JPH06242076A - 電磁気探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検査体に磁場を与えて渦電流を発生せし
め、その渦電流の変化を検出するプローブの、そのプロ
ーブに組み込む励磁コイルのインピーダンスの変化を防
止する。 【構成】 被検査体５に磁場を与えて渦電流を発生せし
め、その渦電流の変化を検出するプローブ１と、このプ
ローブ１からの出力に基づいて被検査体５の欠陥を検出
する検出部３と、この検出部３からの信号を表示記録す
る表示記録部４とを備えた電磁気探傷装置において、上
記プローブ１は、上記被検査体５に対して垂直の磁場を
励磁して渦電流を誘導せしめる励磁コイル11と、渦電流
が作り出す二次的な磁界を検出する磁気センサ12ａ，12
ｂとを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、材料の非破壊検査装置
に係り、特に表面近傍の欠陥探傷に好適な電磁気探傷装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の渦電流法による欠陥探傷法では、
例えば渦流探傷試験Ａ（日本非破壊検査協会編、1977
年）に示されるように、交流電流を流した検出コイルを
被検査体に近接させ、被検査体に渦電流を発生させる
と、欠陥あるいは材質の不連続部において渦電流が変化
して前記検出コイルのインピーダンスが増減することか
ら、このコイルのインピーダンス変化で測定することで
被検査体の欠陥探傷を行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、検
出コイルのインピーダンス変化を測定して被検査体の欠
陥の有無及び大きさ等について判定していたが、この検
出コイルのインピーダンス変化は欠陥に限らず材質変化
及び検出コイルと被検査体との位置関係によっても大き
く変化する。特に強磁性体の材料では局部的な金属組織
の不均一さによってことごとく検出コイルのインピーダ
ンスが変化してしまうために、目的とする欠陥の信号の
判定を困難にしていた。

【０００４】本発明は、上記問題点を改善するために提
案されたもので、欠陥によって乱された渦電流の変化の
検出方法を改善し、金属組織の不均一さの影響を軽減す
るようにした電磁気探傷装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
の本発明にかかる電磁気探傷装置は、被検査体に磁場を
与えて渦電流を発生せしめ、その渦電流の変化を検出す
るプローブと、このプローブからの出力に基づいて被検
査体の欠陥を検出する検出部と、この検出部からの信号
を表示記録する表示記録部とを備えた電磁気探傷装置に
おいて、上記プローブは、上記被検査体に対して垂直の
磁場を励磁して渦電流を誘導せしめる励磁コイルと、渦
電流が作り出す二次的な磁界を検出する磁気センサとを
具備するものである。また、磁気センサは、被検査体に
垂直の磁場を励磁する励磁コイルの中心軸と直交する方
向に互いに対向配置させたものである。

【０００６】

【作用】コイルに交流電流を流し被検査体である金属導
体表面に近接させ垂直な磁場を印加するとその金属導体
に誘導電流である渦電流が流れ、その渦電流によって前
記コイルによる磁場の方向と逆向きの磁場が生じコイル
に誘導電流が流れ、コイルのインピーダンスを変化させ
る。この現象を積極的に利用したのが従来技術の渦流探
傷法であり、欠陥による渦電流の変化をコイルのインピ
ーダンス変化として測定しているが、被検査体の局部的
な導電率及び透磁率の変化によっても渦電流の変化が生
じるためコイルインピーダンスの変化測定に影響を与え
ていた。

【０００７】そこで、本発明では、欠陥によって渦電流
の電流場が乱される時に生じる磁場の分布と定常的な渦
電流が作る磁場の分布と異なることに着目し、被検査体
の表面に垂直な磁場を印加して渦電流を誘導させる励磁
コイルの中心軸に対し直交する方向の磁場を検出する二
つの磁気センサを上記励磁コイル内に配置するように構
成したので、定常状態の渦電流から生じた励磁磁場と逆
方向の磁場を検出せずに、欠陥によって生じた渦電流の
乱れに基づく特定方向の磁場の変化を選択的に検出する
と共に、上記二つの磁気センサの検出信号の差分を出力
するように作用するので、金属組織の局部的な変化に基
づく導電率の変化及び透磁率の変化の影響を軽減するこ
とができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【０００９】図１は、本発明の一実施例を示す電磁気探
傷装置の構成を示す概略図である。本実施例は、励磁コ
イル内に二つの磁気センサを配置して成るプローブ１
と、このプローブ１の励磁コイルに励磁電流を供給する
交流電源２と、磁気センサの出力信号を増幅したのち励
磁コイルの励磁電流に同期した信号成分を出力する検出
部３と、その出力信号を表示記録する表示記録部４から
構成され、プローブ１を被検査体５に近接させて探傷す
る。

【００１０】プローブ１は、図２および図３に示した構
成になっている。励磁コイル11は被検査体の表面に対し
垂直な交番磁界で励磁して渦電流を誘導させる。そして
磁気センサ12ａ，12ｂは被検査体に誘起した渦電流によ
って生じる二次的な磁界の特定方向の磁界成分を検出す
るように、磁気検出方向が励磁コイル11の中心軸と直交
する平面において、かつ二つの磁気センサ12ａ，12ｂの
検出方向が平行になるように近接して配置されるが、ピ
ックアップコイルもしくはホール素子等の磁電変換素子
が用いられる。本実施例ではピックアップコイルを用い
た場合について説明する。そして、この二つの磁気セン
サ12ａ，12ｂはそれぞれの検出信号の差分が出力される
ように検出部に接続されている。

