JPS6314907B2

JPS6314907B2 -

Info

Publication number: JPS6314907B2
Application number: JP56092224A
Authority: JP
Inventors: Takao Sugimoto; Seiichi Watanabe; Yukyoshi Kato; Hisanori Shiraishi; Toshuki Koike; Masaaki Nakajima
Original assignee: Hitachi Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1981-06-17
Filing date: 1981-06-17
Publication date: 1988-04-02
Also published as: JPS57207858A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、金属材の探傷方法に係り、特に温度
が変動する高温の金属材の熱間探傷方法に関す
る。

渦流探傷方法としては、例えば、励磁コイルに
より交流磁界を発生し、この交流磁界により金属
材表面に渦電流を発生させ、この渦電流の分布を
検出コイルにより感知し、この感知された検出コ
イル信号を増幅し、信号処理を行なつて、金属材
表面の傷を検出する方法、あるいは検出コイルを
一辺とするブリツジを構成し、金属材表面の状況
により検出コイルの実質的なインピーダンスが変
化してブリツジのバランスがくずれ、出力される
検出信号を用いて傷を検出する方法などがよく知
られている。

このような原理に基づく渦流探傷装置は、種々
の適用が考えられており、鉄鋼等の製造工程への
適用も例外ではない。鉄鋼等の製造工程において
は、その製造過程におけるエネルギーの消費を少
なくするいわゆる省エネルギー化が望まれてい
る。この省エネルギー化を実現するために、高温
の金属材の傷の有無を安定して検出できる探傷装
置の実現が切望されている。つまり、高温の金属
材の探傷が安定に行なえるならば、そのような探
傷装置を例えば連続鋳造設備で製造されたスラブ
やビレツトの探傷に用いて高温のスラブやビレツ
トの探傷を行ない、無傷のスラブやビレツトはそ
のまま次の圧延工程に送り、傷のあるスラブやビ
レツトは傷をスカーフア等で除去した後次の圧延
工程に送ることができるからである。このような
考えは、直送圧延と呼ばれているが、いずれにし
ても現在のところ、高温の金属材の探傷を精度良
く行なうことのできるものがなく、それ故にこの
ような直送圧延は実現されていない。

本発明の目的は、上述した如き現状の問題を解
決するためになされたもので、高温の金属材の探
傷を精度良く行なうことのできる金属材の熱間探
傷方法を提供することである。

本発明は、高温金属材の探傷が安定に行なえな
い要因として、金属材自体の温度のばらつきがあ
ることを確認し、さらに温度の変動と検出コイル
のインピーダンス変動との間に一義的な関係があ
ることを明らかにしたことを基礎とするものであ
る。したがつて、本発明は、高温の金属材表面の
温度を検出し、検出された温度信号を用いて検出
コイルによる検出信号の抵抗分およびリアクタン
ス分の夫々の温度補償信号を求め、その温度補償
信号により検出信号を夫々補償する如く構成す
る。

さて、次に本発明の基礎となることがらについ
て説明する。

一般的に、渦流を利用した検出装置において
は、被検材の温度が検出信号に影響を与えること
は知られている。そして、その影響を少なくする
ために、被検材の温度変化を測定し、その温度変
化に対応する補償量を求め、この補償量を検出信
号に加算または減算して温度変化の影響を除去す
る思想も知られている。これは、例えば、特開昭
55−121109号公報に開示されている。

しかし、このような温度補償の思想を渦流探傷
装置に適用した場合、十分な温度補償が得られな
いということが実験により確かめられた。この原
因は、種々考えられるが、主なものとして次の点
が考えられる。

カタサ測定や異材選別においては、材料の表
面の外乱（例えば表面傷など）の影響を少なく
するため、検出コイルの励振周波数を出来るだ
け低く選ぶ傾向であるのに対し、渦流探傷にお
いては、表面の傷そのものを検出するため、検
出コイルの励振周波数を高い値（10KHz）
に選んでいること。

渦流探傷においては、熱間圧延材等を探傷す
ることから、かなり高温の材料を探傷する必要
があり、キユーリー温度前後における探傷も含
まれわずかの温度変化に対し補償量が急激に変
わること。

についてみると、渦流探傷の場合には、励振
周波数が高いため、インピーダンスに占めるリア
クタンス（X_L）の割合が大きく、単純に抵抗分
のみ、またはインピーダンスの絶対値としてのみ
考えることができない。また、渦流探傷の場合に
についてみると、キユリー温度近傍における透
磁率μの急激な変化が、インピーダンスの急激な
変更をもたらし、特にリアクタンス分（X_L）の
急激な増減があり、と同様に単純に抵抗分の
み、またはインピーダンスの絶対値としてのみ考
えることはできない。

