JPH02189457A

JPH02189457A - 材料の探傷方法及びその装置

Info

Publication number: JPH02189457A
Application number: JP1075689A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Kumazaki; 熊崎　正
Original assignee: Shinko Co Ltd
Current assignee: Shinko Co Ltd
Priority date: 1989-01-18
Filing date: 1989-01-18
Publication date: 1990-07-25

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〕本発明は材料の探傷方法とその装置に関する。

［従来の技術と発明が解決しようとするＡｌｌ！題］従
来に於いて、金属材ｕ等におけるクラックその他の欠陥
部を発見する方法には、（Ａ）　　Ｘ線、α綿、β線に
よる探傷法。（＋り超音波によろ探傷法。

（ハ）渦流探傷法。（ニ）６１’ｚ扮探傷法。があった
。そのうち、上記（イ）は内部欠陥のみしか検出するこ
とが出来ない。（ＩＩ）　　も同様な欠点をｆｌするが
、他にも、センサ部を被検査材料に接触させた状態で行
う必要があり、従って、ライン走行中は検査不可能・個
人差が大きい・装置の取扱いが難しいという欠点があっ
た。（ハ）については、深部の欠陥部が検出不可能であ
り、また、ノイズが多く欠陥部とそうでない部分との判
別が難しい、という欠点カアった。また、（ニ）につい
ては、表面欠陥のみに限られる他、ｌ］視で行う必要が
あり、記ｔ、Ａ性がないという欠点があった。

本発明は、上記問題点を解決した材ネ１の探傷方法とそ
の装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、請求項１の探傷方法に於い
ては、磁性材からなる被検査材料の被検査面を含む部分
に６ｎ界を与えた状態にて、該被検査材料と該被検査材
料に接近して配置されたファラデー素子の内の一方を移
動し、且つ、該ファラデー素子内に光を入射させ、該フ
ァラデー素子から出射する光の光強度を観察又は７Ｉｌ
ｌｌ定することによって、該被検査材料からの漏洩磁束
の変動を検知し、Ｆ記被検査材料の欠陥部を発見するも
のである。

また、そのための装置として、偏向子と、該偏向子から
の光が入射すると共にＣｉｉ界が与えられた磁性材から
成る被検査材料の被検査面からの漏洩磁束による磁界の
強さに比例した偏波面回転を与えるファラデー素子と、
該ファラデー素子から出射した光が入射する検光子と、
からなると共に上記被検査面に接近して用いられるセン
サ部を備え、さらに、入力用光ファイバを介して該偏向
子に光を出射する光送信機と、出力用光ファイバを介し
て上記検光子からの光を受ける光受信機と、該光受信機
からの出力信号を測定する計測機又は該光受信機からの
出力信号を表示する表示機と、被検査材料の被検査面に
磁界を与える磁化手段と、を備えているものである。

請求項３の探傷方法に於いては、被検査材ネｌの被検査
面に電界を与えた状態にて、該被検た材料と上記被検査
面に接近して配置されたボッケルス素子の内の一方を移
動さ・Ｕると共に、該被検査材料の被検査面における任
意の２点間に生しる電位差を上記ボッケルス素子に与え
、且つ、」−記ボノケルス素子内に光を入射させ、上記
ボッケルス素子から出射する光の光強度を観察又は測定
するごとによって、」二記２点間に生じる電位差の変動
を検知し、該被検査材料の欠陥部を発見するものである
。

また、そのための装置として、偏光子と、該偏光子から
の光が入射すると共に電界が与えられた導電材から成る
被検査材料の被検査面における任意の２点間の電位差に
比例した偏波面回転を与えるボッケルス素子と、該ボッ
ケルス素子を通過した光が入射する検光子と、からなり
且つ上記被検査面に接近し７て用いられるセンサ部を備
え、さらに、入力用光ファイバを介して該偏光子に光を
出射する光送信機と、出力用光ファイバを介して上記検
光子からの光を受ける先受（３機と、該光受信機からの
出力信号を測定する計測機又は該光受信機からの出力信
号を表示する表示機と、を（＋＋ηえζいる。

