JPH04283659A - 金属板の接着異常の非接触検出方法及びその装置 - 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、金属板の接着異常の非
接触検出方法及びその装置に係わり、更に詳しくは他の
部材面との間に接着剤を介在させて接着した金属板の接
着異常を非接触で検出する方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属板と他の部材との接着状況を
検出するために、超音波を被検査体に当てて、該超音波
の反射特性により接着異常の有無を検出する方法が用い
られていたが、この方法では超音波センサー（発振子及
び受振子）を金属板に対して非接触とすることができず
、直接被検査体に超音波センサーを当てられない場合に
は該センサーと金属板間に液体を介在させる方法がとら
れてきた。

【０００３】しかし、被検査体が複雑な形状を有する場
合、大型の場合、高速で移動する場合等には、上記方法
はその検査には適しない場合が多い。

【０００４】ここで、強磁性体の被検査体に対しては交
流磁場を与えれば、その磁力と磁気ひずみ効果でその被
検査体に振動を生じさせ得ることは容易に予測できる。 しかし、現実的に強い振動を与えるためにはかなり強い
磁場が必要で、そのため強い電磁石が必要となる。とこ
ろが、鉄心の入った電磁石はインピーダンスが大きく、
高い周波数（２０ｋＨｚ以上）では少数巻数のコイルを
用いて大電流を流すような大型なものになり、実用的で
なくまた携帯用には当然適しない。

【０００５】また、磁化しない金属一般に振動を与える
方法として、渦電流と磁場との相互作用（ローレンツ力
）を利用して、比較的小型で強い振動を金属内部に発生
させる技術は電磁超音波法として一般的に利用されてい
るが、このような接着異常の検出に利用されたことはな
い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前述の状況に
鑑み、解決しようとするところは、金属板を電磁力によ
って励振し、金属板の振動によって発生する超音波を検
出して、該金属板と他の部材面間に介在させた接着剤の
接着異常を被接触で検出することを可能となした小型で
携帯用にも適した金属板の接着異常の非接触検出方法及
びその装置を提供する点にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題解
決のために、他の部材面との間に接着剤を介在させて互
いに接着した強磁性体の金属板面上に配した中空電磁コ
イルに、間歇的に交流電流を流し、該交流電流により生
じる磁場とそれによる金属板の磁気ひずみ効果により該
金属板に振動力を生じさせ、中空電磁コイル中を通過し
て伝播した該振動により生じる音波をコイル後方に設置
した集音器で収音して金属板の振動状況を検出して、そ
の接着状況を判別してなる金属板の接着異常の非接触検
出方法を確立した。

【０００８】また、磁化しないものを含む金属一般の金
属板については、中空電磁コイルと必要に応じて磁石を
併設し、間歇的に交流電流を該電磁コイルに流し、該交
流電流により生じる磁場により金属板表面に渦電流を生
じさせ、該渦電流と併置した磁石による磁場又は前記電
磁コイルに直流電流を重畳して生じる磁場との相互作用
により金属板に振動力を生じさせてなる金属板の接着異
常の非接触検出方法を確立した。

【０００９】そして、他の部材面との間に接着剤を介在
させて互いに接着した金属板に、その表面に近接させて
配して非接触で電磁的に振動を与える励振手段と、励振
手段で振動を付与された金属板から生じる音波を収音し
て電気信号に変換する集音手段と、集音手段の音波に基
づく電気信号を調製して出力する出力回路とよりなる金
属板の接着異常の非接触検出装置を構成した。

【００１０】また、更に具体的には、非金属からなる中
空巻枠に電磁コイルを巻回し、その後方に一体形成した
中空枠内に集音器としての共振型超音波マイクロホンを
内装し、金属板表面を非接触で相対的に走査してなるプ
ローブと、前記電磁コイルに間歇的に交流電流若しくは
交流電流と直流電流を重畳した励振電流を供給する周波
数可変の励振用電源と、前記共振型超音波マイクロホン
の出力電気信号から励振電流の誘導によるノイズ信号を
除去し、励振された金属板から生じる超音波による真の
音波信号のみを出力する出力回路とよりなり、励振用電
源の周波数を共振型超音波マイクロホンの共振周波数に
略一致させ、他の部材面との間に接着剤を介在させて互
いに接着した金属板の接着良否を検出してなる金属板の
接着異常の非接触検出装置を構成した。

