JPH05142204A

JPH05142204A - 電磁誘導型検査装置

Info

Publication number: JPH05142204A
Application number: JP3306296A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Yasohama; 和彦八十濱; Hiroaki Kohama; 博明小濱
Original assignee: KAISEI ENJINIA KK
Current assignee: KAISEI ENJINIA KK
Priority date: 1991-11-21
Filing date: 1991-11-21
Publication date: 1993-06-08

Abstract

(57)【要約】【目的】電磁誘導の周波数特性を利用して検査対象物
の欠陥乃至異質などの態様を高感度、高精度で検出する
電磁誘導型検査装置を提供すること。【構成】電磁誘導型検査装置１０は電磁誘導により起
電力を発生させる検査コイル３０を有し、電磁誘導のた
めの印加電源周波数の変化によって磁場中に置かれた検
査物Ｓによる誘導起電力の変化で検査物Ｓの様態を判別
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、検査物を磁場中に置く
ことで変化する電磁誘導によって検査物の存在、異質、
欠陥などを検出する電磁誘導型の検査装置に関するもの
で、更に詳しくは、磁場を形成する印加電源の周波数に
よって変化する電磁誘導の特性からスポット溶接部など
を検査物としてその内部欠陥などを含む検査物の様態を
正確に認識する検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】交流磁界中に物体をおくと磁束に変化が
生じ、同じ磁場中に置かれたコイルのインダクタンスが
変化する。このインダクタンスは、磁場中の物体の誘電
率、透磁率、大きさ、磁場中の位置などの因子に比例し
て変化する。これらのうちのいくつかの既知の因子を一
定にして、検査物を磁場中におくと、他の未知因子を認
識することができる。この電磁誘導の原理を利用して検
査物の存在、検査物中の欠陥、異常などの様態を検知で
きる磁気非破壊検査装置が多数提案されている。一例と
して、磁化方法によって分類される通電法、貫通法、プ
ロッド法、コイル法、極間法などがある。

【０００３】また、図１１に示すような電磁誘導型検査
装置がある。この検査装置は、交流電流の印加によって
磁界を発生する電磁コイル５０をブリッジ回路５１の一
辺に介在させている。この検査装置では、コイル５０が
定常状態の場合、交流電源５２によって励磁される電磁
コイル５０とこれに対応する辺のインダクタＬはインダ
クタンスが等しく、且つ、他の２辺の抵抗Ｒ１、Ｒ２を
同一に設定して平衡を維持している。つまり、平衡状態
においてブリッジ回路５１の出力点Ｐ１、Ｐ２からの出
力は理論的に零（Ｖｏｕｔ＝０）になる。

【０００４】ところが、電磁コイル５０が形成する磁界
（磁束Ｍ）に検査物Ｓが入ると、電磁コイル５０の自己
誘導インダクタンスが変化する。結果として、ブリッジ
回路５１におけるインダクタＬと電磁コイル５０の平衡
が崩れて出力点Ｐ１、Ｐ２に電位差が生じ、検査物Ｓの
誘導係数に応じた出力Ｖｏｕｔが得られる。通常、ブリ
ッジ回路５１からの非平衡出力は作動増幅器５３などで
増幅される。

【０００５】これによる出力Ｖｏｕｔの変化特性を予め
データ化しておけば、検査物Ｓの材質、大きさ、更に
は、磁界中を移動する速度などを認識することが可能と
なる。この場合、予め規定した基準物質をインダクタＬ
に対向させておき、正常な検査物を電磁コイル５０に接
近させた時に基準物質と検査物とが平衡な定常状態を呈
するように設定されている。

【０００６】更に、図１２に示すような相互インダクタ
ンスを利用した検査装置６０も提案されている。この従
来装置は、交流電源６１に励磁される励磁コイル（一次
コイル）６２と、励磁コイル６２の磁束を受けて起電力
を生じる一対の検出コイル（２次コイル）６３ａ、６３
ｂと、差動増幅器６４とからなる。検出コイル６３ａ、
６３ｂは逆方向に巻回されて直列に差動接続され、定常
状態において励磁コイル６２の磁束Ｍを均等に受けて起
電力を相殺する構成になっている。つまり、定常状態で
は検出コイル６３ａ、６３ｂの出力点Ｐ１、Ｐ２の差動
電圧（差動増幅器６４の出力Ｖｏｕｔ）は理論的に零で
ある。

