(57)【要約】【課題】高精度で安定した探傷を可能とする。【解決手段】二組のレーザ式寸法計を用いて振動量Ｈ及びその変化率（差分量Ｄ）を導出する（Ｓ２、Ｓ３）。差分量Ｄが所定値以上であれば（Ｓ４：ＹＥＳ）、その後４秒間連続してしきい値を”大”に設定し（Ｓ５）、差分量Ｄが所定値未満であれば（Ｓ４：ＮＯ）、しきい値を”小”に設定する（Ｓ６）。設定されたしきい値と探傷器の出力とを比較することに基づいて、欠陥の有無を判定する（Ｓ８）。【選択図】　　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被探傷材の表層に発生した渦電流をコイルにより検出して前記被探傷材の表面にある欠陥を見つけだすための渦流探傷装置において、
前記被探傷材の振動量を測定するための振動量測定手段と、
前記振動量測定手段で測定された前記被探傷材の振動量の変化率に基づいてしきい値を設定するためのしきい値設定手段と、
前記しきい値設定手段で設定されたしきい値と前記コイルからの探傷出力とを比較することに基づいて、前記被探傷材の表面に欠陥があるか否かを判定するための欠陥判定手段とを備えていることを特徴とする渦流探傷装置。
【請求項２】
前記しきい値設定手段は、前記被探傷材の振動量の変化率に応じて段階的に大きさが変化するようにしきい値を設定することを特徴とする請求項１に記載の渦流探傷装置。
【請求項３】
前記しきい値設定手段は、前記被探傷材の振動量の変化率が所定値以上である期間後の一定時間内のしきい値を、前記被探傷材の振動量の変化率が前記所定値未満であるときよりも大きい一定値に保持することを特徴とする請求項２に記載の渦流探傷装置。
【請求項４】
被探傷材の表層に発生した渦電流をコイルにより検出して前記被探傷材の表面にある欠陥を見つけだすための渦流探傷方法において、
前記被探傷材の振動量を測定する振動量測定ステップと、
前記振動量測定ステップで測定された前記被探傷材の振動量の変化率に基づいてしきい値を設定するしきい値設定ステップと、
前記しきい値設定ステップで設定されたしきい値と前記コイルからの探傷出力とを比較することに基づいて、前記被探傷材の表面に欠陥があるか否かを判定する欠陥判定ステップとを備えていることを特徴とする渦流探傷方法。
【請求項５】
前記しきい値設定ステップにおいて、前記被探傷材の振動量の変化率に応じて段階的に大きさが変化するようにしきい値を設定することを特徴とする請求項４に記載の渦流探傷方法。
【請求項６】
前記しきい値設定ステップにおいて、前記被探傷材の振動量の変化率が所定値以上である期間後の一定時間内のしきい値を、前記被探傷材の振動量の変化率が前記所定値未満であるときよりも大きい一定値に保持することを特徴とする請求項５に記載の渦流探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、渦流探傷装置及び渦流探傷方法に関し、特に、棒状金属の表面にある欠陥を渦電流により検出する渦流探傷装置及び渦流探傷方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被探傷材である金属材料の表面にある欠陥を検出する方法として、渦流探傷方法がよく用いられている。この渦流探傷方法の原理は、交流電流を流したコイルを金属材料に接近させ、金属材料に渦電流を生成し、欠陥が存在する場合に生じる渦電流の乱れによるコイルのインピーダンス変化を検知することにより欠陥を検出するというものである。
【０００３】
ところが、このインピーダンス変化は、被探傷材である金属材料の表面にある欠陥だけでなく、金属材料の振動などによっても生じる。そこで、従来は欠陥による欠陥信号と振動による偏心の信号とがインピーダンス平面上で挙動が異なることを利用して、位相弁別するなどして対処していた。また、特開平６−１０２２５４号公報には、二組の渦流探傷コイルを組み合わせて演算することによって振動の影響を除去する方法が開示されている。さらに、振動の影響を除去する方法として、特に振動が大きい被探傷材の先後端部に関しては、一律に探傷しない領域を設ける場合も多い。
【０００４】
【発明の解決しようとする課題】
工場などで利用される場合、消耗品であるコイルは複数個使用されるのが普通である。ところが、位相はコイルの状態などによって大きく変化するため、上述の位相弁別によっては、欠陥と偏心の信号を安定して分別するのが困難である。しかも、位相は探傷周波数によっても変化し、周波数によっては偏心と欠陥の位相がほとんど同じで区別がつかない場合もある。
