JPS63188754A - 電子的走査による渦電流傷検査 - 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】 ｌした１ 本発明は、スチール製バーのような伸長した製品の表面
に沿って傷を検査する渦電流検査装置及びその検査を行
う方法に関する。

１東皮左 スチール製バーの典型的な製造において、ビレットが、
約２３００−２４００°Ｆ（１２３０−１３１２，６°
Ｃンのｉ品度に過熱され、ロールされバー状に成型され
る。ローリング工程では、バーがローリングステージを
通過することで次第に丸められ、成型される。たとえば
、５インチ（１０゜１６ｃｍ）角のビレットがローリン
グされ直径が５／８インチ（１，６ｃ＋ａ）で長さが数
フィートの丸棒スチール製バーとなる。そのスチール製
バーは所望の長さに切断される。

スチール製品の製造において、できるだけ速やかに製造
上の傷を検出して、修正工程により傷の発生を除去する
ことが望まれる。傷付いた製品が確認されたならば、修
理され又は除去される。

バー製造において、いろいろな検査工程が、ローリング
の前にビレット上で行なわれる。これら検査工程は、最
終バー製品に傷が生じたビレットの傷の存在を検出する
ことを意図している。ビレットの傷が検出されると、そ
れらはスカーリング又は他の手順により除去される。ビ
レットがローリングしている間、他の欠陥が誘導される
かもしれないので、バーが形成されたあとに他の検査工
程が行なわれる。たとえば、外部の物質がバー形成ロー
ルに付着し、ローリング中にスチールに繰り返して傷を
作るだろう、また、ロールに事故が生・したときに、そ
れらは、ローリング中にバーに伸長じた溝や傷となるよ
うな、致命的な不規則性をスチール製バーに作る。

最終的なスチール製バーが、一定のひどさ以下の傷を有
するならば、そのバーはその意図する目的に応じて販売
される。市場に出すことができる程度の傷に応じてバー
に等級を付ける場合もあるが、バーを廃棄又は再処理す
る場合もある。したがって、製造工程の初期の段階で、
バーストツクを形成するときに、修正工程をできるだけ
速やかに行えるように傷の存在及びそれらの原因を検出
することが望ましい。

製造物を冷却する前に傷の存在を検出する手順は知られ
ている。゛冷却液及び浄化ｆｉ４’Ｍを有する高温の試
験試料のための渦電流検出器°°と題する、ビルド等に
よる米国特許第４，０２４，４７０号において、熱遮蔽
と冷却媒体とを組みきわせることにより倹出器を高温の
製゛品から１ｍする装置が開示されている。

ペイカー等による米国特許第４，１０１，８３２号にお
いて、製品の移動経路の回りに備え付けられた複数のピ
ックアップアームを有する装置が開示されている。複数
の検知コイルがビックアームにより支承されている。そ
のアームは、送信コイル及び検知コイルが製品の移動経
路からはなれるようにあるいはそこへと移動できるよう
に枢着されている。スチール製のバーの傷を分類及びマ
ークする制御回路及び装置を開示する特許としては、ジ
ュツト等による米国特許第３，１０８，２３０号及びビ
ルド等による米国特許第４　、Ｑ２４．４７０号がある
。最近、改良されたマーキング処理がトスによる米国特
許第４，３６５，１９８号に開示されている。その特許
には、製品が回転し、コイルを通過したときに、傷が検
出されるように製品に沿って間隔をあけて配置された二
つの検出コイルを有する渦電流テスト装置が開示されて
いる。

典型的な渦電流テスタにおいて、テスト中に励起コイル
が電気酌に導電性の製品の近傍に配置される。コイルは
、製品の中に渦電流を誘導する磁場を生成する電気信号
で付勢される。製品の傷が渦電流の傷に変えられ、それ
がテストコイルに現れ、そのテストコイルに誘導される
電流をモニタすることで検出される。

従来の渦電流テスタは、製品中に渦電流を形成するする
ための励起又は付勢コイル及び渦電流をモニタするため
に使用する分前した検出器コイルの両方を有する。

これら従来の渦電流テスタの機能を改良するための提唱
がある。これらの提唱は、テスタ中に製品の表面の回り
の時間的に場所を変えるところで磁場を強めること又は
高めることに関するものである０強められ又は高められ
た磁場は渦電流をモニタするテスト装置に、より強い応
答を形成する。

