JP5847005B2

JP5847005B2 - 渦電流探傷システム及び渦電流探傷方法

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Publication number: JP5847005B2
Application number: JP2012093204A
Authority: JP
Inventors: 将史成重; 亮西水; 隆國本; 金満橋本; 中野　修; 修中野; 明夫中原
Original assignee: 日立交通テクノロジー株式会社
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2032-04-16
Also published as: JP2013221840A

Description

本発明は、渦電流探傷システム及び渦電流探傷方法に係り、特に、複数の管の探傷データにおいて管端を示す信号等をそろえることができる渦電流探傷システム及び渦電流探傷方法に関する。

発電プラントの熱交換器には、多数の伝熱管が規則的に配列されている。伝熱管は直管形状或いはＵ字形状で、両端が熱交換器内の管板によって固定されている。伝熱管の長さは十数メートルあり、振動抑制のために支持板が配置されている。

伝熱管検査では、プローブを管内に一旦挿入した後、プローブのケーブルを引抜走査して探傷波形（探傷信号）を取得する。一般的に、探傷波形としては、ある参照信号(正弦波信号)に対して、同相(Ｘ)成分とそれと９０°位相のずれた異相(Ｙ)成分の２つの信号波形が取得される。検査員は、それらの振幅をしきい値判定して欠陥の有無を判断する。或いは、２つの波形の軌跡に相当するリサージュを評価して判定精度の向上を図っている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２９６２４１号公報

特許文献１に開示された渦流探傷装置では、リサージュを評価して判定精度の向上を図ることにより、検査員が探傷データを確認する際の負担が軽減される。しかしながら、この渦流探傷装置は、複数の管の探傷データを確認する際の負担を軽減するものではなかった。

一方、複数の管の探傷データを確認する際の負担を軽減するため、複数の管の探傷データを２次元表示して視覚的に確認することが想定される。

その場合、位置の基準となる信号により、複数の管の探傷データを構造物の位置に対応させて表示することが求められる。

本発明の目的は、検査員が複数の管の探傷データを確認する際の負担を軽減することができる渦電流探傷システム及び渦電流探傷方法を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、複数の管の欠陥を検出する渦電流探傷システムであって、前記管に渦電流を誘起し、誘起された渦電流の変化を検出する探傷コイルと、前記管の構造が変化する部位を表す基準部位に応じた基準信号を出力する基準部位センサを有するプローブと、前記探傷コイルに励磁電圧を印加して探傷する渦電流探傷器と、前記プローブを前記管に挿入し、挿入された前記プローブを前記管から引抜く挿入引抜部と、前記基準部位センサから出力された基準信号に基づいて、複数の前記管の探傷データにおいて前記基準部位を示す信号をそろえるように前記探傷データをシフトするデータ配列装置と、シフトされた複数の前記管の探傷データを二次元表示する表示装置を備えるようにしたものである。

これにより、検査員は、基準部位の位置を基準としてそろえられた、複数の管の探傷データを相互に比較しながら欠陥の有無を確認することができるため、複数の管の探傷データを確認する際の負担が軽減される。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記データ配列装置は、前記挿入引抜部によって前記プローブが前記管から引抜かれる間、前記プローブの位置を示す位置データを測定し、前記挿入引抜部によって前記プローブが前記管から引抜かれる間、前記探傷コイルによって検出された渦電流の変化から探傷し、探傷データと測定された前記プローブの位置データを対応付けて記憶し、前記基準部位センサから出力された基準信号に基づいて、前記管の基準部位を検出し、前記管の基準部位を検出したときに測定された前記プローブの位置データを記憶し、前記管の基準部位を検出したときに測定された前記プローブの位置データに基づいて、複数の前記管の探傷データにおいて前記基準部位を示す信号をそろえるように前記探傷データをシフトするようにしたものである。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記基準部位センサは、光を検出する光検出器を有し、前記光検出器は、検出された光量の変化に基づいて前記管の基準部位に応じた基準信号を出力するようにしたものである。

これにより、管外が明るい場合に、基準部位センサは管の基準部位を検出することができる。

（４）上記（３）において、好ましくは、前記プローブは、さらに、光源を有し、前記光検出器は、前記光源から照射された光が前記管の表面で反射された反射光の変化に基づいて前記管の基準部位に応じた基準信号を出力するようにしたものである。

これにより、管外が暗い場合に、基準部位センサは管の基準部位を検出することができる。

（５）上記（４）において、好ましくは、前記基準部位センサは、前記管の基準部位として前記管の端を検出するようにしたものである。

これにより、基準信号が大きく変化する管端の位置を基準として、データ配列装置は確実に探傷データにおいて前記基準部位を示す信号をそろえることができる。

（６）上記（１）において、好ましくは、前記基準部位センサは、光ファイバを有し、前記光ファイバの一端は前記プローブの外周上に配置され、前記渦電流探傷システムは、さらに、前記光ファイバの一端から取り込まれ、前記光ファイバの他端から出力された光信号を電気信号に変換し、この電気信号を基準信号として前記データ配列装置に出力する光検出装置を備えるようにしたものである。

これにより、基準部位センサのための電源配線が不要となる。

（７）上記（１）において、好ましくは、前記基準部位センサは、前記管に渦電流を誘起し、誘起された渦電流の変化を検出する渦電流探傷センサを有し、前記渦電流探傷センサは、検出された渦電流の変化に基づいて前記管の基準部位に応じた基準信号を出力するようにしたものである。

