JPH0980028A - 単数励磁コイル方式による多重周波数渦流探傷法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 疵検出精度の向上。疵種それぞれの検出精度
の向上。 【解決手段】 探傷コイルを用いる鋼材の渦流探傷にお
いて、鋼材(17)が貫通する単一の励磁コイル(16)に高周
波ｆ１の電流と低周波ｆ２の電流を重畳して通電し、検
出コイル(18)に誘起するｆ１の電圧の、励磁コイル(16)
ｆ１成分電圧に対して第１の位相ずれ(θ₁)がある第１
成分を抽出し、この第１成分より、それをベクトルで表
わす場合の直交２成分(x,y)および長さ(v)を算出してそ
れが設定値以上のとき疵と検出し、かつ、検出コイル(1
8)に誘起するｆ２の電圧の、励磁コイル(16)ｆ２成分電
圧に対して第２の位相ずれ(θ₂)がある第２成分を抽出
し、この第２成分より、それをベクトルで表わす場合の
直交２成分(x,y)および長さ(v)を算出してそれが設定値
以上のとき疵と検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼材の表面疵探傷
に関し、特に、これに限定する意図ではないが、熱間圧
延により製造される棒鋼および線材を、励磁コイルと検
出コイルを用いる渦流探傷法により疵検出する方法およ
び装置に関し、より具体的には、単一の貫通型励磁コイ
ルに高周波と低周波を印加し、疵による渦電流の変化を
検出コイルに誘起された電圧の変化として検出し複数の
疵の判別を行う、多重周波数渦流探傷法及び装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】渦流探傷は、磁性金属体の被検材にある
疵を非破壊的に検出するために励磁コイルに磁界を発生
させ、被検材に渦電流を生じさせ、疵などによる渦電流
の変化を検出コイルに誘起された電圧の変化として検出
するものである。従来、単一の周波数で渦流探傷により
疵を検出する場合、ヘゲ状の疵は検出しやすいがそれ以
外の疵は製品端部をサンプルングし疵検査と製品全体の
外観検査により保証していた。しかし、この方法ではヘ
ゲ状の疵以外は全長保証できないという問題がある。

【０００３】特公昭５８−１１５７１号公報は、高周波
が低周波の４〜１６倍の比となる２種類の周波数をそれ
ぞれの発振器から探傷子に印加し、各周波数の疵信号の
比から鋼管の欠陥深さを推定する渦電流探傷法を開示し
ている。

【０００４】特公昭６３−１４９０５号公報は、励磁コ
イルに異なる試験周波数の電流を同時に通電して、検出
コイルの誘過電圧の、各試験周波数成分をフィルタでピ
ックアップして、各試験周波数の探傷情報を生成するミ
キシング方式と、１組の探傷コイルを用いて時分割で異
る試験周波数の探傷を行なうスイッチング方式が従来存
在することを説明して、そして特許取得対象の発明とし
て、複数組の探傷コイルを用いてそれぞれで各試験周波
数の探傷を行ない、探傷出力の差を求めて試験周波数間
での雑音要因を除去する方法を提示している。

【０００５】実公昭６２−５６５２号公報は、上記ミキ
シング方式の渦流探傷装置を提示している。これにおい
ては、複数の高周波発振器を用いて複数の周波数を発生
させ混合し励磁コイルに印加し、それぞれの高周波発振
器の誘起電圧を打ち消し電圧発生器、緩衝用抵抗器を用
い、それぞれの高周波発振器の出力信号を受けて位相検
波用参照信号を出力する複数の可変位相器を備え、それ
ぞれの周波数に対応した複数の疵信号をそれぞれ出力す
る位相検波器を備えた渦流探傷装置について記載されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、単一の周波数で
渦流探傷により疵を検出する場合、ヘゲ状の疵は検出し
やすいがそれ以外の疵は製品端部をサンプリングし疵検
査と製品全体の外観検査により保証していた。しかし、
この方法ではヘゲ状の疵以外は全長保証できないという
問題がある。

【０００７】また、複数の周波数を用いる場合でも、従
来は、ヘゲ状の疵検出に重点を置くと例えば異物噛み込
みの検出漏れが多いとか、異物噛み込みの検出に重点を
置くとヘゲ状の疵検出精度が低下するなど、疵種の判別
はむつかしく、疵種にかかわりのない疵検出精度の向上
が望まれている。

【０００８】本発明は、疵検出精度を向上することを第
１の目的とし、疵種それぞれの検出精度を向上すること
を第２の目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

（１） 本発明の第１態様の方法は、励磁コイルおよび
検出コイルを含む探傷コイルを用いる鋼材の渦流探傷に
おいて、鋼材(17)が貫通する単一の励磁コイル(16)に高
周波ｆ１の電流と低周波ｆ２の電流を重畳して通電し、
検出コイル(18)に誘起する前記高周波ｆ１の電圧の、前
記励磁コイル(16)の高周波ｆ１の電流に対して第１の位
相ずれ(θ₁)がある第１成分を抽出し、この第１成分よ
り、それをベクトルで表わす場合の直交２成分(x,y)お
よび長さ(v)の少くとも一者を算出してそれが設定値以
上のとき疵と検出し、かつ、前記検出コイル(18)に誘起
する前記低周波ｆ２の電圧の、前記励磁コイル(16)の低
周波ｆ２の電流に対して第２の位相ずれ(θ₂)がある第
２成分を抽出し、この第２成分より、それをベクトルで
表わす場合の直交２成分(x,y)および長さ(v)の少くとも
一者を算出してそれが設定値以上のとき疵と検出する。
なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示
し後述する実施例の対応要素又は対応事項の記号を、参
考までに付記した。

