CN101893602A - 旋转涡电流探伤探头 - Google Patents

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Abstract

一种在旋转圆盘上安装多个Θ型涡电流探伤探头的旋转涡电流探伤探头，可以与瑕疵的方向无关地检测全部方向的瑕疵。4个Θ型涡电流探伤探头(P11～P22)被配置在旋转圆盘(111)的旋转中心(Ds1)的周围，并被埋入旋转圆盘(111)内。这些涡电流探伤探头(P11～P22)的检测线圈(Dc11～Dc22)的线圈面互相平行配置，而且与旋转圆盘(111)的旋转面垂直。这些检测线圈的线圈面相对于通过涡电流探伤探头(P11、P12)的中心(Ps11、Ps12)的直线(Y1)倾斜θ。检测线圈(Dc11、Dc12)被和动连接，检测线圈(Dc21、Dc22)被差动连接。

Description

旋转涡电流探伤探头
技术领域
本申请发明涉及一种旋转涡电流探伤探头，其将多个涡电流探伤探头安装到旋转圆盘上，一边旋转该旋转圆盘一边移动(扫描)进行探伤。
背景技术
在现有技术中提出了一种旋转涡电流探伤探头，其将多个涡电流探伤探头安装到旋转圆盘上，通过一边使该旋转圆盘旋转一边移动，对金属等的导体的全方向的瑕疵进行探伤(例如，参照日本特开2007-248169号公报)。
在本申请中，将涡电流探伤探头称为涡流探头，将在旋转圆盘上安装有多个涡电流探伤探头的物体称为旋转涡电流探伤探头。而且，还将旋转涡电流探伤探头简称为旋转涡流探头。
而且，线圈轴指的是成为构成线圈的绕线的螺旋状线匝(巻回)的中心的轴，线圈面指的是与线圈轴垂直的面。
通过图7对在旋转圆盘上安装4个涡流探头的现有的旋转涡流探头进行说明。
图7(a1)是旋转涡流探头和被检查体的俯视图，图7(a2)是图7(a1)的X4部分的箭头方向的截面图，图7(b)是示出通过旋转涡流探头所检测出的瑕疵信号的振幅特性的图表。
旋转涡流探头RP2包括4个Θ型的涡流探头P31～P34和旋转圆盘211，其中涡流探头P31～P34通过铸造的方式埋入旋转圆盘211内，并与被检查有无瑕疵的被检查体22的检查面相对配置。Θ型涡流探头包括对被检查体激发涡流的励磁线圈，以及配置于励磁线圈的内侧、对被检查体被激发的涡电流进行检测的检测线圈，两个线圈各自的线圈面互相垂直配置。励磁线圈的线圈面与旋转圆盘211的旋转面平行，检测线圈的线圈面与旋转圆盘211的旋转面垂直。旋转圆盘211是通过旋转轴212的旋转而进行旋转的，旋转轴212是由马达(图中未示出)驱动旋转的。
4个涡流探头P31～P34在旋转中心Ds2的周围在圆周方向上以大约相等的间隔(90度的间隔)依次配置，在4个涡流探头P31～P34中，涡流探头P31、P33夹着旋转中心Ds2位于两侧，涡流探头P32、P34夹着旋转中心Ds2位于两侧。即4个涡流探头P31～P34由涡流探头P31、P33的组合和涡流探头P32、P34的组合而构成，一个组合的检测线圈的线圈面与另一个组合的检测线圈的线圈面互相垂直，并且线圈轴也互相垂直。
在这里对利用旋转涡流探头RP22对图7(a1)中的被检查体22进行探伤时所检测出的瑕疵信号进行说明。
在被检查体22的检查面上形成有与旋转涡流探头RP2的移动方向(X5方向)平行的较长的瑕疵F31、与移动方向倾斜交差的瑕疵F32及与移动方向垂直相交的瑕疵F33。瑕疵F31、F32、F33的尺寸均为长(长边的长度)150mm、宽(短边的宽度)0.5mm、深0.3mm。
