JPH0833374B2

JPH0833374B2 - 金属内異質層検出方法およびその装置

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Publication number: JPH0833374B2
Application number: JP18368590A
Authority: JP
Inventors: 彰森
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1990-07-11
Filing date: 1990-07-11
Publication date: 1996-03-29
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: JPH0470561A

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〕

溶接における溶け込み深さの検出、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
基づく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
測定物の透磁率とした時に、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〕

上記の交流渦電流法は、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。

〔課題を解決するための手段および作用〕

金属に近接して配置した励磁コイルに、第４図（Ａ）
に示したようなパルス状の一次電流を流すと、この一次
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12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有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、キャリ
ブレーションを簡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値を複数レベルの基
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内異質層検出装
置の構成ブロック図である。

第１図において、金属内異質層検出装置は、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層12が存在していな
い位置（基準位置）に近接して配置してある。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（一次コイル）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てあ
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44
を介して基準電圧算出回路46が接続してあり、基準電圧
算出回路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が求めた基準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が設けてある。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、ポテンショメータ等からなり、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
てある。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62a〜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タ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てある。

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によって制御されるマルチプレクサ等の切
換器58が接続してある。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タ64
a〜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てある。

信号処理器56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20、検出センサ30の励磁コイル24、
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10μｓ程度の
パルス電流を流し、被測定物10に渦電流16を発生させ
る。被測定物10に渦電流16が発生すると、参照センサ20
の検出コイル26に渦電流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、48は、被測定物10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10回）に達した
か否かを判断し（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は、平均値演算回路44、48が記憶部
に記憶して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、基準
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v₀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v₀/10、2v₀/10、3v₀/10、……、v₀を出力す
る。そして、これらの基準電圧は、平均値演算回路48が
求めた減衰時間の平均値とともに表示装置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10μ
ｓのパルス状の励磁電流が供給され、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に発生した
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〜60n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には、基準電圧とし
て例えばv₀/10が設定してあり、二番目の比較器60bの設
定器62bには2v₀/10が、十番目の比較器60nの設定器62n
にはv₀が設定してある。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v₀/10より大きい
と“H"を出力し、ピーク値がv₀/10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
ータ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、信号処理回路56は、各単安定マルチバイブ
レータ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が出力した位置情報と
ともに記憶部（図示せず）に記憶し（ステップ78）、各
単安定マルチバイブレータをリセットする。

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79）。測定回数が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78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、位置情報とともに記憶する。

一方、ステップ79において、測定回数が所定値に達す
ると、ステップ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、複数レベルの基準電圧を
比較することにより、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、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じにするだけで
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、一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30
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2
4、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
てある。そして、切換器90は、出力側に複数の比較器60
a〜60nが接続してあるとともに、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、信号処理回路56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準電圧とし、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、20……参照センサ、2
4、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……位置センサ、60a〜60n……比較
器、56……信号処理器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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。
【請求項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。