JP3223991U

JP3223991U - 非破壊検査装置

Info

Publication number: JP3223991U
Application number: JP2019003357U
Authority: JP
Inventors: 茂北川
Original assignee: サガワ産業株式会社
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2019-11-14
Anticipated expiration: 2029-09-05

Abstract

【課題】微弱な磁束密度の変化を検査できる非破壊検査装置を提供する。【解決手段】非破壊検査装置１０は、アモルファス磁芯１２とコイル１４からなる磁気センサ１６、コイル１４に励磁電流を供給する電源回路１８、コイル１４から直流化した電圧変化を微分する微分回路２２を備える。磁気センサ１６は、アモルファス磁芯１２の長さ方向が被検査物の表面に対して傾斜している。電源回路１８は交流電源３６、直流電源３８、および増幅器４０を備える。第一抵抗Ｒ１、第二抵抗Ｒ２、第三抵抗Ｒ３、第四抵抗Ｒ４、コンデンサＣおよびオペアンプＯＰを備え、微分回路２２はコンデンサＣおよび第四抵抗Ｒ４で構成される。【選択図】図１

Description

本考案は、被検査物の傷および厚み変化などの異常箇所を検査できる非破壊検査装置に関するものである。

従来、種々の非破壊検査装置が開発および開示されている。たとえば下記特許文献１の非破壊検査装置は、磁石と磁気センサを備える。磁石で被検査物を磁化し、被検査物の表面に沿って磁気センサを移動させて表面の磁束密度を測定する。被検査物に傷や減肉などの異常箇所があれば表面の磁束密度が変化する。磁気センサでその磁束密度の変化を検出することで、異常箇所を検出できる。

しかし、鉄は強磁性体であるため、異常箇所から漏れる磁束が小さく、磁束密度の変化を検出しにくい。被検査物の裏面や内部に異常箇所があれば、それらの漏れ磁束も小さいが変化が現れる。その微弱な磁束密度の変化を検出できることが求められている。

特開２０１０−１５１６２６号公報

本考案の目的は、微弱な磁束密度の変化を検査できる非破壊検査装置を提供することにある。

本考案の非破壊検査装置は、被検査物を磁化させる磁石と、アモルファス磁芯および該アモルファス磁芯に巻回されたコイルからなり、該アモルファス磁芯の長さ方向が前記被検査物の表面に対して傾斜するように配置された磁気センサと、直流電流と交流電流を重畳した励磁電流を前記コイルに供給する電源回路と、前記コイルにより検出された電圧変化を直流化した出力電圧を微分する微分回路とを備える。

前記コイルの出力電圧を受けるために、第一抵抗と、前記第一抵抗に直列接続された第二抵抗と、前記第一抵抗と並列接続された第三抵抗と、前記第三抵抗と並列接続されたコンデンサと、前記第三抵抗が非反転入力端子に接続され、反転入力端子が第一抵抗と第二抵抗の間に接続されたオペアンプと、前記オペアンプの非反転入力端子とアースの間に接続された第四抵抗とを備える。前記第一抵抗と第二抵抗の抵抗値は等しく、第三抵抗と第四抵抗の抵抗値が等しい。この回路の第三抵抗Ｒ３に並列にコンデンサを接続すると、コンデンサと第四抵抗Ｒ４で微分回路を構成する。

本考案によると、磁気センサが被検査物に対して傾斜していることで、磁気センサの感度が良く、異常箇所が検出しやすい。微分回路にコンデンサを設けていることで、異常箇所によって生じる電圧の変化速度の大きなもののみを出力することができ、異常箇所を検出しやすくなっている。

本考案の非破壊検査装置の構成を示す図である。センサで漏れ磁束を検出する様子を示す図である。（ａ）はコイルの検知電圧とセンサの走査移動させた位置の関係を示すグラフであり、（ｂ）は微分回路の出力とセンサを走査移動させた位置の関係を示すグラフである。

本考案の非破壊検査装置について図面を使用して説明する。

図１に示す本考案の非破壊検査装置１０は、アモルファス磁芯１２とコイル１４からなる磁気センサ１６、コイル１４に励磁電流を供給する電源回路１８、コイル１４の電圧の振幅変化を整流および平滑して直流電圧変化として出力するダイオードＤおよび平滑回路２０、その直流電圧変化を微分する微分回路２２を備える。

被検査物の材料は磁石によって磁化される材料であればよく、たとえば鉄、コバルト、ニッケル、それらを含む合金などの強磁性体を含む。図２に示す被検査物２４は板状になっているが、被検査物２４は任意の形状でよい。非破壊検査装置１０は被検査物２４の亀裂や厚さ変化などの異常箇所２６を検出する。非破壊検査装置１０は、被検査物２４の表面にある異常箇所２６のみではなく、被検査物２４の裏面および内部の異常箇所２６も検出する。

