JPH05164743A

JPH05164743A - 中空体の内面検査方法及び内面検査装置

Info

Publication number: JPH05164743A
Application number: JP35072291A
Authority: JP
Inventors: Seigo Ando; 静吾安藤
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1991-12-12
Filing date: 1991-12-12
Publication date: 1993-06-29

Abstract

(57)【要約】【目的】検出感度と欠陥識別能力を高める。【構成】中空管１内面を検査するときに、中空管１の内
部に交流磁界を形成して中空管１内面を周方向に磁化す
ることにより、中空管１内表面に存在する欠陥等の磁気
的異常部を精度良く検出する。欠陥等を検出するときに
漏洩磁束を一対の磁気感応素子で差分的に検出すること
により、周辺磁束や浮遊磁束を除去してＳ／Ｎを高め
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば中空管等の中
空体の内表面欠陥を検査する内面検査方法及び内面検査
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、内面欠陥を有する中空管に外力
や熱応力などが加わると、機械的強度の低下、例えば疲
労強度が低下してしまうので、品質管理上内面欠陥の存
在しない中空管が望まれる。しかし、中空管はその製造
工程や使用条件等にもよるが、内表面に欠陥を有する場
合が多い。特に中実管を切削して中空管を製造する場合
には、切削工具による長手方向の疵が発生し易く、また
中空部を完全な円断面に下降することも加工精度上困難
である。このため、偏心円断面や切欠部分あるいは図１
８に示すように角張１８１や平坦部（辺部）１８２，内
面ピット等を有する断面になることもある。また、固粉
体をパイプラインで搬送する場合には、被搬送物とパイ
プ内表面との接触で表面疵が発生したり、その疵部から
腐食が発生・拡大する場合もある。

【０００３】このため製品としての中空管や使用中の中
空管の品質検査は重要であり、その方法としては、品質
管理上、基準となる欠陥を十分検出できるに足る高感度
で、高Ｓ／Ｎのものであって、欠陥識別能力が高いもの
であることが基本的に望まれる。特に動力伝達用の中空
管の内面を検査する場合には0.3mm程度より大きな欠陥
を見逃すような方法は採用できない。また、オンライン
で多種の被検体を連続的に検査を行う場合には検査手段
の汎用性やト−タルコストの低減も重要である。さら
に、中空管の内径が小さい場合には、センサヘッド部の
形状も小さいものが望まれる。

【０００４】その意味から、従来種々の検査方法が使用
されていた。例えば、超音波センサを装填した検査手段
を中空管の内に挿入して検査を行なう方法、すなわち超
音波探傷法や、図１９に示すように中空管の軸方向に一
対の励磁コイル１９１，１９２を配置し、その間に渦流
センサ１９３を設けた検出ヘッド１９０を使用し、励磁
コイル１９１，１９２で中空管に生じた渦電流を渦流セ
ンサ１９３で検知する渦流探傷法や、図２０に示すよう
に中空管１の外面に設けた磁化器２０１から直流磁界を
印加して管内に挿入した磁気センサ２０２で管内面の欠
陥に起因する漏洩磁束を検査を行なう方法や、図２１に
示すように直流磁界を印加して中空管１に残留磁束を付
与し、その後管内に挿入した磁気センサ２１１で残留磁
束を検知する残留磁束法等が採用されている。この残留
磁束法では、磁気センサ２１１を中空管１の内部に挿入
して残留磁束を検知するが、中空管１の外面が加工され
て比較的滑らかな場合には、中空管１の外部から残留磁
束を検知することもできる。さらに一対の磁気センサ２
１１，２１２の出力を差分的に結合し、周辺ノイズの影
響を除去することもできる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超音波
探傷法で内面欠陥を検査するためには、超音波ビ−ムの
集束化が必要である。特に中空管の肉厚が大きい場合に
はその要請が高い。このためには高度の追従機構が必要
であり、装置の複雑化、ト−タルコストの高騰を生じ
る。また超音波トランスデュ−サの大きさからして、あ
まり内径の小さな中空管の検査には不向きであった。

【０００６】渦流探傷法で検査した場合、例えば平坦部
（辺部）１８２に加工した標準欠陥（深さｄ：1.0mm，
0.5mm，0.3mm，0.1mm，0mm（母材），長さ：いずれも10
mm）を有する中空管１をリフトオフ１mmの検出ヘッド１
９０により１５０KHｚで励磁し、渦流センサ１９３で探
傷し、その結果をハイパスフィルタ（遮断周波数ｆc＝
２Ｈz）を通過させたデ−タを図２１に示す。このデ−
タは中空管１を回転させ、検出ヘッド１９０を固定して
測定しものであり、横軸は回転角に相当する。図２１に
示すように周期的にピ−クが表れるが、これは中空管の
回転周期に対応しており、おそらく標準欠陥に起因する
ピ−クと考えられる、中空管の回転に伴う出力振幅、例
えば扁平部や角張部等の母部の形状に起因する出力と区
別できないほど極端にＳ／Ｎが悪い。図２２から明らか
なように、渦流探傷法では内面欠陥の検出能力と欠陥の
種類の識別力は非常に低く、後述の漏洩磁束法に劣り、
また、実用に耐えうる性能としては不十分である。さら
に渦流探傷法では検出ヘッド１９０の管内挿入が不可欠
であるが、検出ヘッド１９０の小型化が困難なため実用
上の制限もあった。

【０００７】図２３は図２０に示すように管外で直流磁
化しながら漏洩磁束を検出して探傷した場合の零を示
す。この場合は中空管１の平坦部（辺部）１８２と角張
部（頂点）１８１に加工した標準欠陥（深さ：0.5mm，
0.3mm，0mm（母材））を検出したデ−タを示し、横軸は
中空管１の回転角に対応する。この場合の欠陥検出限界
は0.5mm程度に止まり、0.3mm程度の検出能力を必要とす
る検査に使用するためには内面欠陥の検出能力が不十分
であった。特に中空管の肉厚が大きい場合には、磁化が
不十分であるため、感度良く検出することが困難にな
る。また、中空管の偏肉が著しく、長手方向にその偏肉
が不均一である場合にも同様に高感度検出は著しく困難
である。

