| 【発明の名称】 |
漏洩磁束探傷法 |
| 【発明者】 |
【氏名】四辻 淳一
【氏名】加藤 宏晴
【氏名】長棟 章生
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| 【要約】 |
【課題】測定中にリフトオフが変動しても、内部欠陥をＳ／Ｎよく検出することのできる漏洩磁束探傷法を提供する。
【解決手段】磁化器３ａ、磁気センサ４ａにより鋼板１はある磁化状態にて探傷される。磁化器３ｂ、磁気センサ４ｂは磁化器３ａ、磁気センサ４ａとは異なる磁化状態にて鋼板１の探傷を行う。信号処理装置６内では、磁気センサ４ａからの信号出力を距離計５ａの値に基づきリフトオフ補正装置１０ａにて、磁気センサ４ｂからの信号出力を距離計５ｂの値に基づき補正装置１０ｂにて、それぞれ補正して正規化する。正規化された信号は、バンドパスフィルタ付増幅器１１ａ、１１ｂにより増幅されて演算装置１２に入力される。演算装置１２は、これらの補正後の信号に対して式により、鋼板１上の同一位置からの信号同士で演算を行い、雑音信号を低減し、相対的に欠陥を強調する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 強磁性体被検体を２つの異なる磁化状態に磁化し、磁気センサにより各々の磁化状態における漏洩磁束の測定を行い、その測定信号同士を演算することにより内部欠陥の検出を行う漏洩磁束探傷法において、前記強磁性体金属被検体と前記磁気センサとの距離を測定し、測定された距離に応じて、前記各々の磁気センサの出力を補正することを特徴とする漏洩磁束探傷法。
【請求項２】 請求項１に記載の漏洩磁束探傷法であって、前記強磁性体金属被検体と前記磁気センサとの距離を測定する距離計は、２つの磁気センサに対して共通に１つ設けられていることを特徴とする漏洩磁束探傷法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、漏洩磁束探傷法に関するものであり、さらに詳しくは、強磁性体被検体を２つの異なる磁化状態に磁化し、磁気センサにより各々の磁化状態における漏洩磁束の測定を行い、その測定信号同士を演算することにより内部欠陥の検出を行う漏洩磁束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、漏洩磁束探傷法が広く用いられている。その一例として、製鉄プラントにおける製鉄検査ラインに組み込まれている磁気センサを利用した磁気探傷装置の構成を図６に示す。
【０００３】製品検査ラインを搬送ローラ２１、２２により、ほぼ一定速度Ｖで搬送される薄鋼帯２３の搬送路に沿って磁気探傷装置２４が配設されている。この磁気探傷装置２４は、走行状態の薄鋼帯２３に磁界を印加する磁化器２５と、薄鋼帯２３を挟んで磁化器２５の対向位置に配設された磁気センサ２６と、この磁気センサ２６からの検出信号に基づいて薄鋼帯２３の内部または表面の欠陥２７を検出する信号処理装置２８とで構成されている。
【０００４】薄鋼帯２３に欠陥２７が存在すると、この欠陥２７に起因して薄鋼帯２３内の磁力線が乱され、薄鋼帯２３の外部に漏洩して漏洩磁束となる。磁気センサ２６はこの漏洩磁束を検出する。漏洩磁束の強度は欠陥２７の大きさに対応するので、磁気センサ２６の検出信号の信号レベルで欠陥２７の大きさが評価できる。
【０００５】以上のように、従来の、強磁性体金属被検体の欠陥を、漏洩磁束を測定することによって検出する方法においては、磁気センサの検出信号の信号レベルによって欠陥の大きさを検出していた。しかしながら、磁気センサによって検出される磁気的な信号には、上記の欠陥に起因する漏洩磁束信号以外にも、強磁性体金属被検体における局部的な磁気的特性変化、むらなどに起因する強磁性体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束分布の乱れが含まれる場合がある。この磁束分布の乱れは、欠陥検出という観点からすれば、不要な磁束（雑音磁束）である。
【０００６】このような雑音磁束による影響を避けるため、欠陥漏洩磁束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。図７は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。すなわち、図７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示している。
