JPWO2021125187A1 - 漏洩磁気検査装置および欠陥検査方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)検査対象物を励磁し、検査対象物から漏洩する漏洩磁束を検出して検査対象物を検査する漏洩磁気検査装置であって、前記検査対象物と対向する部分に開口を有し、1または2以上の第1の永久磁石を有する門型をなす主励磁器と、前記主励磁器の前記開口に配置された磁気検出器と、前記主励磁器の、前記1または2以上の第1の永久磁石を挟むように前記主励磁器に接続され、前記主励磁器を前記第1の永久磁石と同方向に磁化する第2の永久磁石を有する副励磁器と、直流電流が供給されることにより磁束を発生させ、前記第2の永久磁石の磁化方向を変化させて、前記第2の永久磁石の磁極を反転させることが可能な電磁石コイルと、を備えることを特徴とする漏洩磁気検査装置。
(2)前記主励磁器および前記副励磁器は、磁路を構成するためのヨークを有し、前記第1の永久磁石および前記第2の永久磁石は、前記ヨークに介在されていることを特徴とする上記(1)に記載の漏洩磁気検査装置。
(3)前記第1の永久磁石は、ネオジム磁石であることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の漏洩磁気検査装置。
(4)前記第2の永久磁石は、アルニコ磁石またはサマリウムコバルト磁石であることを特徴とする上記(1)から(3)のいずれかに記載の漏洩磁気検査装置。
(5)前記電磁石コイルを構成する導線の直径と巻き数から算出される該電磁石コイルの断面積が200〜2000mm2であることを特徴とする(1)から(4)のいずれかに記載の漏洩磁気検査装置。
(6)上記(1)から(5)のいずれかに記載の漏洩磁気検査装置を用いて前記検査対象物として搬送されているストリップの欠陥を検査する欠陥検査方法であって、
ストリップの欠陥検査時には、前記電磁石コイルに流す電流を停止し、前記第1の永久磁石からの磁束が前記主励磁器から前記検査対象物へ供給される状態とし、欠陥検査の停止時には、前記電磁石コイルへ直流電流を供給して磁束を発生させ、その磁束により前記第2の永久磁石の磁極が反転して前記副励磁器が前記主励磁器とは逆方向に磁化されるようにし、前記第1の永久磁石からの磁束を前記副励磁器に閉じ込めることを特徴とする欠陥検査方法。
(7)前記欠陥検査を停止した後、前記欠陥検査を再開する場合には、前記電磁石コイルへ欠陥検査停止時とは逆方向の直流電流を供給し、前記第2の永久磁石の磁極を再度反転させて前記欠陥検査を停止させる前の状態に戻し、前記副励磁器が前記主励磁器と同方向に磁化するようにすることを特徴とする上記(6)に記載の欠陥検査方法。
<漏洩磁気検査装置>
図1は本発明の一実施の形態に係る漏洩磁気検査装置の概略構成を示す縦断面図、図2はその横断面図、図3はその斜視図である。
[主励磁器]
主励磁器2は、検査対象物である搬送されるストリップ(薄鋼板)10と対向するように設けられ、門型(断面がU字(コ字)状)をなし、検査対象物であるストリップ10の対向部分に開口2aを有する。ここで、「対向する」とは、ヨーク8の脚部8aの先端部の方向が、検査対象であるストリップ10に向けられて、概ね垂直に配置されていることをいう。開口2aには、複数の磁気検出器4が設けられている。主励磁部2は、第1の永久磁石3と磁路を構成するためのヨーク8とを有し、第1の永久磁石3によりヨーク8が磁化される。ヨーク8は、一対の脚部8aと、一対の脚部8aの基端部を繋ぐ直線状をなす中央部8bとを有し、間口2aは一対の脚部8aの先端部の間に形成されており、脚部8aの先端部がストリップ10に近接して設けられている。一方の脚部8aの先端部がN極となり他方の脚部8aの先端部がS極となる。第1の永久磁石3は、ヨーク8の中央部8bの途中に介在されている。第1の永久磁石3とヨーク8により、磁気検出器4を挟む磁気回路を形成し、ストリップ10の検査部分を磁束飽和状態または磁束飽和に近い状態にさせる。
[磁気検出器]
