JP2014077731A

JP2014077731A - 渦電流探傷装置および渦電流探傷方法

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Publication number: JP2014077731A
Application number: JP2012226204A
Authority: JP
Inventors: Soichi Ueno; 聡一上野; Noriyasu Kobayashi; 徳康小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2014-05-01
Anticipated expiration: 2032-10-11
Also published as: JP6058343B2

Abstract

【課題】パルス励磁渦電流探傷検査によるきずのサイジングが可能な渦電流探傷装置およびその方法を提供する。
【解決手段】渦電流探傷装置１０は、被検査体１に励磁コイル１１にパルス状の電流を供給する励磁部１２と、被検査体内の渦電流分布変化を検出する検出コイル１３に生じる電圧信号を検出する検出部１４と、励磁コイルおよび検出コイルを把持し、検出コイルを三次元的に走査させる把持部１５と、検出部から取得する電圧信号の波形の上包絡線と下包絡線の差分が前回取得された電圧信号の波形の上包絡線と下包絡線の差分に対して変化した総和の極大値のうち、走査方向に対して連続する２点の極大値の出現位置に基づいて被検査体内に存在するきずの位置を算出する一方、検出部で検出される電圧信号の周波数スペクトルの時間変化に基づいて被検査体内のきずの深さを算出する演算抽出処理部１６を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は渦電流探傷装置および渦電流探傷方法に関する。

炉内構造物の供用期間中検査では非破壊検査手法が用いられており、代表的なものとして目視検査（ＶｉｓｕａｌＴｅｓｔｉｎｇ：ＶＴ）、超音波検査（ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＴｅｓｔｉｎｇ：ＵＴ）、渦電流探傷検査（ＥｄｄｙＣｕｒｒｅｎｔＴｅｓｔｉｎｇ：ＥＣＴ）がある。このうち、ＶＴおよびＥＣＴは表面検査、ＵＴは体積検査に用いられる。また、きず指示があった場合は、より詳細なＵＴによってきずのサイジングが行われる。

しかし、炉内構造物には曲率半径の小さな狭隘かつ複雑形状を有する溶接部が多く存在する。このような部位に対しては超音波の入射角制御は難しく、また、その減衰も大きい事から高精度なサイジング（ｓｉｚｉｎｇ）が困難とされている。その一方で、近年、ＥＣＴにパルス波を用いることで被検査体内に生じる渦電流の伝播現象を用いた検査手法が提案されている。

この検査手法の原理について説明すると、まず、励磁コイルに矩形の電流を供給する。電流が切断された直後ではパルス波に含まれる周波数成分に従って、被検査体内には３次元的な渦電流分布が形成される。

この時、前記渦電流分布を誘導していた磁場の供給が停止するため、その後、過渡的な変化を生じる。この過渡的な変化とは周波数成分に応じた減衰と被検査体深さ方向への渦電流の伝播である。

また、低周波成分ほど減衰率が小さく表皮深さも深いため、被検査体表層に存在する高周波成分の渦電流が無視できる程度に減衰するまで時間が経過しても低周波成分の渦電流の伝播は続いており、被検査体表層の渦電流の影響を受けることなく深部の情報を検出することができる。

さらに、非接触でパルス磁場を印加、渦電流信号を検出可能であることから、狭隘な複雑形状部位に対しても、サイジング可能性が期待できる。

このような原理を利用して、配管肉厚を測定する技術は、例えば、特開２００５−１０６８２３号公報（特許文献１）に記載されている。

特許文献１に記載される技術は、アレイ状に配置したセンサ素子を用いてパルス磁場を印加し、被検査体に生じる渦電流の過渡変化を検出する。また、検出された渦電流信号に対して多項式による近似式を当てはめ、各次数項の係数から被検査体の厚さを推定する技術である。

