JP6356579B2 - 渦電流探傷装置および渦電流探傷方法 - Google Patents

渦電流探傷装置および渦電流探傷方法 Download PDF

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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。
例えば、高経年化した原子力発電プラントでは、原子炉内構造物の健全性を評価するために表面および体積検査の実施が必要である。表面検査の方法の一つに渦電流探傷法がある。この渦電流探傷法は炉水を抜かずに水中での検査が可能であるため、短い工期での検査が可能という利点を有する。
その一方で渦電流探傷法は、被検査対象物によって精度の良い実施が困難になる場合がある。例えば、原子炉圧力容器の底部（炉底部）などの炉内構造物を被検査対象物とする場合、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箇所が多く存在するため、渦電流探傷プローブを被検査面に沿わせることが難しく、プローブと被検査面との間の距離（リフトオフ）が増加したり変化したりしやすい。
このようなリフトオフの増加や変化は、欠陥検出感度の低下や欠陥疑似信号の発生を導くため、一般的に炉底部のような狭隘かつ複雑形状を有する箇所に対して渦電流探傷検査を実施することは困難とされている。
そこで、炉底部を渦電流探傷する場合に、予め、渦電流探傷プローブを被検査面の探傷箇所に位置させ、プローブと被検査面との密着条件を選定するティーチングを行い、選定した密着条件を記憶手段に記憶させた後に実際の探傷を行う技術が提案されている。
特開２０１２−１８１０９７号公報
従来の技術は、短いリフトオフでの探傷を可能にする点で有効な手順である。
しかしながら、渦電流探傷検査を実施すべき箇所（探傷箇所）が多数存在する場合、多数存在する探傷箇所毎に密着条件を選定するティーチングを行う必要があり、ティーチングに要する時間が膨大になるという点で課題がある。
本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであり、例えば三次元的に曲面形状が変化する等の複雑形状、かつ狭隘な被検査体表面に対して、短いリフトオフを維持しつつ短時間で探傷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、上述した課題を解決するため、与えられる渦電流探傷条件と被検査体の表面形状を計測する形状計測手段が取得した表面形状データとから渦電流探傷プローブが前記被検査体の表面を渦電流探傷する複数の探傷点の座標と前記複数の探傷点の各々について当該探傷点の法線ベクトルとを計算する探傷軌道データ計算手段と、前記探傷軌道データ計算手段により得られる探傷点の法線ベクトルと、与えられる前記渦電流探傷プローブの形状データから計算される、走査時に前記被検査体側を向く前記渦電流探傷プローブの平面に対する法線ベクトルとが一致する位置であって前記被検査体の表面と接触する位置に配置される前記渦電流探傷プローブと前記被検査体の表面との隙間を、前記複数の探傷点の各々について評価して評価結果を得る隙間評価手段と、前記渦電流探傷プローブから前記複数の探傷点の各々で前記被検査体の探傷データを得る渦電流探傷データ収集手段と、前記複数の探傷点の各々で得られる前記被検査体の探傷データと、前記隙間の前記複数の探傷点の各々に対する前記評価結果とに基づいて、前記被検査体の表面の欠陥有無を評価する渦電流探傷データ解析手段と、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、上述した課題を解決するため、探傷軌道データ計算手段と、隙間評価手段と、渦電流探傷データ収集手段と、渦電流探傷データ解析手段とを具備する渦電流探傷装置を用いた渦電流探傷方法であり、前記探傷軌道データ計算手段が、与えられる渦電流探傷条件と被検査体の表面形状を計測する形状計測手段が取得した表面形状データとから渦電流探傷プローブが前記被検査体の表面を渦電流探傷する複数の探傷点の座標と前記複数の探傷点の各々について当該探傷点の法線ベクトルとを計算する探傷軌道データ計算ステップと、前記隙間評価手段が、前記探傷軌道データ計算ステップで得られる探傷点の法線ベクトルと、与えられる前記渦電流探傷プローブの形状データから計算される、走査時に前記被検査体側を向く前記渦電流探傷プローブの平面に対する法線ベクトルとが一致する位置であって前記被検査体の表面と接触する位置に配置される前記渦電流探傷プローブと前記被検査体の表面との隙間を、前記複数の探傷点の各々について評価して評価結果を得る隙間評価ステップと、前記渦電流探傷データ収集手段が、前記渦電流探傷プローブから前記複数の探傷点の前記被検査体の探傷データを得る渦電流探傷データ収集ステップと、前記渦電流探傷データ解析手段が、前記渦電流探傷データ収集ステップで得られる前記複数の探傷点の各々で得られる前記被検査体の探傷データと、前記隙間評価ステップで得られる前記隙間の前記複数の探傷点の各々に対する前記評価結果とに基づいて、前記被検査体の表面の欠陥有無を評価する渦電流探傷データ解析ステップと、を具備することを特徴とする。
本発明の実施形態によれば、複雑形状、かつ狭隘な被検査体表面に対して、短いリフトオフを維持しつつ短時間で渦電流探傷検査を実施することができる。
本発明の実施形態に係る渦電流探傷装置の構成を示す概略図。 本発明の実施形態に係る渦電流探傷装置の渦電流探傷プローブを被検査体の探傷点に最も近接させる場合の配置例を説明する説明図であり、（Ａ）は被検査体表面が平面の場合の説明図、（Ｂ）は被検査体表面が曲面の説明図。 本発明の実施形態に係る渦電流探傷装置の隙間評価手段が行う隙間の評価を説明する説明図であり、（Ａ）は隙間の距離ｄを説明する説明図、（Ｂ）は隙間の断面積ＳＧと隙間の体積ＶＧとを説明する説明図。 本発明の実施形態に係る渦電流探傷装置が実行する渦電流探傷手順の処理フローを示す処理フロー図。
