JP2001349875A

JP2001349875A - 渦流探傷用プローブ

Info

Publication number: JP2001349875A
Application number: JP2000173765A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Naito; 繁内藤; Hideki Kaji; 秀樹鍛冶; Yoshiyuki Kubo; 義行久保; Yuzuru Kono; 譲河野; Kiyokazu Fujimaki; 清和藤巻
Original assignee: Japan Industrial Testing Corp; Central Japan Railway Co
Current assignee: Japan Industrial Testing Corp; Central Japan Railway Co
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2001-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】鉄桁の部材端溶接部のように狭小な箇所の亀
裂を検出できる。【解決手段】自己比較方式の渦流探傷用プローブ１０
は、検査面Ｓに略平行に延びる磁芯１４と、この磁芯１
４の一端から略中央まで巻装された第１コイル１５と、
この磁芯１４の略中央から他端まで巻装された第２コイ
ル１６とを備えている。この渦流探傷用プローブ１０で
は、検査面Ｓに欠陥が生じているか否かを判断する場
合、磁芯１４と検査面Ｓとが略平行になるような姿勢を
保ちながら、検査面Ｓと略平行に走査していく。このと
き、走査範囲に欠陥が存在しなければ、コイルインピー
ダンスは変化しないが、走査範囲に亀裂等の欠陥が存在
すれば、コイルインピーダンスが変化する。したがっ
て、コイルインピーダンスの変化の有無を調べることに
より、走査範囲に亀裂等の欠陥が生じているか否かの判
断が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、探傷器本体に接続
して使用される渦流探傷用プローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道や道路には鉄製の橋（鉄桁）が数多
くあり、適切な維持管理のため精度の高い検査技術が要
求されている。鉄桁では、一般に溶接部が弱点箇所とな
っており、疲労現象によって発生する亀裂を早期に発見
して対処していくために、溶接部に対しては特に入念な
検査を行っている。

【０００３】ところで、鉄桁にはサビを防止するためペ
イント塗装が施されている。このペイント塗装の表面の
うち形状変化点である溶接部には、ペイントが乾燥収縮
することによりしばしば塗膜割れが発生する。そのた
め、検査時において、塗膜が割れている箇所につき、単
なる塗膜割れなのか鉄桁の亀裂なのかの判断が困難な場
合が多々あり、塗膜表面を目視だけでは不確定なため、
いちいち塗膜を剥がして時間と労力のかかる磁粉探傷検
査を行い、溶接部の亀裂の有無の確認を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようにいちいち塗
膜を剥がして亀裂の有無の確認を行う作業は正確性が高
いものの非効率的であることから、単なる塗膜割れなの
か鉄桁の亀裂なのかの判断を簡単かつ正確に行うことの
できる検査方法の開発が望まれている。

【０００５】このような検査方法として、渦流探傷方法
の適用が考えられる。渦流探傷方法は、鋼材等の微細な
表面亀裂を探傷するものであり、亀裂の長さや深さを正
確に検知することはできないが、亀裂の有無に対しては
塗膜の上からでも探傷が可能である。原理は、コイルに
交流電流を流して亀裂付近を走査したときに、渦電流が
その亀裂付近で変化するため、これを利用して亀裂を検
出するものである。

【０００６】しかしながら、鉄桁の溶接部とりわけ部材
端溶接部に発生する亀裂を検出するには、渦流探傷用プ
ローブを極力小さくしなければ走査できないが、現状で
はそのようなプローブは存在しなかった。例えば、一般
的な標準比較方式の渦流探傷用プローブ（図７（ａ）参
照）は、第１コイル１０１と第２コイル１０２を検査面
Ｓに対して垂直に並べるため小型化に適しているといわ
れている。しかし、１つのコイルでインピーダンス変化
を捉えるため、プローブを小型化することにより表面の
肌荒れの信号や部材端溶接部の信号が大きく出力されて
しまい、その結果亀裂の有無による信号の変化が判別し
づらくなるという問題がある。