【００１１】図１に戻って、交流電源２は、周波数発信
器22により所定の周波数の交流を発生させ、交流電源２
の負荷変動に対して常に一定の電流値に制御する定電流
回路21により、励磁コイルにあらかじめ設定した一定の
励磁電流を供給するものである。

【００１２】検出部３はプローブ１内の磁気センサ12
ａ，12ｂによって検出した特定方向の磁界の検出信号を
所定レベルに増幅する増幅器31と、この増幅された検出
信号から励磁コイル11の励磁電流に同期した90°位相差
の２つの信号成分を抽出して出力する90°位相回路33
と、直角位相検出器32により構成されている。

【００１３】以下に、上記構成の探傷装置を用いて被検
査体の欠陥を探傷する方法について述べる。最初にプロ
ーブ１を被検査体５に近接させ、交流電源２によりあら
かじめ設定した周波数及び一定電流値にて励磁コイル11
を励磁する。この励磁によって被検査体５である金属導
体に渦電流が誘導される。そして磁気センサ12ａ，12ｂ
は、この渦電流によって生じた二次的な磁界を検出し、
欠陥によって乱された渦電流場の乱れを検出する。ここ
で、欠陥による渦電流場の乱れについて図４〜図６を用
いて以下に説明する。即ち、図４に示したように、励磁
コイル11に交流電流Ｅを流し、被検査体５に対し垂直な
磁場Ｂ1 を印加すると同心円状の渦電流Ｋが誘起され、
この渦電流Ｋによって励磁コイル11が作る垂直磁場Ｂ1
と逆向きの磁場Ｂ2 が発生し、励磁コイル11のインピー
ダンスを変化させるように作用する。したがってこの渦
電流Ｋの流れを阻害するような欠陥等が存在すると、そ
れによって励磁コイル11のインピーダンスの変化として
現れる。従来の渦流探傷法はこの現象を積極的に利用し
たものである。一方、割れ等の欠陥が存在する場合、図
５に示したように、同心円状の渦電流Ｋの一部は、欠陥
Ｆを迂回して流れる。この欠陥Ｆを迂回して流れる渦電
流Ｋは、通常の同心円状の渦電流とは異なる方向に流れ
ることから、この渦電流が作る磁場Ｂ2 に変化が生じ
る。即ち、図６に示したように、欠陥Ｆを迂回する渦電
流Ｋは欠陥の両側で逆向きに流れることから、その電流
の回りに生ずる磁界Ｂ2'も欠陥を境に逆向きの方向にな
る。したがって、この渦電流の乱れに基づく磁界Ｂ3 を
検出することで、欠陥Ｆの検出が可能になる。

【００１４】最初に、この渦電流の乱れに基づく磁界Ｂ
3 を単一の磁気センサで検出する方法について以下に示
す。磁気センサ12ａ，12ｂは、図２および図３に示した
ように、励磁コイル11の中心軸に直交する方向に磁気検
出方向を合わせて磁気センサ12ａ，12ｂを配置したの
で、励磁コイル11が作る磁場及び渦電流の作る磁場の垂
直な磁場成分については応答せず、それと直交する被検
査体表面と平行な水平磁場成分だけに応答した検出信号
が得られる。即ち、図７の渦電流場の乱れに基づく磁界
の検出方法に示すように、欠陥が無い部分では励磁コイ
ル11によって誘導された渦電流Ｐは励磁コイル11と同心
円状に流れており、かつその渦電流Ｐが作る二次的な磁
界Ｂ2 も励磁コイル11の中心軸に対し対称な磁場分布を
示し、また磁気センサ12ａ，12ｂの検出方向の中心を励
磁コイル11の中心と一致させているので互いに逆方向に
向く水平成分の検出信号は打ち消しあって出力として現
れない。そして、欠陥のある方へ、プローブを移動して
いくと、渦電流Ｋの一部は欠陥Ｆによって流れる方向を
乱され、それによって渦電流が作る磁界は磁気センサ12
ａ，12ｂの検出方向中心に対し非対称の磁場分布とな
り、互いに逆方向の磁場成分にアンバランスが生じその
差分が磁気センサ12ａ，12ｂの出力信号として得られ、
欠陥に基づく渦電流場の乱れを検出できることとにな
る。

【００１５】この磁気センサ12ａ，12ｂの出力信号は励
磁用コイルの励磁電流に対応した交流波形であるため、
検出部３の同期検波回路32により位相検波を行い励磁電
流の90°位相差に同期した二つの信号成分を抽出し、水
平成分の磁界の強さに比例した直流信号Ｅx ，Ｅy とし
て表示記録部４に出力し、図８に示したように、欠陥Ｆ
に基づく渦電流場の乱れを検出する。このようにプロー
ブを移動して得られた検出信号Ｅの変化は欠陥Ｆの中心
位置で０を示し、その両側で逆極性のピークを示すこと
から欠陥の判定を可能にしている。さらに渦電流の位相
が変化したとしても図９のベクトル表示で示したよう
に、信号の位相と絶対値を容易に知ることができる。