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、右等の方向を示す言葉は、図示した状態または通常の使用状態を基準とする。
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。
図１に例示される渦電流探傷装置１０の被検査体１は、炉内計装筒３が原子炉圧力容器の底部である炉底部４に溶接により固定されている溶接部５を有する構造体である。炉内計装筒３は円筒形状、炉底部４は球面形状をしており三次元的に曲面形状が変化している。特に、溶接部５は、曲面形状が複雑に変化すると共に狭隘部６を有するため、一般に渦電流探傷検査が困難な箇所である。
渦電流探傷装置１０は、与えられる被検査体１の渦電流探傷条件と形状計測センサ１１から出力される信号に基づいて計測される被検査体１の表面形状を示すデータ（表面形状データ）とから渦電流探傷プローブ１２の軌道を示す探傷軌道データを作成し、作成された探傷軌道データに基づき渦電流探傷プローブ１２を駆動させて、渦電流探傷プローブ１２から被検査体１の探傷データを収集し、収集した探傷データと、探傷軌道データから計算される渦電流探傷プローブ１２と被検査体１の表面との隙間の評価結果とに基づいて被検査体１の表面の欠陥有無を評価する装置である。
渦電流探傷装置１０は、例えば、形状計測手段１３と、探傷軌道データ計算手段１４と、駆動手段１５と、制御手段１６と、隙間評価手段１７と、渦電流探傷データ収集手段１８と、渦電流探傷データ解析手段１９と、表示手段２１とを具備して構成される。
形状計測手段１３は、例えば、３次元測定器等の形状計測装置で構成され、形状計測センサ１１のセンサ出力に基づいて形状データを得る機能を有する。形状計測手段１３は、任意の形状計測方法を採用することができ、例えば、レーザを用いた光切断法や２台のカメラを用いたステレオカメラ法等の一般的な形状計測方法を採用する。
形状計測手段１３は、形状計測センサ１１のセンサ出力に基づいて被検査体１の表面形状データを取得し、取得した被検査体１の表面形状データを探傷軌道データ計算手段１４へ与える。なお、被検査体１の表面形状データが既に作成されている場合には、新たに被検査体１の表面形状データを作成する必要はなく、既存の表面形状データを活用することができる。
探傷軌道データ計算手段１４は、与えられる渦電流探傷条件と被検査体１の表面形状を表すデータ（表面形状データ）とから、渦電流探傷プローブ１２が被検査体１の表面を渦電流探傷する複数の計測点（探傷点）の座標と、これら複数の計測点（探傷点）に対し各計測点（探傷点）での法線ベクトルとを計算する機能と、渦電流探傷プローブ１２の形状データから渦電流探傷プローブ１２の（中心点Ｐ０における）法線ベクトルを計算する機能と、渦電流探傷プローブ１２が被検査体１に干渉（衝突）することなく探傷点に最も近接させることができる位置および姿勢を各探傷点に対して計算する機能とを有する。
探傷軌道データ計算手段１４は、まず、各探傷点の座標および法線ベクトルを計算する。各探傷点の座標および法線ベクトルを計算するために与えられる渦電流探傷条件としては、例えば、被検査体１の表面上の探傷範囲、被検査体表面で被検査体１の探傷データを取得する計測点（探傷点）の間隔、および被検査体表面の基準点（原点）座標等がある。ここで、座標とは空間内の位置の情報を与えることができる空間座標を意味し、例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三軸が直交する三次元直交座標系、またはこの三次元直交座標系に変換可能な他の座標系などの空間位置を表現可能な任意の座標系で表される。
このように、探傷範囲と探傷点の間隔が指定されることで、探傷範囲内の所定の探傷点から当該探傷範囲内を指定された間隔で座標軸方向に移動させて全ての探傷点を計算により特定することができる。また、探傷点が特定されれば、被検査体１の表面形状データから当該探傷点での法線ベクトルを計算することができる。
探傷軌道データ計算手段１４は、続いて、算出された被検査体１の各探傷点での法線ベクトルと、与えられる渦電流探傷プローブ１２の形状データとを用いて、各探傷点に対して渦電流探傷プローブ１２を探傷点に最も近接させることができる位置（最近接位置）および姿勢を計算し、探傷軌道データを作成する。ここで、探傷軌道データ計算手段１４が作成する探傷軌道データには、少なくとも、各探傷点の位置（座標）情報、各探傷点での法線ベクトルの情報、および各探傷点に対して渦電流探傷プローブ１２の最近接位置（例えば、渦電流探傷プローブ１２の底面の中心点の座標）の情報が含まれる。
探傷軌道データ計算手段１４は、探傷軌道データを作成すると、制御手段１６および隙間評価手段１７へ与える。また、探傷軌道データ計算手段１４は、渦電流探傷プローブ１２の形状データおよび被検査体１の表面形状データを与える。渦電流探傷プローブ１２の形状データおよび被検査体１の表面形状データは、隙間評価手段１７が渦電流探傷プローブ１２と被検査体１の表面との隙間の断面積または体積を計算する場合に使用される。
なお、渦電流探傷プローブ１２の姿勢については、必ずしも探傷軌道データに含まれていなくてもよい。渦電流探傷プローブ１２の姿勢については、渦電流探傷プローブ１２を被検査体表面の探傷点に最も近接させる場合、渦電流探傷プローブ１２の法線方向と最も近接させる探傷点での法線ベクトルとが一致することになるので、探傷点での法線ベクトルが特定されれば、渦電流探傷プローブ１２の姿勢についても特定することができるためである。
