WO2014050907A1 - 鋼板検査装置、鋼板検査方法、および鋼板製造方法 - Google Patents

鋼板検査装置、鋼板検査方法、および鋼板製造方法 Download PDF

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steel sheet
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steel plate
magnetic domain
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伊藤 友彦
淳一 四辻
重宏 高城
山口 広
花澤 和浩
泰成 古賀
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Jfeスチール株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a steel plate inspection apparatus, a steel plate inspection method, and a steel plate manufacturing method.
  • An electrical steel sheet is a steel sheet having excellent magnetic properties such as high magnetic permeability and low iron loss.
  • grain oriented electrical steel sheets are often used in transformer cores.
  • the alternating current flowing in the electric wire wound around the transformer core generates an alternating magnetic field inside the core.
  • eddy current loss and hysteresis loss occur.
  • Magnetic steel sheets are required to reduce these eddy current loss and hysteresis loss.
  • Occurrence of eddy current loss is inevitable when an alternating magnetic field is applied to the steel sheet, and the higher the frequency, the larger the eddy current loss.
  • One factor affecting the eddy current loss is the width of the magnetic domain of the steel sheet. The narrower the width, the lower the eddy current loss. Thus, it is known that the magnetic properties of the steel sheet and the shape of the magnetic domain have a very deep connection.
  • a technique for subdividing the magnetic domain (magnetic domain refining process) is applied in order to reduce eddy current loss.
  • the magnetic domains of the grain-oriented electrical steel sheet extend in the rolling direction, and the magnetic domains can be subdivided by adding strain or forming grooves in the direction crossing the magnetic domains.
  • a method of applying strain a method of applying thermal strain by irradiating a laser or an electron beam in a direction crossing the magnetic domain is known.
  • an inspection technique for observing a magnetic domain structure such as a magnetic domain shape is known (see Patent Documents 1 and 2).
  • JP 2007-101519 A Japanese Patent Laid-Open No. 2002-257718
  • the magnetic domain structure of the steel plate subjected to the magnetic domain refinement process cannot be detected immediately after the magnetic domain refinement process, and it is necessary to separately inspect the steel sheet offline.
  • the inspection technique described in Patent Document 1 it takes time for the magnetic powder to move through the solution and form an image reflecting the magnetic domain structure. For this reason, even if a problem occurs in the magnetic domain subdivision process, a decrease in yield occurs due to continued production of defective products.
  • the inspection technique described in Patent Document 2 uses a magneto-optical effect, but forms a light beam spot and scans the light beam spot one-dimensionally or two-dimensionally to inspect a magnetic domain. Therefore, a long inspection time is required for the inspection on the production line.
  • the present invention has been made in view of the above, and its purpose is to provide a steel sheet inspection apparatus, a steel sheet inspection method, and a steel sheet inspection method capable of improving the yield by visual inspection of the magnetic domain structure of the steel sheet immediately after the magnetic domain subdivision processing, and It is to provide a steel plate manufacturing method.
  • a steel plate inspection apparatus includes a magneto-optic device capable of detecting a magnetic domain structure of a steel plate to be inspected as an optical characteristic, and the magneto-optical device.
  • a light source that irradiates the element with linearly polarized light
  • a detector that detects the linearly polarized light whose polarization plane is rotated according to the magnetic domain structure of the steel sheet transferred to the magneto-optical element, the steel sheet, and the magneto-optical element;
  • a drive mechanism for driving at least the magneto-optical element so as to contact and detach.
  • a steel plate inspection method includes a contact step of bringing a magneto-optical element capable of detecting a magnetic domain structure of a steel plate to be inspected as an optical characteristic into contact with the steel plate.
  • a detaching step of detaching the magneto-optical element from the steel plate.
  • a steel sheet manufacturing method includes a magnetic domain subdividing step of irradiating the surface of a steel sheet with an electron beam or a laser, and a steel sheet irradiated with the electron beam or laser.
  • a detection step for detecting rotation of a surface an extraction step for extracting a magnetic domain discontinuity formed by irradiating the electron beam or laser, a width evaluation step for evaluating an average width of the magnetic domain discontinuity, An output adjustment step for increasing or decreasing the output of the electron beam or laser based on the evaluation by the width evaluation step; and That.
  • the steel plate inspection apparatus, the steel plate inspection method, and the steel plate manufacturing method according to the present invention have the effect that the yield can be improved by visual inspection of the magnetic domain structure of the steel plate immediately after the magnetic domain refinement process.
  • FIG. 1 is a production line configuration diagram showing an arrangement of a steel plate inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an internal configuration example of an inspection unit of the steel plate inspection apparatus.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration example of the magneto-optical element.
  • FIG. 4 is a side view of the drive mechanism of the steel plate inspection apparatus.
  • FIG. 5 is a top view of the drive mechanism of the steel sheet inspection apparatus.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating a modified example of the driving method of the steel sheet inspection apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the steel sheet inspection method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a production line configuration diagram showing an arrangement of a steel plate inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an internal configuration example of an inspection unit of the steel plate inspection apparatus.
  • FIG. 3 is a cross
  • FIG. 8 is an image showing an example of an inspection image of a grain-oriented electrical steel sheet by the steel sheet inspection apparatus and the steel sheet inspection method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a configuration diagram showing a production line incorporating a steel plate inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the steel sheet manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a production line configuration diagram showing an arrangement of a steel plate inspection apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
  • a steel plate inspection apparatus 1 according to an embodiment of the present invention is disposed at a subsequent stage of a magnetic domain refinement apparatus 2 that performs a magnetic domain refinement process of a steel plate S.
  • the magnetic domain segmentation apparatus 2 is an apparatus that includes an electron gun 3 inside, and applies an electron beam to the steel plate S from the electron gun 3 to apply thermal strain in a direction across the magnetic domain of the steel plate S.
  • the steel plate inspection device 1 is a device that inspects the magnetic domain structure of the steel plate S by contacting the steel plate S by driving the inspection unit 4 when the production line is temporarily stopped.
  • a configuration example of the steel plate inspection apparatus 1 will be described with reference to FIGS. 2 to 5.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the internal configuration of the inspection unit 4 of the steel plate inspection apparatus 1.
