表層欠陥検出装置
【課題】金属被検体の地合ノイズによるＳＮ比の低下を防ぎ、ヘゲ欠陥を精度良く検出する。
【解決手段】金属被検体４の表層部に渦電流を発生する励磁コイルＡと、渦電流により誘起された磁束を検出する第１及び第２の検出コイルＢ，Ｂ’とを有する複数のＥ型センサ５を金属被検体４の搬送方向に直交する方向に配列した表層欠陥検出装置１において、各Ｅ型センサ５について、第１の検出コイルＢの検出信号と第２の検出コイルＢ’の検出信号との差分を差動増幅して差動増幅信号として出力する差動増幅器８と、複数のＥ型センサ５間における差動増幅信号の差分を検出信号として出力する幅差分処理回路１１と、検出信号に基づいて、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の表層部に渦電流を発生する励磁コイルＡと、渦電流により誘起された磁束を検出する第１及び第２の検出コイルＢ，Ｂ’とを有する複数のＥ型センサ５を金属被検体４の搬送方向に直交する方向に配列した表層欠陥検出装置１において、各Ｅ型センサ５について、第１の検出コイルＢの検出信号と第２の検出コイルＢ’の検出信号との差分を差動増幅して差動増幅信号として出力する差動増幅器８と、複数のＥ型センサ５間における差動増幅信号の差分を検出信号として出力する幅差分処理回路１１と、検出信号に基づいて、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型の渦流探傷センサを脚部が搬送方向へ並ぶように設置し、かつ複数の渦流探傷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、各渦流探傷センサまたは各渦流探傷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欠陥を検出する。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、従来の渦流探傷装置は、金属被検体の地合ノイズを抑制することができないため、ＳＮ比が低下し、ヘゲ欠陥を精度良く検出できないことがあった。
【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によるＳＮ比の低下を防ぎ、ヘゲ欠陥を精度良く検出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、金属被検体の表層部に渦電流を発生する励磁コイルと、該渦電流により誘起された磁束を検出する第１及び第２の検出コイルとを有する複数の渦流探傷センサを前記金属被検体の搬送方向に垂直する方向に配列し、各渦流探傷センサについて、前記第１の検出コイルの検出信号と前記第２の検出コイルの検出信号との差分を差動増幅して差動増幅信号として出力する第１の差分手段と、前記複数の渦流探傷センサ間における前記差動増幅信号の差分を検出信号として出力する第２の差分手段と、前記検出信号に基づいて、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によるＳＮ比の低下を防ぎ、ヘゲ欠陥を精度良く検出できる。
【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、信号処理部の差分処理の例を説明する図である。
【図７】図７は、ヘゲ欠陥の概略図である。
【図８】図８は、差分処理前の検出データの図である。
【図９】図９は、差分処理後の検出データの図である。
【図１０】図１０は、デジタル信号処理を説明するブロック図である。
【図１１】図１１は、隣接差分処理をした場合の検出信号をマッピングした図である。
【図１２】図１２は、平均差分処理をした場合の検出信号をマッピングした図である。
【図１３】図１３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１４】図１４は、デジタル信号処理を説明するブロック図である。
【図１５】図１５は、ノイズとヘゲ欠陥の周波数解析のグラフである。
【図１６】図１６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１７】図１７は、低周波用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。
【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は、上面が金属被検体４のパスラインより５ｍｍ〜３０ｍｍ程度離れるように配置される。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Ｂｏｘ内２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から図６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り、図６は、信号処理部６の差分処理の例を説明する概略図である。
【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と幅差分処理回路１１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、幅差分処理回路１１によって差分処理される。例えば図６に示されるように、幅差分処理回路１１は、各Ｅ型センサ５の検出信号を分岐し、一方を加算回路１１ａで加算した後にアンプ１１ｂで平均化する。さらに、幅差分処理回路１１は、分岐した他方の検出信号の各々とアンプ１１ａで平均化した信号との差分を差動回路１１ｃにて差分する。
【００２５】
なお、ここでは幅差分処理回路１１の例として、検出信号の平均化信号と各検出信号との差分処理（以下これを平均差分という）を挙げたが、隣接した各々の検出信号間の差分処理（以下これを隣接差分という）を用いることも可能である。
【００２６】
幅差分処理回路１１によって差分処理された検出信号は、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。
【００２７】
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。
【００２８】
図７は、ヘゲ欠陥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はこれらヘゲを検出するためのものである。図７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８および図９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、それぞれ幅方向の差分処理前および後における検出データを示した例である。すなわち、図４の構成例で説明すれば、図８は、検波器１０から出力された検出信号をマッピングしたものであり、図９は、幅差分処理回路１１から出力された検出信号をマッピングしたものである。
【００２９】
図８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。その結果、ヘゲ欠陥に起因する検出信号を弁別すことが困難である。しかしながら、図９に示される検出データから読み取れるように、幅方向の差分処理をした場合、ヘゲ欠陥に起因する検出信号が強調されて現れる。この理由は、ヘゲ欠陥の場合、ライン方向に長く検出信号が出現するケースが多いからである。また、たとえ幅方向に広い場合でも、幅方向に直線的であることは少なく、多少なりとも傾きがあるので、ヘゲ欠陥に起因する検出信号が強調されて現れる。