駆動手段１５は、例えば、複数の直交駆動軸と回転駆動軸とを有する多軸構成の駆動装置で構成され、先端近傍に形状計測センサ１１と渦電流探傷プローブ１２とを付け替え可能な取付部を有する。形状計測センサ１１と渦電流探傷プローブ１２とを付け替えずに、同時に両者を搭載しても良い。駆動手段１５は、駆動軸を駆動させることで取付部１５１の位置および姿勢を所望の状態に動かすことができ、取付部１５１に取り付けられる形状計測センサ１１または渦電流探傷プローブ１２の位置および姿勢を自在に変更する。
駆動手段１５は、制御手段１６から駆動制御データを受け取り、受け取る駆動制御データに基づいて、各軸の駆動を制御する。駆動手段１５は、各軸の駆動が制御されることにより、取付部１５１に取り付けられているデバイス（形状計測センサ１１または渦電流探傷プローブ１２）の位置および姿勢を変更する。駆動手段１５は、被検査体１の表面形状データを取得する場合、形状計測センサ１１の位置および姿勢を変更し、被検査体１の渦電流探傷検査を行う場合、渦電流探傷プローブ１２の位置および姿勢を変更する。
制御手段１６は、駆動手段１５を制御する機能を有する。制御手段１６は、取付部１５１の位置および姿勢を制御する制御信号を生成し、生成した制御信号を駆動手段１５へ与えることで、取付部１５１の位置および姿勢を制御する。
制御手段１６は、探傷軌道データ計算手段１４から得られる探傷軌道データと、取付部１５１に取り付けられているデバイスが形状計測センサ１１か渦電流探傷プローブ１２かを識別する識別情報とに基づいて駆動手段１５（取付部１５１の位置および姿勢）を制御する駆動制御データを作成する。駆動制御データには、少なくとも、駆動手段１５が有する複数の軸毎に動作データ（各軸動作データ）が含まれている。制御手段１６は、作成した駆動制御データを駆動手段１５および渦電流探傷データ収集手段１８へ与える。
駆動制御データは、駆動手段１５において、取付部１５１の位置および姿勢を制御するために使用され、取付部１５１に取り付けられた渦電流探傷プローブ１２の位置および姿勢が制御され、各探傷点に対して短いリフトオフを維持しつつ渦電流探傷を順次行うことができる。また、駆動制御データは、渦電流探傷データ収集手段１８において、渦電流探傷データと探傷点との関連付けに使用される。
隙間評価手段１７は、探傷軌道データ計算手段１４が作成する探傷軌道データに基づき、各探傷点に対して、与えられる少なくとも一つの渦電流探傷プローブ１２の底面（接触面）と被検査体１の表面との間（隙間）に関する評価指標で隙間を評価する機能を有する。なお、隙間評価手段１７は、探傷軌道データの他、必要時には渦電流探傷プローブ１２の形状データおよび被検査体１の表面形状データも用いて隙間を評価する。隙間（渦電流探傷プローブ底面と被検査体表面間）に関する評価指標としては、例えば、隙間の有無、隙間の距離、隙間の（法線ベクトル方向で切断した場合に現れる）断面（縦断面）の面積（以下、単に「隙間の断面積」と称する。）、および隙間の体積等がある。
隙間評価手段１７は、例えば、隙間の有無を判定する機能を有する隙間有無判定部１７１と、隙間の距離（リフトオフ量）を計算する機能を有する距離計算部１７２と、隙間の断面積を計算する機能を有する断面積計算部１７３と、隙間の体積を計算する機能を有する体積計算部１７４とを備えて構成される。
隙間評価手段１７は、各探傷点に対して、隙間の有無、並びに隙間の距離、断面積、および体積の計算結果を隙間の評価結果として得ることで隙間を評価し、得られる評価結果を、渦電流探傷データ収集手段１８および渦電流探傷データ解析手段１９のうち、少なくとも渦電流探傷データ解析手段１９へ与える。
なお、隙間評価手段１７の各処理部（隙間有無判定部１７１、距離計算部１７２、断面積計算部１７３、および体積計算部１７４）の隙間の評価方法については、後述する（図３）。
渦電流探傷データ収集手段１８は、渦電流探傷プローブ１２から被検査体１に磁場を印加し、設定される複数の探傷点の各々で被検査体１からの反作用磁場を検出する。渦電流探傷データ収集手段１８は、各探傷点で被検査体１からの反作用磁場を検出することで、各探傷点に対して被検査体１の探傷データを得る。すなわち、渦電流探傷データ収集手段１８は、駆動制御データを用いて、渦電流探傷プローブ１２が検出した検出信号と各探傷点とを関連付け、被検査体１の探傷データとして収集する。
なお、渦電流探傷データ収集手段１８は、隙間評価手段１７から各探傷点における隙間の評価結果を受け取る場合、渦電流探傷プローブ１２が検出した検出信号と、各探傷点と、各探傷点における隙間の評価結果とを関連付けた情報を被検査体１の探傷データとして作成してもよい。この場合、渦電流探傷データ解析手段１９による詳細な渦電流探傷データの解析前に、被検査体１の探傷データに含まれる検出信号の波形と探傷点での隙間の評価結果とを表示手段２１に表示させることができる。
渦電流探傷データ解析手段１９は、渦電流探傷データ収集手段１８が得る被検査体１の探傷データと隙間評価手段１７から与えられる評価結果とに基づいて、検出した欠陥信号が真の欠陥信号である可能性（確からしさ：確度）の大小、すなわち、欠陥信号の信憑性を判定し、この判定結果を考慮して被検査体１の表面の欠陥有無を評価する。
渦電流探傷データ解析手段１９は、例えば、渦電流探傷データ収集手段１８が得る被検査体１の探傷データから欠陥の存在を示す欠陥信号を検出する欠陥信号検出部１９１と、欠陥信号検出部１９１が検出した欠陥信号の信憑性を判定する判定部１９２とを備える。
欠陥信号検出部１９１は、被検査体１の探傷データから欠陥の存在を示す欠陥信号（欠陥疑似信号を含む）を検出する機能を有する。
