(57)【要約】【課題】深層部分及び欠陥胴体部の欠陥検出が可能で、欠陥の識別及び評価を高精度に行うことが可能な渦電流探傷センサを提供する。【解決手段】複数の励磁コイル４と少なくとも１個の検出コイル５とを備えた渦電流探傷センサにおいて、検出コイル５のコイル軸Ｐ−Ｐを検査面に対して水平となるように配置する。励磁コイル４のコイル軸Ｐ−Ｐは、検査面に対して水平とすることもできるし、垂直とすることもできる。励磁コイル４及び検出コイル５の内側には磁性材３を挿入することもできる。励磁コイル４及び検出コイル５を実装する基板の形状は、平面形とすることもできるし、円筒形とすることもできる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の励磁コイルと少なくとも１個の検出コイルとを備えた渦電流探傷センサにおいて、前記検出コイルのコイル軸を検査面に対して水平となるように配置したことを特徴とする渦電流探傷センサ。
【請求項２】
前記複数の励磁コイルのコイル軸を検査面に対して水平となるように配置したことを特徴とする請求項１に記載の渦電流探傷センサ。
【請求項３】
前記複数の励磁コイルのコイル軸を検査面に対して垂直となるように配置したことを特徴とする請求項１に記載の渦電流探傷センサ。
【請求項４】
前記励磁コイル及び前記検出コイルの内側に磁性材を挿入したことを特徴とする請求項１に記載の渦電流探傷センサ。
【請求項５】
平面形に形成された基板の表面に前記複数の励磁コイルと前記少なくとも１個の検出コイルとを交互に配列したことを特徴とする請求項１に記載の渦電流探傷センサ。
【請求項６】
円筒形に形成された基板の円周方向に前記複数の励磁コイルと前記少なくとも１個の検出コイルとを交互に配列したことを特徴とする請求項１に記載の渦電流探傷センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦電流探傷センサに係り、特に、複数の励磁コイルを備えた多励磁型の渦電流探傷センサにおける検出コイルの配列構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
渦電流探傷法は、検査面上をセンサで機械的に走査しながらセンサに備えられた励磁コイルに交流電圧を印加して導体からなる検査体の表面に渦電流を発生させ、欠陥がある部分に渦電流を発生させたときに検出コイルに表れる信号の変化を観測することにより、欠陥の有無やその位置を判定する非破壊検査方法である。同法は、表面感度が高い、高速かつ非接触な探傷が可能、信号処理及び信号記録が容易、自動探傷及び遠隔操作に適しているという利点を有するが、表皮効果により板厚方向に渦電流が減衰するため厚板の裏面の探傷などには不向きであるという問題点を有しており、従来においては、例えば熱交換器伝熱管の内表面や炉内構造物の表面など、検査体の表面欠陥の検出に利用が限られていた。
【０００３】
近年、前述のような渦電流探傷法が有する種々の利点に着目し、例えば伝熱管の外面割れを管内から検査可能なセンサや炉内構造物の裏面側開口欠陥を検出可能なセンサなど、深層部分の欠陥を検出可能な渦電流探傷センサの開発が進められている。
【０００４】
深層部分の欠陥を検出可能な渦電流探傷センサとしては、従来より、複数の励磁コイルを備えた多励磁型渦電流探傷センサが知られている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照。）。
【０００５】
特許文献１に記載の探傷プローブは、コイル軸が検査面に対して垂直方向に向くように配置された２個の励磁コイルと、同じくコイル軸が検査面に対して垂直方向に向くように配置されかつ前記２個の励磁コイルの間に設置された１個の検出コイルとを有している。各励磁コイルには互いに逆向きの励磁電流が流される。これにより、各励磁コイルの間の領域で渦電流が重ね合わされ、検出コイルの下に平坦かつ深層部分にまで達する渦電流分布が形成される。
【０００６】
一方、非特許文献１に記載の探傷プローブは、コイル軸が検査面に対して平行に向くように配置された２個を１組とする２組の励磁コイル（合計４個）と、コイル軸が検査面に対して垂直方向に向くように配置されかつ前記２組の励磁コイルの間に設置された１個の検出コイルとを有している。前記４個の励磁コイルは、内側の２個の励磁コイルと外側の２個の励磁コイルが作り出す磁場の極性が常に逆向きであるように結線されており、外側の２個の励磁コイルによる渦電流が検査面で等しくなるように励磁電流が調整される。これにより、各励磁コイルの間の領域で渦電流が重ね合わされ、検出コイルの下に平坦かつ深層部分にまで達する渦電流分布が形成される。
