KR100246244B1 - 자기탐상장치 - Google Patents

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KR100246244B1
KR100246244B1 KR1019970703651A KR19970703651A KR100246244B1 KR 100246244 B1 KR100246244 B1 KR 100246244B1 KR 1019970703651 A KR1019970703651 A KR 1019970703651A KR 19970703651 A KR19970703651 A KR 19970703651A KR 100246244 B1 KR100246244 B1 KR 100246244B1
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magnetic sensor
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KR1019970703651A
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아키오 나가무네
히로하루 가토
준이치 요쓰지
고조 마에다
겐이치 이와나가
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야마오카 요지로
닛폰 고칸 가부시키가이샤
무라가미 요시히로
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Abstract

리프트오프를 너무 작게함이 없이, 고정도로 자기누설탐상하는 것을 가능하게 한 자기센서 및 그것을 적용한 자기탐상방법 및 장치. 자기센서(50)는 자화된 피검사체의 결함부에 기인하여 발생하는 자속을 검출하는 것이며, 자극(51a, 51b, 51c)이 피검사강판(13)의 근방에 배설되는 강자성체의 E형 코어(51)와 E형 코어의 중앙자극(51b)에 되감기어서, 상기의 자속을 검출하는 서치코일(52)을 갖추고 있다. 이 E형 자기센서(50)의 주위에 부유하는 외부자계는 E형 코어(51)의 양측의 자극(51a, 51c)을 통과하여, E형 코어의 중앙자극(51b)에는 지장이 없다. 이 때문에 서치코일(52)에는 외부자계에 의한 전압이 유기되지 않으며, 결함부에 기인한 자속만을 검출된다. 따라서, 외부자계에 대한 지향성이 향상하고 외부자계에 의한 노이즈 전압의 발생을 억제하고 탐상시의 S/N비가 향상한다.

Description

[발명의 명칭]
자기탐상장치
[기술분야]
본 발명은 각종 강판, 파이프, 바아재(bar 材) 등의 강자성의 피검사재에 존재하는 손상 등의 미소결함부를 누설자속법에 의하여 검출하기 위한 자기탐상장치에 관한 것이다.
[배경기술]
강대(鋼帶)와 같은 자성체중의 결함을 검출하는 방법으로서, 자기누설법이 널리 사용되어지고 있다. 제1도에서 그 원리를 나타낸다. 제1도에 있어서 11은 자기센서, 12는 자화기, 13은 강대 등의 피검사체, 14는 결함, 15는 자속을 나타내고 있다. 자화기(12)에 의하여 피검사체(13)를 자화한다. 자화기(12)에 의하여 발생하는 자속의 대부분은 자기저항의 작은 피검사체(13) 가운데를 통과한다. 그러나, 피검사체(13)중에 결함(14)이 존재하면, 그 결함에 의하여 자속의 통과가 방해되어서, 일부의 자속이 공중으로 누설된다. 이 누설된 자속은 자기센서(11)에서 검출함으로써 결함(14)의 존재를 검출한다.
이 자기센서(11)로서는 홀소자(hall element), 자기저항소자, 자기반도체소자 등이 사용되고 있다. 그 외에 일본국 특개 소 59-160750호 공보에 개시되어 있는 것 같이, 원통철심에 코일을 감은 자기탐상코일, 혹은 일본국 특개 평 2-162276호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 강자성체 코어에 코일을 감고, 이 탐상코일에 교류전류를 공급하여, 탐상코일의 양단에 발생하는 전압의 +측 전압과 -측 전압과의 차를 검출하는 것이 사용되어지고 있다.
제2도는 종래의 탐상코일(서치코일)의 작동을 설명하기 위한 설명도이다. 도면에 나타낸 것 같이, 서치코일(21)은 강자성체 코어(22)와, 그 코어(22)에 감긴 코일(23)로서 구성된다. 서치코일(21)에 예컨대 전자석(24)을 접근시켜서 교류자속을 교차시켰을 때의 유기전압(V)은 다음 (1)식에서 나타낸다.
Figure kpo00001
단 μ2는 강자성체 코어(22)의 실효투자율, H는 강자성체 코어(22)에 교차하는 자계강도, N은 코일(23)의 감긴수(卷數), S는 강자성체 코어(22)의 단면적, Φ는 강자성체 코어(22)에 교차하는 자속이다.
이 (1)식에서 명백한 바와 같이, 강자성체 코어(22)의 단면적(S), 실효투자율(μ2) 및 코일감긴수(N)가 고정되면, 강자성체 코어(22)에 교차하는 자계강도(H), 및 그 단위시간 마다의 변화에 비례한 전압(V)이 코일(23)에 유기된다.
다음에, 종래의 서치코일(21)에 있어서, 전자석(24)과 서치코일(52)과의 상대위치가 변화했을 때의 코일(23)의 유기전압(V)에 대하여 그 개요를 설명한다.
제3도는 전자석과의 상대위치가 변화했을 때의 서치코일의 유기전압을 설명하기 위한 모식도이며, 제4a도 및 제4b도는 전자석과의 상대위치가 변화했을 때의 탐색코일의 검출감도의 특성도이다.
강자성체 코어(22)의 중심축선(Xc)에 직교하도록 전자석(24)을 이동시키면(X축 방향), 그 중심축선(Xc)에 접근함에 따라서, 코일(23)에 유기하는 전압(V)은 증가하고, 전자석(24)이 중심축선(Xc)과 교차했을 때는 그 전압(V)은 최대로 되며, 그리고, 그 중심축선(Xc)에서 떨어짐에 따라서, 코일(23)에 유기하는 전압(V)은 감소하여, 정규분포 특성으로 된다(제4a도 참조). 또, 중심축선(Xc)에 직교하는 선(Yc)을 향하여 전자석(24)을 이동시키면(Y축방향), 어느 위치까지는 코일(23)에 유기하는 전압(V)이 증가하여, 최대치를 나타낸 후에는 감소하고 전자석(4)이 선(Yc)과 교차했을 때는 그 전압(V)은 0V로 된다(제4b도 참조).
그러나, 종래 요구되어지고 있는 검출해야할 얇은 강대(薄鋼帶)중의 결함은 가우징(gouging)라고 하는 비교적 큰 결함이 대상이였다. 그러나, 근년 산업분야에 있어서의 얇은 강대의 적용범위의 확대에 따라서 보다 미소한 내부개재물을 검출하는 것이 필요하게 되어서, 예컨대 10-3(㎣) 이하의 체적의 미소한 내부 개재물이 검출대상으로 되어 왔다. 이와 같은 미소결함을 검출하기 위해서는 상기의 서치코일을 포함하는 자기센서에는 다음과 같은 문제점이 있다.
(1) 홀소자나 자기 다이오우드에 있어서는, 정자계(靜磁界)도 계측할 수가 가능하나, 각각의 특성에 불균형이 있으며, 또 온도변화에 의한 출력전압의 변동 등이 있으므로, 고정도한 자기누설 탐상에는 적용할 수 없다.
(2) 또, 종래의 서치코일은 온도특성은 양호하나, 제4a도 및 제4b도에 나타낸 것과 같이, 강자성체 코어(22)의 직사각형 방향의 상하 및 그 외주방향에 대하여도, 외부자계의 강도에 응하여 코일(23)에 유기전압(V)이 발생한다. 이 때문에, 이 서치코일을 누설자속 탐상에 사용했을 때, 불필요한 외란자속에 의한 소음전압이 동시에 유기되어서 탐상성능을 저하시킨다.
(3) 또 어느 쪽의 종래기술에 있어서도 미소한 결함을 검출하기 위해서는 강대와 자기센서와의 거리(리프트오프)를 작게할 필요가 있다. 이 대상으로서, 이본국 실개 소 61-119759호 공보에 개시되어 있는 것 같이, 자기센서를 에어플로우트시킴으로써 리프트오프를 0.1(㎜) 정도의 미소치로 유지하는 방법을 사용하고 있다. 그러나, 이 방법으로는 자기센서와 강대와의 접촉사고가 증가하는 등의 조업상의 문제가 있다.
