JP2013231676A - 渦流探傷方法と渦流探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アブソリュートキズ信号を処理して被検査体のキズを探傷する渦流探傷装置において、ギャップの影響を受けることなくアブソリュートキズ信号を検出すること。
【解決手段】探傷位置において、図（ａ）の渦流探傷プローブＰｒに同時にギャップ試験信号とキズ試験信号を供給して、図（ｂ）のギャップ信号検出部３２１とキズ信号検出部３２２においてギャップ信号とキズ信号を検出し、ギャップ算出部３３において探傷位置のギャップ信号と健全部ギャップ信号に基づいて探傷位置のギャップを測定する。基準信号算出部３４において探傷位置のギャップに対応する基準信号を検出し、探傷位置のキズ信号から基準信号を引いて差をとり、アブソリュートキズ信号を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、渦流探傷方法と渦流探傷装置に関し、キズの探傷信号をアブソリュート信号で処理する渦流探傷方法と渦流探傷装置に関する。

従来被検査体のキズの深さを評価する方法として、被検査体に沿って渦流探傷プローブを走査し、検出した渦流探傷信号の振幅によりキズの深さを評価する方法がとられている（特許文献１）。
一般的な渦流探傷方法では，走査方向前後における被検査体の渦流探傷信号の変化を差分処理により求めて使用する。こうすることでギャップ変動によるゆるやかな信号変化を除去することができるため，キズによる信号のＳ／Ｎが向上する。この走査方向前後の差をとる処理を本文では「差分処理」と呼ぶ。ところで差分処理では，走査方向の前後変化をもとめるものであるため，連続した密集キズの場合には，キズの深さではなく隣接するキズとの差しか得られないという問題がある。このような問題があるため連続した密集キズに対しては差分処理を行わないアブソリュート信号を使う必要がある。このアブソリュート信号を使う従来の方法を図４により説明する。
図４（ａ１）、（ａ２）は、離れた位置にキズｆ１、ｆ２のある被検査体Ｔを探傷する例である。
図４（ａ１）のように渦流探傷プローブＰｒを矢印方向へ走査すると、渦流探傷プローブＰｒがキズｆ１、ｆ２を通過したとき、図４（ａ２）のように渦流探傷信号Ｓｆ１，Ｓｆ２が発生する。
渦流探傷信号Ｓｆ１，Ｓｆ２は、キズ毎に独立しているから、被検査体Ｔのキズがない健全部Ｐ０を基準点にし、その基準点からの振幅が分かればその振幅に基づいてキズｆ１、ｆ２の深さを評価できる。
ここで渦流探傷信号Ｓｆ１，Ｓｆ２の振幅（電圧）を求める方法について説明する。
図４（ａ１）において、渦流探傷プローブＰｒを被検査体Ｔに沿って走査すると、健全部においては渦流探傷プローブＰｒの検出コイルには、渦流探傷プローブＰｒ（検出コイル）と被検査体Ｔの健全部（表面）との距離に対応する出力（電圧）が発生する。その出力は、キズｆ１、ｆ２の位置においては、渦流探傷プローブＰｒと被検査体Ｔの健全部の距離による信号に加えてキズの深さ分変化する。ここで渦流探傷プローブＰｒと被検査体Ｔとの距離がほとんどかわらないと仮定するとキズｆ１、ｆ２における出力と健全部における出力の差をとると、その差分は、渦流探傷信号Ｓｆ１，Ｓｆ２の振幅に相当する出力になる。
ここで被検査体Ｔの健全部における渦流探傷プローブＰｒと被検査体Ｔの距離に対応する出力を「基準電圧」と呼ぶ。

一方鉄道のレールのきしみ割れのように多数のキズが短い間隔で連続していると、得られた信号から健全部での渦流探傷信号の振幅を得られない場合がある。
図４（ｂ１），（ｂ２）は、連続する多数のキズＦのある被検査体Ｔを探傷する例で、図４（ｂ１）は、被検査体Ｔの平面図、図４（ｂ２）は断面図である。
キズＦのように多数のキズが連続していると、渦流探傷プローブＰｒは、同時に複数のキズに感応するから、渦流探傷信号は、複数のキズの渦流探傷信号が重なった複合渦流探傷信号となり、各キズの渦流探傷信号の波形は裾が重なってしまい、その重なる部分から突出している部分が各キズ信号の振幅として検出されるため、差分処理で検出した渦流探傷信号は振幅が小さくなってしまう。またキズＦのように多数のキズが連続していると、渦流探傷プローブＰｒの走査開始位置は、健全部Ｐ０とは限らず、キズＦの途中になることもあるから、基準点がはっきりしなくなり基準電圧が分からなくなる。またアブソリュート渦流探傷信号は、渦流探傷プローブと被検査体の距離（ギャップ）の影響を受け、ギャップにより基準電圧が変わってしまう。

