(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気計測による探傷方法において、
断面がコの字形状のフェライトコアの中央に巻回されるトラック状の励磁コイルと、前記断面がコの字形状のフェライトコアの複数の脚にそれぞれ巻回され、マトリクス状に配置されるサーチコイルを有するセンサーを導電性を有する被探傷体上に配置し、前記励磁コイルに供給する励磁信号を生成する多重周波数励磁信号発生手段と、前記センサーからの出力を取り込むパワースペクトル評価装置とを備え、前記センサーで前記被探傷体を走査することにより、前記多重周波数と前記被探傷体の傷の形状に対応した渦電流の変化を示す、周波数及び走査方向の関数を表すスペクトログラムを得て、該スペクトログラムを解析し、前記被探傷体の探傷を行うことを特徴とする磁気計測による探傷方法。
【請求項２】
請求項１記載の磁気計測による探傷方法において、前記励磁コイルに入力される励磁信号は、複数の信号を合成した多重周波数励磁信号であることを特徴とする磁気計測による探傷方法。
【請求項３】
請求項２記載の磁気計測による探傷方法において、前記励磁信号は、４〜１９ｋＨｚの周波数を持つ正弦波からなることを特徴とする磁気計測による探傷方法。
【請求項４】
請求項２記載の磁気計測による探傷方法において、前記スペクトログラムの解析により、前記被探傷体の傷の３次元形状を計測することを特徴とする磁気計測による探傷方法。
【請求項５】
請求項２記載の磁気計測による探傷方法において、前記スペクトログラムの解析により、前記被探傷体の傷の位置を計測することを特徴とする磁気計測による探傷方法。
【請求項６】
磁気計測による探傷装置において、
（ａ）断面がコの字形状のフェライトコアの中央に巻回されるトラック状の励磁コイルと、前記断面がコの字形状のフェライトコアの複数の脚にそれぞれ巻回され、マトリクス状に配置されるサーチコイルを有するセンサーと、
（ｂ）導電性を有する被探傷体と、
（ｃ）前記励磁コイルに供給する励磁信号を生成する多重周波数励磁信号発生手段と、
（ｄ）前記センサーからの出力を取り込むパワースペクトル評価装置と、
（ｅ）前記センサーを前記被探傷体上に配置し、前記センサーで前記被探傷体を走査することにより、前記センサーからの出力を前記パワースペクトル評価装置に取込み、前記多重周波数と前記被探傷体の傷の形状に対応した渦電流の変化を示す、周波数及び走査方向の関数を表すスペクトログラムを得て、該スペクトログラムを解析し、前記被探傷体の探傷を行う手段とを具備することを特徴とする磁気計測による探傷装置。
【請求項７】
請求項６記載の磁気計測による探傷装置において、前記センサーは、両側の下部に複数の脚を有するフェライトコアと、該フェライトコアの中央に配置される励磁コイルと、前記フェライトコアの脚に巻回されるサーチコイルとを具備することを特徴とする磁気計測による探傷装置。
【請求項８】
請求項７記載の磁気計測による探傷装置において、前記複数の脚をマトリクス状に配置することを特徴とする磁気計測による探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気計測による探傷方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、探傷装置としては、超音波が用いられているが、この装置では、解析度の面で限界があった。
【０００３】
一方、導電性を有する渦電流非破壊試験においては、励磁コイルは実験中の金属で渦電流を発生する。金属の欠陥はその渦電流を摂動させ（乱し）、その結果が金属表面上の磁界に反映される。この磁界での摂動を検知するには、別々のコイルを励磁又は検知に用いる場合、励磁コイルのインピーダンスにおける変化か、又は二次コイルにおける誘導電圧の変化をもって観測することが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の誘導電圧の変化を観測する方法では、残念ながらその誘導電圧の変化は非常に小さいのが普通である。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するために、簡単な構造の差動渦電流型センサーを用いて、感度が良好で精度の高い磁気計測による探傷方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕磁気計測による探傷方法において、断面がコの字形状のフェライトコアの中央に巻回されるトラック状の励磁コイルと、前記断面がコの字形状のフェライトコアの複数の脚にそれぞれ巻回され、マトリクス状に配置されるサーチコイルを有するセンサーを導電性を有する被探傷体上に配置し、前記励磁コイルに供給する励磁信号を生成する多重周波数励磁信号発生手段と、前記センサーからの出力を取り込むパワースペクトル評価装置とを備え、前記センサーで前記被探傷体を走査することにより、前記多重周波数と前記被探傷体の傷の形状に対応した渦電流の変化を示す、周波数及び走査方向の関数を表すスペクトログラムを得て、そのスペクトログラムを解析し、前記被探傷体の探傷を行うようにしたものである。
