JPS5952748A - かくれたデ−タを求める方法と装置 - 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】 この発明は渦電流形きず検出器、更に具体的に云えば、
小さなきずに関するデータを発生する検出器に関する。

導電材料の中に交番電磁界を誘起する為に交流電流を通
す渦電流形プローブ・コイルの様なプローブ・コイルを
用いて、導電材料の表面を走査するのが普通である。走
査中のこの電磁界の挙動をする情報が得られる。然し、
普通便われる走査装置は単に材料中の非一様性を突止め
るたりである。

一般的に、こういう装置は非一様性に関する詳しい情報
が得られない。非一様性は、必ずしも全てが有害ではな
く、成る柚のものはあっ（も差支えがないので、多くの
用途ではこの様な詳しい情報が望まれている。更に、普
通便われている装置は、非一様性の位置又は向きを精密
に同定せず、非一様性を持つ領域を同定するだけである
。

この発明の目的は、新規ｒ改良された渦電流形きず検出
器を提供することである。

この発明の別の目的は、使われる渦電流プローブの寸法
に較べてごく寸法が小さいきずに対りる寸法情報が非破
壊的に得られる様にする新Ｘ、Ｉｔ　’ｒ改良された渦
電流形きず検出器を提供Ｍることである。

この発明の別の目的は、ごく小さい細長いぎずの向きに
関する情報が１ｑられる様にりる新規で改良された渦電
流形きず検出器を提供覆ることＣ゛ある。

この発明の別の目的は、使う渦電流プローブの直径の１
１５０と云う様に細い面の特徴に関する詳しい情報を発
生する新規で改良された渦電流形きず検出器を提供する
ことである。

この発明の別の目的は、大体長さが０．０１００（Ｊ１
深ざが０．００５吋、幅が１００万分の１０吋と云うき
ずに関する詳しい情報を発生ずる新規で改良された渦電
流形きず検出器を提供することである。

この発明の１形式では、導電材料から成る物体の表面の
、不規則性を持つ全般的な近辺を同定する。この全体的
な近辺を、時間的に変化する磁界を発生ずるプローブで
走査する。走査した点でブ［Ｊ−ブと物体の間の相互イ
ンダクタンスを表わす信号が発生され、相互インダクタ
ンス信号を表わす情報を記録体の上に拡大した尺度で作
図する。

第１図に拡大して示す様に、渦電流プローブ３の様なア
ンテナを使って、導電材料で構成されていて、ひ〜゛割
れ９の様な非一様性を持つ物体６の領域４を非破壊的に
走査する。物体６は図式的にブロックとして示しである
が、これは実際には第２図及び第３図に示すガスタービ
ン機関の動翼６Δ、又は機関で使用中にこういう動翼を
支える金属円板（図に示してない）の様な（段間の別の
部品であってよい。成る種の渦電流解析をも含め１＝標
準的な方法により、ひず割れ９が存在づること並びにそ
の全体的な近辺を予め確認りる。ブ【」−ブ３による走
査は、プローブ３の走査面１５にある点１２の様な点を
破線１６で示づ通路に沿って動かすことによって行なわ
れる。プローブ３の走査面１５がひ〜割れ９に対して大
きいことに注意されたい。走査面１５の面積を断面積と
呼び、ひト割れ９の面積の９０００倍より大きな断面積
を持つプローブ３を使った。走査するひず割れ９の寸法
に上限はないが、約０．０７＋１４の直径の走査面を持
つプローブ３では、長さが０．０１０吋乃至０．０５０
吋の範囲のひず割れが最もよく走査されると考えられる
。こ）で云うひ橿′割れ９の面積とは、物体６の内、ひ
ド割れが存在リ−ることによつＣ歪んだ面の、面１５に
対して略平行な平面内の面積を云う。この面は、無限小
に薄いと云う面の幾何学的な考えに制限されず、この面
はグローブ３によって発生される電磁界の滲透の深さに
よって決定される有限の厚さを持っている。この為、面
より下方にあるが、電磁界の中にある非一様性が面上で
突止められる。例えば、表面より下の球形の非一様性の
場合、上に定義する面積は円の面積になる。

プローブ３と導電材料６との間の相互インダクタンス（
これはプローブ３のインダクタンスとも呼ぶ）は、（１
）物体６に対するプローブ３の向き、（２）プローブ３
と物体６の間の距離、及び（３）物体６の組成及び形の
様な因子によって決定される。相互インダクタンスを決
定する全ての因子が、前記（３）項以外は、走査中に略
一定に保たれていれば、相互インダクタンスの変化は前
記（３）項の因子の変化を表わす。