図２に示すように、非破壊検査装置１０は磁石２８を備える。磁石２８はＮ極とＳ極が任意の間隔をあけて被検査物２４に接触または近づけられる。磁石２８は永久磁石と電磁石のいずれであってもよい。磁石２８の磁束密度は約１０００Ｇ以下でよい。磁石２８によって被検査物２４の中を磁束３０が通過し、被検査物２４は磁化される。この磁束３０によって異常箇所２６の両側にＮ極とＳ極の磁極が生じ、漏れ磁束３２となる。この漏れ磁束３２は、異常箇所２６が被検査物２４の内部および裏面にあっても、被検査物２４の表面に微弱ではあるが現れる。

磁石２８からの浮遊磁場がコイル１４に影響することがある。それを防ぐために図２に示すような磁気シールド３４を必要とする場合がある。磁気シールド３４は鉄などの強磁性体の板体である。磁気シールド３４は少なくともコイル１４と磁石２８の間に配置される。

磁気センサ１６は棒状のアモルファス磁芯１２およびこのアモルファス磁芯１２にまきまわされたコイル１４を備える。アモルファス磁芯１２は複数のアモルファス素線を束ねたものである。たとえば、１本のアモルファス素線は直径約０．０５〜０．１ｍｍ、長さ約１５〜２０ｍｍのアモルファス素線を約５〜１０本束ねてアモルファス磁芯１２とする。アモルファス磁芯１２の直径が１ｍｍ以下になれば局所的な漏れ磁束３２の検知も可能になる。コイル１４は銅線をアモルファス磁芯１２に複数回巻きまわすことで形成される。たとえばアモルファス磁芯１２に約０．０７ｍｍの銅線が１５０〜２００回巻きまわされている。コイル１４の一端が電源回路１８から抵抗Ｒａを通して接続され、他端がグランドに接続されている。磁気センサ１６は被検査物２４の表面に近接されながら移動する。

磁気センサ１６は磁石２８のＳ極とＮ極の間に配置される。磁気センサ１６は、アモルファス磁芯１２の長さ方向が被検査物２４の表面に対して傾斜している（図２）。傾斜角度は約１０〜２０°である。被検査物２４の表面にある異常箇所２６からの漏れ磁束３２は比較的大きいが、裏面や内部の異常箇所２６による漏れ磁束３２は弱いので、効率よくその漏れ磁束３２を検出するためには、そのコイル１４を漏れ磁束３２に平行な方向に近づける必要がある。なお、アモルファス磁芯１２の長さ方向が被検査物２４の表面と平行な方向になっていれば、アモルファス磁芯１２の両側から漏れ磁束３２の影響を受けるため、異常を見分けにくくなる。アモルファス磁芯１２の長さ方向が被検査物２４の表面に対して傾斜していれば、アモルファス磁芯１２の被検査物２４に近い方から漏れ磁束３２の影響を受け、磁気センサ１６の感度が良くなる。この磁気センサ１６を被検査物２４の表面に沿って、ある一定の速さ（約１０〜２０cm/sec）で前後、左右に走査する。この時異常箇所２６の上で漏れ磁束３２を検出する。遅すぎると被検査物２４の残留磁気の不均一によるノイズとの区別がつけにくくなり、早すぎると電気的ノイズを軽減するための回路で信号が弱くなる。これらを考慮して走査速度や回路設計をする。時定数τ＝Ｃ×Ｒより速いステップ状の入力に対する応答を表す。

電源回路１８は交流電源３６、直流電源３８、および増幅器４０を備える。交流電源３６は周波数可変および電流量可変の交流電流を発生する電源である。直流電源３８は一定電圧を可変的に分圧して直流電流を発生する電源である。増幅器４０は、上記交流電流と直流電流が同時に入力され、電流量を増幅して励磁電流を出力する。以上から、電源回路１８は直流電流と交流電流を重畳した励磁電流を生成する。

電源回路１８とコイル１４の間に抵抗Ｒａを備える。励磁電流は抵抗Ｒａを通してコイル１４に流される。抵抗Ｒａによってコイル１４の電圧の振幅変化が現れる。コイル１４の電圧の振幅変化は増幅器４２で増幅され、ダイオードＤと平滑回路２０で整流および平滑されて直流電圧変化となる。平滑回路２０は抵抗ＲｂとコンデンサＣａから構成される。

コイル１４の電圧を増幅して、コイル１４を被検査面に沿って移動するときの、その電圧の振幅に比例して直流化した電圧の変化から異常箇所２６の有無を判定できる。コイル１４の電圧の振幅変化をそのまま利用しても、被検査物２４の異常箇所２６を判別できるが、異常箇所２６が亀裂の場合には電圧変化が急峻であるため、更に電圧の変化速度に比例した電圧を出力する微分回路２２を追加することにより、鮮明な信号として判別できる。

