JP3979606B2

JP3979606B2 - 渦電流探傷用プローブとそのプローブを用いた渦電流探傷装置

Info

Publication number: JP3979606B2
Application number: JP2002040906A
Authority: JP
Inventors: 洋星川; 潔小山; 廣島龍夫
Original assignee: Nihon University; Marktec Corp
Current assignee: Nihon University; Marktec Corp
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2022-02-19
Also published as: JP2003240762A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、渦電流探傷用プローブとそのプローブを用いた渦電流探傷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７と図８を参照して従来の渦電流探傷装置に使用されているプローブを説明する。なお両図に共通の部分は、同じ符号を使用している。
図７において、図７（ａ）は、パンケーキ型プローブの、図７（ｂ）は、クロスポイント型プローブの、図７（ｃ）は、Θ型プローブの斜視図である。
図７（ａ）のパンケーキ型プローブは、パンケーキ状のコイル５を用いた自己誘導型プローブで、コイル５は、励磁コイルと検出コイルを兼ねており、金属板等の検査体Ｔ上に上置して、コイル５に励磁電流を流すと、検査体Ｔに渦電流が発生し、その渦電流によりコイル５に起電力を発生する。コイル５の直下の検査体Ｔにキズがあるときは、渦電流は、そのキズの部分で変化するため、コイル５の起電力にも変化が生じる。渦電流探傷装置は、その起電力の変化を検知してキズを評価している。
【０００３】
コイル５には、検査体Ｔにキズがないときにも定常的に発生する渦電流による起電力とキズによる渦電流の変化に起因する起電力、いわゆるキズ信号とが同時に発生する。一方コイル５と検査体Ｔとの相対距離（以下リフトオフと呼ぶ）が変化すると、定常的に発生する渦電流が変化して、いわゆるリフトオフ雑音を発生するため、キズの評価精度が低下する。
キズの探傷には、プローブを検査体Ｔに沿って移動しなければならないため、リフトオフの変化は避けがたく、特に長いキズの場合には、リフトオフの変化をなくすことは困難である。
【０００４】
図７（ｂ）のクロスポイント型プローブは、励磁コイル６１と検出コイル６２とを直交させてある。ここで図８（ａ）を参照してクロスポイント型プローブについて説明する。
図８（ａ）は、キズが検出コイルと交差する角度を示し、検出コイルと平行するキズＦを０度とし、４５度、９０度、１３５度のキズＦを示してある。
クロスポイント型プローブは、リフトオフ雑音は小さいが、検査体Ｔのキズ（例えばスリット状キズＦ）の方向により、キズ信号を発生しない場合がある。即ちキズＦが検出コイル６２と４５度又は１３５度の方向にある場合には、キズ信号を発生しない。したがってクロスポイント型プローブを用いた渦電流探傷装置は、キズＦが検出コイル６２に対して４５度又は１３５度の方向にある場合には、キズを検知できない。即ちクロスポイント型プローブには、検知できない方向のキズがある。
【０００５】
図７（ｃ）のΘ型プローブは、パンケーキ状の励磁コイル７１の内側に、縦置き型の矩形状の検出コイル７２を配置してある。ここで図８（ｂ），（ｃ）を参照してΘ型プローブを説明する。
図８（ｂ）は、キズＦが検出コイル７２と直交する方向にある場合を、図８（ｃ）は、キズＦが検出コイル７２と平行する方向にある場合を示す。
Θ型プローブは、リフトオフ雑音が小さく、全ての方向のキズを検知できるが、検出コイル７２がキズの真上にあるときキズ信号を発生しない。例えば、図８（ｂ）の場合、検出コイル７２がキズＦの両側Ｐ１，Ｐ２にあるときはキズ信号を発生するが、キズＦの真上（キズＦの長手方向の中点）Ｐ０にあるときは、キズ信号を発生しない。また図８（ｃ）の場合、検出コイル７２がキズＦの両側Ｐ１，Ｐ２にあるときはキズ信号を発生するが、キズＦの真上Ｐ０にあるときは、キズ信号を発生しない。即ちΘ型プローブは、キズの真上から外れた位置で検出信号を発生する。