JPS59148859A - 多コイル式渦電流プロ−ブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はコイル平衡装置を備えた多コイル式渦電流プロ
ーブに関する。更に非限定的な一例として本発明は溶接
加工において接合個所に対する溶接トーチ等の自動位置
決め制御を行なっだシ、接合形状によって溶接条件を変
更するために、列状またはマトリクス状に並置されたコ
イルを用いた溶接個所の形状の検出に関する。但し本発
明はこの応用に限定されず、全べての導電性金属の表面
形状を検出したり、非破壊的検査を行なうことに利用す
ることができる。更に本発明は並置されないコイルに適
用することもできる。

渦電流グローブの原理は、高周波交番電流をコイルに供
給して交番磁界を作シ、その磁界がグローブと対向する
導電性の物体中に渦電流を誘導し、その渦電流が初めに
与えた磁界に対抗する磁界を作ることによシコイルのイ
ンピーダンスが変化するものである。コイルのインピー
ダンス変化はココイルを物体に近接して用いる場合は、
コイルの゛インピーダンス変化はコイルと物体の間の距
離の情報に関す−るものとなる。グローブを非破壊検査
に用いる場合は、被測定・物の構造に関する情報が得ら
れる。

渦電流プローブは１つまだは２つ以上のコイルを有する
。単一コイルのプローブでは物体の形状の検出あるいは
非破壊検査のだめにコイルが物体を機械的に走査する手
段が必要であり、多コイルのグローブでは機械的走査の
代りに並置コイルによる電子的走査が一般に採用される
。機械的走査に測定精度に悪影響する振動の原因となる
ため、多くの場合多コイル式ゾロープの方が単一コイル
式グローブよシ好都合である。

一般にコイルが過電圧になっている時に測定感度が最大
となるだめ、渦電流プローブには各コイルを過電圧に調
整する手段が設けられる。

最もよく使われる手段は各コイルに設けられた可変抵抗
とコンデンサの接続回路であシ、その一端はコイルの一
方の端子に接続され、他端はアースに接続される。この
方法の欠点はコイルの数だけ抵抗コンデンサ回路が必要
となることであシ、このため数十個の回路と同数の調整
個所がグローブ上に設けられることになる。

多数の並置コイルを用いる場合、これらのコイルは例え
ばマトリクス状に配置されるが、隣接コイル間の磁気的
相互作用のために多数の並置コイルを使用するのは容易
ではない。即ち、１つのコイルからの信号は隣りのコイ
ルへの供給電流によシ影響されるために全べてのコイル
を同時に平衡させることは困難である。

フランス国特許第７９−１０４’５８（１９７９年４月
２５日出願）には順次励磁方式による、との曲頭の解決
法が提案されている。この発明は同時にコイルと同数の
信号処理手段を用いることを提案しているが、それでは
回路数が多くなり装置が高価になシ、更に信頼性が低下
する。

フランス国特許第８１−１１０８７号（１９８１年６月
４日出願）には前記特許に対する改良が提案されている
。この場合全べてのコイルが並列に励磁され、各コイル
からの信号がマルチプレクサを介して単一の処理手段に
導入される。従って各コイルの信号の処理は順次に竹な
われる。単一の処理手段を用いることにより装置は簡単
になるが、各コイルの抵抗コンデンサ回路をそれぞれの
コイルが過電圧となるように調整しなければならないた
めにこの方法でも平衡をとることが容易でない。

この方法では小形化した可変空気コンデンサをコイルに
できるだ、け近い位置で用いているが、容量の変化範囲
は数パーセントであシ、コイル特性には１０係以上のば
らつきがあシ得るだめ、これを完全に整合するには十分
でない。

本発明の目的は各コイルを調整する手段を設けた高性能
で使い易い渦電流グローブを提供することにより上記の
従来技術の欠点を軽減することである。

この目的は各コイルにそれぞれ異なる周波数の信号を供
給して励磁する手段を用いることにより達成される。各
コイルの励磁周波数はコイルおよび対応する抵抗コンデ
ンサ回路の特性に依存して決められ、コイルが過電圧に
調整されるようにする。

より具体的には、本発明はコイルを平衡させる装置を備
えた多コイル式渦電流プローブに関し、コイル平衡装置
は複数のコイルと、各コイルのだめの平衡回路と、各コ
イルを励磁する高周波発振器と、各コアイルの端子上の
信号を処理する少なくとも１つの手段と、処理された信
号を記憶するために各コイルに対応して設けられた複数
の記憶手段と、これらの異なる手段の間に設けられた切
換手段と、この切換手段を制御する手段で構成される。

