JP3140105B2

JP3140105B2 - 電磁誘導型検査装置

Info

Publication number: JP3140105B2
Application number: JP25559791A
Authority: JP
Inventors: 和彦八十濱; 博明小濱; 博文高橋
Original assignee: 偕成エンジニア株式会社
Priority date: 1990-10-23
Filing date: 1991-10-02
Publication date: 2001-03-05
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: JPH052082A; KR920008489A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電磁誘導の変化によ
って被検査物の異常などを検出するための電磁誘導を利
用した検査装置に関し、特に、食品、薬品錠剤、合成樹
脂製品、工作物などの被検査物を励磁コイルによる磁界
中におき、それによる電磁誘導の変化によって被検査物
に混入した異物などを検出する検査装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】交流磁界中に物体をおくと磁束に変化が
生じ、同じ磁場中におかれたコイルのインダクタンスが
変化する。このインダクタンスは、磁場中の物体の誘電
率、透磁率、大きさ、磁場中の位置などの因子に比例し
て変化する。これらのうちのいくつかの既知の因子を一
定にして、物体を磁場中におくと、他の未知因子を正確
に認識することができる。この原理を利用して検体の同
定、物質の在否を認知するなどの非破壊検査機能をもつ
電磁誘導検査装置が多く提案されている。

【０００３】この種の従来の検査装置の典型例を図１０
に従って説明すると、交流電流の印加によって磁界を発
生する電磁コイル１をブリッジ回路２の一辺に介在させ
た構成のものがある。この検査装置では、コイル１が定
常状態の場合、交流電源３によって励磁される電磁コイ
ル１とこれに対応する辺のインダクタＬはインダクタン
スが等しく、且つ、他の２辺の抵抗Ｒ１、Ｒ２を同一に
設定して平衡を維持している。つまり、平衡状態におい
てブリッジ回路２の出力点ａ、ｂの差動電圧をとる差動
増幅器４からの出力Voutは理論的に零になる。

【０００４】ところが、電磁コイル１が形成する磁界
（磁束ｆ）に物体Ｓが入ると、電磁コイル１の自己誘導
インダクタンスが変化する。結果として、ブリッジ回路
２におけるインダクタＬと電磁コイル１の平衡が崩れて
出力点ａ、ｂに電位差が生じ、物体Ｓの誘導係数に応じ
た出力Voutが得られる。これによる出力Voutの変化を予
めデータ化しておけば、物体Ｓの材質、大きさ、更に
は、磁界中を移動する速度などを認識することが可能と
なる。また、既知の検体に対して、その中に混入する異
物も容易に検出できる。この場合、予め規定した基準物
体をインダクタＬに対向させておき、正常な被検査物を
電磁コイル１に接近させた時に基準物体と被検査物とが
平衡な定常状態を呈するように設定されている。

【０００５】更に、図１１に示すような相互インダクタ
ンスを利用した検査装置も提案されている。この従来装
置は、交流電源５に励磁される励磁コイル（一次コイ
ル）６と、励磁コイル６の磁束を受けて起電力を生じる
一対の検出コイル（２次コイル）７ａ、７ｂと差動増幅
器８とからなる。検出コイル７ａ、７ｂは逆方向に巻回
されて直列に差動接続され、定常状態において励磁コイ
ル６の磁束ｆを均等に受けて起電力を相殺する構成にな
っている。つまり、定常状態では検出コイル７ａ、７ｂ
の出力点ａ、ｂの差動電圧（差動増幅器８の出力Vout）
は理論的に零である。

【０００６】この検査装置では通常、励起コイル６と検
出コイル７ａ、７ｂとの間に検査路９を形成し、ここに
物体Ｓを通過させる。物体Ｓが励起コイル６からの磁束
ｆを切ることで検出コイル７ａ、７ｂが受ける磁束鎖交
数が変化し、検出コイル７ａ、７ｂの夫々の起電力が非
平衡になり、差動出力Voutが現れる。これにより、物体
Ｓの材質、大きさ、あるいは、工作物の欠陥などを検出
することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の装置の構成
からも明らかなように、この種の電磁誘導検査装置で
は、誘導コイルを含む平衡回路における誘導インダクタ
ンスの非平衡状態を差動電圧として検出するので、検出
精度を向上させるためには、検体が磁束を鎖交すること
による起電力の変化を高感度に検出する必要がある。