【０００７】この検査装置では通常、励起コイル６２と
検出コイル６３ａ、６３ｂとの間に検査路６５を形成
し、ここに検査物Ｓを通過させる。検査物Ｓが励起コイ
ル６２からの磁束Ｍに鎖交することで検出コイル６３
ａ、６３ｂが受ける磁束鎖交数が変化し、検出コイル６
３ａ、６３ｂの夫々の起電力が非平衡になり、差動出力
Ｖｏｕｔが現れる。これにより、検査物Ｓの材質、大き
さ、あるいは、各種工作物の欠陥乃至異質などを検出す
ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の装置の構成
からも明らかなように、この種の電磁誘導型の検査装置
では、誘導コイルを含む平衡回路における誘導インダク
タンスの非平衡状態を差動電圧として検出するので、検
出精度を向上させるためには、検査物が磁束を鎖交する
ことによる起電力の変化を高感度に検出する必要があ
る。

【０００９】ところが、前者の自己インダクタンス型の
検査装置では、自己インダクタンスの変化率（基底イン
ダクタンスに対する変化時のインダクタンスとの差）が
極めて小さく、検査物が十分に大きい誘電率を持つか、
あるいは、強磁性体などのように大きな磁場変化をもた
らすものでなければ検出が不可能であった。つまり、検
出感度が極めて低く、検査物の材質の識別あるいは非金
属の検出などのようにインダクタンス変化率が小さい検
査物には対応できなかった。

【００１０】一方、後者の相互インダクタンス型の電磁
誘導型検査装置は、励磁コイル（一次コイル）６２と検
出コイル（二次コイル）６３ａ、６３ｂの間に検査路６
５が存在し、検出コイル６３ａ、６３ｂの誘導効率は検
査路６５の大きさ（励磁コイルから検出コイルまでの距
離ｄ）に反比例するので、励磁コイルと検出コイルの間
隔（検査路）を大きくするのにも限界があった。つま
り、検査路６５を必要とするために装置の大型化を伴な
いながらも、検査対象の物質の大きさが制限されるの
で、実質的に大型の対象物を検査することは不可能であ
った。また、励磁コイル６２の励磁性能を高めて検査路
６５を広げると分解能が低下し、微小な変化が検出不能
になる。

【００１１】ほかに、相互インダクタンス型の検査装置
が不可避的に内在する欠点がある。たとえば、図１２に
示すように、検査時に検出コイル６３ａの近傍に検査物
Ｓが存在して検出コイル６３ａに鎖交する磁束に変化を
及ぼすと検出コイル６３ａのインダクタンスが変化する
が、この時点で基準インダクタンスとなるべき検出コイ
ル６３ｂのインダクタンスも多かれ少なかれ変化する。
すなわち、検査物Ｓによって検出コイル６３ａの起電力
を、同時に変化する検出コイル６３ｂの起電力が打ち消
すことになる。この起電力の相殺作用は検査物Ｓのコイ
ルに対する相対位置によって複雑に変化し、更には、検
出コイル間における電磁誘導の干渉によって、所期の起
電力変化量が場合によっては無視できないほどの検出誤
差をもたらす。

【００１２】上述したように、従来の電磁誘導型検査装
置では、検査対象物の大きさが制限され、工作物の欠陥
等の微小対象物の検出に精度が劣り、検査物の材質同定
などの微妙な検査には到底対応できないなどの欠点があ
った。検出感度を向上させる手段としては、変化率が大
きく現れる印加電源周波数を採用して検出感度を確保す
る程度であった。また、検査対象物としては磁性体、誘
電体などのように磁気に対する感応性が高く誘導変化が
著しい磁性体材料を主体とするため、適用範囲が極めて
狭かった。

