JP5134997B2 - 渦電流探傷プローブ及び渦電流探傷装置並びに渦電流探傷方法 - Google Patents

Description

本発明は、被探傷体に渦電流を生じさせ、この渦電流の変化から被探傷体の欠陥を検出する渦電流探傷技術に関する。

従来、被探傷体に渦電流を生じさせ、この渦電流の変化から被探傷体の欠陥を検出することを目的とし、被探傷体に渦電流を誘起する励磁コイルと、被探傷体の亀裂などの欠陥部分にて生じて欠陥の形成状態により感応度が依存する渦電流の変化を検出する検出コイルとを備えた渦電流探傷プローブが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−２６３９４６号公報

従来の渦電流探傷プローブでは、金属管などの被探傷体の周方向或いは軸方向の一方向にしか渦電流が誘起されない。このため、例えば金属管の周方向に長さを有する欠陥に対して強く反応するような渦電流を誘起させた場合、金属管の軸方向に長さを有している欠陥については検出が困難となる。いわゆるピンホールのように被探傷体の周方向に対しても軸方向に対してもサイズの微小な欠陥にあっては、その検出が特に困難となる。すなわち、従来の渦電流探傷プローブの欠陥検出の信頼性は、被探傷体における欠陥の形成状態に依存するという問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、励磁コイルの配置変更や駆動制御などの操作を伴うことなく、欠陥の形成状態に起因する欠陥検出の信頼性低下を回避できる渦電流探傷プローブ及び渦電流探傷装置並びに渦電流探傷方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明に係る渦電流探傷プローブは、被探傷体に渦電流を誘起する複数の励磁コイルから成る励磁コイル群と、渦電流の変化を検出する検出コイルとを備え、前記励磁コイル群は、被探傷体としての金属管の内部に設けられ、中心軸が金属管の長手方向に沿って且つ金属管の中心軸の位置から金属管の内表面の位置に偏った位置に設定される第１励磁コイルを有し、前記励磁コイル群は、各励磁コイルの中心軸が互いに異なる方向に設定され、供給される電流を制御することにより渦電流の方向を変更させることを特徴とする。また、本発明に係る渦電流探傷方法は、渦電流探傷プローブを用いた渦電流探傷方法であって、前記渦電流探傷プローブは、被探傷体に渦電流を誘起する複数の励磁コイルから成る励磁コイル群と、渦電流の変化を検出する検出コイルとを備え、前記励磁コイル群は、被探傷体としての金属管の内部に設けられ、中心軸が金属管の長手方向に沿って且つ金属管の中心軸の位置から金属管の内表面の位置に偏った位置に設定される第１励磁コイルを有し、前記励磁コイル群は、各励磁コイルの中心軸が互いに異なる方向に設定され、供給される電流を制御することにより渦電流の方向を変更させる渦電流探傷プローブであり、前記被探傷体に対して前記励磁コイル群の励磁コイルで渦電流を誘起し、前記渦電流の変化が最大を示すように前記渦電流の方向を変化させ、前記被探傷体の欠陥を検出することを特徴とする。

本発明に係る渦電流探傷プローブによれば、励磁コイルの配置変更や駆動制御などの操作を伴うことなく、欠陥の形成状態に起因する欠陥検出の信頼性低下を回避できる。

本発明に係る渦電流探傷プローブ及び渦電流探傷装置の実施形態を、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は第１実施形態の渦電流探傷プローブ10及び渦電流探傷装置１を示す図である。

第１実施形態の渦電流探傷プローブ10は、図１に示すように、被探傷体としての金属管20の中空部に挿入された第１励磁コイル11と、第２励磁コイル12と、第３コイル13と、検出コイル14とを備える。なお、金属管20は、円筒状の中空管を呈し、いわゆるピンホールの欠陥21が形成された例を示す。以下、励磁コイル群と表記した場合は、第１励磁コイル11、第２励磁コイル12及び第３コイル13を総じた励磁コイル群を示すものとする。

励磁コイル群は、電流の供給を受けて導電性を有する金属管20の表面及び内部に渦電流を生じさせ、この渦電流が欠陥21により変化したときに生じる磁場の変化を、検出コイル14で検出することにより金属管20の欠陥21を検出する。

