JPS58501196A - 移動している延びた強磁性試料の機械的特性を磁気的に試験する方法と装置 - 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】 移動している延びた強磁性試料の機械 的特性を磁気的に試験する方法と装置 技術分野 本発明は材料及び物品の非破壊試験方法に関するものでありくより特定的には移 動している延びた強磁性材料の機械的特性を決定するだめの磁気的検査及びそれ を遂行する装置に関する。

背景技術 強磁性材料の磁気的かつ機械的特性は、例えば製造中に得られた化学的組成及び 構造にもとづいて公知である。従って鋼鉄の有する所望の機械的特性、例えば硬 度、最終強度、降伏強度及び展性の形成は、化学的組成定数及び製造プロセスの 安定を維持することにより確実化することができる。化学的組成及び使用されて いる製造プロセスの成る種の（許容範囲内での）変更は機械的及び磁気的特性を 変化させるので、磁気的特性の測定によシ機械的特定の決定を可能とするこれら 機械的、磁気的特性間に依存する相関が存在する。上記目的のだめの最良の磁気 的特性は保持力及び残留誘導（磁気）である。

名称「残留磁気を測定する方法」とする従来の方法においては（参照、日本国に 受け入れられた特許明細書簡５３−ｊ９１０９号、国際分類ＧＯＩＮ２７／６８ 　）、試料片（板）は２つの電磁石の間を通過するが、該２つの電磁石は、試料 板の両側において対向する関係をもって、すなわち一方が上部、他方が下部に配 置されている。それらの電磁石は試験材料内に磁気的根跡を形成させ、その磁気 的根跡が試験材料の移動方向に延びていく。磁気的根跡を横断する通路に沿って 移動するために装着されたトランスデー−サが上記電磁石から同じ距離のところ に配置されている。トランスデユーサからの信号は試料板における残留磁気量を 決定するために用いられている。この方法で得られる検査結果は、測定精度に影 響を及はす振動による試験材料の変位によシ影響を受ける。

さらに移動部分の存在がこの方法を行うことをさらに困難にし、その信頼性を低 下させる。

名称「強磁性及び非強磁性材料における磁気異常の存在を検出する方法と装置」 とする他の従来知られている方法においては（参照、英国特許第１．４９８，２ １８号、国際分類ＧＯＩＮ　２７／８６　）、試験材料は環状磁石内を貫通し、 その試験材料が環状磁石の磁界によシ磁化される。試験材料のＡ？ラメータは試 験材料に設定された磁気双極子の作用のもとて検出コイル内に形成された信号の 大きさにより決定される。従って試験材料の特性を表わす信号を生起させる振幅 は試験材料の磁気双極子及び速度の大きさに比例している。

上記の試験材料の速度に関する出力信号の依存性はその方法の精度に影響を及ば ず。

さらに可変周波数のくり返しパルスを有する磁化・ぐルスを発生するように適し た・ぐルス発生器を具備する移動している強磁性物体の円部を磁気的に検査する 方法が知られている（参照、ソ連発明者証第６９６３６９号、１９７９年５月１ １日）。磁気的手段がパルス発生器の回路と逆並列な関係で設けられたソレノイ ドの形態として形成されている。ソレノイドの１つの内側には、そのソレノイド の軸について対称に読出装置が装着されている。使用している読出装置が回路内 に置かれている在来のフェログローブ０傾斜計（ｆｅｒｒｏｐｒｏｂｅ　−ｇｒ ａｄｉｏｍｅｔｅｒ　）で形成されているのでそれらの出力信号の総和がとられ る。

