JP2010271070A

JP2010271070A - 渦電流探傷装置および渦電流探傷方法

Info

Publication number: JP2010271070A
Application number: JP2009121059A
Authority: JP
Inventors: Toru Okazaki; 徹岡崎
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2010-12-02

Abstract

【課題】大面積の動かしにくい被測定物についても、傷、割れなどの有無を測定することのできる渦電流探傷装置および渦電流探傷方法を提供する。
【解決手段】渦電流探傷装置１０は、超電導コイル１４と、駆動部１５と、ピックアップコイル１２とを備えている。駆動部１５は、超電導コイル１４を周期的に運動させる。ピックアップコイル１２は、被測定物に対して、駆動部１５により超電導コイル１４を周期的に運動させたときに、被測定物から発生する変動磁場により発生する信号を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は渦電流探傷装置および渦電流探傷方法に関する。

従来より、被測定物の傷、割れ等の有無を検知するシステムとして、渦電流探傷装置が知られている。渦電流探傷装置は、たとえば図８に示すように、回転軸２１１と、永久磁石２１３と、ピックアップコイル２１５とを備えている。この渦電流探傷装置を用いて被測定物２００の傷の有無を検知するためには、以下のように動作させる。具体的には、図８の矢印のように回転軸２１１により回転速度Ｕで被測定物２００を回転させる。これにより、磁場中を被測定物２００が運動するので、永久磁石２１３による磁束密度Ｂが図８の矢印のように発生し、被測定物２００を含む閉回路に、−Ｕ×Ｂの式で表される起電力が発生する。発生した起電力（ＢおよびＵ）によって、図８に示す矢印のように渦電流Ｊが生じる。この渦電流Ｊが作る磁場をピックアップコイル２１５で起電力として検出する。被測定物２００に傷、割れ等の不具合があると、渦電流の流れが正常の場合と異なるので、被測定物２００の異常を定量的に検出することができる。

また、永久磁石２１３の代わりに、超電導コイルなどを渦電流探傷装置に用いる技術がある。超電導コイルを用いた渦電流探傷装置として、たとえば、特開昭６０−１４７６４９号公報（特許文献１）、特開平１−４１８５５号公報（特許文献２）、特開平１−４４８４５号公報（特許文献３）、特開平１−１７６９４０号公報（特許文献４）などが挙げられる。

特開昭６０−１４７６４９号公報特開平１−４１８５５号公報特開平１−４４８４５号公報特開平１−１７６９４０号公報

しかしながら、永久磁石２１３として希土類磁石を用いると、希土類磁石の磁場の強度は、被測定物２００から距離が離れると急速に落ちる。このため、永久磁石２１３を渦電流探傷装置に用いると、被測定物２００から発生する変動磁場により発生する信号を十分に検出することができなかった。したがって、被測定物２００の傷、割れなどの有無を十分に測定することができなかった。

また、上記特許文献１〜４の渦電流探傷装置では、被測定物２００を回転させて被測定物２００に磁場を印加することにより、被測定物２００に誘起される渦電流をピックアップコイル２１５で感知している。このため、被測定物が大面積などの場合には、被測定物を回転させることができない。つまり、大面積の動かしにくい被測定物に対して、上記特許文献１〜４の渦電流探傷装置を適用することができなかった。

したがって、本発明の目的は、大面積の動かしにくい被測定物についても、傷、割れなどの有無を測定することのできる渦電流探傷装置および渦電流探傷方法を提供することである。

本発明の渦電流探傷装置は、超電導コイルと、駆動部と、ピックアップコイルとを備えている。駆動部は、超電導コイルを周期的に運動させる。ピックアップコイルは、被測定物に対して、駆動部により超電導コイルを周期的に運動させたときに、被測定物から発生する変動磁場により発生する信号を検出する。