本発明によれば、平衡回路は少なくとも１つの抵抗コン
デンサ回路と、高周波発振器から供給された信号の周波
数に作用するように各コイルを調整する手段とを含み、
制御手段は常時１つの記憶手段がアドレス指定されるよ
うに切換手段を制御することにより記憶手段が抵抗コン
デンサ回路を介して接地された過電圧のコイルからの信
号を処割回路を通して受ける。

上記のプローブには種々の実施例が可能であるが、これ
らは電気的接続、特にプローブの２つの手段の間に設け
られるマルチプレクサ形あるいはデマルチプレクサ形の
切換手段の有無に上り特徴ずけられる。この切換手段は
発振器とコイルの間、コイルとコイル信号を取出す測定
点の間、コイルとアースの間、測定点と処理手段の間に
設けることができる。

発掘器は全べてのコイルに直接接続するか、またはデマ
ルチプレクサを介して接続することができる。コイルと
測定点の間の接続は直接まだはマルチプレクサを介して
行なわれる。いずれの場合も単一の測定点（マルチプレ
クサの出力端において相互接続されたコイルまたは測定
点）が存在するか、まだは存在しない（マルチプレクサ
の入力端において相互接続されないコイルまだは測定点
）。

コイルとアースの間の接続は、コイルに対応する抵抗コ
ンデンサ回路が永久に接地されるのであれば、直接、あ
るいは抵抗コンデンサ回路をマルチプレクサの入力端に
接続して出力端をアースすることもできる。前者の場合
、コイルの一端が相互接続されていれば単一の抵抗コン
デンサ（２）路構成となる。測定点と処理手段の間の接
続は、処理手段を各測定点に接続することによる直接接
続か、またはマルチプレクサを介して行なわれる。後者
の場合、マルチプレクサは加算器で置換えることができ
、その場合は測定チャンネルの選択は前段のマルチプレ
クサにより行なわれる。

直接接続およびマルチプレクサを介した接続の可能な組
合せの数だけ多コイル式プローブの実施態様ができるが
、その内の一部の組合せは動作不能な構成である。例え
ば、発振器とコイルの間、コイルと測定点（複数）の間
、コイルとアースの間、および測定点と処理手段の間が
同時に直接接続の場合である。

本発明は切換手段を組込んだ多コイル式ゾローブに関す
るものであり、切換手段の制御によって常時１つの記憶
手段がアドレス指定され、この記憶手段が抵抗コンデン
サ回路を介して接地された過電圧のコイルからの信号を
処理手段を通して受ける。

□本発明による平衡回路調整手段は切換器を有し、その
出力端は高周波発振器に接続され、コイルの数と同数の
入力端は調整ユニットに接続される。

本発明の、第２の特徴によれば、調整手段は可変抵抗で
ある。

本発明の別の特徴によれば、調整手段は可変コンデンサ
である。

第１図は導電性物体の表面２０の形状を検出する多コイ
ル式渦電流プローブ１０．を示す。

このプローブは発振器とコイルの間、およびコイルと測
定点の間にそれぞれ設けられたコイルと同数の切換手段
と、単一の処理手段とを有する。

但し、コイルとアースの間の接続は図示されない。

これらの切換手段によシ各コイルが順次励磁される。

一例として、このプローブは３列に互い違いに配置され
た１３個のコイルＢ１〜８１３を有する。

これら３列のコイルは互いに隣接しており、プロ−ブ１
０が物体表面２０上の一領域を検出するのではなく、コ
イル列に平行な表面２０上の線の形状を検出する。プロ
ーブ１０上のコイルＢ１とＢ５の中心距離に等しい長さ
の中には列と同数のコイルがあるため、多数のコイル列
を用いることによジグローブ１０の分解能を上げること
ができる。

本発明によれば、これらのコイルＢｌ””’Ｂ１３は手
段３０により個別に過電圧に調整され、この手段は個々
のコイルに対して調整した周波数の電流を各コイルに順
次供給する高周波発振器を有する。

プローブ１０のコイルＢ１−１３ｔａに順次供給される
信号８１〜８１３は切換器として使われるマルチプレク
サ３２０入力端に印加される。マルチプレクサ３２は信
号８１””’８１３を１つづつ単一の処理回路３４に与
え、この回路は手段３０から基準信号を受ける。制御手
段３６は回路３８を介してマルチプレクサ３２と手段３
０を同時にアドレス指定し、手段３０はプローブ１０の
１つのコイルＢｉをアドレス指定する。次に処理回路３
４がメモリーユニット４２に記憶されている信号Ｖ、ｉ
を供給する。制御手段３６は回路４０を作動させてコイ
ルＢｉの位置を示す信号ｘｌを信号Ｖ、ｉと共にメモリ
ーユニット４２に与える。このようにして制御手段３６
の動作により１３個のＡルスでマルチプレクサ３２と手
段３０によシ全べてのコイルが走査され、プローブに対
向する物体の形状のイメージがメモリーユニット４２に
導入される。

