JPH0743349A - 渦電流探傷法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、渦流探傷法にて、大面積な探傷材に
おいて検出感度、Ｓ／Ｎ比を飛躍的に向上させることを
目的とする。 【構成】被探傷材を渦流探傷法により検査するとき、Ｅ
型コアを用いＥ型コアの中央ポールに１次コイル、両側
のコアに一対の２次コイルを配置した検出ヘッドを、２
個以上一定間隔で被探傷材に対向して設置し、相隣接す
る検出ヘッドの各１次コイルに流す交流電流の極性を逆
極性に結線して、被探傷材に局部的な渦電流を発生さ
せ、微小欠陥の検出感度を向上させ一対の２次コイルの
差分を抽出する渦流探傷法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業界の応用分野】導電性のパイプや板状の被探傷材
に存在する微小欠陥を検出することができ、生産ライン
における品質管理や出荷検査に活用できる。

【０００２】

【従米の技術】導電性のパイプや板材に存在する欠陥を
検出する従来公知技術としては （１）超音波探傷法 （２）漏洩磁束探傷法 （３）渦電流探傷法 等が存在し、その目的に対応した方法が広く産業界で使
用されている。

【０００３】特に渦流探傷法は探傷時、接触媒質を必要
とせず、被探傷材に対して非接触条件下で探傷でき、オ
ンライン検査に適している。

【０００４】図７は、渦流探傷方法の公知技術の基本構
成を示すブロック図で、１は被探傷材、２は回転プロー
ブ、３はスリップリングである。

【０００５】以下、図７を参照して従来技術を簡単に説
明する。被探傷材の外側に設置したプローブコイルにス
リップリングを介して、発振器（図示せず）から抵抗Ｒ
を介し、交流電流を供給して、被探傷材に局部的な渦電
流を発生させる。

【０００６】次に、スリップリングと１体で構成された
プローブコイルが、被探傷材の外側を一定速度で回転
し、プローブコイル２が欠陥部Ｉ部を交差するとき、プ
ローブコイル２から発生する交流磁界による渦電流が変
化し、この反作用として、プローブコイルのインピーダ
ンスが変化する。

【０００７】このインピーダンスの変化を、スリップリ
ング３を介して抽出し、インピーダンスの変化値から被
探傷材１に左右する欠陥を間接的に検出する。

【０００８】

【従来技術の問題点】従来技術においては、下記に示す
各問題点が存在する。

【０００９】信号の伝送をスリップリングを介して行っ
ているため、スリップリングの接触不良によるノイズ信
号が混入する。

【００１０】被探傷材の移動速度は、プローブコイルの
回転速度で規定される。

【００１１】検査能率を向上するためには、プローブコ
イルの数を多くするか、回転速度のアップで対応するし
かない。しかし、プローブコイルの数を多くするために
は、スリップリングのＣＨ数のアップをともない、装置
が大型になり、メンテナンス性が悪化する。又、プロー
ブコイルの回転速度のアップに関しては、機械系の限度
がある。

【００１２】被探傷材１とプローブコイル２との相互の
芯ずれ等が発生すると、プローブコイル２に被探傷材が
接触し、プローブコイルが破損する。

【００１３】ユーザーのニーズはさらに微小欠陥を高精
度、高能率検査が要望されＳ／Ｎの向上が必要である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】微小欠陥に対する検出感
度及びＳ／Ｎを向上するためには、被探傷材に対してで
きる限り局部的に渦電流を発生させることが要望され
る。

【００１５】このためには、被探傷材に対向して設置し
た検出ヘッドから発生させる交流磁界の分布をビーム状
にして、被探傷材に交差するとよい。

【００１６】そこで、本技術では被探傷材に対して２個
以上の検出ヘッドを一定間隔で近接して設置し、相隣接
する検出ヘッドから発生する交流磁界の極性を相互に逆
極性に駆動する。

【００１７】図１は、本願技術の基本原理を説明するた
めの構成図である。

【００１８】図１において、１は被探傷材、Ｈ１〜Ｈ４
はＥ型コアにより構成された検出ヘッド、ＣはＥ型コ
ア、ＰはＥ型コアの中央ポールに配置した１次コイル、
Ｓ１，Ｓ２は左右のポールに配置した１対の２次コイ
ル、Φは１次コイルから発生する磁束の分布。

