JP5592082B2

JP5592082B2 - 渦電流探傷システム

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Publication number: JP5592082B2
Application number: JP2009115494A
Authority: JP
Inventors: 豐鈴木; 裕二安達; 尚幸河野; 聡北澤; 直昭柴下; 茂雄桜井; 健工藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2029-05-12
Also published as: JP2010266223A

Description

本発明は、渦電流探傷システムに係り、特に、コイルの直進走査により広域を高速探傷するのに好適な渦電流探傷システムに関する。

渦電流探傷（以下ＥCTと記す）とは検査対象上でコイルに交流電圧を印加したときの、コイルのインピーダンス変化から欠陥を検出するという検査手法である。検査対象内に欠陥が無い場合には渦電流はコイルに添って流れるが、欠陥がある場合には欠陥を迂回して流れる。この渦電流の変化をコイルのインピーダンス変化として検出することで欠陥の有無を判断する。

従来、１回の直進走査でＥＣＴにより広範囲を探傷しようとする場合、複数のコイルを組み合わせるものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許第３１８１２１０号明細書特開２００３−２８８３９号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載の構成のセンサをコイルの軸方向に走査する場合、センサ中心下に不感帯が生じるという問題がある。これは、コイル中心下において、欠陥を迂回して検査対象内部へ流れる電流と、欠陥通過後に内部から表面へ流れる電流の合成値が０で近似されるため、感度が低下するものである。

本発明の目的は、コイル下の不感帯を解消できる渦電流探傷システムを提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、コイルを有する渦電流センサと、渦電流探傷装置とを有しコイル中心軸下の渦電流分布を非対称とすることで、前記コイルの中心軸下の不感帯を解消する渦電流探傷システムであって、前記渦電流センサは、不感帯を有した直方体の複数のコイルを備え、コイル軸方向と直交する投影面上でコイル下に存する一方の前記コイルの不感帯を、他方の前記コイルの有感帯と重複させることによりコイル中心軸下の渦電流分布を複数のコイルで構成される前記渦電流センサにおいて非対称とすることで、前記コイルの不感帯を解消し、前記複数のコイルの軸方向距離ｘが、Ｂ：磁束密度、μ：透磁率、ｎ：コイルの巻き数、Ｉ：電流、ｒ：コイル半径、Ｌ：コイル長さ、Ｂｌ（ｘ）：コイル中心からの距離ｘにおける大きな欠陥で生じる磁束密度変化、Ｂｓ（０）：コイル中心における小さな欠陥で生じる磁束密度変化、Ｎ：整数の間で
Ｂ＝μｎＩ（√（ｒ^２／（ｒ^２＋ｘ^２））−√（ｒ^２／（ｒ^２＋ｘ^２＋Ｌ^２）））
Ｂｌ（ｘ）＜Ｂｓ（０）／Ｎ
の関係を満たすものとする。
かかる構成により、コイル下の不感帯を解消できるものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記渦電流センサを移動するセンサ移動用アクチュエータと、該センサ移動用アクチュエータを駆動するアクチュエータドライバと、アクチュエータ制御パソコンを備えるようにしたものである。