【００１０】この作用および効果について、以下説明す
る。まず渦流探傷の原理を説明する。交流を流した励磁
コイル(16)および検出コイル(18)を導体(17)に近づける
と導体には電磁誘導により渦電流が生ずる。この渦電流
のつくる磁束は、励磁コイル(16)の磁束を打ち消す向き
に生ずる。これによって検出コイル(18)に生じた誘起電
圧Ｖは、磁束密度Ｂに影響されるエリアをＳ、検出コイ
ル(18)に鎖交する磁束をφとすると以下の式で示され
る。

【００１１】

【数１】

【００１２】この、検出コイル(18)に誘起される電圧Ｖ
は、導体(17)に生じた渦電流の変化やコイル(16,18)と
導体(17)間の磁束の変化を表わす。この電圧Ｖに基づい
てコイルインピーダンスを分析して疵による渦電流の変
化やコイル(16,18)と導体(17)間の磁束の変化を検出す
るのが測定原理である。図３に、クラックＣ，透磁率
μ，リフトオフＬＯおよび導電率σの変化による、検出
コイル(18)のインピーダンス変化を示す。この図で重要
なことは、クラックＣすなわち疵に対するインピ−ダン
ス変化が、導体(17)が冷間の磁性体である場合に大きい
ということである。逆に、導体(17)が熱間(キュ−リ点
以上)の非磁性体の場合では、疵に対するインピーダン
スの変化が小さい。

【００１３】すなわち、熱間圧延により製造される棒鋼
および線材を渦流探傷により疵検出する際、疵の表面が
冷えて磁性体となっているヘゲ状のものが検出しやすい
ということである。図３の中で非磁性体は、キューリ温
度約７９０℃以上のものである。キューリ温度は、鋼が
変態し磁性が変化する所であり、この付近で渦流探傷す
るとノイズが多発するので避ける必要がある。

【００１４】渦流探傷としてもうひとつ重要なことは、
渦電流の浸透深さがあるということである。浸透深さδ
は、次式で示される； δ＝√（ρ／πｆμ） ρ：電気固有抵抗 μ：透磁率 ｆ：周波数 すなわち、高周波の場合は浸透深さδは小さくなり、低
周波の場合は浸透深さδは大きくなる。

【００１５】本発明で検出しようとする欠陥の主要なも
のは、浅く長いヘゲ状の疵と、深く被検材に噛込んだ異
物噛込みである。上述の原理からすれば、ヘゲ状の疵は
高周波での探傷がよく、異物噛込みは低周波での探傷が
よいということになる。これを実現するには、高周波と
低周波で同時に探傷ができる多重周波数渦流探傷法が必
要となる。一方、同一周波数の場合でも、検出コイル(1
8)に誘起する電圧Ｖの、疵対応成分の、励磁交流に対す
る位相ずれ(θ₁，θ₂）はヘゲ状の疵と異物噛込みで異
なり、電圧Ｖから疵対応成分を分離（摘出）する場合、
疵成分摘出位相を、疵種当てに定めるのが、各種の疵を
それぞれ高精度に検出する上で好ましい。

【００１６】本発明では、鋼材(17)が貫通する単一の励
磁コイル(16)に高周波ｆ１の電流と低周波ｆ２の電流を
重畳して通電し、検出コイル(18)に誘起する高周波ｆ１
成分と低周波ｆ２成分を摘出してそれぞれに基づいて疵
検出を行なうので、例えば、ｆ１をヘゲ状の疵検出に適
した値に、ｆ２を異物噛込みの検出に適した値に定める
ことにより、両種の疵を共に高精度で検出しうる。加え
て、検出コイル(18)に誘起する高周波ｆ１の電圧の、第
１の位相ずれ(θ₁)がある第１成分を抽出し、同様に低
周波ｆ２の電圧の、第２の位相ずれ(θ₂)がある第２成
分を抽出してそれぞれに基づいて疵検出を行なうので、
例えば、第１の位相ずれ(θ₁)をヘゲ状の疵検出に適し
た値に、第２の位相ずれ(θ₂)を異物噛込みの検出に適
した値に定めることにより、両種の疵を共に、更に高精
度で検出しうる。

【００１７】

【発明の実施の形態】

（２） 本発明の第２態様の方法は、励磁コイルおよび
検出コイルを含む探傷コイルを用いる鋼材の渦流探傷に
おいて、鋼材(17)が貫通する単一の励磁コイル(16)に高
周波ｆ１の電流と低周波ｆ２の電流を重畳して通電し、
検出コイル(18)に誘起する前記高周波ｆ１の電圧の、前
記励磁コイル(16)の高周波ｆ１の電流に対して第１の位
相ずれ(θ₁)がある第１成分を抽出し、この第１成分を
ベクトルで表わし、ベクトルの方向(x₁,y₁)が設定範囲
内でベクトルの長さ(v₁)が設定値以上のとき疵と検出
し、かつ、前記検出コイル(18)に誘起する前記低周波ｆ
２の電圧の、前記励磁コイル(16)の低周波ｆ２の電流に
対して第２の位相ずれ(θ₂)がある第２成分を抽出し、
この第２成分をベクトルで表わし、ベクトルの方向(x₂,
y₂)が設定範囲内でベクトルの長さ(v₂)が設定値以上の
とき疵と検出する。

