JP2011520091A

JP2011520091A - 渦電流プローブの応答値を補正する方法

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Publication number: JP2011520091A
Application number: JP2010540223A
Authority: JP
Inventors: コルコンダ，サンギャミスラ; デワンガン，サンディープ; ピスパチ，プリーティ; ガンブレル，ギギ; ワン，チャンティン; マクナイト，ウィリアム・スチュワート; スー，ウイ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2007-12-31
Filing date: 2007-12-31
Publication date: 2011-07-14
Also published as: WO2009083996A3; CA2711168A1; GB201011337D0; US20110004452A1; WO2009083996A2; GB2468098A; DE112007003750T5; GB2468098B

Abstract

渦電流アレイプローブ（ＥＣＡＰ）を使用して構成部品を検査する方法が提供される。その方法は、ＥＣＡＰを用いて構成部品の表面をスキャンするステップと、ＥＣＡＰを用いて複数の部分的欠陥応答値を収集するステップと、複数の部分的欠陥応答値をプロセッサに伝送するステップと、ＥＣＡＰのエレメントの構成およびエレメントの解像度の少なくとも１つに基づいて、複数の部分的欠陥応答値を数学関数として表すステップと、複数の部分的欠陥応答値から単一の最大欠陥応答値を導出するステップとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明の分野は、一般に、構成部品の非破壊検査に関し、より詳細には、渦電流アレイプローブ（ＥＣＡＰ）からの応答値を補正する方法に関する。

渦電流（ＥＣ）検査装置は、それに限定されないがガスタービンエンジンの構成部品などの、構成部品における異常な兆候を検出するのに使用することができる。たとえば、周知のＥＣ検査装置は、構成部品の表面および／または内部のクラック、打痕、母材の突起、および／または他の欠陥を検出するのに使用することができる。ＥＣ検査装置はまた、導電率、密度、および／または構成部品に行われた熱処理の程度を含む、構成部品の材料特性を特定するのに使用することもできる。

ＥＣ画像は、通常、構成部品の表面を単一エレメントのＥＣコイルでスキャンすることによって生成される。構成部品の表面または内部の欠陥は、ＥＣエレメントが欠陥の全範囲を往来したときにそのＥＣエレメントによって検出される。しかし、少なくともある種の周知の渦電流アレイプローブ（ＥＣＡＰ）イメージングでは、構成部品の表面を一方向にスキャンするＥＣエレメントのアレイを使用する。ＥＣエレメントのアレイを使用すると、単一エレメントでのスキャンに比較して、検査時間が短縮され、検査速度が向上する。しかし、ＥＣＡＰ画像は、欠陥の検出に先立つ処理を必要とする。具体的には、ＥＣＡＰを使用したスキャン中に検出される欠陥は、単一コイルのＥＣイメージングで行われるように１つだけのＥＣエレメントによって全体が捕捉されるのではなく、複数のＥＣエレメントコイルによって部分々々のみが捕捉され得るので、処理が必要になる。ある種のＥＣエレメントのアレイ用の処理技法では、個々のエレメントの振幅の比が欠陥の存在を判定するのに使用される手法に基づくルックアップテーブルを使用することがある。しかし、そのような処理技法は、ルックアップテーブルの誤差に左右される処理であり、その影響を受け得る。

さらに、周知のＥＣプローブの用途は、クラックの方向を予め知っている必要があることにより限定される。ディファレンシャル型渦電流プローブの指向性のために、複数の向きの欠陥が予想される場合、欠陥を検出するために、試験片を様々な向きに繰返しスキャンする必要が起こり得る。そのような繰返しスキャンは、時間が掛かり、効率を低下させ得る。

一実施形態では、渦電流アレイプローブ（ＥＣＡＰ）を使用して構成部品を検査する方法が説明される。その方法は、ＥＣＡＰを用いて構成部品の表面をスキャンするステップと、ＥＣＡＰを用いて複数の部分的欠陥応答値を収集するステップと、複数の部分的欠陥応答値をプロセッサに伝送するステップと、ＥＣＡＰのエレメントの構成およびエレメントの解像度の少なくとも１つに基づいて、複数の部分的欠陥応答値を数学関数として表すステップと、複数の部分的欠陥応答値から単一の最大欠陥応答値を導出するステップとを含む。

別の実施形態では、渦電流アレイプローブ（ＥＣＡＰ）によって検出された欠陥の長さを推定する方法が説明される。その方法は、ＥＣＡＰのエレメントの構成およびエレメントの解像度の少なくとも１つに基づいて、渦電流プローブから受け取った複数の部分的欠陥応答値を数学関数として表すステップと、単一の最大欠陥応答値を導出するために、複数の部分的欠陥応答値に補正技法を適用するステップと、単一の最大欠陥応答値に基づいて欠陥の推定長さを求めるステップとを含む。

別の実施形態では、構成部品の非破壊検査用のシステムが説明され、そのシステムは、構成部品の表面および／またはその内部の欠陥の存在を検出し、少なくとも１つの欠陥の長さを推定するように構成されている。そのシステムは、構成部品の渦電流（ＥＣ）画像を生成するように構成されたＥＣプローブと、そのＥＣプローブに結合された処理装置とを備える。その処理装置は、ＥＣプローブからＥＣ画像を受け取り、少なくとも１つの補正技法をそのＥＣ画像に適用して単一の最大欠陥応答値を得るように構成されている。

