JP2005201778A - 渦流探傷装置及び渦流探傷装置のノイズ除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 溶接部など多様な凹凸を有する被験体の渦流探傷において、傷以外のノイズ信号を除去する。
【解決手段】 被験体にプローブから交流磁場を与え、被験体に渦電流を誘起する。渦電流によるインピーダンス変化をベクトル表示したときのリサージュ波形において、所定の位相θ₀及び（θ₀＋１８０°）を中心に±Δθの範囲の信号のみを位相フィルタ処理により抽出する。位相抽出された信号のうち、位相θ₀方向又は（θ₀＋１８０°）方向の成分の絶対値が所定値以上の信号のみを振幅フィルタ処理により抽出する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、電磁誘導を利用して金属材等の導電性の被験体に生じた欠陥を検出する渦流探傷装置及び渦流探傷方法に関し、特に溶接構造物の表面欠陥を検出する渦流探傷装置及び渦流探傷方法に関する。

金属等の導電性の被験体表面に、コイルを用いて交流磁界を加えることにより被験体に渦電流を誘起させ、これによるコイルのインピーダンス変化を検知することにより被験体に存在する傷等の欠陥を検知する渦流探傷装置が知られている。渦流探傷装置は、例えば製鉄所のコイルを製造するラインや、車両、船舶、橋梁、プラント等の構造物の探傷作業に用いられる（特許文献１、２参照）。

例えば、製鉄所のラインでは、コイル等の傷を検出するために、高速走行されるコイルの幅方向に沿って多数のセンサを配列し、各センサにおいて検出された信号を自動的にチャートに記録し、傷に対応する位置のマーキングを行なっている。このようなラインでは、被験体であるコイルとセンサの位置関係が予め固定され、センサも複数配置されることから傷の位置を容易に見出すことができる。また、コイルには凹凸が殆どなく平坦であるため傷に対応する信号を自動検出することも容易である。

一方、構造物に対する探傷作業では、その形状が複雑・多様であることなどから、作業者がセンサ部を保持・操作する必要がある。したがって、センサと被験体との位置関係を一定に維持してセンサを走査することは困難であり、センサの傾きやリフトオフにより探傷条件が一定しないという問題がある。また、従来の探傷装置では、インピーダンスの変化に対するリサージュ波形や、軸スイープ表示を作業者が目視確認して欠陥の有無を判定している。したがって、特に溶接部等その表面に凹凸が存在する被験体を検査する場合、溶接のリップルやラップ等によるノイズの存在や、センサの傾きやリフトオフによる探傷条件の変化のために欠陥部の判定には熟練を要する。また、このような渦流探傷装置では、欠陥の有無の判定は行なえるが、傷の長さを測定したり、その位置を自動記録することはできなかった。
特開平１０−０６８７１５号公報 特開平０８−１０１１６９号公報

本願発明は、溶接部など多様な凹凸を有する被験体の検査を行なう携帯型のプローブを用いた渦流探傷装置において、傷等の探査目的となる凹凸以外による信号を除去可能な渦流探傷装置及び渦流探傷装置のノイズ除去方法を提供することを目的としている。

本発明の渦流探傷装置は、被験体に磁場を与えることにより渦電流を発生させ、これにより被験体に存在する傷を探査する渦流探傷装置であって、交流磁場を生成するとともに被験体の渦電流を検知するプローブと、プローブを保持し作業者が把持操作するためのプローブ操作部と、プローブで検知された信号から、信号のインピーダンスのベクトル表示における所定の位相を中心とする所定範囲の位相の信号のみを抽出する位相フィルタ処理手段とを備え、所定の位相が、傷に対応していることを特徴としている。

ノイズ除去の精度を更に高めるには、所定の位相に対する信号成分の絶対値が所定値以上の信号のみを抽出する振幅フィルタ処理手段を備えることが好ましい。また、傷の位置や大きさの情報を得るためには、プローブの走査に対応して、被験体に対するプローブの移動量を検出する距離情報検出手段が具備されていることが好ましい。

また、例えばプローブにおいて検知される信号、及び距離情報手段において検知される信号の取り込みの開始、終了を制御するスイッチがプローブ操作部に設けられている。これにより、作業者は、探傷範囲に合わせてデータの取り込み範囲簡単に制御できる。

傷の位置や、大きさを視覚的に容易に把握するには、位相フィルタ処理手段及び振幅フィルタ処理手段を施された信号の所定の位相に対する信号成分を移動量に対応させてグラフ表示する表示手段を備えることが好ましい。

