JP3743191B2

JP3743191B2 - Eddy current testing

Info

Publication number: JP3743191B2
Application number: JP02978699A
Authority: JP
Inventors: 淳一四辻; 宏晴加藤; 章生長棟
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2019-02-08
Also published as: JP2000227421A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は強磁性金属被検体に交流磁界を印加し、それによって発生する渦電流に起因する磁場の、強磁性金属被検体の内部に存在する欠陥による変動を金属被検体の表面近傍に配置された磁気センサで検出することによって、欠陥を探傷する渦流探傷方法に関するものであり、さらに詳しくは、欠陥の検出性能（Ｓ／Ｎ比）を向上させた渦流探傷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、渦流探傷法が広く用いられている。その例として、製鉄プラントにおける検査ラインに組み込まれている渦流探傷装置の構成の例を図８に示す。
【０００３】
製品検査ラインを搬送ローラ１２、１３により、ほぼ一定速度Ｖで搬送されるたとえば薄鋼帯等の金属被検体１１の搬送路に沿って渦流探傷装置１４が配設されている。この渦流探傷装置１４は、走行状態の金属被検体１１表面近傍に配設された渦流プローブ（コイル）１５と渦流プローブ１５に交流電流を供給する交流電流源１６と渦流プローブ１５からの検出信号に基づいて金属被検体１１の内部または表面の欠陥１８を検出する信号処理装置１７とで構成されている。
【０００４】
金属被検体１１に欠陥１８が存在すると、この欠陥１８に起因して金属被検体１１の渦電流、ひいてはそれにより発生する磁場が乱される。渦流プローブ１５はこの磁場の変化を検出する。磁場変化によって生じる信号の強さは欠陥１８の大きさに対応するので、渦流プローブ１５の検出信号の信号レベルで欠陥１８の大きさが評価できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の金属被検体の欠陥検出においては、渦流プローブの検出信号の信号レベルによって欠陥を検出していた。
しかしながら、渦流プローブによって検出される磁気的な信号は、上記の欠陥に起因する渦電流の乱れに起因するものだけではなく、さまざまな要因により変化する。たとえば、センサと欠陥の距離（リフトオフ）の変動により、金属被検体中に発生する渦電流の強さ、分布が変化すると同時に、渦電流によって発生する磁場を検出する際にもセンサと金属被検体との相対的な位置が異なることで、センサにより検出される磁気的信号が変化する。このような、リフトオフ変動によって発生する信号はノイズとなり、検出能を低下させることとなる。
【０００６】
また、渦流プローブの信号には、金属被検体における局部的な磁気的、電気的特性変化、むらなどに起因する金属被検体外部の磁束分布の乱れや表面粗さにより生じる磁場の乱れによる信号が含まれる場合がある。これらの信号は、欠陥検出という観点からすれば、不要な磁束（雑音磁束）であり、検出能を劣化させることになる。
【０００７】
このような前者のリフトオフ変動への対策としては、たとえば特開昭６１−２０６５号公報に、リフトオフ変動に伴う信号変化の影響をなくすため、位相弁別を使用する方法が述べられている。しかしながら、後者の「雑音磁束」は、このような方法では低減することはできない。
【０００８】
雑音磁束への対策に関しては、雑音磁束による影響を避けるため、位相検波を行った後、欠陥に起因する信号と雑音磁束に起因する信号とで周波数が異なることを利用して欠陥を判断する方法が用いられることがある。
【０００９】
図９は欠陥信号と、雑音磁束を位相検波した後の信号の周波数特性の測定結果の一例を示す図である。すなわち、図９は、薄鋼板を一定速度で走行させた状態において、欠陥に起因する漏洩磁束を磁気センサで検出した場合の欠陥信号の周波数特性と雑音磁束を磁気センサにより検出した場合の周波数特性を例示している。
【００１０】
図９からもわかるように、一般に欠陥信号の方が雑音磁束よりも高い周波数分布を持っている。そこで、信号処理装置に遮断周波数ｆを有するハイパスフィルタを組み込み、磁気センサから当該信号処理装置に出力された検出信号の内、欠陥信号を雑音磁束に比べて相対的に強調して抽出することが可能である。
【００１１】
しかし、欠陥信号の周波数特性と雑音磁束の周波数特性は重なり合う部分もあるため、検出すべき欠陥が小さくて欠陥信号のレベルが小さい場合や、雑音磁束が大きい場合には、たとえ欠陥信号を周波数弁別したとしても、欠陥を検出できるレベルまで、雑音磁束の信号レベルを低減することは困難である。
【００１２】
本発明は、以上のような実状に鑑みてなされたもので、金属被検体に交流磁界を印加し、それによって発生する渦電流に起因する磁場の、前記金属被検体の内部に存在する欠陥による変動を、前記金属被検体の表面近傍に配置された磁気センサで検出することによって、欠陥を探傷する渦流探傷方法であって、リフトオフの変動や雑音磁束の影響を受けにくく、欠陥検出性能の高い渦流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、強磁性金属被検体に交流磁界を印加し、それによって発生する渦電流に起因する磁場の、前記強磁性金属被検体の内部に存在する欠陥による変動を、前記強磁性金属被検体の表面近傍に配置された磁気センサで検出することによって、欠陥を探傷する渦流探傷方法であって、前記強磁性金属被検体に強さの異なる少なくとも２種の磁化条件、すなわち強磁化条件と弱磁化条件を、雑音信号については前記強磁化条件と前記弱磁化条件とで同様の検出状況となり、かつ、欠陥信号については前記強磁化条件では十分に検出されるが前記弱磁化条件では検出されない条件で、少なくとも２種の直流磁界をさらに印加して測定を行い、その異なる条件での測定信号同士を演算することにより欠陥を検出することを特徴とする渦流探傷方法（請求項１）である。