【０００８】ところが、前者の自己インダクタンス型の
検査装置では、自己インダクタンスの変化率（基底イン
ダクタンスに対する変化時のインダクタンスとの差）が
極めて小さく、被検査物が十分に大きい誘電率を持つ
か、あるいは、強磁性体などのように大きな磁場変化を
もたらすものでなければ検出が不可能であった。つま
り、検出感度が極めて低く、被検査物の材質の識別ある
いは非金属の検出などのようにインダクタンス変化率が
小さい検査物には対応できなかった。

【０００９】一方、後者の相互インダクタンス型の電磁
誘導型検査装置は、励磁コイル（一次コイル）６と検出
コイル（二次コイル）７ａ、７ｂの間に検査路９が存在
し、検出コイル７ａ、７ｂの誘導効率は検査路９の大き
さ（励磁コイルから検出コイルまでの距離ｄ）に反比例
するので、励磁コイルと検出コイルの間隔（検査路）を
大きくするのにも限界があった。つまり、検査路９を必
要とするために装置の大型化を伴ないながらも、検査対
象の物体の大きさが制限され、実質的に大型の対象物を
検査することは不可能であった。また、励磁コイル６の
励磁性能を高めて検査路９を広げると分解能が低下し、
微小な変化が検出不能である。

【００１０】ほかに、相互インダクタンス型の検査装置
が不可避的に内在する欠点がある。たとえば、図１１に
示すように、検査時に検出コイル７ａの近傍に検体Ｓが
存在して検出コイル７ａに鎖交する磁束に変化を及ぼす
と検出コイル７ａのインダクタンスが変化するが、この
時点で基準インダクタンスとなるべき検出コイル７ｂの
インダクタンスも多かれ少なかれ変化する。すなわち、
物体Ｓによって検出コイル７ａの起電力を、同時に変化
する検出コイル７ｂの起電力が打ち消すことになる。こ
の起電力の相殺作用は検体Ｓのコイルに対する相対位置
によって複雑に変化し、所期の起電力変化量が場合によ
っては無視できないほどの検出誤差をもたらす。

【００１１】上述したように、従来の電磁誘導型検査装
置では、検査対象物の大きさが制限され、食品に混入す
る異物あるいは工作物の欠陥等の微小対象物の検出に精
度が劣り、被検査物の材質同定などの微妙な検査には到
底対応できないなどの欠点があった。

【００１２】この発明は上記した従来装置の欠点を解消
するためになされたもので、その目的とするところは、
誘電体、磁性体を問わずあらゆる検査対象物を高感度、
高精度で検査、検出できる電磁誘導型検査装置を提供す
ることにある。この発明の他の目的は、食品、薬品錠
剤、合成樹脂製品、工作物などの被検査物の在否のみな
らず、それらの被検査物に含まれる異物乃至欠陥などを
分解能よく検出でき、しかも、被検査物の大きさに関係
なく小型化に対応できる高性能電磁誘導型検査装置を提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明による電磁誘導装置は次のような手段を採
用する。

【００１４】磁性体と非磁性体を被検査物とし、ａ）交流電流を出力する交流電源と、ｂ）交流電流の印加により励磁して磁場を形成する励磁
コイルと、該励磁コイルの励磁によって電磁誘導して起
電力を発生させる少なくとも一つの誘導コイルとを備
え、該誘導コイルを該励磁コイルの外周面あるいは内周
面に密接に同軸巻回して一体に構成してなる検出コイル
部と、ｃ）検出コイル部の内部中空孔と一方端に対向する位置
のいずれかに選択可能に設けられる被検査部と、ｄ）誘導コイルの出力から被検査物による磁場の変化を
検出する検出回路と、からなる検査装置であって、該検
出回路を、該検出コイル部と同一構成のインダクタを該
検出コイル部に直列接続してなる平衡回路と、該平衡回
路からの出力を増幅する増幅器と、該増幅器の出力から
被検査物を判定する判定回路と、で構成してなる。

【００１５】

【作用】誘導コイルは励磁コイルの磁場の磁束に鎖交し
て起電力を誘導し、励磁コイルが形成する磁場中に被検
査物をおくことで変化する磁束鎖交数に対応してインダ
クタンスが変化する。検出回路を、検出コイル部と同一
構成のインダクタを備える平衡回路、増幅器、判定回路
で構成し、誘導コイルのインダクタンスの変化を増幅、
判定することで、インダクタンスの変化量を容易に把握
できる。

【００１６】誘導コイルを励磁コイルの外周面あるいは
内周面に配設することで、誘導コイルと励磁コイルを同
軸に一体化した検出コイル部が構成される。この際、励
磁コイルの交流磁界による誘導コイルの電磁誘導は、誘
導コイルと励磁コイルを密接に一体化させることで、漏
れ磁束を減らして鎖交率を高め、高い効率で相互インダ
クタンスを起こさせる。また、被検査部として、内部中
空孔と一方端に対向する位置のいずれかを選択可能であ
るため、検査装置における検出部の構成を必要に応じて
小型化でき、しかも被検査物の大きさに制約を与えるこ
ともない。発明の他の目的、特徴は添付図面に基づく以
下の詳しい説明で明らかにする。

