JPS599552A

JPS599552A - 電磁誘導試験装置

Info

Publication number: JPS599552A
Application number: JP11942282A
Authority: JP
Inventors: Takahide Sakamoto; 隆秀坂本; Tatsuo Hiroshima; 廣嶋　龍夫; Noriyuki Matsubara; 紀之松原; Kenichi Miyata; 謙一宮田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1982-07-08
Filing date: 1982-07-08
Publication date: 1984-01-18

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】本発明は多周波法による電磁誘導試験装置に関し、更に
詳述すれば、プローブ型のコイルと被検材との距離、つ
まりリフトオフの変動に拘らず高精度の結果が得られる
ようにした探傷装置、膜厚測定装置等の電磁誘導試験装
置の提供を目的とする。

例えば線材コイル製品等は熱間のままで巻き取られてコ
イルとなるため、それら製品を冷間で検査するにはリコ
イルしなければならず、熱間圧延の途中若しくは終了時
点で検査することが能率的で望ましい。線材等を圧延中
に熱間状態で検査を行う方法としては既に貞通コイル型
渦流深傷法が実用化されているが、この方法は自己比較
法であるため、ヘゲ、ロールマーク等長さの短い独立欠
陥を検出することは可能であるが、長手方向に延びる有
害疵の検出は不可能であった。そのためプローブコイル
を線材等の周囲を高速で回転させて表面疵を検出する回
転プローブ型の渦流探傷法の適用が考えられるが、この
方法を適用する際の問題点は、被検材の走行速度が極め
て高速である（径３〜の丸棒鋼で１ｏｍ／５ｅｔ）３間
材であり被検材を冷間材の如くピンチロールにより強固
に保持すると被検材が変形するため被検材の振動を完全
に抑制することができない、等の理由により被検材に対
してプローブコイルが追従できないことであつた。

一般にプローブコイルを用いて探傷を行う場合に、その
検出能に影響を及ぼす因子としては、（１）　　リフト
オフの変動（２）被検材の表面性状（３）　　被検材の電気的特性の不均一性等がある。（
２）、　（３）項は被検材に依存するものであるが、（
１）項はプローブコイルを用いる場合には常１こ該当す
ることであり、欠陥検出能に影響を及ぼす主要因である
。

熱間において回転プローブ型の探傷方法を採用する場合
は、前述した如くリフトオフを一定にすることは困難で
あり、特に機械的にプローブコイルを被検材に追従させ
ることは、その応答性に限度があるため不可能である。

リフトオフの変動により■リフトオフ変動そのものの信
号が誘起され、欠陥信号との区別が明瞭でなくなる、■
リフトオフの変動に伴い欠陥信号自身が変化する、等の
結果が生じ、検出能力は著しく低下する。このためリフ
トオフ変動信号を抑を補正することが必要となる。

前記（１）項のリフトオフ変動信号を抑制する方法とし
て位相弁別法１周波数弁別法等が知られている。位相弁
別法とはプローブコイルの検出信号を位相検波すること
により雑音を抑制して欠陥信号を識別するものである。

第１図（イ）、（へ））はコイルの信号をベクトル表示
として表わしたものであり、第１図（イ）のようにリフ
トオフ変動に起因する信号Ａと欠陥信ＩＢとの位相を異
にしている場合は、抑制したい（Ｎ号即ちリフトオフ変
動信号Ａの方向に直角な方向の位相（Ｘ方向）成分を選
んで検出すべき欠陥信号を取出すものである。しかし欠
陥信号Ｂとリフトオフ変動信号Ａは必ずしも第１図（イ
）の如くその位相が異って現われず、第１図（ロ）に示
すようにわずかな差となって現われる場合が多く、この
ような場合には、リフトオフ変動信号Ａの抑制には効果
がない。周波数弁別法は望ましくない信号（リフトオフ
変動信号）と検出すべき信号（欠陥信号）の周波数成分
の相異により前者を抑制する方法であるが、両者の信号
の周波数成分が類似する場合には効果がない。

