(57)【要約】  【課題】三相交流電源電圧を直接スイッチング制御する簡単な回路構成で、検査対象物を囲む空間部にあらゆる方向の磁界を発生させ得る磁粉式探傷装置を提供する。  【解決手段】検査対象物に対して互いに直交する３軸方向に磁束を発生する３軸用磁化コイルＬｘ、Ｌｙ、Ｌｚを備えた探傷コイル１０に、三相交流電源により磁化電流を供給する磁粉式探傷装置において、三相交流電源及び探傷コイル１０間にスイッチング回路ＳＣＲ１、ＳＣＲ２；ＳＣＲ３、ＳＣＲ４；ＳＣＲ５、ＳＣＲ６を介在させると共に、このスイッチング回路に、少なくとも３軸方向の磁界及び３軸のうちの３通りの組合わせによる２軸の磁束成分による合成方向の磁界を発生させるように、三相交流電源の半周期単位の所定の信号パターンの半波電流列を三相の磁化電流としてそれぞれ周期的に出力させる三相のスイッチング信号を発生するスイッチング制御手段９が付属する。  【選択図】図１
2006292607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物に対して互いに直交する３軸方向に磁束を発生する３軸用磁化コイルを備えた探傷コイルに、三相交流電源により磁化電流を供給するようになった磁粉式探傷装置において、
三相交流電源及び探傷コイル間にスイッチング回路を介在させると共に、このスイッチング回路に、少なくとも３軸方向の磁界及び前記３軸のうちの３通りの組合わせによる２軸の磁束成分による合成方向の磁界を発生させるように、前記三相交流電源の半周期単位の所定の信号パターンの半波電流列を三相の磁化電流としてそれぞれ周期的に出力させる三相のスイッチング信号を発生するスイッチング制御手段が付属することを特徴とする磁粉式探傷装置。
【請求項２】
三相のスイッチング信号の信号パターンが、３軸方向の磁界及び前記３軸のうちの３通りの組合わせによる２軸の磁束成分による合成方向の磁界に加えて、前記３軸の磁束成分による合成方向の磁界を発生させるように、互いに異なる繰り返し周波数に形成されることを特徴とする請求項１記載の磁粉式探傷装置。
【請求項３】
各相の信号パターンの繰り返し周波数が、互いに非整数倍の関係を有することを特徴とする請求項２記載の磁粉式探傷装置。
【請求項４】
スイッチング回路が、三相交流電源の半波整流回路で構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の磁粉式探傷装置。
【請求項５】
スイッチング回路が、三相交流電源の両波整流回路で構成されると共に、各相の信号パターンが、前記三相交流電源の半周期単位の休止期間を伴うように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の磁粉式探傷装置。
【請求項６】
各相の信号パターンが、三相交流電源の正負の半波電流を出力させるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５記載の磁粉式探傷装置。
【請求項７】
スイッチング回路がＳＣＲで構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項６記載の磁粉式探傷装置。
【請求項８】
各相の信号パターンが、探傷後に検査対象物に対して脱磁を行うように、三相の磁化電流の出力の繰り返しごとに前記磁化電流の時間幅を徐々に小さくさせる脱磁モードを有することを特徴とする請求項７記載の磁粉式探傷装置。
【請求項９】