励磁コイル群は、供給される電流の強弱制御を受けて、欠陥21による渦電流の変化が最大を示すように渦電流の方向を変化させる。

第１励磁コイル11は、円状に巻かれて形成され、金属管20の周方向の渦電流Ｅ１を誘起するように、その中心軸11ｃが金属管20の長手方向に沿って設定される。また、第１励磁コイル11の中心軸11ｃは、金属管20の中心軸20ｃの位置から金属管20の内表面の位置に偏った位置に設定される。つまり、第１励磁コイル11の中心軸11ｃは、金属管20の中心軸20ｃと極力平行になるように且つ金属管20の中心軸20ｃと重ならないように配置される。

第２励磁コイル12は、その中心軸12ｃが金属管20の長手方向と直交する方向に設定される。また、第２励磁コイル12は、金属管20の長手方向と直交する方向に長軸を持つ楕円状に巻かれて形成される。

第３励磁コイル13は、その中心軸13ｃが金属管20の長手方向と直交し且つ第２励磁コイル12の中心軸と直交するする方向に設定される。また、第３励磁コイル13は、金属管20の長手方向に長軸を持つ楕円状に巻かれて形成される。即ち、渦電流探傷プローブ10の第１励磁コイル11、第２励磁コイル12及び第３コイル13の中心軸は、互いに直交するように設定される。

検出コイル14は、その中心軸14ｃが金属管20の中心軸20ｃと一致するように設けられており、金属管20の欠陥21付近で生じる励磁コイル群により誘起された渦電流の変化を検出する。

渦電流探傷プローブ10において、検出コイル14及び励磁コイル群は、金属管20内の任意の位置に配置されるスペーサ15に固定され、金属管20内にて位置調節可能に設けられる。また、第１励磁コイル11、第２励磁コイル12及び第３コイル13の各励磁コイルの中心と検出コイル14のコイル中心との最短離間距離は、例えば金属管20の直径の２倍に設定される。

なお、励磁コイル群及び検出コイル14は、コイル芯を設けることなく導線を巻いて形成されるが、巻き形状を維持する必要があるときは励磁コイル群の各励磁コイルにコイル芯を設けるようにしも良い。但し、励磁コイル群の各励磁コイルにコイル芯を設けないようにすることで、各励磁コイルを一箇所に集中配置でき、コンパクト化及び以下で説明する各励磁コイルにより誘起される合成渦電流の強度を高めることができるという点で有利である。

以下、第１実施形態の渦電流探傷プローブ10の作用を説明する。

［欠陥に対する渦電流変化の感応度調整作用］
図１に示すように、渦電流探傷装置１が備える第１励磁コイル11は、その中心軸11ｃが金属管20の長手方向に設定されるため、金属管20の周方向に直線性の強い渦電流Ｅ１が誘起される。また、第２励磁コイル12は、金属管20の長手方向と直交する方向に長軸を持つ楕円状に形状設定される。そのため、金属管20には、金属管20の長手方向と直交する方向に直線性の強い渦電流Ｅ２が誘起される領域が現れる。そして、第３励磁コイル13は、金属管20の長手方向と直交する方向に長軸を持つ楕円状に形状設定される。そのため、金属管20には、金属管20の長手方向に直線性の強い渦電流Ｅ３が誘起される領域が現れる。さらに、第２励磁コイル12及び第３励磁コイル13は、その中心軸12ｃと中心軸13ｃとが互いに直交するよう設定される。そのため、金属管20において、第２励磁コイル12により誘起される渦電流Ｅ２の直線性が強い領域と、第３励磁コイル13により誘起される渦電流Ｅ３の直線性が強い領域とが近接するようになる。

つまり、金属管20には、渦電流探傷プローブ10の第１励磁コイル11、第２励磁コイル12及び第３コイル13により誘起される渦電流Ｅ１、Ｅ２及びＥ３のベクトル和としての合成渦電流が誘起される。加えて、金属管20には、励磁コイル群の各励磁コイルにより誘起される渦電流Ｅ１、Ｅ２及びＥ３の直線性が強く且つ互いに直交する領域が形成される。

