(57)【要約】【課題】丸棒状の被検査材が偏芯した場合にもこれに無関係に常に疵の有無を正確に判定する。【解決手段】励磁コイル２Ａ，２Ｂの間の中間位置で丸棒状の被検査材ＬＭの周面に対して間隔をおいて周方向に複数配設され、上記周方向で検出される磁気の強さに応じた検出信号を発する磁気抵抗センサ３と、被検査材ＬＭの偏芯方向と当該方向における偏芯位置を検出する偏芯検出センサ５と、被検査材ＬＭを励磁コイル２Ａ,２Ｂの軸心に対し所定の径方向へ正逆偏芯させた時の、当該径方向における各偏芯位置での検出信号を基準オフセット信号として記憶するとともに、上記検出された偏芯位置に応じた基準オフセット信号を選択し、上記検出された偏芯方向と上記所定の径方向との方向差に応じて、上記選択された基準オフセット信号の位相を変更してオフセット信号を得るとともに、当該オフセット信号を検出信号から差し引いて判定信号を得て、当該判定信号より被検査材周面の疵の有無を判定する判定回路とを備えている。【選択図】        図２
2008298502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
丸棒状の被検査材の長手方向へ間隔をおいて配設され、互いに逆位相で励磁される一対の励磁コイルと、これら励磁コイルの間の中間位置で前記被検査材の周面に対して間隔をおいて周方向に複数配設され、前記周方向で検出される磁気の強さに応じた検出信号を発する磁気検出手段と、前記被検査材を前記励磁コイルの軸心に対し所定の径方向において正逆偏芯させた時の、当該径方向における各偏芯位置での検出信号を基準オフセット信号として記憶する記憶手段と、前記被検査材の偏芯方向と当該方向における偏芯位置を検出する偏芯検出手段と、前記記憶された基準オフセット信号の中から、前記検出された偏芯位置に応じた基準オフセット信号を選択し、前記検出された偏芯方向と前記所定の径方向との方向差に応じて、前記基準オフセット信号の位相を変更してオフセット信号を得るとともに、当該オフセット信号を前記検出信号から差し引いて判定信号を得て、当該判定信号より前記被検査材周面の疵の有無を判定する判定手段とを具備する渦流探傷装置。
【請求項２】
丸棒状の被検査材の長手方向へ間隔をおいて配設され、互いに逆位相で励磁される一対の励磁コイルと、これら励磁コイルの間の中間位置で前記被検査材の周面に対して間隔をおいて周方向に複数配設され、前記周方向で検出される磁気の強さに応じた検出信号を発する磁気検出手段と、前記被検査材を前記励磁コイルの軸心に対し所定の径方向において正逆偏芯させた時の、当該径方向における一の偏芯位置での検出信号を基準オフセット信号として記憶する記憶手段と、前記被検査材の偏芯方向と当該方向における偏芯位置を検出する偏芯検出手段と、前記検出された偏芯位置に応じて前記記憶された基準オフセット信号の振幅を変更するとともに、前記検出された偏芯方向と前記所定の径方向との方向差に応じて前記記憶された基準オフセット信号の位相を変更してオフセット信号を得るとともに、当該オフセット信号を前記検出信号から差し引いて判定信号を得て、当該判定信号より前記被検査材周面の疵の有無を判定する判定手段とを具備する渦流探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は渦流探傷装置に関し、特に、丸棒状の被検査材周面の線状疵等を良好に検出できる渦流探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には巻き方向が逆の２個の励磁コイルの間に、巻き方向が同じ複数の検出コイルを円周面上に放射状に配置して、各検出コイルから出力される検出信号より、被検査材の内周面ないし外周面に生じた線状疵の有無を判定する渦流探傷装置が示されている。
【特許文献１】特開２００３−１４９２１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来の渦流探傷装置において、励磁コイルの中心と検出コイルの円周中心は同軸に位置させてあり、当該中心軸に対して被検査材の内周面ないし外周面が常に同芯に位置すれば問題ないが、搬送装置で連続的に長手方向へ搬送される管体や棒体等の被検査材が搬送時の振れによって偏芯すると、検出コイルの出力が変動して線状疵等の有無判定の精度が損なわれるという問題があった。
