JP2509207Y2

JP2509207Y2 - 渦流探傷装置

Info

Publication number: JP2509207Y2
Application number: JP1990027448U
Authority: JP
Inventors: 茂北川
Original assignee: 株式会社日本非破壊計測研究所
Priority date: 1990-03-16
Filing date: 1990-03-16
Publication date: 1996-08-28
Anticipated expiration: 2005-03-16
Also published as: JPH03117757U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、金属表面又は表面近傍に有する傷、亀裂及
び欠陥等を非破壊で検知する渦流探傷方法及び装置に関
する。

〔従来の技術〕

従来の渦流探傷装置は、検出コイルと補償コイルの二
つのコイルによるブリッジを構成してバランスをとり、
その位相差及び電圧変化を出力し、CRT上に描かれるパ
ターンの観察、アナログメータの振れ、記録紙上のパタ
ーン等から判別する方式が用いられ、その傷等の判別に
は専門的知識を必要とするものであった。また、従来の
装置においては検出コイルを自由空間に置いたときより
強磁性体上に置いたときの方がコイルの両端の電圧振幅
は大きくなるので、強磁性体の被検査体上に検出コイル
を置いてから０点調整を行っていたが、被検査体上に微
小な突起が存在したり、塗料が塗布されていたり、検出
コイルと被検査体との距離が変動するいわゆるリフトオ
フが生じることにより検出コイルの出力が変動して亀裂
等による信号と区別がつき難くなることがしばしば起こ
り、また塗装の上から検査する場合には再度０点調整を
する必要があった。更に、０点調整を完全に行っている
場合でも、被検査体の溶接部近傍の熱影響部での材質変
化及び端部近傍でのエッジ効果により出力信号のレベル
変化が生じ、被検査体の傷等による信号と誤認すること
が頻繁に発生していた。

〔考案が解決しようとする課題〕

本考案が前述の状況に鑑み、解決しようとするところ
は、被検査体とセンサとの距離の変動、即ちリフトオフ
による出力変化を最小限に抑制して正味に傷等による信
号のみ出力することができるとともに、被検査体の局部
的材質変化や端部でのエッジ効果を相殺することがで
き、更にこれまで比較的困難とされていた強磁性体を含
めた金属の表面又は表面近傍の傷、亀裂及び欠陥を高感
度で検出することができる渦流探傷装置を提供する点に
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は、前述の課題解決の為に、共振特性を保有さ
せた同一特性の第一コイルと第二コイルを互いに影響を
及ぼさない程度の間隔を隔てて接近させて並設してなる
センサと、前記コイルが自由空間に位置した際の共振周
波数と導電性の被検査体表面上に位置した際の共振周波
数の中間帯域において、自由空間と被検査体表面上の両
者において該コイルの両端の出力が略一致する周波数の
交流電流を供給し得る周波数可変の交流電源と、前記第
一コイルと第二コイルの両端に生ずる交流電圧をそれぞ
れ平滑化した後その差の振幅変化信号を出力する検出回
路とよりなり、コイルで検知した被検査体表面又は表面
近傍の傷、亀裂及び欠陥に起因する振幅変化のみを検出
し、被検査体の端部又は溶接部近傍の熱影響部にあって
は、被検査体の端縁又は溶接部に沿った方向に、第一コ
イルと第二コイルの並設方向を配向させて補償効果を保
持するようにセンサを走査してなる渦流探傷装置を構成
した。

〔作用〕

以上の如き内容からなる本考案の渦流探傷装置は、自
由空間に位置したコイルの共振周波数と探傷する被検査
体表面上に位置した該コイルの共振周波数は異なるが、
両共振周波数間の中間帯域に自由空間と被検査体表面上
の両者において該コイルの両端の出力が一致する特定の
周波数が存在することを利用し、共振特性を保有させた
同一特性の第一コイルと第二コイルに供給する交流電流
の周波数を前記特定周波数に略一致させて、検出コイル
のリフトオフによる影響を最小限に抑制し、また第一コ
イルと第二コイルを互いに影響を及ぼさない程度の間隔
を隔てて接近させて並設するとともに、それぞれのコイ
ルの両端に生ずる交流電圧を検出回路でそれぞれ平滑化
した後その差を取ることにより、被検査体の局部的材質
変化による出力信号のレベル変化を相殺して、真に被検
査体表面又は表面近傍の傷、亀裂及び欠陥等に起因する
振幅変化信号のみを出力するのである。また、被検査体
の端部におけるエッジ効果はその端縁からの距離に応じ
て変化し、溶接部の熱影響部における材質の変化はその
溶接線からの距離に応じて変化するが、第一コイルと第
二コイルの並設方向を被検査体の端縁又は溶接部の溶接
線に沿った方向に配向させて補償効果を保持するように
直線状又はジクザク状に走査させると、その被検査体の
端部のエッジ効果又は溶接部の材質変化の影響を相殺で
き、このような被検査体の特殊な部位でも傷、亀裂及び
欠陥等のみを検知できるのである。