第１図はメモリーユニット４２内のイメージ形状とグロ
ーブ１０と対向する表面２０の形状とが同一でないこと
を示す。この相異はセンサーと処理回路３４による構成
の非線形特性によるものであシ、それについては第２図
ないし第４図に関連して次に詳しく説明する。

第２図は渦電流プローブ１０からの信号の電子処理回路
を示す。この回路はコイルＢからの信号と基準信号の位
相差を測定し、この測定値を用いて例えばプローブ端と
物体表面との間の距離が求められる。

プローブコイルＢのインピーダンス変化を検出するため
にプローブは基準抵抗と共に対称ブリッジ回路を構成し
、２つの分岐の抵抗Ｒ１＆Ｒ２は平衡をとる目的で使わ
れる。この測定ブリッジ回路のコイルＢと抵抗Ｒの接続
点と、抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続点との間に高周波発振器４
４からの高周波交番信号（例゛えば２４０　ｋＨｚ　）
が印加される。この信号の周波数はコンデンサＣｏと抵
抗Ｒ，＋Ｐ。

によって決定され、抵抗ｐ、はコイルＢが過電圧になる
ように調整する可変抵抗である。コイルＢと抵抗Ｒ１の
接続点および抵抗ＲとＲ２の接続点からそれぞれ引出さ
れた交番出力信号ＶＮとＶｂ２は差動増幅器４６の正入
力端子および負入力端子に与えられ、増幅器４６は交番
信号Ｖｂを出力する。

この回路構成によりコイルＢからの信号ｖｂ１と発振器
からの信号に比例し且つ同相の信号Ｖｂ２との間の位相
差が測定される。信号ｖｂは加算器４８に与えられて、
発振器４４から測定ブリッジに印加した信号と同等の信
号を時相器５０でπ／２だけ移相した信号に加算される
。加算器４８の交番出力信号Ｖｃは比較器５２の正入力
に与えられ、比較器５２の負入力は接地される。同様に
、発振器４４からの交番信号は他の比較器５４の正入力
に与えられ、その負入力は接地される。両比較器５２゜
５４は交番人力信号の正の半サイクル中に正論理の信号
を出力する。比較器５４からの論理信号は発振器４４か
らの交番信号の正の半サイクルを表わし、これは入力信
号を所定量だけ移相する論理移相器５６に与えられる。

この移相された信号は比較器５２からの信号と共に位相
判別器５８に与えられる。比較器５２からの信号はコイ
ルＢおよび抵抗Ｒの端子間電圧を表わす。位相判別器５
８はコイルＢからの信号Ｖｂ１と発振器４４により作ら
れた基準信号Ｖｂ２の位相差を表わす信号ｖ８を出力す
る。

第３図に示すように、論理移相器５６はイン／Ｓ−タロ
０と、入力端子Ｅに与えられた信号およびインバータ６
０を介した信号を遅延させる２つのＲＣ回路を有する。

移相器５６に入力してＲＣ回路の一つによ′シ遅延され
た信号はインバータ６０の出力信号と共に第１のＮＯＲ
ゲート６２に与えられる。

同様に、移相器５６の入力端子に与えられた信号はイン
バータ６０を介し更に別のＲＣ回路によって遅延された
信号と共に第２のＮＯＲゲート６４に与えられる。両Ｎ
ＯＲグー）　６２　’＋　６４の出力信号はＯＲダート
６６に与えられ、端子Ｓ上のＯＲヶ″′−１６６からの
各出力・ぐルスは移相器５６の入力端子Ｅに与えられた
方形波パルスの始まりと終りに対応する。この論理信号
は単安定素子６８の入力、ＪＫフリップ・フロップ７０
のＪ入力、更にインバータ７２を介して７０のに入力に
与えられる。単安定素子６８の出力信号はＳ端子に与え
られる・ぐルス信号よシ所定時間だけ遅れ且つ所定の時
間幅を持つ方形波・ぐルス列に対応し、この信号はＪＫ
フリッグ・フロップのＨ端子に与えられ、端子Ｑに現わ
れる出力信号は移相器のＥ入力に与えられた信号と同じ
であるが、単安定素子６８で作られた時間遅れに従って
移相されたものである。この出力信号は位相判別器５８
に与えられる。

