表層欠陥検出装置
【課題】金属被検体の地合ノイズとヘゲ欠陥に起因する検出信号とを精度良く弁別する。
【解決手段】金属被検体４の搬送方向に直交する方向に配列された、複数のＥ型センサ５を備え、金属被検体４の搬送方向とＥ型センサ５の配列方向とを含む２次元平面に各渦流探傷センサの検出信号をマッピングすることによって、検出信号の２次元マップを作成する２次元画像化手段１８と、２次元マップにおける検出信号の２次元パターンに基づいて、金属被検体４の表層にヘゲ欠陥が存在するか否かを判別する判別手段１７とを備える。
【解決手段】金属被検体４の搬送方向に直交する方向に配列された、複数のＥ型センサ５を備え、金属被検体４の搬送方向とＥ型センサ５の配列方向とを含む２次元平面に各渦流探傷センサの検出信号をマッピングすることによって、検出信号の２次元マップを作成する２次元画像化手段１８と、２次元マップにおける検出信号の２次元パターンに基づいて、金属被検体４の表層にヘゲ欠陥が存在するか否かを判別する判別手段１７とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属被検体の表層に形成された欠陥を検出する表層欠陥検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
厚板などの金属被検体の表層には、耳ヘゲ、トーチヘゲ、およびコーナーヘゲなどと呼ばれる表層欠陥が発生し得る（以下これら表層欠陥をヘゲ欠陥と総称する）。これらヘゲ欠陥の発生要因は、製鋼性の要因および圧延性の要因などがあり、表面から目視で確認出来るものもあれば、非開口のため目視では確認出来ないものもある。このため、非開口の形態のヘゲ欠陥は、目視では発見が難しく、通常の検査では見逃されてしまうこともある。そこで、渦流探傷方式の表層欠陥検出方法がヘゲ欠陥の検出に利用されている（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
渦流探傷方式の表層欠陥検出方法は、励磁コイルにより金属被検体の表層に渦電流を発生させ、その渦電流によって誘起される検出コイルの誘導電圧を検出することにより、金属被検体の表層の表層欠陥を検出するものである。被検出体の表層に欠陥があった場合には、渦電流の流れに変化が起き、それに伴って検出コイルに発生する励磁電圧が変化するので、この励磁電圧の変化により表層欠陥を検出することができる。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示されている渦流探傷装置では、Ｅ型の渦流センサを脚部が搬送方向へ並ぶように設置し、かつ複数の当該渦流センサを搬送方向と垂直方向（すなわち金属被検体の幅方向）へ設置する構成とし、各渦流センサまたは各渦流センサの検出コイルの検出信号の差分処理によって、金属被検体の表層の疵を検出する。この渦流探傷装置によれば、搬送方向と幅方向の差分処理により、金属被検体の表層の疵が縦方向へ長い疵であるか又は横方向へ長い疵であるか等の、疵の形状の判別が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−８９８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、厚板などの金属被検体には幅方向に広い分布の地合ノイズが存在し、従来の渦流探傷装置では、ヘゲ欠陥に起因する検出信号がこの地合ノイズに埋没してしまい、ヘゲ欠陥に起因する検出信号を精度良く弁別することができなかった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、金属被検体の地合ノイズとヘゲ欠陥に起因する検出信号とを精度良く弁別可能な表層欠陥検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる表層欠陥検出装置は、金属被検体の搬送方向に直行する方向に配列された複数の渦流探傷センサを備え、前記金属被検体の搬送方向と前記渦流探傷センサの配列方向とを含む２次元平面に各渦流探傷センサの検出信号をマッピングすることによって、該検出信号の２次元マップを作成する２次元画像化手段と、前記２次元マップにおける前記検出信号の２次元パターンに基づいて、前記金属被検体の表層にヘゲ欠陥が存在するか否かを判別する判別手段とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる表層欠陥検出装置によれば、金属被検体の地合ノイズとヘゲ欠陥に起因する検出信号とを精度良く弁別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、搬送ラインにおける表層欠陥検出装置の配置の概略図である。
【図２】図２は、センサＢｏｘの構成を説明する概略図である。
【図３】図３は、Ｅ型センサの厚み方向の感度特性を示すグラフである。
【図４】図４は、信号処理部の構成を説明する概略図である。
【図５】図５は、信号処理部の位相調整を説明する図である。
【図６】図６は、ヘゲ欠陥の概略図である。
【図７】図７は、ヘゲ欠陥を含む厚板の検出データの２次元マップである。
【図８】図８は、ヘゲ欠陥に起因する検出信号とノイズの２次元マップである。
【図９】図９は、デジタル信号処理を説明するブロック図である。
【図１０】図１０は、検出値の領域重心を直線で結んだ検出信号の２次元マップである。
【図１１】図１１は、トーチヘゲおよび耳ヘゲを検出した検出信号の２次元マップである。
【図１２】図１２は、デジタル信号処理を説明するブロック図である。
【図１３】図１３は、ノイズとヘゲ欠陥の周波数解析のグラフである。
【図１４】図１４は、一つのバンドパスフィルタを通した検出信号の図である。
【図１５】図１５は、低周波用バンドパスフィルタおよび高周波用バンドパスフィルタを通した検出信号の図である。
【図１６】図１６は、デジタル信号処理を説明するブロック図である。
【図１７】図１７は、平均差分処理をした場合の検出信号を２次元画像化した図である。
【図１８】図１８は、隣接差分処理をした場合の検出信号を２次元画像化した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１２】
（第１実施形態）
まず、図１及び図２を用いて、本発明の第１実施形態に係る表層欠陥検出装置の概略構成を説明する。図１は、本発明の第１実施形態にかかる表層欠陥検出装置の、金属被検体の搬送ラインにおける配置について説明する概略図である。また、図２は、本発明の第１実施形態にかかる表層欠陥検出装置のセンサＢｏｘの構成を説明する概略図である。
【００１３】
図１に示されるように、本発明の第１実施形態にかかる表層欠陥検出装置１は、表層欠陥検出装置１の検出部であるセンサＢｏｘ２を、搬送ラインのロール３の間に配置する構成である。検査対象となる厚板などの金属被検体４は、ロール３の上を搬送される。この際、センサＢｏｘ２の上面は金属被検体４のパスラインより５ｍｍ〜３０ｍｍ程度離れるように、センサＢｏｘ２を配置する。なお金属被検体４の振動が大きい場合には２０ｍｍ程度離れるようにセンサＢｏｘ２を配置することが好ましい。また、図１に示される構成は、金属被検体４の裏面のエッジ部の検出用の構成であるが、表層欠陥検出装置１を金属被検体４の表面の検出用の構成または全幅検出用の構成などに設計変更することも可能である。
【００１４】
