JP3981965B2 - 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 - Google Patents
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Description
【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し、特に管状又は棒状検査体に適した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9、図10を参照して従来の渦電流探傷用プローブを説明する。なお図9、図10に共通部分は、同じ符号を使用している。
図9は、パンケーキ状コイルから成るプローブを金属管に内挿して探傷する場合の例である。
図9(a)は、9図(b)のY2−Y2部分の矢印方向の断面図、図9(b)は、図9(a)のY1−Y1部分の矢印方向の断面図、図9(c)は、金属管に発生する渦電流を説明する図である。
図において、Cpはパンケーキ状コイル、Tは金属管、Sは金属管Tの支持具、TFは金属管Tのキズである。
【0003】
図9の場合、金属管T内でコイルCPを1回転し、後述するキズ信号を検出して金属管Tの内面又は外面のキズを探傷する。
金属管TにコイルCpを内挿して、コイルCpに励磁電流を供給すると、コイルCpが図9(a)のイの位置にあるときには、図9(c)のイのようにコイルCpの巻線に沿って、渦電流Iが発生する。コイルCpには、渦電流Iにより起電力が発生する。
【0004】
コイルCpが図9(a)のロのように、キズTFの位置にあるときには、図9(c)のロのように、渦電流Iは、キズTFのところで変化するため、コイルCpに発生する起電力も変化する。その起電力の変化は、いわゆるキズ信号を発生する。
【0005】
コイルCpが図9(a)のハのように、支持具Sの位置にあるときには、9図(c)のハのように、渦電流Iは、支持具Sのところで変化するため、コイルCpに発生する起電力も変化する。したがってコイルCpが図9(a)のハの位置にあるときは、支持具Sにより支持具信号、いわゆる支持具雑音が発生する。
コイルCpには、渦電流Iによる起電力とキズ或いは支持具による渦電流Iの変化に起因する起電力、いわゆるキズ信号或いは支持具雑音とが同時に発生する。一方コイルCpと検査体との相対距離(以下リフトオフと呼ぶ)が変化すると、渦電流Iも変化して、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。
【0006】
図10のプローブは、巻き方向が逆の2個の励磁コイルCE1,CE2と1個の検出コイルCDとから成り、励磁コイルCE1,CE2は、略平行になるように所定の間隔をおいて配置し、検出コイルCDは、励磁コイルCE1,CE2の間に励磁コイルCE1,CE2の軸方向と略平行に配置してある。
図10の場合、図9の場合と同様に、金属管T内でプローブを1回転し、キズ信号を検出して金属管Tの内面又は外面のキズを探傷する。
【0007】
プローブが図10(a)のイの位置にあるときには、10図(c)のイのように、励磁コイルCE1,CE2の巻線に沿って、逆方向に流れる渦電流I1、I2が発生する。検出コイルCDは、励磁コイルCE1,CE2の間に位置し、渦電流I1、I2の間に位置するから、検出コイルCDには、渦電流I1、I2による起電力は発生しない。
【0008】
プローブが図10(a)のロのように、キズTFの位置にあるときには、10図(c)のロのように、渦電流I1、I2とは別に渦電流i1,i2がキズTFの両側に発生し、逆方向に流れる。したがって検出コイルCDには、渦電流i1又は渦電流i2により起電力が発生し、いわゆるキズ信号が発生する。なお渦電流i1,i2は、方向が逆であるから、検出コイルCDがキズTFの真上に位置するときは、起電力は発生しない。
【0009】
プローブが図10(a)のハのように、支持具Sの位置にあるときには、10図(c)のハのように、渦電流I1、I2は、支持具Sの切り口と平行する方向に発生するから、支持具Sの位置で変化しない。したがって検出コイルCDには、起電力は、発生しない。
検出コイルCDは、キズTFに起因する渦電流i1,i2が発生したときのみ、起電力を発生するから、リフトオフ雑音を発生しない。したがってキズの評価精度が高くなる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
図9及び図10のプローブは、金属管Tのキズを探傷するには、金属管T内でプローブを360度回転しなければならないから、プローブの回転機構が必要になり、構造が複雑になる。また金属管T内でプローブを回転するための時間を要し、探傷時間が長く係る。また、プローブの回転、管軸方向の走査の際、図9(a)のプローブの場合には、リフトオフ雑音の影響が大きくなる。