(4) 미소결함 검출을 위하여 리프트오프를 저하시키면, 강대의 진동 등의 외란의 영향을 받기 쉬워지며, 또 강철띠의 자기적 불균일성등으로 발생할 경우 포메이션 노이즈(formation noise)[강철판의 자기 비뚫어짐(distortion), 표면의 요철(凹凸), 응력 비뚫어짐으로 발생하는 노이즈) 등을 쉽게 얻을 수 있으므로 충분한 S/N을 얻는 일이 곤난하다.
(5) 결함검출신호의 주파수 성분과 포메이션 노이즈의 주파수 성분이 겹쳐지는 부분이 많으며, 필터 등에 의한 S/N향상이 충분히 행해지지 않는다.
(6) 보다 미소한 결함검출을 위하여서는 강대를 보다 강하게 자화시키고, 결함에 의한 누설자속이 효율적으로 발생하도록 할 필요가 있다. 강대 근방에 발생하는 부유자속(자화기의 자극에서 다른 자극으로 공중을 통하여 도달하는 자속)도 증가하며, 자기센서를 포화시키는 일이 있으며, 검출감도의 저하를 유발시킨다.
[발명의 개시]
본 발명의 목적은 고정밀도의 자기누설 탐상을 가능하게 한 자기탐상 장치를 제공하려는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 리프트오프를 너무 작게하는 일없이 피검사체의 미소결함으로부터 발생하는 미약하고, 국소적인 누설자속을 높은 S/N비로서 효율좋게 검출가능하게 한 자기탐상장치를 제공하려는 것이다.
본 발명에 관한 E형 자기센서는 자화된 피검사체의 결함부에 기인하여 발생하는 자속을 검출하는 자기센서이며, 돌기부가 피검사체 근방에 배설된 강자성체의 E형 코어와, 이 E형 코어의 중앙돌기부에 감아서, 상기 자속을 검출하는 서치코일을 구비하고 있다. 그리고, E형 코어의 강자성체는 그 처음 투자율이 2000 이상인 것을 사용한다.
본 발명에 관한 E형 자기센서에 있어서, 이 E형 자기센서의 주위에 부유하는 외부자계는 E형 코어의 양측 돌기부를 통과하고, E형 코어의 중앙돌기부에는 교차하지 않는다. 이 때문에, 서치코일에는 외부자계에 의한 전압이 유기되지 않는다. 따라서, 외부자계에 대한 지향성이 향상하여 외부자계에 의한 노이즈 전압의 발생이 억제되어서, 탐상시의 S/N비의 향상을 도모한다. 또, E형 코어의 강자성체의 처음 투자율의 값을 2000 이상으로 했으므로, 미소자계에 대한 검출감도가 향상된다.
본 발명에 관한 자기탐상장치는 검사체를 자화하는 자화기와, 돌기부가 피검사체 근방에 배설된 강자성체의 E형 코어 및 E형 코어의 중앙돌기부에 감아서, 상기 자속을 검출하는 서치코일을 구비한 E형 자기센서를 지닌다.
본 발명에 관한 자기탐상장치는 상기의 E형 자기센서를 이용하고 있으므로 부유자장, 포메이션 노이즈, 피검사체의 진동의 영향을 저감할 수 있어서, 리프트 오프를 비교적 크게 설정할 수가 있다. 이 때문에, 피검사체의 이동속도를 떨어지게 하지 않고 안정된 조업에서 검사를 행할 수가 있다.
또, 검출신호의 주파수 성분이 높게 되기 때문에, 저주파 성분의 많은 포메이션 노이즈의 분리가 용이하게 행해져서, S/N의 향상이 실현된다.
또, 본 발명에 관한 다른 자기탐상장치는 E형 자기센서를 자기적으로 시일드하는 강자성의 시일드판을 더 지닌다. 시일드판을 배치한 것으로서, E형 자기센서가 자화기로부터의 강한자장에서 포화하기 어렵게 되어서, 그만큼 자화력을 증강할 수가 있어서, 큰 검출신호를 얻는다. 그 결과 10-3(㎣) 이하의 미소내부 개재물의 검출이 가능하게 되어 있다.
또, 본 발명에 관한 다른 자기탐상장치는 그 자기화가 한쌍의 자화폴(pole)을 구비하고, 그리고 E형 자기센서는 한쌍의 자화폴의 내측에 배치된다.
또, 본 발명에 관한 다른 자기탐상장치는 자화기를 고정하는 베어링과 당해 자화기를 내부에 배치하고, 상기 베어링에 회전자재하도록 지지된 비자성 롤(roll)을 지니며, 그리고 비자성 로울상에 피검사체를 이동시켜서, E형 자기센서는 피검사체를 끼워서 자성롤에 대향하여 배치된다.
또, 본 발명에 관한 다른 자기탐상장치에 있어서, 피검사체는 이동하는 대상체이며, 그리고, E형 코어의 3개의 자극의 열(列)은 피검사체의 이동방향을 따르도록 배치되었다.
또, 본 발명에 관한 다른 자기탐상장치에 있어서는, E형 코어의 리프트오프를 L로 할 때에, 다음 식을 만족하게 한 자극간격(D) 및 자극두께(E)로서 구성된 E형 자기센서를 사용한다.
Figure kpo00002
또, 본 발명에 관한 다른 자기탐상장치에 있어서는, 다음 식을 만족하게 하는 센서폭(W)의 E형 자기센서를 사용한다.
Figure kpo00003
또, 본 발명에 관한 자기탐상장치에 있어서, 자기 시일드판의 두께를 S로 할 때에, E형 코어와 자기시일드 판과의 간격(Gs)이 다음의 식을 만족하게 하도록 E형 코어 및 자기 시일드판은 배치된다.
Figure kpo00004
또, 본 발명에 관한 자기탐상장치에 있어서, E형 자기센서의 폭을 W로 할 때에, 다음식을 만족하게 하도록 하는 피치(P1)로서 E형 자기센서를 피검사체의 폭방향으로 1열로 배열하여 서로 인접하는 E형 자기센서의 출력을 가산하여 결함검출에 사용된다.
Figure kpo00005
또, 본 발명에 관한 다른 자기탐상장치에 있어서, E형 자기센서의 폭을 W로 할 때에, 다음의 식을 만족하도록 하는 피치(P2)로서 E형 자기센서를 피검사체의 폭방향으로 지그재그형으로 배열하여, 폭방향으로 겹쳐지는 E형 자기센서의 출력중 큰 출력을 결함검출에 사용한다.
Figure kpo00006
또, 본 발명에 관한 다른 자기탐상장치에 있어서는, E형 자기센서의 자극 중심간의 거리, 리프트오프 및 피검사체의 이동속도에서 결정되는 컷트오프 주파수(F)를 가지고, E형 자기센서에서의 출력신호를 처리하는 바이패스필터를 또 구비한다. 이 바이패스필터에 의하여 포메이션 노이즈 성분이 저감하고, 최적한 S/N비로서 결함을 검출할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 다른 자기탐상장치에 있어서, 피검사체는 주행하는 얇은 강대이며, 피검사체의 결함부는 얇은 강대에 혼입하는 미소개재물이다.
또 본 발명에 관한 다른 자기탐상장치에 있어서, 피검사체의 이동속도 또는 이것에 더하여 리프트오프 L(㎜)을 입력하고, 바이패스필터의 최적한 컷트오프 주파수(F)를 자동적으로 설정하기 위한 컷트오프 주파수 설정기를 또 가진다. 컷트오프 주파수 설정기는 자극 중심간의 거리, 리프트오프, 피검사체의 이동속도에 따라서, 자동적으로 컷트오프 주파수를 구하여 설정을 변경함으로써, 항상 최적한 S/N비로서 결함을 검출할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 다른 자기탐상장치에 있어서, 컷트오프 주파수(F)는 E형 자기센서의 자극중심간의 거리를 P(㎜), 리프트오프를 L(㎜), 피검사체의 이동속도를 V(㎜/s)로 할 때에, 다음식을 채우는 주파수 F(㎐)±20%의 범위에 설정된다.
F=V×(3188-675L)×(850+2000/P)/(1.4×107)
또한, 상기의 부등식 및 등식의 기술적인 근거는 어느 쪽이든 다음에 설명하는 실시예에 의하여 명백하게 된다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 자성체중의 결함을 검출하기 위한 자기누설법의 원리도.
