(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交する矩形型コイルから成る励磁コイルとパンケーキ型検出コイルとを備えたプローブ、位相が９０度相違する二種類の励磁信号を発生する励磁信号発生手段、励磁信号発生手段の励磁信号を前記励磁コイルに供給する手段、及び前記検出コイルの検出信号の０値を検知して溶接線の位置を検知し、前記検出コイルの検出信号の位相角又は実数成分と虚数成分との比を検知して溶接線の方向を検知する位置・方向検知器を備えていることを特徴とする溶接線の位置・方向検知装置。
【請求項２】
直交する矩形型コイルから成る励磁コイルとパンケーキ型検出コイルとを備えたプローブ、位相が９０度相違する二種類の励磁信号を発生する励磁信号発生手段、励磁信号発生手段の励磁信号を前記励磁コイルに供給する手段、及び前記検出コイルの検出信号の０値を検知して溶接突合せ部の位置を検知し、前記検出コイルの検出信号の位相角又は実数成分と虚数成分との比を検知して溶接突合せ部の方向を検知する位置・方向検知器を備えていることを特徴とする溶接突合せ部の位置・方向検知装置。
【請求項３】
励磁コイルの直交する矩形型コイルの夫々に位相が９０度相違する励磁信号を供給し、前記励磁コイルが発生する回転磁界により被検知物に渦電流を発生し、その渦電流を前記検出コイルにより検知し、前記検出コイルの検出信号の０値を検知して溶接線の位置を検知し、前記検出コイルの検出信号の位相角又は実数成分と虚数成分との比を検知して溶接線の方向を検知することを特徴とする溶接線の位置・方向検知方法。
【請求項４】
励磁コイルの直交する矩形型コイルの夫々に位相が９０度相違する励磁信号を供給し前記励磁コイルが発生する回転磁界により被検知物に渦電流を発生し、その渦電流を前記検出コイルにより検知し、前記検出コイルの検出信号の０値を検知して溶接突合せ部の位置を検知し、前記検出コイルの検出信号の位相角又は実数成分と虚数成分との比を検知して溶接突合せ部の方向を検知することを特徴とする溶接突合せ部の位置・方向検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、溶接線、溶接突合せ部の位置や方向の検知技術に関し、特に渦電流型検知用プローブ、そのプローブを用いた検知装置、及びそのプローブを用いた検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来石油タンク、ガスタンク、船舶等の溶接線（溶接領域）の位置の検知に渦電流が利用されている。
図６は、従来の渦電流による溶接線（溶接領域）の位置検知方法とプローブの検出信号を説明する図である。
Ｍ１、Ｍ２は、溶接されている金属（例えば金属板）で、Ｗは、両金属の溶接領域、いわゆる溶接線である。５は、プローブで、一個の矩形型励磁コイル（図示せず）とパンケーキ型検出コイル５１から成り、励磁コイルのコイル面は、溶接線Ｗと平行するように設置してある。励磁コイルに高周波信号を供給すると、金属Ｍ１、Ｍ２及び溶接線Ｗに、溶接線Ｗと並行する方向に渦電流Ｉｅが生じる。検出コイル５１には、渦電流Ｉｅにより電圧が誘起され、検出信号として取り出すことができる。プローブ５を、線Ｌ１に沿ってＸ方向に走査すると、検出コイル５１の検出信号は、図６（ｂ）のようになる。検出信号は、金属Ｍ１、Ｍ２と溶接線Ｗとの境界部−Ｗ１、Ｗ１において最大になり、溶接線Ｗの中央部Ｗ０において０になる。したがってこの検出信号の０値を検出することにより溶接線Ｗの位置を検知できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図６の場合は、検出コイル５１の検出信号の０値を検知して溶接線の位置を検知できるが、溶接線Ｗの方向は検知できない。したがって、例えば、溶接線の自動検査装置が溶接線Ｗを検知しながら溶接線Ｗに沿って進む場合には、線Ｌ１の周囲、例えば、線Ｌ２に沿ってプローブ５を走査して、検出信号が０になる箇所を探さなければならない。そのため、従来の溶接線の自動検査装置は、溶接線Ｗに沿って迅速に進むことができなかった。
【０００４】
