JPH10293122A - 金属体の探傷装置及び探傷方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属体の内部及び表面に存在する介在物等の
微少欠陥を検出できる、感度と分解能の良い探傷装置及
び探傷方法を提供する。 【解決手段】 鋼板１を挟んで、一方の側にＥ型コア５
とコの字型コア１２を、もう一方の側に直流磁化器２を
配置する。この直流磁化器２により、鋼板１の被検査部
は飽和域まで磁化される。Ｅ型コアの中心の極に巻回さ
れているコイルａは磁気検出器として使用される。Ｅ型
コア５を覆うように、その外側にコの字型コア１２が配
置されている。そして、励磁電流発生器４よりの渦流探
傷用高周波励磁信号が、Ｅ型コアの両端の極でなく、コ
の字型コアの２つの極に設けられたコイルｄ、ｅに供給
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属体、特に磁性
金属体の内部及び表面に介在する介在物等の微少な欠陥
を検出するための探傷装置及び探傷方法、特に漏洩磁束
探傷法と渦流探傷法を併用した磁性金属体の探傷装置及
び探傷方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属材料などでは、内部、表面に欠陥が
あると、強度などその品質に問題が生じする可能性があ
るため、品質管理上、あるいは品質保証上、Ｘ線透過
法、超音波探傷法などさまざまな非破壊的な検査が行わ
れている。一方、表面近傍の欠陥の検出や薄い帯状材料
の表面及び内面の検出に関しては、特にオンラインで
は、電磁気的な方法、即ち漏洩磁束法や渦流探傷法が良
く用いられている。

【０００３】製缶材料用の極薄板鋼板では、介在物など
の欠陥があると、製缶時にフランジクラックが発生する
等の問題点が生じる可能性がある。このような欠陥を検
出する方法として、漏洩磁束法などを用いたオンライン
高速欠陥検出器が開発されてきた。

【０００４】たとえば、特開平３-１７５３５２号公報
には、図２に示すように、鋼板２１を挟んで、一方の側
に鋼板を磁化するための磁化器２２を、他方の側に、欠
陥により生じる漏洩磁束を検出する磁気センサアレイ２
３を幅方向に配置し、それぞれ非磁性ロール２４、２５
の中に入れて探傷する方法が提案されている。

【０００５】この方法によれば、センサ２３と被検査体
である鋼板２１の距離を小さく安定に保つことができ、
鋼板２１中の微少な欠陥が、感度良く高速に検出でき
る。

【０００６】また、特開平５-１６４７４５号公報に
は、鋼板などの表面に存在する孔食等を差分型プローブ
を用いた渦流探傷法により探傷する方法が提案されてい
る。これは、図３に示すようなＥ型のコアを用い、真中
の磁極３２ｂに巻いたコイル３２ｅを励磁用に、両端の
磁極３２ａ、３２ｃに巻いたコイル３２ｄ、３２ｆを検
出用に使用し、コイル３２ｄと３２ｆの出力の差分信号
を処理することにより欠陥を検出するものである。差分
信号を処理することにより、欠陥による渦流信号の微少
な変化を感度良く検出することができるので、欠陥が小
さい場合、板が厚い場合においても、欠陥を精度良く検
出することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
３-１７５３５２号公報に記載される技術では、割れ状
の欠陥は精度良く検出できるものの、ピット状欠陥の検
出精度が悪いという問題点がある。また、逆に特開平５
-１６４７４５号公報に記載される技術では、ピット状
の欠陥は精度良く検出できるものの、割れ状の欠陥の検
出精度が悪いという問題点がある。

【０００８】これらの問題点を解決するために、発明者
らは、先に特願平８−８３５０６号において新技術を提
案した。これは、漏洩磁束探傷法と渦流探傷法の長所を
組み合わせたものである。その概要を図４に示す。

【０００９】図４において、１は被検査体である鋼板、
２は直流磁化器、３は非磁性ロール、４は励磁電流発生
器、５はＥ型コア、ａはＥ型コアの中心の極に巻回され
ているコイル、ｂ、ｃはＥ型コアの端の極に巻回されて
いるコイル、６、７、９はバンドパスフィルタ、８は位
相検波器、１０は演算器である乗算器、１１は判定器で
ある。

