JP2006177952A - 渦電流プローブ、検査システム及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 部品の縁部の傷検出において 信号対雑音比を向上し 縁部の欠陥検出を改善する。
【解決手段】 部品（１６）を検査するための渦電流（ＥＣ）プローブ（１２）が提供される。ＥＣプローブは、部品中に渦電流（１８）を誘起するための探測磁界を発生するように構成された駆動コイル（３０）を含み、渦電流の一部は、部品の１つの縁部（３８）と平行に整列される。ＥＣプローブは、１対のセンスコイル（３４、３５）を更に含み、センスコイルの軸（５０）は、部品の面（１４）に対して垂直に整列される。センスコイルは、部品の縁部と平行に整列された渦電流の部分を感知するように構成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、一般に、検査システムに関し、特に、渦電流（ＥＣ）プローブを使用して検査する方法及びシステムに関する。

渦電流は、一般に、部品の表面及び表面下にあるきずを示す測定可能パラメータを提供するのに有用である。通常、渦電流は、導電率、透磁率、断裂部分の存在などの材料特性の変化により影響を受ける。微細なヘアクラック又は穴などの部品のきずは、材料の局所抵抗に影響を及ぼす。通常、部品のきずは、材料中の渦電流の局所的変化を引き起こす。従って、部品中に渦電流を誘起し、渦電流の変化を測定することにより、部品のきずの有無を検査できる。

渦電流プローブは、渦電流の摂動を感知することにより、部品のきずを検出する。通常、渦電流プローブは、検査されるべき部品の内部に交番磁界を発生する高周波交流によって動作されるコイルを有する。磁界は、部品中に渦電流を誘起する。渦電流の強さは、部品の局所抵抗率によって決まる。局所抵抗率は、部品中のきずの有無により影響を受ける。渦電流は、部品上における渦電流の分布に伴って強さを変化させる磁界を発生する。

渦電流により発生された磁界は、センスコイル中に電圧を誘起する。その電圧は、部品の材料特性を表す信号として表示される。

工業用部品及び構造の検査には、小型差動渦電流プローブを伴う長いプローブホルダが頻繁に利用される。差動プローブを使用することの利点の１つは、縁部に対して対称に方向付けられたときの縁部に対する感度が低下することである。しかし、実際には、縁部は、常に直線状であるとは限らない。更に、プローブ固定具の状態によっては、わずかなプローブ整列のミスが生じる場合もある。そのような条件の下においては、著しく大きな縁部信号が発生し、それにより、検査の信頼性が低下する結果を招く。現在、連続する検査面を得るために補足的な材料と当接させる技術、電磁界を集束するために補助プローブ及びフェライトシールドを使用する技術、縁部信号を除去するために画像処理技術によって後処理を実行する技術などの多様な技術を使用して、縁部信号を抑制している。しかし、そのような技術は、縁部信号の除去に関しては、幾分かの改善を提供するにすぎない。
米国特許第３，６０９，５２８号公報 米国特許第５，２３９，２３０号公報 米国特許第６，２８８，５３７号公報 米国特許第６，７８８，０５３号公報 日本公開特許公報平成０５年２３２０４５号 日本公開特許公報平成７年３１１１７９号

従って、縁部信号を抑制し、様々な部品におけるきずの検出を改善した方法及びシステムが必要とされる。

簡単に言うと、本発明の１つの面によれば、部品を検査するための渦電流（ＥＣ）プローブが提供される。ＥＣプローブは、部品中に渦電流を誘起するための探測磁界を発生するように構成された接線駆動コイルを含む。この駆動コイルの軸は、部品の面と平行に整列される。発生される渦電流の一部は、部品の１つの縁部と平行に整列される。ＥＣプローブは、１対のセンスコイルを更に含み、センスコイルの軸は、部品の面に対して垂直に整列される。センスコイルは、部品の縁部と平行に整列された渦電流を感知するように構成される。

別の実施形態においては、部品を検査する方法が提供される。方法は、磁界を発生するために駆動コイルを励起することを含む。駆動コイルの軸は、部品の１つの面と平行に整列され、磁界は、部品中に渦電流を誘起する。発生された渦電流の一部は、部品の１つの縁部と平行に方向付けられる。方法は、１対のセンスコイルを使用して、渦電流のその部分を感知することを更に含む。センスコイルの軸は、部品の面に対して垂直に整列される。

