JP6007923B2 - 減肉検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、金属材料の減肉を検出する装置に関し、特に、検査対象の領域を非接触で減肉検査することができる減肉検出装置に関する。
配管や機械などで使われている金属材料では、腐食、浸食、磨耗等によって肉厚が薄くなる減肉という現象が発生する場合がある。減肉が進行すると、孔が開いたり、強度が失われたりするため、早期に検出する必要があるが、配管内や金属板の裏面等で減肉が発生すると目視で発見することが難しい。このため、直接的に観察することができない部分における減肉の発生を検出するための技術が開発されている。
例えば、特許文献1には、図15に示すような金属配管における減肉の検出を目的とした装置が開示されている。この装置は、配管500の表面に2つの電極510を形成し、電極510間に2つの測定端子520を配置する。そして、一方の電極510から他方の電極510に配管500を通じて電流を流し、2つの測定端子520の電位差を測定する。電位差は配管500の減肉の状態の影響を受けるため、この電位差と基準となる電位差とを比較することで、配管500の減肉の検出や減肉量の算出を行なうようにしている。
米国特許第6680619号明細書
特許文献1に記載された発明では、配管500上の2地点の電位差を検出するため、2つの測定端子520を配管500に電気的に接触させなければならい。このため、異金属接触による配管500への悪影響のおそれがある。また、配管500の周囲が保温材やコーティング等の保護材で覆われている場合には、減肉検査を行なう際に、測定端子520を接触させるためにそれらを除去しなければならない。
そこで、本発明は、検査対象の領域を非接触で減肉検査することができる減肉検出装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の減肉検出装置は、金属の検査対象領域における減肉を検査する減肉検出装置であって、前記金属に前記検査対象領域を挟んで取り付けられた電極に基準電流を流す電流出力部と、前記検査対象領域の上空に固定され、前記基準電流により生じる磁界を検出する磁気センサと、前記磁気センサの検出値とあらかじめ設定された基準値とを比較することで前記検査対象領域における減肉発生を判定する判定部とを備えたことを特徴とする。
ここで、前記磁気センサは複数個配置され、前記判定部は、各磁気センサの検出値と、磁気センサ毎に設定された基準値とを比較することで前記検査対象領域における減肉発生を判定することができる。
このとき、前記判定部は、検出値が基準値よりも減少した磁気センサに対応した領域で減肉が発生したと判定することができる。
また、前記判定部は、すべての磁気センサにおいて検出値が基準値よりも増加した場合に、検査対象領域で一律に減肉が発生したと判定することができる。
また、前記金属は、金属配管であり、前記複数個の磁気センサは前記金属配管の外周に沿って並べられるようにしてもよい。
本発明によれば、検査対象の領域を非接触で減肉検査することができる減肉検出装置が提供される。
本発明の第1実施例を示すブロック図である。 磁気センサの配置例を示す図である。 減肉が生じていない金属板に検査用電流を流した場合に生じる磁界を模式的に示す図である。 金属板の裏面が一律に減肉した場合の磁界の変化を模式的に示す図である。 金属板の裏面の磁気センサの下の部分が減肉した場合の磁界の変化を模式的に示す図である。 金属板の裏面の磁気センサの下の部分以外が減肉した場合の磁界の変化を模式的に示す図である。 本発明の第2実施例を示すブロック図である。 金属板の裏面が一律に減肉した場合の検出結果を示す図である。 金属板の裏面の一部が減肉した場合の検出結果を示す図である。 本発明の第3実施例を示すブロック図である。 本発明の第3実施例を示すブロック図である。 磁気センサを保護材上に固定した様子を示す図である。 配管内が一律に減肉した場合の検出結果を示す図である。 配管内の一部が減肉した場合の検出結果を示す図である。 金属配管における減肉の検出を目的とした従来の装置を説明する図である。
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1実施例を示すブロック図である。第1実施例は、金属板200を減肉の検査対象としたものである。
本図に示すように、減肉検出装置100は、本体110と磁気センサ120と2つの電極130を備えている。磁気センサ110は、磁界により電気的抵抗が変化する磁気抵抗素子、磁界により電気的インピーダンスが変化する磁気インピーダンス素子、ホール効果を利用して磁界を検出するホール素子、コイル等を用いることができる。