【００１６】一方、従来の渦流探傷法で問題となる金属
組織の局部的な材質変化に基づく導電率及び透磁率の影
響は渦電流が作る磁界の強さの変化として現れるが、磁
場の分布への影響は少なく、また本発明では、上述した
ように渦電流場の乱れに基づく水平成分の磁界の変化を
選択的に検出するようにしたので、局部的な材質変化部
であっても渦電流場に大きな乱れは生じないためその影
響も少ない。しかしながら励磁コイル11の磁界は影響を
受けるので中心軸に対しわずかながら非対称になること
から、磁気センサ12ａ，12ｂの出力にはアンバランス成
分が重畳することになり、欠陥検出能の低下の原因とな
る。

【００１７】そこで、本発明では図２および図３に示し
たように、励磁コイル11内に二つの磁気センサ12ａ，12
ｂを平行に配置して、それぞれの磁気センサ12ａ，12ｂ
の出力を検出部に接続し、前述の局部的な材質変化に伴
う磁場のアンバランス成分の除去を行っている。このア
ンバランス成分の除去作用について図10および図11を用
いて以下に説明する。図10に示すように、被検査体５に
局部的な材質変化があると磁気センサ12ａ，12ｂの検出
信号Ｅa ，Ｅb は図11の欠陥の検出信号に比べ比較的な
だらかな変化を示し両方の磁気センサ12ａ，12ｂでほぼ
等しいため、検出部に接続したこの磁気センサ12ａ，12
ｂの差分出力Ｅo （＝Ｅb −Ｅa ）には前記局部的な材
質変化に基づく信号は除去されることになる。一方、図
11に示したように被検査体５に欠陥がある場合には、磁
気センサ12ａ，12ｂが欠陥の上を通過するとその磁気セ
ンサ12ａ，12ｂの出力には局部的な材質変化に基づくな
だらかな信号に重畳して欠陥に基づく信号が現れる。従
って欠陥の両端部において片方の磁気センサ12ａ，12ｂ
だけが欠陥と重なる位置で差分出力Ｅo に欠陥に基づく
信号が得られる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電磁気探
傷装置によれば、被検査体である金属導体の表面に対
し、垂直な磁場を印加して渦電流を誘起させ、この渦電
流の電流場が欠陥によって乱されたときの渦電流の乱れ
に基づいて生じる磁界の水平成分を検出するように励磁
コイルの中心軸と直交する方向に磁気検出方向を一致さ
せた２つの磁気センサを前記励磁コイル内に配置して、
それぞれの磁気センサの出力を検出部に接続したプロー
ブにより探傷するようにしたので、従来の渦流探傷法で
問題となっていた金属組織の局部的な不均一さに基づく
導電率及び透磁率の影響を軽減することができ、強磁性
体材料であっても容易に小さな欠陥の探傷が行い得る利
点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電磁気探傷装置の一実施例を示すブロ
ック図。

【図２】本発明の電磁気探傷装置に用いたプローブの概
略図。

【図３】図２のＡ−Ａ矢視方向切断図。

【図４】渦電流の基本的な流れを示す説明図。

【図５】被検査体に欠陥があった場合、渦電流の流れを
示す説明図。

【図６】図５の縦断面方向から見た渦電流の流れを示す
説明図。

【図７】本発明の電磁気探傷装置による渦電流の流れを
示す説明図。

【図８】本発明の電磁気探傷装置による被検査体に欠陥
があった場合の電流変化を示すグラフ。

【図９】本発明の電磁気探傷装置による被検査体に欠陥
があった場合の電流の位相角を示すグラフ。

【図１０】本発明の電磁気探傷装置を用いて被検査体に
欠陥がない場合の検出信号の変化を示すグラフ。

【図１１】本発明の電磁気探傷装置を用いて被検査体に
欠陥がある場合の検出信号の変化を示すグラフ。

【符号の説明】

１ プローブ ２ 交流電源 ３ 検出部 ４ 表示記録部 ５ 被検査体 11 励磁コイル 12ａ，12ｂ 磁気センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 智恵 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査体に磁場を与えて渦電流を発生せ
   しめ、その渦電流の変化を検出するプローブと、このプ
   ローブからの出力に基づいて被検査体の欠陥を検出する
   検出部と、この検出部からの信号を表示記録する表示記
   録部とを備えた電磁気探傷装置において、上記プローブ
   は、上記被検査体に対して垂直の磁場を励磁して渦電流
   を誘導せしめる励磁コイルと、渦電流が作り出す二次的
   な磁界を検出する磁気センサとを有することを特徴とす
   る電磁気探傷装置。
2. 【請求項２】 磁気センサは、被検査体に垂直の磁場を
   励磁する励磁コイルの中心軸と直交する方向に互いに対
   向配置させたことを特徴とする請求項１記載の電磁気探
   傷装置。