(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁コイルが形成した交流磁界により、導体からなる試験対象の表面付近に誘起された渦電流の前記表面付近の不連続部の存在により生じた変化を、検出コイルが検出した前記表面付近の磁界の変化により検出し、検出した前記渦電流の変化に基づき、前記試験対象の探傷を行い、前記検出コイルは、前記励磁コイルの中心軸方向と交差する方向を中心軸方向とすべく、前記励磁コイルの中心軸上に配してあり、前記励磁コイルの中心軸を中心に回動すべくなしてある渦流探傷試験装置であって、
前記励磁コイルに周波数が連続的又は段階的に変化する交流電流を供給する手段と、前記励磁コイルが形成した交流磁界により前記試験対象の表面付近に誘起された渦電流の前記表面付近の不連続部により生じた磁界の変化を検出する検出手段と、前記検出コイルを前記中心軸を中心に回動させる手段とを備え、前記検出手段が検出した変化に基づき前記試験対象の探傷を行うべくなしてあることを特徴とする渦流探傷試験装置。
【請求項２】
前記検出コイルの回動角度を検出する手段を更に備える請求項１記載の渦流探傷試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、励磁コイルが形成した交流磁界により、導体からなる試験対象の表面付近に誘起された渦電流の表面付近の不連続部により生じた変化を、渦電流に誘起された交流磁界による検出コイルの出力電圧に基づいて検出し、試験対象の探傷を行う渦流探傷試験装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
渦流探傷試験は、鉄鋼業等における資材製造時の検査、自動車部品等の圧延、鍛造、絞り加工等における成品段階での品質管理、品質保証の為の検査、また、発電プラント、化学プラント等の保守検査、操業モニター等広い範囲で行われている。
渦流探傷試験は、試験対象表面に近接して置かれた励磁コイルに交流電流を流すことにより交流磁界を発生させ、その交流磁界により試験対象表面に誘起される渦電流が、試験対象表面の割れ等によって変化することを利用するものである。渦電流の変化を検出するには、励磁コイルを試験対象表面上で略等速度で移動させ、割れ等が存在しない健全部の信号と比較する。
【０００３】
試験対象表面に誘起される渦電流密度は、磁界強度及び試験対象の材料（抵抗率、透磁率）に依存する。試験対象表面に割れ等のきずがある場合、渦電流の流路がきず部分と正常部分との境界に生じることから、見かけの抵抗が変わる。また、渦電流により生じる磁界の強さ及び方向の変化が、コイルと試験対象表面との系に関わる磁界を変化させる為、検出コイルに誘起される電圧が変化する。
この電圧変化は振幅及び位相の変化として検出できる為、このコイルの端子電圧の振幅及び位相を測定し、その測定結果に基づき試験対象表面に存在する割れ等のきずを検出する方法を渦流探傷試験法と称している。一般的にきずに関わる情報は、位相と振幅との２つの要因を有している為、理論的には他の放射線探傷試験法や超音波探傷試験法に比べて、きずの定量化及び雑音との弁別性が良いと言われている。
【０００４】
図１５は、従来の渦流探傷試験装置の要部構成例を示すブロック図である。この渦流探傷試験装置は、周波数Ｆの正弦波信号を発振する発振器１０と、発振器１０が発振した正弦波信号を増幅する電力増幅器１１と、電力増幅器１１が増幅して出力した周波数Ｆの交流電流が流され、試験対象２２の表面付近を励磁する励磁コイル１と、この励磁により試験対象２２の表面付近に生じた渦電流による交流磁界を検出して交流電圧を出力する検出コイル２と、検出コイル２が出力した交流電圧を増幅すると共に、試験対象２２の健全部分における検出コイル２の出力電圧に逆位相の電圧を加えて、その増幅電圧を０付近に調節してヌル（Null）状態にする演算器１４と、演算器１４が増幅した交流電圧が夫々与えられる位相検波器１７，１８とを備えている。
【０００５】
励磁コイル１及び検出コイル２からなる渦流探傷用プローブは、図１６に示すように、円環状の励磁コイル１と、励磁コイル１と同径の円環状の検出コイル２とを備え、励磁コイル１及び検出コイル２を同軸に平行に配してあり、検出コイル２の励磁コイル１と逆側の面を探傷面としてある。
【０００６】
試験対象２２の表面にきずが存在する場合、渦電流がきずに沿って流れるため、きずが存在しない部分からきずが存在する部分へ渦流探傷用プローブを移動させたとき、渦電流の流路形態が変化する。このことによって、渦電流によって生じる磁界の強さ及び方向が変化し、この磁界によって誘起される検出コイル２の端子間電圧（出力）が変化することとなる。この電圧変化は、通常交流電圧の振幅と位相の変化として検出できる。
【０００７】
この渦流探傷試験装置は、また、発振器１０が発振した正弦波信号の位相を変位させ、位相検波器１７，１８へ夫々与える移相器１５と、発振器１０が発振した正弦波信号、及び移相器１５が位相を変位させた正弦波信号に基づき、演算器１４からの指示信号により振幅及び位相を変えた電圧信号を、演算器１４が検出コイル２からの交流電圧に加算してヌル状態にする為に、演算器１４へ与える平衡器１６と、位相検波器１７，１８の各出力をアナログ／ディジタル変換するＡ／Ｄ変換器１９，２０と、Ａ／Ｄ変換器１９，２０が夫々出力したディジタル信号に基づき、試験対象２２の表面付近のきずの検出処理を行うディジタル信号処理装置２１とを備えている。
【０００８】
ヌル状態にするとき、演算器１４は、検出コイル２の出力電圧の増幅電圧が０付近の所定電圧以内であるか否かを判定し、所定電圧以内でなければ、平衡器１６が演算器１４へ与える電圧信号の振幅及び位相を変えるように指示信号を出力して、平衡器１６からの電圧信号を検出コイル２の出力電圧に加算した増幅電圧が、所定電圧以内になりヌル状態になる迄、この動作を繰り返す。平衡器１６は、ヌル状態になったときは、演算器１４へ与えるそのときの振幅及び位相をロックする。
【０００９】
以下に、このような構成の渦流探傷試験装置の動作を説明する。
