JPS62172258A - 漏洩磁束探傷装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、全屈材料の製造現場における非破壊検査など
に用いられる漏洩磁束探傷装置に関する。

〔従来の技術〕

鋼管や棒鋼など円筒又は円柱状磁性材料の軸方向表層面
欠陥（シーム状割れ疵など）を連続的に検出する装置と
して、回転プローブ式渦流深傷装置及び回転ヘッド式漏
洩磁束探傷装置が実用されている。

漏洩磁束探傷装置は渦流探傷装置に比べて、磁気飽和を
必要としないことや、特に黒皮材におけるシーム状割れ
疵の検出能力が高いなど、有利な面が多い。

漏洩磁束探傷の原理は次の如きものである。第９図ｆａ
）に示すように磁路を形成する磁性体に磁気的不連続部
（疵）が有ると磁束分布が乱れ、特に磁性体の表面又は
その近傍（表層面）に磁路と直交する割れ疵があると磁
束は磁性体内部において乱れるばかりでなく磁性体外部
に漏れる性質があり、外部に漏れる磁束の量は表層面割
れ疵の大きさく疵の深さや幅）に略比例する事が確かめ
られている。この漏洩磁束をセンサで検知すれば、表層
面欠陥の存在やその大きさを知ることができる。

回転ヘッド式漏洩磁束深傷装置の回転ヘッドは第９図（
ｂｌに示す如きもので、磁石（一般に電磁石）の磁極Ｎ
、Ｓを被検体の両側に配置して被検体を横断する磁束を
発生させ、該磁束の帰路を筒状ヨークにより形成すると
共に、該ヨークで磁極Ｎ。

Ｓ及びセンサを支持する。被検体の軸方向に延びる表層
面割れ疵は磁極Ｎ、Ｓの中間に位置するとき最も多くの
漏洩磁束を発生するので、漏洩磁束をピックアップする
センサはこの位置に配設する。

該センサ及び磁ｉＮ、Ｓ等を例えば矢印方向に回転しそ
して被検体をその軸方向に直進させることにより、被検
体表層面をスパイラル状に全面探傷することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

回転ヘッド式漏洩磁束深傷装置の欠点は、全て、磁穫お
よびセンサ等を機械的に回転させることに由来する。主
なものを列挙すると■装置（回転ヘッド等）が大損りな
ものになり、高価、■摺Ｉ！ｉＪ＋部（スリップリング
等）の寿命が短い、０回転数が機構上制約され、探傷速
度を上げられない、等である。本発明は機械的な回転は
行なわないようにして上記欠点を除き、且つ疵検当節は
機械的回転型と同等以上である漏Ｉ！！！磁束探傷装置
を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、多相交流で励磁され、被検材を通される中空
円筒状回転磁界発生器と、該回転磁界発生器の円筒内壁
に沿って円周方向に配列された多数の漏洩磁束センサと
、該センサの各出力を前記回転磁界と同期させて順次サ
ンプリングする回路と、該回路の出力から疵情報以外の
成分を除去するバンドパスフィルタとを備えることを特
徴とするものである。

〔作用〕

上記装置では励磁磁界は機械的にではなく電気的に回転
するので、大損りになる機械的回転機構を必要とせず、
また高速回転も自在である（周波数及び又は穫数を変え
るだけでよい）。電気的な回転で、機構としては静止部
材でよいのでセン号数の増加も容易になり、センサリー
ド線の処理も簡単である（スリップリング又は回転トラ
ンスなどを必要としない）。またセンサ出力は最大検出
出力が得られるＳ／Ｈのよい点でサンプリングするので
、正確な圧検出を行なうことができ、このサンプリング
点は位相シフト回路により容易に調整できる。

〔実施例〕

第１図に示すように本発明では回転磁界発生器１０を用
い、これにより回転ヘッドを機械的に回転させたと等価
にする。回転磁界発生器１０は第４図に示すように巻線
１２、鉄心１４、円筒状外側支持体１６、内側絶縁円筒
１８を有し、内側絶縁円筒１８内にセンサ一群２０が収
容される。巻線１２は２π／３ずつ離して置いた３個の
コイルからなり、３相交流で励磁されて回転磁界を発生
する。周知のようにこの回転磁界の回転数Ｒ（ｒｐｍ）
は、極数をＰ、３相交流の周波数をｆ　　（Ｈｚ）とし
てＲ＝１２Ｏｆ／Ｐである。センサ一群２０は第５図に
示すように内側絶縁円筒１８の内壁に沿って円周方向に
一列に配列され、リード線群２２によりコネクタ群２４
に接続される。コネクタ群２４は絶縁円筒１８より大径
の円板上に配列され、素子間々隔が十分とれるようにし
である。センサとしてはホール素子、ＳＭＤ　（商品名
）、磁気抵抗素子、およびコイルなどの磁気検出素子で
あればいずれでもよく、また検出する磁束の向きは垂直
、水平いずれでもよい。第６図はセンサとしてコイルを
用い、漏洩磁界水平成分を検出する場合のコイル姿勢を
示す。垂直成分を検出する場合は、第６図（ａ）でコイ
ルを９０’回転させ、水平状態にすればよい。

