JP4048333B2

JP4048333B2 - 渦電流プローブ

Info

Publication number: JP4048333B2
Application number: JP03650998A
Authority: JP
Inventors: サッド・クラーク・パットン; ロバート・ジョン・フィルキンズ; ジェイムズ・ポール・フルトン; クリスティーナ・ヘレナ・ヴァル・ヘデングレン; ジョン・デイヴィッド・ヤング
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2018-02-19
Also published as: JPH10307126A; DE69838011D1; EP0860698B1; US5801532A; DE69838011T2; EP0860698A2; EP0860698A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に導電性物品中の傷を検出するための渦電流検査システムに関するものであり、更に詳しくは渦電流検査システム用の手持ち可能なプローブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
導電性物品の表面または表面近くに存在する傷または欠陥を検出するために非破壊性の渦電流を使用する渦電流検査システムは周知である。このような検査システムは典型的には円形渦電流プローブを用い、各々のプローブは渦電流駆動コイルおよび渦電流検知コイルを有する（これらの駆動および検知コイルは同じコイルであっても、別々のコイルであってもよい）。しかし、公知のプローブは、多数の個々に検知する大体同じの可撓性の渦電流検知コイルを、多数の行および多数のオフセットした列に配列した矩形アレイに構成して含んでおり、各々の渦電流検知コイルは長さ対幅比が大体２である矩形の形に形成されている。渦電流検知コイルの最適な効率は、検知装置が検査中の部品と直接接触して配置されたときに生じる。充分な信号対雑音比を持つ一貫した且つ繰返し可能な検査結果を得るためには、一様な圧力を加えることが必要である。従って、湾曲した面（すなわち、丸まったかどを含む滑らかに変化する凸面および凹面）は渦電流傷検出システムにとって問題を生じる。公知の解決策は、渦電流プローブ内の可撓性の渦電流検知コイル・アレイの背後に対して制御した圧力の圧縮ガスを使用し、このプローブを多軸機械的制御システムの制御の下に検査中の部品に対して正確に操作することである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、安価であり、手持ち可能であり、平坦な又は滑らかに湾曲した面に対して一様な圧力を加えるように内蔵型であり、しかも本質的に機械的位置決め制御システムに接続された従来のプローブよりも良好な感度または同等な感度を有する渦電流プローブが要望されている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の渦電流プローブは、支持部材、全体的に環状の第１の弾性部材、弾性膜、第２の弾性部材および可撓性の渦電流検知コイルを含む。第２の弾性部材は、第１の弾性部材の第１の弾性係数よりも大きい第２の弾性係数を持つ。第１の弾性部材の外面が、中孔を画成する全体的に半径方向内側を向いた面部分、全体的に半径方向外側を向いた面部分、並びに各々がこれらの半径方向内側および半径方向外側を向いた面部分に接続された全体的に対向する第１および第２の端面部分を含む。第１の端面部分は支持部材に接触する。弾性膜は、全体的に中孔全体を覆うように延在し、対向する第１および第２の面を持つ。この第１の面は、第１の弾性部材の外面の第２の端面部分と接触しているが、第１の弾性部材の外面の全体的に半径方向内側を向いた面部分には付着していない。第２の弾性部材は、中孔の中に配置されるが、第１の弾性部材に付着していず、また全体的に対向する第１および第２の面を持つ。第２の弾性部材の第１の面は弾性膜の第２の面に接触する。可撓性の渦電流検知コイルは第２の弾性部材の第２の面の一部分の上に配置される。
