JP3230608U - 非破壊検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微弱な磁束密度の変化を検査できる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、アモルファス磁芯１２とコイル１４からなる磁気センサ１６、コイルに励磁電流を供給する電源回路１８、及び、ダイオードＤと平滑回路２０により直流化したコイルの電圧変化を微分する微分回路２２を備える。磁気センサは、アモルファス磁芯の長さ方向が被検査物の長さ方向に対して垂直または垂直から４５度までの任意の角度になっている。電源回路は交流電源３６、直流電源３８、および増幅器４０を備える。また、コイルの出力電圧を受ける第一抵抗Ｒ１、第二抵抗Ｒ２、第三抵抗Ｒ３、第四抵抗Ｒ４、コンデンサＣおよびオペアンプＯＰを備え、微分回路はコンデンサＣおよび第四抵抗で構成される。【選択図】図１

Description

本考案は、被検査物の傷および厚み変化などの異常箇所を検査でき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の非破壊検査装置は、磁石と磁気センサを備える。磁石で被検査物を磁化し、被検査物の表面に沿って磁気センサを移動させて表面の磁束密度を測定する。被検査物に傷や減肉などの異常箇所があれば表面の磁束密度が変化する。磁気センサでその磁束密度の変化を検出することで、異常箇所を検出できる。

しかし、鉄は強磁性体であるため、異常箇所から漏れる磁束が小さく、磁束密度の変化を検出しにくい。被検査物の裏面や内部に異常箇所があれば、それらの漏れ磁束も小さいが変化が現れる。その微弱な磁束密度の変化を検出できることが求められている。

特開２０１０−１５１６２６号公報

本考案の目的は、微弱な磁束密度の変化を検査できる非破壊検査装置を提供することにある。

本考案の非破壊検査装置は、線状体、棒状体またはそれら両方からなる被検査物に対する非破壊検査装置であって、前記被検査物を磁化させる磁石と、アモルファス磁芯および該アモルファス磁芯に巻回されたコイルからなり、該アモルファス磁芯の長さ方向が前記被検査物の長さ方向に対して垂直または垂直から４５度の角度に配置された磁気センサと、直流電流と交流電流を重畳した励磁電流を前記コイルに供給する電源回路と、前記コイルの出力電圧を微分する微分回路とを備える。

本考案によると、磁気センサが被検査物に対して垂直または垂直から４５度の角度になっていることで、磁気センサの感度が良く、異常箇所が検出しやすい。微分回路にコンデンサを設けていることで、異常箇所によって生じる電圧の変化速度の大きなもののみを出力することができ、異常箇所を検出しやすくなっている。

本考案の非破壊検査装置の構成を示す図である。 センサで漏れ磁束を検出する様子を示す図である。 （ａ）はコイルの検知電圧とセンサの走査移動させた位置の関係を示すグラフであり、（ｂ）は微分回路の出力とセンサを走査移動させた位置の関係を示すグラフである。 （ａ）は磁気センサを筒状体に取り付けた正面図であり、（ｂ）は磁気センサを筒状体に取り付けた側面図である。 非破壊検査装置の出力を受ける回路を示す図である。

本考案の非破壊検査装置について図面を使用して説明する。

図１に示す本考案の非破壊検査装置１０は、アモルファス磁芯１２とコイル１４からなる磁気センサ１６、コイル１４に励磁電流を供給する電源回路１８、コイル１４の電圧の振幅変化を整流および平滑して直流電圧変化として出力するダイオードＤおよび平滑回路２０、その直流電圧変化を微分する微分回路２２を備える。

被検査物の材料は磁石によって磁化される材料であればよく、たとえば鉄、コバルト、ニッケル、それらを含む合金などの強磁性体を含む。図２に示す被検査物２４は線状体または棒状体で構成される。線状体または棒状体の断面は円形または角形など限定されない。線状体または棒状体は１本に限定されず、複数であってもよい。線状体または棒状体が複数である場合、それらをねじりながら１本のロープ状の被検査物２４を形成していてもよい。また、線状体または棒状体が複数である場合、各線状体または棒状体の断面が異なっていてもよい。さらに、線状体と棒状体が組み合わせれてもよい。

