JP4327745B2 - 渦電流探傷プローブ及び渦電流探傷装置 - Google Patents

Description

本発明は、渦電流探傷プローブ及び渦電流探傷装置に係り、特に、被検査体に発生させる渦電流を重畳させて探傷を行うに好適な渦電流探傷プローブ及び渦電流探傷装置に関する。

被検査体に発生させる渦電流を重畳させて探傷を行う渦電流探傷プローブは、例えば特許文献１に記載のように、既に提案されている。

特開２００３−２７０２１４号公報

上記特許文献１に開示されている渦電流探傷プローブは、被検査体に発生させる渦電流を重畳させているので、深い位置の探傷を行うに好適である。しかしながら、例えば、重畳した渦電流の方向が被検査体内の亀裂方向に一致した場合には、重畳した渦電流に大きな変化が現れず、正確な探傷ができない問題があった。

このような問題を解決するために、被検査体上で渦電流探傷プローブを一方向に移動させて探傷した後、この移動方向に対して直交するように渦電流探傷プローブを移動させて再度探傷をすることで、あらゆる方向の亀裂を探傷するようにしている。しかしながら、被検査体に対して、渦電流探傷プローブを、少なくとも２回、移動方向が直交するように、移動させなければならず、探傷作業に長時間を要する問題がある。

本発明の目的は、被検査体の傷の発生方向に拘わらず、迅速に探傷が行える渦電流探傷プローブ及び渦電流探傷装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、渦電流探傷プローブを、被検査体に渦電流を重畳させて発生させる複数の励磁コイルを有する第１励磁コイル組と、第１励磁コイル組による重畳渦電流の発生方向と交差する方向に被検査体に渦電流を重畳させて発生させる複数の励磁コイルを有する第２励磁コイル組と、第１励磁コイル組と第２励磁コイル組との励磁コイルが発生させる重畳渦電流を検出する渦電流検出コイルと、これら励磁コイルと渦電流検出コイルとを一方向に複数配列して固定した基板とで構成したことを特徴とする。

さらに、渦電流探傷装置を、被検査体に渦電流を重畳させて発生させる複数の励磁コイルを有する第１励磁コイル組と、第１励磁コイル組による重畳渦電流の発生方向と交差する方向に被検査体に渦電流を重畳させて発生させる複数の励磁コイルを有する第２励磁コイル組と、第１励磁コイル組と第２励磁コイル組との励磁コイルが発生させる重畳渦電流を検出する渦電流検出コイルと、これら励磁コイルと渦電流検出コイルとを一方向に複数配列して固定した基板とを有する渦電流探傷プローブと、複数の前記励磁コイルと前記渦電流検出コイルとを順次切換える切換え手段と、この切換え手段に切換え順を指示する切換え指示手段と、順次切換えられた前記渦電流検出コイルの検出信号を記録する記録手段とを有する制御部とで構成したことを特徴とする。

以上のように、第１励磁コイル組と第２励磁コイル組との励磁コイルを切換えて励磁することで、あらゆる方向の傷を重畳する渦電流に交差させることが可能になり、その結果、一方向への渦電流探傷プローブの移動のみで探傷を正確にできるので、迅速な探傷を行うことができる。

以上説明したように本発明によれば、被検査体の傷の発生方向に拘わらず、迅速に探傷が行える渦電流探傷プローブ及び渦電流探傷装置を得ることができる。

以下本発明による渦電流探傷プローブ及びそれを用いた渦電流探傷装置の第１の実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。

被検査体１に存在する傷を探傷する渦電流探傷プローブ２は、被検査体１内に渦電流を重畳するように発生させる第１励磁コイル組（４Ａ〜４Ｄ，５Ａ〜５Ｄ）と、第１励磁コイル組による重畳渦電流の発生方向と交差する方向に重畳渦電流を被検査体に発生させる第２励磁コイル組（６Ａ〜６Ｅ）と、第１励磁コイル組と第２励磁コイル組とが発生させる重畳渦電流を検出する渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｄと、これら第１励磁コイル組と第２励磁コイル組と渦電流検出コイルとを一方向に複数配列して固定した例えばポリイミドフィルムからなる薄板基板３とで構成されている。尚、薄板基板３は、被検査体１の表面形状に追従して密接するように可撓性を有しており、また、実際には、第１励磁コイル組と第２励磁コイル組には励磁電流を供給する配線が接続され、さらに、渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｄには検出信号を出力する配線が接続されているが、ここでは省略している。