本願発明は、これらの問題点を改善するため、プローブの回転の必要がなく、リフトオフ雑音の影響もなく、かつキズの評価が容易なプローブと、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。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の渦電流探傷装置は、巻線の方向が逆の2個の励磁コイルをコイル面を略平行に配置し、その2個の励磁コイルの間に巻線の方向が同じ複数の検出コイルを励磁コイルの軸方向と略平行に所定の間隔をおいてコイル面を放射状に配置し、各検出コイルは、独立して出力を発生するプローブ、そのプローブの各検出コイルのキズ信号を検出するキズ信号検出器、キズ信号検出器のキズ信号により検査体のキズを評価するキズ評価器を備え、キズ評価器は、各検出コイルのキズ信号の振幅波形を比較して極性が逆になるキズ信号により検査体のキズの位置を評価することを特徴とする。
請求項2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装置において、キズ評価器は、キズ信号の振幅波形及び位相を表示することを特徴とする。
請求項3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装置において、キズ評価器は、キズ信号の位相に基づきキズの深さを評価す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装置において、キズ評価器は、キズ信号の位相に基づき検査体の内面のキズか、外面のキズかを評価す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1に記載の渦電流探傷装置において、キズ評価器は、キズ信号の位相に基づきキズの深さ、及び検査体の内面のキズか、外面のキズかを評価することを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1〜図8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。
【0013】
図1は、本願発明の実施の形態に係る内挿型プローブの構成を示し、プローブを金属管内に挿入した状態を示す。
図1(a)は、図1(b)のX2−X2部分の矢印方向の断面図、図1(b)は、図1(a)のX1−X1部分の断面図である。
図において、CE1,CE2は励磁コイル、CD1〜CD8は検出コイル、Tは金属管、TFは金属管Tのキズである。
【0014】
図1のプローブは、巻き方向が逆の2個の励磁コイルCE1,CE2と巻き方向が同じ8個の検出コイルCD1〜CD8とから成り、励磁コイルCE1,CE2は、コイル面が略平行になるように所定の間隔をおいて配置し、検出コイルCD1〜CD8は、励磁コイルCE1,CE2の間に励磁コイルCE1,CE2の軸方向と略平行に、所定の間隔をおいてコイル面を放射状に配置してある。検出コイルCD1〜CD8は、各検出コイル毎に独立して出力を発生する。
【0015】
ここで図2を参照して、検出コイルCD1〜CD8に発生するキズ信号について説明する。
図2(a)は、検出コイルとキズの位置関係を、図2(b)〜(d)は、各検出コイルのキズ信号の振幅波形を示す。
図2(a)において、I1,I2は、励磁コイルCE1,CE2により発生し、逆方向に流れる渦電流、i1,i2は、キズTFにより発生し、キズTFの両側を逆方向に流れる渦電流である。
【0016】
図2(a)のように、プローブの検出コイルCD2がキズTFの真上に位置するときは、検出コイルCD2には、渦電流i1,i2が差動的に作用するため起電力は発生しない。即ち図2(c)のように、キズ信号は発生しない。検出コイルCD1には、渦電流i1により図2(b)のように、キズ信号が発生し、検出コイルCD3には、渦電流i2により図2(d)のように、検出コイルCD1と逆極性のキズ信号が発生する。したがって極性が逆になる検出コイルCD1のキズ信号と検出コイルCD3のキズ信号とによりキズTFの位置を評価することができる。
【0017】
図1のプロ−ブは、8個の検出コイルCD1〜CD8を所定間隔で配置してあるが、検出コイルの間隔を検証するため、1個の検出コイルを備えたプローブを用いて回転探傷を行った。図3は、その回転探傷に用いたプローブと回転探傷の結果を示す。図3(a)は、金属管Tに内挿したプローブの斜視図であり、図3(b)は、回転探傷結果を示す図である。
【0018】
ここで、金属管Tは、外径22mm、管肉厚1.5mmの黄銅管を用い、その黄銅管に管軸方向の長さ15mm、幅0.5mm、深さ管肉厚の80%のキズを形成した。またプローブの励磁コイルCE1,CE2は、外径18mm、巻線断面積2×2mm2の円形コイルを、検出コイルCDは、励磁コイルCE1,CE2の軸方向の長さ6mm、高さ7mm、巻線断面積1×1mm2の矩形コイルを用いた。
【0019】
