(57)【要約】【課題】   渦電流プローブの指向性に関する補正に付随する問題を解消する改良渦電流プローブ、アレイプローブ及び検査システムの提供。【解決手段】  全方向性渦電流プローブ（６００）は、主軸（１１４）を有する堆積物（１１２）をなして配列された複数の感知コイル（１１０）を含んでいる。感知コイル（１１０）の２以上は、主軸（１１４）の回りで回転方向について互いにねじれの位置にある。感知コイル（１１０）は互いに機能的に接続されており、堆積物（１１２）中には駆動コイル（１２０）も配置されている。駆動コイル（１２０）を通るインパルスが、表面（１４）を有する導電性材料の試験体（１２）中に磁束を誘起し、それによって表面（１４）上に渦電流を発生する。渦電流から生じる二次磁束は感知コイル（１１０）中に対応する信号を発生し、次いで導電性材料（１２）における表面きずの可能性について信号が分析される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸（１１４）を有する堆積物（１１２）をなして配列された複数の感知コイル（１１０）であって、前記感知コイル（１１０）の２以上が主軸（１１４）の回りで回転方向について互いにねじれの位置にある、感知コイル（１１０）、
前記感知コイル（１１０）を機能的に接続している電気結線（１２４）、及び
堆積物（１１２）中に配置された駆動コイル（１２０）
を含んでなる全方向性渦電流プローブ（１００）。
【請求項２】
さらに、１対の前記感知コイル（１１０）の間に配置された１以上の基板（１１６）を含み、前記基板（１１６）が１対の前記感知コイル（１１０）を電気的に絶縁している、請求項１記載の全方向性渦電流プローブ（１００）。
【請求項３】
前記１以上の基板（１１６）がたわみ性である、請求項２記載の全方向性渦電流プローブ（１００）。
【請求項４】
対をなす前記感知コイル（１１０）の１以上が前記１以上の基板（１１６）上に形成されている、請求項３記載の全方向性渦電流プローブ（１００）。
【請求項５】
複数の基板（１１６）を含み、前記基板が堆積されている、請求項２記載の全方向性渦電流プローブ（１００）。
【請求項６】
前記基板（１１６）が堆積物（１１２）の整列状態を維持するために結合されている、請求項５記載の全方向性渦電流プローブ（１００）。
【請求項７】
前記感知コイル（１１０）の２以上が共通の幾何学的形状を有する、請求項１記載の全方向性渦電流プローブ（１００）。
【請求項８】
前記感知コイル（１１０）の２以上が相異なる幾何学的形状を有する、請求項１記載の全方向性渦電流プローブ（１００）。
【請求項９】
各々が主軸（１１４）を有する複数の堆積物（１１２）をなして配列された複数の感知コイル（１１０）であって、堆積物中の前記感知コイル（１１０）の２以上がそれぞれの主軸（１１４）の回りで回転方向についてねじれの位置にある、感知コイル（１１０）、
それぞれの堆積物（１１２）中の前記感知コイル（１１０）を機能的に接続している複数の電気結線（１２４）、及び
各々がそれぞれの堆積物（１１２）中に配置された複数の駆動コイル（１２０）
を含んでなる全方向性渦電流アレイプローブ（６００）。
【請求項１０】
さらに、各々の堆積物（１１２）中で１以上の対をなす前記感知コイル（１１０）の間に配置された１以上の基板（１１６）を含み、前記基板（１１６）が１以上の対をなす前記感知コイル（１１０）を電気的に絶縁している、請求項９記載の全方向性渦電流アレイプローブ（６００）。
【請求項１１】
総合堆積物（７１２）をなして配列された複数の基板（１１６）を含み、各々の前記基板（１１６）が各々の堆積物（１１２）中のそれぞれの１対の前記感知コイル（１１０）の間に配置されている、請求項１０記載の全方向性渦電流アレイプローブ（６００）。
【請求項１２】
前記堆積物（１１２）の２以上が共通の幾何学的形状を有する、請求項９記載の全方向性渦電流アレイプローブ（６００）。
【請求項１３】
