WO2012141074A1 - 非破壊検査装置 - Google Patents

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magnetic
measurement
nugget
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利彦 窪田
修 川鍋
木村 孝
淳 奥田
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Honda Motor Co Ltd
Nippon Kouatsu Electric Co
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Honda Motor Co Ltd
Nippon Kouatsu Electric Co
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    • G01N27/90Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/9013Arrangements for scanning
    • G01N27/902Arrangements for scanning by moving the sensors

Definitions

  • the present invention relates to a non-destructive inspection apparatus that non-destructively inspects a welded part or the like of an object to be measured.
  • Spot welding is generally used as welding for assembling various thin metal products. Spot welding is a method in which a predetermined current is passed through both electrodes for a predetermined period of time by sandwiching them at a predetermined pressure from the top and bottom with an electrode whose tip is formed in a predetermined shape at the welded part of the metal plate that is overlapped. Thus, the welding site is locally heated and welded.
  • the surface of the welded portion welded by spot welding is recessed compared to the outside of the weld due to pressurization.
  • This dent part is called an indentation part, and the dimension of the dent is called an indentation diameter.
  • the inside of the welded part is formed by a nugget portion (welded portion) and a peripheral crimp portion.
  • the nugget portion is a portion where the metal is once dissolved and solidified.
  • compression-bonding part is a part crimped
  • the dimension of the nugget portion is referred to as the nugget diameter
  • the nugget portion and the crimping portion are collectively referred to as a joint portion
  • the dimension of the joint portion is referred to as a joint diameter.
  • a junction part is a part actually joined.
  • a method for estimating the welding strength by measuring the nugget diameter is effective (for example, see Patent Document 1).
  • a method for measuring a nugget diameter a method is known in which a magnetic field generated by a coil through which a current is applied is applied to a welding site, and the nugget diameter is obtained from a change in the inductance of the coil generated as a result.
  • this property is used to detect a change in the magnetic permeability ( ⁇ ) as a change in inductance. Seeking the nugget diameter.
  • the sensor of the inspection device is arranged with reference to the welded portion that can be visually recognized from the outside.
  • the center position of the recessed part (indentation part) visually recognizable from the outside may not coincide with the center position of the nugget part. This occurs, for example, when the electrode tips do not face each other but face each other at a certain angle during spot welding.
  • the nugget portion is not formed or removed immediately below where the sensor of the inspection apparatus is arranged. It becomes impossible to measure accurately. In such a case, the re-inspection must be repeated by shifting the sensor of the inspection device to various positions, and much labor is required to measure the nugget diameter.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and one of its purposes is to efficiently use the center position of the nugget portion, the nugget diameter, and the like without using a device such as a camera. It is providing the nondestructive inspection apparatus which can test
  • a nondestructive inspection apparatus generates a magnetic flux density by applying a magnetic field to an object to be measured, and is released from a plurality of positions of the object to be measured after the magnetic field is interrupted.
  • the detection processing unit includes a detection processing unit that measures magnetic flux with a magnetic flux detection element, calculates a time constant of a transient change of a plurality of magnetic fluxes, and detects an internal structure of the object to be measured from a distribution state of the time constant.
  • a nondestructive inspection apparatus generates a magnetic flux density by applying a magnetic field to an object to be measured, and is released from a plurality of positions of the object to be measured after the magnetic field is interrupted.
  • the detection processing unit includes a detection processing unit that measures magnetic flux with a magnetic flux detection element, calculates a time constant of a transient change of a plurality of magnetic fluxes, and detects an internal structure of the object to be measured from a distribution state of the time constant.
  • the magnetic flux detection element is configured by arranging a plurality of minute coils in a row, and the detection processing unit arranges the magnetic flux detection element at a predetermined position of the object to be measured. Then, the first measurement may be performed, and the second measurement may be performed by arranging the magnetic flux detection element at a position rotated by a predetermined angle from the predetermined position of the object to be measured.
  • the magnetic flux detection element is configured by a plurality of minute coils arranged in a cross shape in a vertical row and a horizontal row
  • the detection processing unit is configured to measure the magnetic flux detection element in the device under test.
  • the first measurement is performed by the magnetic flux detection elements arranged in a predetermined position of the object, arranged in the vertical row or horizontal row
  • the first measurement is performed by the magnetic flux detection elements arranged in the horizontal row or vertical row.
  • a configuration in which the second measurement is performed may be used.
  • a nondestructive inspection apparatus generates a magnetic flux density by applying a magnetic field to an object to be measured, and is released from a plurality of positions of the object to be measured after the magnetic field is interrupted.
  • the detection processing unit includes a detection processing unit that measures magnetic flux with a magnetic flux detection element, calculates a time constant of a transient change of a plurality of magnetic fluxes, and detects an internal structure of the object to be measured from a distribution state of the time constant.
  • the magnetic flux detection element includes a first magnetic flux detection element and a second magnetic flux detection element, and the first magnetic flux detection element is below the excitation unit, The second magnetic flux detection element is arranged below the excitation unit and in parallel with the other magnetic recovery unit, and the detection processing unit is arranged in parallel with the first magnetic flux recovery unit.
  • the measurement results of the detection element and the second magnetic flux detection element are acquired, three points farthest from the measurement result are extracted to form a triangle, and the perpendicular bisector of two sides forming the triangle Forming a circumscribed circle passing through the three points from the intersection of the perpendicular bisectors calculated for each triangle, and calculating the center position and diameter of the circumscribed circle to form inside the object to be measured
  • the center position of the nugget part and / or the nugget Diameter may be configured to estimate the.
  • the nondestructive inspection apparatus includes an arm unit for gripping the measuring device having the magnetic flux detection element, and the arm unit so that the magnetic flux detection element is disposed at a predetermined position of the measurement object to be measured.
  • the structure provided with the drive control part which moves can be sufficient.
  • the nondestructive inspection apparatus includes a display unit and a display control unit that controls the display unit, and the display control unit includes a center position of the nugget unit formed in the measurement object and / or the display unit.
  • the display control unit includes a center position of the nugget unit formed in the measurement object and / or the display unit.
  • a virtual image of the nugget part may be generated based on the center position and / or diameter of the nugget part and displayed on the display part.
  • spot welding as a method of melting and integrating two or more members.
  • An apparatus for spot welding welds members by passing a large current for a short time while sandwiching two metal plates between rod-like electrodes of pure copper or a copper alloy and pressing them strongly. Further, a slight dent pressed by the electrode is formed on the surface of the welded portion, and a nugget portion (a solidified weld metal) is formed in the inside.
  • the nondestructive inspection apparatus 1 inspects the nugget portion by nondestructive.
  • part welded by spot welding is demonstrated, the welding method is not limited to spot welding.
  • the “internal structure” means a structure that is chemically, physically and mechanically changed.
  • the nondestructive inspection apparatus 1 is an apparatus for inspecting a welded part 3 of an object to be measured 2 (for example, an automobile body) made of a magnetic material.
  • a non-destructive inspection method is used to estimate the presence / absence of the nugget part, the center position and the diameter of the nugget part by measuring the magnetic flux density. Embodiments of the present invention will be described below.
  • the nondestructive inspection apparatus 1 includes a magnetic flux generation unit 16, an induced electromotive force detection unit 17 (magnetic flux detection element), a sensor output switching unit 18, a sensor output control unit 19, and a processing unit 20. (Detection processing unit) and a storage unit 21.
  • the magnetic flux generation unit 16 includes a magnetic core 13 composed of the excitation magnetic pole 11 and the recovery magnetic pole 12, an excitation coil 14 that excites the magnetic core 13, and an excitation control unit 15 that controls the energization state and the interruption state of the excitation coil 14. .
  • the shape of the magnetic core 13 will be described.
  • the magnetic core 13 is formed in a substantially U-shape in which an excitation magnetic pole 11 is formed on one end side and a recovery magnetic pole 12 is formed on the other end side.
  • coils C1 to Cn (n is a natural number of 2 or more) formed on the end face of the excitation magnetic pole 11 detect a change in magnetic flux generated at the welding site 3.
  • the shape of the magnetic core 13 is not restricted to what was mentioned above.
  • the magnetic flux generator 16 controls the excitation coil 14 to be energized by the excitation controller 15 to generate a magnetic flux between the excitation magnetic pole 11 and the recovery magnetic pole 12 and applies a magnetic field to the welded part 3.
  • the exciting coil 14 a conductor is closely wound around a predetermined part of the magnetic core 13 in a spiral shape, and is configured by a solenoid coil.
  • the direction in which the excitation coil 14 is wound will be described as the excitation magnetic pole 11. However, depending on the direction of the current flowing through the excitation coil 14, the direction in which the excitation coil 14 is wound becomes the excitation magnetic pole. Since it becomes a recovery magnetic pole, the direction around which the exciting coil 14 is wound may be used as the recovery magnetic pole.
  • the induced electromotive force detection unit 17 is disposed on the end face of the excitation magnetic pole 11 and detects a change in magnetic flux generated at the welding site 3. Moreover, the induced electromotive force detection part 17 is comprised by the array coil by which the some coil C is arrange
  • the induced electromotive force detection unit 17 has a plurality of minute coils arranged in line symmetry.
  • the induced electromotive force detection unit 17 shows a state in which 16 (C1 to C16) microcoils are evenly arranged. Specifically, coil C1 and coil C16, coil C2 and coil C15, coil C3 and coil C14, coil C4 and coil C13, coil C5 and coil C12, coil C6 and coil C11, coil C7 and coil C10, coil C8 and The coils C9 are equally arranged so as to be line symmetric.
  • this embodiment demonstrates as what is comprised by 16 micro coils per row, it is not restricted to this, You may be comprised by multiple rows.
  • weld marks can be visually recognized on the surface.
  • a magnetic field is applied to the surface of the welding dent to generate a magnetic flux density, and the inside of the welding state is inspected by the coils C1 to C16.
  • the sensor output control unit 19 sequentially selects outputs from the plurality of coils C1 to C16 included in the array coil.
  • the sensor output switching unit 18 outputs a signal from the coil C selected by the sensor output control unit 19 to the processing unit 20.
  • the processing unit 20 calculates the decay time constant ⁇ 1 of magnetic energy and the decay time constant ⁇ 2 of eddy current loss based on the signal supplied from the sensor output switching unit 18. Although details will be described later, by measuring the distribution of the decay time constant ⁇ 1 of the magnetic energy of the nugget portion and analyzing this, the shape and dimensions of the portion where the compositional change in the metal like the nugget portion is generated can be obtained. Can be sought.
