JP2020003289A - 劣化検出装置及び劣化検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導体とセンサ部との距離が変動しても、劣化の検出精度の向上を図ることができる劣化検出装置及び劣化検出方法を提供する。【解決手段】センサ部１１Ａ、１１Ｂは、導体２２に渦電流を発生させるための励磁コイル１１１Ａ、１１１Ｂ、及び、渦電流に応じた検出信号を出力するための検出コイル１１２Ａ、１１２Ｂと、を有する。センサ部１１Ａ、１１Ｂは、一対設けられる。一対のセンサ部１１Ａ、１１Ｂが一定間隔空けて対向配置され、一対のセンサ部１１Ａ、１１Ｂ間に導体２２が配置されるように、一対のセンサ部１１Ａ、１１Ｂが保持部１４に保持されている。制御部１７が、各センサ部１１Ａ、１１Ｂから出力される検出信号の和に基づいて導体２２の劣化を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、劣化検出装置及び劣化検出方法に関する。

従来の劣化検出方法として、渦電流探傷法が知られている。渦電流探傷法では、励磁コイルに励磁電流を流して導体に渦電流を発生させ、検出コイルから出力される渦電流に応じた検出出力に基づいて劣化を検出する。

上記渦電流の大きさは、導体の劣化状態の違いのみならず、励磁コイル及び検出コイルから成るセンサ部と導体との距離によっても変化する。そこで、センサ部と導体との距離を一定に保ち、劣化状態の検出精度向上を図った特許文献１の渦電流探傷センサが提案されている。

特許文献１の渦電流探傷センサは、治具に設けた貫通孔に導体を有する電線を嵌め、治具の外周に励磁コイル及び検出コイルを巻き付けて、強制的に電線とセンサ部の距離を一定に保っている。しかしながら、電線とセンサ部との距離を一定に保つには、電線と治具とのクリアランスを極力抑える必要がある。

このため、電線の外径や形状に合わせた貫通孔を都度用意する必要があり、コスト的に問題があった。また、治具との摩擦などにより電線が傷つく恐れがあった。さらに、電線上に異物が付着していた場合、治具と異物等が干渉し、劣化状態の検出自体が困難になる可能性があった。

特開２０１０−０３８７２４号公報

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、導体とセンサ部との距離が変動しても、劣化の検出精度の向上を図ることができる劣化検出装置及び劣化検出方法を提供することを目的としている。

本発明の態様である劣化検出装置は、導体に渦電流を発生させるための励磁コイル、及び、前記渦電流に応じた検出信号を出力するための検出コイル、を有するセンサ部を備えた劣化検出装置において、前記センサ部が、一対設けられ、前記一対のセンサ部が一定間隔空けて対向配置され、前記一対のセンサ部間に前記導体が配置されるように、前記一対のセンサ部を保持する保持部を備えたことを特徴とする。

また、前記一対のセンサ部双方から出力される検出信号に基づいて前記導体の劣化を検出する検出部を備えてもよい。

また、前記導体が、電線の導体から構成され、前記導体を前記保持部に対して、前記導体の長手方向に沿って移動させる移動部を備えてもよい。

本発明の態様である劣化検出方法は、導体の劣化状態を検出するための劣化検出方法であって、前記導体に渦電流を発生させるための励磁コイル、及び、前記渦電流に応じた検出信号を出力する検出コイル、をそれぞれ有する一対のセンサ部を一定間隔空けて対向配置し、前記一対のセンサ部間に前記導体を配置する配置工程と、前記一対のセンサ部双方から出力される前記検出信号に基づいて前記導体の劣化を検出する検出工程と、を備えたことを特徴とする。

以上説明したように態様によれば、一対のセンサ部の一方と導体との距離が小さくなると、一対のセンサ部の他方と導体との距離が長くなるため、一対のセンサ部から出力される検出信号の和は、一対のセンサ部間における導体位置に依存しにくくなる。このため、導体とセンサ部との距離が変動しても、検出精度の向上を図ることができる。

本発明の劣化検出方法を実施した劣化検出装置の一実施形態を示すブロック図である。 図１に示す劣化検出装置の外観を示す斜視図である。 図２のＩ−Ｉ線断面図である。 図２のＩ−Ｉ線断面図である。 図２のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 電線の位置と、上側、下側検出コイルから出力される検出信号の和と、の関係を示すグラフである。 図３及び図４に示す各々の配置で健全な電線、腐食が発生している電線に各々渦電流を流して測定した上側、下側検出コイルからの検出信号の和を示すグラフである。 図１に示す制御部の処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。同図に示す劣化検出装置１は、電線２の導体２２の劣化状態（＝腐食状態）を検出する装置である。電線２は、図３及び図４に示すように、複数の素線２１を撚り合わせた導体２２と、この導体２２を覆う被覆部２３と、を備えている。

