JP2018124154A - 鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のｃ−スコープ画像化システム - Google Patents

Abstract

【課題】判断者による評価の相違を排除して、渦流探傷結果の記録性および客観性を向上させる。【課題手段】鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システムは、探傷ユニットと処理部と表示器とを有し、探傷ユニットは渦流探傷探触子、溶接部用スキャナー、位置エンコーダを具備し、処理部は検知位置における電圧および位相を算出する渦流探傷処理部、検知位置における電圧を長さに換算すると共に検知位置における位相を線種に換算する判定処理部、Ｃ−スコープ図情報を作成する画像化処理部を具備し、渦流探傷結果を表示するＣ−スコープ図は、渦流探傷探触子の移動経路に相似する曲線８と検知位置に対応した曲線８の位置における法線方向の垂線９とを有し、垂線９の長さは検知位置毎の電圧の大きさに対応し、垂線９の線種イ、ロ・・・（色分け）は検知位置毎の位相に対応している。【選択図】図３

Description

本発明は、鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システムに関する。

橋梁に生じる疲労き裂は、微小でありながら致命的な損傷に進展する場合があることから、渦流探傷試験や磁粉探傷試験等の非破壊検査によって調査されている。渦流探傷試験は、励磁コイルによって磁界を発生させ、該磁界によって被検査体に誘起された渦電流の状況を検知するものであるため、塗膜上から直接探傷することが可能である。このため、塗膜を除去する必要がある磁粉探傷試験よりも作業性に優れている。
そして、例えば、被検査体に存在する欠陥の方向を容易に検知する目的で、励磁コイルの内部に互いに直交する一対の検出コイル（第１検出コイルおよび第２検出コイル）を設けた発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１７８７１０（第２−４頁、図１）

特許文献１に開示された発明は、第１検出コイルおよび第２検出コイルに誘起される信号の方向（極性）において欠陥の方向を判断しようとするものである。
しかしながら、検知された信号の表示は、複素電圧平面（フェザー図）に示される電圧信号であり、電圧振幅と位相との複合的な変化によって、欠陥の有無およびその方向を判断するものである。このため、判断には熟練が必要で、判断者によって評価が異なる場合があるという問題があった。すなわち、フェザー図においては、どのタイミングでどのような電圧信号の変化が生じているのか把握することができないことから、渦流探傷試験は、渦流探傷結果の記録性および客観性に乏しいため、溶接部の疲労き裂の探傷には適さず、検知能力が高い磁粉探傷試験の代替手法に至っていない。

本発明は、かかる問題を解消するものであって、判断者による評価の相違を排除して、渦流探傷結果の記録性および客観性を向上することができる、鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システムを提供することにある。

（１）本発明に係る鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システムは、磁界を発生すると共に、前記磁界によって誘起される渦電流を検知する探触子と、前記探触子を移動可能に保持するスキャナーと、前記探触子の位置を検知するエンコーダと、前記探触子が移動経路上の検知位置において検知した渦流探傷結果である検知位置における電圧および位相を、それぞれ長さおよび線種に換算する渦流探傷処理部と、前記エンコーダから受け取った複数の検査位置に対する位置情報と、前記渦流探傷処理部から受け取った複数の検査位置に対する電圧を換算した長さ情報および位相を換算した線種情報とから、Ｃ−スコープ図情報を作成する画像化処理部と、前記画像化処理部から受け取ったＣ−スコープ図情報に基づいてＣ−スコープ図を表示する表示器とを有し、
前記Ｃ−スコープ図は、前記探触子の移動経路に相似する曲線と、前記曲線上の検知位置に対応した位置に描かれた垂線とを具備し、前記垂線の長さが前記検知位置における電圧を換算した長さであり、前記垂線の線種が前記検知位置における位相を換算した線種であることを特徴とする。
（２）また、前記線種は、色分けされた実線であることを特徴とする。
（３）さらに、前記スキャナーは、前記探触子を保持する探触子ホルダと、吸着用磁石を具備する架台とを有し、
前記エンコーダは、前記架台に間隔を空けて設置された第１エンコーダおよび第２エンコーダであって、前記第１エンコーダは前記探触子ホルダに接続された第１ワイヤに接続され、前記第２エンコーダは前記探触子ホルダに接続された第２ワイヤに接続され、
前記第１エンコーダおよび前記第２エンコーダそれぞれの伸縮距離と、前記第１エンコーダと前記第２エンコーダとの設置距離とから、前記探触子の位置が算出されることを特徴とする。
（４）さらに、前記スキャナーは、前記探触子を保持する探触子ホルダと、吸着用磁石を具備する架台と、前記探触子ホルダと前記架台とを連結する多関節アームとを有し、
前記エンコーダは前記多関節アームの関節部に設置され、前記エンコーダが計測した前記関節部の回転量により前記探触子の位置が算出されることを特徴とする。

