JP6768305B2 - 探傷装置および探傷方法 - Google Patents

Description

本発明は、探傷装置および探傷方法に関する。

たとえば、特許文献１は、鉄系構造物の壁内面の腐食等の欠陥を壁の外面から容易に検査可能な「鉄系構造物の劣化診断装置」を開示する。当該「鉄系構造物の劣化診断装置」は、磁気インピーダンス効果素子にバイアス磁界用コイルを付設し、その素子の出力を検波回路に通して検出する検出回路を備え、被検査面に磁気インピーダンス効果素子を接近させた状態でスキャニングさせるものであり、被検査面に添って弾性的に変形されるフレキシブル基板部を有し、このフレキシブル基板部に磁気インピーダンス効果素子及びバイアス磁界用コイルを実装することで、充分な精度で容易に鉄系構造物の劣化が診断できるとされている。

特開２００６−３２９８５５号公報

特許文献１の劣化診断装置によれば、バイアス磁界の磁気回路を構成することとなる鉄系構造物に、錆等に起因する腐食や減肉が存在した場合、バイアス磁界に変化を生じ、当該変化を磁気インピーダンス効果素子により検出することで、腐食や減肉等の検出が可能となる。腐食や減肉等が微小である場合、あるいは遠方に位置する腐食や減肉等を検知しようとする場合、磁気インピーダンス効果素子からの信号は微弱になることから、バイアス磁界の強度を大きくして、磁気インピーダンス効果素子からの信号レベルを高める必要がある。

しかし、磁気インピーダンス効果素子が感度を有する磁界強度の範囲（測定レンジ）には限界があり、バイアス磁界の強度をあまりに大きくすると、測定値が磁気インピーダンス効果素子の測定レンジを超えてしまい、磁界強度の変化を測定することができなくなる問題がある。本発明の目的は、大強度のバイアス磁界を印加する場合であっても、微小な磁界強度の変化を検出することを可能とし、腐食や減肉等に起因する欠陥や傷微が微小な場合または遠方に位置する場合でも、検出することが可能な探傷装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、被検体の表面または内部に存在する傷を探知する探傷装置であって、磁気発生手段と、前記磁気発生手段により生じた磁場の第１方向成分である第１磁場強度を計測する磁気センサと、を有し、前記磁気センサが、無傷であると予め判明している標準検体を前記被検体とした場合に、前記第１磁場強度の絶対値が最少になるよう前記磁気発生手段との相対位置が調整された探傷装置を提供する。

前記磁気センサが、前記第１磁場強度に加えて、前記第１方向に直交する第２方向の磁場成分である第２磁場強度、並びに、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向の磁場成分である第３磁場強度、を計測するものであり、前記標準検体を前記被検体とした場合に、前記第１磁場強度および前記第２磁場強度、または、前記第１磁場強度および前記第３磁場強度の各絶対値が最少になるよう前記磁気発生手段との相対位置が調整されたものであってもよい。

前記磁気センサが、前記被検体と前記磁気発生手段とを結ぶ最近接線上に配置されてもよい。この場合、前記最近接線は、前記被検体の表面に含まれる任意点と前記磁気発生手段におけるＮ極およびＳ極の中点とを結ぶ直線であってもよい。

特定方向成分の磁場強度の測定が可能な複数のセンサがアレイ状またはマトリックス状に配置され、当該複数のセンサのうち、少なくとも一つが前記磁気センサであってもよい。

また、本発明の第２の態様においては、上記した探傷装置を用いた探傷方法であって、前記第１方向が表面の法線方向である被検体の前記表面に沿って前記探傷装置を移動させるステップを有し、前記探傷装置を移動させるステップにおいて前記第１磁場強度に変化が有った場合には前記傷があると判断する探傷方法を提供する。

前記磁気センサが、前記第１磁場強度に加えて、前記第１方向に直交する第２方向の磁場成分である第２磁場強度を計測するものであり、前記探傷装置を移動させるステップにおいて前記探傷装置を前記第２方向に移動させ、前記探傷装置を移動させるステップにおける前記第２磁場強度の変化により前記傷深さを推定し、前記第２磁場強度および前記第１磁場強度の変化により前記傷の幅を推定してもよい。

