JPH07260743A

JPH07260743A - 探傷検査装置

Info

Publication number: JPH07260743A
Application number: JP5174194A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Shimizu; 清水　　仁; Takehiro Oura; 雄大大浦
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-03-23
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】【目的】誤検出を防止し、検査試料の材質が磁性、非
磁性を問わない正確な探傷検査を可能にする探傷検査装
置の提供にある。【構成】発振器１の出力電圧を検査試料である直管８
に取り付けた２つのリング状電極２−１と２−２の間に
印加し、直管表面に電流を流す。直管８に流れた電流に
よって誘導された磁場を、直管８の内部に設置した磁場
測定器３により測定し、磁場測定情報をもとに傷検出部
４で傷を検出する。また、磁場測定器３は、探傷装置制
御部７により与えられた指令信号に基づいて動作する測
定器駆動部５によって直管８内を移動する。磁場測定器
３の位置は、測定器駆動部５からの信号によって位置検
出部６により求める。さらに、探傷装置制御部７におい
て、傷検出部と位置検出部の２つの情報より、傷が生じ
た場所を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、誘導による探傷検査装
置に係り、特に、渦電流探傷などの誘導電流を発生する
ための励振コイルを排除して探傷性能を高めた探傷装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の誘導電流を利用した探傷装置、と
くに渦電流探傷装置は、渦電流発生用の励振コイルと渦
電流によって誘導された磁場を測定する磁場測定器によ
り構成されている。この装置の構成を図５により説明す
る。発振器５１で得た電流を励振コイル５２に流し、検
査試料５３に渦電流を発生させる。渦電流によって誘導
された磁場をピックアップコイル５４を用いた磁場測定
器で測定する。もし、渦電流が誘導される領域に傷など
が存在すると、電流経路のインピーダンスが変化するの
で、誘導される渦電流の量に変化が生じることになり、
従って、ピックアップコイル５４の検出信号を平衡装置
５５、増幅器５６、検波器５７、直流増幅器５８、オシ
ログラフ５９、メータ６０、レベル弁別器６１、マーカ
６２、カウンタ６３等で構成される信号処理装置で変化
する値を測定することができる。このため、電磁誘導試
験法によると、磁場測定器の出力を測定することにより
傷の検出をすることができる。

【０００３】渦電流探傷装置は、特開昭６０−１９２２
５２号公報に記載のように、検査試料に渦電流を発生さ
せ、渦電流によって誘導される磁場を測定し、傷によっ
て生じるインピーダンスの変化を磁場の変化として検出
するものである。磁場測定器の出力変化を検出する方法
として、例えば、ブリッジを構成する平衡装置がある。
これは、４辺ブリッジの２辺を磁場測定器としたもの
で、傷が無い場合の２つの磁場測定器の出力でブリッジ
の平衡がとれるように調整しておく。ここで、もし傷が
あった場合には、磁場測定器の出力値が変化するので、
ブリッジの平衡が崩れることになり、これをもって傷を
検知するものである。

【０００４】従来の誘導電流を利用した渦電流探傷方式
では、励振コイルと検査試料との空隙距離の変動によっ
て誘導される渦電流量が変動し、また磁場測定器と検査
試料との空隙距離の変動によって磁場測定器の磁場測定
値も変動する。このため、励振コイルや磁場測定器の位
置が変動することによってもブリッジの平衡が崩れるの
で、ブリッジの平衡の崩れが傷の存在によるものである
か否かの弁別ができず、傷を誤検出する場合がある。

【０００５】この場合、誤検出を低減する方法として、
「非破壊検査学会会誌第３０巻第１号」に記載されたよ
うに、磁場測定器の出力の信号処理により、解決を図っ
ている。これは、磁場測定器と検査試料との空隙距離の
変動に起因するものと、傷の存在に起因するものとに、
磁場測定器から出力される信号の位相情報に差異がある
ことを利用した方法である。

【０００６】この方法では、磁場測定器と検査試料との
空隙距離の変動によって生じる位相情報を相殺するよう
に、信号処理法を構築し、磁場測定器と検査試料との空
隙距離が変動しても磁場測定器の出力に変動がないよう
にしておく。このため、検査試料ごとに、あらかじめ、
磁場測定器と検査試料との空隙距離が変動した場合の位
相情報を測定しておき、信号処理法に組み込んでおく必
要がある。しかしながら、磁場測定器と検査試料との空
隙距離が変動したことによる磁場測定器の出力変動を完
全に相殺できない場合には、傷を識別できなかったり、
あるいは傷が無いのに傷があると識別してしまうなど、
誤検出をしてしまう問題がある。