図3(b)の横軸は、プローブの回転角度を表し、縦軸は、キズ信号の振幅波形の振幅の絶対値を、最大振幅で正規化して表してある。図3は、キズTFが、180度の位置にある場合の例である。キズ信号の振幅は、キズの中心、即ち180度の位置で0になり、キズの両側で最大になる。L1,L2は、振幅が最大振幅の2分の1以上になる範囲である。
【0020】
図3(b)の回転探傷結果を参照して、図1のプローブの検出コイルの、例えばCD1、CD2、CD3についてみると、検出コイルCD1、CD2、CD3を45度の間隔で配置し、検出コイルCD2がキズTFの真上に位置する場合、キズTFの真上を中心に角度が±22.5度変化しても、検出コイルCD1、CD3には、最大振幅の2分の1以上のキズ信号が発生する。
【0021】
図4、図5は、図1のプローブを金属管Tの軸方向に走査したときに、検出コイルCD1〜CD8に発生するキズ信号の振幅波形を検証するため、図3(a)のプローブを用い、検出コイルCDの角度を45度づつ変えて、プローブを金属管Tの軸方向に20mm走査したときのキズの位置と探傷結果を示す。図4、図5の(a)は、キズの位置を、図4、図5の(b)〜(f)は、各検出コイルに対応する位置のキズ信号の振幅波形を示す。図4、図5の(b)〜(f)の横軸は、走査距離を、縦軸は、キズ信号の正規化した振幅波形を表している。
【0022】
図4は、キズTFが検出コイルCD3の真下に位置するときの例である。
検出コイルCD3には、キズ信号は、発生しないが、検出コイルCD1、CD2には、振幅の大きさは異なるが同じ極性のキズ信号が発生し、検出コイルCD4、CD5には、振幅の大きさは異なるが同じ極性で、検出コイルCD1、CD2のキズ信号と逆極性のキズ信号が発生する。この検出コイルCD1と検出コイルCD4のキズ信号の極性の逆転からキズTFの位置を評価できる。
【0023】
図5は、キズTFが検出コイルCD2とCD3の中間に位置するときの例である。
検出コイルCD1、CD2には、振幅の大きさは異なるが同じ極性のキズ信号が発生し、検出コイルCD3、CD4、CD5には、振幅の大きさは異なるが同じ極性で、検出コイルCD1、CD2のキズ信号と逆極性のキズ信号が発生する。この検出コイルCD2と検出コイルCD3のキズ信号の極性の逆転からキズTFの位置を評価できる。
【0024】
図6は、プローブを金属管の外側に装着する貫通型プローブの例で、基本的構造は、図1のプローブと同じである。
図6(a)は、図6(b)のX4−X4部分の矢印方向の断面図であり、図6(b)は、図6(a)のX3−X3部分の矢印方向の断面図である。
【0025】
図6のプローブは、巻き方向が逆の2個の励磁コイルCE1,CE2と巻き方向が同じ8個の検出コイルCD1〜CD8とから成り、励磁コイルCE1,CE2は、略平行になるように所定の間隔をおいて配置し、検出コイルCD1〜CD8は、励磁コイルCE1,CE2の間に励磁コイルCE1,CE2の軸方向と略平行に、所定の間隔をおいて放射状に配置してある。検出コイルCD1〜CD8は、各検出コイル毎に独立して出力を発生する。金属管Tは、励磁コイルCE1,CE2を貫通している。
図6のプローブの探傷原理は、図1のプローブと同じである。また探傷の対象となる検査体は、金属管に限らず、金属棒、金属線等であってもよい。
【0026】
図7は、プローブの検出コイルに発生するキズ信号の位相とキズの深さとの関係を示す。図7の縦軸のキズの深さは、金属官等の検査体の肉厚のパーセントで表してある。グラフFは、検出コイルが対向する金属管等の検査体の面、即ち内挿型の場合は金属管等の内面、貫通型の場合は金属管等の外面にキズがあるときのキズ信号の位相とキズの深さとの関係を示し、グラフBは、検出コイルが対向する金属管等の検査体の面と反対の面にキズがあるときのキズ信号の位相とキズの深さとの関係を示す。
【0027】
検出コイルに発生するキズ信号は、キズの深さにより位相が変化し、またキズが検査体の検出コイルが対向する面にあるか、反対側の面にあるかにより位相が異なるから、本発明のプルーフは、前記のようにキズ信号の振幅波形によりキズの位置を評価し、キズ信号の位相により、キズの深さ及びキズのある検査体の面を判別することができる。
【0028】
図8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、金属管等の検査体Tに内挿するプローブ2、そのプローブ2に励磁電流を供給する励磁電流供給器1、プローブ2に発生するキズ信号を検出するキズ信号検出器3、及びキズ信号検出器3のキズ信号に基づいてキズの位置、深さ、及び検査体の内面のキズか、外面のキズかを評価するキズ評価器から成る。
【0029】