【００１１】この場合、前記プローブの電磁コイルの外
周に永久磁石を配することが小型軽量化には好ましい。

【００１２】更に、前記出力回路に一定電圧以上の音波
信号が生じた際に発音するアラーム出力を付設してプロ
ーブから目を離すことなく直ちに検出可能となり、また
制御信号出力を付設して接着自動ラインの制御若しくは
接着条件の変更等の制御を行えるようになした。

【００１３】

【作用】以上の如き内容からなる本発明の金属板の接着
異常の非接触検出方法及びその装置は、電磁力によって
金属板に振動を与え、その振動によって発生する超音波
を収音して、金属板の振動状況を検出し、それによって
接着状況を判別するものであるから原理的に非接触で行
うことが可能となるものである。

【００１４】そして、強磁性体の金属板に振動を与える
には、プローブの非金属からなる中空巻枠に巻回した電
磁コイルに間歇的に交流電流を流し、該交流電流により
生じる磁場とそれによる金属板の磁気ひずみ効果により
励振し、また磁化しないものを含む金属一般の金属板に
振動を与えるには、電磁コイルに磁石を併設し、該電磁
コイルに間歇的に交流電流を流し、該交流電流により生
じる磁場により金属板表面に発生する渦電流と磁石によ
る磁場との相互作用（ローレンツ力）によって励振する
のである。勿論、後者の場合にも、強磁性体の金属板を
更に大きな振動を与えることが可能である。ここで、磁
石は永久磁石でも電磁コイルに流す交流電流に直流電流
を重畳して生じる電磁石でもよい。この場合、金属板の
振動数は共振型超音波マイクロホンの共振周波数に略一
致させる。こうして振動を与えた金属板は、接着部では
その振動の振幅が小さく、一方接着剤が存在しない部分
又は剥離している部分では振動の振幅が大きくなり、そ
の結果、接着不良部では音波として大きい振幅の信号電
圧を受信するので、その信号を検出することにより接着
性の良否を判別するのである。この際、共振型超音波マ
イクロホンから出力される電気信号には、励振用電源の
励振電流の誘導によるノイズ信号が含まれているので、
出力回路ではその信号を除去して真に音波信号のみを出
力するようになしている。

【００１５】

【実施例】次に添付図面に示した実施例に基づき更に本
発明の詳細を説明する。

【００１６】図１は、本発明に係るプローブ１と被検査
体２の配置状態を示す簡略説明図である。本発明は、二
つの部材を互いに接着した被検査体２のその接着部の異
常を検出するものであり、本発明を適用できる被検査体
２としては、少なくとも表面側に金属板３を有し、該金
属板３を他の部材４の面との間に介在させた接着剤５に
て互いに接着したものである。

【００１７】前記プローブ１は、非金属、例えばベーク
ライト、ポリアセテート等の合成樹脂からなる中空巻枠
６に電磁コイル７を巻回し、その後方の中空枠８内に超
音波の集音器９を内装したものである。そして、中空巻
枠６と中空枠８は一体形成し、中空巻枠６の中心孔１０
と集音器９を装着した中空枠８内のキャビティー１１は
金属板３で発生した超音波が伝播できるように連通して
いる。このプローブ１の寸法は、被検査体２の大きさ及
び検出精度によって適宜設定されるものであるが、本実
施例では中空巻枠６の直径６ｍｍ，　長さ８ｍｍ，　中
心孔１０の直径４ｍｍとし、中空枠８は直径２０ｍｍ，
　長さ２０ｍｍ，キャビティー１１の直径１０ｍｍとし
たものを例示している。また、電磁コイル７は線径０．
３ｍｍ　、巻数４０回としている。そして、電磁コイル
７の後方４ｍｍ離した位置に集音器９としての共振型超
音波マイクロホン（セラミックセンサー）を配している
。この共振型超音波マイクロホンは２０ｋＨｚ以上の超
音波域に共振特性を有するものを使用した。 電磁コイル７の先端はなるべく被検査体２に近接（非接
触）した方が、金属板３の振動も強くなるが、その先端
と金属板３との距離が１ｍｍ程度であれば十分な強さの
振動が得られる。他方、被検査体２の表面から集音器９
までは１０〜１５ｍｍ離れていても十分な強さで検出で
きる。この中空巻枠６の中心孔１０とそれにに連通した
中空枠８のキャビティー１１内に装着された集音器９が
集音手段である。

