JP2013160579A - 渦電流探傷プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、リフトオフ信号の発生を抑え、かつ渦電流の発生領域を狭くすることで、微小欠陥の検出性に優れたプローブを提供することにある。
【解決手段】本発明の励磁器は、被検査体の検査面に配置された一箇所のギャップを挟むように配置された磁性材板と、前記ギャップ部に配置した１つの検出コイル及び前記検出器の直上に配置した導電性を有する板で構成することを特徴とする。
【効果】本発明によれば、リフトオフ信号の発生を抑え、かつ渦電流の発生領域を狭くすることで、微小欠陥の検出性に優れたプローブを提供することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、渦電流探傷プローブに関する。

渦電流探傷の原理は、導電性の被検査体を対象としてコイルにより発生する交流磁場により、被検査体に渦電流を誘起させ、欠陥による渦電流の乱れに起因するコイルのインピーダンス変化から欠陥の有無を評価する手法である。

一般的に、上置渦電流探傷プローブは交流磁場を発生させるコイル（励磁コイル）の軸方向が被検査体面と直交するように配置することで被検査体面に効率よく磁場を浸透させることができる。被検査体面には、電磁誘導の法則に従い励磁コイルから発生する交流磁場を打消すように電流（渦電流）が発生する。欠陥があると、この渦電流の流路が変化して、渦電流により被検体面の磁場分布に変化を生じる。この変化を検出コイルで捉えることで欠陥を検出する。

渦電流探傷で微小欠陥の検出を目的とする場合、単純にコイル単体により磁性体を励磁すると、磁場は広く空間に拡散する分布を示すため渦電流も広く発生する。このため、空間的な分解能が低くなることが課題となる。この課題を克服するため引用文献１に示すプローブは、励磁コイルを有する励磁部を、ループ状の磁気回路を形成する磁性材コアにより、被検査体に沿う交流磁場を発生させる励磁コイルを有するものである。磁性材コアのギャップを小さくすることで渦電流の発生領域を狭くすることができる。

再公表特許（ＷＯ２００３／０９１６５５）

渦電流探傷で微小欠陥の検出を目的とする場合、空間的な分解能以外に、ノイズ要因を抑えることが重要となる。欠陥以外の信号要因として、磁性体と被検査体までの距離（リフトオフ）に依存する信号がある。リフトオフ信号を抑制するために、引用文献１のプローブは、検出コイルを２つ利用して差動に接続することで相殺する方法を利用している。この場合、リフトオフ信号の低減は可能となるものの、現実的には各検出コイルの寸法、電気的特性（抵抗、インダクタンス、キャパシタンス）の誤差によるアンバランス分が相殺できずに信号として発生する。また、渦電流の発生領域を狭くするために、励磁部の磁性材コアのギャップを小さくすると、励磁磁場が試験体に進入せず直接コアに流れることから、渦電流の発生量が低下、結果的に欠陥の検出感度低下を招く。

本発明の目的は、リフトオフ信号の発生を抑え、かつ渦電流の発生領域を狭くすることで、微小欠陥の検出性に優れたプローブを提供することにある。

本発明の励磁器は、被検査体の検査面に配置された一箇所のギャップを挟むように配置された磁性材板と、前記ギャップ部に配置した１つの検出コイル及び前記検出器の直上に配置した導電性を有する板で構成することを特徴とする。

本発明によれば、リフトオフ信号の発生を抑え、かつ渦電流の発生領域を狭くすることで、微小欠陥の検出性に優れたプローブを提供することができる。

実施例１を示す渦電流探傷プローブ構造の説明図である。 実施例１の非磁性材で導電性を有する板がないときの磁場分布を示す説明図である。 実施例１の磁場分布を示す説明図である。 実施例１の検出コイル配置を示す説明図である。 実施例１の検出コイル配置を示す説明図である。 実施例２を示す渦電流探傷プローブ構造の説明図である。 実施例２の磁場分布を示す説明図である。 実施例３を示す渦電流探傷プローブ構造の説明図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

図１に実施例１を示す。本プローブの励磁器は、一箇所のギャップを設けた磁性材に励磁コイルを巻き回したものである。具体的には、コの字型の磁性材２に励磁コイル１を巻き回した部材と、当該コの字型の磁性材２の脚部に一定のギャップを設けて配置した磁性材板３と４である。この磁性材板３と４は、被検査体１０に対向する面に平行に配置されている。なお、磁性材２、磁性材板３，４は、一部にギャップを有する一体構造の磁性材でも良い。

