JP7854875B2 - 漏洩磁束検査プローブ - Google Patents

Description

この発明は漏洩磁束検査プローブおよび亀裂評価システムに関し、特に、亀裂を初期段階で検出できる漏洩磁束検査プローブおよび亀裂評価システムに関する。

従来、金属柱の亀裂を含む損傷の発生が予想される部位における点検は、目視点検を主体としており、目視点検の結果、亀裂の疑いがある場合については、当該部位において浸透探傷試験または磁粉探傷試験を実施して亀裂の有無を確認している。いずれの非破壊試験においても事前に塗膜・メッキなどを除去しておく必要がある。また、目視点検では点検員の経験・技量などに点検結果が左右される場合がある上、塗膜上から亀裂を発見することが困難な場合がある。

図１０（Ａ）～図１０（Ｄ）は、金属柱の亀裂発生が懸念される部位とその具体的な位置を示す図である。図１０（Ａ）は、溶接部軸方向の亀裂２７を示す図であり、図１０（Ｂ）は、溶接部周方向の亀裂２８を示す図であり、図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）や図１０（Ｂ）に示した溶接部軸方向の断面を示す断面図であり、図１０（Ｄ）は、周方向の断面を示す断面図である。図１０（Ａ）～図１０（Ｄ）を参照して、金属柱１２５とリブ２９との溶接部３０近くに亀裂２７，２８が発生し、亀裂２７，２８には、溶接止端部に沿って発生する亀裂（支柱母材へは進展しない亀裂）と、支柱板厚方向に発生する亀裂（支柱母材へ進展する亀裂）がある。図には、亀裂の発生が予想される部位に発生方向もあわせて示している。この中で、漏洩磁束検査プローブでは、溶接止端部から柱母材部へ進展した初期段階の亀裂を検出対象とする。

また、従来の溶接部の亀裂検査を行う装置が、例えば、特開２０１９－２０２７３号公報（特許文献１）に開示されている。

特開２０１９－２０２７３号公報（要約等）

図１１（Ａ）は、一般的な漏洩磁束検査プローブ１１０を示す斜視図であり、図１１（Ｂ）は、一般的な漏洩磁束検査プローブ１１０で、突出した部分１１８を溶接した検査対象の亀裂１２１の存在する部分を検出する状態を示す図である。図１１（Ａ）と図１１（Ｂ）とを参照して、一般的な漏洩磁束検査プローブ１１０は、立方体状のセンサケース１１３に鉛直方向に収容されたコの字型の磁化コア１１１と、コの字型の磁化コア１１１の中央部に巻き付けられた磁化コイル１１２とを含み、コの字型の磁化コア１１１の中央部に形成される矩形状の磁気センサ１１５で亀裂を検出する。

図１２は、図１１で説明した漏洩磁束検査プローブ１１０で隅肉溶接部１２０の端部から横方向に延びる亀裂を検出する場合のイメージを示す図である。図１２（Ａ）は、亀裂の長さが短くて、磁気センサ１１５で亀裂１２１が検出できない場合を示す図であり、図１２（Ｂ）は、亀裂１２１の長さが長くて、磁気センサ１１５で亀裂１２１が検出できる場合を示す図である。

図１２（Ａ）を参照して、隅肉溶接部１２０の溶接止端部１２２に近接して、平面視で矩形状の漏洩磁束検査プローブ１１０がそれぞれの長手方向が沿うように配置されて亀裂１２１を検出する。ここで、亀裂１２１を検出する磁気センサ１１５は検査プローブ１１０の中央の小さな矩形状の部分に存在し、矩形の漏洩磁束検査プローブ１１０の溶接止端部１２２に近接する位置から磁気センサ１１５の検出部までの間は亀裂１２１の検出できない不感帯１２３となる。したがって、亀裂１２１の長さが、不感帯１２３より短ければ、この亀裂１２１は検出できない。

一方、図１２（Ｂ）は、亀裂１２１の長さが不感帯１２３を越えて存在する場合を示す図である。図１２（Ｂ）を参照して、ここでは、亀裂１２１の長さが、不感帯１２３より長いため、この亀裂１２１は検出可能になる。

