(57)【要約】【課題】測定条件の変化によらず安定して、表面欠陥と内部欠陥を区別して検出することが可能な漏洩磁束探傷方法を提供する。【解決手段】磁気センサ４ａからの信号出力と磁気センサ４ｂからの信号出力を前処理装置９に通して増幅、フィルタリング等の処理を行った後、信号を２つに分岐する。その一方は、２値化装置１０にて２次元２値化画像化される。もう一方は、比較装置１１にてそれぞれのセンサの同一位置に対応する信号を比較演算し、その信号を基に信号演算装置１２にて欠陥の検出を行うと同時にその欠陥の深さ位置を測定する。欠陥判別装置１３は、これら横方向に並べられた複数の漏洩磁束検出部における信号演算装置１２からの信号と搬送ローラ２ｂに結合されたパルスジェネレータ１４からの信号を受け、最終的に欠陥を判別する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属被検体の表面に対して磁気センサを対向配置させて、地合ノイズが互いに異なった出方をするような２種の探傷条件で漏洩磁束の測定を行い、前記異なる２種の探傷条件での、前記金属被検体上の同位置に対応する測定結果同士を演算して、その結果に基づいて欠陥を検出する磁気探傷方法であって、その結果、欠陥と判定された部分の２次元形状の情報に応じて表面欠陥と内部欠陥とを区別することを特徴とする磁気探傷方法。
【請求項２】
金属被検体の表面に対して磁気センサを対向配置させて、欠陥の深さによって異なる信号が得られる異なる２種の探傷条件で漏洩磁束の測定を行い、前記異なる２種の探傷条件での、前記金属被検体上の同位置に対応する測定結果同士を演算して、その結果に基づいて欠陥を検出する磁気探傷方法であって、異なる２種の探傷条件における測定結果同士を所定の比較方法で比較することにより、欠陥の表面からの深さ位置を測定し、その結果と欠陥と判定された部分の２次元形状の情報とに応じて表面と内部欠陥とを区別することを特徴とする磁気探傷方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の磁気探傷方法であって、２次元形状の情報として円形度を用いる事を特徴とする磁気探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属被検体に存在する欠陥を磁気探傷法により検出する方法であって、表面欠陥と内部欠陥とを区別して認識することができる磁気探傷方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。近年、品質管理レベルの向上を目指して、素材における品質レベルもより高いものが要求されるようになってきた。例えば、鉄においても飲用缶などに見られるような薄板へのシフトが進むにつれ、より小さい内部欠陥の管理が要求されるようになってきた。
【０００３】
漏洩磁束探傷方法においては、一般的に内部欠陥、表面欠陥のいずれも検出可能であるが、こういったより小さい内部欠陥の検出を実現する際にも、小さい内部欠陥と小さい表面欠陥の両方が検出される。このとき検出された欠陥が表面欠陥であるならば、後工程での手入れにより取り除くことができたり、欠陥サイズが小さいため最終製品では無害となったりする場合がある。しかし、内部欠陥ではこのようなことができず、重大な影響を与えるので、小さなものであっても、それを含む鋼板部を除去して出荷することが必要となる場合がある。
【０００４】
また、一般に表面欠陥と内部欠陥は生成原因が異なるため、それらを区別することで欠陥生成原因を究明しプロセス改善することが可能になる。このように、同じ程度の大きさの欠陥であっても、表面欠陥と内部欠陥ではその影響が大きく異なるため、両者を区別したり、欠陥の深さ方向位置を求めたりすることは極めて重要となってきている。
【０００５】
そういった厳しい品質管理要求の中で、これまで、内部欠陥と表面欠陥を弁別することのできる技術として、特開平１３−１９４３４４号公報に開示されているような装置が開発されてきた。この装置を図４に示す。図４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、５は信号処理装置、６は漏洩磁束探傷装置、７は内部欠陥、８ａ、８ｂは磁化器電源、９は前処理装置、１１は比較装置、１２は演算装置、１３は比演算器である。
