渦電流探傷装置の差動型と長尺型

【課題】リフトオフに強く、一回のスキャンで広い幅をカバーする渦電流探傷装置。
【解決手段】励磁器と受信器１、２を被金属検体に近接又は接触させて、励磁器から発生する一次磁界により被金属検体に渦電流を誘導し、渦電流から発生する二次磁界による磁場の変化を受信器１、２で検出し、受信器１、２から得られる検出信号で金属を探傷する装置において、励磁器は、前後対称な台形または矩形の同一外形断面をもつ長手フェライト材に検出面と接し、長手方向に平行な二つの平行貫通溝穴が前後対称にきられており、励磁コイルの一方の線路は一方の溝穴を通り、他方の線路は他方の溝穴を通り、同一フェライト板材の下部の同一位置に同じ巻線を同じ巻き数でそれぞれ受信コイルを巻いた受信器１、２、二個を、励磁器の前側と後側にそれぞれ、前後対称となる位置と傾斜角に固定し、受信器１、２、同志をクロス結線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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一次磁界を被金属検体に印加することによって、渦電流を被金属検体に誘導し、渦電流から返される二次磁界を検出し、被金属検体の表層、及び内部、又は裏面の傷、孔を高感度で検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
導電性の金属検体を探傷、又は検査する場合、励磁コイルと受信コイルを被金属検体の表面に近接して配置し、励磁コイルに交流電流を流し、一次磁界を励磁コイルに発生させる。すると、被金属検体には、渦電流が誘導される。渦電流からは二次磁界が発生する。一次磁界と二次磁界の両磁場内にある受信コイルには、両磁界の合成鎖交磁束が受信起電力を誘起する。受信コイルの受信起電力である検出信号に基づいて傷の有無を判断する。
【０００３】
励磁コイルと受信コイルを分離した探傷方法において、励磁コイルを被金属検体の表面である検出面に対して配置するに当たり、励磁コイル面を導電体の被探傷面と平行させる方式と、直交させる方式がある。さらに、特許文献１には、励磁コイルを門型断面形状の鉄心に巻いた励磁器と、受信コイルを棒状鉄心に巻いた受信器を励磁器の前側に配置して、さらに検出面に対して受信器を傾斜させる方式が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４１６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[背景技術の課題]
特許文献１では、被金属検体の励磁箇所の表面あたりでは、金属内部の渦電流から発生する二次磁界ベクトル方向が、励磁コイルから発生する一次磁界のベクトル方向と異なる事を利用し、門型フェライトによる励磁、及び門型フェライトの近傍に置かれる受信器の傾斜角度の調整によって、渦電流の流れの阻害から生まれる二次磁界の変化をより精細に検出できる構造を特徴としている。しかし、実用上の問題点として、センサー部が被金属検体表面上をスキャンするとき、センサー部から被金属検体のまでの離間距離であるリフトオフが常に一定ではなく変動すること。また、スキャン方向を縦方向として、横方向にセンサー部の幅が短いと、幅広の被金属検体に対しスキャン回数が多くなり検査時間がかかりすぎる、又は、間隔を隔てたスキャン軌跡となってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第一の問題点であるスキャン時におけるリフトオフ変動の問題は、二つの受信器による差動型によって解決される。既存の渦電流探傷法では、二つの同一検査コイルをクロス結線することによってなされる。特許文献１の探傷技術では、受信器と励磁器が別々であり、励磁器は門型フェライトを有する特異な形状をしている。この為、差動型をなすため、門型フェライトの形状や励磁コイルの巻く位置を変える、又は受信器の配置、受信器の構造を変える必要がある。