旋转涡流探头RP2通过励磁线圈对被检查体激发涡电流，通过检测线圈对被检查体被激发出的涡电流进行检测，根据检测线圈所检测到的检测信号检测出瑕疵。4个检测线圈和动连接(和動連続)。该检测线圈检测出的信号被称为瑕疵信号。
如果使旋转涡流探头RP2一边旋转一边沿着被检查体22的检查面向X5方向移动的话，瑕疵F31、F32可以被检测到，但瑕疵F33就不能被充分地检测到。即由瑕疵F33引起的瑕疵信号如图7(b)所示。在图7(b)中，纵轴的检测比表示检测出的瑕疵信号的振幅与检测出的瑕疵信号的最大振幅的比例，横轴表示旋转涡流探头RP2向X5方向移动的幅度。其中横轴的0点相当于旋转涡流探头RP2的旋转中心Ds2移动到瑕疵F33的正上方时的位置。图中的矩形的虚线表示在瑕疵F33的前后、瑕疵信号的检测比为-3dB以上的范围，以及可以进行瑕疵检测的旋转涡流探头的移动幅度的范围。这里，-3dB一般被认为是对于瑕疵检测来说有效的信号检测比，如果信号检测比在-3dB以上，则判断存在瑕疵。
在图7(b)的情况下，尽管存在瑕疵，但在图中标有箭头的两处，瑕疵信号的检测比却没有达到-3dB，这表示存在难以进行瑕疵信号检测的区域。
发明内容
如上所述，现有的旋转涡流探头难以检测到方向与旋转涡流探头的移动方向垂直相交的瑕疵，因此，如果用于全部方向的瑕疵检测，现有的旋转涡流探头的检测能力是不够的。
鉴于以上问题，本申请发明的目的在于提供一种旋转涡流探头，其可以检测包括方向与旋转涡流探头的移动方向垂直相交的瑕疵的全部方向的瑕疵。
为了实现上述目的，一种旋转涡电流探伤探头，其对被检查体的瑕疵进行探伤，其特征在于，包括：旋转圆盘(111)；以及4个Θ型的涡电流探伤探头(P11、P21、P12、P22)，在所述旋转圆盘(111)的圆周方向上以大约相等的间隔安装在所述旋转圆盘(111)的旋转中心(Ds1)的周围，以夹着旋转中心(Ds1)位于两侧的2个涡电流探伤探头作为1组涡电流探伤探头，所述4个涡电流探伤探头(P11、P21、P12、P22)由2组这样的涡电流探伤探头构成，所述4个涡电流探伤探头(P11、P21、P12、P22)包括：对所述被检查体激发电流的励磁线圈(Ec11、Ec21、Ec12、Ec22)；以及对所述被检查体被激发的电流进行检测的检测线圈(Dc11、Dc21、Dc12、Dc22)，所述励磁线圈(Ec11、Ec21、Ec12、Ec22)的线圈面与所述旋转圆盘的旋转面平行，所述检测线圈(Dc11、Dc21、Dc12、Dc22)的线圈面与所述旋转圆盘的旋转面垂直，所述检测线圈(Dc11、Dc21、Dc12、Dc22)的线圈面互相平行，并且相对于通过所述2组涡电流探伤探头中的一组的2个涡电流探伤探头的各自的中心的直线(Y1)倾斜规定的角度(θ)，所述一组的涡电流探伤探头的2个检测线圈(Dc11、Dc12)和动连接，另一组的涡电流探伤探头的2个检测线圈(Dc21、Dc22)差动连接。
根据本发明，旋转涡电流探伤探头可以与被检查体的瑕疵的方向无关地没有遗漏地检测全部方向的瑕疵。而且本申请发明的旋转涡电流探伤探头其旋转涡流探头移动(扫描)1次所能够探伤的范围较大，原来的旋转涡电流探伤探头的探伤范围是2mm左右，本申请发明的旋转涡电流探伤探头的探伤范围在10mm以上。因此，本申请发明的旋转涡电流探伤探头在一次探伤中就能够探伤较大的范围，从而可以缩短探伤时间。
所述规定的角度(θ)理想的是15～60度，最好是45度。通过这样规定检测线圈的线圈面的倾斜角度(θ)，可以减少由瑕疵的方向引起的瑕疵信号的偏差。
理想的是：所述一组的涡电流探伤探头的各自的中心(Ps11、Ps12)至所述旋转圆盘的旋转中心(Ds1)的距离(W1)与所述另一组的涡电流探伤探头的各自的中心(Ps21、Ps22)至所述旋转圆盘的旋转中心(Ds1)的距离(W2)的比值(W1∶W2)为1∶1～1∶3。
