(57)【要約】【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】矢印α方向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の磁化が局所的に飽和する。そして、和動結合されたそれぞれ２つの第１磁気センサ１０ｋおよび第２磁気センサ２０ｋが同期したタイミングでそれぞれ検出信号Ｓ１ｋ、Ｓ２ｋを出力する。すると、差分算出手段３０により第１検出信号Ｓ１ｋと第２検出信号Ｓ２ｋとの差分が算出され差分信号Ｅｋとして出力される。この差分信号Ｅｋに基づいて微小な欠陥が生じているか否かが判定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に走行する被検査材に近接して設置された、前記被検査材の走行方向に対して局部的な磁化を行う１対の磁化ポールを有する磁化器と、
前記１対の磁化ポールの内側に配置された、前記被検査材の走行方向に直交する幅方向に直線上に配列され互いに和動結合されている複数の第１磁気センサと、
前記磁化ポールの内側であって前記第１磁気センサよりも前記走行方向の下流側に配置された、前記被検査材の前記幅方向の配置位置が前記第１磁気センサと略同一になるように直線上に配列され互いに和動結合されている複数の第２磁気センサと、
隣接する２つの前記第１磁気センサから検出される第１検出信号と、前記被検査材の前記幅方向において前記２つの第１磁気センサと同一の配置位置の隣接する２つの前記第２磁気センサから検出された第２検出信号との差分を差分信号として算出する差分算出手段と、
前記差分信号を用いて前記被検査材に欠陥が存在するか否かを判定する欠陥判定手段と
を備えたことを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項２】
前記差分算出手段が、和動結合された隣接する２つの前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサの組み合わせが前記幅方向に１つずつずれた前記第１検出信号および前記第２検出信号からそれぞれ前記差分信号を算出するものであることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
【請求項３】
前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサが、導線が巻回される巻芯および前記巻芯の一端側にフランジ部を有するコアからなるコイルであり、
隣接する前記第１磁気センサおよび隣接する前記第２磁気センサの前記フランジ部が、それぞれ隙間なく接触していることを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検出装置。
【請求項４】
前記コアの多端側の先端が０．１ｍｍ以下に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の欠陥検出装置。
【請求項５】
前記磁化器が、前記１対の磁化ポールに同一の極性を形成するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の欠陥検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気センサを用いて漏洩磁束を検出することにより薄鋼板等の被検査材の欠陥を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、被検査体が磁化器に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。この漏洩した磁束を磁気センサが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が検出されるものである。
【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ている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１には、複数の磁気センサが被検査材の走行方向に直交する方向に並べ、複数の磁気センサによって薄鋼板の全面を同時に検査する方法が開示されている。特に、磁気センサを並列に並べても磁気センサ間の減衰が−３ｄＢ以上ある等の磁気センサ間の隙間領域において検出精度の低下を防止するために、磁気センサを千鳥状（入れ子状）に配置することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５８４４５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のように、千鳥状に磁気センサを配置した場合、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という問題がある。