本発明によれば、コイル下の不感帯を解消できるものとなる。

本発明の第１の実施形態による渦電流探傷システムの全体構成図である。本発明の第１の実施形態による渦電流探傷システムに用いるＥＣＴセンサの構成図である。本発明の第１の実施形態による渦電流探傷システムに用いるＥＣＴセンサにおける磁束密度の軸方向距離ｘに対する依存性の説明図である。本発明の第１の実施形態による渦電流探傷システムに用いるセンサ移動機構の構成を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態による渦電流探傷システムの詳細構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態による渦電流探傷システムの探傷動作を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態による渦電流探傷システムの全体構成図である。本発明の第２の実施形態による渦電流探傷システムに用いるＥＣＴセンサの構成図である。本発明の第２の実施形態による渦電流探傷システムに用いるＥＣＴセンサ周辺の渦電流分布の説明図である。本発明の第２の実施形態による渦電流探傷システムに用いるＥＣＴセンサにおける検出感度のコイル１端の軸方向長さに対する依存性の説明図である。本発明の第２の実施形態による渦電流探傷システムに用いるセンサ移動機構の構成を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態による渦電流探傷システムの詳細構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態による渦電流探傷システムの探傷動作を示すフローチャートである。本発明の第３の実施形態による渦電流探傷システムに用いるＥＣＴセンサの構成図である。本発明の第３の実施形態による渦電流探傷システムに用いるＥＣＴセンサ周辺の渦電流分布の説明図である。本発明の第３の実施形態による渦電流探傷システムに用いるＥＣＴセンサの配置の説明図である。本発明の第３の実施形態による渦電流探傷システムに用いるＥＣＴセンサにおける検出感度の傾斜角依存性の説明図である。本発明の第３の実施形態による渦電流探傷システムに用いるセンサ移動機構の構成を示す斜視図である。

以下、図１〜図６を用いて、本発明の第１の実施形態による渦電流探傷システムについて説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による渦電流探傷システムの全体構成について説明する。

本実施形態の渦電流探傷システムは、ＥＣＴセンサ１と、渦電流探傷（ＥＣＴ）装置８と、パソコン９と、センサ移動機構１２と、アクチュエータ１３と、アクチュエータドライバ１４から構成される。

ＥＣＴセンサ１は、複数のコイルから構成される。ＥＣＴセンサ１は、検査対象２の上に設置され、アクチュエータ１３により、検査対象２の上を移動する。ＥＣＴセンサ１の構成については、図２を用いて後述する。

センサ移動機構１２は、アクチュエータ１３を含み、アクチュエータ１３やＥＣＴセンサ１を検査対象２の上に設置する機構を有している。センサ移動機構１２の構成については、図４を用いて後述する。アクチュエータ１３は、アクチュエータドライバ１４によって駆動される。パソコン９は、アクチュエータドライバ１４に制御信号を送り、アクチュエータ１３の移動方向や移動距離を制御する。

ＥＣＴ装置８は、検査対象２上でＥＣＴセンサ１のコイルに交流電圧を印加するとともに、検査対象２内の欠陥による渦電流変化に伴うコイルのインピーダンス変化に基づいて欠陥を検出する。

次に、図２及び図３を用いて、本実施形態による渦電流探傷システムに用いるＥＣＴセンサ１の構成について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による渦電流探傷システムに用いるＥＣＴセンサの構成図である。図２（Ａ）は上面図であり、図２（Ｂ）は正面図である。図３は、本発明の第１の実施形態による渦電流探傷システムに用いるＥＣＴセンサにおける磁束密度の軸方向距離ｘに対する依存性の説明図である。

図示の例では、ＥＣＴセンサ１は、３個のコイル５Ａ，５Ｂ，５Ｃから構成されている。なお、図示の例では、ＥＣＴセンサ１が３個のコイルから構成されているものとしているが、実際には、３個以外の複数個で構成することも可能であるが、ここでは、説明の都合上３個としている。

図２（Ａ）に示すように、各コイル５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、コイル軸方向ＡＸの周囲に導線が巻回されて、コイルを構成している。各コイル５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、それぞれ、中央下の位置に不感帯ＵＳ−Ａ、ＵＳ−Ｂ、ＵＳ−Ｃを有している。

そこで、図２（Ａ）に示すように、コイル軸方向と直交する投影面上で、コイル５Ａの不感帯がコイル５Ｂの有感帯と重複するように配置したものである。この結果、コイル５Ａの不感帯ＵＳ−Ａは、コイル５Ｂの有感帯により検出可能となる。コイル５Ｂの不感帯ＵＳ−Ｂは、コイル５Ａ，５Ｃの有感帯により検出可能となる。また、コイル５Ｃの不感帯ＵＳ−Ｃは、コイル５Ｂの有感帯により検出可能となる。このように、本実施例では、コイル軸方向と直交する投影面上で、一方のコイルの不感帯が他方のコイルの有感帯と重複するように配置する。