【０００７】
かかる構成の探傷プローブにおいては、検出コイルで自己差動型の信号が観測される。以下、検出コイルの自己差動特性について説明する。図１２及び図１３は、検出コイルの自己差動特性を説明する図であり、符号４は励磁コイル、符号５は検出コイル、符号Ｅは検査体、符号Ｄは欠陥、符号Ｊは検査体Ｅに生じる一様な渦電流を示している。本例においては、説明を単純化するため、検出コイル５として矩形のコイルを用いた場合を想定している。励磁コイル４による渦電流Ｊが検出コイル５の近傍で図１２のように流れている場合、検出される信号は次式で与えられる。
【数１】
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【０００８】
ここで、Ｖは誘起電圧信号、Ｅは電場、ｄｌは微分線路長である。式１より、線分ａ−ｂ及び線分ｃ−ｄの区間では、電界方向と巻線路の方向が直角であるため、誘起電圧は発生しない。これに対して、線分ｂ−ｃ及び線分ｄ−ａの区間では、誘起電圧が発生し、両区間での誘起電圧は正負が反転している。即ち、センサからの信号は、検出コイル５の線分ｂ−ｃと線分ｄ−ａの区間での差分信号として観測される（自己差動特性）。
【０００９】
欠陥Ｄがｘ軸方向に長さをもち、かつ各コイル４，５がｘ軸方向に配列された渦電流探傷センサをｘ軸方向に走査する条件での検出コイル５によって検出される信号の信号波形を図１３に示す。ケース（Ａ）においては、線分ｂ−ｃ区間に欠陥Ｄが存在するため、渦電流の進路が妨げられている。その結果、線分ｂ−ｃ区間の渦電流量及び電界Ｅも減少し、誘起電圧Ｖは負電圧となる。ケース（Ｂ）においては、欠陥Ｄが検出コイルの中央に存在する。この場合、線分ｂ−ｃ及び線分ｄ−ａでは渦電流量及び電界は共に同程度減少するため、誘起電圧Ｖはほぼゼロとなる。ケース（Ｃ）においては、線分ｄ−ａ区間に欠陥が存在するため、渦電流の進路が妨げられている。その結果、ケース（Ａ）とは逆に誘起電圧Ｖは正電圧となる。このように、自己差動型の渦電流探傷センサでは、欠陥Ｄの端で最大或いは最小となる信号波形が観測される。このような信号波形は円筒形の検出コイルを用いた場合も同様である。
【特許文献１】特開２００３−２７０２１４号公報
【非特許文献１】ラディスラブ  ヤノーセック他３名、「肉厚材に渦電流探傷法を適用するための新しい励磁手法の提唱」、非破壊検査第５４巻４号（２００５）、ｐｐ．２０６−２１１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述のように、従来構造の渦電流探傷センサは、検出センサ５のコイル軸が検査面に対して垂直方向に向けられているので、欠陥Ｄの端部しか検出することができず、精密な欠陥の識別並びに正確な欠陥の数及び寸法の評価が困難である。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術を補うためになされたものであって、その目的は、深層部分及び欠陥胴体部の検出が可能で、欠陥の識別及び評価を高精度に行うことが可能な渦電流探傷センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前記課題を達成するため、第１に、複数の励磁コイルと少なくとも１個の検出コイルとを備えた渦電流探傷センサにおいて、前記検出コイルのコイル軸を検査面に対して水平となるように配置したことを特徴とする。
【００１３】
第２に、前記第１の渦電流探傷センサにおいて、前記複数の励磁コイルのコイル軸を検査面に対して水平となるように配置したことを特徴とする。
【００１４】
第３に、前記第１の渦電流探傷センサにおいて、前記複数の励磁コイルのコイル軸を検査面に対して垂直となるように配置したことを特徴とする。
【００１５】
第４に、前記第１の渦電流探傷センサにおいて、前記励磁コイル及び前記検出コイルの内側に磁性材を挿入したことを特徴とする。
【００１６】
第５に、前記第１の渦電流探傷センサにおいて、平面形に形成された基板の表面に前記複数の励磁コイルと前記少なくとも１個の検出コイルとを交互に配列したことを特徴とする。
