事例・お役立ち資料

可動式スライドプローブを使用したファスナー取り付け穴の割れ検出

概要

可動式スライドプローブのガイドラインは、固定式と類似し、記載情報の多くは同じシーケンスと詳細で、繰り返しているように見えます。どちらの技術告示も自己完結型となり、個別に読むことができるようにするためですが、まずは固定式のプローブをよく知ることが最善です。

スライドプローブは、プローブが検査領域内のファスナー上をスライド動作で移動することからこのような名前になりました。従来、プローブは環状プローブのように「スポットプローブ」で使用されたり、ファスナー周辺のスポットや表面を移動して使用されていました。

スライドプローブは、反射モード（送受信）で動作する渦流プローブです。渦流が駆動コイル（送信側）によって誘起され、別のピックアップコイル（受信側）で検出されることを意味します。可動式では、2つのコイルの間にスペーサーが挿入されます。

スライドプローブは、多数のファスナー取り付け穴に割れがあるかどうかを調べる最速の方法です。表面層とそれ以降の層の両方で小さな欠陥を検出できます。可動式スライドプローブは、主翼外板のように厚い複数層構造内の表面下の割れの検出にとても適しています。 90度スキャンと呼ばれ、亀裂方向に対して直角で移動する（ただしプローブは90度で曲がる）ことが多い固定式とは異なります（付録参照）。
感度の高い領域はコイル間のプローブの中央にあり、方向に対する感度が高いため、刻印された（通常は緑色）「検出」線は予想される割れの向きに維持する必要があります。スキャンは、ヘッド上でセンタリングされる1回のスキャンまたはファスナー片側で1回ずつの両側（接線）スキャンの2種類が可能です。

表面および表面化の割れ検出

可動式スライドプローブは、通常は表面下の割れの検出に使用され、表面割れの検出に使用されることはめったにありません。表面割れは、通常、固定式スライドプローブの方が有利です。それにも関わらず、大型ファスナーや磁気ファスナーや、割れ進行方向がファスナー列に対して90度である場合など、例外はあります。プローブのサイズが大きくなると浸透度も向上し、深度0.75インチ（20mm）が可能ですが、小さなサイズが最も一般的であり、100Hzまで使用できます。

リフトオフ調整

プローブがファスナーヘッド上を通過すると、図1に類似した信号が得られます。これは固定式に非常によく似ています。水平方向が従来の方向であるため、リフトオフは通常、水平となるように調整されます。信号は直線ではなく曲線であるため、必要なのは塗装やファスナーヘッドの不均一性によって生じる、予想されるリフトオフのバラツキに対する合理的な補正のみです。リフトオフの最初の0.01"（0.25mm）～0.02"（0.5mm）に対するドットの水平方向の動きは満足できるものです。図1のゼロ点「X」から点「Y」までの動きがそれに相当し、その距離に沿って表示を主に水平方向のみにシフトします。

図1

このわずかな距離が急なカーブとなることがあり、下方に移動させる前に少し上方に移動させなければならないこともあります（図2）。必要なリフトオフの垂直方向の移動量は、表示が水平よりもわずかに上方または下方にシフトするのみとなるように分配されます。

図2

プローブ調整

コイル間のスペーサーの厚さは、通常検出が最良となるように調整されます。校正に使用されるノッチが十分に長ければ（欠陥がわかる程度に）、ヘッド上の中央に置いて1回だけスキャンを実施する方が速くなります（1回のスキャン探傷の典型的なスペーサーの厚さはおよそファスナーの直径です）。プローブを180度回転させても、ノッチはその後も検出可能であることを確認します。この種のスキャンは、大型のヘッドや磁気ファスナーでは不可能であることもあります。

接線スキャンの場合は、スペーサーが薄い方が優れていますが、最終的な決定は標準試験片で取得した実験結果と検査対象となる構造に依存します。スペーサーの厚さ範囲は、表面近傍での探傷や小型ファスナーヘッドの場合の0（スペーサーなし）から大きなプローブタイプを使用した大型ヘッドでの深い浸透の場合の最大約0.3"（8mm）まで、異なる可能性があります。より幅広いスペーサーを使用すると、感度の高い領域が幅広くなるため、プローブの逸脱に対してより大きな許容範囲が与えられますが、装置にはより大きなゲインが必要となります。

信号の解釈

プローブが通常の90度スキャンで割れのないファスナー取り付け穴上を移動すると、欠陥信号は狭くなりますが、0度でスキャンすると信号はループとなります。図3および付録を参照してください（すべての割れを確実に評価するようにするスキャン方向）。ループは、ドライバーコイルとピックアップコイルがファスナー上を移動するときの連続的な位相変化によって生じ、固定式プローブよりも幅広くなります。ドットが点「a」にあるとき、プローブは完全に中央に来ています（両スキャン方向で共通）。