ここで、欠陥信号検出部１９１が検出する欠陥信号には、被検査体１の表面に実在する欠陥に起因する真の欠陥信号と、被検査体１の表面に欠陥は存在しないにも関わらず被検査体１の表面に欠陥が存在するとして検出される欠陥疑似信号（偽の欠陥信号）との両方が含まれる。すなわち、欠陥信号検出部１９１は、真の欠陥信号を検出する場合以外にも、欠陥疑似信号を欠陥信号として誤検出する場合がある。
判定部１９２は、隙間評価手段１７から与えられる隙間の評価結果に基づいて、欠陥信号検出部１９１が検出した欠陥信号が真の欠陥信号である可能性の大小、すなわち、欠陥信号の信憑性を判定する機能を有する。
判定部１９２は、例えば、隙間の評価結果からリフトオフ量の大小等が判断できるため、リフトオフ量がゼロの場合、欠陥疑似信号の発生はないため、欠陥信号検出部１９１が検出した欠陥信号は真の欠陥信号である可能性は極めて高いといえる。判定部１９２は、被検査体１の表面の欠陥有無の評価に、当該探傷点で検出された欠陥信号は真の欠陥信号である可能性が極めて高い旨の情報を付加して表示手段２１へ提供する。
一方、リフトオフ量（断面積、または体積）が正である場合、リフトオフに伴う欠陥疑似信号が発生するため、欠陥信号検出部１９１が検出した欠陥信号はリフトオフに伴う欠陥疑似信号である可能性が比較的高くなる。判定部１９２は、被検査体１の表面の欠陥有無の評価に、当該探傷点で検出された欠陥信号は欠陥疑似信号である可能性が比較的高い旨の情報を付加して表示手段２１へ提供する。
また、判定部１９２は、同じ材料の試験片で事前に欠陥信号や欠陥疑似信号を得ている場合、これらを基準として欠陥信号の信憑性を判定することもできる。例えば、事前に隙間が生じる様々な条件下で欠陥疑似信号を得ている場合、判定部１９２は、隙間の評価結果と同じ条件（同じ条件の欠陥疑似信号が存在しない場合には可能な限り近い条件）で得られている欠陥疑似信号を基準として、欠陥信号検出部１９１が検出した欠陥信号と位相等を比べることで、欠陥信号検出部１９１が検出した欠陥信号が単なる欠陥疑似信号であるか、欠陥疑似信号に真の欠陥信号が重畳した信号であるかの判定精度を高めることができる。
このように、同じ材料の試験片で事前に欠陥信号や欠陥疑似信号を基準として欠陥信号の信憑性を判定し判定結果を得る場合、判定部１９２は、この判定結果もさらに考慮して欠陥信号である可能性が高いか低いかを判定することができる。なお、同じ材料の試験片で事前に欠陥信号や欠陥疑似信号を得る代わりに、同じ被検査体１に磁場を印加した場合の三次元磁場解析を行い、得られた結果等から計算上の探傷データを算出し、当該算出結果を欠陥信号の信憑性を判定する基準として用いることもできる。
ここで、判定部１９２が、例えば５段階（レベル１〜レベル５）等の複数段階で、欠陥信号の信憑性の高低を判定するものとし、事前に基準となる欠陥疑似信号と当該欠陥疑似信号を得た隙間の指標（距離、断面積、または体積）とが得られている場合を例に、判定部１９２が欠陥信号の信憑性（欠陥信号であることの確度）を判定する判定手法の一例を説明する。
なお、欠陥信号の信憑性の高低はレベル数が低いほど低いものとする。すなわち、欠陥信号の信憑性が最も低いレベルがレベル１であり、最も高いレベルがレベル５となる。
判定部１９２は、欠陥信号が検出された探傷データの探傷点から当該探傷点の隙間の評価結果を確認する。確認の結果、リフトオフ量がゼロの場合、レベル４（欠陥信号である可能性は高い）と判定する。一方、リフトオフ量（断面積、または体積）が正である場合、レベル２（欠陥信号である可能性は低い）と判定する。
さらに、判定部１９２は、隙間の評価結果と同じ条件（同じ条件の欠陥疑似信号が存在しない場合には可能な限り近い条件）で得られている欠陥疑似信号を基準信号として選定し、この基準信号と位相や振幅を比べる。比べた結果、欠陥疑似信号との相関が高い場合にはレベルを１下げ、低い場合にはレベルを１上げる。
この結果、欠陥信号が検出された探傷点では隙間が生じており、同じ隙間条件の欠陥疑似信号との相関が高いと判定されたものはレベル１となり、欠陥信号が検出された探傷点では隙間が生じておらず（距離、断面積、または体積がゼロ）、同じ条件の欠陥疑似信号（欠陥無しの試験片で信号を収集したもの）との相関が低いと判定されたものはレベル５となる。
なお、上述した欠陥信号の信憑性の判定手法は、あくまでも一例であり、上述の例に限定されない。例えば、最も単純な例として、隙間が存在する場合（隙間有と判定されている場合、または距離、断面積、若しくは体積が正数となる場合）と隙間が存在しない場合（隙間無と判定されている場合、または距離、断面積、若しくは体積がゼロとなる場合）との二段階で判定してもよい。
このようにして、渦電流探傷データ解析手段１９が被検査体１の表面の欠陥有無を評価した結果は、表示手段２１に表示される。このとき、被検査体１の表面の欠陥が存在すると判定した探傷点については、判定部１９２が判断した欠陥信号の信憑性の高低に応じて複数にレベル分けした情報を含めることができ、例えば、レベル毎に色分けする等、欠陥信号の信憑性の程度を識別可能な手法を採用して、表示手段２１に欠陥が存在し得る探傷点を欠陥信号の信憑性の高低とともに表示させることができる。
表示手段２１は、例えば、表示機能を有するディスプレイ等で構成され、渦電流探傷データ収集手段１８が収集した被検査体１の探傷データを表示したり、渦電流探傷データ解析手段１９が被検査体１の表面の欠陥有無を評価した結果等を表示したりする。
なお、上述した渦電流探傷装置１０は、形状計測手段１３、探傷軌道データ計算手段１４、駆動手段１５、制御手段１６、隙間評価手段１７、渦電流探傷データ収集手段１８、渦電流探傷データ解析手段１９、および表示手段２１を具備して構成される例であるが、渦電流探傷装置１０は、必ずしも、形状計測手段１３、駆動手段１５、制御手段１６、および表示手段２１を具備している必要はなく、これらの一部または全部を省略して構成することもできる。