【０００８】次に残留磁束法により図２４（ａ），
（ｂ）に示すような形状，位置の標準欠陥と磁気センサ
の設置位置（管内側面か管外面側）で検査した場合の例
を示す。図２４において〜(10)は欠陥の番号を示し、
Ａ側すなわち側が回転駆動装置側である。そして磁気
センサのリフトオフは0.5mmであり、磁気センサを差分
的に使用した場合のセンサ間隔は５mmである。磁化は欠
陥を形成した中空管１を200Ａの磁化電流により軸通電
方式で行なった。

【０００９】まず、１個の磁気センサで検査を行なった
場合について説明する。図２５は標準欠陥(10)を有する
中空管を回転させながら検査した場合、図２６は欠陥
を有する中空管を回転させながら検査した場合であり、
（ａ）は磁気センサからの生出力、（ｂ）はハイパスフ
ィルタ（ｆｃ＝２，３，４Hz）を介した出力を示す。図
に示すように、中空管の回転に伴う出力振幅が大きく、
欠陥の検出は不可能であることが分かる。図２７は標準
欠陥を有する中空管を回転させながら検査した場合、
図２８は標準欠陥を中空管を回転させながら検査した
場合であり、（ａ）は磁気センサからの生出力、（ｂ）
はハイパスフィルタ（ｆｃ＝２，３，４Hz）を介した出
力を示す。この場合も中空管の回転に伴う出力振幅が大
きく、欠陥の検出は不可能である。また、図２５，２６
と図２７，２８との比較により、中空管の軸方向によっ
ても、周期ノイズの振幅や電圧レベルのパタ−ンが変化
することが分かり、中空管の全域を同じノイズ状態で検
出することは困難である。

【００１０】次に、差分的に結合した１対の磁気センサ
を使用した場合を示す。図２９は標準欠陥を有する中
空管を回転させながら管内面から検査した場合、図３０
は標準欠陥を有する中空管を回転させながら管内面か
ら検査した場合を示し、（ａ）は磁気センサからの生出
力、（ｂ）はハイパスフィルタ（ｆｃ＝２，３，４Hz）
を介した出力である。図２９に示すように欠陥の検出
は可能であるが、欠陥辛うじて検出可能である。な
お、その後標準欠陥の位置に異なる深さの標準欠陥を
付けて調べたところ、検出限界は0.5mmであることが判
明した。

【００１１】図３１は標準欠陥、図３２は標準欠陥
を管外面から検査したデ−タを示す。これらのデ−タか
ら、磁気センサを差分的に使用した方が、１個の磁気セ
ンサで検査する場合よりも、Ｓ／Ｎが良好であることが
分かる。また、いずれの場合にもハイパスフィルタの遮
断周波数ｆｃが小さな場合には、中空管の回転周期ノイ
ズの影響が顕著で欠陥信号の判別が困難であるが、遮断
周波数ｆｃが大きな場合は、欠陥信号を辛うじて検出で
きる。しかし、遮断周波数ｆｃが大きくなると欠陥信号
の信号レベルは小さくなる傾向にあり、Ｓ／Ｎを向上さ
せるためにハイパスフィルタを用いるのには限界があ
る。

【００１２】図３３は標準欠陥〜(10)の出力電圧をま
とめた出力特性図である。なお、ハイパスフィルタのｆ
ｃは３Hzである。図３３で（Ａ）は母材健全部の信号レ
ベルである。また、標準欠陥，，，は計測不能
であったため、プロットしてないが、計測できたその他
の欠陥にあっても欠陥を除き、良好に検出されたとは
言いがたい。特に、実際最低限必要とされるＳ／Ｎはほ
ぼ２以上である点からすると、満足が行くのは標準欠陥
の場合のみである。

【００１３】このように残留磁束法によっても充分な検
出感度を得ることはできず、欠陥の識別能力も不充分で
ある。最も好条件で検査できたとしても、0.5mm未満の
欠陥の検出は困難であった。また、中空管の長手方向の
欠陥の位置によって、検出感度やＳ／Ｎが変動し、この
方法で中空管を検査して品質検査に適用するには未だ克
服すべき問題が多かった。

【００１４】結局、従来の方法では中空管の0.3mm程度
の欠陥を検出して品質管理に採用することはできなかっ
た。

【００１５】また、磁気センサを差分的に使用すると、
周辺ノイズを除去することができ、Ｓ／Ｎを向上できる
が、欠陥の長さが磁気センサの間隔よりも長い場合には
欠陥の端部の検出はできても、端部以外の部分を検出す
るときには、１対の磁気センサでそれぞれ検出した信号
が打ち消されるので、欠陥に対して不感ないし鈍感にな
る。特に長手方向の欠陥を検出する場合において、被検
体が穿孔により中空にされた中空管であったり、固粉体
を搬送させていたパイプであったりするときには、軸方
向に長く深い欠陥が存在することが多い。このような欠
陥を検査する場合に欠陥の見落としが頻発する。同様な
問題は、周方向に長い欠陥が存在している場合にも生じ
る。

【００１６】また、中空管の内面に凹凸や角張が見られ
る場合には、磁気センサを差分的に使用しても、センサ
出力のバックグラウンドが変動し、Ｓ／Ｎの低下を招
く。このような場合に、欠陥が凹凸部の凹部や角張の頂
部に刻まれていると、ノイズの中に欠陥信号が埋もれて
弁別できなくなる。

【００１７】さらに、検査の自動化の要請は高いもの
の、中空管は不均一で、長手方向位置によって異なる偏
肉が認められる場合があり、内部空間が長手方向に湾曲
している場合もある。このような中空管に対してはセン
サを内蔵した検査手段を真っ直ぐに挿入することはでき
ず検査に支障をきたす。このような問題は中空管の長さ
が数１０ｃｍ以上におよぶ場合には重大な問題になる。