  • the inspection unit 4 includes a magneto-optical element 5 that converts the magnetic domain structure of the steel sheet S into optical characteristics, a holder 6 that fixes the magneto-optical element 5 to the inspection unit 4 via an elastic body, An epi-illumination optical system that irradiates the magneto-optical element 5 with linearly polarized light and detects reflected polarized light reflected from the magneto-optical element 5 is provided. That is, the inspection unit 4 includes a light source 7, a collimator lens 8, a polarizer (polarizing filter) 9, a half mirror 10, an analyzer (polarizing filter) 11, and a detector 12 as an incident light optical system. Prepare.
  • the magneto-optical element 5 is an element that converts the magnetic domain structure of the steel sheet S into optical characteristics by a magneto-optical effect called a Faraday effect.
  • the Faraday effect is the effect of rotating the plane of polarization by the magnetic field felt by a material when linearly polarized light is transmitted through the material.
  • a typical material that exhibits this Faraday effect is magnetic garnet. .
  • the magneto-optical element 5 comes into contact with the steel plate S, the magnetic domain structure of the steel plate S is transferred to the magneto-optical element 5, and the polarization plane of polarized light irradiated to the magneto-optical element 5 rotates.
  • the holder 6 fixes the magneto-optical element 5 to the inspection unit 4 via an elastic body in order to reduce the impact when the inspection unit 4 is driven to bring the magneto-optical element 5 into contact with the steel sheet S.
  • the light source 7 is for irradiating the magneto-optical element 5 with linearly polarized light, and a general light source such as a semiconductor laser light source or an LED light source is used.
  • the light source 7 does not need to be a light source that directly emits polarized light, and generates linearly polarized light that is irradiated to the magneto-optical element 5 in combination with a polarizer (polarization filter) 9.
  • the light source 7 is used in combination with an optical element such as a collimator lens 8 so that polarized light can be emitted as parallel light.
  • the polarizer 9 is a polarization filter that converts light emitted from the light source 7 into linearly polarized light.
  • the polarizer 9 adjusts the polarization detected by the detector 12 by adjusting the relative angle with the analyzer 11. That is, the polarizer 9 has a rotation mechanism and can adjust the angle of the polarization plane of linearly polarized light. When the analyzer 11 has a rotation mechanism, the rotation mechanism in the polarizer 9 can be omitted.
  • the half mirror 10 is an optical path splitting unit that guides the linearly polarized light transmitted through the polarizer 9 to the magneto-optical element 5 and guides the reflected polarized light reflected from the magneto-optical element 5 to the detector 12.
  • the analyzer 11 adjusts the polarization detected by the detector 12 by adjusting the relative angle with the polarizer 9 described above.
  • the detector 12 is a general two-dimensional image acquisition device such as a so-called CCD camera or CMOS camera.
  • the image detected by the detector 12 is subjected to appropriate image processing by a separate image processing means 13 such as a PC.
  • the diameter of the light beam applied to the magneto-optical element 5 is adjusted by an optical element such as a lens (not shown in FIG. 2) so as to match the size of the magneto-optical element 5.
  • the optical system from the magneto-optical element 5 to the detector 12 is a telecentric optical system.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration example of the magneto-optical element 5.
  • the magneto-optical element 5 includes a protective film 5a, a reflective film 5b, a magneto-optic film 5c, and a substrate 5d in order from the direction facing the steel plate S.
  • the magneto-optical film 5c preferably includes magnetic garnet in the composition.
  • the polarized light applied to the magneto-optical element 5 is incident on the substrate 5d, passes through the magneto-optical film 5c, is reflected by the reflective film 5b, and then passes through the magneto-optical film 5c and the substrate 5d again. Ejected from element 5.
  • FIG. 4 and 5 are schematic configuration diagrams for explaining a driving method of the steel sheet inspection apparatus 1 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a side view of the drive mechanism of the steel plate inspection apparatus 1
  • FIG. 5 is a top view of the drive mechanism of the steel sheet inspection apparatus 1.
  • the inspection unit 4 can be moved up and down along rails 14 suspended on both sides of the production line of the steel plate S. It has become.
  • the inspection unit 4 is installed so as to be movable on the rail 14 by wheels 15, and motors 17 are provided on the axles 16 of the wheels 15.
  • the inspection unit 4 moves up and down along the rail 14 by the rotational drive of the motor 17.
  • the inspection unit 4 includes a proximity sensor 18.
  • the proximity sensor 18 is a sensor for measuring the distance between the inspection unit 4 and the surface of the steel sheet S.
  • the proximity sensor 18 detects the height at which the lowering speed of the inspection unit 4 should be changed to a low speed.
  • FIGS. 4 and 5 is only an example applicable to the steel sheet inspection apparatus 1 according to the embodiment of the present invention. Therefore, not only the drive mechanism shown in FIGS. 4 and 5 but also other mechanisms such as a winch type can be adopted.
  • 4 and 5 drives the inspection unit 4 as a unit, but drives only some of the components included in the inspection unit 4, such as the magneto-optical element 5 and the holder 6. A configuration is also possible.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating a modified example of the driving method of the steel plate inspection apparatus 1 according to the embodiment of the present invention.
  • the modified example of the driving method of the steel plate inspection apparatus 1 according to the embodiment of the present invention bonds the surface of the steel plate S and the magneto-optical element 5 while running the steel plate S in the through plate. .
  • the inspection unit 4 moves on the rail 14a close to the steel plate S and the rail 14b far from the steel plate S.
  • the magneto-optical element 5 of the inspection unit 4 comes into contact with the surface of the steel plate S and the magnetic domain structure of the steel plate S can be inspected.
  • the magneto-optical element 5 of the inspection unit 4 does not contact the surface of the steel sheet S. Move upstream of the plate.
  • similar to the steel plate S and the rail 14b far from the steel plate S can be switched as shown in FIG. 6, it can also be a circular track.
  • the power for moving the inspection unit 4 on the rail is supplied by a motor provided on the wheel axle as in the driving method shown in FIGS.
