JP4586574B2

JP4586574B2 - 渦流探傷装置の感度校正方法および装置

Info

Publication number: JP4586574B2
Application number: JP2005053279A
Authority: JP
Inventors: 泰大松藤; 薫田中; 善己福高
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2025-02-28
Also published as: JP2006234750A

Description

本発明は、導体である金属帯表層に存在する欠陥を検出する渦流探傷装置の感度校正方法および装置に関するものである。

導体である金属体の表層に存在する欠陥を検出する方法として、渦流探傷法が広く使用されている。渦流探傷法は、励磁（１次）コイルにより導電体の表層に渦電流を発生させ、その渦電流によって検出（２次）コイルに発生する誘導電圧を検出することにより欠陥を検出するものである。金属帯の表面に欠陥があった場合には、渦電流の流れに変化が起き、それに伴って誘導電圧が変化するので、欠陥の検出が可能となる。

渦流探傷法に使用されるセンサとして、例えば、特許文献１に示すような、Ｅ型形状をしたセンサが開示されている。Ｅ型センサを使用した渦流探傷の原理を、図２に示す。図２において、１はセンサ、１ａは１次コイル、１ｂ、１ｃは２次コイル、４は金属帯、５は欠陥を示す。ここで１次コイル１ａの両端１a１、１a２には交流電源が接続され、これによって金属帯４には、矢印で示されるような渦電流が発生する。また、２次コイル１ｂ、１ｃは直列に差動接続されており、これら検出コイルに同じ向きでかつ大きさの等しい交流磁界が差交する場合には、お互いに打ち消し合うことで、検出コイル両端１ｂ１、１ｃ１間に誘起される起電力は０となる。

金属帯に欠陥がないときは、２次コイル１ｂ、１ｃに発生する誘導電圧は同じであるため、差動接続された二つの２次コイルの誘導電圧の出力は、ほぼゼロになる。図２に示されるように、２次コイル１ｃの近傍にのみ欠陥５が存在する場合には、渦電流変化により二つの２次コイルに発生する誘導電圧に差が発生するので、両コイルの誘導電圧の差分がゼロでなくなり、差動接続された２つの２次コイルの両端には出力を生じる。結果として、図２の下図に示すように、上方に固定されたセンサの下方を欠陥５を有する金属帯４が矢印の方向へ移動したとき、位相検波後の出力は、センサ１の中心軸を中心としたサインカーブ状の波形を描くことで、欠陥の検出が可能となる。なお、ここでは１ａを１次コイル、１ｂ及び１ｃを２次コイルとしたが、逆にしても上記差分効果が得られるので、１ｂ及び１ｃを１次コイル、１ａを２次コイルとしても良い。

図３は、金属帯の渦流探傷方法を示した図である。前記Ｅ型渦流センサ１_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）を、図３に示すように走行する金属帯４の幅方向に渡って複数個配列すれば、金属帯の全幅全長における欠陥の検出が可能となる。長期にわたって精度良く安定して欠陥検出を行うためには、センサ及び回路の温度変化に伴う感度変化や経時変化のため、定期的な感度校正が是非必要である。

渦流センサにおける感度校正装置として、例えば特許文献２に、感度校正用往復運動装置が開示されている。図５は、特許文献２に開示された装置の概略構成を示した図である。図５において、６は図示せぬ探傷装置のセンサ１を保持する保持部材であり、L字状の腕７の先端部分に取り付けられている。この場合、センサ２は、その検出面が下方に向くように保持部材６にて保持されている。８は断面コ字状に形成されたテストピース保持部材であり、テストピース９が上記センサ１の直下にくるように保持する。テストピース９には標準貫通部が形成されている。１０は往復運動機構であり、誘導電動機１２を動作させて軸１１を一定方向に回転させることによって同軸１１に対して左右に移動する。この場合、往復運動機構１０は図示せぬ案内棒に案内されて軸１１上を移動する。

