JPH03505134A - 金属被検査体を走査するための回転ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 金属被検体を走査するための回転ヘッド本発明は、請求項１の上位概念に記載の 、長尺金属被検体の表面を渦流発信器によって走査するための回転ヘッドに関す る。

この種の回転ヘッドは、非破壊検査において以前から公開され、多方面で使用さ れている。この場合回転ヘッドは、特に鋼材尺び非鉄金属から成る平滑な円形材 料の、表面に達する欠陥を検査するために使用されている。この回転ヘッドは、 長時間に亘る使用のうちに相当の能力を発揮する高度に発達した状態に到達する ようになる。つまり例えば平滑な表面の場合、３０ミクロンの深さの亀裂さえ可 成り速い貫通速度でも確実に検出することができる。１方その限界も判っており 、それを乗り越えて新しい使用領域の開発に結び付くようにすることが望まれて いる０例えば現在公知の回転ヘッド、では、非平滑な強磁性鋼の高感度検査は、 材料に制約された高い妨害レベルのために不可能である。別の例は、例えば圧延 、引抜き又は表皮剥ぎのような後続の加工が材料分離部の上面に再び閉鎖された 表面を発生せしめるような場合の、強磁性材料内の亀裂に関するものである。二 の場合所望の感度のために必要な高周波は、その渦流の侵入深さが僅かであり、 二のため、このように塞がれた亀裂の指示が多くの場合に不可能である。限界を 示す別の例は、溶接されたオーステナイト管の検査である。この場合鉄の不純物 が、溶接線の領域で高い妨害レベルを惹き起し、かっこのような形式で溶接線の 有効な検査を妨げている。

このため本発明の課題は、Ｓ１頭で規定した形式の回転ヘッドを改良して、それ が前記の場合及びその他の場合にも使用可能になるようにすることにある。

上述の課題は、請求項１に記載の特徴によって解決することができた。

本発明の構成によって実現される被検体の磁化部は、前述の検査領域における被 検体の磁気透過性を著しく減少せしめる結果になり、特に磁化部が飽和領域にま で到達した場合にそれが著しい、しかしその際、渦流発信器のフェライトコアが 同じように飽和状態になり、そのために渦流発信器の感度が許容以上の被害を受 ける危険性を生ずるようになる。これに対しては、磁化コイルと渦流発信器との 間に配置された磁気良導材料から成るり、ングが反対に作用する。このリングは 、検査領域における磁場を均質化し、かつ磁場の半径方向の分力が検査表面部の 上方に僅かに残るように作用する。被検体の磁気透過性の減少によって、材料表 面の磁気的な不均質性に伴う、例えば火口、加熱ゾーン、溶接線又は冷間硬化に 起因するような総ての妨害源を抑圧することができる。非平滑な強磁性材料も、 この回転する渦流センサでより高感度の検査を初めて実施することができる。ま た閉ぢ込められた表面の塞がれた亀裂にあっては、係数が５０又はそれ以上に達 する磁気透過性の大幅な減少が発生し、それに対応して渦流の侵入深さが増大し 、その結果、それ以前は隠されたままになっていた欠陥が検出可能になる。′ａ 接されたオーステナイト管も、渦流回転ヘッドによる検査によって初めて完全に 検出可能になる。それは、磁気透過性の減少によって鉄不純物の影響を消滅せし めることができるからである。

本発明の構成によれば、ケーシングにより支持されて交換可能な、被検体の直径 に適合可能な孔を備えた保護スリーブが、磁束導体として使用されている。別の 構成にあっては、このような保護スリーブが中空軸の孔に突入しているため、磁 束が回転する中空軸を介して被検体内に最適に導入され得るようになっている。

別の構成にあっては、保護スリーブと中空軸との間の少くとも１つの個所に狭い エアギャップを存在せしめて、磁束損失の少ない伝送を可能にするような提案が なされている０本発明の特に有利な構成にあっては、均質化リングが渦流発信器 に向い合う磁化コイルの何部を回転軸からある距離まで覆っている。その距離は 、渦流発信器の回転軸からの半径方向の最大距離のほぼ２倍に一致している。本 発明の別の構成によれば、保護スリーブが全部又は部分的に磁気不導材料から成 る薄い層で覆われている。これによって、磁化された強磁性被検体の、保護スリ ーブへの磁気的な接着が阻止され、かつ被検体が容易に貫走できるように保証さ れる。本発明の別の構成によれば、回転部分が中空軸に不動に結合された回転デ ィスクを有し、該ディスクに渦流発信器が掛止されており、また該ディスクは磁 気不導材料から成っている。つまりディスクに磁極が形成されて隣接するケーシ ング部分に、加熱及び制動作用をもたらす恐れのある渦電流が発生するのを阻止 することができるようになっている１本発明のより重要な構成にあっては、磁場 によって貫通される検査領域に不動に起立する渦流発信装置が付加的に組み込ま れており、その位置は保護スリーブの内方に見出すことができる。これによって 、不動に起立して回転する渦流発信器の省スペースかつ省力的な組合せを、簡単 な形式で実現する二とができるようになる。その際妨害レベルを低下せしめるた め、両方に共通なそれ自体の直流予備磁化装置を利用する二とが極めて有利であ る二とが判った。不動に起立する渦流発信装置は、それが絶対コイル及び差動コ イル（差動トランス）のどちらであっても宜い。同じように、外周面に亘って分 配されたセグメントコイルが設けられていても宜い。絶対コイルは、多様な欠陥 検査の外に材料の這いも検出可能である。差動コイルは、外方に位！する横方向 の欠陥、管における孔欠陥及び不純物質介在の解明に対して特に適合している。