特開２００６−１８９３４７号公報

本発明は、アブソリュート渦流探傷信号の前記問題点に鑑み、ギャップが変わってもギャップの影響を受けずにアブソリュート渦流探傷信号を解析できる渦流探傷方法と渦流探傷装置を提供することを目的とする。

本発明は、その目的を達成するため請求項１に記載の渦流探傷方法は、渦流探傷プローブを用いる渦流探傷方法において、探傷位置のキズ信号を検出するとともに探傷位置のギャップを測定してそのギャップに対応する基準信号を検出し、キズ信号と基準信号の差をとってアブソリュートキズ信号を検出することを特徴とする。
請求項２に記載の渦流探傷方法は、請求項１に記載の渦流探傷方法において、前記探傷位置のギャップは、被検査体の健全部のギャップに対応する健全部ギャップ信号と探傷位置のギャップ信号に基づいて測定し、前記基準信号は、探傷位置のギャップと被検査体の健全部のギャップに対応する健全部キズ信号に基づいて検出することを特徴とする。
請求項３に記載の渦流探傷方法は、 請求項１又は請求項２に記載の渦流探傷方法において、前記アブソリュートキズ信号を前記探傷位置のギャップに対応するキズ信号の振幅変化比で補正することを特徴とする。
請求項４に記載の渦流探傷装置は、渦流探傷プローブを用いる渦流探傷装置において、探傷位置のギャップの測定装置、探傷位置のキズ信号の検出装置、探傷位置のギャップに対応する基準信号の検出装置、キズ信号と基準信号の差をとってアブソリュートキズ信号を検出する装置を備えていることを特徴とする。
請求項５に記載の渦流探傷装置は、請求項４に記載の渦流探傷装置において、前記ギャップの測定装置は、被検査体の健全部のギャップに対応する健全部ギャップ信号と探傷位置のギャップ信号に基づいて探傷位置のギャップを算出するギャップ算出部を備え、前記基準信号の検出装置は、ギャップ算出部で得たギャップと被検査体の健全部のギャップに対応する健全部キズ信号に基づいて探傷位置の基準信号を算出する基準信号算出部を備えていることを特徴とする。
請求項６に記載の渦流探傷装置は、請求項４又は請求項５に記載の渦流探傷装置において、前記アブソリュートキズ信号を前記探傷位置のギャップに対応するキズ信号の振幅変化比で補正する装置を備えていることを特徴とする。

本発明は、探傷位置におけるギャップとキズの渦流探傷信号（キズ信号）を同時に検出し、ギャップに対応する基準信号を算出し、渦流探傷信号と基準信号の差を取ってアブソリュート渦流探傷信号を検出するから、ギャップが変わってもアブソリュート渦流探傷信号を適切に検出することができる。

図１は、本発明の実施例に係る渦流探傷装置のブロック図である。 図２は、本発明の実施例に係る渦流探傷装置の試験に用いた被検査体とその渦流探傷装置を用いて検出したキズ信号の波形を示す。 図３は、本発明の実施例に係る渦流探傷装置を用いて検出したギャップ信号とアブソリュートキズ信号の波形を示す。 図４は、従来の渦流探傷方法を説明するための被検査体と渦流探傷信号の波形を示す。

図１〜図３により本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例に係る渦流探傷装置のブロック図である。
ここで本発明に用いる各種信号について次のように定義する。
キズを測定するため渦流探傷プローブに供給する試験信号をキズ試験信号、ギャップを測定するため渦流探傷プローブに供給する試験信号をギャップ試験信号、被検査体をギャップ試験信号により探傷して検出した信号をギャップ信号、被検査体をキズ試験信号により探傷して検出した信号をキズ信号と、夫々呼ぶ。

