JPH04220557A - 対象物中のきずを測定する方法および装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は製造中の対象物の渦電流
測定に関するものであり、更に詳しくは不規則な軸方向
運動を行なう核燃料管のきず検出と特性表示に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ジルコニウム合金の管は管の直径を小さ
くするためピルガー〔ｐｉｌｇｅｒ〕製管機で冷間加工
衝撃を繰返えすことによって製造される。その後、付加
的な工程が遂行される。たとえば、応力を軽減するため
の焼なまし、滑らかな外側表面を得るためのエッチング
、矯正、および小さな表面のきずを除去するための研摩
が遂行される。最後に、「オフライン」で、すなわちプ
ロセス機械から離れた場所での総製造プロセスの後に、
直径縮小工程で生じたきずの有無を検査するために渦電
流きず検出器が使用される。中間プロセスで必要とされ
る時間のため、「オフライン」検査で問題が検出される
前にピルガー製管機が大量の不良管を生じることがある
。問題検出までこの遅延の結果として、生産性が損なわ
れ、高価な廃物が生じることがあり得る。通常、上記の
ような遅延した「オフライン」検査が用いられる。これ
は技術的に実施が簡単であるからである。

【０００３】たとえば、差動渦電流センサ、すなわち一
対のコイルを異なる軸方向位置で管のまわりに配置して
、これらのコイルの間のインピーダンス差を検知するよ
うにブリッジ回路に接続して構成したセンサを通過する
管上の点欠陥による渦電流信号を考える。管が進むにつ
れて、欠陥部はまず差動渦電流センサの一方のコイルを
通過し、センサ出力信号を正に駆動する。一様な速度で
管を動かすオフラインスキャナでは、同じきずが精密な
ある時間の後、差動センサの他方のコイルを通過し、出
力信号を負に駆動する。欠陥の通過の正味の影響は、管
速度とコイルの間隔から周期を計算できる上下する波形
の単一サイクルを持つセンサ出力信号である。この信号
は強い中心周波数を持ち、これは出力電圧の周波数領域
濾波によって容易に高めることができる。更に、スキャ
ナが一様な速度ですべての管を動かすので、すべての小
さなきずはほぼこの周期を持つ。この技術は他の渦電流
コイル構成に同様に充分に適用できる。

【０００４】直径縮小工程の直後に管にきずがあるか（
オンラインで）検出することにより、きずのある管に対
する後の工程の費用を節減し、また直ちに処置を講じて
その後に製造される管のきずの数を減らすようにするこ
とが望ましいことがわかる。しかし、軸方向の運動が不
規則で、時には実際に後方に短距離動くこともあるので
、完成した管が製管機から出てくる量は一様でない。 更に、製管機に対する機械的結合により、管はその長軸
に対して垂直に振動する。更に、管はその軸を中心とし
て不規則に回転し、また渦電流コイルの軸を中心として
回転するように曲がることもある。これらの不規則な運
動のすべてにより、従来取得された渦電流データにはア
ーチファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ）が生じた。

【０００５】これらの可能性のあるエラー発生源のうち
２つは従来の技術によって取り扱うことができる。注意
深い取り付けにより、振動の影響を扱いやすいレベルま
で下げ、曲がった管の影響を軽減することができる。管
とその周りの渦電流コイルの両方の円筒対称性により、
他の回転運動は渦電流信号に影響を及ぼさない。しかし
、取り付けによって、製品の不規則な軸方向の運動を制
御することができないと、オンライン走査は難しいまま
である。

【０００６】特に、きずが差動センサの第１のコイルに
出会うと、このきずによりまず信号が正に駆動されるが
、きずが第２のコイルを通過するとき、負に向う信号の
生起までの時間経過はこのとき不定である。実際、逆行
運動によって、管のきずのある部分がセンサの後半に達
する前に第１のコイルを数回通過することさえあり得る
。したがって、一様な時間間隔でサンプリングされる渦
電流出力信号は運動によって複雑化され、どれ程注意深
く取り付けても除去されないアーチファクトが生じる。 製管機の上に直接とう載された渦電流センサによる有用
な信号の収集は直径縮小サイクル中の管の不規則運動に
よって妨げられる。管の運動によって出力信号の信号対
雑音比も低下する。

【０００７】

【発明の目的】したがって本発明の１つの目的は不規則
に動く対象物について高い信号対雑音比で正確な測定を
行なう装置および方法を提供し、原価を低減し、処理時
の対象物の品質を向上させることである。

