(57)【特許請求の範囲】
【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、磁気センサからの出力信号がハイパスフィルタを通して処理され、当該ハイパスフィルタは、Ｅ型磁気センサの磁極中心間の距離をＰ（mm）、リフトオフをＬ（mm）、被検査体の走行速度をＶ（mm／s ）とするとき、次の(1) 式を満たす周波数Ｆ（Hz）±２０％の範囲のカットオフ周波数を持つものであることを特徴とする微小欠陥検出装置。
Ｆ ＝Ｖ×(3188 −675 Ｌ) ×(850＋2000／Ｐ) ／(1.4×10７) …… (1)
【請求項２】
被検査体の走行速度Ｖ（mm／s ）又はこれに加えてリフトオフＬ（mm）を入力とし、ハイパスフィルタの最適なカットオフ周波数Ｆを自動的に設定するための、最適カットオフ周波数設定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。
【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９にその原理図を示す。図９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１６２２７６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】
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、磁気センサからの出力信号がハイパスフィルタを通して処理され、当該ハイパスフィルタは、Ｅ型磁気センサの磁極中心間の距離をＰ（mm）、リフトオフをＬ（mm）、被検査体の走行速度をＶ（mm／s ）とするとき、次の(1) 式を満たす周波数Ｆ（Hz）±２０％の範囲のカットオフ周波数を持つ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。
Ｆ ＝Ｖ×(3188 −675 Ｌ) ×(850＋2000／Ｐ) ／(1.4×10７) …… (1)
【００１０】
また、実際の装置においては、Ｅ型磁気センサの磁極中心間の距離は予め定められているので、被検査体の走行速度Ｖ（ｍｍ／ｓ  ）及びリフトオフＬ（ｍｍ）を入力とする最適カットオフ周波数設定器により、ハイパスフィルタの最適なカットオフ周波数Ｆを自動的に設定する構成とすることが好ましい。もし、リフトオフＬ（ｍｍ）が一定と仮定してよい場合には、走行体の走行速度Ｖ（ｍｍ／ｓ  ）のみを入力とするようにしてもよい。
【００１１】
また、Ｅ型磁気センサの磁極中心間の距離をＰ（ｍｍ）、リフトオフをＬ（ｍｍ）、被検査体の走行速度をＶ（ｍｍ／ｓ  ）とするとき、
Ｆ  ＝Ｖ×（３１８８  −６７５  Ｌ）  ×（８５０＋２０００／Ｐ）  ／（１．４×１０７）    ……  （１）
を満たす周波数Ｆ（Ｈｚ）±２０％の範囲のカットオフ周波数を持つハイパスフィルタを用いれば、最大に近いＳ／Ｎで欠陥の検出を行うことが出来る。
【００１２】
これらについて、更に詳しく説明する。
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
Ｅ型磁気センサを使用した場合の、検出信号中における欠陥信号と地合ノイズの周波数成分の強度を図３に示す。地合ノイズの周波数は低周波成分が多く、欠陥信号の周波数成分はある周波数にピークを持っている。よって、ハイパスフィルタにより低周波成分を除去することにより、Ｓ／Ｎ比を改善することができる。
【００１７】
ハイパスフィルタのカットオフ周波数を変化させた場合の、Ｓ／Ｎ比の変化の例を図４に示す。これによれば、Ｓ／Ｎ比を最大にするカットオフ周波数があり、カットオフ周波数がこの周波数から±２０％離れるとＳ／Ｎ比が２０％低下する。よって、最大Ｓ／Ｎの２０％までのＳ／Ｎ比の低減を許容するとすれば、最適なカットオフ周波数の±２０％までの範囲のカットオフ周波数が使用できる。
【００１８】
Ｅ型磁気センサの磁極寸法を一定としリフトオフＬ（ｍｍ）を変化させたときの、Ｓ／Ｎを最大とするハイパスフィルタの最適なカットオフ周波数Ｆ（Ｈｚ）を図５に示す。
【００１９】
鋼板速度Ｖ＝５０００（ｍｍ／ｓ）、Ｅ型磁気センサの磁極中心間隔Ｐ＝１（ｍｍ）のとき、Ｆ＝３１８８−６７５  Ｌであった。
【００２０】
リフトオフＬを一定とし、Ｅ型センサの磁極中心の距離Ｐ（ｍｍ）を変化させたときの、Ｓ／Ｎを最大とするハイパスフィルタの最適なカットオフ周波数Ｆ（Ｈｚ）を図６に示す。
【００２１】
リフトオフＬ＝０．５  （ｍｍ）、鋼帯の走行速度Ｖ＝５０００（ｍｍ／ｓ  ）のとき、
Ｆ＝（８５０  ＋２０００／Ｐ）であった。
【００２２】
Ｓ／Ｎを最大とするハイパスフィルタの最適なカットオフ周波数Ｆ（Ｈｚ）は、鋼板の走行速度Ｖに対しては、比例すると考えられる。
【００２３】
これらの結果から、最適なカットオフ周波数Ｆは
Ｆ＝Ｖ×（３１８８  −６７５  Ｌ）  ×（８５０＋２０００／Ｐ）  ／（１．４×１０７）    ……  （１）
となる。また、Ｆの最適値に対する許容値は、前述のように±２０％と考えられる。
【００２４】
