(57)【要約】【課題】　本発明は、渦電流技術を利用した部品の検査に関する。【解決手段】　本発明は、剛性のあるインサート（１４）の周りに成型された迎合（Compliant）性のある本体（１２）を有する渦電流アレイプローブ（１０）を提供する。可撓性渦電流アレイ回路（２２）が、迎合（Compliant）性のある本体（１２）の外側表面の周りに巻かれている。この渦電流アレイ回路（２２）を受けるための凹部（１８）が渦電流アレイプローブ（１０）に形成されている。【選択図】　　　図２
2004117359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インサート（１４）と、
　前記インサート（１４）の周りに配置され、検査されるワークの形状に形成された迎合性のあるプローブ本体（１２）と、
　前記プローブ本体（１２）上に配置された可撓性のある渦電流アレイ回路（２２）と、
を含むことを特徴とする渦電流プローブ（１０）。
【請求項２】
前記渦電流アレイ回路（２２）を覆って配置された保護カバー（２４）を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の渦電流プローブ（１０）。
【請求項３】
前記迎合性のあるプローブ本体（１２）が、前記インサート（１４）よりも柔らかい材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の渦電流アレイプローブ（１０）。
【請求項４】
前記迎合性のあるプローブ本体（１２）が、前記渦電流アレイ回路（２２）を受けるための凹部（１８）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の渦電流アレイプローブ（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、渦電流技術を利用した部品の検査に関し、より具体的には、アレイ内に形成された複数の渦電流プローブ又は回路要素を使用して、ガスタービンエンジン部品又は類似のワークのダブテールスロット、歯車の歯などのような複雑な幾何学的形状を有する部品を検査するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　渦電流検査は、ガスタービンエンジン部品のような部品の表面の欠陥又は傷を検出するために一般によく利用される技術である。渦電流技術は、検査中の部品内に渦電流が誘導される電磁誘導の原理に基づいている。渦電流は、プローブを検査中の部品の近傍に移動させたときに、駆動コイルと呼ばれる渦電流プローブのコイル内に生成される磁界を交互させることによって部品内に誘導される。試験片に欠陥又は割れがあると、渦電流の流れに変化が生じる。変化した渦電流は二次磁界を生成し、該二次磁界は、渦電流プローブコイル又は渦電流プローブ内の別個の感知コイルにより受けられ、該コイルは、変化した二次磁界を分析のために記録することができる電気信号に変換する。渦電流機器のオペレータは、その後、記録された信号を監視及び分析することにより、傷を検出しその大きさを測定することができる。
【０００３】
　渦電流アレイでワークの表面を検査することにおける１つの課題は、渦電流装置又はプローブで表面を走査する際にアレイと表面との一致及び／又は接触が維持されること、及び、渦電流アレイを備える複数の駆動要素及び感知要素の各々が、走査の間、検査表面からそれぞれほぼ一定の距離に維持されるようにすることである。更に、ワークの幾何学的形状は、製造工程のばらつきのため、部品ごとに異なる可能性がある。プローブで表面を走査する際の駆動要素及び感知要素と検査表面との間の距離の変動、或はプローブと検査表面との間の隙間の変動は、リフトオフと呼ばれ、望ましくない。
【０００４】
　例えば、柔らかいゴムの裏当て、波形のカバー、及び拡張可能なバー装置上の渦電流アレイを有する渦電流プローブを配置することにより、検査中の表面に一致するのに十分なほど柔軟なプローブを作り出す試みがこれまでになされてきた。その後、空気圧押圧式の楔形装置を用いて、強制的に渦電流アレイを検査中の表面に緊密に接触させている。残念ながら、このプローブ構成は、決して理想的なものではなく、プローブを検査中の表面に強制的に一致させるために大きな空気圧を必要とし、そのことが、プローブを急速に摩耗させることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　従って、過大な力を加えることなく渦電流アレイの部品形状部との接触を維持することができる渦電流アレイプローブに対する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
　上述の必要性は、剛性のあるインサートの周りに成形された迎合（Compliant）性のある本体を有する渦電流アレイプローブを提供する、本発明により満たされる。可撓性のある渦電流アレイ回路が、迎合（Compliant）性のある本体の外側表面に巻かられている。
【０００７】
