JP2020201114A - 渦電流探傷装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成の大型化、複雑化、高価格化を招来することなく、走査回数を低減し検査時間を短縮することができる渦電流探傷技術を提供する。【解決手段】渦電流探傷装置１０は、励磁磁場を発生させるとともにこの励磁磁場１５により被検査体１１に誘起された渦電流が作る反作用磁場を検出するコイル１２と、このコイル１２と被検査体１１との距離であるリフトオフＰ（Ｐ１，Ｐ２）を調整するリフトオフ調整機構２０ａ（２０）と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、被検査体に存在する欠陥を非破壊で検出する渦電流探傷技術に関する。

渦電流探傷は、被検査体の表面に渦電流を誘起し、この渦電流が作る反作用磁場を検出している。仮に、被検査体表面に割れ等の欠陥が存在すると、そこで渦電流の流れが変化し、これに伴い反作用磁場の分布も変化する。渦電流探傷は、この反作用磁場の変化を検出することで欠陥の有無を検知する表面検査技術として広く用いられている。なお渦電流探傷装置は、励磁コイル及び検出コイルを一つのコイルで構成する自己比較型と、それぞれ別々に構成する相互誘導型とがある。

そして渦電流探傷は、コイルを被検査体の表面に走査させ、この表面に存在する欠陥により変化する渦電流の分布を反作用磁場の変化として捉え、欠陥位置を特定する。このため、被検査体の表面全体をコイルで漏れなくトレースする必要があり、表面積が広大である場合、走査回数が検査時間を左右する要因のひとつになる。

検査時間を短縮するためには、走査軌跡の間隔を広げ、走査回数を低減することが要請される。この要請を履行する方法として、コイルの面積を広げることが考えられる。もしくは、集束コイルを用い、コイルと鎖交する磁場を集束することが考えらえる。

特許第５００５００４号公報

しかし、コイルの面積を広げることは、走査機構を含む装置全体が大型化するために好ましくない。また、コイルと鎖交する磁場を集束する集束コイルを用いることは、装置構成の複雑化や、装置の高価格化を招くため好ましくない。

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、装置構成の大型化、複雑化、高価格化を招来することなく、走査回数を低減し検査時間を短縮することができる渦電流探傷技術を提供することを目的とする。

実施形態に係る渦電流探傷装置において、励磁磁場を発生させるとともにこの励磁磁場により被検査体に誘起された渦電流が作る反作用磁場を検出するコイルと、前記コイルと前記被検査体との距離であるリフトオフを調整するリフトオフ調整機構と、を備えている。

本発明の実施形態により、装置構成の大型化、複雑化、高価格化を招来することなく、走査回数を低減し検査時間を短縮することができる渦電流探傷技術が提供される。

（Ａ）本発明の第１実施形態において、広いリフトオフが設定された渦電流探傷装置の断面図、（Ｂ）リフトオフが狭く設定された渦電流探傷装置の断面図。 （Ａ）本発明の第２実施形態において、リフトオフが広く設定された渦電流探傷装置の側面図、（Ｂ）狭いリフトオフが設定された渦電流探傷装置の側面図、（Ｃ）広いリフトオフが設定された渦電流探傷装置の上面図、（Ｄ）狭いリフトオフが設定された渦電流探傷装置の上面図。 （Ａ）本発明の第３実施形態において、リフトオフが広く設定された渦電流探傷装置の断面図、（Ｂ）狭いリフトオフが設定された渦電流探傷装置の断面図。 （Ａ）広いリフトオフが設定された渦電流探傷装置において、欠陥の検出可能領域を示す断面図、（Ｂ）コイルを被検査体の表面に走査する際に設定される第１軌跡間隔を示す上面図。 （Ａ）狭いリフトオフが設定された渦電流探傷装置において、欠陥の検出可能領域を示す断面図、（Ｂ）コイルを被検査体の表面に走査する際に設定される第２軌跡間隔を示す上面図。 （Ａ）本発明の第４実施形態において、広いリフトオフを設定した複数のコイルが配列して成る渦電流探傷装置の断面図、（Ｂ）その上面図。 （Ａ）本発明の第４実施形態において、狭いリフトオフを設定した複数のコイルが配列して成る渦電流探傷装置の断面図、（Ｂ）その上面図。 各実施形態において自己誘導型の渦電流探傷装置の電気回路を示す模式図。 各実施形態において相互誘導型の渦電流探傷装置の電気回路を示す模式図。 実施形態における渦電流探傷方法を説明するフローチャート。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１（Ａ）は本発明の第１実施形態において、広いリフトオフＰ１が設定された渦電流探傷装置１０ａ（１０）の断面図である。図１（Ｂ）は狭いリフトオフＰ２が設定された渦電流探傷装置１０ａ（１０）の断面図である。