これにより、基準部位センサは、管端を管の基準部位として検出することができる。

（８）上記目的を達成するために、本発明は、複数の管の欠陥を検出する渦電流探傷方法であって、前記管に渦電流を誘起し、誘起された渦電流の変化を検出する探傷コイルと、前記管の構造が変化する部位を表す基準部位に応じた基準信号を出力する基準部位センサを有するプローブを前記管に挿入し、挿入された前記プローブを前記管から引抜く挿入引抜工程と、前記基準部位センサから出力された基準信号に基づいて、複数の前記管の探傷データにおいて前記基準部位を示す信号をそろえるように前記探傷データをシフトするシフト工程と、シフトされた複数の前記管の探傷データを二次元表示する表示工程を有するようにしたものである。

これにより、検査員は、基準部位の位置を基準としてそろえられた、複数の管の探傷データを相互に比較しながら確認することができるため、複数の管の探傷データを確認する際の負担が軽減される。

本発明によれば、検査員が複数の管の探傷データを確認する際の負担を軽減することができる。

本発明の第１の実施形態である渦電流探傷システムの概略構成図である。本発明の第１の実施形態であるプローブの概略構成図である。熱交換器の構成及び渦電流探傷システムの使用状況を説明するための図である。本発明の第１の実施形態である渦電流探傷システムの動作を示すフローチャートである。探傷信号と基準信号を説明するためのタイミングチャートである。基準信号の行列式から探傷信号をシフトする行列式を求める処理を説明するための図である。探傷信号の遷移を示す図である。伝熱管におけるプローブの位置と探傷信号の対応関係を示す図である。本発明の第２の実施形態である渦電流探傷システムの概略構成図である。本発明の第２の実施形態であるプローブの概略構成図である。本発明の第３の実施形態である渦電流探傷システムの概略構成図である。本発明の第３の実施形態であるプローブの概略構成図である。

以下、本発明の第１の実施形態を、図１〜図８を用いて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態である渦電流探傷システムの概略構成図である。渦電流探傷システムは、プローブ１０１、挿入引抜機１０２、渦電流探傷器１０３、信号増幅器１０４、Ａ／Ｄ変換器１０５、データ配列装置１０６、表示装置１０７を備える。ここで、渦電流探傷システムは、熱交換器に用いられる伝熱管等の管群の欠陥を検出するシステムである。熱交換器の構成の詳細については、図３を用いて後述する。

プローブ１０１は、伝熱管に誘起された渦電流の変化に基づく電圧信号を、渦電流探傷器１０３に供給する。また、プローブ１０１は、基準部位（例えば、管端であり、その詳細は、図３を用いて後述する）に応じた基準信号を、信号増幅器１０４に供給する。プローブ１０１と渦電流探傷器１０３は、電気的に接続されている。また、プローブ１０１と信号増幅器１０４は、電気的に接続されている。プローブ１０１の構成の詳細については図２を用いて後述する。

挿入引抜機１０２は、検査員の指示に応答し、プローブ１０１に接続されたケーブル２０３を一定の速度で引き抜いて、プローブ１０１を伝熱管から引抜く。なお、検査員は、挿入引抜機１０２に引き抜かれたケーブル２０３を引き出して手で管内に送り出すことにより、又はプローブ１０１をエアガンの圧縮空気で管内に送り出すこと等により、プローブ１０１を伝熱管に挿入する。

渦電流探傷器１０３は、所定の周波数の交流電圧（励磁電圧信号）をプローブ１０１に供給（印加）する。また、渦電流探傷器１０３は、プローブ１０１から供給された探傷信号を位相検波することにより、探傷信号を励磁電圧信号と同相成分のＸ成分と励磁電圧信号と異相成分のＹ成分に分離し、分離された探傷信号のＸ成分とＹ成分をそれぞれＡ／Ｄ変換器１０５に供給する。渦電流探傷器１０３とＡ／Ｄ変換器１０５は、電気的に接続されている。

信号増幅器１０４は、プローブ１０１から供給された基準信号を増幅し、増幅された基準信号をＡ／Ｄ変換器１０５に供給する。信号増幅器１０４とＡ／Ｄ変換器１０５は、電気的に接続されている。

Ａ／Ｄ変換器１０５は、渦電流探傷器１０３から供給されたアナログの探傷信号（Ｘ成分とＹ成分に分離されたもの）及び信号増幅器１０４から供給されたアナログの基準信号をデジタルの探傷信号及び基準信号に変換し、変換されたデジタルの探傷信号及び基準信号をデータ配列装置１０６に供給する。Ａ／Ｄ変換器１０５とデータ配列装置１０６は、電気的に接続されている。

データ配列装置１０６は、例えば、プロセッサなどの制御部、メモリなどの記憶部、ＲＴＣ（Real Time Clock）などの計時部、キーボードなどの操作部を備えたＰＣ（Personal Computer）で構成される。制御部が記憶部に記憶された所定のプログラムを実行することにより、データ配列装置１０６は、Ａ／Ｄ変換器１０５から供給された探傷信号とこの探傷信号が供給された時間（タイミング）を対応付けて伝熱管毎に記憶部に記憶し、Ａ／Ｄ変換器１０５から供給された基準信号に基づいて、記憶部に記憶された探傷信号（探傷データ）を、基準部位が検出されたタイミングを基準としてそろえ、そろえられた探傷データの画像情報を表示装置１０７に供給するという機能を実現する。データ配列装置１０６と表示装置１０７は、ビデオケーブルで電気的に接続されている。また、データ配列装置１０６は、操作部によって入力された検査員からの指示を、挿入引抜機１０２、渦電流探傷器１０３などに通知する。データ配列装置１０６の機能の詳細については、図４以降で後述する。