探傷装置１００の概要を示した概念図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。 探傷装置１００の実例を示した写真である。 探傷装置１００における磁場と磁気センサ１０４の位置関係を示した模式図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。 探傷装置１００における磁場と磁気センサ１０４の他の位置関係を示した側面模式図である。 探傷装置１００における磁場と磁気センサ１０４の他の位置関係を示した正面模式図である。 幅１０ｍｍ、深さ１ｍｍの凹みまでの距離を変えた場合のＺ方向出力の変化値を示すグラフである。 幅１０ｍｍ、深さ３ｍｍの凹みまでの距離を変えた場合のＺ方向出力の変化値を示すグラフである。 幅２０ｍｍ、深さ１ｍｍの凹みまでの距離を変えた場合のＺ方向出力の変化値を示すグラフである。 幅２０ｍｍ、深さ３ｍｍの凹みまでの距離を変えた場合のＺ方向出力の変化値を示すグラフである。 幅２５ｍｍ、深さ２ｍｍの凹みまでの距離を変えた場合のＺ方向出力の変化値を示すグラフである。 幅３０ｍｍ、深さ２ｍｍの凹みまでの距離を変えた場合のＺ方向出力の変化値を示すグラフである。 凹みが無い場合のＺ方向出力の変化値を示す比較グラフである。 凹みの幅に対するＺ方向出力の変化値をプロットしたグラフである。 凹みの深さに対するＺ方向出力の変化値をプロットしたグラフである。 凹みの幅に対するＹ方向出力の変化値をプロットしたグラフである。 凹みの深さに対するＹ方向出力の変化値をプロットしたグラフである。 磁気発生手段の他の例を示した側面図である。 磁気発生手段の他の例を示した側面図である。 磁気発生手段の他の例を示した側面図である。

図１は、本発明の一実施の形態である探傷装置１００の概要を示した概念図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。図２は、探傷装置１００の実例を示した写真である。

探傷装置１００は、被検体２００の表面または内部に存在する傷を探知する。探傷装置１００は、磁気発生手段１０２、磁気センサ１０４、支持体１０６、センサ基板１０８、センサ駆動検出回路１１０、制御部１１２、表示部１１４を有する。被検体２００は、強磁性体、常磁性体、反磁性体の何れであっても良いが、内部の傷を検知する場合には、強磁性体または常磁性体である必要がある。以下の実施の形態の説明においては、被検体２００には凹み２０２を有するとする。

磁気発生手段１０２は、磁場を発生し、磁気センサ１０４は、磁気発生手段１０２により生じた磁場を計測する。支持体１０６は、磁気発生手段１０２を支持し、センサ基板１０８には、磁気センサ１０４が配置される。支持体１０６およびセンサ基板１０８は、磁気発生手段１０２および磁気センサ１０４の相対位置が変動しない程度に硬い材料で構成されることが好ましく、また、磁界への影響が小さい常磁性体であることが好ましい。支持体１０６として、アクリル、ポリカーボネート等のプラスチックが、センサ基板１０８としてエポキシ、ガラスエポキシ等の電子回路基板が例示できる。

センサ駆動検出回路１１０は、磁気センサ１０４を駆動し、磁気センサ１０４からの出力信号を検出する。制御部１１２は、センサ駆動検出回路１１０および磁気センサ１０４を制御し、表示部１１４は、磁気センサ１０４からの信号を表示する。

磁気発生手段１０２により発生する磁場の強度は、自然に存在する外部磁場より十分大きいものとする。当該磁場は、被検体２００の表面または内部の傷により影響を受け、磁界分布に変動を生じる。磁気センサ１０４は当該変動を検知し、傷を検出する。磁気発生手段１０２は、たとえば永久磁石、電磁石等が例示できる。本実施の形態においては磁気発生手段１０２として永久磁石を例示する。

磁気センサ１０４から被検体２００までの距離ａは、被検体２００の残留磁場の影響を受けない程度の距離だけ離すことが望ましい。距離ａは、たとえば２ｍｍとすることができる。磁気発生手段１０２から被検体２００までの距離ｂは、被検体２００に残留磁場を発生させない程度の距離だけ離すことが望ましい。距離ｂは、たとえば１９ｍｍとすることができる。

