JPS6015020B2 - 直交交差磁界による電磁誘導検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、探傷のための渦電流損失発生用磁界生成用励
磁コイルと、傷による渦電流変化を誘起電圧又はインピ
ーダンス変化として測定するための検知コイルとによる
検出力が、強磁性被検材の表面状態の磁気的不均一によ
り誘発される疑似不要雑音信号で妨げられることを防止
するためになした直交交差磁界による電磁誘導検知装置
に関するもので、その要旨とするところは、直交交差す
る直流静磁界又は交番磁界を介在せしめて強磁性被検材
に磁気バイアスを与えることにある。

渦流探傷（電磁譲導探傷）において渦電流を発生させる
ために被検村に交番磁界を与える一方法として、例えば
既に本出願人が出願した実願昭５０一１５９３９４号（
電磁誘導検知装置）公報に記載のものがある。即ちこの
実施例は、第１図に示す如く被検村７に交番磁界を与え
るための閉滋路化鉄芯２に励磁コィルーを巻付けると共
に該励磁コイル１に発振回路３を接続し、該励磁コイル
１に対し直角に検知コイル４を鯨設し、該検知コイル４
を、上記発振回路３に打消し電圧調整器６を介し接続せ
る差動増幅器５に接続して被検材７の探傷を行い得るよ
うにすると共に、強磁性体金属加工工程における非破壊
探傷検査が最終製品又は製品直前の中間検査に適用され
非接触で且つ高速度性を有するようにしたものである。
しかしながら非破壊検査が、品質向上と工場原価の低減
化に寄与することを更に強く求められるようになってき
たために、従来迄よりもより前工程で傷又は爆発生要因
を事前に検知する要求が高まつている。

金属材料は一般的により前工程になる程熱間圧延や加工
の頻度が多くなり、検査条件が熱間、温間及び冷間の何
れにあっても初期の加工そのものが熱間状態で行われる
ので、表面及び表面直下共に合金組織の流れが冷間状態
で圧延加工されたものに比し非常に不均一になり、材料
としての機械的性質、強度面等の機械的特性が満足され
るものであっても電磁謙導探傷にかかわりを持っている
磁気歪感度及び初透磁率等の電磁気的不均一、即ち物理
的特性の不均一として被検村上に点在していることが判
っている。

斯る不均一性状は、前述の第１図に示す如き電磁誘導深
傷非破壊検査を行うものにおいて傷以外の疑似信号を多
発検知する頻度が多く不具合である。

又不要信号抑圧を行うために磁性材、即ち強磁性材にお
ける傷検出に際し直流磁化を併用する、所謂検出用印加
磁界と平行に直流磁界を重畳せしめる方法がある。

斯るものは、前述した開磁路化鉄芯に直流或し、は探湯
に使用するものとは異なった交流周波数の何れか又は同
時に童畳して被検材に磁気バイアスを与え励磁するに当
り、既に実施されている磁界の相互関係、即ち深傷検査
を直接行うための交流励磁の磁気バイアスとの各々の磁
束の流れを同一方向にならしめる手段を用いたものであ
るが、不要信号抑圧を効果的に行い得なかつた。更に第
２図に示す如き磁気深傷方式が従釆採用されている。

即ち集東用鉄芯２Ａに励磁コイルＩＡを巻付けると共に
該励磁コイルＩＡに励磁電源３Ａを接続し、被検材７Ａ
の上側に磁気探傷用磁気感応素子８を配置し、且つ集束
用鉄芯２Ａの両先端にスライド可能に磁極９を取付けて
上記磁気感応素子８に対する検知力を高めるようにした
ものである。

被検材７Ａはターニングロール１０，１０１こより回転
摺動せしめられるようになっている。又磁極９を集東用
鉄芯２Ａの両端に枢着したものである。しかしながら斯
るものでは、磁気深傷用磁気感応素子８に対する検出力
を高めるために被検村７Ａの傷の個所において、磁化に
よる洩れ磁束を発生させるように直流又は交流電磁石が
被検材を両側面から包括する構造を探らねばならず、従
って磁極間の調整機構を必要として取扱いが難しかった
。

又被検材外径の適用範囲を広く選択し得るように集東用
鉄芯を考慮すれば小怪被検材に適用しようとする時、鉄
芯２Ａの固定又は可動する両下端部９がターニングロー
ル１０，１０の回転を阻害することとなる欠点がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなした直交交差磁界による
電磁譲導検知装置に係るもので、彼検村に渦電流を発生
させるための励磁コイルと、該励磁コイルの発生磁界方
向に対してその感知磁界方向が直交するように配置した
検知コイルと、前記両コイルの磁界発生方向のいずれに
対してもその直流静磁界又は交流磁界の方向が直交交差
するように配置した直交磁気偏崎用励磁コイル、とを備
えて成ることを特徴とするものである。本発明の実施例
を第３図に基づき説明する。