【００１７】

【実施例】この発明の第１の実施例として図１に概略的
に示す電磁誘導型検査装置は、交流電流を出力する交流
電源１１と、被検査物に対向して電磁誘導の変化を形成
する検出コイル部１３と、検出コイル部１３からの出力
から被検査物の態様を判定する検出回路１５とからな
る。

【００１８】検出コイル部１３は、交流電源１１からの
交流電流の印加を受けて励磁し交流磁界（磁束ｆ）を形
成する励磁コイル１３ａと、励磁コイル１３ａの外周面
の一方端の一部に密接に同軸巻回され励磁コイル１３ａ
の交流磁界によって電磁誘導して起電力を出力する誘導
コイル１３ｂとからなる。一次側の励磁コイル１３ａと
二次側の誘導コイル１３ｂが一体になっており、誘導コ
イル１３ｂが励磁コイル１３ａによる励起磁束ｆの全て
に鎖交するので、極めて高い効率で誘導コイル１３ｂに
相互インダクタンスが起り、大きい交流起電力が出力さ
れる。そこで、図示のように、励磁コイル１３ａによる
磁束ｆを鎖交するように被検査物Ｓをおくと誘導コイル
１３ｂのインダクタンスに変化がみられる。このインダ
クタンスの変化は被検査物Ｓの大きさ、材質などの因子
によって異なる。励磁コイル１３ａによる磁場に被検査
物Ｓが存在していない定常状態における誘導コイル１３
ｂのインダクタンスと、同上磁場中に被検査物Ｓが存在
する場合のインダクタンスとの差を判定することで、単
に被検査物Ｓの在否乃至大きさのみならず、その材質、
更には被検査物Ｓに混入する異物の存在をも正確に識別
することができる。

【００１９】上記検出コイル部１３は、図２に示すよう
に、ボビン１６に導電性線材を多重巻回して励磁コイル
１３ａを形成し、励磁コイル１３ａの外周面にアルミ箔
などの電磁シールド層１７と絶縁シート１８を層状に巻
きつけ、更に絶縁シート１８の外周面に導電性線材を多
重巻回して誘導コイル１３ｂを形成することで構成でき
る。検出コイル部１３として使用する際は、ボビン１６
を取り除いてもよい。しかしながら、基本的に励磁コイ
ルと誘導コイルよりなる検出コイル部の製作方法、構成
要素は特にこれに限定するものではなく、様々な方法で
製作できることは言うまでもない。

【００２０】

【００２１】検出回路１５は誘導コイル１３ｂの出力Vo
utの変化を識別する機能を有するものである。図３に示
す第１の実施例では、検出回路１５を平衡回路２２、増
幅器２４、判定回路２５で構成している。

【００２２】平衡回路２２では、定常状態における誘導
コイル１３ｂのインダクタンスを実数部Ｌとして、これ
に直列接続させるインダクタを虚数部−Ｌとして、平衡
させておく。このインダクタンス−Ｌを構成する方法
は、図３に示す平衡回路２２のように、検出コイル部１
３に略々同一構造の平衡インダクタ部２３を検出コイル
部１３と直列接続する。すなわち、平衡インダクタ部２
３を、検出コイル部１３の励磁コイル１３ａと同一構成
の励磁コイル２３ａと、検出コイル部１３の誘導コイル
１３ｂと巻回方向以外は同一構成の誘導コイル２３ｂと
で構成する。

【００２３】上記検査装置において励磁コイル１３ａ、
２３ａを共通の交流電源１１で励磁して夫々の誘導コイ
ル１３ｂ、２３ｂを電磁誘導させると各コイルで等量の
起電力が発生するが、誘導コイル１３ｂ、２３ｂの巻回
方向が逆であるため逆符号のインダクタンスとなる。つ
まり、検出コイル部１３が定常状態であるかぎり、誘導
コイル１３ｂ、２３ｂで発生する起電力は打ち消しあ
い、差動出力は実質的に零となる。ところが、検出コイ
ル部１３における励磁コイル１３ａの磁場中に被検査物
Ｓを存在させると、誘導コイル１３ｂ、２３ｂのインダ
クタンスが非平衡となり差動出力Voutが現れる。これに
より、被検査物の微妙な変化を検出することができる。
この差動出力Voutは、増幅器２４に出力される。これに
より判定回路２５での判定が容易になる。また、判定回
路２５に差動出力の基準を設定しておけば、被検査物の
規格検査を簡単に実行することができる。

