JP2013195202A - 渦電流検査装置、渦電流検査プローブ、及び渦電流検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査体のより深部の欠陥を検出することができる渦電流検査装置、渦電流検査プローブ、及び渦電流検査方法を提供する。
【解決手段】想定円周線６４上に３個以上かつ奇数個の励磁コイル６１ａ〜６１ｅを周方向に等間隔に配置し、想定円周線６４の周方向両側に隣り合う励磁コイル６１ａ〜６１ｅに印加される励磁電流の位相が、各励磁コイル６１ａ〜６１ｅについて励磁コイルの個数分の１周期だけずれるようにし、想定円周線６４を含む想定面６３上であって想定円周線６４よりも内側に配置した検出器６２によって、励磁電流の励磁コイル６１ａ〜６１ｅへの印加により生じる磁場によって被検査体に生じる渦電流に基づいた磁場を検出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、検査対象物（被検査体）の表面又は内部の傷や材質変化等の特性変化を検出する渦電流検査装置、渦電流検査プローブ、及び渦電流検査方法に関する。

渦電流検査法は、被検査体の表面に近づけた励磁コイルに時間的に変動する電流（励磁電流）を印加することにより時間的に変化する磁束を生成させ、その磁束によって被検査体に生じる渦電流の変化を検出することにより、被検査体の表面又は内部の傷や材質変化等の特性変化（以下、欠陥と称する）を検出するものである。

渦電流検査法を用いた従来技術として、例えば、特許文献１（特開平０５−９９９０１号公報）には、金属の平板等における欠陥の有無及び方向を検出することを目的として、磁心に装着されて一定角度毎に配置される複数個の励磁コイルと、これらの励磁コイルを交流電圧にて振幅変調した信号により励磁し、被検体に対して回転磁束を発生させる手段と、上記各励磁コイルに対応して上記磁心に設けられ、上記被検体から発生する渦電流に基づく磁界を検出する複数個の検出コイルと、これらの検出コイルの出力信号に基づいて被検体の欠陥を検出する探傷手段とを具備した渦電流探傷装置に関する技術が開示されている。

特開平０５−９９９０１号公報

ところで、被検査体に生じる欠陥は表面或いは表面付近の内部のみならず、より深部に形成されることも考えられる。したがって、被検査体に対する欠陥検査の信頼性のさらなる向上のために、被検査体のより深部での欠陥検査が求められている。

励磁コイルからの磁束により被検査体に生じる渦電流は、励磁電流の周波数が低くなるほどより深くまで生じるという性質を有しているが、しかしながら、より低い周波数においても被検査体の表面付近からの磁場情報に対して深部の磁場情報が著しく乏しいという課題があり、したがって、被検査体の深部の欠陥検査は非常に困難であった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、被検査体のより深部の欠陥を検出することができる渦電流検査装置、渦電流検査プローブ、及び渦電流検査方法を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、被検査体の検査に用いる励磁電流を生成する基になる基本信号を生成し出力する機能を有する本体部と、想定円周線上に周方向に等間隔に配置され、励磁電流の印加により励磁される３個以上かつ奇数個の励磁コイルと、前記想定円周線を含む想定面上であって前記想定円周線よりも内側に配置され、前記励磁電流の前記励磁コイルへの印加により生じる磁場によって前記被検査体に生じる渦電流に基づいた磁場を検出する検出器とを有し、前記本体部に対して別体に前記被検査体の表面を移動走査可能に設けられた渦電流検査プローブと、前記基本信号に基づいて、前記渦電流検査プローブにおける前記想定円周線の周方向両側に隣り合う励磁コイルに印加される励磁電流の位相が、各励磁コイルについて励磁コイルの個数分の１周期だけずれるように励磁電流を生成する励磁電流生成手段とを備えたものとする。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記信号生成機能部は、前記本体部と一体的に設けられたものとする。

（３）また、上記（１）において、好ましくは、前記信号生成機能部は、前記渦電流検査プローブと一体的に設けられたものとする。

（４）また、上記（１）において、好ましくは、前記信号生成機能部は、前記本体部あるいは前記渦電流検査プローブと分離して設けるものとする。

（５）さらに、上記（１）において、好ましくは、前記渦電流検査プローブの前記検出器は、前記想定円周線の中心に配置されたものとする。

（６）また、上記（１）において、好ましくは、前記渦電流検査プローブの前記検出器は、前記想定円周線の中心からずれた位置に配置されたものとする。

（７）上記目的を達成するために、本発明は、想定円周線上に周方向に等間隔に配置され、励磁電流の印加により励磁される３個以上かつ奇数個の励磁コイルと、前記想定円周線を含む想定面上であって前記想定円周線よりも内側に配置され、前記励磁電流の前記励磁コイルへの印加により生じる磁場によって前記被検査体に生じる渦電流に基づいた磁場を検出する検出器とを有する検出機能部と、被検査体の検査に用いる励磁電流を生成する基になる基本信号の出力機能を有する本体部からの前記基本信号に基づいて、前記渦電流検査プローブにおける前記想定円周線の周方向両側に隣り合う励磁コイルに印加される励磁電流の位相が、各励磁コイルについて励磁コイルの個数分の１周期だけずれるように励磁電流を生成する励磁電流生成手段とを備えたものとする。