これら従来の提唱は、磁場を製品の表面に選択的に移す
ためのシールドあるいは製品に関して移動する回転可能
な磁場生成要素を含めるというものである。製品の回り
において磁場を強めること従来の提唱は製品を′回転す
る機械的なｍ遺物を含めるものである。ネル等による米
国特許第２，１２４，５７９号には従来の渦電流テスタ
システムが開示されている。この特許の第１４図におい
て、検知コイルの一部からの渦電流信号表示を選択的に
得るための部分的な検知コイルが示されている。しかし
、この特許には、渦電流を誘導する磁場分変えることに
より製品の励起領域を選択的に高めることについて何等
の示唆もない。

１呼へ１１ 本発明に従うと、走査磁場が電子的に発生される。電子
的な走査は、従来技術の機械的なシステムよりも要素的
な失敗が少なく、調節も容易である０本発明に従って構
成された渦電流湯探知装置が細長い製品を製品移動経路
にそって進行させるための駆動機構を有する。送信器コ
イルが、製品のまわりに円弧状に配列されている。これ
ら送信器コイルは励起回路に接続される。その励起回路
は、円弧に沿って順にコイルを選択的に付勢し製品中に
渦電流を誘導する。検知回路が、送信器コイルの付勢中
に製品の中に誘導される渦電流の変化を検知する。製品
の欠陥の確認及び分類の両方を行うために検知回路から
の出力を使用してもよい、送信器コイルの電子的励起は
回転磁場を形成するための励起回路により制御可能な指
定のシーケンスをもって処理を進める。異なった付勢シ
ーケンスが、付勢回路の制御パラメータを調節すること
で成し遂げられる。

好適な構成において、複数の送信−検知コイルのセット
が備えられている。各セットは円筒状のボビン又は支持
器上に巻かれる。各ボビンは軸線方向に整合され、軸線
方向に間隔があけられた対の溝を有する。コイルはそれ
ぞれ軸線方向に整合された関係をもってそれら溝に巻か
れる。

この実施例において、それぞれが送信−検知コイルのセ
ットを支持する六つのボビンの軸線が製品移動路に垂直
な平面内に向けられている。六つの付加的なボビンが第
２の平面内で製品移動路にそって僅かにずらされている
。ボビンの軸線は、移動路の軸線に関して放射方向にな
っている。

ボビンの溝は移動路に近いボビンの端部に好適に形成さ
れている。各ボビンの検知コイルは、検知コイルが製品
移動路と同中心のリングを形成されろうように移動路に
最も近いところの溝にあり、送信器又は励起コイルは、
同中心で、検知コイルのリングを収り囲む第２のリング
にある。

動作中では、渦電流を誘導する磁場は電気的に製品の移
動路の回りを回るようにさせられる。このことは、隣接
した対の送信器コイルを継続的に付勢することにより、
好適に達成される。したがって、ある傷によって引き起
こされる出力信号は、その傷により引き起こされるすべ
ての検知コイル出力の総和を表すことになる。

本発明の目的は、傷の存在の感度を強化し、擬似ノイズ
を除去する渦電流湯探知のための電子的走査方法及び装
置を提供することである０本発明のこれら及び他の目的
、利点並びに特徴は、添付図面とともに発明の好適実施
例の説明により理解されよう。

九１匠 第１図゛ばおいて、製品１２が検査ステーションへの経
路にそって移動したときに、製品１２を成型する成型ス
テーションの下流に配置された製品検査ステーションが
図示されている。成型ステーション出口ガイド１４が、
スタンド１５によって固定され、支持されている。出口
ガイド１４は、製品１２を検査ステーション１０に向け
るガイドローラ１６を有する。