閉磁路化鉄芯１２に励磁コイル１１を巻付けて交番磁束
を該閉磁路化鉄芯１２内に流すようにし、検知コイル１
３を励磁コイル１ １に対し直角に酌億すると共に、該
励磁コイル１ １に発振回路１４を接続して励振を行い
得るようにし、又磁力線集東用鉄芯１６に上記両コイル
１１，１３のいずれに対しても相互に直交するように直
交磁気偏椅用励磁コイル１５を巻付けて励磁コイル１１
，１５から各々発生する相互の磁力線を介し直接結合さ
れない相対位置を保持するようにし、励磁用電源１７を
励磁コイル１５に接続して直流或し・は探傷検知用では
ない交流周波数を単独或いは同時に重畳して発生し励磁
コイル１５を励起するようにし、更に発振回路１４の信
号の一部を入力すると打消し電圧調整器１８に接続した
差動増幅器１９と上記検知コイル１３とを接続する。第
３図中２０は被検材である。上記差動増幅器１９の出力
は一般的な渦流探偽装暦と同様に位相検波や帯域フィル
ターによりフーリエ解析、リレー動作点調整等の信号処
理や傷の位置に対する自動マーキング等を行い得る。発
振回路１４は励磁コイル１１を励振して被検材２０の電
磁気的応答を取出し易いような深傷用交流周波数を発生
させる。

この時、閉磁路化鉄芯１２は被検材２０を通して環流す
る磁気回路を形成する働きをするから励磁コイル１１で
発生した磁力線を有効に集東する。上記閉磁路化鉄芯１
２に流れる磁力線は空隙を介し被検材２０に導入（流入
）し、該被検材２０の表面の電磁的変化に応じた励磁磁
力線の乱れと交番磁界により被検材表面に発生する渦電
流変化とを検知コイル１３により誘起する。この誘起電
圧が被検材表面から得られる傷その他の情報となる。こ
の際に励磁用電源１７により直交磁気偏橋用励磁コイル
１５が励振され鉄芯１６により磁力線が集束されて被検
村２川こ印加流入される。即ち電磁譲導反応の検出用印
加磁界と雑音信号抑圧用直流又は交番磁界とが互いに直
交する関係状態にあって傷以外の疑似信号の多発謀検知
の防止、所謂不要信号抑圧を行い得られて被検材２川こ
点在する傷を正確且つ確実にしかも迅速に検知すること
ができる。上記したように励磁コイルと検知コイルとを
直接電磁的に結合しないと共に、これら両コイルによろ
いずれの磁束に対してもほぼ直交交差し得るように直流
又は交流等による磁気バイアスを被検材に与え得るよう
にしてあるので、本発明を実施すれば今迄に用いられて
いた磁気深傷装置に見られる検査、測定用交番周波数の
選択任意性が皆無のものに比し検知のための最適周波数
選択を任意に行い得られ、従って磁気探傷における疑似
模様を信号処理段階での帯城炉波器にのみに頼ることな
く最初の検知時に最適検知条件を選択できる長所が得ら
れた。

例えば第４図に示す如く直流による磁気偏俺励磁におい
て検知用の周波数に対する傷検出時の傷信号と傷以外の
他の要因による不要雑音信号との比、即ちＳ／Ｎ比は周
波数に大きく依存していることが判り、従来実施されて
いた磁気深傷と全く趣を異にしていることが判る。次に
正常状態で常時信号発生がないように調節する手順、即
ち打消電圧調整器１８と差動増幅器１９との動作につい
て説明する。打消し電圧調整器１８は、励磁コイル１１
及び検知コイル１３が機械的に全く直角関係を保って製
作されれば原理的には不要なものであるが、現実に検知
コイル１３で検知した信号を電気的に拡大増幅した場合
、検知コイル１３を被検材健全部に相対応させた時に該
検知コイル１３への誘起電圧が必ずしも零を取り得ない
ことがあるので、信号を拡大増幅する時の増幅器の増幅
直線性範囲内での動作や位相弁別出力信号処理の都合上
補助的手段として使用するものである。

即ち初期設定時或いは常時、被検材２０の正常部位にお
いて差動増幅器１９から信号出力の発生がないように発
振回路１４からの出力の一部が打消し電圧調整器１８に
より調整される。