【０００７】図７に示されるように、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むことにより、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。このように漏洩磁束探傷法において、欠陥検出能を上げるため、適当な定数を持つフィルタを使用する方式は実開昭６１−１１９７６０号公報にも開示されている。
【０００８】しかしながら、図７に示すように、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、たとえ前記のようなハイパスフィルタを設けて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、雑音磁束を除去することは困難であるという問題点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】これら、従来の技術の問題点を解決するために、発明者らは、強磁性体被検体を２つの異なるレベルに磁化し、各々の磁化条件での漏洩磁束を測定し、測定された漏洩磁束を演算して内部欠陥を精度良く検出する方法を発明し、平成１１年特許願第２９７８２号として特許出願した（以下、「先願発明」という）。この先願発明の概要を、図８を用いて説明する。
【００１０】製品検査ラインでは、鋼板３１が搬送ロール３２、３３によって、一定速度Ｖで搬送されている。鋼板３１の搬送路に沿って磁気探傷装置３４が設置されている。この磁気探傷装置３４は主に磁化器３５ａ、３５ｂ、磁気センサ３６ａ、３６ｂ、信号処理装置３７によって構成されている。磁気センサ３６ａ、３６ｂは、鋼板３１を挟んでそれぞれ磁化器３５ａ、３５ｂの対向位置に配置されている。
【００１１】磁化器３５ａによる磁化は、磁化器３５ｂによる磁化よりも強く設定され、鋼板３１を磁気飽和に近い程度まで磁化するようになっている。磁気センサ３６ａは、磁化器３５ａで磁化された状態での鋼板３１よりの漏洩磁束を測定する。磁気センサ３６ｂは、磁化器３５ｂで磁化された状態での鋼板３１よりの漏洩磁束を測定する。信号処理装置３７は、磁気センサ３６ａ、３６ｂで検出された鋼板３１の同一位置の磁気信号同士を演算し、雑音磁束を低減する。これにより、相対的に欠陥信号が強調され、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００１２】たとえば、磁気センサ３６ａで検出された出力をＶa、鋼板３１の同じ位置において磁気センサ３６ｂで検出された信号をＶbとすると、信号処理装置の出力として、Ａ＝ｋ1・（Ｖaーｋ2・Ｖb） …（１）
が得られるようにする。ここで、ｋ1、ｋ2は定数であり、ｋ２の値は、欠陥２８のない場所でＡの値が０に近くなるように設定する。
【００１３】図９に信号処理の様子を示す。（ａ）は磁気センサ３６ａの出力で、印加する磁界が強い方の信号とする。（ｂ）は磁気センサ３６ｂの出力で磁界が弱い方の出力とする。それぞれ欠陥部と雑音部があるが、欠陥部と雑音部の出力比が異なっており、雑音部を除去するように係数を決定することにより、欠陥部がより強調される（ｃ）の結果となり、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００１４】しかしながら、先願発明においても、磁気センサと鋼板等の距離（以後「リフトオフ」という）の変動により、測定値が影響を受け、ノイズレベルが大きくなってＳ／Ｎ比が低下するという問題を生じていた。すなわち、（１）式におけるｋ２は、リフトオフが所定値のときのノイズレベルを基準にして決定されるが、一般にリフトオフが小さくなると、信号、ノイズともレベルが高くなり、リフトオフが小さくなると、信号、ノイズともレベルが低くなる。よって、リフトオフが変動すると、（１）式によりうまくノイズを消去できないことになるのである。リフトオフが変動する要因としては、鋼板等の形状が変動したり、リフトオフを一定に保つ追従機構の追従誤差等があげられる。
【００１５】本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、測定中にリフトオフが変動しても、内部欠陥をＳ／Ｎよく検出することのできる漏洩磁束探傷法を提供することを課題とする。
【００１６】
