JP4484723B2

JP4484723B2 - 渦電流探傷用プローブ

Info

Publication number: JP4484723B2
Application number: JP2005036944A
Authority: JP
Inventors: 貴司藤本; 俊日比野
Original assignee: Marktec Corp
Current assignee: Marktec Corp
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2025-02-14
Also published as: JP2006220630A

Description

本願発明は、一様渦電流を利用した渦電流探傷用プローブに関する。

渦電流探傷用プローブは、従来パンケーキ状の励磁コイルと検出コイルを検査体の検査面と平行に配置したものが用いられているが、このタイプのものは、リフトオフ雑音の影響を受ける。そこでリフトオフ雑音の影響を受けない渦電流探傷用プローブとして、一様渦電流を利用したものが提案されている（特許文献１参照）。

図５により従来の一様渦電流を利用した渦電流探傷用プローブを説明する。
図５（ａ）は、平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＸ１部分の矢印方向の断面図、図５（ｃ）は渦電流を併記した平面図である。
渦電流探傷用プローブ１０は、励磁コイル１１、検出コイル１２からなり、励磁コイル１１は、コイル軸が金属の検査体３１の検査面と平行になるように配置し、検出コイル１２は、コイル軸が励磁コイル１１のコイル軸と直交するように配置してある。
励磁コイル１１に励磁電流を流すと、図５（ｂ）のように磁束４１が発生して、図５（ｃ）のように、検査体３１の表面に励磁コイル１１の巻き線方向へ流れる一様な渦電流Ｉ１が発生し、Ｍ１の領域に分布する。検出コイル１２には、渦電流Ｉ１により起電力が発生するが、検査体３１にキズがない場合には、発生した起電力は、打ち消し合って結局出力を発生しない。検査体３１にキズがある場合には、そのキズの部分で渦電流Ｉ１に乱れが生じ、部分的に一様でない渦電流が発生するため、その一様でない渦電流により検出コイル１２に出力（いわゆるキズ信号）が発生する。そのキズ信号を検出することにより、検査体３１のキズを検知（探傷）する。

特開２００４−２０５２１２号公報

従来の一様渦電流を利用した渦電流探傷用プローブの場合、励磁コイルは、無芯コイルを用いているため、励磁コイルによって発生する磁束は、コイル軸方向へ広がり、渦電流の分布領域も広くなる。渦電流の分布領域が広くなると、検査体に近接した複数個のキズがある場合、複数個のキズは、１個のキズとして検知され、キズを個別に検知できないことがある。
本願発明は、前記従来の一様渦電流を利用した渦電流探傷用プローブの問題点を解決することを目的とし、渦電流の分布範囲を狭くして近接するキズを個々に検知できる渦電流探傷用プローブを提供することを目的とする。

本願発明は、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、励磁コイル、検出コイル及び一対の磁性体を備え、励磁コイルと検出コイルは、両コイルのコイル軸が直交するように配置し、検出コイルは、励磁コイルの外側に配置してあり、一対の磁性体は、検出コイルの両側に両磁性体の間隙が励磁コイルの巻き線方向と一致するように配置し、励磁コイルのコイル軸が検査体の検査面と平行になるように配置す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、請求項１に記載の渦電流探傷用プローブにおいて、励磁コイルは、矩形コイルからなり、検出コイルは、プレーナ型コイルからなることを特徴とする。

本願発明の渦電流探傷用プローブは、励磁コイルに磁性体を取り付けることにより、検査体に発生する一様渦電流の分布領域を狭くすることができるから、近接するキズを個別に検知することができる。したがって励磁コイルに磁性体を取付けてない従来の渦電流探傷用プローブよりも、キズの検知精度を高くすることができる。
また本願発明の渦電流探傷用プローブは、検査体に発生する一様渦電流の分布領域が従来の渦電流探傷用プローブよりも狭くなるから、キズ信号の周波数が高くなる。そして励磁コイルに取付ける磁性体の位置を変えることにより、キズ信号の周波数を変えることができる。したがって本願発明の渦電流探傷用プローブは、検出コイルの出力から、外来雑音をフィルターによって除去するとき、キズ信号の周波数と外来雑音の周波数を離すことができるから、フィルターの設計が容易になり、かつ外来雑音の除去が容易になる。

図１〜図４により本願発明の実施例を説明する。なお各図に共通の部分は、同じ符号を使用している。

まず図１について説明する。
図１（ａ）は、平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ１部分の矢印方向の断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＸ２部分の矢印方向の断面図である。
図１において、２０は渦電流探傷用のプローブ、２１は四角形（矩形）状の励磁コイル、２２は円形のプレーナ型の検出コイル、２３１，２３２は磁性体、３１は金属の検査体である。プローブ２０は、励磁コイル２１、検出コイル２２、磁性体２３１，２３２からなる。励磁コイル２１と検出コイル２２は、両コイルのコイル軸が直交するように配置し、励磁コイル２１のコイル軸が検査体３１の検査面と平行になるように配置する。即ち励磁コイル２１のコイル面が検査体３１の検査面と垂直になり、検出コイル２２のコイル面が検査体３１の検査面と平行になるように配置する。ここでコイル面は、コイルの巻き線で囲まれたコイル軸と垂直な面を言う。磁性体２３１,２３２は、励磁コイル２１に、検出コイル２２の両側に（検出コイル２２を挟むように）両磁性体の間隙（両励磁コイルの間のスペース）が励磁コイル２１の巻き線方向と一致する（平行になる）ように取り付けてある。