このような渦電流探傷装置１０ａは、励磁磁場１５（図４（Ａ））を発生させるとともにこの励磁磁場１５により被検査体１１に誘起された渦電流（図示略）が作る反作用磁場（図示略）を検出するコイル１２と、このコイル１２と被検査体１１との距離であるリフトオフＰ（Ｐ１，Ｐ２）を調整するリフトオフ調整機構２０ａ（２０）と、を備えている。

このリフトオフ調整機構２０ａは、コイル１２が固定される固定部材２５と、被検査体１１の表面に当接するキャスター２６が先端に設けられ軸長を調整自在に固定部材２５に基端が固定される軸体２７と、を有している。

軸体２７の基端を固定部材２５に固定する方法として、固定部材２５に軸体２７を挿通させ、この軸体２７に螺入させた一対のナット２８で、両側から固定部材２５を締め付ける方法を例示しているが、特に限定はない。軸体２７の基端の固定方式は、その軸長を固定部材２５に対し自在に調整することができれば適宜採用される。

また軸体２７の先端に設けられるキャスター２６として回転ボールの埋め込み型が例示されているが、特に限定はない。このキャスター２６は、回転車輪で構成してもよいし、そのような回転運動を伴わずに被検査体１１の表面に対し滑り移動する滑動体で構成してもよい。

（第２実施形態）
次に図２を参照して本発明の第２実施形態について説明する。図２（Ａ）は第２実施形態において、広いリフトオフＰ１が設定された渦電流探傷装置１０ｂ（１０）の側面図である。図２（Ｂ）は狭いリフトオフＰ２が設定された渦電流探傷装置１０ｂ（１０）の側面図である。図２（Ｃ）は図２（Ａ）の上面図である。図２（Ｄ）は図２（Ｂ）の上面図である。なお、図２において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このような渦電流探傷装置１０ｂは、励磁磁場１５（図４（Ａ））を発生させるとともにこの励磁磁場１５により被検査体１１に誘起された渦電流（図示略）が作る反作用磁場（図示略）を検出するコイル１２と、このコイル１２と被検査体１１との距離であるリフトオフＰ（Ｐ１，Ｐ２）を調整するリフトオフ調整機構２０ｂ（２０）と、を備えている。

このリフトオフ調整機構２０ｂは、コイル１２が固定される第１固定部材２１と、被検査体１１の表面に当接するキャスター２６が固定される第２固定部材２２と、第１固定部材２１及び第２固定部材２２の距離を調整可能に両者が連結されるジャッキ２９と、を有している。

ジャッキ２９の構成として、二本のアーム３１が互いに交差して回動する中央支点３５を持つものを例示している。そして各々のアーム３１は、一端の回動支点３２が第１固定部材２１又は第２固定部材２２の側面に回動のみが自由に支持され、他端の移動支点３６が第１固定部材２１又は第２固定部材２２の側面に横長に穿設されたガイド溝３７に対し回動及び並進が自由に支持されている。

そして図２（Ｃ）（Ｄ）に示すように、第１固定部材２１の両側面に設けられた移動支点３６を両端に持つ移動軸３８を、直交方向に押しねじ３３の先端で押して、ガイド溝３７に沿って移動させる。なおジャッキ２９は上述した構成に限定されることは特になく、第２固定部材２２に対する第１固定部材２１の距離を変化させ、コイル１２のセンシング面と被検査体１１の表面とのリフトオフＰを調整できるものであれば適宜採用される。

（第３実施形態）
次に図３を参照して本発明の第３実施形態について説明する。図３（Ａ）は第３実施形態において、広いリフトオフＰ１が設定された渦電流探傷装置１０ｃ（１０）の断面図である。図３（Ｂ）は狭いリフトオフＰ２が設定された渦電流探傷装置１０ｃ（１０）の断面図である。なお、図３において図１又は図２と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このような渦電流探傷装置１０ｃは、励磁磁場１５（図４（Ａ））を発生させるとともにこの励磁磁場１５により被検査体１１に誘起された渦電流（図示略）が作る反作用磁場（図示略）を検出するコイル１２と、このコイル１２と被検査体１１との距離であるリフトオフＰ（Ｐ１，Ｐ２）を調整するリフトオフ調整機構２０ｃ（２０）と、を備えている。