  • the processing unit 20 performs the first measurement of the induced electromotive force detection unit 17 at the first position of the DUT 2, performs the second measurement at the second position, and detects the internal detected at least by the first measurement. Based on the structure and the internal structure detected by the second measurement, the center position and / or the diameter of the nugget part formed inside the DUT 2 is estimated.
  • the processing unit 20 performs the first measurement of the induced electromotive force detection unit 17 at a predetermined position of the object to be measured 2 (for example, the welded part 3 or its periphery visible from the outside), and then induces the induction.
  • the second measurement is performed at a position where the electromotive force detection unit 17 is rotated by a predetermined angle (for example, 90 degrees) from the predetermined position of the DUT 2, and the internal structure detected by the first measurement and the second measurement are detected. Based on the internal structure, the center position of the nugget portion formed inside the DUT 2 and the diameter of the nugget portion are estimated.
  • the center position of the nugget part formed in the DUT 2 and the nugget part The principle for estimating the diameter will be described. In the following description, the nugget portion is assumed to be circular.
  • the center (for example, between the coils C8 and C9 in FIG. 2) of the detection (sensor) surface of the induced electromotive force detection unit 17 is perpendicular to the center of the nugget.
  • the diameter of the nugget portion can be calculated based on the internal structure (FIG. 3). See). Further, assuming that the nugget portion has a circular shape, the radius r is the same in the x direction and the y direction.
  • the center (for example, between the coils C8 and C9 in FIG. 2) of the detection (sensor) surface of the induced electromotive force detection unit 17 is perpendicular to the center of the nugget.
  • the center coordinates (x 0 , y 0 ) of the nugget portion are calculated by the following expressions (1) and (2).
  • the diameters in the x direction and the y direction are calculated by the following equations (3) and (4), respectively.
  • the size of the nugget portion in the x direction is calculated as follows.
  • the processing unit 20 calculates the radius r 2 of the nugget unit by substituting r x and r y into the following equation (7) and calculating the average value in the x direction and the y direction.
  • the processing unit 20 detects x 1 and x 2 based on the detection value detected from the induced electromotive force detection unit 17 and substitutes it into the equation (1) to calculate x 0 . And the diameter in the x direction is calculated by substituting it into the equation (3).
  • the processing unit 20 detects y 1 and y 2 based on the detection value detected from the induced electromotive force detection unit 17 and substitutes it into the equation (2) to calculate y 0 .
  • the diameter in the y direction is calculated by substituting it into the equation (4).
  • the processing unit 20 calculates r x by substituting the x-direction diameter and y 0 into the equation (5), and also substitutes the y-direction diameter and x 0 into the equation (6) and r y. Is calculated. Then, the processing unit 20, by substituting r x and r y in (7), to calculate the diameter r 2 of the nugget.
  • the nondestructive inspection apparatus 1 has a cross-shaped detection (sensor) surface of the induced electromotive force detection unit 17 as shown in FIG.
  • the nondestructive inspection apparatus 1 measures the center position of the nugget portion and the diameter of the nugget portion based on the deviation from the center portion of the nugget portion (c in FIG. 4) by measuring the same position different by 90 degrees. be able to. Further, as shown in FIG.
  • the nondestructive inspection apparatus 1 performs the first measurement (measurement in the x-axis direction) when the detection surface of the induced electromotive force detection unit 17 is deviated from the center portion of the nugget portion.
  • the result is a waveform as indicated by d in FIG. 4
  • the result of the second measurement is a waveform as indicated by e in FIG.
  • the induced electromotive force detection unit 17 may be configured by arranging a plurality of minute coils in a row. When configured in this way, the processing unit 20 arranges the induced electromotive force detection unit 17 at a predetermined position of the DUT 2 to perform the first measurement, and then the induced electromotive force detection unit 17. Is placed at a position rotated by a predetermined angle (for example, 90 degrees) from a predetermined position of the DUT 2, and the second measurement is performed.
  • a predetermined angle for example, 90 degrees
  • the sensor probe 5 including the magnetic core 13, the excitation coil 14, and the induced electromotive force detection unit 17 is attached to the robot arm 101 (arm unit), and moved on the object 2 to be measured.
  • a method for estimating the center position of the part and the diameter of the nugget part will be described.
  • the robot arm 101 is connected to a control device (drive control unit) (not shown) and can freely move on the DUT 2 under the control of the control device.
  • the tip of the robot arm 101 is configured to be able to rotate in the plane direction according to the control of the control device.
  • the sensor probe 5 is placed by the robot arm 101 at a predetermined position on the object to be measured 2 (for example, welding dent B in FIG. 5).
  • the sensor probe 5 may be in contact with the device under test 2 or may be disposed at a predetermined height from the device under test 2.
  • the sensor probe 5 performs a first measurement to inspect the internal structure at a predetermined position.
  • the robot arm 101 rotates the tip portion by a predetermined angle (for example, 90 degrees) in the plane direction.
  • a predetermined angle for example, 90 degrees
  • the sensor probe 5 performs a second measurement to inspect the internal structure at a position rotated by a predetermined angle.
  • the processing unit 20 Based on the internal structure detected by the first measurement and the internal structure detected by the second measurement, the processing unit 20 has the center position of the nugget part formed inside the device under test 2 and the diameter of the nugget part. Is calculated.
  • the induced electromotive force detection unit 17 may be configured by arranging a plurality of minute coils in a cross shape in one vertical row and one horizontal row.
  • the processing unit 20 arranges the induced electromotive force detection unit 17 at a predetermined position of the DUT 2, and the induced electromotive force detection unit 17 arranged in a vertical row or a horizontal row. Then, the first measurement is performed, and then the second measurement is performed by the induced electromotive force detection unit 17 arranged in one horizontal row or one vertical row.
  • a first detection unit 17a and a second detection unit 17b in which a plurality of coils are equally arranged are configured in a cross shape.
  • the magnetic core 13 is composed of small magnetic cores 13a, 13b, 13c, and 13b.
  • the small magnetic cores 13a, 13b, 13c, and 13d are each wound around a predetermined direction by exciting coils 14a, 14b, 14c, and 14d. Further, as shown in FIG. 6, the small magnetic cores 13a, 13b, 13c, and 13d are arranged in the respective regions of the induced electromotive force detection unit 17 configured in a cross shape.
  • the small magnetic core 13c functions as a recovery magnetic pole, and thus the excitation coil 14c may not be wound.
  • the sensor probe 5 is arranged at a predetermined position (for example, welding dent) on the workpiece 2 by the robot arm 101.
  • the sensor probe 5 may be in contact with the device under test 2 or may be disposed at a predetermined height from the device under test 2.
  • Sensor probe 5 performs a first measurement to inspect the internal structure at a predetermined position. For example, in the first measurement, the sensor probe 5 generates a magnetic flux between the small magnetic core 13a and the small magnetic core 13d, and between the small magnetic core 13b and the small magnetic core 13c, and applies a magnetic field to the welded portion 3 to obtain a predetermined value. After the elapse of time, the magnetic flux is interrupted, and a change in the magnetic flux generated in the welded part 3 is detected by the first detection unit 17a.
  • the sensor probe 5 performs the second measurement to inspect the internal structure at the same position.
  • the sensor probe 5 generates a magnetic flux between the small magnetic core 13a and the small magnetic core 13b, and between the small magnetic core 13d and the small magnetic core 13c, and applies a magnetic field to the welded portion 3 so as to be predetermined.
  • the magnetic flux is interrupted, and the change of the magnetic flux generated in the welded part 3 is detected by the second detection unit 17b.
  • the processing unit 20 Based on the internal structure detected by the first measurement and the internal structure detected by the second measurement, the processing unit 20 has the center position of the nugget part formed inside the device under test 2 and the diameter of the nugget part. Is calculated.
  • the magnetic resistance Rm L / S ⁇ ⁇ .
  • the magnetic resistance of the magnetic flux passing through each coil can be estimated by integrating the change in magnetic flux density generated in all the coils C1 to C16 and obtaining the intercept and time constant of the curve represented by the exponential function. .
  • the magnetic resistance of each coil is obtained, smoothed, and displayed on a display, the internal structure of the device under test 2 can be schematically visualized.
  • Factors affecting the magnetic resistance can be roughly divided into three (shape (air layer), residual stress, and hardness).
  • shape air layer
  • residual stress residual stress
  • hardness the magnetic flux generated by the excitation coil 14 passes through the gap via the induced electromotive force detection unit 17 and enters the inside of the DUT 2 (work). Thereafter, the magnetic flux is affected by residual stress and hardness inside the workpiece.
  • the nondestructive inspection apparatus 1 generates a magnetic field twice with respect to the workpiece by the exciting coil 14 as shown in FIG. Specifically, the exciting coil 14 applies a magnetic field for a short time as the first magnetic field, and generates a magnetic flux density by applying a shallow magnetic field to the workpiece by the skin effect (B1 in FIG. 7). Further, the exciting coil 14 applies a magnetic field for a sufficiently long time as the second magnetic field, and generates a magnetic flux density by applying a magnetic field deeply to the nugget portion (B2 in FIG. 7). ).
  • the processing unit 20 shallowly applies a magnetic field to generate a magnetic flux density (magnetic resistance R 0 ) and a measurement result obtained by applying a deep magnetic field to generate a magnetic flux density ( The differential magnetic resistance R of the magnetic resistance R 2 ) is obtained.
  • R 0 R f + R a + R w0
  • the R f shows a magnetic resistor having a magnetic core 13 from the induced electromotive force detecting portion 17 of configured sensor itself
  • R a shows a magnetic resistance exists between the workpiece and the sensor.
  • R w0 represents the magnetic resistance of the workpiece surface
  • R w represents the magnetic resistance of the workpiece interior.
  • the nondestructive inspection apparatus 1 can obtain the magnetic resistance R with high accuracy regardless of the surface shape of the workpiece by obtaining the differential magnetic resistance R from the two-stage measurement results.
  • the nondestructive inspection apparatus 1 first measures the magnetic resistance R 0 by applying a shallow magnetic field to generate a magnetic flux density, and then applying a magnetic field deeply to generate the magnetic flux density to thereby generate the magnetic resistance.
