JP2012233849A - 線状体の腐食部分検出装置及び腐食部分検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】線状体の腐食部分を高精度で検出することができ、検査時間のより一層の短縮及び検査コストのさらなる低減を実現可能な線状体の腐食部分検出装置及び腐食部分検出方法を提供する。
【解決手段】円筒形状を成し且つ中心に鉄心２ａ，３ａを具備して試験体Ｗの検査対象箇所Ｗｐを磁化する一対の励磁コイル２，３と、これらの励磁コイル２，３によって磁化された試験体Ｗの検査対象箇所Ｗｐ内を通過する磁束量を検出する検出コイル４を備え、一対の励磁コイル２，３は、各々の鉄心２ａ，３ａの円形端面同士を互いに対向させた状態で、試験体Ｗの検査対象箇所Ｗｐをその径方向両側から挟み込んで配置され、検出コイル４は、試験体Ｗ上に巻き付けた状態で設置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、吊橋や斜張橋に用いられる鋼製ケーブル等の磁性を有する線状体の腐食部分を検出するのに好適な線状体の腐食部分検出装置及び腐食部分検出方法に関するものである。

磁性を有する線状体、例えば、吊橋の鋼製ケーブルは、ラッピングワイヤで束ねた多数の素線（直径５ｍｍ程度の小径鋼線）をエラストマーシートで被覆した構成を成している。この鋼製ケーブルは、風雨に晒されるうえ、周辺環境によっては塩水や亜硫酸水の影響を受けることから、素線の腐食は免れない。

これまでは、エラストマーシート及びラッピングワイヤを順次取り除いて行う目視検査により、素線の腐食部分を見つけ出すようにしていたが、エラストマーシート及びラッピングワイヤの除去に加えて、検査終了後にはラッピングワイヤの再巻き回し及びエラストマーシートによる再被覆が必要であることから、検査工期の長期化及び検査の高コスト化を招いてしまうという欠点があった。

従来において、このような欠点を解消するべく成された技術としては、例えば、特許文献１に記載された腐食度測定装置及び腐食度測定方法がある。この腐食度測定装置は、鋼製ケーブルの検査対象箇所に巻き付け状態で固定される検出コイルと、この検出コイルを含めて検査対象箇所を囲むようにして配置される励磁コイルを備えており、この励磁コイルは、検査対象箇所においてその径方向両側からリール半割体同士を互いに合体させて成るリールにコイルの素線を整列巻きした構成を成している。

この腐食度測定装置では、励磁コイルに電流を流して検査対象箇所を磁化させて、この磁化された検査対象箇所を通過する磁束量を計測する。この磁束量は、検査対象箇所の断面積に比例し、そして、この検査対象箇所の断面積は、検査対象箇所における腐食の度合いに応じて変化して、腐食が生じている腐食部分の断面積は腐食がない健全部分の断面積よりも小さくなる。したがって、あらかじめ取得した鋼製ケーブルの健全部分における磁束量に対する検査対象箇所での磁束量の変化を検出することで、検査対象箇所における腐食の有無及び腐食の度合いを把握することができる。

特許第3056136号

しかしながら、上記した腐食度測定装置では、目視検査を行っていた際のエラストマーシート及びラッピングワイヤの除去作業や復元作業が必要でなくなる分だけ、検査時間の短縮及び検査コストの低減を実現することができるものの、励磁コイルを鋼製ケーブルの検査対象箇所に配置する際には、検査対象箇所上でリールを組み立てたり、この組み立てたリールに対してコイルの素線を整列巻きしたりする作業が必要であるうえ、この腐食度の測定は、検査対象箇所が変わる度に一からリールの組み立てやコイルの素線の整列巻きなどの作業を行うことから、多くの手間隙がかかってしまうという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、線状体の腐食部分を高精度で検出することができるのは勿論のこと、検査時間のより一層の短縮及び検査コストのさらなる低減を実現することが可能である線状体の腐食部分検出装置及び腐食部分検出方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、磁性を有する線状体の腐食部分を検出（腐食度の測定も含む）する腐食部分検出装置であって、円筒形状を成し且つ中心に鉄心を具備して前記線状体の検査対象箇所を磁化する一対の励磁コイルと、これらの励磁コイルによって磁化された前記線状体の検査対象箇所内を通過する磁束量を検出する検出コイルを備え、前記一対の励磁コイルは、各々の前記鉄心の円形端面同士を互いに対向させた状態で、前記線状体の検査対象箇所を該検査対象箇所の径方向両側から挟み込んで配置され、前記検出コイルは、前記線状体上に巻き付けた状態で設置される構成としたことを特徴としており、この構成の線状体の腐食部分検出装置を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明の請求項２に係る線状体の腐食部分検出装置において、前記検出コイルは、前記線状体上の前記一対の励磁コイルにおける鉄心の脇に、前記線状体に巻き付けた状態で設置される構成としている。