特開２００５−１０６８２３号公報

上述した特許文献１等に記載されるパルス励磁渦電流探傷検査（ＰｕｌｓｅｄＥｄｄｙＣｕｒｒｅｎｔＴｅｓｔｉｎｇ：ＰＥＣＴ）は、渦電流の伝播特性を利用して渦電流の減衰曲線の形状から被検査体の厚みを推定する技術である。その一方で、ＰＥＣＴは、伝播する渦電流の局所的な時間における信号変化については検出しないため、きずの様に局所的な渦電流分布の変化が時間差を持って生じる対象に対して適用する場合に課題がある。すなわち、きずを検出した際にその深さを同定する場合に課題がある。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであり、パルス励磁渦電流探傷検査によるきずのサイジングが可能な渦電流探傷装置および渦電流探傷方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る渦電流探傷装置は、被検査体にパルス磁場を励起し渦電流を形成する１つ以上の励磁コイルにパルス状の電流を供給する励磁部と、前記渦電流の被検査体における過渡的な広がりによる渦電流分布変化を検出する検出素子に生じる電圧信号を検出する検出部と、前記励磁コイルおよび前記検出素子を把持し、前記検出素子を三次元的に走査させる把持部と、前記検出部で検出される電圧信号を所定の周期で取得し、取得する電圧信号の波形の上包絡線と下包絡線の差分が前回取得された電圧信号の波形の上包絡線と下包絡線の差分に対して変化した総和を算出することで得られる２点以上の総和の極大値のうち、前記走査方向に対して連続する２点の極大値の出現位置に基づいて被検査体内に存在するきずの位置を算出する一方、算出する位置に存在する前記被検査体内のきずの深さを、前記検出部で検出される電圧信号の周波数スペクトルの時間変化に基づいて算出する演算処理部と、を具備することを特徴とする。

本発明の実施形態に係る渦電流探傷方法は、被検査体にパルス磁場を励起し渦電流を形成する１つ以上の励磁コイルにパルス状の電流を供給する励磁部と、前記渦電流の被検査体における過渡的な広がりによる渦電流分布変化を検出する検出素子に生じる電圧信号を検出する検出部と、前記検出部で検出される電圧信号に基づいて前記被検査体内に存在するきずの位置および深さの少なくとも一方を算出する演算処理部とを具備する渦電流探傷装置を用いて行う渦電流探傷方法であり、前記励磁部が、前記被検査体にパルス磁場を励起し渦電流を形成する１つ以上の励磁コイルにパルス状の電流を供給するステップと、前記検出部が、前記渦電流の被検査体における過渡的な広がりによる渦電流分布変化を検出する検出素子に生じる電圧信号を検出するステップと、前記演算処理部が、前記検出素子に生じる電圧信号を検出するステップで、走査される前記検出素子が検出する電圧信号を所定の周期で取得し、取得する電圧信号の波形の上包絡線と下包絡線の差分が前回取得された電圧信号の波形の上包絡線と下包絡線の差分に対して変化した総和を算出することで得られる２点以上の総和の極大値のうち、前記走査の方向に対して連続する２点の極大値の出現位置に基づいて前記被検査体内に存在するきずの位置を算出するステップ、および前記検出素子に生じる電圧信号を検出するステップで検出される電圧信号の周波数スペクトルの時間変化に基づいて前記被検査体内に存在するきずの位置として算出される位置に存在するきずの深さを算出するステップの少なくとも一方のステップと、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、パルス励磁渦電流探傷検査（ＰＥＣＴ）において、きずによる局所的な渦電流分布の変化を検出することができ、きずのサイジングが可能となる。

本発明の実施形態に係る渦電流探傷装置の構成を示す機能ブロック図。本発明の実施形態に係る渦電流探傷装置に適用される検出素子の一例であって、検出コイルとは異なる例を説明する説明図。本発明の実施形態に係る渦電流探傷装置の被検査体に対して使用している状態を説明する説明図。本発明の実施形態に係る渦電流探傷装置において計測される検出信号の一例を示した説明図。本発明の実施形態に係る渦電流探傷装置におけるきず位置同定方法を説明する説明図。本発明の実施形態に係る渦電流探傷装置によるきずの深端部の検出時刻を同定する方法を説明する説明図であり、（Ａ）は検出電圧のタイムチャート、（Ｂ）は検出電圧の周波数スペクトル図である。本発明の実施形態に係る渦電流探傷装置において使用される校正試験片の一例を示す概略図。