製品１２はほぼ円筒状の外表面を有する。入口ガイド２
０が、第２のスタンド２２によって固定され、支持され
て入る。それは製品を検査ステーション１０を通過する
ように方向付ける。製品の温度は室温でもよく、製品を
円筒に成型するために必要な上昇温度でもよい０図示の
実施例では、検査ステーション１０は成型直後の熱い製
品を検査する。テストヘッド２４が、製品移動経路の回
りを囲んでおり、製品の傷の存在を電子的に検知するた
めの、適性な方向に向けられた励起及び走査回路を設置
している。走査ステーション１０がらでた製品は、出口
ロール２５によってテストヘッド２４から検査ステーシ
ョン１ｏの下流の製造及び／又は分類装置（図示せず）
へと案内される。第２図において、テストへラド２４は
送信コイル５２及び検知コイル５４を支持している。そ
のコイルは、製品移動経路から放射状でかつ等間隔にあ
けられている。送信コイル５２（符号１−１６で指定さ
れている）は製品のまわりを走査する磁場を生成するた
めにコイルを付勢する励起回路（第３及び第４図）に接
続されている。検査コイル５４は、傷の位置及びそのひ
どさを決定するための分析回路（第８図）に先立って二
つの出力導線５４ａ、５４ｂに直列接続されている。

送信コイル５２のそれぞれは個々に付勢でき、好適な方
法で二つコイルは同時に付勢される。送信コイル５２及
び、検知コイル５４は組になり、二つのコイルのセット
のそれぞれが製品の表面に垂直な軸を共通の中心となる
ように配置されている。テストヘッド２４内の検知コイ
ル５４及び送信コイル５２を支持する装置が、第５、第
６Ａ、第６Ｂ及び第７図に図示されている。コイル支持
器７０が、製品成型ステーションから製品移動経路内に
製品を受は取るための通路７２を画成する。

コイル支持器７０は円筒状のアーム７０ａを有し、その
アーム７０ａの回りには間隔をあけて、半径方向に位置
する一連の開ロア４がある。１６個の開口は送信コイル
５２及び検知コイル５４の１６明のセットを収容するた
めに必要なものである。

開ロア４は、それぞれ８個からなる二つのセットになり
、セットそれぞれは互いにずらされている。

一つのセットにおける開ロア４の中心間の角度は、８個
の開ロア４が円筒部分の全周である３６０゜を囲むよう
に４５°（第７図）となる。

各対の検知コイル及び送信コイルは、円筒状コイルボビ
ン８０（第６Ａ、第５Ｂ図）の開ロア４の一つの中に支
持されている。各ボビン８０は、セラミック製絶縁材か
ら構成され、ボビンの両端に向かって沖びたスロット８
２ａ、８２ｂを有し、そのスロットには、各ボビンの一
端近くの講８４．８６にコイルの巻線を構成するために
電線が通る。

内側のｉｌｉ　８４には検知コイル５４が配置され、外
側の溝８〜″６弓ミは検知コイル５２が配置されている
。

検知コイル５４同士を相互接続する導線８８（第２図）
は、一つのスロット８２ａに沿って支持アーム７０ａの
外表面にのび、検知コイル５４と直列接続する。送信コ
イル５２のための付勢導線９０は、スロット８２ｂを通
ってコイル５２を選択的に付勢するための送信回路に至
っている。

隣接した検知コイル（たとえば、コイル１及び２）は差
動的（ｄｉｆｆｅｒｅｎＬｉａｌｌｙ）に巻かれている
。

一つのコイルの下の傷が一つのコイルから一つの検知信
号を生成し、隣のコイルからは反対の検知信号を生成す
る。二つの隣接したコイルが互いに接近しているが、周
囲に沿ってずらしであるので、きすは一時に一つのコイ
ルと出合う、しかし、製品がその移動経路にそって移動
するときに生じる製品の揺れは、両コイルに等しく影響
を及ぼす。

差動的に巻き付けたことにより、揺れにより生じた渦電
流信号は消去される一方で、製品の傷により誘導される
信号は消去されない、第３図におい・て、送信コイル５
２を付勢するためのスイッチイング回路１拾すが、１６
個のコイルとともに略示されている。信号発生器１１０
が、可変周波数の正弦曲線信号を生成する。送信コイル
５２及ぼび、検知コイル５４は、製品の表面の浅い傷を
走査する際に効果的であると証明された高周波数信号（
約５００ＫＨｚ）を送り、そして受信する。信号発生器
１１０は送信コイル５２のそれぞれに接続され、その結
果、スイッチイング回路１００により一つのコイルのア
ースが完了されるときはいつでも、そのコイルは、製品
の表面に渦電流を誘導するために発生器１１０からの高
周波数信号により付勢される。