【００１７】
第６に、前記第１の渦電流探傷センサにおいて、円筒形に形成された基板の円周方向に前記複数の励磁コイルと前記少なくとも１個の検出コイルとを交互に配列したことを特徴とする。
【００１８】
検出コイルのコイル軸を検査面に対して水平となるように配置すると、矩形の検出コイルを想定した場合、当該検出コイルの１辺のみが検査面側に配置され、これと対向する他の１辺は、検査面から離隔した位置に配置される。即ち、前記他の１辺は、リフトオフの影響を受けることになる。したがって、この検出コイルで検出される誘起電圧信号は、式１の第１項目或いは第２項目のどちらか一方が無視できるレベルに小さくなるので、図１３に示したと同様に一方向に長さをもつ欠陥の長さ方向に本発明の渦電流探傷センサを走査した場合、欠陥の中央部で振幅が最大となる信号波形が観測される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の渦電流探傷センサは、複数の励磁コイルと少なくとも１個の検出コイルとを備えた渦電流探傷センサにおいて、前記検出コイルのコイル軸を検査面に対して水平となるように配置したので、欠陥の胴体部にも感度をもち、精密な欠陥の識別並びに正確な欠陥の数及び寸法の評価が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
〈渦電流探傷システム〉
本発明に係る渦電流探傷センサの説明に先立ち、当該渦電流探傷センサを用いた渦電流探傷システムの構成を図１及び図２に基づいて説明する。図１は実施形態に係る渦電流探傷システムの構成図、図２は実施形態に係る渦電流探傷器の構成図である。
【００２１】
図１に示すように、本例の渦電流探傷システムは、渦電流探傷センサ１１と、渦電流探傷センサ１１が装着されたＸＹＺステージ１２と、ＸＹＺステージ１２の位置制御回路１３と、渦電流探傷センサ１１に対する励磁電流の供給及び渦電流探傷センサ１１からの誘起電圧信号の検出を行う渦電流探傷器１４と、位置制御回路１３を介してＸＹＺステージ１２の駆動を制御すると共に渦電流探傷器１４を介して渦電流探傷センサ１１の駆動を制御するコンピュータ１５と、前記各部の動作状態や渦電流探傷センサ１１により検出された誘起電圧信号等を表示するモニタ１６とから構成されている。ＸＹＺステージ１２、位置制御回路１３、渦電流探傷器１４、コンピュータ１５及びモニタ１６は市販品を用いることができる。
【００２２】
前記渦電流探傷器１４は、図２に示すように、発信器２１、ブリッジ回路２２、差動増幅器２３、検波器２４、補正器２５で構成される。発信器２１は、渦電流探傷センサ１１に備えられた励磁コイルに印加されると共にブリッジ回路２２の基準信号として利用される特定周波数の電圧信号を発生する。ブリッジ回路２２は、渦電流探傷センサ１１に備えられた検出コイルからの信号と差動増幅器２３の基準信号となる電圧値とを出力する。両信号は差動増幅器２３に入力され、その出力信号は検波器２４によって整流されて交流信号の振幅に比例した直流電圧に変換される。補正器２５では、その直流信号の変化分のみを抽出し、渦電流探傷器１３の検出信号として出力する。
【００２３】
本例の渦電流探傷システムにおいて、全ての制御は、モニタ１６で状態を監視して、コンピュータ１５で設定を変更する。位置制御回路１３には、コンピュータ１５の設定情報（ＸＹＺ移動距離と移動速度等）が送信され、その情報をもとに位置制御回路１３からＸＹＺステージ１２に電力が送られ、各方向にステージが移動する。また、渦電流探傷器１４には、コンピュータ１５の設定情報（送信周波数や電圧等）が送信され、その情報をもとに渦電流探傷器１４から渦電流探傷センサ１１の励磁コイル側の外部入力端子に設定周波数の交流電圧が印加される。また、渦電流探傷センサ１１の検出コイル側の外部出力端子からの信号電圧は、渦電流探傷器１４に送られる。渦電流探傷器１４内で、前述の所要の信号処理が行われ、その出力信号はデジタル信号としてコンピュータ１５に送信される。この信号がモニタ１６で観測される。これらの各制御は時間的に並列で進行し、各移動位置での信号がモニタリングされる。
【００２４】
以下、本発明に係る渦電流探傷センサ１１の実施形態を、実施例ごとに説明する。
【００２５】
〈渦電流探傷センサの第１実施例〉