以上のようなコイル配置とすることにより、個々のコイルの不感帯を解消することができる。

ところで、複数のコイルを組み合わせて探傷する場合、１つのコイルの磁束密度変化が他のコイルの出力を変動させる。このため、大きな欠陥と小さな欠陥が共存する場合、大きな欠陥で生じる信号が他のコイルの磁束密度を変化させ、小さな欠陥の信号が検出できない場合がある。

そこで、コイル間の干渉による感度低下を防止するため、本実施形態では、例えば、図２（Ａ）に示すコイル５Ａとコイル５Ｂのコイル軸方向ＡＸの距離ｘを以下に説明する数式（１）、数式（２）を満たすようにように、所定距離以上離すようにしている。

これらのコイル間の軸方向距離ｘは、以下の式（１）と式（２）を用いて決定する。

Ｂ＝μｎＩ（√（ｒ^２／（ｒ^２＋ｘ^２）−√（ｒ^２／（ｒ^２＋ｘ^２＋Ｌ^２）） …（１）

Ｂｌ（ｘ）≦Ｂｓ（０）／Ｎ …（２）

ここで、Ｂ：磁束密度、μ：透磁率、ｎ：コイルの巻き数、Ｉ：電流、ｒ：コイル半径、Ｌ：コイル長さ、Ｂｌ（ｘ）：コイル中心からの距離ｘにある大きな欠陥で生じる磁束密度変化、Ｂｓ（０）：コイル下にある小さな欠陥で生じる磁束密度変化、Ｎ：整数である。

例えば、大きな欠陥による磁束密度変化率が１％で、小さな欠陥での磁束密度変化が０．１％の場合、大きな欠陥を検出した際に生じる磁束密度変化が、他のコイルの磁束密度の０．０１％以下となるようコイル軸方向間距離を設ければ、コイル間の干渉による感度低下が防止される。コイル幅３ｍｍ（ここでは、図２（Ａ）に示す幅Ｗ１）、長さ２ｍｍ（ここでは、図２（Ａ）に示す長さＬ１）とした場合、磁束密度の軸方向距離ｘの依存性は、図３に示すようになる。

図３において、Ｂｓ（０）＝０．１、Ｎ＝１０を代入した場合に、式（２）を満たすＢｌ（ｘ）のｘは７．６ｍｍ以上となる。コイル間のコイル軸方向間距離ｘを７．６mm以上とすることにより、小さな欠陥と大きな欠陥を同時に検出可能となる。

次に、図４のセンサ移動機構の構成を示す斜視図を用いて、センサ移動機構１２の構成について説明する。

センサ移動機構１２は、格納容器１６に取り付けられた並進アクチュエータ１３ａ１，１３ａ２と、回転アクチュエータ１３ｂを備えている。回転アクチュエータ１３ｂには、ＥＣＴセンサ１が取り付けられている。並進アクチュエータ１３ａ１は、並進アクチュエータ１３ａ２と回転アクチュエータ１３ｂを、図の左右方向に移動可能である。並進アクチュエータ１３ａ２は、回転アクチュエータ１３ｂを、図の上下方向に移動可能である。回転アクチュエータ１３ｂは、その回転軸を中心に、ＥＣＴセンサ１を回転可能であり、例えば、並進アクチュエータ１３ａ２の移動方向に対して、ＥＣＴセンサ１を所定の角度に傾斜させることができる。並進アクチュエータ１３ａ１，１３ａ２と、回転アクチュエータ１３ｂとしては、超音波式アクチュエータやモータ等を用いる。

格納容器１６の４隅は、固定機構１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄが取り付けられている。固定機構１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄは、吸盤、マグネット等により構成されている。固定機構１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄを用いることにより、センサ移動機構１２を検査対象上に固定することができる。これにより、ＥＣＴセンサ１の検査対象上における位置と角度を、任意に制御することが可能となる。

次に、図５のブロック図を用いて、本実施形態による渦電流探傷システムの詳細構成について説明する。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

