JP5204938B2 - 渦電流探傷プローブ - Google Patents

Description

本願発明は、渦電流探傷プローブに関する。

従来励磁コイルと検出コイルのコイル軸が直交するように励磁コイル内に検出コイルを配置し、励磁コイルのコイル軸が被検査体の検査面と直交するように設置して使用する渦電流探傷プローブ（いわゆるΘプローブ）が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。

図４により励磁コイル内に検出コイルを配置したΘプローブを説明する。
図４（ａ）は、平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＸ１部分の矢印方向の断面図、図４（ｃ）、（ｄ）は、キズの探傷例を示す。
まず図４（ａ）、図４（ｂ）について説明する。
金属の被検体Ｍの検査面上に円形（パンケーキ状）の励磁コイル１１をコイル軸が検査面と直交する（コイル面が検査面と平行になる）ように配置し、その励磁コイル１１内に検出コイル１２をコイル軸が励磁コイル１１のコイル軸と直交する（コイル面が検査面と直交する）ように配置してある。
励磁コイル１１によって発生した磁束は、被検査体Ｍの検査面に垂直に進入する。したがって被検査体Ｍの検査面には、その垂直な磁束の周囲に環状に（励磁コイル１１の巻線の周方向に）流れる渦電流が発生する。検出コイル１２には、その渦電流により被検体Ｍの検査面にキズがあるとき信号が発生し、キズがないとき信号は発生しない。即ち検出コイル１２には、被検体Ｍの検査面にキズがあるときのみキズ信号が発生する。

図４（ａ）の渦電流探傷プローブは、励磁コイル１１内に検出コイル１２を配置するから、被検査体Ｍの渦電流探傷プローブの検査面に対向する部分のサイズは、励磁コイル１１の外径（幅）Ｄ（図４（ｃ））で決まる。したがって例えば図４（ｃ）のように被検査体Ｍの検査面に凸状部ＭＴがある場合、検出コイル１２は、凸状部ＭＴの近傍のキズＭＦを検出できない。そこで図４（ｄ）ように、検出コイル１２と励磁コイル１１を分離して検出コイル１２を励磁コイル１１の外側に配置し、被検査体Ｍの検査面に対向する部分のサイズを小さくすることが考えられるが、その場合には、励磁コイル１１と検査面の距離Ｈが大きくなるため、検査面に作用する励磁コイル１１の磁束が減少し、検査面に発生する（誘導する）渦電流も減少する。したがって検出コイル１２を励磁コイルの外側に配置するとキズの検出感度が低下してしまうため、検出コイル１２と励磁コイル１１を分離することは、難しい。

特開２００３−２４０７６２号公報 特開２００２−２１４２０２号公報

本願発明は、図４（ａ）の渦電流探傷プローブの前記問題点に鑑み、励磁コイルと検出コイルを分離して検出コイルを励磁コイルの外側に配置しても検査面に作用する励磁コイルの磁束が減少しない渦電流探傷プローブを提供することを目的する。

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プローブは、励磁コイル、検出コイル及び強磁性体の検出コイル支持部材を備え、検出コイル支持部材は、一部分が励磁コイル内にあり、他の部分が励磁コイルの外にあって被検査体の検査面に向かって延在し、検出コイルは、励磁コイルと分離して励磁コイルの外にあり、コイル面が検査面と直交するように検出コイル支持部材の前記延在する部分に一部が検出コイル支持部材の先端部分から検査面側に露出するように取付けてあり、励磁コイルの磁束は検出コイル支持部材の先端部分から検査面に垂直に進入することを特徴とする。
請求項２に記載の渦電流探傷プローブは、請求項１に記載の渦電流探傷プローブにおいて、励磁コイルと検出コイルはコイル軸が直交し、検出コイル支持部材は励磁コイルの軸方向に延在していることを特徴とする。
請求項３に記載の渦電流探傷プローブは、請求項２に記載の渦電流探傷プローブにおいて、検出コイル支持部材は一対の板状の強磁性体からなり、検出コイルはその一対の板状の強磁性体の間に取付けてあることを特徴とする。
請求項４に記載の渦電流探傷プローブは、請求項１に記載の渦電流探傷プローブにおいて、検出コイル支持部材は、途中において曲がっていることを特徴とする。

本願発明の渦電流探傷プローブは、検出コイルを励磁コイルと分離して励磁コイルの外側に配置できるから、検査面のキズを検出する部分のサイズは、検出コイルの走査方向の厚みで決まり、励磁コイルのサイズに制約されない。したがって本願発明の渦電流探傷プローブは、例えば検査面に凸状部がある場合でも、その凸状部近傍のキズを検出できる。また渦電流探傷プローブは、検出コイルと検査面の距離を変えずに、励磁コイルと検査面の距離を変えることもできる。

