JPH0470561A - 金属内異質層検出方法およびその装置 - 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、励磁コイルにパルス電流を流して金属に渦電
流を発生させ、この渦電流の大きさや減衰速度を求めて
異質層を検出する金属内異質層検出方法およびその装置
に関する。

〔従来の技術〕

溶接における溶は込み深さの検出、気孔や溶接割れの有
無、鋳造品のひけ巣やガス欠陥の有無、使用による金属
疲労に伴う亀裂の有無を検出する方法として、超音波や
Ｘ線等を使用した各種の非破壊検査の他に、被測定物に
渦電流を発生させて行う非破壊検査方法がある。この渦
電流法は、被測定物に発生させた渦電流による磁界に基
づ（誘導起電力を検出し、被測定物に存在する亀裂、ブ
ローホール等の欠陥（異質層）による渦電流の乱れを検
知して異質層を検出するようにしている。

被測定物に発生する渦電流の浸透深さδは、ｆを交流励
磁電流の周波数、σを被測定物の電気伝導率、μを被測
定物のｉ３磁率とした時に、δ＝１／Ｆ丁Ｔ７丁　　　
　　−・−・−・−−−−−−（１）と求めることがで
きる。従って、欠陥の深さ方向の情報は、励磁電流の周
波数が大きくなるに従って渦電流の浸透深さが変化する
ため、励磁電流の周波数を変化させて渦電流の浸透深さ
を変えて得ていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の交流渦を塊法は、金属内の異質層を検出する場合
、測定初期に被測定物の材質に合わせた零点調整（キャ
リブレーション）をし、この零点調整に対する相対値と
して異質層（欠陥）を発見するとともに、その深さ方向
の情報を得る場合に、周波数を変化させて被測定物を走
査し、検出信号を、位置検出器によるセンサの位置情報
と相関させて逐次記録する必要がある。このため、深さ
方向の情報を得て異質層の深さ方向のパターンを描画す
るためには、励磁周波数を変えて何度も走査する必要が
あり、測定が煩雑であるとともに、時間がかかる欠点が
ある。

本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされ
たもので、金属内に存在する異質層の深さ方向の情報を
容易に得ることができる金属内異質層検出方法およびそ
の装置を提供することを目的としている。

Ｃ課題を解決するための手段および作用〕金属に近接し
て配！した励磁コイルに、第４図（Ａ）に示したような
パルス状の一次’ｗｉｔを流すと、この−次電流によっ
て金属の表面に渦電流が発生する。このため、励磁コイ
ルと同軸に設けた二次コイルには、第４図（Ｂ）に示し
たような渦電流に基づく磁界による誘導起電力が二次電
圧として発生し、この二次電圧波形を検出信号として出
力する。そして、二次電圧波型は、一般に約１０μｓ程
度の減衰時間を有している。しかも、二次電圧波形の形
状（減衰時間）は、被測定物である金属の抵抗率や透磁
率によって異なっている。

また、例えば第５図（Ｂ）のように、被測定物（金属）
１０の表面に亀裂や溶接部等の異質層１２が存在する場
合、この異質層１２の部分を走査していくと、異質層１
２の深さ方向の形状によって二次電圧波形の減衰特性が
変化する。すなわち、異質層１２が深くなるのに伴って
二次電圧波形のピークが小さくなるとともに、減衰時間
も小さくなる。

発明者等は、パルス状励磁電流による渦電流に基づく二
次電圧波形が上記の特性を存することに着目して本発明
をなしたものである。

すなわち、本発明は、被測定物の溶接部や欠陥等の異質
層がない基準位置に近接して励磁コイルを配置し、この
励磁コイルにパルス電流を供給して被測定物に渦電流を
発生させ、渦電流に基づく磁界による誘導起電力のピー
ク値を検出する。そして、このピーク値を複数のレベル
（例えば１０等分したレベル）に分けて基準値とする。

次に、検出センサを被測定物に沿って走査し、検出セン
サの励磁コイルにパルス電流を供給して被測定物に渦電
流を発生させる。この被測定物に生じた渦電流に基づく
磁界による誘導起電力のピーク値を検出して先の複数の
レベルの基準値（基準電圧）と比較する。そして、検出
センサが被測定物の異質層の部分を走査すると、誘導起
電力のピーク値が低下して異質層の存在を知ることがで
きる。また、ピーク値は、異質層が被測定物の深いとこ
ろまで存在していれば異質層の深さに応じて小さくなる
ため、ピーク値が複数のレベルに分けた基準値のどのレ
ベルまで達するかを検知することにより、異質層の深さ
方向の情報を得ることができる。