プローブ2は、図1のプローブから成り、検出コイルCD1〜CD8には、金属官等の検査体Tのキズに起因して発生する渦電流i1,i2により発生する起電力により、キズ信号が発生する。キズ信号検出器3は、検出コイルCD1〜CD8の夫々のキズ信号の波形や位相を検出し、キズ評価器4に表示する。キズ評価器4は、ディスプレイやレコーダー等を備えている。キズ評価器4に表示される検出コイルCD1〜CD8のキズ信号の波形や位相から、キズの位置、深さ、及び検査体Tの内面のキズか、外面のキズか等を評価することができる。キズの深さ及び検査体の内面のキズか、外面のキズかの評価は、キズ信号検出器3により検出されたキズ信号の位相と図7の関係を利用し、キズの深さ等を直接表示して行うこともできる。
【0030】
図8の渦電流探傷装置は、プローブ2として内挿型プローブについて説明したが、貫通型プローブを用いても同様である。
【0031】
前記実施の形態は、検出コイルが8個のプローブについて説明したが、8個に限るものではない。また前記実施の形態は、検出コイルに矩形型コイルを用いたが、矩形に限らず、三角形、円形等であってもよい。
【0032】
【発明の効果】
本願発明のプローブは、2個の励磁コイルの間に、複数の検出コイルを配置してあるから、プローブを回転することなく、従来の回転探傷と同様に金属管等の内面や外面のキズを探傷することができる。したがって本願発明の渦電流探傷装置は、従来のプローブを用いた渦電流探傷装置に比べ、探傷時間を短縮でき、探傷作業を効率的に行うことができる。また本願発明の渦電流探傷装置は、プローブの回転手段を要しないから、構造が簡単になる。かつ本願発明の渦電流探傷装置は、複数の検出コイルのキズ信号の振幅波形を比較して、極性の反転箇所を判別するだけでキズの位置を評価できるから、評価作業が簡単になる。また本願発明の渦電流探傷装置は、前記のようにキズ信号の振幅波形によりキズの位置を評価するとともに、キズ信号の位相によりキズの深さ及び検査体の内面のキズか、外面のキズかも評価することができる。
【0033】
本願発明のプローブは、2個の励磁コイルの間に検出コイルを配置するから、検出コイルは、キズに起因する渦電流のみを検知する。したがって本願発明のプローブは、リフトオフ雑音の影響を受けることなく、高い精度でキズを評価できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の実施の形態に係る内挿型プローブの断面である。
【図2】本願発明の実施の形態に係るプローブの渦電流とキズ信号を説明する図である。
【図3】本願発明の実施の形態に係るプローブのキズ信号の振幅波形を検証するための回転探傷型プローブと回転探傷結果を示す図である。
【図4】検査体のキズの位置と本願発明の実施の形態に係るプローブの検出コイルの振幅波形を示す図である。
【図5】検査体のキズの位置と本願発明の実施の形態に係るプローブの検出コイルの振幅波形を示す図である。
【図6】本願発明の実施の形態に係る貫通型プローブの断面である。
【図7】本願発明の実施の形態に係るプローブのキズ信号の位相とキズの深さとの関係を示す図である。
【図8】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9】従来のパンケーキ型コイルを用いた内挿型プローブが発生する渦電流を説明する図である。
【図10】従来の2個の励磁コイルとその励磁コイルの間に配置した検出コイルとから成る内挿型プローブが発生する渦電流を説明する図である。
【符号の説明】
1 励磁電流供給器
2 プローブ
3 キズ信号検出器
4 キズ評価器
CE1,CE2 励磁コイル
CD,CD1〜CD8 検出コイル
I,I1,I2,i1,i2 渦電流
T 金属官等の検査体
TF キズ
Claims (5)
- 巻線の方向が逆の2個の励磁コイルをコイル面を略平行に配置し、その2個の励磁コイルの間に巻線の方向が同じ複数の検出コイルを励磁コイルの軸方向と略平行に所定の間隔をおいてコイル面を放射状に配置し、各検出コイルは、独立して出力を発生するプローブ、そのプローブの各検出コイルのキズ信号を検出するキズ信号検出器、キズ信号検出器のキズ信号により検査体のキズを評価するキズ評価器を備え、キズ評価器は、各検出コイルのキズ信号の振幅波形を比較して極性が逆になるキズ信号により検査体のキズの位置を評価することを特徴とする渦電流探傷装置。
- 請求項1に記載の渦電流探傷装置において、キズ評価器は、キズ信号の振幅波形及び位相を表示することを特徴とする渦電流探傷装置。
- 請求項1に記載の渦電流探傷装置において、キズ評価器は、キズ信号の位相に基づきキズの深さを評価することを特徴とする渦電流探傷装置。
- 請求項1に記載の渦電流探傷装置において、キズ評価器は、キズ信号の位相に基づき検査体の内面のキズか、外面のキズかを評価することを特徴とする渦電流探傷装置。
- 請求項1に記載の渦電流探傷装置において、キズ評価器は、キズ信号の位相に基づきキズの深さ、及び検査体の内面のキズか、外面のキズかを評価することを特徴とする渦電流探傷装置。
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