(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状の励磁コイル内に、複数の縦置き型の検出コイルをコイル面が対向するように所定の間隔で配置し、各検出コイルは、独立して出力を発生するプローブ、そのプローブの各検出コイルのキズ信号を検出するキズ信号検出器、キズ信号検出器のキズ信号により検査体のキズを評価するキズ評価器を備え、キズ評価器は、各検出コイルのキズ信号の極性を比較して極性が逆になるキズ信号により検査体のキズの位置を評価することを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項２】
請求項１に記載の渦電流探傷装置において、キズ評価器は、キズ信号の波形及び位相を表示することを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項３】
請求項１に記載の渦電流探傷装置において、キズ評価器は、キズ信号の位相に基づきキズの深さを評価することを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項４】
請求項１に記載の渦電流探傷装置において、キズ評価器は、キズ信号の位相により検査体の表面のキズか、裏面のキズかを評価することを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項５】
請求項１に記載の渦電流探傷装置において、キズ評価器は、キズ信号の位相により検査体の表面のキズか、裏面のキズか及びキズの深さを評価することを特徴とする渦電流探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、渦電流探傷用プローブとそのプローブを用いた渦電流探傷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０を参照して従来の渦電流探傷装置のプローブを説明する。
渦電流により金属板等のキズを探傷する渦電流探傷装置には、図１０（ａ）のパンケーキ状コイルＣｐを用いた自己誘導型上置プローブが使用されている。コイルＣｐは、励磁コイルと検出コイルを兼ねている。コイルＣｐを金属板等の検査体上に上置し、コイルＣｐに励磁電流を流すと、検査体に渦電流Ｉが発生し、その渦電流Ｉは、コイルＣｐに起電力を発生する。コイルＣｐの直下の検査体にキズがあるときは、渦電流Ｉは、そのキズの部分で変化するため、コイルＣｐの起電力も変化する。渦電流探傷装置は、その起電力の変化を検知してキズを評価している。
【０００３】
コイルＣｐには、渦電流Ｉによる起電力とキズによる渦電流Ｉの変化に起因する起電力、いわゆるキズ信号とが同時に発生する。一方コイルＣｐと検査体との相対距離（以下リフトオフと呼ぶ）が変化すると、渦電流Ｉも変化して、いわゆるリフトオフ雑音を発生するため、キズの評価精度が低下する。
キズの探傷には、プローブを検査体に沿って移動しなければならないため、リフトオフの変化は避けがたく、特に長いキズの場合には、リフトオフの変化をなくすことは困難である。
【０００４】
コイルＣｐを用いた自己誘導型上置プローブのリフトオフ雑音を低減するため、図１０（ｂ）のプローブが提案されている。図１０（ｂ）のプローブは、矩形状の励磁コイルＣｅ内に縦置き型の検出コイルＣｄを配置してある。励磁コイルＣｅに励磁電流を流すと、検査体には励磁コイルＣｅの巻線に沿って渦電流Ｉが発生する。この場合、検出コイルＣｄは、渦電流Ｉの内側に配置されているから、検出コイルＣｄには、渦電流Ｉにより起電力は発生しない。したがって図１０（ｂ）のプローブは、リフトオフ雑音の影響を受けることがない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１０（ａ）又は図１０（ｂ）のプローブによって検査体、例えば圧延材等のキズを探傷する場合、圧延材等の全面にわたってプローブを走査しなければならないから、探傷に長時間を要する。また、プローブを走査する際、図１０（ａ）のプローブの場合には、リフトオフ雑音の影響が大きくなる。