表示装置１０７は、データ配列装置１０６から供給された画像情報に基づいて、１つの伝熱管の探傷信号を表示したり、複数の管の探傷信号を二次元的に並べて表示したりする。

図２は、本発明の第１の実施形態であるプローブ１０１の概略構成図である。プローブ１０１は、第１の探傷コイル２０１ａ、第２の探傷コイル２０１ｂ、光検出器２０２、ケーブル２０３及びプローブ筐体２０４を備える。

第１の探傷コイル２０１ａと第２の探傷コイル２０１ｂは、１本の導線をプローブ１０１の中央部の外周に巻回して構成される。第１の探傷コイル２０１ａと第２の探傷コイル２０１ｂは、プローブ１０１の中央部に離間して配置される。第１の探傷コイル２０１ａと第２の探傷コイル２０１ｂはそれぞれ渦電流探傷器１０５のコネクタ端子に接続され、励磁電圧信号が供給される。これによる磁場で伝熱管には、渦電流が生じる。

一方、第１の探傷コイル２０１ａと第２の探傷コイル２０１ｂには、渦電流の変化によって誘導電流が生じる。第１の探傷コイル２０１ａと第２の探傷コイル２０１ｂは、渦電流の変化によって生じた誘導電流（探傷信号）を渦電流探傷器１０３に供給する（自己誘導自己比較型）。

光検出器２０２は、フォトダイオードなどで構成され、光が持つ電磁気的なエネルギーを検出し、検出したエネルギーに応じた電気信号（基準信号）を信号増幅器１０４に供給する。光検出器２０２は、基準部位に応じた基準信号を出力する基準部位センサとして機能する。光検出器２０２は、第１の探傷コイル２０１ａの軸に垂直で第１の探傷コイル２０１ａに接する面のうち、第２の探傷コイル２０１ｂに近い第１の面Ｓ１と、第２の探傷コイル２０１ｂの軸に垂直で第２の探傷コイル２０１ｂに接する面のうち、第１の探傷コイル２０１ａに近い第２の面Ｓ２との距離が等しい第３の面Ｓ３とプローブ１０１の外周面との交線上に配置されている。これにより、基準部位において基準信号が大きく変化するタイミングを中心とした探傷波形が得られる。

ケーブル２０３は、第１の探傷コイル２０１ａと第２の探傷コイル２０１ｂの配線及び光検出器の配線を内部に含んでいる。第１の探傷コイル２０１ａと第２の探傷コイル２０１ｂの配線は２本の同軸線で構成され、励磁電圧信号を渦電流探傷器１０３から第１の探傷コイル２０１ａ及び第２の探傷コイル２０１ｂに伝える。一方、光検出器２０２の配線は２本の同軸線で構成され、基準信号を光検出器２０２から信号増幅器１０４に伝える。

プローブ筐体２０４は、例えば、略円柱形状に成型された樹脂で構成される。ケーブル２０３の内部に含まれる配線が第１の探傷コイル２０１ａ、第２の探傷コイル２０１ｂ、及び光検出器２０２と結線され、プローブ筐体２０４に樹脂を流し込んで固化させてケーブル２０３と接合する。

次に、第１の実施形態である渦電流探傷システムの動作を説明する。以下、渦電流探傷システムが熱交換器を構成する伝熱管を検査する場合を例にして説明する。なお、本実施形態では、伝熱管の管外が明るいことを前提とする。

図３は、熱交換器１０００の構成及び渦電流探傷システムの使用状況を説明するための図である。渦電流システムによって検査される熱交換器１０００は、複数の伝熱管１００１（管群）、管板１００２及び支持板１００３（１００３_１〜１００３_３）を備える。複数の伝熱管１００１は、略円筒形状の金属管で構成される。管板１００２は、略円盤形状の金属板で構成され、伝熱管１００１の管端と嵌合する複数の穴を備える。支持板１００３は、略円盤形状の金属板で構成され、伝熱管１００１を固定する複数の穴を備える。伝熱管１００１がこれらの穴を通すことで複数の伝熱管１００１の振動が抑制される。また、複数の伝熱管１００１は、管板１００２及び支持板１００３によって略平行に固定される。なお、この熱交換器１０００では、伝熱管１００１は、直管形状であるが、伝熱管１００１の途中でＵ字形状に曲げられ、伝熱管１００１の両端が１つの管板１００１に嵌合するものもある。ここで、伝熱管１００１の管端、伝熱管１００１が支持板１００３と密着する部位、伝熱管１００１が管板１００２と密着する部位、伝熱管１００１の途中でＵ字形状に曲げられた部位のように、伝熱管１００１の構造が変化する部位を基準部位とし、主に管端を基準とした。

検査員は、図３に示すように、挿入引抜機１０２を用いて、このような熱交換器１０００の伝熱管１００１にプローブ１０１を順次挿入し、伝熱管１００１の検査を行う。

図４は、本発明の第１の実施形態である渦電流探傷システムの動作を示すフローチャートである。検査員は、まず、プローブ１０１を伝熱管１００１の一方の管端（図３の右側）に配置し、ケーブル２０３を手で管内に送り出す。これにより、ケーブル２０３に接続されたプローブ１０１が伝熱管１００１の内部に挿入される。

次に、検査員は、データ配列装置１０６の操作部を用いて、挿入引抜機１０２にケーブル２０３の引き抜きを指示する。挿入引抜機１０２は、検査員の指示に応答して、ケーブル２０３を一定の速度で引き抜く。これにより、プローブ１０１は、伝熱管の一方から他方へ一定の速度で移動する。

