CN102027364A - 磁探伤方法以及磁探伤装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种磁探伤方法以及磁探伤装置，磁探伤装置(100)具备：磁化单元(1)，其使旋转磁场作用于被检查构件；检测单元(2)，其检测探伤信号；以及信号处理单元(3)，其对探伤信号实施信号处理。磁化单元流通交流电流作为励磁电流，该交流电流是将第一电流与频率低于第一电流的第二电流进行重叠而得到的。信号处理单元具备：第一同步检波单元(31)，其以第一电流为参照信号对探伤信号进行同步检波；第二同步检波单元(32)，其以第二电流为参照信号对第一同步检波单元的输出信号进行同步检波并提取缺陷候选信号；以及探伤图像显示单元(34)，其显示探伤图像，该探伤图像的各像素具有与被检查构件的各部位的缺陷候选信号的强度相应的浓度，使得能够识别该各部位的缺陷候选信号的相位。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用能够旋转磁场对存在于被检查构件中的在各个方向上延伸的缺陷高精确度地进行探伤的磁探伤方法以及磁探伤装置。
背景技术
以往，作为对存在于钢板、钢管等被检查构件中的缺陷进行非破坏性检测的方法，已知涡流探伤法、漏磁探伤法等磁探伤方法。涡流探伤法是利用以下情况的探伤方法：使交流磁场作用于被检查构件而感应出的涡电流由于被检查构件的缺陷而不稳定。另外，漏磁探伤法是利用以下情况的探伤方法：在使磁场作用于包括磁性体的被检查构件来进行磁化的情况下，当存在屏蔽由被检查构件产生的磁通的缺陷时，在该缺陷所存在的部位上磁通泄漏到表面空间。
在上述磁探伤方法中，一般来说，在发挥作用的磁场的方向与缺陷的延伸方向形成特定的角度的情况下，检测出的缺陷信号(利用规定的检测传感器检测出的探伤信号中的、从缺陷所存在的部位得到的信号)的振幅最大。例如，漏磁探伤法中的缺陷信号的振幅在发挥作用的磁场的方向(被检查构件中的磁通的方向)与缺陷的延伸方向正交的情况下最大，随着磁场的方向偏离与缺陷的延伸方向正交的方向而降低。
因此，提出了以下磁探伤方法：使磁场的方向时刻变化的旋转磁场作用于被检查构件，根据由该旋转磁场产生的探伤信号，检测在各个方向上延伸的缺陷(例如参照日本特开2002-131285号公报)，以使缺陷的延伸方向为哪个方向都能够进行检测(得到可检测的振幅的缺陷信号)。
例如使用图1示出的励磁线圈来生成上述旋转磁场。即，图1示出的励磁线圈10具备两个励磁线圈(X方向励磁线圈1和Y方向励磁线圈2)，这两个励磁线圈被配置成导线的卷绕方向相互正交(因而，所生成的磁场相互正交)并且中心位置相互一致。然后，将向各励磁线圈1、2通的交流的励磁电流的相位移相90°(例如，向X方向励磁线圈1通余弦波的励磁电流，向Y方向励磁线圈2通正弦波的励磁电流)，由此由各励磁线圈1、2生成的磁场的合成磁场以各励磁线圈1、2的中心位置为中心而进行360°旋转(图1示出的角度
在0～360°之间进行变化)。由此，能够检测在各个方向(图1示出的角度θ为0～360°)上延伸的缺陷。
另外，一般来说，在要检测的信号(在磁探伤方法的情况下为缺陷信号)相对于由包括噪声在内的各种频率成分构成的信号具有特定频率成分的情况下，大多使用同步检波以提取具有该频率成分的信号。
在不利用旋转磁场的以往的磁探伤方法中，缺陷信号与交流的励磁电流同步。因此，将励磁电流作为参照信号来对探伤信号进行同步检波，提取与励磁电流同步的信号，由此能够以较高的S/N比从探伤信号中提取缺陷信号。并且，由于提高了缺陷信号与不与励磁电流同步而随机产生的噪声之间的比率(S/N比)，因此通常利用低通滤波器来对通过同步检波提取出的交流信号进行平滑化处理。优选通过调整低通滤波器的时间常数，以相当于参照信号(励磁电流)的2～3个周期的区域为单位区域而在每个单位区域内对通过同步检波提取出的交流信号进行平滑化处理。
另外，在涡流探伤法中，通常使用相位分析法来作为使用对探伤信号进行同步检波而得到的信号来提高缺陷检测能力的方法。该相位分析法是以下方法：将利用参照信号对探伤信号进行同步检波而得到的信号设定为X信号，将使参照信号的相位延迟90°来对探伤信号进行同步检波而得到的信号设定为Y信号。然后，以X信号为X轴成分，以Y信号为Y轴成分，在XY坐标系的二维平面上对信号进行矢量显示(将矢量前端的轨迹称为利萨如波形)，由此测量探伤信号相对于参照信号存在多大的相位延迟。例如，在将参照信号和相同相位的探伤信号进行同步检波的情况下，不存在相位延迟，因此得到图2的(a)示出的沿着X轴的利萨如波形。更具体地说，在缺陷信号的情况下，检测传感器经过缺陷的正上面时相位反转180°，因此得到沿着0°方向(X轴的正方向)和180°方向(X轴的负方向)的利萨如波形。同样地，对于相位相对于参照信号延迟45°的探伤信号，得到图2的(b)示出的沿着45°方向和225°方向的利萨如波形，对于相位相对于参照信号延迟90°的探伤信号，得到图2的(c)示出的沿着90°方向和270°方向的利萨如波形。
在此，通过磁探伤方法而检测出的缺陷信号(即，源于缺陷所引起的涡电流不稳定的信号、对应于缺陷所引起的漏磁的信号)的相位与作为探伤时的主要噪声的一种的提离变动噪声(在使检测传感器与被检查构件的分离距离变动的情况下产生的探伤信号的变动)的相位完全相同的情况非常少见，通常具有相位差。图3是表示缺陷信号与提离变动噪声具有相位差的情况的利萨如波形的示意图。如图3的(a)所示，缺陷信号的相位
与提离变动噪声的相位
