JP3243402B2 - 導電体の疵検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば棒鋼等の表
面疵の検出に利用しうる導電体の疵検出装置に関する。

【０００２】

【従来技術】例えば鉄鋼製品について表面疵を検出する
場合、一般に渦流探傷方法や漏洩磁束探傷方法を用いて
検査が実施される。渦流探傷方法においては、励磁コイ
ルで発生した磁界の中に検査対象物を通し、検査対象物
に渦電流を流す。そして、検査対象物の表面疵の有無に
応じて渦電流が変化するので、その変化によって生じる
磁束を検知コイル等によって検出する。漏洩磁束探傷方
法においては、磁性体である検査対象物を磁化し、検査
対象物の疵によってその外側に漏れる漏洩磁束をセンサ
を用いて検出する。

【０００３】渦流探傷法は、検出力が良い反面、被検材
の表面状態の磁気的不均一に誘発される疑似不要雑音信
号で妨げられる事が多く、このため一般にコイルを差動
巻にして両コイルの信号の差によって表面疵の検査を行
っている。

【０００４】図１５に、最も一般的に使用される自己励
磁方式の貫通型コイルで被検材を検査する様子を示す。
貫通型コイル３の励磁及び疵検知を行うコイル４ａ，４
ｂは各々巻線方向が逆で差動巻となっており、被検材１
にワレ疵２があり被検材１が貫通コイル３を矢印２０方
向に通過する場合、２１に示す疵信号が得られる。貫通
型コイル３によるワレ疵２の検知信号は、ワレ疵２が被
検材１の長手方向にどんなに長くても同様であり、これ
はコイル４ａ，４ｂの信号の差を検知信号としているた
めワレ疵２のフロントでの信号ａとテイルでの信号ｂの
２ケ所でしか信号が発生しない事による。また、検知信
号は、ワレ疵２のフロント及びテイル部の疵形状によっ
ても大きな影響を受け、疵が長手方向で急俊に変化すれ
ば検知信号も高くなるが緩やかであれば検知信号が低く
検出力が低下する等問題があり、貫通型コイル３による
ワレ疵２の検出は、疵深さの大きい疵のみにとどまって
いた。

【０００５】この様な貫通型コイルの欠点を解消するた
めに、回転プロ−ブ型が考えられている。これは、図１
６に示す様に、励磁コイルと検知コイルを収納したプロ
−ブ５を矢印１９に示すように被検材１の断面周方向に
回転させて、被検材１のワレ疵２に対して直角に通過さ
せて、図１６に２２として示す様に、プロ−ブ５がワレ
疵横切る毎に疵信号を検知し、ワレ疵に対する検出力の
向上を図るものである。

【０００６】しかし、プロ−ブ５をワレ疵２に対して何
回も横断させるためには、プロ−ブ５を被検材１の回り
で高速回転させねばならず、回転機構が複雑且つプロ−
ブ５の被検材１に対する追従が難しく、またワレ疵２が
短い場合見逃す危険性も高い等問題も多い。

【０００７】この様な問題点を解消するための従来技術
としては、例えば、特開昭６２−６１６２号公報，特開
昭６２−６１６３号公報，特開昭６２−１２３３５２号
公報，特開昭６２−１４５１６２号公報，特開昭６２−
１７２２５８号公報，及び特開昭６２−１７２２５９号
公報が公知である。

【０００８】特開昭６２−６１６２号公報では、励磁コ
イル及び検出コイルでなる検出ユニットを円周方向に多
数設置し、励磁コイルにより検査対象物の円周方向又は
断面方向の磁界を発生するとともに、多数の検出ユニッ
トをスイッチで順次に切換えることによって円周方向の
全体を検査可能にしている。

【０００９】また特開昭６２−６１６３号公報および特
開昭６２−１２３３５２号公報では、励磁コイル及び検
出コイルでなる検出ユニットを円周方向に多数設置し、
励磁コイルにより検査対象物の円周方向又は断面方向の
磁界を発生するとともに、三相交流を用いて励磁コイル
を励磁し、スイッチを用いることなく、励磁位置を円周
方向に順次回転させるようにしている。

【００１０】また特開昭６２−１４５１６２号公報で
は、円周方向に多数設置された検出ユニットを互いに機
械的に分離し、検出ユニット毎に検査対象物とのギャッ
プを一定に維持するようにしている。