【００１８】この発明は上記従来の各問題点を解消する
ためになされたものであり、検出感度と欠陥識別能力が
高く、しかも欠陥の見落としがなく、汎用性を有する中
空体の内面検査方法及び内面検査装置を得ることを目的
とするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る中空体の
内面検査方法は、中空体の内部に交流磁界を形成して中
空体の内面を磁化し、内面の磁気的異常部に起因して生
じる漏洩磁束を検出することを特徴とする。

【００２０】この中空体を検査するときに、中空体を磁
気検出位置に対して相対的に移動すると良い。

【００２１】また、中空体の周方向に交流磁界を形成
し、漏洩磁束を差分的に検出することが好ましい。この
漏洩磁束を差分的に検出するときに、漏洩磁束を中空体
の長手方向と周方向とで差分的に検出すると良い。

【００２２】また、この発明に係る中空体の内面検査装
置は、中空体の内部を磁化する交流励磁手段と中空体の
内面の磁気的異常部に起因して生じる漏洩磁束を検出す
る磁気検出手段とを有する検出ヘッドと、検出ヘッドと
中空体との相対位置を変える移動手段とを備えたことを
特徴とする。

【００２３】上記交流励磁手段は中空体の周方向の内面
を磁化する磁化器を有することが好ましい。

【００２４】また、磁気検出手段は漏洩磁束を差分的に
検出する一対の磁気感応素子を有したり、漏洩磁束を中
空体の長手方向で差分的に検出する一対の磁気感応素子
と、漏洩磁束を中空体の円周方向で差分的に検出する一
対の磁気感応素子とを有することが好ましい。

【００２５】さらに、磁気検出手段は、中空体の軸方向
と平行な１辺と、中空体の軸方向と直交しない２辺で形
成される三角形の各頂点位置に配置した３個の磁気感応
素子を有し、各磁気感応素子は他のいずれかのの磁気感
応素子と差分的に結合しても良い。

【００２６】また、表示手段で磁気検出手段の出力に基
づき、磁気的異常部の位置に対応する中空体の外面位置
に表示を行うと良い。

【００２７】また、上記漏洩磁束を差分的に検出する一
対の磁気感応素子は、磁気感応素子を結ぶ線分の垂直２
等分線が交流励磁手段により形成される磁界分布の対称
軸になるように配置することが望ましい。

【００２８】さらに、上記漏洩磁束を差分的に検出する
一対の磁気感応素子からの出力信号の正負極性のうちい
ずれか一方の極性の成分を除去手段で除去した後、バン
ドパスフィルタで一方の極性の成分が除去された信号か
ら磁気的異常部に起因する信号を抽出することが好まし
い。

【００２９】また、上記検出ヘッドは磁気検出手段を中
空体に対して一定位置に保持する変位防止手段を有する
ことが望ましい。

【００３０】また、上記移動手段は、中空体を搭載し、
周方向に回転する回転ロ−ラを有する回転機構を備えた
検査台と、検出ヘッドを中空体の内部に並進させる直進
機構と、上記回転機構と直進機構との動作を制御する制
御手段とを有すると良い。

【００３１】さらに、上記制御手段に回転ロ−ラの位置
を昇降するロ−ラ位置可変アクチュエ−タと、中空体と
検出ヘッドとの距離を計測する変位計測手段と、変位計
測手段の出力に応じて中空体と検出ヘッドとの相対位置
を制御する位置制御手段とを有することが好ましい。

【００３２】また、上記移動手段を、中空体を懸架し、
周方向に回転させる移動ベルト機構を有する検査台と、
検出ヘッドを中空体の内部に並進させる直進機構と、上
記回転機構と直進機構との動作を制御する制御手段とで
構成しても良い。この場合も、制御手段に移動ベルトの
位置を昇降するベルト位置可変アクチュエ−タと、中空
体と検出ヘッドとの距離を計測する変位計測手段と、変
位計測手段の出力に応じて中空体と検出ヘッドとの相対
位置を制御する位置制御手段とを有することが望まし
い。

【００３３】

【作用】磁性材料の表面や内部欠陥を検査する場合、磁
性材料を交流磁界により磁化すると磁化浸透深さδ＝１
／（πμσｆ）¹／²（但し、μは透磁率、σは電気伝導
度、ｆは励磁周波数）は励磁周波数ｆの増加に伴い現象
し、表面近傍の磁束密度が大きくなる。そこで、この発
明においては、中空体内面を検査するときに、中空体の
内部に交流磁界を形成して中空体内面を磁化することに
より、中空体内表面に存在する磁気的異常部、例えば中
空体の軸方向の切削疵，内面ピット，溶接部，内表面が
樹脂被覆されているような場合には樹脂の剥離部等を精
度良く検出する。特に、交流磁界の励磁周波数ｆの増加
させることにより、表面の磁気的異常部の検出精度を高
めることができる。

【００３４】この中空体の内面を検査するときに、中空
体を磁気検出位置に対して相対的に移動することによ
り、中空体の全範囲あるいは広範囲にわたり検査を行う
ことができる。

【００３５】特に、中空体と検出ヘッドとの相対位置を
長手方向に変えて連続的に検査するときは、中空体の形
状を考慮すると、中空体の長手方向に磁化するより周方
向に磁化する方が合理的である。また、中空体の長手方
向に切削疵等の長い欠陥がある場合、長手方向に磁化す
ると、その欠陥からの漏洩磁束の検出が困難になり、欠
陥の検出精度が落ちる。このような欠陥も周方向に磁化
することにより確実に検出できる。