〔作用）請求項ｌ及び請求項２の＋Ａ料の探（耳方法とその装置
に於いては、ファラデー素子内を伝播する先は、被検査
材料からの微量の漏洩磁束による電界によって、この電
界の強さに比例した偏波面回転をｉｊえられる。従って
、最多の漏洩磁束が生じている場所、つまり、材料の欠
陥部の近傍ではファラデー素子から出射する光の光強度
は最も大き（変動するので、この光強度の波形又は計測
値の最大変動時におけるファラデー素子の位置が、材Ｈ
の欠陥部の存在する位置を示すものである。ファラデー
素子から出射した光の光強度を計測機によって測定し又
は表示機によって表示するには、磁化手段によって被検
査面に６ｎ界を与えると共にセンサ部を被検査Ｈ料の被
検査面に接近した状態にて、被検査材料とセンサ部の内
の一方を移動し、被検査面からの漏洩磁束の影響により
変動する光強度を出力信号として取り出すことによって
行う。

請求項３及び請求項４の材料の探傷方法とその装置に於
いては、ボッケルス素子内を伝播する先は、被検査面に
おける任意の２点間に存在する電位差がボッケルス素子
にｊ４えられることによって、この電位差に比例した偏
波面回転を醪えられる。

従って、電位差が最も急激に変動する場所、つまり、月
料の欠陥部の近傍では、ボンノノールス素子から出射す
る光の光強度が最も大きく変動するので、この光強度の
波形又は計測値の最大変動時におけるボッケルス素子の
位置が、材料の欠陥部の７／在する位置を示すものであ
る。ボッケルス素子から出射した光の光強度を計測機に
よって、１［１１定し又は表示機によって表示するには
、センナ部を被検査面に接近して配置した状態にて、被
検査材料とセンサ部の内の一方を移動し、被検査面の任
意の２点間の電位差の影響によって変動する光強度を出
力信号として取り出すことによって行う。

〔実施例〕

実施例について図面を参照して説明すると、第１図と第
２図に於いて、■は被検査材料であり、口側では、被検
査材料１として磁性材からなるロールの場合を示し、被
検査面２であるロールの外周面に放電加工により傷１６
をつけている。！４は、ハンドマグナ等からなる磁化手
段であり、該磁化手段Ｉ４によって被検査材料ｌに磁界
を与えている。

１９は磁力線を示す。５は被検査面２に接近して用いら
れるセンサ部であって、口側では被検査面２との間の間
隔距離Ｓを１ｍｍに設定した場合を示している。センサ
部５は、具体的には、偏光子４と、該偏光子４からの光
りが入射するファラデー素子３と、該ファラデー素子３
から出射した光りが入射する検光子８と、該検光子８か
らの光りを受けるミラー３１と、からなる、該センサ部
５は、入力用光ファイバ６を介して偏光子４に光■、を
出射する光送信ａ７に、出力用光ファイバ１７を介して
ミラー３１からの光りを受ける光受信機９に、夫々接続
されている。検光子８からの光りの光強度Ｐは、受信機
９にて電気的な出力信号θに変換された後、該出力信号
θを記録するＸ−Ｙレコーダ等の表示機１１に送られる
。

上記光強度Ｐは、光受信機９の交流出力電圧による出力
信号θとして取り出すことが出来、また、この出力信号
θを測定することにより、被検査面２を介して漏れる漏
洩磁束Ａによるるイｌ界の強さを検知することが出来る
。光受信機９と３１測６１０との間には演算機２０が設
けられており、この演算機２０によって、光フアイバコ
ネクタ２１．２１　によるｔＵ失等の誤差要因を除去し
ている。

