JP5857904B2

JP5857904B2 - 減肉深さ推定方法及び装置

Info

Publication number: JP5857904B2
Application number: JP2012163267A
Authority: JP
Inventors: 伸萬城
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2032-07-24
Also published as: JP2014021086A

Description

本発明は、漏洩磁束探傷法における減肉深さ推定方法及び装置に関する。

非破壊検査の手法の１つとして、漏洩磁束探傷法がある。漏洩磁束探傷法は鉄鋼などの強磁性体を飽和磁束密度近くまで磁化したとき、減肉や割れなどの空洞部から漏洩する磁束を、磁粉または磁気センサで検出する検査方法であり、機械部品から、大型鋼構造物、塔槽類、各種パイプラインなどの検査に広く使われている。
このような漏洩磁束探傷法における欠陥検出方法として、例えば特許文献１には以下のようなものが開示されている。
「磁化された検査対象物から漏洩する漏洩磁束のうち検査対象面に平行な方向の漏洩磁束密度と検査対象物の減肉率とを欠陥径ごとに対応付けてなる減肉率情報を備えてなるデータベースと、検査対象物を磁化させる磁化装置と、該磁化装置によって磁化された検査対象物から漏洩する漏洩磁束のうち検査対象物表面に平行な漏洩磁束密度を検出する第１磁気センサと、検査対象物表面に垂直な方向の漏洩磁束密度を検出する第２磁気センサとを用いた欠陥検出方法であって、
前記第２磁気センサの検出値に基づいて欠陥径を同定する欠陥径同定工程と、該欠陥径同定工程で同定された欠陥径および前記第１磁気センサの検出値に基づいて前記データベースの減肉情報を参照して減肉率を同定する減肉率同定工程とを備えてなることを特徴とする欠陥検出方法。」（特許文献１の請求項１参照）

特開２００７−６４６２８号公報

上記の特許文献１においては、検査対象面に平行な方向の漏洩磁束密度と検査対象物の減肉率とを欠陥径ごとに対応付けてなる減肉率情報をデータベース化している。そして、検査対象物表面に垂直な方向の漏洩磁束密度の検出値に基づいて欠陥径を同定し、同定された欠陥径に基づいて前記データベースの減肉率情報と照合して減肉量を推定するようにしている。

特許文献１に示された従来法においては、欠陥（減肉部）の形状を特定するのに欠陥径を採用しており、これは欠陥の形状が円形であることを前提としていることを意味する。
そのため、実際の欠陥（減肉）形状が例えば走査方向に長軸を有する楕円のような場合には、検査対象物表面に垂直な方向の漏洩磁束密度の検出値から欠陥径は楕円の長軸を径とする円形として同定されるが、検査対象物表面に水平方向の漏洩磁束密度の検出値からは楕円の短軸の円形として同定され、両者の間に齟齬が生ずる場合があり、減肉率の推定が必ずしも正確に行うことができないという問題がある。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、減肉形状が円形以外のものであっても正確に減肉深さを検出できる減肉深さ推定方法及び装置を提供することを目的としている。

発明者は減肉と漏洩磁束密度との関係を鋭意検討したところ、減肉径に関わらず減肉の断面積の大きさと漏洩磁束密度との間に相関関係にあることを発見した。
また、漏洩磁束密度と減肉幅との関係についても検討したところ、減肉幅が漏洩磁束密度のピーク値に対して所定の関係にあることを見出した。
本発明はかかる発見と知見に基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成からなるものである。

（１）本発明に係る減肉深さ推定方法は、磁化された検査対象物から漏洩する漏洩磁束のうち検査対象面に平行な方向の漏洩磁束密度と検査対象物の減肉の断面積とを対応付けたデータベースを用いた減肉深さ推定方法であって、
検査対象物を走査して走査方向と平行な方向に磁化を行い、走査面に対して平行な漏洩磁束密度を検出する漏洩磁束密度検出工程と、
該漏洩磁束密度検出工程で検出された漏洩磁束密度と前記データベースに基づいて減肉の断面積を推定する減肉断面積推定工程と、
前記漏洩磁束密度検出工程で検出された漏洩磁束密度に基づいて減肉部の走査方向及び磁化方向に直交する方向の寸法である減肉幅を推定する減肉幅推定工程と、
前記減肉断面積推定工程で推定された減肉断面積を前記減肉幅推定工程で推定された減肉幅で除算することで減肉深さを演算する減肉深さ演算工程とを備えたことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、減肉幅推定工程は、漏洩磁束密度検出工程で検出された漏洩磁束密度と走査距離との関係と、漏洩磁束密度のピーク値に対して予め定めた減少率とに基づいて減肉幅を推定することを特徴とするものである。