シー１−紙の様な記録体の上に、相互インダクタンスを
表わす記号を、走査された領域に於けるインダクタンス
の実際の位置に対応゛する位置で作図すれば、走査した
材料に関づる情報が得られる。

第１図のびず割れ９の場合、ひず割れ９は肉眼には見え
ない慣れが非常に強く、この場合１対１の寸法で作図し
たのでは、やはり見えないので、作図は拡大した尺度で
行なうべきである。相互インダクタンスのこの作図によ
っては、走査したひ呟゛割れに関する寸法情報がそのま
）得られる様に解釈し得る情報は得られないことに注意
されたい。

この為、得られた情報又はデータをこの明細書では「か
くれたデータ」と呼ぶ。

この発明の１形式では、かくれたデータを表わり゛記号
が、次の様にして記録体の上に描かれる。

第２図で、ダクト１８がプローブ３からの相互インダク
タンスに関する情報を処理回路２１に伝える。処理回路
２１がダクト２４（これはスイッチ２４Ｂによっｒｌ断
りることが出来る）によっＣ増幅器２６に接続される。

処理回路２１が、プローブ３のインダクタンスの変化を
表わリインダクタンス信号２４Ａを発生する。インダク
タンス信号２４△はＯ乃至１０ボルトの範囲である。信
号２４Ａが、約６の電圧利得を持つ増幅器２６によって
修正され、プローブ３のインダクタンスに対応する電流
をタフ１〜２８に発生する。この電流がダク１〜２８に
よって約Ｏ乃至６０ポル［〜の電圧で、電極ペン３０に
供給される。この電流は、０．８ミリアンペア程度であ
るが、電極ペン３０を介して記録紙３５との接触点３３
へ流れ、記録紙３５を通って（電気的な大地３８として
示しｌ〔）ダクトへ流れる。これによって増幅器２６の
電流回路が閉じる。電極ペン３０が、大まかに云えばそ
れを通過Ｊる電流に比例し、従って、大まかに云えば渦
電流形ブ［１−ブ３の相互インダクタンスの程度に応じ
た熱を発生ずる。発生された熱により、記録紙３５に焼
りた７−りが生じ、熱が大きければ大きい程、このマー
クは暗い色になる。従って、渦電流形プローブ３のイン
ダクタンスの小さな変化によれば、記録紙３５のマーク
は明るいが、渦電流形プローブ３のインダクタンスの変
化が太き【）れば、記録紙３５の焼けたマークは黒っぽ
くなる。

第３図は、渦電流形プローブ３を動翼６Ａに対して走査
する装置３６の簡略斜視図である。渦電流形プローブ３
がてこアーム４０の１端に結合され、その細端に電極ペ
ン３０が結合されでいる。

−にアーム４０が支点又は枢軸４３によって支持されて
いる。機械的な作動装置（図に示しＣない）がてこアー
ム４０を動かして、プ［１−ブ３が矢印４６．４８で示
づ゛方向に、動翼６Ａの而に沿って一様に動く様にり°
る。同時に電極ペン３０が夫々矢印５０．５２で示す方
向に動く。−にアームの部分４０Ａはにアームの部分４
０１３より長いので、渦電流形プローブ３に対する電極
ペン３０の動きは一層人きい。この為、記録紙３５５の
焼りたスポットはプローブ３のインダクタンスの変化の
拡大図になる。１回の走査の後、動翼６△を矢印５５の
方向に動かして、新しい領域が走査される様にする。記
録紙３５も矢印５６の方向に動がηが、作図の倍率を保
つ為に、動翼６Ａの動ぎよりもその程度を大きく覆る。

動翼６Ａの所望の領域が所望のパターンで走査されるま
で、走査によって焼けたマークを作り、その後動翼６Δ
及び記録紙３５を動かり゛サイクルを繰返づ。

第３図はブＤ−ブ３と焼けたマークを作るペン３０の両
方が弓形の通路をたどることを示している。この発明の
１実施例では、プローブ３及び焼跡を作るペン３０の両
方がたどる通路が、第１図の破線１６Ｃ・示づ様に、真
直ぐで平行なうスター形の線になる様に、てこアーム４
０の代りにパンタグラフｍｓを使う。走査パターンはラ
スター形である必要はなく、渦巻形走査を使うことが出
来る。焼跡を作るペン３０がプローブ３の走査運動をな
ぞり且つ拡大する様にする為に、多くの装置を利用する
ことが出来る。例えば、］ネクチカツ１〜州のオー１−
メーション・インダストリーズ社によって製造されるＵ
Ｓ４５０シリーズの走査器を使うことが出来る。