【００１８】すなわち、第１成分および第２成分をベク
トルで表わし、ベクトルの方向(x,y)が設定範囲内でベ
クトルの長さ(v)が設定値以上のとき疵と検出する。ベ
クトルは例えば図３上に示す矢印であり、疵（例えばク
ラック）の場合には、ベクトルの方向は、特定の範囲内
となり、前記設定範囲を疵の場合の範囲に定めることに
より、実質上疵のみが検出される。ベクトルの長さ(v)
は、疵の場合には略疵の大きさ（広がりおよび深さ）に
対応するので該設定値を、検出すべき最小疵サイズ対応
値に定めればよい。

【００１９】（３） 本発明の単数励磁コイル方式によ
る多重周波数渦流探傷装置は、鋼材(17)が貫通する単一
の励磁コイル(16)；前記鋼材(17)に発生する磁束変化に
対応する電圧を誘起する検出コイル(18)；前記励磁コイ
ル(16)に高周波ｆ１の電流と低周波ｆ２の電流を同時に
連続して通電する通電手段(1〜5,14,15)；前記検出コイ
ル(18)に誘起する前記高周波ｆ１の電圧を摘出する第１
フィルタ(10₁)；第１フィルタ(10₁)が摘出した電圧の、
前記励磁コイル(16)の高周波ｆ１の電流に対して第１の
位相ずれ(θ₁)がある第１成分を抽出し、この第１成分
より、それをベクトルで表わす場合の直交２成分(x,y)
および長さ(v)の少くとも一者を含む第１ベクトル情報
を算出する第１成分検出手段(9₁,11₁,12₁)；第１ベクト
ル情報を量子化する第１評価手段(13₁)；前記検出コイ
ル(18)に誘起する前記低周波ｆ２の電圧を摘出する第２
フィルタ(10₂)；第２フィルタ(10₂)が摘出した電圧の、
前記励磁コイル(16)の低周波ｆ２の電流に対して第２の
位相ずれ(θ₂)がある第２成分を抽出し、この第２成分
より、それをベクトルで表わす場合の直交２成分(x,y)
および長さ(v)の少くとも一者を含む第２ベクトル情報
を算出する第２成分検出手段(9₂,11₂,12₂)；および、第
２ベクトル情報を量子化する第２評価手段(13₂)；を備
える。

【００２０】（４） 本発明の単数励磁コイル方式によ
る多重周波数渦流探傷装置は、鋼材(17)が貫通する単一
の励磁コイル(16)；前記鋼材(17)に発生する磁束変化に
対応する電圧を誘起する検出コイル(18)；前記励磁コイ
ル(16)に高周波ｆ１の電流と低周波ｆ２の電流を同時に
連続して通電する通電手段(1〜5,14,15)；前記検出コイ
ル(18)に誘起する前記高周波ｆ１の電圧を摘出する第１
フィルタ(10₁)；第１フィルタ(10₁)が摘出した電圧の、
前記励磁コイル(16)の高周波ｆ１の電流に対して第１の
位相ずれ(θ₁)がある第１成分を抽出し、この第１成分
を、ベクトルの方向と長さで表わす第１ベクトル情報
(x,y,v)に変換する、第１成分検出手段(9₁,11₁,12₁)；
第１ベクトル情報(x,y,v)が、第１設定範囲内の方向の
ものであるとき、それが表わす長さ(v)を量子化(S,L,M)
する第１評価手段(13₁)；前記検出コイル(18)に誘起す
る前記低周波ｆ２の電圧を摘出する第２フィルタ(1
0₂)；第２フィルタ(10₂)が摘出した電圧の、前記励磁コ
イル(16)の低周波ｆ２の電流に対して第２の位相ずれ
(θ₂)がある第２成分を抽出し、この第２成分を、ベク
トルの方向と長さで表わす第２ベクトル情報(x,y,v)に
変換する、第２成分検出手段(9₂,11₂,12₂)；および、第
２ベクトル情報(x,y,v)が、第２設定範囲内の方向のも
のであるとき、それが表わす長さ(v)を量子化する第２
評価手段(13₂)；を備える。

【００２１】（５） 本発明の単数励磁コイル方式によ
る多重周波数渦流探傷装置は、上記(3)又は(4)に加え
て、第１評価手段(13₁)が発生する量子化デ−タ(S,M,L)
の同一のものの発生頻度を検出する第１頻度検出手段(1
9,21)；および、第２評価手段(13₂)が発生する量子化デ
−タ(S,M,L)の同一のものの発生頻度を検出する第２頻
度検出手段(19,21)；を更に備える。

【００２２】（６） 本発明の単数励磁コイル方式によ
る多重周波数渦流探傷装置は、上記(5)に加えて、第１
又は第２頻度検出手段(19,21)が検出した頻度が設定値
以上の時警報を発生する警報手段(21,24)；および、該
頻度が設定値以上に対応する鋼材位置にマーキングする
手段(21,800)；を更に備える。

【００２３】（７） 本発明の単数励磁コイル方式によ
る多重周波数渦流探傷装置は、上記(3)又は(4)に加え
て、検出コイル(18)の誘起電圧が、鋼材(17)が検出コイ
ル(18)の位置にあることによる高レベルであるかを検出
するレベル検出手段(21)；鋼材(17)の移動速度に比例す
る周波数の電気パルスを発生する同期パルス発生手段(2
9)；および、前記レベル検出手段(21)が低レベルを検出
しているときおよび同期パルス発生手段(29)の電気パル
ス発生がないとき、探傷不可を示す情報を発生する警告
手段(21,24)；を更に備える。

