JPH06201654A

JPH06201654A - 磁気光学探傷方法及びその装置

Info

Publication number: JPH06201654A
Application number: JP35946092A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Haruna; 和幸春名; Michiaki Ishihara; 道章石原
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-12-26
Filing date: 1992-12-26
Publication date: 1994-07-22

Abstract

(57)【要約】【目的】高速全面探傷を可能とする磁気光学探傷方法
及びその実施に使用する装置を提供する。【構成】丸棒鋼Ｋの近傍に磁気光学素子列３が、その
長手方向を丸棒鋼Ｋの軸方向に相当させて配置されてお
り、レーザー４から照射された光のビーム形状を、シリ
ンドリカルレンズ５にて素子短軸方向にスリット状に
し、ビームエキスパンダ６にて拡大して磁気光学素子列
３へ一様に照射するようになしてある。その反射光は検
光子７によりその偏光面の回転量を検出し、イメージイ
ンテンシファイア８により増幅した後ＣＣＤカメラ９で
撮像し、その信号は高速画像処理装置10へ与えるように
なしてある。さらに丸棒鋼Ｋを磁化する交流電源２の周
波数にレーザー４の光強度変調期間を同期させる移相器
13と、交流電源２の周波数にＣＣＤカメラ９の出力を同
期させる移相器14とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼材表面疵を磁気光学
的に探傷する方法及びその実施に使用する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】強磁性体の漏洩磁束探傷法は、材料を磁
化したときに欠陥により発生する漏洩磁束を検出する方
法である。パイプ，棒綱等の鋼材の表面疵に対する漏洩
磁束探傷装置では、一般に磁化方法として交流磁化を採
用しており、材料の表面付近に集まる交流磁場（表皮効
果）を利用して欠陥からの漏洩磁束を磁気センサで検出
している。

【０００３】図３はこの従来装置を示す模式図であり、
特開昭50-77081号公報に開示されている。図中Ｐは、被
探傷物である鋼管であり、この鋼管Ｐの近傍には高周波
交流磁化に使用する磁化器31が設置してある。この磁化
器31には鋼管Ｐの欠陥に起因して生ずる漏洩磁束を検出
する探傷プローブ32を併設しており、この探傷プローブ
32は例えばフェライトコアに巻回されたサーチコイルを
内蔵している。またこの磁化器31は図示しない円筒フレ
ームの内部に配設されており、この円筒フレームは鋼管
Ｐの軸回りに回動可能に設置されており、鋼管Ｐはその
軸方向に搬送されるようになしてある。

【０００４】そしてこの装置においては、磁化器31に通
電を行うと鋼管Ｐの表面に磁束を生じる。そこで前記円
筒フレームを回転させながら鋼管Ｐをその軸方向に搬送
する。ここで鋼管Ｐの表面に欠陥が存在する場合は漏洩
磁束が生じ、この漏洩磁束を探傷プローブ32にて検出
し、探傷を行う。

【０００５】しかしながら、この装置で用いられている
サーチコイルは探傷範囲が非常に狭いため、得られる情
報は１次元の探傷信号のみである。従って鋼管Ｐの全面
を探傷する場合は、このセンサを多数設置し夫々のセン
サに独立した信号処理系を設けるか、又は円筒フレーム
の回転速度及び鋼管Ｐの搬送速度を低下させる必要があ
る。多数のセンサを設けると設備費及び維持管理コスト
が上昇する。また搬送速度を低下させると高速探傷は不
可能である。さらに仮にセンサ数を増加させても必ずセ
ンサ間に不感帯が存在するため、探傷信号は１次元情報
の連続であり、２次元的な全面探傷は困難である。

【０００６】そこでこれらの問題を解決するために、前
記サーチコイルにかえて光ファイバ磁束計のファラデー
素子（磁気光学素子）を使用し、磁気光学的に探傷を行
うものが特開平２−181646号公報に開示されている。図
４にこの装置における探傷プローブの模式図を示す。こ
の装置では、光源41から発せられた光束は光ファイバ42
a を経て、ロッドレンズ43a で平行光束とされ、偏光子
44a により単一の偏光方向を有する偏光とされる。そし
てこの偏光光束は、被検材である鋼材Ｋと平行にスプリ
ットミラー46に入射し、スプリットミラー46にて鋼材Ｋ
の表面に対し垂直な方向（図４において下方向）へ方向
変換される。

