渦流探傷装置
【課題】電気的走査に際して生じる時間ロスを低減し、高速且つ正確に鋼材など導電性被検査材の表面皮下に存在する欠陥を検査することが可能な渦流探傷装置を提供する。
【解決手段】渦流探傷装置１ａに、被検査材に励起磁場を印加することで渦電流を発生させる複数の送信コイル２Ａと、発生した渦電流が作る磁場を検出する複数の受信コイル３と、受信コイル３からの検出信号に基づいて被検査体の欠陥を検出する探傷信号処理装置９と、を設ける。複数の受信コイル３を、互いに隣り合うように配置する。その上で、送信コイル２Ａによって、受信コイル３を１つずつ取り巻くとともに、隣接する送信コイル２Ａ同士で互いに逆方向を向く励起磁場を形成する。
【解決手段】渦流探傷装置１ａに、被検査材に励起磁場を印加することで渦電流を発生させる複数の送信コイル２Ａと、発生した渦電流が作る磁場を検出する複数の受信コイル３と、受信コイル３からの検出信号に基づいて被検査体の欠陥を検出する探傷信号処理装置９と、を設ける。複数の受信コイル３を、互いに隣り合うように配置する。その上で、送信コイル２Ａによって、受信コイル３を１つずつ取り巻くとともに、隣接する送信コイル２Ａ同士で互いに逆方向を向く励起磁場を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性を有する被検査材に生じさせた渦電流の変化を検出することで、被検査材の表面欠陥などを検知する渦流探傷装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼材など導電性被検査材の表面皮下に存在する欠陥（表面欠陥）の検査に、渦流式探傷法が採用されている。
渦流式探傷法では、まず交流電流を印可したコイルを被検査材に近接させて、被検査材に渦電流を発生させる。被検査材に割れや絶縁性の異物等の表面欠陥があると、それら欠陥によって被検査材を流れる渦電流の分布が変化する。この渦電流の分布の変化は、当該コイルにおける誘起電圧の変化として検出されるので、この誘起電圧の変動を利用して被検査材の表面皮下を探傷する。
【０００３】
この渦流式探傷法には、大きく分けて２つの方法が存在する。１つは、１つのコイルの自己インピーダンスの変化を検出することで探傷する方法である。もう一つは、先の方法におけるコイルの役割を、被検査材に渦電流を発生させる送信コイルと渦電流の分布の変化を検出する受信コイルに分離し、２つのコイルの相互インダクタンスの変化による受信コイルの誘起電圧変化を検出する方法である。
【０００４】
渦流式探傷法によって微小な欠陥を検出するには、小型のコイルを採用し、かつ被検査材に近接させることが重要となる。小型のコイルを採用して被検査材の広い範囲を探傷するためには、小型のコイルを広範囲に移動させて機械的に走査する必要があるが、それには膨大な時間を要するという問題があった。この問題を解決するための手段として、小型コイルをアレイ状に配置したマルチコイル式プローブが既に開発されている。
【０００５】
このような渦流式探傷法を応用したマルチコイル式プローブに関して、特許文献１及び特許文献２に開示されたものがある。
特許文献１には、渦流探傷装置のマルチコイル式プローブが開示されている。このマルチコイル式プローブは、電源回路と制御部を内蔵した探傷装置本体にケーブルによって接続されたマルチプレクサ基板と、このマルチプレクサ基板に電気的に接続された複数の探傷コイルと、を備え、前記探傷コイルの単体、若しくは、その幾つかを一セットにしたコイル群が前記マルチプレクサ基板を介して時分割駆動される渦流探傷装置のマルチコイル式プローブにおいて、前記マルチプレクサ基板が一体に組付けられた支持母材を設けると共に、前記複数の探傷コイルとその探傷コイルを結線したコイル基板とが一体に組付けられた複数のコイルユニットを設け、この複数のコイルユニットのコイル基板の任意の一つが、前記支持母材のマルチプレクサ基板に選択的に接続される構造としたことを特徴とするものである。
【０００６】
このようなマルチコイル式プローブとして、例えば、微小な探傷コイルを複数個、２列に配列して構成されたものが開示されている。２列のコイル配列は、探傷コイルのピッチの半分だけ配列方向にずらして平行となるように構成されており、配列方向におけるコイル間の隙間を相互に補完している。２列に配列された複数の探傷コイルから、マルチプレクサ基板によってブロックごとに順番に２個ずつ選択され、選択された２つの探傷コイルの差動をとることで探傷が行われる。
【０００７】
この技術によれば、マルチプレクサ基板による選択を、探傷コイルの配列方向に切り換えると共に、このマルチコイル式プローブを、探傷コイルの配列方向と直交した方向に走査することで、２次元平面全体を探傷することが出来るとされている。
また、特許文献２には、渦流探傷装置のプローブバランス調整方法が開示されている。このプローブバランス調整方法における渦流探傷装置は、マルチコイルと発振器の間と、マルチコイルと同期検波器の間のそれぞれに、スイッチが設けられている。このスイッチによって、マルチコイルの中から時系列的に適切なコイルを切り替えて選択できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３３７９０９号公報
【特許文献２】特開平９−１３３６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１および特許文献２に開示されるようなマルチコイル式プローブは、複数の小型コイルを時系列で切り替えて探傷を行うものである。複数の小型コイルを用いることにより、小型のコイルを被検査材の表面で広範囲に移動させるといった機械的走査はなくなるが、コイルの切り替え（電気的走査）に伴う時間的なロスが無視できなくなる。この時間的なロスは、配列されるコイルの数が多くなるほど大きくなる。
【００１０】
微少な欠陥を探傷すべく小型コイルを採用する場合、プローブに設けられるコイルの個数が必然的に多くなるので、全コイルの切り替えに要する時間が長くなる。加えて、このプローブを機械的に移動させて被検査材の表面を探傷する場合、全コイルの切り替えに要する時間内には、小型コイルのサイズ以上にプローブを機械的に移動させることができないので、小型コイルのサイズに合わせてプローブの送りピッチが微小となる。
【００１１】
上述の電気的走査の速度を決定する要因（律速）としては、以下のものがあると考えられている。
（１）被検査材内の渦電流が定常化するまでの時間ロス（被検査材に発生する渦電流が、表層から浸透し始めて深部にまで広がっていくのに要する時間）。
（２）複数の探傷コイルを切り替える切り替え器（マルチプレクサ）が定常化するまでの時間ロス。
【００１２】
（３）探傷コイルの受信出力を送信出力に同期させて検波する同期検波出力が定常化するまでの時間ロス（キャリア周波数の１０〜５０倍）。例えば１００ｋＨｚでの探傷の場合、０．０１ｍｓｅｃ〜０．０５ｍｓｅｃ程度の時間ロスが発生する。
（４）Ａ／Ｄ変換に要する時間ロス、及び探傷コイルの受信出力をＡ／Ｄ変換器で処理するのに要する時間ロス。
【００１３】
上記の内、（２）、（４）に挙げた要因で発生する時間ロスは、昨今の電子デバイスの進歩により、十分に高速なデバイスを選択する事で十分回避可能である。しかし、（１）に挙げた要因で発生する時間ロスは、そもそも渦流探傷の原理上から発生する物理現象であり、（３）に挙げた要因で発生する時間ロスは、電気信号処理の原理上の制約であるので、不可避であると考えられる。特許文献１および特許文献２によっても、（１）、（３）に挙げた要因で発生する時間ロスを回避する技術は開示されていない。
【００１４】
上述の問題に鑑みて、本発明は、小型コイルをアレイ状に配置したマルチコイル式渦流探傷プローブを有する渦流探傷装置において、電気的走査に際して生じる時間ロス（特に、上記した要因（１），（３）に起因する時間ロス）を低減し、高速に且つ正確に鋼材など導電性被検査材の表面皮下に存在する欠陥を検査することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するため、本発明は、以下の技術的手段を採用した。
