JPH0340338B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ パルス状磁界により試料の一部を対向方向に
おいて飽和点まで磁化された残留誘導領域のスポ
ツト内に形成させるように磁化する段階、該試料
の機械的特性を判定するために用いられる残留誘
導の大きさを決定する段階を具備する移動してい
る延びた強磁性試料の機械的特性を磁気的に測定
する方法において、 磁化された部分に沿つて残留誘導の傾斜を電気
信号に変換し、この信号のうち前記領域間の残留
誘導の変化を示すある１つの極性のパルスを選択
し、該選択されたパルスを積分することにより前
記残留誘導の大きさが決定されることを特徴とす
る、移動している延びた強磁性試料の機械的特性
を磁気的に測定する方法。

２ 磁化用パルス発生器、試料を包囲し該試料に
沿つて配置され前記磁化用パルス発生器の出力に
逆並列な関係をもつて接続されている磁化用コイ
ル、及び前記試料を包囲し残留誘導の傾斜を電気
信号に変換するのに適し指示計に接続された測定
回路に接続されているトランスデユーサを具備す
る移動している延びた強磁性試料を磁気的に試験
するための装置において、 前記測定回路がキー５、該キーに直列に接続さ
れた積分器６及び前記トランスデユーサ４の出力
信号が零であるとされる時点を選択するのに適し
た比較回路７を包含し、該比較回路７が前記トラ
ンスデユーサ４に接続された入力を有し、その出
力が前記キー５の制御入力に電気的に接続されて
いることを特徴とする、移動している延びた強磁
性試料を磁気的に試験するための装置。

３ 前記キー５の制御入力との前記比較回路７の
電気的接続が制御ユニツト８を通して行なわれ、
前記積分器６の出力が前記積分器６の出力信号が
零である時点を選択するように適した他の比較回
路９を通して前記制御ユニツトの他方の入力に接
続され、前記制御ユニツト８の他方の出力が制御
される電流発生器１０を通して前記積分回路６の
他方の入力に接続されていることを特徴とする、
請求の範囲第２項に記載の装置。

技術分野 本発明は材料及び物品の非破壊試験方法に関す
るものであり、より特定的には移動している延び
た強磁性材料の機械的特性を決定するための磁気
的検査及びそれを遂行する装置に関する。

背景技術 強磁性材料の磁気的かつ機械的特性は、例えば
製造中に得られた化学的組成及び構造にもとづい
て公知である。従つて鋼鉄の有する所望の機械的
特性、例えば硬度、最終強度、降伏強度及び展性
の形成は、化学的組成定数及び製造プロセスの安
定を維持することにより確実化することができ
る。化学的組成及び使用されている製造プロセス
の或る種の（許容範囲内での）変更は機械的及び
磁気的特性を変化させるので、磁気的特性の測定
により機械的特定の決定を可能とするこれら機械
的、磁気的特性間に依存する相関が存在する。上
記目的のための最良の磁気的特性は保持力及び残
留誘導（磁気）である。

名称「残留磁気を測定する方法」とする従来の
方法においては（参照、日本国に受け入れられた
特許明細書第53−29109号、国際分類G01N27／
68）、試料片（板）は２つの電磁石の間を通過す
るが、該２つの電磁石は、試料板の両側において
対向する関係をもつて、すなわち一方が上部、他
方が下部に配置されている。それらの電磁石は試
験材料内に磁気的根跡を形成させ、その磁気的根
跡が試験材料の移動方向に延びていく。磁気的根
跡を横断する通路に沿つて移動するために装着さ
れたトランスデユーサが上記電磁石から同じ距離
のところに配置されている。トランスデユーサか
らの信号は試料板における残留磁気量を決定する
ために用いられている。この方法で得られる検査
結果は、測定精度に影響を及ぼす振動による試験
材料の変位により影響を受ける。