【０００７】一方、一般的な自己比較方式の渦流探傷用
プローブ（図７（ｂ）参照）は、第１コイル２０１と第
２コイル２０２の両方を含んだ構成のブリッジ回路を用
いるため、標準比較方式よりも亀裂の検出力という点で
優れている。しかし、両コイル２０１，２０２が検査面
Ｓに対して垂直に並べられ、磁束が磁芯２０３，２０４
に沿って上下方向に流れるため、部材端のように形状が
急激に変化するような箇所で追従できるようにプローブ
を小さくしていくと、亀裂と表面の肌荒れ等との出力信
号比（ＳＮ比）が悪くなり、所要の性能を得ることが困
難になるという問題がある。

【０００８】本発明はこのような問題を解消することを
課題とするものであり、鉄桁の部材端溶接部のように狭
小な箇所の亀裂を検出可能な渦流探傷用プローブを提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記課題
を解決するため、本発明は、自己比較方式の渦流探傷用
プローブであって、検査面に略平行に延びる磁芯と、こ
の磁芯の一端から略中央まで巻装された第１コイルと、
この磁芯の略中央から他端まで巻装された第２コイルと
を備えたことを特徴とする。

【００１０】本発明の渦流探傷用プローブでは、検査面
に亀裂等の欠陥が生じているか否かを判断する場合、磁
芯と検査面とが略平行になるような姿勢を保ちながら、
検査面と略平行に走査していく。すると、検査面には渦
電流が発生するが、この渦電流は検査面の表面凹凸の影
響（ノイズ）を受けながら走査方向に移動していく。こ
のとき、走査範囲に亀裂等の欠陥が存在しなければ、コ
イルインピーダンスは変化しないが、走査範囲に亀裂等
の欠陥が存在すれば、コイルインピーダンスが変化す
る。したがって、コイルインピーダンスの変化の有無を
調べることにより、走査範囲に亀裂等の欠陥が生じてい
るか否かの判断が可能となる。例えば、第１コイル及び
第２コイルを含んでブリッジ回路を構成し、このブリッ
ジ回路の出力によって上記判断が可能となる。

【００１１】本発明の渦流探傷用プローブによれば、自
己比較方式において、従来のように磁芯を検査面に略垂
直にするのではなく略平行にすることで磁芯の長さを比
較的長くとると共に第１コイルと第２コイルを同じ磁芯
に巻くことにより、ＳＮ比が大きく改善され、小型化し
ても所要の性能が得られ、鉄桁の部材端溶接部のように
狭小な箇所の亀裂を検出可能になる。特に複数の部材端
部を交差させて溶接した部材端溶接部の亀裂の有無を検
査するのに適している。

【００１２】本発明の渦流探傷用プローブは、検査面に
略平行に延びるセンサガイドと、このセンサガイドの先
端に設けられたコアとを備え、このコアに前出の磁芯、
第１コイル、第２コイルを内蔵する構成が好ましい。こ
の場合、オペレータは、ある程度の長さを持ったセンサ
ガイドを手で掴みながら、その先端に設けられたコアを
検査面と略平行に走査することができるため、狭小な箇
所であってもコアを走査させやすい。

【００１３】このとき、コアは検査面に略平行な方向の
長さが１０ｍｍ以下、特に４〜７ｍｍであることが鉄桁
の部材端溶接部の傷を探すうえで好ましい。コアの長さ
がこの程度であっても、本発明の構成を採用すればＳ／
Ｎ比等、所要の性能が良好に得られる。

【００１４】また、センサガイドの後端には、渦流探傷
器本体に接続するためのコネクタが設けられていること
が好ましい。この場合、渦流探傷用プローブの交換作業
が簡便になる。すなわち、検査を何度も繰り返し行う
と、渦流探傷用プローブのコアが擦れて交換する必要が
あるが、その場合にはコネクタを切り離して新たな渦流
探傷用プローブを接続すればよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を図面に基づいて説明する。図１は渦流探傷器の全体構
成を表す説明図、図２は渦流探傷用プローブの説明図で
あり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。図３
は渦流探傷用プローブのコイルを表す説明図である。図
４は探傷器本体の回路ブロックを表す説明図である。