第１図ではセンサとしてコイルを用いている。

各コイル２０ａ、２０ｂ、・・・・・・の一端は接地さ
れ、他端はリード線およびコネクタを介して増幅器３２
ａ、３２ｂ、・・・・・・に接続される。各コイルは漏
洩磁束により誘起電圧を生じるので、被検体がない又は
被検体に疵がない場合誘起電圧は零であり、被検体に疵
があると、その疵の近傍のコイルの誘起電圧が最も高く
、それより離れるにつれて低（なる。第７図にこの状態
を示す。この図ではあるコイルｎｃｈが疵の直上にある
としており、（ｎ　−１）　ｃｈ、　　（ｎ＋１）　ｃ
ｈはコイルｎｃｈの左、右にあるコイル、（ｎ−２）　
ｃｈ、　　（ｎ＋２）　ｃｈは更にその左、右にあるコ
イルを示し、以下これに準する。

なお回転磁界によってもコイルに誘起電圧が生じるが、
第７図ではこれは無視している。コイル誘起電圧を第９
図に示すように磁極Ｎ、Ｓの中間でサンプリングすると
、この状態では回転磁界はコイルと鎖交しないから、回
転磁界によるコイル誘起電圧は考えなくてよい。

第１図のアナログスイッチ３４ａ、３４ｂ、・・・・・
・は上記のサンプリングを行なうものである。このスイ
ッチ３４ａ、３４．ｂ、・・・・・・は例えば電界効果
トランジスタで構成され、リングカウンタ４４の出力に
より開閉される。回転磁界を発生させる３相交流の１相
は降圧トランス３８を介して位相シフト回路４０に人力
し、こ−でＯ〜３６０°の範囲内の任意の位相に移相さ
れたのち位相ロック式の周波数てい倍器４２に入力する
。コイル２０ａ、２Ｑｂ、　・・・・・・の個数をｎと
すると、周波数てい倍器４２はｎてい倍を行ない、従っ
て３相交流の周波数をｆとすればｎｆを出力してこれを
ｎステップ（ｎ進）リングカウンタ４４に供給する。

リングカウンタ４４のスイッチ制御出力はｎ個あり、従
ってスイッチ３４ａ、３４ｂ、・・・・・・は３相交流
の１周期の間に１回オンにされ、そのオンのタイミング
は位相シフト回路４０により回転磁界のＮ、Ｓ極の中間
に自己のコイルが位置するときにされる。各スイッチの
オンである時間は３相交流の１周期であり、ｎは例えば
１２０である。第７図では各コイルのオン期間に斜線を
付して示す。

被検材に疵があるとコイルに誘起電圧があり、疵に対向
するコイルの誘起電圧が最大で、疵から離れるにつれて
誘起電圧は減少するが、サンプリングは各誘起電圧のピ
ーク点で１　／　ｎ周期に亘って行なわれる。

スイッチ３４ａ、３４ｂ・・・・・・でサンプリングさ
れた各コイルの誘起電圧はバンドパスフィルタ３６に加
えられ、ノイズ除去される。即ち被検材３０の中心がセ
ンサ群２０の中心と不一致である、または被検材が円形
断面でなく偏平または偏肉していると、無疵であっても
コイルに電圧が生じる。

この電圧は回転磁界と同−周期又は１／２程度の周期を
持ち、振幅は小さい。フィルタ３６はこれを除去する。

こうしてノイズ除去されたフィルタ３６の出力が本回路
の疵検出出力になる。

周波数てい倍器４２はリングカウンタ４４の出力が帰還
され、該カウンタの最終段出力パルスが位相シフト回路
４０の出力正弦波の基準位相例えばゼロクロス点の位相
にロックされるようにする。

第２図は第１図の改良型で、第１図に更に打消し電圧発
生器４６ａ、４６ｂ、・・・・・・差動増幅器４８ａ、
４８ｂ、　・・・・・・及びローパスフィルタ５０ａ。

５０ｂ、・・・・・・が追加されている。これらは回転
磁界発生器の磁極や巻線の不揃い、あるいはセンサ群の
組立て不揃いなどに起因するセント固有の出力（これは
ノイズ）を消去する働きをする。増幅器３２ａ、３２ｂ
、・・・・・・の出力は被検体がない場合、理想的には
零になるが実際には上記不揃いのため歪波出力がある。

これは各コイルまちまちであり、前記サンプリング処理
をした出力に不規則に残存し、ノイズとなる。ローパス
フィルタ５０ａ、５Ｑｂ、・・・・・・は回転磁界と同
一周波数の正弦波を通過させ、その高調波成分を除去し
て上記歪波出力の低減を行なう。

ローパスフィルタ５０ａ、５０ｂ、　・・・・・・’ｃ
　’＆　過した各コイルの出力正弦波もその振幅は各コ
イルにつきまちまらである。これは差動増幅器４８ａ。

４８ｂ、・・・・・・及び打消し電圧発生器４６ａ：、
４６ｂ、・・・・・・で相殺する。打消し電圧発生器は
回転磁界と同一周期で振１陥および位相が可変の正弦波
を発生するもので、これらの振幅及び位相は被検材がな
いときのフィルタ５０ａ、５０ｂ、　・・・・・・の出
力に合わせ、増幅器４８ａ、４８ｂ、　・・・・・・で
打消す。この振幅及び位相調整は人為的に行なう。

