JPS6093954A - 渦流探傷装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明はタービンおよびタービン発電機等の回転子中心
孔内表面の欠陥を検出する渦流探傷装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題心〕

タービンおよびタービン発電機の回転子に有する中心孔
内表面の非破壊検査は一般的にボアスコープを用いた内
表面目視による錆、偽等の検査、磁粉探傷による表面亀
裂あるいは表面下近傍の欠陥検査および磁粉探傷では検
出し得ない回転子中心孔内部の欠陥に対しては超音波探
傷法が採用されている。これらの探傷法のうち、磁粉探
傷法は、湿式磁粉を用いて表面に開口した欠陥あるいは
表面面下の欠陥の有無の検査を行なうことが多い。しか
しこの磁ｖ）探傷法において、実際に回転子中心孔を検
査するにあたっては、被検査体である回転子の磁化、湿
式磁粉の散布およびボアスコープによる磁粉模様の観察
という工程を必要とするため、多大な労力−二時間がか
かシ、さらに検査が終了した後には磁粉の除去等の清掃
作業も必要となる。またこの磁粉探傷法においては、回
転子中心孔内の表面検査に限らず、被検査体に磁粉を均
一に散布することが適正な検査結果を得る上で重要な要
素となるが、この磁粉の適正な散布およびその起果得ら
れた磁粉模様のボアスコープによる目視で被検査体の欠
陥の有無を判断するには、熟練者による作業実施が必要
となる０さらに近年の重電機器にあっては高信頼性の要
求として探傷結果の記録が重要となるが、前述した磁粉
探傷法では磁粉模様の写真記録ｖ外に良好な方法が見当
らない。

Ｌ　タカって、タービンおよびタービン発、電栖・等の
回転子に対する信頼性を向−ヒさせるためには操作性が
良好で、探傷効率の良いしかも探傷結果の判断が容易な
探傷装置の１１′Ｉ現が要求されている。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、タービンおよびタービン発電機等の回転
子の如く中心孔を有する被検体の中心孔内表面の欠陥の
有無を効率良く探傷することができるとともに欠陥検出
能力が高く、かつ探傷結果の記録性の良好な渦流探傷装
置を提供しようとするものである。

〔発明の概要〕

本発明による渦流探傷装置は、上記目的を達　３− 成するため、中心孔を有する被検査体の前記中心孔に近
い外径を有する円板状の探傷ヘッド本体内に複数個の渦
流探傷用検査コイルを外周面に沿って放射状に埋設し一
目つ前記円板状部の略中心部に前記各渦流探傷用ト（査
コイルの接続ケーブルを挿通させた駆叩ｒ　１１＋を取
付けた探傷ヘッドと、この探傷ヘッドの駆動軸を前記被
検査体の中心孔軸方向に移動せしめる駆動機構と、前記
各渦流探傷用検査コイルの中から隣接する２つのコイル
をペアーとして選択しなからＩｌｌ’ｉ次切換えるｒγ
電子切換器、この電子切換器により切換えられた隣接す
る２つのコイルの励磁時被検査体に生ずる渦電流により
それぞれ変化するそのコイルのインピーダンスを測定す
る２個のインピーダンス測定器と、これらインピーダン
ス測定器により測定された値を比較してそれらの差をめ
、その結果から前記被検査体の中心孔内表面の欠陥の有
無を判定する手段と、この手段によシ判定された結果を
前記中心孔内表面の位置　４　− に対応させて表示又は記録する装置とから構成すること
を特徴としている。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例全！７１面を参照して説明する。