【０００６】
信号処理装置５は、磁気センサ出力信号の前処理（増幅やバンドフィルタ処理）を行う前処理装置９と、各出力値の比を求める比演算器１３、磁気センサ４ａの出力と４ｂの出力の演算を行う比較装置１１、演算後の欠陥判定を行い欠陥を出力する演算装置１２を中心として構成される。
【０００７】
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６が設置されている。この漏洩磁束探傷装置６は、主に磁化器３ａ、３ｂ、磁気センサ４ａ、４ｂ、信号処理装置５、磁化器電源８ａ、８ｂから構成されている。磁化器３ａ、３ｂは磁化器電源８ａ、８ｂ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、それぞれＬ１、Ｌ２とされている。
【０００８】
鋼板１は、磁化器３ａ、磁気センサ４ａにより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とは異なる磁化レベルにて探傷を行う。磁気センサ４ａ、４ｂの出力は信号処理装置５に入力されて処理が施される。信号処理装置５内では、磁気センサ４ａからの信号出力と磁気センサ４ｂからの信号出力を前処理装置９に通して増幅、フィルタリング等の処理を行い、その後、比演算器１３にて両出力値の比を得る。
【０００９】
一方、前処理装置９からの磁気センサ４ａ、４ｂの処理後の信号出力Ｖａ、Ｖｂを、比較装置１１に入力して、鋼板１上のほぼ同一位置からの信号同士で
Ａ＝ｋ１・（Ｖａ−ｋ２・Ｖｂ）　…（１）
のような演算を行い、欠陥を強調した出力を得る。ここで、ｋ１、ｋ２は定数であり、ｋ２の値は、欠陥８のない場所でＡの値が０に近くなるように設定する。
【００１０】
比演算器１３の出力と、比較装置１１の出力は演算装置１２に入力される。演算装置１２は、比演算器１３の出力より欠陥の深さ方向位置を判断し、この値と比較装置１１の出力から、欠陥の大きさを判断して出力する。なお、欠陥の深さ方向位置と比演算器１３の出力との関係は、２種の磁化状態によって異なり、（１）式の係数も２種の磁化状態によって異なるので、予め２種の磁化状態におけるこれらの関係式や係数を、実験等によって定めておく必要がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示すような装置においては、このように２種の磁化状態における出力によって、欠陥の深さ方向位置を判断し、内部欠陥と表面欠陥を弁別してきた。しかしながら、この方式では、実際にオンラインで使用するにあたっては、２つの磁化条件で欠陥を検出するセンサのそれぞれのリフトオフが基準値と異なった場合に、欠陥の深さに誤差が生じる。また、欠陥がセンサの直下を通った場合と、センサの直下から離れた位置を通った場合においてセンサからの距離が異なり、欠陥の深さに誤差が生じる等の問題があった。このため、実際の探傷の際に測定条件の変化によって、表面欠陥と内部欠陥の分類において誤って分類してしまうという問題が生じた。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、測定条件の変化によらず安定して、表面欠陥と内部欠陥を区別して検出することが可能な漏洩磁束探傷方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【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、金属被検体の表面に対して磁気センサを対向配置させて、地合ノイズが互いに異なった出方をするような２種の探傷条件で漏洩磁束の測定を行い、前記異なる２種の探傷条件での、前記金属被検体上の同位置に対応する測定結果同士を演算して、その結果に基づいて欠陥を検出する磁気探傷方法であって、その結果、欠陥と判定された部分の２次元形状の情報に応じて表面欠陥と内部欠陥とを区別することを特徴とする磁気探傷方法（請求項１）である。
【００１４】