本発明の実施形態に係る渦電流探傷装置および渦電流探傷方法について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明においては、上下、左右等方向を示す言葉は、図示した状態または通常の使用状態を基準とする。

本発明の実施形態に係る渦電流探傷装置は、例えば、原子炉管台、炉底部、または金属配管等の金属構造材全般の検査に適用することができ、金属構造材に発生したきずの深さを同定することができる装置である。

図１は、本発明の実施形態に係る渦電流探傷装置の一例である渦電流探傷装置１０の構成を示す機能ブロック図である。

渦電流探傷装置１０は、パルス励磁渦電流探傷検査（ＰＥＣＴ）によって被検査体１のきず２の有無を検査する装置であり、例えば、励磁コイル１１を駆動させる励磁部１２と、検出コイル１３等の検出素子に生じる電気信号（例えば電圧信号）を検出する検出部１４と、把持部１５と、きず位置演算手段およびきず深さ演算手段としての演算抽出処理部１６と、表示部１７とを具備する。

渦電流探傷装置１０では、励磁部１２、検出部１４、把持部１５、および表示部１７と、演算抽出処理部１６とが、電気的に接続される。また、励磁部１２には励磁コイル１１が電気的に接続され、検出部１４には検出コイル１３が電気的に接続されている。さらに、励磁部１２および演算抽出処理部１６は、表示部１７と電気的に接続されている。

励磁コイル１１は、励磁部１２からパルス状の電流（励磁電流）の供給を受けて被検査体１にパルス磁場を励起し、渦電流を形成する。なお、励磁コイル１１の個数は、少なくとも一つあれば良く二つ以上でも構わない。

励磁部１２は、パルス状の電流を発生させて、発生させたパルス状の電流を励磁電流として励磁コイル１１に供給する。

検出コイル１３は、励磁コイル１１によって被検査体１に形成される渦電流の過渡的な広がりによる渦電流分布変化を検出する検出素子の一例である。なお、検出コイル１３の個数は、少なくとも一つあれば良く、二つ以上でも構わない。

検出部１４は、検出コイル１３（検出素子）に生じる電気信号を検出し、検出した電気信号を検出信号として演算抽出処理部１６へ伝送する。また、検出部１４は、増幅器（アンプ）と濾波器（フィルタ）とを有しており、検出された電気信号を適宜増幅およびノイズ除去して演算抽出処理部１６へ伝送している。

把持部１５は、励磁コイル１１と検出コイル１３を把持しつつ、励磁コイル１１および検出コイル１３を被検査体１の表面（検査面）上の所望の地点に移動させる機能と、３次元空間内に設定される原点Ｏを基準とした励磁コイル１１および検出コイル１３の位置情報を取得し、演算抽出処理部１６へ伝送する機能とを有する。

演算抽出処理部１６は、検出部１４から伝送される検出信号（電気信号）を受け取り、受け取った検出信号に対して、所定の波形分析処理を行うことで、被検査体１に存在し得るきず２のサイジングを行う。演算抽出処理部１６が所定の波形分析処理した結果は表示部１７に与えられ、表示部１７に表示される。

演算抽出処理部１６は、演算部１６ａと抽出部１６ｂとを備える。演算抽出処理部１６では、例えば、演算部１６ａがきず２の存在する場所を特定するための演算処理（後述する検出信号の上包絡線と下包絡線との包絡線差分変化の総和を求める演算処理等）ときず２の深さを特定するための演算処理の一部（後述する検出信号のフーリエ変換処理）を行い、抽出部１６ｂがきず２の深さを特定するための残りの演算処理（後述する検出信号の周波数スペクトルの周波数シフトが生じる時間を求める演算処理およびきず２の深さを算出する演算処理）とを行う。

