JP6474343B2 - 渦電流探傷検査装置のプローブ及び渦電流探傷検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、導電性被検査体、特に太陽光パネルのクラックを検出するための渦電流探傷検査装置のプローブ及び渦電流探傷検査装置に関する。

一般に、太陽光パネルのセルのシリコンのベース層のクラックが、アルミニウム電極のクラックを伴うとは限らないが、両クラックともセルのクラックであり、欠陥であることにかわりない。
太陽光パネルのアルミニウム電極のクラックは、積雪や突風、雹など自然災害によって生ずることがあるが、輸送時、施工時、メンテナンス時の取り扱いなどの人為的な行為に起因することが多いと言われている。このクラックは、将来的に太陽光パネルの出力低下の起因となる可能性があり、太陽光パネルのクラックの有無を製造時はもとより、施工後に検査することは、太陽光発電を長期間継続するために重要なことである。

太陽電池セルのベース層（シリコンウェハ）のクラックを検出する方法として、現在、ＥＬ検査装置やレーザ照射で起電力を可視化する装置が使用されている。両装置とも検査製造ラインのセル単体試験やパネル全体の出荷抜取検査など屋内使用が基本である。

ＥＬ検査は、日光を遮断した場所で通電してセルを光らせ、その光を観測するものなので通電設備を必要とし、それがないと検査をすることができず、また、ＥＬ検査装置が装備されている屋内にソーラーパネルを運びこまなければならず、手間のかかるものであり、迅速簡単に検査することができないという課題があった。

金属の表面近傍に存在する微細なクラック等の欠陥を検出する手段として渦電流探傷装置があり、太陽光パネルのアルミニウム電極に生じたクラックを検出するために特許文献１（特開２００６−３１９３０３号公報）などに示されるように、渦電流探傷検査装置が使用されており、印加する電流の周波数を１ＭＨｚ以上とすることが記載されている。
渦電流探傷装置は、交流電源に接続される励磁コイルによって磁場を被検査体内に形成して被検査体の表面に渦電流を発生させ、この渦電流に誘導された誘導磁場を検出コイルで検出するものである。被検査体のクラックの存在によって渦電流が影響を受け、渦電流による磁場が変動するので、この磁場の変動をクラック検出コイルで検出して傷の有無を判断するものである。
被検査体にクラックがあると、クラックが生じていない部位と比べて誘起される渦電流の流路が変化するため渦電流の振幅や位相が変化するので、この変化を検出してクラックを検出するものである。
太陽電池パネルへの渦電流の誘起や渦電流信号の検出は、太陽電池パネルに対向配置したコイルを用いて実施できるので、非接触でクラックの検出が可能であり、瞬時に検出することができる。

特開２００６−３１９３０３号公報 特開２０００−２６８９号公報 ＷＯ２００７／１３５７５３号公報

渦電流探傷法は、導電性の被検査体上にコイルを位置させ、コイルに交流電源を流し、誘起された磁界によって生起された磁束を被検査体の表面に直角に当て、表面に流れる向きが変化する渦電流を発生させる。表面にクラック（傷）があると渦電流に変化が生じるので、渦電流によって誘起される磁界の変化によって渦電流の変化を検出し、この渦電流の変化を相互誘導方式によりクラックを検出するものである。
しかしながら、渦電流の変化はクラックによってだけで生じるものでなく、被検査体の周縁端部、(以下エッジという)によっても起きるので、エッジ近辺においてはエッジとクラックの区別がつけ難く、クラックを見逃すことがある。図２は検出コイルの電圧変化を示すオシロ波形図であり、波形Ａがクラックによるものであり、波形Ｂがエッジによるものである。
単一コイルの電気的インピーダンス変動の観点から見ると、エッジは大きなクラックと等価である。つまり、渦電流探傷法においては、エッジ近傍に存在するクラックは、エッジと区別がつけ難いという欠点があり、従来エッジの近傍の範囲のクラックの検出は不可能であった。
本発明は、渦電流探傷法において、エッジに近接するクラックをエッジに影響されずにクラックを正確に検出できるようにするものである。

本発明は、エッジ検出コイルの内側にエッジ励磁コイルが配置され、その内側に不感帯を隔ててクラック励磁コイル、更に内側にクラック検出コイルが平面的に配置されており、不感帯で隔てられたエッジ励磁コイルとクラック励磁用コイルに逆向きの電流を印加することを特徴とする渦電流探傷装置用プローブである。
エッジ励磁コイルとクラック励磁コイルに印加する電流が逆向きなので、両励磁コイルの間の領域は、コイルに印加される電流によって誘起される磁界が逆向きとなって互いに打ち消しあうため被検査体の表面に渦電流が誘導されないため不感帯が形成されるのである。
最外側に配置したエッジ検出コイルでエッジを検出し、不感帯によって隔てられたクラック検出コイルがクラックを検出するので、エッジとクラックの混同が排除され、クラックを正確に検出することできるのである。
プローブのコイルは四角形で中心を共通とした４つのコイルからなり、外側から順にエッジ検出コイル、エッジ励磁コイル、クラック励磁コイル、そしてクラック検出コイルが配置されており、エッジ励磁コイルとクラック励磁コイルには逆向きに電流が印加されており、エッジ励磁コイルとクラック励磁コイルの間の領域は不感帯としてある。

