JPS6365361A - 渦流探傷センサ - 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］ 本発明は丸ビレット、鋼管、丸棒等の円柱状又は円筒状
の金属材の外表面の疵を検出する渦流探傷センサに関し
、さらに詳しくは金属材の円周方向の疵を高Ｓ／Ｎ比で
検出する渦流探傷センサに関する。

［従来の技術］ 従来、丸ビレット、鋼管、丸棒等の円柱状又は円筒状の
金属材の外表面の疵は磁気探傷法又は渦流探傷法等によ
り検出していた。

第１２図は金属材の円周方向の疵を検出する従来の方法
を示したものである。この方法は金属材５０の円周方向
に沿って複数個の磁気センサ５１（又は渦流センサ）を
配列し、金属材５０と磁気センサ５１とを金属材５０の
軸方向に相対移動させることにより金属材５０の外表面
の疵５２を検出するものである。

又、第１３図は金属材の長さ方向の疵を検出する従来の
方法を示したものである。この方法は金属材５０の軸方
向に複数個の磁気センサ５１（又は渦流センサ）を配列
し、金属材５０を回転させながら軸方向に移動させるか
、磁気センサ５１を金属材５０の円周に沿って螺線状に
移動させることにより金属材５０の外表面の疵５２を検
出するものである。

［発明か解決しようとする問題点］ ところて、上述した従来の金属材の探傷方法は、金属材
５０の円周方法の疵５２であっても、軸方向の疵５２で
あっても、疵５２の長さ方向に対して略直交するように
磁気センサ５１（又は渦流センサ）を動かす必要かある
。従って、金属材５ｏの円周方向の疵５２及び軸方向の
疵５２を検出しようとする場合、方式の異なる二種類の
探傷装置が必要になる。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものて、金属材の外
表面の軸方向の疵を検出する渦流探傷装置のセンサブロ
ックに取り付けられる渦流探傷センサを提供することを
目的とする。

［問題点を解決するための手段］ そこで、本発明では被検査材の軸方向に沿って並設され
、インピーダンスが等しくなるように導体線が巻かれて
おり、対向する側の磁極か同極となり、かつそれぞれ被
検査材の軸方向の磁力線を生じるように励磁される一対
のコイルから渦流探傷センサを構成する。

［作　用］ 上記構成の渦流探傷センサは、一対のコイルにそれぞれ
お導する電圧の差に基づいて、被検査材の円周方向の疵
を探傷するものである。

又、本発明に係る渦流探傷センサを被検査材の外表面の
軸方向の疵を検出する渦流探傷装置のセンサブロックに
取り付けることにより、被検査材の軸方向の疵及び円周
方向の疵か検出てきることになる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を添付図面を参照し′Ｃ詳細に
説明する。

第１図は本発明に係る渦流探傷センサを用いた探傷装置
の構成図である。この探傷装置は本発明に係る渦流探傷
センサ２９ａと、渦流探傷センサ２９ａが取り付けられ
ており、軸回りに回転する断面形状が略円形状の被検査
材としての丸ビレットｌに跨座することにより丸ビレッ
ト１の外表面を走査するセンサブロック（図示せず）及
び渦流探傷センサ２９ａの出力信号に基づいて探傷信号
を＋Ｊ４力する検出回路から構成されている。以下、各
構成について説明する。

ます、第２図及び第３図はセンサブロックの斜視図及び
正面図である。このセンサブロックは特公昭５９−１３
７０１号公報（断面外形が円形状の被検査材の外面走査
用センサブロック）に記載されでいるものである。第２
図及び第３図において、４は前段設備としてのショツト
ブラスト後面テーブルであって、ロープトランスファ５
及びチェーントランスファ６を介して探傷設備に連続し
ている。

探傷設備には端面合わせテーブル設備７、ターニングロ
ーラテーブル設備８及びグラインダー設備等の後段設備
に至る探傷後面テーブル９が平行に設けられている。チ
ェーントランスファ６が横行移送する丸ビレット１は、
端面合わせテーブル設備７、ターニングローラテーブル
設備８及び探傷後面テーブル９に直交移動するエキスト
ラクタ１０によって、−木ずつチェーントランスファ６
から端面合わせテーブル設備７、端面合せテーブル設備
７からターニングローラテーブル設備８、さらにターニ
ングローラテーブル設備８から探傷後面テーブル９に移
送されるようになっている。

端面合せテーブル設備７に搬入された丸ビレット１は、
流体圧シリンダピストン装ｆａｌｌによって左端面が押
され、端面が所定位置に位置合せされるとともに、測長
される。位置合せ及び測長か行なわれた丸ビレット１は
エキストラクタｌＯによってターニングローラテーブル
設備８に移送され、所定の一定周速で回転される。

