JPH0627729B2 - 渦流探傷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動位相設定と自動感度較正が可能なプロー
ブ探傷法に使用する渦流探傷装置に関するものである。

〔発明の背景〕

プローブ探傷法は、管状素材（鋼管等のパイプ及びビレ
ット等の棒材を含む、以下同じ）をスパイラル搬送さ
せ、その円周に近接して固定配置したプローブで探傷し
ている。またプローブを回転させ、管状素材を直進搬送
して同様に探傷している。従って管状素材の探傷軌跡は
スパイラル状となる。管状素材とプローブの間隔は通常
１mm以下に保たれ、絶えず検査面に追従するようになさ
れているが、管状素材の表面状況、曲がり、真円度等に
より厳密には相当変化しているのが実情である。この管
状素材とプローブの相対的な間隔の変化により、管状素
材に発生する渦電流が変化し、リフトオフ信号という探
傷に最も有害な雑音成分を発生する。このため、一般の
位相／振幅法の渦流探傷では、人工欠陥を設けた対比試
験片（ＲＢ）を用いて検波後のリフトオフ信号と欠陥信
号とを弁別できるように、リフトオフ信号と欠陥信号と
の位相及び欠陥信号の利得を調整し、その後の実際の探
傷をしている。

ところが、位相設定は管状素材の材質や探傷周波数，検
出しようとする疵の大きさ・形状等によっても変化する
ので、その都度設定する必要がある。またこの種渦流探
傷法で得られる探傷信号には、前記リフトオフ信号、欠
陥信号の他に管状素材の表面凹凸によるノイズ信号があ
り、これらの信号が合成された波形を有している。もち
ろん目的とする信号は欠陥信号である。

〔従来の技術〕

このような渦流探傷を行う従来の装置の構成は、第６図
に示すブロック図の通りである。同図に示す如く、プロ
ーブコイル１に発生する探傷信号ａは、ブリッジ回路２
により欠陥信号が検出され、増幅器３により増幅されて
位相検波回路4a,4bに送られる。そして、ここで位相器
５により90度位相の異なったＸ軸信号とＹ軸信号として
取り出される。このようにして処理された探傷信号ａ
は、帯域フィルター6a,6bにより欠陥信号の周波数に近
い周波数のみが取り出されて疵判定部７へ送られて疵評
価がされると共に、ＣＴＲ表示器８等にＸ−Ｙ表示（平
面ベクトル表示）される。尚、第６図において、９は高
周波発振器である。

而して、探傷信号ａは前述した通り、リフトオフ信号，
ノイズ信号，欠陥信号の各種信号が混在した状態のもの
であり、そのままでは、外乱要素が多いので正確な疵評
価を行うことは不可能である。そのため従来では対比試
験片を用いて検波後の探傷信号ａの位相を作業者がＣＴ
Ｒ表示器８等を見ながら設定すると共に、対比試験片に
形成された人工欠陥の利得をＣＴＲ表示器８等のＹ軸信
号出力を見ながら所定の利得になるように感度較正して
いる。このように探傷信号ａの位相設定及び欠陥信号の
感度較正を行うことで、Ｓ／Ｎ比を増加させて疵評価を
行うようにしている。また帯域フィルター6a,6bを用い
て欠陥信号の周波数に近い周波数のみを取り出してＳ／
Ｎ比を増加させる手段が取られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、ランダムに発生するノイズ信号及びリフトオ
フ信号から探傷信号ａ全体の位相を人間の感によって設
定することは極めて大きな誤差を生じることになり、ノ
イズ信号と欠陥信号の弁別が悪く、正確な疵評価を行え
なかった。その理由は、ノイズ信号はランダムなもので
あって、欠陥信号と同振幅の場合があり、どれが欠陥信
号でどれがノイズ信号かの判別が人間の感では行い難い
からである。また対比試験片（ＲＢ）と材料間あるいは
材料間での位相ズレには、ランダムに発生するノイズ信
号が表面性状の差や、材料の電磁気的ムラによって位相
変動し、人間の感では正確な判定が困難であり、位相設
定が行えないという欠点があった。更にランダムに発生
するノイズ信号を基準として位相設定を自動化すること
は、その基準因子の検出が困難であるために不可能であ
り、作業者の個人差が疵評価に影響を与えるという欠点
があった。