図２は、磁性体２３１,２３２の作用を説明する図である。
図２（ａ）は、励磁コイルに電流を流したときに発生する磁束を示し、図２（ｂ）は、検査体に発生する渦電流を示す。
図２において、４２は、磁性体２３１，２３２を有するプローブ２０の励磁コイル２１が発生する磁束であり、４１は、プローブ２０において磁性体２３１，２３２を有しないプローブ、即ち従来のプローブの励磁コイルが発生する磁束である。またＩ２は、磁束４２によって発生する渦電流であり、Ｉ１は、磁束４１によって発生する渦電流である。
プローブ２０の励磁コイル２１に励磁電流を流すと、図２（ａ）のように、磁束４２が発生する。磁束４２は、磁性体２３１，２３２に収束し、その磁性体を経由して検査体（図示を省略してある）を出入りする。したがって磁束４２によって発生する渦電流Ｉ２の分布領域は、図２（ｂ）のＭ２のようになり、磁束４１によって発生する渦電流Ｉ１の分布領域Ｍ１よりも狭くなる。またプローブ２０の磁束４２は、磁性体２３１，２３２に収束するから、磁性体２３１，２３２の位置を変えて両磁性体の間隔を変えると、渦電流Ｉ２の分布領域Ｍ２も変わる。即ちプローブ２０は、磁性体２３１，２３２の間隔を変えることにより、渦電流Ｉ２の分布領域Ｍ２を調整することができる。

次に図３により、検査体における渦電流の分布領域とキズ信号の関係について説明する。
まず図３（ａ）において、検査体３１の検査面に沿ってプローブ２０を矢印方向へ一定速度で移動すると、プローブ２０は、キズ３２ａに向かって進み、キズ３２ａの上を通過してキズ３２ａの反対側へ進む。その際検査体３１には、図２（ｂ）のように一様な渦電流Ｉ２が発生するが、渦電流Ｉ２は、キズ３２ａの部分で部分的に一様性が崩れ、一様でない渦電流が発生する。検出コイル２２には、その一様でない渦電流によりキズ信号が発生する。キズ３２ｂについても同様である。

渦電流Ｉ２と渦電流Ｉ１の分布領域は、図２（ｂ）のように、夫々分布領域Ｍ２と分布領域Ｍ１になるから、分布領域Ｍ２は、分布領域Ｍ１よりも狭くなる。
ここでキズ３２ａとキズ３２ｂの間隔をＷとすると、キズの間隔Ｗが、分布領域Ｍ２よりも大きい場合（Ｗ＞Ｍ２）には、プローブ２０が検査体３１上を移動するとき、キズ３２ａとキズ３２ｂが同時に分布領域Ｍ２内に存在することはないから、この場合には、キズ３２ａに起因するキズ信号とキズ３２ｂに起因するキズ信号は別々に検出される。またキズの間隔Ｗが、分布領域Ｍ１よりも小さい場合（Ｗ＜Ｍ１）には、キズ３２ａとキズ３２ｂは同時に分布領域Ｍ１内に存在するから、この場合には、キズ３２ａとキズ３２ｂに起因するキズ信号は同時に検出され、両キズ信号を個別に検出することは難しくなる。
したがってプローブ２０と従来のプローブの場合、分布領域Ｍ２は分布領域Ｍ１よりも小さくなるから、間隔Ｗが、分布領域Ｍ２よりも大きく、分布領域Ｍ１よりも小さい場合（Ｍ１＞Ｗ＞Ｍ２）には、プローブ２０は、キズ３２ａとキズ３２ｂに起因するキズ信号を個別に検出できるが、従来のプローブは、個別に検出することはできない。したがってプローブ２０は、従来のプローブよりもキズの検知精度が高くなる。

またキズ信号の周期（或いは周波数）は、渦電流の分布領域Ｍ２又は分布領域Ｍ１がキズ３２ａやキズ３２ｂを通過する時間によって決まるから、プローブ２０と従来のプローブの移動速度が同じ場合、プローブ２０によって検出されるキズ信号の周期は、従来のプローブによって検出されるキズ信号の周期よりも短くなる（或いは周波数が高くなる）。
ところで検出コイルには、キズ信号の外、外来雑音も発生する。外来雑音は、プローブが検査体に沿って移動するときに、検査体の表面のざらつき（凹凸の頻度（間隔））や検査体に混在する他成分（或いは異物）の出現頻度（間隔）等に起因して発生する。一般に外来雑音は、キズ信号よりも周波数が低いため、フィルターによって除去しているが、外来雑音の周波数は、検査体の状況によって異なり、キズ信号の周波数に接近している場合がある。そのような場合には、フィルターによって外来雑音を除去することは困難になるが、プローブ２０のキズ信号の周波数は、従来のプローブよりも高くできるから、外来雑音の除去が容易になる。またプローブ２０は、磁性体２３１，２３２の間隔を変えてキズ信号の周波数を変えることができるから、キズ信号の周波数を外来雑音の周波数よりも高い周波数に変えることもできる。したがって外来雑音の除去がさらに容易になる。

