JP2000227422A - 渦流探傷法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リフトオフの変動や雑音磁束の影響を受けに
くく、欠陥検出性能の高い渦流探傷方法を提供する。 【解決手段】 渦流プローブ５ａを励磁する交流電源６
ａの周波数ｆ１は低く、渦流プローブ５ｂを励磁する交
流電源６ｂの周波数ｆ２は高くしておく。これにより、
渦流プローブ５ａからは、薄鋼板１の表面近傍から発生
するノイズと共に、内部欠陥８によって発生する信号が
検出される。それに対し、渦流プローブ５ｂからは、内
部欠陥８によって発生する信号は検出されないか検出さ
れても小さく、主として薄鋼板１の表面近傍から発生す
るノイズが検出される。よって、これらの信号同士を演
算することにより、ノイズ成分を除去し、Ｓ／Ｎ比を上
げることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金属被検体に交流磁
界を印加し、それによって発生する渦電流に起因する磁
場の、金属被検体の内部に存在する欠陥による変動を金
属被検体の表面近傍に配置された磁気センサで検出する
ことによって、欠陥を探傷する渦流探傷方法に関するも
のであり、さらに詳しくは、欠陥の検出性能（Ｓ／Ｎ
比）を向上させた渦流探傷法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄のような強磁性体の内部に存在する欠
陥を検出する方法として、渦流探傷法が広く用いられて
いる。その例として、製鉄プラントにおける検査ライン
に組み込まれている渦流探傷装置の構成の例を図７に示
す。

【０００３】製品検査ラインを搬送ローラ１２、１３に
より、ほぼ一定速度Ｖで搬送されるたとえば薄鋼帯等の
金属被検体１１の搬送路に沿って渦流探傷装置１４が配
設されている。この渦流探傷装置１４は、走行状態の金
属被検体１１表面近傍に配設された渦流プローブ（コイ
ル）１５と渦流プローブ１５に交流電流を供給する交流
電流源１６と渦流プローブ１５からの検出信号に基づい
て金属被検体１１の内部または表面の欠陥１８を検出す
る信号処理装置１７とで構成されている。

【０００４】金属被検体１１に欠陥１８が存在すると、
この欠陥１８に起因して金属被検体１１の渦電流、ひい
てはそれにより発生する磁場が乱される。渦流プローブ
１５はこの磁場の変化を検出する。磁場変化によって生
じる信号の強さは欠陥１８の大きさに対応するので、渦
流プローブ１５の検出信号の信号レベルで欠陥１８の大
きさが評価できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
金属被検体の欠陥検出においては、渦流プローブの検出
信号の信号レベルによって欠陥を検出していた。しかし
ながら、渦流プローブによって検出される磁気的な信号
は、上記の欠陥に起因する渦電流の乱れに起因するもの
だけではなく、さまざまな要因により変化する。たとえ
ば、センサと欠陥の距離（リフトオフ）の変動により、
金属被検体中に発生する渦電流の強さ、分布が変化する
と同時に、渦電流によって発生する磁場を検出する際に
もセンサと金属被検体との相対的な位置が異なること
で、センサにより検出される磁気的信号が変化する。こ
のような、リフトオフ変動によって発生する信号はノイ
ズとなり、検出能を低下させることとなる。

【０００６】また、渦流プローブの信号には、金属被検
体における局部的な磁気的、電気的特性変化、むらなど
に起因する金属被検体外部の磁束分布の乱れや表面粗さ
により生じる磁場の乱れによる信号が含まれる場合があ
る。これらの信号は、欠陥検出という観点からすれば、
不要な磁束（雑音磁束）であり、検出能を劣化させるこ
とになる。

【０００７】このような前者のリフトオフ変動への対策
としては、たとえば特開昭６１−２０６５号公報に、リ
フトオフ変動に伴う信号変化の影響をなくすため、位相
弁別を使用する方法が述べられている。しかしながら、
後者の「雑音磁束」は、このような方法では低減するこ
とはできない。

【０００８】雑音磁束への対策に関しては、雑音磁束に
よる影響を避けるため、位相検波を行った後、欠陥に起
因する信号と雑音磁束に起因する信号とで周波数が異な
ることを利用して欠陥を判断する方法が用いられること
がある。

【０００９】図８は欠陥信号と、雑音磁束を位相検波し
た後の信号の周波数特性の測定結果の一例を示す図であ
る。すなわち、図８は、薄鋼板を一定速度で走行させた
状態において、欠陥に起因する漏洩磁束を磁気センサで
検出した場合の欠陥信号の周波数特性と雑音磁束を磁気
センサにより検出した場合の周波数特性を例示してい
る。