（３）本発明に係る減肉深さ推定装置は、磁化された検査対象物から漏洩する漏洩磁束のうち検査対象面に平行な方向の漏洩磁束密度と検査対象物の減肉の断面積とを対応付けた断面積情報を備えてなるデータベースと、検査対象物を走査方向と平行な方向に磁化させる磁化装置と、該磁化装置によって磁化された検査対象物から漏洩する漏洩磁束のうち走査面に対して平行な漏洩磁束密度を検出する磁気センサと、該磁気センサの検出値に基づいて減肉部の走査方向及び磁化方向に直交する方向の寸法である減肉幅を推定する減肉幅推定手段と、前記磁気センサの検出値に基づいて前記データベースの断面積情報と照合して前記検査対象の減肉断面積を推定し、該減肉断面積を前記減肉幅推定手段によって推定された減肉幅で除算することによって前記検査対象の減肉の減肉深さを演算する減肉深さ演算手段とを備えたことを特徴とするものである。

（４）また、上記（３）に記載のものにおいて、減肉幅推定手段は、前記磁気センサによって検出された漏洩磁束密度と走査距離との関係と、漏洩磁束密度のピーク値に対して予め定めた減少率とに基づいて減肉幅を推定することを特徴とするものである。

本発明においては、磁化された検査対象物から漏洩する漏洩磁束のうち検査対象面に平行な方向の漏洩磁束密度と検査対象物の減肉の断面積とを対応付けたデータベースを用い、検査対象物を走査して、検査対象物表面に平行な方向の漏洩磁束密度を検出する漏洩磁束密度検出工程と、該漏洩磁束密度検出工程で検出された漏洩磁束密度と前記データベースに基づいて減肉の断面積を推定する減肉断面積推定工程と、前記漏洩磁束密度検出工程で検出された漏洩磁束密度に基づいて減肉幅を推定する減肉幅推定工程と、該減肉幅推定工程で推定された減肉幅と前記減肉断面積推定工程で推定された減肉断面積に基づいて減肉深さを演算する減肉深さ演算工程とを備えたことにより、減肉の平面形状が円形以外の形状であっても、正確に減肉深さを推定することができる。

本発明の一実施の形態に係る減肉深さ推定装置の説明図である。本発明の一実施の形態に係る減肉深さ推定装置のデータベースの内容の一例を説明する説明図である。本発明の一実施の形態に係る減肉深さ推定装置のデータベース構築方法の説明図である。試験片の説明図であり、図４（ａ）が走査面側から見た平面図であり、図４（ｂ）が断面図である。減肉部正規化信号と減肉幅距離との関係を示すグラフである。想定される減肉径での漏洩磁束密度と減肉幅との関係を示すグラフである。本発明の実施例における本発明例の効果を説明するグラフである。本発明の実施例における比較例を説明するグラフである。

本実施の形態に係る減肉深さ推定装置１は、図１に示すように、磁化された検査対象物３から漏洩する漏洩磁束のうち検査対象面に平行な方向の漏洩磁束密度と検査対象物３の減肉の断面積とを対応付けた断面積情報を備えてなるデータベース５と、検査対象物３を磁化させる磁化装置７と、該磁化装置７によって磁化された検査対象物３から漏洩する漏洩磁束のうち検査対象物３の表面に平行な漏洩磁束密度を検出する磁気センサ９と、該磁気センサ９の検出値に基づいて減肉幅を推定する減肉幅推定手段１１と、推定された減肉幅と前記磁気センサ９の検出値に基づいて前記データベース５の断面積情報と照合して前記検査対象の減肉の減肉深さを演算する減肉深さ演算手段１３と、を備えたことを特徴とするものである。
また、本実施の形態の減肉深さ推定装置１は、磁化装置７の走査距離を測定する走査距離計１５、走査距離計１５の出力信号、磁気センサ９の出力信号を入力してこれをディジタル信号に変換するＡ/Ｄ変換器１７、Ａ/Ｄ変換器１７からの出力信号をデータとして記憶する記憶手段１９を備えている。
以下、各構成を詳細に説明する。

＜データベース＞
データベース５は、磁化された検査対象物３から漏洩する漏洩磁束のうち検査対象面に平行な方向の漏洩磁束密度と検査対象物３の断面積とを減肉幅ごとに対応付けた断面積情報を備えてなる。
このデータベース５の具体例としては、例えば図２に示すように、減肉部の断面積と漏洩磁束密度を正規化した減肉部正規化信号が線形関係として記憶されているものが挙げられる。このようなデータベース５を用いれば、検査対象物３の漏洩磁束密度を計測することで、減肉部の断面積を同定できる。