  • R 2 is measured, the present invention is not limited to this, but the magnetoresistance R 2 is measured by first applying a magnetic field deeply to generate a magnetic flux density, and then generating a magnetic flux density by applying a shallow magnetic field to thereby generate the magnetic resistance.
  • R 0 may be measured.
  • FIG. 8A shows a schematic state when a magnetic field is applied to generate a magnetic flux density.
  • the device under test 2 generates a magnetic flux density by applying a magnetic field to the magnetic flux passing portion according to the strength of the magnetic field.
  • the magnetic flux loop is separated into a closed loop around the exciting coil 14 and a closed loop around the DUT 2 (FIG. 8 ( see b)).
  • the closed loop of magnetic flux around the exciting coil 14 rapidly decreases and disappears.
  • the closed loop of the magnetic flux around the object to be measured 2 does not disappear immediately (residual magnetism) but is held in the magnetic material as magnetic energy, gradually disappears, and finally returns to the state before applying the static magnetic field. .
  • the nondestructive inspection apparatus 1 detects changes of the magnetic flux of the DUT 2 with respect to time using the coils C1 to C16. Although the change in the magnetic flux detected by the coils C1 to C16 after the static magnetic field is cut off is ideally monotonously decreased in an exponential function, it actually decreases, and thus decreases in a predetermined curve.
  • FIG. 9 shows the disappearance process of the remanent magnetism.
  • This magnetic energy loss process as shown in FIG. 9 (a), the magnetic flux density passing through any one of the coils C1 to C16 and phi 1.
  • eddy currents induced by changes in the magnetic flux density ⁇ 1 are In 1 , In 2 , In 3 ...
  • their induction coefficients are M 1 , M 2 , M 3 . It is considered that the eddy currents In 1 , In 2 , In 3 ... Induced from the change of the magnetic flux density ⁇ 1 are independent.
  • FIG. 9B shows an equivalent circuit of FIG.
  • R 2 represents the electrical resistance of the eddy current i 2
  • L 2 represents the inductance of the eddy current i 2 .
  • FIG. 10 is obtained by replacing the closed loop of the magnetic flux density ⁇ with a magnetic equivalent circuit.
  • i 1 indicates the magnetic flux density
  • R 1 indicates the difficulty of returning the magnetic flux at the measurement site holding the magnetic flux (resistance)
  • L 1 is the inductance of the magnetic flux space holding the magnetic flux.
  • I 2 indicates the eddy current at the measurement site
  • R 2 indicates the electric resistance of the eddy current loop
  • L 2 indicates the volume of the space in which the eddy current is generated.
  • the magnetic energy W can be expressed by equation (8). Note that L in FIG. 11 indicates the length of magnetic flux density generated by applying a magnetic field.
  • L is a value proportional to the volume of the space holding the magnetic flux (that is, the space holding the magnetic energy).
  • equation (8) is the same as the energy stored when the current i 1 is passed through the coil having the inductance L. From these, the inductance L 1 of FIG. 10, it can be seen that correspond to the volume of the whole space that holds the magnetic flux.
  • equations (9a) and (9b) are obtained.
  • the induction coefficient M is small and the eddy current i 2 induced from the change of the magnetic flux density i 1 is small, that is, when L1 ⁇ L2 >> M ⁇ M, the following results are obtained.
  • FIG. 12A shows a transient change of the magnetic flux density i 1 given by the equation (12).
  • the second term on the right side of the equation (12) can be ignored, and can be approximated only by the first term.
  • the voltage measured by a loop coil generally used as a magnetic sensor is a value proportional to the rate of change of magnetic flux density, that is, the differential magnetic flux density. Therefore, the expression (12) is differentiated with respect to time t to obtain the expression of the differential magnetic flux density shown in the expression (13).
  • FIG.12 (b) shows the transient change of the differential magnetic flux density given by (13) Formula.
  • the expression (12) is an expression indicating a change in the magnetic flux density i 1 obtained by the coils C1 to C16
  • the expression (13) is an expression indicating a change in the differential magnetic flux density (di 1 / dt).
  • the time constant ⁇ 1 of the first term on the right side of the equation (13) is equal to “L1 / R1” as given by the equation (11a).
  • the first term on the right side of the equation (13) is a term indicating a magnetic flux density reduction characteristic in the vicinity of the DUT 2 after the static magnetic field is interrupted, that is, a magnetic energy attenuation characteristic.
  • the nugget part (where the metal composition or structural strength changes) and the parts other than the nugget part (where the metal composition or structural strength does not change) A change occurs in the time constant ⁇ 1 . Therefore, if the distribution of the time constant ⁇ 1 in the spot welded portion is measured and analyzed, the shape / dimension of the portion such as the nugget portion in which the compositional change of the metal occurs can be obtained.
  • the time constant ⁇ 2 of the second term on the right side of the equation (13) is equal to “L 2 / R 2 ” as given by the equation (11b). Therefore, this term corresponds to the time constant of the equivalent circuit of the eddy current i 2 shown in FIG. That is, the second term on the right side of equation (13) is a term indicating the attenuation characteristics of eddy current loss. As shown in FIG. 11, the length of the magnetic flux density in the measuring object 2 L, when the magnetic flux passing area and ds, it is possible to indicate the L 2 (14) in expression.
  • the time constant ⁇ 2 of the attenuation characteristic of the eddy current loss passes through the magnetic path where the eddy current is generated, that is, the steel plate, as shown in the equation (15). It is proportional to the length of the magnetic path.
  • the nondestructive inspection apparatus 1 has a time constant when a magnetic field is generated by applying a shallow magnetic field and a time constant when a magnetic field is generated by applying a deep magnetic field as shown in the measurement principle described above. Based on the magnetic resistance Rf of the sensor itself and the time constant of canceling the magnetic resistance Ra existing between the workpiece and the sensor, the time constant of the coil detecting the air layer is calculated with the line-symmetric position. Therefore, even if a part of the coil detects an air layer, it does not affect the detection results of other coils, and inspection can be carried out smoothly without obstructing the inspection work. It can be carried out.
  • the nondestructive inspection apparatus 1 may have a configuration other than the above-described embodiment.
  • the nondestructive inspection apparatus 1 allows the recovery magnetic poles 12a and 12b arranged on the left and right to recover the magnetic field generated from one excitation magnetic pole 11 without waste, so that the nugget portion in the magnetosphere range can be measured.
  • a configuration in which one induced electromotive force detector 17c and second induced electromotive force detector 17d are arranged in parallel is proposed as another embodiment.
  • the nondestructive inspection apparatus 1 uses two of the first induced electromotive force detection unit 17c and the second induced electromotive force detection unit 17d, so that one induced electromotive force detection is performed. Compared with the apparatus constituted by the unit, it is possible to realize double measurement accuracy and improve the ease of measurement.
  • the nondestructive inspection apparatus 1 can obtain a planar (two-dimensional) or three-dimensional (three-dimensional) measurement result instead of linear (one-dimensional), and can measure more multi-dimensional nuggets. is there. Further, the nondestructive inspection apparatus 1 has the following merits. Since the measurement method (measurement is performed by bringing the sensor probe 5 close to or in contact with the welding dent) is easy, learning is easy. -It is not necessary to rotate the sensor probe 5 at the time of measurement. ⁇ Circuit such as switching is unnecessary. ⁇ The nugget diameter can be estimated with a single measurement. ⁇ Resolution is improved. ⁇ Improves the directivity of magnetic field lines
  • the processing unit 20 applies a magnetic field to the object to be measured 2 to generate a magnetic flux density, detects the magnetic flux emitted from a plurality of positions of the object to be measured 2 after blocking the magnetic field, and detects an induced electromotive force.
  • the time constant of the transient change of a some magnetic flux is calculated by the part 17, and the internal structure of the said to-be-measured object 2 is detected from the distribution state of the said time constant.
  • the processing unit 20 is provided with recovery poles 12 in parallel on both sides in the longitudinal direction of the excitation magnetic pole 11 (excitation part), and a plurality of guides are provided below the excitation magnetic pole 11 and corresponding to the recovery magnetic poles 12.
  • An electromotive force detection unit 17 is arranged, and magnetic flux emitted from a plurality of positions of the device under test 2 is measured by a plurality of induced electromotive force detection units 17 and formed inside the device under test 2 based on the measurement result. The center position and / or the diameter of the nugget portion is estimated.
  • FIG. 13A shows an external view when the magnetic core 13 is viewed from the front direction
  • FIG. 13B shows an external view when the magnetic core 13 is viewed from the bottom surface direction.
  • the magnetic core 13 is configured by forming the recovery magnetic poles 12 a and 12 b in a U shape, and disposing the excitation magnetic pole 11 in a space portion formed in the U shape.
  • the induced electromotive force detection unit 17 is disposed below the excitation magnetic pole 11 so as to correspond to the recovery magnetic poles 12a and 12b.
  • the induced electromotive force detection unit 17 has a plurality of minute coils arranged in line symmetry.
  • the induced electromotive force detector 17 includes a first induced electromotive force detector 17c and a second induced electromotive force detector 17d.
  • the first induced electromotive force detection unit 17c is disposed below the excitation magnetic pole 11 and in parallel with the one recovery magnetic pole 12a.
  • the second induced electromotive force detector 17d is disposed below the excitation magnetic pole 11 and in parallel with the other recovery magnetic pole 12b.
  • the processing unit 20 acquires the measurement results of the first induced electromotive force detection unit 17c and the second induced electromotive force detection unit 17d. Specifically, the processing unit 20 analyzes the distribution of the decay time constant of each magnetic energy from the detection results of the first induced electromotive force detection unit 17c and the second induced electromotive force detection unit 17d, and FIG. As shown in (a), a line segment a and a line segment b are calculated. In addition, the length of the line segment a is calculated according to the number of the coils which detected the nugget part among the several coils which comprise the 1st induced electromotive force detection part 17c. Similarly, the length of the line segment b is calculated according to the number of coils that have detected the nugget portion among the plurality of coils that constitute the second induced electromotive force detection portion 17d.
  • the processing unit 20 extracts three points farthest from the measurement result and forms a triangle.
  • a triangle is formed from the start point or end point of the line segment a and the start point and end point of the line segment b.
  • the processing unit 20 forms a circumscribed circle c that passes through three points from the intersection of the perpendicular bisectors calculated by the respective triangles of the perpendicular bisectors of the two sides forming the triangle.