本発明の渦電流探傷方法は、以下の工程を備えている。被測定物に対して、超電導コイルを周期的に運動させることにより、一定周期の磁場を発生する。一定周期の磁場からの変動磁場で、被測定物から発生する信号をピックアップコイルで検出する。

本発明の渦電流探傷装置および渦電流探傷方法によれば、磁場を発生させるために超電導コイルを用いている。超電導コイルは、被測定物から距離を離しても、磁場強度の低下を抑制できる。この超電導コイルを周期的に運動させることにより、被測定物に渦電流を発生させることができる。このため、被測定物を動かさなくても、被測定物から変動磁場を発生させることができ、かつ被測定物から発生する変動磁場により発生する信号を検出することができる。したがって、大面積の動かしにくい被測定物についても、傷、割れなどの有無を測定することができる。

上記渦電流探傷装置において好ましくは、超電導コイルを冷却するための冷媒供給部を配置しない状態で、超電導コイルを周期的に運動させる。

上記渦電流探傷方法において好ましくは、磁場を発生する工程では、超電導コイルを冷却するための冷媒供給部を配置しない状態で超電導コイルを周期的に運動させる。

超電導コイルとして、比熱が大きい高温超電導体などを用いることにより、冷媒供給部を備えていない場合であっても、超電導状態にした超電導コイルを用いることができる。これにより、超電導コイルを容易に運動させることができる。したがって、大面積の動かしにくい被測定物について、傷、割れなどの有無を容易に測定することができる。

本発明の渦電流探傷装置および渦電流探傷方法によれば、大面積の動かしにくい被測定物についても、傷、割れなどの有無を測定することのできる。

本発明の実施の形態１における渦電流探傷装置を概略的に示す模式図である。本発明の実施の形態１における渦電流探傷方法を概略的に示す模式図である。本発明の実施の形態１における渦電流探傷装置の磁場の流れを概略的に示す模式図である。本発明の実施の形態１における渦電流探傷装置の磁場の流れを概略的に示す模式図である。本発明の実施の形態１において、渦電流探傷装置に用いるコイルの特性を示す図である。本発明の実施の形態２における渦電流探傷装置を概略的に示す模式図である。本発明の実施の形態３における渦電流探傷装置を概略的に示す模式図である。比較例における渦電流探傷装置を概略的に示す模式図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１を参照して、本発明の実施の形態１における渦電流探傷装置１０について説明する。図１に示すように、本実施の形態における渦電流探傷装置１０は、台座１１と、ピックアップコイル１２と、回転軸１３と、超電導コイル１４と、駆動部１５とを備えている。

台座１１の中心には、ピックアップコイル１２が配置されている。このピックアップコイル１２を貫通するように、かつ台座１１と接続された回転軸１３が設けられている。台座１１上であって、かつ回転軸１３に対して対称になるように、２つの超電導コイル１４がそれぞれ配置されている。また、回転軸１３を回転させるために回転軸１３と接続された駆動部１５が配置されている。つまり、駆動部１５により回転軸１３を回転させることにより、超電導コイル１４を周期的に運動させることができる。

超電導コイル１４は、磁場を発生させる。この超電導コイル１４が周期的に運動することによって、磁場を超電導コイル１４が横切ることになるので、被測定物に渦電流を発生させることができる。

本実施の形態における２つの超電導コイル１４は、互いに同じ巻き数で、かつ同じ形状である。なお、超電導コイル１４は、３つ以上配置されていてもよく、１つ配置されていてもよい。

また、超電導コイル１４を構成する超電導体は、高温超電導体であることが好ましい。高温超電導体とは、たとえばＢｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の組成を有するビスマス系超電導体、ＲＥ_xＢａ_yＣｕ_zＯ_7-d（０．７≦ｘ≦１．３、１．７≦ｙ≦２．３、２．７≦ｚ≦３．３）の組成を有するＲＥ１２３系超電導体などが挙げられる。