【０００４】
そこで本発明はこのような課題を解決するもので、丸棒状の被検査材が偏芯した場合にもこれに無関係に常に疵の有無を正確に判定できる渦流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】
上記目的を達成するために、本第１発明では、丸棒状の被検査材（ＬＭ）の長手方向へ間隔をおいて配設され、互いに逆位相で励磁される一対の励磁コイル（２Ａ，２Ｂ）と、これら励磁コイル（２Ａ，２Ｂ）の間の中間位置で被検査材（ＬＭ）の周面に対して間隔をおいて周方向に複数配設され、上記周方向で検出される磁気の強さに応じた検出信号（３ａ，３ｂ，３ｃ，…，３ｇ，…）を発する磁気検出手段（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，…，３Ｇ，…）と、被検査材（ＬＭ）を励磁コイル（２Ａ,２Ｂ）の軸心に対し所定の径方向において正逆偏芯させた時の、当該径方向における各偏芯位置での検出信号を基準オフセット信号（Ｏsd）として記憶する記憶手段（４５）と、被検査材（ＬＭ）の偏芯方向と当該方向における偏芯位置を検出する偏芯検出手段（５）と、上記記憶された基準オフセット信号（Ｏsd）の中から、検出された偏芯位置に応じた基準オフセット信号（Ｏsd）を選択し、検出された偏芯方向と上記所定の径方向との方向差に応じて、上記基準オフセット信号（Ｏsd）の位相を変更してオフセット信号（Ｏs）を得るとともに、当該オフセット信号（Ｏs）を検出信号から差し引いて判定信号（Ｊｓ）を得て、当該判定信号（Ｊｓ）より被検査材（ＬＭ）周面の疵の有無を判定する判定手段（４５）とを具備している。
【０００６】
本第１発明において、上記オフセット信号は丸棒状被検査材の偏芯によって３６０度周期の略正弦波として現れる。そこで、検出信号から、上記オフセット信号を差し引いて得た判定信号は、ほぼ疵信号のみを含むものになり、被検査材偏芯の影響を受けない。ここにおいて、判定信号が閾値を越えたか否かで疵の有無を判定すれば、被検査材の偏芯に拘わらず疵の有無を確実に判定することができる。そして、本発明においては、記憶手段に記憶しておいた複数の基準オフセット信号の中から被検査材の偏芯位置に応じた基準オフセット信号を選択するとともに、被検査材の偏芯方向に応じて基準オフセット信号の位相を変更してオフセット信号を得ているから、オフセット信号の作成を簡易に行うことができる。
【０００７】
本第２発明では、丸棒状の被検査材の長手方向へ間隔をおいて配設され、互いに逆位相で励磁される一対の励磁コイルと、これら励磁コイルの間の中間位置で被検査材の周面に対して間隔をおいて周方向に複数配設され、上記周方向で検出される磁気の強さに応じた検出信号を発する磁気検出手段と、被検査材を励磁コイルの軸心に対し所定の径方向において正逆偏芯させた時の、当該径方向における一の偏芯位置での検出信号を基準オフセット信号として記憶する記憶手段と、前記被検査材の偏芯方向と当該方向における偏芯位置を検出する偏芯検出手段と、検出された上記偏芯位置に応じて上記記憶された基準オフセット信号の振幅を変更するとともに、検出された上記偏芯方向と上記径方向との方向差に応じて上記記憶された基準オフセット信号の位相を変更してオフセット信号を得るとともに、当該オフセット信号を前記検出信号から差し引いて判定信号を得て、当該判定信号より前記被検査材周面の疵の有無を判定する判定手段とを具備する。本第２発明においても本第１発明と同様の効果が得られるとともに、基準オフセット信号は一つだけ記憶すればよいからメモリ容量が少なくて済み、簡易な構成で渦流探傷装置を実現することができる。
【０００８】