不同是较为普遍的。并且，如图3的(a)所示，当将缺陷信号的振幅设定为Ad、将提离变动噪声的振幅设定为Al时，在本例中S/N比(＝Ad/Al)大约为1.5。然而，如图3的(b)所示，通过以提离变动噪声沿着X轴的方式旋转XY坐标系，将旋转后的X’Y’坐标系中的Y’轴方向的信号成分设定为探伤信号，在本例中S/N比(＝Sd/Sl)变得大于10，因此S/N比与通过振幅评价S/N比的情况(图3的(a))相比大幅上升。这样，如果应用相位分析法，则可以期望能够抑制提离变动噪声对缺陷检测能力的影响。
另外，在相位分析法中不仅包括如上所述那样旋转利萨如波形的XY坐标系的方法，还包括仅评价利萨如波形中的具有特定相位的信号成分的振幅并将具有其它相位的信号成分的振幅从评价对象中去除的方法。
然而，在以往的利用了旋转磁场的磁探伤方法中，由于使用单一频率的励磁电流而产生以下问题。
(1)无法充分得到同步检波的效果，因此缺陷检测能力(S/N比)有可能降低。
(2)无法估计缺陷的角度信息(在哪个方向上延伸)。
(3)无法使用通常的相位分析法作为提高涡流探伤法中的缺陷检测能力(S/N比)的方法。
(4)无法正确地评价缺陷的连续性。
因而，根据以往的利用了旋转磁场的磁探伤方法，理论上能够检测在各个方向上延伸的缺陷，但是实际上缺陷检测能力不足。另外，无法估计缺陷的角度信息，因此也难以判断缺陷的产生原因等。下面，具体地说明上述(1)～(4)的问题点。
如上所述，在磁探伤方法中，一般来说，在发挥作用的磁场的方向与缺陷的延伸方向形成特定的角度的情况下，检测出的缺陷信号的振幅最大。在此，假设当来自缺陷信号的振幅变得最大的方向的磁场的方向的偏移角度超过±α°时缺陷信号的振幅变为0。在利用了旋转磁场的磁探伤方法中，磁场的方向在励磁电流的一个周期期间旋转360°，因此，在上述假设的条件下，出现缺陷信号(缺陷信号的振幅变得大于0)的情况被限定于励磁电流的一个周期内的特定的范围(以缺陷信号的振幅最大的方向为基准得到-α°～+α°的磁场的方向的范围)内，其中，上述旋转磁场是使用了图1示出的励磁线圈10的以往的单一频率的励磁电流所产生的。
在此，假设在被检查构件中存在延伸方向不同的两种缺陷A、B(缺陷A的角度θ(参照图1)＝20°、缺陷B的角度θ＝70°)，α＝20°。如上所述，漏磁探伤法中的缺陷信号的振幅在发挥作用的磁场的方向与缺陷的延伸方向正交的情况下最大，因此在漏磁探伤法的情况下，在上述假设的条件下，缺陷A的缺陷信号在磁场方向
(参照图1)为(n为整数)时最大，当超过
的范围时振幅为0。同样地，缺陷B的缺陷信号在磁场方向
为
(n为整数)时最大，当超过
的范围时振幅为0。
图4是表示上述假设的条件下的励磁电流波形与缺陷信号波形在时间序列上的关系的图表。另外，图5是表示将励磁电流作为参照信号来对包含缺陷信号的探伤信号进行同步检波并且在每个相当于参照信号的两个周期的单位区域内对通过同步检波提取出的缺陷信号进行平滑化处理之后的缺陷信号波形的图表，图5的(a)表示缺陷A的缺陷信号波形，图5的(b)表示缺陷B的缺陷信号波形。此外，在图4以及图5中，省略探伤信号所包含的噪声的波形的图示。
在对探伤信号进行同步检波的情况下，将向图1示出的X方向励磁线圈1通的励磁电流或者向Y方向励磁线圈2通的励磁电流作为参照信号而使用，但是根据图4可知，从缺陷A、B得到的缺陷信号的周期比任一励磁电流都短。即，缺陷信号的周期与参照信号的周期不一致，因此无法充分得到同步检波的效果(以较高S/N比从探伤信号提取缺陷信号)，由此缺陷检测能力有可能降低(上述(1)的问题点)。
另外，在每个相当于参照信号的两个周期的单位区域内对通过同步检波提取出的缺陷信号进行平滑化处理的情况下，如图5所示，平滑化处理之后的缺陷信号的相位信息(缺陷的角度信息)丢失，缺陷A和缺陷B这两者的平滑化处理之后的缺陷信号形成相同的直流信号波形。也就是说，无法估计缺陷的角度信息(上述(2)的问题点)。
另外，如上所述，平滑化处理之后的缺陷信号的相位信息丢失，而无法确定在励磁电流的一个周期内缺陷信号存在于哪一个位置，因此在评价缺陷检测能力(S/N比)时，如上所述，参照图3的(a)，需要始终以缺陷信号的振幅与噪声的振幅的比来进行评价。也就是说，无法使用通常的相位分析法作为提高缺陷检测能力的方法(上述(3)的问题点)。
并且，以往提出了以下方法：以正确地评价缺陷的连续性来提高探伤精确度为目的，根据探伤图像来掌握缺陷的二维分布状态，由此评价缺陷的连续性。具体地说，在该方法中，形成对包含缺陷信号的探伤信号进行图像化处理或者对利用规定的阈值将该探伤信号二值化而得到的信号进行图像化处理而得到的探伤图像(浓淡图像、彩色图像)，视觉观察该探伤图像，或者使用适当的图像处理滤波器等对探伤图像实施图像处理，由此掌握缺陷的二维分布状态，评价缺陷的连续性。这是由于，在评价缺陷的有害度时，除了评价分断检测出的每个缺陷的深度、长度以外，有时还将在相同方向上延伸的多个缺陷(群集缺陷)设定为一个缺陷，以该群集缺陷整体的长度为有害度的评价指标。即使原本是分断为多个而检测出的缺陷，与实际为分断的缺陷相比，也在实际为连续的一个缺陷的情况下评价为有害度较高，因此设置该指标。因而，正确地评价群集缺陷整体的长度、即缺陷的连续性是较为重要的。