  • the processing unit 20 calculates the center position d and the diameter e of the circumscribed circle c, thereby estimating the center position and / or the diameter of the nugget part formed inside the DUT 2. To do.
  • the nondestructive inspection apparatus 1 can virtually draw the estimated nugget part and display it on the display part 23.
  • the display control unit 22 estimates the center position of the nugget part and / or the diameter of the nugget part formed inside the DUT 2, based on the center position and / or diameter of the nugget part, A virtual image of the nugget part is generated and displayed on the display part 23.
  • the processing unit 20 scans the sensor probe 5 including the magnetic core 13 on the object 2 to be measured, and the plurality of locations (FIG. 15).
  • the processing unit 20 scans the sensor probe 5 including the magnetic core 13 on the object 2 to be measured, and the plurality of locations (FIG. 15).
  • FIGS. 15A, 15B, and 15C the processing unit 20 scans the sensor probe 5 including the magnetic core 13 on the object 2 to be measured, and the plurality of locations (FIG. 15).
  • FIGS. 15A, 15B, and 15C the processing unit 20 scans the sensor probe 5 including the magnetic core 13 on the object 2 to be measured, and the plurality of locations (FIG. 15).
  • FIG. 15A shows an external view when the sensor probe 5 is brought close to the position closer to the left from the center position of the welding dent (first measurement).
  • FIG. 15B shows an external view when the sensor probe 5 is brought close to the center position of the welding dent and measured (second measurement).
  • FIG. 15C shows an external view when measurement is performed with the sensor probe 5 being brought close to a position closer to the right from the center position of the welding dent (third measurement).
  • the processing unit 20 analyzes the distribution of the decay time constant of the magnetic energy obtained from the first induced electromotive force detection unit 17c and the second induced electromotive force detection unit 17d by the first measurement, and generates a magnetic waveform. Is calculated (FIG. 15D).
  • the processing unit 20 calculates a line segment a and a line segment b from the calculated magnetic waveform. The lengths of the line segment a and the line segment b depend on the number of coils that have detected the nugget part among the plurality of coils constituting the first induced electromotive force detection unit 17c and the second induced electromotive force detection unit 17d. Is calculated. Further, as shown in FIG. 15G, the processing unit 20 calculates a circle c1 where the start point and the end point of the line segment a and the line segment b intersect, and estimates this as the diameter of the nugget part.
  • the processing unit 20 analyzes the distribution of the decay time constant of the magnetic energy obtained from the first induced electromotive force detection unit 17c and the second induced electromotive force detection unit 17d by the second measurement, and generates a magnetic waveform. Is calculated (FIG. 15E).
  • the processing unit 20 calculates a line segment c and a line segment d from the calculated magnetic waveform. The lengths of the line segment c and the line segment d depend on the number of coils that have detected the nugget part among the plurality of coils constituting the first induced electromotive force detection unit 17c and the second induced electromotive force detection unit 17d. Is calculated. Further, as shown in FIG. 15 (h), the processing unit 20 calculates a circle c2 where the start point and the end point of the line segment c and the line segment d intersect, and estimates this as the diameter of the nugget portion.
  • the processing unit 20 analyzes the distribution of the decay time constant of the magnetic energy obtained from the first induced electromotive force detection unit 17c and the second induced electromotive force detection unit 17d by the third measurement, and generates a magnetic waveform. Is calculated (FIG. 15 (f)).
  • the processing unit 20 calculates a line segment e and a line segment f from the calculated magnetic waveform. The lengths of the line segment e and the line segment f depend on the number of coils that have detected the nugget part among the plurality of coils constituting the first induced electromotive force detection unit 17c and the second induced electromotive force detection unit 17d. Is calculated. Further, as shown in FIG. 15 (i), the processing unit 20 calculates a circle c3 in which the start point and the end point of the line segment e and the line segment f intersect, and estimates this as the diameter of the nugget part.
  • the display control unit 22 generates a planar image based on the circles c1 to c3 calculated by the processing unit 20, and displays it on the display unit 23 as a virtual image (planar) of the nugget unit (FIG. 15 (j)). .
  • the line segment b and the line segment e are displayed in an overlapping manner because the same part is measured.
  • the display control unit 22 generates a three-dimensional image based on the circles c1 to c3 calculated by the processing unit 20, and displays it as a virtual image (three-dimensional) of the nugget unit on the display unit 23 (FIG. 15 (k). )).