図２に示されるように、センサＢｏｘ２の内部において、８個のＥ型センサ５が金属被検体４の搬送方向と垂直方向に配列されている。つまり、本実施形態にかかる表層欠陥検出装置１は、金属被検体４の幅方向に対して８ｃｈ検出である。なお、Ｅ型センサ５とは、コアが「Ｅ」字形をしており、中央を励磁コイルＡのコアとして用い、両端を検出コイルＢ，Ｂ’のコアとして用いた渦流探傷センサのことをいう（以下同様）。そして、図２に示されるように、励磁コイルＡのコアと両端の検出コイルＢ，Ｂ’のコアとは、金属被検体４の搬送方向に配列している。なお、本実施形態では、Ｅ型センサ５の脚の間隔（つまり励磁コイルＡのコアと両端の検出コイルＢ，Ｂ’のコアとの間隔）を２０ｍｍとし、Ｅ型センサ５の厚みを２０ｍｍとし、Ｅ型センサ５の間隔を６ｍｍとしている。さらに、センサＢｏｘ２の上面には保護用の樹脂板が設置され、センサＢｏｘ２がエアパージされている。
【００１５】
ここで、センサＢｏｘ２内のＥ型センサ５の配置間隔は、Ｅ型センサ５の厚み方向の感度特性によって以下のように決定する。図３は、Ｅ型センサ５の厚み方向の感度特性を示すグラフである。同グラフは、Ｅ型センサ５の厚み方向のある相対位置に存在する自然欠陥に対するＥ型センサ５の単体での出力を示している。
【００１６】
同グラフに示されるように、欠陥の位置がＥ型センサ５の真下からずれると、Ｅ型センサ５の出力は低下する。そこで、出力がピーク値の半分となる位置に、隣接するセンサの出力値がピーク値の半分となるように間隔を設定すれば、例えば隣接センサの出力を加算することで、欠陥の検出信号レベル低下を防ぐことが出来る。図３の例では、出力がピーク値の半分となる位置は±１３ｍｍであり、この位置で隣接するセンサの出力値がピーク値の半分となるように配置すると、隣り合うＥ型センサ５の中心間隔は２６ｍｍとなる。よって、Ｅ型センサ５の厚みが２０ｍｍなので、Ｅ型センサ５の間隔は６ｍｍとすればよい。
【００１７】
次に、図４および図５を参照して、本発明の第１実施形態にかかる表層欠陥検出装置１の信号処理部６の説明を行う。図４は、信号処理部６の構成を説明する概略図であり、図５は、信号処理部６の位相調整を説明する図である。
【００１８】
本発明の第１実施形態にかかる表層欠陥検出装置１の信号処理部６は、図４に示されるように、発振器７と差動増幅器８と位相器９と検波器１０とＡ／Ｄコンバータ１２と計算機１３とを備える。
【００１９】
発振器７は、所定の電流値Ｉと周波数Ｆの励磁信号を発振する局部発振器であり、ここでは電流値Ｉ＝１０ｍＡ，周波数Ｆ＝６４ｋＨｚとしている。発振器７で発振した励磁信号は、励磁信号ケーブルを介してＥ型センサ５の中央のコアに巻かれた励磁コイルＡに流れ、励磁コイルＡの周囲に交流磁界を発生する。そして、交流磁界は、検査対象となる金属被検体４の表層部に渦電流を誘起する。
【００２０】
Ｅ型センサ５の外側のコアに巻かれた検出コイルＢ，Ｂ’は、この渦電流によって発生した磁束による誘起電圧を検出する。このとき、検出コイルＢ，Ｂ’は、互いに一方の端子を接続し、当該誘起電圧が相殺するように構成する。また、検出コイルＢ，Ｂ’の他方の接続しなかった端子は、出力ケーブルを介して、信号処理部６に入力する。
【００２１】
信号処理６に入力された検出コイルＢ，Ｂ’の端子は、差動増幅器８に接続され、差動増幅される。すなわち、差動増幅器８は、検出コイルＢ，Ｂ’にて検出される誘起電圧の差分が増幅されることとなる。なお、差動増幅器８の増幅度は、使用する電流値Ｉ、周波数Ｆ、およびセンサと金属被検体との距離などによって適切に設定すべきであるが、本実施形態では２０倍としている。
【００２２】
差動増幅器８にて差動増幅された信号は位相器９を通り、位相器９が位相を調整する。位相器９は、振動等によって生じるガタの信号と欠陥信号との弁別性を向上させるためのものであり、ガタの信号出力が零になるようにインピーダンスを調整する。例えば、図５に示す様にガタの信号が励磁電流１２０°であれば、１２０°位相を回して、ガタ信号がX軸と一致するように調整する。
【００２３】
位相器９の出力信号は、検波器１０に入力され、発振器７からの励磁信号にて検波される。すなわち、検波器１０は、位相器９の出力信号と発振器７からの励磁信号とを乗算することによって同期検波をする。
【００２４】
検波器１０によって検波された検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ１２を介して計算機１３へ入力される。計算機１３は、検出信号を適切なデジタル信号処理して、検出信号のデータからヘゲ欠陥を弁別する。
【００２５】
ここで、本発明の実施形態にかかる表層欠陥検出装置１により検出した検出データについて検討する。
【００２６】
図６は、ヘゲと呼ばれる表層欠陥を概略的に表した図であり、本発明の実施形態にかかる表層欠陥検出装置１はこれらヘゲ欠陥を検出するためのものである。図６に示されるように、厚板上のヘゲ欠陥には耳ヘゲ、トーチヘゲ、およびコーナーヘゲなどと呼ばれるものがある。図７および図８は、表層欠陥検出装置１にて上記ヘゲ欠陥を含む厚板を欠陥検出したときの、検出データを２次元画像化して示した例であり、特に図８は、ヘゲ欠陥に起因する検出信号とノイズが近接している部分を抜き出して拡大したものである。
【００２７】
図７に示される検出データから読み取れるように、幅方向の差分処理前における検出信号の２次元マップには、幅方向に広い検出信号（つまりノイズ）が一定周期で出現している。また、図８に示される検出データから読み取れるように、このノイズのために、ヘゲ欠陥に起因する検出信号が埋没してしまい、ヘゲ欠陥を弁別することが困難である。
【００２８】
しかしながら、図８に示される検出データから読み取れるように、地合ノイズは幅方向に直線的分布をしているが、コーナーヘゲに起因する検出信号の分布は、搬送方向にばらつきが生じている（つまり金属被検体４の幅方向にズレがある）。
【００２９】
したがって、本発明の実施形態１にかかる計算機１３のデジタル信号処理は、以下のような処理を行う。
【００３０】
図９は、本発明の実施形態１にかかる計算機１３のデジタル信号処理を示すブロック図である。図９に示されるように、各Ｅ型センサ５の検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ１２を介して計算機１３に取り込まれたのち、補正手段１４が、各Ｅ型センサ５の感度個体差を補正する。なお、この補正には、事前に設定しておく設定値を用いる。
【００３１】
その後、２次元画像化手段１８が検出信号を２次元画像化する。すなわち、金属被検体４の幅方向（つまり各Ｅ型センサ５のチャンネル）を縦軸とし、金属被検体４の搬送方向を横軸とした２次元平面に、各検出信号の検出値を対応させるマッピングを行う。
【００３２】
その後、領域重心算出手段１９が、ヘゲ欠陥を有する領域の候補を抽出し、その領域の搬送方向（つまり横軸）ごとの検出信号の領域重心の位置を算出する。ここで、検出信号の領域重心位置とは、検出値で重み付けした２次元マップにおける検出信号の重心位置のことをいう。例えば上記領域重心の求め方としては、ある閾値で２値化して検出信号をエリア化した後に、搬送方向のエリア幅を求めてその幅の中心をそのエリアの領域重心とする、またはローパスフィルタなどにより搬送方向の一定エリアを平均化した後エリア内のピーク位置を領域重心とする方法などが考えられる。
【００３３】