【０００７】一方、特開昭６０−１９２２５２号公報に
従来例として記載されている検査法として、検査試料に
直接電流を流すことによって、傷を検査する磁気探傷法
がある。これは、例えば、日本非破壊検査協会編日刊工
業新聞社発行の「非破壊検査便覧、第４編、磁気探傷
法」に記載のように、検査試料に直接電流を流して磁場
を発生させ、磁性体である検査試料から漏洩する磁場を
検出することにより探傷する方法である。検査試料に電
流を流すことによって発生した磁場は、磁性体である検
査試料に閉じ込められるが、もし傷などの不連続な状態
があった場合には、磁場は検査試料より漏洩することに
なる。そこで、漏洩したことを検出し、傷を検出する方
法である。

【０００８】地中の埋没管に地中電極から直接電流を流
す方法としては、特開昭６０−４４８６４号公報、特開
昭６２−１１３０５８号公報及び特開昭５９−１０８９
５４号公報等がある。

【０００９】従来の磁気探傷法では、いずれも検査試料
に閉じ込めた発生する磁場の漏洩より傷を検出するの
で、磁場を閉じ込めることのできない非磁性体では傷を
検出できないという問題がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術の問題点を解決するために、電流により誘導された
磁場を測定する磁場測定器と検査試料面との空隙距離に
より検出器出力が変動することに起因する誤検出を防止
し、検査試料の材質が磁性非磁性を問わない探傷検査が
可能な探傷検査装置の提供にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、検査試料
に均一に電流を通電する電極を取り付け検査試料に直接
電流を流すことによって、励振コイルを不用とし、直接
検査試料に電流を流した場合、流れる電流量を一定にで
き、また、流れる電流の空間分布は、検査試料の形状や
導電率により電流経路が決まり、例えば、軸対称で均一
な導電率の材質でできているパイプ状の検査試料では、
軸に垂直な断面での電流分布は、周方向には均一な分布
をしているから、このような検査試料に傷などが生じる
と、局所的に抵抗値が変化する部分が生じるので、傷の
近傍では電流経路が変化する。このため、検査試料に流
れる電流経路を所要の電流経路測定手段により測定する
ことにより、傷を検出することができ、このような構成
装置によって上記目的は達成できる。

【００１２】

【作用】図２は、本発明の作用を説明する図である。
（ａ）では、検査試料を導体であるパイプ状の直管と
し、直管の外壁面に交流電流を流した状態を模式的に示
したものである。傷の無い部分では、直管の周方向には
抵抗値が一定であるため、周方向には均一な軸方向成分
の電流が流れている。しかし、径方向については、表皮
効果により、数１に示す表皮の深さδ程度の断面にだけ
電流が流れている。

【００１３】

【数１】

【００１４】そこで、直管の外壁面に傷がある部分を考
えると、電流は表皮効果により壁面に沿って流れる性質
があるため、外壁面上を流れてきた電流は、傷部分では
内壁に向かって流れ、その後は再び外壁面上を流れるこ
とになる。このため、直管の表面に流れた電流によって
誘導された磁場は、傷付近の部分と傷の無い部分とで
は、磁場の空間分布が異なる。すなわち、軸方向成分の
電流だけが存在する傷のない部分では、周方向成分の磁
場成分だけが存在し、径方向成分の磁場成分は存在しな
い。ところが、（ｂ）のように軸方向成分のほかに径方
向成分の電流が存在する傷のある近傍では、周方向成分
の磁場成分のほかに、径方向成分の磁場成分も存在する
ことになる。これを測定手段により測定することにより
傷を検出することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を一実施例の図面に基づいて説
明する。図１の探傷検査装置は、発振器１で得た電圧を
検査試料であるパイプ状の直管８に間隔を置いて取り付
けた２つのリング状電極２−１と２−２の間に印加し、
直管８の外壁表面に電流を流す。直管８に流れる電流に
よって誘導される磁場を、直管の内部に挿入設置した磁
場測定器３により測定し、該磁場測定器３からの情報を
もとに傷検出部４で傷の検出をする。また、磁場測定器
３は、探傷検査制御部７により与えられた指令信号に基
づいて動作する測定器駆動部５によって直管８内を移動
走査されるよう構成されている。また、磁場測定器３の
位置は、測定器駆動部５らの制御信号にもとずいて位置
検出部６により求められる。さらに、探傷検査制御部７
において、傷検出部４と位置検出部６の２つの情報よ
り、傷が生じた場所を求める。