劣化検出装置１は、図１に示すように、一対のセンサ部１１Ａ、１１Ｂと、一対の交流電源１２Ａ、１２Ｂと、一対の検出部１３Ａ、１３Ｂと、保持部１４（図２〜図４参照）と、電線移動部１５と、表示部１６と、制御部１７と、を備えている。

センサ部１１Ａは、励磁コイル１１１Ａと、検出コイル１１２Ａと、を有している。センサ部１１Ｂは、励磁コイル１１１Ｂと、検出コイル１１２Ｂと、を有している。

励磁コイル１１１Ａ、１１１Ｂ及び検出コイル１１２Ａ、１１２Ｂは各々、巻線を、例えば、らせん状に巻回して構成されている。励磁コイル１１１Ａ、１１１Ｂは、励磁信号（交流電流）を流して電線２の表面に渦電流を誘導させるためのコイルである。検出コイル１１２Ａ、１１２Ｂは、渦電流による磁束変化により誘導電流が流れるコイルである。

交流電源１２Ａ、１２Ｂは、励磁コイル１１１Ａ、１１１Ｂに励磁信号を流す電源である。検出部１３Ａ、１３Ｂは、検出コイル１１２Ａ、１１２Ｂに流れる誘導電流を検出して、検出信号として出力する。即ち、検出信号は渦電流に応じた信号である。

保持部１４は、一対のセンサ部１１Ａ、１１Ｂを保持する。保持部１４は、電線２の長手方向Ｄ１に長尺の箱型に形成されている。保持部１４において長手方向Ｄ１に対向する一対の壁部１４１には、電線２を通す貫通孔１４２がそれぞれ設けられている。

また、図３及び図４に示すように、保持部１４において電線２の径方向Ｄ２（図中上下方向）に対向する一対の壁部１４３の内側には各々、センサ部１１Ａ、１１Ｂが取り付けられている（固定されている）。

詳しくは、図中上側の壁部１４３にセンサ部１１Ａが取り付けられ、図中下側の壁部１４３にセンサ部１１Ｂが取り付けられている。これにより、一対のセンサ部１１Ａ、１１Ｂ間の径方向Ｄ２の距離Ｌ１は常時一定となる。

詳しく説明すると、励磁コイル１１１Ａ及び励磁コイル１１１Ｂは、径方向Ｄ２に一定間隔空けて対向するように、上側、下側の壁部１４３にそれぞれ取り付けられている。検出コイル１１２Ａ及び検出コイル１１２Ｂは、径方向Ｄ２に一定間隔空けて対向するように、上側、下側の壁部１４３にそれぞれ取り付けられている。

さらに、励磁コイル１１１Ａ及び検出コイル１１２Ａは、長手方向Ｄ１に沿って並べられ、一部が重なるように上側の壁部１４３に取り付けられている。励磁コイル１１１Ｂ及び検出コイル１１２Ｂは、長手方向Ｄ１に沿って並べられ、一部が重なるように下側の壁部１４３に取り付けられている。

そして、上記壁部１４１に設けた貫通孔１４２内に電線２を通すことにより、図３及び図４に示すように、保持部１４内に電線２が挿入され、センサ部１１Ａ、１１Ｂ間に電線２が配置される。

移動部としての電線移動部１５は、保持部１４に取り付けられた走行コロ１５１（図５）と、走行コロ１５１を駆動するモータ１５２（図１）と、を有している。走行コロ１５１は、回転軸Ａ１を中心に回転自在に保持部１４に保持されている。回転軸Ａ１は、長手方向Ｄ１及び径方向Ｄ２の双方に垂直な方向に沿っている。また、本実施形態において走行コロ１５１は、長手方向Ｄ１に沿って２つ並べて設けられ、２つの走行コロ１５１の間にセンサ部１１Ａ、１１Ｂが配置されている。そして、保持部１４内に電線２を通すと、走行コロ１５１が電線２に接触する。

なお、本実施形態では、走行コロ１５１は電線２の上側に２つ設けられているが、これに限ったものではない。下側にも走行コロ１５１を設け、走行コロ１５１により電線２を挟むようにしてもよい。また、走行コロ１５１を電線２に向けて付勢するバネにより支持して、確実に走行コロ１５１と電線２とが接触するようにしてもよい。