　本発明及びその従来技術を凌ぐ利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を読むことにより明らかになるであろう。
【０００８】
　本発明とみなされる主題は、特許請求の範囲において、具体的に指摘し明確に請求されている。しかしながら、本発明は、添付の図面の図に関連してなされる以下の説明を参照することにより、最もよく理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
　図面において同一の参照符号は様々な図を通して同じ要素を示しているが、この図面を参照すると、図１及び図２は、例示的な渦電流プローブ１０を示している。該プローブは、２つの主要な構成要素、すなわち迎合（Compliant）性のあるプローブ本体１２と比較的剛性のあるインサート１４とから構成される。プローブ本体１２は、検査される表面に対応する細長い形状をしており、硬化すると可撓性の材料を形成する液体化合物から注型されるが、これについては、以下でより詳細に説明する。プローブ本体１２は、インサート１４に付着している。インサート１４は、例えば、比較的剛性のある材料から成形されるか又は機械加工されて製作される。注型工程の間に迎合（Compliant）性のあるプローブ本体に結合されることができ、かつ長時間にわたって寸法安定性がある、比較的剛性のある、好ましくは非導電性の材料を用いることができ、これら材料には、金属、木材、ＬＥＸＡＮ(商標)ポリカーボネート、又はＰＬＥＸＩＧＬＡＳ(商標)アクリル樹脂のような材料が含まれる。インサート１４に好適な材料の１つは、デラウェア州１９８９８、ウィルミントンにあるE.I. Dupont de Nemours and Companyから入手できるＤＥＬＲＩＮ(商標)アセタール樹脂である。注型可能な比較的剛性のあるポリウレタンを用いることもできる。インサート１４には、プローブ１０を支持しかつ操作するために用いられる構造体に該インサート１４を取付けるための取付け機構１９が組み込まれている。図示する実施例では、取付け機構１９は、ネジ付きファスナ（図示せず）を受けるための雌ネジ穴の形態をしている。ネジ付きファスナは、インサート１４の基部にねじ込み、インサート１４基部の穴に結合させるか、又はインサートが注型工程により形成される場合は、インサート１４に一体注型されることができる。インサート１４はまた、その厚さ全体を貫通する１つ又はそれ以上のスロット１６を有することができる。以下に説明するように、注型工程の間、プローブ本体１２を形成する可撓性材料の一部は、インサート１４のスロット１６に流れ込み、可撓性材料が硬化したとき、１つ又はそれ以上の一体形アンカ２１を形成する。一体形アンカ２１は、円柱状ピンと同様の形状を有することができる。一体形アンカ２１は、インサート１４をプローブ本体１２内に保持するのに役立つ。
【００１０】
　プローブ１０は、硬化してインサート１４の周りに可撓性材料を形成する液体化合物を注型することにより製造される。最初に成形型２０（図３参照）が準備される。成形型２０は、検査される実部品の形状及び寸法を複写した内部空洞を有する。ほんの一例を挙げれば、検査される部品は、ロータディスクのダブテールポストである。しかしながら、本発明は、他の部品にも同様に使用することができる。検査される部品に対する渦電流検査標準を、成形型に対して利用することができる。別の方法として、成形型は、検査標準品又は検査される実部品の陰性モデルを作り、その後、該陰性モデルを使用して陽性モデルを作ることにより製作することができる。或は、成形型は、粗作りのブランクを準備し、例えば放電加工（ＥＤＭ）により所望の形状に機械加工することにより作ることができる。成形型２０が準備されると、インサート１４が、成形型２０に対して適切な関係に配置される。次に、未硬化状態の液体である可撓性材料が、インサート１４の周りに注入され、硬化される。使用される可撓性材料は、適切な可撓性を有していなければならず、更にインサート１４に対する自己結合力を有するのが好ましい。使用される可撓性材料によっては、プローブ本体１２がインサート１４に対して自己結合しない場合もあり、その場合には、一体形アンカ２１が、可撓性材料をインサートに対して保持するのに役に立つ。好適な可撓性材料の一例は、カリフォルニア州９２７８０、Tustin, Franklin Avenue 14791にあるＢＪＢ　Enterprises, Inc.,から入手できるＴＣ　５０５０　ＲＴＶ化合物であり、この化合物は、約２０Ａ〜約８０Ａの硬化時ジュロメータ硬さを有する。可撓性材料は、インサート１４に結合し、前述したように、可撓性材料の一部は、インサート１４のスロット１６中に流れ込み、可撓性材料が硬化したときにプローブ本体１２と一体になった１つ又はそれ以上のピン２１を形成し、インサート１４をプローブ本体１２内に保持するのに役立つ。
【００１１】