【０００８】

【発明の概要】要約すると、これらの目的および他の目
的は不規則運動と正味運動の両方を行なう対象物中のき
ずを測定する装置であって、対象物の正味運動だけを検
知する手段、対象物中のきずを検出して、不規則運動で
複雑化されたきず信号を発生する手段、および上記検知
手段および上記検出手段に結合されて不規則運動に対し
て上記きず信号を補正し、上記不規則運動の影響のない
出力きず信号を供給する手段を含むきず測定装置によっ
て達成される。

【０００９】不規則運動と正味運動の両方を行なう対象
物中のきずを測定するための本発明による方法は対象物
の正味運動だけを検知し、不規則運動で複雑化されたき
ず信号を供給し、不規則運動についてきず信号を補正す
ることを含む。

【００１０】

【実施例の記載】図１でピルガー製管機１０には一対の
冷間加工用被駆動回転押型１２ａおよび１２ｂが含まれ
ている。ジルコニウム合金の核燃料管１４のような対象
物は大径部分１４ａを有する。大径部分１４ａは押型１
２の間を通過し、直径が小さくなる。これは押型１２相
互の間隔は管部分１４ａの直径より小さいからである。 この直径縮小工程の間、矢印１６で示すように管１４の
不規則な軸方向振動運動が生じる。しかし、右に向って
正味の軸方向運動が行なわれる。直径の小さくなった管
部分１４ｂが製管機１０の開口部１８から出てくる。

【００１１】たとえばゴムで作られた摩擦アイドラー２
０が管部分１４ｂと摩擦係合する。たとえば米国ジョー
ジア州ゴレタのビーイーアイ・モーション・システムズ
（ＢＥＩ　Ｍｏｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）から入手し
得るディジタル回転シャフトエンコーダ２２がアイドラ
ー２０に機械的に結合され、やはりビーイーアイケー・
モーション・システムズから入手し得る製品番号ＤＭ８
８３０のようなラインドライバ２１に出力パルス列Φ１
　およびΦ２　を供給する。ラインドライバ２１はパル
ス−オン−ポジション（ＰＯＰ）回路２５に出力パルス
列Ｆ〔管１４が前方に動くとき〕およびＢ〔管１４が後
方に動くとき〕を供給する。ＰＯＰ回路２５は出力パル
ス２３を供給する。渦電流検知コイル２４ａおよび２４
ｂがアイドラー２０の近くの管部分１４ｂのまわりに配
置され、ブリッジ回路構成で接続される。ブリッジ回路
は当業者には周知の渦電流ブリッジ計器２６に結合され
る。このような計器はたとえば米国ワシントン州ケネウ
ィックのストブリーインスツルメント社のノルテック事
業部（Ｎｏｒｔｅｃ　ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｔｏ
ｖｅｌｙ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，　Ｉｎｃ．）で製
造された型名２５Ｌ計器や米国ワシントン州イサカーの
ゼテック社（Ｚｅｔｅｃ，　Ｉｎｃ．　）製造の型名Ｍ
ＩＺ−１７計器である。計器２６は渦電流出力信号を発
生する。この渦電流出力信号はモニタディスプレー２８
に印加して波形２９として表示してもよいし、あるいは
帯記録紙記録器（図示しない）に印加してもよい。計器
２６からの出力信号はトリガ形アナログ−ディジタル変
換器（ＡＤＣ）３２のアナログ信号入力３０にも印加さ
れる。パルス２３はＡＤＣ３２のクロック入力すなわち
トリガ入力３３に与えられる。ＡＤＣ３２のディジタル
出力信号はコンピュータ３４、たとえばマイクロプロセ
ッサに印加される。コンピュータ３４は図示の波形３６
で表わされるディジタル出力信号を供給する。希望する
場合、コンピュータ３４はその配線によるディジタルま
たはアナログの等価回路で置き換えることができる。

【００１２】動作について説明すると、エンコーダ２２
は互いに対し９０度位相変移された２つのパルス列出力
信号Φ１　およびΦ２　を発生する。パルス数はエンコ
ーダ２２の回転量、したがってアイドラー２０の回転量
に直接関係している。回転の方向、すなわち順方向か逆
方向かにより、２つのパルス列のうちのどちらが他方よ
り前に移相されるかが決まる。この位相符号化技術は通
常の産業用エンコーダのやり方である。したがって、エ
ンコーダ２２からのパルス列の単一の位相は順方向運動
と逆方向運動を区別するのに充分でない。したがって、
上記のＦおよびＢのパルス列を得るためエンコーダ２２
からの出力パルス列がラインドライバ２１に印加される
。