従って理想的な形式にあっては、異なった装置を相互に補完せしめると宜い。し ７かし更に、強磁性材料にあっては渦流貫流コイルの代りに漂遊磁束コイル（渦 電流損形コイル）を使用することも可能である。この、ｊ！遊磁束コイルは、渦 流貫通コイルに類似して、又はこれと同一に組み込まれており、しかも同一のコ イルを渦流信号及び漂遊磁束信号の同時受信のために使用することができる。そ の際直流予備磁化装置は、上述の課題の外に、欠陥個所に磁気的な漂遊磁束を発 生せしめるという付加的な課題を有しており、該漂遊磁束が上述のコイルによっ て受容されている。そのため横方向亀裂のための検出限界が更に縮小するように なる。外部欠陥の外に内部欠陥も検出可能である。局所的な肉厚挟小部も探し出 すことができる。

次に本発明を、実施例による図面に基いてより詳細に説明よる。その際 図１　　回転ヘッドの断面図 図２　　同一の回転ヘッドの正面図 図３　　別の縮尺による別の構成の回転ヘッドの詳細図 を夫々示している。

図１及び図２には、断面図乃至は正面図で回転ヘッドが図示されている。ケーシ ング１０は、基板１２、壁部１４、皿形ケーシング１６、カバープレー１−１８ 、桁材２０、受容体２２及び軸受体２４から構成されていて、回転ヘッドの支持 構成部材を形成している。ケーシング１０の上述の部材は、強磁性鋼から製作さ れており、爆接又は別の適合した手段によって互いに結合されている。カバープ レート１８は駆動モータ２６を支持し、該モータ２６はフランジプレート２８に よって保護されている。モータ２６の回転運動は駆動軸３０によって駆動輪３２ に伝達され、該駆動軸３２は、アクセスに対しカバー３４で保護されている。駆 動ベルト３６は、中空軸に剛性的に結合された被動軸３８ｆ：駆動力を伝達して いる。中空軸４０は、適合した２つの玉軸受４２によって軸受体２４に支承され ており、該玉軸受４２は、強磁性の支持スリーブ４４を介して互いに向き合って 支持され、かつ固定リング４６及び４８によフて中空軸４０乃至は軸受体２４に 不動に位置せしめられている。軸受体２４と支持スリーブ４４との間のエアギャ ップは狭い寸法であり、従って磁束が、片方から他方へ移行する際最小の妨害し か受けないようになっている。軽金属から成る回転ディスク５０は中空軸４０に 固定されている。該ディスク５０は、中空軸４０及び被動輪３８と共に回転部分 ５１を形成している。２つのセンサレバー５２は、ビン５４によってまたビン５ ４を中心に、旋回可能に支承金具５６内に支承されており、該支承金具５６は回 転ディスク５０に固定されている。図１ではよ（見えるように、両センサレバー ５２の片方だけが図示されている。センサレバー５２の前方端部にはセンサバー ５８が装着されており、該センサパー５８は夫々５つの渦流発信器６０を有して いる。該発信器６ｏは運転中、被検体の表面の極く間近かに位置し、回転ヘッド が被検体によって貫走されている場合、回転する回転部分５１の近傍で被検体を スパイラルの方向で走査している。被検体の例としては図１には、矢印６１の方 向で回転ヘッドを離れて行く丸棒６２が図示されている。回転する渦流発信器の 信号は、回転伝達装置６４を介して外方に向って接続されており、かつケーブル を介して電子機器的な評価装置（両者とも図示なし）に接続されている。回転伝 達装置は、平行して提出した西ドイツ国特許第３６３２３９５号明細書に詳細に 説明されているものと同一のものである。該装置６４は回転ディスク６６及び静 止ディスク６８から成り、前者は、中空軸４０に剛性的に結合され、スリーブ７ ０によって保護されており、後者は、皿形支持体７２によって受容体２２に１定 され、かつ回転ディスク６６に極めて接近して配置されている。渦流発信器６０ の出口は、回転ディスク６６内に挿入された一次巻線７４に接続されており、１ 方静止デイスク６８内に挿入された二次巻線７６は、図示なしの差込み結合部を 介して上述のケーブルに案内されている。

