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技術 欠陥検出装置

出願人 エヌディアール株式会社
発明者 村上美廣
出願日 2016年5月16日 (5年5ヶ月経過) 出願番号 2016-097927
公開日 2017年11月24日 (3年11ヶ月経過) 公開番号 2017-207293
状態 特許登録済
技術分野 磁気的手段による材料の調査、分析
主要キーワード 直列加算 検出位置毎 ドリルホール 中心位置付近 磁気センサ群 検出感度分布 磁気センサユニット センサ周囲
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年11月24日)のものです。
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図面 (11)

課題

ノイズ成分の影響を低減し、検出精度の向上を図る。

解決手段

欠陥検出装置は、一方向に走行する被検査材を走行方向に磁化する磁化器と、被検査材の幅方向に配列され、被検査材の欠陥から漏洩する磁束を検知して検知信号を出力する複数の磁気センサユニットを有する磁気センサ群と、幅方向に隣接する磁気センサユニット同士の検知信号の差分を差分信号として算出する差分算出手段と、差分算出手段により算出された差分信号に基づいて、被検査材の欠陥を判定する欠陥判定手段とを有する。磁気センサユニットは、被検査材の幅方向に設定距離だけ離れて配置された1対の磁気センサからなり、被検査材の幅方向に隣接する磁気センサユニット同士は、被検査材の幅方向に隙間無くもしくは重複して配置されている。

概要

背景

薄鋼板のような被検査材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。漏洩磁束法において、被検査体磁化器近接した位置を通過したとき、磁化器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の中を通過する。ところが、被検査体中に欠陥が存在すると、その欠陥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。磁気センサが漏洩した磁束を検出することにより、被検査材の表面もしくは内部に存在する欠陥を検出することができる。

上述した漏洩磁束法により欠陥検出を行う際、被検査材を一方向に走行させながら磁気センサによって欠陥を検出することが行われる(たとえば特許文献1、2参照)。特許文献1には、金属帯幅方向に隣接する2つ以上の磁気センサを直列に接続し、各磁気センサ出力信号直列加算し、直列加算した信号を閾値処理することにより欠陥を検出する磁気探傷装置が開示されている。特許文献2には、複数の磁気センサを被検査材の走行方向に千鳥状に並べるとともに被検査材を走行方向に沿って磁化させ、複数の磁気センサによって薄鋼板を検査する磁気探傷装置が開示されている。

概要

ノイズ成分の影響を低減し、検出精度の向上をる。欠陥検出装置は、一方向に走行する被検査材を走行方向に磁化する磁化器と、被検査材の幅方向に配列され、被検査材の欠陥から漏洩する磁束を検知して検知信号を出力する複数の磁気センサユニットを有する磁気センサ群と、幅方向に隣接する磁気センサユニット同士の検知信号の差分を差分信号として算出する差分算出手段と、差分算出手段により算出された差分信号に基づいて、被検査材の欠陥を判定する欠陥判定手段とを有する。磁気センサユニットは、被検査材の幅方向に設定距離だけ離れて配置された1対の磁気センサからなり、被検査材の幅方向に隣接する磁気センサユニット同士は、被検査材の幅方向に隙間無くもしくは重複して配置されている。

目的

一方で、配列された磁気センサ間の隙間領域について、高い精度で欠陥検出を行うことが望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

一方向に走行する被検査材を走行方向に磁化する磁化器と、前記被検査材の幅方向に配列され、前記被検査材の欠陥から漏洩する磁束を検知して検知信号を出力する複数の磁気センサユニットを有する磁気センサ群と、幅方向に隣接する前記磁気センサユニット同士の前記検知信号の差分を差分信号として算出する差分算出手段と、前記差分算出手段により算出された差分信号に基づいて、前記被検査材の欠陥を判定する欠陥判定手段とを有し、前記磁気センサユニットは、前記被検査材の幅方向に設定距離だけ離れて配置された1対の磁気センサからなり、前記被検査材の幅方向に隣接する前記磁気センサユニット同士は、前記被検査材の幅方向に隙間無くもしくは重複して配置されている欠陥検出装置

請求項2

1対の前記磁気センサ間の前記設定距離は、略0.5mm〜1.0mmである請求項1に記載の欠陥検出装置。

請求項3

1対の前記磁気センサは、前記被検査材の走行方向に所定量だけずれた位置に配置されている請求項1または2に記載の欠陥検出装置。

請求項4

前記磁気センサは、ホール素子からなる請求項1〜3のいずれか1項に記載の欠陥検出装置。

技術分野

0001

本発明は、磁気センサを用いて漏洩磁束を検出し、薄鋼板等の被検査材欠陥検査する欠陥検出装置に関するものである。

背景技術

0002

薄鋼板のような被検査材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。漏洩磁束法において、被検査体磁化器近接した位置を通過したとき、磁化器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の中を通過する。ところが、被検査体中に欠陥が存在すると、その欠陥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。磁気センサが漏洩した磁束を検出することにより、被検査材の表面もしくは内部に存在する欠陥を検出することができる。

