JPH0989843A - 渦流探傷方法及び渦流探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単発系疵や二次コイルの配列方向と直角方向
に伸びる疵のみでなく、二次コイルの配列方向と同一方
向に伸びる疵も検出でき、かつこれらの疵の区別ができ
る渦流探傷方法及び渦流探傷装置を提供する。 【解決手段】 Ｅ型の渦流探傷センサ１１〜１３を、各
磁極の並びと直角方向に複数配列し、各渦流探傷センサ
毎の二つの二次コイル１１ｂと１１ｃ、１２ｂと１２
ｃ、１３ｂと１３ｃの出力の差分信号と、異なる渦流探
傷センサの二次コイル同士１１ｃと１２ｃ、１２ｃと１
３ｃの出力の差分信号との双方を検出し、これらの差分
信号に基づいて被検査材の疵の検出を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、渦電流を利用して
導電体の表層に存在する疵を検出する方法及び装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】導電体の表層に存在する疵を検出する方
法として、渦流探傷方法が広く使用されている。渦流探
傷方法は、励磁コイルにより導電体の表層に渦電流を発
生させ、その渦電流によって検出コイルに発生する誘導
電圧を検出することにより疵を検出するものである。被
検出体の表面に疵があった場合には、渦電流の流れに変
化が起き、それに伴って励磁電圧が変化するので、疵が
検出できる。

【０００３】渦流探傷方法に使用されるセンサ（プロー
ブ）として、Ｅ型をしたセンサが一般的に使用されてい
る。Ｅ型センサを使用した渦流探傷の原理を図６に示
す。図６において、１はセンサ、１ａは一次コイル、１
ｂ、１ｃは二次コイル、３は被検査体、４は単発系（ピ
ット状）の疵を示す。一次コイル１ａには交流電流が供
給され、これによって被検査体３には、矢印で示される
ような渦電流が発生する。この渦電流により二次コイル
１ｂ、１ｃには誘導電圧が発生する。

【０００４】被検査体に疵がないときは、二次コイル１
ｂ、１ｃに発生する誘導電圧は同じであるため、二つの
二次コイルの誘導電圧の差分をとればゼロになる。図６
に示されるように二次コイル１ｃの近傍にのみ疵４が存
在する場合には、二つの二次コイルに発生する誘導電圧
に差が発生するので、両コイルの誘導電圧の差分がゼロ
でなくなる。従って、この差分を検出することにより疵
の発生を検出できる。

【０００５】このように、Ｅ型の渦流探傷センサにおい
ては、二つの二次コイルの差分信号により疵の存在の判
定を行っているので、センサの温度変化に伴うドリフト
や、被検査体の成分値変化等に伴う透磁率や非抵抗の変
化に起因する二次コイルの出力の変化が相殺されて、疵
信号のみが得られるという長所を有する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｅ型の
渦流探傷センサは、ピンホール状の疵や二次コイルの配
列方向と直角方向に伸びる疵を感度良く検出することは
できるが、二次コイルの配列方向と同一方向に伸びる疵
に対して検出感度が悪いという問題点を有する。

【０００７】図７にこのような疵がＥ型のセンサの下に
位置する場合を示す。図７において、図６と同じ部分に
は同じ符号を付す。５は、各コイル１ａ、１ｂ、１ｃと
同じ方向に伸びる長い疵をしめす。図７に示されるよう
に長い疵５がセンサ１の中心に対して対称の位置にある
場合には、疵５の大きさが大きくても、二つの二次コイ
ル１ｂ、１ｃに誘起される誘起電圧はほぼ同じとなり、
差分出力がゼロに近いため、欠陥が検出できない。

【０００８】図８に、このような二次コイルの配列方向
に長い疵と単発系（ピット状）の疵を有する被検査体を
Ｅ型センサで検査した場合の出力の例を示す。図８にお
いても、図６と同じ部分には同じ符号を付す。矢印は被
検査体の進行方向を示す。また、Ｖは二つの二次コイル
の出力の差分信号を位相検波した出力、ｔは時間を示
す。長い疵５がセンサ１の下を通過し始めるとき、２つ
の検出コイルの出力の間に小さなアンバランスが生じる
ため、出力Ｖは少し変化する。その後疵５の深さが次第
に深くなり、続いて浅くなっていくが、その変化の割合
が小さいため、二つの二次コイルの出力の間にはあまり
差がなく、出力Ｖの変化は小さい。疵５の終端がセンサ
１の下を通過するとき、再びやや大きめな出力Ｖの変化
が得られる。これに対し、単発系疵４がセンサ１の下を
通過する場合には、大きな出力が得られる。