なお、上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明の渦流探傷装置によれば、丸棒状の被検査材が偏芯した場合にもこれに無関係に常に疵の有無を正確に判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１には渦流探傷装置の検出部Ｍの斜視図を示し、図２にはその側面図を示す。各図において、検出部Ｍは円筒状のコイルボビン１を備えており、その筒軸方向の両端部外周にはそれぞれ、逆位相で交流励磁される励磁コイル２Ａ，２Ｂが巻回されている。コイルボビン１の中間部外周には周方向へ等間隔で複数（例えば１０度の角度間隔で３６個）の磁気検出手段たる磁気抵抗センサ３が設けられている。磁気抵抗センサ３としては、スピンバルブ巨大磁界抵抗効果素子（ＳＶ−ＧＭＲ素子）などのＧＭＲ素子やトンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ素子）等を使用することができる。各磁気抵抗センサ３はフルブリッジ回路を形成する４個の磁気抵抗素子を内蔵しており、フルブリッジ回路とすることによって、磁気抵抗センサ３の、磁束が零の場合の検出信号のオフセットを零にすることができる。なお、各磁気抵抗素子の感磁方向は、コイルボビン１を貫通して移動する被検査材ＬＭに対して水平かつ周方向と一致するように設定されている。ここで、各磁気抵抗センサ３上には偏芯検出手段としての偏芯検出センサ５が設けられている。偏芯検出センサ５は渦巻状のプリントコイルで、その感磁方向は、コイルボビン１の軸心からの放射方向、すなわち径方向と一致するように設定されている。なお、偏芯検出センサ５を磁気抵抗センサ３の下面に設けることもできる。
【００１１】
磁気抵抗センサ３は判定装置４（図３）に接続されている。なお、以下においては周方向の各位置に設けた磁気抵抗センサとその検出信号をアルファベットで識別する。判定装置４は図３に示すように、各磁気抵抗センサ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，…，３Ｇ，…に対応させて設けた複数の増幅器４１および検波器４２と、ＡＤ変換回路４３、メモリ回路４４、判定回路４５および出力回路４６で構成されている。なお、判定回路４５はコンピュータのソフトウェアで実現することができる。各磁気抵抗センサ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，…，３Ｇ，…の検出信号３ａ，３ｂ，３ｃ，…，３ｇ，…は増幅器４１で増幅された後、検波器４２で同期検波され、ＡＤ変換回路４３で周期的に順次選択されてメモリ回路４４に記憶される。判定回路４５はメモリ回路４４に記憶された検出信号から、後述の手順でオフセット信号を差し引いて判定信号を得、判定信号が所定の閾値を越えたときに被検査材ＬＭの表面に疵が存在すると判定する。判定結果は出力回路４６を経て出力される。
【００１２】
一方、偏芯検出センサ５は図４に示すように、径方向の対称位置にある各一対がそれぞれ差動増幅器６に接続されており、被検査材ＬＭが上記一対の偏芯検出センサ５を結ぶ所定の径方向で軸心から一方へ偏芯すると上記差動増幅器６の出力６ａはこの時の偏芯位置（偏芯量）に応じて正の値で増大し、被検査材ＬＭが軸心から他方へ偏芯すると上記差動増幅器６の出力６ａはこの時の偏芯量に応じて負の値で増大する。これら差動増幅器は上記判定回路４５に接続されている。
【００１３】
図５は０度の基準位置から周方向へ９０度離れた位置にある偏芯検出センサ５に対して、径方向で接近するように被検査材ＬＭが偏芯した場合の、周方向前後の各偏芯検出センサ５の出力信号を示す。図５より明らかなように、被検査材ＬＭに最も近い９０度位置にある偏芯検出センサ５の出力信号が最も大きくなる。そしてこの場合、出力信号は偏芯検出センサ５への被検査材ＬＭの接近位置、すなわち偏芯量に応じて大きくなる。したがって、出力信号が最も大きい差動増幅器６がいずれであるか、また出力信号の正負によって被検査材ＬＭの偏芯方向を知ることができるとともに、最大出力信号の大きさ（電圧値）より偏芯量（偏芯位置）を知ることができる。
【００１４】
このような構成の渦流探傷装置において、コイルボビン１内に棒状の被検査材ＬＭを通すと、図６に示すように、各励磁コイル２Ａ，２Ｂによって被検査材ＬＭの表面には周方向へ渦電流Ｉ１，Ｉ２が流れる。その向きは、励磁コイル２Ａ，２Ｂの励磁が互いに逆方向であることにより、逆方向となっている。被検査材ＬＭの表面に疵が無い場合には、磁気抵抗センサ３を配設した両励磁コイル２Ａ，２Ｂの中間位置では、渦電流Ｉ１，Ｉ２は互いに相殺しあって実質的に流れないから、いずれの磁気抵抗センサ３の検出信号も零となる。