パソコン９は、キーボード２６と、ＣＤ、ＭＯ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク（ＢＲ）等の記録メディア２７とからなる入力装置を備えている。また、パソコン９は、表示装置となるモニタ２８を備えている。また、パソコン９は、Ｉ／Ｏポート２５と、ＣＰＵ２１と、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２２と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２３と、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）２４とを備えている。

ＥＣＴ装置８は、Ｉ／Ｏポート３１と、Ｄ／Ａコンバータ３０と、Ａ／Ｄコンバータ２９とを備えている。

次に、図６のフローチャートを用いて、本実施形態による渦電流探傷システムの探傷動作について説明する。

図６のステップ１０１は、検査対象情報入力ステップである。このステップにおいて、パソコン９のキーボード２６、記録メディア２７等の入力装置を用い、検査対象形状及び材質、使用温度や応力等の検査対象使用環境を入力する。

入力情報は、Ｉ／Ｏポート２５を介してＣＰＵ２１に伝達され、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３等の記憶装置に記録される。

ステップ１０２は、センサ走査条件解析ステップである。このステップにおいて、ステップ１０１で入力した検査対象の形状、材質、使用環境に基づき、ＣＰＵ２１で検査対象内の応力分布を解析する。欠陥発生頻度が高いのは最大応力の垂直方向なので、その垂直方向とコイルの軸方向が平行となるようにＥＣＴセンサ１の走査方向を決定する。渦電流はコイルの軸方向と垂直に流れるので、最大応力の垂直方向とコイルの軸方向を平行とすると欠陥に対して垂直に渦電流が流れ、検出感度が最大となる。

ステップ１０３は、ＥＣＴセンサ設置ステップである。このステップにおいて、検査対象２の上に、ＥＣＴセンサ１を載置したセンサ移動機構１２を設置し、ＥＣＴセンサ設置位置をパソコン９のキーボード２６、記録メディア２７等の入力装置を用い入力する。入力情報は、Ｉ／Ｏポート２５を介してＣＰＵ２１に伝達され、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３等の記憶装置に記録される。

ステップ１０４は、ＥＣＴ実施ステップである。このステップにおいて、ステップ１０２で解析したセンサ走査方向及びステップ１０３で入力したセンサ位置情報に基づき、ＣＰＵ２１でアクチュエータ移動方向及び移動量を決定し、Ｉ／Ｏポート２５を介してアクチュエータドライバ１４に移動信号を伝達し、アクチュエータ１３を駆動してＥＣＴセンサ１を走査する。

センサ走査と同時にＩ／Ｏポート２５、３１を介してＥＣＴ装置８に計測開始信号を伝達する。ＥＣＴ装置８では、Ｄ／Ａコンバータ３０を介してＥＣＴセンサ１に交流電圧を印加するとともに、Ａ／Ｄコンバータ３１を介して測定信号を取得する。測定信号はＩ／Ｏポート３１、２５を介してパソコン９のＣＰＵ２１に伝達され、Ｉ／Ｏポート２５を介してモニタ２８に表示される。また、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３等の記憶装置に記憶させる。

以上説明したように、本実施形態によれば、渦電流探傷システムにおいて、コイル下の不感帯を解消することができる。また、コイル間の干渉による感度低下を防止できる。

次に、図７〜図１３を用いて、本発明の第２の実施形態による渦電流探傷システムの構成について説明する。
最初に、図７を用いて、本実施形態による渦電流探傷システムの全体構成について説明する。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態の渦電流探傷システムは、ＥＣＴセンサ１Ａと、ＥＣＴ装置８と、パソコン９と、センサ移動機構１２Ａと、エンコーダ１５から構成される。

ＥＣＴセンサ１Ａは、複数のコイルから構成される。ＥＣＴセンサ１Ａは、検査対象２の上に設置され、センサ移動機構１２Ａにより、検査対象２の上を移動する。ＥＣＴセンサ１Ａの構成については、図８を用いて後述する。

センサ移動機構１２Ａは、ＥＣＴセンサ１Ａを検査対象２の上に設置する機構を有している。センサ移動機構１２Ａの構成については、図１１を用いて後述する。エンコーダ１５は、センサ移動機構１２ＡによるＥＣＴセンサ１Ａの移動量を検出して、検出量をパソコン９に出力する。