図５において、１３ａ，１３ｂは各々反転ストッパであり、上述した往復運動機構１０の方向切換用レバーに当たる位置に棒部材１４ａ，１４ｂにより設置されている。この場合、反転ストッパ１３ａ，１３ｂは棒部材１４ａ，１４ｂに対して任意の位置に設定でき、往復運動機構１０の移動範囲を任意に設定することができる。

このようにして、誘導電動機１２を回転させると、センサ下方を標準貫通部が往復するので、感度校正が可能であるとしている。
特開平７−１１６７３２号公報特開平３−２６４８６２号公報

しかしながら、特許文献２に開示された感度校正用往復運動装置は、比較的センサ数の少ない渦流探傷装置においてはさほど大掛かりとはならないが、例えば鉄鋼製造プロセスにおける鋼帯のオンライン渦流探傷装置への適用を考えた場合には、板幅に応じて多数のセンサについての校正が必要となるため、多大な費用及びスペースを要するという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、比較的容易で且つ短時間で高精度な感度校正ができる渦流探傷装置の感度校正方法および装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係る発明は、Ｅ型形状コアの中央の脚に１次コイル、外側の脚の両方に２次コイルを巻回された渦流センサを、前記Ｅ型形状コアの脚の列方向に対して略直交方向に前記渦流センサを一列に複数個（Ｎ個）配置したセンサ列を用いた渦流探傷装置の感度校正方法であって、前記センサ列の配列方向における長さより長く、かつ、前記Ｅ型形状コアの脚部間隔以下の幅を有するテープ状導体を貼付した感度校正用治具を、前記センサ列のＥ型形状コアの中央の脚の列と外側の一方の脚の列との間隙の下方に取り付けたときに得られる各渦流センサの出力Ｖ_１ｋ（ｋ=１〜Ｎ，Ｖ_１ｋ＞０）と、前記テープ状導体を貼付した感度校正用治具を前記センサ列のＥ型形状コアの中央の脚の列と外側の他方の脚との間隙の下方に取り付けたときに得られる各渦流センサの出力−Ｖ_２ｋ（ｋ=１〜Ｎ，Ｖ_２ｋ＞０）とから、両者の出力の差分Ｖ_１ｋ−（−Ｖ_２ｋ）を算出し、当該差分の値が所定の値となるように渦流探傷装置を感度校正することを特徴とする、渦流探傷装置の感度校正方法である。

本発明の請求項２に係る発明は、Ｅ型形状コアの中央の脚に１次コイル、外側の脚の両方に２次コイルを巻回された渦流センサを、前記Ｅ型形状コアの脚の列方向に対して略直交方向に前記渦流センサを一列に複数個（Ｎ個）配置したセンサ列を用いた渦流探傷装置の感度校正装置であって、前記センサ列の配列方向における長さより長く、かつ、前記Ｅ型形状コアの脚部間隔以下の幅を有するテープ状導体を貼付した感度校正用治具と、前記各渦流センサの出力の増幅するＮ個の渦流信号処理アンプと、該渦流信号処理アンプの出力をＡ／Ｄ変換するＮ個のＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器の出力に基づき演算処理する演算処理部とを備え、前記テープ状導体を貼付した感度校正用治具を前記センサ列のＥ型形状コアの中央の脚の列と外側の一方の脚の列との間隙の下方に取り付けたときに得られる各渦流センサの出力Ｖ_１ｋ（ｋ=１〜Ｎ，Ｖ_１ｋ＞０）と、前記テープ状導体を貼付した感度校正用治具を前記センサ列のＥ型形状コアの中央の脚の列と外側の他方の脚との間隙の下方に取り付けたときに得られる各渦流センサの出力−Ｖ_２ｋ（ｋ=１〜Ｎ，Ｖ_２ｋ＞０）とから、両者の出力の差分Ｖ_１ｋ−（−Ｖ_２ｋ）を算出し、当該差分の値が所定の値となるように、前記渦流信号処理アンプおよび／または前記演算処理部にて渦流探傷装置を感度校正することを特徴とする、渦流探傷装置の感度校正装置である。