【００１０】図８からもわかるように、一般に欠陥信号
の方が雑音磁束よりも高い周波数分布を持っている。そ
こで、信号処理装置に遮断周波数ｆを有するハイパスフ
ィルタを組み込み、磁気センサから当該信号処理装置に
出力された検出信号の内、欠陥信号を雑音磁束に比べて
相対的に強調して抽出することが可能である。

【００１１】しかし、欠陥信号の周波数特性と雑音磁束
の周波数特性は重なり合う部分もあるため、検出すべき
欠陥が小さくて欠陥信号のレベルが小さい場合や、雑音
磁束が大きい場合には、たとえ欠陥信号を周波数弁別し
たとしても、欠陥を検出できるレベルまで、雑音磁束の
信号レベルを低減することは困難である。

【００１２】本発明は、以上のような実状に鑑みてなさ
れたもので、金属被検体に交流磁界を印加し、それによ
って発生する渦電流に起因する磁場の、前記金属被検体
の内部に存在する欠陥による変動を、前記金属被検体の
表面近傍に配置された磁気センサで検出することによっ
て、欠陥を探傷する渦流探傷方法であって、リフトオフ
の変動や雑音磁束の影響を受けにくく、欠陥検出性能の
高い渦流探傷方法を提供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、金属被検体に交流磁界を印加し、それ
によって発生する渦電流に起因する磁場の、前記金属被
検体の内部に存在する欠陥による変動を、前記金属被検
体の表面近傍に配置された磁気センサで検出することに
よって、欠陥を探傷する渦流探傷方法であって、異なる
励磁周波数で測定を行い、その異なる条件での測定信号
同士を演算し、その結果に基づいて欠陥信号の検出を行
うことを特徴とする渦流探傷方法（請求項１）である。

【００１４】本手段により欠陥検出能向上を図ることが
できる理由を述べるため、まず雑音磁束の性質について
説明する。以下は厚さ１mmの鋼板での調査結果例であ
る。鋼板の表面より、歪みが入らないよう化学的に少し
ずつ削っていき、雑音磁束レベルの変化を調べたとこ
ろ、図２に示すように雑音磁束は徐々に小さくなってい
き、表層20μmほど削ったところで、削る前の状態の半
分以下になることがわかった。つまり、雑音磁束の主要
な源は表層にあることが判明した。この理由としては、
例えば表面の粗さに起因して磁気的信号が変動するこ
と、及び、鋼板製造時に表面から冷却されることにより
生じる表層組織の局所的なばらつきなどにより磁気的性
質のむらが表面に集中して生じることによるものと考え
られる。このような現象はここで使用したサンプル以外
でも見られ、雑音磁束が持つ性質の一つと考えることが
できる。

【００１５】さて、雑音磁束主要部は表層部にその源を
持つとして、内部欠陥は一般にそれよりも深い位置にあ
る。励磁周波数の異なる２種の測定条件にて、雑音磁束
と欠陥信号レベルの挙動を考えるとどのようなことが起
こるかを以下に述べる。

【００１６】鋼などの導電体に交流磁束を印加すると、
表皮効果により導電体に浸透する磁束は深くなればなる
ほど弱くなっていく。そのため深いところにある信号源
ほど検出信号レベルが弱められることになる。この現象
は励磁周波数が高いほど顕著に現れる。たとえば、低い
励磁周波数として、欠陥が十分に検出される周波数を選
び、また高い励磁周波数として低い励磁周波数の場合と
比べ、表層にその源を持つ雑音磁束が深い位置にある欠
陥からの信号よりも相対的に強調されるような周波数を
選ぶことができる。

【００１７】その例を図３に示す。図３は横軸に励磁周
波数（探傷周波数）、縦軸に欠陥信号レベルとノイズレ
ベルの比（Ｓ／Ｎ比）をとったもので、励磁周波数を上
げていくと、欠陥信号が雑音磁束信号に比べて小さくな
っていくのが見て取れる。欠陥信号と雑音磁束の磁化レ
ベルの変化は、上記原理に従い、図３に示すように差が
生じるため、適当な２種の励磁周波数条件をえらび、そ
の２種の条件から得られたサンプル上の同じ位置に対応
する信号同士の適当な演算を行うことで、２種の測定条
件に共通に大きく存在する雑音磁束を低減し、欠陥信号
を相対的に強めることができる。演算としては、欠陥信
号、雑音ノイズの性質に応じて検出能が向上できるよう
適当なものを選択すればよい。