本発明に係る渦流探傷装置は、被検査材に励起磁場を印加することで渦電流を発生させる複数の送信コイルと、前記発生した渦電流が作る磁場を検出する複数の受信コイルと、前記受信コイルからの検出信号に基づいて前記被検査体の欠陥を検出する探傷信号処理装置と、を備える渦流探傷装置であって、前記複数の受信コイルが、互いに隣り合うように配置され、前記送信コイルは、前記受信コイルを１つずつ取り巻くとともに、隣接する送信コイル同士で互いに逆方向を向く励起磁場を形成することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る渦流探傷装置は、被検査材に励起磁場を印加することで渦電流を発生させる複数の送信コイルと、前記発生した渦電流が作る磁場を検出する複数の受信コイルと、前記受信コイルからの検出信号に基づいて前記被検査体の欠陥を検出する探傷信号処理装置と、を備える渦流探傷装置であって、前記複数の受信コイルが、互いに隣り合うように配置され、前記送信コイルは、前記受信コイルを１つずつ取り巻くとともに、隣り合う送信コイル同士の隣接する部位において、同方向に電流を流すことを特徴とする。
【００１７】
好ましくは、前記複数の送信コイルは、電気的に１本の導体と見なせる線状の導体によって１つの送信コイル体として構成されており、前記線状の導体は、隣り合う２つの受信コイルの間を交差するように巻回方向を反転させながら、八の字状に掛け渡されて巻回されているとよい。
ここで、好ましくは、前記複数の受信コイルは、一列に直線状に配置されているとよい。
【００１８】
さらに、好ましくは、前記複数の受信コイルからの検出信号は、マルチプレクサにて切り換えられて、探傷信号処理装置へ出力されるとよい。
また、好ましくは、前記複数の受信コイルからの検出信号は、アナログ加算器によって加算されて、探傷信号処理装置へ出力されるとよい。
加えて、好ましくは、前記受信コイルは、第１コイル及び第２コイルの２つのコイルを有しているとよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のマルチコイル式渦流探傷プローブを有する渦流探傷装置を用いれば、電気的走査に際して生じる時間ロスを低減し、高速に且つ正確に鋼材など導電性被検査材の表面皮下に存在する欠陥を検査することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】マルチコイル式プローブをセンサ面から見たときの斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による渦流探傷装置の概略構成を示す図である。
【図３】受信コイルの概略構成を示す図である。
【図４】マルチコイル式プローブのセンサ面の正面図である。
【図５】本発明の第２実施形態による渦流探傷装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づき説明する。なお、以下の説明では、同一の構成要素には同一の符号を付している。また、同一の構成要素に関しては、名称も機能も同じである。したがって、同一のものについての詳細な説明は繰返さない。
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態による渦流探傷装置１ａについて説明する。
【００２２】
本実施形態による渦流探傷装置１ａは、渦流式探傷法を用いて、鋼材など導電性被検査材の表面皮下に存在する欠陥（表面欠陥）を検査するものである。渦流探傷装置１ａは、渦流式探傷法を適用するために、被検査材に励起磁場を印加することで渦電流を発生させる送信コイル体２と、被検査材を流れる渦電流が作る磁場の分布の変化を検出する複数の受信コイル３（３−１〜３−ｎ）と、を含むマルチコイル式プローブ４を有している。
【００２３】
渦流探傷装置１ａは、マルチコイル式プローブ４を被検査材に近付けることで、交流電流が印可された送信コイル体２を被検査材に近接させて、被検査材に渦電流を発生させる。このとき、被検査材に割れや絶縁性の異物等の表面欠陥があると、それら欠陥によって被検査材を流れる渦電流の分布が変化する。この渦電流の分布の変化を受けて、受信コイル３における誘起電圧（言い換えるならば、インピーダンス）が変化する。
【００２４】
図２に示すように、渦流探傷装置１ａは、受信コイル３における誘起電圧の変動を検出して被検査材の表面皮下の欠陥を検知するために、２系統マルチプレクサ５（以下、単にマルチプレクサ５という）、ブリッジ回路６、同期検波器７、Ａ／Ｄ変換器８、及び探傷信号処理装置９を備えると共に、送信コイル体２に交流電流を印可するための発振器１０及び励磁アンプ１１を備えている。
【００２５】
まず、マルチコイル式プローブ４の構成を説明する。
図１は、マルチコイル式プローブ４をセンサ面１２から見たときの斜視図である。マルチコイル式プローブ４のセンサ面１２には、一列に直線状に配置された複数の受信コイル３と、これら受信コイル３を１つずつ取り巻く送信コイル２Ａ（２Ａ1〜２Ａn）が複数連なって形成される送信コイル体２とで構成される直線状のコイルアレイ１３が２列設けられている。
【００２６】
２列のコイルアレイ１３は、その長手方向が互いに略平行（平行を含む）となるように配置されている。このとき、コイルアレイ１３の長手方向に沿った１つの送信コイル２Ａの幅を１ピッチとすると、２列のコイルアレイ１３は、長手方向に沿って互いに半ピッチずれるように配置されている。
以下に、コイルアレイ１３を構成する受信コイル３及び送信コイル２Ａについて説明する。
【００２７】
図３を参照しながら、受信コイル３の構成について説明する。
受信コイル３（３−１）は、第１コイルＡ（Ａ1）と第２コイルＢ（Ｂ1）の２つのコイルで構成されたコイル対である。同一形状を有する第１コイルＡと第２コイルＢは、互いに近接して隣り合うように配置されており、巻回される導体の巻径及び巻数が同一である。第１コイルＡと第２コイルＢは、互いの軸芯が略平行（平行を含む）で被検査材を向くものとし、互いのコイル端面を同一水平面上で揃えて配置されている。
【００２８】
図３に示すように、第１コイルＡ及び第２コイルＢは、差動型となるように接続され、接続された端子は接地している（例えば、第１コイルＡの一方端と第２コイルＢの他方端が接地されている）。接地していない残りの入力端及び出力端は、後述するマルチプレクサ５に接続される。
このような構成によって、第１コイルＡと第２コイルＢは、互いのコイル端面に対して同じ方向で同じ大きさの磁場変化が起こったときに、互いに逆方向に同じ大きさの電圧を発生する。つまり、被検査材の表面に均一な渦電流が流れている限り、第１コイルＡと第２コイルＢは互いに逆方向に同じ大きさの電圧を発生させて打ち消しあうので、受信コイル３全体としての出力（言い換えれば、インピーダンス）は、実効的に０となる。
【００２９】
ところで、被検査材の表面欠陥の検査中は、被検査材の振動などにより、被検査材から受信コイル３までの距離（リフトオフ量）が変動する可能性がある。このリフトオフ量の変動は、受信コイル３を流れる誘導電圧値を変動させるので、受信コイル３が出力する検出信号中のノイズ要因となる。しかし、この場合においても、第１コイルＡと第２コイルＢは近接しているので、リフトオフ量の変動は、第１コイルＡ及び第２コイルＢに対して等しく影響を及ぼす。よって、リフトオフ量の変動に起因して起こる第１コイルＡ及び第２コイルＢにおける電圧値の変動は、等しくなって互いに打ち消し合うため、受信コイル３が出力する検出信号中にはほとんど含まれない。
【００３０】
ここで、検出すべき欠陥は小さなものであって、被検査材に局所的に存在するので、当該小さな欠陥による渦電流の変動は、第１コイルＡ及び第２コイルＢの両方に等しくではなく、いずれか一方に偏って強く影響を及ぼす。よって、受信コイル３は、第１コイルＡと第２コイルＢの差動をとった検出信号を出力することで、リフトオフ量の変動に起因するノイズ要因をキャンセルする構成となっている。
【００３１】