磁気検出器4は、磁気飽和状態となっているストリップ10から漏洩する磁束(磁力線)を検出するものであり、コイル式素子やホール素子などを用いることができる。ストリップ10を搬送方向に磁化する場合(L方向磁化)、図2に示すように、主励磁器2は検査対象物であるストリップ10の板幅以上とされ、磁気検出器4は例えば1mmピッチの間隔で板幅方向に板幅+α(+αはストリップ10の蛇行を考慮した余裕代)の範囲に配列される。余裕代αは板幅の5〜20%程度とするのが好ましい。例えば板幅が1000mmで、磁気検出器4が1mmピッチの場合は、磁気検出器4は板幅方向に1000個+α分配列される。この場合、主励磁器2の奥行方向の長さも板幅以上必要で1000mm以上となる。
[副励磁器]
副励磁器5は、門型(断面がU字(コ字)状)をなし、主励磁器2のストリップ10と反対側に重ねて配置され、主励磁器2に接続される。副励磁器5は主励磁器2と一体に構成されていてもよい。副励磁器5は、第2の永久磁石6と磁路を構成するためのヨーク9とを有し、第2の永久磁石6によりヨーク9が磁化される。ヨーク9は、一対の脚部9aと、一対の脚部9aの基端部を繋ぐ直線状をなす中央部9bとを有し、一対の脚部9aの先端部が主励磁器2の中央部8bに接続されている。このとき、ヨーク9の脚部9aは主励磁器2の2つの第1の永久磁石3を挟むように主励磁器2に接続される。すなわち、副励磁器5の一対の脚部9aが、2つの第1の永久磁石3の外側の位置に接続される。第2の永久磁石6はヨーク9の途中に介在されている。図1の例では、第2の永久磁石6は一対の脚部9aのそれぞれに分割して配置されているが、中央部9bに設けてもよい。中央部9bに設ける場合は1個でもよいし、2つに分割して設けてもよい。第2の永久磁石6を2つに分割して設ける場合は、左右対称の位置に配置するのが望ましい。
[電磁石コイル]
電磁石コイル7は、直流電流が供給されることにより磁束を発生させ、第2の永久磁石6の磁化方向を変化させて、第2の永久磁石の磁極を反転させることが可能に構成される。電磁石コイル7は、巻き数および供給される直流電流を調整することにより、第2の永久磁石6の磁極を反転させ、逆着磁させることができる。図1および図3に示すように、電磁石コイル7は、副励磁器5の第2の永久磁石6を覆うように配置することが好ましい。電磁石コイル7は第2の永久磁石の磁極を反転させるだけのものであるから、電磁石方式の励磁器に用いる電磁石コイルのような大型なもの(例えば、ヨーク脚部の長さが200mmに対して、電磁石コイルの導線の芯線径が1.6mmの場合に、巻き数が2500〜3500程度で構成されるもの)は不要である。電磁石コイル7の巻き数は例えば、同じ導線の芯線径に対して500〜2000程度でよく、500〜1000程度とすることもできる。なお、電磁石コイル7の巻き数は、複数に分割されている電磁石コイルの場合には、合計の巻き数を表すものとする。
断面積Sが200mm2未満では、通常の励磁電流である2A程度の条件では、第2の永久磁石の磁極を反転させるのが困難となる場合がある。一方、断面積Sが2000mm2を超えると、副励磁器を構成する電磁石の重量が大きくなって、漏洩磁気検査装置1が全体として重くなってしまう。したがって、断面積Sが上記範囲にあることで、本実施形態における副励磁器の機能と装置の軽量化を両立しうる。なお、電磁石コイルを構成する導線の芯線径が細ければコイルの巻き数が増加しても、全体の重量が増加することはない。
[主励磁部と副励磁部の配置関係]
図3に示すように、L方向磁化の場合には、主励磁器2のヨーク8の一対の脚部8aは、それぞれ一体となってストリップ10の幅方向に延びているが、主励磁器2のヨーク8の中央部8b、および副励磁器5は、ストリップ10の幅方向に間隔をおいて複数に分割されてよい。これにより、配線や電磁石コイル7を装着するのが容易になる。この場合には、ヨーク8の中央部8bおよび副励磁器5の存在しない部分の磁力を補えるように、第1の永久磁石3および第2の永久磁石6の厚さが決定される。
[磁束密度等]
