JP2004507721A - 導電性物体の壁厚の測定 - Google Patents

Abstract

送信コイル（６）、第一受信器（８）及び第二受信器（１０）を有するプローブ（４）を用いて導電性物体（２）の壁厚を測定する方法において、物体（２）の近くにプローブ（４）を配置する工程、物体（２）中に過渡渦電流を誘導し、両受信器の信号を経時的に記録する工程、これら信号の一方の信号の特性から壁厚を測定する工程、信号の組合せから特性値を計算する工程、及びプローブ（４）と物体（２）間の距離の各種値についての壁厚と特性値との所定の関係を用いて、プローブ（４）と物体（２）間の距離についての前記測定壁厚を補正する工程を含む前記測定方法。

Description

【０００１】
本発明は、導電材料製物体の電磁的検査に関する。電磁的検査方法では、物体中に渦電流を誘導するための送信コイルと、この渦電流により発生した電磁場の強度又はこの電磁場の強度変化を指示する信号を与えるための受信システムとを備えたプローブが使用される。特に本発明は、壁厚を測定し、この測定壁厚を、リフトオフ（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）での未知の変化について補正することに関する。リフトオフは、プローブと物体の近い表面との間の距離であって、物体の近い表面とは、物体の反対側にある遠い表面とは対照的に、物体に最も近い表面のことである。
【０００２】
本発明方法に従って好適に検査できる物体の具体例は、物体の厚さよりも大きい曲率半径を有するパイプ、容器（ｖｅｓｓｅｌ）又はコンテナーのようなコンテナー手段の金属製の板又は壁である。導電材料は、いかなる導電材料、例えば炭素鋼又はステンレス鋼であってもよい。本発明方法は、絶縁層の厚さを測定できるという別の利用方法がある。
【０００３】
本発明の目的は、物体の厚さ測定を一層正確に行うことである。この目的のため、本発明は、導電性物体中に渦電流を誘導する送信コイルと、第一受信器及び該第一受信器から隔離された第二受信器からなり、該渦電流により発生した電磁場の強度又は該電磁場の強度変化を指示する信号を与える受信システムとを備えたプローブを用いて前記物体の壁厚を測定する方法において、
（ａ）前記プローブを、該物体の近い表面から距離を置いて物体の近くに配置する工程、
（ｂ）前記送信器を作動することにより前記物体内に過渡渦電流を誘導し、前記受信器の信号を経時的に記録〔但し、Ｖ_ｌ （ｔ）は時間（ｔ）経過時の第一受信器の信号であり、またＶ_ｕ （ｔ）は時間（ｔ）経過時の第二受信器の信号である〕する工程、
（ｃ）これら信号の一方の信号の特性から壁厚を測定する工程、
（ｄ）Ｖ_ｌ （ｔ）とＶ_ｕ （ｔ）との組合せから特性値Φを計算する工程、及び
（ｅ）前記測定壁厚を、前記プローブと前記物体の近い表面間の距離の各種値に関する該壁厚と該特性値との所定の関係を用いて、該プローブと該近い表面間の距離について補正する工程
を含む前記測定方法を提供する。
【０００４】
【実施例】
本発明を添付図面を参照して実施例により更に詳細に説明する。
図１は、本発明の第一実施態様を示す。
図２は、測定壁厚をリフトオフについて補正する工程の説明図である。
【０００５】
図１を参照すると、導電材料の物体は参照符号２で示し、またプローブは参照符号４で示した。プローブ４は、物体２中に渦電流を誘導するための送信コイル６と、この渦電流により発生した電磁場の強度又は該電磁場の強度変化を指示する信号を与えるための受信システムとを有し、受信システムは、第一受信器８及びこの第一受信器８から隔離された第二受信器１０からなる。送信コイル６は、該送信コイルを付勢する装置（図示せず）に接続し、また受信システムは該受信システムからの信号を記録する装置（図示せず）に接続している。プローブ４と近い表面１２間の距離はＬで示し、プローブ４と物体２間の空間は、例えば近い表面１２を被覆する絶縁層（図示せず）で充填されている。両受信器８、１０間の距離は、距離Ｌのオーダーであり、好適には距離Ｌの０．１〜０．９倍である。
【０００６】
通常の操作中、プローブ４は、物体２の近い表面１２近くの物体２の上方に配置される。
送信コイル６を作動する（付勢した後、急激に付勢を解除する）ことにより、物体２中に過渡渦電流が誘導される。受信器８、１０の信号は、経時的に記録される。時間（ｔ）経過時の第一受信器８の信号はＶ_ｌ （ｔ）で示し、また時間（ｔ）経過時の第二受信器１０の信号はＶ_ｕ （ｔ）で示す。これらの信号Ｖ_ｌ （ｔ）及びＶ_ｕ （ｔ）は、電磁場の強度又は電磁場の強度変化を指示する。図１の実施態様では、受信器は受信コイル８、１０であり、記録した信号は、電磁場の強度変化を指示するものであり、また両受信コイルの直径は距離Ｌのオーダー、好適には距離Ｌの０．１〜０．９倍である。
【０００７】
しかし、受信器がホール効果変換器である場合、或いはコイルからの複数の信号を積分する（ｉｎｔｅｇｒａｔｅ）場合、これらの信号は磁場の強度を指示する。