【００２４】上記した実施例を利用すると、被検査物中
の混入異物、あるいは、工作物内部の欠陥などの微小異
常の検出を容易に行なうことが可能となる。すなわち、
図４に示すように、基準となる製品Srefを平衡インダク
タ部２３の磁場中に常設しておき、検出コイル部１３の
磁場中に被検査物Ｓを置く。この時、基準製品Srefと被
検査物Ｓが同一である定常状態の場合、つまり、被検査
物Ｓに異物混入などの異常がなければ、誘導コイル１３
ｂ、２３ｂが平衡を保つので差動出力Voutが実質的に零
になる。ところが、被検査物Ｓの内部に異物ｅが存在す
ると、誘導コイル１３ｂ、２３ｂの誘導平衡が崩れ、差
動出力Voutが現れ、これによって、異物ｅの存在を認識
することができる。言うまでもなく、基準製品Srefと被
検査物Ｓは夫々、平衡インダクタ部２３と検出コイル部
１３に対して同じ相対位置におく必要がある。

【００２５】また、被検査物Ｓがたとえば金属工作物で
ある場合は、図５に示すように、平衡インダクタ部２３
に基準製品Srefを配置し、検出コイル部１３の被検査物
Ｓを対向配置させることで、被検査物Ｓのクラックなど
の欠陥ｃの有無を高分解能をもって確実に検出すること
ができる。被検査物Ｓが金属であり、検査対象がスポッ
ト溶接部分の欠陥である場合、励磁コイル１３ａが形成
する磁界によって被検査物Ｓの全体が磁化するが、欠陥
ｃで発生する渦電流の影響で誘導コイル１３ｂの相互イ
ンダクタンスが変化する。このように、金属の溶接部分
のクラック、ピンホールなど視認検査で発見しにくい欠
陥でも、効果的に欠陥の程度まで検出することができる
など、各種非破壊検査に威力を発揮する。

【００２６】評価実験において、長さ２．０cm、内径
５．２cm、厚さ５mmの合成樹脂性のボビンに導線を３０
０回巻回して励磁コイル１３ａ、２３ａを夫々形成し、
更にその上に導線を３００回巻回して誘導コイル１３
ｂ、２３ｂを夫々形成して検出コイル部１３及び平衡イ
ンダクタ部２３を構成し、励磁コイル１３ａ、２３ａに
周波数０．２〜１kHz 、電圧１５Ｖの交流電流を印加し
た。この場合、励磁コイル１３ａ、２３ａのインダクタ
ンスは５．８mHであり、誘導コイル１３ｂ、２３ｂのそ
れは６．５mHであった。この検査装置で対角距離２０mm
のナットを被検査物Ｓとして検査したところ、深さ０．
１mm、長さ３mmの微小クラックが検出できた。

【００２７】上記実施例では、検出コイル部１３の一次
側励磁コイル１３ａの外周面の一方端側の一部に誘導コ
イル１３ｂを巻回させた構成であったが、励磁コイルと
誘導コイルを同軸で一部を接触させて一体化させればど
のような構成を採ってもよい。以下に検出コイル部の改
変例を説明する。

【００２８】図６の検出コイル部３３は、励磁コイル３
３ａの外周面の長さ方向の略中央に誘導コイル３３ｂを
設けている。この構成では励磁コイル３３ａの両端にお
いて同一の相互インダクタンス特性が得られる可逆性を
備えている。ここでは、被検査物Ｓを励磁コイル３３ａ
の一端部（図中、上端）に対向配置させているが、円筒
形状の励磁コイル３３ａの内部中空孔３４を検査通路と
して被検査物を通過乃至落下させて、その時のインダク
タンス変化を測定するようにしてもよい。

【００２９】図７に示す検出コイル部４３では励磁コイ
ル４３ａの内側に誘導コイル４３ｂを密接状に同軸巻回
して設けている。この構成によれば、誘導コイル４３ｂ
が励磁コイル４３ａに内蔵されるため、検出コイル部の
小型化、ひいては、検査装置全体の小型化が可能とな
る。