電力増幅器１１は、励磁コイル１に周波数Ｆの交流電流を供給する。渦流探傷用プローブは、例えば平板状の試験対象２２の表面に対して、励磁コイル１の中心軸が略直交するように、探傷面である下面を対向させた状態で、試験対象２２から適宜距離離隔され、試験対象２２の表面付近には、励磁コイル１により形成される交流磁界によって渦電流が誘起される。
演算器１４は、探傷試験の開始時に、試験対象２２の健全部分において、検出コイル２の出力電圧の増幅電圧をヌル（Null）状態にしておき、ヌル状態にした後は、検出コイル２の出力電圧の増幅電圧に、平衡器１６からの電圧信号を加算して出力する。
【００１０】
検出コイル２は、周波数Ｆの渦電流により形成された交流磁界を検出し、周波数Ｆの交流電圧を出力する。この交流電圧は、演算器１４により増幅され、位相検波器１７，１８へ夫々与えられる。
一方、発振器１０が発振した正弦波信号は、励磁コイル１、試験対象２２及び検出コイル２による位相の変位分、移相器１５により位相が変位され、参照電圧として位相検波器１７に与えられる。移相器１５は、また、位相検波器１７に与えた正弦波信号より９０°位相を変位させた正弦波信号を、参照電圧として位相検波器１８へ与える。
【００１１】
位相検波器１７，１８が夫々検波出力した電圧は、Ａ／Ｄ変換器１９，２０でディジタル信号に夫々変換され、ディジタル信号処理装置２１は、これらのディジタル信号に基づき、試験対象２２の表面付近のきずの検出処理を行う。
試験対象２２の表面付近にきずが存在する場合には、検出コイル２が出力する交流電圧は、そのきずに特有なθｆだけ位相が変位している。従って、図１７（ａ）に示すように、位相検波器１７が検波した位相が０°の成分Ｓ１と、位相検波器１８が検波した位相が９０°の成分Ｓ２とから、そのきず信号の大きさ（Ｓ１2 ＋Ｓ２2 ）1/2 、及びそのきず信号の位相θｆ＝ｔａｎ-1（Ｓ２／Ｓ１）を求めることができる。
【００１２】
きず信号は、励磁コイル１に供給される交流電流の周波数Ｆに応じて、一般的に図１７（ｂ）に示すような半円形のベクトル線図を描き、周波数Ｆが高い場合、そのきずに特有な位相θｆは小さくなる。低域周波数Ａでは、リフトオフの影響はインダクタンス成分に大きく含まれ、中域周波数Ｂでは、リフトオフの影響は小さく、高域周波数Ｃでは、リフトオフの影響は抵抗成分に大きく含まれる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の渦流探傷試験装置で渦流探傷試験を行った場合、試験対象２２の表面付近に誘起される渦電流の密度は、試験対象２２の材質変化、及びリフトオフ等励磁コイル１と試験対象２２との空間的な関係によっても変化し、きずのみに依存していない為、位相及び振幅の２つのパラメータだけでは、的確な判断ができないという問題がある。
励磁コイル１に供給される電流が一定であっても、励磁コイル１と試験対象２２との空間的な結合度が変化すると、試験対象２２表面に与えられる磁界強度は変化するし、試験対象２２の偏析等の材質の局部的な変化及び表面硬度の変化等、試験対象２２の抵抗率及び透磁率の局部的な変化を与える要因が存在すると、試験対象２２に誘起される渦電流は局部的に変化する。
【００１４】
従って、検出コイル２の出力電圧を測定することから、その出力電圧の変化がきずに起因するものか、励磁コイル１及び検出コイル２と試験対象２２表面との距離の変化によるものか、試験対象２２表面付近の局部的な材質変化によるものかを判断するのは極めて困難であった。
【００１５】
このような問題を解決する為、多くの提案がなされて来た。その１つは、多周波渦流探傷法と呼ばれ、原子力発電設備の蒸気発生器細管の定期点検等に用いられている。この方法は、１つの励磁コイルに複数の周波数成分を有する電流を供給し、試験対象中に複数の周波数成分を有する渦電流を誘起させる。検出コイルの出力電圧も同様に複数の周波数成分を有する為、この出力電圧をフィルタ等の手段により個々の周波数を有する電圧に分け、各電圧の振幅及び位相の成分を収集することにより、同一のきずから得られる信号のパラメータが増加し、より多くの情報を得ることができる。
【００１６】
例えば、Ｎｉ合金で製作されている蒸気発生器細管は、通常、バッフル板と呼ばれる振動防止用板に設けられた孔に挿通され固定されている。両端は壁板に取り付けられており、材質が異なる壁板やバッフル板の有る部分の管内面に有害なきずが存在していても、壁板やバッフル板による信号が大きく検出され、有害なきずによる微細な信号は通常の方法では検出できなかった。
【００１７】
現状では、例えば２００ｋＨｚ及び４００ｋＨｚの２つの周波数を使用して探傷試験が行われており、管内面のきずによる信号とバッフル板による信号とが弁別されている。
更に、例えばバッフル板ときずとの弁別（２周波数で可能）、きずの分類、及びきずの深さの定量評価を行う場合には、２周波数ではパラメータ数が不足するので、４周波数が使用されている。
このように、多周波渦流探傷法では、より綿密な解析精度及びより多くの弁別項目を対象にすると、使用する周波数を増やすことが必要となり、探傷試験装置の大型化及び価格の高騰等が避けられないという問題があった。この為、通常は４周波数迄が実用になっているのみである。
【００１８】
また、他の１つの提案は、パルス渦流探傷試験法と呼ばれており、励磁コイルに直流パルス電流を供給すると、試験対象中に誘起される渦電流は理論的には無限の周波数列を有するので、検出コイルの出力電圧は無限の周波数帯域の電圧に分解でき、無限の試験周波数を使用して探傷試験を行うのと同等の結果を得ることができるというものである。
しかし、励磁コイルは、接続する電力増幅器のインダクタンス負荷として作用する為、直流パルスを励磁コイルに供給した場合は波形が鈍り、有限の周波数しか検出できないこと、広帯域の周波数に対応するコイルの製造が難しいこと、及び渦電流の密度を上げるのが困難である為、試験対象の深さ方向の情報が、予想されるようには採取できないことを大きな理由として、今日、実用レベルには達していない。