探傷コイルが、３軸用磁化コイルの３個の磁化コイルうちの２個の前記磁化コイルが、磁粉が散布された検査対象物が挿入される共通の空間部に互いに直交する磁界を発生するように、前記空間部を介して互いに対向直交する一対のソレノイドコイル部分によりそれぞれ構成されると共に、残り１個の前記磁化コイルが、２個の前記磁化コイルが発生する磁界に対して直交する磁界を発生するように、前記空間部を包囲するソレノイドコイルで構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか記載の磁粉式探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象物に対して互いに直交するＸＹＺ軸の３軸方向に磁束を発生する３軸用磁化コイルを備えた探傷コイルに、三相交流電源により磁化電流を供給する磁粉式探傷装置検査対象物に対して互いに直交するＸＹＺの３軸方向に磁束を発生する３軸用磁化コイルを備えた三次元探傷コイルに、それぞれの発生する磁束が合成されるように、三相商用電源により磁化電流を供給するようになった磁粉式探傷装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の磁粉式探傷装置の原理は特許文献１等に開示されており、磁性材表面に磁界を発生させ、その間に割れ等の傷が存在すると、その形状に応じて磁極が発生して磁粉の分布密度が変化して模様が形成されることにより、紫外線照射により蛍光磁粉模様が観察される。特許文献２等により自動化された探傷装置も周知である。その際、磁力線方向が検査する割れ傷の方向に揃うと有効に磁化されず、交差方向に磁力線を与える必要があり、特に直交方向の付与が好ましい。したがって、二次元面或は三次元空間を検査領域とする場合、その範囲に方向が変化する磁界を発生する必要があるために、互いに直交する２軸或は３軸の磁化コイルに位相差１２０°の三相商用電源による磁化電流の組合わせで合成磁界を発生させることも行われている。本出願人は、そこのような傷検出感度の方向性を無くすために、特許文献３により、複数個の磁化コイルに互いに周波数の異なる交流電流を通電して、磁力線のベクトル合成によりあらゆる方向に磁界を発生させる磁粉探傷用磁化装置を提案した。
【特許文献１】特開平１１−１６０２８３号公報
【特許文献２】特開平１０−２８２０６３号公報
【特許文献３】特開平１１−１６０２８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献３による方法は、交流電源の整流電圧を無関係な周波数の特に二相の磁化電流に変換するインバータを前提にし、回路構成を複雑にすると共に、互いに直交する３軸方向の磁化コイルに対する異なる周波数の交流電流の供給については言及されていない。したがって、３軸用磁化コイルに、位相差１２０°の三相交流電流をそのまま供給すると、三相もしくはそのうちの２相の励磁電流による合成方向の磁界のみ発生して、互いに直交する３軸方向自体の磁界が発生せず、また磁力線もしくは磁束の方向の分布に偏りを生じる。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みて、三相交流電源電圧を直接スイッチング制御する簡単な回路構成で、検査対象物を囲む空間部にあらゆる方向の磁界を発生させ得る磁粉式探傷装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、この目的を達成するために、請求項１により、検査対象物に対して互いに直交する３軸方向に磁束を発生する３軸用磁化コイルを備えた探傷コイルに、三相交流電源により磁化電流を供給するようになった磁粉式探傷装置において、三相交流電源及び探傷コイル間にスイッチング回路を介在させると共に、このスイッチング回路に、少なくとも３軸方向の磁界及び３軸のうちの３通りの組合わせによる２軸の磁束成分による合成方向の磁界を発生させるように、三相交流電源の半周期単位の所定の信号パターンの半波電流列を三相の磁化電流としてそれぞれ周期的に出力させる三相のスイッチング信号を発生するスイッチング制御手段が付属することを特徴とする。
