JPS6225257A - 板波探傷装置 - 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〕 この発明は、電磁超音波による板波探傷装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

第７図は従来の板波探傷装置の概要を示す構成図である
。図１こおいて、１は導電性の薄板よりなる被検材、２
は被検材１中を伝搬する板波、１２は被検材１中に板波
２を発生させると共に、板波２を検出する発生・検出コ
イル、１４は励磁コイル、５は鉄心、６は励磁コイル１
４及び鉄心５よりなる電磁石、７は電磁石６及び発生・
検出コイル１２よりなる板波トランスジューサ、８は被
検材１の表面に垂直な一方向の直流磁界Ｂを発生させる
ために、励磁コイル１４に直流電流を連通する励磁電源
、９は被検材１の表面に渦電流を誘起するために５発生
・検出コイル１２に交流電流を通電するバルサ、１０は
板波２の振動を検出する発生・検波コイル１２の信号、
Ｔなわち板波２の振動と磁界の相互作用によって被検材
１の表面に発生する渦′ｄＬ流からの発生・検出コイル
１２への誘導信号を増幅する増幅器、１１はパルサ９の
送信タイミングと励磁電源８のＯＮ１０　Ｆ　Ｆを制御
すると共に、増幅器１０の出力信号から被検材１内の欠
陥の有無２位置、大きさを判定する探傷器である。

第８図は、第７図の板波探傷装［１こおける各種の発生
・検出コイルを示す構成図であり、ここには、第８図（
ａ）〜（ｄ）に示すように−４つの構成例が示されてい
る。各図中、３は発生コイル、４は検出コイル、その他
の符号９，１０．１２は第７図に示すものと同一である
。そして、上記した各種の発生・検出コイル１２は、探
傷法、被検材１の特性、パルサ９の電圧、増幅器１０の
入力耐電圧特性に応じて選択して利用される。

第９図は、第７図の板波探傷装置における板波の発生原
理を示す図、第１０図は、第７図の板波探傷装置ｌこお
ける電磁超音波法を説明するための図である。

次に、上記第７図に示す従来の板波探傷装置の動作につ
いて説明する。例えば鉄鋼の圧延ラインにおいては、被
検材１は第７図にａで示すように紙面に垂直方向に搬送
されている。まず、被検材１の欠陥の有無を検出（以下
、探傷と云う）Ｔる時、探傷器１１は励磁電源８とパル
サ９をＯＮ！こする。すなわち、１！磁石６を直流励磁
し、被検材１１こ垂直な直流磁界Ｂを与えると共に１発
生・検出コイルに第９図に示す交流電流ｉを通電する。

ここで、板波２の発生原理を第９図を用いて述べる。前
述した動作を行うと、被検材１の表層部では発生・検波
コイル１２のコイルの間隔のコイルピッチＤに等しい間
隔で渦電流Ｊ□ｌ　Ｊｔ　＋　Ｊ３　＋Ｊ４が誘導され
る。すると、上記直流磁界Ｂと上記各渦１流Ｊｔ　、Ｊ
ｔ　、Ｊｓ　、Ｊａのフレミングの左手の法則にしたが
いローレンツ力Ｆｌ　＊　Ｆｔ　、Ｆｓ　−Ｆ４カ生じ
、この各ローレンツ力Ｆ、　、　Ｆ、　、　Ｆ、　、　
Ｆ４によって被検材１が第９図に破線で示すモードの伸
縮運動を起こし、各矢印ＴＬ、ＴＲに示す両方向に伝搬
して行き、これが板波２となる。第９図に示す板波２は
被検材１の表裏で反対方向に振動（変位）しており、こ
のような板波２の振動形態をＳモードと呼んでいる。ま
た１図示していないが被検材１の厚さ及び送信周波数を
変えれば、被検材１の表裏が同一方向に振動（変位）す
るＡモードと呼ぶ板波も発生・検出が可能である。