更にまた対比試験片の１点に加工された人工欠陥からの
信号は瞬間的なものであって、ＣＴＲ表示器８等に表れ
るＹ軸信号の大きさ（利得）を人間が目視で設定するの
は精度が悪く、作業者間においてバラツキが発生すると
いう欠点があった。

本発明は従来の上記欠点に鑑みてこれを改良除去したも
のであって、リフトオフ信号が他の欠陥信号やノイズ信
号に比べて極めて低周波であることに着目し、リフトオ
フ信号を低域フィルターでもってピックアップして探傷
信号の位相設定並びに実際の探傷中において位相追従を
自動的に行えるようになし、また感度較正を演算装置に
より自動化した渦流探傷装置を提供せんとするものであ
る。

〔前記問題点を解決するための手段〕

前記問題点を解決するための本発明の手段は、プローブ
コイルに発生する探傷信号をブリッジ退路で検出し、そ
の出力信号を検波して増幅した後に帯域フィルターを介
してＣＲＴ表示及び疵判定等を行うプローブ探傷法に使
用する渦流探傷装置であって、検波回路と帯域フィルタ
ーとの間に感度設定用の増幅器及び位相設定用の位相回
転器を設け、位相回転器の出力側にリフトオフ信号検出
用の低域フィルターを設置してこの低域フィルターと前
記帯域フィルターの出力側をＡ／Ｄ変換器を介して演算
装置に接続している。そして、この演算装置は、低域フ
ィルターによって検出されたリフトオフ信号の位相角を
演算すると共に該位相角に基づいて位相回転器へ探傷信
号の位相設定を指示し、また演算装置は帯域フィルター
を通過した探傷信号のうちの欠陥信号の利得を所定の利
得になるべく前記増幅器に利得調整を指示するようにし
ている。

〔作用〕

第１図のブロック図及び第５図のフローチャートで明ら
かな如く、探傷に最も支障を来すリフトオフ信号ｃは低
周波であり、検波・増幅された出力信号の中から低域フ
ィルター15a,15bを用いることによりピックアップする
ことができる。ピックアップされたリフトオフ信号ｃ
は、演算装置17において第３図に示す如くに振幅Zmaxに
おけるＸ軸の値XmaxとＹ軸の値Ymaxとが読み取られ、そ
れぞれの値からリフトオフ信号ｃの位相角θが演算され
る。そして、この位相角θの分だけ位相回転器14へリフ
トオフ信号ｃの位相設定指示Δθがなされ、位相回路器
14は探傷信号ａの全体をこれに含まれるリフトオフ信号
ｃの位相θがＸ軸と一致すべく調整する。このため、帯
域フィルター6a,6bでリフトオフ信号ｃの除去された探
傷信号のうちのノイズ信号ｄの利得は最小値となり、Ｓ
／Ｎ比の増大を図ることが可能である。また実際の探傷
において自動的に位相設定を連続的に行うことが可能で
ある。

更に、ロッド替えに際し、演算装置17にはライン全体を
制御するコンピュータ18から、これから探傷しようとす
る材料に対する人工欠陥の利得等の信号βが入力され、
帯域フィルター6a,6bからは人工欠陥のＸ−Ｙベクトル
信号の大きさが入力されている。演算装置17は、前記Ｙ
軸信号の大きさを信号βに合わせるべく増幅器12a,12b
へ感度較正の指示信号αを送る。これにより、自動感度
較正が可能である。