このため、何度も被測定物を走査する必要がなく、異質
層の深さ方向の情報を得るための測定が容易になるとと
もに、基準値は被測定物の基準位置において検出したピ
ーク値を複数のレベルにするだけであるため、キヤリブ
レータぢンを筒便に行うことができる。しかも、検出セ
ンサが出力した検出信号のピーク価を複数レベルの基準
値と比較するだけであるため、検出信号の処理が容易と
なる。

なお、参照センサと検出センサとを設け、参照センサに
よって被測定物の基準位置における誘導起電力を検出し
、検出センサによって被測定物を走査して異質層を検出
するようにすることができる。この場合にも、検出セン
サのキャリブレーションは、両センサ出力電圧を一致さ
せるだけでよいため、容易に行うことができる。

〔実施例］ 本発明に係る金属内異質層検出方法およびその装置の好
ましい実施例を、添付図面に従って詳説する。なお、前
記従来技術において説明した部分に相当する部分につい
ては、同一の符号を付し、その説明を省略する。

第１図は、本発明の実施例に係る金属的異質層検出装置
の構成ブロック図である。

第１図において、金属的異質層検出装置は、参照センサ
２０と検出センサ３０とを有している。

参照センサ２０は、被測定物１０の溶接部や欠陥等の異
質Ｊ！１２が存在していない位置（基準位置）に近接し
て配宜しである。そして、参照センサ２０は、例えばフ
ェライトなどの強磁性体からなるコア２２に、図示しな
い電源からパルス電流を供給される励磁コイル（−次コ
イル）２４が設けてあり、被測定物１０に渦電流１６を
発生させることかできるようにしである。また、参照セ
ンサ２０には、励磁コイル２４の内側に、検出コイル（
二次コイル）２６が巻回してあり、渦電流１６に基づく
磁界を検出できるようになっている。

検出センサ３０は、参照センサ２０と同様の構造をなし
ていて、コア３２に励磁コイル３４と検出コイル３６と
が巻回してあって、励磁コイル３４にパルス電流を供給
して被測定物１０に渦電流１８を発生させるとともに、
この渦電流１８による磁界を検出コイル３６によって検
出できるようになっている。

参照センサ２０の検出コイル２６は、被測定物１０に生
じた渦電流１６に基づく磁界による誘導起電力に対応し
た電圧を、検出信号としてピーク値検出回路４０と減衰
時間検出回路４２とに入力するようになっている。

ピーク値検出回路４０の出力側には、平均値演算回路４
４を介して基準電圧算出回路４６が接続してあり、基！
１！電圧電圧回路４６が平均値演算回路４４の出力した
ピーク値の平均値を複数に等分（実施例の場合、１０等
分）して基準電圧を求め、表示装置５０に出力し、表示
する。また、この表示装置５０には、減衰時間検出回路
４２に接続した平均値演算回路４８から信号が入力する
ようになっており、平均値演算回路４８が求めた渦電流
１６の平均減衰時間を、基準電圧算出回路４６が求めた
基１！電圧とともに表示する。

一方、検出センサ３０は、駆動装置５２に取り付けられ
ているとともに、位置センサ５４が設けである。この位
置センサ５４は、例えばパルスエンコーダまたはロータ
リエンコーダ、ボテンシツメータ等からなり、被測定物
１０の任意の基点に対する相対位置を検出し、検出信号
を信号処理器５６に入力する。

検出センサ３０の検出コイル３６は、複数（実施例の場
合、１０個）の比較器６０ａ〜６０ｎの非反転入力端子
に接続しである。また、比較器６０ａ〜６０ｎの反転入
力端子には、基準電圧を比較器６０ａ〜６０ｎに入力す
る設定器６２ａ〜６２ｎが接続してあり、これらの設定
器６２８〜６２ｎに基準電圧算出回路４６が求めた異な
るレベルの基準電圧を設定できるようになっている。そ
して、比較器６０ａ〜６０ｎの出力側には、例えば単安
定マルチバイブレーク６４ａ〜６４ｎなどの電圧保持回
路が設けてあり、比較器６０ａ〜６０ｎの出力信号を一
定時間保持できるようにしである。