したがつて、公知の温度補償の考えをそのまま
渦流探傷に適用することはできず、渦流探傷にお
ける特別な温度補償の方法が必要である。

本発明者は、上記のような実験、およびその検
討の結果、渦流探傷における最適の温度補償方法
を発明した。すなわち、検出コイルによる傷検出
信号S₀を抵抗分R₀とリアクタンス分X₀に位相検
波した後、その夫々の信号に対し、夫々の温度補
償信号R₁，X₁により夫々の信号温度補償を行な
う如く構成している。

以下、本発明を具体的な実施例により説明す
る。第１図は本発明の一実施例を示す。図におい
て、１は励磁コイル、２は検出コイル、３は温度
検出器である。これら、１〜３によつて１つの検
出部１０を構成する。２０は、励磁コイルに交流
の励磁電流を与える励磁用電源である。３１と３
２は入力信号を増幅する増幅器であり、３１は検
出コイルからの検出信号を増幅し、３２は温度検
出信号を増幅する。４１と４２は、検出信号S₀を
抵抗分R₀とリアクタンスX₀に位相検波する位相
検波回路である。５１と５２は関数発生器であ
り、温度変動による温度補償信号を出力する。こ
の場合、位相検波回路の出力R₀，X₀を夫々補償
するため、５１と５２は抵抗分の補償信号R₂と
リアクタンス分の補償信号X₂を夫々出力するる。
６１と６２は加算器であり、温度補償された検出
信号R₁，X₁を夫々出力する。１００は高温のス
ラブである。このような構成において、高温のス
ラブ１００が検出部１０に進入してくると図示し
ないスイツチ回路が働いて、探傷動作を開始す
る。励磁用電源５０からの励磁電流により励磁さ
れた励磁コイル１は、交流磁界を発生する。この
交流磁界により、スラブ１００の表層部に渦電流
が発生する。この渦電流分布を検出コイル２が感
知し、表層部の傷の有無により渦電流が変化した
ことによりコイルの出力信号S₀が変化する。な
お、ここでは簡単のため図示しなかつたが、実際
には、検出コイル２を一辺とするブリツジが構成
されバランされており、通常の状態（つまり傷の
ない状態）から変化があつたとき（つまり傷のあ
る状態）に検出信号S₀が出力されるようになつて
いる。また、このとき温度検出器３は、スラブ１
００の温度に対応した温度検出信号Ｔを出力す
る。検出コイル２によつて検出され、増幅された
検出信号S₀は、次に抵抗分R₀と、リアクタンス
分X₀に分解される。つまり、位相検波回路４１
は、検出信号S₀と基準となる電源５０の出力を取
込み、S₀の位相０の成分（抵抗分）R₀を出力す
る。位相検波回路４２は、検出信号S₀と基準とな
る電源５０の出力を取込み、S₀の位相π／２の成分（リアクタンス分）X₀を出力する。

一方、温度信号Ｔは、関数発生器５１，５２に
より、抵抗分に対する温度補償信号R₂とリアク
タンス分に対する温度補償信号X₂に変換され出
力される。この変換の原理については、次に説明
する。一般に、スラブ１００は第２図ａに示す如
き温度透磁率特性をもつている。このような特性
のスラブ１００について、測定距離（検出部とス
ラブとの間のギヤツプ）、励磁電流、および励磁
周波数を一定にして、温度を変化させて、検出コ
イルからの出力信号の変化を測定する。第２図ａ
に示す温度対透磁率の関係を利用して、検出コイ
ルからの出力信号の変化を透磁率に対応してプロ
ツトした結果は、第２図ｂのようになる。そし
て、第２図ｂの関係から温度に対するリアクタン
ス分の温度補償信号X₂および抵抗分の温度補償
信号R₂を求めたのが第２図ｃ、第２図ｄである。
このような、関係を予め求めておき、温度を入力
パラメータとして夫々の補償信号R₂，X₂を出力
するような関数発生器を用意すれば、夫々の補償
信号が関数発生器の出力として得られる。これ
が、温度補償信号を得る原理であり、第１図の２
つの関数発生器５１，５２はまさにそのために設
けられている。