前記第１励磁コイル組（４Ａ〜４Ｄ，５Ａ〜５Ｄ）は、基板３の一方向に間隔をもって配列された複数の渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｄに対し、各渦電流検出コイルを挟むように２つの励磁コイル４Ａ〜４Ｄ及び励磁コイル５Ａ〜５Ｄが夫々対向しており、前記渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｄの配列方向と平行に配列されている。そして、渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｄを挟んで対向する励磁コイル４Ａ〜４Ｄと励磁コイル５Ａ〜５Ｄとは、渦電流の発生方向が重畳するように互いに逆向きに巻回されており、それを図中に「＋」及び「−」で表示した。

前記第２励磁コイル組（６Ａ〜６Ｅ）は、前記渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｄに対し、各渦電流検出コイルを挟むように、励磁コイル６Ａ〜６Ｅが前記渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｄの配列方向に配列されている。そして渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｄを挟んで対向する励磁コイル６Ａ〜６Ｅも、渦電流の発生方向が重畳するように互いに逆向きに巻回されており、それを図中に「＋」及び「−」で表示した。

上記構成の渦電流プローブ２の各コイルの励磁と渦電流の検出は、図２に示す制御部８で行われる。

制御部８は、前記励磁コイル４Ａ〜４Ｄ，５Ａ〜５Ｄ，６Ａ〜６Ｅ及び前記渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｄの結線を順次切換える切換え手段９を有している。この切換え手段９は、第１励磁コイル組の励磁コイル４Ａ〜４Ｄ，５Ａ〜５Ｄの結線を順次切換える第１マルチプレクサ１０Ａと、第２励磁コイル組の励磁コイル６Ａ〜６Ｅの結線を順次切換える第２マルチプレクサ１０Ｂと、渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｄの結線を順次切換える第３マルチプレクサ１０Ｃとを有している。これら第１〜３マルチプレクサ１０Ａ〜１０Ｃに対しては、入力されたプログラムにしたがって各コイル４Ａ〜４Ｄ，５Ａ〜５Ｄ，６Ａ〜６Ｅ，７Ａ〜７Ｄを切換える指示を与えるコンピュータ１１が接続される。そして、第１マルチプレクサ１０Ａと第２マルチプレクサ１０Ｂに接続された各コイル４Ａ〜４Ｄ，５Ａ〜５Ｄ，６Ａ〜６Ｅには、前記切換え順に同期してコンピュータ１１から発信回路１２及び増幅器１３を介して励磁信号が入力される。一方、第３マルチプレクサ１０Ｃからは、前記切換え順に同期して各コイル７Ａ〜７Ｄから検出された信号が出力され、その出力信号は増幅器１４及び位相検波器１５を介してＡ／Ｄ変換器１６に入力され、Ａ／Ｄ変換された信号はメモリ１７にデータとして蓄積される。蓄積されたデータは、コンピュータ１１を操作することで、表示装置１８に表示され、その表示は探傷作業と同時又は探傷作業後に必要に応じて表示することができる。

ここで、上記構成の渦電流探傷装置において、コンピュータ１１が、本発明における切換え手段に第１励磁コイル組と第２励磁コイル組と渦電流検出コイルとの切換え順を指示する切換え指示手段に該当し、メモリ１７が、順次切換えられた渦電流検出コイルの検出信号を記録する記録手段に該当し、かつ、第１マルチプレクサ１０Ａと第２マルチプレクサ１０Ｂと第３マルチプレクサ１０Ｃとが、本発明における第１の切換え手段と第２の切換え手段と第３の切換え手段に該当し、表示装置１８が、渦電流検出コイルの検出信号に基づく信号を表示する表示手段に該当するものである。

