JPS6110764A

JPS6110764A - 渦流探傷装置

Info

Publication number: JPS6110764A
Application number: JP59040176A
Authority: JP
Inventors: Shoji Yamate; 山手　捷治
Original assignee: Shimadzu Corp; Shimazu Seisakusho KK
Current assignee: Shimadzu Corp; Shimazu Seisakusho KK
Priority date: 1984-03-01
Filing date: 1984-03-01
Publication date: 1986-01-18

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】（イ）産業上の利用分野本発明はぐ金属材料の表面付近に存在する欠陥を検出す
るにあたり、交番磁界中におかれた金属の被検査材に生
ずる渦電流の変化を検出コイルにより検出する渦流探傷
装置に関する。

（ロ）従来技術通常、搬送ラインを走行している棒状又は板状の被検査
材の搬送方向と同方向の傷の探傷は、探傷面に沿って検
出コイルを回転成いは揺動させている。

しかして、検出コイルを駆動させる渦流探傷装置は検出
コイルに誘起した信号をスリップリングや回転トランス
等を介して取り出すので雑音が増加したり、信号が減衰
するという欠点がある。

又、前記揺動させる方式のものにあっては、検出コイル
の繰り返し運動により信号線が損傷される場合がある。

そこで探傷面に沿って多数の検出コイルを配列し、各検
出コイルの信号をアナログスイッチ等で切り替えて順次
取り出す方式が提案されているが、信号処理が複雑なた
めに装置が高価になる。又切り替え時に雑音が発生した
り、検出分解能が悪い等の欠点がある。

（ハ）目的本発明の主たる目的は検出コイルを機械的に移動させず
に探傷することができ比較的信号処理が簡単で、且つ雑
音の発生の少ない渦流探傷装置を提供することを目的と
している。

（ニ）構成本発明に係る渦流探傷装置は、主として探傷面に沿って
配列された複数個の検出コイルと、加算出力が一定値に
なるような位相ずれを有し、各々が単発で繰り返し性の
ある複数の変調信号で搬送波をそれぞれ振幅変調して得
られる励振信号を前記検出コイルにそれぞれ与える励振
信号発生手段と、前記検出コイルの各端子電圧を入力し、これらを合成し
て得られた検出信号を出力する加算手段と、前記検出信号と励振信号と同一周波数で適宜に振幅及び
位相を設定された補償信号との差の信号を与える差動増
幅手段と、差の信号から傷情報を抽出する信号変換手段と、代表的
な傷を有する標準資材を通したときの信号変換手段の出
力信号を比較情報として記憶する記憶手段と、前記傷情報と比較情報との相互相関信号に基づいて傷信
号を検出する判別手段とを具備したことを特徴とする。

（ホ）実施例第１図は本発明の渦流探傷装置の概略を示したブロック
図である。

１は搬送ラインを走行する被検査材、２は被検査材１の
探傷面に沿って配列される検出コイルであり、第２図は
第１図で示した検出コイル２の一実施例を示した説明図
である。同図（ａｌは櫛歯状の突出歯２ａに取り付けら
れた検出コイル２を正面視した状態の平面型センサで重
なり数６である。同図（ｋｌ）はその結線図である。同
図（Ｃ）は円筒状の被検査材の探傷の場合に用いられる
検出コイルの原理図であり、重なり数２である。

第１図に戻って、３は可変インピーダンス素子であり、
各素子のインピーダンスを個別に微調して変調回路４か
ら与えられる励振信号の振幅及び位相を変えることによ
り、常時における各検出コイルの端子電圧（同図す点の
電位）の大きさ及びその位相を一致させる。また、場合
によっては検出コイル２と並列に各々適当な容量を選定
したコンデンサ２′を付加することもある。

５は発振回路であり、その出力は狭帯域フィルタ６を介
して変調回路４に被変調波としての励振信号を与える。

７は変調出力発生回路であり、各変調回路４に信号の大
きさは同じであるが位相が順次２π／Ｍずつずれた変調
信号を与える。即ち変調信号発生回路７は変調回路４の
出力信号である励振信号の包絡波形を与えている。

