JP4814511B2 - パルス渦電流センサプローブ及び検査方法 - Google Patents

Description

本発明は一般に金属構造の非破壊評価に関し、特に、導電性部品の検査のためのパルス渦電流直線及び２次元センサアレイプローブに関する。

事業用航空機及び軍用航空機が年月を重ねるにつれて、航空機部品を検査するための信頼性が高く、正確な技法の開発がその重要性を増してくる。航空機及び部品の保全性を維持しつつ、航空機部品を検査するために、航空機部品の非破壊評価（ＮＤＥ）が使用される。腐食や疲労は機体の損傷の発生源となりうる要因であり、表面下のキズを引き起こしかねない。航空機の外皮構造などの金属構造に表面亀裂と表面下のキズの双方が存在していると、部品の損傷につながる可能性がある。亀裂及びキズの検出のために様々な検査方法が使用されてきたが、その成否の程度はそれぞれ異なる。

従来の技術による検査方法の１つは、導電性部品における亀裂及びキズの重大度を確認するために深さの標識を与えることができる渦電流プローブを使用する。特に、調波励磁による渦電流検査は、航空機の外皮の非破壊試験のために一般に使用されている技法である。渦電流検査は電磁誘導の原理に基づいている。通常、検査されるべき材料の中へ渦電流を誘導するために駆動コイルが採用される。誘導コイル、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ又はホール効果素子などの磁界センサは、渦電流から発生する二次磁界を検出する。誘導される渦電流の深さは励磁電流の周波数によって決まる。低周波数の渦電流は積層構造のいくつかの導電層に浸透することができ、これは、複数の層の間の機械的結合又は熱結合をそれぞれ必要とする超音波検査方法及び熱検査方法などの他の検査技法と比較して、ラップジョイントなどの航空機構造を検査するのに有利である。

渦電流検査の感度及び利便性を向上させるために、様々な方法が提案されている。例えば、調波（正弦）励磁と関連する従来の渦電流検査の問題を克服するために、パルス渦電流検査技法が開発されている。この方法の一例は、非特許文献１に挙げられている。更に最近になって、特許文献１は、パルス励磁を使用して単一のプローブにより収集されたデータから渦電流画像を形成する方法を説明している。しかし、米国特許第６，０３７，７６８号は、単一のプローブを２次元で機械的に走査することにより、キズの有無に関してサンプルを検査することを指向している。単一の渦電流プローブによってサンプル全体の検査を実現するには非常に長い時間を要することは言うまでもない。

特許文献２は、検出される金属物体の図形表現を得るためにＧＭＲセンサの２次元アレイを適用することを説明している。特許文献３は、導電性材料の非破壊評価のためにＧＭＲセンサを使用することを説明している。しかし、これらの特許はパルス渦電流の使用を指向しておらず、また、検出されるキズの２次元画像を形成するために使用できるデータ収集技法及び処理技法も指向していない。

従って、航空機の詳細な定期検査を可能にするために機体の渦電流検査の生産性を改善する革新的技術は依然として必要とされている。更に、検査領域の全体に対応でき、表面下欠陥及び積層構造の部品における欠陥の有無を検査し、且つ検出されるキズの２次元画像を効率良く形成するための改善された渦電流検査技法が必要とされている。
米国特許第６，０３７，７６８号 米国特許第６，１２４，７１２号 米国特許第６，１５０，８０９号 Donald L. Waidelich「Measurement of Coating Thicknesses by Use of Pulsed Eddy Current」（Nondescructive Testing Journal、１９５６年、１４〜１５ページ）

簡単に言えば、本発明の一実施例によると、パルス渦電流（ＰＥＣ）センサプローブが説明される。ＰＥＣセンサプローブはセンサアレイ基板と、センサアレイ基板上に配列された複数のセンサとを含む。センサは、検査されるべき部品の過渡電磁束を感知し、それに基づいて出力信号を発生するように動作可能である。各々のセンサは正出力及び負出力を含む差分出力を有する。ＰＥＣセンサプローブは、センサに隣接して配置され、検査されるべき部品の内部へ過渡電磁束を伝送するように動作可能である少なくとも１つの駆動コイルを更に含む。第１のマルチプレクサはセンサアレイ基板上に配置され、センサを切り替えるように動作可能である。第２のマルチプレクサもセンサアレイ基板上に配置され、センサを切り替えるように動作可能である。第１のマルチプレクサはセンサの正出力端子に接続され、第２のマルチプレクサはセンサの負出力端子に接続されている。

別のＰＥＣセンサプローブの実施例も説明される。ＰＥＣセンサプローブは複数のセンサアレイ基板を含む。各々のセンサアレイ基板上に複数のセンサが直線アレイを成して配列され、検査されるべき部品の過渡電磁束を感知し、それに基づいて出力信号を発生するように動作可能である。各々のセンサは正出力及び負出力を含む差分出力を有する。ＰＥＣセンサプローブは、センサに隣接して配置され、検査されるべき部品の内部へ過渡電磁束を伝送するように動作可能である複数の駆動コイルと、複数の第１及び第２のマルチプレクサとを更に含む。第１及び第２のマルチプレクサの各々はセンサアレイ基板のうちの対応する１つの基板に配置され、対応するセンサアレイ基板上のセンサを切り替えるように動作可能である。第１のマルチプレクサの各々は対応するセンサアレイ基板上のセンサの正出力端子に接続され、第２のマルチプレクサの各々は対応するセンサアレイ基板上のセンサの負出力端子に接続されている。センサアレイ基板は２次元センサアレイを形成するように配列されている。