【００１１】特開昭６２−１７２２５８号公報および特
開昭６２−１７２２５９号公報では、検査対象物の円周
方向に順次に回転する磁界を発生するとともに、該円周
方向に多数のセンサを配設し、発生した磁界の回転に同
期して、多数のセンサの出力を順次にサンプリングする
技術を開示している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】これらの技術は、それ
ぞれに利点はあるにしても、以下の共通の欠点を内在し
ている。例えば、特開昭６２−６１６２号公報では、図
１７に示すような励磁コイルと検出コイルを用いるた
め、また、特開昭６２−６１６３号公報及び特開昭６２
−１２３３５２号公報では図１８に示す励磁コイルを使
用するため、更に特開昭６２−１４５１６２号公報では
図１９に示す励磁コイルを使用するために、励磁コイル
からの磁束は被検査材の半径方向に生ずる。これに対し
て、従来の図１５に示す貫通型の励磁方式では、被検査
材の長手（軸）方向に磁束を発生させる。

【００１３】ところで、自動探傷におけるＳ／Ｎ（きず
信号Ｓとベ−スノイズＮとの比率であり、きずの検出し
やすさを表す）は３倍以上必要と一般にいわれている
が、この信号のＳ／Ｎは、検出器と検査対象物のギャッ
プ変動により、検出器と検査対象物のギャップは小さい
程、Ｓ／Ｎは良くなるが、実際の検査工程は、例えば、
検査対象物である棒鋼を高速で搬送しながら検査を行う
ため、通材性との兼ね合いで極端にはギャップを狭くす
ることはできない。

【００１４】また、搬送によって検査対象物は振動する
ので、検出器と被検査材とのギャップは常時変動する。
この際、励磁コイルからの磁束が被検査材の半径方向に
生ずるとギャップ変動により磁束密度が著しく変化する
ため、ベ−スノイズの変動が大きいばかりか、きず信号
の感度変化が極端に起こり、Ｓ／Ｎが著しく悪化する欠
点がある。

【００１５】しかし、図１５に示すように、励磁コイル
からの磁束を被検査材の軸方向に発生させた場合、ギャ
ップ変動による、被検査材の半径方向の磁束密度の変化
は比較的小さくなる利点がある。従って本発明は、前述
のプロ−ブ回転方式に代わって、被検査材の軸方向の磁
束を周方向に回転させながら発生させる事で、検査対象
物の疵に対して得られる信号のＳ／Ｎ比を改善し、疵検
出の信頼性を高めることを第１の目的とし、検出すべき
疵の軸方向ｚの長さの最短値Ｌsに対応して、最短値Ｌs
以上の疵の検出信頼性を向上することを第２の目的と
し、被検査材の移動速度ｖに変動があっても最短値Ｌs
以上の疵の検出信頼性を確保することを第３の目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の導電体の疵検出
装置は、所定の軸方向(z)に速度ｖで移動する検査対象
物(1)の外周を囲む形で第１組の複数個の電気コイル(図
2の斜線塗り潰し24個)が分布する、極数Ｐの第１の励磁
手段(4)；前記検査対象物(1)の外周を囲む形で第２組の
複数個の電気コイル(図3の斜線塗り潰し24個)が分布す
る、前記第１の励磁手段(4)とは前記軸方向(z)で離れた
位置に設置された、極数Ｐの第２の励磁手段(5)；前記
第１の励磁手段(4)と第２の励磁手段(5)との間の、前記
検査対象物(1)の表面と対向する位置に設置された磁束
検出手段(6,7)；および、前記第１の励磁手段(4)と第２
の励磁手段(5)とが発生する磁界が、前記磁束検出手段
(6,7)の位置にて、前記検査対象物(1)の搬送方向(z)に
向いていて、かつ、前記検査対象物(1)の円周方向に回
転するように、第１組および第２組の電気コイルに、３
相以上の相数の、ｆ≧ｖ／（Ｌs・Ｐ） Ｌs：前記軸
方向(z)の疵検出分解能対応の設定値、なる周波数ｆの
交流電圧を印加する、励磁制御手段(11,3,2A,2B)；を備
える。なお上記括弧内に示した記号等は、後述する実施
例中の対応する要素の符号を参考までに示したものであ
るが、本発明の各構成要素は実施例中の具体的な要素の
みに限定されるものではない。

【００１７】このように構成すると、磁束検出手段(6,
7)が設置される第１組の励磁手段(4)と第２組の励磁手
段(5)との間の空間における磁界は、前記軸方向(z)の成
分（Ｂｚ）が支配的になる。つまり、第１組の励磁手段
(4)の１つの磁極から第２組の励磁手段(5)の１つの磁極
へ（又はその反対に）向かう磁路が形成される。この磁
路は、検査対象物(1)の表面に隣接しているので、それ
を通る磁束によって、検査対象物(1)の表層に渦電流が
流れる。渦電流の流れる方向は各励磁手段によって生成
された磁束の向きによって定まるが、検査対象物(1)の
表面に疵がある場合には、疵を迂回するように渦電流が
流れる。磁束検出手段(6,7)は、検査対象物上の渦電流
によって生じる磁束を検出する。従って、検査対象物上
の疵の有無によって渦電流が変化すると、それが磁束検
出手段(6,7)で検出され、疵の有無が検出される。第１
組の励磁手段及び第２組の励磁手段が発生する磁界は、
検査対象物の円周方向に回転するので、円周方向の各々
の位置の疵が検出可能である。