【００１９】
上述したように、渦流探傷試験では、きず信号電圧の振幅及び位相の２つのパラメータを利用しているが、きずの大きさ、きずの種類及びきずが存在する試験対象の深さ方向の位置を検出すること、並びにリフトオフの影響を除くこと等、通常、探傷に必要な解析を行う為には、多数のパラメータを必要とし、単一周波数の位相及び振幅の２つでは解析が不可能であり、その為の方法として上述した方法では探傷試験装置が複雑化し高価になる等の問題がある。
【００２０】
一方、以上のような励磁コイルに流す電流についての提案の他、励磁コイル及び検出コイルからなる渦流探傷用プローブの改良についても提案されている。
図１８は、日本非破壊検査協会の平成１２年度秋期学術講演大会講演概要集１３１頁に掲載された渦流探傷用プローブの概略を示す模式図である。この渦流探傷用プローブは、円環状の励磁コイル１ａと、四角環状の検出コイル２ｂとを備え、検出コイル２ｂの一辺を励磁コイル１ａの内側で励磁コイル１ａの直径方向に渡した状態で、検出コイル２ｂの中心軸が励磁コイル１ａの中心軸と直交するように励磁コイル１ａ及び検出コイル２ｂを配置している。
【００２１】
図１９は、試験対象２２の表面に発生する渦電流の流路を説明する説明図である。図１９（ａ）に示すように、試験対象２２の表面にきずがない場合には、試験対象２２の表面の渦電流は、励磁コイル１ａの巻線方向と同一の円周方向に流れる。この場合、この渦電流によっては検出コイル２ｂに鎖交する方向に磁界が殆ど発生せず、このため検出コイル２ｂには起電力が殆ど発生しない。また、この場合には、検出コイル２ｂの出力は略０であるので、リフトオフが変化したときでも、これによるノイズ成分が検出コイル２ｂの出力に殆ど含まれることがなく、ヌル（Null）状態にする必要がない。
【００２２】
また、図１９（ｂ）に示すように、試験対象２２の表面にきずが存在する場合には、渦電流はきずに沿って流れる。検出コイル２ｂをきずの長手方向と平行にしたとき、きずに沿って流れる渦電流によって、検出コイル２ｂと鎖交する方向に磁界が発生し、検出コイル２ｂに起電力が発生する。
このような理由により、上述した講演概要集に掲載された渦流探傷用プローブでは、検出コイル２ｂの出力にノイズ成分が殆ど含まれないため、きずの検出精度を大幅に向上させることができる。
【００２３】
ところが、この渦流探傷用プローブにおいては、以下に説明する理由によって、検出コイル２ｂの出力に依然ノイズ成分を含んでいるという問題があった。
渦流探傷用プローブでは、励磁コイル１ａをコイル径に比して長さが短いソレノイドコイルとすることが多いため、励磁コイル１ａによって発生する磁界は、試験対象２２の表面に垂直な磁束だけを含んでいるのではなく、励磁コイル１ａからこれの中心軸方向へ離れるに従って、磁束が励磁コイル１ａの外側へ湾曲する。
【００２４】
従って、検出コイル２ｂの内側には、励磁コイル１ａから離れるに従い、検出コイル２ｂに鎖交する方向の磁界が多く存在することとなり、これによってリフトオフの変化に応じたノイズ成分が検出コイル２ｂの出力に含まれることとなる。
また、上述したノイズ成分を減らす為に、製造工程において、検出コイル２ｂの中心軸と励磁コイル１ａの中心軸との直角度を厳密にしなければならないという問題がある。
また、きずの長手方向と検出コイル２ｂとが平行である場合に比して、きずの長手方向と検出コイル２ｂとが平行でない場合には、検出コイル２ｂの出力が低下し、更にきずの長手方向と検出コイル２ｂとが垂直である場合には、きずを検出することができず、きずの検出精度が低いという問題があった。
【００２５】
本出願人は、上述したような問題点を解決して、励磁コイルによって発生する磁界の内、検出コイルに鎖交する成分を検出コイルの内側に殆ど含まず、検出コイルの出力に含まれるリフトオフの変化に応じたノイズ成分を低減した渦流探傷用プローブ、及びきずの方向に関係なく安定した探傷を行える渦流探傷用プローブを特願２００１−８２９６において提案している。
【００２７】
本発明では、きずの方向に関係なく、安定してきずの検出を行うことができ、ヌル状態にすることを必要とせず、多数のパラメータを利用して探傷に必要な解析を行うことが可能な渦流探傷試験装置を提供することを目的とする。
また、本発明では、きずの方向に関係なく、安定してきずの検出を行うことができ、ヌル状態にすることを必要とせず、きずの長手方向を検出することができ、多数のパラメータを利用して探傷に必要な解析を行うことが可能な渦流探傷試験装置を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る渦流探傷試験装置は、励磁コイルが形成した交流磁界により、導体からなる試験対象の表面付近に誘起された渦電流の前記表面付近の不連続部の存在により生じた変化を、検出コイルが検出した前記表面付近の磁界の変化により検出し、検出した前記渦電流の変化に基づき、前記試験対象の探傷を行い、前記検出コイルは、前記励磁コイルの中心軸方向と交差する方向を中心軸方向とすべく、前記励磁コイルの中心軸上に配してあり、前記励磁コイルの中心軸を中心に回動すべくなしてある渦流探傷試験装置であって、前記励磁コイルに周波数が連続的又は段階的に変化する交流電流を供給する手段と、前記励磁コイルが形成した交流磁界により前記試験対象の表面付近に誘起された渦電流の前記表面付近の不連続部により生じた磁界の変化を検出する検出手段と、前記検出コイルを前記中心軸を中心に回動させる手段とを備え、前記検出手段が検出した変化に基づき前記試験対象の探傷を行うべくなしてあることを特徴とする。
【００３０】
この渦流探傷試験装置では、励磁コイルが形成した交流磁界により、導体からなる試験対象の表面付近に誘起された渦電流の表面付近の不連続部の存在により生じた変化を、検出コイルが検出した表面付近の磁界の変化により検出し、検出した渦電流の変化に基づき、試験対象の探傷を行う。検出コイルは、励磁コイルの中心軸方向と交差する方向を中心軸方向とすべく、励磁コイルの中心軸上に配してあり、励磁コイルの中心軸を中心に回動すべく構成してある。供給する手段が、励磁コイルに周波数が連続的又は段階的に変化する交流電流を供給し、検出手段が、励磁コイルが形成した交流磁界により試験対象の表面付近に誘起された渦電流の表面付近の不連続部により生じた磁界の変化を検出する。回動させる手段が、検出コイルを励磁コイルの中心軸を中心に回動させ、検出手段が検出した変化に基づき試験対象の探傷を行う。