表示部１７は、例えば、表示機能を有するモニタ等で構成され、演算抽出処理部１６が演算処理の結果および抽出処理した結果を表示する。

なお、図１に示される渦電流探傷装置１０では、検出素子として検出コイル１３が適用されているが、検出素子は必ずしもコイルである必要はなく、被検査体１に形成される渦電流により生じる磁場を検出する磁気センサを適宜選択して適用することができる。

図２は渦電流探傷装置１０に適用される検出素子の一例であって、検出コイル１３とは異なる例を説明する説明図である。

例えば、図２に示されるように、渦電流探傷装置１０において、検出素子は必ずしも検出コイル１３に限られるものではなく、検出コイル１３の代わりに、ホール素子や磁気抵抗素子（ＭＲセンサ）等のコイル以外の磁気センサ２３を検出素子として適宜選択して適用することができる。

次に、渦電流探傷装置１０を用いて行う被検査体１のパルス励磁渦電流探傷検査（ＰＥＣＴ）について説明する。

図３は渦電流探傷装置１０を被検査体１に対して使用している状態を説明する説明図である。
なお、図３では、説明を簡略化する等の観点から、励磁コイル１１および検出素子の一例である検出コイル１３がそれぞれ１個の場合における渦電流探傷装置１０を示す。

把持部１５は、例えば、ｘｙｚ３次元直交座標系のｚ軸方向を長手方向とする柱状の支柱３１と、支柱３１と垂直な方向、すなわち、被検査体１の検査面と平行な方向に取り付けられる棒状のアーム３２と、アーム３２の長さの範囲内で当該アーム３２に沿ってスライド移動可能なスライダ３３とを有して構成され、励磁コイル１１および検出コイル１３を把持する把持ユニット３５を備える。把持ユニット３５全体の移動は、把持部駆動装置３０から駆動力を受けることで行われる。

把持部駆動装置３０は、例えば、少なくともｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向に移動自在な３軸以上の多軸ロボット（マニピュレータ）や搬送装置であり、支柱３１を把持した状態で把持ユニット３５をｘｙｚ３次元直交座標系の３軸方向（ｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向）に自在に移動させる。また、把持部駆動機構３０は、ｚ軸を回転軸として把持している支柱３１を任意の角度に回転させることができる。

支柱３１は、例えば、被検査体１の検査面（ｚ＝ｚ_０となるｘ−ｙ平面）に対して垂直方向（ｚ軸方向）を長手方向とする柱状体であり、下端に励磁コイル１１が取り付けられる。支柱３１は、検査実施時には、把持部駆動装置３０からの駆動力を受けて、被検査体１の検査面上の任意の場所（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）に設置したり、アーム３２を自在に軸回転させることができる。

スライダ３３は、アーム３２に沿って励磁コイル１１と検出コイル１３間の距離（ｒ）をアーム３２まで自在に調整する機能を有する。また、スライダ３３は、アーム３２の下方で検出コイル１３を把持している。アーム３２と検出コイル１３との距離は、励磁コイル１１が被検査体１の検査面上の任意の場所（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）に設置されると、検出コイル１３も被検査体１の検査面に接するように調整される。

渦電流探傷装置１０では、上述のように構成される把持ユニット３５を移動させることによって、励磁コイル１１の中心を極座標系の原点とし、走査方向（図３に示されるブロック矢印の方向）と平行な軸によって決まる極座標上の任意の位置に検出コイル１３を移動（走査）することができる。

なお、走査開始位置を原点Ｏとした励磁コイル１１の位置座標（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）、および検出コイル１３の位置座標（ｘ_０＋ｃｏｓθ，ｙ_０＋ｓｉｎθ，ｚ_０）は、例えば、把持ユニット３５等の励磁コイル１１の位置および検出コイル１３の位置を検出可能な所望の位置に取り付けられる位置検出センサとしてのエンコーダ（図を省略）によって検出される。エンコーダによって検出される励磁コイル１１の座標の情報、および検出コイル１３の座標の情報は、演算抽出処理部１６に与えられる。

