WO2021125187A1 - 漏洩磁気検査装置および欠陥検査方法 - Google Patents

漏洩磁気検査装置および欠陥検査方法 Download PDF

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WO2021125187A1
WO2021125187A1 PCT/JP2020/046813 JP2020046813W WO2021125187A1 WO 2021125187 A1 WO2021125187 A1 WO 2021125187A1 JP 2020046813 W JP2020046813 W JP 2020046813W WO 2021125187 A1 WO2021125187 A1 WO 2021125187A1
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exciter
permanent magnet
magnetic
inspection
magnetic flux
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PCT/JP2020/046813
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French (fr)
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廣幸 横田
山口　誠
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Ｊｆｅスチール株式会社
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    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
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    • G01N27/83—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws by investigating stray magnetic fields
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    • G01N27/87—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws by investigating stray magnetic fields using probes

Definitions

  • the present invention relates to a leakage magnetic inspection device that detects leakage flux and detects defects when the magnetic flux passes through the inside of an inspection object, and a defect inspection method.
  • the leakage magnetic flux A leakage magnetic inspection device utilizing change is known (for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 A leakage magnetic inspection device utilizing change is known (for example, Patent Document 1).
  • a non-soft magnetic material is mixed in the steel sheet and exists as a defect
  • the defect becomes an obstacle to the flow of the magnetic flux from the steel sheet surface. Since the magnetic flux leaks, this leaked magnetic flux is detected and determined to be a defect.
  • the steel sheet to be inspected is a thin steel sheet (strip) having a thickness of about 0.2 mm for beverage cans and about 0.8 mm for automobile steel sheets.
  • this leakage magnetic inspection device includes an exciter 101 that generates a leakage magnetic flux and excites the conveyed steel plate 100, and a plurality of magnetic detectors 102 that detect the leakage magnetic flux.
  • a plurality of magnetic detectors 102 are arranged in the plate width direction.
  • the exciter 101 is generally an electromagnet in which a coil 104 is wound around an iron core (yoke) 103.
  • the magnetic detector 102 a coil type element, a Hall element, or the like is used (for example, Patent Document 2).
  • a direct current is passed through the coil to generate a direct current.
  • the strength of the magnet can be adjusted to a predetermined value by the number of turns of the coil and the current value of the coil, and the current is continuously supplied using an external power source during the inspection.
  • the magnetic flux can be turned off by cutting off the current flowing through the coil.
  • the number of turns of the coil varies depending on the core wire diameter used for the coil, but is about 2500 to 3500 with respect to the core wire diameter of ⁇ 1.6 mm.
  • Patent Document 3 a technique of applying a strong magnetic flux required for defect detection to a steel sheet by a permanent magnet is known (for example, Patent Document 3).
  • the permanent magnet type has an advantage that the inspection object can be magnetized without using an external power source.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 56-61645 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-195984 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-156363 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-7570
  • Electromagnetic exciters require a large coil to obtain sufficient magnetic flux leakage from defects present in the steel sheet to be inspected, which requires a long iron core, resulting in a large weight. ..
  • the distance between the tip of the yoke and the steel sheet to be inspected must be in the range of approximately 0.5 to 7 mm.
  • the welded part of the steel sheet passes through the inspection device. At that time, it becomes necessary to retract the exciter from the steel plate.
  • the weight of the inspection device is large, it takes a relatively long time to retract the welded portion and the like, so that the uninspected region near the welding point becomes long.
  • a large amount of energy is required to function as a magnet, and heat generation also increases.
  • the permanent magnet type exciter is lighter than the electromagnet type, does not require energy to function as a magnet, and does not cause the problem of heat generation.
  • the magnetic flux cannot be turned off, so it is inspected during the inspection. It is difficult to turn off the exciting magnetic flux to the inspection target during cleaning to remove iron powder, dust, etc. adhering to the device, and during maintenance and inspection.
  • cleaning and maintenance can be performed by pulling the exciter away from the object to be inspected so that the exciting force does not reach the object to be inspected from the exciter. It needs to be separated from, and a large-scale attachment / detachment device is required.
  • a method of turning off the exciting force of the permanent magnet itself there are methods such as widening the gap between the iron core (yoke) and the inspection object, or short-circuiting the north and south poles of the permanent magnet with the iron core. However, all of them require an additional mechanism / structure.
  • the present invention can reduce the size and weight of the exciter, can easily turn off the excitation without causing energy loss due to heat generation, and can make the state excessive energy. It is an object of the present invention to provide a leakage magnetic inspection device and a defect inspection method that can be maintained without using the above.
  • a leaking magnetic inspection device that excites an inspection target, detects a leakage magnetic flux leaking from the inspection target, and inspects the inspection target, and has an opening in a portion facing the inspection target.
  • a portal-shaped main exciter having one or more first permanent magnets, a magnetic detector arranged in the opening of the main exciter, and the one or more first of the main exciter.
  • a DC current is supplied to a secondary exciter having a second permanent magnet connected to the main exciter so as to sandwich the permanent magnet 1 and magnetizing the main exciter in the same direction as the first permanent magnet.
  • Leakage magnetism is characterized by comprising an electromagnet coil capable of generating magnetic flux and changing the magnetization direction of the second permanent magnet to invert the magnetic poles of the second permanent magnet. Inspection equipment.
  • the main exciter and the sub-exciter have a yoke for forming a magnetic path, and the first permanent magnet and the second permanent magnet are interposed in the yoke.
  • the leakage magnetic inspection apparatus according to (1) above.
  • the second permanent magnet is an alnico magnet or a samarium-cobalt magnet.
  • a direct current is supplied to the coil to generate a magnetic flux, and the magnetic flux reverses the magnetic poles of the second permanent magnet so that the sub-exciter is magnetized in the direction opposite to that of the main exciter.
  • a defect inspection method characterized by confining the magnetic flux from the permanent magnet of 1 in the sub-exciter. (7)
  • a direct current in the direction opposite to that at the time when the defect inspection is stopped is supplied to the electromagnet coil, and the magnetic poles of the second permanent magnet are re-engaged.
