電磁超音波探触子および電磁超音波探傷装置
【課題】電磁超音波探触子と検査対象との距離によらず、超音波を用いた探傷感度が一定となり、良好な検査精度を実現することを可能とする電磁超音波探触子および電磁超音波探傷装置を得る。
【解決手段】磁界を発生させる手段３と、検査対象に渦電流を発生させるコイル２とを備え、検査対象６との間で電磁気力により超音波を送受信し、非接触で検査対象６中の欠陥部を検出するために用いられる電磁超音波探触子１において、互いに電気的に接続され、検査対象６に対向する面に所定の面積を有するように任意の間隔を隔てて配置された少なくとも２つ以上の導体４をさらに備える。
【解決手段】磁界を発生させる手段３と、検査対象に渦電流を発生させるコイル２とを備え、検査対象６との間で電磁気力により超音波を送受信し、非接触で検査対象６中の欠陥部を検出するために用いられる電磁超音波探触子１において、互いに電気的に接続され、検査対象６に対向する面に所定の面積を有するように任意の間隔を隔てて配置された少なくとも２つ以上の導体４をさらに備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触で検査対象中の欠陥部を検出するために用いられる電磁超音波探触子、およびこの電磁超音波探触子を用いた電磁超音波探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の板や管等の検査対象に非接触で、超音波の発生や検出を行う従来の方法の１つとして、電磁超音波探触子（Electromagnetic Acoustic Transducer：ＥＭＡＴ）を利用した方法が知られている。一般に、ＥＭＡＴは、高周波電流を流すコイルと、磁界を与える磁石とから構成されている。
【０００３】
ＥＭＡＴは、コイルを流れる電流の高周波振動により、検査対象の表面近傍に生じる渦電流と、磁石によって検査対象に作られる磁界との相互作用により、ローレンツ力を発生させる。そして、ＥＭＡＴは、このローレンツ力で検査対象を振動させることにより、検査対象中に超音波を発生させる。さらに、ＥＭＡＴは、逆の物理現象により、検査対象中の超音波を検出することができる。
【０００４】
また、検査対象が強磁性体の場合には、ＥＭＡＴは、外部磁界によりバイアス磁界をかけ、検査対象に近接されたコイルから発生した磁界によりバイアス磁界を変化させる。これにより、磁歪を変化させて検査対象中に超音波を発生させることができる。このため、接触媒質を必要とせず、非接触で超音波の送受信を行うことができる。また、磁石やコイルの構成により、種々のモードの超音波を発生・検出することができる。
【０００５】
このＥＭＡＴを利用して、金属に対する探傷や、音速測定、厚み測定、材質測定等を調べる従来技術としては、電磁超音波計測方法および装置などが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２６６７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
従来の電磁超音波計測装置では、非接触で超音波の発生・検出が可能となる。しかしながら、検査対象の表面に凹凸がある場合などでは、電磁超音波探触子と検査対象との距離を一定に保つことができない。この結果、検査対象と電磁超音波探触子間の距離により、超音波の送信感度および受信感度が変動してしまう。
【０００８】
すなわち、電磁超音波探触子を用いて探傷を行う場合に、位置により検査対象と電磁超音波探触子間の距離が異なる場合があるため、超音波の送信感度および受信感度が変動していまい、正確な検査が行えない。
【０００９】
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、電磁超音波探触子と検査対象との距離によらず、超音波を用いた探傷感度が一定となり、良好な検査精度を実現することを可能とする電磁超音波探触子および電磁超音波探傷装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電磁超音波探触子は、磁界を発生させる手段と、検査対象に渦電流を発生させるコイルとを備え、検査対象との間で電磁気力により超音波を送受信し、非接触で検査対象中の欠陥部を検出するために用いられる電磁超音波探触子において、互いに電気的に接続され、検査対象に対向する面に所定の面積を有するように任意の間隔を隔てて配置された少なくとも２つ以上の導体をさらに備えたものである。
【００１１】
また、本発明に係る電磁超音波探傷装置は、本発明の電磁超音波探触子を用いて、検査対象に電磁気力により超音波を発生させ、検査対象中の欠陥部で散乱された超音波を受信して検査対象の探傷を行う電磁超音波探傷装置であって、電磁超音波探触子に配置された２つ以上の導体と検査対象との間に生じる静電容量に基づいて、電磁超音波探触子と検査対象との間の距離を求める計測手段と、計測手段により求められた距離に基づいて、検査対象の探傷感度を所定値に保つ探傷感度制御手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、互いに電気的に接続され、検査対象に対向する面に所定の面積を有するように任意の間隔を隔てて配置された少なくとも２つ以上の導体を電磁超音波探触子内に設けることにより、静電容量の測定値に基づいて電磁超音波探触子と検査対象との距離を特定することが可能となり、電磁超音波探触子と検査対象との距離によらず超音波を用いた探傷感度が一定となり、良好な検査精度を実現することを可能とする電磁超音波探触子および電磁超音波探傷装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の電磁超音波探触子および電磁超音波探傷装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における電磁超音波探触子（以下、ＥＭＡＴと記す）の概略構成図である。なお、以下に示す各図中において、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【００１５】
本実施の形態１に係るＥＭＡＴ１は、コイル２、磁石３、２つの導体板４、計測手段５から構成されている。コイル２は、銅等の導線を円形、楕円形、または矩形の渦巻き状に中心部から数周から数十周巻いたもの、メアンダ状にしたもの、または、プリント基板上に同様の渦巻き状やメアンダ状のパターンを作成したものである。磁石３は、永久磁石あるいは電磁石等の磁界を発生させる手段である。さらに、磁石３は、発生する磁界が、コイル２により生じる渦電流に作用するように配置されている。
【００１６】
ここで、ＥＭＡＴ１による超音波の送受信原理について図を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態１におけるＥＭＡＴ１による超音波の発生原理を説明する図である。ここでは、ＥＭＡＴ１による超音波の駆動力として、ローレンツ力を用いる場合について説明する。
【００１７】
図２に示すように、コイル２に交流を流すことにより、導電性材料からなる検査対象６の表面近傍には渦電流７が生じる。また、磁石３により、磁界８が与えられ、渦電流７と磁界８の相互作用によりローレンツ力９が発生する。渦電流７の高周波振動に従って、ローレンツ力９は周期的に変動し、検査対象６の表面近傍を振動させる。この振動により超音波１０が発生し、検査対象６中を伝搬していく。
【００１８】
検査対象６に欠陥や材質変化領域等の音響的不連続部１１（以下、欠陥部１１と記す）が存在する場合、検査対象６中を伝搬する超音波１０は、欠陥部１１により反射され、再びＥＭＡＴ１の方向へ伝搬していく。超音波１０がＥＭＡＴ１の近傍へ達すると、超音波１０の変位によって、磁界８が時間的に変化する。
【００１９】
この磁界変化を妨げようとする方向に渦電流７が生じる。この渦電流７をコイル２により検出することで、検査対象６中に存在する欠陥部１１からの反射波を受信することができる。
【００２０】
上述のように、ＥＭＡＴ１では、電磁気力により超音波１０を送受信するため、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間には接触媒質を必要とせず、非接触で超音波１０の送受信を行うことができる。
【００２１】