渦流探傷装置は、図１（ａ）ように、ギャップ試験信号発振器１１、キズ試験信号発振器１２、渦流探傷プローブＰｒ、ギャップ試験信号用同期検波器２１、キズ試験信号用同期検波器２２、信号処理部３からなり、信号処理部３は、図１（ｂ）ように構成されている。なお渦流探傷プローブＰｒは、相互誘導自己比較型のものを用いたが、相互誘導自己比較型でなくてもよい。
キズ試験信号は、連続するキズに対して比較的感受性の高い周波数（例えば８００ｋＨｚ）の信号を用い、ギャップ試験信号は、キズに対して相対的に感受性の低い周波数（例えば６．２５ｋＨｚ）の信号を用いる。この時キズ試験信号の周波数とギャップ試験信号の周波数は、４倍以上の周波数差をもたせるのがのぞましい。
ギャップ試験信号とキズ試験信号は、同時に同じ渦流探傷プローブＰｒへ供給する。渦流探傷プローブＰｒは、被検査体（図示せず）を走査し探傷して検出した信号を、ギャップ試験信号用同期検波器２１とキズ試験信号用同期検波器２２に供給する。ギャップ試験信号用同期検波器２１は、渦流探傷プローブＰｒが検出した信号をギャップ試験信号により同期検波し、またキズ試験信号用同期検波器２２は、キズ試験信号により同期検波して、夫々の検波出力を信号処理部３へ供給する。

次に図１（ｂ）の信号処理部３について説明する。
健全部ギャップ信号記憶部３１１には、事前にギャップ試験信号を渦流探傷プローブＰｒに供給して被検査体の健全部（キズのない部分）のギャップに対応するギャップ信号（健全部ギャップ信号）を求めて記憶しておく。
健全部キズ信号記憶部３１２には、事前にキズ試験信号を渦流探傷プローブＰｒに供給して被検査体の健全部のギャップに対応するキズ信号（健全部キズ信号）を記憶しておく。
ここで健全部キズ信号は、各ギャップにおけるキズ信号の基準電圧を表しているから「基準信号」と呼ぶ。
電圧変化比記憶部３１３には、事前に渦流探傷プローブＰｒを用いて被検査体の所定の深さのキズをキズ試験信号により探傷して、種々のギャップに対応するキズ信号の振幅変化比（電圧変化比）を記憶しておく。

ギャップ信号検出部３２１は、ギャップ試験信号用同期検波器２１の出力からローパスフィルタによりギャップ信号を抽出し、キズ信号検出部３２２は、キズ試験信号用同期検波器２２の出力からローパスフィルタによりキズ信号を抽出する。抽出したギャップ信号とキズ信号は、渦流探傷プローブＰｒにより同じ探傷位置において検出された信号である。
ギャップ算出部３３は、ギャップ信号検出部３２１において検出したギャップ信号と健全部ギャップ信号記憶部３１１の健全部ギャップ信号に基づいて、探傷位置のギャップを算出して探傷位置のギャップを測定する。基準信号算出部３４は、算出したギャップと健全部キズ信号記憶部３１２の健全部キズ信号に基づいて、算出したギャップに対応する健全部キズ信号を算出する。即ち探傷位置のギャップに対応する基準信号を算出する。

アブソリュートキズ信号算出部３６は、キズ信号検出部３２２において検出したキズ信号から基準信号算出部３４において算出した基準信号を引いて差をとり、アブソリュートキズ信号を算出する。
キズ信号補正部３７は、電圧変化比算出部３５の電圧変化比（振幅変化比）に基づいてアブソリュートキズ信号の電圧を補正する。即ち探傷位置のギャップに対応する電圧変化比により、アブソリュートキズ信号の電圧を補正する。その際電圧変化比算出部３５は、電圧変化比記憶部３１３のキズ信号の電圧変化比に基づいて、ギャップ算出部３３が算出した探傷位置のギャップに対応する電圧変化比を算出する。なおキズ信号、基準信号は、それらの信号の電圧について説明したが、電圧に限らずそれらの信号の振幅或いは大きさが分かればよい。

以上のように、信号処理部３は、渦流探傷プローブＰｒを走査して探傷するとき、探傷位置においけるギャップを測定し、同時にキズ信号を検出し、その探傷位置のギャップに対応する基準信号を検出して、キズ信号と基準信号の差を検出することにより、アブソリュートキズ信号を検出することができる。そしてそのアブソリュートキズ信号を探傷位置のギャップに対応する電圧変化比で補正することにより、ギャップの影響を受けないアブソリュートキズ信号を検出することができる。
またキズ信号とギャップ信号は、同じ渦流探傷プローブＰｒを用いて、同じ探傷位置において同時に検出することができる。