【００３０】
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１は、金属被検体４の表層部に渦電流を発生する励磁コイルＡと、渦電流により誘起された磁束を検出する第１及び第２の検出コイルＢ，Ｂ’とを有する複数のＥ型センサ５を金属被検体４の搬送方向に直行する方向に配列した表層欠陥検出装置１において、各Ｅ型センサ５について、第１の検出コイルＢの検出信号と第２の検出コイルＢ’の検出信号との差分を差動増幅して差動増幅信号として出力する差動増幅器８と、複数のＥ型センサ５間における差動増幅信号の差分を検出信号として出力する幅差分処理回路１１と、検出信号に基づいて、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、金属被検体の地合ノイズによるＳＮ比の低下を防ぎ、ヘゲ欠陥を精度良く検出することができる。
【００３１】
（第２実施形態）
次に、幅方向の差分処理をデジタル信号処理により実現する実施形態について説明する。図４に示した第１実施形態は、アナログ回路にて幅方向の差分処理を行った例であるが、第２実施形態では、幅方向の差分処理回路をデジタル信号処理で行う方式である。すなわち、第２実施形態は、図４における幅差分処理回路１１を省略し、検波器１０からの検出信号をＡ／Ｄコンバータ１２を介して計算機１３に取り込む構成となる。よって、以下の説明では、図４及びその対応する説明と同じ符号を参照することにより、第２実施形態の信号処理部６の構成の説明を省略する。
【００３２】
図１０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。
【００３３】
次に、バンドパスフィルタ１５が検出信号の周波数を制限し、差分処理手段１６が金属被検体４の幅方向の差分処理を行い、判別手段１７でヘゲ欠陥であるか否かを判別する。図１１および図１２は、差分処理手段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マッピングしたものである。
【００３４】
図１１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１２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。
【００３５】
なお、幅広ノイズには、幅方向に大きく分布が有る場合があり幅方向の差分処理をしても、幅広ノイズに起因する検出信号が残ってしまう場合がある。そのような時には、次のような工夫により欠陥を弁別することも可能である。
【００３６】
図１３は、検出信号の２次元マップであり、ヘゲ欠陥候補をエリア化し、そのエリアの搬送方向に関して検出信号の検出値の領域重心位置を各チャンネルに亘って直線で結んだものである。図１３から読み取れるように、ヘゲ欠陥に起因した検出値の領域重心をつないだ直線は、金属被検体４の幅方向に対して傾き（つまり２次元パターンとしては屈折）を有している。したがって、例えば、当該直線が幅方向に対する角度が５°未満であればヘゲ欠陥の候補から外し、５°以上であればヘゲ欠陥と判断するようにすればヘゲ欠陥の弁別が高精度になる。
【００３７】
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。
【００３８】
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１は、金属被検体４の表層部に渦電流を発生する励磁コイルＡと、渦電流により誘起された磁束を検出する第１及び第２の検出コイルＢ，Ｂ’とを有する複数のＥ型センサ５を金属被検体４の搬送方向に直行する方向に配列した表層欠陥検出装置１において、各Ｅ型センサ５について、第１の検出コイルＢの検出信号と第２の検出コイルＢ’の検出信号との差分を差動増幅して差動増幅信号として出力する差動増幅器８と、複数のＥ型センサ５間における差動増幅信号の差分を検出信号として出力する幅差分処理回路１１と、検出信号に基づいて、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、金属被検体の地合ノイズによるＳＮ比の低下を防ぎ、ヘゲ欠陥を精度良く検出することができる。
【００３９】
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１は、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、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作成された検出信号の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ので、ヘゲ欠陥の弁別が高精度である。
【００４０】
（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実施形態におけるバンドパスフィルタ１５を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”とに変更したものである。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。
【００４１】
図１４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。
【００４２】
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、それぞれ独立に差分処理手段１６’，１６”が差分処理する。このときの差分処理は、平均差分および隣接差分の何れでもかまわない。
【００４３】
いま、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、低周波用のバンドパスフィルタ１５’の設定周波数を例えば５Ｈｚ〜３０Ｈｚとし、高周波用の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。
【００４４】
次に、図１５〜１７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１５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１５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と被検体４との間隔が２０ｍｍとした場合の例である。図１５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１６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１７（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。そこで、本発明の第３実施形態では、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”に通して欠陥判定をし、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”の両方で欠陥判定されたときに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のである。