金属被検体における表面欠陥は、例えば図５に示すように、金属被検体の圧延方向（Ｌ方向）に引っかかれた鋭利な角をもつ特徴がある。これらの欠陥は、漏洩磁束探傷方式にて２次元のイメージとした場合にも、鋭利な角を持つ形状として探傷される。その一方で、内部欠陥の場合は、欠陥が鋼板内部にあることから、同様に漏洩磁束探傷において２次元イメージ化した場合においても、鋼板表面に漏洩磁束が漏れ出すまでの間に、その鋭利な形状情報が失われ、円形に近い形で表れる。
【００１５】
そこで、探傷情報を２次元化し、欠陥と判定された部分の２次元形状を求めることで、表面欠陥であるか内部欠陥であるかを判定することが可能である。
【００１６】
前記課題を解決するための第２の手段は、金属被検体の表面に対して磁気センサを対向配置させて、欠陥の深さによって異なる信号が得られる異なる２種の探傷条件で漏洩磁束の測定を行い、前記異なる２種の探傷条件での、前記金属被検体上の同位置に対応する測定結果同士を演算して、その結果に基づいて欠陥を検出する磁気探傷方法であって、異なる２種の探傷条件における測定結果同士を所定の比較方法で比較することにより、欠陥の表面からの深さ位置を測定し、その結果と欠陥と判定された部分の２次元形状の情報とに応じて表面と内部欠陥とを区別することを特徴とする磁気探傷方法（請求項２）である。
【００１７】
本手段においては、欠陥の深さによって異なる信号が得られる異なる２種の探傷条件で漏洩磁束の測定を行っている。例えば、励磁の周波数を変えると、磁束の浸透深さが変わるため、周波数が高くなるに従って、内部欠陥の検出信号が小さくなってくる。また、磁化の大きさを小さくすると、内部欠陥の検出信号が小さくなってくる。
【００１８】
このような状態で、例えば、異なる２種の探傷条件で漏洩磁束の測定された信号の比をとることにより、欠陥が内部欠陥であるか表面欠陥であるかを識別することができる。
【００１９】
本手段においては、これに加えて、その結果と欠陥と判定された部分の２次元形状の情報を内部欠陥と表面欠陥の識別に使用している。よって、より正確に内部欠陥と表面欠陥を区別することができる。
【００２０】
２つの判定結果をどのように組み合わせるかは、たとえば、検査対象物の性質や、どちらの欠陥を重視するかで決定される。たとえば、内部欠陥を確実に検出したい場合は、どちらか一方で内部欠陥と判定された場合に内部欠陥と判断するようにすればよいし、確実に内部欠陥であるもののみを検出したい場合は、両方で内部欠陥と判断された場合に内部欠陥と判断するようにすればよい。
【００２１】
また、別の判別方法として、２次元形状で判別した結果を、確実に内部欠陥と判定されるもの、確実に表面欠陥と判定されるもの、どちらの可能性のあるものの３つに分類し、どちらの可能性のあるものについてのみ、深さ検出結果を適用して判別を行ったり、逆に、深さ検出結果で確実に表面欠陥と判定されるもの、確実に内部欠陥と判定されるもの、どちらの可能性のあるものの３つに分類し、どちらの可能性のあるものについてのみ、２次元検出結果を適用して判別を行ったりしてもよい。
【００２２】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、２次元形状の情報として円形度を用いることを特徴とするもの（請求項３）である。
【００２３】
ここで、円形度とは、形状が円に近いほど値が高くなるようなパラメータであり、たとえば、
円形度＝（２値化画像における欠陥面積Ｓ）／（その欠陥の２値化画像における周囲長さ（Ｌ）と同じ周囲長さを持つ円の面積）
＝４πＳ／Ｌ２にて表される量である。
【００２４】
前述のように内部欠陥は表面欠陥に対して欠陥として検出される形状の円形度が高いので、２次元形状を使用した判別法として、ある値以上を内部欠陥、その値未満を表面欠陥とすることにより、両者を区別することが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。なお、ここでは２次元形状の一つの例として円形度を用いる場合の例を示す。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、５は信号処理装置、６は漏洩磁束探傷装置、７は内部欠陥、８ａ、８ｂは磁化器電源、９は前処理装置、１０は２値化装置、１１は比較装置、１２は演算装置、１３は欠陥判別装置である。信号処理装置５は、磁気センサ出力信号の前処理（増幅やバンドフィルタ処理）を行う前処理装置９と、各出力値を２値化し２次元画像化する２値化装置１０、磁気センサ４ａの出力と４ｂの出力の演算を行う比較装置１１、演算後の欠陥判定を行い、欠陥を出力する演算装置１２を中心として構成される。
