(57)【要約】【課題】従来の渦電流測定プローブでは、磁界の発生領域を抑制しながら広い範囲を精度よく測定することができない問題があった。【解決手段】本発明の渦電流測定プローブは、第１のコイル１１と、第１のコイル１１よりも直径が小さく、中心軸が第１のコイル１１と同心円状となる位置に配置される第２のコイル１２と、第１のコイル１１に第１の交流電流ｉ１を与える第１の交流電源１０と、第１の交流電流ｉ１とは位相が反転する第２の交流電流ｉ２を第２のコイル２１に与える第２の交流電源２０と、第１の交流電流ｉ１の大きさと第２の交流電流ｉ２の大きさを制御することで、第１のコイル１１及び第２のコイル２１により発生する磁場の位置を移動させる走査位置制御部４０と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のコイルと、
前記第１のコイルよりも直径が小さく、中心軸が前記第１のコイルと同心円状となる位置に配置される第２のコイルと、
前記第１のコイルに第１の交流電流を与える第１の交流電源と、
前記第１の交流電流とは位相が反転する第２の交流電流を前記第２のコイルに与える第２の交流電源と、
前記第１の交流電流の大きさと前記第２の交流電流の大きさを制御することで、前記第１のコイル及び前記第２のコイルにより発生する磁場の位置を移動させる走査位置制御部と、
を有する渦電流測定プローブ。
【請求項２】
前記第２のコイルは、複数の第２のコイルを含み、
前記複数の第２のコイルは、前記第１のコイルの中心軸に対して均等な距離に配置される請求項１に記載の渦電流測定プローブ。
【請求項３】
前記第１のコイル及び前記第２のコイルの上に、前記第１のコイルの中心軸と前記第２のコイルの中心軸を結ぶ直線方向に磁界の広がりを有する検出コイルをさらに有する請求項１に記載の渦電流測定プローブ。
【請求項４】
前記第１のコイル及び前記第２のコイルを一体として回転させる回転機構を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の渦電流測定プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦電流測定プローブに関し、例えば、複数のコイルを用いて発生させた磁場により探傷或いは材質判定を行う渦電流測定プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
渦電流測定プローブは、ワークの探傷、或いは、ワークの材質判定に用いられる。渦電流測定プローブは、コイルを有し、このコイルに交流電流を流すことで発生する磁場がワークとプローブとの距離、或いは、ワークの材質により変化することに基づきワークの探傷、或いは、ワークの材質判定を行う。そこで、特許文献１に渦電流測定プローブの一例が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示された渦電流測定プローブは、プローブの周面に埋設するパンケーキ型コイルを少なくとも２個有し、互いの渦電流が干渉し合うように近接して配設すると共に、これら隣合うコイルに流す電流の向きが相互に逆相となるように流すことを特徴としている。これにより、特許文献１の渦電流測定プローブでは、コイル間の渦電流を強め合わせて、コイル間に渦電流密度の大きい領域を形成し、この高感度の渦電流によりプローブの微小欠陥に対する検出性を向上させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１８６２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
渦電流測定プローブでは、コイルが発生する磁界がワークの端部にかかるとワークの内部で発生する渦電流が乱れるエッジ効果が発生し、正確な測定ができなくなる問題がある。そのため、複雑な形状のワークを渦電流で計測するためには小型の渦電流測定プローブを作成し、磁界の広がりを極力抑える必要がある。一方、渦電流測定プローブでは、プローブとワークとの距離に影響される特徴がある。そのため、磁界の広がりを抑制した渦電流測定プローブにおいて、広い範囲を精度よく探索するためには、プローブとワークとの距離を精度よく保つ必要があるが、複雑な形状のワークにおいてプローブとワークとの距離を精度よく保つことは非常に困難である問題がある。
【０００６】