なお、表示機１１に代えて、電圧計等の計測機１０を設
けても差し支えない。

ファラデー素子３は、Ｚｎ５ｅ基板上に磁気化学（Ｃｄ
、　Ｂｉ）、　（Ｆｅ、　Ａｔ、　Ｇａ）ｓ　Ｏ＋ｚｆ
ｔ１１１１２をエピタキシャル成長させたものを用いる
。

次に、材料の探傷方法について説明すると、第１図に於
いて、磁化手段１４にて被検査面２を含む部分にｉｆｆ
界を与えた状態にて、センサ部５のファラデー素子３を
被検査面２に接近し゛ζ配置すると共に、被検査材料ｌ
としてのロールを旋盤（図示せず）に取付けた状態で回
転し、且つ、ファラデー素子３内に光送信機７からの光
りを入射させ、該ファラデー素子３から出射する光りの
光強度Ｐを、光受信機９等を介して３１測機１０により
計測することが出来、また、Ｘ−Ｙレコーダ等の表示機
１１によって観察する。これによって、被検査材料１か
らの茹洩ｉｆｆ束Ａの変動を検知し、被検査材料１の表
面や断面内部におけるクランク等の欠陥部１３を発見す
ることが出来る。

光強度Ｐは、漏洩磁束による磁界を［Ｉとすれば、次式
にて表せる。

Ｐ＝Ｉ／２Ｐｏ（１２ＶｒＨｏｌｓｉｎｗｔ）ここに、
上記磁界１１は交流磁界であるから、Ｈ−Ｈｏ　ｓｉｎ
　ｗｔとすることが出来、また、Ｖｒはファラデー素子
３のヴエルデ定数。ｌは光路長、Ｐｏはファラデー素子
３への入射強度である。

光強度Ｐは光受信機９で電気信号に変換され、光受信機
９からの交流出力電圧である出力信号θを測定し、又は
、その波形等を表示することに３１す、上記磁界１１を
知ることが出来る。

第３図に於いて、上記方法による実験結果を示し、磁界
を与えない状態で被検査材料ｌを回転させた場合には、
第３図（１）に示すように、光受信機９からの出力（３
号θの波形は全く平坦である。

次に、＋１１界は与えるが、センサ部５を被検査面２に
おける傷１６の存在しない部分に位置させた状態にて、
被検査材料１を回転さゼた場合も、第３図（ｎ）に示す
ように、出力信号θの波形は全く平１！！である。そし
て、センサ部５を傷１６の存在する周面の近傍位置に配
設した状態にて、被検査材料１を回転させた場合は、第
３１Ｆ（ＩＩＩ）に示すように、出力信号θは、漏洩（
イ（束Ａが止していることを示す山型状の凸部が繰り返
し現れる波形となる。

他の実施例として、第４図に示すように、被検査材料１
として磁性材である金属平板２９を用い、被検面２にＪ
ＩＳ、Ａ型試験片２３を貼付けて行った場合を示す。磁
化手段１４には、センサ部５のガイド部材を兼用する＆
ｉｌ化ヨーク２４を用いており、センサ部５は磁化ヨー
ク２４に矢印方向に移動可能として取付けられている。

磁界を与えない状態でセンサ部５を移動した場合には、
第５図（１）に示すように、出力信号θの波形は、極め
て微小な起伏はあるが全体的にはほぼ平１ｕなものとな
る。

次に、磁界を与えた状態にて、試験片２３の存在しない
面に沿ってセンサ部５を移動させた場合にも、同様に、
第５図（ｎ）に示すように、はぼ平坦な波形となる。磁
界を与えた状態で試験片２３の存在する面に沿って移動
させた場合は、第５図（Ｉｌｌ）に示すように、出力信
号θの波形には、漏洩磁束へが生じていることを示す山
型状の大きな凸部が表れている。

さらに、他の実施例として、第６図に示すように、金属
平板２９を被検査材料ｌとして用い、これにドリルにて
ピンホール等の欠陥部１３・・・を形成した場合を示す
、ピンホールの深さＭは、ｌ、２゜３ｍｍに夫々設定し
ている。実験結果については、先ず、磁界を与えない状
態でセンサ部５を移動させた場合は第７図（１）に示す
ように、被検査面２を含む部分に磁界を与えた状態で、
セン→Ｊ部５を欠陥部１３であるピンホールのない面を
移動させた場合は第７図（ＩＩ　）に示すように、出力
信号θの波形は何れもほとんど起伏のない平坦状となる
。

