JPS5883253A - 渦電流探傷装置 - 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】 本発明は、探傷装置に係わり、特に渦電流探傷装置に関
する。

渦電流探傷法は電磁誘導探傷法とも呼ばれ交流を流した
コイルと被検体金属との電磁誘導作用を利用して傷（疵
）等の欠陥の有無を検査する方法であり、高速度の検査
を行うことができるものである。

従来より知られている渦電流探傷装置の１例として第１
図に自己比較形コイル方式によるものを図において、被
検体１の表面を探査可能に自己比較形コイル３八〜３Ｄ
から形成されるプローブ３が被検体１に近接させて設け
られている。この自己比較形コイルの励振コイル３Ａお
よび３Ｂは励振用発振器４に接続されておりピックアッ
プコイル３Ｃおよび３Ｄは差動結線され増幅・検波器５
に接続されている。

被検体１の疵を探査するにあたり、被検体１およびグロ
ーブ３とを相対的に移動させながら、励振用発振器４に
よシ、励振コイル３Ａ、３Ｂを高周波（約ＩＫＨｚ〜Ｉ
ＭＨ２程度）で励磁し、被検体１の表面に渦電流を発生
させる。渦電流は疵２等により乱されるため、磁束分布
がアンバランスとなり、この磁束分布の乱れを針信号と
してピックアップコイル３Ｃ，３Ｄにより検知する。針
信号は前記励振高周波の振幅・位相変調波としてピック
アップコイル３Ｃ，３Ｄから出力されるので、増幅・検
波器５により、その振幅１位相変化分をベクトル化して
検波・抽出して増幅する。この増幅・検波器５から出力
される針信号はノイズ分を含む第１図（Ｂ）に示す針信
号波形のようなものであり、ピックアップコイル３Ｃ，
３Ｄが差動結線されていることから、１つの疵２に対し
て正弦波状の１サイクルの波形を有する針信号ＳＡとし
て得られる。このようにして、被検体１の表面を順次プ
ローブを移動させて探査させることにょシ疵などの欠陥
部の検知を行っている。

しかし、上述したように増幅・検波器５から出力される
針信号には、電源誘導ノイズ（周波数５０／６０Ｈ２）
、被検体の材質変化および表面粗度に係わるノイズ、プ
ローブと被検体間の間隔変動に伴うノイズ、リフトオフ
等のノイズ、およびランダムノイズなどのノイズ分が多
く含まれている。従って、゛この信号から直接に疵を検
知・解析することが困難であることから、従来、真の針
信号を抽出するための手段がさまざま考案され且つそれ
らを組み合わせてＳＮ比を高めることが行われている。

まず、一般に、探傷装置全体としての針信号検出過程お
よび信号処理過程におけるノイズ発生要因を除去するこ
となどが図られている。例えば自己比較形コイル方式を
用いることにょシリフトオ７等のノイズ分除去や磁気飽
和による透磁率のバラツキ除去、および位相分離法によ
る針信号の抽出や自動バランス方式によるオフセットの
除去ならびに低周波ノイズ分の除去などが行われている
。

そのうえで、フィルタを用いて周波数分離を行うことに
よりノイズを除去または減少させてＳＮ比を高める信号
処理が通常行われている。

第２図（４）に通常のフィルタを用いた周波数分離によ
る信号処理回路の構成図を示す。

第２図において、増幅・検波器５は第１図図示のものと
同一の構成・機能を有するものであシ、図示していない
プローブから検出された針信号が入力されている。この
増幅・検波器５の出カ疵信号Ｓｈは低域通過フィルタ（
以下ＬＰＦと略す）１０に入力されておシ、該ＬＰＦＩ
Ｏにより、真の針信号よシ高い周波数のノイズ分が除去
される。

