WO2015111558A1

WO2015111558A1 - 減肉検出装置

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Publication number: WO2015111558A1
Application number: PCT/JP2015/051292
Authority: WO
Inventors: 慎也三戸; 航平齋藤; 和紀宮澤; 暁之加藤
Original assignee: 横河電機株式会社
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2015-07-30
Also published as: JP2015137930A; JP6007923B2

Abstract

　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。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は、金属に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、検査対象領域の上空に固定され、基準電流により生じる磁界を検出する磁気センサと、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る。

Description

減肉検出装置

　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１２０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を用いて固定したりすることができる。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、及び基準値格納部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１２０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、外部の装置に出力したりすることができる。

　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、及び基準値格納部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、及び基準値格納部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

　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減肉検出装置。
　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を特徴とする請求項１に記載の減肉検出装置。
　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２に記載の減肉検出装置。
　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を特徴とする請求項２又は３に記載の減肉検出装置。
　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２～４のいずれか１項に記載の減肉検出装置。