このように位相弁別法、周波数弁別法によっても抑制困
難な信号の抑制法として多周波法が知られている。この
方法は検査コイルに異なった周波数の電流を混合して印
加し、各周波数成分の信号を分離検出し、得られた複数
個の信号出力を演真して望ましくない信号を分離する方
法である。

第２図は多周波法を使用する従来公知の多周波渦流探傷
装置の回路を示すブロック図である。図においてｌは周
波数ｆｌ（例えば１ｏｏｋＨｚ）の発振法２は周波数ｆ
２（例えば５００ｋＨｚ　）の発振器であり、再発振器
１，２の出力は混合器３にて混合され、平衡器４を介し
て自己比較方式の配置とした検出コイル１礼１２’に印
加され、そのインピーダンス変化を表す信号が平衡器４
から同調増幅器７，８へ入力される。同調増幅器７及び
８は夫々周波数ｆ１゜ｆ２　に同期させて増幅され、夫
々の出力はこれをベクトル表示として観察すると第１図
仲）に示す如き内容となっている。同調増幅器７及び８
の出力は夫々位相検波器９，９′及び１０．１０’に与
えられる０位相検波器９　（１０月とは発振器１（２）
出力を移相器５１（５２）ｌこ与えて作成した信号が位
相基準信号として与えられる。移相器５１（５２）の出
力は位相を“／２シフトするπ／２シフタ６１（６２）
に与えられ、その出力は位相検波器９’（１０’）に位
相基準信号として与えられる。移相器５１．５２は例え
ば第１図（イ）、幹）に示すように信号ＡをＸ軸と直角
に、つまりＹ軸に一致させるように調整させるものであ
る。従って位相検波器９　（１０）　　からは周波数ｆ
ｌ（ｆ２）によって得た検出信号のＸ成分（抵抗分）　
ＸＩ　（Ｘ２）が、また位相検波器９’（１０’）から
は周波数ｆｌ　（ｆ２）によって得た検出信号のＹ成分
（リアクタンス分）Ｙｌ（Ｙ２）が得られる。、１１はアナログの信号演算器であって、信号Ｘ２゜Ｙ２
を等しい角度移相する移相器１１１ｘ、　１ｉｌｙと、
移相器１１１ｘ　及び１１１ｙ　の出力夫々を等しい利
得で増幅する増幅器１１２ｘ、　１１２ｙと、増幅器１
１２ｘ（１１２ｙ）の出力Ｘ２’（Ｙ２’）　　とｘｉ
（ｙｔ）とを入力とする差動増幅器１１３ｘ（１１３ｙ
）とからなり、差動増幅器ｏ３ｘ（ｕ３ｙ）とからなり
、差動増幅器１１３ｘ（１１３ｙ）出力ｘ、ｙを得るよ
うにしたものである。

第３図（イ）はＸｉ、　Ｙｌをベクトル表示として表わ
したものである。第３図−）はＸ２．　Ｙｌを同様に表
わしたものであり、リフトオフ分Ａ２はＹ２軸からずれ
ている。信号演算器１１にｔいて移相器１１１ｘ、　Ｉ
ＩＩＹを操作することにより位相を同転させ、また増幅
器１１２ｘ、　１１２ｙを操作することにより信号Ａ２
の振幅をＡ１と等しくなるようにして、第３図（ハ）に
示すように信号Ａ２．Ｂ２を得る。これらはＸ２　’、
　Ｙｌ　’として差動増幅器１１３ｘ、　１１３ｙに入
力させる。差動増幅器１１３ｘ、　Ｈ３ｙは２つの入力
（ｉ号の差分を出力するからリフトオフ分の差Ａ１−Ａ
′２は第３図に）に示すように極小レベルの信号ａとな
る。そして欠陥信号が存在する場合は　１３１．　、Ｂ
２　（ベクトルを表わす）の差のｂが得られることにな
る。