検知コイル１３の出力は差動増幅器１９に加えられ、又
発振回路１４の出力は打消し電圧調整器１８に送られ、
この信号は該調整器１８で振幅と位相を検知コイル１３
により静的に誘起された誘起電圧と同一にされて差動増
幅器１９に加えられ、該増幅器１９の出力電圧が零にな
る。

上記打消し電圧調整器１８の調節を初期設定時のみに限
定すれば、初期設定時を原点として以後の絶対値計測制
御、例えば形状変化追跡等も行うことができる。

又常時電圧調整を行わせる等の附加機能を与え且つ弁別
後の信号処理においてフーリエ解析を行う等すれば動的
信号処理となり、非破壊検査における探傷機能を持ち得
ることとなる。上述した本発明の直交交差磁界による電
磁譲導検知装置を用いて被検村２０の探傷検査を行う場
合、ブロックＮと被検材２０との相対運動は第３図にお
けるＸ一Ｘ′方向で、この時の傷の方向は相対運動方向
と直角関係の時に最も鋭敏に検知できた。

上記ブロックＮは板、線及び条等に適用でき、検知占有
幅と被検材幅との関係においてブロックＮを第５図に示
す如く複数個（仇個）配列並置して探傷を行うことや、
第６図に示す如くジグザグ運動動作により小数検知ブロ
ックＮで矢印のように走査探傷を行うこともできる。

後者にあっては被検材にある傷が第３図Ｘ−Ｘ′方向に
点在する場合、特に×−Ｘ′方向に長さのある傷の時、
即ち素材の製造工程が×−Ｘ′方向に圧延加工されてい
る場合には検知ブロックＮを９０ｏ転回せしめた位置関
係に配置してジグザグ走査を行えばよい。同様に被検材
の断面形状が円筒、円柱状又は丸棒状の場合にあっては
ジグザグ走査方向を第７図Ａ，Ｂに示す如く被検材２０
′の回動方向にすれば深傷できる。上記第７図Ａに示す
ものは、被検材２０′を直進搬送させて非破壊探傷検査
に実施する場合、単一又は複数個の検知ブロックＮを被
検村２０′の軸万向に並置し且つ該ブロックＮを外周に
沿って回動させて軸方向（圧延方向）に伸展した傷を横
切る都度傷の検知認識を行うものである。又第７図Ｂに
示すものは、被検村２０′が回転しつつ検知ブロックＮ
のみを被検材２０′の回動軸に沿い進行させて行う検査
設備方式において、複数個並置した検知ブロックＮを吊
り下げ装着（又は吸着）させて第７図Ａに示すものと同
じく傷の検知認識を行うものである。上記第７図Ａは被
検材２０′の曲りが比較的少ない場合には好適であり、
第７図Ｂは被検村２０′の曲りが多い場合に適用される
。第８図Ａ，Ｂは本発明を主に第７図Ｂに適用する場合
の一実施例を示すものであり、彼検材２０′を回転槽動
させる場合、第２図における磁気深傷検査に比べ円柱材
断面（正面）側から見た検知ブロックの占有空間を非常
に少なくすることができるから回転摺動のためのターニ
ングロール２１，２１′の運動を阻害することなく、第
２図における磁気深傷の実施例に見られるような不具合
を排除できる長所が得られた。又検知装置を被検材２０
′の内周や外周に沿って周回させても被検材２０′の傷
を検知できる。更に第７図Ａに示す如き相対配列関係で
検知ブロックの電磁誘導（渦流）深傷する場合信号明瞭
度の向上、即ち検知時の信号対雑音比を向上させるため
の直流或いは第３図に示す交流磁化コイル１５及び磁化
用鉄芯１６のみを被検村２０′の円周方向に多数個配置
し遂には第９図Ａのように多数個の各々が夫々連結され
た如く被検材２０′を貫通包含し単数又は複数の検知ブ
ロックＭ、即ち励磁コイル１１と検知コイル１３のもを
分離独立した検知ブロックＭを彼検材２０′と相対させ
て何れかを回動させても良く、或いは第９図Ｂのように
単数又は複数の検知ブロックＭの近傍に磁化コイル１５
を並置し被検村２０′を敬函む形とし、閉磁路化鉄芯１
６を円周方向に多数個配列した形を磁性体で磁化コイル
を外周から包んで貫通させた被検材と閉磁路化となる構
造にしても良い。