　図４を参照してより詳細に述べるように、成形時に、プローブ本体１２の外側表面の周りに延びる凹部１８を、渦電流アレイ回路２２の一部を受けるためにプローブ本体１２に形成することができる。凹部１８は、可撓性材料の一部と置き換わるように、適当な厚さのテープ片２３を成形型２０内に配置することにより形成することができる。図３は、テープ片２３、及び、更に破線で示すように成形型２０内に配置されたときの該テープ片２３の位置を示している。凹部１８は、渦電流アレイ回路２２をプローブ本体１２の長さ方向に対して位置決めし、更にプローブ１０を組み立てたときにプローブ本体１２の表面から渦電流アレイ回路２２が突出するのを部分的に減少させる。凹部１８の深さは、渦電流アレイ回路２２の厚さに、該渦電流アレイ回路２２をプローブ本体１２に結合させるために使用されるテープ又は接着剤層の厚さを加えたものと実質的に等しくなければならないが、それより深くてはならない。更に、検査の間にプローブ本体１２がより圧縮されるようにすることによって、凹部１８なしで本発明を使用することも可能である。
【００１２】
　液体ゴムが硬化した後、プローブ１０は、成形型２０から取り外される。次にプローブ本体１２は、その最終的な寸法にトリミングされる。仕上げられたプローブ本体１２は、注型したままの状態にされかつ検査される部品形状部の実寸大である（凹部１８が組み込まれている場合、該凹部１８を除く）中心部分２６と、検査される部品形状部へのプローブ本体１２の挿入を容易にするために寸法を小さくした、プローブ本体１２の両端に配置された１つ又はそれ以上の先細部分２８とを有する。これらの先細部分２８はまた、成形型の端部に材料を付加するか、又は先細端部型を有する３部成形型を作るかのいずれかによりプローブ本体１２内に注型成形されることができる。
【００１３】
　プローブ体１２の迎合（Compliant）性のある特性は、選択した可撓性材料の硬度とプローブ本体１２の寸法との組み合わせの結果である。可撓性材料は、プローブ本体１２を部品形状部に適合させるのに十分なほど柔らかく、かつ渦電流アレイ回路２２を部品形状部に強制的に一致させる圧力を発生するのに十分なほど硬くなければならない。迎合（Compliant）性の大きさは、プローブ本体１２及びインサート１４の相対寸法、並びに材料の実硬度に関係する。例えば、インサートがプローブ本体に比較して大きすぎる場合には、厚さの少ないプローブ本体材料のみが圧縮に利用されることになり、適切に一致させるにはおそらく硬すぎることになる。一方、プローブ本体１２が厚すぎると、単独で部品形状部に対する適切な圧力を得るのに十分なほど剛性がなく、比較的大きいインサート又はより硬さのある材料が必要とされることになる。図示した実施例において、プローブ本体１２の横方向厚さＴ（図２参照）は約１９ｍｍ（０.７５ｉｎ）であり、これは、インサート１４の厚さの約３.７５倍であり、またインサート１４の端部上方のプローブ本体１２の高さＨは、約１４ｍｍ（０.５５ｉｎ）である。
【００１４】
　ここで図４を参照すると、可撓性のある渦電流アレイ回路２２が、プローブ本体１２のまわりに巻かれている。凹部１８がプローブ本体１２に組み込まれている場合、渦電流アレイ回路２２は、凹部１８内に納められる。渦電流アレイ回路２２は、例えばテープ又は接着剤層の形態の接着剤で、プローブ本体１２に取付けることができる。次いで、渦電流アレイ回路２２及びプローブ本体は、保護カバー２４で覆われる。カバー２４は、渦電流アレイ回路２２を摩耗から保護し、プローブ１０が部品形状部内により容易に滑り込めるようにする。カバー２４は、裏面粘着式テープ、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、ＫＡＰＴＯＮポリイミドフィルム、又は同様の材料で作られたテープで形成することができる。カバー２４は、プローブ本体１２に付着し、渦電流アレイ回路２２を所定の位置に保持する。
【００１５】
　本発明の渦電流アレイプローブ１０と共に使用することのできる渦電流アレイ回路２２の実施例が、図５に概略的に示されている。回路２２は、図６において最もよく示されるように、異なる可撓性層又は基板３４及び３６に上下して配置することができる複数の駆動コイル３０及び感知コイル３２を含む。基板３４及び３６は、ＫＡＰＴＯＮポリイミドフィルムのような材料から形成することができ、約２５μｍの一般的な厚さを有する。基板３４及び３６が、明確に説明するために、図６において分解斜視図で分離して示されている。穴又はビア３８が、基板３６を貫通して形成されて、他方の基板３４上に配置された短絡片３３により感知コイル３２を電気的に相互接続するようになっている。コイル３０及びコイル３２はまた、同一の層又は基板に位置するように構成することもできることは、当業者には分かるであろう。駆動コイル３０と渦電流計測装置４０（図６に概略的に示す）との間の電気的な接触は、導体４２により得られ、感知コイル３２と渦電流計測装置４０との間の電気的な接触は、導体４４により得られる。図５に示すように、導体４２及び４４は両方とも、渦電流アレイ回路２２の基板３４及び３６のそれぞれの外縁に引き出されて、可撓性渦電流アレイ回路２２を渦電流計測装置４０に接続するための手段を形成している。他の種類の可撓性渦電流アレイ回路、例えば一端部に駆動コイルと感知コイルとを有し、対向する端部に電気的接続部を有するＬ字形回路も、本発明で使用することができる。
