JPH0338542B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 少なくとも１つのコイルが巻回された磁性材
料のコアを有する電磁プローブを含み、該電磁プ
ローブを検査すべき構造体の締め具の位置にセン
タリングしてステツプ的に回転せしめることによ
り生じる前記コイルの端子電圧の変化から前記構
造体の疵を検査する装置であつて、前記コイルに
接続されており該コイルに安定化した交流電流を
供給する定電流源と、バランス信号電圧を出力す
るバランス信号発生器と、前記コイル及び前記バ
ランス信号発生器に接続されており該コイルの端
子電圧と該バランス信号電圧との差を表す信号を
出力する結合回路と、該結合回路及び前記バラン
ス信号発生器に接続されており該結合回路の出力
信号が最小となるように前記バランス信号発生器
から出力されるバランス信号電圧を調整する制御
手段とを備えたことを特徴とする非破壊疵検査装
置。

２ 前記バランス信号発生器は、前記コイルの端
子電圧の同相及び直角位相振幅にそれぞれ対応し
た同相及び直角位相振幅を有するバランス信号電
圧を発生するための別個の回路を備えている請求
項１に記載の非破壊疵検査装置。

３ 前記電磁プローブは、第１のコイルと該電磁
プローブの回転軸に関して前記第１のコイルと対
称的に設けられた第２のコイルとを備えており、
両コイルが協働して検査すべき構造体の締め具の
位置に対する当該電磁プローブのセンタリングを
行うように構成されている請求項１又は２に記載
の非破壊疵検査装置。

明細書 本発明は渦電流による非破壊疵検査装置に関す
る。

特に、本発明は航空機の機体においてリベツト
又はこの種の締め具の近傍で生じる亀裂の検出に
使用されるものであり、締め具の位置を中心とす
るか又は締め具に近接して行われるステツプ的回
転走査を利用するものである。

本出願人による英国特許公開公報第2028510号
（昭和55年３月５日公開）には、２つの極の一方
が締め具の位置にセンタリングし他方がその回り
を回転できるように、検査すべき構造体上に配置
された回転自在な電磁プローブを使用した検査装
置が記載されている。

第３図は、この公知の電磁プローブ部分と検査
すべき構造体とを概略的に示している。

同図において、１は電磁プローブ、２は検査す
べき構造体をそれぞれ表している。構造体２は、
この場合、航空機の機体であり、内側構造体３が
外板４にリベツト５によつて固着されている。

電磁プローブ１は、Ｅ字型の強磁性体によるコ
ア６を有しており、同図に一点鎖線Ａ−Ａで示す
軸をリベツト５の軸に一致させるようにセンタリ
ングして検査すべき構造体２に近接配置される。
コア６の外側の各腕部には、２つのコイル７及び
８がそれぞれ巻回されている。

コイル７及び８は直列に接続されており、定電
流源９から電流が供給されている。これにより、
電磁プローブ１は中央腕部１０と外側の各腕部の
コイル７及び８との間に、同図の破線１１及び１
２で示すごとき磁場をそれぞれ形成する。この磁
場は、検査すべき構造体２の内部を通過する。

電磁プローブ１は、回転駆動モータ１３によつ
てＡ−Ａ軸を中心としてステツプ的に回転せしめ
られる。これによつて磁場は、検査すべき構造体
２の内部をステツプ的に回転走査することとな
る。

この磁場によつて、検査すべき構造体２の内部
で渦電流が誘起される。この渦電流は、コイル７
及び８のインピーダンスに変化を与える反射的効
果を知ることによつてモニタされる。即ち、渦電
流ゾーン内部に存在する検査すべき構造体の疵に
よつて検査すべき構造体２の内部の渦電流に乱れ
が生じると、この渦電流によつて生成される磁場
が減少し、この結果、コイル７及び８のインピー
ダンスが増加する。これらコイルのインピーダン
スの変化は、それらの端子電圧の変化として現れ
る。

しかしながら、この種の検査装置において、疵
との相互作用によつて生じるコイルのインピーダ
ンス変化（従つて該インピーダンスの測定に使用
される信号の変化）はこのコイルの総インピーダ
ンスに比較して小さく、また、疵とは別の原因に
よつてインピーダンスの変化が生じることもあり
得る。多くの場合この信号は、疵との相互作用に
よつて生じる小さな変化を実質的に一定のバツク
グランドレベルに重畳した状態で表わすものであ
る。

このようなバツクグランドレベルを取り除くた
め、一方のコイル電圧を他方のコイル電圧から減
算し、差分電圧信号を増幅する外部回路に各コイ
ル７及び８を接続する技術を本出願人は上述の英
国特許公開公報第2028510号で提案している。こ
の差分を得る技術においては、任意のサンプリン
グ位置に電磁プローブを配置した際に疵が両方の
コイルに影響を与えない場合に限つて、信号中の
バツクグラウンド成分を除去でき所望の信号部分
を分離することができる。