方法の一実施例も説明される。部品を検査する方法は、部品の表面に隣接してセンサの直線アレイを位置決めすることを含む。各々のセンサは、部品の表面に対してほぼ垂直に整列された感度の軸を有する。方法は、部品の内部へ過渡電磁束を伝送するためにセンサの感度の軸にほぼ沿った方向に向きを定められた磁束を発生することと、センサのうちの１つを使用して、検査されるべき部品の過渡電磁束を感知し、差分出力信号を発生することとを更に含む。複数の差分出力信号を収集するために、磁界を発生することと、センサのうちの１つを使用して差分出力信号を感知し、発生することは、直線アレイ中のセンサのうちの少なくとも一部に対して繰り返される。差分出力信号の各々は正出力と、負出力とを含む。

方法の別の実施例も説明される。部品を検査する方法は、部品の表面に隣接して２次元センサアレイを位置決めすることを含む。２次元センサアレイは、センサの複数の直線アレイを含む。各々の直線アレイは対応するセンサアレイ基板上に配置され、各々のセンサは部品の表面に対してほぼ垂直に整列された感度の軸を有する。方法は、部品の内部へ過渡電磁束を伝送するために、センサの感度の軸にほぼ沿った方向に向きを定められた磁束を発生することと、センサのうちの１つを使用して、検査されるべき部品の過渡電磁束を感知し、差分出力信号を発生することとを更に含む。複数の差分出力信号を収集するために、磁界を発生することと、センサのうちの１つを使用して差分出力信号を感知し、発生することは、直線アレイのうちの少なくとも一部の直線アレイのそれぞれにあるセンサのうちの少なくとも一部のセンサに対して繰り返される。各々の差分出力信号は正出力と、負出力とを含む。

本発明の上記の特徴、面及び利点並びにその他の特徴、面及び利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより更に良く理解されるであろう。図面中、同じ図中符号は同じ部分を表す。

図１〜図４を参照して、本発明のパルス渦電流（ＰＥＣ）センサプローブ１０の一実施例を説明する。例えば、図１及び図２に示されるように、ＰＥＣセンサプローブ１０はセンサアレイ基板１２を含む。センサアレイ基板１２の一例はプリント回路基板（ＰＣＢ）１２である。ＰＥＣセンサプローブ１０は、センサアレイ基板１０上に配列された複数のセンサ１４を更に含む。センサ１４は検査されるべき部品２０の過渡電磁束を感知し、それに基づいて出力信号を発生するように動作可能であり、各々のセンサ１４は正出力及び負出力を含む差分出力を有する。図１には、部品２０の一例、例えば、導電性素子が示されている。ＰＥＣセンサプローブ１０は、例えば、図１及び図３に示されるように、センサに隣接して配置された少なくとも１つの駆動コイル１６を更に含む。駆動コイル１６は、検査されるべき部品２０の内部へ過渡電磁束を伝送するように動作可能である。図３の実施例の場合、駆動コイル１６はセンサ１４を取り囲むほぼ矩形の構成を有する多重巻ソレノイドである。

ＰＥＣセンサプローブ１０は、センサアレイ基板１２上に配列された第１及び第２のマルチプレクサ１８、１９を更に含む。マルチプレクサ１８、１９の一例はアナログマルチプレクサ１８、１９である。マルチプレクサ１８、１９は、例えば、図４に示されるように、センサ１４を切り替えるように動作可能である。例えば、マルチプレクサ１８、１９は、各々のセンサ１４とマルチプレクサ１８、１９との間に延出する信号線２８を使用してセンサ１４を切り替える。図４に示されるように、第１のマルチプレクサ１８はセンサ１４の正出力端子に接続され、第２のマルチプレクサ１９はセンサ１４の負出力端子に接続されている。このように、センサ１４は別個に起動されて、検査されるべき部品２０の過渡電磁束を感知し、それに基づいて出力信号を発生する。センサアレイ基板１２上に配置されたマルチプレクサを採用してセンサ出力を多重化するプロセスを、ここでは「オン基板多重化」と呼ぶ。センサ１４からの過渡信号のオン基板多重化によって、ＰＥＣセンサプローブ１０の雑音に対する耐性は高くなり、センサ１４をコンピュータインタフェース２５に接続する信号線の数は減少され、急速なデータ収集を容易に行えるようになり、リアルタイムイメージングに適する構成となるため、好都合である。

