有効重複範囲
ＦＲ、θＦＲ 有効探傷範囲
ＦＲ０〜ＦＲ４ 探傷可能範囲
Ｊ、Ｊ１〜Ｊ４ 磁化方向
Ｋ 鋼帯
Ｌ リフトオフ量
ＲＲ 回転軌道
Ｔ 接線
β 傾斜角度
β１〜β４ 傾斜角度
γ 探傷角度
θ 回転角度

Claims (9)

1. 鋼帯の線状欠陥を検出する漏洩磁束探傷装置において、
   前記鋼帯に対し非接触の位置に設けられ、前記鋼帯の幅方向に配列された複数の漏洩磁束探傷ユニットを備え、
   前記漏洩磁束探傷ユニットは、
   前記鋼帯の被探傷面に対向しており、回転する回転ディスクと、
   前記回転ディスク上の異なる周方向の位置にそれぞれ設置され、前記鋼帯を直流磁化するとともに、直流磁化によって線状欠陥から漏洩する漏洩磁束を検知する複数の欠陥検出ヘッドと、
   を有し、
   複数の前記欠陥検出ヘッドの少なくとも一つは、欠陥検出ヘッドの設置位置における回転軌道の接線と前記磁化方向との傾斜角度が、他の欠陥検出ヘッドと異なる漏洩磁束探傷装置。
2. 複数の前記欠陥検出ヘッドは、前記傾斜角度の相違に対応した周方向の異なる領域を探傷可能範囲として前記線状欠陥を検出するものであり、
   前記漏洩磁束探傷ユニットは、すべての前記欠陥検出ヘッドの前記探傷可能範囲に対応した前記鋼帯の幅方向の有効探傷範囲を有する請求項１に記載の漏洩磁束探傷装置。
3. 複数の前記欠陥検出ヘッドの前記傾斜角度は、周方向に隣接する前記探傷可能範囲同士を重複させた重複探傷範囲を形成するように設定されている請求項２に記載の漏洩磁束探傷装置。
4. 複数の前記漏洩磁束探傷ユニットは、隣接する前記有効探傷範囲同士を重複させた有効重複範囲を形成するように配列されている請求項２または３に記載の漏洩磁束探傷装置。
5. 前記欠陥検出ヘッドは、
   ２個の永久磁石と、一方の前記永久磁石のＳ極と、他方の前記永久磁石のＮ極とを結合するヨークとを備え、前記ヨークの磁化方向に沿って前記鋼帯を直流磁化する磁化器と、
   前記２個の永久磁石との間に設けられ、前記線状欠陥から漏洩する漏洩磁束を検出する磁気センサと、
   を備えた請求項１から４のいずれか１項に記載の漏洩磁束探傷装置。
6. 複数の前記漏洩磁束探傷ユニットは、前記鋼帯を走行させながら前記線状欠陥を検出するものであって、走行する前記鋼帯のうち、非磁性ロールに巻き付けられた部位の前記鋼帯に対面するように設置されている請求項１から５のいずれか１項に記載の漏洩磁束探傷装置。
7. 複数の前記漏洩磁束探傷ユニットは、前記鋼帯を走行させながら前記線状欠陥を検出するものであって、走行する前記鋼帯を押さえる２つの押さえロールの間に挟まれた領域に配置されている請求項１から５のいずれか１項に記載の漏洩磁束探傷装置。
8. 複数の前記漏洩磁束探傷ユニットは、千鳥状に配列されている請求項１から７のいずれか１項に記載の漏洩磁束探傷装置。
9. 複数の前記漏洩磁束探傷ユニットにおいて検知された検出信号に基づいて、前記鋼帯の線状欠陥の有無を検知する検出制御部をさらに備えた請求項１から８のいずれか１項に記載の漏洩磁束探傷装置。

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