各単安定マルチバイブレータ６４ａ〜６４ｎの出力側に
は、信号処理器５６によって制御Ｂされるマルチプレク
サ等の切換器５８が接続しである。

この切換器５８の出力側は、信号処理器５６に接続して
あり、単安定マルチバイブレーク６４ａ〜６４ｎの出力
信号が切換器５８を介して、コンピュータ等からなる信
号処理器５６に入力するようにしである。

信号処理１５６は、位置センサ５４と単安定マルチバイ
ブレータ６４ａ〜６４ｎ（比較器６０ａ〜６０ｎ）との
出力信号を取り込んで、被測定物１０に存在する異質層
１２を検知するとともに、異質層１２の深さ方向の情報
を求めて表示装置５０に表示し、また図示しない記憶部
に記憶し、描画装置６４に出力して異質層１２のパター
ンを描画する。

なお、参照センサ２ｏ、検出センサ３ｏの励磁コイル２
４．３４にパルス電流を供給する電源や駆動装置５２等
は、信号処理器５６によって制御されるようになってい
る。

上記の如く構成した実施例による異質層の検出は、第２
図のようにして行われる。

まず、参照センサ２０を被測定物１０の異質層１２が存
在しない基準位置に配置し、励磁コイル２４に数１Ｏａ
ｓ程度のパルスを流を流し、被測定物１０に渦電流１６
を発生させる。被測定物１０に渦ｉｉ流１６が発生する
と、参照センサ２０の検出コイル２６に渦ｉｔ流１６に
伴う磁界による誘導起電力が生じ、第４図（Ｂ）に示し
たような二次電圧波形が検出コイル２６からピーク値検
出回路４０と減衰時間検出回路４２とに出力される。

ピーク値検出回路４０と減衰時間検出回路４２とは、第
２図のステップ７０に示したように、検出コイル３６が
出力した例えばプラス側の電圧のピーク値と減衰時間と
を測定し、図示しない記憶部に記憶する。そして、平均
値演算回路４４．４日は、被測定物ＩＯの基準位置にお
けるピーク値と減衰時間の測定が所定の回数（例えば１
ｏ回）に達したか否かを判断しくステップ７１）、所定
回数に達していなければステップ７０に戻って測定を続
行する。また、所定回数に達したときに順平均値演算回
路４４．４日が記憶部に記憶しである測定値に基づいて
、検出コイル２６の出力電圧のピーク値と減衰時間との
平均値を演算する（ステップ７２）。

平均値演算回路４４が求めたピーク値の平均値は、基］
ｌ＃電圧算出回路４６に送出される。基準電圧算出回路
４６は、入力してきたピークの平均値を等分し、比較器
６０ａ〜６０ｎに与える１０個の異なったレベルの基準
電圧を表示装置５０に出力する（ステップ７３）、すな
わち、基準電圧算出回路４６は、平均値演算回路４４が
求めた平均値を■。とすると、比較器６０ａ〜６０ｎの
設定器６２ａ〜６２ｎに設定する基準電圧としてＶ・／
１０．２　ｖ　ｏ　／　１０．３　ｖ　ｏ　／　１０、
■。を出力する。そして、これらの基！１！電圧は、平
均値演算回路４８が求めた減衰時間の平均価とともに表
示装置５０に表示され、また設定器６２ａ〜６２ｎに設
定される（ステップ７４）。

設定器６２ａ〜６２ｎに基準電圧の設定が終了したなら
ば、信号処理器５６は駆動装置５２に駆動パルス信号を
送出し、検出センサ３０を被測定物１０に沿って異質層
１２が存在する位置に移動させる（ステップ７５）、検
出センサ３０は、１つの駆動パルス信号によって例えば
０．１ｍｍ移動させられるようになっており、検出セン
サ３０に設けた位置センサ５４が検出センサ３０に関す
る位置情報を信号処理回路５６に出力する。

一方、検出センサ３０の励磁コイル３４には、例えば１
Ｏａｓのパルス状の励ｍｔ流が供給さ法被測定物１０に
渦電流１８が発生する（ステップ７６）、被測定物１０
に発生じた渦電流１８は、検出センサ３０の検出コイル
３６に誘導起電力を発生させ、第５図（Ａ）に示したよ
うな電圧波形が検出信号として比較器６０ａ〜Ｓｏｎに
送出される。

比較器６０ａ〜６０ｎは、検出コイル３６から検出信号
が入力してくると、検出信号のピーク値を設定器６２ａ
〜６２ｎに設定された基準電圧と比較し、その結果を単
安定マルチバイブレータ６４ａ〜６４ｎに出力する（ス
テップ７７）、すなわち、一番目の比較器６０ａの設定
器６２ａに４１基！１！電圧として例えばｖ　ｏ　／　
Ｉ　Ｏが設定してあり、二番目の比較器６０ｂの設定器
６２ｂにば２ｖ。