（８）また、上記目的を達成するために、本発明は、想定円周線上に周方向に等間隔に配置され、励磁電流の印加により励磁される３個以上かつ奇数個の励磁コイルと、前記想定円周線を含む想定面上であって前記想定円周線よりも内側に配置され、前記励磁電流の前記励磁コイルへの印加により生じる磁場によって前記被検査体に生じる渦電流に基づいた磁場を検出する検出器とを有する検出機能部とをそなえた渦電流検査プローブであって、前記複数の励磁コイルには、被検査体の検査に用いる励磁電流を生成する基になる基本信号の出力機能を有する本体部からの前記基本信号に基づいて、前記渦電流検査プローブにおける前記想定円周線の周方向両側に隣り合う励磁コイルに印加される励磁電流の位相が、各励磁コイルについて励磁コイルの個数分の１周期だけずれるように生成された励磁電流が印加されるものとする。

（９）上記（７）又は（８）において、好ましくは、前記検出器は、前記想定円周線の中心に配置されたものとする。

（１０）また、上記（７）又は（８）において、好ましくは、前記検出器は、前記想定円周線の中心からずれた位置に配置されたものとする。

（１１）上記目的を達成するために、本発明は、想定円周線上に周方向に等間隔に配置され、励磁電流の印加により励磁される３個以上かつ奇数個の励磁コイルに、前記想定円周線の周方向両側に隣り合う励磁コイルに印加される励磁電流の位相が、各励磁コイルについて励磁コイルの個数分の１周期だけずれるように生成された励磁電流を印加し、前記想定円周線を含む想定面上であって前記想定円周線よりも内側に配置された検出器により、前記励磁電流の前記励磁コイルへの印加により生じる磁場によって前記被検査体に生じる渦電流に基づいた磁場を検出するものとする。

本発明によれば、被検査体のより深部の欠陥を検出することができる。

第１の実施の形態に係る渦電流検査装置の全体構成の概略を示す機能ブロック図である。 渦電流検査装置の渦電流検査プローブにおける励磁コイル及び検出コイルの配置関係を模式的に示す斜視図である。 渦電流検査装置の渦電流検査プローブにおける励磁コイル及び検出コイルの配置関係を模式的に示す平面図である。 渦電流検査プローブの励磁コイルのそれぞれに印加される励磁電流の相対的な関係を示す図である。 時間（０）において渦電流検査プローブにより生じる磁場の方向と強さを示す上面図である。 時間（Ｔ／６）において渦電流検査プローブにより生じる磁場の方向と強さを示す上面図である。 時間（Ｔ／３）において渦電流検査プローブにより生じる磁場の方向と強さを示す上面図である。 時間（Ｔ／２）において渦電流検査プローブにより生じる磁場の方向と強さを示す上面図である。 時間（０）において渦電流検査プローブにより生じる磁場の方向と強さを示す斜視図である。 時間（Ｔ／６）において渦電流検査プローブにより生じる磁場の方向と強さを示す斜視図である。 時間（Ｔ／３）において渦電流検査プローブにより生じる磁場の方向と強さを示す斜視図である。 時間（Ｔ／２）において渦電流検査プローブにより生じる磁場の方向と強さを示す斜視図である。 時間（０）において渦電流検査プローブの下方に配置した検査対象物に生じる渦電流の方向と強さを示す上面図である。 時間（Ｔ／６）において渦電流検査プローブの下方に配置した検査対象物に生じる渦電流の方向と強さを示す上面図である。 時間（Ｔ／３）において渦電流検査プローブの下方に配置した検査対象物に生じる渦電流の方向と強さを示す上面図である。 時間（Ｔ／２）において渦電流検査プローブの下方に配置した検査対象物に生じる渦電流の方向と強さを示す上面図である。 検査体表面からの深さと渦電流強度の関係を示す図である。 被検査体に対する渦電流検査プローブの走査の様子を模式的に示す斜視図である。 被検査体に対する渦電流検査プローブの走査の様子を模式的に示す縦断面図である。 検出信号電圧の実数成分及び虚数成分を走査位置との対応で示す図である。 検出信号電圧の実数成分及び虚数成分をリサージュ図で示す図である。 検出信号の振幅と欠陥深さに関する検量線を示す図である。 第２の実施の形態に係る渦電流検査装置の構成の要部を概略的に示す機能ブロック図である。 第３の実施の形態に係る渦電流検査装置の全体構成の概略を示す機能ブロック図である。

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施の形態に係る渦電流検査装置の全体構成の概略を示す機能ブロック図である。また、図２は渦電流検査装置の渦電流検査プローブにおける励磁コイル及び検出コイルの配置関係を模式的に示す図であり、図２は斜視図、図３は平面図である。

図１において、本実施の形態の渦電流検査装置は、基本信号の周波数に関する情報を生成し出力する周波数情報出力部１と、周波数情報出力部１からの周波数情報に基づいて、被検査体の検査に用いる励磁電流を生成する基になる基本信号を生成し出力する発振器２とを有する基本信号生成手段７と、発振器２からの基本信号に基づいて励磁信号を生成し出力する励磁信号生成手段３と、励磁信号生成手段３からの励磁信号に基づいて検査に用いる磁場を生成する磁場生成手段４と、磁場生成手段４で生成された磁場によって被検査体に生じる渦電流に基づいた磁場を検出する検出手段５とを備えている。

励磁信号生成手段３は、発振器２からの基本信号に基づいて複数（本実施の形態では５つ）の励磁コイル６１ａ〜６１ｅ（図２，３参照）のそれぞれに対応して励磁信号を生成する複数の信号生成部３Ａ〜３Ｃ，・・・を備えている。なお、図１では、複数の信号生成部３Ａ〜３Ｃ，・・・のうち、励磁コイル６１ａ〜６１ｃに対応するもののみ代表して図示している。