例えば、励振信号の角周波数をω１、励振信号の角周波
数をω２、その位相をαｎとするとｎ番目の検出コイル
２に与える励振パルスＹｎは、Ｙｎ＝に一５ｉｎ　　（
ω、　ｔ）　　・（１＋ｓｉｎ　　（（＋３２ｔ＋αｎ
）１のような波形とする。（第３図、第４図参照）但し、Ｙ
ｎは１スキヤン毎に繰り返しのある波形ではあるが１ス
キヤンの間隔では（１＋５ｉｎ（ω２ｔ＋αｎ））の値
が０となる時点から次にＯになる時点までの間発生し、
その他の期間はＯとなっているものである。

ここで、励振信号（１山分）に含まれる搬送波の号イク
ル数をＮとすると上式において、検出コイル２を二重の
重ね巻きの場合及び重なりのない場合には、 ω、＝Ｎ・ω２　、αｎ−π゛ｎ又、Ｍ重の重ね巻きの場合には、２π・ｎ ω、＝Ｎ・ω２　、以上の関係が成り立つようにする。

こうすることにより励振信号の合計は次式に示されるよ
うに常に一定の正弦波となる。即ち、ｔ＋αｉ）ｌ　−
Ｍ−Ｋｓｉｎ（ω、　ｔ）尚二重の重ね巻き及び重なり
のない場合には上記発生手段は、前記変調回路４、発振
回路５、狭帯域フィルタ６及び変調信号発生回路７を含
む。

８は加算回路であり、検出コイル２の各端子電圧を入力
し、これらを合成して得られる検出信号を出力する加算
手段である。

９は差動増幅回路であり、前記加算回路８の平均的な出
力と補正信号発生回路１ｏの出力である補償信号との差
を演算するものである。

１１．１２はサンプルホールド回路であり、前記差動増
幅回路９からの出力を励振信・号と同一周波数で、且つ
、互いに直交する位相でサンプルホールドさせ、Ａ−Ｄ
変換回路１３．１４に送る。

１５．１６は記憶回路であり、最初ＳＷＩ　、５ｉｖ２
を閉路にして、無傷の標準資材のデータを予め記憶させ
る部分である。尚通常の探傷時はスイッチＳｋｉ、ＳＷ
２を開放状態にしている。

１７．１８は引算回路であり、通常の探傷時の被検査材
ｌの信号をＡ−Ｄ変換した後のデータと、前記記憶回路
１５．１６の無傷の標準資材のデータとを引算する。

１９は複素フーリエ変換回路であり、Ａ−Ｄ変換後の出
力を各検出コイル２にそれぞれ一個の励振信号を与えて
得られるｌスキャンのデータをひとまとめとして高速で
複素フーリエ変換を行い、その結果得られた周波数スペ
クトルの実部及び虚部のデータをそれぞれ出力する。

従って、この実施例において、上述した信号変換手段は
、１、前記サンプルホールド回路１１．１２、Ａ−Ｄ変
換回路１３．１４、記憶回路１５．１６、引算回路１７
．１８、複素フーリエ変換回路１９等を含む。

２０．２１は記憶回路であり、これらは代表的な傷のデ
ータを比較情報として予め記憶させる場合にＳＷ３　、
ＳＷ４を閉じて２０．２１に記憶させる部分である。尚
通常の探傷時はスイッチＳＷ３　、ＳＷ４をそれぞれ開
放状態にしている。

２２は相互相関回路であり、この回路は前記複素フーリ
エ変換回路１９で出力された周波数スペクトルの実部及
び虚部のデータと前記記憶回路２ｏ、２１に記憶させた
代表的な傷のデータとの相互相関関数Ｍを計算する。

