JPH032501A - 寸法測定方法 - 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〕 本発明は例えば鋼管の肉厚、ライニング材、クラツド材
等の層厚、外径環、被検査材の寸法を測定する方法に関
する。

〔従来の技術〕

交流を印加したコイルを被検査材たる金属等の導体に近
接させると、該被検査材に渦電流が生し、コイルのイン
ピーダンスが変化する。このインピーダンス変化を検出
することにより被検査材の厚みを非破壊的に測定する方
法として渦電流法が知られている。

渦電流法においては、被検査材の温度変化によるインピ
ーダンス変化のため測定値に誤差が生しるため、例えば
一定時間毎、又は計測毎に基準材を用いて測定値を較正
するか、また被検査材及び装置全体を収容する恒温室を
設けること等によって温度変化による誤差をＭ　（、Ａ
する必要がある。

ところが、基準材を用いる較正は基準材Ｓ１測のために
計測装置を一時停止させるか、また被検査材の搬送ライ
ン中に割り込ませる等の必要があり、検査効率の低下を
招く。また短尺基準材を計測装置中に設けて計測の都度
、較正が行われる基準材較正法では基準材計測自体の再
現性に影響されるため純粋に温度変化に対する正確な較
正が行メつれない虞れがある。

そして恒温室を設置：ｌる手段は被検査材の温度か恒温
室内の温度になる迄の時間が材質によって異なり、長時
間を要するものは保管スペースを必要とし、それに関わ
るハンドリング作業が繁雑になるとともに多大のコスト
がかかるという問題がある。

上述の如き問題を解決するために本発明者は、被検査材
の厚さを渦電流法により計測する方法においで、渦電ｉ
７！？、浸透深さか異なる２周波により計測を行った場
合、夫々の８１測値は被検査材の温度変化に対して相異
なる変化量を示すことを利用し、各計測値の差より被検
査材の；温度を推定し、その結果に基ついて副側値を補
正する厚さ測定方法を提案している（特開昭６３−３１
１１０３号）。

（発明が解決しよ・）とする課題〕 ところで上述の方法において用いられる２周波は、共に
被検査材の厚さを検出す・・く夫々一定Ｊ２ノ上の高周
波数（例えば５００　ｋＨｚ　と２００ｋＨｚ）　に設
定され、その渦電流浸透深さが近イ以している。このた
め、この２周波数の計測値の温度依存度が太きい場合は
計α１値の差か顕著に検出されないことかあり、この場
合、正確な補正量が得られない。また、被検査材か標準
温度に近い場合は正確な計測値が得られるが、被検査材
の温度変化が大きい場合は８イ測値に含まれる誤差か大
きくなるという問題があった。

本発明者は上述の如き問題を解決すへく研究実験を行っ
たところ、その渦電流浸透深さか測定すべき寸法の１０
倍以上となる周波数を用いた場合、被検査材の温度変化
のろを検出することができるということを知見した。

本発明は斯かる知見に基づき被検査材の温度を計測し、
計測した温度により寸法計測値の補正を行い、正確に被
検査イ１の寸法を測定する１法測定方法を提供すること
をその目的とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明の寸法測定方法は、被検査材の寸法を渦電流法に
より計測する方法において、その渦電流浸透深さを測定
すべき寸法と関連付けて設定してある第１の周波数と、
その渦電流浸透深さを測定ずべき寸法の１０倍以」二に
なるように設定してある第２の周波数とを用い、前記第
１の周波数を用いて計測した寸法計測値を、前記第２の
周波数を用いて計測した温度計測値に基づいて補正し、
司法を求めることを特徴とする。

〔作用〕

本発明に係る寸法測定方法にあっては、前記第１の周波
数を用いて被検査材の寸法を開側し、前記第２の周波数
を用いて被検査材の温度を計測する。二Ｋにより前記第
２の周波数の温度計測値に基づく前記第１の周波数の寸
法計測値の補正か行われ、正確に寸法が測定される。