本実施の形態１に係るＥＭＡＴ１では、図１のように、少なくとも２つ以上の導体板４が任意の間隔を隔てて配置されており、各導体板４の検査対象６に対向した面は、所定の面積Ｓを有している。図３は、本発明の実施の形態１におけるＥＭＡＴ１と検査対象６との関係を模式的に示した図である。図３に示すように、各導体板４と検査対象６との間には、下式（１）に示す静電容量が生じる。
【００２２】
【数１】
【００２３】
ここで、ε０は空気の誘電率であり、ｄは、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間の距離である。
【００２４】
次に、図４は、本発明の実施の形態１のＥＭＡＴ１において、導体板４を電気的に接続した場合の等価回路図である。本実施の形態１において、ＥＭＡＴ１は、導体板４を２つ有しており、これら２つの導体板４を電気的に接続すると、その等価回路は、図４（ａ）のように並列接続されたコンデンサとなり、これを合成すると、図４（ｂ）の等価回路となる。
【００２５】
図４（ｂ）において、端子１２ａと端子１２ｂとの間の電圧をｖ、回路に流れる電流をｉとすると、静電容量Ｃは、下式（２）で与えられる。
【００２６】
【数２】
【００２７】
従って、計測手段５は、上式（２）の関係から、電圧ｖが既知の場合には電流ｉを計測することにより、また、電流ｉが既知の場合には電圧ｖを計測することにより、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間の静電容量を得ることができる。さらに、計測手段５は、上式（１）を用いて、計測した静電容量からＥＭＡＴ１と検査対象６との距離を得ることができる。
【００２８】
以上のように、実施の形態１によれば、互いに電気的に接続され、検査対象に対向する面に所定の面積を有するように任意の間隔を隔てて配置された少なくとも２つ以上の導体（導体板）が電磁超音波探触子内に設けられている。このような構成の電磁超音波探触子を用いることにより、静電容量の測定値に基づいて電磁超音波探触子と検査対象との距離を特定することが可能になる。この結果、電磁超音波探触子と検査対象との距離によらず超音波を用いた探傷感度が一定となり、良好な検査精度を実現することを可能とする電磁超音波探触子を得ることができる。
【００２９】
なお、上述した実施の形態１では、磁石３を３つ用いた構成を示したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。発生する超音波１０として所望のモードが得られるように、磁石３の個数、配置、および磁石３とコイル２との位置関係を決定すればよい。
【００３０】
また、静電容量の計測方法としては、ＲＣ直列回路を構成し、ＲＣ直列回路の過渡現象を利用した充電特性から静電容量を計測してもよい。
【００３１】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２におけるＥＭＡＴの概略構成図である。本実施の形態２に係るＥＭＡＴ１は、コイル２と磁石３ａおよび２つの表面に導電性材料が塗布された磁石３ｂ、計測手段５から構成されている。先の実施の形態１における図１の構成と比較すると、本実施の形態２における図５の構成は、導体として、２つの導体板４の代わりに、２つの表面に導電性材料が塗布された磁石３ｂが用いられている点が異なっている。
【００３２】
コイル２は、銅等の導線を円形、楕円形、または矩形の渦巻き状に中心部から数周から数十周巻いたもの、メアンダ状にしたもの、または、プリント基板上に同様の渦巻き状やメアンダ状のパターンを作成したものである。
【００３３】
磁石３ａは、永久磁石あるいは電磁石等の磁界を発生させる手段であり、先の図１における磁石３と同等である。また、磁石３ｂは、少なくとも２つ備えられ、永久磁石あるいは電磁石等の磁界を発生させる手段であり、表面には導電性材料が塗布されている。さらに、磁石３ａおよび磁石３ｂは、磁界がコイル２により生じる渦電流に作用するように配置されている。
【００３４】
本実施の形態２における図５の構成のＥＭＡＴ１では、任意の間隔を隔てて配置された少なくとも２つの磁石３ｂを有している。また、磁石３ｂの表面には、導電性材料が塗布されており、各導電性材料が塗布された磁石３ｂにおいて、検査対象６に対向した面は、所定の面積Ｓを有している。したがって、各導電性材料が塗布された磁石３ｂと検査対象６との間には、先の実施の形態１と同様に、上式（１）で示す静電容量が生じる。
【００３５】
本実施の形態２において、ＥＭＡＴ１は、導電性材料が塗布された磁石３ｂを２つ有しており、これら２つの磁石３ｂを電気的に接続すると、その等価回路は、先の実施の形態１と同じように、図４（ａ）、（ｂ）となる。また、静電容量Ｃも、先の実施の形態１と同様に、上式（２）で与えられる。
【００３６】
従って、計測手段５は、先の実施の形態１と同様に、上式（２）の関係から、電圧ｖが既知の場合には電流ｉを計測することにより、また、電流ｉが既知の場合には電圧ｖを計測することにより、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間の静電容量を得ることができる。さらに、計測手段５は、上式（１）を用いて、計測した静電容量からＥＭＡＴ１と検査対象６との距離を得ることができる。
【００３７】
以上のように、実施の形態２によれば、導体として、導体板の代わりに表面に導電性材料が塗布された磁石を用いた場合にも、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
なお、上述した実施の形態２では、磁石３ａを１つ、磁石３ｂを２つ用いた構成を示したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。発生する超音波１０として所望のモードが得られるように、磁石３ａ、３ｂの個数、配置、および磁石３ａ、３ｂとコイル２との位置関係を決定すればよい。
【００３９】
また、静電容量の計測方法としては、ＲＣ直列回路を構成し、ＲＣ直列回路の過渡現象を利用した充電特性から静電容量を計測してもよい。
【００４０】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３におけるＥＭＡＴの概略構成図である。本実施の形態３に係るＥＭＡＴ１は、２つのコイル２と磁石３および計測手段５から構成されている。先の実施の形態１における図１の構成と比較すると、本実施の形態３における図６の構成は、導体として、２つの導体板４の代わりに、２つのコイル２が用いられている点が異なっている。
【００４１】
コイル２は、銅等の導線を円形、楕円形、または矩形の渦巻き状に中心部から数周から数十周巻いたもの、または、プリント基板上に同様の渦巻き状のパターンを作成したものである。磁石３は、永久磁石あるいは電磁石等の磁界を発生させる手段である。さらに、磁石３は、発生する磁界が、コイル２により生じる渦電流に作用するように配置されている。
【００４２】
本実施の形態３における図６の構成のＥＭＡＴ１では、任意の間隔を隔てて配置された少なくとも２つのコイル２を有している。これら２つのコイル２は、渦巻き状に密着して巻かれており、コイルにおいて、検査対象に対向した面は、先の実施の形態１の図１における導体板４と等価であるとみなし、その面積をＳとする。この場合、コイル２と検査対象６との間には、先の実施の形態１と同様に、上式（１）で示す静電容量が生じる。
【００４３】
本実施の形態３において、ＥＭＡＴ１は、２つのコイル２を有しており、これら２つのコイル２を電気的に接続すると、その等価回路は、先の実施の形態１と同じように、図４（ａ）、（ｂ）となる。また、静電容量Ｃも、先の実施の形態１と同様に、上式（２）で与えられる。
【００４４】
従って、計測手段５は、先の実施の形態１と同様に、上式（２）の関係から、電圧ｖが既知の場合には電流ｉを計測することにより、また、電流ｉが既知の場合には電圧ｖを計測することにより、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間の静電容量を得ることができる。さらに、計測手段５は、上式（１）を用いて、計測した静電容量からＥＭＡＴ１と検査対象６との距離を得ることができる。
【００４５】
以上のように、実施の形態３によれば、導体として、導体板の代わりにコイルを用いた場合にも、先の実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