【００３０】図８は、励磁コイル６３ａの外周面に対を
なす誘導コイル６３ｂを設けた検出コイル部６３であ
る。あるいは、図９に示すように逆方向に巻回して直列
結線した一対の誘導コイル７３ｂを励磁コイル７３ａの
内部に収めて検出コイル部７３を構成してもよい。どち
らの実施例でも、双方の誘導コイルを逆方向に巻回して
直列接続することで、単体で差動回路を構成することが
できる。評価実験において、長さ１５cm、内径３cm、厚
さ１mmの合成樹脂性のボビンに導線を１０００回巻回し
て励磁コイル６３ａを形成し、更にその上に導線を１０
００回巻回して両誘導コイル６３ｂを形成して検出コイ
ル部６３を構成し、励磁コイル６３ａに周波数０．１〜
１kHz 、電圧１５Ｖの交流電流を印加した。この場合、
励磁コイル、誘導コイルのインダクタンスは夫々、１０
０mHであった。この検査装置で直径０．１mmの鉄球が検
出できた。

【００３１】上記のように検出コイル部を構成する励磁
コイルと誘導コイルの形態を様々に改変させることがで
き、特に図示の実施例のみに限定するものではない。た
とえば、上記したいずれの実施例における誘導コイルも
断面積が励磁コイルより小さいが、反対に誘導コイルの
ほうを大きくしてもよく、導線巻回状態、磁束鎖交条件
などの設計要素によって適宜設定すればよい。

【００３２】また、検出コイル部に配置する被検査物
は、励磁コイルの軸方向のいずれか一方端に対向させて
近接させることで磁束鎖交効率を高めることができ、こ
れによって検出感度が高まるが、被検査物の配置位置を
特に限定するものではなく、励磁コイルが形成する磁束
が及ぶ範囲であれば、どの位置に被検査物を置いてもよ
い。たとえば、円筒形状の励磁コイルの内部中空孔を通
路として被検査物を通過乃至落下させてもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の電磁誘
導型検出装置は、同軸状に密接に一体化した励磁コイル
と誘導コイルとで検出コイル部を構成し、励磁コイルが
形成する磁界にある被検査物による誘導コイルの相互イ
ンダクタンスの変化を漏れ磁束を減らし、効率よく検出
するようにした。これにより、食品、薬品錠剤、合成樹
脂製品、工作物など誘電体、磁性体、導体−非導体、金
属−非金属を問わず各種対象物の在否乃至材質を判定で
きるだけでなく、それらの被検査物に含まれる微小な異
物乃至欠陥などによる微小な磁束変化をも分解能よく高
感度、高精度で検査、検出できる。

【００３４】しかも、検出コイルの外部の被検査部も選
択可能であるため、被検査物の大きさを問わず様々な検
査ができ、しかも、励磁コイルと誘導コイルを一体化し
ているので装置の大きさを自由に変えることができ、小
型化も容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による電磁誘導型検査装置の第１の実
施例を示す概略図。

【図２】図１における検出コイル部の構成を示す半断面
側面図。

【図３】第１の実施例を示す概略構成図。

【図４】図３の検査装置による検査適用の一例を示す説
明図。

【図５】図３の検査装置による検査適用の他例を示す説
明図。

【図６】第２の実施例を示す概略図。

【図７】第３の実施例を示す概略図。

【図８】第４の実施例を示す概略図。

【図９】第５の実施例を示す概略図。

【図１０】従来の電磁誘導型検査装置の一例を示す概略
説明図。

【図１１】従来の電磁誘導型検査装置の他例を示す概略
説明図。

【符号の説明】

１１…交流電源、１５…検出回路、Ｓ…被検査物、ｆ…
磁場、１３、３３、４３、６３、７３…検出コイル部１３ａ、３３ａ、４３ａ、６３ａ、７３ａ…励磁コイ
ル、１３ｂ、３３ｂ、４３ｂ、６３ｂ、７３ｂ…誘導コイ
ル。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】磁性体と非磁性体を被検査物とし、ａ）交流電流を出力する交流電源と、ｂ）交流電流の印加により励磁して磁場を形成する励磁
コイルと、該励磁コイルの励磁によって電磁誘導して起
電力を発生させる少なくとも一つの誘導コイルとを備
え、該誘導コイルを該励磁コイルの外周面あるいは内周
面に密接に同軸巻回して一体に構成してなる検出コイル
部と、ｃ）検出コイル部の内部中空孔と一方端に対向する位置
のいずれかに選択可能に設けられる被検査部と、ｄ）誘導コイルの出力から被検査物による磁場の変化を
検出する検出回路と、からなる検査装置であって、該検出回路を、該検出コイル部と同一構成のインダクタ
を該検出コイル部に直列接続してなる平衡回路と、該平
衡回路からの出力を増幅する増幅器と、該増幅器の出力
から被検査物を判定する判定回路と、で構成した電磁誘
導型検査装置。