特に、被検査材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】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の磁気センサ間の隙間の欠陥を確実に検出しながら、全体としての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に近接して設置された、被検査材の走行方向に対して局部的な磁化を行う１対の磁化ポールを有する磁化器と、１対の磁化ポールの内側に配置された、被検査材の走行方向に直交する幅方向に直線上に配列され互いに和動結合されている複数の第１磁気センサと、磁化ポールの内側であって第１磁気センサよりも走行方向の下流側に配置された、被検査材の幅方向の配置位置が第１磁気センサと略同一になるように直線上に配列され互いに和動結合されている複数の第２磁気センサと、隣接する２つの第１磁気センサから検出される第１検出信号と、被検査材の前記幅方向において２つの第１磁気センサと同一の配置位置の隣接する２つの第２磁気センサから検出された第２検出信号との差分を差分信号として算出する差分算出手段と、差分信号を用いて被検査材に欠陥が存在するか否かを判定する欠陥判定手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の欠陥検出装置によれば、和動結合された隣接する２つの第１磁気センサからの第１検出信号と、和動結合された隣接する２つの第２磁気センサからの第２検出信号との差分を算出するため、各磁気センサ間の隙間に存在する欠陥を確実に検出するとともに、第１検出信号と第２検出信号との差分を算出することにより、差分信号に被検査材の振動や表面の凹凸等に起因するノイズ成分が含まれるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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２】図１の複数の第１磁気センサおよび複数の第２磁気センサの配置状態の一例を示す模式図である。
【図３】図１の第１磁気センサおよび第２磁気センサの構造の一例を示す模式図である。
【図４】図１の差分算出手段の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の欠陥検出装置の実施例を示す模式図である。
【図６】図５の人工欠陥がある被検査材を検査した際の検出結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施形態．
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概略模式図であり、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、Ｎ個の第１磁気センサ１０ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｎ個）、Ｎ個の第２磁気センサ２０ｋ、差分算出手段３０、欠陥判定手段４０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って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たものであって、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内部であって被検査材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１０ｋ、２０ｋ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、複数の第１磁気センサ１０ｋおよび複数の第２磁気センサ２０ｋの配置状態の一例を示す模式図、図３は第１磁気センサ１０ｋおよび複数の第２磁気センサ２０ｋの構造の一例を示す模式図であり、図１から図３を参照して第１磁気センサ１０ｋおよび第２磁気センサ２０ｋについて説明する。図２の第１磁気センサ１０ｋ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）に直線上にＮ個（ｋ＝１，２，・・・，Ｎ個）配列されている。
【００１５】
図３に示すように、各第１磁気センサ１０ｋは、被検査材Ｓの漏洩磁気を検出するコイルからなるものであって、Ｎ個の第１磁気センサ１０ｋは略同一の構成を有している。具体的には、各第１磁気センサ１０ｋは巻芯１１および巻芯１１の一端側に形成されたフランジ部１２を備えた強磁性体コアに導線Ｍが巻かれたものである。なお、コアの厚みＷは０．５ｍｍ以下に形成されており、コア先端の径ｃｗ１は減衰率を低くするために０．１ｍｍ以下に形成されている。また、隣接する第１磁気センサ１０ｋ同士の間隔Ｄは、たとえば０．５ｍｍ以下になるように配列されることが好ましく（Ｄ≦０．５ｍｍ）、図３ではフランジ部１２は互いに密着して配列されている。なお、Ｔ型のコイルの場合について例示しているが、巻芯１１の両端にフランジ部１２が形成されたようないわゆるＩ型のコイルであってもよい。
【００１６】
さらに、隣接する第１磁気センサ１０ｋは導線Ｍによって和動結合（和動接続）されている。つまり、第１磁気センサ１０Ｎの巻芯１１に導線Ｍが巻き終わった後、続けて隣接する第１磁気センサ１０Ｎ−１の巻芯１１へ導線Ｍの巻線が行われ、順に第１磁気センサ１０１まで導線Ｍの巻線が行われる。なお、第１磁気センサ１０１から第１磁気センサ１０Ｎまでを順に巻線を行うようにしてもよい。すると、Ｎ個の第１磁気センサ１０ｋが互いに和動結合された状態になる。したがって、和動結合された隣接する２つの第１磁気センサ１０ｋ、１０ｋ＋１が漏洩磁束を検出できる領域は、ｋ番目の第１磁気センサ１０ｋの検出領域とｋ＋１番目の第１磁気センサ１０ｋ＋１の検出領域とが合わさった領域となる。言い換えれば、ｋ番目とｋ＋１番目の第１磁気センサ１０ｋ、１０ｋ＋１間の隙間領域の漏洩磁束はかならず第１検出信号Ｓ１ｋに含まれていることになる。