【０００５】
好ましくは、渦電流検知コイルは第２の弾性部材の第２の面上に位置する唯一の渦電流検知コイルであり、またこのコイルは、長さ方向軸線を持ち且つ長さ対幅比が少なくとも３である全体的に矩形の形状を持つ。
一実施態様では、支持部材は基板であり、渦電流検知コイルが基板に回転自在に取り付けられて、第１の弾性部材の縦軸線の周りを回転できるようにされ、また渦電流プローブが、基板に関して固定された基準方向に対して、縦軸線の周りの渦電流検知コイルの長さ方向軸線の回転角度を測定する手段を更に含む。
【０００６】
好ましくは、渦電流プローブは更に、基板に取り付けられた信号増幅器を含み、この構成により必然的に信号増幅器が渦電流検知コイルの近くに位置することになる。
本発明により幾つかの利益および利点が得られる。本発明の渦電流プローブは、操作者が手で持つことができ、また可撓性の渦電流検知コイルの背部に本質的に一定の力を供給することができる。この力は、操作者が高価な多軸機械的制御システムや扱い難い圧縮ガス供給装置を必要とせずに被検査面に対してプローブを押し付けたり被検査面に沿ってプローブを動かすために加える可変の圧力から全体的にデカップリングされる。好ましい細長の矩形の形状の単一の渦電流検知コイルは公知の多コイル・システムと同じ検査範囲を提供する。好ましい回転自在のプローブは、プローブを便利な一方向に進行させながら、従来の渦電流探傷技術で検出し難かった傷を検出できるように渦電流検知コイルを異なる方向に沿って揃えることが出来る。信号増幅器の好ましい配置位置により、公知の渦電流検査システムに比べて信号対雑音比が改善される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して説明する。各々の図において同様な又は対応する部品には同じ参照数字が付してある。図１および２は、本発明の第１の好ましい実施態様による渦電流プローブ１０を示す。ここで、渦電流検査システムは渦電流プローブ１０からの信号を処理して表示し、このような処理および表示は当業者に周知であって、本発明の一部を構成しないことに留意されたい。本発明の渦電流プローブ１０は、支持部材１２、全体的に環状の第１の弾性部材１４、弾性膜１６、第２の弾性部材１８および可撓性の渦電流検知コイル２０を含む。典型的には、渦電流プローブ１０はまた、当業者に理解されるように可撓性の渦電流駆動コイル（図の簡単化のために図示していない）を含む。
【０００８】
支持部材１２は、好ましくは、対向する第１および第２の面２４および２６を持つプラスチック基板２２である。しかし、支持部材１２は任意の形状を有していてよい。支持部材１２の好ましい材料はプラスチックである。
全体的に環状の第１の弾性部材１４は第１の弾性係数を持ち、また縦軸線２８および外面３０を持つ。外面３０は、中孔３３を画成する全体的に半径方向内側を向いた面部分３２、全体的に半径方向外側を向いた面部分３４、並びに各々がこれらの面部分に接続された第１および第２の端面部分３６および３８を含む。第１の端面部分３６は支持部材１２に接触する。好ましくは、第１の弾性部材１４の外面３０の第１の端面部分３６は、基板２２の第１の面２４に接触し且つそれに取り付けられる。図１に示した第１の好ましい実施態様では、第１の弾性部材１４は、これに限定されるものではないが、ＲＴＶ（室温加硫）シリコーンのような弾性材料の単一のモノリシック・リングである。
【０００９】