以下に本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて説明
すると次の通りである。なお、従来と同一符号は同一部
材である。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る渦流探傷装置の全体構成を示すブ
ロック図である。プローブコイル１に発生する探傷信号
ａは、ブリッジ回路２及び増幅器３を経て同期検波回路
11a,11bへ送られる。ブリッジ回路２は、平衡が得られ
るようになっており、プローブコイル１が管状素材の欠
陥部に至ると渦電流が変化するのでブリッジ回路２の平
衡状態が崩れ、欠陥信号を含む信号を出力する。また同
期検波回路11aは位相器21の指示により、探傷信号ａの
うちのＸ軸成分のみを取り出して検波し、同期検波回路
11bは同様にＹ軸成分のみを取り出して検波する。同期
検波回路11a,11bの出力は、第２図に示す如く90度位相
の異なった平面ベクトルとなる。

検波出力は感度較正用の増幅器12a,12bにより増幅され
た後、位相設定用の位相回転器14を経てその分岐信号が
低域フィルター15a,15bに取り込まれ、同期検波出力Ｘ
−Ｙベクトル信号に含まれるリフトオフ信号ｃが取り出
される（第３図参照）。これはリフトオフ信号ｃが管状
素材の回転に伴って発生し、遅い変化の信号（例えば、
１Hzの低周波信号）として得られるからである。なお、
探傷信号ａには他にも前記欠陥信号ｂとノイズ信号ｄと
が含まれており、これらの周波数関係は、たとえば200m
m^φのビレット材料を材料周速30m／minで回転させ、５m
m^φのプローブコイルで探傷した場合、 欠陥信号：約100Hz（コイル中疵の通過時間） ノイズ信号：50〜150Hz リフトオフ信号：約１Hz である。

前記ピックアップされたリフトオフ信号ｃは、Ａ／Ｄ変
換器16によりデジタル信号に変換された後、演算装置17
に入力される。この演算装置17は、第５図のフローチャ
ートに示す如く、先ず入力された信号からリフトオフ信
号ｃの最大値を取り込むために、材料が必ず１回転以上
した時間中の低域フィルターのＸ軸，Ｙ軸のデータを取
り込む。次に演算装置17は、リフトオフ信号ｃの位相角
θ及びＸ軸とのズレ量Δθを演算し、これを補正すべく
位相回転器14へ信号γを出力する。位相角θ及びズレ量
Δθは、次の要領で求めることが可能である。

すなわち、リフトオフ信号ｃのＸ軸信号とＹ軸信号とを
演算し、先ずリフトオフ信号ｃの振幅Ｚを下記の(1)式
により求める。

そして、振幅Ｚを連続して求めることにより、Ｚmax値
におけるＸ軸信号の値XmaxとＹ軸信号の値Ymaxとを知る
ことができ、Ｚmaxの値を三角関数式にあてはめること
でリフトオフ信号ｃの位相角θが求められる。この位相
角θが許容範囲Ｄ内であれば、位相角θの調整は不要で
あり、演算装置17の１サイクルでの位相設定作業は終了
する。位相角θが許容範囲Ｄの外であれば、現在の位相
角θがＸ−Ｙ軸表の第１又は第２象限にあるかどうかを θ≧90°………(2) 式により求め、第１象限にある場合はこれを右方向へ位
相調整すべく、また第２象限にある場合はこれを左方向
へ位相調整すべく判断する。そして、現在のリフトオフ
信号ｃの位相角θから第１象限又は第２象限におけるＸ
軸とのズレ量Δθを求める。今、ズレ量をΔθとすると
Δθは、 Δθ＝tan^-1(Ymax／Xmax)……(3) の式により求めることが可能である。従って、現在の位
相角を前述の如くθとすると、補正後の位相角θ_ｓは、 θ_ｓ＝θ＋Δθ………(4) となる。