信号Ｖ_ｌ （ｔ）及びＶ_ｕ （ｔ）の中の一方の信号は、物体の厚さを求めるのに使用され、また両信号Ｖ_ｌ （ｔ）及びＶ_ｕ （ｔ）は、特性値Φを計算するのに使用される。完全を期するため、本発明ではＶ_ｌ （ｔ）が受信器８からの信号であり、Ｖ_ｕ （ｔ）が受信器１０からの信号であるか、或いは逆に、Ｖ_ｌ （ｔ）が受信器１０からの信号であり、Ｖ_ｕ （ｔ）が受信器８からの信号であるかどうかは問題ではないことを追記しておく。
【０００８】
出願人は、補正を行うには、特性値Φ_ｍ 及び壁厚ＷＴ_ｍ を同時に求めるだけでよいことを見い出した。
渦電流を用いて導電性物体の壁厚を測定することは、ある程度、知られている（例えば、国際特許出願公開第ＷＯ　９８／０２７１４号及びヨーロッパ特許第３２１１１２号明細書参照）。未知の壁厚を測定する場合、（１）実際の壁厚又は真の壁厚、（２）測定した壁厚（補正前）及び（３）補正した壁厚の３つの壁厚がある。補正前の測定壁厚よりも実際の壁厚に近い壁厚を得るため、測定壁厚の補正を行う。
【０００９】
測定壁厚は、実際、リフトオフに従って変化する。距離Ｌに関する情報を使用して、測定壁厚が補正できれば、壁厚の測定は一層正確に行える。出願人は、前記距離、即ちリフトオフを知る必要がない補正方法を見い出した。
壁厚を測定するため、プローブ４は、厚さを求める必要がある物体２の近い表面１２から距離Ｌを置いて物体２の近くに配置する。
通常の操作中、送信器を作動することにより、物体２中に渦電流が誘導され、時間（ｔ）に従って第一受信器８の信号Ｖ_ｌ （ｔ）及び第二受信器１０の信号Ｖ_ｕ （ｔ）を記録する。
【００１０】
信号Ｖ_ｌ （ｔ）及びＶ_ｕ （ｔ）の少なくとも１つの信号の特性から、既知の方法で壁厚ＷＴ_ｍ を求める。この方法は、経過時間の特定時点で信号の振幅を求め、これを、厚さが既知の試験物体について特定時点で求めた振幅と比較して行うことができる。或いは、いわゆる臨界時間を用いる。臨界時間は、送信器の作動を中断した後、物体中に発生した渦電流が遠い表面に達する時間である。他の方法は、２つの所定時間の間の時間内で複数の信号の積分を計算し、この計算値から厚さに関する情報を得るというものである。別の方法は、信号が第一の値から第二の値に減少するまでの時間を求め、壁厚と時間との関係から厚さを得るものである。
【００１１】
特性値Φ_ｍ の計算には信号Ｖ_ｌ （ｔ）とＶ_ｕ （ｔ）との組合せが使用される。
次に、測定壁厚ＷＴ_ｍ は、プローブと物体の近い表面間の距離の各種異なる値についての壁厚と特性値との所定の関係を用いて、プローブ４と物体２の近い表面１２間の未知の距離Ｌについて補正する。この関係は、同じ物体又は類似の電磁特性を有する物体について１つの点で求める。未知の距離Ｌは、物体沿いの位置に従って変化する可能性があることに注目して頂きたい。
【００１２】
図２を参照すると、この図は、測定壁厚をリフトオフについて補正できる方法を示す。
既知の壁厚ＷＴ_ｋ を有する物体から始めて、信号Ｖ_ｌ （ｔ）及びＶ_ｕ （ｔ）を測定する。そして、これらの信号から壁厚ＷＴ_ｋ 及び特性値Φを求める。これを同じ位置の多数の異なるリフトオフについて繰り返す。この壁厚及び特性値を図２Ａにプロットした。図中、横軸はリフトオフＬであり、縦軸は壁厚ＷＴ及び特性値Φである。太線は、リフトオフの関数としての測定壁厚であり、ダッシュラインは、リフトオフの関数としての特性値である。点ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは測定値である。校正は、点ｃの測定壁厚ＷＴ_ｍ （ｃ）が既知の壁厚ＷＴ_ｋ に等しくなるように行う。
【００１３】
次に、図２Ａから図２Ｂが得られる。図２Ｂは、測定壁厚を特性値の関数として示す。
図２Ｂから補正率ＣＦを求め、図２Ｃにプロットした。補正率ＣＦは、既知の壁厚を測定壁厚で割ったもので、この補正率は、Φ_ｃ に対しては１であり、Φ＜Φ_ｃ に対しては１よりも大きく、Φ＞Φ_ｃ に対しては１よりも小さい。特性値の連続関数としての補正率を得るには、これらの点を通る曲線を引く。
【００１４】
同じ物体（又は類似の電磁特性を有する物体）の測定壁厚を未知のリフトオフについて補正するため、測定壁厚ＷＴ_ｍ は、特性値Φ_ｍ を用いて補正する。補正壁厚は、
ＷＴ_ｃｏｒｒ＝ＷＴ_ｍ ．ＣＦ（Φ_ｍ ）
である。
或いは、測定壁厚と特性値との関係（図２Ｂに示すような関係）を線状関係として概算する。この線状関係は、壁厚の変化δＷＴ_１ と特性値の変化δΦ_１ との商に等しい傾斜を持っている。補正壁厚は
ＷＴ_ｃｏｒｒ＝ＷＴ_ｍ （Φ_２ −Φ_０ ）（δＷＴ_１ ／δΦ_１ ）
〔但し、Φ_２ は、未知の壁厚に関連する特性値であり、またΦ_０ は、補正率が１に等しい（図２ＣのΦ_ｃ ）場合の特性値である〕
である。
【００１５】
好適には補正壁厚は、物体の測定温度について補正する。この補正は、校正温度Ｔ_０ において、測定壁厚の変化δＷＴと温度変化δＴとの商を求め、次いで下記式
ＷＴ_{ｃｏｒｒ２} ＝ＷＴ_ｃｏｒｒ＋（Ｔ−Ｔ_０ ）（δＷＴ／δＴ）
を用いて補正壁厚を計算することにより行なわれる。
好適にはＶ_ｌ （ｔ）とＶ_ｕ （ｔ）との組合せからの特性値Φの計算は、式
【数２】