【００１４】
本手段により欠陥検出能向上を図ることができる理由を述べるため、まず雑音磁束の性質について説明する。以下は厚さ１mmの鋼板での調査結果例である。鋼板の表面より、歪みが入らないよう化学的に少しずつ削っていき、雑音磁束レベルの変化を調べたところ、図２に示すように雑音磁束は徐々に小さくなっていき、表層20μmほど削ったところで、削る前の状態の半分以下になることがわかった。つまり、雑音磁束の主要な源は表層にあることが判明した。この理由としては、例えば表面の粗さに起因して磁気的信号が変動すること、及び、鋼板製造時に表面から冷却されることにより生じる表層組織の局所的なばらつきなどにより磁気的性質のむらが表面に集中して生じることによるものと考えられる。このような現象はここで使用したサンプル以外でも見られ、雑音磁束が持つ性質の一つと考えることができる。
【００１５】
以上説明したように、雑音磁束主要部は表層部にその源を持つが、内部欠陥は一般にそれよりも深い位置にある。強さの異なる直流磁界を印加した測定条件にて、渦流探傷時の雑音磁束と欠陥信号レベルの挙動を考えるとどのようなことが起こるかを以下に述べる。
【００１６】
鋼などの強磁性体に交流磁束を印加すると、表皮効果により強磁性体に浸透する磁束は深くなればなるほど弱くなっていく。そのため深いところにある信号源ほど検出信号レベルが弱められることになる。この現象は強磁性体の透磁率が大きいほど顕著に現れる。たとえば、透磁率の大きい被検体の内部欠陥が検出できない場合でも、透磁率の小さい被検体の同じ深さの内部欠陥が十分に検出される場合があるし、また透磁率が大きい場合は、小さい場合と比べ、表層にその源を持つ雑音磁束が深い位置にある欠陥からの信号よりも相対的に強調される。つまり透磁率を変化させることにより深さ方向に感度の異なる探傷が可能となる。
【００１７】
本手段においては、対象となる強磁性体の透磁率を変える手段として、強磁性体に加える直流磁界の強さを変える方法を用いる。図３は強磁性体のＢ（磁束密度）―Ｈ（磁界強度）曲線であるが、渦流探傷において透磁率とはこの曲線の局部的な傾き（△B/△H）を示す。H=0の時はこの透磁率は大きい値（△B0/△H0）をとり、直流磁界を強くした場合、例えば強磁性体がほぼ磁気飽和する時は透磁率は小さい値（△B1/△H1）となる。
【００１８】
直流磁界を変化させたときの内部欠陥信号例を図４に示す。図４において横軸は直流磁界（直流磁化）の大きさ、縦軸は内部欠陥信号と雑音磁束との大きさの比、いわゆるＳ／Ｎ比を示す。直流磁界を上げていくと、欠陥信号が、雑音磁束信号に比べ大きくなっていくのが見て取れる。
【００１９】
この原理に従い、たとえば２種の直流磁化条件をえらび、その異なる条件から得られたサンプル上で同じ位置に対応する信号同士の適当な演算を行うことで、それぞれの測定条件に共通に大きく存在する雑音磁束を低減し、欠陥信号を相対的に強めることができる。演算としては、欠陥信号、雑音ノイズの性質に応じて検出能が向上できるよう適当なものを選択すればよい。
【００２０】
また、リフトオフ変動による磁気センサー信号変化に対しても、測定条件の異なる信号を演算するときに消去され、結果としてリフトオフ変動の影響を小さくすることができる。
【００２１】
なお、以上の説明においては、２種の直流磁化条件を用いる場合について述べたが、３種以上の直流磁化条件で測定を行い、その結果の測定対象の同じ位置に対応するデータを演算し、様々な深さに対応する場合にも同様の考え方、方法により欠陥検出能向上が図れることはいうまでもない。
【００２２】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、強い直流磁界を印加している状態での測定値から、より弱い直流磁界を印加している状態での測定値を、重みを付けて減算した結果より、欠陥を検出することを特徴とするもの（請求項２）である。
【００２３】
雑音磁束信号の大きさは、強い直流磁界を印加している状態においても、より弱い直流磁界を印加している状態においても、それほど大きく変化しない。それに対し、前述のように、内部欠陥に起因する磁束信号の大きさは、直流磁界の強さにより大きく変化する。本手段においては、この性質を利用して、強い直流磁界を印加している状態での測定値から、より弱い直流磁界を印加している状態での測定値を、重みを付けて減算することにより、両方に共通に含まれる雑音磁束信号を消去するようにしている。これにより、ほぼ内部欠陥に起因する磁束信号のみが残って検出信号として現れるので、大きなＳ／Ｎ比で内部欠陥を検出することができる。
【００２８】
【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。図１は、本実施の形態に係る渦流探傷法実施する装置の概要を示す図であり、薄鋼板の内部介在物探傷に適用する例を示すものである。図１において、１は薄鋼板、２、３は搬送ロール、４は渦流探傷装置、５ａ、５ｂは交流磁化器と磁気センサーを兼ねた渦流プローブ、６ａ、６ｂは交流電源、７ａ、７ｂは直流磁化器、８は信号処理装置、９は内部欠陥である。