  • the line segment b and the line segment e are displayed in an overlapping manner because the same part is measured.
  • the display control unit 22 calculates the height of the nugget portion based on the height of the magnetic waveform calculated by the first measurement, the second measurement, and the third measurement.
  • the nondestructive inspection apparatus 1 displays a virtual image of the nugget part planarly or three-dimensionally on the display unit 23 based on the results measured at a plurality of positions.
  • the size can be grasped visually, and the inspection accuracy can be improved.

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Abstract

 効率的にナゲット部の中心位置を探り当て、溶接部位の検査を行うことができる非破壊検査装置を提供すること。 被測定物2に磁場を印加して磁束密度を発生させ、当該磁場を遮断後に、当該被測定物2の複数位置から放出される磁束を誘導起電力検出部17により測定し、複数の磁束の過渡変化の時定数を算出し、当該時定数の分布状態から当該被測定物2の内部構造を検出する処理部20を有し、処理部20は、誘導起電力検出部17を被測定物2の所定の位置で第一の測定を行い、誘導起電力検出部17を被測定物2の所定の位置から所定角度回転した位置で第二の測定を行い、第一の測定により検出した内部構造と第二の測定により検出した内部構造に基づいて、被測定物2の内部に形成されているナゲット部の中心位置及び/又は当該ナゲット部の径を推定する。

Description

非破壊検査装置
 本発明は、被測定物の溶接部位等を非破壊で検査する非破壊検査装置に関する。
 各種薄板金属製品の組立に用いられる溶接として、スポット溶接が一般的に用いられている。スポット溶接とは、重ね合わせた金属の板材における溶接部位に、先端が所定の形状に成形されている電極によって上下方向から所定の圧力で挟み、両電極に所定の電流を所定の時間だけ流すことによって、当該溶接部位を局部的に加熱して溶接する方法である。
 また、スポット溶接により溶接された溶接部位の表面は、加圧によって溶接部外に比べ凹んでいる。この凹み部をインデテーション部といい、凹みの寸法をインデテーション径という。
 また、溶接部位の内部は、ナゲット部(溶着部)と、その周辺の圧着部とで形成される。ナゲット部は、金属が一旦溶解して固化した部分である。一方、圧着部は、金属の表面同士で圧着された部分である。ナゲット部の寸法をナゲット径といい、ナゲット部と圧着部とを総合して接合部といい、接合部の寸法を接合径という。なお、接合部は、実際に接合している部分である。
 また、スポット溶接では、重ね合わせた金属の板材を点(スポット)で溶接するため、溶接強度が十分であるか否かを検査する必要がある。
 溶接強度の測定を非破壊にて行う方法として、ナゲット径を測定することにより溶接強度を推定する方法が有効である(例えば、特許文献1を参照。)。従来から、ナゲット径を測定する方法として、電流を流したコイルにより発生した磁界を、溶接部位に印加し、その結果発生したコイルのインダクタンスの変化からナゲット径を求める方法が知られている。この従来方法では、ナゲット部とナゲット部以外の部分とでは透磁率(μ)が変化する性質があるので、この性質を利用して、透磁率(μ)の変化をインダクタンスの変化として検出し、ナゲット径を求めている。
特許第3098193号公報
 ここで、検査装置のセンサは、外部から視認できる溶接部位を目安に配置される。ところで、外部から視認できる凹み部(インデテーション部)の中心位置と、ナゲット部の中心位置が一致しない場合がある。これは、スポット溶接する際に、電極の先端同士が厳密に対向せずに、ある角度をもって対向するような場合等に発生する。
 このように、溶接部位の中心位置とナゲット部の中心位置がずれていると、検査装置のセンサが配置されている直下にナゲット部が形成されていない、又は外れているために、ナゲット径を正確に測定することができなくなる。このような場合には、検査装置のセンサを様々な位置にずらして再検査を繰り返さねばならず、ナゲット径の測定に多大な労力を必要とする。
 また、検査装置をロボットアームに固定して自動計測を行おうとした場合、ワーク(被測定物)との位置ずれが問題となる。ここで、ロボットアームにカメラ等を取り付けて、溶接打痕又は溶接時のワークの変色を検出することにより、位置合わせを行うシステムが考えられる。
 しかしながら、上述したように、溶接打痕の位置とナゲット部の位置は、一致する保証はなく、ナゲット部の中心位置に検査装置を自動的に配置させることは困難である。
 本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、カメラ等の位置合わせを行う機器を用いることなく、効率的にナゲット部の中心位置やナゲット径等の溶接部位の検査を行うことができる非破壊検査装置を提供することである。
 本発明に係る非破壊検査装置は、上記課題を解決するために、被測定物に磁場を印加して磁束密度を発生させ、当該磁場を遮断後に、当該被測定物の複数位置から放出される磁束を磁束検出素子により測定し、複数の磁束の過渡変化の時定数を算出し、当該時定数の分布状態から当該被測定物の内部構造を検出する検出処理部を有し、前記検出処理部は、前記磁束検出素子を前記被測定物の第一の位置で第一の測定を行い、第二の位置で第二の測定を行い、少なくとも前記第一の測定により検出した内部構造と前記第二の測定により検出した内部構造に基づいて、前記被測定物の内部に形成されているナゲット部の中心位置及び/又は当該ナゲット部の径を推定する構成である。
 本発明に係る非破壊検査装置は、上記課題を解決するために、被測定物に磁場を印加して磁束密度を発生させ、当該磁場を遮断後に、当該被測定物の複数位置から放出される磁束を磁束検出素子により測定し、複数の磁束の過渡変化の時定数を算出し、当該時定数の分布状態から当該被測定物の内部構造を検出する検出処理部を有し、前記検出処理部は、前記磁束検出素子を前記被測定物の所定の位置で第一の測定を行い、前記磁束検出素子を前記被測定物の前記所定の位置から所定角度回転した位置で第二の測定を行い、前記第一の測定により検出した内部構造と前記第二の測定により検出した内部構造に基づいて、前記被測定物の内部に形成されているナゲット部の中心位置及び/又は当該ナゲット部の径を推定する構成である。
 また、非破壊検査装置では、前記磁束検出素子は、複数の微小コイルが一列に配置されて構成されており、前記検出処理部は、前記磁束検出素子を前記被測定物の所定の位置に配置して、前記第一の測定を行い、前記磁束検出素子を前記被測定物の前記所定の位置から所定角度回転させた位置に配置して、前記第二の測定を行う構成でも良い。
 また、非破壊検査装置では、前記磁束検出素子は、複数の微小コイルが縦一列及び横一列に十字形状に配置されて構成されており、前記検出処理部は、前記磁束検出素子を前記被測定物の所定の位置に配置して、前記縦一列又は横一列に配置された前記磁束検出素子により前記第一の測定を行い、前記横一列又は縦一列に配置された前記磁束検出素子により前記第二の測定を行う構成でも良い。
 本発明に係る非破壊検査装置は、上記課題を解決するために、被測定物に磁場を印加して磁束密度を発生させ、当該磁場を遮断後に、当該被測定物の複数位置から放出される磁束を磁束検出素子により測定し、複数の磁束の過渡変化の時定数を算出し、当該時定数の分布状態から当該被測定物の内部構造を検出する検出処理部を有し、前記検出処理部は、励磁部の長手方向において、その両側に平行に磁気回収部が設けられ、前記励磁部の下方であって前記磁気回収部に対応するように複数の磁束検出素子が配置され、前記被測定物の複数位置から放出される磁束を前記複数の磁束検出素子により測定し、当該測定の結果に基づいて、前記被測定物の内部に形成されているナゲット部の中心位置及び/又は当該ナゲット部の径を推定する構成である。
 また、非破壊検査装置は、前記磁束検出素子は、第1の磁束検出素子と第2の磁束検出素子から構成され、前記第1の磁束検出素子は、前記励磁部の下方であって、一方の磁気回収部に平行に配置され、前記第2の磁束検出素子は、前記励磁部の下方であって、他方の磁気回収部に平行に配置され、前記検出処理部は、前記第1の磁束検出素子及び前記第2の磁束検出素子の測定結果を取得し、当該測定結果から最も離れている3点を抽出して三角形を形成し、当該三角形を形成する二つの辺の垂直二等分線をそれぞれの三角形にて算出した垂直二等分線の交点から、前記3点を通る外接円を形成し、当該外接円の中心位置と直径を算出することにより、前記被測定物の内部に形成されているナゲット部の中心位置及び/又は当該ナゲット部の径を推定する構成でも良い。
 また、非破壊検査装置は、前記磁束検出素子を有する測定装置を把持するアーム部と、測定対象となる前記被測定物の所定の位置に前記磁束検出素子が配置されるように、前記アーム部を移動する駆動制御部を備える構成でも良い。
 また、非破壊検査装置は、表示部と、前記表示部を制御する表示制御部を備え、前記表示制御部は、前記被測定物の内部に形成されているナゲット部の中心位置及び/又は当該ナゲット部の径を推定した場合に、当該ナゲット部の中心位置及び/又は径に基づいて、当該ナゲット部の仮想的な画像を生成し、前記表示部に表示する構成でも良い。
 本発明によれば、効率的にナゲット部の中心位置を探り当て、溶接部位の検査を行うことができる。
本実施形態に係る非破壊検査装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る非破壊検査装置の誘導起電力検出部の構成を示す図である。 誘導起電力検出部とナゲット部の中心部とが同心の場合についての説明に供する図である。 誘導起電力検出部とナゲット部の中心部とがずれている場合についての説明に供する図である。 ロボットアームにセンサプローブを取り付けて、被測定物を測定する方法についての説明に供する図である。 微小コイルが縦横に十字形状に配置されている場合における磁心と誘導起電力検出部の構成を模式的に示す図である。 ワークに対して2段階で磁界を印加する際の説明に供する図である。 磁界を加えて磁束密度を発生させたときの様子を模式的に示す図である。 残留磁気の消失過程を模式的に示す図である。 図9(b)に示す磁束密度の閉ループを磁気等価回路に置換した回路図を示す図である。 静磁界を遮断した直後のアレイセンサの任意の一つを通過する磁束の閉ループCを模式的に示す図である。 アレイセンサで測定される磁束の変化についての説明に供する図である。 磁心と誘導起電力検出部の構成を模式的に示す図である。 ナゲット部の径を推定する際の処理の流れについての説明に供する図である。 ナゲット部の仮想的な画像を表示する際の処理の流れについての説明に供する図である。
 2つ以上の部材を溶融し、一体化させる方法として、スポット溶接がある。スポット溶接を行う装置は、2枚の金属板を純銅又は銅合金の棒状の電極の間に挟んで強く加圧しながら短時間大電流を通し、部材を溶接する。また、溶接部位の表面には、電極で押えたわずかの凹みができ、その内部には、ナゲット部(溶接金属が凝固したもの)が形成される。本実施形態に係る非破壊検査装置1は、非破壊によりナゲット部を検査する。なお、本実施例においては、スポット溶接により溶接された溶接部位の検査について説明するが、溶接方法は、スポット溶接に限定されない。また、「内部構造」とは、化学的、物理的及び機械的に変化している構造を意味する。