図１、図４に示すように、コイルアレイ１３において、上述の第１コイルＡと第２コイルＢのコイル対である受信コイル３が複数個、一列に直線状に配置されている。
図１、図４を参照しながら、送信コイル２Ａ及び送信コイル体２の構成について説明する。
図１、図４には、マルチコイル式プローブ４の筐体における受信コイル３と送信コイル２Ａの配置が示されている。図１に示すコイルアレイ１３では、一列に直線状に配置された複数個の受信コイル３を１つずつ取り巻く送信コイル２Ａで構成された送信コイル体２が設けられている。送信コイル体２は、電気的に１本の導体と見なせる線状の導体である。
【００３２】
送信コイル体２は、複数の受信コイル３を１つずつ取り巻いているが、その取り巻き方が、本実施形態によるマルチコイル式プローブ４の１つの特徴である。複数の受信コイル３を１本の導体である送信コイル体２によって１つずつ取り巻く巻回方法を説明する。
図４の上段のコイルアレイ１３を参照して説明する。矢印で示すように、交流の発信器１０から励磁アンプ１１を介して出た導体は、コイルアレイ１３の一端から他端に向かって、第１コイルＡと第２コイルＢのコイル対である複数個の受信コイル３の間を、ジグザグに縫うように八の字状に掛け渡されて交差しつつ巻回されている。受信コイル３の間において、第１コイルＡ側から隣の受信コイル３の第２コイルＢ側へ向かって交差すると、次の受信コイル３の間では、第２コイルＢ側から隣の受信コイル３の第１コイルＡ側へ向かって交差するといったように、受信コイル３の間を交差する方向（巻回方向）を反転させている。
【００３３】
導体は、コイルアレイ１３の他端まで巻回されると、他端に配置された受信コイル３の回りを取り囲むように折り返される。折り返された導体は、巻回方向がコイルアレイ１３の他端から一端に向かうように変更される。折り返された導体は、同様の方法で、コイルアレイ１３の一端から他端に向かって、受信コイル３の間をジグザグに縫うように交差しつつ巻回されて、発信器１０に戻る。このように導体を巻回することで、折り返される前の導体と折り返された導体が、受信コイル３の間で交差する。加えて、導体は、コイルアレイ１３の一端側と発信器１０との間でも交差するように巻回されている。
【００３４】
このように１本の導体を巻回することで、各受信コイル３を取り囲む送信コイル２Ａが形成されると共に、形成された複数の送信コイル２Ａが連なった送信コイル体２が構成される。
交流の発信器１０から送信コイル体２に出力された電流は、ある時点において矢印で示された方向に流れる。つまり、受信コイル３の間で交差する２本の導体に流れる電流の方向が同一方向であり、図４の紙面に向かって上向き又は下向きとなっている。これは、２本の導体が交差する点、すなわち、隣り合う送信コイル２Ａ同士の隣接する部位において、電流が同方向に流れることを示している。
【００３５】
隣り合う送信コイル２Ａ同士の隣接する部位において電流が同方向に流れると、互いの電流によって発生する磁場が同方向を向くので、隣接する送信コイル２Ａ同士で互いに逆方向を向く励起磁場が形成される。従って、隣り合う送信コイル２Ａが作る磁場が相互に打ち消し合うことなく、送信コイル２Ａの１つ１つで励磁磁場が発生する。このように、隣接する送信コイル２Ａの間で互いに打ち消されることなく励磁磁場を発生させることのできる送信コイル体２であれば、被検査材の検査中に、交流電流を印加する送信コイル２Ａを切り替える必要が無く、全ての送信コイル２Ａに常時交流電流を流して励磁磁場を発生させ続けることができる。
【００３６】
よって、交流電流を印加する送信コイル２Ａを切り替える度に発生する被検査材内の渦電流が定常化するまでの時間ロスを排除することができ、探傷検査の時間を短縮することができる。
なお、上記の説明では、一列に直線状に配置された複数個の受信コイル３に対して、導体を１回（一重）だけ巻回して送信コイル体２を構成したが、２回又は３回（二重又は三重））、もしくはそれ以上に巻回して送信コイル体２を構成してもよい。
【００３７】
また、マルチコイル式プローブ４は、上述の受信コイル３及び送信コイル２Ａで構成されたコイルアレイ１３を備えており、図２に示すコイルアレイ１３以外の構成要素は、マルチコイル式プローブ４の筐体外に設けられている。
また、上述した交流の発振器１０は、交流をつくるために周期的な信号を発生させる回路であり、一般的な電気回路で用いられる公知のものである。また、励磁アンプ１１は、発信器１０から出力された周期信号を基に、励磁電流を送信コイル体２に出力する回路であり、発振器１０と同様に公知のものである。
【００３８】
ところで、本実施形態の場合、前述した複数の受信コイル３は、２系統マルチプレクサ５（以下、単にマルチプレクサ５という）に接続されている。
マルチプレクサ５は、後述する探傷信号処理装置９から出力された切替信号に基づいて、第１コイルＡ1〜第１コイルＡnの入力を順次切り替えて順に出力Ａとして出力すると共に、第２コイルＢ1〜第２コイルＢnの入力を順次切り替えて順に出力Ｂとして出力する電子部品回路である。すなわち、マルチプレクサ５は、第１コイルＡ1〜第１コイルＡnの入力と第２コイルＢ1〜第２コイルＢnの入力の２系統の入力を切り替えてそれぞれ出力可能となっている。
【００３９】
これら２系統の入力の切り替えは、独立に行われるものではなく、互いに連動して行われる。つまり、切り替えは、受信コイル３単位で行われ、同一の受信コイル３を構成する第１コイルＡと第２コイルＢの入力がマルチプレクサ５の出力Ａ及び出力Ｂとして出力される。具体的には、第１コイルＡ1と第２コイルＢ1の入力、第１コイルＡ2と第２コイルＢ2の入力、第１コイルＡ3と第２コイルＢ3の入力といったように、受信コイル３単位で第１コイルＡと第２コイルＢの入力がマルチプレクサ５の出力Ａ及び出力Ｂとして出力される。
【００４０】
マルチプレクサ５の出力Ａ及び出力Ｂは、ブリッジ回路６に入力される。
このブリッジ回路６にて、出力Ａと出力Ｂとの差、言い換えるならば、受信コイル３の微細なインピーダンス変化を取り出すようにしている。
すなわち、被検査材の正常部分においては、第１コイルＡと第２コイルＢの出力の差が略０であり、ブリッジ回路６の平衡バランスがとれていてその出力電圧は略０である。ところが、表面傷が存在した場合、第１コイルＡと第２コイルＢの出力の差が発生すると共にブリッジ回路６の平衡バランスが崩れ、ブリッジ回路６から所定の電圧値が出力される。
【００４１】
図２に示す同期検波器７は、ブリッジ回路６からの出力された信号（電圧値）を受け取ると共に、発信器１０から出力された同期信号を受信して、ブリッジ回路６からの出力のうち受信した同期信号に同期した成分のみを取り出して出力する回路である。
本実施形態で採用される同期検波器７は、一般にラジオの受信機などで用いられる同期検波回路と同様の構成及び機能を有する回路であって、公知のものである。同期検波器７では、発信器１０からの同期信号に同期した成分のみを取り出すので、渦流探傷装置１ａの外部から混入するランダムノイズ成分が除去されて、出力する信号のＳ／Ｎ比が向上する。
【００４２】
同期検波器７は、ブリッジ回路６から受け取った信号の中から、同期信号と同相のＸ信号と、Ｘ信号とは９０度位相が異なるＹ信号の２つの信号が、出力Ｘ及び出力Ｙとして出力される。
Ａ／Ｄ変換器８は、アナログ信号をデジタル信号に変換する公知の回路である。Ａ／Ｄ変換器８は、同期検波器７から出力されたアナログ信号である出力Ｘ及び出力Ｙを受信して、それぞれをデジタル信号に変換して出力する。
【００４３】
探傷信号処理装置９は、例えばパソコンなどで構成されるＣＰＵを備えた情報処理装置であって、受信コイル３からの検出信号に基づいて被検査体の欠陥を検出する装置である。
探傷信号処理装置９は、マルチプレクサ５に切替信号を出力して信号を取り出す受信コイル３を選択すると共に、選択した受信コイル３からの信号がブリッジ回路６及び同期検波器７を経てＡ／Ｄ変換器８から出力された結果であるデジタル信号を受信する。
【００４４】