【００２９】
この製品検査ラインでは、鋼板１の搬送路に沿って渦流探傷装置４が設置されている。この渦流探傷装置４は、主に渦流プローブ５ａ、５ｂ、直流磁化器７ａ、７ｂ、信号処理装置８によって構成されている。渦流プローブ５ａ、５ｂは、それぞれ交流電源６ａ（周波数ｆ１）、６ｂ（周波数ｆ２）により励磁される。この渦流プローブ５ａ、５ｂと鋼板１との距離であるリフトオフの値は双方とも同じでＬ１である。
【００３０】
直流磁化器７ａ、７ｂは、薄鋼板１に対し渦流プローブ５ａ、５ｂと同じ側にあっても、反対側にあってもよい。これらは、薄鋼板１から同じ距離Ｌ２を隔てて配置される。渦流プローブ５ａ、直流磁化器６ａを用いて第１の条件での測定を行う。また渦流プローブ５ｂ、直流磁化器６ｂは第２の条件での測定を行う。
【００３１】
たとえば、渦流プローブ５ａを励磁する交流電源６ａの周波数ｆ１は低く、かつ、直流磁化器６ａによる直流磁化は強くし、これに対し、渦流プローブ５ｂを励磁する交流電源６ｂの周波数ｆ２は高く、かつ、直流磁化器６ｂによる直流磁化は弱くしておく。これにより、渦流プローブ５ａからは、薄鋼板１の表面近傍から発生するノイズと共に、内部欠陥９によって発生する信号が検出される。それに対し、渦流プローブ５ｂからは、内部欠陥９によって発生する信号は検出されないか検出されても小さく、主として薄鋼板１の表面近傍から発生するノイズが検出される。
【００３２】
渦流プローブ５ａ、５ｂで検出された磁気信号（交流）の振幅を求めるため、交流電源６ａ、６ｂの出力からの参照信号を使用して、信号処理装置８により位相検波処理が施されるが、これは渦流探傷法における常套手段であるので、その説明を省略する。さらに、位相検波後の信号について、信号信号処理装置８により鋼板上の同一位置からの信号同士で演算をし、雑音磁束を低減し、相対的に欠陥信号を強調しＳ／Ｎ向上がなされる。
【００３３】
例えば、位相検波後の渦流プローブ５ａの信号をVa(t)、渦流プローブ５ｂの信号をVb(t)とすると、
V(t)＝Va(t)−ｋ・Vb(t)
として、検出信号を演算する。ここでｋは定数であり、Va(t)とVb(t)に含まれる雑音磁束を消去するように、実験的に求められる。実際には、渦流プローブ５ａと渦流プローブ５ｂの距離が離れているので、上記の式においては、渦流プローブ５ａの位置から渦流プローブ５ｂの位置まで薄鋼板１が走行する時間だけ、信号Va(t)を遅延させたものを使用することになる。
なお、リフトオフＬ１、は必ずしも、渦流プローブ５ａ、５ｂで同じである必要はなく、相互に異なっていてもよい。リフトオフＬ２についても同様である。
【００３４】
また、強い直流磁化条件での測定値と弱い直流磁化条件での測定値の減算、遅延処理、フィルタリングなどの処理は、アナログ信号にて行ってよいし、アナログ信号をディジタル信号に変換後に行ってもよい。また、ディジタル信号に変換してから行う場合でも、ハードウエアによってもソフトウエアによって行っても構わない。
【００３５】
直流磁化・励磁周波数の組み合わせを３種以上にした場合も、欠陥信号の深さと共通雑音磁束の深さに応じて減算の係数を調整する事により検出性能を向上させることができる。例えば、図５に示すように深さ方向の感度が異なる条件１、条件２、条件３がある時、条件３から条件１を減算したときは深さ領域１、条件３から条件２を減算したときは深さ領域２までの表層における共通雑音磁束信号を減ずることができ、それぞれの領域内に存在する欠陥の感度が良くなる。
【００３６】
【実施例】
以下に本発明を、薄鋼板（薄鋼帯）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、図６を参照しながら説明する。図６に示す渦流探傷装置は、図１に示したものと同じであるが、図１においては、信号処理装置８の内部に置かれて図示されていなかった遅延処理回路１０が独立の要素として構成され、図示されている点が異なっているのみである。その他の符号は、図１に示されたものと同じものを示すので、その説明を省略する。
【００３７】
製品検査ラインを搬送される薄鋼板１の厚さは１mmであった。また、この鋼板１は搬送ローラ２、３によりほぼ一定速度Ｖ＝20m/minで搬送されていた。
各渦流プローブ５ａ、５ｂと薄鋼板１の表面までの距離であるリフトオフＬ１は0.7mmに設定した。また、図示していないが複数個の渦流プローブ５ａ、５ｂが板幅方向に直線的に10mmピッチで配列されており、1００組、計2００個の渦流プローブ５ａ、５ｂにて板幅方向１mをカバーするようになっている。直流磁化器７ａ、７ｂは渦流プローブ５ａ、５ｂとは薄鋼板１を挟んで反対側に設置し、鋼板との距離Ｌ２は５mmとした。
【００３８】
強い直流磁化条件としては、弱い直流磁化条件と比べ、雑音ノイズレベルに対する欠陥信号レベルの比率が大きく変化なる条件を選ぶ必要がある。ただし、この条件における雑音磁束信号が強い直流磁化条件においても存在するよう、両方の雑音検出状況を似せるという意味で、不必要に小さくならない条件とする必要もある。これらの条件を勘案し、ここでは5000ATを選択して、直流磁化装置７ａをこの値に設定した。主に雑音磁束を検出する弱い直流磁化条件として2000ATを選択し、直流磁化装置７ｂをこの値に設定した。
【００３９】
渦流の励磁周波数は鋼板速度との関係で、信号の変化を十分に捉えられる周波数とした。また、ここではf1=f2とした。欠陥信号周波数は上限で700Hz程度を考えておけばよく、10kHzの励磁周波数であれば十分検出が可能である。
【００４０】