通过将比值(W1∶W2)设定在1∶1～1∶3的范围，可以进一步地减少由瑕疵的方向引起的瑕疵信号的偏差。
在所述被检查体的检查面具有曲率的情况下，所述比值(W1∶W2)最好是1∶1.75。由此，可以检测具有曲率的被检查体的检查面上的瑕疵。
附图说明
图1是示出本申请发明的实施例的旋转涡流探头的构成的图。
图2是说明图1的旋转涡流探头的涡流探头的位置关系的图。
图3是说明由图1的旋转涡流探头检测出的瑕疵信号的图。
图4是说明ΔdB的图。
图5是示出探头的角度与ΔdB的关系的图。
图6是示出距离W1、W2的比(W1∶W2)与ΔdB的关系的图。
图7是示出现有的旋转涡流探头的构成的图。
具体实施方式
通过图1～图3对本申请发明的实施例的旋转涡流探头进行说明。
实施例
首先对图1进行说明。
图1(a1)是旋转涡流探头和被检查体的俯视图，图1(a2)是图1(a1)的X1部分的箭头方向的截面图，图1(b1)是Θ型涡流探头的立体图，图1(b2)是Θ型涡流探头的俯视图。
旋转涡流探头RP1包括4个Θ型的涡流探头P11、P21、P12、P22(下面，对P11、P21、P12、P22统称时称为P)和旋转圆盘111，涡流探头P11、P21、P12、P22通过铸造的方式埋入旋转圆盘111内，并与被检查有无瑕疵的被检查体12的检查面相对配置。旋转圆盘111是通过旋转轴112的旋转而进行旋转的，旋转轴112是由马达(图中未示出)驱动旋转的。Θ型涡流探头P包括对被检查体激发涡电流的励磁线圈Ec，以及配置于励磁线圈Ec的内侧、对被检查体所激发的涡电流进行检测的检测线圈Dc，两个线圈各自的线圈面互相垂直配置。励磁线圈Ec的线圈面与旋转圆盘111的旋转面平行，检测线圈Dc的线圈面与旋转圆盘111的旋转面垂直。
旋转涡流探头RP1通过励磁线圈对被检查体激发涡电流，通过检测线圈对被检查体所激发的涡电流进行检测，根据检测线圈所检测到的信号检测出瑕疵。该检测线圈所检测出的信号被称为瑕疵信号。
这里，在由板状体构成的圆盘上形成嵌入涡流探头P的开口部，涡流探头P可以直接安装到该开口部，或者使用安装工具安装到旋转圆盘111上，由此来代替将涡流探头P埋入旋转圆盘111的方式。因此，本申请所说明的是将涡流探头P安装到旋转圆盘111上，该方法中包括了将涡流探头P埋入旋转圆盘111内的方法。
另外，图1(b2)中的Ps表示励磁线圈Ec的中心。
4个涡流探头P11、P21、P12、P22在旋转涡流探头RP1的旋转中心Ds1的周围在圆周方向上以大约相等的间隔(90度的间隔)依次配置，在4个涡流探头P11、P21、P12、P22中，涡流探头P11、P12夹着旋转中心Ds1位于两侧，涡流探头P21、P11也夹着旋转中心Ds1位于两侧。即4个涡流探头P11、P12、P21、P22由涡流探头P11、P12的组合以及涡流探头P21、P22的组合这两个组合构成。
涡流探头P11、P12的各自的检测线圈被和动连接，涡流探头P21、P22的各自的检测线圈被差动连接。和动连接是指使2个线圈的电流方向相同的连接方法，例如，如果2个线圈的卷曲方向相同，则一个线圈的卷曲末端与另一个线圈的卷曲初始端连接，如果2个线圈的卷曲方向相反，则一个线圈的卷曲末端与另一个线圈的卷曲末端连接。差动连接是指使2个线圈的电流方向相反的连接方法，例如，如果2个线圈的卷曲方向相同，则一个线圈的卷曲初始端与另一个线圈的卷曲初始端连接，如果2个线圈的卷曲方向相反，则一个线圈的卷曲末端与另一个线圈的卷曲初始端连接。