前記相互相関回路２２の結果をＤ−Ａ変換回路２３に送
り、その出力を記録計２４及びコンパレータ２５に送り
、データの記録及び傷の有無や傷の種類を判定する。

２６は補正信号発生回路１ｏへ振幅がａで励振信号から
ψだけ位相のずれた信号を送る回路である。

２７．２８はサンプルホールド回路１２．１１へ励振信
号と同一周波数で、且つ、互いに直交する位相のサンプ
ルパルスを送るサンプルパルス発生回路である。

２９は複素フーリエ変換回路１９へ１スキヤン毎のパル
スを送り、１スキヤン毎の取り込みと複素フーリエ変換
の開始を指令するＩスキ中ンパルス発生回路である。

以下、上述した構成の渦流探傷装置の動作について説明
する。

第３図〜第８図は、第１図に示した実施例の各部の動作
波形図である。

第３図は重なり数が０又は２で、溝数が１４の場合の検
出コイルにそれぞれ与えられる励振パルス（第１図ａ点
の波形）を示す。

ここで、例えば搬送波の周波数は１２８ｋ）Ｉｚ、変調
信号の１山の周波数は１２．８ｋＨｚより１パルス内に
はＩＯサイクル分の励振信号が含まれる。

第４図は重なり数が４で溝数が８の場合の検出コイルに
与えられる励振）５ルス（第１図ａ点の波形）を示す。

しかして、実際の探傷時には各突出歯２８間の距離或い
は、各検出コイルのインダクタンスの差を生じる場合が
あるため、加算回路８からの出力は完全に平滑にならな
い。そこで、前記突出歯２ａの形状誤差を被検査材のデ
ータから除去するために予め無傷の標準資材を探傷させ
、各検出コイル２の各接続点の電圧の和の信号を加算回
路８により出力し、予め位相及び振幅を設定しておいた
補償信号との差の信号を差動増幅回路９により作り出し
、前記差の信号を励振信号と同一周波数で、且つ、互い
に直交する位相でサンプルホールドした信号をそれぞれ
ｆＯ，ｆ９０として、それぞれＡ−Ｄ変換回路１３．１
４によりＡ−Ｄ変換したデータを１スキャン分まとめた
複素データの時系列（ｆｏ、１゜ｆ９０．．１　）、（
ｆｏ、２．　ｆ９０．２　）　、・・・（ｆｏ、ｎ、　
ｆ９０、ｎ　）　、・・・（ｆｏ、　　（ｎ＋１）　、
　ｆ９０．　（ｎ＋１））、・・・（ｆｏ、２・ｎ、ｆ
９０．２・ｎ）、・・・（ｆｏ、ｎ・（Ｎ　−１＞　、
　　ｆ９０．ｎ　　・（Ｎ　−１）　ｌ　　、・・・（
ｆＯ，ｎ−Ｎ、　ｒ９０．ｎ　　・Ｎｌを得ると共に記
憶回路１５．１６に記憶しておき、引算回路１７．１８
において記憶回路１５．１６の出力（無傷のデータ）と
時々刻々の探傷データの複素データの時系列との差を求
めて形状誤差を除去する。

次に、傷の有無や傷の種類の判定をさせるために、予め
代表的な傷を持つ標準資材を探傷させ、上述と同様に差
の信号を作り出し、励振信号と同一周波数で、且つ、そ
れぞれ直交する位相でサンプルホールドした信号をそれ
ぞれＡ−Ｄ変換して得た複素データの時系列を複素フー
リエ変＃！：狙路１９により複素フーリエ変換して複素
周波数スペク１４　（Ｒ（０）　、　Ｘ　（０）　ｌ、
（Ｒ（ω２／Ｎ　・ｎ）　、　Ｘ　（ωｚ　／Ｎ　−ｎ
）　）、（Ｒ（２・ω２／Ｎ−ｎ）、Ｘ（２・ω２／Ｎ
−ｎ）、・・・　（Ｒ（ω２）、Ｘ（ω２））を得る。

［但しくＲ（０）　、　Ｘ　（０）　）−（Ｒ（６）２
）’、　Ｘ　（ａ）２）になるので最後の項は省略され
る。］この複素周波数スペクトルの実部及び虚部は、第７図（
ａｌ、ｔｂ＋に示すようになりこれを記憶回路２０．２
１に記憶する。

