JP2022078455A

JP2022078455A - 非破壊検査装置

Info

Publication number: JP2022078455A
Application number: JP2020189139A
Authority: JP
Inventors: 茂北川; Shigeru Kitagawa
Original assignee: Sagawa Sangyou Co Ltd
Current assignee: Sagawa Sangyou Co Ltd
Priority date: 2020-11-13
Filing date: 2020-11-13
Publication date: 2022-05-25

Abstract

【課題】大電流を流すことの弊害を軽減するとともに、容易に被検査物の異常箇所を検出するための非破壊検査装置を提供する。
【解決手段】非破壊検査装置１０は、被検査物１２の亀裂１４または減肉などの異常箇所を検出するための装置である。被検査物１２は導電性材料で構成されている。非破壊検査装置１０は、被検査物１２の表面に限らず、裏面および内面の異常箇所も検出する。非破壊検査装置１０は、パルス電流を生成するパルス回路１６、被検査物１２にパルス電流を印加するための第１端子１８、被検査物１２の電位差を検出するための第２端子２０、その第２端子２０の間の電位差を増幅する増幅回路２２、および被検査物１２の異常を検出する検出回路２４を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検査物の亀裂または減肉などの異常箇所を検査する非破壊検査装置に関するものである。

従来、種々の非破壊検査装置が開発および開示されている。たとえば下記特許文献１は、被検査物に対して電流を流して被検査物の電位差を測定し、被検査物の亀裂または減肉などの異常箇所を検出している。早期に異常個所を検出することで被検査物が大きく損傷し、重大事故に至ることを防止している。

しかし、被検査物の電位差は小さく、正常箇所と異常箇所の電位差の違いは非常に小さい。異常箇所があるのに検出されないおそれがある。また、被検査物の電位差を大きくするために、被検査物に大電流を流すと、被検査物が加熱されて損傷したり、抵抗値が変化したりするおそれもある。

特開２０１１－１５３８７９号公報

本発明の目的は、大電流を流すことの弊害を軽減するとともに、容易に被検査物の異常箇所を検出するための非破壊検査装置を提供することにある。

本発明の非破壊検査装置は、被検査物に対する非破壊検査装置である。本発明の非破壊検査装置は、パルス電流を生成するパルス回路と、前記パルス電流を被検査物に印加するための第１端子と、前記第１端子の間において被検査物の電位差を検出するための第２端子と、前記第２端子の間の電位差の過渡状態になっている値を利用して被検査物の異常を検出する検出回路とを備える。電流を急激に流し始めると、その初期に過渡現象として電位差は極めて大きくなり、その後急激に減衰する。これはごく初期には電流はごく薄い表面層しか流れなくてその結果大きい電位差が生じるが、流れは次第に広がるため電位差も低下することによるものである。この発明は、その電流の過渡現象の部分に注目するものである。

本発明は電位差の過渡現象の部分を利用しており、従来の電流が安定してからの測定に比べ、容易に厚みの変化や表面の微小欠陥や亀裂を検査できる。特に厚板の部材の電気抵抗率の変化も容易に検出できるようになる。

本願の非破壊検査装置の構成を示す図である。第１端子および第２端子を含むセンサの構成を示す図である。パルス電流と被検査物の電位差の関係を示すグラフである。（ａ）は被検査物の電位差を示し、（ｂ）は比較回路の出力を平滑したグラフである。（ａ）は被検査物の電位差を示し、（ｂ）はサンプリング回路の出力を平滑したグラフである。アナログゼロセット回路を示す図である。検出回路の出力を示す図である。車輪を備えたセンサの構成を示す図である。

本発明の非破壊検査装置について図面を使用して説明する。複数の実施形態を用いて本発明を説明するが、実施形態同士で重複する部分は説明を省略する場合がある。

[実施形態１]
本発明の非破壊検査装置１０は、被検査物１２の亀裂１４、板厚変化および材質変化などの異常箇所を検出するための装置である（図１、図２）。被検査物１２は導電性材料で構成されている。

非破壊検査装置１０は、パルス電流を生成するパルス回路１６、被検査物１２にパルス電流を印加するための第１端子１８、被検査物１２の電位差を検出するための第２端子２０、第２端子２０の電位差を増幅する増幅回路２２、および被検査物１２の異常を検出する検出回路２４を備える。