／１０が、十番目の比較器６０ｎの設定器６２ｎにはｖ
ｏが設定しである。従って、例えば比較器６０ａは、検
出センサ３０の出力電圧のピーク値がｖ、／１０より大
きいと”Ｈ”を出力し、ビークイ直がｖ、／１０より小
さいとＬ”を出力する。

比較器６０ａ〜６０ｎの出力を受けた単安定マルチバイ
ブレーク６４ａ〜６４ｎは、予め定めた一定時間比較器
６０ａ〜６０ｎの出力を保持する。

そして、信号処理回路５６は、検出センサ３０の励磁コ
イル３４に次のパルス電流が供給される前に切換器５８
に切換信号を送出し、切換器５８を切り換えて単安定マ
ルチバイブレータ６４ａ〜６４ｎの出力を順次読み込む
、その後、信号処理器Ｉ￥８５６は、各単安定マルチバ
イブレーク６４ａ〜６４ｎの出力から、検出センサ３０
の出力電圧のピーク値に最も近い基準電圧（”Ｈ”を出
力した比較器のうち、最も低い基準電圧を出力する設定
器の設定電圧）を検知し、その値を位置センサ５４が出
力した位ご情報とともに記憶部（図示せず）に記憶しく
ステップ７Ｂ）、各単安定マルチバイブレークをリセッ
トする。

次に、信号処理器５６は、ある位置ｐ０における測定回
数が所定値、例えば１０回に達したか否かを判断する（
ステップ？９）、ｆｉ定定数数所定値に達していない場
合には、ステップ７６に戻ってパルス電流を検出コイル
３６に供給して測定を続行する。そして、ステップ７Ｂ
においてピーク値と同レベルの基準電圧を記憶するとと
もに、平均値を演算し、位１情報とともに記憶する。

一方、ステップ７９において、測定回数が所定イ直に達
すると、ステ、プ８０に進んで検出センサ３０が異質層
１２を横切って反対側に達したか否かを判断する。すな
わち、信号処理回路５６は、検出センサ３０の出力信号
のピーク値が参照センサ２０が出力したピーク値とほぼ
等しい場合に、検出センサ３０は再び異質層１２でない
部分に達したものと判断し、いま測定を終了した異質層
１２の部分において記憶したピーク値と同レベルの基準
電圧と位置情報とを描画装置６４に出力し、基準電圧の
変化（検出信号のピーク値の変化）をトレース（グラフ
化）して異質層１２の状態（深さ方向の情報）を描画す
る（ステップ８１）。

従って、実施例の場合、パルス電流を１０μｓとすると
、検出センサ３０が被測定物１０のある点ｐ０を測定す
る時間は１ｍｓとなる。このため、例えば、異質層１２
である溶接部の直径が０．　８ｍｍであるとすると、こ
の溶接部を８ｍｓで測定することになり、１００ｍｍを
１ｓｅｃの速さで測定することになる。

このように、実施例においては、被測定物１０の基準位
置における渦電流１６に基づく磁界による誘導起電力を
検出し、そのピーク値を複数のレベルの基準電圧にする
とともに、異質層１２に発生させた渦電流１８による磁
界に基づく誘導起電力のピーク値を、複数レベルの基！
１！電圧を比較することにより、異ＸＩ！ｉ１２の深さ
方向の情報を容易に得ることができる。しかも、アナロ
グ演算が主であるため、データの高速処理が可能であり
、金属内異質層の描画データを高速に得ることができる
。そして、非接触、非破壊で金属内異質層の検査をする
ことができ、溶接機のあとづけ用検査装置等に適用する
ことができる。さらに検出センサ３０のキャリブレーシ
ョンは、参照センサ２０と検出センサ３０との出力レベ
ルを同しにするだけでよいため、容易に行うことができ
る。また、複数回の測定の平均に基づいて描画するため
、より正確な測定が可能となる。なお、測定は、−回で
もよいことは勿論である。

前記実施例においては、参照センサ２０と検出センサ３
０とを設けた場合について説明したが、参照センサと検
出センサとを兼用させてもよく、また走査用の検出セン
サを複数設けてもよい、さらに、前記実施例においては
、検出センサ３０を駆動装置５２によって走査させる場
合について説明したが、手動によって走査してもよい、
また、前記実施例においては、各センサ２０．３０に励
磁コイル２４．３４と検出コイル２６．３６とを設けた
場合について説明したが、励磁コイルを検出コイルに兼
用してもよい。

