JP2007085873A - 探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速、連続で被検査物の探傷を行う。
【解決手段】 長軸状の検査筒の周囲の一部に高周波電圧を印加するコイルを巻回し、被検査物を検査筒に挿入してコイルの内部を通過させ、リサージュ波形を描く。予め無傷であることがわかっている被検査物のリサージュ波形を基準波形として設定しておき、被検査物の描くリサージュ波形と、基準波形とが一定の誤差内に収まっているか否かで有傷又は無傷を判定する。複数の被検査物に対して連続的に探傷検査を行う場合には、無傷と判定された直近の被検査物のリサージュ波形を基準波形としたり、無傷と判定された直近の複数個の被検査物のリサージュ波形の平均波形を基準波形とすることにより、周囲環境や製造ロットの変化等による波形の変化にも柔軟に対応可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は渦電流を利用して被検査物の表面に存在する傷を探知する装置に関し、特に、表層が導電性物質から成る被検査物を探傷装置のコイルに対して移動させることにより傷を探知する探傷装置に関する。
なお、本発明においていう傷とは、被検査物の表層部分に存在する傷や異常箇所のことを指すものとする。

高精度製品や、有害物質を内部に保持する製品では、ごく微細な傷が故障の原因となったり事故につながったりすることがある。そこで通常、そのような製品に対しては非破壊探傷検査が行われており、傷が発見された製品は除外されることにより製品の品質とともに安全性の確保が図られている。

非破壊探傷検査は多様な製品分野において実施されており、より確実に傷を探知することを目的とした種々の技術がこれまでに開発、開示されている。このような技術の一例として、特許文献１には、渦電流信号を利用することにより傷検知を自動的に行う情報抽出方法が記載されている。この情報抽出方法においては、渦電流信号を基にリサージュ図形等を描画してパターン認識させる探傷技術が用いられている。なお、「リサージュ波形」とは、互いに直角方向に振動する二つの単振動を合成して得られる平面図形に限られず、各種の異形図形も含んでいることはいうまでもない。

非破壊探傷検査が実施される製品の一つに乾電池がある。諸種ある乾電池はいずれも社会的に広く使用されているが、その内部に保持されている電解液は腐食性の高い物質であることが多い。例えばアルカリ・マンガン乾電池には水酸化カリウム電解液が使用されているが、何らかの原因によって液漏れが生じて水酸化カリウム電解液が乾電池を使用する機器に付着してしまうならば、機器が故障してしまう虞がある。従って、乾電池を製造・販売する業者にとって、探傷検査は非常に重要な役割を担っている。

乾電池の表面に存在する傷が原因となって生じる故障を確実に防止するためには、製造された製品の一部のみを対象とする抜き取り検査だけでは不十分であり、全ての製品を対象として逐一探傷検査を行い、無傷であることが確認されたもののみを出荷することが望ましいことは言うまでもない。そして、乾電池は大量生産されるのが通常であるため、全ての製品を検査するためには、製品一個あたりの検査に要する時間はできる限り短時間であることが好ましい。

特開平8-292174号公報

従来の技術では、探傷の精度を向上させることは行われてきたが、多数の製品を対象にした高速且つ連続的な探傷を行うことはできなかった。例えば上記特許文献１に記載されている探傷技術では、熟練した技術者が目視で行う程度の精度で以て探傷検査を自動的に行うことが可能となるが、被検査物の数量が多い場合には、探傷に非常に手間が掛かってしまうという問題がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、同一の物品を対象とした探傷を、連続して高速に行うことができる探傷装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る探傷装置は、被検査物の傷を検知するための探傷装置であって、
高周波電圧が印加されるコイルと、
前記コイルに印加する高周波電圧に関する制御を行う高周波制御部と、
被検査物が前記コイルの内部を通過する際に生じる該コイルの電圧変化に基づき、各被検査物のリサージュ波形を描くための波形生成部と、
所定のリサージュ波形を基準波形として設定する基準波形設定部と、
被検査物のリサージュ波形が前記基準波形から所定の誤差内に描かれる場合には無傷と判定し、誤差外に描かれる場合には有傷と判定する傷判定部と、
を備えることを特徴とする。

また、本発明の探傷装置は好ましくは、上記の構成において、
被検査物の外部形状に略合致する形状に内部が形成されており、被検査物が該内部を通過するための検査筒を更に備え、
前記コイルが該検査筒の一部に巻回されて設けられた構成とすることもできる。