なお、上述した実施の形態３では、磁石３を３つ用いた構成を示したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。発生する超音波１０として所望のモードが得られるように、磁石３の個数、配置、および磁石３とコイル２との位置関係を決定すればよい。
【００４７】
また、静電容量の計測方法としては、ＲＣ直列回路を構成し、ＲＣ直列回路の過渡現象を利用した充電特性から静電容量を計測してもよい。
【００４８】
また、以上示した実施の形態１〜３では、ＥＭＡＴにおける少なくとも２つ以上の導体として、２つの導体板（実施の形態１）、２つの磁石（実施の形態２）、２つのコイル（実施の形態３）について説明した。しかしながら、本発明における２つ以上の導体は、このような構成に限定されるものではない。ＥＭＡＴにおける少なくとも２つ以上の導体として、導体板と磁石、導体板とコイル、または、磁石とコイルの組合せを用いてもよい。
【００４９】
実施の形態４．
先の実施の形態１〜３では、本発明のＥＭＡＴについて説明した。これに対して、以下に説明する実施の形態４〜６においては、本発明のＥＭＡＴを用いた電磁超音波探傷装置について説明する。
【００５０】
図７は、本発明の実施の形態４における電磁超音波探傷装置（以下、探傷装置と記す）の概略構成図である。なお、以下に示す各図中において、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【００５１】
本実施の形態４に係る探傷装置は、ＥＭＡＴ１、計測手段５、位置制御部１２、送信部１３、および受信部１４から構成されている。ここで、ＥＭＡＴ１は、先の実施の形態１〜３で説明したＥＭＡＴ１のいずれかが適用されている。なお、本実施の形態４における位置制御部１２は、探傷感度制御手段に相当する。
【００５２】
次に、本実施の形態４における探傷装置の動作について説明する。図７において、送信と受信を兼用するＥＭＡＴ１は、検査対象６に対して近接配置され、検査対象６中の欠陥部１１の探傷を行う。ＥＭＡＴ１を駆動するための任意の駆動信号が、送信部１３からＥＭＡＴ１に入力される。駆動信号がＥＭＡＴ１に入力されると、ＥＭＡＴ１が有するコイル２により、検査対象６には渦電流が発生する。また、ＥＭＡＴｌが有する磁石３により、検査対象６には磁界がかけられている。
【００５３】
これにより、検査対象６には、渦電流と磁界の相互作用であるローレンツ力が発生し、このローレンツ力により検査対象６は振動する。そして、この振動が超音波へと変換され、検査対象６中へ伝搬していく。検査対象６中を伝搬した超音波は、検査対象６中の欠陥部１１により散乱され、散乱波の一部は、再びＥＭＡＴ１の方向へと伝搬していき、ＥＭＡＴ１により受信される。ＥＭＡＴ１で受信された超音波は、受信部１４において、信号処理され、欠陥部１１の位置情報が検出される。
【００５４】
本実施の形態４におけるＥＭＡＴ１は、先の実施の形態１〜３のいずれかに記載のＥＭＡＴ１を用いている。このため、計測手段５は、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間の距離情報を得ることができる。そこで、位置制御部１２は、距離情報をフィードバック量として参照し、ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離が測定点によらず所定目標距離となるように補正量を決定し、この補正量によりＥＭＡＴ１の位置をフィードバック制御する。
【００５５】
以上のように、実施の形態４によれば、位置制御部の働きにより、探傷位置によらず、ＥＭＡＴと検査対象との距離を一定の所定目標距離に保つことができる。これにより、ＥＭＡＴと検査対象との間の距離が異なることにより生じる超音波による探傷感度の変動を抑圧した電磁超音波探傷装置を得ることができる。
【００５６】
なお、本実施の形態４の探傷装置では、ＥＭＡＴは、送信・受信兼用の構成について説明したが、送信用、受信用、それぞれ別のＥＭＡＴとしてもよい。
【００５７】
実施の形態５．
先の実施の形態４においては、ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離の測定結果に基づいてＥＭＡＴ１の位置制御を行うことにより、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間の距離が異なることにより生じる超音波による探傷感度の変動を抑圧する場合について説明した。これに対して、本実施の形態５では、先の実施の形態４とは異なる方法により超音波による探傷感度の変動を抑圧する場合について説明する。
【００５８】
図８は、本発明の実施の形態５における探傷装置の概略構成図である。本実施の形態５に係る探傷装置は、ＥＭＡＴ１、計測手段５、送信部１３、および受信部１４から構成されている。ここで、ＥＭＡＴ１は、先の実施の形態１〜３で説明したＥＭＡＴ１のいずれかが適用されている。
【００５９】
また、先の実施の形態４における図７の構成と比較すると、本実施の形態５における図８の構成は、位置制御部１２がない代わりに、計測手段５による距離の測定結果を送信部１３にフィードバックしている点が異なっている。なお、本実施の形態５における送信部１３は、探傷感度制御手段に相当する。
【００６０】
次に、本実施の形態５における探傷装置の動作について説明する。図８において、送信と受信を兼用するＥＭＡＴ１は、検査対象６に対して近接配置され、検査対象６中の欠陥部１１の探傷を行う。ＥＭＡＴ１を駆動するための任意の駆動信号が、送信部１３からＥＭＡＴ１に入力される。駆動信号がＥＭＡＴ１に入力されると、ＥＭＡＴ１が有するコイル２により、検査対象６には渦電流が発生する。また、ＥＭＡＴｌが有する磁石３により、検査対象６には磁界がかけられている。
【００６１】
これにより、検査対象６には、渦電流と磁界の相互作用であるローレンツ力が発生し、このローレンツ力により検査対象６は振動する。そして、この振動が超音波へと変換され、検査対象６中へ伝搬していく。検査対象６中を伝搬した超音波は、検査対象６中の欠陥部１１により散乱され、散乱波の一部は、再びＥＭＡＴ１の方向へと伝搬していき、ＥＭＡＴ１により受信される。ＥＭＡＴ１で受信された超音波は、受信部１４において、信号処理され、欠陥部１１の位置情報が検出される。
【００６２】
本実施の形態５におけるＥＭＡＴ１は、先の実施の形態１〜３のいずれかに記載のＥＭＡＴ１を用いている。このため、計測手段５は、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間の距離情報を得ることができる。そこで、送信部１３は、計測手段５により測定された距離情報を参照し、ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離に応じた補正量を決定し、この補正量にしたがって、ＥＭＡＴ１の駆動信号（電圧あるいは電流）を変更する。
【００６３】
より具体的には、ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離が大きい場合には、送信部１３は、その距離に応じて駆動信号（電圧あるいは電流）を大きくする。一方、ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離が小さい場合には、送信部１３は、その距離に応じて駆動信号（電圧あるいは電流）を小さくする。ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離に応じて、探傷感度が一定となるような駆動信号をあらかじめ求めておくことにより、探傷位置によらず、ＥＭＡＴ１による超音波を用いた探傷感度が一定となるように、超音波の送信強度を補正することができる。
【００６４】
以上のように、実施の形態５によれば、送信部の働きにより、ＥＭＡＴと検査対象との距離に応じて駆動信号の大きさを可変することができる。これにより、探傷位置によらず、ＥＭＡＴによる超音波を用いた探傷感度が一定となるように、超音波の送信強度を補正することができる。これにより、ＥＭＡＴと検査対象との間の距離が異なることにより生じる超音波による探傷感度の変動を抑圧した電磁超音波探傷装置を得ることができる。
【００６５】
なお、本実施の形態５の探傷装置では、ＥＭＡＴは、送信・受信兼用の構成について説明したが、送信用、受信用、それぞれ別のＥＭＡＴとしてもよい。
【００６６】
実施の形態６．