そのためプローブを走査してキズの位置を検知する場合、感覚的にキズの位置を錯覚し易い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、これらの問題点に鑑み、リフトオフ雑音が小さく、全方向のキズを検出でき、かつキズの真上でキズ信号の振幅が最大になるプローブと、そのプローブを用いた渦電流探傷装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願の発明は、その目的を達成するため、請求項１に記載の渦電流探傷用プローブは、コイル面が検査面に平行な励磁コイルの内側に、巻線の方向が逆でコイル面が検査面に垂直な一対の検出コイルを対向させて配置し、両検出コイルは、検査体のキズが両検出コイルの間に位置するとき両検出コイルの出力を同極性で重畳するように接続してあることを特徴とする。
請求項２に記載の渦電流探傷用プローブは、コイル面が検査面に平行な励磁コイルの内側に、巻線の方向が同じでコイル面が検査面に垂直な一対の検出コイルを対向させて配置し、両検出コイルは、一方の検出コイルの出力の極性を反転して、検査体のキズが両検出コイルの間に位置するとき両検出コイルの出力を同極性で重畳するように接続してあることを特徴とする。
請求項３に記載の渦電流探傷用プローブは、請求項１又は請求項２に記載の渦電流探傷用プローブにおいて、検出コイルは、三角形であることを特徴とする。
請求項４に記載の渦電流探傷装置は、請求項１に記載の渦電流探傷用プローブ、その渦電流探傷用プローブのキズ信号を検出するキズ信号検出器、そのキズ信号検出器のキズ信号を表示するキズ信号評価器とを備えていることを特徴とする。
請求項５に記載の渦電流探傷装置は、請求項２に記載の渦電流探傷用プローブ、その渦電流探傷用プローブのキズ信号を検出するキズ信号検出器、そのキズ信号検出器のキズ信号を表示するキズ信号評価器とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１〜図６を参照して、本願発明の実施の形態を説明する。なお各図に共通の部分は、同じ符号を使用している。
【０００９】
図１は、本願発明の実施の形態に係るプローブの構成を示す。
図１（ａ）は、プローブの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＹ１−Ｙ１部分の断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＹ２−Ｙ２部分の断面図である。
図１において、Ｔは、金属板等の検査体、１１は、コイル面が検査体Ｔの検査面に平行な（コイル軸が垂直な）パンケーキ状の励磁コイル、１２１，１２２は、コイル面が検査面に垂直な（コイル軸が平行な）、いわゆる縦置き型の矩形状の検出コイルである。検出コイル１２１，１２２は、励磁コイル１１の内側に、励磁コイル１１の軸方向と平行する方向に対向させて配置してある。検出コイル１２１，１２２は、コイルの巻線方向が逆で、両コイルの出力が重畳されるように接続してある。即ち検出コイル１２１の巻き終わりと検出コイル１２２の巻き始めとを接続するか、或いは検出コイル１２１の巻き始めと検出コイル１２２の巻き終わりとを接続して、一対の検出コイルの出力を取り出すように接続する。
【００１０】
図２は、図１のプローブが発生する渦電流を説明する図で、図２（ａ）は、検査体Ｔにキズがない場合、図２（ｂ）は、キズが検出コイルと平行している場合、図２（ｃ）は、キズが検出コイルと直交している場合の渦電流の分布を示す。
図２において、Ｆは、検査体Ｔのキズ、Ｉは、励磁コイル１１の励磁電流により定常的に発生する渦電流、ｉ１，ｉ２は、キズＦに起因して発生する渦電流である。
【００１１】
図２（ａ）のように検査体Ｔにキズがない場合、検査体Ｔには渦電流Ｉのみが発生する。検出コイル１２１，１２２は、渦電流Ｉの内側に位置するから、検出コイル１２１，１２２には、渦電流Ｉによる起電力は発生しない。
【００１２】
図２（ｂ）の場合、検査体Ｔには、キズＦの両側（上下）に、キズＦに起因する逆方向の渦電流（細い矢印の電流）が発生する。検出コイル１２１，１２２は、キズＦと平行しているから、検出コイル１２１，１２２には、キズＦに沿って流れる渦電流ｉ１，ｉ２により起電力が発生し、いわゆるキズ信号が発生する。渦電流ｉ１，ｉ２は、逆方向に流れるが、検出コイル１２１，１２２の巻線の方向も逆であるから、検出コイル１２１，１２２には、同極性のキズ信号が発生し、その両キズ信号は重畳される。したがってキズＦが検出コイル１２１，１２２と平行している場合には、一対の検出コイル１２１，１２２が、図２（ｂ）の位置にあるとき、即ちキズＦが検出コイル１２１，１２２の間に位置するとき、最大振幅のキズ信号を発生する。この場合、一対の検出コイル１２１，１２２は、キズＦの真上に位置するから、図１のプローブが最大振幅のキズ信号を発生する位置とキズＦの位置とは一致する。