【００１８】また、リフトオフ変動による磁気センサー
信号変化に対しても、測定条件の異なる信号を演算する
ときに消去され、結果としてリフトオフ変動の影響を小
さくすることができる。

【００１９】なお、ここでは２種の励磁周波数条件を用
いる場合について述べたが、３種以上の励磁周波数条件
で測定を行い、その結果の測定対象の同じ位置に対応す
るデータを演算する場合にも同様の考え方、方法により
欠陥検出能向上が図れることはいうまでもない。

【００２０】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段であって、より低周波の励磁周波数での
測定値から、より高周波の励磁周波数での測定値を重み
を付けて減算し、その結果に基づいて欠陥信号の検出を
行うことを特徴とするもの（請求項２）である。

【００２１】雑音磁束信号の大きさは、高周波の励磁周
波数を用いる場合においても、低周波の励磁周波数を用
いる場合においても、それほど大きく変化しない。それ
に対し、前述のように、内部欠陥に起因する磁束信号の
大きさは、励磁周波数により大きく変化する。本手段に
おいては、この性質を利用して、低周波で探傷を行った
場合の測定値から、高周波で探傷を行った場合の測定値
を、重みを付けて減算することにより、両方に共通に含
まれる雑音磁束信号を消去するようにしている。これに
より、ほぼ内部欠陥に起因する磁束信号のみが残って検
出信号として現れるので、大きなＳ／Ｎ比で内部欠陥を
検出することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る渦流
探傷法実施する装置の概要を示す図であり、薄鋼板の内
部介在物探傷に適用する例を示すものである。図１にお
いて、１は薄鋼板、２、３は搬送ロール、４は渦流探傷
装置、５ａ、５ｂは交流磁化器と磁気センサーを兼ねた
渦流プローブ、６ａ、６ｂは交流電源、７は信号処理装
置、８は内部欠陥である。

【００２３】この製品検査ラインでは、鋼板１の搬送路
に沿って渦流探傷装置４が設置されている。この渦流探
傷装置４は、主に渦流プローブ５ａ、５ｂ及び信号処理
装置７によって構成されている。渦流プローブ５ａ、５
ｂは、それぞれ交流電源６ａ（周波数ｆ１）、６ｂ（周
波数ｆ２）により励磁される。この渦流プローブ５ａ、
５ｂと鋼板１との距離であるリフトオフの値は双方とも
同じでＬである。

【００２４】なお、図示していないが、測定対象が強磁
性体の場合には、各渦流プローブ５ａ、５ｂに対応して
直流磁化器を設け、直流バイアス磁界を加えることによ
り薄鋼板１を磁気飽和レベルまで磁化して微分透磁率を
小さくし、渦電流の浸透深さを深くすると共に、薄鋼板
１の材質の変化による影響を少なくすることが望まし
い。

【００２５】たとえば、渦流プローブ５ａを励磁する交
流電源６ａの周波数ｆ１は低く、渦流プローブ５ｂを励
磁する交流電源６ｂの周波数ｆ２は高くしておく。これ
により、渦流プローブ５ａからは、薄鋼板１の表面近傍
から発生するノイズと共に、内部欠陥８によって発生す
る信号が検出される。それに対し、渦流プローブ５ｂか
らは、内部欠陥８によって発生する信号は検出されない
か検出されても小さく、主として薄鋼板１の表面近傍か
ら発生するノイズが検出される。

【００２６】渦流プローブ５ａ、５ｂで検出された磁気
信号（交流）の振幅を求めるため、交流電源６ａ、６ｂ
の出力からの参照信号を使用して、信号処理装置７によ
り位相検波処理が施されるが、これは渦流探傷法におけ
る常套手段であるので、その説明を省略する。さらに、
位相検波後の信号について、信号信号処理装置７により
鋼板上の同一位置からの信号同士で演算をし、雑音磁束
を低減し、相対的に欠陥信号を強調しＳ／Ｎ向上がなさ
れる。

【００２７】例えば、位相検波後の渦流プローブ５ａの
信号をVa(t)、渦流プローブ５ｂの信号をVb(t)とする
と、 V(t)＝Va(t)−ｋ・Vb(t) として、検出信号を演算する。ここでｋは定数であり、
Va(t)とVb(t)に含まれる雑音磁束を消去するように、実
験的に求められる。実際には、渦流プローブ５ａと渦流
プローブ５ｂの距離が離れているので、上記の式におい
ては、渦流プローブ５ａの位置から渦流プローブ５ｂの
位置まで薄鋼板１が走行する時間だけ、信号Va(t)を遅
延させたものを使用することになる。なお、リフトオフ
Ｌは必ずしも、渦流プローブ５ａ、５ｂで同じである必
要はなく、相互に異なっていてもよい。