 また、非破壊検査装置1は、磁性体から構成される被測定物2(例えば、自動車のボディ)の溶接部位3に対する検査を行う装置であり、溶接部位3に対して磁場を与え、放出される磁束密度を測定することでナゲット部の有無、ナゲット部の中心位置及び径を推定する非破壊の検査方法を採用する。以下、本発明の実施の形態について説明する。
 非破壊検査装置1は、図1に示すように、磁束発生部16と、誘導起電力検出部17(磁束検出素子)と、センサ出力切替部18と、センサ出力制御部19と、処理部20(検出処理部)と、記憶部21とを備える。磁束発生部16は、励磁磁極11及び回収磁極12から構成される磁心13と、磁心13を励磁する励磁コイル14と、励磁コイル14の通電状態と遮断状態を制御する励磁制御部15とを有する。
 ここで、磁心13の形状について説明する。磁心13は、図1に模式的に示すように、一方端側に励磁磁極11が形成され、他方端側に回収磁極12が形成される略コの字状に形成されている。また、励磁磁極11の端面に形成されるコイルC1乃至Cn(nは、2以上の自然数。)は、溶接部位3にて生ずる磁束の変化を検出する。なお、磁心13の形状は、上述したものに限られない。
 また、磁束発生部16は、励磁制御部15により励磁コイル14を通電状態に制御して励磁磁極11と回収磁極12との間に磁束を発生させ、溶接部位3に磁界を加える。励磁コイル14は、導体が磁心13の所定の部位に、密接に螺旋状に巻かれており、ソレノイドコイルにより構成されている。なお、本実施例では、励磁コイル14が巻かれている方を励磁磁極11として説明するが、励磁コイル14に流す電流の向きによって、励磁コイル14が巻かれている方が励磁磁極になったり回収磁極になったりするので、励磁コイル14が巻かれている方を回収磁極としても良い。
 また、誘導起電力検出部17は、励磁磁極11の端面に配置され、溶接部位3にて生ずる磁束の変化を検出する。また、誘導起電力検出部17は、複数のコイルCが配置されたアレイコイルにより構成されている。
 また、誘導起電力検出部17は、図2に示すように、複数の微小コイルが線対称に配置されている。図2では、誘導起電力検出部17では、16個(C1乃至C16)の微小コイルが均等に配置されている様子を示している。具体的には、コイルC1とコイルC16、コイルC2とコイルC15、コイルC3とコイルC14、コイルC4とコイルC13、コイルC5とコイルC12、コイルC6とコイルC11、コイルC7とコイルC10、コイルC8とコイルC9は、それぞれ線対称になるように均等に配置されている。なお、本実施形態では、微小コイルは、一列16個で構成されているものとして説明するが、これに限られず、複数行複数個によって構成されていても良い。
 また、溶接部位3においては、溶接された痕(以下、溶接打痕という。)が表面において視認できる。非破壊検査装置1による検査においては、この溶接打痕の表面に磁界を加えて磁束密度を発生させ、コイルC1乃至C16によりその内部における溶接状態の検査を行う。
 また、センサ出力制御部19は、アレイコイルに含まれる複数のコイルC1~C16からの出力を順次選択する。センサ出力切替部18は、センサ出力制御部19により選択されたコイルCからの信号を処理部20に出力する。
 処理部20は、センサ出力切替部18から供給される信号に基づいて、磁気エネルギーの減衰時定数τと、渦電流損失の減衰時定数τとを算出する。詳細は、後述するが、ナゲット部の磁気エネルギーの減衰時定数τの分布を測定し、これを分析すれば、ナゲット部のような金属的に組成変化の生じている部分の形状・寸法を求めることができる。
 処理部20は、誘導起電力検出部17を被測定物2の第一の位置で第一の測定を行い、第二の位置で第二の測定を行い、少なくとも第一の測定により検出した内部構造と第二の測定により検出した内部構造に基づいて、被測定物2の内部に形成されているナゲット部の中心位置及び/又は当該ナゲット部の径を推定する。
 具体的には、処理部20は、誘導起電力検出部17を被測定物2の所定の位置(例えば、外部から視認できる溶接部位3又はその周辺)で第一の測定を行い、その後、誘導起電力検出部17を被測定物2の所定の位置から所定角度(例えば、90度)回転した位置で第二の測定を行い、第一の測定により検出した内部構造と第二の測定により検出した内部構造に基づいて、被測定物2の内部に形成されているナゲット部の中心位置及び当該ナゲット部の径を推定する。
 ここで、処理部20により第一の測定により検出した内部構造と第二の測定により検出した内部構造に基づいて、被測定物2の内部に形成されているナゲット部の中心位置及び当該ナゲット部の径を推定するための原理について説明する。なお、以下では、ナゲット部は、円形状であると仮定して説明を行う。
 第一と第二の測定において、誘導起電力検出部17の検出(センサ)面の中心部(例えば、図2中のコイルC8とコイルC9の間)が、ナゲット部の中心部と垂直方向で同じ位置に重なった場合(同心の場合)には、ナゲット部の中心座標(x、y)は、(0、0)となる。すなわち、x=y=0である。
 また、予め、誘導起電力検出部17のコイルC間の距離は分かっているので、内部構造に基づいて、ナゲット部の径(本実施例では、半径r)を算出することができる(図3を参照)。また、ナゲット部は、円形状であると仮定すると、半径rは、x方向及びy方向において同じとなる。
 また、第一と第二の測定において、誘導起電力検出部17の検出(センサ)面の中心部(例えば、図2中のコイルC8とコイルC9の間)が、ナゲット部の中心部と垂直方向で異なる位置になった場合には、ナゲット部の中心座標(x、y)は、以下の(1)式、(2)式によって算出される。
=(x+x)/2・・・(1)
=(y+y)/2・・・(2)
 また、x方向及びy方向の径は、それぞれ以下の(3)式及び(4)式によって算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 また、半径をrとすると、ナゲット部のx方向の大きさは、以下のように算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 処理部20は、以下の(7)式にrとrを代入して、x方向とy方向の平均値を算出することにより、ナゲット部の半径rを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 したがって、処理部20は、第一の測定において、誘導起電力検出部17から検出した検出値に基づいて、xとxを検出し、(1)式に代入して、xを算出し、かつ、(3)式に代入して、x方向の径を算出する。
 また、処理部20は、第二の測定において、誘導起電力検出部17から検出した検出値に基づいて、yとyを検出し、(2)式に代入して、yを算出し、かつ、(4)式に代入して、y方向の径を算出する。
 つぎに、処理部20は、x方向の径とyを(5)式に代入してrを算出し、また、y方向の径とxを(6)式に代入してrを算出する。そして、処理部20は、rとrを(7)式に代入して、ナゲット部の径rを算出する。
 このようにして、非破壊検査装置1は、第一の測定と第二の測定を重ねると、図4に示すように、誘導起電力検出部17の検出(センサ)面が十の字形状になり、ナゲット部の中心部分からの偏差(x軸の偏差は、偏差bとし、y軸の偏差は、偏差aという。)を検出することができる。すなわち、非破壊検査装置1は、90度異なる同位置の測定により、ナゲット部(図4中のc)の中心部分からの偏差に基づいて、ナゲット部の中心位置及びナゲット部の径を測定することができる。また、非破壊検査装置1は、図4に示すように、誘導起電力検出部17の検出面がナゲット部の中心部分からずれている場合には、第一の測定(x軸方向の測定)の結果は、図4中のdに示すような波形となり、第二の測定(y軸方向の測定)の結果は、図4中のeに示すような波形となる。
 つぎに、誘導起電力検出部17を構成する微小コイルが一列に配置されている場合と、微小コイルが縦横に十字形状に配置されている場合について、説明する。
 <微小コイルが一列に配置されている場合>
 誘導起電力検出部17は、複数の微小コイルが一列に配置されて構成されていても良い。このように構成される場合には、処理部20は、誘導起電力検出部17を被測定物2の所定の位置に配置して、第一の測定を行い、その後、誘導起電力検出部17を被測定物2の所定の位置から所定角度(例えば、90度)回転させた位置に配置して、第二の測定を行う。
 ここで、図5に示すように、磁心13、励磁コイル14、誘導起電力検出部17を含むセンサプローブ5をロボットアーム101(アーム部)に取り付けて、被測定物2上を移動させ、ナゲット部の中心位置及び当該ナゲット部の径を推定する方法について説明する。なお、ロボットアーム101は、図示しない制御装置(駆動制御部)に接続されており、制御装置の制御にしたがって、被測定物2上を自在に移動することができるものとする。また、ロボットアーム101の先端は、制御装置の制御にしたがって、平面方向に回転することが可能な構成になっている。
 センサプローブ5は、ロボットアーム101によって被測定物2上の所定の位置(例えば、図5中の溶接打痕B)に配置される。なお、センサプローブ5は、被測定物2に接触しても良いし、被測定物2から所定の高さのところに配置されても良い。
 センサプローブ5は、所定の位置における内部構造を検査するために第一の測定を行う。
 そして、第一の測定が終わった場合に、ロボットアーム101は、先端部を平面方向に所定角度(例えば、90度)回転する。
 つぎに、センサプローブ5は、所定角度回転した位置における内部構造を検査するために第二の測定を行う。
 処理部20は、第一の測定により検出した内部構造と第二の測定により検出した内部構造に基づいて、被測定物2の内部に形成されているナゲット部の中心位置及び当該ナゲット部の径を算出する。
 <微小コイルが縦横に十字形状に配置されている場合>
 つぎに、誘導起電力検出部17は、複数の微小コイルが縦一列及び横一列に十字形状に配置されて構成されていても良い。このように構成される場合には、処理部20は、誘導起電力検出部17を被測定物2の所定の位置に配置して、縦一列又は横一列に配置された誘導起電力検出部17により第一の測定を行い、その後、横一列又は縦一列に配置された誘導起電力検出部17により第二の測定を行う。
 ここで、微小コイルが縦横に十字形状に配置されている場合における、磁心13のコア形状と、誘導起電力検出部17の構成について、図6を用いて説明する。
 誘導起電力検出部17は、図6に示すように、複数のコイルが均等に配置される第1検出部17aと第2検出部17bが十字形状に構成されている。
 磁心13は、小磁心13a、13b、13c、13bにより構成されている。小磁心13a、13b、13c、13dは、それぞれ、周囲を励磁コイル14a、14b、14c、14dによって所定方向に巻かれている。また、小磁心13a、13b、13c、13dは、図6に示すように、十字形状に構成される誘導起電力検出部17の各領域にそれぞれ配置される。なお、本実施例においては、小磁心13cは、回収磁極として働くので、励磁コイル14cが巻かれていなくても良い。
 つぎに、このように構成される非破壊検査装置1により、被測定物を測定する方法について説明する。
 センサプローブ5は、ロボットアーム101によって被測定物2上の所定の位置(例えば、溶接打痕)に配置される。なお、センサプローブ5は、被測定物2に接触しても良いし、被測定物2から所定の高さのところに配置されても良い。
 センサプローブ5は、所定の位置における内部構造を検査するために第一の測定を行う。センサプローブ5は、例えば、第一の測定において、小磁心13aと小磁心13dとの間、及び小磁心13bと小磁心13cとの間に磁束を発生させ、溶接部位3に磁界を加え、所定時間経過後に、磁束を遮断し、第1検出部17aにより溶接部位3にて生ずる磁束の変化を検出する。
 また、第一の測定が終わった場合に、センサプローブ5は、そのままの位置で、内部構造を検査するために第二の測定を行う。センサプローブ5は、例えば、第二の測定において、小磁心13aと小磁心13bとの間、及び小磁心13dと小磁心13cとの間に磁束を発生させ、溶接部位3に磁界を加え、所定時間経過後に、磁束を遮断し、第2検出部17bにより溶接部位3にて生ずる磁束の変化を検出する。