このようにして、代表的な傷のデータが記憶される。

次に、実際に被検査＋、４１の探傷を行う場合について
説明する。

被検査材１の無傷部分は、検出コイル２が一回走査され
ると、加算回路８は前述した無傷の標準資材を探傷した
場合と同様に第５図（ａ）に示すような検出信号を出力
する。第５図（ｂ）は一つの検出コイルに印加される励
振信号の波形である。実際には第５図（ａｌのＴ１及び
Ｔ２の期間の出力は各々次の１２及びＴＩの期間の出力
と加算されてほとんど振幅が一定の正弦波となる。

一方、検出コイル２のいずれかが被検査材１の代表的な
傷を検出しているときは、これに関連して検出コイル２
の位相及び振幅が変化することにより、第１図に示すＣ
点には第６図ｆａ）に示す如き波形の差動信号が表れる
。

この信号を励振信号と同一周波数で、且つ、互いに直交
する位相でサンプルホールドしＡ−Ｄ変換した場合の出
力ｄ、、ｅはそれぞれ第６図ｆｂｌ、（Ｃ１のようにな
る。

しかして、前記Ａ−Ｄ変換した出力と前記記憶回路１５
．１６に記憶させたデータとを引算回路１７．１８でも
って引算することにより検出コイル２の形状誤差を除去
し、傷情報を抽出する。

この傷情報を複素フーリエ変換回路１９により１スキャ
ン分だけまとめた複素周波数スペクトル（Ｒ’　　（０
）、Ｘ’　　（０））、（Ｒ′　（Ω）、Ｘ′　（Ω）
）、・・・　（Ｒ’（ＮｎΩ）、χ’　　（ＮｎΩ））
を求める。

［但しくＲ’　　（０）、Ｘ’　　（０）ｌ　＝　（Ｒ
’　　（ＮｎΩ）、Ｘ’（ＮｎΩ））なので最後の項は
省略される。］この複素周波数スペクトルの周波数成分のデジタル出力
（第１図ｆ、ｇ点）をアナログ的に表したとすると、実
部及び虚部はそれぞれ第８図（ａｌ及び（ｂｌのように
なる。

次に、前記複素周波数スペクトルと前記記憶回路２０．
２１に記憶している代表的な傷の複素周波鮎スペクトル
との相互相関関数の分子の部分Ｍは、次式で求められる
。

Ω）ｘＸ’（ｉ　Ω））前記相互相関回路２２で求めたＭの値をＤ−Ａ変換回路
２３によりＤ−Ａ変換した出力、即ち第１図のｈ点の波
形は第９図のようになり、記録計２４及びコンパレータ
２５に送られる。

前記コンパレータ２５は検出すべき欠陥、即ち傷の大き
さに応じて基準電圧が設定されていて、前記相互相関関
数Ｍの出力が前記基準電圧よりも大きい場合、コンパレ
ータ２５は傷信号を出力することとなる。

尚、無傷のデータや代表的な傷のデータを定期的に変換
して、ドリフト成分の変化を抑えることが望ましい。

上述の実施例では包絡波形として正弦波を用いているが
、本発明はこれに限定されず三角波形であってもよい。

又、相互相関関数Ｍは次式のもので求めてもよい。

）・Ｘ’（ｉ　Ω））この場合、傷の大きさに係わりなく傷の形状のみに着目
して正規化されたパターンの比較を行える。

本発明装置の別の実施例として以下の如く列記する。

■上述の渦流探傷装置の検出コイル２は、櫛歯状に形成
したコアの各突出歯にそれぞれコイルを単独に巻回した
ものであっても、上述の実施例と同様の効果がある。

■上述の；渦流探傷装置の検出コイル２は、それぞれ分
離された単独のコアに各コイルを巻回したものであって
もよく、この検出コイルを複数個、所要間隔で被検査材
１の探傷面に沿って配列してもよい。この場合、比較的
近い隣接コイル間の相互作用のみを得たい時に使用する
のが望ましい。

