JPH06201655A

JPH06201655A - 磁気光学探傷方法及びその装置

Info

Publication number: JPH06201655A
Application number: JP35946192A
Authority: JP
Inventors: Michiaki Ishihara; 道章石原; Kazuyuki Haruna; 和幸春名; Takahide Sakamoto; 隆秀坂本
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-12-26
Filing date: 1992-12-26
Publication date: 1994-07-22
Anticipated expiration: 2016-08-20
Also published as: JP3201031B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高速全面探傷を可能とする磁気光学探傷方法
及びその実施に使用する装置を提供する。【構成】レーザー４から照射された光ビームを光走査
器５にて、丸棒鋼Ｋ近傍に配置された磁気光学素子列３
の長手方向に走査するようになしてある。そして磁気光
学素子３による反射光は検光子６にて偏光面の回転量を
検出し、光導棒７で集光し、光検出器８にて電気信号と
して検出し、さらに増幅器９にて増幅する。一方、光走
査器５にて走査する光走査タイミングを光検出器12にて
検出し、このタイミング信号を移相器13にて夫々必要量
移相し、交流電源２及びゲート回路10へ与える。これに
より交流電源２の磁化電流ピークは光走査タイミングに
同期せしめられ、またゲート回路10では磁化電流ピーク
時だけゲート信号を出力し、この間のみ増幅された前記
電気信号をモニタ11へ出力するようになしてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼材表面疵を磁気光学
的に探傷する方法及びその実施に使用する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】強磁性体の漏洩磁束探傷法は、材料を磁
化したときに欠陥により発生する漏洩磁束を検出する方
法である。パイプ，棒綱等の鋼材の表面疵に対する漏洩
磁束探傷装置では、一般に磁化方法として交流磁化を採
用しており、材料の表面付近に集まる交流磁場（表皮効
果）を利用して欠陥からの漏洩磁束を磁気センサで検出
している。

【０００３】図５はこの従来装置を示す模式図であり、
特開昭50-77081号公報に開示されている。図中Ｐは、被
探傷物である鋼管であり、この鋼管Ｐの近傍には高周波
交流磁化に使用する磁化器31が設置してある。この磁化
器31には鋼管Ｐの欠陥に起因して生ずる漏洩磁束を検出
する探傷プローブ32を併設しており、この探傷プローブ
32は例えばフェライトコアに巻回されたサーチコイルを
内蔵している。またこの磁化器31は図示しない円筒フレ
ームの内部に配設されており、この円筒フレームは鋼管
Ｐの軸回りに回動可能に設置されており、鋼管Ｐはその
軸方向に搬送されるようになしてある。

【０００４】そしてこの装置においては、ヨーク31に通
電を行うと鋼管Ｐの表面に磁束を生じる。そこで前記円
筒フレームを回転させながら鋼管Ｐをその軸方向に搬送
する。ここで鋼管Ｐの表面に欠陥が存在する場合は漏洩
磁束が生じ、この漏洩磁束を探傷プローブ32にて検出
し、探傷を行う。

【０００５】しかしながら、この装置で用いられている
サーチコイルは探傷範囲が非常に狭いため、得られる情
報は１次元の探傷信号のみである。従って鋼管Ｐの全面
を探傷する場合は、このセンサを多数設置し夫々のセン
サに独立した信号処理系を設けるか、又は円筒フレーム
の回転速度及び鋼管Ｐの搬送速度を低下させる必要があ
る。多数のセンサを設けると設備費及び維持管理コスト
が上昇する。また搬送速度を低下させると高速探傷は不
可能である。さらに仮にセンサ数を増加させても必ずセ
ンサ間に不感帯が存在するため、探傷信号は１次元情報
の連続であり、２次元的な全面探傷は困難である。

【０００６】そこでこれらの問題を解決するために、前
記サーチコイルにかえて光ファイバ磁束計のファラデー
素子（磁気光学素子）を使用し、磁気光学的に探傷を行
う装置が特開平２−181646号公報に開示されている。図
６にこの装置における探傷プローブの模式図を示す。こ
の装置では、光源41から発せられた光束は光ファイバ42
a を経て、ロッドレンズ43a で平行光束とされ、偏光子
44a により単一の偏光方向を有する偏光とされる。そし
てこの偏光光束は、被検材である鋼材Ｋと平行にスプリ
ットミラー46に入射し、スプリットミラー46にて鋼材Ｋ
の表面に対し垂直な方向（図６において下方向）へ方向
変換される。