モータ１５２は、走行コロ１５１を回転軸Ａ１周りに回転させる駆動力を与える。モータ１５２により走行コロ１５１を回転させると、電線２が長手方向Ｄ１に沿って移動する。

表示部１６は、腐食の検出結果を表示するためのものである。

制御部１７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを内蔵したマイクロコンピュータから構成され、劣化検出装置１全体の制御を司る。制御部１７は、交流電源１２Ａ、１２Ｂに接続され、交流電源１２Ａ、１２Ｂのオンオフを制御する。制御部１７は、モータ１５２に接続され、モータ１５２の駆動を制御する。

制御部１７は、検出部１３Ａ、１３Ｂに接続され、検出部１３Ａ、１３Ｂから出力された検出信号が入力される。制御部１７は、検出部として機能し、それぞれの検出信号の大きさ（振幅）を求め、その和を算出し、算出した和に基づいて電線２の劣化を検出し、表示部１６に表示させる。

次に、上記劣化検出装置１を用いた劣化検出方法の原理について図６及び図７を参照して説明する。

本発明者らは、電線２を図３に示すように中央に配置し、電線２に渦電流を発生させ、そのときの検出信号を測定した。中央とは、距離Ｌ２１（電線２−上側センサ部１１Ａ間の距離）＝距離Ｌ２２（電線２−下側センサ部１１Ｂ間の距離）となる位置である。また、本発明者らは、電線２を図４に示すように中央に対して上側に４mm、８mm、１２mmの位置に配置し（即ち距離Ｌ２１＜距離Ｌ２２）、電線２に渦電流を発生させ、そのときの検出信号を測定した。さらに、本発明者らは、電線２を中央に対して下側に４mm、８mm、１２mmの位置に配置し（即ち距離Ｌ２１＞距離Ｌ２２）、電線２に渦電流を発生させ、そのときの検出信号を測定した。これら測定した結果を図６に示す。

図６に示すように、中央配置では上側検出コイル１１２Ａからの検出信号の大きさ(出力値)と、下側検出コイル１１２Ｂからの検出信号の大きさと、は等しい。一方、中央に対して上側の位置では、電線２と上側センサ部１１Ａとの距離が近づくに従って上側検出コイル１１２Ａからの検出信号が大きくなるのに対して、電線２と下側センサ部１１Ｂとの距離が離れるに従って下側検出コイル１１２Ｂの検出信号が小さくなる。

また、中央に対して下側の位置では、電線２と上側センサ部１１Ａとの距離が離れるに従って上側検出コイル１１２Ａからの検出信号が小さくなるのに対して、電線２と下側センサ部１１Ｂとの距離が近づくに従って下側検出コイル１１２Ｂの検出信号が大きくなる。即ち、検出コイル１１２Ａ、１１２Ｂからの検出信号の大きさの和は、電線２の位置に依存することなく、一定であることが分かる。

次に、本発明者らは、図３及び図４に示す位置それぞれに電線２が配置されているとき、励磁コイル１１１Ａ、１１１Ｂを用いて腐食が発生していない健全な電線２、腐食の発生している電線２の各々に渦電流を発生させ、検出コイル１１２Ａ、１１２Ｂからの検出信号を測定した。結果を図７に示す。

同図に示すように、検出コイル１１２Ａ、１１２Ｂの検出信号の大きさの和は、電線２の位置に依存することなく、一定であることが分かる。また、検出コイル１１２Ａ、１１２Ｂの検出信号の大きさの和は、腐食が発生すると低下し、電線２の腐食レベルに依存して変動していることも分かる。そこで、本実施形態では、制御部１７は、検出コイル１１２Ａ、１１２Ｂからの検出信号の大きさ（振幅）をそれぞれ求め、その和を算出し、算出した和に基づいて電線２の劣化を検出し、表示部１６に表示させる。

次に、上述した構成の劣化検出装置１の動作について図８を参照して説明する。まず、作業員が、保持部１４の貫通孔１４２から電線２を挿入する。これにより、図３及び図４に示すように、２つのセンサ部１１Ａ、１１Ｂ間に、電線２を位置づけることができる。次に、作業員が図示しない操作部を操作すると、制御部１７は、図８に示す処理を実行する。

まず、制御部１７は、交流電源１２Ａ、１２Ｂをオンする（ステップＳ１）。これにより、励磁コイル１１１Ａ、１１１Ｂに励磁信号が流れて、電線２の導体２２表面に渦電流が誘導される。

次に、制御部１７は、検出部１３Ａ、１３Ｂからそれぞれ出力される検出信号を取り込む（ステップＳ２）。次に、制御部１７は、取り込んだ検出信号の和を求めて、ＲＡＭ等の記憶部に記憶させる（ステップＳ３）。