前記位相角のズレ量Δθは、第１図のブロック図に示す
位相回転器14へ出力される。位相回転器14は、増幅器12
a,12bにより増幅された探傷信号ａ全体を前記位相角の
ズレ量Δθの分だけ位相調整してリフトオフ信号ｃの位
相角がＸ軸と一致するように位相設定を行い、探傷信号
ax,ayの位相角のフィードバック補正をする（第４図参
照）。尚、ノイズ信号ｄはリフトオフ信号ｃとほぼ同位
相である。

ここにおいて、位相角の補正量（ズレ量）であるΔθが
Δθ＞45°である場合には、(2)式におけるtan^-1が１を
越えるので位相回転器14の調整が精度的に困難となる。
これは、tanθの演算において90°近傍でtanθが無限大
になり、設定精度が悪くなるからである。そこで、演算
装置17は、第５図のフローチャートに示す如く、Xmaxと
Ymaxとの比Ａを次式により求め、 Ａ＝Ymax／Xmax………(5) Ａの絶対値が１より大きいかどうか判断する。当然にＡ
＞１であればtan^-1θは45°以上であり、Ａ＜１であれ
ばtan^-1θは45°以下である。演算装置17は、Ａ＜１で
あれば前記位相角Δθの補正でもって位相角設定が完了
していることを確認する。Ａ＞１であれば、一旦Δθ＝
45°となるようにこれを位相回転器14へ出力して探傷信
号ａ全体の第１回目の位相角を設定し、然る後に再度
(2)乃至(5)式の演算を行い、設定後のリフトオフ信号ｃ
の位相角から再度探傷信号ax,ay全体の位相角補正量Δ
θを求めてこれを位相回転角１４へ指示し、探傷信号ａ
の第２回目の位相設定を繰り返して行う。第２回目の位
相設定で探傷信号ａの位相角は、そのリフトオフ信号ｃ
の位相角がＸ軸と一致するようになる。演算装置17は、
上述の位相設定を随時行い、リフトオフ信号ｃの位相角
θから探傷信号ax,ay全体の位相設定を連続して行う。

これにより、帯域フィルター6a,6bへ出力される補正後
の信号は、疵評価に最も支障を来すリフトオフ信号ｃと
これとほぼ同位相のノイズ信号ｄのＹ軸上の値が最小と
なり、欠陥信号ｂと、その他のノイズ信号ｄ及びリフト
オフ信号ｃとの比であるＳ／Ｎ比が増大する。すなわ
ち、探傷信号ａの位相設定が自動的に且つ正確に行え、
疵評価の精度及び信頼性が向上する。

補正後の出力信号は帯域フィルター6a,6bに入力され、
ここで欠陥信号ｂの周波数に近い周波数のみが取り出さ
れ、更にＳ／Ｎ比の増大が図られる。このようにして位
相設定のなされた探傷信号ａは、ＣＴＲ表示器８等によ
りdb表示されると共に疵判定部７へ送られ、欠陥の弁別
がなされる。

このように本発明に係る渦流探傷装置では、実際の探傷
においても連続して位相設定を繰り返し、自動位相追従
が可能である。またロット替えに伴う材料間での位相設
定をも同じ要領で自動的に行うことが可能である。尚、
第１図において、19は演算装置17からの周波数設定信号
を受けて、プローブコイルへの電源供給用増幅器20及び
位相器21へ供給する周波数を設定するための周波数設定
用割算器である。

次にロット替えに伴う自動感度較正について説明する。
感度較正は、人工欠陥を形成した対比試験片を準備し、
この対比試験片における人工欠陥についての探傷信号a
x,ayの位相角を先ず上述の要領で設定した後に、下記の
如くして行う。