제2도는 종래의 탐상코일(서치코일)의 작동을 설명하기 위한 설명도.
제3도는 전자석과의 상대위치가 변화했을 때의 서치코일의 유기전압을 설명하기 위한 모식도.
제4a도 및 제4b도는 전자석과의 상대위치와 변화했을 때의 서치코일의 검출감도의 특성도.
제5도는 본 발명의 일실시예에 관한 E형 자기센서의 구성을 나타낸 도면.
제6도는 제5도의 E형 자기센서와 전자석과의 상대위치가 변화했을 때의 작동을 설명하기 위한 모식도.
제7도는 제5도의 E형 자기센서와 전자석과의 상대위치가 변화했을 때의 자기센서의 검출감도를 나타내는 특성도.
제8도는 E형 코어의 자극간격을 변경했을 때의 유기전압의 반값폭의 특성을 나타낸 특성도.
제9도는 제5도의 E형 자기센서를 누설자속탐상에 사용했을 때의 구성도.
제10a도∼제10c도는 결함부에서 발생하는 누설자속과 E형 코어의 각 폴과의 교차를 시계열적으로 도시한 설명도.
제11a도 및 제11b도는 서치코일에 쇄교하는 자속 및 유기전압의 파형을 나타낸 도면.
제12도는 피검사강판에 인공적으로 가공한 결함부를 서치했을 때의 출력진폭차를 나타낸 도면.
제13도는 E형 코어의 자극길이에 대한 자기센서의 검출감도를 나타낸 특성도.
제14도는 E형 코어의 처음 투자율의 값에 대한 자기센서의 검출감도를 나타낸 특성도.
제15도는 E형 코어의 자극간격에 대한 자기센서의 검출감도를 나타낸 특성도.
제16도는 피검사강판의 상부에 배치된 E형 자기센서의 외관도.
제17a도는 피검사강판(13)중에 존재하는 10-3(㎣)정도의 결함의 검출신호와 포메이션 노이즈에 미치는 (D+E)/L의 영향을 나타낸 특성도.
제17b도는 (D+E)/L를 변화시켰을 때의 S/N비를 나타내는 특성도.
제18도는 (D+E)를 일정으로 하고, 자극두께(E)와 자극간격(D)과의 비 E/D를 변화시켰을 때의, E형 자기센서의 출력전압의 변화를 나타낸 특성도.
제19a도는 피검사강판중에 존재하는 10-3(㎣)정도의 결함의 검출신호 및 포메이션 노이즈와 W/L와의 관계를 나타낸 특성도.
제19b도는 W/L을 변화시켰을 때의 S/N비를 나타내는 특성도.
제20도는 E형 자기센서의 외측에 강자성체의 자기 시일드판을 배치한 구성을 나타내는 설명도.
제21a도는 10-3(㎣)정도의 결함에 대한 E형 자기센서의 폭방향의 검출감도를 나타내는 특성도.
제21b도는 센서폭(W)과 리프트오프(L)와의 비 W/L에 대한 검출감도를 나타내는 특성도.
제22a도 및 제22b도는 E형 자기센서의 배치예를 나타낸 설명도.
제23도는 본 발명의 일실시예에 관한 자기탐상장치의 구성을 나타내는 블록도.
제24도는 자화기의 상세를 나타낸 설명도.
제25도는 제23도의 실시예에 관한 탐상장치에 의하여 검출된 인공결함의 파형을 나타낸 도면.
제26도는 자연결함을 검출했을 때의 파형을 나타낸 도면.
제27a도는 제23도의 실시예의 자기탐상장치(센서 아래의 배치)에 있어서, 피검사강판의 폭방향의 감도의 분포를 나타내는 특성도.
제27b도는 제23도의 실시예의 자기탐상장치(지그재그형 배치)에 있어서, 피검사강판의 폭방향의 감도의 분포를 나타내는 특성도.
제28도는 E형 자기센서를 사용했을 때의 검출신호중에 있어서, 결함신호와 포메이션 노이즈의 주파수 성분의 강도를 나타낸 특성도.
제29도는 하이패스필터의 컷트오프 주파수를 변화시켰을 때의, S/N비의 변화의 예를 나타낸 특성도.
제30도는 E형 자기센서의 자극치수를 일정으로 하고, 리프트오프 L(㎜)를 변화시켰을 때의 S/N을 최대로 하는 하이패스필터의 최적한 컷터 오프 주파수 F(㎐)를 나타낸 특성도.
제31도는 리프트오프(L)를 일정히 하고, E형 자기센서의 자극중심의 거리 P(㎜)를 변화시켰을 때의 S/N을 최대로하는 하이패스필터의 최적한 컷트오프 주파수 F(㎐)를 나타낸 특성도.
제32도는 상기한 컷트오프 주파수(F)를 탐상조건에 응하여 가변할 수 있도록 한 실시예의 자기탐상장치의 구성을 나타내는 블록도.
제33도는 제23도 및 제32도의 증폭기로서 사용되는 적분형 증폭기의 회로도.
제34도는 제33도의 적분형 증폭기를 사용하여, 구멍지름이 0.1(㎜)의 드릴홀을 탐상했을 때의 피검사강판의 이동속도에 대한 검출감도 특성을 나타내는 특성도.
[실시예]
제5도는 본 발명의 일실시예에 관한 E형 자기센서의 구성을 나타내는 도면이다. E형 자기센서(50)는 강자성체의 E형 코어(51)와 E형 코어(51)의 중앙자극(51b)에 코일(23)이 감겨서되는 서치코일(52)로서 구성되어 있다. 이 중앙자극(51b)과 양측의 어느 한쪽의 자극(51a, 51c)(이하, 「좌측자극(51a)」, 「우측자극(51c)」라고 함)로 아래쪽에서 외부자계(H)가 작용했을 때만이, 자계강도와 그 변화에 응한 전압(V)이 코일(23)의 출력단(A, B)에 발생한다. 또한, 이 강자성체의 E형 코어(51)는 투자율이 크고, 또한 유지력의 작은 재질, 예컨대 퍼어말로이 코어, 페라이트 코어 등이 사용되고, 또 도시하는 바와 같이 3개의 좌측자극(51a), 중앙자극(51b) 및 우측자극(51c)의 열이 피검사체로서의 피검사강판(13)의 이동방향을 따라서 배치되어 있다.
이와 같이, 구성된 E형 자기센서(50)에 있어서는 상기한 이외의 것으로부터 외부자계(H)가 작용하여도 중앙자극(51b)에 교차되지 않도록 되어 있다. 이 점에 대하여 제6도에서 나타내는 모식도에 기준하여 설명한다.
제6도는 E형 자기센서와 전자석과의 상대위치가 변화했을 때의 작동을 설명하기 위한 모식도이며, 양자의 상대위치가 변화했을 때는 다음과 같이 작동한다.
(1) E형 코어(51)의 좌측자극(51a)에 전자석(24)에 의한 외부자계(H)가 작용했을 때에는 외부자계(H)가 좌측자극(51a)과 교차하여 전자석(24)에서 자기회로가 구성된다. 이 경우에 중앙자극(51b)에는 자계(H)가 교차하지 않기 때문에, 서치코일(52)에는 전압이 유기되지 않는다.
(2) 또, 우측자극(51c)에 외부자계(H)가 작용할 때에도 상기 (1)과 동일하게 하며, 중앙자극(51b)에 외부자계(H)가 교차하는 일은 없으므로, 중앙자극(51b)에 감긴코일(23)의 출력단(A, B)에는 전압(V)이 발생하지 않는다.
(3) 더욱이 E형 코어(11)에 대하여 위에서 외부자계(H)를 작용했을 경우에 있어서도 상기 (1), (2)와 동일하게 전자석(24)으로서 자기회로가 구성되어서 E형 코어(51)의 중앙자극(51b)과 교차하는 일은 없기 때문에, 서치코일(52)에는 전압이 유기되지 않는다. 단, (3)의 상태에 있어서 외부자계(H)가 강력해지던지 또, 코어(51)의 두께가 충분치 못했을 경우에는, 자계(H)가 관통하여 중앙자극(51b)과 교차하고, 서치코일(52)에 미소하기는 하지만 전압이 유기될 수가 있다.