【０００７】
特許文献１の渦電流探傷法による単一受信器では、被金属検体の厚みに対する情報が得られたが、リフトオフに弱い。一方、二つの受信器をクロス結線した差動型では、被金属検体の厚み情報は得られないが、リフトオフに強い。
【０００８】
特許文献１の渦電流探傷法を使った差動型には３つの異なる形状がある。一つ目は、図１に図示される。特許文献１記載の構造である励磁器は、前側が斜形で後側が垂直な台形または矩形の外形断面形状の長手フェライト材に検出面と接し長手方向に平行な一つの溝穴をきった門型形状のコアを有する。励磁コイルの一方の線路は門型形状コアの溝穴を通り、他方の線路は門型形状コアの後側を通る。励磁器の前側に、二つの同一受信器を並列して並べ、受信器同志をクロス結線する。
二つ目は、図２と３に図示される。励磁器用フェライトコアを、前後対称な台形または矩形となる同一断面形状材とし、検出面と接しコアの長手方向かつ前後対称に二つの平行貫通溝穴をコアに開け、二つの溝穴間に励磁コイルを通す。二つの受信器は前後対称に励磁器の前側と後側それぞれに置かれ、クロス結線される。
三つ目は、図４と５に図示される。励磁器用フェライトコアを、前後対称な台形または矩形となる同一断面形状材とし、コアの長手方向にかつ前後対称の二つの平行貫通溝穴は、検出面と垂直に位置し、一方が検出面と接し、他方がコア上部から中ほどまで切り込まれている。二つの溝穴間に励磁コイルを通す。励磁コイルは検出面と垂直に配置している。二つの受信器は前後対称に励磁器の前側と後側それぞれに置かれ、ストレート結線される。これは、励磁コイルから発生する磁界の鎖交方向が異なっているため、ストレート結線で差動型となる。
【０００９】
二つ目の平行コイルを使用した差動型は、探傷深度が浅くなるが、表層傷に対する感度が高い。三つ目の垂直コイルを使用した差動型は、表層傷に対する感度が低下するが、探傷深度が深い。また、励磁コイルが垂直である分、センサーの前後方向のサイズを小さくできる。
【００１０】
一般に、同一のコイルの巻き方向とした二つの受信器を、クロス結線することによって差動型を獲得している。時計巻のコイルの受信器と反時計巻のコイルの受信器をストレート結線することでも差動型を獲得できる。
【００１１】
第二の問題点であるセンサーの長尺型の問題は、同一断面形状の励磁器を断面形状と垂直方向に延伸し、複数の受信器を励磁器の長手方向に並列させることで解決される。単一の受信器の幅を長くすることも可能であるが、長くしすぎると、それだけの広いエリアを探査することになり、微小傷に対する感度が低下する。受信器の幅すなわち探傷幅と微小傷への感度はトレードオフの関係にある。なお、複数の受信器を同時に使用しても、励磁器が単一であり同一なので、受信器間の相互干渉は起きない。
【００１２】
一方、複数の受信器を並列させると、受信器と隣の受信器とのギャップが不感帯となってしまう。この受信器間ギャップを無くす二通りの方法がある。差動型を用いた長尺型では、前側と後側の両方に受信器が並べられる。前側受信器列と後側受信器列の位置を左右どちらかにずらす事により、それぞれの列の受信器間のギャップは、他方の列の受信器によってスキャンされる。もう一つの方法は、複合型受信器を利用する。複合型受信器は、単一のフェライト板の下部に等間隔のスリットを切り、各受信コイルは一つまたは複数中抜きした二つのスリット間に巻回し、それぞれの受信コイルが互い違いに重なり合うように巻いていく。受信コイルは互いに重なり合っているので不感帯をなくすことができる。
【００１３】