非破壊検査装置１０は被検査物２４の亀裂や厚さ変化などの異常箇所２６を検出する。被検査物２４が複数の線状体または棒状体から成る場合、それらの１本または複数本が切断されている箇所も異常箇所２６となる。非破壊検査装置１０は、被検査物２４の表面にある異常箇所２６のみではなく、被検査物２４の裏面および内部の異常箇所２６も検出する。被検査物２４が複数の線状体または棒状体から成る場合、それらの１本または複数本が内部で切断されている場合も検出する。

図２に示すように、非破壊検査装置１０は磁石２８を備える。被検査物２４を磁化することができれば、被検査物２４に対する磁石２８の位置は限定されない。たとえば、複数の磁石２８の同極または異極で被検査物２４の外周を囲み、磁石２８を被検査物２４の長さ方向に移動させて磁化させる。また、磁気センサ１６で被検査物２４を走査する前に被検査物２４を磁化できるのであれば、磁気センサ１６と磁石２８は一体になっていてもよいし、分離されていてもよい。磁石２８は永久磁石と電磁石のいずれであってもよい。被検査物２４を磁化できれば、磁石２８の磁束密度は限定されず、たとえば約１０００Ｇ以下であってもよい。磁石２８によって被検査物２４が磁化され、異常箇所２６から漏れ磁束が生じる。この漏れ磁束は、異常箇所２６が被検査物２４の内部および裏面にあっても、被検査物２４の表面に微弱ではあるが現れる。

磁気センサ１６は棒状のアモルファス磁芯１２およびこのアモルファス磁芯１２にまきまわされたコイル１４を備える。アモルファス磁芯１２は複数のアモルファス素線を束ねたものである。たとえば、１本のアモルファス素線は直径約０．０５〜０．１ｍｍ、長さ約１５〜２０ｍｍのアモルファス素線を約５〜１０本束ねてアモルファス磁芯１２とする。アモルファス磁芯１２の直径が１ｍｍ以下になれば局所的な漏れ磁束の検知も可能になる。コイル１４は銅線をアモルファス磁芯１２に複数回巻きまわすことで形成される。たとえばアモルファス磁芯１２に約０．０７ｍｍの銅線が１５０〜２００回巻きまわされている。コイル１４の一端が電源回路１８から抵抗Ｒａを通して接続され、他端がグランドに接続されている。磁気センサ１６は被検査物２４の表面に近接されながら移動する。

磁気センサ１６は、アモルファス磁芯１２の長さ方向が被検査物２４の長さ方向に対して垂直方向を向いている（図２）。この垂直方向は垂直方向から数度の傾斜も含まれる。また、垂直方向から４５度の範囲で任意の角度であってもよい。アモルファス磁芯１２の長さ方向が被検査物２４の長さ方向に対して垂直方向を向いていれば、アモルファス磁芯１２の被検査物２４に近い方から漏れ磁束の影響を受け、磁気センサ１６の感度が良くなる。この磁気センサ１６を被検査物２４の表面に沿って、ある一定の速さ（約１０〜２０cm/sec）で前後、左右に走査する。この時異常箇所２６の上で漏れ磁束を検出する。遅すぎると被検査物２４の残留磁気の不均一によるノイズとの区別がつけにくくなり、早すぎると電気的ノイズを軽減するための回路で信号が弱くなる。これらを考慮して走査速度や回路設計をする。時定数τ＝Ｃ×Ｒより速いステップ状の入力に対する応答を表す。磁気センサ１６は被検査物２４の形状およびサイズに応じて複数個使用してもよい。

電源回路１８は交流電源３６、直流電源３８、および増幅器４０を備える。交流電源３６は周波数可変および電流量可変の交流電流を発生する電源である。直流電源３８は一定電圧を可変的に分圧して直流電流を発生する電源である。増幅器４０は、上記交流電流と直流電流が同時に入力され、電流量を増幅して励磁電流を出力する。以上から、電源回路１８は直流電流と交流電流を重畳した励磁電流を生成する。

電源回路１８とコイル１４の間に抵抗Ｒａを備える。励磁電流は抵抗Ｒａを通してコイル１４に流される。抵抗Ｒａによってコイル１４の電圧の振幅変化が現れる。コイル１４の電圧の振幅変化は増幅器４２で増幅され、ダイオードＤと平滑回路２０で整流および平滑されて直流電圧変化となる。平滑回路２０は抵抗ＲｂとコンデンサＣａから構成される。