다음에, E형 자기센서(50)의 검출감도에 대하여 설명한다.
제7도는 E형 자기센서와 전자석의 상대위치가 변화했을 때의 자기센서의 검출감도를 나타낸 특성도이다. 이 특성도는 E형 코어(51)의 각 자극(51a, 51b, 51c)의 두께(E)를 각각 1.0(㎜)으로 하고, 자극간의 간격(D)을 1.0(㎜)으로 하며, 각 자극(51a, 51b, 51c)의 길이(Lc)를 3.0(㎜)로 하고, 또 코일(3)의 감긴수(N)를 100T로 했을 때의 검출감도를 나타내고 있다.
이 도면에서도 명백한 것 같이, 전자석(24)을 E형 코어(51)의 중앙자극(51b)의 중심축선(Xc)에 교차하도록 이동시켜서, 그 중심축선(Xc)상에 도달했을 때, 서치코일(12)에 유기되는 전압은 최대로 되며, 그리고 그 출력전압(V)은 비임형상의 특성을 나타낸다. 그리고, -6㏈로 되는 반값폭(w)은 약 0.8(㎜)로 된다.
더욱이, 자극의 간격(D)을 변경했을 때의 서치코일(11)의 유기전압의 반값폭에 관하여 설명한다.
제8도는 서치코일의 E형 코어의 자극간격을 변경했을 때의 유기전압의 반값폭의 특성을 나타낸 특성도이다. 이 특성도는 E형 코어(51)의 각 자극(51a, 51b, 51c)의 두께(E)를 1.0(㎜)으로 하고, 각 자극(51a, 51b, 51c)의 길이(Lc)를 3.0(㎜)으로 하며, 코일(3)의 감긴수(N)를 100T로 하여, 또 다시는 각 자극 간격(D)을 0.5(㎜), 1.0(㎜), 2.0(㎜), 3.0(㎜)으로 각각 변경했을 때의 특성을 나타내고 있다. 서치코일(52)에 유기하는 전압의 반값폭은 자극간격(D)이 크게됨에 따라서 넓게 되며, 이 때에 비임특성에서 브로오드 특성으로 된다.
이것으로서 명백한 것 같이, 검출대상의 결함치수에 대응하는 E형 코어의 자극간격을 설정함으로써, 결함에서 발생하는 누설자속을 효율좋게 검출할 수 있다는 것을 알 수 있다.
제9도는 상기의 E형 자기센서를 누설자속 탐상용으로 사용했을 때의 구성도이며, 또 제10a도∼제10c도는 결함부에서 발생하는 누설자속과 E형 코어의 각 자극과의 교차를 시계열적(時系列的)으로 도시한 설명도이다. E형 자기센서(50)는 자석(24)의 양자극간에 설치되고 각 자극(51a, 51b, 51c)이 피검사강판(13)에 대향하여 배치되어 있다.
다음에, 제9도 및 제10a∼제10c도에 기초하여 E형 자기센서(50)의 작동을 설명한다.
자석(12)은 한쌍의 자화자극(12a, 12b)을 비치하고 있으며, 이 자화자극(12a, 12b)의 내측에 E형 자기센서(50)가 배치된다. 그리고, 자화자극(12a, 12b)에 의하여 예컨대 대상체(
Figure kpo00007
) 피검사강판(13)이 자화되면, 결함부(14)에는 모재건(母材健)전부와 대비하여 자기저항이 크기 때문에 국부자극이 형성되고, 이 국부자극에 의하여 피검사강판(13)의 외측에 자속(Φd)이 누설된다. 이 결함부(14)가 E형 코어(51)의 자측자극(51a)과 중앙자극(51b)과의 사이의 중앙부에 달하면 결함부(14)에서 누설된 자속(Φd)은 좌측자극(51a)에 교차된 후, 중앙자극(51b)으로 흘러서 자기회로를 구성한다(제10a도 참조). 이 때에 서치코일(52)은 누설자속(Φd)의 강도에 응하여 유기전압이 발생하여, 코일(23)의 출력단에 전압(V)이 발생한다. 그리하여, 피검사강판(13)의 이동에 따라서 결함부(14)가 E형 코어(51)의 중앙자극(51b)의 바로 아래에 오면, 결함부(14)에서의 누설자속(Φd)은 중앙의 자극(51b)과는 교차하지 않고 좌측자극(51a)과 우측자극(51c)에만 교차하기 때문에, 이 상태에 있어서는 서치코일(52)에는 전압이 유기되지 않는다(제10b도 참조). 또 다시, 피검사강판(13)의 이동에 의하여 결함부(14)가 중앙자극(51b)과 우측자극(51c)과의 사이의 중앙부에 달하면, 결함부(14)에서의 누설자속(Φd)은 중앙자극(51b)에 교차된 후, 좌측자극(51c)으로 흘러서 자기회로를 구성한다. 이 때에, 서치코일(52)은 상기한 바와 같이 누설자속(Φd)의 강도에 응하여 유기전압이 발생하여, 코일(23)의 출력단에 전압(V)이 나타난다(제10c도 참조).
제11a도 및 제11b도는 서치코일(52)에 쇄교하는 자속 및 유기전압의 파형을 나타낸 도면이다. 상기한 일련의 작동에 있어서, 서치코일(52)에는 제11a도에 나타낸 형상의 자속(Φ)이 쇄교(鎖交)하며, 그리고 제11b도에 나타낸 것 같은 파형의 전압이 유기되는 것으로 된다. 이 유기전압을 검출함으로써 결함(14)의 존재를 검출할 수가 있다.
이와 같은 E형 자기센서(50)를 사용한 본 발명에 있어서는 피검사강판의 근방의 부유자속, E형 자기센서의 외측에서 도래하는 포메이션 노이즈 등은 자극(51a)에서 자극(51c)으로 직접 통과함으로써, 서치코일(52)의 영향은 없으며, 노이즈를 저감할 수 있다. 또 강철띠의 진동, 센서의 진동에 기인하는 자장변화도, 좌측자극(51a)과 중앙자극(51b)에서 구성되는 자기회로와, 우측자극(51c)과 중앙자극(51b)에서 구성되는 자기회로로서 서로 상쇄되어서, 서치코일(52)의 신호내에 노이즈로서 혼입하는 것을 방지할 수가 있다.
이 때문에, 리프트오프를 그만큼 작게하지 않하여도 결함은 S/N 양호하게 검출할 수가 있어서, 부유자속에 의한 자기센서 출력을 포화시키는 일도 없다. 또, 결함신호의 주파수 성분이 포메이션 노이즈의 주파수 성분에 대하여 상대적으로 고주파가 되므로, 신호와 노이즈의 분리가 용이하게 되어서, 외란 노이즈의 제거효과가 향상되고 있다. 또 E형 코어(51)의 중앙자극(51b)에 코일을 감은 구성에 의하여 외부자계에 대한 검출감도 특성은 예민한 비임특성을 유지하여 미소자계에 대한 검출감도가 향상된다.
제12도는 피검사강판에 인공적으로 가공한 결함부를 탐상할 때의 출력 진폭값을 나타낸 도면이면, 판두께 0.15(㎜)의 피검사강판(13)에 구멍지름 0.3Φ(㎜), 0.2Φ(㎜), 0.1Φ(㎜)의 드릴홀을 각각 결함부(I1, I2, I3)로서 가공하여 이것을 자기센서(50)에서 누설자속탐상을 통하여 얻은 시험결과이다. 구멍지름 0.1Φ(㎜)의 드릴 홀을 10 이상의 S/N으로서 검출할 수가 있다. 또한, 제12도에 있어서 구멍지름 0.3Φ㎜의 결함부의 출력 진폭값과 0.2Φ(㎜)의 결함부의 출력 진폭값이 거의 같은 값을 나타내고 있으나, 그 이유는 기록계의 설정렌지에 대하여 결함출력 레벨이 초과하여 출력이 포화되었기 때문이며, 결함부(14)의 구멍지름은 크기에 대한 선형성은 유지되어 있다.