このようにして、渦電流探傷システムは、プローブ１０１を伝熱管１００１に挿入し、挿入されたプローブ１０１を伝熱管１００１から引抜く（図４のステップＳ１０）。

渦電流探傷器１０３は、挿入引抜機１０２がケーブル２０３の巻き取りを開始したことに応答して、励磁電圧信号をプローブ１０１の第１の探傷コイル２０１ａ及び第２の探傷コイル２０１ｂに供給（印加）する。

プローブ１０１の第１の探傷コイル２０１ａ及び第２の探傷コイル２０１ｂは、供給された励磁電圧信号に基づいて磁場を生成する。これにより、伝熱管１００１に渦電流が生じる。一方、第１の探傷コイル２０１ａと第２の探傷コイル２０１ｂには、渦電流の変化によって誘導電流が生じる。第１の探傷コイル２０１ａと第２の探傷コイル２０１ｂは、生じた誘導電流（探傷信号）を渦電流探傷器１０３に供給する。

プローブ１０１の光検出器２０２は、周囲からの光を電気信号（基準信号）にして信号増幅器１０４に供給する。

信号増幅器１０４は、供給された基準信号を増幅し、増幅された基準信号をＡ／Ｄ変換器１０５に供給する。

Ａ／Ｄ変換器１０５は、所定のクロックのタイミングで、渦電流探傷器１０３から供給されたアナログの探傷信号及び信号増幅器１０４から供給されたアナログの信号をデジタルの探傷信号及び基準信号に変換し、変換されたデジタルの探傷信号及び基準信号をデータ配列装置１０６に供給する。

図５は、探傷信号と基準信号を説明するためのタイミングチャートである。なお、以下では、説明を簡単にするため、管板１００２は無いものとし、支持板は１つのみ記載する。また、図５（Ｂ）〜（Ｆ）の横軸は、時間を示しており、それぞれの図の右方向に時間が進む。ここで、プローブ１０１は、挿入引抜機１０２によって一定の速度で伝熱管１００１から引き抜かれるため、図５（Ｂ）〜（Ｆ）の横軸で表される時間は、図５（Ａ）に示す伝熱管１００１におけるプローブ１０１の位置に対応する。

図５（Ｂ）の縦軸は、Ａ／Ｄ変換器１０５がＡ／Ｄ変換するときの、クロック（クロックパルス）の電圧値を示している。クロックパルスの電圧値は、一定の周期でハイレベルの電圧値とローレベルの電圧値を繰り返す。なお、クロックパルスは、デジタル信号である。

図５（Ｃ）の縦軸は、探傷信号の保存を開始するトリガーとなる取込開始信号Ｓｉｇ１及び探傷信号の保存を終了するトリガーとなる取込終了信号Ｓｉｇ２の電圧値を示している。図５（Ｃ）では、一例として、取込開始信号Ｓｉｇ１及び取込終了信号Ｓｉｇ２を、矩形波で示す。なお、取込開始信号Ｓｉｇ１及び取込終了信号Ｓｉｇ２は、デジタル信号である。

図５（Ｄ）の縦軸は、位相検波により得られた探傷信号のＸ成分の電圧値を示している。また、図５（Ｅ）の縦軸は、位相検波により得られた探傷信号のＹ成分の電圧値を示している。なお、探傷信号のＸ成分及びＹ成分は、アナログ信号である。

図５（Ｆ）の縦軸は、光検出器２０２が出力する基準信号の電圧値を模式的に示している。なお、基準信号は、アナログ信号である。

以下、図５（Ａ）〜図５（Ｆ）を用いて、探傷信号と基準信号を説明する。

第１の探傷コイル２０１ａ及び第２の探傷コイル２０１ｂが出力する電圧信号は、渦電流探傷器１０３によって位相検波されることにより、励磁電圧信号と同相成分のＸ成分と励磁電圧信号と異相成分のＹ成分に分けられる。探傷信号のＸ成分及びＹ成分は、図５（Ｄ）、（Ｅ）にそれぞれに示すように、伝熱管１００１の管端において大きく変化する。この探傷信号Ｘ１，Ｘ３及び探傷信号Ｙ１，Ｙ３は、管端に対応する信号である。また、探傷信号のＸ成分及びＹ成分は、伝熱管１００１が支持板１００３の部分において小さく変化する。この探傷信号Ｘ２及び探傷信号Ｙ２は、支持板１００３に対応する信号である。

一方、光検出器２０２が出力する基準信号は、図５（Ｆ）に示すように、伝熱管１００１の管端において大きく変化する。光検出器２０２が伝熱管１００１の管外にあるときは、光検出器２０２の周囲は明るく、光検出器２０２が伝熱管１００１の管内にあるときは、光検出器２０２の周囲は暗いからである。なお、図５（Ｆ）では、基準信号（アナログ）を模式的に表している。

探傷信号及び基準信号は、図５（Ｂ）に示すクロックのタイミングで、アナログ信号からデジタル信号に変換される。また、検査員の指示により、図５（Ｃ）に示すように、探傷信号の保存を開始する取込開始信号Ｓｉｇ１（図５（Ｃ）のイベントにおいて、左側の矩形信号）及び探傷信号の保存を終了する取込終了信号Ｓｉｇ２（図５（Ｃ）のイベントにおいて、右側の矩形信号）が生成される。これらの動作の詳細については、後述する。