【００１８】本発明では、検査対象物をその搬送方向
（ｚ）に向かって平行に励磁させた状態で、疵の検出を
実施するが、従来の疵検出装置では、検査対象物をその
円周方向又は断面方向に励磁した状態で疵の検出を実施
している。実験によれば、疵によって得られる信号のＳ
／Ｎ比は、検査対象物が静止している状態、及び搬送に
よって検査対象物が振動している状態（磁束検出手段と
検査対象物とのギャップが変動している状態）のいずれ
においても、本発明の装置の方が従来の装置よりもはる
かに良い結果が得られた。従って、信頼性の高い疵検出
が実現する。

【００１９】ところで、例えばある疵を持つ検査対象物
(1)が軸方向(z)に進行して行き、励磁手段(4),(5)が発
生する回転磁界が該疵を横切る際に検出するので、疵が
励磁手段(4),(5)間の領域を通過している間に、少なく
とも１回は回転磁界が該疵を横切らなければその疵によ
る磁界変化は発生しないので、該疵を検出することは出
来ない。この為、もし検査対象物(1)の進行速度ｖが高
ければ、もしくは疵の軸方向（ｚ）の長さが短かれれ
ば、該疵が検出されないことがあり得る。

【００２０】励磁手段(4),(5)の電気コイルに加える電
圧の周波数をｆ(Hz)とし、励磁手段(4),(5)の極数をＰ
（無次元）とすると、Ｐ＝１のときには周期Ｔ＝１／ｆ
(sec)で磁界が１回転する。この場合、検査対象物(1)の
移動速度をｖ（m/sec)とし、検出すべき疵の最小長さ
(軸方向z)をＬs（ｍ)とすると、Ｔ≦Ｌs／ｖであれば、
Ｌs以上の長さの疵が常に検出され、Ｔ＞Ｌs／ｖである
と検出漏れを生ずる可能性がある。これを極数Ｐが２以
上の場合に一般化して表現すると、Ｔ／Ｐ≦Ｌs／ｖで
あれば、Ｌs以上の長さの疵が常に検出され、Ｔ／Ｐ＞
Ｌs／ｖであると検出漏れを生ずる可能性がある。Ｔ＝
１／ｆをこの関係に代入すると、 １／（ｆ・Ｐ）≦Ｌs／ｖ であり、これより、 ｆ≧ｖ／（Ｌs・Ｐ）・・・(1) であれば、Ｌs以上の長さの疵が常に検出され、Ｌs以上
の長さの疵検出の信頼性が高い。

【００２１】本発明では、励磁制御手段(11,3,2A,2B)
が、第１組および第２組の電気コイルに、３相以上の相
数の、ｆ≧ｖ／（Ｌs・Ｐ） Ｌs：前記軸方向(z)の
疵検出分解能対応の設定値、なる周波数ｆの交流電圧を
印加するので、上述の原理により、所定の長さ(Ls)以上
の疵検出の安定性が高い。すなわち疵検出の信頼性が高
い。

【００２２】また、３相以上の相数の交流電圧を印加す
るので、空間高調波が低減して磁回転が円滑であり、こ
れが高精度かつ高信頼性の疵検出を保証する。

【００２３】

【発明の実施の形態】疵の検出すべき最小長さ(Ls)に対
応して上記(1)式に従がい、周波数ｆsを設定した場合、
その時想定した検査対象物(1)の移動速度(基準速度)を
Ｖsとすると、 ｆs≧Ｖs／（Ｌs・Ｐ） である。ここで、ｆs＝Ｖv／（Ｌs・Ｐ）なる速度Ｖvを
算出すると、検査対象物(1)の移動速度がＶv以上になる
と、Ｖvが高いほど、最小長さ(Ls)の疵の検出漏れを生
ずる可能性が高くなり、検査対象物(1)の移動速度ｖが
変動し比較的に変動幅が広い場合に、最小長さ(Ls)の疵
の検出信頼性が低下する。

【００２４】そこで本発明の好ましい実施例は、検査対
象物(1)の移動速度ｖを検出する速度検出手段(8〜10)；
を更に備え、前記励磁制御手段(11,3,2A,2B)は、該速度
検出手段(8〜10)が検出した速度ｖに比例する周波数ｆ
の交流電圧を第１組および第２組の電気コイルに印加す
るものとした。これによれば、検査対象物(1)の移動速
度ｖが上昇するとそれに伴って周波数ｆが上昇し、移動
速度ｖの変動にもかかわらず、常に上記(1)式の関係が
維持され、最小長さ(Ls)の疵の検出漏れを生じない。す
なわち、所定の長さ(Ls)以上の疵検出の安定性が高い。
すなわち疵検出の信頼性が高い。