励磁信号生成部３Ａは、発振器２からの基本信号の振幅を調整する振幅調整部３１ａと、基本信号の位相を調整して励磁信号として出力する位相調整部３２ａと、後述する励磁電流測定部４３ａからの測定結果に基づいて、振幅調整部３１ａ及び位相調整部３２ａの動作を制御する振幅・位相制御部３３ａとを備えている。

その他の励磁信号生成部３Ｂ，３Ｃ，・・・も同様の構成を備えている。すなわち、励磁信号生成部３Ｂ，３Ｃ，・・・は、それぞれ、発振器２からの基本信号の振幅を調整する振幅調整部３１ｂ，３１ｃ，・・・と、基本信号の位相を調整して励磁信号として出力する位相調整部３２ｂ，３２ｃ，・・・と、後述する励磁電流測定部４３ｂ，４３ｃ，・・・からの励磁電流測定結果に基づいて、振幅調整部３１ｂ，３１ｃ，・・・及び位相調整部３２ｂ，３２ｃ，・・・の動作を制御する振幅・位相制御部３３ｂ，３３ｃ，・・・とを備えている。

磁場生成手段４は、磁場信号生成手段３の励磁信号生成部３Ａ〜３Ｃ，・・・からの励磁信号に基づいて、それぞれ磁場を生成する複数の磁場生成部４Ａ〜４Ｃ，・・・を備えている。なお、図１では、複数の磁場生成部４Ａ〜４Ｃ，・・・のうち、励磁コイル６１ａ〜６１ｃに対応するもののみ代表して図示している。

磁場生成部４Ａは、励磁電流に応じた磁場を生成する励磁コイル６１ａと、励磁信号生成部３Ａからの励磁信号の電力を増幅し励磁電流として励磁コイル６１ａに印加する電力増幅器４１ａと、電力増幅器４１ａから励磁コイル６１ａに印加される励磁電流の振幅成分及び位相成分を検出する励磁電流検出部４２ａと、励磁電流検出部４２ａの検出結果から励磁電流の振幅及び位相を測定し、その励磁電流測定結果を励磁信号生成部３Ａの位相・振幅制御部３３ａに出力する励磁電流測定部４３ａとを備えている。

その他の磁場生成部４Ｂ，４Ｃ，・・・も同様の構成を備えている。すなわち、磁場生成部４Ｂ，４Ｃ，・・・は、それぞれ、励磁電流に応じた磁場を生成する励磁コイル６１ｂ，６１ｃ，・・・と、励磁信号生成部３Ｂ，３Ｃ，・・・からの励磁信号の電力を増幅し励磁電流として励磁コイル６１ｂ，６１ｃ，・・・に印加する電力増幅器４１ｂ，４１ｃ，・・・と、電力増幅器４１ｂ，４１ｃ，・・・から励磁コイル６１ｂ，６１ｃ，・・・に印加される励磁電流の振幅成分及び位相成分を検出する励磁電流検出部４２ｂ，４２ｃ，・・・と、励磁電流検出部４２ｂ，４２ｃ，・・・の検出結果から励磁電流の振幅及び位相を測定し、その励磁電流測定結果を励磁信号生成部３Ｂ，３Ｃ，・・・の位相・振幅制御部３３ｂ，３３ｃ，・・・に出力する励磁電流測定部４３ｂ，４３ｃ，・・・とを備えている。

検出手段５は、励磁電流の励磁コイル６１ａ〜６１ｃ，・・・への印加により生じる磁場によって被検査体に生じる渦電流に基づいた磁場を検出する検出器としての磁場検出素子６２（本実施の形態では、検出コイル）と、磁場検出素子６２での検出結果から、被検査体の表面又は内部の傷や材質変化等の特性変化（以下、欠陥と称する）によって生じる磁場分布の変化を抽出する磁場分布評価部５１と、磁場分布評価部５１での抽出結果を表示する表示部５２と、磁場分布評価部５１での抽出結果を記憶する記憶部５３とを備えている。

なお、本実施の形態では、磁場検出素子６２として、検出対象である磁場の変化が急峻となるほど（言い換えると、時間当たりの変化量が大きくなるほど）検出信号（出力電圧）が大きくなる特性を持つコイルを例示したが、これに換えて、磁場の強さをそのまま出力電圧に変換するホールセンサ、ＭＩセンサ(Magneto-Impedance Sensor)、ＧＭＲセンサ(Giant Magneto-Resistive Sensor)、ＡＭＲセンサ(Anisotropic-Magneto-Resistance Sensor)、ＴＭＲセンサ（Tunnel Magneto-Resistance Sensor）、ＦＧセンサ（Flux Gate Sensor）、ＳＱＵＩＤセンサ（Superconducting QUantum Interference Device Sensor）などを用いても良い。

以上において、励磁信号生成手段３、及び、磁場生成手段４の電力増幅器４１ａ〜４１ｃ，・・・、励磁電流検出部４２ａ〜４２ｃ，・・・、励磁電流測定部４３ａ〜４３ｃ，・・・は、基本信号に基づいて励磁電流を生成する励磁電流生成手段を構成している。また、励磁電流生成手段に加え、基本信号生成手段７、及び、検出手段５の磁場分布評価部５１、表示部５２、記憶部５３は、本体部を構成している。さらに、励磁コイル６１ａ〜６１ｂ，・・・、及び、磁場検出素子６２は、本体部に対して別体に被検査体の表面を移動走査可能に設けられた渦電流検査プローブ６を構成している。