このデジタル信号における出力Ｘ及び出力Ｙの信号レベルを基に、被検査材に欠陥が存在するか否かを判定する。この欠陥の判定では、出力Ｘ及び出力Ｙの信号レベルを単純に比較するだけでなく、ある位相における出力Ｘ及び出力Ｙの信号レベルの比率や、各信号の時間的な連続性の変化などを加味して、欠陥の存在が判定される。この判定方法は、従来から一般的に行われている方法を採用すればよく、特に限定されるものではない。
【００４５】
上述の通り、探傷信号処理装置９が信号を取り出す受信コイル３を選択するので、コイルアレイ１３の受信コイル３を連続的に切り替えても、欠陥を検出した受信コイル３を容易に特定することができる。これによって、被検査材上での欠陥の位置を正確に検知することができる。
図２に戻って、上述のコイルアレイ１３を１つ設けることでマルチコイル式プローブ４を構成することができる。また、マルチコイル式プローブ４に対して、１つのコイルアレイ１３の送信コイル体２に発信器１０及び励磁アンプ１１を接続し、該コイルアレイ１３の複数の受信コイル３にマルチプレクサ５以下の回路及び装置を接続することで本実施形態による渦流探傷装置１ａが構成される。
【００４６】
なお、図２において、マルチコイル式プローブ４はコイルアレイ１３を１つしか有していないが、図１に示すとおり、コイルアレイ１３を２つ（２列）備えるようにマルチコイル式プローブ４を構成することもできる。
図１及び図４に示すように、コイルアレイ１３を２列備える場合は、コイルアレイ１３の長手方向に沿った１つの送信コイル２Ａの幅を１ピッチとして、２列のコイルアレイ１３は、長手方向に沿って互いに半ピッチずれるように配置されている。２列のコイルアレイ１３は、電磁気的な干渉が発生しない程度に適切な間隔をおいて配置される。
【００４７】
図４に示すとおり、このような２列配置を採れば、マルチコイル式プローブ４を、コイルアレイ１３の長手方向に対して略垂直（垂直を含む）となる方向（図中、通材方向として矢印で示す方向）に移動させることで、一方のコイルアレイ１３の隣り合う受信コイル３の間に存在する欠陥であって、両受信コイル３で検出できない欠陥を、もう一方のコイルアレイ１３の受信コイル３で検出することができる。
【００４８】
つまり、図１及び図４に示す２つのコイルアレイ１３を備えたマルチコイル式プローブ４は、一方のコイルアレイ１３の受信コイル３の間に存在する探傷不能領域を、他方のコイルアレイ１３の受信コイル３がカバーする構成を有している。
以上述べた構成のマルチコイル式プローブ４を有する渦流探傷装置１ａを用いれば、被検査材内の渦電流が定常化するまでの時間ロスなどの電気的走査に際して生じる時間ロスを低減し、高速に且つ正確に鋼材など導電性被検査材の表面皮下に存在する欠陥を一度で広範囲に検査することが可能となる。
（第２実施形態）
図５を参照しながら、本発明の第２実施形態による渦流探傷装置１ｂについて説明する。
【００４９】
本実施形態による渦流探傷装置１ｂは、図２に示す第１実施形態による渦流探傷装置１ａと類似の構成を有している。本実施形態による渦流探傷装置１ｂは、図２の渦流探傷装置１ａから２系統マルチプレクサ５を廃し、その代わりに、受信コイル３からの出力の全てを加算し出力するアナログ加算器１５を備えたものである。
詳しくは、受信コイル３の第１コイルＡ及び第２コイルＢからの出力は、ブリッジアンプ１４（１４−１〜１４−ｎ）に入力される。ブリッジアンプ１４は第１実施形態で述べたブリッジ回路６と同様の働きをするものであり、ブリッジ回路から出力される信号を増幅するアンプ回路も備えている。
【００５０】
このブリッジアンプ１４は、各受信コイル３毎、言い換えれば（第１コイルＡ1・第２コイルＢ1）〜（第１コイルＡn・第２コイルＢn）のそれぞれに設けられている。
これら各ブリッジアンプ１４からの出力は、１つのアナログ加算器１５に入力される。
アナログ加算器１５としては、一般的な電気回路で用いられる公知のものが採用されており、加算したアナログ信号は、同期検波器７に出力される。このアナログ信号からの出力中には、複数の受信コイル３（３−１〜３−ｎ）の少なくとも１つ以上が検出した表面欠陥に起因する信号が含まれるものとなっている。
【００５１】
同期検波器７以降は、第１実施形態による渦流探傷装置１ａと同様の動作により欠陥の検出が行われる。本実施形態による渦流探傷装置１ｂでは、受信コイル３の切り替え機能を備えていないため欠陥の位置を正確に検出することは難しいものの、マルチプレクサ５の切替動作に要する時間が必要でなくなるため、その分だけ探傷検査の時間を短縮することができる。
【００５２】
以上述べた、第２実施形態による渦流探傷装置１ｂを用いれば、常時励磁可能な送信コイル体２を実現できると共に、受信コイル３の切り替えに要する時間ロスを排除することができる。当然ながら、第２実施形態による渦流探傷装置１ｂを用いることで、高速に且つ正確に鋼材など導電性被検査材の表面皮下に存在する欠陥を一度で広範囲に検査することが可能となる。
【００５３】
ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【００５４】
例えば、コイルアレイ１３では、複数の受信コイル３が一列に直線状に配置されているが、複数の受信コイル３は、一列や直線状に限らず、湾曲した弧を描くように配置されていてもよい。複数の受信コイル３は、隣り合いつつ連続的に配置されていれば、被検査材の形状や渦流探傷装置１ａ，１ｂが設置される環境に応じて様々に配列することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１ａ，１ｂ 渦流探傷装置
２ 送信コイル体
２Ａ 送信コイル
３ 受信コイル
４ マルチコイル式プローブ
５ ２系統マルチプレクサ
６ ブリッジ回路
７ 同期検波器
８ Ａ／Ｄ変換器
９ 探傷信号処理装置
１０ 発振器
１１ 励磁アンプ
１２ センサ面
１３ コイルアレイ
１４ ブリッジアンプ
１５ アナログ加算器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性を有する被検査材に生じさせた渦電流の変化を検出することで、被検査材の表面欠陥などを検知する渦流探傷装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼材など導電性被検査材の表面皮下に存在する欠陥（表面欠陥）の検査に、渦流式探傷法が採用されている。
渦流式探傷法では、まず交流電流を印可したコイルを被検査材に近接させて、被検査材に渦電流を発生させる。被検査材に割れや絶縁性の異物等の表面欠陥があると、それら欠陥によって被検査材を流れる渦電流の分布が変化する。この渦電流の分布の変化は、当該コイルにおける誘起電圧の変化として検出されるので、この誘起電圧の変動を利用して被検査材の表面皮下を探傷する。
【０００３】
この渦流式探傷法には、大きく分けて２つの方法が存在する。１つは、１つのコイルの自己インピーダンスの変化を検出することで探傷する方法である。もう一つは、先の方法におけるコイルの役割を、被検査材に渦電流を発生させる送信コイルと渦電流の分布の変化を検出する受信コイルに分離し、２つのコイルの相互インダクタンスの変化による受信コイルの誘起電圧変化を検出する方法である。
【０００４】
渦流式探傷法によって微小な欠陥を検出するには、小型のコイルを採用し、かつ被検査材に近接させることが重要となる。小型のコイルを採用して被検査材の広い範囲を探傷するためには、小型のコイルを広範囲に移動させて機械的に走査する必要があるが、それには膨大な時間を要するという問題があった。この問題を解決するための手段として、小型コイルをアレイ状に配置したマルチコイル式プローブが既に開発されている。
【０００５】
このような渦流式探傷法を応用したマルチコイル式プローブに関して、特許文献１及び特許文献２に開示されたものがある。
