JPH04551B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、渦電流探傷法を用いて例えばガスタ
ンク、大口径配管等の金属表面に生じた亀裂の深
さを無侵襲で測定可能とした渦電流探傷法による
亀裂深さ測定装置に関する。

〔従来の技術〕

先づ、通常の渦電流探傷法及び探傷器について
説明する。即ち、金属物体の近くに置かれたコイ
ルに交番電流を通電すると、コイルから交番磁界
が発生し、金属物体中に渦電流が生じる。この金
属物体中に流れる渦電流によつても交番磁界が発
生し、この交番磁界はコイルと鎖交する。

金属物体中の渦電流の流れは、金属物体中の欠
陥等異常の存在によつて乱され、渦電流により生
じる磁界も変化し、渦電流による磁界がコイルと
鎖交する量も変化するため、コイルのインピーダ
ンスに変化が発生する。

このコイルのインピーダンス変化を検知するこ
とにより、金属物体中の欠陥等の異常を検出する
方法を渦電流探傷法と称し、コイルインピーダン
スの変化を観察、記録の容易な直流の電圧（また
は電流）に変換する信号処理装置を探傷器と称し
ている。

第６図は上記探傷法の実施状況を示しており、
１が探傷子つまり検出端であるコイル、２が被検
体金属、３は被検体金属２中に存在する欠陥、４
はコイル１の走査方向を示す矢印、５はコイル１
と後述する探傷器６とを接続するケーブル、６は
渦電流探傷器、７はコイル１のインピーダンス変
化を渦電流探傷器６の内部回路で変換した電圧を
表示するCRT画面、８は欠陥３によつて生じる
欠陥信号である。尚、１６は探傷器６の出力を外
部に導出する出力端子、１７は探傷器６の感度設
定用ツマミである。

被検体金属２中に欠陥等の異常が存在しない場
合、CRT画面７に現われる表示は、ほとんど点
状のスポツトだけである。

これに対し、被検体金属２中に欠陥３が存在す
る場合、コイル１を矢印４の方向への走査で、コ
イル１が欠陥３を通過するときに、被検体金属２
の電磁気的特性、および欠陥の性状、および欠陥
３の形状等によつて決まる方向および振幅で欠陥
信号８が生じる。

この欠陥信号８の発生の有無を観察することに
よつて、被検体金属２に欠陥等の異常が存在する
か否かを判定する。つまり、欠陥信号８が発生し
た場合、その欠陥位置は、欠陥信号８が発生する
ときのコイル１の位置によつて把握できる。

この種、渦電流探傷法では、コイルの走査速度
を比較的速くでき、金属表面と密着する必要もな
く、また、コイルの形状、探傷周波数（コイルの
励磁周波数）等を適切に選定することにより、比
較的微小な欠陥を検出できる。

したがつて、渦電流探傷法は、各種の非破壊検
査法の内でも、能率の高い、しかも精度の高い探
傷法であると言える。

しかし乍ら、実際の検査では、被検体金属構造
物の余寿命の推定、および保修磁器の計画等のた
めに、欠陥の寸法、特に欠陥深さについての情報
を要求されるのが一般的であり、この種の渦電流
探傷法では、第６図に示すような平板状の微細な
欠陥の深さを、その信号から測定することはでき
なかつた。しかも、各種の金属構造物で問題とな
る欠陥の性状は、微細な幅を有する亀裂であり、
この亀裂深さについての情報を要求される例が非
常に多い。

この微細幅の亀裂による信号は、非検体金属の
電磁気的特性によつて信号の方向、大きさともに
変動し、信号から亀裂の深さを推定することは非
常に困難であつた。

例えば、全く同一の形状の亀裂が、電磁気的特
性の全く異なる２種の金属に存在する場合、この
欠陥による信号の方向、および大きさは、２種の
金属間で大きく異なり、このため信号から亀裂の
深さを求めることができなかつた。

