(57)【要約】【課題】  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】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の径方向対称位置に複数配設され、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素子３と、検出信号に含まれるオフセット信号を当該検出信号から差し引いて判定信号を得、当該判定信号より被検査材（ＬＭ）周面の疵の有無を判定する判定装置とを具備し、判定装置は、上記オフセット信号をフーリエ級数の基本波成分と二次高調波成分で近似し、上記検出信号より基本波成分の振幅と位相を推定して当該基本波成分を検出信号から差し引いて予備信号を得、当該予備信号から二次高調波成分の振幅を推定して当該二次高調波成分を予備信号から差し引いて判定信号を得るものである。【選択図】        図２
2008292334.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、前記検出信号に含まれるオフセット信号を当該検出信号から差し引いて判定信号を得、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し、前記判定手段は、前記オフセット信号をフーリエ級数の基本波成分と二次高調波成分で近似し、前記検出信号より前記基本波成分の振幅と位相を推定して当該基本波成分を前記検出信号から差し引いて予備信号を得、当該予備信号から前記二次高調波成分の振幅を推定して当該二次高調波成分を前記予備信号から差し引いて前記判定信号を得るものである渦流探傷装置。
【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、丸棒状の被検査材の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、検出信号（３ａ，３ｂ，３ｃ，…，３ｇ，…）に含まれるオフセット信号（Ｏｓ）を当該検出信号から差し引いて判定信号（Ｊｓ）を得、当該判定信号（Ｊｓ）より被検査材（ＬＭ）周面の疵（ＷＬ）の有無を判定する判定手段（４）とを具備し、判定手段（４）は、上記オフセット信号（Ｏｓ）をフーリエ級数の基本波成分と二次高調波成分で近似し、上記検出信号より基本波成分の振幅と位相を推定して当該基本波成分を検出信号から差し引いて予備信号を得、当該予備信号から二次高調波成分の振幅を推定して当該二次高調波成分を予備信号から差し引いて判定信号（Ｊｓ）を得るものである。
【０００６】
本発明において、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、基本波成分と二次高調波成分で近似した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。そこで、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。
【０００７】
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】
【０００８】
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】
【０００９】
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。
【００１０】
磁気抵抗センサ３は判定装置に接続されている。なお、以下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。
【００１１】
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内に丸棒状の被検査材ＬＭを通すと、図４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３ａ，３ｂ，３ｃ，…，３ｇ，…も零となる。
【００１２】
図５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。
【００１３】
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）は図６に示すように、３６０度の周期で略正弦波状に変化するオフセット信号Ｏｓのみとなる。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。この状態で被検査材ＬＭの表面に線状疵ＷＬが生じている場合には、検出信号は図７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、判定回路４５では、オフセット信号Ｏｓを、下式（１）に示すようなフーリエ級数の基本波成分と二次高調波成分で近似し、検出信号のピークの大きさとその位相より、基本波成分の振幅ｋ1と位相θ0を推定する。そして、検出信号から基本波成分を差し引いて予備信号を得る。続いて、予備信号のピークの大きさより二次高調波成分の振幅ｋ2を推定し、予備信号から二次高調波成分を差し引くと図７の破線で示すような判定信号Ｊｓ（疵信号Ｄｓ）を得る。そこで、この判定信号Ｊｓが閾値Thを越えたか否かで疵の有無を判定することにより、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。
Ｏｓ＝ｋ1sin（θn−θ0）＋ｋ2sin２（θn−θ0）…（１）
【００１４】
なお、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を設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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】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５】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６】線状疵が無く被検査材が偏芯している場合の、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７】線状疵が有り被検査材が偏芯している場合の、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。
【符号の説明】
【００１６】
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、４…判定装置（判定手段）、Ｊｓ…判定信号、ＬＭ…被検査材、ＷＬ…線状疵、Ｏｓ…オフセット信号。
【図１】
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【図２】
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【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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