特許文献１には、渦流探傷装置のマルチコイル式プローブが開示されている。このマルチコイル式プローブは、電源回路と制御部を内蔵した探傷装置本体にケーブルによって接続されたマルチプレクサ基板と、このマルチプレクサ基板に電気的に接続された複数の探傷コイルと、を備え、前記探傷コイルの単体、若しくは、その幾つかを一セットにしたコイル群が前記マルチプレクサ基板を介して時分割駆動される渦流探傷装置のマルチコイル式プローブにおいて、前記マルチプレクサ基板が一体に組付けられた支持母材を設けると共に、前記複数の探傷コイルとその探傷コイルを結線したコイル基板とが一体に組付けられた複数のコイルユニットを設け、この複数のコイルユニットのコイル基板の任意の一つが、前記支持母材のマルチプレクサ基板に選択的に接続される構造としたことを特徴とするものである。
【０００６】
このようなマルチコイル式プローブとして、例えば、微小な探傷コイルを複数個、２列に配列して構成されたものが開示されている。２列のコイル配列は、探傷コイルのピッチの半分だけ配列方向にずらして平行となるように構成されており、配列方向におけるコイル間の隙間を相互に補完している。２列に配列された複数の探傷コイルから、マルチプレクサ基板によってブロックごとに順番に２個ずつ選択され、選択された２つの探傷コイルの差動をとることで探傷が行われる。
【０００７】
この技術によれば、マルチプレクサ基板による選択を、探傷コイルの配列方向に切り換えると共に、このマルチコイル式プローブを、探傷コイルの配列方向と直交した方向に走査することで、２次元平面全体を探傷することが出来るとされている。
また、特許文献２には、渦流探傷装置のプローブバランス調整方法が開示されている。このプローブバランス調整方法における渦流探傷装置は、マルチコイルと発振器の間と、マルチコイルと同期検波器の間のそれぞれに、スイッチが設けられている。このスイッチによって、マルチコイルの中から時系列的に適切なコイルを切り替えて選択できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３３７９０９号公報
【特許文献２】特開平９−１３３６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１および特許文献２に開示されるようなマルチコイル式プローブは、複数の小型コイルを時系列で切り替えて探傷を行うものである。複数の小型コイルを用いることにより、小型のコイルを被検査材の表面で広範囲に移動させるといった機械的走査はなくなるが、コイルの切り替え（電気的走査）に伴う時間的なロスが無視できなくなる。この時間的なロスは、配列されるコイルの数が多くなるほど大きくなる。
【００１０】
微少な欠陥を探傷すべく小型コイルを採用する場合、プローブに設けられるコイルの個数が必然的に多くなるので、全コイルの切り替えに要する時間が長くなる。加えて、このプローブを機械的に移動させて被検査材の表面を探傷する場合、全コイルの切り替えに要する時間内には、小型コイルのサイズ以上にプローブを機械的に移動させることができないので、小型コイルのサイズに合わせてプローブの送りピッチが微小となる。
【００１１】
上述の電気的走査の速度を決定する要因（律速）としては、以下のものがあると考えられている。
（１）被検査材内の渦電流が定常化するまでの時間ロス（被検査材に発生する渦電流が、表層から浸透し始めて深部にまで広がっていくのに要する時間）。
（２）複数の探傷コイルを切り替える切り替え器（マルチプレクサ）が定常化するまでの時間ロス。
【００１２】
（３）探傷コイルの受信出力を送信出力に同期させて検波する同期検波出力が定常化するまでの時間ロス（キャリア周波数の１０〜５０倍）。例えば１００ｋＨｚでの探傷の場合、０．０１ｍｓｅｃ〜０．０５ｍｓｅｃ程度の時間ロスが発生する。
（４）Ａ／Ｄ変換に要する時間ロス、及び探傷コイルの受信出力をＡ／Ｄ変換器で処理するのに要する時間ロス。
【００１３】
上記の内、（２）、（４）に挙げた要因で発生する時間ロスは、昨今の電子デバイスの進歩により、十分に高速なデバイスを選択する事で十分回避可能である。しかし、（１）に挙げた要因で発生する時間ロスは、そもそも渦流探傷の原理上から発生する物理現象であり、（３）に挙げた要因で発生する時間ロスは、電気信号処理の原理上の制約であるので、不可避であると考えられる。特許文献１および特許文献２によっても、（１）、（３）に挙げた要因で発生する時間ロスを回避する技術は開示されていない。
【００１４】
上述の問題に鑑みて、本発明は、小型コイルをアレイ状に配置したマルチコイル式渦流探傷プローブを有する渦流探傷装置において、電気的走査に際して生じる時間ロス（特に、上記した要因（１），（３）に起因する時間ロス）を低減し、高速に且つ正確に鋼材など導電性被検査材の表面皮下に存在する欠陥を検査することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するため、本発明は、以下の技術的手段を採用した。
本発明に係る渦流探傷装置は、被検査材に励起磁場を印加することで渦電流を発生させる複数の送信コイルと、前記発生した渦電流が作る磁場を検出する複数の受信コイルと、前記受信コイルからの検出信号に基づいて前記被検査体の欠陥を検出する探傷信号処理装置と、を備える渦流探傷装置であって、前記複数の受信コイルが、互いに隣り合うように配置され、前記送信コイルは、前記受信コイルを１つずつ取り巻くとともに、隣接する送信コイル同士で互いに逆方向を向く励起磁場を形成することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る渦流探傷装置は、被検査材に励起磁場を印加することで渦電流を発生させる複数の送信コイルと、前記発生した渦電流が作る磁場を検出する複数の受信コイルと、前記受信コイルからの検出信号に基づいて前記被検査体の欠陥を検出する探傷信号処理装置と、を備える渦流探傷装置であって、前記複数の受信コイルが、互いに隣り合うように配置され、前記送信コイルは、前記受信コイルを１つずつ取り巻くとともに、隣り合う送信コイル同士の隣接する部位において、同方向に電流を流すことを特徴とする。
【００１７】
好ましくは、前記複数の送信コイルは、電気的に１本の導体と見なせる線状の導体によって１つの送信コイル体として構成されており、前記線状の導体は、隣り合う２つの受信コイルの間を交差するように巻回方向を反転させながら、八の字状に掛け渡されて巻回されているとよい。
ここで、好ましくは、前記複数の受信コイルは、一列に直線状に配置されているとよい。
【００１８】
さらに、好ましくは、前記複数の受信コイルからの検出信号は、マルチプレクサにて切り換えられて、探傷信号処理装置へ出力されるとよい。
また、好ましくは、前記複数の受信コイルからの検出信号は、アナログ加算器によって加算されて、探傷信号処理装置へ出力されるとよい。
加えて、好ましくは、前記受信コイルは、第１コイル及び第２コイルの２つのコイルを有しているとよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のマルチコイル式渦流探傷プローブを有する渦流探傷装置を用いれば、電気的走査に際して生じる時間ロスを低減し、高速に且つ正確に鋼材など導電性被検査材の表面皮下に存在する欠陥を検査することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】マルチコイル式プローブをセンサ面から見たときの斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による渦流探傷装置の概略構成を示す図である。
【図３】受信コイルの概略構成を示す図である。
【図４】マルチコイル式プローブのセンサ面の正面図である。
【図５】本発明の第２実施形態による渦流探傷装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づき説明する。なお、以下の説明では、同一の構成要素には同一の符号を付している。また、同一の構成要素に関しては、名称も機能も同じである。したがって、同一のものについての詳細な説明は繰返さない。
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態による渦流探傷装置１ａについて説明する。