これにより、きずの方向に関係なく、安定してきずの検出を行うことができ、ヌル状態にすることを必要とせず、多数のパラメータを利用して探傷に必要な解析を行うことが可能な渦流探傷試験装置を実現することができる。
【００３１】
図２０は、検出コイル付近の磁界の方向を説明する説明図である。
励磁コイル１ａが形成した磁界は、リフトオフの変化に応じてその強さが変化する為、検出コイルがその磁界と鎖交していれば、検出コイルに誘起される電圧も変化し、これがノイズ成分となる。しかし、三角形の環状をなす検出コイル２ａは、図２０に示すように、その中心軸方向を励磁コイル１ａの中心軸方向と直交させてあるので、励磁コイル１ａが形成した磁界とは殆ど鎖交しない。
【００３２】
これにより、検出コイルは、健全部においては信号を殆ど出力しないので、検出コイルの出力に含まれるリフトオフの変化に応じたノイズ成分を低減し、ヌル状態にすることを必要とせず、多数のパラメータを利用して探傷に必要な解析を行うことが可能な渦流探傷試験装置を実現することができる。
【００３６】
本発明に係る渦流探傷試験装置は、前記検出コイルの回動角度を検出する手段を更に備えることを特徴とする。
【００３７】
この渦流探傷試験装置では、検出コイルの回動角度を検出する手段を備えているので、検出コイルが１回転する間で、最大の出力電圧を発生したときの回動角度を得ることにより、きずの長手方向を検出することができ、きずの方向に関係なく、安定してきずの検出を行うことができ、ヌル状態にすることを必要とせず、多数のパラメータを利用して探傷に必要な解析を行うことが可能な渦流探傷試験装置を実現することができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
開示技術１．
図１は、本発明に係る渦流探傷試験装置を説明する為に開示する渦流探傷試験装置の要部構成を示すブロック図である。この渦流探傷試験装置は、図３（ａ）に示すように、予め設定された時間（例えば３秒）の間に、予め設定された範囲（例えば５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ、周波数比で１〜１００程度が好ましい）で周波数をスイープ（sweep）させながら（所定の範囲で周波数を連続的に上昇又は下降させながら）、正弦波信号を発振するスイープ発振器２５（供給する手段）と、スイープ発振器２５が発振した正弦波信号を増幅する電力増幅器１１（供給する手段）と、電力増幅器１１が増幅して出力した交流電流が流され、試験対象２２（試験体）の表面付近を励磁する励磁コイル１ａと、この励磁により試験対象２２の表面付近に生じた渦電流による交流磁界を検出して交流電圧を出力する検出コイル２ａとを備えている。
【００４４】
図２は、励磁コイル１ａ及び検出コイル２ａから構成される渦流探傷用プローブの要部構成例を示す斜視図である。励磁コイル１ａは、外径１２ｍｍ、内径６ｍｍ、厚さ５ｍｍのポリカーボネイト製の円環部材３１の外周に、幅１ｍｍ、深さ１．５ｍｍの溝３２を周設し、溝３２内に銅線をポリイミド樹脂で被覆してなる外径３００μｍの巻線３３を１２０回巻回して構成してある。
【００４５】
また、検出コイル２ａは、その正面視が、一辺が６ｍｍより少し小さい寸法の正三角形状をなし、厚さが３ｍｍのポリカーボネイト製の三角部材４１の外周に、幅１ｍｍ、深さ１ｍｍの溝４２を周設し、溝４２内に銅線をポリイミド樹脂で被覆してなる外径７０μｍの巻線４３を１００回巻回して構成してある。
【００４６】
尚、励磁コイル１ａの形状を円環状としたが、これに限定されるものではなく、四角環状又は三角環状等、他の形状としても良いことはいうまでもない。
また、三角部材４１を正面視正三角形状としたが、これに限定されるものではなく、例えば正面視二等辺三角形状としても良いことはいうまでもない。
【００４７】
このような検出コイル２ａは、励磁コイル１ａに対して垂直とされ、その１辺側を励磁コイル１ａの円環部材３１の内側に、検出コイル２ａの下面と励磁コイル１ａの下面とが整合する状態まで挿入されている。
尚、励磁コイル１ａ及び検出コイル２ａは、上述したような寸法及び材質に限定されるものではなく、他の寸法及び材質としても良いことはいうまでもない。
【００４８】
この渦流探傷試験装置は、また、検出コイル２ａ（図１）が出力した交流電圧を与えられ、与えられた交流電圧を増幅する増幅器２３と、増幅器２３が出力した交流電圧を夫々位相検波する位相検波器１７ａ，１８ａ（検出する手段）と、スイープ発振器２５が発振した正弦波信号の位相を変位させ、位相検波器１７ａ，１８ａへ夫々与える移相器１５と、位相検波器１７ａ，１８ａの各出力を夫々アナログ／ディジタル変換するＡ／Ｄ変換器１９，２０と、Ａ／Ｄ変換器１９，２０が夫々出力したディジタル信号に基づき、試験対象２２の表面付近のきずの検出処理を行うディジタル信号処理装置２１（検出する手段）とを備えている。
【００４９】
以下に、このような構成の渦流探傷試験装置の動作を説明する。
この渦流探傷試験装置では、スイープ発振器２５が、図３（ａ）に示すように、予め設定された時間（例えば３秒）に、予め設定された範囲（５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ、周波数比で１〜１００程度が好ましい）で周波数をスイープ（sweep ）させながら、正弦波信号を発振する。電力増幅器１１は、スイープ発振器２５が発振した正弦波信号を増幅し、その増幅した交流電流を励磁コイル１ａに供給する。
【００５０】