ここで、データベース５の構築方法について説明する。
図３はデータベース５の構築方法の説明図であり、図１に示した装置と同一部分には同一の符号を付してある。また、図３では検査対象物３として各種の減肉部２１を設けた試験片２３を走査している状態を示している。
データベース５の構築に際しては、減肉断面積の異なる減肉部２１を設けた複数の試験片２３を用いる。これらの試験片２３に設ける減肉部２１は、例えば検査対象としてパイプラインの場合にはそれに想定されるような断面積とする。
試験片２３の例として、１０種類の減肉部２１を設けた試験片２３の各寸法と断面積を表１に示す。

表１に示す減肉部２１の寸法は、図４に示す通りであり、走査方向及び磁化方向に直交する方向Ｗを減肉幅、走査方向及び磁化方向と同一方向Ｌを減肉長、試験片２３の厚み方向の減肉部２１の深さＤが減肉深さである。
このような試験片２３を準備して、図３に示すように、試験片２３の反減肉面を走査する。走査することによって、マグネットのＮ極からローラ２５を介して出た磁束の一部が試験片２３の表面に漏洩し、この漏洩磁束がアレイ型の磁気センサ９で検出される。

検出された漏洩磁束密度を、図２に示すように縦軸を減肉部正規化信号とし、横軸を減肉断面積とした座標面にプロットして、これらの値を例えば最小自乗法によって直線近似する。このようにして、減肉断面積と減肉部正規化信号の関係を示す直線を求める。このようにして求めた直線がデータベース５の情報となる。

＜磁化装置＞
磁化装置７は、マグネットまたは電磁石によって構成されている。磁化装置７は、試験片２３を磁化するためのものであり、磁化装置７の各磁極には検査対象物３上を走査しやすくするために、走査用のローラ２５が設けられている。

＜磁気センサ＞
磁気センサ９は、アレイ型磁気センサからなり、例えば１２個の磁気センサ９をアレイ状に配置してなるものである。
本実施の形態では、走査面に対し平行な漏洩磁束のみを検出するので、磁気センサ９は漏洩磁束のうちの水平成分のみを検出できるように配置されている。

＜減肉幅推定手段＞
減肉幅推定手段１１は、磁気センサ９によって検出された漏洩磁束密度と走査距離との関係と、漏洩磁束密度のピーク値に対して予め定めた減少率とに基づいて減肉幅を推定する。
図５は、検出された漏洩磁束密度に基づく減肉部正規化信号と減肉幅距離との関係の一例を示すグラフである。図５において、縦軸が漏洩磁束密度を正規化した減肉部正規化信号を示し、横軸が減肉中心から減肉幅方向距離を示している。図５に示す例は、減肉部２１の幅が10mm（実線）と20mm（点線）の例を示している。
図５に示すように、漏洩磁束密度は、減肉部２１の中心をピークとして、幅方向に徐々に減少する。

発明者は、表１に示した１０種類の試験片２３について、減肉幅と漏洩磁束密度との関係を調査し、これらの関係を、漏洩磁束密度のピーク値に対する割合（磁束密度Max比）と、減肉幅とで整理したものが図６である。
図６において、縦軸が漏洩磁束密度のピーク値に対する割合であり、横軸が減肉幅である。
図６に示すように、減肉幅は漏洩磁束密度のピーク値に対して0.65となっていることが分かる。
したがって、検出される漏洩磁束密度と減肉幅との関係を求め（図５参照）、漏洩磁束密度のピーク値に対して0.65となる位置が減肉幅であると推定できる。

＜減肉深さ演算手段＞
減肉深さ演算手段１３は、減肉幅推定手段１１によって推定された減肉幅と、磁気センサ９の検出値に基づいて前記データベース５の断面積情報と照合して検査対象の減肉部の減肉深さを演算する。具体的には、磁気センサ９の検出値から推定される減肉断面積を、減肉幅推定手段１１によって推定された減肉幅で除算することで、減肉深さを算出する。

次に上記のように構成された減肉深さ推定装置１を用いて減肉深さを推定する方法を説明する。
まず、データベース５の構築時と同様に試験片２３の反減肉面を走査し、漏洩磁束密度の水平成分を磁気センサ９で検出し、検出値をデータとして記憶手段１９に記憶する。
漏洩磁束密度が検出されると、減肉幅推定手段１１が、検出された減肉幅方向の漏洩磁束密度と、漏洩磁束密度のピーク値とに基づいて、予め定めた減少率の漏洩磁束密度となる減肉幅を推定する。予め定めた減少率としては、0.65〜0.75の範囲の所定の値で定めておくのが好ましい。