第３図は、他の実施例を示すブロック図である。

第３図において、検出センサ３０の検出コイル３６は、
アナログデマルチプレクサ等の切換器９０の入力側に接
続しである。そして、切換器９０は、出力側に複数の比
較器６０ａ〜６０ｎが接続しであるとともに、信号処理
回路５６から切換信号を受けるようになっている。

信号処理回路５６は、検出コイル３６にパルス電流が供
給されるのに同期して切換器９０に切換信号を出力し、
比較器６０ａ〜６０ｎを順次切り換えて検出コイル３６
に接続するとともに、比較器６０ａ〜６０ｎの出力が”
Ｈ”か”Ｌ”を調べる。そして、信号処理器′ｅＩ５Ｇ
は、前記実施例と同様に、検出コイル３６の出力電圧の
ピーク値と同等レベルの基準電圧を検知して位置情報と
ともに記憶し、描画装置６４に異質層１２のパターンを
描画する。

本実施例においても、第１図に示した実施例と同様に、
異質層１２の深さ方向の情報を容易に得ることができる
。しかも、本実施例においては、比較器６０ａ〜６０ｎ
の出力信号を保持する回路を必要とせず、装置の簡素化
が図れる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明によれば、被測定物の欠
陥などが存在しない基準位置に、パルス電流による渦電
流を発生させ、この渦電流に基づく誘導起電力の範囲内
を複数のレベルの基ｆ１！電圧とし、被測定物を走査す
る検出センサの励磁コイルにパルス電流を与えて被測定
物に渦電流を発生させ、渦電流による誘導起電力に対応
した出力電圧のピーク値を複数レベルの基準電圧と比較
することにより、金属内に存在する異質層の深さ方向の
情報を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る金属内異質層検出装置の
構成ブロック図、第２図は実施例の作用を説明するフロ
ーチャート、第３図は他の実施例の構成ブロック図、第
４図は励磁コイルに流す一次電流と検出コイルが出力す
る二次電圧波形との関係を示す図、第５図は金属内異質
層の深さ方向の変化と二次電圧波型との関係を説明する
図である。 １０−・−被測定物、１２−・−・異質層、２ｏ　−・
・・参照センサ、２４．３４−・−・励磁コイル、２６
．３６　−　・−検出コイル、４０−・−ピーク値検出
回路、４２−・−減衰時間検出回路、４６　−　・−基
準電圧算出回路、５４−−−一位置センサ、６０ａ　〜
６０ｎ・−比較器、５６−・−信号処理器。 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）励磁コイルにパルス電流を供給して被測定物に渦
   電流を発生させ、この渦電流に基づく磁界を検出して異
   質層の有無を検出する金属内異質層検出方法において、
   前記被測定物の基準位置における前記渦電流に基づく磁
   界により生じた誘導起電力のピークを検出するとともに
   、検出センサを前記被測定物に沿って走査しつつ検出セ
   ンサの励磁コイルにパルス電流を供給して被測定物に渦
   電流を発生させ、この渦電流に基づく磁界によって生じ
   た誘導起電力を前記基準位置における誘導起電力のピー
   クの範囲内の複数レベルと比較して、前記被測定物内の
   異質層の深さ情報を得ることを特徴とする金属内異質層
   検出方法。（２）パルス電流が流れる励磁コイルを備え
   るとともに、前記パルス電流により被測定物の基準位置
   に生じた渦電流に基づく磁界を検出する参照センサと、 この参照センサが検出した磁界による誘導起電力のピー
   ク値を検出するピーク検出回路と、パルス電流が流れる
   励磁コイルを備え、前記被測定物の表面を走査するとと
   もに、前記パルス電流によって前記被測定物に生じた渦
   電流に基づく磁界を検出する検出センサと、この検出セ
   ンサの位置を検出する位置検出器と、前記ピーク検出回
   路が検出した誘導起電力の範囲内の、それぞれ異なった
   レベルの電圧が基準値として設定されるとともに、前記
   検出センサの出力電圧が入力する複数の比較器と、 これら複数の比較器と前記位置検出器との出力信号を取
   り込み、前記被測定物内の異質層の位置と深さ情報とを
   出力する信号処理器と、 を有することを特徴とする金属内異質層検出装置。