例えば、円筒状の被検査材を探傷する場合上述の実施例
では櫛歯状のコアを用いているため、径の異なる被検査
材を探傷する場合、使用していた検出コイルを交換しな
ければならず不便になる。

複数個の単独で形成した検出コイルを被検査材の円周に
沿って配列することにより、被検査材の径の変化に合わ
せて内径を変化させることができる。その結果、探傷す
る被検査材の径に関係なく探傷することができるという
効果を奏する。

■上述の渦流探傷装置の検出コイル２は、板状の被検査
材の縁部から延在する、いわゆるダミー検出コイルを設
けたものであってもよい。この場合、検出コイル及びダ
ミー検出コイルに励振電流を流しておき、その内の前記
ダミー検出コイル以外の信号を検出信号として取り入れ
ることとし、この場合検出信号の和の暫次変化部分は無
くなり、常時は第５図のＴ２のように一定の振幅の検出
信号が得られることとなる。

■複素フーリエ変換回路１９を使用せず、実際の探傷時
に検出コイルのいずれかが被検査材の代表的な傷を検出
している場合、上述の実施例と同様にし、引算回路１７
．１８の出力である傷情報を直接に相互相関回路２２に
与えるものであってもよぐ、前記傷情報と、予め記憶さ
せた記憶回路２０．２１の代表的な傷の比較情報との相
関関係を相互相関回路２２でもって求める。

■上述の実施例では、差動増幅回路９からの差の信号を
励振信号と同一周波数で、且つ、それぞれ直交する位相
でサンプルホールドさせるが、この場合サンプルホール
ド回路１１．１２の二つを用いている。しかしながら、
以下のようにも行うことができる。

差動増幅回路９からの差の信号を励振信号と同一周波数
で、且つ、最も高感度で検出できる位相のサンプルパル
スでサンプルホールドした後Ａ−Ｄ変換したデータ（Ｍ
α、１．ｆ’α、２　・・・ｆ′α、ｎＮ）と予め記憶
させている記憶回路１５の無傷の標準資材のデータとを
引算回路１７で演算して傷情報を得る。

次に、前記傷情報と予め記憶させている記憶回路２０の
代表的な傷の比較情報（ｆ“α、１．ｆ“α。

２　・・・ｆ“α、ｎＮ）との相関関係を次式の関数Ｍ
′より求る。

もってＤ−Ａ変換して出力する方法もある。この場合上
述の実施例よりもなお簡単な信号処理となる。又単一位
相の傷に着目して探傷する時に用いるのが望ましい。

（へ）効果本発明は、−個の検出コイルを探傷面に沿って動かずか
わりに一定の関係で配列された検出コイルに、検出コイ
ルの端子電圧の和が時間的に一定となるような励振パル
スを与え、前記端子電圧の和である検出信号に基づいて
傷信号を抽出して雑音を除去した後に傷を判別するので
、次のような効果を奏する。

（１）機械的駆動やスイッチ切換えに基づく雑音発生が
極めて少なく、そのため、正確な探傷をすることができ
る。

（２）複数の検出コイルの出力の和を処理するがら、被
検査材の形状に応じて検出コイルを変更しても、信号処
理回路を変更する必要がないので実使用上たいへん便利
である。

（３）検出信号は、−個の検出コイルを探傷面に沿って
動かした場合と同様に変化するので、被検査材のどの位
置でも同一条件で探傷できる。そのため、信号処理も比
較的容易に行える。

（４）機械的消耗部品が無く、又、保守点検が容易であ
る。

（５）検出コイルが動かないので、冷却手段を付加する
ことも容易に行える。例えば、検出コイルをモールドし
、これを冷却水を通したステンレスやセラミックスのケ
ース内に取りつければ、赤熱材のような高温の被検査材
の探傷も可能である。