コイル１４の出力電圧を受けるために、第一抵抗Ｒ１、第二抵抗Ｒ２、第三抵抗Ｒ３、第四抵抗Ｒ４、コンデンサＣおよびオペアンプＯＰを備える。第一抵抗Ｒ１と第二抵抗Ｒ２は直列接続されており、第一抵抗Ｒ１は反転入力に、第三抵抗Ｒ３およびコンデンサＣが並列接続されて非反転入力に接続されている。オペアンプＯＰの反転入力端子が第一抵抗Ｒ１と第二抵抗Ｒ２の間に接続され、オペアンプＯＰの非反転入力端子は第三抵抗Ｒ３に接続されている。オペアンプＯＰの非反転入力端子とグランドの間に第四抵抗Ｒ４が接続されている。オペアンプＯＰの出力は第二抵抗Ｒ２に接続されている。これらの抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４による回路では入力側の電圧変化に対して、出力側の電圧は変化しない。この中の第三抵抗Ｒ３に並列にコンデンサＣを接続することによってそのコンデンサＣと第四抵抗Ｒ４が微分回路２２になっており、微分時定数τ（＝ＣＲ４）より短い周期の変化または短時間の変化の電圧を入力したとき、その変化速度に応じた出力電圧を生じる。つまり、ゆっくりした変化は殆ど打ち消して出力しないで、前記亀裂による速い電圧変化のみを出力する。

第一抵抗Ｒ１と第二抵抗Ｒ２の抵抗値は等しく、第三抵抗Ｒ３と第四抵抗Ｒ４の抵抗値は等しい。このように抵抗値を設定することで電圧変化出力はゼロになるが、第三抵抗Ｒ３に並列に付けられたコンデンサＣによって、コンデンサＣと抵抗Ｒ４とからなる微分回路２２は入力された電圧を微分した変化速度に比例した電圧を出力する。時定数τ＝ＣＲ４より短時間の速い変化の電圧を出力する。（図３（ａ））、そのため、微分回路２２はコイル１４の検出電圧の変化が速いときのみ、図３（ｂ）のような急峻な山となって出力される。コイル１４の検出電圧の変化が小さい又は遅い場合および直流成分について、微分回路２２の出力は０になる。

非破壊検査装置１０は微分回路２２の出力を表示するモニターを備えてもよい。モニターに図３（ｂ）のような表示をすることで、異常箇所２６が分かるようにする。

以上のように、本願は磁気センサ１６を被検査物２４に対して傾斜させることで磁気センサ１６の感度が良くなり、異常箇所２６を検出しやすくなっている。微分回路２０にコンデンサＣを設けていることで、異常箇所２６によって生じる電圧変化の速いもののみを出力することができ、異常箇所２６を検出しやすくなっている。

その他、本考案は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

１０：非破壊検査装置
１２：アモルファス磁芯
１４：コイル
１６：磁気センサ
１８：電源回路
２０：平滑回路
２２：微分回路
２４：被検査物
２６：異常箇所
２８：磁石
３０：磁束
３２：漏れ磁束
３４：シールド
３６：交流電源
３８：直流電源
４０、４２：増幅器
抵抗：Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ１、Ｒ２
コンデンサ：Ｃ、Ｃａ
ダイオード：Ｄ
オペアンプ：ＯＰ

Claims

被検査物に対する非破壊検査装置であって、
前記被検査物を磁化させる磁石と、
アモルファス磁芯および該アモルファス磁芯に巻回されたコイルからなり、該アモルファス磁芯の長さ方向が前記被検査物の表面に対して傾斜するように配置された磁気センサと、
直流電流と交流電流を重畳した励磁電流を前記コイルに供給する電源回路と、
前記コイルの出力電圧を微分する微分回路と、
を備えた非破壊検査装置。
前記コイルの出力電圧を受けるために、
第一抵抗と、
前記第一抵抗に直列接続された第二抵抗と、
前記第一抵抗と並列接続された第三抵抗と、
前記第三抵抗と並列接続されたコンデンサと、
前記第三抵抗が非反転入力端子に接続され、反転入力端子が第一抵抗と第二抵抗の間に接続されたオペアンプと、
前記オペアンプの非反転入力端子とアースの間に接続された第四抵抗と、
を備えた請求項１の非破壊検査装置。
前記第一抵抗と第二抵抗の抵抗値が等しく、第三抵抗と第四抵抗の抵抗値が等しい請求項２の非破壊検査装置。
前記微分回路が前記コンデンサおよび第四抵抗で構成される請求項２または３の非破壊検査装置。