JPH08261991A - 渦電流プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】渦電流探傷における感度と検査効率の改善。 【構成】図１（ａ）に示す磁界発生方向が互いに逆にな
るよう直列接続された２個の細長い矩形コイルを励磁コ
イルとし、この励磁コイルと同じ構造を持つ小型のコイ
ルを励磁コイルに略直交させながら複数個並置して得ら
れる平面コイル群を検出コイルとして用いることによっ
て渦電流プローブをアレイ化したことを特徴とする。励
磁コイルと各検出コイル間には直交関係があり、傷のな
い導体板上を掃引するときは出力を生じない。傷がある
と渦電流の対称性が壊れ出力を生じる。このため高感度
で傷検出が可能となる。さらに、このコイル系を（ｂ）
のようにフェライト磁心と組み合わせることによって性
能を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、導電体に誘導される渦
電流によって、導電性材料の傷検出をする渦電流探傷法
の感度と効率を向上させる渦電流プローブを提供するも
のである。本発明の産業上の利用分野は、ステンレス
や、鋼材、銅、アルミ等の導電性材料の傷を非破壊的に
かつ迅速に検出することを目的とする非破壊検査装置、
応力磁気効果を有する鋼材における残留応力分布の測定
装置等である。

【０００２】

【従来の技術】導体に誘導される渦電流によって、導体
中の傷を検出する方法として、ループ型のコイルで検査
対象であるステンレスや鋼材等の構造部材を非接触に励
磁し、そのインピーダンス変化から傷を検出する方法が
良く用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法では、小さ
な傷を高感度で検出しようとする場合、ループ型の検出
コイル径を傷の大きさ程度にする必要があった。従っ
て、導電性材料の広い範囲を検出対象とするような場合
は、その面をスキャンするのに多大の時間を要してい
た。また、コイルのインピーダンスの変化は傷に対し感
度が低い。

【０００４】

【課題を解決するための手段】小さな傷に対し高感度
で、かつスキャン回数を大幅に低減するために、励磁コ
イルと検出コイルを用いて傷があるときにのみ両コイル
間の相互誘導が現れるようにし、かつ一方向に細長くし
た励磁コイルに複数の検出コイルを配置することによっ
て、アレイ構造とし、１回の掃引によって検査できる面
積を大きくしようとするものである。

【０００５】

【作用】励磁コイルとそれに直交して配置された複数の
検出コイル間には、コイル近傍の媒質が均質であれてい
れば、相互誘導によるカップリングは原理的に打ち消し
あって現れない。表面近傍に欠陥や傷を有する導電性物
体の近傍に置かれた励磁コイルに交流電流を流すと導体
内に誘導される、渦電流分布がひずみ、励磁コイルと検
出コイル間の直交性が崩れ誘起電圧が現れる。欠陥や傷
がなければ出力はゼロで、欠陥や傷があれば励磁電流に
対し正又は負の位相の誘起電圧が生じるので高感度で傷
検出が可能となる。また、励磁コイルを細長く、検出コ
イルを多数一列に配置することによって一度の掃引でプ
ローブが検出できる面積が稼げ、掃引回数を大幅に減少
できる。

【０００６】

【実施例】実施例によって動作原理と効果を説明する。
図１に本発明の第１実施例による渦電流プローブの構成
を示す。図１（ａ）は励磁コイル１と検出コイル２の原
理的構成を示したものである。本構成例では、励磁コイ
ル１、検出コイル２とも８の字型をしているがこれに限
定するものではない。励磁コイル１は、図のように一方
向に細長く引き延ばされた構造であり、同型の検出コイ
ルは、これに対し、９０度回転させながら並置して重ね
る。本図では検出コイル２の外形はほぼ正方形である
が、検出コイルの数を増やすために幅を細くすることが
できる。図１（ｂ）には、検出コイル２を５個（５チャ
ンネル）として、フェライト磁心３をこれに組み合わせ
て製作した渦電流プローブの外観図である。アレイ状の
フェライト磁心３は、フェライト角柱の上面に超音波加
工機等で十字形の溝を掘ったもの５個をスペーサ４を入
れ一列に配置し、接着剤等によって固定することができ
る。あるいは、フェライト磁心３は一体として製作する
こともできる。

