JP4323437B2

JP4323437B2 - 渦電流探傷プローブ及び渦電流探傷装置

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Publication number: JP4323437B2
Application number: JP2005004898A
Authority: JP
Inventors: 亮西水; 哲也松井; 正浩小池; 善夫野中; 功吉田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2025-01-12
Also published as: US7235967B2; JP2006194661A; US20060170420A1

Description

本発明は渦電流探傷プローブ及び渦電流探傷装置に係り、特に、複数のコイルを順次連続して切換えて検出用コイルからの探傷信号を検出して被検査体の探傷を行う渦電流探傷プローブ及び渦電流探傷装置に関する。

複数のコイルを順次連続して切換えて検出用コイルからの探傷信号を検出して被検査体の探傷を行う渦電流探傷プローブ及び渦電流探傷装置は、例えば特許文献１に示すように、既に提案されている。

即ち、柔軟性の基板上に複数のコイルを配列し、このコイルを被検査体表面に例えば板ばねのような弾性を利用して押圧し、この状態で複数のコイルを順次連続して切換えて検出用コイルからの探傷信号を検出して探傷を行うものである。

特開２００３−３４４３６０号公報

上記特許文献１に記載の渦電流探傷プローブによれば、板ばね等の弾性体によってコイルを被検査体側に押圧する構成のために、押圧力にとってコイルが変形する恐れがある。仮に、押圧力によってコイルが変形した場合には、被検査体に対し、設計通りの渦電流を発生させることができず、又発生した渦電流を正確に検出することができなくなるので、探傷を正確に実施できない問題がある。

本発明の目的は、コイルを変形なく被検査体側に押圧することができる渦電流探傷プローブ及び渦電流探傷装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、正確な探傷が行える渦電流探傷プローブ及び渦電流探傷装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、被検査体表面に面する可撓性基板と、この可撓性基板に固定され順次連続して切換えられる複数のコイルと、前記可撓性基板の反被検査体側に配置した弾性体と、この弾性体を被検査体側に押圧する押圧手段と、この押圧手段の前記被検査体側への変位を規制する変位規制手段とを備えた渦電流探傷プローブを構成したのである。

上記構成の渦電流探傷プローブにおいては、押圧手段により押圧されて変形する弾性体の変位が変位規制手段によって規制されるので、コイルを変形させるほどの押圧力が弾性体を介してコイルに作用することがなくなり、その結果、コイルの変形をなくして正確な探傷を行うことができる。

以上説明したように本発明によれば、コイルを変形なくして正確な探傷が行える渦電流探傷プローブ及び渦電流探傷装置を得ることができる。

以下、本発明による渦電流探傷プローブの第１の実施の形態を、図１〜図２に基づいて説明する。

渦電流探傷プローブ１は、被検査体２の表面に面する探傷センサ３と、この探傷センサ３を被検査体２側に密着させる弾性体４と、この弾性体４を介して前記探傷センサ３を被検査体２側に押圧する押圧手段５により構成されている。

前記探傷センサ３は、例えばポリイミドフィルムを複数層積層して形成された可撓性基板６と、この可撓性基板６の反被検査体２側に、例えば接着後も可撓性を有する接着剤等により、固定されて一方向に配列された複数のコイル７とで構成されている。この実施の形態においては、複数のコイル７を２列に配列しており、各コイル７に接続される配線（図示せず）は、前記ポリイミドフィルムの積層間を利用して引き出される。

前記弾性体４は、例えばポリウレタンゴム製のスポンジで直方体上に形成され、前記可撓性基板６に面する側に前記２列のコイル７を収容できるコイル収容溝８Ａ，８Ｂを形成している。

前記押圧手段５は、例えばベークライトやアルミニュウム等で形成されており、前記弾性体４の反コイル収容溝８Ａ，８Ｂ側を押圧するようにしている。そして、この押圧手段８の前記弾性体４と接する側には、変位規制手段となる複数の突起９Ａ，９Ｂが被検査体２側に向かって同じ長さとなるように突出している。