【００１６】本実施形態の渦流探傷器１は、図１に示す
ように、渦流探傷用プローブ１０とケーブル２０と探傷
器本体３０を備えている。渦流探傷用プローブ１０は、
自己誘導自己比較方式のものであり、検査面Ｓ（図３参
照）と略平行な走査方向に沿って長く延びるセンサガイ
ド１１と、このセンサガイド１１の先端に設けられたコ
ア１２と、センサガイド１１の後端に設けられたプロー
ブ側コネクタ１３を備えている。本実施形態では、セン
サガイド１１及びコア１２は走査方向に沿った長さＬ
１，Ｌ２（図２参照）がそれぞれ５０ｍｍ、５．５ｍｍ
である。

【００１７】コア１２は、図３に示すように、その内部
に、走査方向に沿って延びる磁芯１４と、この磁芯１４
の一端から略中央まで巻装された第１コイル１５と、磁
芯１４の略中央から他端まで巻装された第２コイル１６
を備えている。つまり、第１コイル１５と第２コイル１
６は同じ磁芯１４に巻装されている。また、第１コイル
１５の巻始め部分と第２コイル１６の巻始め部分は点Ｐ
にて電気的に接続されている。

【００１８】ケーブル２０は、図１に示すように、一端
にプローブ側コネクタ１３に着脱自在に接続される第１
コネクタ２１と、他端に探傷器本体３０に設けられた本
体側コネクタ３３に着脱自在に接続される第２コネクタ
２２とを備えている。つまり、ケーブル２０は渦流探傷
用プローブ１０と探傷器本体３０とを電気的に接続する
役割を果たしている。

【００１９】探傷器本体３０は、図１に示すように、探
傷波形などを表示する液晶表示部３１と、各種設定を行
うためのキー入力部３２と、ケーブル２０に接続するた
めの本体側コネクタ３３を備えている。また、この探傷
器本体３０は、図４に示すように、発振回路３４、励磁
回路３５、ブリッジ回路３６、検波回路３７、ＤＣ化回
路３８、増幅回路３９、位相回路４０からなる回路ブロ
ックを内蔵している。なお、探傷器本体３０の代表例と
して、ユニ電子工業株式会社のＵＳＰ−３０００があ
る。

【００２０】ここで、発振回路３４は、所定の周波数信
号を励磁回路３５及び検波回路３７に出力する回路であ
り、励磁回路３５は、発振回路３４から入力された周波
数信号を第１コイル１５及び第２コイル１６に印加して
励磁する回路である。ブリッジ回路３６は、第１コイル
１５及び第２コイル１６を含んで構成され、渦流探傷用
プローブ１０で検査面Ｓを走査中に亀裂等の欠陥により
ブリッジのバランスが乱れたときそのコイルインピーダ
ンスの変化に応じた電圧を出力する回路である。検波回
路３７は、発振回路３４から入力された周波数信号を基
準信号としてブリッジ回路３６から入力された信号を同
期検波する回路である。ＤＣ化回路３８は、検波回路３
７を経た信号をＤＣ電圧に変換して残留している電圧を
増幅回路３９に出力する回路であり、増幅回路３９は、
ＤＣ化回路３８から入力された電圧を増幅して判別可能
な信号として位相回路４０に出力する回路であり、位相
回路４０は、これらの信号の中から欠陥に係わる信号を
ノイズ信号と位相差を付けて判別しやすくして出力する
回路である。この位相回路４０からの出力は液晶表示部
３１にＸＹ座標系で表示される。

【００２１】次に、本実施形態の渦流探傷器１を用いて
検査面に亀裂等の欠陥があるか否かの診断を行う場合に
ついて説明する。まず、ケーブル２０の第１コネクタ２
１と渦流探傷用プローブ１０のプローブ側コネクタ１３
とを接続すると共に、ケーブル２０の第２コネクタ２２
と探傷器本体３０の本体側コネクタ３３とを接続し、渦
流探傷器１の図示しない電源スイッチをオンにして図示
しない電池パックから電源を供給する。