第１図は本発明の渦流探傷装置において用いる探傷ヘッ
ドの構成例を示す斜視図である。

第１図において、１は円板状の探傷ヘッド本体で、この
探傷ヘッド本体１内に（ｄ：筒状に成形された複数個の
渦流探傷用の検査コイル２（Ｉ）〜２（ｎ）が外周面に
沿って放射状に密に埋設されている。これら各検査コイ
ル２（１）〜２（ｎ）は探傷ヘッド本体１の略中心部に
取付けられた探傷ヘッド駆動軸４内に挿通させた接続ケ
ーブル３（Ｊ（１）　ｅ　３（１）　ｖ　〜３（ｎ）＊
　３’（ｎ））のそねそれ対応する一端に接続されてい
る。これら探傷ヘッド本体ｌおよび探傷ヘッドｕ町ｈ　
ｌｌ＋　４け探傷ヘッドを構成している。第２図（ａ）
　＊　（ｂ）　！叶中心孔を有する被検査体、ここでは
回転子の中心孔内表面を検査する場合の渦流探傷装置全
体の構成例を示すものである。第２図（ａ）　？　（ｂ
）において、５は架台土に設置された駆動機構で、この
駆動機ｓ５は探傷ヘッド駆動軸４をその長手方向に進退
させて前記探傷ヘッド本体ｌを回転子６の中心孔内を軸
方向に移動させＺ）ものである。一方、７は探傷ヘッド
４内の接続ケーブル３の他端が接続されたコイル選択回
路で、このコイル選択回路７は後述する制御器１２がら
の指令にょ−り複数の検査コイル２（１）〜２（ｎ）の
うち、隣接する２つのコイルをペアーとして選択しなが
ら順次切換えるものである。８ａ、／ｉｂけコイル選択
回路７によ力選択された２つの検査コイル２　（１）。

２（１＋Ｊ）に対して通電および被検査体に生ずる渦流
による信号をそのコイルのインピーダンスに応じた信号
としてそれぞれ測定するインピーダンス測定回路、９は
これらインピーダンス測定回路８ａ、８ｂに対してコイ
ルを励磁するための電源として発振周波数が可変な出力
を供給する発振器である。捷た）０はインピーダンス測
定回路ａａ、８ｂによ、り測定された検査コイルのイン
ピーダンスに応じた電圧信号が入力される信号処理器、
１ノはこの信号処理器により画像表示に必要な信号処理
がなされたイぎ号が入力されるＣＲＴ表示器で、このＣ
Ｒ７表示器１１は、中心孔内表面の展開図上に欠陥付値
を表示する、即ちＣスコープ像として表示するものであ
る。さらにＪ２は、コイル銹択回路７に対してはコイル
選択指令、発振器９に対しては発振動作指令、信号処理
器ｌＯに対しては信号処理データ、そしてＣＲＴ表示器
１ノに対しては同期信号等をそれぞれ与える制御器で、
この制御器Ｊ２は信号処理器１０から出力される２つの
検査コイルのインピーダンスに応じた信号を比較してそ
の差をめ、その結果から回転子の中心孔内表面の欠陥の
有無を判実するものである０１３はこの制御器１２によ
り判定された探傷結果を保存するフロッピーデスク等の
記憶媒体である。

次に上記のように構成された渦流探傷装置の作用につい
て述べるに、＠２図（ａ）　ｔ　（ｂ）において、探傷
ヘッド本体１が回転子６の中心孔の入口部　７− にセットサれ、その位置から探傷ヘッド本体１の外周面
に対応する中心孔表面を探傷する毎に探傷ヘッド駆動＃
Ｉ４が駆動機構５によ、す１ステツプずつ中心孔内へ移
動するものとして説明する。今制御器１２からコイル選
択回路７に選択指令が、また発振器９に発振動作開始指
令が出されると、コイル選択回路７は予め定められた位
置の２つの検査コイルｚ　（ｆ）ｔ　２（ｉ＋１）を選
択し、ま之発振器９は予め設定された発振周波数で発振
動作を開始し、その一周期分の出力が前記選択された２
つの検査コイル２（１）ｔ　２　（１＋１＞にインピー
ダンス測定回路１１１ａ、８ｂｆ通して供給される。す
ると、これら２つの検査コイル２（ｉ）嘗２（１−Ｂ）
が励磁され、ｔ８３図に示すように検査コイ／ｌ／２（
１）によル磁’ｊＭＨｃ１＞が、検査コイル２（ｉ＋７
）によ）磁場Ｈ（１＋Ｊ）　がそれぞれ形成され、回転
子６の中心孔内表面に渦電流が流れる。したがって、検
査コイル２（１）ｓ　２　（ｉ＋７）はこの渦電流によ
シコイルインピーダンスが見用上変化する。この場合積
置コイルｊ？（ｉ）ｖ　２（ｉ＋７）　に及　８− ぼす影響は中心孔内表面近傍の材質の違いや欠陥の有無
等にて異なる。ここで、今検査コイル２（ｉ）に対応す
る中心孔Ｐ３表面近傍に欠陥Ｊ４が存在しているものと
すれば、検査コイル２（１）のインピーダンス変化は検
査コイル２（１＋ハのそれよシも小さくなる。

