JPH07104329B2

JPH07104329B2 - 鋼帯の磁気探傷方法及びその装置

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Publication number: JPH07104329B2
Application number: JP19787190A
Authority: JP
Inventors: 正樹竹中; 賢一岩永
Original assignee: 日本鋼管株式会社
Priority date: 1990-07-27
Filing date: 1990-07-27
Publication date: 1995-11-13
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: JPH0484753A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、回転状態の中空ロール内に磁化器および磁気
センサを収納して走行状態の鋼帯の欠陥を検出する鋼帯
の磁気探傷方法及びその装置に関する。

［従来の技術］例えば工場等の製造ライン等においては、磁気を利用し
て、走行中の鋼帯の内部あるいは表面に存在する疵，気
泡等の欠陥を検出できる鋼帯の磁気探傷装置が配設され
ている（実開昭61−170068号公報）。

第７図は上述した走行中の鋼帯の欠陥を連続的に検出す
る鋼帯の磁気探傷装置を示す図であり、同図（ａ）
（ｂ）はそれぞれ異なる方向から見た断面模式図であ
る。

図中１は非磁性材料で形成された中空ロールであり、こ
の中空ロール１は探傷対象としての矢印Ａ方向に一定速
度で走行している鋼帯２に接触することによって、回転
方向Ｂへ回転する。また、流体浮上ボート３内には軸方
向に多数の磁気センサ４が配設されている。中空ロール
１内には支持軸５が隙間を有して貫通されており、この
支持軸５に受台６を介して磁化鉄心７が取付けられてい
る。そして、この磁化鉄心７に磁化コイル8a,8bが巻装
されている。この磁化コイル8a,8bは図示しない磁化電
源装置でもって直流励磁される。なお、前記鋼帯２は補
助ローラ9a,9bにて中空ロール１に押付けられる。ま
た、中空ロール１の外周面に付着した鉄粉は永久磁石10
にて除去される。

このような構成の磁気探傷装置において磁化コイル8a,8
bを直流励磁すると、図示するように磁化鉄心７の各磁
極がＮ極およびＳ極に磁化される。そして、磁化鉄心７
と走行中の鋼帯２とで閉じた磁路が形成される。この状
態で、鋼帯２の内部あるは表面に前述した欠陥が存在す
ると、鋼帯２内の磁路が乱れ、漏洩磁束が生じる。この
漏洩磁束が各磁気センサ４でもって欠陥信号として検出
される。

検出された欠陥信号はその信号レベルが鋼帯２内部また
は表面の欠陥の大きさと対応するので、欠陥信号の信号
レベル変化で鋼帯２の内部または表面の欠陥の存在とそ
の大きさを判定することができる。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、第７図に示した磁気探傷装置においても
まだ解消すべき次のような課題があった。

すなわち、前記各磁気センサ４で検出された欠陥信号の
信号レベルが鋼帯２内部または表面の欠陥の大きさと対
応するが、厳密には欠陥信号の信号レベルは前記欠陥の
大きさの他に欠陥位置にも影響される。すなわち、たと
え同一規模の欠陥であっても、磁気センサ４側の表面近
傍位置に発生した欠陥と、磁気センサ４から遠い中空ロ
ール１側の表面近傍位置に発生した欠陥とでは検出され
た欠陥信号の値が大きく異なる。

なお、上述した問題は、探傷対象としての鋼帯２が極く
薄い場合に、鋼帯２の厚み方向による欠陥信号の変化度
合いは小さいので、特に問題となることはない。

しかし、探傷対象としての鋼帯２の厚みが厚い場合に
は、同一欠陥規模であったとしても鋼帯２の表側と裏側
とではその欠陥信号レベルが大きく異なる。したがっ
て、欠陥規模が正確に検出できない問題がある。

また、厚い鋼帯２の場合は、欠陥規模とともに欠陥の発
生位置の情報も把握して欠陥発生を未然に防止入する対
策の重要な資料とする必要がある。しかし、第７図の装
置においては、磁気センサ４が鋼帯２の一方側からのみ
欠陥検出を行うので、厚み方向の欠陥発生位置を検出す
ることができなかった。

なお、このような事態を解消するために、磁気センサを
走行する鋼帯の両側に配設して、各磁気センサの出力信
号の和と差の成分から欠陥発生位置を検出する薄鋼板の
内部欠陥検出方法が提唱されている（特開昭57−108656
号公報）。