このＬＰＦＩＯの出カ疵信号は高域通過フィルタ（以下
ＨＰＦと略す）１１に入力されており、このＩＩＰＦＩ
Ｉにより、真の針信号より低い周波数のノイズ分が除去
される。これにより、ＨＰＦＩＩからは第２図■に示す
ように比較的明瞭な波形を有する針信号ＳＢが出力され
る。このようにして針信号Ｓｍの電圧レベルにより疵２
の大小などの判別を行っている。

しかしながら、被検体を移送させながらプローブで探傷
を行う方法においてその移送速度が遅いとプローブと被
検体との相対速度（探傷速度）が小さくなるので針信号
の周波数が例えば０．　Ｉ　ＨＺ〜５Ｈｚ程度と低くな
ることがある。このように針信号周波数が低くなると、
同じような低周波のノイズとの判、別が困難となり、従
来のＬＰＦおよびＨＰＦによる周波数分離だけでは真の
針信号を明瞭に検出することができな！という欠点があ
った。しかも、熱間スラブなどの表面疵探傷を行おうと
するものにあっては、耐熱上の点からグローブとスラブ
表面間の間隔を１０’＋ｏ＋程度離さなければならない
ので検出される針信号のレベルが小さく、またスラブ表
面の粗い凹凸によるノイズ信号が含まれるので、真の針
信号がノイズに隠されてしまうことがあり、上述した従
来の周波数分離だけでは熱間スラブ表面の疵の判別を行
うことが困難であった。

本発明の目的は、針信号と類似するノイズを効果的に除
去してＳＮ比を大幅に向上させ、熱間スラブ等の如き表
面の粗い被検体であっても高精度で疵を検出する渦電流
探傷装置を提供することにある。

本発明は、プローブにより検出され、検波および周波数
分離して得られる針信号を自己２乗演算する乗算器と該
乗算器の出力信号を積分する低域通過フィルタとからな
る信号処理回路を通すことにより、針信号に類似するノ
イズを効果的に離去してＳＮ比を向上させようとするも
のである。

まだ、検出される針信号が１サイクル波形を有するもの
にあって叫、検波および周波分離された針信号を半サイ
クル遅延させた遅延疵信号と遅延されない針信号との積
をとる乗算器と、・該乗算器の出力信号を積分する低域
通過フィルタとからなる自己相関フィルタを通して針信
号の処理を行うことにより、針信号の周波数と異なる周
波数のノイズを効果的に除去し且つ１サイクル波形を有
しないランダムノイズなどを完全に除去しようとするも
のである。

以下、本発明の図示実施例に基づいて説明する。

第３図〜第８図に本発明の実施例が示されており、図中
第１〜第２図図示従来例と同一の符号の付されたものは
同一の構成・同一の機能を有するものである。

第３図囚は本発明の第１実施例を示すものである。

図示したように、ＨＰＦＩＩの出力端子は分岐されて乗
算器２１の２つの入力端子に接続されている。

このような構成とすることにより、図示していないプロ
ーブで検出された針信号は増幅・検波器５、ＬＰＦＩ　
Ｏ，ＨＰＦＩ　１により、検波および周波数分離による
信号処理がなされ％ＨＰＦＩＩから出力される針信号８
Ｂは比較的ノイズ成分より大きなものとなっている。こ
の針信号Ｓｓは入力される２つの信号の積演算を行う機
能を有する乗算器２１によシ２乗演算されるので、針信
号が増幅されノイズは圧縮されてそれらの相対的レベル
差は顕著なものとなる。この乗算器２１から出力される
高調渡分を含む針信号は時定数の長いＬＰＦ２２により
積分され、第３図（５）に示すような明瞭な針信号Ｓｃ
が得られる。

従って本実施例によれば、周波数分離処理により針信号
がわずかにノイズよりも大きいレベルになっている場合
には、そのレベル差を効果的に増大させることにより、
ＳＮ比を向上させることができる。

第４図囚は本発明の第２実施例を示すものであり、グロ
ーブによシ検出される針信号が１サイクルの波形を有す
るものに好適なものである。

図において、第３図図示の第１実施例と異なる点は１乗
算器２１の一方の入力疵信号が遅延素子３１を通して入
力されていることにある。遅延素子３１は針信号をその
針信号の半周期τだけ位相を遅らせるものでちる。