【００１９】図１において、各検出ヘッドＨ１〜Ｈ４の
１次コイルから発生する磁界の極性と隣接するヘッド毎
に逆極性で駆動すると、Ｅ型コアＣの中央ポールから発
生する磁束分布は、図１のΦに示すため、各検出ヘッド
により、被探傷材に発生する渦電流は、ＥＣに示す特性
となる。

【００２０】

【作用】このように構成された検出ヘッドにより、被探
傷材に対して、１個の検出ヘッドから発生する磁束がビ
ーム状に交差すると、被探傷材での渦電流の発生も局部
的になる。

【００２１】そこで、検出ヘッドが被探傷材の母材健全
部にあるときＥ型コアに配置した１対の２次コイルに
は、Ｅ型コアの中央ポールから発生した磁束が２分され
て、交差する。

【００２２】今図１において、被探傷材に欠陥Ｉが存在
し、矢印方向に移動するとき、まず欠陥Ｉは上側２次コ
イルＳ２を通過するとき、１次コイルから発生する磁束
による渦電流は、Ｓ１コイル側に対して変化し、この反
作用として、コイルＳ２に交差する磁束密度が変化す
る。

【００２３】そこで、１対の２次コイルＳ１，Ｓ２に誘
起する電圧の差分を抽出して、この値を計測すること
で、間接的に被探傷材に存在する欠陥を検出することが
できる

【００２４】検出ヘッドの１次コイルから発生する磁束
がビーム状になれば、微小欠陥に対する検出感度が向上
する理由は、例えば１次コイルのポールからＮ本の磁束
が発生し、この５０本毎に各２次コイルに交差してい
て、１方の２次コイル側に欠陥が存在し、Ｎ／２本全部
が欠陥部と交差すると欠陥部では電気抵抗Ｒが∞である
ため、欠陥部での渦電流の発生は大きく減少する。

【００２５】この為、１対の２次コイルに誘起する電圧
の差分電圧が大きく変動することになり、より微小欠陥
を検出することが可能となる。

【００２６】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図２と図３を用い
て説明する。

【００２７】図２において、１は被探傷材、Ｈ１〜Ｈｎ
はＥ型コアにより構成され、各検出ヘッド、ＣはＥ型コ
ア、Ｐは１次コイル、Ｓ１，Ｓ２は１対の２次コイル、
Ｗは各ポールの間隔、ＭはＥ型コアの幅。又、図３は検
出ヘッド部の電子回路を示し、ＯＳＣは発振器、Ｓ１１
〜Ｓ１ｎ、Ｓ２１〜Ｓ２ｎは各ヘッドの各２次コイルを
示す。

【００２８】以下、図２及び図３を用いて、本発明の１
実施例を詳細に説明する。

【００２９】被探傷材１の外周にＥ型コアＣで構成され
た２個以上の検出ヘッドＨ１〜Ｈｎを一定間隔毎に配置
し、図２に示す如く、隣接する各１次コイルの結線が相
互に逆接続して、発振器ＯＳＣから交流電流を供給す
る。

【００３０】各１次コイルＰから発生した磁束が、被探
傷材１に交差すると、図２（Ｃ）に示す如く、被探傷材
の周方向に局部的な渦電流が発生する。

【００３１】被探傷材の母材健全において、各検出ヘッ
ドＨ１〜Ｈｎの１次コイルＰから発生した磁束は約１／
２ずつに分割して、各ヘッドＨ１〜Ｈｎの各１対の２次
コイルに交差する。

【００３２】そこで、各検出ヘッドの１対の２次コイル
を図３に示す如く、相互に逆結線すると、１対の２次コ
イルに誘起する電圧は相等しいので、その差分は零ボル
トになる。

【００３３】この条件下で、被探傷材１が矢印方向に移
動し、欠陥Ｉが特定（例えばＨ３）検出ヘッド下を交差
すると、欠陥部での渦電流の発生が母材健全部と対比し
て減少する。この反作用とし、検出ヘッドＨ３の１対の
２次コイルに誘起する電圧（Ｖ３，Ｖ３’）の値に差が
発生し、その差分電圧ΔＶ３が得られる。