【００３６】この漏洩磁束を検出するときに、一対の磁
気感応素子で差分的に検出することにより、交流励磁さ
れた中空体の内表面の異常部からの漏洩磁束とともに検
出される周辺磁束や浮遊磁束を除去して、異常部からの
信号のみを抽出することができ、ベ−スラインノイズ内
に埋もれている異常部に起因する信号を感度良く検出す
ることができる。

【００３７】この一対の磁気感応素子を、磁気感応素子
を結ぶ線分の垂直２等分線が交流励磁手段により形成さ
れる磁界分布の対称軸になるように配置すると、各磁気
感応素子の置かれている条件が同じになり、差分的な出
力から周辺磁界の影響を殆ど除去することができ、Ｓ／
Ｎを向上させることができる。

【００３８】また、漏洩磁束を中空体の長手方向と、長
手方向とは異なる周方向で差分的に検出することによ
り、欠陥の有無の判断を正確にすることができる。特
に、一対の磁気感応素子で差分的に検出すると、磁気感
応素子の不感化や鈍感化の問題を解消することができ
る。

【００３９】また、磁気検出手段を、中空体の軸方向と
平行な１辺と、中空体の軸方向と直交しない２辺で形成
される三角形の各頂点位置に配置した３個の磁気感応素
子で構成し、各磁気感応素子を他のいずれかのの磁気感
応素子と差分的に結合することにより、磁気感応素子が
示す面積を小さくすることができ、磁気検出手段を小型
化することができる。したがって、中空体の内径が小さ
い場合であっても磁気検出手段を容易に挿入することが
できる。

【００４０】さらに、漏洩磁束を差分的に検出する一対
の磁気感応素子からの出力信号の正負極性のうちいずれ
か一方の極性の成分を除去手段で除去した後、バンドパ
スフィルタで一方の極性の成分が除去された信号から磁
気的異常部に起因する信号を抽出することにより、中空
体に偏肉や湾曲等がある場合に、磁気ヘッドの中空体内
壁への追従不良を原因に生じるピ−クノイズを除去する
ことができ、誤検出を回避する。

【００４１】また、検出ヘッドは変位防止手段で磁気検
出手段を中空体に対して一定位置に保持することによ
り、中空体の被計測位置と磁気検出手段との間隔のずれ
をなくして正確な検査を行う。

【００４２】また、移動手段で中空体を周方向に回転し
たり、検出ヘッドを中空体の内部に並進させ、この回転
と並進を円滑に制御するために中空体と検出ヘッドとの
相対位置を制御するすることにより、中空体の全領域を
自動的に検査することができる。

【００４３】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示すブロック図
である。図１に示すように、中空管１の管内面の存在す
る疵等の欠陥部を検査する内面検査装置は、検出ヘッド
２と回転駆動装置３，並進駆動装置４，制御手段５，信
号処理手段６，表示手段７，記録手段８，入力手段９，
駆動制御部１０，１１，マ−カ並進装置１２及びマ−キ
ング手段１３を有する。

【００４４】検出ヘッド２は中空管１の内面を磁化して
中空管１内表面の欠陥等から生じる漏洩磁束を検出する
ものであり、図２に示すように、磁化用コイル２１と複
数の磁気センサ２２ａ〜２２ｄを有している。磁化用コ
イル２１は中空体１の内部に交流磁界を形成するもので
あり、低磁気損失の材料、例えばパ−マロイ等の板状コ
ア２３に巻き回されたコイル２４からなる。コイル２４
は、図３の説明図に示すように中空体１を長手方向に垂
直あるいは傾斜した周方向に磁化するために、中空体１
の径方向に巻き回されている。磁気センサ２２ａ〜２２
ｄは磁化された中空体１の漏洩磁束を検出するものであ
り、例えば棒状の強磁性体コアに巻き回されたコイルを
有するセンサやホ−ル素子，磁気抵抗素子等からなる。
一対の磁気センサ２２ａ，２２ｂは，図２（ａ）の断面
図に示すように検出ヘッド２の長手方法に垂直に取り付
けられ、磁気センサ２２ｃ，２２ｄは、図２（ｂ）に示
すように検出ヘッド２の長手方法に平行に取り付けられ
ている。この一対の磁気センサ２２ａ、２２ｂを結ぶ線
分の垂直２等分線と一対の磁気センサ２２ｃ、２２ｄを
結ぶ線分の垂直２等分線はそれぞれ磁化用コイル２１で
形成する磁界分布の対称軸と一致するようになってい
る。そして一対の磁気センサ２２ａ，２２ｂは中空管１
の周方向で漏洩磁束を差分的に検出し、一対の磁気セン
サ２２ｃ，２２ｄは中空管１の長手方向で漏洩磁束を差
分的に検出する。

【００４５】磁化用コイル２１と磁気センサ２２ａ〜２
２ｄは合成樹脂等で先端部が半球状をし円筒状に形成さ
れ合成樹脂等で覆われ、後端部には非磁性体、例えばア
ルミ管等の連結部２５を有する。

【００４６】回転駆動装置３は中空管１を周方向に回転
するものであり、図４に示すように検査台３１上に設置
された回転駆動手段３２と、回転駆動手段３２に軸受３
３を介して連結され、中空管１を搭載し周方向に回転す
る回転ロ−ラとを有する。