【００１３】また、従来の電磁誘導型検査装置は更に重
大な欠点を持っている。すなわち、検査物の欠陥の状態
によっては電磁誘導の変化が正常な場合と変化が現れな
いことがある。この現象は検出感度を如何に向上させて
も起り得る。たとえば、スポット溶接の溶接部（ナゲッ
ト）を電磁誘導の変化で非破壊検査する場合、正常溶接
部でも電磁誘導にバラツキがあるため当然ながら良品の
インダクタンス許容値が設定される。

【００１４】一方、スポット溶接部でも割れや融合不良
等の欠陥の大きさが不良と見なすには十分であるにも拘
らず発生位置よってインダクタンスの変化として現れに
くいことがある。こうした場合、欠陥によるインダクタ
ンス変化率が良品における許容値内に入るため良品と見
紛う危険性があった。

【００１５】そこで本発明者は、従来の相互誘導型検査
コイルが複数の検出コイル間での望ましくない電磁誘導
の干渉を回避することができると共に、電磁誘導による
検査を高感度に行なえる検査コイルの実現を経て、検査
対象物の電磁誘導率、質量、内部欠陥の位置及び大きさ
などによって誘導電力に周波数特性があることを発見し
た。この誘導電力の周波数特性を利用することで検査対
象物の様々な態様を正確に且つ高分解能で認識すること
に成功した。

【００１６】本発明は上記した本発明者の知見に基づい
てなされたもので、その目的とするところは、磁性体、
誘電体のみならず非磁性体を含むあらゆる材質の検査対
象物でも欠陥乃至異質を高感度、高精度で検出すること
ができる電磁誘導型検査装置を提供することにある。更
に、本発明の目的は、検査対象物内部の欠陥の大きさや
位置などの様態を正確に判別することができる電磁誘導
型検査装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明に係わる電磁誘導型検査装置は、電磁誘導により
起電力を発生させる検査コイルを有し、電磁誘導のため
の印加電源周波数の変化によって磁場中に置かれた検査
物による誘導起電力の変化で検査物の様態を判別するも
のである。

【００１８】前記の検査コイルを交流電流の印加により
励磁して磁束を形成する励磁コイルと、前記励磁コイル
による磁束に鎖交して起電力を誘導させる誘導コイルと
で構成できる。更に、励磁コイルと誘導コイルを同軸に
一部を接触させて一体に設ける。

【００１９】

【作用】検査コイルに交流電流を印加することで磁場を
励起し、それによる電磁誘導で起電力を出力する。励起
された磁場の磁束に鎖交させるように検査対象物を置く
ことで、電磁誘導に変化をもたらす。電磁誘導起電力は
磁場中にある検査物の透磁率、大きさなどの条件によっ
て変化し、起電力の変化を予め求めた基準値と比較する
ことで検査物の様態が認識できる。

【００２０】同一検査条件で、励起コイルに印加する周
波数を変化することで、印加電流による電磁誘導の印加
電流の周波数による変化率が異なる。更に、検査物の異
質、欠陥などの異常部位の位置、大きさによって特定の
周波数特性を見せるので、周波数の変化に伴なう電磁誘
導の変化を分析することで、検査物の様態について様々
な情報を得ることができる。たとえば、検査物内部の欠
陥の位置、大きさなども正確に判別できる。しかも、検
査基準の許容範囲として設定した電磁誘導値内の変化で
あっても、その電磁誘導変化の原因を認識することも可
能となる。

【００２１】検査コイルを一次側の励磁コイルと二次側
の誘導コイルを一体構成することで電磁干渉性の少ない
相互誘導作用を享受できる。更に、誘導コイルを励磁コ
イルに同軸状に一部を接触させて一体に設けることで磁
束鎖交率が高まり、インダクタンス変化率を高めること
ができ、検出感度が向上する。