【００１５】
図７に示すように、被検査材ＬＭの表面に線状疵ＷＬが生じた場合には、励磁コイル２Ａ，２Ｂで誘起された各渦電流Ｉ１，Ｉ２は線状疵ＷＬを迂回するように乱され、渦電流Ｉ１，Ｉ２の一部Ｉ３，Ｉ４が線状疵ＷＬに沿って被検査材ＬＭの長手方向へ流れるようになる。このため、これら渦電流Ｉ３，Ｉ４によって線状疵ＷＬに近い位置の磁気抵抗センサ３にその高感度方向（ないしその逆方向）の磁束が生じて、フルブリッジ回路が非平衡状態となり、磁気抵抗センサ３より検出信号が生じる。この場合、線状疵ＷＬに対して周方向の両側に位置する磁気抵抗センサ３からは十分な大きさの検出信号が生じ、一方、線状疵ＷＬの直上や線状疵ＷＬから離れた位置にある磁気抵抗センサ３の検出信号は零か充分小さくなる。なお、線状疵ＷＬに沿った渦電流Ｉ３，Ｉ４は、線状疵ＷＬを境に周方向の前後で互いに逆方向になっているから、この部分に位置する磁気抵抗センサ３の検出信号（疵信号）は互いに逆極性となり、その変動周期は１８０度以内である。
【００１６】
コイルボビン１内を通過する、表面に線状疵ＷＬを生じていない丸棒状被検査材ＬＭが偏芯すると、周方向に位置する磁気抵抗センサ３の検出信号（周方向に位置する磁気抵抗センサの各検出信号を連ねた信号波形）には３６０度の周期で略正弦波状に変化するオフセット信号が現れる。この理由は、丸棒被検査材の軸心とコイルボビン１の中心が一致している場合には被検査材ＬＭ表面を流れる渦電流によって生じる磁束は径方向へ向かうもののみとなり、磁気抵抗センサ３の感磁方向は既述のように周方向に設定されているから検出信号は零になる。これに対して、被検査材ＬＭが偏芯してその軸心とコイルボビン１の中心がずれると、被検査材ＬＭの径方向とコイルボビン１の径方向が互いに角度を成すようになり、この結果、周方向への磁束成分が現れてこれが磁気抵抗センサ３で検出されて、検出信号が略正弦波状に変化するのである。図８は、基準位置から周方向へ９０度と２７０度離れた位置にある互いに対向する偏芯検出センサ５を結ぶ径方向で、被検査材ＬＭが軸心から正逆方向へ偏芯した場合の、偏芯量（偏芯位置）に応じたオフセット信号を基準オフセット信号Ｏsdとしてその変化を示したものである。なお、図８の各基準オフセット信号Ｏsdは軸心位置を偏芯量０とし、これより正方向および逆方向へそれぞれ０．２５ｍｍ毎に１ｍｍまで偏芯量を変化させて測定したものである。
【００１７】
基準オフセット信号Ｏsdは９０度位置と２７０度位置で常時零になるとともに、軸心からの正逆方向への偏芯量が大きくなるほど、これに応じて正負に大きく振れる。判定回路４５（図３）は、上記所定の径方向で偏芯量に応じて測定された図８に示す複数の基準オフセット信号Ｏsdを予め記憶しており、上記差動増幅器６（図４）の出力信号より被検査材ＬＭの偏芯方向と偏芯量の情報を得て、基準オフセット信号Ｏsdのうちから上記偏芯量に最も近い偏芯量に対応する基準オフセット信号Ｏsdを選択する。例えば偏芯量が正方向へ０．９ｍｍである場合にはこれに最も近い偏芯量１ｍｍの場合の基準オフセット信号Ｏsd1（図８）が選択される。そして、選択した基準オフセット信号Ｏsdの位相を偏芯方向と上記所定の径方向との方向差に応じて変更してオフセット信号Ｏsを得る。この場合の位相の変更は、偏芯方向が上記９０度方向からずれた角度に応じて基準オフセット信号Ｏsd1の波形を図８で左右方向へ平行移動させるものである。なお、この場合、複数の基準オフセット信号Ｏsdの位相を偏芯方向と上記所定の径方向との方向差に応じて変更し、位相が変更された基準オフセット信号Ｏsdのうちから上記偏芯量に最も近い偏芯量に対応する基準オフセット信号Ｏsdを選択するようにしても良い。
【００１８】
