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】金属被検体の表層部に渦電流を発生させる励磁コイルＡと、渦電流により誘起された磁束を検出する検出コイルＢ，Ｂ’とを有する複数のＥ型センサ５と、複数の渦流探傷センサの検出信号の波形の相互相関値を算出する相互相関値算出手段１６と、相互相関値を用いて前記金属被検体の表層の欠陥を判別する判別手段１７とを備える。
【解決手段】金属被検体の表層部に渦電流を発生させる励磁コイルＡと、渦電流により誘起された磁束を検出する検出コイルＢ，Ｂ’とを有する複数のＥ型センサ５と、複数の渦流探傷センサの検出信号の波形の相互相関値を算出する相互相関値算出手段１６と、相互相関値を用いて前記金属被検体の表層の欠陥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、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、金属被検体の表層に形成された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形の渦流センサを脚部が厚板の幅方向に並ぶように設置し、かつ搬送方向へ千鳥配置にて設置して、ヘゲ欠陥の検出を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２８４１９１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、特許文献１記載のような千鳥配置の渦流探傷装置では、渦流センサの搬送方向における寸法が大きくなり、厚板のバタツキによる影響が出てしまう。一方、渦流センサの脚部を搬送方向に並ぶように配置すると、搬送方向における寸法は小さくなるが、搬送方向に狭いノイズを検出してしまう。その結果、厚板などの金属被検体には搬送方向に狭く幅方向に広い分布の地合ノイズが存在するので、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検出コイルとを有する複数の渦流探傷センサと、前記複数の渦流探傷センサの検出信号の波形の相互相関値を算出する相互相関値算出手段と、前記相互相関値を用いて前記金属被検体の表層の欠陥を判別する判別手段とを備えることを特徴とする。
【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、コンピュータで行われる処理の機能ブロック図である。
【図７】図７は、ヘゲ欠陥の概略図である。
【図８】図８は、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９】図９は、ヘゲ欠陥とノイズを含む検出信号の波形を示す図である。
【図１０】図１０は、ヘゲ欠陥を含む部分の検出信号と幅広ノイズの検出信号の波形を抜粋した図である。
【図１１】図１１は、判別アルゴリズム例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、ヘゲ欠陥とノイズを含む検出信号の波形における相互相関値の計算例を示す図である。
【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】
まず、図１及び図２を用いて、本発明の実施形態に係る表層欠陥検出装置１の概略構成を説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる表層欠陥検出装置１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の上を搬送されながらセンサＢｏｘ２によって欠陥探傷される。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、９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９ｃｈ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】
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とコンピュータ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】
信号処理部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、Ｙ軸成分を出力成分としたときにガタ信号の位相が１２０°であれば、位相を１２０°回転して、ガタ信号の位相が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を介してコンピュータ１３へ入力される。コンピュータ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ものである。
【００２５】