このような検査コイル２＜　ｉ）＊　２　（１＋７）の
インピーダンスの変化に応じた信号はコイル選択回路７
を通してインピーダンス測定回路８ａ、　８ｂに入力さ
れ、ここでそのインピーダンスがそれぞれ測定される。

そしてインピーダンス測定回路８ａ、８ｂで測定され六
インピーダンスは電圧信号として信号処理器１０に加え
られ、ここで信号処理がなされた後、制御器１２に加え
られる。制御器Ｊ２ではその２つのインピーダンスを比
較して差をめ、その結果を記憶媒体１３に記録するとと
もに信刊処理器１０で画像表示に必要な信号処理がなさ
れた稜、ＣＲＴ表示器１ノにＣスコープ像として表示す
る。

以上は隣接する２つのコイル２（１’）＊　２（ｉ＋Ｊ
）のインピーダンスを測定してこれらを比較し、その差
をめて欠陥の有無を判定する場合であるが、この判定が
終ると次に検査コイル２（１−Ｈ）ｅ　２　（１＋；？
）のインピルダンスを前述と全く同様に測定してこれら
を比較し、その差をめて欠陥の有無を判定するという具
合に２つの検査コイルをペアとして順次隣接する検査コ
イルへ１つずつ移行させながら繰返されて行く。この場
合、検査コイルの切換はコイル選択回路７により、また
そのコイルの励磁は発振器９の発振出力によシ同一タイ
ミングにて行なわれる。そして検査コイルの切換えが一
巡した時点で探傷ヘッド駆動軸４が駆動機構５によ、す
１ステツプずつ回転子６の中心孔内に進み、前述と全く
同様に探傷が行なわれる。

このように本実施例では円板状の探傷ヘッド本体１内に
その外周面に沿って放射状に埋設された複数個の渦流探
傷用検査コイル２（Ｉ）〜２（ｎ）をコイル選択回路７
によ漫順次切換えて隣接する２つの検査コイルｚ　（１
）　ｖ　２（１＋Ｊ）を選択し、そのコイルの励磁によ
って回転子の中心孔内表面に生ずる渦を流によるコイル
のインピーダンス変化をインピーダンス測定回路８ａ、
　８ｂで測定Ｌ２てこれらを比較し、その差から中心７
’Ｌ内表面の欠陥の有無を判定するようにしている。ｔ
７たがって、中心孔内表面近傍に例えば第３図に示すよ
うに欠陥１４が存在すると、この欠陥１４による検査コ
イル２（１）のインピーダンス変化はそのコイル個有の
インピーダンスの絶対値と比較して極く小さな値となり
、検出が困難であるが、２つのｒｓ接する検査コイル２
Ｎ）、！−２（ｌ＋Ｊ）のインピーダンスの差として検
ｆｆｌ　Ｉ、ているので、そのインピーダンス変化を確
更に検出することがで唇る。また探傷ヘッド本体１の外
径は回転子中心孔の内径よりも小さくなっているため、
この探傷ヘッド本体Ｊはその自重等によって中心孔の中
心位置から偏よる場合がある。

