JPH09145680A - 微小欠陥検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リフトオフをあまり小さくすることなく、微
小欠陥を、被検査体の走行速度によらず高いＳ／Ｎ比で
検出可能とする。 【解決手段】 磁化器７により被検査体３を走行方向に
磁化する。磁化は、交流電源１０により励磁コイル９に
交流電流を供給することにより行う。非磁性ロール８の
上方に、前述のＥ型磁気センサ１を設置して、微小欠陥
に起因する漏洩磁束を検出する。Ｅ型磁気センサ１から
の出力を、同期検波器１１により同期検波する。同期検
波された検出信号は、フィルタ１２に入り、励磁周波数
を含む高周波成分が除去される。交流磁化を行っている
ので、被検査体３の走行速度に影響されない出力信号が
得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄鋼帯のような被
検出体中に混入する微小介在物のような微小欠陥を、漏
洩磁束法により検出する微小欠陥検出装置に関し、特に
高感度な磁気センサを使用した微小欠陥検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】鋼帯のような磁性体中の欠陥を検出する
方法として、漏洩磁束法が広く使用されている。図５に
その原理図を示す。図５において、２１は磁気センサ、
２２は磁化器、２３は鋼帯等の被検査体、２４は欠陥、
２５は磁束を示す。磁化器２２により被検査体２２を磁
化する。磁化器２２により発生する磁束の大部分は磁気
抵抗の少ない被検査体２３の中を通過するが、被検査体
中２３中に欠陥２４が存在すると、その欠陥２４により
磁束の通過が妨げられ、一部の磁束が空中に漏洩する。
この漏洩した磁束を、磁気センサ２１で検出することに
より欠陥２４の存在を検出する。

【０００３】磁気センサ２１としては、ホール素子、磁
気抵抗素子、磁気半導体素子等が使用される他、特開昭
５９ー１６０７５０号公報に開示されているような、円
筒鉄心にコイルを巻いた磁気探傷コイル、特開平２ー１
６２２７６号公報に開示されているような、強磁性体コ
アにコイルを巻き、これに交流電流を供給し、このコイ
ルの両端に発生する電圧の正側電圧と負側電圧との差を
検出するものが使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来要求されていた検
出すべき薄鋼帯中の欠陥は、ガウジと呼ばれるような比
較的大きな欠陥が対象であった。近年、産業分野におけ
る薄鋼帯の適用範囲拡大に伴い、より微小な内部介在物
を検出することが必要となり、例えば、１０^-3（mm³ ）
以下の体積の微小な内部介在物が検出対象となってき
た。このような微小欠陥を検出するためには、従来技術
には以下のような問題点がある。

【０００５】(1) いずれの従来技術においても、微小な
欠陥を検出するためには、鋼帯と磁気センサとの距離
（リフトオフ）を小さくする必要がある。この対策とし
て、実開昭６１ー１１９７５９号公報に開示されている
ように、磁気センサをエアフロートさせることによりリ
フトオフを0.1 （mm）程度の微小値に保つ方法が用いら
れている。しかしながら、この方法には、磁気センサと
鋼帯との接触事故が増加するなどの操業上の問題があ
る。

【０００６】(2) 微小欠陥検出のためにリフトオフを低
下させると、鋼帯の振動などの外乱の影響を受けやすく
なり、また鋼帯の磁気的なむらから生ずる地合ノイズを
拾い易くなるので、十分なＳ／Ｎを得ることが困難であ
る。

【０００７】(3) 欠陥検出信号の周波数成分と地合ノイ
ズの周波数成分とが重なり合う部分が多く、フィルタな
どによるＳ／Ｎ向上が十分に行えない。

【０００８】本発明は、これらの問題点を解決するため
になされたもので、リフトオフをあまり小さくすること
なく、被検査体の微小欠陥から生じる微弱で局所的な漏
洩磁束を、被検査体の走行速度によらず、高いＳ／Ｎ比
で効率よく検出可能な微小欠陥検出装置を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題は、被検査体を
磁化するための磁化器と、被検査体の欠陥から発生する
漏洩磁束を検出するための磁気センサとを有してなる欠
陥検出装置であって、磁気センサは、強磁性体で作られ
たＥ型コアの中央磁極にサーチコイルが設けられたＥ型
磁気センサであり、このＥ型コアの３個の磁極の列が被
検査体の走行方向に沿うように配置されており、磁化器
は、交流電源により交流励磁されるものであることを特
徴とする微小欠陥検出装置により解決される。