検出コイル５は当該ギャップ部に１つ配置する。検出コイルの軸方向は、当該ギャップを渡る磁場に対して、直交する方向に配置する。具体的には、図５に示す検出コイルの軸方向は被検査体１０の面と直交する方向であり、図４に示す検出コイルの軸方向は被検査体１０の面と平行方向であってギャップの幅方向に直交する方向の２種である。

そして、検出コイルに隣り合い、非磁性材で導電性を有する板６を配置する。当該非磁性材で導電性を有する板は、検出コイルの直上に立てかけるようにして配置されている。そして、当該板６は、コの字型の磁性材２の脚部と平行に配置されている。（当該板６の最も広い平面部は、被検査体１０の検査面に直交し、かつ、ギャップの幅方向に直交する方向に配置する。）非磁性材で導電性を有する板６としては、銅、アルミが望ましい。

この構成により、励磁器を交流で励磁すると、言い換えれば励磁コイル１に交流電流を通電すると磁場が発生する。ギャップ部分を渡る磁場の大半は被検査体１０と平行に発生する。図２は図１のＸＺ面を、当該ギャップ部分に対して示す。（図２は検出コイルを図示せず。）励磁コイル１により発生した磁場は、磁性材板３と４で形成したギャップを介して流れる。ここで、非磁性材で導電性を有する板６がない場合は、磁性材板３，４は広域の面が被検査体１０の検査面と平行に配置されているので、ギャップを渡る磁場１１の大半は被検査体１０の面と平行に発生する。被検査体１０には、磁場１１の多少のふくらみによって、渦電流が還流する。この渦電流は図中の１２，１３，１４で示す。

これに対して、非磁性材で導電性を有する板６を、検出コイルに隣り合い、板の最も広い平面部が、被検査体１０の検査面に直交、ギャップの幅方向に直交する方向に配置した場合の磁場の模式図を図３に示す。ギャップを渡る磁場１５は、非磁性材で導電性を有する板６に作用して、板６に渦電流が流れる。この作用により、磁場１５は非磁性材で導電性を有する板６と逆側である被検査体１０側に押出されるように分布する。その結果、非磁性材で導電性を有する板６がない場合と比較して、被検査体１０に作用する磁場は大きくなることから、被検査体１０に発生する渦電流も大きくなる。この渦電流は図中の１６，１７，１８で示す。ギャップ幅に対応して発生する渦電流値が大きくなるので、狭い領域に大きな渦電流を発生させることができ、微小な欠陥に対しても検出感度が向上する。

次に、図４、図５を用いて１つの検出コイルでリフトオフ信号を抑える原理に関して説明する。図４は検出コイルの軸が被検査体１０の検査面と平行であってギャップの幅方向に直交する方向と一致する場合である。（非磁性材で導電性を有する板６は図示していない）検出コイル２０は、軸方向の磁場成分により電圧が誘起され測定器で計測される。（測定器は図示せず）上記配置とした検出コイル２０は、図のＹ軸方向の磁場を検出する。言い換えれば、被検査体１０の検査面と平行であって、磁性材板３と４のギャップ方向と直交する磁場成分を検出する。検出コイル２０の周りの磁場は図４下図に示すＸＹ平面のように、磁場１５のＺ軸方向の磁場成分は存在しない。プローブと被検査体１０の距離（リフトオフ）が変化した場合、磁場１５の大きさが変化するのみでＺ軸方向の磁場成分の発生はない。このため、リフトオフが変化しても検出コイル２０に誘起電圧が発生することはない。

また、図５は検出コイルの軸が被検査体１０の検査面と直交する場合である。検出コイル２１は、軸方向の磁場成分により電圧が誘起され測定器で計測される。（測定器は図示せず）上記配置とした検出コイル２１は、図のＺ軸方向の磁場を検出する。言い換えれば、被検査体１０の検査面と直交する磁場成分を検出する。図５下図に示すＸＺ平面のように、磁場１５のＺ軸方向の磁場成分は、磁性材板３と４で形成したギャップ幅の中心（ギャップ幅の１／２の距離を通過するＹＺ面）に対して対称となる。これより、磁性材板３と４で形成したギャップ幅の中心に検出コイル２１を配置することで、検出コイル２１と鎖交する磁場１５のＺ軸成分の総和はゼロとなる。つまり、検出コイル２１の誘起電圧は発生しない。プローブと被検査体１０の距離（リフトオフ）が変化した場合、磁場１５の大きさが変化するのみで、同様に磁性材板３と４で形成したギャップ幅の中心に配置した検出コイル２１と鎖交する磁場１５のＺ軸成分の総和はゼロである。つまり、リフトオフが変化しても検出コイル２０に誘起電圧が発生することはない。これより、１つの検出コイルでリフトオフ信号を抑えることが可能となり、検出コイルを２つ利用して差動に接続する場合の課題である各検出コイルの寸法、電気的特性（抵抗、インダクタンス、キャパシタンス）の誤差により発生するリフトオフ信号を抑制できる。

