JPH01295161A - 電磁超音波計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電磁超音波計測装置に関し、特に導電性被検材
中に、電磁的な方法で超音波を発生させ、被検材中を伝
播して反射して返っそきた超音波を、電磁的な手段で検
出することにより、被検材の厚さの測定や、内部欠陥な
どの検出を行う小型軽量で、発熱がなく、操作性が極め
て良好な電磁超音波計測装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の電磁超音波計測装置の構造の代表的な一例を第６
図に示す。図において、被検材１の上方位置に励磁コイ
ル２と断面がＥ字形状の鉄心３および直流電源７とで構
成される直流電磁石が設置され、鉄心３と中央脚４の先
端前方に超音波の送受信コイル５が取付けられている。

励磁コイル２、磁束を効果的に流す鉄心３お゛よび送受
信コイル５とで探触子６が構成される。送受信コイル５
にはパルス発生器８よりパルス電流が供給され、検出信
号を表示装置９に加える。

第７図は、従来の電磁超音波発生のメカニズムを示す説
明図である。第６図の励磁コイル２を直流電源７で励磁
し被検材１に直流磁界を加える。

直流磁界を加えた状態で、送受信コイル５にパルス発生
器８からパルス電圧を印加すると、送受信コイル５にパ
ルス電流が流れ変化磁界を発生し、その変化を抑えよう
とする方向、すなわち送受信コイル５のパルス電流とは
逆向きの渦電流１１が被検材１に発生する。この渦電流
１１と前もって与えられていた直流磁界との相互作用（
ローレンツ力１３）により、被検材１中に変化歪が渦電
流１１の中心を境に放射状に発生し、この変化歪が横波
の超音波として被検材１中を伝播する。超音波は被検材
１中の底面に向けて伝播し、被検材１中の欠陥部あるい
は底面部から反射して被検材１の表面に到達する。表面
に到達した反射超音波は、上述の超音波の発生とは逆の
過程により送受信コイル５で検出され表示装置９によっ
て表示される。

この電磁超音波を利用して、被検材の寸法形状あるいは
被検材の内部欠陥、傷などを調べる従来技術として、例
えば電磁超音波探傷装置（特開昭６０−１０８７４９号
公報）、渦電流探傷プローブ（特開昭５９−２１７１６
０号公報）、溶接鋼管の溶接部位置検出装置（実開昭６
１−１５４５０５号公報）など、数多くの提案がなされ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の電磁超音波計測装置では、探触子の大部
分を励磁コイルが占め、しかも、計測中には励磁コイル
に直流電流を流す必要があるため、直流の電源を準備す
ることが必要が生し、探触子は大型で重いものにならざ
るを得なかった。また、直流電磁石の励磁のために励磁
コイルに通電するが、これにより探触子自身が発熱して
、計測装置の取扱い者が素手で触れることができない程
に温度が上るという問題があった。しかしこの反面、計
測時のみ励磁コイルを励磁するため、非計測時には磁界
の発生がなく、探触子の取扱いが比較的容易であるとい
う利点もあった。

上記励磁コイル方式の電磁超音波計測装置の問題点を解
消するために、永久磁石の磁界を利用する方式があるが
、これは直流電源が不要で、探触子自体を小形化でき、
かつ発熱も防止することができるが、永久磁石からの磁
気が絶えず発生しているために、探触子が計測時以外の
場合でも磁性体である被検材に吸着し、しかも磁力によ
る吸着特性であるため、磁性体に近ずくほど吸着力が急
増するので、探触子が被検材に衝突し易いという計測操
作上の問題、および探触子の送受信コイル面に微細な磁
性体の粉末が堆積し、計測時に、その磁性体粉末の堆積
部の凸部に、送受信コイルが衝突し、送受信コイルを破
損させるという計測操作上の問題、さらにその衝突力が
激しいため、測定者の手や指などに負傷を被るという問
題があった。

本発明の目的は、上述の従来技術における問題点を解消
し、小型軽量で発熱がなく、しかも計測操作性が極めて
良好な電磁超音波計測装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記本発明の目的は、探触子の磁極を永久磁石となし、
送受信コイルを被検材から保護するための保護膜を設け
、探触子の磁極を被検材に対し垂直方向に移動させるこ
とによって、上記保護膜と送受信コイルとの間隔を変化
調整し、バネなどの抗力により永久磁石の吸着力による
被検材への衝突を回避する構造とすることにより、達成
される。

本発明は、導電性の被検材に磁界を与える磁極と、該磁
極の被検材側に超音波送受信コイルを備えた探触子を有
する電磁超音波計測装置において、上記磁極は永久磁石
によって構成し、上記超音波送受信コイルの被検材側に
は、上記超音波送受信コイルに磁性体粉末の吸着を防止
するための保護膜を設けたことを特徴とする電磁超音波
計測装置である。