【０００５】
また、上述の特開平６−１０２２５４号公報では、二組のコイルを組み合わせているため、コイル間の個体差が直接探傷精度に影響し、長期的に安定な探傷を行うことが難しい。さらに、被探傷材の先後端部でも探傷が必要な場合は多々あり、一律に探傷しないのは問題がある。また、中心部でも振動が発生する場合もあり、その場合は誤信号となってしまう。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高精度で安定した探傷を可能とする渦流探傷装置及び渦流探傷方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の渦流探傷装置は、被探傷材の表層に発生した渦電流をコイルにより検出して前記被探傷材の表面にある欠陥を見つけだすための渦流探傷装置において、前記被探傷材の振動量を測定するための振動量測定手段と、前記振動量測定手段で測定された前記被探傷材の振動量の変化率に基づいてしきい値を設定するためのしきい値設定手段と、前記しきい値設定手段で設定されたしきい値と前記コイルからの探傷出力とを比較することに基づいて、前記被探傷材の表面に欠陥があるか否かを判定するための欠陥判定手段とを備えている（請求項１）。
【０００８】
本発明の渦流探傷方法は、被探傷材の表層に発生した渦電流をコイルにより検出して前記被探傷材の表面にある欠陥を見つけだすための渦流探傷方法において、前記被探傷材の振動量を測定する振動量測定ステップと、前記振動量測定ステップで測定された前記被探傷材の振動量の変化率に基づいてしきい値を設定するしきい値設定ステップと、前記しきい値設定ステップで設定されたしきい値と前記コイルからの探傷出力とを比較することに基づいて、前記被探傷材の表面に欠陥があるか否かを判定する欠陥判定ステップとを備えている（請求項４）。
【０００９】
この構成によると、被探傷材の振動量の変化率に基づいてしきい値が設定される。そして、このように設定されたしきい値とコイルからの探傷出力とを比較することに基づいて被探傷材の表面に欠陥があるか否かが判定されるので、探傷の精度を向上させることができる。具体的には、被探傷材の振動量の変化率が小さいときにはノイズを拾うことがほとんどないと推定されるためにしきい値を小さくして探傷検出感度を向上させ、その一方で被探傷材の先後端部などの探傷を行う際のように振動量の変化率が大きいときにはしきい値を大きくしてノイズが検出されることを少なくする。これにより、振動量が大きい被探傷材の先後端部であっても探傷が可能となると共に、上述した従来技術で説明した３つの技術よりも高精度で安定した探傷が可能となる。
【００１０】
本発明において、前記被探傷材の振動量の変化率に応じて段階的に大きさが変化するようにしきい値が設定されてよい（請求項２、５）。
【００１１】
この構成によると、しきい値が被探傷材の振動量の変化率の変動にしたがって連続的に変化することがなくなり、より高精度で安定した探傷が実現できる。
【００１２】
本発明において、前記被探傷材の振動量の変化率に応じて段階的にしきい値の大きさを変化させることに加えて、前記被探傷材の振動量の変化率が所定値以上である期間後の一定時間内のしきい値を、前記被探傷材の振動量の変化率が前記所定値未満であるときよりも大きい一定値に保持してよい（請求項３、６）。
【００１３】
この構成によると、しきい値が被探傷材の振動量の変化率の変動にしたがって小刻みに変化することがなくなり、より高精度で安定した探傷が実現できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００１５】
まず、本発明の実施の形態による渦流探傷装置を、図１〜図４に基づいて説明する。図１は、本実施の形態にかかる渦流探傷装置１の構成を示す図である。図２は、振動量を求める方法としてレーザ式寸法計を用いた例を示す図である。図３は、レーザ式寸法計の構成を示す図である。図４は、振動量の定義を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、被探傷材２の欠陥を探傷する渦流探傷装置１は、自己比較方式の渦流探傷コイル（励磁コイル兼検出コイル）４及び渦流探傷回路５を有する渦流探傷器３と、二組のレーザ式寸法計（第一のレーザ式寸法計６と第二のレーザ式寸法計７）と、振動測定回路８と、しきい値設定手段及び欠陥判定手段としての判定回路９とによって構成されている。なお、二組のレーザ式寸法計及び振動測定回路８が振動量測定手段を構成している。