然而，在以往的利用旋转磁场的磁探伤方法中，如上所述，无法估计缺陷的角度信息，因此只能仅根据探伤信号的振幅信息来形成探伤图像。因此，即使实际上是连续的单一缺陷，例如也由于缺陷局部深度较浅而被分断检测，而在探伤图像中，对于进行分断显示的缺陷，是难以正确地评价其缺陷的连续性的(上述(4)的问题点)。特别是，无法设定与缺陷的大小相比足够小的检测传感器的扫描间隔，因此在不得不降低探伤图像的位置分辨率的情况下(在高速输送被检查构件的线中由于检查效率的限制而经常发生的情况)，根据探伤图像本身无法得到缺陷在哪个方向上延伸这种正确的信息，因此难以正确地评价缺陷的连续性。下面，参照图6～图8来更具体地进行说明。
如图6所示，假设在被检查构件S中存在两个缺陷A、B以及噪声源N的情况。并且，如图7所示，假设在利用检测传感器在该被检查构件S上进行扫描而得到的探伤图像(对利用规定阈值将探伤信号二值化而得到的信号进行图像化处理而得到的探伤图像)内存在根据检测传感器的A/D变换速度、扫描速度等进行离散化的、与被检查构件S中的缺陷候选部位对应的像素群、即与缺陷A对应的四个像素群a1～a4、与缺陷B对应的两个像素群b1、b2以及与噪声源N对应的像素n。
在评价图7示出的探伤图像的缺陷的连续性的情况下，仅根据探伤信号的振幅信息来形成探伤图像，因此不得不仅根据与缺陷候选部位对应的像素群的分布状态来评价连续性。因而，根据用于评价缺陷的连续性的图像处理滤波器等的结构，如图8所示，有可能会错误地评价为像素群a1～a4、b1为一个缺陷A、像素群b2、n为一个缺陷B。换言之，将缺陷A的长度评价成与实际的长度相比过大，另一方面，将缺陷B的长度评价成与实际的长度相比过小，并且有可能将与噪声源N对应的像素n也误识别为缺陷。因此，有可能无法正确地评价缺陷的有害度。
发明内容
本发明是为了解决上述以往技术的问题点而完成的，其课题在于提供一种能够使用旋转磁场来对存在于被检查构件中的在各个方向上延伸的缺陷高精确度地进行探伤的磁探伤方法以及磁探伤装置。
为了解决上述问题，本发明提供一种磁探伤方法，使旋转磁场作用于被检查构件，根据由该旋转磁场产生的探伤信号来检测缺陷，该磁探伤方法的特征在于，包括以下步骤：使用将第一电流与频率低于该第一电流的第二电流进行重叠而得到的交流电流作为用于激励上述旋转磁场的励磁电流，在以上述第一电流为参照信号对上述探伤信号进行同步检波之后，以上述第二电流为参照信号来进行同步检波，由此提取缺陷候选信号；显示探伤图像，该探伤图像包括与被检查构件的各部位对应的多个像素，各像素具有与上述各部位的缺陷候选信号的强度相应的浓度，使得能够识别该各部位的缺陷候选信号的相位；以及根据所显示的上述探伤图像来检测缺陷。
根据上述发明，使用将第一电流与频率低于该第一电流的第二电流进行重叠而得到的交流电流作为用于激励旋转磁场的励磁电流，因此由频率较高的第一电流生成的磁场(以及由该磁场感应出的涡电流)支配地作用于被检查构件，另一方面，频率较低的第二电流主要为了使所生成的上述磁场(以及涡电流)的方向在被检查构件中旋转而发挥功能。这是由于，由被检查构件产生的感应电动势与励磁电流的频率成正比。
并且，根据本发明，在以第一电流为参照信号对探伤信号进行同步检波之后，以第二电流为参照信号来进行同步检波，由此提取缺陷候选信号。即，首先，将频率高于磁场的旋转频率(相当于第二电流的频率)的第一电流作为参照信号对探伤信号进行同步检波，因此与以往的根据与磁场的旋转频率相同的频率的参照信号来进行同步检波的情况相比，容易使从实际存在缺陷的部位得到的缺陷信号所具有的周期成分与参照信号的周期一致，能够期望可充分得到同步检波的效果(以较高S/N比从探伤信号提取缺陷信号)。另外，即使在每个相当于该参照信号的2～3个周期的单位区域内对通过将上述第一电流作为参照信号而进行同步检波来提取出的探伤信号进行平滑化处理，也容易保持平滑化处理之后的探伤信号所包含的缺陷信号的相位信息，因此能够估计缺陷的角度信息(在哪个方向上延伸)。并且，即使如上所述那样进行平滑化处理，也容易保持缺陷信号的相位信息，因此接着将第二电流作为参照信号来进行同步检波时能够应用相位分析法，由此能够抑制提离变动噪声对缺陷检测能力的影响等。
并且，根据本发明，显示探伤图像，该探伤图像包括与被检查构件的各部位对应的多个像素，各像素具有与上述各部位的缺陷候选信号(将第二电流作为参照信号来进行同步检波之后的探伤信号)的强度相应的浓度(包括利用规定阈值将缺陷候选信号的强度二值化的情况)，使得能够识别该各部位的缺陷候选信号的相位。具体地说，例如显示根据应用相位分析法而得到的缺陷候选信号的相位而各像素被着色成不同颜色(各像素的浓度根据缺陷候选信号的强度不同而不同)的一张彩色图像作为探伤图像。或者，显示各图像中所包含的缺陷候选信号的相位(相位的范围)不同的多张浓淡图像(各像素的浓度根据缺陷候选信号的强度不同而不同)作为探伤图像。因此，不仅能够视觉观察探伤图像中的缺陷候选信号的强度还能够视觉观察相位(角度信息)，因此能够正确地评价缺陷的连续性。
另外，为了解决上述问题，本发明还提供一种磁探伤方法，使旋转磁场作用于被检查构件，根据由该旋转磁场产生的探伤信号来检测缺陷，该磁探伤方法的特征在于，包括以下步骤：使用将第一电流与频率低于该第一电流的第二电流进行重叠而得到的交流电流作为用于激励上述旋转磁场的励磁电流，在以上述第一电流为参照信号对上述探伤信号进行同步检波之后，以上述第二电流为参照信号来进行同步检波，由此提取缺陷候选信号；利用规定的阈值将上述缺陷候选信号二值化，由此检测被检查构件中的缺陷候选部位；根据上述缺陷候选部位上的缺陷候选信号的相位来形成多张探伤图像，该多张探伤图像分别包括与被检查构件的各部位对应的多个像素，与检测出的上述缺陷候选部位对应的像素具有能够与其它像素进行识别的浓度；独立地对上述多张探伤图像的每张探伤图像实施图像处理，由此评价存在于各探伤图像中的缺陷候选部位在与该缺陷候选部位上的缺陷候选信号的相位相应的方向上的连续性；以及根据上述缺陷候选部位的连续性来检测缺陷。。