例示的渦電流表面欠陥検出システムの概略構成図である。図１に示されたシステムに使用することができる例示的外部感知式渦電流プローブ（ＳｅｎｓｅＥｘｔｅｒｎａｌＥｄｄｙＣｕｒｒｅｎｔＡｒｒａｙＰｒｏｂｅ）（ＥＳＥＣＡＰ）の図である。図２に示されたＥＳＥＣＡＰによって収集することができる欠陥応答値データから生成された例示的ＥＣＡＰフットプリントの図である。平方の和補正技法の例示的結果を示す図である。可変位相補正技法の例示的結果を示す図である。例示的長標準プローブ式渦電流アレイプローブ（ＬｏｎｇＳｔａｎｄａｒｄＰｒｏｂｅＥｄｄｙＣｕｒｒｅｎｔＡｒｒａｙＰｒｏｂｅ）（ＬＳＰＥＣＡＰ）の図である。ＬＳＰＥＣＡＰによって収集された例示的欠陥応答値データから生成された例示的曲線２００の図である。ＬＳＰＥＣＡＰによって生成されたフットプリントに適用されたときの、平方の和補正技法および可変位相補正技法の例示的結果を示す図である。例示的全方向性ＥＣＡＰの図である。様々な向きの複数の欠陥を含む例示的構成部品の平面図である。全方向性ＥＣＡＰによって収集された欠陥応答値データから生成された４つの例示的フットプリントの図である。図１１のフットプリントから導出された４つの例示的Ａスキャンの図である。全方向性ＥＣＡＰによって導出された部分的欠陥応答値に使用される例示的補正技法の流れ図である。

本明細書には、一実施形態として、渦電流アレイプローブ（ＥＣＡＰ）用の自動欠陥認識（ＡＤＲ）処理法が記載される。ＥＣＡＰイメージングでは、構成部品の表面をスキャンする渦電流（ＥＣ）エレメントのアレイを使用して画像を生成する。ＥＣＡＰイメージングは、単一のコイルエレメントによる検査に比較して検査時間の短縮を容易にする。しかし、ＥＣＡＰによって得られた画像は、ＥＣＡＰを用いるスキャン中に捕捉される欠陥は複数のエレメントコイルによって部分々々のみが捕捉されるので、欠陥の検出および特性評価に先立って処理を行う必要があり、単一コイルのＥＣイメージングを用いるスキャン中に捕捉される欠陥は、ラスタスキャンのスキャン増分毎に部分的に捕捉される。

例示的実施形態では、ＡＤＲ処理法はデータ処理手順を自動化する。ＡＤＲ法はまた、信頼性の高い欠陥の認識および特性評価を容易にし、欠陥の誤指示を最低限に抑える。例示的実施形態では、ＥＣＡＰ画像から欠陥の候補信号を識別し、欠陥の大きさおよび向きを推定するために、信号処理アルゴリズムが使用される。そのアルゴリズムは、欠陥からの応答値の最大化を容易に行うために、欠陥の向きを推定し、適切な修正を行うのに用いる基準を確立する。さらに、そのアルゴリズムは、基準画像、ルックアップテーブル、または他のいかなる事前情報も用いることなしに機能することができる。

図１は、それに限定されないがガスタービンエンジンのディスク５４などの、構成部品５２を検査するために使用することができる例示的渦電流欠陥検出システム５０の概略構成図である。例示的実施形態では、ディスク５４は、複数のダブテールポスト５６と、ポスト５６の隣接する対の間に画成され、円周方向に離隔配置された複数のダブテールスロット５８とを備える。

本明細書の方法および装置は、ポスト５６およびダブテールスロット５８に関して記載されるが、その方法および装置は、広く様々な構成部品に適用することができることを理解されたい。たとえば、本発明は、いかなる形状、大きさ、および／または構成を有する構成部品５２にでも使用することができる。そのような構成部品の例には、それらを含めることだけに限定されないが、シール、フランジ、タービンブレード、タービンベーン、および／またはフランジなどのガスタービンエンジンの構成部品を含めることができる。構成部品は、それらに限定されないが、ニッケル基合金、コバルト基合金、チタニウム基合金、鉄基合金、および／またはアルミニウム基合金など、いかなる母材からでも製作することができる。より具体的には、本明細書の方法および装置は、航空機用エンジンの構成部品に関して記載されているが、その方法および装置は、蒸気タービン、原子力発電所、自動車用エンジンに使用される広く様々な構成部品、または他のあらゆる機械的構成部品に適用し、またはそれらの検査に使用することができることを理解されたい。

例示的実施形態では、検出システム５０は、プローブアセンブリ６０と、データ取得／制御システム６２とを備える。プローブアセンブリ６０は、渦電流（ＥＣ）コイル／プローブ７０と、プローブ７０に結合されているプローブ操作装置７２とを備える。渦電流プローブ７０およびプローブ操作装置７２は、ＥＣプローブ７０および／またはプローブ操作装置７２、ならびに／あるいはデータ取得／制御システム６２へ／から制御／データ情報を伝送することができるように、データ取得／制御システム６２にそれぞれ電気的に結合されている。代替実施形態では、システム５０はまた、検査過程中、構成部品５２を選択的に回転させるターンテーブル（図示せず）を備える。

データ取得／制御システム６２は、コンピュータインターフェース７６と、メモリ８０を有するパーソナルコンピュータなどのコンピュータ７８と、モニタ８２とを備える。コンピュータ７８は、ファームウェア（図示せず）に記憶された命令を実行し、本明細書に記載された機能を果たすようにプログラムされている。本明細書で用いられる用語「コンピュータ」は、当技術分野でコンピュータと称される集積回路のみに限定されるのではなく、広く、コンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ、特定用途向け集積回路、および他のプログラム可能な回路を指し、本明細書ではこれらの用語は交換して使用することができる。