図６は、上記コンピュータ１３で行われるデジタル信号処理の一例を説明する機能ブロック図である。
【００２６】
Ａ／Ｄコンバータ１２は、検出信号を適切なデジタル信号へ変換するものであり、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の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。
【００２７】
補正手段１４は、各Ｅ型センサ５の感度個体差を補正するものである。この補正には、事前に設定しておく設定値を用いる。その後、バンドパスフィルタ１５が検出信号の周波数を制限し、幅広ノイズ以外の単純なノイズを除去する。
【００２８】
相互相関値算出手段１６は、Ｅ型センサ５の検出信号の波形の相互相関値を算出するものであり、判別手段１７は、当該相互相関値を用いて金属被検体４のヘゲ欠陥を判別するものである。
【００２９】
ここで、上記相互相関値算出手段１６および判別手段１７の機能をより詳しく説明するために、ヘゲ欠陥およびこれをＥ型センサ５により検出した検出データについて検討する。
【００３０】
図７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装置である。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は、表層欠陥検出装置１における９ｃｈのＥ型センサ５にて上記ヘゲ欠陥を含む厚板を欠陥検出したときの、検出信号の強度を濃淡で２次元画像化した図である。
【００３１】
図８に示される２次元マップから読み取れるように、９ｃｈのＥ型センサ５の検出信号には、幅方向に広い出力（つまりノイズ）が検出されている。そして、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となっている。
【００３２】
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、検出信号の波形をグラフ化したものである。図９のグラフは、表層欠陥検出装置１の各検出チャンネル１〜９の出力電圧を縦軸とし、検出位置（つまり厚板における長さ位置）を横軸としたグラフである。同グラフにおいて、３００ｍｍ近傍がヘゲ欠陥に起因する検出信号であり、５８００ｍｍ近傍および１３６５０ｍｍ近傍がノイズの検出信号である。
【００３３】
図１０（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、上記３００ｍｍ近傍、５８００ｍｍ近傍および１３６５０ｍｍ近傍の信号波形を抜粋して拡大したものである。図１０（ｂ）および（ｃ）から理解できるように、幅広ノイズに起因する検出信号は、各チャンネルの波形が相似形である。一方、図１０（ａ）から理解できるように、ヘゲ欠陥に起因する検出信号は、各チャンネルの波形が大きくずれている。つまり、各チャンネル間の信号波形が相似形ではない。
【００３４】
すなわち、上述のように、ヘゲ欠陥に起因する検出信号とノイズとでは、各チャンネル間信号波形の相関が異なるので、本発明では、検出信号の相互相関値を用いて、ヘゲ欠陥に起因する検出信号とノイズを弁別する。
【００３５】
以下、図１１を参照して、本発明の実施形態にかかる表層欠陥検出方法について説明する。すなわち、上述したコンピュータ１３（特に相互相関値算出手段１６および判別手段１７）における処理について説明する。
【００３６】
図１１に示されるフローチャートは本発明の実施形態にかかる相関評価のアルゴリズム例である。図１１に示されるアルゴリズム例では、まず従来技術を用いた一次スクリーニングを行い、ヘゲ欠陥の候補を抽出する（ステップＳ１）。すなわち、ヘゲ欠陥に起因する検出信号との弁別が困難な幅広ノイズ以外の単純なノイズを予め除外して、ヘゲ欠陥の判別精度を向上させる。
【００３７】
例えば、上述の一次スクリーニングとして、バンドパスフィルタを用いる方法が考えられる。ここで、１つのバンドパスフィルタを用いて一時スクリーニングをしてもよいが、低周波用バンドパスフィルタ（例えば５Ｈｚ〜３０Ｈｚ）と高周波用バンドパスフィルタ（３０Ｈｚ〜６０Ｈｚ）を用いて一時スクリーニングすることがより効果的である。さらに、検出信号の幅方向のチャンネルについて差分処理を行った後に一次スクリーニングを行うことがより効果的である。なぜならば、当該差分処理によりある程度の幅広ノイズが相殺されるので、スクリーニングの精度が向上するからである。
【００３８】
次に、検出信号が閾値レベルを超えた場所から、検出値の最初のピーク位置を探索する（ステップＳ２）。そして、そのピーク位置から所定の範囲について各チャンネルの検出信号を調査し、検出レベルが所定レベル以上のチャンネルを評価対象チャンネルとして選択する（ステップＳ３）。当該所定の範囲として、ピーク位置からのデータ点を規定すること、またはピーク位置からの距離を規定することなどが考えられる。
【００３９】