  • the internal configuration of the inspection unit 4 can be the same as the internal configuration example of the inspection unit 4 shown in FIG.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a steel sheet inspection method according to an embodiment of the present invention.
  • the steel plate inspection method according to the embodiment of the present invention is performed in a state where the production line of the steel plate S is stopped (step S11).
  • this step S11 is omitted may be adopted.
  • the inspection unit 4 of the steel plate inspection apparatus 1 descends to the surface of the steel plate S (step S12).
  • the magneto-optical element 5 comes into contact with the surface of the steel plate S, and the magnetic domain structure of the steel plate S is transferred to the magneto-optical film 5 c of the magneto-optical element 5.
  • the magnetic properties (magnetic domain structure) of the steel sheet S are visualized and inspected (step S13). That is, when the linearly polarized light is irradiated onto the magneto-optical element 5 and the linearly polarized light passes through the magneto-optical film 5c of the magneto-optical element 5, the polarization plane is rotated by the Faraday effect. Visual inspection of the magnetic domain structure of the steel sheet S is performed with the rotation of.
  • the visualized magnetic domain structure of the steel sheet S is subjected to appropriate image processing by a separate image processing means 13 such as a PC.
  • the image processing means 13 evaluates the magnetic domain discontinuity for the visualized image of the magnetic domain structure of the steel sheet S, and detects the boundary between the magnetic domain and the magnetic domain discontinuity. Further, the image processing means 13 calculates the width of the magnetic domain discontinuity based on the size of the magneto-optical element 5, the magnification of the measurement optical system, the distance to the steel plate S, etc., and becomes a predetermined width. Check if it is.
  • the inspection unit 4 of the steel plate inspection apparatus 1 rises from the surface of the steel plate S (step S14), and the magneto-optical element 5 is detached from the surface of the steel plate S. Then, the operation of the production line for the steel sheet S is resumed (step S15).
  • step S16 it is determined whether or not the processing range of the magnetic domain subdivision processing of the steel sheet S has been completed. If it has not been completed (step S16; No), the processing from the above steps S11 to S15 is repeated. . On the other hand, when the processing range of the magnetic domain subdivision processing of the steel plate S is completed (step S16; Yes), the steel plate inspection is finished. When the steel plate inspection method according to the embodiment of the present invention is actually performed, the processing from the above steps S11 to S15 takes about 1 second.
  • FIG. 8 is an image showing an example of an inspection image of a grain-oriented electrical steel sheet by the steel sheet inspection apparatus 1 and the steel sheet inspection method according to the embodiment of the present invention.
  • the image shown by FIG. 8 cuts out the rolling direction 10mm * board width direction 10mm in the test
  • Bi-substituted iron garnet is used for the magneto-optical film 5 c in the magneto-optical element 5 as an example of the magnetic garnet.
  • the light source 7 is a combination of a green LED light source (wavelength 505 nm) and a polarizing filter, and the detector 12 is a CCD camera.
  • the grain-oriented electrical steel sheet has a closed domain (hereinafter referred to as magnetic domain discontinuity) so as to divide a main magnetic domain facing the rolling direction in a portion irradiated with an electron beam or a laser. Part) is formed. It has been clarified that the width of the magnetic domain discontinuity has a good correlation with the iron loss.
  • the magnetic domain discontinuity has a magnetic property different from that of the surrounding magnetic domain, and the width of the magnetic domain discontinuity can be measured by using the steel sheet inspection apparatus 1 and the steel sheet inspection method according to the embodiment of the present invention. As can be seen from FIG.
  • the width of the magnetic domain discontinuity is 150 ⁇ m to 300 ⁇ m (see, for example, JP 2012-52230 A). Further, as the width of the subdivided magnetic domains is reduced, the moving distance of the domain wall at the time of excitation is shortened, and the loss associated therewith is also reduced.
  • the width of the magnetic domains is preferably 200 ⁇ m or less.
  • FIG. 9 is a configuration diagram showing a production line incorporating the steel plate inspection apparatus 1 according to the embodiment of the present invention.
  • the steel plate inspection apparatus 1 according to the embodiment of the present invention is arranged at the subsequent stage of the magnetic domain subdivision apparatus 2 that performs the magnetic domain subdivision processing of the steel sheet S.
  • the magnetic domain segmentation apparatus 2 is an apparatus that includes an electron gun 3 inside, and applies an electron beam to the steel plate S from the electron gun 3 to apply thermal strain in a direction across the magnetic domain of the steel plate S.
  • the magnetic domain refinement device 2 performs the magnetic domain refinement process on the surface of the steel sheet S, and the steel plate inspection device 1 inspects the surface of the steel sheet S subjected to the magnetic domain refinement process by the magnetic domain refinement device 2. And based on the inspection result by the steel plate inspection apparatus 1, the control means 19 controls the magnetic domain subdivision apparatus 2.
  • FIG. The control means 19 may be either an automatic control device such as a PLC or manual control by an operator.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a steel sheet manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • the magnetic properties (magnetic domain structure) of the steel sheet S subjected to the magnetic domain refinement process by the magnetic domain refinement apparatus 2 are measured. 1 performs a visual inspection (step S21).
  • the image processing means 13 of the steel plate inspection apparatus 1 performs the magnetic domain discontinuity evaluation on the visualized magnetic domain structure image of the steel plate S, and detects the boundary between the magnetic domain and the magnetic domain discontinuity (step S22). Further, the image processing means 13 of the steel plate inspection apparatus 1 determines the average width of the magnetic domain discontinuities included in the predetermined range based on the size of the magneto-optical element 5, the magnification of the measurement optical system, the distance to the steel plate S, and the like. Is calculated (step S23).
  • control means 19 evaluates the average width of the magnetic domain discontinuities and determines whether or not the average width is within a predetermined range (step S24).
  • the average width is within the predetermined width range (step S24; Yes)
  • the process returns to step S21 in order to continue manufacturing the steel sheet S.
  • the average width is compared with the predetermined width (step S25).