このリフトオフ調整機構２０ｃは、コイル１２が固定される固定部材２５と、この固定部材２５の下面と被検査体１１の表面との間に挿入され厚みが調整自在なスペーサ２３と、を有している。

スペーサ２３の構成として、同じ厚みのシートの枚数を重ねることで、リフトオフＰ（Ｐ１，Ｐ２）を調整するものが例示しているが、特に限定はない。外部磁場により磁化することなく、所望するリフトオフＰ（Ｐ１，Ｐ２）に調整できることができれば適宜採用される。

図４（Ａ）は広いリフトオフＰ１が設定された渦電流探傷装置１０において、欠陥１６の検出可能領域Ｈ１を示す断面図である。図４（Ｂ）はコイル１２を被検査体１１の表面に走査する際に設定される第１軌跡間隔Ｄ１を示す上面図である。なお図４（Ａ）に示される励磁磁場１５の磁力線は、コイル１２が空間中に浮揚している場合を想定しており、一点鎖線は被検査体１１の表面の仮想線を示している。

広いリフトオフＰ１に設定されたコイル１２に交流電流が流れると、図４（Ａ）に示すような励磁磁場１５の磁力線が発生し、被検査体１１の表面に渦電流（図示略）を誘起する。励磁磁場１５の磁力線はコイル１２のセンシング面から離れるにつれて広がる傾向を持つ。このため、被検査体１１の表面に誘起される渦電流は、リフトオフＰ１が広がるのに連れて広がる傾向を持つ。このため、広いリフトオフＰ１が設定されているときは、広い検出可能領域Ｈ１において欠陥１６を検出することができる。

その結果、図４（Ｂ）に示すように、コイル１２の走査軌跡１７の第１軌跡間隔Ｄ１を広げることができ、少ない走査回数で被検査体１１の広い第１表面領域４１をトレースすることができる。これにより、被検査体１１における欠陥１６の有無に関する位置情報を効率的に得ることができる。

図５（Ａ）は狭いリフトオフＰ２が設定された渦電流探傷装置１０において、欠陥１６の検出可能領域Ｈ２を示す断面図である。図５（Ｂ）はコイル１２を被検査体１１の表面に走査する際に設定される第２軌跡間隔Ｄ２を示す上面図である。なお図５（Ａ）に示される励磁磁場１５の磁力線は、コイル１２が空間中に浮揚している場合を想定しており、一点鎖線は被検査体１１の表面の仮想線を示している。

狭いリフトオフＰ２に設定されたコイル１２に交流電流が流れると、図５（Ａ）に示すような励磁磁場１５の磁力線が発生し、被検査体１１の表面に渦電流（図示略）を誘起する。励磁磁場１５の磁力線はコイル１２のセンシング面から近づくにつれて狭まる傾向を持つ。このため、被検査体１１の表面に誘起される渦電流は、リフトオフＰ２が狭まるに連れて狭まり強度を増す傾向を持つ。このため、狭いリフトオフＰ２が設定されているときは、狭い検出可能領域Ｈ２において欠陥１６を高感度で検出することができる。

その結果、図５（Ｂ）に示すように、コイル１２の走査軌跡１７の第２軌跡間隔Ｄ２を狭くして、広い第１軌跡間隔Ｄ１で得た欠陥１６の情報に基づき狭い第２表面領域４２を設定し、トレースすることができる。これにより、被検査体１１における欠陥１６の形態などに関わる詳細情報を効率的に得ることができる。なお、軌跡間隔Ｄ（Ｄ１，Ｄ２）が予め設定されれば、これに区画される表面領域４１，４２から反作用磁場を漏れ無く検出でき、かつ検出感度が最大のリフトオフＰ（Ｐ１，Ｐ２）を一意的に設定することができる。

（第４実施形態）
次に図６及び図７を参照して本発明の第４実施形態について説明する。図６（Ａ）は第４実施形態において、広いリフトオフＰ１を設定した複数のコイル１２が配列して成る渦電流探傷装置１０ｄ（１０）の断面図である。図６（Ｂ）はその上面図である。図７（Ａ）は第４実施形態において、狭いリフトオフＰ２を設定した複数のコイル１２が配列して成る渦電流探傷装置１０ｄ（１０）の断面図である、図７（Ｂ）はその上面図である。なお、図６及び図７において図１、図２又は図３と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このような渦電流探傷装置１０ｄは、複数のコイル１２が、走査方向４５とは直交方向に、所定の間隔で配列してアレイ状に構成される。そして、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、広いリフトオフＰ１が設定されている場合は、この広いリフトオフＰ１に対応する広い第１軌跡間隔Ｄ１で複数のコイル１２が固定部材２５に配列している。そして、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、狭いリフトオフＰ２が設定されている場合は、この狭いリフトオフＰ２に対応する狭い第２軌跡間隔Ｄ２で複数のコイル１２が固定部材２５に配列している。