超電導コイル１４を冷却するための冷媒供給部を配置しない状態で、超電導コイル１４を周期的に運動させることが好ましい。つまり、渦電流探傷装置１０は、超電導コイル１４と接続された冷媒供給部を備えていないことが好ましい。言い換えると、超電導コイル１４と冷媒とは分離されていることが好ましい。超電導コイル１４を構成する超電導体が高温超電導体である場合、冷却された超電導コイル１４を常温で用いても、所定の時間内であれば、超電導コイル１４は超電導特性を維持できる。このため、渦電流探傷装置１０の近傍には超電導コイル１４を冷却するための冷媒を配置しておくことが好ましい。

駆動部１５は、超電導コイル１４を周期的に運動させる。本実施の形態では、台座１１と接続されている回転軸１３を回転させることにより、台座１１と接続された超電導コイル１４を回転させることができる。なお、本実施の形態では、周期的な運動として超電導コイル１４を回転させているが、回転に限定されず、たとえばメトロノームのような運動、平行移動、揺動などであってもよい。また、駆動部１５は、たとえばモーター、手などである。

ピックアップコイル１２は、被測定物に対して、駆動部１５により超電導コイル１４を周期的に運動させたときに、被測定物から発生する変動磁場により発生する信号を検出する。ピックアップコイル１２は、磁場を捕捉するコイルであり、磁場センサである。本実施の形態におけるピックアップコイル１２は、固定されていて回転しないが、これに限定されず、超電導コイル１４といっしょに回転してもよい。

続いて、本実施の形態における渦電流探傷方法について説明する。本実施の形態では、上述した渦電流探傷装置１０を用いて、図２に示す被測定物１００の傷、割れなどの有無を測定する。被測定物１００は、導電体である。

まず、被測定物１００に対して、超電導コイル１４を周期的に運動させることにより、一定周期の磁場を発生する。具体的には、渦電流探傷装置１０の超電導コイル１４を超電導状態にする。また、駆動部１５により超電導コイル１４を周期的に運動させる。この渦電流探傷装置１０を、図２に示すように、被測定物１００上に配置する。これにより、被測定物１００に対して、一定周期の磁場を発生することができる。

この磁場を発生する工程では、超電導コイル１４を冷却するための冷媒供給部（冷媒供給ライン）を配置しない状態で超電導コイル１４を周期的に運動させることが好ましい。冷媒供給部を配置しない状態で、超電導コイル１４を超電導状態で使用するために、たとえば以下のようにする。

具体的には、渦電流探傷装置１０の近傍に超電導コイル１４を構成する超電導体の冷媒（たとえば冷媒を入れた容器）を配置し、超電導コイル１４を冷却する（たとえば超電導コイル１４を冷媒に浸す）。超電導コイル１４を周期的に運動させる直前に、超電導状態の超電導コイル１４を渦電流探傷装置１０に配置する。この状態で、超電導コイル１４を周期的に運動させると、超電導コイル１４の超電導状態を維持できる。

また、超電導コイル１４は、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics：繊維強化プラスチック）などよりなる巻枠に超電導コイルを巻き、ＦＲＰで含浸させ、ＦＲＰなどよりなる容器に配置してもよい。この場合、ＦＲＰなどよりなる容器内の隙間に冷媒を入れることで、被測定物１００の傷、割れ等の測定の間（たとえば数十秒間）、超電導コイル１４の超電導状態を維持できる。この場合にも、使用直前まで、超電導コイル１４を冷媒に浸しておいてもよい。

次に、一定周期の磁場からの変動磁場で、被測定物１００から発生する信号をピックアップコイル１２で検出する。本実施の形態では、一定周期の磁場を発生する渦電流探傷装置１０を、図２に示す矢印に沿って被測定物１００上を移動させる。