これら探傷センサ３と弾性体４と押圧手段５とは、例えば接着やねじ止めや係合等の周知の連結手段によって取り扱いが容易になるように、一体化されている。そして、渦電流探傷プローブ１を被検査体２の表面に押し当てたとき、前記突起９Ａ，９Ｂの突出端から被検査体２までの寸法ｈ１と、コイル７とコイル収容溝８Ａ，８Ｂの底部までの寸法ｈ２との関係が、ｈ１≦ｈ２となるように設定されている。

上記構成の渦電流探傷プローブ１を用いて略平坦面の被検査体２の探傷を行う場合、被検査体２の表面に、押圧手段５を加圧して可撓性基板６を押し当てる。このとき、押圧手段５による加圧力により、弾性体４は弾性変形し、可撓性基盤６を被検査体２の表面形状に倣って密着させる。そして、押圧手段５の突起９Ａ，９Ｂの下端が、２点鎖線で示す突起９Ａ´，９Ｂ´のように、被検査体２に接触したなら、前記コイル７を配列方向に沿って順番に切換えて励磁及び渦電流の検出を行うことで、被検査体２の内部の傷を探傷することができる。尚、押圧手段５の突起９Ａ，９Ｂの下端が被検査体２に接触しても、ｈ１≦ｈ２の関係にあるので、各コイル７にはコイル収容溝８Ａ，８Ｂの底部が接触することはなく、又接触したとしてもコイル７を変形させるような大きな押圧力は加わらない。

以上説明したように、本実施の形態によれば、大きな押圧力を加えたとしても、押圧手段５の突起９Ａ，９Ｂによって、コイル７を変形させるような力がコイル７に作用することはなく、その結果、正確な探傷を行うことができる。

ところで、前記実施の形態は、被検査体２の表面形状がほぼ平坦面の場合の渦電流探傷プローブであるが、被検査体２の表面形状が多少湾曲していても、その湾曲の曲率が前記弾性体４によって吸収できる曲率であれば、探傷は可能である。

図３は、本発明による第２の実施の形態を示すもので、ここに示す渦電流探傷プローブ１Ａは、被検査体２Ａの表面が凹曲面を有する場合に用いられる。この渦電流探傷プローブ１Ａは、予め湾曲させた弾性体４Ａと、この弾性体４Ａの凸曲面側に接着等により取付けられた可撓性基板６を有する探傷センサ３と、前記弾性体４Ａの凹曲面側に接着され凸曲面を有する押圧手段５Ａと、この押圧手段５Ａから前記弾性体４Ａ側に突出し押圧手段５Ａと同じ曲率で湾曲する突起９Ａ，９Ｂとで構成されている。尚、前記弾性体４Ａの探傷センサ３側には、図示していないが、探傷センサ３の各コイル７を収容するコイル収容溝が形成されており、渦電流探傷プローブ１Ａの基本構成は第１の実施の形態による渦電流探傷プローブ１と同じである。

このような渦電流探傷プローブ１Ａを用いることで、第１の実施の形態による渦電流探傷プローブ１では吸収できない凹曲面を有する被検査体２Ａの探傷を行うことができる。そして、第１の実施の形態と同じように、湾曲した突起９Ａ，９Ｂによって押圧手段５Ａによる押圧力を規制できるので、探傷センサ３の各コイル７を変形させたり損傷させたりすることはなく、正確な探傷を行うことができる。

図４は、本発明による第３の実施の形態を示すもので、ここに示す渦電流探傷プローブ１Ｂは、被検査体２Ｂの表面が凸曲面を有する場合に用いられる。この渦電流探傷プローブ１Ｂは、予め湾曲させた弾性体４Ｂと、この弾性体４Ｂの凹曲面側に接着等により取付けられた可撓性基板６を有する探傷センサ３と、前記弾性体４Ｂの凸曲面側に接着され凹曲面を有する押圧手段５Ｂと、この押圧手段５Ｂから前記弾性体４Ｂ側に突出し押圧手段５Ｂと同じ曲率で湾曲する突起９Ａ，９Ｂとで構成されている。尚、前記弾性体４Ｂの探傷センサ３側には、図示していないが、探傷センサ３の各コイル７を収容するコイル収容溝が形成されており、渦電流探傷プローブ１Ｂの基本構成は第１の実施の形態による渦電流探傷プローブ１と同じである。

