JPS6285857A - 渦流探傷装置 - 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、自動位相設定と自動感度較正が可能なプロー
ブ探傷法に使用する属流探傷装置に関するものである。

〔発明の背景〕

プローブ探傷法は、管状素材（鋼管等のバイブ及びビレ
ット等の棒材を含む、以下同じ）をスパイラル搬送させ
、その円周に近接して固定配置したプローブで探傷して
いる。またプローブを回転させ、管状素材を直進搬送し
て同様に探傷している。従って管状素材の探傷軌跡はス
パイラル状となる。管状素材とプローブの間隔は通常１
鶴以下に保たれ、絶えず検査面に追従するようになされ
ているが、管状素材の表面状況、曲がり、真円度等によ
り厳密には相当変化しているのが実情である。この管状
素材とプローブの相対的な間隔の変化により、管状素材
に発生する渦電流が変化し、リフトオフ信号という探傷
に最も有害な雑音成分を発生する。このため、一般の位
相／振幅法の渦流探傷では、人工欠陥を設けた対比試験
片（ＲＢ）を用いて検波後のリフトオフ信号と欠陥信号
とを弁別できるように、リフトオフ信号と欠陥信号との
位相及び欠陥信号の利得を調整し、その後の実際の探傷
をしている。

ところが、位相設定は管状素材の材質や探傷周波数、検
出しようとする疵の大きさ・形状等によっても変化する
ので、その都度設定する必要がある。またこの種渦流探
傷法で得られる探傷信号には、前記リフトオフ信号、欠
陥信号の他に管状素材の表面凹凸によるノイズ信号があ
り、これらの信号が合成された波形を有している。もち
ろん目的とする信号は欠陥信号である。

〔従来の技術〕

このような渦流探傷を行う従来の装置の構成は、第６図
に示すブロック図の通りである。同図に示す如く、プロ
ーブコイル１に発生する探傷信号ａは、プリフジ回路２
により欠陥信号が検出され、増幅器３により増幅されて
位相検波回路４ａ、　４ｂに送られる。そして、ここで
位相器５により９０度位相の異なったＸ軸信号とＹ軸信
号として取り出される。このようにして処理された探傷
信号ａは、帯域フィルター６ａ、　６ｂにより欠陥信号
の周波数に近い周波数のみが取り出されて疵判定部７へ
送られて疵評価がされると共に、ＣＲＴ表示器８等にＸ
−Ｙ表示（平面ベクトル表示）される。尚、第６図にお
いて、９は高周波発振器である。

而して、探傷信号ａは前述した通り、リフトオフ信号、
ノイズ信号、欠陥信号の各種信号が混在した状態のもの
であり、そのままでは、外乱要素が多いので正確な７ｉ
Ｉ評価を行うことは不可能である。そのため従来では対
比試験片を用いて検波後の探傷信号ａの位相を作業者が
ＣＲＴ表示器８等を見ながら設定すると共に、対比試験
片に形成された人工欠陥の利得をＣＲＴ表示器８等のＹ
軸信号出力を見ながら所定の利得になるように感度較正
している。このように探傷信号ａの位相設定及び欠陥信
号の感度較正を行うことで、Ｓ／Ｎ比を増加させて疵評
価を行うようにしている。また帯域フィルター６ａ、　
６ｂを用いて欠陥信号の周波数に近い周波数のみを取り
出してＳ／Ｎ比を増加させる手段が取られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、ランダムに発生するノイズ信号及びリフトオ
フ信号から探傷信号ａ全体の位相を人間の感によって設
定することは極めて大きな誤差を生じることになり、ノ
イズ信号と欠陥信号の弁別が悪く、正確な疵評価を行え
なかった。その理由は、ノイズ信号はランダムなもので
あって、欠陥信号と同振幅の場合があり、どれが欠陥信
号でどれがノイズ信号かの判別が人間の感では行い難い
からである。また対比試験片（ＲＢ）と材料間あるいは
材料間での位相ズレには、ランダムに発生するノイズ信
号が表面性状の差や、材料の電磁気的ムラによって位相
変動し、人間の感では正確な判定が困難であり、位相設
定が行えないという欠点があった。更にランダムに発生
するノイズ信号を基準として位相設定を自動化すること
は、その基準因子の検出が困難であるために不可部であ
り、作業者の個人差が疵評価に影響を与えるという欠点
があった。