一般に、走行している鋼帯は上下に大きく振動しながら
走行する。したがって、この検出方法を上記振動しなが
ら走行している鋼帯に対して適用すると、鋼帯の両側に
配設された磁気センサの位置は例えば建屋のフレームに
固定されているので、各磁気センサと鋼帯表面との間の
リフトオフと呼ばれる距離が大きく変動する。したがっ
て、磁気センサから出力される欠陥信号の信号レベルが
大きく変動する。よって、欠陥検出精度が低下する。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
鋼帯の走行路を挟んで鋼帯に接する一対の中空ロール内
にそれぞれ磁気センサを配設することによって、鋼帯の
表面及び内部に存在する欠陥の欠陥規模および欠陥位置
を精度よく検出できる鋼帯の磁気探傷方法及びその装置
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記課題を解消するために本発明の鋼帯の磁気探傷方法
によれば、鋼帯の走行路に直交する固定軸に回転自在に
支持された一対の中空ロールを走行路を挟んで配設し、
この一対の中空ロールを走行路を走行する鋼帯の表面お
よび裏面にそれぞれ接触させることによって回転させ、
この一対の中空ロールのうちの一方の中空ロール内に配
設された磁化器で鋼帯内に磁界を発生させ、各中空ロー
ル内にそれぞれ配設された磁気センサで鋼帯の内部また
は表面の欠陥に起因して生じる漏洩磁束を検出し、この
各磁気センサで検出された各漏洩磁束値から欠陥の鋼帯
の厚み方向の欠陥発生位置と欠陥規模を算出するように
している。

また、本発明の鋼帯の磁気探傷装置は、鋼帯の走行路に
直交する固定軸に回転自在に支持され、走行路を挟んで
この走行路を走行する鋼帯の表面および裏面にそれぞれ
接することによって回転する一対の中空ロールと、この
一対の中空ロールのうちの一方の中空ロール内に配設さ
れ、鋼帯内に磁界を発生させる磁化器と、各中空ロール
内に配設され、鋼帯の内部または表面の欠陥に起因して
生じる漏洩磁束を検出する一対の磁気センサと、この一
対の磁気センサで検出された各漏洩磁束値から欠陥の鋼
帯の厚み方向の欠陥発生位置と欠陥規模を算出するデー
タ処理装置とで構成されている。

［作用］このように構成された鋼帯の磁気探傷方法及びその装置
によれば、一対の中空ロールが鋼帯を挟んで対向配設さ
れており、各中空ロール内にはそれぞれ磁気センサが配
設されている。さらに、一対の中空ロールは鋼帯の表面
または裏面にそれぞれ接触しているので各磁気センサと
鋼帯の表面または裏面までの距離は一定に保たれる。そ
して、鋼帯内部には磁化器にて磁界が発生されているの
で、欠陥が存在すれば、各磁気センサはそれぞれ欠陥に
対応する漏洩磁束を検出する。各磁気センサで検出され
る漏洩磁束値Y₁,Y₂は（１）（２）式に示すように、欠
陥規模ａと欠陥までの距離、すなわち該当磁気センサ側
の表面からの各深さX₁,X₂との関数で表示することがで
きる。

Y₁＝F₁（X₁,a） …（１） Y₂＝F₂（X₂,a） …（２）この各関数F₁,F₂は例えば第３図に示すように、例えば
指数減衰曲線で近似できる。また、鋼帯の厚みＴは予め
定まっているので、Ｔ＝X₁＋X₂ …（３）である。そして、Y₁,Y₂は各磁気センサで測定された値
であるので、（１）〜（３）の連立方程式を解くことに
よって、欠陥規模ａと欠陥位置X₁が求まる。

［実施例］以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第２図は実施例の鋼帯の磁気探傷方法を採用した磁気探
傷装置全体のシステムを示す模式図である。供給リール
11から繰出される幅広の鋼帯12は、前方押さえロール13
a,13bを介して一対の中空ロール14a,14bへ導かれ、この
中空ロール14a,14bの間を経由し、後方押さえロール15
a,15bを経て巻取リール16に一定速度で巻取られる。

前記一対の中空ロール14a,14bのうちの下側中空ロール1
4bには電源ケーブル17aを介して磁化電源装置17が接続
され、上側中空ロール14aには信号ケーブル18aを介して
信号処理回路18が接続されている。さらに、下側中空ロ
ール14bには信号ケーブル19aを介して信号処理回路19が
接続されている。各信号処理回路18,19から出力された
各欠陥信号y₁,y₂はデータ処理装置20へ入力される。デ
ータ処理装置20は入力されれた各欠陥信号y₁,y₂を用い
て欠陥規模ａと欠陥発生位置X₁を算出する。算出された
欠陥規模ａ及び欠陥発生位置X₁は例えばCRT表示管を用
いた表示装置21に表示される。

