JP2006220541A - 渦流探傷プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】 検査対象物や周囲環境からの熱的な影響を軽減してその検出特性の安定化を図った簡易な構成の渦流探傷プローブを提供する。
【解決手段】 コイルが巻装されたヨークからなる検出ヘッドを先端部に備え、検出ヘッドの先端部から検査対象物に交流磁界を加えると共に、この交流磁界により検査対象物に生じる渦電流を検出ヘッドを介して検出して前記検査対象物における傷の有無を検査する渦流探傷プローブに、検出ヘッドに沿ってその基部から先端部に向けて空気を吹き付けて検出ヘッドと検査対象物との間に断熱層をなす空気流を形成するエアノズルを設けたことを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、検出特性の安定化を図った簡易な構成の渦流探傷プローブに関する。

鋼材の表面に生じた微小な傷（欠陥）を検出する手法の１つに、渦電流を利用した渦流探傷方式がある。この渦流探傷方式は、検査対象とする鋼材等のワークに交流磁界を印加したとき、電磁誘導作用によりワークの表面に生じる渦電流が傷の有無によって変化することに着目し、渦電流の大きさやその変化から傷の有無を検出するものである（例えば特許文献１を参照）。

このような渦流探傷に用いられるプローブ（渦流探傷プローブ）は、励磁コイルおよび逆巻きにされた一対の検出コイルを棒状のヨークにそれぞれ巻装した検出ヘッドをその先端部に備えたもので、励磁コイルを高周波駆動することで上記ヨーク（検出ヘッド）の先端からワークに向けて交流磁界を印加し、ワークに生じた渦電流による新たな磁界を上記一対の検出コイルにて検出するように構成される。
特開２００３−６６００９号公報

ところで検出感度の高い渦流探傷プローブを用いて欠陥検査を行う場合、検査対象物の性状に起因する種々の磁気的ノイズの影響を受け易くなることが否めない。そこで本発明者等は先に、欠陥検査に先立って検査対象物を脱磁処理することで、検査対象物に存在する残留磁気だけでなく、検査面表面における凹凸等に起因する漏洩磁気を低減することを提唱した（特願２００４−２６７１００）。ちなみに脱磁処理には、対象物に交流磁界を印加しながらその磁場方向を変化させることによって、或いは磁場の強度を徐々に弱くすることによって脱磁する交流脱磁法と、対象物をキュリー点（温度）以上に加熱した後、元の状態に戻すことにより脱磁する熱脱磁法とがある。

しかしながら加熱処理によって脱磁した検査対象物に渦流探傷プローブを接近させて欠陥検査を行う場合、例えば検査対象物に残る熱の影響を受けて渦流探傷プローブの検出特性が変化することが懸念される。またこのような欠陥検査条件でなくても、渦流探傷プローブの使用温度環境によっては、その温度特性に起因して渦流探傷プローブの検出感度が変化することも考えられる。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、検査対象物や周囲環境から受ける熱的な影響を軽減してその検出特性の安定化を図った簡易な構成の渦流探傷プローブを提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明に係る渦流探傷プローブは、コイルが巻装されたヨークからなる検出ヘッドを先端部に備え、上記検出ヘッドの先端部から検査対象物に交流磁界を加えると共に、この交流磁界により上記検査対象物に生じる渦電流を前記検出ヘッドを介して検出して上記検査対象物における傷の有無を検査するものであって、
特に前記検出ヘッドに沿ってその基部から先端部に向けて空気を吹き付けて前記検出ヘッドと前記検査対象物との間に断熱層をなす空気流を形成するエアノズルを備えたことを特徴としている。

好ましくは請求項２に記載するように前記エアノズルは、前記検出ヘッドの側部に沿ってその基部から先端部に向かう空気流を形成するように前記検出ヘッドを保持するホルダの先端部に設けることが望ましい。具体的には先端形状が１.５ｍｍ×６ｍｍ程度の微小な検出ヘッドは、例えば合成樹脂製のホルダの先端部に突出させて装着されるので、このホルダの先端部に上記検出ヘッドと並べてエアノズルを設け、このエアノズルから吹き出される空気が検出ヘッドの側部をその基端部から先端部に掛けて流れるようにしておけば良い。

また請求項３に記載するように前記空気については、温度調整して前記エアノズルに供給することが望ましい。この際、前記エアノズルに供給する空気の温度をフィードバック制御するべく、温度センサを用い前記検出ヘッドの温度を検出するようにしても良い。

上述した構成の渦流探傷プローブによれば、検出対象物に加熱処理に伴う熱が残っていても、上記空気の流れによって検出対象物との間に断熱層を形成することができるので、検出対象物からの熱の影響を効果的に排除することができる。また同時にエアノズルから吹き出される空気によって検出ヘッドを冷却または加熱し、その温度を管理することもできる。この結果、検出ヘッドの感度特性を安定に保って高精度な欠陥検出を行うことが可能となる。またエアノズルから温度制御された空気を吹き出すようにすれば、これによって検出センサの温度を積極的に一定化して温度に依存する検出特性の変化を打ち消すことが可能となる。