【００１０】鋼板１を挟んで、一方の側にＥ型コア５
を、もう一方の側に直流磁化器２を配置する。この直流
磁化器２により、鋼板１の被検査部は飽和域まで磁化さ
れる。鋼板１はＥ型コア５と直流磁化器２の間を移動す
るが、その移動方向に沿ってＥ型コア５の３本の極が並
んでいる。その３本のうち、Ｅ型コアの中心の極に巻回
されているコイルａは磁気検出器として使用されてお
り、そのコイルに鎖交する磁束の時間微分値が計測され
ることにより、漏洩磁束信号、及び渦流信号が検出され
る。

【００１１】コア５がＥ型であるという構造上の特徴か
ら、そのコイルに鎖交する磁束は、一方の端部の極と中
心の極を含む磁気的なループを通る磁束と、もう一方の
端部の極と中心の極を含む磁気的なループを通る磁束と
の差分となる。そのため、両ループに共通のノイズ成分
等はキャンセルされ、両ループで共通でない欠陥信号成
分が選択的に検出されることになる。

【００１２】一方、両端の極に巻かれたコイルｂ、ｃ
は、励磁電流発生器４により励磁され、渦流励磁用とし
て使用される。両者の励磁の位相差は、様々なものを選
択可能であるが、ここでは、一方の極から出た磁束がも
う一方の極に戻るような位相差（位相差１８０度）を用
いて、両者の極ｂ、ｃから出る磁束が作り出す渦電流が
ちょうど真ん中の検出用コイルａの真下で強められるよ
うにしている。

【００１３】コイルａの出力をバンドパスフィルタ６を
介した後、位相検波器８で位相検波して欠陥信号成分の
みを取り出し、再びバンドパスフィルタ９を通すことで
欠陥信号を得ることができる。

【００１４】また、コイルａの出力を、適当なバンドパ
スフィルタ７に通すことで、漏洩磁束探傷信号（微分
値）を得ることができる。バンドパスフィルタ７、９の
出力は演算器である乗算器１０で演算される。判定回路
１１は、乗算器１０の出力の大きさに応じて欠陥の有無
と程度を判定する。

【００１５】この方式による欠陥検出装置は、漏洩磁束
探傷と渦流探傷の長所を併せ持つという特長を有する。
しかしながら、Ｅ型コアの３個の磁極にそれぞれコイル
が巻いてあるため、磁極の間隔が大きくならざるを得な
い。このため、分解能、検出感度が低下するという問題
点がある。また、磁極の幅を小さくしてこれにコイルを
巻くと、Ｅ型コアが磁気飽和してしまい、センサとして
の感度が低下してしまうという問題点がある。これらの
問題点のため、漏洩磁束探傷法、渦流探傷法とも、十分
なＳ／Ｎ比が得られず、したがってそれらの信号を演算
した検出結果も十分なものではないという問題点があ
る。

【００１６】本発明は、これらの問題点を解決するため
になされたもので、先に出願した特願平８−８３５０６
号にかかる発明を改良し、さらに精度のよい金属体の探
傷装置及び探傷方法を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、Ｅ型コ
アを励磁コイルとして使用せず、検出コイルのみとして
使用し、Ｅ型コアの外側に設けたコの字型コイルを励磁
コイルとして使用するものである。

【００１８】即ち、前記課題は、磁性金属体の被検査部
を磁化するための磁化器と、磁性金属体の欠陥部から生
じる漏洩磁束を検出するＥ型コアの中心極に巻回された
コイルと、当該コイルからの信号を処理して欠陥を検出
する第１の欠陥信号処理部と、磁性金属体の被検査部に
渦電流を生じさせる励磁コイルと、磁性金属体の欠陥部
により生じる渦電流の乱れを検出するコイルと、コイル
により検出された渦電流の乱れの信号を処理して欠陥を
検出する第２の信号処理部とを有してなり、前記渦電流
の乱れを検出するコイルは、前記Ｅ型コアの中央の極に
巻回されており、当該Ｅ型コアの両端の極には励磁コイ
ルが巻回されておらず、前記磁性金属体の被検査部に渦
電流を生じさせる励磁コイルは、前記Ｅ型コアの外側に
設けられたコの字状コアの両方の極に巻回されているこ
とを特徴とする磁性金属体の探傷装置（請求項１）によ
り解決される。