特許文献１に記載された渦電流測定プローブでは、高密度の渦電流生成領域を狭い範囲に発生させることができるものの、広い範囲を探索するためには渦電流測定プローブを動かさねばならず、広い範囲を精度よく探索することが困難になる問題は解決されない。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、広がりを抑制した磁界を発生する渦電流測定プローブにおいて広い範囲を精度よく探索することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかる渦電流測定プローブの一態様は、第１のコイルと、前記第１のコイルよりも直径が小さく、中心軸が前記第１のコイルと同心円状となる位置に配置される第２のコイルと、前記第１のコイルに第１の交流電流を与える第１の交流電源と、前記第１の交流電流とは位相が反転する第２の交流電流を前記第２のコイルに与える第２の交流電源と、前記第１の交流電流の大きさと前記第２の交流電流の大きさを制御することで、前記第１のコイル及び前記第２のコイルにより発生する磁場の位置を移動させる走査位置制御部と、を有する。
【０００９】
本発明にかかる渦電流測定プローブでは、同心円状に配置され、かつ、直径が異なる２つのコイルに対して、位相が互いに反転する交流電流を与える。そして、本発明にかかる渦電流測定プローブでは、２つのコイルに与える交流電流の大きさをそれぞれ制御する。これにより、２つのコイルにより発生する磁場は、２つのコイルの磁界が重なる部分では相殺し合うが、２つの交流電流をそれぞれ制御することでこの相殺される磁界の範囲が変化するため、２つのコイルにより発生する磁場の位置が変化する。つまり、本発明にかかる渦電流測定プローブでは、プローブ自体を移動させることなく磁場の位置を変化させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかる渦電流測定プローブによれば、広がりを抑制した磁界を発生する渦電流測定プローブにおいて広い範囲を精度よく探索することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１にかかる渦電流測定プローブの概略図である。
【図２】実施の形態１にかかる渦電流測定プローブのコイル配置を説明する図である。
【図３】コイルにおいて発生する磁界を説明する図である。
【図４】実施の形態１にかかる渦電流測定プローブにおいて発生する磁場を説明する図である。
【図５】実施の形態１にかかる渦電流測定プローブにおいて発生する磁場の別の例を説明する図である。
【図６】実施の形態１にかかる渦電流測定プローブにおいて発生する磁場の走査位置を変化させる方法を説明する図である。
【図７】実施の形態２にかかる渦電流測定プローブの概略図である。
【図８】実施の形態２にかかる渦電流測定プローブのコイル配置を説明する図である。
【図９】実施の形態２にかかる渦電流測定プローブにおいて発生する磁場を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
【００１３】
図１に、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１の概略図を示す。図１に示すように、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１は、第１の交流電源１０、第１のコイル（例えば、メインコイル１１）、第２の交流電源２０、第２のコイル（例えば、サブコイル２１）、検出コイル３０、走査位置制御部４０を有する。
【００１４】
第１の交流電源１０は、メインコイル１１に第１の交流電流ｉ１を与える。第２の交流電源２０は、サブコイル２１に第２の交流電流ｉ２を与える。ここで、第１の交流電流ｉ１と第２の交流電流ｉ２とは、互いに位相が反転する位相の関係を有する。走査位置制御部４０は、第１の交流電流ｉ１の大きさと第２の交流電流ｉ２の大きさを制御することで、メインコイル１１及びサブコイル２１により発生する磁場の位置を移動させる。走査位置制御部４０による磁場の位置の移動方法の詳細については後述する。
【００１５】
サブコイル２１は、メインコイル１１よりも直径が小さい。また、サブコイル２１は、中心軸がメインコイル１１と同心円状となる位置に配置される。言い換えると、サブコイル２１の中心軸は、メインコイル１１の中心軸を中心とした円に沿って配置される。また、図１では、サブコイル２１をメインコイル１１の内部に設けた。なお、サブコイル２１は、メインコイル１１の外周に沿った位置に配置することも可能である。
【００１６】
検出コイル３０は、メインコイル１１及びサブコイル２１の上に、配置される。また、検出コイル３０は、メインコイル１１の中心軸とサブコイル２１の中心軸を結ぶ直線方向に磁界の広がりを有するように配置される。図１に示す例では、複数のコイルをメインコイル１１の中心軸とサブコイル２１の中心軸を結ぶ直線方向に並べたが、楕円形上のコイルを、長軸の向きがメインコイル１１の中心軸とサブコイル２１の中心軸を結ぶ直線方向となるよう配置しても良い。
【００１７】