更にまた対比試験片の１点に加工された人工欠陥からの
信号は瞬間的なものであって、ＣＲＴ表示器８等に表れ
るＹ軸信号の大きさく利得）を人間が目視で設定するの
は精度が悪く、作業者間においてバラツキが発生すると
いう欠点があった。

本発明は従来の上記欠点に鑑みてこれを改良除去したも
のであって、リフトオフ信号が他の欠陥信号やノイズ信
号に比べて極めて低周波であることに着目し、リフトオ
フ信号を低域フィルターでもってピンクアップして探傷
信号の位相設定並びに実際の探傷中において位相追従を
自動的に行えるようになし、また感度較正を演算装置に
より自動化した渦流探傷装置を提供せんとするものであ
る。

〔前記問題点を解決するための手段〕

前記問題点を解決するための本発明の手段は、プローブ
コイルに発生する探傷信号をブリッジ退路で検出し、そ
の出力信号を検波して増幅した後に帯域フィルターを介
してＣＲＴ表示及び疵判定等を行うプローブ探傷法に使
用する／ＩＩＩ流深傷装探傷あって、検波回路と帯域フ
ィルター七の間に感度設定用の増幅器及び位相設定用の
位相回転器を設け、位相回転器の出力側にリフトオフ信
号検出用の低域フィルターを設置してこの低域フィルタ
ーと前記帯域フィルターの出力側をＡ／Ｄ変換器を介し
て演算装置に接続している。そして、この演算装置は、
低域フィルターによって検出されたリフトオフ信号の位
相角を演算すると共に該位相角に基づいて位相回転器へ
探傷信号の位相設定をｔ誇示し、また演算装置は帯域フ
ィルターを通過した探傷信号のうちの欠陥信号の利得を
所定の利得になるべく前記増幅器に利得調整を指示する
ようにしている。

〔作　用〕

第１図のブロック図及び第５図のフローチャートで明ら
かな如く、探傷に最も支障を来すリフトオフ信号Ｃは低
周波であり、検波・増幅された出力信号の中から低域フ
ィルター１５ａ、　１５ｂを用いることによりピックア
ップすることができる。ピックアンプされたリフトオフ
信号Ｃは、演算装置１７において第３図に示す如くに振
幅ＺｍａｘにおけるＸ軸の値ＸｍａｘとＹ軸の値Ｙ＋ｍ
ａｘとが読み取られ、それぞれの値からリフトオフ信号
Ｃの位相角θが演算される。そして、この位相角θの分
だけ位相回転器１４ヘリフトオフ信号Ｃの位相設定指示
Δθがなされ、位相回転器１４は探傷信号ａの全体をこ
れに含まれるリフトオフ信号Ｃの位相θがＸ軸と一致す
べく調整する。このため、帯域フィルター６ａ。

６ｂでリフトオフ信号Ｃの除去された探傷信号のうちの
ノイズ信号ｄの利得は最小値となり、Ｓ／Ｎ比の増大を
図ることが可能である。また実際の探傷において自動的
に位相設定を連続的に行うことが可能である。

更に、ロフト替えに際し、演算装置１７にはライン全体
を制御するコンピュータ１８から、これから探傷しよう
とする材料に対する人工欠陥の利得等の信号βが入力さ
れ、帯域フィルター６ａ、　６ｂからは、人工欠陥のＸ
−Ｙベクトル信号の大きさが入力されている。演算装置
１７は、前記Ｙ軸信号の大きさを信号βに合わせるべく
増幅器１２ａ、　１２ｂへ感度較正の指示信号αを送る
。これにより、自動感度較正が可能である。