また、上述した渦電流探傷装置１０は、隙間有無判定部１７１と、距離計算部１７２と、断面積計算部１７３と、体積計算部１７４とを備える隙間評価手段１７を具備しているが、隙間評価手段１７は、隙間有無判定部１７１、距離計算部１７２、断面積計算部１７３、および体積計算部１７４の少なくとも一つを備えていればよく、必ずしも隙間有無判定部１７１、距離計算部１７２、断面積計算部１７３、および体積計算部１７４の全てを備えている必要はない。すなわち、隙間評価手段１７は、少なくとも一つの評価指標に対して評価結果を得られればよい。
続いて、探傷軌道データ計算手段１４が行う探傷軌道データの作成に関し、渦電流探傷プローブ１２を被検査体１に干渉（衝突）することなく探傷点に最も近接させることができる位置の計算について、もう少し詳細に説明する。
図２は、例えば円柱形状の渦電流探傷プローブ１２を被検査体１の探傷点Ｐ１に最も近接させる場合の配置例を説明する説明図であり、図２（Ａ）は被検査体表面Ｓが平面の場合の説明図、図２（Ｂ）は被検査体表面Ｓが曲面の説明図である。
探傷軌道データ計算手段１４は、渦電流探傷プローブ１２の底面、すなわち、走査時に被検査体側を向く渦電流探傷プローブ１２の平面（接触面）と垂直であり、当該平面（接触面）の中心点Ｐ０を通る法線ベクトルＶ０と、被検査体１の探傷点Ｐ１における法線ベクトルＶ１とを一致させ、法線ベクトルＶ０と法線ベクトルＶ１とが一致している状態を維持したまま渦電流探傷プローブ１２が被検査体１の表面と接触するまで中心点Ｐ０を探傷点Ｐ１へ（上側から下側へ）近づけていく。
探傷点Ｐ１における被検査体１の表面（被検査体表面）Ｓが平面の場合（図２（Ａ））、渦電流探傷プローブ１２は底面（接触面）が全て被検査体１（被検査体表面Ｓ）と接することになり、中心点Ｐ０と探傷点Ｐ１とを一致させることができる。従って、渦電流探傷プローブ１２を被検査体１に干渉（衝突）することなく探傷点Ｐ１に最も近接させることができる最近接位置は探傷点Ｐ１となり、中心点Ｐ０と探傷点Ｐ１との距離を０（ゼロ）とすることができる。
一方、探傷点Ｐ１における被検査体表面Ｓが曲面の場合（図２（Ｂ））、渦電流探傷プローブ１２を矢印Ａ１の方向に被検査体１へ近づけて行くと、渦電流探傷プローブ底面の外縁部が被検査体１（被検査体表面Ｓ）と接する箇所まで近づけることができるが、それ以上中心点Ｐ０と探傷点Ｐ１とを近づけようとすると、渦電流探傷プローブ１２は被検査体１に干渉（衝突）することなる。
従って、探傷点Ｐ１における被検査体表面Ｓが曲面の場合、渦電流探傷プローブ底面の外縁部が被検査体１（被検査体表面Ｓ）と接する箇所が渦電流探傷プローブ１２の最近接位置となる。この場合、渦電流探傷プローブ１２の最近接位置は、探傷点Ｐ１とならないため、探傷点Ｐ１から幾らかの距離を隔てた地点となる。すなわち、被検査体表面Ｓと渦電流探傷プローブ１２の底面との間に隙間２５が生じることになる。
続いて、渦電流探傷装置１０における隙間評価手段１７が行う隙間２５の評価について説明する。
図３は、隙間評価手段１７が行う隙間２５の評価を説明する説明図であり、図３（Ａ）は距離計算部１７２が計算する二点（渦電流探傷プローブ底面の中心点Ｐ０および探傷点Ｐ１）間の距離ｄを説明する説明図であり、図３（Ｂ）は断面積計算部１７３が計算する隙間２５の断面積ＳＧと体積計算部１７４が計算する隙間２５の体積ＶＧとを説明する説明図である。
図１に例示される、隙間有無判定部１７１と、距離計算部１７２と、断面積計算部１７３と、体積計算部１７４とを備える隙間評価手段１７は、隙間有無判定部１７１が隙間２５の有無判定結果を、距離計算部１７２が距離ｄの計算結果を、断面積計算部１７３が隙間２５の断面積ＳＧの計算結果を、体積計算部１７４が隙間２５の体積ＶＧの計算結果を、隙間２５の評価結果として取得する。
隙間有無判定部１７１は、例えば、渦電流探傷プローブ１２の底面（接触面）の中心点Ｐ０と探傷点Ｐ１とが一致しているか否か、または最近接位置に配置される渦電流探傷プローブ１２の底面と被検査体表面Ｓとの距離ｄ（図３（Ａ））を計算し、距離ｄが０（ゼロ）となるか否かによって、渦電流探傷プローブ１２と被検査体１との隙間２５の有無を判定する。隙間２５の有無判定結果は、隙間２５の評価結果の一つとなる。
距離計算部１７２は、例えば、被検査体１の表面上に位置する探傷点Ｐ１の座標と渦電流探傷プローブ１２の最近接位置に配置される渦電流探傷プローブ１２の底面の中心点Ｐ０の座標とから渦電流探傷プローブ１２の底面から被検査体表面Ｓまでの距離ｄ（図３（Ａ））を計算する。距離ｄの計算結果は、隙間２５の評価結果の一つとなる。
断面積計算部１７３は、探傷軌道データ、渦電流探傷プローブ１２の形状データ、および被検査体１の表面形状データを用いて、渦電流探傷プローブ１２の底面（接触面）または被検査体１の探傷点における表面に対して垂直な平面（法線ベクトルＶ０，Ｖ１の方向）で切断した場合に現れる断面（縦断面）の面積を、隙間２５の断面積ＳＧとして計算する。隙間２５の断面積ＳＧの計算結果は、隙間２５の評価結果の一つとなる。
なお、隙間２５の断面積ＳＧは、隙間２５を切断する位置および方向が異なることによって、面積値が異なる場合がある。そこで、断面積計算部１７３では、電流探傷プローブ１２の底面上の一点を基準点として、この基準点の位置および底面上の当該基準点を通る基準線（方位角が０度の直線）との切断する平面上の当該基準点を通る直線との成す角（方位角）を指定することで、隙間２５を切断する平面の位置および方向（方位角）を指定することができる。