【００１９】磁化器により被検査部を磁化し、磁性金属
体の欠陥部から生じる漏洩磁束をＥ型コアの中央の極に
巻回されたコイルにより検出して、第１の信号処理部に
より処理し、漏洩磁束法により欠陥を検出する。一方、
Ｅ型コアの外側に設けられたコの字状コアの両方の極に
巻回された励磁コイルに高周波電流を流して被検査部に
渦電流を発生させ、欠陥による渦電流の乱れをＥ型コア
の中央の極に巻回されたコイルにより検出して、第２の
信号処理部により処理し、渦電流法により欠陥を検出す
る。

【００２０】この時、被検査部は直流磁化器により、ほ
ぼ飽和領域まで磁化されているので、磁性金属体の持つ
材料の磁気的むらに起因するノイズをなくして、Ｓ／Ｎ
比の良好な渦流探傷信号を得ることができる。

【００２１】本発明においては、Ｅ型コアに励磁用のコ
イルが巻回されていないので、極間同士の間隔を小さく
することができ、分解能や検出感度の良いものとするこ
とができる。また、励磁磁束によってコアが飽和するこ
とがないので、感度の良い検出ができる。

【００２２】また、請求項１の発明において、第１の欠
陥信号処理部信号と第２の欠陥信号処理部の信号を組み
合わせて、欠陥の有無を判定する手段を設けることによ
り（請求項２）、精度の良い欠陥検出ができる。

【００２３】第１の欠陥信号処理部信号と第２の欠陥信
号処理部の信号の組み合わせ方法として、両者の乗算を
行うことにより（請求項３）精度の良い欠陥検出ができ
る。

【００２４】また、第１の欠陥信号（漏洩磁束探傷）
は、直流成分の変化を対象としており、第２の欠陥信号
（渦流探傷）は、交流成分の変化を対象としている。よ
って、両者の検出のタイミングには時間的な差が生じ
る。この対策として、少なくとも１方の信号を遅延さ
せ、両者のタイミングの一致をとってから乗算等の信号
の組み合わせを行えば（請求項４）、正確な欠陥の検出
ができる。

【００２５】さらに、本発明にかかるＥ型コアとコの字
型コアの組み合わせは、前記各請求項に記載されるよう
な漏洩磁束探傷法と渦流探傷法の組み合わせのみに有効
なものはなく、渦流探傷法独自においても同様の効果を
生じる（請求項５）。この場合には、漏洩磁束探傷を使
用しないので、被検査対象は非磁性の金属体でも良い。

【００２６】磁性金属体の被検査部を磁化し、磁性金属
体の欠陥部から生じる漏洩磁束を検出し、信号処理して
欠陥を検出すると共に、磁性金属体の被検査部に渦電流
を生じさせ、磁性金属体の欠陥部により生じる渦電流の
乱れの信号をコイルによって検出して処理し、欠陥を検
出する磁性金属体の探傷方法であって、前記渦電流の乱
れを検出するコイルを、Ｅ型コアの中央の極に巻回し、
当該Ｅ型コアの両端の極には励磁コイルを巻回せず、前
記磁性金属体の被検査部に渦電流を生じさせる励磁コイ
ルは、Ｅ型コアの外側に設けたコの字状コアの両方の極
に巻回することを特徴とする磁性金属体の探傷方法（請
求項６）によって、請求項１の発明と同じ作用が得られ
る。

【００２７】これに加えて、漏洩磁束の信号処理した信
号と渦電流の乱れによる信号を処理した信号を組み合わ
せて、欠陥の有無を判定する磁性金属体の探傷方法（請
求項７）によって、請求項２の発明と同じ作用が得られ
る。