【００１０】図１にＥ型磁気センサを使用した本発明の
原理図を示す。図１において、１は強磁性体で作られた
Ｅ型コアからなるＥ型磁気センサ、１ａ〜１ｃはその磁
極、２はサーチコイル、３は被検査体、４は欠陥、５は
磁束を示す。Ｅ型磁気センサ１は、図１に示すように３
個の磁極１ａ〜１ｃの列が被検査体の走行方向に沿うよ
うに配置されている。欠陥４が図１(a) で示す位置にあ
るとき、漏洩磁束は磁極１ａから磁極１ｃを通過し、サ
ーチコイル２を下向きに通過する。被検査体３が走行し
て欠陥４が図１(b) で示す位置に来ると、漏洩磁束は磁
極１ｃから磁極１ｂを通過し、サーチコイル２を上向き
に通過する。よって、欠陥４の通過に伴ってサーチコイ
ル２を通過する磁束が変化し、サーチコイル２には磁束
の変化量に比例した電圧が発生する。

【００１１】図２(a) は、欠陥４がＥ型磁気センサ１の
下を通過するときのサーチコイル２を通る磁束Φの変化
を、図２(b) はそのときにサーチコイル２に発生する電
圧Ｅを示す。この電圧を検出することにより、欠陥の存
在を検出することができる。

【００１２】Ｅ型磁気センサを使用した本発明において
は、鋼帯近傍の浮遊磁束、Ｅ型磁気センサの外側から到
来する地合ノイズなどは、磁極１ａから磁極１ｂへ直接
通過するので、サーチコイル２への影響はなく、ノイズ
を低減できる。また、鋼帯の振動、センサの振動に起因
する磁場変化も、磁極１ａと磁極１ｃで構成される磁気
回路と磁極１ｂと磁極１ｃで構成される磁気回路とで打
ち消され、サーチコイル２の信号内にノイズとして混入
することを防ぐことができる。

【００１３】よって、リフトオフをそれほど小さくしな
くても、欠陥をＳ／Ｎよく検出することができ、浮遊磁
束により磁気センサ出力が飽和することもない。

【００１４】このように、Ｅ型磁気センサを使用した微
小欠陥検出器は、他の方式にない優れた特徴を有するの
であるが、被検査体の走行速度により磁束の変化速度が
変わるため、同じ欠陥に対しても出力が変化するという
問題点を有する。即ち、直流励磁の場合にサーチコイル
によって検出される漏洩磁束をΦ（Ｖｔ）とする。ここ
にＶは被検査体の走行速度である。サーチコイルに誘起
される電圧Ｅは、

【００１５】

【数１】

【００１６】となり、被検査体の走行速度Ｖに比例す
る。本発明においては、被検査体を交流励磁することに
よって、この問題点を解決している。

【００１７】励磁器をsin(ωt)の直流電源で励磁する
と、サーチコイルに誘起される電圧Ｅは、

【００１８】

【数２】

【００１９】となる。励磁電流に同期する同期整流をか
けて、cos(ωt)に同期する成分のみを取り出すようにす
ると、これと位相が９０°異なる(2) 式の第２項は消去
される。また、Φ（Ｖｔ）に含まれる周波数成分に対し
てωを十分大きくとり、同期整流後、ローパスフィルタ
によりωの周波数成分を除去すれば、出力としてΦ（Ｖ
ｔ）に比例する出力が得られ、被検査体の走行速度によ
り信号の大きさが変わることがなくなる。

【００２０】微小欠陥の検出に通常用いられるＥ型磁気
センサの場合、検出される欠陥信号の中心周波数Ｆ
_C （Ｈｚ）は、鋼板の走行速度をＶ（ｍ／ｓ）とする
と、Ｆ_C ≒１０００×Ｖである。欠陥信号の周波数はＦ
_C の２倍まで広がっている。励磁成分と欠陥信号成分を
分離するローパスフィルタのカットオフ周波数は、２Ｆ
_C とする必要がある。実用的には励磁成分の振幅を２０
ｄＢ低下させれば問題がなくなる。よって、−６０ｄＢ
／oct 程度の大きな減衰係数を持つローパスフィルタを
使用すると、励磁周波数Ｆ_M はＦ_M ≧５０００×Ｖとす
る必要がある。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
説明する。図３は、本発明の一実施例の構成を示す図で
ある。図３において、１はＥ型磁気センサ、３は薄鋼板
の被検査体、６は磁気シールド板、７は磁化器、８は非
磁性ロール、９は励磁コイル、１０は交流電源、１１は
同期検波器、１２はフィルタ、１３は整流器、１４は判
定回路である。

【００２２】非磁性ロール８内に励磁コイル９を有する
磁化器７を配置し、非磁性ロール８を介して、その上を
走行する被検査体（薄鋼帯）３を走行方向に磁化する。
磁化は、交流電源１０により励磁コイル９に交流電流を
供給することにより行う。非磁性ロール８の上方に、前
述のＥ型磁気センサ１を設置する。被検査体３が走行
し、その内部に微小介在物が存在すると、そこから微小
な漏洩磁束が局部的に発生する。この漏洩磁束が、Ｅ型
磁気センサ１の直下を通過すると、これに対応した電気
信号がＥ型磁気センサ１から出力される。

