JP4835212B2 - 渦流探傷方法及び渦流探傷装置 - Google Patents
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Description
本発明は、渦電流を利用して導電体の表層に存在する欠陥を検出する渦流探傷法方及び渦流探傷装置に関する。
従来の渦流探傷装置として、例えば図４及び図５に示す渦流探傷装置が知られている（特許文献１参照）。
図４及び図５に示す渦流探傷装置３０は、強磁性体であるＥ型コアの中央磁極を一次コイル３１とし、両側の各磁極を二次コイル３２とした渦流探傷センサ３３ａ〜３３ｃを、各磁極の並びと直角方向に複数配列した渦流探傷センサ群３４と、各渦流探傷センサ３３ａ〜３３ｃに交流電流を供給する電源装置（図示せず）と、各々の渦流探傷センサ３３ａ〜３３ｃ毎の二つの二次コイル３２の出力の差分を演算して増幅する第一の差動増幅器３６と、異なる渦流探傷センサ３３ａ〜３３ｃの二次コイル３２同士の出力の差分を演算して増幅する第二の差動増幅器３７と、これらの差動増幅器３６，３７の信号を位相検波する位相検波回路３８と、位相検波された信号をフィルタリングするフィルタ回路３９を有してなる。そして、渦流探傷装置３０は、各渦流探傷センサ３３ａ〜３３ｃ毎の二つの二次コイル３２の出力の差分信号と、異なる渦流探傷センサ３３ａ〜３３ｃの二次コイル３２の出力の差分信号とに基づき、各差分信号の出力が所定の閾値を超えている場合に、被検査体３５の表面に欠陥があったものと判定する。このような渦流探傷装置３０によれば、被検査体３５表面における二次コイル３２の配列方向と同一方向に伸びる欠陥を検出することが可能となる。
特開平９−８９８４３号公報
図４及び図５に示す渦流探傷装置３０は、強磁性体であるＥ型コアの中央磁極を一次コイル３１とし、両側の各磁極を二次コイル３２とした渦流探傷センサ３３ａ〜３３ｃを、各磁極の並びと直角方向に複数配列した渦流探傷センサ群３４と、各渦流探傷センサ３３ａ〜３３ｃに交流電流を供給する電源装置（図示せず）と、各々の渦流探傷センサ３３ａ〜３３ｃ毎の二つの二次コイル３２の出力の差分を演算して増幅する第一の差動増幅器３６と、異なる渦流探傷センサ３３ａ〜３３ｃの二次コイル３２同士の出力の差分を演算して増幅する第二の差動増幅器３７と、これらの差動増幅器３６，３７の信号を位相検波する位相検波回路３８と、位相検波された信号をフィルタリングするフィルタ回路３９を有してなる。そして、渦流探傷装置３０は、各渦流探傷センサ３３ａ〜３３ｃ毎の二つの二次コイル３２の出力の差分信号と、異なる渦流探傷センサ３３ａ〜３３ｃの二次コイル３２の出力の差分信号とに基づき、各差分信号の出力が所定の閾値を超えている場合に、被検査体３５の表面に欠陥があったものと判定する。このような渦流探傷装置３０によれば、被検査体３５表面における二次コイル３２の配列方向と同一方向に伸びる欠陥を検出することが可能となる。
しかしながら、渦流探傷装置３０においては、各出力信号を所定の閾値と比較することで欠陥の有無を判定しているため、被検査体３５が波状の形状をしている場合等、処理上問題とならない被検査体３５の形状不良についても欠陥と判定してしまう。そして、渦流探傷装置３０により欠陥が検出された場合、次工程において目視確認作業が必要となるが、上記処理上問題とならない形状不良を欠陥と判定してしまうことで不要な目視確認作業が発生し、処理能率を阻害するというという問題がある。