【０００６】
三相の磁化電流の半周期単位の半波磁化電流の位相差及び半周期単位の休止期間により、Ｘ軸、Ｙ軸或はＺ軸のみの磁化電流による磁束、その３通りの組合わせによるＸＹ軸、ＸＹＺ軸或はＹＺ軸の磁化電流による２軸合成方向の磁束、さらにはＸＹＺ軸の磁化電流による３軸合成方向の磁束が、それぞれの磁束成分の強度に応じて合成方向を変化させて発生する。
【０００７】
信号パターンの形態としては、請求項２により、三相のスイッチング信号の信号パターンが、３軸方向の磁界及び３軸のうちの３通りの組合わせによる２軸の磁束成分による合成方向の磁界に加えて、３軸の磁束成分による合成方向の磁界を発生させるように、互いに異なる繰り返し周波数に形成されるか、或は請求項３により、各相の信号パターンの繰り返し周波数が、互いに非整数倍の関係を有することが考えられる。スイッチング回路の構成としては、請求項４により、スイッチング回路が、三相交流電源の半波整流回路で構成されるか、或は請求項５により、スイッチング回路が、三相交流電源の両波整流回路で構成されると共に、各相の信号パターンが、三相交流電源の半周期単位の休止期間を伴うように形成される。半波電流は、請求項６により、各相の信号パターンが、三相交流電源の正負の半波電流を出力させるように形成される。スイッチング回路の構成としては、請求項７により、スイッチング回路がＳＣＲで構成される。
【０００８】
探傷後の処理として、請求項８により、各相の信号パターンが、探傷後に検査対象物に対して脱磁を行うように、三相の磁化電流の出力の繰り返しごとに磁化電流の時間幅を徐々に小さくさせる脱磁モードを有する。好ましい探傷コイルの構造としては、請求項９により、探傷コイルが、３軸用磁化コイルの３個の磁化コイルうちの２個の磁化コイルが、磁粉が散布された検査対象物が挿入される共通の空間部に互いに直交する磁界を発生するように、空間部を介して互いに対向直交する一対のソレノイドコイル部分によりそれぞれ構成されると共に、残り１個の磁化コイルが、２個の磁化コイルが発生する磁界に対して直交する磁界を発生するように、空間部を包囲するソレノイドコイルで構成される。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、電源装置が、インバータを用いることなく三相交流電源の直接のスイッチング制御により低コストに製作される。直交３軸方向に加えて、そのうちの３通りの組合わせによる３組の２軸合成方向の磁界が発生されることにより、不感帯の発生を抑制することが可能となる。磁化電流の基本波周波数を商用電源周波数以下にすることが可能となり、検査対象物の内部へ磁場浸透を深くして傷の検出範囲を広げることが可能になる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、３軸合成も含めた各相の半波磁化電流の多様な組合わせが容易に形成される。請求項２の発明によれば、各相の半波磁化電流の多様な組合わせを容易に分散させることができ、感度の方向性の偏りを抑制できる。請求項４の発明によればスイッチング回路が交流電源用の通常の半波整流回路で簡単に構成可能となり、請求項５の発明によればスイッチング回路が通常の両波整流回路で交流電源を有効に利用できる。請求項６の発明によれば、交流電源の正負の半波電流を用い２軸合成方向の変化範囲を広げて不感帯の発生を一層抑制することができる。
【００１１】
