JP5017038B2 - 渦流検査装置及び渦流検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、導電性被検体の非破壊検査に係り、特に、被検体の特性を評価するのに好適な渦流検査装置及び渦流検査方法に関する。

非破壊検査方法の一つである渦流検査方法は、パルス信号（時間変動信号）で励磁された励磁コイルを導電性被検体に近づけ、電磁誘導によって被検体に渦電流を誘起し、被検体に誘起した渦電流の乱れ（若しくはそれに伴う磁束密度の乱れ）を検出センサで検出して被検体の特性を評価するものである。詳細には、パルス信号の立上り又は立下り時に被検体に誘起された渦電流の変化（若しくはそれに伴う磁束密度の変化）から、被検体の欠陥、厚み、又は材質等を検知する。

ところで、検出センサの検出値は、被検体と励磁コイル又は検出センサとの距離の変動（リフトオフ）等に影響を受ける。そこで、従来、リフトオフ等の影響を少なくして被検体の特性を評価する方法が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の従来技術では、検出センサ（二次コイル）で検出したパルス波形電圧に対し２つの閾値電圧でのパルス幅（時間幅）をそれぞれ求め、それらパルス幅の差に基づいて被検体の欠陥（被検体の表面に開口している傷等）を検知する。詳しく説明すると、一方の閾値電圧（パルス波形電圧のテール部における比較的低い閾値電圧）は、リフトオフに影響され且つ被検体の欠陥に影響されるパルス幅を検出するように設定し、他方の閾値電圧（パルス波形電圧のトップ部における比較的高い閾値電圧）は、リフトオフに影響され且つ被検体の欠陥に影響されないパルス幅を検出するように設定する。そして、それら異なる閾値電圧でのパルス幅の差をとることにより、リフトオフの影響を相殺しつつ、被検体の欠陥を検知するようになっている。なお、異なる閾値電圧でのパルス幅におけるリフトオフの影響は、厳密には異なるため、増幅器の増幅度等を変えて略同じとなるようにしている。

特許２６２２５３６号公報

しかしながら、上記従来技術には以下のような課題が存在する。
すなわち、上記従来技術においては、パルス波形電圧のトップ部に一方の閾値電圧を設定し、パルス波形電圧のテール部に他方の閾値電圧を設定して、それらの閾値電圧でのパルス幅を求めるようになっている。そのため、広い検出範囲（ダイナミックレンジ）の検出センサを用いる必要があった。

本発明の目的は、狭いダイナミックレンジの検出センサを用いながら、リフトオフ等の影響を少なくして被検体の特性を評価することができる渦流検査装置及び渦流検査方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、パルス信号で励磁されて被検体に渦電流を誘起する励磁コイルと、前記被検体に誘起した渦電流の変化を検出する検出センサとを備えた渦流検査装置において、前記検出センサの検出値を対数に変換する対数変換手段と、前記対数変換手段で対数に変換された検出値に対し予め設定された時間間隔毎の変化率を演算するとともに、演算した変化率がほぼ一定になったかどうかを判定する変化率演算・判定手段と、予め取得された変化率と前記被検体の特性との相関データを記憶した記憶手段と、前記変化率演算・判定手段でほぼ一定になったと判定された変化率に対し、前記記憶手段で記憶された相関データに基づいて前記被検体の特性を演算する特性演算手段とを備える。

本発明によれば、狭いダイナミックレンジの検出センサを用いながら、リフトオフ等の影響を少なくして被検体の特性を評価することができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

本発明の参考形態を図１〜図４により説明する。図１は、本参考形態による渦流検査装置の全体構成を表す概略図である。

図１において、本参考形態による渦流検査装置は、励磁コイル１及び検出センサ２を有するプローブ３を被検体４に近づけさせ、励磁された励磁コイル１によって被検体４に渦電流を誘起し、被検体４に誘起した渦電流の変化に伴う磁束密度の変化を検出センサ２で検出して被検体４の厚みｔ（具体的には、板厚、残肉厚、減肉厚など）を評価するものである。この渦流検査装置は、パルス信号（時間変動信号）を発生するパルス信号発生部５と、パルス信号発生器５からのパルス信号を増幅して励磁コイル１に印加するパルス信号増幅部６と、検出センサ２からの検出信号を増幅する検出信号増幅部７と、検出信号増幅部７で増幅された検出信号（検出値）を対数に変換する対数変換部８と、対数変換部８で対数に変換された検出信号に対し予め設定された検出値の範囲（詳細は後述）における時間変化の近似直線を演算する近似直線演算部９と、予め取得された近似直線の傾きと被検体４の厚みｔとの相関データを記憶した記憶部１０と、近似直線演算部９で演算された近似直線の傾きに対し、記憶部１０で記憶された相関データに基づき被検体４の厚みｔを演算する特性演算部１１と、表示部１２とを備えている。