図２において、本実施の形態の渦電流検査プローブ６は、想定円周線６４上に周方向に等間隔に配置され、励磁電流の印加により励磁される３個以上かつ奇数個（本実施の形態では５個）の励磁コイル６１ａ〜６１ｅと、想定円周線６４を含む想定面６３上であって想定円周線６４よりも内側に配置され、励磁電流の励磁コイル６１ａ〜６１ｅへの印加により生じる磁場によって被検査体に生じる渦電流に基づいた磁場を検出する検出器としての検出コイル６２とを備えている。

図２では、想定円周線６４上に周方向に等間隔に５個の励磁コイル６１ａ〜６１ｅを配置し、想定面６３上の想定円周線６４の中心に検出コイル６２を配置した場合を示している。つまり、想定円周線６４の中心から見て、各励磁コイル６１ａ〜６１ｅまでは等距離であり、中心になす角度θ＝３６０（度）÷５（個）＝７２（度）をもって配置されている。なお、励磁コイルの個数が３個の場合は角度θ＝１２０（度）、励磁コイルの個数が７個の場合は角度θ≒５１．４（度）、励磁コイルの個数が９個の場合は角度θ＝４０（度）となる。

図４は、渦電流検査プローブ６の励磁コイル６１ａ〜６１ｅのそれぞれに印加される励磁電流の相対的な関係を示す図であり、励磁信号生成手段３から磁場生成手段４の電力増幅器４１ａ，４１ｂ，・・・に送られる各励磁信号の相対関係も同様の関係となる。なお、図４においては、縦軸に励磁電流（又は、励磁信号）の振幅を示し、横軸に時間を示しているが、各励磁コイル６１ａ〜６１ｅに印加される励磁電流（又は、励磁信号）の相対的関係を示すものであり、絶対値については説明を省略する。

図４に示すように、各励磁コイル６１ａ〜６１ｅには、それぞれ、励磁電流１６１ａ〜１６１ｅが印加される。つまり、渦電流検査プローブ６の各励磁コイル６１ａ〜６１ｅには、想定円周線６４の周方向両側に隣り合う励磁コイルに印加される励磁電流１６１ａ〜１６１ｅの位相が、各励磁コイルについて励磁コイル各励磁コイル６１ａ〜６１ｅの個数（本例では５個）分の１周期（Ｔ／５）だけずれるように制御された励磁電流が印加される。

例えば、励磁コイル６１ａに印加される励磁電流１６１ａの周期をＴとすると、励磁コイル６１ｂに印加される励磁電流１６１ｂの周期はＴで、かつ、励磁電流１６１ａよりも５分の１周期（Ｔ／５）だけ遅れて印加される。同様に、励磁コイル６１ｃ，６１ｄ，６１ｅに印加される励磁電流１６１ｃ，１６１ｄ，１６１ｅの周期はＴで、かつ、励磁電流１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｅよりも５分の１周期（Ｔ／５）だけ遅れて印加される。なお、励磁コイル６１ａに印加される励磁電流１６１ａは、励磁電流１６１ｅよりも５分の１周期（Ｔ／５）だけ遅れて印加されることと同義である。
すなわち、励磁コイルの個数を任意の数のＮとした同様は、励磁コイルに印加される励磁電流の周期はＴで、かつ、想定円周線６４上で隣り合う励磁コイルの励磁電流よりもＮ分の１周期（Ｔ／Ｎ）だけ遅れて印加される。

図５〜図１２は、渦電流検査プローブにより生じる磁場の方向と強さを示す図であり、図５〜図８は上面図、図９〜図１２は斜視図である。図中において、磁場の方向を矢印の方向、磁場の強さを矢印の濃淡で示しており、矢印が濃い（黒に近い）ほど磁場が強く、矢印が淡い（白に近い）ほど磁場が弱いことを示している。

図５，図９は、図４における時間（０）に相当する場合の磁場の様子を示す図であり、図６，図１０は時間（Ｔ／６）、図７，図１１は時間（Ｔ／３）、図８，図１２は時間（Ｔ／２）に相当する場合の磁場の様子をそれぞれ示す図である。

例えば、図５，図９では、時間（０）において、印加される励磁電流の変化率が大きい励磁コイル６１ｂ付近に生じる磁場が上向き方向に強くなっており、次に、逆向きに励磁電流の変化率の大きい励磁コイル６１ｄ，６１ｅ付近に生じる磁場が下向き方向に強くなっていることがわかる。また、図６，図１０では、時間（Ｔ／２）において、印加される励磁電流の変化率が大きい励磁コイル６１ｃ付近に生じる磁場が上向き方向に強くなっており、次に、逆向きに励磁電流の変化率の大きい励磁コイル６１ｅ，６１ａ付近に生じる磁場が下向き方向に強くなっていることがわかる。同様に、図７，図１１では、時間（Ｔ／３）において、印加される励磁電流の変化率が大きい励磁コイル６１ｄ付近に生じる磁場が上向き方向に強くなっており、次に、逆向きに励磁電流の変化率の大きい励磁コイル６１ａ，６１ｂ付近に生じる磁場が下向き方向に強くなっていることがわかる。また、図８，図１２では、時間（Ｔ／３）において、印加される励磁電流の変化率が大きい励磁コイル６１ｅ付近に生じる磁場が上向き方向に強くなっており、次に、逆向きに励磁電流の変化率の大きい励磁コイル６１ｂ，６１ｃ付近に生じる磁場が下向き方向に強くなっていることがわかる。

このように、磁場が励磁コイル６１ａ，・・・，６１ｅの順に生じるよう動作している。また、励磁コイル６１ａ〜６１ｅの中心、すなわち、想定円周線６４の中心であり検出コイル６２の配置された位置においては、ｚ方向（上下方向）の磁場が各励磁コイル励磁コイル６１ａ〜６１ｅ間で相殺されており、著しく弱まっていることがわかる。