また、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１では、メインコイル１１、サブコイル２１、検出コイル３０を一体として回転させる機構を有する。この機構は、例えば、メインコイル１１の中心軸にモータ（図示せず）を取り付けて、メインコイル１１、サブコイル２１、検出コイル３０を一体として回転させるような機構が考えられる。また、モータは、走査位置制御部４０により回転を制御する。この場合モータを回転させ続けると走査位置制御４０と第１の交流電源１０及び第２の交流電源２０とを繋ぐケーブルがモータ軸に絡みつき断線するおそれがある。そこで、モータを正回転方向と逆回転方向に交互に回転させる。言い換えると、基準位置（例えば、１２時の位置）から時計回りに３６０度回転させた後、反時計回りに３６０度回転させる動作を１セットの動作として繰り返すことが効果的である。
【００１８】
実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１では、メインコイル１１及びサブコイル２１を上記のように配置することで、形状が三日月状となる磁場を発生させることができる。なお、走査位置制御部４０に対し、モータに付属しているエンコーダからモータの角度情報（モータが時計のいずれの角度にいるかを示す情報）を取得することで、磁界強度が強い領域がいずれの位置にあるかを認識できるため、この情報を元に探傷結果を二次元画像として得ることもできる。
【００１９】
ここで、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１のコイルの配置をより詳細に説明するために、図２に実施の形態１にかかる渦電流測定プローブのコイル配置を説明する図を示す。図２に示すように、渦電流測定プローブ１では、サブコイル２１は、メインコイル１１の内側に配置される。また、渦電流測定プローブ１では、メインコイル１１の中心軸と、サブコイル２１の中心軸と、を結ぶ直線（図２のＡ−Ａ’線）に沿って検出コイル３０が複数配置される。また、渦電流測定プローブ１では、メインコイル１１、サブコイル２１及び検出コイル３０が一体的に回転する。
【００２０】
続いて、コイルに発生する磁界について説明する。そこで、図３にコイルにおいて発生する磁界を説明する図を示す。図３に示すように、コイルに交流電流を与えると、位相がπ／４となるとき、コイルにはコイルの下から上に向かう磁界が発生する。一方、交流電流位相がの位相が３π／４となるとき、コイルにはコイルの上から下に向かう磁界が発生する。つまり、位相が反転する交流電流を２つのコイルに与えると、互いに反対の向きになる磁界が２つのコイルに発生する。２つの磁場の強度は、同じ向きの磁界においては強め会い、反対向きの磁界においては打ち消し合う特徴を有する。
【００２１】
実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１では上記磁場の特徴を利用して磁場の形状及び位置を制御する。以下では、渦電流測定プローブ１が発生させる磁場の形状及び変化について説明するが、磁場の形状は主に図２のＡ−Ａ’線に沿った断面の磁場を説明の対象とする。
【００２２】
実施の形態１にかかる渦電流測定プローブにおいて発生する磁場を説明する図を図４に示す。図４の左図は、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１において発生する磁界の広がりを表すものである。図４の左図に示すように、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１では、メインコイル１１が範囲が広い磁界を発生させ、サブコイル２１が範囲が狭い磁界を発生させる。そして、メインコイル１１が発生する磁界とサブコイル２１が発生する磁界は互いに向きが反対方向になる。
【００２３】
続いて、図４の中図に、２つの磁場を合成した様子を示す。図４の中図に示すように、メインコイル１１が発生させる磁場と、サブコイル２１が発生させる磁場は、ピーク位置がずれ、かつ、範囲が異なる。このような磁場を合成した後に形成される磁場を図４の右図に示す。図４の右図に示すように、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１では、メインコイル１１の磁場とサブコイル２１の磁場が重なる部分の磁場は、互いに相殺される。そして、メインコイル１１の磁場強度とサブコイル２１の磁場強度の差分となる磁場が渦電流測定プローブ１が発生させるとして形成される。
【００２４】
ここで、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブにおいて発生する磁場の別の例を説明する図５に示す。図５に示す例は、サブコイル２１の中心軸がメインコイル１１の中心軸と一致するようにサブコイル２１を配置した例である。このような配置とした場合、メインコイル１１が発生する磁界の中心部分において磁場の強度が弱くなる。そのため、図４に示す例では強い磁場が円環状に形成される磁場の形状となる。
【００２５】