しかしながら実際には、この信号抽出技術には
２つの実用上の問題点がある。第１の問題点は、
コイル間の整合が難しいことである。

第２の問題点は、この技術を使用する検査装置
によると、電磁プローブの外側の両腕部に互いに
等しい影響を与える如き亀裂を全く又はほとんど
検出できないということである。亀裂は締め具の
近傍で発生し易いと予想されるのでこれは重大な
問題点である。

従つて本発明の目的は、信号中のバツクグラウ
ンド成分を除去でき所望の信号部分を分離するこ
とができ、しかもコイル間の整合を行う必要がな
く、電磁プローブの外側の両腕部に互いに等しい
影響を与える如き疵についても確実に検知できる
非破壊疵検査装置を提供することにある。

上述の目的を達成する本発明の特徴は、少なく
とも１つのコイルが巻回された磁性材料のコアを
有する電磁プローブを含み、この電磁プローブを
検査すべき構造体の締め具の位置にセンタリング
してステツプ的に回転せしめることにより生じる
コイルの端子電圧の変化から構造体の疵を検査す
る装置であつて、コイルに接続されておりこのコ
イルに安定化した交流電流を供給する定電流源
と、バランス信号電圧を出力するバランス信号発
生器と、コイル及びバランス信号発生器に接続さ
れておりこのコイルの端子電圧とバランス信号電
圧との差を表す信号を出力する結合回路と、結合
回路及びバランス信号発生器に接続されており結
合回路の出力信号が最小となるようにバランス信
号発生器から出力されるバランス信号電圧を調整
する制御手段とを備えたことにある。

検査装置を走査モードで使用するために必要な
コイルの個数は１つであるが、プローブが２つの
コイルを有し、ステツプ的走査の開始以前に締め
具の位置に対してプローブを正確にセンタリング
する目的でプローブ位置を調整するときに第２の
コイルを使用してもよい。２つのコイルを有する
構造を使用するときは、装置のセンタリングモー
ドのコイルの出力信号が差分されるようにコイル
を接続する。得られた差分信号は、非対称状態を
表わしており、これは締め具の位置に対するプロ
ーブの位置合わせエラーを表わしている。

添付図面に基づいて本発明の実施例を以下に説
明する。

第１図は本発明の一実施例の概略回路図であ
り、第２図はその動作制御を行うコンピユータの
制御プログラムのフローチヤートである。

本実施例の渦電流検査装置で用いられる電磁プ
ローブは、第３図に示したものと同様の電磁プロ
ーブである。

即ち、電磁プローブはＥ字型の強磁性体のコア
を有しており、そのコアの外側の各腕部にはそれ
ぞれ別個のコイル２０及び４９（第３図の７及び
８に対応する）が巻回されている。このコアは中
央の腕部を中心として回転自在となつており、こ
の中央の腕部の回転軸が検査すべき構造体の締め
具の軸と同軸にセンタリングされるように電磁プ
ローブが配置せしめられる。２つのコイルは互い
に直列に接続され、後述するセンタリングモード
及び走査モードのいずれの動作モードの場合にも
定電流源によつて励起される。

第１図には、これらコイルの接続される回路構
成が示されている。

変換器でもある第１のコイル２０には、励磁回
路２４と周波数制御回路２５と振幅制御回路２６
とを備えた定電流源より給電が行われる。これに
よつてコイル２０の両端に現れる電圧は、このコ
イル２０の電気インピーダンスに依存し、特に検
査すべき構造体の内部で誘起された渦電流によつ
て生じる反射的効果に依存する。コイル２０の両
端の電圧は変換器信号として使用され、この信号
は結合回路２２の第１の入力に印加される。

この検査装置の走査モードにおいては、バラン
ス信号発生器２１が信号を発生し、この信号が結
合回路２２の第２の入力に印加される。結合回路
２２は例えば差動増幅器から成り、その第１及び
第２の入力信号の差に比例した出力信号を発生す
る。この差を表わす出力信号を小さくするために
バランス信号発生器２１は、変換器信号、即ちコ
イル２０からの信号からバツクグラウンド成分が
除去されるように繰り返し調整される。

コイル２０には、上述の定電流源より正弦波の
励磁信号が与えられている。励磁信号の周波数
は、周波数制御回路２５によつて決定され、励磁
信号のレベルは振幅制御回路２６によつて決定さ
れる。

バランス信号発生器２１には同位相及び直角位
相の信号を別々に発生するために別々の回路が組
み込まれている。同位相成分は分岐２７側で発生
され、振幅制御回路２９によつてレベル制御され
る。直角位相成分は分岐２８側で発生され、振幅
制御回路３０によつてレベル制御される。これら
の分岐の各々の出力は結合増幅器３１に与えら
れ、ここからスイツチ５０を介して結合回路２２
に印加される。