パルス信号発生部５は、例えば図２に示すような矩形波状のパルス信号を出力するようになっている。矩形波状のパルス信号は連続的な正弦波信号に比べて傾きが大きな部分（詳細には、矩形波状パルスの立上り部分又は立下り部分）を有し、磁性材料からなる被検体４の検査や、被検体４とプローブ３との距離を大きくとる検査などに適している。プローブ３の励磁コイル１の中心にはコア１３が設けられており、これによって磁束の広がりを抑え、被検体４に大きな磁束を与えるようになっている。検出センサ２は、例えばコア１３の下面側（言い換えれば、被検体４側）に設けられており、励磁コイル１に印加されたパルス信号の立下り時（又は立上り時）に図３に示すような検出信号Ｓの時間減衰曲線が得られる。

そして、本参考形態の大きな特徴として、検出センサ２の検出信号Ｓの時間減衰曲線は、検出信号増幅部７で増幅された後、対数変換部８で対数に変換される。対数に変換された検出信号Log(Ｓ)は、図４に示すように、被検体４の厚みｔの影響をあまり受けずに変化する範囲（図中Log(Ｓ)＝１０〜１の範囲）と、被検体４の厚みｔの影響を大きく受けて変化する範囲（図中Log(Ｓ)＝１〜０．００１の範囲）とが存在する。対数に変換された検出信号Log(Ｓ)は、特に、Log(Ｓ)＝０．１付近の範囲（図４中一点鎖線で示す範囲）にてほぼ直線的に変化し、その直線の傾きは被検体４の厚みｔに応じて変化する（図４では、ｔ＝１，２，３，４，５の場合を例にとって示す）。近似直線演算部９は、対数変換部８で対数に変換された検出信号Log(Ｓ)に対し、Log(Ｓ)＝０．１付近の範囲（図４中一点鎖線で示す範囲）における近似直線を演算し、その近似直線の負の傾き（−Ａ）を特性演算部１１に出力するようになっている。

上述した近似直線の負の傾き（−Ａ）と被検体４の厚みｔとの相関データ（マスターカーブ、図５参照）は、被検体４と同じ材質からなる実験体を用いた実験等で予め取得され、記憶部１０に記憶されている。そして、特性演算部１１は、近似直線演算部９から入力した近似直線の負の傾き（−Ａ）に対し、記憶部１０で記憶されたマスターカーブに基づいて被検体４の厚みｔを演算するようになっている。

表示装置１２は、上述した演算結果を、例えば図６に示すような画面１４で表示するようになっている。画面１４は、検出信号表示領域１５、マスターカーブ表示領域１６、及び特性表示領域１７で構成されている。検出信号表示領域１５は、対数変換部８で対数に変換された検出信号Log(Ｓ)を入力して検出値の時間変化（上述した図４相当）を表示し、その検出値の時間変化における近似直線部９で近似直線が演算された範囲１５ａ（上述したLog(Ｓ)＝０．１付近の範囲）を強調表示する（例えば線の太さや色を変える）。マスターカーブ表示領域１６は、記憶部１０で記憶されたマスターカーブ（上述した図５相当）を入力して表示するとともに、近似直線演算部９で演算された近似直線の負の傾き（−Ａ）を入力して表示線１６ａで表示するようになっている。特性表示領域１７は、特性演算部１１で演算された被検体４の厚みｔを表示するようになっている。これにより、作業者は、被検体４の厚みｔを確認するとともに、検出信号のどの部分を用いて演算されたかを確認して評価が正しいかどうかを確認できるようになっている。