先の実施の形態４においては、ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離の測定結果に基づいてＥＭＡＴ１の位置制御を行うことにより、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間の距離が異なることにより生じる超音波による探傷感度の変動を抑圧する場合について説明した。また、先の実施の形態５においては、ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離の測定結果に基づいて、ＥＭＡＴ１による超音波を用いた探傷感度を一定にするように超音波の送信強度を補正ことにより、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間の距離が異なることにより生じる超音波による探傷感度の変動を抑圧する場合について説明した。これに対して、本実施の形態６では、先の実施の形態４、５とは異なる方法により超音波による探傷感度の変動を抑圧する場合について説明する。
【００６７】
図９は、本発明の実施の形態６における探傷装置の概略構成図である。本実施の形態６に係る探傷装置は、ＥＭＡＴ１、計測手段５、送信部１３、および受信部１４から構成されている。ＥＭＡＴ１は、先の実施の形態１〜３で説明したＥＭＡＴ１のいずれかが適用されている。
【００６８】
また、先の実施の形態５における図８の構成と比較すると、本実施の形態６における図９の構成は、構成要素自体は同じであるが、計測手段５による距離の測定結果を、送信部１３にフィードバックする代わりに受信部１４にフィードバックしている点が異なっている。なお、本実施の形態６における受信部１４は、探傷感度制御手段に相当する。
【００６９】
次に、本実施の形態６における探傷装置の動作について説明する。図９において、送信と受信を兼用するＥＭＡＴ１は、検査対象６に対して近接配置され、検査対象６中の欠陥部１１の探傷を行う。ＥＭＡＴ１を駆動するための任意の駆動信号が、送信部１３からＥＭＡＴ１に入力される。駆動信号がＥＭＡＴ１に入力されると、ＥＭＡＴ１が有するコイル２により、検査対象６には渦電流が発生する。また、ＥＭＡＴｌが有する磁石３により、検査対象６には磁界がかけられている。
【００７０】
これにより、検査対象６には、渦電流と磁界の相互作用であるローレンツ力が発生し、このローレンツ力により検査対象６は振動する。そして、この振動が超音波へと変換され、検査対象６中へ伝搬していく。検査対象６中を伝搬した超音波は、検査対象６中の欠陥部１１により散乱され、散乱波の一部は、再びＥＭＡＴ１の方向へと伝搬していき、ＥＭＡＴ１により受信される。ＥＭＡＴ１で受信された超音波は、受信部１４において、信号処理され、欠陥部１１の位置情報が検出される。
【００７１】
本実施の形態６におけるＥＭＡＴ１は、先の実施の形態１〜３のいずれかに記載のＥＭＡＴ１を用いている。このため、計測手段５は、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間の距離情報を得ることができる。そこで、受信部１４は、計測手段５により測定された距離情報を参照し、ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離に応じた補正量を決定し、この補正量にしたがって、検出された信号を補正する。
【００７２】
より具体的には、ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離が大きい場合には、受信部１４は、その距離に応じて検出信号を増幅させる。一方、ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離が小さい場合には、受信部１４は、その距離に応じて検出信号を減衰させる。ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離に応じて、探傷感度が一定となるような検出信号の増幅率／減衰率をあらかじめ求めておくことにより、探傷位置によらず、ＥＭＡＴ１による超音波を用いた探傷感度が一定となるように、超音波の検出信号を補正することができる。
【００７３】
以上のように、実施の形態６によれば、受信部の働きにより、ＥＭＡＴと検査対象との距離に応じて検出信号の大きさを可変することができる。これにより、探傷位置によらず、ＥＭＡＴによる超音波を用いた探傷感度が一定となるように、超音波の検出信号を補正することができる。これにより、ＥＭＡＴと検査対象との間の距離が異なることにより生じる超音波による探傷感度の変動を抑圧した電磁超音波探傷装置を得ることができる。
【００７４】
なお、本実施の形態６の探傷装置では、ＥＭＡＴは、送信・受信兼用の構成について説明したが、送信用、受信用、それぞれ別のＥＭＡＴとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施の形態１における電磁超音波探触子の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における電磁超音波探触子による超音波の発生原理を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態１における電磁超音波探触子と検査対象との関係を模式的に示した図である。
【図４】本発明の実施の形態１の電磁超音波探触子において、導体板を電気的に接続した場合の等価回路図である。
【図５】本発明の実施の形態２における電磁超音波探触子の概略構成図である。
【図６】本発明の実施の形態３における電磁超音波探触子の概略構成図である。
【図７】本発明の実施の形態４における電磁超音波探傷装置の概略構成図である。
【図８】本発明の実施の形態５における電磁超音波探傷装置の概略構成図である。
【図９】本発明の実施の形態６における電磁超音波探傷装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ 電磁超音波探触子、２ コイル、３、３ａ、３ｂ 磁石、４ 導体板、５ 計測手段、６ 検査対象、１１ 欠陥部、１２ 位置制御部、１３ 送信部、１４ 受信部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触で検査対象中の欠陥部を検出するために用いられる電磁超音波探触子、およびこの電磁超音波探触子を用いた電磁超音波探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の板や管等の検査対象に非接触で、超音波の発生や検出を行う従来の方法の１つとして、電磁超音波探触子（Electromagnetic Acoustic Transducer：ＥＭＡＴ）を利用した方法が知られている。一般に、ＥＭＡＴは、高周波電流を流すコイルと、磁界を与える磁石とから構成されている。
【０００３】
ＥＭＡＴは、コイルを流れる電流の高周波振動により、検査対象の表面近傍に生じる渦電流と、磁石によって検査対象に作られる磁界との相互作用により、ローレンツ力を発生させる。そして、ＥＭＡＴは、このローレンツ力で検査対象を振動させることにより、検査対象中に超音波を発生させる。さらに、ＥＭＡＴは、逆の物理現象により、検査対象中の超音波を検出することができる。
【０００４】
また、検査対象が強磁性体の場合には、ＥＭＡＴは、外部磁界によりバイアス磁界をかけ、検査対象に近接されたコイルから発生した磁界によりバイアス磁界を変化させる。これにより、磁歪を変化させて検査対象中に超音波を発生させることができる。このため、接触媒質を必要とせず、非接触で超音波の送受信を行うことができる。また、磁石やコイルの構成により、種々のモードの超音波を発生・検出することができる。
【０００５】
このＥＭＡＴを利用して、金属に対する探傷や、音速測定、厚み測定、材質測定等を調べる従来技術としては、電磁超音波計測方法および装置などが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２６６７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
従来の電磁超音波計測装置では、非接触で超音波の発生・検出が可能となる。しかしながら、検査対象の表面に凹凸がある場合などでは、電磁超音波探触子と検査対象との距離を一定に保つことができない。この結果、検査対象と電磁超音波探触子間の距離により、超音波の送信感度および受信感度が変動してしまう。
【０００８】
