(57)【要約】【課題】曲率半径の小さい狭隘部を有する被検査体を対象とする場合であっても、プローブ姿勢の変化に伴う検出感度の変化を認識することができる渦電流探傷技術を提供する。【解決手段】渦電流探傷装置１０は、プローブ１１に収容された励磁コイル１２ａに励磁磁場を生じさせ被検査体１３に渦電流を励起させる交流電源１４と、この渦電流の誘導磁場によりプローブ１１に収容される検出コイル１２ｂで発生した検出信号を検出する検出部１５と、この検出信号に基づいて探傷データを出力する出力部１６と、複数の検出コイル１２ｂから同じタイミングで検出される検出信号を互いに関連付けて格納する格納部１７と、このように関連付けした複数の検出信号に基づいて同じタイミングにおけるプローブ１１の姿勢を評価する評価部１８と、を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブに収容された励磁コイルに励磁磁場を生じさせ被検査体に渦電流を励起させる交流電源と、
前記渦電流の誘導磁場により前記プローブに収容される検出コイルで発生した検出信号を検出する検出部と、
前記検出信号に基づいて探傷データを出力する出力部と、
複数の前記検出コイルから同じタイミングで検出される前記検出信号を互いに関連付けて格納する格納部と、
前記関連付けした複数の検出信号に基づいて同じタイミングにおける前記プローブの姿勢を評価する評価部と、を備えることを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項２】
請求項１に記載の渦電流探傷装置において、
前記プローブを走査プログラムに基づいて走査させる制御部と、
前記検出信号と同じタイミングで出力される前記被検査体上の位置データを互いに関連付けて保存する保存部と、をさらに備えることを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の渦電流探傷装置において、
前記プローブに収容された前記コイルが、単独で励磁コイルと検出コイルとした自己誘導方式の探傷が可能であるコイルを複数設け、かつ、この複数のコイルの任意の一つを励磁コイル、他のコイルの少なくとも何れか一つを検出コイルとした相互誘導方式の探傷が可能となるよう構成され、
前記評価部は、前記コイルを自己誘導方式で動作させた場合の検出信号の振幅と、相互誘導方式で動作させた場合の検出信号の位相角の正負と、を用いて前記プローブの姿勢を評価することを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の渦電流探傷装置において、
複数の前記コイルは、その中心軸が前記プローブの軸に対し垂直であるように配置されていることを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の渦電流探傷装置において、
前記プローブの姿勢は、前記被検査体の法線に対する前記プローブの軸の傾斜角及び傾斜方向で表されることを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項６】
プローブに収容された励磁コイルに励磁磁場を生じさせ被検査体に渦電流を励起させるステップと、
前記渦電流の誘導磁場により前記プローブに収容される検出コイルで発生した検出信号を検出するステップと、
前記検出信号に基づいて探傷データを出力するステップと、
複数の前記検出コイルから同じタイミングで検出される前記検出信号を互いに関連付けて格納するステップと、
前記関連付けした複数の検出信号に基づいて同じタイミングにおける前記プローブの姿勢を評価するステップと、を含むことを特徴とする渦電流探傷方法。
【請求項７】
コンピュータに、
プローブに収容された励磁コイルに励磁磁場を生じさせ被検査体に渦電流を励起させるステップ、
前記渦電流の誘導磁場により前記プローブに収容される検出コイルで発生した検出信号を検出するステップ、
前記検出信号に基づいて探傷データを出力するステップ、
複数の前記検出コイルから同じタイミングで検出される前記検出信号を互いに関連付けて格納するステップ、
前記関連付けした複数の検出信号に基づいて同じタイミングにおける前記プローブの姿勢を評価するステップ、を実行させることを特徴とする渦電流探傷プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、被検査体に存在するき裂等の欠陥を非破壊で検出する渦電流探傷技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の表面近傍に存在するき裂等の欠陥を検出する手段として渦電流探傷装置が用いられている。