ところで、例えば金属管20の長手方向と直交する方向に大きく、金属管20の長手方向及び周方向には小さいサイズを有するピンホールのような欠陥21に対しては、金属管20の長手方向及び周方向に指向性を持つ渦電流では欠陥21の検出が困難となる場合がある。このような場合、渦電流探傷プローブ10にあっては、第１励磁コイル11、第２励磁コイル12、第３励磁コイル13に供給される電流の強弱制御を行なうことにより、欠陥の深さ即ち金属管20の長手方向と直交する方向にある程度の大きさを有する欠陥21に対して渦電流が強く感応するように合成渦電流の方向を調節することができる。つまり、渦電流探傷プローブ10にあっては、多様な欠陥の形成状態に対して合成渦電流が大きく変化するよう、合成渦電流の方向を調整することができる。なお、励磁コイル群の各励磁コイルにより誘起される磁場即ち金属管20に誘起される渦電流Ｅ１〜Ｅ３の方向が互いに異なるものとなる限り、各励磁コイルの中心軸の厳密な直交性は要求されない。

ここで、第２励磁コイル12は楕円状に巻かれて形成されることから、第２励磁コイル12により誘起される渦電流Ｅ２は、この楕円の長軸方向に直線性が強い渦電流となる。この理は第３励磁コイル13についても同様である。渦電流の直線性が高められると、励磁コイル群の各励磁コイルにより誘起される渦電流のベクトルを合成して形成される合成渦電流の方向制御性が容易となる。なお、渦電流探傷プローブ10の第２励磁コイル12及び第３励磁コイルの楕円状の巻き形状は、各励磁コイルにより誘起される渦電流の直線性に基づく合成渦電流の方向制御性の観点から設定されたものであって、渦電流の所望の直線性に応じて適宜変更しても良い。例えば、第２励磁コイル12及び第３励磁コイル13の巻き形状を、楕円状の形状概念から外れる形状、例えばレーストラック状に設定しても良い。

［渦電流変化の検出感度向上作用］
第１励磁コイル11は、図１に示すように、その中心軸11ｃが金属管20の中心軸20ｃと一致しないように配置される。このため、第１励磁コイル11の中心軸11ｃと金属管20の中心軸20ｃとが一致するよう配置される場合と異なり、金属管20に対して強い渦電流が誘起され、欠陥21に対して合成渦電流が強く感応するようになる。

また、渦電流探傷プローブ10において、励磁コイル群の各励磁コイルの中心と検出コイル14の中心との最短離間距離は、例えば金属管20の直径の２倍に設定される。このため、一般的な金属管を想定すれば、検出コイル14が欠陥21の位置に最も接近したとき、励磁コイル群の各励磁コイルの中心と検出コイル14の中心との離間距離よりも、欠陥21と検出コイル14の中心との離間距離のほうが短くなることが多い。

このため、検出コイル14により検出される磁場の成分は、励磁コイル群により誘起される直接磁場よりも、金属管20に形成された渦電流により誘起された間接磁場の成分即ち欠陥21の影響を反映した成分が多いものとなる。なお、励磁コイル群の各励磁コイルの中心と検出コイル14の中心との最短離間距離は、厳密に金属管20の直径の２倍である必要はなく、励磁コイル群により誘起される磁場の強さや金属管20の形状を考慮して適宜設定されるものである。一般的な金属管の形状を考慮すれば、励磁コイル群の中心と検出コイル14の中心との最短離間距離は、凡そ金属管20の直径よりも長く且つ金属管の直径の３倍を超えない範囲で設定することが好ましい。

次に、渦電流探傷プローブ10の効果を説明する。

渦電流探傷プローブ10にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
（１）励磁コイルの配置変更や駆動制御などの操作を伴うことなく、欠陥の形成状態に起因する欠陥検出の信頼性低下を回避できる。
（２）各励磁コイルにより誘起される合成渦電流の方向を幅広く変化させることができる。
（３）金属管20に対して強い渦電流が誘起され、金属管20の欠陥21に対する合成渦電流の感応度が高まる。
（４）金属管20の各方向に直線性の強い合成渦電流を誘起できる。このため、励磁コイル群により誘起される合成渦電流の方向を幅広く変化させることができる。
（５）検出コイル14により検出される磁場の成分は、金属管20の欠陥21の影響を反映した成分が多くなり易く、欠陥検出の信頼性が向上する。