渦電流探傷装置１０において、電流が同じ方向に流れる場合（たとえばＮ極がどちらも下に向いている場合）には、図３に示す矢印のように磁場が流れ、近傍に被測定物１００があると、この移動磁界により超電導コイル１４近傍では、誘導電流が生じる。この誘導電流による磁界変化をピックアップコイル１２で検知する。本実施の形態では、２つの超電導コイル１４は同じ方向に磁場を出しているため、ピックアップコイル１２の周辺の磁場変化は回転数によらず変化しない。

被測定物１００に傷、割れなどがなければ、その回転数に対してピックアップコイル１２は出力しない。被測定物１００に傷、割れなどがあり、渦電流の流れが阻害される要件が存在すると、その回転数に合わせてピックアップコイル１２に信号が入力される。

また、渦電流探傷装置１０において、電流が逆の方向に流れる場合には、図４に示す矢印のように磁場が流れ、近傍に被測定物１００があると、この移動磁界により超電導コイル１４近傍では、誘導電流が生じる。この場合にも上記と同様に、被測定物１００に傷、割れなどが入っていることを検知することができる。特に、被測定物１００までの距離が遠い場合には、図４に示すように電流が逆の方向に流すと有利である。

このように、渦電流探傷装置１０を被測定物１００に沿って移動させることにより、被測定物１００に割れ、傷などがある箇所では、ピックアップコイル１２に信号が入力される。このため、被測定物１００において割れ、傷などがある場合にはその位置を特定することができる。つまり、被測定物１００の傷、割れなどの有無を測定することができる。

続いて、本実施の形態における渦電流探傷装置１０および渦電流探傷方法の効果について説明する。

本発明者は、渦電流探傷装置に用いる磁石を超電導磁石にすることの効果について、図５に示すような知見を得ている。すなわち、永久磁石として希土類磁石を用いた場合には、磁場強度は距離の約３乗で減衰する。このため、永久磁石を用いた渦電流探傷装置は、被測定物を近距離で測定する場合にしか有効に用いることができない。つまり、渦電流探傷装置に永久磁石を用いても、遠くまで磁場が出ないので、被測定物から発生する変動磁場により発生する信号を検出できない場合が生じる。

一方、本実施の形態の渦電流探傷装置１０のように、超電導コイルを用いた場合には、図５に示すように、希土類磁石を用いた場合に比べて、被測定物との距離が離れても磁場強度の低下を抑制できる。

また、永久磁石はオンおよびオフの制御をできない。さらに、５００ｇの希土類磁石は、手工具なしでバンドリングする物としては最大級であり、これを超える物は、万が一鉄板などに吸着すると引き離すのが困難である。作業者の手が挟まれると怪我をする恐れが大きく、使用上の問題がある。

一方、超電導コイル１４は、オン動作が不要なときには磁場をゼロにすることができる。つまり、超電導コイル１４は、オンおよびオフの制御をすることが可能である。さらに、形状は自在であり、大型化の制限を低減できる。このため、本実施の形態の渦電流探傷装置１０のように超電導コイルを用いた場合には、永久磁石を用いた場合より、使用上の問題を低減することができる。

このため、本実施の形態における超電導コイル１４を用いた渦電流探傷装置１０は、距離が離れても使用が可能で、使用上の問題を低減することができる。

それに加えて、本実施の形態では、超電導コイル１４を周期的に運動させることで、被測定物１００上に渦電流を発生させ、これをピックアップコイル１２で検知している。したがって、被測定物１００を周期的に運動させなくても、被測定物１００から変動磁場を発生させることができるので、被測定物１００の形状等に制限されずに、本実施の形態の渦電流探傷装置１０を用いることができる。