【００２２】

【実施例】図は本発明に係る電磁誘導型検査装置の一実
施例を示し、図１は電磁誘導検査装置のシステム全体を
示す概略斜視図であり、図２は検査コイルの概略斜視図
である。

【００２３】本発明による電磁誘導型検査装置１０は、
一例として図１に示すように、ポータブルな装置本体２
０と検査コイル３０とからなる。装置本体２０の操作盤
２１に、電源スイッチ２２、メータディスプレイを含む
表示部２３、レンジ調整部２４、プリセットスイッチ２
５、ブザー２６、センサコネクタ２７を備えている。図
中、検査対象物Ｓの一例として薄板鋼板を示しており、
薄板鋼板に施されたスポット溶接部（ナゲット）Ｓｎの
探傷などに実用的である。

【００２４】装置本体２０のセンサコネクタ２７に着脱
接続される検査コイル３０は、図２に概略図示するよう
に、交流電源４１からの交流電流の印加を受けて励磁し
交流磁界（磁束Ｍ）を形成する励磁コイル３０ａと、励
磁コイル３０ａの外周面の一方端の一部に密接状に同軸
巻回され励磁コイル３０ａの交流磁界によって電磁誘導
して起電力を出力する誘導コイル３０ｂとからなる。一
次側の励磁コイル３０ａと二次側の誘導コイル３０ｂが
一体になっており、誘導コイル３０ｂが励磁コイル３０
ａによる励起磁束Ｍの全てに鎖交するので、極めて高い
効率で誘導コイル３０ｂに相互インダクタンスが起り、
大きい交流起電力が出力される。

【００２５】そこで、図示のように、励磁コイル３０ａ
による磁束Ｍを鎖交するように被検査物Ｓをおくと誘導
コイル３０ｂのインダクタンスに変化がみられる。この
インダクタンスの変化は被検査物Ｓの大きさ、材質など
の因子によって異なる。励磁コイル３０ａによる磁場に
被検査物Ｓが存在していない定常状態における誘導コイ
ル３０ｂのインダクタンスと、同上磁場中に被検査物Ｓ
が存在する場合のインダクタンスとの差を判定すること
で、単に被検査物Ｓの在否乃至大きさのみならず、その
材質、更には、被検査物Ｓに混入する異物の存在をも正
確に識別することができる。

【００２６】検出回路４３は誘導コイル３０ｂの出力Ｖ
ｏｕｔの変化を識別する機能を有するもので、この実施
例では、定常状態における誘導コイル３０ｂのインダク
タンスを基準値Ｖｒとして設定し、検査時の誘導コイル
３０ｂの出力値Ｖｏｕｔと比較する比較器４３ａと、比
較器４３ａからの出力から検査対象を認識する判定回路
４３ｂとからなる。

【００２７】上記検査コイル３０は、図３に示すよう
に、ボビン３２の外周に導電性線材を多重巻回して励磁
コイル３０ａを形成し、励磁コイル３０ａの外周面の一
部にアルミ箔などの電磁シールド層３４と絶縁シート３
６を層状に巻きつけ、更に絶縁シート３６の外周面に導
電性線材を多重巻回して誘導コイル３０ｂを形成するこ
とで構成できる。検査コイル３０として使用する際は、
ボビン３２を取り除いてもよい。しかしながら、基本的
に励磁コイルと誘導コイルよりなる検出コイル部の製作
方法、構成要素は特にこれに限定するものではなく、様
々な方法で製作できることは言うまでもない。

【００２８】上記検査コイル３０を平衡回路に介在させ
て作動増幅回路を構成するなどの方法によって、検査コ
イル３０の誘導起電力を処理しやすいレベルに加工する
ことが可能である。

【００２９】検査コイル３０から出力される誘導起電力
は周波数特性を有する。この周波数特性は、透磁率など
を決める被検査物Ｓの材質や物性など、更には、被検査
物Ｓの大きさ、異質、異物の存在などによって特有の変
化を示す。すなわち、励起コイル３０ａが励起する磁界
中に被検査物Ｓを置くことで、図４に概念的に示すよう
に、定常状態の誘導起電力電圧Ｖｏに比べて出力Ｖｏｕ
ｔが電圧Ｖｒに変化する。この変化率（Ｖｒ／Ｖｏ）は
周波数ｆｎによって変化し、この周波数特性を利用する
ことで被検査物Ｓの異質、物性、構造などを正確に認識
することができる。