検出コイルは、励磁コイルの外側に配置できるから、検査面に対向する部分の幅（長さ）を大きくすることができ、必要に応じて励磁コイルの内側のサイズ（内径）より大きくすることもできる。したがって渦電流探傷プローブは、１度の走査で広い範囲の探傷が可能になる。また励磁コイルは、サイズに制約がないから巻数を多くして発生する磁束を大きくすることができ、かつ検出コイルは、励磁コイルの外側に配置できるから巻数を多くすることができる。したがって本願発明の渦電流探傷プローブは、キズの検出感度を高くすることができる。
また検出コイルは、励磁コイルと分離するから、渦電流探傷プローブの組立てが簡単になる。
本願発明の渦電流探傷プローブは、検出コイル支持部材を途中で曲げることにより、被検査体の検査面が励磁コイルのコイル軸と平行な場合にも探傷できる。

図１〜図３により本願発明の実施例に係る渦電流探傷プローブを説明する。

図１は、本願発明の実施例に係る渦電流探傷プローブの構成を示す。
図１（ａ）は、渦電流探傷プローブの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＹ１部分の矢印方向の断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＹ２部分の矢印方向の断面図である。
図１の渦電流探傷プローブは、円形（パンケーキ状）の励磁コイル２１、四角形の検出コイル２２及び一対の板状の強磁性体２３１，２３２からなる検出コイル支持部材２３を備えている。検出コイル支持部材２３は、励磁コイルの内側から外側へ被検査体Ｍの検査面Ｍ１に向かって延在している（即ち励磁コイル２１のコイル軸方向に延在している）。即ち検出コイル支持部材２３の一部は、励磁コイル２１内にあり、他の部分は外側へ延在している。検出コイル２２は、検出コイル支持部材２３の励磁コイル２１の外側へ延在している部分に、強磁性体２３１，２３２の先端部分から検査面Ｍ１側へ露出するように取付けてある。本実施例では、約１ｍｍ露出している。即ち検出コイル２２は、励磁コイル２１と分離して、強磁性体２３１，２３２の励磁コイル２１の外側へ延在する部分に両強磁性体の間に挟持するように取付けてある。

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（両コイルのコイル面も直交）するように配置してある。なおここで巻線に囲まれコイル軸と直交する面をコイル面と呼ぶ。
渦電流探傷プローブは、励磁コイルのコイル軸が金属の被検査体Ｍの検査面Ｍ１と直交し（コイル面は検査面Ｍ１と平行になる）、検出コイル２２のコイル軸が検査面Ｍ１と平行になる（コイル面は検査面Ｍ１と直交する）ように設置し、検出コイル２２の軸方向へ走査して探傷する。

励磁コイル２１によって発生した磁束は、検出コイル支持部材２３の強磁性体２３１，２３２に導かれて、両強磁性体の先端部分から検査面Ｍ１に垂直に進入する。したがって検査面Ｍ１には、その垂直な磁束の周囲に環状に流れる渦電流が発生（誘導）する。検出コイル２２には、検査面Ｍ１にキズのあるときはその渦電流によってキズ信号が発生するが、キズのないときはキズ信号は発生しない。
検出コイル２２は励磁コイル２１から分離して励磁コイル２１の外側に配置してあるから、励磁コイル２１と検査面Ｍ１の距離Ｈ１は大きくなるが、励磁コイル２１により発生した磁束は、強磁性体２３１，２３２により被検査体Ｍへ導くから、ほとんど減衰することなく被検査体Ｍに作用して渦電流を発生（誘導）する。

検出コイル２２は、励磁コイル２１と分離して励磁コイル２１から離れた位置にあり、かつ走査方向の厚みＷ２を薄くできるから、励磁コイル２１の外径Ｄ１が大きくてもその外径の制約を受けずにキズへ近付くことができる。また検出コイル２２の検査面Ｍ１に対向する部分の幅（長さ）Ｗ１は、大きくすることができ、必要に応じて励磁コイル２１の内径Ｄ２より大きくすることもできるから、渦電流探傷プローブの１度の走査で広い範囲の探傷が可能になる。また励磁コイル２１は、外径Ｄ１の制約がないから、巻数を多くして発生する磁束を大きくすることができ、かつ検出コイル２２は、励磁コイル２１の外側に配置するから巻数を多くすることもできるから、渦電流探傷プローブのキズの検出感度を高くすることができる。

図１の渦電流探傷プローブは、図１（ｃ）において励磁コイル２１を上下に移動して、励磁コイル２１と検査面Ｍ１の距離Ｈ１を変えることもできる。その場合、検出コイル支持部材２３の位置（検出コイル２２と検査面Ｍ１の距離）は、図１（ｃ）の状態に保持する。
また検出コイル２２は、励磁コイル２１と分離してあるから、渦電流探傷プローブの組立てが簡単になる。
励磁コイル２１は、円形に限らず、楕円形、四角形であってもよい。また検出コイル２２は、四角形に限らず、円形、楕円形、三角形であってもよい。