したがって、このような場合には、個々の検査コイルの
インピーダンスの絶対値は横４１コイルと被検査体との
間隔の変化によ、す、いｈゆるり１１− フートオフ効果として第４図において点線（ａ）で示す
ように円周方向位置に対し大牲な変化を示すが、前述し
たように２つの隣接する検査コイルにあってはそのリフ
トオフ効果の影響は少ない。

これによシ、２つの隣接する検査コイルのインピーダン
スの差は第４図において実線（ｂ）に示すように欠陥の
存在の有無によってのみ変化（ｃ）を示し、中心孔に対
する探傷ヘッド本体１の偏心の影響を除くことが可能と
なる。

一方、本実施例では２つの隣接する検査コイル２（ｉ）
ｓ　２（１”７）を励磁する電源として発振周波数可変
の発振器９を用いて渦流探傷を行なうようにしているの
で、次のような効果が得られる。

即ち、一般に物体に交流磁場を物体表面からかけた場合
、磁場の？１ｔｆＲさδと交流磁場の周波数との間に次
の（１）式が成立することは良く知られている。

但し、σは導電率である。

１２− 従って、検査コイルのインピーダンスを測定する際にそ
の励磁周波数を発振器９により変化させれば、２つの隣
接する検査コイル２（ｉ）＊２（ｉ＋１）のインピーダ
ンスの差は欠陥深さに対応した値を示し、欠陥の度合を
判断することができるＯ このように探傷ヘッド本体ｌの外周面と対応する回転子
中心孔内表面の欠陥に対してその存在の鳴無及びその縮
さについても短時間で探傷でき、月つ探傷ヘッド本体Ｉ
ｆｆ中心孔軸方向に移動することによシ、中心孔内表面
の全面を探傷することができる。

次に第５図を参照して本発明による他の実施例について
述べる。

一般に渦流探傷法における欠陥検出感度は被検査体が強
磁性体である場合には被検査体の磁気特性の影響により
、非磁性体の場合程高い欠陥検出感度が得られないのが
普辿であるが、第５図に示す実施例ではこの点を改善し
たものである。即ち、第５図に示すように円板状の探傷
ヘッドｌ内にその外周面に沿って放射状に埋設された渦
流探傷用の検査コイル２（＋）〜２（ｎ）を挾んで略Ｕ
字形の永久磁石１５（＋）〜ｌ　５（ｎ）をそれぞれ配
置して回転子中心孔内表面１に直流磁場をかけるように
したものである。