図１３〜図１６は、図４で示したように励磁電流を制御し、図５〜図１２で示したような磁場を生成する場合に、渦電流検査プローブ６の下方に配置した検査対象物（被検査体）に生じる渦電流の様子を示す図である。図１３は、図４における時間（０）に相当する場合の渦電流の様子を示す図であり、図１４は時間（Ｔ／６）、図１５は時間（Ｔ／３）、図１６は時間（Ｔ／２）に相当する場合の渦電流の様子をそれぞれ示す図である。図中において、渦電流の方向を矢印の方向、渦電流の強さを矢印の濃淡で示しており、矢印が濃い（黒に近い）ほど渦電流が強く、矢印が淡い（白に近い）ほど渦電流が弱いことを示している。

渦電流検査プローブ６の各励磁コイル６１ａ〜６１ｅに生じる磁場の変化により被検査体面内部に生じる渦電流は、磁場と同様にｚ方向（上下方向）には相殺されている。

一方、ｘ−ｙ平面方向（被検査体面に沿う方向）には、各時刻ともに強い渦電流が生じており、また、時間の経過とともに、言い換えると、励磁コイル６１ａ〜６１ｅのそれぞれに生じる磁場の変化とともに、その渦電流の流れる方向が回転的に変化している。すなわち、図１３では、時間（０）において、励磁コイル６１ｂ付近から励磁コイル６１ｄ，６１ｅ間方向に渦電流が生じておいる。また、図１４では、時間（Ｔ／２）において、励磁コイル６１ｃ付近から励磁コイル６１ｅ，６１ａ間方向に渦電流が生じている。同様に、図１５では、時間（Ｔ／３）において、励磁コイル６１ｄ付近から励磁コイル６１ａ方向に渦電流が生じておいる。また、図１７では、時間（Ｔ／２）において、励磁コイル６１ｄ，６１ｅ間付近から励磁コイル６１ｂ方向に渦電流が生じている。

ここで、渦電流の被検査体における深さ方向（ｚ方向）での強さの違いについて図１７を参照しつつ説明する。

図１７は、検査体表面からの深さと渦電流強度の関係を示す図であり、縦軸には検査体表面での渦電流強度を１として正規化した場合の渦電流の強度比、横軸には検査体表面からの深さをそれぞれ示している。図１７では、想定円周線６４上に配置する励磁コイルの数を１個、３個、および５個とした場合の、想定円周線６４の中心位置下方における渦電流強度をそれぞれ示して比較する。図１７に示すように、励磁コイル数が１個の場合と比較して、励磁コイル数が３個の場合が、検査体表面からの深さに対して渦電流強度比が小さくなりにくく、励磁コイル数が５個の場合が検査体表面からの深さに対してさらに渦電流強度比が小さくなりにくいことがわかる。また、励磁コイル数が１個の場合と３個の場合の差に比べて、３個の場合と５個の場合の差が小さくなっており、励磁コイル数が５個、或いは、７個程度が費用対効果の面で効率的であることが推測される。

続いて、以上のように構成した渦電流検査装置および渦電流検査プローブ６における渦電流検査について説明する。ここでは、裏面から人工的に欠陥（人工欠陥）を設けた実験用の被検査体を用いた場合について説明する。

図１８及び図１９は、被検査体に対する渦電流検査プローブの走査の様子を模式的に示す図であり、図１８は斜視図、図１９は縦断面図である。

図１８及び図１９に示すように、被検査体７０には、裏面から人工欠陥７０ａ〜７０ｃが設けられている。人工欠陥７０ａ〜７０ｃは、それぞれ、被検査体の表面からの深さが異なるように設けられており、表面からの深さが浅い順に人工欠陥７０ａ，７０ｂ，７０ｃとなっており、渦電流プローブ６による走査方向に沿って人工欠陥７０ａ，７０ｂ，７０ｃの順となるよう設けられている。つまり、渦電流プローブ６は、人工欠陥７０ａ，７０ｂ，７０ｃの順にその上方を横切るように走査される。

図２０及び図２１は、渦電流検査プローブにより被検査体を走査した場合の磁場検出素子６２による検出結果を磁場分布評価部５１により演算した結果を示すものである。図２０は、検出信号電圧の実数成分（Ｖｘ）及び虚数成分（Ｖｙ）を走査位置との対応で示す図であり、図２１は、縦軸に虚数成分（Ｖｙ）、横軸に実数成分（Ｖｘ）をとったリサージュ図として示す図である。

渦電流プローブ６による被検査体の走査中において、人工欠陥以外の位置、すなわち、欠陥の無い位置においては、図２０に示すように、検出信号電圧は、実数成分（Ｖｘ）及び虚数成分（Ｖｙ）ともにほぼ０（ゼロ）であり、したがって、図２１に示すリサージュ図においても、中心点（実数成分（Ｖｘ）及び虚数成分（Ｖｙ）ともに０（ゼロ））のみの描画となる。

また、渦電流プローブ６による被検査体の走査中において、人工欠陥７０ａ，７０ｂ，７０ｃの上方位置を通過した場合においては、それぞれの人工欠陥７０ａ，７０ｂ，７０ｃに対応して、図２０に示すような検出信号電圧の変化部７１ａ、７１ｂ、７１ｃのように、実数成分（Ｖｘ）及び虚数成分（Ｖｙ）ともに変化する。図２１に示すリサージュ図においても、それぞれの人工欠陥７０ａ，７０ｂ，７０ｃに対応した描画の変化７２ａ，７２ｂ，７２ｃが表れる。