【００２４】（８） 本発明の単数励磁コイル方式によ
る多重周波数渦流探傷装置は、上記(5)に加えて、鋼材
(17)の表面温度を測定する手段(900)；該表面温度がキ
ューリー温度以上の時警報を発生する手段(21,24)；鋼
材(17)の表面温度と第１および第２頻度検出手段(19,2
1)が検出した頻度に基づいて疵有無を決定する疵認識手
段(21)；および、鋼材(17)の表面温度および疵有を出力
する手段(21,26)；を更に備える。

【００２５】（９） 本発明の単数励磁コイル方式によ
る多重周波数渦流探傷装置は、上記(3)又は(4)に加え
て、第１成分および第２成分それぞれのベクトルの直交
２成分(x,y)のそれぞれのレベルを調整する第１および
第２感度調整手段(11₁,11₂)；鋼材(17)の断面サイズ情
報(直径)対応で、励磁コイル(16)の通電周波数ｆ１，ｆ
２，第１および第２フィルタ(10₁,10₂)それぞれの通過
帯域，第１および第２の位相ずれ(θ₁,θ₂)、ならび
に、第１および第２評価手段(13₁,13₂)の量子化しきい
値、をメモリに保持し、与えられた断面サイズ情報(直
径)に対応するこれらの情報をメモリより読出して、読
出した情報が示す値を、前記通電手段(1〜5,14,15)，第
１および第２フィルタ(10₁.10₂)，第１および第２成分
検出手段(9₁,11₁,12₁/9₂,11₂,12₂)、ならびに、第１お
よび第２評価手段(13₁,13₂)に設定するパラメ−タ設定
手段(22)；および、該パラメ−タ設定手段(22)に断面サ
イズ情報(直径)を与える入力手段(33/23)；を更に備え
る。

【００２６】本発明の他の目的および特徴は、図面を参
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００２７】

【実施例】図２に、本発明の一実施例の概要を示し、図
１に、図２に示す渦流探傷機７００および探傷処理回路
１００，２００の構成を示す。発振回路１は、１２ＭＨ
Ｚの周波数のパルスを発生し、分周比が可変の第１組の
分周回路２₁，２₂に与える。分周回路２₁は、マイクロ
コンピュ−タＭＰＵ２１が与えた第１分周比で１２ＭＨ
Ｚを分周した第１パルスを発生する。第１分周比は小さ
い値であり、第１パルスは、後述の高周波ｆ１信号の位
相同期パルスである。分周回路２₂は、マイクロコンピ
ュ−タＭＰＵ２１が与えた第２分周比で１２ＭＨＺを分
周した第２パルスを発生する。第２分周比は大きい値で
あり、第２パルスは、後述の低周波ｆ２信号の位相同期
パルスである。

【００２８】第２組の分周回路３₁，３₂は、それぞれ高
周波ｆ１，ｆ２信号（サイン波）の一周期を定めるパル
スを発生し、整形回路４₁，４₂がサイン波に整形し、バ
ッファアンプ５₁，５₂がサイン波のレベル調整をする。
このようにして、高周波ｆ１および低周波ｆ２の交流サ
イン波信号ｆ１，ｆ２が生成されて混合器１４に与えら
れる。混合器１４は交流サイン波信号ｆ１，ｆ２を合成
する。合成波は電力増幅器１５に与えられ、該合成波に
比例するレベルの電圧が貫通型励磁コイル１６に印加さ
れる。この励磁コイル１６のコイル巻き中心位置を、被
検材（熱間圧延により製造される棒鋼又は線材）が通過
する。

【００２９】検出コイル１８は、励磁コイル１６に加え
られる交流電圧の周波数と実質上同一の周波数の電圧が
誘起する。検出コイル１８が発生する電圧は、増幅器７
₁，７₂で増幅される。フィルタ８₁，８₂が、それぞれ高
周波ｆ１成分および低周波ｆ２成分を抽出し、位相検波
回路９₁，９₂が、位相同期検波により各成分を更に、ベ
クトル表現の直交２成分Ｘｏ（例えばｓｉｎ値）および
Ｙｏ（ｃｏｓ値）に変換される。位相同期信号は、０°
／９０°サンプルパルス発生回路６₁，６₂が、位相検波
回路９₁，９₂に与える。

【００３０】一般に、被検材１７の表面性状による雑音
は高周波成分をもち、被検材の寸法，材質変化，探傷速
度による信号は低周波成分をもっている。このため、こ
れらの直交２成分信号は、目的の周波数以外の高周波，
低周波信号を含んでいる。ハイパス／ローパスフィルタ
ー回路１０₁，１０₂がこのような不要なノイズ信号を除
去する。