さらに本発明の請求項３に係る発明は、Ｅ型形状コアの中央の脚に１次コイル、外側の脚の両方に２次コイルを巻回された渦流センサを、前記Ｅ型形状コアの脚の列方向に対して略直交方向に前記渦流センサを一列に複数個（Ｎ個）配置したセンサ列を用いた渦流探傷装置の感度校正おこなうための治具であって、前記センサ列の配列方向にはセンサ列長さより長く、かつ、前記配列方向と直交する方向には前記Ｅ型形状コアの脚部間隔以下の幅を有するテープ状導体が、所定の厚みを有する非金属板表面に貼付されて、その非金属板が前記センサ列の脚部下方に取り付けられることを特徴とする、渦流探傷装置の感度校正用治具である。

本発明によれば、幅方向に配置されたＮ個のＥ型形状渦流センサよりも長いテープ状の導体を、渦流センサの中央の脚と、外側の一方の脚との間隙の下方に配置し、このときの各渦流センサの出力Ｖ_１ｋ（ｋ=１〜Ｎ，Ｖ_１ｋ＞０）を読み取り、次に前記テープ状導体を前記中央の脚と、外側の他方の脚との間隙の下方に配置し、このときの渦流センサの出力−Ｖ_２ｋ（ｋ=１〜Ｎ，Ｖ_２ｋ＞０）を読み取り、両者の出力の差分Ｖ_１ｋ−（−Ｖ_２ｋ）が所定の値となるように感度調整するようにしたので、比較的容易で且つ短時間での校正が可能となる。また、走行する金属帯の渦流探傷は一般的に、低周波ノイズを除去するために、微分、すなわちセンサ出力を鋼板進行方向に差分することでＳ／Ｎ改善が図られる。さらに、渦流センサの製作上の問題から左右の検出コイル感度に差を生じ、欠陥の存在しない状態で個々の渦流センサ出力のゼロ点がずれている場合であっても、高精度な校正が可能である。

本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら以下説明する。図１は、本発明に係る感度校正方法を説明する図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の校正方法を適用する被検査材の欠陥を検出するための渦流探傷装置の検出部は、３つの脚部を有するＥ型形状コアからなる渦流センサを、その３つの脚が並ぶ向きに対してほぼ直交する方向に一列に、複数個の渦流センサを配置したセンサ列という構成をとる。また、個々の渦流センサにおいて、Ｅ型形状コアの３つの脚のうち、中央の脚には１次コイル（励磁用コイル）、外側の脚の両方ともに２次コイル（検出用コイル）が巻回されている。また、外側２つの２次コイルは、差動接続されている。

本発明の校正用治具は、所定の厚みを有する非金属板２（例えば、アクリル板やベーク板など）の表面に、長さＷがセンサ列の長さＷｓより長く、かつ、センサ列方向と直交する幅方向サイズがＥ型形状コアの脚部間隔（中央脚部と外側脚部との間隔）以下のサイズで、材質が銅、鉄、アルミなどのテープ状の導体３を貼付した校正用治具を、センサ列の脚部下方に設置する。このとき、導体３は、前記非金属板２をはさんで、渦流センサの脚部とは反対の面にする。また前記テープ状の導体３がセンサ列のＥ型渦流センサ１_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）の中央の脚と外側の一方の脚との間隙部に対して平行に位置するように取り付ける（図１（ａ））。図１（ｂ）は、図１（ａ）の矢印Ａより見た図であり、非金属板２の幅Ｗにわたって、テープ状の導体３が貼付されている状態を表している。図１（ａ）の状態で、板幅方向に配列された各渦流センサ出力電圧Ｖ_１ｋ（ｋ=１〜Ｎ，Ｖ_１ｋ＞０）を読み取る、または信号処理装置で各渦流センサ出力信号を入力する。