三つの差動型と複数の受信器を使う長尺型は、どの受信器とどの受信器が差動ペアを組むかによって様々な組み合わせが可能となる。二つ又は複数の受信器による差動ペアは、左右隣あった差動ペアや前後対称位置にある差動ペアに限らず、左右両端に位置する両翼対称の差動ペア、両翼から内側にある内側対称の差動ペア、前後クロス間での差動ペア、等を組むことができる。
【００１４】
端に位置する受信器は、内側に位置する受信器と検出特性が異なる。その為、端に位置する受信器は、同じ端同志で差動ペアを組むほうがよい。内側の受信器同志では、検出特性が同一であるため、どの受信器と差動ペアで組もうと任意でよい。
【００１５】
図示されていないが、励磁コイルと受信コイルは、其々ケーブルによって信号伝送される。励磁コイルには、探傷深さに合わせた周波数の正弦波励磁電流が、電力増幅回路から送り出される。受信器の受信コイルと鎖交する磁束が、受信コイルに起電力を発生させ、受信信号として受信増幅回路に伝送され、信号増幅される。
【発明の効果】
【００１６】
被金属検体の探傷において、微小傷への高感度を保ちつつ、スキャンから生まれるリフトオフ変動に影響を受けない、さらに、一回のスキャンで広く検査が出来るよう広い探傷幅を持つ。探傷検査を確実とし、検査時間の短縮を図る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
一つ目の左右対称差動型は、図１に示される。図１では、前側が斜形で後側が垂直な門型フェライト３が使われている。アルミ材の探傷用として、前側を斜形とすることで受信器が置かれる前側での一次磁界強度を緩和し、且つ、受信器の傾斜角領域を広げ、傷によってもたらされる二次磁界の変化をより検出しやすくしている。励磁コイル４の一方の線路は、同一断面形状の門型フェライト３の底部にある貫通溝穴５を通り、他方の線路は後ろ側中間部に据えられている。励磁コイルも傾斜させることで、傷信号振幅大きくし、より検出しやすくする。受信器１、２は、其々、幅を有するフェライト板の下側に受信コイルが巻かれている。コイル軸方向に長いフェライトコアの下側に受信コイルを巻くことによって、被金属検体に流れる渦電流から返される二次磁界をより多く集磁し、二次磁界への感度を高めている。受信器の幅を有することで、探傷幅を広くしている。受信器ペア１、２は左右対称に門型フェライトの前側に置かれ、傷信号が最も大きくなる同一の傾斜角に設定される。同一方向に受信コイルが巻かれた受信器ペア１、２は、クロス結線され、セラミック接着剤、等で励磁器に固定される。スキャンは、前後方向に行われる。
【００１８】
二つ目の前後対称差動型平行励磁の側面図が図２に、立体図が図３に示される。同一断面形状の門型フェライト６は、アルミ探傷用として、前後対称で前側も後側も斜形としている。門型フェライト６は、前後対称で長手方向に平行な二つの平行貫通溝穴７を持つ。二つの溝穴７は平行に検出面９に面して、門型フェライト６の長手方向に沿って開いている。励磁コイル８はこの二つの溝穴７を通り、被金属検体に平行に励磁する。受信器ペア１、２は、前後対称に門型フェライトの前側と後側に置かれ、傷信号が最も大きくなる同一の傾斜角に設定される。同一方向に受信コイルが巻かれた受信器ペア１、２は、クロス結線され、セラミック接着剤、等で励磁器に固定される。スキャンは前後方向に行われる。
【００１９】
三つ目の前後対称差動型垂直励磁の側面図が図４に、立体図が図５に示される。同一断面形状の門型フェライト１０は、アルミ探傷用として、前後対称で前側も後側も斜形としている。門型フェライト１０は、前後対称で長手方向に平行な二つの平行貫通溝穴１１を持つ。二つの溝穴１１は検出面１３と垂直に、門型フェライト１０の前後対称の中心に位置し、一方の溝穴は検出面１３に面して、他方の溝穴は門型フェライト１０の上部から中間あたりまで切り込まれている。励磁コイル１２はこの二つの溝穴１１を通り、被金属検体に垂直に励磁する。受信器ペア１、２は、前後対称に門型フェライト１０の前側と後側に置かれ、傷信号が最も大きくなる同一の傾斜角に設定される。同一方向に受信コイルが巻かれた受信器ペア１、２は、ストレート結線され、セラミック接着剤、等で励磁器に固定される。スキャンは前後方向に行われる。