更に別の実施形態においては、部品を検査するシステムが提供される。システムは、渦電流（ＥＣ）プローブと、制御装置とを含む。ＥＣプローブは、部品中に渦電流を誘起するための探測磁界を発生するように構成された接線駆動コイルを含む。渦電流の一部は、部品の１つの縁部と平行に整列され、接線駆動コイルの軸は、部品の面と平行に整列される。ＥＣプローブは、１対のセンスコイルを更に含み、センスコイルの軸は、部品の面に対して垂直に整列される。センスコイルは、部品の縁部と平行に整列された渦電流の部分を感知するように構成される。制御装置は、ＥＣプローブに結合され、プローブの運動を制御するように構成される。

本発明の上記の特徴、面及び利点、並びにその他の特徴、面及び利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより、更によく理解されるであろう。図面全体を通して、同一の図中符号は、同一の部分を示す。

図１は、検査システム１０の一実施形態のブロック図である。検査システムは、渦電流プローブ１２を含む。渦電流プローブ１２は、部品１６の面１４上に渦電流１８を誘起し、それらの渦電流を感知する。図１に示される構成の場合、部品１６は、支持構造２０に装着される。本発明は、特定の部品に限定されず、部品の例には、タービンブレード、タービンディスク、ボルト穴などがある。更に、用途によっては、部品１６は、支持構造上に装着されない場合もある。

渦電流プローブは、電源２８からＡＣ電流を搬送するように構成された駆動コイル（図１には図示せず）を含む。電源からのＡＣ電流は、駆動コイルを通って流れ、コイルを取り囲む磁界を発生する。駆動コイルからの磁束は、面１４上及びプローブの付近に渦電流１８を発生する。

渦電流プローブ１２は、複数のセンスコイル（図１には図示せず）を更に含む。渦電流プローブ１２は、検査されるべき部品の表面の渦電流１８を感知する。渦電流は、センスコイルの両側に電位差を誘起し、それにより、材料特性を解析するために使用される信号を発生する。渦電流により発生される磁束は、センスコイル内に電圧を誘起する。駆動コイル及びセンスコイルに関しては、図２を参照して更に詳細に説明する。

図１に関して説明を続ける。渦電流プローブ１２は、検査されるべき部品の表面においてプローブを精密に位置決めする自動スキャナ（図示せず）に装着されてもよい。渦電流プローブが面上の１つの場所から別の場所へ移動すると、各々の場所で、渦電流測定が実行され、測定値は、処理装置２４により解析される。

処理装置２４は、渦電流プローブ１２に結合され、センスコイル中の電流に対する表面渦電流の影響を検出する。処理回路からの渦電流データは、渦電流表示装置２６又は他の表示装置に提供される。表示装置において、渦電流データは、そのデータが収集された表面の場所に対して相関され、評価される。

渦電流プローブ１２におけるセンスコイルの誘起電圧は、検査されるべき部品の様々に異なる場所の渦電流分布の急激な変化などの部品の表面に関する情報を提供する。そのような変化が、きずの存在を示す場合もある。センスコイルからの信号は、部品の材料特性の変化に関する情報を更に提供する。

処理装置は、部品の表面における場所を示すレポート、表示画像及び／又はグラフの形態で、情報を生成する。部品のきずを検出し、その場所を特定するために、情報は、更に解析されてもよい。

図２は、部品の表面にある渦電流プローブの概略図である。渦電流（ＥＣ）プローブ１２は、接線駆動コイル３０と、駆動ヨーク３２と、センスコイル３４及び３５と、センスコア３６及び３７とを含む。図３は、センスコイル３４及び３５の平面図を示す。図３に示されるように、センスコイル３４及び３５は、それぞれ、センスコア３６及び３７に巻き付けられている。

図２を参照して説明すると、渦電流プローブは、図中符号４２により表される方向に移動される。図示される実施形態では、部品１６は、縁部３８に亀裂４０を有する。渦電流プローブの各部品に関して、以下に更に詳細に説明する。

