JP6429756B2 - 渦流探傷装置とその使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄鋼構造物の溶接部などに発生するき裂を、塗膜上から検出し、その位置を特定するための渦流探傷装置とその使用方法に関する。

「渦流探傷検査」は、鉄鋼、非鉄金属、黒鉛などの導電性のある材料に適用でき、材料に誘起される渦電流がクラック（き裂）によって変化する性質を利用してクラックを探し出す検査である。また「渦流探傷装置」は、材料の上にコイルを置き、このコイルに交流電源を流して、渦流探傷検査を実施する装置である。渦流探傷装置は、材料表面に渦電流を誘起するという原理上、非導電性の検査には適用できないことが知られている。
上述した渦流探傷検査又は渦流探傷装置は、例えば、特許文献１〜３に開示されている。

特開２０１２−１２７７６７号公報 特開平１１−２５８２１４号公報 特開平８−３１３４４７号公報

既設の鉄鋼構造物（例えば、橋梁、高速道路、など）の溶接部の止端部等の形状急変部に、長期使用による疲労き裂が発生することがある。そのため、既設の鉄鋼構造物の溶接部などは、その健全性を維持するために適宜（定期的に又は不定期に）、き裂の有無を検査し、き裂箇所は早期に修復する必要がある。

既設の鉄鋼構造物の表面は、通常塗装されている。そのため、既設の鉄鋼構造物の検査は、従来、以下の手順で実施されている。
（１）目視で塗膜のひび割れ箇所を発見しマークする。
（２）塗膜ひび割れ箇所の塗膜を剥離する。
（３）塗膜を剥離した鉄鋼構造物の表面を、ＭＴ（磁粉探傷検査）又はＰＴ（液体浸透検査）で検査し、き裂箇所を特定する。
（４）き裂箇所を修復し、再塗装する。

しかし、上述した従来の検査手順には、以下の問題点があった。
（１）既設の鉄鋼構造物の検査部位は、橋梁の下面、高速道路の下面などであり、暗く、高所であり、かつ作業スペースが狭い。このような劣悪環境下で、目視で塗膜のひび割れ箇所を発見するため、ひび割れ箇所の特定は、チョーク、ペンキなどで書かれた大雑把なマークにならざるを得ない。
（２）塗膜の剥離は、この大雑把なマークに基づく。また、き裂箇所は塗膜のひび割れ箇所とは厳密には一致しない。そのため、塗膜の剥離範囲が必要以上に広くなる場合が多い。
（３）磁粉探傷検査や液体浸透検査には、現場に持ち込むため機材が多く、かつ検査範囲（剥離範囲）が広いため、検査期間が長期化する。
（４）塗膜にひび割れがあっても、磁粉探傷検査や液体浸透検査の結果、き裂箇所がない場合も多い。この場合、塗膜の剥離、磁粉探傷検査又は液体浸透検査、再塗装が無駄（徒労）となる。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、鉄鋼構造物にチョーク、ペンキなどで書かれた大雑把なマークに基づき、塗膜を剥離することなく、き裂箇所の有無を検査し、かつき裂箇所を正確に特定することができる渦流探傷装置とその使用方法を提供することにある。

本発明によれば、鉄鋼構造物の検査部位の塗膜を剥離することなく前記検査部位を渦流探傷検査して検査信号を出力し、かつ前記検査部位を照明し撮影するプローブユニットと、
前記プローブユニットに信号ケーブルを介して連結された渦流探傷器と、を備え、
前記プローブユニットは、前記検査部位にプローブ端面を接触させて前記検査部位に誘導電流を発生させる渦流探傷プローブと、
前記渦流探傷プローブを保持するプローブホルダーと、
前記プローブホルダーに固定され前記プローブ端面と接触する前記検査部位を撮影する撮像装置と、
前記プローブホルダーに固定され前記プローブ端面と接触する前記検査部位を照明する照明装置と、を有し、
前記照明装置は、１又は複数の線状光源であり、
各線状光源は、前記プローブ端面と接触する前記検査部位を通る線状のライン光を照射し、
前記渦流探傷器は、表示装置を有し、該表示装置は、前記検査信号に基づく検査画像と、前記検査信号と同時に撮影された撮像画像とを、同時に表示する、渦流探傷装置が提供される。

前記渦流探傷プローブは、内部に誘導電流を発生させる励磁コイルを有し、
前記励磁コイルは、前記検査部位の表面に平行な軸線を囲む矩形コイルである。

前記撮像装置は、静止画像又は動画を出力するデジタルカメラ又はビデオカメラである。

また本発明によれば、上述した渦流探傷装置を用い、
塗膜を剥離することなく、き裂箇所の有無を検査し、
き裂箇所がない場合に、前記検査部位の検査を終了する、渦流探傷装置の使用方法が提供される。