以上のように、本発明によれば、溶接部など多様な凹凸を有する被験体の検査を行なう渦流探傷装置において、傷等の探査目的となる凹凸以外による信号を除去可能な渦流探傷装置及び渦流探傷装置のノイズ除去方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態である渦流探査装置を用いた渦流探査作業の概略を模式的に示す斜視図である。なお、図１は、探傷作業を説明するための図なので、図には渦流探傷装置の一部の構成のみが模式的に示されている。

図１において、被験体である構造物Ｓには、例えば隅肉溶接部Ｗが存在し、構造物Ｓの表面全体は例えば防錆剤や塗料により塗装されている。第１実施形態の渦流探傷装置１０は、被験体Ｓに交流磁場を与えるとともに、被験体Ｓに生じた渦電流の変化を検知するプローブ１１を備える。プローブ１１はケーブル１２を介して渦流探傷装置１０の本体１３に接続されており、プローブ１１において検知された信号は、本体１３において解析・加工処理される。また、プローブ１１内に設けられた交流磁場を発生するためのコイル（図示せず）には、ケーブル１２を介して本体１３から電力が供給され、交流磁場は本体１３からの供給電力を制御することにより行われる。

作業者は、プローブ１１を把持し、被験体Ｓに対して一定の角度及び距離を維持しながら溶接部Ｗに沿って（例えば矢印Ａ方向）プローブ１１を移動して溶接部Ｗを走査する。なお、被験体Ｓに対するプローブ１１の角度及び距離は、以下に説明する機構により維持されるが、本図においては省略されている。また、後述するように、被験体Ｓの渦電流によるプローブ１１内のコイルのインピーダンスに変化は、本体１３に送られ処理される。

図２は、プローブ１１が取り付けられた第１実施形態のプローブ操作部２０の斜視図であり、図３、図４は、プローブ操作部２０の平面図と側面図である。なお、図１は、プローブ操作部２０を斜め下から見たときの斜視図である。

プローブ１１は略円筒形状をなし、その上端にはケーブル１２が接続される。プローブ１１はＵ字形の窪み部が形成された把持部２１の内側に配置され、プローブ１１の両側壁からはシャフト２２がそれぞれ延出し、Ｕ字形の窪み部の内側側面に設けられた軸穴に各々嵌挿される。すなわち、プローブ１１は、シャフト軸Ｏの周りに回動可能である。また、シャフト２２が嵌挿された把持部２１の内側側壁とプローブ１１との間には、シャフト２２の周りに例えば合成樹脂などから成形されたカラー２３が設けられる。

一方、把持部２１のＵ字形の底に当たる部分には、シャフト軸Ｏと直交する方向にスリット２４が形成される。把持部２１には、スリット２４に直交するとともに、その一方の側壁から他方の側壁へと貫通するボルト２５が装着され、ボルト２５の先端には回転ロックナット２６が螺合される。すなわち、回転ロックナット２６を締めると、把持部２１の両側壁が押圧され、スリット２４の存在により把持部２１に撓みが生じる。これによりＵ字形部分の間隔が狭められ、カラー２３が把持部２１により挟まれ、その摩擦力によりプローブ１１のシャフト軸Ｏ周りの回動角度が固定される。

把持部２１の下側には、ローラ保持部２７が配置され、ローラ保持部２７には、ローラ（例えばゴムローラ）２８、モーメンタリースイッチ２９、及びエンコーダ３０が設けられる。ローラ２８は、プローブ操作部２０を走査方向にガイドするとともにその移動量を検知するためのものであり、その回転軸Ｏ’はシャフト軸Ｏに直交するとともに、エンコーダ３０に連結されている。したがって、作業者がプローブ操作部２０を保持して、プローブ１１を検査部位（溶接部Ｗ）に沿って移動すると、ローラ２８が回転し、その回転量がエンコーダ３０において検出され信号ケーブル３１を介して本体１３に送られる。なお、モーメンタリースイッチ２９は、プローブ１１及びエンコーダ３０におけるデータ取得の開始及び終了を制御するためのものであり、図示しない信号線により本体１３に接続されている。

次に、図５に被験体Ｓに発生した渦電流によるプローブ１１のコイルにおけるインピーダンス変化に対応したＸＹ平面（ベクトル表示）におけるリサージュ波形の一例を示す。

リサージュ波形は、被験体Ｓに存在する凹凸の種類によりその位相が異なり、その振幅は深さに依存する。また、例えば走査方向において凹凸を形成する段部が相対的に高い位置から低い位置に遷移する場合には、第１象限に波形が現れ、相対的に低い位置から高い位置に遷移する場合には、第３象限に波形が現れる。すなわち、同種の凹凸であれば、走査方向に対して段部が高→低と遷移するか、低→高と遷移するかにより略１８０°位相差がある信号として検出される。

探傷作業においては、傷に対応する特定の類型の凹凸を検出することを目的としており、この場合特定の位相において所定値以上の振幅をもつ波形が探傷作業における傷として同定される。従来、プローブ走査時に瞬間的に現れるリサージュ波形を作業者が目視確認することにより傷の有無が判定されていた。