【００１８】また、強磁性体の金属板３に対しては、そ
の振動を更に強くするため、磁化しない一般の金属板３
に対しては振動を付与するために、電磁コイル７と磁石
１２を併設している。その位置は、電磁コイル７の外周
が適し、プローブ１と一体となすことが望ましい。この
場合には、電磁コイル７の外周に永久磁石を配しても、
電磁コイル７に、金属板３を励振するために流す交流電
流に直流電流を重畳して一定磁場を発生させることも可
能である。また、被検査体２が板状のものである場合に
は、電磁コイル７の反対側、即ち被検査体２の裏面側に
配してもよく、最も効果のある方法と配置を用いればよ
い。

【００１９】図１の配置状態で、電磁コイル７に間歇的
に交流電流を流すと、金属板３の垂直方向に変動磁場が
発生し、その磁場によって金属板３の表面に渦電流が流
れ、そしてこの渦電流と磁石１２による金属板３の表面
に平行な磁場との相互作用により、金属板３に垂直方向
のローレンツ力が生じ、電磁コイル７による変動磁場の
反転で渦電流の向きが逆転し、それによりローレンツ力
の向きも反転し、その結果金属板３に振動を与えること
になる。また、金属板３が強磁性体の場合には、前記電
磁コイル７に間歇的に交流電流を流すと、金属板３の垂
直方向に磁化されて磁気ひずみを生じ、また交流電流の
反転によってその磁場の方向が逆転し、一時的に消磁さ
れて磁気ひずみがほぼなくなった状態を経て、逆方向に
磁化されて再度磁気ひずみが生じ、この繰り返しによっ
て金属板３に垂直方向の振動が与えられる。この場合、
電磁コイル７に磁石１２を並設することによってその振
動を大きくすることが可能である。

【００２０】また、前記電磁コイル７に励振電流を供給
する励振用電源１３は、図２に示すように、発振器１４
と間歇制御器１５と電流増幅器１６からなり、発振器１
４は２０〜１００　ｋＨｚまでの周波数の発振を行い、
間歇制御器１５は５，１０，１５，２０，２５，３０，
１００波周期毎次の（波数）出力の切換制御ができるも
のであり、電流増幅器１６はその電流を十分な大きさま
で増幅して電磁コイル７に交流電流を供給するのである
。また、この交流電流に直流電流を重畳するには、発振
器１４で発生した交流信号に電圧Ｖｐ　をポテンシオメ
ータ１７で分圧し負荷抵抗１８を通して間歇制御器１５
に直流信号を供給する直流重畳器１９を付設するのであ
る。こうして、電磁コイル７に供給された励振電流のう
ち、交流電流によって変動磁場が発生し、直流電流によ
って一定磁場が発生される。この励振用電源１３による
励振電流と中空巻枠６に巻かれた電磁コイル７が励振手
段である。