その後、調査の対象となった評価対象チャンネルのうち、最大値をとるチャンネル（以下、これを最大チャンネルと呼ぶ）を探索する（ステップＳ４）。そして、当該最大チャンネルと他の評価対象チャンネルとの相互相関値を算出する（ステップＳ５）。なお相互相関値の算出には下式を用いる。
【数１】
ただし、ｘ、ｙは相関を計算するチャンネルの時系列データ、ｎはデータ点数、μはｎ点のデータ平均値、σはｎ点データの標準偏差、ρは相関値である。相関値ρは１〜−１の値であり、１に近いほど信号波形が相似形であることを示す。−１の場合は信号波形が全くの逆位相であることを示す。
【００４０】
上記相互相関値ρをそれぞれのチャンネルについて算出し、これら相互相関値の平均値を代表の相互相関値ρrepとする。例えば、上述の９ｃｈ検出の表層欠陥検出装置１において５ｃｈが最大チャンネルであった場合、ρ5,1，ρ5,2，ρ5,3，ρ5,4，ρ5,6，ρ5,7，ρ5,8，ρ5,9を算出し、これらの平均値（ρ5,1＋ρ5,2＋ρ5,3＋ρ5,4＋ρ5,6＋ρ5,7＋ρ5,8＋ρ5,9）／８を相互相関値ρrepとする。そして、例えば代表の相互相関値ρrepについての閾値を０．８５として、当該閾値以下の場合にヘゲ欠陥と判定する（ステップＳ６）。
【００４１】
上記判定が終了した場合、探索範囲を変更してヘゲ欠陥の再探索を開始する（ステップＳ７）。そしてこの探索を探索範囲を網羅するまで繰り返す。
【００４２】
一方、全てのチャンネルを相関値対象にしてしまうと、例えば幅広ノイズもヘゲ欠陥もなく出力自体が小さいため検出信号が微弱である場合、結果的に相互相関値が小さくなってしまうことがあるので、これらのチャンネルを評価対象から排除することが必要である。上記アルゴリズム例では、ステップＳ２において検出値の最初のピーク位置を探索する際に、すべての点がある閾値以下であるチャンネルは評価対象外とする（ステップＳ８）。また、評価対象となるチャンネルが２チャンネル以下であるものも、ヘゲ欠陥の候補からはずす（ステップＳ９）。
【００４３】
上記アルゴリズム例を図１０に示した（ａ）ヘゲ部、（ｂ）ノイズ部１、および（ｃ）ノイズ部２に適用した場合の相互相関値ρが以下の表である。
（ａ） ヘゲ部： ０．８
（ｂ）ノイズ部１： ０．９９
（ｃ）ノイズ部２： ０．９５
上記表から理解できるように、本発明の実施形態にかかるアルゴリズムによればヘゲ欠陥を検出した場合は相互相関値が幅広ノイズよりも小さくなっている。したがって、上述のように相互相関値の閾値を０．８５とすることによりヘゲ欠陥と幅広ノイズを弁別することができる。
【００４４】
図１２は、図９に示した検出信号の波形を上記アルゴリズム例によって弁別したものである。図１２から理解できるように、絶対値２Ｖ以上の幅広ノイズに起因する信号の全てが相互相関値が大きくなり、本発明の効果が確認できる。
【００４５】
以上より、本発明の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、該渦電流により誘起された磁束を検出する検出コイルＢ，Ｂ’とを有する複数のＥ型センサ５と、複数のＥ型センサ５の検出信号の波形の相互相関値を算出する相互相関値算出手段１６と、相互相関値を用いて前記金属被検体の表層の欠陥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。
【００４６】
さらに、本発明の実施形態にかかる表層欠陥検出装置１は、複数のＥ型センサ５の検出信号のうち最大の強度をとる検出信号を基準検出信号として選択し、基準検出信号とその他の検出信号の夫々との相互相関値を算出す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。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記の実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。例えば、相関をとる基準となる検出信号（上述の例では最大チャンネル）の選択の方法として、各チャンネルの検出信号における最初に閾値を超えたチャンネルの検出信号を基準の検出信号として相互相関値を計算する方法を採用することもできる。また、各チャンネルの検出信号のうち閾値を超えたチャンネルの検出信号の平均波形を計算し、これを基準の検出信号として相互相関を計算する方法を採用することもできる。
【００４８】
また、相互相関値を利用したヘゲ欠陥の判別方法についても以下の様な方法をとり得る。例えば、相互相関値ρをそれぞれのチャンネルについて算出し、これら相互相関値の最小値を代表の相互相関値ρrepとし、この相互相関値ρrepが０．８等の閾値を下回ることによってヘゲ欠陥を判別する方法をとり得る。また、電気ノイズなどの突発ノイズが心配な場合は、相互相関値ρをそれぞれのチャンネルについて算出した後、小さい方から２つ目の相互相関値が０．８５以下ならばヘゲ欠陥であると判別する方法が考えられる。
【００４９】