【００２５】本発明の他の目的および特徴は、図面を参
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００２６】

【実施例】図１に本発明の一実施例を示し、図２に図１
のII−II線断面を示し、図３にIII−III線断面を示す。
まず図１を参照して説明する。検査対象物である棒鋼１
は、熱間圧延ラインで製造されるものであり、その軸方
向（ｚ：長手方向）に高速で搬送されながら連続的に圧
延される。この例では、仕上圧延工程の出側において、
棒鋼１の通路を囲むように疵検出装置が配置されてい
る。なお、疵検出装置の位置において、棒鋼１の温度は
キュ−リ点以上であるため、棒鋼１は非磁性体である。

【００２７】疵検出装置の主要部は、３相交流電源２
Ａ，２Ｂ，サイン波信号発生器３，第１励磁ユニット
４，第２励磁ユニット５，検出ユニット６および検出回
路７である。疵検出装置の前方には棒鋼１に接触して棒
鋼１により連れ廻り回転するロ−ラ８があり、このロ−
ラ８の軸に、パルス発生器（ロ−タリ−エンコ−ダ）９
が結合されている。このパルス発生器９が、棒鋼１の所
定長の移動につき１パルスの電気パルスＰｓを発生す
る。ｆ／ｖ変換器１０がこのパルスＰｓの周波数（棒鋼
１の速度ｖに比例）に対応するアナログ電圧（速度ｖを
表わす電圧）を発生する。ｖ／ｆ変換器１１が、このア
ナログ電圧に周波数が比例する高周波数の電気パルス
（クロックパルス）を発生してサイン波信号発生器３に
与える。サイン波信号発生器３は、該クロックパルスを
カウントしてカウント値を位相値とする３相のサイン波
信号（３相交流信号）を発生して３相交流電源２Ａ，２
Ｂに与える。

【００２８】クロックパルスの周波数が棒鋼１の速度ｖ
に比例するので、３相交流信号の周波数も棒鋼１の速度
ｖに比例する。

【００２９】第１励磁ユニット４は、棒鋼１を囲むよう
に配置された環状の鉄心４０とそれに巻回された多数の
励磁コイル４７で構成されている。励磁コイル４７は、
実際には、図２に示すように円周方向に等間隔で配置さ
れた２４個のコイルでなっている。またこれらのコイル
は点線で示すように結線されるので、これらは４個ずつ
６組の励磁コイルグル−プ４１，４２，４３，４４，４
５及び４６に区分される。即ち、図４に示すように、励
磁コイルグル−プ４１，４２，４３，４４，４５及び４
６は、それぞれ３相交流電圧の＋Ｕ相，−Ｖ相，＋Ｗ
相，−Ｕ相，＋Ｖ相及び−Ｗ相の電圧によって励磁され
る。

【００３０】同様に、第２励磁ユニット５は、棒鋼１を
囲むように配置された環状の鉄心５０とそれに巻回され
た多数の励磁コイル５７で構成されている。励磁コイル
５７は、実際には、図３に示すように円周方向に等間隔
で配置された２４個のコイルでなっている。またこれら
のコイルは点線で示すように結線されるので、これらは
４個ずつ６組の励磁コイルグル−プ５１，５２，５３，
５４，５５及び５６に区分される。即ち、図４に示すよ
うに、励磁コイルグル−プ５１，５２，５３，５４，５
５及び５６は、それぞれ３相交流電圧の−Ｕ相，＋Ｖ
相，−Ｗ相，＋Ｕ相，−Ｖ相及び＋Ｗ相の電圧によって
励磁される。

【００３１】図１に示すように、第１励磁ユニット４に
供給する電力は、３相交流電源２Ａが生成し、第２励磁
ユニット５に供給する電力は、３相交流電源２Ｂが生成
する。

【００３２】３相交流電源２Ａ及び２Ｂは、サイン波信
号発生器３が出力する３相交流信号に同期して、それぞ
れ３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の交流電力を生成する。従って、
３相交流電源２Ａが出力する３相の交流電力と３相交流
電源２Ｂが出力する３相の交流電力との位相は互いに同
期する。

【００３３】そして、図４に示すように、棒鋼１の軸方
向に対して、第１励磁ユニット４と第２励磁ユニット５
の互いに対向する位置にある励磁コイルグル−プに供給
される電力は互いに極性が逆になっている。つまり、例
えば励磁コイルグル−プ４１の通電によって発生する磁
極がＳ極の時には、励磁コイルグル−プ５１の通電によ
って発生する磁極はＮ極になる。また、励磁コイルグル
−プ４１の通電によって発生する磁極がＮ極の時には、
励磁コイルグル−プ５１の通電によって発生する磁極は
Ｓ極になる。このため、第１励磁ユニット４と第２励磁
ユニット５の互いに対向する方向、つまり棒鋼１の軸方
向に向かう磁界が発生する。