このような渦電流探傷プローブ１Ｂを用いることで、第１の実施の形態による渦電流探傷プローブ１では吸収できない凸曲面を有する被検査体２Ｂの探傷を行うことができる。そして、第１の実施の形態と同じように、湾曲した突起９Ａ，９Ｂによって押圧手段５Ｂによる押圧力を規制できるので、探傷センサ３の各コイル７を変形させたり損傷させたりすることはなく、正確な探傷を行うことができる。

ところで、上記各渦電流探傷プローブ１，１Ａ，１Ｂは、気中や液中で使用されるものである。仮に、各渦電流探傷プローブ１，１Ａ，１Ｂが液中で使用された場合、前記弾性体４，４Ａ，４Ｂがポリウレタンゴム製のスポンジで形成されているので、このスポンジが密封された独立した空気泡を有している場合には、液圧により空気泡が圧縮されて縮小してしまう。空気泡の縮小により、スポンジは柔軟性を喪失するので、弾性体４，４Ａ，４Ｂが被検査体２，２Ａ，２Ｂの表面形状に追従できなくなり、正確な探傷ができなくなる問題がある。

そのために、液中で各渦電流探傷プローブ１，１Ａ，１Ｂを使用する場合には、弾性体４，４Ａ，４Ｂとして使用するスポンジには、密封された空気泡がなく、液が自由に浸透する連通した多孔質のスポンジを用いることが望ましい。

以上の各実施の形態は、探傷センサ３と弾性体４，４Ａ，４Ｂと押圧手段５，５Ａ，５Ｂとが一体化したものである。したがって、被検査体２，２Ａ，２Ｂの表面形状に合った弾性体４，４Ａ，４Ｂを備えた渦電流探傷プローブ１，１Ａ，１Ｂを専用に用意しておく必要がある。しかし、各部品を使用目的別に用意することは、部品の歩止まりが悪く、渦電流探傷プローブ１，１Ａ，１Ｂの製造コストを上昇させることになる。

このような問題を解消したのが、図５及び図６に示す本発明による第４の実施の形態である渦電流探傷プローブ１Ｃである。この渦電流探傷プローブ１Ｃは、例えばポリウレタンゴム製のスポンジを直方体に形成した弾性体４に対し、被検査体２側に前記実施の形態と同構成の探傷センサ３を周知の連結手段で取付け、反被検査体２側に例えば厚さ０．１mmのステンレス薄鋼板等の可撓性薄板材１０を周知の連結手段で取付けている。そして、可撓性薄板材１０の反弾性体４側にはボルト１１が固定されている。一方、押圧手段５側には、前記ボルト１１を貫通するボルト孔１２が形成されており、ボルト貫通端側にナット１３を捻じ込むことにより、可撓性薄板材１０と一体の弾性体４及び探傷センサ３を固定している。

このように、弾性体４と探傷センサ３とを押圧手段５に対して着脱可能に取付ける構造とすることで、被検査体２の表面形状が変わっても押圧手段５のみを取り換えるだけで、探傷センサ３を被検査体２の表面に密着させることができる。

即ち、図５及び図６に示す渦電流探傷プローブ１Ｃは、押圧手段５の弾性体４の取付け面が平坦に形成されているので、ほぼ平坦面の被検査体２の探傷を行うことができる。

被検査体２の表面が凹曲面の場合には、押圧手段５に代えて図７に示す本発明による第５の実施の形態のように、弾性体４に対向する側の面が凸曲面を有する押圧手段５Ａに、可撓性薄板材１０を介して弾性体４及び探傷センサ３を取付けるのである。このように押圧手段５Ａに取付けることで、可撓性薄板材１０は、押圧手段５Ａの凸曲面に沿って湾曲し、可撓性薄板材１０と一体の弾性体４及び探傷センサ３も湾曲するので、被検査体２の凹曲面に合致する渦電流探傷プローブ１Ｄを得ることができる。