【００４７】並進駆動装置４は検出ヘッド２を中空管１
の内部に直進させるものであり、検出ヘッド２の連結部
２５に連結された駆動軸４１を有する。

【００４８】制御手段５は装置全体を管理するものであ
り、信号処理手段６，表示手段７，記録手段８，入力手
段９及び駆動制御部１０，１１とバスライン１４を介し
て接続されている。信号処理手段６は検出ヘッド２から
の信号を処理するものであり、図５に示すように、差動
増幅器６１とハイパスフィルタ６２とノイズリミッタ６
３とバンドパスフィルタ６４とを有し、検出ヘッド２か
らの信号を信号処理し易い形にする１次処理系６ａと、
処理した信号を評価するレベル弁別回路６５等を有する
２次処理系６ｂとを有する。表示手段７は信号処理手段
６に送られた信号や、処理した信号を表示する。記録手
段８は検査したデ−タを記録する。駆動制御部１０，１
１はそれぞれ回転駆動装置３と並進駆動装置４に連結さ
れて、制御手段５から送られる中空管１の回転駆動と検
出ヘッド２の並進駆動の同期信号により回転駆動装置３
と並進駆動装置４を駆動制御し、回転駆動装置３と並進
駆動装置４から送られる位置信号を受けて制御手段５に
送る。マ−カ並進装置１２は制御手段５からの信号によ
りマ−キング手段を前進させる。マ−キング手段１３は
制御手段５からの欠陥信号を受けると、欠陥の位置に相
当する中空管１の外面に、欠陥の重大性（大小，深さ
等）に応じて色違いのマ−クを付ける。

【００４９】次に、上記のように構成された内面検査装
置動作を説明する。まず、検査台３１の回転ロ−ラ３４
に中空管１を搭載して、制御手段５で回転駆動装置３を
一定速度で回転駆動して中空管１を回転しながら並進駆
動装置４を駆動して検出ヘッド２を中空管１の内部に送
る。そして、制御手段５は検出ヘッド２の磁化用コイル
２１に不図示の交流電源から交流電力を供給して、中空
管１の内面を周方向に磁化する。このように磁化用コイ
ル２１で中空管１の内部に交流磁界を形成して中空管１
の内面を磁化することにより、内面近傍の磁束密度を大
きくすることができ、中空管１の内面に存在する磁気的
異常部、例えば図３に示すように中空管１の軸方向の切
削疵１３や内面ピット，溶接部，内表面が樹脂被覆され
ているような場合には樹脂の剥離部等を精度良く検出す
ることができる。この磁化用コイル２１に供給する交流
電力の周波数を高くして、交流磁界の励磁周波数を高く
すると、内面近傍の磁束密度をより大きくすることがで
き、中空管１に内面の欠陥等による磁気的異常部の検出
精度を高めることができる。

【００５０】この状態で検出ヘッド２の磁気センサ２２
ａ〜２２ｄで中空管１からの漏洩磁束を検出する。この
漏洩磁束を検出するときに、一対の磁気センサ２２ａ，
２２ｂは中空管１の周方向で漏洩磁束を検出し、一対の
磁気センサ２２ｃ，２２ｄは中空管１の長手方向で漏洩
磁束を検出する。このように、周方向と長手方向で漏洩
磁束を検出する理由は次の通りである。磁気センサ２２
ｃ，２２ｄで長手方向のみの漏洩磁束を検出している
と、長手方向の磁気センサ２２ｃ，２２ｄの間隔より長
い疵が長手方向に存在すると、その疵の両端部のみが磁
気センサ２２ｃ，２２ｄで検出され、疵の中間部分につ
いては磁気センサ２２ｃ，２２ｄに出力がほとんど零か
あるいは識別できないほど小さくなってしまう。このよ
うな場合には、長い疵の両端部の位置に短い疵が存在
し、その間は欠陥がないと誤認してしまい、品質検査重
大な支障となってしまう。また、磁気センサ２２ａ，２
２ｂで中空管１の周方向のみの漏洩磁束を検出している
と、中空管１の凹部等に短いけれど深い疵等の欠陥があ
った場合に、中空管１の内面と磁気センサ２２ａ，２２
ｂとの相対位置の変化から磁気センサ２２ａ，２２ｂの
出力信号のＳ／Ｎが悪い状態のもとで、欠陥信号がノイ
ズの中に埋もれて弁別できなくなる。そこで、これらの
弊害を防止するために、一対の磁気センサ２２ａ，２２
ｂで中空管１の周方向の漏洩磁束を検出し、一対の磁気
センサ２２ｃ，２２ｄで中空管１の長手方向で漏洩磁束
を検出するのである。

【００５１】この一対の磁気センサ２２ａ，２２ｂとか
らの検出信号は信号処理手段６に送られ、差動増幅器６
１で磁気センサ２２ａの検出信号と磁気センサ２２ｂの
検出信号の差分が検出される。同様に磁気センサ２２ｃ
の検出信号と磁気センサ２２ｄの検出信号の差分が信号
処理手段の差動増幅器で検出される。このように磁気セ
ンサ２２ａ，２２ｂからの信号の差分と磁気センサ２２
ｃ，２２ｄからの信号の差分をとることにより、周辺磁
束や浮遊磁束を相殺して除去し、疵等の欠陥からの信号
のみを抽出することができる。この相殺効果は一対の磁
気センサ２２ａ、２２ｂを結ぶ線分の垂直２等分線と一
対の磁気センサ２２ｃ、２２ｄを結ぶ線分の垂直２等分
線が磁化用コイル２１で形成する磁界分布の対称軸と一
致するように磁気センサ２２ａ、２２ｂと磁気センサ２
２ｃ、２２ｄを配置することにより最も有効に発揮する
ことができる。

【００５２】信号処理手段６の差動増幅器６１からの信
号はハイパスフィルタ６２で１次的なノイズが除去さ
れ、例えば図６の（ａ）に示すような波形の信号をノイ
ズリミッタ６３に送る。ノイズリミッタ６３は送られた
信号を、図６の（ｂ）の波形に示すように負極性の信号
を除去して所定の周波数帯に設定されたバンドパスフィ
ルタ６４に送る。バンドパスフィルタ６４は送られた信
号の２次的なノイズＮを除去し、図６（ｃ）に示すよう
に欠陥信号Ｓが顕著になった信号をレベル弁別回路６５
と表示手段７に送る。このようにノイズリミッタ６３で
負極性の信号を除去し、バンドパスフィルタ６４でフィ
ルタリングを行うのは次の理由による。