一般的に処理回路２１によって発生されるインダクタン
ス信号２４Ａは、第４図に示す様に、大ぎさが変化する
連続的なアナログ信号である。第４図では、プローブ３
が検査する面を横切る時のインダクタンス信号の大きさ
をブ［］−ブ３の位圃の関数として示しである。上に述
べた様にこの信号を増幅した形の電流で、焼りたマーク
を作るペン３０を付勢すると、記録紙３５（こは焼りた
マークの色の連続的な変化が生ずる。即ら、色は明るい
灰色から黒に近い色まで変化する。成る目的Ｃ′は、記
録紙３５の２箇所の焼けの稈度を目で比較する場合、困
ｔｉｉが生ずる。即ち、記録紙３５上の空間的に非常に
接近している２つの同じ様な灰色の微妙な違いを識別す
るのが困難であることがある。一方の陰影が他方の陰影
よりもインダクタンスの一層大きな変化に対応するもの
であるかどうかを判定しようとして、この様な区別をつ
けることが求められる。その為、１実施例では、この問
題を軽減する為にアナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ＞変換
回路を使う。

即ち、第３図に示］様に、スイッチ２４Ｂを開き、スイ
ッチ６２．６３を閉じることによって、ダクト２４の途
中にＡ／Ｄ回路６０を入れることが出来る。Ａ／Ｄ回路
６０が、処理回路２１からのインダクタンス信号２４Ａ
を入力として受取る。

Ａ／Ｄ回路６０は予め設定された幾つかの信号閾値を持
っており、インダクタンス信号をそれらと比較りる。Ａ
／Ｄ回路６０が、インダクタンス信号２４Ａが交差した
一番高い閾値を表わすディジタル化信号６３Ａを出力と
して発生づる。例えば、Ａ／Ｄ回路６０が１．２．３及
び４ボルトの閾値をもっている場合、１ボルトに等しい
か或いはそれより大きいが２ボルトより小さい全ての入
力信号は、ディジタル信号が１ボルトになる。２ポル１
へに等しいか又はそれより人ぎいが３ボルトより小ざい
インダクタンス信号では、ディジタル化信号は２ボルト
になるという風になる。次にディジタル化信号が増幅器
２６に送られ、そこから電極ペン３０に送られる。適当
な１つのＡ／Ｄ変換器に関Ｊる詳細が、出願人の係属中
の米国特許出願通し番号第４０４，７２８号（発明者マ
ークＧ。

バッフ及びウィリアムＪ、ザカリアス）に記載されてい
る。

１実施例では、金属の物体の４箇所の非一様性を走査す
る為に、約０．０５問（１，２７ｍｍ＞のコイル直径を
持つ直径が約０．０７０［１；Ｉ　（１，７８ｍｍ）の
渦電流形プローブを用いた。使ったブ１コープは、ワシ
ントン州のノーチック・コーポレーションから入手し得
るノーチック２　Ｍ　ｌ−ｌ　ｚ単一コイル絶対プロー
ブであった。ブト１−ブ信号をノーチックＮＤＤ１６型
渦電流装置で処理し、記録紙を送るのにグールド・スト
リップ社のヂ（ｌ−１〜記録装置を使った。使った紙は
タイムファックス社のＮＤＫの電流感応紙であり、これ
はボンド紙を葛根として３種類の材料の層がこのボンド
紙に支持されている。一番内側は比抵抗の小さいカーボ
ン充填層であり、次は比抵抗が一層大きなカーボン充填
層でおり、一番外側は酸化！ＩＩ！鎗の表面層℃ある。