あるコイルを制御してアースし、そしてそれにより付勢
するために、そのコイルを連続的に閉じて制御シーケン
スとするスイッチ接点Ａｌ−Ａｌ６、Ｂ　１−Ｂ　１６
（第４図）二つのアナログスイッチに接点する。その結
果、コイルの付勢により生じた磁場は、所望の速度で製
品１４の回りを連続的に走査し、従来の技術である機械
的な走査と同様の走査を成し遂げる。

スイッチ接点はｊコントローラ１２６（第４図）に接続
された二つの積分回路１２０．１２２の中にある。各積
分回路１２０．１２２は、コントローラ１２６からの四
つの制御出力１２８．１２９．１３０．１３１の状態に
従って選択的に閉じられる１６個スイッチ接点を有する
。

コントローラ１２６は、そのコントローラ１２６が出力
信号１２８−１３１を４ビット制御信号にして出力する
周波数で、動作するクロック人力１３２を有する。コン
トローラ１２６は、１６をカウントし、次にリサイクル
するカウンタのように動作する。１６ｇの状態により、
二つのスイッチ接点が閉じる。四つの信号のすべてが低
いと（約０ボルト）、隣接した送信コイル１及び２に接
続されたスイッチ接点Ａ１及びＢ２は、閉じる０次のサ
イクルでは、制御出力１２８は高く取られる。

この状態では、スイッチ接点Ａ２及びＢ３は閉じる。第
３図かられかるように、Ａ１及びＢ２が閉じると、コイ
ル１及び２は付勢される。接点Ａ２及びＢ３が閉じると
、コイル２及び３は付勢される。各りｍ”−７り信号は
コイル付勢状態に変化を生じさせる。そのため、コイル
付勢により形成される磁場は製品の回りを回転する。

コントローラ１２６は、その状態がコイル１６及び１を
付勢するための二つの接点Ａ１６及びＢ１を閉じるよう
に構成された制御信号にいたるまで、１６個の状態の周
期を繰り返す１次のクロック信号はコントローラをすべ
て低い出力の状態に戻す、その結果、接点Ａ１及びＢ２
は再びコイル１及び２を付勢するために閉じる。

クロック入力がＮの周波数を有すると、発生器１１０に
より形成された磁場は製品を１６個に分割されたＮの周
波数で周期を繰り退す、この周波数はクロック周波数を
クロック入力１３２で調節することにより調節できる。

また、一つの可変周波数信号発信器１１０を使用する代
わりに、その第１の発生器と異なる周波数を有する第２
の発生器１１０ａがスイッチイング回路を介してコイル
５２に接続される０発生器１１０．１１０ａの両方が同
時にコイル５２に接枕されると”’”−複数の周波数励
起が達成される。このことは、送信コイル５２の巻線で
の変化により生じた検知コイル５４の擬似信号応答を消
すことができる。

検出回路１５０（第８図、）が直列接続された検知コイ
ル５４からの出力信号を受信する。その信号はその信号
を整流する帯域フィルタによりフィルタリングされる。

そして、検出回路はその信号を、欠陥をそのひどさと深
さで分類する複数の比較器に送信される。フィルタリン
グされた出力は、検知コイル出力を整流し、フィルタす
るために二つの操作増幅器１６５ａ、１６５ｂを利用し
た精密な整流器１６５を利用している。この信号は三つ
の比較器増幅器１６６．１６８．１７０に接続されてい
る。

これら比較器のそれぞれの基準信号はこれら基準入力に
結合した可変な電位計１６７．１６つ、１７１を調節す
ることにより制御できる。コイル５４からの出力の強度
に基づいて、その比較器１６６．１６８．１７０は高低
それぞれの出力を生成する。