図３（ｂ）は、プローブ２０のキズの検知精度を確認するための試験に用いた検査体を示す。
検査体３１は、長さ２５０ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ１０ｍｍのＳＳ４００鋼（普通鋼）を用い、Ａ〜Ｄにキズ３２を形成した。Ａにはキズ１個、Ｂにはキズ２個（間隔５ｍｍ）、Ｃにはキズ２個（間隔１０ｍｍ）、Ｄにはキズ３個（間隔５ｍｍ）を夫々機械加工によって形成した。
試験に用いたプローブ２０のサイズは、次の通りである。励磁コイル２１は、長さ、幅及び高さが夫々１２ｍｍのボビンに直径０．１６ｍｍの銅線を１２０回巻いたものを用い、検出コイル２２は、厚さ（コイル軸方向の高さ）５μｍ、巻き数１００回、直径５ｍｍのプレーナ型のものを用いた。磁性体２３１，２３２は、長さ３．５ｍｍ、幅１２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのパーマロイ材を用い、励磁コイル２１の表面に貼り付けて固定した。励磁コイル２１の励磁信号の周波数は、２５ｋＨｚに設定した。

図４は、図３（ｂ）検査体の試験結果を示し、キズ信号のリアルタイムレコーダの波形を示す。横軸は、時間を示し、縦軸は、振幅を示す。
図４(ａ)は、プローブ２０の波形であり、図４（ｂ）は、プローブ２０において磁性体２３１，２３２を貼り付けてないプローブ（従来のプローブ）の波形である。なお図４において、Ａ〜Ｄは、図３（ｂ）のＡ〜Ｄのキズによって発生するキズ信号を表している。

図４(ａ)と図４（ｂ）の波形を比較すると、Ａのキズ信号のピークは両図とも１個であり、Ｂのキズ信号のピークは図４(ａ)が２個、図４（ｂ）が１個であり、Ｃのキズ信号のピークは両図とも２個であり、Ｄのキズ信号のピークは図４（ａ）が３個、図４（ｂ）が１個である。したがってキズ信号Ａ，Ｃの場合、即ちキズが１個、或いは２個のキズの間隔が１０ｍｍの場合には、両プローブのキズの検知精度は略同じであるが、キズ信号Ｂ、Ｄの場合、即ちキズの間隔が５ｍｍの場合には、プローブ２０は、キズを個別に検知できるが、従来のプローブは、キズを個別に検知することはできない。このようにプローブ２０は、励磁コイル２１に磁性体２３１，２３２を貼り付けることにより、従来のプローブよりも近接しているキズを個別に検出することができる。

前記実施例のプローブ２０は、矩形状（四角形状）の励磁コイル２１と、円形のプレーナ型の検出コイル２２について説明したが、検出コイル２１は、矩形状コイルの外、パンケーキ状コイルであってもよいし、検出コイル２２は、円形のプレーナ型コイルの外、矩形状（四角形状）のコイル、パンケーキ状コイルであってもよい。

本願発明の実施例に係る渦電流探傷用プローブの構成を示す図である。図１の渦電流探傷用プローブの発生する磁束と渦電流を説明する図である。図１の渦電流探傷用プローブの発生する渦電流の分布領域と検査体のキズの関係を説明する図である。図１の渦電流探傷用プローブを用いて、図３（ｂ）の検査体について行ったキズ検知試験の結果を示す図である。従来の渦電流探傷用プローブの構成を示す図である。

符号の説明

２０プローブ
２１励磁コイル
２２検出コイル
２３１，２３２磁性体
３１検査体
３２，３２ａ，３２ｂキズ
Ａ〜Ｄキズの位置及びそのキズによって発生するキズ信号
Ｉ１，Ｉ２渦電流
Ｍ１，Ｍ２渦電流の分布領域

Claims

励磁コイル、検出コイル及び一対の磁性体を備え、励磁コイルと検出コイルは、両コイルのコイル軸が直交するように配置し、検出コイルは、励磁コイルの外側に配置してあり、一対の磁性体は、検出コイルの両側に両磁性体の間隙が励磁コイルの巻き線方向と一致するように配置し、励磁コイルのコイル軸が検査体の検査面と平行になるように配置す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において、励磁コイルは、矩形コイルからなり、検出コイルは、プレーナ型コイルからなることを特徴とする渦電流探傷用プローブ。