そして、本発明の電磁超音波計測装置は、超音波送受信
コイルと保護膜との間隔を自在に調節可能な構造とした
ものである。

さらに、本発明の電磁超音波計測装置は、探触子に、永
久磁石の被検材に対する磁気吸着力を緩衝する構造の抗
力装置、例えばバネによって構成される抗力装置を設け
たものである。

〔作用〕

永久磁石の吸着力は、例えば第２図に示すように、被検
材に近づくにつれ急激に吸着力が増加する。逆に、被検
材から離れるにしたがい急激に吸着力は減少する。この
ため、永久磁石に設置した送受信コイルと永久磁石とを
一体で被検材から引き離すと、被検材面での磁気は急激
に減少する。

したがって、被検材と送受信コイルとの間に固定された
保護膜を設置すると、計測時に強い磁力により磁性体の
粉末が保護膜面上に吸着されていたとしても、永久磁石
が被検材から離れるにしたがって磁性体の粉末は容易に
脱落するので磁性体粉末の堆積による送受信コイルの損
傷を回避される。

また、被検材に永久磁石を近づける場合に、第２図に示
すバネ反力と永久磁石吸着力との関係より、被検材から
の距離に対する永久磁石吸着力を打ち消すように抗力装
置（バネなどによる）を設置することにより、永久磁石
吸着力とバネ反力とが互いに逆向きに作用し、計測の際
に、探触子が被検材近くで永久磁石吸着力によって被検
材に衝突するという事故を回避することが可能となる。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を挙げ、図面を参照しながら、
さらに具体的に説明する。

（実施例１） 第１図に、本発明の電磁超音波計測装置の構造の一例を
示す。図において、磁界を発生させる磁極１０の端面に
取付けられている送受信コイル５にパルス電流を流し、
相互誘導現象によって静磁界のかかった電導体である被
検材１の表面内部に、渦電流１１を発生させることによ
り生ずるローレンツ力１３によって、被検材１内部に変
化歪（弾性波）が生し、横波の超音波１６を発生させ、
この超音波が被検材１内を伝播し、被検材１の底面にて
反射し、再び超音波が表面に戻り、ここで静磁界のかか
った被検材１の内部の振動（運動）により電位が発生す
る。この電位を、相互誘導現象により送受信コイル５に
電位を発生させて、この電位変化を制御盤１７で解析す
ることにより、超音波計測を行うことができる。そして
、外部の不必要な電磁波を遮断しシールする外筒２４を
設け、アース線１９にてシールドされている。制御盤１
７はパルス電流を発生させるパルス発生装置を有すると
ともに、受信電圧を増幅し解析する機能を持つ制御盤１
７である。制御盤１７より発振されたパルス電流は、信
号伝達線２０を通り送受信コイル５内を流れる。このと
き相互誘導現象により被検材１内に渦電流１１を発生し
、静磁界と作用してローレンツ力１３を発生し、同位相
の超音波となって被検材１内を伝播し、反射して戻り、
誘導電流の発生、相互誘導により送受信コイル５にて受
信、制御盤１７により増幅解析し、超音波計測が行われ
る。

次に、本発明の電磁超音波計測装置の探触子６の一例を
挙げその構造について説明する。第３図に示すごとく、
非計測時における探触子６はバネ２２によって、外筒２
４、磁極１０をバネ２２の端部（被栓材１側）から最も
離れた位置で保持されており、この状態では磁極１０か
らの磁力は探触子６の周囲には及ぼさない。このため、
探触子６はあたかも永久磁石を用いていないかのように
操作することができる。次に、計測時においては、探触
子６の外筒２４を手に持ち被検材１に所定の位置に探触
子６を当てる。この時、探触子６の磁極１０は被検材１
より十分に離れているので、被検材１は磁力の影響を受
けない。したがって、この操作は何の抵抗もなく探触子
６を所定の位置に置くことができるので、計測位置の調
整は極めて容易である。すなわち、探触子６は磁石吸着
力受は台２３によって被検材１に接する。被検材１の計
測位置が決まり、計測する段階になると、抗力装置であ
るバネ２２の反力にまさる外力３５を与えて探触子６の
磁極１０を被検材１に接近させる操作を行う。

以下に、永久磁石吸着力に対する抗力装置として、コイ
ル状のバネ２２を用いた場合について説明する。磁極１
０は、外力３５とコイル状のバネ２２の反力との差分が
け下方へ移動し被検材１に接近する。

ある距離被検材１に接近させると、磁極１０の磁界が被
検材１に影響を及ぼし、磁力による下向きの吸着力が発
生する。このため、磁極１０はさらに下向きに移動し、
バネ２２は、さらに押し縮められバネ反力は増大する。