【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、強磁性体被検体を２つの異なる磁化状態に磁化し、磁気センサにより各々の磁化状態における漏洩磁束の測定を行い、その測定信号同士を演算することにより内部欠陥の検出を行う漏洩磁束探傷法において、前記強磁性体金属被検体と前記磁気センサとの距離を測定し、測定された距離に応じて、前記各々の磁気センサの出力を補正することを特徴とする漏洩磁束探傷法（請求項１）である。
【００１７】前出のように、磁気センサの出力は、一般にリフトオフが小さくなると、信号、ノイズともレベルが高くなり、リフトオフが小さくなると、信号、ノイズともレベルが低くなる。よって、各々の磁気センサのリフトオフを測定し、その測定値に応じて各磁気センサの出力を補正して正規化し、正規化された出力同士を演算するようにすれば、リフトオフが変動してもその影響を受けず、Ｓ／Ｎ比よく内部欠陥を検出することができる。
【００１８】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、前記強磁性体金属被検体と前記磁気センサとの距離を測定する距離計は、２つの磁気センサに対して共通に１つ設けられていることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００１９】２つの磁化状態における磁化状態を検出する磁化器と磁気センサは、互いに近接して設置されることが多い。よって、これらの２つの間においては、リフトオフはほとんどの場合同一である。従って、このような場合には、２つの磁気センサについて共通に１つの磁気センサを設けることにより、磁気センサの数を減らすことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態の１例である漏洩磁束探傷法を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、２ａ、２ｂは搬送ローラ、３ａ、３ｂは磁化器、４ａ、４ｂは磁気センサ、５ａ、５ｂは磁気センサのリフトオフを測定する距離計、６は信号処理装置、７は漏洩磁束探傷装置、８は内部欠陥、９ａ、９ｂは磁化器電源、１０ａ、１０ｂはリフトオフ補正回路、１１ａ、１１ｂはバンドパスフィルタ付増幅器、１２は演算装置である。
【００２１】信号処理装置６は、磁気センサ４ａ、４ｂの出力を、距離計５ａ、５の出力で補正するリフトオフ補正回路１０ａ、１０ｂ、バンドパスフィルタ付増幅器１１ａ、１１ｂ、補正後のデータを演算する演算装置１２から構成される。
【００２２】この製品検査ラインでは、鋼板１の搬送路に沿って漏洩磁束探傷装置７が設置されている。この漏洩磁束探傷装置７は、主に磁気センサ４ａ、４ｂ、磁化器３ａ、３ｂ、信号処理装置６、磁化器電源９ａ、９ｂから構成されている。磁化器３ａ、３ｂは磁化器電源９ａ、９ｂにより電力を供給され、鋼板１を磁化する。磁気センサ４ａ、４ｂと鋼板１との距離であるリフトオフはＬ１、Ｌ２は、距離計５ａ、５ｂにより検出される。磁化器３ａ、磁気センサ４ａにより鋼板１はある磁化状態にて探傷される。磁化器３ｂ、磁気センサ４ｂは磁化器３ａ、磁気センサ４ａとは異なる磁化状態にて鋼板１の探傷を行う。
【００２３】信号処理装置６内では、磁気センサ４ａからの信号出力を距離計５ａの値に基づきリフトオフ補正回路１０ａにて、磁気センサ４ｂからの信号出力を距離計５ｂの値に基づきリフトオフ補正回路１０ｂにて、それぞれ補正して正規化する。正規化された信号は、バンドパスフィルタ付増幅器１１ａ、１１ｂにより増幅されて演算装置１２に入力される。
【００２４】演算装置１２は、これらの補正後の信号に対して（１）式により、鋼板１上の同一位置からの信号同士で演算を行い、雑音信号を低減し、相対的に欠陥を強調する。なお鋼板とセンサの距離は、磁気センサ４ａ、４ｂの設置状況によっては同時に変動する場合もあるので、この場合には、１個の距離計にて測定しても構わない。
【００２５】
【実施例】以下、本発明を、薄鋼板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２を参照しながら説明する。以下の図において、発明の実施の形態以後の図に示さ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ことがある。図２は実施例である方法を実施するために使用した漏洩磁束探傷装置の概略ブロック図であり、図１に示したものとほぼ同じ構成であるが、信号処理装置の中に遅延回路１３、及びＡ／Ｄ変換器１４、計算機１５が設置されていることが異なっている。