【００３１】次に、直交２成分信号は感度調整回路１１
₁，１１₂で成分別に振幅調整されたのち、位相器ベクト
ル発生回路１２₁，１２₂で以下の式にしたがって、疵存
在による位相ずれを有する電圧成分をベクトル表現で表
わす直交２成分信号ｘ，ｙに変換される； 位相器ベクトル発生回路１２₁： ｘ＝Ｘ₀ｃｏｓθ₁−Ｙ₀ｓｉｎθ₁ ｙ＝Ｘ₀ｓｉｎθ₁＋Ｙ₀ｃｏｓθ₁ Ｘ₀，Ｙ₀：位相器前信号 ｘ，ｙ：位相器後信号 θ₁：位相角度（ヘゲ状の疵対応の電圧成分の、励磁電
圧に対する位相ずれ：実験により求めた設定値） 位相器ベクトル発生回路１２₂： ｘ＝Ｘ₀ｃｏｓθ₂−Ｙ₀ｓｉｎθ₂ ｙ＝Ｘ₀ｓｉｎθ₂＋Ｙ₀ｃｏｓθ₂ Ｘ₀，Ｙ₀：位相器前信号 ｘ，ｙ：位相器後信号 θ₁：位相角度（異物噛込み疵対応の電圧成分の、励磁
電圧に対する位相ずれ：実験により求めた設定値） 位相器ベクトル発生回路１２₁，１２₂はさらに、ｘ信
号，ｙ信号からベクトルの長さ ｖ＝√（ｘ²＋ｙ²） を算出する。位相器ベクトル発生回路１２₁，１２₂が発
生するｘ信号，ｙ信号は、合せてベクトルの方向を意味
する。

【００３２】位相器ベクトル発生回路１２₁，１２₂が発
生する上記２組のｘ信号，ｙ信号は、ＭＰＵ２１を介し
てオシロスコープＯＳＰに与えられ、オシロスコープＯ
ＳＰは、ｘ信号，ｙ信号に従ったベクトル表示（２組）
を行う。

【００３３】評価回路１３₁，１３₂は、ｘ信号およびｙ
信号（両者で表現されるベクトル方向）が表わす方向
が、疵存在範囲（設定範囲）であるかをチェックして、
そうであると、ｖ信号を、Ｓ（第１しきい値未満），Ｍ
（第１しきい値以上第２しきい値未満）およびＬ（第２
しきい値以上）に量子化する。これを所定短周期で繰返
す。

【００３４】カウンタ−回路（６個のカウンタ）１９
は、評価回路１３₁，１３₂が発生するＳ，Ｍ，Ｌ（２
組、計６個）のそれぞれをカウントアップする。探傷実
績処理ＭＰＵ２１には、パルス発生器２８が発生する10
0msec周期のパルスに応答して、それが到来する度に、
カウンター回路１９のカウントデ−タ（６個）を読込み
その後直ちにカウンター回路１９をリセット（カウント
値０に初期化）すると共に、位置レジスタ（内部メモリ
の一領域）のデ−タを、被検材１７の速度（Ｆ／Ｖコン
バ−タ２７の出力）×100msec相当値分、インクレメン
ト(カウントアップ)する。なお、圧延材センサ−３６が
被検材１７の先端到達を検出したときにタイマ−盤２５
のタイマ−がトリガされて、設定時間後にタイムオ−バ
信号をＭＰＵ２１に与える。ＭＰＵ２１は、このタイム
オ−バ信号を受けると、渦流探傷機７００および探傷処
理回路１００，２００に探傷開始を指示し、検出コイル
１８の電圧（平均値又は実効値）を監視してそれが被検
材１７存在レベルに上昇した時点に位置レジスタを初期
化し、そしてパルス発振器２８が発生するパルス(100ms
ec)に応答するカウントデ−タ（６個）の読込みを開始
するので、位置レジスタのデ−タは、被検材１７の先端
を起点とした渦流探傷位置を表わす。

【００３５】探傷実績処理ＭＰＵ２１は、カウントデ−
タ（ｆ１宛てＳ，Ｍ，Ｌそれぞれのカウント値＆ｆ２宛
てＳ，Ｍ，Ｌそれぞれのカウント値６個）を読込む度
に、カウントデ−タ（６個）をチェックして、カウント
値が１以上のデ−タ（ｆ１／ｆ２識別デ−タ＋Ｓ／Ｍ／
Ｌ識別デ−タ＋カウントデ−タ）、および、そのときの
位置レジスタのデ−タ（被検材１７先端を起点とした探
傷位置）を、記録計２６に与えると共に、パソコン２２
に転送する。パソコン２２は受信したデ−タをプリンタ
３５に与える。記録計２６は、横軸を探傷位置とし、縦
軸をカウント値とた座標系（６組）上に、デ−タをプロ
ット（打点）する。プリンタ３５は、ｆ１宛てＳ，Ｍ，
Ｌそれぞれのカウント値＆ｆ２宛てＳ，Ｍ，Ｌそれぞれ
のカウント値６個のそれぞれに、探傷位置とカウントデ
−タをプリントアウトする。

【００３６】ＭＰＵ２１は、量子化（Ｓ，Ｍ，Ｌ）それ
ぞれに宛てられたしきい値とカウント値とを比較して、
カウント値がしきい値以上のとき、疵有りとして、警報
盤２４に警報発生を指示し、それからパルス発生器２９
が発生するパルスのカウントを開始して、カウント値
が、疵有り位置がマ−キング装置８００に到達するタイ
ミング値に合致したときに、マ−キング装置８００にマ
−ク付け指示を与える。警報盤２４は１回の指示に応答
して所定時間の間ブザ−を鳴らしかつ警報ランプを点灯
する。該所定時間内に更に警報発生指示があると、それ
から更に所定時間の間警報を継続する。