以上のような検出結果から実際の被検査体の表面内部における欠陥の有無及びその深さを測定するには、図２２に示すように、人工欠陥７０ａ〜７０ｃの測定結果から、検出信号の振幅と欠陥深さに関する検量線を作成し、実際の被検査体に対する検出結果と比較して推定することにより、欠陥の有無及び欠陥の深さを測定する。

以上のように構成した本実施の形態における効果を説明する。

被検査体に生じる欠陥は表面或いは表面付近の内部のみならず、より深部に形成されることも考えられる。したがって、被検査体に対する欠陥検査の信頼性のさらなる向上のために、被検査体のより深部での欠陥検査が求められている。

励磁コイルからの磁束により被検査体に生じる渦電流は、励磁電流の周波数が低くなるほどより深くまで生じるという性質を有しており、被検査体における深さ方向の特性変化の測定可能範囲は、表皮深さδ（ｍ）として次式（１）により求められている。

δ＝（πｆσμ）＾（１／２） ・・・（式１）
上記（式１）において、πは円周率（3.14159・・・）、σは被検査体の導電率（Ｓ／ｍ）、μは被検査体の透磁率（Ｈ／ｍ）、ｆは検査信号の周波数（Ｈｚ）である。

上記（式１）において、被検査体の導電率σおよび透磁率μは固定となるので、周波数ｆが小さくなれば、表示深さδが大きくなることがわかる。この表皮深さδは、検査対象物表面における渦電流強度の１／ｅ（ｅは自然対数：2.73・・・）倍となる深さである。

しかしながら、より低い周波数においても被検査体の表面付近からの磁場情報に対して深部の磁場情報が著しく乏しいという課題があり、したがって、被検査体の深部の欠陥検査は非常に困難であった。

これに対し、本実施の形態においては、想定円周線上に３個以上かつ奇数個（本実施の形態では５個）の励磁コイルを周方向に等間隔に配置し、想定円周線の周方向両側に隣り合う励磁コイルに印加される励磁電流の位相が、各励磁コイルについて励磁コイルの個数分の１周期だけずれるようにし、想定円周線を含む想定面上であって想定円周線よりも内側に配置した検出器によって、励磁電流の励磁コイルへの印加により生じる磁場によって被検査体に生じる渦電流に基づいた磁場を検出するように構成したので、被検査体のより深部の欠陥を検出することができる。

また、回転的な磁場および渦電流により、被検査体表面内部の欠陥の検出を検出するように構成したので、欠陥の方向に依存しない検出感度を得ることができる。

なお、本実施の形態においては、想定円周線６４上に周方向に等間隔に５個の励磁コイル６１ａ〜６１ｅを配置し、想定面６３上の想定円周線６４の中心に検出コイル６２を配置した場合を示したが、想定円周線６４の内部であってその中心よりもずれた位置に検出コイル６２を配置するよう構成してもよい。

＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
本実施の形態は、第１の実施の形態における励磁信号生成手段を多段形式としたものである。

図２３は、本実施の形態に係る渦電流検査装置のうち、励磁信号生成手段、磁場生成手段、及び、励磁コイルの概略を示す機能ブロック図である。第１の実施の形態における検出手段に対応する構成については、図示及び説明を省略する。また、図中、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し説明を省略する。

図２３に一部を示すように、本実施の形態の渦電流検査装置は、基本信号の周波数に関する情報を生成し出力する周波数情報出力部１と、周波数情報出力部１からの周波数情報に基づいて、被検査体の検査に用いる励磁電流を生成する基になる基本信号を生成し出力する発振器２とを設けた基本信号生手段７と、発振器２からの基本信号に基づいて励磁信号を生成し出力する励磁信号生成部１０３Ａと、励磁信号生成部１０３Ａからの出力信号に基づいて励磁信号を生成し出力する励磁信号生成部１０３Ｂと、励磁信号生成部１０３Ｂからの出力信号に基づいて励磁信号を生成し出力する励磁信号生成部１０３Ｃと、励磁信号生成部１０３Ｃからの出力信号に基づいて励磁信号を生成し出力するその他の励磁信号生成部（図示せず）と、励磁信号生成部１０３Ａからの励磁信号に基づいて検査に用いる磁場を生成する磁場生成部１０４Ａと、励磁信号生成部１０３Ｂからの励磁信号に基づいて検査に用いる磁場を生成する磁場生成部１０４Ｂと、励磁信号生成部１０３Ｃからの励磁信号に基づいて検査に用いる磁場を生成する磁場生成部１０４Ｃと，その他の磁場生成部からの励磁信号に基づいて検査に用いる磁場を生成するその他の磁場生成部（図示せず）と、磁場生成部１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ，・・・で生成された磁場によって被検査体に生じる渦電流に基づいた磁場を検出する検出手段５（図１参照）とを備えている。

励磁信号生成部１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，・・・は、発振器２からの基本信号に基づいて励磁信号を生成し出力する励磁信号生成手段１０３を構成し、磁場生成部１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ，・・・は、励磁信号生成手段１０３からの励磁信号に基づいて検査に用いる磁場を生成する磁場生成手段１０４を構成している。なお、図２３では、複数の信号生成部１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，・・・、及び、磁場生成部１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ，・・・のうち、励磁コイル６１ａ〜６１ｃに対応するもののみ代表して図示している。