板のばたつき、反りなどが少なく信号の低周波変動が少ない条件であれば、一次スクリーニングのための信号処理を行わず、閾値のみで欠陥候補を選択することも可能である。また、渦流探傷センサとして、Ｅ型センサではなく、Ｉ型センサまたはＵ型センサなどを使用しても良いし、ホール素子センサなどの使用も可能である。
【符号の説明】
【００５０】
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 コンピュータ
１４ 補正手段
１５ バンドパスフィルタ
１６ 相互相関値算出手段
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、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、金属被検体の表層に形成された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形の渦流センサを脚部が厚板の幅方向に並ぶように設置し、かつ搬送方向へ千鳥配置にて設置して、ヘゲ欠陥の検出を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２８４１９１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、特許文献１記載のような千鳥配置の渦流探傷装置では、渦流センサの搬送方向における寸法が大きくなり、厚板のバタツキによる影響が出てしまう。一方、渦流センサの脚部を搬送方向に並ぶように配置すると、搬送方向における寸法は小さくなるが、搬送方向に狭いノイズを検出してしまう。その結果、厚板などの金属被検体には搬送方向に狭く幅方向に広い分布の地合ノイズが存在するので、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検出コイルとを有する複数の渦流探傷センサと、前記複数の渦流探傷センサの検出信号の波形の相互相関値を算出する相互相関値算出手段と、前記相互相関値を用いて前記金属被検体の表層の欠陥を判別する判別手段とを備えることを特徴とする。
【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、コンピュータで行われる処理の機能ブロック図である。
【図７】図７は、ヘゲ欠陥の概略図である。
【図８】図８は、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９】図９は、ヘゲ欠陥とノイズを含む検出信号の波形を示す図である。
【図１０】図１０は、ヘゲ欠陥を含む部分の検出信号と幅広ノイズの検出信号の波形を抜粋した図である。
【図１１】図１１は、判別アルゴリズム例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、ヘゲ欠陥とノイズを含む検出信号の波形における相互相関値の計算例を示す図である。
【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】
まず、図１及び図２を用いて、本発明の実施形態に係る表層欠陥検出装置１の概略構成を説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる表層欠陥検出装置１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の上を搬送されながらセンサＢｏｘ２によって欠陥探傷される。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、９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９ｃｈ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】
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とコンピュータ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】
信号処理部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、Ｙ軸成分を出力成分としたときにガタ信号の位相が１２０°であれば、位相を１２０°回転して、ガタ信号の位相が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を介してコンピュータ１３へ入力される。コンピュータ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ものである。
【００２５】
図６は、上記コンピュータ１３で行われるデジタル信号処理の一例を説明する機能ブロック図である。
【００２６】
Ａ／Ｄコンバータ１２は、検出信号を適切なデジタル信号へ変換するものであり、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の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。