ＰＥＣセンサプローブ１０を他の装置に接続するために、ＰＥＣセンサプローブ１０は、例えば、図５に示されるように、マルチプレクサ１８、１９を外部装置２３に接続するように動作可能であるコネクタ２２を更に含む。例えば、コネクタ２２は、図４に示されるように、センサアレイ基板１２上の接続線３０を介してマルチプレクサ１８、１９に接続する。外部装置２３の一例はコンピュータ２３であり、コネクタは、増幅器（図示せず）、アナログ／デジタル変換器（図示せず）及びコンピュータインタフェース２５などの回路を介してコンピュータに接続しても良い。図１、図２及び図５の実施例の場合、コネクタ２２はセンサアレイ基板１２上に配置されている。

一実施例によれば、コンピュータ２３に格納されているカスタム化ソフトウェアがデータ収集を制御し、収集されたデータを処理し、その結果を、例えば、モニタ（図示せず）に表示する。例えば、コンピュータは図４に例示される制御信号をコンピュータインタフェース２５を介してＰＥＣセンサプローブ１０のコネクタ２２へ伝送する。このようにして、センサ出力の電子的切り替えは、センサ１４ごとのデータ収集サイクルが完了した後にコンピュータインタフェース２５によって実現される。

図１、図２及び図３の実施例の場合、センサ１４は、図２に示されるように、センサアレイ基板１２上に直線アレイ２４を形成する。より特定的な一実施例によれば、ＰＥＣセンサプローブ１０は、例えば、図１及び図３に示されるように、センサ１４と駆動コイル１６との間に配置された磁気遮蔽２６を更に含む。磁気遮蔽２６は駆動コイル１６とセンサ１４との間の直接クロストークを減少させ、より深い位置にあるキズの感知のために磁束を集中させるので、好都合である。

図１及び図２の実施例の場合、センサ１４はセンサアレイ基板の１つの縁部１３に配置されており、各々のセンサは、図２に指示されるように、縁部に対してほぼ垂直に向きを定められた感度の軸１５を有する。この例のセンサ１４は巻き付けコイルセンサ又は蒸着コイルセンサ、ホール素子、磁束ゲートセンサ及び巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサなどの磁界センサを含む。特定の一実施例によれば、センサ１４はＧＭＲセンサ１４である。ＧＭＲセンサ１４の出力は、ＧＭＲセンサ１４の下方の過渡電磁束の（部品２０の表面に対して）垂直成分に比例する。基準領域にわたる磁束に対するセンサ出力の変化は、部品２０にキズが存在することを示す。図１及び図３の実施例の場合、駆動コイル１６はＧＭＲセンサ１４の直線アレイ２４の周囲に延出し、ＧＭＲセンサの感度の軸１５にほぼ沿った方向に方向を定められた磁束を発生するように動作可能である。ＧＭＲセンサ１４の感度の軸１５を駆動コイル１６の主軸と平行になるように整列させることにより、表面下欠陥に対する感度の向上が実現されるので、好都合である。

図１、図４、図６及び図７を参照して、パルス渦電流（ＰＥＣ）センサプローブ４０の別の実施例を説明する。例えば、図１に示されるように、ＰＥＣセンサプローブ４０は複数のセンサアレイ基板１２を含む。各々のセンサアレイ基板１２の上に複数のセンサ１４が直線アレイ２４を成して配列されている。直線アレイ２４の配列については、先に、例えば、図２を参照して説明した。先に論じたように、センサ１４は検査されるべき部品２０の過渡電磁束を感知し、それに基づいて出力信号を発生するように動作可能であり、各々のセンサ１４は正出力及び負出力を含む差分出力を有する。部品２０の一例は図８に示されている。センサ１４に隣接して複数の駆動コイル１６が配置されており、検査されるべき部品２０の内部へ過渡電磁束を伝送するように動作可能である。ＰＥＣセンサプローブ４０は複数の第１及び第２のマルチプレクサ１８、１９を更に含む。例えば、図４に示されるように、第１及び第２のマルチプレクサ１８、１９の各々はセンサアレイ基板１２のうちのそれぞれ対応する１つの基板に配置されている。先に図４に関して説明したように、第１及び第２のマルチプレクサ１８、１９の各々は対応するセンサアレイ基板１２上のセンサ１４を切り替えるように動作可能である。図４に示されるように、第１のマルチプレクサ１８の各々は対応するセンサアレイ基板１２上のセンサ１４の正出力端子に接続され、第２のマルチプレクサ１９の各々は対応するセンサアレイ基板１２上のセンサ１４の負出力端子に接続されている。例えば、図１に示されるように、センサアレイ基板１２は２次元センサアレイ２７を形成するように配列されている。すなわち、センサアレイ基板１２は、センサアレイ基板１２上のセンサ１４のそれぞれの直線アレイ２４が２次元センサアレイ２７を形成するように配列されているのである。マルチプレクサ１８、１９を介してセンサ１４を電子的に切り替えることにより、高速イメージングが容易になり、アレイ２７の大きさと等しい大きさの領域をカバーしつつ、単一のセンサ又はより小さなセンサアレイによって時間のかかる機械的走査を実行する必要がなくなるので、好都合である。加えて、この配列では、例えば、約０．５ｍｍの間隔で密接に配置された多数のセンサ、例えば、数百個のセンサ１４の使用が可能になり、それにより、検査されるべき部品２０のキズを広い領域にわたり、精密にイメージングすることが容易になる。