本参考形態の渦流検査装置の動作を、図７を用いて説明する。まず、プローブ３を被検体４の検査位置に配置し（ステップ１０１）、パルス信号増幅部６を介してパルス信号発生部５のパルス信号をプローブ３の励磁コイル１に印加し、被検体４に渦電流を誘起する（ステップ１０２）。そして、被検体４に誘起した渦電流の変化に伴う磁束密度の変化をプローブ３の検出センサ２で検出し（ステップ１０３）、検出センサ２の検出信号Ｓを検出信号増幅部７を介し対数変換部８に入力して、対数に変換する（ステップ１０４）。直線演算部９は、対数に変換された検出信号Log(Ｓ)に対し、Log(Ｓ)＝０．１付近の範囲における近似直線を演算し（ステップ１０５）、特性演算部１１は、近似直線の負の傾き（−Ａ）に対し、記憶部１０で記憶されたマスターカーブに基づいて被検体４の厚みｔを演算し（ステップ１０６）、演算された被検体４の厚みｔ等を表示部１２で表示する（ステップ１０７）。その後、例えば被検体４に検査すべき他の位置があれば、ステップ１０８の判定が満たされず、次の検査位置にプローブを移動し（ステップ１０９）、上述したステップ１０２〜１０７の手順を繰り返す。一方、被検体４に検査すべき他の位置がなければ、ステップ１０８の判定が満たされて、検査終了となる。

以上のような本参考形態においては、検出値の時間変化の勾配を演算するために局所的な範囲を検出すればよいので、例えばホール効果素子等のように狭いダイナミックレンジの検出センサ２を用いることができる。また、検出値の時間変化の勾配はリフトオフ等の影響が少ないので、被検体４の厚みを評価することができる。したがって、狭いダイナミックレンジの検出センサ２を用いながら、リフトオフ等の影響を少なくして被検体４の厚みｔを評価することができる。また、狭いダイナミックレンジの検出センサ２を用いることにより、空間分解能を向上させることができ、また検出センサ２ひいてはプローブ３の小型化を図ることができる。また、狭い検出範囲で良いことから、検出データを低減することができる。また、上述した特許文献１に記載の従来技術に比べ、検出値の補正を必ずしも要しないので、演算処理を単純化することができる。

なお、上記参考形態においては、近似直線演算部９は、前述の図４に示すように、検出信号Ｓを対数に変換した片対数グラフ上の近似直線を演算する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、近似直線演算部は、両対数グラフ上の近似直線を演算するようにしてもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる

本発明の一実施形態を図８〜図１０により説明する。本実施形態は、上記参考形態における近似直線演算部９に代えて、変化率演算・判定部を備えた実施形態である。

図８は、本実施形態による渦流検査装置の全体構成を表す概略図である。なお、本実施形態において、上記参考形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施形態による渦流検査装置では、変化率演算・判定部１７を備えている。この変化率演算・判定部１７は、対数変換部８で対数に変換された検出値が予め設定された時間間隔で入力されており、前回の検出値及び現在の検出値により変化率（検出値の差と時間間隔との比）を演算してメモリ等に記憶するとともに、前回の変化率と現在の変化率とを比較して変化率がほぼ一定になったかどうかを判定するようになっている。そして、例えば変化率がほぼ一定になったと判定した場合、その変化率を特性演算部１１に出力するようになっている。なお、変化率演算・判定部１７でほぼ一定になったと判定された変化率（負の変化率）は、上記参考形態の近似直線演算部９で演算された近似直線の負の傾き（−Ａ）とほぼ同じである。

特性演算部１１は、変化率演算・判定部１７から入力した変化率に対し、記憶部１０で記憶されたマスターカーブに基づいて被検体４の厚みｔを演算するようになっている。

表示装置１２は、上述した演算結果を、例えば図９に示すような画面１８で表示するようになっている。画面１８は、変化率表示領域１９、マスターカーブ表示領域１６、及び特性表示領域１７で構成されている。変化率表示領域１９は、変化率演算・判定部１７で演算された変化率の時間変化を表示し、その変化率の時間変化においてほぼ一定になったと判定された範囲１９ａを強調表示するようになっている。

本実施形態の渦流検査装置の動作を、図１０を用いて説明する。まず、プローブ３を被検体４の検査位置に配置し（ステップ１０１）、パルス信号増幅部６を介してパルス信号発生部５のパルス信号をプローブ３の励磁コイル１に印加し、被検体４に渦電流を誘起する（ステップ１０２）。そして、被検体４に誘起した渦電流の変化に伴う磁束密度の変化をプローブ３の検出センサ２で検出し（ステップ１０３）、検出センサ２の検出信号Ｓを検出信号増幅部７を介し対数変換部８に入力して、対数に変換する（ステップ１０４）。変化率演算・判定部１７は、対数に変換された検出信号に対し、所定の時間間隔毎の変化率を演算し、ほぼ一定になったと判定した変化率を出力し（ステップ１１０）、特性演算部１１は、変化率演算・判定部１７から入力した変化率に対し、記憶部１０で記憶されたマスターカーブに基づいて被検体４の厚みｔを演算し（ステップ１１１）、演算された被検体４の厚みｔ等を表示部１２で表示する（ステップ１０７）。その後、例えば被検体４に検査すべき他の位置があれば、ステップ１０８の判定が満たされず、次の検査位置にプローブを移動し（ステップ１０９）、上述したステップ１０２〜１０４，１１０，１１１，１０７の手順を繰り返す。一方、被検体４に検査すべき他の位置がなければ、ステップ１０８の判定が満たされて、検査終了となる。