この時の、バネ反力と磁石吸着力との差分だけが外力３
５となり、結果的に外力３５は徐々に減少する。このバ
ネ方式では、磁極ｌＯが被検材１に近づくにつれて、磁
石吸着力の増加と共にバネ反力の増加が生じる。両者は
、互いに逆方向に増加して作用するため、磁極１０が被
検材１に衝突するような現象は避けられる。最終的には
、磁極１０が最も下方に移動し被検材１に最も接近した
位置で電磁超音波による計測操作が開始される。第２図
は、磁極１０が被検材１の計測点からの上方向への移動
ストロークに対するバネ反力、磁石吸着力および外力の
関係を示すものである。

（実施例２） 次に本発明の他の実施例を第３図および第４図に示す。

本実施例は、第４図に示すごとく、バネ定数とバネの作
用点を変化させ、バネ反力をバイリニア化した方式と、
保護膜２１を磁石吸着力受は台２３に固定させた方式で
ある。ストロークがゼロの時、外力はマイナスの範囲を
もつ一例である。

この方式では、計測時の探触子６から手を離しても探触
子６は被検材１に吸着した状態を示し、この時の吸着力
は磁石の吸着力に等しく、この吸着力はかなりの力であ
るが、計測後、探触子６を被検材１から取り外す時には
、磁石吸着力とバネ反力との差分たけの小さな外力３５
で対処することができる。そして、外筒２４を被検材１
から引き離す方向に力を加えると、ある時点で、探触子
６は被検材１より離れ、その後は、バネ２２の力のみの
支配となり、磁極１０は自動的に最も上方の位置まで移
動し、次の計測の開始の状態になる。この時、保護膜２
１に付着していた磁性体の粉末は自然に落下し除去され
ている。この場合、ストロークがゼロの時において、外
力３５がプラスの状態にあったとしても、この力は極め
て小さいので計測時に探触子６を保持するように操作す
ればよい。

第５図は、１本のバネ２２で支え、保護膜２１を磁石吸
着力受は台２３に設けた場合の一例を示す。この場合に
おいて用いるバネ２２は、通常のコイル状のバネでもよ
いが、計測の操作性を良くするために、バネ２２自体に
パイリニア特性を有する不等ピッチコイルバネ、円錐コ
イルバネなどを使用することが好ましい。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したごとく、本発明の電磁超音波計測装
置において、探触子の磁界を永久磁石によって与え、か
つ永久磁石の吸着力に対しては抗力装置（バネなど）で
対処し、さらに送受信コイルの被検材への対応面には磁
性体粉末の吸着防止のための保護膜を設けた構造である
ため探触子が小形軽量となり、発熱を伴うことがなく、
計測操作時の磁力吸着による被検材への衝突による損傷
を防止することができ、また、非計測時においては、永
久磁石の磁界を探触子の外部に及ぼすことがないので、
極めて計測操作性が良く、しかも信頼性の高い超音波計
測装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

一１２＝ 第１図は本発明の実施例１において例示した電磁超音波
計測装置の探触子の構造を示す模式図、第２図は第１図
に示した探触子の磁石吸着力、バネ反力および外力の関
係を示すグラフ、第３図。 第４図および第５図は本発明の実施例２において示した
電磁超音波計測装置の探触子の構造を示す模式図、第６
図は従来の電磁超音波計測装置の探触子の構造を示す模
式図、第７図は第６図に示した探触子の動作原理を示す
説明図である。 １・・・被検材　　　　　２・・・励磁コイル３・・鉄
心　　　　　　４　中央脚 ５・・・送受信コイル　　６・・探触子７・・・直流電
源　　　　８・・パルス発生器９・・・表示装置　　　
　１０・・磁極１１・渦ｔ　ｍ　　　　　　１３・・ロ
ーレンツ力１６　　超音波　　　　　１７・・・制御盤
１９・・・アース線　　　　２０・・信号伝達線２１・
・保護膜　　　　　２２・・バネ（抗力装置）２３・・
・磁石吸着力受は台 ２４・・・外筒 ２５・内筒 ２６・移動方向 ３０・・永久磁石吸着力 ３１・・・被検材に及ぼす磁石吸着力 ３２・・抗力装置の磁石吸着力に対する反力３５・・外
力 代理人弁理士　　中　村　純之助 ｌ／ノ 皺＠ハ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導電性の被検材に磁界を与える磁極と、該磁極の被
   検材側に超音波送受信コイルを備えた探触子を有する電
   磁超音波計測装置において、上記磁極は永久磁石によっ
   て構成し、上記超音波送受信コイルの被検材側には、上
   記超音波送受信コイル磁性体粉末の吸着を防止するため
   の保護膜を設けたことを特徴とする電磁超音波計測装置
   。 ２、特許請求の範囲第１項において、超音波送受信コイ
   ルと保護膜との間隔を自在に調節可能な構造とした電磁
   超音波計測装置。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項において、探触
   子に、永久磁石の被検材に対する磁気吸着力を緩衝する
   構造の抗力装置を設けた電磁超音波計測装置。 ４、特許請求の範囲第３項において、抗力装置はコイル
   バネによって構成されたものであることを特徴とする電
   磁超音波計測装置。