図１３は、漏洩磁束検査プローブ１１０を用いて金属柱の溶接止端部から柱母材部へ進展した亀裂を検出する方法を示す図である。図１３（Ａ）は、漏洩磁束検査プローブ１１０の移動方向を示す図であり、図１３（Ｂ）は、亀裂によって検出された漏洩磁束密度を示す図である。図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）を参照して、金属柱１２５に設けられた矩形状の電気設備用開口部１２６及びベースプレート部リブ１２４の隅肉溶接部１２０の溶接止端部１２２に沿って漏洩磁束検査プローブ１１０を走査させ、磁化コイル１１２で材料の表面を磁化し、材料表面の亀裂から漏洩する磁束を磁気センサ１１５で検出する。このとき、中央にある磁気センサ１１５を挟むコの字状の磁化コア１１１のＮ極１１６とＳ極１１７とを、電気設備用開口部１２６及びベースプレート部リブの隅肉溶接部１２０の溶接止端部１２２に沿って移動させる。

なお、従来の磁化コイル１１２の巻き数は各検査対象に応じたコイルを製作する際に適正な巻き数があり、今回の対象であれば３００以上が最適であった。

すなわち、亀裂１２１の検出は、磁気センサ１１５が亀裂１２１上を通過した際に漏洩磁束を検知し検出する（図１３（Ｂ））。亀裂１２１の長さが短い場合（図１２（Ａ））は、亀裂検出不可のため、初期段階のより短い亀裂を検出するためには、磁気センサ１１５を、センサケース１１３の端部に寄せて不感帯を減少させる必要があった。

一般的に漏洩磁束検査プローブ１１０の磁化コア１１１は検査対象面に対して垂直なコの字型コアを用いる。Ｓ／Ｎを向上させるために磁化コイル１１２の巻き数を増やすことで、物理的にセンサケース１１３の端部から磁気センサ１１５までの距離が離れ、不感帯が大きくなり、センサケース１１３の端部から磁気センサ１１５までの距離を小さくすることができないため、金属柱１２５の溶接止端部１２２から柱母材部へ進展した亀裂１２１を初期段階で検出することができない、という問題があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、金属柱の溶接止端部から柱母材部へ進展した亀裂を初期段階で検出することのできる漏洩磁束検査プローブを提供することを目的とする。

また、この発明の他の目的は、金属柱の倒壊に至る部位の亀裂を、点検員の経験・技量などに左右されることなく判断できる亀裂評価システムを開発することである。

この発明に係る、漏洩磁束検査プローブは、コの字型磁化コアの中央部に設けられた磁気センサと、コの字型磁化コアを収容する直方体状のケースと、ケース内において、磁気センサをケースの端部近傍に位置するようにコの字型磁化コアを斜めに配置した。

好ましくは、磁化コイルの巻き数は、３００回以上である。

さらに好ましくは、ケースの磁気センサが位置する側の端部は、面取りがなされている。

この発明の他の局面においては、亀裂評価システムは、漏洩磁束検査プローブで亀裂を検出するステップと、検出データを直交検波するステップと、一定量のＹ軸成分が検出された時点でＸ軸成分を０となるように調整するステップと、調整された検出データに基づいて、位相を検出するステップと、検出された位相に基づいて亀裂深さを判断するステップと、を含む。

好ましくは、一定量のＹ軸成分は、０．２Ｖである。

この発明によれば、斜めに配置された磁化コアを有するため、磁化コイルの巻き数に依存せずに磁気センサをケース端部に寄せることができ、不感帯を減少させることができる。

その結果、金属柱の溶接止端部から柱母材部へ進展した亀裂を初期段階で検出できる。

この発明の一実施の形態に係る改良された漏洩磁束検査プローブを示す斜視図である。 改良された漏洩磁束検査プローブを用いた場合の亀裂検出のイメージを示す図である。 漏洩磁束検査プローブを示す図である。 装置本体を示す図である。 亀裂評価システムの構成を示すブロック図である。 亀裂評価システムの動作を示すフローチャートである。 亀裂深さの評価方法を示す図である。 Ｘ軸原点補正機能を示す図である。 測定結果の表示画面の例を示す図である。 金属柱の亀裂発生事例を示す図である。 一般的な漏洩磁束検査プローブを示す図である。 一般的な漏洩磁束検査プローブを用いた場合の亀裂検出のイメージを示す図である。 漏洩磁束検査プローブを用いた亀裂点検システムのイメージを示す図である。