そして、判別手段１７が、算出された各領域重心を結んだ折線に基づいて、当該領域がヘゲ欠陥を有するか否かの判別を行う。この判別には、例えば、当該折線が幅方向に対する角度が５°未満であればヘゲの候補から外し、５°以上であればヘゲ欠陥と判断するようにすることが考えられる。
【００３４】
図１０は、上記信号処理により検出信号の領域重心を折線で結んだ検出信号の２次元マップである。図１０から読み取れるように、地合ノイズの場合は領域重心を結んだ折線は直線的であるが、コーナーヘゲ欠陥に起因した検出信号の領域重心を結んだ折線は、金属被検体４の幅方向に対して傾き（２次元パターン全体としては屈折）を有している。したがって、上記の信号処理によれば、ヘゲ欠陥と判断するようにすればヘゲ欠陥の弁別が高精度になることが解る。
【００３５】
なお、図１１（ａ）および（ｂ）は、それぞれトーチヘゲおよび耳ヘゲを検出した検出信号を２次元画像化したものである。図１１（ａ）および（ｂ）から読み取れるように、本発明の実施形態１にかかる判別方法は、トーチヘゲおよび耳ヘゲにおいても有効であることが解る。
【００３６】
また、上記実施形態では２次元パターンとして、領域重心位置を結んだ折線を用いたが、本発明はこれに限定されず、例えば、欠陥候補領域の検出信号の幅方向の長さ、および欠陥候補にかかる検出信号の周期性の有無などで判別することも可能である。
【００３７】
以上より、本発明の第１実施形態にかかる表層欠陥検出装置は、金属被検体４の搬送方向に直交する方向に配列された、複数のＥ型センサ５を備え、金属被検体４の搬送方向とＥ型センサ５の配列方向とを含む２次元平面に各Ｅ型センサ５の検出信号をマッピングすることによって、検出信号の２次元マップを作成する２次元画像化手段１８と、２次元マップにおける検出信号の２次元パターンに基づいて金属被検体４の表層にヘゲ欠陥が存在するか否かを判別する判別手段１７とを備えるので、金属被検体４の地合ノイズとヘゲ欠陥に起因する検出信号とを精度良く弁別することができる。
【００３８】
さらに、本発明の第１実施形態にかかる表層欠陥検出装置は、各Ｅ型センサ５について検出信号の領域重心位置を２次元マップ上に算出し、算出された領域重心位置を結ぶ折線を２次元パターンとして生成する領域重心算出手段を更に備えるので、ヘゲ欠陥に起因した検出信号の特徴を効果的に利用することができる。
【００３９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態にかかる表層欠陥検出装置１について説明する。第２実施形態にかかる表層欠陥検出装置１は、第１実施形態における計算機１３のデジタル信号処理において、さらに低周波用のバンドパスフィルタ１５’と高周波用のバンドパスフィルタ１５”とを追加したものである。したがって、本実施形態の説明では、第１実施形態と同じ符号を参照することにより表層欠陥検出装置１の全体構成についての説明を省略し、デジタル信号処理部分（図４における計算機１３の処理）のみ説明をする。
【００４０】
図１２は、計算機１３に取り込まれた検出信号のデジタル信号処理を説明するブロック図である。検波器１０からの検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ１２を介して計算機１３に取り込まれたのち、補正手段１４が、各Ｅ型センサ５の感度個体差を補正する。この補正には、事前に設定しておく設定値を用いる。
【００４１】
次に、検出信号を２つに分岐し、一方を低周波用のバンドパスフィルタ１５’が周波数制限をし、他方を高周波用のバンドパスフィルタ１５”が周波数制限をする。その後、低周波用のバンドパスフィルタ１５’および高周波用のバンドパスフィルタ１５”の出力を、それぞれ２次元画像化手段１８’，１８”が２次元画像化し、さらに、領域重心算出手段１９’，１９”がヘゲ欠陥の候補となる領域の領域重心を算出する。ここで、２次元画像化手段１８’，１８”および領域重心算出手段１９’，１９”の具体的処理内容は、それぞれ第１実施形態における２次元画像化手段１８および領域重心算出手段１９と同じなので、ここでは説明を省略する。
【００４２】
また、表層欠陥検出装置１を取り付けた製造ラインのライン搬送速度が１．５ｍ／ｓであり、表層欠陥検出装置１のＡ／Ｄコンバータ１２サンプリングピッチを３ｍｍとすれば、サンプリング速度は５００Ｈｚとなる。このとき、低周波用バンドパスフィルタ１５’の設定周波数を例えば５Ｈｚ〜３０Ｈｚとし、高周波用バンドパスフィルタ１５”の周設定波数を例えば３０Ｈｚ〜６０Ｈｚとすることが好ましい。
【００４３】
判別手段１７は、２つの領域重心算出手段１９’，１９”によって算出した検出値の重心を結んだ直線に基づき、当該領域がヘゲ欠陥を含むか否かを判定する。具体的には、領域重心算出手段１９’，１９”によって算出した検出値の重心を結んだ各直線に基づき判別を行い、両判定によりヘゲ欠陥を含むと判定された場合に当該領域がヘゲ欠陥を含むと判定する。
【００４４】
次に、図１３〜１５を参照して、上記のように低周波用のバンドパスフィルタ１５’と高周波用のバンドパスフィルタ１５”とを備えることの効果について説明する。
【００４５】
図１３はノイズとヘゲ欠陥の周波数解析を行ったグラフである。図１３に示される周波数解析は、Ｅ型センサ５の脚間隔が２０ｍｍであり、Ｅ型センサ５と金属被検体４との間隔が２０ｍｍとした場合の例である。図１３から読み取れるように、ヘゲ欠陥に起因する検出信号は１０Ｈｚ〜５０Ｈｚまでの周波数帯域であることが分かる。
【００４６】
一方、例えば、細かいスケール剥がれに起因する検出信号、または品質上問題とならない直径数ｍｍ程度の小さい欠陥に起因する検出信号（つまり本発明の目的におけるノイズ）は高周波側４０Ｈｚ〜１００Ｈｚに分布する。また、搬送ロールやピンチロールなどによる歪みから生じる信号は５Ｈｚ〜２０Ｈｚ程度である。
【００４７】
したがって、ヘゲ欠陥に起因する検出信号のピーク周波数である３０Ｈｚを中心にしたバンドパスフィルタ（例えば１０Ｈｚ〜６０Ｈｚ）を通しても、ＳＮ比が２以下であり弁別が困難である。図１４は、１０Ｈｚ〜６０Ｈｚのバンドパスフィルタを通した検出信号を示すものであり、同図からはヘゲ欠陥に起因する検出信号とノイズを弁別することが困難であることが理解できる。
【００４８】
一方、図１５（ａ）および（ｂ)は、それぞれ５Ｈｚ〜３０Ｈｚおよび３０Ｈｚ〜６０Ｈｚのバンドパスフィルタを通した検出信号を示すものであり、同図からはヘゲ欠陥に起因する検出信号が、両方のバンドパスフィルタを透過して検出されることが理解できる。
【００４９】
以上の議論から、低周波用バンドパスフィルタ１５’と高周波用バンドパスフィルタ１５”により検出信号を処理し、低周波用バンドパスフィルタ１５’および高周波用バンドパスフィルタ１５”の両方を透過した検出信号を用いて欠陥判定したときに、そのヘゲ欠陥候補をヘゲ欠陥であると判別することにより、ヘゲ欠陥の弁別能力を向上させることが解る。
【００５０】
以上より、本発明の第２実施形態にかかる表層欠陥検出装置は、金属被検体４の搬送方向に直交する方向に配列された、複数のＥ型センサ５を備え、金属被検体４の搬送方向とＥ型センサ５の配列方向とを含む２次元平面に各Ｅ型センサ５の検出信号をマッピングすることによって、検出信号の２次元マップを作成する２次元画像化手段１８’，１８”と、２次元マップにおける検出信号の２次元パターンに基づいて金属被検体４の表層にヘゲ欠陥が存在するか否かを判別する判別手段１７とを備えるので、金属被検体４の地合ノイズとヘゲ欠陥に起因する検出信号とを精度良く弁別することができる。