0003

上述した漏洩磁束法により欠陥検出を行う際、被検査材を一方向に走行させながら磁気センサによって欠陥を検出することが行われる(たとえば特許文献1、2参照)。特許文献1には、金属帯幅方向に隣接する2つ以上の磁気センサを直列に接続し、各磁気センサ出力信号直列加算し、直列加算した信号を閾値処理することにより欠陥を検出する磁気探傷装置が開示されている。特許文献2には、複数の磁気センサを被検査材の走行方向に千鳥状に並べるとともに被検査材を走行方向に沿って磁化させ、複数の磁気センサによって薄鋼板を検査する磁気探傷装置が開示されている。

先行技術

0004

特開平5−232087号公報(段落0041、図8
特開2013−148449号公報

発明が解決しようとする課題

0005

特許文献1の場合、幅方向に幅広検出感度分布特性を得ることができるが、雑音レベルが高く、誤検出が多くなってしまうという問題がある。特許文献2の場合、複数の磁気センサは、走行方向の前後に沿って千鳥状に配置されているため、個々の磁気センサが磁極中心から走行方向の前後にずれて配置された状態になっている。したがって、各磁気センサは異なる検査条件で欠陥を検出していることになり、検出精度が低下してしまう。特に、被検査材となる鋼板振動を抑えるためにロール巻き付けた状態で行う場合がある。このとき、被検査材の検査面は平面ではなく曲面になるため、磁気センサと被検査材との距離(リフトオフ)は走行方向において微小に異なる。千鳥状に配置した場合にはこの距離のばらつきが検出精度の悪化につながるという問題がある。一方で、配列された磁気センサ間の隙間領域について、高い精度で欠陥検出を行うことが望まれている。

0006

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、検査精度の向上を図ることができる欠陥検出装置を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0007

本発明に係る欠陥検出装置は、一方向に走行する被検査材を走行方向に磁化する磁化器と、被検査材の幅方向に配列され、被検査材の欠陥から漏洩する磁束を検知して検知信号を出力する複数の磁気センサユニットを有する磁気センサ群と、幅方向に隣接する磁気センサユニットからの検知信号の差分を差分信号として算出する差分算出手段と、差分算出手段により算出された差分信号に基づいて、被検査材の欠陥を判定する欠陥判定手段とを有し、磁気センサユニットは、被検査材の幅方向に設定距離だけ離れて配置された1対の磁気センサからなり、被検査材の幅方向に隣接する磁気センサユニット同士は、被検査材の幅方向に隙間無くもしくは重複して配置されている。

発明の効果

0008

本発明の欠陥検出装置によれば、磁気センサユニットが被検査材の幅方向に設定距離だけ離れて配置された1対の磁気センサからなり、被検査材の幅方向に隣接する磁気センサユニット同士が被検査材の幅方向に隙間無くもしくは重複して配置されていることにより、被検査材の幅方向の欠陥検出特性を向上させることができる。このため、磁気センサを走行方向及び磁化方向に沿ってずらして配置する必要がなくなり、各磁気センサユニットが走行方向のほぼ同一の磁極中心での検知が行われることになり、検出精度の向上を図ることができる。

図面の簡単な説明

0009

本発明の欠陥検出装置の好ましい実施の形態を示す模式図である。
図1の磁気センサ群の配置例及び検出特性の一例を示す模式図である。
図3は、図2の磁気センサ単体の検出特性の一例を示すグラフである。
磁気センサユニットの検出特性の一例を示すグラフである。
磁気センサユニットの検出特性の一例を示すグラフである。
図1の磁気センサ群の配置例及び検出特性の別の一例を示す模式図である。
図1の欠陥検出装置の幅方向の検出特性を示すグラフである。
図1の欠陥検出装置の幅方向の検出特性を示すグラフである。
従来の1つのホール素子を千鳥状に配列した欠陥検出装置による幅方向の特性を示すグラフである。
図1の欠陥検出装置1と、従来の1つのホール素子を千鳥状に配列した欠陥検出装置とによる温度特性を示すグラフである。