本発明の渦電流探傷用プローブを有する渦電流探傷装置で被検査体のエッジ近辺を走査すると、最外側のエッジ検出コイルの電圧の変動が最初に検出されるので、渦電流探傷用プローブがエッジを検出したものと判断する。
このとき、クラック検出コイルとエッジの間には不感帯が存在するためクラック検出コイルはエッジを検出できないので、クラック検出コイルの電圧変動が検出されると、この電圧変動はエッジによるものでなくクラックであると判定できるので、エッジをクラックと誤認混同することがなく明確に区別することができ、エッジに近接したクラックを正確に検出することができるのである。

本発明のプローブ及びコイルの構造を示す概念図。 エッジとクラックによるオシロスコープ波形。 プローブとエッジの関係の説明図。 本発明プローブを使用したクラック検出装置。

図１（１）に示すように、本発明の渦電流探傷装置用プローブ１は、フィルム基板などの可撓性の基板Ｂの上に４つの平面コイルを配設したものであり、外側のコイルの内側に順に小さなコイルを配置したものであり、図示の例は、四角形の平面コイルを配設したものであるが、四角形に限るものでなくコイルの形状は円形や楕円など任意の形状を採用することができる。基板Ｂを可撓性とすることによって被検査体Ａの表面に凹凸があっても、基板が凹凸に追随して撓むのでリフトオフの問題が解消される。
一例を挙げると、６０〜１００ｍｍ角の基板Ｂ上に、１．５〜３ｍｍ幅の四角形のコイル２０、２１、２２、２３を配置したものであり、励磁コイルと検出コイルの間隔は２ｍｍであり、不感帯３の幅Ｓは４〜１０ｍｍである。
不感帯３は、エッジ励磁コイル２１の内周からクラック励磁コイル２２の外周までを指すものである。
なお、プローブ１（コイル）の大きさは、被検査体Ａの大きさに応じて設計するものであり、太陽光パネルが被検査体の場合は、セルの大きさに応じて設計する。

最外側のコイルはエッジ検出コイル２０であり、被検査体ＡのエッジＡ１を検出するためのものである。その内側にはエッジ検出コイル２０とペアとなるエッジ励磁コイル２１が配設してあり、エッジ励磁コイル２１によって被検査体Ａの表面に渦電流を誘起し、クラックやエッジに起因する渦電流の変化を検出コイル２０、２３で検出してクラックの有無を検査するものである。
そして、エッジ励磁コイル２１と、その内側のクラック励磁コイル２２の間に間隔Ｓが設けてあって逆向きの電流が印加してあるので、被検査体Ａの表面に誘起される渦電流は打ち消されることになって不感帯３が形成される。
この間隔Ｓの幅の不感帯３の存在によってクラック検出コイル２３は、被検査体ＡのエッジＡ１に反応することがないので、エッジＡ１に近接した位置のクラックを検出することが可能となったのである。

図１（２）は、基板Ｂ上に形成した４つのコイルを示したものであり、斜線部分の領域は本発明の主要部である不感帯３を示している。
不感帯３の幅Ｓは、余り狭くするとクラック検出コイル２３がエッジＡ１に反応する恐れがあるので、不感帯３の幅Ｓは４〜１０ｍｍ程度とするのが好ましく、被検査体の大きさやクラックの大きさに応じて不感帯３の幅を決定する。
励磁コイルに印加する電流の周波数は、特に限定するものでなく、特許文献１（特開２００６−３１９３０３号公報）にも開示されているように１ＭＨｚ以上の周波数を利用することができる。また、エッジ励磁コイルとクラック励磁コイルには同じ周波数を使用する。
必要に応じてエッジ励磁コイルとクラック励磁コイルの周波数を異なるものとしてもかまわない。