励磁コイル１１が被検査体１の検査面上に位置決めされると、励磁部１２が、以下の式（１）で示されるパルス電流Ｉ（ｔ）を励磁コイル１１に供給する。励磁コイル１１にパルス電流Ｉ（ｔ）が励磁電流として供給されると、検出コイル１３の磁場信号の検出を開始する。

励磁部１２は、表皮深さδから算出される係数を持つフーリエ級数から生成されるパルス形状の印加電流Ｉ（ｔ）を励磁電流として励磁コイル１１に供給することで、被検査体１の深さ方向に略同程度の振幅強度である渦電流をパルス電流切断直後に誘起することができる。

続いて、本発明の実施形態に係る渦電流探傷方法として、渦電流探傷装置１０を用いて行う被検査体１のパルス励磁渦電流探傷検査（ＰＥＣＴ）におけるきず２のサイジング方法について説明する。

[きず２の位置の同定]
図４は渦電流探傷装置１０において計測される検出信号の一例を示した説明図である。
ここで、破線Ｖ_１はきずが無い場合の検出信号、実線Ｖ_２はきずが存在する場合の検出信号、破線ＵＥ_１およびＬＥ_１は、それぞれ、検出信号Ｖ_１の上包絡線および下包絡線、実線ＵＥ_２およびＬＥ_２は、それぞれ、検出信号Ｖ_２の上包絡線および下包絡線である。

検出信号Ｖ_１，Ｖ_２は、検出コイル１３（検出素子）の電圧信号に相当し、検出部１４で増幅およびフィルタ処理された後に演算抽出処理部１６へと送られる。

演算抽出処理部１６では、演算部１６ａが検出信号Ｖ_１，Ｖ_２に対してフーリエ変換を行い、検出信号Ｖ_１，Ｖ_２の周波数スペクトルを求める。さらに、検出信号Ｖ_１，Ｖ_２の周波数スペクトルを求める過程において、図４に示される微小区間４１である（ｔ，ｔ＋Δｔ）に限定して周波数スペクトルを求めることもできる。Δｔは可変であり、測定開始から終了までの時間領域でフーリエ変換対象区間を掃引させることで、周波数スペクトルの時間的な変化を求めることができる。

また、演算部１６ａでは、検出信号Ｖ_１，Ｖ_２の上包絡線ＵＥ_１，ＵＥ_２および下包絡線ＬＥ_１，ＬＥ_２を求め、さらに、上包絡線ＵＥ_１，ＵＥ_２と下包絡線ＬＥ_１，ＬＥ_２との差分（以下、「包絡線差分」と称する。）を求める。さらにまた、演算部１６ａでは、上包絡線ＵＥ_１，ＵＥ_２、下包絡線ＬＥ_１，ＬＥ_２、および包絡線差分に対して前後のスキャンステップでの差分を算出し、検出コイル等の検出センサの位置変化に対する包絡線差分変化、および包絡線差分変化の総和（面積）を求める。

図５は渦電流探傷装置１０におけるきず位置を同定する方法を説明する説明図である。
なお、図５は、一次元（ｘ軸方向）の走査の場合を一例として示している。また、符号２ａはきず２の表面側の端部である表端部、符号２ｂはきず２の最も深い位置である深端部、符号４３は検出コイル１３等の検出素子をケーシングに収容したもの（以下、「検出センサ」と称する。）である。

検出センサ４３がきず２の上を通過する際、複数の特定の座標において、きず２の存在が原因となって包絡線差分変化の総和が極大となる。例えば、図５に示される例では、包絡線差分変化の総和の極大値が、座標ｘ_１，ｘ_２の２点において出現している。この場合、きず２の位置は、包絡線差分変化の総和が極大となる座標ｘ_１およびｘ_２の中点、すなわち、（ｘ_１＋ｘ_２）／２として特定される。きず２の位置を同定する計算は、演算部１６ａが行う。