Ａ／Ｄ変換器１０５は、図５（Ｂ）に示すクロックのタイミングで、渦電流探傷器１０３から供給されたアナログの探傷信号及び信号増幅器１０４から供給されたアナログの基準信号をデジタルの探傷信号及び基準信号に変換し、変換されたデジタルの探傷信号及び基準信号をデータ配列装置１０６に供給する。データ配列装置１０６は、Ａ／Ｄ変換器１０５から供給された探傷信号に基づいて、探傷信号の画像情報を生成し、生成した探傷信号の画像情報を表示装置１０７に供給する。表示装置１０７は、データ配列装置１０６から供給された画像情報に基づいて、検査中の伝熱管１００１の探傷信号を表示する。

検査員は、プローブ１０１を走査開始位置に配置し、データ配列装置１０６の操作部を用いて、データ配列装置１０６に探傷信号の保存の開始を指示する。このとき、図５（Ｃ）に示すように、データ配列装置１０６は、探傷信号の保存を開始する取込開始信号Ｓｉｇ１を生成する。

データ配列装置１０６は、探傷信号の保存を開始する取込開始信号Ｓｉｇ１に応答して、Ａ／Ｄ変換器１０５から供給されたデジタルの探傷信号と計時部から取得した時間ｔ（探傷信号の保存を開始してからの時間）を対応付けて記憶部に記憶する。ここで、挿入引抜機１０２は、ケーブル２０３を一定の速度で引き抜くため、探傷信号の保存を開始してからの時間ｔは、探傷信号の保存を開始したときのプローブ１０１の伝熱管１００１における位置に対応する。データ配列装置１０６は、探傷信号を渦電流探傷器１０３等を介して取得し、基準信号を信号増幅器１０４等を介して取得するが、探傷信号及び基準信号の時間的な遅れは走査速度に対して十分に小さいからである。

すなわち、データ配列装置１０６は、挿入引抜機１０２によってプローブ１０１が伝熱管１００１から引抜かれる間、プローブ１０１の位置を示す位置データ（時間ｔ）を測定し、探傷信号（探傷データ）と測定されたプローブ１０１の位置データ（時間ｔ）を対応付けて記憶する。このようにして、渦電流探傷システムは、挿入引抜機１０２によってプローブ１０１が伝熱管１００１から引抜かれる間、プローブ１０１の位置を示す位置データを測定し（図４のステップＳ２０）、探傷信号（探傷データ）と測定されたプローブ１０１の位置データを対応付けて記憶する（図４のステップＳ３０）。

一方、データ配列装置１０６は、基準信号の振幅が所定の閾値以上であるか否かを判定することにより、基準信号を二値化する。データ配列装置１０６は、二値化された基準信号が変化したときに、計時部から取得した時間ｋを伝熱管１００１毎に記憶部に記憶する。二値化された基準信号が変化したときの時間ｋは、プローブ１０１が伝熱管１００１の管内から管外に出たタイミングに対応する。

すなわち、データ配列装置１０６は、二値化された基準信号が変化したときの時間ｋにより、基準部位としての管端を検出し、管端を検出したときに測定されたプローブ１０１の位置データとして時間ｋを記憶する。このようにして、渦電流探傷システムは、基準信号に基づいて、基準部位としての管端を検出し（図４のステップＳ４０）、管端を検出したときに測定されたプローブの位置データ（時間ｋ）を記憶する（図４のステップＳ５０）。

検査員は、プローブ１０１が伝熱管１００１の他方の管端（図５（Ａ）の右側）から管外に出たことを目視により確認したとき、又は表示装置１０７に表示された探傷信号の振幅が最初の管端に対応する探傷信号と同様に大きく変化したとき、プローブ１０１が、伝熱管１００１の他方の管端（図５（Ａ）の右側）から外に出たと判断する。検査員は、このように判断した後、データ配列装置１０６の操作部を用いて、データ配列装置１０６に探傷信号の保存の終了を指示する。このとき、データ配列装置１０６は、図５（Ｃ）に示すように、探傷信号の保存を終了する取込終了信号Ｓｉｇ２を生成する。

データ配列装置１０６は、探傷信号の保存を終了する取込終了信号Ｓｉｇ２に応答して、探傷信号の記憶を終了する。

すべての伝熱管１００１について、このような処理が繰り返されることにより、それぞれの伝熱管１００１_ｉ（ｉ＝１〜ｎ）について、探傷信号の時系列と基準信号が変化した時間ｋ_ｉ（ｉ＝１〜ｎ）が記憶部に記憶されていく。

次に、検査員は、データ配列装置１０６の操作部を用いて、データ配列装置１０６に探傷信号をそろえるように指示する。

データ配列装置１０６は、検査員の指示に応答して、それぞれの伝熱管１００１_ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の探傷信号の時系列を時間（Ｎ−ｋ_ｉ）（ｉ＝１〜ｎ，Ｎ：予め設定された値）だけ時間軸方向にシフトする。これにより、それぞれの伝熱管１００１_ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の探傷信号が、管端位置を基準としてそろえられる。詳細については、図８を用いて後述する。

このようにして、渦電流探傷システムは、基準部位としての管端を検出したときに測定されたプローブ１０１の位置データに基づいて、複数の伝熱管１００１の探傷信号（探傷データ）において前記基準部位を示す信号をそろえるように探傷データをシフトする（図４のステップＳ６０）。

表示装置１０７は、例えば、ｔ＜Ｎの範囲において、伝熱管１００１_ｉ（ｉ＝１〜ｎ）について、そろえられた探傷信号を２次元的に表示する。これにより、検査員は、所望の範囲の探傷信号を容易に確認することができる。