図１の実施例の場合、センサアレイ基板１２の各々のうちの対応する１つの基板に少なくとも１つの駆動コイル１６が接続されている。特に、図１に示されるＰＥＣセンサプローブ４０の各々のセンサアレイ基板１２に対して１つの駆動コイル１６が設けられている。図２には、ＰＥＣセンサプローブ４０のセンサ１４の直線アレイ２４のうちの１つが駆動コイル１６及び磁気遮蔽２６が省略された形で正面図で示されている。図２の実施例の場合、センサ１４は対応するセンサアレイ基板１２の１つの縁部１３に配置されて、対応する直線アレイ２４を形成している。特に、各々のセンサ１４は、対応するセンサアレイ基板１２の縁部１３に対してほぼ垂直に向きを定められた感度の軸１５を有する。図１の実施例の場合、各々の駆動コイル１６はセンサ１４の対応する直線アレイ２４の周囲に延出し、センサ１４の感度の軸１５にほぼ沿った方向に向きを定められた磁界を発生するように動作可能である。センサ１４の例については先に論じた通りであり、特定の一実施例によれば、各々のセンサ１４は、センサアレイ基板１２の縁部１３に対してほぼ垂直に向きを定められた感度の軸１５を有するＧＭＲセンサである。より特定的な一実施例によれば、センサ１４と対応する駆動コイル１６との間のクロストークを減少させるために、センサプローブ４０は複数の磁気遮蔽２６を含む。各々の磁気遮蔽２６は、例えば、図１及び図３に示されるように、センサ１４と対応する駆動コイル１６との間に配置されている。

図１の実施例の場合、ＰＥＣセンサプローブ４０は複数のコネクタ２２を更に含む。図示されるように、コネクタ２２のうちの少なくとも１つはセンサアレイ基板１２の各々に配置されている。各々のコネクタ２２は、例えば、図４に示されるように、センサアレイ基板１２のうちのそれぞれ対応する１つの基板にある第１及び第２のマルチプレクサ１８、１９に接続するように動作可能である。より特定的な一実施例によれば、ＰＥＣセンサプローブ４０は各々のコネクタ２２に接続されたマザー基板４２を含む。マザー基板４２の一例は図１に示されている。図示されるように、マザー基板４２は、増幅器（図示せず）及びアナログ／デジタル変換器（図示せず）などの回路を含むコンピュータインタフェース２５を介して、コンピュータ２３、あるいは他のデータ収集システム２３又は測定システム２３などの外部装置にＰＥＣセンサプローブ４０を接続するために使用されても良い。データ収集を制御し、収集されたデータを処理し、その結果を、例えば、モニタに表示するために、コンピュータ２３で専用ソフトウェアが実行されても良い。表示及び／又は解析のための画像の一例は二次元画像の形態をとり、その場合、各々の画素はセンサ１４のうちの対応する１つと関連する処理済みデータに対応する。コンピュータ２３を使用すると、キズのより適切な表現を得るために多様なデジタル画像処理方法を採用することができる。

図６を参照して、駆動コイル１６の起動を説明する。図６に示されるように、ＰＥＣセンサプローブ４０はマザー基板４２上に配置されたデマルチプレクサ４４を含む。この実施例の場合、少なくとも１つの駆動コイル１６がセンサアレイ基板１２の各々のうちの対応する１つの基板に接続されている。例えば、図１に示されるように、センサアレイ基板１２の各々に対して１つの駆動コイル１６が設けられている。図１に示されるように、デマルチプレクサ４４は複数の制御信号及び複数の駆動パルスを受信し、制御信号に応答して駆動コイル１６の各々を選択的に駆動するように動作可能である。駆動パルスはパルス発生器５０により供給される。パルス発生器５０の一例は１００Ｈｚの繰返し速度で電流パルスを駆動コイル１６に供給する。制御信号は、図１に示されるように、コンピュータ２３により発生され、コンピュータインタフェース２５を介してデマルチプレクサ４４に供給されても良い。