〔実施例〕

次に添付図面に示した実施例に基づき更に本考案の詳
細を説明する。

第１図は本考案のセンサ１を示し、第２図はセンサ１
を用いて被検査体２の表面又は表面近傍の傷、亀裂及び
欠陥等（以下、単に亀裂３という）を検知する状態を示
している。

第３図は本考案の代表的実施例を示す簡略ブロック図
であり、周波数可変の交流電源４から前記センサ１を構
成する共振特性を保有する第一コイル５と第二コイル６
にそれぞれ交流電流を供給し、両コイル5,6の両端に生
じる交流電圧V₁,V₂をそれぞれ検出回路７にて平滑化し
た後その差の振幅変化信号V₅を出力し、そして該振幅変
化信号V₅を直線化回路８で亀裂３の深さ及び長さに比例
した探傷電圧信号V₆に変換し、該探傷電圧信号V₆を直接
アナログメータ等の表示器９及び／又は電圧制御発振器
10を介してスピーカー等の発音器11に出力したものであ
る。

前記センサ１は、フェライトコア12に巻回した第一コ
イル５とフェライトコア13に巻回した同一特性の第二コ
イル６を互いに影響を及ぼさない程度の間隔を隔てて並
設し、両フェライトコア12,13の先端を突出させた構造
を有し、本実施例では両フェライトコアの直径を2mm,中
心間隔を約5mmに設定したものを用いた。

前記交流電源４は、周波数可変の単一発振器14で交流
電流を発生し、その電流を同一増幅率の二つの電流増幅
器15,16に入力して所望電流値に増幅し、それぞれを抵
抗器17,18を介して第３図に示す如く前記第一コイル５
と第二コイル６に供給するものである。前記第一コイル
５と第二コイル６には同一特性のコンデンサ19,20がそ
れぞれ並列に接続されており、前記発振器14による交流
電流に対して、第４図に示す如く共振特性を保有させて
いる。即ち、本実施例では共振周波数が80〜130kHz程度
になるように、前記抵抗器17,18の抵抗値、第一コイル
５及び第二コイル６のインダクタンス及びコンデンサ1
9,20の容量を適宜設定しているが、勿論前記コンデンサ
19,20を接続しなくても浮遊容量の存在により共振周波
数が存在するが、その周波数は一般的に数百kHzとかな
り高く、前記発振器14の取扱い及び交流電流の伝送に考
慮すべき点が多くなる。

ここで、前記第一コイル５と第二コイル６は、第４図
に示すように自由空間では周波数f₀でその両端の電圧が
最大になり、一方鉄や鋼等の強磁性体の被検査体２の表
面上に位置させた場合には前記周波数f₀よりも低い周波
数f₁で最大となり、またアルミニウム等の非磁性体の被
検査体２の表面上に位置させた場合には前記周波数f₀よ
りも高い周波数f₂で最大となる。従って、強磁性体の場
合は、前記周波数f₀とf₁の中間帯域で、前記コイル5,6
の両端電圧が自由空間と強磁性体上における場合とで等
しくなる特定の周波数f₃が存在し、一方非磁性体の場合
は、前記周波数f₀とf₂の中間帯域で、前記コイル5,6の
両端電圧が自由空間と非磁性体上における場合とで等し
くなる特定の周波数f₄が存在することになる。本考案で
は、非検査体２が強磁性体か非磁性体かの何れかによ
り、前記第一コイル５と第二コイル６に供給する交流電
流の特定周波数をf₃かf₄に±５％以内に設定し、リフト
オフの影響を許容範囲内に抑制するようにしている。

前記第一コイル５と第二コイル６のそれぞれ両端に生
じる交流電圧V₁,V₂は、第５図に示す如くそれぞれ同一
増幅率の増幅器21,22にて所望電圧値に増幅した後、検
出回路７に入力されるが、該検出回路７は前記交流電圧
V₁,V₂をそれぞれ逆極性に設定した二つの整流回路23,24
にて直流電圧V₃,V₄に整流し、この逆極性の直流電圧V₃,
V₄をポテンシオメータ25の抵抗体26の両端に入力し、そ
の摺動子27から両直流電圧V₃,V₄の差に相当する振幅変
化信号V₅を出力するのである。ここで、前記整流回路23
は、前記第一コイル５からの交流電圧V₁を順方向のダイ
オード28と平滑用コンデンサ29により正の直流電圧V₃に
整流し、一方前記整流回路24としては、前記第二コイル
６からの交流電圧V₂を逆方向のダイオード30と平滑用コ
ンデンサ31により負の直流電圧V₄に整流するようになし
ている。