以上のような本実施形態においても、上記参考形態同様、狭いダイナミックレンジの検出センサ２を用いながら、リフトオフ等の影響を少なくして被検体４の厚みｔを評価することができる。

なお、以上においては、渦流検査装置は、被検体４の厚みｔを評価する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば被検体の材質（導電率や透磁率）や欠陥等を評価する場合に適用してもよい。例えば被検体の材質を評価する場合には、検出センサの検出値の時間変化の勾配と被検体の材質との相関データ（マスターカーブ、図５参照）を、被検体と同じ厚みからなる実験体を用いた実験等で予め取得し、記憶部に記憶する。そして、特性演算部は、検出センサの検出値の時間変化の勾配に対し、記憶部で記憶された相関データに基づいて被検体の材質を演算する。このような場合にも、上記同様の効果を得ることができる。

本発明の渦流検査装置の参考形態の全体構成を表す概略図である。 本発明の渦流検査装置の参考形態を構成する励磁コイルに印可するパルス信号を一例として表す図である。 本発明の渦流検査装置の参考形態を構成する検出センサで検出した検出信号を一例として表す図である。 本発明の渦流検査装置の参考形態における片対数グラフ上の検出値の時間変化を表す図である。 本発明の渦流検査装置の参考形態を構成する記憶部に記憶されたマスターカーブを表す特性図である。 本発明の渦流検査装置の参考形態を構成する表示部の表示画面を一例として表す図である 本発明の渦流検査装置の参考形態における動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の渦流検査装置の一実施形態の全体構成を表す概略図である。 本発明の渦流検査装置の一実施形態を構成する表示部の表示画面を一例として表す図である。 本発明の渦流検査装置の一実施形態における動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 励磁コイル
２ 検出センサ
４ 被検体
８ 対数変換部（対数変換手段、勾配演算手段）
９ 近似直線演算部（近似直線演算手段、勾配演算手段）
１０ 記憶部（記憶手段）
１１ 特性演算部（特性演算手段）
１２ 表示部（表示手段）
１７ 変化率演算・判定部（変化率演算・判定手段、勾配演算手段）

Claims (3)

1. パルス信号で励磁されて被検体に渦電流を誘起する励磁コイルと、前記被検体に誘起した渦電流の変化を検出する検出センサとを備えた渦流検査装置において、
   前記検出センサの検出値を対数に変換する対数変換手段と、
   前記対数変換手段で対数に変換された検出値に対し予め設定された時間間隔毎の変化率を演算するとともに、演算した変化率がほぼ一定になったかどうかを判定する変化率演算・判定手段と、
   予め取得された変化率と前記被検体の特性との相関データを記憶した記憶手段と、
   前記変化率演算・判定手段でほぼ一定になったと判定された変化率に対し、前記記憶手段で記憶された相関データに基づいて前記被検体の特性を演算する特性演算手段とを備えたことを特徴とする渦流検査装置。
2. 請求項１記載の渦流検査装置において、
   前記変化率演算・判定手段で演算された変化率の時間変化を表示するとともに、その変化率の時間変化においてほぼ一定になったと判定された範囲を強調表示し、さらに前記特性演算手段で演算された前記被検体の特性を表示する表示手段を備えたことを特徴とする渦流検査装置。
3. パルス信号で励磁された励磁コイルによって被検体に渦電流を誘起し、前記被検体に誘起した渦電流の変化を検出センサで検出して前記被検体の特性を評価する渦流検査方法において、
   前記検出センサの検出値を対数に変換する第１の手順と、
   前記第１の手順で対数に変換された検出値に対し予め設定された時間間隔毎の変化率を演算するとともに、演算した変化率がほぼ一定になったかどうかを判定する第２の手順と、
   前記第２の手順でほぼ一定になったと判定された変化率に対し、予め取得され記憶された変化率と前記被検体の特性との相関データに基づいて前記被検体の特性を演算する第３の手順とを有することを特徴とする渦流検査方法。

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