プローブにより検出される針信号の周波数はプローブの
探傷速度即ちプローブが固定して設置されて被検体を移
送しながら探査するものにあっては被検体の移送速度、
また被検体を固定しておきプローブを移動させながら探
査するものにあってはプローブの移動速度、もしくはプ
ローブと被検体を共に移動させながら探査するものにあ
ってはそれらの相対速度と、さらにまた、自己比較形に
あっては２個のピックアップコイル（前記の３０゜３Ｄ
）の間隔との関係によって定まってくるものである。ま
た、プローブが前述したような自己比較形コイルの場合
の針信号は１サイクル半形を有するものとなっている。

このような、１サイクル波形の針信号が検出される□場
合は、増・幅・検波器５にて増幅検波した後、ＬＰＦＩ
ＯとＨＰＦＩＩとで針信号周波数成分を分離抽出するこ
とによシ、ＨＰＦＩＩからは第５図（４）に示す波形の
針信号が出力される。この針信号は遅延素子３１により
半周期τだけ遅延され第５図■に示す波形の遅延疵信号
８（Ｔ−τ）として乗算器２１に入力される。

乗算器２１では、この遅延された針信号５（Ｔ−τ）と
遅延されない針信号Ｓ　（Ｔ）との積演算が実行され、
針信号を負極性信号に転換させて第５図（０に示す波形
を有する針信号８（Ｔ）・５（Ｔ−τ）を出力させる。

この針信号は時定数の長いＬＰＦ２２で次式（１）に示
す積分の近似積分が実行され、第４図■に示すような明
瞭な針信号ＳＤとなって出力される。

Ｓｏニア　　８（Ｔ）・８（Ｔ−τ）ｄＴ　・・・・−
・（１）ここで１式（１）に示す積分を完全に行わせる
とオフセットやドリフト等の影響を受けやすいことから
１本実施例のように低域通過フィルタＬＰＦ２２の積分
機能を利用するのが好適である。

従って、本第２★施例によれば、針信号とこの針信号を
半周期遅延させた遅延疵信号との自己相関をとる自己相
関フィルタにより針信号の処理を行うことにより１周期
性および１サイクル波形を有していないノイズは完全に
除去され、また、針信号の周波数と異なる周波数の周期
性ノイズは。

大幅に抑制され且つ針信号は乗算により増幅されること
から、ＳＮ比が大幅に向上され、熱間スラブ等の如く表
面の粗い被検体であっても高精度で疵を検出することが
できる。

なお、上述の第２実施例においては、針信号の周波数が
一定部ち探傷速度が一定の場合の実施例について説明し
たが、この探傷速度が任意に可変制御される探傷装置の
場合には各フィルタの遮断周波数および遅延素子の遅延
時間τはその探傷速度に対応させて制御されなければな
らないことは言うまでもない。

そこで、探傷速度が任意に制御される探傷装置に適用さ
れる実施例を第６図および第７図に示す。

第６図は本発明の第３実施例の探傷装置の全体構成図を
示しており、移送されている被検体の探傷を行うもので
ある。

図示したように、被検体１は移送可能に搬送用ローラ４
１上に設置されている。被検体１の移送速度を検出可能
ならしめるように速度検出器４２が搬送用ローラ４１に
係合させて設けられている。

この速度検出器４２は検出された移送速度から針信号の
周波数を算定し、この周波数に基づいて。

ＬＰＦＩｏ、２２およびＨＰＦＩＩの遮断周波数および
遅延素子３１の遅延時間τを設定している。

これにより、前記第４°図図示の第２実施例へ同様に針
信号処理を行わせることができる。

従って、本実施例によれば、前記第２実施例の効果に加
えて探傷速度が任意に制御されても、あるいは探傷速度
が変動しても実際の探傷速度に対応させた針信号処理を
行うことができるという効果がある。