次に、上記構成の渦電流探傷装置を用いて被検査体１の探傷を行う一例を説明する。

まず、図１に示すように、被検査体１上に渦電流探傷プローブ２を隙間がないように、あるいは隙間が一定となるように押し当てる。そして、被検査体１の破線で示す幅Ｗの範囲の探傷を行うものとする。

その後、図３に示すように、コンピュータ１１に入力されたプログラムにしたがって、渦電流探傷プローブ２の第２励磁コイル組の励磁コイル６Ａ〜６Ｅを２個づつ励磁し、これを第２マルチプレクサ１０Ｂによって順次切換えて行く。

即ち、最初の時刻ｔ１では、励磁コイル６Ａ，６Ｂを励磁して被検査体１内に重畳させた渦電流を発生させる。そして、重畳された渦電流を渦電流検出コイル７Ａで検出する。したがって、時刻ｔ１においては、斜線で示した励磁コイル６Ａ，６Ｂと渦電流検出コイル７Ａとでセンサ要素Ｐ１が構成される。

その後、時刻ｔ２においては、励磁コイル６Ｂ，６Ｃを励磁し、渦電流検出コイル７Ｂで渦電流の変化を検出するセンサ要素Ｐ２を形成し、以下、順次励磁を切換えて時刻ｔ３ではセンサ要素Ｐ３、時刻ｔ４ではセンサ要素Ｐ４によって探傷を行う。

この探傷の過程で、図５に示すように、重畳された渦電流Ｉを交差する方向に被検査体１内に亀裂等があれば、渦電流Ｉの流れが変化するので、その渦電流の変化を渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｄのいずれかで検出することで亀裂の存在を検出することができる。しかし、重畳された渦電流Ｉの方向に沿った亀裂が存在する場合には、渦電流Ｉの流れに殆ど変化がないので、亀裂の存在は検出できない。

そこで、コンピュータ１１に入力されたプログラムにしたがって、第２励磁コイル組の励磁コイル６Ａ〜６Ｅと渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｄとでの探傷が終了した後、第２マルチプレクサ１０Ｂの機能を停止させて、第１マルチプレクサ１０Ａを機能させる。第１励磁コイル組の励磁コイル４Ａ〜４Ｄ，５Ａ〜５Ｄのうち、対向する２個を、図４に示すように、順次励磁して行く。そうすることで、第２励磁コイル組の励磁コイル６Ａ〜６Ｅによる重畳された渦電流Ｉの方向と交差する方向の渦電流Ｉを、第１励磁コイル組の励磁コイル４Ａ〜４Ｄ，５Ａ〜５Ｄが重畳させることができる。

具体的には、時刻ｔ５では、励磁コイル４Ａ，５Ａを励磁して被検査体１内に重畳させた渦電流を発生させる。そして、重畳された渦電流を渦電流検出コイル７Ａで検出する。したがって、時刻ｔ５においては、斜線で示した励磁コイル４Ａ，５Ａと渦電流検出コイル７Ａとでセンサ要素Ｐ５が構成される。

その後、時刻ｔ６においては、励磁コイル４Ｂ，５Ｂを励磁し、渦電流検出コイル７Ｂで渦電流の変化を検出するセンサ要素Ｐ６を形成し、以下、順次励磁を切換えて時刻ｔ７ではセンサ要素Ｐ７、時刻ｔ８ではセンサ要素Ｐ８によって探傷を行う。

この探傷の過程で、図５に示すように、重畳された渦電流Ｉを交差する方向に被検査体１内に亀裂等があれば、渦電流Ｉの流れが変化するので、その渦電流の変化を渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｄのいずれかで検出することで亀裂の存在を検出することができる。

尚、渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｄからの検出信号は、渦電流探傷プローブ２の各センサ要素位置に対応させてメモリ１７にデータとして記録しておくことで、探傷位置を表示装置１８に表示することができる。表示装置１８による表示は、探傷作業と同期させて表示しても、全探傷作業終了後の検証時に表示するようにしてもよい。