本発明の実施例において、増幅器１６６からの出力１７
４が、コイルからの出力の永久的な記録を生じさせるた
めのレコーダに結合される。比較器１６８．１７０から
の出力は、二つの可視的なインジケータ１８０．１８２
を順に起動する二つのトランジスタ１７６．１７８に選
択的につながっている。第１の比較器１６８とインジケ
ータ１８０とを組み合わせると、浅い傷の検出器のよう
になり、第２の比較器１７０とインジケータ１８２とを
組み合わせると、深い傷の検出器のようになる。コイル
５４と基準レベルと間の比較に基づいて可聴なアラーム
を鳴らしてもよい。

動作中において、製品がテストヘッド２４を通過すると
、コイル５２はある速度で連続的に付勢され、製品の回
りが生じた磁場で走査される。検知コイル５４は、製品
の表面に誘導された渦電流をモニタする。コイルの励起
速度を検出回路１５０で調整して、傷が周囲のどの位置
にあるか、その深さがどの程度かが決定される。三つの
比較器１６６．１６　ｓ−、’Ｆｉ　７０の信号の強度
は、傷のひどさで分類し、記録する。その結果、修正工
程により、傷の発生を減少させることができる。

本発明の特定の例について説明してきた。しかし、本発
明を特許請求の範囲に示された技術的思想から逸脱する
ことなくいろいろに変更し、変形することができること
は明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、移動の走査経路にそって製品を移動する構造
物を有する、製品にある傷を電子的に走査する製品走査
ステーションの略示図である。 第２Ｉ１２１は、製品移動経路に関して配置された複数
の渦電流誘導及び検知コイルを略示する。 第３及び第４図は、渦電流誘導コイルを付勢するための
略示回路図である。 第５図は、コイル支持器の拡大側面図である。 第６Ａ及び第６Ｂ図は、第５図の支持器にコイルを取り
付けるためのコイルボビンの側面図及び端面図である。 第７図は、製品を走査するための、ボビンが配置された
第５図のコイル支持器の部分断面図である。 第８図は、検知コイルからの傷信号出力を解析する回路
を示す。 ［主要符号の説明コ １０・・・製品検査ステーション　１２・・・製品２４
・・・テストヘッド　　　５２・・・受信コイル５４・
・・検知コイル　　　　７０・・・支持器７０ａ・・・
アーム　　　　　　７２・・・通路７４・・・開口　　
　　　　　８０・・・ボビン８２ａ、ｂ・・・スロット
　　　　８４　ａ、ｂ・・・溝１００・・・スイッチン
グ回路 １１０・・・発生器 特許出願人　エルティーブイ・スチール・カンパニー・
インコーポレイテッド 代理人　　弁理士　竹　内　　澄　夫 ン 噴　　　　　　　メ ー−ば）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、渦電流傷検査装置であって、 伸長した製品を製品移動路に沿って進行さ せる駆動手段と、 製品の回りに円弧状に配列された送信器コ イルと、 前記円弧の近傍を通過する製品に渦電流を 誘導するために前記円弧に沿って、タイミングをはかっ
   て順に、配列された送信器コイルを付勢するための励起
   回路と、 製品の傷を検出するために送信器コイルを 順に励起している間に製品内の渦電流を検知する検知回
   路と、 から成る装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載された装置器であって
   、 前記送信器コイルが、前記製品を中心とし たほぼ環を形成するように配列されており、その送信器
   コイルが、製品の表面を取り囲 むように走査するために順に付勢される、 ところの装置。 ３、特許請求の範囲第１項に記載された装置であって、 前記検知回路が、前記製品の移動路の回り に間隔をあけて配置され、複数の直列接続されたほぼ円
   筒状のコイルから成り、 前記円筒状コイルが、製品の表面を横切る 中心軸線を有する、 ところの装置。 ４、特許請求の範囲第１項に記載された装置でであって
   、 前記励起回路がいろいろな周波数の電気信号で前記送信
   器コイルを励起する手段を有する、ところの装置。 ５、渦電流傷検査装置であって、 ａ）伸長した製品を製品移動路に沿って進行させる駆動