  • the exciter since it is not necessary to prepare an exciting coil or a long iron core by using a permanent magnet as the main exciter, the exciter can be made smaller and lighter, and can function as a magnet. A large amount of energy supplied to the exciting coil is not required, and the problem of heat generation does not occur. Further, since the electromagnet coil capable of changing the magnetization direction of the second permanent magnet is provided, the magnetic pole of the second permanent magnet can be inverted by passing a current through the electromagnet coil for a predetermined time. The supply of magnetic flux to the inspection object by the main exciter can be easily stopped.
  • the electromagnet coil only reverses the magnetic poles of the second permanent magnet, it may be small and does not hinder the miniaturization and weight reduction of the exciter.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a schematic configuration of a leakage magnetic inspection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a leakage magnetic inspection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a schematic configuration of a leakage magnetic inspection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing magnetic fields formed in the main exciter and the sub-exciter during normal operation (excitation on).
  • FIG. 5 is a diagram showing magnetic fields formed in the main exciter and the sub-exciter when the operation is stopped (excitation off).
  • FIG. 6 is a diagram showing a magnetic flux density distribution and a magnetic flux (field line) distribution in the excitation-on state in the embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a magnetic flux density distribution and a magnetic flux (field line) distribution in the excitation off state in the embodiment.
  • FIG. 8A is a diagram showing an embodiment of the leakage magnetic inspection apparatus having the configuration shown in FIG. 1, and FIGS. 8B and 8C are the leakage magnetic inspection apparatus shown in FIG. 8A. It is a figure which shows the 2nd permanent magnet and the 1st permanent magnet in. It is sectional drawing which shows an example of the conventional leakage magnetic inspection apparatus using an electromagnet.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of a conventional leakage magnetic inspection device using an electromagnet.
  • FIG. 1 is a vertical sectional view showing a schematic configuration of a leakage magnetic inspection apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a horizontal sectional view thereof
  • FIG. 3 is a perspective view thereof.
  • the leakage magnetic inspection device 1 detects defects in the conveyed strip (thin steel plate) 10 which is an inspection target, and has one or two or more. It has a main exciter 2 having a first permanent magnet 3 of the above, a plurality of magnetic detectors 4, a sub-exciter 5 having a second permanent magnet 6, and an electromagnet coil 7.
  • the exciter is composed of the main exciter 2, the sub exciter 5, and the electromagnetic coil 7.
  • the main exciter 2 is provided so as to face the strip (thin steel plate) 10 to be conveyed, which is an inspection target, has a portal shape (U-shaped cross section), and is a strip to be inspected.
  • the main exciting portion 2 has a first permanent magnet 3 and a yoke 8 for forming a magnetic path, and the yoke 8 is magnetized by the first permanent magnet 3.
  • the yoke 8 has a pair of legs 8a and a linear central portion 8b connecting the base ends of the pair of legs 8a, and a frontage 2a is formed between the tips of the pair of legs 8a.
  • the tip of the leg 8a is provided close to the strip 10.
  • the tip of one leg 8a is the north pole and the tip of the other leg 8a is the south pole.
  • the first permanent magnet 3 is interposed in the middle of the central portion 8b of the yoke 8.
  • a magnetic circuit sandwiching the magnetic detector 4 is formed by the first permanent magnet 3 and the yoke 8, and the inspection portion of the strip 10 is brought into a magnetic flux saturated state or a state close to magnetic flux saturation.
  • Examples of the strip 10 to be inspected include soft magnetic materials such as tin plate, TFS (tin-free steel), galvanized steel sheet, and original plate of galvanized steel sheet, and the thickness thereof is 0.1 to 3. A range of .2 mm is preferred.
  • the first permanent magnet 3 a magnet having a magnetic force capable of causing the inspection portion of the strip 10, which is the inspection target, to be in a magnetic flux saturation state is selected.
  • any permanent magnet such as a neodymium magnet, a samarium-cobalt magnet, a ferrite magnet, and an alnico magnet can be used.
  • neodymium magnets with strong magnetic force are suitable.
  • the first permanent magnet 3 may be one, but as shown in FIG. 1, it may be divided into two and arranged near the pair of legs 8a, or may be divided into three or more and arranged. May be good. At that time, it is desirable that the first permanent magnet 3 is arranged at symmetrical positions.
  • the strength of the first permanent magnet 3 is its thickness (the lateral length of the central portion 8b in FIG. 1, and the "thickness" of the permanent magnet refers to the length in the direction in which the magnetic flux flows. It can be adjusted with.).
  • the yoke 8 may be a soft magnetic material. In practical use, it is preferable to use a steel material such as SS400 in consideration of economic efficiency.
  • the yoke 8 has a thickness that does not resist the passage of the required magnetic flux (the “thickness” of the yoke is the magnetic flux of the members of the legs 4a and the center 8b of the yoke 4 in the cross section shown in FIG. 1). It is necessary to set the thickness in the direction perpendicular to the direction), and 10 to 20 mm is preferable in this embodiment. If it is made thicker than necessary, the weight will increase.
  • the length of the leg portion 8a of the yoke 8 may be shorter than that in the case of using an electromagnet.
  • the length of the leg portion 8a of the electromagnet type yoke 8 needs to be about 150 to 250 mm, whereas in the present embodiment, it can be about 50 to 100 mm.
  • the length of the exciter in the depth direction (the length in the vertical direction of the paper surface in FIG. 1) can be arbitrarily set according to the size of the inspection object.
  • the length of the exciter in the depth direction is preferably longer than the plate width of the strip 10 which is the object to be inspected.
  • the length of the exciter in the depth direction may be about 40 to 100 mm.
  • the gap amount (width of the frontage 2a) between the north pole and the south pole at the tip of the leg 8a of the yoke 8 depends on the structure of the magnetic detector 4 provided between them, but in the case of L-direction magnetization, it depends on the structure of the magnetic detector 4. , Usually 10 mm to 30 mm is desirable. However, when the inspection is performed by C-direction magnetization, the gap amount may be set in the range of 40 to 600 mm, preferably 100 to 150 mm. As the gap increases, a stronger exciter is required. [Magnetic detector] The magnetic detector 4 detects the magnetic flux (field of magnetic force) leaking from the strip 10 in the magnetically saturated state, and a coil type element, a Hall element, or the like can be used.