【００１３】正味順方向運動の場合のみＡＤＣ３２をト
リガし、かつ逆行運動を正確に補償するため、パルス−
オン−ポジション（ＰＯＰ）回路２５がＦ出力パルスと
Ｂ出力パルスをともに監視する。回路２５は２つのパル
ス列を使ってエンコーダシャフト（したがって検査され
る管１４）の正味の順方向運動にのみ関係するパルスが
一様間隔で配置されたディジタル信号を得るように設計
されている。エンコーダ２２、ラインドライバ２１、お
よびＰＯＰ回路２５の組合わせによって作られるパルス
を使ってＡＤＣ３２がトリガされる。その結果得られる
ＡＤＣ３２の出力信号は管がたとえ不規則に動いても管
１４からの渦電流信号の一様な間隔を置いた記録を表わ
す。

【００１４】ＰＯＰ回路２５は配線によるディジタル論
理回路で具体化することができるが、ＰＯＰ回路２５は
図２に示すようなフローチャートをそなえたマイクロプ
ロセッサとすることもできる。プログラムは「スタート
」で始まる。初期設定プロセスのブロック５２は初期設
定工程を示す。「パルス計数値」がゼロに設定される。 「サンプル増分」はＮパルス、たとえば１０パルス、２
０パルス、３０パルス等に設定される。プロセスが開始
するとき、「次のサンプル」は「サンプル増分」に設定
される。これは１、すなわち最初のパルスとすることが
できるが、他のあるサンプル数とすることもできる。た
とえば、管１４にはきずのチェックをすることが望まし
くないエンドキャップがあるからである。次に「完了」
がサンプル数Ｍに設定される。次に、判定ブロック５４
で示すようにＦパルスを受けているのかＢパルスを受け
ているのかを調べるためのチェックが行なわれる。ノー
（ＮＯ）であれば、プログラムはチェックを続行する。 イエス（ＹＥＳ）あれば、処理ブロック５６に示すよう
にＦパルス受信の場合にはパルスカウンタの計数値を増
加させ、Ｂパルス受信の場合にはパルスカウンタの計数
値を減少させる。判定ブロック５８はカウンタ内のパル
ス計数値が「次のサンプル」値に等しくない場合にプロ
グラムがループでブロック５４に戻るということを示す
。等しい場合には、処理ブロック６０でＡＤＣ３２をト
リガするように指示される。次に処理ブロック６２で、
「次のサンプル」の値がもとの値と「サンプル増分」と
の和に設定される。次に判定ブロック６４で示すように
、そのプロセスが「完了」したか、すなわちサンプル数
がＭに等しいかチェックされる。サンプル数がＭに等し
くなければ、プログラムはループで判定ブロック５４に
戻る。サンプル数がＭに等しければ、円６６で示される
ようにプログラムは停止される。

【００１５】プログラム停止のため一定サンプル数Ｍを
使うかわりに、管１４の後端を検出するセンサ（図示し
ない）を使うこともできる。また、検査対象物が針金で
ある場合には、針金を製造している限り、プログラムは
停止しない。

【００１６】きず３８がコイル２４ａの所を通過すると
、コイル２４ａには正に向う信号が生じる。きず３８が
コイル２４ｂのところを通過すると、コイル２４ｂには
負に向う信号が生じる。したがって計器２６は出力信号
を生じるが、これはアナログ波形２９で示すように管１
４の不規則運動によって複雑化されている。操作者はデ
ィスプレー２８で波形２９を見て、直径縮小工程が期待
通り動作していることを確認することができる。更に重
要なことであるが、ＡＤＣ３２はパルス２３によってト
リガされるときだけその変換動作を実行する。したがっ
て、ＡＤＣ３２からのディジタル出力信号は管１４の真
の正味の軸方向運動に対応する不規則な間隔で生じる。 したがって、ＡＤＣ３２のこの出力信号では、不規則な
運動によるアーチファクトが除去され、信号対雑音比は
波形２９に比べて大きくなる。これによりコンピュータ
３４は出力ディジタル信号３６に対して標準ディジタル
処理、たとえば高速フリース変換、しきい値比較等を使
用した濾波を実行することができる。コンピュータ３４
からの出力信号は警報器（図示しない）に結合すること
ができる。

【００１７】したがって、本発明により不規則に動く対
象物中のきずの検出が可能となり、きずのある対象物に
対するその後の製造工程の費用が節減される。本発明に
よりまた製管機１０を高速調整して高品質（きずの少な
い）製品を得ることができる。対象物は管の他に、他の
薄い金属たとえばテープや針金等とすることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図である。