根据该发明，与上述发明同样地，能够期望可充分得到同步检波的效果，能够估计缺陷的角度信息，能够抑制提离变动噪声对缺陷检测能力的影响等。并且，通过图像处理能够自动且正确地评价缺陷的连续性。
此外，只要根据以多少分辨率估计缺陷的角度信息等来适当地决定第一电流的频率与第二电流的频率之比即可(两者的比越大分辨率越大)。例如，为了以至少45°间距的分辨率来进行估计，需要将两者的比设定为8(360°/45°＝8)以上。
因而，在上述磁探伤方法中，优选使上述第一电流和上述第二电流的频率满足以下式(1)。
第一电流的频率/第二电流的频率≥8…(1)
另外，为了解决上述问题，本发明还提供一种磁探伤装置，具备：磁化单元，其使旋转磁场作用于被检查构件；检测单元，其对由上述旋转磁场产生的探伤信号进行检测；以及信号处理单元，其对上述探伤信号实施信号处理，该磁探伤装置的特征在于，上述磁化单元具备励磁线圈，该励磁线圈流通交流电流作为励磁电流，上述交流电流是将第一电流与频率低于该第一电流的第二电流进行重叠而得到的，上述信号处理单元具备：第一同步检波单元，其以上述第一电流为参照信号对由上述检测单元检测出的探伤信号进行同步检波；第二同步检波单元，其以上述第二电流为参照信号对该第一同步检波单元的输出信号进行同步检波并提取缺陷候选信号；以及探伤图像显示单元，其显示探伤图像，该探伤图像包括与被检查构件的各部位对应的多个像素，各像素具有与上述各部位的缺陷候选信号的强度相应的浓度，使得能够识别该各部位的缺陷候选信号的相位。
并且，为了解决上述问题，本发明还提供一种磁探伤装置，具备：磁化单元，其使旋转磁场作用于被检查构件；检测单元，其对由上述旋转磁场产生的探伤信号进行检测；以及信号处理单元，其对上述探伤信号实施信号处理，该磁探伤装置的特征在于，上述磁化单元具备励磁线圈，该励磁线圈流通交流电流作为励磁电流，上述交流电流是将第一电流与频率低于该第一电流的第二电流进行重叠而得到的，上述信号处理单元具备：第一同步检波单元，其以上述第一电流为参照信号对由上述检测单元检测出的探伤信号进行同步检波；第二同步检波单元，其以上述第二电流为参照信号对该第一同步检波单元的输出信号进行同步检波并提取缺陷候选信号；缺陷候选部位检测单元，其利用规定的阈值将上述缺陷候选信号二值化，由此检测被检查构件中的缺陷候选部位；探伤图像形成单元，其根据上述缺陷候选部位上的缺陷候选信号的相位来形成多张探伤图像，该多张探伤图像分别包括与被检查构件的各部位对应的多个像素，与检测出的上述缺陷候选部位对应的像素具有能够与其它像素进行识别的浓度；连续性评价单元，其独立地对上述多张探伤图像的每张探伤图像实施图像处理，由此评价存在于各探伤图像中的缺陷候选部位在与该缺陷候选部位上的缺陷候选信号的相位相应的方向上的连续性；以及缺陷检测单元，其根据上述缺陷候选部位的连续性来检测缺陷。
在上述磁探伤装置中，优选使上述第一电流和上述第二电流的频率满足以下式(1)。
第一电流的频率/第二电流的频率≥8…(1)
根据本发明，能够解决上述(1)～(4)的问题点，从而能够使用旋转磁场对存在于被检查构件中的在各个方向上延伸的缺陷高精确度地进行探伤。
附图说明
图1是表示用于生成旋转磁场的励磁线圈的一例的俯视观察截面图。
图2是表示利萨如波形的例子的示意图。
图3是表示缺陷信号与提离变动噪声具有相位差的情况的利萨如波形的示意图。
图4是表示以往的利用了旋转磁场的磁探伤方法中的励磁电流波形与缺陷信号波形在时间序列上的关系的图表。
图5是表示将图4示出的激励电流作为参照信号来对包含缺陷信号的探伤信号进行同步检波并且在每个相当于参照信号的两个周期的单位区域内对通过同步检波提取出的缺陷信号进行平滑化处理之后的缺陷信号波形的图表。
图6是示意性地表示存在于被检查构件中的缺陷以及噪声源的图。
图7是示意性地表示图6示出的被检查构件中得到的以往的探伤图像的一例的图。
图8是表示评价图7示出的探伤图像的缺陷的连续性的结果的图。
图9是表示本发明的一个实施方式所涉及的磁探伤装置的概要结构的框线图。
图10示出图9示出的探伤探针的示意性外观图。
图11是表示由图9示出的磁化单元生成的信号波形的图表。
图12是示意性地表示由图9示出的检测单元检测出的缺陷信号波形的一例的图表。
图13是示意性地表示缺陷信号波形的一例的曲线图，该缺陷信号是在图9示出的第一同步检波单元中将第一电流作为参照信号来对包含缺陷信号的探伤信号进行同步检波并且在每个相当于参照信号的两个周期的单位区域内对通过同步检波提取出的缺陷信号进行平滑化处理之后而得到的。
图14是示意性地表示通过图9示出的探伤图像形成单元对图6示出的被检查构件形成的探伤图像的一例的图。
图15是说明由图9示出的连续性评价单元对图14示出的探伤图像进行评价的评价方法的图。
图16是说明本发明的实施例所涉及的探伤试验的概要的说明图，图16的(a)示出纵截面图，图16的(b)示出俯视图。
图17示出通过图16示出的探伤试验得到的缺陷信号的利萨如波形。
具体实施方式
下面，适当地参照附图来说明本发明的一个实施方式。
图9是表示本发明的一个实施方式所涉及的磁探伤装置的概要结构的框线图。图10示出图9示出的探伤探针的示意性外观图。如图9所示，本实施方式所涉及的磁探伤装置100具备：磁化单元1，其使旋转磁场作用于被检查构件；检测单元2，其检测由上述旋转磁场产生的探伤信号；以及信号处理单元3，其对上述探伤信号实施信号处理。