一方、本発明の請求項３に係る発明は、円筒形状を成し且つ中心に鉄心を具備して磁性を有する線状体の検査対象箇所を磁化する一対の励磁コイルと、これらの励磁コイルによって磁化された前記線状体の検査対象箇所内を通過する磁束量を検出する検出コイルを備えた線状体の腐食部分検出装置を用いて、線状体の腐食部分を検出するに際して、前記線状体の検査対象箇所を間にして、前記一対の励磁コイルを各々の前記鉄心の円形端面同士が互いに対向するようにして配置すると共に、前記検出コイルを前記線状体上に巻き付けた状態で設置した後、前記一対の励磁コイルに電流を流して前記検査対象箇所を磁化させて、この磁化された前記検査対象箇所を通過する磁束量を計測し、前記線状体の健全部分における磁束量に対する前記検査対象箇所での磁束量の変化に基づいて、前記線状体の検査対象箇所での腐食部分を検出（腐食度の測定も含む）する構成としている。

本発明に係る線状体の腐食部分検出装置及び腐食部分検出方法において、線状体には、吊橋、斜張橋に用いられる鋼製ケーブルや、索道の鋼製ワイヤが含まれるほか、ロッドやポールやシャフト等の棒状体も含まれる。

また、本発明に係る線状体の腐食部分検出装置及び腐食部分検出方法において、検出コイルは、線状体上における一対の励磁コイルで挟み込まれる検査対象箇所に設置したり、一対の励磁コイルの脇に設置したりすることができるが、一対の励磁コイルに対する検出コイルの設置場所を様々変えて検出性能を比較検討したところにおいて、請求項２に記載したように、最も優れた検出性能が得られる一対の励磁コイルにおける鉄心の脇に、検出コイルを線状体に巻き付けた状態で設置することが望ましい。

さらに、本発明に係る線状体の腐食部分検出装置及び腐食部分検出方法では、線状体の腐食部分を検出するに際して、一対の励磁コイルの各磁極が互いにＳ極又はＮ極になるように電流を流したり、一対の励磁コイルの各磁極が互いに反する極になるように電流を流したりすることができる。

本発明に係る線状体の腐食部分検出装置及び腐食部分検出方法では、予め円筒形状に形成した一対の励磁コイルを線状体の検査対象箇所を間にしてそれぞれ配置して、各々の鉄心の円形端面同士を互いに対向させると共に、検出コイルを一対の励磁コイルで挟み込まれる検査対象箇所や一対の励磁コイルにおける鉄心の脇に巻き付けた状態で設置した後、各々の磁極が、例えば、互いに同じになるようにして両励磁コイルに電流を流して検査対象箇所を磁化させ、この磁化された検査対象箇所を通過する磁束量を検出コイルで計測する。

上記磁束量は、腐食の度合いに応じて変化する検査対象箇所の断面積に比例し、そして、腐食が生じている腐食部分での断面積は、腐食がない健全部分での断面積よりも小さくなるので、あらかじめ取得した線状体の健全部分における磁束量に対する検査対象箇所での磁束量の変化を検出すれば、検査対象箇所における腐食の有無が検出されることとなる。