第３図に示すように、位相判別器５８の２つの入力は排
他的ＯＲゲート７４と排他的ＯＲゲート７６にそれぞれ
接続される。そのうち、論理移相器５６から排他的ＯＲ
ゲート７６への接続はインバータ７７を介して行なわれ
る。両排他的ＯＲゲート７４゜７６からの出力は積分器
７８’、８０にそれぞれ接続され、各積分器の出力は位
相判別器の入力信号の直流成分を表わし、これらは減算
器８２に与えられる。減算器８２は直流出力信号Ｖ８を
出し、その値は移相器５６からの信号と比較器５２がら
の信号の位相差を表わす。

第５図はｎ１固のコイルＢ１〜Ｂｎを有する渦電流プロ
ーブの処理および平衡を行なう回路を示す。

発振器とコイルの間は多重接続され、各コイルの基部は
単一の抵抗コンデンサ回路８９と処理手段９２に接続さ
れる。

コイルＢ１〜Ｂｎは高周波発振器４４により順次励磁さ
れる。高周波発振器４４の周波数はコンデンサＣ８と調
整手段８４内の抵抗の値により各コイル別に定められ、
調整手段８４はｌ出力とｎ入力を有する切換器８６を有
し、各入力は共通抵抗Ｒｏに直列接続された可変抵抗か
ら成る調整器Ｐｉ　（但し、１≦ｉ≦ｎ）Ｋ接続される
。この調整器と抵抗コンデンサ回路８９が平衡回路を構
成する。

高周波発振器４４からコイルｌに与えられる交番信号Ｖ
ｉは切換器８８に入力し、切換器８８のｎ個の出力はそ
れぞれコイルＢ１〜Ｂｎの一端に接続される。制御手段
９６によシ交番信号Ｖｉが切換器８８の出力に順次に切
換えられる。

コイルＢｉの端子上の交番信号ｖｂｉは第２図ないし第
４図の回路によって処理手段９２に渡される。

処理手段９２は信号ｖｂｉとは別に交番信号Ｖｉを高周
波発振器４４から受ける。処理手段９２は両信号の位相
差を検出して連続的に変化する信号Ｖｓ□を出力する。

この出力ｖｓｉはコイル端と物体表面の間の測定すべき
距離を表わす。信号ＶＢ□に対して更に別の処理を行な
うことができる。

例えば図面の場合のように信号ＶＦ４１をｎ　（［ｌｉ
ｌのサンプル保持手段Ｅ、−Ｅｎの第１番目に与えるこ
ともできる。あるいは信号Ｖ８ｉをデジタル回路やメモ
リーに与えるためにアナログ−デジタル変換器に入力す
ることもできる。サンプル保持回路Ｅ１〜Ｅｎの１つ、
が対応するｎ　個の出力を持ち且つ制御手段９６から制
御信号を受けるデコー′にＸ、りてサンプリング制御さ
れる。

第５図の回路は次のように動作する。制御手段９６は切
換器８６．８８およびデコーダ９０の第１チヤンネルを
付勢する。即ち、切換器８６の入力は調整器Ｐ１に切換
えられ、切換器８８の出力はコイルＢ１に切換えられ、
デコーダ９０の出力はサンプル保持手段Ｅ０に切換えら
れる。この制御手段は切換器８６．８８およびデコーダ
９０をアドレス指定するコード化回路をクロックで歩進
して行なうことができる。これによシコイルＢ１が高周
波発振器４４から信号を供給される。コイルＢ１に与え
られる信号の周波数は調整器Ｐ１の値の関数であシ、調
整器Ｐ１はコイルＢ１が過電圧となるようにあらかじめ
調整されている。コイルＢｌの端子上の電圧Ｖｂ１には
高周波発振器４４から供給される信号Ｖ、に対して位相
のずれがあり、その値がコイルＢ１から対向面までの距
離に関する情報を与える。この位相差は信号ｖｓ１で表
わされて第１サンプル保持回路Ｅ１によシサンプル保持
される。発振器信号の少なくともＳ周期の時間が経過し
た後で制御手段９６から出力されるアドレスが歩進され
て切換器８６．８８およびデコーダ９０がそれぞれコイ
、ルＢ２、調整器Ｐ２、およびサンプル保持回路Ｅ２に
切換えられる。続いてコイルＢ２の端子上の電圧■ｂ２
と基準電圧Ｖ２が処理手段９２に与えられて信号ｖｌ］
２が作られる。この信号は第２サンプル保持回路Ｅ２が
受ける。同様にして制御手段９６は残）のコイルＢ３〜
Ｂｎを順次にアドレス指定する。