一方、本実施形態では、検出された信号のうち、その位相が探査対象である傷に対して最も高い相関を示す所定の位相θ₀又は位相（θ₀＋１８０°）を中心に所定の位相差±Δθ（例えばΔθ＝１０°）の範囲にある信号のみを抽出するとともに、振幅が所定値以上の信号のみを抽出することにより、ノイズを除去し探査対象である傷を検出している。

以下図６及び図７を参照して、本実施形態における傷の判定処理についてより詳細に説明する。図６は本実施形態の判定処理のフローチャートであり、図７はこのときの信号処理の結果の一例を示すものである。

ステップＳ１００では、モーメンタリースイッチ２９がオン状態とされたか否かが判定される。すなわち、作業者によりモーメンタリースイッチ２９の操作ボタンが押され、スイッチがオン状態とされると、ステップＳ１０２の処理が実行される。ステップＳ１０２では、エンコーダ３０及びプローブ１１から信号データが取得されるとともに、各々対応付けされて図示しない記録媒体に記録される。なお信号データの取り込みは、モーメンタリースイッチ２９が再度操作され、オフ状態とされることにより終了する。

ステップＳ１０４では、プローブ１１から取得された信号に対して位相フィルタ処理が施され、所定の位相θ₀及び（θ₀＋１８０°）を中心に±Δθの範囲の信号のみが抽出される。また、このとき入力信号の位相が（９０°−θ₀）進められ、位相θ₀の信号が９０°の位相を持つ（Ｙ軸に沿った）信号に変換される。次にステップＳ１０６において、振幅フィルタ処理が施され、Ｙ軸方向のインピーダンス成分に対応する電圧値が所定値（例えば＋２Ｖ）以上又は所定値（例えば−２Ｖ）以下の値をもつ信号のみが抽出される（絶対値が所定値よりも小さい信号を除去）。

ステップＳ１０８では、エンコーダ３０において検出されたローラ２８の回転角からモーメンタリースイッチ２９が押された位置からの移動距離が算出され、この移動距離を横軸として、ステップＳ１０４、Ｓ１０６において抽出された信号のＹ軸方向に対応する電圧値が例えば本体１３に設けられた画面上にグラフ表示される。

図７（ａ）は、フィルタ処理が施される前のプローブ１１から入力されたの信号電圧と移動距離との関係を示したグラフである。ただし、縦軸の電圧は、入力信号の位相を（９０°−θ₀）進めたときのＹ軸方向に対応する電圧を示したものである。一方、図７（ｂ）は、図７（ａ）の信号に対して、位相フィルタ処理及び振幅フィルタ処理を施した後の信号波形であり、ステップＳ１０８において画面表示されるグラフに対応する。

図７（ｂ）において、＋側に振れた信号波形は例えば相対的に高い位置から低い位置へと遷移する段部に対応し、−側に振れた信号波形は相対的に低い位置から高い位置へと遷移する段部に対応する。したがって、＋側から−側へと変化する一対の信号波形が１つの傷に対応する。図７（ｂ）においては、最初の＋側の山Ｓ１とこれに続く−側の谷Ｓ２が一対を形成し、１つの傷に対応する。また、山Ｓ３と谷Ｓ４が一対を形成し次の傷に対応し、山Ｓ５と谷Ｓ６が更に一対を形成し３つ目の傷に対応する。

傷の長さは、例えば山の立ち上がり（開始部）において信号が所定値（例えば＋２Ｖ）に達した位置から、谷の立ち上がり（終了部）において信号が所定値（例えば−２Ｖ）に達するまでの距離によって表わされる。例えば（Ｓ１、Ｓ２）の対によって表わされる傷の長さはＤ１であり、（Ｓ３、Ｓ４）、（Ｓ５、Ｓ６）の対によって表わされる傷の長さはそれぞれＤ２、Ｄ３である。

以上のように、本実施形態によれば、位相フィルタ処理及び振幅フィルタ処理により、被験体に存在する傷以外の凹凸による信号を除去することができ、探傷作業における傷の判定作業を簡便なものとすることができる。また、ローラとエンコーダを用いた距離測定手段により、探傷作業時の被験体とプローブの位置関係を検知・記録することができるので、傷の位置のマーキングや、長さなどの寸法測定を容易に行なうことができる。

また、本実施形態では、被験体に対してプローブの距離や傾きが一定されるので、リフトオフ等の影響を検出信号から除去することができる。更に、本実施形態では、プローブ操作部にモーメンタリースイッチを設けたことにより、作業者が、データ取得の開始終了を簡単に制御でき、データ取得の無駄を無くすことができる。