本発明に係る探傷装置では、各被検査物に固有のリサージュ波形の形状を、無傷であることがわかっている被検査物のリサージュ波形（基準波形）の形状と比較することにより、被検査物が有傷であるか無傷であるかを判定する。判定においては、基準波形に一定の幅（誤差）を持たせることにより、各被検査物が描くリサージュ波形が個体差等によって若干異なっていたとしても、実際は無傷の場合に誤って有傷と判定してしまうことがなく、高い精度でもって探傷を行うことができる。

また、本発明に係る探傷装置は、被検査物の外形に沿うような内部形状を備えた検査筒を備え、該検査筒の一部にコイルを巻回する構成とすることもできる。この場合には被検査物が傾くことなく検査筒の内部を通過するため、被検査物を次々と連続的に探傷検査することが可能である。従って、被検査物の数が多い場合であっても、全ての被検査物の探傷処理を高速に行うことができる。このため、例えば生産ラインの一部に本探傷装置を組み込んで使うことも可能である。

本発明に係る探傷装置では、探傷にリサージュ波形を利用する。表層が金属等の導電性物質から成る被検査物１０をコイル２の内部を通過させると、その際に被検査物１０の表層に渦電流が生じる。この渦電流の大きさは被検査物１０の表面形状によって変化するため、コイル２の発振電圧に変化が生じる。この電圧変化を利用することにより、各被検査物に固有のリサージュ波形を描くことができる。このリサージュ波形の形状は、被検査物の表面に傷や凹凸等の異常箇所が有る場合と無い場合とで異なる。この波形の違いに基づき、被検査物が有傷であるか無傷であるかを判定するのである（以下、この判定のことを「傷判定」とする。）。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る探傷装置の一実施形態について説明する。図１は、本発明の探傷装置の概略構成図である。

コイル２は長軸状の検査筒１の一部に巻回されて設けられており、被検査物１０が検査筒１の内部を通過することによってコイル２の内部を通過する。コイル２は、被検査物１０の表面に生じる渦電流を利用してリサージュ波形を描くことが可能であればいかなる構成でも構わない。例えば、図１に示すように、コイル２が励磁コイル及び検出コイルの両方を兼ねた構成とすることができる。

また、より検出精度を高めるために、図２に示すコイル構成も好適に使用することができる。
（Ａ）非検査物１０が内部を通過する励磁コイル及び検出コイルから成る組と、前記組の磁界の影響を受けない位置に配置される励磁コイル及び比較コイルから成る組との二組のコイルを用いる。この構成では、互いの組の間でコイルバランスを取る。励磁コイルに印加する高周波電圧及びその周波数を一定にすることにより、電圧変化のみならず、高周波の微小な位相変化も高い精度で捉えることができる。
（Ｂ）励磁コイル、検出コイル、比較コイルから成る組のコイルを用いる。この構成では検出コイルと比較コイルとの間でコイルバランスを取る。上記（Ａ）の構成と同様に、励磁コイルに印加する高周波電圧及びその周波数を一定にすることにより、電圧変化のみならず、高周波の微小な位相変化も高い精度で捉えることができる。

探傷を高精度で行うためには、同一種類（同一形状）の被検査物１０は常に同一のリサージュ波形を描くことが理想的であるため、被検査物１０がコイル２の内部を通過する際には、いつでも一定の傾きであることが望ましい。そこで、本発明の検査筒１の内部形状は被検査物１０の外部形状に沿うように形成される。このことにより、被検査物１０が不所望に大きく傾くことなくコイル２内を通過する。なお、被検査物１０が球形である場合には、傾きは問題とはならないため、必ずしも検査筒１を設ける必要はない。

被検査物１０を検査筒１内に投入する方法は、被検査物１０がほぼ一定の角度で以てコイル２の内側を通過する限りは特に限定されないが、一定の角度で通過するためには、例えば、検査筒１を長軸方向が鉛直方向となるように設置し、検査筒１の上部側端部付近から被検査物１０を自由落下させればよい。

また、コイル２は本発明に係る探傷装置に関する種々の制御を行う制御部３と接続されており、コイル２に印加される高周波電圧は、制御部３に含まれる高周波制御部４において調節される。