渦流プローブ５ａ、５ｂからの信号は、信号処理装置８において、励磁電源からの参照信号を使って位相検波される。
位相検波後の検出信号Va（t）、およびVb(t)は直流分や周波数の低い地合ノイズ成分の低減、欠陥信号周波数より高い電気ノイズなどをカットするため、バンドパスフィルタにかけられる。通過帯域は、両磁化条件とも同じで、200〜500Hzである。
【００４１】
また、信号処理装置８は、位相検波された渦流プローブ５ａ、５ｂの検出信号Va(t)、Vb(t)を10kHzのサンプリング周波数によりアナログ-ディジタル変換し、以後の計算はディジタル値を使用して行う。
【００４２】
また、薄鋼板１の移動方向における渦流プローブ５ａと渦流プローブ５ｂの位置ずれ量ｄを、逐次実測した鋼板速度Ｖで除して、同じ鋼板位置に対応する時間差Δtをもとめ、遅延処理回路１０により渦流プローブ５ａの信号Va(t)を相対的に磁気センサ11bの信号Vb(t)に対して遅らせてVa（t-Δt）とVb(t)を対応させるようにしている。すなわち、欠陥判定に使用する信号V(t)として、
V(t)=Va（t-Δt）-k・Vb(t)
を用いている。ここで、ｋは定数であり、Va(t-Δt)とVb(t)に含まれる雑音磁束を消去するように、実験的に求めた。
【００４３】
図７に検出能改善効果を示す。強い直流磁化（渦流プローブ５ａにて測定）では、材料に起因するノイズが大きくＳ／Ｎ比は1.6である。弱い直流磁化条件（渦流プローブ５ｂにて測定）では、強い直流磁化条件で出ていた雑音磁束が同様に現れているが、欠陥信号に対応する信号が検出されていないのがわかる。弱い直流磁化条件での信号を0.5倍し、対応する位置の強い直流磁化条件での信号より引いた結果が差分処理結果である。雑音磁束が激減し、相対的に欠陥信号が強調され、Ｓ／Ｎ比が向上(3.5)していることがわかる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１に係る発明においては、異なる条件から得られたサンプル上で同じ位置に対応する測定信号同士の適当な演算を行うことで、それぞれの測定条件において共通に大きく存在する雑音磁束を低減し、欠陥信号を相対的に強めることができる。
【００４５】
請求項２に係る発明においては、強い直流磁界を印加している状態での測定値から、より弱い直流磁界を印加している状態での測定値を、重みを付けて減算することにより、両方に共通に含まれる雑音磁束信号を消去するようにしているので、簡単な演算により高いＳ／Ｎ比で内部欠陥信号を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る渦流探傷法実施する装置の概要を示す図である。
【図２】鋼板の表面の削除厚さと、正規化された雑音磁束信号レベルとの関係の例を示す図である。
【図３】強磁性体のＢ−Ｈカーブの例を示す図である。
【図４】直流磁化レベルと内部欠陥のＳ／Ｎ比との関係を示す図である。
【図５】深さ方向の感度が異なる３つの条件で検出を行ったときの、検出可能な欠陥位置を示す図である。
【図６】本発明の実施例に使用した渦流探傷装置の構成を示す概略図である。
【図７】本発明の実施例におけるＳ／Ｎ比の改善結果を示す図である。
【図８】従来の渦流探傷装置の例を示す概略図である。
【図９】欠陥信号と雑音磁束の周波数特性の測定結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…薄鋼板
２、３…搬送ロール
４…渦流探傷装置
５ａ、５ｂ…渦流プローブ
６ａ、６ｂ…交流電源
７ａ、７ｂ…直流磁化器
８…信号処理装置
９…内部欠陥
１０…遅延処理回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, an alternating magnetic field is applied to a ferromagnetic metal specimen, and fluctuations caused by defects existing in the ferromagnetic metal specimen due to eddy currents generated thereby are arranged near the surface of the metal specimen. The present invention relates to an eddy current flaw detection method for flaw detection by detecting with a magnetic sensor, and more particularly to an eddy current flaw detection method with improved defect detection performance (S / N ratio).
[0002]
[Prior art]
As a method for detecting defects existing inside a ferromagnetic material such as iron, the eddy current flaw detection method is widely used. As an example, FIG. 8 shows an example of the configuration of an eddy current flaw detector incorporated in an inspection line in an iron manufacturing plant.