続いて、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１における磁場の走査について説明する。そこで、図６に実施の形態１にかかる渦電流測定プローブにおいて発生する磁場の走査位置を変化させる方法を説明する図を示す。図６では、図の上側の行に示した磁場を図の下側の行に示した位置に移動させるものである。つまり、図６では、磁場を図面の右側に移動させる。
【００２６】
図６に示すように、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１において磁場による走査位置を変更する場合、メインコイル１１に与える第１の交流電流ｉ１と、サブコイル２１に与える第２の交流電流ｉ２と、を共に大きくする。これにより、２つの磁場を相殺した後に残る有効な磁場は、上側の行に示した磁場を右寄りに移動した位置に形成される。つまり、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１では、プローブの位置を固定した状態で第１の交流電流ｉ１及び第２の交流電流ｉ２の大きさを制御することで、２つの磁場を相殺させた後に残る有効な磁場の位置を変化させる。
【００２７】
図６では、図４で説明した磁場を移動させる例について説明したが、図５に示した円環状の磁場においても、第１の交流電流ｉ１及び第２の交流電流ｉ２の大きさを制御することで中心位置を一定に維持しながら円の大きさを変化させるように磁場を変化させることができる。
【００２８】
上記説明より、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１では、直径が異なる２つのコイルを互いの磁場が影響し合える位置に配置し、かつ、２つのコイルに互いに反転する位相の交流電流を与える。そして、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１では、２つのコイルに与える交流電流の大きさを制御することで、渦電流測定プローブ１が生成する磁場の位置を変化させる。つまり、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１では、プローブの位置を変化させることなく、ワークの検査に利用する磁場を走査（又は移動）させることができる。また、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１では、プローブを移動させることなく走査範囲を広くすることができるため、ワークの広い範囲を短時間に走査することができる。さらに、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１では、プローブとワークの距離を一定に維持したまま広い範囲を走査できるため、検査精度を高めることができる。
【００２９】
また、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１では、メインコイル１１により発生する磁場をサブコイル２１により発生する磁場により相殺することで、メインコイル１１のみで発生する磁場の範囲を狭くする。これにより、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１では、磁場の広がりを抑制してエッジ効果によるワーク中の磁場の乱れを抑制した高い精度の測定を行うことができる。
【００３０】
また、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１では、メインコイル１１、サブコイル２１、検出コイル３０を一体的に回転させる機構を有する。この回転機構を備えることで、三日月状の磁場を回転させることができる。つまり、回転機構を有することで渦電流測定プローブ１は、プローブを移動させることなくより広い範囲を走査することができる。
【００３１】
また、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１では、検出コイル３０を有することで磁場の変化を精度良く検出することが可能になる。
【００３２】
また、渦電流測定プローブ１を用いて探傷検査を行う場合、磁界が長手方向を横切る必要がある。そのため、ワーク上の傷の方向がわからない場合、渦電流測定プローブをあらゆる方向に走査する必要がある。しかしながら、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１では、三日月状の領域を有する磁界を発生させ、メインコイル１１等を含むコイル全体を回転させることができる。これにより、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１では、プローブを動かすことなく磁界を様々な方向に走査することができる。より具体的には、メインコイル１１等を回転させるモータの回転速度及び回転方向と、交流電流を制御することによる磁界の走査速度と、を変えることで様々な方向の傷を探傷することができる。例えば、磁界の回転の回収方向への広がり速度を速くしながら、モータを速い速度で正回転させることで、右下方向に磁界を走査することができる。磁界の回転の回収方向への広がり速度を遅くしながら、モータを遅い速度で正回転させることで、右上方向に磁界を走査することができる。磁界の回転の回収方向への広がり速度を速くしながら、モータを速い速度で逆回転させることで、左下方向に磁界を走査することができる。