2つの電極130は、検査対象領域を挟むようにある程度の距離をおいて金属板200に電気的に接触させる。電極130は金属板200に固定的に取り付けることが望ましく、金属板200と一体的に形成してもよい。また、金属板200の両端の一部を電極130として流用してもよい。
磁気センサ120は、2つの電極130の間の金属板200上の空間に固定する。金属板200上の電極130を結ぶ線と直交する方向で、磁気センサ120が固定された空間を含む領域がおおよその減肉検査対象領域Dとなる。
磁気センサ120は、図2(a)に示すように、金属板200と非接触とすることができる。このため、例えば、金属板200の表面に設けられた保温材や保護用塗料等の保護材220の上に固定したり、金属板200の表面に取り付けた固定用部材240を用いて固定することができる。保護材220を除去する必要はない。ただし、磁気センサ120は、金属板200に接触しても検査に影響はない。
図1の説明に戻って、本体110は、電流出力部111、測定部112、判定部113、基準値格納部114を備えている。
電流出力部111は、金属板200上の2つの電極130と電線等を介して接続し、減肉検査時に、所定の検査用電流を一方の電極130から他方の電極130に流す。検査用電流は、検査毎に同じ電流が流れるようにする。例えば、直流の定電流とすることができる。この場合、電流出力部111は定電流回路を用いて構成することができる。ただし、交流電流であってもよい。この場合、検査毎に実効値が一定となるようにする。特に、磁気センサ110としてコイルを用いた場合は検査用電流として交流電流を流す必要がある。
検査用電流により、金属板200に電流が流れ、金属板200の周囲に磁界が生じる。磁気センサ120は、この磁界を感度よく検出できる方向に固定する。
測定部112は、減肉検査時に磁気センサ120の検出値を取得する。判定部113は、測定部112が取得した磁気センサ120の検出値と、基準値格納部114に格納されている基準値とを比較し、比較結果に基づいて減肉検査対象領域Dにおける減肉の判定を行なう。
基準値格納部114は、上述のように基準値を格納する。基準値は、減肉が発生していない基準状態において検査用電流を流した場合に得られる磁気センサ120の検出値であり、実測値を用いることができる。あるいは、電磁界シミュレーションにより得られた値を用いるようにしてもよい。
なお、検査用電流として直流を用いた場合には、金属板200のインダクタスの影響を受けないため電流出力部111の負担を小さくすることができる。一方、検査用電流として交流を用いた場合には、磁気ノイズが大きい環境下において、磁気センサ120からの信号を、その交流の周波数で同期検波することにより磁気ノイズの影響を小さくすることができる。
また、検査用電流の駆動方法は、常時駆動とパルス駆動のどちらを適用してもよい。常時駆動は測定データ量を容易に増やせるため、測定精度を高めることができる。一方、パルス駆動は消費電力を低減し、また、金属板200の発熱量を抑えることができる。
次に、磁気センサ120で得られる検出値と減肉の関係について説明する。図3は、減肉が生じていない基準状態の金属板200に検査用電流を流した場合に生じる磁界を模式的に示している。
検査用電流は、2つの電極130の最短距離となる領域に多く流れ、距離が離れるにしたがって減っていく分布となる。このため、2つの電極130を板幅方向の中央部分に配置した場合、本図の破線に示すように、中央部分の磁界が強くなる。このため、合成された磁界は太線に示すような楕円形状となる。このときの磁気センサ120の検出値が基準値となる。なお、これらの線は、同一磁界強度の点を結んだ線を模式的に示したものである。
図4に示すように、金属板200の裏面が一律に減肉すると、金属板200の板厚方向の中心が磁気センサ120側にシフトする。このとき、検査用電流として定電流を流しているため、電流分布は減肉前と変化しない。この結果、発生磁界は同じ形状で磁気センサ120側にシフトすることになり、磁気センサ120の検出値は増加する。
金属板200の裏面の一部が減肉すると、減肉が発生した領域の電気抵抗値が正常な部分よりも増す。検査用電流として定電流を流しているため、減肉部分の電流が減り、正常な部分の電流がその分増すことになる。
このため、図5に示すように、磁気センサ120の下の部分が減肉すると、磁気センサ120の下の磁界が弱くなり、磁気センサ120の検出値は減少する。
一方、図6に示すように、磁気センサ120の下の部分以外が減肉すると、磁気センサ120の下の磁界が強くなり、磁気センサ120の検出値は増加する。