図３に示されている第２の好ましい実施態様では、第１の弾性部材１１４は、縦軸線２８とほぼ同軸に配置されていて、基板２２の第１の面２４に取り付けられているゲル（ｇｅｌ）リング１４０、縦軸線２８とほぼ同軸に配置されていて、ゲル・リング１４０に縦方向に取り付けられているフォーム（ｆｏａｍ）リング１４２、および縦軸線２８とほぼ同軸に配置されていて、フォーム・リング１４２に縦方向に取り付けられている環状のゴム接触遮蔽体１４４で構成されている。フォーム・リング１４２はゲル・リング１４０と環状のゴム接触遮蔽体１４４との間に縦方向に配置されている。ここで、ゲル・リング１４０、フォーム・リング１４２および環状のゴム接触遮蔽体１４４は全体的に同心であることに注意されたい。好ましくは、ゲル・リング１４０は本質的にＲＴＶシリコーンで形成され、フォーム・リング１４２は本質的にネオプレン・スポンジ・ゴムで形成され、環状のゴム接触遮蔽体１４４は本質的にフォーム・ゴムで形成される。環状のゴム接触遮蔽体１４４は耐磨耗性を与え、ゲル・リング１４０（常に、フォーム・リング１４２よりも弾性である）は第１の弾性部材１１４が被検査面４５（図１参照）に対して一層良好に順応できるようにし、フォーム・リング１４２は基板２２を被検査面４５から弾性隔離距離だけ隔てるための基本的な機械的支持を行う。
【００１０】
第３の好ましい実施態様では、図４に示されるような配置形状のゲル・リング２４０およびフォーム・リング２４２が、環状のゴム接触遮蔽体１４４と共に、第１の弾性部材２１４を構成する。フォーム・リング２４２は、縦軸線２８とほぼ同軸に配置されていて、ゲル・リング２４０に半径方向に取り付けられている。フォーム・リング２４２の内径はゲル・リング２４０の外径に大体等しい。このような設計は、凹面形の被検査面４５に対して良好な順応性を持つ。
【００１１】
第４の好ましい実施態様では、図５に示されるような配置形状のゲル・リング３４０およびフォーム・リング３４２が、環状のゴム接触遮蔽体１４４と共に、第１の弾性部材３１４を構成する。フォーム・リング３４２の外径はゲル・リング３４０の内径に大体等しい。このような設計は、凸面形の被検査面４５に対して良好な順応性を持つ。
【００１２】
弾性膜１６は、全体的に中孔３３全体を覆うように延在し、対向する第１および第２の面４６および４８を持つ。第１の面４６は、第１の弾性部材１４の外面３０の第２の端面部分３８と接触しているが、第１の弾性部材１４の外面３０の全体的に半径方向内側を向いた面部分３２には付着していない。一構成例では、弾性膜１６の第１の面４６は第１の弾性部材１４の外面３０の第２の端面部分３８に取り付けられる。弾性膜１６はまた基板２２に取り付けることが望ましい。好ましくは、弾性膜１６は本質的にラテックス・ゴムで形成される。図３に示されるように第１の弾性部材１１４が環状のゴム接触遮蔽体１４４を含んでいる場合、弾性膜１６の第１の面４６は環状のゴム接触遮蔽体１４４に取り付けられる。
【００１３】
第２の弾性部材１８は、第１の弾性部材１４の第１の弾性係数よりも大きい第２の弾性係数を持つ。第２の弾性部材１８は、中孔３３の中に配置されるが、第１の弾性部材１４に付着していず、また全体的に対向する第１および第２の面５０および５２を持つ。ここで、第２の弾性部材１８の第１の面５０が弾性膜１６の第２の面４８に接触していることに注意されたい。
【００１４】
可撓性の渦電流検知コイル２０が第２の弾性部材１８の第２の面５２の一部分の上に配置される。好ましくは、渦電流検知コイル２０は第２の弾性部材１８の第２の面５２上に位置する唯一の渦電流検知コイルである。好ましい構成では、渦電流検知コイル２０は、長さ方向軸線５４を持ち且つ長さ対幅比が少なくとも３（好ましくは、少なくとも６）である全体的に矩形の形状を持つ。ここで、好ましい細長の矩形の形状の単一の渦電流検知コイル２０が公知の多コイル・システムと同じ検査範囲を提供することに注意されたい。このような好ましい構成の場合、第２の弾性部材１８が全体的に楕円体形状を持ち、その主軸を渦電流検知コイル２０の長さ方向軸線５４と大体平行に揃えることが望ましい。しかし、渦電流検知コイル２０は任意の形状を持っていてよく、また離間配置されて電気接続された複数のサブコイルの任意の組合せでもよい。