このようにして、渦電流探傷システムは、シフトされた複数の伝熱管１００１の探傷データを二次元表示する（図４のステップＳ７０）。

続いて、本実施形態の作用効果を図６〜図８を用いて説明する。

図６は、基準信号の行列式から探傷信号をシフトする行列式を求める処理を説明するための図である。また、図７は、探傷信号の遷移を示す図である。以下では、伝熱管１０００_ｉ（ｉ＝１〜ｎ）について、Ａ／Ｄ変換器１０５から供給されたｊ番目のデジタルの探傷信号のＸ成分をＸ_ｉｊ（ｉ＝１〜ｎ，ｊ：自然数）とし、そのＹ成分をＹ_ｉｊ（ｉ＝１〜ｎ，ｊ：自然数）とする。また、Ａ／Ｄ変換器１０５から供給されたｊ番目のデジタルの基準信号をＳ_ｉｊ（ｉ＝１〜ｎ，ｊ：自然数）とする。

基準信号（Ｓ_ｉｊ）からなる行列Ｇ１１を図６に示す。また、データ配列装置１０６が探傷信号をそろえる前における、探傷信号のＸ成分（Ｘ_ｉｊ）からなる行列Ｇ１４、探傷信号のＹ成分（Ｙ_ｉｊ）からなる行列Ｇ１５を図７に示す。

データ配列装置１０６は、基準信号Ｓ_ｉｊの振幅が所定の閾値Ｓ_０以上であるか否かを判定する。データ配列装置１０６は、基準信号Ｓ_ｉｊの振幅が所定の閾値Ｓ_０以上であると判定した場合、基準信号Ｓ_ｉｊを１とし、基準信号Ｓ_ｉｊの振幅が所定の閾値Ｓ_０未満であるときに、基準信号Ｓ_ｉｊを０とする。これにより、基準信号Ｓ_ｉｊが二値化される。

データ配列装置１０６は、二値化された基準信号が０から１に変化したときに計時部から時間ｋ_ｉを取得し、取得した時間ｋ_ｉを記憶部に記憶する。この時間ｋ_ｉからなる行例Ｇ１２を図６に示す。データ配列装置１０６は、予め設定された値Ｎと時間ｋ_ｉの差分（Ｎ−ｋ_ｉ）を計算する。この差分（Ｎ−ｋ_ｉ）からなる行列Ｇ１３を図６に示す。データ配列装置１０６は、探傷信号のＸ成分（Ｘ_ｉｊ）及び探傷信号のＹ成分（Ｙ_ｉｊ）を、この差分（Ｎ−ｋ_ｉ）だけシフトする。これにより、図７に示すように、探傷信号のＸ成分（Ｘ_ｉｊ）からなる行列Ｇ１４は、行列Ｇ１６に遷移し、探傷信号のＹ成分（Ｙ_ｉｊ）からなる行列Ｇ１５は、行列Ｇ１７に遷移する。

図８は、伝熱管１００１におけるプローブの位置と探傷信号の対応関係を示す図である。以下では、説明の便宜上、渦電流システムが５本の伝熱管１００１_１〜１００１_５を検査した場合の例を説明する。また、伝熱管１００１_１〜１００１_５において、探傷信号の保存を開始する位置は、図８（Ａ）に示すように、ばらついているものとする。また、伝熱管１００１_４には、傷や減肉などの欠陥があるものとする。なお、図８では、支持板１００３_１〜１００３_４がある。

検査員が探傷信号の保存の開始を指示するタイミングは、それぞれの伝熱管１００１によって異なるため、探傷信号の保存を開始するときのプローブ１０１の位置は、図８（Ａ）に示すように、伝熱管１００１毎に異なっている。

図８（Ｂ）は、データ配列装置１０６によってそろえられる前の探傷信号を模式的に示した図である。探傷信号の保存を開始したときのプローブ１０１の位置が異なるため、探傷信号の保存を開始した時間（ｔ＝０）を基準とすると、それぞれの伝熱管１００１_１〜１００１_５の探傷信号において、伝熱管１００１が支持板１００３と密着する部分における探傷信号を示す支持板信号及び伝熱管１００１の管端における探傷信号を示す管端信号がそろっていない。また、伝熱管１００１_４には、傷や減肉などの欠陥があるため、これらの探傷信号には、図８（Ｂ）に示すように、欠陥部分における探傷信号を示す欠陥信号が現れる。さらに、データの保存を開始してから終了するまでの時間（データ保存期間）は、伝熱管１００１毎に異なっている。したがって、支持板信号、管端信号、欠陥信号等を容易に区別することができず、検査員が複数の伝熱管１００１の探傷信号を確認する際の負担が大きい。

一方、図８（Ｃ）は、データ配列装置１０６によってそろえられた後の探傷信号（再配列データ）を模式的に示した図である。探傷信号は、伝熱管１００１の管端位置を基準としてそろえられているため、支持板信号が現れる位置もそろっている。

以上説明したように、本実施形態によれば、検査員は、管端位置を基準としてそろえられた、伝熱管１００１の探傷信号を相互に比較しながら欠陥の有無を確認することができる。このため、複数の伝熱管１００１の探傷信号を確認する際の負担が軽減される。

（変形例）
プローブ１０１は、基準部位センサとしての光検出器２０２の代わりに、渦電流探傷センサを備えるようにしてもよい。渦電流探傷センサは、探傷コイルなどで構成され、渦電流の変化によって生じた電気信号（基準信号）を出力する。本変形例では、第１の探傷コイル２０１ａと第２の探傷コイル２０１ｂを、渦電流探傷センサとして利用する。これにより、プローブ１０１における配線を減らすことができる。