信号ｖ８１〜Ｖ８ｎは各種の方法で用いることができる
。もし、コイルが物体に近接して使われれば、一連の信
号は例えば測定表面の形状を表わすことになる。また例
えば表面の傾斜を求めるために並置されたコイルからの
信号の差分測定を行なう場合はこれらの信号に対して差
分処理がなされる。

これらの信号はサンプル保持手段Ｅ１〜Ｅ、に記憶され
るため、線形および非線形、実時間および時間遅れを含
む形態でこれらの信号を組合せることが可能である。

第５図の回路は各コイルに合わせた周波数の信号を各コ
イルに供給する。異なる励磁周波数をそれぞれのコイル
に与えるこ凄によって処理手段９２が異なる感度を持つ
ことがないようにし々ければならない。

第６図はコイル励磁周波数に対する位相測定感度曲線を
示す。感度は１００〜５００　Ｈｚの周波数範囲ではほ
ぼ一定である。各コイルを平衡させるために必要な周波
数の調整範囲は平均励磁周波数に対して約１０〜２０係
である。平均励磁周波数を３００　ｋＨｚに選べばこの
平均値から±２０係の変化範囲で一定感度の動作が得ら
れることが第６図から解かる。

この曲線は第２図ないし第４図に示す処理回路９２によ
って測定したものである。コイル端子上で検出した信号
と基準信号の間の位相差を表わす信号を処理する他の回
路によっても同様の結果が得られるであろう。更に発振
器の周波数は抵抗と容量の積Ｒｅで決まるため、本発明
によれば共通抵抗Ｒ６と、共通コンデンサＣＯと、各コ
イルＢｉの調整コンデンサＣｉによって周波数の調整を
行なうこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は表面形状を検出するのに用いる本発明の多コイ
ル式渦電流プローブの構成図、第２図は第１図に示す装
置内において渦電流プローブから供給される信号を処理
する処理回路、第３図は第２図に示す処理回路の中で使
われる論理移相回路、第４図は第２図の処理回路の中で
使われる位相判別回路、第５図はｎ個のコイルを有する
渦電流プローブのだめの本発明による処理およびサンプ
ル回路、第６図はコイルに印加□・される信号の周波数
に対する位相測定の感度の変化を示す曲線の図である。 １０・・・プローブ、２０・・・被測定物表面、３２・
・マルチプレクサ、３４・・処理回路、３６．９６・・
・制御手段、４２・・・メモリー、４４・・発振器、４
８・・・加算器、５０．．５６・・・移相器、５８・・
・位相判別器、６８・・・単安定素子、８６．８８・・
・切換器、９０・・・デコーダ、９２・・・処理手段、
ＢＩ　　Ｂｎ・・・コイル、Ｅ　１−Ｅ　ｎ・・・サン
グル保持回路。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のコイルと、該コイルのためにそれぞれ設け
   られた平衡回路と、該コイルを励磁する高周波発振器と
   、該コイルの端子での信号を処理する少なくとも１つの
   手段と、該コイルに対応して設けられ且つ処理された信
   号を記憶する複数の記憶手段と、上記の異なる手段の間
   に設けられた切換手段と、該切換手段を制御する手段と
   を有するコイル平衡装置付き多コイル式渦電流プローブ
   において、上記平衡回路は少なくとも１つの抵抗コンデ
   ンサ回路と、上記高周波発揚器から供給される電気信号
   の周波数に作用するように上記各コイルを調整する手段
   とを含み、上記制御手段は、１つの記憶手段が、アドレ
   ス指定される度びごとに、渦電圧に調整され且つ上記抵
   抗コンデンサ回路を介して接地されたコイルからの信号
   を処理手段を介して受けるよう、に上記切換手段に作用
   することを特徴とする多コイル式渦電流プローブ。
2. （２）上記調整手段は出力が上記高周波発振器に接続さ
   れ且つ上記コイルと同数の入力が調整装置に接続された
   切換器を含むことを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項の多コイル式渦電流ゾローブ。
3. （３）上記調整装置は可変抵抗器であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第（２）項の多コイル式渦電流プロー
   ブ。
4. （４）上記調整装置は可変コンデンサであることを特徴
   とする特許請求の範囲第（２）項の多コイル式渦電流ゾ
   ロ”−ブ。
5. （５）　　上記の各処理手段はコイルの端子上で検出さ
   れた信号と基準信号の間の位相差の関数である信号を作
   ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項の多コイ
   ル式渦電流ゾローブ。
6. （６）上記切換手段は上記コイルを順次アドレス（７）
   上記信号処理手段は単一の処理手段であることを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項の多コイル式渦電流プロ
   ーブ。