【００３０】実際にスポット溶接部を本発明の検査コイ
ルを用いて検査実験し、印加電流の周波数を変化させる
ことで誘導起電力に影響を及ぼすことを確認した。図５
に示すように２枚の鋼板（材質：ＳＰＣＣ）Ｓ１、２を
接面させてスポット溶接して形成されたナゲット部Ｓｎ
の表面露出部に接触させて検査実験を行ない、この時に
励起される誘導起電力Ｖが印加電流Ｉの周波数によって
どのように変化するかを調べた。この検査実験で使用し
た検査コイル３０は、径０．１mmの銅線を３００回巻回
して外径（ｄ１）を３mmに形成した一次側の励磁コイル
３０ａと、同じく径０．１mmの銅線を３００回巻回して
外径（ｄ２）を８mmに形成した二次側の誘導コイル３０
ｂよりなる。励磁コイル３０ａへの印加電流（Ｉ）は１
００mA、電圧６Ｖであった。被検査物である２枚の鋼板
の厚さ（Ｔ）は２．５mmで、スポット（ナゲット）の径
（Ｓｄ）は８mm以下であった。

【００３１】実験は、欠陥のないスポット溶接のナゲッ
ト部（ＧＤ）と欠陥のあるナゲット部（ＮＧ）の２試料
で得られる誘導起電力を検出した。更に詳しくは、上記
実験条件で、一次側の励磁コイル３０ａへの印加電流
（Ｉ）の周波数（ｆ）を約０．７ｋHzから約９５ｋHzに
連続的に変化させた時に得られた誘導電圧（Ｖｏｕｔ）
を検出してその周波数による誘導電圧変化を調べた。

【００３２】実験の結果である周波数−誘導電圧の変化
グラフの一部を図６に示している。実験は低周波領域か
ら高周波領域に亙って連続的に周波数を変化させてその
誘電出力を検出しながら行なったもので、欠陥のない被
検査物（ＧＤ）と欠陥のある被検査物（ＮＤ）による出
力変化は検査した周波数領域全域において見られた。特
に図６から明らかなように、欠陥品（ＮＧ）と良品（Ｇ
Ｄ）において０．７ｋHzの中周波域から３７ｋHz以上の
高周波域に亙って顕著な誘導電圧差が確認できた。図に
おいては検出電圧の平均値特性を太線で示している。

【００３３】更に、上記した周波数−誘導電圧特性は被
検査物（試料）の構造的条件によって異なったパターン
を呈する。敷衍すると、被検査物の内部構造（たとえ
ば、溶接による溶融部のクラックやピンホールなどの欠
陥）によって上記周波数−誘導電圧特性のパターンが変
化する。一例として図７乃至図１０に示すように、欠陥
ｄ１〜ｄ５が存在するスポット溶接のナゲット部Ｓｎを
上記検査コイル３０で検査すると、図１１に概略図示す
るように異なった周波数−誘導電圧特性のパターンａ、
ｂ、ｃ・・・が得られる。

【００３４】つまり、図７の内部欠陥はナゲット部Ｓｎ
のクラックｄ１である。図８ではナゲット部Ｓｎの中央
のピンホールｄ２であり、図９ではナゲット部Ｓｎの縁
部のピンホールｄ３である。図１０の欠陥は複数のピン
ホールｄ４、ｄ５である。これらの被検査物内部の欠陥
の状態によって夫々、周波数特性パターンに判別可能な
差が生じる。すなわち、未知の試料の周波数−誘導電圧
特性をとって、その特性パターンを比較することで、た
とえば、上述したようなスポット溶接のナゲット部の内
部欠陥の種類、大きさ、位置を認識することが可能とな
る。