この実施例では、走査した４つの相異なる非一様性に応
答して、識別可能な４つのかくれたデータの地図が作成
された。１番目の非一様性は矩形の切欠きで、人体長さ
０．０１０Ｉ］＝１　（０，２５ｍｍ）、深さ０．０１
００寸（０，２５ｍｍ＞　、幅Ｏ１００３吋（０，０７
５ｍｍ）であった。２番目の不規則性は円筒形の穴で構
成され、これは大体直径が０．１０１１；Ｊ　（０，２
５ｎ＋ｍ）　、深さが０．０１０吋（０，２５ｍｍ）で
あった。３番目の不規則性は表面より下のびず割れで構
成され、これは大体長さ０．０４０−Ｊ　（１，０５ｍ
ｍ）、深さ０．０４［１」（１，０５ｍｍ）、幅１０Ｘ
１０−６吋（０，０００２５’ｍｍ）であった。４番目
の不規則性は表面より下の酸化鉄の球であって、直径が
約０．０１０吋（０，２５ｍｍ）であった。更に、非一
様性の実際の向きに対応して、１番目及び３番目の非一
様性の地図から向きを決めることが出来た。　プローブ
の断面積が約０．００３８平方吋（２，４８ｍｍ２）′
ｃあることに注意されたい。３番目の不規則性の面積は
約４Ｘ１０−７平方吋（０，０００２６ｍＩＩ１２）で
ある。従ってプローブの断面積と３番目の不規則性の面
積との比は、有意数字１個の精度で云うと、９０００よ
り大きい。

きずの寸法に較べて直径が比較的大きい渦電流形プロー
ブを使って、ラスター形のパターンで非破壊的にきずを
走査して、インダクタンス信号を発生する発明について
説明した。こ）で説明した実施例では、走査中に発生さ
れる信号が、かくれｔｃデータとして、拡大した記録に
作図される。データをかくれたデータと呼ぶのは、きず
の用法に関する情報を間接的に生ずるからである。然し
、作図により、特定のきずの形と寸法によって一意的に
決定されると考えられるパターンを持つ記録が得られる
。未知のびず割れを走査して拡大地図を作り、その後光
学顕微鏡、電子顕微鏡又はその他の方法によってひ９′
割れを検査して、ひト割れの正確な形と寸法を決定すれ
ば、作図したかくれたパターンに対するはっきりした寸
法及び形の情報が得られる。従って、寸法並びに形が判
っＣいるひダ割れ及びきずに対応するかくれたパターン
の参考ライブラリーを作ることが出来る。この後、未知
のきすを走査することによってかくれたバタ・−ンを発
生し、このパターンをライブラリーにあるパターンと比
較して、未知のきずの用法及び形を推量することが出来
る。

プローブ３は物体６に対して一様に走査すると説明した
。この様に一様にする目的は、電極ペン３０の焼けの程
度が移動速度の影響を受ける為、電極ベン３０を対応す
る一様な速度で走査する為である。他の作像方法を使う
場合、一様な走査は必要でないことがある。テレビジョ
ン・ビデオ表示装置に拡大して作図をすることも出来る
。

プローブ３による走査を導電材料の場合について説明し
た。導電材料と云う言葉は、勿論大抵の金属を含めて、
渦電流解析が出来る位に電流を通づ全での月ｒ３＋を含
むものである。更に、処理回路２１によって発生される
信号を相互インダクタンス信号２４Ａと呼んだが、相互
インダクタンス信号と云う言葉は渦電流走査の様な電磁
的な走査方法によって発生されｔｃ信号を包括する総称
である。

渦電流走査に関する情報が下記の文献に記載されている
。

（１）ＩＥＥＦＩヘランスアクションズＰＡＳ−９３巻
、第１号（１９７３年）所載のＭ、Ｖ、Ｋ。

チャリーの論文［磁気構造に於ける渦電流の問題の有限
要素解決法」。

（２）マテリアルズ・エバリエイション誌１９８０年１
０月号所載のＲ，パラニザミ及びＷ、ロードの論文「渦
電流川魚の有限素子解析」。

（３）プロシーデイングズ・オブ・ジＡＲＰ△／ＡＦＭ
Ｌレビュー・オブ・ブ［１グレス・イン・クオンティテ
ィテブＮＤＥ　（１９８１年コロラド州）所載の王、Ｇ
、キンケイドの論文［非磁性４．ｆｌ　）３＋のびず割
れに対する渦電流ＮＤＥ理論」。