【０００９】このように実際には疵５の方が疵４よりも
大きいにもかかわらず、疵４から得られる信号の方が大
きいので、疵５を微小疵と判断してしまうという問題点
がある。また、出力信号Ｖをみただけでは、疵５が長い
疵であることが判別できない。

【００１０】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、単発系疵や二次コイルの配列
方向と直角方向に伸びる疵のみでなく、二次コイルの配
列方向と同一方向に伸びる疵も検出でき、かつこれらの
疵の区別ができる渦流探傷方法及び渦流探傷装置を提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題は、強磁性体で
あるＥ型コアの中央磁極を一次コイルとし両側の各磁極
を二次コイルとした渦流探傷センサの一次コイルに交流
電圧を印加して被検査体に渦電流を発生させ、この渦電
流により各二次コイルに生じる誘起電圧を検出信号とす
る渦流探傷法であって、前記渦流探傷センサを、各磁極
の並びと直角方向に複数配列し、各渦流探傷センサ毎の
二つの二次コイルの出力の差分信号と、異なる渦流探傷
センサの二次コイル同士の出力の差分信号との双方を検
出し、これらの差分信号に基づいて被検査材の疵の検出
を行うことを特徴とする渦流探傷方法により解決され
る。

【００１２】各渦流探傷センサの各磁極の配列方向に長
い疵の場合、前述したように当該センサの二つの二次コ
イル間の出力の差はほとんどない。しかしながら、この
ような疵の場合、あるセンサの下に疵がある場合には他
のセンサの下には疵がないので、異なるセンサの二次コ
イル同士の出力信号の間には差が生じ、差分信号を検出
することにより、疵の検出が可能となる。また、前記２
種類の差分信号に基づいて、疵の形状を判別することが
できる。

【００１３】この渦流探傷方法は、強磁性体であるＥ型
コアの中央磁極を一次コイルとし両側の各磁極を二次コ
イルとした渦流探傷センサを各磁極の並びと直角方向に
複数配列した渦流探傷センサ群と、各渦流探傷センサに
交流電流を供給する電源装置と、各々の渦流探傷センサ
毎の二つの二次コイルの出力の差分を演算して増幅する
差動増幅器と、異なる渦流探傷センサの二次コイル同士
の出力の差分を演算して増幅する差動増幅器と、これら
の差動増幅器の信号を位相検波する位相検波回路と、位
相検波された信号をフィルタリングするフィルタ回路を
有してなる渦流探傷装置を用いて実現することができ
る。

【００１４】各々の渦流探傷センサ毎の二つの二次コイ
ルの出力及び異なる渦流探傷センサの二次コイル同士の
出力は、それぞれ差動増幅器で差動増幅されて位相検波
回路に供給される。位相検波回路は、一次コイルへの励
磁電流の位相と一定の位相差を持った波形を基準にして
同期検波を行うことにより、疵の信号のみを取り出すも
ので、渦流探傷装置において通常使用されている公知の
ものである。同期検波された信号はフィルタ回路に供給
される。フィルタ回路は、特定範囲の周波数の信号のみ
を通過させることによって疵の種類を判別するために使
用されるものであり、位相検波回路同様、渦流探傷装置
において通常使用されている公知のものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
について、図１、図２を用いて説明する。図１におい
て、１１、１２、１３はＥ型センサ、１１ａ、１２ａ、
１３ａはそれぞれのＥ型センサの一次コイル、１１ｂ、
１１ｃ、１２ｂ、１２ｃ、１３ｂ、１３ｃは、それぞれ
のＥ型センサの二次コイルを示す。３つのＥ型センサ１
１、１２、１３は、各磁極（コイル）の並びと直角方向
に配列されている。

【００１６】図２において、２１〜２５は差動増幅器、
３１〜３５は位相検波回路、４１〜４５はフィルタを示
す。Ｅ型センサ１１の二次コイル１１ｂ、１１ｃからの
出力電圧が差動増幅器２１に、Ｅ型センサ１２の二次コ
イル１２ｂ、１２ｃからの出力電圧が差動増幅器２２
に、Ｅ型センサ１３の二次コイル１３ｂ、１３ｃからの
出力電圧が差動増幅器２３にそれぞれ入力されると共
に、Ｅ型センサ１１の二次コイル１１ｃとＥ型センサ１
２の二次コイル１２ｃからの出力が差動増幅器２４に、
Ｅ型センサ１２の二次コイル１２ｃとＥ型センサ１３の
二次コイル１３ｃからの出力が差動増幅器２５にそれぞ
れ入力されている。