次に一板波２の検出は発生の逆であり、被検材１に直流
磁界Ｂを与えておくと１発生・検出コイル１２の直下に
板波２が伝搬してくると被検材１が振動する。すると、
フレミングの右手の法則にしたがい発生の時と同様に、
板波２の振動波長りに等しいピッチで渦電流が発生して
発生・検出コイル１２に誘起される。上記の誘起信号は
第７図に示す増幅器１０で増幅され、探傷器１１Ｊこ入
力される。探傷器１１ではパルサ９の送信（第９図に示
Ｔ’を流ｉ）のタイミングから、受信信号の受信時間、
振幅によって欠陥の有無、大きさ１位置を判定する。

このように、′！ｌｔ磁超音波は電磁誘導の作用を用い
るため非接触で超音波を発生・検出できる特長がある反
面、第１Ｊこ１発生及び検出能（効率）が低い（通常、
圧ｔＵのトランスジューサに比べて約４０〜５０ｄＢ低
い）。そのため９発生能を高めるためにパルサ９の送信
電圧を約１０〜２０ＫＶの高電圧にとる場合が多（、増
幅器１０の入力耐圧を考慮する時、第８図（ｅ）及び（
ｄ）に示すように発生コイル３と検出コイル４を分割し
た構成を採用している。第８図（ｂｌに示す構成では１
発生コイル３と検出コイル４は接近しており、送信時の
発生コイル３から検出コイル４への電磁誘導作用ｌこよ
る誘起起電力が大きく、増幅器１０に過大な入力電圧が
入力され、増幅器１０を構成するトランスジューサの動
作点が電源電圧まで変化し、動作点の回復が遅く板波信
号が出力されなくなる。また。

第８図（ｅ）に示Ｔ構成では１発生・検出コイル１２の
前方に探傷不能領域（不感帯領域）が発生ずる。

第８図（ｄ）に示Ｔ構成では１発生・検出コイル１２の
板波２の伝搬方向への幅（距１ｍ）が長くなり。

板波２の発生時と板波２の伝搬時の検出コイル４の直下
の幅が不感帯領域となるので、この不感帯領域が第８図
ｔａン及び（ｂ）　Ｊこ示Ｔ構成と比べて大きくなる。

第２に、第１０図に示すように被検材１と発生・検出コ
イル１２との距離、すなわちリフトオフによって板波２
のエコーの振幅が変化する。

これは、欠陥の検出性能及び振幅による欠陥の大きさ２
位置等の評価能を低下させる原因となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来の板波探傷装置は以上のように構成さ
れているので、高電圧のパルサ９（はとんどの場合、高
電圧のパルサ９が必要である）を使用すると、第８図（
ｅ）あるいは（ｄｏｔこ示す構成を用い、送信時の検出
コイル４への電磁誘導起電力を減少させる得るが１両方
ともにトランスジューサの近傍の不感帯領域が大きくな
る問題点があった。

今、それぞれの構成における不感帯領域（距離）をＤａ
、Ｄｂ、ＤＣ，Ｄｄとすると、その大小の関係は下記筒
（１）弐〜第（３）式で表わされる。

ＤａキＤｂ三り。・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
（１）Ｚ　−Ｄｏ＝　Ｄｄ　　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・（２）Ｄｏ＜Ｄｏ　　・・・−・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）し、かも、
被検材１の振動によって探傷エコーの振幅が変化するた
め、探傷性能が大きく低下するという問題点があった。

従来において、被検材１の振動、すなわちリフトオフの
変化を少なくする方法として、被検材１にローラでテン
７ヨンをかけるか、あるいはローラで振動を抑制する等
の各種の方法が提案されているが、探傷エコーの変化を
Ｂ　ｄＢ以内、Ｔなわち被検材１の振動を±０．２５ｎ
以内に抑制することは１例えば被検材１の搬送速度が５
００　ｍ　／　ｍなどの高速の圧延ラインにおいては非
常に困難なことであり、実現したとしても大変に高価な
ものとなり実用的ではない問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、不感帯領域を短かくシ、高電圧のバルサと発生コ
イルによる検出コイルへの電磁誘導作用の影響をなくシ
、シかも、リフトオフの変化がエコーの振幅になんらの
干渉も与えない板波探傷装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る板波探傷装置は、被検材をはさみ互いに
対抗するように配置した単数あるいは複数の発生コイル
及び検出コイルを設け、この検出コイルの出力信号を増
幅、遅延、加算処理したものである。