【００２８】さらに、漏洩磁束の信号処理した信号と渦
電流の乱れによる信号を処理した信号を乗算して、その
大きさにより欠陥の有無を判定すれば（請求項８）、請
求項３の発明と同じ作用が得られる。

【００２９】加えて、漏洩磁束の信号処理した信号と渦
電流の乱れによる信号を処理した信号の時間的な一致を
とるために、少なくとも１方の信号を遅延させることに
より（請求項９）、請求項４の発明と同じ作用が得られ
る。

【００３０】また、金属体に渦電流を発生させ、金属体
の欠陥部により生じる渦電流の乱れの信号をコイルによ
って検出して処理し、欠陥を検出する金属体の探傷方法
であって、前記渦電流の乱れを検出するコイルを、Ｅ型
コアの中央の極に巻回し、当該Ｅ型コアの両端の極には
励磁コイルを巻回せず、前記金属体の被検査部に渦電流
を生じさせる励磁コイルは、前記Ｅ型コアの外側に設け
たコの字状コアの両方の極に巻回することを特徴とする
金属体の探傷方法（請求項１０）によって、請求項５の
発明と同じ作用が得られる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例を
示す図である。図１において、１は被検査体である鋼
板、２は直流磁化器、３は非磁性ロール、４は励磁電流
発生器、５はＥ型コア、ａはＥ型コアの中心の極に巻回
されているコイル、６、７、９はバンドパスフィルタ、
８は位相検波器、１０は演算器である乗算器、１１は判
定器、１２はコの字型コア、ｄ、ｅはコの字型コアの極
に巻回されたコア、１３、１４は時間調整器である。

【００３２】本発明の実施の形態においては、漏洩磁束
を検出するコイルと渦電流の乱れを検出するコイルを同
一のコイルａとしているが、別々のコイルを用いること
もできる。

【００３３】請求項に記載される第１の信号処理部は、
バンドパスフィルタ７に相当する。、また、請求項に記
載されている第２の信号処理部は、バンドパスフィルタ
６、位相検波器８、バンドパスフィルタ９に相当する。
すなわち、この実施の形態においては、バンドパスフィ
ルタ７、９がそれぞれ持つ閾値を超えた信号が欠陥信号
と判定される。

【００３４】請求項に記載されている第１の欠陥信号処
理部の信号と第２の欠陥信号処理部の信号を組み合わせ
て、欠陥の有無を判定する手段は、この実施の態様にお
いては、乗算器１０及び判定器１１に相当する。

【００３５】請求項に記載されている遅延回路は、この
実施の態様においては時間調整器１３、１４に対応す
る。

【００３６】図１に示す本発明の実施の形態が図４に示
す従来例と違う点は、Ｅ型コア５を覆うように、その外
側にコの字型コア１２を配置したことである。そして、
励磁電流発生器４よりの６４ＫHz程度の渦流探傷用高周
波励磁信号が、Ｅ型コアの両端の極でなく、コの字型コ
アの２つの極に設けられたコイルｄ、ｅに供給されてい
ることである。

【００３７】これにより、Ｅ型コアには励磁コイルを巻
回する必要がなくなり、小型化により極間距離を狭めて
分解能や検出感度を上げることができるようになる。ま
た、励磁磁束によりＥ型コアが飽和することがなくなる
ので、コイルａによる検出感度が落ちることもない。

【００３８】鋼板１を挟んで、一方の側にＥ型コア５と
コの字型コア１２を、もう一方の側に直流磁化器２を配
置する。この直流磁化器２により、鋼板１の被検査部は
飽和域まで磁化される。鋼板１はＥ型コア５及びコの字
型コア１２と直流磁化器２の間を移動するが、その移動
方向に沿ってＥ型コアの３本の極が並んでいる。その３
本のうち、Ｅ型コアの中心の極に巻回されているコイル
ａは磁気検出器として使用されており、そのコイルに鎖
交する磁束の時間的変化により発生する電圧が計測され
て、漏洩磁束信号、及び渦流信号が検出される。