磁化单元1具备励磁线圈11，该励磁线圈11流通用于产生旋转磁场的励磁电流。如图10所示，励磁线圈11具备X方向励磁线圈111和Y方向励磁线圈112，该X方向励磁线圈111和Y方向励磁线圈112被配置成导线的卷绕方向相互正交并且中心位置相互一致。向X方向励磁线圈111通励磁电流(X方向励磁电流)，由此在图10示出的X方向上产生磁场。另一方面，向Y方向励磁线圈112通励磁电流(Y方向励磁电流)，由此在图10示出的Y方向上产生磁场。并且，将向各励磁线圈111、112通的交流的励磁电流的相位移相90°，由此由各励磁线圈111、112生成的磁场的合成磁场以各励磁线圈111、112的中心位置为中心进行360°旋转。
本实施方式所涉及的励磁线圈11的特征在于流通交流电流作为励磁电流这一点，其中，上述交流电流是将第一电流与频率低于该第一电流的第二电流进行重叠而得到的。具体地说，向X方向励磁线圈111通将第一电流与第二电流进行重叠而得到的X方向励磁电流，另一方面，向Y方向励磁线圈112通第一电流与第二电流进行重叠并且相位相对于X方向励磁电流移相90°的Y方向励磁电流。下面，也适当地参照图11来更具体地说明上述特征部分。
本实施方式所涉及的磁化单元1具备第一发送器12和第二发送器13，该第一发送器12生成第一电流的电压波形，该第二发送器13生成第二电流的电压波形。即，如图11的(a)所示，从第一发送器12输出频率与预先决定的第一电流的频率相同的电压波形(下面称为第一电压波形)，从第二发送器13输出频率与预先决定的第二电流的频率相同的电压波形(下面称为第二电压波形)。第二电压波形的频率低于第一电压波形的频率。此外，只要根据以多少分辨率估计缺陷的角度信息等来适当地决定预先决定的第一电流的频率与第二电流的频率之比即可，但是优选决定为满足第一电流的频率/第二电流的频率≥8。
另外，磁化单元1具备乘法器14和功率放大器15。由乘法器14对从第一发送器12输出的第一电压波形与从第二发送器13输出的第二电压波形进行乘法运算(重叠)，由功率放大器15变换为电流。如图11的(b)所示，将从功率放大器15输出的电流用作向X方向励磁线圈111通的X方向励磁电流。
另一方面，磁化单元1具备90°移相器16、乘法器17以及功率放大器18。从第二发送器13输出的第二电压波形的相位被90°移相器16移相90°。例如如图11的(a)所示，在从第二发送器13输出的第二电压波形为余弦波的情况下，从90°移相器16输出的电压波为频率与第二电压波形相同的正弦波。并且，由乘法器17对从第一发送器12输出的第一电压波形与从90°移相器16输出的电压波形进行乘法运算(重叠)，由功率放大器18变换为电流。如图11的(b)所示，将从功率放大器18输出的电流用作向Y方向励磁线圈112通的Y方向励磁电流。
通过上述结构，如图11的(b)所示，向X方向励磁线圈111通将第一电流与第二电流进行重叠的X方向励磁电流，另一方面，向Y方向励磁线圈112通第一电流与第二电流进行重叠且相位相对于X方向励磁电流移相90°的Y方向励磁电流。
这样，本实施方式所涉及的磁化单元1使用将第一电流与频率低于该第一电流的第二电流进行重叠而得到的交流电流作为用于励磁旋转磁场的励磁电流(X方向励磁电流和Y方向励磁电流)，因此由频率较高的第一电流生成的磁场(以及由该磁场感应出的涡电流)支配地作用于被检查构件，另一方面，频率较低的第二电流主要为了使所生成的上述磁场(以及涡电流)在被检查构件中的方向旋转而发挥功能。
本实施方式所涉及的检测单元2是经过励磁线圈11的中心而用于对与X方向和Y方向正交的Z方向(参照图10)的磁通的变化进行检测的检测线圈。检测线圈2检测Z方向的磁通的变化，作为探伤信号而输出到信号处理单元3。此外，检测线圈2与上述X方向励磁线圈111和Y方向励磁线圈112一体化来形成探伤探针4。
信号处理单元3具备第一同步检波单元31，该第一同步检波单元31将上述第一电流作为参照信号来对由检测单元2检测出的探伤信号进行同步检波。具体地说，第一同步检波单元31将从第一发送器12输出的第一电压波形(第一电流的电压波形)作为参照信号对从检测单元2输出的探伤信号进行同步检波。并且，第一同步检波单元31在每个相当于参照信号(第一电流的电压波形)的2～3个周期的单位区域内对通过同步检波提取出的交流信号进行平滑化处理并输出。
在此，与以往技术所叙述的同样地，假设在被检查构件中存在延伸方向不同的两种缺陷A、B(缺陷A的角度θ(参照图1)＝20°、缺陷B的角度θ＝70°)，α＝20°。在本发明中，在漏磁探伤法的情况下，在上述假设的条件下，缺陷A的缺陷信号也在磁场方向
(参照图1)为
(n为整数)时最大，当超过
的范围时振幅为0。同样地，缺陷B的缺陷信号在磁场方向
为
(n为整数)时最大，当超过
的范围时振幅为0。
图12是示意性地表示上述假设的条件下的缺陷A、B的缺陷信号波形的图表。另外，图13是表示在第一同步检波单元中将第一电流作为参照信号来对包含缺陷信号的探伤信号进行同步检波并且在每个相当于参照信号的两个周期的单位区域内对通过同步检波提取出的缺陷信号进行平滑化处理之后的缺陷信号波形的图表。此外，在图12以及图13中，省略探伤信号所包含的噪声的波形的图示。
参照图12以及上述图11可知，从缺陷A、B得到的缺陷信号包含与第一电流的周期一致的周期成分，因此如果将第一电流作为参照信号来进行同步检波，则与以往的根据频率与磁场的旋转频率数相同的参照信号(相当于本发明的第二电流)进行同步检波的情况相比，能够以较高S/N比从探伤信号提取缺陷信号。