フェログローブの界磁コイルがパワー増幅器を通して励磁回路に接続され、測定 コイルが第２高調波に対して同調された選択的増幅器の入力に接続されている。

上記の方法を用いて材料の機械的特性を下記の如く磁気的に試験を行う。

試料片が磁化用ソレノイドの内側と複数のフェログローブ傾斜計間を通過する。

パルス状電流が磁化ソレノイドのコイルを通して磁気的な記号を形成するように 流される。上記パルスのパラメータは残留磁気領域について最大傾斜を形成させ るように選択されている。磁化・ぐルスのくシ返し周波数は移動する試料片の速 度に依存して選択されており、それによシ磁気的な記号が通過している間第２ソ レノイド内には残留磁界は存在しない。フェログローブ傾斜計は傾斜に応答し、 該傾斜は残留磁界成分が移動している方向と同じであり（ｎｏｒｍａｌ　）　、 試験体の機械的特性を表わす。フェログローブ間において運動している試料片が それらから均一に隔てられている場合、それらの信号は等しく、そして結合され た信号は全ての信号の総和に等しい。試料片がその運動通路の中心線からずれた 場合一方の側に配置されたフェログローブからの信号の強さが増大し、一方他方 の側に配置されたフェログローブからの信号の強さが減少するが、試験体の機械 的特性に変化がなければこれらの信号の総和は（振動の振幅の小さいところで） 、一定でちゃ得る。

上述の方法及び装置は充分広範囲においておよび所望の精度について試験結果の 精度に関する振動の影響を俳除しない、その理由としては、試料の表面に対する 距離に関する残留磁気の傾斜の依存性が非線形であるからである。

一方上記方法及び装置の利用可能性が断面が円形の試料に制限されている。

発明の開示 本発明は、試験結果に影響を及ばず振動及び試料の速度変化によって生じる試料 の変位の影響を排除し、任意の断面の試料の機械的特性を高精度で決定すること を確実化する移動している延びた強磁性体を磁気的に試験する方法とその装置を 提供することにある。

本発明の目的は、パルス状磁界によシ試料の一部を対向方向において飽和点まで 磁化された残留誘導領域のスポット内に形成させるように磁化する段階、該試料 の機械的特性を判定するために用いられる残留誘導の大きさを決定する段階を具 備する移動している延びた強磁性試料の機械的特性を゛磁気的に測定する方法に おいて、本発明にもとづいて、磁化された部分に沿って残留誘導の傾斜を電気信 号を変換し、この信号のうち前記領域間の残留誘導の変化を示すある１つの極性 の・母ルスを選択し、該選択された・ぐルスを積分することにより前記残留誘導 の大きさが決定される、移動している延びた強磁性試料の機械的特性を磁気的に 測定する方法により達成される。

また本発明の目的は、磁化用・９ルス発生器、試料を包囲し該試料に沿って配置 され前記磁化用・ぐルス発生器の出力に逆並列な関係をもって接続されている磁 化用コイル、及び前記試料を包囲し残留誘導の傾斜を電気信号に変換するのに適 し指示計に接続された測定回路に接続されているトランスデー−ザを具備する移 動している延びだ強磁性試料を磁気的に試験するだめの装置において、本発明に もとつき、前記測定回路がキー、該キーに直列に接続された積分器及び前記トラ ンスデユーサの出力信号が零であるとされる時点を選択するのに適した比較回路 を具備し、該比較回路が前記トランスデー−サに接続された入力を有し、その出 力が前記キーの制御入力に電気的に接続されている、移動している延びた強磁性 試料を磁気的に試験するための装置により達成される。

前記キーの制御入力との前記比較回路電気的接続が好適には制御ユニットを通し て行なわれ、前記積分器の出力が前記積分器の出力信号が萼である時点を選択す るように適した他の比較回路を通して前記制御ユニットの他方の入力に接続され 、前記制御ユニットの他方の出力が制御される電流発生器を通して前記積分回路 の他方の入力に接続されていることが好適である。提案された装置のそのような 変形形態は大きな周囲温度差における試験結果の再現性を向上させることができ 、装置の雑音耐性を良好にする。