【００４９】
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１は、金属被検体４の表層部に渦電流を発生する励磁コイルＡと、渦電流により誘起された磁束を検出する第１及び第２の検出コイルＢ，Ｂ’とを有する複数のＥ型センサ５を金属被検体４の搬送方向に直行する方向に配列した表層欠陥検出装置１において、各Ｅ型センサ５について、第１の検出コイルＢの検出信号と第２の検出コイルＢ’の検出信号との差分を差動増幅して差動増幅信号として出力する差動増幅器８と、複数のＥ型センサ５間における差動増幅信号の差分を検出信号として出力する幅差分処理回路１１と、検出信号に基づいて、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、金属被検体の地合ノイズによるＳＮ比の低下を防ぎ、ヘゲ欠陥を精度良く検出することができる。
【００５０】
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１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し、両方の検出信号でヘゲ欠陥が存在すると判別された場合に、金属被検体４の表層にヘゲ欠陥が存在すると判定するので、ヘゲ欠陥の弁別能力が向上する。
【符号の説明】
【００５１】
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
１１ 幅差分処理回路
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
【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型の渦流探傷センサを脚部が搬送方向へ並ぶように設置し、かつ複数の渦流探傷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、各渦流探傷センサまたは各渦流探傷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欠陥を検出する。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、従来の渦流探傷装置は、金属被検体の地合ノイズを抑制することができないため、ＳＮ比が低下し、ヘゲ欠陥を精度良く検出できないことがあった。
【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によるＳＮ比の低下を防ぎ、ヘゲ欠陥を精度良く検出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、金属被検体の表層部に渦電流を発生する励磁コイルと、該渦電流により誘起された磁束を検出する第１及び第２の検出コイルとを有する複数の渦流探傷センサを前記金属被検体の搬送方向に垂直する方向に配列し、各渦流探傷センサについて、前記第１の検出コイルの検出信号と前記第２の検出コイルの検出信号との差分を差動増幅して差動増幅信号として出力する第１の差分手段と、前記複数の渦流探傷センサ間における前記差動増幅信号の差分を検出信号として出力する第２の差分手段と、前記検出信号に基づいて、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によるＳＮ比の低下を防ぎ、ヘゲ欠陥を精度良く検出できる。
【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、信号処理部の差分処理の例を説明する図である。
【図７】図７は、ヘゲ欠陥の概略図である。
【図８】図８は、差分処理前の検出データの図である。
【図９】図９は、差分処理後の検出データの図である。
【図１０】図１０は、デジタル信号処理を説明するブロック図である。
【図１１】図１１は、隣接差分処理をした場合の検出信号をマッピングした図である。
【図１２】図１２は、平均差分処理をした場合の検出信号をマッピングした図である。
【図１３】図１３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１４】図１４は、デジタル信号処理を説明するブロック図である。
【図１５】図１５は、ノイズとヘゲ欠陥の周波数解析のグラフである。
【図１６】図１６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１７】図１７は、低周波用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。
【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は、上面が金属被検体４のパスラインより５ｍｍ〜３０ｍｍ程度離れるように配置される。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Ｂｏｘ内２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から図６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り、図６は、信号処理部６の差分処理の例を説明する概略図である。
【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と幅差分処理回路１１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、幅差分処理回路１１によって差分処理される。例えば図６に示されるように、幅差分処理回路１１は、各Ｅ型センサ５の検出信号を分岐し、一方を加算回路１１ａで加算した後にアンプ１１ｂで平均化する。さらに、幅差分処理回路１１は、分岐した他方の検出信号の各々とアンプ１１ａで平均化した信号との差分を差動回路１１ｃにて差分する。
【００２５】
なお、ここでは幅差分処理回路１１の例として、検出信号の平均化信号と各検出信号との差分処理（以下これを平均差分という）を挙げたが、隣接した各々の検出信号間の差分処理（以下これを隣接差分という）を用いることも可能である。
【００２６】
幅差分処理回路１１によって差分処理された検出信号は、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。
【００２７】
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。
【００２８】
図７は、ヘゲ欠陥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はこれらヘゲを検出するためのものである。図７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８および図９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、それぞれ幅方向の差分処理前および後における検出データを示した例である。すなわち、図４の構成例で説明すれば、図８は、検波器１０から出力された検出信号をマッピングしたものであり、図９は、幅差分処理回路１１から出力された検出信号をマッピングしたものである。
【００２９】