【００２１】そして、金属板３の振動によって発生され
た超音波を収音して集音器９から発生する出力電気信号
を調製して所望信号を出力する出力回路２０は、図２に
示すように、前段増幅器２１と励振波除去器２２と検波
器２３と後段増幅器２４からなる。集音器９の出力電気
信号を前段増幅器２１で増幅した後、間歇的励振電流を
電磁コイル７に流すとき、その誘導によって集音器９に
電流波と同じ電圧波を生じて検出感度を低下させるのを
防ぐため、前記間歇制御器１５の出力で制御した励振波
除去器２２を通し、電流供給時のみ信号電圧よりその誘
導電圧を除去して真に音波信号のみを取り出し、そして
検波器２３に導入する。この検波器２３では、包絡線検
波を行って金属板３の振動の強さを検出する。その検出
信号を後段増幅器２４で増幅して振動の強度をアナログ
出力端子２５から図示しない記録計に出力する。他方、
その強度がある限界を越えたとき、接着剤のない部分や
剥離した部分等の接着異常の存在を示すために、検波器
２３に接続したコンパレーター２６を通して、その出力
でアラームを発音させるアラーム出力２７と、自動化接
着ラインの制御を行う制御信号出力２８を適宜付設する
。ここで、前記コンパレーター２６の閾値電圧を決定す
る比較電圧Ｖｒｅｆ　は電圧Ｖｓ　をポテンシオメータ
２９で分圧して決定する。

【００２２】図３は強磁性体の金属板３の接着異常を検
出するプローブ１を示し、電磁コイル７の内径が約６ｍ
ｍのものである。このプローブ１を用いてハット形サン
プル３０の接着異常を検出する様子を図４に示している
。このサンプル３０は、二つのハット形部材３１，３１
の両側のフランジ３２，３２を互いに接着剤５を介在さ
せて接着したものである。そして、前記プローブ１を一
方のハット形部材３１のフランジ３２の表面にその電磁
コイル７を非接触状態で近接させて、フランジ３２に沿
って移動させ、若しくはプローブ１を固定してサンプル
３０を移動させてその接着異常を検出する例を示してい
る。

【００２３】このようにプローブ１と被検査体２を相対
的に走査し、該プローブ１が図１に示すような接着異常
部Ｆが存在している部分を通過する際に、金属板３（フ
ランジ３２）の振動が接着正常部Ｎと比較して急激に大
きくなり、それによって金属板３から発生する超音波の
強度が有為に高まり、そしてその超音波を集音器９で収
音して出力回路２０で音波信号のみを出力し、上述した
各種の方法でその接着異常部Ｆを検出する。

【００２４】本発明は、前述の実施例に限定されるもの
ではなく、例えばプローブ１の中心孔１０及びキャビテ
ィー１１内に超音波の良伝達材を満たし、超音波の収音
効率を更に高めたり、プローブ１を挿入する隙間が小さ
い被検査体２を検査する場合等に中空巻枠６の部分を長
くしても、十分な収音が行えるようになすことも可能で
ある。

【００２５】

【発明の効果】以上にしてなる本発明の金属板の接着異
常の非接触検出方法及びその装置によれば、電磁力によ
って金属板に振動を与え、それによって発生する超音波
を収音して接着異常を検出するものであるので、本質的
に非接触とすることができる。また、金属板を励振する
電磁コイルを中空巻枠に巻回したので、インピーダンス
を小さくすることが可能となり、それにより巻数を増や
し、小電流で大きな磁場を発生させることができるので
、省電力化が図れ、装置の小型化及び携帯化を達成でき
るのである。そして、超音波域の音を受信するので、音
波域の騒音等の影響を受けることが少なく、Ｓ／Ｎ比の
良い検出ができる。

【００２６】更に、集音器を共振型超音波マイクロホン
となしたので、金属板から離れていても超音波域の受信
が容易になるのである。また、電磁コイルに磁石を併設
した場合には、強磁性体の金属板のみならず磁化しない
金属一般にも適用することが可能となる。そして、間歇
的励振電流を電磁コイルに流すとき、その誘導によっり
集音器に電流波と同じ電圧波を生じて検出感度を低下さ
せるが、励振波除去器を用いて電流供給時のみ集音器の
出力信号電圧よりその誘導電圧を除去することにより、
検出感度の向上が図れるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプローブと被検査体を示した簡略断面
図