さらに移動部分の存在がこの方法を行うことを
さらに困難にし、その信頼性を低下させる。

名称「強磁性及び非強磁性材料における磁気異
常の存在を検出する方法と装置」とする他の従来
知られている方法においては（参照、英国特許第
1498218号、国際分類G01N27／86）、試験材料は
環状磁石内を貫通し、その試験材料が環状磁石の
磁界により磁化される。試験材料のパラメータは
試験材料に設定された磁気双極子の作用のもとで
検出コイル内に形成された信号の大きさにより決
定される。従つて試験材料の特定を表わす信号を
生起させる振幅は試験材料の磁気双極子及び速度
の大きさに比例している。

上記の試験材料の速度に関する出力信号の依存
性はその方法の精度に影響を及ぼす。

さらに可変周波数のくり返しパルスを有する磁
化パルスを発生するように適したパルス発生器を
具備する移動している強磁性物体の円部を磁気的
に検査する方法が知られている（参照、ソ連発明
者証第696369号、1979年５月11日）。磁気的手段
がパルス発生器の回路と逆並列な関係で設けられ
たソレノイドの形態として形成されている。ソレ
ノイドの１つの内側には、そのソレノイドの軸に
ついて対称に読出装置が装着されている。使用し
ている読出装置が回路内に置かれている在来のフ
エロプローブ・傾斜計（ferroprobe−
gradiometer）で形成されているのでそれらの出
力信号の総和がとられる。フエロプローブの界磁
コイルがパワー増幅器を通して励磁回路に接続さ
れ、測定コイルが第２高調波に対して同調された
選択的増幅器の入力に接続されている。

上記の方法を用いて材料の機械的特性を下記の
如く磁気的に試験を行う。

試料片が磁化用ソレノイドの内側と複数のフエ
ロプローブ傾斜計間を通過する。パルス状電流が
磁化ソレノイドのコイルを通して磁気的な記号を
形成するように流される。上記パルスのパラメー
タは残留磁気領域について最大傾斜を形成させる
ように選択されている。磁化パルスのくり返し周
波数は移動する試料片の速度に依存して選択され
ており、それにより磁気的な記号が通過している
間第２ソレノイド内には残留磁界は存在しない。
フエロプローブ傾斜計は傾斜に応答し、該傾斜は
残留磁界成分が移動している方向と同じであり
（normal）、試験体の機械的特性を表わす。フエ
ロプローブ間において運動している試料片がそれ
らから均一に隔てられている場合、それらの信号
は等しく、そして結合された信号は全ての信号の
総和に等しい。試料片がその運動通路の中心線か
らずれた場合一方の側に配置されたフエロプロー
ブからの信号の強さが増大し、一方他方の側に配
置されたフエロプローブからの信号の強さが減少
するが、試験体の機械的特性に変化がなければこ
れらの信号の総和は（振動の振幅の小さいところ
で）、一定であり得る。

上述の方法及び装置は充分広範囲においておよ
び所望の精度について試験結果の精度に関する振
動の影響を排除しない、その理由としては、試料
の表面に対する距離に関する残留磁気の傾斜の依
存性が非線形であるからである。

一方上記方法及び装置の利用可能性が断面が円
形の試料に制限されている。

発明の開示 本発明は、試験結果に影響を及ぼす振動及び試
料の速度変化によつて生じる試料の変位の影響を
排除し、任意の断面の試料の機械的特性を高精度
で決定することを確実化する移動している延びた
強磁性体を磁気的に試験する方法とその装置を提
供することにある。

本発明の目的は、パルス状磁界により試料の一
部を対向方向において飽和点まで磁化された残留
誘導領域のスポツト内に形成させるように磁化す
る段階、該試料の機械的特性を判定するために用
いられる残留誘導の大きさを決定する段階を具備
する移動している延びた強磁性試料の機械的特性
を磁気的に測定する方法において、本発明にもと
づいて、磁化された部分に沿つて残留誘導の傾斜
を電気信号に変換し、この信号のうち前記領域間
の残留誘導の変化を示すある１つの極性のパルス
を選択し、該選択されたパルスを積分することに
より前記残留誘導の大きさが決定される、移動し
ている延びた強磁性試料の機械的特性を磁気的に
測定する方法により達成される。