励磁コイル１ａ及び検出コイル２ａで構成された渦流探傷用プローブは、例えば平板状の試験対象２２の表面に探傷面である下面が対向する状態で、試験対象２２から適宜距離離隔され、試験対象２２の表面付近には、励磁コイル１ａにより形成される交流磁界によって渦電流が誘起される。渦流探傷用プローブは、この状態で試験対象２２表面上を略等速度で移動する。
【００５１】
この渦電流は、励磁コイル１ａに供給された交流電流の周波数、試験対象２２の材質変化、リフトオフ等励磁コイル１ａと試験対象２２との空間的な関係、及び試験対象２２表面付近の割れ等のきずによって変化する。
試験対象２２の表面にきずが存在しない場合、試験対象２２の表面には、励磁コイル１ａの巻線方向と同方向の渦電流が流れ、この渦電流によって磁界が発生する。
【００５２】
検出コイル２ａは、試験対象２２の表面に対して垂直に配されており、しかも検出コイル２ａの内部の空間は試験対象２２から離れるに従って小さくなる為、励磁コイル１ａの巻線方向と同方向の渦電流によっては、検出コイル２ａとは鎖交する磁界が殆ど発生しない。従って、検出コイル２ａには起電力が殆ど発生せず、増幅器２３からの出力も略０となる。
【００５３】
また、リフトオフが変化したときには、励磁コイル１ａによって発生する試験対象２２の表面付近の磁界の強さが変化し、このため試験対象２２に発生する渦電流の強さが変化して、渦電流による磁界の強さも変化することとなるが、渦電流による磁界は検出コイル２ａと殆ど鎖交していないので、検出コイル２ａには起電力が殆ど発生せず、増幅器２３からの出力も依然略０となる。従って、検出コイル２ａの出力にはリフトオフによるノイズ成分が殆ど含まれない。
【００５４】
一方、試験対象２２の表面にきずが存在する場合には、渦電流がきずに沿って流れ、渦電流による磁界の強さ及び方向が、試験対象２２の表面にきずが存在しない場合の渦電流による磁界の強さ及び方向に対して変化する。従って、この磁界が検出コイル２ａと鎖交し、検出コイル２ａに起電力が発生して、増幅器２３からの出力が変化する。
【００５５】
増幅器２３により増幅された交流電圧は、位相検波器１７ａ，１８ａへ夫々与えられる。
一方、スイープ発振器２５が発振した正弦波信号は、励磁コイル１ａ、試験対象２２及び検出コイル２ａによる位相の変位分、移相器１５により位相が変位され、図４（ａ）の模式的な波形図で示すような（検出コイル２ａの出力電圧も同様）参照電圧として位相検波器１７ａに与えられる。移相器１５は、また、位相検波器１７ａに与えた正弦波信号より９０°位相を変位させた正弦波信号を、図４（ｂ）の模式的な波形図で示すような参照電圧として位相検波器１８ａへ与える。
【００５６】
位相検波器１７ａ，１８ａが夫々検波出力した電圧は、Ａ／Ｄ変換器１９，２０でディジタル信号に夫々変換され、ディジタル信号処理装置２１は、これらのディジタル信号に基づき、試験対象２２の表面付近のきずの検出処理を行う。
試験対象２２の表面付近にきずが存在する場合には、検出コイル２ａが出力する交流電圧は、そのきずに特有なθｆだけ位相が変位している。従って、ディジタル信号処理装置２１は、図１７（ａ）に示すように、位相検波器１７ａが検波した位相が０°の成分Ｓ１と、位相検波器１８ａが検波した位相が９０°の成分Ｓ２とから、そのきず信号の大きさ（Ｓ１2 ＋Ｓ２2 ）1/2 、及びそのきず信号の位相θｆ＝ｔａｎ-1（Ｓ２／Ｓ１）を求めることができる。
【００５７】
ディジタル信号処理装置２１は、上述した検出処理により求めたきず信号を、図４（ｃ）に示すように、タイミング信号（破線）と共に記録又は出力する。
また、ディジタル信号処理装置２１は、連続的に変化する周波数毎に振幅及び位相の情報が得られる為、無限に近い数のパラメータを得ることができ、演算処理と周波数列の選択により、上述したきずの大きさ、種類、きずが存在する試験対象の深さ方向の位置、及びリフトオフの影響等を解析することが可能となる。
【００５８】
図３（ｂ）は、周波数を連続的に５０ｋＨｚから５００ｋＨｚ迄３秒間でスイープさせた場合の、鋼板に加工された深さ０．３ｍｍ、長さ１５ｍｍのきず信号の増幅器２３の出力信号を示した波形図である。人工きず信号は、略同一の出力値であり、ヌル状態にしていないにも拘わらず、検出コイル２ａの出力に含まれるリフトオフの変化に応じたノイズ成分は殆ど生じない。
尚、本開示技術１では、連続的に周波数を上昇させ、その回数を１回にしてあるが、連続的に周波数を下降させて探傷することも可能であり、また、連続的に周波数を繰り返し上昇又は下降させて探傷することも可能である。また、連続的に周波数を繰り返し上昇及び下降させて探傷することも可能である。
【００５９】
実施の形態１．
図５は、本発明に係る渦流探傷試験装置の実施の形態１の要部構成を示すブロック図である。この渦流探傷試験装置は、試験対象２２の表面付近を励磁する励磁コイル１ａと、この励磁により試験対象２２の表面付近に生じた渦電流による交流磁界を検出して交流電圧を出力する検出コイル２ａとを備えている。検出コイル２ａは、励磁コイル１ａと同軸的に配されたモータＭ（回動させる手段）の回転軸に連結されており、励磁コイル１ａの中心軸を中心に回転することが可能であるように構成されている。モータＭは、ディジタル信号処理装置２１に駆動制御されるモータ駆動回路２４により回転駆動される。
【００６０】
また、検出コイル２ａは、ロータリエンコーダＲに連結され、ロータリエンコーダＲはディジタル信号処理装置２１に接続されている。
ディジタル信号処理装置２１では、ロータリエンコーダＲからの出力を受け、検出コイル２ａの回転角度を演算する。そして、検出コイル２ａが１回転している間に得られた増幅器２３からの出力の内で、最大の出力を取り出し、この出力を用いて位相解析を行う。解析結果は、前記出力が得られたときの検出コイル２ａの回転角度と共に記録され出力される。
本実施の形態１に係る渦流探傷試験装置のその他の構成及び動作は、開示技術１で説明した渦流探傷試験装置の構成及び動作と同様であるので、構成の同一箇所には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００６１】