【００５１】
さらに、本発明の第２実施形態にかかる表層欠陥検出装置は、検出信号を一方の検出信号と他方の検出信号とに分岐する分岐手段と、一方の検出信号の低周波成分を透過させる低周波用バンドパスフィルタ１５’と、他方の検出信号の高周波成分を透過させる高周波用バンドパスフィルタ１５”とを備え、低周波用バンドパスフィルタ１５’を透過した検出信号及び高周波バンドパスフィルタ１５”を透過した検出信号それぞれについて２次元マップを作成するので、ヘゲ欠陥の弁別能力が向上する。
【００５２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態にかかる表層欠陥検出装置１について説明する。第３実施形態にかかる表層欠陥検出装置１は、第２実施形態における計算機１３のデジタル信号処理において、さらに差分処理手段１６’と差分処理手段１６”とを追加したものである。したがって、本実施形態の説明においても、同符号を参照することにより表層欠陥検出装置１の全体構成についての説明を省略し、デジタル信号処理部分（図４における計算機１３の処理）のみ説明をする。
【００５３】
図１６は、本発明の第２実施形態にかかるデジタル信号処理を説明するブロック図である。各Ｅ型センサ５の検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ１２を介して計算機１３に取り込まれたのち、補正手段１４が、各Ｅ型センサ５の感度個体差を補正する。なお、この補正には、事前に設定しておく設定値を用いる。
【００５４】
次に、検出信号を２つに分岐し、一方を低周波用のバンドパスフィルタ１５’が周波数制限をし、他方を高周波用のバンドパスフィルタ１５”が周波数制限をする。その後、低周波用のバンドパスフィルタ１５’および高周波用のバンドパスフィルタ１５”の出力を、それぞれ差分処理手段１６’，１６”が金属被検体４の幅方向の差分処理を行う。
【００５５】
ここで、差分処理手段１６’，１６”が行う差分処理としては、平均差分と隣接差分とが考えられる。平均差分とは、検出信号の平均化信号と各検出信号との差分処理のことをいい、隣接差分とは、隣接した各々の検出信号間の差分処理のことをいう。
【００５６】
差分処理手段１６’，１６”により差分処理された検出信号は、それぞれ２次元画像化手段１８’，１８”が２次元画像化し、さらに、領域重心算出手段１９’，１９”がヘゲ欠陥の候補となる領域の領域重心を算出する。その後、判別手段１７は、２つの領域重心算出手段１９’，１９”によって算出した検出値の重心を結んだ直線に基づき、当該領域がヘゲ欠陥を含むか否かを判定する。なお、判別手段１７、２次元画像化手段１８’，１８”および領域重心算出手段１９’，１９”の具体的処理内容は、それぞれ第２実施形態における対応部分と同じなので、ここでは説明を省略する。
【００５７】
次に、図１７および図１８を参照して、本発明の第３実施形態における差分処理の効果について検討する。図１７および図１８は、差分処理手段１６’，１６”の差分処理として、それぞれ隣接差分および平均差分の処理をした場合の差分処理前後の検出信号を２次元画像化したものである。
【００５８】
図１７に示される検出信号の２次元マップより解るように、（ａ）隣接差分処理前では、コーナーヘゲに起因する以外の検出信号（つまりノイズ）も検出されているが、（ｂ）隣接差分処理後では、ノイズが低減され、ヘゲ欠陥の判別が容易になっている。また、図１８に示される検出信号の２次元マップより同様に解るように、（ａ）平均差分処理前では、ノイズも検出されているが、（ｂ）平均差分処理後では、ノイズが低減されている。したがって、上記の差分処理によってノイズを低減した後に検出信号の領域重心を算出することは、より精度の高いヘゲ欠陥検出に効果的であることがわかる。
【００５９】
以上より、本発明の第３実施形態にかかる表層欠陥検出装置は、金属被検体４の搬送方向に直交する方向に配列された、複数のＥ型センサ５を備え、金属被検体４の搬送方向とＥ型センサ５の配列方向とを含む２次元平面に各Ｅ型センサ５の検出信号をマッピングすることによって、検出信号の２次元マップを作成する２次元画像化手段１８’，１８”と、２次元マップにおける検出信号の２次元パターンに基づいて金属被検体４の表層にヘゲ欠陥が存在するか否かを判別する判別手段１７とを備えるので、金属被検体４の地合ノイズとヘゲ欠陥に起因する検出信号とを精度良く弁別することができる。
【００６０】
さらに、本発明の第３実施形態にかかる表層欠陥検出装置は、複数のＥ型センサ５間における検出信号の差分値を算出し、算出された差分値を示す信号を差分信号として出力する差分処理手段１６’，１６”を更に備え、２次元画像化手段１８’，１８”は、差分信号を２次元平面にマッピングすることによって２次元マップを作成するので、金属被検体４の地合ノイズを低減することができ、ヘゲ欠陥の弁別精度がより向上する。
【符号の説明】
【００６１】
１ 表層欠陥検出装置
２ センサＢｏｘ
３ ロール
４ 金属被検体
５ Ｅ型センサ
６ 信号処理部
７ 発振器
８ 差動増幅器
９ 位相器
１０ 検波器
１２ Ａ／Ｄコンバータ
１３ 計算機
１４ 補正手段
１５ バンドパスフィルタ
１６ 差分処理手段
１７ 判別手段
１８ ２次元画像化手段
１９ 領域重心算出手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属被検体の表層に形成された欠陥を検出する表層欠陥検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
厚板などの金属被検体の表層には、耳ヘゲ、トーチヘゲ、およびコーナーヘゲなどと呼ばれる表層欠陥が発生し得る（以下これら表層欠陥をヘゲ欠陥と総称する）。これらヘゲ欠陥の発生要因は、製鋼性の要因および圧延性の要因などがあり、表面から目視で確認出来るものもあれば、非開口のため目視では確認出来ないものもある。このため、非開口の形態のヘゲ欠陥は、目視では発見が難しく、通常の検査では見逃されてしまうこともある。そこで、渦流探傷方式の表層欠陥検出方法がヘゲ欠陥の検出に利用されている（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
渦流探傷方式の表層欠陥検出方法は、励磁コイルにより金属被検体の表層に渦電流を発生させ、その渦電流によって誘起される検出コイルの誘導電圧を検出することにより、金属被検体の表層の表層欠陥を検出するものである。被検出体の表層に欠陥があった場合には、渦電流の流れに変化が起き、それに伴って検出コイルに発生する励磁電圧が変化するので、この励磁電圧の変化により表層欠陥を検出することができる。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示されている渦流探傷装置では、Ｅ型の渦流センサを脚部が搬送方向へ並ぶように設置し、かつ複数の当該渦流センサを搬送方向と垂直方向（すなわち金属被検体の幅方向）へ設置する構成とし、各渦流センサまたは各渦流センサの検出コイルの検出信号の差分処理によって、金属被検体の表層の疵を検出する。