【００２２】続いて、テストピースＴを用いて各種設定
を行う。ここでテストピースＴとは、図５に示すよう
に、検査面と同じ材料の板材４１の上面中央に別の板材
４２を略垂直に立てて溶接したものであり、溶接部４３
の一部に人工傷４４を付けたものである。

【００２３】各種設定は以下のようにして行う。すなわ
ち、探傷器本体３０のキー入力部３２を適宜操作するこ
とにより、検査材料に応じた周波数に設定したり、液晶
表示部３１のＸＹ座標系に表れる出力レンジを適当な大
きさに設定したり、リフトオフ信号（コア１２とテスト
ピースＴとのギャップによる信号）をＸ軸と平行になる
ように位相を設定したり、テストピースＴを用いたとき
の出力信号レベルが規定レベルになるように増幅器ゲイ
ンを設定したりする。

【００２４】各種設定の終了後、テストピースＴの溶接
部４３を検査面Ｓに見立てて、渦流探傷用プローブ１０
を走査する。ここで、渦流探傷用プローブ１０を走査す
る際、磁芯１４と検査面Ｓとが略平行になるような姿勢
を保ちながら、検査面Ｓと略平行に走査していく。する
と、検査面Ｓには渦電流が発生するが、この渦電流は検
査面Ｓの表面凹凸の影響（ノイズ）を受けながら走査方
向に移動していく。

【００２５】このとき、溶接部４３のうち人工傷４４の
ない位置では、走査範囲に亀裂等の欠陥が存在しないた
め、コイルインピーダンスは変化しない。このため、図
５（ａ）に示すように液晶表示部３１にノイズ波形がＸ
軸と略一致して表れる。一方、溶接部４３のうち人工傷
４４のある位置では、走査範囲に亀裂等の欠陥が存在す
るため、コイルインピーダンスが変化する。このため、
図５（ｂ）に示すように液晶表示部３１に傷波形がＸ軸
に対して斜めに表れる。なお、走査結果に応じて各種設
定の修正を行う。

【００２６】その後、実際の検査面（例えば図６に示す
鉄桁５０の枕木受け取付溶接部５１や補剛材廻し溶接部
５２など）に亀裂等の欠陥があるか否かの診断を行う。
そして、走査した結果、液晶表示部３１に図５（ａ）に
示す波形が表示された場合には走査範囲に亀裂等の欠陥
が生じていないと判断し、液晶表示部３１に図５（ｂ）
に示す波形が表示された場合には走査範囲に亀裂等の欠
陥が生じていると判断する。これにより、目視しただけ
では単なる塗膜割れなのか鉄桁の亀裂なのかの判断がつ
かない場合であっても、そのいずれであるかを簡単かつ
正確に判断できる。

【００２７】以上詳述した本実施形態によれば、次の効
果が得られる。渦流探傷用プローブ１０では、自己比較方式におい
て、磁芯１４を検査面Ｓに略垂直にするのではなく略平
行にすることで磁芯１４の長さを比較的長くとると共に
第１コイル１５と第２コイル１６を同じ磁芯１４に巻く
ことにより、ＳＮ比が大きく改善され、小型化しても所
要の性能が得られ、鉄桁の部材端溶接部のように狭小な
箇所の亀裂を検出可能になる。

【００２８】渦流探傷用プローブ１０は、図６に示す
鉄道用鉄桁５０の枕木受け取付溶接部５１や補剛材廻し
溶接部５２のように、特に複数の部材端部を交差させて
溶接した部材端溶接部の亀裂の有無を検査するのに適し
ている。オペレータは、渦流探傷用プローブ１０を操作する
際、ある程度の長さを持ったセンサガイド１１を手で掴
みながら、その先端に設けられたコア１２を検査面Ｓと
略平行に走査すればよいため、狭小な箇所であってもコ
ア１２を走査させやすい。