제13도는 E형 코어의 자극길이에 대한 자기센서의 검출감도를 나타낸 특성도이다. 이 특성도는 제9도에 나타낸 피검사강판(13)에 가공한 구멍지름이 0.1Φ(㎜)의 드릴홀의 결함부(14)를 자극길이가 다른 E형 코어(11)를 각각 사용한 자기센서(50)에서 검출할 때의 검출감도이다. E형 코어(51)의 자극길이(Lc)는 1.5∼4.0(㎜)의 사이에서 0.5(㎜)씩 길게 한 것이다. 또한, 이 E형 코어(51)의 자극간의 간격(D)은 1.0(㎜), 각 자장(51a, 51b, 51c)의 두께(E)는 1.0(㎜)이며, 코일의 권수(N)은 50T이다.
제13도에 나타낸 바와 같이, 자극길이(Lc)가 길게됨에 따라서, 드릴홀에 의한 결함부(14)의 검출감도는 감소경향을 나타낸다. 그 이유는 E형 코어(51)의 자극길이(Lc)에 의하여 결함부(14)에서 발생하는 누설자속(Φd)에 의한 자기회로의 평균길이가 증가하여, 자기회로의 저항이 증가하기 때문이다. 그 때문에 자극길이(Lc)가 가능한한 짧은 쪽이 좋으나, 자극길이(Lc)가 짧으면 감기 가능한 코일의 감긴수(N)가 감소하기 때문에, 코일의 실제 장치 기술과의 형평에서 자극길이(Lc)를 결정한다. 또 피검사강판(13)을 대신하여, 바아재나 파이프를 피검사재로 할 경우에는, 그 피검사재의 외형에 응하여 E형 코어(51)의 자극길이(Lc)를 결정하여 결함부(14)를 검출한다.
제14도는 E형 코어의 처음 투자율의 값에 대한 자기센서의 검출감도를 나타낸 특성도이다. 이것을 처음 투자율(μi)의 다른 강자성체를 E형 코어(51)에 사용했을 때의 자기센서(50)의 검출감도를 나타낸 것이다. 강자성체의 처음 투자율(μi)의 값은 약 1800∼5500이다. 또한, 이 E형 코어(51)의 각 자극(51a, 51b, 51c)의 길이(Lc)는 3.0(㎜) 자극간의 간격(D)은 1.0(㎜), 각 자극의 두께(E)는 1.0(㎜)이며, 코일의 권수(N)는 100T이다.
제14도에 나타낸 것 같이, E형 코어(51)의 처음 투자율(μi)의 값이 크게 됨에 따라서, 인공결함부[구멍지름 0.1Φ(㎜)]의 검출감도가 향상되고 있다. 이 이유는 처음 투자율(μi)의 증가에 따라서 E형 코어(51)에 있어서의 자기저항을 감소함에 의한 것이다. 구체적으로 제10a도∼제10c도에 나타낸 것 같이, 결함부(14)에서 발생하는 자속(Φd)은 피검사강판(13)상의 공기층을 통하여 E형 코어(51)와 교차한 후 피검사강판(13)으로 돌아오는 자기회로가 구성된다. 이 자기회로에 있어서의 E형 코어(51)의 자기저항(RΦ)은 (2)식으로 표시된다.
Figure kpo00008
단, Lav는 E형 코어(51)의 평균자로 길이(μi)는 E형 코어(51)의 처음 투자율(S)은 E형 코어(51)의 단면적이다.
따라서, E형 코어(51)의 자기저항(RΦ)은 E형 코어(51)의 처음 투자율(μi)의 값에 반비례하여 감소하기 때문에, 처음 투자율(μi)의 큰부재를 사용하면, 결함부(14)에 발생하는 누설자속(Φd)을 효율좋게 검출할 수 있다.
제15도는 E형 코어(51)의 자극간격에 대한 자기센서의 검출감도를 나타낸 특성도이다. 이것은 E형 코어(51)의 각 자극(51a, 51b, 51c)의 단면적(두께 E)을 변경하여 인공의 결함부(14)를 탐상할 때의 검출감도이다.
자기센서(50)의 E형 코어(51)의 자극두께(E)를 증가하는 것은 상기 (2)에서도 명백한 바와 같이, E형 코어(51)에 있어서 자기저항(RΦ)이 감소하기 때문에, 인공결함부(14)에 대한 검출감도는 두께(E)에 거의 비례한 특성으로 된다. 단, 자극두께(E)가 증가하면 인공결함부(14)에서 발생하는 자속(Φd)이 E형 코어(51)와 교차하는 거리(피검사강판(13)의 이동방향)가 길게 된다.
이 경우에는 인공결함부(14)에서의 누설자속검출에 의한 신호도 E형 코어(51)의 자극두께(E)에 비례하여 길게 되고(폭넓게 된다). 피검사강판(13)의 이동속도를 일정하게 탐상할 경우에는 결함신호는 저주파로 된다. E형 코어(51)의 자극두께(E)를 두껍게 함으로써, E형 코어(51)의 자기저항(RΦ)이 감소하여, 인공결함부(14)에 대한 상대 검출감도는 증가한다. 그러나, 결함신호가 보다 저역으로 이행하기 때문에, 결함신호의 주파수가 피검사강판(13)에 존재하는 각종 노이즈(국부적인 판두께변동, 기계적 비뚫어짐 등)에 의하여 발생하는 노이즈 전압의 주파수에 근접할 경우에는 노이즈를 분리할 수가 없기 때문에, E형 코어(51)의 자극두께(E)를 증가하는 것은 반드시 득을 얻는 것은 아니다.
제16도는 피검사강판(13)의 위에 배치된 E형 자기센서(51)의 외관도이다. 동도에 있어서 E형 자기센서(50)는 제5도의 예와 같이, 좌우가 대칭의 형상을 하고 있으며, 각 자극의 두께는 동일하다. 그 자극간의 간격은 D로 하고, 각 자극의 E로 하여, E형 코어(51)의 폭을 W로 한다. 또, 피검사강판(13)과 E형 자기센서(50)와의 간격, 즉 리프트오프를 L로 한다.
제17a도는 피검사강판(13)중에 존재하는 10-3(㎣)정도의 결함의 검출신호와 포메이션 노이즈에 미치는 (D+E)/L의 영향을 나타낸 특성도이다. 포메이션 노이즈는 (D+E)/L의 증가와 같이 서서히 증가한다. 이것은 (D+E)/L이 증가하면, E형 자기센서(50)의 검출면적이 넓게 되므로, 포메이션 노이즈를 얻기 쉬운 것으로 생각된다. 한편, 검출신호는 (D+E)/L이 4가 될 때까지 급격히 증가하여 그후는 서서히 저하하는 경향에 있다. 이것은 다음과 같이 생각된다. (D+E)/L이 너무 과소하면, 피검사강판(13)의 결함부(14)에서의 국부적인 누설자속이 좌측자극(51a)과 중앙자극(51b)으로서 구성되는 자기회로와, 우측자극(51c)과 중앙자극(51b)으로서 구성되는 자기회로의 양쪽의 자기회로에 입력되어서 서로 상쇄되기 때문에, 서치코일(52)의 검출신호의 출력전압이 작게 되어서, 검출효율이 저하한다고 생각된다. 한편, (D+E)/L이 너무 과대하면, 피검사강판(13)의 결함부(14)가 E형 자기센서(50)의 바로 아래를 주행할 때의 서치코일(52)내의 자속변화가 감소한다고 생각된다.
제17b도는 (D+E)/L을 변화시켰을 때의 S/N비를 나타낸 특성도이다. 상기한 이유에서 제17b도에 나타낸 것 같이, (D+E)/L을 변화시켰을 때는 S/N이 최대로 되는 최적한 범위가 존재한다. 실용적으로는 S/N의 최대값으로부터 약 20% 저하한 조건내에서 사용하는 것이 효율적이다. 따라서, E형 자기센서의 치수는
Figure kpo00009
을 만족하도록 선택하는 것이 바람직하다.