磁気センサ１０４は、磁気発生手段１０２により生じた磁場の、少なくとも第１方向成分である第１磁場強度を計測し、無傷であると予め判明している標準検体を被検体２００とした場合に、第１磁場強度の絶対値が最少になるよう磁気発生手段１０２との相対位置を調整する。磁気発生手段１０２と磁気センサ１０４との位置関係について、図３を用いて説明する。

図３は、探傷装置１００における磁場と磁気センサ１０４の位置関係を示した模式図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。図中矢印付の線として磁力線を表示する。磁気センサ１０４の近傍に示した矢印ｐの方向は第１方向であり、従って、磁気センサ１０４が計測する第１磁場強度の方向は矢印ｐの方向である。このように矢印ｐを定義した場合、磁気センサ１０４は、矢印ｐが磁力線と直交するように、すなわち、第１磁場強度の絶対値が最少になるよう配置する。

第１磁場強度の絶対値が最少になるよう磁気センサ１０４を配置することにより、磁気発生手段１０２で発生する磁場の強度を相当に大きくしても磁気センサ１０４の測定レンジを超えることがない。一方、磁気発生手段１０２で発生する磁場を強くすることで相対的に遠くの傷、あるいは相対的に小さい傷による磁場の変動が大きくなり、高感度に傷を検出することができる。

図３に示す位置関係では、磁気センサ１０４により計測する第１磁界強度の方向（矢印ｐの方向）をZ方向と一致させている。この場合、磁気センサ１０４がｘｙｚ方向の磁場強度を出力するＭＩセンサ（マグネト・インピーダンスセンサ）である場合にはＺ方向出力を計測すればよい。また、この場合、磁気センサ１０４は、被検体２００と磁気発生手段１０２とを結ぶ最近接線φ上に配置される。最近接線φは、被検体２００の表面に含まれる任意点と磁気発生手段１０２におけるＮ極およびＳ極の中点とを結ぶ直線のうち最も距離が短い直線である。

なお、磁気センサ１０４は、第１磁場強度の絶対値が最少になるよう配置されればよく、最近接線φ上に配置される必要はない。たとえば図４に示すように、磁力線とｐ方向が直交するように傾いて配置されても良く、図５に示すように、磁力線とｐ方向が直交する限り平行移動して配置されてもよい。

また、磁気センサ１０４が、第１磁場強度に加えて、第１方向に直交する第２方向の磁場成分である第２磁場強度、並びに、第１方向および第２方向に直交する第３方向の磁場成分である第３磁場強度、を計測するものであってもよい。この場合、標準検体を被検体２００とした場合に、第１磁場強度および第２磁場強度、または、第１磁場強度および第３磁場強度、の各絶対値が最少になるよう磁気発生手段１０２との相対位置が調整することが好ましい。この場合、第１磁場強度だけでなく、絶対値が最少になるよう調整された第２磁場強度または第３磁場強度も傷検出に用いることができる。

また、図１（ａ）の上面図に示すように、複数のセンサがアレイ状またはマトリックス状に配置されてもよい。複数のセンサは、特定方向成分の磁場強度の測定が可能なものであり、このうち少なくとも一つが磁気センサ１０４であればよい。この場合、多数のセンサにより測定でき、ノイズを低減することができる。

図６〜図１１は、凹みまでの距離Ｌを変えた場合のＺ方向出力の変化値を示すグラフである。図６は凹みの幅が１０ｍｍ、深さが１ｍｍの場合、図７は凹みの幅が１０ｍｍ、深さが３ｍｍの場合、図８は凹みの幅が２０ｍｍ、深さが１ｍｍの場合、図９は凹みの幅が２０ｍｍ、深さが３ｍｍの場合、図１０は凹みの幅が２５ｍｍ、深さが２ｍｍの場合、図１１は凹みの幅が３０ｍｍ、深さが２ｍｍの場合である。また、図１２は、凹みが無い場合のＺ方向出力の変化値を示した比較のためのグラフである。