[0003]
An eddy current flaw detector 14 is disposed along a conveyance path of a metal specimen 11 such as a thin steel strip that is conveyed at a substantially constant speed V on the product inspection line by conveyance rollers 12 and 13. The eddy current flaw detector 14 is provided with a detection signal from the eddy current probe 15 and the eddy current probe 16 provided near the surface of the traveling metal object 11, an alternating current source 16 for supplying an alternating current to the eddy current probe 15, and the eddy current probe 15. The signal processing device 17 is configured to detect a defect 18 inside or on the surface of the metal object 11.
[0004]
When the defect 18 exists in the metal object 11, the eddy current of the metal object 11 and the magnetic field generated thereby are disturbed due to the defect 18. The eddy current probe 15 detects this change in the magnetic field. Since the intensity of the signal generated by the magnetic field change corresponds to the size of the defect 18, the size of the defect 18 can be evaluated by the signal level of the detection signal of the eddy current probe 15.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional defect detection of the metal object, the defect is detected based on the signal level of the detection signal of the eddy current probe.
However, the magnetic signal detected by the eddy current probe varies not only due to the eddy current disturbance due to the above-described defects but also due to various factors. For example, the strength and distribution of eddy currents generated in a metal specimen change due to fluctuations in the distance between the sensor and the defect (lift-off), and at the same time the sensor and metal specimen are detected when detecting the magnetic field generated by the eddy current. Since the relative position differs from the magnetic signal, the magnetic signal detected by the sensor changes. Such a signal generated by the lift-off fluctuation becomes noise, which lowers the detection capability.
[0006]
In addition, the eddy current probe signal includes a signal due to magnetic field disturbance caused by disturbance of magnetic flux distribution outside the metal object and surface roughness due to local magnetic and electrical property changes and unevenness in the metal object. May be included. From the viewpoint of defect detection, these signals are unnecessary magnetic fluxes (noise magnetic fluxes) and degrade the detection ability.
[0007]
As a countermeasure against the former lift-off fluctuation, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 61-2065 describes a method of using phase discrimination in order to eliminate the influence of a signal change accompanying the lift-off fluctuation. However, the latter “noise magnetic flux” cannot be reduced by such a method.
[0008]
Regarding countermeasures against noise magnetic flux, after avoiding the influence of noise magnetic flux, after detecting the phase, a method of judging the defect using the frequency difference between the signal caused by the defect and the signal caused by the noise magnetic flux May be used.
[0009]
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the measurement result of the defect signal and the frequency characteristics of the signal after the phase detection of the noise magnetic flux. That is, FIG. 9 shows a frequency characteristic of a defect signal when a leakage magnetic flux caused by a defect is detected by a magnetic sensor and a frequency characteristic when a noise magnetic flux is detected by a magnetic sensor in a state where the thin steel plate is run at a constant speed. Is illustrated.
[0010]
As can be seen from FIG. 9, the defect signal generally has a higher frequency distribution than the noise magnetic flux. Therefore, a high-pass filter having a cutoff frequency f is incorporated in the signal processing device, and among the detection signals output from the magnetic sensor to the signal processing device, the defect signal is relatively emphasized and extracted compared to the noise magnetic flux. Is possible.
[0011]
However, since the frequency characteristics of the defect signal and the frequency characteristics of the noise magnetic flux overlap, there are some areas where the defect to be detected is small and the level of the defect signal is small, or when the noise magnetic flux is large, even if the defect signal is frequency discriminated. Even so, it is difficult to reduce the signal level of the noise magnetic flux to such a level that a defect can be detected.
[0012]
The present invention has been made in view of the above-described actual situation, and an AC magnetic field is applied to a metal object, and a magnetic field caused by an eddy current generated thereby is caused by a defect existing inside the metal object. This is an eddy current flaw detection method for detecting defects by detecting fluctuations with a magnetic sensor arranged in the vicinity of the surface of the metal object, and is highly resistant to fluctuations in lift-off and noise magnetic flux, and has high defect detection performance. It is an object to provide an eddy current flaw detection method.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
A first means for solving the above problem is that an AC magnetic field is applied to a ferromagnetic metal specimen, and a magnetic field caused by an eddy current generated thereby is caused by a defect existing inside the ferromagnetic metal specimen. An eddy current flaw detection method for flaw detection by detecting fluctuations with a magnetic sensor disposed in the vicinity of the surface of the ferromagnetic metal object, wherein the ferromagnetic metal object has at least two kinds of strengths different from each other. Magnetization conditions, that is, strong magnetization conditions and weak magnetization conditions, noise signals are detected in the same manner under the strong magnetization conditions and the weak magnetization conditions, and defect signals are sufficiently detected under the strong magnetization conditions. in conditions but not detected by the weak magnetization condition, we perform measurement further applying at least two DC magnetic field, to detect a defect by calculating the measured signal together with the different conditions An eddy current flaw detection method characterized the door (claim 1).
[0014]
In order to describe the reason why the defect detection capability can be improved by this means, first, the nature of the noise magnetic flux will be described. The following is an example of the results of a survey on a 1 mm thick steel plate. From the surface of the steel plate, it was cut away little by little to avoid distortion, and when the change in the noise magnetic flux level was examined, the noise magnetic flux gradually decreased as shown in FIG. By the way, it turned out that it became less than half of the state before cutting. In other words, it was found that the main source of noise magnetic flux was on the surface layer. The reason for this is, for example, that the magnetic signal varies due to the roughness of the surface, and the unevenness of the magnetic properties due to local variations in the surface layer structure caused by cooling from the surface when manufacturing the steel sheet. This is thought to be caused by concentrating on this. Such a phenomenon is also seen in samples other than those used here, and can be considered as one of the properties of noise magnetic flux.