〔原理〕

以下、本発明の詳細な説明する。

第２図は被検査材上に配されたセンサコイルに、前記第
１の周波数として５００ｋＨｚの信号を印加した場合の
インピーダンス線図であり、縦軸（Ｙ軸）にはセンサコ
イルのリアクタンス変化（ωＬ／ωＩ−１゜）が、また
横軸（Ｘ軸）にはセンサコイルの抵抗の変化（（Ｒ−Ｒ
ｅ）／ωＬ、）が夫々とっである。ここてωは励磁周波
数の角周波数、Ｉ−は被検査材を副側した時のセンサコ
イルのインダクタンス＋Ｉ−０は空心時のセンサコイル
のインダクタンスであり、被検査材に生した渦電流によ
り変化したセンサコイルのリアクタンスωＬを空心時の
センサコイルのリアクタンスωＬｏで除することにより
、縦軸に示ずセンサコイルのりアクタンス変化（６Ｊ　
Ｉ−／ωＬｏ）が得られる。また、Ｒは被検査材を開側
した時のセンサコイルの抵抗、Ｒｏは空心時のセンサコ
イルの抵抗であり、抵抗の変化量Ｒ−州マ。

を空心時のセンサコイルのリアクタンスωＬ、て除する
ことにより、横軸に示ずセンサコイルの抵抗の変化（（
ＲＲｏ）／ωＬＯ）が得られる。第２図においてｚＮ＋
；ｉ標準材（例えば外径１０ｍ１φ、肉厚１ｍｇ、　材
質チタン）から検出されるインピーダンス（基準インピ
ーダンス）、ｚｌ−はリフトオフが変化した場合のイン
ピーダンス変化方向、２□は被検査材の厚みが変化した
場合のインピーダンス変化方向、ｚＸは被検査材の温度
が変化した場合のインピーダンス変化方向を表している
。っまリ、インピーダンスはリフトオフ増加時はリアク
タンス増加、抵抗減少方向へ変化し、厚み減少時（４リ
アクタンス増加、抵抗増加方向へ変化する。

これに対して温度上昇時のインピーダンスは、ｚＬｚＴ
いずれのベクトルに対しても異なる方向へ変化し、リフ
トオフ計測値β及び厚み副側値ｔいずれにも大きな誤差
を与える。

ところで、上述の如きインピーダンス線図において、検
出されるインピーダンスの変化方向及び変化量により定
められる各測定値（リフトオフ厚み、温度）は、夫々セ
ンサコイルに印加さ２″Ｌる信号の周波数に依存して変
化する。そこで、前記第１の周波数を被検査材に印加し
て寸法測定を行うと共に、温度変化によるインピーダン
ス変化方向が抵抗の変化方向、つまりＸ軸方向を示すよ
うな第２の周波数を選択し、該第２の周波数を被検査材
に印加することにより以下の如（第１の周波数に含まれ
る誤差を補正できる。即ち、前記第２の周波数により２
．及び２．を大幅に減少させ、ＺＸ即ち被検査材の温度
変化によるインピーダンス変化のみを検出し、検出した
被検査材の温度に基づいて前記第１の周波数の計測値に
含まれる誤差を補正すれば、精度良く被検査材の寸法を
求めることができる。

本発明者は、上述のような要件を満たず第２の周波数に
ついて実験、研究を行ったところ、その渦電流浸透深さ
が測定すべき厚さの１０倍以上となる周波数を被検査材
に印加した場合、センサコイルのインピーダンスは材料
温度の変化に最も大きく依存することを知見した。

第３図は材料温度の測定性能を示すグラフであり、縦軸
にはセンサコイルの抵抗の変化（（Ｒ−Ｒｏ）／ωＬｏ
）が、横軸には材料温度変化量（°Ｃ）か夫々とっであ
る。Ｑ印のグラフは１　ｋ　ｔｌ　ｚ　、　Ｑ印のグラ
フは５ｋＨｚ、△印のグラフは１０ｋ）Ｉｚ、　ｘ印の
グラフは５０ｋＨｚの周ｅＬ数の信号を印加した場合の
測定性能である。図より周波数が低くなるほとセンサコ
イルの抵抗値、即ち温度測定性能は向上し、特に１ｋ）
Ｉｚの信号を用いた場合、温度変化量が増加するのに比
例して測定性能は著しく向上することがわかる。