表１は、以上説明した時刻ｔ１〜ｔ８におけるセンサ要素Ｐ１〜Ｐ８と各コイルの関係を纏めたものである。

以上説明したような励磁コイル４Ａ〜４Ｄ，５Ａ〜５Ｄ，６Ａ〜６Ｅと渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｄとでの探傷が終了した後、渦電流探傷プローブ２を、図１矢印方向に移動させ、再度、図３及び図４に示すように各コイルの励磁を切換えて次の探傷を行う。

ところで、以上の説明は、第２励磁コイル組の励磁コイル６Ａ〜６Ｅと渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｄとでの探傷が終了した後、第１励磁コイル組の励磁コイル４Ａ〜４Ｄ，５Ａ〜５Ｄと渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｄとでの探傷を行うことで、あらゆる方向の傷を探傷できるようにしたものである。しかし、例えば、図６に示すように、第２励磁コイル組の励磁コイル６Ａ〜６Ｅと第１励磁コイル組の励磁コイル４Ａ〜４Ｄ，５Ａ〜５Ｄとを交互に切換えて励磁して探傷を行うようにしてもよい。

即ち、時刻Ｔ１においては、第２励磁コイル組の励磁コイル６Ａ，６Ｂを励磁して渦電流検出コイル７Ａでセンサ要素Ｐａを形成して探傷を行い、以下、時刻Ｔ２では、第１励磁コイル組の励磁コイル４Ａ，５Ａと渦電流検出コイル７Ａでセンサ要素Ｐｂを形成し、時刻Ｔ３では、第２励磁コイル組の励磁コイル６Ｂ，６Ｃと渦電流検出コイル７Ｂでセンサ要素Ｐａを形成し、最後の時刻Ｔ８では、第１励磁コイル組の励磁コイル４Ｄ，５Ｄと渦電流検出コイル７Ｄでセンサ要素Ｐｈを形成して探傷を行うことができる。このような、時刻Ｔ１〜Ｔ８におけるセンサ要素Ｐａ〜Ｐｈと各コイルの関係を表２に纏めた。

以上説明したように本実施の形態によれば、対をなす励磁コイルと渦電流検出コイルとを順次切換えて重畳される渦電流を交差する方向に発生させることで、双方向の傷を迅速に探傷することができる。

以上の説明は、一つの渦電流探傷プローブ２内において、第１励磁コイル組の励磁コイル４Ａ〜４Ｄ，５Ａ〜５Ｄと渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｄ及び第２励磁コイル組の励磁コイル６Ａ〜６Ｅと渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｄとを交互に切換えて励磁と探傷を行うものである。しかし、例えば、図１における被検査体１の探傷すべき幅Ｗが広い場合には、当然渦電流探傷プローブ２もその幅Ｗに合わせて長くなり、各コイルの数も多くなる。このような状態で、それらを多数のコイルを順番に一端から他端側へ交互に切換えて行くと切換えと探傷に時間がかかることになる。

そのような場合には、図７に示すように、一端側の励磁コイル６Ａ，６Ｂ（あるいは４Ａ，４Ｂ）と中間部の励磁コイル６Ｅ，６Ｆ（あるいは４Ｅ，５Ｅ）を励磁して渦電流検出コイル７Ａ，７Ｅを機能させるようにし、次に、励磁コイル６Ｂ，６Ｃ（あるいは４Ｂ，５Ｂ）と励磁コイル６Ｆ，７Ｇ（あるいは４Ｆ，５Ｆ）を励磁して渦電流検出コイル７Ｂ，７Ｆを機能させるように、２箇所から同時に同じ方向に順次切換えて行くことで、探傷幅Ｗを横断させる探傷時間を略半分に短縮することができる。

さらに、今までの説明は、１つの渦電流探傷プローブ２内に、第１励磁コイル組の励磁コイル４Ａ〜４Ｈ，５Ａ〜５Ｈと第２励磁コイル組の励磁コイル６Ａ〜６Ｉと渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｈとを備えたものであるが、例えば、図８に示す渦電流探傷装置の第２の実施の形態のようにしても、探傷時間を短縮することができる。尚、図８において、図２と同一符号は同一部品を示すので、再度の詳細な説明は省略する。

