JPH09166582A

JPH09166582A - 電磁気探傷法

Info

Publication number: JPH09166582A
Application number: JP33021195A
Authority: JP
Inventors: Hideya Tanabe; 英也田辺
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-12-19
Filing date: 1995-12-19
Publication date: 1997-06-24

Abstract

(57)【要約】【課題】表面性状や材質変化及び内部応力等の影響に
よるノイズを低減し、Ｓ／Ｎ比を向上させる方法を提供
する。【解決手段】漏洩磁束探傷のセンサーコイル８を用い
て漏洩磁束探傷信号を得ると同時に、このセンサーコイ
ル８のインピーダンスの変化を渦流探傷信号として取り
出し、この渦流探傷信号を位相検波することにより傷位
相信号とノイズ位相信号とを抽出し、それぞれの信号に
重み付けをした後、前記漏洩磁束探傷信号と傷位相信号
は加算し、ノイズ位相信号は減算することを特徴とする
電磁気探傷法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、強磁性材料の表面
及び表面近傍の微小傷あるいは内部傷を電磁気的手段に
より高精度で探傷するための電磁気探傷方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄鋼材料等の強磁性材料の品質管理ある
いは品質保証を目的として、各種の非破壊検査が材料メ
ーカーや加工メーカー等において実施されている。その
内、表面及び表面近傍の傷検出、さらには内部傷の検出
に対しても被検査材の厚みが薄い場合には、漏洩磁束探
傷法が多く利用されている。この方法は、材料を磁化し
たときの傷部からの漏洩磁束を各種の磁気センサーを用
いて検出するものであり、高感度の探傷が行える。鉄鋼
材料においても、薄鋼板の内部傷検出には、一般に漏洩
磁束探傷法が適用されている。

【０００３】図７は、漏洩磁束探傷法の原理を示す原理
図である。強磁性体の被検査材を磁化コイルにより磁化
したとき、表面あるいは表面近傍に傷が存在すると、そ
こで磁束線の流れが乱され、、被検査材表面から磁束が
漏洩する。これを各種の磁気センサーで検出することに
より、探傷を行う。

【０００４】一方、強磁性材料の表面傷検出には、渦流
探傷法の適用も一般的である。渦流探傷法は位相情報を
有していることから、傷信号とノイズを位相弁別によ
り、ある程度分離することが可能である。

【０００５】図８は、渦流探傷法の原理を示す原理図で
ある。この方法では、コイルと金属の被検査材を近接さ
せ、コイルに交番電流を流すと、コイルの中及びその付
近には交番磁界が生じる。この交番磁界は近接している
被検査材を貫くので、その交番磁界を打ち消すように、
被検査材中に渦電流が誘起される。この渦電流の分布及
び電流の大きさは、表面あるいは表面近傍の傷の存在に
よって変化する。従って、被検査材を流れる渦電流を検
知することによって、被検査材の傷の有無を知ることが
できる。

【０００６】渦流探傷法における渦電流の検知は、渦電
流を直接測定することができないので、渦電流の反作用
によるコイルのインピーダンスの変化を用いて行う。コ
イルのインピーダンス変化は、センサーコイルを平衡ブ
リッジ回路の一辺とすることにより、容易に検出するこ
とができる。さらに平衡ブリッジ回路の出力をあらかじ
め設定された傷信号を検出しやすい位相で検波すること
により、傷信号を得る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、漏洩磁
束探傷法は、高感度な傷検出が可能であるがゆえに、材
料の表面性状や溶接等による材質変化、さらには内部応
力に起因する磁気歪等がノイズ源となり、微小傷の検出
が困難になるケースがある。

【０００８】漏洩磁束探傷法は、材料の表面性状や溶接
等による材質変化の影響を大きく受け、また材料に内部
応力が存在すると磁気的な歪を生じノイズ源となる。従
って、例えば５×１０^-4ｍｍ³の体積の微小表面傷を漏
洩磁束探傷法で検出できるのは、特開平３−１７５３５
２号公報で開示されているような、張力変動のない製造
ライン上での表面性状のきれいな薄鋼板に限られてい
た。漏洩磁束探傷法を鋼管の探傷に適用した場合は、深
さ０．３ｍｍ程度のノッチ傷の検出が限界である。