以上より、第1実施例の減肉検出装置100は、判定部113が、測定部112が取得した検出値と基準値格納部114に格納された基準値とを比較し、両者が相違している場合に、金属板200の検出対象領域Dで減肉が発生したと判定することができる。判定結果は、減肉検出装置100の図示しない表示部に表示したり、外部の装置に出力することができる。
次に、本発明の第2実施例について説明する。図7は、本発明の第2実施例を示すブロック図である。第2実施例は、第1実施例と同様に金属板200を減肉の検査対象とするが、複数の磁気センサ120を用いるようにする。第1実施例と同じブロックについては同じ符号を付している。
本図に示すように、減肉検出装置100は、本体110と3つの磁気センサ120(120a、120b、120c)と2つの電極130を備えている。ただし、磁気センサ120の数は一例である。
第2実施例では、3つの磁気センサ120(120a、120b、120c)を、金属板200上の電極130を結ぶ線と直交する方向、すなわち、検査用電流による磁界の発生方向に並べて固定するようにする。金属板200上の電極130を結ぶ線と直交する方向で、磁気センサ120が並べて固定された空間を含む領域がおおよその減肉検査対象領域Dとなる。各磁気センサ120(120a、120b、120c)は、金属板200と非接触とすることができる。
本体110は、第1実施例と同様に、電流出力部111、測定部112、判定部113、基準値格納部114を備えている。
第2実施例における3つの磁気センサ120(120a、120b、120c)で得られる検出値と減肉の関係について説明する。図8に示すように、金属板200の裏面が一律に減肉すると、金属板200の板厚方向の中心が磁気センサ120側にシフトする。このとき、検査用電流として定電流を流しているため、電流分布は減肉前と変化しない。この結果、発生磁界は同じ形状で磁気センサ120側にシフトすることになり、3つの磁気センサ120(120a、120b、120c)の検出値はすべて増加する。
金属板200の裏面の一部が減肉すると、減肉が発生した領域の電気抵抗値が正常な部分よりも増す。検査用電流として定電流を流しているため、減肉部分の電流が減り、正常な部分の電流がその分増すことになる。このため、図9(a)〜(c)に示すように、減肉発生部分に対応する磁気センサ120の検出値が減少し、他の磁気センサ120の検出値が増加する。
したがって、第2実施例の減肉検出装置100は、判定部113が、測定部112が取得した各磁気センサ120(120a、120b、120c)の検出値と基準値格納部114に格納された基準値とを比較し、両者が相違している場合に、金属板200の検出対象領域Dで減肉が発生したと判定することができる。なお、基準値は磁気センサ120(120a、120b、120c)毎に設定しておくようにする。
具体的には、3つの磁気センサ120(120a、120b、120c)の検出値が一律に増加している場合には金属板200の裏面が一律に減肉していると判定することができる。また、一部の磁気センサ120の検出値が減少している場合には、その磁気センサ120に対応する位置で減肉が発生したと判定することができる。このため、磁気センサ120の数を増やすことで検査対象領域を広げることができ、磁気センサ120の配置密度を高めることで減肉検出分解能を高めることができる。
減肉が進むほど抵抗が増加して、発生する磁界が弱くなるため、検出値が減少している磁気センサ120について、基準信号と検出値との差に基づいて、減肉の度合いを推定することも可能である。例えば、あらかじめ減肉の度合いと、基準信号と検出値との差との相関性を実験あるいはシミュレーションにより調べておき、データとして記録しておき、減肉度合いの推定に用いるようにしてもよい。
次に、本発明の第3実施例について説明する。図10、図11は、本発明の第3実施例を示すブロック図である。第3実施例は、金属製配管300を減肉の検査対象とし、複数の磁気センサ120を用いるようにする。第1実施例と同じブロックについては同じ符号を付している。
本図に示すように、減肉検出装置100は、本体110と8つの磁気センサ120(120a〜120h)と2つの電極130を備えている。ただし、磁気センサ120の数は一例である。
第3実施例では、2つの電極130を配管300の延伸方向に電流が流れるように、検査対象領域を挟むようにある程度の距離をおいて配置する。また、8つの磁気センサ120(120a〜120h)を、配管300上の電極130を結ぶ線と直交する方向、すなわち、検査用電流による磁界の発生方向に並べて固定するようにする。この結果、8つの磁気センサ120(120a〜120h)は、配管300の外周に沿って並ぶことになる。