断面積計算部１７３は、例えば、渦電流探傷プローブ底面上の位置および方位角を変えて最も断面積ＳＧが大きくなる位置および方位角での面積値を計算して結果を得るように設定したり、予め指定した位置（例えば、渦電流探傷プローブ底面の中心点）および方向（例えば、方位角０度）で切断される場合の断面積ＳＧを計算して結果を得るように設定したりすることができる。
体積計算部１７４は、探傷軌道データ、渦電流探傷プローブ１２の形状データ、および被検査体１の表面形状データを用いて、隙間２５の体積ＶＧを計算する。隙間２５は、図面上に表現されていないが奥行き（紙面を直交する方向の寸法）が存在し、奥行きの方向では空間が閉じていない場合もあり得るため、ここでは、隙間２５を、渦電流探傷プローブ１２の側面を被検査体１の表面（被検査体表面）Ｓへ延ばした面と被検査体表面Ｓと渦電流探傷プローブ１２の底面を含む平面とで閉じられた空間（閉空間）として取り扱い、当該閉空間の体積を計算する。隙間２５の体積ＶＧの計算結果は、隙間２５の評価結果の一つとなる。
次に、本発明の実施形態に係る渦電流探傷方法について説明する。
本発明の実施形態に係る渦電流探傷方法は、与えられる被検査体１の渦電流探傷条件と形状計測センサ１１から出力される信号に基づいて計測される被検査体１の表面形状データとから探傷軌道データを作成し、作成された探傷軌道データに基づき渦電流探傷プローブ１２を駆動させて収集した探傷データと、隙間２５（図２（Ｂ））の評価結果とに基づいて被検査体１の表面の欠陥有無を評価する方法である。本発明の実施形態に係る渦電流探傷方法は、例えば、渦電流探傷装置１０を用いて行うことができる。
図４は、渦電流探傷装置１０（図１）が実行する渦電流探傷手順（ステップＳ１〜ステップＳ９）の処理フローを示す処理フロー図である。
渦電流探傷手順（ステップＳ１〜ステップＳ９）は、主に、渦電流探傷検査の準備工程（ステップＳ１〜ステップＳ４）と、被検査体１（図１）の渦電流探傷検査を行う検査工程（ステップＳ５〜ステップＳ９）とを具備する。
渦電流探傷手順は、例えば、表面形状計測ステップ（ステップＳ１）と、探傷軌道データ作成ステップ（ステップＳ２）と、隙間評価ステップ（ステップＳ３）と、駆動制御データ作成ステップ（ステップＳ４）と、磁場印加ステップ（ステップＳ５）と、探傷データ収集（ステップＳ６）と、欠陥信号検出ステップ（ステップＳ７）と、欠陥信号信憑性判定ステップ（ステップＳ８）と、欠陥評価ステップ（ステップＳ９）とを具備する。
渦電流探傷手順は、渦電流探傷装置１０が実行要求を受け付けることで開始される（ＳＴＡＲＴ）。渦電流探傷手順が開始されると、まず、準備工程（ステップＳ１〜ステップＳ４）の表面形状計測ステップ（ステップＳ１）が行われる。
表面形状計測ステップ（ステップＳ１）では、形状計測手段１３が、形状計測センサ１１のセンサ出力に基づいて被検査体１の表面形状データを取得する。形状計測手段１３が、被検査体１の表面形状データを取得し終えると、表面形状計測ステップは完了する。表面形状計測ステップ（ステップＳ１）が完了すると、続いて、探傷軌道データ作成ステップ（ステップＳ２）が行われる。
探傷軌道データ作成ステップ（ステップＳ２）では、探傷軌道データ計算手段１４が、与えられる渦電流探傷条件と被検査体１の表面形状データとから、探傷軌道データを作成する。探傷軌道データ計算手段１４が探傷軌道データを作成し終えると、探傷軌道データ作成ステップは完了する。探傷軌道データ作成ステップ（ステップＳ２）が完了すると、続いて、隙間評価ステップ（ステップＳ３）が行われる。
隙間評価ステップ（ステップＳ３）では、隙間評価手段１７が、渦電流探傷プローブ底面（接触面）と被検査体表面との隙間に関する評価指標で隙間を評価する。隙間評価手段１７が隙間の評価を完了すると、隙間評価ステップは完了する。隙間評価ステップ（ステップＳ３）が完了すると、続いて、駆動制御データ作成ステップ（ステップＳ４）が行われる。
駆動制御データ作成ステップ（ステップＳ４）では、制御手段１６が、探傷軌道データと、取付部１５１に取り付けられているデバイス（形状計測センサ１１または渦電流探傷プローブ１２）の識別情報に基づいて駆動制御データを作成する。駆動制御データの作成が完了すると、駆動制御データ作成ステップは完了する。なお、本ステップにおいて、デバイスの識別情報は、渦電流探傷プローブ１２であることを示す情報である。これは、以降の処理ステップで渦電流探傷検査を行うためである。
駆動制御データ作成ステップ（ステップＳ４）が完了すると、渦電流探傷検査の準備工程は完了する。渦電流探傷検査の準備工程が完了した後は、被検査体１の渦電流探傷検査、すなわち、検査工程（ステップＳ５〜ステップＳ９）が開始される。検査工程（ステップＳ５〜ステップＳ９）が開始されると、ます、磁場印加ステップ（ステップＳ５）が行われる。
磁場印加ステップ（ステップＳ５）では、渦電流探傷データ収集手段１８が、渦電流探傷プローブ１２から被検査体１に磁場を印加する。渦電流探傷データ収集手段１８が、被検査体１に磁場を印加すると、磁場印加ステップを完了し、続いて、探傷データ収集ステップ（ステップＳ６）が行われる。
探傷データ収集ステップ（ステップＳ６）では、渦電流探傷データ収集手段１８が、設定される複数の探傷点の各々に対して被検査体１の探傷データを得る。渦電流探傷データ収集手段１８が設定される全ての探傷点に対して被検査体１の探傷データ取得が完了すると、探傷データ収集ステップは完了する。探傷データ収集ステップ（ステップＳ６）が完了すると、続いて、欠陥信号検出ステップ（ステップＳ７）が行われる。