【０００９】一方、渦流探傷法は、検出感度が漏洩磁束
探傷法と比較するとやゝ劣るため、微小傷の検出には適
用できなかった。

【００１０】本発明は、漏洩磁束探傷法による強磁性材
料の表面及び表面近傍微小傷検出ならびに被検査材の厚
さが薄い場合の内部傷検出の適用範囲を、薄鋼板のみな
らず鋼管等の他の製品にも拡大すること、また薄鋼板の
探傷に関しては張力変動等の外乱を有する環境化におい
ても高精度探傷が行えるようにするため、表面性状や材
質変化及び内部応力等の影響によるノイズを低減し、Ｓ
／Ｎ比を向上させることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、漏洩磁束探
傷のセンサーコイルを用いて漏洩磁束探傷信号を得ると
同時に、このセンサーコイルのインピーダンスの変化を
渦流探傷信号として取り出し、この渦流探傷信号を位相
検波することにより傷位相信号とノイズ位相信号とを抽
出し、それぞれの信号に重み付けをした後、前記漏洩磁
束探傷信号と傷位相信号は加算し、ノイズ位相信号は減
算することを特徴とする電磁気探傷法である。

【００１２】被検査材の表面あるいは表面近傍に傷が存
在すると、その部分に漏洩磁束が生じるとともに、渦電
流変化が起こり、渦電流により誘起される磁束が変化す
る。この発明では、漏洩磁束に渦電流により誘起された
磁束の変化が加算された磁束を磁気検出回路等により漏
洩磁束探傷信号として検出する。

【００１３】一方、センサーコイルを通過する磁束の変
化に伴うセンサーコイルのインピーダンス変化を、渦流
探傷信号として検出し、予め求められている位相に調整
された複数個のノイズ位相検波器等を用いて、傷位相信
号とノイズ位相信号を抽出する。

【００１４】この発明では、１つのセンサーコイルで漏
洩磁束探傷法と渦流探傷法を同時に行っているので、被
検査材料の同一の場所の情報を得ることができる。漏洩
磁束探傷信号は種々のノイズが重畳されており、分離で
きない。そこで、これらのノイズを、漏洩磁束探傷信号
とは別の原理で得られる信号、即ち渦流探傷信号を利用
して除去する。これは、渦流探傷信号では、傷をはじめ
とする材料表層部の形状の乱れに起因する信号と、材料
の組織変化・内部応力・歪み等に起因する信号とでは、
一般に信号の位相が異なることを利用している。

【００１５】そこで、渦流探傷信号から傷とノイズとに
関する信号をそれぞれ位相検波により抽出し、漏洩磁束
探傷信号に対し重み付けをして加える。ここで傷位相信
号は加算、ノイズ位相信号は減算する。これを式で表す
と、次のようになる。である。

【００１６】式（１）により漏洩磁束探傷と渦流探傷の
特徴を生かし、傷信号をノイズから抽出し、高いＳ／Ｎ
での探傷が可能となる。なお、傷位相信号、ノイズ位相
信号に対する重み付けのパラメーターａ₁〜ａ_nは、そ
れぞれの探傷への影響度を考慮して実験等により求めて
おく。

【００１７】このように、高感度検出が可能な漏洩磁束
探傷法と、位相弁別により傷信号とノイズの識別が可能
な渦流探傷法それぞれの長所を生かし、両探傷法を同時
に適用することにより、高精度探傷を可能にする。その
結果、従来の漏洩磁束探傷においての問題点であった表
面性状や材質変化、あるいは内部応力等に起因する磁気
ノイズを除去あるいは軽減できるとともに、Ｓ／Ｎ比を
向上させることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の実施の形態の
一例を示すブロック図である。図中、１は渦流検出回
路、２は磁気検出回路、３は傷信号演算器、４はコンパ
レーター、８はセンサーコイル、１１は平衡ブリッジ回
路、１２は位相弁別器、１３は乗算器、２１は正極性検
波器、２２は負極性検波器、２３は加算器、８１は電
源、８２はインピーダンスをそれぞれ示す。なお、この
図では、電磁気探傷回路を中心に示しており、被検査材
やその磁化を行う磁化コイルは図示していない。