図3

割れ検出

プローブが割れのあるファスナー取り付け穴上を移動すると、信号に変化が見られ、通常はより大きなループと垂直方向の移動となります（図4参照）。

図4

割れ方向でのスキャンと割れに対して直角でのスキャンの主な違いは、表示される信号の形状です。点線は、プローブが割れの長さ方向に沿って移動したときに得られる信号を示し（0°スキャン）、実線は割れに対して直角に移動したときの信号を示します（通常の90°スキャン）。その理由は、割れが長さに沿って「ゆっくりと」スキャンされて位相が変化するとループが表示されますが、割れに対して直角に移動すると、プローブはこれを「急」と捉え、鋭い狭い信号を発するからです。この信号は、プローブのアライメントにより、移動中ある時点でループに到達します。どちらの信号も、同じファスナー取り付け穴を両方向にスキャンすると観察できます。付録（すべての割れを確実に評価するスキャン方向）を参照してください。

プローブがファスナー中央上で直角で移動する場合にファスナー取り付け穴の反対側に2つの割れがある場合は、信号は通常、加算されてより大きな信号となります。これは両方が同時に検出されるためです（固定式プローブでは通常0°スキャンで1つずつ検出されます）。

変数：プローブスキャンのずれ

プローブをファスナーヘッド中央に維持するように努力することが重要です。これがファスナー、および割れの最大信号に相当します。図5では、信号「a」はプローブが完全に中央にある状態に相当し、信号「b」および「c」は中央線からのずれが大きくなっている状態に相当します。点線は変化するずれの経路を示しています（付録参照）。

図5

プローブが中心線からずれると、図4で見られた割れを示す信号がループに沿って移動し、今度は図5で示すようなものになります。割れを示す信号は、プローブが中央にあると「a」にあり、それがある方向にずれると「b」の方へ移動し、反対側にずれると「c」の方へ移動します。点「b」は位相で増加したわずかな振幅を失うにもかかわらず、信号は改善するため、分離角度は優れたものが得られます（割れのある方向にずれたためです）。これが、小さな割れに対しては2回の接線スキャンの方が1回の中央スキャンよりも感度が高い理由です。プローブが反対側にずれると、割れからの信号は点「c」の方に移動し、位相と振幅が大幅に失われ、通常のファスナー欠陥信号に似たものになります（特に図5で示したような小さい欠陥）。これが反対側での2回目の接線スキャンが必要な理由です。

その他の変数：割れ角度のずれ

割れがプローブスキャン方向に対して直角の場合、割れからの信号が低下します。割れが通常のプローブスキャンに対して完全に90度ではない場合、または割れが進行するにつれ方向が変わる場合などに起こります。プローブが直角でない場合は効果も非常によく似ていますが、迎え角が小さくなっています。付録を参照してください（偏角でのスキャン）。

可動式スライドプローブは、最大30度までずれた割れを検出できます。また、ずれの量に比例して信号が低下します。図6を参照してください。効果は、固定式スライドプローブで取得したものに似ています。

図6

その他の変数：電気接点

取り付けたばかりのファスナーを検査する場合、またはアルミニウム外板と密接に接触する標準試験片を検査する場合、通常の信号よりも弱い信号が得られることは珍しいことではありません。極端な場合には、ファスナーの信号がほぼ完全に消滅することもあります。ファスナーと外板との間に渦流が境界を検出することなく循環できる、つまり障害物や障壁などがない優れた電気接点があるためです。図7は、密な接触によるファスナー信号の低下を示しています。

この問題は、リベットでより頻繁に観察され、その他のファスナー、特に、ナットやカラーを併用している場合などではめったに観察されません。それにもかかわらず、このような効果があることから、ファスナーを取り付ける前に標準試験片の穴を塗装することが推奨されます。このようにすることで、標準試験片は温度変化により、湿度や移動によってファスナーと外板の間には自然な酸化層が必ず生成されるという実際の構造がシミュレーションされます。

注：

割れは+/- 30度までは検出可能と考慮されますが、深度と割れの長さにも依存します。長い割れは、ずれていても検出される可能性が高くなります。
プローブがファスナーヘッドのエッジに当たらないようにすることが重要です。スペーサーではファスナーヘッド上に十分な隙間を作り出せない場合には、薄いテープ片（skis）を使用して隙間を作り出すようにすることが推奨されます。
通常、最良の信号を得るには、垂直方向ゲインを水平方向ゲインよりも数dB高く設定します。
非金属性の直線エッジをプローブをファスナー線上でガイドとして使用すると役に立ちます。特に、塗装が厚くてヘッドが見にくい場合には有用です。極端な場合には、スライドプローブを使用して列を見つけるにはファスナーを2つ見つける必要が生じることもあります。
ファスナーヘッドが正しく並んでいない場合には、まずファスナーヘッドに対して同じアライメントでプローブをガイドしながら手動でスキャンするとよいでしょう。
割れ方向をより正確に検出するには、信号が最大になるまでさまざまな角度からファスナーにアプローチします。
磁性鋼ファスナーを検査する場合には、ドライバーコイルの下に非常に薄い磁性鋼シムを置くと役に立つことがよくあります。プローブは常に鋼シムを検知するため、アルミニウムから磁気ファスナーヘッドに移動するときはドットの移動が少なくなり、信号が小さくなります。
ファスナーの間隔がヘッドが各コイルの下に入るほど十分に近い場合には、下向きの信号が取得されますが、通常これは割れとは簡単に識別できます。