【００３３】
実施の形態２
実施の形態２では、実施の形態１にかかる渦電流測定プローブ１の別の形態となる渦電流測定プローブ２について説明する。そこで、実施の形態２にかかる渦電流測定プローブ２の概略図を図７に示す。図７に示すように、実施の形態２にかかる渦電流測定プローブ２では、サブコイルが複数設けられる。図７に示す例では、第２のコイルとして、サブコイル２１とサブコイル２２が設けられる。そして、サブコイル２１、２２は、同じ位相の交流電流（例えば、第２の交流電流ｉ２）により駆動される。
【００３４】
続いて、実施の形態２にかかる渦電流測定プローブ２のコイルの配置をより詳細に説明するために、図８に実施の形態２にかかる渦電流測定プローブ２のコイル配置を説明する図を示す。図８に示すように、渦電流測定プローブ２では、サブコイル２１、２２は、メインコイル１１の内側に配置される。また、サブコイル２１、２２は、メインコイル１１の中心軸を中心とする同心円状に配置される。また、渦電流測定プローブ２においても、メインコイル１１の中心軸と、サブコイル２１、２２の中心軸と、を結ぶ直線（図２のＡ−Ａ’線）に沿って検出コイル３０が複数配置される。
【００３５】
なお、図７及び図８では、サブコイルの個数を２つとしたが、より好ましくは、３つ以上のサブコイルをメインコイル１１内の同心円状に配置することが好ましい。
【００３６】
続いて、実施の形態２にかかる渦電流測定プローブ２が発生する磁場の形状について説明する。そこで、図９に実施の形態２にかかる渦電流測定プローブ２において発生する磁場を説明する図を示す。図９に示すように、実施の形態２にかかる渦電流測定プローブ２では、メインコイル１１が発生する磁界に対して反対向きの磁界が、メインコイル１１が発生する磁界の外周に沿って形成される。そして、これらの磁界を合成しすることで、磁場を相殺させると、メインコイル１１が発生する磁場の範囲よりも狭い範囲に強い強度を有する磁場が形成される。この反転する磁界により生成される磁場同士を相殺した後に残る磁場が渦電流測定プローブ２により発生される磁場となる。
【００３７】
上記説明より、実施の形態２にかかる渦電流測定プローブ２では、反対方向の磁界により、メインコイル１１が発生する磁場を相殺することで、狭い範囲に強い強度を有する磁場を生成する。磁場の範囲を制限する方法としてシールドを用いて磁場の範囲を制限方法があるが、シールドによって磁場の範囲を制限する方法では漏れが大きく極端に狭い磁場を形成することはできない。一方、実施の形態２にかかる渦電流測定プローブ２のように、反対の磁界により磁場の相殺を行った場合、磁場の漏れが少なく、極端に狭い範囲の磁場を形成することができる。また、反対の磁界により磁場の相殺を行った場合、磁場の漏れが少ないため、極端に狭い範囲の磁場の強度を高め易い。
【００３８】
実施の形態２にかかる渦電流測定プローブ２では、メインコイル１１と、サブコイル２１、２２に与える２つの交流電流の大きさにより、相殺後の磁場の範囲を変化させることとで、一度に走査できるワークの範囲の大きさを調節することができる。つまり、実施の形態２にかかる渦電流測定プローブ２では、単純な形状のワークに対しては広い範囲を一括して操作し、複雑な形状のワークに対しては狭い磁場によるきめの細かい走査を行うことができる。つまり、実施の形態２にかかる渦電流測定プローブ２は、単純な形状のワークに対しては一括して走査する範囲を広げて短時間で検査を行うことができる。一方、実施の形態２にかかる渦電流測定プローブ２は、複雑な形状のワークに対しては狭い磁場によりエッジ効果を抑制した精度の高い検査を行うことができる。
【００３９】
上記説明は、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４０】
１、２  渦電流測定プローブ
１０  第１の交流電源
１１  メインコイル
２０  第２の交流電源
２１、２２  サブコイル
２２  サブコイル
３０  検出コイル
４０  走査位置制御部
【図１】
2016136098.tif 000003
【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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