一方、被検査体２の表面が凸曲面の場合には、図５に示す押圧手段５に代えて図８に示す本発明による第６の実施の形態のように、弾性体４に対向する側の面が凹曲面を有する押圧手段５Ｂに、可撓性薄板材１０を介して弾性体４及び探傷センサ３を取付けるのである。このように押圧手段５Ｂに取付けることで、可撓性薄板材１０は、押圧手段５Ｂの凹曲面に沿って湾曲し、可撓性薄板材１０と一体の弾性体４及び探傷センサ３も湾曲するので、被検査体２の凸曲面に合致する渦電流探傷プローブ１Ｅを得ることができる。

ところで、以上の各実施の形態において、可撓性基板６を弾性体４，４Ａ，４Ｂに取付ける一例として、接着による取付けを説明した。しかし、接着による取付けは、弾性体４及び探傷センサ３の一方が損傷して取り換える必要が生じた場合に、渦電流探傷プローブ毎、あるいは可撓性薄板材１０と一体の弾性体４と探傷センサ３毎取り換えねばならず、極めて不経済である。また、長期使用のうちには、接着剤が劣化して弾性体４から探傷センサ３が剥がれることがあるので、再度接着し直す必要があるが、接着剤の剥離痕を除去してから接着剤を再度塗布し直さなければならず、その作業が極めて厄介となる問題がある。

そこで、図９に示す本発明による第７の実施の形態のように、弾性体４と探傷センサ３とを着脱できる渦電流探傷プローブ１Ｆを構成することで、上記問題を一掃することができる。

即ち、探傷センサ３を構成する可撓性基板７のコイル（図示せず）が固定されてなく、配線が布設されていない縁部に複数の孔１４を設け、この孔１４を利用して強固な紐状体１５を用いて弾性体４Ｃと縫い合わせるのである。

上記構成とすることで、接着剤による問題は一掃され、また、弾性体４Ｃと探傷センサ３の一方が損傷した場合にも、一方側のみを置換すれば全体を取り換える必要はなくなり経済的となる。

ところで、図１〜図９において、同一符号で示す構造物は同じ構成をしていることが前提である。また、上記説明において、弾性体４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃとしてポリウレタンゴム製のスポンジを一例に説明したが、スポンジの代わりにゴム材あるいはコイルばね等を用いても良い。さらに、前記実施の形態において、変位規制手段としての突起９Ａ，９Ｂを押圧手段５，５Ａ，５Ｂに設けたが、例えば、突起９Ａ，９Ｂに相当する部材を弾性体４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃの表面に取付けたり、弾性体４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃに内臓させたりしてもよく、あるいは専用の変位規制手段を設けても良い。尚、前記変位規制手段は、結果的にコイルの変形を防止できるので、コイル変形防止手段でもあり、かつ、前記弾性体４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃに形成したコイル収容溝８Ａ，８Ｂを深く形成して弾性体が変形してもコイル７に接触しないようにすることで、コイルの変形を防止するコイル変形防止手段とすることができる。

図１０は、第８の実施の形態を示すもので、ここに示す渦電流探傷プローブ１Ｇは、表面に角度の狭い凹曲面を有する被検査体２Ｇの探傷に用いられるものである。この渦電流探傷プローブ２Ｇは、外周にコイル収容溝（図示せず）を有するローラ状の弾性体４Ｇと、この弾性体４Ｇの外周面に接着剤等で取付けられた探傷センサ３と、前記ローラ状の弾性体４Ｇの両側に位置し弾性体４Ｇよりも小径の円盤状突起９Ｇと、前記弾性体４Ｇと円盤状の突起９Ｇとを同軸に支持した押圧手段５Ｇとにより構成されている。

上記構成の渦電流探傷プローブ１Ｇにおいて、押圧手段５Ｇを押圧することで、探傷センサ３は弾性体４Ｇを介して被検査体２Ｇの凹曲面に押付けられる。弾性体４Ｇが押圧手段５Ｇの押圧によってある程度弾性変形すると、円盤状の突起９Ｇが被検査体２Ｇの表面に当接するので、弾性体４Ｇはそれ以上変形することがなくなり、その結果、弾性体４Ｇの大きな変形による探傷センサ３のコイル（図示せず）の変形や損傷を防止することができる。

