(57)【要約】【課題】  疵検出分解能の低下や疵検出感度のバラつきを生じることなく、被検査材周面の疵を良好に検出できるコンパクトな渦流探傷装置を提供する。【解決手段】被検査材の長手方向へ間隔を置いて配設され、互いに逆方向へ励磁される一対の励磁コイル２Ａ，２Ｂをコイルボビン１に巻回して設ける。励磁コイル２Ａ，２Ｂの間の中間位置に配設された可撓性プリント基板３の先端部３１上に、被検査材の周面に対して間隔をおいて周方向へ複数配設されて検出信号を発する磁気抵抗センサを設ける。磁気抵抗センサ４の検出信号を走査して判定信号を得て、当該判定信号より被検査材周面の疵の有無を判定する走査回路５と判定回路６を設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査材の長手方向へ間隔を置いて配設され、互いに逆方向へ励磁される一対の励磁コイルと、これら励磁コイルの間の中間位置で前記被検査材の周面に対して間隔をおいて周方向へ複数配設されて検出信号を発する磁気抵抗センサと、前記検出信号を走査して判定信号を得て、当該判定信号より前記被検査材周面の疵の有無を判定する判定手段とを具備する渦流探傷装置。
【請求項２】
前記磁気抵抗センサを、フルブリッジ回路を形成する複数の磁気抵抗素子で構成した請求項１に記載の渦流探傷装置。
【請求項３】
前記一対の励磁コイルを巻回するコイルボビンを設け、前記磁気抵抗センサを可撓性プリント基板上に設けて前記励磁コイルの間に位置する前記コイルボビンの外周に沿って位置させ、前記可撓性プリント基板の一部を前記コイルボビン外へ延出させて当該延出部を、前記磁気抵抗センサの検出信号を取り出すためのリード部とした請求項１又は２に記載の渦流探傷装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は渦流探傷装置に関し、特に、被検査材周面の線状疵を良好に検出できるコンパクトな渦流探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には巻き方向が逆の２個の励磁コイルの間に、巻き方向が同じ複数の検出コイルを放射状に配置して、各検出コイルのから出力される検出信号より、被検査材の内外周面の疵の有無を判定する渦流探傷装置が示されている。
【特許文献１】特開２００３−１４９２１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来の渦流探傷装置では、装置の小型化が困難であり、被検査材の径が小さくなると、これに応じて検出コイルの数を減らす必要があって疵検出の分解能が低下するという問題がある。また、複数の検出コイルの特性を揃えることが困難なため、疵検出感度がバラつくという問題もあった。
【０００４】
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、疵検出分解能の低下や疵検出感度のバラつきを生じることなく、被検査材周面の疵を良好に検出できるコンパクトな渦流探傷装置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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本第１発明では、被検査材（ＬＭ）の長手方向へ間隔を置いて配設され、互いに逆方向へ励磁される一対の励磁コイル（２Ａ，２Ｂ）と、これら励磁コイル（２Ａ，２Ｂ）の間の中間位置で被検査材（ＬＭ）の周面に対して間隔をおいて周方向へ複数配設されて検出信号（４ａ，４ｂ，４ｃ，…，４ｇ，…）を発する磁気抵抗センサ（４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，…，４Ｇ，…）と、上記検出信号を走査して判定信号（５ａ）を得て、当該判定信号より被検査材（ＬＭ）周面の疵（ＷＬ）の有無を判定する判定手段（５，６）とを具備している。
【０００６】
本第１発明においては、被検査材の表面に生じた疵による渦電流の磁束を、磁気抵抗センサによって検出することによって、疵の存在を確実に検出することができる。この場合、磁気抵抗センサは従来の検出コイルに比して小型にできるから励磁コイルの相対間隔を小さくすることができ、疵により生じる渦電流密度を上げて疵検知感度を向上させることができる。また、小径の被検査材を検査するために検知部を小型化しても磁気抵抗センサの設置数を減らす必要がないから、検出分解能を高く維持できる。また、磁気抵抗センサは検出コイルに比して特性のバラツキが小さいから、疵検出を確実に行うことができる。
【０００７】
本第２発明では、上記磁気抵抗センサ（４）を、フルブリッジ回路を形成する複数の磁気抵抗素子（４１）で構成する。本第２発明においては、磁束が零の状態での磁気抵抗センサの検出信号のオフセットを零にすることができる。
【０００８】
本第３発明では、上記一対の励磁コイル（２Ａ，２Ｂ）を巻回するコイルボビン（１）を設け、磁気抵抗センサ（４）を可撓性プリント基板（３）上に設けて励磁コイル（２Ａ，２Ｂ）の間に位置するコイルボビン（１）の外周に沿って位置させ、可撓性プリント基板（３）の一部をコイルボビン（１）外へ延出させて当該延出部を、磁気抵抗センサの検出信号を取り出すためのリード部（３２）とする。本第３発明においては、磁気抵抗センサの製造・設置および配線等の手間を軽減することができる。