（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態の検出コイル14の配置を変更した例である。なお、第１実施形態と同様の構成は、対応する構成に同一符号を付して説明を省略し、第１実施形態の構成を変更し或いは追加した構成は、符号末尾に「Ａ」を付して説明する。

図２は第２実施形態の渦電流探傷プローブ10Ａ及び渦電流探傷装置１Ａを示す図である。

渦電流探傷装置１Ａが備える渦電流探傷プローブ10Ａの検出コイル14Ａは、その中心軸14ｃＡが３次元方向に変更可能に設けられる。図２は、検出コイル14Ａの中心軸14ｃＡが金属管20の長手方向と垂直な方向に設定された状態を示すものである。

次に、渦電流探傷プローブ10Ａの作用を説明する。

渦電流探傷プローブ10Ａでは、第１実施形態と同様、欠陥21の形成状態に応じ、渦電流探傷プローブ10Ａの第１励磁コイル11、第２励磁コイル12及び第３励磁コイル13の各励磁コイルにより金属管20に形成される合成渦電流の方向が３次元的に変更される。

渦電流探傷プローブ10Ａでは、検出コイル14Ａの中心軸14ｃＡが３次元方向に変更可能であるため、方向が３次元的に変更される合成渦電流を感度良く検出でき、したがって欠陥21による合成渦電流の変化も感度よく検出できる。なお、他の作用は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

次に、渦電流探傷プローブ10Ａの効果を説明する。

渦電流探傷プローブ10Ａにあっては、第１実施形態の（１）〜（５）の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
（６）欠陥21による合成渦電流の変化を感度よく検出できる。

（第３実施形態）
第３実施形態は、第１実施形態の渦電流探傷プローブ10及び被探傷体の構成を変更した例である。なお、第１実施形態と同様の構成は、対応する構成に同一符号を付して説明を省略し、第１実施形態の構成を変更し或いは追加した構成は、符号末尾に「Ｂ」を付して説明する。

図３は第３実施形態の渦電流探傷プローブ10Ｂ及び渦電流探傷装置１Ｂを示す図である。

第３実施形態の渦電流探傷プローブ10Ｂは、図３に示すように、金属板30の表面近傍に配置された第１励磁コイル11Ｂと、第２励磁コイル12Ｂと、第３励磁コイル13Ｂと、検出コイル14Ｂとを備える。以下、励磁コイル群と表記した場合は、第１励磁コイル11Ｂ、第２励磁コイル12Ｂ及び第３コイル13Ｂを総じた励磁コイル群を示すものとする。

渦電流探傷装置１Ｂが備える渦電流探傷プローブ10Ｂは、第１実施形態と同様、合成渦電流を形成すると共に合成渦電流の方向を３次元的に変更できるように、第１励磁コイル11Ｂ、第２励磁コイル12Ｂ及び第３励磁コイル13Ｂが設けられ、各励磁コイル11Ｂ〜13Ｂの各中心軸が互いに直交するように設定されている。

渦電流探傷プローブ10Ｂでは、図３に示すように、金属板30、検出コイル14、励磁コイル群がこの順序で配置される。また、検出コイル14Ｂの少なくとも一部分が、金属板30と励磁コイル群の各励磁コイルの間に介挿される。

次に、渦電流探傷プローブ10Ｂの作用を説明する。

渦電流探傷プローブ10Ｂでは、第１実施形態と同様、金属板30の欠陥21の形成状態に応じ、渦電流探傷プローブ10Ｂの第１励磁コイル11Ｂ、第２励磁コイル12Ｂ及び第３励磁コイル13Ｂの励磁コイル群により金属板30に形成される合成渦電流の方向が３次元的に変更される。

渦電流探傷プローブ10Ｂにあっては、励磁コイル群の近傍に検出コイル14Ｂが配置されるため、合成渦電流の方向が変更されても合成渦電流により誘起されて検出コイル14に作用する磁場の強度は、第１実施形態の渦電流探傷プローブ１０と比較して大きいものとなる。

次に、渦電流探傷プローブ10Ｂの効果を説明する。

渦電流探傷プローブ10Ｂにあっては、第１実施形態の（１）〜（５）の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
（７）検出コイル14Ｂに作用する磁場の強度が常に大きいものとなり、欠陥21による合成渦電流の変化を感度よく検出できる。