以下に本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて説明
すると次の通りである。なお、従来と同一符号は同一部
材である。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る渦流探傷装置の全体構成を示すブ
ロック図である。プローブコイル１に発生する探傷信号
ａは、ブリッジ回路２及び増幅器３を経て同期検波回路
１１ａ、　ｌｌｂへ送られる。ブリッジ回路２は、平衡
が得られるようになっており、プローブコイル１が管状
素材の欠陥部に至ると渦電流が変化するのでブリッジ回
路２の平衡状態が崩れ、欠陥信号を含む信号を出力する
。また同期検波回路１１ａは位相器２１の指示により、
探傷信号ａのうちのＸ軸成分のみを取り出して検波し、
同期検波回路１１ｂは同様にＹ軸成分のみを取り出して
検波する。同期検波回路１１ａ、　ｌｌｂの出力は、第
２図に示す如＜９０度位相の異なった平面ベクトルとな
る。

検波出力は感度較正用の増幅器１２ａ、　１２ｂにより
増幅された後、位相設定用の位相回転ｓ１４を経てその
分岐信号が低域フィルター１５ａ、　１５ｂに取り込ま
れ、同期検波出力Ｘ−Ｙベクトル信号に含まれるリフト
オフ信号Ｃが取り出される（第３図参照）。これはリフ
トオフ信号Ｃが管状素材の回転に伴って発生し、遅い変
化の信号（例えば、ＩＯ２の低周波信号）として得られ
るからである。なお、探傷信号ａには他にも前記欠陥信
号すとノイズ信号ｄとが含まれており、これらの周波数
関係は、たとえば２００　ｍ　”のビレット材を材料周
速３０ｍ／ｍｉｎで回転させ、５ｍＪ’のプローブコイ
ルで探傷した場合、 欠陥信号：約１００Ｈ２（コイル中底の通過時間）ノイ
ズ信号：５０〜１５０Ｈｚ リフトオフ信号；約ＩＨ２ である。

前記ビックアンプされたリフトオフ信号Ｃは、Ａ／Ｄ変
換器１６によりデジタル信号に変換された後、演算装置
１７に入力される。この演算装置１７は、第５図のフロ
ーチャートに示す如く、先ず入力された信号からリフト
オフ信号Ｃの最大値を取り込むために、材料が必ず１回
転以上した時間中の低域フィルターのＸ軸、Ｙ軸のデー
タを取り込む。

次に演算装置１７は、リフトオフ信号Ｃの位相角θ及び
Ｘ軸とのズレ量Δθを演算し、これを補正すべく位相回
転器１４へ信号Ｔを出力する。位相角θ及びズレ量Δθ
は、次の要領で求めることが可能である。

すなわち、リフトオフ信号ＣのＸ軸信号とＹ軸信号とを
演算し、先ずリフトオフ信号Ｃの振幅Ｚを下記の（１１
式により求める。

２−ｆ〒下四　−０−、−（１） そして、振幅Ｚを連続して求めることにより、Ｚｓａｘ
値におけるＸ軸信号の値ｘｍａｘとＹ軸信号の値Ｙａａ
ｘとを知ることができ、Ｚｓａｘの値を三角関数式にあ
てはめることでリフトオフ信号Ｃの位相角θが求められ
る。この位相角θが許容範囲り内であれば、位相角θの
間接は不要であり、演算装置１７の１サイクルでの位相
設定作業は終了する０位相角θが許容範囲りの外であれ
ば、現在の位相角θがＸ−Ｙ軸表の第１又は第２象限に
あるかどうかを θ≧９０３　・・・・・・・・・（２）式により求め、
第１象■にある場合はこれを右方向へ位相調整すべく、
また第２象限にある場合はこれを左方向へ位相調整すべ
く判断する。そして、現在のリフトオフ信号０の位相角
θから第１象限又は第２象限におけるＸ軸とのズレ量Δ
θを求める。今、ズレ量をΔθとするとΔθは、Δ　θ
　＝　　ｔａｎ　＋重　　（Ｙ＋＋ａｘ／　に−ａ　ｘ
　）　　−−（３１の式により求めることが可能である
。従って、現在の位相角を前述の如くθとすると、補正
後の位相角θＳは、 θＳ！θ＋Δθ　　・・・・・・・・・（４）となる。

前記位相角のズレ量Δθは、第１図のブロック図に示す
位相回転器１４へ出力される。位相回転器１４は、増幅
器１２ａ、　１２ｂにより増幅された探傷信号ａ全体を
前記位相角のズレ量Δθの分だけ位相調整してリフトオ
フ信号Ｃの位相角がＸ軸と一致すするように位相設定を
行い、探傷信号ａｘ、　ａｙの位相角のフィードバック
補正をする（第４図参照）。