本発明に係る鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システムは、渦流探傷結果を「Ｃ−スコープ図」として画像化表示するもので、探触子の移動経路に相似する「曲線」上に「垂線（法線方向の直線に同じ）」を表示し、垂線の長さを電圧に、垂線の線種を位相に対応させている。したがって、溶接止端部における電圧の増加（垂線の長さ）および位相の変化（線種の変化）を容易に確認することができるから、疲労き裂の有無、発生位置および大きさを容易に把握することが可能になる。すなわち、渦流探傷結果の記録性や客観性が改善され、疲労き裂に対するより正確な評価が可能になる。
たとえば、経年後の探傷結果との比較が容易になり、また、従来手法では困難であった溶接ビードにおける疲労き裂の位置や形状（大きさ）の推定が可能になる。
すなわち、円弧状に形成された溶接ビードの廻し部においては探傷位置により位相角が変化すると共に、ビード形状の変化による信号がノイズとして発生する。このため、これらノイズにより、従来の探傷検査では疲労き裂による位相変化を見逃し易かったのに対し、本発明では、疲労き裂に特有の大きな位相の変化とノイズによる緩慢な変化とを、Ｃ−スコープ図の画像上で区別することが出来るため、見逃しが少なくなる。

本発明の実施の形態１に係る鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システムを説明する装置構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システムを説明するための実施例であって、探傷対象部位における比較のための磁粉探傷試験結果を示す写真である。 本発明の実施の形態１に係る鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システムを説明するための実施例であって、探傷対象部位におけるＣ−スコープ図である。 本発明の実施の形態１に係る鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システムを説明するものであって、（ａ）は装置構成の一部（溶接部用スキャナー）を示す平面図、および（ｂ）は装置構成の一部（溶接部用スキャナー）を示す側面図である。 本発明の実施の形態１に係る鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システムを説明するものであって、（ａ）は装置構成の一部（溶接部用スキャナー）を示す平面図、および（ｂ）は装置構成の一部（溶接部用スキャナー）を示す側面図である。

［実施の形態１］
次に、本発明に係る実施の形態１を、図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の図面は模式的に描かれたものであり、本発明は描かれた形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。

（Ｃ−スコープ画像化システム）
図１は、本発明の実施の形態１に係る鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システムを説明する装置構成を示すブロック図である。
図１において鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システム（以下「Ｃ−スコープ画像化システム」と称す）１００の装置構成は、探傷ユニット１０と処理部２０と表示器７とを有している。

（探傷ユニット）
探傷ユニット１０は、渦流探傷探触子１と溶接部用スキャナー２と位置エンコーダ３とを有している。
渦流探傷探触子１は磁界（図示しない）を発生すると共に、前記磁界によって誘起される渦電流（図示しない）を検知するものである。溶接部用スキャナー２は渦流探傷探触子１を保持して移動経路を移動可能にする探触子ホルダを具備し、渦流探傷探触子１の移動位置を検知する位置エンコーダ３が設置されている（これについては別途詳細に説明する）。

（処理部）
処理部２０は、渦流探傷探触子１が移動経路上の検知位置において検知した渦流探傷結果である検知位置における電圧および位相を、それぞれ長さおよび線種に換算する渦流探傷処理部４と、複数の検知位置における渦流探傷結果である電圧情報および位相情報に基づいて疲労き裂の発生の有無を判定する判定処理部５とを有している。さらに、位置エンコーダ３から受け取った複数の検査位置に対する位置情報と、渦流探傷処理部４から受け取った複数の検査位置に対する電圧を換算した長さ情報および複数の検査位置に対する位相を換算した線種情報とから、Ｃ−スコープ図情報を作成する画像化処理部６を有している。なお、判定処理部５はＣ−スコープ図情報の作成に必須ではないため、これを省略することができる。