図１１は、第９の実施の形態を示すもので、ここに示す渦電流探傷プローブ１Ｈは、渦電流探傷プローブ１Ｈを移動する方向に対し被検査体２Ｈの凹曲面の角度が、θ１〜θ２のように連続して変化している場合に用いられるものである。この渦電流探傷プローブ１Ｈは、Ｖ字状に形成された押圧手段５Ｈと、この押圧手段５Ｈの凸部側に配置した弾性体４Ｈと、この弾性体４Ｈの凸部側に接着等により取付けられた探傷センサ３とを備え、前記押圧手段５Ｈは、Ｖ字状の頂点をヒンジで連結された２つの押圧辺５Ｈ１，５Ｈ２を有し、各押圧辺５Ｈ１，５Ｈ２には圧縮ばね５ＨＳが張架されていると共に、弾性体４Ｈ側に突出する突起９Ａ，９Ｂが夫々設けられている。

上記構成の渦電流探傷プローブ１Ｈにおいて、押圧手段５Ｈを押圧することで、探傷センサ３は弾性体４Ｈを介して被検査体２Ｈの凹曲面に押付けられる。弾性体４Ｈが押圧手段５Ｈの押圧によってある程度弾性変形すると、突起９Ａ，９Ｂが被検査体２Ｈの表面に当接するので、弾性体４Ｈはそれ以上変形することがなくなり、その結果、弾性体４Ｈの大きな変形による探傷センサ３のコイル（図示せず）の変形や損傷を防止することができる。また、探傷センサ３を移動する方向の被検査体２Ｈの凹曲面の角度が狭角θ１から広角θ２に変化している場合には、その角度の変化に応じて圧縮ばね５ＨＳのばね力で押圧辺５Ｈ１，５Ｈ２の角度を連続して開くことができるので、探傷センサ３を被検査体２Ｈの凹曲面の角度に追従させて密着させることができる。

ところで、図１０及び図１１において、他の実施の形態と同一符号は同一部品を示すので再度の詳細な説明は省略する。

次に、上記説明の渦電流探傷プローブを用いた本発明による渦電流探傷装置の一実施の形態を図１２に基づいて説明する。

本実施の形態による渦電流探傷装置１６は、被検査体２の表面に渦電流プローブを走査させるスキャナ装置１７と、このスキャナ装置１７を制御する制御装置１８と、探傷結果を表示する表示装置１９とから構成されている。

前記スキャナ装置１７は、被検査体２の表面に吸盤や磁石により固定する固定具２０を備えた一対の枠体２１Ａ，２１Ｂと、この枠体２１Ａ，２１Ｂ間に跨って設置された案内レール２２と、前記枠体２１Ａ，２１Ｂ間に軸支され前記案内レール２２と平行に設置されたねじ棒２３と、このねじ棒２３を回転駆動するモータ２４と、前記案内レール２２に案内され前記ねじ棒２３に螺合するスキャナヘッド２５と、このスキャナヘッド２５に押圧ばね２６を介して支持された渦電流探傷プローブ１（又は１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｅ，１Ｆ）とを備えている。

前記制御装置１８は、前記渦電流探傷プローブ１の複数のコイル７を順次切換える手段としてのコンピュータ２７と、コンピュータ２７の指令により電圧を発生させる発信回路２８と、発信回路２８の電圧を切換えながら供給して各コイル７に励磁するマルチプレクサ２９と、発信回路２８の電圧を参照し各コイル７のうち検出用のコイルからの探傷信号をマルチプレクサ２９を介して入力する位相器３０と、位相器３０からの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３１と、Ａ／Ｄ変換器３１からの信号を順に電子データとして蓄積するメモリ３２とを備えている。

前記表示装置１９は、メモリ３２に蓄積した電子データをコンピュータ２７の指令に基づいて表示する。

上記構成の渦電流探傷装置１６は、各コイル７を励磁用と検出用に切換えながら一連の探傷を終了した後、コンピュータ２７の指令により、モータ２４を駆動してねじ棒２３を回転させる。ねじ棒２３の回転により、スキャナヘッド２５は案内レール２２に沿って被検査体２の表面上を移動し、次の探傷を行う。