本願発明は、この点に鑑み、溶接線の位置と方向を同時に検知できる溶接線の検知用プローブ、そのプローブを用いた検知装置、そのプローブを用いた検知方法を提供することを目的とする。
また本願発明は、溶接突合せ部の位置と方向を同時に検知できる溶接突合せ部の検知用プローブ、そのプローブを用いた検知装置、そのプローブを用いた検知方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願発明の溶接線の位置・方向検知装置は、直交する矩形型コイルから成る励磁コイルとパンケーキ型検出コイルとを備えたプローブ、位相が９０度相違する二種類の励磁信号を発生する励磁信号発生手段、励磁信号発生手段の励磁信号を前記励磁コイルに供給する手段、及び前記検出コイルの検出信号の０値を検知して溶接線の位置を検知し、前記検出コイルの検出信号の位相角又は実数成分と虚数成分との比を検知して溶接線の方向を検知する位置・方向検知器を備えている。
本願発明の溶接突合せ部の位置・方向検知装置は、直交する矩形型コイルから成る励磁コイルとパンケーキ型検出コイルとを備えたプローブ、位相が９０度相違する二種類の励磁信号を発生する励磁信号発生手段、励磁信号発生手段の励磁信号を前記励磁コイルに供給する手段、及び前記検出コイルの検出信号の０値を検知して溶接突合せ部の位置を検知し、前記検出コイルの検出信号の位相角又は実数成分と虚数成分との比を検知して溶接突合せ部の方向を検知する位置・方向検知器を備えている。
本願発明の溶接線の位置・方向検知方法は、励磁コイルの直交する矩形型コイルの夫々に位相が９０度相違する励磁信号を供給し、前記励磁コイルが発生する回転磁界により被検知物に渦電流を発生し、その渦電流を前記検出コイルにより検知し、前記検出コイルの検出信号の０値を検知して溶接線の位置を検知し、前記検出コイルの検出信号の位相角又は実数成分と虚数成分との比を検知して溶接線の方向を検知する。
本願発明の溶接突合せ部の位置・方向検知装置は、励磁コイルの直交する矩形型コイルの夫々に位相が９０度相違する励磁信号を供給し前記励磁コイルが発生する回転磁界により被検知物に渦電流を発生し、その渦電流を前記検出コイルにより検知し、前記検出コイルの検出信号の０値を検知して溶接突合せ部の位置を検知し、前記検出コイルの検出信号の位相角又は実数成分と虚数成分との比を検知して溶接突合せ部の方向を検知する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本願発明の実施の形態を、図を参照して説明する。
図１は、本願発明の実施の形態に係る溶接線検知用プローブの平面図、正面図、斜視図である。
図１（ａ）は、プローブの平面図を、図１（ｂ）は、正面図を、図１（ｃ）は、斜視図を示す。プローブ１１は、矩形型励磁コイル１２、１３と、パンケーキ型検出コイル１４（外径約６ｍｍ）とから成り、励磁コイル１２、１３は、直交し、検出コイル１４は、被検知物に対向する位置に取付けてある。励磁コイル１２、１３には、位相が９０度相違する励磁信号（例えば１０ｋＨｚ）を供給する。検出コイル１４は、励磁コイル１２、１３が発生する回転磁界により被検知物に発生する渦電流を検知する。
【０００７】
図２は、本願発明の実施の形態に係る溶接線の位置・方向検知方法を説明する平面図と、本願発明の実施の形態に係るプローブにより発生する渦電流の方向を示す図である。
図２（ａ）において、１１は、図１のプローブ、Ｍ１、Ｍ２は、溶接された金属（例えば金属板）、Ｗは、溶接線（溶接領域）、Ｉｅは、プローブ１１の励磁コイルの回転磁界により金属Ｍ１、Ｍ２及び溶接線Ｗに発生する渦電流、Ｌは、プローブ１１を走査する線（場所）、−Ｗ１は、金属Ｍ１と溶接線Ｗの境界部、Ｗ０は、溶接線Ｗの中央部、Ｗ１は、溶接線Ｗと金属Ｍ２の境界部である。
渦電流Ｉｅの方向は、回転磁界の一周期の間に、図２（ｂ）のように変化する。図２（ｂ）は、１／８周期毎（ｔ＝０、Ｔ／８、…、Ｔ）の渦電流の方向を示してある。
【０００８】
図２（ａ）のプローブ１１は、励磁コイル（図１の１２）のコイル面が溶接線Ｗと平行になるように設置してある。渦電流Ｉｅは、回転磁界の周期がｔ＝０のとき、プローブ１１の直下に実線のように溶接線Ｗと平行する方向に発生し、ｔ＝２Ｔ／８のとき破線のように溶接線Ｗに垂直な方向に発生する。