尚、本実施の形態１においては、検出コイル２ａの形状を三角環状としたが、これに限定されるものではなく、円環状又は四角環状等、他の形状としても良いことはいうまでもない。
また、本実施の形態１においては、検出コイル２ａが励磁コイル１ａの中心軸を中心に回転することが可能な構成としてあるが、これに限るものではなく、検出コイル２ａが励磁コイル１ａの中心軸を中心に揺動することが可能な構成としても良い。
【００６２】
開示技術２．
図６は、開示する渦流探傷試験装置の要部構成を示すブロック図である。この渦流探傷試験装置は、試験対象２２の表面付近を励磁する励磁コイル１ｂと、この励磁により試験対象２２の表面付近に生じた渦電流による交流磁界を検出して交流電圧を出力する３つの検出コイル３ａ，３ｂ．３ｃとを備えている。
【００６３】
図７は、励磁コイル１ｂ及び検出コイル３ａ，３ｂ，３ｃにより構成される渦流探傷用プローブの要部構成例を示す斜視図である。円環部材３１の寸法は、外径１０ｍｍ、内径６ｍｍ、厚さ３ｍｍとしてある。励磁コイル１ｂのその他の構成は、開示技術１で説明した励磁コイル１ａの構成（図２）と同様であるので、同一箇所には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００６４】
３つの検出コイル３ａ，３ｂ．３ｃは、正方形の環状をなしており、幅１ｍｍ、厚さ５０μｍの帯状の１枚のフィルムを、一辺の長さが５ｍｍの正方形状に巻回してなる四角部材４４，４４，４４の内部に、厚さ５μｍ、線幅３μｍ、線間隔３μｍ、巻数１００の巻線４５，４５，４５を夫々形成して構成されている。
【００６５】
前記フィルムは、２枚のポリイミドフィルムが貼着されたものであり、巻線４５，４５，４５は、この内の一枚のポリイミドフィルム上に厚さ５μｍの銅箔を接着し、これをエッチングすることにより夫々形成されている。そして、検出コイル３ａ，３ｂ，３ｃは、このポリイミドフィルムと他の一枚のポリイミドフィルムとを、巻線４５，４５，４５を挟持するように貼着し、これを正方形となるように屈曲して形成されている。
【００６６】
このようにして構成された検出コイル３ａ，３ｂ，３ｃは、検出コイル３ａ，３ｂ，３ｃ夫々の上側の一辺の中央部を、検出コイル３ａ，３ｂ，３ｃの順で下側となるように、互いに重ね合わせてあり、夫々の下側の一辺の中央部を、検出コイル３ａ，３ｂ，３ｃの順で下側となるように、互いに重ね合わせた状態で、検出コイル３ａ，３ｂ，３ｃが互いに６０°の角度を隔てるように配置されている。
【００６７】
尚、本開示技術２では、検出コイル３ａ，３ｂ，３ｃの上側の一辺の重なりの順序と、下側の一辺の重なりの順序とを同じとしたが、これに限定されるものではなく、検出コイル３ａ，３ｂ，３ｃの上側の一辺の重なりの順序と、下側の一辺の重なりの順序とを異にしても良いことはいうまでもない。
また、本開示技術２では、検出コイルの数を３つとしたが、これに限定されるものではなく、２つの検出コイルを用いても良いし、４つ以上の検出コイルを用いても良い。
また、本開示技術２では、検出コイルの形状を四角環状としたが、これに限定されるものではなく、円環状又は三角環状等、他の形状としても良いことはいうまでもない。
【００６８】
検出コイル３ａ，３ｂ，３ｃは、夫々増幅器２３ａ，２３ｂ，２３ｃ（図６）に接続されており、増幅器２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、ＣＰＵ及びメモリ等からなる選択回路２９（選択する回路）に接続されている。増幅器２３ａ，２３ｂ，２３ｃの出力は、選択回路２９に内蔵されるＡ／Ｄ変換器（図示せず）によって夫々ディジタル信号に変換され、ＣＰＵに与えられる。ＣＰＵは、増幅器２３ａ，２３ｂ，２３ｃの出力の内の最大の出力が何れであるかを判定し、この最大の出力を選択して位相検波器１７ａ，１８ａに与える。
【００６９】
図８は、本開示技術２に係る渦流探傷試験装置による探傷試験に使用した試験対象２２の構成を示す平面図である。試験対象２２は、平面視直方形状をなす鋼板に、その中央部（図中Ａにて示す部分）から３方向に延びたきずを設けたものとした。探傷試験は、渦流探傷用プローブを図中矢符にて示す方向へ走査させて行った。
【００７０】
図９に探傷試験の結果を示す。図において、横軸は走査方向の位置を示し、縦軸は検出コイルの出力電圧を示している。検出コイルの出力電圧は、中央部Ａの部分だけでなく、この部分の前後においても大きく変化している。従って、検出コイルと平行な方向に延びたきずだけでなく、他の方向に延びたきずも検出していることが分かる。
本開示技術２に係る渦流探傷試験装置のその他の構成及び動作は、開示技術１で説明した渦流探傷試験装置の構成及び動作と同様であるので、構成の同一箇所には同符号を付して、その説明を省略する。
【００７１】
開示技術３．
図１０は、開示する渦流探傷試験装置の要部構成を示すブロック図である。この渦流探傷試験装置は、基準時間発生器２６が出力するタイミング信号に従って、図１１（ａ）に示すように、設定された時間（例えば６秒）の間に、設定された範囲（例えば２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ、周波数比で１〜１００程度が好ましい）で周波数を段階的に（例えば１０ステップで）増加させながら、正弦波信号を発振するスイープ発振器２５ａ（供給する手段）と、スイープ発振器２５ａが発振した正弦波信号を増幅する電力増幅器１１（供給する手段）と、電力増幅器１１が増幅して出力した交流電流が流され、試験対象２２の表面付近を励磁する励磁コイル１ａと、この励磁により試験対象２２の表面付近に生じた渦電流による交流磁界を検出して交流電圧を出力する検出コイル２ａとを備えている。
【００７２】