【００２６】
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６が設置されている。この漏洩磁束探傷装置６は、主に磁化器３ａ、３ｂ、磁気センサ４ａ、４ｂ、信号処理装置５、磁化器電源８ａ、８ｂから構成されている。磁化器３ａ、３ｂは磁化器電源８ａ、８ｂにより電力を供給され、鋼板１を磁化する。
【００２７】
鋼板１は、磁化器３ａ、磁気センサ４ａにより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とは異なる磁化レベルにて探傷を行う。ここでは、磁化器３ａの磁化レベルが磁化器３ｂの磁化レベルより小さいとする。磁気センサ４ａ、４ｂの出力は信号処理装置５に入力されて処理が施される。信号処理装置５内では、磁気センサ４ａからの信号出力と磁気センサ４ｂからの信号出力を前処理装置９に通して増幅、フィルタリング等の処理を行った後、信号を２つに分岐する。
【００２８】
その一方は、２値化装置１０にて２次元２値化画像化される。もう一方は、比較装置１１にてそれぞれのセンサの同一位置に対応する信号を比較演算し、その信号を基に信号演算装置１２にて欠陥の検出を行うと同時にその欠陥の深さ位置を測定する。すなわち、比較装置１１は、磁気センサ４ａ、４ｂの処理後の信号出力Ｖａ、Ｖｂに対して、鋼板１上のほぼ同一位置からの信号同士で
Ａ＝ｋ１・（Ｖａ−ｋ２・Ｖｂ）　…（１）
のような演算を行い、欠陥を強調した出力を得と同時に、
Ｂ＝Ｖｂ／Ｖａ　…（２）
を演算する。
【００２９】
信号演算装置１２は、まず比較装置１１の（１）式の出力Ａがある閾値を超えているかどうかにより、欠陥であるかどうかを検出する。そして、欠陥であると判定された場合、（２）式のＢ信号の大きさに応じて、その深さを判定する。これは、予めいくつかのサンプルに基づいて、（２）式のＢの値と欠陥の深さとの関係を予め求めておき、この関係式に当てはめることにより、求めることができる。
【００３０】
欠陥の有無とその深さは、信号演算装置１２より、欠陥判別装置１３に送られる。同様、２値化装置１０の出力も欠陥判別装置１３に送られる。以上述べたようなセンサ４ａ、４ｂと信号処理装置からなる漏洩磁束探傷部は、薄鋼板１の幅方向に多数並べて設けられている。磁化装置８ａ、８ｂは、いくつかの漏洩磁束探傷部に共通とされるが、必要に応じて複数個が薄鋼板１の幅方向に設けられている。
【００３１】
欠陥判別装置１３は、これら横方向に並べられた複数の漏洩磁束検出部における信号演算装置１２からの信号と搬送ローラ２ｂに結合されたパルスジェネレータ１４からの信号を受け、最終的に欠陥を判別する。
【００３２】
すなわち、欠陥判別装置１３は、２値化装置１０からの２値化信号を受けて、薄鋼板横方向（Ｃ方向）を各漏洩磁束探傷部に対応させ、薄鋼板長さ方向（Ｌ方向）をパルスジェネレータ１４からのパルス信号によって決定される鋼板長さ方向に対応させ、Ｃ−Ｌ平面での２値化画像を作成している。２値化装置１０からは、センサ４ａよりの信号を２値化した信号と、センサ４ｂよりの信号を２値化した信号の２種類が出力されるので、２値化画像の作成にあたっては、このうちのどちらかを使用する。
【００３３】
そして、欠陥判別装置１３から欠陥信号が発生したとき、その場所に対応する２値化画像の円形度を、
円形度＝（２値化画像における欠陥面積Ｓ）／（その欠陥の２値化画像における周囲長さ（Ｌ）と同じ周囲長さを持つ円の面積）
＝４πＳ／Ｌ２
として計算する。円形度は円に近い場合に１となる。
【００３４】
そして、円形度と信号演算装置１２にて求められた欠陥の深さとにより表面欠陥と内部欠陥を弁別することができる。
【００３５】
なお、以上の実施の形態においては、２次元形状の情報の例として円形度を上げたが、他の２次元形状の情報（例えば、２次元形状に外接する長方形の縦横比）を用いても構わない。また、以上の実施の形態においては、２値化画像を作成するための２値化信号として、２値化装置１０の出力を用いているが、信号演算装置１２によって求められた出力Ａそのものを２値化して用いてもよい。