【００１７】差動増幅器２１〜２３から得られる差分信
号は、Ｅ型センサの長さ方向（縦方向）の差分であるの
で縦差分と称し、差動増幅器２４、２５から得られる差
分信号は、Ｅ型センサの幅方向（横方向）の差分である
ので横差分と称する。

【００１８】なお、図２においては、横差分を発生させ
るのに、隣接するＥ型センサの隣接する二次コイル１１
ｃと１２ｃ、１２ｃと１３ｃをそれぞれ差動増幅器２
４、２５の入力としているが、多数のＥ型センサが設け
られる場合には、二次コイル１１ｃと１３ｃの出力を一
組にして差動増幅器の入力とする等、１個以上離れたＥ
型センサの横差分をとることもできる。

【００１９】また、隣接するＥ型センサの隣接しない二
次コイル１１ｂと１２ｃ、１２ｂと１３ｃ等を組にして
横差分をとることもできる。しかし、一般には、差分を
とる二次コイルの位置があまり離れると測定条件が同一
でなくなるという問題があるので、なるべく近い二次コ
イル同士で横差分をとることが望ましい。

【００２０】差動増幅器２１〜２５の出力は、それぞれ
位相検波回路３１〜３５に入力される。位相検波回路３
１〜３５には、Ｅ型センサの励磁コイルに供給される電
流と同位相の基準電圧が供給されており、各々の位相検
波回路３１〜３５は、この基準電圧を基準にして設定さ
れた位相差を持った信号を作りだし、この信号を基準に
して同期検波を行うことにより疵の信号成分のみを抽出
している。

【００２１】なお、図２においては、一つの差動増幅器
に対して一つの位相検波回路のみが接続されているが、
検出目的とする疵の種類に応じて、異なる検波位相を持
った複数の位相検波回路を接続することもできる。

【００２２】位相検波回路３１〜３５の出力信号は、フ
ォイルタ回路４１〜４５に入力される。フィルタ回路４
１〜４５は、検出目的とする疵の種類や大きさ、被検出
体の速度等により決定される周波数成分のみを通過させ
ることにより、ノイズ成分を除去し疵信号のみを出力す
る。位相検波回路及びフィルタ回路は、周知のものであ
るため、その詳しい説明は省略する。

【００２３】フィルタ回路４１〜４５の出力は、コンパ
レータ（図示せず）によりしきい値と比較され、しきい
値を越えた信号があった場合に疵があったと判定され
る。

【００２４】本発明の実施形態における疵の種類毎の検
出出力を図３、図４により説明する。図３において、
（Ｎ−１）は（Ｎ−１）番目のＥ型センサ、ＮはＮ番目
のＥ型センサ、（Ｎ＋１）は（Ｎ＋１）番目のＥ型セン
サを示し、（Ｎ−１）ｂ、（Ｎ−１）ｃ、Ｎｂ、Ｎｃ、
（Ｎ＋１）ｂ、（Ｎ＋１）ｃは、それぞれ各Ｅ型センサ
の二次コイルを示す。図３は、初期状態を示し、この状
態から被検査体が矢印の方向に移動するものとする。Ｅ
型センサ（Ｎ＋１）の近傍を単発系（ピット状）疵が通
過し、Ｅ型センサ（Ｎ−１）の近傍を長い疵が通過す
る。

【００２５】図４は、Ｅ型センサ（Ｎ＋１）の縦差分の
出力、Ｅ型センサ（Ｎ−１）の縦差分の出力、Ｅ型セン
サ（Ｎ−１）とＥ型センサＮの横差分の出力（いずれも
フィルタ回路の出力）を示すものである。Ｅ型センサ
（Ｎ＋１）の縦差分の出力は、単発系疵が通過するとき
にしきい値を越えている。Ｅ型センサ（Ｎ−１）の縦差
分の出力は、長い欠陥がＥ型センサ（Ｎ−１）の近傍を
長い疵が通過するにもかかわらず、前述した理由により
しきい値を越えていない。しかし、Ｅ型センサ（Ｎ−
１）とＥ型センサＮの横差分の出力は、長い欠陥の通過
に応じて大きくなり、ほぼ欠陥の通過する間、しきい値
を越えている。