第１図（ａ）は、前記一対の中空ロール14a,14bを鋼帯1
2の矢印で示す走行方向に平行する面で切断した場合の
断面模式図であり、同図（ｂ）は前記走行方向に直交す
る面で切断した場合の断面模式図である。

各中空ロール14a,14bは非磁性材料で形成されている。
そして、外径は互いに等しく設定されているが、上側中
空ロール14aの厚みt₁が下側中空ロール14bの厚みt₂より
薄く設定されている。各中空ロール14a,14bの各中心軸
にそれぞれ中空の固定軸22a,22bの一端が貫通されてい
る。下側中空ロール14bの固定軸22bの他端は図示しない
建屋のフレームに固定されている。一方、上側中空ロー
ル14aの固定軸22aの他端は下側中空フレーム14bの固定
軸22bに対して図示しないごく弱いばねで付勢されてい
る。各固定軸22a,22bは各中空ロール14a,14bの各中心軸
に位置するようにそれぞれ一対のころがり軸受23a,23b,
24a,24bを介して各中空ロール14a,14bの両端の内周面に
支持されている。したがって、各中空ロール14a,14bは
固定軸22a,22bを回転中心軸として自由に回転する。

上側中空ロール14a内において、複数の磁気センサ25が
下方を向く姿勢で固定軸22aに支持部材を介して固定さ
れている。そして、各磁気センサ25の先端は上側中空ロ
ール14aの内周面に微小間隙を有して対向している。こ
の各磁気センサ25の出力信号は固定軸22aの内部を経由
した信号線ケーブル18aでもって第２図の信号処理回路1
8へ導かれる。

一方、下側中空ロール14b内において、略コ字断面形状
を有した磁化鉄心26が、各磁極26a,26bが上方を向く姿
勢で、支持部材27を介して回転軸22bに固定されてい
る。そして、磁化鉄心26の各磁極26a,26bが中空ロール1
4bの内周面に微小間隙を有して対向している。この磁化
鉄心26の下部に磁化コイル28が巻装されている。この磁
化コイル28の励磁電流は、前記磁化電源装置17から固定
軸22b内を経由した電源ケーブル17aを介して供給され
る。

また、下側中空ロール14bの磁化鉄心26の磁極26a,26b間
には軸方向に配列された複数の磁気センサ29が支持部材
でもって固定軸22bに固定されている。そして、各磁気
センサ29の先端は下側中空ロール14bの内周面に微小間
隙を有して対向している。この各磁気センサ29の出力信
号は固定軸22bの内部を経由した信号線ケーブル19aでも
って第２図の信号処理回路19へ導かれる。

したがって、上側中空ロール14a内に収容された各磁気
センサ25は鋼帯12を介して下側中空ロール14b内に収納
された各磁気センサ29と所定間隔でもって対向する。

このような構成の磁気探傷装置において、鋼帯12を第２
図に示す矢印方向へ一定速度で走行させると、下側中空
ロール14bには鋼帯12の張力に起因する下向きの力およ
び重力による下向きの力が印加されているので、下側中
空ロール14bが矢印方向に回転する。また、上側中空ロ
ール14aも下方へばねで付勢されているので、矢印方向
に回転する。

そして、磁化電源装置17を起動して、励磁コイル28に励
磁電流を供給すると、磁化鉄心26と走行中の鋼帯12とで
閉じた磁路が形成される。そして、鋼帯12の内部あるは
表面に疵や気泡等の欠陥が存在すると、鋼帯12内の磁路
が乱れ、漏洩磁束が生じる。この漏洩磁束が上下の中空
ロール14a,14b内に収納された各磁気センサ25,29で検出
される。

前記各磁気センサ25,29は特開平１−308982号公報に記
載された可飽和型の磁気センサを使用している。すなわ
ち、この磁気センサ25,29においては、棒状コアに検出
コイルを巻装して、この検出コイルに高周波励磁電流を
継続して流して前記棒状コアを可飽和域まで励磁した状
態とする。したがって、この検出コイルの両端の出力電
圧波形の振幅値は一定となる。このような可飽和に励磁
された棒状コアに外部磁界が接近すると、前記両端電圧
波形の振幅値は変化しないが、正負の各波高値Va,−Vb
が変化する。そこで、この各波高値Va,−Vbを検波器で
検波して直流に変換して、加算器で加算することによっ
て、差電圧（Va−Vb）を求める。すなわち、この差電圧
（Va−Vb）がこの磁気センサ25,29に加えられた外部磁
界に対応する。よって、この磁気センサ25,29で漏洩磁
束密度が検出される。