【０００７】
〔２〕上記〔１〕記載の磁気計測による探傷方法において、前記励磁コイルに入力される励磁信号は、複数の信号を合成した多重周波数励磁信号である。
【０００８】
〔３〕上記〔２〕記載の磁気計測による探傷方法において、前記励磁信号は、４〜１９ｋＨｚの周波数を持つ正弦波からなる。
【０００９】
〔４〕上記〔２〕記載の磁気計測による探傷方法において、前記スペクトログラムの解析により、前記被探傷体の傷の３次元形状を計測する。
【００１０】
〔５〕上記〔２〕記載の磁気計測による探傷方法において、前記スペクトログラムの解析により、前記被探傷体の傷の位置を計測する。
【００１１】
〔６〕磁気計測による探傷装置において、断面がコの字形状のフェライトコアの中央に巻回されるトラック状の励磁コイルと、前記断面がコの字形状のフェライトコアの複数の脚にそれぞれ巻回され、マトリクス状に配置されるサーチコイルを有するセンサーと、導電性を有する被探傷体と、前記励磁コイルに供給する励磁信号を生成する多重周波数励磁信号発生手段と、前記センサーからの出力を取り込むパワースペクトル評価装置と、前記センサーを前記被探傷体上に配置し、前記センサーで前記被探傷体を走査することにより、前記センサーからの出力を前記パワースペクトル評価装置に取込み、前記多重周波数と前記被探傷体の傷の形状に対応した渦電流の変化を示す、周波数及び走査方向の関数を表すスペクトログラムを得て、そのスペクトログラムを解析し、前記被探傷体の探傷を行う手段とを具備する。
【００１２】
〔７〕上記〔６〕記載の磁気計測による探傷装置において、前記センサーは、両側の下部に複数の脚を有するフェライトコアと、このフェライトコアの中央に配置される励磁コイルと、前記フェライトコアの脚に巻回されるサーチコイルとを具備する。
【００１３】
〔８〕上記〔７〕記載の磁気計測による探傷装置において、前記複数の脚をマトリクス状に配置する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施例を示す磁気計測による探傷センサーの構成図であり、図１（ａ）はその探傷センサーの上面斜視図、図１（ｂ）はその探傷センサーの底面斜視図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【００１６】
これらの図に示すように、このセンサー１は断面がコの字形状のフェライトコア３に励磁コイル２とサーチコイル（ピックアップコイル）５が組になって構成されている。すなわち、断面がコの字形状のフェライトコア３の中央に巻回されるトラック状の励磁コイル２と、断面コの字形状のフェライトコア３の複数の脚４にそれぞれ巻回されるサーチコイル５とを備えている。また、その複数の脚４をマトリクス状に配置する。なお、このセンサー１のサイズは、図１（ｃ）において、Ｌ1 は３ｍｍ、Ｌ2 は１０ｍｍ、Ｌ3 は１５ｍｍである。
【００１７】
励磁コイル２の巻数は例えば２００であり（０．２ｍｍ径）、１４個のサーチコイルはそれぞれ、例えば巻数１００（０．０４ｍｍ径）である。サーチコイル５が複数あることにより、このセンサー１のみによって同時に渦電流の変化に基づく磁界の測定を行い、被探傷体の探傷を行うことができる。
【００１８】
すなわち、センサー１は、両側の下部に複数の脚４を有するフェライトコア３と、このフェライトコア３の中央に配置される励磁コイル２と、前記フェライトコア３の複数の脚４に巻回されるサーチコイル５とを具備する。
【００１９】
また、このセンサー１を用いて測定を行うために、コンピュータ制御システムを構成した。このシステムによって、正確なセンサー立体配置やデータ取得、信号分析、結果の表示が可能になる。このシステムは、渦電流探査、励磁サブシステム、計測増幅器、データ獲得インターフェイス（Ａ／Ｄ変換器）、位置決め装置、コンピュータといった主要成分に分解することが容易である。このコンピュータは、ＧＰＩＢインターフェイスを用いてシステム全体を制御し、入力信号やデータ提示のデジタル信号処理などの機能を果たす。このシステムの概略図を図２に示す。