【００３４】検出ユニット６は、棒鋼１を囲むように環
状に構成されており、第１励磁ユニット４と第２励磁ユ
ニット５の中間の位置に配置されている。第１励磁ユニ
ット４と第２励磁ユニット５の励磁によって形成され
る、検出ユニット６の位置における棒鋼１の周囲の磁束
密度分布を、コンピュ−タシミュレ−ションによって計
算し求めた。その結果を図８に示す。なお、図８の上側
に示した実部と下側に示した虚部とは、互いに電源波形
の位相が９０度ずれた状態を示している。

【００３５】更に図９に、検出ユニット６の位置におけ
る棒鋼１の周囲の磁束密度分布を各軸方向の成分に分解
した結果を、円周方向各位置での磁束密度として示す。
図９において、Ｂｚ，Ｂｔ，及びＢｒが、それぞれｚ軸
方向（棒鋼の長手方向），棒鋼の径方向，および円周方
向の磁束密度を示している。つまり、検出ユニット６の
位置における磁束密度については、ｚ軸方向の成分が支
配的であることが、図９から理解できる。

【００３６】また図１０に、検出ユニット６の位置にお
けるｚ軸方向の磁束密度分布の時間推移を示す。ここ
で、Ｔはサイン波信号発生器３が出力する信号の１周期
である。

【００３７】図１０を参照すると、磁束密度の分布が、
時間とともに円周方向に移動することが理解できる。即
ち、検出ユニット６の位置に形成される磁界は、棒鋼１
の周囲を円周方向に回転する回転磁界になる。ある時点
においては、図１に示すように、第１励磁ユニット４上
に１つのＳ極と１つのＮ極とが形成され、第２励磁ユニ
ット５上に１つのＮ極と１つのＳ極とが形成され、第１
励磁ユニットのＳ極と第２励磁ユニットのＮ極との間、
ならびに第１励磁ユニットのＮ極と第２励磁ユニットの
Ｓ極との間の検出ユニット６の位置において、大きな磁
束密度が得られる。

【００３８】次に、図１１を参照して説明する。上述の
ように、第１励磁ユニット４と第２励磁ユニット５を励
磁すると、ｚ軸方向の磁界Ｈが棒鋼１の表面近傍に生じ
る。この磁界Ｈによって、導電体である棒鋼１の表面に
は、円周方向に向かって渦電流ｉが流れる。但し、棒鋼
１の表面に疵１ａが存在する場合、渦電流は疵１ａを迂
回するように流れるので、疵１ａの近傍では、渦電流に
ｚ軸方向の成分ｉ"が生じる。この渦電流ｉ" によっ
て、円周方向の磁界Ｈ２が生じる。疵１ａが存在しない
時には、円周方向の磁界Ｈ２はほとんど生じない。従っ
て、円周方向の磁界Ｈ２を監視すれば、疵１ａの有無を
検出できる。

【００３９】図１２に、検出ユニット６の構成を示す。
検出ユニット６は、円周方向の磁界Ｈ２を検出するため
に設置されている。図１２は、検出ユニット６の外観を
円周方向を縦方向に展開して示している。また、図１２
のＶ−Ｖ線断面を図５に示す。

【００４０】図１２を参照すると、検出ユニット６はｚ
軸方向に互いに近接した状態で並べた２列の検出部６
Ａ，６Ｂで構成されている。検出部６Ａは、円周方向に
等間隔で並べた３０個のコイル板６Ａａ，６Ａｂ，６Ａ
ｃ，６Ａｄ，・・・・を備えている。検出部６Ｂも同様
である。これらのコイル板は、円周方向に互いに隣接す
る２つずつが、それぞれ対になっている。

【００４１】図６に、１対のコイル板６Ａａ，６Ａｂの
構成を示す。コイル板６Ａａ及び６Ａｂは、各々、樹脂
基板６１上にプリントされた箔状の導体によって形成さ
れる渦巻状のコイル６２を有している。コイル６２の外
側の一端には、リ−ド線６３ａ又は６３ｂが接続されて
いる。コイル板６Ａａのコイル６２の内側の一端と、コ
イル板６Ａｂのコイル６２の内側の一端とは、導線６４
によって互いに接続されている。他のコイル板６Ａｃ，
６Ａｄ，６Ａｅ，６Ａｆ，・・・についても同様であ
る。

【００４２】磁界Ｈ２によって生じる磁束が、コイル６
２と鎖交し、コイル６２に電圧が誘起する。対のコイル
板（例えば６Ａａ，６Ａｂ）と対向する位置の棒鋼表面
に疵１ａが存在しない時には、２つのコイル６２に誘起
する電圧はほぼ等しくなるが、対のコイル板の一方と対
向する位置の棒鋼表面に疵１ａが存在し、他方の位置に
は疵が存在しない場合、２つのコイル６２に誘起する電
圧に差が生じる。従って、疵１ａがある時には、リ−ド
線６３ａ，６３ｂ間に現われる電位差が大きくなるの
で、その電位差を監視することにより、疵１ａを検出で
きる。