另外，如图13所示，即使在每个相当于该参照信号的两个周期的单位区域内对通过将第一电流作为参照信号而进行同步检波来提取出的缺陷信号进行平滑化处理，也保持了平滑化处理之后的缺陷信号的相位信息，因此能够估计缺陷A、B的角度信息(在哪个方向上延伸)。
信号处理单元3具备第二同步检波单元32，该第二同步检波单元32将上述第二电流作为参照信号对第一同步检波单元31的输出信号进行同步检波并且提取缺陷候选信号。另外，信号处理单元3具备利萨如波形显示单元33，该利萨如波形显示单元33根据第二同步检波单元32的输出信号来显示利萨如波形。
具体地说，第二同步检波单元32将第一同步检波单元31的输出信号分离为彼此相同的两个信号。并且，第二同步检波单元32将从第二发送器13输出的第二电压波形(第二电流的电压波形)作为参照信号对所分离出的上述一个信号进行同步检波。同步检波后的该信号(X信号)被输出到利萨如波形显示单元33。另外，第二同步检波单元32将从90°移相器16输出的电压波形(相位与第二电流的电压波形差异90°的电压波形)作为参照信号对所分离出的上述另一个信号进行同步检波。同步检波后的该信号(Y信号)被输出到利萨如波形显示单元33。
利萨如波形显示单元33对以从第二同步检波单元32输出的X信号为X轴成分、以Y信号为Y轴成分的利萨如波形进行显示。此时，根据需要，如果以检测线圈2的提离变动噪声沿着X轴的方式旋转XY坐标系，则能够提高S/N比。如上所述，保持了在第一同步检波单元31中进行平滑化处理之后的缺陷信号的相位信息，因此能够通过第二同步检波单元32和利萨如波形显示单元33来应用上述相位分析法，能够抑制提离变动噪声对缺陷检测能力的影响等。
另外，信号处理单元3具备探伤图像显示单元34，该探伤图像显示单元34显示探伤图像，该探伤图像包括与被检查构件的各部位对应的多个像素，各像素具有与上述各部位的缺陷候选信号的强度相应的浓度，使得能够识别该各部位的缺陷候选信号的相位。
具体地说，探伤图像显示单元34根据从第二同步检波单元32输出的X信号的强度X以及Y信号的强度Y来算出用以下式(2)表示的振幅A以及用式(3)表示的相位θ。
A＝(X2+Y2)1/2…(2)
θ＝tan-1(Y/X)…(3)
并且，将利用适当的传感器(未图示)检测出的探伤探针4与被检查构件的相对位置关系(即，利用探伤探针4进行探伤的被检查构件的部位)输入到探伤图像显示单元34。探伤图像显示单元34显示探伤图像，该探伤图像包括与利用上述传感器检测出的被检查构件的各部位对应的多个像素，各像素具有与上述各部位的振幅A相应的浓度，使得能够识别该各部位的相位θ。例如，探伤图像显示单元34显示根据相位θ而各像素被着色成不同颜色(各像素的浓度根据振幅A不同而不同)的一张彩色图像作为探伤图像。或者，探伤图像显示单元34显示各图像中所包含的相位θ(相位θ的范围)不同的多张浓淡图像(各像素的浓度根据振幅A不同而不同)作为探伤图像。
信号处理单元3具备上述结构的探伤图像显示单元34，因此不仅能够视觉观察探伤图像中的振幅A还能够视觉观察相位(角度信息)，因此能够正确地评价缺陷的连续性。
在本实施方式中，说明了由探伤图像显示单元34显示的探伤图像的各像素具有与被检查构件的各部位的振幅A相应的浓度的结构。然而，本发明并不限于此，还能够采用由探伤图像显示单元34显示的探伤图像的各像素具有与被检查构件的各部位的X信号的强度X或者Y信号的强度Y相应的浓度的结构。另外，也可以采用由探伤图像显示单元34显示的探伤图像的各像素具有与以检测线圈2的提离变动噪声沿着X轴的方式旋转XY坐标系之后的X’Y’坐标系中的Y’轴方向的信号成分的强度相应的浓度的结构。并且，还能够采用由探伤图像显示单元34显示的探伤图像的各像素具有利用规定的阈值将振幅A、X信号的强度、Y信号的强度或者Y’轴方向的信号成分的强度中的任一个二值化而得到的浓度的结构。
并且，信号处理单元3具备：缺陷候选部位检测单元35，其利用规定的阈值将缺陷候选信号二值化，由此检测被检查构件中的缺陷候选部位；探伤图像形成单元36，其根据上述缺陷候选部位的缺陷候选信号的相位来形成多张探伤图像，该多张探伤图像分别包括与被检查构件的各部位对应的多个像素，与检测出的上述缺陷候选部位对应的像素具有能够与其它像素进行识别的浓度；连续性评价单元37，其独立地对上述多张探伤图像中的每张探伤图像实施实施图像处理，由此评价评价存在于各探伤图像中的缺陷候选部位在与该缺陷候选部位上的缺陷候选信号的相位相应的方向上的连续性；以及缺陷检测单元38，其根据上述缺陷候选部位的连续性来检测缺陷。
具体地说，缺陷候选部位检测单元35根据从第二同步检波单元32输出的X信号的强度X以及Y信号的强度Y来算出用以下式(2)表示的振幅A以及用式(3)表示的相位θ。
A＝(X2+Y2)1/2…(2)
θ＝tan-1(Y/X)…(3)
缺陷候选部位检测单元35利用规定的阈值将振幅A二值化，由此检测被检查构件中的缺陷候选部位，作为缺陷候选部位检测信号输出到探伤图像形成单元36。另外，缺陷候选部位检测单元35还将与缺陷候选部位检测信号对应的相位θ输出到探伤图像形成单元36。