【図２】図１で使用されているＰＯＰ回路のフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１４　　管 ２０　　アイドラー ２１　　ラインドライバ ２２　　ディジタル回転シャフトエンコーダ２４ａ，２
４ｂ　　渦電流検知コイル ２５　　パルス−オン−ポジション（ＰＯＰ）回路２８
　　モニタディスプレー ３２　　トリガ形アナログ−ディジタル変換器３４　　
コンピュータ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　不規則運動と正味運動の両方を行なう
   対象物中のきずを測定する装置に於いて、対象物の正味
   運動だけを検知する検知手段、対象物のきずを検出し、
   不規則運動で複雑化されたきず信号を発生する検出手段
   、ならびに、上記検知手段および上記検出手段に結合さ
   れ、上記きず信号を不規則運動について補正して、上記
   不規則運動の影響のない出力きず信号を発生する補正手
   段、を含むことを特徴とするきず測定装置。
2. 【請求項２】　　対象物が管である請求項１記載のきず
   測定装置。
3. 【請求項３】　　上記検知手段は、対象物と摩擦係合す
   るアイドラー、上記アイドラーに結合された回転シャフ
   トエンコーダ、上記エンコーダに結合されたラインドラ
   イバ、および上記ラインドライバに結合されたパルス−
   オン−ポジション回路で構成されている請求項１記載の
   きず測定装置。
4. 【請求項４】　　上記検出手段は対象物に近接して配置
   される一対のコイルを持つ渦電流ブリッジで構成されて
   いる請求項１記載のきず測定装置。
5. 【請求項５】　　対象物が管であり、上記コイルが軸方
   向に間隔を置いて管のまわりに配置されている請求項４
   記載のきず測定装置。
6. 【請求項６】　　上記補正手段はトリガ形アナログ−デ
   ィジタル変換器を有する請求項１記載のきず測定装置。
7. 【請求項７】　　上記検知手段は対象物と係合するアイ
   ドラー、上記アイドラーに結合されたディジタル回転シ
   ャフトエンコーダ、上記エンコーダに結合されたライン
   ドライバ、ならびに上記ラインドライバおよび上記変換
   器に結合されたパルス−オン−ポジション回路で構成さ
   れ、上記検出手段は上記変換器に結合され、対象物に近
   接して配置される一対のコイルを持つブリッジ回路で構
   成されている請求項６記載のきず測定装置。
8. 【請求項８】　　不規則運動と正味軸方向運動の両方を
   行なう対象物中のきずを測定する装置に於いて、対象物
   と摩擦係合するアイドラー、上記アイドラーに結合され
   た回転シャフトエンコーダ、上記エンコーダに結合され
   たラインドライバ、上記ラインドライバに結合されたパ
   ルス−オン−ポジション回路、対象物に近接して配置さ
   れる一対のコイルを持つブリッジ回路、ならびに上記パ
   ルス−オン−ポジション回路および上記ブリッジに結合
   されたトリガ形アナログ−ディジタル変換器、を含むこ
   とを特徴とするきず測定装置。
9. 【請求項９】　　上記ブリッジにはディスプレーが結合
   されている請求項８記載のきず測定装置。
10. 【請求項１０】　　上記変換器にはコンピュータが結合
    されている請求項８記載のきず測定装置。
11. 【請求項１１】　　不規則運動と正味運動の両方と行な
    う対象物中のきずを測定する方法に於いて、対象物の正
    味運動だけを検知し、不規則運動で複雑化されたきず信
    号を供給し、上記きず信号を不規則運動について補正す
    ることを特徴とするきず測定方法。
12. 【請求項１２】　　上記検知ステップが、対象物の運動
    に従ってアイドラーを回転させ、上記回転をディジタル
    符号化し、上記対象物の正味運動だけを表わすパルスを
    供給することを含む請求項１１記載のきず測定方法。
13. 【請求項１３】　　上記供給ステップが対象物中の渦電
    流を検出することを含む請求項１１記載のきず測定方法
    。
14. 【請求項１４】上記補正ステップがアナログ−ディジタ
    ル変換を含む請求項１１記載のきず測定方法。
15. 【請求項１５】　　上記検知ステップが、対象物の順方
    向運動と逆方向運動を示すそれぞれのパルス列を発生し
    、順方向パルスを受けた場合には計数値を増加させ、ま
    た逆方向パルスを受けた場合には上記計数値を減少させ
    、上記計数値が選定された値に等しくなったときアナロ
    グ−ディジタル変換器をトリガすることを含む請求項１
    １記載のきず測定方法。