各磁気センサ25,29の出力信号は信号ケーブル18a,19aを
介してそれぞれ信号処理回路18,19へ入力される。各信
号処理回路18,19は、入力した出力信号の信号レベルを
あらかじめ記憶されている校正特性を用いて欠陥信号
y₁,y₂に変換する。各信号処理回路18,19から出力された
欠陥信号y₁,y₂はデータ処理装置20へ入力される。この
データ処理装置20は入力した各欠陥信号y₁,y₂の各信号
値Y₁,Y₂を用いて欠陥規模ａと欠陥位置X₁を算出する。
そして、算出された欠陥規模ａと欠陥位置X₁を表示装置
21に表示する。

次に、欠陥規模ａと欠陥位置X₁との算出法を説明する。

前述したように上側中空ロール14aおよび下側中空ロー
ル14b内に配設された各磁気センサ25,29の漏洩磁束値、
すなわち各欠陥信号y₁,y₂の信号値Y₁,Y₂は前述した
（１）（２）式に示すように、欠陥規模ａと欠陥までの
距離、すなわち鋼帯12の上面（表面）からの深さX₁と下
面（裏面）からの深X₂との関数で示される。

Y₁＝F₁（X₁,a） …（１） Y₂＝F₂（X₂,a） …（２）この各関数F₁,F₂は、第３図に示すように、例えば指数
減衰曲線で近似できる。

そして、実施例においては、第３図に示すように、
（１）（２）式を次の（４）（５）式に示すように指数
関数で近似している。

Y₁＝C₁₁exp［C₁₂X₁＋ａ］ …（５） Y₂＝C₂₁exp［C₂₂X₂＋ａ］ …（６）但し、C₁₁,C₁₂,C₂₁,C₂₂は予め実験的に求められている
定数である。

また、鋼帯の厚みＴは予め定まっているので、Ｔ＝X₁＋X₂ …（３）である。よって、（３）（５）（６）の連立方程式を解
くことによって、欠陥規模ａと欠陥位置X₁が求まる。

第４図は欠陥位置X₁および欠陥規模ａを算出する過程を
模式的に示す図である。欠陥規模ａがａ＝a₃,a＝a₂,a＝
_１と変化すると、欠陥信号y₁の特性は右方向へ平行移動
する。また、欠陥規模ａがａ＝a₃,a＝a₂,a＝a₁と変化す
ると、欠陥信号y₂の特性は左方向へ平行移動する。

したがって、測定された信号値Y₁に対応する特性上の点
はb₁,b₂,b₃となる。同様に、測定された信号値Y₂に対応
する特性上の点はc₁,c₂,c₃となる。したがって、欠陥規
模ａが互いに等しく、また、それぞれ同時に各信号値
Y₁,Y₂を満足する点はb₂,c₂となる。よって、このb₂,c₂
点に対応する位置X₁が欠陥発生位置となり、その時の欠
陥規模a₂が該当欠陥の欠陥規模ａとなる。

このように構成された鋼帯の磁気探傷方法及びその装置
によれば、探傷対象としての鋼帯12を挟んで対向配置さ
れた一対の中空ロール14a,14b内に配設された各磁気セ
ンサ25,29で検出された鋼帯12の各欠陥信号y₁,y₂から簡
単な計算式でもって，鋼帯12の表面および内部に存在す
る欠陥の位置X₁と欠陥規模ａとを正確に把握できる。

したがって、欠陥発生位置X₁とその規模ａが正確に把握
できるので、欠陥の種類もほぼ正確に把握できる。この
磁気探傷装置で把握できる欠陥の種類として、例えば、
顕存ガウジ、潜在ガウジ、溶接部、ブローホール、穴、
エッジトング疵、耳割れ疵、トリマー疵等がある。

このように、欠陥の発生位置、欠陥規模、欠陥種類等が
正確に把握されるので、この磁気探傷装置を工場に検査
ラインに組込んだ場合において、これらの検査データを
品質改良対策の重要な情報とすることができる。

また、各磁気センサ25,29をそれぞれ中空ロール14a,14b
内に収納している。そして、各中空ロール14a,14bは常
時鋼帯12の上面および下面に一定の付勢力で押付けられ
ている。したがって、各磁気センサ25,29と鋼帯12の上
面および下面との間の距離を常時一定に維持できる。よ
って、たとえ鋼帯12が走行過程で上下に振動したとして
も前記距離は一定値に維持されるので、欠陥測定精度を
さらに向上できる。