前記堆積物（１１２）の２以上が相異なる幾何学的形状を有する、請求項９記載の全方向性渦電流アレイプローブ（６００）。
【請求項１４】
各堆積物の対応する感知コイル（１１０）が１つのレベル（６１６）を定義し、それぞれのレベル（１１６）にある前記感知コイル（１１０）の２以上が共通の幾何学的形状を有する、請求項９記載の全方向性渦電流アレイプローブ（６００）。
【請求項１５】
それぞれの堆積物中で、１つの前記感知コイル（１１０）の中心が別の前記感知コイル（１１０）の中心からずれている結果、前記感知コイル（１１０）を部分的にずらした配列が得られる、請求項１１記載の全方向性渦電流アレイプローブ（６００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には渦電流検査に関し、さらに具体的には導電性材料の非破壊試験用の渦電流プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
渦電流検査は、表面きずの有無に関する導電性材料の非破壊試験用として常用されている技術である。渦電流検査は、電流を流した駆動コイルが一次磁束を発生することで試験体中に渦電流を誘起する電磁誘導の原理に基づいている。こうして誘起された渦電流は二次磁束を発生し、それが感知コイル中に電位差を誘起することで信号を発生し、この信号をさらに分析することできずを検出できる。試験体中にきず（例えば、亀裂又は裂け目）が存在する場合、試験体中の渦電流の流れが変化することで、感知コイル中に誘起される信号が変化する。このような信号の変化を用いてきずを表示できる。
【０００３】
「導電性部品中の近表面きずを検出するためのたわみ性渦電流表面測定アレイ」と称する、同一譲受人に譲渡された米国特許第５３８９８７６号（Ｈｅｄｅｎｇｒｅｎら）に記載されているもののような既存のシステムは、上述の原理に基づいて機能する。しかし、磁界は指向性を有するので、亀裂の向きを予め知る必要があるという事実により、上述の渦電流プローブの実用性は制限される。このことは、渦電流プローブの指向性ともいわれる。
【０００４】
通常の渦電流プローブの指向性に関する補正は、以前には、複数の方向に沿って試験体のきずの有無を検査するために渦電流プローブを少しずつ回転させながら試験体を繰返し走査することで行われていた。しかし、この方法は多大の労力及び時間を必要とする。別の可能なアプローチは、少しずつ回転させながら基板上に形成された複数の素子を含むように設計されたアレイプローブを使用することである。しかし、後者の配列は、多大の設備を必要としたり、或いは小部分の走査しか可能にしない点で不都合であろう。
【０００５】
したがって、通常の渦電流プローブの指向性に関する補正に付随する上述の問題を解消する改良渦電流プローブ、アレイプローブ及び検査システムに対するニーズが存在している。
【特許文献１】米国特許第５３８９８７６号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
全方向性渦電流プローブが、主軸を有する堆積物をなして配列された複数の感知コイルを含んでいる。感知コイルの２以上は、主軸の回りで回転方向について互いにねじれの位置にある。感知コイルは互いに機能的に接続されており、堆積物中には駆動コイルも配置されている。
【０００７】
動作については、駆動コイルを通るインパルスが、表面を有する導電性材料の試験体中に磁束を誘起し、それによって表面上に渦電流を発生する。渦電流から生じる二次磁束は感知コイル中に対応する信号を発生し、次いで導電性材料における表面きずの可能性について信号が分析される。
【０００８】
本発明の別の実施形態に従えば、上述のような堆積物のアレイがプローブを形成している。
【０００９】