本願発明は、これらの問題点を改善するため、リフトオフ雑音の影響がない図１０（ｂ）のプローブを用いて、探傷時間が短く、かつキズの評価が容易なプローブと、そのプローブを用いた渦電流探傷装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の渦電流探傷装置は、矩形状の励磁コイル内に、複数の縦置き型の検出コイルをコイル面が対向するように所定の間隔で配置し、各検出コイルは、独立して出力を発生するプローブ、そのプローブの各検出コイルのキズ信号を検出するキズ信号検出器、キズ信号検出器のキズ信号により検査体のキズを評価するキズ評価器を備え、キズ評価器は、各検出コイルのキズ信号の極性を比較して極性が逆になるキズ信号により検査体のキズの位置を評価することを特徴とする。
請求項２に記載の渦電流探傷装置は、請求項１に記載の渦電流探傷装置において、キズ評価器は、キズ信号の波形及び位相を表示することを特徴とする。
請求項３に記載の渦電流探傷装置は、請求項１に記載の渦電流探傷装置において、キズ評価器は、キズ信号の位相に基づきキズの深さを評価することを特徴とする。
請求項４に記載の渦電流探傷装置は、請求項１に記載の渦電流探傷装置において、キズ評価器は、キズ信号の位相により検査体の表面のキズか、裏面のキズかを評価することを特徴とする。
請求項５に記載の渦電流探傷装置は、請求項１に記載の渦電流探傷装置において、キズ評価器は、キズ信号の位相により検査体の表面のキズか、裏面のキズか及びキズの深さを評価することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１〜図９を参照して、本願発明の実施の形態を説明する。なお各図に共通の部分は、同じ符号を使用している。
【０００８】
図１は、本願発明の実施の形態に係るプローブの構成を示す。
図１（ａ）は、プローブの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ１−Ｘ１部分の断面図、図１（ｃ），（ｄ）は、プローブを構成するコイルの斜視図である。
プローブは、図１（ａ），（ｂ）のように、矩形状の励磁コイルＣｅ内に、縦置き型の検出コイルＣｄ１〜Ｃｄｎを、コイル面が対向するように所定間隔で配置してある。検出コイルＣｄ１〜Ｃｄｎは、巻き方向が同じで、検出コイル毎に独立してキズ信号を発生する。
励磁コイルＣｅは、図１（ｃ）のように矩形状に巻線を施してある。また検出コイルＣｄ１〜Ｃｄｎの各検出コイルは、図１（ｄ）の検出コイルＣｄのように矩形状に巻線を施してある。
【０００９】
図２は、励磁コイルＣｅが発生する渦電流を説明する図である。
図２（ａ）のように、検査体Ｔに励磁コイルＣｅを上置すると、検査体Ｔには、図２（ｂ）のように、励磁コイルＣｅの巻線に沿って渦電流Ｉが発生する。検査体ＴにキズＴＦがあるときは、図２（ｃ）のように、キズＴＦに起因する渦電流ｉ１，ｉ２が発生する。渦電流ｉ１，ｉ２は、キズＴＦの両側を逆方向に流れる。
【００１０】
図３は、図１のプローブの検出コイルＣｄ１〜Ｃｄｎのキズ信号を検証するため、１個の検出コイルＣｄを走査し、その走査によって検出コイルＣｄに発生するキズ信号の振幅波形を示す。
図３（ａ）は、検出コイルＣｄの走査方向を、図３（ｂ）は、検出コイルＣｄの走査により検出コイルＣｄに発生するキズ信号の振幅波形を示す。図３（ｂ）の横軸は、検出コイルＣｄの走査距離を、縦軸は、キズ信号の最大振幅で正規化した振幅を表している。
【００１１】
図３（ａ）のように、検査体Ｔに励磁コイルＣｅと検出コイルＣｄを上置し、検出コイルＣｄをキズＴＦと直交する矢印方向に走査すると、検出コイルＣｄには、まず渦電流ｉ２により起電力が発生し、いわゆるキズ信号が発生る。検出コイルＣｄがキズＴＦの真上に進むと、検出コイルＣｄには、渦電流ｉ１，ｉ２により逆方向の起電力が発生するため、キズ信号は発生しない。検出コイルＣｄがさらに進み、キズＴＦを外れると、検出コイルＣｄには、渦電流ｉ１によりキズ信号が発生する。検出コイルＣｄに発生するキズ信号の振幅波形は、検出コイルＣｄの走査位置により、図３（ｂ）のように変化する。なお渦電流ｉ１，ｉ２によって発生するキズ信号は、逆極性になるが、図３（ｂ）は、同極性で表示してある。またＬ１，Ｌ２は、キズ信号の振幅が最大振幅の２分の１以上になる範囲を示す。
【００１２】
検出コイルＣｄには、渦電流ｉ１，ｉ２によってキズ信号が発生するが、図２の渦電流Ｉによる起電力は発生しない。即ち検出コイルＣｄには、キズＴＦに起因して発生する渦電流ｉ１，ｉ２によってのみ出力を発生するから、検出コイルＣｄの出力は、リフトオフの変化の影響を受けない。したがって、検出コイルＣｄのキズ信号は、従来のパンケーキ型プローブのようにリフトオフ雑音の影響を受けることがない。Ｓ／Ｎは、従来のパンケーキ型プローブが０．４程度であるのに対して、本実施の形態のプローブは、１２．４程度になる。