き裂箇所がある場合に、同時に撮影され、同時に表示された検査画像と撮像画像とから、き裂箇所を特定し、塗膜の剥離範囲をき裂箇所に狭める。

本発明の渦流探傷装置によれば、プローブユニットが、鉄鋼構造物の検査部位の塗膜を剥離することなく検査部位を渦流探傷検査して検査信号を出力し、かつ検査部位を照明し撮影する。
また、渦流探傷器が、表示装置を有し、この表示装置が、プローブユニットで検出された検査信号に基づく検査画像と、検査信号と同時に撮影された撮像画像とを、同時に表示する。

従って、同時に撮影され、同時に表示された検査画像と撮像画像とから、鉄鋼構造物にチョーク、ペンキなどで書かれた大雑把なマークに基づき、塗膜を剥離することなく、き裂箇所の有無を検査し、かつき裂箇所を正確に特定することができる。
これにより、き裂箇所がある場合に塗膜の剥離範囲を狭めることができ、かつき裂箇所がない場合に、塗膜の剥離、磁粉探傷検査又は液体浸透検査、再塗装の無駄（徒労）を防止することができる。

また、本発明の使用方法によれば、上述した渦流探傷装置を用い、塗膜を剥離することなく、き裂箇所の有無を検査し、き裂箇所がない場合に、その検査部位の検査を終了するので、塗膜の剥離、検査、及び再塗装の無駄（徒労）を防止することができる。
さらに、き裂箇所がある場合に、同時に撮影され、同時に表示された検査画像と撮像画像から、き裂箇所を正確に特定して、塗膜の剥離範囲を狭めることができる。

本発明による渦流探傷装置の全体構成図である。 プローブユニットの第１実施形態図である。 プローブユニットの第２実施形態図である。 本発明による渦流探傷装置の使用方法を示すフロー図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、本発明による渦流探傷装置の全体構成図である。
この図において、本発明の渦流探傷装置は、プローブユニット１０と渦流探傷器２０を備える。
プローブユニット１０は、鉄鋼構造物の検査部位１の塗膜を剥離することなく検査部位１を渦流探傷検査して検査信号を出力し、かつ検査部位１を照明し撮影する。

図２は、プローブユニット１０の第１実施形態図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）はそのＢ−Ｂ矢視図である。

図１、図２において、プローブユニット１０は、渦流探傷プローブ１２、プローブホルダー１４、撮像装置１６、及び照明装置１８を有する。

渦流探傷プローブ１２は、鉄鋼構造物の検査部位１にプローブ端面１２ａを接触させて検査部位１に誘導電流２を発生させる。

図２（Ａ）において、渦流探傷プローブ１２は、非磁性体からなる直線状（Ｉ形）の円筒形部材であり、内部に誘導電流２を発生させる励磁コイル１３を有する。
励磁コイル１３は、検査部位１の表面に平行な軸線（図２（Ａ）で紙面に垂直な線）を囲む矩形コイルである。この場合、励磁コイル１３を流れる励磁電流ｉは、検査部位１の表面に平行な軸線を囲んで矩形状に流れる。
励磁コイル１３の両端は、信号ケーブル２２の信号線に接続され、信号ケーブル２２を介して渦流探傷器２０に接続されている。
上述した構成により、検査部位１に発生する誘導電流２は、検査部位１の表面に平行な一様な分布となる。以下、この構成の渦流探傷を「一様化渦流探傷」と呼ぶ。

この例において、渦流探傷プローブ１２の先端部（図２（Ａ）で上端部）は、接頭円錐形である。また、プローブ端面１２ａは、この例で、誘導電流２に直交する方向が長い矩形平面である。
なお、プローブ端面１２ａは矩形平面に限定されず、円形、楕円形、その他の形状であってもよい。

上述した渦流探傷プローブ１２は、励磁コイル１３に生じる抵抗変化を検査信号として出力する。
なお、励磁コイル１３と別箇に検出用コイルを設け、検出用コイルの抵抗変化を検査信号として出力してもよい。