[0015]
As described above, the main part of the noise magnetic flux has its source in the surface layer part, but the internal defect is generally deeper than that. The following describes what happens when the behavior of noise magnetic flux and defect signal level during eddy current flaw detection is considered under measurement conditions in which DC magnetic fields of different strengths are applied.
[0016]
When an alternating magnetic flux is applied to a ferromagnetic material such as steel, the magnetic flux penetrating the ferromagnetic material due to the skin effect becomes weaker as the depth increases. Therefore, the detection signal level is weakened as the signal source is deeper. This phenomenon becomes more prominent as the magnetic permeability of the ferromagnetic material increases. For example, even when an internal defect of a subject having a high magnetic permeability cannot be detected, an internal defect of the same depth of a subject having a low magnetic permeability may be sufficiently detected, and when the magnetic permeability is high, the internal defect is small. Compared to the case, the noise magnetic flux having its source on the surface layer is more emphasized than the signal from the defect located deep. In other words, flaw detection with different sensitivities in the depth direction is possible by changing the magnetic permeability.
[0017]
In this means, as a means for changing the magnetic permeability of the target ferromagnetic material, a method of changing the strength of the DC magnetic field applied to the ferromagnetic material is used. FIG. 3 shows a B (magnetic flux density) -H (magnetic field strength) curve of a ferromagnetic material. In eddy current flaw detection, the permeability indicates a local inclination (ΔB / ΔH) of this curve. When H = 0, this permeability takes a large value (ΔB0 / ΔH0). When the DC magnetic field is increased, for example, when the ferromagnetic material is almost magnetically saturated, the permeability is a small value (ΔB1 / Δ H1).
[0018]
An example of an internal defect signal when the DC magnetic field is changed is shown in FIG. In FIG. 4, the horizontal axis represents the magnitude of the DC magnetic field (DC magnetization), and the vertical axis represents the ratio of the magnitude of the internal defect signal to the noise magnetic flux, the so-called S / N ratio. As the DC magnetic field is increased, it can be seen that the defect signal becomes larger than the noise magnetic flux signal.
[0019]
In accordance with this principle, for example, two types of direct current magnetization conditions are selected, and signals corresponding to the same position on a sample obtained from the different conditions are appropriately calculated, so that there is a large common in each measurement condition. The noise magnetic flux can be reduced and the defect signal can be relatively strengthened. As the calculation, an appropriate one may be selected so that the detection capability can be improved according to the nature of the defect signal and noise.
[0020]
Further, the change in the magnetic sensor signal due to the lift-off fluctuation is also deleted when calculating the signals having different measurement conditions, and as a result, the influence of the lift-off fluctuation can be reduced.
[0021]
In the above description, the case where two types of DC magnetization conditions are used has been described. However, measurement is performed under three or more types of DC magnetization conditions, and the data corresponding to the same position of the measurement target as a result is calculated. Needless to say, even when dealing with various depths, the defect detection ability can be improved by the same concept and method.
[0022]
The second means for solving the above-mentioned problem is the first means, which is a measurement in a state where a weak DC magnetic field is applied from a measurement value in a state where a strong DC magnetic field is applied. A defect is detected from a result of subtracting a value with a weight (claim 2).
[0023]
The magnitude of the noise magnetic flux signal does not change so much even when a strong DC magnetic field is applied and when a weaker DC magnetic field is applied. On the other hand, as described above, the magnitude of the magnetic flux signal caused by the internal defect varies greatly depending on the strength of the DC magnetic field. In this measure, using this property, the measured value with a weaker DC magnetic field applied is subtracted with a weight from the measured value with a stronger DC magnetic field applied. Thus, the noise magnetic flux signal included in both is erased. As a result, only the magnetic flux signal caused by the internal defect remains and appears as a detection signal, so that the internal defect can be detected with a large S / N ratio.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an outline of an apparatus for performing an eddy current flaw detection method according to the present embodiment, and shows an example applied to flaw detection of internal inclusions in a thin steel plate. In FIG. 1, 1 is a thin steel plate, 2 is a transport roll, 4 is an eddy current flaw detector, 5a and 5b are eddy current probes that serve as both an AC magnetizer and a magnetic sensor, 6a and 6b are AC power supplies, and 7a and 7b are direct currents. A magnetizer, 8 is a signal processing device, and 9 is an internal defect.
[0029]
In this product inspection line, the eddy current flaw detector 4 is installed along the conveyance path of the steel plate 1. The eddy current flaw detector 4 is mainly composed of eddy current probes 5 a and 5 b, DC magnetizers 7 a and 7 b, and a signal processing device 8. The eddy current probes 5a and 5b are excited by AC power sources 6a (frequency f1) and 6b (frequency f2), respectively. The lift-off values, which are the distances between the eddy current probes 5a and 5b and the steel plate 1, are both the same and L1.