請求項７の発明によれば交流の半波電流を磁化電流にすることにより、スイッチング回路がＳＣＲで簡単に構成され、請求項８の発明によれば磁化コイルを兼用して、着磁される可能性のある検査対象物の脱磁も可能になり、特にスイッチング回路がＳＣＲで構成されると、その点弧角の制御により簡単に脱磁が可能になる。請求項９の発明によれば、内部に空間部を形成する互いに直交の３軸の探傷コイルが簡単に構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図を基に本発明の実施の形態による磁粉式探傷装置を説明する。図２に示すように、探傷用電源装置で磁化電圧を印加して磁化電流が供給される３軸用の探傷コイル１０は、３個の磁化コイルで構成されると共に、検査対象物が挿入される共通の空間部１０ａを囲んで互いに直交する磁界を発生するＸ軸用磁化コイルＬｘ、Ｙ軸用磁化コイルＬｙ及びＺ軸用磁化コイルＬｚで構成されている。磁化コイルＬｘは、空間部１０ａに磁束φｘを発生するように、対向する直列接続の一対の方形状多層ソレノイドコイル部分Ｌｘ１，Ｌｘ２を備え、磁化コイルＬｙは、空間部１０ａに磁束φｙを発生するように、Ｘ軸用磁化コイルＬｘに直交して対向する直列接続の一対の方形状多層ソレノイドコイル部分Ｌｙ１，Ｌｙ２を備えている。磁化コイルＬｚは方形状の多層ソレノイドコイルであり、Ｘ軸用磁化コイルＬｘ及びＹ軸用磁化コイルＬｙを囲んで磁束φｚを発生する。
【００１３】
図１はこのような探傷コイル１０を磁化する電源装置の回路構成を示すもので、例えば５０Ｈｚの三相商用交流電圧を入力とするトランス２ｘ、２ｙ、２ｚと、これらのトランス及び磁化コイルＬｘ、Ｌｙ、Ｌｚ間にそれぞれ介在する逆並列接続のＳＣＲ１、ＳＣＲ２；ＳＣＲ３、ＳＣＲ４；ＳＣＲ５、ＳＣＲ６で構成されるスイッチング回路と、それぞれ降圧された三相交流電圧を半周期単位でスイッチング制御して半波電流列を磁化電流として出力させる所定の信号パターンの三相のスイッチング信号を発生するスイッチング制御手段９とで構成されている。これらのＳＣＲは、正負の半波電流を出力するように点弧制御される半波整流回路を構成する。
【００１４】
図３は第１の実施の形態による磁化電圧に対応する磁化電流を示すもので、スイッチング制御手段９は、３軸方向の磁界及びそのうちの３通りの組合わせによる２軸の磁束成分による合成方向の磁界を周期的に繰り返し発生させるように、交流周期５０Ｈｚの５周期分５Ｔごとにハッチングで示す正負の半波電流を半周期単位の休止期間を伴って５個づつ出力させる信号パターンの三相のスイッチング信号を出力する。また、探傷後に、探傷コイル１０を兼用して、磁化された可能性のある検査対象物の脱磁を行うために、５Ｔの繰り返しごとに各相の磁化電流の時間幅を徐々に小さくする脱磁モードの信号パターンの三相のスイッチング信号も出力する。つまり、これらの信号パターンは、所定の位相角０°又は１８０°で発生される点弧パルスで形成され、脱磁モードでは点弧角を位相角０°又は１８０°から徐々に遅らせて導通角を徐々に小さくする点弧パルスで形成される。
【００１５】
探傷コイル１０に、このような三相の磁化電流が供給されると、図４に示すように、その空間部１０ａには、互いに直交するＸ、Ｙ及びＺ軸方向の磁束と、＋Ｘ軸及び＋Ｙ軸を含む面である＋Ｘ、＋Ｙ軸面、即ち象限Ｑ１、以下−Ｘ、＋Ｙ軸を含む面である象限Ｑ２、−Ｘ、−Ｙ軸の象限Ｑ３、＋Ｘ、−Ｙ軸の象限Ｑ４、＋Ｘ、＋Ｚ軸の象限Ｑ５、−Ｘ、＋Ｚ軸の象限Ｑ６、−Ｘ、−Ｚ軸の象限Ｑ７、＋Ｘ、−Ｚ軸の象限Ｑ８、＋Ｙ、＋Ｚ軸の象限Ｑ９、−Ｙ、＋Ｚ軸の象限Ｑ１０、−Ｙ、−Ｚ軸の象限Ｑ１１、＋Ｙ、−Ｚ軸の象限Ｑ１２に沿ってそれぞれ２軸の磁束成分の合成方向に磁界を発生する。即ち、期間ａで正の半波電流によるＸ軸方向、ｏでは負の半波電流によるＹ軸方向、ｊでは正の半波電流によるＺ軸方向の磁界を発生する。さらに、期間ｂ〜ｉ、ｋ〜ｎでは、図示のように、各象限Ｑ１〜Ｑ１２に沿ってそれぞれ直交する２軸間で一方の軸から他方の軸へ向けて互いの磁束密度に応じて変化する２軸合成方向に磁界を発生する。