【００１９】この発明の磁気検出回路２は、磁気センサ
ーとしてセンサーコイル８を用いている。このセンサー
コイル８は、交流電流（パルス電流）が供給されている
ことから、渦流センサーとしても利用が可能となる。

【００２０】そこで、磁気検出回路２と併行してセンサ
ーコイル８に平衡ブリッジ回路１１を接続し、その出力
を位相弁別器１２で位相弁別する。位相弁別器１２は最
少２チャンネルの構成とし、ノイズの弁別と傷の弁別に
用いる。複数のノイズ源が存在し、それぞれの位相が異
なる場合には、それぞれを弁別可能な位相弁別器１２を
必要数用意する。

【００２１】このようにして得られた磁気探傷信号と渦
流探傷信号から抽出された傷位相信号とノイズ位相信号
は、傷信号演算器３に入力される。これらの信号は、傷
信号演算器３で演算され、最終の傷信号となり、コンパ
レーター４に入力される。この傷信号はコンパレーター
４によりあらかじめ設定された重、中、軽各等級の傷判
定レベルと信号の大きさが比較され、それらの設定レベ
ルを越えたときに、各等級の傷信号として出力される。

【００２２】図２は、過飽和型磁気センサー方式による
磁気検出回路の１例を示した図である。図中の符号は図
１に同じである。ここでは、電源８１を矩形波発振器、
微分回路、電力増幅器で構成し、パルス電流を用いてい
る。磁気センサーのセンサーコイル８に直列抵抗（イン
ピーダンス）８２を介してパルス電流を供給し、センサ
ーコイル８のコアを飽和領域まで磁化する。次に、セン
サーコイル８から得られる出力電圧を、一対の振幅検波
器（正極性検波器、負極性検波器）２１、２２で直流電
圧に変換した後、加算器２３で合成する。

【００２３】なお、この発明の磁気検出回路はセンサー
コイルを用いる方式であればよいが、過飽和型磁気セン
サー方式を用いることにより、漏洩磁束を高精度で検出
できる。

【００２４】図３は、更に被検査材や磁化コイル等を組
み込んだ場合の実施の形態の一例を示すブロック図であ
る。図中、５は磁化電源、６は磁化コイル、７はコア、
８はセンサーコイル、９は被検査材をそれぞれ示し、そ
の他の符号は図１に同じである。

【００２５】ここでは、磁気検出回路２は、漏洩磁束と
渦電流により誘起された磁束とが合成された磁束の変化
を磁気探傷信号として検出する。一方、渦流検出回路１
はセンサーコイル８を通過する磁束の変化に伴うコイル
のインピーダンス変化を平衡ブリッジ回路等により検出
し、予め求められている位相に調整された傷位相検波器
と、一つ又は複数個のノイズ位相検波器を通して、傷位
相信号とノイズ位相信号が抽出される。

【００２６】本電磁気探傷法に基づく探傷装置は、前記
図３に示したように、製造ラインを走行中の強磁性材料
の被検査材を直流磁化する。直流磁化は強磁性体材料の
コの字型コアに巻かれた磁化コイル６に磁化電源５の直
流電流を流すことにより行う。センサーコイル８は、コ
の字型コア７の中央に配置する。

【００２７】図４は、中空ロールを用いる場合のセンサ
ーコイル、磁化コイル等の配置を示す配置図である。こ
こでは、センサーコイル８から被検査材９までの距離
（リフトオフ）が一定になるように、磁化装置（磁化コ
イル）６とセンサーコイル８を非磁性材料で製作した中
空ロールに内蔵し、このロールを被検査材に接触させて
いる。

【００２８】図５は、ピンチロールを用いた場合のセン
サーコイル、磁化コイル等の配置を示す配置図である。
このように、被検査材がピンチロール等で固定走行（走
行方向以外に動かないよう拘束された状態）が可能な場
合には、被検査材から一定距離の位置にセンサーを固定
して配置してもよい。あるいは、エアーフローティング
等を用いて、被検査材から一定の位置にセンサーを浮か
せてもよい。なお漏洩磁束探傷は、交流磁化によっても
可能であり、とくに表層の超微小傷の検出を行う場合
に、交流磁化が利用される。