実施例

0010

以下、図面を参照しながら本発明の欠陥検出装置の実施形態について説明する。図1は本発明の欠陥検出装置の好ましい実施形態を示す模式図であり、図1を参照して欠陥検出装置1について説明する。欠陥検出装置1は、たとえば長尺の薄鋼板等の被検査材Sの表面の傷もしくは内部に存在する不純物等の欠陥を検出するものであって、支持体2、磁化器3、磁気センサ群10、差分算出手段20、欠陥判定手段30を備えている。

0011

支持体2は、被検査材Sの欠陥を検査する際に被検査材Sを支持するものであり、非磁性体からなっている。支持体2は、ロール状に形成されており、被検査材Sは支持体2表面に支持されながら走行方向αに向かって走査していく。このように支持体2側に押しつけながら走行させることにより、走行中の被検査材Sの振動を最小限に抑えることができる。

0012

磁化器3は、被検査材Sの走行方向αに対して局部的な磁化を行うものであって、支持体2内部に被検査材Sに近接して設置されている。磁化器3は、1対の磁化ポール3A、3Bを有している。磁化ポール3Aは走行方向αの上流側に配置されておりN極に磁性化されている。一方、磁化ポール3Bは磁化ポール3Aに対し走行方向αの下流側に配置されておりS極に磁性化されている。1対の磁化ポール3A、3Bはギャップを形成しており、ギャップ内を通過する被検査材Sを局所的に磁性化する。

0013

なお、磁化ポール3A側がN極、磁化ポール3B側がS極である場合について例示するが、磁化ポール3A側がS極、磁化ポール3B側がN極であってもよい。それに限らず、1対の磁化ポール3Aおよび3Bが同じ極性を有しており、双方ともにN極もしくはS極であってもよい。この場合、磁化ポール3A、3Bの極性に従い、被検査材SはN極またはS極のいずれか一方に着磁されることになる。被検査材Sに欠陥がある場合(略均一でない場合)、被検査材Sの欠陥部位から励磁した反対の極性の磁気が発生する。各磁気センサ11a、11bは発生した磁気を検出することにより、応力ひずみ信号や組成班等の欠陥を検出することができる。

0014

図2は、図1の磁気センサ群の配置例及び検出特性の一例を示す模式図であり、図1及び図2を参照して磁気センサ群10について説明する。図2の磁気センサ群10は、被検査材Sの幅方向βに配列され、被検査材Sの欠陥から漏洩する磁束を検知して検知信号を出力する複数の磁気センサユニット11を有する。複数の磁気センサユニット11は、磁化器3の磁化ポール3A、3Bの間であって、被検査材Sの走行方向αに直交する方向(被検査材Sの幅方向β)に沿って配列されている。なお、図2においては、3つの磁気センサユニット11が設けられている場合について例示しているが、2以上の複数であれば個数は問わない。

0015

磁気センサユニット11は、被検査材Sの幅方向βに設定距離Dだけ離れて配置された1対の磁気センサ11a、11bからなっている。磁気センサ11a、11bは、例えば被検査材Sの漏洩磁束を検出するホール素子から構成されている。図3は、図2の磁気センサ単体の検出特性の一例を示すグラフである。図3において、横軸は磁気センサの中心からの幅方向βの距離を示し、縦軸は磁気センサの出力を示す。図3に示すように、各磁気センサ11a、11bは、それぞれ中心位置(距離=0mm)において出力が最大になり、中心位置からの距離が大きくなるにつれてセンサ出力が小さくなる特性を有する。

0016

図4及び図5は、磁気センサユニットの検出特性の一例を示すグラフである。図4及び図5において、横軸は磁気センサユニット11全体の中心からの幅方向βの距離を示し、縦軸は磁気センサユニット11の出力を示す。なお、図4はリフトオフLL=1.0mmの場合を示し、図5はリフトオフLL=3.0mmの場合を示す。図4及び図5に示すように、磁気センサユニット11は、それぞれ中心位置(距離=0mm)から所定の距離範囲まで、センサ出力のピーク値がほぼ平坦フラット)になるような特性を得ることができる。言い換えれば、磁気センサユニット11は、図3の磁気センサ単体の場合に比べて、幅方向βの広範囲において高い欠陥検出特性を有していることになる。さらに、図5に示すように、リフトオフLL=3.0mmが大きくなった場合であっても、図4のリフトオフLL=1.0mmの場合とほぼ同等の検出特性を有している。

0017

磁気センサユニット11における1対の磁気センサ11a、11bの幅方向βの設定距離Dは、平坦な検出特性を得るような隙間が空いていればよいが、好ましくはD=0.5mm〜1.5mmに設定され、より好ましくはD=1.0mmに設定されている。これは、設定距離Dが0.5mm未満の場合、図4及び図5の磁気センサユニット11の検出特性において、中心位置付近のセンサ出力が大きくなってしまい、平坦な検出特性を得ることができないからである。一方、設定距離Dが1.0mmより大きい場合、中心位置付近のセンサ出力に凹みが生じてしまい、平坦な検出特性を得ることができないからである。