一方、前記の項のリフトオフ変動に伴う欠陥信号の変化
は、一般には第４図に示す如くリフトオフの増加に伴い
急激に減衰する。よってリフトオフが変動する条件では
何らかの手段でリフトオフを検知し欠陥信号出力を補正
しなければならなし〜リフトオフ変動による信号は多周
波法によりほぼ抑制されるが、リフトオフ変動を正確に
検出して欠陥信号の補正を行うことは極めて困難である
。

これは、第１にはリフトオフ変動を正確に検出すること
が困難であり、例えばリフトオフ変動の検出を、プロー
ブコイルとは別体としてプローブコイルと被検材との距
離を検出する方法では正確な測定はできず、また差動ト
ランス等を用いる接触式では高速で移動する被検材に接
触端が追従できず、さらには渦流式の距離針を用いる場
合には、リフトオフ以外に例えば欠陥等が存在するとそ
の影響を受けてしまい、検出結果にはりフトオフと欠陥
の両者の要因が混合されたものになってしまう。第２に
はリフトオフ変動には大別して二つの形態があり、これ
らを捉えて補正する必要がある。

第５図（イ）、（ロ）は被検材が丸棒等断面円形である
場合の自己比較方式のリフトオフ変動の形態を説明する
ための幅木図、第６図（イ）、←）は被検材が鋼板等の
板状物である場合の自己比較方式のリフトオフ変動の形
態を説明するための幅木図である。第５図ピ）、第６図
（イ）は被検材１３全体がプローブコイル１２．１２側
方向に移動する場合、第５図←）、第６図（！２）は被
検材１３の移動方向がプローブコイル１２．１２’側方
向と一致しない場合を示しており、第７図（イ）と（０
）は夫々第５図（イ）及び第６図（イ）と第５図（ロ）
）及び第６図（ロ）との夫々の鴨合における欠陥信号の
検出パターンを示している。欠陥信号は通常第７図ピ）
。

伸）の実線で示すように原点対称となって現われるが、
被検材１３の移動方向がプローブコイル１２゜１２′側
方向である場合には第７図ピ）に破線で示すように原点
対称は保たれたまま信号が拡大するのに対し、被検材１
３の移動方向がプローブコイル１２．１２’側方向でな
い場合には第７図幹）に破線で示すように原点対称とは
ならないで歪んで現われる。これはプローブコイル１２
．１２の２個を近接して配置し被検材１３の近接部分で
の欠陥の有無など比較してインピーダンスの差をとる自
己比較法により探傷する場合に、第５図（イ）、第６図
（イ）に示すように被検材１３の移動方向がプローブコ
イル１２．１２’側方向であれば各プローブコイル１２
．１２’のリフトオフが等しく、欠陥信号の検出パター
ンの対称性は保たれ、信号が拡大（又は縮小）されるに
すぎない力ζ第５図（ロ）、第６図６：Ｉ）に示すよう
に被検材１３の移動方向がプローブコイル１２．１２側
方向でない場合服一方のプローブコイル１２のリフトオ
フが小さくなって第７図（ロ））の第１象現のパターン
に、他方のプローブコイル１２　　のリフトオフが大き
くなって第７図←）の第３象現のパターンとなる。この
ように、これら２種類の信号は単に距離を測定して同一
の補正をすることはできず、夫々リフトオフ変動の形態
を捉えて補正を行う必要がある。

一般にプローブ型渦流探ｆ１ｂ法に瑯いてはりフトオフ
変動の影響を小さくするため、自己比較法が用いられて
いるが、前述の如く一方のプローブコイルが欠陥直上に
あるときのリフトオフ値と他方のプローブコイルが欠陥
直上にあるときのリフトオフ値が異なると第７図（ロ）
に示すような歪が生じる。また多周波法で検出されるリ
フトオフ変動信号は、両者のコイルのリフトオフ差の信
号となるためリフトオフ値の全体値はわからない。