【００１７】
被探傷材２は、渦流探傷装置１により探傷される、棒状金属（棒鋼、線材等）である。被探傷材２は、図１の例では、矢印方向へと搬送されている。
【００１８】
貫通型コイルである渦流探傷コイル４は、被探傷材２の上流に設置されており、被探傷材２に外嵌されている。また、渦流探傷回路５は、例えば、渦流探傷コイル４に交流電流を供給する発振器、渦流探傷コイル４のインピーダンスを測定するためのブリッジ、検出信号を増幅するための交流増幅器、位相検波器、位相推移器などで構成される。なお、各種の条件設定などはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）で設定することが可能である。そして、渦流探傷コイル４のインピーダンス変化により渦流探傷回路５で検知された欠陥信号は、渦流探傷器３の探傷出力として、判定回路９に出力される。
【００１９】
第一のレーザ式寸法計６と第二のレーザ式寸法計７は、図１に示すように、渦流探傷コイル４の前（本実施の形態では、数１０ｃｍ程度）に設置される。そして、図２に示すように、被探傷材２に対して直角になるように、且つ、それぞれのレーザ寸法計６、７も直角になるように配置される。
【００２０】
レーザ式寸法計６、７としては、例えば、図３に示すようなレーザ式寸法計を用いる。図３に示すレーザ式寸法計では、半導体レーザ２０から発射されたレーザ光線２１は、１２面ポリゴンミラー２２及び反射ミラー２３で反射し、コリメータレンズ（Ｆθレンズ）２４を通過して平行線となる。そして測定物である被探傷材２に投射され、その結果生じる影の時間を電気信号に変換し、ＣＰＵで計算することによって精密な寸法測定を行う。レーザ式寸法計６、７で検出された信号は、振動測定回路８に出力される。
【００２１】
振動測定回路８は、所定時間毎に、レーザ式寸法計６、７の測定結果を収集し、被探傷材２の座標を計算する。そして、図４に示すように、渦流探傷コイル４の中心と被探傷材２の中心が同心であった場合の平面座標位置を（ｘ，ｙ）、偏心した場合の座標位置が（ｘ１，ｙ１）として、振動量（偏心量）Ｈを下記の式に基づき計算する。
【００２２】
【数１】
2004053406.tif 000003
【００２３】
更に、振動測定回路８では、今回の測定結果に基づいて計算された振動量Ｈと前回の測定結果に基づいて計算された振動量Ｈとの差分量（振動量の変化率）Ｄを計算する。そして、差分量Ｄの値を判定回路９に出力する。
【００２４】
判定回路９は、差分量Ｄの値により設定されたしきい値と、渦流探傷器３からの探傷出力とを比較することに基づいて、被探傷材２の表面に欠陥があるか否かを判断する。しきい値は、差分量Ｄが大きいときには大きく設定され、また差分量Ｄが小さいときには小さく設定される。
【００２５】
より詳細には、しきい値は、差分量Ｄの大きさに応じて段階的に（本実施の形態では２段階）大きさが変化するように設定される。さらに詳細には、差分量Ｄ（本実施の形態では例えば０．１秒ごとの振動量Ｈの変化量）が所定値（本実施の形態では１ｍｍ）以上である期間後の４秒間のしきい値が、差分量Ｄが前記所定値未満であるときのしきい値（本実施の形態では０．３Ｖ）よりも大きい一定値（本実施の形態では１．２Ｖ）に保持される。そして、探傷出力がしきい値以上の場合は、欠陥があると判断し、マーカ及び／又は警報機を動作させたり、記憶装置に記憶させたりする。
【００２６】
次に、上述の渦流探傷装置を用いた渦流探傷方法について、図５のフローチャート図に基づいて説明する。
【００２７】
まず、レーザ式寸法計６、７により、被探傷材２の中心の平面座標位置を測定する（ステップＳ１）。次に、振動測定回路８において、振動量Ｈを計算し（ステップＳ２）、その計算結果に基づいて差分量Ｄ（ステップＳ３）を計算する。
【００２８】
そして、判定回路９において、計算した差分量Ｄが所定値以上か否かを判定する（ステップＳ４）。差分量Ｄが所定値以上である場合は（ステップＳ４：ＹＥＳ）、一定時間内、しきい値を大きく設定する（ステップＳ５）。差分量Ｄが所定値未満である場合は（ステップＳ４：ＮＯ）、しきい値を小さく設定する（ステップＳ６）。
【００２９】
渦流探傷器３により探傷出力が出力される（ステップＳ７）と、ステップＳ５又はステップＳ６で設定されたしきい値に基づいて、探傷出力から欠陥を判断する（ステップＳ８）。
【００３０】