図３に、第１実施例に係る渦電流探傷センサ１１の構造を示す。この図から明らかなように、本例の渦電流探傷センサ１１は、２個の励磁コイル４と、１個の検出コイル５と、各コイル４，５内に挿入された磁界集中用の磁性材３と、各コイル４，５を実装する平面形の基板６と、これらを一体化する電磁遮蔽体からなるケース１とから構成されており、１個の検出コイル５を２個の励磁コイル４の間に配置して１列に並べた構造になっている。本例において、励磁コイル４は５ｍｍ角の矩形コイルとし、検出コイル５は３ｍｍ角の矩形コイルとした。ケース１には、励磁コイル４及び検出コイル５の配置位置に穴が加工されている。その穴の中に励磁コイル４及び検出コイル５を配置し、平面形の基板６で封じて固定する。なお、励磁コイル４及び検出コイル５の末端は、図示しない外部入出力端子にそれぞれ接続される。したがって、本例の渦電流探傷センサ１１は、図４に示すように、使用時において各コイル４，５のコイル軸Ｐ−Ｐが検査体Ｅの検査面に対して水平方向に向けられる。なお、本明細書において「コイル軸」とは、図５に示すように、筒状に巻回されたコイルの中心軸をいう。
【００２６】
本例の渦電流探傷センサ１１は、２個の励磁コイル４の間に１個の検出コイル５を配置してなるので、各励磁コイル４に供給される励磁電流の向き及び大きさを制御することにより、各励磁コイル４の間の領域で渦電流が重ね合わされ、検出コイル５の下に平坦かつ深層部分にまで達する渦電流分布が形成される。また、本例の渦電流探傷センサ１１は、検出コイル５のコイル軸Ｐ−Ｐが使用時に検査面に対して水平方向に向けられるので、検出コイル５を平面方向から見たとき、当該検出コイル５の１辺のみが検査面と対向に配置され、これと対向する他の１辺は、検査面から離隔した位置に配置される。つまり、図１３と同様の矩形コイルを想定した場合、図６に示すように、点ａと点ｂ及び点ｃと点ｄが重なり合った形となる。そして、線分ｂ−ｃと線分ｄ−ａでは検査面からの距離が異なるので、各線分の一方はリフトオフの影響を受け、式１の第１項目或いは第２項目のどちらか一方が無視できるレベルに小さくなる。ここでは、線分ｂ−ｃがリフトオフの影響を受けるものとすると、ケース（Ａ）においては、渦電流Ｊの進路が妨げられはじめており、線分ｄ−ａ区間の渦電流量及び電界Ｅも減少する。そのため、誘起電圧Ｖは正電圧で増加傾向となる。また、ケース（Ｂ）においては、欠陥が検出コイルの中央分に存在するが、線分ｄ−ａでは渦電流が完全に妨げられており、誘起電圧Ｖは最大値となる。さらに、ケース（Ｃ）においても、線分ｄ−ａ区間に欠陥がかかっており、誘起電圧Ｖは正電圧であるが減少傾向となる。このように、本例の渦電流探傷センサ１１を用いると、欠陥Ｄの中央部で最大となる振幅波形が観測されるので、欠陥の端部のみならず、胴体部をも検出することができる。
【００２７】
本例の渦電流探傷センサ１１及び特許文献１に記載の渦電流探傷センサを用いて行った探傷試験の結果を述べる。試験体は、厚さ２０ｍｍのＳＵＳ３１６の母材に残存肉厚３ｍｍとなる裏面側開口の模擬欠陥を付与したものを用いた。模擬欠陥の長さは２０ｍｍで幅は１ｍｍである。この試験体上を従来の２励磁型渦電流センサと本発明の渦電流センサで走査し、それぞれの信号波形を比較した。走査長さは８０ｍｍである。図７に従来の２励磁型渦電流センサを走査したときの信号を示し、図８に本例の渦電流探傷センサ１１を走査したときの信号を示す。図７から明らかなように、従来の２励磁型渦電流センサを走査した場合には、模擬欠陥の端部でのみ信号が観測されるが、図８から明らかなように、本例の渦電流探傷センサ１１を走査した場合には、模擬欠陥の胴体部からの信号も観測されている。
【００２８】
〈渦電流探傷センサの第２実施例〉
以下、本発明に係る渦電流探傷センサの第２実施例について説明する。本例の渦電流探傷センサは、第１実施例に係る渦電流探傷センサ１１が、各コイル４，５のコイル軸Ｐ−Ｐを全て検査面に対して水平に配置したのに対して、検出コイル５についてはコイル軸Ｐ−Ｐを検査面に対して水平に配置する構造とし、励磁コイル４についてはコイル軸Ｐ−Ｐを検査面に対して垂直に配置する構造としたことを特徴とする。図９にその構造を示す。２個の励磁コイルには、特許文献１に記載の２励磁型渦電流センサと同様に、逆向きの励磁電流が流される。その他の部分については、第１実施例に係る渦電流探傷センサと同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。