メモリ８０は、当業者には周知の１つまたは複数の揮発性かつ／または不揮発性の記憶装置を示す。コンピュータ７８によく用いられる記憶装置の例には、それに限定されないが、固体記憶装置（たとえば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用記憶装置（ＲＯＭ）、およびフラッシュメモリ）、磁気記憶装置（たとえば、フロッピディスクおよびハードディスク）、および／または光学記憶装置（たとえば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＷ、およびＤＶＤ）が含まれる。メモリ８０は、コンピュータ７８に内装しても外装してもよい。データ取得／制御システム６２はまた、それらに限定されないが、コンピュータ７８および／または渦電流プローブ７０に電気的に結合された帯形記録計、Ｃスキャン装置、および／または電子記録装置などの記録装置８４を備える。

使用に際し、ディスク５４などの構成部品５２は、検査中、構成部品５２を所定位置に固定する取付具（図示せず）に装着される。渦電流プローブ７０は、検査中、ダブテールスロット５８の内側の実質的に全てを容易にスキャンできるように、ダブテールスロット５８内に選択的に配置される。例示的実施形態では、プローブ操作装置７２は、６軸の操作装置である。ＥＣプローブ７０は、プローブ７０によるスキャン中にダブテールスロット５８の表面内に励起される渦電流に応答して電気信号を生成する。ＥＣプローブ７０によって生成された電気信号は、データ通信リンク８６を介してデータ取得／制御システム６２によって受け取られ、メモリ８０および／または記録装置８４に記憶される。コンピュータ７８はまた、通信リンク８８によってプローブ操作装置７２に結合されて、ディスク５４のスキャンの制御を容易にする。キーボード（図示せず）がコンピュータ７８に電気的に結合されて、オペレータがディスク５４の検査の制御を容易に行えるようにする。例示的実施形態では、コンピュータ７８によって生成された画像のハードコピーを作成するためにプリンタ（図示せず）を設けることもできる。

例示的実施形態では、システム５０は、従来の検査、単一コイルでの検査、またはＥＣＡＰ検査などのあらゆる種類の渦電流検査を実施するのに使用することができる。システム５０は、構成部品５２の表面を自動的にスキャンし、取得したデータを画像の形で記憶する。次いで、欠陥認識アルゴリズムが、構成部品５２の表面のあらゆる欠陥（もし存在すれば）を識別しその特性を評価するために、コンピュータ７８によって用いられる。

ＥＣ検査が実施される場合、駆動コイルによって磁場が生成される。その種の生成には、それだけには限定されないが、駆動コイルに交流を供給することが含まれ得る。駆動コイルは、検査される構成部品の表面に隣接して配置される。駆動コイルを配置するとき、駆動コイルは検査される表面に実質的に平行に配向される。駆動コイルをそのように配向すると、駆動コイルによって生成される磁場が、検査される表面に実質的に垂直に配向される。

センサが駆動コイルに結合されて、２次場を受け取る。対象とする２次場は、駆動コイルによって生成された磁場が、検査される表面上または表面内の表面欠陥から反射された後にそのセンサで受け取られる。センサは、反射された２次場を、視認および／または記録することができる電気信号に変換するように構成されている。

ＥＣプローブ７０の具体的なタイプの例は、それに限定されないが、外部感知式（ＳｅｎｓｅＥｘｔｅｒｎａｌ）（ＥＳ）ＥＣＡＰ、長標準プローブ式（ＬｏｎｇＳｔａｎｄａｒｄＰｒｏｂｅ）（ＬＳＰ）ＥＣＡＰ、全方向性ＥＣＡＰである。図２は、例示的な外部感知式（ＳｅｎｓｅＥｘｔｅｒｎａｌ）（ＥＳ）１００タイプのＥＣＡＰを示す。ＥＳＥＣＡＰ１００は、ＥＣエレメントとも呼ばれるＥＣコイルの第１の列１０２と、ＥＣコイルの第２の列１０４とを備える。図３は、ＥＳＥＣＡＰ１００によって収集された欠陥応答値データから生成された例示的ＥＣＡＰ画像１３０である。第１の列１０２は、複数のＥＣコイル、たとえばＥＣコイル１０６と、ＥＣコイル１０８と、ＥＣコイル１１０とを備える。第２の列１０４もまた、複数のＥＣコイル、たとえばＥＣコイル１１２と、ＥＣコイル１１４とを備える。

一般にＥＣＡＰ画像に関して上記に説明したように、ＥＳＥＣＡＰ１００によって生成される画像は、ＥＳＥＣＡＰ１００を用いてスキャンしている間に捕捉される欠陥１１８が、個々のＥＣコイル１０６、１０８、１１０、１１２、および１１４によって部分的に捕捉されるだけなので、欠陥の検出および特性評価に先立って処理する必要がある。ＥＣＡＰ画像１３０はまた、ＥＣＡＰフットプリントとも呼ばれ、ＥＳＥＣＡＰ１００が特定の増分で欠陥をスキャンしたとき、隣接するアレイエレメントによって生成される最大の応答値の曲線を示す。ＥＣＡＰフットプリント１３０は、複数の部分的欠陥の応答値、たとえば応答値１３８、１４０、１４２、１４４、１４６、１４８、１５０、および１５２を含む。各部分的欠陥の応答値１３８、１４０、１４２、１４４、１４６、１４８、１５０、および１５２は、ＥＳＥＣＡＰ１００のＥＣコイルが受け取る。