ストリップ10の検査部分は、主に主励磁器2の第1の永久磁石3の直流磁界により励磁され、磁束飽和されるが、運転時には副励磁器5の磁界の向きは主励磁器2の磁界の向きと同じであるため、副励磁器5もストリップ10の励磁に寄与する。ストリップ10の検査部分を磁束飽和状態または磁束飽和に近い状態にさせるためには、第1の永久磁石3および第2の永久磁石6の直流磁界により検査対象物であるストリップ10内を1.7テスラ相当またはそれ以上の磁束密度にする。ストリップ10とのギャップが広くなるとストリップ10内の磁束が減少するが、その場合でもストリップ内の磁束は少なくとも1.7テスラを確保するように第1の永久磁石3を選択する。脚部8aの先端部とストリップ10のギャップは装置構成による違いがあるが、概ね0.1〜7mmの範囲で設定した値を用いる。好ましくは、0.5〜3mmである。
<漏洩磁気検査装置による検査方法>
次に、以上のように構成される漏洩磁気検査装置における検査方法について説明する。
[通常運転(励磁オン)]
通常運転では、電磁石コイル7への電流供給を停止した状態で、図1のように、漏洩磁気検査装置1の主励磁器2の第1の永久磁石3と副励磁器5の第2の永久磁石6とを同じ極性の状態で運転する。これにより、図4に示すように、ヨーク8内には主励磁器2にS極側の先端部からN極側の先端部に磁束が向かうような磁界が形成され、副励磁器5のヨーク9内にも同方向の磁束が生じるような磁界が形成される。このため、主励磁器2の先端部から空間に放出された磁束により検査対象物であるストリップ10の検査部分が励磁され、その部分の磁束密度を磁束飽和状態または磁束飽和に近い1.7テスラ以上にすることができる。
[運転停止(励磁オフ)]
清掃や、保守点検等、検査装置の運転を止めて検査対象物であるストリップ10への励磁をオフにしたいときは、電磁石コイル7に第2の永久磁石6の磁極が反転する向きの直流電流を流し、電磁石コイル7から発生する磁束が磁極反転できる値になるまで電流を増加させ、かつその値の電流を磁極反転するまでの時間供給し、第2の永久磁石6の磁極を反転させる。このように磁極を反転させることで、第2の永久磁石を反転方向に着磁(逆着磁)することができる。このとき、第2の永久磁石6の磁力と電磁石コイル7の磁力が同じになる電流を基準電流として、その2〜3倍の電流(直流電流)を例えば1〜30秒間流して安定化することが好ましい。より好ましくは、1〜10秒である。磁極の反転は比較的短時間でも十分可能であり、これによりコイルの発熱量を抑制することができる。
<欠陥検査方法>
本実施形態の欠陥検査方法は、上記の漏洩磁気検査装置1を用いて、検査対象物として搬送されているストリップ10の欠陥を検査する欠陥検査方法であって、ストリップ10の欠陥検査時には、電磁石コイル7に流す電流を停止し、第1の永久磁石3からの磁束が主励磁器2から検査対象物であるストリップ10へ供給される状態とし、欠陥検査の停止時には、電磁石コイル7へ直流電流を供給して磁束を発生させ、その磁束により第2の永久磁石6の磁極が反転して副励磁器5が主励磁器2とは逆方向に磁化されるようにし、第1の永久磁石3からの磁束を副励磁器5に閉じ込めるものである。
<実施形態の効果>
以上のように、本実施形態の漏洩磁気検査装置1では、主励磁器2に第1の永久磁石3を用いることで励磁コイルや長い鉄心を準備する必要がない。このため、従来の電磁石方式に対して、副励磁器を用いることを加味しても励磁器を全体として小型化・軽量化することができる。例えば、本実施形態の主励磁器2のヨーク8の長さは、従来の電磁石方式に比べて短くすることができる他、副励磁器5に用いるコイルの導線の総重量を半分程度にすることができる。これにより、漏洩磁気検査装置の重量を50%以上低減することが可能である。また、電磁石方式のように励磁コイルに対して大きなエネルギーを連続的に供給することが不要となり、発熱の問題も生じない。
<他の適用>
以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらはあくまで例示に過ぎず、制限的なものではなく、本発明の要旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