先に説明したように、接線駆動コイルは、部品中に渦電流を誘起するための探測磁界を発生するように構成される。接線駆動コイルにより発生された渦電流の一部は、部品の縁部３８と平行に整列される。図５に示されるように、接線駆動コイルの軸４８は、部品１６の面１４と平行に整列される。

図２に関して説明を続ける。接線駆動コイル３０は、駆動ヨーク３２に巻き付けられている。一実施形態においては、接線駆動コイルは、巻数が４０の銅巻線から形成される。一実施形態として、使用される銅線は、American Wire Gauge（ＡＷＧ）４２ゲージであり、直径は３ｍｉｌである。一実施形態においては、駆動ヨークは、フェライト材料から形成される。

センスコイル３４及び３５は、部品の縁部と平行に整列された渦電流を感知するように構成される。図５に示されるように、センスコイルの軸５０は、部品１６の面１４に対して垂直に整列される。各センスコイルは、１対のセンスコア３６及び３７のうちの対応するコアの周囲に巻き付けられている。

一実施形態においては、各センスコアは、フェライトコアである。一実施形態では、各センスコイルは、スプリットコア差動センスコイルである。一実施形態においては、センスコアは、Ｄ字形である。更に特定された実施形態では、各センスコイルは、Ｄ字形センスコアに巻き付けられた銅巻線を含み、その巻数は、１５である。

図４は、誘起された渦電流の概略図である。接線駆動コイルにより発生された渦電流は、図中符号４４により表される。センスコイル３４及び３５は、差動配列され、面１４の縁部３８に対して対称に方向を定められる。それらのセンスコイルは、縁部と平行に整列された渦電流の一部分を感知する。縁部３８と平行に整列された渦電流の部分は、まとめて、図中符号４６により表される。

図５は、渦電流プローブの一実施形態の側面図である。図示されるように、接線駆動コイルの軸４８は、部品１６の面１４と平行に整列される。センスコイルの軸５０は、面１４に対して垂直に整列される。

図６は、面の縁部３８に関する駆動ヨークの整列を示すブロック図である。駆動ヨーク３２は、図中符号５５により示されるように、面の縁部に対して垂直に整列された１対の脚部５２及び５４を具備する。一実施形態においては、駆動ヨークの比誘電率は、１，０００〜２，０００である。図５に示される実施形態の場合、駆動ヨークは、Ｕ字形である。別の実施形態では、駆動ヨークは、Ｃ字形である。

渦電流の平行な方向付けは、脚部の横断面の縦横比及び形状に基づく。図６に示される実施形態の場合、脚部の幅５８は、脚部の長さ５６より大きい。更に特定された実施形態においては、脚部の幅は、脚部の長さの２倍を超える。

渦電流流れの方向が平行であるため、部品の縁部からの応答は減少されるが、部品の縁部のきず検出能力は、高いレベルに保持される。更に、渦電流プローブは、プローブのわずかな整列ミスがある状態の下でも、部品の縁部に対して、より高度な堅牢度を示す。以上説明したような渦電流プローブは、縁部応答を減少することにより、部品縁部におけるきず検出の信頼性を向上する。

以上説明した渦電流プローブは、渦電流を部品の縁部と平行に方向付けるために、接線駆動コイルを使用し、それにより、きず検出能力を保持しつつ、縁部感度を低下する。渦電流の方向は、縁部感度が低下すること（縁部付近の渦電流が、部品の縁部によってひずまないので）及びプローブの整列ミスに対して堅牢であることを含む２つの重大な利点を提供する。

渦電流プローブは、部品の縁部付近の検査に際して、信号対雑音比を向上する。駆動ヨーク及びコイルは、高度に集中され、整列された渦電流を発生し、その結果、小さな亀裂を高感度で検出できる。

本発明のいくつかの特徴のみを図示し、説明したが、数多くの変形及び変更が当業者には明らかであろう。従って、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨の範囲内に入るそのような全ての変形及び変更を含むことが意図されていると理解すべきである。

本発明の実施形態を適用可能な渦電流プローブ検査システムのブロック図である。 部品の面上の渦電流プローブの概略図である。 １対のスプリット差動センスコイルの一実施形態の平面図である。 渦電流の平行整列の概略図である。 渦電流プローブの一実施形態の側面図である。 部品の縁部に関する駆動ヨークの整列を示したブロック図である。