欠陥１１８を識別し、欠陥１１８の長さ１２０を推定するために、部分的欠陥応答値１３８、１４０、１４２、１４４、１４６、１４８、１５０、および１５２を数学関数として表して、単一の最大欠陥応答値（図２または３に示さず）を導出する。欠陥１１８の向きに関係なく、かつ／または各ＥＣコイル、たとえばＥＣコイル１０６の幅１６０（図２に示す）などの幅に沿った、欠陥１１８の相対位置に関係ない。単一の最大欠陥応答値（図２または３に示さず）は、各検出された欠陥１１８の長さ１２０を推定するために使用される。適切な補正手段を用いることによって、ＥＳＥＣＡＰ１００によって測定された複数の部分的欠陥応答値から単一の最大欠陥応答値を求めることができる。

単一の最大欠陥応答値を導出するのに使用することができる補正手段の例は、平方の和の平方（ＳＱＳＳ）補正技法を適用することである。図４は、フットプリント１３０（図３に示す）にＳＱＳＳ補正技法を適用した結果を示す。最大欠陥応答値１６４が図示されている。部分的欠陥応答値１３８、１４０、１４２、１４４、および１４６もまた図示されている。

例示的実施形態では、最大欠陥応答値１６４は、下記の式を用いて計算される。

フットプリント１３０内のどの時点でも、顕著なコイル応答値は２つだけである。式１は式２（下記参照）に還元することができ、ｐ_１およびｐ_２は最も顕著な２つのコイル応答値であり、最も顕著なコイル応答値は、その特定の時間に最大の振幅を有するコイル応答値として定義される。

単一の最大欠陥応答値を導出するのに使用することができる補正の別の例は、可変位相補正技法を適用することである。図５は、フットプリント１３０（図３に示す）に可変位相補正技法を適用した結果を示す。最大欠陥応答値１７２が図示されている。部分的欠陥応答値１３８、１４０、１４２、１４４、および１４６もまた図示されている。

特に、そのような技法では、部分的欠陥応答値１３８、１４０、１４２、１４４、および１４６はサインカーブで近似することができる。最大欠陥応答値１７２は、部分的欠陥応答値１３８、１４０、１４２、１４４、および１４６を、応答値が同じコイル対に属しているか、異なるコイル対に属しているかによって、特定の位相だけシフトさせることによって計算される。部分的欠陥応答値１３８、１４０、１４２、１４４、および１４６は、ＥＳＥＣＡＰ１００の物理的構成により、それぞれ異なる位相を有する。本明細書に記載されたＳＱＳＳ補正技法は、位相が９０°異なるサイン波を補正する例示的実施形態である。ＥＳＥＣＡＰ１００のコイル１０６、１０８、１１０、１１２、および１１４は、異なる２つの位相シフトを有する応答値を生成するように応答する。可変位相補正技法は、以下の式を用いて応答値１３８、１４０、１４２、１４４、および１４６を補正することを含む。

ここでｐ_１およびｐ_２は最大振幅値である。たとえばコイル１０６と１１２など、最大振幅が属するコイル間の位相差φがそれぞれ与えられると、補正値Ａは、式５を用いてアレイプローブの各位置に対して計算することができる。

図６は、例示的ＬＳＰＥＣＡＰ１８０を示す。ＬＳＰＥＣＡＰ１８０は、ＥＣエレメントの第１の列１８２と、ＥＣエレメントの第２の列１８４とを備える。図７は、ＬＳＰＥＣＡＰ１８０によって収集された欠陥応答値データから生成された例示的ＥＣ画像２００であり、本明細書ではＥＣフットプリント２００とも呼ばれる。第１の列１８２は、複数のＥＣエレメント、たとえばＥＣエレメント１８６およびＥＣエレメント１８８を備える。第２の列１８４もまた、複数のＥＣエレメント、たとえばＥＣエレメント１９０およびＥＣエレメント１９２を備える。ＥＣエレメント１８６、１８８、１９０、および１９２のそれぞれは、反対の極性を有する２つのコイルを備える。たとえば、ＥＣエレメント１８６は、第１のコイル１９４と、第２のコイル１９６とを備え、第１のコイル１９４は、第２のコイル１９６とは反対の極性である。

ＥＳＥＣＡＰ１００によって生成された部分的欠陥応答値１３８、１４０、１４２、１４４、および１４６に関して上記で説明したように、例示的実施形態では、ＬＳＰＥＣＡＰ１８０によって収集された部分的欠陥応答値２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、２２０、２２２、２２４、および２２６は、サインカーブで近似することができる。部分的欠陥応答値２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、２２０、２２２、２２４、および２２６は、たとえば応答値２１２と２１４、および応答値２１６と２１８などの対で生じる。例示的実施形態では、対の中の欠陥応答値は、約９９°だけ位相がシフトしている。例示的実施形態では、欠陥応答値の緒対間の位相差は約２８５°である。ＥＳＥＣＡＰ１００に関して上記で説明したＳＱＳＳ補正技法および可変位相補正技法は、ＬＳＰＥＣＡＰ１８０によって生成される部分的応答値２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、２２０、２２２、２２４、および２２６にも適用することができる。

図８は、フットプリント２００（図７に示す）にＳＱＳＳ補正技法および可変位相補正技法を適用した結果を示す。本明細書に記載されたＳＱＳＳ補正技法は最大欠陥応答値２４０を導出し、上記の可変位相補正技法は最大欠陥応答値２４２を導出する。最大欠陥応答値２４０および２４２は検出された欠陥の長さを推定するのに使用される。