なお、包絡線差分変化の総和が極大となる前記座標およびその個数は、センサ構造やきずの形状によって変化する。包絡線差分変化の総和が極大となる座標の個数については、２個に限らず、３個以上が出現する場合もある。その場合には、連続する２点の極大値を抽出し、抽出した２つの極大値の中点にきず２が存在するものとみなして計算する。

[きず２の深さの同定]
図６は渦電流探傷装置１０によるきず２の深端部２ｂ（図５）の検出時刻を同定する方法を説明する説明図であり、図６（Ａ）は時間に対する検出信号（検出電圧）の変化を示すグラフ（検出電圧の時間チャート）であり、図６（Ｂ）は周波数に対する検出信号（検出電圧）の変化を示すグラフ（検出電圧の周波数スペクトル図）である。

ここで、図６（Ａ）に示されるΔｔは図４に示されるΔｔと対応する微小時間である。また、符号Ｒ_１は渦電流がきず２の表端部２ａ（図５）に到達した時刻からΔｔが経過するまでの間の時間領域、Ｒ_３は表端部２ａに到達した渦電流が深さ方向に伝播してきず２の深端部２ｂに到達した時刻からΔｔが経過するまでの間の時間領域であり、Ｒ_２はＲ_１とＲ_３の間の時間領域、Ｒ_４はＲ_３以降の時間領域である。さらに、Ｖ_Ｒ１〜Ｖ_Ｒ４は、それぞれ、時間領域Ｒ_１〜Ｒ_４における検出電圧の周波数スペクトルである。

上述した手順によって、演算部１６ａが包絡線差分変化の総和が極大となる座標ｘ_１，ｘ_２を特定すると、続いて、抽出部１６ｂが包絡線差分変化の総和が極大となる座標として特定された座標ｘ_１またはｘ_２における検出信号（検出電圧）に対して時間幅Δｔの区間でフーリエ変換を行って得られる周波数スペクトルを取得する。また、抽出部１６ｂは、フーリエ変換の対象区間を測定開始時から測定終了時までの時間領域とし当該対象区間を掃引させることで、検出電圧の周波数スペクトルの時間変化を得る。

図６（Ｂ）に示されるように、時間領域Ｒ_１〜Ｒ_３の間、すなわち、渦電流が表端部２ａ（図５）から深さ方向に伝播して深端部２ｂ（図５）に到達するまでの間では、検出電圧の周波数スペクトルＶ_Ｒ１，Ｖ_Ｒ２，Ｖ_Ｒ３の中心周波数は、励磁コイル１１に与える励磁パルスの中心周波数ｆ_０から周波数がシフトしてｆ_０＋Δｆとなる。また、この時間領域Ｒ_１〜Ｒ_３の間では、中心周波数は変化せず、振幅のみが減衰していく。

一方、時間領域Ｒ_３以降、すなわち、時間領域Ｒ_４では、きず２の影響を受けない渦電流の信号も検出されるため、検出電圧の周波数スペクトルＶ_Ｒ４の中心周波数は励磁パルスの中心周波数ｆ_０へとシフトしていく。

抽出部１６ｂは、中心周波数がｆ_０＋Δｆにシフトしている時間を観測することで、表端部２ａに到達した渦電流が深さ方向に伝播して深端部２ｂに到達するまでの時間を求める。あとは、渦電流が被検査体１を伝播する伝播速度および検出コイルの傾き等を考慮した補正計算を行い、きず２の深さ方向の長さ（表端部２ａから深端部２ｂまでの長さ）を算出する。

補正計算の数式情報や渦電流が被検査体１を伝播する伝播速度については、抽出部１６ｂが演算可能なように予め与えておく。また、渦電流が被検査体１を伝播する伝播速度については、例えば、後述する試験片５０（図７）を用いて予め算出することができる。