また本発明の目的は、磁化用パルス発生器、試
料を包囲し該試料に沿つて配置され前記磁化用パ
ルス発生器の出力に逆並列な関係をもつて接続さ
れている磁化用コイル、及び前記試料を包囲し残
留誘導の傾斜を電気信号に変換するのに適し指示
計に接続された測定回路に接続されているトラン
スデユーサを具備する移動している延びた強磁性
試料を磁気的に試験するための装置において、本
発明にもとづき、前記測定回路がキー、該キーに
直列に接続された積分器及び前記トランスデユー
サの出力信号が零であるとされる時点を選択する
のに適した比較回路を具備し、該比較回路が前記
トランスデユーサに接続された入力を有し、その
出力が前記キーの制御入力に電気的に接続されて
いる、移動している延びた強磁性試料を磁気的に
試験するための装置により達成される。

前記キーの制御入力との前記比較回路電気的接
続が好適には制御ユニツトを通して行なわれ、前
記積分器の出力が前記積分器の出力信号が零であ
る時点を選択するように適した他の比較回路を通
して前記制御ユニツトの他方の入力に接続され、
前記制御ユニツトの他方の出力が制御される電流
発生器を通して前記積分回路の他方の入力に接続
されていることが好適である。提案された装置の
そのような変形形態は大きな周囲温度差における
試験結果の再現性を向上させることができ、装置
の雑音耐性を良好にする。

提案された方法及び装置は試験結果の精度に関
係する試料速度及び振動による試料の変位の影響
を排除し、磁気的試験の製品の範囲を拡大させる
ことを可能にする。本発明及び装置により得られ
る試験結果は残留誘導スポツトのパラメータによ
つてのみ決定され、それ故試料の機械的特性を高
精度で表わすことができる。

【図面の簡単な説明】

本発明は添付図面に示された実施例に関連づけ
て下記により詳細に説明されるが、 第１図ａは本発明にもとづく磁区における試料
にそつた残留誘導傾斜の分布曲線を表わしてお
り、 第１図ｂは本発明にもとづく磁区における残留
誘導傾斜の分布を図解しており、 第２図は提案された装置のブロツクダイアグラ
ムであり、 第３図は本発明にもとづく試料の種々の速度に
おけるトランスデユーサの出力における信号を表
わしており、 第４図は第２図に図示の装置の動作を図解する
タイムチヤートであり、 第５図は提案された装置の他の変形形態を示し
ており、 第６図は第５図に図示の装置の動作を説明する
タイムチヤートである。

発明を実施するための最良の形態 本発明の本質は下記の記述から明瞭にされる。
試料は残留誘導のスポツトを発生させるためのパ
ルス状磁界により磁化される。第１図ａに対向方
向において飽和するまで磁化され、試料に沿つて
相互に接近して配置された領域を有するこのスポ
ツトの構造を図解している。この誘導スポツトの
構造を表わす関数Ｂ＝Ｂ（ｘ）が本発明の本質を
充分理解する目的で後で用いられる。試料が移動
している場合関数Ｆ（ｘ）＝dB（ｘ）／dx（第１図
ｂ）として表わされる残留誘導の傾斜は電気信号
ε＝ε（ｔ）に変換されるが、ここでε（ｔ）は上
記傾斜を電気信号に変換するためのトランスデユ
ーサの誘起起電力である。そのようなトランスデ
ユーサとしては、例えば下記に述べる提案された
装置内に一体化された測定用誘導コイルであり得
る。

フアラデイの誘導法則にもとづき誘導コイルの
誘起起電力ε（ｔ）は、コイルと結合された磁束
量の時間変化として表わされる与えられた関数φ
（ｔ）の正確な微分である。

ε（ｔ）＝−dφ（ｔ）／dt 従つて与えられた時間間隔（T₁，T₂）におけ
る関数ε（ｔ）の積分は単に瞬間時間T₁とT₂にお
ける関数φ（ｔ）により決定される。ニユート
ン・ライプニツツの式から次の通りである。