次に、図８〜図１０を用いて、本実施形態による渦電流探傷システムに用いるＥＣＴセンサ１Ａの構成について説明する。
図８はＥＣＴセンサの構成図、図９はＥＣＴセンサの渦電流分布の説明図、図１０はＥＣＴセンサの検出感度のコイル１端の軸方向長さに対する依存性の説明図である。

図２に示した例では、複数個のセンサをセンサのコイル軸方向でずらして配置しているが、本実施形態では、後述のとおりコイル下の不感帯を解消しているため、図８（A）、図８（Ｂ）に示すように個々のコイルの有感帯を重複させることなく連続するように配置することが可能である。

図８（Ｃ）に示すように、本実施形態のＥＣＴセンサ１Ａに用いるコイル５’は、コイル軸方向ＡＸの周囲に導線を巻回して、コイルを構成している。コイル５’の下面が、検査対象に設置される設置面となる。このコイルは、底辺の長さをＷａとし、上辺の長さをＷｂとする台形となっており、コイル５’の両端の軸方向長さを中心軸に対して非対称としている。

コイル５’の両端の軸方向長さを中心軸に対して非対称とすることで、図９に示すように非対称コイル５’の中心下に欠陥３が存在する場合、渦電流分布は対称性が崩れるため欠陥を迂回する渦電流ｉ，ｉ’の合成値（ｉ＋ｉ’）が０とならないため、不感帯が解消される。

検出感度Ｓのコイル幅比依存性は、以下の式（３）で記述される。

Ｓ＝（Ｗａ−Ｗｂ）×Ｃｗ÷ＳＬ …（３）

ここで、Ｗａは１端のコイル軸方向長さであり、Ｗｂは他端のコイル軸方向長さであり、Ｃｗは欠陥幅であり、ＳＬはコイル径方向長さである。

ここで、必要な検出下限がＤLの場合に、必要なコイル幅の関係は、以下の式（４）となる。

ＤＬ＜（Ｗａ−Ｗｂ）×Ｃｗ÷ＳＬ …（４）

図１０は、ＳＬ＝２ｍｍ、Ｗａ＝１ｍｍ、Ｗｂ＝０．１〜１ｍｍ、Ｃｗ＝０．５ｍｍの場合の検出感度の長さＷｂに対する依存性を示している。必用検出下限ＤＬが０．４の場合には長さＷｂを０．６５ｍｍ以下とすることで、必要感度が得られる。

次に、図１１のセンサ移動機構の斜視図を用いて、センサ移動機構１２Ａの構成について説明する。

センサ移動機構１２Ａは、格納容器１６に摺動可能に保持されたセンサ固定ジグ１９を備えている。センサ固定ジグ１９には、ＥＣＴセンサ１Ａが取り付けられている。

また、格納容器１６には、回転可能なオスネジ２０が保持されている。オスネジ２０の一端には、ハンドル１８が取り付けられ、他端にはエンコーダ１５が取り付けられている。

一方、センサ固定ジグ１９の内部にはメネジが形成されており、このメネジには、オスネジ２０が係合している。従って、ハンドル１８を回すことによりオスネジ２０を回転させると、センサ固定ジグ１９は図示の上下方向に移動する。それに伴って、ＥＣＴセンサ１Ａも、図示の上下方向に移動する。これによって、センサの直線走査が可能となる。

格納容器１６の４隅は、固定機構１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄが取り付けられている。固定機構１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄは、吸盤、マグネット等により構成されている。固定機構１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄを用いることにより、センサ移動機構１２Ａを検査対象上に固定することができる。これにより、ＥＣＴセンサ１の移動方向と移動方向に対する角度を、制御することが可能となる。

次に、図１２のブロック図を用いて、本実施形態による渦電流探傷システムの詳細構成について説明する。

パソコン９は、キーボード２６、記録メディア２７とからなる入力装置を備えている。また、パソコン９は、表示装置となるモニタ２８を備えている。また、パソコン９は、Ｉ／Ｏポート２５、ＣＰＵ２１、ＨＤＤ２２と、ＲＡＭ２３と、ＲＯＭ２４と、Ａ／Ｄコンバータ２９‘とを備えている。