【００５３】中空管１の内面は偏肉や凹凸，角張等によ
り必ずしも均一ではない。したかって検出ヘッド２の位
置が中空管１の内面に対して急激に変化したり傾いたり
する。このような検出ヘッド２の中空管１の内面に対す
る追従不良が生じたときには、鋭いピ−クノイズＮが発
生し、欠陥等の磁気的異常部に起因する信号Ｓと混同し
てしまう。このピ−クノイズＮは除去する必要がある。
このピ−クノイズＮは１次的なノイズが除去された信号
の正負両極に表れるが、欠陥信号Ｓは図６（ａ）に示す
ように一方の極性しか表れない点と、ピ−クノイズＮと
欠陥信号Ｓは周波数特性が異なる点に着目し、ノイズリ
ミッタ６３とバンドパスフィルタ６４でフィルタリング
を行う。そして欠陥信号Ｓのみを抽出した信号のみを得
て、Ｓ／Ｎを向上させる。したがってオンラインでも疵
等の欠陥を精度良く検出することができる。

【００５４】レベル弁別回路６５は送られた信号から欠
陥信号Ｓを弁別して制御手段５に送る。制御手段５は回
転駆動装置３と並進駆動装置４から送られる位置信号と
欠陥信号Ｓとにより疵等の欠陥位置と欠陥の大きさを表
示手段７とマ−キング手段１３に送る。表示手段７は欠
陥位置と欠陥の大きさを表示し、マ−キング手段１３で
中空管１の磁気的異常部に相当する位置にマ−クを付け
る。

【００５５】上記の動作を制御手段５で回転駆動装置３
と並進駆動装置４を連続して同期制御しながら中空管１
の全範囲について行い、中空管１の識別番号とともに欠
陥位置，Ａ／Ｄ変換された欠陥信号，欠陥の種類及び欠
陥の評価等をブロック化したマトリックス形式で記録手
段８に記録する。

【００５６】次に、上記内面検査装置により実際に中空
管１の内面の検査を行った結果を図９から図１２に示
す。この結果は信号処理手段６のハイパスフィルタ６２
で１次的ノイズを除去処理したものであが、極めてＳ／
Ｎが高い状態で欠陥の検出ができることがわかるので、
敢えて２次的ノイズ除去処理後のデ−タを示すまでもな
い。

【００５７】検査した材料はＣ，Ｓｉ，Ｍｎに微量の
Ｓ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｂを含むＳＴＫＭ鋼の外径35.6
mm，肉厚10.0mm，長さ200mmの材料に穿孔により中空に
した中空管１である。標準欠陥は長さが15mm，幅0.2mm
の欠陥を図７に示す深さで中空管１の内面の図８に示す
位置に加工した場合である。そしてＡ側が回転駆動装置
３側である。

【００５８】図９は、図１６に示すような内面の平坦部
（辺部）１６２に加工された標準欠陥を軸方向で差分を
採ったものであり、励磁周波数は50KHz，パイパスフィ
ルタ６２の遮断周波数ｆcは２Hz，磁気センサのリフト
オフ１mmの条件で測定した結果を示す。図１０は、内面
の角張部（頂部）１６１に加工された標準欠陥を軸方向
で差分を採ったものであり、他の測定条件は図９の場合
と全く同じである。

【００５９】図１１は内面の平坦部（辺部）１６２に加
工された標準欠陥を周方向で差分を採った場合であり、
励磁周波数は100KHz、パイパスフィルタ６２の遮断周波
数ｆcは３Hz、センサのリフトオフ１mmの条件で測定し
た結果を示す。図１２は、内面の角張部（頂部）１６１
に加工された標準欠陥を周方向で差分を採った場合であ
り、他の測定条件は図１１と全く同じである。

【００６０】これらの結果から明らかなように、この実
施例による場合は、いずれの場合も非常に感度が高く、
また母材の検出信号にしても非常に信号レベルが低く、
高いＳ／Ｎを得ることができた。特に、軸方向の差分を
検出する場合には、0.2mm以上の深さまで安定に欠陥を
検出することができ、周方向で差分を検出する場合に
は、0.2〜0.3mm程度の深さの範囲まで安定に欠陥を検出
することができた。したがって、従来にない高感度で安
定した測定を行うことができる。

【００６１】また、この実施例によれば、欠陥の深さに
応じた信号強度を検出することができ、かつ欠陥の存在
位置によって信号強度が変化するようなこともないた
め、以後の信号弁別や危険度の判断その他関連する評価
を容易に実現することができ、オンラインで自動検査を
行う場合にも確実に検査を行うことができる。

【００６２】なお、上記実施例は検出ヘッド２に磁化用
コイル２１と磁気センサ２２ａ〜２２ｄを設けた場合に
ついて説明したが、検出ヘッド２に中空管１の内面との
間隔を一定に保持する変位防止手段を設けても良い。

【００６３】例えば図１３（ａ）の側面図と（ｂ）のＡ
−Ａ断面図に示すように、検出ヘッド２に中空管１と磁
気的に結合する磁石２３ａ，２３ｂと、検出ヘッド２を
中空管１の内面に弾性的に圧接する複数の押しバネ２４
と球状の回転自在な接触子２５からなる圧接機構２６を
備えると良い。磁石２３ａ，２３ｂはそれぞれ磁気セン
サ２２ａ〜２２ｄを挾んだ２か所に配置し、圧接機構２
６は各磁石２３ａ，２３ｂの近傍の磁石２３ａ，２３ｂ
とは反対側に設置する。そして圧接機構２６は（ｂ）の
Ａ−Ａ断面図に示すように磁石２３ａ，２３ｂの対称軸
に対して左右等角で接触子２５を中空管１に押し当てる
ように配置してある。このように磁石２３ａ，２３ｂと
圧接機構２６を配置することにより、磁石２３ａ，２３
ｂと圧接機構２６の相互作用により検出ヘッド２を中空
管１の内面に対して一定の位置に保持することができ
る。そして、圧接機構２６をエンコ−ダと結合すること
により、並進する検出ヘッド２の位置を検出することも
できる。