제18도는 (D+E)를 일정하게 하고, 자극두께(E)와 자극간격(D)과의 비 E/D를 변화시켰을 때의, E형 자기센서(50)의 출력전압의 변화를 나타낸 특성도이다. E/D를 변화시켜도 출력전압은 거의 변화하지 않는 것을 알 수 있다. 그러나, 실용적으로는 자극두께가 지나치게 얇으면 가공하기가 어려우며, 자기적으로 포화하기 쉽게 되는 등의 문제가 있으며, 자극두께가 지나치게 두꺼워도 자극간격이 너무 좁으면 서치코일을 감기가 힘드는 등의 문제가 있으므로, 일반적으로는 D와 E의 비율은 제작하기 쉬운 범위로 취해진다.
제19a도는 피검사강판(13)중에 존재하는 10-3(㎣)정도의 결함의 검출신호 및 포메이션 노이즈 W/L의 관계를 나타낸 특성도이다. E형 자기센서(51)의 폭(W)이 과소하면, 서치코일(52)의 단면적이 감해져서 검출전압이 감소하여, 검출효율이 저하한다. 센서폭(W)이 크게 되어서, 어느 정도의 크기에 달하면 미소결함부(14)에서의 국부적인 누설자속분포를 거의 덮도록 되어서, 그 이상 센서폭(W)을 크게 하여도, 출력전압은 크게 되지 않는다. 한편, 센서폭(W)이 크게 되면, E형 자기센서(51)의 바로 아래의 검출범위가 크게 되어서 노이즈를 얻기 쉬워서 지지형성 노이즈는 크게 된다. 따라서, 제19b도에 나타낸 것 같이, W/L을 변화시켰을 때에 S/N비가 최대로 되는 최적한 범위가 존재한다. 실용적으로는 S/N비가 최대값에서 20% 저하할 때까지의 범위에서 사용하는 것이 효율적으로 제19b도에서,
Figure kpo00010
로 하는 것이 바람직하다.
또, 자화기에서의 강한 부유자장이 크게 되면, 자속이 통하기 쉬운 형상을 한 E형 자기센서의 코어[특히, 자극(51a, 51b)]가 자기적으로 포화할 염려가 있다. 이것을 막고, 더욱 외부에서의 자기적 노이즈를 하기 때문에, 제20도에 나타낸 것 같이, 이 E형 자기센서(50)의 외측에 강자성체의 자기 시일드판(56)을 배치하는 것이 바람직하다. 이 자기 시일드판(56)은 예컨대 강자성체 코어에 의하여 구성된다.
E형 자기센서(50)를 소형화하기 위하여 가급적 자기 시일드판(56)과 E형 코어(51)와의 간격을 작게 하는 것이 바람직하지만, 너무 양자를 접근시키면 시일드판(56)에 흡수된 부유자장이 E형 코어(51)에 유입하여 악영향을 주고 만다. 그 때문에, 자기 시일드판(56)과 E형 코어(51)와의 사이에 최소 필요한 자기저항 부분을 구성하는 것이 유효하다. 자성체의 비투자율은 통상 100∼1000으로서 공기의 비투자율은 1이므로 자기시일드중의 자기저항의 약 10배의 자기저항을 간격으로 만들면 좋다. 이 때문에, 자기 시일드판(56)과 E형 코어(51)와의 간격(Gs)은 자기 시일드판(56)의 두께(S)의 약 1/10 이상으로 하는 것이 필요하며,
S/10＜Gs …… (5)
로 하는 것이 바람직하다.
제21a도는 10-3(㎣)정도의 결함에 대한 E형 자기센서(50)의 폭방향의 검출감도를 나타내는 특성도이다. 제21a도에 나타낸 것 같이, 폭방향의 감도가 최대치의 80%, 40%로 되는 폭을 각각 W80, W40으로 하면, 센서폭(W)과 리프트오프(L)의 비 W/L에 대하여 제21b도에 나타낸 것 같은 특성을 얻는다.
제22a도 및 제22b도는 E형 자기센서(50)의 배치예를 나타낸 설명도이다. 제22a도에 나타낸 바와 같이, E형 자기센서(50)를 일렬로 나란히 세우고, 인접하는 E형 자기센서(50)의 출력을 가산하여 강철띠 폭방향의 탐상을 커버하면 서로 보상됨으로써, 강철띠 폭방향으로 일정범위내에서 동일한 감도분포를 얻을 수 있다. 실용적인 관점에서 E형 자기센서(50)의 수를 가급적 감하여, 피검사강판(13)의 판폭방향의 감도분포의 분괴를 20%까지 허용한다고 하면, 하나의 E형 자기센서의 감도는 40%까지 저하시켜서 사용한다. 따라서, 제21b도의 특성에서, E형 자기센서와 E형 자기센서와의 피치(P1)에 대해서는,
P1＜1.6W …… (6)
을 만족시킴이 바람직하다.
여기서, 인접한 E형 자기센서(50)의 출력 끼리를 가산하면, E형 자기센서(50)의 커버범위는 확대되는 것이며, 노이즈 성분도 가산되어서, 노이즈의 진폭을 21/2배로 증대하여 S/N이 악화한다. S/N의 열화를 피할 필요가 있을 때는 2개의 E형 자기센서의 출력을 차례로 비교하여 큰쪽의 신호를 사용하는 연산, 즉 OR연산을 행하면 된다. 그러나, 이 경우에는 신호의 크기는 가산되지 않기 때문에, E형 자기센서(50)와 E형 자기센서(50)와의 사이의 감도의 붕괴는 개선되지 않는다. 그래서 E형 자기센서(50)와 E형 자기센서(50)와의 간격을 좁혀 감도가 저하하는 범위를 좁힐 필요가 있다. 이 때에, 감도의 붕괴를 최대 20% 이내로 하기 위해서는 제21b도의 특성에서 E형 자기센서(50)를 E형 자기센서(50)의 피치를 0.9W/L로 할 필요가 있다. 이를 실현하기 위하여서는 제22b도에 나타낸 것 같이, E형 자기센서(50)와 E형 자기센서(50)가 폭방향으로 겹치도록 지그재그형으로 배치하여, E형 자기센서(50)와 E형 자기센서(50)와 피치(P2)에 대해서는,
P2＜0.9W …… (7)
로 하는 것이 바람직하다.
즉, S/N의 약간의 저하가 허용될 때에는, E형 자기센서(50)를 일렬어레이 형상으로 배치하고(제22a도), 인접한 센서출력의 가산을 행하는 것이 바람직하다. 한편, 가급적 S/N을 열화시키지 않고 검출을 행하기 위해서는 E형 자기센서(50)를 지그재그 형상으로 배치하고(제22b도), 폭방향으로 겹치는 센서출력의 OR 연산을 실시하는 것이 바람직하다.
제23도는 본 발명의 일실시예에 관한 자기탐상장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 동도에 있어서, 57은 자화기, 58은 비자성 롤, 59는 증폭기, 60은 하이패스필터, 61은 정류기, 62는 판정기(판정회로)이다. 비자성 롤(58)내에 전자석을 가지는 자화기(57)를 배치하고, 비자성 롤(58)을 통하여, 그위를 주행하는 피검사강판(얇은 강대)(13)을 주행방향으로 자화한다. 비자성 롤(58)의 상방에 상기의 E형 자기센서(50)를 설치한다. 피검사강판(13)이 주행하여, 그 내부에 미소개재물이 존재하면, 그것으로부터 미소한 누설자속이 국부적으로 발생한다. 이 누설자속이 E형 자기센서(50)의 바로 아래를 통과하면, 상기와 같이 이에 대응하는 전기신호가 E형 자기센서(50)에서 출력된다. E형 자기센서(50)에서의 출력을 증폭기(59)에 의하여 전기적으로 증폭하여, 필터(60)를 통하여 노이즈를 억제하고 S/N비를 개선하며, 이것을 정류기(61)에 의하여 정류한 후에, 판정회로(62)에서 결함을 판정하여 그 결과를 출력한다.