【００１３】
ここで、本実施の形態は、次の条件で実験をした。励磁コイルＣｅは、長さ２０ｍｍ、幅９ｍｍ、巻線断面１×１ｍｍ2のものを、検出コイルＣｄは、幅７ｍｍ、高さ９ｍｍ、巻線断面１×１ｍｍ2のものを用い、また検査体Ｔは、１６０×１６０×１．５ｍｍ3の黄銅平板を用い、その黄銅平板に長さ１５ｍｍ、幅０．５ｍｍのキズＴＦを形成して、キズＴＦの評価を行った。なお励磁信号の周波数は、２０ｋＨｚに設定した。
【００１４】
キズ信号の振幅は、キズの深さにより異なるが、図３（ｂ）は、キズＴＦの深さが黄銅平板の厚みの８０％のときの振幅波形である。また図３（ｂ）のＬ１，Ｌ２は、約４．５ｍｍである。仮に検出コイルＣｄの検出範囲をＬ１，Ｌ２に設定する場合には、図１の検出コイルＣｄ１〜Ｃｄｎの各コイルの間隔は、４．５ｍｍ程度に設定すればよい。
【００１５】
図４は、キズＴＦと検出コイルＣｄ１〜Ｃｄｎの位置関係を示し、図５〜図７は、図４のプローブをキズＴＦと平行する矢印方向へ走査したとき、検出コイルＣｄ１〜Ｃｄｎに発生するキズ信号の振幅波形を示す。
図４（ａ）は、キズＴＦが、検出コイルＣｄ２の真下にある場合、図４（ｂ）は、キズＴＦが、検出コイルＣｄ１と検出コイルＣｄ２との中間にある場合、図４（ｃ）は、キズＴＦが、検出コイルＣｄ２と検出コイルＣｄ３との中間にある場合を示す。
図５〜図７の横軸は、プローブの走査距離を、縦軸は、キズ信号の最大振幅で正規化した振幅を表している。また図５〜図７において、（ａ）は、図４の検出コイルＣｄ１のキズ信号を、（ｂ）は、検出コイルＣｄ２のキズ信号を、（ｃ）は、検出コイルＣｄ３のキズ信号を示す。
【００１６】
図４（ａ）の場合、検出コイルＣｄ２には、渦電流ｉ１，ｉ２により逆極性の起電力が発生するから、キズ信号は発生しないが、検出コイルＣｄ１には、渦電流ｉ１により、また検出コイルＣｄ３には、渦電流ｉ２によりそれぞれ逆極性のキズ信号が発生する。図４（ａ）の位置にあるプローブを、キズＴＦと平行に矢印方向へ走査すると、検出コイルＣｄ１，Ｃｄ２，Ｃｄ３に発生するキズ信号の振幅波形は、図５のようになる。図５の場合には、検出コイルＣｄ１，Ｃｄ３のキズ信号は極性が逆になり、検出コイルＣｄ２にはキズ信号が発生しないから、検出コイルＣｄ１，Ｃｄ２，Ｃｄ３のキズ信号の極性と信号の有無により、キズＴＦの位置を評価することができる。
【００１７】
図４（ｂ）の場合、検出コイルＣｄ１には、渦電流ｉ１により、また検出コイルＣｄ２には、渦電流ｉ２によりそれぞれ逆極性のキズ信号が発生するが、検出コイルＣｄ３には、キズ信号は発生しない。図４（ｂ）の位置にあるプローブを、キズＴＦと平行に矢印方向へ走査すると、検出コイルＣｄ１，Ｃｄ２，Ｃｄ３に発生するキズ信号の振幅波形は、図６のようになる。図６の場合には、検出コイルＣｄ１，Ｃｄ２のキズ信号は、逆極性であるから、検出コイルＣｄ１，Ｃｄ２のキズ信号の極性により、キズＴＦの位置を評価することができる。
【００１８】
図４（ｃ）の場合、検出コイルＣｄ２には、渦電流ｉ１により、また検出コイルＣｄ３には、渦電流ｉ２によりそれぞれ逆極性のキズ信号が発生するが、検出コイルＣｄ１には、キズ信号は発生しない。図４（ｃ）の位置にあるプローブを、キズＴＦと平行に矢印方向へ走査すると、検出コイルＣｄ１，Ｃｄ２，Ｃｄ３に発生するキズ信号の振幅波形は、図７のようになる。図７の場合には、検出コイルＣｄ２，Ｃｄ３のキズ信号は、逆極性であるから、検出コイルＣｄ２，Ｃｄ３のキズ信号の極性により、キズＴＦの位置を評価することができる。
【００１９】
図５〜図７から分かるように、キズＴＦの両側にある検出コイルのキズ信号は、極性が逆になるから、検出コイルＣｄ１〜Ｃｄｎのキズ信号の極性を比較することにより、簡単にＴＦの位置を評価することができる。
【００２０】
図８は、検出コイルＣｄ１〜Ｃｄｎのそれぞれに発生するキズ信号の位相とキズの深さとの関係を示す。グラフＦは、キズＴＦが検査体Ｔの表面、即ち励磁コイルＣｅと対向する面にあるときのキズ信号の位相とキズの深さとの関係を示し、グラフＢは、キズＴＦが検査体Ｔの裏面にあるときのキズ信号の位相とキズの深さとの関係を示す。
【００２１】
検出コイルＣｄ１〜Ｃｄｎに発生するキズ信号は、キズＴＦの深さにより、またキズが検査体Ｔの表面にあるか、裏面にあるかにより位相が異なるから、前記のようにキズ信号の振幅波形によりキズＴＦの位置を評価し、キズ信号の位相により、キズＴＦの深さ及び表面のキズか、裏面のキズかを判別することができる。
【００２２】
図９は、本発明の実施の形態に係る渦電流探傷装置のブロック図である。