【００１７】
図２のＮ個の第２磁気センサ２０ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｎ個）は、１対の磁化ポール３Ａ、３Ｂの内側であって第１磁気センサ１０ｋよりも走行方向の下流側に配置されている。なお、第１磁気センサ１０ｋと第２磁気センサ２０ｋとの距離Ｐは１．５ｍｍ以下であることが好ましい。各第２磁気センサ２０ｋは被検査材Ｓの幅方向βの配置位置が第１磁気センサ１０ｋと略同一になるように直線上に配列されている。第２磁気センサ２０ｋは、図３に示した第１磁気センサ１０ｋと同一の構造を有しており、Ｎ個の第２磁気センサ２０ｋは互いに和動結合されている。
【００１８】
図４は差分算出手段３０の一例を示す模式図であり、図１および図４を参照して差分算出手段３０について説明する。差分算出手段３０は、たとえば差動アンプからなるものであって、和動結合された隣接する２つの第１磁気センサ１０ｋ、１０ｋ＋１により検出される第１検出信号Ｓ１ｋと、第２磁気センサ２０ｋ、２０ｋ＋１により検出された第２検出信号Ｓ２ｋの差分を差分信号Ｅｋ（＝Ｓ１ｋ−Ｓ２ｋ）として算出するものである。言い換えれば、４つの各磁気センサ１０ｋ、１０ｋ＋１、２０ｋ、２０ｋ＋１を１組（１ブロック）として１つの差分信号Ｅｋが算出される構成を有している。
【００１９】
ここで、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。この漏洩磁束は、走行方向αの上流側の第１磁気センサ１０ｋと下流側の第２磁気センサ２０ｋの双方で検出される。このとき、各磁気センサ１０ｋ、２０ｋ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、走行方向αの上流側にある第１磁気センサ１０ｋからの第１検出信号Ｓ１ｋは第２磁気センサ２０ｋからの第２検出信号Ｓ２ｋよりも大きくなる。また、欠陥の大きさが大きければ大きいほど各検出信号Ｓ１ｋ、Ｓ２ｋの信号値は大きくなる。結果として、欠陥がある場合には第１検出信号Ｓ１ｋと第２検出信号Ｓ２ｋの差分は大きな振幅の差分信号Ｅｋとなる。
【００２０】
さらに、差分算出手段３０は、Ｎ個の第１磁気センサ１０ｋおよび第２磁気センサ２０ｋについて、和動結合されている第１磁気センサ１０ｋのペアおよび第２磁気センサ２０ｋのペアを１つずつずらしながらＮ−１個の差分信号Ｅｋを算出する。したがって、各第１磁気センサ１０ｋが配列されている幅方向βにおいて、第１磁気センサ１０ｋおよび第２磁気センサ２０ｋの隙間の漏洩磁束は必ず検出されることになる。これにより、各磁気センサ１０ｋ、２０ｋ間の幅方向βの隙間領域について漏洩磁束が検出できないことによる信号減衰を防止することができ、全面検査が可能となる。
【００２１】
特に、図３に示すように、隣接する第１磁気センサ１０ｋ同士のフランジ部１２が接触していることにより、隣接する第１磁気センサ１０ｋ、１０ｋ＋１の間に発生する漏洩磁界であっても漏洩磁束を捕捉しやすい構造を有している。したがって、各磁気センサ１０ｋ、２０ｋ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。
【００２２】
さらに、被検査材Ｓが振動した場合や被検査材の表面凹凸変動等に伴うノイズ成分が発生する場合、第１磁気センサ１０ｋおよび第２磁気センサ２０ｋにはノイズ成分に起因する同極性の信号成分が同時期に含まれることになる。このとき、第１検出信号Ｓ１ｋと第２検出信号Ｓ２ｋとの差分が算出されることにより、上記ノイズ成分はキャンセルすることができる。
【００２３】
欠陥判定手段４０は、差分信号Ｅｋ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４０は、差分信号Ｅｋ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４０は、差分信号Ｅｋ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。
【００２４】
次に、図１から図４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つの隣接した第１磁気センサ１０ｋおよび第２磁気センサ２０ｋから同期したタイミングでそれぞれ各検出信号Ｓ１ｋ、Ｓ２ｋが出力される。すると、差分算出手段３０において、第１検出信号Ｓ１ｋと第２検出信号Ｓ２ｋとの差分が差分信号Ｅｋとして算出される。特に、和動結合する隣接した第１磁気センサおよび第２磁気センサの組み合わせを１つずつずらした各検出信号Ｓ１ｋ、Ｓ２ｋを取得し差分信号Ｅｋを算出しているため、幅方向βにおいて被検査材Ｓを隙間なく全面検査が１度に行われる。ここで、欠陥が生じている部位からは信号値の大きい差分信号Ｅｋが出力される。そこで、欠陥判定手段４０によりこの差分信号Ｅｋ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。