図７は、図１のＰＥＣセンサプローブ４０のセンサアレイ基板１２の各々を選択的にイネーブルするイネーブル回路の一例を示す。先に述べた通り、図１の実施例の場合、センサアレイ基板１２の各々のうちの対応する１つの基板に少なくとも１つの駆動コイル１６が接続されている。図７に示されるように、ＰＥＣセンサプローブ４０は、対応する駆動コイル１６を駆動し、対応するセンサアレイ基板１２上の直線アレイ２４にあるセンサ１４を使用して複数の出力信号を収集するために、対応するコネクタ２２を介してセンサアレイ基板１２の各々を選択的にイネーブルするイネーブル回路４６を含む。図示されるように、この例のイネーブル回路４６は、マザー基板４２上に配置されたデマルチプレクサ４４及び複数のスイッチ４８を含む。先に図６に関して説明したように、デマルチプレクサ４４は、複数の制御信号及び複数の駆動パルスを受信し、制御信号に応答して対応するコネクタ２２を介して駆動コイル１６の各々を選択的に駆動するように動作可能である。例えば、コンピュータ２３は図７に示される例の制御信号をコンピュータインタフェース２５を介してマザー基板４２へ送信する。それに応答して、イネーブル回路４６は、ＰＥＣセンサプローブ４０の各々のセンサアレイ基板１２を対応するセンサアレイ基板１２のコネクタ２２を介して選択的にイネーブルする。イネーブルされた後、制御信号はイネーブルされたセンサアレイ基板１２にある第１及び第２のマルチプレクサ１８、１９により受信され、コンピュータインタフェース２５を介するデータ収集及び対応する直線アレイ２４にあるセンサ１４ごとのセンサ出力の電子的切り替えに使用される。このように、ＰＥＣセンサプローブ４０は２レベル通信を実行し、第１のレベルは所定の１つのセンサアレイ基板１２にあるセンサ１４のオン基板切り替えに対応し、第２のレベルは、対応する駆動コイル１６をパルス動作させ、対応する直線アレイ２４からデータを収集するためにＰＥＣセンサプローブ４０の各々のセンサアレイ基板１２をイネーブルすることに対応する。この２レベル通信は、例えば、数百個のセンサ１４を有する大型２次元アレイ２７の使用を容易にするので、好都合である。大型２次元アレイ２７の使用により、エリアごとの走査が容易になり、その結果、個別のセンサ又は少数のセンサを使用する走査と比較して検査の生産性が向上する。更に、この２レベル通信方式はセンサ１４からの信号出力の高速通信を実現するため、リアルタイムイメージング、例えば、１秒ごとに数回の２次元画像の更新が容易になる。その結果得られる急速な画像更新速度は、部品に対してプローブ４０の位置を変化させることにより部品２０において検出されるキズの形状をオペレータがより良く理解するのを助ける。

次に、ＰＥＣセンサプローブ１０、４０の製造方法の例を説明する。ＧＭＲセンサ１４は相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）蒸着技法を使用して、又はダイの形態でプリント回路基板１２の上に形成されても良い。特定の一実施例によれば、ＧＭＲセンサ１４は互いに、例えば、０．５ｍｍ程度のわずかな間隔で密接して配置されている。ＧＭＲセンサ１４をダイの形態で形成すると、ＩＣ形態の場合と比較して、ＧＭＲセンサ１４を高密度で蒸着でき、その結果、より小さなＰＣＢ１２の使用、従って、より小さなＰＥＣセンサプローブ１０、４０の製造が容易になるため、好都合である。加えて、ＧＭＲセンサ１４の間隔を密にすることにより、プローブの分解能が改善される。特に、ＧＭＲセンサ１４はプリント回路基板（ＰＣＢ）１２の縁部１３の付近に、感度の軸１５の向きがＰＣＢ１２の縁部１３に対して垂直に定められた状態で配置されている。

図２、図８及び図９を参照して、本発明の検査方法の一実施例を説明する。図２に示されるように、部品２０を検査する方法は、部品の表面２１に隣接してセンサ１４の直線アレイ２４を位置決めすることを含み、その場合、各々のセンサ１４は、図２に示されるように、部品２０の表面２１に対してほぼ垂直に整列された感度の軸１５を有する。図８及び図９は、図２の構成を側面図で示す。これは、例えば、図８及び図９に示されるように、センサアレイ基板１２を部品２０の表面２１に対して垂直に位置決めすることにより実現されることが可能である。検査方法は，部品２０の内部へ過渡電磁束を伝送するためにセンサ１４の感度の軸１５にほぼ沿った方向に向きを定められた磁界を発生することを更に含む。検査方法は、センサ１４のうちの１つを使用して、検査されるべき部品２０の過渡電磁束を感知し、差分出力信号を発生することを更に含む。先に述べた通り、各々の差分出力信号は正出力と、負出力とを有する。複数の差分出力信号を収集するために、磁界を発生する過程と、センサ１４のうちの１つを使用して差分出力信号を感知し、発生する過程は、直線アレイ２４の中の少なくとも一部のセンサ１４に対して繰り返される。特に、それらの過程は直線アレイ２４の中のセンサ１４ごとに繰り返される。更に特定すれば、センサ１４の直線アレイは、例えば、図２に示されるように、センサアレイ基板１２の上に配置されており、検査方法は、センサ１４を切り替えるためにオン基板多重化を実行することを更に含む。先に説明したように、オン基板多重化とは、センサアレイ基板１２上に配置されたマルチプレクサ１８、１９を採用してセンサ出力を多重化するプロセスを表す。オン基板多重化を実行することにより、センサ１４を急速に切り替えることができ、それにより、多数のセンサ１４の使用が可能になるため、好都合である。加えて、この方法を使用すると、導電性部品２０の表面及び表面下の欠陥２９のリアルタイム１次元イメージングを実現できる。