励磁コイル１ａ及び検出コイル２ａの構成は、開示技術１（図２）において説明した励磁コイル１ａ及び検出コイル２ａの構成と同一であるので、説明を省略する。この渦流探傷試験装置は、また、検出コイル２ａが出力した交流電圧を与えられ、与えられた交流電圧を増幅する増幅器２３と、増幅器２３が出力した交流電圧を夫々位相検波する位相検波器１７ａ，１８ａ（検出する手段）と、スイープ発振器２５ａが発振した正弦波信号の位相を変位させ、位相検波器１７ａ，１８ａへ夫々与える移相器１５ａと、位相検波器１７ａ，１８ａの各出力を夫々アナログ／ディジタル変換するＡ／Ｄ変換器１９，２０と、Ａ／Ｄ変換器１９，２０が夫々出力したディジタル信号に基づき、試験対象２２の表面付近のきずの検出処理を行うディジタル信号処理装置２１（検出する手段）とを備えている。
【００７３】
以下に、このような構成の渦流探傷試験装置の動作を説明する。
この渦流探傷試験装置では、基準時間発生器２６が出力するタイミング信号により、スイープ発振器２５ａが、図１１（ａ）に示すように、設定された時間の間（例えば６秒）に、設定された範囲（２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ）で周波数を段階的に（１０ステップ）上昇させながら、正弦波信号を発振する。電力増幅器１１は、スイープ発振器２５ａが発振した正弦波信号を増幅し、その増幅した交流電流を励磁コイル１ａに供給する。
【００７４】
励磁コイル１ａ及び検出コイル２ａで構成された渦流探傷用プローブは、例えば平板状の試験対象２２の表面に探傷面である下面が対向する状態で、試験対象２２から適宜距離離隔され、この状態で試験対象２２表面上を略等速度で移動し、試験対象２２の表面付近には、励磁コイル１ａにより形成される交流磁界によって渦電流が誘起される。
【００７５】
この渦電流は、励磁コイル１ａに供給された交流電流の周波数、試験対象２２の材質変化、リフトオフ等励磁コイル１ａと試験対象２２との空間的な関係、及び試験対象２２表面付近の割れ等のきずによって変化する。
試験対象２２の表面にきずが存在しない場合、試験対象２２の表面には、励磁コイル１ａの巻線方向と同方向の渦電流が流れ、この渦電流によって磁界が発生する。
【００７６】
検出コイル２ａは試験対象２２の表面に対して垂直に配されており、しかも検出コイル２ａの内部の空間は試験対象２２から離れるに従って小さくなる為、励磁コイル１ａの巻線方向と同方向の渦電流によっては、検出コイル２ａとは鎖交する磁界が殆ど発生しない。従って、検出コイル２ａには起電力が殆ど発生せず、増幅器２３からの出力も略０となる。
【００７７】
また、リフトオフが変化したときには、励磁コイル１ａによって発生する試験対象２２の表面付近の磁界の強さが変化し、このため試験対象２２に発生する渦電流の強さが変化して、渦電流による磁界の強さも変化することとなるが、渦電流による磁界は検出コイル２ａと殆ど鎖交していないので、検出コイル２ａには起電力が殆ど発生せず、増幅器２３からの出力も依然略０となる。従って、検出コイル２ａの出力にはリフトオフによるノイズ成分が殆ど含まれない。
【００７８】
一方、試験対象２２の表面にきずが存在する場合には、渦電流がきずに沿って流れ、渦電流による磁界の強さ及び方向が、試験対象２２の表面にきずが存在しない場合の渦電流による磁界の強さ及び方向に対して変化する。従って、この磁界が検出コイル２ａと鎖交し、検出コイル２ａに起電力が発生して、増幅器２３からの出力が変化する。
【００７９】
検出コイル２ａは、渦電流により形成された交流磁界を検出して交流電圧を出力する。この交流電圧は増幅器２３により増幅され、位相検波器１７ａ，１８ａへ夫々与えられる。
一方、図１２（ａ）の模式的な波形図で示すような基準時間発生器２６が出力するタイミング信号に対して、スイープ発振器２５ａが発振した正弦波信号は、励磁コイル１ａ、試験対象２２及び検出コイル２ａによる位相の変位分、移相器１５ａにより位相が変位され、図１２（ｂ）の模式的な波形図で示すような（検出コイル２ａの出力電圧も同様）参照電圧として位相検波器１７ａに与えられる。移相器１５ａは、また、位相検波器１７ａに与えた正弦波信号より９０°位相を変位させた正弦波信号を、図１２（ｃ）の模式的な波形図で示すような参照電圧として位相検波器１８ａへ与える。
【００８０】
位相検波器１７ａ，１８ａが夫々検波出力した電圧は、Ａ／Ｄ変換器１９，２０でディジタル信号に夫々変換され、ディジタル信号処理装置２１は、図１２（ｄ）の模式的な波形図で示すような基準時間発生器２６が出力する取り込み信号により、これらのディジタル信号を取り込み、試験対象２２の表面付近のきずの検出処理を行う。
試験対象２２の表面付近にきずが存在する場合には、検出コイル２ａが出力する交流電圧は、そのきずに特有なθｆだけ位相が変位している。従って、ディジタル信号処理装置２１は、図１７（ａ）に示すように、位相検波器１７ａが検波した位相が０°の成分Ｓ１と、位相検波器１８ａが検波した位相が９０°の成分Ｓ２とから、そのきず信号の大きさ（Ｓ１2 ＋Ｓ２2 ）1/2 、及びそのきず信号の位相θｆ＝ｔａｎ-1（Ｓ２／Ｓ１）を求めることができる。
【００８１】
また、ディジタル信号処理装置２１は、段階的に変化する周波数毎に振幅及び位相の情報が得られる為、無限に近い数のパラメータを得ることができ、演算処理と周波数列の選択により、上述したきずの大きさ、種類、きずが存在する試験対象の深さ方向の位置、及びリフトオフの影響等を解析することが可能となる。
【００８２】
図１１（ｂ）は、周波数を１０ステップで段階的に２０ｋＨｚから２００ｋＨｚ迄、６秒間で上昇させた場合の、鋼板に加工された深さ０．３ｍｍ、長さ１５ｍｍのきず信号の増幅器２３の出力信号を示した波形図である。ヌル状態にしていないにも拘わらず、検出コイル２ａの出力に含まれるリフトオフの変化に応じたノイズ成分は殆ど生じない。
尚、本開示技術３では、段階的に周波数を上昇させ、その回数を１回にしてあるが、段階的に周波数を下降させて探傷することも可能であり、また、段階的に周波数を繰り返し上昇又は下降させて探傷することも可能である。また、段階的に周波数を繰り返し上昇及び下降させて探傷することも可能である。
【００８３】
実施の形態２．