渦電流探傷装置は、金属板等の検査体Ｔに上置するプローブ２、そのプローブ２に励磁電流を供給する励磁電流供給器１、プローブ２に発生するキズ信号を検出するキズ信号検出器３、及びキズ信号検出器３のキズ信号に基づいてキズの位置、深さ、及び検査体の表面のキズか、裏面のキズを評価するキズ評価器から成る。
【００２３】
プローブ２は、図１のプローブから成り、検出コイルＣｄ１〜Ｃｄｎには、検査体Ｔのキズに起因して発生する渦電流ｉ１，ｉ２により発生する起電力により、キズ信号が発生する。キズ信号検出器３は、検出コイルＣｄ１〜Ｃｄｎの夫々のキズ信号の波形や位相を検出し、キズ評価器４に表示する。キズ評価器４は、ディスプレイやレコーダー等を備えている。キズ評価器４に表示される検出コイルＣｄ１〜Ｃｄｎのキズ信号の波形や位相から、キズの位置、深さ、及び検査体の表面のキズか、裏面のキズか等を評価することができる。キズの深さ及び検査体の表面のキズか、裏面のキズかの評価は、キズ信号検出器３により検出されたキズ信号の位相と図８の関係を利用し、キズの深さ等を直接表示して行うこともできる。
【００２４】
前記実施の形態は、検出コイルに矩形型コイルを用いたが、矩形に限らず、三角形、円形等であってもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本願発明のプローブは、１個の励磁コイル内に、複数の検出コイルを配置してあるから、一個のプローブで広い範囲のキズを探傷することができる。したがって本願発明の渦電流探傷装置は、従来のプローブを用いた渦電流探傷装置に比べ、探傷時間を短縮でき、探傷作業を効率的に行うことができる。かつ本願発明の渦電流探傷装置は、複数の検出コイルのキズ信号の振幅波形を比較して、極性の反転箇所を判別するだけでキズの位置を評価できるから、評価作業が簡単になる。また本願発明の渦電流探傷装置は、前記のようにキズ信号の振幅波形によりキズの位置を評価するとともに、キズ信号の位相によりキズの深さ及び検査体の表面のキズか、裏面のキズかも評価することができる。
【００２６】
本願発明のプローブは、励磁コイルに矩形状のコイルを使用するから、励磁コイル内に配置する検出コイルの個数に関係なく、励磁コイルの幅は、一定にすることができる。したがって本願発明のプローブは、幅を狭くすることができ、小型にできる。また本願発明のプローブの励磁コイルは、励磁コイル内に配置する検出コイルの個数に関係なく、１個でよいから、プローブの構造が簡単になる。本願発明のプローブは、励磁コイル内に検出コイルを配置するから、検出コイルは、キズに起因する渦電流のみを検知する。したがって本願発明のプローブは、リフトオフ雑音の影響を受けることなく、高い精度でキズを評価できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施の形態に係るプローブの平面図、断面、斜視図である。
【図２】本願発明の実施の形態に係るプローブの渦電流を説明する図である。
【図３】本願発明の実施の形態に係るプローブのキズ信号の振幅波形を示す図である。
【図４】本願発明の実施の形態に係るプローブの検出コイルと検査体のキズとの位置関係を示す図である。
【図５】図４（ａ）の位置のキズに対する検出コイルのキズ信号波形を示す図である。
【図６】図４（ｂ）の位置のキズに対する検出コイルのキズ信号波形を示す図である。
【図７】図４（ｃ）の位置のキズに対する検出コイルのキズ信号波形を示す図である。
【図８】本願発明の実施の形態に係るプローブのキズ信号の位相とキズの深さとの関係を示す図である。
【図９】本願発明の実施の形態に係る渦電流探傷装置のブロック図である。
【図１０】従来のプローブの斜視図である。
【符号の説明】
１    励磁電流供給器
２    プローブ
３    キズ信号検出器
４    キズ評価器
Ｃｅ    励磁コイル
Ｃｄ，Ｃｄ１〜Ｃｄｎ    検出コイル
Ｉ，ｉ１，ｉ２    渦電流
Ｔ    検査体
ＴＦ    キズ
【図１】
0003981964.tif 000002
【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】
0003981964.tif 000008
【図８】
0003981964.tif 000009
【図９】
0003981964.tif 000010
【図１０】
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