将从缺陷候选部位检测单元35输出的缺陷候选部位检测信号以及利用适当的传感器(未图示)检测出的探伤探针4与被检查构件的相对位置关系(即，利用探伤探针4进行探伤的被检查构件的部位)输入到探伤图像形成单元36。探伤图像形成单元36根据上述缺陷候选部位的相位θ(相位的范围)来形成多张探伤图像，该多张探伤图像分别包括与利用上述传感器检测出的被检查构件的各部位对应的多个像素，与检测出的上述缺陷候选部位对应的像素具有能够与其它像素进行识别的浓度(例如，与检测出的缺陷候选部位对应的像素具有255浓度，其它像素具有0浓度)。例如，探伤图像形成单元36形成缺陷候选部位的相位θ的范围分别为0°≤θ＜45°、135°≤θ＜180°这两张探伤图像。图14是示意性地表示通过探伤图像形成单元36对图6示出的被检查构件S形成的探伤图像的一例的图，图14的(a)示出缺陷候选部位的相位θ的范围为0°≤θ＜45°的探伤图像，图14的(b)示出缺陷候选部位的相位θ的范围为135°≤θ＜180°的探伤图像。在图14的(a)示出的探伤图像中，作为缺陷候选部位而正确地包含与缺陷A对应的四个像素群a1～a4，在图14的(b)示出的探伤图像中，作为缺陷候选部位而正确地包含与缺陷B对应的两个像素群b1、b2。此外，与噪声源N对应的缺陷候选部位具有45°≤θ＜135°的相位θ，因此不形成探伤图像。但是，本发明并不限于此，也能够对于具有45°≤θ＜135°的相位θ的缺陷候选部位，也形成一张或者相位θ的范围不同的多张探伤图像，并如后面所述那样根据由连续性评价单元37进行图像处理而算出的缺陷长度的大小来判断是否为缺陷。
连续性评价单元37例如独立地对图14的(a)、(b)示出的两张探伤图像的每张探伤图像实施图像处理，由此评价存在于各探伤图像中的缺陷候选部位在与该缺陷候选部位的相位θ相应的方向上的连续性。在该连续性的评价中使用适当的图像处理滤波器。对于图14的(a)示出的探伤图像，例如如图15的(a)所示，对构成缺陷候选部位的一个关注像素E 1判断在与相位θ的范围(0°≤θ＜45°)相应的相邻像素区域(在图中，施加了阴影的区域S1)内是否存在构成缺陷候选部位的其它像素。在存在其它像素的情况下，判断为该其它像素与关注像素E1为相同缺陷候选部位的像素区域。在图15的(a)示出的示例中，判断为关注像素E1与其他像素E2、E3为相同缺陷候选部位的像素区域。连续性评价单元37将各探伤图像内的构成缺陷候选部位的所有像素作为关注像素来反复进行上述处理，其结果，算出被判断为相同的缺陷候选部位的像素区域的长度。在图15示出的示例中，判断为构成缺陷候选部位的所有像素为相同的缺陷候选部位，算出其长度L1(构成相同的缺陷候选部位的两端像素的距离)。如图15的(b)所示，对图14的(b)示出的探伤图像也实施相同的处理，算出缺陷候选部位的长度L2。但是，图14的(b)示出的探伤图像中的相位θ的范围(135°≤θ＜180°)与图14(a)示出的探伤图像中的相位θ的范围(0°≤θ＜45°)不同，因此图15的(b)示出的相邻像素区域(在图中，施加了阴影的区域S 2)与图15的(a)示出的相邻像素区域不同。
缺陷检测单元38根据缺陷候选部位的连续性来检测缺陷。即，例如在由连续性评价单元37算出的缺陷候选部位的长度大于预先决定的长度的情况下判断为是缺陷，在小于等于预先决定的长度的情况下判断为不是缺陷。在图15的(a)示出的缺陷候选部位的长度L 1以及图15的(b)示出的缺陷候选部位的长度L2大于预先决定的长度的情况下两者都被检测为缺陷。并且，存在于没有形成探伤图像的相位θ的范围的缺陷候选部位被判断为与噪声源对应的部位。
信号处理单元3具备上述结构的缺陷候选部位检测单元35、探伤图像形成单元36、连续性评价单元37以及缺陷检测单元38，因此能够不仅利用探伤图像中的振幅A、还利用相位(角度信息)来自动且正确地评价缺陷的连续性。
在本实施方式中，说明了以下结构：缺陷候选部位检测单元35利用规定的阈值将振幅A二值化，由此来检测被检查构件中的缺陷候选部位并且作为缺陷候选部位检测信号而输出到探伤图像形成单元36。然而，本发明并不限于此，也能够采用以下结构：缺陷候选部位检测单元35利用规定的阈值将X信号的强度X或者Y信号的强度Y二值化，由此来检测被检查构件中的缺陷候选部位并且作为缺陷候选部位检测信号而输出到探伤图像形成单元36。另外，也可以采用以下结构：缺陷候选部位检测单元35利用规定的阈值将以检测线圈2的提离变动噪声沿着X轴的方式旋转XY坐标系之后的X’Y’坐标系中的Y’轴方向的信号成分的强度二值化，由此来检测被检查构件中的缺陷候选部位并且作为缺陷候选部位检测信号而输出到探伤图像形成单元36。
如以上所说明的，根据本实施方式所涉及的磁探伤装置100，能够解决以往的使用单一频率的励磁电流而引起的利用旋转磁场的磁探伤方法的问题点，从而能够使用旋转磁场对存在于被检查构件中的在各个方向上延伸的缺陷高精确度地进行探伤。
下面，通过示出实施例来更进一步明确本发明的特征。
使用在图9以及图10中示出了概要结构的磁探伤装置100，如图16所示那样实施形成于钢板S上的线状的人工缺陷F的探伤试验。在表1中表示探伤条件的概要，在表2中表示被检查构件的概要配置。如表1中所示，作为探伤探针4，制作出了具备以下线圈的探伤探针，该线圈包括：在一边为6mm的立方体芯构件的侧面分别卷绕50次的X方向和Y方向励磁线圈、以及安装于上述芯构件的底面的直径5mm的卷绕100次的检测线圈。
[表1]
[表2]
| 钢板的材质 | S45C |
| 钢板的大小 | 厚度10mm、宽度30mm、长度150mm |
| 人工缺陷的大小 | 深度1.0mm、宽度0.5mm、长度20mm |