【００２０】
図２は本発明の実施例を示す磁気計測による探傷システムの模式図である。
【００２１】
この図において、この探傷システムは、探傷を行う被探傷体１０上にセンサー１を配置し、多重周波数励磁信号発生装置２１、電力増幅器２２を介して、センサー１の励磁コイル２に電力が供給される。そして、このセンサー１からの出力は、計測増幅器２３、Ａ／Ｄ変換器（データ獲得インターフェイス）２４を介してパワースペクトル評価装置２５に取り込まれ、このパワースペクトル評価装置２５内において、信号処理部２５Ａを介して、センサー１の走査点におけるスペクトル２５Ｂと、それらの走査点のデータを総合して得られるスペクトログラム２５Ｃを得ることができる。
【００２２】
なお、スペクトル２５Ｂの一例が図３に示されている。図３において、横軸は周波数（ｋＨｚ）、縦軸は振幅評価（ｍＶ）を示している。
【００２３】
このように、励磁コイル２は、電力増幅器２２を介して多重周波数励磁信号発生装置２１に接続され、多重周波数励磁信号発生装置２１は、選択した高調波を含む合成信号を用いている。サーチコイル５から得られたアナログ信号は、計測増幅器２３を介してＡ／Ｄ変換器２４によってデジタル形式に変換され、上記したように、パワースペクトル評価装置２５によって、被探傷体の探傷を行う。
【００２４】
以下、本発明の実験例を示す磁気計測による探傷について説明する。
【００２５】
図４は本発明の実施例を示す磁気計測による探傷を行うための実験標本を示す図であり、図４（ａ）はその実験標本の裏面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【００２６】
これらの図に示すように、被探傷体としての実験標本は、被探傷体としてのインコネル６００（ＩＮＣＯＮＥＬ  ６００）の厚さ５ｍｍの方形プレート３１から構成され、方形の傷としての亀裂（傷）３２を一つずつ有する。
【００２７】
また、方形プレートの比透磁率及び導電率は、それぞれ１（無単位）、１．０×１０6 Ｓ／ｍである。実験標本の面積は、周辺効果がなくとも測定に十分な大きさ（２５０ｍｍ×１２０ｍｍ）である。各亀裂３２は被探傷体としての方形プレートの中央に配置され、亀裂３２が方形プレート３１の長手方向の軸と直交するように並べられた。亀裂３２は幅５ｍｍ、長さ５〜２０ｍｍであったが、深さは１．０ｍｍから４．０ｍｍに達した。データは探査位置の関数として集めた。
【００２８】
第１の測定は、０．３ｍｍのリフトオフで正方形領域上の探査を走査して行った。あらゆる実験から、２例が選ばれ、その結果を図５及び図６に示す。
【００２９】
ここで、図５はセンサーが配置される反対側の亀裂によって生じる信号を示しており、実験標本５×１０ｍｍ、亀裂の深さは１ｍｍ、励磁周波数７ｋＨｚであり、Ｘ軸とＹ軸は単位がｍｍであり、高さＵはｍＶを示している。図６も同様にセンサーが配置される裏面側の亀裂によって生じる信号を示しており、実験標本５×５ｍｍ、亀裂の深さは２ｍｍ、励磁周波数７ｋＨｚであり、Ｘ軸とＹ軸は単位がｍｍであり、高さＵはｍＶを示している。
【００３０】
第２の測定は、スロット軸と直交する線に沿って探査を１ｍｍごとに走査して行った。４〜１９ｋＨｚの周波数を持つ正弦波（ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ  ｓｉｇｎａｌ）から構成される多重周波数励磁信号を用いてこの測定結果を出した。このスペクトログラムを図７及び図８に示す。
【００３１】
つまり、図７のスペクトログラムはセンサーが配置される反対側の亀裂を簡単に識別することができることを示している。ここで、図７（ａ）は亀裂の深さが１ｍｍの場合、図７（ｂ）は亀裂の深さが２ｍｍの場合、図７（ｃ）は亀裂の深さが３ｍｍの場合、図７（ｄ）は亀裂の深さが４ｍｍの場合をそれぞれを示している。
【００３２】
図８のスペクトログラムはセンサーが配置される同じ側の亀裂を簡単に識別する図である。なお、図８（ａ）は亀裂の深さが１ｍｍの場合、図８（ｂ）は亀裂の深さが２ｍｍの場合、図８（ｃ）は亀裂の深さが３ｍｍの場合、図８（ｄ）は亀裂の深さが４ｍｍの場合のそれぞれを示している。
【００３３】
本発明によれば、次に述べるように、３次元形状の種々の傷を探傷することができる。
【００３４】
図９はステンレススチール板の裏面に５×１５ｍｍで深さ１ｍｍの傷によって生じる信号を示す図であり、図９（ａ）はその被探傷体を示す斜視図、図９（ｂ）は本発明のセンサーによって得られる信号を示す図である。