【００２９】コア１２は検査面Ｓに略平行な方向の長
さＬ２が５．５ｍｍなので、鉄桁の部材端溶接部の傷を
探すうえで好ましい。また、コア１２の長さがこの程度
であっても、本実施形態の構成を採用すればＳ／Ｎ比
等、所要の性能が良好に得られる。

【００３０】渦流探傷用プローブ１０の後端には、探
傷器本体３０に接続するためのプローブ側コネクタ１３
が設けられている。具体的には、このプローブ側コネク
タ１３は、探傷器本体３０に接続されたケーブル２０に
接続される。検査を何度も繰り返し行うと、渦流探傷用
プローブ１０のコア１２が擦れて交換する必要がある
が、その場合にはプローブ側コネクタ１３とケーブル２
０の第１コネクタ２１とを切り離して新たな渦流探傷用
プローブを接続すればよいため、交換作業が簡単であ
る。

【００３１】尚、本発明の実施の形態は、上記実施形態
に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に
属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の渦流探傷器の全体構成を表す説
明図である。

【図２】本実施形態の渦流探傷用プローブの説明図で
あり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。

【図３】本実施形態の渦流探傷用プローブのコイルを
表す説明図である。

【図４】本実施形態の探傷器本体の回路ブロックを表
す説明図である。

【図５】本実施形態の液晶表示部の説明図であり、
（ａ）は走査範囲に傷のない場合の波形パターン、
（ｂ）は捜査範囲に傷のある場合の波形パターンであ
る。

【図６】鉄道用鉄桁の溶接部を表す説明図である。

【図７】従来の渦流探傷用プローブのコイルを表す説
明図であり、（ａ）は標準比較方式、（ｂ）は自己比較
方式である。

【符号の説明】

１・・・渦流探傷器、１０・・・渦流探傷用プローブ、
１１・・・センサガイド、１２・・・コア、１３・・・
プローブ側コネクタ、１４・・・磁芯、１５・・・第１
コイル、１６・・・第２コイル、２０・・・ケーブル、
２１・・・第１コネクタ、２２・・・第２コネクタ、３
０・・・探傷器本体、３１・・・液晶表示部、３２・・
・キー入力部、３３・・・本体側コネクタ、３４・・・
発振回路、３５・・・励磁回路、３６・・・ブリッジ回
路、３７・・・検波回路、３８・・・ＤＣ化回路、３９
・・・増幅回路、４０・・・位相回路、５０・・・鉄道
用鉄桁、５１・・・枕木受け取付溶接部、５２・・・補
剛材廻し溶接部、Ｓ・・・検査面、Ｔ・・・テストピー
ス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鍛冶秀樹愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者久保義行愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者河野譲大阪府大阪市福島区鷺洲２丁目12番17号株式会社日本工業試験所内 (72)発明者藤巻清和大阪府大阪市福島区鷺洲２丁目12番17号株式会社日本工業試験所内Ｆターム(参考） 2G053 AA11 AB21 BA02 BA30 BC14 CA03 CA17 CA18 CB05 DA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自己比較方式の渦流探傷用プローブであ
って、検査面に沿って略平行に延びる磁芯と前記磁芯の一端か
ら略中央まで巻装された第１コイルと、前記磁芯の略中央から他端まで巻装された第２コイルと
を備えたことを特徴とする渦流探傷用プローブ。
【請求項２】検査面に沿って略平行に延びるセンサガ
イドと、前記センサガイドの先端に設けられたコアと、前記コア内にて検査面に沿って略平行に延びる磁芯と、前記磁芯の一端から略中央まで巻装された第１コイル
と、前記磁芯の略中央から他端まで巻装された第２コイルと
を備えたことを特徴とする渦流探傷用プローブ。
【請求項３】前記コアは検査面に略平行な方向の長さ
が１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の
渦流探傷用プローブ。
【請求項４】前記センサガイドの後端には、渦流探傷
器本体に接続するためのコネクタが設けられている請求
項２又は３記載の渦流探傷用プローブ。
【請求項５】複数の部材端部を交差させて溶接した部
材端溶接部の亀裂の有無を検査するために用いる請求項
１〜４のいずれかに記載の渦流探傷用プローブ。