【０００７】この光束はファラデー素子45の中を鋼材Ｋ
の表面に対し垂直に進行し、ファラデー素子45の底面に
形成された反射膜（図示せず）により上方向へ反射され
る。即ち１つのファラデー素子45を２回通過する。この
光束はスプリットミラー46の上方に設置されたコーナー
プリズム47に入射し、このコーナープリズム47にて進行
方向を 180°変換されて次段のファラデー素子45に入射
する。以下、同様にして例えば鋼材Ｋの幅方向に並設さ
れた６個のファラデー素子45, 45…を２回通過した光束
は、偏光子44b を経て、相互に対向して配置されたロッ
ドレンズ43b, 43cへ入射される。そして光束の偏光成分
がこれらロッドレンズ43b, 43cにより取り出され、夫々
の偏光成分は光ファイバ42b, 42cを介して受光素子48a,
48bへ入射される。さらにこの出力が割算器49へ与えら
れ、その比が演算される。

【０００８】この装置では、漏洩磁束が存在すると、フ
ァラデー素子中を通過する光束は、ファラデー効果に基
づきその偏光面が漏洩磁束の量に比例して回転すること
を利用する。そして複数のファラデー素子45, 45…全て
を通過させた光束の偏光面の総回転角から漏洩磁束を検
出して探傷を行う。

【０００９】しかしながら、この装置で得られるのは欠
陥の有無に関する信号だけである。そこで搬送速度を検
出すれば鋼材Ｋの長手方向における欠陥位置は求められ
るが、鋼材Ｋの幅方向における位置を限定すること、即
ち６個のファラデー素子45,45…のうちどのファラデー
素子の通過中に光束の偏光面が回転したかを限定するこ
とは不可能であり、また微小欠陥に対する検出感度は低
い。さらに前述の装置と同様、素子間隔が存在するため
不感帯が生じ全面探傷は困難である。

【００１０】さらに特開平３−245052号公報には、薄鋼
板を被検材とし、この薄鋼板を直流で磁化して探傷する
装置が開示されている。図５はこの従来装置を示す模式
図である。薄鋼板Ｈを磁化器51にて直流磁化し、磁気飽
和の状態にしておく。薄鋼板Ｈ近傍にエアーフローティ
ング追従装置を備えた磁気光学素子列52がその長手方向
を薄鋼板Ｈの幅方向にして設置されている。そして薄鋼
板Ｈをその長手方向へ搬送しながら、レーザーから出射
されたレーザー光をポリゴンスキャナ54にてこの磁気光
学素子列52の長手方向へ走査し、検光子, シリンドリカ
ルレンズ, 光導棒及びＰＭＴ（光電子増倍管）を備えた
センサ部55により反射光を検出し、薄鋼板Ｈ表面の探傷
を行う。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述の装置は磁気飽和
させていることとＰＭＴで増幅していることから感度は
高い。しかしながら、パイプ，棒綱等の鋼材は断面積が
大きいため大出力が必要であり、直流磁化で被探傷部全
体を磁気飽和させることが困難であり、微小欠陥に対す
る検出感度は低い。そこで表皮効果を利用して効率良く
磁気飽和させるために交流磁化を用いて磁化した場合の
磁化状態を図６に示す。交流電流は図６(a) に示す如く
極値Ｉ_aと極値Ｉ_bとを繰り返す。探傷に必要な飽和磁
化はこれら極値Ｉ_a，Ｉ_b近傍においてしか行われず、
この極値Ｉ_a，Ｉ_bが現れる位置は鋼材の搬送に伴って
斜め方向となる。図６(b) は薄鋼板Ｈに交流電流で磁化
を行った場合の磁化状態を示しており、ハッチングで示
すストライプ領域ａのみが探傷可能範囲である。このよ
うに交流磁化においては探傷位置により磁化状態が異な
り、探傷条件を一定とすることは困難である。

【００１２】ＰＭＴを使用した場合は、光量変化のみを
検出するため、照射範囲内での漏洩磁束発生位置を限定
することが困難である。そこでＣＣＤカメラを使用して
照射範囲の光強度分布を検出することにより、前記発生
位置を限定することが考えられるが、このＣＣＤカメラ
は外乱光の影響を受け易い。

【００１３】本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたも
のであり、鋼材に交流磁化を行い、磁気光学素子に照射
する光の照射期間、及び／又は反射光の検出期間を交流
磁化電流の周波数に同期させることにより、磁気飽和さ
れた探傷可能範囲のみを効率良く探傷して高速全面探傷
を可能とする磁気光学探傷方法及びその実施に使用する
装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気光学探
傷方法は、鋼材を磁化し、該鋼材の表面近傍に設置され
た磁気光学素子列に光ビームを照射し、前記表面に存在
する疵により形成される漏洩磁場による前記磁気光学素
子列からの反射光の変化を検出して探傷を行う方法にお
いて、前記鋼材を交流磁化し、前記光ビームの照射期
間、及び／又は前記反射光の検出期間と交流磁化電流の
周波数とを同期させることを特徴とする。