本発明は斯かる従来技術の問題点に鑑みてなされたもの
であり、２つのプローブ型のコイルを標準比較方式の配
置として多周波法を用いるという全く新規な方式として
リットオフ変動に起因する演出１萬号変化を補正するこ
とにより高精度の検出結果が得られるようにした電磁誘
導試験装置の提供を目的とする。

以下本発明をその実施例を示す図面に基いて詳述する。

第８図は本発明に係る装置のブロック図である。本発明
装置は前述した従来公知の多周波法を使用し、またプロ
ーブコイル４１．４２を標準比較方式の配置としている
。標準比較方式のプローブコイルの配Ｕとは第９図に示
すように、一方のコイル４１を被検材１３に近い位置に
、他方のコイル４２を被検材１３とは電磁的結合しない
遠い位置に配置したものである。

本発明装置は、異なる周波数を発振する発振器１．２の
出力を混合器３にて混合し、平衡？ａ４を介してプロー
ブコイル４１．４２に印加し、そのインピーダンス変化
を表わす信号が平衡器４から同調増幅器７，８へ入力さ
れて同調増幅される。同調増幅器７及び８の出力は夫々
位相検波器９．９′及び１０．１０’に与えられており
、位相検波器９　（１０）には発振器１（２）出力を移
相器５１（５２）　　に与えて作成した位相基準信号が
与えられており、また移相＠ｓ５１　　（５２）出カバ
”ｌ／２　シフ　１６１　（６２）　ヲ介して位相検波
器９’　（１０’）に与えられている。そして位相検波
器９　、９’、　１０　、１０　　の出力信号は、第１
のアナログの信号演算器１１に入力されると共に第２の
アナログの（ｉＩ号演算器１２に入力されている。信号
演算器１１　（１１’）は移相器１１１ｘ（１１１’ｘ
）、　　１ｉｌｙ（１１１’ｙ）、増幅器１１２ｘ（１
１２’ｘ）、　１１２ｙ（１１２’ｙ）、差動増幅器１
１３ｘ（１１３’ｘ）、　１１３ｙ（１１３Ｙ）からな
り、前述した如く第１の偵＠演算１１１１からはリフト
オフ変動信号を抑制して実質的に欠陥信号だけがとり出
されることになる。一方、第２の信号演算器１１’も第
１の信号演算器１１と同様に、移相器１１１ｘ、　ｌｌ
ｌ’ｙを操作することにより位相で回転させ、また１１
２’ｘ。

１１２ｙを操作することにより振幅を等しくして即ちＢ
２’＝８１となるようにして欠陥信号が存在する場合は
その差Ｂ１−４３２’を極小レベルとして第１０図（イ
）に示すリフトオフ変動信号を得ることになる。

第２の信号演算器１１′の出力は移相器１５へ与えられ
、ここでｘ′、Ｙ′大入力所要角度回転させると、第１
０図（ロ）に示すようにリフトオフ分はＹ軸に一致せし
め得、Ｙ′出力をもってそのままスカラ量のリフトオフ
値とすることができる。

而して基準リフトオフ値となっている場合ＫＹ’が０と
なるように平衡器４を調整しておく場合は、移相器１５
出力が第１１図ピ）に破線で示すようになる。

一方、リフトオフ値の変化による欠陥！１号出力はリフ
トオフ値の増加に伴い双曲線的に低減する。

これを基準人工疵にて例えば第１１図（イ）の実線の如
く求めておき、第１１図（ロ）に示すようにこの特性と
はリフトオフ変化凰に対し逆に変化する出力特性を有す
る出力変換器１６を設けておき、これに移相器１５の出
力を与える。そうすると出力変換器１６からはリフトオ
フ値が大である場合は高レベルへまたリフトオフ値が小
である場合には低レベルの信号が発せられることになる
。このような出力変換器１６出力は第１の信号演算器１
１出力を被乗数入力とする乗算器１７へ与れられること
になり、従ってリフトオフ値が大（小）であるために低
（高）レベルであった信号演算器１１出力、つまり欠陥
信号は高（低）レベルの出力変換器１６出力が乗ぜられ
て、リフトオフ値に依存しない、欠陥の形態に依存する
信号となる。