本発明は上記した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、渦流探傷センサから出力される差動信号について、有害な欠陥の存在に起因する欠陥信号と、処理上問題とならない形状不良に起因するノイズ信号とを最適な周波数帯域を設けてフィルタリングすることで、有害な欠陥のみを安定して検出することが可能な渦流探傷方法及び渦流探傷装置を提供することにある。
本発明のうち請求項１に係る渦流探傷方法は、強磁性体であるＥ型コアの中央磁極を一次コイルとし、両側の各磁極を二次コイルとした渦流探傷センサの前記一次コイルに交流電圧を印加して被検査体に渦電流を発生させ、当該渦電流により前記各二次コイルに生じる誘起電圧を検出信号とし、前記両二次コイルから検出される前記検出信号の差分を前記被検査体における検査方向の長さに対して波形の形態で表した差動信号を演算し、前記差動信号のうち、前記両二次コイル間の長さの２倍の値に所定値を加えた値以下の波長を有する部分の差動信号のみを抽出し、前記抽出された差動信号の出力が所定の閾値を超えている場合に前記被検査体に欠陥が存在するものと判定することを特徴とする。
また、本発明のうち請求項２に係る渦流探傷装置は、強磁性体であるＥ型コアの中央磁極を一次コイルとし両側の各磁極を二次コイルとし、前記一次コイルに交流電圧を印加して被検査体に渦電流を発生させ、当該渦電流により前記各二次コイルに生じる誘起電圧を検出信号とする渦流探傷センサと、前記両二次コイルから検出される前記検出信号の差分を前記被検査体における検査方向の長さに対して波形の形態で表した差動信号を演算する演算器と、前記差動信号を入力し、前記差動信号のうち、前記両二次コイル間の長さの２倍の値に所定値を加えた値以下の波長を有する部分の差動信号のみを抽出し、前記抽出された差動信号の出力を所定の閾値と比較した結果に基づき前記被検査体における欠陥の存在を判定する判定装置とを備えてなることを特徴とする。
また、本発明のうち請求項２に係る渦流探傷装置は、強磁性体であるＥ型コアの中央磁極を一次コイルとし両側の各磁極を二次コイルとし、前記一次コイルに交流電圧を印加して被検査体に渦電流を発生させ、当該渦電流により前記各二次コイルに生じる誘起電圧を検出信号とする渦流探傷センサと、前記両二次コイルから検出される前記検出信号の差分を前記被検査体における検査方向の長さに対して波形の形態で表した差動信号を演算する演算器と、前記差動信号を入力し、前記差動信号のうち、前記両二次コイル間の長さの２倍の値に所定値を加えた値以下の波長を有する部分の差動信号のみを抽出し、前記抽出された差動信号の出力を所定の閾値と比較した結果に基づき前記被検査体における欠陥の存在を判定する判定装置とを備えてなることを特徴とする。
本願請求項１又は２に係る渦流探傷方法又は渦流探傷装置によれば、両二次コイルから検出される前記検出信号の差動信号を演算し、前記差動信号の波長が前記両二次コイル間の長さの約２倍以下であって、且つ前記差動信号の出力が所定の閾値を超えている場合に前記被検査体に欠陥が存在することを判定する構成により、有害な欠陥のみを安定して検出することができ、次工程での目視確認作業を必要最小限に止めることで、処理能率を向上させることが可能となる。
以下、本発明の実施形態に係る渦流探傷装置を図面を参照して説明する。
なお、本実施形態においては、被検査体を鋼板Ｓとし、鋼板Ｓの表面に存在する欠陥Ｆを検出する場合を例にして説明する。
図１は本発明の実施形態に係る渦流探傷装置の概略構成図である。図２は渦流探傷センサの原理を示す図である。図３は差動信号の検出結果を示す図である。
なお、本実施形態においては、被検査体を鋼板Ｓとし、鋼板Ｓの表面に存在する欠陥Ｆを検出する場合を例にして説明する。