【００３９】コア５がＥ型であるという構造上の特徴か
ら、その中心の極に巻回されたコイルａに鎖交する磁束
は、一方の端部の極と中心の極を含む磁気的なループを
通る磁束と、もう一方の端部の極と中心の極を含む磁気
的なループを通る磁束との差分となる。そのため、両ル
ープに共通のノイズ成分等はキャンセルされ、両ループ
で共通でない欠陥信号成分が選択的に検出されることに
なる。

【００４０】コイルａの出力を、励磁周波数を中心周波
数とするバンドパスフィルタ６を介した後、位相検波器
８で渦流用励磁信号を移相させた信号を基準にして位相
検波して欠陥信号成分のみを取り出し、再びバンドパス
フィルタ９（１ＫHz〜５ＫHz）を通すことで渦流欠陥信
号を得ることができる。

【００４１】渦流探傷信号においては、欠陥の信号の位
相とノイズ位相とは、それぞれ励磁信号の位相に対して
異なる位相差を持つ。よって、位相検波により、欠陥の
持つ位相の信号を取り出すことにより、Ｓ／Ｎ比の向上
ができる。

【００４２】また、コイルａの出力を、適当なバンドパ
スフィルタ７（１ＫHz〜５ＫHz）に通すことで、漏洩磁
束探傷信号（微分値）を得ることができる。バンドパス
フィルタ７、９の出力は演算器１０である乗算器で演算
される。判定回路１１は、乗算器１０の出力の大きさに
応じて欠陥の有無と程度を判定する。

【００４３】漏洩磁束信号は、低周波の信号を処理した
ものであり、渦流探傷信号は高周波の信号を処理したも
のである。また、渦流探傷信号の処理においては、位相
検波を行うため、信号の出力タイミングがずれる。よっ
て、２つのバンドパスフィルタ７、９から出力される欠
陥信号のタイミングがずれることがある。このような場
合には、時間調整器１３、１４のうち少なくとも１方を
設置して両者の信号のタイミングを合わせてから乗算器
１０に入力することにより、正確な欠陥の判定を行うこ
とができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、Ｅ型コアを励磁コイルとして使用せず、検出コイル
のみとして使用し、Ｅ型コアの外側に設けたコの字型コ
イルを励磁コイルとして使用しているので、Ｅ型コアを
小型化することができる。よって、分解能や検出感度を
向上させることができる。また、Ｅ型コアが磁気飽和す
ることがないので正確な検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の態様の例を示す図である。

【図２】本発明の先願にかかる発明の実施の態様の例を
示す図である。

【図３】従来技術の１例を示す図である。

【図４】従来技術の他の例を示す図である。

【符号の説明】 【符号の説明】

鋼板 １ 鋼板 ２ 直流磁化器 ３ 非磁性ロール ４ 励磁電流発生器 ５ Ｅ型コア ６ バンドパスフィルタ ７ バンドパスフィルタ ８ 位相検波器 ９ バンドパスフィルタ １０ 乗算器 １１ 判定器 １２ コの字型コア １３ 時間調整器 １４ 時間調整器