  • the main exciter 2 is set to be equal to or larger than the plate width of the strip 10 to be inspected, and the magnetic detector 4 has a pitch of, for example, 1 mm. They are arranged in the range of plate width + ⁇ (+ ⁇ is a margin allowance considering the meandering of the strip 10) in the plate width direction at intervals.
  • the margin ⁇ is preferably about 5 to 20% of the plate width. For example, when the plate width is 1000 mm and the magnetic detectors 4 have a pitch of 1 mm, 1000 magnetic detectors 4 + ⁇ are arranged in the plate width direction.
  • the sub-exciter 5 has a portal shape (U-shaped cross section), is arranged so as to be overlapped with the strip 10 of the main exciter 2, and is connected to the main exciter 2.
  • the sub-exciter 5 may be integrally configured with the main exciter 2.
  • the sub-exciter 5 has a second permanent magnet 6 and a yoke 9 for forming a magnetic path, and the yoke 9 is magnetized by the second permanent magnet 6.
  • the yoke 9 has a pair of legs 9a and a linear central portion 9b connecting the base ends of the pair of legs 9a, and the tip of the pair of legs 9a is the central portion of the main exciter 2. It is connected to 8b. At this time, the legs 9a of the yoke 9 are connected to the main exciter 2 so as to sandwich the two first permanent magnets 3 of the main exciter 2. That is, the pair of leg portions 9a of the sub-exciter 5 are connected to the outer positions of the two first permanent magnets 3. The second permanent magnet 6 is interposed in the middle of the yoke 9. In the example of FIG.
  • the second permanent magnet 6 is divided and arranged in each of the pair of leg portions 9a, but it may be provided in the central portion 9b. When it is provided in the central portion 9b, it may be provided in one piece, or it may be provided in two parts. When the second permanent magnet 6 is divided into two and provided, it is desirable to arrange them at symmetrical positions.
  • the second permanent magnet 6 a magnet having a magnetic force substantially equal to that of the first permanent magnet 3 of the main exciter 2 is used.
  • any permanent magnet such as a neodymium magnet, a samarium-cobalt magnet, a ferrite magnet, and an alnico magnet can be used.
  • the second permanent magnet 6 is a magnet having a smaller coercive force than the first permanent magnet 3 and the magnetic poles are easily reversed.
  • Alnico magnets or samarium-cobalt magnets are suitable as such magnets.
  • the alnico magnet Since the magnetic force of the alnico magnet is about 1/3 of that of the neodymium magnet of the same size, when the neodymium magnet is used as the first permanent magnet 3 and the alnico magnet is used as the second permanent magnet 6, the alnico magnet is used.
  • the magnet should be three times as large as a neodymium magnet.
  • the alnico magnet since the alnico magnet has a relatively small coercive force, it has a feature that the magnetic poles can be easily reversed.
  • the samarium-cobalt magnet is advantageous in that it is excellent in stability even under severe conditions such as a high temperature atmosphere.
  • the second permanent magnet 6 is arranged with the same polarity as the first permanent magnet 3.
  • the yoke 9 may be a soft magnetic material, and it is preferable to use a steel material such as SS400 in consideration of economic efficiency in practical use.
  • the yoke 9 has a thickness that does not cause resistance for the magnetic flux required for the sub-exciter 5 to pass through. As will be described later, since the magnetic flux is supplied from the leg portion 9a of the yoke 9 to the leg portion 8a of the yoke 8 during normal operation, as shown in FIG. 1, the thickness of the leg portion 8a of the yoke 8 is the leg of the yoke 9. It is preferable that the thickness is larger than the thickness of the portion 9a.
  • the electromagnet coil 7 is configured to be able to generate a magnetic flux by being supplied with a direct current, change the magnetization direction of the second permanent magnet 6, and invert the magnetic poles of the second permanent magnet.
  • the electromagnet coil 7 can reverse the magnetic poles of the second permanent magnet 6 and reverse magnetize by adjusting the number of turns and the supplied direct current.
  • the electromagnet coil 7 is preferably arranged so as to cover the second permanent magnet 6 of the sub-exciter 5. Since the electromagnet coil 7 only reverses the magnetic poles of the second permanent magnet, it is a large one such as an electromagnet coil used in an electromagnet type exciter (for example, the length of the yoke leg is 200 mm).
  • the number of turns of the electromagnet coil 7 may be, for example, about 500 to 2000 with respect to the core wire diameter of the same conducting wire, and may be about 500 to 1000. In the case of the electromagnet coil divided into a plurality of turns, the number of turns of the electromagnet coil 7 represents the total number of turns.
  • the cross-sectional area S (mm 2 ) of the electromagnet coil calculated from the core wire diameter D (mm) of the conducting wire constituting the electromagnet coil and the number of turns N is preferably 200 to 2000 mm 2.
  • the cross-sectional area S is expressed by the following equation.
  • the pair of leg portions 8a of the yoke 8 of the main exciter 2 are integrally extended in the width direction of the strip 10, but the main exciter 2
  • the central portion 8b of the yoke 8 and the sub-exciter 5 may be divided into a plurality of parts at intervals in the width direction of the strip 10. This makes it easy to mount the wiring and the electromagnet coil 7.
  • the thicknesses of the first permanent magnet 3 and the second permanent magnet 6 are determined so as to supplement the magnetic force of the central portion 8b of the yoke 8 and the portion where the sub-exciter 5 does not exist.
  • the inspection portion of the strip 10 is mainly excited by the DC magnetic field of the first permanent magnet 3 of the main exciter 2, and the magnetic flux is saturated.
  • the direction of the magnetic field of the sub-exciter 5 is the magnetic field of the main exciter 2. Since it is the same as the direction of, the sub-exciter 5 also contributes to the excitation of the strip 10.
  • the inside of the strip 10 which is an inspection object is 1.7 by the DC magnetic fields of the first permanent magnet 3 and the second permanent magnet 6. Make the magnetic flux density equivalent to or higher than that of Tesla.
  • the first permanent magnet 3 is selected so as to secure at least 1.7 tesla for the magnetic flux in the strip.
  • the gap between the tip of the leg 8a and the strip 10 differs depending on the device configuration, but a value set in the range of approximately 0.1 to 7 mm is used. It is preferably 0.5 to 3 mm.