【００１５】
渦電流検知コイル２０は基板２２に回転自在に取り付けて、縦軸線２８の周りを回転できるようにすることが好ましい。回転自在の渦電流検知コイル２０の場合、渦電流プローブ１０が、基板２２に関して固定された基準方向に対して、縦軸線２８の周りの渦電流検知コイル２０の長さ方向軸線５４の回転角度を測定する手段を含んでいることが望ましい。このような測定手段は、図２に示されているように基板２２の第１の面２４上に角度マークを含んでいることが好ましい。他の測定手段としては、当業者に周知のように、このような角度のディジタル読出し手段などを含むものである。本発明者は、被検査面４５に沿った渦電流プローブ１０の進行方向からある角度だけ渦電流検知コイル２０をずらすことにより傷をより容易に検出できることを見出した。
【００１６】
本発明の好ましい実施態様では、渦電流プローブ１０はまた、可撓性の電気リード５８および６０を収容する可撓性のポリイミド・フィルム５６を含む。渦電流検知コイル２０がポリイミド・フィルム５６の中に配置されて、電気リード５８および６０に接続される。望ましい構成では、ポリイミド・フィルム５６は基板２２に取り付けられる（好ましくは、回転自在に取り付けられる）。
【００１７】
渦電流プローブ１０の更に取り得る一例として、ポリイミド・フィルム５６を覆うようにポリアミドのメッシュ生地６２が配置される。ポリアミドのメッシュ生地６２が実際に被検査面４５に接触する部材になる。ポリアミドのメッシュ生地６２の目的は、容易に取り替えることができ、被検査面４５との接触により磨耗することである。この目的にはテフロン（登録商標）テープを使用することが出来る。
【００１８】
好ましい構成では、渦電流プローブ１０は更に、基板２２の第２の面２６に取り付けられ且つ渦電流検知コイル２０に電気接続された信号増幅器６４を含む。これにより、従来の渦電流検査システムと比べて、信号増幅器６４が渦電流検知コイル２０の近くに配置される。信号増幅器６４および渦電流検知コイル２０を本質的に同じ位置に置くことにより、信号対雑音比が改善され、従って傷の検出が改善される。
【００１９】
上述した渦電流プローブ１０は、操作者が手で持つことができ、また可撓性の渦電流検知コイル２０の背部に本質的に一定の力を供給することができ、この力は、操作者が被検査面に対してプローブ１０を押し付けたり又は被検査面に沿ってプローブ１０を動かすために加える可変の圧力から全体的にデカップリングされることに注意されたい。希望により、プローブ１０は機械的制御システムによって移動させるようにしてもよいが、好ましい操作モードはプローブ１０を手で動かすことである。安定性のために、手によるプローブの移動を案内するためにジグを使用してもよい。図１は、手に順応性のあるプラスチック・ハウジング６６を更に示している。このプラスチック・ハウジング６６は、基板２２の第２の面２６を覆うと共に、渦電流検査システムの信号処理及び画像表示部分へ延在するケーブル６８や図に示されていない他の部分を覆う。
【００２０】
渦電流プローブ１０の特定の実施態様を検討することにより、当業者には、本願の基本的発明が（前述のプローブ構成部品を含めて）より一般的に、傷の有無を検査すべき物体の被検査面４５に接近するように移動可能な支持部材１２、および支持部材１２が被検査面４５に接近するように移動されたとき支持部材１２と被検査面４５との間に隔離距離を定める第１の手段を含む、渦電流プローブ１０のような、プローブとして記述されることが理解されよう。第１の手段は、支持部材１２が被検査面４５に接近するように移動されたとき、被検査面４５および支持部材１２に接触する。このような接近移動は、被検査面４５へ直接向かう接近移動を含み、更に好ましくは被検査面４５に沿った接近移動も含む。好ましくは、第１の手段は、前述の第１の弾性部材１４、前述の弾性膜１６の重なる部分、および前述のポリアミドのメッシュ生地６２の重なる部分を含む。他の第１の手段は、１つ以上の任意の形状の堅固な及び／又は弾性のブロック部材を含み、弾性はバネ、ガス、液体、エラストマーなどで与えることが出来る。