次に、本発明の第２の実施形態を、図９〜図１０を用いて説明する。

図９は、本発明の第２の実施形態である渦電流探傷システムの概略構成図である。なお、以下では、第１の実施形態と同一の部分に同一の符号を付し、適宜説明を省略する。また、本実施形態では、伝熱管１００１の管外が暗いことを前提とする。

第１の実施形態と比較すると、本実施形態の渦電流探傷システムは、プローブ７０１と光励起／検出装置７０４を備える点が異なる。

プローブ７０１は、探傷信号を渦電流探傷器１０３に供給する。また、プローブ７０１は、基準信号を光励起／検出装置７０４に供給する。さらに、プローブ７０１は、光源を有する。プローブ７０１の構成の詳細については、図１０を用いて後述する。

光励起／検出装置７０４は、供給された基準信号を増幅し、増幅された基準信号をＡ／Ｄ変換器１０５に供給する。さらに、光励起／検出装置７０４は、光源で光を励起するために用いられる電圧信号（光励起電圧信号）をプローブ７０１に供給する。

図１０は、本発明の第２の実施形態であるプローブ７０１の概略構成図である。プローブ７０１は、光源８０５を備える。光源８０５は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などで構成され、光励起／検出装置７０４から供給される光励起電圧信号により光を励起し発光する。光源８０５は、第１の探傷コイル２０１ａの軸に垂直で第１の探傷コイル２０１ａに接する面のうち、第２の探傷コイル２０１ｂに近い第１の面Ｓ１と、第２の探傷コイル２０１ｂの軸に垂直で第２の探傷コイル２０１ｂに接する面のうち、第１の探傷コイル２０１ａに近い第２の面Ｓ２との距離が等しい第３の面Ｓ３とプローブ１０１の外周面との交線上に配置されている。ここで、光源８０５から放出された光が直接光検出器２０２で検出されないように、光源８０５と光検出器２０２の向きが調整されている。

これにより、光源８０５が伝熱管１００１の管内にあるときは、光源８０５から放出された光は伝熱管１００１の表面（内周面）で乱反射され、乱反射された光が光検出器２０２で検出される。一方、光源８０５が伝熱管１００１の管外にあるときは、乱反射された光が光検出器２０２で検出されない。このため、伝熱管１００１の管端において光検出器から出力される電気信号（基準信号）が大きく変化する。

本実施形態によれば、伝熱管１００１の管外が暗い場合に、伝熱管１００１の管端を検出することができる。

光源８０５は、一定の周期で点滅するようにしてもよい。この場合、データ配列装置１０６は、基準信号のピーク値が一定の周期で出現するか否かを判定することにより、基準信号を二値化する。これにより、伝熱管１００１の管外が明るいか否かにかかわらず、伝熱管１００１の管端を検出することができる。

次に、本発明の第３の実施形態を、図１１〜図１２を用いて説明する。

図１１は、本発明の第３の実施形態である渦電流探傷システムの概略構成図である。なお、以下では、第１の実施形態と同一の部分に同一の符号を付し、適宜説明を省略する。また、本実施形態では、伝熱管１００１の管外が明るいことを前提とする。

第１の実施形態と比較すると、本実施形態の渦電流探傷システムは、プローブ５０１と光検出装置５０４を備える点が異なる。

プローブ５０１は、探傷信号を渦電流探傷器１０３に供給する。また、プローブ５０１は、プローブ５０１の周囲から取り込んだ光信号を光検出装置５０４に供給する。プローブ５０１の構成の詳細については、後述する。

光検出装置５０４は、供給された光信号を電気信号（基準信号）に変換して増幅し、増幅された基準信号をＡ／Ｄ変換器１０５に供給する。

図１２は、本発明の第３の実施形態であるプローブ５０１の概略構成図である。プローブ５０１は、光ファイバ６０３を備える。光ファイバ６０３の一端は、第１の探傷コイル２０１ａの軸に垂直で第１の探傷コイル２０１ａに接する面のうち、第２の探傷コイル２０１ｂに近い第１の面Ｓ１と、第２の探傷コイル２０１ｂの軸に垂直で第２の探傷コイル２０１ｂに接する面のうち、第１の探傷コイル２０１ａに近い第２の面Ｓ２との距離が等しい第３の面Ｓ３とプローブ１０１の外周面との交線上に配置されている。これにより、伝熱管１００１の管端において光信号が大きく変化するタイミングと同じタイミングで、探傷信号も大きく変化する。光ファイバの他端は、光検出装置５０４に接続されている。

本実施形態によれば、プローブ１０１に光検出器２０２がないため、プローブ１０１及びケーブル２０３に基準信号用の電気配線を設ける必要がない。

（変形例）
プローブ１０１は、複数の光ファイバ６０３を備え、光ファイバ６０３の一端は、前述した面Ｓ３とプローブ１０１の外周面との交線上に等間隔で配置してもよい。これにより、プローブ１０１が管内から管外に出たときに、この交線上に配置された光ファイバ６０３の一端から確実に管外の光が取り込まれる。

本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。上記の各構成、機能、処理部、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば、集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に保存することができる。

上記第１〜第３の実施形態では、基準部位が管端である場合を例にして説明したが、基準部位は、伝熱管１００１が管板１００２と密着する部位、伝熱管１００１の途中でＵ字形状に曲げられた部位などであってもよい。