本発明装置は従来リフトオフ変動に起因した信号が大き
く自動探傷には適さないと考えられていた標準比較方式
のプローブコイルと、望ましくない信号の抑制に有効な
多周波渦流探傷技術とを組み合せて、従来正確に行えな
かったリフトオフ変動に起因する信号の抑制とリフトオ
フ変動に起因して生ずる欠陥信号出力変化の補正が同時
に実施できる。

前述した如く標準比較方式のプローブコイルＬリフトオ
フの影−が大きいために探傷コイルとしては一般に用い
られていなかった。しかし、多周波法を採用すれば欠陥
信号のみを検出することが可能であり、しかもリフトオ
フ凰そのものも独立に測定可能であるため非常に有効な
方式であり、探傷精度の飛躍的な向上が望める。

なお上述の実施側番こおいては探傷装置について説明し
たがこれに限るものではなく、例えば膜厚測定等の各種
測定を行うような場合の電磁誘導試験にも適用できる。

以上詳述したように本発明は、標準比較方式の２つのプ
ローブコイルと、これらのコイルに複数の周波数の混合
信号を印加する手段と前記コイルより得られる信号を処
理する信号処理回路と、この回路の出力に基き一方のコ
イルの被検材に対するりフトオフの変動に起因する信号
成分を抑制する第１の信号演算器及び前記信号成分を抽
出する第２の信号演算器と、第２の信号演算器出力に基
き第１の信号演算器出力を補正する手段とを具備したも
のであるので電磁誘導試験の精度向上に寄与する処多大
である。

【図面の簡単な説明】

第１図（（）、６＝１）は欠陥信号とリフトオフ変動信
号とのベクトル表示図、第２図は多周波渦流探傷装置の
回路を示すブロック図、第３図はその動作説明のための
ベクトル表示図、第４図はリフトオフと欠陥信号出力と
の関係を示すグラフ、第５図（イ）。（ロ）、第６図（イ）、（ロ）はプローブと被検材との
関係を示す模式図、第７図（イ）、（ロ）は欠陥信号の
ベクトル表示図、第８図は本発明装置の回路を示すブロ
ック図、第９図は標準比較方式のプローブコイルの配置
を示す模式図、第１０図はリフトオフ変動信号のベクト
ル表示図、第１１図（イ）はリフトオフ値と欠陥信号出
力及びＹ′成分との関係を示すグラフ、同じく（ロ）は
出力変換器の入力と出力との関係を示すグラフである。１．２・・・発振器　３・・・周波数混合器　４・・・
平衡器　４１．４２・・・プローブコイル　５１，５２
・・・移相器　６１．６２・・・π／２シフター　７，
８・・・同調増幅器　９　、９’　、　１０　、１０’
・・・位相検波器　１１　、１１’・・・信号演算器　
１２　、１２’・・・プローブコイル　１３・・・被検
材代理人　弁理士　河　野　登　夫（イ）（ロ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（
ハ）薫　３　図２７０− （ニ）

Claims

【特許請求の範囲】

１、標準比較方式の２つのプローブコイルと、これらの
コイルに複数の周波数の混合信号を印加する手段と、前
記コイルより得られる信号を処理する信号処理回路と、
この回路の出力に基き一方のコイルの被検材に対するリ
フトオフの変動に起因する信号成分を抑制する第１の信
号演算器及び前記信号成分を抽出する第２の信−号演算
器と、第２の信号演算器出力に基き第１の信号演算器出
力を補正する手段とを具備することを特徴とする電磁誘
導試験装置。