提案された方法及び装置は試験結果の精度に関係する試料速度及び振動による試 料の変位の影響を排除し、磁気的試験の製品の範囲を拡大させることを可能にす る。本発明及び装置によ′り得られる試験結果は残留誘導ス、ｌ？ノドのノ９ラ メータによりてのみ決定され、それ故試料の機械的特性を高精度で表わす本発明 は添付図面に示された実施例に関連づけて下記により詳細に説明されるが、 第１図（、）は本発明にもとづく磁区における試料にそった残留誘導傾斜の分布 曲線を表わしており、第１図（ｂ）は本発明にもとづく磁区における残留誘導傾 斜の分布を図解しておシ、 第２図は提案された装置のブロックダイアグラムであり、 第３図は本発明にもとづく試料の種々の速度におけるトランスデー−サの出力に おける信号を表わしておシ、 第４図は第２図に図示の装置の動作を図解するタイムチャートであり、 第５図は提案された装置の他の変形形態を示しており、 第６図は第５図に図示の装置の動作を説明するり本発明の本質は下記の記述から 明瞭にされる。試料は残留誘導のスポットを発生させるためノぐルス状磁界によ り磁化される。第１図（ａ）は対向方向において飽和するまで磁化され、試料に 沿って相互に接近して配置された領域を有するこのスポットの構造を図解してい る。この誘導スポットの構造を表わす関数Ｂ＝Ｂ←）が本発明の本質を充分理解 する目的で後で用いられる。試料が移動している場合関数Ｆ←）−ｄＢ←）／ｄ ｘ　（第１図（ｂ））として表わされる残留誘導の傾斜は電気信号ε＝ε（１） に変換されるが、ここでε（１）は上記傾斜を電気信号に変換するだめのトラン スデー−サの誘起起電力である。そのようなトランスデユーサとしては、例えば 下記に述べる提案された装置内に一体化された測定用誘導コイルであり得る。

ファラディの誘、導法則にもとづき誘導コイルの誘起起電力ε（１）は、コイル と結合された磁束量の時間変化として表わされる与えられた関数φ（１）の正確 な微分である。

従って与えられた時間間隔（Ｔ１＃Ｔ２）における関数ε（１）の積分は単に瞬 間時間Ｔ１とＴ２における関数φ（１）によシ決定される。二つ、−トン・ライ ブ二ノツの式から次の通りである。

提案された方法によれば、試料の速度に係りなく、瞬間時間ＴＩはトランスデー −サを通して成る方向（第１図（ａ）及び（ｂ）における区分Ｘ２）において磁 化された試料の部分の通過に対応し、瞬間時間Ｔ２は対向する方向（区分Ｘ＋　 ）において飽和するまで磁化された試料部がトランスデー−サを通過することに 対応している、その理由としてはこれらの瞬間においては試料の速度に係わシな くトランスデー−サからの信号が零に等しい（その極性が反転されている）から である。それゆえ１つの極のパルスがトランスデー一ザの信号から選択されると 、積分され、次式が得ここでφ（Ｘ２）二φ（ＴＩ）＝φは（積分の開始する） 瞬間時間Ｔｌｓすなわち残留磁束が試験体の区分Ｘ２を横切る時間においてトラ ンスデー−ザを通過する磁束であり、 φ（Ｘｘ）＝φ（Ｔ２）−−φは（積分の終了する）瞬間時間Ｔ２、すなわち残 留磁束が試料の区分Ｘ１を横切る時間においてトランスデー−ザを通過する磁束 であシ、 Ｂｒは区分についての残留誘導の分布関数であり、Ｋはトランスデユーサのノｅ ラメータ及び積分装置により決定される一定係数である。

従って得られた関係はトランスデー−サの全区域にわたる振動により生じる試料 の軸方向の変位を包含していない、その理由としては瞬間時間Ｔ１及びＴ２にお いて（区分Ｘ２及びＸｌとして）コイルと結合している全磁束が実際に試験体の 内側に集中されているからである。上記関係はトランスデ・−−サを通って移動 する試料の速度に依存しない。出力信号は試料の残留誘導の量及びその区分の形 状（換言すれば試験体における残留磁束量）によってのみ決定される。