第７図には本発明の第４実施例が示されており、プロー
ブを回転移動させる回転探傷方式の探傷装置である。

図示されたように、プローブ３Ａおよび３Ｂは被検体１
と平行に設けられるアーム５１の両端に固定して取付け
られており、このアーム５１の中心部には駆動モータ５
３が回転軸５１Ａを介して係合されている。この駆動モ
ータ５３はモータ制御回路５４に接続され、とのモータ
制御回路５４は回転速度検出器５５に接続されている。

またグローブ３Ａは信号伝送器５２を介して増幅・検波
器５に接続されている。プローブ３Ｂも図示していない
が同様に信号処理されるように形成されている。

このように構成されており、駆動モータ５３を運転して
アーム５１を回転させることにより、プローブ３Ａ、３
Ｂは円軌道上を移動されて被検体１面を順次探傷する。

また、被検体１は停止状態又はプローブ３Ａ、３Ｂの回
転速度に比して十分遅い移送速度で移送されている。こ
のように、回転により移動されるプローブ３Ａで検出さ
れた疵信号は信号仮象器５２により回転部から固定され
て設けられる増幅・検波器５へ伝送される。一方。

回転速度検出器５５は駆動モータ５３の回転速度を検出
し、この検出速度から探傷速度に対応した疵信号の周波
数を算定し、この周波数に基づ、いてＬＰＦＩｏ、２２
およびＨＰＦＩＩの遮断周波数これにより、前記第４図
図示の第２実施例と同様に疵信号処理を行わせることが
できる。

従って５本実施例によれば、前記第６図図示第３実施例
と同様な効果があり、また、被検体を固定したままで探
傷できるという効果がある。

また、本実施例において、上記遅延時間τをプローブが
１回転する周期時間に設定し、繰り返えし同−疵を探傷
させれば、同−疵に対し２回以上自己相関をとることが
できることから、更に探傷の検出精度を向上させること
ができる。

第８図は本発明の第５実施例の構成図を示しており、第
７図図示第４実施例の応用例を示すものである。

第８図に示すように、プローブ３Ａとプローブ３Ｂは所
定の角度差を有して取付けられているものとする。プロ
ーブ３Ａ、３Ｂを回転移動させることにより被検体上の
疵は図示矢印の方向に移動される。プローブ３Ａにより
検出される疵信号は増幅・検波器５Ａ、ＬＰＦＩ　ＯＡ
、ＨＰＦＩ　ＩＡを通して検波および所定の周波数によ
り周波数分離され、遅延素子３１Ａによりプローブ３Ａ
とプローブ３Ｂとの取付角度差と回転速度に応じて位相
が遅延されて乗算器２１に入力される。一方、プローブ
３Ｂにより検出される疵信号は上述と同様に増幅・検波
器５Ｂ、ＬＰＦＩＯＢ％ＨＰＦ１１Ｂを通して検波およ
び所定の周波数により周波数分離されて乗算器２１に入
力される。乗算器２１でそれらの疵信号の乗算が行われ
ＬＰＦ２２により積分される。即ち、プローブ３Ａおよ
びプローブ３Ｂにより検出される疵信号の相互相関をと
る信号処理方法であり、基本的には前述した第４図図示
の第２実施例で説明した自己相関フィルタと同様のノイ
ズ除去法である。従って１本第５実施例によっても、前
記第２実施例と同様の効果を得ることができる。

みお、上述した第１〜第５実施例において、ＬＰＦＩＯ
およびＨＰＦＩＩから形成される周波数分離回路は一種
の帯域通過フィルタとしての機能を有したものであるが
、最終段に設けられる積分器としてＬＰＦ２２を用いた
場合にはＬＰＦｌｏは必らずしも必要ではない。