上記した磁束量の計測は、検査対象箇所を順次ずらして複数の位置で行われる、すなわち、一対の励磁コイル及び検出コイルを線状体の軸方向に移動（走査）させて複数の位置で行われる。この際、検査対象箇所を変える場合において、一対の励磁コイルについては新たな検査対象箇所に移動させるだけでよく、励磁コイルの巻き付け作業は不要である。
つまり、本発明に係る線状体の腐食部分検出装置及び腐食部分検出方法において、検査対象箇所を変える場合には、励磁コイルの巻き付け作業が不要であり、一からのリールの組み立てや励磁コイル及び検出コイルの各素線の整列巻きなどの作業を行う場合と比べて、検査時間の短縮及び検査コストの低減が図られることとなる。

本発明に係る線状体の腐食部分検出装置では、上記した構成としているので、線状体の腐食部分を高精度で検出することができるのは言うまでもなく、検査時間をより一層短縮することができると共に、検査に要するコストもより一層低減させることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の一実施例による線状体の腐食部分検出装置の構成及び配置要領を示す斜視説明図である。 図１における腐食部分検出装置の対を成す励磁コイルの磁極が同じ場合の測定状況説明図である。 図１における腐食部分検出装置の検出性能試験を行った際の腐食部検出信号波形を示すグラフである。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は本発明に係る線状体の腐食部分検出装置及び腐食部分検出方法の一実施例を示している。

図１に示すように、この腐食部分検出装置１は、線状体としての試験体Ｗの検査対象箇所Ｗｐを磁化する一対の励磁コイル２，３と、これらの励磁コイル２，３によって磁化された試験体Ｗの検査対象箇所Ｗｐ内を通過する磁束量を検出する検出コイル４と、励磁コイル２，３用の電源５と、検出コイル４で取得した信号を増幅するアンプ６と、このアンプ６から送られる信号を解析して腐食の有無及び度合いを評価するコンピュータ７と、検査対象箇所Ｗｐの位置情報を取得するエンコーダ８を備えている。この場合、上記線状体としての試験体Ｗは、吊橋、斜張橋に用いられる鋼製ケーブルを模した構成としている。

この腐食部分検出装置１の一対の励磁コイル２，３は円筒形状を成していて、各々の中心には、両端部が励磁コイルの本体部分をはみ出す長さの鉄心２ａ，３ａをそれぞれ具備しており、これらの鉄心２ａ，３ａの各円形端面同士を互いに対向させた状態で、試験体Ｗの検査対象箇所Ｗｐをその径方向両側から挟み込むようにして配置される。

一方、検出コイル４は、この実施例において、試験体Ｗ上における一対の励磁コイル２，３の各鉄心２ａ，３ａの脇に、巻き付けた状態で設置される。なお、検出コイル４の巻き付け状態において、検出コイル４の内周を試験体Ｗの外周にゴムやパッキン等を用いて密着させてもよいが、検査対象箇所Ｗｐを変える際の移動（走査）を滑らかに行い得る程度の余裕を残すことが望ましい。

この腐食部分検出装置１により、試験体Ｗの腐食部分を検出するに際しては、まず、試験体Ｗの検査対象箇所Ｗｐを間にして径方向両側から挟み込むように一対の励磁コイル２，３を配置して、各々の鉄心２ａ，３ａの円形端面同士を互いに対向させると共に、検出コイル４を一対の励磁コイル２，３における各鉄心２ａ，３ａの脇に巻き付けた状態で設置する。

この後、両励磁コイル２，３に対して、各々の磁極が、例えば、互いに同じ極になるように電源５から電流を流して検査対象箇所Ｗｐを磁化させ、この磁化された検査対象箇所Ｗｐを通過する磁束量を検出コイル４で計測する。

この検出コイル４で計測された信号はアンプ６で増幅されてコンピュータ７に送られ、このコンピュータ７においてアンプ６からの増幅信号が解析されて、具体的には、あらかじめ取得した試験体Ｗの健全部分における磁束量に対する検査対象箇所Ｗｐでの磁束量の変化を検出して電圧変化として出力することで、腐食の有無及び度合いが評価される。

このように、本実施例による線状体の腐食部分検出装置１及び腐食部分検出方法では、試験体Ｗの検査対象箇所Ｗｐの径方向両側に一対の励磁コイル２，３を配置するだけで、これらの励磁コイル２，３のセッティングが完了するので、従来行われていた検査対象箇所上でのリールに対する励磁コイルの素線の整列巻き作業を必要としない分だけ、検査時間の短縮及び検査コストの低減が図られることとなる。