図１は本発明の実施形態に係る渦流探傷装置の概略構成図である。図２は渦流探傷センサの原理を示す図である。図３は差動信号の検出結果を示す図である。
渦流探傷装置１は、図１に示すように、長手方向（図１及び図２における左右方向）に連続して搬送されてくる鋼板Ｓの上方に配置される複数の渦流探傷センサ２と、渦流探傷センサ２の励磁及び検出を行うアンプ盤（演算器）３と、アンプ盤３からの出力をアナログ・ディジタル変換するＡ／Ｄ変換装置４と、Ａ／Ｄ変換装置４からの信号を一定ピッチで入力するデータ処理装置（判定装置）５とを備えてなる。
各渦流探傷センサ２は、強磁性体により形成されたＥ型コアの中央磁極を一次コイル８とし両側の各磁極を二次コイル９として構成される。そして、渦流探傷センサ２は、鋼板Ｓの上方において、鋼板Ｓの長手方向と各磁極８，９の並び方向とを同一にし、鋼板Ｓの幅方向に複数（本実施形態においては４つ）設置される。
アンプ盤３は、電源装置（図示せず）と、差動増幅器１２と、位相検波回路１３とを備えている。
アンプ盤３は、電源装置（図示せず）と、差動増幅器１２と、位相検波回路１３とを備えている。
電源装置は、各渦流探傷センサ２の一次コイル８に交流電流を印加する。
差動増幅器１２は、各二次コイル９の誘起電圧が入力され、各渦流探傷センサ２における両二次コイル９の誘起電圧の差分を演算し、これを必要に応じて増幅した差動信号を作りだす。
位相検波回路１３には、電源装置が供給する交流電流と同位相の基準電圧が供給されており、位相検波回路１３は、差動増幅器１２から入力された差動信号から、基準電圧を基準にして設定された位相差を持った信号を作りだし、この信号を基準にして同期検波を行うことにより欠陥部の差動信号成分のみを抽出する。
差動増幅器１２は、各二次コイル９の誘起電圧が入力され、各渦流探傷センサ２における両二次コイル９の誘起電圧の差分を演算し、これを必要に応じて増幅した差動信号を作りだす。
位相検波回路１３には、電源装置が供給する交流電流と同位相の基準電圧が供給されており、位相検波回路１３は、差動増幅器１２から入力された差動信号から、基準電圧を基準にして設定された位相差を持った信号を作りだし、この信号を基準にして同期検波を行うことにより欠陥部の差動信号成分のみを抽出する。
Ａ／Ｄ変換装置４は、位相検波回路１３から入力された欠陥部の差動信号成分をディジタル信号に変換し、サンプリング信号として出力する。
データ処理装置５では、差動信号の波長と両二次コイル９間の長さとを比較する。具体的には、Ａ／Ｄ変換装置４から入力されるサンプリング信号についてフィルタリングを行ない、サンプリング信号のうち、両二次コイル９間の長さの約２倍の値α以下の波長を有する信号のみを検出するものであり、第一の演算器１５と、フィルタ回路１６と、第二の演算器１７と、Ｄ／Ａ変換装置（図示せず）と、コンパレータ１８とを備えている。
データ処理装置５では、差動信号の波長と両二次コイル９間の長さとを比較する。具体的には、Ａ／Ｄ変換装置４から入力されるサンプリング信号についてフィルタリングを行ない、サンプリング信号のうち、両二次コイル９間の長さの約２倍の値α以下の波長を有する信号のみを検出するものであり、第一の演算器１５と、フィルタ回路１６と、第二の演算器１７と、Ｄ／Ａ変換装置（図示せず）と、コンパレータ１８とを備えている。
第一の演算器１５は、Ａ／Ｄ変換装置４から入力されるサンプリング信号についてフーリエ変換を実行し、サンプリング信号を周波数スペクトルに変換する。