しかも渦流探傷プローブにエアノズルを組み込み、このエアノズルを介して吹き出す空気により検査対象物との間を熱的に分離し、これによって検出ヘッドの温度を管理するだけで、その検出特性（検出感度）の安定化を図ることができるので、簡易な構成でありながら、その検出（計測）信頼性を十分に高めることが可能となる。故にその実用的利点が多大である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る渦流探傷プローブについて説明する。
渦流探傷プローブを用いた欠陥検査における代表的な検査対象物である車輪用軸受は、自動車の車軸に取り付けられて車輪の装着部をなす鉄鋼製の部品であり、例えば図１に示すように異径部分を同軸に連続的に連ねた形状の丸棒状のフランジ構造体をなす。このような丸棒状の検査対象物（ワーク）Ｗの欠陥検査は、一般的には上記ワークＷを回転軸に装着し、例えば３５０回転／分程度の速度で回転させながら、その表面に渦流探傷プローブＰを近接させて行われる。具体的にはワークＷの表面に渦流探傷プローブＰを近接させて該プローブＰからワークＷに交流磁界を印加し、電磁誘導作用によりワークＷに生じた渦電流によって発生する磁界を上記渦流探傷プローブＰにて検出することによって行われる。

尚、上記渦流探傷プローブＰは、例えば断面略長方形状の棒状のヨークの先端部に検出コイルを先端集中巻きすると共に、この検出コイルに重ねて励磁コイルを巻回した検出ヘッドを、その先端部に備えたものである。そして上記励磁コイルから発生させた、例えば５１２ｋＨzの交流磁界を検査対象物（ワーク）Ｗに印加しながら、該ワークＷに存在する傷（欠陥）に起因してワークＷから新たに発生する磁界を上記検出コイルにて検出するように構成される。

このような渦流探傷プローブＰを、前述した如く高速に回転させたワークＷの表面に近接させた場合、ワークＷが傷（欠陥）のない良品である場合には、前記渦流探傷プローブ（検出コイル）Ｐからは図２(ａ)に示すような略一定レベルのノイズ成分だけからなる出力波形が得られる。これに対してワークＷに傷（欠陥）が存在する場合には、その傷（欠陥）位置にて信号レベルが上述したノイズ成分に比較して大きい、例えば図２(ｂ)に示すような出力波形が得られる。しかも傷（欠陥）に起因するレベルの大なる信号は、ワークの回転周期に同期したタイミングで検出されることになる。従って渦流探傷プローブの出力波形の信号レベルを所定の閾値で弁別し、その検出周期を判定すれば、これによってワークＷに傷（欠陥）が存在するか否かを、つまりワークＷが良品であるか、或いは傷（欠陥）を有する不良品であるかを検査することが可能となる。

ところで上述した欠陥検査の温度環境を０℃〜１００℃に亘って変化させた場合、同じ検査対象物を検査しても渦流探傷プローブＰから検出される信号波形のレベルは、例えば図３に示すように変化する。具体的には、この例においては２０℃〜１００℃の温度範囲における出力信号電圧（振幅）は略１.２Ｖ〜１４.５Ｖの範囲でほぼ直線的に変化するが、０℃〜１０℃の低温域においては、その出力信号電圧（振幅）は略０.９Ｖ〜１.０Ｖと大きく低下する。このようなレベル変化（温度ドリフト）は渦流探傷プローブＰを構成するヨークの磁気特性（透磁率）が温度によって変化することに起因し、渦流探傷プローブＰにおける検出感度の変化の要因となる。

そこで本発明の一実施形態に係る渦流探傷プローブＰは、上述した環境温度の変化に拘わらずその検出感度特性を略一定に保つべく、ヨークにコイルを巻装した検出ヘッドに沿ってその基部から先端部に向かう空気流を形成するエアノズルを設け、このエアノズルから、例えば温度制御した空気を吹き出すことにより上記検出ヘッドの温度をほぼ一定に保つようにしたことを特徴としている。

即ち、この渦流探傷プローブＰは、概略的には図４にその外観構成を示すように、略直方体形状の、例えばベークライト製のホルダ１の先端部に検出ヘッド２を装着した構造を有している。ホルダ１は、所定長さのアーム部１ａとその後端部に一体に形成された肉厚ブロック状の機器取付部１ｂとを備えている。特に上記アーム部１ａの先端部は四角錐状に絞り込まれており、その最先端部に検出ヘッド２が装着されている。

ちなみに検出ヘッド２は、例えば１.５ｍｍ×６ｍｍ×９ｍｍ程度の大きさの角棒状のヨーク３にコイル（励磁コイルおよび検出コイル）４を巻装したものからなる。そして図５(ａ)(ｂ)にホルダ１の先端部の断面構造を拡大して示すように、上記検出ヘッド２は、ヨーク３の先端部を上記ホルダ１の先端部から僅かに突出させて該ホルダ１の先端部に挟み込んで保持されている。