そして、例えば、吊橋、斜張橋に用いられる鋼製ケーブルの腐食部分を実際に検出する場合には、検査対象箇所Ｗｐを順次ずらして複数の位置で検査を行う、すなわち、一対の励磁コイル２，３及び検出コイル４を鋼製ケーブルの軸方向に移動（走査）させて複数の位置で検査を行うことから、検査対象箇所を変える度に励磁コイルの素線を数多く整列巻きしなくてはならない従来と比べて、検査時間のより一層の短縮及び検査コストのさらなる低減が図られることとなる。

そこで、本実施例による線状体の腐食部分検出装置１及び腐食部分検出方法を用いて、試験体Ｗに対する腐食部分の検出を試みた。試験体Ｗには、図１及び図２に示すように、直径５ｍｍの鋼線Ｗｗ約５０本を肉厚６ｍｍ、直径５０ｍｍの圧延鋼材（ＳＳ４００）から成る配管Ｗｓに詰めて成るものを用い、試験体Ｗの軸方向中央には、腐食部分に見立てた断面欠損率１００％の傷を設けた。

この試験において、励磁コイル２，３には、直径１．２ｍｍの鋼線を１８８０ターン巻き回して直径を約１００ｍｍとした空芯インダクタンス約１２４０００μＨ、空芯インピーダンス約７８０Ωのものを用い、鉄心２ａ，３ａには、直径が７０ｍｍでその両端部が励磁コイル本体部分をはみ出す長さのものを用いた。
また、試験体Ｗ上で且つ一対の励磁コイル２，３の各鉄心２ａ，３ａの脇に、直径０．３ｍｍの鋼線を５００ターン巻き回して直径約５０ｍｍの検出コイル４を形成することとし、この際の一対の励磁コイル２，３の軸心と検出コイル４の軸方向中心（図２左右方向中心）との距離ｄを約４０ｍｍとした（図２参照）。

そして、上記仕様の一対の励磁コイル２，３を試験体Ｗの検査対象箇所Ｗｐの両側に配置すると共に、これらの励磁コイル２，３の各鉄心２ａ，３ａの脇に検出コイル４を上記仕様で形成した後、両励磁コイル２，３に各磁極が互いにＳ極になるようにして電源５から２．６〜２．７５Ａの電流（負荷電圧２５Ｖ）を流して検査対象箇所Ｗｐを磁化させる。

この状態において、図２に示す磁束線Ｌが生じており、磁化された検査対象箇所Ｗｐを通過する磁束量を検出コイル４で計測し、以降、検査対象箇所Ｗｐを順次ずらして複数の位置でこの磁束量の計測を試みたところ、図３に示す計測結果を得た。

図３は、検査対象箇所Ｗｐを０〜６００ｍｍの範囲内で移動させた（励磁コイル２，３及び検出コイル４を走査させた）際のアンプ６で増幅された検出信号波形（電圧波形）を表している。

図３に示すように、試験体Ｗの傷がない部位におけるノイズ（楕円で囲んだ部分）がやや大きいものの、試験体Ｗの断面欠損率１００％の傷を設けた軸方向中央（走査距離約３００ｍｍの部位）では、この傷を認識し得るのに十分な大きさの信号強度が得られていることが判る。この信号強度は、従来の測定方法（検査対象箇所上での励磁コイルのリールに対するコイルの素線の整列巻き作業を必要とする測定方法）で得られる信号強度とほぼ同等であり、したがって、本実施例による線状体の腐食部分検出装置１及び腐食部分検出方法では、従来の測定方法と比較して、検査時間のより一層の短縮及び検査コストのさらなる低減を実現したうえで、線状体の腐食部分の有無及び腐食の度合いを高精度で検出し得ることが実証できた。