上述した「一様化渦流探傷」の構成により、検査部位１の表面に平行で一様な誘導電流２を検査部位１に発生させることができ、以下の効果が得られる。
（１）塗膜及び検査部位１の形状による検出性能の低下が小さい。
（２）き裂の長手方向及び直交方向へのプローブ操作で、検出性能が向上する。
（３）渦流探傷プローブ１２のリフトオフによる疑似信号が低減する。
「リフトオフ」とは、検査部位１の表面から渦流探傷プローブ１２の接触面が浮き上がることをいう。検査部位１の表面から渦流探傷プローブ１２の接触面が浮き上がることによって、励磁コイル１３からの誘導電流が変化するため、きず信号のような疑似信号（リフトオフ信号）が現れる。しかし、矩形コイル（一様化コイル）の場合、一般的なパンケーキ状のコイルよりもこの影響が少なくなる。
（４）その結果、疑似信号が多い隅肉溶接部の疲労割れに対して検出精度が向上する。

なお、励磁コイル１３は上述の例に限定されず、円形コイルであってもよく、検査部位１の表面に垂直な軸線を囲むコイルであってもよい。

プローブホルダー１４は、渦流探傷プローブ１２を保持する。
渦流探傷プローブ１２は、円筒形本体（図２（Ａ）で下部）にコネクタ（図示せず）を有し、プローブホルダー１４の円筒穴に交換可能に収容される。
プローブホルダー１４は、例えばプラスチック製であり、渦流探傷プローブ１２の円筒形本体を収容する円筒穴の底部には、渦流探傷プローブ１２のコネクタと結合するコネクタ（図示せず）が設けられている。

この構成により、渦流探傷プローブ１２をプローブホルダー１４の円筒穴に挿入することで、渦流探傷プローブ１２をプローブホルダー１４に固定し、コネクタに設けられた電気接点を介して、励磁コイル１３を信号ケーブル２２の信号線に接続することができる。

なお、本発明は、この構成に限定されず、渦流探傷プローブ１２を着脱不能にプローブホルダー１４に固定してもよい。

図２（Ａ）において、撮像装置１６は、例えばＣＣＤカメラであり、プローブ端面１２ａより後方（図２（Ａ）で下方）においてプローブホルダー１４に固定され、プローブ端面１２ａと接触する検査部位１を含む領域（撮像領域）を撮影する。
図２（Ｂ）に示すように、撮像装置１６は、渦流探傷プローブ１２の軸線から半径方向に離れた位置に固定される。
撮像装置１６の電源ラインと入出力ラインは、信号ケーブル２２を介して渦流探傷器２０に接続されている。
撮像装置１６は、静止画像又は動画を出力するデジタルカメラ又はビデオカメラであるのがよい。動画は、デジタルカメラの動画でも、ビデオカメラのビデオ画像でもよい。

図２（Ａ）において、照明装置１８は、例えばＬＥＤであり、プローブ端面１２ａより後方（図２（Ａ）で下方）においてプローブホルダー１４に固定され、プローブ端面１２ａと接触する検査部位１を含む領域（照明領域）を照明する。
撮像領域と照明領域は、プローブ端面１２ａと接触する検査部位１を含む限りで、一致しなくてもよい。

図２（Ｂ）に示すように、照明装置１８は、渦流探傷プローブ１２の軸線から半径方向に離れた位置に固定される。照明装置１８は好ましくは２以上であり、それぞれ撮像装置１６の撮影範囲を照明するのがよい。なお照明装置１８は、２以上に限定されず、単一であってもよい。
照明装置１８の電源ラインは、信号ケーブル２２を介して渦流探傷器２０に接続されている。

図２（Ｂ）において、照明装置１８は、複数（この例で２つ）の線状光源１９である。線状光源１９は、プローブ端面１２ａと接触する検査部位１を通る線状のライン光（線状の光）を照射する。なお、線状光源１９は単一であってもよい。
この構成により、１又は複数のライン光がプローブ端面１２ａと接触する検査部位１を通るので、撮像装置１６による撮像画像２６（静止画像又は動画）からプローブ端面１２ａの位置を正確に把握することができる。

「プローブ端面１２ａと接触する検査部位１」は、渦流探傷プローブ１２の陰になるため、撮像画像２６には直接映らない。しかし、撮像画像２６に写っている１又は複数のライン光の位置と、チョーク、ペンキなどで書かれたマークや、鉄鋼構造物の部分形状や模様から、プローブ端面１２ａの位置を正確に把握することができる。

図２（Ｂ）において、撮像装置１６（例えばＣＣＤカメラ）と照明装置１８（例えばライト）を同一箇所に一体化してもよい。
検査部位１が高い場所では、検査部位１を直接目で観察できずに手を伸ばした状態で検査をする場合がある。この場合、塗膜のひび割れの真上をプローブ走査ができない。撮像装置１６と照明装置１８を同一箇所に一体化し、同一箇所を照明し撮影することで塗膜のひび割れ部を観察しながら、ひび割れの真上を精度良く検査することができ、これによりき裂の検出精度を向上させることができる。