励磁信号生成部１０３Ａは、発振器２からの基本信号の振幅を調整する振幅調整部３１ａと、基本信号の位相を調整して励磁信号として出力する位相調整部３２ａと、励磁電流測定部４３ａからの測定結果に基づいて、振幅調整部３１ａ及び位相調整部３２ａの動作を制御する振幅・位相制御部３３ａとを備えている。

また、励磁信号生成部１０３Ｂ，１０３Ｃ，・・・は、それぞれ、前段の励磁信号生成部１０３Ａ，１０３Ｂ，・・・からの励磁信号を基本信号として入力し、その基本信号の振幅を調整する振幅調整部３１ｂ，３１ｃ，・・・と、基本信号の位相を調整して励磁信号として出力する位相調整部３２ｂ，３２ｃ，・・・と、励磁電流測定部４３ｂ，４３ｃ，・・・からの励磁電流測定結果に基づいて、振幅調整部３１ｂ，３１ｃ，・・・及び位相調整部３２ｂ，３２ｃ，・・・の動作を制御する振幅・位相制御部３３ｂ，３３ｃ，・・・とを備えている。

磁場生成部１０４Ａは、励磁電流に応じた磁場を生成する励磁コイル６１ａと、励磁信号生成部１０３Ａからの励磁信号の電力を増幅し励磁信号として励磁コイル６１ａの一方（正相側）に印加する電力増幅器４１１ａと、励磁信号生成部３Ａからの励磁信号の位相を反転する位相反転器４１３ａと、位相反転器４１３ａからの励磁信号の電力を増幅し励磁信号として励磁コイル６１ａの他方（逆相側）に印加する電力増幅器４１２ａと、電力増幅器４１１ａから励磁コイル６１ａの正相側に印加される励磁電流の振幅成分及び位相成分を検出する励磁電流検出部４２ａと、励磁電流検出部４２ａの検出結果から励磁電流の振幅及び位相を測定し、その励磁電流測定結果を励磁信号生成部１０３Ａの位相・振幅制御部３３ａに出力する励磁電流測定部４３ａとを備えている。

その他の磁場生成部１０４Ｂ，１０４Ｃ，・・・も同様の構成を備えている。すなわち、磁場生成部１０４Ｂ，１０４Ｃ，・・・は、それぞれ、励磁電流に応じた磁場を生成する励磁コイル６１ｂ，６１ｃ，・・・と、励磁信号生成部１０３Ｂ，１０３Ｃ，・・・からの励磁信号の電力を増幅し励磁信号として励磁コイル６１ｂ，６１ｃ，・・・の一方（正相側）に印加する電力増幅器４１１ｂ，４１１ｃ，・・・と、励磁信号生成部１０３Ｂ，１０３Ｃ，・・・からの励磁信号の位相を反転する位相反転器４１３ｂ，４１３ｃ，・・・と、位相反転器４１３ｂ，４１３ｃ，・・・からの励磁信号の電力を増幅し励磁信号として励磁コイル６１ｂ，６１ｃ，・・・の他方（逆相側）に印加する電力増幅器４１２ｂ，４１２ｃ，・・・と、電力増幅器４１１ｂ，４１１ｃ，・・・から励磁コイル６１ｂ，６１ｃ，・・・の正相側に印加される励磁電流の振幅成分及び位相成分を検出する励磁電流検出部４２ｂ，４２ｃ，・・・と、励磁電流検出部４２ｂ，４２ｃ，・・・の検出結果から励磁電流の振幅及び位相を測定し、その励磁電流測定結果を励磁信号生成部１０３Ｂ，１０３Ｃ，・・・の位相・振幅制御部３３ｂ，３３ｃ，・・・に出力する励磁電流測定部４３ｂ，４３ｃ，・・・とを備えている。

本実施の形態では、電力増幅器４１１ａ，４１１ｂ，４１１ｃ,・・・，４１２ａ，４１２ｂ，４１２ｃ，・・・および位相反転器４１３ａ，４１３ｂ，４１３ｃ，・・・により、励磁コイル６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，・・・の両端に差動で励磁電流を印加する構成とし、一端の接地を不要とする構成としたので、励磁コイル６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，・・・のインピーダンス変動によって電流値が変動した場合の接地電位の変動を抑制することができる。これは、各磁場生成部１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ，・・・間での干渉を防止する干渉回避機能を構成している。

その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。

以上のように構成した本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
本実施の形態は、第１の実施の形態における励磁電流生成手段を渦電流検査プローブ６と一体的に設けた構成としたものである。

図２４は、本実施の形態に係る渦電流検査装置の全体構成を概略的に示す機能ブロック図である。図中、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し説明を省略する。

図２４において、本実施の形態の渦電流検査装置は、基本信号の周波数に関する情報を生成し出力する周波数情報出力部１と、周波数情報出力部１からの周波数情報に基づいて、被検査体の検査に用いる励磁電流を生成する基になる基本信号を生成し出力する発振器２とを有する基本信号生成手段７と、発振器２からの基本信号に基づいて励磁信号を生成し出力する励磁信号生成手段３と、励磁信号生成手段３からの励磁信号に基づいて検査に用いる磁場を生成する磁場生成手段４と、磁場生成手段４で生成された磁場によって被検査体に生じる渦電流に基づいた磁場を検出する検出手段５Ａと、検出手段５Ａで検出された磁場の検出結果を評価し記憶する検出結果評価部８とを備えている。