  • step S25 When the average width is wider than the predetermined value (step S25; average wide), the control means 19 issues a command to reduce the electron beam power of the electron gun 3 of the magnetic domain subdivision device 2 (step S26), and the same conditions have already been reached. Thus, the shipment of the steel sheet S that has been subjected to the magnetic domain refinement process is avoided (step S28).
  • step S25 the control means 19 issues a command to increase the electron beam power of the electron gun 3 of the magnetic domain subdivision device 2 (step S27) and has already been performed. Shipment of the steel sheet S that has been subjected to the magnetic domain refinement process under the same conditions is avoided (step S28).
  • the control means 19 determines whether or not the continuous operation (resumption) of the production line of the steel sheet S is possible (step S29). That is, factors that cause the average width of the magnetic domain discontinuities to be out of the predetermined range may be due to the life of the filament of the electron gun 3 or the occurrence of a malfunction on the apparatus. Therefore, the control means 19 determines whether or not the continuous operation of the production line is possible based on the factor that the average width of the magnetic domain discontinuity part is out of the predetermined range, and when the continuous operation is possible (step S29; Yes), the steel sheet S The process returns to step S21 to continue manufacturing. On the other hand, when the continuous operation is not possible (step S29; No), the production line is stopped for replacement of the filament of the electron gun 3 or the like.
  • a steel plate inspection apparatus 1 includes a magneto-optical element 5 that can detect a magnetic domain structure of a steel plate S to be inspected as an optical characteristic, a light source 7 that irradiates the magneto-optical element 5 with linearly polarized light, and a magnetic The detector 12 that detects linearly polarized light whose polarization plane is rotated in accordance with the magnetic domain structure of the steel sheet S transferred to the optical element 5, and at least the magneto-optical element 5 so that the steel sheet S and the magneto-optical element 5 are brought into contact with and separated from each other. Therefore, the yield can be improved by visual inspection of the magnetic domain structure of the steel sheet S immediately after the magnetic domain refinement process.
  • the magneto-optical element 5 includes a protective film 5a, a reflective film 5b, a magneto-optical film 5c, and a substrate 5d in order from the direction facing the steel plate S, and linearly polarized light is converted into the substrate 5d. Since it is incident from the side and reflected by the reflecting film 5b, the Faraday effect can be doubled by reciprocating the incident linearly polarized light through the magneto-optical film 5c.
  • the magneto-optical film 5c preferably contains magnetic garnet in the composition.