【００２１】
より一般的に記述されるプローブ１０はまた、第１の手段が被検査面４５に接触したとき被検査面４５に所定の力を加えるための第２の手段を含む。第２の手段全体は、支持部材１２の近くに位置決めされていて、支持部材１２が被検査面４５に接近するとき被検査面４５に接近する。第２の手段は、第１の手段が被検査面４５に接触したときに被検査面４５に接触する。所定の力は、第１の手段が被検査面４５に接触したときに第１の手段によって被検査面４５に加えられる力から全体的にデカップリングされる。第２の手段は、第１の手段が被検査面４５に接触したときに被検査面４５の近くに位置決めされる（可撓性の渦電流検知コイル２０のような）可撓性の検知装置を含む。好ましくは、第２の手段はまた、前述の弾性膜１６、前述の第２の弾性部材１８、前述の可撓性のポリイミド・フィルム５６、および前述のポリアミドのメッシュ生地６２の重なる部分を含む。他の第２の手段はまた、渦電流検知コイル２０の背後に配置され、第１の手段に取り付けられていず、且つ支持部材１２に取り付けられる（或いは、支持部材１２の近くに留まるように何らかの手段で拘束される）ガスまたは液体充填ブラダ（ｂｌａｄｄｅｒ）、バネ、エラストマーなどを含む。当業者には理解されるように、上述の第２の手段は所定の大体一定の力を供給し、この力は第１の手段によって被検査面４５に加えられる力から全体的にデカップリングされる。可撓性の検知装置としては、これに限定されないが、当業者に理解され得るように、前述の渦電流検知コイル２０、超音波試験のためのポリ弗化ビニリデンのような強誘電体ポリマー、圧力試験のための２つのコンデンサ板、熱伝対など、およびそれらの組合せが挙げられる。ここで、第２の手段が典型的には（可撓性の渦電流駆動コイルのような）可撓性の駆動装置も含んでおり、この駆動装置が用途によっては検知装置と同じ構造（例えば、特定の超音波用途で使用される共通の送信−受信トランスジューサ）を時分割使用することに留意されたい。
【００２２】
上記のより一般的に記述されるプローブ１０の好ましい実施態様を以下に示す。支持部材１２、第１の手段および第２の手段は一緒に手持ち可能である。第２の手段は、被検査面４５に接近する支持部材１２の移動によってのみ所定の力を供給する。第２の手段全体は、第１の手段が被検査面４５に接触したとき、支持部材１２と被検査面４５との間の隔離距離内に配置される。第２の手段は第１の手段よりも一層弾性である。
【００２３】
好ましくは、渦電流検知コイル２０は第２の手段内に含まれる唯一の渦電流検知コイルであり、また渦電流検知コイル２０は、長さ方向軸線５４を持ち且つ長さ対幅比が少なくとも３（好ましくは、少なくとも６）である全体的に矩形の形状を持つ。渦電流検知コイル２０は支持部材１２に回転自在に取り付けられる。渦電流プローブ１０がまた、支持部材１２に関して固定された基準方向に対して、渦電流検知コイル２０の長さ方向軸線５４の回転角度を測定する第３の手段を含む。このような第３の手段は、前に述べた角度測定手段と等価である。渦電流プローブ１０は更に、支持部材１２に取り付けられ且つ渦電流検知コイル２０に電気接続された信号増幅器６４を含む。
【００２４】
図６は本発明の別の実施態様を示す。この実施態様の渦電流プローブ１０′は、支持部材１２′、縦軸線２８′を持つ全体的に環状の第１の弾性部材１４′、第２の弾性部材１８′、可撓性の渦電流検知コイル２０′、およびポリアミドのメッシュ生地６２′を含む。