【００２０】
前後対称差動型垂直励磁を長尺型とした底面図が図６に、立体図が図７に示される。前後対称の門型フェライト２０は、断面形状と垂直方向に延伸されている。励磁コイル２２は、垂直励磁として、門型フェライト２０の前後対称中心の上下の二つの平行貫通溝穴２１を通る。三つの前側受信器２５、２６、２７は同一の幅を持ち、同一の巻線と巻き数でコア下部同一位置にコイルが巻かれ、等間隔に並列されている。二つの後側受信器は、前側受信器の半分の幅となり、同一の巻線と巻き数でコア下部同一位置にコイルが巻かれ、前側受信器間のギャップの真後ろに位置し、等間隔に並列されている。左右両翼の前側受信器２５と２７が前両翼の差動ペア２９を組む。前両翼の差動ペア２９はクロス結線される。中心の前側受信器２６と二つの後側受信器２３、２４が複合中心の差動ペア２８を組む。後側受信器２３と２４は同一極性とし、中心の前側受信器２６と異極性とする。後側受信器２３と２４はストレート結線され、さらに垂直励磁により中心の前側受信器２６とストレート結線される。平行励磁の場合は、中心の前側受信器２６とクロス結線される。被金属検体をスキャンするにあたり、傷が前側受信器間に位置しても後側受信器によって捉えられる。
【００２１】
前後対称差動型平行励磁を長尺型とした底面図が図８に、立体図が図９に示される。前後対称の門型フェライト３０は、断面形状と垂直方向に延伸されている。励磁コイル３２は、平行励磁として、門型フェライト３０の前後対称且つ検出面に平行に並ぶ二つの平行貫通溝穴３１を通る。五つの前側受信器３３、３４、３５、３６、３７は同一の幅を持ち、同一の巻線と巻き数でコア下部同一位置にコイルが巻かれ、等間隔に並列されている。二つの両翼の後側受信器は、前側受信器と同じ幅を持ち、同一の巻線と巻き数でコア下部同一位置にコイルが巻かれている。二つの内側の後側受信器は、前側受信器の半分の幅となり、同一の巻線と巻き数でコア下部同一位置にコイルが巻かれている。後側受信器は、それぞれ前側受信器間のギャップの真後ろに位置する。左右両翼の前側受信器３３と３７が前両翼の差動ペア４５を組む。前両翼の差動ペア４５はクロス結線される。右内の前側受信器３６と右翼の後側受信器４１が、右直列の差動ペア４３を組む。右直列の差動ペア４３は、クロス結線される。左中の前側受信器３４と左翼の後側受信器３８が、左直列の差動ペア４４を組む。左直列の差動ペア４４は、クロス結線される。中心の前側受信器３５と左中の後側受信器３９と右中の後側受信器４０が複合中心の差動ペア４２を組む。左中の後側受信器３９と右中の後側受信器４０は同一極性とし、中心の前側受信器３５と異極性とする。左中の後側受信器３９と右中の後側受信器４０はストレート結線され、さらに平行励磁により中心の前側受信器３５とクロス結線される。垂直励磁の場合は、中心の前側受信器３５とストレート結線される。被金属検体をスキャンするにあたり、傷が前側受信器間に位置しても後側受信器によって捉えられる。
【００２２】
前後対称差動型平行励磁を長尺型とし、図８、９とは異なる差動ペア組み合わせを持つ底面図が図１０に、立体図が図１１に示される。励磁コイル５２は、平行励磁として、門型フェライト５０の前後対称且つ検出面に平行に並ぶ二つの平行貫通溝穴５１を通る。四つの前側受信器５３、５４、５５は同一の幅を持ち、同一の巻線と巻き数でコア下部同一位置にコイルが巻かれ、等間隔に並列されている。四つの後ろ側受信器５６、５７、５８も前側受信器と同じ幅を持ち、同一の巻線と巻き数でコア下部同一位置にコイルが巻かれ、等間隔に並列されている。後側受信器は、それぞれ前側受信器間のギャップの真後ろに位置する。左翼の前側受信器５３と右翼の後側受信器５８が前後両翼クロスの差動ペア６０を組む。前後両翼クロスの差動ペア６０は、クロス結線される。右翼の前側受信器５５と左翼の後側受信器５６が前後両翼クロスの差動ペア６１を組む。前後両翼クロスの差動ペア６１は、クロス結線される。二つの内側の前側受信器５４は、二つの内側の後側受信器５７とそれぞれ直列ペア５９を組む。各直列ペア５９は、クロス結線される。