  • the steel sheet inspection apparatus, the steel sheet inspection method, and the steel sheet manufacturing method according to the present invention can be applied to a process of visualizing and inspecting the magnetic domain structure of a steel sheet immediately after the magnetic domain refinement process.

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Abstract

 本発明にかかる鋼板検査装置1は、検査対象である鋼板Sの磁区構造を光学特性として検出可能な光学特性へ変換する磁気光学素子5と、磁気光学素子5に直線偏光を照射する光源7と、磁気光学素子5に転写された鋼板Sの磁区構造に応じて偏光面が回転された直線偏光を検出する検出器12と、鋼板Sと磁気光学素子5とを接触離脱するように少なくとも磁気光学素子5を駆動する駆動機構と、を備えることを特徴とする。これにより、磁区細分化処理の直後に鋼板の磁区構造を可視化検査することにより歩留まりの改善ができる。

Description

鋼板検査装置、鋼板検査方法、および鋼板製造方法
 本発明は、鋼板検査装置、鋼板検査方法、および鋼板製造方法に関する。
 電磁鋼板(electrical steel sheet)は、透磁率(magnetic permeability)が高く鉄損が少ないという磁気特性に優れた鋼板である。例えば、方向性電磁鋼板(grain oriented electrical steel sheet)は、変圧器のコアに多く用いられている。変圧器のコアに巻かれた電線に流れる交流電流は、コアの内部に交流磁場を発生させる。一般に、鋼板内に交流磁場が印加された場合には、渦電流損(eddy current loss)とヒステリシス損(hysteresis loss)とが生じる。電磁鋼板には、これら渦電流損およびヒステリシス損を低減することが要請されている。
 鋼板内に交流磁場が印加された際の渦電流損の発生は不可避であり、周波数が高いほど渦電流損は大きくなる。この渦電流損に影響を与える因子の一つとして鋼板の磁区(magnetic domain)の幅があり、この幅が狭いほど、渦電流損を低減することができる。このように鋼板の磁気特性と磁区の形状とは、非常に深い結びつきがあることが知られている。
 そこで、方向性電磁鋼板の製造工程では、渦電流損を低減するために、磁区を細分化する手法(磁区細分化(magnetic domain refining)処理)が施されている。方向性電磁鋼板の磁区は圧延方向に延びており、この磁区を横切る方向に歪みを入れたり、溝を形成したりすることにより、磁区を細分化することができる。歪みを入れる方法としては、レーザや電子ビームなどを磁区を横切る方向に照射して、熱歪みを与える方法が知られている。この磁区細分化処理が適切に施されているか否か検査するために、磁区の形状などの磁区構造(magnetic domain structure)を観察する検査技術が知られている(特許文献1および2参照)。
特開2007-101519号公報 特開2002-257718号公報
 しかしながら、従来の検査技術では、磁区細分化処理が施された鋼板の磁区構造を磁区細分化処理直後に直ちに検出することができず、別途鋼板をサンプリングしてオフラインで検査する必要があった。例えば、特許文献1に記載の検査技術では、磁性粉が溶液中を移動して磁区構造を反映した像を形成するのに時間が必要である。このため、磁区細分化処理にて不具合が発生した場合でも、不良品を製造し続けることによる歩留まりの低下が発生してしまう。また、特許文献2に記載の検査技術は、磁気光学効果を利用するものであるが、光ビームスポットを形成して、この光ビームスポットを1次元または2次元走査して磁区の検査を行うので、製造ライン上での検査としては長時間の検査時間が必要となってしまう。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、磁区細分化処理の直後に鋼板の磁区構造を可視化検査することにより歩留まりの改善ができる鋼板検査装置、鋼板検査方法、および鋼板製造方法を提供することにある。
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる鋼板検査装置は、検査対象である鋼板の磁区構造を光学特性として検出可能な磁気光学素子(magnetooptic device)と、前記磁気光学素子に直線偏光を照射する光源と、前記磁気光学素子に転写された前記鋼板の磁区構造に応じて偏光面が回転された前記直線偏光を検出する検出器と、前記鋼板と前記磁気光学素子とを接触離脱するように少なくとも前記磁気光学素子を駆動する駆動機構と、を備えることを特徴とする。
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる鋼板検査方法は、検査対象である鋼板の磁区構造を光学特性として検出可能な磁気光学素子を前記鋼板に接触させる接触ステップと、前記磁気光学素子に直線偏光を照射する照射ステップと、前記磁気光学素子にて反射する直線偏光の偏光面の回転を検出する検出ステップと、前記偏光面の回転から前記鋼板の磁区構造を測定する測定ステップと、前記磁気光学素子を前記鋼板から離脱させる離脱ステップと、を含むことを特徴とする。
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる鋼板製造方法は、鋼板の表面に電子ビームまたはレーザを照射する磁区細分化ステップと、前記電子ビームまたはレーザを照射した鋼板の領域に、鋼板の磁区構造を光学特性として検出可能な磁気光学素子を接触させる接触ステップと、前記磁気光学素子に直線偏光を照射する照射ステップと、前記磁気光学素子にて反射する直線偏光の偏光面の回転を検出する検出ステップと、前記電子ビームまたはレーザを照射したことにより形成された磁区不連続部を抽出する抽出ステップと、前記磁区不連続部の平均幅を評価する幅評価ステップと、前記幅評価ステップによる評価に基づいて前記電子ビームまたはレーザの出力を増加減する出力調整ステップと、を含むことを特徴とする。
 本発明にかかる鋼板検査装置、鋼板検査方法、および鋼板製造方法は、磁区細分化処理の直後に鋼板の磁区構造を可視化検査することにより歩留まりの改善ができるという効果を奏する。
図1は、本発明の実施形態にかかる鋼板検査装置の配置を示す製造ライン構成図である。 図2は、鋼板検査装置の検査ユニットの内部構成例を示す模式図である。 図3は、磁気光学素子の構成例を示す断面図である。 図4は、鋼板検査装置の駆動機構の側面図である。 図5は、鋼板検査装置の駆動機構の上面図である。 図6は、本発明の実施形態にかかる鋼板検査装置の駆動方式の変形例を説明する概略構成図である。 図7は、本発明の実施形態にかかる鋼板検査方法を示すフローチャートである。 図8は、本発明の実施形態にかかる鋼板検査装置および鋼板検査方法による方向性電磁鋼板の検査画像の例を示す画像である。 図9は、本発明の実施形態にかかる鋼板検査装置を組み入れた製造ラインを示す構成図である。 図10は、本発明の実施形態にかかる鋼板製造方法を示すフローチャートである。