制御部３は、各種演算を行う中央演算装置、データやプログラム等を保存するためのハードディスクやメモリ等から成る記憶部、ユーザが各種指示を入力するためのキーボードやマウスなどの入力部などを備えている。
また、本発明の探傷装置には、リサージュ波形やその他の各種情報を視覚的に表示するための表示部８を設けることもできる。この表示部８は、図１に示すように制御部３の外部に設けられていてもよいし、制御部３と一体的に設けられていてもよい。

波形生成部５は、被検査物１０が内部を通過した時に変化するコイル２の発振電圧等に基づきリサージュ波形を生成する。この波形生成部５は例えば回路として機械的に構成されてもよいし、演算装置によって実行可能な機能としてソフトウェア的に構成されていてもよい。また、機械的構成及びソフトウェア的構成の両者が組み合わされていてもよい。

基準波形設定部６は、傷判定を行う際に基準とする基準波形の設定を行う。この基準波形設定部６も前記波形生成部５と同様に、機械的又は／及びソフトウェア的に構成されることによって実現される機能である。また、基準波形設定部６は設定された基準波形を図示せぬ記憶部に保存する。

次に、本発明に係る探傷装置により、傷判定を行う方法について説明する。

ユーザは探傷検査を開始するに先立ち、無傷であることが予めわかっている被検査物１０を検査筒１に投入し、その被検査物１０によって描かれたリサージュ波形を基準波形として設定する。本例では、図３(a)に示すリサージュ波形が基準波形２０として設定されたものとする。なお、ここで、基準波形をより適切な波形とするために、複数の被検査物を検査筒１に投入し、これらのリサージュ波形の平均波形を基準波形２０としてもよい。

続いてユーザは、基準波形２０に与える誤差の大きさを設定する。ここにいう誤差とは、太さを有さない線として描かれている基準波形２０に対して与えられる厚みのことである。基準波形２０に所定の厚みが設定されることにより、図３(b)に示すように、基準図形２１が設定される。この基準図形２１は記憶部に保存される。被検査物１０には僅かながらでも個体差が存在しており、無傷の被検査物であっても常に完全に同一のリサージュ波形を描くわけではないため、基準波形２０に対して許容可能な誤差を適切に設定しておくことにより、被検査物１０の個体差に柔軟に対応することが可能となり、誤判定の少ない高精度の探傷を行うことができる。

基準図形２１の設定が完了すると、ユーザは被検査物１０の探傷を開始する。図４の下段は、ある被検査物１０の探傷を行った場合に傷判定部７が行う図形の処理について示す図である。

被検査物１０が検査筒１の内部を通過すると、波形生成部５によってその被検査物１０のリサージュ波形２２が描かれる（図４の上段左側）。傷判定部はそのリサージュ波形２２を、記憶部に保存されている基準図形２１の上に重ね合わせる。図４の上段に示されているように、この場合には、リサージュ波形２２が基準図形２１上に収まっている。従って、この被検査物１０は、無傷であると判定される。

図４の下段は、被検査物１０が有傷である場合の処理を示す図である。上記の場合と同様に、ある被検査物１０が描くリサージュ波形２３を基準図形２１の上に重ね合わせると、リサージュ波形２３が基準図形２１上に収まらず、はみ出している箇所がある。従って、この被検査物１０は有傷であると判定される。

このように、本発明に係る探傷装置では、基準波形に対して設定される誤差（厚み）に基づいて無傷であるか有傷であるかの判定が行われるため、設定される誤差が大きすぎれば微小な傷を許容することになり、設定される誤差が小さすぎると誤判定を起こしやすくなる。従って、誤差の大きさの設定を適切に行う必要がある。

なお、このように傷判定部７によって判定された無傷又は有傷の判定結果は、図１に示すように傷判定部７より出力され、例えば自動振り分け装置等によって無傷の被検査物と有傷の被検査物とが分別される構成とすることができる。

ところで、同一種類の被検査物であっても、周囲の温度や各種の環境が徐々に変化し、時間の経過に伴って、無傷の被検査物の描くリサージュ波形が変化してゆくことがある。この場合、当初に設定した基準波形では正確な判定を行うことができなくなってしまう。
この問題を解決するためには、基準波形を、当初に設定した基準波形に固定したままとするのではなく、傷判定部によって無傷と判定された直近の被検査物のリサージュ波形を次々と新たな基準波形として設定しなおす構成とすることができる。もちろんこの場合には、基準波形が新たに設定される都度、新たな基準図形が生成される。
この構成により、被検査物のリサージュ波形の経時的な変化に対応することが可能となる。