符号の説明

１０…検査システム、１２…渦電流プローブ、１４…部品の面、１６…部品、１８…渦電流、２４…処理装置、２６…渦電流表示装置、２８…電源、３０…接線駆動コイル、３２…駆動ヨーク、３４、３５…センスコイル、３６、３７…センスコア、３８…部品の縁部、４６…渦電流の一部、４８…駆動コイルの軸、５０…センスコイルの軸、５２、５４…駆動ヨークの脚部

Claims (10)

1. 部品（１６）を検査するための渦電流（ＥＣ）プローブ（１２）において、
   前記部品中に複数の渦電流（１８）を誘起するための探測磁界を発生するように構成され、前記渦電流のうちの一部（４６）は、前記部品の１つの縁部（３８）と平行に整列されるような駆動コイル（３０）と；
   前記部品の面（１４）に対して垂直に整列された軸（５０）を有し、前記部品の前記縁部と平行に整列された前記渦電流の一部を感知するように構成された１対のセンスコイル（３４、３５）とを具備するＥＣプローブ。
2. 前記駆動コイルが巻き付けられ、１対の脚部（５２、５４）を具備し、前記脚部は、前記面の前記縁部に対して垂直に整列される駆動ヨーク（３２）と；
   １対のセンスコア（３６、３７）とを更に具備し、前記センスコイルの各々は、前記センスコアのうちの対応する１つのコアの周囲に巻き付けられ、前記駆動コイルの軸（４８）は、前記部品の１つの面と平行に整列される請求項１記載のＥＣプローブ。
3. 前記脚部は、横断面を有し、渦電流の平行整列は、前記脚部の横断面の縦横比及び前記脚部の形状に基づき、前記脚部の形状は、前記縁部の形状に基づき、前記脚部の幅（５８）は、前記脚部の長さ（５６）より大きい請求項２記載のＥＣプローブ。
4. 前記駆動ヨーク及び前記センスコイルの各々は、フェライトコアを具備する請求項２記載のＥＣプローブ。
5. 部品（１６）を検査する方法において、
   前記部品中に複数の渦電流（１８）を誘起する磁界であって、前記渦電流のうちの一部（４６）は、前記部品の１つの縁部（３８）と平行に方向を定められるような磁界を発生するために、駆動コイル（３０）を励起することと；
   前記部品の１つの面（１４）に対して垂直に整列された軸（５０）を有する１対のセンスコイル（３４、３５）を使用して、前記渦電流の前記一部を感知することとを具備する検査方法。
6. 前記部品は、タービンブレード又はタービンディスクである請求項５記載の方法。
7. 前記部品は、少なくとも１つのボルト穴を規定し、前記方法は、前記駆動コイル及び前記センスコイルを前記ボルト穴の付近に位置決めすることを更に含む請求項５記載の方法。
8. 前記部品上の欠陥を検出し、その場所を特定することを更に含む請求項５記載の方法。
9. 部品（１６）を検査するシステム（１０）において、
   渦電流（ＥＣ）プローブ（１２）であって、
   前記部品中に複数の渦電流（１８）を誘起するための探測磁界を発生するように構成され、前記渦電流のうちの一部（４６）は、前記部品の１つの縁部と平行に整列されるような駆動コイル（３０）と；
   前記部品の面に対して垂直に整列された軸（５０）を有し、前記部品の前記縁部と平行に整列された前記渦電流の一部を感知するように構成された１対のセンスコイル（３４、３５）とを具備するＥＣプローブと；
   前記ＥＣプローブに結合され、前記ＥＣプローブの運動を制御するように構成された制御装置（２２）とを具備する検査システム。
10. 前記渦電流プローブは、
    前記駆動コイルが巻き付けられ、１対の脚部（５２、５４）を具備し、前記脚部は、前記面の縁部に対して垂直に整列され、前記脚部の幅（５８）は、前記脚部の長さ（５６）より大きい駆動ヨーク（３２）と；
    １対のセンスコア（３６、３７）とを更に具備し、前記センスコイルの各々は、前記センスコアのうちの対応する１つのコアの周囲に巻き付けられ、前記駆動コイルの軸は、前記部品の１つの面と平行に整列される請求項９記載のシステム。

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