【００２６】なお、一般にあるセンサの近傍を図３に示
されるような長い疵が通過する場合には、当該センサの
横差分の出力と共に、当該センサと横差分をとっている
センサの横差分出力も変化するが、変化の向きが逆であ
るので、出力信号の正負を判定すれば、どちらのセンサ
の近傍を疵が通過したのかを判別することができる。こ
のように縦差分と横差分を併用することにより、単発系
欠陥のみならず、Ｅ型センサの磁極の配列方向に長い欠
陥も検出することができる。

【００２７】また、本発明の方法と装置を使用すれば、
各出力の組み合わせにより疵の種類を判別することがで
きる。即ち、 (1) あるＥ型センサの縦差分と横差分、及び当該センサ
と横差分をとっているセンサの横差分にのみ同時に短い
出力が現れる場合は、単発系疵である。 (2) 複数の連続するＥ型センサの縦差分に同時に出力が
現れる場合は、Ｅ型センサの配列方向に長い連続性疵で
ある。 (3) あるＥ型センサの横差分に連続した出力が現れる場
合は、Ｅ型センサの磁極の配列方向に長い連続性疵であ
る。

【００２８】また、一つのＥ型センサの縦差分出力と横
差分出力とから、疵の形状は、一般に表１に記載される
ように判断される。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、ピット状の疵や二次コイルの二次コイルの配列方向
と直角方向に伸びる疵のみでなく、二次コイルの配列方
向と同一方向に伸びる疵も検出でき、かつこれらの疵の
区別ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態におけるＥ型センサの配
置を示す図である。

【図２】 本発明の一実施形態における疵検出回路の構
成を示す図である。

【図３】 本発明の一実施形態において、検出される疵
とＥ型センサの位置関係を示す図である。

【図４】 図３に示す疵が通過した場合の、各差分出力
を示す図である。

【図５】 従来技術において、渦流探傷法に使用される
Ｅ型センサの構成を示す図である。

【図６】 Ｅ型センサによる渦流探傷の原理を示す図で
ある。

【図７】 Ｅ型センサにより、その磁極の配列方向に長
い疵を探傷する場合の問題点を示す図である。

【図８】 長い疵と単発系欠陥を有する被検出体をＥ型
センサで探傷した場合の出力波形を示す図である。

【符号の説明】

１１〜１３…Ｅ型センサ、１１ａ、１２ａ、１３ａ…一
次コイル、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１１ｃ、１２ｃ、
１３ｃ…二次コイル、２１〜２５…差動増幅器、３１〜
３５…位相検波回路、４１〜４５…フィルタ回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】強磁性体であるＥ型コアの中央磁極を一次
   コイルとし両側の各磁極を二次コイルとした渦流探傷セ
   ンサの一次コイルに交流電圧を印加して被検査体に渦電
   流を発生させ、この渦電流により各二次コイルに生じる
   誘起電圧を検出信号とする渦流探傷法において、前記渦
   流探傷センサを、各磁極の並びと直角方向に複数配列
   し、各渦流探傷センサ毎の二つの二次コイルの出力の差
   分信号と、異なる渦流探傷センサの二次コイル同士の出
   力の差分信号との双方を検出し、これらの差分信号に基
   づいて被検査材の疵の検出を行うことを特徴とする渦流
   探傷方法。
2. 【請求項２】前記２種類の差分信号に基づいて、疵の形
   状を判別することを特徴とする請求項１に記載の渦流探
   傷方法。
3. 【請求項３】強磁性体であるＥ型コアの中央磁極を一次
   コイルとし両側の各磁極を二次コイルとした渦流探傷セ
   ンサを各磁極の並びと直角方向に複数配列した渦流探傷
   センサ群と、各渦流探傷センサに交流電流を供給する電
   源装置と、各々の渦流探傷センサ毎の二つの二次コイル
   の出力の差分を演算して増幅する差動増幅器と、異なる
   渦流探傷センサの二次コイル同士の出力の差分を演算し
   て増幅する差動増幅器と、これらの差動増幅器の信号を
   位相検波する位相検波回路と、位相検波された信号をフ
   ィルタリングするフィルタ回路を有してなる渦流探傷装
   置。