図２では、センサレバー５２を見通す二とができるようにするため皿形ケーシン グ１６が省略されているが、該ケーシング１６は果すべき２つの課題を有してい る。つまり１方では、被検体６２のための貫通孔７８を除いて前方壁部１４の開 口部を閉鎖してεす、他方では、磁化コイル８０を受容するための空間を提供し ている。磁化コイル８０は、これを自由支持の巻体として製造することができ、 そのために設けられた皿形ケーシング１６内に挿入され、均質化リング８２によ って保持されている。均質化リング８２の付加的な！義については後で更に説明 することにする。皿形ケーシング１６の貫通孔７８には、前方保護スリーブ８４ が挿入されている。後方の保護スリーブ８６は、後方壁部１４に固定されて中空 軸４ｏの孔内に突入している。両保護スリー・ブ８４，８６の課題は、被検体６ ２を確実に案内し、かつ走入する被検体による損傷から敏感なＡｌｊ！［発信器 を保護することにある。更に、磁気良導材料から成る保護スリーブ８４．８６は 、磁束を伝達する際重要な役割を果している。この目的に対し後方の保護スリー ブ８６は、その前方端部に中空軸４０の孔よりも僅かだけ小さい直径を有する制 限された領域を備えており、その結果、ここには磁気抵抗の小さな狭いエアギャ ップ８８が発生している。保護スリーブ８４．８６は交換可能であり、かつ孔に 応じて細かく階段の付いたサイズのものを自由に選択することができる。これに よって、１方では被検体６２の正確な案内が、他方では被検体内への磁束の有効 な導入が、夫々保証されるようになる。磁化コイル８０内に生成された磁束の通 路は、皿形ケーシング１６、前号壁部１４、基板１２乃至カバープレート１８又 は側壁、桁材２０、受容体２２、軸受体２４、支持スリーブ４４及び中空軸４０ を介する通路を採っている。被検体６２への磁束の直接的な導入は、既に説明し たように、保護スリーブ８４．８６を介して行われる。

保護スリーブ８４．８６の孔は、夫々磁気不導材料から成る薄い層によって被覆 されている。この例では耐摩耗性のスリーブ９０乃至９２が訊けられている。

このため磁化された強磁性被検体は、保護スリーブ８４．８６の内方で磁気的に 接着されず、かつ大きな抵抗なしで回転ヘッドを貫いてこれを引張ることができ る。被検体６２が完全に磁化される検査領域は、はぼ両スリーブ８４．８６の端 部によって制限されている。

検査領域内の磁束は可能な限り均質でなければならず、また特に渦流発信器６０ が位置する被検体６２の上方の空間内では、磁場の半径方向の分力が狭い境界内 に保持されていなければならない、このことは均質化リング８２の導入によって 達成される。該リング８２は磁力線の大部分を結び付けているが、リング８２が ない場合には、磁力線は磁化コイル８０の側面から出発して被検体６２又は後方 の保護スリーブ８６に対し直接閉成するであろう。二の対策によって、不都合な 運転の場合にも、つまり最大に設けられた被検体直径の場合にも使用できるよう にするため、回転軸線からの距離が、渦流発信器６ｏの半径方向の最大距離のほ ぼ２倍の距離に一致する距離まで、磁化コイル８０を均質化リングによってカバ ーするのが望ましい。

図３の場合には、回転する渦流発信器６０に対し付加的に尚、不動に起立する渦 流発信器が検査領域内に押入されている。そのため前方の保護スリーブが別の構 成になっている０回転ヘッドのその他の部分は総て不変に維持されているため、 二のような保護スリーブ１００だけが皿形ケーシング１６内に組み込まれて再現 されている。皿形ケーシング１６は、前に説明したように、図１及び図２に基（ 回転ヘッドに使用されている。保護スリーブ１００はその右側がより深く旋削さ れている。自由になった空間内には不動に起立する渦流発信装置１０２が装着さ れている。該装置１０２は適合した絶縁材料から成るコイル巻枠１０４を有して いる。コイル巻枠１０４の床部には３つの溝が位置し、その内方に夫々渦流受信 コイル１０６，１０８が押入されている。これらの内中央のコイルが絶対コイル １０６であり、１方両外方の＝イル１０８は差動状に接続されている。受信コイ ル１０６，１０８の上及びそれから分離された絶縁層１１０を貫通して、渦流励 起コイル１１２が巻き付けられている。接続導線１１４は、受信コイル１０６． １０８と励起コイルｌ］２とを接続箱１１６で結合し、該接続箱１１６が、不動 に起立する渦流発信装置１０２の電子機器的な評価ユニットへの接続を可能にし ている。先に述べた保護スリーブ８４．８６と同じ様に、保護スリーブ１００も 磁気的な接着に対し薄いスリーブ１１８で保護されている。