（表示器）
表示器７は、画像化処理部６から受け取ったＣ−スコープ図情報に基づいてＣ−スコープ図を表示するものであって、液晶等の画面を具備するものであるが、二次元プリンタであってもよい。なお、Ｃ−スコープ図については以下の実施例において詳細に説明する。

（実施例）
図２および図３は、本発明の実施の形態１に係る鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システムを説明するための実施例であって、図２は探傷対象部位における比較のための磁粉探傷試験結果を示す写真、図３は探傷対象部位におけるＣ−スコープ図である。
図２において、供試材は鋼板に鋼製リブを溶接したものであって、略円弧状の溶接ビード（溶接止端部を「Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ」にて示す）が形成されている。そして、かかる供試材に繰り返し荷重を付与した後、比較のために磁粉探傷試験をしたところ、溶接止端部「Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ」に沿った輝線と、検知位置Ｂおよび検知位置Ｄから溶接ビードから離れる方向の直線状の輝線が視認された。すなわち、輝線は漏洩磁束に吸引された磁粉（強磁性微粉）に付着している発光体が発光したものであるから、輝線の位置に疲労き裂が発生していることが分かる。

（Ｃ−スコープ図）
図３において、渦流探傷探触子１は溶接止端部に沿って移動されているため、Ｃ−スコープ図には、かかる移動経路を示す曲線８、すなわち、溶接止端部Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅの形状に相似する曲線８が表示されている。そして、曲線８には複数の垂線９が表示されている。このとき、溶接止端部に沿った移動経路は略円弧状であるため、曲線８は略円弧状を呈し、垂線９は略放射状を呈している。
このとき、垂線９は、検知位置に対応した曲線８の位置における法線方向に伸びる実線であって、垂線９の長さは検知位置毎の電圧の大きさに対応し、垂線９の線種は検知位置毎の位相に対応している。
また、別試験片において計測した疲労き裂の深さとＣ−スコープ図に表示した垂線の長さとの関係を略円弧状の点線にて示している。すなわち、検知位置Ｂと検知位置Ｃとの間に深さ０．５ｍｍを示す点線（ｄ＝０．５ｍｍ）を超えた深い疲労き裂が発生している。
なお、渦流探傷探触子１は、溶接部の疲労き裂の探傷に好適なクロスポイントプローブを使用しているが、プローブの型式を限定するものではない。

そして、図３において、垂線９は色分けされ、範囲イは位相角−５０度から−３０度を示す「黄色」、範囲ロは位相角−９０度から−７０度を示す「赤」、範囲ハは位相角＋１０度から＋３０度を示す「青色」、範囲ニは位相角＋５０から＋７０度を示す「黒色」である。なお、位相角に対応した色分けに代えて、実線、破線、一点鎖線や波線等、あるいは線の太さを変更してもよい。
そうすると、検知位置Ａおよび検知位置Ｅでは、垂線９は短い黄色であるため、当該位置における探傷結果はノイズであると推定される。
一方、溶接止端部に対応した「検知位置Ｂから検知位置Ｄ」の範囲では、垂線９の長さは長く、また、色（線種）も不規則に変動していることから、疲労き裂が発生していると判断することができる。すなわち、前記比較のための磁粉探傷試験結果（図２参照）とも一致する。

（作用効果）
以上のように、Ｃ−スコープ画像化システム１００は探傷結果を「Ｃ−スコープ図」として画像化表示するから、渦流探傷探触子１の移動経路に相似する曲線８上に表示された垂線９の長さおよび線種（色分け）を見るだけで、疲労き裂の有無や大きさを容易に視認することが可能になる。よって、渦流探傷結果の客観性や再現性が改善され、疲労き裂に対するより正確な評価が可能になる。
特に、鋼橋等について従来手法では困難であった溶接止端部における疲労き裂の位置や形状（大きさ）の高精度な推定が可能になり、疲労き裂の発生を見落とすことがなくなる。このとき、渦流探傷探触子１の溶接止端部に沿った移動を公転とすると、かかる公転に際して渦流探傷探触子１が回転（自転）する場合であっても、前記のように位相の変動が線種（色分け）によって表示されることによって、かかる自転の影響を容易に把握することができるため、検出精度が担保される。