〔作用〕

この発明の板波探傷装置においては１発生・検出コイル
を単数あるいは複数の発生コイル及び検出コイルに分割
し、これらの発生コイル及び検出コイルは被検材をはさ
み互いに対抗するようｌこ配置し、検出コイルの出力信
号を増幅、遅延した後に加算処理しだので、不感帯領域
を短かくシ１発生コイルによる検出コイルへのｔ＠銹導
作用の影響をなくして、被検材の振動ｌこよるリフトオ
フの変化を少なくできる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例である板波探傷装置の概要
を示す構成図で、第７図と同一部分は同一符号を用いて
表示してあり、その詳細な説明は省略する。図において
、３は発生コイル、４は検出コイルであり、３個の検出
コイル４ａ、４ｂ。

４Ｃから構成される。１０は検出コイル４で検出された
板波２の超音波信号を増幅する増幅器であり、３個の増
幅器１０ａ”、１０ｂ、１０ｃから構成される。１５は
増幅器１０の出力信号を板波２の伝搬距離ｌこ合わせて
、所定の時間遅延させて出力する。Ｔなわち時間と共に
遅延時間ｆよを変える機能を持つ遅延器であり、３個の
遅延器１５ａ。

１５ｂ、１５（！から構成される。１６は各遅延器１５
ａ、１５ｂ、１５ｃの出力信号を加算する加算器、１７
は遅延器１５と加算′ａ１６よりなる遅延・７１０　算
’Ａ５である。発生コイル３と検出コイル４ａは被検材
ｌをはさんで互いに対抗している。また、演出コイル４
ｂと検出コイル４ｃは被検材１をはさんで互いｌこ対抗
している。そして、各対抗コイル間の距離はＬで、深部
時は固定される。

第２図は、第１図の板波探傷装置における板波の伝搬経
路を示す図である。図１こおいて、１８は被検材Ｉに存
在する帯状の欠陥、各記号Ｆａ、Ｆｂ。

Ｆｃは、それぞれ発生コイル３の直下で発生した板波２
が欠陥１８に入射した後に反射した反射波の伝搬経路を
示している。その他、３は発生コイル。

４ａ、４ｂ、４ｃは検出コイルである。

第３図は、第１図の板波探傷装置における発生コイルと
検出コイルの間で、被検材が変動（振動）した時の板波
エコーの振幅の変化であるリフトオフ特性を示す図であ
る。

第４図は、第１図の板波探傷装置における増幅器の出力
波形及び遅延・加算処理した後の出力波形を示す図であ
る。第４図（ａ）〜（ｅ）は各増幅器１０ａ〜１０ｃの
出力波形を示し、第４図（ｄ）は上記各出力波形を遅延
・加算した後の遅延・加算処理器の出力波形を示し、第
４図（ｅ）は各遅延器１５ａ〜１５ｃの遅延時間特性を
示している。

第５図は、第１図の板波探傷装置における各検出器の距
離−感度（Ｓ／Ｎ）％性を示す図であり。

第５図（ａ）　〜（ｃ）に示す各記号Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ
は、それぞれの検出コイル４１〜４ｃの不感帯領域（探
傷不能領域）を示す。

次に、上記第１図に示すこの発明の一実施例である板波
探傷装置の動作について説明する。板波２の送受信動作
のうちで、励磁電源８．パルサ９及び探傷器１１の動作
については、上記第７図に示す従来装置と同じであるか
ら省略する。第１図に示すように、発生コイル３と検出
コイル４５Ｌ。

及び検出コイル４ｂと検出コイル４ｃはそれぞれ被検材
１をはさんで距離りで一定間隔に保持されている。その
間隔Ｌｉこ被検材１が搬送・挿入された後、探傷器１１
の指令によって励磁電源８とパルサ９を駆動して板波２
を発生する。この板波２は、第１図に示すように被検材
１の表裏が同時に反対方向（Ｓモード）あるいは同方向
（Ａモード）に振動する。よって、欠陥からのエコーも
発生と同じ形態で反射するので、この発明のように検出
コイル４＆を被検材１をはさんだ反対側に配置しても板
波２が検出できる。また、欠陥からの反射波は拡散する
ので感度は低下するが１発生コイル３の側面に配置する
検出コイル４Ｃでも板波２の信号は検出できる。同様に
、検出コイル４Ｃの被検材１をはさんだ反対側に配置し
た検出コイル４ｂでも、板波２の検出が可能である。こ
の時の板波２の伝搬経路を第２図に示している。ここで
。