そして、前記第一コイル５と第二コイル６を自由空間
に位置させた状態若しくは正常な被検査体２の表面上に
位置させた状態で、摺動子27に電圧が生じないようにそ
の位置を調節し、その０点を調節した状態で前記センサ
１を第２図に示す如く被検査体２の表面上に接触させる
か又は一定微小間隔を保持して走査し、その表面又は表
面近傍に存在する亀裂３の上をコイル５又は６の一方、
即ちフェライトコア12又は13の一方の先端が通過する際
に、コイル5,6に供給された交流電流による変動磁界で
被検査体２の表面に誘起された渦電流が作る磁界が変化
し、それにより図示したものにあっては第一コイル５の
交流電圧V₁に亀裂３の影響による振幅変化が生じ、この
振幅変化が前記ポテンシオメータ25の摺動子27に振幅変
化信号V₅として出力されるのである。

また、前記第一コイル５と第二コイル６の間隔、即ち
フェライトコア12と13の先端間隔は、被検査体２に局部
的な材質変化がある場合、この材質変化を同時に検出す
るように、その材質変化の空間広がりに応じた範囲内に
設定している。こうすれば、第一コイル５と第二コイル
６に生じる交流電圧V₂,V₂には、被検査体２の略同一の
材質変化に起因する振幅変化を同時に含むが、前記検出
回路７によりその影響を相殺するのである。

さて、前記ポテンシオメータ25の摺動子27に生じる亀
裂３に起因する振幅変化信号V₅は、該亀裂３の深さ及び
長さに対応して増減するものの、完全にその深さ及び長
さに比例したものではない。その為、該振幅変化信号V₅
は増幅器32で10〜100倍に増幅された後、非線形の増幅
又は減衰機能を有する直線化回路８にて、第６図に示す
如く亀裂３の深さ及び長さに比例した探傷電圧信号V₆に
変換するのである。

ここで、前記探傷電圧信号V₆の較正は、材質が均一で
予め深さの知られている疑似クラックサンプルを用い
る。該サンプルは放電ワイヤカット又はカッターグライ
ンダーで幅0.2mm、深さ1,3,5mmの溝を穿設したものであ
る。こうして、較正した探傷電圧信号V₆は、亀裂の深さ
が０〜5mmの範囲で±0.2mmの精度でその深さに対応する
ようになる。

そして、このようにして得られた亀裂３の深さに比例
した探傷電圧信号V₆を、アナログメータ、デジタル表示
器、オシロスコープ等の表示器９に視覚的に出力した
り、記録計に接続して探傷電圧信号V₆を記録したり、ま
た該探傷電圧信号V₆をその電圧に比例した周波数の電流
出力に変調する電圧制御発振器10を介してスピーカ又は
イヤホン等の発振器14で聴覚的に出力したり、更に両者
を併用したりする。特に、発振器14を用いた場合、例え
ば亀裂の深さ1mmに対して1kHz、5mmに対して5kHzのトー
ンの音を発するように設定して、亀裂３の存在及びその
深さを音のトーンで聞き分けながら、視線をセンサ１の
先端に集中することができ、複雑な被検査体２を検査す
る場合にも一人で容易に作業をすることができる。ま
た、前記探傷電圧信号V₆を複数の亀裂深さ範囲に対応さ
せ、例えば０〜1mm,1〜2mm,…の範囲に該探傷電圧信号V
₄が対応した際に、“1mm",“2mm",…と音声を発するよ
うに音声合成素子を用いることも実用的である。

しかして、本考案の渦流探傷装置を用いて、被検査体
２の表面の亀裂３を検出し、その深さを測定するには、
先ず前記センサ１を亀裂等のない均一材質の正常な金属
表面に接触させたり、離したりしながら、前記交流電源
４の発振器14の周波数を微調整して、リフトオフの影響
の最小、即ち表示器９のアナログメータの振れが最小と
なる特定の周波数f₃又はf₄を探る。次に、センサ１を被
検査体２の表面に接触させた状態で、アナログメータが
０点を指針するように前記ポテンシオメータ25の摺動子
27を調整する。最後に、前述の如く疑似クラックサンプ
ルを用いて亀裂の深さ及び長さとアナログメータの振れ
が比例するように較正するのである。そして、前記セン
サ１の被検査体２の表面に沿って隈無く走査し、表面又
は表面近傍の亀裂３を検出すると同時に、その亀裂等の
深さを直接読み取って測定するのである。