本発明の別の実施形態に従えば、全方向性渦電流検査システムが渦電流プローブを含んでいる。渦電流プローブは、主軸を有する堆積物をなして配列された複数の感知コイルを含んでいる。感知コイルの２以上は、主軸の回りで回転方向について互いにねじれの位置にある。堆積物中には駆動コイルが配置されており、複数の電気結線が感知コイルを接続している。検査システムは、プローブに接続された渦電流計測器も含んでいる。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態に従えば、全方向性渦電流検査システムが渦電流アレイプローブを含んでいる。渦電流アレイプローブは、複数の堆積物をなして配列された複数の感知コイルを含んでおり、各堆積物は主軸を有している。それぞれの堆積物中の感知コイルの２以上は、それぞれの主軸の回りで回転方向についてねじれの位置にある。渦電流プローブは複数の駆動コイルも含んでおり、各駆動コイル々はそれぞれの堆積物中に配置されている。渦電流プローブは、感知コイルを接続している複数の電気結線も含んでいる。渦電流システムは、渦電流プローブに接続された渦電流計測器も含んでいる。
【００１１】
本発明の上記その他の利点及び特徴は、添付の図面を参照しながら以下の詳しい説明を読むことで明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に従い、渦電流計測器１３０と連絡した全方向性渦電流プローブ１００を含む全方向性渦電流検査システム１０を示している。全方向性渦電流アレイプローブ１００は、表面１４を有する検査対象１２の上方に配置される。例示的な検査対象１２には導電性材料がある。
【００１３】
次に図２及び３について説明すれば、全方向性渦電流プローブ１００が示されている。複数の感知コイル（又は感知コイル素子）１１０が（主軸１１４と呼ばれる）直線を中心にして互いに重なり合って配置され、堆積物１１２を形成している。堆積物１１２中の感知コイル１１０の２以上は互いに回転している結果、図３に示す通り、堆積物１１２中の感知コイル１１０は回転方向についてねじれの位置にあるように配列している。ここで、１群の連続した感知コイルが回転方向について互いにねじれの位置にはないが、その群の外部にある感知コイルの１以上がその群に対してねじれの位置にあるような配列状態も本発明の技術的範囲内にあることに注意されたい。堆積物１１２中には（１以上の）駆動コイル１２０が配置されている。さらに詳しくは、駆動コイル１２０は主軸１１４の回りに配置されている。特定の実施形態に従えば、感知コイル１１０は電気結線（又は回路構成要素）１２４を用いて相互に接続され、さらに渦電流計測器（ＥＣＩ）１３０に接続されている。この実施形態に関しては、駆動コイル１２０も回路構成要素１２６で渦電流計測器１３０に接続されていて、渦電流計測器１３０は感知コイル１１０を監視すると共に駆動コイル１２０を駆動する。渦電流計測器１３０は公知であり、したがって詳しくは説明しない。図中に示すコイル１１０及び１２０並びに回路構成要素１２４及び１２６は単なる図解のためのものであり、コイルの形状又は回路構成要素が形成する電気結線を正確に描写するものではないことを理解すべきである。
【００１４】
動作については、渦電流計測器１３０は駆動コイル１２０中に電流を発生し、駆動コイル１２０は磁束を発生する。導電性材料１２中への磁束の流入は表面１４上に渦電流を発生し、それが二次磁束を発生する。表面きず（図示せず）が存在する場合、発生する二次磁束は、きずが存在しない場合の正常の方向から、きずの向きに対応した方向に偏移する。このような偏移した二次磁束は感知コイル１１０中に対応する信号を誘起し、それによって表面きずの存在を表す。各感知コイル１１０中に誘起された電位差は相互接続用の回路構成要素１２４の働きで加算された後、渦電流計測器１３０で感知される。回転方向についてねじれた位置にあるため、感知コイル１１０は亀裂の向きに対応した二次磁束の方向偏移を有利に検出し、それによってプローブ１００に全方向性感度を付与する。
【００１５】