第１図において、位相検波回路４１，４２は夫
夫R₀，X₀の検出信号を出力する。このR₀，X₀
は、第２図ｅに示されるR₀，X₀に対応する。そ
して、R₀とX₀のベクトル和が、位相検波回路へ
の入力信号S₀に対応する。関数発生器５１，５２
の出力信号R₂，X₂は、第２図ｅに示されるR₂，
X₂に対応する。また、S_Tは、５１，５２出力信
号R₂とX₂のベクトル和である。

位相検波回路４１，４２で得られた信号R₀，
X₀と、関数発生器５１，５２で得られた信号R₂，
X₂は、夫々加算回路６１，６２に入力され、こ
こで補償された検出信号R₁，X₁が演算され出力
される。すなわち、加算回路６１の演算は、 R₁＝R₀−R₂ ……(1) であり、加算回路６２の演算は、 X₁＝X₀−X₂ ……(2) である。このようにして演算されたR₁，X₁は、
温度による影響分を除いた補償された傷検出信号
であり、この検出信号が後続の信号処理部に送ら
れ、傷の大きさ、深さなどの検出およびモニター
表示などに利用される。もちろんこれら検出され
た傷検出信号を用いて傷を除去する制御を行なう
こと等も可能である。このような温度補償によ
り、高温の金属材の探傷を安定に行なうことがで
きる。特に、磁気的性質の変化の大きいキユリー
温度近傍の温度を保有する金属材に対して安定
に、しかも確実に探傷を行なえることを実験によ
り確認している。

次に、本発明の他の実施例を説明する。第１図
の実施例は、本発明の思想を説明する意味あいも
あつて、基本的な回路構成となつている。しかし
ながら、本発明の実用化に際しては更に考慮を要
する。すなわち、温度の変動による検出コイルの
出力信号への影響分である温度補償量は、厳密に
は各鋼種によつてばらつきがあり、第１図に示し
た関数発生器の出力は厳密には鋼種毎に異なる出
力が必要である。ただ、探傷を行なう対象である
金属材の種類が比較的類似の性質にものについて
は、第１図の実施例で十分である。しかし、探傷
装置としては、どのような種類の金属材に対して
も、安定な探傷が実現できるという方がより良い
ことは当然である。このような目的をも達成でき
る本発明の一実施例を示すのが第３図である。こ
の図において、第１図と同一番号のものは同様の
ものである。７００は、デイジタル演算装置であ
り、具体的にはマイクロコンピユータ等のデイジ
タル計算機である。８０は上位計算機であり、現
在探傷中の金属材１００の鋼種が何であるかをデ
イジタル演算装置７００に知らしめる鋼種情報Ω
を出力する。７１〜７３は入力されるアナログ信
号をデイジタル信号に変換するアナログ―デイジ
タル変換器（Ａ／Ｄ変換器）である。７６はデイ
ジタル演算処理を行なう中央制御部（CPU）で
ある。７４，７５はメモリの一部に記憶されてい
る記憶テーブルであり、夫々の鋼種Ω毎に各温度
対温度補償量の関数を記憶したテーブルである。
７４は鋼種Ωに対応して抵抗分の温度補償量R₂
を中央制御部７６に出力する。７５は鋼種Ωに対
応してリアクタンス分の温度補償量X₂を中央制
御部７６に出力する。中央制御部７６では、入力
される温度検出信号Ｔと鋼種Ωから温度補償量を
選択し出力する。すなわち、その鋼種によつてそ
れに対応するアドレスを選択し、その鋼種に対す
る温度補償量が記憶されているテーブルをルツク
アツプし、温度Ｔに対応する温度補償量R₂，X₂
を見い出す。そして、この温度補償量R₂，X₂と、
検波回路４１，４２の出力をＡ／Ｄ変換して入力
されるR₀，X₀とを用いて、上記(1)、(2)式に示し
た演算を行なう。この演算結果は、傷検出信号
R₁，X₁として出力する。このようにして、温度
による影響を補償して、安定な探傷を実現すると
共に、種々の鋼種の金属材に対しても安定な探傷
を実現できる。

上述した実施例では、いずれも検出コイル近傍
に温度検出器を配置した例を示したが、実際上設
置スペースの関係でそのようにできない場合もあ
る。そのような場合には、検出コイルよりも前の
地点に温度検出器を設け、更にその出力をスラブ
の検出コイルまでの移送時間だけ遅延させる遅延
回路を設け、この遅延回路で遅延された出力を温
度補償量を出力する関数発生器あるいは中央制御
部に与えてやれば良い。温度検出器を検出コイル
の後方に設置した場合には、検出コイルの出力信
号を同様に遅延させて、その出力を検波回路に与
えるようにする。