【００２７】
補正手段１４は、各Ｅ型センサ５の感度個体差を補正するものである。この補正には、事前に設定しておく設定値を用いる。その後、バンドパスフィルタ１５が検出信号の周波数を制限し、幅広ノイズ以外の単純なノイズを除去する。
【００２８】
相互相関値算出手段１６は、Ｅ型センサ５の検出信号の波形の相互相関値を算出するものであり、判別手段１７は、当該相互相関値を用いて金属被検体４のヘゲ欠陥を判別するものである。
【００２９】
ここで、上記相互相関値算出手段１６および判別手段１７の機能をより詳しく説明するために、ヘゲ欠陥およびこれをＥ型センサ５により検出した検出データについて検討する。
【００３０】
図７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装置である。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は、表層欠陥検出装置１における９ｃｈのＥ型センサ５にて上記ヘゲ欠陥を含む厚板を欠陥検出したときの、検出信号の強度を濃淡で２次元画像化した図である。
【００３１】
図８に示される２次元マップから読み取れるように、９ｃｈのＥ型センサ５の検出信号には、幅方向に広い出力（つまりノイズ）が検出されている。そして、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となっている。
【００３２】
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、検出信号の波形をグラフ化したものである。図９のグラフは、表層欠陥検出装置１の各検出チャンネル１〜９の出力電圧を縦軸とし、検出位置（つまり厚板における長さ位置）を横軸としたグラフである。同グラフにおいて、３００ｍｍ近傍がヘゲ欠陥に起因する検出信号であり、５８００ｍｍ近傍および１３６５０ｍｍ近傍がノイズの検出信号である。
【００３３】
図１０（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、上記３００ｍｍ近傍、５８００ｍｍ近傍および１３６５０ｍｍ近傍の信号波形を抜粋して拡大したものである。図１０（ｂ）および（ｃ）から理解できるように、幅広ノイズに起因する検出信号は、各チャンネルの波形が相似形である。一方、図１０（ａ）から理解できるように、ヘゲ欠陥に起因する検出信号は、各チャンネルの波形が大きくずれている。つまり、各チャンネル間の信号波形が相似形ではない。
【００３４】
すなわち、上述のように、ヘゲ欠陥に起因する検出信号とノイズとでは、各チャンネル間信号波形の相関が異なるので、本発明では、検出信号の相互相関値を用いて、ヘゲ欠陥に起因する検出信号とノイズを弁別する。
【００３５】
以下、図１１を参照して、本発明の実施形態にかかる表層欠陥検出方法について説明する。すなわち、上述したコンピュータ１３（特に相互相関値算出手段１６および判別手段１７）における処理について説明する。
【００３６】
図１１に示されるフローチャートは本発明の実施形態にかかる相関評価のアルゴリズム例である。図１１に示されるアルゴリズム例では、まず従来技術を用いた一次スクリーニングを行い、ヘゲ欠陥の候補を抽出する（ステップＳ１）。すなわち、ヘゲ欠陥に起因する検出信号との弁別が困難な幅広ノイズ以外の単純なノイズを予め除外して、ヘゲ欠陥の判別精度を向上させる。
【００３７】
例えば、上述の一次スクリーニングとして、バンドパスフィルタを用いる方法が考えられる。ここで、１つのバンドパスフィルタを用いて一時スクリーニングをしてもよいが、低周波用バンドパスフィルタ（例えば５Ｈｚ〜３０Ｈｚ）と高周波用バンドパスフィルタ（３０Ｈｚ〜６０Ｈｚ）を用いて一時スクリーニングすることがより効果的である。さらに、検出信号の幅方向のチャンネルについて差分処理を行った後に一次スクリーニングを行うことがより効果的である。なぜならば、当該差分処理によりある程度の幅広ノイズが相殺されるので、スクリーニングの精度が向上するからである。
【００３８】
次に、検出信号が閾値レベルを超えた場所から、検出値の最初のピーク位置を探索する（ステップＳ２）。そして、そのピーク位置から所定の範囲について各チャンネルの検出信号を調査し、検出レベルが所定レベル以上のチャンネルを評価対象チャンネルとして選択する（ステップＳ３）。当該所定の範囲として、ピーク位置からのデータ点を規定すること、またはピーク位置からの距離を規定することなどが考えられる。
【００３９】
その後、調査の対象となった評価対象チャンネルのうち、最大値をとるチャンネル（以下、これを最大チャンネルと呼ぶ）を探索する（ステップＳ４）。そして、当該最大チャンネルと他の評価対象チャンネルとの相互相関値を算出する（ステップＳ５）。なお相互相関値の算出には下式を用いる。
【数１】