図１３は、本発明に係る渦流探傷試験装置の実施の形態２の要部構成を示すブロック図である。この渦流探傷試験装置は、試験対象２２の表面付近を励磁する励磁コイル１ａと、この励磁により試験対象２２の表面付近に生じた渦電流による交流磁界を検出して交流電圧を出力する検出コイル２ａとを備えている。検出コイル２ａは、励磁コイル１ａと同軸的に配されたモータＭ（回動させる手段）の回転軸に連結されており、励磁コイル１ａの中心軸を中心に回転することが可能であるように構成されている。モータＭは、ディジタル信号処理装置２１に駆動制御されるモータ駆動回路２４により回転駆動される。
【００８４】
また、検出コイル２ａは、ロータリエンコーダＲに連結され、ロータリエンコーダＲはディジタル信号処理装置２１に接続されている。
ディジタル信号処理装置２１では、ロータリエンコーダＲからの出力を受け、検出コイル２ａの回転角度を演算する。そして、検出コイル２ａが１回転している間に得られた増幅器２３からの出力の内で、最大の出力を取り出し、この出力を用いて位相解析を行う。解析結果は、前記出力が得られたときの検出コイル２ａの回転角度と共に記録され出力される。
本実施の形態２に係る渦流探傷試験装置のその他の構成及び動作は、開示技術３で説明した渦流探傷試験装置の構成及び動作と同様であるので、構成の同一箇所には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００８５】
開示技術４．
図１４は、開示する渦流探傷試験装置の要部構成を示すブロック図である。この渦流探傷試験装置は、試験対象２２の表面付近を励磁する励磁コイル１ｂと、この励磁により試験対象２２の表面付近に生じた渦電流による交流磁界を検出して交流電圧を出力する３つの検出コイル３ａ，３ｂ，３ｃとを備えている。
励磁コイル１ｂ及び検出コイル３ａ，３ｂ，３ｃの構成は、開示技術２で説明した励磁コイル１ｂ及び検出コイル３ａ，３ｂ，３ｃの構成（図７）と同一であるので、説明を省略する。
【００８６】
検出コイル３ａ，３ｂ，３ｃは、夫々増幅器２３ａ，２３ｂ，２３ｃ（図１４）に接続されており、増幅器２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、ＣＰＵ及びメモリ等からなる選択回路２９に接続されている。増幅器２３ａ，２３ｂ，２３ｃの出力は、選択回路２９に内蔵されるＡ／Ｄ変換器（図示せず）によって夫々ディジタル信号に変換され、ＣＰＵに与えられる。ＣＰＵは、増幅器２３ａ，２３ｂ，２３ｃの出力の内の最大の出力が何れであるかを判定し、この最大の出力を選択して位相検波器１７ａ，１８ａに与える。
本開示技術４に係る渦流探傷試験装置のその他の構成及び動作は、開示技術３で説明した渦流探傷試験装置の構成及び動作と同様であるので、構成の同一箇所には同符号を付して、その説明を省略する。
【００８７】
【発明の効果】
本発明に係る渦流探傷試験装置によれば、きずの方向に関係なく、安定してきずの検出を行うことができ、ヌル（Null）状態にすることを必要とせず、多数のパラメータを利用して探傷に必要な解析を行うことが可能な渦流探傷試験装置を実現することができる。
【００８９】
本発明に係る渦流探傷試験装置によれば、検出コイルが１回転する間で、最大の出力電圧を発生したときの回動角度を得ることにより、きずの長手方向を検出することができ、きずの方向に関係なく、安定してきずの検出を行うことができ、ヌル状態にすることを必要とせず、多数のパラメータを利用して探傷に必要な解析を行うことが可能な渦流探傷試験装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る渦流探傷試験装置を説明する為に開示する渦流探傷試験装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】  励磁コイル及び検出コイルから構成される渦流探傷用プローブの要部構成例を示す斜視図である。
【図３】  開示する渦流探傷試験装置の動作を示す波形図である。
【図４】  開示する渦流探傷試験装置の動作を示す波形図である。
【図５】  本発明に係る渦流探傷試験装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図６】  開示する渦流探傷試験装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図７】  励磁コイル及び検出コイルから構成される渦流探傷用プローブの要部構成例を示す斜視図である。
【図８】  開示する渦流探傷試験装置による探傷試験に使用した試験対象の構成を示す平面図である。
【図９】  探傷試験の結果例を示す波形図である。
【図１０】  開示する渦流探傷試験装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図１１】  開示する渦流探傷試験装置の動作を示す波形図である。
【図１２】  開示する渦流探傷試験装置の動作を示す波形図である。
【図１３】  本発明に係る渦流探傷試験装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図１４】  開示する渦流探傷試験装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図１５】  従来の渦流探傷試験装置の要部構成例を示すブロック図である。
【図１６】  従来の励磁コイル及び検出コイルから構成される渦流探傷用プローブの要部構成例を示す斜視図である。
【図１７】  渦流探傷試験装置の信号処理法を示す説明図である。
【図１８】  従来の渦流探傷用プローブの構成例の概略を示す模式図である。
【図１９】  試験対象の表面に発生する渦電流の流路を説明する説明図である。
【図２０】  検出コイル付近の磁界の方向を説明する説明図である。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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