【００３４】この差分電圧ΔＶ３を抽出するため、１対
の２次コイルの相互に逆極性になるように結線すると、
欠陥Ｉに対応した欠陥信号を抽出することができる。

【００３５】図４は本願技術により、被探傷材１に加工
した人工欠陥に対する探傷結果の１例を示す。

【００３６】図４に示す如く、孔径が０，１，０，２，
０，４，０，８ｍｍの貫通孔に対して十分な検出感度及
び高いＳ／Ｎを得ることができる。

【００３７】図５は本願技術でＥ型コアの各ポール間隔
と、Ｅ型コアのポール下端と、被探傷材表面までのリフ
トオフ変化に対する検出感度特性を試験した結果を示
す。

【００３８】探傷条件として、リフトオフＬの設定を２
〜５ｍｍ又、Ｅ型コアのポール間隔Ｗを０，５〜１０ｍ
ｍに設定して、人工欠陥に対するＳ／Ｎ特性を試験し
た。

【００３９】図５に示す如く、Ｅ型コアのポール間隔と
リフトオフに対応してＳ／Ｎが変化し、−３ｄＢ以内に
対するＷ／Ｌは０，７＜Ｗ／Ｌ＜２，１となる。

【００４０】従って、Ｅ型コアのポール間隔Ｗとリフト
オフＬとの相対比を選択することにより、探傷性能を向
上させることができる。

【００４１】図６は、本願技術において、Ｅ型コアの幅
Ｍと、人工欠陥（貫通孔）との相対比に対する、相対Ｓ
／Ｎを試験した結果である。

【００４２】図６の試験条件として、Ｅ型コアの幅Ｍ
を、２，０〜６，０ｍｍ間にて変化し、人工欠陥は０，
２ｍｍ貫通孔を対象とした。

【００４３】図５に示す如く、Ｍ／ｄの値が大きくなる
と、相対Ｓ／Ｎは減少する特性である。この理由は、Ｅ
型コアの幅Ｍが大きくなると、Ｅ型コアの中央ポールか
ら発生する磁束の分布がブロードになることによる。

【００４４】相対Ｓ／Ｎの許容値を−３ｄＢに仮定する
と、Ｍ／ｄの値はＭ／ｄ＜４０で所期のＳ／Ｎを得るこ
とができる。

【００４５】本願でＭ／ｄの値の小さい方は２０である
が、Ｍ／ｄ＝２０時、Ｅ型コアの幅Ｍは、２ｍｍであ
る。製作時の難易性から現実には１ｍｍ位が限界と相定
される。

【００４６】従って、Ｅ型コアの幅Ｍと、人工欠陥ｄと
の相対比の設定は、 １０＜Ｍｄ＜４０ に設定することにより、微小欠陥を高いＳ／Ｎで検出す
ることができる。

【００４７】本願の実施例では被探傷材１にパイプを用
いて動作原理を説明したが、図２（Ｃ）に示す如く、被
探傷材１のパイプを見掛上、パイプの軸方向に分解し
て、各検出ヘッドの１次コイルからの磁束により発生す
る渦電流の分布を示している通り、被探傷材が板材で
も、同様に探傷することができる。

【００４８】被探傷材が、板材の場合は、板材の幅方向
に検出ヘッドを一定間隔毎で板材に対向して設置し、こ
の条件下で、被探傷材を移動することにより、板材に存
在する欠陥を検出することができる。

【００４９】また、被探傷材が強磁性体で磁気的ノイズ
が発生する場合には、従来技術の渦電流探傷法と相等し
く、被探傷材を電磁石等で磁気飽和することにより、Ｓ
／Ｎの向上を図ることができる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の渦電流探
傷方法及び渦電流探傷装置を用いることにより、下記に
示す効果を得ることができる。

【００５１】被探傷材の径（パイプの場合）や、板材の
幅が増加しても、径や幅に対応して、検出ヘッドの設定
数を増加させることにより、微小欠陥に対する検出感度
の悪化を阻止し、高精度な探傷が可能となる。

【００５２】検出ヘッドの１次コイルから発生する交流
磁束をビーム化して被探傷材に局部的に渦電流を発生す
ることができ、微小欠陥を高感度（従来技術と対比して
２倍以上）向上することができる。