【０００９】
なお、上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明の渦流探傷装置によれば、疵検出分解能の低下や疵検出感度のバラつきを生じることなく、被検査材周面の疵を良好に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１には渦流探傷装置の検出部Ｍの側面図を示し、図２にはその正面図を示す。各図において、検出部Ｍは円筒状のコイルボビン１を備えており、その筒軸方向の各半部はコイル巻回部１１，１２となって、その外周にそれぞれ逆方向に通電励磁される励磁コイル２Ａ，２Ｂが巻回されている。コイル巻回部１１，１２はその境界フランジ１３によって間隔をおいて離間させられており、これら境界フランジ１３の間のボビン１外周はセンサ設置部１４となっている。センサ設置部１４からは、周方向の複数箇所（本実施形態では６箇所）で、境界フランジ１３とボビン１の端部フランジ１５を貫通して案内溝１６が形成されている。
【００１２】
図３に示すような、先端部３１が略Ｔ字形に成形され、残る部分が長尺のリード部３２となった可撓性プリント基板３が６枚用意されて、各プリント基板３には先端部３１の縦辺３１１上に等間隔で６個の磁気抵抗センサ４が設けられている。また、リード部３２の基端部３２１は幅広となってここにコネクタ３４が設けられている。なお、磁気抵抗センサ４としては、スピンバルブ巨大磁界抵抗効果素子（ＳＶ−ＧＭＲ素子）などのＧＭＲ素子やトンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ素子）等を使用することができる。
【００１３】
各磁気抵抗センサ４は図４に示すように４個の磁気抵抗素子４１を内蔵し、各２個を直列に接続するとともに、これらを並列に接続してフルブリッジ回路を形成してある。そして、対向する接続点間に電源（定電圧ないし定電流）Ｖを供給するとともに、他の対向する接続点間から検出信号（電流変化ないし電圧変化）Ｓｄを取り出している。なお、電源線４２および信号線４３はプリント基板３（図３）のリード部３２を経てコネクタ３４に至っている。
【００１４】
このようなフルブリッジ回路とすることによって、磁気抵抗センサ４１の、磁束が零の場合の検出信号Ｓｄのオフセットを零にすることができる。なお、各磁気抵抗素子４１は図４の矢印で示す方向（あるいは逆方向）に高感度となっており、当該矢印に直交する方向や紙面垂直方向へは感度が低くなっている。換言すると、各磁気抵抗センサ４１の感磁方向は、被検査材に対して水平かつ周方向と一致するように設定されている。
【００１５】
上記各プリント基板３は、磁気抵抗センサ４を設けた先端部縦辺３１１を互いに隣接させて、図１に示すようにコイルボビン１のセンサ設置部１４の周面に装着されており、リード部３２は案内溝１６内に通されて、コイルボビン１に巻回された励磁コイル２Ａの下方を端部フランジ１５に向けて延びている。各プリント基板３のリード部３２は端部フランジ１５の部分で径方向外方へ立ち上がり、各基端部３２１に設けられたコネクタ３４が６個円環状の取付板１７に固定されている。このようにして、コイルボビン１の外周に１０度毎の角度間隔で３６個の磁気抵抗センサ４が配設される。磁気抵抗センサ４の設置数は多いほど疵検出の分解能を上げることができるが、発明者等の知見では疵による磁場の変化が広範囲（約１００°）に及ぶことから、１０度間隔が最適である。
【００１６】
上記各コネクタ３４は詳細を以下に説明する、判定手段を構成する走査回路５に接続されている（図１）。走査回路５は図５に示すように、各磁気抵抗センサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，…，４Ｇ，…に対応させて設けた複数の増幅器５１および検波器５２と、単一の電子スイッチ５３およびフィルタ５４とから構成されている。各磁気抵抗センサ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，…，４Ｇ，…の検出信号４ａ，４ｂ，４ｃ，…，４ｇ，…は増幅器５１で増幅された後、検波器５２で検波され、電子スイッチ５３で周期的に順次選択されてフィルタ５４へ入力し、フィルタ５４より判定信号５ａとして判定回路６（図１）へ送出される。
【００１７】
このような構成の渦流探傷装置において、コイルボビン１内に棒状の被検査材ＬＭを通すと、図６に示すように、各励磁コイル２Ａ，２Ｂによって被検査材ＬＭの表面には周方向へ渦電流Ｉ１，Ｉ２が流れる。その向きは、励磁コイル２Ａ，２Ｂの励磁が互いに逆方向であることにより、逆方向となっている。被検査材ＬＭの表面に疵が無い場合には、磁気抵抗センサ４を配設した両励磁コイル２Ａ，２Ｂの中間位置では、渦電流Ｉ１，Ｉ２は互いに相殺しあって実質的に流れないから、いずれの磁気抵抗センサ４の検出信号Ｓｄも零となる。
【００１８】