第９図Ｂ中Ｍは励磁コイル１５と集東用鉄芯１６とがな
い検知ブロックである。又断面が異形のもの、例えば角
ビレットや形鋼にも適用可能である。第１０図Ａは従釆
の渦流深傷法による検知信号を示すものであり、第１０
図Ｂは本発明による検知信号を示すものであり、Ｓ，は
傷によらない疑似不要雑音信号を又Ｓｏは傷による信号
を示し、横軸は記録計の紙送り時間軸で検知ブロック走
査量と対応し又縦軸は位相検知出力振幅である。

第１０図Ａ，Ｂからも傷による信号と傷以外の信号との
振幅比が本発明の実施前と実施後とで改善変化している
ことが判る。

尚本発明は、図示し説明せる実施例に示す如き広範囲の
適用力を持つがこれのみに限定されることなく、本発明
の要旨を逸脱しない限り種々の変更を加え得ることは勿
論である。

以上述べたように本発明の直交交差磁界による電磁譲導
検知装置によれば、（ｉ） 被検材の加工工程中に生じ
た物理的特性の不均一に基づき傷以外の疑似信号の多発
検知を招くことを防止できて被検村の傷の検知を正確且
っ確実にしかも素速く行うことができる。

（ｉｉ）直交磁気偏俗用励磁コイルの励磁用電源を直流
とし検知部が往復又は回動運動を行う場合、励磁用の磁
力線は被検材外表面の相対運動方向に沿って逐次横切る
ことになりその運動速度に見合った低周波励磁とほぼ同
一の励磁効果を期待できるので、渦電流の浸透深さを充
分満足するに足る磁気偏俺波及深さに近似されてエネル
ギー効果上得策になる。

又交番磁界により被検材を励起した場合はその励起交番
周波数に見合った浸透波及効果となり強磁性材表面によ
り励磁を集中させることができるので表面に点在する深
い傷の検知にも有効である。（ｉｉｉ） 前述した第２
図に示す磁気探傷法における電磁石の体積占有方向を全
く異なり軸万向となるので、被検村の両側面から包含す
る必要が全くなくなって磁極間の調整機構が不必要にな
り、従って被検材の適用外形範囲の拡大を図り得ると共
に取扱いの容易化を図に得る。

Ｇの 検知コイルとインピーダンスを交流ブリッジで平
衡させる必要がないために被検村との距離変動や温度に
よる抵抗変化が生じても影響されることなく被検材表面
欠陥の深傷や溶接部の検出、超音波探傷における溶接棒
の倣い等を確実に行うための当該追跡用に使用すること
ができる。

Ｍ 従来迄困難とされていた熱間圧延肌材全般に対して
満足すべき能力を発揮できるのみならず、冷間圧延加工
肌の強磁性体材もそのまま流用でき、同一検査設備でオ
−ステナィト系ステンレス材を同時に実施することがで
きるから、従来までの強磁性体に対する磁粉又は自動磁
気深傷、これに柊ざるものに対する浸透深傷というよう
な使用区分を不要とする。

等の優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本出願人が既に出願した実願昭５０−１５９３
９４号公報に記載の実施例を示す説明図、第２図は従釆
の滋気探傷方式を示す説明図、第３図は本発明の直交交
差磁界による電磁誘導検知装置の機構を示す説明図、第
４図は本発明における検知周波数依存性を示す説明図、
第５図、第６図、第７図Ａ，Ｂ、第８図Ａ，Ｂ及び第９
図Ａ，Ｂは本発明の直交交差磁界による電磁誘導検知装
置の実施例を示す説明図、第１０図Ａは従来の探傷法に
よる検知信号を示す説明図、第１０図Ｂは本発明の電磁
議導検知法による検知信号を示す説明図である。 １１・・…・励磁コイル、１２・・・・・・閉磁路化鉄
芯、１３・…・・検知コイル、１４・・・・・・発振回
路、１５・・・・・・直交磁気偏橋用励磁コイル、１６
・・・・・・磁力線集東用鉄芯、１７・・・・・・励磁
用電源、１８・・・・・・打消し電圧調整器、１９・・
・・・・差動増幅器、２０・・・・・・被検材。 第１図 第２図 第５図 第３図 第４図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被検材に渦電流を発生させるための励磁コイルと、
   該励磁コイルの発生磁界方向に対しその感知磁界方向が
   直交するように配置した検知用コイルと、前記両コイル
   の磁界発生方向のいずれに対してもその直流静磁界又は
   交流磁界の方向が直交交差するように配置した直交磁気
   偏倚用励磁コイル、とを備えて成ることを特徴とする直
   交交差磁界による電磁誘導検知装置。