ターニングローラテーブル設備８の上方には、固定架台
としての支持ガーダ１２が架設されている。この支持ガ
ーダ１２は丸ビレットｌの左端に対応する位置及び丸ビ
レット１の中間部分に対応する複数個所に位置検出器（
図示せず）か設けられている。又、支持カーダ１２は二
台の台ｉ１ｉ、１３ａ。

＋３ｂを移動可能に懸架している。台１ｉ１３ａ及び１
３ｂはそれぞれ加圧装置としての流体圧シリンダピスト
ン装置３を介してターニングローラテーブル設備８の上
方に昇降可能なセンサブロック１４ａ　、　１４ｂを吊
持している。

端面合せテーブル設備７からターニングローラテーブル
設備８に丸ビレット１か移送されてくると、台車＋３ａ
は位置検出器によって検知される丸ビレット１の左端に
対応する位置に停止し、台車１３ｂは丸ビレット】の中
央部よりやや左寄りの位置に対応する位置に停止し、探
傷開始待機状態になる。探傷開始待機状態になると、台
車１３ａ、１３ｂにそれぞれ吊持されたセンサブロック
１４ａ、１４ｂが降下して丸ビレット１の表面に抑圧接
触し、丸ビレット１の回転により端部を一周分以上探傷
し、さらに台車１３ａが右方へ移動して丸ビレット１の
外表面を全周面に亙たって螺旋状に探傷走査する。

なお、ターニングローラテーブル設備８の延長線上には
、支持カーク１２の範囲内でセンサの特性の較正を行な
う較正用ターニングローラ装置１５　カ）設けられてい
る。

又、本実施例ではセンジブロック１４ａ　、＋４ｂの丸
ビレット１の探傷範囲を少量オーバーラツプさせ、丸ビ
レット１の全長に亙たる探傷時間を半減するようにして
いる。

次に、第４図及び第５図はセンサブロックＨａの側面図
及び断面図である。なお、センサブロック１４ｂはセン
サブロック１４ａと同じ構成であるので、その説明は省
略する。センサブロック＋４ａは台車１３ａに取付けら
れた流体圧シリンダピストン装置３のピストンロッドに
結合された昇降抑圧軸１６と、台車１３ａを昇降案内を
するガイド軸１７とによって台車＋３ａに吊られた支持
基盤１８を備えている。支持基盤１８は丸ビレット１の
曲がりに追従させるために、スライドベアリングからな
るスライダ１９を介して台車１３ａの移動方向と直角な
水平方向にスライド可能なスライド基板２０か取付けら
れている。スライド基板２０は第１の弾圧部月としての
コイルはね２１によって倣い基板２２を吊持している。

スライド基板２０及び倣い基板２２は下端かヒンジ部２
４に固着されている案内軸としての１ＩＩｌＩＩ２１ｉ
か摺動可能に挿通されている。倣い基板２２とヒンジ部
２４との間の外嵌されている第２の弾性部材としてのば
ね２３（竹の子ばね）は、ヒンジ部２４を介して渦流探
傷センサを保持するセンサ保持体２５を吊持している。

従って、センサ保持体２５は支持基板１８に対して台車
１３ａの移動方向に沿った鉛直面内でヒンジ部２４によ
り回動可能である。しかも荷降押圧＠１６からの押付力
をばね２１．２３を介して受けて丸ビレット１に押付可
能である。

倣い基板２２の前部及び後部には、それぞれ移動方向に
対して所定の間隔をあけて設けられた一対の倣い用の案
内輪２７．２７゛からなる倣い輪装置２．２゛か取り付
けられている。各案内輪２．２゛は第５図に示すように
、それぞれ丸ビレット１の頂部を間に挟み、流体圧シリ
ンダピストン装置３の押圧力により丸ビレット１に押し
付けられるようになっている。案内輪２７．２７゛　で
囲まれている領域の内部に位置するセンサ保持体２５の
前部及び後部には、転動輪２８及び２８゛か設けられて
いる。センサ保持体２５は渦流探傷センサ２９ａ、２９
ｂ　、　２９ｃ　、　２９ｄ　、　２９ｅ　、　２９ｆ
　、　２９ｇ　、　２９ｈ　。

３０及び距離検出コイル３１を保持している非磁性材製
のホルダ３２が固定されている。渦流探傷センサ２９ａ
　〜２！ｌｈ　、　３０及び距離検出コイル３１の各下
６ｉｆＪ而と丸ビレット１の表面との間隔は、流体圧シ
リンタビストン装置３の押圧力か加えられる転動輪２８
及び２８′　により、例えは５ｍｍに保たれている。