【００２２】
本実施形態による渦流探傷装置１ａは、渦流式探傷法を用いて、鋼材など導電性被検査材の表面皮下に存在する欠陥（表面欠陥）を検査するものである。渦流探傷装置１ａは、渦流式探傷法を適用するために、被検査材に励起磁場を印加することで渦電流を発生させる送信コイル体２と、被検査材を流れる渦電流が作る磁場の分布の変化を検出する複数の受信コイル３（３−１〜３−ｎ）と、を含むマルチコイル式プローブ４を有している。
【００２３】
渦流探傷装置１ａは、マルチコイル式プローブ４を被検査材に近付けることで、交流電流が印可された送信コイル体２を被検査材に近接させて、被検査材に渦電流を発生させる。このとき、被検査材に割れや絶縁性の異物等の表面欠陥があると、それら欠陥によって被検査材を流れる渦電流の分布が変化する。この渦電流の分布の変化を受けて、受信コイル３における誘起電圧（言い換えるならば、インピーダンス）が変化する。
【００２４】
図２に示すように、渦流探傷装置１ａは、受信コイル３における誘起電圧の変動を検出して被検査材の表面皮下の欠陥を検知するために、２系統マルチプレクサ５（以下、単にマルチプレクサ５という）、ブリッジ回路６、同期検波器７、Ａ／Ｄ変換器８、及び探傷信号処理装置９を備えると共に、送信コイル体２に交流電流を印可するための発振器１０及び励磁アンプ１１を備えている。
【００２５】
まず、マルチコイル式プローブ４の構成を説明する。
図１は、マルチコイル式プローブ４をセンサ面１２から見たときの斜視図である。マルチコイル式プローブ４のセンサ面１２には、一列に直線状に配置された複数の受信コイル３と、これら受信コイル３を１つずつ取り巻く送信コイル２Ａ（２Ａ1〜２Ａn）が複数連なって形成される送信コイル体２とで構成される直線状のコイルアレイ１３が２列設けられている。
【００２６】
２列のコイルアレイ１３は、その長手方向が互いに略平行（平行を含む）となるように配置されている。このとき、コイルアレイ１３の長手方向に沿った１つの送信コイル２Ａの幅を１ピッチとすると、２列のコイルアレイ１３は、長手方向に沿って互いに半ピッチずれるように配置されている。
以下に、コイルアレイ１３を構成する受信コイル３及び送信コイル２Ａについて説明する。
【００２７】
図３を参照しながら、受信コイル３の構成について説明する。
受信コイル３（３−１）は、第１コイルＡ（Ａ1）と第２コイルＢ（Ｂ1）の２つのコイルで構成されたコイル対である。同一形状を有する第１コイルＡと第２コイルＢは、互いに近接して隣り合うように配置されており、巻回される導体の巻径及び巻数が同一である。第１コイルＡと第２コイルＢは、互いの軸芯が略平行（平行を含む）で被検査材を向くものとし、互いのコイル端面を同一水平面上で揃えて配置されている。
【００２８】
図３に示すように、第１コイルＡ及び第２コイルＢは、差動型となるように接続され、接続された端子は接地している（例えば、第１コイルＡの一方端と第２コイルＢの他方端が接地されている）。接地していない残りの入力端及び出力端は、後述するマルチプレクサ５に接続される。
このような構成によって、第１コイルＡと第２コイルＢは、互いのコイル端面に対して同じ方向で同じ大きさの磁場変化が起こったときに、互いに逆方向に同じ大きさの電圧を発生する。つまり、被検査材の表面に均一な渦電流が流れている限り、第１コイルＡと第２コイルＢは互いに逆方向に同じ大きさの電圧を発生させて打ち消しあうので、受信コイル３全体としての出力（言い換えれば、インピーダンス）は、実効的に０となる。
【００２９】
ところで、被検査材の表面欠陥の検査中は、被検査材の振動などにより、被検査材から受信コイル３までの距離（リフトオフ量）が変動する可能性がある。このリフトオフ量の変動は、受信コイル３を流れる誘導電圧値を変動させるので、受信コイル３が出力する検出信号中のノイズ要因となる。しかし、この場合においても、第１コイルＡと第２コイルＢは近接しているので、リフトオフ量の変動は、第１コイルＡ及び第２コイルＢに対して等しく影響を及ぼす。よって、リフトオフ量の変動に起因して起こる第１コイルＡ及び第２コイルＢにおける電圧値の変動は、等しくなって互いに打ち消し合うため、受信コイル３が出力する検出信号中にはほとんど含まれない。
【００３０】
ここで、検出すべき欠陥は小さなものであって、被検査材に局所的に存在するので、当該小さな欠陥による渦電流の変動は、第１コイルＡ及び第２コイルＢの両方に等しくではなく、いずれか一方に偏って強く影響を及ぼす。よって、受信コイル３は、第１コイルＡと第２コイルＢの差動をとった検出信号を出力することで、リフトオフ量の変動に起因するノイズ要因をキャンセルする構成となっている。
【００３１】
図１、図４に示すように、コイルアレイ１３において、上述の第１コイルＡと第２コイルＢのコイル対である受信コイル３が複数個、一列に直線状に配置されている。
図１、図４を参照しながら、送信コイル２Ａ及び送信コイル体２の構成について説明する。
図１、図４には、マルチコイル式プローブ４の筐体における受信コイル３と送信コイル２Ａの配置が示されている。図１に示すコイルアレイ１３では、一列に直線状に配置された複数個の受信コイル３を１つずつ取り巻く送信コイル２Ａで構成された送信コイル体２が設けられている。送信コイル体２は、電気的に１本の導体と見なせる線状の導体である。
【００３２】
送信コイル体２は、複数の受信コイル３を１つずつ取り巻いているが、その取り巻き方が、本実施形態によるマルチコイル式プローブ４の１つの特徴である。複数の受信コイル３を１本の導体である送信コイル体２によって１つずつ取り巻く巻回方法を説明する。
図４の上段のコイルアレイ１３を参照して説明する。矢印で示すように、交流の発信器１０から励磁アンプ１１を介して出た導体は、コイルアレイ１３の一端から他端に向かって、第１コイルＡと第２コイルＢのコイル対である複数個の受信コイル３の間を、ジグザグに縫うように八の字状に掛け渡されて交差しつつ巻回されている。受信コイル３の間において、第１コイルＡ側から隣の受信コイル３の第２コイルＢ側へ向かって交差すると、次の受信コイル３の間では、第２コイルＢ側から隣の受信コイル３の第１コイルＡ側へ向かって交差するといったように、受信コイル３の間を交差する方向（巻回方向）を反転させている。
【００３３】
導体は、コイルアレイ１３の他端まで巻回されると、他端に配置された受信コイル３の回りを取り囲むように折り返される。折り返された導体は、巻回方向がコイルアレイ１３の他端から一端に向かうように変更される。折り返された導体は、同様の方法で、コイルアレイ１３の一端から他端に向かって、受信コイル３の間をジグザグに縫うように交差しつつ巻回されて、発信器１０に戻る。このように導体を巻回することで、折り返される前の導体と折り返された導体が、受信コイル３の間で交差する。加えて、導体は、コイルアレイ１３の一端側と発信器１０との間でも交差するように巻回されている。
【００３４】
このように１本の導体を巻回することで、各受信コイル３を取り囲む送信コイル２Ａが形成されると共に、形成された複数の送信コイル２Ａが連なった送信コイル体２が構成される。
交流の発信器１０から送信コイル体２に出力された電流は、ある時点において矢印で示された方向に流れる。つまり、受信コイル３の間で交差する２本の導体に流れる電流の方向が同一方向であり、図４の紙面に向かって上向き又は下向きとなっている。これは、２本の導体が交差する点、すなわち、隣り合う送信コイル２Ａ同士の隣接する部位において、電流が同方向に流れることを示している。
【００３５】
隣り合う送信コイル２Ａ同士の隣接する部位において電流が同方向に流れると、互いの電流によって発生する磁場が同方向を向くので、隣接する送信コイル２Ａ同士で互いに逆方向を向く励起磁場が形成される。従って、隣り合う送信コイル２Ａが作る磁場が相互に打ち消し合うことなく、送信コイル２Ａの１つ１つで励磁磁場が発生する。このように、隣接する送信コイル２Ａの間で互いに打ち消されることなく励磁磁場を発生させることのできる送信コイル体２であれば、被検査材の検査中に、交流電流を印加する送信コイル２Ａを切り替える必要が無く、全ての送信コイル２Ａに常時交流電流を流して励磁磁場を発生させ続けることができる。