   手段と、 ｂ）製品の移動路に沿って進行する製品の表面の、時間
   とともに変化する場所に渦電流 を誘導するための励起回路と ｃ）製品の移動路の回りに配置された受信コイルと、 ｄ）製品の渦電流を検出するための、前記受信コイルに
   接続された受信回路と、 ｅ）検出された渦電流の表示を与えるための、受信回路
   に接続された手段と、 から成る装置。 ６、特許請求の範囲第５項に記載された装置であって、 前記励起回路が、製品の表面の軌道走査に 近づけるため、製品の回りに所望の反復した順に渦電流
   を誘導するところの装置。 ７、特許請求の範囲第６項に記載された装置であって、 ａ）異なった周波数範囲にある検出された電気信号を分
   離するための、前記受信回路に 接続されたフィルタ回路、及び ｂ）受信回路内で信号の関数である信号を与えるための
   、前記フィルタ回路に接続され た比較回路 を更に有する装置。 ８、特許請求の範囲第５項に記載された装置であって、 前記励起回路が、製品の移動路に垂直な中 心軸線を有するように備えられた複数の実質的に円筒状
   の励起コイル及び該励起コイルを個々に制御して付勢す
   る付勢回路から成るところの装置。 ９、特許請求の範囲第８項に記載された装置であって、 一つの励起コイル及び一つの受信コイルが、製品の移動
   路の回りに間隔をおいて配置された複数の取付ボビンを
   有する、コイル取付ボビンにより支持さるところの装置
   。 １０、製品の渦電流傷検査方法であって、 ａ）被検査製品を製品の移動路に沿って進行させる工程
   、 ｂ）それぞれが製品の回りで円弧状に配置された送信コ
   イルを付勢することで、連続し たいろいろな場所から製品の表面に電磁エ ネルギーを順に向けることにより、製品が その移動路に沿って移動するときに製品を シュミレート回転走査する工程と、 ｃ）送信コイルにより誘導される電磁エネルギーにより
   前記製品に誘導される渦電流を 検出する工程と、 ｄ）前記誘導渦電流の検出に応答する傷の指示信号を生
   成する工程と、 から成る方法。 １１、特許請求の範囲第１０項に記載された方法であっ
   て、 回転走査は、製品の回りの複数のターン送 信コイルを方向付けることにより成し遂げられ その各コイルが製品の表面に垂直に向けら れた中心軸線を有する、 ところの方法。 １２、渦電流傷検査方法であって、 ａ）製品を製品の移動路に沿って進行させる工程と、 ｂ）前記製品がその移動路に沿って移動するときに製品
   内の時間的に変化する場所に渦 電流を誘導する工程と ｃ）固定的に配置された受信コイルのそばで、製品の移
   動路の回りの所定の連続的な場所 から前記渦電流を順に検知することにより 製品内に誘導された渦電流を検出する工程 と ｄ）前記渦電流の変化の検出から傷を表す信号を生成す
   る工程と、 から成る方法。 １３、ａ）円筒状の外表面を有する伸長した製品を製品
   の移動路に沿って進行させる駆動 手段と、 ｂ）製品内に渦電流を形成するための可変 周波数信号源と、 ｃ）製品の移動路の回りに間隔をあけて配 置され、個々に付勢可能な励起コイルで あって、 各励起コイルが製品の外表面を横切る ように向いた中心線を有する ところの励起コイルと、 ｄ）直列接続された検知コイルであって、 各検知コイルが、励起／検知コイルを 形成するために共通中心軸を前記励起コ イルの一つと共有する ところのコイルと ｅ）渦電流により形成される前記検知コイ ルからの出力信号をモニタし、これら信 号を傷の位置と関係付けるたんめの、前 記直列接続された検知コイルに接続され た検知回路と ｆ）前記信号源を前記励起コイルの一つ又 はそれ以上に接続することで、制御され た順に個々に付勢可能な励起コイルの一 つ又はそれ以上を選択的に付勢するため のスイッチング手段と、 から成る装置。 １４、特許請求の範囲第１３項に記載された装置であっ
   て、 製品の移動路に面した半径方向内側の開口 を有する円筒状コイルフォーム、及び移動路の回りにコ
   イルのセットを配置するためのコイルフォーム開口内に
   配置された複数のほぼ円筒上状のコイルボビンを更に有
   し、 各コイルボビンが、移動路に対して一つの 検知、励起コイルを支持する二つの円形の溝を有する、 ところの装置。