センサ１４から得られる過渡電磁信号は、駆動コイル１６に対するセンサ１４の位置と、センサ１４の下方にある部品２０の幾何学的形状によって決まる。プローブ１０、４０はキズがないとわかっている部品２０の基準領域で零化され、各々のセンサ１４の過渡応答は、例えば、コンピュータ２３に記録される。検査中、応答信号は零化段階の間にセンサ１４について獲得された信号と比較される。例えば、応答信号は零化段階の間に獲得された信号から減算される。その結果得られるキズの画像は直線アレイ２４中のセンサ１４の信号差の変動に基づいている。

更に特定的な一実施例によれば、検査方法は、差分出力信号を発生するために使用されるそれぞれのセンサ１４を指示するために差分出力信号を索引付けし、格納することを更に含む。例えば、差分出力信号はセンサ１４により索引付けされ、コンピュータ２３などのデータ収集装置２３に格納される。格納のために差分出力信号を索引付けすることにより、データはそのデータを収集するために使用されるそれぞれのセンサ１４と相関されるため、好都合である。これにより、データは空間座標と相関されることになる。

更に特定的な一実施例によれば、センサ１４の各々に対して校正曲線が生成される。校正曲線の例は図１０に厚さの関数として示されている。差分出力信号に対して複数の情報パラメータ値が計算されるが、各々の情報パラメータ値はそれぞれ１つのセンサ１４と関連付けられている。センサ１４を校正するために、情報パラメータ値はそれぞれ対応する校正曲線と比較される。

情報パラメータSは大きな時間値にわたり計算されるので、すなわち、複数のデータポイントに対して計算されるので、情報パラメータSの使用により、安定した出力が提供され、好都合である。米国特許６，７２０，７７５号に記載されているように、センサ１４に対して情報パラメータを計算するために多様なアルゴリズムを使用できる。画像を形成するために使用できる情報パラメータSの一例は、下記の式に表されるような、一定の時間間隔t₁‐t₂の間の信号差Ｕの平均である。

式中、i及びjは２次元アレイにおけるセンサ１４の座標であり、Ｎは時間間隔t₁‐t₂の間の信号差U(i, j, n)のサンプル値の数である。

情報パラメータSの別の例は、信号差U(i, j, n)をsin()関数によって畳み込むことにより、正弦フィルタを使用して計算されることが可能である。

式（２）により定義される情報パラメータSは信号Uの一定レベルのバイアスに左右されないため、このアルゴリズムは測定サイクル中に一定のレベルの外部磁界が存在する場合に有効であることが判明した。言い換えれば、正弦フィルタを使用して情報パラメータを計算することにより、各々のセンサ１４と関連する様々に異なるＤＣオフセットは除去されるのである。それらのＤＣオフセットは静止磁界と、信号回路のバイアス電圧によって発生される。離散的正弦関数を適用することにより、更に、過渡信号の低域フィルタリングが実行される。より一般的には、情報パラメータSを計算するために、時間領域で適用される他の離散的変換（フーリエ、ラプラス、ウェーブレットなど）を使用することも可能である。

各々センサ１４からの信号に正弦変換を適用することに加えて、個別の校正関数を適用することにより、高画質の画像生成が可能になると共に、部品厚さの定量的評価を実行できるため、好都合である。例えば、部品の壁厚の定量的評価を得るために、データが収集され、このポイントに対応するセンサ１４の番号を識別するために各々の空間座標が索引付けされ、空間座標ごとに（すなわち、センサ１４ごとに）情報パラメータが計算され、対応するセンサに関わる校正曲線が適用されて、対応する空間座標に関する壁厚推定値が得られる。これらの過程を空間座標ごとに（すなわち、センサ１４ごとに）繰り返すことにより、走査中の全ての空間座標について壁厚が判定される。

図１及び図１１を参照して、本発明の検査方法の別の実施例を説明する。図１１は、図１の構成を側面図で示す。図１及び図１１に示されるように、部品２０を検査する方法は、部品２０の表面２１に隣接して２次元センサアレイ２７を位置決めすることを含む。先に図１に関して論じたように、２次元センサアレイ２７はセンサ１４の複数の直線アレイ２４から形成されており、各々の直線アレイ２４は、図１に示されるように、それぞれ対応するセンサアレイ基板１２の上に配置されている。各々のセンサ１４は、図１に示されるように、部品２０の表面２１に対してほぼ垂直に整列された感度の軸１５を有する。例えば、駆動コイル１６のうちの対応する１つを励磁することにより、部品２０の内部へ過渡電磁束を伝送するために、センサ１４の感度の軸１５にほぼ沿った方向に向きを定められた磁束が発生される。検査方法は、センサ１４のうちの１つを使用して、検査されるべき部品２０の過渡電磁束を感知し、差分出力信号を発生することを更に含む。先に述べた通り、各々の差分出力信号は正出力と、負出力とを有する。複数の差分出力信号を収集するために、磁界を発生する過程と、センサ１４のうちの１つを使用して差分出力信号を感知し、発生する過程は、直線アレイ２４のうちの少なくとも一部のアレイの各々にあるセンサ１４のうちの少なくとも一部のセンサに対して繰り返される。特に、それらのステップは直線アレイ２４のうちの第１のアレイにあるセンサ１４の各々に対して繰り返され、次に、直線アレイ２４のうちの第２のアレイに対して繰り返され、その後、２次元センサアレイ２７の直線アレイ２４の各々によってデータが収集され終わるまで繰り返される。