【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７は、本発明の一実施形態の例の構成を示す図である。図７において、図１の同じ部位には同じ符号を付し、説明を省略する。６は磁気シールド板、７は磁化器、８は非磁性ロール、９は増幅器、１０はハイパスフィルタ、１１は整流器、１２は判定回路、１３は自動カットオフ周波数設定器である。非磁性ロール８内に電磁石を有する磁化器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。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。Ｅ型磁気センサ１からの出力を、増幅器９により電気的に増幅し、フィルタ１０を介してノイズを抑制してＳ／Ｎを改善し、これを整流器１１により整流した後、判定回路１２で欠陥を判定してその結果を出力する。自動カットオフ周波数設定器１３は、Ｅ型磁気センサの磁極中心間の距離Ｐ、リフトオフＬ、被検査体の走行速度Ｖを読み込んで前記（１）  式の計算を行い、カットオフ周波数を計算してハイパスフィルタ１０に設定する。式の計算は、自動カットオフ周波数設定器１３にマイクロコンピュータを使用すれば容易に実現することができる。Ｅ型磁気センサの磁極中心間の距離Ｐ又はこれに加えてリフトオフＬが固定値と見做される場合は、固定値を自動カットオフ周波数設定器１３に組み込んでおき、外部からの入力としないこともできる。
【００２５】
なお、浮遊磁場の影響を少なくするために、強磁性体からなる磁気シールド板６によりＥ型センサ１を囲って磁気シールドを行うことが好ましい。
【００２６】
【実施例】
図７に示す構成の装置において、被検査体３とＥ型磁気センサ１との間のリフトオフＬ＝０．５  ｍｍ、Ｅ型磁気センサ１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１の外側には、厚さＳ＝２ｍｍのパーマロイ製の磁気シールド板６をＥ型磁気センサ１との間隙Ｇｓ＝０．５  ｍｍで設けた。
【００２７】
非磁性ロール８の材質はステンレス鋼とし、その中の磁化器７の磁化力は３０００ＡＴとした。薄鋼帯の走行速度Ｖ＝５０００（ｍｍ／ｓ  ）である。
【００２８】
また、ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、（１）  式に従って、Ｆ＝３０００（Ｈｚ）とした。
【００２９】
さらに、操業条件が変化しても、ハイパスフィルタのカットオフ周波数が自動的に最適値となるように、Ｌ、Ｖ、Ｐを入力として、（１）  式に従った演算を実施し、ハイパスフィルタのカットオフ周波数Ｆを設定するための、自動カットオフ周波数設定器１３を設けた。
【００３０】
図８に、この実施例の装置により検出された自然欠陥の波形を示す。後で、この欠陥部を切り出し、これを研磨しながら顕微鏡で大きさを確認したところ、５＊１０−４（ｍｍ３）  程度の大きさの内部介在物であった。
【００３１】
【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。
【００３２】
また、検出信号の周波数成分が高くなるので、低周波成分の多い地合ノイズとの分離がハイパスフィルタで容易に行えるようになり、Ｓ／Ｎの向上が実現できる。
【００３３】
更に、Ｅ型磁気センサの磁極中心間の距離、リフトオフ、鋼帯の走行速度から決定されるカットオフ周波数を持つハイパスフィルタにより地合ノイズ成分の低減を行っているので、最適なＳ／Ｎ比で欠陥を検出できる。
【００３４】
加えて、磁極中心間の距離、リフトオフ、鋼帯の走行速度に応じて、自動的にカットオフ周波数を変更することにより、常に最適なＳ／Ｎ比で欠陥を検出できる。
【００３５】
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】Ｅ型磁気センサを使用した場合の、検出信号中における欠陥信号と地合ノイズの周波数成分の強度を示す図である。
【図４】ハイパスフィルタのカットオフ周波数を変化させた場合の、Ｓ／Ｎ比の変化の例を示す図である。
【図５】リフトオフを変化させたときの、最適なカットオフ周波数の変化を示す図である。
【図６】Ｅ型センサの磁極中心の距離を変化させたときの、最適なカットオフ周波数の変化を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態の例の構成を示す図である。
【図８】本発明の実施例の装置により、検出された自然欠陥の波形を示す図である。
【図９】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    増幅器
１０  フィルタ
１１  整流器
１２  判定回路
１３  自動カットオフ周波数設定器
【図１】
0003584453.tif 000002
【図２】
0003584453.tif 000003
【図３】
0003584453.tif 000004
【図４】
0003584453.tif 000005
【図５】
0003584453.tif 000006
【図６】
0003584453.tif 000007
【図７】
0003584453.tif 000008
【図８】
0003584453.tif 000009
【図９】
0003584453.tif 000010