上記構成において、コンピュータ２７と発信回路２８とマルチプレクサ２９とが、本発明によるコイル切換え手段に相当し、マルチプレクサ２９と位相器３０とＡ／Ｄ変換器３１とメモリ３２とコンピュータ２７と表示装置１９とが本発明の探傷信号を表示する表示部に相当し、コンピュータ２７とモータ２４とねじ棒２３と案内レール２２とが本発明による渦電流探傷プローブを被検査体の上を一方向に移動させる移動手段に相当するものである。

尚、上記渦電流探傷装置１６において、押圧ばね２６によって渦電流探傷プローブ１を被検査体２に押圧するのに代えて、モータとねじ棒を利用して押圧するように構成することも可能である。このように構成した場合、モータの回転を制御することで、渦電流探傷プローブ１を押圧する押圧力を規制できるので、そのような場合、モータとねじ棒とが本発明による押圧手段の変位を規制する変位規制手段となる。

本発明による渦電流探傷プローブの第１の実施の形態を示す分解斜視図。図１に示す渦電流探傷プローブの拡大断面図。本発明による渦電流探傷プローブの第２の実施の形態を示す側面図。本発明による渦電流探傷プローブの第３の実施の形態を示す側面図。本発明による渦電流探傷プローブの第４の実施の形態を示す分解斜視図。図５に示す渦電流探傷プローブの拡大断面図。本発明による渦電流探傷プローブの第５の実施の形態を示す側面図。本発明による渦電流探傷プローブの第６の実施の形態を示す側面図。本発明による渦電流探傷プローブの第７の実施の形態を示す斜視図。本発明による渦電流探傷プローブの第８の実施の形態を示す側面図。本発明による渦電流探傷プローブの第９の実施の形態を示す斜視図。本発明による渦電流探傷装置の一実施の形態を示す概略図。

符号の説明

１，１Ａ〜１１Ｈ…渦電流探傷プローブ、２…被検査体、３…探傷センサ、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｇ，４Ｈ…弾性体、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｇ，５Ｈ…押圧手段、６…可撓性基板、７…コイル、８Ａ，８Ｂ…コイル収容溝、９Ａ，９Ｂ，９Ｇ…突起、１０…可撓性薄板材、１１…ボルト、１５…紐状体、１６…渦電流探傷装置、１７…スキャナ装置、１８…制御装置、１９…表示装置。

Claims

被検査体表面に面する可撓性基板と、この可撓性基板に固定され順次連続して切換えられる複数のコイルとを備えた渦電流探傷プローブにおいて、前記可撓性基板の反被検査体側に配置され前記コイルを収納するコイル収納溝を有する弾性体と、この弾性体を被検査体側に押圧するベークライト又はアルミニュウムで形成された押圧手段と、この押圧手段から前記被検査体側に向かって突出するように設けられると共にこの押圧手段による押圧時に前記被検査体に接触させて前記弾性体の弾性変形を規制し前記コイル収納溝の底部が前記コイルへ接触するのを規制して前記コイルの変形を防止する変位規制手段とを設けたことを特徴とする渦電流探傷プローブ。
前記弾性体は、前記可撓性基板に縫合されていることを特徴とする請求項１記載の渦電流探傷プローブ。
前記押圧手段は、可撓性基板の被検査体の凹曲面に接触させる角度を調整する手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の渦電流探傷プローブ。
被検査体表面に面する可撓性基板と、この可撓性基板に固定され順次連続して切換えられる複数のコイルと、前記可撓性基板の反被検査体側に配置され前記コイルを収納するコイル収納溝を有する弾性体と、この弾性体を被検査体側に押圧するベークライト又はアルミニュウムで形成された押圧手段と、この押圧手段から前記被検査体側に向かって突出するように設けられると共にこの押圧手段による押圧時に前記被検査体に接触させて前記弾性体の弾性変形を規制し前記コイル収納溝の底部が前記コイルへ接触するのを規制して前記コイルの変形を防止する変位規制手段とを設けた渦電流探傷プローブと、前記コイルを切換えるコイル切換え手段と、前記コイルのうち検出用コイルからの探傷信号を表示する表示部と、前記渦電流探傷プローブを前記被検査体の上を一方向に移動させる移動手段とを備えたことを特徴とする渦電流探傷装置。