본 실시예에서는, 피검사강판(13)과 E형 자기센서(50)와의 사이의 리프트오프 L=0.5(㎜), E형 자기센서(50)의 자극간격 D=0.5(㎜), 자극두께 E=0.4(㎜), 센서폭 W=3.5(㎜)로 했다. 또, E형 자기센서(50)의 외측에는 두께 S=2(㎜)의 퍼어말로이(permalloy)제의 자기 시일드판(56)을 센서와의 간극 Gs=0.5(㎜)으로서 설치하고 있다. 센서헤드로서는 피검사강판의 폭 1100(㎜)의 전폭의 탐상을 행하도록 220개의 E형 자기센서(50)를 강판의 폭방향으로 일렬로 나란히 세우고, 인접한 E형 자기센서(50)의 간격(P1)을 5(㎜)로 하고, 인접한 E형 자기센서의 출력 끼리를 계산하여 검출에 사용했다. 즉, E형 자기센서(50)끼리의 간격은 3.5(㎜)이다.
E형 자기센서(50)의 출력의 가산은 증폭기(59)의 후에서 행했다. 가산하는 장소의 필터(60)의 뒤에서도 좋으나, 정류기(61)의 앞에서 행함이 바람직하다. 그 이유는 신호성분은 정류기(61)의 뒤에서나 앞에서나 단순히 가산되나, 노이즈 성분은, 정류기의 앞에서 가산하여 21/2배가 되는데 대하여, 정류기(61)의 뒤에서 가산하면 2배가 되어서, 그 결과 후자의 경우가 S/N비가 저하하기 때문이다. 비자성롤(58)의 재질은 스텐레스강으로 하고, 그중의 자화기(57)의 자화력은 3000AT로 했다. 피검사강판(얇은 강철띠)의 이동속도는 300(m/분)이다. 또, 필터(60)로서는 컷트오프 주파수 3㎑의 바이패스필터를 사용했다.
제24도는 자화기(57)의 사세를 나타낸 설명도이다. 이 자화기(57)는 도면에 나타낸 것 같이, 한짝의 자화자극(63a, 63b)과 코일(64)을 갖추고 있으며, 그리고 베어링(65)에 고정되어 있다. 이 베어링(65)에는 비자성 로울(58)이 회전자재하도록 지지되어 있다. 코일(64)에 직류전류를 공급함으로써, 자화자극(63a, 63b)에서 자속이 발생하고, 그 자속이 비자성 로울(58)에 감아붙이면서 이동하고 있는 피검사강판(13)을 압연방향으로 자화한다.
제25도는 상기의 실시예에 관한 탐상장치에 의하여 검출된 인공결함의 파형[정류기(11)의 출력파형]을 나타낸 도면이다. 이것은 엷은 강판에 구멍지름, 0.5, 0.1, 0.2(㎜)의 드릴홀을 가공하며, 이 인공결함을 탐상했을 때의 검출파형이다. 제25도에 의하면, 미소결함을 높은 S/N비로서 검출할 수 있는 것을 알 수 있다.
또, 제26도는 자연결함을 검출할 때의 파형을 나타낸 도면이다. 탐상처리의 후에 이 결함부를 짤라내며, 이것을 연마하면서 현미경으로 크기를 확인한 결과, 5×10-4(㎣)정도의 크기의 내부개재물이였다.
필터(60)의 컷트오프 주파수는 3㎑가 최적이 였으나, 이 값은 종래의 자기센서 사용할 때의 최적값보다 2∼3배 높은 것이며, 저주파성분을 많이 포함한 포메이션 노이즈와 검출신호와의 분리가 용이하게 되어서 S/N이 격별히 향상했다.
E형 코어(51)의 외측의 자기 시일드판(56)을 벗긴 결과, E형 자기센서(50)가 자기적으로 포화하여, 센서의 감도가 저하했다. 그 때문에, E형 자기센서(50)가 포화하지 않도록 자화력을 2000AT로 저감하여 사용했으나, 이 때에는 구멍지름 0.05(㎜)의 드릴홀에 의한 인공결함을 검출할 수 없었다.
제27a도는 이 실시예에 관한 자기탐상장치에 있어서, 피검사강판의 폭방향의 감도의 분포를 나타내는 특성도이다. 횡축(가로)은 폭방향거리 Y(㎜), 종축(세로)은 감도의 상대치를 나타낸다. E형 자기센서(50)의 배치간격이 5(㎜)이므로, 5(㎜)마다 감도는 최대로 되어 있으며, E형 자기센서(50)의 중간에서 감도가 최저로 되어 있으나, 감도의 저하는 20%이내로 억제되고 있다.
또다시, 상기 센서헤드의 대신의 센서헤드로서, 자극간격 D=0.5(㎜), 자극센서 D=0.4(㎜), 센서폭 W=3.5(㎜), 센서간격을 2.5(㎜)의 E형 자기센서 183개를 일렬의 센서 어레이로한 것을 2개 나란히 지그재그 배치로 하여, 이 센서군 전체를 자기 시일드했다. 이때, 센서가 겹쳐지는 폭은 0.5(㎜)이다. 또 지그재그의 경우에는 겹쳐지는 센서의 출력을 OR연산하여 얻어진 신호를 사용했다. 이 경우의 강대폭방향의 감도분포는 제27b도에 나타낸 것 같이 되며, 최대 감도에 대한 감도의 붕괴는 약 20%로 억제되었다.
또, E형 자기센서(50)의 각 자극의 단면형상은 본 실시예에서는 직사각형이나마, 각을 줄인 원형이라도 효과는 동일하다.
다음에, 포메이션 노이즈와 결함검출 신호와의 분리에 대하여 검토한다.
제28도는 E형 자기센서를 사용했을 경우의 검출신호중에 있어서, 결함신호와 포메이션 노이즈의 주파수 성분의 강도를 나타낸 특성도이다. 포메이션 노이즈의 주파수는 저주파성분이 많으며, 결함신호의 주파수 성분이 많으며, 결함신호의 주파수 성분은 어떤 주파수에 피이크를 가지고 있다. 따라서 하이패스필터(60)에 의하여 저주파성분을 제거함으로써, S/N비를 개선할 수 있음을 알 수 있다.
제29도는 하이패스필터(60)의 컷트오프 주파수를 변화시킨 경우의 S/N비의 변화의 예를 나타내는 특성도이다. 이 특성에 의하면, S/N비를 최대로 하는 컷트오프 주파수가 있으며 컷트오프 주파수가 이 주파수에서 ±20% 떨어지면 S/N비가 20% 저하한다. 따라서 최대 S/N의 20%까지의 S/N비의 저감을 허용한다고 하면 최적의 컷트오프 주파수의 ±20%까지의 범위의 컷트오프 주파수가 사용된다.
제30도는 E형 자기센서(50)의 자극치수를 일정하게 하고 리프트오프 L(㎜)을 변화시켰을 때의 S/N을 최대로 하는 하이패스필터(60)의 최적한 컷트오프 주파수 F(㎐)를 나타낸 특성도이다. 피검사강판(13)의 주행속도 V=5000(㎜/s), E형 자기센서(50)의 자극중심의 거리 P=1(㎜)일 때, F=3188-675L이였다.
제31도는 리프트오프(L)를 일정하게 하여, E형 센서의 자극중심의 거리 P(㎜)를 변화시켰을 때, S/N을 최대로 하는 하이패스필터의 최적한 컷트오프 주파수 F(㎐)를 나타낸 특성도이다. 리프트오프 L=0.5(㎜), 피검사강판(13)의 이동속도 V=5000(㎜/s)일 때, F=(850+2000/P)였다. S/N을 최대로 하는 하이패스필터의 최적한 컷트오프 주파수 F(㎐)는, 피검사강판의 이동속도(V)에 대해서는 비례한다고 사료된다.
이러한 결과로부터 최적한 컷트오프 주파수(F)는,
Figure kpo00011
로 된다. 또 컷트오프 주파수(F)의 최적값에 대한 허용값은 상기한 바와 같이 ±20으로 생각된다.
제32도는 상기한 컷트오프 주파수(F)를 탐상조건에 응하여 가변될 수 있도록 한 실시예의 자기탐상장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 이 자기탐상장치는 제23도의 탐상장치에 자동 컷트오프 주파수 설정기(70)가 부가되어 있는 것으로 되어 있다.