 以下に、本発明の実施形態にかかる鋼板検査装置、鋼板検査方法、および鋼板製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。
〔鋼板検査装置〕
 図1は、本発明の実施形態にかかる鋼板検査装置1の配置を示す製造ライン構成図である。図1に示されるように、本発明の実施形態にかかる鋼板検査装置1は、鋼板Sの磁区細分化処理を行う磁区細分化装置2の後段に配置される。磁区細分化装置2は、内部に電子銃3を備え、電子銃3から鋼板Sに電子ビームを照射することにより、鋼板Sの磁区を横切る方向に熱歪みを与える装置である。
 鋼板検査装置1は、製造ラインの一時停止時に、検査ユニット4を駆動することにより、鋼板Sに接触して鋼板Sの磁区構造を検査する装置である。以下、図2から図5を参照しながら、鋼板検査装置1の構成例を説明する。
 図2は、鋼板検査装置1の検査ユニット4の内部構成例を示す模式図である。図2に示されるように、検査ユニット4は、鋼板Sの磁区構造を光学特性へ変換する磁気光学素子5と、磁気光学素子5を弾性体を介して検査ユニット4に固定するホルダ6と、磁気光学素子5に直線偏光を照射して磁気光学素子5から反射される反射偏光を検出する落射光学系を備える。すなわち、検査ユニット4は、落射光学系として、光源7と、コリメータレンズ8と、偏光子(偏光フィルター)9と、ハーフミラー10と、検光子(偏光フィルター)11と、検出器12と、を備える。
 磁気光学素子5は、ファラデー効果と呼ばれる磁気光学効果により鋼板Sの磁区構造を光学特性へ変換する素子である。ファラデー効果とは、直線偏光を物質に透過させたときに、その物質が感じる磁場によって偏光面が回転する効果であり、このファラデー効果を奏する代表的な物質として磁性ガーネット(magnetic garnet)が挙げられる。
 検査ユニット4を駆動することにより、磁気光学素子5は鋼板Sに接触し、鋼板Sの磁区構造が磁気光学素子5に転写され、磁気光学素子5に照射される偏光の偏光面が回転する。なお、ホルダ6は、検査ユニット4を駆動して磁気光学素子5を鋼板Sに接触させる際の衝撃を和らげるために、弾性体を介して磁気光学素子5を検査ユニット4に固定している。
 光源7は、磁気光学素子5に直線偏光を照射するためのものであり、例えば半導体レーザ光源またはLED光源など一般的光源が用いられる。光源7は、直接的に偏光を射出する光源である必要はなく、偏光子(偏光フィルター)9と組み合わせて磁気光学素子5に照射する直線偏光を発生させる。また、光源7は、偏光を平行光として射出し得るように、コリメータレンズ8など光学素子と組み合わせて用いられている。
 偏光子9は、光源7から射出された光線を直線偏光に変換する偏光フィルターである。偏光子9は、検光子11との相対的角度を調整することにより、検出器12にて検出される偏光の調整を行う。すなわち、偏光子9は、回転機構を有し、直線偏光の偏光面の角度を調整することができる。なお、検光子11に回転機構を有した場合、偏光子9における回転機構は省略可能である。
 ハーフミラー10は、偏光子9を透過した直線偏光を磁気光学素子5へ導き、磁気光学素子5から反射される反射偏光を検出器12へ導く光路分割手段である。検光子11は、先述の偏光子9との相対的角度を調整することにより、検出器12にて検出される偏光の調整を行う。検出器12は、いわゆるCCDカメラまたはCMOSカメラなど一般的な2次元画像取得装置である。検出器12にて検出された画像は、PC等の別途の画像処理手段13により適切な画像処理を施される。
 なお、図2には図示されないレンズ等の光学素子より、磁気光学素子5に照射される際の光束径が磁気光学素子5の大きさに一致するように調整されている。さらに、磁気光学素子5から検出器12までの光学系は、テレセントリック光学系となっている。
 図3は、磁気光学素子5の構成例を示す断面図である。図3に示されるように、磁気光学素子5は、鋼板Sに面する方向から順に、保護膜5a、反射膜5b、磁気光学膜(magnetooptic film)5c、および基板5dにより構成される。なお、磁気光学膜5cは、磁性ガーネットを組成に含むことが好ましい。この磁気光学素子5に照射される偏光は、基板5dに入射され、磁気光学膜5cを透過し、反射膜5bにて反射した後、再度磁気光学膜5cおよび基板5dを透過して、磁気光学素子5から射出される。
 図4および図5は、本発明の実施形態にかかる鋼板検査装置1の駆動方式を説明する概略構成図である。図4は、鋼板検査装置1の駆動機構の側面図であり、図5は、鋼板検査装置1の駆動機構の上面図である。
 図4および図5に示されるように、本発明の実施形態にかかる鋼板検査装置1では、鋼板Sの製造ラインの両脇に垂置されたレール14に沿って検査ユニット4が上下移動可能となっている。検査ユニット4は、車輪15によりレール14上を移動可能に設置されており、車輪15の車軸16には、それぞれモータ17が設けられている。検査ユニット4は、モータ17の回転駆動によりレール14に沿って上下移動する。
 図4および図5に示されるように、検査ユニット4は、近接センサー18を備えている。近接センサー18は、検査ユニット4と鋼板Sの表面との距離を測定するためのセンサーである。本発明の実施形態にかかる鋼板検査装置1は、検査ユニット4が下降して磁気光学素子5を鋼板Sの表面に接触させる際に、鋼板Sの表面および磁気光学素子5が衝突により損傷を受けないように、鋼板Sの近傍では低速で降下する。近接センサー18は、検査ユニット4の降下速度を低速に変更すべき高さを検知する。
 なお、図4および図5に示される駆動機構は、本発明の実施形態にかかる鋼板検査装置1に適用可能な一例に過ぎない。したがって、図4および図5に示される駆動機構に限らず、ウィンチ式など他の機構を採用することも可能である。また、図4および図5に示される駆動機構は、検査ユニット4を一体として駆動しているが、検査ユニット4に含まれる一部の構成要素、例えば磁気光学素子5およびホルダ6のみを駆動する構成とすることも可能である。
〔変形例〕
 図6は、本発明の実施形態にかかる鋼板検査装置1の駆動方式の変形例を説明する概略構成図である。図6に示されるように、本発明の実施形態にかかる鋼板検査装置1の駆動方式の変形例は、通板中の鋼板Sを併走させながら鋼板Sの表面と磁気光学素子5とを接着させる。
 図6に示されるように、検査ユニット4は、鋼板Sに近いレール14aおよび鋼板Sから遠いレール14bの上を移動する。検査ユニット4が鋼板Sに近いレール14aを移動しているとき、検査ユニット4の磁気光学素子5は、鋼板Sの表面に接触し、鋼板Sの磁区構造が検査可能な状態となる。一方、検査ユニット4が鋼板Sに遠いレール14bを移動しているとき、検査ユニット4の磁気光学素子5が鋼板Sの表面に接触しないので、検査ユニット4は、次回の検査のために鋼板Sの通板の上流に移動する。