次に、本実施の形態における過流探傷装置１に基づいた測定例について、図６〜図１０に基づいて説明する。図６は渦流探傷器３の探傷出力、図７は振動測定回路８の振動量Ｈの出力、図８は振動測定回路８の差分量Ｄの出力の例をそれぞれ示すグラフである。図９は、しきい値を変更しない場合の過流探傷器３の探傷出力としきい値の関係を表す図である。また、図１０は、しきい値を変更した場合の過流探傷器３の探傷出力としきい値の関係を表す図である。なお、横軸は経過時間を示し、図６〜図１０のグラフは同じタイミングで表示している。
【００３１】
ここで、本実施の形態では、探傷材２は、キュリー温度以上である１０００℃に加熱された直径１０ｍｍの線材が６０ｍ／ｓｅｃの速度で通過している。また、渦流探傷コイル３は、内径２０ｍｍの自己比較方式の貫通型コイルを用い、渦流探傷の信号処理はディファレンシャル指示である。また、探傷周波数は２５ｋＨｚである。そして、レーザ寸法計６、７の測定結果を０．１ｓｅｃ毎に収集している。
【００３２】
図６〜図８から、振動発生前の渦流探傷器３の探傷出力は約０．１Ｖであるが、振動発生後は最大で約０．４Ｖまで大きくなっていることが確認できる。安定に探傷するためには、信号レベルはノイズレベルの最低限３倍は必要である。図９に示すように、仮に全長にわたってしきい値を０．３Ｖ（０．１Ｖ×３）に固定すると、振動発生時にはノイズを拾ってしまうことになる。逆にしきい値を１．２Ｖ（０．４Ｖ×３）に固定すると、振動発生時のノイズは拾わなくなるが振動発生前の感度が低くなってしまう。
【００３３】
そこで、差分量Ｄの絶対値が１ｍｍ未満ではしきい値を０．３Ｖにし、１ｍｍ以上では、その期間後の４秒間でしきい値を１．２Ｖに設定した。そうすると、図１０に示すように、振動が発生していないときはしきい値０．３Ｖという高感度での探傷が可能になり、振動が発生したときはしきい値を上げることによってノイズを拾うことなく探傷が可能になる。
【００３４】
例えば、渦流探傷器３の探傷出力として０．８Ｖの信号が出た場合、Ｄ≧１ｍｍでは、しきい値が１．２Ｖのため欠陥と認識しないが、Ｄ＜１ｍｍでは、しきい値が０．３Ｖのため欠陥と認識する。このように、Ｄ＜１ｍｍのときは感度を上げることが可能になる。
【００３５】
ここで、しきい値を１．２Ｖに設定するタイミングについて説明する。しきい値は、図１１に示すように、リアルタイムで出力される振動測定回路の差分量Ｄの出力が１ｍｍ以上になると、４秒間連続して１．２Ｖに変更される。一方、渦流探傷器３の探傷出力は、常に差分量Ｄの出力から２秒遅れで出力される。そのため、振動測定回路の差分量Ｄの出力が１ｍｍ以上になった後の４秒間、言い換えるとそれに対応した渦流探傷器３からの探傷出力時刻の前後それぞれ２秒間、しきい値が１．２Ｖに設定されて欠陥が判断される。なお、しきい値を１．２Ｖに変更した４秒間の間に差分量Ｄの出力が１ｍｍ以上になると、その時点からさらに４秒間しきい値を１．２Ｖに保持し続ける。
【００３６】
以上に説明したように、本実施の形態は、振動測定回路８で被探傷材２の振動量Ｈ及び差分量Ｄを測定し、判定回路９で差分量Ｄに基づいてしきい値を設定し、設定されたしきい値と渦流探傷器３の探傷出力とを比較することに基づいて欠陥の有無を判定するため、従来技術にはない下記の利点を有している。
【００３７】
本実施の形態では、差分量Ｄが１ｍｍ以上になるとしきい値が１．２Ｖに設定され、それ以外の時間ではしきい値が０．３Ｖに設定される。しきい値が１．２Ｖに設定されているときには、振動などに起因したノイズが検出されることが少なくなる。したがって、特に、大きな振動量で振動しやすい被探傷材２の先後端部などの探傷を行う際には、探傷感度は低下するものの、ノイズに影響されない精度の高い探傷を行うことができる。一方、しきい値が０．３Ｖに設定されているときには、高感度での探傷が可能となる。なお、このときには、振動などに起因したノイズを拾うことがほとんどないと推定されるために、しきい値を小さくしてもそれによる悪影響が生じることはほとんどない。このように、本実施の形態によると、被探傷材２の中央部は勿論、振動量が大きい被探傷材２の先後端部であっても、上述した従来技術で説明した３つの技術よりも高精度で安定した探傷が可能となる。
【００３８】
また、本実施の形態では、差分量Ｄの大きさの絶対値に応じてしきい値を２段階に設定するので、しきい値が被探傷材の差分量Ｄの変動にしたがって連続的に変化することがなくなり、より高精度で安定した探傷が実現できる。