結合回路２２から出力される差を表わす出力信
号（アウトオブバランス信号）は、線２３を介し
て同期復調器３３及び３４に印加される。これら
の復調器３３及び３４は、線３５及び３６をそれ
ぞれ介して励磁回路２４から印加される同位相信
号及び直角位相信号で励振される。従つて、復調
器３３はアウトオブバランス信号の同位相成分を
分離し、復調器３４はその直角位相成分を分離す
る。

これらの分離成分の振幅が、マルチプレクサ４
５とアナログデジタルコンバータ４６とを介して
コンピユータバス入力４４を介してコンピユータ
へ送られることにより、検査すべき構造体の疵の
検出が行われる。なおこのコンピユータは本発明
の制御手段に対応している。

コンピユータバス出力４３はビデオインタフエ
ースユニツト４８を介して図示しない映像デイス
プレイユニツトに接続されている。映像デイスプ
レイユニツトは結果を図形表示するため及びセン
タリングモードの動作を助けるために使用され
る。

第２図は本実施例の動作制御を行うコンピユー
タの制御プログラムのフローチヤートを示してい
る。

まず電磁プローブを締め具の位置にセンタリン
グするセンタリングモードが実行される。

このセンタリングモードにおいて、バランス信
号発生器２１はラツチ５３によつて駆動されるス
イツチ５０が動作することによりしや断される。

このモードでは電磁プローブの他方の変換器で
ある第２のコイル４９も使用される。第２のコイ
ル４９は第１のコイル２０と直列に接続され、定
電流源からの励磁信号で付勢されている。電圧信
号はコイル４９から取り出されスイツチ５０を介
して結合回路２２の入力に印加される。

従つて、電磁プローブのいかなる位置において
も両コイルの反射信号間になんらかの不平衡が存
在すると、線２３にアウトオブバランス信号が現
れる。この不平衡は主として位置合わせエラーに
基づくものである。

このアウトオブバランス信号は、コンピユータ
バスに送り込まれる。コンピユータは映像デイス
プレイユニツトを介してプローブ位置の必要な修
正を指示するようプログラムされている。締め具
の位置に対する電磁プローブの正確なセンタリン
グは、各測定を行う間に電磁プローブを90°回転
させる処理を繰り返すことによつて達成される。

電磁プローブが十分にセンタリングされると、
走査モードが実行される。

この走査モードでは、信号線２３がコイル４９
から切断され、信号線３２を介してバランス信号
発生器２１に接続するようにラツチ５３がスイツ
チ５０を操作する。

電磁プローブは、ステツプ的に回転し、各ステ
ツプで第２図に示すように以下の動作が実行され
る。

まず、アウトオブバランス信号がコンピユータ
バス入力４４へ送られ、これによつてコンピユー
タはそのアウトオブバランス信号を記憶する。

次いで、このアウトオブバランス信号のレベル
が適当かどうか判別し、NOの場合は必要とされ
る振幅を計算して振幅制御回路２６をセツトし、
さらに、バランス信号発生器２１の同相振幅制御
回路２９及び直角位相振幅制御回路３０をセツト
してバランス信号電圧を調整する。

電磁プローブは各ステツプでこのような動作が
行われることにより、アウトオブバランス信号が
複数回サンプリングされ、その平均値が最小とな
るようにバランス信号電圧が調整される。

コイル２０による渦電流変換器の複素数インピ
ーダンスは、２つの理論成分Z1とZ2とに分割で
き、総インピーダンスＺはZ1とZ2との和である。

ここで、Z1はインダクタンス及び抵抗のごと
きコイルの固有特性と電磁プローブが構造体の無
疵の領域上にあるときに示される反射インピーダ
ンスとの双方を示す比較的大きい値の実質的な定
数項である。Z2は電磁プローブが疵領域をカバ
ーするときに示される反射インピーダンスの変化
を示す小さい値の変数項である。

コイルが定電流源によつて駆動されるので、コ
イルの上述のインピーダンスはコイルの端子電圧
Ｖ、即ちＶ＝V1＋V2に反映される。バランス信
号は、定数項V1を除去するように構成されてい
る。V2はアウトオブバランス信号を示している。

ステツプ的回転走査中の電磁プローブ位置に応
じたV2の変化が疵の存在を強調し、疵の特徴は
コンピユータプログラムに組み込まれたパターン
認識技術によつて決定される。

以上詳細に説明したように本発明によれば、バ
ランス信号電圧を出力するバランス信号発生器
と、コイル及びバランス信号発生器に接続されて
おりこのコイルの端子電圧とバランス信号電圧と
の差を表す信号を出力する結合回路と、結合回路
及びバランス信号発生器に接続されており結合回
路の出力信号が最小となるようにバランス信号発
生器から出力されるバランス信号電圧を調整する
制御手段とを備えているため、１つのコイルを使
用してもバツクグラウンド成分を除去でき所望の
信号部分を分離でき、しかも、コイル間の整合を
行う必要がなく、電磁プローブの外側の両腕部に
互いに等しい影響を与える如き疵についても確実
に検知することができる。