図３は、本発明のプローブ１を被検査体Ａの表面をスキャンする際のエッジＡ１に対するプローブ１の相対位置による本発明のプローブの作用を説明するものである。
図３（１）に示すように、プローブ１のエッジ検出コイル２０がエッジＡ１上に位置するときは、エッジ検出イル２０は、エッジＡ１を検出しており、そして、不感帯３が存在するので、クラック検出コイル２３はエッジＡ１に影響されることなくクラックを検出することができる。
図３（２）に示すように、エッジ検出コイル２０がエッジＡ１より内側に離れて位置するときは、エッジ検出コイル２０はエッジＡ１を検出せず、クラック検出コイル２３は、クラックを検出することができる。この場合には、不感帯３を形成する必要がないので、エッジ励磁コイル２１とクラック励磁コイル２２に印加する電流の方向が逆向きでなくてもよい。
図３（３）に示すように、エッジ励磁コイル２１がエッジＡ１の外側に位置し、エッジＡ１がエッジ励磁コイル２１とクラック励磁コイル２２の間に位置するとき、すなわち、不感帯３がエッジを跨いでいる状態のときは、不感帯３によってエッジＡ１の影響がクラック検出コイル２３に及ばないため、よりエッジＡ１に近い部分までクラックが検出できるのである。

図４は、本発明のプローブ１を装備した渦電流探傷装置４の一例を示すものであり、（１）は斜視図、（２）は平面図、（３）は側面図、（４）は正面図である。プローブ１はハウジング４０の下側に着脱自在としたセンサーチャンバー４１の収納室に収納されている。センサーチャンバー４１の底面は、太陽光パネルに接触させてスキャンするので、太陽光パネル表面のガラスに対して低摩擦係数の材料を接触面とするのが好ましい。そのためセンサーチャンバー４１をフッ素樹脂などの低摩擦係数樹脂製としている。
低摩擦係数樹脂としては、フッ素樹脂が好ましい。フッ素樹脂は、２００℃の温度にも耐えることができ、耐熱性に優れていることから、被検査体のホットスポットにも耐えることができる。
また、センサーチャンバー４１が使用によって摩耗した場合は、センサーチャンバー４１を交換できるように、センサーチャンバー４１はハウジング４０に対して着脱可能としてある。
渦電流探傷装置４を太陽光パネル等の被検査体Ａの上に載せ、スキャンすることによって検査する。クラックを検出すると、ブザーでクラック検出を知らせ、同時に、そのときのクラックとエッジのレベル（クラックの長さ）をＬＥＤランプの点灯する数によって表示する。

ケース４の上面、側面にはプローブ１のクラック検出コイル２３の位置を示すラインや目印などのマークＭが表示してある。図４（２）の平面図において、黒く塗りつぶしてある領域がクラック検出コイル２３を示しており渦電流探傷装置４の操作者が、クラック検出コイル２３が被検査体Ａのどの領域を検査しているのかを容易に把握できるようにしてある。操作者は、このマークＭを見ながら被検査体Ａをスキャンすることによって、ハウジング４０の内部に設置されて外からは見えないプローブ１のクラック検出コイル２３がエッジＡ１に懸らないようにし、図３（３）に示すように不感帯３がエッジＡ１を跨ぐ状態となるように検査装置４の位置を制御してスキャンすることによってエッジＡ１に近接したクラックを検出することができる。

フレームを有する太陽光電池パネルを検査する場合、プローブ１は、図３（１）に示す状態にしかエッジＡ１に近づかせることができないので、低摩擦材の補助フレーム（図示しない）をセンサーチャンバー４１の下に固定するか着脱自在に設け、プローブ１の不感帯３がエッジＡ１を跨ぐようにすると、エッジＡ１の近辺のクラック検出を容易におこなうことができる。

クラックの位置を細かく特定したい場合は、検査装置４のＬＥＤランプが点灯し、ブザーによってクラック検出コイル２３がクラックを検出したことを知らせるので、ブザーが鳴った場所の近辺において短いスキャンを繰り返してクラックの位置を特定する。
クラックが１つだけで周辺に他のクラックが存在しない場合、検査に習熟した者であれば、３０ｍｍφのエリア内にクラックの位置を特定可能である。

１ 渦電流探傷装置用プローブ
２０ エッジ検出コイル
２１ エッジ励磁コイル
２２ クラック励磁コイル
２３ クラック検出コイル
３ 不感帯
４ 渦電流探傷装置
４０ ハウジング
４１ センサーチャンバー
Ａ 被検査体(太陽光パネル)
Ａ１ エッジ（被検査体の周縁部）
Ｂ 基板

Claims (4)

1. 被検査体のエッジを検出する最外側のエッジ検出コイルと、その内側に順にエッジ励磁コイル、クラック励磁コイル、及びクラック検出コイルが設けてあり、エッジ励磁コイルとクラック励磁コイルには逆方向に励磁電流が印加されて両コイルの間に不感帯が形成されている渦電流探傷用プローブ。
2. 請求項１において、コイルは、可撓性の基板上に設けてあり、被検査体の形状に追随可能である渦電流探傷用プローブ。
3. 請求項１または２のいずれかの渦電流探傷用プローブを具備する、渦電流探傷検査装置。
4. 請求項３において、低摩擦係数の樹脂製のセンサーチャンバーにプローブが収納してあり、センサーチャンバーはハウジングの底部に着脱自在としてある太陽光パネル用の渦電流探傷検査装置。