【００３６】
よって、交流電流を印加する送信コイル２Ａを切り替える度に発生する被検査材内の渦電流が定常化するまでの時間ロスを排除することができ、探傷検査の時間を短縮することができる。
なお、上記の説明では、一列に直線状に配置された複数個の受信コイル３に対して、導体を１回（一重）だけ巻回して送信コイル体２を構成したが、２回又は３回（二重又は三重））、もしくはそれ以上に巻回して送信コイル体２を構成してもよい。
【００３７】
また、マルチコイル式プローブ４は、上述の受信コイル３及び送信コイル２Ａで構成されたコイルアレイ１３を備えており、図２に示すコイルアレイ１３以外の構成要素は、マルチコイル式プローブ４の筐体外に設けられている。
また、上述した交流の発振器１０は、交流をつくるために周期的な信号を発生させる回路であり、一般的な電気回路で用いられる公知のものである。また、励磁アンプ１１は、発信器１０から出力された周期信号を基に、励磁電流を送信コイル体２に出力する回路であり、発振器１０と同様に公知のものである。
【００３８】
ところで、本実施形態の場合、前述した複数の受信コイル３は、２系統マルチプレクサ５（以下、単にマルチプレクサ５という）に接続されている。
マルチプレクサ５は、後述する探傷信号処理装置９から出力された切替信号に基づいて、第１コイルＡ1〜第１コイルＡnの入力を順次切り替えて順に出力Ａとして出力すると共に、第２コイルＢ1〜第２コイルＢnの入力を順次切り替えて順に出力Ｂとして出力する電子部品回路である。すなわち、マルチプレクサ５は、第１コイルＡ1〜第１コイルＡnの入力と第２コイルＢ1〜第２コイルＢnの入力の２系統の入力を切り替えてそれぞれ出力可能となっている。
【００３９】
これら２系統の入力の切り替えは、独立に行われるものではなく、互いに連動して行われる。つまり、切り替えは、受信コイル３単位で行われ、同一の受信コイル３を構成する第１コイルＡと第２コイルＢの入力がマルチプレクサ５の出力Ａ及び出力Ｂとして出力される。具体的には、第１コイルＡ1と第２コイルＢ1の入力、第１コイルＡ2と第２コイルＢ2の入力、第１コイルＡ3と第２コイルＢ3の入力といったように、受信コイル３単位で第１コイルＡと第２コイルＢの入力がマルチプレクサ５の出力Ａ及び出力Ｂとして出力される。
【００４０】
マルチプレクサ５の出力Ａ及び出力Ｂは、ブリッジ回路６に入力される。
このブリッジ回路６にて、出力Ａと出力Ｂとの差、言い換えるならば、受信コイル３の微細なインピーダンス変化を取り出すようにしている。
すなわち、被検査材の正常部分においては、第１コイルＡと第２コイルＢの出力の差が略０であり、ブリッジ回路６の平衡バランスがとれていてその出力電圧は略０である。ところが、表面傷が存在した場合、第１コイルＡと第２コイルＢの出力の差が発生すると共にブリッジ回路６の平衡バランスが崩れ、ブリッジ回路６から所定の電圧値が出力される。
【００４１】
図２に示す同期検波器７は、ブリッジ回路６からの出力された信号（電圧値）を受け取ると共に、発信器１０から出力された同期信号を受信して、ブリッジ回路６からの出力のうち受信した同期信号に同期した成分のみを取り出して出力する回路である。
本実施形態で採用される同期検波器７は、一般にラジオの受信機などで用いられる同期検波回路と同様の構成及び機能を有する回路であって、公知のものである。同期検波器７では、発信器１０からの同期信号に同期した成分のみを取り出すので、渦流探傷装置１ａの外部から混入するランダムノイズ成分が除去されて、出力する信号のＳ／Ｎ比が向上する。
【００４２】
同期検波器７は、ブリッジ回路６から受け取った信号の中から、同期信号と同相のＸ信号と、Ｘ信号とは９０度位相が異なるＹ信号の２つの信号が、出力Ｘ及び出力Ｙとして出力される。
Ａ／Ｄ変換器８は、アナログ信号をデジタル信号に変換する公知の回路である。Ａ／Ｄ変換器８は、同期検波器７から出力されたアナログ信号である出力Ｘ及び出力Ｙを受信して、それぞれをデジタル信号に変換して出力する。
【００４３】
探傷信号処理装置９は、例えばパソコンなどで構成されるＣＰＵを備えた情報処理装置であって、受信コイル３からの検出信号に基づいて被検査体の欠陥を検出する装置である。
探傷信号処理装置９は、マルチプレクサ５に切替信号を出力して信号を取り出す受信コイル３を選択すると共に、選択した受信コイル３からの信号がブリッジ回路６及び同期検波器７を経てＡ／Ｄ変換器８から出力された結果であるデジタル信号を受信する。
【００４４】
このデジタル信号における出力Ｘ及び出力Ｙの信号レベルを基に、被検査材に欠陥が存在するか否かを判定する。この欠陥の判定では、出力Ｘ及び出力Ｙの信号レベルを単純に比較するだけでなく、ある位相における出力Ｘ及び出力Ｙの信号レベルの比率や、各信号の時間的な連続性の変化などを加味して、欠陥の存在が判定される。この判定方法は、従来から一般的に行われている方法を採用すればよく、特に限定されるものではない。
【００４５】
上述の通り、探傷信号処理装置９が信号を取り出す受信コイル３を選択するので、コイルアレイ１３の受信コイル３を連続的に切り替えても、欠陥を検出した受信コイル３を容易に特定することができる。これによって、被検査材上での欠陥の位置を正確に検知することができる。
図２に戻って、上述のコイルアレイ１３を１つ設けることでマルチコイル式プローブ４を構成することができる。また、マルチコイル式プローブ４に対して、１つのコイルアレイ１３の送信コイル体２に発信器１０及び励磁アンプ１１を接続し、該コイルアレイ１３の複数の受信コイル３にマルチプレクサ５以下の回路及び装置を接続することで本実施形態による渦流探傷装置１ａが構成される。
【００４６】
なお、図２において、マルチコイル式プローブ４はコイルアレイ１３を１つしか有していないが、図１に示すとおり、コイルアレイ１３を２つ（２列）備えるようにマルチコイル式プローブ４を構成することもできる。
図１及び図４に示すように、コイルアレイ１３を２列備える場合は、コイルアレイ１３の長手方向に沿った１つの送信コイル２Ａの幅を１ピッチとして、２列のコイルアレイ１３は、長手方向に沿って互いに半ピッチずれるように配置されている。２列のコイルアレイ１３は、電磁気的な干渉が発生しない程度に適切な間隔をおいて配置される。
【００４７】
図４に示すとおり、このような２列配置を採れば、マルチコイル式プローブ４を、コイルアレイ１３の長手方向に対して略垂直（垂直を含む）となる方向（図中、通材方向として矢印で示す方向）に移動させることで、一方のコイルアレイ１３の隣り合う受信コイル３の間に存在する欠陥であって、両受信コイル３で検出できない欠陥を、もう一方のコイルアレイ１３の受信コイル３で検出することができる。
【００４８】
つまり、図１及び図４に示す２つのコイルアレイ１３を備えたマルチコイル式プローブ４は、一方のコイルアレイ１３の受信コイル３の間に存在する探傷不能領域を、他方のコイルアレイ１３の受信コイル３がカバーする構成を有している。
以上述べた構成のマルチコイル式プローブ４を有する渦流探傷装置１ａを用いれば、被検査材内の渦電流が定常化するまでの時間ロスなどの電気的走査に際して生じる時間ロスを低減し、高速に且つ正確に鋼材など導電性被検査材の表面皮下に存在する欠陥を一度で広範囲に検査することが可能となる。
（第２実施形態）
図５を参照しながら、本発明の第２実施形態による渦流探傷装置１ｂについて説明する。
【００４９】
本実施形態による渦流探傷装置１ｂは、図２に示す第１実施形態による渦流探傷装置１ａと類似の構成を有している。本実施形態による渦流探傷装置１ｂは、図２の渦流探傷装置１ａから２系統マルチプレクサ５を廃し、その代わりに、受信コイル３からの出力の全てを加算し出力するアナログ加算器１５を備えたものである。
詳しくは、受信コイル３の第１コイルＡ及び第２コイルＢからの出力は、ブリッジアンプ１４（１４−１〜１４−ｎ）に入力される。ブリッジアンプ１４は第１実施形態で述べたブリッジ回路６と同様の働きをするものであり、ブリッジ回路から出力される信号を増幅するアンプ回路も備えている。