被検材１が振動した時の発生コイル３と各検出コイル４
　ａ　＃　４　ｂ　ｒ　４　ｃの各リフトオフＬｕ、Ｌ
ｄに対する発生コイル３の板波発生能、及び各検出コイ
ル４ａ、４ｂ、４ｅの板波検出能は、第３図（ＩＬ）に
示す特性曲線を描く。

板波探傷の探傷エコーのリフトオフ特性は、第３図（ａ
）に示す各特性の和となる。よって、第３図（ｂ）に示
すように、リフトオフの変化に対して探傷エコーは変化
しない。すなわち１発生コイル３と検出コイル４ａの間
隔及び検出コイル４ｂと検出コイル４ｃの間隔を一定１
こ保てば、被検材１の振動に対して探傷エコーの振幅は
変化しない。ここで、各増幅器１０ａ、１０ｂ、１０ｃ
は各検出コイル４ａ、４ｂ、４ｃの出力信号を増幅する
と共に−　リフトオフｔこ対する検出感度を一定番こす
る機能を持つ。

次に、遅延・加算器１７の動作ｌこついて述べる。

第２図、第４図に示すように欠陥１８からの反射波の伝
搬距離は、検出コイル４＆と各検出コイル４ｂ、４ｃと
では異なる。すなわち、検出コイル４ａに比べて、各検
出コイル４ｂ、４ｃで検出される信号の方が遅れる。そ
の時間は、伝搬経路差で決まる。第４図には、各検出信
号のタイムチャートが示されている。ここで、各検出コ
イル４ｂ。

４Ｃは被検材１の面上で同じ位置に置かれているので、
第５図（ｂ）及び（ｃ）　ｉこ示す遅延時間ｔｂ　＊　
Ｌｃｌ’！　ｔ６＝　１ｃの関係になる。よって、各遅
延器１５ｂ、１５Ｃの遅延時間を等しく（０秒）にし、
遅延器１５ａの遅延時間をｔ、に設定すれば、演出コイ
ル４ａの出力信号は第４図（ａ）に破線で示すようにｔ
６秒だけ遅れる。この時の遅延時間ｔｂは１次式に示す
関数で決まる。

１ｂ＝−・ｔ ここで、ｔ、：遅延器１５で発生する遅延時間／：板波
２の伝搬距離 Ｖ二板波２の伝搬時間 ｔ：板波２を送信してからの時間 よって、各遅延器１５ｂ、１５ｃでは送信−ｔｌｌ流（
第９図に示すｉ）の立ち上がりに同期させて。

第４図（ｅ）に示すように時間ｔと共に遅延時間ｔ、を
増加する機能を持たしている。

このように、各検出コイル４ａ、４ｂ、４ｃの出力イｇ
号の位相に合わせて加算器１６で同期加算すると、出力
信号は加算数、すなわち検出コイル数は３倍に、Ｓ／Ｎ
４１６倍になる。この信号を。

上記した従来装置と同様の探傷器１１１こ入力すれば、
探傷エコーのＳ／Ｎが向上するので、探傷の精度及び信
頓性が向上する。

しかも、各検出コイル４１Ｌ、４ｂ、４ｃの距離感度特
性は、それぞれ第５図ｆ＆）及び（ｂ）に示す特性を持
っている。第５図（ａ）は検出コイル４ａの特性を、第
５図（ｂ）は各検出コイル４ｂ、４ｅの特性を示してお
り、検出コイル４ａは不感帯領域Ｄ１は短いが遠距離の
探傷感度は低下する。逆に各検出コイル４ｂ、４ｃはコ
イル付近の不感帯領域Ｄｂは長いが、遠距離での探傷感
度は検出コイル４ａに比べて高い。これら各検出コイル
４ａ、４ｂ、４ｃの出力信号を加算することによって、
第５図（ｅ）に示すようｌこ不感帯領域が短縮できると
共に、遠距離での探傷感度が向上するので、距離−感度
特性が向上する。