【００２３】
複合型受信器の正面図と下面図が図１２に示される。複合型受信器は、同一のフェライトコア板６５に複数の重なり合う受信コイルを持つ。フェライトコア板６５の下部に等間隔のスリット６６が切られており、各受信コイルは二つのスリット６６間を通して巻かれる。左側から第一コイル６７は、第一脚７２と第二脚７３の周りに巻かれる。第二コイル６８は、第二脚７３と第三脚７４の周りに巻かれる。第三コイル６９は、第三脚７４と第四脚７５の周りに巻かれる。第四コイル７０は、第四脚７５と第五脚７６の周りに巻かれる。第五コイル７１は、第五脚７６と第六脚７７の周りに巻かれる。隣り合うコイルの巻線は、各脚上に一本ずつ互い違いに巻かれる。各コイルが重なり合っているので不感帯がない。
【００２４】
複合型受信器は、単一の長尺型励磁器と共に用い、各受信コイルを其々別々の検出部として、又は、差動ペアを組んで用いてもよい。また、上記の左右対称差動型と、前後対称差動型の平行励磁と、前後対称差動型の垂直励磁と共に用いてもよい。差動ペアは、上述と同様に各種組むことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、金属材料加工工程や組み立て工程での金属製品の欠陥や不良を発見し、品質の向上をはかる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】左右対称差動型の立体図
【図２】前後対称差動型平行励磁の側面図
【図３】前後対称差動型平行励磁の立体図
【図４】前後対称差動型垂直励磁の側面図
【図５】前後対称差動型垂直励磁の立体図
【図６】前後対称差動型垂直励磁を長尺型とした底面図
【図７】前後対称差動型垂直励磁を長尺型とした立体図
【図８】前後対称差動型平行励磁を長尺型とした底面図
【図９】前後対称差動型平行励磁を長尺型とした立体図
【図１０】前後対称差動型平行励磁を長尺型とした底面図異なる差動ペア組み合わせ
【図１１】前後対称差動型平行励磁を長尺型とした立体図異なる差動ペア組み合わせ
【図１２】複合型受信器の正面図と下面図
【符号の説明】
【００２７】
１ペア受信器
２ペア受信器
３門型フェライト
４励磁コイル
５貫通溝穴
６前後対称門型フェライト平行励磁用
７二つの平行貫通溝穴
８励磁コイル平行励磁
９検出面
１０前後対称門型フェライト垂直励磁
１１二つの平行貫通溝穴
１２励磁コイル垂直励磁
１３検出面
２０延伸された前後対称門型フェライト垂直励磁
２１二つの平行貫通溝穴上下
２２励磁コイル
２３幅半分の受信器左後
２４幅半分の受信器右後
２５左前側受信器
２６中心の前側受信器
２７右前側受信器
２８差動ペア複合中心
２９差動ペア前両翼
３０延伸された前後対称門型フェライト平行励磁
３１二つの平行貫通溝穴
３２励磁コイル
３３左翼の前側受信器
３４左中の前側受信器
３５中心の前側受信器
３６右中の前側受信器
３７右翼の前側受信器
３８左翼の後側受信器
３９幅半分の左中の後側受信器
４０幅半分の右中の後側受信器
４１右翼の後側受信器
４２差動ペア複合中心
４３差動ペア右直列
４４差動ペア左直列
４５差動ペア前両翼
５０延伸された前後対称門型フェライト平行励磁
５１二つの平行貫通溝穴
５２励磁コイル
５３左翼の前側受信器
５４二つの中側の前側受信器
５５右翼の前側受信器
５６左翼の後側受信器
５７二つの中側の後側受信器
５８右翼の後側受信器
５９差動ペア直列各
６０差動ペア前後両翼クロス
６１差動ペア前後両翼クロス