亀裂の深さが不明である場合、構造物の余寿命
の推定、および補修時期の計画の計画のために
は、実用上、大きな不具合点であつた。

そこで本発明は、金属表面に生じた亀裂の深さ
を無侵襲で定量的に測定可能とした渦電流探傷法
による亀裂深さ測定装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決し目的を達成するた
めに次ぎのような手段を講じたことを特徴として
いる。即ち、非検体金属に近接した探傷子として
のコイルに交番電流を通電することにより上記被
検体金属に渦電流を生じせしめ、この渦電流によ
り変化する上記探傷子のインピーダンスを検知す
ることにより上記被検体金属中の欠陥等の異常を
探傷する渦電流探傷器を用い、電磁気特性信号振
幅算出部により予め上記被検体金属の実効的な電
磁気特性による探傷信号を初期値として記憶し、
該初期値に上記被検体金属の各位置での電磁気特
性のばらつきによる探傷信号を加えた後その振幅
を算出して上記探傷子の走査中の上記被検体金属
の全ての点での電磁気的特性に対応する信号振幅
を得、亀裂信号振幅算出部により亀裂により信号
成分を探傷信号から抽出してその振幅を算出して
亀裂信号を得、亀裂深さ信号算出部により上記亀
裂信号振幅を上記被検体金属の電磁気特性に対応
する信号振幅によつて除算するようにしたことを
特徴としている。

〔作用〕

このような手段を講じたことにより、金属表面
に生じた疲労割れ等の微細幅の亀裂による渦電流
の信号振幅は亀裂の深さに比例し、また同一の形
状の亀裂による信号振幅は金属の実効的な電磁気
特性による信号振幅に比例することから、上記除
算結果は、被検体金属の電磁気特性による影響を
受けない亀裂深さに比例する信号を示すものとな
り、これは探傷と同時に検出することができるも
のである。

〔実施例〕

実施例の説明に先立ち、本発明の原理について
第３図乃至第５図を参照して説明する。

第３図は実験的に求めた亀裂深さと信号振幅と
の関係を示す特性図であり、３種類の電磁気的特
性の異なる被検体金属Ａ、Ｂ、Ｃに存在する微細
幅の亀裂の深さと、信号振幅の関係を示してい
る。

第３図に示すように、電磁気的な特性が異なる
３種類の被検体金属Ａ、Ｂ、Ｃについて、亀裂深
さと信号振幅との関係は、ほぼ直線になる。ただ
し、第３図では、探傷器を任意の感度設定にして
得られたデータである。上記によれば、亀裂深さ
と信号振幅との関係が、電磁気特性が異つても、
いずれの場合でも、ほぼ直線の関係が得られ、こ
のデータから探傷器の感度設定によつては、亀裂
深さと信号振幅との関係が１個の特性にて表わす
ことができると予想される。

第４図は、電磁気的特性の異なる金属に、亀裂
に類似した欠陥を設け、これによる信号と、被検
体金属の電磁気特性に対応する信号を整理して示
した図である。第４図によれば、被検体金属の電
磁気的特性に対応する信号は、検出コイルを空気
中に置いた状態から、欠陥を検出する状態（被検
体表面に接触させた状態）まで移動させたときの
出力電圧の軌跡であり、第４図の左下部に示すよ
うに被検体金属の電磁気特性の差によつて方向、
大きさ（振幅）ともに異なる。ここで、被検体金
属に設けた、亀裂に類似した欠陥の形状は、各金
属とも同一である。

この欠陥による信号振幅と、被検体金属の電磁
気的特性に対応する信号との振幅の比を、第４図
の右の欄に整理して示したが、この比は被検体金
属が異つてもほぼ同一である。

この結果から、被検体金属の材質（電磁気特
性）が異つても、同一形状の欠陥が存在する場
合、電磁気的特性に対応する信号振幅と、欠陥に
よる信号の振幅の比は一定になる。

他方、第３図に示したように亀裂の深さと信号
振幅の関係は、ほぼ直線で近似できる。

上記第３図及び第４図から、亀裂深さは被検体
金属の電磁気的特性に対応する信号の振幅と、亀
裂による信号の振幅との比を算出することによつ
て、被検体金属の電磁気的な特性が異つても、亀
裂深さに対応するデータが得られる。

次に実験データの理論的な説明を第５図を参照
して説明する。

第５図ａ，ｂにおいて１は亀裂を検出するコイ
ル、２は被検体金属、３は被検体金属２に存在す
る亀裂、および１２は被検体金属２中の溶接部で
ある。

第５図ａにおいて、コイル１を被検体金属２に
接触させた状態から空気中に移動させた場合、コ
イル１のインピーダンスは大きく変化する。

このインピーダンス変化をA_nとし、また、コ
イル１を被検体金属２に接触させた状態で、亀裂
３に接近させることにより、インピーダンス変化
A_fが生じる。このインピーダンス変化を渦電流
探傷器にて電圧に変換する。渦電流風傷器は、イ
ンピーダンス変化に比例した電圧を出力する。