【００１６】軸対称な構造と電気的な物性値をもつ直管
８では、リング状電極２−１，２−２により均一通電が
行なわれ印加された電圧により、直管８の周方向には均
一な軸方向成分だけの電流が流れていることになる。従
って電流によって誘導される磁場は軸方向成分だけであ
る。そこで、磁場測定器３での測定を、磁場の径方向成
分あるいは軸方向成分だけを測定する構造とすると、磁
場測定器３で径方向成分あるいは軸方向成分の磁場を測
定した場合には、その近傍で電流経路が変化したことを
示している。すなわち、磁場測定器３の出力がゼロでな
い場合には、その磁場測定器３の設置されている場所の
近傍では電流経路が変化したことになるので、したがっ
てその場所に傷があることが検出されることになる。

【００１７】本実施例によると、検査試料に直接電流を
流すので、励振コイルが不用になり、常に一定の電流を
流すことができる。また、磁場測定器３と検査試料との
空隙距離の変動によって生じる磁場測定器３の出力が変
動した場合でも、検査試料が傷の無い健全な場合には存
在しない磁場成分の測定により傷を検出するので、磁場
測定器３の出力変動による傷の誤検出を排除することが
できる。

【００１８】なお前記の磁場測定器３の位置測定を測定
器駆動部５から制御信号によって測定することについて
説明したが、エンコーダ等によって磁場測定器３の移動
量を検出し、検出信号を位置検出部６に入力して位置検
出をすることができる。

【００１９】次に図１に示した実施例における磁場測定
器３の位置を測定する位置検出器６の他の実施例を図４
において説明する。探傷装置制御部７より出力される制
御信号１０によって、発振器１は、鋸歯状的に周波数が
変化するように周波数変調され、この周波数変調された
電力を出力してリング状電極２−１，２−２に印加し、
直管８に鋸歯状的に周波数が変化する電流を流すととも
に、その一部をミキサ９に入力する。一方、磁場測定器
３で測定した磁場信号は、傷検出部４に伝達するととも
に、一部をミキサ９に入力する。ミキサ９では、発振器
１からの周波数変調信号と磁場測定器３で測定した磁場
の周波数変調信号との周波数の差を求める。この発振信
号と測定信号との差の周波数より磁場測定器３の位置を
電気的に求める構成である。このように、発振器１の発
振周波数ｆを時間変化させると、数１に示したように表
皮の深さδも時間変化するが、周波数ｆの掃引範囲を発
振器１の平均的な発振周波数に比べて十分小さくすれ
ば、表皮の深さの時間変化は小さくなり、検査試料を流
れる電流の分布変化の影響を小さくすることができるの
で、発振器１の発振周波数に周波数変調を重畳してもよ
い。

【００２０】この動作を図５にて説明する。図５（ａ）
は、リング状電極２−１，２−２と磁場測定器３との位
置関係を示し、磁場測定器３をリング状電極２−１より
ｘだけ離れた位置に置いた場合を示している。また、図
５（ｂ）に発振器１で発振された電力の周波数ｆの時間
変化を示し、周波数ｆが周波数掃引周期時間Ｔで周波数
がｆ₀からｆ₀＋ｆ₁まで鋸歯状的に変化していることを
示している。さらに、ミキサ９に入力する径方向の磁場
成分を測定した磁場測定器３の測定周波数ｆ′と発振器
１で得た発振周波数ｆの２つの信号を図５（ｃ）に示
す。図５（ｃ）に示したように、磁場測定器３で測定し
た測定周波数信号は、リング状電極２−１と磁場測定器
３との間の距離ｘの分だけ遅れて受信することになる。
これを数２に示す。

【００２１】

【数２】

【００２２】この遅れ時間ｔｄを測定することにより、
ｘの値すなわち磁場測定器３の位置を求めることができ
る。遅れ時間ｔｄは、発振周波数ｆと測定周波数ｆ′の
２つの信号の位相差に対応しているので、両者の差の周
波数ｆ′−ｆを測定すれば遅れ時間ｔｄを測定すること
ができる。そこで、ミキサ９は、入力した２つの信号の
周波数差ｆ′−ｆを出力するので、時々刻々変化する発
振周波数においても、磁場測定器３の位置が変化しない
かぎり、ミキサ９は一定の周波数ｆ′−ｆ＝ｆｄを出力
する。このため、発振器１の周波数掃引周期時間Ｔと周
波数の掃引範囲ｆ₁は既知であるので、ミキサ９が出力
した差の周波数ｆｄを測定すれば、磁場測定器３の位置
を求めることができる。すなわち、位置検出部６１にお
いて数３の演算をすることにより、磁場測定器３の位置
ｘを求めることができる。

【００２３】

【数３】

【００２４】一方、この実施例の装置構成において、磁
場測定器３の位置の測定精度Δｘは、発振器１の発振周
波数の周波数掃引周期時間Ｔに比例し、周波数の掃引範
囲ｆ₁に反比例しており、数４のように示すことができ
る。