ところが、被検査面２を含む部分に磁界を与えた状態に
て、センサ部５を欠陥部１３・・・のある面トを移動さ
せた場合には第７図（１■）に示すように、出力信号θ
の波形には、ピンホールの深さに対応して、高さの異な
る大きな凸部が生じている。

他の実施例として、第８図に示すように、被検査材料１
としての金属平板２９の内部に、被検査面２からの深さ
Ｍを相違させてドリル孔を設け、これを欠陥部１３・・
・とじ、深さＭが、１，２，３．４５ｍｍの各場合につ
いて行った。被検査面２に磁界を与えた状態にて、セン
サ部５を欠陥部１３のない面２に沿って移動させた場合
には、第９図（＋）に示すように、出力信号θの波形は
全く起伏のない平坦状となるが、深さＭが１ｆｉｌｆｆ
ｌの欠陥部１３の存在する被検査面２を移動させた場合
には第９図（■）に示すように、深さＭが２１＋ｌｆｆ
１の場合には第９図（ＩＩＩ）に示すように、出力イδ
号０の波形には夫々大きな凸部が生している。この場合
、交流磁界を与えたので深さＭが３ｍｍ以上の欠陥部１
３・・・の検知は出来なかった。

他の実施例として、非検査材料ｌが断面円形状の場合に
は、第１Ｏ回（１）、第１Ｏ図（ＩＩ）に示すように、
ファラデー素子３を鉛ガラスのプリズムによって構成す
ると共に、その中心孔２７内に被検査材料ｌを挿通した
状態にて、両者の何れか一方を移動させることによって
行う。なお、被検査材料ｌに電流を流し、磁力線を周囲
に生じさせた状態にて行うものとし、この場合磁化手段
１４は被検査材料ｌ自体である。

次に、被検査材料１が断面円環形状の導体である場合に
は、第１１図に示すように、被検査材料ｌの中心部に、
電流の流れる導線２８を挿通ずると共に、被検査材料ｌ
の外周側に複数個のセンサ部５・・・を配設し、これら
による測定値の平均をとる。

第１２図に示すように、導体からなり且つ断面円形状の
被検査材料ｌを、ギャップ付鉄心コア２９で囲み、ギヤ
・ンプ３０にセンサ部５を配設すると共に、被検査材料
ｌにスパイラル状の送りを与えることによって、測定を
行う。

第１３図に示すように、導体からなる被検査材料１をコ
イル状に巻くと共に、これに電流を流し、中心部にセン
サ部５を置いた状態にて行うようにしても差し支えない
。

第１４図と第１５図と第１６図に於いて、非磁性材から
なる平板３０を被検査材料ｌとした場合を示し、該非検
査材料１の非検査面２には、センサ部１５が接近して配
設されている。センサ部１５は、偏光子４と、該偏光子
４からの光りが入射すると共に電界が与えられた非検査
面２における任意の２点Ｐ。

Ｑ間の電位差ＶＥに比例した偏波面回転を与えるボッケ
ルス素子１２と、該ボッケルス素子１２を通過した光■
、が入射する検光子８と、からなる。３２は波長板であ
る。ボッケルス素子１２には、一対の接触子２５．２５
が付設され、この接触子２５．２５を介して被検査面２
上の任意の２点Ｎ、　Ｑ間に生しる電位差■、がボッケ
ルス素子１２に与えられる。ボッケルス素子１２にはＢ
　ｉ　、Ｇ　ｅ　Ｏｚｏ　（ＢＧＯ）単結晶を用いる。