 処理部20は、第一の測定により検出した内部構造と第二の測定により検出した内部構造に基づいて、被測定物2の内部に形成されているナゲット部の中心位置及び当該ナゲット部の径を算出する。
 <測定原理>
 つぎに、非破壊検査装置1による測定原理について説明する。磁束は、磁気を発生するための励磁コイル14(励磁磁極11)から出て、励磁コイル14直下に配置された誘導起電力検出部17を通り抜け、被測定物2(ワーク)内に入り、ナゲット部を通り抜け、回収磁極12を通って、元の励磁コイル14(励磁磁極11)に戻ってくる。
 ここで、アレイコイルを構成するコイルCに注目すると、コイルCの表面積をSとし、磁路の長さをLとし、透磁率をμとすると、磁気抵抗Rmは、Rm=L/S×μで算出することができる。磁界を加えて磁束密度を発生させたときの様子(詳細は、図12を用いて後述する)は、磁界がゆっくり作られ、やがて直流になる。そして、所定のタイミングで磁界を遮断して磁気を減少させると、コイルCには、磁束密度の変化に比例してe=-dΦ/dtの波形が現れる(後述する図12(a)を参照)。また、すべてのコイルC1~C16に発生した磁束密度の変化を総合し、指数関数で表される曲線の切片と時定数を求めることによって、各コイルを通り抜ける磁束の磁気抵抗を推定することができる。各コイルの磁気抵抗を求めて、スムージング処理して、ディスプレイに表示させると、被測定物2の内部構造を模式的に視覚化することができる。
 また、磁気抵抗に影響を与える因子は、形状(空気層)、残留応力及び硬度の3つに大別できる。
 図7に示すように、励磁コイル14により発生した磁束は、誘導起電力検出部17を介して空隙を通り抜けて被測定物2(ワーク)の内部に入る。その後、磁束は、ワーク内部において残留応力及び硬度の影響を受けることになる。
 ここで、非破壊検査装置1は、図7に示すように、励磁コイル14によりワークに対して、磁界を2度発生させる。具体的には、励磁コイル14は、1度目の磁界として、短時間の磁界印加であって、表皮効果によってワークを浅く磁界を加えて磁束密度を発生させる(図7中のB1)。また、励磁コイル14は、2度目の磁界として、十分に長い時間の磁界印加であって、ナゲット部まで到達するくらいまで、ワークを深く磁界を加えて磁束密度を発生させる(図7中のB2)。
 そして、処理部20は、浅く磁界を加えて磁束密度を発生させることによって得られた測定結果(磁気抵抗R)と、深く磁界を加えて磁束密度を発生させることによって得られた測定結果(磁気抵抗R)の差分磁気抵抗Rを求める。
=R+R+Rw0
=R+R+R
R=R-R=R-Rw0
 なお、Rは、磁心13と誘導起電力検出部17から構成されるセンサ自体の持つ磁気抵抗を示し、Rは、ワークとセンサ間に存在する磁気抵抗を示している。また、Rw0は、ワーク表面の磁気抵抗を示し、Rは、ワーク内部の磁気抵抗を示している。
 よって、差分磁気抵抗Rは、センサ自体の持つ磁気抵抗Rと、ワークとセンサ間に存在する磁気抵抗Rが取り除かれた(キャンセルされた)抵抗値である。非破壊検査装置1は、このようにして2段階の測定結果から差分磁気抵抗Rを求めることによって、ワークの表面形状に左右されずに、精度の良い磁気抵抗Rを求めることができる。
 なお、上述では、非破壊検査装置1は、最初に浅く磁界を加えて磁束密度を発生させることによって磁気抵抗Rを測定し、その後、深く磁界を加えて磁束密度を発生させることによって磁気抵抗Rを測定するとしたが、これに限らず、最初に深く磁界を加えて磁束密度を発生させることによって磁気抵抗R2を測定し、その後、浅く磁界を加えて磁束密度を発生させることによって磁気抵抗Rを測定しても良い。
 <時定数の算出方法>
 つぎに、処理部20によって磁気エネルギーの減衰時定数τと、渦電流損失の減衰時定数τを算出する具体的な方法について説明する。非破壊検査装置1のコイルC1乃至C16は、被測定物2の検査対象となる部位の上面に配置される。そして、非破壊検査装置1は、励磁コイル14を通電状態にし、励磁磁極11と回収磁極12との間に発生した磁束により被測定物2に対して磁界を加えて磁束密度を発生させる。ここで、磁界を加えて磁束密度を発生させたときの模式的な様子を図8(a)に示す。被測定物2は、図8(a)に示すように、磁界の強さに応じて磁束通過部分が磁界が加えられて磁束密度が発生する。
 また、非破壊検査装置1の励磁コイル14が遮断状態にされた場合には、磁束のループは、励磁コイル14の周辺の閉ループと被測定物2の周辺の閉ループとに分離する(図8(b)を参照)。励磁コイル14周辺の磁束の閉ループは、急速に減少して消失する。一方、被測定物2周辺における磁束の閉ループは、直ちには消失せず(残留磁気)、磁気エネルギーとして磁性体に保持され、徐々に消失していき最終的には静磁場印加以前の状態に戻る。
 非破壊検査装置1は、コイルC1乃至C16により被測定物2の磁束の時間に対する変化を検出する。静磁場遮断後にコイルC1乃至C16で検出される磁束の変化は、理想的には指数関数的に単調減少するが、実際には損失があるので、所定のカーブを描いて減少する。
 図9は残留磁気の消失過程を示す。この磁気エネルギー消失過程では、図9(a)に示すように、コイルC1乃至C16の任意の一つを通過する磁束密度をφとする。また、磁束密度φの変化によって誘導される渦電流をIn、In、In・・・とし、それらの誘導係数をそれぞれM、M、M・・・とする。磁束密度φの変化から誘導された渦電流In、In、In・・・は、それぞれ独立であると考える。このとき、渦電流In、In、In・・・は、磁束密度φの変化に応じて、誘導係数M=ΣMi(i=1,2,3,・・・)で誘導されるひとつの渦電流iに置き換えることができる。すなわち、コイルC1乃至C16の任意の一つを通過する磁束の消失過程は、磁束密度φと、磁束密度φから誘導係数Mで誘導される渦電流iで表すことができる。図9(b)は、図9(a)の等価回路を示している。ここで、Rは、渦電流iの電気抵抗を示し、Lは、渦電流i2のインダクタンスを示す。
 図10は、磁束密度φの閉ループを磁気等価回路に置き換えたものである。ここで、iは、磁束密度を示し、Rは、磁束を保持している測定部位の磁束の戻り難さ(抵抗)を示し、Lは、磁束を保持している磁束空間のインダクタンスを示し、iは、測定部位の渦電流を示し、Rは、渦電流ループの電気抵抗を示し、Lは、渦電流が発生している空間の体積を示している。
 図11は、静磁界を遮断した直後のコイルC1乃至C16の任意の一つを通過する磁束i(=φ)の閉ループCを示している。この時、静磁場印加中に蓄えられた磁気エネルギーは、直ちに消失せずに、徐々に消失していく。この磁気エネルギーは磁束の閉ループ空間に保持され、空間の与えられた磁束の戻りにくさによって徐々に消失していくと考えられる。磁気エネルギーWは、(8)式で表すことができる。なお、図11中のLは、磁界が加えられて発生した磁束密度の長さを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 ここで、Lは、磁束を保持している空間(すなわち、磁気エネルギーを保持する空間)の体積に比例する値である。一方、(8)式は、インダクタンスLのコイルに電流iを流した時に蓄積されるエネルギーと同じ式である。これらのことから、図10のインダクタンスLは、磁束を保持している全空間の体積に相当することがわかる。
 また、図10に示す等価回路を式に表すと(9a)式及び(9b)式のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 (9a)式及び(9b)式を解くと、(10a)式及び(10b)式が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 ここで、初期条件として、静磁界遮断時(t=0)の磁束密度iをIとして、(10a)、(10b)式の定数を定める。この時、誘導係数Mが小さく磁束密度iの変化から誘導される渦電流iが小さい場合、すなわちL1・L2>>M・Mとすると、以下の結果を得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 (11a)式及び(11b)式を(10a)式に代入すると、次の(12)式が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 現実に測定できる値は、(12)式の左辺の磁束密度iである。図12(a)は、(12)式で与えられる磁束密度iの過渡変化を示す。ここで、(4d)式から明かなように、(12)式の右辺第2項は無視することができ、第1項のみで近似できる。一方、磁気センサとして一般に用いられるループコイルで測定される電圧は、磁束密度の変化率、すなわち微分磁束密度に比例した値である。そこで、(12)式を時間tで微分し、(13)式に示す微分磁束密度の式を得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 図12(b)は、(13)式で与えられる微分磁束密度の過渡変化を示す。(12)式は、コイルC1乃至C16で得られる磁束密度iの変化を示す式であり、(13)式は、微分磁束密度(di/dt)の変化を示す式である。
 ここで、(13)式の右辺第1項の時定数τは、(11a)式で与えられるように、「L1/R1」に等しい。また、(13)式の右辺第1項は、静磁場遮断後の被測定物2の近傍における磁束密度の減少特性、すなわち、磁気エネルギーの減衰特性を示す項である。スポット溶接部においては、ナゲット部(金属組成又は構造的な強度の変化が生じている部分)とナゲット部以外の部分(金属組成又は構造的な強度の変化が生じていない部分)とでは、この時定数τに変化が生じる。したがって、スポット溶接部における時定数τの分布を測定し、これを分析すれば、ナゲット部のような金属的に組成変化の生じている部分の形状・寸法を求めることができる。
 また、(13)式の右辺第2項の時定数τは、(11b)式で与えられるように、「L/R」に等しい。したがって、この項は、図10に示す渦電流iの等価回路の時定数に相当する。すなわち、(13)式の右辺第2項は、渦電流損失の減衰特性を示す項である。図11に示すように、被測定物2内の磁束密度の長さをL、磁束通過面積をdsとすると、Lを(14)式で示すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 したがって、(11b)式及び(14)式から、渦電流損失の減衰特性の時定数τは、(15)式に示すように、渦電流が発生する磁路、すなわち鉄鋼板内を通過する磁路の長さに比例する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 
 つまり、スポット溶接部付近を通過する磁束の磁路の長さの変化を、(13)式の右辺第2項の減衰特性の時定数τの変化として検出することができる。
 非破壊検査装置1は、上述の測定原理で示したように、浅く磁界を加えて磁束密度を発生させたときの時定数と、深く磁界を加えて磁束密度を発生させたときの時定数に基づいて、センサ自体の持つ磁気抵抗Rfと、ワークとセンサ間に存在する磁気抵抗Raをキャンセルした時定数を算出し、かつ、空気層を検出しているコイルの時定数を、線対称の位置に配置されているコイルの時定数に置換するので、コイルの一部が空気層を検出しても、他のコイルの検出結果に影響を与えず、検査作業を阻害することなく円滑に検査を行うことができる。
 <他の実施例>
 また、非破壊検査装置1は、上述した実施例以外の構成でも良い。
 非破壊検査装置1は、1つの励磁磁極11から発生させた磁界を無駄なく左右に配置されている回収磁極12a、12bに回収させることにより、磁気圏範囲内にあるナゲット部を測定できるように第1の誘導起電力検出部17c及び第2の誘導起電力検出部17dを並列配置にした構成を他の実施例として提案する。
 また、このように構成されることにより、非破壊検査装置1は、第1の誘導起電力検出部17cと第2の誘導起電力検出部17dの2つを用いるので、1つの誘導起電力検出部により構成される装置と比較すると、2倍の測定精度を実現でき、かつ、測定のしやすさを向上することができる。
 また、非破壊検査装置1は、線形的(一次元)ではなく平面的(二次元)又は立体的(三次元)な測定結果を得ることができ、より多角的なナゲット部の測定が可能である。