【０００９】
回転磁界の周期がｔ＝０のとき、プローブ１１を線Ｌに沿って矢印Ｘへ走査すると、金属Ｍ１、溶接線Ｗ、及び金属Ｍ２には、実線の方向に渦電流Ｉｅが発生する。金属Ｍ１、溶接線Ｗ、及び金属Ｍ２の夫々の渦電流Ｉｅは、平行で一様であるから、例えば、検出コイルが、金属Ｍ１、溶接線Ｗ、又は金属Ｍ２にのみ対向する位置にあるときは、プローブ１１の自己平衡特性により、検出信号は、発生しない。しかし渦電流Ｉｅの大きさは、金属Ｍ１、Ｍ２の部分と溶接線Ｗの部分とで相違するから、検出コイルが、金属Ｍ１と溶接線Ｗ又は溶接線Ｗと金属Ｍ２に対向する位置にあるときは、前記自己平衡状態が崩れ、プローブ１１の自己差動特性により検出信号が発生する。
回転磁界の周期がｔ＝２Ｔ／８のときは、渦電流Ｉｅは、破線の方向に、金属Ｍ１、溶接線Ｗ、及び金属Ｍ２を貫いて平行に一様に発生するから、プローブ１１を線Ｌに沿って矢印Ｘ方向へ走査しても、プローブ１１の自己平衡特性により、検出信号は、発生しない。
したがって、本願発明のプローブ１１は、渦電流Ｉｅが、溶接線Ｗと平行な方向に発生したときにのみ検出信号を発生する。
【００１０】
図３は、プローブ１１を図２（ａ）の線Ｌに沿って走査した場合の検出信号を、複素信号平面で観測した結果を示し、実線は、実数成分を、破線は、虚数成分を示す。
図３（ａ）は、プローブ１１が図２（ａ）の状態に設置された場合の検出信号を、図３（ｂ）は、プローブ１１が時計方向へ４５度傾けて設置された場合の検出信号を示す。
図３の検出信号は、溶接線Ｗの中央部Ｗ０に相当する部分で０になり、その両側の金属Ｍ１、Ｍ２と溶接線Ｗの境界部−Ｗ１、Ｗ１に相当する部分で（＋）又は（−）の最大になる。なお図３（ｂ）は、実数成分の０と虚数成分の０の位置が少しずれているが、これは、観測装置の電圧のオフセットの設定の影響によるもので、厳密には、両成分の曲線が交差する位置で０になる。
検出信号が０になるプローブ１１の位置は、溶接線の中央部Ｗ０に相当するから、検出信号の０値を検知することにより、溶接線Ｗの位置を検知できる。検出信号の０値は、プローブ１１のリフトオフの影響を受けないから、この０値を検知して溶接線の位置を検知すれば、リフトオフの影響を受けることなく、溶接線の位置を検知できる。
【００１１】
図４は、プローブ１１の傾きに対する検出信号の位相角の観測結果を示す。
検出信号の位相角は、図４のようにプローブ１１の傾きにより変化する。したがって、検出信号の位相角を検知することにより、プローブ１１に対する溶接線Ｗの傾きを検知できる。この溶接線Ｗの傾きを検知することにより、溶接線の方向を検知できる。検出信号の位相角は、プローブ１１のリフトオフの影響が小さいから、この位相角を検知して溶接線の方向を検知すれば、リフトオフの影響をほとんど受けることなく、溶接線の方向を検知できる。
【００１２】
検出信号の位相角は、前記のようにプローブの傾きにより変化するが、その位相角の変化により、検出信号の実数成分と虚数成分も変化する。そして検出信号の実数成分と虚数成分は、プローブの傾きにより、図３（ａ）、図３（ｂ）のように変化し、この実数成分と虚数成分の最大値の比は、両図で相違する。したがって、検出信号の実数成分と虚数成分の最大値の比によっても、溶接線Ｗに対するプローブ１１の傾きを検知でき、溶接線の方向を検知できる。
【００１３】
以上のように、本願発明は、プローブ１１の検出信号の０値を検知して溶接線の位置を検知でき、検出信号の位相角又は実数成分と虚数成分の最大値の比を検知して溶接線の方向を検知できる。したがって本願発明は、プローブ１１の一回の走査で、溶接線の位置と方向を検知できる。
【００１４】
前記実施の形態では、励磁コイルに矩形型コイルを用いた例について説明したが、矩形に限らず円形、楕円形等であってもよい。励磁コイルが円形、楕円形等の場合には、渦電流は、平行にならない。そのため渦電流は、検出コイルの中心軸に対して軸対称に分布しない場合があるから、検出コイルの取付け位置に留意する必要がある。
また検出コイルは、円形に限らず、楕円形、矩形等であってもよい。
