JP2001183348A - プローブの可撓性先端に装着された箔センサを持つ渦電流プローブとその使用方法 - Google Patents
プローブの可撓性先端に装着された箔センサを持つ渦電流プローブとその使用方法Info
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Abstract
性をもち、検査される面との衝撃に耐えることが出来る
渦電流プローブの提供。 【解決手段】 1対の銅コイルが箔ストリップ内に埋込
まれる。この対の内の第1のコイルが、表面上に渦電流
を誘起する電磁界を発生し、第2のコイルが表面上の渦
電流の影響を受ける電流を通す。第2のコイルの電流を
解析して、表面渦電流に関する情報を求める。渦電流プ
ローブは、可撓性の導電箔ストリップによって覆われた
先端を持つ金属ハウジングを有する。箔ストリップが、
プローブの先端にある変形可能なノーズに取付けられ、
この為ストリップ及びコイルがそれを適用する表面と同
形になる。
Description
流を誘起して測定することにより、導電材料の表面及び
表面下の領域の傷及び厚さを検出する渦電流プローブに
関する。本発明は特に、金属及び半導電の材料の表面被
覆、表面下のひび割れ及び表面の傷を検出するのに適し
ている。渦電流プローブを使って、金属又は半導電の材
料の上にある絶縁被覆の厚さを測定することも出来る。
表面を検査する為に使われる。ある用途では、蒸気及び
ガスタービンのロータ動翼のような金属物体の表面を検
査するのに渦電流プローブが用いられる。渦電流プロー
ブは、ロータ動翼を検査する為の非破壊試験を提供す
る。
導電性の物体の表面(又は表面の近く)に適用される。
導電面に役に立つ渦電流を誘起する為に、プローブが電
磁界を表面に加えて、渦電流を誘起する。この電磁界は
渦電流プローブの誘起(駆動)コイルの電流によって発
生される。表面に誘起された渦電流は比較的エネルギが
弱く、表面の上(又は少なくともその近く)に配置され
たプローブによって検出するのが最善である。渦電流プ
ローブ内の感知コイルを表面に当てて配置し、感知コイ
ルの電流が表面渦電流の影響を受けるようにする。表面
渦電流の感知コイルの電流に対する影響が、プローブに
関連する処理回路によって測定される。絶縁被覆の厚さ
を測定するには、被覆の下にある導電又は半導電の面上
の渦電流を測定する。この渦電流の測定値が、渦電流プ
ローブとこの被覆を持つ部分との間の結合度を表す。こ
のプローブとこの部分との間の結合度は、プローブのコ
イルと絶縁被覆の下にある導電又は半導電の面との間の
距離の関数である。従って、被覆の厚さを、プローブに
よって測定された渦電流から決定することが出来る。
て検査される多くの物体は複雑な表面の輪郭を持ってい
る。例えば、ロータ動翼は、捩れた翼形柱体、フランジ
及びパイントリー(松の木形)の根元を持っている。渦
電流プローブをロータ動翼又はその他の物体の表面の輪
郭に当てることは困難であり、ロボット制御の検査器械
を用いるときは、特にそうである。渦電流プローブの先
端が被検体の表面と同形にならないことがある。渦電流
プローブと表面との間に良好な接触が得られないか、又
はプローブと表面の間に空隙があると、プローブが、導
電又は半導電の面の上に誘起された渦電流を正確に測定
することが出来ない。同様に、プローブの先端は、無理
に表面に押し当てると、破損することがある。従って、
変わった表面形状に順応するのに十分な可撓性をもち、
検査される面との衝撃に耐えることが出来る渦電流プロ
ーブに対する要望がある。
ていて、プローブのセンサ先端にある変形可能なノーズ
によって支持された1対の導電コイルを持つ新規な渦電
流プローブを開発した。箔ストリップが変形可能なノー
