JPS6026180B2 - 電磁気的非破壊探傷方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は金属材料の傷を電磁気現象を応用して非破壊
的に検出する非破壊深傷装置に関するものである。

一般に金属材料に発生する傷を電磁気現象を応用して深
傷する方法としては、電流を被検査材である金属材料中
に流し傷の存在によって生じる電流の乱れを検出コイル
のインピーダンスの変化として検出する渦流探傷法、ま
たは被検査材である金属材料（ただし磁性体に限られる
）に磁界を印加し、傷の存在によって生じる傷部からの
磁束のろうえし、を検出する磁気的探傷法、とくに自動
的に探傷する方法として、感磁性素子により、傷部から
のろうえし、磁束を直接電気信号に変換する方法等があ
り、それぞれ被検査材の形状や製造工程に相応して応用
され、広く利用されているところである。

しかるに最近の傷検出能力ならびに深傷能率（速度）の
向上に対する要望は各種金属材料において、品質ならび
に信頼性向上のため全数精密検査の立場から益々高度な
ものへ移行しつつある。

さらに傷の種類によってほとんど問題とならないものも
あれば、重大事故につながる場合もある。すなわち傷の
種類別の欠陥検出を行なうことが重要となる。これらの
諸問題に対処するには、傷検出能力の向上に対しては検
出端の小形化や探傷信号処理回路の高速化や安定化の努
力がそれぞれ目的に応じて個別に成されている。

しかしながら検出端の小形化と探傷能率とは相反する条
件となり、これを解決するには検出端の被検査材へのよ
り正確でかつ高速の追随走査、および深傷信号処理回路
のより高速化によって対処する以外に方法がなかった。
また傷信号の分類に対しては決定的な良い方法はなく、
複数種類の優に相応して複数種類の検出端で同一の被検
査材を何度も深傷するのが最も信頼性が高いとされてい
る。この場合は深傷能率が悪く、かつコストが高くつく
などデメリットがありこれらの目的に対処する能率的な
方法が強く望まれていた。この発明は以上にかんかみ発
明されたもので、傷検出能力と探傷能率との向上を同時
に解決するとともに、傷の種類を分類して探傷すること
も可能にしたまったく新しい電磁気的深傷方法ならびに
装置を提供しようとするものである。

すなわち、高周波電流を通じた検出コイルの近傍にて、
そのコイルの作る磁界内の複数点またはそれらの各点を
含む複数の等磁位線上に多重に磁芯を配備するとともに
、それらの各磁芯を固定または等磁位線上において運動
させつつ被検査材に近接走査させるようにしておき、そ
れぞれの磁芯の直下における被検査材中に生じる渦電流
の状態および被検査材の傷部からの磁束のろうえい状態
をそれぞれの磁芯によって検出コイルのインピーダンス
の変化として効率的に変換させるとともにこの検出コイ
ルのインピーダンス変化を検知することにより深傷動作
を行なわせるようにしたものである。

つぎに、この発明の深傷方法ならびに装置を図に示す実
施例によって説明する。

第１図はこの発明の要部である磁芯を多重に有する検出
コイルの中、円形状検出コイルの内部に２重に磁芯が配
置された検出コイルの平面図、第２図は同じく円形状コ
イルの内部と外部に２重に磁芯が配置された検出コイル
の実施例を示す。第１図および第２図において１は円形
状検出コイル，２，２′，２″・・・・・・，３，３′
，３″・・・・・・４，４′，４″……，および５，５
′，５″……は検出コイル１と同心円上の等磁位線Ｃ２
，Ｃ３，Ｃ４およびＣ５に配置された磁芯をそれぞれ表
わし、第１図および第２図はそれぞれ磁芯を多重に有す
る検出機構を構成している。

第１図の検出コイルをさらに詳しく説明すると等磁位線
Ｃ２上とＣ３上に配置した磁芯はその形状を異にしてお
り後述するキズの種類に相応するよう工夫されている。
（もちろん同一形状のものでもよい。）第２図は検出コ
イル１の外部と内部、すなわち等磁位線Ｃ４上とＣ５上
とで磁芯の形状は同一の場合を示しているが、第１図と
同様その形状を異にしても一向に差支えない。第２図の
最も特徴とするところは、１つの等磁位線上、例えばＣ
４上の磁芯４，４′，４″……は検出コィルーに対して
固定されており、もう１つの等磁位線Ｃ５上の磁芯５，
５′，５″・・・・・・はその円軌道Ｃ５上を回転運動
させることにある。さて、前述のような検出コイル１に
高周波電流を流すとき、検出コィルーの作る磁界によっ
てＣ２，Ｃ３，Ｃ４およびＣ５上の磁芯は強化され、磁
芯２，２′，２″・・・・・・，３，３′，３″・・・
・・・，４，４′，４″・・・・・・，および５，５′
，５″内の磁束密度はその透磁率に相応して増加すると
ともにそれらの滋芯に近接している被検査材（図示せず
）の表面においてそれぞれの磁芯の直下だけ局部的に磁
束密度が高い状態となる。