[0030]
The DC magnetizers 7a and 7b may be on the same side as the eddy current probes 5a and 5b with respect to the thin steel plate 1 or on the opposite side. These are arranged at the same distance L2 from the thin steel plate 1. Measurement under the first condition is performed using the eddy current probe 5a and the DC magnetizer 6a. The eddy current probe 5b and the DC magnetizer 6b perform measurement under the second condition.
[0031]
For example, the frequency f1 of the AC power source 6a for exciting the eddy current probe 5a is low and the DC magnetization by the DC magnetizer 6a is strengthened, whereas the frequency f2 of the AC power source 6b for exciting the eddy current probe 5b is high, and The DC magnetization by the DC magnetizer 6b is kept weak. Thereby, a signal generated by the internal defect 9 is detected from the eddy current probe 5 a together with noise generated from the vicinity of the surface of the thin steel plate 1. On the other hand, the signal generated by the internal defect 9 is not detected or detected from the eddy current probe 5b, and noise generated mainly from the vicinity of the surface of the thin steel plate 1 is detected.
[0032]
In order to obtain the amplitude of the magnetic signals (alternating current) detected by the eddy current probes 5a and 5b, a phase detection process is performed by the signal processing device 8 using the reference signal from the output of the alternating current power supplies 6a and 6b. Since this is a conventional means in the eddy current flaw detection method, its description is omitted. Further, the signal after the phase detection is calculated with the signals from the same position on the steel plate by the signal signal processing device 8 to reduce the noise magnetic flux, relatively enhance the defect signal, and improve the S / N. .
[0033]
For example, if the signal of the eddy current probe 5a after phase detection is Va (t) and the signal of the eddy current probe 5b is Vb (t),
V (t) = Va (t) −k ・ Vb (t)
As described above, the detection signal is calculated. Here, k is a constant and is experimentally determined so as to eliminate the noise magnetic flux included in Va (t) and Vb (t). Actually, since the distance between the eddy current probe 5a and the eddy current probe 5b is large, in the above formula, the signal Va (t is the time required for the thin steel plate 1 to travel from the position of the eddy current probe 5a to the position of the eddy current probe 5b. ) Will be used.
The lift-off L1 is not necessarily the same for the vortex probes 5a and 5b, and may be different from each other. The same applies to lift-off L2.
[0034]
Also, subtraction, delay processing, filtering, etc. of measurement values under strong DC magnetization conditions and weak DC magnetization conditions may be performed with analog signals, or after analog signals are converted to digital signals. Also good. Further, even when the conversion is performed after conversion to a digital signal, it may be performed by hardware or software.
[0035]
Even when there are three or more combinations of DC magnetization and excitation frequencies, the detection performance can be improved by adjusting the subtraction coefficient according to the depth of the defect signal and the depth of the common noise magnetic flux. For example, as shown in FIG. 5, when there are condition 1, condition 2, and condition 3 with different sensitivity in the depth direction, when condition 1 is subtracted from condition 3, condition 2 is subtracted from depth region 1 and condition 3 In some cases, the common noise magnetic flux signal in the surface layer up to the depth region 2 can be reduced, and the sensitivity of defects existing in each region is improved.
[0036]
【Example】
Hereinafter, an example in which the present invention is applied to an apparatus for detecting minute internal inclusions in a thin steel plate (thin steel strip) online will be described with reference to FIG. The eddy current flaw detection apparatus shown in FIG. 6 is the same as that shown in FIG. 1, but in FIG. 1, a delay processing circuit 10 placed inside the signal processing apparatus 8 and not shown is an independent element. The only difference is that it is constructed and illustrated. The other reference numerals are the same as those shown in FIG.
[0037]
The thickness of the thin steel plate 1 conveyed through the product inspection line was 1 mm. Further, the steel plate 1 was conveyed by the conveying rollers 2 and 3 at a substantially constant speed V = 20 m / min.
The lift-off L1, which is the distance between each vortex probe 5a, 5b and the surface of the thin steel plate 1, was set to 0.7 mm. Although not shown, a plurality of eddy current probes 5a and 5b are linearly arranged at a pitch of 10 mm in the plate width direction, and 100 sets, a total of 200 eddy current probes 5a and 5b, make a plate width direction of 1 m. It comes to cover. The DC magnetizers 7a and 7b are installed on the opposite side of the thin steel plate 1 from the eddy current probes 5a and 5b, and the distance L2 from the steel plate is 5 mm.
[0038]
As the strong DC magnetization condition, it is necessary to select a condition in which the ratio of the defect signal level to the noise noise level is greatly changed as compared with the weak DC magnetization condition. However, in order to make both noise detection conditions similar so that the noise magnetic flux signal in this condition exists even in a strong direct current magnetization condition, it is necessary to make the condition not to become unnecessarily small. Considering these conditions, 5000AT is selected here, and the DC magnetizing apparatus 7a is set to this value. 2000AT was selected as a weak DC magnetization condition for mainly detecting noise magnetic flux, and the DC magnetizing apparatus 7b was set to this value.
[0039]
The excitation frequency of the eddy current was set to a frequency at which the change of the signal could be captured sufficiently in relation to the steel plate speed. Here, f1 = f2. The upper limit of the defect signal frequency should be about 700 Hz. An excitation frequency of 10 kHz can be sufficiently detected.
[0040]
Signals from the eddy current probes 5a and 5b are phase-detected by the signal processing device 8 using a reference signal from the excitation power source.