また上記ホルダ１の先端部は、図５(ｂ)にその横断面形状を示すように前記検出ヘッド２の基部（後端部）からその先端部に掛けて幅狭となるように幅方向に段差を形成して絞り込まれている。そしてホルダ１の先端部に形成された上記各段差部には、ホルダ１の内部を通して設けられ空気孔５の開口部（エアノズル）６が位置付けられている。これらのエアノズル６は、ホルダ１の後端部から上記空気孔５を介して導入された空気を吹き出すことで、前記検出ヘッド２の側部に沿ってその基部から選択部に向けて空気流Ａを形成する役割を担う。

このような構造の渦流探傷プローブＰによれば、プローブＰの先端を検査対象物Ｗに近接させて欠陥検査を行う際、前述したエアノズル６から空気を吹き出すと、その空気は検出ヘッド２の側部に沿って流れて検査対象物Ｗの表面に衝突して該検査対象物Ｗとの間に断熱層を形成する。この結果、例えば検査対象物Ｗが加熱処理後に残る熱を有する場合であっても、その熱が空気流によってプローブＰの先端部から遠ざけられるので、検査対象物Ｗからの熱によって渦流探傷プローブＰの検出性能に悪影響が及ぶことがない。つまり空気流によって渦流探傷プローブＰと検査対象物Ｗとの間を熱的に遮断することができるので、渦流探傷プローブＰの検出特性を効果的に安定化することができる。

また空気孔５を介してエアノズル６から吹き出す空気の温度を予め適正に調整しておけば、検出ヘッド２の側部に沿って流れる空気との間での伝熱によって該検出ヘッド２を加熱または冷却してその温度を一定化することができる。特に検出ヘッド２の基部から先端部に向けて流れる空気により検出ヘッド２の全体を温度制御することが可能となるので、これによっても渦流探傷プローブＰの検出性能（検出感度）の安定化を図ることが可能となる等の効果が奏せられる。

特に検出ヘッド２に温度センサを組み込んでおき、その検出温度をフィードバックして前記エアノズル６から吹き出す空気の温度を制御するようにすれば、検出ヘッド２の温度を精度良くコントロールすることが可能となるので、安定した条件の下で欠陥検査を実行することが可能となる。しかも上述したように空気流を用いて検出ヘッド２の温度を安定化させるだけなのでその構造が簡単であり、検出ヘッド２の諸特性に悪影響を与える虞もない等の効果が奏せられる。

ちなみに検査対象物Ｗと渦流探傷プローブＰとを恒温槽内に収納して温度管理するには大掛かりな設備を必要とし、また渦流探傷プローブＰに電気ヒータや放熱器等を組み込むと、電気ヒータや放熱器自体が検出ヘッド２の特性に悪影響を及ぼす要因となる。従って上述したように空気流を用いて渦流探傷プローブＰと検査対象物Ｗとを熱的に遮断するようにすれば、例えば外部の送風機から可撓性のチューブ等を介して渦流探傷プローブＰに空気を供給するだけで良いので、簡易に、しかも効果的に渦流探傷プローブＰを温度管理することができるので、その実用的利点が多大である。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態においては、検出ヘッド２の基部（後端部）の両側に２つのエアノズル６を設けたが、その数を更に増やすことも可能である。また検出ヘッド２と、この検出ヘッド２を挟み込むホルダ１との間に隙間が形成されるような場合には、この隙間を通して空気を吹き出すようにしても良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

欠陥検査対象物の一例を示す概略構成図。 欠陥検査時における渦流探傷プローブの出力波形の例を示す図。 渦流探傷プローブの出力の温度ドリフトの例を示す図。 本発明の一実施形態に係る渦流探傷プローブの概略的な外観構成を示す図。 図４に示す渦流探傷プローブにおける先端部の断面構造を示す図。

符号の説明

Ｗ 検出対象物（ワーク）
Ｐ 渦流探傷プローブ
Ａ 空気流
１ ホルダ
２ 検出ヘッド
３ ヨーク
４ コイル
５ 空気孔
６ エアノズル

Claims (3)

1. コイルが巻装されたヨークからなる検出ヘッドを先端部に備え、上記検出ヘッドの先端部から検査対象物に交流磁界を加えると共に、この交流磁界により上記検査対象物に生じる渦電流を前記検出ヘッドを介して検出して上記検査対象物における傷の有無を検査する渦流探傷プローブであって、
   前記検出ヘッドに沿ってその基部から先端部に向けて空気を吹き付けて前記検出ヘッドと前記検査対象物との間に断熱層をなす空気流を形成するエアノズルを備えたことを特徴とする渦流探傷プローブ。
2. 前記エアノズルは、前記検出ヘッドを保持するホルダの先端部に設けられて、前記検出ヘッドの側部に沿ってその基部から先端部に向かう空気流を形成するものである請求項１に記載の渦流探傷プローブ。
3. 前記空気は、温度調整されて前記エアノズルに供給されるものである請求項１に記載の渦流探傷プローブ。

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