以下、この発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。まず、この実施の形態においては、斜めに配置された磁化コア（以下、「斜め型磁化コア」という）を有する漏洩磁束検査プローブを使用するため、この、斜め型磁化コアを有する漏洩磁束検査プローブについて説明する。

図１（Ａ）は、この発明の一実施の形態に係る検査プローブである、漏洩磁束検査プローブ（傾斜プローブ）１０を示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、漏洩磁束検査プローブ１０を用いて、隅肉溶接部１２０の溶接止端部１２２から発生している亀裂１２１を検出する状態を示す図である。

まず、図１（Ａ）を参照して、漏洩磁束検査プローブ１０は、漏洩磁束検査プローブ１０の内部にある磁化コア１１を傾けることで、従来の検査プローブ１１０より磁気センサ１５をセンサケース１３の端に寄せたものである。すなわち、漏洩磁束検査プローブ１０は、立方体状のセンサケース１３に収容された斜め型磁化コア１１を含み、コの字型の磁化コア１１は、その中央部に巻き付けられた磁化コイル１２を含み、コの字型の磁化コア１１の中央部に形成される矩形状の磁気センサ１５で亀裂を検出する。

斜め型磁化コア１１を有する漏洩磁束検査プローブ１０は、センサケース１３の底部の一つの辺の近傍の中央部に磁気センサ１５の検出部が位置するように、コの字型の磁化コアが斜めに配置される。

また、図１（Ｂ）に示すように、漏洩磁束検査プローブ１０のセンサケース１３は、磁気センサ１５が位置する端部側で所定の厚さを有しており、測定時に、磁気センサ１５を、可能な限り測定部である溶接止端部１２２に近づけるために、センサケース１３の磁気センサ１５が位置する側の端部は、図中角度αで示すように面取りがなされている。なお、ここで、α＝３０°以下であるのが好ましい。

このように配置されることによって、コの字型の磁化コア１１の中央部に巻かれる磁化コイル１２が大きくなっても、センサケース１３内に漏洩磁束検査プローブ１０を収容できる。

なお、この実施の形態においては、磁化コイル１２の巻き数は３００回以上である。

次に、この漏洩磁束検査プローブ１０を用いて亀裂を検出する状態について説明する。ここでは、測定の困難な、溶接止端部１２２から発生した初期段階の亀裂の検出について説明する。図１（Ｂ）を参照して、溶接止端部１２２に近接して漏洩磁束検査プローブ１０を配置する。このとき、斜めに配置された磁化コア１１が溶接止端部１２２に近接するように配置する。

図２は、この実施の形態における亀裂検出のイメージを示す図である。図２を参照して、斜めに配置された磁化コア１１が溶接止端部１２２に近接するように配置したため、亀裂長さａが、磁気センサ１５の検出部に到達するため、磁気センサ１５の検出部は亀裂２１を検出できる。

次に、漏洩磁束検査プローブ用の走査治具について説明する。図３は、図１で示した漏洩磁束検査プローブ１０を収容した走査治具３５が、円柱状の検査面４０上に設置された状態を示す図である。図３を参照して、漏洩磁束検査プローブ１０を収容した走査治具３５は、漏洩磁束検査プローブ１０を保持するプローブホルダ３７と、メインブロック３９とを含み、メインブロック３９は、磁石を内蔵し、検査面４０に吸着可能である。

また、漏洩磁束検査プローブ１０をプローブホルダ３７に固定する手締めノブ３６を含み、プローブホルダ３７を検査面４０上に押さえつけるために、メインブロック３９と磁束プローブ１０とは、押さえバネ４１で接続されている。メインブロック３９は、円柱状の検査面４０の軸方向に移動するために、ベアリング４２が設けられている。