【００２５】
実施例．
以下、図５は本発明の欠陥検出装置の実施例を示す模式図であり、図５を参照して本発明の欠陥検出装置１の実施例について説明する。まず、予め人工的に穴および折り目からなる人工欠陥を設けた薄鋼板を被検査材Ｓとして用意した。穴は口径０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍのドリルホールを走行方向αに沿って形成した。この人工欠陥を薄鋼板の幅方向βの欠陥位置Ｌ１〜Ｌ５に同じように形成し、人工欠陥を２つの第１磁気センサ１０１、１０２および２つの第２磁気センサ２０１、２０２を用いて検出した。
【００２６】
なお、欠陥位置Ｌ１は第１磁気センサ１０１および第２磁気センサ２０１の端部、欠陥位置Ｌ２は第１磁気センサ１０１および第２磁気センサ２０１の中央、欠陥位置Ｌ３は第１磁気センサ１０１（２０１）と第１磁気センサ１０２（２０２）との隙間領域、欠陥位置Ｌ４は第１磁気センサ１０２および第２磁気センサ２０２の中央、欠陥位置Ｌ５は第１磁気センサ１０２および第２磁気センサ２０２の端部に位置している。また、被検査材Ｓと第１磁気センサ１０ｋおよび第２磁気センサ２０ｋとの間の距離（リフトオフ）＝０．５ｍｍ、磁化器３の磁化電流＝２．０Ａ、被検査材Ｓの走行速度＝１００ｍ／ｍｉｎ、感度＝６５、フィルタとしてカットオフ周波数＝１０００Ｈｚのハイパスフィルタを用いた。
【００２７】
図６は上記実施例により検出された人工欠陥の出力波形を示すグラフである。図６に示すように、各磁気センサ１０１、２０１の端部および中央部であっても、第１磁気センサ１０１（２０１）と第１磁気センサ１０２（２０２）との隙間領域であっても、微小欠陥が高いＳ／Ｎ比を実現できることがわかる。
【００２８】
上記実施形態によれば、和動結合された隣接する２つの第１磁気センサ１０ｋからの第１検出信号Ｓ１ｋと、和動結合された隣接する２つの第２磁気センサ２０ｋからの第２検出信号Ｓ２ｋとの差分を算出するため、各磁気センサ１０ｋ、２０ｋ間の隙間に存在する欠陥を確実に検出するとともに、第１検出信号Ｓ１ｋと第２検出信号Ｓ２ｋとの差分を算出することにより、差分信号Ｅｋに被検査材Ｓの振動や表面の凹凸等に起因するノイズ成分が含まれるのを防止することができる。
【００２９】
すなわち、従来のように、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、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、磁気センサと被検査材との距離（リフトオフ）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という問題がある。
【００３０】
一方、欠陥検出装置１は従来のように各磁気センサ１０ｋ、２０ｋの信号を選択して用いるのではなく、和動結合された２つの磁気センサ１０ｋと１０ｋ＋１および２０ｋと２０ｋ＋１から出力された検出信号Ｓ１ｋとＳ２ｋの差分を算出することにより行われているため、和動結合されている２つの磁気センサの隙間領域から発生する漏洩磁束も確実に検出信号として検出することができる。また、第１検出信号Ｓ１ｋと第２検出信号Ｓ２ｋとの差分を算出することにより、振動等によるノイズ成分を除去することができる。
【００３１】
本発明の実施形態は上記実施形態に限定されない。たとえば、図１において、磁化器３と第１磁気センサ１０ｋおよび第２磁気センサ２０ｋとは、被検査材Ｓを挟んだ反対側に配置された場合について例示しているが、被検査材Ｓの同一面側に磁化器３および各磁気センサ２０ｋが配置されていてもよい。
【００３２】
さらに、図３において、第１磁気センサ１０ｋおよび第２磁気センサ２０ｋがいわゆるＴ型のコアを有する場合について例示しているが、第１磁気センサ１０ｋ同士および第２磁気センサ２０ｋ同士がそれぞれ互いに和動結合されていれば、その構造を問わない。また、図３において各フランジ部１２が接触している場合について例示しているが、複数のコアを一体成形してフランジ部１２を接合させたものであってもよい。
【００３３】
また、差分算出手段３０は、差動アンプである場合について例示しているが、各検出信号Ｓ１ｋ、Ｓ２ｋをＡ／Ｄ変換した後に、デジタル信号処理にて差分信号Ｅｋを生成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  欠陥検出装置、２  支持体、３  磁化器、３Ａ、３Ｂ  磁化ポール、１０ｋ  第１磁気センサ、１１  巻芯、１２  フランジ部、２０ｋ  第２磁気センサ、３０  差分算出手段、４０  欠陥判定手段、Ｄ  間隔、Ｅｋ  差分信号、Ｌ１−Ｌ５  欠陥位置、Ｍ  導線、Ｓ  被検査材、Ｓ１ｋ  第１検出信号、Ｓ２ｋ  第２各検出信号、α  走行方向、β  幅方向（走行方向αに直交する方向）、Ｗ  コアの厚み。
【図１】
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【図２】
2014044151.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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