【図２】本発明の金属板の接着異常の非接触検出装置の
ブロック回路図

【図３】プローブの簡略側面図

【図４】ハット形サンプルの接着異常を検査する配置状
態を示した簡略断面図

【符号の説明】

１　　プローブ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　２　　被検査体３　　金属板　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　４　　他の部材５　
　接着剤　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　６　　中空巻枠７　　電磁コイル　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　８　　中空枠９　　集音器
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１
０　　中心孔１１　　キャビティー　　　　　　　　　
　　　　　　　　　１２　　磁石１３　　励振用電源　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１４　　発振
器１５　　間歇制御器　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　１６　　電流増幅器１７　　ポテンシオメー
タ　　　　　　　　　　　　　　１８　　負荷抵抗１９
　　直流重畳器　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　２０　　出力回路２１　　前段増幅器　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　２２　　励振波除去器２
３　　検波器　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　２４　　後段増幅器２５　　アナログ出力端
子　　　　　　　　　　　　　　２６　　コンパレータ
ー

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　他の部材面との間に接着剤を介在させ
   て互いに接着した強磁性体の金属板面上に配した中空電
   磁コイルに、間歇的に交流電流を流し、該交流電流によ
   り生じる磁場とそれによる金属板の磁気ひずみ効果によ
   り該金属板に振動力を生じさせ、中空電磁コイル中を通
   過して伝播した該振動により生じる音波をコイル後方に
   設置した集音器で収音して金属板の振動状況を検出して
   、その接着状況を判別してなる金属板の接着異常の非接
   触検出方法。
2. 【請求項２】　　他の部材面との間に接着剤を介在させ
   て互いに接着した金属板面上に、中空電磁コイルと必要
   に応じて磁石を併設し、間歇的に交流電流を該電磁コイ
   ルに流し、該交流電流により生じる磁場により金属板表
   面に渦電流を生じさせ、該渦電流と併置した磁石による
   磁場又は前記電磁コイルに直流電流を重畳して生じる磁
   場との相互作用により金属板に振動力を生じさせ、中空
   電磁コイル中を通過して伝播した該振動により生じる音
   波をコイル後方に設置した集音器で収音して金属板の振
   動状況を検出して、その接着状況を判別してなる金属板
   の接着異常の非接触検出方法。
3. 【請求項３】　　他の部材面との間に接着剤を介在させ
   て互いに接着した金属板に、その表面に近接させて配し
   て非接触で電磁的に振動を与える励振手段と、励振手段
   で振動を付与された金属板から生じる音波を収音して電
   気信号に変換する集音手段と、集音手段の音波に基づく
   電気信号を調製して出力する出力回路とよりなることを
   特徴とする金属板の接着異常の非接触検出装置。
4. 【請求項４】　　非金属からなる中空巻枠に電磁コイル
   を巻回し、その後方に一体形成した中空枠内に集音器と
   しての共振型超音波マイクロホンを内装し、金属板表面
   を非接触で相対的に走査してなるプローブと、前記電磁
   コイルに間歇的に交流電流若しくは交流電流と直流電流
   を重畳した励振電流を供給する周波数可変の励振用電源
   と、前記共振型超音波マイクロホンの出力電気信号から
   励振電流の誘導によるノイズ信号を除去し、励振された
   金属板から生じる超音波による真の音波信号のみを出力
   する出力回路と、よりなり、励振用電源の周波数を共振
   型超音波マイクロホンの共振周波数に略一致させ、他の
   部材面との間に接着剤を介在させて互いに接着した金属
   板の接着良否を検出してなることを特徴とする金属板の
   接着異常の非接触検出装置。
5. 【請求項５】　　前記プローブの電磁コイルの外周に永
   久磁石を配してなる請求項４記載の金属板の接着異常の
   非接触検出装置。
6. 【請求項６】　　前記出力回路に一定電圧以上の音波信
   号が生じた際に発音するアラーム出力若しくは制御信号
   出力を付設してなる請求項４記載の金属板の接着異常の
   非接触検出装置。