【００２５】

【数４】

【００２６】この実施例において、周波数掃引範囲ｆ₁
を変えると、表皮効果の影響により電流経路が異なる
が、周波数掃引周期時間Ｔを変えても、表皮効果の影響
はないので、周波数掃引周期時間Ｔを短くすると、磁場
測定器３の位置の検出精度を向上することができる。そ
こで、周波数掃引周期時間Ｔをリング状電極２−１，２
−２間の距離を進むのに要する時間程度に設定し、磁場
測定器３の位置をおおまかに測定した後、周波数掃引周
期時間Ｔを短くして、高精度で磁場測定器３の位置を測
定することができる。

【００２７】本実施例によると、自ら測定した磁場信号
により磁場測定器３の位置を同定することができる。ま
た、周波数掃引周期時間Ｔを変えることにより、位置の
粗測定と位置の微測定ができる。

【００２８】なお、磁場測定器３の位置の測定のための
周波数変調信号の発振は発振器１とは別の発振器を設け
てもよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明によると、検査試料に検査部分の
両側から直接電流を流すので、励振コイルが不用にな
り、検査試料に常に一定の電流を流すことができる。ま
た、傷によって健全時とは異なる電流経路により誘導さ
れる磁場成分を測定することにより傷を検出するので、
磁場測定器と検査試料との空隙距離の変動によって生じ
る磁場測定器の出力変動による傷の誤検出を低減でき
る。また検査試料は導体であれば磁性・非磁性を問わな
いで検査が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体構成を示す図である。

【図２】本発明の検出原理を示す図である。

【図３】本発明の基本構成を示す図１の構成要素のう
ち、磁場測定器の位置を測定する他の構成を示した図で
ある。

【図４】図３に示す磁場測定器の位置を測定する手段の
原理を示した図である。

【図５】従来技術の渦電流探傷装置構成図である。

【符号の説明】

１…発振器、２−１，２−２…リング状電極、３…磁場
測定器、４…傷検出部、５…測定器駆動部、６…位置検
出部、７…探傷装置制御部、８…検査試料。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導体表面の傷を検査する探傷検査装置に
おいて、検査試料の探傷部分の両側に取付けられ電流を
均一に通電する電極と、該電極間に電圧を印加すること
により検査試料に直接電流を流すための電流源と、該電
流源により前記検査試料に流れる電流の経路を測定する
ための電流経路測定手段とを備え、該電流経路測定手段
により傷による電流経路の変化を測定することにより傷
を検出することを特徴とする探傷検査装置。
【請求項２】前記電流源として、検査試料に取り付け
た電極間に交流電圧を印加することにより表皮効果によ
って検査試料の表面に集中的に電流を流す電流源を設け
たことを特徴とする請求項１記載の探傷検査装置。
【請求項３】前記電流経路測定手段として、検査試料
に流れる電流によって誘導される磁場の空間分布の測定
より電流経路を測定する電流経路測定手段を設けたこと
を特徴とする請求項１記載の探傷検査装置。
【請求項４】前記電流経路測定手段として、検査試料
に流れる電流によって誘導される磁場の傷による磁場成
分を測定する磁場測定器を設けたことを特徴とする請求
項３記載の探傷検査装置。
【請求項５】導体表面の傷を検査する探傷検査装置に
おいて、検査試料の探傷部分の両側に取付けられ電流を
均一に通電する電極と、該電極間に電圧を印加すること
により検査試料に直接電流を流すための電流源と、該電
流源により前記検査試料に流れる電流の経路を測定する
ための電流経路測定手段と、該電流経路測定手段の位置
を測定する位置測定手段とを備え、前記電流経路測定手
段の傷情報と前記位置測定手段による位置情報とにより
傷を検出することを特徴とする探傷検査装置。
【請求項６】前記位置測定手段として、前記電流経路
測定手段を前記検査試料に沿って移動走査する駆動装置
の制御信号または駆動装置が検出した検出信号を情報と
して前記電流経路測定手段の位置を測定する位置測定手
段を設けたことを特徴とする請求項５記載の探傷検査装
置。
【請求項７】前記位置測定手段として、前記電流源に
兼用してあるいは別の電流源により周波数変調信号を発
振して前記検査試料に前記電極を通して発振周波数変調
信号を流し該発振した周波数変調信号と前記電流経路測
定手段の測定する周波数変調信号との時間差から前記電
流経路測定手段の位置を測定する位置測定手段を設けた
ことを特徴とする請求項５記載の探傷検査装置。