  • the magnet 6 is operated in the same polarity.
  • a magnetic field is formed in the yoke 8 so that the magnetic flux is directed from the tip on the S pole side to the tip on the N pole side in the main exciter 2, and the yoke of the sub-exciter 5
  • a magnetic field is also formed in the 9 so as to generate magnetic flux in the same direction.
  • the inspection portion of the strip 10, which is the inspection target is excited by the magnetic flux emitted from the tip of the main exciter 2 into the space, and the magnetic flux density of that portion is set to the magnetic flux saturation state or 1.7 tesla close to the magnetic flux saturation. It can be more than that.
  • the current is increased until the magnetic flux generated from the electromagnet coil 7 reaches a value at which the magnetic poles can be reversed, and the current at that value is supplied for a time until the magnetic poles are reversed to reverse the magnetic poles of the second permanent magnet 6.
  • the second permanent magnet can be magnetized (reverse magnetized) in the reversing direction.
  • the current at which the magnetic force of the second permanent magnet 6 and the magnetic force of the electromagnet coil 7 become the same is used as a reference current, and a current (DC current) 2 to 3 times that current is passed for 1 to 30 seconds to stabilize the current.
  • the sub-exciter 5 is magnetized in the direction opposite to that during normal operation, and the magnetic flux from the first permanent magnet 3 is generated.
  • a magnetic field is formed so that the yoke 9 of the sub-exciter 5 absorbs the magnetic flux from the first permanent magnet 3, and the magnetic flux from the first permanent magnet 3 can be confined in the sub-exciter 5. That is, the magnetic flux from the first permanent magnet 3 is supplied to the sub-exciter 5 side, and the magnetic flux is hardly supplied to the leg portion 8a of the yoke 8 of the main exciter 2. Therefore, an excitation-off state is formed in which almost no magnetic flux is emitted from the tip of the leg portion 8a of the main exciter 2 to the strip 10 to be inspected or in the air, and only a weak magnetic flux is emitted.
  • the defect inspection method of the present embodiment is a defect inspection method for inspecting a defect of the strip 10 conveyed as an inspection object by using the above-mentioned leakage magnetic flux inspection device 1, and an electromagnet is used at the time of defect inspection of the strip 10.
  • the current flowing through the coil 7 is stopped so that the magnetic flux from the first permanent magnet 3 is supplied from the main exciter 2 to the strip 10 which is the inspection target.
  • the DC current is applied to the electromagnet coil 7. Is supplied to generate a magnetic flux, and the magnetic flux reverses the magnetic poles of the second permanent magnet 6 so that the sub-exciter 5 is magnetized in the direction opposite to that of the main exciter 2, and the first permanent magnet 3
  • the magnetic flux from the above is confined in the sub-exciter 5.
  • the length of the yoke 8 of the main exciter 2 of the present embodiment can be shortened as compared with the conventional electromagnet method, and the total weight of the conductors of the coil used for the sub-exciter 5 can be halved. Can be done. As a result, the weight of the leakage magnetic inspection device can be reduced by 50% or more. Further, unlike the electromagnet method, it is not necessary to continuously supply a large amount of energy to the exciting coil, and the problem of heat generation does not occur.
  • the exciter can be miniaturized, it is easy to install the device. Further, since the exciter can be reduced in weight as a whole, even when a protruding step is formed like the welded portion of the strip 10 which is the inspection target, the welded portion can be retracted when passing through the exciter. You can return quickly. As a result, the uninspected time can be shortened, and the uninspected area before and after the welded portion can be narrowed. In addition, since the problem of heat generation due to the coil does not occur, problems such as temperature imbalance (sensitivity change, 0-point drift, detector deterioration) of the magnetic detector that occurred due to heat generation of the coil in the conventional electromagnet type exciter can be solved. It can be significantly reduced. Since a larger exciting coil is not required, a large DC power supply for supplying DC current is also unnecessary.
  • the electromagnet coil 7 capable of changing the magnetization direction of the second permanent magnet 6
  • the magnetic poles of the second permanent magnet 6 are inverted by passing a current through the electromagnet coil 7 for a predetermined time, and the reverse is reversed. It can be magnetized. As a result, the excitation of the main exciter 2 can be easily turned off. After that, even if the current is turned off, the excitation of the main exciter 2 is maintained in the off state, so that excessive energy is unnecessary.
  • the excitation of the main exciter 2 is held in the off state in this way, it is easy to move the inspection device main body to the maintenance position, and even if iron powder or the like adheres to the inspection device, it can be cleaned. It is easy, has good maintainability, and has excellent durability.
  • the inspection target is not limited to strips, but can be applied as long as it is a thin soft magnetic material.
  • the configurations of the main exciter and the sub exciter are not limited to the configurations shown in FIGS. 1 to 3.
  • a neodymium magnet is used as the first permanent magnet
  • an alnico magnet is used as the second permanent magnet
  • a steel material (SS400) is used as the yoke to form a main exciter and a sub-exciter
  • an electromagnet coil and magnetic detection are used.
  • the leakage magnetic inspection device shown in FIG. 1 was manufactured by mounting the device. ⁇ Excitation on state> First, the current to the electromagnet coil was stopped, and the excitation was turned on with the magnetic poles of the second permanent magnet (alnico magnet) of the sub-exciter oriented as shown in FIG. The magnetic flux density distribution and the magnetic flux (field line) distribution at that time are shown in FIG. The magnetic flux density is highest in the inspection part of the inspection object, but it is not shown in the figure because that part is minute.
  • FIG. 6 shows a color drawing in monochrome, but even in consideration of this point, a large amount of magnetic flux exists in the main exciter, and the magnetic flux (field line) leaks to the outside from the yoke of the main exciter. It can be seen that most of the magnetic flux (fields of magnetic force) leaked to the outside is suitable for the object to be inspected.
  • the excitation off state was generated by passing a direct current through the electromagnet coil and inverting the magnetic poles of the second permanent magnet by the magnetic flux generated from the electromagnet coil.
  • a DC current in the direction in which the magnetic poles of the second permanent magnet are reversed is passed through the electromagnet coil to increase the current, and the current at which the magnetic force of the second permanent magnet and the magnetic force of the electromagnet coil become the same is used as a reference.