尚、ノイズ信号ｄはリフトオフ信号Ｃとほぼ同位相であ
る。

ここにおいて、位相角の補正量（ズレ量）であるΔθが
八〇〉４５°である場合には、（２）式におけるｔａｎ
−１が１を越えるので位相回転器１４の調整が精度的に
困難となる。これは、ｔａｎθの演算において９０°近
傍でｔａｎθが無限大になり、設定精度が悪くなるから
である。そこで、演算装置１７は、第５図のフローチャ
ートに示す如＜　、ＸｖａａｘとＹ鵠ａｘとの比Ａを次
式により求め、 ＡｍＹｓａｘ／Ｘ＋＊ａｘ　　　＝（５）Ａの絶対値が
１より大きいかどうかを判断する。

当然にＡ＞１であればｔａｎ−１θは４５°以上であり
、Ａ＜１であればｔａｎ−１θは４５°以下である。演
算装′ｆ！１１７は、Ａ＜１であれば前記位相角Δθの
補正でもって位相角設定が完了していることを確認する
。Ａ〉１であれば、−且Δθ−４５°となるようにこれ
を位相回転器１４へ出力して探傷信号ａ全体の第１回目
の位相角を設定し、然る後に再度（２）乃至（５）式の
演算を行い、設定後のリフトオフ信号Ｃの位相角から再
度探傷信号ａＸ＋　ａＶ全全体位相角補正量Δθを求め
てこれを位相回転器１４へ指示し、探傷信号ａの第２回
目の位相設定を繰り返して行う、第２回目の位相設定で
探傷信号ａの位相角は、そのリフトオフ信号Ｃの位相角
がＸ軸と一致するようになる。演算装置１７は、上述の
位相設定を随時行い、リフトオフ信号Ｃの位相角θから
探傷信号ａＸ＋　ａＶ全全体位相設定を連続して行う。

これにより、帯域フィルター６ａ、　６ｂへ出力される
補正後の信号は、疵評価に最も支障を来すリフトオフ信
号Ｃとこれとほぼ同位相のノイズ信号ｄのＹ軸上の値が
最小となり、欠陥信号すと、その他のノイズ信号ｄ及び
リフトオフ信号Ｃとの比であるＳ／Ｎ比が増大する。す
なわち、探傷信号ａの位相設定が自動的に且つ正確に行
え、疵評価の精度及び信頼性が向上する。

補正後の出力信号は帯域フィルター６ａ、　６ｂに入力
され、ここで欠陥信号すの周波数に近い周波数のみが取
り出され、更にＳ／Ｎ比の増大が図られる。このように
して位相設定のなされた探傷信号ａは、ＣＲ７表示器８
等によりｄｂ表示されると共に疵判定部７へ送られ、欠
陥の弁別がなされる。

このように本発明に係る濁流探傷装置では、実際の探傷
においても連続して位相設定を繰り返し、自動位相追従
が可能である。またロフト替えに伴う材料間での位相設
定をも同じ要領で自動的に行うことが可能である。尚、
第１図において、１９は演算装置１７からの周波数設定
信号を受けて、プローブコイルへの電源供給用増幅器２
０及び位相器２１へ供給する周波数を設定するための周
波数設定用割算器である。

次にロフト替えに伴う自動感度較正について説明する。

感度較正は、人工欠陥を形成した対比試験片をｆｌ！、
この対比試験片における人工欠陥についての探傷信号ａ
ｘ、　ａｙの位相角を先ず上述の要領で設定した後に、
下記の如くして行う。

すなわち、帯域フィルター６ａ、　６ｂの出力信号をＡ
／Ｄ変換器１６へ取り込み、デジタル信号に変換する。

帯域フィルター６ａ、　６ｂの出力信号は、人工欠陥の
信号すの周波数に近い周波数のみであり、リフトオフ信
号Ｃ及び他の周波数のノイズ信号は除去されている。デ
ジタル変換後の欠陥信号は演算装置１７へ入力される。