【０００７】この光束はファラデー素子45の中を鋼材Ｋ
の表面に対し垂直に進行し、ファラデー素子45の底面に
形成された反射膜（図示せず）により上方向へ反射され
る。即ち１つのファラデー素子45を２回通過する。この
光束はスプリットミラー46の上方に設置されたコーナー
プリズム47に入射し、このコーナープリズム47にて進行
方向を 180°変換されて次段のファラデー素子45に入射
する。以下、同様にして例えば鋼材Ｋの幅方向に並設さ
れた６個のファラデー素子45，45…を２回通過した光束
は、偏光子44b を経て、相互に対向して配置されたロッ
ドレンズ43b, 43cへ入射される。そして光束の偏光成分
がこれらロッドレンズ43b, 43cにより取り出され、夫々
の偏光成分は光ファイバ42b, 42cを介して受光素子48a,
48bへ入射される。さらにこの出力が割算器49へ与えら
れ、その比が演算される。

【０００８】この装置では、漏洩磁束が存在すると、フ
ァラデー素子中を通過する光束は、ファラデー効果に基
づきその偏光面が漏洩磁束の量に比例して回転すること
を利用する。そして複数のファラデー素子45，45…全て
を通過させた光束の偏光面の総回転角から漏洩磁束を検
出して探傷を行う。

【０００９】しかしながら、この装置で得られるのは欠
陥の有無に関する信号だけである。そこで搬送速度を検
出すれば鋼材Ｋの長手方向における欠陥位置は求められ
るが、鋼材Ｋの幅方向における位置を限定すること、即
ち６個のファラデー素子45，45…のうちどのファラデー
素子の通過中に光束の偏光面が回転したかを限定するこ
とは不可能であり、また微小欠陥に対する検出感度は低
い。さらに前述の装置と同様、素子間隔が存在するため
不感帯が生じ全面探傷は困難である。

【００１０】さらに特開平３−245052号公報には、薄鋼
板を被検材とし、この薄鋼板を直流で磁化して探傷する
装置が開示されている。図７はこの従来装置を示す模式
図である。薄鋼板Ｈを磁化器51にて直流磁化して磁気飽
和の状態にしておく。薄鋼板Ｈ近傍にエアーフローティ
ング追従装置を備えた磁気光学素子列52がその長手方向
を薄鋼板Ｈの幅方向にして設置されている。そして薄鋼
板Ｈをその長手方向へ搬送しながら、レーザーから照射
されたレーザー光をポリゴンスキャナ54にてこの磁気光
学素子列52の長手方向へ走査し、検光子, シリンドリカ
ルレンズ, 光導棒及びＰＭＴ（光電子増倍管）を備えた
センサ部55により反射光を検出し、薄鋼板Ｈ表面の探傷
を行う。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述の装置は磁気飽和
させていることとＰＭＴで増幅していることから感度は
高い。しかしながら、パイプ，棒綱等の鋼材は断面積が
大きいため大出力が必要であり、直流磁化で被探傷部全
体を磁気飽和させることが困難であり、微小欠陥に対す
る検出感度は低い。そこで表皮効果を利用して効率良く
磁気飽和させるために交流磁化を用いて磁化した場合の
磁化状態を図８に示す。交流電流は図８(a) に示す如く
極値Ｉ_aと極値Ｉ_bとを繰り返す。探傷に必要な飽和磁
化はこれら極値Ｉ_a，Ｉ_b近傍においてしか行われず、
この極値Ｉ_a，Ｉ_bが現れる位置は鋼材の搬送に伴って
斜め方向となる。図８(b) は薄鋼板Ｈに交流電流で磁化
を行った場合の磁化状態を示しており、ハッチングで示
すストライプ領域ａのみが探傷可能範囲である。このよ
うに交流磁化においては探傷位置により磁化状態が異な
り、探傷条件を一定とすることは困難である。