感知コイル１１０及び／又は駆動コイル１２０の間には、望ましくはたわみ性基板（やはり参照番号１１６で表す）であり得る絶縁基板層１１６が配置されている。かかる層用の例示的なたわみ性材料はポリイミドであり、その一例はＫａｐｔｏｎ（Ｅ．Ｉ．  ｄｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ（ウィルミントン、米国デラウェア州）の登録商標）である。さらに詳しくは、感知コイル１１０及び／又は駆動コイル１２０はたわみ性基板１１６上に形成されている。たわみ性基板１１６同士を固定するため、たわみ性基板１１６は例えば柔軟な接着剤層で互いに接着されるか、或いはその他の方法で物理的に安定な配列状態に結合されてコイル堆積物１１２を形成している。
【００１６】
図４及び５には、感知コイル１１０又は駆動コイル１２０の若干の例示的な形状が、例えば、ダイヤモンド形コイル４００又は長方形コイル５００として示されている。さらに、堆積物１１２は、例えばダイヤモンド形コイルのように同一（又は共通）の幾何学的形状を有する感知コイル１１０を含み得ることが理解されよう。別の実施形態では、堆積物１１２中の感知コイル１１０の１以上が他の感知コイル１１０とは異なる幾何学的形状を有していてもよい。例えば、一部の感知コイル１１０がダイヤモンド形のものであり、一部が長方形のものであってもよい。
【００１７】
さらに、本発明の一実施形態に従えば、駆動コイル１２０は感知コイル１１０の１つであり得る。例えば、特定の所望磁界を発生させるため、駆動コイル１２０は感知コイル１１０の幾何学的形状に基づいて感知コイル１１０の中から選択できる。別法として、例えば図２に示すように、駆動コイル１２０は感知コイル１１０とは別個のものであってもよい。
【００１８】
渦電流コイル１１０及び１２０の単一の堆積物１１２を含む全方向性渦電流プローブ１００に加えて、全方向性渦電流アレイプローブ６００が開示されており、図６〜８に図示されている。例えば図６に示すように、複数の堆積物１１２が全方向性渦電流アレイプローブ６００を形成するように配列されている。プローブ６００は、上述のように、渦電流計測器１３０に接続できる。堆積物１１２は図２及び３に関連して上記に記載されている。複数の電気結線１２４により、それぞれの堆積物１１２中の渦電流コイル１１０及び１２０は機能的に接続されている。ここで、図６に示すような回路構成要素１２４は、堆積物１１２中の電気結線を単に図解するものにすぎないことが理解されよう。
【００１９】
特定の実施形態に従えば、プローブ６００中の各堆積物６００は同種のものであって、各堆積物１１２中には同数の感知コイル１１０及び駆動コイル１２０が含まれている。さらに詳しくは、コイル１１０及び１２０の各々は堆積物１１２中で対応する配列順序（レベル）に位置している。さらに特定の実施形態に従えば、コイル１１０及び１２０の各々は別の堆積物１１２中で同じレベルにあるそれぞれのコイルと同じ幾何学的形状を有している。図６に示すプローブ６００は複数の基板１１６も含んでいて、各基板１１６は１以上の対をなす感知コイル１１０の間に配置されている。上述のように、基板１１６は１対の感知コイル１１０を電気的に絶縁している。図７の例示的な実施形態では、複数のコイル（感知コイル１１０及び駆動コイル１２０）が、たわみ層であり得る単一の拡大絶縁基板層１１６上に形成されている。上述のように、拡大基板層１１６は類似の基板層に接着されるか、或いはその他の方法で物理的に安定な配列状態に結合されて総合堆積物７１２を形成し得る。ここで使用する「総合堆積物」という用語は、基板層１１６の堆積物を意味する。複数のコイル（感知コイル１１０及び駆動コイル１２０）が各基板層上に形成されているので、例えば図７に示されるように、総合堆積物７１２は複数の個別堆積物１１２を包含している。図７の例示的な実施形態では、図示の通り、基板１１６はそれぞれの感知コイル１１０及び駆動コイル１２０がそれぞれの主軸１１４に沿って整列するように重ね合わされている。図７に示す通り、各堆積物１１２中の感知コイル１１０は回転方向について互いにねじれの位置にある。回路構成要素（図示せず）により、堆積物１１２中の感知コイル１１０は相互接続されている。特定の実施形態に従えば、回路構成要素はさらに、アレイプローブ６００を渦電流計測器（図示せず）のような外部の計器に接続している。同様に、回路構成要素（図示せず）は堆積物１１２の駆動コイル１２０を渦電流計測器のような外部の計器に接続している。コイル１１０及び１２０は所定の堆積物１１２中で同一又は相異なる幾何学的形成を有し得ること、さらに総合堆積物７１２の特定の層中のコイル１１０又は１２０も同一又は相異なる幾何学的形成を有し得ることが理解されよう。