一方、演算装置１７にはライン全体を制御する上位のコ
ンピュータ１８から、これから探傷を行わんとする材料
についての対比試験片の人工欠陥の利得等が信号βとし
て入力されている。演算装置１７は、前記帯域フィルタ
ー６　ａ　ｒ６ｂから入力された人工欠陥に対する疵信
号の振幅値ｚ　−ｎ　、すなわちＹ軸信号の振幅値εと
、前記コンピータ１８から入力された信号βとを比較す
る。そして、疵信号の値８が信号βとズしている場合に
は、そのズレ量（β−８）を是正して疵信号の値εを信
号βに合わせるべく指令信号αを感度較正用の増幅器１
２ａ、　１２ｂへ出力する。

増幅器１２ａ、　１２ｂは、その電圧調整等を行うこと
で、帯域フィルター６ａ、　６ｂの出力信号のうちの疵
信号の値εと前記信号βとを一致させ、自動的な感度較
正を終了する。

このように本発明に係る渦流探傷装置は、実際の探傷に
おける自動位相追従と、ロフト替えに際しての自動位相
設定及び自動感度較正を行うことが可能である。また他
にも応用が可能である０例えば、特定位相のノイズ信号
が生ずる探傷では、このノイズ信号の周波数をビックア
ンプする周波数フィルターを低域フィルターの代わりに
用いてノイズ信号をＸ軸に常時設定することにより、ノ
イズ信号ｄの除去補正が可能である。また実際の探傷に
おいて常に一定した位相設定が実施されるので、疵判定
に際し、疵信号の大きさによる判定だけでなく、疵信号
の位相を加味した判定を行うことで、疵深さの判定精度
を向上することが可能である。更に位相制御は、上述の
実施例の如く、位相回転器１４による場合の他、位相回
転器１４を省略して位相器２１のみを制御することでも
同様の効果を得ることが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明にあっては、実際の探傷にお
ける自動位相追従と、ロフト替えに伴う自動位相設定及
び自動感度較正を行うことができ、欠陥の分解能の著し
い向上及びラインの全自動化が図れる。また作業者間で
のバラツキがなく、同一条件下での疵評価が可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明に係るものであり、第１図は
渦流探傷装置の全体構成を示すブロック図、第２図は探
傷信号のベクトル図、第３図は位相設定前のリフトオフ
信号のベクトル図、第４図は位相設定後のリフトオフ信
号のベクトル図、第５図は演算装置における位相設定の
フローチャート、第６図は従来の渦流探傷装置の全体構
成を示すブロック図である。 ｌ・・・プローブコイル　ａ・・・探傷信号２・・・ブ
リッジ回路 １１ａ、　ｌｌｂ・・・同期検波回路 ’−２ａ、　１２ｂ・・・感度較正用増幅器１４・・・
位相回転器 ６ａ、　６ｂ・・・帯域フィルター Ｃ・・・リフトオフ信号 １５ａ、　１５ｂ・・・低域フィルター１６・・・Ａ／
Ｄ変換器　　１７・・・演算装置特許出願人　　　住友
金属工業株式会社同　　　　　　　特殊塗料株式会社 代　理　人　　　弁理士　内田敏彦 第２図 第３図　　　　　第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、プローブコイルに発生する探傷信号をブリッジ回路
   で検出し、その出力信号を検波して増幅した後に帯域フ
   ィルターを介してＣＲＴ表示及び疵判定等を行うプロー
   ブ探傷法に使用する渦流探傷装置であって、検波回路と
   帯域フィルターとの間に感度設定用の増幅器及び位相設
   定用の位相回転器を設け、位相回転器の出力側にリフト
   オフ信号検出用の低域フィルターを設置してこの低域フ
   ィルターと前記帯域フィルターの出力側をＡ／Ｄ変換器
   を介して演算装置に接続してなり、前記演算装置は低域
   フィルターにより検出されたリフトオフ信号の位相角を
   演算すると共に該位相角に基づいて位相回転器へ探傷信
   号の位相設定を指示し、また演算装置は帯域フィルター
   を通過した探傷信号のうちの欠陥信号の利得を所定の利
   得になるべく前記増幅器に利得調整を指示するものであ
   ることを特徴とする渦流探傷装置。