すなわち、電磁超音波探触子を用いて探傷を行う場合に、位置により検査対象と電磁超音波探触子間の距離が異なる場合があるため、超音波の送信感度および受信感度が変動していまい、正確な検査が行えない。
【０００９】
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、電磁超音波探触子と検査対象との距離によらず、超音波を用いた探傷感度が一定となり、良好な検査精度を実現することを可能とする電磁超音波探触子および電磁超音波探傷装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電磁超音波探触子は、磁界を発生させる手段と、検査対象に渦電流を発生させるコイルとを備え、検査対象との間で電磁気力により超音波を送受信し、非接触で検査対象中の欠陥部を検出するために用いられる電磁超音波探触子において、互いに電気的に接続され、検査対象に対向する面に所定の面積を有するように任意の間隔を隔てて配置された少なくとも２つ以上の導体をさらに備えたものである。
【００１１】
また、本発明に係る電磁超音波探傷装置は、本発明の電磁超音波探触子を用いて、検査対象に電磁気力により超音波を発生させ、検査対象中の欠陥部で散乱された超音波を受信して検査対象の探傷を行う電磁超音波探傷装置であって、電磁超音波探触子に配置された２つ以上の導体と検査対象との間に生じる静電容量に基づいて、電磁超音波探触子と検査対象との間の距離を求める計測手段と、計測手段により求められた距離に基づいて、検査対象の探傷感度を所定値に保つ探傷感度制御手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、互いに電気的に接続され、検査対象に対向する面に所定の面積を有するように任意の間隔を隔てて配置された少なくとも２つ以上の導体を電磁超音波探触子内に設けることにより、静電容量の測定値に基づいて電磁超音波探触子と検査対象との距離を特定することが可能となり、電磁超音波探触子と検査対象との距離によらず超音波を用いた探傷感度が一定となり、良好な検査精度を実現することを可能とする電磁超音波探触子および電磁超音波探傷装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の電磁超音波探触子および電磁超音波探傷装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における電磁超音波探触子（以下、ＥＭＡＴと記す）の概略構成図である。なお、以下に示す各図中において、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【００１５】
本実施の形態１に係るＥＭＡＴ１は、コイル２、磁石３、２つの導体板４、計測手段５から構成されている。コイル２は、銅等の導線を円形、楕円形、または矩形の渦巻き状に中心部から数周から数十周巻いたもの、メアンダ状にしたもの、または、プリント基板上に同様の渦巻き状やメアンダ状のパターンを作成したものである。磁石３は、永久磁石あるいは電磁石等の磁界を発生させる手段である。さらに、磁石３は、発生する磁界が、コイル２により生じる渦電流に作用するように配置されている。
【００１６】
ここで、ＥＭＡＴ１による超音波の送受信原理について図を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態１におけるＥＭＡＴ１による超音波の発生原理を説明する図である。ここでは、ＥＭＡＴ１による超音波の駆動力として、ローレンツ力を用いる場合について説明する。
【００１７】
図２に示すように、コイル２に交流を流すことにより、導電性材料からなる検査対象６の表面近傍には渦電流７が生じる。また、磁石３により、磁界８が与えられ、渦電流７と磁界８の相互作用によりローレンツ力９が発生する。渦電流７の高周波振動に従って、ローレンツ力９は周期的に変動し、検査対象６の表面近傍を振動させる。この振動により超音波１０が発生し、検査対象６中を伝搬していく。
【００１８】
検査対象６に欠陥や材質変化領域等の音響的不連続部１１（以下、欠陥部１１と記す）が存在する場合、検査対象６中を伝搬する超音波１０は、欠陥部１１により反射され、再びＥＭＡＴ１の方向へ伝搬していく。超音波１０がＥＭＡＴ１の近傍へ達すると、超音波１０の変位によって、磁界８が時間的に変化する。
【００１９】
この磁界変化を妨げようとする方向に渦電流７が生じる。この渦電流７をコイル２により検出することで、検査対象６中に存在する欠陥部１１からの反射波を受信することができる。
【００２０】
上述のように、ＥＭＡＴ１では、電磁気力により超音波１０を送受信するため、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間には接触媒質を必要とせず、非接触で超音波１０の送受信を行うことができる。
【００２１】
本実施の形態１に係るＥＭＡＴ１では、図１のように、少なくとも２つ以上の導体板４が任意の間隔を隔てて配置されており、各導体板４の検査対象６に対向した面は、所定の面積Ｓを有している。図３は、本発明の実施の形態１におけるＥＭＡＴ１と検査対象６との関係を模式的に示した図である。図３に示すように、各導体板４と検査対象６との間には、下式（１）に示す静電容量が生じる。
【００２２】
【数１】
【００２３】
ここで、ε０は空気の誘電率であり、ｄは、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間の距離である。
【００２４】
次に、図４は、本発明の実施の形態１のＥＭＡＴ１において、導体板４を電気的に接続した場合の等価回路図である。本実施の形態１において、ＥＭＡＴ１は、導体板４を２つ有しており、これら２つの導体板４を電気的に接続すると、その等価回路は、図４（ａ）のように並列接続されたコンデンサとなり、これを合成すると、図４（ｂ）の等価回路となる。
【００２５】
図４（ｂ）において、端子１２ａと端子１２ｂとの間の電圧をｖ、回路に流れる電流をｉとすると、静電容量Ｃは、下式（２）で与えられる。
【００２６】
【数２】
【００２７】
従って、計測手段５は、上式（２）の関係から、電圧ｖが既知の場合には電流ｉを計測することにより、また、電流ｉが既知の場合には電圧ｖを計測することにより、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間の静電容量を得ることができる。さらに、計測手段５は、上式（１）を用いて、計測した静電容量からＥＭＡＴ１と検査対象６との距離を得ることができる。
【００２８】
以上のように、実施の形態１によれば、互いに電気的に接続され、検査対象に対向する面に所定の面積を有するように任意の間隔を隔てて配置された少なくとも２つ以上の導体（導体板）が電磁超音波探触子内に設けられている。このような構成の電磁超音波探触子を用いることにより、静電容量の測定値に基づいて電磁超音波探触子と検査対象との距離を特定することが可能になる。この結果、電磁超音波探触子と検査対象との距離によらず超音波を用いた探傷感度が一定となり、良好な検査精度を実現することを可能とする電磁超音波探触子を得ることができる。
【００２９】
なお、上述した実施の形態１では、磁石３を３つ用いた構成を示したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。発生する超音波１０として所望のモードが得られるように、磁石３の個数、配置、および磁石３とコイル２との位置関係を決定すればよい。
【００３０】
また、静電容量の計測方法としては、ＲＣ直列回路を構成し、ＲＣ直列回路の過渡現象を利用した充電特性から静電容量を計測してもよい。
【００３１】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２におけるＥＭＡＴの概略構成図である。本実施の形態２に係るＥＭＡＴ１は、コイル２と磁石３ａおよび２つの表面に導電性材料が塗布された磁石３ｂ、計測手段５から構成されている。先の実施の形態１における図１の構成と比較すると、本実施の形態２における図５の構成は、導体として、２つの導体板４の代わりに、２つの表面に導電性材料が塗布された磁石３ｂが用いられている点が異なっている。
【００３２】
コイル２は、銅等の導線を円形、楕円形、または矩形の渦巻き状に中心部から数周から数十周巻いたもの、メアンダ状にしたもの、または、プリント基板上に同様の渦巻き状やメアンダ状のパターンを作成したものである。
【００３３】