この渦流探傷装置によれば、搬送方向と幅方向の差分処理により、金属被検体の表層の疵が縦方向へ長い疵であるか又は横方向へ長い疵であるか等の、疵の形状の判別が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−８９８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、厚板などの金属被検体には幅方向に広い分布の地合ノイズが存在し、従来の渦流探傷装置では、ヘゲ欠陥に起因する検出信号がこの地合ノイズに埋没してしまい、ヘゲ欠陥に起因する検出信号を精度良く弁別することができなかった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、金属被検体の地合ノイズとヘゲ欠陥に起因する検出信号とを精度良く弁別可能な表層欠陥検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる表層欠陥検出装置は、金属被検体の搬送方向に直行する方向に配列された複数の渦流探傷センサを備え、前記金属被検体の搬送方向と前記渦流探傷センサの配列方向とを含む２次元平面に各渦流探傷センサの検出信号をマッピングすることによって、該検出信号の２次元マップを作成する２次元画像化手段と、前記２次元マップにおける前記検出信号の２次元パターンに基づいて、前記金属被検体の表層にヘゲ欠陥が存在するか否かを判別する判別手段とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる表層欠陥検出装置によれば、金属被検体の地合ノイズとヘゲ欠陥に起因する検出信号とを精度良く弁別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、搬送ラインにおける表層欠陥検出装置の配置の概略図である。
【図２】図２は、センサＢｏｘの構成を説明する概略図である。
【図３】図３は、Ｅ型センサの厚み方向の感度特性を示すグラフである。
【図４】図４は、信号処理部の構成を説明する概略図である。
【図５】図５は、信号処理部の位相調整を説明する図である。
【図６】図６は、ヘゲ欠陥の概略図である。
【図７】図７は、ヘゲ欠陥を含む厚板の検出データの２次元マップである。
【図８】図８は、ヘゲ欠陥に起因する検出信号とノイズの２次元マップである。
【図９】図９は、デジタル信号処理を説明するブロック図である。
【図１０】図１０は、検出値の領域重心を直線で結んだ検出信号の２次元マップである。
【図１１】図１１は、トーチヘゲおよび耳ヘゲを検出した検出信号の２次元マップである。
【図１２】図１２は、デジタル信号処理を説明するブロック図である。
【図１３】図１３は、ノイズとヘゲ欠陥の周波数解析のグラフである。
【図１４】図１４は、一つのバンドパスフィルタを通した検出信号の図である。
【図１５】図１５は、低周波用バンドパスフィルタおよび高周波用バンドパスフィルタを通した検出信号の図である。
【図１６】図１６は、デジタル信号処理を説明するブロック図である。
【図１７】図１７は、平均差分処理をした場合の検出信号を２次元画像化した図である。
【図１８】図１８は、隣接差分処理をした場合の検出信号を２次元画像化した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１２】
（第１実施形態）
まず、図１及び図２を用いて、本発明の第１実施形態に係る表層欠陥検出装置の概略構成を説明する。図１は、本発明の第１実施形態にかかる表層欠陥検出装置の、金属被検体の搬送ラインにおける配置について説明する概略図である。また、図２は、本発明の第１実施形態にかかる表層欠陥検出装置のセンサＢｏｘの構成を説明する概略図である。
【００１３】
図１に示されるように、本発明の第１実施形態にかかる表層欠陥検出装置１は、表層欠陥検出装置１の検出部であるセンサＢｏｘ２を、搬送ラインのロール３の間に配置する構成である。検査対象となる厚板などの金属被検体４は、ロール３の上を搬送される。この際、センサＢｏｘ２の上面は金属被検体４のパスラインより５ｍｍ〜３０ｍｍ程度離れるように、センサＢｏｘ２を配置する。なお金属被検体４の振動が大きい場合には２０ｍｍ程度離れるようにセンサＢｏｘ２を配置することが好ましい。また、図１に示される構成は、金属被検体４の裏面のエッジ部の検出用の構成であるが、表層欠陥検出装置１を金属被検体４の表面の検出用の構成または全幅検出用の構成などに設計変更することも可能である。
【００１４】
図２に示されるように、センサＢｏｘ２の内部において、８個のＥ型センサ５が金属被検体４の搬送方向と垂直方向に配列されている。つまり、本実施形態にかかる表層欠陥検出装置１は、金属被検体４の幅方向に対して８ｃｈ検出である。なお、Ｅ型センサ５とは、コアが「Ｅ」字形をしており、中央を励磁コイルＡのコアとして用い、両端を検出コイルＢ，Ｂ’のコアとして用いた渦流探傷センサのことをいう（以下同様）。そして、図２に示されるように、励磁コイルＡのコアと両端の検出コイルＢ，Ｂ’のコアとは、金属被検体４の搬送方向に配列している。なお、本実施形態では、Ｅ型センサ５の脚の間隔（つまり励磁コイルＡのコアと両端の検出コイルＢ，Ｂ’のコアとの間隔）を２０ｍｍとし、Ｅ型センサ５の厚みを２０ｍｍとし、Ｅ型センサ５の間隔を６ｍｍとしている。さらに、センサＢｏｘ２の上面には保護用の樹脂板が設置され、センサＢｏｘ２がエアパージされている。
【００１５】
ここで、センサＢｏｘ２内のＥ型センサ５の配置間隔は、Ｅ型センサ５の厚み方向の感度特性によって以下のように決定する。図３は、Ｅ型センサ５の厚み方向の感度特性を示すグラフである。同グラフは、Ｅ型センサ５の厚み方向のある相対位置に存在する自然欠陥に対するＥ型センサ５の単体での出力を示している。
【００１６】
同グラフに示されるように、欠陥の位置がＥ型センサ５の真下からずれると、Ｅ型センサ５の出力は低下する。そこで、出力がピーク値の半分となる位置に、隣接するセンサの出力値がピーク値の半分となるように間隔を設定すれば、例えば隣接センサの出力を加算することで、欠陥の検出信号レベル低下を防ぐことが出来る。図３の例では、出力がピーク値の半分となる位置は±１３ｍｍであり、この位置で隣接するセンサの出力値がピーク値の半分となるように配置すると、隣り合うＥ型センサ５の中心間隔は２６ｍｍとなる。よって、Ｅ型センサ５の厚みが２０ｍｍなので、Ｅ型センサ５の間隔は６ｍｍとすればよい。
【００１７】
次に、図４および図５を参照して、本発明の第１実施形態にかかる表層欠陥検出装置１の信号処理部６の説明を行う。図４は、信号処理部６の構成を説明する概略図であり、図５は、信号処理部６の位相調整を説明する図である。
【００１８】
本発明の第１実施形態にかかる表層欠陥検出装置１の信号処理部６は、図４に示されるように、発振器７と差動増幅器８と位相器９と検波器１０とＡ／Ｄコンバータ１２と計算機１３とを備える。
【００１９】
発振器７は、所定の電流値Ｉと周波数Ｆの励磁信号を発振する局部発振器であり、ここでは電流値Ｉ＝１０ｍＡ，周波数Ｆ＝６４ｋＨｚとしている。発振器７で発振した励磁信号は、励磁信号ケーブルを介してＥ型センサ５の中央のコアに巻かれた励磁コイルＡに流れ、励磁コイルＡの周囲に交流磁界を発生する。そして、交流磁界は、検査対象となる金属被検体４の表層部に渦電流を誘起する。
【００２０】
Ｅ型センサ５の外側のコアに巻かれた検出コイルＢ，Ｂ’は、この渦電流によって発生した磁束による誘起電圧を検出する。このとき、検出コイルＢ，Ｂ’は、互いに一方の端子を接続し、当該誘起電圧が相殺するように構成する。また、検出コイルＢ，Ｂ’の他方の接続しなかった端子は、出力ケーブルを介して、信号処理部６に入力する。