検査方法は、先に説明したように、差分出力信号を発生するために使用されるそれぞれのセンサ１４を指示するために、差分出力信号を索引付けし、格納することを更に含んでいても良い。加えて、検査方法は、２次元センサアレイ２７の中の各々のセンサ１４に対して校正曲線を生成することと、各々の情報パラメータ値が２次元センサアレイ２７の中のセンサ１４のうちの対応する１つのセンサと関連付けられるように、差分出力信号に対して複数の情報パラメータ値を計算することと、センサ１４を校正するために、情報パラメータ値をそれぞれ対応する校正曲線と比較することを更に含んでいても良い。

米国特許６，７２０，７７５号に説明されているように、２次元センサアレイ２７中の個々のセンサ１４に対して計算される情報パラメータSの振幅にグレイレベルを割り当てることにより、２次元画像を形成しても良い。画像の各要素（画素）はアレイ２７におけるセンサ１４の空間的位置に従って位置決定される。カラーマップ（カラーパレットとも呼ばれる）を使用して、グレイスケール画像の各画素に対応するルックアップテーブルから色値が与えられるので、カラー画像が形成される。

図１の実施例の場合、センサ１４の直線アレイ２４の各々はセンサアレイ基板１２のうちのそれぞれ対応する１つの基板の上に配置されており、検査方法は、直線アレイ２４のうちの対応する１つのアレイの中でセンサ１４を切り替えるためにオン基板多重化を実行することを更に含む。特に、図１の実施例の場合、センサアレイ基板１２の各々に１つの駆動コイル１６が配置されている。この実施例では、検査方法は、センサアレイ基板１２のそれぞれ１つをイネーブルすることと、部品２０の内部へ過渡電磁束を伝送するための磁界を発生するために、それぞれのセンサアレイ基板１２にある駆動コイル１６を選択的に駆動することを更に含む。それぞれ対応するセンサアレイ基板１２にある直線アレイ２４のセンサ１４を使用して、差分出力信号が収集される。２次元センサアレイ２７を形成している直線アレイ２４の各々の中にあるセンサ１４から差分出力信号を収集するために、イネーブルする過程、選択的に駆動する過程及び収集する過程はセンサアレイ基板１２の各々に対して繰り返される。これらの過程は、例えば、先に図７に関して説明した例のイネーブル回路４６を使用して実現されても良い。このようにして、２レベル通信が実行され、第１のレベルは所定のセンサアレイ基板１２におけるセンサ１４のオン基板切り替えに対応し、第２のレベルは、それぞれの駆動コイル１６をパルス動作させ、それぞれの直線アレイ２４からデータを収集するために、２次元センサアレイ２７における各々のセンサアレイ基板１２をイネーブルすることに対応している。この２レベル通信は大型の２次元アレイ２７の使用を容易にし、それにより、エリアごとの走査を容易にするので、個別のセンサ又は少数のセンサによる走査と比較して検査の生産性が向上するため、好都合である。更に、この２レベル通信方式はセンサ１４からの信号出力の急速な通信を可能にし、それにより、導電性部品２０の表面及び表面下の欠陥２９のリアルタイム２次元イメージング、例えば、１秒ごとに数回にわたり２次元画像を更新することを容易にする。

本発明のいくつかの特徴のみを図示し、説明したが、数多くの変形及び変更が当業者には思い当たるであろう。特許請求の範囲に示される図中符号は本発明の範囲を狭めようとするのではなく、本発明の理解を容易にすることが意図されている。

直線アレイパルス渦電流センサプローブの２次元配列の斜視図。 駆動コイルが省略された図１の直線アレイパルス渦電流センサプローブのうちの１つの正面図。 駆動コイル及び磁気遮蔽が追加された図２の直線アレイパルス渦電流センサプローブの線３‐３に沿った横断面図。 直線アレイパルス渦電流センサプローブの一例におけるセンサ出力信号のオン基板多重化の一例を示す図。 コンピュータインタフェースを介してコンピュータに接続された図２の直線アレイパルス渦電流センサプローブを示す図。 ２次元センサアレイの場合にそれぞれ対応するセンサアレイ基板上に配置された複数の駆動コイルを選択的に駆動するための手段の一例を示す図。 図１のパルス渦電流センサプローブの例において各々のセンサアレイ基板を選択的にイネーブルするイネーブル回路の一例を示す図。 表面下欠陥を有する部品の一例の上方に位置決めされた図２及び図３の直線アレイパルス渦電流センサプローブの側面図。 パルス渦電流センサプローブが磁気遮蔽を含む場合の図８の検査方法を示す図。 正弦情報パラメータＳにより特徴付けられる複数の巨大磁気抵抗センサに関する校正曲線の例を示す図。 センサの２次元アレイを採用する検査方法の一実施例を示す図。