渦電流探傷試験におけるコイル１２の走査条件が予め定められているときは、この走査条件に見合う軌跡間隔Ｄ（Ｄ１，Ｄ２）で配列したアレイを選択し、さらに表面領域４１，４２から反作用磁場を漏れ無く検出できかつ検出感度が最大となるようなリフトオフＰ（Ｐ１，Ｐ２）に調整する。

このように、複数のコイル１２を配列させたアレイ状の渦電流探傷装置１０ｄを用いることで、一回の走査で広範囲の表面領域４１，４２を検査することができ、走査回数を低減させて検査時間の短縮することができる。

図８は各実施形態において自己誘導型の渦電流探傷装置１０の電気回路を示す模式図である。このように自己誘導型の渦電流探傷装置１０は、励磁磁場の発生と反作用磁場の検出を単独のコイル１２で担う。

交流電源５１で交流電圧を発生させるとコイル１２に励磁磁場が生じ、被検査体１１に渦電流が励起する。そして、この渦電流により発生する反作用磁場がコイル１２に鎖交すると、このコイル１２に誘導起電圧が発生する。

検出部５２は、このコイル１２に発生した誘導起電圧の変化を、検出信号Ｓとして外部出力する。この検出部５２は、コイル１２を含む４つのインダクタＺa，Ｚb，Ｚc，Ｚdから成るブリッジ回路で構成されている。ブリッジ回路においては、次式（１）が成立するときは、平衡バランスがとれている状態で、増幅回路５５に流れる電流が０になる。この平衡バランスの調整は、欠陥の無い検査面にコイル１２を近付けた状態で励磁磁場を生じさせ、検出信号Ｓがゼロとなるように可変インダクタＺdを調整する。
Ｚa×Ｚd＝Ｚb×Ｚc （１）

そして、コイル１２を走査して欠陥１６の近傍を通過すると、この欠陥１６を迂回して渦電流が流れて反作用磁場の分布が変化するためにコイル１２の誘導起電圧も変化する。このようなコイル１２（Ｚc）のインピーダンス変化を反映して、ブリッジ回路の平衡バランスが崩れ増幅回路５５で電流が検出されるようになる。

そして増幅回路５５において検出された電流が検出信号Ｓとして探傷データの出力部５６に入力される。なお、検出部５２の構成は、例示であって、走査中のコイル１２のインピーダンス変化を検出することができるものであれば適宜採用される。

図９は各実施形態において相互誘導型の渦電流探傷装置１０の電気回路を示す模式図である。このように相互誘導型の渦電流探傷装置は、励磁磁場の発生と反作用磁場の検出を別々のコイル１２ａ，１２ｂで担う。なお相互誘導型の渦電流探傷装置１０における検出信号Ｓの検出原理は、図８に基づいて説明した自己誘導型の渦電流探傷装置１０と共通しているので、重複する説明を省略する。

なお、各実施形態において、コイル１２は、素線の巻回軸が被検査体１１の表面に直交するよう配置したものを例示しているが、この巻回軸が被検査体１１の表面に平行となるようにコイル１２が配置される場合もあるし、複数のコイル１２を直列に放射状に配列させる場合もある。

図１０のフローチャートに基づいて実施形態における渦電流探傷方法を説明する。まずコイル１２を被検査体１１の表面に走査する際の第１軌跡間隔Ｄ１（図４（Ｂ））を決定する（Ｓ１１）。そしてこの第１軌跡間隔Ｄ１で区画される第１表面領域４１からの反作用磁場を検出可能な第１リフトオフＰ１に、リフトオフ調整機構２０（図１）を調整する（Ｓ１２）。

この第１軌跡間隔Ｄ１は、被検査体１１の表面全体をコイル１２で短時間でトレースすることを目的として決定される。そして第１リフトオフＰ１は、被検査体１１の表面全体から反作用磁場を漏れなく検出できかつ欠陥１６の検出感度が最大となる距離に調整される。

第１リフトオフＰ１に調整されたコイル１２を、第１軌跡間隔Ｄ１で、被検査体１１の第１表面領域４１に走査させる（Ｓ１３）。そしてこの第１表面領域４１のうち欠陥１６の存在位置を推定し（Ｓ１４）、この欠陥１６が含まれる第２表面領域４２を指定する（Ｓ１５）。