２６はガイド部材であって、センサ部１５は該ガイド部
材２６に沿って走行する。

被検査材料１におけるクラックやピンホール等の欠陥部
Ｉ３を発見するには、ボッケルス素子１２を矢印方向に
移動させると共にボッケルス素子１２に上記２点Ｎ、　
Ｑ間の電位差ＶＥを与え、且つ、ボッケルス素子１２内
に光りを入射させ、ボッケルス素子１２から出射する光
りの光強度Ｐを計測することによって、電位差■４の変
動を検知することが出来る。即ち、素子１２の屈折率の
変化が電場の強さに比例するいわゆるボッケルス効果に
よって、ボッケルス素子１２内を伝播する光りは、ボッ
ケルス素子１２に与えられる電位差■、に比例した偏波
面回転を与えられる。また、電位差■、は被検査材料ｌ
の欠陥部１３の近傍で最も栄、激に変動するので、ボッ
ケルス素子１２から出射する光りの光強度Ｐも欠陥部１
３の近傍で最も大きく変動する。従って、ボッケルス素
子１２から出射する光りを検光子８等を介して光受信機
９にて受光し、該光受信機９からの出力信号θにて光強
度Ｐを表示ａｌｌに表示することによって、欠陥部１３
の位置を検知することが出来る。光強度Ｐは光受信Ｒ９
にて交流出力電圧に変換し、Ｘ−Ｙレコーダやオシロス
コープ等の表示ａｌｌにて波形を観察するごとにより、
欠陥部１３の位置を知ることが出来る。実験結果につい
ては、出力信号θの波形等が欠陥部１３の近傍で大きく
変動する点については、第１図乃至第１０図の実施例の
場合と全く同様であるから、図示省略する８表示機１１
に代えて、計測機ｌＯにより光強度Ｐを測定しても差し
支えない。

上記何れの実施例に於いても、光ファイバ６゜１７につ
いては、１０〜１００ｎｖ＋の長さのものを使用したが
、勿論１００ＩＩ１１以上の長いものを使用しても差支
えない。なお、長さを、例えば３０ＩＩ１１と設定すれ
ば光ファイバ６．１７によるノイズを防止出来る。

〔発明の効果〕

■　従来の被破壊検査方法では、内部欠陥は放射線透過
検査・超音波探傷検査によって、また、表層部欠陥は磁
粉探傷検査・浸透探傷検査・電磁誘導検査によって、夫
々欠陥の分類に対応して検査方法を変える必要があった
が、本発明によれば、被検査材料１の表層部欠陥と内部
欠陥とを−・度に検査することが出来る。

■　光受信機９からの出力信号θをＸ−Ｙレコーダ等を
使って残すことが出来るので、記録性があるといえる。

同様に、出力信号θをオシロスコープ等に表示して、検
査しながら波形観測を行うことが出来る。

■　従来の超音波探傷法等の場合と異なり、取扱い操作
が容易であり、検査精度等に個人差が生じないので経験
が不要である。

■　被検査面２と所定間隔を介してセンサ部５゜１５を
移動させながら測定等を行うので、面積に於いての探傷
が可能である。

■　請求項２及び請求項４の探傷装置は、センサ部５．
１５を除いて相互に共用可能であるから、このセンサ部
５，１５を単に交換するだけで、漏洩磁束探傷と電磁誘
導検査を同じ装置にて行うことが出来る。さらに、請求
項２の探傷装置は被検査材料１を磁性体の場合に使用し
、請求項４の探傷装置を非磁性体の場合に使用すること
によって、−台の探傷装置にて使い分けることが出来る
。