次に、図１３のフローチャートを用いて、本実施形態による渦電流探傷システムの探傷動作について説明する。

ステップ２０１は、検査対象形状入力ステップである。このステップにおいて、パソコン９のキーボード２６、記録メディア２７等の入力装置を用い、検査対象形状及び材質、既往の欠陥の発生情報を入力する。

ステップ２０２は、センサ走査条件解析ステップである。このステップにおいて、ステップ２０１で入力した既往の欠陥発生情報に基づき、最多頻度となる欠陥の発生方向をＣＰＵ２１で統計評価し、ＥＣＴセンサ１Ａの走査方向をセンサの軸方向と最多欠陥発生方向と平行となるように決定する。ここで解析したセンサ移動方向はＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３等の記憶装置に記録するとともに、Ｉ／Ｏポート２５を介してモニタ２８に表示する。渦電流はコイルの軸方向と垂直に流れるので、センサの軸方向と欠陥の発生方向が平行となるようにセンサを走査すると、欠陥に対して垂直に渦電流が流れて検出感度が最大となる。

ステップ２０３は、センサ走査機構設置ステップである。このステップにおいて、ＥＣＴセンサ１Ａの軸方向がステップ２０２で評価した走査方向と平行となるようにＥＣＴセンサ移動機構１２Ａを設置し、ＥＣＴセンサの設置位置をパソコン９のキーボード２６、記録メディア２７等の入力装置を用いて入力する。入力情報は、Ｉ／Ｏポート２５を介してＣＰＵ２１に伝達され、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３等の記憶装置に記録される。

ステップ２０４は、ＥＣＴ実施ステップである。このステップにおいて、パソコン９のキーボード２６から測定開始の信号を入力し、Ｉ／Ｏポート２５を介してＥＣＴ装置８に計測開始信号を伝達する。ＥＣＴ装置８ではＤ／Ａコンバータ３０を介してＥＣＴセンサ１Ａに交流電圧を印加するとともに、Ａ／Ｄコンバータ２９を介して測定信号を取得する。測定信号はＩ／Ｏポート２５を介してパソコンのＣＰＵ２１に伝達され、Ｉ／Ｏポート２５を介してモニタ２８に表示される。また、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３等の記憶装置に記録される。

このＥＣＴ実施ステップにおいて、ＥＣＴセンサの移動機構１２Ａのハンドル１８を手動で回転させ、センサ１Ａを走査する。センサの位置はエンコーダ１５で計測してＡ／Ｄコンバータ２９‘とＩ／Ｏポート２５を介してＣＰＵ２１に伝達し、ＥＣＴ信号とともにＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３等の記憶装置に記憶させる。このＥＣＴ信号の走査位置依存性は、Ｉ／Ｏポート２５を介してモニタ２８に表示する。

以上説明したように、本実施形態によれば、渦電流探傷システムにおいて、コイル下の不感帯を解消することができる。また、単一のコイルでもコイル下の全域を探傷可能なため、ＥＣＴシステムのコストを第1の実施形態と較べて低くすることが可能である。

さらに、図３で説明したように、複数のコイルの間の軸方向距離ｘを所定距離以上とすることで、コイル間の干渉による感度低下を防止できる。

次に、図１４〜図１７を用いて、本発明の第３の実施形態による渦電流探傷システムの構成について説明する。なお、本実施形態による渦電流探傷システムの全体構成は図７に示したもの、本実施形態による渦電流探傷システムの詳細構成は図１２に示したものと同様である。

図１４は渦電流探傷システムに用いるＥＣＴセンサの構成図、図１５はＥＣＴセンサ周辺の渦電流分布の説明図、図１６はＥＣＴセンサの配置の説明図、図１７はＥＣＴセンサの検出感度の傾斜角依存性の説明図である。