【００１５】本発明に係る磁気光学探傷装置は、鋼材を
磁化し、該鋼材の表面近傍に設置された磁気光学素子列
に光ビームを照射し、前記表面に存在する疵により形成
される漏洩磁場による前記磁気光学素子列からの反射光
の変化を検出して探傷を行う装置において、前記鋼材を
交流磁化する手段と、前記光ビームの照射期間と交流磁
化電流の周波数とを同期させる移相器、及び／又は前記
反射光の検出期間と前記交流磁化電流の周波数とを同期
させる移相器とを備えることを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明にあっては、鋼材を交流磁化し、磁気光
学素子列に照射する光の照射期間と交流磁化電流の周波
数とを同期させることにより、磁化ピーク期間と光照射
強度変調期間とを一致させることができ、前述のストラ
イプ状にしか形成されない探傷可能範囲を選択的に照射
することになるので、一定磁化状態での探傷が可能であ
る。また反射光の検出期間を交流磁化電流の周波数に同
期させることにより、探傷可能範囲内の探傷位置を限定
し、また非周期的な外乱光の影響を低減することが可能
となる。以上より探傷可能範囲のみを効率良く探傷する
ことができ、高速全面探傷が可能となる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
き具体的に説明する。図１は本発明に係る磁気光学探傷
方法の実施に使用する装置を示す模式図である。図中Ｋ
は、丸棒鋼であり、丸棒鋼Ｋの周囲には磁化器１が設置
されており、この丸棒鋼Ｋは軸回りへの回転及び軸方向
への搬送が可能なようになしてある。この磁化器１は、
その上辺の中央部が欠如した角筒形状をなすヨークにコ
イルが巻回されたものである。磁化器１の前記上辺は丸
棒鋼Ｋに寄せて設置してあり、交流電源２により磁化器
１のコイルに通電を行うと、前記上辺の両端部が磁極と
なり、丸棒鋼Ｋを交流磁化するようになっている。また
丸棒鋼Ｋの近傍であり磁化器１の両磁極の略中央である
位置に、例えば１片が５mm×50mmである素子を複数備え
る磁気光学素子列３が、その長手方向を丸棒鋼Ｋの軸方
向にして配置されており、直線偏光を発するレーザー４
からレーザー光を照射し、このビーム形状を、シリンド
リカルレンズ５にて素子短軸方向にスリット状にし、ビ
ームエキスパンダ６にて磁気光学素子列３の長手方向に
拡大するようになしてある。

【００１８】そして受光側には、磁気光学素子列３にて
反射された反射光の光路途中に、反射光幅に相当する長
さを有し、反射光の偏光面の回転量を検出する検光子７
が、その長手方向を磁気光学素子列３と平行にして設置
されており、さらにこの反射光路上に、反射光幅に相当
する長さを有し、光量を増幅するイメージインテンシフ
ァイア８が前記検光子７と平行に設置されている。さら
に増幅された光を撮像するＣＣＤカメラ９及びこの画像
の処理を行う高速画像処理装置10が設けられている。

【００１９】また交流電源２の周波数にレーザー４の光
強度変調期間を同期させる移相器13と、交流電源２の周
波数にＣＣＤカメラ９の出力を同期させる移相器14とが
設けられている。さらに丸棒鋼Ｋには、この丸棒鋼Ｋの
回転角度を検出するためのパルスジェネレータ11を接触
させてあり、この信号は高速画像処理装置10へ与えられ
るようになしてある。

【００２０】次に上述の本発明装置による探傷方法につ
いて説明する。図２は図１に示す本発明装置における各
信号を示す説明図である。移相器13は図２(a) に示す磁
化電流がゼロクロスするタイミング信号を交流電源２よ
り受け、磁化電流のピーク期間と図２(b) に示す光強度
変調期間とが一致するようように、このタイミング信号
を移相する。そして移相器14は同様に、磁化電流のピー
ク期間と図２(c) に示すＣＣＤカメラ９の出力とが同期
するように前記タイミング信号を移相する。