被検体６２を取り囲んでいる前述の渦流発信装置１０２の代りに、そのために設 けられた保護スリーブ１００の空間内に、外周に亘って分配された渦流セグメン トコイルのセットが組み込まれていても宜い。又前述の発信装置１０２を漂遊磁 束発信器として使用することも可能である。磁化コイル８０によって惹き起され た被検体６２内の磁束は、欠陥個所で磁気的な漏れ磁束を発生せしめる。これを 例えばコイル１０６によって受容することができ、かつ公知の形式でこれを処理 することができる。

国際調査報告 国際調査報告 ＰＣＴ／ＥＰ　９０１０１６９６ Ｓ＾　　　　　４１０７４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．長尺金属被検体（６２）の表面を渦流発信器（６０）によって走査するため の回転ヘッドであって、ケーシング（１０）と、渦流発信器（６０）が固定され ている回転する回転部分（５１）と、被検体（６２）の貫通孔に適合してケーシ ング（１０）に支承された中空軸（４０）と、回転部分（５１）の回転運動を発 生せしめるための駆動手段（２６）と、回転伝達装置（６４）と、を備えており 、該回転伝達装置（６４）によって渦流発信器（６０）が、電子機器的な評価ユ ニットに電気的に接続されている形式のものにおいて、 その長手方向における被検体（６２）の磁化部のための磁化手段が、予め設けら れた検査領域の内方に準備されており、かつ磁束を生成するために被検体（６２ ）を取り囲んでいる磁化コイル（８０）と、磁束を被検体（６２）内に導き入れ ている磁束導体とを有しており、 磁束導体として、夫々磁気良導材料から製作された対応する大きさのケーシング （１０）の部分と中空軸（４０）とが使用されており、また検査領域における磁 場を均質化するため、被検体（６２）を取り囲む磁気良導材料から成る均質化リ ング（８２）が、磁化コイル（８０）と渦流発信器（６０）との間に配置されて いる ことを特徴する、金属被検体を走査するための回転ヘッド。 ２．更に磁束導体として、ケーシング（１０）により支持されかつ交換可能な磁 気良導材料から成る保護スリーブ（８４，８６，１００）が、被検体（６２）の 直径に適合した孔と一緒に使用されていることを特徴とする、請求項１記載の回 転ヘッド。 ３．これらの保護スリーブの１つ（８６）が中空軸（４０）の孔内に突入してい ることを特徴とする、請求項２記載の回転ヘッド。 ４．保護スリーブ（８６）と中空軸（４０）との間の少くとも１個所に、磁束を 伝達するための狭いエアギャップが存在していることを特徴とする、請求項３記 載の回転ヘッド。 ５．均質化リング（８２）は、渦流発信器（６０）に向い合う磁化コイル（８０ ）の側部を、回転軸線から渦流発信器（６０）の半径方向の最大距離のほぼ２倍 に相当する回転軸線からの距離まで覆っていることを特徴とする、請求項１から ４までのいづれか１項記載の回転ヘッド。 ６．均質化リング（８２）は、磁束を導いているケーシング（１０）の部分に磁 気良導的に結合されていることを特徴とする、請求項１から５までのいづれか１ 項記載の回転ヘッド。 ７．保護スリーブ（８４，８６，１００）は、その孔の全部又は１部分を磁気不 導材料から成る薄い層（９０，９２，１１８）で被覆されていることを特徴とす る、請求項１から６までのいづれか１項記載の回転ヘッド。 ８．回転部分（５１）が中空軸（４０）に不動に結合された回転ディスク（５０ ）を有し、該回転ディスク（５０）に渦流発信器（６０）が掛止されており、か つ該ディスク（５０）は磁気不導材料から成っていることを特徴とする、請求項 １から７までのいづれか１項記載の回転ヘッド。 ９．磁束によって貫かれた検査領域内に、不動に起立する渦流発信装置（１０２ ）が組み込まれていることを特徴とする、請求項１から８までのいづれか１項記 載の回転ヘッド。 １０．不動に起立する渦流発信装置（１０２）が、保護スリーブ（１００）の内 方に組み込まれていることを特徴とする、請求項９記載の回転ヘッド。