コイル１４の電圧を増幅して、コイル１４を被検査面に沿って移動するときの、その電圧の振幅に比例して直流化した電圧の変化から異常箇所２６の有無を判定できる。コイル１４の電圧の振幅変化をそのまま利用しても、被検査物２４の異常箇所２６を判別できるが、異常箇所２６が亀裂の場合には電圧変化が急峻であるため、更に電圧の変化速度に比例した電圧を出力する微分回路２２を追加することにより、鮮明な信号として判別できる。

コイル１４の出力電圧を受けるために、第一抵抗Ｒ１、第二抵抗Ｒ２、第三抵抗Ｒ３、第四抵抗Ｒ４、コンデンサＣおよびオペアンプＯＰを備える。第一抵抗Ｒ１と第二抵抗Ｒ２は直列接続されており、第一抵抗Ｒ１は反転入力に、第三抵抗Ｒ３およびコンデンサＣが並列接続されて非反転入力に接続されている。オペアンプＯＰの反転入力端子が第一抵抗Ｒ１と第二抵抗Ｒ２の間に接続され、オペアンプＯＰの非反転入力端子は第三抵抗Ｒ３に接続されている。オペアンプＯＰの非反転入力端子とグランドの間に第四抵抗Ｒ４が接続されている。オペアンプＯＰの出力は第二抵抗Ｒ２に接続されている。これらの抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４による回路では入力側の電圧変化に対して、出力側の電圧は変化しない。この中の第三抵抗Ｒ３に並列にコンデンサＣを接続することによってそのコンデンサＣと第四抵抗Ｒ４が微分回路２２になっており、微分時定数τ（＝ＣＲ４）より短い周期の変化または短時間の変化の電圧を入力したとき、その変化速度に応じた出力電圧を生じる。つまり、ゆっくりした変化は殆ど打ち消して出力しないで、前記亀裂による速い電圧変化のみを出力する。

第一抵抗Ｒ１と第二抵抗Ｒ２の抵抗値は等しく、第三抵抗Ｒ３と第四抵抗Ｒ４の抵抗値は等しい。このように抵抗値を設定することで電圧変化出力はゼロになるが、第三抵抗Ｒ３に並列に付けられたコンデンサＣによって、コンデンサＣと抵抗Ｒ４とからなる微分回路２２は入力された電圧を微分した変化速度に比例した電圧を出力する。時定数τ＝ＣＲ４より短時間の速い変化の電圧を出力する。（図３（ａ））、そのため、微分回路２２はコイル１４の検出電圧の変化が速いときのみ、図３（ｂ）のような急峻な山となって出力される。コイル１４の検出電圧の変化が小さい又は遅い場合および直流成分について、微分回路２２の出力は０になる。

非破壊検査装置１０は微分回路２２の出力を表示するモニターを備えてもよい。モニターに図３（ｂ）のような表示をすることで、異常箇所２６が分かるようにする。

以上のように、本願は磁気センサ１６を被検査物２４に対して垂直または垂直に近い任意の角度にしておくことで磁気センサ１６の感度が良くなり、異常箇所２６を検出しやすくなっている。本願は複数の線状体または棒状体から成る被検査物２４の表面および内部の断線を検出することもできる。微分回路２０にコンデンサＣを設けていることで、全体的に磁化している乱れを除き、異常箇所２６によって生じる電圧変化の速いもののみを出力することができ、異常箇所２６を検出しやすくなっている。

以上、本願の一実施形態を上述したが、本願は上述した実施形態に限定されるものではない。たとえば、磁気センサ１６が取り付けられる筒状体４４を備えてもよい（図４）。被検査物２４は筒状体４４の内部空間４６を通される。筒状体４４と磁石２８の位置関係は任意であり、磁石２８の磁気が直接影響しないように離す。被検査物２４に対して磁石２８が接触してもよいし、非接触であってもよい。磁石２８は被検査物２４を磁化できれる任意の位置に配置され、磁気センサ１６が走査されるまでに被検査物２４を磁化できればよい。磁石２８の位置を任意に決められ、設計の自由度が高い。