【００２１】
信号処理６に入力された検出コイルＢ，Ｂ’の端子は、差動増幅器８に接続され、差動増幅される。すなわち、差動増幅器８は、検出コイルＢ，Ｂ’にて検出される誘起電圧の差分が増幅されることとなる。なお、差動増幅器８の増幅度は、使用する電流値Ｉ、周波数Ｆ、およびセンサと金属被検体との距離などによって適切に設定すべきであるが、本実施形態では２０倍としている。
【００２２】
差動増幅器８にて差動増幅された信号は位相器９を通り、位相器９が位相を調整する。位相器９は、振動等によって生じるガタの信号と欠陥信号との弁別性を向上させるためのものであり、ガタの信号出力が零になるようにインピーダンスを調整する。例えば、図５に示す様にガタの信号が励磁電流１２０°であれば、１２０°位相を回して、ガタ信号がX軸と一致するように調整する。
【００２３】
位相器９の出力信号は、検波器１０に入力され、発振器７からの励磁信号にて検波される。すなわち、検波器１０は、位相器９の出力信号と発振器７からの励磁信号とを乗算することによって同期検波をする。
【００２４】
検波器１０によって検波された検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ１２を介して計算機１３へ入力される。計算機１３は、検出信号を適切なデジタル信号処理して、検出信号のデータからヘゲ欠陥を弁別する。
【００２５】
ここで、本発明の実施形態にかかる表層欠陥検出装置１により検出した検出データについて検討する。
【００２６】
図６は、ヘゲと呼ばれる表層欠陥を概略的に表した図であり、本発明の実施形態にかかる表層欠陥検出装置１はこれらヘゲ欠陥を検出するためのものである。図６に示されるように、厚板上のヘゲ欠陥には耳ヘゲ、トーチヘゲ、およびコーナーヘゲなどと呼ばれるものがある。図７および図８は、表層欠陥検出装置１にて上記ヘゲ欠陥を含む厚板を欠陥検出したときの、検出データを２次元画像化して示した例であり、特に図８は、ヘゲ欠陥に起因する検出信号とノイズが近接している部分を抜き出して拡大したものである。
【００２７】
図７に示される検出データから読み取れるように、幅方向の差分処理前における検出信号の２次元マップには、幅方向に広い検出信号（つまりノイズ）が一定周期で出現している。また、図８に示される検出データから読み取れるように、このノイズのために、ヘゲ欠陥に起因する検出信号が埋没してしまい、ヘゲ欠陥を弁別することが困難である。
【００２８】
しかしながら、図８に示される検出データから読み取れるように、地合ノイズは幅方向に直線的分布をしているが、コーナーヘゲに起因する検出信号の分布は、搬送方向にばらつきが生じている（つまり金属被検体４の幅方向にズレがある）。
【００２９】
したがって、本発明の実施形態１にかかる計算機１３のデジタル信号処理は、以下のような処理を行う。
【００３０】
図９は、本発明の実施形態１にかかる計算機１３のデジタル信号処理を示すブロック図である。図９に示されるように、各Ｅ型センサ５の検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ１２を介して計算機１３に取り込まれたのち、補正手段１４が、各Ｅ型センサ５の感度個体差を補正する。なお、この補正には、事前に設定しておく設定値を用いる。
【００３１】
その後、２次元画像化手段１８が検出信号を２次元画像化する。すなわち、金属被検体４の幅方向（つまり各Ｅ型センサ５のチャンネル）を縦軸とし、金属被検体４の搬送方向を横軸とした２次元平面に、各検出信号の検出値を対応させるマッピングを行う。
【００３２】
その後、領域重心算出手段１９が、ヘゲ欠陥を有する領域の候補を抽出し、その領域の搬送方向（つまり横軸）ごとの検出信号の領域重心の位置を算出する。ここで、検出信号の領域重心位置とは、検出値で重み付けした２次元マップにおける検出信号の重心位置のことをいう。例えば上記領域重心の求め方としては、ある閾値で２値化して検出信号をエリア化した後に、搬送方向のエリア幅を求めてその幅の中心をそのエリアの領域重心とする、またはローパスフィルタなどにより搬送方向の一定エリアを平均化した後エリア内のピーク位置を領域重心とする方法などが考えられる。
【００３３】
そして、判別手段１７が、算出された各領域重心を結んだ折線に基づいて、当該領域がヘゲ欠陥を有するか否かの判別を行う。この判別には、例えば、当該折線が幅方向に対する角度が５°未満であればヘゲの候補から外し、５°以上であればヘゲ欠陥と判断するようにすることが考えられる。
【００３４】
図１０は、上記信号処理により検出信号の領域重心を折線で結んだ検出信号の２次元マップである。図１０から読み取れるように、地合ノイズの場合は領域重心を結んだ折線は直線的であるが、コーナーヘゲ欠陥に起因した検出信号の領域重心を結んだ折線は、金属被検体４の幅方向に対して傾き（２次元パターン全体としては屈折）を有している。したがって、上記の信号処理によれば、ヘゲ欠陥と判断するようにすればヘゲ欠陥の弁別が高精度になることが解る。
【００３５】
なお、図１１（ａ）および（ｂ）は、それぞれトーチヘゲおよび耳ヘゲを検出した検出信号を２次元画像化したものである。図１１（ａ）および（ｂ）から読み取れるように、本発明の実施形態１にかかる判別方法は、トーチヘゲおよび耳ヘゲにおいても有効であることが解る。
【００３６】
また、上記実施形態では２次元パターンとして、領域重心位置を結んだ折線を用いたが、本発明はこれに限定されず、例えば、欠陥候補領域の検出信号の幅方向の長さ、および欠陥候補にかかる検出信号の周期性の有無などで判別することも可能である。
【００３７】
以上より、本発明の第１実施形態にかかる表層欠陥検出装置は、金属被検体４の搬送方向に直交する方向に配列された、複数のＥ型センサ５を備え、金属被検体４の搬送方向とＥ型センサ５の配列方向とを含む２次元平面に各Ｅ型センサ５の検出信号をマッピングすることによって、検出信号の２次元マップを作成する２次元画像化手段１８と、２次元マップにおける検出信号の２次元パターンに基づいて金属被検体４の表層にヘゲ欠陥が存在するか否かを判別する判別手段１７とを備えるので、金属被検体４の地合ノイズとヘゲ欠陥に起因する検出信号とを精度良く弁別することができる。
【００３８】
さらに、本発明の第１実施形態にかかる表層欠陥検出装置は、各Ｅ型センサ５について検出信号の領域重心位置を２次元マップ上に算出し、算出された領域重心位置を結ぶ折線を２次元パターンとして生成する領域重心算出手段を更に備えるので、ヘゲ欠陥に起因した検出信号の特徴を効果的に利用することができる。
【００３９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態にかかる表層欠陥検出装置１について説明する。第２実施形態にかかる表層欠陥検出装置１は、第１実施形態における計算機１３のデジタル信号処理において、さらに低周波用のバンドパスフィルタ１５’と高周波用のバンドパスフィルタ１５”とを追加したものである。したがって、本実施形態の説明では、第１実施形態と同じ符号を参照することにより表層欠陥検出装置１の全体構成についての説明を省略し、デジタル信号処理部分（図４における計算機１３の処理）のみ説明をする。
【００４０】