図８の渦電流探傷装置において、図２の渦電流探傷装置と異なるのは、第１渦電流探傷プローブ２Ａと第２渦電流探傷プローブ２Ｂを設けた点である。

即ち、第１渦電流探傷プローブ２Ａには、渦電流を重畳するように発生させる第１励磁コイル組（４Ａ〜４Ｄ，５Ａ〜５Ｄ）と重畳渦電流を検出する渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｄとが設けられ、第２渦電流探傷プローブ２Ｂには、第１励磁コイル組による重畳渦電流の発生方向と交差する方向に重畳渦電流を被検査体に発生させる第２励磁コイル組（６Ａ〜６Ｅ）と重畳渦電流を検出する渦電流検出コイル２０Ａ〜２０Ｄとが設けられている。

そして、これら第１渦電流探傷プローブ２Ａと第２渦電流探傷プローブ２Ｂとは、互いの重畳渦電流が干渉しない間隔をもって配置されており、これを被検査体１に接触させて第１マルチプレクサ１０Ａと第２マルチプレクサ１０Ｂと第３マルチプレクサ１０Ｃとにより同時に順次切換えることで、同時に渦電流の検出が行われるのである。

このように、渦電流探傷プローブを２組用意することで、使用するコイル数は増加するが、探傷時間を略半分に短縮することができる。

以上説明の各実施の形態においては、渦電流探傷プローブとして多数の励磁コイル４Ａ〜４Ｈ，５Ａ〜５Ｈ，６Ａ〜６Ｉと多数の渦電流検出コイル７Ａ〜７Ｈ，２０Ａ〜２０Ｈを用いたものであるが、２つの励磁コイルからなる第１励磁コイル組と、第１励磁コイル組による重畳渦電流の発生方向と交差する方向に渦電流を重畳するように発生させる２つの励磁コイルからなる第２励磁コイル組と、第１励磁コイル組と第２励磁コイル組との励磁コイルが発生させる重畳渦電流を検出する１つの渦電流検出コイルとを基板に固定して１つの渦電流探傷プローブを構成するようにしても、傷の発生方向に拘わらず、迅速に探傷が行える渦電流探傷プローブ及び渦電流探傷装置を得ることができる。

本発明による渦電流探傷プローブの一実施の形態を示す斜視図。 本発明による渦電流探傷装置の第１の実施の形態を示すブロック図。 本発明の渦電流探傷装置による励磁コイルの切換え状態を示す第１パターン。 本発明の渦電流探傷装置による励磁コイルの切換え状態を示す第２パターン。 重畳された渦電流を示す説明図。 本発明の渦電流探傷装置による励磁コイルの切換え状態を示す第３パターン。 本発明の渦電流探傷装置による励磁コイルの切換え状態を示す第４パターン。 本発明による渦電流探傷装置の第２の実施の形態を示すブロック図。

符号の説明

１…被検査体、２…渦電流探傷プローブ、３…基板、４Ａ〜４Ｄ，５Ａ〜５Ｄ，６Ａ〜６Ｅ…励磁コイル、７Ａ〜７Ｈ，２０Ａ〜２０Ｈ…渦電流検出コイル、８…制御部、９…切換え手段、１０Ａ〜１０Ｃ…第１〜第３マルチプレクサ、１１…コンピュータ、１７…メモリ、１８…表示装置。

Claims (5)