磁石３ａは、永久磁石あるいは電磁石等の磁界を発生させる手段であり、先の図１における磁石３と同等である。また、磁石３ｂは、少なくとも２つ備えられ、永久磁石あるいは電磁石等の磁界を発生させる手段であり、表面には導電性材料が塗布されている。さらに、磁石３ａおよび磁石３ｂは、磁界がコイル２により生じる渦電流に作用するように配置されている。
【００３４】
本実施の形態２における図５の構成のＥＭＡＴ１では、任意の間隔を隔てて配置された少なくとも２つの磁石３ｂを有している。また、磁石３ｂの表面には、導電性材料が塗布されており、各導電性材料が塗布された磁石３ｂにおいて、検査対象６に対向した面は、所定の面積Ｓを有している。したがって、各導電性材料が塗布された磁石３ｂと検査対象６との間には、先の実施の形態１と同様に、上式（１）で示す静電容量が生じる。
【００３５】
本実施の形態２において、ＥＭＡＴ１は、導電性材料が塗布された磁石３ｂを２つ有しており、これら２つの磁石３ｂを電気的に接続すると、その等価回路は、先の実施の形態１と同じように、図４（ａ）、（ｂ）となる。また、静電容量Ｃも、先の実施の形態１と同様に、上式（２）で与えられる。
【００３６】
従って、計測手段５は、先の実施の形態１と同様に、上式（２）の関係から、電圧ｖが既知の場合には電流ｉを計測することにより、また、電流ｉが既知の場合には電圧ｖを計測することにより、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間の静電容量を得ることができる。さらに、計測手段５は、上式（１）を用いて、計測した静電容量からＥＭＡＴ１と検査対象６との距離を得ることができる。
【００３７】
以上のように、実施の形態２によれば、導体として、導体板の代わりに表面に導電性材料が塗布された磁石を用いた場合にも、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
なお、上述した実施の形態２では、磁石３ａを１つ、磁石３ｂを２つ用いた構成を示したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。発生する超音波１０として所望のモードが得られるように、磁石３ａ、３ｂの個数、配置、および磁石３ａ、３ｂとコイル２との位置関係を決定すればよい。
【００３９】
また、静電容量の計測方法としては、ＲＣ直列回路を構成し、ＲＣ直列回路の過渡現象を利用した充電特性から静電容量を計測してもよい。
【００４０】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３におけるＥＭＡＴの概略構成図である。本実施の形態３に係るＥＭＡＴ１は、２つのコイル２と磁石３および計測手段５から構成されている。先の実施の形態１における図１の構成と比較すると、本実施の形態３における図６の構成は、導体として、２つの導体板４の代わりに、２つのコイル２が用いられている点が異なっている。
【００４１】
コイル２は、銅等の導線を円形、楕円形、または矩形の渦巻き状に中心部から数周から数十周巻いたもの、または、プリント基板上に同様の渦巻き状のパターンを作成したものである。磁石３は、永久磁石あるいは電磁石等の磁界を発生させる手段である。さらに、磁石３は、発生する磁界が、コイル２により生じる渦電流に作用するように配置されている。
【００４２】
本実施の形態３における図６の構成のＥＭＡＴ１では、任意の間隔を隔てて配置された少なくとも２つのコイル２を有している。これら２つのコイル２は、渦巻き状に密着して巻かれており、コイルにおいて、検査対象に対向した面は、先の実施の形態１の図１における導体板４と等価であるとみなし、その面積をＳとする。この場合、コイル２と検査対象６との間には、先の実施の形態１と同様に、上式（１）で示す静電容量が生じる。
【００４３】
本実施の形態３において、ＥＭＡＴ１は、２つのコイル２を有しており、これら２つのコイル２を電気的に接続すると、その等価回路は、先の実施の形態１と同じように、図４（ａ）、（ｂ）となる。また、静電容量Ｃも、先の実施の形態１と同様に、上式（２）で与えられる。
【００４４】
従って、計測手段５は、先の実施の形態１と同様に、上式（２）の関係から、電圧ｖが既知の場合には電流ｉを計測することにより、また、電流ｉが既知の場合には電圧ｖを計測することにより、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間の静電容量を得ることができる。さらに、計測手段５は、上式（１）を用いて、計測した静電容量からＥＭＡＴ１と検査対象６との距離を得ることができる。
【００４５】
以上のように、実施の形態３によれば、導体として、導体板の代わりにコイルを用いた場合にも、先の実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
なお、上述した実施の形態３では、磁石３を３つ用いた構成を示したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。発生する超音波１０として所望のモードが得られるように、磁石３の個数、配置、および磁石３とコイル２との位置関係を決定すればよい。
【００４７】
また、静電容量の計測方法としては、ＲＣ直列回路を構成し、ＲＣ直列回路の過渡現象を利用した充電特性から静電容量を計測してもよい。
【００４８】
また、以上示した実施の形態１〜３では、ＥＭＡＴにおける少なくとも２つ以上の導体として、２つの導体板（実施の形態１）、２つの磁石（実施の形態２）、２つのコイル（実施の形態３）について説明した。しかしながら、本発明における２つ以上の導体は、このような構成に限定されるものではない。ＥＭＡＴにおける少なくとも２つ以上の導体として、導体板と磁石、導体板とコイル、または、磁石とコイルの組合せを用いてもよい。
【００４９】
実施の形態４．
先の実施の形態１〜３では、本発明のＥＭＡＴについて説明した。これに対して、以下に説明する実施の形態４〜６においては、本発明のＥＭＡＴを用いた電磁超音波探傷装置について説明する。
【００５０】
図７は、本発明の実施の形態４における電磁超音波探傷装置（以下、探傷装置と記す）の概略構成図である。なお、以下に示す各図中において、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【００５１】
本実施の形態４に係る探傷装置は、ＥＭＡＴ１、計測手段５、位置制御部１２、送信部１３、および受信部１４から構成されている。ここで、ＥＭＡＴ１は、先の実施の形態１〜３で説明したＥＭＡＴ１のいずれかが適用されている。なお、本実施の形態４における位置制御部１２は、探傷感度制御手段に相当する。
【００５２】
次に、本実施の形態４における探傷装置の動作について説明する。図７において、送信と受信を兼用するＥＭＡＴ１は、検査対象６に対して近接配置され、検査対象６中の欠陥部１１の探傷を行う。ＥＭＡＴ１を駆動するための任意の駆動信号が、送信部１３からＥＭＡＴ１に入力される。駆動信号がＥＭＡＴ１に入力されると、ＥＭＡＴ１が有するコイル２により、検査対象６には渦電流が発生する。また、ＥＭＡＴｌが有する磁石３により、検査対象６には磁界がかけられている。
【００５３】
これにより、検査対象６には、渦電流と磁界の相互作用であるローレンツ力が発生し、このローレンツ力により検査対象６は振動する。そして、この振動が超音波へと変換され、検査対象６中へ伝搬していく。検査対象６中を伝搬した超音波は、検査対象６中の欠陥部１１により散乱され、散乱波の一部は、再びＥＭＡＴ１の方向へと伝搬していき、ＥＭＡＴ１により受信される。ＥＭＡＴ１で受信された超音波は、受信部１４において、信号処理され、欠陥部１１の位置情報が検出される。
【００５４】
本実施の形態４におけるＥＭＡＴ１は、先の実施の形態１〜３のいずれかに記載のＥＭＡＴ１を用いている。このため、計測手段５は、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間の距離情報を得ることができる。そこで、位置制御部１２は、距離情報をフィードバック量として参照し、ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離が測定点によらず所定目標距離となるように補正量を決定し、この補正量によりＥＭＡＴ１の位置をフィードバック制御する。
【００５５】