ところて、曲りのある丸ビレッ］・１を回転させた場合
、丸ビレット１の中心Ｏは第６図に破線で示す軌跡を描
いて公転するか、以下に示ずようにセンサ保持体２５は
丸ビレット１に倣う。流体圧シリンダピストン装置３に
よってセンサ保持体２５に与える押圧力をＦ、倣い輪装
置、センナ保持体２５、支持基盤１８、スライド基板２
０及び倣いＪ、（板２２等、軸１６の吊下荷重をＷ、案
内輪２７．２７°の丸ビレット１への押し付けにより流
体圧シリンタビストン装置３に反力として加わる力Ｆと
逆向きの力をｆｃとすると、 Ｆ　＝　Ｗ　−ｔ　ｃＮ） となる。力Ｆの大きさと、案内輪２７と丸ビレット１と
の接触角α及びスライダ１９の左右移動抵抗ｆＳとか、 Ｆｃｏｔａ＞ｆｃ　　　　　　　　　　　　　（２）を
満足するとき、案内輪２７による丸ビレット１の曲りに
対する左右の倣いが果されることになる。

ただし、第２式では案内輪２７と丸ビレット１との回転
摩擦抵抗を無視している。

又、丸ビレット１の上下の動きに対しては、重力加速度
をｇとすると、 までの加速度■に対して追従可能である。

第６図において、Ｆなる下向きの力で角度αで丸ビレッ
ト１に接する案内輪２７には角度αの方向に反力Ｎが生
じ、それと直角方向に摩擦力μＮが生じ、これらと釣合
う内向きの倣い力Ｆ　ｃｏｔαが生じる。従って、 Ｆ　ｃｏｔα＞　ｔ　、　　　　　　　　　　　　　（
４）のとき、 Ｆ　＝　Ｎ　ｓｉｎ　ａ　−μＮ　ｃｏｓ　ａ　　　　
　　　　（５）は、μ（１とすれは、 Ｆ＝Ｎｓｉｎａ　　　　　　　　　　　　　　（６）と
なり、 Ｆｃｏｔａ−ｆ、　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（７）で決まる加速度で倣い基板２２が左右に倣い
動作できることになる。

なお、案内輪２７の径及び間隔寸法、流体圧シリンダヒ
ストン装置３のストローク、スライタ１９のストローク
等は、丸ビレット１の外径寸法、曲りの大きさ及び回転
速度、センサブロック１４ａの自重、各種の摩擦等を考
慮して、上述した条イ！１を満たすようにすれば、流体
圧シリンタビストン装置３による加圧力を調整すること
により、所定の外径寸法範囲の丸ビレット１に対する倣
いを行なうことができる。この場合、丸ビレット１と接
触する案内輪２７や使用するヘアリングの寿命を長くし
て、長時間の安定動作を得るため、流体圧シリンダピス
トン装置３は案内輪２７と丸ビレット１との接触圧力を
、その倣い動作が得られる限界まで下げるべく負の圧力
を生成してもよい。例えばセンサブロック１４ａが吊下
げ式で支持され、その全自重が丸ビレット１と案内輪２
７との接触点に加わり、しかも全自重が倣い動作のため
以上に大きなものとなる場合は、流体圧シリンタビスト
ン装置３て生成される圧力はセンサブロック１４ａを引
上げろ上向きの力ｆｃである。この力ｆｃは流体圧シリ
ンダピストン装置３のピストン摩擦力をｆｐ、丸ビレッ
ト１の最大面り幅をＡ、丸ビレット１の回転数をｎ（ｒ
ｐｍ）とすると、が満足される範囲内てあれば、丸ビレ
ット１と案内輪２７との接触が保持されることになる。

丸ビレット１の断面外形は必ずしも真円とは限らす、以
下に述べるように種々の異常形状があるので力ｆｃ°の
大きさには限界あるが、第８式による圧力制御によフて
接触圧力に起因する案内輪２７やベアリング等の機器摩
耗は著しく低減する。

丸ビレット１には第７図に示すように凹状のオーバル３
５ａ又は凸状のオーバル３５ｂがあり、このような丸ビ
レット１が回転してコイル２９ａ〜２９ｈ　、　３０．
３１の下面に近づいたとき、センサブロック１４ａては
センサ保持体２５がばね２３を介して支持されていると
ともに、転動輪２８．２８°かオーバル３５ａ　、３５
ｂに追従して渦流探傷センサ２９ａ〜２９ｈ　、３０及
び距離検出コイル３１直下のギャップを一定に保つので
、渦流探傷セン４ｊ２９ａ〜２９ｈ、３０、距離検出コ
イル３１かオーバル３５ａ　、３５ｂの突部で破損され
ることがなく、渦流探傷センサ２９ａ〜２９ｈ　、　３
０、距離検出コイル３１と丸ビレット１の外表面との間
隙は常に一定に保たれ、検出特性の変化が生じないこと
になる。