パルス回路１６は一定のタイミングで所定のパルス電流を生成する回路である。たとえばパルス電流の通電幅は約１ミリ秒である。パルス電流のオフ時間はオン時間よりも長く、たとえばオフ時間はオン時間の約１０～２０倍である。パルス電流のオン時間が短く、オフ時間が十分長いため、被検査物１２を加熱しすぎて温度変化することを防止でき、温度変化による抵抗値の変化も防止できる。第１端子１８の先端が被検査物１２に接し、パルス電流は第１端子１８を介して被検査物１２に流される。図２に示すように第１端子１８は２本であり、一方の第１端子１８から他方の第１端子１８に向けて被検査物１２にパルス電流が流される。

第２端子２０は２本であり、２本の第１端子１８の間に２本の第２端子２０が配置されている（図２）。第１端子１８と第２端子２０とはほぼ直線状に並んでいる。第２端子２０は第１端子１８を結ぶ直線から多少ずれた位置に配置されていてもよい。２本の第２端子２０の距離が変化しないように、第２端子２０は固定具２６で固定されている。また、第１端子１８も固定具２６で固定され、第１端子１８と第２端子２０の相対的な位置が固定されている。第２端子２０の間隔は一定に保たれる。第１端子１８と第２端子２０は被検査物１２の表面を走査するセンサ２８となる。

第２端子２０の先端は被検査物１２の表面に接し、第２端子２０の間の被検査物１２の電位差は増幅回路２２に入力される。第２端子２０の間の電位差は非常に小さいため、増幅回路２２で所定レベルまで増幅され、検出回路に出力される。被検査物１２の正常箇所と異常箇所の抵抗が異なるため、被検査物１２に所定のパルス電流を流せば、正常箇所と異常箇所で電位差が変化する。また、後述するように本発明は過渡現象を利用するため、非常に短時間の電位差を利用する必要がある。そのため、第２端子間２０の電位差をデジタルマルチメータで測定することは不可能であり、本発明はそのようなことはおこなわず、増幅回路２２で電位差を増幅して利用する。

検出回路２４は増幅回路２２で増幅された値を利用して被検査物１２の異常箇所を検出する回路である。検出回路２４は、比較回路３０、サンプリング回路３２、平滑回路３４、アナログゼロセット回路３６および増幅回路３８を備える。

比較回路３０はオペアンプおよび比較電圧を設定する可変抵抗を用いて構成できる。電位差の値がオペアンプの非反転入力端子に入力され、設定電圧Ｖ_ａがオペアンプの反転入力端子に入力される。設定電圧Ｖ_ａは安定化電源電圧Ｖ_ＣＣを可変抵抗で調整することで得る。

サンプリング回路３２はサンプリングパルスが入力された時に、パルス電圧を出力する回路である。サンプリングパルスは一定周期のパルス電圧であり、設定時点のパルスをサンプリング回路３２に入力される。

サンプリング回路３２は、アナログスイッチを用いた回路である。アナログスイッチにパルスが入力されることで、アナログスイッチがオンの時点の電圧パルスが出力される。一次電流がオフからのある設定時点でアナログスイッチに入力されるサンプリングパルスの時点を変更することで、サンプリング回路３２から出力される電圧が異なる。上記設定時点において電圧波形は過渡状態になっている。

時点設定回路４０が上記アナログスイッチにサンプリングパルスを入力する。時点設定回路４０で生成されるサンプリングパルスは、一定周期のクロックパルスであり、設定された時点のサンプリングパルスを出力する。サンプリングパルスはディジタル的に設定してもよく、アナログ的に可変にしたパルスであってもよい。パルス回路１６と時点設定回路４０とで同期をとり、パルス回路１６がパルス電流を生成した後の所定時間後に時点設定回路４０がサンプリングパルスを生成してもよい。

スイッチ４２によって比較回路３０とサンプリング回路３２が選択される。平滑回路３４は比較回路３０の出力またはサンプリング回路３２の出力を直流化（平滑）する。比較回路３０の出力はパルス幅に応じた直流電圧に平滑回路３４で変換され、サンプリング回路３２の出力は電圧値に応じた直流電圧に平滑回路３４で変換される。