【００２１】このような状態で、磁化器１に通電を行っ
て丸棒鋼Ｋを交流磁化し、丸棒鋼Ｋをこの軸回りに回転
させ、さらに軸方向へ搬送する。そしてレーザー４より
前述の如く磁化電流に同期させたレーザー光を照射し、
シリンドリカルレンズ５で磁気光学素子列３短手方向に
スリット状にし、ビームエキスパンダ６にて磁気光学素
子列３の長手方向に拡大して走査する。前記検光子７で
は磁気光学素子列３による反射直線偏光が、欠陥の存在
により生じた漏洩磁場によるファラデー回転に比例した
光量に変換される。そしてイメージインテンシファイア
８により光量を増幅した後、ＣＣＤカメラ９にて撮像
し、その画像信号を高速画像処理装置10へ与え丸棒鋼Ｋ
の回転角度に応じた画像処理を行う。

【００２２】図２において、例えば磁化周波数を10ｋHz
（周期 100μsec.）とし、磁化電流が極大値近傍である
時間ｔの間だけレーザー光を照射し（図２(b))、図２
(c) に示す如くＣＣＤカメラ９による読み取りはこの時
間ｔより少し長く例えば10μsec.程度行い、出力はこの
時間ｔに一致させる。そうすると時間ｔにおいては磁化
状態が一定であり、且つ強磁場が形成されているとみな
せる。従って 100μsec.毎に磁気光学素子列３からの情
報がＣＣＤカメラ９にて結像されることになる。このよ
うにすると高速の探傷が可能である。ＣＣＤカメラ９の
読み取り時間を短くすることにより、非周期的な外乱光
の影響を低減することができ、100MHz, 1024bit のＣＣ
Ｄカメラを使用すると読み取り時間は約10μsec.が適当
である。

【００２３】レーザーの照射は移相器13により磁化電流
信号に同期させて、磁化電流が正の極大になる時点を含
んだ一定時間に強度変調をかけた照射を行う。ここで磁
化電流が負の極大である時点では探傷信号の極性が逆と
なるので、便宜上、正の極大になる時点のみを検出する
こととしている。上述のように前記照射時間は外乱光の
影響を考慮すると磁化周期の１／５，又は１／10程度が
望ましい。

【００２４】またＣＣＤカメラ９の読み取り期間も移相
器14により磁化電流信号に同期させることにより、磁化
状態が一定である探傷可能範囲のみを選択的に限定して
探傷することが可能となる。さらにＣＣＤカメラ９の読
み取り時間はレーザーの照射時間に一致させると、外乱
光の影響を低減することができる。

【００２５】本実施例では照射期間及び読み取り期間を
磁化電流信号に同期させることとしたが、例えば光照射
範囲が非常に狭く、漏洩磁束発生位置の限定がない場合
は照射期間を同期させるだけでよい。また光強度が十分
高く外乱光の影響を無視できる場合は読み取り期間を同
期させるだけでよい。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る磁気光学探
傷方法及びその装置では、鋼材を交流磁化し、磁気光学
素子列に照射する光の照射期間、及び／又は反射光の検
出期間を交流磁化電流の周波数に同期させることによ
り、磁気飽和された探傷可能範囲のみを効率良く探傷し
て高速全面探傷が可能となる等、本発明は優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気光学探傷装置及びその実施状
態を示す模式図である。

【図２】本発明装置における各観測信号の波形を示す説
明図である。

【図３】従来装置を示す模式図である。

【図４】従来装置及びその実施状態を示す模式図であ
る。

【図５】従来装置及びその実施状態を示す模式図であ
る。

【図６】従来装置における磁化状態を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１磁化器２交流電源３磁気光学素子列４レーザー５シリンドリカルレンズ６ビームエキスパンダ７検光子８イメージインテンシファイア９ＣＣＤカメラ 10 高速画像処理装置 11 パルスジェネレータ 13, 14 移相器Ｋ丸棒鋼

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼材を磁化し、該鋼材の表面近傍に設置
された磁気光学素子列に光ビームを照射し、前記表面に
存在する疵により形成される漏洩磁場による前記磁気光
学素子列からの反射光の変化を検出して探傷を行う方法
において、前記鋼材を交流磁化し、前記光ビームの照射
期間、及び／又は前記反射光の検出期間と交流磁化電流
の周波数とを同期させることを特徴とする磁気光学探傷
方法。
【請求項２】鋼材を磁化し、該鋼材の表面近傍に設置
された磁気光学素子列に光ビームを照射し、前記表面に
存在する疵により形成される漏洩磁場による前記磁気光
学素子列からの反射光の変化を検出して探傷を行う装置
において、前記鋼材を交流磁化する手段と、前記光ビー
ムの照射期間と交流磁化電流の周波数とを同期させる移
相器、及び／又は前記反射光の検出期間と前記交流磁化
電流の周波数とを同期させる移相器とを備えることを特
徴とする磁気光学探傷装置。