上述した構成により、プローブユニット１０（プローブホルダー１４に固定された渦流探傷プローブ１２、撮像装置１６、照明装置１８）を一体化かつ小型化して、検査員が片手で自由にハンドリングできるハンディータイプにすることができる。

上述した図２の渦流探傷プローブ１２は、縦向き型プローブであり、鉄鋼構造物の水平な下面又は上面が検査部位１である場合に適している。なお、縦向き型プローブをその他の検査部位１に用いてもよい。

図１において、渦流探傷器２０は、プローブユニット１０の渦流探傷プローブ１２、撮像装置１６、及び照明装置１８に信号ケーブル２２を介して連結されている。信号ケーブル２２は、可撓性を有することが好ましい。
渦流探傷器２０は、例えばコンピュータ（ＰＣ）であり、渦流探傷プローブ１２、撮像装置１６、及び照明装置１８を制御する。

渦流探傷器２０は、さらに表示装置２４を有する。表示装置２４は、例えば液晶ディスプレイ装置であり、プローブユニット１０で検出された検査信号に基づく検査画像２５と、検査信号と同時に撮影された撮像画像２６とを、同時に表示する。

なお、本発明において、「同時に撮影」とは、プローブユニット１０で検出された検査信号と撮像画像２６が同時又は実質的に同時であることを意味する。ここで「実質的に同時」とは、検査信号の取得に要する時間帯と、撮影時間とが少なくとも部分的に重複していることを意味する。
なお、検査画像２５と撮像画像２６は部分的に重なる重層表示であることが好ましいが、互いに離れて表示する分離表示であってもよい。

なお、表示装置２４を渦流探傷器２０から分離して設けてもよい。
また、渦流探傷器２０は、表示装置２４に表示した画像（静止画像又は動画）を記憶する記憶装置を備えることが好ましい。

上述した構成により、表示装置２４を含む渦流探傷器２０の全体を一体化かつ小型化して、渦流探傷検査を実施する検査員が片手で自由にハンドリングできるハンディータイプにすることができる。

図３は、渦流探傷プローブ１２、プローブユニット１０の第２実施形態図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）はそのＢ−Ｂ矢視図である。

図３において、渦流探傷プローブ１２の先端形状が、非磁性体からなるＬ形の円筒形部材である点が図２と相違し、その他の構成は同一である。
また、図３の渦流探傷プローブ１２は、横向き型プローブであり、Ｉ形プローブでは検査ができないような狭い場所（高さ方向にスペースがない場所）の検査を行うのに適している。なお、横向き型プローブをその他の検査部位１に用いてもよい。
また、渦流探傷プローブ１２の先端形状は、直線状（Ｉ形）又はＬ形に限定されず、その他の形状であってもよい。

上述した本発明の渦流探傷装置によれば、プローブユニット１０が、鉄鋼構造物の検査部位１の塗膜を剥離することなく検査部位１を渦流探傷検査して検査信号を出力し、かつ検査部位１を照明し撮影する。
また、渦流探傷器２０が、表示装置２４を有し、この表示装置２４が、プローブユニット１０で検出された検査信号に基づく検査画像２５と、検査信号と同時に撮影された撮像画像２６とを、同時に表示する。

従って、同時に撮影され、同時に表示された検査画像２５と撮像画像２６から、鉄鋼構造物にチョーク、ペンキなどで書かれた大雑把なマークに基づき、塗膜を剥離することなく、き裂箇所の有無を検査し、かつき裂箇所を正確に特定することができる。
これにより、き裂箇所がある場合に塗膜の剥離範囲を狭めることができ、かつき裂箇所がない場合に、塗膜の剥離、磁粉探傷検査又は液体浸透検査、再塗装の無駄（徒労）を防止することができる。

さらに、本発明の実施形態では、照明装置１８が線状光源１９であり、ライン光がプローブ端面１２ａと接触する検査部位１を通るので、撮像装置１６による撮像画像２６（静止画像又は動画）からプローブ端面１２ａの位置を正確に把握することができる。

また上述した本発明によれば、同時に撮影され、同時に表示された検査画像２５と撮像画像２６から、プローブ端面１２ａで探傷検査している検査部位１が明確となり、静止画像又は動画を含む証拠として保存し、渦流探傷検査結果として利用することができる。
さらに、上述した本発明の渦流探傷装置は、全体を小型化してハンディータイプとして携帯することが可能であり、暗く、高所であり、かつ作業スペースが狭い現場への持ち込み、移動が容易となる。