【００３７】パソコンのメモリには、線径別の探傷条件
となる探傷周波数ｆ１，ｆ２（分周回路２₁，２₂宛ての
分周比），感度（調整回路１１₁，１１₂宛て），フィル
ターの通過帯域（１０₁，１０₂宛て），位相θ₁，θ
₂（位相器ベクトル発生回路１２₁，１２₂宛て），疵判
定のしきい値（ＭＰＵ２１宛て）が格納されている。こ
の情報群をテーブルと称す。内容を表１，表２に例示し
た。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】探傷前に上位計算機２３が、被検材１７の
線径デ−タをパソコン２２に与えるか、あるいはオペレ
−タが操作ボ−ド３３からパソコン２２に入力する。パ
ソコン２２は線径デ−タの転送又は入力があると、線径
デ−タが表わす線径に対応付けられている上述の、探傷
周波数ｆ１，ｆ２，感度，フィルターの通過帯域，位相
θ₁，θ₂，疵判定のしきい値をテ−ブルから読み出して
ＭＰＵ２１に転送する。ＭＰＵ２１は、これらのデ−タ
が示す値を探傷処理装置１００，２００およびそれ自身
（しきい値に関して）に設定する。

【００４１】仕上圧延機の最終ロールに連結されたパル
ス発生器２９が圧延速度に比例した周波数の指速パルス
を発生し、これがインタ−フェ−ス２０およびＦ／Ｖコ
ンバータ２７に与えられる。Ｆ／Ｖコンバータ２７は、
この指速パルスの周波数に比例するレベルの、圧延速度
信号（アナログ電圧）を発生し、インタ−フェ−ス２０
に与える。ＭＰＵ２１は、圧延速度信号をデジタル変換
して読込む。

【００４２】渦流探傷機７００の下流には、マ−キング
装置８００があり、ＭＰＵ２１が与えるマ−ク付け指示
に応答して塗料吹きつけノズルと加圧塗料液槽との間の
電磁弁を短時間の間開として、被検材１７に塗料を噴射
する。

【００４３】検出コイル１８と探傷処理装置１００，２
００との接続不良とか断線等によりつながっていないと
いうことを防止するため、ＭＰＵ２１は、パルス発生器
２９が所定周期以下でパルスを発生している間、検出コ
イル１８の電圧（の平均値又は実効値）を監視し、これ
が被検材１７なしレベルまで低下すると、警報盤２４に
警報を出力する。

【００４４】前述の原理で説明したように、渦流探傷は
疵の表面が冷えて磁性体となっているヘゲ状のものが検
出しやすい。これは逆に言うと被検材１７と疵との温度
差がない場合、疵検出はしにくいということである。ま
た、キューリ温度付近は鋼が変態し磁性が変化しノイズ
が多発する。このため、被検材１７に疵がないのに疵信
号が多発することになる。

【００４５】以上の理由により被検材１７の表面温度測
定及び分布測定が必要となる。ＭＰＵ２１は、被検材１
７の表面温度および内部温度を測定する温度計９００の
検出温度をデジタル変換して読込み、被検材１７の表面
／内部温度差を算出する。検出温度がキューリ温度付近
の場合は警報盤２４に警報を出力する。記録計２６に
は、前述の疵検出デ−タと表面温度及び表面／内部温度
差を出力する。これは、製品を検査するラインのオペレ
ータの所でもモニタリングできる。これにより、疵有り
信号が多発し被検材表面温度がキューリ温度付近の場合
はキューリ温度の影響と判断できるし、疵有り信号があ
り表面／内部温度差が大きい場合は、被検材１７に疵が
存在している可能性が高いと判断し、製品の外観検査を
する等に活用ができる。

【００４６】次に数値設定例を示すと、多重周波数渦流
探傷法によるヘゲ疵および異物噛込みの探傷条件として
以下の条件を設定して探傷を行った。

【００４７】 −第１例− 線径 ：５．５φ 探傷周波数 ：ｆ₁ １０ＫＨＺ 異物噛込み検出用 ｆ₂ ３０ＫＨＺ ヘゲ疵検出用 評価モード ：ｆ₁ ｙ信号 ｆ₂ ｖ信号 探傷温度 ：１０００℃ 図５に探傷結果を示す。上記の条件では１０ＫＨＺの時
の疵信号の大きさは、異物噛込みａ₁＞ヘゲ疵ｂ₁であ
り、異物噛込みの方が検出しやすいことがわかった。３
０ＫＨＺの時の疵信号の大きさは、逆に異物噛込みａ₂
＜ヘゲ疵ｂ₂であることがわかった。また、図６のオシ
ロスコープＯＳＰのベクトル表示をみると、異物噛込み
はｙ軸にそって安定的に信号が高く出力する傾向があ
り、ヘゲ疵はベクトルの向きや大きさがバラツク傾向が
あることから、評価モードは異物噛込み検出用の１０Ｋ
ＨＺはｙ信号で疵レベルを判定することとし、ヘゲ疵検
出用の３０ＫＨＺはｖ信号で疵レベルを判定することと
した。

【００４８】この時の探傷チャートの例を図７に示す。
疵信号が出ている時は、被検材１７の表面／内部温度差
が大きくなっている場合もあり、その位置にはヘゲ疵ま
たは異物噛込みがあることが確かめられた。