The detection signals Va (t) and Vb (t) after the phase detection are subjected to a band-pass filter in order to reduce the DC component, the formation noise component having a low frequency, and the electric noise higher than the defect signal frequency. The passband is the same for both magnetization conditions and is 200-500 Hz.
[0041]
The signal processing device 8 performs analog-to-digital conversion on the detection signals Va (t) and Vb (t) of the phase-detected eddy current probes 5a and 5b with a sampling frequency of 10 kHz, and the subsequent calculations use digital values. Do it.
[0042]
Further, the positional deviation amount d between the eddy current probe 5a and the eddy current probe 5b in the moving direction of the thin steel plate 1 is divided by the successively measured steel plate speed V to obtain a time difference Δt corresponding to the same steel plate position, and the delay processing circuit 10 The signal Va (t) of the eddy current probe 5a is relatively delayed with respect to the signal Vb (t) of the magnetic sensor 11b so that Va (t−Δt) and Vb (t) correspond to each other. That is, as the signal V (t) used for defect determination,
V (t) = Va (t-Δt) -k ・ Vb (t)
Is used. Here, k is a constant, and was experimentally determined so as to eliminate the noise magnetic flux contained in Va (t−Δt) and Vb (t).
[0043]
FIG. 7 shows the detection performance improvement effect. In strong DC magnetization (measured with the eddy current probe 5a), noise caused by the material is large and the S / N ratio is 1.6. Under the weak DC magnetization condition (measured by the eddy current probe 5b), the noise magnetic flux generated under the strong DC magnetization condition appears similarly, but it can be seen that the signal corresponding to the defect signal is not detected. The result obtained by multiplying the signal under the weak DC magnetization condition by 0.5 and subtracting it from the signal under the strong DC magnetization condition at the corresponding position is the difference processing result. It can be seen that the noise magnetic flux is drastically reduced, the defect signal is relatively emphasized, and the S / N ratio is improved (3.5).
[0044]
【The invention's effect】
As described above, in the invention according to claim 1 of the present invention, by performing appropriate calculation between the measurement signals corresponding to the same position on the sample obtained from different conditions, It is possible to reduce the noise magnetic flux that is large in common and relatively strengthen the defect signal.
[0045]
In the invention according to claim 2, both are obtained by weighting and subtracting the measured value in a state where a weaker DC magnetic field is applied from the measured value in a state where a strong DC magnetic field is applied. Since the noise magnetic flux signal contained in common is erased, the internal defect signal can be detected with a high S / N ratio by a simple calculation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of an apparatus for performing an eddy current flaw detection method according to the present embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the deleted thickness of the steel sheet surface and the normalized noise magnetic flux signal level.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a BH curve of a ferromagnetic material.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the DC magnetization level and the S / N ratio of internal defects.
FIG. 5 is a diagram showing detectable defect positions when detection is performed under three conditions with different sensitivity in the depth direction.
FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of an eddy current flaw detector used in an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an improvement result of an S / N ratio in an example of the present invention.
FIG. 8 is a schematic view showing an example of a conventional eddy current flaw detector.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of measurement results of frequency characteristics of a defect signal and a noise magnetic flux.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thin steel plate 2, 3 ... Conveying roll 4 ... Eddy current flaw detector 5a, 5b ... Eddy current probe 6a, 6b ... AC power supply 7a, 7b ... DC magnetizer 8 ... Signal processor 9 ... Internal defect 10 ... Delay processing circuit

Claims

強磁性金属被検体に交流磁界を印加し、それによって発生する渦電流に起因する磁場の、前記強磁性金属被検体の内部に存在する欠陥による変動を、前記強磁性金属被検体の表面近傍に配置された磁気センサで検出することによって、欠陥を探傷する渦流探傷方法であって、
前記強磁性金属被検体に強さの異なる少なくとも２種の磁化条件、すなわち強磁化条件と弱磁化条件を、雑音信号については前記強磁化条件と前記弱磁化条件とで同様の検出状況となり、かつ、欠陥信号については前記強磁化条件では十分に検出されるが前記弱磁化条件では検出されない条件で、少なくとも２種の直流磁界をさらに印加して測定を行い、その異なる条件での測定信号同士を演算することにより欠陥を検出することを特徴とする渦流探傷方法。An AC magnetic field is applied to the ferromagnetic metal specimen, and fluctuations caused by defects existing inside the ferromagnetic metal specimen are caused near the surface of the ferromagnetic metal specimen. An eddy current flaw detection method for flaw detection by detecting with an arranged magnetic sensor,
The ferromagnetic metal object has at least two types of magnetization conditions having different strengths, that is, a strong magnetization condition and a weak magnetization condition, and the noise signal has the same detection status in the strong magnetization condition and the weak magnetization condition, and The defect signal is sufficiently detected under the strong magnetization condition but is not detected under the weak magnetization condition, and is measured by further applying at least two types of direct current magnetic fields. An eddy current flaw detection method characterized by detecting a defect by calculation.

強い直流磁界を印加している状態での測定値から、より弱い直流磁界を印加している状態での測定値を、重みを付けて減算した結果より、欠陥を検出することを特徴とする請求項１に記載の渦流探傷方法。 A defect is detected from a result obtained by weighting and subtracting a measurement value in a state where a weak DC magnetic field is applied from a measurement value in a state where a strong DC magnetic field is applied. Item 2. The eddy current flaw detection method according to Item 1.