【００１６】
即ち、正又は負の半波電流により図２に示す互いに直交するＸ、Ｙ及びＺ軸方向の磁束φｘ、φｙ、φｚ及びＸＹ軸面、ＸＺ軸面及びＹＺ軸面に沿って一方の軸から他方の軸へ向けてその半波電流値及び極性に応じて方向の変化する磁束が、周期５Ｔで繰り返し発生する。したがって、互いに直交するＸＹ軸面、ＸＺ軸面及びＹＺ軸面に沿ってあらゆる方向の磁界が、検査対象物がセットされた空間部１０ａを横断してその表面に沿って発生する。部分的には、図示の三相の半波電流の重畳領域に応じて３軸の合成磁束も発生する。
【００１７】
図５は、第２の実施の形態による磁化電流を示すもので、スイッチング制御手段９が、Ｘ相に対して５０Ｈｚの４周期分４Ｔの正の半波電流を出力させ、次いで４Ｔの負の半波電流を出力させ、Ｙ相に対しては３Ｔ分の正、次いで３Ｔ分の負の半波電流を出力させ、Ｚ相に対して１Ｔ分の正、次いで１Ｔ分の負の半波電流を出力させる信号パターンの三相のスイッチング信号を出力する。つまり、Ｘ相のスイッチング信号の周期Ｔｘは８Ｔ、Ｙ相の周期Ｔｙは６Ｔ、Ｚ相の周期Ｔｚは２Ｔであり、したって最小公倍数の２４Ｔを三相の繰返し周期として半波電流列が出力される。これにより、表１において磁化過程の各期間ａ〜ｒについて例示するように、Ｘ、Ｙ及びＺ軸方向に加えて、前述の１２象限Ｑ１〜Ｑ１２に沿った互いの磁束密度に応じて変化する２軸合成方向の磁界を発生する。
【００１８】
【表１】
2006292607.tif 000003
【００１９】
さらに、これらの方向の磁界に加えて、３軸の磁束密度に応じて変化する３軸合成方向の磁束により１２象限に対してあらゆる斜め方向の磁界も発生する。したがって、空間部１０ａにセットされた検査対象物の表面に沿ってＸ、Ｙ、Ｚ軸方向と、互いに直交するＸＹ軸面、ＸＺ軸面及びＹＺ軸面に沿った２軸合成方向と、これらの面に沿った方向から残り１軸方向へその磁束密度に応じて変化する斜め方向とのあらゆる方向に磁界が発生する。同様に、スイッチング制御手段９は、三相の繰返し周期２４Ｔごとに、各相の整流電流の導通角を徐々に小さくする脱磁モードの信号パターンのスイッチング信号を出力し得るように構成される。
【００２０】
図６は第３の実施の形態による磁化電流を示すもので、Ｘ相に対して５０Ｈｚ２周期の２Ｔ分正の半波電流を出力させ、次いで３Ｔ分負の半波電流を出力させ、Ｙ相に対しては２Ｔ分の正、次いで１Ｔ分の負の半波電流を出力させ、Ｚ相に対して１Ｔ分の正、次いで１Ｔ分の負の半波電流を出力させる信号パターンのスイッチング信号が出力される。つまり、Ｘ相のスイッチング信号の周期Ｔｘは５Ｔ、Ｙ相の周期Ｔｙは３Ｔ、Ｚ相の周期Ｔｚは２Ｔであり、したって最小公倍数の３０Ｔを三相の繰返し周期として半波電流列が出力される。その際、Ｔｘ及びＴｙが奇数であり、正負の半波数が異なるが、Ｘ軸及びＹ軸方向の検出感度には影響しない。これにより、３軸方向、直交する３組の２軸面に沿った２軸合成方向及びこれらの面に沿った方向から残り１軸方向へ斜めのあらゆる方向に磁界が、空間部１０ａを横断し、またＴｘ、Ｔｙ及びＴｚが互いに非逓倍（非整数倍）の関係を有することにより、磁界方向による磁界の強さの変動を抑制することが可能になる。
【００２１】