すなわち、帯域フィルター6a,6bの出力信号をＡ／Ｄ変
換器16へ取り込み、デジタル信号に変換する。帯域フィ
ルター6a,6bの出力信号は、人工欠陥の信号ｂの周波数
に近い周波数のみであり、リフトオフ信号ｃ及び他の周
波数のノイズ信号は除去されている。デジタル変換後の
欠陥信号は演算装置17へ入力される。一方、演算装置17
にはライン全体を制御する上位のコンピュータ18から、
これから探傷を行わんとする材料についての対比試験片
の人工欠陥の利得等が信号βとして入力されている。演
算装置17は、前記帯域フィルター6a,6bから入力された
人工欠陥に対する疵信号の振幅値 すなわちＹ軸信号の振幅値εと、前記コンピュータ18か
ら入力された信号βとを比較する。そして、疵信号の値
εが信号βとズレている場合には、そのズレ量（β−
ε）を是正して疵信号の値εを信号βに合わせるべく指
令信号αを感度較正用の増幅器12a,12bへ出力する。増
幅器12a,12bは、その電圧調整等を行うことで、帯域フ
ィルター6a,6bの出力信号のうちの疵信号の値εと前記
信号βとを一致させ、自動的な感度較正を終了する。

このように本発明に係る渦流探傷装置は、実際の探傷に
おける自動位相追従と、ロット替えに際しての自動位相
設定及び自動感度較正を行うことが可能である。また他
にも応用が可能である。例えば、特定位相のノイズ信号
が生ずる探傷では、このノイズ信号の周波数をピックア
ップする周波数フィルターを低域フィルターの代わりに
用いてノイズ信号をＸ軸に常時設定することにより、ノ
イズ信号ｄの除去補正が可能である。また実際の探傷に
おいて常に一定した位相設定が実施されるので、疵判定
に際し、疵信号の大きさによる判定だけでなく、疵信号
の位相を加味した判定を行うことで、疵深さの判定精度
を向上することが可能である。更に位相制御は、上述の
実施例の如く、位相回転器14による場合の他、位相回転
器14を省略して位相器21のみを制御することでも同様の
効果を得ることが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明にあっては、実際の探傷にお
ける自動位相追従と、ロット替えに伴う自動位相設定及
び自動感度較正を行うことができ、欠陥の分解能の著し
い向上及びラインの全自動化が図れる。また作業者間で
のバラツキがなく、同一条件下で疵評価が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明に係るものであり、第１図は
渦流探傷装置の全体構成を示すブロック図、第２図は探
傷信号のベクトル図、第３図は位相設定前のリフトオフ
信号のベクトル図、第４図は位相設定後のリフトオフ信
号のベクトル図、第５図は演算装置における位相設定の
フローチャート、第６図は従来の渦流探傷装置の全体構
成を示すブロック図である。 １……プローブコイル、ａ……探傷信号 ２……ブリッジ回路 11a,11b……同期検波回路 12a,12b……感度較正用増幅器 14……位相回転器 6a,6b……帯域フィルター ｃ……リフトオフ信号 15a,15b……低域フィルター 16……Ａ／Ｄ変換器、17……演算装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プローブコイルに発生する探傷信号をブリ
   ッジ回路で検出し、その出力信号を検波して増幅した後
   に帯域フィルターを介してＣＲＴ表示及び疵判定等を行
   うプローブ探傷法に使用する渦流探傷装置であって、検
   波回路と帯域フィルターとの間に感度設定用の増幅器及
   び位相設定用の位相回転器を設け、位相回転器の出力側
   にリフトオフ信号検出用の低域フィルターを設置してこ
   の低域フィルターと前記帯域フィルターの出力側をＡ／
   Ｄ変換器を介して演算装置に接続してなり、前記演算装
   置は低域フィルターにより検出されたリフトオフ信号の
   位相角を演算すると共に該位相角に基づいて位相回転器
   へ探傷信号の位相設定を指示し、また演算装置は帯域フ
   ィルターを通過した探傷信号のうちの欠陥信号の利得を
   所定の利得になるべく前記増幅器に利得調整を指示する
   ものであることを特徴とする渦流探傷装置。