図９は、例示的全方向性ＥＣＡＰ３００を示す。ＥＳＥＣＡＰ１００およびＬＳＰＥＣＡＰ１８０とは相違して、全方向性ＥＣＡＰ３００は、ＥＣエレメントを１列だけ、たとえばエレメント３０２、３０４、および３０６を備え、正極および負極のコイルが重なり合っている。例示的実施形態では、ＥＣエレメント３０２は、第１の感知コイル３１０と、第２の感知コイル３１２とを備える。第１と第２の感知コイル３１０と３１２とは、第１（Ｘ）の方向および第２（Ｙ）の方向に互いにずれており、第１および／または第２の方向（Ｘ、Ｙ）に互いに重なり合っている。本明細書で使用される用語「ずれ」および「重なり合う」は互いに背反するものではない。たとえば、例示的実施形態では、第１と第２の感知コイル３１０と３１２とは、Ｙ方向にずれると共に重なり合っている。言い換えれば、そのような配向では、第１と第２の感知コイル３１０と３１２とは、（Ｙ）方向に部分的にずれ、（Ｘ）方向には完全にずれている（すなわち重なり合わない）。一実施形態では、第１と第２の感知コイル３１０と３１２とは、各感知コイル３１０および３１２の長さ３１６の少なくとも約２５パーセント（２５％）だけ第２の方向（Ｙ）に重なり合う。別の実施形態では、第１と第２の感知コイル３１０と３１２とは、各感知コイル３１０および３１２の長さ３１６の少なくとも約３３パーセント（３３％）だけ第２の方向（Ｙ）に重なり合う。別の実施形態では、第１と第２の感知コイル３１０と３１２とは、各感知コイル３１０および３１２の長さ３１６の少なくとも約５０パーセント（５０％）だけ第２の方向（Ｙ）に重なり合う。

全方向性ＥＣプローブ３００はまた、第１および第２の感知コイル３１０および３１２の近傍にＥＣチャネル３０２用の探測場を生成する少なくとも１つの駆動コイル３１８を備える。例示的実施形態では、駆動コイル３１８は、第１および第２の感知コイル３１０および３１２の周りに延在し、ＥＣチャネル３０２を形成する。

比較的大きな表面積のスキャンを向上させるために、ＥＣチャネル３０２のアレイが使用される。したがって、例示的全方向性ＥＣプローブ３００は、複数のＥＣチャネル３０２と、複数の駆動コイル３１８とを備える。具体的には、例示的実施形態では、各ＥＣチャネル３０２に対して少なくとも１つの駆動コイル３１８が設けられている。

例示的実施形態では、第１と第２の感知コイル３１０と３１２とを重ね合わせた配向は、全方向性ＥＣプローブ３００が、検査する構成部品の欠陥を（Ｙ）方向に沿ういかなる位置でも検出できるようにする。ただし、全方向性ＥＣプローブ３００は、ＥＣプローブ３００が本明細書に記載の機能を果たすことができるようにする、ＥＣチャネル３０２のいかなる配向をも備え得る。実質的に同一の複数のＥＣチャネル３０２を備えることによって、複数のＥＣチャネル３０２の働きが、実質的に一様になり易くなる。

上記のように、全方向性ＥＣアレイプローブ３００は、それに限定されないが、ディスク、スプール、および翼を含む航空機用エンジンの構成部品などの、導電性構成部品の表面、または表面近くのクラック（すなわち表面関連の欠陥）の検出に使用される。例示的構成部品は、ニッケル合金およびチタニウム合金から形成されている。ただし、ＥＣプローブ３００は、様々な導電性構成部品に使用することができる。

図１０は、複数の例示的欠陥を含む例示的構成部品３５０の平面図である。たとえば、例示的実施形態では、構成部品３５０は、半径方向／軸方向欠陥３６０、円周方向欠陥３６２、および２つの斜めの欠陥３６４および３６６を含む。半径方向欠陥３６０、円周方向欠陥３６２、および斜めの欠陥３６４および３６６は、構成部品３５０に生じ得る様々な欠陥の向きの例である。例示的なＥＣプローブの経路が３６８に示されている。以下により詳細に説明されるように、半径方向欠陥３６０、円周方向欠陥３６２、および斜めの欠陥３６４および３６６は、全方向性ＥＣＡＰ３００に対して、応答値の最大振幅および応答値の特徴に関して異なる応答をする。

ＥＳＥＣＡＰ画像１３０（図３〜５に示す）およびＬＳＰＥＣＡＰ画像２００（図７に示す）に関して上記で説明したように、全方向性ＥＣＡＰ３００を用いるスキャン中に捕捉される欠陥は、ＥＣエレメント３０２、３０４、および３０６のそれぞれによって部分々々のみが捕捉されるので、全方向性ＥＣＡＰ３００によって生成された画像は、欠陥の検出および特性評価に先立って処理を行う必要がある。図１１は、全方向性ＥＣＡＰ３００によって収集された欠陥応答値データから生成された４つの例示的フットプリント４００、４０２、４０４、および４０６を示す。フットプリント４００は、たとえば円周方向欠陥３６２（図１０に示す）のような円周方向欠陥に対する応答値によって生成される。フットプリント４０２は、たとえば半径方向／軸方向欠陥３６０（図１０に示す）のような半径方向／軸方向欠陥に対する応答値によって生成される。フットプリント４０４および４０６は、たとえば斜めの欠陥３６４および３６６（図１０に示す）のような斜めの欠陥に対する応答値によって生成される。