提案された方法は第２図に図示の装置により実施され得る。この装置は磁化パル ス発生器１を具備しておシ、その出力が磁化コイル２に並列して接続されている 。コイル２は試料３に沿って配置され、試料を包囲している。磁気コイル間の距 離は提案された方法が実施される実際の状態に依存して選択される。装置はさら に残留誘導傾斜を電気信号に変換するトランスデユーサを包含している。このト ランスデー−サは好適には測定用コイル４の形態として形成されている。このコ イルは試料３を包囲し、キー５、積分器６及び比較回路７を包含する測定回路に 接続されている。キー５及び積分器６はコイル４に直列に接続されている。比較 回路７は、コイル４からの信号が零レベルを通過する際その瞬間時間を選択する ように適しておシ、コイル４に接続された入力を有している。比較回路７の出力 はキー５の制御電極と電気的に接続されている。測定回路は積分器の出力に接続 される任意の適切な記録装置に接続することができる。

当該装置は下記の如く動作する。磁化パルス発生器１は、磁化用コイル２に印加 するパルスを発生し、該・やルスに応答して磁化コイルは試料上に残留誘導スポ ットを形成する（第１図（ａ））。そのようなスポットが所定の周期で定期的に 又は時折のいずれか形成され得るということは自明である。

試料３が測定用コイル４を通過するとき残留誘導スポットが信号ε（１）を発生 させるように測定用コイルを作用させる。瞬間Ｔ１において成る方向において飽 和するまで磁化された部分が測定用コイル４を通過し比較回路７がキー５を開く ように作動する。

積分器６が測定用コイル４から印加された信号を積分することを開始する。瞬間 Ｔ２において比較回路７は再びキー５を閉じるように作動する。その結果として 、積分器６の出力電圧が時間間隔（’ｒ、　ｔ　Ｔ２　）内における測定用コイ ル４からの信号の積分値に比例し得る。この電圧は記録され、それから任意の適 切な装置（図示せず）によりインデックスされ、その後積分器がクリアされ、測 定用回路が次の・ぐルスの処理を開始するため準備完了状態となる。積分器６の 出力における電圧のタイムチャートを第４図に図示する。而して記録された信号 の大きさが試料の機・械的特性を決定するのに用いられる。

大きな大気温度差及び装置が大きい雑音を受けている状態における試験結果の再 現性は好適には、下記に開示される変形形態の提案装置を用いることによシ確実 化される。

第５図を参照すると、第２図に図示の装置とは別に、この変形形態の装置はさら に制御ユニット８を包含しておシ、該制御ユニットを通して比較回路７がキー５ の制御入力と電気的に接続されている。積分器６の出力が他の比較回路９を通し て制御ユニット８の他方の入力に接続されており、他方の比較回路９は比較回路 ６の出力信号が零であるその瞬間時間を選択するように適合している。制御ユニ ット８の他の出力は制御された電流発生器１０を通して積分器へ接続されており 、また制御ユニットの出力は時間間隔の間記録する任意の適切な装置に接続する ことができ、その間制御された電流発生器１０が制御ユニット８により付勢され る。

Ｔ１とＴ２は瞬間時間であり（第３図）その時間において対向する方向において 最大に磁化された試験材料における残留誘導スポット領域が測定用コイル４を通 過する。

上記変形形態の装置は下記の如く作動する。移動している試験材料がコイル２に より磁化される。残留誘導スポットの形状が第１図（、）に図示される。試験材 料３の非磁化部が測定用コイル４を通過するときコイルの出力信号は零である。