表面に線状疵ＷＬを生じかつ偏芯した被検査材ＬＭがコイルボビン１内を通過すると、磁気抵抗センサ３の検出信号は図９の実線で示すようにオフセット信号Ｏsに疵信号Ｄｓが重畳したものとなる。そこで、検出信号からオフセット信号Ｏsを差し引いて図９の破線で示す判定信号Ｊｓを得て、当該判定信号Ｊｓが閾値Ｔｈを越えたか否かで疵の有無を判定すれば、被検査材ＬＭの偏芯に拘わらず線状疵ＷＬの有無を確実に判定することができる。
【００１９】
上記実施形態において、基準オフセット信号を複数記憶するのに代えて、所定の径方向（例えばコイルボビンの軸心から水平方向）における一の偏芯量での基準オフセット信号を一つだけ記憶して、被検査材の偏芯方向と偏芯量の情報を得た際に、被検査材の偏芯量に応じて予め定めた係数を乗じて上記基準オフセット信号の振幅を変更するとともに、振幅が変更された当該基準オフセット信号の位相を、偏芯方向と上記所定の径方向との方向差に応じて変更してオフセット信号を得るようにしても良い。例えば、偏芯量が正方向へ１ｍｍの場合の基準オフセット信号Ｏsd1を記憶しておき、被検査材ＬＭの実際の偏芯量が正方向へ０．５ｍｍの場合には上記基準オフセット信号Ｏsd1の値に係数０．５を乗じてその振幅を変更する等である。
【００２０】
上記実施形態のように磁気抵抗センサの検出信号から基準オフセット信号を得るのではなく、所定の偏芯方向および偏芯量の時の基準オフセット信号を数値解析によるシミュレーションによって予め算出し、これを記憶しておくようにしても良い。上記実施形態では磁気抵抗センサ上に偏芯検出センサを設けたが、これに代えて、図１０に示すように、励磁コイル２Ｂから筒軸方向へ離れてさらに励磁コイル２Ｃを設けて、これら励磁コイル２Ｂ，２Ｃの間のコイルボビン１外周に偏芯検出センサ５を設けるようにしても良い。なお、この場合の励磁コイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃの励磁は互いに逆位相になるようにする。ここで、上記渦流探傷装置は線状疵に限らずヘゲ疵の検出も可能である。また、磁気検出手段としては、磁気抵抗センサに代えて磁気検出コイル等を設けても良い。さらに、偏芯検出手段としてはプリントコイルの偏芯検出センサに代えて、巻線コイルや磁気抵抗センサを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】渦流探傷装置の検出部の斜視図である。
【図２】渦流探傷装置の検出部の側面図である。
【図３】判定装置の回路構成を示すブロック図である。
【図４】偏芯検出センサの配置を示す概略断面図である。
【図５】周方向へ配置された各偏芯検出センサの出力信号を示す図である。
【図６】線状疵が無い場合の、渦流探傷装置の検出部の概念的断面図である。
【図７】線状疵が有る場合の、渦流探傷装置の検出部の概念的断面図である。
【図８】線状疵が無く被検査材が偏芯している場合の、磁気抵抗センサの検出信号の、被検査材周方向位置での変化を示す図である。
【図９】線状疵が有り被検査材が偏芯している場合の、磁気抵抗センサの検出信号の、被検査材周方向位置での変化を示す図である。
【図１０】渦流探傷装置の検出部の他の例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００２２】
1…コイルボビン、２Ａ，２Ｂ…励磁コイル、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，…，３Ｇ，…磁気抵抗センサ（磁気検出手段）、３ａ，３ｂ，３ｃ，…，３ｇ，…検出信号、４５…判定回路（記憶手段、判定手段）、５…偏芯検出センサ、Ｊｓ…判定信号、ＬＭ…被検査材、ＷＬ…線状疵、Ｏs…オフセット信号、Ｏsd…基準オフセット信号。
【図１】
2008298502.tif 000003
【図２】
2008298502.tif 000004
【図３】
2008298502.tif 000005
【図４】
2008298502.tif 000006
【図５】
2008298502.tif 000007
【図６】
2008298502.tif 000008
【図７】
2008298502.tif 000009
【図８】
2008298502.tif 000010
【図９】
2008298502.tif 000011
【図１０】
2008298502.tif 000012