【００１６】
　随意的に、図８に示すように、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルムのような比較的滑りやすいか又は自己潤滑性がある材料の下層２５を、プローブ本体１２と可撓性渦電流アレイ回路２２との間に使用することができる。更に、回路２２は、図８においてＡを付した矢印によって示すように、周上の単一の位置において、例えば線状又は細長い接着性材料の帯片によってプローブ本体１２に結合し、回路２２の残り部分を結合しないままにしておくこともできる。これらの配置のいずれも、プローブ１０を部品形状部に挿入したときに、比較的非圧縮性の回路２２（又はその一部）がプローブ本体１２に対して周方向に摺動するのを可能にすることにより、検査の間に回路２２が座屈し、その結果リフトオフを生じる可能性を排除するのに役立つことができる。
【００１７】
　図７は、本発明の渦電流プローブ１０を組み込んだ例示的なプローブ組立体５０を示している。プローブ本体１２、インサート１４、渦電流アレイ回路２２、及び保護カバー２４を含む上述の渦電流プローブ１０が、例えばネジ付きファスナ（図示せず）でベースプレート５４に取付けられている。ベースプレート５４は、それにより渦電流センサ１０を支持しかつ操作するための構造体に渦電流プローブ１０を取付けることができる手段を形成している。更に、１つ又はそれ以上の電気コネクタ５２が、ベースプレート５４に取付けられる。渦電流アレイ回路の導線４２、４４は、電気コネクタ５２内の端子に電気的に接続される。このようにして、プローブ組立体５０は、渦電流プローブ１０に対する必要な機械的結合及び電気的接続を行う便利な方法を構成する。
【００１８】
　作動中、渦電流プローブ１０は、渦電流計測装置４０に接続される。次いで、渦電流プローブ１０を、検査される部品形状部に沿って移動させる。先に説明したように、プローブ本体１２は、検査される部品形状部と同一の寸法である。渦電流アレイ回路２２及び保護カバー２４がプローブ本体１２に付加されると、プローブ全体の寸法は、部品形状部よりも僅かに大きくなる。このことにより、プローブ本体１２が僅かに圧縮される結果となり、渦電流アレイ回路２２を部品形状部の表面に付勢する予測可能な力が得られる。
【００１９】
　プローブ本体１２の相対的柔らかさにより、プローブ本体１２が可撓性になり、必要な圧縮迎合（Compliant）がもたらされ、検査中の部品形状の表面との一致を制御する機能を向上させる。プローブの表面と検査される形状部と間の適合性がより良好になるほど、強制的に表面と適合させるために必要なプローブの膨張力は低下し、検査領域を通してプローブを移動させるのに必要な軸方向力は小さくなる。これらの力の減少は、摩擦を低下させ、従って、プローブ寿命を延ばすこととなる。更に、製造方法が簡単で部品数が少ないため、先行技術の設計に比べて渦電流プローブ１０の製造時間及びコストが著しく減少する。
【００２０】
　本明細書中に開示した実施例は、ガスタービンエンジンディスクのダブテールスロットを検査することを意図したプローブ１０の例であるが、本発明のプローブ構造は、それに限定するのではないが、回転部品又は非回転部品のエアスロット形状、ボルト孔、穴のコーナ部、ラベット、及びウェブ移行部位、並びに他の表面を含む、多くの異なる用途に使用することができる。成形技術は、平面からトロイドまでの他の表面形状の検査用のアレイプローブ構成に同様に適用可能である。
【００２１】
　上述においては、剛性のあるインサートの周りに注型された迎合（Compliant）性のある本体を有する渦電流アレイプローブについて説明した。本発明の特定の実施形態を説明してきたが、特許請求の範囲に記載した本発明の技術思想及び技術的範囲を逸脱することなく、これらの実施形態に対して様々な変更を行うことができることは、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に従って構成された渦電流アレイプローブの側面図。
【図２】図１の渦電流アレイプローブの断面図。
【図３】本発明の渦電流プローブ用の成形型の概略斜視図。
【図４】本発明に従って構成された渦電流プローブの断面図。
【図５】本発明の渦電流アレイプローブと共に使用するのに適した可撓性渦電流アレイ回路の概略図。
【図６】図５の可撓性渦電流アレイ回路の斜視図。
【図７】本発明の渦電流プローブを組み込んだ渦電流プローブ組立体の斜視図。
【図８】本発明に従って構成された渦電流プローブの別の配置の断面図。
【符号の説明】
【００２３】
　１０　渦電流アレイプローブ
　１２　プローブ本体
　１４　インサート
　１６　スロット
　１８　凹部
　１９　取付け機構
　２１　アンカ
　２６　中心部分
　２８　先細部分
【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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