この渦電流探傷装置によれは、交流電源に接続される励磁コイルから励磁磁場を被検査体に付与し、この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。
このような励磁コイル及び検出コイルから構成されるプローブを被検査体の表面に走査し、この表面に存在する欠陥（き裂）による渦電流の変化を誘導磁場の変化として捉えることで、欠陥の検出が行われる。
【０００３】
ところで高感度で欠陥を検出するためには、プローブ軸を、被検査体の表面の法線に一致させて走査する必要がある。
もし、走査の途中でプローブが傾斜すると、欠陥の検出感度が低下するばかりでなく、ゴーストを検出する場合がある。
【０００４】
そこで、三次元的な形状変化を伴う複雑形状面の探傷試験では、走査するプローブを撮像してその姿勢を監視する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１８１０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に係る技術においては、複雑形状面を走査するプローブの撮像結果から得られるプローブ姿勢と、コイルの出力信号の感度との間に、一致した関係が得られているとは言えないため、信頼性に劣る課題がある。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、曲率半径の小さい狭隘部を有する被検査体を対象とする場合であっても、プローブ姿勢の変化に伴う検出感度の変化を認識することができる渦電流探傷技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態に係る渦電流探傷装置において、プローブに収容された励磁コイルに励磁磁場を生じさせ被検査体に渦電流を励起させる交流電源と、前記渦電流の誘導磁場により前記プローブに収容される検出コイルで発生した検出信号を検出する検出部と、前記検出信号に基づいて探傷データを出力する出力部と、複数の前記検出コイルから同じタイミングで検出される前記検出信号を互いに関連付けて格納する格納部と、前記関連付けした複数の検出信号に基づいて同じタイミングにおける前記プローブの姿勢を評価する評価部と、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る渦電流探傷装置の第１実施形態を示す概要図。
【図２】（Ａ），（Ｂ）はプローブに設けられるコイルの他の実施例を示す斜視図。
【図３】実施形態に係る渦電流探傷装置における検出部の詳細図。
【図４】（Ａ）はプローブの姿勢を説明するためのコイルの側面図、（Ｂ）は同上面図。
【図５】本発明に係る渦電流探傷装置の第２実施形態を示す概要図。
【図６】実施形態に係る渦電流探傷装置の動作を説明するフローチャート。
【図７】プローブの傾斜方向に対する検出結果を示すテーブル。
【図８】プローブの傾斜角に対する自己誘導方式におけるコイル電圧の振幅値を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように渦電流探傷装置の検出ユニット２０は、プローブ１１に収容された励磁コイル１２ａに励磁磁場を生じさせ被検査体１３に渦電流を励起させる交流電源１４と、この渦電流の誘導磁場によりプローブ１１に収容される検出コイル１２ｂで発生した検出信号を検出する検出部１５と、この検出信号に基づいて探傷データを出力する出力部１６と、複数の検出コイル１２ｂから同じタイミングで検出される検出信号を互いに関連付けて格納する格納部１７と、このように関連付けした複数の検出信号に基づいて同じタイミングにおけるプローブ１１の姿勢を評価する評価部１８と、を備えている。
【００１１】
このように構成される渦電流探傷装置１０は、金属構造材である被検査体１３の欠陥検査に適用することができる。
被検査体１３は、狭隘な形状、例えば、原子炉内構造物の溶接部、原子炉管台の管曲面部等を対象にすることができる。
【００１２】
実施形態において励磁コイル１２ａ及び検出コイル１２ｂは、一つのコイル１２で実現される自己誘導方式が採用されている。