자동 컷트오프 주파수 설정기(70)는 E형 자기센서(50)의 자극중심의 거리(P), 리프트오프(L) 및 피검사강판(13)의 주행속도(V)를 판독하여 상기 (8)식의 계산을 행하여 컷트오프 주파수를 계산하여 하이패스필터(60)에 설정한다. 이 (8)식의 계산은 자동 컷트오프 주파수 설정기(70)에 마이컴을 사용하면 용이하게 실현할 수가 있다. E형 자기센서(50)의 자극중심의 거리(P) 또는 이에 더하여 리프트오프(L)가 고정치로 간주될 경우에는 고정치를 자동 컷트오프 주파수 정수기(13)에 조립시켜 놓고, 외부에서의 입력으로 하지 않을 수도 있다.
또한, 이 경우에 있어서는 부유자장의 영향을 적게 하기 위하여, 강자성체에서 되는 자기 시일드판(56)에 의하여 E형 센서(50)를 둘러쌓서 자기시일드를 행하는 것이 바람직하다.
제32도에 나타내는 구성의 자기탐상장치에 있어서는 제23도의 실시예와 동일하게 피검사강판(13)과 E형 자기센서(50)와의 사이의 리프트오프 L=0.5(㎜), E형 자기센서(50)의 자기간격 D=0.5(㎜), 자극두께 E=0.4(㎜), 센서폭 W=3.5(㎜)의 퍼어말로이제의 자기 시일드판(56)을 E형 자기센서(50)와의 간격 Gs=0.5(㎜)로 설정했다. 비자성 롤(58)의 재질은 스텐레스강으로 하고, 그중의 자화기(57)의 자화력은 3000AT로 했다. 피검사 강판(얇은 강대)의 주행속도 V=5000(㎜/s)이다.
더욱이 작업조건이 변화하여도, 하이패스필터의 컷트오프 주파수가 자동적으로 최적치로 되도록, 자동 컷트오프 주파수 설정기(13)에는 L.V.P.를 입력하여 (8)식을 다른 연산을 실시하며, 그 연산결과를 하이패스필터(60)에 설정하도록 했다. 또한, 상기한 조건하에 있어서, 하이패스필터의 컷트오프 주파수는 F=3000(㎐)로 된다.
제33도는 제23도 및 제32도의 증폭기(59)에 사용되는 적분형 증폭기의 회로도이다. 이 적분형 증폭기(71)는 적분용 저항(R4), 콘덴서(C1) 및 증폭기(72)로부터 구성되어 있다. E형 자기센서(50)의 서치코일(52)에 의하여 검출된 결함신호를 증폭할 때에 서치코일(52)에 얻어지는 출력전압(e0)은,
Figure kpo00012
로서 나타낸다. 즉 출력전압(e0)은 결함에서 발생하는 자속(Φd)의 절대치 및 서치코일(52)의 바로 아래를 결함(14)이 통과하는 시간에 반비례한 출력으로 된다. 이 때문에 서치코일(52)의 출력을 증폭하는 증폭기에 적분형 증폭기(71)를 사용함으로써, 피검사강판(13)의 이동속도에 비례하여 증대하는 동일 결함의 출력전압이 자동적으로 보상되고, 피검사강판의 이동속도에 관계없이 일정의 결함출력을 얻을 수가 있다.
제34도는 제33도의 적분형 증폭기(72)를 사용하여 구멍지름 0.1(㎜)의 드릴홀을 탐상했을 때의 피강자성 금속판의 이동속도에 대한 검출감도특성을 나타낸 특성도이다. 동 도에서 나타낸 것과 같이, 피검사강판(13)의 이동속도가 10∼1000m/분의 사이에서 변동하여도 드릴홀의 검출감도차는 5% 이내로 되어 있다.

Claims (14)

  1. 움직이고 있는 피검사체를 자화하는 자화기와; 자극을 구성하는 3개의 돌기부를 지니고, 이 돌기부가 상기 피검사체에 대향하여 배설되는 자성체의 E형 코어와, 상기 돌기부중 중앙돌기부에 감겨서 자화된 상기 피검사체의 결함부에 기인(起因)하여 발생하는 자속을 검출하는 서치코일을 지닌 E형 자기센서와; 상기 돌기부의 중심상호간의 거리, 상기 피검사체와 상기 E형 코어와의 거리인 리프트 오프 및 상기 피검사체의 이동속도로부터 결정되는 소정의 컷오프 주파수를 지니고, 상기 E형 자기센서에서의 출력신호를 처리하는 하이패스필터를 구비하여서된 자기탐상장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 E형 자기센서를 자기적으로 시일드하는 자성체의 시일드판을 더 구비하는 자기탐상장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 자화기는, 한쌍의 자화자극을 구비하고, 상기 E형 자기센서는 상기 한쌍의 자화자극의 내측에 배치되는 자기탐상장치.
  4. 제1항에 있어서, 자화기를 고정하는 베어링과, 상기 자화기를 내부에 배설하여, 상기 베어링에 회전자재하게, 지지된 비자성 롤을 더 구비하고, 상기 E형 자기센서를 피검사체에 끼우고, 상기 비자성 롤에 대향하여 배치하는 자기탐상장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 피검사체는 이동하는 대상체이며, 상기 E형 코어의 3개의 자극열은 상기 피검사체의 이동하는 방향을 따르도록 배치되는 자기탐상장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 돌기부는 판상으로 형성되어서 등간격으로 나란히 설치하였으며, 각 돌기부간의 공간거리 D 및 돌기부의 두께 E로 구성된 E형 자기센서를 사용하여, 상기 대상체와 상기 E형 코어의 거리인 리프트 오프를 L로 하였을 경우, 다음 식을 만족하는 자기탐상장치.
    1＜(D+E))/L＜4
  7. 제6항에 있어서, 상기 대상체를 횡으로 절단한 돌기부의 폭 W가 다음 식을 만족하게 하는 자기탐상장치.
    1＜W/L
  8. 제5항에 있어서, 상기 시일드판의 두께를 S로 할 경우, E형 코어와 상기 자기 시일드판과의 간격(Gs)이 다음 식을 만족하도록 상기 E형 코어 및 상기 자기 시일드판이 배치되는 자기탐상장치.
    S/10＜Gs
  9. 제5항에 있어서, 상기 대상체를 횡으로 절단한 상기 돌기부의 폭을 W로 하였을 경우, 다음 식을 만족하도록 피치 P1로 상기 E형 자기센서를 상기 대상판의 폭방향으로 일렬로 배열하여, 서로 이웃하는 상기 E형 자기센서의 출력을 가산하여 결함검출에 사용하는 자기탐색장치.
    P1＜1.6W
  10. 제5항에 있어서, 상기 대상체를 횡으로 절단한 돌기부의 폭을 W로 하였을 경우, 다음 식을 만족하게 하는 피치 P2에서 E형 자기센서를 대상판의 폭방향으로 지그재그 배열하여, 폭방향으로 겹쳐지는 E형 자기센서의 출력중 큰 쪽의 출력을 결함검출에 사용하는 자기탐상장치.
    P2＜0.9W
  11. 제1항에 있어서, 상기 피검사체는 이동하는 얇은 강대이며, 상기 피검사체의 결함부는 상기 얇은 강대에 혼입하는 미소개재물인 자기탐상장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 피검사체의 이동속도와, 이 피검사체와 E형 코어의 거리인 리프트오프를 입력으로 하여, 상기 컷트오프 주파수를 자동적으로 하이패스필터에 설정하는 컷트오프 주파수 설정기를 더 가지는 자기탐상장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 돌기부의 중심상호간의 거리를 P(㎜), 리프트오프를 L(㎜), 피검사체의 이동속도를 V(㎜/s)로 할 경우, 컷트오프 주파수 F와, 다음 식을 만족하는 주파수 F(㎐)±20%의 범위에 설정되는 자기탐상장치.
    Figure kpo00013
  14. 제12항에 있어서, 상기 컷트오프 주파수 설정기는, 상기 돌기부의 중심상호간의 거리를 P(㎜), 상기 리프트 오프를 L(㎜), 상기 피검사체의 이동속도를 V(㎜/s)로 하였을 경우, 상기 컷트 오프 주파수 F가, 다음 식을 만족하는 주파수 F(㎐)±20%의 범위에 설정되는 자기탐상장치.
    Figure kpo00014
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