上記第１〜第３の実施形態では、データ配列装置１０６は、探傷信号と探傷信号の保存を開始してからの時間を対応付けて記憶部に記憶しているが、挿入引抜機１０２がケーブル２０３を引抜く速度に基づいて、探傷信号とプローブ１０１の位置を対応付けて記憶してもよい。この場合、データ配列装置１０６は、挿入引抜機１０２がケーブル２０３を引抜く速度に基づいて、二値化された基準信号が変化したときのプローブ１０１の位置を記憶部に記憶する。データ配列装置１０６は、このときのプローブ１０１の位置に基づいて、複数の前記管の探傷データにおいて前記基準部位を示す信号をそろえるように前記探傷データをシフトする。

上記第１〜第３の実施形態では、第１の探傷コイル２０１ａ及び第２の探傷コイル２０１ｂは、自己誘導方式により渦電流の変化を検出しているが、相互誘導方式により渦電流の変化を検出してもよい。

上記第１〜第２の実施形態では、光検出器２０２は、前述した面Ｓ３とプローブの外周面との交線上に配置されているが、光検出器２０２は、この交線上の位置からプローブの軸方向にずらして配置されてもよい。これにより、管端において基準信号が大きく変化するタイミングの前／後のタイミングで、探傷信号が大きく変化する。検査員は、表示装置１０７で探傷信号と基準信号を確認することにより、管端が検出されたことを２重にチェックすることができる。

１０１，５０１，７０１…プローブ
１０２…挿入引抜機
１０３…渦電流探傷器
１０４…信号増幅器
１０５…Ａ／Ｄ変換機
１０６…データ配列装置
１０７…表示装置
２０１ａ，２０１ｂ…探傷コイル
２０２…光検出器
２０３…ケーブル
２０４…プローブ筐体
５０４…光検出装置
６０３…光ファイバ
７０４…光励起／検出装置
８０５…光源
１０００…熱交換器
１００１…伝熱管
１００２…管板
１００３…支持板

Claims

複数の管の欠陥を検出する渦電流探傷システムであって、
前記管に渦電流を誘起し、誘起された渦電流の変化を検出する探傷コイルと、前記管の構造が変化する部位を表す基準部位に応じた基準信号を出力する基準部位センサを有するプローブと、
前記探傷コイルに励磁電圧を印加して探傷する渦電流探傷器と、
前記プローブを前記管に挿入し、挿入された前記プローブを前記管から引抜く挿入引抜部と、
前記基準部位センサから出力された基準信号に基づいて、複数の前記管の探傷データにおいて前記基準部位を示す信号をそろえるように前記探傷データをシフトするデータ配列装置と、
シフトされた複数の前記管の探傷データを二次元表示する表示装置を備えることを特徴とする渦電流探傷システム。
請求項１に記載の渦電流探傷システムであって、
前記データ配列装置は、
前記挿入引抜部によって前記プローブが前記管から引抜かれる間、前記プローブの位置を示す位置データを測定し、
前記挿入引抜部によって前記プローブが前記管から引抜かれる間、前記探傷コイルによって検出された渦電流の変化から探傷し、探傷データと測定された前記プローブの位置データを対応付けて記憶し、
前記基準部位センサから出力された基準信号に基づいて、前記管の基準部位を検出し、
前記管の基準部位を検出したときに測定された前記プローブの位置データを記憶し、
前記管の基準部位を検出したときに測定された前記プローブの位置データに基づいて、複数の前記管の探傷データにおいて前記基準部位を示す信号をそろえるように前記探傷データをシフトすることを特徴とする渦電流探傷システム。
請求項２に記載の渦電流探傷システムであって、
前記基準部位センサは、光を検出する光検出器を有し、
前記光検出器は、検出された光量の変化に基づいて前記管の基準部位に応じた基準信号を出力することを特徴とする渦電流探傷システム。
請求項３に記載の渦電流探傷システムであって、
前記プローブは、さらに、光源を有し、
前記光検出器は、前記光源から照射された光が前記管の表面で反射された反射光の変化に基づいて前記管の基準部位に応じた基準信号を出力することを特徴とする渦電流探傷システム。
請求項４に記載の渦電流探傷システムであって、
前記基準部位センサは、前記管の基準部位として前記管の端を検出することを特徴とする渦電流探傷システム。
請求項１に記載の渦電流探傷システムであって、
前記基準部位センサは、光ファイバを有し、前記光ファイバの一端は前記プローブの外周上に配置され、
前記渦電流探傷システムは、さらに、前記光ファイバの一端から取り込まれ、前記光ファイバの他端から出力された光信号を電気信号に変換し、この電気信号を基準信号として前記データ配列装置に出力する光検出装置を備えることを特徴とする渦電流探傷システム。
請求項１に記載の渦電流探傷システムであって、
前記基準部位センサは、前記管に渦電流を誘起し、誘起された渦電流の変化を検出する渦電流探傷センサを有し、
前記渦電流探傷センサは、検出された渦電流の変化に基づいて前記管の基準部位に応じた基準信号を出力することを特徴とする渦電流探傷システム。
複数の管の欠陥を検出する渦電流探傷方法であって、
前記管に渦電流を誘起し、誘起された渦電流の変化を検出する探傷コイルと、前記管の構造が変化する部位を表す基準部位に応じた基準信号を出力する基準部位センサを有するプローブを前記管に挿入し、挿入された前記プローブを前記管から引抜く挿入引抜工程と、
前記基準部位センサから出力された基準信号に基づいて、複数の前記管の探傷データにおいて前記基準部位を示す信号をそろえるように前記探傷データをシフトするシフト工程と、
シフトされた複数の前記管の探傷データを二次元表示する表示工程を有することを特徴とする渦電流探傷方法。