ズの上に巻付けられて、ストリップ内のコイルを可撓的
に支持する。この可撓性により、コイル、ストリップ及
びノーズが検査される表面と同形になることが出来ると
共に、この表面との衝撃に耐えることが出来る。1対の
導電コイルの内、誘起コイル(駆動コイル)が被検体の
表面に渦電流を誘起する。他方のコイル(感知コイル)
が導電又は半導電の面上の渦電流からの磁束によって誘
起された電流を通す。感知コイルの誘起された電流は、
表面渦電流を表し、被検体の表面渦電流の強さを測定す
るのに使われる。
積層された可撓性の2枚の被膜の間に誘起コイル及び感
知コイルを挟む。コイルは箔ストリップの中心に配置し
て、被膜の長さに沿って横方向に伸びるワイヤの平行な
トラックにより、ストリップの端にある端子に接続する
ことが出来る。箔の中心部分では、各々のコイルは矩形
の渦巻形コイルに配置することが出来る。両方のコイル
はストリップ内で巣ごもりにすることが出来る。
ローブの可撓性ノーズに巻付ける。ノーズが被膜及びコ
イルを支持する柔らかい基部となる。ノーズはシリコー
ンゴム又はその他の変形可能な材料で形成することが出
来る。研削の用途では、切削流体の影響をより受け難い
VITON(登録商標)のようなゴム材料が必要になる
ことがある。ノーズの基部をプローブハウジングに取付
ける。ノーズの外面は丸くした稜部であってもよいし、
或いは測定しようとする目的の表面と同形の他の何らか
の形を持っていてよい。ノーズを表面に押し付けると、
それが変形して、この表面と同形になる。ノーズは弾力
性があり、表面から持ち上げると、もとの形に戻る。箔
ストリップをノーズに巻付けて、ノーズの外面の上に滑
らかにはめる。従って、ノーズが箔及びコイルに対する
支持面となり、箔が、別の表面と接触するときに、撓む
ことが出来るようにする。
ぎめするとき、プローブのセンサ先端を、ノーズを変形
させる位の力で、表面に押し付け、箔とコイルが表面の
輪郭と同形になるようにする。コイルが表面と同形にな
ったとき、コイルが表面に渦電流を誘起すると共に、そ
れを測定するのに適切であるように、表面に対して正し
く位置ぎめされる。コイルを表面にぴったりと沿わせる
ことにより、コイルは本質的に、表面にすぐ隣接して、
コイルと表面の間に空気ポケットがなくなるように位置
ぎめされる。誘起コイルが表面にあるから、このコイル
の電流は、導電又は半導電の面上に測定可能な渦電流を
誘起するのに、比較的控え目にすることが必要である。
同様に、感知コイルが表面に接近している為に、表面上
の渦電流によって、このコイルは比較的大きな電流を誘
起することが出来る。従って、コイルを測定しようとす
る物体の表面に当ててそれと同形にすることが出来るこ
とは、本発明の渦電流プローブの有利な特徴である。
びコイルを表面に直接的に当てることは、1つには、渦
電流プローブにある変形可能なノーズの為である。プロ
ーブが表面と接触するとき、被膜がプローブのノーズに
よって表面に対してしっかりと圧接される。ノーズと表
面との間の力によってノーズが変形するとき、被膜が表
面にぴったりと沿い、こうして被膜ストリップと表面と
の間に良好な接触をもたらす。従って、変形可能なノー
ズは、コイルを表面と同形にさせ、渦電流の良好な測定
を行うのに役立つ。
る物体16、例えばタービン動翼の表面14上に渦電流
12を誘起して感知する渦電流プローブ10を示す。渦
電流プローブの先端18が、電源27からの交流電流を
通す誘起コイル20(又は駆動コイル)を有する。電源
からの交流電流が誘起コイル20を流れて、このコイル
を取巻く磁界を発生する。誘起コイルからの磁束が、表
面14上にプローブ先端の近辺に渦電流12を発生す
る。