強磁性体における比透磁率μは第６図に示すように磁場
の強さＨと磁束密１に、　Ｉ）の関係において、その勾
配で表わされ、かつＪＩｎ　”Ｕ’、　Ｗｉ度Ｂが飽和
に近づくにつれて小さくなることは良く知られるところ
である。本実施例ではかかる原理を応用し、前述した如
く、探傷ヘット゛本体ノに検査コイル２（１）〜２（ｎ
）とともにこれらのコイルをそれぞれ挾むようにして配
置された永久磁石１５（＋）〜１５（ｎ）によ勺、強磁
性体である回転子の中心孔表面近傍を磁気飽和あるいは
飽和に近い状態として見掛上この部分の比透磁率を低下
させるものである。したがって、このような構成とすれ
ば、強磁性体の被検査体の磁束密度が小ざくなって比透
磁率を見掛上低下ざぜることかで診るので、磁気特性の
影響が少なくな一部、回転子中心孔内表面の欠陥に対す
る検出感度を向上させることがで診る。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明に↓わば、円板状の探傷ヘッド
本体内に複数個の渦流探傷用検査コイルを外周面に沿っ
て放射状に埋設し、これらの検査コイルを電子切換器に
よｈ　１１１ｒ１次切換えて２つの隣接すゐコイルをペ
アーとして選択して励磁するとともにそのコイルのイン
ピーダンスを測定してこれらを比較し、ぞの差から被検
査体の中心孔内表面の欠陥の有ｆｔ（全判定して中心孔
内表面を探傷する構成としたので、探傷ヘッド本体の外
周面に対応する中心孔内表面を短時間で探傷することが
でき、またこの探傷ヘッド本体を中心孔の軸方向へ移動
するのみで、リアルタイムの中心孔内表面全体の欠陥有
無の探傷が可能となる。また複数の検歪コイルのうち、
隣接する２つのコイルのインピーダンス？　’Ａ？に比
較しながら探傷する機能に加えて磁石によシ中心孔内表
面近傍に直流磁場を形成し７てこの部１５− 分の比透磁率を低下させる機能を持たせることによシ、
探傷ヘッド本体の中心孔に対する偏心の影響や被検査体
が強磁性体であることに起因する欠陥検出能力の低下を
防ぎ、探傷結果の信頼性を向上させることができる。さ
らに＃Ｓ傷結果については中心孔内表面の各位置に対応
させて表示し且つ記録で齢るようにしているので、探傷
結果の判断が容易でしかも記録性の良好な渦流探傷装置
が捷供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による渦流探傷装置の一実施例における
探傷ヘッドの構成を示す斜視図、第２図（ａ）　、　（
ｂ）は同実施例の全体を示す構成Ｈ（）、明図、第３図
および第４図は同実施例において回転子中心孔内表面の
欠陥検出時の作用を説明する念めの図、第５図は本発明
の他の実施例における探傷ヘッド本体の一部を示す斜視
図、第６図は第５図における作用を説明するためのヒス
テリシス特性図である。 １・・・探傷ヘッド本体、２（１）〜２（ｎ）・・・検
査コイ１６− ル、３・・・接続ケーブル、４・・・探傷ヘッド駆動！
１１＋、５・・・駆動機構、６・・・回転子、７・・・
コイル選択回路、８ａ、ｓｂ・・・インピーダンス測定
回路、９・・・発振器、１０・・・信号処理器、１ノ・
・・ＣＲＴ表示器、１２・・・制御器、１３・・・記憶
媒体、１５（１）〜１５（ｎ）・・・永久磁石。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦１８− 第３図 第４図 中心孔内面ｆＩＡ８陶独ゴ【 第５図 第６図 只

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　中心孔を有する被検査体の前記中心孔に近い外
   径を有する円板状の探傷ヘッド本体内外周面に沿って複
   数個の渦流探傷用の検査コイルを放射状に埋設し且つ前
   記探傷ヘッド本体の略中心部に前記検査コイルの接続ケ
   ーブルを挿通してなる探傷ヘッド駆動軸を取付けた探傷
   ヘッドと、この探傷ヘッドの駆動軸を前記被検査体の中
   心孔内の軸方向に移動せしめる駆動機構と、前記検査コ
   イルの中から隣接する２つのコイルをペアーとして選択
   しながら順次切換える電子切換器と、この電子切換器に
   よ）選択された隣接する２つのコイルの励磁時前記被検
   査体のコイル周辺部に生ずる渦電流によシそれぞれ変化
   するそのコイルのインピーダンスを測定する２個のイン
   ピーダンス測定器と、これらインピーダンス測定器によ
   り測定された値を比較して差をめ、その結果から前記被
   検査体の中心孔内表面の欠陥の有無を判定する手段と、
   この手段によシ判定された結果を前記中心孔内表面の位
   置に対応させて表示又は記録する装置とから成る渦流探
   傷装置。
2. （２）探傷ヘッドは探傷ヘッド本体内に埋設された各渦
   流探傷用の検簀コイルを中心孔軸方向の両側から挾むよ
   うにして中心孔内表面のコイル周辺を局部的に磁気飽和
   させる磁石を配置したものである特許請求の範囲第（１
   ）項記載の渦流探傷装置。