キー５が閉じられる。制御された電流発生器１０がオフにされる。積分器６の出 力信号は零である。測定用コイル４を通過するときの残留誘導スポットがコイル に前述の誘起起電力を発生させる（第３図）。比較回路７（第５図）が瞬間Ｔ１ において作動する。制御ユニット８はキー５を開放にし測定用コイル４からの信 号が積分器６に印加される。上記積分器の出力電圧が較回路９が装置の雑音耐性 を決定するしきい値をこえて作動する。瞬間Ｔ２において（第３図）、制御ユニ ット８がキー５を閉にし制御される電流発生器１０をターンオンにすることに応 答して比較回路７が再び作動し、それによシ積分器６のキャパシタ（図示せず） が上記制御される電流発生器１０の電流によυ放電される。積分器６の出力電圧 が零の場合、比較器９が動作し制御ユニット８が制御される電流発生器１０をス イッチオンにする。当該装置は次のパルス処理に対し準備状態となる。

この場合試験材料の機械的特性は制御される電流発生器１０の動作時間により決 定される。この時間はディジタル信号に変換され、そして指示計に印加され得る 。制御される電流発生器１０が制御される直流電流発生器、つ場合、その動作時 間は、瞬間時間Ｔ２　（第６図）における積分器６の出力電圧、すな２ わち介１ε（ｔ）ａｔに比例する（積分器６の出力電圧のタイムチャートが第６ 図に図示されている）。上記記述から明瞭な如く、この積分値は、試験材料の速 度に依存しないばかシでなく測定用コイル４の全区域にわたる試験材料の変位に も依存せず、残留誘導スポットのパラメータによってのみ決定される。

上述の方法及び装置は、残留誘導スポットの寸法を表わすデータの読出しにおい て発生し、試験材料の軸方向変位及びこれらの変位についてのトランスデー−サ の信号の非線形依存性によって生じる誤差の減少を可能にする。

さらに提案された方法及び装置は、試験材料の速度を読出す信号の依存性及びそ のライスティングと協働的か誤差を排除する。

本発明によって提案された方法及び装置を用いることによって得られる測定精度 は、例えば任意の断面の巻かれた製品の試験を可能にする、その理由としては試 験材料が対称な断面を必要としないからである。それゆえ本発明はその製造過程 における巻かれる鋼鉄製品及び・ぐイブの機械的特性の試験に好適に用いること ができる。

ＦＩ５．１ 国際調査報告

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．パルス状磁界によシ試料の一部を対向方向において飽和点まで磁化された残 留誘導領域のスポット内に形成させるように磁化する段階、該試料の機械的特性 を判定するために用いられる残留誘導の大きさを決一定する段階を具備する移動 している延びた強磁性試料の機械的特性を磁気的に測定する方法にを変換しこの 信号のうち前記領域間の残留誘導の変化を示すある１つの極性のｉｅルスを選択 し、該選択されたパルスを積分することによシ前記残留誘導の大きさが決定され ることを特徴とする、移動している延びた強磁性試料の機械的特性を磁気的に測 定する方法。 ２、磁化用パルス発生器、試料を包囲し該試料に沿って配置され前記磁化用・ぐ ルス発生器の出力に逆並列な関係をもって接続されている磁化用コイル、及び前 記試料を包囲し残留誘導の傾斜を電気信号に変換するのに適し指示計に接続され た測定回路に接続されているトランスデユーサを具備する移動している延びた強 磁性試料を磁気的に試験するだめの装置において、 前記測定回路がキー（５）、該キーに直列に接続された積分器（６）及び前記ト ランスデー−サ（４）の出力信号が零であるとされる時点を選択するのに適した 比較回路（７）を包含し、該比較回路（７）が前記トランスデー−サ（４）に接 続された入力を有し、その出力がｙＪ記キー（５）の制御入力に電気的に接続さ れていることを特徴とする、移動している延びた強磁性試料を磁気的に試験する だめの装置。 ３、前記キー（５）の制御入力との前記比較回路（７）の電気的接続が制御ユニ ット（８）を通して行なわれ、前記積分器（６）の出力が前記積分器（６）の出 力信号が零である時点を選択するように適した他の比較回路（９）を通して前記 制御ユニットの他方の入力に接続され、前記制御ユニット（８）の他方の出力が 制御される電流発生器（１０）を通して前記積分回路（６）の他方の入力に接続 されていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の装置。