第５図ａに示したインピーダンス変化A_n、お
よびA_fは渦電流探傷器の出力電圧として直読で
き、A_fに対応する電圧を読み取り、また、A_nに
対応する電圧を読み取り、A_f／A_nに相当する演
算を実施することにより、亀裂深さに対応したデ
ータが得られる。

第５図ｂは第５図ａを１個の被検体金属に、電
磁気的特性の大きく異なる場合へ拡張した例であ
る。即ち、第５図ｂでは、被検体金属２に溶接部
１２が含まれており、金属の組成によつては、溶
接部１２の電磁気的な特性が母材部と大きく異な
り、溶接部１２に亀裂は存在する場合、溶接部１
２の電磁気的特性を考慮しなければならない。

この場合のコイル１のインピーダンス変化を第
５図ｂの左に示したが、このインピーダンス変化
の図において、A_nは第５図ａで示したと同様の
被検体金属２の母材部の電磁気的特性変化に対応
するインピーダンス変化であり、A_vは、溶接部
１２が母材部と電磁気的特性で異なるために生じ
るインピーダンス変化であり、A_fは亀裂３によ
るインピーダンス変化である。第５図ｂの場合、
亀裂３の存在する部分は溶接部であり、亀裂深さ
の算出については当然、溶接部１２での電磁気的
特性の変化を考慮しなければならない。

第５図ｂの場合、溶接部での電磁気的特性に対
応するインピーダンス変化は、A_nとA_vのベクト
ル和になり、図のB_nがこれに相当する。

したがつて、溶接部１２での亀裂深さの算出
は、A_f／B_nに相当する演算にて亀裂深さが算出
できる。

実際の探傷では、コイルが溶接部にあるか、母
材部にあるかは不明であるが、探傷前に母材部の
電磁気的特性に対応する信号出力を記憶し、この
母材部と各探傷位置の間の電磁気的特性の差によ
り生じる信号出力を常にベクトル加算することに
より、各探傷位置での電磁気的特性に対応する信
号出力が得られ、亀裂深さの算出は可能である。

また、各探傷位置における被検体金属の電磁気
的特性のバラツキは、常に信号出力として観察で
きる。亀裂も、一種の実効的な電磁気的特性の変
化と考えることができ、この実効的な電磁気的特
性の変化を検出している。

被検体金属の電磁気的特性のバラツキによる信
号か、亀裂による信号かの弁別は、電磁気的特性
のバラツキによる信号は、なめらかであり、亀裂
による信号は、急峻に発生することから実施でき
る。

つまり、コイルの走査速度が一定の場合、電磁
気的特性のバラツキによる信号は低周波で発生
し、亀裂による信号は高周波で発生し、この周波
数の差によつて弁別が可能になる。

次に上記原理に基づく本発明装置の一実施例の
構成を第１図を参照して説明する。

第１図において、５１は装置の表面パネルに設
けたスイツチ、５２，５３はアナログ電圧を記憶
の容易なデイジタルＤ電圧に変換するＡ／Ｄ変換
回路、５４はメモリー、５５，５６はデイジタル
Ｄ電圧をアナログ電圧に変換するＤ／Ａ変換回
路、５７，５８は加算回路、５９，６０は低周波
成分を遮断するフイルター、６１，６２，６５，
６６は入力電圧を２乗する２乗回路、６３，６７
は５７，５８と同一機能を有する加算回路、６
４，６８は入力の平方根を出力する開平回路、６
９は割り算回路、７０，７１は入力端子、７２は
出力端子である。

上記において、Ａ／Ｄ変換回路５２，５３、メ
モリー５４、Ｄ／Ａ変換回路５５，５６、加算回
路５７，５８、２乗回路６１，６２、加算回路６
３、及び開平回路６４は電磁気特性信号振幅算出
部を構成し、予め被検体金属２の実効的な電磁気
特性による探傷信号を初期値として記憶し、該初
期値に被検体金属２の各位置での電磁気特性のば
らつきによる探傷信号を加えた後その振幅を算出
するものであつて探傷子であるコイル１の走査中
の被検体金属２の全ての点での電磁気的特性に対
応する信号振幅を得るものである。