なお、上記実施例では、板波２の発生法、被検材１に垂
直な直流磁界Ｂを与える横波発生法を用いたが、被検材
１の表面に水平の直流磁界Ｂを与える縦波発生法を用い
ても良い。

また、上記実施例では、ＩＫ電磁石を用いた場合につい
て説明したが、これに代えて永久磁石を用いても良い。

また、上記実施例において１発生コイル３と検出コイル
４ａ、及び検出コイル４ｂと検出コイル４Ｃの被検材１
に対する表裏での配置は、逆にしても良い。

また、上記実施例１こおいて、被検材１の板厚が表面波
の波長２８以内であれば１表面波を発生させる被検材ｌ
での表面波の発生面と反対側の面も同時に振動するので
、この発明による構成で表面波の検出も可能となり、こ
のため１表面波トランスジューサとして利用できる。

また、上記実施例において、遅延加算を交流信号域で行
ったが、各増幅１０ａ、１０ｂ、１０ｃと各遅延器１５
ａ、１５ｂ、１５ｃの間に検波器を挿入して直流信号成
分の遅延・加算を行っても良い。

また−上記実施例・において、各検出コイル４ｂ。

４Ｃを被検材１の端面−こ対し傾斜させ、焦点形にすれ
ば一部分を集中して探傷することもできる。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、板波探傷装置ｌこおい
て、被検材をはさみ互いに対抗するように配置した単数
あるいは複数の発生コイル及び検出コイルを設け、この
検出コイルの出力信号を増幅。

遅延、加算処理したものであるから゛、探傷感度が被検
材の振動に影響されず＋　Ｓ／Ｎが向上し、しかも、探
傷限界距離を長くすることができるので。

高い性能、信頼性が得られるという優れた効果を奏する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である板波探傷装置の概要
を示す構成図、第２図は、第１図の板波探傷装置におけ
る板波の伝搬経路を示す図、第３図は、第１図の板波探
傷装置における発生コイルと検出コイル間で、被検材が
変動（振１ｆｉｌ））した時の板波エコーの撮幅の変化
であるリフトオフ特性を示す図、第４図は、第１図の板
波探傷装置における増幅器の出力波形及び違砥・加算処
理した後の出力波形を示す図、第５因は、＠１図の板波
探傷装置における各伐出器のビ巨離−感度（Ｓ／Ｎ）特
性を示す図、第６図はこの発明の他の′ｊ！施例流側る
板波探傷装置にお（ブる各検出コイルの配置を示す図、
第７図は従来の板波探傷装置の、概要を示す博成図、第
８図は、第７図の根波探鶴裂μにおける６檀の発生・検
出コイルを示す構成図、第９図は、第７図の板波探傷装
置における板波の発生原理を示す図、第１０１は、第７
図の板波探傷装置における電磁超音波法を説明するため
の図である。 図において、１・・・被検材、２・・・板波、３・・・
発生コイル、４．４ａ１４ｂｔ４ｅ−１ｍｍココイル５
・・・鉄心、６・・・電磁石、７・・・板波トランスジ
ユーザ。 ８・・・励磁電源、９・・・パルプ、１０．１０ａ、１
０ｂ＊　１０　ｃ・・・増幅器、１１・・・探傷器、１
４・・・励磁コイル−１５＋　１５　ａ　＃　１５　ｂ
　＋　１５　ｃ　・・・遅延器。 １６・・・乃口運器、１７・・・遅延・加算器である。 なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検材の表面に対して水平又は垂直の磁界を与える電磁
   石あるいは永久磁石と、前記被検材をはさみ互に対抗す
   るように配置した単数あるいは複数の発生コイル及び検
   出コイルを設けた板波トランスジューサに、前記検出コ
   イルの出力信号を増幅する増幅器と、この増幅器の出力
   信号を遅延及び加算する遅延加算器を備えたことを特徴
   とする板波探傷装置。