【００１３】
図２（ｃ）の場合、検出コイル１２１，１２２は、キズＦの長手方向の中点の両側に位置するから、検出コイル１２１，１２２には、キズＦに起因して発生する渦電流ｉ１，ｉ２により起電力が発生し、キズ信号が発生する。渦電流ｉ１，ｉ２の方向は逆であるが、図２（ｂ）の場合と同様に、検出コイル１２１，１２２には、同極性のキズ信号が発生して重畳される。したがってキズＦが検出コイル１２１，１２２と直交している場合には、一対の検出コイル１２１，１２２が、図２（ｃ）の位置にあるとき、即ちキズＦの中点が検出コイル１２１，１２２の間に位置するとき、最大振幅のキズ信号を発生する。この場合、一対の検出コイル１２１，１２２は、キズＦの中点の真上に位置するから、図１のプローブが最大振幅のキズ信号を発生する位置とキズＦの中点の位置とは一致する。
【００１４】
図３は、キズが検出コイルと平行している場合に、プローブをキズと直交する方向に走査したときのキズ信号の振幅波形を示す。図３は、図１のプローブの振幅波形と比較するため、従来のΘ型プローブ、クロスポイント型プローブについても示してある。
図３において、横軸は、検出コイルの走査距離を表し、０の位置は、検出コイルがキズの真上にある位置に相当する。縦軸は、キズ信号の正規化した振幅を表している。またイは、図１のプローブの振幅波形、ロは、Θ型プローブの振幅波形、ハは、クロスポイント型プローブの振幅波形である。
【００１５】
まずイの振幅波形は、検出コイルが０の位置にあるとき、即ち検出コイルがキズの真上にあるとき振幅が最大になるのに対して、ロの振幅波形は、検出コイルが０の位置にあるとき０になる。またハの振幅波形は、検出コイルが０の位置にあるとき振幅が最大になる。
【００１６】
図４は、プローブのキズ信号とリフトオフ雑音を示す。図４（ａ）は、図１のプローブに関し、図４（ｂ）は、従来のパンケーキ型プローブに関する。
図４において、横軸は、励磁電流と同相の成分を、縦軸は、励磁電流と９０度進相成分を表している。またＤは、キズの深さ（金属板の厚みに対する％）を、Ｌは、リフトオフを示す。
図４（ａ）と図４（ｂ）とを比較すると、図４（ａ）のリフトオフ雑音は小さいが、図４（ｂ）のリフトオフ雑音は大きい。即ち図４（ａ）のＳ／Ｎは、２．８であるのに対して、図４（ｂ）のＳ／Ｎは、０．４である。したがって図１のプローブのリフトオフ雑音は、従来のパンケーキ型プローブに比べて非常に小さいことが分かる。
【００１７】
図５は、プローブをキズと０度、４５度、９０度の方向に走査したときのキズ信号パターンを示し、図５（ａ）は、図１のプローブに関し、図５（ｂ）は、従来のクロスポイント型プローブに関する。
図５において、横軸は、励磁電流と同相の成分を、縦軸は、励磁電流と９０度進相成分を表している。またイは、プローブの走査方向が０度、ロは、４５度、ハは、９０度の場合のキズ信号パターンである。
【００１８】
図５（ａ）の場合には、イ、ロ、ハのいずれのときも、キズ信号が発生している。即ち図１のプローブは、全方向のキズに対してキズ信号を発生する。一方図５（ｂ）の場合には、ロのときキズ信号が発生しない。即ち従来のクロスポイント型プローブは、キズがプローブの検出コイルと４５度の方向にあるときには、キズ信号を発生しない。
【００１９】
ここで、本実施の形態は、励磁コイル１１に外径７ｍｍ、巻線断面１×１ｍｍ²のものを、検出コイル１２１，１２２に縦５ｍｍ，横２ｍｍ、巻線断面１×１ｍｍ²のものを用い、両コイルを１ｍｍ離して対向させたものを用い、また検査体Ｔは、１６０×１６０×１．５ｍｍ³の黄銅平板を用い、その黄銅平板に長さ１５ｍｍ、幅０．５ｍｍのキズＦを形成して、キズＦの評価を行った。なお励磁信号の周波数は、２０ｋＨｚに設定した。
【００２０】
図６は、本発明の実施の形態に係る渦電流探傷装置のブロック図である。
渦電流探傷装置は、金属板等の検査体Ｔに上置するプローブ２２、そのプローブ２２に励磁電流を供給する励磁電流供給器２１、プローブ２２に発生するキズ信号を検出するキズ信号検出器２３、及びキズ信号検出器２３のキズ信号に基づいてキズの位置等を評価するキズ評価器２４から成る。
【００２１】