0018

図2において、被検査材Sの幅方向βに隣接する磁気センサユニット11同士は、それぞれ被検査材Sの幅方向βに所定距離Aだけ重複するように配置されている。そして、図2に示すように、磁気センサ群10は、隣接する磁気センサユニット11の感度領域の端部が互いに重複するように配列されている。したがって、各磁気センサユニット11間において検出性能落ち込むことを防止することができる。

0019

なお、図2において、隣接する磁気センサユニット11同士が、それぞれ被検査材Sの幅方向βに所定距離Aだけ重複するように配置されている場合について例示しているが、幅方向βに隙間無く配置されていてもよい。図6は、図1の磁気センサ群の配置例及び検出特性の別の一例を示す模式図である。図6において、隣接する磁気センサユニット11同士は、幅方向βに隙間無く(A=0)配置されている。この場合であっても、隣接する磁気センサユニット11の感度領域の端部が互いに重複する。よって、各磁気センサユニット11間において検出性能が落ち込むことを防止することができる。

0020

図1の差分算出手段20は、たとえば差動アンプからなるものであって、幅方向βに隣接する磁気センサユニット11同士の検知信号の差分を差分信号として算出するものである。被検査材Sの表面もしくは内部に欠陥が存在する場合、磁化器3により磁性化された被検査材S内の多くの磁束が外部に流出する。磁気センサユニット11は漏洩磁束の発生源である欠陥に近ければ近いほど多くの磁束を検出する。このため、幅方向βに配列された隣接する2つの磁気センサユニット11のうち、欠陥に近い磁気センサユニット11からの出力が大きくなる。また、欠陥の大きさが大きければ大きいほど検出信号信号値は大きくなり、差分信号は大きな振幅になる。

0021

この際、差分算出手段20は、1つの磁気センサユニット11に含まれる1対の磁気センサ11a、11bのそれぞれから出力される検出信号を加算し、加算した検出信号同士の差分を差分信号として算出する。また、差分算出手段20は、隣接する磁気センサユニット11のペアを1つずつずらしながら差分信号を算出する。したがって、各磁気センサユニット11が配列されている幅方向βにおいて、隙間の漏洩磁束は必ず検出されることになり、被検査材Sの全面検査を行うことができる。また、幅方向βに隣接する磁気センサユニット11同士の差分を算出することにより、振動等に起因するノイズ成分を除去することができる。

0022

欠陥判定手段30は、差分信号を用いて被検査材Sに欠陥が存在するか否かを判定するものである。たとえば欠陥判定手段30は、差分信号を整流し、整流した直流成分の大きさが予め設定された閾値を超えたときに欠陥があると自動的に判断する。なお、欠陥判定手段30は、差分信号を用いて判定できるものであれば上記手法を問わず種々の公知の手法を用いることができる。

0023

次に、図1から図6を参照して欠陥検出装置1の動作例について説明する。走行方向αに走行している被検査材Sに対し磁化器3により磁化が加えられ、被検査材Sの磁化を局所的に飽和させる。そして、2つの隣接した磁気センサユニット11からそれぞれ検出信号が出力される。その後、差分算出手段20において、1対の磁気センサ11a、11bから出力された検出信号が加算されるとともに、磁気センサユニット11の組み合わせを1つずつずらした差分信号がそれぞれ算出される。欠陥が生じている部位からは信号値の大きい差分信号が出力される。そこで、欠陥判定手段30によりこの差分信号に基づいて被検査材Sに欠陥等が生じているか否かが判定される。

0024

図7及び図8図1の欠陥検出装置による幅方向の検出特性を示すグラフであり、図9は従来の1つのホール素子を千鳥状に配列した欠陥検出装置による幅方向の特性を示すグラフである。なお、図7図9は、口径φ1=0.05mm、φ2=0.1mm、φ3=0.2mmのドリルホールが走行方向αに沿って形成された薄鋼板を被検査材Sとして検査したときのグラフである。さらに、図7及び図8はドリルホールを磁気センサユニット11の中心位置(=0.0mm)から±3.5mmの範囲で0.5mm刻みでずらした場合について例示し、図9はホール素子の中心位置(=0.0mm)から±2.0mmの範囲で0.5mm刻みでずらした場合について例示している。また、図7及び図9はリフトオフLL=1.00mmに設定した場合について例示し、図8はリフトオフLL=3.00mmに設定した場合について例示する。