【００５０】
このブリッジアンプ１４は、各受信コイル３毎、言い換えれば（第１コイルＡ1・第２コイルＢ1）〜（第１コイルＡn・第２コイルＢn）のそれぞれに設けられている。
これら各ブリッジアンプ１４からの出力は、１つのアナログ加算器１５に入力される。
アナログ加算器１５としては、一般的な電気回路で用いられる公知のものが採用されており、加算したアナログ信号は、同期検波器７に出力される。このアナログ信号からの出力中には、複数の受信コイル３（３−１〜３−ｎ）の少なくとも１つ以上が検出した表面欠陥に起因する信号が含まれるものとなっている。
【００５１】
同期検波器７以降は、第１実施形態による渦流探傷装置１ａと同様の動作により欠陥の検出が行われる。本実施形態による渦流探傷装置１ｂでは、受信コイル３の切り替え機能を備えていないため欠陥の位置を正確に検出することは難しいものの、マルチプレクサ５の切替動作に要する時間が必要でなくなるため、その分だけ探傷検査の時間を短縮することができる。
【００５２】
以上述べた、第２実施形態による渦流探傷装置１ｂを用いれば、常時励磁可能な送信コイル体２を実現できると共に、受信コイル３の切り替えに要する時間ロスを排除することができる。当然ながら、第２実施形態による渦流探傷装置１ｂを用いることで、高速に且つ正確に鋼材など導電性被検査材の表面皮下に存在する欠陥を一度で広範囲に検査することが可能となる。
【００５３】
ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【００５４】
例えば、コイルアレイ１３では、複数の受信コイル３が一列に直線状に配置されているが、複数の受信コイル３は、一列や直線状に限らず、湾曲した弧を描くように配置されていてもよい。複数の受信コイル３は、隣り合いつつ連続的に配置されていれば、被検査材の形状や渦流探傷装置１ａ，１ｂが設置される環境に応じて様々に配列することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１ａ，１ｂ 渦流探傷装置
２ 送信コイル体
２Ａ 送信コイル
３ 受信コイル
４ マルチコイル式プローブ
５ ２系統マルチプレクサ
６ ブリッジ回路
７ 同期検波器
８ Ａ／Ｄ変換器
９ 探傷信号処理装置
１０ 発振器
１１ 励磁アンプ
１２ センサ面
１３ コイルアレイ
１４ ブリッジアンプ
１５ アナログ加算器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査材に励起磁場を印加することで渦電流を発生させる複数の送信コイルと、前記発生した渦電流が作る磁場を検出する複数の受信コイルと、前記受信コイルからの検出信号に基づいて前記被検査体の欠陥を検出する探傷信号処理装置と、を備える渦流探傷装置であって、
前記複数の受信コイルが、互いに隣り合うように配置され、
前記送信コイルは、前記受信コイルを１つずつ取り巻くとともに、隣接する送信コイル同士で互いに逆方向を向く励起磁場を形成することを特徴とする渦流探傷装置。
【請求項２】
被検査材に励起磁場を印加することで渦電流を発生させる複数の送信コイルと、前記発生した渦電流が作る磁場を検出する複数の受信コイルと、前記受信コイルからの検出信号に基づいて前記被検査体の欠陥を検出する探傷信号処理装置と、を備える渦流探傷装置であって、
前記複数の受信コイルが、互いに隣り合うように配置され、
前記送信コイルは、前記受信コイルを１つずつ取り巻くとともに、隣り合う送信コイル同士の隣接する部位において、同方向に電流を流すことを特徴とする渦流探傷装置。
【請求項３】
前記複数の送信コイルは、電気的に１本の導体と見なせる線状の導体によって１つの送信コイル体として構成されており、
前記線状の導体は、隣り合う２つの受信コイルの間を交差するように巻回方向を反転させながら、八の字状に掛け渡されて巻回されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の渦流探傷装置。
【請求項４】
前記複数の受信コイルは、一列に直線状に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の渦流探傷装置。
【請求項５】
前記複数の受信コイルからの検出信号は、マルチプレクサにて切り換えられて、探傷信号処理装置へ出力されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の渦流探傷装置。
【請求項６】
前記複数の受信コイルからの検出信号は、アナログ加算器によって加算されて、探傷信号処理装置へ出力されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の渦流探傷装置。
【請求項７】
前記受信コイルは、第１コイル及び第２コイルの２つのコイルを有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の渦流探傷装置。
【請求項１】
被検査材に励起磁場を印加することで渦電流を発生させる複数の送信コイルと、前記発生した渦電流が作る磁場を検出する複数の受信コイルと、前記受信コイルからの検出信号に基づいて前記被検査体の欠陥を検出する探傷信号処理装置と、を備える渦流探傷装置であって、
前記複数の受信コイルが、互いに隣り合うように配置され、
前記送信コイルは、前記受信コイルを１つずつ取り巻くとともに、隣接する送信コイル同士で互いに逆方向を向く励起磁場を形成することを特徴とする渦流探傷装置。
【請求項２】
被検査材に励起磁場を印加することで渦電流を発生させる複数の送信コイルと、前記発生した渦電流が作る磁場を検出する複数の受信コイルと、前記受信コイルからの検出信号に基づいて前記被検査体の欠陥を検出する探傷信号処理装置と、を備える渦流探傷装置であって、
前記複数の受信コイルが、互いに隣り合うように配置され、
前記送信コイルは、前記受信コイルを１つずつ取り巻くとともに、隣り合う送信コイル同士の隣接する部位において、同方向に電流を流すことを特徴とする渦流探傷装置。
【請求項３】
前記複数の送信コイルは、電気的に１本の導体と見なせる線状の導体によって１つの送信コイル体として構成されており、
前記線状の導体は、隣り合う２つの受信コイルの間を交差するように巻回方向を反転させながら、八の字状に掛け渡されて巻回されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の渦流探傷装置。
【請求項４】
前記複数の受信コイルは、一列に直線状に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の渦流探傷装置。
【請求項５】
前記複数の受信コイルからの検出信号は、マルチプレクサにて切り換えられて、探傷信号処理装置へ出力されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の渦流探傷装置。
【請求項６】
前記複数の受信コイルからの検出信号は、アナログ加算器によって加算されて、探傷信号処理装置へ出力されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の渦流探傷装置。
【請求項７】
前記受信コイルは、第１コイル及び第２コイルの２つのコイルを有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の渦流探傷装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２４２３５８（Ｐ２０１２−２４２３５８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１６０２２（Ｐ２０１１−１１６０２２）
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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