又、丸ビレット１の端部側のセンサ保持体２５の一端に
は、渦流探傷センサ２９ａ〜２９ｈ　、　３０及び距離
検出コイル３１下面より下方に突出し、転動輪２８の下
端より上方に位置する保護具３６が設けられている。こ
の保護具３６は丸ビレット１の端部て転動輪２８が落ち
た際に、丸ビレット１の端縁で渦流探傷センサ２９ａ〜
２９ｈ　、　３０、距離検出コイル３１が破損するのを
防いでいる。

センサ保持体２５の前部には、渦流探傷センサ２９ａに
先行して丸ビレット１の端部を検出する近接スイッチ３
３．３４か、所定の間隔を隔てて取り付けられている。

丸ビレット１の探傷において、近接スイッチ３３か丸ビ
レット１の端部を検出したとぎには、台車１３ａの移動
速度を減じる。さらに、近接スイッチ３４か丸ビレット
１の端部を検出したときには、所定の時限を与えて転動
輪２８が丸ビレット１の端部上に載っている状態で台車
１３ａが停止するようにしている。

なお、丸ビレット１の端部から先行の案内輪２７が外れ
た場合に、渦流探傷センサ２９ａ〜２９ｈ、３０、距離
検出コイル３１の各下端面と丸ビレット１の表面との間
隙を一定に保って、丸ビレット１の曲りに倣いながら探
傷てきるようにするため、第８図に示すように案内輪２
７．２７′　　と同様の案内輪２７″をセンサ保持体２
５の両側又は片側に位置させて倣い基板２２に取り付け
てもよい。この場合、先行側の案内輪２７か丸ビレット
１の端部を外れても、案内輪２７″、２７′　によって
丸ビレット１の曲りに対する倣いか果され、先行側の転
動輪２８が丸ビレット１の端部を超えるまて探傷が行な
われることになる。従って、丸ビレット１で探傷てぎな
い部分は、転動輪２８と渦流探傷センサ２９ａとの間隔
寸法分たけとなる。

次に、第９図は本発明に係る渦流探傷センサの構造図で
ある。この渦流探傷センサ２９ａは第９図に示すように
、丸ビレット１の軸方向に沿って配置した一対のコの字
型のフェライトコアにインピーダンスが等しくなるよう
に導体線を巻いたコイル１０及び１１から構成されてい
る。コイル１０．１１は第２図に示すように、近接する
側の磁極が同極となるように励磁され、丸ビレット１の
軸に平行な磁力線を生じる。これは個々のコイル１０．
　ＩＩて磁束が閉じるようにするためである。丸ビレツ
］−１の外表面上を螺線状に走査するコイルが１個であ
るとすると、第７図に示したようなオーバル３５ａ　、
３５ｂが存在する場合、コイルがオーバル３５ａ又は３
５ｂ上を通ったときに、渦電流が変化して信号を出力し
てしまう。これを防止するため、２個のコイル１Ｏ１１
１を丸ビレット１の軸方向に所定間隔を隔てて配置し、
コイル１０．１１の出力信号の差分をとることにより、
丸ビレット１の軸方向のオーバル３５ａ　、　３５ｂに
よる雑音を除去するようにしている。

次に、第１図に示した検出回路は特公昭５７−３２７７
６号公報（円柱状又は円筒状金属材の表面疵探傷装置）
に記載されているものである。第１図において、３７は
基準周波数信号発生器、３８は増幅器、３９は位相検波
器、４０は位相検波器３９に同期信号を与える位相器で
ある。この検出回路は基準周波数信号発生器３７か出力
する交流信号を増幅器３８を介してコイル１Ｏ１１１に
与え、交流信号による渦電流を丸ビレット１に生しせる
。どちらかのコイル１０．１１の磁極間に丸ビレット１
の円周方向の疵が位置すると、渦電流が変化する。位相
検波器３９はこの渦電流の変化をコイルインピータンス
の変化として検出し、探傷信号を出力する。ここで、増
幅器３８への基準信号の入力端子をＥｌｎ、増幅器３８
の利得を０１コイルのインピーダンスを２１、ｚ２とす
ると、出力信号Ｅ。Ｕ、は、 書＼ｉ となる。