【００３６】
【実施例】
以下に本発明を、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説明する。装置構成は図１に示したようなものを使用した。装置を構成する要素の作動は、発明の実施の形態の欄で示したとおりである。
【００３７】
製品検査ラインを搬送される薄鋼板の厚さは１ｍｍであった。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はそれぞれリフトオフＬ１＝Ｌ２＝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。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。
【００３８】
磁気センサ４ａ、４ｂの信号は、前処理装置９にて前処理された後、比較装置１１、信号演算装置１２にて信号処理され、欠陥の検出を行う。前処理装置９から分岐されたもう一方の信号は、２値化装置１０にて２次元２値化画像化される。
【００３９】
図２に、実際に探傷された表面欠陥、内部欠陥の２次元画像を示す。円形度は、この場合、表面欠陥で０．３３、内部欠陥で０．６０であった。例えば、円形度０．５以上を内部欠陥、０．５以下を表面欠陥と判定することで、表面欠陥、内部欠陥の分類が可能である。
【００４０】
また、この実施例では磁化器３ａ、磁気センサ４ａにて強い磁化条件での探傷、磁化器３ｂ、磁気センサ４ｂにて弱い磁化条件での探傷を行っている。このとき、前述した特開平１３−１９４３４４号公報に示されているように、強い磁化条件での欠陥信号を弱い磁化条件での欠陥信号で割った信号比に関して、実際の欠陥位置が深い場合にはこの信号比が大きく、欠陥位置が浅い場合には信号比が小さくなることがわかっている。このことを用いて信号比から欠陥の深さ方向の情報を得ることができる。
【００４１】
図３に、実際に探傷された表面欠陥、内部欠陥の円形度と深さ位置のグラフを示す。ここで、深さ位置に関しては、先に示した磁化条件でオンライン探傷した結果から信号比を用いてリフトオフ等を考慮して算出したものである。
【００４２】
この図に示されるように、オンラインでの信号の比を基に算出した深さ位置のみでは、表面欠陥と内部欠陥の分類は十分ではない。円形度を用いる方が、正確に分類可能でありまた、その両方を用いることでより正確な分類が可能である。両方を用いる場合には、たとえば、円形度０．５以下の場合は無条件に表面欠陥、円形度０．７以上の場合は無条件に内部欠陥とし、円形度が０．５を超え０．７未満の場合には、算出欠陥深さが０．２５以上である場合に内部欠陥、０．２５未満である場合に表面欠陥というように分類すればよい。また、先に深さ位置による分類を行い、その結果、深さのみでは分類できないものについてのみ２次元形状の情報を用いて分類しても構わない。
【００４３】
なお、ここでは、オンラインでの信号の比を基にして欠陥の深さを算出する例を示したが、例えば信号の差、強度等他のパラメータを用いて欠陥の深さ位置を求めても構わない。
【００４４】
さらに、円形度等の２次元形状のみで表面欠陥と内部欠陥の識別が可能な場合は、欠陥の深さ位置の演算を行わなくても構わない。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、測定条件の変化によらず安定して、表面欠陥と内部欠陥を区別して検出することが可能な漏洩磁束探傷方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に使用した漏洩磁束探傷装置の概略構成図である。
【図２】表面欠陥、内部欠陥の２次元２値化画像の例を示す図である。
【図３】本発明の実施例により、実際に探傷された表面欠陥、内部欠陥の円形度と深さ位置を示す図である。
【図４】従来の漏洩磁束探傷装置の概略構成を示す図である。
【図５】表面欠陥の模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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