その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

以上において、基本信号生成手段７と検出結果評価部８は、本体部を構成している。また、励磁信号生成手段３、及び、磁場生成手段４の電力増幅器４１ａ〜４１ｃ，・・・、励磁電流検出部４２ａ〜４２ｃ，・・・、励磁電流測定部４３ａ〜４３ｃ，・・・は、基本信号に基づいて励磁電流を生成する励磁電流生成手段を構成している。また、励磁コイル６１ａ〜６１ｂ，・・・、及び、磁場検出素子６２は、センサ部６Ａを構成している。そして、励磁電流生成手段に加え、センサ部６Ａ、及び、磁場検出素子６２を有する検出手段５Ａは、本体部に対して別体に被検査体の表面を移動走査可能に設けられた渦電流検査プローブを構成している。

以上のように構成した本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

１ 周波数情報出力部
２ 発振器
３ 励磁信号生成手段
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 励磁信号生成部
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ 振幅調整部
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 位相調整部
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ 振幅・位相調整部
４ 磁場生成手段
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 磁場生成部
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ 電力増幅器
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ 励磁電流検出部
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ 励磁電流測定部
５ 検出手段
５１ 磁場分布評価部
５２ 表示部
５３ 記憶部
６ 渦電流検査プローブ
６１ａ〜６１ｅ 励磁コイル
６２ 磁場検出素子

Claims (11)

1. 被検査体の検査に用いる励磁電流を生成する基になる基本信号を生成し出力する機能を有する本体部と、
   想定円周線上に周方向に等間隔に配置され、励磁電流の印加により励磁される３個以上かつ奇数個の励磁コイルと、前記想定円周線を含む想定面上であって前記想定円周線よりも内側に配置され、前記励磁電流の前記励磁コイルへの印加により生じる磁場によって前記被検査体に生じる渦電流に基づいた磁場を検出する検出器とを有し、前記本体部に対して別体に前記被検査体の表面を移動走査可能に設けられた渦電流検査プローブと、
   前記基本信号に基づいて、前記渦電流検査プローブにおける前記想定円周線の周方向両側に隣り合う励磁コイルに印加される励磁電流の位相が、各励磁コイルについて励磁コイルの個数分の１周期だけずれるように励磁電流を生成する励磁電流生成手段と
   を備えたことを特徴とする渦電流検査装置。
2. 請求項１記載の渦電流検査装置において、
   前記信号生成機能部は、前記本体部と一体的に設けられたことを特徴とする渦電流検査装置。
3. 請求項１記載の渦電流検査装置において、
   前記信号生成機能部は、前記渦電流検査プローブと一体的に設けられたことを特徴とする渦電流検査装置。
4. 請求項１記載の渦電流検査装置において、
   前記信号生成機能部は、前記本体部あるいは前記渦電流検査プローブと分離して設けることを特徴とする渦電流検査装置。
5. 請求項１記載の渦電流検査装置において、
   前記渦電流検査プローブの前記検出器は、前記想定円周線の中心に配置されたことを特徴とする渦電流検査装置。
6. 請求項１記載の渦電流検査装置において、
   前記渦電流検査プローブの前記検出器は、前記想定円周線の中心からずれた位置に配置されたことを特徴とする渦電流検査装置。
7. 想定円周線上に周方向に等間隔に配置され、励磁電流の印加により励磁される３個以上かつ奇数個の励磁コイルと、前記想定円周線を含む想定面上であって前記想定円周線よりも内側に配置され、前記励磁電流の前記励磁コイルへの印加により生じる磁場によって前記被検査体に生じる渦電流に基づいた磁場を検出する検出器とを有する検出機能部と、
   被検査体の検査に用いる励磁電流を生成する基になる基本信号の出力機能を有する本体部からの前記基本信号に基づいて、前記渦電流検査プローブにおける前記想定円周線の周方向両側に隣り合う励磁コイルに印加される励磁電流の位相が、各励磁コイルについて励磁コイルの個数分の１周期だけずれるように励磁電流を生成する励磁電流生成手段と
   を備えたことを特徴とする渦電流検査プローブ。
8. 想定円周線上に周方向に等間隔に配置され、励磁電流の印加により励磁される３個以上かつ奇数個の励磁コイルと、前記想定円周線を含む想定面上であって前記想定円周線よりも内側に配置され、前記励磁電流の前記励磁コイルへの印加により生じる磁場によって前記被検査体に生じる渦電流に基づいた磁場を検出する検出器とを有する検出機能部とをそなえた渦電流検査プローブであって、前記複数の励磁コイルには、被検査体の検査に用いる励磁電流を生成する基になる基本信号の出力機能を有する本体部からの前記基本信号に基づいて、前記渦電流検査プローブにおける前記想定円周線の周方向両側に隣り合う励磁コイルに印加される励磁電流の位相が、各励磁コイルについて励磁コイルの個数分の１周期だけずれるように生成された励磁電流が印加されることを特徴とする渦電流検査プローブ。
9. 請求項７又は８記載の渦電流検査プローブにおいて、
   前記検出器は、前記想定円周線の中心に配置されたことを特徴とする渦電流検査プローブ。
10. 請求項７又は８記載の渦電流検査プローブにおいて、
    前記検出器は、前記想定円周線の中心からずれた位置に配置されたことを特徴とする渦電流検査プローブ。
11. 想定円周線上に周方向に等間隔に配置され、励磁電流の印加により励磁される３個以上かつ奇数個の励磁コイルに、前記想定円周線の周方向両側に隣り合う励磁コイルに印加される励磁電流の位相が、各励磁コイルについて励磁コイルの個数分の１周期だけずれるように生成された励磁電流を印加し、前記想定円周線を含む想定面上であって前記想定円周線よりも内側に配置された検出器により、前記励磁電流の前記励磁コイルへの印加により生じる磁場によって前記被検査体に生じる渦電流に基づいた磁場を検出することを特徴とする渦電流検査方法。