（ワイヤ式スキャナー）
図４の（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１に係る鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システムを説明するものであって、装置構成の一部（溶接部用スキャナー）を示す平面図および側面図である。
図４の（ａ）および（ｂ）において、ワイヤ式スキャナー２ａは、渦流探傷探触子１を保持する探触子ホルダ２１と、架台２２と、架台２２に設置された吸着用磁石２４とを有している。架台２２には、所定の距離（以下「設置距離」と称す。例えば２００ｍｍ）離して、第１エンコーダ３ａと第２エンコーダ３ｂとが設置されている。

そして、探触子ホルダ２１と第１エンコーダ３ａとは第１ワイヤ２３ａによって接続され、探触子ホルダ２１と第２エンコーダ３ｂとは第２ワイヤ２３ｂによって接続されている。このとき、第１ワイヤ２３ａは、渦流探傷探触子１の位置に関わらず軽く引っ張られた状態で直線を呈し、探触子ホルダ２１と第１エンコーダ３ａとを結ぶ仮想直線に一致している。同様に、第２ワイヤ２３ｂは、渦流探傷探触子１の位置に関わらず軽く引っ張られた状態で直線を呈し、探触子ホルダ２１と第２エンコーダ３ｂとを結ぶ仮想直線に一致している。

そして、第１エンコーダ３ａの計測部は第１ワイヤ２３ａによって伸縮されて第１伸縮距離を計測し、同様に、第２エンコーダ３ｂの計測部は第２ワイヤ２３ｂによって伸縮されて第２伸縮距離を計測する。したがって、前記設置距離と第１伸縮距離と第２伸縮距離とから、渦流探傷探触子１の位置を算出することができる。
以上のように、ワイヤ式スキャナー２ａは構造が簡素で、持ち運びや設置が容易であるから、鋼橋等の溶接部に対する疲労き裂の欠陥の渦流探傷に好適である。

（多関節式スキャナー）
図５の（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１に係る鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システムを説明するものであって、装置構成の一部（溶接部用スキャナー）を示す平面図および側面図である。
図５の（ａ）および（ｂ）において、多関節式スキャナー２ｂは、渦流探傷探触子１を保持する探触子ホルダ２５と、マグネットホルダ２６と、マグネットホルダ２６に設置された連結ベース２７と、探触子ホルダ２５と連結ベース２７とを連結する多関節アーム４０とを有している。

多関節アーム４０は、連結ベース２７に回転支点２７ａ、４１ａ（関節部に相当する）において回転可能に設置された回転ベース４１と、回転ベース４１に傾動支点４１ｂ，４２ａにおいて傾動可能に設置された傾動アーム４２と、傾動アーム４２の傾動支点４２ａから遠い方の端部に固定された中間アーム４３と、中間アーム４３に回転支点４３ａ、４４ａ（関節部に相当する）において回転可能に設置されたリンクアーム４４と、リンクアーム４４の回転支点４４ａから遠い方の端部に着脱可能に設置された樹脂アーム４５とを具備している。そして、樹脂アーム４５に探触子ホルダ２５が一体的に接続されている。

このとき、関節部に相当する回転支点２７ａ、４１ａに第１ロータリエンコーダ３ｃが設置され、連結ベース２７と回転ベース４１との相対角度（回転量に同じ）を計測している。また、関節部に相当する回転支点４３ａ、４４ａに第２ロータリエンコーダ３ｄが設置され、中間アーム４３とリンクアーム４４との相対角度（回転量に同じ）を計測している。したがって、多関節アーム４０がＶ字状（く字状）に折れ曲がった際、第１ロータリエンコーダ３ｃおよび第２ロータリエンコーダ３ｄのそれぞれが計測した相対角度（回転量に同じ）から、探触子ホルダ２５（渦流探傷探触子１）の位置を求めることができる。
以上のように、多関節式スキャナー２ｂは構造が簡素で、持ち運びや設置が容易であるから、鋼橋等の溶接部に対する疲労き裂の欠陥の渦流探傷に好適である。