次に、減肉深さ演算手段１３は、磁気センサ９の検出値のピーク値とデータベース５の断面積情報と照合して、減肉断面積を推定し、推定された減肉断面積を減肉幅推定手段１１によって推定された減肉幅で除算することで減肉深さを演算する。

以上のように、本実施の形態によれば、検査対象物３の減肉深さを減肉部２１の形状に関わらず正確に推定できる。
また、本実施の形態に用いるデータベース５は板厚をパラメータとしていないことからそのデータ量が少なくて済み、データベース５の構築が容易である。
また、減肉部における減肉断面積と正規化信号とが、減肉部２１の形状に関わらず線形の関係にあるとの知見を基にして減肉断面積と減肉部正規化信号の関係を直線にて表していることから、データベース構築に際して減肉断面積ごとに試験片２３についてデータ採取をすればよいので、データベース５の構築作業が極めて容易になる。

表１に示した１０種類の試験片２３について、特許文献１に示された従来方法と本発明法による減肉深さの推定を行った。その結果を図７（本発明例）、図８（比較例）に示す。図７、図８において、縦軸が図１に示した本実施の形態の減肉深さ推定装置１による減肉深さの計測値であり、横軸が減肉深さの実測値である。
図７に示すように、本発明例では、計測値が実測値とほぼ一致しており、本発明方法が正確に減肉深さを同定できることが実証された。
他方、図８に示すように、従来方法の比較例では、形状によって実測値との差異が生じている。

１減肉深さ推定装置
３検査対象物
５データベース
７磁化装置
９磁気センサ
１１減肉幅推定手段
１３減肉深さ演算手段
１５走査距離計
１７Ａ／Ｄ変換器
１９記憶手段
２１減肉部
２３試験片
２５ローラ

Claims

磁化された検査対象物から漏洩する漏洩磁束のうち検査対象面に平行な方向の漏洩磁束密度と検査対象物の減肉の断面積とを対応付けたデータベースを用いた減肉深さ推定方法であって、
検査対象物を走査して走査方向と平行な方向に磁化を行い、走査面に対して平行な漏洩磁束密度を検出する漏洩磁束密度検出工程と、
該漏洩磁束密度検出工程で検出された漏洩磁束密度と前記データベースに基づいて減肉の断面積を推定する減肉断面積推定工程と、
前記漏洩磁束密度検出工程で検出された漏洩磁束密度に基づいて減肉部の走査方向及び磁化方向に直交する方向の寸法である減肉幅を推定する減肉幅推定工程と、
前記減肉断面積推定工程で推定された減肉断面積を前記減肉幅推定工程で推定された減肉幅で除算することで減肉深さを演算する減肉深さ演算工程とを備えたことを特徴とする減肉深さ推定方法。
減肉幅推定工程は、漏洩磁束密度検出工程で検出された漏洩磁束密度と走査距離との関係と、漏洩磁束密度のピーク値に対して予め定めた減少率とに基づいて減肉幅を推定することを特徴とする請求項１記載の減肉深さ推定方法。
磁化された検査対象物から漏洩する漏洩磁束のうち検査対象面に平行な方向の漏洩磁束密度と検査対象物の減肉の断面積とを対応付けた断面積情報を備えてなるデータベースと、
検査対象物を走査方向と平行な方向に磁化させる磁化装置と、該磁化装置によって磁化された検査対象物から漏洩する漏洩磁束のうち走査面に対して平行な漏洩磁束密度を検出する磁気センサと、該磁気センサの検出値に基づいて減肉部の走査方向及び磁化方向に直交する方向の寸法である減肉幅を推定する減肉幅推定手段と、前記磁気センサの検出値に基づいて前記データベースの断面積情報と照合して前記検査対象の減肉断面積を推定し、該減肉断面積を前記減肉幅推定手段によって推定された減肉幅で除算することによって前記検査対象の減肉の減肉深さを演算する減肉深さ演算手段とを備えたことを特徴とする減肉深さ推定装置。
減肉幅推定手段は、前記磁気センサによって検出された漏洩磁束密度と走査距離との関係と、漏洩磁束密度のピーク値に対して予め定めた減少率とに基づいて減肉幅を推定することを特徴とする請求項３記載の減肉深さ推定装置。