続いて、同様に今度は前記テープ状導体３が、幅方向に配置されたＮ個のＥ型形状コアからなる渦流センサ１_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）の中央の脚と外側の他方の脚との間隙部に対して平行に位置するように取り付ける（図１（ｃ））。そして、このときの各渦流センサの出力電圧−Ｖ_２ｋ（ｋ=１〜Ｎ，Ｖ_２ｋ＞０）を読み取る、または信号処理装置で各渦流センサ出力信号を入力する。なお、図１（ａ）から図１（ｃ）へのテープ状導体３の位置移動には、テープ状導体を貼りかえる、テープ状導体を貼付した状態で非金属板２ごと平行移動する、およびテープ状導体を貼付した状態で非金属板２ごと１８０度回転するなど種々の方法が考えられる。

次に、各Ｅ型形状コアからなる渦流センサ出力より、出力Ｖ_１ｋ−（−Ｖ_２ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ）を演算し、これが所定の値になるように感度校正を実施する。感度校正は、センサ出力をアナログ的に調整しても良いし、デジタル値へ変換後、パソコンなどに取り込み、ソフト的に処理しても良い。なお、前記非金属板２は、あらかじめ検出対象とする欠陥について渦流センサの出力を調査し、これとほぼ同等の出力が得られるような厚みのものを選択すれば良い。なお、このセンサ出力は、電圧信号として説明したが、電流値や、ＡＤ変換後のソフト処理された値など、センサ出力を示す値であれば、形態は問わない。

図４は、本発明の一実施例を示す構成図である。前述したように、テープ状導体３が、Ｎ個のＥ型センサ１_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）の中央の脚と外側の一方の脚との間隙部に位置する状態で、全チャンネルの位相検波後出力が、所定の出力値（Ｖ’）となるように、各渦流信号処理アンプ２１_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）について、感度ボリューム調整を行う。

感度ボリューム調整後、Ａ／Ｄ変換器３１_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）にてデジタル値へ変換された値を、演算処理部４１（例えばパソコン）にて、読み込む（このときの読み込み値は、Ｖ１_ｋ＝Ｖ’（ｋ＝１〜Ｎ））。

次に、前記テープ状導体３が、幅方向に配置されたＮ個のＥ型渦流センサ１_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）の中央の脚と外側の他方の脚との間隙部に位置するように取り付けた状態で、上記と同様にＡ／Ｄ変換器３１_ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）の出力を、演算処理部４１にて読み込む（入力する）。このときの、各センサ出力は最初に読み取った値Ｖ’と符号が逆で、絶対値がほぼ同じものとなるが、製作上の問題から個々のセンサ感度にはばらつきが存在するため、正確には等しい値とはならない。そこで、各センサ出力について、Ｖ_１ｋ−（−Ｖ_２ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ）を演算し、これが所定の値（＝２Ｖ’）となるように、ソフトにて各センサ毎に補正係数を求め、オンライン探傷時におけるセンサからの入力信号に、演算処理部４１にて前記補正係数を乗じることでセンサの補正を実施する。

なお、一般にオンラインでの搬送されて走行する金属帯における自動渦流探傷においては、直流バイアス成分及び変化の緩やかなノイズ成分を除去するため、ライン速度と同期して差分することで欠陥信号変化分を取り出す方法が一般的である。上記手法は、欠陥信号変化分による感度補正であるので、精度の良い校正が実現できる。

本発明に係る感度校正方法を説明する図である。Ｅ型渦流センサの動作原理を示した図である。金属帯の渦流探傷方法を示した図である。発明の実施例を示した図である。従来の技術を説明した図である。

符号の説明

１センサ
１ａ１次コイル
１ｂ、１ｃ２次コイル
２非金属板
３テープ状導体
４金属帯
５欠陥
６保持部材
７ L字状の腕
８テストピース保持部材
９テストピース
１０往復運動機構
１１軸
１２誘導電動機
１３ａ、１３ｂ反転ストッパ
１４ａ、１４ｂ棒部材
２１渦流信号処理アンプ
３１Ａ／Ｄ変換器
４１演算処理部