Ｕ＝∫^T2 _T1ε（ｔ）dt＝−∫^T2 _T1dφ（ｔ）／dtdt ＝φ（T₁）−φ（T₂） 提案された方法によれば、試料の速度に係りな
く、瞬間時間T₁はトランスデユーサを通して或
る方向（第１図ａ及びｂにおける区分X₂）にお
いて磁化された試料の部分の通過に対応し、瞬間
時間T₂は対向する方向（区分X₁）において飽和
するまで磁化された試料部がトランスデユーサを
通過することに対応している、その理由としては
これらの瞬間においては試料の速度に係わりなく
トランスデユーサからの信号が零に等しい（その
極性が反転されている）からである。それゆえ１
つの極のパルスがトランスデユーサの信号から選
択されると、積分され、次式が得られる、 Ｕ＝Ｋ［φ（T₁）−φ（T₂）］ ＝Ｋ［φ（X₂）−φ（X₁）］ ＝2K・φ＝2K［∫_sBrds］ ここでφ（X₂）＝φ（T₁）＝φは（積分の開始す
る）瞬間時間T₁、すなわち残留磁束が試験体の
区分X₂を横切る時間においてトランスデユーサ
を通過する磁束であり、 φ（X₁）＝φ（T₂）＝−φは（積分の終了する）
瞬間時間T₂、すなわち残留磁束が試料の区分X₁
を横切る時間においてトランスデユーサを通過す
る磁束であり、 Brは区分についての残留誘導の分布関数であ
り、Ｋはトランスデユーサのパラメータ及び積分
装置により決定される一定係数である。

従つて得られた関係はトランスデユーサの全区
域にわたる振動により生じる試料の軸方向の変位
を包含していない、その理由としては瞬間時間
T₁及びT₂において（区分X₂及びX₁として）コイ
ルと結合している全磁束が実際に試験体の内側に
集中されているからである。上記関係はトランス
デユーサを通つて移動する試料の速度に依存しな
い。出力信号は試料の残留誘導の量及びその区分
の形状（換言すれば試験体における残留磁束量）
によつてのみ決定される。

提案された方法は第２図に図示の装置により実
施され得る。この装置は磁化パルス発生器１を具
備しており、その出力が磁化コイル２に並列して
接続されている。コイル２は試料３に沿つて配置
され、試料を包囲している。磁気コイル間の距離
は提案された方法が実施される実際の状態に依存
して選択される。装置はさらに残留誘導傾斜を電
気信号に変換するトランスデユーサを包含してい
る。このトランスデユーサは好適には測定用コイ
ル４の形態として形成されている。このコイルは
試料３を包囲し、キー５、積分器６及び比較回路
７を包含する測定回路に接続されている。キー５
及び積分器６はコイル４に直列に接続されてい
る。比較回路７は、コイル４からの信号が零レベ
ルを通過する際その瞬間時間を選択するように適
しており、コイル４に接続された入力を有してい
る。比較回路７の出力はキー５の制御電極と電気
的に接続されている。測定回路は積分器の出力に
接続される任意の適切な記録装置に接続すること
ができる。

当該装置は下記の如く動作する。磁化パルス発
生器１は、磁化用コイル２に印加するパルスを発
生し、該パルスに応答して磁化コイルは試料上に
残留誘導スポツトを形成する（第１図ａ）。その
ようなスポツトが所定の周期で定期的に又は時折
のいずれか形成され得るということは自明であ
る。

試料３が測定用コイル４を通過するとき残留誘
導スポツトが信号ε（ｔ）を発生させるように測
定用コイルを作用させる。瞬間T₁において或る
方向において飽和するまで磁化された部分が測定
用コイル４を通過し比較回路７がキー５を開くよ
うに作動する。積分器６が測定用コイル４から印
加された信号を積分することを開始する。瞬間
T₂において比較回路７は再びキー５を閉じるよ
うに作動する。その結果として、積分器６の出力
電圧が時間間隔（T₁，T₂）内における測定用コ
イル４からの信号の積分値に比例し得る。この電
圧は記録され、それから任意の適切な装置（図示
せず）によりインデツクスされ、その後積分器が
クリアされ、測定用回路が次のパルスの処理を開
始するため準備完了状態となる。積分器６の出力
における電圧のタイムチヤートを第４図に図示す
る。而して記録された信号の大きさが試料の機械
的特性を決定するのに用いられる。