図２に示した例では、複数個のセンサをセンサのコイル軸方向に直交する方向にずらして配置しているが、本実施形態では、後述のとおりコイル下の不感帯を解消しているため、図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）に示すようにコイルの有感帯を重複させること無く連続するよう、コイルを配置することが可能である。図１４に示したコイル５は、コイル軸方向ＡＸの周囲に導線を巻回して構成している。また、このコイルは左右対称な直方体とした。

このコイル５は、図１５に示すように、欠陥３に対して所定の傾斜角度を有するように配置される。コイル５を欠陥３に対して傾斜して配置することで、渦電流分布の対称性が崩れる。すなわち、渦電流ｉ１＜−ｉ１’，ｉ２＞−ｉ２’となる。そのため、ため欠陥を迂回する渦電流ｉ１，ｉ１’，ｉ２，ｉ２’の合成値が０とならないため、不感帯が解消される。

検出感度Ｓのコイル中心軸と欠陥との角度θ（以下、「傾斜角」と称する）に対する依存性は、以下の式（５）〜（１０ｃ）で記述される。

Ｓ＝Ａ（ｉ（ｘ１）−ｉ（ｘ２））ｃｏｓθ …（５）

ｉ（ｘ）＝ｅｘｐ（−ｘ^２） …（６）

ｘ１＝Ｃｗ÷（２ｃｏｓθ）＋Ｓｗ・ｔａｎθ÷２ …（７）

ｘ２＝Ｃｗ÷（２ｃｏｓθ）−Ｓｗ・ｔａｎθ÷２（０＜θ≦θ１）…（８ａ）

ｘ２＝−Ｃｗ÷（２ｃｏｓθ）＋Ｓｗ・ｔａｎθ÷２（θ１＜θ≦θ２） …（８ｂ）

θ１＝ｓｉｎ^−１（Ｃｗ÷Ｓｗ） …（９）

θ２＝ｃｏｓ^−１[（−ｂ＋√（ｂ^２-４・ａ・ｃ））÷２ａ] …（１０）

ａ＝１＋（Ｓｗ÷ＳＬ）^２ …（１０ａ）

ｂ＝２・（Ｃｗ÷ＳＬ）^２ …（１０ｂ）

ｃ＝（Ｃｗ÷ＳＬ）^２−（Ｓｗ÷ＳＬ）^２ …（１０ｃ）

ここで、Ａは係数をあらわす。図１６（Ａ）に示すように、ｘ１はコイル軸方向中心線と一方の欠陥端との距離、ｘ２はコイル軸方向中心線と他方の欠陥端との距離、Ｓｗは、コイル軸方向長さをあらわす。図１６（Ｂ）に示すようにθ１はコイル軸方向中心線が欠陥端と重なる角度をあらわす。図１６（Ｃ）に示すようにθ２はコイル角が欠陥端と重なる角度をあらわす。

必要な検出下限がＤLの場合に、必要な傾斜角は、式（５）との大小関係から、以下の式（１１）となる。

ＤＬ＜Ａ（ｉ（ｘ１）−ｉ（ｘ２））ｃｏｓθ …（１１）

図１７は、ＳＬ＝２ｍｍ、ＳＷ＝１ｍｍ、Ｃｗ＝０．５ｍｍを式（５）〜（１０ｃ）にあてはめた場合の検出感度の傾斜角依存性を表している。必用検出下限ＤＬが０．４の場合には傾斜角を２４〜７８°とすることで、必要感度が得られる。

次に、図１８を用いて、本実施形態による渦電流探傷システムに用いるセンサ移動機構１２Ａの構成について説明する。
図１８は、本発明の第３の実施形態による渦電流探傷システムに用いるセンサ移動機構の構成を示す斜視図である。

センサ移動機構１２Ａは、格納容器１６に摺動可能に保持されたセンサ固定ジグ１９を備えている。センサ固定ジグ１９には、ＥＣＴセンサ１が取り付けられている。ＥＣＴセンサ１のセンサ固定ジグ１９に対する取り付け角は、変えることができ、図１４で示したように、欠陥に対して所定の角度θとなるように、取り付けることができる。