【００１２】ＰＭＴを使用した場合は、光量変化のみを
検出するため、照射範囲内での漏洩磁束発生位置を限定
することが困難である。そこでＣＣＤカメラを使用して
照射範囲の光強度分布を検出することにより、前記発生
位置を限定することが考えられるが、このＣＣＤカメラ
は外乱光の影響を受け易い。

【００１３】本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたも
のであり、鋼材に交流磁化を行い、磁気光学素子列に照
射，走査する光ビームの走査期間と交流磁化電流の周波
数とを同期させることにより、磁気飽和された探傷可能
範囲のみを効率良く探傷して高速全面探傷を可能とする
磁気光学探傷方法及びその実施に使用する装置を提供す
ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気光学探
傷方法は、鋼材を磁化し、光ビームを、前記鋼材の表面
近傍に設置された磁気光学素子列へ照射してその長手方
向へ走査し、前記表面に存在する疵により形成される漏
洩磁場による前記磁気光学素子列からの反射光の変化を
検出して探傷を行う方法において、前記鋼材を交流磁化
し、前記光ビームの走査期間と交流磁化電流の周波数と
を同期させることを特徴とする。

【００１５】本発明に係る磁気光学探傷装置は、鋼材を
磁化し、光ビームを、前記鋼材の表面近傍に設置された
磁気光学素子列へ照射してその長手方向へ走査し、前記
表面に存在する疵により形成される漏洩磁場による前記
磁気光学素子列からの反射光の変化を検出して探傷を行
う装置において、前記鋼材を交流磁化する手段と、前記
光ビームの走査期間と交流磁化電流の周波数とを同期さ
せるための移相器とを備えることを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明にあっては、鋼材を交流磁化し、磁気光
学素子列に照射，走査する光の走査期間と交流磁化電流
の周波数とを同期させることにより、前述のストライプ
状にしか形成されない探傷可能範囲を選択的に探傷する
ことになるので、一定磁化状態での探傷が可能となり、
高速全面探傷も可能である。

【００１７】

【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。図１は本発明に係る磁気光学探傷
方法の実施に使用する装置を示す模式図であり、棒鋼を
探傷する場合を示す。図中Ｋは、丸棒鋼であり、丸棒鋼
Ｋの周囲には磁化器１が設置されており、この丸棒鋼Ｋ
は軸回りへの回転及び軸方向への搬送が可能なようにな
してある。この磁化器１は、その上辺の中央部が欠如し
た角筒形状をなすヨークにコイルが巻回されたものであ
る。磁化器１の前記上辺は丸棒鋼Ｋに寄せて設置してあ
り、交流電源２により磁化器１のコイルに通電を行う
と、前記上辺の両端部が磁極となり、丸棒鋼Ｋを交流磁
化するようになっている。また丸棒鋼Ｋの近傍であり磁
化器１の両磁極の略中央である位置に、例えば１片が５
mm×50mmである素子を複数備える磁気光学素子列３が、
その長手方向を丸棒鋼Ｋの軸方向にして配置されてお
り、直線偏光を発するレーザー４から照射されたレーザ
ー光を、ガルバノミラー，ポリゴンスキャナ等の光走査
器５にて磁気光学素子列３の長手方向へ走査するように
なしてある。

【００１８】そして受光側には、磁気光学素子列３にて
反射された反射光の光路途中に、反射光幅に相当する長
さを有し、反射光の偏光面の回転量を検出する検光子６
が、その長手方向を磁気光学素子列３と平行にして設置
されており、さらにこの反射光路上に、反射光幅に相当
する長さを有し、反射光を集光する光導棒７が、前記検
光子６と平行に設置されている。光導棒７の一端側には
光検出器８が設けられており、光導棒７にてこの光検出
器８へ導かれた光はこの光検出器８で検出される。そし
てこの光検出器８の後段にはこの検出信号を増幅する増
幅器９が備えられており、さらにこの増幅された信号を
通過させるゲート信号を所定時間だけ出力するゲート回
路10及びゲート信号が与えられた時間のみ前述の増幅さ
れた信号が与えられるモニタ11が設けてある。