[校正試験片]
図７は渦電流探傷装置１０において使用される校正試験片の一例である試験片５０を示す概略図である。

試験片５０は、被検査体１と材質が同一または略同一の材料（少なくとも導電率σおよび透磁率μが、ユーザが必要とする検査精度を考慮した際に同一視できる材料）で構成されており、例えば、少なくとも１以上の段差を有する。すなわち、試験片５０は、厚みの異なる個所（段）が複数あり、ｎ（ｎは２以上の自然数）段の階段状に形成される。ここで、符号ｄ_１は第１段の厚さであり、符号ｄ_ｎは第ｎ段の厚さである。

校正時には、励磁コイル１１および検出素子としての検出コイル１３を試験片５０に配置して周波数スペクトルや包絡線を得る。ここから、パルス渦電流が底面５１まで伝播するまでの時間を同定し、伝播距離（校正試験片の厚さｄ_１，…，ｄ_ｎ）から伝播速度を算出する。

なお、試験片５０は、必ずしも複数段を有する階段状に構成される必要はないが、被検査体１における伝播速度の算出精度を高める観点から少なくとも２段を有する階段状に構成されている。

また、被検査体１における伝播速度の算出精度をより高める観点からすれば、試験片５０の段数ｎは、なるべく多くすることが望ましい。被検査体１での渦電流の伝播速度は、最終的にきず２の深さ方向の長さを同定する際に使用されるため、より正確にきず２の深さ方向の長さを知りたい場合には、試験片５０の段数ｎを多くして、より高精度に被検査体１での渦電流の伝播速度を算出することが望ましい。

以上、渦電流探傷装置１０および渦電流探傷装置１０を用いて行う被検査体１の渦電流探傷方法によれば、従来パルス励磁渦電流探傷検査（ＰＥＣＴ）では検出できなかった伝播する渦電流の局所的な時間における信号変化についても検出することができるので、きず２の様に局所的な渦電流分布の変化を生じる被検査体１等の対象に対してもＰＥＣＴを実施でき、被検査体１に対してきず２のサイジング、すなわち、ＰＥＣＴによる被検査体１の体積検査が可能となる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、追加、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…被検査体、２…きず、２ａ…表端部、２ｂ…深端部、１０…渦電流探傷装置、１１…励磁コイル、１２…励磁部、１３…検出コイル、１４…検出部、１５…把持部、１６…演算抽出処理部、１６ａ…演算部、１６ｂ…抽出部、１７…表示部、２３…検出コイル１３以外の磁気センサ（ホール素子、ＭＲセンサ）、３１…支柱、３２…アーム、３３…スライダ、４１…微小区間、４３…検出センサ、５０…試験片、５１…（試験片の）底面、Ｖ_Ｒ１…時間領域Ｒ_１における検出電圧の周波数スペクトル、Ｖ_Ｒ２…時間領域Ｒ_２における検出電圧の周波数スペクトル、Ｖ_Ｒ３…時間領域Ｒ_３における検出電圧の周波数スペクトル、Ｖ_Ｒ４…時間領域Ｒ_４における検出電圧の周波数スペクトル。