Claims

Ｅ型形状コアの中央の脚に１次コイル、外側の脚の両方に２次コイルを巻回された渦流センサを、前記Ｅ型形状コアの脚の列方向に対して略直交方向に前記渦流センサを一列に複数個（Ｎ個）配置したセンサ列を用いた渦流探傷装置の感度校正方法であって、
前記センサ列の配列方向における長さより長く、かつ、前記Ｅ型形状コアの脚部間隔以下の幅を有するテープ状導体を貼付した感度校正用治具を、前記センサ列のＥ型形状コアの中央の脚の列と外側の一方の脚の列との間隙の下方に取り付けたときに得られる各渦流センサの出力Ｖ_１ｋ（ｋ=１〜Ｎ，Ｖ_１ｋ＞０）と、前記テープ状導体を貼付した感度校正用治具を前記センサ列のＥ型形状コアの中央の脚の列と外側の他方の脚との間隙の下方に取り付けたときに得られる各渦流センサの出力−Ｖ_２ｋ（ｋ=１〜Ｎ，Ｖ_２ｋ＞０）とから、両者の出力の差分Ｖ_１ｋ−（−Ｖ_２ｋ）を算出し、当該差分の値が所定の値となるように渦流探傷装置を感度校正することを特徴とする、渦流探傷装置の感度校正方法。
Ｅ型形状コアの中央の脚に１次コイル、外側の脚の両方に２次コイルを巻回された渦流センサを、前記Ｅ型形状コアの脚の列方向に対して略直交方向に前記渦流センサを一列に複数個（Ｎ個）配置したセンサ列を用いた渦流探傷装置の感度校正装置であって、
前記センサ列の配列方向における長さより長く、かつ、前記Ｅ型形状コアの脚部間隔以下の幅を有するテープ状導体を貼付した感度校正用治具と、
前記各渦流センサの出力の増幅するＮ個の渦流信号処理アンプと、
該渦流信号処理アンプの出力をＡ／Ｄ変換するＮ個のＡ／Ｄ変換器と、
該Ａ／Ｄ変換器の出力に基づき演算処理する演算処理部とを備え、
前記テープ状導体を貼付した感度校正用治具を前記センサ列のＥ型形状コアの中央の脚の列と外側の一方の脚の列との間隙の下方に取り付けたときに得られる各渦流センサの出力Ｖ_１ｋ（ｋ=１〜Ｎ，Ｖ_１ｋ＞０）と、前記テープ状導体を貼付した感度校正用治具を前記センサ列のＥ型形状コアの中央の脚の列と外側の他方の脚との間隙の下方に取り付けたときに得られる各渦流センサの出力−Ｖ_２ｋ（ｋ=１〜Ｎ，Ｖ_２ｋ＞０）とから、両者の出力の差分Ｖ_１ｋ−（−Ｖ_２ｋ）を算出し、当該差分の値が所定の値となるように、前記渦流信号処理アンプおよび／または前記演算処理部にて渦流探傷装置を感度校正することを特徴とする、渦流探傷装置の感度校正装置。
Ｅ型形状コアの中央の脚に１次コイル、外側の脚の両方に２次コイルを巻回された渦流センサを、前記Ｅ型形状コアの脚の列方向に対して略直交方向に前記渦流センサを一列に複数個（Ｎ個）配置したセンサ列を用いた渦流探傷装置の感度校正おこなうための治具であって、前記センサ列の配列方向にはセンサ列長さより長く、かつ、前記配列方向と直交する方向には前記Ｅ型形状コアの脚部間隔以下の幅を有するテープ状導体が、所定の厚みを有する非金属板表面に貼付されて、その非金属板が前記センサ列の脚部下方に取り付けられることを特徴とする、渦流探傷装置の感度校正用治具。