欠陥信号検出ステップ（ステップＳ７）では、渦電流探傷データ解析手段１９の欠陥信号検出部１９１が、探傷データ収集ステップで収集された被検査体１の探傷データの全てから欠陥の存在を示す欠陥信号の有無を判断し、有る場合には当該欠陥信号を検出する。欠陥信号検出部１９１が、被検査体１の探傷データの全てから欠陥信号の有無を判断し終えると、欠陥信号検出ステップは完了する。欠陥信号検出ステップ（ステップＳ７）が完了すると、続いて、欠陥信号信憑性判定ステップ（ステップＳ８）が行われる。
欠陥信号信憑性判定ステップ（ステップＳ８）では、渦電流探傷データ解析手段１９の判定部１９２が、隙間評価ステップ（ステップＳ３）で得られる隙間の評価結果に基づいて、欠陥信号検出ステップ（ステップＳ７）で検出された欠陥信号の信憑性を判定する。判定部１９２が、欠陥信号の信憑性の判定が完了すると、欠陥信号信憑性判定ステップは完了する。欠陥信号信憑性判定ステップ（ステップＳ８）が完了すると、続いて、欠陥評価ステップ（ステップＳ９）が行われる。
欠陥評価ステップ（ステップＳ９）では、渦電流探傷データ解析手段１９における判定部１９２が、欠陥信号検出ステップ（ステップＳ７）で検出された欠陥信号と、欠陥信号信憑性判定ステップ（ステップＳ８）で判定された欠陥信号の信憑性の判定結果も考慮して、被検査体１（図１）の表面の欠陥有無を評価する。欠陥有無の評価が完了すると、欠陥評価ステップは完了する。
欠陥評価ステップ（ステップＳ９）が完了すると、渦電流探傷手順（ステップＳ１〜ステップＳ９）は、全処理ステップを終了する（ＥＮＤ）。
なお、上述した渦電流探傷手順は、駆動制御データ作成ステップ（ステップＳ４）が行われる前に隙間評価ステップ（ステップＳ３）が行われる例であるが、隙間評価ステップと駆動制御データ作成ステップとは、必ずしも逐次的に行われる必要はなく、探傷軌道データ作成（ステップＳ２）が完了した後に、隙間評価ステップと駆動制御データ作成ステップとが並列的に行われてもよい。
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、複雑な形状、かつ狭隘な被検査体表面Ｓを有する被検査体１に対しても、表面形状データから計算した探傷軌道データに基づいて駆動手段１３の各軸動作データを作成するため、個々の探傷点に対してプローブと被検査面との密着条件を選定するティーチング作業をすることなく、渦電流探傷プローブ１２を被検査体表面Ｓに最近接させることができる。従って、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、短いリフトオフを維持しつつ、従来よりも短時間で探傷することができる。
また、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、複雑形状、かつ狭隘な被検査体表面Ｓに対して、渦電流探傷プローブ１２と被検査体表面Ｓとの間の隙間２５の評価結果を考慮して欠陥検出信号が真か偽かを精度良く判定することができるので、複雑形状、かつ狭隘な被検査体表面Ｓを有する被検査体１に対しても、欠陥有無を精度良く判定することができる。
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
３ 炉内計装筒
４ 炉底部、
５ 溶接部
６ 狭隘部
１０ 渦電流探傷装置
１１ 形状計測センサ
１２ 渦電流探傷プローブ
１３ 駆動手段
１４ 制御手段
１５ 形状計測手段
１６ 探傷軌道データ計算手段
１７ 隙間評価手段
１７１ 隙間有無判定部
１７２ 距離計算部
１７３ 断面積計算部
１７４ 体積計算部
１８ 渦電流探傷データ収集手段
１９ 渦電流探傷データ解析手段
１９１ 欠陥信号検出部
１９２ 判定部
２１ 表示手段
２５ 隙間
Ｓ 被検査体表面
Ｖ０ 渦電流探傷プローブの（中心点Ｐ０における）法線ベクトル
Ｖ１ 被検査体の探傷点Ｐ１における法線ベクトル
Ｐ０ 渦電流探傷プローブの中心点
Ｐ１ 被検査体の探傷点
ｄ （渦電流探傷プローブの中心点Ｐ０と被検査体の探傷点Ｐ１との）距離

Claims (10)

  1. 与えられる渦電流探傷条件と被検査体の表面形状を計測する形状計測手段が取得した表面形状データとから渦電流探傷プローブが前記被検査体の表面を渦電流探傷する複数の探傷点の座標と前記複数の探傷点の各々について当該探傷点の法線ベクトルとを計算する探傷軌道データ計算手段と、
    前記探傷軌道データ計算手段により得られる探傷点の法線ベクトルと、与えられる前記渦電流探傷プローブの形状データから計算される、走査時に前記被検査体側を向く前記渦電流探傷プローブの平面に対する法線ベクトルとが一致する位置であって前記被検査体の表面と接触する位置に配置される前記渦電流探傷プローブと前記被検査体の表面との隙間を、前記複数の探傷点の各々について評価して評価結果を得る隙間評価手段と、
    前記渦電流探傷プローブから前記複数の探傷点の各々で前記被検査体の探傷データを得る渦電流探傷データ収集手段と、
    前記複数の探傷点の各々で得られる前記被検査体の探傷データと、前記隙間の前記複数の探傷点の各々に対する前記評価結果とに基づいて、前記被検査体の表面の欠陥有無を評価する渦電流探傷データ解析手段と、を具備することを特徴とする渦電流探傷装置。
  2. 前記隙間評価手段は、前記複数の探傷点の各々について、前記隙間がゼロであるか否かを判定する隙間有無判定部を備え、前記隙間有無判定部が判定する判定結果を前記評価結果として得ることを特徴とする請求項１記載の渦電流探傷装置。
  3. 前記隙間評価手段は、前記複数の探傷点の各々について、前記隙間に対して、二つの一致する前記法線ベクトルと渦電流探傷プローブの前記平面との交点および二つの一致する前記法線ベクトルと前記被検査体の表面との交点の二点間の距離を計算する距離計算部を備え、前記距離計算部が得る計算結果を前記評価結果として得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。