【００２０】
全方向性渦電流アレイプローブ６００の別の実施形態を図８に示す。図示のように、望ましくはたわみ性絶縁層である基板１１６は隣接する層に対して部分的にずらして配置されている結果、隣接する層中のコイル１１０及び１２０の中心８０２及び８０４がずれている。そのため、コイル堆積物１１２の主軸１１４は基板１１２に対して傾いている。このように層を部分的にずらした配列は、プローブ６００のカバー範囲を大きくするので有利である。
【００２１】
図６〜８に示した実施形態では、全方向性渦電流アレイプローブ６００は、所定のコイル堆積物１１２中のコイル１１０を接続することに加え、所定レベル６１６又は層７１６中の感知コイル１１０をコイル堆積物１１２間で接続する回路構成要素も含み得ることを理解すべきである。同様に、駆動コイル１２０も堆積物１１２で接続することができる。さらに、図６〜８に示した実施形態では、コイル堆積物１１２は、プローブ６００中の他のコイル堆積物１１２中のそれぞれのコイル１１０及び１２０と同一又は異なる幾何学的形状のコイル１１０及び１２０を含み得る。図６、７及び８に示したこの実施形態及び関連する実施形態では、特定の堆積物１１２中の駆動コイル１２０は別の堆積物１１２中の駆動コイル１２０と異なる層中に配置し得ることを理解すべきである。
【００２２】
上述の実施形態及びその同等物によれば、全方向性表面きず検査システムを有利に実現できる。本発明では様々な修正や別の形態の使用が可能であるが、例示目的のために特定の実施形態を図面中に示し、本明細書中で詳しく説明した。しかし、本発明は開示された特定の形態のみに限定されないことを理解すべきである。それどころか、本発明は、特許請求の範囲で定義される本発明の技術的思想及び技術的範囲に含まれる修正、同等物及び代替物のすべてを包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る全方向性渦電流検査システムの一実施形態を示す。
【図２】単一の渦電流堆積物を有する全方向性渦電流プローブの分解斜視図である。
【図３】図２に示した単一の渦電流堆積物の上面図である。
【図４】ダイヤモンド形の渦電流コイルを示す。
【図５】長方形の渦電流コイルを示す。
【図６】複数の渦電流堆積物を含む全方向性渦電流アレイプローブの一実施形態の分解斜視図である。
【図７】全方向性渦電流アレイプローブの別の実施形態の分解斜視図である。
【図８】部分的にずらして配列した複数の層を含む全方向性渦電流アレイプローブの別の実施形態の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０  全方向性渦電流検査システム
１２  検査対象
１４  表面
１００  全方向性渦電流プローブ
１１０  感知コイル
１１２  堆積物
１１４  主軸
１１６  基板
１２０  駆動コイル
１２４  電気結線
１３０  渦電流計測器
６００  全方向性渦電流アレイプローブ
６１６  レベル
７１２  総合堆積物
【図１】
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【図２】
2005091357.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005091357.tif 000008
【図７】
2005091357.tif 000009
【図８】
2005091357.tif 000010
【外国語明細書】
2005091357000001.pdf