さて、上述した実施例では、説明の都合上傷検
出部１０を１個のみで説明したきたが、実際の探
傷においては探傷すべきスラブ１００の幅方向に
複数ｎ個の検出部を設け、これら幅方向に設けら
れたｎ個の検出部の検出信号を用いて、その傷の
二次元な広がり、つまり傷の大きさを求める。こ
のような、実際的な検出部の配置とした場合の一
実施例を第４図に示す。第４図において、第１
図、第３図と同一番号のものは同様のものであ
る。１０１〜１０ｎは、ｎ個の検出部を示す。３
１１，３１２，……３１ｎは、増幅器であり、第
１図、第３図の３１に対応する。３２１，３２
２，……３２ｎは、増幅器であり、第１図、第３
図の３２に対応する。３００は、幅方向ｎ個の検
出部からの信号を順次切換えて信号処理部側に選
択出力するためのスイツチSW₃₁，SW₃₂，……
SW_3oの切換信号を出力する切換信号出力装置で
ある。９０は、極座標回転回路であり、入力され
る傷検出信号に対して任意の座標軸のみに出力す
るような座標回転に調整されている。９１は、電
圧比較回路であり、入力される信号の絶対値が一
定値以上（つまり傷の有無の判定において、傷が
有る場合に相当するレベル以上）であれば、“１”
の信号を出力し、絶対値が一定値以下（つまり、
傷が無い場合）では“０”を出力する。９２は、
傷信号に応じてスラブ上のその部分にマーキング
作業を指令するマーキング制御回路を示す。この
ような構成において、切換信号出力装置３００か
らの切換信号によつて、SW₃₁〜SW_3oのうちの１
つが順次選択され、検出部１０１〜１０ｎのうち
の１つの検出部の出力のみが検波回路４１，４２
および関数発生器５１，５２に夫々与えられる。
そして、加算器６１は、４１と５１の出力を入力
し、温度補償された抵抗分の傷検出信号R₁を演
算出力する。同様に、加算器６２は、４２と５２
の出力を入力し、温度補償されたリアクタンス分
の傷検出信号X₁を演算出力する。極座標回転回
路９０は、入力されるR₁とX₁により、そのベク
トル和の方向の座標に転回し、その座標成分のみ
を出力する。すなわち、第５図に示すX₁′を出力
する。そして、このX₁′は、電圧比較回路で
“１”、“０”の判定がなされる。これらの信号処
理部分は、共通に使用されているため、この判定
信号は、第６図に示すようにシリアルな“１”、
“０”の信号として得られる。この信号を、この
例ではマーキング制御回路９２に与え、この回路
が傷のある部分つまり“１”の信号に対応するス
ラブ上の部分に対しマーカーを働かせるための指
令信号を出力する。第７図は、第６図に対応する
スラブ上の傷判別に基づいてマーキングされた結
果を示す。第７図において、「〇」部分はマーキ
ング部を示し、ここに傷があることを示す。また
「→」はスラブ１００の進行方向を、「〓」は検出
部の走査方向を示す。なお、スラブ１００上の点
線の「〓」は、量子化状態を説明するために便宜
上記載したものであり、実際はこのような点線の
マーキングはされない。

以上詳細に説明したように本発明によれば、高
温の金属材の探傷に際し、その金属材の温度変動
による傷検出信号への影響を精度良く除去するの
で、安定な探傷が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例図、第２図ａ〜ｅは
本発明を説明するための図面、第３図と第４図は
夫々本発明の一実施例図、第５図〜第７図は第４
図の実施例を説明するための図面である。１…励磁コイル、２…検出コイル、３…温度検
出器、１０…検出部、３１，３２…増幅器、４
１，４２…位相検波回路、６１，６２…加算器。

Claims

【特許請求の範囲】

１高温金属材に交流磁界を作用させ、該金属材
の近傍に設けられた検出コイルのインピーダンス
が該金属材表面の状況によつて変化することを利
用し、該検出コイルからの検出信号を位相検波し
て得られた抵抗分およびリアクタンス分の信号に
より探傷を行う方法において、前記金属材の温度
を検出し、検出した温度信号に基づいて温度によ
る前記検出信号の影響を補償するための抵抗分お
よびリアクタンス分の温度補償信号を夫々演算に
より求め、この温度補償信号を用いて前記検出信
号の抵抗分およびリアクタンス分を夫々補償し、
この補償された検出信号を用いて前記金属材の探
傷を行うことを特徴とする金属材の熱間探傷方
法。