  • a current three times the current was passed for 9 seconds to invert the magnetic poles of the second permanent magnet and reverse magnetize. The magnetic flux density distribution and the magnetic flux (field line) distribution at that time are shown in FIG.
  • FIG. 7 shows a color drawing in monochrome, but even in consideration of this point, the magnetic poles of the second permanent magnet are inverted, so that almost all of the magnetic flux of the main exciter is generated. Is attracted to the sub-exciter, and it can be seen that the flow of magnetic flux to the inspection object is suppressed. Further, it was confirmed that the magnetic flux density of the yoke of the sub-exciter was equivalent to 1.2 T, and that the yoke of the sub-exciter attracted most of the magnetic flux of the main exciter. It was also confirmed that the sub-exciter (second permanent magnet) was reverse magnetized.
  • the distance L between the openings between the yoke legs of the main exciter is 30 mm, and the yoke width (the depth direction of the yoke 8a of the main exciter shown in FIG. 1). It is a leakage magnetic inspection device having a length of 80 mm.
  • the permanent magnet 3 of the main exciter 2 is a neodymium magnet, and as shown in FIG. 8C, two magnets having a thickness of 8 mm, a width of 12 mm, and a depth of 40 mm are interposed in the middle of the central portion 8b of the yoke 8. There is.
  • the width (depth) of the central portion 8b of the yoke of the main exciter 2 has a structure narrower than the width (yoke width) of the leg portions 8a, and the central portion 8b is arranged substantially in the center of the yoke width.
  • the neodymium magnet used for the main exciter 2 has a strong magnetic force, it is possible to supply a sufficient magnetic flux to the entire width of the yoke at the tip of the yoke.
  • the height of the yoke 8 of the main exciter was 60 mm. Since it is not necessary to install an electromagnet in the main exciter, the length of the yoke leg can be shortened and the thickness can be reduced.
  • the sub-exciter 5 is arranged so as to be overlapped with the strip 10 of the main exciter 2 on the opposite side, and is connected to the main exciter 2.
  • a second permanent magnet 6 is interposed in the leg portion 9a of the yoke 5 of the sub-exciter 5.
  • the second permanent magnet 6 is an alnico magnet, and as shown in FIG. 8B, two magnets having a thickness of 24 mm, a width of 12 mm, and a depth of 40 mm are interposed in the middle of the leg portion 9a of the yoke 9.
  • the depth of the sub-exciter 5 is the same as the depth of the central portion 8b of the yoke 8 of the main exciter 2.
  • the height of the yoke 9 of the sub-exciter is 82 mm.
  • An electromagnet coil is installed in the sub-exciter, but the number of turns of the conducting wire may be relatively small, so that the height of the yoke 9 can also be lowered.
  • the electromagnet coil 7 is arranged so as to change the magnetization direction of the second permanent magnet 6 and invert the magnetic poles of the second permanent magnet.
  • the electromagnet coil 7 is arranged so as to cover the second permanent magnet 6.
  • an electromagnet coil 7 is formed by installing a coil having a wire diameter of ⁇ 1.6 mm around each magnet so as to cover the second permanent magnet.
  • the electromagnet coil 7 is connected to a DC power supply and includes a power supply unit that can be controlled to a predetermined current value.