第４図は被検査材上に配されたセンサコイルに、前記第
２の周波数として１　ｋＨｚの信号を印加した場合のイ
ンピーダンス線図であり、第３図と同様に縦軸（Ｙ軸）
にはセンサコイルのリアクタンス変化（ωＬ／ωＬ、）
が、また横軸（Ｘ軸）にはセンサコイルの抵抗の変化（
（Ｒ−ＲＱ）／ωＩ、。）が夫々とっである。第４図に
おいて検出されるインピーダンスは、被検査材の温度が
上昇し５た場合のインピーダンス変化方向を示すＺＸの
みである。

ＺＸは抵抗の変化方向、つまりＸ軸方向へ変化するベク
トルにて表され、リアクタンスは一定である。このｚＸ
の検出値にて示さメする利料温度計測値に基づいて第１
の周波数により計測されたリフトオフ計測値及び厚み計
測値を補正することにより、精度よく被検査材のづ法を
測定することが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に
説明する。

第１図は本発明の実施状態を示すブロック図である。発
振器１は被検査材（図示ゼず）」二に配されたセンサコ
イル６に印加する交流電流源であり、この出力は高周波
分周器２及び低周波分周器３へ入力されている。高周波
分周器２からは被検査材の厚みを計測すべく計測する被
検査材の厚さに関連付けられた周波数Ｆ、（第１の周波
数）が、また低周波分周器３からは被検査材の温度をｔ
１測ずべくその渦電流浸透深さが測定すべき厚さの１０
倍Ｊ′）上となる周波数Ｆ２（第２の周波数）か人々出
力されるように発振器１の出力が位相同期して分周され
る。

前記周波数Ｆいは渦電流浸透深さが被検査材の凡その厚
さの０．５〜２倍になるように設定するのが良好である
ことが裏側データより得らねている。

周波数Ｆ１及びＦ２は　浸透深さδが と比例関係にあることを利用して設定される。

本実施例においては、Ｆｌを５００ｋ）Ｉｚ、　　Ｆ　
ｚを１ｋＨｚに設定した。

高周波分周器２及び低周波分周器３は共にミキサー回路
４に接続されており、これにより各周波数Ｆ＋　とＦ２
とが重畳されその信号は計測部５へ送られる。計測部５
は前記センサコイル６に接続されており、周波数Ｆ、及
びＦ２の重畳信号をセンサコイル６へ与える。計測部５
はブリッジ回路。

周波数Ｆ、及びＦ２の夫々を通過周波数とするバンドパ
スフィルタ；同期検波回路（共に図示せず）の組合わせ
からなり、各周波数Ｆ１及びＦ２におけるセンサコイル
６のインピーダンスの計測値を求めてこれを出力する。

計測部５から出力されるインピーダンス計測値の出力信
号は演算部７へ入力され以下に示す演算処理が行われ、
周波数Ｆ、による寸法計測値が周波数Ｆ２による温度計
測値に基づいて補正され、正確なリフトオフＬ、及び厚
み訂として出力される。

予め断面顕微鏡観察など他の手段によって厚みを実測し
て厚みの異なる複数の；式験片を準備し、同一厚みの試
験片を用いリフトオフを変化させた場合の周波数Ｆ１に
おけるインピーダンス、リフトオフを等しくし、厚みの
異なる試験片を用いた場合の周波数Ｆ、におけるインピ
ーダンス、同一寸法の試験片を用いかつリフトオフを等
しくし、試験片の温度を変化さセた場合の周波数Ｆ２に
おけるインピーダンスを夫々計測し、これらからリフト
オフと周波数Ｆ、の計測値との関数Ａ、被検査材の厚み
と周波数Ｆ、の計測値との関数８５被検査材の温度と周
波数Ｆ２の計測値との関数Ｃを作成しておき、以下の（
１１，ｆ２ｉ、　（３）式により夫々リフトオフ計測値
１１　厚み開側値ｔ、温度計測値Ｘを求める。

β＝Ａ（ΔＺＬ）　　　　・・・（１）ｔ＝Ｂ（ΔＺ１
）　　　　・・・（２）ｘ＝Ｃ（ΔＺＸ）　　　　・・
・（３）但し、ΔＺＬ　：リフトオフ補正値のインピー
ダンス変化量 ΔＺＴ　：厚み変化時のインビーダ ンス変化量 ΔＺ８　；温度変化時のインピーダ ンス変化量 同°様に予め作成した温度変化とリフトオフ計測値ｌと
の関数り、温度変化と厚み計測値ｔとの関数Ｅにより、
リフトオフ計測値の温度補正量Δｅ厚み計測値の温度補
正量Δｔを求める。