一方、センサ固定ジグ１９の内部にはメネジが形成されており、このメネジには、オスネジ２０が係合している。従って、ハンドル１８を回すことにより、オスネジ２０が回転すると、センサ固定ジグ１９は図示の上下方向に移動する。それに伴って、ＥＣＴセンサ１も、図示の上下方向に移動する。これによって、センサの直線走査が可能となる。

格納容器１６の４隅は、固定機構１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄが取り付けられている。固定機構１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄは、吸盤、マグネット等により構成されている。固定機構１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄを用いることにより、センサ移動機構１２Ａを検査対象上に固定することができる。これにより、ＥＣＴセンサ１の移動方向と移動方向に対する角度を、任意に変えることが可能となる。

本実施形態による渦電流探傷システムの詳細構成は、図１２に示したものと同様である。また、本実施形態による渦電流探傷システムの探傷動作は、図１３に示したものと同様である。

以上説明したように、本実施形態によれば、渦電流探傷システムにおいて、コイル下の不感帯を解消することができる。また、単一のコイルでもコイル下の全域を探傷可能なため、ＥＣＴシステムのコストが第1の実施形態と較べて低くすることが可能である。

さらに、図２にて説明したように、複数のコイルの間の軸方向距離ｘを所定距離以上とすることで、コイル間の干渉による感度低下を防止できる。

１，１Ａ…ＥＣＴセンサ
２…検査対象
３…欠陥
５，５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５’…コイル
８…ＥＣＴ装置
９…パソコン
１２，１２Ａ…ＥＣＴセンサ移動機構
１３…アクチュエータ
１３ａ１，１３ａ２…並進アクチュエータ
１３ｂ…回転アクチュエータ
１４…アクチュエータドライバ
１５…エンコーダ
１６…格納容器
１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ…固定機構
１８…ハンドル
１９…センサ固定ジグ
２０…オスネジ
２１…ＣＰＵ
２２…ＨＤＤ
２３…ＲＡＭ
２４…ＲＯＭ
２５，３１…Ｉ／Ｏポート
２６…キーボード
２７…記録メディア読取装置
２８…モニタ
２９、２９‘…Ａ／Ｄコンバータ
３０…Ｄ／Ａコンバータ
ＵＳ−Ａ、ＵＳ−Ｂ、ＵＳ−Ｃ…不感帯

Claims

コイルを有する渦電流センサと、渦電流探傷装置とを有しコイル中心軸下の渦電流分布を非対称とすることで、前記コイルの中心軸下の不感帯を解消する渦電流探傷システムであって、
前記渦電流センサは、不感帯を有した直方体の複数のコイルを備え、コイル軸方向と直交する投影面上でコイル下に存する一方の前記コイルの不感帯を、他方の前記コイルの有感帯と重複させることによりコイル中心軸下の渦電流分布を複数のコイルで構成される前記渦電流センサにおいて非対称とすることで、前記コイルの不感帯を解消し、
前記複数のコイルの軸方向距離ｘが、Ｂ：磁束密度、μ：透磁率、ｎ：コイルの巻き数、Ｉ：電流、ｒ：コイル半径、Ｌ：コイル長さ、Ｂｌ（ｘ）：コイル中心からの距離ｘにおける大きな欠陥で生じる磁束密度変化、Ｂｓ（０）：コイル中心における小さな欠陥で生じる磁束密度変化、Ｎ：整数の間に、
Ｂ＝μｎＩ（√（ｒ^２／（ｒ^２＋ｘ^２））−√（ｒ^２／（ｒ^２＋ｘ^２＋Ｌ^２）））
Ｂｌ（ｘ）＜Ｂｓ（０）／Ｎ
の関係を成立させたことを特徴とする渦電流探傷システム。
請求項１に記載の渦電流探傷システムにおいて、
前記渦電流センサを移動するセンサ移動用アクチュエータと、該センサ移動用アクチュエータを駆動するアクチュエータドライバと、該アクチュエータ制御パソコンを備えることを特徴とする渦電流探傷システム。