（但し、ｔ_０ は初期時間であり、Δはサンプリング間隔であり、またｎは該求和に含まれる試料の数である）
から特性値を求めるというものである。
【００１６】
図１に示すようなプローブ４の実施態様では、受信器８、１０は、一方を他方の上方に垂直方向、即ち物体２の近い表面１２に対し垂直に配置される。他の実施態様（図示せず）では、これらの受信アンテナ手段は、水平方向、即ち近い表面１２に対し平行に隔離される。この態様は、開放端部が物体の方に向いたＵ形フェライトコアを用いると、特に有用である。このＵ形フェライトコアは、両脚上に送信コイル及び受信コイルを有し、更にＵ形フェライトコアの隣に第二受信コイルが配置される。
【００１７】
絶縁下の腐食は、絶縁材料で被覆したパイプで起こる。この絶縁材料は、通常、雨に対しては金属カバーで保護されている。この金属カバーは、“ジャケット”と云われる。ジャケットはアルミニウム又は鋼製であることが多く、厚さは約０．７ｍｍである。ジャケットは、通常、長さ１ｍの断片で適用される。水の進入に対しては、２つのジャケット断片を部分的に重ね合わせることにより防止している。ジャケットは、渦電流技術による検査中、除去する必要はない。まず概略すると、ジャケットの効果は、受信した信号でのΔｔの遅れである。即ち、信号がジャケットなしでｓ（ｔ）ならば、ジャケット付き信号では約ｓ（ｔ−Δｔ）となる。Δｔの大きさは、ジャケット付き信号ではジャケット断片に沿って変化し、ジャケットの重なり近くではΔｔは、中央部の値に比べて大きい。このシフトΔｔの変化は、従来のパルス化渦電流方法に影響を与える。即ち、Δｔの変化は、鋼の測定厚のスプリアス変化として現われる。出願人は、本発明方法が２つの受信器を用いると、金属ジャケットの存在に影響され難いことを見い出した。理由は、特性値Φが時間ｔ：
【数３】