図２は、図１の渦電流探傷プローブの変形例を示す。
図２（ａ）は、検出コイル支持部材２３を１個の強磁性体で形成し、一方の端部（励磁コイル２１から外側へ延在する部分）に凹部を形成してその凹部に検出コイル２２を取付けてある。この場合には、検出コイル支持部材の構造が簡単になり、検出コイルの取付けも簡単になる。
図２（ｂ）は、図１の検出コイル支持部材と同じ構造の検出コイル支持部材２３ａ，２３ｂを２個配置し、夫々に検出コイル２２ａ，２２ｂを取付けた例である。検出コイル２２ａ，２２ｂのキズ信号は、別々に利用することもできるし、両検出コイルのキズ信号を重畳して渦電流探傷プローブがキズの真上を通過するときキズ信号の振幅が最大になるようにすることもできる。

図２（ｃ）は、検出コイル支持部材２３の励磁コイル２１から外側へ延在する部分を途中で曲げた（屈曲させた）例で、検出コイル支持部材２３の先端部分は、励磁コイル２１の外径よりも被検査体Ｍの検査面Ｍ１側へ延在している。この例の場合も検出コイル２２は、コイル軸が検査面Ｍ１と平行になる（コイル面は検査面Ｍ１と直交する）。
励磁コイル２１によって発生した磁束は、検出コイル支持部材２３に導かれて強磁性体２３１，２３２の先端部分から検査面Ｍ１に垂直に進入する。したがって検査面Ｍ１には、図１の渦電流探傷プローブと同様に、その垂直な磁束の周囲を環状に流れる渦電流が発生する。
図２（ｃ）の渦電流探傷プローブは、検査面Ｍ１が励磁コイル２１のコイル軸と平行な場合にも容易に探傷できる。

次に本願発明の実施例に係る渦電流探傷プローブの試験結果を説明する。
試験に用いた渦電流探傷プローブは、楕円形の検出コイルと四角形の検出コイルを備え、励磁コイルのサイズは、コイル軸と直交する方向の長辺が５ｍｍ、短辺が３ｍｍ（楕円形）、コイル軸方向の厚みが６ｍｍ、検出コイルのサイズは、コイル軸と直交する方向が２ｍｍ×２ｍｍ（四角形）、コイル軸方向の厚みが１ｍｍである。被検査体は、ＳＳ４００に長さ２０ｍｍ、深さ２ｍｍ、幅０．２ｍｍのキズを形成したものを用いた。渦電流探傷プローブは、励磁コイルを検査面Ｍ１から３ｍｍ離して走査した。励磁コイルに供給する励磁電流の周波数は、１２８ｋＨｚである。

図３は、試験結果を示し、渦電流探傷プローブの位置とキズ信号の振幅の関係を示す。
図３において、横軸は、渦電流探傷プローブの位置を示し、縦軸は、キズ信号の振幅を示す。なお渦電流探傷プローブの位置は、渦電流探傷プローブを約１００ｍｍ／ｓで移動したときの時間（ｓ）で表してあり、時間０（ｓ）は、キズの中央の位置に相当する。
図３により本願発明の実施例に係る渦電流探傷プローブは、キズを確実に検出できることが分かる。
なお励磁コイル２１を検査面Ｍ１から３ｍｍ以上離し、検出コイル支持部材２３を検査面Ｍ１側へ移動して検出コイル２２と検査面Ｍ１の距離（間隔）を変えずに試験しても同様にキズを検出することができる。

本願発明の実施例に係る渦電流探傷プローブの構成を示す。 図１の渦電流探傷プローブの変形例を示す。 本願発明の実施例に係る渦電流探傷プローブの試験結果を示す。 従来の渦電流探傷プローブの構成を示す。

符号の説明

２１ 励磁コイル
２２ 検出コイル
２３，２３ａ，２３ｂ 検出コイル支持部材
２３１，２３２ 板状の強磁性体
Ｍ 金属の被検査体

Claims (4)

1. 励磁コイル、検出コイル及び強磁性体の検出コイル支持部材を備え、検出コイル支持部材は、一部分が励磁コイル内にあり、他の部分が励磁コイルの外にあって被検査体の検査面に向かって延在し、検出コイルは、励磁コイルと分離して励磁コイルの外にあり、コイル面が検査面と直交するように検出コイル支持部材の前記延在する部分に一部が検出コイル支持部材の先端部分から検査面側に露出するように取付けてあり、励磁コイルの磁束は検出コイル支持部材の先端部分から検査面に垂直に進入することを特徴とする渦電流探傷プローブ。
2. 請求項１に記載の渦電流探傷プローブにおいて、励磁コイルと検出コイルはコイル軸が直交し、検出コイル支持部材は励磁コイルの軸方向に延在していることを特徴とする渦電流探傷プローブ。
3. 請求項２に記載の渦電流探傷プローブにおいて、検出コイル支持部材は一対の板状の強磁性体からなり、検出コイルはその一対の板状の強磁性体の間に取付けてあることを特徴とする渦電流探傷プローブ。
4. 請求項１に記載の渦電流探傷プローブにおいて、検出コイル支持部材は、途中において曲がっていることを特徴とする渦電流探傷プローブ。

Images