  4. 前記隙間評価手段は、前記複数の探傷点の各々について、前記隙間に対して、二つの一致する前記法線ベクトルと平行な直線を含む所望の平面で切断した場合に現れる前記隙間の切断部の断面積を計算する断面積計算部を備え、前記断面積計算部が得る計算結果を前記評価結果として得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。
  5. 前記隙間評価手段は、前記複数の探傷点の各々について、前記隙間の体積を計算する体積計算部を備え、前記体積計算部が得る計算結果を前記評価結果として得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。
  6. 前記渦電流探傷データ解析手段は、前記探傷データから前記被検査体の表面の欠陥を表す欠陥信号を検出する欠陥信号検出部と、
    前記欠陥信号検出部が検出する前記欠陥信号と、前記隙間評価手段による前記隙間の前記複数の探傷点の各々に対する前記評価結果とに基づいて、前記欠陥信号が真の欠陥信号である可能性の大小を判定する判定部とを備え、
    前記欠陥信号と前記判定部の判定結果とに基づいて前記被検査体の表面の欠陥有無を評価す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。
  7. 前記渦電流探傷プローブおよび前記形状計測手段の形状計測センサを着脱自在に取り付け可能な取付部を有し、前記取付部の位置及び姿勢を所望の状態に変更する駆動手段と、
    前記探傷軌道データ計算手段により得られる探傷点の法線ベクトルと、与えられる前記渦電流探傷プローブの形状データ、前記形状計測センサの形状データ、および前記取付部に取り付けられているのが前記渦電流探傷プローブなのか前記形状計測センサなのかを識別するための情報に基づいて前記駆動手段の位置および姿勢を制御する制御手段をさらに具備することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の渦電流探傷装置。
  8. 探傷軌道データ計算手段と、隙間評価手段と、渦電流探傷データ収集手段と、渦電流探傷データ解析手段とを具備する渦電流探傷装置を用いた渦電流探傷方法であり、
    前記探傷軌道データ計算手段が、与えられる渦電流探傷条件と被検査体の表面形状を計測する形状計測手段が取得した表面形状データとから渦電流探傷プローブが前記被検査体の表面を渦電流探傷する複数の探傷点の座標と前記複数の探傷点の各々について当該探傷点の法線ベクトルとを計算する探傷軌道データ計算ステップと、
    前記隙間評価手段が、前記探傷軌道データ計算ステップで得られる探傷点の法線ベクトルと、与えられる前記渦電流探傷プローブの形状データから計算される、走査時に前記被検査体側を向く前記渦電流探傷プローブの平面に対する法線ベクトルとが一致する位置であって前記被検査体の表面と接触する位置に配置される前記渦電流探傷プローブと前記被検査体の表面との隙間を、前記複数の探傷点の各々について評価して評価結果を得る隙間評価ステップと、
    前記渦電流探傷データ収集手段が、前記渦電流探傷プローブから前記複数の探傷点の前記被検査体の探傷データを得る渦電流探傷データ収集ステップと、
    前記渦電流探傷データ解析手段が、前記渦電流探傷データ収集ステップで得られる前記複数の探傷点の各々で得られる前記被検査体の探傷データと、前記隙間評価ステップで得られる前記隙間の前記複数の探傷点の各々に対する前記評価結果とに基づいて、前記被検査体の表面の欠陥有無を評価する渦電流探傷データ解析ステップと、を具備することを特徴とする渦電流探傷方法。
  9. 前記隙間評価ステップは、前記複数の探傷点の各々について、前記隙間がゼロであるか否かを判定する隙間有無判定ステップ、前記隙間に対して二つの一致する前記法線ベクトルと渦電流探傷プローブの前記平面との交点および二つの一致する前記法線ベクトルと前記被検査体の表面との交点の二点間の距離を計算する距離計算ステップ、前記隙間に対して、二つの一致する前記法線ベクトルと平行な直線を含む所望の平面で切断した場合に現れる前記隙間の切断部の断面積を計算する断面積計算ステップ、および前記隙間の体積を計算する体積計算ステップの少なくとも何れかのステップを備え、
    前記隙間評価ステップが前記隙間有無判定ステップを備えている場合には、前記隙間がゼロであるか否かの判定結果を前記評価結果として取得し、
    前記隙間評価ステップが前記距離計算ステップを備えている場合には、前記二点間の距離計算結果を前記評価結果として取得し、
    前記隙間評価ステップが前記断面積計算ステップを備えている場合には、前記隙間の断面積の計算結果を前記評価結果として取得し、
    前記隙間評価ステップが前記体積計算ステップを備えている場合には、前記隙間の体積の計算結果を前記評価結果として取得することを特徴とする請求項８記載の渦電流探傷方法。
  10. 前記渦電流探傷データ解析ステップは、前記探傷データから前記被検査体の表面の欠陥を表す欠陥信号を検出する欠陥信号検出ステップと、
    前記欠陥信号検出ステップで検出される前記欠陥信号と、前記隙間評価ステップで評価される前記隙間の前記複数の探傷点の各々に対する前記評価結果とに基づいて、前記欠陥信号が真の欠陥信号である可能性の大小を判定する判定ステップとを備え、前記欠陥信号および前記判定ステップの判定結果に基づいて前記被検査体の表面の欠陥有無を評価することを特徴とする請求項８または９記載の渦電流探傷方法。
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