ル22を持っている。感知コイルは、被検体の表面の上
並びに渦電流プローブの先端部の近辺にある渦電流12
に対して敏感である。渦電流が表面のすぐ近辺の磁界に
影響を与える。感知コイル22は、表面上の渦電流によ
って発生されたこの磁界の中にある。渦電流からの磁束
が感知コイル22に電流を生ずる。感知コイル内の電流
に対する表面渦電流の影響が、渦電流プローブに結合さ
れた処理回路25によって検出される。
機数値制御(CNC)機械により、表面の1つの場所か
ら別の場所へ移動させることが出来る。渦電流プローブ
が表面の1つの場所から別の場所へ移動するとき、各々
の場所で渦電流の測定を行い、それを処理回路25で解
析する。処理回路からの渦電流データが渦電流表示装置
29又はその他の装置に入力され、そこで渦電流データ
を、そのデータを求めた表面の場所と相関させて評価す
る。
電流が、被検体の表面上の渦電流に関する情報を提供す
る。渦電流プローブの感知コイルからの電流信号が処理
回路によって解析されて、表面の傷を示すかもしれない
ような、表面のある場所で、渦電流が突然に変化するか
どうかに関する情報を発生する。感知コイルからの電流
信号は、表面の1つの場所と、表面の別の場所とを比較
した渦電流の相対的な大きさに関する情報をも提供す
る。処理回路が、被検体の表面上のどこで、渦電流が強
く、どこで弱いかを示す情報を、報告書、表示画像並び
に/又はグラフの形で作成する。
流は、被覆の下方の導電性の表面下33に流れることが
ある。渦電流プローブは、被覆31の厚さだけ、渦電流
から隔たっている。プローブによって感知した渦電流の
相対的な強さは、導電面の上の被覆の厚さによるもので
あることがある。従って、感知コイルによってピックア
ップした信号の渦電流の相対的な強さを使って、表面下
33の上にある被覆31の厚さを測定することが出来
る。渦電流が強いところ及び弱いところでプローブから
得られた情報を比較することにより、物体の表面上の被
覆の相対的な厚さを決定することが出来る。
ジングの1端にあるプローブ先端18及びハウジング及
びプローブに対する取付け部となる基部38を持つ1実
施例の渦電流プローブ10を示す。プローブの先端が、
箔ストリップ26の中に埋設された1対の誘起及び感知
コイル20、22を持っている。ストリップ26が、柔
らかくて形成可能な材料で形成されたノーズ28に巻付
けられる。ストリップ26内の感知コイル20、22
が、渦電流プローブの1番外側の先端に来るようにする
為に、ノーズ28の先端の上に整合している。ストリッ
プ26の反対側の端30(1端が図1に示されており、
他端は見えない)が、プローブハウジング24に取付け
られたプリント配線板(PCB)32に固定されてい
る。箔ストリップ内のワイヤ34がプリント配線板とコ
イル20、22を接続している。PCB 32が電気端
子35を持ち、これがワイヤ及び箔ストリップ内のコイ
ルを外部電気接続部に接続する。PCBの端子に取付け
られたリードワイヤ36が、コイル並びにそのワイヤを
処理回路25及び電源27に結合する。更に、PCBと
ノーズの先端との間で、箔ストリップは38に示すよう
に細めてあって、プローブのノーズの周りに巻付けるこ
とを容易にしている。
の表面に精密に位置ぎめする座標測定機械23又はCN
C機械に取付けることが出来る。座標測定機械が、渦電
流の測定をしようとする表面の位置を定める。コンピュ
ータ(図に示していない)がプローブの表面の場所と、
プローブから得られた渦電流データとを相関させる。こ
の相関により、渦電流データを、測定する物体の表面の
画像又は図面に写像することが出来る。
商標)TP2スイッチのような接触トリガープローブス
イッチ40に取付けることが出来る。接触トリガープロ