ここで、図示は省略するが、上記したように、磁気センサが溶接部に近接するように、コの字型の磁化コイルは斜めに配置されている。

次に、装置本体について説明する。図４は、装置本体４７を示す図である。装置本体４７は、漏洩磁束法及び渦電流探傷法の両方で適用することが可能である。装置本体４７は、漏洩磁束法及び渦電流探傷法のプローブとで、共通であり、それぞれの探傷において、漏洩磁束検査プローブ１０と渦電流探傷プローブ１７とを付け替える付け替え口４８を有する。また、表示部としては、携帯電話４９を使用しても良い。ここでは、携帯電話４９を装置本体４７の中央に取付けた状態を示している。

次に、漏洩磁束法を用いた亀裂を評価する方法について説明する。図７は、この実施の形態における漏洩磁束法を用いた亀裂評価を示す図である。図７を参照して、漏洩磁束検査プローブの磁気センサのセンサ出力を直交検波することで、磁気センサ走査時のリフトオフノイズと亀裂検出時の信号を分離することができる。加えて、亀裂深さにより位相が異なることを利用して亀裂深さを評価する。評価の具体的方法は後述する。

ここで、リフトオフとは、磁気センサと検査面が離れたり傾いたりすること、あるいは、磁気センサと検査面の間隔のことを言う。また、リフトオフ信号とは、リフトオフ変化時に発生する信号のことであり、磁気センサと検査面が接触している状態で原点補正し、その状態から磁気センサを検査面から離すとリフトオフ信号が発生する。通常、リフトオフ信号はＸ軸方向と水平になるよう調整している。

また、リフトオフノイズとは、漏洩磁束検査プローブ走査時にリフトオフが発生することにより生じるノイズのことをいい、Ｘ軸方向に信号が振れることを言う。

次に、漏洩磁束検査プローブを用いた場合のＸ軸原点補正を行う測定装置４７の構成と、その制御内容について説明する。図５は、測定装置４７の構成を示すブロック図である。図５を参照して、測定装置４７は、制御部５０と、制御部５０に接続された、漏洩磁束検査プローブ１０や渦電流探傷プローブ１７からの検出データを受信し制御部５０に送信する送受信装置５６とを含む。制御部５０は、測定装置全体を制御するＣＰＵ５１と、インターフェース５２と、入出力部（Ｉ/Ｏ）５３と、メモリ５４と表示部５５とを含む。

図６は、図５に示した制御部５０のＣＰＵ５１が行う亀裂評価システムの動作を示すフローチャートである。図６を参照して、亀裂評価システムは漏洩磁束検査プローブで亀裂を検出し、検出データを直交検波する（Ｓ１１）。これによって、センサ走査時のリフトオフノイズと亀裂検出時の信号を分離することができる。加えて、亀裂深さにより位相が異なることを利用し亀裂深さを評価する。具体的には、リフトオフ信号をＸ軸方向（０°）となるように調整しているため、亀裂信号はＹ軸成分を持ち位相差が生じる。しかし、単純に位相から亀裂深さ評価を行うと、センサ走査時に生じるリフトオフノイズにより、原点がＸ軸方向にずれて正確に位相を求めることができない。そこで、ここでは、一定量のＹ軸成分が検出されるか否かを判断し、一定量のＹ軸成分が検出されたときは（Ｓ１２でＹＥＳ）、Ｘ軸成分を０とし（Ｓ１３）、その後、位相を求めて（Ｓ１４）、亀裂深さを判断する（Ｓ１５）。

なお、このＳ１３の処理をＸ軸原点補正機能という。このＸ軸原点補正機能により、センサ走査時に生じるリフトオフノイズをキャンセルして正確に位相を求め、亀裂深さを評価することができる。