【００６４】また、上記実施例は検出ヘッド２に４個の
磁気センサ２２ａ〜２２ｄを設けた場合について説明し
たが、磁気センサを特殊な配置にすることにより、磁気
センサの数を減らすこともできる。例えば図１４に示す
ように、磁気センサ２２ｅ，２２ｆを検出ヘッド２の長
手方向に配置し、磁気センサ２２ｇを磁気センサ２２
ｅ，２２ｆと結ぶ方向が周方向とは一致しない三角形の
頂点の位置に設け、各磁気センサ２２ｅ，２２ｆ，２２
ｇの検出信号の差分を採るようにすると良い。この場合
は各磁気センサ２２ｅ，２２ｆ，２２ｇ間の距離が短く
ても高精度に欠陥等を検出することができ、、検出ヘッ
ド２を小型化することができ、径が小さい中空管１の内
面を検査することができる。なお、検出ヘッド２の小型
化の要請が強くない場合には、磁気センサ２２ｇを直角
三角形の頂点に配置しても良い。

【００６５】また、上記各実施例において、図１５に示
すように並進駆動装置４をアクチュエ−タ１５１で昇降
させるようにしても良い。この場合は、検出ヘッド２に
中空管１に内面との距離を計測する変位計測手段１５２
を設け、変位計測手段１５２で検出した検出ヘッド２と
管内面との距離変動量に応じて並進駆動装置４を昇降制
御する。これにより中空管１に偏肉や湾曲等があって
も、検出ヘッド２を常に中空管１の中心に位置決めする
ことができ、最適な条件で検査をすることができる。

【００６６】また、上記各実施例は中空管１を複数の回
転ロ−ラ３４で回転させる場合について説明したが、図
１６の正面図と図１７のＢ−Ｂ断面図に示すように、プ
−リ１６１に巻き回された移動ベルト１６２と補助リン
グ１６３で中空管１を保持し、移動ベルト１６２で中空
管１を回転させながら、並進駆動装置４をアクチュエ−
タ１５１で昇降制御するようにしても良い。

【００６７】また、上記各実施例は中空管１を検査する
場合について説明したが、管以外の中空体の検査にも同
様に適用することができる。

【００６８】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、中空体
内面を検査するときに、中空体の内部を交流磁界で磁化
するようにしたから、中空体内表面に存在する軸方向の
切削疵，内面ピット，溶接部，内表面が樹脂被覆されて
いるような場合には樹脂の剥離部等の磁気的異常部を精
度良く検出することができる。特に、交流磁界の励磁周
波数の増加させることにより、表面の磁気的異常部の検
出精度を高めることができる。

【００６９】この中空体の内面を検査するときに、中空
体を磁気検出位置に対して相対的に移動することによ
り、中空体の全範囲あるいは広範囲にわたり検査を行う
ことができる。

【００７０】また、中空体を周方向に磁化することによ
り、長手方向にある長い欠陥も確実に検出することがで
きる。

【００７１】また、漏洩磁束を検出するときに一対の磁
気感応素子で差分的に検出することにより、交流励磁さ
れた中空体の内表面の異常部からの漏洩磁束とともに検
出される周辺磁束や浮遊磁束を除去して、異常部に起因
する信号を感度良く、かつ高Ｓ／Ｎで検出することがで
きる。

【００７２】また、一対の磁気感応素子を、磁気感応素
子を結ぶ線分の垂直２等分線が交流励磁手段により形成
される磁界分布の対称軸になるように配置すると、各磁
気感応素子の置かれている条件を同じにすることがで
き、差分的な出力から周辺磁界の影響を殆ど除去するこ
とができ、Ｓ／Ｎをより向上させることができる。

【００７３】さらに、漏洩磁束を中空体の長手方向と、
長手方向とは異なる周方向で差分的に検出することによ
り、欠陥の有無の判断を正確にすることができるととも
に、磁気感応素子の不感化や鈍感化を防止することがで
きる。

【００７４】また、磁気検出手段を、中空体の軸方向と
平行な１辺と、中空体の軸方向と直交しない２辺で形成
される三角形の各頂点位置に配置した３個の磁気感応素
子で構成することにより、検出ヘッドを小型化すること
ができ、径が小さい中空体も精度良く検査することがで
きる。

【００７５】さらに、漏洩磁束を差分的に検出する一対
の磁気感応素子からの出力信号の正負極性のうちいずれ
か一方の極性の成分を除去手段で除去した後、バンドパ
スフィルタで一方の極性の成分が除去された信号から磁
気的異常部に起因する信号を抽出することにより、中空
体に偏肉や湾曲等がある場合に、磁気ヘッドの中空体内
壁への追従不良を原因に生じるピ−クノイズを除去する
ことができ、誤検出を回避することができる。

【００７６】また、検出ヘッドは変位防止手段で磁気検
出手段を中空体に対して一定位置に保持することによ
り、中空体の被計測位置と磁気検出手段との間隔のずれ
をなくして正確な検査を行うことができる。

【００７７】また、移動手段で中空体を周方向に回転し
たり、検出ヘッドを中空体の内部に並進させ、この回転
と並進を円滑に制御するために中空体と検出ヘッドとの
相対位置を制御するすることにより、中空体の全領域を
自動的に検査することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示すブロック図である。

【図２】検出ヘッドを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は
正面図である。

【図３】検出ヘッドの配置を示す説明図である。

【図４】上記実施例の機械構成を示す正面図である。

【図５】信号処理手段を示すブロック図である。

【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ信号処理手
段の各部の出力波形図である。

【図７】欠陥の深さを示す説明図である。

【図８】欠陥の位置を示す説明図である。

【図９】欠陥の検出波形図である。

【図１０】欠陥の検出波形図である。

【図１１】欠陥の検出波形図である。

【図１２】欠陥の検出波形図である。

【図１３】検出ヘッドの他の例を示し、（ａ）は正面
図，（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。