また、本考案の渦流探傷装置は、第７図に示すように
その端部33における亀裂３及び第８図に示すように溶接
部34の近傍の熱影響部35を亀裂３も同様に精度良く検出
できるのである。即ち、被検査体２の端部33におけるエ
ッジ効果はその端縁からの距離に応じて変化するが、前
記第一コイル５と第二コイル６の並設方向を端縁に沿っ
た方向に配向させて直線状又はジクザク状に走査させる
と、そのエッジ効果を相殺できるのである。また、被検
査体２の熱影響部35は材質が変化しているが、その場合
にもこの熱影響部35内に第一コイル５と第二コイル６を
同時に位置させ、例えば、溶接部34では溶接線に平行に
配置して走査すると、その材質変化の影響を相殺できる
のである。

また、第９図に示す如く前記第一コイル５と第二コイ
ル６を並設したセンサ１を複数組一体的に直線状に並列
させたセンサ集合体36を用い、それに応じて複数の検出
回路７を用いることにより、一度の走査で広面積を検査
することができる。更に、第10図に示す如く前記センサ
１を位置をずらせて交互に配したセンサ集合体36を用い
ることにより、第一コイル５と第二コイル６の間隔、即
ちフェライトコア12と13の間隔以下の空間分解能にて緻
密に検査できるのである。

〔考案の効果〕

以上にしてなる本考案の渦流探傷装置によれば、自由
空間と被検査体表面上の両者において交流電流を供給し
たコイルの両端の出力が一致する特定の周波数が存在す
ることを利用し、共振特性を保有させ且つ互いに影響を
及ぼさない程度の間隔を隔てて接近させて並設した同一
特性の第一コイルと第二コイルに供給する交流電流の周
波数を前記特定周波数に略一致させて供給したことによ
り、センサのリフトオフによる影響を排除し、また第一
コイルと第二コイルを並設するとともに、両コイルの交
流電圧を平滑化した後その差を取ったことにより、被検
査体の端部におけるエッジ効果及び溶接部近傍の熱影響
部における材質変化を相殺して、真に被検査体表面又は
表面近傍の傷、亀裂及び欠陥等による振幅変化信号のみ
を出力することができ、感度を大幅に改善することがで
きるのである。

これまで困難とされていた1mm以上の深さの亀裂に対
しても従来とは比較にならない程の高精度でその深さを
も定量的に測定することができるのある。一方、リフト
オフや上記諸外乱を除去できるので0.05mm以下の浅い傷
も検出可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はセンサを示す簡略斜視図、第２図は被検査体を
センサで探傷する状態を示した省略断面図、第３図は本
考案の回路の簡略ブロック図、第４図はコイルの共振周
波数の変化を示したグラフ、第５図は第３図中の主要部
の電圧を示すタイムチャート、第６図は振幅変化信号V₅
を直線化回路にて亀裂の深さに比例する探傷電圧信号V₆
に変換する状態を示したグラフ、第７図は被検査体の端
部を走査する状態を示した簡略部分平面図、第８図は溶
接部の熱影響部を走査する状態を示した簡略部分平面
図、第９図は複数のセンサを直線状に並列させたセンサ
集合体を示す簡略平面図、第10図は複数のセンサを位置
をずらせて並列させたセンサ集合体を示す簡略平面図で
ある。 1:センサ、2:被検査体、3:亀裂、4:交流電源、5:第一コ
イル、6:第二コイル、7:検出回路、8:直線化回路、9:表
示器、10:電圧制御発振器、11:発音器、12:フェライト
コア、13:フェライトコア、14:発振器、15,16:電流増幅
器、17,18:抵抗器、19,20:コンデンサ、21,22:増幅器、
23,24:整流回路、25:ポテンシオメータ、26:抵抗体、2
7:摺動子、28,30:ダイオード、29,31:平滑用コンデン
サ、32:増幅器、33:端部、34:溶接部、35:熱影響部、3
6:センサ集合体。

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】共振特性を保有させた同一特性の第一コイ
ルと第二コイルを互いに影響を及ぼさない程度の間隔を
隔てて接近させて並設してなるセンサと、前記コイルが自由空間に位置した際の共振周波数と導電
性の被検査体表面上に位置した際の共振周波数の中間帯
域において、自由空間と被検査体表面上の両者において
該コイルの両端の出力が略一致する周波数の交流電流を
供給し得る周波数可変の交流電源と、前記第一コイルと第二コイルの両端に生ずる交流電圧を
それぞれ平滑化した後その差の振幅変化信号を出力する
検出回路と、よりなり、コイルで検知した被検査体表面又は表面近傍
の傷、亀裂及び欠陥に起因する振幅変化のみを検出し、
被検査体の端部又は溶接部近傍の熱影響部にあっては、
被検査体の端縁又は溶接部に沿った方向に、第一コイル
と第二コイルの並設方向を配向させて補償効果を保持す
るようにセンサを走査してなることを特徴とする渦流探
傷装置。