并且，如图16所示，以使制作出的探伤探针4经过钢板S的正上面且人工缺陷F的正上面的方式在固定方向(图16示出的Y方向)上进行扫描来检测出探伤信号。此时，依次改变人工缺陷的延伸方向和探伤探针4的扫描方向的相对角度并按照各角度的每个角度来检测出探伤信号。具体地说，在将图16示出的X方向与人工缺陷F的延伸方向所形成的角度设定为θ的情况下，以15°为间距在θ＝0°～75°的范围内改变θ，检测出各角度θ下的探伤信号。
图17示出通过上述探伤试验得到的缺陷信号的利萨如波形。如图17所示，能够识别出各角度(θ＝0°、15°、30°、45°、60°、75°)的缺陷信号的利萨如波形具有互不相同的相位。另外，缺陷信号的利萨如波形在哪个角度的缺陷中都具有足够大的振幅。从该结果可知，根据本发明，能够充分得到同步检波的效果，并且能够估计缺陷的角度信息。因而，使用探伤图像也能够正确地进行缺陷的连续性评价。
此外，在图11示出的示例中，没有产生提离变动噪声，但是在产生提离变动噪声的情况下，以提离变动噪声沿着X轴的方式旋转XY坐标系，将旋转后的X’Y’坐标系中的Y’轴方向的信号成分设定为缺陷候选信号，由此能够抑制提离变动噪声对缺陷检测能力的影响。
Claims (6)
1.一种磁探伤方法，使旋转磁场作用于被检查构件，根据由该旋转磁场产生的探伤信号来检测缺陷，该磁探伤方法的特征在于，包括以下步骤：
作为用于激励上述旋转磁场的励磁电流，使用将第一电流与频率低于该第一电流的第二电流进行重叠而得到的交流电流，将上述第一电流作为参照信号对上述探伤信号进行同步检波之后，将上述第二电流作为参照信号来进行同步检波，由此提取缺陷候选信号；
显示探伤图像，该探伤图像包括与被检查构件的各部位对应的多个像素，各像素具有与上述各部位的缺陷候选信号的强度对应的浓度，该探伤图像中能够识别上述各部位的缺陷候选信号的相位；以及
根据所显示的上述探伤图像来检测缺陷。
2.一种磁探伤方法，使旋转磁场作用于被检查构件，根据由该旋转磁场产生的探伤信号来检测缺陷，该磁探伤方法的特征在于，包括以下步骤：
作为用于激励上述旋转磁场的励磁电流，使用将第一电流与频率低于该第一电流的第二电流进行重叠而得到的交流电流，将上述第一电流作为参照信号对上述探伤信号进行同步检波之后，将上述第二电流作为参照信号来进行同步检波，由此提取缺陷候选信号；
以规定的阈值使上述缺陷候选信号二值化，由此检测被检查构件中的缺陷候选部位；
与检测出的上述缺陷候选部位的缺陷候选信号的相位相应地形成多个探伤图像，该多个探伤图像分别包括与被检查构件的各部位对应的多个像素，与上述缺陷候选部位对应的像素具有能够相对其它像素进行识别的浓度；
分别独立地对上述多个探伤图像中的每一个探伤图像实施图像处理，由此针对与存在于各探伤图像中的缺陷候选部位的缺陷候选信号的相位相应的方向评价该缺陷候选部位的连续性；以及
根据上述缺陷候选部位的连续性来检测缺陷。
3.根据权利要求1或者2所述的磁探伤方法，其特征在于，
上述第一电流和上述第二电流的频率满足以下式(1)，
第一电流的频率/第二电流的频率≥8…(1)。
4.一种磁探伤装置，其特征在于，具备：
磁化单元，其使旋转磁场作用于被检查构件；
检测单元，其对由上述旋转磁场产生的探伤信号进行检测；以及
信号处理单元，其对上述探伤信号实施信号处理，
其中，上述磁化单元具备励磁线圈，该励磁线圈流通交流电流作为励磁电流，上述交流电流是将第一电流与频率低于该第一电流的第二电流进行重叠而得到的，
上述信号处理单元具备：
第一同步检波单元，其将上述第一电流作为参照信号对由上述检测单元检测出的探伤信号进行同步检波；
第二同步检波单元，其将上述第二电流作为参照信号对该第一同步检波单元的输出信号进行同步检波来提取缺陷候选信号；以及
探伤图像显示单元，其显示探伤图像，该探伤图像包括与被检查构件的各部位对应的多个像素，各像素具有与上述各部位的缺陷候选信号的强度对应的浓度，该探伤图像中能够识别上述各部位的缺陷候选信号的相位。
5.一种磁探伤装置，其特征在于，具备：
磁化单元，其使旋转磁场作用于被检查构件；
检测单元，其对由上述旋转磁场产生的探伤信号进行检测；以及
信号处理单元，其对上述探伤信号实施信号处理，
其中，上述磁化单元具备励磁线圈，该励磁线圈流通交流电流作为励磁电流，上述交流电流是将第一电流与频率低于该第一电流的第二电流进行重叠而得到的，
上述信号处理单元具备：
第一同步检波单元，其将上述第一电流作为参照信号对由上述检测单元检测出的探伤信号进行同步检波；
第二同步检波单元，其将上述第二电流作为参照信号对该第一同步检波单元的输出信号进行同步检波来提取缺陷候选信号；
缺陷候选部位检测单元，其根据规定的阈值将上述缺陷候选信号二值化，由此检测被检查构件中的缺陷候选部位；
探伤图像形成单元，其与检测出的上述缺陷候选部位的缺陷候选信号的相位相应地形成多个探伤图像，该多个探伤图像分别包括与被检查构件的各部位对应的多个像素，与上述缺陷候选部位对应的像素具有能够相对其它像素进行识别的浓度；
连续性评价单元，其分别独立地对上述多个探伤图像中的每一个探伤图像实施图像处理，由此针对与存在于各探伤图像中的缺陷候选部位的缺陷候选信号的相位相应的方向评价该缺陷候选部位的连续性；以及
缺陷检测单元，其根据上述缺陷候选部位的连续性来检测缺陷。
6.根据权利要求4或者5所述的磁探伤装置，其特征在于，
上述第一电流和上述第二电流的频率满足以下式(1)，第一电流的频率/第二电流的频率≥8…(1)。
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