【００１９】一方、磁気光学素子列３への光走査域を少
し外れた位置に光検出器12が設置してあり、この光検出
器12では光走査器５で走査する光ビームの走査終了（又
は開始）タイミングを検出するようになしてある。そし
てこのタイミング信号を移相器13へ与え、移相器13はこ
のタイミング信号を必要量だけ移相して交流電源２及び
ゲート回路10へ与える。このようにして交流電源２及び
ゲート回路10を光ビームの走査タイミングと同期させる
ようになしてある。

【００２０】次に上述の本発明装置による探傷方法につ
いて説明する。図２は図１に示す本発明装置における各
信号を示す説明図である。レーザー４よりレーザー光を
照射し、光走査器５にて磁気光学素子列３全面へ走査す
る。この磁気光学素子列３で反射された反射光は検光子
６及び光導棒７を経て光検出器８で検出される。この光
検出器８は、レーザー光が磁気光学素子列３に照射され
ている間のみ与えられる光信号を検出し、図２(b) に示
す如く電気信号を出力する。この信号の１回の出力時間
は光走査器５が磁気光学素子列３を１回走査する時間に
相当する。この時間は光走査器５の回転速度により変更
することができる。一方、光検出器12により前述の位置
における光走査タイミングを検出し、このタイミング信
号を移相器13へ与える。移相器13では前述の光検出器８
の出力期間が磁化電流のピーク時周辺となるように、前
記タイミング信号を必要量だけ移相して交流電源２へ与
える。

【００２１】この移相されたタイミング信号を受けて同
期を行うと、交流電源２の磁化電流は図２(a) に示す如
くになり、この交流電源２により磁化器１に通電を行っ
て丸棒鋼Ｋを交流磁化し、丸棒鋼Ｋをその軸回りに回転
させ、さらに軸方向へ搬送する。そして磁気光学素子列
３による反射光を前記検光子６にて検出する。ここで欠
陥が存在する場合は、漏洩磁場が形成されており、検光
子６は漏洩磁場によるファラデー回転に比例した光量を
検出し、さらに光検出器８にてその部分に疵信号を有す
る電気信号として検出する。この電気信号は増幅器９に
て増幅を行い、ゲート回路10へ与える。

【００２２】また、前記移相器13は、光検出器12より与
えられた前記タイミング信号を必要量移相して、ゲート
信号の出力期間が図２(c) に示す如く磁化電流のピーク
時に一致するようになしたタイミング信号をゲート回路
10へ与える。ゲート回路10はこのタイミング信号が与え
られることにより、ゲート信号を所定時間だけ出力し、
この間のみ前記電気信号をモニタ11へ与える。

【００２３】図２(b）に示す光検出器８の出力期間が、
磁化電流のピークを含む磁化周期の１／５〜１／10とな
るように、光走査器５の回転速度を変更して光走査周波
数を設定すると、飽和磁化状態にて安定した探傷が行え
る。さらに光検出器８の出力期間のうちの一定時間だけ
ゲート信号を出力して探傷信号をモニタ11へ与えること
により、探傷可能範囲内において探傷領域の限定を行う
ことができる。例えば交流電源２の周波数を３ｋHz（周
期を 333μsec.) とした場合、一定磁化状態で探傷する
ためにはゲート信号出力時間を33μsec.以下、特に10μ
sec.程度とするのが望ましい。

【００２４】図３は本発明に係る磁気光学探傷装置の他
の実施例を示す模式図であり、鋼板を探傷する場合を示
す。本実施例では磁気光学素子列３をその長手方向を鋼
板Ｂの幅方向にして配置する。その他の構成は図１に示
すものと同様である。そして、磁化器１に通電を行って
鋼板Ｂを交流磁化し、鋼板Ｂをその長手方向へ搬送す
る。そしてレーザー４よりレーザー光を照射して磁気光
学素子列３による反射光を検出して探傷を行う。