図１２は、計算機１３に取り込まれた検出信号のデジタル信号処理を説明するブロック図である。検波器１０からの検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ１２を介して計算機１３に取り込まれたのち、補正手段１４が、各Ｅ型センサ５の感度個体差を補正する。この補正には、事前に設定しておく設定値を用いる。
【００４１】
次に、検出信号を２つに分岐し、一方を低周波用のバンドパスフィルタ１５’が周波数制限をし、他方を高周波用のバンドパスフィルタ１５”が周波数制限をする。その後、低周波用のバンドパスフィルタ１５’および高周波用のバンドパスフィルタ１５”の出力を、それぞれ２次元画像化手段１８’，１８”が２次元画像化し、さらに、領域重心算出手段１９’，１９”がヘゲ欠陥の候補となる領域の領域重心を算出する。ここで、２次元画像化手段１８’，１８”および領域重心算出手段１９’，１９”の具体的処理内容は、それぞれ第１実施形態における２次元画像化手段１８および領域重心算出手段１９と同じなので、ここでは説明を省略する。
【００４２】
また、表層欠陥検出装置１を取り付けた製造ラインのライン搬送速度が１．５ｍ／ｓであり、表層欠陥検出装置１のＡ／Ｄコンバータ１２サンプリングピッチを３ｍｍとすれば、サンプリング速度は５００Ｈｚとなる。このとき、低周波用バンドパスフィルタ１５’の設定周波数を例えば５Ｈｚ〜３０Ｈｚとし、高周波用バンドパスフィルタ１５”の周設定波数を例えば３０Ｈｚ〜６０Ｈｚとすることが好ましい。
【００４３】
判別手段１７は、２つの領域重心算出手段１９’，１９”によって算出した検出値の重心を結んだ直線に基づき、当該領域がヘゲ欠陥を含むか否かを判定する。具体的には、領域重心算出手段１９’，１９”によって算出した検出値の重心を結んだ各直線に基づき判別を行い、両判定によりヘゲ欠陥を含むと判定された場合に当該領域がヘゲ欠陥を含むと判定する。
【００４４】
次に、図１３〜１５を参照して、上記のように低周波用のバンドパスフィルタ１５’と高周波用のバンドパスフィルタ１５”とを備えることの効果について説明する。
【００４５】
図１３はノイズとヘゲ欠陥の周波数解析を行ったグラフである。図１３に示される周波数解析は、Ｅ型センサ５の脚間隔が２０ｍｍであり、Ｅ型センサ５と金属被検体４との間隔が２０ｍｍとした場合の例である。図１３から読み取れるように、ヘゲ欠陥に起因する検出信号は１０Ｈｚ〜５０Ｈｚまでの周波数帯域であることが分かる。
【００４６】
一方、例えば、細かいスケール剥がれに起因する検出信号、または品質上問題とならない直径数ｍｍ程度の小さい欠陥に起因する検出信号（つまり本発明の目的におけるノイズ）は高周波側４０Ｈｚ〜１００Ｈｚに分布する。また、搬送ロールやピンチロールなどによる歪みから生じる信号は５Ｈｚ〜２０Ｈｚ程度である。
【００４７】
したがって、ヘゲ欠陥に起因する検出信号のピーク周波数である３０Ｈｚを中心にしたバンドパスフィルタ（例えば１０Ｈｚ〜６０Ｈｚ）を通しても、ＳＮ比が２以下であり弁別が困難である。図１４は、１０Ｈｚ〜６０Ｈｚのバンドパスフィルタを通した検出信号を示すものであり、同図からはヘゲ欠陥に起因する検出信号とノイズを弁別することが困難であることが理解できる。
【００４８】
一方、図１５（ａ）および（ｂ)は、それぞれ５Ｈｚ〜３０Ｈｚおよび３０Ｈｚ〜６０Ｈｚのバンドパスフィルタを通した検出信号を示すものであり、同図からはヘゲ欠陥に起因する検出信号が、両方のバンドパスフィルタを透過して検出されることが理解できる。
【００４９】
以上の議論から、低周波用バンドパスフィルタ１５’と高周波用バンドパスフィルタ１５”により検出信号を処理し、低周波用バンドパスフィルタ１５’および高周波用バンドパスフィルタ１５”の両方を透過した検出信号を用いて欠陥判定したときに、そのヘゲ欠陥候補をヘゲ欠陥であると判別することにより、ヘゲ欠陥の弁別能力を向上させることが解る。
【００５０】
以上より、本発明の第２実施形態にかかる表層欠陥検出装置は、金属被検体４の搬送方向に直交する方向に配列された、複数のＥ型センサ５を備え、金属被検体４の搬送方向とＥ型センサ５の配列方向とを含む２次元平面に各Ｅ型センサ５の検出信号をマッピングすることによって、検出信号の２次元マップを作成する２次元画像化手段１８’，１８”と、２次元マップにおける検出信号の２次元パターンに基づいて金属被検体４の表層にヘゲ欠陥が存在するか否かを判別する判別手段１７とを備えるので、金属被検体４の地合ノイズとヘゲ欠陥に起因する検出信号とを精度良く弁別することができる。
【００５１】
さらに、本発明の第２実施形態にかかる表層欠陥検出装置は、検出信号を一方の検出信号と他方の検出信号とに分岐する分岐手段と、一方の検出信号の低周波成分を透過させる低周波用バンドパスフィルタ１５’と、他方の検出信号の高周波成分を透過させる高周波用バンドパスフィルタ１５”とを備え、低周波用バンドパスフィルタ１５’を透過した検出信号及び高周波バンドパスフィルタ１５”を透過した検出信号それぞれについて２次元マップを作成するので、ヘゲ欠陥の弁別能力が向上する。
【００５２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態にかかる表層欠陥検出装置１について説明する。第３実施形態にかかる表層欠陥検出装置１は、第２実施形態における計算機１３のデジタル信号処理において、さらに差分処理手段１６’と差分処理手段１６”とを追加したものである。したがって、本実施形態の説明においても、同符号を参照することにより表層欠陥検出装置１の全体構成についての説明を省略し、デジタル信号処理部分（図４における計算機１３の処理）のみ説明をする。
【００５３】
図１６は、本発明の第２実施形態にかかるデジタル信号処理を説明するブロック図である。各Ｅ型センサ５の検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ１２を介して計算機１３に取り込まれたのち、補正手段１４が、各Ｅ型センサ５の感度個体差を補正する。なお、この補正には、事前に設定しておく設定値を用いる。
【００５４】
次に、検出信号を２つに分岐し、一方を低周波用のバンドパスフィルタ１５’が周波数制限をし、他方を高周波用のバンドパスフィルタ１５”が周波数制限をする。その後、低周波用のバンドパスフィルタ１５’および高周波用のバンドパスフィルタ１５”の出力を、それぞれ差分処理手段１６’，１６”が金属被検体４の幅方向の差分処理を行う。
【００５５】
ここで、差分処理手段１６’，１６”が行う差分処理としては、平均差分と隣接差分とが考えられる。平均差分とは、検出信号の平均化信号と各検出信号との差分処理のことをいい、隣接差分とは、隣接した各々の検出信号間の差分処理のことをいう。
【００５６】
差分処理手段１６’，１６”により差分処理された検出信号は、それぞれ２次元画像化手段１８’，１８”が２次元画像化し、さらに、領域重心算出手段１９’，１９”がヘゲ欠陥の候補となる領域の領域重心を算出する。その後、判別手段１７は、２つの領域重心算出手段１９’，１９”によって算出した検出値の重心を結んだ直線に基づき、当該領域がヘゲ欠陥を含むか否かを判定する。なお、判別手段１７、２次元画像化手段１８’，１８”および領域重心算出手段１９’，１９”の具体的処理内容は、それぞれ第２実施形態における対応部分と同じなので、ここでは説明を省略する。
【００５７】
次に、図１７および図１８を参照して、本発明の第３実施形態における差分処理の効果について検討する。図１７および図１８は、差分処理手段１６’，１６”の差分処理として、それぞれ隣接差分および平均差分の処理をした場合の差分処理前後の検出信号を２次元画像化したものである。