大きな大気温度差及び装置が大きい雑音を受け
ている状態における試験結果の再現性は好適に
は、下記に開示される変形形態の提案装置を用い
ることにより確実化される。

第５図を参照すると、第２図に図示の装置とは
別に、この変形形態の装置はさらに制御ユニツト
８を包含しており、該制御ユニツトを通して比較
回路７がキー５の制御入力と電気的に接続されて
いる。積分器６の出力が他の比較回路９を通して
制御ユニツト８の他方の入力に接続されており、
他方の比較回路９は比較回路６の出力信号が零で
あるその瞬間時間を選択するように適合してい
る。制御ユニツト８の他の出力は制御された電流
発生器１０を通して積分器へ接続されており、ま
た制御ユニツトの出力は時間間隔の間記録する任
意の適切な装置に接続することができ、その間制
御された電流発生器１０が制御ユニツト８により
付勢される。

T₁とT₂は瞬間時間であり（第３図）その時間
において対向する方向において最大に磁化された
試験材料における残留誘導スポツト領域が測定用
コイル４を通過する。

上記変形形態の装置は下記の如く作動する。移
動している試験材料がコイル２により磁化され
る。残留誘導スポツトの形状が第１図ａに図示さ
れる。試験材料３の非磁化部が測定用コイル４を
通過するときコイルの出力信号は零である。キー
５が閉じられる。制御された電流発生器１０がオ
フにされる。積分器６の出力信号は零である。測
定用コイル４を通過するときの残留誘導スポツト
がコイルに前述の誘起起電力を発生させる（第３
図）。比較回路７（第５図）が瞬間T₁において作
動する。制御ユニツト８はキー５を開放にし測定
用コイル４からの信号が積分器６に印加される。
上記積分器の出力電圧が∫^t _T1ε（ｔ）dtに比例して
増加する。その結果として、比較回路９が装置の
雑音耐性を決定するしきい値をこえて作動する。
瞬間T₂において（第３図）、制御ユニツト８がキ
ー５を閉にし制御される電流発生器１０をターン
オフにすることに応答して比較回路７が再び作動
し、それにより積分器６のキヤパシタ（図示せ
ず）が上記制御される電流発生器１０の電流によ
り放電される。積分器６の出力電圧が零の場合、
比較器９が動作し制御ユニツト８が制御される電
流発生器１０をスイツチオンにする。当該装置は
次のパルス処理に対し準備状態となる。

この場合試験材料の機械的特性は制御される電
流発生器１０の動作時間により決定される。この
時間はデイジタル信号に変換され、そして指示計
に印加され得る。制御される電流発生器１０が制
御される直流電流発生器の場合、その動作時間
は、瞬間時間T₂（第６図）における積分器６の出
力電圧、すなわち∫^T2 _T1ε（ｔ）dtに比例する（積分
器６の出力電圧のタイムチヤートが第６図に図示
されている）。上記記述から明瞭な如く、この積
分値は、試験材料の速度に依存しないばかりでな
く測定用コイル４の全区域にわたる試験材料の変
位にも依存せず、残留誘導スポツトのパラメータ
によつてのみ決定される。

上述の方法及び装置は、残留誘導スポツトの寸
法を表わすデータの読出しにおいて発生し、試験
材料の軸方向変位及びこれらの変位についてのト
ランスデユーサの信号の非線形依存性によつて生
じる誤差の減少を可能にする。

さらに提案された方法及び装置は、試験材料の
速度を読出す信号の依存性及びツイステイングと
協働的な誤差を排除する。

産業上利用可能性 本発明によつて提案された方法及び装置を用い
ることによつて得られる測定精度は、例えば任意
の断面の巻かれた製品の試験を可能にする、その
理由としては試験材料が対称な断面を必要としな
いからである。それゆえ本発明はその製造過程に
おける巻かれる鋼鉄製品及びパイプの機械的特性
の試験に好適に用いることができる。