第３図は第２図を更に改良したもので、被検材の振動に
よるノイズを消去することができる。アナログスイッチ
５２ａ、５２ｂ、・・・・・・および差動増幅器５４が
そのための手段で、スイッチ５２ａ。

５２ｂ、・・・・・・は１つづつずれてリングカウンタ
４４の出力で制御される。即ちスイッチ５２ａは３４ｂ
と、５２ｂは３４Ｃと、−−５２ｎは３４ａと同じ出力
でオンオフされ、スイッチ３４ａ、３４ｂ、・・・・・
・の出力とスイッチ５２ａ、５２ｂ、・・・・・・の出
力の差が増幅器５４で求められ、致着がバンドパスフィ
ルタ３６に加わる。

上記差のイメージを第８図で説明すると、コイル出力は
第８図ｆａ）の棒グラフの如くで、差動増幅器５４はこ
れらの隣接２出力Ａ、Ｂの差を逐次求めるから（Ａ−Ｂ
）出力は第８図ｆｂｌの如くなる。

被検材の振動によるコイル出力変化は隣接２コイル（本
例では１周に１２０個のコイルを配設するからコイル間
隔は３°）では同じに現われるとしてよいから上記差演
算で消去され（Ａ−Ｂ）出力の零クロス点が底位置とし
てよい。

回転磁界の発生は３相交流に限らず、任意のｍ個のコイ
ルを２π／ｍずらして配置してｍ相交流で励磁してもよ
く、本発明はが−る多相交流方式％式％ 〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように、本発明では励磁磁界は
機械的にではなく電気的に回転するので、人生りになる
機械的回転機構を必要とせず、また高速回転も自在であ
る（周波数及び又は極数を変えるだけでよい）。電気的
な回転で、機構としては静止部材でよいのでセンサ数の
増加も容易になり、センサリード線の処理も簡単である
（スリップリング又は回転トランスなどを必要としない
）。

またセンサ出力は最大検出出力が得られるＳ／Ｈのよい
点でサンプリングするので、正確な疵検出を行なうこと
ができ、このサンプリング点は位相シフト回路により容
易に調整できる。更に打消し電圧による相殺、隣接２セ
ンサ出力の差出力を行なうことができ、これらによりノ
イズを除去して一層正確な疵検出を行なうことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実施例を示す回路図、第４図
は回転磁界発生器の説明図で（ａｌは端面図そして（ｂ
）は側面図、第５図＋８）　（ｂｌはセンサ配列の説明
図で（ａｌは端面図そして（ｂ）は側面図、第６図はセ
ンサ配置状態の説明図で（ａ）は正面図そして（ｂｌは
側面図、第７図はセンサ出力の説明図、第８図（ａｌ　
（ｂｌは差出力の説明図、第９図（ａ）　（ｂｌは漏洩
磁束探傷の説明図である。 図面で１０は回転磁界発生器、２０ａ、２０ｂ。 ・・・・・・はセンサ、３４ａ、３４．ｂ、　・・・・
・・及び４０゜４２．４４．　　はサンプリング回路、
３６はバンドパスフィルタ、５０ａ、５０ｂ、　　・・
・・・・はローパスフィルタ、４６　ａ、　　４６　ｂ
、　・−・−・及びＩ！ｓａ、４８ｂ、・・・・・・は
打消し回路、５２ａ、５２ｂ、・・・・・・はもう１系
列のサンプリングスイッチ、５４は差動増幅器である。 出　願　人　　原電子測器株式会社 出　願　人　　新日本製鐵株式会社 代理人弁理士　　青　　柳　　　稔 （Ｑ） 外側支￥ゴ俸１６ 第４ （ｂ）５４ （Ａ−８）水力 （の　　浦浅１４

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）多相交流で励磁され、被検材を通される中空円筒
   状回転磁界発生器と、 該回転磁界発生器の円筒内壁に沿って円周方向に配列さ
   れた多数の漏洩磁束センサと、 該センサの各出力を前記回転磁界と同期させて順次サン
   プリングする回路と、 該回路の出力から疵情報以外の成分を除去するバンドパ
   スフィルタとを備えることを特徴とする回転磁界式漏洩
   磁束探傷装置。
2. （２）各センサの出力は、回転磁界と同一周波数の正弦
   波を抽出するローパスフィルタと、被検材がない状態で
   の該フィルタの出力を打消す回路を通した後、サンプリ
   ング回路へ入力するようにしてなることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の漏洩磁束探傷装置。
3. （３）サンプリング回路は２系列設けられ、逐次隣接２
   センサの出力がサンプリングされ、差動増幅器でこれら
   の差が求められ、該差動増幅器の出力がバンドパスフィ
   ルタに入力されるようにしてなることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の漏洩磁束探傷装置
   。