各フットプリント４００、４０２、４０４、および４０６から、全方向性ＥＣＡＰ３００の正エレメントが受け取った最大電圧のＡスキャンを導出することができる。たとえば、図１２は、フットプリント４００、４０２、４０４、および４０６から導出した４つの例示的Ａスキャンを示す。より具体的には、Ａスキャン４２０は、円周方向フットプリント４００から得た最大電圧を示す。Ａスキャン４２２は、半径方向／軸方向フットプリント４０２から得た最大電圧を示す。Ａスキャン４２４は、斜めの欠陥４０６から得た最大電圧を示し、Ａスキャン４２６は、斜めの欠陥４０４から得た最大電圧を示す。特に、円周方向欠陥に対応するＡスキャン４２０は、位置４４０および４４２に視認される別々の２つのピークを有する。他方、半径方向／軸方向欠陥に対応するＡスキャン４２２は、位置４４０に視認される重なり合った２つのピークを有する。

図１３は、全方向性ＥＣＡＰ３００（図９に示す）のような全方向性ＥＣＡＰによって導出された部分的欠陥応答値に使用される例示的補正技法４５０の流れ図である。一方向性（すなわち、ＥＣＡＰに対して１つの向きの欠陥を検出することができる）であるＥＳＥＣＡＰ１００およびＬＳＰＥＣＡＰ１８０（それぞれ図２および６に示す）とは異なり、全方向性ＥＣＡＰ３００は、全方向性ＥＣＡＰ３００に対していかなる向きの欠陥でも検出することができる。補正技法４５０によって、検出欠陥の長さと共に検出欠陥の向きを推定することができる。例示的実施形態では、補正技法４５０は、最大ピーク・トゥ・ピーク電圧（ＭａｘＶ_ｐｐ）を使用して単一の最大欠陥応答値を求める。あるいは、平均ピーク・トゥ・ピーク電圧（ＡｖｇＶ_ｐｐ）、またはＭａｘ（Ｖ_ｐｐ）とＡｖｇ（Ｖ_ｐｐ）との組合せによって、有効な補正を行うこともできる。単一の最大欠陥応答値を求めるのに使用するＭａｘ（Ｖ_ｐｐ）とＡｖｇ（Ｖ_ｐｐ）との組合せは、ＥＣＡＰに対する欠陥の向きに基づいて選択される。したがって、全方向性ＥＣＡＰ３００によって導出された応答値に補正を行うためには、欠陥の向きを求めなければならない。

全方向性ＥＣＡＰ３００によって導出された応答値の補正は、以下の式を用いて達成することができる。すなわち、
ここで、αおよびβは、それぞれＭａｘ（Ｖ_ｐｐ）およびＡｖｇ（Ｖ_ｐｐ）に付与される重み係数である。さらに以下に説明されるように、一例として、欠陥が円周方向の向きをもつと判定されると、補正値Ａは、α＝１、およびβ＝０を適用して計算することができる。

補正技法４５０では、全方向性ＥＣＡＰによって検出された欠陥の向きを求めることができる。欠陥の向きを求めることによって、単一の最大欠陥応答値を計算する式６に使用するαおよびβの値を決定することができる。技法４５０は、全方向性ＥＣＡＰ３００を用いて、たとえばフットプリント４００、４０２、４０４、および４０６（それぞれ図１１に示される）などのＥＣＡＰ画像を取得すること４５２を含む。欠陥応答領域を区分けし４５４、取得したＥＣＡＰ画像からＡスキャン、たとえばＡスキャン４２０、４２２、４２４、および４２６（それぞれ図１２に示される）の１つを取り出し、照合する４５６。取り出されたＡスキャンの顕著なピークを識別する４５８。顕著なピークとは、最大の正のピークおよび最大の負のピークを指す。

補正技法４５０はまた、顕著なピークの符号を比較すること４６０を含む。顕著なピークが両方とも正、または両方とも負の場合には、αには１の値を与え、βには０の値を与える。したがって、正−負の対のピークがないときは、Ｍａｘ（Ｖ_ｐｐ）の値を当てはめて４６２、単一の最大欠陥応答値を求める。

顕著な両ピークが反対の極性をもつとき、顕著な両ピークの間隔（Ｄ_ｐｐ）を求める（４６６）。一実施形態では、Ｄ_ｐｐはスキャン目盛り単位で測定される。収集されたＡスキャンのＤ_ｐｐは、検出欠陥の向きを示す。測定されたＤ_ｐｐ値から、以下の式を用いて角度θを求めることができる。
角度θは検出欠陥の向きに対応する。Ｍａｘ（Ｖ_ｐｐ）を用いる補正技法も、Ａｖｇ（Ｖ_ｐｐ）を用いる補正技法も、検出欠陥とＥＣＡＰとの間の角度に直接依存しないので、その角度を正確に求める必要はない。

角度θを計算すると、それを角度閾値θ_threshと比較する４６８。θがθ_threshより小さい場合、Ａｖｇ（Ｖ_ｐｐ）値を用いる補正技法が適用される４７０。θがθ_threshより大きい場合、Ｍａｘ（Ｖ_ｐｐ）を用いる補正技法が適用される４６２。より具体的には、０°＜θ＜θ_threshの場合、α＝０、β＝１が式６に代入される。θ_thresh＜θの場合、α＝１、β＝０が式６に代入される。例示的実施形態では、θ_threshは４５°に選択されている。例示的実施形態では、θ＜４５°の場合、検出欠陥は、円周方向欠陥よりも半径方向／軸方向欠陥に近く、上記の通り、そのタイプの欠陥に対しては、Ａｖｇ（Ｖ_ｐｐ）補正技法が、所望の最大検出応答値を導出する。４５°＜θの場合、検出欠陥は、半径方向／軸方向欠陥よりも円周方向欠陥に近く、やはり上記の通り、そのタイプの欠陥に対しては、Ｍａｘ（Ｖ_ｐｐ）補正技法が、所望の最大検出応答値を導出する。