以上、本発明を、鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システムについて実施の形態１をもとに説明したが、これらは例示であり、様々な変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明に係る鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システムは、渦流探傷結果の記録性および客観性を向上することができるから、鋼橋溶接止端部に限定することなく、各種鋼構造物における溶接位置あるいは溶接位置から離れた位置における各種欠陥を検知するための渦流探傷手段として広く利用することができる。

１ ：渦流探傷探触子
２ ：溶接部用スキャナー
２ａ：ワイヤ式スキャナー
２ｂ：多関節式スキャナー
３ ：位置エンコーダ
３ａ：第１エンコーダ
３ｂ：第２エンコーダ
３ｃ：第１ロータリエンコーダ
３ｄ：第２ロータリエンコーダ
４ ：渦流探傷処理部
５ ：判定処理部
６ ：画像化処理部
７ ：表示器
８ ：曲線
９ ：垂線
１０ ：探傷ユニット
２０ ：処理部
２１ ：探触子ホルダ
２２ ：架台
２３ａ：第１ワイヤ
２３ｂ：第２ワイヤ
２４ ：吸着用磁石
２５ ：探触子ホルダ
２６ ：マグネットホルダ
２７ ：連結ベース
２７ａ：回転支点
４０ ：多関節アーム
４１ ：回転ベース
４１ａ：回転支点
４１ｂ：傾動支点
４２ ：傾動アーム
４２ａ：傾動支点
４３ ：中間アーム
４３ａ：回転支点
４４ ：リンクアーム
４４ａ：回転支点
４５ ：樹脂アーム
１００：Ｃ−スコープ画像化システム

Claims (4)

1. 磁界を発生すると共に、前記磁界によって誘起される渦電流を検知する探触子と、
   前記探触子を移動可能に保持するスキャナーと、
   前記探触子の位置を検知するエンコーダと、
   前記探触子が移動経路上の検知位置において検知した渦流探傷結果である検知位置における電圧および位相を、それぞれ長さおよび線種に換算する渦流探傷処理部と、
   前記エンコーダから受け取った複数の検査位置に対する位置情報と、前記渦流探傷処理部から受け取った複数の検査位置に対する電圧を換算した長さ情報および位相を換算した線種情報とから、Ｃ−スコープ図情報を作成する画像化処理部と、
   前記画像化処理部から受け取ったＣ−スコープ図情報に基づいてＣ−スコープ図を表示する表示器とを有し、
   前記Ｃ−スコープ図は、前記探触子の移動経路に相似する曲線と、前記曲線上の検知位置に対応した位置に描かれた垂線とを具備し、前記垂線の長さが前記検知位置における電圧を換算した長さであり、前記垂線の線種が前記検知位置における位相を換算した線種であることを特徴とする鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システム。
2. 前記線種は、色分けされた実線であることを特徴とする請求項１記載の鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システム。
3. 前記スキャナーは、前記探触子を保持する探触子ホルダと、吸着用磁石を具備する架台とを有し、
   前記エンコーダは、前記架台に間隔を空けて設置された第１エンコーダおよび第２エンコーダであって、前記第１エンコーダは前記探触子ホルダに接続された第１ワイヤに接続され、前記第２エンコーダは前記探触子ホルダに接続された第２ワイヤに接続され、
   前記第１エンコーダおよび前記第２エンコーダそれぞれの伸縮距離と、前記第１エンコーダと前記第２エンコーダとの設置距離とから、前記探触子の位置が算出されることを特徴とする請求項１または２記載の鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システム。
4. 前記スキャナーは、前記探触子を保持する探触子ホルダと、吸着用磁石を具備する架台と、前記探触子ホルダと前記架台とを連結する多関節アームとを有し、
   前記エンコーダは前記多関節アームの関節部に設置され、前記エンコーダが計測した前記関節部の回転量により前記探触子の位置が算出されることを特徴とする請求項１または２記載の鋼橋溶接止端部の疲労き裂に対する渦流探傷結果のＣ−スコープ画像化システム。
   

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