図４は、本発明による渦流探傷装置の使用方法を示すフロー図である。
この図において、本発明の方法は、Ｓ１〜Ｓ６の各ステップ（工程）からなる。

ステップＳ１では、渦流探傷検査を実施する検査員が、鉄鋼構造物の表面を目視で検査し、塗膜のひび割れ箇所を発見しマークする。このマーク（第１マークと呼ぶ）は、従来と同様に、チョーク、ペンキなどで書かれた大雑把なマークであってもよい。

ステップＳ２では、検査員が、上述した渦流探傷装置を用い、塗膜を剥離することなく、第１マークを参考にして、その周辺のき裂箇所の有無を検査する。
ステップＳ２において、き裂箇所がない場合には、その検査部位１の検査を終了する。

ステップＳ２において、き裂箇所がある場合には、同時に撮影され、同時に表示された検査画像２５と撮像画像２６とから、き裂箇所を特定し、マークする。このマーク（第２マークと呼ぶ）は、第１マークよりも正確にき裂箇所を特定し、塗膜の剥離範囲をき裂箇所に狭めるものであることが好ましい。

ステップＳ３では、第２マークで特定したき裂箇所の塗膜を剥離する。
ステップＳ４では、塗膜を剥離した鉄鋼構造物の表面を、ＭＴ（磁粉探傷検査）又はＰＴ（液体浸透検査）で検査し、き裂箇所を正確に特定する。
ステップＳ５では、き裂箇所を修復する。
ステップＳ６において、塗膜のひび割れ箇所と剥離箇所を再塗装する。

上述した本発明の使用方法によれば、上述した渦流探傷装置を用い、塗膜を剥離することなく、き裂箇所の有無を検査し、き裂箇所がない場合に、その検査部位の検査を終了するので、塗膜の剥離、検査、及び再塗装の無駄（徒労）を防止することができる。
さらに、き裂箇所がある場合に、同時に撮影され、同時に表示された検査画像と撮像画像から、き裂箇所を正確に特定して、塗膜の剥離範囲を狭めることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。

１ 検査部位、２ 誘導電流、１０ プローブユニット、
１２ 渦流探傷プローブ、１２ａ プローブ端面、
１３ 励磁コイル、１４ プローブホルダー、
１６ 撮像装置、１８ 照明装置、１９ 線状光源、
２０ 渦流探傷器、２２ 信号ケーブル、２４ 表示装置、
２５ 検査画像、２６ 撮像画像

Claims (5)

1. 鉄鋼構造物の検査部位の塗膜を剥離することなく前記検査部位を渦流探傷検査して検査信号を出力し、かつ前記検査部位を照明し撮影するプローブユニットと、
   前記プローブユニットに信号ケーブルを介して連結された渦流探傷器と、を備え、
   前記プローブユニットは、前記検査部位にプローブ端面を接触させて前記検査部位に誘導電流を発生させる渦流探傷プローブと、
   前記渦流探傷プローブを保持するプローブホルダーと、
   前記プローブホルダーに固定され前記プローブ端面と接触する前記検査部位を撮影する撮像装置と、
   前記プローブホルダーに固定され前記プローブ端面と接触する前記検査部位を照明する照明装置と、を有し、
   前記照明装置は、１又は複数の線状光源であり、
   各線状光源は、前記プローブ端面と接触する前記検査部位を通る線状のライン光を照射し、
   前記渦流探傷器は、表示装置を有し、該表示装置は、前記検査信号に基づく検査画像と、前記検査信号と同時に撮影された撮像画像とを、同時に表示する、渦流探傷装置。
2. 前記渦流探傷プローブは、内部に誘導電流を発生させる励磁コイルを有し、
   前記励磁コイルは、前記検査部位の表面に平行な軸線を囲む矩形コイルである、請求項１に記載の渦流探傷装置。
3. 前記撮像装置は、静止画像又は動画を出力するデジタルカメラ又はビデオカメラである、請求項１に記載の渦流探傷装置。
4. 請求項１に記載の渦流探傷装置を用い、
   塗膜を剥離することなく、き裂箇所の有無を検査し、
   き裂箇所がない場合に、前記検査部位の検査を終了する、渦流探傷装置の使用方法。
5. き裂箇所がある場合に、同時に撮影され、同時に表示された検査画像と撮像画像とから、き裂箇所を特定し、塗膜の剥離範囲をき裂箇所に狭める、請求項４に記載の渦流探傷装置の使用方法。
   

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