  • a magnetic detector was placed in the opening of the yoke 8 of the main exciter 2.
  • the magnetic detectors are Hall elements, and 80 magnetic detectors are arranged at 1 mm intervals in the depth direction of the legs 8a of the yoke 8.

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Abstract

励磁器の小型化および軽量化を図ることができ、発熱によるエネルギー損失を生じさせることがなく、かつ容易に励磁をオフにすることができるとともに、その状態を過剰なエネルギーを用いることなく維持することが可能な漏洩磁気検査装置および欠陥検査方法を提供する。　漏洩磁気検査装置１は、検査対象物と対向する部分に開口２ａを有し、１または２以上の第１の永久磁石３を有する門型をなす主励磁器２と、主励磁器２の開口２ａに配置された磁気検出器４と、主励磁器２の、１または２以上の第1の永久磁石３を挟むように主励磁器２に接続され、主励磁器２を第１の永久磁石３と同方向に磁化する第２の永久磁石６を有する副励磁器５と、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６の磁極を反転させることが可能な電磁石コイル７とを備える。

Description

漏洩磁気検査装置および欠陥検査方法
　本発明は、磁束が検査対象物の内部を通過するときに、漏れ磁束を検出して欠陥等を検出する漏洩磁気検査装置、および欠陥検査方法に関する。
　飲料缶用のブリキ鋼板、自動車用鋼板等の軟磁性の薄鋼板（ストリップ）を製造するラインにおいて、オンラインでかつ非破壊で鋼板の表面や内部に存在する欠陥を検査する装置として、漏洩磁束の変化を利用した漏洩磁気検査装置が知られている（例えば、特許文献１）。この技術では、鋼板内に軟磁性でない材質が混入して欠陥として存在する場合に、磁気飽和状態において磁束が鋼板内を通過するときに、欠陥が磁束の流れへの障害となって鋼板面から磁束が漏れるため、この漏れ磁束を検出して、欠陥と判定する。検査対象とされる鋼板は、飲料缶用で板厚０．２ｍｍ程度、自動車鋼板用では板厚０．８ｍｍ程度の薄鋼板（ストリップ）である。
　この漏洩磁気検査装置は、図９に示すように、漏洩磁束を発生させ、搬送されている鋼板１００を励磁する励磁器１０１と、漏洩磁束を検出する複数の磁気検出器１０２とを有する。磁気検出器１０２は、板幅方向に複数配列されている。励磁器１０１は、図示しているように、鉄心（ヨーク）１０３にコイル１０４を巻いた電磁石が一般的である。磁気検出器１０２としては、コイル式素子やホール素子等が用いられる（例えば、特許文献２）。
　励磁器として電磁石を用いる電磁石方式の場合は、コイルに直流電流を流すことにより直流磁界を発生させる。磁石の強度は、コイルの巻き数およびコイルの電流値により所定の値に調整することができ、検査中は外部電源を用いて電流を供給し続ける。ただし、コイルに流す電流を切ることで磁束をオフにすることができる。コイルの巻き数としては、コイルに用いる芯線径によって異なるが、芯線径がφ１．６ｍｍに対して、概ね２５００～３５００程度である。
　一方で、近年強力な磁石が製造され、欠陥検出のために必要な強力な磁束を永久磁石により鋼板に付与する技術が知られている（例えば特許文献３）。永久磁石式は、外部電源を用いることなく検査対象物を磁化することができるという利点がある。
　また、永久磁石方式の場合は、電磁石のように磁束をオフにすることができないため、検査対象物への励磁力をオフすることが困難であるという不都合があるが、これを解消することができる技術として、永久磁石と電磁石を組み合わせて磁化器（励磁器）の磁化性能を可変とする技術が提案されている（例えば、特許文献４）。
特開昭５６－６１６４５号公報 特開２００２－１９５９８４号公報 特開２００２－１５６３６３号公報 特開２０１１－７５７０号公報
　電磁石式の励磁器は、検査対象物である鋼板に存在する欠陥からの十分な漏洩磁束を得るために大きなコイルが必要であり、それにより長い鉄心が必要となり、その結果重量が大きなものとなる。一方、欠陥検査のためには、ヨークの先端部と検査対象である鋼板との距離は概ね０．５～７ｍｍの範囲にする必要があるが、この場合、鋼板の溶接部が検査装置を通過する際に、励磁器を鋼板から退避させる必要が生じる。しかし、検査装置の重量が大きいと、溶接部等を退避するために比較的長い時間を要することから、溶接点近傍の未検査領域が長くなる。また、磁石として機能させるために大きなエネルギーを必要とし、発熱も大きくなる。
　永久磁石式の励磁器は、電磁石方式のものよりも軽量であり、磁石として機能させるエネルギーも不要で発熱の問題も生じないが、上述したように、磁束をオフできないことから、検査中に検査装置に付着した鉄粉やホコリ等を除去するための清掃や、保守点検の際に検査対象物への励磁力をオフにすることが困難である。
　例えば、励磁器から検査対象物に励磁力が及ばないように励磁器を検査対象物から引き離すことにより清掃や保守点検が可能であるが、そのためには励磁器を大きな機械的外力で検査対象物から引き離す必要があり、大規模な着脱装置が必要となる。また、永久磁石自体の励磁力をオフにする方法としては、鉄心（ヨーク）と検査対象物とのギャップを広げたり、永久磁石のＮ極とＳ極を鉄心で短絡したりする等の方法があるが、いずれも付加的な機構・構造が必要となる。
　特許文献４の技術では、永久磁石による磁化を電磁石により弱めて励磁力を調整することができるので、被検査物への励磁力を小さくして清掃や保守点検等を行うことが可能である。しかし、この方法では、励磁力を小さくした状態を維持するために、電磁石に電流を流し続ける必要があり、エネルギーを過大に消費し、作業の安全上の問題も生じる。
　したがって、本発明は、励磁器の小型化および軽量化を図ることができ、発熱によるエネルギー損失を生じさせることがなく、かつ容易に励磁をオフにすることができるとともに、その状態を過剰なエネルギーを用いることなく維持することが可能な漏洩磁気検査装置および欠陥検査方法を提供することを課題とする。
　上記課題を解決するため、本発明は、以下の（１）～（６）を提供する。
（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。
　本発明によれば、主励磁器に永久磁石を用いることで励磁コイルや長い鉄心を準備することがないので、励磁器を小型化・軽量化することができ、かつ、磁石として機能させるために励磁コイルに供給する大きなエネルギーが不要となり、発熱の問題も生じない。また、第２の永久磁石の磁化方向を変化させることが可能な電磁石コイルを設けたので、電磁石コイルに所定時間電流を流すことで第２の永久磁石の磁極を反転させることができ、これにより容易に主励磁器による検査対象物への磁束の供給を停止することができる。その後は電磁石コイルへの電流をオフにしても主励磁器による検査対象物への磁束の供給を停止した状態のまま保持されるので、過剰なエネルギーが不要である。なお、電磁石コイルは第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小さいものでよく、励磁器の小型化・軽量化の妨げとはならない。