フロントページの続き (72)発明者 前田 孝三 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 長棟 章生 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 村上 美▲廣▼ 埼玉県戸田市新曽2447番地２ エヌディア ール株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性金属体の被検査部を磁化するための
   磁化器と、磁性金属体の欠陥部から生じる漏洩磁束を検
   出するＥ型コアの中心極に巻回されたコイルと、当該コ
   イルからの信号を処理して欠陥を検出する第１の欠陥信
   号処理部と、磁性金属体の被検査部に渦電流を生じさせ
   る励磁コイルと、磁性金属体の欠陥部により生じる渦電
   流の乱れを検出するコイルと、当該コイルにより検出さ
   れた渦電流の乱れの信号を処理して欠陥を検出する第２
   の信号処理部とを有してなり、前記渦電流の乱れを検出
   するコイルは、前記Ｅ型コアの中央の極に巻回されてお
   り、当該Ｅ型コアの両端の極にはコイルが巻回されてお
   らず、前記磁性金属体の被検査部に渦電流を生じさせる
   励磁コイルは、前記Ｅ型コアの外側に設けられたコの字
   状コアの両方の極に巻回されていることを特徴とする磁
   性金属体の探傷装置。
2. 【請求項２】 第１の欠陥信号処理部信号と第２の欠陥
   信号処理部の信号を組み合わせて、欠陥の有無を判定す
   る手段を有することを特徴とする請求項１に記載の磁性
   金属体の探傷装置。
3. 【請求項３】 第１の欠陥信号処理部信号と第２の欠陥
   信号処理部の信号を乗算して、その大きさにより欠陥の
   有無を判定する手段を有することを特徴とする請求項２
   に記載磁性金属体の探傷装置。
4. 【請求項４】 第１の欠陥信号処理部信号と第２の欠陥
   信号処理部の信号の、少なくとも１方の信号を遅延させ
   る遅延回路を有してなる請求項２又は３に記載の磁性金
   属体の探傷装置。
5. 【請求項５】 金属体の被検査部に渦電流を生じさせる
   励磁コイルと、金属体の欠陥部により生じる渦電流の乱
   れを検出するコイルと、当該コイルにより検出された渦
   電流の乱れの信号を処理して欠陥を検出する信号処理部
   とを有してなり、前記渦電流の乱れを検出するコイル
   は、Ｅ型コアの中央の極に巻回されており、当該Ｅ型コ
   アの両端の極にはコイルが巻回されておらず、前記金属
   体の被検査部に渦電流を生じさせる励磁コイルは、前記
   Ｅ型コアの外側に設けられたコの字状コアの両方の極に
   巻回されていることを特徴とする金属体の探傷装置。
6. 【請求項６】磁性金属体の被検査部を磁化し、磁性金属
   体の欠陥部から生じる漏洩磁束を検出し、信号処理して
   欠陥を検出すると共に、磁性金属体の被検査部に渦電流
   を生じさせ、磁性金属体の欠陥部により生じる渦電流の
   乱れの信号をコイルによって検出して処理し、欠陥を検
   出する磁性金属体の探傷方法であって、前記渦電流の乱
   れを検出するコイルを、Ｅ型コアの中央の極に巻回し、
   当該Ｅ型コアの両端の極にはコイルを巻回せず、前記磁
   性金属体の被検査部に渦電流を生じさせる励磁コイル
   は、Ｅ型コアの外側に設けたコの字状コアの両方の極に
   巻回することを特徴とする磁性金属体の探傷方法。
7. 【請求項７】 漏洩磁束の信号処理した信号と渦電流の
   乱れによる信号を処理した信号を組み合わせて、欠陥の
   有無を判定することを特徴とする請求項６に記載の磁性
   金属体の探傷方法。
8. 【請求項８】 漏洩磁束の信号処理した信号と渦電流の
   乱れによる信号を処理した信号を乗算して、その大きさ
   により欠陥の有無を判定することを特徴とする請求項６
   に記載の磁性金属体の探傷方法。
9. 【請求項９】 漏洩磁束の信号処理した信号と渦電流の
   乱れによる信号を処理した信号の時間的な一致をとるた
   めに、少なくとも１方の信号を遅延させること特徴とす
   る請求項７又は８に記載の磁性金属体の探傷方法。
10. 【請求項１０】金属体に渦電流を発生させ、金属体の欠
    陥部により生じる渦電流の乱れの信号をコイルによって
    検出して処理し、欠陥を検出する金属体の探傷方法であ
    って、前記渦電流の乱れを検出するコイルを、Ｅ型コア
    の中央の極に巻回し、当該Ｅ型コアの両端の極には励磁
    コイルを巻回せず、前記金属体の被検査部に渦電流を生
    じさせる励磁コイルは、前記Ｅ型コアの外側に設けたコ
    の字状コアの両方の極に巻回することを特徴とする金属
    体の探傷方法。