プローブ２２は、図１のプローブから成り、検出コイル１２１，１２２には、検査体Ｔのキズに起因して発生する渦電流により、夫々キズ信号が発生する。キズ信号検出器２３は、一対の検出コイル１２１，１２２の重畳されたキズ信号を検出してキズ評価器２４に供給し、キズ評価器２４は、キズ信号を表示する。キズ評価器２４に表示されるキズ信号の最大振幅から、キズの真上の位置を検知できる。
【００２２】
前記実施の形態は、励磁コイルとしてパンケーキ状コイルについて説明したが、矩形状コイルであってもよい。また検出コイルは、矩形状コイルに限らず三角形のコイルであってもよい。検出コイルが三角形の場合には、検出コイルが励磁コイルに対して傾斜しても、励磁電流により定常的に発生する渦電流により誘起する励磁磁界の影響を受け難いため、プローブの組立てが容易になる。
前記実施の形態は、一対の検出コイルとして、巻線の方向が逆のものについて説明したが、巻線方向が同じものを用い、一方の検出コイルのキズ信号の極性を反転して両検出コイルのキズ信号を重畳してもよい。キズ信号の極性の反転は、一対の検出コイルの一方の検出コイルの巻き終わりと他方の検出コイルの巻き終わりとを接続して行うか、或いは一方の検出コイルの出力に極性反転回路を接続して行う。
【００２３】
【発明の効果】
本願発明のプローブは、１個の励磁コイル内に、一対の検出コイルを所定の間隔をおいて配置し、両検出コイルの巻線方向を逆にして、両検出コイルのキズ信号を重畳するか、又は両検出コイルの巻線方向を同じにし、一方の検出コイルのキズ信号の極性を反転して、両検出コイルのキズ信号を重畳することにより、キズの真上で最大振幅のキズ信号を発生することができる。したがって本願発明のプローブは、キズの真上とキズ信号の最大振幅を発生する位置とが一致するから、感覚的にキズの位置を錯覚して誤認することがない。
本願発明のプローブは、リフトオフ雑音が小さく、かつ全ての方向のキズを検出できる。
【００２４】
このように本願発明のプローブは、従来のパンケーキ型プローブ、クロスポイント型プローブ、Θ型プローブの欠点を全て解決することができる。
本願発明の渦電流探傷装置は、本願発明のプローブを用いることにより、１種類のプローブを装着するのみで全方向のキズを高精度で、確実に検知することができるから、渦電流探傷装置が簡単になり、かつ探傷作業が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施の形態に係るプローブの平面図と断面図である。
【図２】図１のプローブの渦電流を示す図である。
【図３】図１のプローブと従来のプローブのキズ信号の振幅波形を示す図である。
【図４】図１のプローブと従来のプローブのキズ信号とリフトオフ雑音を示す図である。
【図５】図１のプローブと従来のプローブのキズの方向に対する信号パターンを示す図である。
【図６】本願発明の実施の形態に係る渦電流探傷装置のブロック図である。
【図７】従来のプローブの斜視図である。
【図８】従来のプローブの特性を説明するためのキズの傾斜角、キズと検出コイルとの位置関係を示す図である。
【符号の説明】
１１励磁コイル
１２１，１２２検出コイル
２１励磁電流供給器
２２プローブ
２３キズ信号検出器
２４キズ評価器
Ｄキズの深さ
Ｌリフトオフ
Ｆキズ
Ｉ，ｉ１，ｉ２渦電流
Ｔ検査体

Claims

コイル面が検査面に平行な励磁コイルの内側に、巻線の方向が逆でコイル面が検査面に垂直な一対の検出コイルを対向させて配置し、両検出コイルは、検査体のキズが両検出コイルの間に位置するとき両検出コイルの出力を同極性で重畳するように接続してあることを特徴とする渦電流探傷用プローブ。
コイル面が検査面に平行な励磁コイルの内側に、巻線の方向が同じでコイル面が検査面に垂直な一対の検出コイルを対向させて配置し、両検出コイルは、一方の検出コイルの出力の極性を反転して、検査体のキズが両検出コイルの間に位置するとき両検出コイルの出力を同極性で重畳するように接続してあることを特徴とする渦電流探傷用プローブ。
請求項１又は請求項２に記載の渦電流探傷用プローブにおいて、検出コイルは、三角形であることを特徴とする渦電流探傷用プローブ。
請求項１に記載の渦電流探傷用プローブ、その渦電流探傷用プローブのキズ信号を検出するキズ信号検出器、そのキズ信号検出器のキズ信号を表示するキズ信号評価器とを備えていることを特徴とする渦電流探傷装置。
請求項２に記載の渦電流探傷用プローブ、その渦電流探傷用プローブのキズ信号を検出するキズ信号検出器、そのキズ信号検出器のキズ信号を表示するキズ信号評価器とを備えていることを特徴とする渦電流探傷装置。