在被检查体12的检查面上形成有与旋转涡流探头RP1的移动方向(X2方向)平行的较长的瑕疵F11、与移动方向倾斜交差的瑕疵F12及与移动方向垂直相交的瑕疵F13。
下面，通过图2是对图1的旋转涡流探头RP1的涡流探头P的位置关系进行说明。
首先对图2(a)进行说明。
涡流探头P11、P12位于夹着旋转涡流探头的旋转中心(旋转圆盘的旋转中心)Ds1的两侧，两个涡流探头的各自的中心(励磁线圈Ec11、Ec12的中心)Ps11、Ps12排列在通过旋转中心Ds1的直线Y1上。同样地，涡流探头P21、P22位于夹着旋转涡流探头的旋转中心(旋转圆盘的旋转中心)Ds1的两侧，两个涡流探头的各自的中心(励磁线圈Ec21、Ec22的中心)Ps21、Ps22排列在通过旋转中心Ds1的直线Y2上。直线Y1、Y2垂直相交。因此，4个涡流探头P11、P21、P12、P22在旋转中心Ds1的周围在圆周方向上以大约相同的间隔(90度间隔)配置。
4个涡流探头P11、P21、P12、P22的检测线圈Dc11、Dc21、Dc12、Dc22各自的线圈面相互平行配置。然后，检测线圈Dc11、Dc12的线圈面配置为相对于通过涡流探头P11、P12的中心Ps11、Ps12的直线Y1倾斜规定的角度θ(下面，将检测线圈Dc11、Dc12的线圈面与通过涡流探头P11、P12的中心Ps11、Ps12的直线Y1所成的角度称为探头角度)。而且此时，检测线圈Dc21、Dc22的线圈面与检测线圈Dc11、Dc12的线圈面平行，因此检测线圈Dc21、Dc22的线圈面也相对于直线Y1倾斜角度θ。4个检测线圈Dc11、Dc21、Dc12、Dc22各自的线圈面的倾斜也可以以通过涡流探头P21、P22的中心Ps21、Ps22的直线Y2为基准来规定。
下面对配置检测线圈使得探头角度傾斜角度θ的理由进行说明。
在与检测线圈面平行的瑕疵通过检测线圈的下面时，涡流探头可以得到瑕疵信号。在现有的方式中，各检测线圈面从旋转涡流探头的中心向周围呈放射状分布的旋转涡流探头虽然可以检测到全部方向的瑕疵，但在被检查体是钢管的情况下，与检测线圈通过管轴方向的瑕疵的情况相比，检测线圈通过管周方向的瑕疵时，检测线圈和钢管表面的瑕疵之间的间隙(称之为升程(リフトオフ))更大，因此瑕疵信号的大小产生差别。
与之相对，像本发明一样，通过设置规定的角度，可以使管轴方向的瑕疵和检测线圈面的间隙与管周方向的瑕疵和检测线圈面的间隙相等，因此，可以减小瑕疵信号的大小的差。
探头角度θ可以设定在0度＜θ＜90度的范围内，理想的是在15～60度的范围内，最好是45度。详情在后文中说明。
下面对图2(b)进行说明。
图2(b)是说明图2(a)的旋转涡流探头中4个涡流探头与旋转涡流探头的旋转中心Ds1的距离的设定方法的图。并且，图2(b)的涡流探头、励磁线圈以及检测线圈的符号都与图2(a)相同，因此，在图中将其省略。
在涡流探头P11、P12的组合中，将旋转中心Ds1至各个涡流探头的中心Ps11、Ps12的距离设定为W1，在涡流探头P21、P22的组合中，将旋转中心Ds1至涡流探头的中心Ps21、Ps22的距离设定为W2。距离W1、W2例如设定为W1＝4.2mm、W2＝7.2mm。距离W1、W2的比(W1∶W2)可以设定为1∶n(n＝1以上)，在被检查体是平板状的情况下，理想的是1∶1～1∶3的范围，在被检查体是管状等、检查面具有曲率的情况下，理想的是在1∶1.75附近。详情在后文中说明。对于涡流探头P的检测线圈的连接来说，当距离W1＞W2时，差动连接涡流探头P11、P12的各自的检测线圈，和动连接涡流探头P21、P22的各自的检测线圈。