【００２８】また、高周波励磁での測定値と低周波励磁
での測定値の減算、遅延処理、フィルタリングなどの処
理は、アナログ信号にて行ってもよいし、アナログ信号
をディジタル信号に変換後に行ってもよい。また、ディ
ジタル信号に変換してから行う場合でも、ハードウエア
によってもソフトウエアによって行っても構わない。

【００２９】図４に本発明の本実施の形態に係る渦流探
傷法実施する他の装置の概要を示す。以下の図におい
て、発明の実施の形態の説明に使用した図以後の図に既
に現れた構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付し
てその説明を省略する。図４において、６は渦流プロー
ブ、６は交流電源である。

【００３０】図４に示す装置が図１に示す装置と異なる
点は、渦流プローブ５と交流電源６がそれぞれ一つしか
なく、交流電源６からは、周波数ｆ１の交流と、周波数
ｆ２の交流がミックスされたものが、渦流プローブ５の
コイルに印加されている点である。そして、渦流プロー
ブ５からの出力信号は、信号処理装置７内で、交流電源
６からの周波数ｆ１の成分と周波数ｆ２の成分を用い
て、別々に位相検波を行うことにより、励磁周波数ｆ１
に起因する信号成分と、励磁周波数ｆ２に起因する信号
成分とに分離される。その他の作動については、図１に
示したものと同じであるので、その説明を省略する。図
４に示す装置によれば、渦流プローブ５と電源装置６が
１組でよいばかりでなく、２つの励磁周波数における欠
陥の検出位置が同じであるので、比較のために一方の信
号を遅延させる必要が無く、回路構成が簡単になる。

【００３１】なお、測定対象が強磁性体の場合には、上
記交流磁場に、直流磁化（たとえば飽和レベルまで磁化
し、透磁率を下げるなど）を加えることが可能であるこ
とはいうまでもない。

【００３２】

【実施例】以下に本発明を、薄鋼板（薄鋼帯）中の微小
な内部介在物をオンラインにて検出する装置に適用した
例について、図５を参照しながら説明する。図５に示す
渦流探傷装置は、図１に示したものと同じであるが、図
１においては、信号処理装置７の内部に置かれて図示さ
れていなかった遅延処理回路９が独立の要素として構成
され、図示されている点が異なっているのみである。

【００３３】製品検査ラインを搬送される薄鋼板１の厚
さは１mmであった。また、この鋼板１は搬送ローラ２、
３によりほぼ一定速度Ｖ＝20m/minで搬送されていた。

【００３４】各渦流プローブ５ａ、５ｂと薄鋼板１の表
面までの距離であるリフトオフＬ１は0.7mmに設定し
た。また、図示していないが複数個の渦流プローブ５
ａ、５ｂが板幅方向に直線的に10mmピッチで配列されて
おり、1００組、計2００個の渦流プローブ５ａ、５ｂに
て板幅方向１mをカバーするようになっている。なお、
直流磁化器（図示せず）が、渦流プローブ５ａ、５ｂと
は薄鋼板１を挟んで反対側に設置されており、薄鋼板１
を飽和磁化レベル近くまで直流磁化している。

【００３５】低周波励磁周波数としては、欠陥信号と雑
音磁束が共に大きく検出される周波数を選ぶ必要があ
る。ただし、この条件における雑音磁束信号が高周波励
磁周波数における検出信号においても存在するよう、両
方の雑音検出状況を似せるという意味で、不必要に低く
ならない条件とする必要もある。これらの条件を勘案
し、ここでは５ｋHzを選択して、電源装置６ａの周波数
をこの値に設定した。欠陥信号周波数は上限で700Hz程
度を考えておけばよく、５ｋHzの励磁周波数であれば十
分検出が可能である。高周波励磁条件としては、欠陥信
号に対して検出感度が悪く、雑音磁束が検出できる条件
を選ぶ必要があり、ここでは100ｋHzを選択した。

【００３６】渦流プローブ５ａ、５ｂからの信号は、信
号処理装置７において、励磁電源からの参照信号を使っ
て位相検波される。位相検波後の検出信号Va（t）、お
よびVb(t)は直流分や周波数の低い地合ノイズ成分の低
減、欠陥信号周波数より高い電気ノイズなどをカットす
るため、バンドパスフィルタにかけられる。通過帯域
は、両磁化条件とも同じで、200〜500Hzである。