フィルタ回路１６は、一般的なハイパスフィルタが用いられ、両二次コイル９間の長さの約２倍の値αの逆数の値βを基準として、第一の演算器１５が変換した周波数スペクトルについて周波数がβ未満の周波数成分をカットする。
フィルタ回路１６は、一般的なハイパスフィルタが用いられ、両二次コイル９間の長さの約２倍の値αの逆数の値βを基準として、第一の演算器１５が変換した周波数スペクトルについて周波数がβ未満の周波数成分をカットする。
ここで、本実施形態においてはサンプリング信号のフィルタリングを行う基準値であるαとして、両二次コイル９間の長さの約２倍の値が用いられているが、実際のフィルタリングにおいては、多少の余裕をもたせるために、αを両二次コイル９間の長さの約２倍の値に所定値を加えた値に設定し、かかるαに基づいてβを算出することが好ましい。
第二の演算器１７は、フィルタ回路１６によるフィルタリング後の周波数スペクトルについてフーリエ逆変換を実行し、時系列関数信号を再合成する。
Ｄ／Ａ変換装置は、第二の演算器１７により再合成された時系列関数信号をアナログ信号に変換し、コンパレータ１８へと出力する。
コンパレータ１８は、Ｄ／Ａ変換装置から入力される信号の出力と予め設定されている所定の閾値とを比較し、所定の閾値を超える信号があった場合に欠陥Ｆが存在するものと判定する。
第二の演算器１７は、フィルタ回路１６によるフィルタリング後の周波数スペクトルについてフーリエ逆変換を実行し、時系列関数信号を再合成する。
Ｄ／Ａ変換装置は、第二の演算器１７により再合成された時系列関数信号をアナログ信号に変換し、コンパレータ１８へと出力する。
コンパレータ１８は、Ｄ／Ａ変換装置から入力される信号の出力と予め設定されている所定の閾値とを比較し、所定の閾値を超える信号があった場合に欠陥Ｆが存在するものと判定する。
次に、本実施形態に係る渦流探傷装置１により鋼板Ｓの欠陥Ｆの検出を行う場合の作用について説明する。
長手方向に連続して搬送される鋼板Ｓの上方に設置された渦流探傷センサ２の一次コイル８に交流電流を印加することで、図２に示すように、鋼板Ｓに矢印で示されるような渦電流が発生する。そして、鋼板Ｓに渦電流が発生すると、かかる渦電流により各二次コイル９において誘起電圧が発生する。
長手方向に連続して搬送される鋼板Ｓの上方に設置された渦流探傷センサ２の一次コイル８に交流電流を印加することで、図２に示すように、鋼板Ｓに矢印で示されるような渦電流が発生する。そして、鋼板Ｓに渦電流が発生すると、かかる渦電流により各二次コイル９において誘起電圧が発生する。
この場合において、連続して搬送される鋼板Ｓに欠陥Ｆがない場合には、各二次コイル９に発生する誘起電圧は同じとなり、両二次コイル９の誘起電圧の差分をとればゼロになる。一方、鋼板Ｓに欠陥Ｆが存在する場合には、渦電流の流れに変化が生じ、欠陥Ｆが存在する側の二次コイル９の誘起電圧が低くなり、各二次コイル９に発生する誘起電圧に差が生じることとなる。この場合、鋼板Ｓが搬送されることにより欠陥Ｆが各二次コイル９の下方もしくはその周辺を通過し、各二次コイル９における誘起電圧が変動することとなる。
そして、各二次コイル９に発生する誘起電圧は差動増幅器１２に入力され、差動増幅器１２は、演算した誘起電圧の差分を増幅した差動信号を作りだす。
ここで、鋼板Ｓに欠陥Ｆがある場合、渦流探傷センサ２の直下を欠陥Ｆが通過すると、図３に示すように、両二次コイル９間の長さに応じた差動信号ａが出力される。かかる差動信号ａは、ｓｉｎカーブのような波形を描き、図３の横軸を長さで表した場合、その波長は両二次コイル９間の長さの約２倍の値となる。