複数のコイル１２，１２（図示は二つ）は、素線が巻回する中心軸がプローブの軸１１ａ（図４（Ａ）参照）に対し垂直に交わるように、さらに互いに直角に交差するようにして構成され、プローブ１１の先端に設けられている。
プローブ１１は、被検査体１３の表面を、表面法線１３ａとプローブ軸１１ａが極力一致するように（傾斜角θ＝０となるように）走査される（図４（Ａ）参照）。
【００１３】
コイル１２は、素線が一方向に巻回された帯状体を、さらに積層させた構成をとる。そして、これら二つのコイル１２が互いに交差する部分は、二つのコイル１２の帯状体が交互に積層した構成となっている。
【００１４】
図２（Ａ）（Ｂ）に示すようにプローブ先端は、素線の巻回の中心軸がプローブの軸１１ａに対し垂直であるが交わらないねじれの位置にあるように、コイル１２が放射状に配列して構成される場合もある。この場合、環状配列するコイル１２の対称軸がプローブ軸１１ａとなる。
もしくは、図示を省略するがプローブ先端は、素線の巻回の中心軸がプローブの軸１１ａに対し平行関係にあるように、コイルを配列させる場合もある。
【００１５】
交流電源１４が交流電圧を発生すると励磁コイル１２ａに励磁磁場が生じ、被検査体１３に渦電流が励起する。
そして、この渦電流により発生する誘導磁場が検出コイル１２ｂに鎖交すると、この検出コイル１２ｂに誘導起電圧が発生する。
そして、被検査体１３の表面にコイル１２，１２を走査して欠陥の近傍を通過すると、この欠陥を迂回して渦電流が流れて誘導磁場の分布が変化し、検出コイル１２ｂに発生する誘導起電圧も変化する。
【００１６】
検出部１５は、この渦電流の誘導磁場により検出コイル１２ｂに発生した誘導起電圧の変化を、検出信号として出力する。
検出部１５，１５は、それぞれコイル１２，１２に対応して設けられている。
検出部１５の各々は、図３に示すように、コイル１２を含む４つのインダクタＺa，Ｚb，Ｚc，Ｚdから成るブリッジ回路で構成されている。
ブリッジ回路においては、次式（１）が成立するときは、平衡バランスがとれている状態で、増幅回路１９に流れる電流が０になる。
Ｚa×Ｚd＝Ｚb×Ｚc      （１）
【００１７】
図３に基づいて検出部１５の動作を説明する。
交流電源１４を動作させてコイル１２に励磁磁場を生じさせると、被検査体１３に渦電流が励起する。そして、この渦電流により発生する誘導磁場が、コイル１２に鎖交すると、このコイル１２に誘導起電圧を発生させる。
欠陥の無い検査面にコイル１２を近付けた状態で、励磁磁場を生じさせ可変インダクタＺdを調整して、ブリッジ回路の平衡バランスを取る。
【００１８】
そして、コイル１２を走査して欠陥の近傍を通過すると、この欠陥を迂回して渦電流が流れて誘導磁場の分布が変化するためにコイル１２の誘導起電圧も変化する。
このようなコイル１２（Ｚc）のインピーダンス変化を反映して、ブリッジ回路の平衡バランスが崩れ増幅回路１９で電流が検出されるようになる。
この増幅回路１９において検出された電流が検出信号として探傷データの出力部１６に入力される。
なお、検出部１５の構成は、例示であって、走査中のコイル１２の各々のインピーダンス変化を検出することができるものであれば適宜採用される。
【００１９】
以上において、励磁磁場による渦電流の発生及びこの渦電流による誘導磁場の検出を、単独のコイル１２で担う自己誘導方式に基づく探傷方式を例示した。
しかし探傷方式は、自己誘導方式に限定されることはなく、励磁コイル１２ａ及び検出コイル１２ｂが別々のコイルで実現される相互誘導方式を採用することもできる。もしくは、自己誘導方式と相互誘導方式とを切り替えて探傷試験を実施することもできる。
また、これらコイル１２は、交流電源１４に対し並列接続しているが、直列接続される場合もある。
【００２０】
図１に戻って説明を続ける。
出力部１６は、それぞれの検出部１５，１５から出力されるそれぞれの検出信号を入力し、適切な演算処理を実行して出力した探傷データを表示部２１に表示させる。
この探傷データは、プローブ軸１１ａと被検査体の表面法線１３ａとが（図４（Ａ）参照）、走査の過程で常に一致（傾斜角θ＝０）していることを前提として、欠陥の有無に関する正確な情報を提供する。
このため、三次元的に形状が変化する複雑表面の探傷時は、プローブ軸１１ａと被検査体の表面法線１３ａとが不一致（傾斜角θ≠０）になり易い為、欠陥の有無に関する情報の正確性が低下する。
【００２１】
格納部１７は、複数の検出コイル１２ｂ，１２ｂから同じタイミングで検出される検出信号を互いに関連付けて格納している。