一方、図７に示すように、被検査材ＬＭの表面に線状疵ＷＬが生じた場合には、励磁コイル２Ａ，２Ｂで誘起された各渦電流Ｉ１，Ｉ２は線状疵ＷＬを迂回するように乱され、渦電流Ｉ１，Ｉ２の一部Ｉ３，Ｉ４が線状疵ＷＬに沿って被検査材ＬＭの長手方向へ流れるようになる。このため、これら渦電流Ｉ３，Ｉ４によって線状疵ＷＬに近い位置の磁気抵抗センサ４にその高感度方向（ないしその逆方向）の磁束が生じて、フルブリッジ回路が非平衡状態となり、磁気抵抗センサ４より検出信号Ｓｄが生じる。これを図８に示す。なお、以下では、コイルボビンの周方向の各位置に設けられた磁気抵抗センサを符号４Ａ，４Ｂ，４Ｄ，４Ｆ，４Ｇ…で識別し、これら各磁気抵抗センサからの検出信号を符号４ａ，４ｂ，４ｄ，４ｆ，４ｇ…で識別する。
【００１９】
図８において、線状疵ＷＬに対して周方向の両側に位置する磁気抵抗センサ４Ｃ，４Ｅからは十分な大きさの検出信号４ｃ，４ｅが生じ、一方、線状疵ＷＬの直上や線状疵から離れた位置にある磁気抵抗センサ４Ａ，４Ｂ，４Ｄ，４Ｆ，４Ｇ…の検出信号４ａ，４ｂ，４ｄ，４ｆ，４ｇ…は零か充分小さくなる。なお、線状疵ＷＬに沿った渦電流Ｉ３，Ｉ４は、線状疵ＷＬを境に周方向の前後で互いに逆方向になっているから、磁気抵抗センサ４Ｃ，４Ｅに生じる検出信号４ｃ，４ｅは互いに逆極性になる。これにより、各検出信号４ａ，４ｂ，４ｄ，４ｆ，４ｇ…を検波・走査し、フィルタリングした判定信号５ａは線状疵ＷＬのある位置で所定の閾値Ｔｈを越えるから、判定回路６で線状疵ＷＬの存在を判定することができる。なお、図８は判定概念を模式的に説明したが、実際には磁気抵抗センサは被検査材の周囲に１０°間隔で３６個配置されており、被検査材一周で３６個の検出信号が得られる。これにより、疵の判定が正しく行われる。
【００２０】
本実施形態によれば、線状疵ＷＬの発生に伴う渦電流Ｉ１，Ｉ２の磁束検出を、数十ミクロンから数ｍｍ程度の大きさの磁気抵抗素子４１を使用した磁気抵抗センサ４で行っている。例えば、被検査材ＬＭとして直径２０ｍｍの丸棒を検査するために直径２５ｍｍのコイルボビン１を使用した場合、３６個のセンサを配置するとその周方向幅は２．２ｍｍとなり、従来の検出コイルでも必要巻き数を確保することはできる。しかし、直径５ｍｍの丸棒を検査するために直径１０ｍｍのコイルボビン１を使用した場合には、３６個のセンサを配置するとセンサの周方向幅は０．８７ｍｍとなり、従来の検出コイルでは必要巻き数を確保できず、検出感度の低下が避けられない。これに対して、本実施形態の磁気抵抗センサ４を使用すれば十分な疵検知感度と分解能を得ることができる。また、本実施形態の磁気センサを使用すれば、励磁コイル２Ａ，２Ｂの相対間隔を従来の１２ｍｍ程度から４ｍｍ程度まで小さくすることができから、図９に示すように線状疵ＷＬによる軸方向渦電流密度を上げることができ（図中、○印が４ｍｍ、×印が１２ｍｍ）、これによっても疵検知感度の向上が実現される。また、小径の被検査材ＬＭを検査するためにコイルボビン１を小型化しても磁気抵抗センサ４の設置数を減らす必要がないから、検出分解能及び検出感度を高く維持できる。また、磁気抵抗センサ４は従来の検出コイルに比して特性のバラツキが小さいから、疵検出を確実に行うことができる。さらに、磁気抵抗センサ４を可撓性プリント基板３に複数個接合してこれをコイルボビン１外周に配置し、上記プリント基板３のリード部３２に設けたコネクタ３４を介して走査回路５に接続する構成であるから、製造・設置および配線等の手間が軽減される。なお、上記実施形態の検出部Ｍを筒状の被検査材内に挿入すれば、被検査材内周面の疵検出が可能である。また、上記渦流探傷装置は線状疵に限らずヘゲ疵の検出も可能である。  
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態を示す、渦流探傷装置の検出部の側面図である。
【図２】渦流探傷装置の検出部の正面図である。
【図３】可撓性プリント基板の平面図である。
【図４】磁気抵抗センサの平面図である。
【図５】走査回路の構成を示すブロック図である。
【図６】線状疵が無い場合の渦流探傷装置の検出部の概念的断面図である。
【図７】線状疵が有る場合の渦流探傷装置の検出部の概念的断面図である。
【図８】判定信号の経時変化を示す図である。
【図９】線状疵による渦電流密度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２２】
１…コイルボビン、２Ａ，２Ｂ…励磁コイル、３…可撓性プリント基板、３２…リード部、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，…，４Ｇ，…磁気抵抗センサ、４１…磁気抵抗素子、５…走査回路（判定手段）、６…判定回路（判定手段）、ＬＭ…被検査材、ＷＬ…線状疵。
【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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【図９】
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