ただし、θ_threshは、０°と９０°との間のいかなる角度にでも設定することができ、θ_threshは、Ｍａｘ（Ｖ_ｐｐ）補正技法またはＡｖｇ（Ｖ_ｐｐ）補正技法のいずれが、検出欠陥の長さをより正確に識別する単一の最大検出応答値を導出するかに関して正確な判定を行う計算および／または実験を介して、決定することができる。さらに、重み係数αも、重み係数βも、０か１である必要はない。斜めの欠陥に関して、たとえば、斜めの欠陥３６４および３６６では、Ｍａｘ（Ｖ_ｐｐ）補正技法とＡｖｇ（Ｖ_ｐｐ）補正技法との組合せを使用して単一の最大応答値を求めることができるように重み係数αおよびβを計算することができる。

様々な補正技法が、たとえばＬＳＰＥＣＡＰ、ＥＳＥＣＡＰ、および全方向性ＥＣＡＰなどの様々なＥＣＡＰに対応するために開発され試験されてきた。ＬＳＰおよびＥＳＥＣＡＰに関して開発された補正技法、たとえば、ＳＱＳＳ補正技法および可変位相補正技法は、一方向性であり、諸ＥＣＡＰエレメントの構成に固有の位相だけ互いにずらした複数の正弦曲線から単一の最大欠陥応答値を計算し易くした。全方向性ＥＣＡＰに関しては、正規化を行う前に欠陥の向きを推定する。欠陥の向きは、全方向性ＥＣＡＰによって得られたＥＣＡＰ画像の１−Ｄ信号応答値（Ａスキャン）から推定される。Ａスキャンの顕著なピークの間隔（Ｄ_ｐｐ）は、欠陥の長さには関係ないが、欠陥の向きを示し、したがって、欠陥の向きを推定するために使用される。平均ピーク・トゥ・ピーク電圧と最大ピーク・トゥ・ピーク電圧との重み付けされた和は、ＥＣＡＰ画像のＡスキャンを正規化するために使用される。推定された向きは、前記の式に用いる、Ｍａｘ（Ｖ_ｐｐ）およびＡｖｇ（Ｖ_ｐｐ）に与える重み付けを決定する。

渦電流アレイプローブを使用するスキャンの検出結果を補正する方法に関する上記の説明はまた、単一コイルのＥＣ検査に拡張することもできる。上記の補正は、有限スキャン増分による特性評価誤差を低減することによって単一コイルのＥＣ欠陥応答値を修正することができる。

上記の補正技法は、様々なＥＣＡＰ設計に適応させることができる。補正技法は、使用中のＥＣＡＰに基づき、かつ／または欠陥の向きの情報に基づいて選択することができる。所望の補正技法が選択され適用されると、欠陥領域が割り出され、見込まれる欠陥長さに対応する単一の最大欠陥応答値が求まる。上記の補正技法を適用することによって、ＥＣ応答値と欠陥長さとの改善された相関関係が得られる。

渦電流検査の補正技法の例示的実施形態が、上記に詳細に説明されている。その方法およびシステムは、本明細書に記載された特定の実施形態に限定されることはなく、むしろ、各システムの構成要素および各方法のステップは、本明細書に記載された他の構成要素およびステップとは無関係かつ独立に使用することができる。より具体的には、本明細書の方法およびシステムは、航空機用エンジンの構成部品の検査に関して記載されているが、その方法およびシステムはまた、蒸気タービン、原子力発電所、自動車用エンジンに使用される広く様々な構成部品に適用し、またはあらゆる機械の構成部品の検査に適用することができることを理解されたい。

本発明が、様々な特定の実施形態に関して説明されてきたが、当業者は、本発明が、特許請求の範囲の主旨および範囲内で変更して実施することができることを理解するであろう。