特に、本発明者は、超電導コイル１４を構成する超電導体として高温超電導体を適用すると、比熱が大きいため、熱容量を持たせておけば（冷媒から取り出しても）、しばらくの間は超電導状態を維持できることを見い出した。たとえば、被測定物１００のそばに冷媒入りの容器に超電導コイル１４を浸して持参し、被測定物１００の測定直前に取り出して被測定物１００に当て、磁場を印加することができる。さらに、超電導コイル１４を少量の冷媒とともに容器に入れて、渦電流探傷装置１０に用いることもできる。このように、本発明者は、被測定物１００を測定する時間（空気中で運転する時間）だけ超電導コイル１４を超電導状態にすることで、冷媒供給部を配置せずに被測定物１００の傷、割れなどを測定できることを見い出した。その結果、渦電流探傷装置１０において、超電導コイル１４を周期的に運動させることができることを見い出した。

一方、引用文献１〜４の渦電流探傷装置では、超電導コイルを冷却するための冷媒供給部を備えている。このため、超電導コイルを動かすことができない。したがって、被測定物を動かす必要があるので、被測定物の形状等に限定される。

また、希土類磁石および超電導コイル１４の代わりに銅コイルを用いると、銅コイルは大きくて重いので、回転軸を大型でかつ複雑にする必要がある。さらに、銅コイルを短時間での使用に限定し、銅コイルの軽量化を図った場合であっても、電源が大型でかつ複雑である。たとえば銅コイルで超電導コイルと同様の磁場強度を得ようとすると、３５ｋｇのコイルと、１．５ｋＷの直流電源とが必要となる。つまり、これを回転させるための装置が大掛かりで大変になる。このため、大面積の動かしにくい被測定物に対して、銅コイルを備えた渦電流探傷装置を適用することができない。

以上より、本実施の形態の渦電流探傷装置１０および渦電流探傷方法は、距離が離れても磁場強度の低下を抑制し、かつ使用上の問題を低減した超電導コイル１４を周期的に運動させている。したがって、大面積の動かしにくい被測定物についても、傷、割れなどの有無を測定することのできる。このため、本実施の形態の渦電流探傷装置１０および渦電流探傷方法は、たとえばガスタンクの内面亀裂検査などに好適に用いることができる。

（実施の形態２）
図６を参照して、本実施の形態における渦電流探傷装置２０は、基本的には図１に示す実施の形態１の渦電流探傷装置１０と同様の構成を備えている。しかし、ピックアップコイル１２をそれぞれの超電導コイル１４と同じ速さで運動させる点において異なる。つまり、本実施の形態の渦電流探傷装置２０は、超電導コイル１４と同じ数のピックアップコイル１２を備えている。このように、ピックアップコイル１２が２個以上配置されていると、被測定物の測定精度を向上することができる。

なお、これ以外の渦電流探傷装置および渦電流探傷方法は、実施の形態１と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態３）
図７を参照して、本実施の形態における渦電流探傷装置３０は、基本的には図１に示す実施の形態１の渦電流探傷装置１０と同様の構成を備えている。しかし、ピックアップコイルをオフアクシスで配置した点において異なっている。台座１１上でバランスをとるためのカウンターウエイトなどをさらに配置してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，２０，３０渦電流探傷装置、１１台座、１２ピックアップコイル、１３回転軸、１４超電導コイル、１５駆動部、１００被測定物。

Claims

超電導コイルと、
前記超電導コイルを周期的に運動させるための駆動部と、
被測定物に対して、前記駆動部により前記超電導コイルを周期的に運動させたときに、前記被測定物から発生する変動磁場により発生する信号を検出するためのピックアップコイルとを備えた、渦電流探傷装置。
前記超電導コイルを冷却するための冷媒供給部を配置しない状態で、前記超電導コイルを周期的に運動させる、請求項１に記載の渦電流探傷装置。
被測定物に対して、超電導コイルを周期的に運動させることにより、一定周期の磁場を発生する工程と、
前記一定周期の磁場からの変動磁場で、前記被測定物から発生する信号をピックアップコイルで検出する工程とを備えた、渦電流探傷方法。
前記磁場を発生する工程では、前記超電導コイルを冷却するための冷媒供給部を配置しない状態で前記超電導コイルを周期的に運動させる、請求項３に記載の渦電流探傷方法。