この被検査材表面における局部的な磁束の方向は、被検
査材表面（図面と平行な面）に垂直な成分と水平な成分
を合わせ有している。これはどの磁芯２，３，４，５も
検出コイル１の中心に配置されていないためである。（
磁芯が検出コイル１の中心に配置された場合は垂直成分
だけとなる。）これらの磁束の中、垂直成分の磁束は被
検査材の磁心直下の部分に局部的な渦電流を議発し、キ
ズの到来によって渦電流の分布が乱される。一方水平成
分の磁束は被検査材の表面または表面下に存在するキズ
によってろうえい磁束を生じる結果となる。これらのキ
ズによる磁束の変化は、各磁心内部の磁束密度を変化さ
せる。

検出コイル１はこれらすべての磁芯をその磁界内に包含
しているから検出コィルーのインピーダンスの変化とな
って現れ、このインピーダンスの変化を検知すればキズ
の検出ができるようになる。この発明による探傷方法で
は複数の等磁位線上に磁芯を配置するので、各等磁位線
上毎に深傷感度が異ることになるが、多重に磁芯を配置
する最大の目的は多種類のキズを同時的にそれぞれ感度
よく検出することにある。

すなわち第１図の検出コイルではＣ２上に配置した小さ
な磁芯は面積の小さな点状、または線状のキズを感度よ
く検出し、一方Ｃ３上の大きな磁芯はへゲキズや凹み等
面積の大きなキズの検出に有利であり、それらを同時的
に検出するのに最適である。すなわち磁芯の先端の形、
大きさ（すなわち形状）が複数種類で構成されているか
らである。１つの等磁位線におけるそれぞれの磁芯の先
端形状を異ならせることもできる。

また、第２図の検出コイルではＣ４およびＣ５を等磁位
線に選びＣ４上の磁芯を固定しＣ５上の磁芯をそのまわ
りに回転するようにすればＣ４上の磁芯は被検査材との
走査方向に対して直角すなわち横キズの検出に有利であ
るし、一方Ｃ５上の回転磁芯は主にたてキズの検出に有
効となり、この場合は多方向キズを同時的に検出するの
に最適となる。第２図に示す実施例のように各等磁位線
上の滋芯が固定または運動状態を共存する場合はそれら
が相互干渉しないように注意を要する。つぎにこの発明
の実施例装置を第３図によって説明する。

第３図はこの発明の実施例装置のブロック図でＩＡおよ
びＩＢは前記深傷法に係る同一の２個の多重に磁芯を有
する検出コイル、６は被検査材である平面状金属体、７
は差敷検出回路、８は増幅器、９および９′は位相弁別
または周波数弁別等の行なえる２系列の信号解析器をそ
れぞれ表わす。検出コイルＩＡおよびＩＢは前記深傷方
法において詳述したようにそれぞれ多種類のキズ信号を
含んだ深傷信号を刻々発しつつ、被検査材６を走査深傷
する。

この２つの検出コイルＩＡおよびＩＢは交流ブリッジ等
差動的に検出する差動検出回路７により被検査材６にキ
ズが存在しないとき、その深傷出力信号が零になるよう
にしておく。さて、このような被検査材６と検出コイル
ＩＡおよびＩＢとの走査探傷糊態において、検出コイル
の磁芯の直下にキズが到釆すると前述の探傷〆カニズム
によって差勤倹出回路７に出力すなわちキズ信号が現わ
れる。この深傷信号は前述のように検出コイルに流す高
周波電流に呼応して高周波電圧として検出することがで
き、この深傷信号は増幅器８で増幅した後、位相弁別に
よる信号解析を行なうことが可能となり、さらに深傷信
号の周波数成分を弁別してＳ／Ｎ良好なキズ検出を行な
わせることができる。９および９′は、上記信号解析を
行なわせる信号解析器を示しこれを２系列備えているの
は検出コイルＩＡまたはＩＢが２重（多重）の磁芯を有
し２種（多種）類のキズ信号を含んでいることに相応し
てそれぞれ最適な信号解析を行なわせるようにするため
である。

以上の実施例では検出コイルの形状として円形状の例を
示したが円形に限定されるものではなく、被検査材の形
状や深傷の目的に応じて自由に設計すればよい。

また、磁芯の先端形状はすべて円形の例を示したが、キ
ズの形状たとえば線状の横方向キズの場合は横長の長方
形にするなど探傷目的に応じて最適の設計をすることが
できる。