配管300上の電極130を結ぶ線と直交する方向で、磁気センサ120が並べて固定された空間を含む領域がおおよその減肉検査対象領域Dとなる。なお、これらの磁気センサ120(120a〜120h)を1セットとして、配管300の延伸方向に磁気センサ120(120a〜120h)のセットを並べることで減肉検査対象領域Dを配管300の延伸方向に増やすことができる。磁気センサ120のセットを配管300の延伸方向に走査させることで減肉検査対象領域Dを配管300の延伸方向に増やすようにしてもよい。また、配管300の延伸方向は曲がっていてもよいし、配管300に換えて金属タンクを検査対象としてもよい。
各磁気センサ120(120a〜120h)は、配管300と非接触とすることができる。このため、例えば、図12に示すように、配管300の周囲が保温材やコーティング等の保護材320で覆われている場合に、保護材320を除去せずに、保護材320上に磁気センサ120(120a〜120h)を固定することができる。もちろん、固定用部材を用いて磁気センサ120(120a〜120h)を配管300の外周付近に固定するようにしてもよい。
図10に示すように、本体110は、第1実施例と同様に、電流出力部111、測定部112、判定部113、基準値格納部114を備えている。
8つの磁気センサ120(120a〜120h)で得られる検出値と減肉の関係は、第2実施例と同様である。すなわち、図13に示すように、配管300内が一律に減肉した場合には、発生磁界が各磁気センサ120(120a〜120h)側にシフトすることになり、8つの磁気センサ120(120a〜120h)の検出値はすべて増加する。
また、配管300内の一部が減肉すると、減肉が発生した領域の電気抵抗値が正常な部分よりも増す。検査用電流として定電流を流しているため、減肉部分の電流が減り、正常な部分の電流がその分増すことになる。このため、図14に示すように、磁気センサ120hの下部分で減肉が発生すると、減肉発生部分に対応する磁気センサ120hの検出値が減少し、他の磁気センサ120(120a〜120g)の検出が増加する。
したがって、第3実施例の減肉検出装置100は、判定部113が、測定部112が取得した各磁気センサ120(120a〜120h)の検出値と基準値格納部114に格納された基準値とを比較し、両者が相違している場合に、配管300内の検出対象領域Dで減肉が発生したと判定することができる。なお、基準値は磁気センサ120(120a〜120h)毎に設定しておくようにする。
具体的には、8つの磁気センサ120(120a〜120h)の検出値が一律に増加している場合には配管300内が一律に減肉していると判定することができる。また、一部の磁気センサ120の検出値が減少している場合には、配管300内のその磁気センサ120に対応する位置で減肉が発生したと判定することができる。このため、磁気センサ120の配置密度を高めることで減肉検出分解能を高めることができる。
減肉が進むほど抵抗が増加して、発生する磁界が弱くなる。このため、第3実施例においても、検出値が減少している磁気センサ120について、基準信号と検出値との差に基づいて、減肉の度合いを推定することも可能である。例えば、あらかじめ減肉の度合いと、基準信号と検出値との差との相関性を実験あるいはシミュレーションにより調べておき、データとして記録しておき、減肉度合いの推定に用いるようにしてもよい。
100…減肉検出装置、110…磁気センサ、110…本体、111…電流出力部、112…測定部、113…判定部、114…基準値格納部、120…磁気センサ、130…電極、200…金属板、300…配管

Claims (3)

  1. 金属の検査対象領域における減肉を検査する減肉検出装置であって、
    前記金属に前記検査対象領域を挟んで取り付けられた電極に基準電流を流す電流出力部と、
    前記検査対象領域の上空に固定され、前記基準電流により生じる磁界を検出する磁気センサと、
    前記磁気センサの検出値とあらかじめ設定された基準値とを比較することで前記検査対象領域における減肉発生を判定する判定部とを備え
    前記磁気センサは複数個配置され、
    前記判定部は、各磁気センサの検出値と、磁気センサ毎に設定された基準値とを比較することで前記検査対象領域における減肉発生を判定し、
    すべての磁気センサにおいて検出値が基準値よりも増加した場合に、検査対象領域で一律に減肉が発生したと判定することを特徴とする減肉検出装置。
  2. 前記判定部は、検出値が基準値よりも減少した磁気センサに対応した領域で減肉が発生したと判定することを特徴とする請求項1に記載の減肉検出装置。
  3. 前記金属は、金属配管であり、
    前記複数個の磁気センサは前記金属配管の外周に沿って並べられていることを特徴とする請求項1または2に記載の減肉検出装置。
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