 なお、鋼板Sに近いレール14aと鋼板Sから遠いレール14bとの接続方法は、図6に示されるように、切換え方式とすることもできるが、周回軌道とすることもできる。また、検査ユニット4がレール上を移動する動力は、図4および図5に示された駆動方法と同様に車輪の車軸に設けられたモータにより供給されている。なお、検査ユニット4の内部構成は、図2に示された検査ユニット4の内部構成例と同様のものとすることができる。
〔鋼板検査方法〕
 以下、本発明の実施形態にかかる鋼板検査方法について説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施形態にかかる鋼板検査装置の構成の図面などを参照しながら本発明の実施形態にかかる鋼板検査方法について説明するが、本発明の実施形態にかかる鋼板検査方法は、これらの図面に表された構成により限定されるものではない。
 図7は、本発明の実施形態にかかる鋼板検査方法を示すフローチャートである。図7に示されるように、本発明の実施形態にかかる鋼板検査方法は、鋼板Sの製造ラインが停止された状態で行なわれる(ステップS11)。ただし、上記鋼板検査装置1の駆動方式の変形例のように、鋼板Sの製造ラインが停止しない状況での鋼板検査方法の場合は、このステップS11を省略した実施形態も採用し得る。
 次に、鋼板検査装置1の検査ユニット4が鋼板Sの表面へ降下する(ステップS12)。検査ユニット4が鋼板Sの表面へ降下することにより、磁気光学素子5が鋼板Sの表面へ接触し、鋼板Sの磁区構造が磁気光学素子5の磁気光学膜5cに転写される。
 その後、鋼板Sの磁気特性(磁区構造)が可視化検査される(ステップS13)。すなわち、磁気光学素子5に直線偏光が照射され、磁気光学素子5の磁気光学膜5cを直線偏光が通過することにより、ファラデー効果による偏光面の回転が発生し、検査ユニット4は、この偏光面の回転をもって鋼板Sの磁区構造の可視化検査を行う。
 なお、可視化された鋼板Sの磁区構造は、PC等の別途の画像処理手段13により適切な画像処理を施される。画像処理手段13は、可視化された鋼板Sの磁区構造の画像について、磁区不連続部評価を行い、磁区と磁区不連続部との境界を検出する。さらに、画像処理手段13は、磁気光学素子5の大きさ、測定光学系の倍率、鋼板Sまでの距離などをもとにして、磁区不連続部の幅を計算し、所定の幅となっているかどうかを確認する。
 その後、鋼板検査装置1の検査ユニット4が鋼板Sの表面から上昇し(ステップS14)、磁気光学素子5が鋼板Sの表面から離脱する。そして、鋼板Sの製造ラインの運転が再開される(ステップS15)。
 最後に、鋼板Sの磁区細分化処理の加工範囲が終了したか否かの判定を行い(ステップS16)、終了していない場合(ステップS16;No)、上記ステップS11~S15までの処理を繰り返す。一方、鋼板Sの磁区細分化処理の加工範囲が終了した場合(ステップS16;Yes)、鋼板検査を終了する。なお、実際に本発明の実施形態にかかる鋼板検査方法を実施した場合、上記ステップS11~S15までの処理は1秒程度となる。
 図8は、本発明の実施形態にかかる鋼板検査装置1および鋼板検査方法による方向性電磁鋼板の検査画像の例を示す画像である。なお、図8に示される画像は、方向性電磁鋼板の検査画像における圧延方向10mm×板幅方向10mmを切り取ったものである。
 図8に示される画像の取得に際し、磁気光学素子5における磁気光学膜5cは、磁性ガーネットの例としてBi置換した鉄ガーネットが用いられている。そして、磁性ガーネットによるファラデー効果を視認しやすくするために、光源7は、緑色LED光源(波長505nm)と偏光フィルターとを組み合わせて用い、検出器12にはCCDカメラを用いた。
 図8に示されるように、方向性電磁鋼板には、電子ビームまたはレーザを照射させた部分に、圧延方向を向いた主磁区を分断するように還流磁区(closure domain)(以下、磁区不連続部)が形成される。磁区不連続部の幅は、鉄損と良い相関があることが明らかになっている。磁区不連続部は周囲の磁区とは磁気特性が異なっており、本発明の実施形態にかかる鋼板検査装置1および鋼板検査方法を用いれば、磁区不連続部の幅の測定を行うことができることが図8から解る。
 磁区不連続部の幅が150μm~300μmであるとき、鋼板の鉄損が小さくなるという実験結果がある(例えば特開2012-52230号公報参照)。また、細分化された磁区の幅が小さくなるほど励磁した際の磁壁の移動距離が短くなり、これに伴う損失も小さくなり、例えば、磁区の幅を200μm以下とすることが好ましい。このような磁区不連続部の幅や磁区の幅を評価する場合、それぞれの幅を測定してもよいが、ある区間について測定した平均値により評価するのが一般的である。図8に示される磁区不連続部の幅は約200μmであることが解り、適正範囲内の磁区不連続部が形成されていることが解る。このように、本発明の実施形態にかかる鋼板検査装置1および鋼板検査方法を用いれば、鋼板Sの品質評価が可能である。
〔鋼板製造方法〕
 次に、本発明の実施形態にかかる鋼板製造方法について説明する。
 図9は、本発明の実施形態にかかる鋼板検査装置1を組み入れた製造ラインを示す構成図である。図9に示されるように、本発明の実施形態にかかる鋼板検査装置1は、鋼板Sの磁区細分化処理を行う磁区細分化装置2の後段に配置される。磁区細分化装置2は、内部に電子銃3を備え、電子銃3から鋼板Sに電子ビームを照射することにより、鋼板Sの磁区を横切る方向に熱歪みを与える装置である。
 磁区細分化装置2が鋼板Sの表面に磁区細分化処理を施し、磁区細分化装置2により磁区細分化処理が施された鋼板Sの表面を鋼板検査装置1が検査する。そして、鋼板検査装置1による検査結果に基づき、制御手段19が磁区細分化装置2を制御する。制御手段19は、PLCなどの自動制御装置またはオペレータによる手動制御の何れでも構わない。
 図10は、本発明の実施形態にかかる鋼板製造方法を示すフローチャートである。図10に示されるように、本発明の実施形態にかかる鋼板製造方法では、初めに、磁区細分化装置2により磁区細分化処理が施された鋼板Sの磁気特性(磁区構造)を鋼板検査装置1が可視化検査する(ステップS21)。
 そして、鋼板検査装置1の画像処理手段13は、可視化された鋼板Sの磁区構造の画像について、磁区不連続部評価を行い、磁区と磁区不連続部との境界を検出する(ステップS22)。さらに、鋼板検査装置1の画像処理手段13は、磁気光学素子5の大きさ、測定光学系の倍率、鋼板Sまでの距離などに基づいて、所定範囲内に含まれる磁区不連続部の平均幅を計算する(ステップS23)。
 その後、制御手段19が磁区不連続部の平均幅を評価し、平均幅が所定範囲内であるか否かを判断する(ステップS24)。平均幅が所定幅範囲内である場合(ステップS24;Yes)、磁区細分化処理が適正に施されているので、鋼板Sの製造を継続するためにステップS21へ戻る。一方、平均幅が所定幅範囲内でない場合(ステップS24;No)、平均幅と所定幅とを比較する(ステップS25)。