以上のように、実施の形態４によれば、位置制御部の働きにより、探傷位置によらず、ＥＭＡＴと検査対象との距離を一定の所定目標距離に保つことができる。これにより、ＥＭＡＴと検査対象との間の距離が異なることにより生じる超音波による探傷感度の変動を抑圧した電磁超音波探傷装置を得ることができる。
【００５６】
なお、本実施の形態４の探傷装置では、ＥＭＡＴは、送信・受信兼用の構成について説明したが、送信用、受信用、それぞれ別のＥＭＡＴとしてもよい。
【００５７】
実施の形態５．
先の実施の形態４においては、ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離の測定結果に基づいてＥＭＡＴ１の位置制御を行うことにより、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間の距離が異なることにより生じる超音波による探傷感度の変動を抑圧する場合について説明した。これに対して、本実施の形態５では、先の実施の形態４とは異なる方法により超音波による探傷感度の変動を抑圧する場合について説明する。
【００５８】
図８は、本発明の実施の形態５における探傷装置の概略構成図である。本実施の形態５に係る探傷装置は、ＥＭＡＴ１、計測手段５、送信部１３、および受信部１４から構成されている。ここで、ＥＭＡＴ１は、先の実施の形態１〜３で説明したＥＭＡＴ１のいずれかが適用されている。
【００５９】
また、先の実施の形態４における図７の構成と比較すると、本実施の形態５における図８の構成は、位置制御部１２がない代わりに、計測手段５による距離の測定結果を送信部１３にフィードバックしている点が異なっている。なお、本実施の形態５における送信部１３は、探傷感度制御手段に相当する。
【００６０】
次に、本実施の形態５における探傷装置の動作について説明する。図８において、送信と受信を兼用するＥＭＡＴ１は、検査対象６に対して近接配置され、検査対象６中の欠陥部１１の探傷を行う。ＥＭＡＴ１を駆動するための任意の駆動信号が、送信部１３からＥＭＡＴ１に入力される。駆動信号がＥＭＡＴ１に入力されると、ＥＭＡＴ１が有するコイル２により、検査対象６には渦電流が発生する。また、ＥＭＡＴｌが有する磁石３により、検査対象６には磁界がかけられている。
【００６１】
これにより、検査対象６には、渦電流と磁界の相互作用であるローレンツ力が発生し、このローレンツ力により検査対象６は振動する。そして、この振動が超音波へと変換され、検査対象６中へ伝搬していく。検査対象６中を伝搬した超音波は、検査対象６中の欠陥部１１により散乱され、散乱波の一部は、再びＥＭＡＴ１の方向へと伝搬していき、ＥＭＡＴ１により受信される。ＥＭＡＴ１で受信された超音波は、受信部１４において、信号処理され、欠陥部１１の位置情報が検出される。
【００６２】
本実施の形態５におけるＥＭＡＴ１は、先の実施の形態１〜３のいずれかに記載のＥＭＡＴ１を用いている。このため、計測手段５は、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間の距離情報を得ることができる。そこで、送信部１３は、計測手段５により測定された距離情報を参照し、ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離に応じた補正量を決定し、この補正量にしたがって、ＥＭＡＴ１の駆動信号（電圧あるいは電流）を変更する。
【００６３】
より具体的には、ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離が大きい場合には、送信部１３は、その距離に応じて駆動信号（電圧あるいは電流）を大きくする。一方、ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離が小さい場合には、送信部１３は、その距離に応じて駆動信号（電圧あるいは電流）を小さくする。ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離に応じて、探傷感度が一定となるような駆動信号をあらかじめ求めておくことにより、探傷位置によらず、ＥＭＡＴ１による超音波を用いた探傷感度が一定となるように、超音波の送信強度を補正することができる。
【００６４】
以上のように、実施の形態５によれば、送信部の働きにより、ＥＭＡＴと検査対象との距離に応じて駆動信号の大きさを可変することができる。これにより、探傷位置によらず、ＥＭＡＴによる超音波を用いた探傷感度が一定となるように、超音波の送信強度を補正することができる。これにより、ＥＭＡＴと検査対象との間の距離が異なることにより生じる超音波による探傷感度の変動を抑圧した電磁超音波探傷装置を得ることができる。
【００６５】
なお、本実施の形態５の探傷装置では、ＥＭＡＴは、送信・受信兼用の構成について説明したが、送信用、受信用、それぞれ別のＥＭＡＴとしてもよい。
【００６６】
実施の形態６．
先の実施の形態４においては、ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離の測定結果に基づいてＥＭＡＴ１の位置制御を行うことにより、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間の距離が異なることにより生じる超音波による探傷感度の変動を抑圧する場合について説明した。また、先の実施の形態５においては、ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離の測定結果に基づいて、ＥＭＡＴ１による超音波を用いた探傷感度を一定にするように超音波の送信強度を補正ことにより、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間の距離が異なることにより生じる超音波による探傷感度の変動を抑圧する場合について説明した。これに対して、本実施の形態６では、先の実施の形態４、５とは異なる方法により超音波による探傷感度の変動を抑圧する場合について説明する。
【００６７】
図９は、本発明の実施の形態６における探傷装置の概略構成図である。本実施の形態６に係る探傷装置は、ＥＭＡＴ１、計測手段５、送信部１３、および受信部１４から構成されている。ＥＭＡＴ１は、先の実施の形態１〜３で説明したＥＭＡＴ１のいずれかが適用されている。
【００６８】
また、先の実施の形態５における図８の構成と比較すると、本実施の形態６における図９の構成は、構成要素自体は同じであるが、計測手段５による距離の測定結果を、送信部１３にフィードバックする代わりに受信部１４にフィードバックしている点が異なっている。なお、本実施の形態６における受信部１４は、探傷感度制御手段に相当する。
【００６９】
次に、本実施の形態６における探傷装置の動作について説明する。図９において、送信と受信を兼用するＥＭＡＴ１は、検査対象６に対して近接配置され、検査対象６中の欠陥部１１の探傷を行う。ＥＭＡＴ１を駆動するための任意の駆動信号が、送信部１３からＥＭＡＴ１に入力される。駆動信号がＥＭＡＴ１に入力されると、ＥＭＡＴ１が有するコイル２により、検査対象６には渦電流が発生する。また、ＥＭＡＴｌが有する磁石３により、検査対象６には磁界がかけられている。
【００７０】
これにより、検査対象６には、渦電流と磁界の相互作用であるローレンツ力が発生し、このローレンツ力により検査対象６は振動する。そして、この振動が超音波へと変換され、検査対象６中へ伝搬していく。検査対象６中を伝搬した超音波は、検査対象６中の欠陥部１１により散乱され、散乱波の一部は、再びＥＭＡＴ１の方向へと伝搬していき、ＥＭＡＴ１により受信される。ＥＭＡＴ１で受信された超音波は、受信部１４において、信号処理され、欠陥部１１の位置情報が検出される。
【００７１】
本実施の形態６におけるＥＭＡＴ１は、先の実施の形態１〜３のいずれかに記載のＥＭＡＴ１を用いている。このため、計測手段５は、ＥＭＡＴ１と検査対象６との間の距離情報を得ることができる。そこで、受信部１４は、計測手段５により測定された距離情報を参照し、ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離に応じた補正量を決定し、この補正量にしたがって、検出された信号を補正する。
【００７２】