次に、具体的な評価について説明する。図７は実際の測定例を示す図である。図７を参照して、ここでは、Ｘ軸はリフトオフが０°であり、貫通は２５°であり、ｄ＝０．５ｍｍで５５°であり、ｄ＝１．０ｍｍで、５０度であり、ｄ＝２．０ｍｍで、４５度であり、ｄ＝４．０ｍｍで、３８度である。

次に、この実施の形態におけるＸ軸原点補正について説明する。図８は、この補正方法を示す図である。図８を参照して、図中矢印で示すように、リフトオフノイズ１６が発生する。しかし、単純に位相から亀裂深さ評価を行うと、センサ走査時に生じるリフトオフノイズ１６により、原点がＸ軸方向にずれて正確に位相を求めることができない。

本システムでは、このリフトオフ信号が、図において点線で示すＸ軸原点補正用の閾値を超えたかどうかを判断し、閾値を超えたときにＸ信号を０に補正する。すなわち、一定量のＹ軸成分が検出された時点でＸ軸成分を０とするＸ軸原点補正機能を開発した。Ｘ軸原点補正機能により、センサ走査時に生じるリフトオフノイズ１６をキャンセルして正確にＹ軸成分である位相を求め、亀裂深さを評価することができる。

なお、この一定量のＹ軸成分は、０．２Ｖが好ましい。

次に、測定結果の表示画面の例について説明する。図９は、漏洩磁束法による亀裂信号の測定結果を示す図である。漏洩磁束検査プローブを用いた漏洩磁束法による亀裂信号は、リフトオフ信号を水平になるように位相設定をしたとき、亀裂深さによりおおよそ２５°～５５°となることから、極座標方式で閾値を設定し、亀裂信号以外の信号を除去し、また、位相の違いから亀裂深さを推定して評価する。

図９（Ａ）は平板の試験片の測定結果を極座標形式で示したグラフであり、図９（Ｂ）は亀裂深さごとの信号強度を示すデータであり、図９（Ｃ）はＸ軸成分（実線）とＹ軸成分（点線）とを示すデータであり、図９（Ｄ）及び図９（Ｅ）は、測定装置における表示結果を示す図であり、図９（Ｄ）は図９（Ａ）に示したデータの表示例であり、図９（Ｅ）は、図９（Ｂ）や図９（Ｃ）の測定結果を示す図である。

図９（Ａ）を参照して、図中実線で測定データを示し、一点鎖線で閾値を示し、点線でＸ軸原点補正用の閾値を示している。又、点線の下にＸ軸に沿った実線でリフトオフ信号を示している。また、図中、実線に付与した数値や「貫通」の文字は、亀裂深さを示している。

図９（Ｂ）を参照して、ここには、図９（Ａ）に示した測定データごとの亀裂深さを示している。

また、図９（Ｄ）を参照して、測定装置には、バランスボタンと開始／停止ボタンが設けられ、バランスボタンで原点補正を行ない、開始／停止ボタンで測定の開始と停止が行われる。

図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、本発明は、図示した実施形態に限定されるものではない。本発明と同一の範囲内において、または均等の範囲内において、図示した実施形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

この発明によれば、金属柱の溶接止端部から柱母材部へ進展した亀裂を初期段階で検出することができるため、漏洩磁束検査プローブとして有利に利用される。

１０ 漏洩磁束検査プローブ
１１ 磁化コア
１２ 磁化コイル
１３ センサケース
１４ センサ基板
１５ 磁気センサ
１６ リフトオフノイズ
２０ 突出部
２９ リブ
３０ 溶接部
１２１ 亀裂
１２２ 溶接止端部
１２５ 金属柱

Claims (3)

1. コの字型磁化コアの中央部に設けられた磁気センサと、
   前記コの字型磁化コアを収容する直方体状のセンサケースと、
   前記センサケース内において、前記磁気センサを前記センサケースの端部近傍に位置するように前記コの字型磁化コアを斜めに配置した、漏洩磁束検査プローブ。
2. 磁化コイルの巻き数は、３００回以上である、請求項１に記載の漏洩磁束検査プローブ。
3. 前記センサケースの前記磁気センサが位置する側の端部は、面取りがなされている、請求項１に記載の漏洩磁束検査プローブ。