上記において、フイルター５９，６０、２乗回
路６５，６６、加算回路６７、及び開平回路６８
は亀裂信号振幅算出部を構成し、亀裂３により信
号成分を探傷信号から抽出してその振幅を算出す
るものである。

上記において、割り算回路６９は亀裂深さ信号
算出部を構成し、亀裂信号振幅を被検体金属の電
磁気特性に対応する信号振幅によつて除算するも
のである。

上記構成において、入力端子７０，７１は第２
図に示す探傷器６の２個の出力端子１６に接続さ
れる。ここで探傷器６は第６図に示すものと同一
のものであり、第１図に示す装置は第２図で符号
１８にて示される。

第２図においては、第６図と同一部分には同一
符号を符しているものであり、探傷器６のCRT
画面７はＸ−Ｙ表示になつており、このＸ、およ
びＹに対応する電圧が出力されている。このＸ、
Ｙの信号電圧が入力端子７０，７１に加えられ
る。また、出力端子７２は、縦軸にきず深さ、横
軸に走査方向を設定した記録計１９に接続されて
いる。

次に上記構成の動作について説明する。即ち、
最初に検出コイルを、亀裂の検出状態つまり被検
体金属２に接触させた状態にして、探傷器６の零
点を設定するつまり探傷器６の出力電圧をＯ〔Ｖ〕
にする。その後、コイル１を空気中に置き、この
時の出力電圧をスイツチ５１を操作することによ
りＡ／Ｄ変換回路５２，５３でＡ／Ｄ変換して、
メモリー５４に記憶する。メモリー５４は要素を
２個有しており、Ｘ、Ｙ、各々の電圧値を別個に
記憶する。

このメモリー５４に記憶したＸ、Ｙの電圧値
が、被検体金属２の電磁気的特性に対応する値で
あり、これはＤ／Ａ変換回路５５，５６によつ
て、常にＤ／Ａ変換して、加算回路５７，５８に
入力される。

被検体金属２の電磁気的特性に対応する電圧値
を記憶した後、コイル１を再び被検体金属２に接
触させ、走査を開始する。走査中の信号電圧は、
加算回路５７，５８によつて初期電圧と加算さ
れ、加算回路５７，５８の出力電圧は被検体金属
２中の各探傷点での電磁気的特性のバラツキを含
んだ電圧になる。加算回路５７，５８の出力は、
２乗回路６１，６２によつて各々２乗された後、
加算回路６３で加算し、この電圧の平方根を開平
回路６４で出力する。

したがつて、開平回路６４の出力電圧は、各探
傷点での被検体金属２の電磁気的特性に対応する
信号振幅に比例した値になる。

一方、コイル１を走査させながら、探傷器６の
各々の出力はフイルター５９，６０によつて亀裂
による信号が弁別される。フイルター５９，６０
は、周波数成分の高い亀裂による信号電圧だけを
出力する。この亀裂による信号電圧は、２乗回路
６５，６６によつて各々２乗し、加算回路６７に
て加算され、開平回路６８で平方根値が求められ
る。

したがつて、開平回路６８の出力つまり亀裂信
号振幅算出部の出力は亀裂による信号の振幅に比
例する値になる。

開平回路６４、および開平回路６８の出力は亀
裂深さ信号算出部を構成する割算回路６９に入力
され、開平回路６８の出力つまり亀裂信号振幅算
出部の出力を開平回路６４の出力つまり電磁気特
性信号振幅算出部の出力で割算した電圧値を出力
し、この電圧値を出力端子７２に与える。

出力端子７２の電圧値は、コイル１の各瞬時の
位置での被検体金属２の電磁気的特性で補正し
た、亀裂深さに比例する電圧値が得られることに
なる。なお出力端子７２に記録計１９を接続する
ことによつて亀裂の深さを目視することも可能で
ある。

したがつて、被検体金属２の電磁気的特性が溶
接部等の部分的に変化した個所に存在する亀裂の
深さに比例した電圧が、その各個所でリアルタイ
ムに得られる。

また、この測定法では被検体金属２の電磁気特
性がどのようなものであつても、亀裂検出用のコ
イル１で被検体金属２の電磁気的な特性に対応す
る電圧値を得るため、まつたく同様に亀裂深さに
比例した出力が得られる。