【００３７】また、信号処理装置７は、位相検波された
渦流プローブ５ａ、５ｂの検出信号Va(t)、Vb(t)を10kH
zのサンプリング周波数によりアナログ-ディジタル変換
し、以後の計算はディジタル値を使用して行う。

【００３８】また、薄鋼板１の移動方向における渦流プ
ローブ５ａと渦流プローブ５ｂの位置ずれ量ｄを、逐次
実測した鋼板速度Ｖで除して、同じ鋼板位置に対応する
時間差Δtをもとめ、遅延処理回路１０により渦流プロ
ーブ５ａの信号Va(t)を相対的に磁気センサ11bの信号Vb
(t)に対して遅らせて、Va（t-Δt）とVb(t)を対応させ
るようにしている。すなわち、欠陥判定に使用する信号
V(t)として、 V(t)=Va（t-Δt）-k・Vb(t) を用いている。ここで、ｋは定数であり、Va(t-Δt)とV
b(t)に含まれる雑音磁束を消去するように、実験的に求
めた。

【００３９】図６に検出能改善効果を示す。低周波励磁
条件（渦流プローブ５ａにて測定）では、材料に起因す
るノイズが大きくＳ／Ｎ比は1.5である。高周波励磁条
件（渦流プローブ５ｂにて測定）では、低周波励磁条件
で出ていた雑音磁束が同様に現れているが、欠陥信号に
対応する信号が検出されていないのがわかる。高周波励
磁条件での信号を0.2倍し、対応する位置の低周波励磁
条件における信号より引いた結果が差分処理結果であ
る。雑音磁束が激減し、相対的に欠陥信号が強調され、
Ｓ／Ｎ比が向上(3.3)していることがわかる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係る発明においては、異なる２種の励磁周波数で
の測定を行い、その異なる２条件での測定信号同士を演
算し、その結果に基づいて欠陥信号の検出を行っている
ので、それぞれの測定条件において共通に大きく存在す
る雑音磁束を低減し、欠陥信号を相対的に強めることが
できる。

【００４１】請求項２に係る発明においては、より低周
波の励磁周波数での測定値から、より高周波の励磁周波
数での測定値を重みを付けて減算し、その結果に基づい
て欠陥信号の検出を行うことにより、両方に共通に含ま
れる雑音磁束信号を消去するようにしているので、簡単
な演算により高いＳ／Ｎ比で内部欠陥信号を検出でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る渦流探傷法実施する装置の
概要を示す図である。

【図２】鋼板の表面の削除厚さと、正規化された雑音磁
束信号レベルとの関係の例を示す図である。

【図３】励磁周波数と内部欠陥のＳ／Ｎ比との関係を示
す図である。

【図４】本実施の形態に係わる渦流探傷法実施する他の
装置の概要を示す図である。

【図５】本発明の実施例に使用した渦流探傷装置の構成
を示す概略図である。

【図６】本発明の実施例におけるＳ／Ｎ比の改善結果を
示す図である。

【図７】従来の渦流探傷装置の例を示す概略図である。

【図８】欠陥信号と雑音磁束の周波数特性の測定結果の
一例を示す図である。

【符号の説明】

１…薄鋼板 ２、３…搬送ロール ４…渦流探傷装置 ５、５ａ、５ｂ…渦流プローブ ６、６ａ、６ｂ…交流電源 ７…信号処理装置 ８…内部欠陥 ９…遅延処理回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長棟 章生 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 2G053 AA11 AB21 BA15 BB03 BC02 BC07 CA03 CB10 CB24 DA01 DA06 DB02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属被検体に交流磁界を印加し、それに
   よって発生する渦電流に起因する磁場の、前記金属被検
   体の内部に存在する欠陥による変動を、前記金属被検体
   の表面近傍に配置された磁気センサで検出することによ
   って、欠陥を探傷する渦流探傷方法であって、異なる励
   磁周波数で測定を行い、その異なる条件での測定信号同
   士を演算し、その結果に基づいて欠陥信号の検出を行う
   ことを特徴とする渦流探傷方法。
2. 【請求項２】 より低周波の励磁周波数での測定値か
   ら、より高周波の励磁周波数での測定値を重みを付けて
   減算し、その結果に基づいて欠陥信号の検出を行うこと
   を特徴とする請求項１に記載の渦流探傷方法。