<励磁オン状態>
まず、電磁石コイルへの電流を停止し、副励磁器の第2の永久磁石(アルニコ磁石)の磁極を図4に示す向きとした励磁オン状態とした。その際の磁束密度分布と磁束(磁力線)分布を図6に示す。なお、磁束密度は、検査対象物の検査部分で最も高くなるが、その部分は微小であるため図では表示されていない。
<励磁オフ状態>
次に、漏洩磁気検査装置を励磁オフの状態とした。励磁オフの状態は、電磁石コイルに直流電流を流し、電磁石コイルから発生する磁束により第2の永久磁石の磁極を反転させることにより生成した。具体的には、電磁石コイルに第2の永久磁石の磁極が反転する向きの直流電流を流し、電流を上げていき、第2の永久磁石の磁力と電磁石コイルの磁力が同じになる電流を基準電流として、その3倍の電流を9秒間流して第2の永久磁石の磁極を反転させ、逆着磁した。その際の磁束密度分布と磁束(磁力線)分布を図7に示す。
2 主励磁器
3 第1の永久磁石
4 磁気検出器
5 副励磁器
6 第2の永久磁石
7 電磁石コイル
8、9 ヨーク
8a、9a 脚部
8b、9b 中央部
10 ストリップ(検査対象物)
Claims (7)
- 検査対象物を励磁し、検査対象物から漏洩する漏洩磁束を検出して検査対象物を検査する漏洩磁気検査装置であって、
前記検査対象物と対向する部分に開口を有し、1または2以上の第1の永久磁石を有する門型をなす主励磁器と、
前記主励磁器の前記開口に配置された磁気検出器と、
前記主励磁器の、前記1または2以上の第1の永久磁石を挟むように前記主励磁器に接続され、前記主励磁器を前記第1の永久磁石と同方向に磁化する第2の永久磁石を有する副励磁器と、
直流電流が供給されることにより磁束を発生させ、前記第2の永久磁石の磁化方向を変化させて、前記第2の永久磁石の磁極を反転させることが可能な電磁石コイルと、
を備えることを特徴とする漏洩磁気検査装置。 - 前記主励磁器および前記副励磁器は、磁路を構成するためのヨークを有し、前記第1の永久磁石および前記第2の永久磁石は、前記ヨークに介在されていることを特徴とする請求項1に記載の漏洩磁気検査装置。
- 前記第1の永久磁石は、ネオジム磁石であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の漏洩磁気検査装置。
- 前記第2の永久磁石は、アルニコ磁石またはサマリウムコバルト磁石であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の漏洩磁気検査装置。
- 前記電磁石コイルを構成する導線の直径と巻き数から算出される該電磁石コイルの断面積が200〜2000mm2であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の漏洩磁気検査装置。
- 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の漏洩磁気検査装置を用いて前記検査対象物として搬送されているストリップの欠陥を検査する欠陥検査方法であって、
ストリップの欠陥検査時には、前記電磁石コイルに流す電流を停止し、前記第1の永久磁石からの磁束が前記主励磁器から前記検査対象物へ供給される状態とし、
欠陥検査の停止時には、前記電磁石コイルへ直流電流を供給して磁束を発生させ、その磁束により前記第2の永久磁石の磁極が反転して前記副励磁器が前記主励磁器とは逆方向に磁化されるようにし、前記第1の永久磁石からの磁束を前記副励磁器に閉じ込めることを特徴とする欠陥検査方法。 - 前記欠陥検査を停止した後、前記欠陥検査を再開する場合には、前記電磁石コイルへ欠陥検査停止時とは逆方向の直流電流を供給し、前記第2の永久磁石の磁極を再度反転させて前記欠陥検査を停止させる前の状態に戻し、前記副励磁器が前記主励磁器と同方向に磁化するようにすることを特徴とする請求項6に記載の欠陥検査方法。
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