次に第１リフトオフＰ１よりも狭い第２リフトオフＰ２にリフトオフ調整機構２０を調整する（Ｓ１６）。そして第２リフトオフＰ２に調整されたコイル１２を、第１軌跡間隔Ｄ１より狭い第２軌跡間隔Ｄ２で、第２表面領域に走査させる（Ｓ１７ ＥＮＤ）。これにより、走査範囲を限定することにより、走査回数を低減し検査時間を短縮して欠陥１６の形態情報等を含む詳細情報を得ることができる。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の渦電流探傷装置によれば、リフトオフを調整する機構を持つことにより、装置構成の大型化、複雑化、高価格化を招来することなく、走査回数を低減し検査時間を短縮することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Ｐ１（Ｐ）…第１リフトオフ（リフトオフ）、Ｐ２（Ｐ）…第２リフトオフ（リフトオフ）、Ｈ１,Ｈ２…検出可能領域、Ｄ１（Ｄ）…第１軌跡間隔（軌跡間隔）、Ｄ２（Ｄ）…第２軌跡間隔（軌跡間隔）、１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）…渦電流探傷装置、１１…被検査体、１２（１２ａ，１２ｂ）…コイル、１５…励磁磁場、１６…欠陥、１７…走査軌跡、２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）…リフトオフ調整機構、２１…第１固定部材、２２…第２固定部材、２３…スペーサ、２５…固定部材、２６…キャスター、２７…軸体、２８…ナット、２９…ジャッキ、３１…アーム、３２…回動支点、３５…中央支点、３６…移動支点、３７…ガイド溝、３８…移動軸、４１…第１表面領域、４２…第２表面領域、４５…走行方向、５１…交流電源、５２…検出部、５５…増幅回路、５６…出力部。

Claims (9)

1. 励磁磁場を発生させるとともに、この励磁磁場により被検査体に誘起された渦電流が作る反作用磁場を検出するコイルと、
   前記コイルと前記被検査体との距離であるリフトオフを調整するリフトオフ調整機構と、を備える渦電流探傷装置。
2. 請求項１に記載の渦電流探傷装置において、
   前記リフトオフ調整機構は、
   前記コイルが固定される固定部材と、
   前記被検査体の表面に当接するキャスターが先端に設けられ、軸長を調整自在に前記固定部材に基端が固定される軸体と、を有する渦電流探傷装置。
3. 請求項１に記載の渦電流探傷装置において、
   前記リフトオフ調整機構は、
   前記コイルが固定される第１固定部材と、
   前記被検査体の表面に当接するキャスターが固定される第２固定部材と、
   前記第１固定部材及び前記第２固定部材の距離を調整可能に両者が連結されるジャッキと、を有する渦電流探傷装置。
4. 請求項１に記載の渦電流探傷装置において、
   前記リフトオフ調整機構は、
   前記コイルが固定される固定部材と、
   前記固定部材の下面と前記被検査体の表面との間に挿入され、厚みが調整自在なスペーサと、を有する渦電流探傷装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の渦電流探傷装置において、
   複数の前記コイルが、走査方向とは直交方向に、所定の間隔で配列して成る渦電流探傷装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の渦電流探傷装置において、
   前記励磁磁場の発生と前記反作用磁場の検出を単独の前記コイルで担う自己誘導型であることを特徴とする渦電流探傷装置。
7. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の渦電流探傷装置において、
   前記励磁磁場の発生と前記反作用磁場の検出を別々のコイルで担う相互誘導型であることを特徴とする渦電流探傷装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の渦電流探傷装置を用い、前記コイルを前記被検査体の表面に走査する際の第１軌跡間隔を決定するステップと、
   前記第１軌跡間隔で区画される表面領域からの前記反作用磁場を検出可能な第１リフトオフに、前記リフトオフ調整機構を調整するステップと、を含む渦電流探傷方法。
9. 請求項８に記載の渦電流探傷方法において、
   前記第１リフトオフに調整された前記コイルを、前記第１軌跡間隔で、前記被検査体の第１表面領域に走査させるステップと、
   前記第１表面領域のうち欠陥の存在位置を推定し、第２表面領域を指定するステップと、
   前記第１リフトオフよりも狭い第２リフトオフに前記リフトオフ調整機構を調整するステップと、
   前記第２リフトオフに調整された前記コイルを、前記第１軌跡間隔より狭い第２軌跡間隔で、前記第２表面領域に走査させるステップと、を含む渦電流探傷方法。

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