【００５３】被探傷材に存在する欠陥の検出対象（孔
径）に対して、検出ヘッドの設置個数を容易に決定する
ことができる。

【００５４】被探傷材は、導電性であれば、非磁性及び
強磁性体に関係なく探傷することができる。

【００５５】従来技術の如く、スリップリング等による
信号の伝達がないので、接触不良等による検出感度の低
下やＳ／Ｎが悪化することがない。

【００５６】従来技術の如く、検出ヘッドの回転等の駆
動部がなく、故障の割合が少なくメンテナンスフリーな
探傷装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の基本構成を示す模式図

【図２】 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は本発明の一実施例の探
傷原理図 （Ａ） 被探傷材と検出ヘッドとの相対位置関係図 （Ｂ） 本発明の一実施例に用いた検出ヘッドの概略構
成図 （Ｃ） 被探傷材（パイプ）をパイプの軸方向に分解し
て、平面化し、被探傷材に対して検出ヘッドと被探傷材
に局部的に発生する渦電流の分布の模式図

【図３】 本発明の信号系統図で、発振器から各１次コ
イルに供給するケーブルの結線及び各１次 ２次コイル
の差分結線方法。

【図４】 本発明の一実施例による微小欠陥に対する探
傷結果の出力電圧波形

【図５】 本発明の実施例において、Ｅ型コアの各ポー
ル間隔と、被探傷材とのリフトオフに対する人工欠陥の
相対Ｓ／Ｎ特性図。

【図６】 本発明の実施例において、検出ヘッドに用い
たＥ型コアの幅と、人工欠陥の孔径との比に対する相対
Ｓ／Ｎ特性。

【図７】 従来技術（公知技術）の基本構成図

【符号の説明】

Ｈ…検出ヘッド Ｈ１〜Ｈｎ…
２個以上の検出ヘッド Ｐ…１次コイル Ｃ…Ｅ型コア Ｓ１，Ｓ２…１対の２次コイル Ｌ…リフトオ
フ １…被探傷材 Ｔ…被探傷材
のトップ Ｅｃ…渦電流特性 Φ…磁束の分
布 Ｂ…被探傷材のボトム Ｉ…人工欠陥 Ｘ…被探傷材の軸方向 Ｗ…Ｅ型コア
の各ポール間隔 Ｍ…Ｅ型コアの幅 ＯＳＣ…発振
器 ２…回転プローブ（プローブコイル） ３…スリップ
リング Ｒ…抵抗 ０゜及び３６０゜…被探傷材をＸ軸方向に分解して表示
した位置 ΔＶ１〜ΔＶｎ…各検出ヘッド毎の１対の２次コイルの
差分電圧

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｅ型コイルの中央ポールに１次コイルを
   他の２ポールに１対の２次コイルで構成した２個以上の
   検出ヘッドを被探傷材に対向して設置し、前記各１次コ
   イルに発振器から交流電流を供給して、被探傷材に存在
   する欠陥を検出する渦流探傷法において、 隣接検出ヘッドの１次コイルから発生する磁束の極性が
   相互に逆極性になるように１次コイルを結線して発振器
   から交流電流を供給し、各検出ヘッドの１対の２次コイ
   ルに誘起する電圧の差分を抽出し、この値から被探傷材
   の欠陥を検出することを特徴とする渦流探傷法及びその
   装置
2. 【請求項２】 （請求項１）の構成による渦流探傷法に
   おいて、被探傷材と検出ヘッドのＥ型コアのポール下端
   との相対距離（以下リフトオフと記す）Ｌと前記Ｅ型コ
   アの各ポール間隔Ｗとの相対比が ０．７＜Ｗ／Ｃ＜２．１ に設定したことを特徴とする渦流探傷法及びその装置
3. 【請求項３】 （請求項１）の構成による渦流探傷法に
   おいて、被探傷材に存在する欠陥の孔径ｄに対して、検
   出ヘッドのＥ型コアの幅Ｍとの相対比が １０＜Ｍ／ｄ＜４０ に設定したことを特徴とする渦流探傷法及びその装置
4. 【請求項４】 （請求項１）の構成による渦電流探傷法
   において、各検出ヘッド毎に１対の２次コイルの結線を
   相互に逆極性に結線して、１対の２次コイルに誘起する
   電圧の差分を抽出することを特徴とする渦電流探傷法及
   びその装置。