第５図は、実施例装置において、測定された実際の欠陥
の欠陥規模と、この実測された欠陥を切断等によって実
際に解剖して観測者が目視によって欠陥規模をＡ〜Ｅの
５段階に評価した結果との対応を示す図である。測定さ
れた欠陥規模は目視評価と良い対応を示していることが
理解できる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。実施例のデータ処理装置20内において、各信号値
Y₁,Y₂から欠陥発生位置X₁と欠陥規模ａを算出する手段
として、欠陥信号y₁,y₂を（４）（５）式に示すように
指数関数近似した。しかし、簡単な関数近似できない場
合は、予め欠陥位置と欠陥規模が既知の多数の標準欠陥
試料を用いて、その標準欠陥試料を測定することによっ
て、得られた各磁気センサ25,29の各信号値Y₁,Y₂と前記
欠陥位置X₁と欠陥規模ａとの関係を、第６図に示すよう
に、テーブルの形で記憶することが可能である。そし
て、実際の鋼帯12を測定して得られた、各測定値Y₁,Y₂
でもって第６図のテーブルを検索して、各測定値Y₁,Y₂
の組合わせが最も近いデータに対応する欠陥位置と欠陥
規模とを読出して、この読出した欠陥位置と欠陥規模を
測定結果とすればよい。

［発明の効果］以上説明したように本発明の鋼帯の磁気探傷方法及びそ
の装置によれば、鋼帯の走行路を挟んで鋼帯に接する一
対の中空ロール内にそれぞれ磁気センサを配設してい
る。そして、各磁気センサから得られた漏洩磁束に対応
する欠陥信号を用いて欠陥の発生位置とその規模を算出
するようにしている。したがって、たとえ厚い鋼帯であ
ったとしても、この鋼帯の表面及び内部に存在する欠陥
の欠陥規模および欠陥位置を精度よく検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の鋼帯の磁気探傷方法を採用した
磁気探傷装置における鋼帯の走行方向に平行する面で切
断した断面模式図、同図（ｂ）は同実施例装置おける鋼
帯の走行方向に直交する面で切断した断面模式図、第２
図は同実施例装置全体のシステムを示す模式図、第３図
は実施例装置における欠陥信号特性図、第４図は上記欠
陥信号特性から欠陥位置および欠陥規模を算出する手順
を示す図、第５図は実測値と人手による目視評価との関
係を示す図、第６図は本発明の他の実施例の磁気探傷装
置における各測定値と欠陥位置および欠陥規模との関係
を示すテーブルを示す図、第７図（ａ）（ｂ）は従来の
鋼帯の磁気探傷装置の各断面模式図である。 12……鋼帯、14a,14b……中空ロール、17……磁化電源
装置、18,19……信号処理回路、20……データ処理装
置、22a,22b……固定軸、25,29……磁気センサ、26……
磁気鉄心、28……磁気コイル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼帯の走行路に直交する固定軸に回転自在
に支持された一対の中空ロールを前記走行路を挟んで配
設し、この一対の中空ロールを走行路を走行する鋼帯の
表面および裏面にそれぞれ接触させることによって回転
させ、この一対の中空ロールのうちの一方の中空ロール
内に配設された磁化器で前記鋼帯内に磁界を発生させ、
前記各中空ロール内にそれぞれ配設された磁気センサで
前記鋼帯の内部または表面の欠陥に起因して生じる漏洩
磁束を検出し、この各磁気センサで検出された各漏洩磁
束値から前記欠陥の前記鋼帯の厚み方向の欠陥発生位置
と欠陥規模を算出する鋼帯の磁気探傷方法。
【請求項２】鋼帯の走行路に直交する固定軸に回転自在
に支持され、前記走行路を挟んでこの走行路を走行する
鋼帯の表面および裏面にそれぞれ接することによって回
転する一対の中空ロールと、この一対の中空ロールのう
ちの一方の中空ロール内に配設され、前記鋼帯内に磁界
を発生させる磁化器と、前記各中空ロール内に配設さ
れ、前記鋼帯の内部または表面の欠陥に起因して生じる
漏洩磁束を検出する一対の磁気センサと、この一対の磁
気センサで検出された各漏洩磁束値から前記欠陥の前記
鋼帯の厚み方向の欠陥発生位置と欠陥規模を算出するデ
ータ処理装置とを備えた鋼帯の磁気探傷装置。