0025

図7及び図8の欠陥検出装置1による検査結果は、欠陥が中心位置から幅方向βにずれた場合であっても、図9の従来の欠陥検出装置1の検査結果に比べて検出精度が高く、幅方向βの感度特性が向上していることがわかる。

0026

図10は、図1の欠陥検出装置1と、従来の1つのホール素子を千鳥状に配列した欠陥検出装置とによる温度特性を示すグラフである。なお、図9は、口径φ1=0.05mm、φ2=0.1mm、φ3=0.2mmのドリルホールの他に、折り目Bを走行方向αに沿って形成された薄鋼板を被検査材Sとして検査したときのグラフである。また、図9では、リフトオフLL=1.0mmに設定され、磁気センサユニット11のセンサ温度もしくはセンサ周囲温度が常温(25℃)、高温(100℃)、低温(0℃)である場合について例示する。図10の従来の欠陥検出装置による比較例に示すように、温度変化に起因する検出結果にばらつきが生じている。

0027

ホール素子の検出特性は、周辺温度や被検査材Sからの輻射熱など、もしくはホール素子そのものの温度に強く影響される。特に、ホール素子は半導体温度ドリフトがあり、周囲温度・センサ温度によって感度が変化する。よって、図10の比較例のように、ホール素子単体(1ch)による検査が行われた場合、センサ温度もしくはセンサ周囲温度の温度変化に起因して検出結果にもばらつきが生じる。

0028

一方、図10に実施例に示すように、欠陥検出装置1の磁気センサ11a、11bとしてホール素子を用いた場合に、センサ温度もしくはセンサ周囲温度に温度変化が生じても、温度変化に起因する検出結果のばらつきが小さいことがわかる。特に、−20度〜+50度の温度範囲内ではほぼ一定の感度を示すことがわかった。また、図1の欠陥検出装置1の場合、端末反射による偽信号Rが発生していない。このように、図1の欠陥検出装置1は、温度変化による感度特性の変化を最小限に抑え、高い精度の欠陥検出を行うことができる。

0029

上記実施形態によれば、磁気センサユニット11が被検査材Sの幅方向βに設定距離Dだけ離れて配置された1対の磁気センサ11a、11bからなり、被検査材Sの幅方向βに隣接する磁気センサユニット11同士が被検査材Sの幅方向βに隙間無くもしくは重複して配置されていることにより、被検査材Sの幅方向βの欠陥検出特性を向上させることができる。このため、磁気センサを走行方向α(磁化方向)に沿ってずらして配置する必要がなくなり、各磁気センサユニット11が走行方向αのほぼ同一の位置で検知が行われることになり、検出精度の向上を図ることができる。

0030

すなわち、従来において、千鳥状(入れ子状)に配列されており、重なり合う領域を有する複数のセンサ出力のうち最も大きい信号を使用するようにしている。しかしながら、各磁気センサの磁極中心は走行方向αの前後で差が生じる。特に、被検査材Sとなる鋼板は振動を抑えるためにロールに巻き付けた状態で行うため(図1参照)、被検査材Sの検査面は平面ではなく曲面になる。このため、磁気センサ11a、11bと被検査材Sとの距離(リフトオフLL)が検出位置毎に微小に異なってしまう。つまり、千鳥状の各磁気センサが同一の検出条件で検出されたものではないため、これらの信号を選択的に使用しても検出精度の向上につながらない。

0031

一方、図2の欠陥検出装置1において、隣接する磁気センサユニット11は、それぞれ走行方向αの磁極中心CLはほぼ同一の位置になり、隣接する磁気センサユニット11同士の差分が算出される。このため、従来のように走行方向αの前後に磁気センサユニット11を配置することに起因する検出精度の劣化を防止することができる。また、差分信号に基づき欠陥を検出することにより、振動等によるノイズ成分を除去することができる。さらに、各磁気センサユニット11が幅方向βに配列された1対の磁気センサ11a、11bからなるため、従来のように走行方向αに沿って千鳥状に配置する必要がなく、幅方向βに平坦な検出特性が得られ、装置全体の検出特性を向上させることができる。また、幅方向βに広範囲な検出特性を得ることができるため、磁気センサ群10に含まれる磁気センサ11a、11bの数を減らすことができる。

0032

1欠陥検出装置、2支持体、3磁化器、3A磁化ポール、3B 磁化ポール、10磁気センサ群、11磁気センサユニット、11a、11b磁気センサ、20差分算出手段、30欠陥判定手段、A所定距離、CL磁極中心、D設定距離、LLリフトオフ、S被検査材、α走行方向、β幅方向、φ1、φ2、φ3 口径。

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