図８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。その結果、ヘゲ欠陥に起因する検出信号を弁別すことが困難である。しかしながら、図９に示される検出データから読み取れるように、幅方向の差分処理をした場合、ヘゲ欠陥に起因する検出信号が強調されて現れる。この理由は、ヘゲ欠陥の場合、ライン方向に長く検出信号が出現するケースが多いからである。また、たとえ幅方向に広い場合でも、幅方向に直線的であることは少なく、多少なりとも傾きがあるので、ヘゲ欠陥に起因する検出信号が強調されて現れる。
【００３０】
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１は、金属被検体４の表層部に渦電流を発生する励磁コイルＡと、渦電流により誘起された磁束を検出する第１及び第２の検出コイルＢ，Ｂ’とを有する複数のＥ型センサ５を金属被検体４の搬送方向に直行する方向に配列した表層欠陥検出装置１において、各Ｅ型センサ５について、第１の検出コイルＢの検出信号と第２の検出コイルＢ’の検出信号との差分を差動増幅して差動増幅信号として出力する差動増幅器８と、複数のＥ型センサ５間における差動増幅信号の差分を検出信号として出力する幅差分処理回路１１と、検出信号に基づいて、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、金属被検体の地合ノイズによるＳＮ比の低下を防ぎ、ヘゲ欠陥を精度良く検出することができる。
【００３１】
（第２実施形態）
次に、幅方向の差分処理をデジタル信号処理により実現する実施形態について説明する。図４に示した第１実施形態は、アナログ回路にて幅方向の差分処理を行った例であるが、第２実施形態では、幅方向の差分処理回路をデジタル信号処理で行う方式である。すなわち、第２実施形態は、図４における幅差分処理回路１１を省略し、検波器１０からの検出信号をＡ／Ｄコンバータ１２を介して計算機１３に取り込む構成となる。よって、以下の説明では、図４及びその対応する説明と同じ符号を参照することにより、第２実施形態の信号処理部６の構成の説明を省略する。
【００３２】
図１０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。
【００３３】
次に、バンドパスフィルタ１５が検出信号の周波数を制限し、差分処理手段１６が金属被検体４の幅方向の差分処理を行い、判別手段１７でヘゲ欠陥であるか否かを判別する。図１１および図１２は、差分処理手段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マッピングしたものである。
【００３４】
図１１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１２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。
【００３５】
なお、幅広ノイズには、幅方向に大きく分布が有る場合があり幅方向の差分処理をしても、幅広ノイズに起因する検出信号が残ってしまう場合がある。そのような時には、次のような工夫により欠陥を弁別することも可能である。
【００３６】
図１３は、検出信号の２次元マップであり、ヘゲ欠陥候補をエリア化し、そのエリアの搬送方向に関して検出信号の検出値の領域重心位置を各チャンネルに亘って直線で結んだものである。図１３から読み取れるように、ヘゲ欠陥に起因した検出値の領域重心をつないだ直線は、金属被検体４の幅方向に対して傾き（つまり２次元パターンとしては屈折）を有している。したがって、例えば、当該直線が幅方向に対する角度が５°未満であればヘゲ欠陥の候補から外し、５°以上であればヘゲ欠陥と判断するようにすればヘゲ欠陥の弁別が高精度になる。
【００３７】
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。
【００３８】
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１は、金属被検体４の表層部に渦電流を発生する励磁コイルＡと、渦電流により誘起された磁束を検出する第１及び第２の検出コイルＢ，Ｂ’とを有する複数のＥ型センサ５を金属被検体４の搬送方向に直行する方向に配列した表層欠陥検出装置１において、各Ｅ型センサ５について、第１の検出コイルＢの検出信号と第２の検出コイルＢ’の検出信号との差分を差動増幅して差動増幅信号として出力する差動増幅器８と、複数のＥ型センサ５間における差動増幅信号の差分を検出信号として出力する幅差分処理回路１１と、検出信号に基づいて、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、金属被検体の地合ノイズによるＳＮ比の低下を防ぎ、ヘゲ欠陥を精度良く検出することができる。
【００３９】
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１は、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、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作成された検出信号の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ので、ヘゲ欠陥の弁別が高精度である。
【００４０】
（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実施形態におけるバンドパスフィルタ１５を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”とに変更したものである。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。
【００４１】
図１４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。
【００４２】
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、それぞれ独立に差分処理手段１６’，１６”が差分処理する。このときの差分処理は、平均差分および隣接差分の何れでもかまわない。
【００４３】
いま、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、低周波用のバンドパスフィルタ１５’の設定周波数を例えば５Ｈｚ〜３０Ｈｚとし、高周波用の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。
【００４４】
次に、図１５〜１７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１５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１５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と被検体４との間隔が２０ｍｍとした場合の例である。図１５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１６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１７（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。そこで、本発明の第３実施形態では、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”に通して欠陥判定をし、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”の両方で欠陥判定されたときに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のである。