〔但し、
【数４】

（式中、τ＝ｔ又はτ＝ｔ−Δｔ）〕
に殆ど依存しないことを実験的に見い出したからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施態様を示す。
【図２Ａ】測定壁厚をリフトオフについて補正する工程の説明図である。
【図２Ｂ】測定壁厚をリフトオフについて補正する工程の説明図である。
【図２Ｃ】測定壁厚をリフトオフについて補正する工程の説明図である。
【符号の説明】
２‥‥導電性物体
４‥‥プローブ
６‥‥送信コイル
８‥‥第一受信器
１０‥‥第二受信器
１２‥‥物体２の近い表面
Ｌ‥‥リフトオフ

Claims (7)

1. 導電性物体中に渦電流を誘導する送信コイルと、第一受信器及び該第一受信器から隔離された第二受信器からなり、該渦電流により発生した電磁場の強度又は該電磁場の強度変化を指示する信号を与える受信システムとを備えたプローブを用いて前記物体の壁厚を測定する方法において、
   （ａ）前記プローブを、該物体の近い表面から距離を置いて物体の近くに配置する工程、
   （ｂ）前記送信器を作動することにより前記物体内に過渡渦電流を誘導し、前記受信器の信号を経時的に記録〔但し、Ｖ_ｌ （ｔ）は時間（ｔ）経過時の第一受信器の信号であり、またＶ_ｕ （ｔ）は時間（ｔ）経過時の第二受信器の信号である〕する工程、
   （ｃ）これら信号の一方の信号の特性から壁厚を測定する工程、
   （ｄ）Ｖ_ｌ （ｔ）とＶ_ｕ （ｔ）との組合せから特性値Φを計算する工程、及び
   （ｅ）前記測定壁厚を、前記プローブと前記物体の近い表面間の距離の各種値に関する該壁厚と該特性値との所定の関係を用いて、該プローブと該近い表面間の距離について補正する工程
   を含む前記測定方法。
2. 前記測定壁厚を補正する工程が、壁厚を測定し、次いで各種値のリフトオフでの壁厚が既知の物体について特性値を求める工程、該測定壁厚と特性値との関係を導出し、次いでこの関係から補正率を得る工程、及び該測定壁厚に、該特性値に関連する補正率を掛けることにより、補正壁厚を求める工程からなる請求項１に記載の方法。
3. 前記測定壁厚ＷＴ_ｍ を補正する工程が、特性値Φ_０ （この場合、補正率は１である）を求める工程、該測定壁厚と特性値との関係から、壁厚の変化δＷＴ_１ と特性値の変化δＦ_１ との商を導出する工程、及び該測定壁厚を、未知のリフトオフ
   ＷＴ_ｃｏｒｒ＝ＷＴ_ｍ （Φ_２ −Φ_０ ）（δＷＴ_１ ／δΦ_１ ）
   （但し、Φ_２ は、壁厚ＷＴ_ｍ と共に測定した特性値である）
   について補正する工程からなる請求項２に記載の方法。
4. 前記物体の温度を測定し、次いで前記補正壁厚を該温度について補正する工程を更に含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記補正壁厚を温度について補正する工程が、校正温度Ｔ_０ において前記測定壁厚の変化δＷＴと前記温度の変化δＴとの商を求める工程、及び該補正壁厚を、下記式
   ＷＴ_{ｃｏｒｒ２} ＝ＷＴ_ｃｏｒｒ＋（Ｔ−Ｔ_０ ）（δＷＴ／δＴ）
   を用いて計算する工程を含む請求項４に記載の方法。
6. 前記Ｖ_ｌ （ｔ）とＶ_ｕ （ｔ）との組合せから特性値Φを計算する工程が、式
   

   

   （但し、ｔ_０ は初期時間であり、Δはサンプリング間隔であり、またｎは該求和に含まれる試料の数である）
   から特性値を求める工程からなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記受信システムが第一受信コイルと、該第一受信コイルから隔離された第二受信コイルとからなり、前記信号が渦電流の変化を表示し、かつＶ_ｌ 及びＶ_ｕ がそれぞれ第一受信コイル及び第二受信コイル端部の電圧である請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。

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