その後、制御部１７は、作業員によって終了操作が行われた否かを判定する（ステップＳ４）。終了操作が行われていなければ（ステップＳ４でＮ）、制御部１７は、モータ１５２を駆動して電線２を長手方向Ｄ１に沿って所定距離移動させた後（ステップＳ５）、ステップＳ２に戻る。これにより、ＲＡＭには、電線２が移動する毎に、検出信号の和が記憶される。

一方、終了操作が行われていれば（ステップＳ４でＹ）、制御部１７は、ＲＡＭ内に記憶された複数の検出信号の和に基づいて電線２の腐食を検出し、その検出結果を表示部１６に表示して（ステップＳ６）、処理を終了する。

ステップＳ６において、制御部１７は、例えば、ＲＡＭに記憶されている検出信号の和のうちが閾値以下のものが、閾値より大きいものよりも多きときに腐食を検出するようにしてもよい。または、ＲＡＭに記憶されている複数の検出信号の和を積算し、その積算値が閾値以下の場合に腐食を検出するようにしてもよい。

なお、上記閾値は、事前に腐食が発生していない電線２をセンサ部１１Ａ、１１Ｂにより走査し、そのときの検出信号に基づいて定められる。

上述した実施形態によれば、センサ部１１Ａ、１１Ｂが、一対設けられ、一対のセンサ部１１Ａ、１１Ｂが一定間隔空けて対向配置されている。保持部１４が、一対のセンサ部１１Ａ、１１Ｂ間に電線２の導体２２が配置されるように、一対のセンサ部１１Ａ、１１Ｂを保持する。これにより、電線２とセンサ部１１Ａ、１１Ｂとの距離が変動しても、検出信号の和は、変動することがないため、検出精度の向上を図ることができる。

また、保持部１４と電線２との間のクリアランスがあっても検出精度には影響しないため、電線２の外径や形状毎に保持部１４を用意する必要がなく、コストダウンを図ることができる。また、保持部１４と電線２とのクリアランスがあってもよいため、電線２を傷つけたり、異物と干渉する恐れがない。

また、上述した実施形態によれば、電線２を保持部１４に対して、長手方向Ｄ１に沿って移動させる。これにより、電線２の長手方向Ｄ１全体の腐食を検出することができる。

なお、上述した実施形態によれば、制御部１７は、２つの検出信号の和に基づいて電線２の腐食を検出し、その結果を表示部１６に表示していたが、これに限ったものではない。制御部１７は、２つの検出信号又は２つの検出信号の和を表示部１６に表示し、作業員が表示された２つの検出信号又は２つの検出信号の和に基づいて電線２の腐食を判断するようにしてもよい。

また、上述した実施形態によれば、電線２を移動させて、電線２を励磁コイル１１１Ａ、１１１Ｂ、検出コイル１１２Ａ、１１２Ｂに対して移動させていたが、これに限ったものではない。保持部１４を移動させて、電線２を励磁コイル１１１Ａ、１１１Ｂ、検出コイル１１２Ａ、１１２Ｂに対して移動させるようにしてもよい。

また、上述した実施形態によれば、電線２の導体２２の劣化を検出していたが、これに限ったものではない。電線２の導体２２でなくてもよい。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ 劣化検出装置
２ 電線
２２ 導体
１１Ａ、１１Ｂ センサ部
１４ 保持部
１５ 電線移動部（移動部）
１７ 制御部（検出部）
１１１Ａ、１１１Ｂ 励磁コイル
１１２Ａ、１１２Ｂ 検出コイル
Ｄ１ 長手方向

Claims (4)

1. 導体に渦電流を発生させるための励磁コイル、及び、前記渦電流に応じた検出信号を出力するための検出コイル、を有するセンサ部を備えた劣化検出装置において、
   前記センサ部が、一対設けられ、
   前記一対のセンサ部が一定間隔空けて対向配置され、前記一対のセンサ部間に前記導体が配置されるように、前記一対のセンサ部を保持する保持部を備えたことを特徴とする劣化検出装置。
2. 前記一対のセンサ部双方から出力される検出信号に基づいて前記導体の劣化を検出する検出部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の劣化検出装置。
3. 前記導体、電線の導体から構成され、
   前記導体を前記保持部に対して、前記導体の長手方向に沿って移動させる移動部を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の劣化検出装置。
4. 導体の劣化状態を検出するための劣化検出方法であって、
   前記導体に渦電流を発生させるための励磁コイル、及び、前記渦電流に応じた検出信号を出力する検出コイル、をそれぞれ有する一対のセンサ部を一定間隔空けて対向配置し、前記一対のセンサ部間に前記導体を配置する配置工程と、
   前記一対のセンサ部双方から出力される前記検出信号に基づいて前記導体の劣化を検出する検出工程と、を備えたことを特徴とする劣化検出方法。

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