【００４９】 −第２例− 線径 ：５．５φ 探傷周波数：ｆ₁ １２０ＫＨＺ 異物噛込み検出用 ｆ₂ ３０ＫＨＺ ヘゲ疵検出用 評価モード：ｆ₁ ｖ信号 角度範囲 ３５°〜９０° ｆ₂ ｖ信号 探傷温度 ：１０００℃ 図８に探傷結果を示す。疵信号の出方の傾向は、第１例
と同じではあるがベクトル表示をみると、異物噛込みの
疵発生の範囲は、角度（ベクトルの方向）３５°〜９０
°の範囲であり、それ以外の範囲はマスキングすること
で異物噛込みとヘゲ疵の判別は約２割向上した。

【００５０】 −第３例− 線径 ：５．５φ 探傷周波数：ｆ₁ １０ＫＨＺ 異物噛込み検出用 ｆ₂ ２０ＫＨＺ ヘゲ疵検出用 評価モード：ｆ₁ ｙ信号 ｆ₂ ｖ信号 探傷温度 ：７９０℃ 図９に探傷結果を示す。探傷温度が７９０℃あたりであ
ることがわかる。７９０℃は、キューリ温度であるの
で、疵信号が多発していることがわかる。しかし、被検
材１７の表面／内部温度差は大きくなっている所がない
ことがわかる。被検材１７全体がキューリ温度なので、
警報盤に警報が出力された。

【００５１】

【発明の効果】本発明の単数コイル方式による多重周波
数渦流探傷法によれば、２種類以上の傷の識別が可能で
ある。単数励磁コイル方式であるので、複数の渦流探傷
コイルを併設したり各周波数で探傷装置ごと交換したり
する必要はないので装置も大型化せず、操作も簡単であ
る。

【００５２】また、探傷温度も測定しているので疵によ
る温度変化があるか、キューリ温度で探傷していないか
のチェックを行っており、渦流探傷の疵検出結果との併
用化により、さらなる品質保証の正確さの向上が期待で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図２に示す渦流探傷機７００および渦流探傷
処理回路１００，２００の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】 本発明の一実施例の構成概要を示すブロック
図である。