このように、本実施例によれば、励磁部の磁性材コアのギャップを小さくすることで生じる感度低下に対して、非磁性材で導電性を有する板を利用してギャップ間の磁場方向を被検査体の方向に向けることで検出感度を向上させているまた、２つの検出コイルを作動に結線して利用する際の各コイルの寸法、電気的特性（抵抗、インダクタンス、キャパシタンス）の誤差により発生するリフトオフ信号を、検出コイルを１つとし上記ギャップ間に適切に配置することで抑制することが可能である。

図６に実施例２を示す。これは実施例１に、ギャップ部分以外で発生する磁場を非磁性材で導電性を有する金属２２，２３でシールドした構造である。非磁性材で導電性を有する金属２２，２３は、被検査体１０の検査面に対して平行に配置され、一定のギャップが形成された磁性材板３，４を覆うように、被検査体１０側の面及び磁性材２の脚部の外面に配置する。また、非磁性材で導電性を有する金属２２，２３は、一定のギャップを設けて配置した磁性材板３，４の被検査体１０側の面のみに配置した場合も同様の効果が得られる。

図７に示すように、磁場２３のうち磁性材板３，４のギャップ間以外から被検査体１０に漏れる磁場は、非磁性材で導電性を有する金属２２，２３の作用により磁性材板３，４へ封じ込められる。その結果、磁場２３は、実施例１よりも狭い分布でギャップ部分のみに膨らむ分布を示す。この磁場２３により被検査体１０に生成する渦電流は、ギャップ部分に生じる紙面の垂直方向で裏から表に向かう渦電流２５、紙面の垂直方向で表から裏に向かう渦電流２４，２６が還流するように生成される。

図８に実施例３を示す。これは実施例１及び２で説明した励磁器の構造を変えたものである。２つの励磁コイル３２，３３に逆向きの電流を通電することで、磁性材板３，４のギャップには図３と同様の方向に磁場が発生する。図示していないが、非磁性材で導電性を有する金属を、一定のギャップを設けて配置した磁性材板３，４の被検査体１０側の面のみに配置した場合も同様の効果が得られる。

ここで、磁性材の具体的な材料例としては、磁性材であるフェライトコア、又はパーマロイ箔帯、鉄系アモルファス箔帯、電磁鋼板等の高透磁率材の積層材の利用が望ましい。また、厚みは（１）式で示す渦電流の表皮深さδで、利用する試験周波数による表皮深さが磁性材の厚みより大きくなるように選定することが望ましい。厚みは（１）式で示す渦電流の表皮深さで、利用する試験周波数による表皮深さがシールド材の厚みより小さくなるように選定することが望ましい。また、ギャップに配置する磁場検出素子としては、検出コイル以外に、ホール素子、ＧＭＲ素子を利用しても同様の効果が得られる。

以上説明したように本発明によれば、ギャップを設けた磁性材を配置して磁場を印加することにより、ギャップ間を渡る磁束を利用して、被検体に渦電流を生成させる。その結果、渦電流を小さな領域に発生させることができるので、欠陥検出領域を小さな領域とすることができるので分解能が高くすることができる。

１ 励磁コイル
２ 磁性材
３，４ 磁性材板
５ 検出コイル
１０ 被検査体

Claims (4)

1. 励磁コイルと磁性材を励磁器として利用する渦電流探傷プローブにおいて、
   前記励磁器は、被検査体の検査面に配置された一箇所のギャップを挟むように配置された磁性材板と、前記ギャップ部に配置した１つの検出コイル及び前記検出器の直上に配置した導電性を有する板で構成することを特徴とする渦電流探傷プローブ。
2. 請求項１において、
   当該励磁器は、前記磁性材板を被検査体に対向する面に平行に、一定のギャップを設けた配置であり、前記導電性を有する板は最も広い平面部が前記被検査体の検査面に直交し、かつ前記ギャップの幅方向に直交する方向に配置されるとともに、前記検出コイルに隣り合うように配置されることを特徴とする渦電流探傷プローブ。
3. 請求項２において、
   前記ギャップに配置された検出コイルの軸は、被検査体の検査面と直交する、または被検査体の検査面と平行であって前記ギャップの幅方向に直交することを特徴とする渦電流探傷プローブ。
4. 請求項２又は３において、
   前記導電性を有する板とは別の導電性を有する板を、前記ギャップを設けた磁性材板を覆うように、前記被検査体側の面に配置したことを特徴とする渦電流探傷プローブ。