【００４９】
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１は、金属被検体４の表層部に渦電流を発生する励磁コイルＡと、渦電流により誘起された磁束を検出する第１及び第２の検出コイルＢ，Ｂ’とを有する複数のＥ型センサ５を金属被検体４の搬送方向に直行する方向に配列した表層欠陥検出装置１において、各Ｅ型センサ５について、第１の検出コイルＢの検出信号と第２の検出コイルＢ’の検出信号との差分を差動増幅して差動増幅信号として出力する差動増幅器８と、複数のＥ型センサ５間における差動増幅信号の差分を検出信号として出力する幅差分処理回路１１と、検出信号に基づいて、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、金属被検体の地合ノイズによるＳＮ比の低下を防ぎ、ヘゲ欠陥を精度良く検出することができる。
【００５０】
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１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し、両方の検出信号でヘゲ欠陥が存在すると判別された場合に、金属被検体４の表層にヘゲ欠陥が存在すると判定するので、ヘゲ欠陥の弁別能力が向上する。
【符号の説明】
【００５１】
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
１１ 幅差分処理回路
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属被検体の表層部に渦電流を発生する励磁コイルと、該渦電流により誘起された磁束を検出する第１及び第２の検出コイルとを有する複数の渦流探傷センサを前記金属被検体の搬送方向に垂直する方向に配列した表層欠陥検出装置であって、
各渦流探傷センサについて、前記第１の検出コイルの検出信号と前記第２の検出コイルの検出信号との差分を差動増幅して差動増幅信号として出力する第１の差分手段と、
前記複数の渦流探傷センサ間における前記差動増幅信号の差分を検出信号として出力する第２の差分手段と、
前記検出信号に基づいて、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】
前記第２の差分手段は、前記差動増幅信号を前記複数の渦流探傷センサに関して平均化した平均化信号を算出し、算出した平均化信号と各渦流探傷センサの差動増幅信号との差分を検出信号として出力す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】
前記第２の差分手段は、隣接した２つの渦流探傷センサ間の前記差動増幅信号で差を検出信号として出力す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４】
前記励磁コイル、前記第１の検出コイル、及び前記第２の検出コイルは、前記金属被検体の搬送方向に配列されてい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】
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し、両方の検出信号でヘゲ欠陥が存在すると判別された場合に、前記金属被検体の表層にヘゲ欠陥が存在すると判定すること
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６】
前記判別手段は、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作成された該検出信号の２次元マップにおける該検出信号の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こと、を特徴とする請求項１〜５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】
金属被検体の表層部に渦電流を発生する励磁コイルと、該渦電流により誘起された磁束を検出する第１及び第２の検出コイルとを有する複数の渦流探傷センサを前記金属被検体の搬送方向に垂直する方向に配列した表層欠陥検出装置であって、
各渦流探傷センサについて、前記第１の検出コイルの検出信号と前記第２の検出コイルの検出信号との差分を差動増幅して差動増幅信号として出力する第１の差分手段と、
前記複数の渦流探傷センサ間における前記差動増幅信号の差分を検出信号として出力する第２の差分手段と、
前記検出信号に基づいて、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】
前記第２の差分手段は、前記差動増幅信号を前記複数の渦流探傷センサに関して平均化した平均化信号を算出し、算出した平均化信号と各渦流探傷センサの差動増幅信号との差分を検出信号として出力す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】
前記第２の差分手段は、隣接した２つの渦流探傷センサ間の前記差動増幅信号で差を検出信号として出力す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４】
前記励磁コイル、前記第１の検出コイル、及び前記第２の検出コイルは、前記金属被検体の搬送方向に配列されてい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】
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し、両方の検出信号でヘゲ欠陥が存在すると判別された場合に、前記金属被検体の表層にヘゲ欠陥が存在すると判定すること
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６】
前記判別手段は、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作成された該検出信号の２次元マップにおける該検出信号の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こと、を特徴とする請求項１〜５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６】
【図７】
【図１０】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１０】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１４１２５１（Ｐ２０１２−１４１２５１Ａ）
【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２０１１−８５２（Ｐ２０１１−８５２）
【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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