【図３】 熱間圧延で製造される棒鋼のクラック，透磁
率，リフトオフおよび導電率に対する、渦流探傷コイル
の検出コイルのインピーダンスを示すグラフである。

【図４】 熱間圧延で製造される棒鋼のヘゲ疵および異
物噛込みの平面および断面を示す疵形態図である。

【図５】 図１に示す探傷装置による探傷結果例を示す
グラフである。

【図６】 図１に示すオシロスコ−プＯＳＰの表示面に
現われるベクトルの先端位置を示すグラフである。

【図７】 図１に示す探傷装置により得られる算出値お
よび測定値を示すグラフである。

【図８】 図１に示すオシロスコ−プＯＳＰの表示面に
現われるベクトルの先端位置を示すグラフである。

【図９】 図１に示す探傷装置により得られる算出値お
よび測定値を示すグラフである。

【符号の説明】

ＯＳＰ：オシロスコ−プ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒 巻 広 美 釜石市鈴子町23−15 新日本製鐵株式会社 釜石製鐵所内 (72)発明者 熊 谷 猛 釜石市鈴子町23−15 新日本製鐵株式会社 釜石製鐵所内 (72)発明者 千 田 与 一 釜石市鈴子町23−15 新日本製鐵株式会社 釜石製鐵所内 (72)発明者 河 村 皓 二 神奈川県相模市淵野辺５−10−１ 日鉄テ クノス株式会社内 (72)発明者 筒 井 兼 夫 東京都目黒区碑文谷５丁目25番10号ノアビ ル22 日本フェルスター株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】励磁コイルおよび検出コイルを含む探傷コ
   イルを用いる鋼材の渦流探傷において、鋼材が貫通する
   単一の励磁コイルに高周波ｆ１の電流と低周波ｆ２の電
   流を重畳して通電し、検出コイルに誘起する前記高周波
   ｆ１の電圧の、前記励磁コイルの高周波ｆ１の電流に対
   して第１の位相ずれがある第１成分を抽出し、この第１
   成分より、それをベクトルで表わす場合の直交２成分お
   よび長さの少くとも一者を算出してそれが設定値以上の
   とき疵と検出し、かつ、前記検出コイルに誘起する前記
   低周波ｆ２の電圧の、前記励磁コイルの低周波ｆ２の電
   流に対して第２の位相ずれがある第２成分を抽出し、こ
   の第２成分より、それをベクトルで表わす場合の直交２
   成分および長さの少くとも一者を算出してそれが設定値
   以上のとき疵と検出する、単数励磁コイル方式による多
   重周波数渦流探傷法。
2. 【請求項２】励磁コイルおよび検出コイルを含む探傷コ
   イルを用いる鋼材の渦流探傷において、鋼材が貫通する
   単一の励磁コイルに高周波ｆ１の電流と低周波ｆ２の電
   流を重畳して通電し、検出コイルに誘起する前記高周波
   ｆ１の電圧の、前記励磁コイルの高周波ｆ１の電流に対
   して第１の位相ずれがある第１成分を抽出し、この第１
   成分をベクトルで表わし、ベクトルの方向が設定範囲内
   でベクトルの長さが設定値以上のとき疵と検出し、か
   つ、前記検出コイルに誘起する前記低周波ｆ２の電圧
   の、前記励磁コイルの低周波ｆ２の電流に対して第２の
   位相ずれがある第２成分を抽出し、この第２成分をベク
   トルで表わし、ベクトルの方向が設定範囲内でベクトル
   の長さが設定値以上のとき疵と検出する、単数励磁コイ
   ル方式による多重周波数渦流探傷法。
3. 【請求項３】鋼材が貫通する単一の励磁コイル；前記鋼
   材に発生する磁束変化に対応する電圧を誘起する検出コ
   イル；前記励磁コイルに高周波ｆ１の電流と低周波ｆ２
   の電流を同時に連続して通電する通電手段；前記検出コ
   イルに誘起する前記高周波ｆ１の電圧を摘出する第１フ
   ィルタ；第１フィルタが摘出した電圧の、前記励磁コイ
   ルの高周波ｆ１の電流に対して第１の位相ずれがある第
   １成分を抽出し、この第１成分より、それをベクトルで
   表わす場合の直交２成分および長さの少くとも一者を含
   む第１ベクトル情報を算出する第１成分検出手段；第１
   ベクトル情報を量子化する第１評価手段；前記検出コイ
   ルに誘起する前記低周波ｆ２の電圧を摘出する第２フィ
   ルタ；第２フィルタが摘出した電圧の、前記励磁コイル
   の低周波ｆ２の電流に対して第２の位相ずれがある第２
   成分を抽出し、この第２成分より、それをベクトルで表
   わす場合の直交２成分および長さの少くとも一者を含む
   第２ベクトル情報を算出する第２成分検出手段；およ
   び、第２ベクトル情報を量子化する第２評価手段；を備
   える、単数励磁コイル方式による多重周波数渦流探傷装
   置。
4. 【請求項４】鋼材が貫通する単一の励磁コイル；前記鋼
   材に発生する磁束変化に対応する電圧を誘起する検出コ
   イル；前記励磁コイルに高周波ｆ１の電流と低周波ｆ２
   の電流を同時に連続して通電する通電手段；前記検出コ
   イルに誘起する前記高周波ｆ１の電圧を摘出する第１フ
   ィルタ；第１フィルタが摘出した電圧の、前記励磁コイ
   ルの高周波ｆ１の電流に対して第１の位相ずれがある第
   １成分を抽出し、この第１成分を、ベクトルの方向と長
   さで表わす第１ベクトル情報に変換する、第１成分検出
   手段；第１ベクトル情報が、第１設定範囲内の方向のも
   のであるとき、それが表わす長さを量子化する第１評価
   手段；前記検出コイルに誘起する前記低周波ｆ２の電圧
   を摘出する第２フィルタ；第２フィルタが摘出した電圧
   の、前記励磁コイルの低周波ｆ２の電流に対して第２の
   位相ずれがある第２成分を抽出し、この第２成分を、ベ
   クトルの方向と長さで表わす第２ベクトル情報に変換す
   る、第２成分検出手段；および、 第２ベクトル情報が、第２設定範囲内の方向のものであ
   るとき、それが表わす長さを量子化する第２評価手段；
   を備える、単数励磁コイル方式による多重周波数渦流探
   傷装置。
5. 【請求項５】第１評価手段が発生する量子化デ−タの同
   一のものの発生頻度を検出する第１頻度検出手段；およ
   び、第２評価手段が発生する量子化デ−タの同一のもの
   の発生頻度を検出する第２頻度検出手段；を更に備える
   請求項３又は請求項４記載の単数励磁コイル方式による
   多重周波数渦流探傷装置。
6. 【請求項６】第１又は第２頻度検出手段が検出した頻度
   が設定値以上の時警報を発生する警報手段；および、該
   頻度が設定値以上に対応する鋼材位置にマーキングする
   手段；を更に備える請求項５記載の単数励磁コイル方式
   による多重周波数渦流探傷装置。
7. 【請求項７】検出コイルの誘起電圧が、鋼材が検出コイ
   ルの位置にあることによる高レベルであるかを検出する
   レベル検出手段；鋼材の移動速度に比例する周波数の電
   気パルスを発生する同期パルス発生手段；および、前記
   レベル検出手段が低レベルを検出しているときおよび同
   期パルス発生手段の電気パルス発生がないとき、探傷不
   可を示す情報を発生する警告手段；を更に備える請求項
   ３又は請求項４記載の単数励磁コイル方式による多重周
   波数渦流探傷装置。
8. 【請求項８】鋼材の表面温度を測定する手段；該表面温
   度がキューリー温度以上の時警報を発生する手段；鋼材
   の表面温度と第１および第２頻度検出手段が検出した頻
   度に基づいて疵有無を決定する疵認識手段；および、鋼
   材の表面温度および疵有を出力する手段；を更に備える
   請求項５記載の単数励磁コイル方式による多重周波数渦
   流探傷装置。
9. 【請求項９】第１成分および第２成分それぞれのベクト
   ルの直交２成分のそれぞれのレベルを調整する第１およ
   び第２感度調整手段；鋼材の断面サイズ情報対応で、励
   磁コイルの通電周波数ｆ１，ｆ２，第１および第２フィ
   ルタそれぞれの通過帯域，第１および第２の位相、なら
   びに、第１および第２評価手段の量子化しきい値、をメ
   モリに保持し、与えられた断面サイズ情報に対応するこ
   れらの情報をメモリより読出して、読出した情報が示す
   値を、前記通電手段，第１および第２フィルタ，第１お
   よび第２成分検出手段、ならびに、第１および第２評価
   手段に設定するパラメ−タ設定手段；および、該パラメ
   −タ設定手段に断面サイズ情報を与える入力手段；を更
   に備える、請求項３又は請求項４記載の単数励磁コイル
   方式による多重周波数渦流探傷装置。