【００４３】図７に、検出回路７のうち一対のコイル板
６Ａａ，６Ａｂに接続された部分の構成を示す。また、
図１３に、図７に示す回路の各部の信号例を示す。図７
を参照すると、差動増幅器７１は、コイル板６Ａａのコ
イルが誘起する電圧ＳＡと、コイル板６Ａｂのコイルが
誘起する電圧ＳＢとの差分を増幅し、信号ＳＣとして出
力する。信号ＳＣは、シュミットトリガ７３に入力され
るとともに、反転増幅器７２を介してシュミットトリガ
７４に入力される。信号ＳＣの振幅が所定以上になる
と、シュミットトリガ７３及び／又は７４の出力が高レ
ベルＨになる。オアゲ−ト７５は、シュミットトリガ７
３，７４が出力する信号に基づいて、疵検出信号ＳＤを
生成する。他のコイル板（６Ａｃ，６Ａｄ，６Ａｅ，６
Ａｆ，・・・）の対についても、それぞれ図７に示すも
のと同一構成の検出回路が接続されている。

【００４４】前述のように、第１励磁ユニット４と第２
励磁ユニット５の励磁によって生じる磁界Ｈは、回転磁
界であり、磁束密度の大きい部分が棒鋼１の円周方向に
一定の速度で回転する。そして、棒鋼１上の磁束密度の
大きい部分に渦電流が流れ、この渦電流を利用して疵の
有無が検出される。従って、磁界Ｈの回転に伴なって、
疵検出の対象になる位置も円周方向に移動する。棒鋼１
上の疵１ａは、それと対向する位置に存在する対のコイ
ル板（例えば６Ａａ，６Ａｂ）によって検出される。

【００４５】この実施例では、ｚ軸方向に並べた２列の
検出部６Ａ，６Ｂについて、コイル板の対が千鳥状にな
るように結線してある。即ち、図１２に示すように、１
列目の検出部６Ａについては、コイル板６Ａａ・６Ａ
ｂ，６Ａｃ・６Ａｄ，６Ａｅ・６Ａｆ，・・・がそれぞ
れ対をなしているが、２列目の検出部６Ｂについては、
コイル板６Ｂｂ・６Ｂｃ，６Ｂｄ・６Ｂｅ，６Ｂｆ・６
Ｂｇ，・・・がそれぞれ対をなしており、１列目の検出
部６Ａの互いに隣接するコイル板対とコイル板対との間
に、２列目の検出部６Ｂのコイル板対が位置している。

【００４６】例えば、円周方向のコイル板６Ａａ，６Ａ
ｂの近傍の位置では、それらによって疵が検出される
が、コイル板６Ａｂ，６Ａｃの近傍では、コイル板対６
Ａａ・６Ａｂ，又はコイル板対６Ａｃ・６Ａｄによって
疵を検出することは難しい。しかし、コイル板６Ａｂ，
６Ａｃの近傍では、２列目の検出部６Ｂのコイル板対６
Ｂｂ・６Ｂｃによって疵を検出することができる。従っ
て、円周方向のどの位置においても疵検出ができ、疵検
出が不可能な領域（不感帯）は生じない。

【００４７】図１に示すサイン波信号発生器３が発生す
る３相交流信号の周波数ｆと棒鋼１の移動速度ｖの関係
を説明する。(1)式を再掲すると、 ｆ≧ｖ／(Ls・Ｐ）・・・(1) である。本実施例ではＰ＝２であり、ｆ＝ｋ・ｖ／（２L
s)、ｋ＝1.2、となるようように、ｖ／ｆ変換器１１の
電圧／パルス周波数変換特性およびサイン波信号発生器
３のカウンタ値対出力瞬時値レベルの関係が設定されて
いる。

【００４８】この実施例では、３相サイン波信号の１周
期Ｔの間に３６０個のクロックパルス（ｆ／ｖ変換器１
０の出力パルス）を割り当てているので、Ｔ＝１／ｆ＝
２Ls／(ｋ・ｖ)より、クロックパルスの周期ｄＴ＝２Ls
／(360・ｋ・ｖ)、ｋ＝1.2であるので、 ｄＴ＝２Ls／(360・1.2・ｖ)＝〔2/(360×1.2)〕・Ｌs／
ｖ であり、クロックパルスの周波数ｄｆは、 ｄｆ＝ｖ／〔2/(360×1.2Ｌs)〕 となっている。これがｖ／ｆ変換器１１のｖ／ｆ変換特
性である。k=1.0が上記(1)式を満足するところ、ｋ＝1.
2と、0.2(20%)の余裕代を持つ値としているのは、軸方
向ｚの長さＬs以上の疵（特に長さＬsの疵）の検出を確
実にするためである。