次に、両励磁コイル２，３の各磁極が互いにＮ極になるようにして、試験体Ｗに対する傷（腐食部分）の検出を試みたところ、図示はしないが従来の測定方法で得られる信号強度の約７割の強さの信号強度が得られ、このように両励磁コイル２，３の各磁極を互いにＮ極にした場合でも、試験体Ｗに設けた断面欠損率１００％の傷を認識し得る信号強度、すなわち、線状体の腐食部分の有無及び腐食の度合いを検出し得る信号強度が得られることが判った。

なお、両励磁コイル２，３の各磁極を互いにＳ極にした場合とＮ極にした場合とでは、試験体Ｗの断面欠損率１００％の傷を認識し得る信号強度に３割程度の差が生じたが、これは試験環境の違いによるものと考えられ、今後解明すべき点である。

また、両励磁コイル２，３の各磁極が互いに反する極になるようにして、試験体Ｗに対する傷（腐食部分）の検出を試みたところ、従来の測定方法で得られる信号強度の約５割の強さの信号強度が得られ、一方、試験体Ｗにおける一対の励磁コイル２，３の各鉄心２ａ，３ａ間に挟み込まれる検査対象箇所Ｗｐに、直径０．３ｍｍの鋼線を５００ターン巻き回して直径約５０ｍｍの検出コイル４を形成したうえで、両励磁コイル２，３の各磁極が互いに同じ極になるようにして、試験体Ｗに対する傷（腐食部分）の検出を試みたところ、両励磁コイル２，３の各磁極が互いにＳ極であるかＮ極であるかにかかわらず、従来の測定方法で得られる信号強度の約３割の強さの信号強度が得られることが判った。

つまり、本実施例による線状体の腐食部分検出装置１及び腐食部分検出方法において、試験体Ｗにおける一対の励磁コイル２，３の各鉄心２ａ，３ａ間に挟み込まれる検査対象箇所Ｗｐに検出コイル４を設置したり、一対の励磁コイル２，３の各磁極が互いに反する極になるように電流を流したりする場合でも、少なくとも傷を認識し得る信号強度、すなわち、線状体の腐食部分の有無を検出し得る信号強度が得られることが判った。

本発明に係る線状体の腐食部分検出装置及び腐食部分検出方法の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。

１ 線状体の腐食部分検出装置
２，３ 一対の励磁コイル
２ａ，３ａ 鉄心
４ 検出コイル
Ｗ 試験体（線状体）
Ｗｐ 検査対象箇所

Claims (3)

1. 磁性を有する線状体の腐食部分を検出する腐食部分検出装置であって、
   円筒形状を成し且つ中心に鉄心を具備して前記線状体の検査対象箇所を磁化する一対の励磁コイルと、
   これらの励磁コイルによって磁化された前記線状体の検査対象箇所内を通過する磁束量を検出する検出コイルを備え、
   前記一対の励磁コイルは、各々の前記鉄心の円形端面同士を互いに対向させた状態で、前記線状体の検査対象箇所を該検査対象箇所の径方向両側から挟み込んで配置され、
   前記検出コイルは、前記線状体上に巻き付けた状態で設置される
   ことを特徴とする線状体の腐食部分検出装置。
2. 前記検出コイルは、前記線状体上の前記一対の励磁コイルにおける鉄心の脇に、前記線状体に巻き付けた状態で設置される請求項１に記載の線状体の腐食部分検出装置。
3. 円筒形状を成し且つ中心に鉄心を具備して磁性を有する線状体の検査対象箇所を磁化する一対の励磁コイルと、これらの励磁コイルによって磁化された前記線状体の検査対象箇所内を通過する磁束量を検出する検出コイルを備えた線状体の腐食部分検出装置を用いて、線状体の腐食部分を検出するに際して、
   前記線状体の検査対象箇所を間にして、前記一対の励磁コイルを各々の前記鉄心の円形端面同士が互いに対向するようにして配置すると共に、前記検出コイルを前記線状体上に巻き付けた状態で設置した後、
   前記一対の励磁コイルに電流を流して前記検査対象箇所を磁化させて、この磁化された前記検査対象箇所を通過する磁束量を計測し、
   前記線状体の健全部分における磁束量に対する前記検査対象箇所での磁束量の変化に基づいて、前記線状体の検査対象箇所での腐食部分を検出する
   ことを特徴とする線状体の腐食部分検出方法。

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