なお、第１図の各構成回路は、市販のアナログ
マルチプライヤーＡ／Ｄ変換、Ｄ／Ａ変換、およ
びメモリー等の素子によつて容易に実現できる。

また、この測定法は、すべての値を電子計算機
に取り込むことによつても容易に実現できるもの
である。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明は、被検体金属に近
接した探傷子としてのコイルに交番電流を通電す
ることにより上記被検体金属に渦電流を生じせし
め、この渦電流により変化する上記探傷子のイン
ピーダンスを検知することにより上記被検体金属
中の欠陥等の異常を探傷する渦電流探傷器を用
い、電磁気特性信号振幅算出部により予め上記被
検体金属の実効的な電磁気特性による探傷信号を
初期値として記憶し、該初期値に上記被検体金属
の各位置での電磁気特性のばらつきによる探傷信
号を加えた後その振幅を算出して上記探傷子の走
査中の上記被検体金属の全ての点での電磁気的特
性に対応する信号振幅を得、亀裂信号振幅算出部
により亀裂により信号成分を探傷信号から抽出し
てその振幅を算出して亀裂信号を得、亀裂深さ信
号算出部により上記亀裂信号振幅を上記被検体金
属の電磁気特性に対応する信号振幅によつて除算
するようにしたものである。

従つて本発明によれば、金属表面に生じた疲労
割れ等の微細幅の亀裂による渦電流の信号振幅は
亀裂の深さに比例し、また同一の形状の亀裂によ
る信号振幅は金属の実効的な電磁気特性による信
号振幅に比例することから、上記除算結果は、被
検体金属の電磁気特性による影響を受けない亀裂
深さに比例する信号を示すものとなり、これは探
傷と同時に検出することができるものであり、金
属表面に生じた亀裂の深さを無侵襲で定量的に測
定可能とした渦電流探傷法による亀裂深さ測定装
置が提供できるものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例の要部構成を示
すブロツク図、第２図は同実施例の全体構成を示
す図、第３図乃至第５図は夫々本発明の原理を説
明するもので第３図は亀裂深さと信号振幅との関
係を示す特性図、第４図は電磁気特性の異なる金
属に依存する欠陥信号の種別を説明するための
図、第５図は亀裂深さの定量測定の原理を説明す
る図、第６図は従来例として渦電流探傷器を説明
する図である。 １……コイル（探傷子）、２……被検体金属、
３……亀裂、５……ケーブル、６……探傷器、７
……CRT画面、８……欠陥信号、１６……出力
端子、１７……感度設定用ツマミ、１８……第１
図に示す回路装置、１９……記録計、５１……ス
イツチ、５２，５３……Ａ／Ｄ変換回路、５４…
…メモリー、５５，５６……Ｄ／Ａ変換回路、５
７，５８……加算回路、５９，６０……フイルタ
ー、６１，６２……２乗回路、６３……加算回
路、６４……開平回路、６５，６６……２乗回
路、６７……加算回路、６８……開平回路、６９
……割り算回路、７０，７１……入力端子、７２
……出力端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被検体金属に近接した探傷子としてのコイル
   に交番電流を通電することにより上記被検体金属
   に渦電流を生じぜしめ、この渦電流により変化す
   る上記探傷子のインピーダンスを検知することに
   より上記被検体金属中の欠陥等の異常を探傷する
   渦電流探傷器を用い、予め上記被検体金属の実効
   的な電磁気特性による探傷信号を初期値として記
   憶し、該初期値に上記被検体金属の各位置での電
   磁気特性のばらつきによる探傷信号を加えた後そ
   の振幅を算出するものであつて上記探傷子の走査
   中の上記被検体金属の全ての点での電磁気的特性
   に対応する信号振幅を得る電磁気特性信号振幅算
   出部と、亀裂により信号成分を探傷信号から抽出
   してその振幅を算出する亀裂信号振幅算出部と、
   金属表面に生じた疲労割れ等の微細幅の亀裂によ
   る渦電流の信号振幅は亀裂の深さに比例し、また
   同一の形状の亀裂による信号振幅は金属の実効的
   な電磁気特性による信号振幅に比例することを利
   用し、上記亀裂信号振幅を上記被検体金属の電磁
   気特性に対応する信号振幅によつて除算する亀裂
   深さ信号算出部とを備え、被検体金属の電磁気特
   性による影響を受けずに亀裂深さに比例する信号
   を探傷と同時に検出するようにした渦電流探傷法
   による亀裂深さ測定装置。