また第１図の磁芯配置の検出コイルにおいて磁芯全体を
検出コイル１に対して、等磁粒線Ｃ２およびＣ３上にお
いて等速回転運動させる実施例が考えられる。

この場合は、この検出コイルと被検査材との相対的走査
探傷速度に影響されずに探傷信号の周波数弁別を容易に
する効果が生じる。以上詳述したように、この発明は検
出コイル近傍の複数の等磁位線上に多重に磁芯を配置す
るようにしたので、前記のように渦流探傷と磁気的探傷
の２つの探傷方法を具備するとともに、１つの検出コイ
ルだけで、従来的この種電磁気的深傷方法に較べて検出
感度をまったく低下させず、かつ同時的に広範囲の深傷
が可能となった。さらに磁芯の多重配置の最大の効果と
してキズの種類別に探傷および信号解析が可能となり、
多目的のキズ検出が同時的に行なえ探傷技術を画期的に
向上させることを保障する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の要部である検出コイルの実施例を示
す図で、円形状検出コイルとその内部に多重に配置した
磁芯の形状と位置関係を示す平面図、第２図は検出コイ
ルの他の実施例を示す図で、円形検出コイルの内外に配
置した磁芯とその位置関係を示す平面図、さらに第３図
はこの発明による実施例装置のブロック図である。 １，ＩＡ，ＩＢ…検出コイル、２，２′，２″，３，３
′，３″，４，４′，４″，５，５′，５″・・・・・
・磁芯、６・・・・・・被検査材、７・・・・・・差動
検出回路、８・・・・・・増幅器、９・・・・・・位相
弁別回路（周波数弁別回路）。 髪’四 多２図 窮３函

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被検査材に近接して設置した検出コイルの近傍にて
   、その幾可学的中心を除く任意の複数点、またはそれら
   の各点を含む複数の等磁位線上の多点に磁芯を配備し、
   この磁芯および検出コイルと被検査材とを相対的に移動
   走査させるようにして、この検出コイルのインピーダン
   スの変化を検知することにより被検査材の欠陥を検出す
   るようにしたことを特徴とする電磁気的非破壊探傷方法
   。 ２ 検出コイルの近傍でかつその幾可学的中心を除く任
   意の複数点のいくつかの点を含む等磁位線上における磁
   芯はこれを検出コイルに対して相対的に変位すべく運動
   させるとともに、他の複数点の各点を含む等磁位線上に
   おける磁芯は固定させるようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の電磁気的非破壊探傷方法。 ３ 複数等磁位線の任意の１つに複数個配置した磁芯の
   先端形状が複数種類で構成されているか、または１つの
   等磁位線上には同一種類の先端形状の磁芯が配置され他
   の等磁位線上には別の同一種類の先端形状の磁芯が配置
   されるようにして複数種類の先端形状の磁芯で構成され
   複数種類の欠陥を探傷するようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の電磁気的非破
   壊探傷方法。 ４ 被検査材に近接して設置した検出コイルの近傍にて
   その幾可学的中心を除く任意の複数点またはそれらの各
   点を含む複数の等磁位線上の多点に磁芯を配備するとと
   もに前記磁芯をそれぞれの等磁位線上にて検出コイルに
   対し相対的に変位すべく運動させるようにしこの運動す
   る磁芯を有する検出コイルのインピーダンスの変化を検
   知することにより被検査材の欠陥を検出するようにした
   ことを特徴とする電磁気的非破壊探傷方法。 ５ 複数等磁位線の任意のつに複数個配置した磁芯の先
   端形状が複数種類で構成されているか、または１つの等
   磁位線上には同一種類の先端形状の磁芯が配置され他の
   等磁位線上には別の同一種類の先端形状の磁芯が配置さ
   れるようにして複数種類の先端形状の磁芯で構成され複
   数種類の欠陥を探傷するようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第４項記載の電磁気的非破壊探傷方法。 ６ 被検査材に近接して設置された検出コイルと、この
   検出コイルの近傍にてその幾可学的中心を除く任意の複
   数点またはそれらの各点を含む複数の等磁位線上の多点
   に多重に配備された磁芯とからなる検出機構を２個設け
   るとともにそれらを差動的に検出する差動検出回路と、
   この差動検出回路からの探傷信号をそれぞれ個別に解析
   する複数個の信号解析回路とを備え有し、複数種類の傷
   を前記検出コイルからの探傷信号で個別にかつ同時に検
   出し探傷するようにしたことを特徴とする電磁気的非破
   壊探傷装置。