次に図２、図３により、図２（ａ１），（ａ２）の被検査体Ｔを探傷して検出した各種の信号について説明する。
図２（ａ１）は、被検査体Ｔの平面図であり、図２（ａ２）は、断面図である。
Ｐ０は、被検査体（レール）Ｔの健全部を、Ｆ１，Ｆ２は、連続するキズを、Ｐ１は、キズＦ１，Ｆ２の間に形成した切削部を示す。Ｐ１の切削部では，キズがなくなるまで切削している。
渦流探傷プローブＰｒを被検査体Ｔに沿って、キズＦ１の途中から矢印方向へ走査し、渦流探傷プローブＰｒにキズ試験信号とギャップ試験信号を同時に供給して探傷すると、図２（ｂ）のキズ信号と図３（ａ）のギャップ信号が検出される。図２（ｂ）のキズ信号は、図１のキズ信号検出部３２２のキズ信号に相当し、図３（ａ）のギャップ信号は、図１のギャップ信号検出部３２１のギャップ信号に相当する。図３（ａ）のギャップ信号を用いて、探傷位置のギャップを検出し、その検出したギャップに対応する基準信号を検出して、図２（ｂ）のキズ信号から基準信号を引き電圧比で補正を行うと図３（ｂ）のキズ信号になる。図３（ｂ）のキズ信号は、図１のキズ信号補正部３７のアブソリュートキズ信号に相当する。図３（ｂ）では，キズのある部分で信号が出力(マイナス方向ではあるが)されており切削部では信号がほとんど０となっている。
以上の探傷結果から、本発明は、アブソリュートキズ信号を検出できることが分かる。

前記実施例は、レールの連続キズを例に説明したが、レールのキズに限らず、その他のキズのアブソリュートキズ信号の検出に適用することができる。

１１ ギャップ試験信号発振器
１２ キズ試験信号発振器
２１ ギャップ試験信号用同期検波器
２２ キズ試験信号用同期検波器
３ 信号処理部
３１１ 健全部ギャップ信号記憶部
３１２ 健全部キズ信号記憶部
３１３ 電圧変化比記憶部
３２１ ギャップ信号検出部
３２２ キズ信号検出部
３３ ギャップ算出部
３４ 基準信号算出部
３５ 電圧変化比算出部
３６ アブソリュートキズ信号算出部
３７ キズ信号補正部
Ｐｒ 渦流探傷プローブ

Claims (6)

1. 渦流探傷プローブを用いる渦流探傷方法において、探傷位置のキズ信号を検出するとともに探傷位置のギャップを測定してそのギャップに対応する基準信号を検出し、キズ信号と基準信号の差をとってアブソリュートキズ信号を検出することを特徴とする渦流探傷方法。
2. 請求項１に記載の渦流探傷方法において、前記探傷位置のギャップは、被検査体の健全部のギャップに対応する健全部ギャップ信号と探傷位置のギャップ信号に基づいて測定し、前記基準信号は、探傷位置のギャップと被検査体の健全部のギャップに対応する健全部キズ信号に基づいて検出することを特徴とする渦流探傷方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の渦流探傷方法において、前記アブソリュートキズ信号を前記探傷位置のギャップに対応するキズ信号の振幅変化比で補正することを特徴とする渦流探傷方法。
4. 渦流探傷プローブを用いる渦流探傷装置において、探傷位置のギャップの測定装置、探傷位置のキズ信号の検出装置、探傷位置のギャップに対応する基準信号の検出装置、キズ信号と基準信号の差をとってアブソリュートキズ信号を検出する装置を備えていることを特徴とする渦流探傷装置。
5. 請求項４に記載の渦流探傷装置において、前記ギャップの測定装置は、被検査体の健全部のギャップに対応する健全部ギャップ信号と探傷位置のギャップ信号に基づいて探傷位置のギャップを算出するギャップ算出部を備え、前記基準信号の検出装置は、ギャップ算出部で得たギャップと被検査体の健全部のギャップに対応する健全部キズ信号に基づいて探傷位置の基準信号を算出する基準信号算出部を備えていることを特徴とする渦流探傷装置。
6. 請求項４又は請求項５に記載の渦流探傷装置において、前記アブソリュートキズ信号を前記探傷位置のギャップに対応するキズ信号の振幅変化比で補正する装置を備えていることを特徴とする渦流探傷装置。

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