パルス電流がオンになった時に被検査物１２に電位差が生じ、オフになると電位差は０になる（図３）。その電位差はパルス電流がオンになった直後に大きくなり、その後徐々に定常値に近付いていく。たとえば約１ミリ後に定常値に近づく。すなわち、パルス電流がオンになった直後に過渡現象が生じる。比較回路３０は、電位差が過渡状態になっている電圧波形の特定レベル、すなわち上記設定電圧Ｖ_ａより低くなるまでの時間を矩形波の電圧Ｖ_ｂとして出力する（図４）。

被検査物１２の正常箇所と異常箇所とでは抵抗が異なる。そのため、被検査物１２に所定のパルス電流を流せば、被検査物１２に生じる電位差も異なる。図４（ａ）では正常箇所の電位差をＶ_１、異常箇所の電位差をＶ_２としている。正常箇所と異常箇所の電位差が異なるため、正常箇所と異常箇所で設定電圧Ｖ_ａになるまでの時間τ_ａ、τ_ｂが異なる。このため、図４（ｂ）に示す矩形波の電圧Ｖ_ｂの時間幅が正常箇所と異常箇所で異なる。図４（ｂ）では正常箇所の時間幅をτ_ｃ、異常箇所の時間幅をτ_ｄとしている。電位差の過渡状態になっている部分を使用するため、正常箇所と異常箇所とで時間τ_ａとτ_ｂの差を得やすい。正常箇所と異常箇所とで図４（ｂ）の時間幅τ_ｃとτ_ｄの差が大きくなり、異常箇所が検出されやすい。

次にサンプリング回路３２を利用した場合について説明する。サンプリング回路３２に入力された電位差Ｖ_１、Ｖ_２はサンプリングパルスが入力された時間τ_ｅの電圧Ｖ_ｃ、Ｖ_ｄをパルス電圧Ｖ_ｅ、Ｖ_ｆとして出力する（図５（ａ）、（ｂ））。図５（ｂ）において、正常箇所のパルス電圧をＶ_ｅ、異常箇所のパルス電圧をＶ_ｆとする。被検査物１２の正常箇所と異常箇所とでは電位差Ｖ_ｅ、Ｖ_ｆが異なるため、サンプリング回路３２から出力されるパルス電圧の電圧が異なる。サンプリング回路３２の出力電圧によって欠陥の有無が判別できる。

アナログゼロセット回路３６は、被検査物１２の正常箇所における比較回路３０の出力を平滑した電圧、サンプリング回路３２の出力を平滑した電圧、またはその両方の電圧を記憶しておき、検査時の被検査物１２における比較回路３０の出力を平滑した電圧、サンプリング回路３２の出力を平滑した電圧、またはその両方の電圧との差動出力する回路である。アナログゼロセット回路３６は電圧を記憶する記憶部としてデジタルメモリーを備えてもよい。

アナログゼロセット回路３６は、アナログスイッチ４４が押されたときの比較回路３０の出力を平滑した電圧を一時保持するコンデンサＣ１、そのコンデンサＣ１の電極電圧を保持するホールド回路４６、そのホールド回路４６の出力と比較回路３０の出力を平滑した電圧を差動出力するオペアンプＯＰ１を備える（図６）。

アナログスイッチ４４は押しボタンスイッチなどの操作者の操作でオンとオフを切り替えられるスイッチとスイッチのオン・オフで切り替わるフォトカプラまたはＦＥＴを備える。スイッチを押すと、フォトカプラまたはＦＥＴがオン状態になり、アナログスイッチ４４がオンになる。ホールド回路４６はＣＭＯＳ入力のオペアンプが利用できる。

被検査物１２を検査する前に正常箇所にパルス電流を流し、第２端子間２０の電位差を測定する。その状態でアナログスイッチ４４を押すと、ホールド回路４６に比較回路３０の出力を平滑した電圧が保持される。なお、被検査物１２の代わりに被検査物１２の正常サンプルを準備して同様の工程を経てもよい。

上記アナログゼロセット回路３６の説明は比較回路３０を用いて説明したが、比較回路３０をサンプリング回路３２に変更しても同様である。

アナログゼロセット回路３６の出力を増幅する増幅回路３８を備える。アナログゼロセット回路３６の出力を増幅させて、差動出力の値を大きくする。差動出力の値が大きくなることで、小さな異常箇所が見つけやすくなる。