ただし、ｘ、ｙは相関を計算するチャンネルの時系列データ、ｎはデータ点数、μはｎ点のデータ平均値、σはｎ点データの標準偏差、ρは相関値である。相関値ρは１〜−１の値であり、１に近いほど信号波形が相似形であることを示す。−１の場合は信号波形が全くの逆位相であることを示す。
【００４０】
上記相互相関値ρをそれぞれのチャンネルについて算出し、これら相互相関値の平均値を代表の相互相関値ρrepとする。例えば、上述の９ｃｈ検出の表層欠陥検出装置１において５ｃｈが最大チャンネルであった場合、ρ5,1，ρ5,2，ρ5,3，ρ5,4，ρ5,6，ρ5,7，ρ5,8，ρ5,9を算出し、これらの平均値（ρ5,1＋ρ5,2＋ρ5,3＋ρ5,4＋ρ5,6＋ρ5,7＋ρ5,8＋ρ5,9）／８を相互相関値ρrepとする。そして、例えば代表の相互相関値ρrepについての閾値を０．８５として、当該閾値以下の場合にヘゲ欠陥と判定する（ステップＳ６）。
【００４１】
上記判定が終了した場合、探索範囲を変更してヘゲ欠陥の再探索を開始する（ステップＳ７）。そしてこの探索を探索範囲を網羅するまで繰り返す。
【００４２】
一方、全てのチャンネルを相関値対象にしてしまうと、例えば幅広ノイズもヘゲ欠陥もなく出力自体が小さいため検出信号が微弱である場合、結果的に相互相関値が小さくなってしまうことがあるので、これらのチャンネルを評価対象から排除することが必要である。上記アルゴリズム例では、ステップＳ２において検出値の最初のピーク位置を探索する際に、すべての点がある閾値以下であるチャンネルは評価対象外とする（ステップＳ８）。また、評価対象となるチャンネルが２チャンネル以下であるものも、ヘゲ欠陥の候補からはずす（ステップＳ９）。
【００４３】
上記アルゴリズム例を図１０に示した（ａ）ヘゲ部、（ｂ）ノイズ部１、および（ｃ）ノイズ部２に適用した場合の相互相関値ρが以下の表である。
（ａ） ヘゲ部： ０．８
（ｂ）ノイズ部１： ０．９９
（ｃ）ノイズ部２： ０．９５
上記表から理解できるように、本発明の実施形態にかかるアルゴリズムによればヘゲ欠陥を検出した場合は相互相関値が幅広ノイズよりも小さくなっている。したがって、上述のように相互相関値の閾値を０．８５とすることによりヘゲ欠陥と幅広ノイズを弁別することができる。
【００４４】
図１２は、図９に示した検出信号の波形を上記アルゴリズム例によって弁別したものである。図１２から理解できるように、絶対値２Ｖ以上の幅広ノイズに起因する信号の全てが相互相関値が大きくなり、本発明の効果が確認できる。
【００４５】
以上より、本発明の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、該渦電流により誘起された磁束を検出する検出コイルＢ，Ｂ’とを有する複数のＥ型センサ５と、複数のＥ型センサ５の検出信号の波形の相互相関値を算出する相互相関値算出手段１６と、相互相関値を用いて前記金属被検体の表層の欠陥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。
【００４６】
さらに、本発明の実施形態にかかる表層欠陥検出装置１は、複数のＥ型センサ５の検出信号のうち最大の強度をとる検出信号を基準検出信号として選択し、基準検出信号とその他の検出信号の夫々との相互相関値を算出す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。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記の実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。例えば、相関をとる基準となる検出信号（上述の例では最大チャンネル）の選択の方法として、各チャンネルの検出信号における最初に閾値を超えたチャンネルの検出信号を基準の検出信号として相互相関値を計算する方法を採用することもできる。また、各チャンネルの検出信号のうち閾値を超えたチャンネルの検出信号の平均波形を計算し、これを基準の検出信号として相互相関を計算する方法を採用することもできる。
【００４８】
また、相互相関値を利用したヘゲ欠陥の判別方法についても以下の様な方法をとり得る。例えば、相互相関値ρをそれぞれのチャンネルについて算出し、これら相互相関値の最小値を代表の相互相関値ρrepとし、この相互相関値ρrepが０．８等の閾値を下回ることによってヘゲ欠陥を判別する方法をとり得る。また、電気ノイズなどの突発ノイズが心配な場合は、相互相関値ρをそれぞれのチャンネルについて算出した後、小さい方から２つ目の相互相関値が０．８５以下ならばヘゲ欠陥であると判別する方法が考えられる。
【００４９】
板のばたつき、反りなどが少なく信号の低周波変動が少ない条件であれば、一次スクリーニングのための信号処理を行わず、閾値のみで欠陥候補を選択することも可能である。また、渦流探傷センサとして、Ｅ型センサではなく、Ｉ型センサまたはＵ型センサなどを使用しても良いし、ホール素子センサなどの使用も可能である。