 また、非破壊検査装置1は、他に以下のようなメリットがある。
 ・測定方法(センサプローブ5を溶接打痕に近接又は接触させて測定する)が簡易なので、習熟が容易である。
 ・測定時に、センサプローブ5を回転させなくて良い。
 ・スイッチング等の回路が不要である。
 ・一回の測定でナゲット径が推定できる。
 ・解像度が向上する。
 ・磁力線の指向性を向上できる
 また、以下に、具体的な構成について説明する。
 処理部20は、上述したように、被測定物2に磁場を印加して磁束密度を発生させ、当該磁場を遮断後に、当該被測定物2の複数位置から放出される磁束を誘導起電力検出部17により測定し、複数の磁束の過渡変化の時定数を算出し、当該時定数の分布状態から当該被測定物2の内部構造を検出する。
 また、処理部20は、励磁磁極11(励磁部)の長手方向において、その両側に平行に回収磁極12が設けられ、励磁磁極11の下方であって回収磁極12に対応するように複数の誘導起電力検出部17が配置され、被測定物2の複数位置から放出される磁束を複数の誘導起電力検出部17により測定し、当該測定の結果に基づいて、被測定物2の内部に形成されているナゲット部の中心位置及び/又は当該ナゲット部の径を推定する。
 ここで、磁心13の形状について説明する。図13(a)は、磁心13を正面方向から見たときの外観図を示し、図13(b)は、磁心13を底面方向から見たときの外観図を示す。
 磁心13は、図13に示すように、回収磁極12a、12bをコの字形状に形成し、コの字形状に形成されている空間部分に励磁磁極11を配置して構成されている。また、誘導起電力検出部17は、励磁磁極11の下方であって回収磁極12a、12bに対応するように配置されている。なお、誘導起電力検出部17は、図2に示すように、複数の微小コイルが線対称に配置されている。
 また、誘導起電力検出部17は、第1の誘導起電力検出部17cと第2の誘導起電力検出部17dから構成されている。
 第1の誘導起電力検出部17cは、励磁磁極11の下方であって、一方の回収磁極12aに平行に配置されている。
 第2の誘導起電力検出部17dは、励磁磁極11の下方であって、他方の回収磁極12bに平行に配置されている。
 また、処理部20は、第1の誘導起電力検出部17c及び第2の誘導起電力検出部17dの測定結果を取得する。具体的には、処理部20は、第1の誘導起電力検出部17c及び第2の誘導起電力検出部17dの検出結果から、それぞれの磁気エネルギーの減衰時定数の分布を解析し、図14(a)に示すように、線分aと線分bを算出する。なお、線分aの長さは、第1の誘導起電力検出部17cを構成する複数のコイルのうち、ナゲット部を検出したコイルの個数に応じて算出される。同様に、線分bの長さは、第2の誘導起電力検出部17dを構成する複数のコイルのうち、ナゲット部を検出したコイルの個数に応じて算出される。
 処理部20は、当該測定結果から最も離れている3点を抽出して三角形を形成する。図14(b)に示す例では、線分aの始点又は終点と、線分bの始点及び終点から三角形を形成する。
 処理部20は、当該三角形を形成する二つの辺の垂直二等分線をそれぞれの三角形にて算出した垂直二等分線の交点から、3点を通る外接円cを形成する。
 そして、処理部20は、当該外接円cの中心位置dと直径eを算出することにより、被測定物2の内部に形成されているナゲット部の中心位置及び/又は当該ナゲット部の径を推定する。
 また、非破壊検査装置1は、推定したナゲット部を仮想的に描画して表示部23に表示することができる。表示制御部22は、被測定物2の内部に形成されているナゲット部の中心位置及び/又は当該ナゲット部の径を推定した場合に、当該ナゲット部の中心位置及び/又は径に基づいて、当該ナゲット部の仮想的な画像を生成し、表示部23に表示する。
 具体的には、処理部20は、図15(a)、(b)、(c)に示すように、磁心13を含むセンサプローブ5を被測定物2上でスキャンし、複数個所(図15に示す例では、三箇所)で測定を行う。
 なお、図15(a)は、溶接打痕の中心位置から左に寄った位置にセンサプローブ5を近接させて測定(第1の測定)したときの外観図を示す。図15(b)は、溶接打痕の中心位置にセンサプローブ5を近接させて測定(第2の測定)したときの外観図を示す。図15(c)は、溶接打痕の中心位置から右に寄った位置にセンサプローブ5を近接させて測定(第3の測定)したときの外観図を示す。
 また、処理部20は、第1の測定によって、第1の誘導起電力検出部17c及び第2の誘導起電力検出部17dから得られた磁気エネルギーの減衰時定数の分布を解析し、磁気波形を算出する(図15(d))。処理部20は、算出した磁気波形から線分aと線分bを算出する。線分a及び線分bの長さは、第1の誘導起電力検出部17c及び第2の誘導起電力検出部17dを構成する複数のコイルのうち、ナゲット部を検出したコイルの個数に応じて算出される。また、処理部20は、図15(g)に示すように、線分a及び線分bの始点と終点が交点になる円c1を算出し、これをナゲット部の径と推定する。
 また、処理部20は、第2の測定によって、第1の誘導起電力検出部17c及び第2の誘導起電力検出部17dから得られた磁気エネルギーの減衰時定数の分布を解析し、磁気波形を算出する(図15(e))。処理部20は、算出した磁気波形から線分cと線分dを算出する。線分c及び線分dの長さは、第1の誘導起電力検出部17c及び第2の誘導起電力検出部17dを構成する複数のコイルのうち、ナゲット部を検出したコイルの個数に応じて算出される。また、処理部20は、図15(h)に示すように、線分c及び線分dの始点と終点が交点になる円c2を算出し、これをナゲット部の径と推定する。
 また、処理部20は、第3の測定によって、第1の誘導起電力検出部17c及び第2の誘導起電力検出部17dから得られた磁気エネルギーの減衰時定数の分布を解析し、磁気波形を算出する(図15(f))。処理部20は、算出した磁気波形から線分eと線分fを算出する。線分e及び線分fの長さは、第1の誘導起電力検出部17c及び第2の誘導起電力検出部17dを構成する複数のコイルのうち、ナゲット部を検出したコイルの個数に応じて算出される。また、処理部20は、図15(i)に示すように、線分e及び線分fの始点と終点が交点になる円c3を算出し、これをナゲット部の径と推定する。
 表示制御部22は、処理部20によって算出された円c1~c3に基づいて平面画像を生成し、表示部23にナゲット部の仮想的な画像(平面)として表示する(図15(j))。なお、本実施例では、線分bと線分eは、同じ箇所を測定しているので、重なって表示される。
 また、表示制御部22は、処理部20によって算出された円c1~c3に基づいて立体画像を生成し、表示部23にナゲット部の仮想的な画像(立体)として表示する(図15(k))。なお、本実施例では、線分bと線分eは、同じ箇所を測定しているので、重なって表示される。また、表示制御部22は、第1の測定、第2の測定及び第3の測定により算出した磁気波形の高さに基づいて、ナゲット部の高さを算出する。
 このようにして、非破壊検査装置1は、複数の位置で測定した結果に基づいて、平面的又は立体的にナゲット部の仮想的な画像を表示部23に表示するので、ナゲット部の形状及び大きさを視覚的に把握させることができ、検査の精度を向上させることができる。
1 非破壊検査装置
2 被測定物
5 センサプローブ
11 励磁磁極
12 回収磁極
13 磁心
14 励磁コイル
15 励磁制御部
16 磁束発生部
17 誘導起電力検出部(磁束検出素子)
18 センサ出力切替部
19 センサ出力制御部
20 処理部(検出処理部)
21 記憶部
22 表示制御部
23 表示部

Claims (8)

  1.  被測定物に磁場を印加して磁束密度を発生させ、当該磁場を遮断後に、当該被測定物の複数位置から放出される磁束を磁束検出素子により測定し、複数の磁束の過渡変化の時定数を算出し、当該時定数の分布状態から当該被測定物の内部構造を検出する検出処理部を有し、
     前記検出処理部は、前記磁束検出素子を前記被測定物の第一の位置で第一の測定を行い、第二の位置で第二の測定を行い、少なくとも前記第一の測定により検出した内部構造と前記第二の測定により検出した内部構造に基づいて、前記被測定物の内部に形成されているナゲット部の中心位置及び/又は当該ナゲット部の径を推定する非破壊検査装置。
  2.  被測定物に磁場を印加して磁束密度を発生させ、当該磁場を遮断後に、当該被測定物の複数位置から放出される磁束を磁束検出素子により測定し、複数の磁束の過渡変化の時定数を算出し、当該時定数の分布状態から当該被測定物の内部構造を検出する検出処理部を有し、
     前記検出処理部は、前記磁束検出素子を前記被測定物の所定の位置で第一の測定を行い、前記磁束検出素子を前記被測定物の前記所定の位置から所定角度回転した位置で第二の測定を行い、前記第一の測定により検出した内部構造と前記第二の測定により検出した内部構造に基づいて、前記被測定物の内部に形成されているナゲット部の中心位置及び/又は当該ナゲット部の径を推定する非破壊検査装置。
  3.  前記磁束検出素子は、複数の微小コイルが一列に配置されて構成されており、
     前記検出処理部は、前記磁束検出素子を前記被測定物の所定の位置に配置して、前記第一の測定を行い、前記磁束検出素子を前記被測定物の前記所定の位置から所定角度回転させた位置に配置して、前記第二の測定を行う請求項2記載の非破壊検査装置。
  4.  前記磁束検出素子は、複数の微小コイルが縦一列及び横一列に十字形状に配置されて構成されており、
     前記検出処理部は、前記磁束検出素子を前記被測定物の所定の位置に配置して、前記縦一列又は横一列に配置された前記磁束検出素子により前記第一の測定を行い、前記横一列又は縦一列に配置された前記磁束検出素子により前記第二の測定を行う請求項2記載の非破壊検査装置。
  5.  被測定物に磁場を印加して磁束密度を発生させ、当該磁場を遮断後に、当該被測定物の複数位置から放出される磁束を磁束検出素子により測定し、複数の磁束の過渡変化の時定数を算出し、当該時定数の分布状態から当該被測定物の内部構造を検出する検出処理部を有し、
     前記検出処理部は、励磁部の長手方向において、その両側に平行に磁気回収部が設けられ、前記励磁部の下方であって前記磁気回収部に対応するように複数の磁束検出素子が配置され、前記被測定物の複数位置から放出される磁束を前記複数の磁束検出素子により測定し、当該測定の結果に基づいて、前記被測定物の内部に形成されているナゲット部の中心位置及び/又は当該ナゲット部の径を推定する非破壊検査装置。
  6.  前記磁束検出素子は、第1の磁束検出素子と第2の磁束検出素子から構成され、
     前記第1の磁束検出素子は、前記励磁部の下方であって、一方の磁気回収部に平行に配置され、
     前記第2の磁束検出素子は、前記励磁部の下方であって、他方の磁気回収部に平行に配置され、
     前記検出処理部は、前記第1の磁束検出素子及び前記第2の磁束検出素子の測定結果を取得し、当該測定結果から最も離れている3点を抽出して三角形を形成し、当該三角形を形成する二つの辺の垂直二等分線をそれぞれの三角形にて算出した垂直二等分線の交点から、前記3点を通る外接円を形成し、当該外接円の中心位置と直径を算出することにより、前記被測定物の内部に形成されているナゲット部の中心位置及び/又は当該ナゲット部の径を推定する請求項5記載の非破壊検査装置。
  7.  前記磁束検出素子を有する測定装置を把持するアーム部と、
     測定対象となる前記被測定物の所定の位置に前記磁束検出素子が配置されるように、前記アーム部を移動する駆動制御部を備える請求項1乃至6のいずれか一項に記載の非破壊検査装置。
  8.  表示部と、
     前記表示部を制御する表示制御部を備え、
     前記表示制御部は、前記被測定物の内部に形成されているナゲット部の中心位置及び/又は当該ナゲット部の径を推定した場合に、当該ナゲット部の中心位置及び/又は径に基づいて、当該ナゲット部の仮想的な画像を生成し、前記表示部に表示する請求項1乃至6のいずれか一項に記載の非破壊検査装置。
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