図７は、第４のスイッチング信号の形態による両波整流による正負の半波電流を示すもので、スイッチング回路が、図８にＸ相について例示するようにＳＣＲのブリッジ回路５で構成される。図６の場合と同様にＸ、Ｙ、Ｚ相のスイッチング信号周期は５Ｔ、３Ｔ、２Ｔであり、各相につきそれぞれ半周期の休止期間を置いて両波整流による正負の半波電流列を出力させる信号パターンのスイッチング信号が出力される。これにより、表２において磁化過程の各期間ａ〜ｒについて例示するように、Ｘ、Ｙ及びＺ軸方向に加えて、前述の１２象限Ｑ１〜Ｑ１２に沿った各軸の合成方向の磁界を発生する。
【００２２】
【表２】
2006292607.tif 000004
【００２３】
つまり、３０Ｔの繰返し周期として両波整流による各相３０個づつの半波電流列が出力され、その際正負の半波電流列の最後に挿入される休止期間において３軸方向及び２軸合成方向の磁界が発生すると共に、表２には例示しないが、図７から明らかなように、３軸合成方向の磁界も発生する。これにより、三相交流電源を両波整流式に効率良く利用して、あらゆる方向に磁界が発生される。
【００２４】
図９は、以上説明したような信号パターンのスイッチング信号で直接スイッチング制御される三相交流電源で励磁される探傷コイル１０を備えた磁粉式探傷装置を示す。鋼材である検査対象物１がベルトコンベヤ１５で空間部１０ａ内に搬入されて励磁されると、その空間部１０ａに、図２に示す互いに直交する磁束φｘ、φｙ、φｚ、ＸＹ、ＸＺ及びＹＺ軸面に沿ってその一方の軸から他方の軸へ向けて方向が変化する２軸合成磁束、或はさらにその２軸面から残りの１軸に向けて方向が変化する３軸合成磁束が繰り返し発生する。これにより、割れ等の傷に対してその形状と交差方向の磁束により、その形状に応じて磁極が発生する。次いで、探傷コイル１０に取付けた非磁性の磁粉液噴射器１３から検査対象物１の表面に散布し、続いてベルトコンベア１５により検査対象物１を紫外線ランプ１１の下方へ搬出して、磁極発生に伴う蛍光磁粉模様を観察する。検査終了後に、再度空間部１０ａ内へ搬入して、脱磁モードの信号パターンのスイッチング信号でスイッチング制御した磁化電流で探傷コイル１０を励磁し、検査対象物１に形成された磁極を除去して搬入位置へ搬出する。従来、脱磁に際しては専用装置を用いていたのに対して、検査場所で探傷コイル１０を利用して簡単に脱磁できるようになる。
【００２５】
尚、種々の信号パターンによる探傷用磁化について説明したが、本発明の範囲内で、三相交流電源の半周期単位で形成される他の信号パターンも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態による磁粉式探傷装置の回路構成を説明する図である。
【図２】同装置の電源により励磁される探傷コイルの斜視図である。
【図３】同探傷コイルに供給される第１の実施の形態による三相の磁化電流の波形を示す図である。
【図４】同磁化電流による磁界の形成状態を説明する図である。
【図５】第２の実施の形態による三相の磁化電流の波形を示す図である。
【図６】第３の実施の形態による三相の磁化電流の波形を示す図である。
【図７】第４の実施の形態による三相の磁化電流の波形を示す図である。
【図８】図７の磁化電流を発生させるスイッチング回路を示す図である。
【図９】同磁粉式探傷装置全体の概略構成を説明する側面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  検査対象物
１０  探傷コイル
１０ａ  空間部
１１  紫外線ランプ
１３  磁粉液噴射器
Ｌｘ  Ｘ軸用磁化コイル
Ｌｙ  Ｙ軸用磁化コイル
Ｌｚ  Ｚ軸用磁化コイル
【図１】
2006292607.tif 000005
【図２】
2006292607.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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