以上説明したように１本発明によれば、疵信号と類似す
るノイズを極めて効果的に除去して８Ｎ比を大幅に向上
させることができることから、熱間スラブなどの如く表
面の粗い被検体であっても高精度で疵を検出できるとい
う著しい効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（３）は従来例の探傷装置の検出部を示す構成図
、同図■はその出力信号波形図、第２図（イ）は従来例
の信号処理回路構成図、同図■はその出力信号波形図、
第３図（４）は本発明の第１実施例の信号処理回路構成
図、同図■はその出力信号波形図。 第４図（イ）は本発明の第２実施例の信号処理回路構成
図、同図■はその出力信号波形図、第５図は第４図図示
実施例の各部の信号波形図、第６図は本発明の第３実施
例の構成図、第７図は本発明の第４実施例の構成図、第
８図は第７図図示実施例の応用例の信号処理回路構成図
を示す。・１・・・被検体、２・・・疵、３・・・プロ
ーブ、４・・・励振用発振器、５・・・増幅・検波器、
１ｏ・・・低域通過フィルタ（Ｌ　Ｐ　Ｆ　）、１１・
・・高域通過フィルタ（ＨＰＦ）、２１・・・乗算器、
２２・・・低域通過フィルタ（ＬＰＦ）、３１・・・遅
延素子。 第　　ｌ　　国 − Ｌ　　　　　　第　７　日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高周波などにより励磁される励振コイルと該励振コ
   イル関連させて設けられるピックアップコイルとから形
   成されるプローブを被検体表面に近接させて該表面上を
   所望とする探傷速度で相対的に移動させ、前記ピックア
   ップコイルに誘起される信号を検波して得られる前記探
   傷速度に対応した周波数を有する疵信号により前記被検
   体の疵などの欠陥を検出する探傷装置において、前記疵
   信号を入力とし該疵信号の周波数成分を通過させるフィ
   ルタと；該フィルタの出力信号を２乗演算する乗算器と
   ；該乗算器の出力信号を積分する低域通過フィルタ鳥；
   から形成される信号処理回路を備えたことを特徴とする
   渦電流探傷装置。 ２、高周波により励磁される励振コイルと該励振コイル
   に関連させて設けられるピックアップコイルとから形成
   されるプローブを被検体表面に近接させて該表面上を所
   望の探傷速度で相対的に移動させ、前記ピックアップコ
   イルに誘起される信号を検波して得られる前記探傷速度
   に対応した周波数を有するサイクル波形の疵信号、によ
   り前記被検体の疵などの欠陥の検出を行う渦電流探傷装
   置において、前記疵信号を入力とし該疵信号の周波数成
   分を通過させるフィルタと；該フィルタの出力疵信号を
   該疵信号の半サイクルに相当する時間遅延させる遅延素
   子と：該遅延素子から出力される遅延疵信号と前記フィ
   ルタから出力される疵信号との積演算を行う乗算器と；
   該乗算器の出力信号を積分する低域通過フィルタと；前
   記疵信号の周波数に応じて前記フィルタおよび低域通過
   フィルタの遮断周波数と前記遅延素子の遅延時間を設定
   する手段と；からなる信号−処理回路を備えたことを特
   徴とする渦電流探傷装置。 ３、高周波により励磁される励振コイルと該励振コイ、
   ルに関連させて設けられるピックアップコイルとから形
   成されるプローブを被検体表面に近接させて該表面上を
   所望の探傷速度で相対的に移動させ、前記ピックアップ
   コイルに誘起される信号を検波して得られる針信号によ
   り前記被検体の疵などの欠陥の検出を行う渦電流探傷装
   置において。 前記グローブが１つの疵に対して所定周期を有する２以
   上の針信号を出力可能に形成され、該針信号の位相を前
   記所定周期の時間遅延させる遅延素子と；該遅延素子か
   ら出力される遅延疵信号と前記針信号との積演算を行う
   乗算器と；該乗算器の出力信号を積分する低域通過フィ
   ルタと；から形成される信号処理回路を備えたことを特
   徴とする渦電流探傷装置。