图3示出本申请发明的实施例的旋转涡流探头的实验结果。
图3(a1)、(a2)是指被检查体是板状体的情况，图3(b1)、(b2)是指被检查体是管状体的情况。将旋转涡流探头RP1的图2(a)中所示的探头角度θ设定为45度，将图2(b)中所示的距离W1、W2设定为W1＝4.2mm、W2＝7.2mm。
首先对图3(a1)、(a2)进行说明。
在图3(a1)中，被检查体12是板状体，其检查面上形成有与旋转涡流探头RP1的移动方向(X2方向)平行的较长的瑕疵F11、与移动方向倾斜交差的瑕疵F12及与移动方向垂直相交的瑕疵F13。瑕疵F11、F12、F13的尺寸均为长(长边的长度)150mm、宽(短边的宽度)0.5mm、深0.3mm。而且旋转涡流探头RP1的旋转圆盘111的直径是35mm，励磁线圈是将直径为0.16mm的导线绕卷180次而得到的、其外形为(纵)4mm×(横)4mm×(高度)2.5mm的圆形，检测线圈是将直径为0.05mm的导线绕卷120次而得到的、其外形为(纵)3.3mm×(横)4mm×(高度)1.5mm的四边形。
使旋转涡流探头RP1一边以5000rpm的转速旋转一边使其向X2方向移动，并每0.5mm采集一次数据来进行探伤。
通过旋转涡流探头RP1所检测的瑕疵信号中，由瑕疵F13引起而产生的瑕疵信号的振幅特性如图3(a2)所示。在图3(a2)中，纵轴的检测比表示检测出的瑕疵信号的振幅与检测出的瑕疵信号的最大振幅的比例，横轴表示旋转涡流探头RP1向X2方向移动的幅度。图中的虚线表示瑕疵信号的检测比在0～-3dB的范围以及可以检测出瑕疵的移动幅度。其中横轴的0点相当于旋转涡流探头RP1的旋转中心Ds1移动到瑕疵F13的正上方时的位置。黑四边形图案所示的图是表示通过在旋转涡流探头RP1中和动连接的检测线圈所检测到的瑕疵信号，白三角形图案所示的图是表示通过差动连接的检测线圈所检测到的瑕疵信号。另外，×形图所示的图表示的是结合瑕疵信号，其是将和动连接的检测线圈所检测到的瑕疵信号和差动连接的检测线圈所检测到的瑕疵信号相比，选出检测比较大的来表示。如果使用和动连接的检测线圈所检测到的瑕疵信号和差动连接的检测线圈所检测到的瑕疵信号中的检测比较大的值，则可以在检测比为0～-3dB的范围内检测瑕疵，对于现有的旋转涡流探头来说难以检测的瑕疵F13也可以被检测到。即，可以没有遗漏地检测全部方向上的瑕疵。
这样地，在差动连接中，在瑕疵通过位置的中央附近的位置，具有检测程度降低的“谷”的部分，因此，作为弥补该“谷”的部分的方法，通过使另一组的检测线圈和动连接而形成“峰”，并通过使用2组的检测线圈的输出，可以扩大瑕疵检测的有效区域。
另外，结合瑕疵信号也可以是将和动连接的检测线圈所检测的瑕疵信号的振幅与差动连接的检测线圈所检测的瑕疵信号的振幅相加，将两个瑕疵信号的和作为瑕疵信号提取出来的。
下面对探头的角度进行说明。如图4所示，在旋转涡流探头的移动幅度在-5mm到5mm的范围内，将结合瑕疵信号的检测比最低处的dB的绝对值设为ΔdB。该ΔdB越小越好。图5示出探头的角度与ΔdB的关系。如图5所示，探头的角度在15～60度的范围内时，ΔdB是良好的值，探头的角度在45度附近时，ΔdB是最佳值。
下面，对被检查体是管状体时以及是板状体时的距离W1、W2的比(W1∶W2)进行说明。如果使距离W1、W2的比(W1∶W2)发生变化，则与使探头的角度变化时一样，ΔdB也发生变化。
图6(a)(b)示出距离W1、W2的比(W1∶W2)与ΔdB的关系。图6(a)是实验数据的图，图6(b)是在实验数据上加上模拟实验结果的图。