この同じタイミングで関連付けられた複数の検出信号は、プローブ軸１１ａと被検査体の表面法線１３ａとが一致（傾斜角θ＝０）しているときは互いに一致するが、不一致（傾斜角θ≠０）のときは互いに不一致となる。また、この傾斜角θの方向と大きさに応じて、これら複数の検出信号は、異なる値を示す。
【００２２】
評価部１８は、オペレータ操作により入力部２２から指定されたタイミングの検出信号を格納部１７から取得し、表示部２１に表示させる。
オペレータは、表示部２１に表示された検出信号に基づいて、同じタイミングにおけるプローブ１１の姿勢を評価することができる。
さらに、評価部１８は、取得した検出信号に基づいて、被検査体の表面法線１３ａに対するプローブ軸１１ａの傾斜角θ及び傾斜方向を導いて、プローブ姿勢の評価に資する。
【００２３】
図４に基づき、プローブ軸１１ａの傾斜角θ及び傾斜方向（ａ〜ｈ）の導出の概略を説明する。なおこの説明は、コイル１２Ａ，１２Ｂがそれぞれ自己誘導方式で使用可能で、かつコイル１２Ａ，１２Ｂを組み合わせた相互誘導方式として作用させることも可能な装置構成であることを前提とする。
図４（Ａ）に示される傾斜を、図４（Ｂ）において傾斜方向ａと定義し、同様に異なる他の傾斜方向ｂ〜ｈを定義する。
【００２４】
また、プローブ軸１１ａの傾斜角θ＝０のとき、各コイル１２Ａ，１２Ｂと被検査体１３との相対位置関係は同じであるため異なるコイル１２の誘導起電圧は等しいとする。
次に、コイル１２が傾斜方向ａに傾斜すると、コイル１２Ａと被検査体１３との相対位置関係、及びコイル１２Ｂと被検査体１３との相対位置関係が異なるため、コイル１２Ａとコイル１２Ｂの誘導起電圧は異なる。
【００２５】
図７に示すテーブルは、プローブ１１を各方向（ａ〜ｈ）に傾斜させたとき、自己誘導方式のコイル１２Ａ（コイルＡ）及びコイル１２Ｂ（コイルＢ）で検出される電圧信号の振幅と、コイル１２Ａを励磁コイル、コイル１２Ｂを検出コイルとする相互誘導方式に切り替えたときのコイル１２Ｂで検出される電圧信号の位相角符号（正負）とを示している。
【００２６】
このテーブルに示すように、傾斜方向が変化すると、各電圧信号の振幅と位相角符号との組合せが変化するため、これらの組合せに基づいて傾斜方向を評価することができる。
ただし、方向ｂと方向ｆとの相違、及び方向ｄと方向ｈとの相違を判別することはできない。
【００２７】
図８のグラフは、プローブ１１の傾斜角に対する自己誘導方式におけるコイル１２Ａの電圧振幅を示している。
傾斜角０度から１０度までの範囲では、振幅は傾斜角の増加に伴い単調増加する。
このように、各コイル１２Ａ，１２Ｂの電圧振幅と傾斜角θとの関係を、事前にデータベース化しておくことにより、検出した電圧振幅から傾斜角θを定量的に導くことができる。
【００２８】
また、プローブ１１の傾斜方向と傾斜角の評価結果、プローブの形状、当初探傷データを取得すべきであった位置座標、及び後記するロボットアーム等のアクセス装置（図５）の各軸位置から、プローブ１１が実際に被検査体１３に接触した位置座標を求めることができる。
【００２９】
図８に示すグラフには、被検査体１３の材質の違い（ＳＵＳ及びＮｉ基合金）による傾斜角と電圧振幅値との関係も示している。
このように、被検査体１３の材質に依存した傾斜角と電圧振幅値との関係の相違は、特に、傾斜角の小さい領域において顕著である。
このため、被検査体１３の材質毎に、各コイル１２Ａ，１２Ｂの電圧振幅値と傾斜角θとの関係を、事前にデータベース化しておくことにより、傾斜角θの定量精度を向上させることができる。
【００３０】
このように、本実施形態においては、プローブ１１に設けられている各コイル１２Ａ，１２Ｂの検出信号に基づいて、プローブ姿勢を評価することができる。
このために、当初、探傷データを取得すべきであった被検査体１３の位置座標からの位置ずれ量を検知することもできる。
さらに、プローブ先端のセンシング面を小さく形成することができ、曲率半径の小さい狭隘部も探傷することができる。
【００３１】
（第２実施形態）
次に図５に基づいて本発明の第２実施形態を説明する。なお、図５において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
第２実施形態の渦電流探傷装置１０は、検出ユニット２０（図１）に加え、プローブ１１を走査プログラム２３に基づいて走査させる制御部２４と、検出信号と同じタイミングで出力される被検査体１３上の位置データ２５を互いに関連付けて保存する保存部２６と、をさらに備えている。