また、傷判定をより精度良く行うためには、基準波形は可能な限り、無傷の被検査物が描く平均的なリサージュ波形であることが望ましい。そこで、本発明に係る探傷装置においては、好ましくは基準波形を、傷判定部によって無傷と判定された直近の複数の所定個数の被検査物のリサージュ波形の平均波形とすることができる。

また、複数の同一種類の被検査物を対象に連続的に探傷を行っている時に、製造ロットが変更になった場合など、被検査物の基本的なリサージュ波形が突然に変わってしまうことがある。この場合、実際には無傷である被検査物のリサージュ波形が基準図形上に収まらなくなってしまうならば、有傷と判定され続けてしまう。
この問題を解決するために、本発明の探傷装置においては、傷判定部７が、連続して所定個数以上の被検査物を有傷と判定した場合には、有傷と判定された所定個数の被検査物を、無傷であるとみなす構成とすることができる。この構成の場合、基準波形は実際には無傷であった所定個数分の被検査物のリサージュ波形に基づいて設定し直されるため、以後の傷判定を正しく行うことができるようになる。

以上説明したように、本発明に係る探傷装置によれば、複数の被検査物を連続的に且つ高速に、しかも高い精度で以て探傷することが可能となる。
なお、上記実施形態において挙げた構成は一例に過ぎず、本発明の精神内において様々な変更及び改良が可能であることは言うまでもない。

例えば、各種の被検査物の形状に対応することができるように検査筒１は一本に限らず、各被検査物の外形に合致するように内部形状が形成された複数の検査筒が一式として設けられた検査筒セットとすることもできる。この場合には、検査筒セットはスライド機構を備えており、所望の内部形状を有する検査筒を簡単に選択できることが望ましい。

また、傷判定をリサージュ波形のみに基づいて行うのではなく、被検査物の長さや、被検査物がコイルを通過する速度等にも基づいて行う構成としてもよい。これらの値の算出は、コイル２の電圧値の変化に基づいて行うこともできるし、光センサ等の各種センサを所定の箇所に設置してもよい。
また、この場合には、表示部８を二つの領域に分け、片側をリサージュ波形を表示する領域とし、他方を電圧値やセンサの検出値を表示する領域とするのが好ましい。

本発明に係る探傷装置の概略構成図。 本発明に係る探傷装置に使用することができるコイルの構成例。 基準波形及び基準図形の一例。 本発明の探傷装置によって行われる基準図形に基づく傷判定方法の概念を示す図。

符号の説明

１…検査筒
２…コイル
３…制御部
４…高周波制御部
５…波形生成部
６…基準波形設定部
７…傷判定部
８…表示部
１０…被検査物
２０…基準波形
２１…基準図形
２２、２３…リサージュ波形

Claims (7)

1. 被検査物の傷を検知するための探傷装置であって、
   高周波電圧が印加されるコイルと、
   前記コイルに印加する高周波電圧に関する制御を行う高周波制御部と、
   被検査物が前記コイルの内部を通過する際に生じる該コイルの電圧変化に基づき、各被検査物のリサージュ波形を描くための波形生成部と、
   所定のリサージュ波形を基準波形として設定する基準波形設定部と、
   被検査物のリサージュ波形が前記基準波形から所定の誤差内に描かれる場合には無傷と判定し、誤差外に描かれる場合には有傷と判定する傷判定部と、
   を備えることを特徴とする探傷装置。
2. 前記コイルが、励磁コイル及び検出コイルから成る組並びに励磁コイル及び比較コイルから成る組、から成り、該励磁コイルに高周波電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の探傷装置。
3. 前記コイルが、励磁コイル、検出コイル及び比較コイルから成り、該励磁コイルに高周波電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の探傷装置。
4. 被検査物の外部形状に略合致する形状に内部が形成されており、被検査物が該内部を通過するための検査筒を更に備え、
   前記コイルが該検査筒の一部に巻回されて設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の探傷装置。
5. 前記基準波形設定部によって設定される基準波形が、前記傷判定部によって無傷と判定された直近の被検査物のリサージュ波形である
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の探傷装置。
6. 前記基準波形設定部によって設定される基準波形が、前記傷判定部によって無傷と判定された直近の所定個の被検査物のリサージュ波形の平均波形である
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の探傷装置。
7. 前記傷判定部が、連続して所定個数以上の被検査物を有傷と判定した場合には、前記有傷と判定された所定個数の被検査物を無傷とみなす
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の探傷装置。
   
   

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