上記の幾つかの好ましい実施態様は例示の目的で提示した。本発明は上記の形態そのものに限定されず、上記の教示するところから種々の変更および変形をなし得ることは明らかであろう。本発明の範囲は特許請求の範囲によって定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の好ましい実施態様による第１の弾性部材を含む渦電流型検知システム用プローブの概略断面図である。
【図２】図１の線２−２に沿って取った図１の渦電流プローブの底面図である。
【図３】本発明の渦電流プローブの第２の好ましい実施態様による第１の弾性部材とその隣接部材とを示す概略断面図である。
【図４】本発明の渦電流プローブの第３の好ましい実施態様による第１の弾性部材とその隣接部材とを示す、図３と同様な概略断面図である。
【図５】本発明の渦電流プローブの第４の好ましい実施態様による第１の弾性部材とその隣接部材とを示す、図３と同様な概略断面図である。
【図６】本発明の別の実施態様の渦電流プローブの、図１と同様であるが一部分のみを示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０渦電流プローブ
１２支持部材
１４、１１４、２１４，３１４第１の弾性部材
１６弾性膜
１８第２の弾性部材
２０渦電流検知コイル
２２基板
２８縦軸線
３０外面
３２全体的に半径方向内側を向いた面部分
３３中孔
３４全体的に半径方向外側を向いた面部分
３６第１の端面部分
３８第２の端面部分
４５被検査面
１４０、２４０、３４０ゲル・リング
１４２、２４２、３４２フォーム・リング
１４４環状のゴム接触遮蔽体

Claims

支持部材、
縦軸線を持ち、且つ第１の弾性係数を持つ全体的に環状の第１の弾性部材であって、当該第１の弾性部材の外面が、中孔を画成する全体的に半径方向内側を向いた面部分、全体的に半径方向外側を向いた面部分、並びに各々がこれらの半径方向内側および半径方向外側を向いた面部分に接続された全体的に対向する第１および第２の端面部分を含み、該第１の端面部分が前記支持部材に接触している第１の弾性部材、
全体的に前記中孔全体を覆うように延在する弾性膜であって、対向する第１および第２の面を持ち、該第１の面が、前記第１の弾性部材の前記外面の前記第２の端面部分と接触しているが、前記第１の弾性部材の前記外面の前記全体的に半径方向内側を向いた面部分には付着していない弾性膜、
全体的に対向する第１および第２の面を持ち、且つ前記第１の弾性係数よりも大きい第２の弾性係数を持つ第２の弾性部材であって、当該第２の弾性部材は、前記中孔の中に配置されているが、前記第１の弾性部材に付着していず、当該第２の弾性部材の前記第１の面が前記弾性膜の前記第２の面に接触している第２の弾性部材、および
前記第２の弾性部材の前記第２の面の一部分の上に配置されている可撓性の渦電流検知コイル、
を有していることを特徴とする渦電流プローブ。
前記支持部材が、対向する第１および第２の面を持つ基板であり、前記第１の弾性部材の前記外面の前記第１の端面部分が前記基板の前記第１の面に接触し且つ該第１の面に取り付けられている請求項１記載の渦電流プローブ。
前記第１の弾性部材が、前記縦軸線とほぼ同軸に配置されて、前記基板の前記第１の面に取り付けられているゲル・リングを有している請求項２記載の渦電流プローブ。
前記第１の弾性部材が更に、前記縦軸線とほぼ同軸に配置されて、前記ゲル・リングに縦軸線方向に取り付けられているフォーム・リングを有している請求項３記載の渦電流プローブ。
前記第１の弾性部材がまた更に、前記縦軸線とほぼ同軸に配置されて、前記フォーム・リングに縦軸線方向に取り付けられている環状のゴム接触遮蔽体を有しており、前記フォーム・リングが前記ゲル・リングと前記環状のゴム接触遮蔽体との間に縦軸線方向に配置されており、前記弾性膜の前記第１の面が前記環状のゴム接触遮蔽体に取り付けられている請求項４記載の渦電流プローブ。