【００４９】サイン波信号発生器３は、測定開始時にク
ロックパルスカウンタ（Ｕ相）をクリアしてクロックパ
ルスのカウントアップを開始し、カウント値が３６０に
なるとクロックパルスカウンタをクリアしてクロックパ
ルスのカウントアップを再度開始し、これを繰返しつ
つ、カウント値（位相値）対応のサイン波レベルデ−タ
を内部メモリから読み出してＡ／Ｄ変換してＵ１相信号
として比較器２９に出力する。また、カウンタ（Ｕ相）
のカウント値が１２０になるとクロックパルスカウンタ
（Ｖ相）をクリアしクロックパルスのカウントアップを
開始し、これを繰返しつつ、カウント値（位相値）対応
のサイン波レベルデ−タを内部メモリから読み出してＡ
／Ｄ変換してＶ１相信号として比較器２９に出力する。
更に、カウンタ（Ｕ相）のカウント値が２４０になると
クロックパルスカウンタ（Ｗ相）をクリアしクロックパ
ルスのカウントアップを開始し、これを繰返しつつ、カ
ウント値（位相値）対応のサイン波レベルデ−タを内部
メモリから読み出してＡ／Ｄ変換してＷ１相信号として
比較器２９に出力する。各相信号Ｖ１〜Ｗ１は、ピ−ク
値が同一である。

【００５０】図１４に、図１の三相交流電源２Ａの構成
を示す。なお三相交流電源２Ｂの構成も図１４と同一で
ある。図１４を参照して説明する。３相電源２１から供
給される交流電力は、サイリスタブリッジ２２によって
整流され、インダクタ２５及びコンデンサ２６によって
平滑される。従って、コンデンサ２６の端子間には直流
電圧が現われる。コンデンサ２６の端子間に現われる電
圧は、サイリスタブリッジ２２がトリガされる位相に応
じて変化する。位相角算出器２４に印加される電圧指令
値Ｖdcは、コンデンサ２６の端子間に現われる直流電圧
の調整に利用される。位相角算出器２４は、電圧指令値
Ｖdcに対応するトリガ位相角αを算出する。

【００５１】ゲ−トドライバ２３は、位相角算出器２４
が出力するトリガ位相角αでサイリスタブリッジ２２の
各々のサイリスタをトリガするように、それぞれのゲ−
ト端子に印加するトリガ信号を生成する。即ち、各々の
サイリスタがスイッチングする交流波形のゼロクロス点
をそれぞれ検出し、ゼロクロス点を検出してから位相角
αに相当する時間が経過した時に、トリガ信号を生成す
る。トランジスタブリッジ２７は、コンデンサ２６の端
子間に現われる直流電圧をスイッチングし、三相交流電
圧Ｕ，Ｖ，Ｗを生成する。トランジスタブリッジ２７の
スイッチングを制御する信号は、比較器２９によって生
成され、ゲ−トドライバ２８を介して各トランジスタの
ベ−ス端子に印加される。比較器２９の入力端子には、
先に説明したように、３相信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１が与え
られ、制御端子には三角波発生器３０の出力三角波が与
えられる。

【００５２】Ｕ１とＶ１およびＶ１とＷ１は、それぞれ
１２０度の位相差を有している。また三角波発生器３０
は、繰り返し周波数が３ＫＨｚの三角波信号を出力す
る。比較器２９は、６個のアナログ比較器を内蔵してお
り、三相交流電圧Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の正の半波及び負の
半波の電圧を、それぞれ独立したアナログ比較器で三角
波発生器３０が出力する三角波の電圧と比較し、それら
の比較結果を６つの二値信号として出力する。これらの
二値信号が、ゲ−トドライバ２８を介して、トランジス
タブリッジ２７に印加され、トランジスタブリッジ２７
の出力に三相交流電圧Ｕ，Ｖ，Ｗが現われる。すなわ
ち、トランジスタブリッジ２７の各トランジスタのオン
／オフのＰＷＭ制御により、三相交流電圧Ｕ，Ｖ，Ｗが
形成される。この実施例の疵検出装置における疵検出信
号（ＳＣ）は、非常に大きなＳ／Ｎ比を有していること
が実験により確かめられた。また、検出ユニット６と棒
鋼１とのギャップの変動量が１ｍｍ程度の場合であって
も、深さが０．５ｍｍの疵に対して２．５程度のＳ／Ｎ
比が得られることが分かった。

【００５３】なお上記実施例においては、検査対象物を
棒鋼として説明したが、導電体であれば、他の材質のも
のでも検査可能である。また実施例においては、励磁ユ
ニット４，５を付勢する電源として三相交流電源を用い
たが、三相を越える多相交流電源を用いてもよい。