以上、第１実施形態〜第３実施形態に基づき説明してきた本発明に係る渦電流探傷プローブは、被探傷体に渦電流を誘起する励磁コイルと、被探傷体の亀裂などの欠陥部分にて生じて欠陥の形成状態により感応度が依存する渦電流の変化を検出する検出コイルとを有して、被探傷体に渦電流を生じさせ、その渦電流の変化から被探傷体の欠陥を検出する原理を備えた渦電流探傷装置であれば適用できる。

第１実施形態の渦電流探傷プローブ及び渦電流探傷装置を示す図。 第２実施形態の渦電流探傷プローブ及び渦電流探傷装置を示す図。 第３実施形態の渦電流探傷プローブ及び渦電流探傷装置を示す図。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ 渦電流探傷装置
10，10Ａ，10Ｂ 渦電流探傷プローブ
11，11Ｂ 第１励磁コイル
11ｃ，11ｃＢ 第１励磁コイルの中心軸
12，12Ｂ 第２励磁コイル
12ｃ，12ｃＢ 第２励磁コイルの中心軸
13，13Ｂ 第３励磁コイル
13ｃ，13ｃＢ 第３励磁コイルの中心軸
14，14Ａ 検出コイル
14ｃ，14ｃＡ 検出コイルの中心軸
20 金属管（被探傷体）
20ｃ 金属管の中心軸
21 欠陥
30 金属板（被探傷体）

Claims (7)

1. 被探傷体に渦電流を誘起する複数の励磁コイルから成る励磁コイル群と、
   渦電流の変化を検出する検出コイルとを備え、
   前記励磁コイル群は、被探傷体としての金属管の内部に設けられ、中心軸が金属管の長手方向に沿って且つ金属管の中心軸の位置から金属管の内表面の位置に偏った位置に設定される第１励磁コイルを有し、
   前記励磁コイル群は、各励磁コイルの中心軸が互いに異なる方向に設定され、供給される電流を制御することにより渦電流の方向を変更させることを特徴とする渦電流探傷プローブ。
2. 前記励磁コイル群は、各励磁コイルの中心軸が互いに直交する方向に設定されたことを特徴とする請求項１記載の渦電流探傷プローブ。
3. 前記励磁コイル群は、
   前記第１励磁コイルの中心軸方向と直交する方向に中心軸が設定され、前記第１励磁コイルの中人軸方向と直交する方向に長軸を持つ楕円状に巻かれた第２励磁コイルと、
   前記第１励磁コイルの中心軸方向および前記第２励磁コイルの中心軸方向との両方と直交する方向に中心軸が設定され、前記第１の励磁コイルの中心軸方向に長軸を持つ楕円状に巻かれた第３励磁コイルと
   を有す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。
4. 前記検出コイルは、中心軸を３次元方向に変更可能であ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。
5. 前記励磁コイルは、被探傷体としての金属管の内部に設けられ、各励磁コイルの中心と前記検出コイルの中心との最短離間距離が、前記金属管の直径よりも長く且つ金属管の直径の３倍を超えない範囲で設定され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。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の渦電流探傷プローブを備えたことを特徴とする渦電流探傷装置。
7. 渦電流探傷プローブを用いた渦電流探傷方法であって、
   前記渦電流探傷プローブは、被探傷体に渦電流を誘起する複数の励磁コイルから成る励磁コイル群と、渦電流の変化を検出する検出コイルとを備え、前記励磁コイル群は、被探傷体としての金属管の内部に設けられ、中心軸が金属管の長手方向に沿って且つ金属管の中心軸の位置から金属管の内表面の位置に偏った位置に設定される第１励磁コイルを有し、前記励磁コイル群は、各励磁コイルの中心軸が互いに異なる方向に設定され、供給される電流を制御することにより渦電流の方向を変更させる渦電流探傷プローブであり、
   前記被探傷体に対して前記励磁コイル群の励磁コイルで渦電流を誘起し、
   前記渦電流の変化が最大を示すように前記渦電流の方向を変化させ、
   前記被探傷体の欠陥を検出することを特徴とする渦電流探傷方法。

Images