ーブスイッチは、渦電流プローブの先端が物体の表面と
接触するとき、信号を発生する。渦電流プローブ10が
接触トリガープローブ40に取付けられているとき、渦
電流プローブの先端18が物体の表面と接触するとき、
スイッチ40によって信号が発生される。接触トリガー
プローブスイッチは、接触スイッチ40が信号を発生す
るに至るような、プローブ10の先端18に加えられる
力の大きさを設定するように調節することが出来る。接
触トリガースイッチ40に対する力の設定は、それが、
渦電流プローブの先端18を測定される物体の表面にし
っかりと圧接し、こうしてノーズ28を変形させ、コイ
ル20、22を表面に対してぴったりさせるようにする
のに十分であるように選ぶことが出来る。接触トリガー
スイッチは、渦電流プローブが表面上の所定位置にある
という信号を発生する前に、コイル20、22が表面に
しっかりと当たっていることを保証する。更に、接触ト
リガースイッチ40は、プローブの先端18と表面との
間の力が、表面で渦電流の測定を行う度に、略同じ力の
大きさになることを保証する。接触トリガープローブか
らの信号を用いて、座標測定機械によって選ばれた表面
の場所に於ける渦電流の測定を開始することが出来る。
3が渦電流プローブを、被検体の表面上の予定の位置へ
移動させる。この表面の位置で、渦電流プローブの先端
は、プローブの柔らかいノーズ28が変形してコイル2
0、22を表面の輪郭と同形にさせるまで、表面に対し
て圧接される。表面からプローブの先端に加えられる力
が、接触トリガースイッチ40の力の設定を超えると
き、スイッチによって信号が発生され、それが座標測定
機械による渦電流プローブの動きを停止し、渦電流測定
手順を開始する。渦電流プローブが、被検体上の新しい
表面位置へ移動する度に、この過程が繰り返される。
示す。ハウジング24が円形凹部42を持ち、これがば
ね44と、渦電流プローブを接触トリガースイッチに結
合する為に使われるピストン46とを受け容れる。円筒
形ハウジング24が接触トリガースイッチ40の端にあ
るポスト(図3ではスイッチの接触フィンガ48によっ
て示されている)にはまる。ハウジングの側面にある溝
孔50が、接触トリガースイッチの側面から伸びるねじ
52を受け容れる。溝孔とねじの接続により、渦電流プ
ローブと接触トリガースイッチの間で限られた往復動が
出来る。ピストン46が接触トリガースイッチの端に坐
着し、ばね44が渦電流プローブを接触トリガースイッ
チから外向きに偏圧する。ばねのスチフネスは、渦電流
プローブの変形可能なノーズ28よりも強くすべきであ
る。渦電流プローブの先端18が表面と接触すると、ノ
ーズが変形し、その後ばね44によって、トリガーフィ
ンガ48が渦電流プローブのハウジング24内の凹部4
2の底に接触するまで、渦電流プローブが接触トリガー
スイッチの中に若干摺動することが出来る。フィンガ4
8がプローブの凹部の底に接触すると、接触トリガース
イッチ40が、座標測定機械による渦電流プローブのそ
れ以上の動きを停止する信号を発生する。
ジング24の前端に取付けられる。ノーズはシリコーン
ゴム又はVITON(登録商標)で形成することが出
来、外面は丸くした稜部にすることが出来る。ノーズの
形は、それに対してノーズを配置する表面の輪郭に応じ
て変えることが出来る。ノーズは、表面に対して圧接さ
れたとき、表面に対して平坦な接触区域を形成するよう
に、わざと変形可能にしてある。コイル20、22及び
箔ストリップ26がノーズ20の接触区域及び表面の間
に挟まれて、コイルが表面に対して正しく配置されるよ
うに保証される。ノーズが変形する為に、ノーズ並びに
コイルは、不規則な表面の形又はプローブと表面の間の
若干の不整合に対して容易に同形になることが出来る。