 平均幅が所定値よりも広い場合(ステップS25;平均幅広い)、制御手段19は、磁区細分化装置2の電子銃3の電子ビームパワーを低減する指令を発し(ステップS26)、既に同一条件にて磁区細分化処理が施された鋼板Sの出荷を回避する(ステップS28)。一方、平均幅が所定値よりも狭い場合(ステップS25;平均幅狭い)、制御手段19は、磁区細分化装置2の電子銃3の電子ビームパワーを増加する指令を発し(ステップS27)、既に同一条件にて磁区細分化処理が施された鋼板Sの出荷を回避する(ステップS28)。
 その後、制御手段19は鋼板Sの製造ラインの継続操業(再開)の可否について判断する(ステップS29)。すなわち、磁区不連続部の平均幅が所定範囲から外れる要因には、電子銃3のフィラメントの寿命によるもの、または装置上の不具合の発生によるものなどがありえる。したがって、制御手段19は、磁区不連続部の平均幅が所定範囲から外れる要因に基づいて製造ラインの継続操業の可否について判断し、継続操業が可能である場合(ステップS29;Yes)、鋼板Sの製造を継続するためにステップS21へ戻る。一方、継続操業が不可である場合(ステップS29;No)、電子銃3のフィラメントの交換などのために、製造ラインを停止する。
 本発明の実施形態にかかる鋼板検査装置1は、検査対象である鋼板Sの磁区構造を光学特性として検出可能な磁気光学素子5と、磁気光学素子5に直線偏光を照射する光源7と、磁気光学素子5に転写された鋼板Sの磁区構造に応じて偏光面が回転された直線偏光を検出する検出器12と、鋼板Sと磁気光学素子5とを接触離脱するように少なくとも磁気光学素子5を駆動する駆動機構とを備えるので、磁区細分化処理の直後に鋼板Sの磁区構造を可視化検査することにより歩留まりの改善をすることができる。
 また、本発明の実施形態にかかる磁気光学素子5は、鋼板Sに面する方向から順に、保護膜5a、反射膜5b、磁気光学膜5c、および基板5dにより構成され、直線偏光が、基板5d側から入射され、反射膜5bにて反射されるので、入射された直線偏光が磁気光学膜5cを往復することにより、ファラデー効果を2倍得ることができる。また、磁気光学膜5cは、磁性ガーネットを組成に含むことが好ましい。
 以上のように、本発明にかかる鋼板検査装置、鋼板検査方法、および鋼板製造方法は、磁区細分化処理の直後に鋼板の磁区構造を可視化検査する処理に適用することができる。
 1 鋼板検査装置
 2 磁区細分化装置
 3 電子銃
 4 検査ユニット
 5 磁気光学素子
 5a 保護膜
 5b 反射膜
 5c 磁気光学膜
 5d 基板
 6 ホルダ
 7 光源
 8 コリメータレンズ
 9 偏光子
 10 ハーフミラー
 11 検光子
 12 検出器
 13 画像処理手段
 14,14a,14b レール
 15 車輪
 16 車軸
 17 モータ
 18 近接センサー
 19 制御手段

Claims (13)

  1.  検査対象である鋼板の磁区構造を光学特性として検出可能な磁気光学素子と、
     前記磁気光学素子に直線偏光を照射する光源と、
     前記磁気光学素子に転写された前記鋼板の磁区構造に応じて偏光面が回転された前記直線偏光を検出する検出器と、
     前記鋼板と前記磁気光学素子とを接触離脱するように少なくとも前記磁気光学素子を駆動する駆動機構と、
     を備えることを特徴とする鋼板検査装置。
  2.  前記磁気光学素子は、前記鋼板に面する方向から順に、保護膜、反射膜、磁気光学膜、および基板により構成され、
     前記直線偏光は、前記基板側から入射され、前記反射膜にて反射される、
     ことを特徴とする請求項1に記載の鋼板検査装置。
  3.  前記磁気光学膜は、磁性ガーネットを組成に含むことを特徴とする請求項2に記載の鋼板検査装置。
  4.  さらに偏光子、ハーフミラー、および検光子を備え、
     前記光源から射出された光線は、前記偏光子、前記ハーフミラー、前記磁気光学素子、前記ハーフミラー、前記検光子、および前記検出器の順に伝播されることを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載の鋼板検査装置。
  5.  前記駆動機構は、前記光源、前記偏光子、前記ハーフミラー、前記磁気光学素子、前記検光子、および前記検出器を収容する検査ユニットを駆動することにより、前記鋼板と前記磁気光学素子とを接触離脱することを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の鋼板検査装置。
  6.  前記磁気光学素子は、弾性体を介して前記検査ユニットに固定されていることを特徴とする請求項5に記載の鋼板検査装置。
  7.  検査対象である鋼板の磁区構造を光学特性として検出可能な磁気光学素子を前記鋼板に接触させる接触ステップと、
     前記磁気光学素子に直線偏光を照射する照射ステップと、
     前記磁気光学素子にて反射する直線偏光の偏光面の回転を検出する検出ステップと、
     前記偏光面の回転から前記鋼板の磁区構造を測定する測定ステップと、
     前記磁気光学素子を前記鋼板から離脱させる離脱ステップと、
     を含むことを特徴とする鋼板検査方法。
  8.  前記磁気光学素子は、前記鋼板に面する方向から順に、保護膜、反射膜、磁気光学膜、および基板により構成され、
     前記直線偏光は、前記基板側から入射され、前記反射膜にて反射される、
     ことを特徴とする請求項7に記載の鋼板検査方法。
  9.  前記磁気光学膜は、磁性ガーネットを組成に含むことを特徴とする請求項8に記載の鋼板検査方法。
  10.  鋼板の表面に電子ビームまたはレーザを照射する磁区細分化ステップと、
     前記電子ビームまたはレーザを照射した鋼板の領域に、鋼板の磁区構造を光学特性として検出可能な磁気光学素子を接触させる接触ステップと、
     前記磁気光学素子に直線偏光を照射する照射ステップと、
     前記磁気光学素子にて反射する直線偏光の偏光面の回転を検出する検出ステップと、
     前記電子ビームまたはレーザを照射したことにより形成された磁区不連続部を抽出する抽出ステップと、
     前記磁区不連続部の平均幅を評価する幅評価ステップと、
     前記幅評価ステップによる評価に基づいて前記電子ビームまたはレーザの出力を増加減する出力調整ステップと、
     を含むことを特徴とする鋼板製造方法。
  11.  前記出力調整ステップの後に、前記電子ビームまたはレーザの出力を増加減前の条件で製造された前記鋼板の出荷を回避する出荷回避ステップをさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の鋼板製造方法。
  12.  前記磁気光学素子は、前記鋼板に面する方向から順に、保護膜、反射膜、磁気光学膜、および基板により構成され、
     前記直線偏光は、前記基板側から入射され、前記反射膜にて反射される、
     ことを特徴とする請求項10または請求項11に記載の鋼板製造方法。
  13.  前記磁気光学膜は、磁性ガーネットを組成に含むことを特徴とする請求項12に記載の鋼板製造方法。
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