【０００７】図２は動作原理を説明した図である。この
図では、簡単のために検出コイルが１個の場合について
説明している。励磁コイル１’がアルミなどの非磁性導
体板５に近接して置かれ、導体板には穴６が開いている
とする。交流励磁電流７を流すと、励磁コイル１’の８
の字の重なり部分の直下には穴の影響によって磁束線９
のような分布が出現する。この理由は導電体は交流磁界
に対し渦電流が誘起され磁束の侵入を妨げようとする反
磁性的効果を示すため、交流磁束にとっては穴である空
気の部分がより通りやすくなるからである。

【０００８】ところで、このような磁束分布は、中心線
８１を横切るような磁束成分を出現させる。非磁性導体
板５に傷がなく一様な特性であれば、磁束線は全て中心
線８１に平行になり、中心線８１を横切るような磁束成
分は決して出現しない。すなわち、この中心線８１を横
切る磁束成分が傷の存在を示すものである。検出コイル
２’を中心線８２が励磁コイル１’の中心線８１に重ね
なるように励磁コイル１’に重ねると、検出コイル２’
には前述の中心線を横切る磁束成分のみが鎖交する。す
なわち、傷の存在を高感度で検出することができる。実
際には、このようにして得られる誘起電圧を同期整流器
に通して直流に変換する。誘起電圧の位相は、励磁コイ
ル、検出コイルと穴の位置に関係する。励磁コイル１’
の８の字部分と中心線８１で、検出される領域を４つに
分割したとき、例えば、右上と左下に穴が位置するとき
の位相を正とすれば、左上と右下に位置するとき位相は
負となる。

【０００９】図３（ａ）（ｂ）は、図２の１チャンネル
の渦電流プローブをアレイ型のプローブに拡張した場合
の動作を簡単に説明するための図である。励磁コイル１
に対し複数配置された検出コイル２１、２２が示されて
いる。（ａ）図のように穴６が検出コイル２１の中心部
に位置しているときは、図２の場合と全く同じ動作をす
る。ところで、アレイ型渦電流プローブは、検出コイル
どうしが近接するところにも傷に対し感度を有する。
（ｂ）図はこれを説明したものである。すなわち、検出
コイル２１の外側に穴６が存在すると磁束線は、同図の
ようになり、検出コイル２１の外枠部と鎖交する。これ
は検出コイル２２に対しても同様である。

【００１０】図４に１．６ｍｍ厚アルミニウムに開けた
１ｍｍ径貫通穴に対する検出特性を示す。この実験に使
用した５チャンネルアレイ型プローブは図１（ｂ）に示
す外観のものである。測定には５チャンネルアレイ構造
の中央の検出コイルを使用した。フェライト磁心は、市
販のＭｎＺｎフェライトＥＩ型磁心の中心脚（断面サイ
ズは６．５ｍｍ×６．５ｍｍ）に超音波加工機によって
十字の溝（溝幅１．９ｍｍ）を彫ったものを、約１．９
ｍｍ厚のスペーサを用いて接着して製作した。励磁コイ
ル１として４ターン、検出コイル２として各１０ターン
を施した。励磁条件は６０ｋＨｚ、２００ｍＡである。
誘起電圧はロックインアンプによって同期整流してい
る。この例では穴が十字の溝の中心から１ｍｍ程度横を
通過した位置関係に対応している。１つの穴に対し、正
負のピークが現れるため、ドリフトや、オフセットがあ
る場合も識別容易である。

【００１１】図５にやはり、５チャンネルアレイ型プロ
ーブの中央の検出コイルを用いて、穴の周囲を縦横２次
元掃引したときの出力電圧の等高線表示した結果を示
す。ここに、掃引ステップは０．１ｍｍである。白い部
分がピークであり、黒い部分が谷である。これから、２
次元的に掃引すると導電体板の穴が特長あるパターンで
識別できることがわかる。穴の位置は、白いピーク部を
つないだ線分と、黒い谷部をつないだ線分の交点近傍に
位置する。図６には、貫通していない穴を、穴の裏側か
ら検出した例である。この場合は、アルミの厚さは１．
３ｍｍ、穴の深さは０．６ｍｍである。励磁周波数は１
０ｋＨｚとしている。裏側からも十分に穴が検出可能で
あることがわかる。