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である。 図２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横断面図である。 図３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斜視図である。 図４は、通常運転時（励磁オン）における主励磁器と副励磁器に形成される磁界を示す図である。 図５は、運転停止時（励磁オフ）における主励磁器と副励磁器に形成される磁界を示す図である。 図６は、実施例における励磁オン状態の磁束密度分布と磁束（磁力線）分布を示す図である。 図７は、実施例における励磁オフ状態の磁束密度分布と磁束（磁力線）分布を示す図である。 図８（ａ）は、図１に示す構成の漏洩磁気検査装置の実施例を示す図であり、図８（ｂ）および図８（ｃ）は、図８（ａ）に示す漏洩磁気検査装置における第２の永久磁石および第１の永久磁石を示す図である。電磁石を用いた従来の漏洩磁気検査装置の一例を示す断面図である。 図９は、電磁石を用いた従来の漏洩磁気検査装置の一例を示す断面図である。
　以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
＜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。
　図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る漏洩磁気検査装置１は、検査対象物である搬送されるストリップ（薄鋼板）１０の欠陥を検出するものであり、１または２以上の第１の永久磁石３を有する主励磁器２と、複数の磁気検出器４と、第２の永久磁石６を有する副励磁器５と、電磁石コイル７とを有している。主励磁器２と副励磁器５と電磁コイル７により励磁器が構成される。
［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。
　検査対象物であるストリップ１０としては、ブリキ鋼板、ＴＦＳ（ティンフリースチール）、亜鉛メッキ鋼板、亜鉛メッキ鋼板の原板等の軟磁性材を挙げることができ、その厚さは、０．１～３．２ｍｍの範囲が好ましい。
　第１の永久磁石３としては、検査対象物であるストリップ１０の検査部分を磁束飽和状態にさせることができる磁力をもった磁石を選定する。このような磁石としては、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石など、任意の永久磁石を用いることができる。特に、磁力が強いネオジム磁石が適している。第１の永久磁石３は、１個でもよいが、図１に示すように、一対の脚部８ａ寄りに２つに分割して配置してもよいし、３以上に分割して配置してもよい。その際、第１の永久磁石３は左右対称の位置に配置することが望ましい。このように第１の永久磁石３を２つに分けて設けることにより、磁束密度をより均一にすることができる。第１の永久磁石３の強さは、その厚さ（図１における中央部８ｂの横方向の長さであり、永久磁石について「厚さ」とは磁束が流れる方向の長さを指すものとする。）で調整することができる。
　ヨーク８は軟磁性体であればよい。実用上は経済性を考慮して、ＳＳ４００等の鋼材を用いるのが好適である。ヨーク８は、必要な磁束が通過するのに抵抗とならない厚さ（ヨークについての「厚さ」とは、図１に示す断面におけるヨーク４の脚部４ａおよび中央部８ｂの部材の磁束が流れる方向と垂直な方向の厚みをいう。）にする必要があり、本実施形態では１０～２０ｍｍが好適である。必要以上に厚くすると、重量が増加してしまう。電磁石を用いた励磁器では検査対象物を励磁するために大きなコイルが必要であり、コイルを巻くためにヨークを長くする必要があるが、本実施形態では第１の永久磁石３を用いるため、電磁石を用いる場合よりもヨーク８の脚部８ａの長さは短くてよい。例えば、電磁石方式のヨーク８の脚部８ａの長さは１５０～２５０ｍｍ程度必要であるのに対して、本実施形態では５０～１００ｍｍ程度とすることができる。
　なお、励磁器の奥行方向の長さ（図１の紙面垂直方向の長さ）は、検査対象物の大きさに応じて任意に設定できる。例えば、ストリップ１０を搬送方向に磁化する場合（Ｌ方向磁化）、励磁器の奥行方向の長さは、検査対象物であるストリップ１０の板幅よりも長くするのが好ましい。一方、ストリップ１０の板幅方向に磁化する場合（Ｃ方向磁化）には、励磁器の奥行方向の長さは、４０～１００ｍｍ程度であればよい。
　ヨーク８の脚部８ａ先端部のＮ極とＳ極のギャップ量（間口２ａの幅）は、これらの間に設けられる磁気検出器４の構造に左右されるが、Ｌ方向磁化の場合には、通常１０ｍｍから３０ｍｍが望ましい。ただし、Ｃ方向磁化により検査を行う場合には、ギャップ量を４０～６００ｍｍ、好ましくは１００～１５０ｍｍの範囲で設定してもよい。ギャップ量が大きくなるとより強力な励磁器が必要になる。
［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。
　第２の永久磁石６としては、主励磁器２の第１の永久磁石３とほぼ同等の磁力を有するものを用いる。第２の永久磁石６には、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石など、任意の永久磁石を用いることができる。ただし、第２の永久磁石６は、第１の永久磁石３よりも保磁力が小さく磁極が反転しやすい磁石であることが好ましい。このような磁石としてはアルニコ磁石またはサマリウムコバルト磁石が適している。アルニコ磁石の磁力は、同じ大きさのネオジム磁石に対して１／３程度であるため、第１の永久磁石３としてネオジム磁石を用い、第２の永久磁石６としてアルニコ磁石を用いる場合は、アルニコ磁石をネオジム磁石の３倍相当の大きさとする。ただし、アルニコ磁石は保磁力が比較的小さいので磁極を反転させやすいという特徴がある。一方、サマリウムコバルト磁石は、高温雰囲気など検査環境の厳しい条件下も安定性に優れている点で有利である。ここで、第２の永久磁石６は、第１の永久磁石３と同じ極性で配置される。
　ヨーク９もヨーク８と同様、軟磁性体であればよく、実用上は経済性を考慮して、ＳＳ４００等の鋼材を用いるのが好適である。ヨーク９は、副励磁器５として必要な磁束が通過するのに抵抗とならない厚さとする。後述するように、通常運転時にはヨーク９の脚部９ａからヨーク８の脚部８ａへ磁束が供給されるので、図１に示すように、ヨーク８の脚部８ａの厚さがヨーク９の脚部９ａの厚さよりも厚くなるようにすることが好ましい。
［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。
　このとき、電磁石コイルを構成する導線の芯線径Ｄ（ｍｍ）と巻き数Ｎから算出される電磁石コイルの断面積Ｓ（ｍｍ２）が、２００～２０００ｍｍ２であることが好ましい。ただし、断面積Ｓは以下の式で表される。
　　Ｓ＝π・（Ｄ／２）２・Ｎ
　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。
　このように第２の永久磁石６の磁極を反転させることにより、図５に示すように、副励磁器５は通常運転のときとは逆方向に磁化され、第１の永久磁石３からの磁束を副励磁器５のヨーク９が吸収するように磁界が形成され、第１の永久磁石３からの磁束を副励磁器５に閉じ込めることができる。すなわち、第１の永久磁石３からの磁束が副励磁器５側に供給され、主励磁器２のヨーク８の脚部８ａには磁束がほとんど供給されない状態となる。このため、主励磁器２の脚部８ａの先端部からは空中あるいは検査対象であるストリップ１０には磁束がほとんど出ていかず、微弱磁束のみが出ていく励磁オフの状態が形成される。
　励磁オフの状態から、再度通常運転の状態（励磁オンの状態）とするには、電磁石コイル７に励磁オフの状態にしようとする場合の電流と同じ大きさで逆向きの電流を供給し、第２の永久磁石６の磁極の向きを元に戻す。このとき、電磁石コイル７には励磁オフの状態にするのと同様に、例えば１～３０秒間電流を流す。
＜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。