【００３５】
これによれば、図９（ｂ）から明らかなように、長方形の傷があることが分かる。
【００３６】
図１０はステンレススチール板の裏面に５×１０ｍｍで深さ２ｍｍの傷によって生じる信号を示す図であり、図１０（ａ）はその被探傷体を示す斜視図、図１０（ｂ）は本発明のセンサーによって得られる信号を示す図である。
【００３７】
これによれば、図１０（ｂ）から明らかなように、図９（ｂ）と比較すると、少し深い目の長方形の傷があることが分かる。
【００３８】
図１１はステンレススチール板の裏面に直径５ｍｍで深さ３ｍｍの円柱状の傷によって生じる信号を示す図であり、図１１（ａ）はその被探傷体を示す斜視図、図１１（ｂ）は本発明のセンサーによって得られる信号を示す図である。
【００３９】
これによれば、図１１（ｂ）から明らかなように、円柱状の傷があることが分かる。
【００４０】
このように、本発明によれば、その傷の３次元形状（２次元形状や深さ）やその傷の位置も正確に測定することができる。
【００４１】
ここに示した結果により、本発明のセンサーが亀裂の検知やその認識を行うのに非常に有用であることが実証された。
【００４２】
以上述べた全ての操作の後、結果的に生じた信号はスペクトログラムの生成に使用される。将来的に、このスペクトログラムは、ニューラルネットワークを用いた欠陥の同定に用いられるであろう。
【００４３】
また、本発明によれば、超電導、電子部品、タンクや炉等の被破壊検査による探傷に威力を発揮すると思われる。
【００４４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４５】
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００４６】
（Ａ）簡単な構造の差動渦電流型センサーでもって、感度が良好で精度の高い磁気計測による探傷を行うことができる。
【００４７】
（Ｂ）被探傷体の欠陥の３次元形状やその位置を正確に測定することができる。
【００４８】
（Ｃ）差動渦電流型センサーのサーチコイルをマトリクス状に配置することにより、評価プロセスを高速にし、的確な磁気計測による探傷を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示す磁気計測による探傷装置の探傷センサーの構成図である。
【図２】  本発明の実施例を示す磁気計測による探傷システムの模式図である。
【図３】  本発明の実施例を示すセンサーの走査点におけるスペクトルを示す図である。
【図４】  本発明の実施例を示す磁気計測による探傷を行うための実験標本を示す図である。
【図５】  本発明の実施例を示すセンサーが配置される反対側の亀裂（深さ１ｍｍ）によって生じる信号を示す図である。
【図６】  本発明の実施例を示すセンサーが配置される反対側の亀裂（深さ２ｍｍ）によって生じる信号を示す図である。
【図７】  本発明の実施例を示す探傷装置によるスペクトログラム（その１）を示す図である。
【図８】  本発明の実施例を示す探傷装置によるスペクトログラム（その２）を示す図である。
【図９】  ステンレススチール板の裏面に５×１５ｍｍで深さ１ｍｍの傷によって生じる信号を示す図である。
【図１０】  ステンレススチール板の裏面に５×１０ｍｍで深さ２ｍｍの傷によって生じる信号を示す図である。
【図１１】  ステンレススチール板の裏面に直径５ｍｍで深さ３ｍｍの円柱状の傷によって生じる信号を示す図である。
【符号の説明】
１    センサー
２    励磁コイル
３    フェライトコア
４    脚
５    サーチコイル（ピックアップコイル）
１０    被探傷体
２１    多重周波数励磁信号発生装置
２２    電力増幅器
２３    計測増幅器
２４    Ａ／Ｄ変換器（データ獲得インターフェイス）
２５    パワースペクトログラム評価装置
２５Ａ    信号処理部
２５Ｂ    センサーの走査点におけるスペクトル
２５Ｃ    スペクトログラム
３１    被探傷体（方形プレート）
３２    亀裂
【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】
0003964061.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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