【００２９】磁気センサーに過飽和型の漏洩磁束検出器
を用いることにより電磁気センサーの精度が向上する。
過飽和型の磁気センサーに渦流検出回路を付加した場
合、電磁気センサーは、センサーコイルを共用して磁気
と渦流の両方を同時検出することができ、本探傷方式の
実現が可能である。

【００３０】図６は過飽和型磁気センサーの原理を示し
た原理図である。図中の符号は図１に同じである。過飽
和型磁気センサーは、特開平１−３０８９８２号公報等
により公知の技術であるが、ここでその測定原理を説明
する。まず、強磁性体コアに巻いたセンサーコイル８
に、発振器８１からインピーダンス（Ｚ）８２を介して
交流電流を供給し、強磁性体コアを飽和域まで磁化す
る。コイル８に得られる出力電圧（ｅ₀）は式（２）で
表される。

【００３１】ｅ₀＝ｚ_s・ｅ／（ｚ＋ｚ_s）（２）ここで、ｚ_s：コイルのインピーダンスｚ：直列インピーダンスｅ：発振器の出力電圧またコイルのインピーダンス（ｚ_s）は式（２）で表さ
れる。

【００３２】ｚ_s≒ＳＮ２μＫ２πｆ／ｌ（３）ここで、Ｓ：コイルの面積Ｎ：コイルの巻数 μ：コアの透磁率ｆ：交流電流の周波数ｌ：コイルの巻幅Ｋ：定数

【００３３】センサーに外部磁界が交差しない時は、正
負対称にコアが磁気飽和域まで磁化され、コイルに生じ
る出力電圧の正極性（Ｖ_i）と負極性（−Ｖ_i）の振幅は
相等しく出力電圧の零クロスの幅τ₁とτ₂も等しい値と
なる。

【００３４】センサーに外部磁界が交差すると、強磁性
体コアは交流磁界と外部磁界との合成磁界によって磁化
されることになる。このため外部磁界が正方向に加算さ
れるときは交流電流が小さい値で飽和し、逆に負方向に
加算されるときはコアを飽和させるためにより大きな交
流電流を必要とする。この結果、コイルに得られる出力
電圧の正極性と負極性の振幅に差が生じるのでこの振幅
の差を計測することにより、外部磁界を求めることがで
きる。

【００３５】また図６に示したように、外部磁界により
出力電圧の零クロス幅（τ₁とτ₂）が変化するので、こ
の出力をコンパレーター等でパルス変調し、検波するこ
とによって外部磁界を計測してもよい。

【００３６】

【発明の効果】本発明の電磁気探傷法により、張力変動
等の外乱が存在する環境下でもＳ／Ｎ比の高い高精度の
探傷が可能となり、表面及び表面近傍の微小傷を検出で
きるようになる。また、従来、薄鋼板に限定されていた
微小傷の検出を、鋼管、厚板及び形鋼等の他製品への適
用も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態の一例を示すブロック図であ
る。

【図２】過飽和型磁気センサー方式による磁気検出回路
の１例を示した図である。

【図３】発明の実施の形態の別の一例を示すブロック図
である。

【図４】センサーコイル、磁化コイル等の配置の一例を
示す配置図である。

【図５】センサーコイル、磁化コイル等の配置の別の一
例を示す配置図である。

【図６】過飽和型磁気センサーの原理を示した原理図で
ある。

【図７】従来技術の漏洩磁束探傷法の原理を示す原理図
である。

【図８】従来技術の渦流探傷法の原理を示す原理図であ
る。

【符号の説明】

１渦流検出回路２磁気検出回路８センサーコイル１２位相弁別器１３乗算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】漏洩磁束探傷のセンサーコイルを用いて
漏洩磁束探傷信号を得ると同時に、このセンサーコイル
のインピーダンスの変化を渦流探傷信号として取り出
し、この渦流探傷信号を位相検波することにより傷位相
信号とノイズ位相信号とを抽出し、それぞれの信号に重
み付けをした後、前記漏洩磁束探傷信号と傷位相信号は
加算し、ノイズ位相信号は減算することを特徴とする電
磁気探傷法。