■　従来の渦流探傷法や超音波探傷法における渦電原発
４ト装置や超音波発生装置のような大掛かりな設備を要
せず、コンパクトでしかも構造簡単という利点がある。

■　上記以外には、電磁誘導障害がない・ＪＩ゛検香材
料ｌと非接触の状態にて検査出来るという利点がある（
請求項４の装置に於いては、接触子２５．２５のみが非
検査面２と接触する）。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す探査装置のＤｎ略側面
図、第２図はセンサ部の構造説明図、第３図は実験結果
を示す波形図、第４図は探（８装置の他の具体例を示す
探査装置の簡略側面図、第５図は実験結果を示す波形図
、第６図はさらに他の具体例を示す探査装置の簡略側面
図、第７図は実験結果を示す波形図、第８図は他の具体
例を示す探査装置の簡略側面図、第９図は実験結果を示
す波形図、第１０図〜第１３図は夫々他の具体例を示す
説明図である。第１４図は他の実施例を示す断面側面図
、第１５図と第１６図は夫々センサ部の構造説明図であ
る。１・・・非検査材料、２・・・非検査面、３・・・ファ
ラデー素子、４・・・偏光子、５・・・センサ部、６・
・・入力用光ファイバ、７・・・光送信機、８・・・検
光子、９・・・光受信機、ＩＯ・・・計測機、１１・・
・表示機、１２・・・ボッケルス素子、１３・・・欠陥
部、１４・・・磁化手段、１５・・・センサ部、１７・
・・出力用光ファイバ、Ｌ・・・光、Ｐ・・・光強度、
Ａ・・・漏洩磁束、θ・・・出力信号、Ｎ、　Ｑ・・・
点、ｖ７・・・電位差。第　１６　７

Claims

【特許請求の範囲】１、磁性材からなる被検査材料１の被検査面２を含む部
分に磁界を与えた状態にて、該被検査材料１と該被検査
材料１に接近して配置されたファラデー素子３の内の一
方を移動し、且つ、該ファラデー素子３内に光Ｌを入射
させ、該ファラデー素子３から出射する光Ｌの光強度Ｐ
を観察又は測定することによって、該被検査材料１から
の漏洩磁束Ａの変動を検知し、上記被検査材料１の欠陥
部１３を発見することを特徴とする材料の探傷方法。２、偏向子４と、該偏向子４からの光Ｌが入射すると共
に磁界が与えられた磁性材から成る被検査材料１の被検
査面２からの漏洩磁束Ａによる磁界の強さに比例した偏
波面回転を与えるファラデー素子３と、該ファラデー素
子３から出射した光Ｌが入射する検光子８と、からなる
と共に上記被検査面２に接近して用いられるセンサ部５
を備え、さらに、入力用光ファイバ６を介して該偏向子４に光Ｌを出射す
る光送信機７と、出力用光ファイバ１７を介して上記検
光子８からの光Ｌを受ける光受信機９と、該光受信機９
からの出力信号θを測定する計測機１０又は該光受信機
９からの出力信号θを表示する表示機１１と、被検査材
料１の被検査面２に磁界を与える磁化手段１４と、を備
えていることを特徴とする材料の探傷装置。３、被検査材料１の被検査面２に電界を与えた状態にて
、該被検査材料１と上記被検査面２に接近して配置され
たボッケルス素子１２の内の一方を移動させると共に、
該被検査材料１の被検査面２における任意の２点Ｎ、Ｑ
間に生じる電位差Ｖ＿Ｅを上記ボッケルス素子１２に与
え、且つ、上記ボッケルス素子１２内に光Ｌを入射させ
、上記ボッケルス素子１２から出射する光Ｌの光強度Ｐ
を観察又は計測することによって、上記２点Ｎ、Ｑ間に
生じる電位差Ｖ＿Ｅの変動を検知し、該被検査材料１の
欠陥部１３を発見することを特徴とする材料の探傷方法
。４、偏光子４と、該偏光子４からの光Ｌが入射すると共
に電界が与えられた導電材から成る被検査材料１の被検
査面２における任意の２点Ｎ、Ｑ間の電位差Ｖ＿Ｅに比
例した偏波面回転を与えるボッケルス素子１２と、該ボ
ッケルス素子１２を通過した光Ｌが入射する検光子８と
、からなり且つ上記被検査面２に接近して用いられるセ
ンサ部１５を備え、さらに、入力用光ファイバ６を介して該偏光子４に光Ｌを出射す
る光送信機７と、出力用光ファイバ１７を介して上記検
光子８からの光Ｌを受ける光受信機９と、該光受信機９
からの出力信号θを測定する計測機１０又は該光受信機
９からの出力信号θを表示する表示機１１と、を備えて
いることを特徴とする材料の探傷装置。