【００２９】
本例の渦電流探傷センサを用いた場合にも、第１実施例に係る渦電流探傷センサを用いた場合と同様の効果が得られる。
【００３０】
〈渦電流探傷センサの第３実施例〉
以下、本発明に係る渦電流探傷センサの第３実施例について説明する。本例の渦電流探傷センサは、第１実施例に係る渦電流探傷センサ１１が、２個の励磁コイル４と、これら２個の励磁コイル４の間に配置された１個の検出コイル５とから構成されているのに対して、３個の励磁コイル４と２個の検出コイル５とを備え、これらの各コイルを交互に配列して、アレイセンサ化したことを特徴とする。図１０にその構造を示す。アレイ化以外の部分については、第１実施例に係る渦電流探傷センサと同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。
【００３１】
本例の渦電流探傷センサを用いた場合、第１実施例に係る渦電流探傷センサを用いた場合と同様の効果が得られるほか、渦電流探傷センサをアレイセンサ化したので、１度の操作で欠陥検査可能な領域を拡大することができ、検査体の検査効率を高めることができる。
【００３２】
〈渦電流探傷センサの第４実施例〉
以下、本発明に係る渦電流探傷センサの第４実施例について説明する。本例の渦電流探傷センサは、第１乃至第３実施例に係る渦電流探傷センサ１１が、平面形に形成された基板６の表面に励磁コイル４と検出コイル５とを配置したのに対して、円筒形に形成された基板７の円周方向に所要数の励磁コイル４と検出コイル５とを交互に配置したことを特徴とする。図１１にその構造を示す。円筒形の基板の周方向に配置したこと以外の部分については、第１実施例に係る渦電流探傷センサと同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
本例の渦電流探傷センサを用いた場合、第１実施例に係る渦電流探傷センサを用いた場合と同様の効果が得られるほか、所要数の励磁コイル４と検出コイル５とを円筒形に形成された基板７の円周方向に交互に配置したので、管状体の内面などを効率よく検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】渦電流探傷システムの構成図である。
【図２】渦電流探傷システムに適用される渦電流探傷器の構成図である。
【図３】第１実施例に係る渦電流探傷センサの構成図である。
【図４】第１実施例に係る渦電流探傷センサのコイル軸と検査面との関係を示す図である。
【図５】コイル軸の説明図である。
【図６】本発明に係る渦電流探傷センサの探傷原理を示す図である。
【図７】従来の２励磁型渦電流センサによる測定結果を示す図である。
【図８】本発明の渦電流探傷センサによる測定結果を示す図である。
【図９】第２実施例に係る渦電流探傷センサの構成図である。
【図１０】第３実施例に係る渦電流探傷センサの構成図である。
【図１１】第４実施例に係る渦電流探傷センサの構成図である。
【図１２】検出コイル近傍の渦電流分布を示す図である。
【図１３】従来の２励磁型渦電流センサの探傷原理を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    ケース
３    磁性材
４    励磁コイル
５    検出コイル
６    平面状基板
７    円筒形基板
Ｄ    欠陥
Ｅ    検査体
Ｊ    渦電流
Ｐ    コイル軸
１１    渦電流探傷センサ
１２    ＸＹＺステージ
１３    渦電流探傷器
１４    位置制御装置
１５    コンピュータ
１６    モニタ
２１    発信器
２２    ブリッジ回路
２３    差動増幅器
２４    検波器
２５    補正器
【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】
2007163263.tif 000011
【図９】
2007163263.tif 000012
【図１０】
2007163263.tif 000013
【図１１】
2007163263.tif 000014
【図１２】
2007163263.tif 000015
【図１３】
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