６５フェライトコア板
６６スリット
６７第一コイル
６８第二コイル
６９第三コイル
７０第四コイル
７１第五コイル
７２第一脚
７３第二脚
７４第三脚
７５第四脚
７６第五脚
７７第六脚

【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁器と受信器を被金属検体に近接又は接触させて、励磁器から発生する一次磁界により被金属検体に渦電流を誘導し、渦電流から発生する二次磁界による磁場の変化を受信器で検出し、受信器から得られる検出信号で金属を探傷する装置において、
励磁器は、前側が斜形で後側が垂直な台形または矩形の同一外形断面をもつ長手フェライト材に検出面と接し長手方向に平行な一つの溝穴がきられており、励磁コイルの一方の線路はこの溝穴を通り、他方の線路はフェライト材の後側を通り、
同一フェライト板材の下部の同一位置に同じ巻線を同じ巻き数でそれぞれ受信コイルを巻いた受信器二個を、並列に同一傾斜角で励磁器の前側に固定し、受信器同志をクロス結線することを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項２】
励磁器と受信器を被金属検体に近接又は接触させて、励磁器から発生する一次磁界により被金属検体に渦電流を誘導し、渦電流から発生する二次磁界による磁場の変化を受信器で検出し、受信器から得られる検出信号で金属を探傷する装置において、
励磁器は、前後対称な台形または矩形の同一外形断面をもつ長手フェライト材に検出面と接し、長手方向に平行な二つの平行貫通溝穴が前後対称にきられており、励磁コイルの一方の線路は一方の溝穴を通り、他方の線路は他方の溝穴を通り、
同一フェライト板材の下部の同一位置に同じ巻線を同じ巻き数でそれぞれ受信コイルを巻いた受信器二個を、励磁器の前側と後側にそれぞれ、前後対称となる位置と傾斜角に固定し、受信器同志をクロス結線することを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項３】
励磁器と受信器を被金属検体に近接又は接触させて、励磁器から発生する一次磁界により被金属検体に渦電流を誘導し、渦電流から発生する二次磁界による磁場の変化を受信器で検出し、受信器から得られる検出信号で金属を探傷する装置において、
励磁器は、前後対称な台形または矩形の同一外形断面をもつ長手フェライト材に長手方向と平行な二つの平行貫通溝穴が前後対称且つ検出面と垂直に切られており、一つの溝穴は検出面と接し、他方の溝穴は長手フェライト材の上部から中ほどまで開けられており、励磁コイルの一方の線路は上側の溝穴を通り、他方の線路は下側の溝穴を通り、
同一フェライト板材の下部の同一位置に同じ巻線を同じ巻き数でそれぞれ受信コイルを巻いた受信器二個を、励磁器の前側と後側にそれぞれ、前後対称となる位置と傾斜角に固定し、受信器同志をストレート結線することを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項４】
励磁器は、同一断面形状を保ちながら長手方向に延伸し、受信器は、二個以上の複数個が励磁器の前側のみに、又は前側と後側の両方に並列され、受信器間で複数個の差動ペアを組むことを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の渦電流探傷装置。
【請求項５】
受信器のコアは、単一のフェライト板材の下部に等間隔にスリットが切られ、各受信コイルは、二つ以上の脚に跨って巻回し、其々の受信コイルは巻回す脚をずらしながら等間隔に位置を変え、隣り合う受信コイルのコイル線が互い違いに脚に巻かれ、単一のフェライト材に重なり合いながら複数の受信コイルが形成されていることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の渦電流探傷装置。

【図１】