如图6(a)、(b)所示，无论被检查体是管状体还是板状体，都是当W1∶W2在1∶1～1∶3的范围内时，ΔdB显示良好的值，W1∶W2在1∶1.75附近时，ΔdB显示最佳值。与其他的W1∶W2的范围时相比，W1∶W2的范围在1∶1.75时，ΔdB大幅度地降低。因此，特别是被检查体是管状体的情况下，W1∶W2在1∶1.75附近时ΔdB为最佳值。
下面对图3(b1)、(b2)进行说明。
在图3(b1)中，被检查体13是直径为73mm的管状体，在其检查面上，在被检查体13的圆周方向上形成有长的瑕疵F21，在被检查体13的管轴方向上形成有长的瑕疵F22。瑕疵F21、F22的尺寸均为长(长边的长度)25mm、宽(短边的宽度)1mm、深0.3mm。
探伤是按照如下的方式进行的：旋转涡流探头RP1以5000rpm的转速旋转，被检查体13以1000mm/s的转速旋转，而且被检查体13每旋转1周旋转涡流探头RP1就向管轴方向(X3方向)移动10mm。
通过旋转涡流探头RP1检测出的瑕疵信号如图3(b2)所示，旋转涡流探头RP1可以检测到由瑕疵F21、F22引起的瑕疵信号。在图3(b2)中，纵轴表示瑕疵信号的振幅，横轴表示旋转涡流探头RP1的移动方向。
根据图3(b2)可以看出，即使被检查体是管状体，旋转涡流探头RP1也可以检测出全部方向的瑕疵。

Claims (5)

1.一种旋转涡电流探伤探头，其对被检查体的瑕疵进行探伤，其特征在于，
包括：
旋转圆盘(111)；以及
4个Θ型的涡电流探伤探头(P11、P21、P12、P22)，在所述旋转圆盘(111)的圆周方向上以大约相等的间隔安装在所述旋转圆盘(111)的旋转中心(Ds1)的周围，
以夹着旋转中心(Ds1)位于两侧的2个涡电流探伤探头作为1组涡电流探伤探头，所述4个涡电流探伤探头(P11、P21、P12、P22)由2组这样的涡电流探伤探头构成，
所述4个涡电流探伤探头(P11、P21、P12、P22)包括：
对所述被检查体激发电流的励磁线圈(Ec11、Ec21、Ec12、Ec22)；
以及对所述被检查体被激发的电流进行检测的检测线圈(Dc11、Dc21、Dc12、Dc22)，
所述励磁线圈(Ec11、Ec21、Ec12、Ec22)的线圈面与所述旋转圆盘的旋转面平行，
所述检测线圈(Dc11、Dc21、Dc12、Dc22)的线圈面与所述旋转圆盘的旋转面垂直，
所述检测线圈(Dc11、Dc21、Dc12、Dc22)的线圈面互相平行，并且相对于通过所述2组涡电流探伤探头中的一组的2个涡电流探伤探头的各自的中心的直线(Y1)倾斜规定的角度(θ)，
所述一组的涡电流探伤探头的2个检测线圈(Dc11、Dc12)和动连接，另一组的涡电流探伤探头的2个检测线圈(Dc21、Dc22)差动连接。
2.如权利要求1所述的旋转涡电流探伤探头，其特征在于，
所述规定的角度(θ)是15～60度。
3.如权利要求1或者2所述的旋转涡电流探伤探头，其特征在于，
所述一组的涡电流探伤探头的各自的中心(Ps11、Ps12)至所述旋转圆盘的旋转中心(Ds1)的距离(W1)与所述另一组的涡电流探伤探头的各自的中心(Ps21、Ps22)至所述旋转圆盘的旋转中心(Ds1)的距离(W2)的比值(W1∶W2)为1∶1～1∶3。
4.如权利要求3所述的旋转涡电流探伤探头，其特征在于，
在所述被检查体的检查面具有曲率的情况下，所述比值(W1∶W2)是1∶1.75。
5.如权利要求1至4中的任意一项所述的旋转涡电流探伤探头，其特征在于，
所述规定的角度(θ)是45度。
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