【００３２】
制御部２４は、多関節ロボット２７にプローブ１１を装着させて、走査プログラム２３に基づいて被検査体１３の表面にこのプローブ１１を走査させる。
走査プログラム２３は、プローブ１１を走査させる被検査体１３上の位置データ２５の軌跡データが入力されている。
【００３３】
多関節ロボット２７が走査した被検査体１３上の位置データ２５は、同じタイミングでプローブ１１から出力されて検出ユニット２０で処理される検出信号と互いに関連付けて保存部２６に保存される。
これにより、プローブ姿勢評価部１８が示した評価結果と対応する位置データ２５との関係を加味して、この位置データ２５における探傷データの信頼性を再評価することができる。
その結果、プローブ姿勢に起因する探傷データの信頼性低下が懸念される場合は、プログラム作成部２８において走査プログラム２３をリメイクし、制御部２４を再実行させる。
【００３４】
図６のフローチャートに基づいて実施形態に係る渦電流探傷装置の動作を説明する（適宜、図１及び図５参照）。
作成した走査プログラムに基づいてロボット２７の制御部２４を起動し（Ｓ１１）、プローブ１１を被検査体１３の表面に走査させる（Ｓ１２）。
このように、プローブ１１が被検査体１３の表面を走査している過程において、励磁コイル１２ａが励磁磁場を発生し（Ｓ１３）、被検査体１３に励起した渦電流の誘導磁場を検出コイルが検出し（Ｓ１４）、探傷データが出力される（Ｓ１５）というフローが、走査プログラムの終了するまで繰り返される（Ｓ１６ Ｙｅｓ Ｎｏ）。
【００３５】
そして、出力された探傷データに異常が観測されなければ（Ｓ１７  Ｎｏ）、終了となる。一方、異常が観測された場合は（Ｓ１７  Ｙｅｓ）、この異常な探傷データと同じタイミングで検出された検出信号を格納部１７から取得し（Ｓ１８）、さらに対応する位置データ２５を取得する（Ｓ１９）。
この取得した検出信号に基づいて、対応する位置データ２５におけるプローブ１１の姿勢を評価する（Ｓ２０）。
そして、傾斜角θが閾値に対して小さい場合は（Ｓ２１ Ｎｏ）、異常を示した探傷データの観測結果は妥当ということで、対応する位置データ２５における欠陥の存在が認定される（Ｓ２２）。
【００３６】
一方、傾斜角θが閾値に対して大きい場合は（Ｓ２１ Ｙｅｓ）、異常を示した探傷データの観測結果は失当ということで、走査プログラムを修正したうえで（Ｓ２３）、再度、プローブ１１を異常と観測された位置データ２５の周辺を走査させる（Ｓ１２）。
そして、探傷データの異常が観測されないか（Ｓ１７ Ｎｏ）、又は欠陥の存在が認定されるまで（Ｓ２１ Ｎｏ）、この走査プログラムを修正したうえでのプローブ再走査が繰り返される。
【００３７】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の渦電流探傷装置によれば、複数の検出コイルから同じタイミングで検出される検出信号に基づいてプローブの姿勢を評価することにより、狭隘部の探傷検査を、高い信頼性の下で実施することが可能となる。
【００３８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
また、渦電流探傷装置の構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、渦電流探傷プログラムにより動作させることが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１０…渦電流探傷装置、１１…プローブ、１１ａ…プローブ軸、１２（１２Ａ，１２Ｂ）…コイル、１２ａ…励磁コイル、１２ｂ…検出コイル、１３…被検査体、１３ａ…表面法線、１４…交流電源、１５…検出部、１６…探傷データ出力部（出力部）、１７…検出信号格納部（格納部）、１８…プローブ姿勢評価部（評価部）、１９…増幅回路、２０…検出ユニット、２１…表示部、２２…入力部、２３…走査プログラム、２４…走査制御部（制御部）、２５…位置データ、２６…位置データ保存部（保存部）、２７…多関節ロボット、２８…プログラム作成部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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