次に図８〜図１０を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の探傷装置の基本的な構成は第１実施形態と同様であり、プローブ操作部の構成のみが第１実施形態と異なる。以下、第１実施形態と異なる構成についてのみ説明する。

図８は、第２実施形態における探傷装置のプローブ操作部４０の平面図であり、図９はその正面図である。プローブ操作部４０は、把持部４１、メジャーテープ４２、及びエンコーダ３０から主に構成される。プローブ１１は把持部４１の一端において、その外周面を挟まれ保持される。また、把持部４１の他端は、メジャーテープ４２のブレード４３の先端４３ａに連結される。なお、把持部４１とブレード４３との連結は、把持部４１がブレード４３の面に対して一定の配置を保持するように固定される。すなわち、把持部４１のブレード面に対する角度及び距離が固定される。

従来周知のようにブレード４３は、例えばバネ回転付勢力によりハウジング４４内に軸Ｏｂ（図１０参照）を中心に巻き取られた状態で収容され、先端を引っ張ることによりハウジング４４内から繰り出される。また、ブレード４３は金属等の所定の剛性を備える素材から形成され、ブレード４３は幅方向には湾曲されている。すなわち、ブレード４３は巻き取り時、外側となる面が凸面となるように湾曲されており、その長手方向の軸線に対する捩りに対して一定の剛性を持つ。したがって、ブレード４３の面に対して一定の角度で保持された把持部４１は、ハウジング４４を被験体Ｓに対して固定することにより、ブレード４３の剛性により被験体Ｓに対してその姿勢が保持される。結果、把持部４１に保持されたプローブ１１の被験体Ｓに対する姿勢を安定的に保持することができる。

また、メジャーテープ４０の巻き取り軸Ｏｂには、エンコーダ３０が連結されており、ブレード４３の繰り出し量は、エンコーダ３０において検出され、本体１３に送出される。更に、ハウジング４２には第１実施形態と同様に、モーメンタリースイッチ２９が設けられている。

以上のように第２実施形態においても、第１実施形態と略同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態では、プローブで検出された信号の位相を（９０°−θ₀）進めて、Ｙ軸成分に対応する値に対して振幅フィルタ処理を施したが、直接θ₀方向及び（θ₀＋１８０°）方向の成分を算出し、これに対応する電圧値に対して振幅フィルタ処理を施してもよい。

本発明の実施形態である渦流探査装置を用いた渦流探査作業の模式的な斜視図である。 プローブが取り付けられた第１実施形態のプローブ操作部を斜め下から見た斜視図である。 プローブ操作部の平面図である。 プローブ操作部の側面図である。 被験体に発生した渦電流によるインピーダンス変化をベクトル表示したときのリサージュ波形の一例である。 本実施形態の判定処理のフローチャートである。 信号処理前と信号処理後における距離と電圧（Ｙ軸成分）の関係を示すグラフの一例である。 第２実施形態における探傷装置のプローブ操作部の平面図である。 第２実施形態における探傷装置のプローブ操作部の正面図である。 第２実施形態のメジャーテープハウジング内の様子を描く図である。

符号の説明

１０ 渦流探傷装置
１１ プローブ
１３ 渦流探傷装置本体
２０、４０ プローブ操作部
２９ モーメンタリースイッチ
３０ エンコーダ
Ｓ 被験体

Claims (6)

1. 被験体に磁場を与えることにより渦電流を発生させ、これにより被験体に存在する傷を探査する渦流探傷装置であって、
   交流磁場を生成するとともに被験体の渦電流を検知するプローブと、
   前記プローブを保持し作業者が把持操作するためのプローブ操作部と、
   前記プローブで検知された信号から、前記信号のインピーダンスのベクトル表示における所定の位相を中心とする所定範囲の位相の信号のみを抽出する位相フィルタ処理手段とを備え、
   前記所定の位相が、前記傷に対応している
   ことを特徴とする渦流探傷装置。
2. 前記所定の位相に対する信号成分の絶対値が所定値以上の信号のみを抽出する振幅フィルタ処理手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の渦流探傷装置。
3. 前記プローブの走査に対応して、前記被験体に対する前記プローブの移動量を検出する距離情報検出手段が具備されていることを特徴とする請求項２に記載の渦流探傷装置。
4. 前記プローブにおいて検知される信号及び前記距離情報手段において検知される信号の取り込みの開始、終了を制御するスイッチが前記プローブ操作部に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の渦流探査装置。
5. 前記位相フィルタ処理手段及び振幅フィルタ処理手段を施された信号の前記所定の位相に対する信号成分を前記移動量に対応させてグラフ表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の渦流探査装置。
6. 請求項１に記載の渦流探傷装置において用いられるノイズ除去方法。
   
   

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