前記実施の形態は、溶接線の位置と方向の検知について説明したが、本願発明のプローブは、溶接突合せ部の位置と方向の検知にも実施できる。溶接突合せ部は、抵抗が無限大の溶接線に相当するから、溶接線の位置・方向検知用プローブをそのまま溶接突合せ部の位置と方向の検知に使用できる。
【００１５】
図５は、本願発明の実施の形態に係る溶接線の位置・方向検知装置のブロック図である。
プローブ１１の一方の励磁コイル１２には、励磁信号発生器１５から励磁信号（例えば１０ｋＨｚ）を供給し、他方の励磁コイル１３には、９０度移相器１６を介して励磁信号を供給する。励磁コイル１２、１３は、回転磁界を発生し、被検知物、即ち金属と溶接線に渦電流を発生する。プローブ１１の検出コイル１４は、その渦電流を検知し、検出信号を位置・方向検知器１７に供給する。位置・方向検知器１７は、検出信号の（＋）の最大値と（−）の最大値の間の０値により、溶接線の位置を検知し、検出信号の位相角又は実数成分と虚数成分の最大値の比により、溶接線の方向を検知する。
【００１６】
図５の装置は、溶接突合せ部の位置と方向を検知することもできる。
図５の溶接線又は溶接突合せ部の位置・方向検知装置は、自動溶接線検査装置又は自動溶接装置の位置と方向の検知に使用することができる。
【００１７】
【発明の効果】
本願発明のプローブは、励磁コイルの回転磁界により、方向の変化する渦電流を被検知物に発生し、検出コイルによりその渦電流を検知するのみで、溶接線又は溶接突合せ部の位置と方向を同時に検知できる。そしてその位置と方向を検知する検出信号の０値は、プローブのリフトオフの影響を受けないし、位相角は、リフトオフの影響が小さいから、本願発明のプローブは、溶接線又は溶接突合せ部の位置と方向を正確に検知でき、かつリフトオフを配慮してプローブを走査する必要がないから、プローブの走査手段が簡単になる。
本願発明のプローブは、励磁コイルに矩形型コイルを使用しているから、渦電流は、平行に一様になる。したがって、渦電流は、検出コイルの取付け位置に関係なく、検出コイルの中心軸に対して軸対称に分布するから、検出コイルの取付け位置は、高い精度を要しない。
【００１８】
本願発明は、一つのプローブにより溶接線又は溶接突合せ部の位置と方向を同時に検知できるから、溶接線又は溶接突合せ部の位置・方向検知装置の構成が簡単になる。
本願発明は、一つのプローブの一回の走査で、溶接線又は溶接突合せ部の位置と方向を同時に検知できるから、溶接線又は溶接突合せ部の位置と方向の検知時間が短くなり、その位置と方向の検知方法が簡単になる。
本願発明は、一つのプローブの一回の走査で、溶接線又は溶接突合せ部の位置と方向を同時に検知できるから、石油タンク、ガスタンク、船舶等の大型構造物の溶接線又は溶接突合せ部の位置と方向を自動的に検知しながら、溶接線又は溶接突合せ部に沿って溶接線検査装置又は溶接装置を、無人で自動的に円滑に移動することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施の形態に係るプローブの平面図、正面図、斜視図である。
【図２】本願発明の実施の形態に係る溶接線の位置・方向検知方法を説明する図及び本願発明の実施の形態に係るプローブにより発生する渦電流の方向を示す図である。
【図３】本願発明の実施の形態に係るプローブの検出信号を示す図である。
【図４】本願発明の実施の形態に係るプローブの傾きに対する検出信号の位相角を示す図である。
【図５】本願発明の実施の形態に係る溶接線の位置・方向検知装置のブロック図である。
【図６】従来のプローブによる溶接線の位置検知方法を説明する図及び従来のプローブの検出信号を示す図である。
【符号の説明】
１１    プローブ
１２、１３    直交す二つの励磁コイル
１４    検出コイル
１５    励磁信号発生器
１６    ９０度移相器
１７    位置・方向検知器
Ｉｅ    渦電流
Ｌ    プローブを走査する線
Ｍ１、Ｍ２    金属
Ｗ    溶接線
【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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