ここで、鋼板Ｓに欠陥Ｆがある場合、渦流探傷センサ２の直下を欠陥Ｆが通過すると、図３に示すように、両二次コイル９間の長さに応じた差動信号ａが出力される。かかる差動信号ａは、ｓｉｎカーブのような波形を描き、図３の横軸を長さで表した場合、その波長は両二次コイル９間の長さの約２倍の値となる。
一方、鋼板Ｓに波型の形状不良部がある場合、鋼板Ｓの形状不良部が渦流探傷センサ２の直下を通過すると、図３に示すように、差動信号ｂが出力される。かかる差動信号ｂは、差動信号ａと比較して波長が長いｓｉｎカーブのような波形を描き、図３の横軸を長さで表した場合、その波長は形状不良部の長さとほぼ同一となる。
したがって、渦流探傷センサ２の両二次コイル９の差動信号において、両二次コイル９間の長さの約２倍の値α以下の波長を有する信号のみを判定対象とし、αの値より長く緩やかに変化する波長を有する信号については判定対象外とすることで、鋼板Ｓに存在する有害な欠陥Ｆを検出する一方において、処理上問題とならない鋼板Ｓの形状不良を欠陥Ｆとして過検出することを防止することが可能となる。
したがって、渦流探傷センサ２の両二次コイル９の差動信号において、両二次コイル９間の長さの約２倍の値α以下の波長を有する信号のみを判定対象とし、αの値より長く緩やかに変化する波長を有する信号については判定対象外とすることで、鋼板Ｓに存在する有害な欠陥Ｆを検出する一方において、処理上問題とならない鋼板Ｓの形状不良を欠陥Ｆとして過検出することを防止することが可能となる。
そこで、渦流探傷装置１においては、差動信号を位相検波回路１３及びＡ／Ｄ変換装置４を介してデータ処理装置５へと入力し、かかるデータ処理装置５において最適な周波数帯域を設けてサンプリング信号のフィルタリングを行っている。
すなわち、データ処理装置５においては、サンプリング信号が周波数スペクトルに変換され、かかる周波数スペクトルについて、両二次コイル９間の長さの約２倍の値αの逆数の値β未満の周波数成分がカットされた後、かかる周波数スペクトルを時系列関数信号に再合成される。そして、かかる時系列関数信号はアナログ信号に変換され、かかるアナログ信号の出力と予め設定されている所定の閾値とを比較し、所定の閾値を超えた信号があった場合に欠陥Ｆが存在するものと判定する。
すなわち、データ処理装置５においては、サンプリング信号が周波数スペクトルに変換され、かかる周波数スペクトルについて、両二次コイル９間の長さの約２倍の値αの逆数の値β未満の周波数成分がカットされた後、かかる周波数スペクトルを時系列関数信号に再合成される。そして、かかる時系列関数信号はアナログ信号に変換され、かかるアナログ信号の出力と予め設定されている所定の閾値とを比較し、所定の閾値を超えた信号があった場合に欠陥Ｆが存在するものと判定する。
例えば、渦流探傷センサ２の両二次コイル９間の長さを２０ｍｍ、サンプリングピッチを両二次コイル９間の長さの１０分の１である２ｍｍに設定した場合、データ処理装置５においてはサンプリングデータ２５６点（５１２ｍｍに相当）を１つの基本区間として処理される。そして、かかる場合、βの値は約７Ｈｚとなり、周波数スペクトルのうち７Ｈｚ未満の周波数成分がカットされる。
そして、渦流探傷装置１により欠陥Ｆが存在するものと判定された場合、目視確認作業を経て、鋼板Ｓの検出された欠陥Ｆが存在する部分が削除される。
このような渦流探傷装置１によれば、有害な欠陥Ｆのみを安定して検出することができ、次工程での目視確認作業を必要最小限に止めることで、処理能率を向上させることが可能となる。
そして、渦流探傷装置１により欠陥Ｆが存在するものと判定された場合、目視確認作業を経て、鋼板Ｓの検出された欠陥Ｆが存在する部分が削除される。