【００１２】図７には、５チャンネルアレイ型渦電流プ
ローブで１ｍｍ径の貫通穴を１回の掃引で検出した例を
示す。各チャンネルは、パーソナルコンピュータによっ
て制御されたリレーを介してロックインアンプに接続さ
れている。掃引方向は、アレイ型プローブの長手方向に
直交な方向で、掃引ステップは１ｍｍである。出力電圧
の等高線図のパターンからチャンネル３の掃引奇跡の近
傍に穴が存在することが明確に識別できる。また、横軸
の掃引距離から穴の位置が決定できる。

【００１３】

【発明の効果】励磁コイルと検出コイルの結合は、検査
対象である導体板に傷がない状態では原理的に相互誘導
のない直交関係にあり、傷によって渦電流分布の対称性
が壊れると検出コイルに相互誘導による誘起電圧が生じ
る。従って、傷検出が高い感度で実施できる。また励磁
コイルを長くし、複数の検出コイルを直交して並置する
ことによって容易にアレイ化ができ、一度に広い面積を
検査可能となる。このように本発明によって、渦電流に
よる導体板の傷検出を高感度化しかつ検査効率を大幅に
改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の渦電流プローブの構成
図。（ａ）は励磁コイルと検出コイルの原理的構成図。
（ｂ）は検出コイルを５個（５チャンネル）として、フ
ェライト磁心をこれに組み合わせて製作した渦電流プロ
ーブの外観図。

【図２】動作原理の説明図（１チャンネルの場合）

【図３】動作原理の説明図（多チャンネルの場合）
（ａ）は、穴の位置が検出コイル内にある場合、（ｂ）
は穴が隣り合う検出コイル間にある場合。

【図４】１．６ｍｍ厚アルミニウムに開けた１ｍｍ径貫
通穴に対する検出特性。５チャンネルアレイ型プローブ
の中央の検出コイルを使用。

【図５】図４と同じ条件で、縦横に０．５ｍｍピッチで
プローブを掃引したときの出力電圧の等高線表示。リフ
トオフ０．２ｍｍ。励磁周波数６０ｋＨｚ。

【図６】１．２ｍｍ厚のアルミ板に径１ｍｍ、深さ０．
６ｍｍの中途穴を開け、穴の裏側から検出した例。励磁
周波数１０ｋＨｚ。掃引ピッチ０．５ｍｍ、リフトオフ
０．２ｍｍ。

【図７】５チャンネルアレイ型渦電流プローブで１ｍｍ
径の貫通穴を１回の掃引で検出した例。穴は、チャンネ
ル３近傍を通過している。掃引ピッチは１ｍｍ。

【符号の説明】

１励磁コイル ２検出コイル ３フェライト磁心 ４スペーサ ５非磁性導体板 ６穴 ７励磁電流 ８１、８２中心線 ９磁束線の方向

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同一面内に置かれた細長い矩形状のコイル
   ２個を互いに長辺の片方で隣接させ、前記２個のコイル
   が発生する磁界方向が互いに逆になるよう接続したもの
   を励磁コイルとして用い、前記励磁コイルに近接してお
   かれた導電体によって、前記励磁コイルの長辺部に平行
   になる励磁磁束成分を、前記励磁コイルの互いに隣接し
   た長辺の近傍で検出可能なコイルを複数組み合わせたも
   のを検出コイルとして用いることを特徴とする渦電流プ
   ローブ。
2. 【請求項２】検出コイルが、同一面内に置かれた細長い
   矩形状のコイル２個を互いに長辺の片方で隣接させ、前
   記２個のコイルが発生する磁界方向が互いに逆になるよ
   う接続したコイルを複数組み合わせてなることを特徴と
   する謂求項１記載の渦電流プローブ。