【図１４】磁気センサの他の配置を示す説明図である。

【図１５】他の実施例の機械構成を示す正面図である。

【図１６】他の実施例の機械構成を示す正面図である。

【図１７】図１６のＢ−Ｂ断面図である。

【図１８】中空管の内面を示す説明図である。

【図１９】従来の渦流探傷用の検出ヘッドを示す正面図
である。

【図２０】従来の漏洩磁束探傷法を示す説明図である。

【図２１】従来の残留磁束探傷法を示す説明図である。

【図２２】渦流探傷法による出力波形図である。

【図２３】漏洩磁束探傷法による出力波形図である。

【図２４】（ａ），（ｂ）は標準欠陥を示す説明図であ
る。

【図２５】残留磁束探傷法による出力波形図である。

【図２６】残留磁束探傷法による出力波形図である。

【図２７】残留磁束探傷法による出力波形図である。

【図２８】残留磁束探傷法による出力波形図である。

【図２９】残留磁束探傷法による出力波形図である。

【図３０】残留磁束探傷法による出力波形図である。

【図３１】残留磁束探傷法による出力波形図である。

【図３２】残留磁束探傷法による出力波形図である。

【図３３】標準欠陥の出力電圧特性図である。

【符号の説明】

１中空管２検出ヘッド３回転駆動装置４並進駆動装置５制御手段６信号処理手段７表示手段８記録手段１０駆動制御部１１駆動制御部１３マ−キング手段２１磁化用コイル２２ａ〜２２ｄ磁気センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空体の内部に交流磁界を形成し、中空
体の内面の磁気的異常部に起因して生じる漏洩磁束を検
出することを特徴とする中空体の内面検査方法。
【請求項２】中空体を磁気検出位置に対して相対的に
移動して検査する請求項１記載の中空体の内面検査方
法。
【請求項３】中空体の周方向に交流磁界を形成し、漏
洩磁束を差分的に検出する請求項１又は２記載の中空体
の内面検査方法。
【請求項４】漏洩磁束を中空体の長手方向と周方向と
で差分的に検出する請求項１，２又は３記載の中空体の
内面検査方法。
【請求項５】中空体の内部を磁化する交流励磁手段と
中空体の内面の磁気的異常部に起因して生じる漏洩磁束
を検出する磁気検出手段とを有する検出ヘッドと、検出
ヘッドと中空体との相対位置を変える移動手段とを備え
たことを特徴とする中空体の内面検査装置。
【請求項６】上記交流励磁手段は中空体の周方向の内
面を磁化する磁化器を有する請求項５記載の中空体の内
面検査装置。
【請求項７】上記磁気検出手段は漏洩磁束を差分的に
検出する一対の磁気感応素子を有する請求項５又は６記
載の中空体の内面検査装置。
【請求項８】上記磁気検出手段は漏洩磁束を中空体の
長手方向で差分的に検出する一対の磁気感応素子と、漏
洩磁束を中空体の円周方向で差分的に検出する一対の磁
気感応素子とを有する請求項５又は６記載の中空体の内
面検査装置。
【請求項９】上記磁気検出手段は、中空体の軸方向と
平行な１辺と、中空体の軸方向と直交しない２辺で形成
される三角形の各頂点位置に配置した３個の磁気感応素
子を有し、各磁気感応素子は他のいずれかのの磁気感応
素子と差分的に結合された請求項５又は６記載の中空体
の内面検査装置。
【請求項１０】上記漏洩磁束を差分的に検出する一対
の磁気感応素子は、磁気感応素子を結ぶ線分の垂直２等
分線が交流励磁手段により形成される磁界分布の対称軸
になるように配置した請求項７，８又は９記載の中空体
の内面検査装置。
【請求項１１】上記磁気検出手段の出力に基づき、磁
気的異常部の位置に対応する中空体の外面位置に表示を
行う表示手段を有する請求項５乃至１０のいずれかに記
載の中空体の内面検査装置。
【請求項１２】上記漏洩磁束を差分的に検出する一対
の磁気感応素子からの出力信号の正負極性のうちいずれ
か一方の極性の成分を除去する除去手段と、一方の極性
の成分が除去された信号から磁気的異常部に起因する信
号を抽出するバンドパスフィルタとを有する請求項７乃
至１１のいずれかに記載の中空体の内面検査装置。
【請求項１３】上記検出ヘッドは磁気検出手段を中空
体に対して一定位置に保持する変位防止手段を有する請
求項５乃至１２のいずれかに記載の中空体の内面検査装
置。
【請求項１４】上記移動手段は、中空体を搭載し、周
方向に回転する回転ロ−ラを有する回転機構を備えた検
査台と、検出ヘッドを中空体の内部に並進させる直進機
構と、上記回転機構と直進機構との動作を制御する制御
手段とを有する請求項５乃至１３のいずれかに記載の中
空体の内面検査装置。
【請求項１５】上記制御手段に回転ロ−ラの位置を昇
降するロ−ラ位置可変アクチュエ−タと、中空体と検出
ヘッドとの距離を計測する変位計測手段と、変位計測手
段の出力に応じて中空体と検出ヘッドとの相対位置を制
御する位置制御手段とを有する請求項１４記載の中空体
の内面検査装置。
【請求項１６】上記移動手段が、中空体を懸架し、周
方向に回転させる移動ベルト機構を有する検査台と、検
出ヘッドを中空体の内部に並進させる直進機構と、上記
回転機構と直進機構との動作を制御する制御手段とを有
する請求項５乃至１３のいずれかに記載の中空体の内面
検査装置。
【請求項１７】上記制御手段に移動ベルトの位置を昇
降するベルト位置可変アクチュエ−タと、中空体と検出
ヘッドとの距離を計測する変位計測手段と、変位計測手
段の出力に応じて中空体と検出ヘッドとの相対位置を制
御する位置制御手段とを有する請求項１６記載の中空体
の内面検査装置。