【符号の説明】
【００５０】
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 コンピュータ
１４ 補正手段
１５ バンドパスフィルタ
１６ 相互相関値算出手段
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させる励磁コイルと、該渦電流により誘起された磁束を検出する検出コイルとを有する複数の渦流探傷センサと、
前記複数の渦流探傷センサの検出信号の波形の相互相関値を算出する相互相関算値算出手段と、
前記相互相関値を用いて前記金属被検体の表層の欠陥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】
前記相互相関値算出手段は、前記複数の渦流探傷センサの検出信号から一つの基準検出信号を選択し、該基準検出信号とその他の検出信号の夫々との相互相関値を算出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】
前記相互相関値算出手段は、前記複数の渦流探傷センサの検出信号のうち最大の強度をとる検出信号を基準検出信号として選択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】
前記相互相関値算出手段は、前記複数の渦流探傷センサの検出信号のうち最初に閾値を超えた検出信号を基準検出信号として選択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５】
前記相互相関値算出手段は、前記複数の渦流探傷センサの検出信号の平均波形の検出信号を基準検出信号として選択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６】
前記渦流探傷センサは、金属被検体の表層部に渦電流を発生させる励磁コイルと、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センサであることを特徴とする請求項１〜５の何れか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させる励磁コイルと、該渦電流により誘起された磁束を検出する検出コイルとを有する複数の渦流探傷センサと、
前記複数の渦流探傷センサの検出信号の波形の相互相関値を算出する相互相関算値算出手段と、
前記相互相関値を用いて前記金属被検体の表層の欠陥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】
前記相互相関値算出手段は、前記複数の渦流探傷センサの検出信号から一つの基準検出信号を選択し、該基準検出信号とその他の検出信号の夫々との相互相関値を算出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】
前記相互相関値算出手段は、前記複数の渦流探傷センサの検出信号のうち最大の強度をとる検出信号を基準検出信号として選択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】
前記相互相関値算出手段は、前記複数の渦流探傷センサの検出信号のうち最初に閾値を超えた検出信号を基準検出信号として選択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５】
前記相互相関値算出手段は、前記複数の渦流探傷センサの検出信号の平均波形の検出信号を基準検出信号として選択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６】
前記渦流探傷センサは、金属被検体の表層部に渦電流を発生させる励磁コイルと、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センサであることを特徴とする請求項１〜５の何れか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９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１５９４３９（Ｐ２０１２−１５９４３９Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０１７５（Ｐ２０１１−２０１７５）
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【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８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【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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