このような渦流探傷装置１によれば、有害な欠陥Ｆのみを安定して検出することができ、次工程での目視確認作業を必要最小限に止めることで、処理能率を向上させることが可能となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態においては、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、本実施形態においては、渦流探傷センサ２は、鋼板Ｓの上方において、鋼板Ｓの長手方向と各磁極８，９の並び方向とを同一にし、鋼板Ｓの幅方向に４つ設置されているが、渦流探傷センサ２の配置及び設置数は適宜変更可能である。
例えば、本実施形態においては、渦流探傷センサ２は、鋼板Ｓの上方において、鋼板Ｓの長手方向と各磁極８，９の並び方向とを同一にし、鋼板Ｓの幅方向に４つ設置されているが、渦流探傷センサ２の配置及び設置数は適宜変更可能である。
１ 渦流探傷装置
Ｓ 鋼板
２ 渦流探傷センサ
３ アンプ盤
４ Ａ／Ｄ変換装置
５ データ処理装置
８ 一次コイル
９ 二次コイル
１２ 差動増幅器
１３ 位相検波回路
１５ 第一の演算器
１６ フィルタ回路
１７ 第二の演算器
１８ コンパレータ
３０ 渦流探傷装置
３１ 一次コイル
３２ 二次コイル
３３ 渦流探傷センサ
３４ 渦流探傷センサ群
３５ 被検査体
３６ 第一の差動増幅器
３７ 第二の差動増幅器
３８ 位相検波回路
３９ フィルタ回路
Ｓ 鋼板
２ 渦流探傷センサ
３ アンプ盤
４ Ａ／Ｄ変換装置
５ データ処理装置
８ 一次コイル
９ 二次コイル
１２ 差動増幅器
１３ 位相検波回路
１５ 第一の演算器
１６ フィルタ回路
１７ 第二の演算器
１８ コンパレータ
３０ 渦流探傷装置
３１ 一次コイル
３２ 二次コイル
３３ 渦流探傷センサ
３４ 渦流探傷センサ群
３５ 被検査体
３６ 第一の差動増幅器
３７ 第二の差動増幅器
３８ 位相検波回路
３９ フィルタ回路
Claims (2)
- 強磁性体であるＥ型コアの中央磁極を一次コイルとし、両側の各磁極を二次コイルとした渦流探傷センサの前記一次コイルに交流電圧を印加して被検査体に渦電流を発生させ、当該渦電流により前記各二次コイルに生じる誘起電圧を検出信号とし、
前記両二次コイルから検出される前記検出信号の差分を前記被検査体における検査方向の長さに対して波形の形態で表した差動信号を演算し、
前記差動信号のうち、前記両二次コイル間の長さの２倍の値に所定値を加えた値以下の波長を有する部分の差動信号のみを抽出し、前記抽出された差動信号の出力が所定の閾値を超えている場合に前記被検査体に欠陥が存在するものと判定することを特徴とする渦流探傷方法。 - 強磁性体であるＥ型コアの中央磁極を一次コイルとし両側の各磁極を二次コイルとし、前記一次コイルに交流電圧を印加して被検査体に渦電流を発生させ、当該渦電流により前記各二次コイルに生じる誘起電圧を検出信号とする渦流探傷センサと、
前記両二次コイルから検出される前記検出信号の差分を前記被検査体における検査方向の長さに対して波形の形態で表した差動信号を演算する演算器と、
前記差動信号を入力し、前記差動信号のうち、前記両二次コイル間の長さの２倍の値に所定値を加えた値以下の波長を有する部分の差動信号のみを抽出し、前記抽出された差動信号の出力を所定の閾値と比較した結果に基づき前記被検査体における欠陥の存在を判定する判定装置とを備えてなることを特徴とする渦流探傷装置。
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