（６）　　傷の種類別の分類、識別が可能であり、本発
明装置の記憶回路や相互相関回路やＤ−Ａ変換回路を多
数使用することにより、極めて細かな傷の分類が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の渦流探傷装置の概略を示したブロック
図、第２図は第１図に示した検出コイルの一実施例を示
した説明図、第３図〜第８図は第１図に示した実施例の
各部の動作波形図である。１　・・・被検査材、２　・・・検出コイル、３　・・
・可変インピーダンス素子、４　・・・変調回路、５　
・・・発振回路、６　・・・狭帯域フィルタ、７・・・
変調信号発生回路、８　・・・加算回路、９・・・差動
増幅回路、１１．１２・・・サンプルホールド回路、１
３．１４・・・Ａ−Ｄ変換回路、１５．１６・・・記憶
回路、１７．１８・・・引算回路、１９・・・複素フー
リエ変換回路、２ｏ、２１・・・記憶回路、２２・・・
相互相関回路。特許出願人　　株式会社　島津製作所代理人　　弁理士　　大　西　孝　治１２図第３ｒＩＲＮ＝１ＯＮ＝１０　　　　　　　　１４＠第５図（ｂ）Ｂ８藺第６図（ｂ）− −ｑ第７図ｔＪ８図第９図手続補正書（方式）％式％２、発明の名称渦流探傷装置３、補正をする者事件との関係　特許出願人４、代理人、り！−ど勤

Claims

【特許請求の範囲】

（１）探傷面に沿って配列された複数個の検出コイルと
、加算出力が一定値になるような位相ずれを有し、各々が
単発で繰り返し性のある複数の変調信号で搬送波を振幅
変調することによって得られる励振信号を前記各検出コ
イルにそれぞれ与える励振信号発生手段と、前記検出コイルの各端子電圧を入力し、これらを合成し
て得られた検出信号を出力する加算手段と、前記検出信号と励振信号と同一周波数で適宜に振幅及び
位相を設定された補償信号との差の信号を与える差動増
幅手段と、差の信号から傷情報を抽出する信号変換手段と、代表的
な傷を有する標準資材を通したときの信号変換手段の出
力信号を比較情報として記憶する記憶手段と、前記傷情報と比較情報との相互相関信号に基づいて傷信
号を検出する判別手段とを具備したことを特徴とする渦
流探傷装置。
（２）前記検出コイルは、櫛歯状のコアの各突出歯にそ
れぞれコイルを単独に巻回して形成されるものであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の渦流探傷装
置。
（３）前記検出コイルは、櫛歯状のコアの突出歯に隣り
合うコイルが互いに重なり合うように巻回されたもので
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の渦流
探傷装置。
（４）前記検出コイルは、単独のコアにコイルを巻回さ
れたものを複数個等間隔で並べたものであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の渦流探傷装置。
（５）前記検出コイルは板状の被検査材の縁部から延在
するものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の渦流探傷装置。
（６）前記検出コイルは、円形棒状の被検査材の円周に
沿って配置されたものであることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の渦流探傷装置。
（７）前記信号変換手段は、前記差の信号をＡ−Ｄ変換
したものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の渦流探傷装置。
（８）前記信号変換手段は、前記差の信号をＡ−Ｄ変換
した後複素フーリエ変換するものであることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の渦流探傷装置。
（９）前記信号変換手段は、予め無傷の標準資材を通し
た時の差の信号をＡ−Ｄ変換し、これを補正情報として
記憶すると共に、Ａ−Ｄ変換された被検査材の差の信号
から前記補正情報を減算する補正手段を備えたものであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の渦流探
傷装置。
（１０）前記信号変換手段は、励振信号と同一周波数で
位相が直交する二つのサンプリングパルスで傷情報をサ
ンプルホールドするものであり、且つ前記記憶手段は、
前記サンプリングパルス方法によって得られる二つの比
較情報をそれぞれ記憶するものであることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の渦流探傷装置。
（１１）前記信号変換手段は、前記差の信号を励振信号
と同じ周波数で適宜に位相が設定された一つのサンプリ
ングパルスにより傷情報をサンプルホールドするもので
あり、且つ前記記憶手段は、前記サンプリング方法によ
って得られる一つの比較情報を記憶するものであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の渦流探傷装置
。