Claims

被検査体にパルス磁場を励起し渦電流を形成する１つ以上の励磁コイルにパルス状の電流を供給する励磁部と、
前記渦電流の被検査体における過渡的な広がりによる渦電流分布変化を検出する検出素子に生じる電圧信号を検出する検出部と、
前記励磁コイルおよび前記検出素子を把持し、前記検出素子を三次元的に走査させる把持部と、
前記検出部で検出される電圧信号を所定の周期で取得し、取得する電圧信号の波形の上包絡線と下包絡線の差分が前回取得された電圧信号の波形の上包絡線と下包絡線の差分に対して変化した総和を算出することで得られる２点以上の総和の極大値のうち、前記走査方向に対して連続する２点の極大値の出現位置に基づいて被検査体内に存在するきずの位置を算出する一方、算出する位置に存在する前記被検査体内のきずの深さを、前記検出部で検出される電圧信号の周波数スペクトルの時間変化に基づいて算出する演算処理部と、を具備することを特徴とする渦電流探傷装置。
前記演算処理部は、前記渦電流が前記被検査体内のきずを深さ方向に伝播する時間と、予め与えられる前記渦電流が前記被検査体内のきずを深さ方向に伝播する速さとに基づいて前記被検査体内のきずの深さを算出するものであり、前記検出部で検出される電圧信号の周波数スペクトルの時間変化を観測し、前記検出部で検出される電圧信号の周波数スペクトルのピーク値をとる周波数が、前記励磁コイルに供給されるパルス状の電流の中心周波数に対して所定量シフトした状態で維持される時間を計測することで得られる時間を前記渦電流が前記被検査体内のきずを深さ方向に伝播する時間とみなして演算することを特徴とする請求項１記載の渦電流探傷装置。
前記演算処理部は、前記周波数スペクトルを得る際に、任意の微少な時間領域で分割した時間領域を対象としてフーリエ変換を行い、前記周波数スペクトルの時間変化を観測することを特徴とする請求項１または２記載の渦電流探傷装置。
前記演算処理部は、前記走査方向に対して連続する２点の極大値の出現位置の中点を算出し、算出結果を前記被検査体内に存在するきずの位置とすることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の渦電流探傷装置。
前記励磁コイルに供給されるパルス状の電流は、表皮深さから算出される係数を持つフーリエ級数から生成されるパルス形状の印加電流であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の渦電流探傷装置。
前記把持部は、前記被検査体の被検査面に対して前記励磁コイルと前記検出素子との三次元的な相対的位置関係を変更可能に構成されることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の渦電流探傷装置。
前記検出素子は、コイル、ホール素子、および磁気抵抗素子の何れかであることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の渦電流探傷装置。
前記渦電流が前記被検査体を深さ方向に伝播する速さは、前記被検査体と少なくとも導電率および透磁率が同じ材料で構成される校正試験片を用いて事前に算出した値であることを特徴とする請求項２から７何れか１項に記載の渦電流探傷装置。
前記校正試験片は、前記励磁コイルと前記検出素子とを一緒にして載置可能な面積を持つ平面を複数有し、
前記平面の各々は、底面と平行であって当該底面からの距離がそれぞれ異なることを特徴とする請求項８記載の渦電流探傷装置。
被検査体にパルス磁場を励起し渦電流を形成する１つ以上の励磁コイルにパルス状の電流を供給する励磁部と、前記渦電流の被検査体における過渡的な広がりによる渦電流分布変化を検出する検出素子に生じる電圧信号を検出する検出部と、前記検出部で検出される電圧信号に基づいて前記被検査体内に存在するきずの位置および深さの少なくとも一方を算出する演算処理部とを具備する渦電流探傷装置を用いて行う渦電流探傷方法であり、
前記励磁部が、前記被検査体にパルス磁場を励起し渦電流を形成する１つ以上の励磁コイルにパルス状の電流を供給するステップと、
前記検出部が、前記渦電流の被検査体における過渡的な広がりによる渦電流分布変化を検出する検出素子に生じる電圧信号を検出するステップと、
前記演算処理部が、前記検出素子に生じる電圧信号を検出するステップで、走査される前記検出素子が検出する電圧信号を所定の周期で取得し、取得する電圧信号の波形の上包絡線と下包絡線の差分が前回取得された電圧信号の波形の上包絡線と下包絡線の差分に対して変化した総和を算出することで得られる２点以上の総和の極大値のうち、前記走査の方向に対して連続する２点の極大値の出現位置に基づいて前記被検査体内に存在するきずの位置を算出するステップ、および前記検出素子に生じる電圧信号を検出するステップで検出される電圧信号の周波数スペクトルの時間変化に基づいて前記被検査体内に存在するきずの位置として算出される位置に存在するきずの深さを算出するステップの少なくとも一方のステップと、を具備することを特徴とする渦電流探傷方法。