に巻付けられる。ノーズが箔ストリップに対する支持部
となる。箔ストリップは、接着剤によってノーズに取付
けることが出来、ストリップの端をプリント配線板32
に固定することが出来る。ストリップ内にあるコイル2
0、22は、渦電流プローブの外側末端にあるように、
ノーズ20の稜部と整合している。
箔ストリップ26の平面図である。ストリップ26は上
側箔被膜及び下側箔被膜で形成されていて、コイル2
0、22及びワイヤ34が箔ストリップ上でその間に挟
まれている。箔ストリップは銅めっきのKAPTON
(登録商標)である。接着剤を使って、上側及び下側箔
被膜を積層すると共に、コイルを箔ストリップ内に密封
する。上側及び下側箔被膜及びコイルを箔ストリップに
組み立てた後、接着剤に熱を加えて硬化することが出来
る。ワイヤ及びコイルが被膜の間に配置され、被膜、ワ
イヤ及びコイルが熱によって積層されて、複合箔ストリ
ップを形成する。
かってだんだん小さくなる巣ごもり状の矩形ワイヤルー
プとして配置することが出来る。この代わりに、コイル
は円形配置で渦巻き状のワイヤにしてもよい。コイルの
このような配置が、出願人に譲渡された米国特許第4、
593、245号、発明の名称「半導電材料の傷を検出
する渦電流方法」に示されている。
る積層された箔の層を示している。例えば、コイル構造
は、互いに上下に重ね合わされた箔層L1(64)、L
2(66)及びL3(68)の上に分布させることが出
来る。感熱接着剤69がこれらの層を一緒に積層する。
1番上の層(L1)は1つの感知コイル22及び1つの
誘起(駆動)コイル20を有する。2番目の層(L2)
は第2の駆動コイル70を持ち、3番目の層(L3)は
第2の感知コイル72を有する。層(L1)にある駆動
コイルの1端からの電気接続部が、この層(L1)を通
って2番目の層(L2)内にある駆動コイルまで伸び、
完全な駆動コイル回路を形成する。2番目の層(L2)
内の駆動コイルの戻りのリード線が層(L1)まで戻さ
れる。駆動コイル回路に対する戻りのリード線が、1番
面の層(L1)にある駆動回路に対する入力リード線に
隣接して、1番目の層(L1)の上側にある金めっき接
点で終端する。感知コイルも1番目の層の上にパターン
ぎめされ、2番目の層(L2)を通り抜けて、3番目の
層(L3)にある感知コイルに接続される。感知コイル
の戻りのリード線が、3番目の層(L3)から2番目及
び1番目の層を通り抜けて、1番目の層の上側にある金
めっき接点で終端する。実際、コイルに接続する為の全
ての電気パッドを、層L1の上側に持ってくることが出
来る。
矩形渦巻き形コイルである。感知コイルは、各層(L
1)及び(L3)で1ターン又は数ターンとして配置さ
れている。感知コイルも、導電面上の被覆の厚さを決定
する用途では、直列に接続することが出来る。並列、2
重又は差動の為の平衡対のようなこの他の接続の組合せ
も可能である。
び感知コイルの各々は、その下方にある駆動又は感知コ
イルと注意深く整合させる。取付け孔も、コイル構造に
対して注意深く位置ぎめする。このような幾何学的なパ
ラメータを制御することにより、プローブ箔毎の非常に
一貫性のある性能を保つ手段が得られる。コイルは、銅
のメタライズパターンを支持する薄手のKAPTON
(登録商標)シートの上に作られる。層の上に参照マー
クを使うことにより、接着剤を用いてシートを繋ぎ合わ
せる。典型的には、無めっきKAPTON(登録商標)
シートをL1の上側及びL3の下側の両方に結合する。
金めっき接点パッドはKAPTON(登録商標)層で覆
わない。ワイヤ−コイルは、円形、渦巻き形、楕円形の
コイル配置のような、矩形以外の配置にしてもよい。
イル22と、コイルからストリップの両端にある金属接