Claims

渦電流アレイプローブ（ＥＣＡＰ）を使用して構成部品を検査する方法であって、
前記ＥＣＡＰを用いて前記構成部品の表面をスキャンするステップと、
前記ＥＣＡＰを用いて複数の部分的欠陥応答値を収集するステップと、
前記複数の部分的欠陥応答値をプロセッサに伝送するステップと、
前記ＥＣＡＰのエレメントの構成および前記エレメントの解像度の少なくとも１つに基づいて、前記複数の部分的欠陥応答値を数学関数として表すステップと、
前記複数の部分的欠陥応答値から単一の最大欠陥応答値を導出するステップとを含む方法。
前記単一の最大欠陥応答値に基づいて欠陥の概略長さを求めるステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
単一の最大欠陥応答値を導出するステップが、単一の最大欠陥応答値または欠陥の概略長さを得るために、ルックアップテーブルを使用することなく前記複数の部分的欠陥応答値を補正するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
単一の最大欠陥応答値を導出するステップが、該単一の最大欠陥応答値を導出するために平方の和の平方（ＳＱＳＳ）補正技法を使用するステップであって、下記の式、すなわち、
を使用し、ここでｐ_１およびｐ_２は所定のスキャン位置での最大振幅値であり、補正値Ａを前記所定のスキャン位置のそれぞれに対して計算するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
単一の最大欠陥応答値を導出するステップが、該単一の最大欠陥応答値を導出するために可変位相補正技法を使用するステップであって、以下の式、すなわち、
を使用し、ここで、ｐ_１およびｐ_２は所定のスキャン位置での最大振幅値であり、φは前記ＥＣＡＰのコイル間の位相差であり、補正値Ａを前記所定のスキャン位置のそれぞれに対して計算するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
前記ＥＣＡＰによって検出された欠陥の向きを推定するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
欠陥の向きを推定するステップが、
全方向性ＥＣＡＰを使用してＥＣＡＰ画像を取得するステップと、
前記取得したＥＣＡＰ画像からＡスキャンを取り出すステップと、
前記Ａスキャンの顕著なピークの間隔を求めるステップと、
前記顕著なピークの間隔に基づいて欠陥の角度を計算するステップと
を含む、請求項６記載の方法。
前記推定された欠陥の向きに基づいて、最大ピーク・トゥ・ピーク電圧補正技法および平均ピーク・トゥ・ピーク電圧補正技法の少なくとも１つを前記複数の部分的欠陥応答値に適用するステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
前記複数の部分的欠陥応答値から単一の最大欠陥応答値を導出するステップが、前記欠陥の向きが、前記ＥＣＡＰに対して、半径方向／軸方向の向きより円周方向の向きに近いと推定されたとき、前記ＥＣＡＰ画像の最大ピーク・トゥ・ピーク電圧を解析するステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
前記複数の部分的欠陥応答値から単一の最大欠陥応答値を導出するステップが、前記欠陥の向きが、前記ＥＣＡＰに対して、円周方向の向きより半径方向／軸方向の向きに近いと推定されたとき、前記ＥＣＡＰ画像の平均ピーク・トゥ・ピーク電圧を解析するステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
渦電流アレイプローブ（ＥＣＡＰ）によって検出された欠陥の長さを推定する方法であって、
前記ＥＣＡＰのエレメントの構成および前記エレメントの解像度の少なくとも１つに基づいて、前記ＥＣＡＰから受け取った複数の部分的欠陥応答値を数学関数として表すステップと、
単一の最大欠陥応答値を導出するために、前記複数の部分的欠陥応答値に補正技法を適用するステップと、
前記単一の最大欠陥応答値に基づいて前記欠陥の推定長さを求めるステップと
を含む方法。
構成部品の非破壊検査用のシステムであって、前記構成部品の表面および／またはその内部の欠陥の存在を検出し、少なくとも１つの欠陥の長さを推定するように構成されたシステムにおいて、
前記構成部品の渦電流（ＥＣ）画像を生成するように構成されたＥＣプローブと、
前記ＥＣプローブに結合されたプロセッサであって、前記ＥＣプローブから前記ＥＣ画像を受け取り、単一の最大欠陥応答値を得るように構成されたプロセッサと
を備えるシステム。
前記プロセッサが、前記単一の最大欠陥応答値に基づいて、検出された欠陥の推定長さを求めるようにさらに構成されている、請求項１２記載のシステム。
前記プロセッサが、前記単一の最大欠陥応答値または概略欠陥長さを得るために、ルックアップテーブルを用いることなく、少なくとも１つの補正技法を前記ＥＣ画像に適用して、前記単一の最大欠陥応答値を得るように構成されている、請求項１３記載のシステム。
前記プロセッサが、平方の和の平方（ＳＱＳＳ）補正技法を適用するように構成され、単一の最大欠陥応答値が、以下の式、すなわち、
を使用して得られ、ここでｐ_１およびｐ_２は所定のスキャン位置での最大振幅値であり、補正値Ａが前記所定のスキャン位置のそれぞれに対して計算される、請求項１２記載のシステム。
前記プロセッサが、可変位相補正技法を適用するように構成され、単一の最大欠陥応答値が、以下の式、すなわち、
を使用して得られ、ここで、ｐ_１およびｐ_２は所定のスキャン位置での最大振幅値であり、φは前記ＥＣプローブのコイル間の位相差であり、補正値Ａが前記所定のスキャン位置のそれぞれに対して計算される、請求項１２記載のシステム。
前記ＥＣプローブが、外部感知式（ＥＳ）渦電流アレイプローブ（ＥＣＡＰ）、長標準プローブ式（ＬＳＰ）ＥＣＡＰ、および全方向性ＥＣＡＰの少なくとも１つを備える、請求項１２記載のシステム。
前記プロセッサが、前記ＥＣＡＰによって検出された欠陥の向きを、
全方向性ＥＣＡＰから受け取った前記ＥＣ画像からＡスキャンを取り出すステップと、
前記Ａスキャンの顕著なピークの間隔を求めるステップと、
前記顕著なピークの間隔を用いて欠陥の角度を計算するステップと
によって推定するように構成されている、請求項１７記載のシステム。
前記プロセッサが、前記推定された欠陥の向きに基づいて、最大ピーク・トゥ・ピーク電圧補正技法および平均ピーク・トゥ・ピーク電圧補正技法の少なくとも１つを前記複数の部分的欠陥応答値に適用するようにさらに構成されている、請求項１７記載のシステム。
前記プロセッサが、補正技法を適用して、前記ＥＣＡＰ画像の最大ピーク・トゥ・ピーク電圧および前記ＥＣＡＰ画像の平均ピーク・トゥ・ピーク電圧の少なくとも１つを解析することによって前記単一の最大欠陥応答値を導出するようにさらに構成されており、前記最大電圧および前記平均電圧のレベルが前記推定された欠陥の向きによって決定される、請求項１７記載のシステム。