なお、各コイル２９ａ〜２９ｈの幅が１８ｍｍ、全体の
幅が１４４　ｍｍである場合、探傷ピッチを１３５１１
１１１１、即ち探傷ラップ率を（１４４−１３５）／１
４４＝　０．０６　（６％）、丸ビレット１の回転の周
速Ｖｒを５００ｍｍ／ｓｅｃ、丸ビレット１の外径をｄ
ｍｍとすると、台ｑｉ、　１３　ａの移動速度Ｖは、 となる。この演算式に基づいて搬入されたヒレットの外
径を設定することにより、台車＋３ａ　、　＋３ｂの移
動速度を自動的に制御する制御装置（図示「ず）が台車
駆動系に設けられているものとする。

ところで、丸ビレット１の疵はコイル１Ｏ１１１の６１
１極間に位置したときには検出されるか、コイル１Ｏ１
１１の磁極の下又はコイル１０とＩＩとの間に位置した
ときは検出されない。そこで本発明ては、第１０図に示
すように複数のコイル１０ａ　、　ｌｌａ　。

１０ｂ　、　ｌｌｂ　、　１０ｃ　、　ｌｌｃ　、　ｌ
Ｏｄ　、　ｌｌｄ　、　ｌＯｅ　。

ｌｉｅ　、１０ｆ及びｌｌｆを千鳥状に配置して、第１
１図に示すようにコイル１０ａとｌｌａ　、　１０ｂと
ｌｌｂ　。

１０ｃ　とｌｌｃ　、　ｌｏｄ　とｌｉｄ　、　ｌＯｅ
　とＩｌｅ及び１０ｆ　と１１ｆをそれぞれ差動接続す
る。これにより、探傷走査幅Ｗが得られ、探傷走査幅Ｗ
内において探傷不能部分が生じないようになる。丸ビレ
ット１の外径をｄＩＩｌｍ、丸ビレット１の円周方向の
走査速度（周速）をｖｒｆｆｉＩＩｌ／ｓｅｃ、丸ビレ
ット１の軸方向の移動速度なＶ　（ｍｍ／５ｅｃ）とす
ると、走査幅Ｗが、であれば、丸ビレット１を全面探傷
できることになる。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれは、被検査材の軸、イ
ンピーダンスが等しくなるように導体線が巻かれており
、対向する側の磁極が同極となり、被検査材の軸方向に
磁力線を生じるように励磁される一対のコイルから渦流
探傷センサを構成し、この一対のコイルに誘導する電圧
に基ついて、被検査材の軸方向の疵による雑音を陥入し
て、被検査材の円周方向の疵を探傷することができる渦
流探傷センサが得られる。

又、本発明に係る渦流探傷センサを被検査材の軸方向に
千鳥状に配設することにより、未探傷部分が生じないよ
うにすることができる。

さらに、本発明に係る渦流探傷センサを被検査材の軸方
向の疵を検出する渦流探傷装部のセンサブロックに取り
付けることにより、被検査材の軸方向の疵及び円周方向
の疵を検出することがでれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る渦流探傷センサを用いた探傷装置
の構成図、第２図及び第３図は第１図に示したセンサブ
ロックの斜視図及び正面図、第４図及び第５図は第１図
に示したセンサブロックの側面図及び断面図、第６図は
曲がりのある丸ビレットの回転に対するセンサ保持体の
倣いの説明図、第７図は丸ビレットのオーバルの説明図
、第８図はセンサブロックに取り付けた案内輪の説明図
、第９図は本発明に係る渦流探傷センサの構造図、第１
０図及び第１１図は本発明に係る渦流探傷センサの取り
付けの一態様の説明図、第１２図は金属材の円周方向の
疵を検出する従来方法の説明図、第１３図は金属材の軸
方向の疵を検出する従来方法の説明図である。 １・・・丸ビレット、２９ａ・・・渦流探傷センサ、３
７・・・基準周波数信号発生器、３８・・・増幅器、３
９・・・位相検波器、４０・・・位相器。 代理人　弁理士　佐　藤　正　年 ｄ知・

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検査材の軸方向に沿って並設され、インピーダ
   ンスが等しくなるように導体線が巻かれており、対向す
   る側の磁極が同極となり、かつそれぞれ該被検査材の軸
   方向の磁力線を生じるように励磁される一対のコイルか
   ら構成されており、該一対のコイルに誘導する電圧の差
   に基づいて該被検査材の円周方向の疵を探傷することを
   特徴とする渦流探傷センサ。
2. （２）渦流探傷センサは、前記被検査材の軸方向に千鳥
   状に配設される特許請求の範囲第１項記載の渦流探傷セ
   ンサ。