増幅回路３８の出力Ｖｏは任意に利用することができる。たとえば、一定スピードでセンサ２８を走査して出力Ｖｏをオシロスコープに表示した場合、図７に示すように、異常箇所の電圧Ｖｏｘは高くなる。電圧Ｖｏｘは異常箇所の異常度合いによって異なる。異常箇所が複数箇所あれば、電圧Ｖｏｘは複数箇所で表示される。本願は、図７に示すような出力Ｖ_Ｏを表示できるオシロスコープを備えてもよい。

以上のように、本願は被検査物１２にパルス電流を流した際の過渡状態になっている電位差を利用しており、定常値の電位差よりも高い電位差を利用して異常箇所を検出している。異常箇所を検出しやすくなっているため、異常箇所の見落とす可能性を低くしている。異常箇所の検出漏れによる事故を防止しやすくなっている。

[実施形態２]
本発明は比較回路３０またはサンプリング回路３２のいずれか一方を備えた構成であってもよい。いずれか一方の回路であっても被検査物１２にパルス電流を流した際の電位差の過渡状態を利用する。

[実施形態３]
パルス回路１６は所定のタイミングでパルス電流を生成しているため、検査中は被検査物１２に所定のタイミングで電位差が生じる。たとえば、図４（ｂ）または図５（ｂ）の電圧Ｖｏを複数回出力し、平均化して異常箇所を検出してもよい。平均化することで異常を検出する精度を高めることができる。

[実施形態４]
アナログゼロセット回路３６と増幅回路３８は複数段接続されてもよい。アナログゼロセット回路３６の出力が増幅回路３８で増幅され、増幅回路３８の出力がさらに後段のアナログゼロセット回路３６に入力される。回路に使用される素子、回路特性などによって１つのアナログゼロセット回路３６でゼロセットにすることは難しい。増幅回路３８の出力をアナログゼロセット回路３６でゼロセットすることで、この多段接続された回路の出力は０に限りなく近づけられる。後段にあるアナログゼロセット回路３６は、前段にある増幅回路３８で増幅されたゼロレベルからのずれを補正する。

[実施形態５]
図８のセンサ４４のように、第１端子４６と第２端子４８の先端にそれぞれ導電性の車輪５０、５２を回転可能に取り付けてもよい。センサ４４を走査したとき、車輪５０、５２が回転し、被検査物１２の表面をスムーズに操作できる。車輪５０を介して第１端子４６から被検査物１２にパルス電流を流し、車輪５２を介して第２端子４８の電位差を利用した異常個所の検出をおこなう。車輪５０、５２の代わりに導電性のボールであってもよい。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

１０：非破壊検査装置
１２：被検査物
１４：亀裂
１６：パルス回路
１８、４６：第１端子
２０、４８：第２端子
２２：電圧計
２４：検出回路
２６：固定具
２８、４４：センサ
３０：比較回路
３２：サンプリング回路
３４：平滑回路
３６：アナログゼロセット回路
３８：増幅回路
４４：アナログスイッチ
４６：ホールド回路
５０、５２：車輪

Claims

被検査物に対する非破壊検査装置であって、
パルス電流を生成するパルス回路と、
前記パルス電流を被検査物に印加するための第１端子と、
前記第１端子の間において被検査物の電位差を検出するための第２端子と、
前記第２端子の間の電位差の過渡状態になっている値を利用して被検査物の異常を検出する検出回路と、
を備えた非破壊検査装置。
前記検出回路が、サンプリング回路、比較回路またはその両方を含む請求項１の非破壊検査装置。
前記パルス回路は複数回パルス電流を生成し、前記検出回路は前記電位差の過渡状態になっている電圧波形の特定レベルまたは特定時点の平均を利用して被検査物の異常を検出する請求項１または２の非破壊検査装置。
前記パルス電流のオフ時間はオン時間よりも長い請求項１から３のいずれかの非破壊検査装置。
前記第２端子の間の電位差を増幅し、検出回路に出力する増幅回路を備えた請求項１から４のいずれかの非破壊検査装置。