点54まで伸びるワイヤ34を含む。誘起コイル20に
通ずるワイヤ34は、ストリップの右側の端にある1対
の接点54まで伸びていてよく、感知コイル22に通ず
るワイヤは、ストリップの左側の端にある別の1対の接
点54まで伸びていてもよいし、或いはその逆であって
もよい。ワイヤ及びコイルは、約2/1000吋(2ミ
ル)の幅及び0.1乃至0.5ミルの厚さを持つ細い銅
のワイヤであってよい。アースストリップ70が、コイ
ルから接点54まで伸びるワイヤの両側に配置される。
アースストリップは例えば銅の導電ストリップであっ
て、コイル及びワイヤに対する電磁遮蔽になる。アース
ストリップが、アースストリップに合わせた導電端子6
0(図2)に接続される接点58を持っていてよい。箔
ストリップ26の端が孔60を持ち、ねじ62(図2)
がそれを通り抜けて、ストリップ及びプリント配線板4
2をプローブのハウジング24に結合する。
発明が好ましい実施例に制限されず、特許請求の範囲に
含まれる種々の変更及び均等物をもカバーすることを承
知されたい。
を示す。
みコイルを持つ可撓性箔の平面図。
Claims (11)
- 【請求項1】 ハウジングと、該ハウジングの先端に取
付けられた変形可能な材料のノーズと、該ノーズの外面
の上に巻付けられていて、誘起コイル及び感知コイルを
持つ可撓性ストリップと、前記誘起コイルを電源に接続
する誘起コイルに対する結合部と、前記感知コイルを渦
電流信号処理装置に接続する前記感知コイルに対する結
合部とを有する渦電流プローブ。 - 【請求項2】 前記ハウジングが接触トリガスイッチに
接続可能である請求項1記載の渦電流プローブ。 - 【請求項3】 前記可撓性ストリップが、誘起コイルと
可撓性ストリップの第1の端にあるコネクタ対の間に1
対の導電線を含む請求項1記載の渦電流プローブ。 - 【請求項4】 前記可撓性ストリップが、前記感知コイ
ルと、前記第1の端と向かい合った可撓性ストリップの
第2の端の間に第2対の導電線を含む請求項3記載の渦
電流プローブ。 - 【請求項5】 前記可撓性ストリップが、前記感知コイ
ルから伸びる導電線の境となるアース遮蔽体を含む請求
項4記載の渦電流プローブ。 - 【請求項6】 前記ノーズの外面が丸くした稜部の形を
有する請求項1記載の渦電流プローブ。 - 【請求項7】 前記ノーズがシリコーンゴムで構成され
る請求項2記載の渦電流プローブ。 - 【請求項8】 前記ハウジングが、1端に前記接触トリ
ガスイッチのフィンガを受入れる凹部を持つ円筒形本体
を有する請求項1記載の渦電流プローブ。 - 【請求項9】 前記凹部が更にコイルばね及び前記接触
トリガスイッチと係合するピストンを受入れる請求項8
記載の渦電流プローブ。 - 【請求項10】 渦電流プローブを使って表面の渦電流
を測定する方法に於て、 a)プローブの先端を被検体の表面に位置ぎめし、 b)プローブの先端を前記表面に押し付けることによっ
て、プローブの先端を変形させ、 c)プローブの先端が変形するとき、渦電流プローブの
先端にある誘起コイル及び感知コイルを前記表面と同形
とさせると共に前記コイル及び表面の間から空隙をなく
し、 d)前記誘起コイルに電流を加えて、前記表面に渦電流
を発生させ、 e)前記プローブの感知コイルに渦電流によって発生さ
れた電流を感知することにより、前記表面渦電流を検出
する工程を含む方法。 - 【請求項11】 更に、f)測定される物体の上にある
非導電被覆の下にある導電面上の誘起コイルによって誘
起された渦電流を測定することにより、前記被覆の厚さ
を決定する工程を含む請求項10記載の方法。
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