1. 被検査体に渦電流を重畳するように発生させる２つの励磁コイルからなる第１励磁コイル組と、第１励磁コイル組による重畳渦電流の発生方向と交差する方向に被検査体に渦電流を重畳するように発生させる２つの励磁コイルからなる第２励磁コイル組と、第１励磁コイル組と第２励磁コイル組との励磁コイルが発生させる重畳渦電流を検出する１つの渦電流検出コイルとを備え、前記第１励磁コイル組と前記第２励磁コイル組とは、夫々一つの渦電流検出コイルを挟んで２つの励磁コイルが対向して配置されており、かつ前記第１励磁コイル組の２つの励磁コイルの対向方向と、前記第２励磁コイル組の２つの励磁コイルの対向方向とは、前記渦電流検出コイルを中心に直交し、これら第１励磁コイル組及び第２励磁コイル組の前記励磁コイルと前記渦電流検出コイルとを固定した基板とを備えたことを特徴とする渦電流探傷プローブ。
2. 被検査体に渦電流を重畳するように発生させる複数の励磁コイルからなる第１励磁コイル組と、第１励磁コイル組による重畳渦電流の発生方向と交差する方向に被検査体に渦電流を重畳するように発生させる複数の励磁コイルからなる第２励磁コイル組と、第１励磁コイル組と第２励磁コイル組との励磁コイルが発生させる重畳渦電流を検出する渦電流検出コイルとを備え、前記第１励磁コイル組と前記第２励磁コイル組とは、夫々一つの渦電流検出コイルを挟んで２つの励磁コイルが対向して配置されており、かつ前記第１励磁コイル組の２つの励磁コイルの対向方向と、前記第２励磁コイル組の２つの励磁コイルの対向方向とは、前記渦電流検出コイルを中心に直交し、これら第１励磁コイル組及び第２励磁コイル組の前記励磁コイルと前記渦電流検出コイルとを一方向に複数配列して固定した基板とを備えたことを特徴とする渦電流探傷プローブ。
3. 被検査体に渦電流を重畳するように発生させる２つの励磁コイルからなる第１励磁コイル組と、第１励磁コイル組による重畳渦電流の発生方向と交差する方向に被検査体に渦電流を重畳するように発生させる２つの励磁コイルからなる第２励磁コイル組と、第１励磁コイル組と第２励磁コイル組との励磁コイルが発生させる重畳渦電流を検出する１つの渦電流検出コイルとを備え、前記第１励磁コイル組と前記第２励磁コイル組とは、夫々一つの渦電流検出コイルを挟んで２つの励磁コイルが対向して配置されており、かつ前記第１励磁コイル組の２つの励磁コイルの対向方向と、前記第２励磁コイル組の２つの励磁コイルの対向方向とは、前記渦電流検出コイルを中心に直交し、これら第１励磁コイル組及び第２励磁コイル組の前記励磁コイルと前記渦電流検出コイルとを固定した基板とを有する渦電流探傷プローブと、前記励磁コイルと前記渦電流検出コイルとを順次切換える切換え手段と、この切換え手段に切換え順を指示する切換え指示手段と、順次切換えられた前記渦電流検出コイルの検出信号を記録する記録手段とを有する制御部とを備えていることを特徴とする渦電流探傷装置。
4. 被検査体に渦電流を重畳するように発生させる複数の励磁コイルからなる第１励磁コイル組と、第１励磁コイル組による重畳渦電流の発生方向と交差する方向に被検査体に渦電流を重畳するように発生させる複数の励磁コイルからなる第２励磁コイル組と、第１励磁コイル組と第２励磁コイル組との励磁コイルが発生させる重畳渦電流を検出する渦電流検出コイルとを備え、前記第１励磁コイル組と前記第２励磁コイル組とは、夫々一つの渦電流検出コイルを挟んで２つの励磁コイルが対向して配置されており、かつ前記第１励磁コイル組の２つの励磁コイルの対向方向と、前記第２励磁コイル組の２つの励磁コイルの対向方向とは、前記渦電流検出コイルを中心に直交し、これら第１励磁コイル組及び第２励磁コイル組の前記励磁コイルと前記渦電流検出コイルとを一方向に複数配列して固定した基板とを有する渦電流探傷プローブと、複数の前記励磁コイルと前記渦電流検出コイルとを順次切換える切換え手段と、この切換え手段に切換え順を指示する切換え指示手段と、順次切換えられた前記渦電流検出コイルの検出信号を記録する記録手段とを有する制御部とを備えていることを特徴とする渦電流探傷装置。
5. 前記切換え手段は、前記第１励磁コイル組の複数の励磁コイルを順次切換える第１の切換え手段と、前記第２励磁コイル組の複数の励磁コイルを順次切換える第２の切換え手段と、複数の前記渦電流検出コイルを順次切換える第３の切換え手段とを有し、前記制御部には、前記渦電流検出コイルの検出信号に基づく信号を表示する表示手段が設けられていることを特徴とする請求項３又は４記載の渦電流探傷装置。

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