【００５４】また上記実施例においては、検出ユニット
６を円周方向に配設した多数のコイル板で構成したが、
従来より公知の様々な構成の磁界検出器を用いても、疵
を検出することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示すブロック図であり、
検出ユニット４，５は縦断面を示す。

【図２】 図１のII−II線断面図である。

【図３】 図１のIII−III線断面図である。

【図４】 大略で図１に示す励磁ユニット４，５の拡大
斜視図であり、それらのユニットの電気コイルの通電電
圧相区分を示す。

【図５】 図１に示す検出ユニット６の拡大横断面図で
ある。

【図６】 図５に示す一対のコイル板６Ａａ，６Ａｂを
拡大して示す斜視図である。

【図７】 図６に示すコイル板６Ａａ，６Ａｂに接続さ
れた検出回路を示す電気回路図である。

【図８】 図１に示す検出ユニット６の位置における磁
束密度分布を示すベクトル図である。

【図９】 図８の磁束密度の各軸方向成分の円周方向分
布を示すグラフである。

【図１０】 図９に示すｚ方向磁界成分Ｂｚの時間推移
を示すグラフである。

【図１１】 図１に示す棒鋼１上の磁界と渦電流との関
係を示す斜視図である。

【図１２】 図１に示す検出ユニット６の外観の周方向
を縦に展開して示す展開図である。

【図１３】 図７に示す検出回路の各部の電気信号を示
すタイムチャ−トである。

【図１４】 図１に示す３相交流電源２Ａの構成を示す
ブロック図である。

【図１５】 従来の１つの疵検出装置の検出端の外観を
示す斜視図である。

【図１６】 従来のもう１つの疵検出装置の検出端の走
査方向を示す斜視図である。

【図１７】 従来の疵検出装置の検出端の外観斜視図お
よび平面図を示す。

【図１８】 従来の疵検出装置の電気コイル結線の断面
図，通電電流のタイムチャ−ト、および、電流方向と磁
界方向を表わす断面図を示す。

【図１９】 従来の疵検出装置の励磁ユニットの一部分
の横断面図、および、電気コイル結線の電気回路図を示
す。

【符号の説明】

１：棒鋼 １ａ：疵 ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ：３相交流電源 ３：サイン波信
号発生器 ４：第１励磁ユニット ５：第２励磁ユ
ニット ６：検出ユニット ６Ａ，６Ｂ：検
出部 ６Ａａ，６Ａｂ，６Ａｃ，６Ａｄ，・・・：コイル板 ６Ｂａ，６Ｂｂ，６Ｂｃ，６Ｂｄ，・・・：コイル板 ７：検出回路 ８：ロ−ラ ９：パルス発生器 １０ｆ／ｖ変換
器 １１：ｖ／ｆ変換器 ２１：三相交流
電源 ２２：サイリスタブリッジ ２３，２８：ゲ
−トドライバ ２４：位相角算出器 ２５：インダク
タ ２６：コンデンサ ２７：トランジ
スタブリッジ ２９：比較器 ３０：三角波発
生器 ４０，５０：鉄心 ４１〜４６，５１〜５６：励磁コイルグル−プ ４７，５７：励磁コイル ６１：樹脂基板 ６２：コイル ６３ａ，６３
ｂ：リ−ド線 ６４：導線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−105860（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−6162（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−6163（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−123352（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−145162（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−172258（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−172259（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/72 - 27/90

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の軸方向に速度ｖで移動する検査対
   象物の外周を囲む形で第１組の複数個の電気コイルが分
   布する、極数Ｐの第１の励磁手段；前記検査対象物の外
   周を囲む形で第２組の複数個の電気コイルが分布する、
   前記第１の励磁手段とは前記軸方向で離れた位置に設置
   された、極数Ｐの第２の励磁手段；前記第１の励磁手段
   と第２の励磁手段との間の、前記検査対象物の表面と対
   向する位置に設置された磁束検出手段；および前記第１
   の励磁手段と第２の励磁手段とが発生する磁界が、前記
   磁束検出手段の位置にて、前記検査対象物の搬送方向に
   向いていて、かつ、前記検査対象物の円周方向に回転す
   るように、第１組および第２組の電気コイルに、３相以
   上の相数の、ｆ≧ｖ／（Ｌｓ・Ｐ）、Ｌｓ：前記軸方向
   の疵検出分解能対応の設定値、なる周波数ｆの交流電圧
   を印加する、励磁制御手段；を備える導電体の疵検出装
   置。
2. 【請求項２】 検査対象物の移動速度ｖを検出する速度
   検出手段；を更に備え、前記励磁制御手段は、該速度検
   出手段が検出した速度ｖに比例する周波数ｆの交流電圧
   を第１組および第２組の電気コイルに印加する；請求項
   １記載の導電体の疵検出装置。