（４）ジャーナル・オブ・ノンデス１〜ラクデイブ・エ
バアリエイジョン誌、第２巻第１号（１９８１年）所載
のＢ、Ａ、オールド、「、ミューネマン及びり、に、ウ
ィンスローの論文１開いた及び閉じた表面のきすに対づ
る渦電流プローブの応答」（５）ＡＳＴＭ　　５ＴＰ７
２２．１９８１年、第２２９頁乃至第２３９頁所載の「
′ｖＪ斜及び構造の渦電流による特徴づけ」に記載され
たＣ、Ｖ、トッド及びＷ、Ｅ、ディーズの論文［多重周
波数渦電流方法を用いた蒸気発生器の配管の使用中検査
」（６）ＡＳＴＭ　　Ｓ王Ｐ７２２．１９８１年、第４
６４頁乃至第４８３頁所載の「材料及び構造の渦電流に
よる特徴づけ」に記載されたＰ、Ｇ、　ドクター、Ｔｌ
）、バリントン、王、Ｊ、デービス、Ｃ，Ｊ、モリス、
Ｄ、Ｗ、フレイリーの論文［渦電流データを用いたきず
の分類及び寸法測定用のパターン認識方法」。

（７）ＳＴＰ７２２．１９８１年、第４８４頁乃至第４
９３頁所載の「材料及び構造の渦電流による特徴づ【ノ
」に記載されたＣ、Ｌ、ブラウン、Ｄ。

Ｃ，デヒボー、Ｅ、Ｂ、モーガン、Ａ、Ｎ、マツキアル
ディの論文「ディジタル信号処理による蒸気タービンの
配管の欠陥の自動的な検出、分類及び寸法測定」。

特許請求の範囲に記載されたこの発明の範囲内で、種々
の変更を行なうことが出来ることを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は材料のびず割れを走査する渦電流形プローブの
拡大図、第２図はこの発明の一部分の構成を示づ図、第
３図はこの発明の１実施例の略図、第４図はインダクタ
ンス信号の人き゛さと１［−］　−’７の位置との関係
を示すグラフである。 主な符号の説明 ３ニブローブ ６：材料 ２１：処理回路 ３０：電極ペン ３５：記録紙 特許出願人 ゼネラル・エレクトリツクカンバニイ 代理人　（７６３０）生　沼　徳　二

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）導電材料から成る物体の構造的な非一様性に関する
   かくれたデータを求める方法に於て、不規則性の全般的
   な近辺を突止め、該全般的な近辺を、前記材料に対して
   相互インダクタンスを持つプローブによって発生された
   時間的に変化する磁界で走査し、該プローブ及び導電材
   料の間の相互インダクタンスの程度を表わす信号を発生
   し、該信号から取出した情報を、比較的拡大した尺度で
   少なくとも若干の走査した位置に対応する位置に作図づ
   る工程から成る方法。 ２、特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、プロー
   ブが、走査される不規則性の区域よりも比較的大きな断
   面積を持っている方法。 ３）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、プロー
   ブの断面積が走査される不規則性の区域の少なくとも４
   ０００倍である方法。 ４）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、物体が
   ガスタービン機関の部品である方法。 ５）特許請求の範囲１）に記載した方法に；Ａて、非一
   様性の区域が４Ｘ１０−７平方吋より小さい方法。 ６）導電材料から成る物体の構造的な非一様性に関する
   かくれたデータを求める装置に於て、前記材料内に時間
   的に変化する磁界を発生り−るプローブ手段と、該プロ
   ーブ手段に結合され−Ｃいて、該プローブ手段及び材料
   の門の相互インダクタンスに関する情報を感知すると共
   に、それを表わす信号を発生づる処理手段と、該感知手
   段に結合されていて、前記相互インダクタンスに関り°
   る感知された情報を記録体の上に拡大して作図りる作図
   手段とを有する装置。 ７）特許請求の範囲６）に記載した装置に於て、前記物
   体の面を横切る略平行な通路に沿つ−Ｃプローブ手段を
   走査する手段を有する装置。 ８）プローブによって発生された時間的に変化する磁界
   で導電材料から成る物体を走査し、ノロ−ブのインダク
   タンスを表わす記号を、比較的拡大した尺度で、少なく
   とも若干の走査された位置に対応“りる位置で記録体に
   作図する工程によって作成されたかくれたデータ記号の
   地図。 ９）特許請求の範囲７）に記載しＩＣ装置に於て、物体
   を走査する時、プローブが平行な通路をたどる装置。 １０）特許請求の範囲７）に記載しＩＣ装置に於て、物
   体がガスタービン機関の部品である装置。 １１）特許請求の範囲７）に記載した装置に於て、非一
   様性の区域が４Ｘ１０−’平方吋より小さい装置。