Δｌ＝Ｄ　（ΔＺＬ）　　　・・・（４）Δｔ＝Ｅ（Δ
Ｚア）　　　・・・（５）Δρが求まるとこれを用いて
リフトオフ計測値ｐを次式によって補正し、リフトオフ
Ｌを得る。

Ｌ　＝　ｎ＋Δρ　　　　　　・・・（６）また一般に
リフトオフを一定に保ちながらセンサコイル６を走査さ
せるのは困難であるので、前記（２）式により求められ
る厚み計測値ｔには、リフトオフの変動により生じる誤
差を補正すべくリフトオフ補正が施される。厚み計測値
のリフトオフ補正量Δｔ１はリフトオフ変化と厚み計測
値ｔとの関数Ｇにより下記式（７）にて求められる。

Δ”Ｉ＝Ｇ　（ｊ２−ｌｓｗ　）　−（７１但し、７！
ｓｔａ　　：標準材のリフトオフ値これにより、厚み計
測値のリフトオフ補正値Ｔを得る。

Ｔ＝ｔ＋Δｔ１　　　　　・・・（８）そしてΔｔを用
いて厚み計測値のリフトオフ補正値Ｔを次式にて補正し
、厚みＷＴを得る。

ＷＴ＝Ｔ＋ΔＬ　　　　　　・・・（９）なお、本実施
例においては第１及び第２の周波数により被検査材のリ
フトオフ、肉厚及び温度を計測しているが、第３の周波
数を加えて測定することも可能であり、この場合は例え
ば、第１の周波数を渦電流の浸透深さが凡その肉厚と等
しくなるように設定して肉厚を計測し、第２の周波数を
第１の周波数の渦電流の浸透深さの１０倍以上となる低
周波に設定して温度を計測し、第３の周波数を第１の周
波数の渦電流の浸透深さの２以下となる高周波に設定し
てリフトオフを計測する。そして第２の周波数による温
度計測値にて、本実施例と同様佼して第１及び第３の周
波数による計測値を補正することにより被検査材の寸法
を求める。

このように本発明では計測対象に合わせて適正な周波数
を選択することで精度良く材料の温度補正を行うことが
できる。

加えて本実施例においてミキサー回路は重畳方式のもの
を用いているが、これに代えて第］及び第２の周波数を
交互に切り換えて印加する方式としても良い。

〔発明の効果〕

す」−の如く本発明方法においては、第２の周波数によ
り温度を計測し、計測した温度に基づいて第１の周波数
にて計測される寸法判定値を補正ず、るので、被検査材
の温度変化に対応した正確なリフトオフ、厚み等の被検
査材の寸法が測定でき、基準材による較正を度々行う必
要もなく、恒温室を設ける必要もない。このため検査効
率の低下を招くこともなく、設備コストも高くならない
。

更に本発明方法は、例えば冷間ピルガ−圧延機等にて圧
延途中の材イ“４等、材料中に温度変化が住しる場合の
計測にも適用できる等価れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施状態を示すブロック図、第２
図は本発明の第１の周波数により検出されたインピーダ
ンス線図、第３図（Ｊ本発明の第２の周波数による温度
測定性能を示すグラフ、第４図は本発明の第２の周波数
により検出された・インピーダンス線図である。 １・・・発振器　２・・・高周波分周器　３・低周波分
周器　５・・・計測部 特　許　出願人　　住友金属工業株式会社代理人　弁理
士　　河　　野　　登　　夫フｈやめｌ）区 ＝ｑＮへへ）区 Σ αつ 諮駅

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検査材の寸法を渦電流法により計測する方法にお
   いて、 その渦電流浸透深さを測定すべき寸法と関連付けて設定
   してある第１の周波数と、その渦電流浸透深さを測定す
   べき寸法の１０倍以上になるように設定してある第２の
   周波数とを用い、 前記第１の周波数を用いて計測した寸法計測値を、前記
   第２の周波数を用いて計測した温度計測値に基づいて補
   正し、寸法を求めることを特徴とする寸法測定方法。