【００２５】鋼板Ｂの搬送速度を600m／分とすると、１
msec. 間に鋼板Ｂは10mm進み、数ｋHzで交流磁化すれば
長手方向には未探傷部分なく連続的に探傷することが可
能であり、例えば磁化電流周波数を3kHz，光走査周波数
を3kHzとしる。ここで探傷信号の取り込み時間を磁化周
期の１／10とすると、鋼板Ｂ幅の約１／10が探傷領域と
なる。また移相器13にて磁化電流周波数と光走査周波数
との位相差を適当に変更すれば、鋼板Ｂの幅方向におい
て探傷領域を所望の位置に設定することができる。

【００２６】上述の移相器13により光走査周波数を磁化
電流周波数より高くなるように設定すれば、短い間隔で
光走査するので、探傷可能範囲を広げることができる。
但し、この場合はゲート信号を磁化電流周波数に同期さ
せなければ一定磁化状態での探傷は困難である。また光
走査周波数を磁化電流周波数より低くなるように設定す
れば、探傷可能範囲が狭くなる。従って使用する光走査
周波数を適当に設定すれば、探傷可能範囲は自由に選定
できる。

【００２７】図４は図３に示す本発明装置における各信
号を示す説明図である。図２においては磁化電流周波数
と光走査周波数とが同一の場合を示したが、図４では、
光走査周波数を磁化電流周波数より充分低くし、光が相
対的に静止しているとみなせる程度にしている。例えば
磁化電流周期を10μsec.とし（図４(a))、光走査周期を
10ｍsec.とした場合、光検出器８の出力は図４(b) に示
す如く表面疵がある場所付近で大きな変化が現れる。こ
の光検出器８の後段に磁化電流周波数を参照信号として
ノイズを除去する同期検波器を設ければ、図４(c) に示
す如き検波出力が得られる。このときは探傷位置が周期
毎にずれていくことを防止するため、磁化電流周波数と
光走査周波数とを同期させている。但し、この場合走査
周波数が低くなるため探傷速度を適当に遅くすることが
必要である。

【００２８】なお以上の実施例では、移相器13の出力信
号をそのままゲート回路10へ与える構成としているが、
この間に別の移相器を設けて、ゲート回路10のゲート信
号発生期間を精密に限定する構成としてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る磁気光学探
傷方法及びその装置では、鋼材に交流磁化を行い、磁気
光学素子列に照射，走査する光ビームの走査期間と交流
磁化電流の周波数とを同期させることにより、高速全面
探傷が可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気光学探傷装置及びその実施状
態を示す模式図である。

【図２】図１に示す本発明装置における各信号の波形を
示す説明図である。

【図３】本発明に係る磁気光学探傷装置及びその実施状
態の他の実施例を示す模式図である。

【図４】図３に示す本発明装置における各信号の波形を
示す説明図である。

【図５】従来装置を示す模式図である。

【図６】従来装置及びその実施状態を示す模式図であ
る。

【図７】従来装置及びその実施状態を示す模式図であ
る。

【図８】従来装置における磁化状態を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１磁化器２交流電源３磁気光学素子列４レーザー５光走査器６検光子７光導棒８, 12 光検出器９増幅器 10 ゲート回路 11 モニタ 13 移相器Ｋ丸棒鋼Ｂ鋼板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼材を磁化し、光ビームを、前記鋼材の
表面近傍に設置された磁気光学素子列へ照射してその長
手方向へ走査し、前記表面に存在する疵により形成され
る漏洩磁場による前記磁気光学素子列からの反射光の変
化を検出して探傷を行う方法において、前記鋼材を交流
磁化し、前記光ビームの走査期間と交流磁化電流の周波
数とを同期させることを特徴とする磁気光学探傷方法。
【請求項２】鋼材を磁化し、光ビームを、前記鋼材の
表面近傍に設置された磁気光学素子列へ照射してその長
手方向へ走査し、前記表面に存在する疵により形成され
る漏洩磁場による前記磁気光学素子列からの反射光の変
化を検出して探傷を行う装置において、前記鋼材を交流
磁化する手段と、前記光ビームの走査期間と交流磁化電
流の周波数とを同期させるための移相器とを備えること
を特徴とする磁気光学探傷装置。