【００３５】言うまでもなく、上記実施例は一例として
スポット溶接のナゲット部の検査を対象に説明したが、
検査対象は材質、大きさ、物性、構造を問わず、特性パ
ターンをデータ化することであらゆる物質に適用可能で
ある。

【００３６】

【効果】以上説明したように、本発明による電磁誘導型
検査装置は、電磁誘導により起電力を発生させる検査コ
イルで磁場中に置かれた検査物による誘導起電力を検出
し、検査コイルへの印加電源周波数の変化によって誘導
起電力が変化することを利用しているので、周波数−誘
導起電力の変化パターンから検査物の存在のみならず、
検査物の異質、内部構造などの様々な様態を極めて正確
に認識することができる。

【００３７】しかも、本発明による検査コイルが交流電
流の印加により励磁して磁束を形成する励磁コイルと、
励磁コイルによる磁束に鎖交して起電力を誘導させる誘
導コイルとからなるため、一次側の励磁コイルによる磁
気エネルギーを二次側の誘導コイルが高効率で捕獲する
ことができ、低損失で高能率に誘導起電力の発生条件を
もたらすことができる。これによって、感度及び分解能
の向上が望める。

【００３８】更に、励磁コイルと誘導コイルを同軸に一
部を接触させて一体に設けたので、相互誘導の条件因子
に雑音成分を介在させることがなく、低雑音の電磁誘導
を高効率、高感度で行なわれる。

【００３９】その上、印加電源周波数に対する該誘導起
電力の変化パターンをデータ化して検査物内部の欠陥を
分析するようにしたので、被検査物の異質などの態様の
分析判定が極めて容易、且つ、正確に行なえるので、判
定に経験や特殊技術を要せず、能率のよい非破壊検査を
実施することが可能となる。

【００４０】また、装置がポータブルで構成が簡単であ
り、取扱いが極めて簡単でありながら、高性能の機能を
有し、汎用性があるので金属・非金属工業、食品製造
業、薬品製造業、建築土木などを含む様々な業種分野の
非破壊検査装置として極めて有用に利用できる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電磁誘導型検査装置の概略構成
図。

【図２】図１の検査装置に適用する検査コイルの部分欠
截概略斜視図。

【図３】図２の検査コイルの半断面概略側面図。

【図４】本発明による検査コイルの起電力出力図。

【図５】本発明による検査コイルを用いて溶接部を検査
する場合の概略側面図。

【図６】本発明による検査コイルの周波数−出力特性
図。

【図７】検査対象の内部欠陥の第１例を示す断面斜視
図。

【図８】検査対象の内部欠陥の第２例を示す断面斜視
図。

【図９】検査対象の内部欠陥の第３例を示す断面斜視
図。

【図１０】検査対象の内部欠陥の第４例を示す断面斜視
図。

【図１１】検査対象の内部欠陥の状態による周波数−出
力特性を示す説明図。

【図１２】従来の自己誘導型検査装置の概略説明図。

【図１３】従来の相互誘導型検査装置の概略説明図。

【符号の説明】

１０電磁誘導型検査装置３０検査コイル３０ａ励磁コイル３０ｂ誘導コイルＳ被検査物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁誘導により起電力を発生させる検査
コイルを有し、電磁誘導のための印加電源周波数の変化
によって磁場中に置かれた検査物による誘導起電力の変
化で検査物の様態を判別する電磁誘導型検査装置。
【請求項２】該検査コイルが交流電流の印加により励
磁して磁束を形成する励磁コイルと、該励磁コイルによ
る磁束に鎖交して起電力を誘導させる誘導コイルとから
なる請求項１記載の電磁誘導型検査装置。
【請求項３】該励磁コイルと該誘導コイルを同軸に一
部を接触させて一体に設けた請求項２記載の電磁誘導型
検査装置。
【請求項４】印加電源周波数に対する該誘導起電力の
変化パターンをデータ化して検査物内部の欠陥を分析す
る請求項１記載の電磁誘導型検査装置。