筒状体４４は図４に示す複数の分割線４８で示す部分で複数に分割されてもよい。分割線４８は筒状体４４の長さ方向を向いている。分割された筒状体４４を準備し、被検査物２４の任意の部分で筒状体４４を被検査物２４の外周に配置することができる。また、被検査物２４の任意の部分で筒状体４４を分割することで、被検査物２４から筒状体４４を取り外すことができる。また、磁石２８を任意の筒状体に配置する場合も、筒状体４４のように分割できるようにしても良い。なお、２本の分割線４８の内の１本にヒンジなどを取り付け、筒状体４４が片開きするようにしてもよい。筒状体４４の断面は円形、角形など任意の形状であってもよい。

磁気センサ１６は被検査物２４の表面に対して接触してもよいし、非接触であってもよい。磁気センサ１６は被検査物２４から漏れる磁束を検出できる位置であれば適宜調整してもよい。磁気センサ１６の位置を任意に決められ、設計の自由度が高い。

磁気センサ１６を複数にして、図１に示す非破壊検査装置１０を複数にしても良い。１つの被検査物２４に対して複数の非破壊検査装置１０で検査する。その場合、各非破壊検査装置１０の出力を図５に示す回路に入力するようにしても良い。図５は３つの出力を利用するが、非破壊検査装置１０の数に応じて比較器４８の数は変更される。非破壊検査装置１０の出力は比較器４８に入力され、比較器４８で所定電圧Ｖｃと比較される。所定電圧Ｖｃは比較器４８の中で電圧調整されてもよい。比較器４８に入力された非破壊検査装置１０の出力が所定電圧Ｖｃ（または比較器４８で調整された電圧）よりも高くなれば、ＬＥＤ５０に信号を出力し、ＬＥＤ５０を点灯させる。いずれかのＬＥＤ５０が点灯されれば、警報装置５２にも信号が入力され、警報音が発出される。なお、図５の回路は、非破壊検査装置１０が１つであっても、比較器４８とＬＥＤ５０を１つにして利用可能である。

図１および図５の回路は１つの筐体に収納されてもよい。１つの筐体に図１の回路が複数収納されてもよい。また、図１および図５の回路が複数ある場合、被検査物２４に対して、Ｓ極、Ｎ極、または両方の極で磁化させ、その磁束を検出してもよい。各回路の磁気センサ１６は被検査物２４に対して位置を変更したり（図２の上下方向に変更したり）、コイル１４に流す電流は正負のいずれであってもよい。なお、図１および図５の回路を複数備えない場合であっても、被検査物２４に対する磁極、磁気センサ１６の位置、コイル１４に流す電流の正負は適宜設定してもよい。

その他、本考案は、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：アモルファス磁芯
１４：コイル
１６：磁気センサ
１８：電源回路
２０：平滑回路
２２：微分回路
２４：被検査物
２６：異常箇所
２８：磁石
３６：交流電源
３８：直流電源
４０、４２：増幅器
４４：筒状体
４６：筒状体の内部空間
４８：比較器
５０：ＬＥＤ
５２：警報装置
抵抗：Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ１、Ｒ２
コンデンサ：Ｃ、Ｃａ
ダイオード：Ｄ
オペアンプ：ＯＰ

Claims (5)

1. 線状体、棒状体またはそれら両方からなる被検査物に対する非破壊検査装置であって、
   前記被検査物を磁化させる磁石と、
   アモルファス磁芯および該アモルファス磁芯に巻回されたコイルからなり、該アモルファス磁芯の長さ方向が前記被検査物の長さ方向に対して垂直または垂直から４５度までの任意の角度に配置された磁気センサと、
   直流電流と交流電流を重畳した励磁電流を前記コイルに供給する電源回路と、
   前記コイルの出力電圧を微分する微分回路と、
   を備えた非破壊検査装置。
2. 前記磁石と磁気センサが分離または一体になった請求項１の非破壊検査装置。
3. 前記磁気センサが被検査物を通過させる筒状体に取り付けられた請求項１または２の非破壊検査装置。
4. 前記筒状体において該筒状体の長さ方向に分割線を有し、該分割線の部分で筒状体が複数に分割できる請求項３の非破壊検査装置。
5. 前記磁気センサが被検査物に対して非接触である請求項１から４のいずれかの非破壊検査装置。

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