より具体的には、ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離が大きい場合には、受信部１４は、その距離に応じて検出信号を増幅させる。一方、ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離が小さい場合には、受信部１４は、その距離に応じて検出信号を減衰させる。ＥＭＡＴ１と検査対象６との距離に応じて、探傷感度が一定となるような検出信号の増幅率／減衰率をあらかじめ求めておくことにより、探傷位置によらず、ＥＭＡＴ１による超音波を用いた探傷感度が一定となるように、超音波の検出信号を補正することができる。
【００７３】
以上のように、実施の形態６によれば、受信部の働きにより、ＥＭＡＴと検査対象との距離に応じて検出信号の大きさを可変することができる。これにより、探傷位置によらず、ＥＭＡＴによる超音波を用いた探傷感度が一定となるように、超音波の検出信号を補正することができる。これにより、ＥＭＡＴと検査対象との間の距離が異なることにより生じる超音波による探傷感度の変動を抑圧した電磁超音波探傷装置を得ることができる。
【００７４】
なお、本実施の形態６の探傷装置では、ＥＭＡＴは、送信・受信兼用の構成について説明したが、送信用、受信用、それぞれ別のＥＭＡＴとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施の形態１における電磁超音波探触子の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における電磁超音波探触子による超音波の発生原理を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態１における電磁超音波探触子と検査対象との関係を模式的に示した図である。
【図４】本発明の実施の形態１の電磁超音波探触子において、導体板を電気的に接続した場合の等価回路図である。
【図５】本発明の実施の形態２における電磁超音波探触子の概略構成図である。
【図６】本発明の実施の形態３における電磁超音波探触子の概略構成図である。
【図７】本発明の実施の形態４における電磁超音波探傷装置の概略構成図である。
【図８】本発明の実施の形態５における電磁超音波探傷装置の概略構成図である。
【図９】本発明の実施の形態６における電磁超音波探傷装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ 電磁超音波探触子、２ コイル、３、３ａ、３ｂ 磁石、４ 導体板、５ 計測手段、６ 検査対象、１１ 欠陥部、１２ 位置制御部、１３ 送信部、１４ 受信部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界を発生させる手段と、検査対象に渦電流を発生させるコイルとを備え、前記検査対象との間で電磁気力により超音波を送受信し、非接触で前記検査対象中の欠陥部を検出するために用いられる電磁超音波探触子において、
互いに電気的に接続され、前記検査対象に対向する面に所定の面積を有するように任意の間隔を隔てて配置された少なくとも２つ以上の導体をさらに備えたことを特徴とする電磁超音波探触子。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁超音波探触子において、
前記２つ以上の導体は、導体板、磁石、コイル、またはこれらの組合せで構成されることを特徴とする電磁超音波探触子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電磁超音波探触子を用いて、前記検査対象に電磁気力により超音波を発生させ、前記検査対象中の欠陥部で散乱された超音波を受信して前記検査対象の探傷を行う電磁超音波探傷装置であって、
前記電磁超音波探触子に配置された前記２つ以上の導体と前記検査対象との間に生じる静電容量に基づいて、前記電磁超音波探触子と前記検査対象との間の距離を求める計測手段と、
前記計測手段により求められた前記距離に基づいて、前記検査対象の探傷感度を所定値に保つ探傷感度制御手段と
を備えたことを特徴とする電磁超音波探傷装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電磁超音波探傷装置において、
前記探傷感度制御手段は、前記計測手段により求められた前記距離をフィードバック量とし、前記電磁超音波探触子と前記検査対象との間の距離が所定の目標距離となるように、前記電磁超音波探触子の位置を制御する位置制御部で構成されることを特徴とする電磁超音波探傷装置。
【請求項５】
請求項３に記載の電磁超音波探傷装置において、
前記探傷感度制御手段は、前記検査対象中の欠陥部で散乱された超音波に基づく前記探傷感度が所定値になるように、前記計測手段により求められた前記距離に応じて前記電磁超音波探触子により発生させる超音波の強度を補正する送信側強度補正手段で構成されることを特徴とする電磁超音波探傷装置。
【請求項６】
請求項３に記載の電磁超音波探傷装置において、
前記探傷感度制御手段は、前記検査対象中の欠陥部で散乱された超音波に基づく前記探傷感度が所定値になるように、前記計測手段により求められた前記距離に応じて前記電磁超音波探触子により受信された超音波の強度を補正する受信側強度補正手段で構成されることを特徴とする電磁超音波探傷装置。
【請求項１】
磁界を発生させる手段と、検査対象に渦電流を発生させるコイルとを備え、前記検査対象との間で電磁気力により超音波を送受信し、非接触で前記検査対象中の欠陥部を検出するために用いられる電磁超音波探触子において、
互いに電気的に接続され、前記検査対象に対向する面に所定の面積を有するように任意の間隔を隔てて配置された少なくとも２つ以上の導体をさらに備えたことを特徴とする電磁超音波探触子。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁超音波探触子において、
前記２つ以上の導体は、導体板、磁石、コイル、またはこれらの組合せで構成されることを特徴とする電磁超音波探触子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電磁超音波探触子を用いて、前記検査対象に電磁気力により超音波を発生させ、前記検査対象中の欠陥部で散乱された超音波を受信して前記検査対象の探傷を行う電磁超音波探傷装置であって、
前記電磁超音波探触子に配置された前記２つ以上の導体と前記検査対象との間に生じる静電容量に基づいて、前記電磁超音波探触子と前記検査対象との間の距離を求める計測手段と、
前記計測手段により求められた前記距離に基づいて、前記検査対象の探傷感度を所定値に保つ探傷感度制御手段と
を備えたことを特徴とする電磁超音波探傷装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電磁超音波探傷装置において、
前記探傷感度制御手段は、前記計測手段により求められた前記距離をフィードバック量とし、前記電磁超音波探触子と前記検査対象との間の距離が所定の目標距離となるように、前記電磁超音波探触子の位置を制御する位置制御部で構成されることを特徴とする電磁超音波探傷装置。
【請求項５】
請求項３に記載の電磁超音波探傷装置において、
前記探傷感度制御手段は、前記検査対象中の欠陥部で散乱された超音波に基づく前記探傷感度が所定値になるように、前記計測手段により求められた前記距離に応じて前記電磁超音波探触子により発生させる超音波の強度を補正する送信側強度補正手段で構成されることを特徴とする電磁超音波探傷装置。
【請求項６】
請求項３に記載の電磁超音波探傷装置において、
前記探傷感度制御手段は、前記検査対象中の欠陥部で散乱された超音波に基づく前記探傷感度が所定値になるように、前記計測手段により求められた前記距離に応じて前記電磁超音波探触子により受信された超音波の強度を補正する受信側強度補正手段で構成されることを特徴とする電磁超音波探傷装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１４５０５６（Ｐ２００９−１４５０５６Ａ）
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１９４８８（Ｐ２００７−３１９４８８）
【出願日】平成１９年１２月１１日（２００７．１２．１１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１１日（２００７．１２．１１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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