符号の説明

１０…パルス渦電流（ＰＥＣ）センサプローブ、１２…センサアレイ基板、１４…センサ、１５…感度の軸、１６…駆動コイル、１８…第１のマルチプレクサ、１９…第２のマルチプレクサ、２０…部品、２２…コネクタ、２３…コンピュータ、２４…直線アレイ、２５…コンピュータインタフェース、２６…磁気遮蔽、２７…２次元センサアレイ、４０…パルス渦電流（ＰＥＣ）センサプローブ、４２…マザー基板、４４…デマルチプレクサ、４６…イネーブル回路、４８…スイッチ、５０…パルス発生器

Claims (7)

1. 複数のセンサアレイ基板（１２）と、
   前記センサアレイ基板の各々の上に直線アレイ（２４）として配列され、検査されるべき部品（２０）の過渡電磁束を感知し、それに基づいて出力信号を発生するように動作可能であり、各々が正出力及び負出力から成る差分出力を有する複数のセンサ（１４）であって、該センサ（１４）が、前記センサアレイ基板（１２）の各々の１つの縁部（１３）に配置されてそれぞれの直線アレイ（２４）を形成しており、該センサの各々が、対応するセンサアレイ基板の前記縁部に対してほぼ垂直に向きを定められた感度の軸（１５）を有する複数のセンサ（１４）と、
   前記センサに隣接して配置され、検査されるべき部品の内部へ過渡電磁束を伝送するように動作可能である複数の駆動コイル（１６）と、
   複数の第１のマルチプレクサ（１８）と、
   複数の第２のマルチプレクサ（１９）とを具備し、前記第１及び第２のマルチプレクサの各々は前記センサアレイ基板のうちのそれぞれ対応する１つの基板の上に配置され、対応するセンサアレイ基板上の前記センサを切り替えるように動作可能であり、前記第１のマルチプレクサの各々は対応するセンサアレイ基板上の前記センサの正出力端子に接続され、前記第２のマルチプレクサの各々は対応するセンサアレイ基板上の前記センサの負出力端子に接続されており、
   前記センサアレイ基板は２次元センサアレイ（２７）を形成するように配列されているパルス渦電流センサプローブ（４０）であって、
   当該パルス渦電流センサプローブ（４０）が、複数のコネクタ（２２）を更に具備し、前記コネクタのうちの少なくとも１つは前記センサアレイ基板（１２）の各々の上に配置されており、前記コネクタの各々は、前記センサアレイ基板のうちのそれぞれ対応する基板の上にある前記第１及び第２のマルチプレクサ（１８、１９）に接続するように動作可能であり、
   当該パルス渦電流センサプローブ（４０）が、前記コネクタ（２２）の各々に接続されたマザー基板（４２）と、前記マザー基板（４２）上に配置されたデマルチプレクサ（４４）とを更に具備しており、
   少なくとも１つの駆動コイル（１６）は前記センサアレイ基板（１２）の各々のうちの対応する１つの基板に接続され、
   前記デマルチプレクサは複数の制御信号及び複数の駆動パルスを受信し、制御信号に応答して前記駆動コイルの各々を選択的に駆動するように動作可能である、パルス渦電流センサプローブ（４０）。
2. 少なくとも１つの駆動コイル（１６）は前記センサアレイ基板（１２）の各々のうちの対応する１つの基板に接続され、前記パルス渦電流センサプローブは、前記駆動コイルのうちの対応する１つの駆動コイルを駆動し且つ対応するセンサアレイ基板上に前記直線アレイ（２４）として配列されたセンサ（１４）を使用して複数の出力信号を回収するために、前記コネクタ（２２）のうちの対応する１つのコネクタを介して前記センサアレイ基板（１２）のうちの対応する１つの基板を選択的にイネーブルするイネーブル回路（４６）を更に具備する請求項１記載のパルス渦電流センサプローブ（４０）。
3. 前記イネーブル回路（４６）は、前記マザー基板（４２）上に配置されたデマルチプレクサ（４４）を具備し、前記デマルチプレクサは、複数の制御信号及び複数の駆動パルスを受信し、制御信号に応答して対応するコネクタ（２２）を介して前記駆動コイルの各々を選択的に駆動するように動作可能である請求項２記載のパルス渦電流センサプローブ（４０）。
4. 前記イネーブル回路（４６）は複数のスイッチ（４８）を更に具備する請求項３記載のパルス渦電流センサプローブ（４０）。
5. 前記駆動コイル（１６）の各々はセンサ（１４）の対応する直線アレイ（２４）の周囲に延出し、センサの感度の軸（１５）にほぼ沿った方向に向きを定められた磁界を発生するように動作可能である請求項１記載のパルス渦電流センサプローブ（４０）。
6. 前記センサ（１４）は巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ（１４）である請求項１記載のパルス渦電流センサプローブ（４０）。
7. 複数の磁気遮蔽（２６）を更に具備し、前記磁気遮蔽の各々は前記センサ（１４）と前記駆動コイル（１６）のうちの対応する１つの駆動コイルとの間に配置されている請求項１記載のパルス渦電流センサプローブ（４０）。