　そして、欠陥検査を停止した後、欠陥検査を再開する場合には、電磁石コイル７へ欠陥検査の停止時とは逆方向の直流電流を供給し、第２の永久磁石６の磁極を再度反転させて欠陥検査時の状態に戻し、副励磁器５が主励磁器２と同方向に磁化するようにするものである。
＜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。
　励磁器を小型化できることから、装置の据え付けが簡便である。また、励磁器を全体として軽量化できることから、検査対象物であるストリップ１０の溶接部のように突起状の段差が形成されている場合にも、溶接部が励磁器を通過する際の退避および復帰が迅速にできる。これにより、未検査時間を短縮することができ、溶接部前後の未検査領域を狭くすることができる。また、コイルによる発熱の問題が生じないことにより、従来電磁石方式の励磁器ではコイルの発熱で生じていた磁気検出器の温度不平衡（感度変化、０点ドリフト、検出器劣化）等のトラブルを大幅に低減することができる。さらに大きな励磁コイルが不要なことから直流電流を供給するための大型の直流電源も不要である。
　また、第２の永久磁石６の磁化方向を変化させることが可能な電磁石コイル７を設けたので、電磁石コイル７に所定時間電流を流すことで第２の永久磁石６の磁極を反転させて逆着磁することができる。これにより容易に主励磁器２の励磁をオフの状態にすることができる。その後は電流をオフにしても主励磁器２の励磁はオフ状態のまま保持されるので、過剰なエネルギーが不要である。
　さらに、このように主励磁器２の励磁がオフ状態のまま保持されることにより、検査装置本体を保守位置へ移動するのが容易であり、検査装置に鉄粉等が付着しても清掃が容易で保全性が良く、耐久性にも優れる。
　さらにまた、電磁石コイル７に電流を流すことで主励磁器２の励磁をオン・オフできるため、電気回路により遠隔操作が可能である。
＜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。
　例えば、検査対象物はストリップに限らず、薄い軟磁性体であれば適用可能である。また、主励磁器と副励磁器の構成についても図１～図３に示す構成に限らない。
　ここでは、第１の永久磁石としてネオジム磁石を用い、第２の永久磁石としてアルニコ磁石を用い、ヨークとして鋼材（ＳＳ４００）を用いて主励磁器および副励磁器を構成し、電磁石コイルおよび磁気検出器を装着して図１に示す漏洩磁気検査装置を作製した。
＜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。
　図６は、カラーの図面をモノクロで示したものであるが、その点を考慮しても、磁束が主励磁器に多く存在し、主励磁器のヨークから外部に磁束（磁力線）が漏れており、外部に漏れた磁束（磁力線）の多くが検査対象物に向いていることがわかる。
＜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。
　図７も図６と同様、カラーの図面をモノクロで示したものであるが、その点を考慮しても、第２の永久磁石の磁極が反転することにより、主励磁器の磁束のほぼ全てが副励磁器に吸引されており、検査対象物への磁束の流れが抑制されていることがわかる。また、副励磁器のヨークの磁束密度は１．２Ｔ相当で、副励磁器のヨークは主励磁器の磁束をほとんど吸引していることが確認された。また、副励磁器（第２の永久磁石）が逆着磁することも確認された。
　図１に示す構造の漏洩磁気検査装置を用いた第２の実施例について説明する。本実施例は、図８（ａ）に示すように、主励磁器のヨーク脚部の間の開口部の間隔Ｌが３０ｍｍで、ヨーク幅（図１に示す主励磁器のヨーク８ａの奥行方向の長さ）が８０ｍｍである漏洩磁気検査装置である。主励磁器２の永久磁石３は、ネオジム磁石であり、図８（ｃ）に示すように厚さ８ｍｍ、幅１２ｍｍ、奥行き４０ｍｍの磁石２つが、ヨーク８の中央部８ｂの途中に介在されている。このとき、主励磁器２のヨークの中央部８ｂの幅（奥行）は、脚部８ａの幅（ヨーク幅）に対して狭い構造となっており、中央部８ｂはヨーク幅の概ね中央に配置されている。ただし、主励磁器２に用いたネオジム磁石の磁力が強いため、ヨーク先端部においてはヨーク幅の全域に対して十分な磁束の供給が可能である。
　主励磁器のヨーク８の高さは６０ｍｍとした。主励磁器に電磁石を設置する必要がないので、ヨーク脚部の長さを短くすることができ、その厚さも薄くできる。
　一方、副励磁器５は、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には、第２の永久磁石６が、副励磁器５のヨーク５の脚部９ａに介在されている。第２の永久磁石６は、アルニコ磁石であり、図８（ｂ）に示すように厚さ２４ｍｍ、幅１２ｍｍ、奥行き４０ｍｍの磁石２つが、ヨーク９の脚部９ａの途中に介在されている。ここでは、副励磁器５の奥行は、主励磁器２のヨーク８の中央部８ｂの奥行と同じ寸法とした。このとき副励磁器のヨーク９の高さは８２ｍｍである。副励磁器には電磁石コイルを設置するが、導線の巻き数は比較的少なくてよいので、ヨーク９の高さも低くすることができる。
　副励磁器５は、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ように、電磁石コイル７が配置されている。電磁石コイル７は、第２の永久磁石６を覆うように配置されている。本実施例では、線径φ１．６ｍｍの導線を、第２の永久磁石を覆うようにそれぞれの磁石に対して巻き数８００のコイルを設置して、電磁石コイル７を形成した。電磁石コイル７は直流電源に接続され、所定の電流値に制御可能な電源部を備えている。
　主励磁器２のヨーク８の開口には、磁気検出器を配置した。磁気検出器は、ホール素子であり、ヨーク８の脚部８ａの奥行方向に１ｍｍ間隔で８０個配置した。
　以上のように構成した漏洩磁気検査装置を用いて、通常運転（励磁オン）を実施した。その結果、主励磁器２の開口部中央部では、ヨーク８の脚部８ａの奥行方向で均一な磁束飽和状態（１．７Ｔ以上）を実現することができた。一方、上記装置において、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基準電流が３Ａであったため、電磁石コイル７に、その３倍の９Ａの電流を付与した。その結果、９秒間電流を付与した後に電流を停止した状態ではヨーク８の脚部８ａの開口における磁束密度は、０．１Ｔとなり、短時間の電流付与により磁極の反転が生じ、運転停止（励磁オフ）の状態を実現できた。また、その際に励磁器の温度上昇は１℃未満と無視できる程度のものであった。
　なお、本実施例の漏洩磁気検査装置を、一旦運転停止（励磁オフ）とした後に、電磁石コイル７に運転停止時とは、逆向きに９Ａの電流を９秒間与えることで、第２の永久磁石６の磁極の向きが元に戻り、通常運転（励磁オン）の状態とすることができた。
　　１　漏洩磁気検査装置
　　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)

  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請求項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請求項１または請求項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。
  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。
  6. 　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。
  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請求項６に記載の欠陥検査方法。
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