【００３９】
さらに、本実施の形態では、差分量Ｄが１ｍｍ以上になるとその後４秒間連続してしきい値が１．２Ｖに設定されるので、しきい値が差分量Ｄの変動にしたがって小刻みに変化することがなくなり、より高精度で安定した探傷が実現できる。
【００４０】
以上、本発明の好適な一実施の形態について説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいてさまざまな設計変更が可能なものである。
【００４１】
上述した実施の形態では、レーザ式寸法計６、７で被探傷材２の座標を測定しているが、それに限られない。例えば、図１２に示すように、二方向以上からレーザ方式や渦流方式の距離計１０、１１で距離を測定して、振動測定回路８により振動量Ｈを計算してもよい。
【００４２】
ここで、距離計を用いた場合の計算方法について説明する。例えば、図１３に示すような二組の距離計（第一の距離計１０及び第二の距離計１１）を用いた場合、距離計１０から被探傷材２までの距離（測定値）をＬｘ、距離計１１から被探傷材２までの距離（測定値）をＬｙ、距離計１０から距離計の交点までの距離（固定値）をＬ１、距離計１１から距離計の交点までの距離（固定値）をＬ２、材料の中心位置のｘ軸方向のずれ量をｘ１、材料の中心位置のｙ軸方向のずれ量をｙ１、材料の半径（固定量）をｒとし、ｘ＝Ｌ１−Ｌｘ、ｙ＝Ｌ２−Ｌｙと定義すると以下の関係が成立する。
【００４３】
【数２】
2004053406.tif 000004
【００４４】
従って、上述の式よりｘ１、ｙ１を求めると、振動量Ｈは以下のとおり計算される。
【００４５】
【数３】
2004053406.tif 000005
【００４６】
また、上述した実施の形態では、自己比較方式の渦流探傷コイル４を用いることにより、励磁コイルと検出コイルとを兼用していたが、励磁コイルと検出コイルとを別々に設けてもよい。また、上述の実施の形態では、しきい値を２段階に設定しているが、これを３段階以上の任意の段階数に設定してもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によると、振動量が大きい被探傷材の先後端部であっても探傷が可能となると共に、高精度で安定した探傷が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る渦流探傷装置の構成を示す模式図である。
【図２】振動量を求める方法としてレーザ式寸法計を用いた例を示す図である。
【図３】レーザ式寸法計の構成を示すブロック図である。
【図４】振動量の定義を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る渦流探傷方法のフローチャートである。
【図６】渦流探傷器の探傷出力を示すグラフである。
【図７】振動測定回路の振動量Ｈの出力を示すグラフである。
【図８】振動測定回路の差分量Ｄの出力を示すグラフである。
【図９】しきい値を変更しない場合の過流探傷器の探傷出力としきい値の関係を表すグラフである。
【図１０】しきい値を変更した場合の過流探傷器の探傷出力としきい値の関係を表すグラフである。
【図１１】しきい値の変更のタイミングを示す図である。
【図１２】振動量の定義を説明するための図である。
【図１３】振動量を求める方法として距離計を用いた例を示す図である。
【符号の説明】
１　　　渦流探傷装置
２　　　被探傷材
３　　　渦流探傷器
４　　　渦流探傷コイル
５　　　渦流探傷回路
６　　　第一のレーザ寸法計
７　　　第二のレーザ寸法計
８　　　振動測定回路
９　　　判定回路
【図１】
2004053406.tif 000006
【図２】
2004053406.tif 000007
【図３】
2004053406.tif 000008
【図４】
2004053406.tif 000009
【図５】
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【図６】
2004053406.tif 000011
【図７】
2004053406.tif 000012
【図８】
2004053406.tif 000013
【図９】
2004053406.tif 000014
【図１０】
2004053406.tif 000015
【図１１】
2004053406.tif 000016
【図１２】
2004053406.tif 000017
【図１３】
2004053406.tif 000018