【００２６】製品検査ラインを搬送される薄鋼板１の厚さは１mmである。また、この鋼板１は搬送ローラ２ａ、２ｂによりほぼ一定速度Ｖ＝30m/minで搬送される。各磁気センサ４ａ、４ｂのリフトオフＬ１、Ｌ２は、共に1.0mmに設定されている。図示していないが、複数個の磁気センサ４ａ、４ｂが板幅方向に直線的に５mmピッチで配列されており、200組400個の磁気センサにて１ｍ幅を探傷する。磁気センサ４ａの列と４ｂの列との距離は１ｍとした。
【００２７】磁化器３ａ、３ｂと鋼板との距離はそれぞれ５mmとし、磁化器３ａの磁化力は4000ＡＴ、磁化器３ｂの磁化力は1000ＡＴとした。磁気センサ４ａの出力は、距離計５ａの信号より求めた係数によりリフトオフ補正回路１０ａにて補正されて正規化され、遅延回路１３にて薄鋼板が磁気センサ４ａと４ｂの間を走行する時間である２秒遅延される。その後バンドパスフィルタ付増幅器１１ａにて100倍増幅され、200Hz〜800Hzの信号のみが取り出される。
【００２８】一方磁気センサ４ｂの出力は遅延回路を経ずに、同様にリフトオフ補正回路１０ｂ、バンドパスフィルタ付増幅器１１ｂを通る。処理された４ａ、４ｂのそれぞれの信号はＡ／Ｄ変換器１４にてディジタル化され計算機１５のメモリーに格納される。計算機１５は、処理された格納された４ａの探傷データを前記（１）式におけるＶa、処理されて格納された４ｂの探傷データを前記（１）式におけるＶbとして、（１）式により、Ａを求め、Ａの値が所定値以上になると欠陥があると判定する。
【００２９】図３に探傷信号例を示す。（ａ）はある強い磁化条件による磁気センサ４ａの出力信号であり、（ｂ）は（ａ）とは異なる弱い磁化条件による磁気センサ４ｂの出力信号である。（１）式による演算後の信号Ａが（ｃ）である。波形（ａ）中の欠陥a-1と欠陥a-2は、リフトオフが同じならば同レベルに出力されるはずの欠陥であるが、実際にはリフトオフが変動しているために、10％程度の差が生じている。
【００３０】また、（ｂ）の出力信号にもリフトオフのばらつきのために、リフトオフの変動が無い場合には同じ信号であるはずの信号に、b-1とb-2の如く差が10％程度生じると、その結果、a-1とb-1の差分c-1（（１）式による演算結果）と、a-2とb-2の差分c-2（（１）式による演算結果）のばらつきが大きくなり、本来同じ大きさであるべきc-1とc-2の大きさが異なることになる。
【００３１】そこで、各々のセンサのリフトオフ距離計５ａ、５ｂにて測定し、図４に示すようなグラフに対応するテーブル用いて係数を求め、リフトオフ補正回路１０ａ、１０ｂにて信号の補正（正規化）を行うと、各々の補正信号は、図５の(a-1)'と(a-2)'、(b-1)'と(b-2)'のようになり、（１）式による演算結果は、(c-1)'と(c-2)'のようになって、両者の欠陥信号は同一となる。よって、リフトオフの変動に対しても安定して効果的に探傷が可能となる。なお係数を求めるテーブルは、探傷を行う磁化条件毎に異なるため、予めその磁化条件にて調査し、磁化条件毎に準備しておく必要がある。
【００３２】
【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、リフトオフが変動してもその影響を受けず、Ｓ／Ｎ比よく内部欠陥を検出することができる。
【００３３】請求項２に係る発明においては、磁気センサの数を減らすことができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４１２３
【氏名又は名称】日本鋼管株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１月１１日（２０００．１．１１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９４８４６
【弁理士】
【氏名又は名称】細江 利昭
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１９４３４２（Ｐ２００１−１９４３４２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月１９日（２００１．７．１９） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−２２４９（Ｐ２０００−２２４９） |
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