【００２３】Ｅ型磁気センサ１からの出力を、同期検波
器１１により同期検波する。同期検波は、励磁電流の位
相と９０°位相の異なる成分を抽出し、励磁電流と同位
相の成分が検出されないように行う。同期検波された検
出信号は、フィルタ１２に入り、励磁周波数を含む高周
波成分が除去される。フィルタ１２としては、ローパス
フィルタが使用されるが、欠陥信号の周波数成分のみを
通過させ、地合ノイズに相当する周波数成分もカットオ
フするようにバンドパスフィルタを使用してもよい。

【００２４】フィルタ１２の出力は整流回路１３で整流
される。整流された信号は、判定回路１４で基準値と比
較され、基準値を越えた場合、欠陥が存在したものと判
定される。

【００２５】

【実施例】図３に示す構成の装置を使用して微小欠陥の
検出を行った。本実施例では、薄鋼帯の走行速度は０〜
３０ｍ／分（0.5 m/s ）とし、磁化電流の周波数を５kH
z、鋼帯表面とＥ型磁気センサとの間のリフトオフＬ＝
0.5 〜１(mm)、Ｅ型磁気センサの磁極間隔Ａ＝0.5(mm)
、磁極厚さＢ＝0.4(mm) 、センサ幅Ｗ＝3.5(mm) とし
た。また、Ｅ型磁気センサの外側には、厚さＳ＝２(mm)
のパーマロイ製のシールドをセンサとの間隙Ｇｓ＝0.5
(mm) で設けている。非磁性ロールの材質はステンレス
鋼とし、その中の磁化器の磁化力は３０００ＡＴとし
た。また、フィルタとしては、カットオフ周波数０〜３
００Ｈｚのハイパスフィルタを使用した。

【００２６】図４に、本発明の実施例の装置により、検
出された人工欠陥の波形を示す。これは、薄鋼板に、孔
径0.05、0.1 、0.2(mm) のドリルホールを加工し、鋼帯
走行速度を１０ｍ／分の低速状態で探傷したときの検出
波形である。微小欠陥を高いＳ／Ｎ比で検出できること
が示された。

【００２７】

【発明の効果】本発明はＥ型磁気センサを使用している
ため、浮遊磁場、地合ノイズ、鋼板の振動の影響を低減
でき、リフトオフを比較的大きく設定できるので、鋼帯
の走行速度を落とさないで安定した操業で検査を行うこ
とができる。

【００２８】そして、被検査体の励磁を交流で行ってい
るので、検出される信号が被検査体の走行速度に比例し
て変化することを防ぐことができ、被検査体の走行速度
によらず、安定した微小欠陥の検出ができる。

【００２９】これらの結果、１０^-3(mm³) 以下の微小内
部介在物の検出が可能な実用的な検出装置が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理を示す図である。

【図２】 欠陥がセンサの下を通過するときのサーチコ
イル通る磁束Φとサーチコイルに発生する電圧Ｅの変化
を示す図である。

【図３】 本発明の一実施例の構成を示す図である。

【図４】 本発明の実施例の装置により検出された人工
欠陥の波形を示す図である。

【図５】 漏洩磁束法の原理を示す図である。

【符号の説明】

１ Ｅ型磁気センサ １ａ、１ｂ、１ｃ 磁極 ２ サーチコイル ３ 被検出体 ４ 欠陥 ５ 磁束 ６ 磁気シールド板 ７ 磁化器 ８ 非磁性ロール ９ 励磁コイル １０ 交流電源 １１ 同期検波器 １２ フィルタ １３ 整流器 １４ 判定回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 孝三 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 (72)発明者 岩永 賢一 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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査体を磁化するための磁化器と、被
   検査体の欠陥から発生する漏洩磁束を検出するための磁
   気センサとを有してなる欠陥検出装置において、磁気セ
   ンサは、強磁性体で作られたＥ型コアの中央磁極にサー
   チコイルが設けられたＥ型磁気センサであり、このＥ型
   コアの３個の磁極の列が被検査体の走行方向に沿うよう
   に配置されており、磁化器は、交流電源により交流励磁
   されるものであることを特徴とする微小欠陥検出装置。
2. 【請求項２】 Ｅ型磁気センサの出力波形を、磁化器を
   励磁する励磁電流波形に同期して検波する検波器を有す
   ることを特徴とする請求項１に記載の微小欠陥検出装
   置。
3. 【請求項３】 磁化器を励磁する交流電源の周波数Ｆ_M
   （Hz）が、被検査体の走行速度Ｖ（ｍ／ｓ）に対して、 Ｆ_M ≧５０００×Ｖ とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に
   記載の微小欠陥検出装置。