【００５８】
図１７に示される検出信号の２次元マップより解るように、（ａ）隣接差分処理前では、コーナーヘゲに起因する以外の検出信号（つまりノイズ）も検出されているが、（ｂ）隣接差分処理後では、ノイズが低減され、ヘゲ欠陥の判別が容易になっている。また、図１８に示される検出信号の２次元マップより同様に解るように、（ａ）平均差分処理前では、ノイズも検出されているが、（ｂ）平均差分処理後では、ノイズが低減されている。したがって、上記の差分処理によってノイズを低減した後に検出信号の領域重心を算出することは、より精度の高いヘゲ欠陥検出に効果的であることがわかる。
【００５９】
以上より、本発明の第３実施形態にかかる表層欠陥検出装置は、金属被検体４の搬送方向に直交する方向に配列された、複数のＥ型センサ５を備え、金属被検体４の搬送方向とＥ型センサ５の配列方向とを含む２次元平面に各Ｅ型センサ５の検出信号をマッピングすることによって、検出信号の２次元マップを作成する２次元画像化手段１８’，１８”と、２次元マップにおける検出信号の２次元パターンに基づいて金属被検体４の表層にヘゲ欠陥が存在するか否かを判別する判別手段１７とを備えるので、金属被検体４の地合ノイズとヘゲ欠陥に起因する検出信号とを精度良く弁別することができる。
【００６０】
さらに、本発明の第３実施形態にかかる表層欠陥検出装置は、複数のＥ型センサ５間における検出信号の差分値を算出し、算出された差分値を示す信号を差分信号として出力する差分処理手段１６’，１６”を更に備え、２次元画像化手段１８’，１８”は、差分信号を２次元平面にマッピングすることによって２次元マップを作成するので、金属被検体４の地合ノイズを低減することができ、ヘゲ欠陥の弁別精度がより向上する。
【符号の説明】
【００６１】
１ 表層欠陥検出装置
２ センサＢｏｘ
３ ロール
４ 金属被検体
５ Ｅ型センサ
６ 信号処理部
７ 発振器
８ 差動増幅器
９ 位相器
１０ 検波器
１２ Ａ／Ｄコンバータ
１３ 計算機
１４ 補正手段
１５ バンドパスフィルタ
１６ 差分処理手段
１７ 判別手段
１８ ２次元画像化手段
１９ 領域重心算出手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属被検体の搬送方向に直交する方向に配列された、複数の渦流探傷センサを備える表層欠陥検出装置であって、
前記金属被検体の搬送方向と前記渦流探傷センサの配列方向とを含む２次元平面に各渦流探傷センサの検出信号をマッピングすることによって、該検出信号の２次元マップを作成する２次元画像化手段と、
前記２次元マップにおける前記検出信号の２次元パターンに基づいて、前記金属被検体の表層にヘゲ欠陥が存在するか否かを判別する判別手段と、
を備えることを特徴とする表層欠陥検出装置。
【請求項２】
各渦流探傷センサについて検出信号の領域重心位置を前記２次元マップ上に算出し、算出された領域重心位置を結ぶ折線を前記２次元パターンとして生成する領域重心算出手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の表層欠陥検出装置。
【請求項３】
前記判別手段は、前記折線を構成する直線の傾きに基づいて前記金属被検体の表層にヘゲ欠陥が存在するか否かを判別することを特徴とする請求項２に記載の表層欠陥検出装置。
【請求項４】
前記第２の差分手段から出力された検出信号を一方の検出信号と他方の検出信号とに分岐する分岐手段と、
前記一方の検出信号の低周波成分を透過させる低周波用バンドパスフィルタと、
前記他方の検出信号の高周波成分を透過させる高周波用バンドパスフィルタとを備え、
前記判別手段は、前記低周波用バンドパスフィルタを透過した検出信号及び前記高周波バンドパスフィルタを透過した検出信号それぞれについて前記２次元マップを作成することを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか１項に記載の表層欠陥検出装置。
【請求項５】
複数の渦流探傷センサ間における検出信号の差分値を算出し、算出された差分値を示す信号を差分信号として出力する差分手段を更に備え、
前記２次元画像化手段は、前記差分信号を前記２次元平面にマッピングすることによって前記２次元マップを作成することを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項に記載の表層欠陥検出装置。
【請求項１】
金属被検体の搬送方向に直交する方向に配列された、複数の渦流探傷センサを備える表層欠陥検出装置であって、
前記金属被検体の搬送方向と前記渦流探傷センサの配列方向とを含む２次元平面に各渦流探傷センサの検出信号をマッピングすることによって、該検出信号の２次元マップを作成する２次元画像化手段と、
前記２次元マップにおける前記検出信号の２次元パターンに基づいて、前記金属被検体の表層にヘゲ欠陥が存在するか否かを判別する判別手段と、
を備えることを特徴とする表層欠陥検出装置。
【請求項２】
各渦流探傷センサについて検出信号の領域重心位置を前記２次元マップ上に算出し、算出された領域重心位置を結ぶ折線を前記２次元パターンとして生成する領域重心算出手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の表層欠陥検出装置。
【請求項３】
前記判別手段は、前記折線を構成する直線の傾きに基づいて前記金属被検体の表層にヘゲ欠陥が存在するか否かを判別することを特徴とする請求項２に記載の表層欠陥検出装置。
【請求項４】
前記第２の差分手段から出力された検出信号を一方の検出信号と他方の検出信号とに分岐する分岐手段と、
前記一方の検出信号の低周波成分を透過させる低周波用バンドパスフィルタと、
前記他方の検出信号の高周波成分を透過させる高周波用バンドパスフィルタとを備え、
前記判別手段は、前記低周波用バンドパスフィルタを透過した検出信号及び前記高周波バンドパスフィルタを透過した検出信号それぞれについて前記２次元マップを作成することを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか１項に記載の表層欠陥検出装置。
【請求項５】
複数の渦流探傷センサ間における検出信号の差分値を算出し、算出された差分値を示す信号を差分信号として出力する差分手段を更に備え、
前記２次元画像化手段は、前記差分信号を前記２次元平面にマッピングすることによって前記２次元マップを作成することを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項に記載の表層欠陥検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−１４１２５０（Ｐ２０１２−１４１２５０Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８５１（Ｐ２０１１−８５１）
【出願日】平成２３年１月５日（２０１１．１．５）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月５日（２０１１．１．５）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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