図１２と図６〜図１１とを対比すれば、凹みがあるとＺ方向出力が変化することがわかる。また、凹みの幅が大きいほど、凹みの深さが深いほど、Ｚ方向出力の変化値が大きくなっていることがわかる。

以上の結果から、第１方向（ｚ方向）が表面の法線方向である被検体２００の表面に沿って探傷装置１００を移動させ、第１磁場強度（ｚ方向出力）に変化が有った場合には傷があると判断することができる。

図１３は、凹みの幅に対するＺ方向出力の変化値をプロットしたグラフであり、図１４は、凹みの深さに対するＺ方向出力の変化値をプロットしたグラフである。また、図１５は、凹みの幅に対するＹ方向出力の変化値をプロットしたグラフであり、図１６は、凹みの深さに対するＹ方向出力の変化値をプロットしたグラフである。

図１３および図１４の結果から、Ｚ方向出力の変化値は、凹みの幅と深さの何れにおいても、大であるほど変化値が大きいことがわかる。一方、図１５および図１６の結果から、Ｙ方向出力の変化値においては、凹みの幅が変化してもＹ方向出力は変化せず、凹みの深さについては深いほど変化値が大きいことがわかる。つまり、Ｚ方向出力の変化値は凹みの幅および深さの両方に依存するが、Ｙ方向出力は凹みの深さに強く依存することが伺える。

この結果から、磁気センサ１０４が、第１磁場強度（Ｚ方向出力）に加えて、第１方向（ｚ方向）に直交する第２方向（ｙ方向）の磁場成分である第２磁場強度（Ｙ方向出力）を計測するものであるとき、探傷装置１００を第２方向（ｙ方向）に移動させ、第２磁場強度（Ｙ方向出力）の変化により傷の深さを推定し、当該深さの推定値を前提に、第２磁場強度（Ｙ方向出力）および第１磁場強度（Ｚ方向出力）の変化から傷の幅を推定することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

たとえば、図１７〜図１９に示すように、磁気発生手段１０２である磁石に加えて、他の磁石１２０、１２２、１２４を付加してもよい。図１７〜図１９に例示した磁気発生手段の変更例においても、上記した実施の形態と同様な結果を得ることができる。

１００…探傷装置、１０２…磁気発生手段、１０４…磁気センサ、１０６…支持体、１０８…センサ基板、１１０…センサ駆動検出回路、１１２…制御部、１１４…表示部、１２０，１２２，１２４…磁石、２００…被検体、２０２…凹み。

Claims (5)

1. 被検体の表面または内部に存在する傷を探知する探傷装置であって、
   磁気発生手段と、
   前記磁気発生手段により生じた磁場の第１方向成分である第１磁場強度、および前記第１方向に直交する第２方向の磁場成分である第２磁場強度、を計測する磁気センサと、
   を有し、
   前記磁気センサが、前記被検体の表面に含まれる任意点と前記磁気発生手段におけるＮ極およびＳ極の中点とを結ぶ直線のうち最も距離が短い直線である最近接線上に配置されるとともに、無傷であると予め判明している標準検体を前記被検体とした場合に、前記第１磁場強度の絶対値および前記第２磁場強度の絶対値のそれぞれが最少になるよう前記磁気発生手段との相対位置が調整されたものであり、
   表面の法線方向が前記第１方向と同じである前記被検体の前記表面に沿って、前記第２方向に移動させたとき、前記移動による前記第２磁場強度の変化により、前記第２方向に離間して位置する前記傷の深さを推定し、前記移動による前記第１磁場強度および前記第２磁場強度の変化により、前記第２方向に離間して位置する前記傷の幅を推定する
   探傷装置。
2. 被検体の表面または内部に存在する傷を探知する探傷装置であって、
   磁気発生手段と、
   前記磁気発生手段により生じた磁場の第２方向成分である第２磁場強度を計測する磁気センサと、
   を有し、
   前記磁気センサが、前記被検体の表面に含まれる任意点と前記磁気発生手段におけるＮ極およびＳ極の中点とを結ぶ直線のうち最も距離が短い直線である最近接線上に配置されるとともに、無傷であると予め判明している標準検体を前記被検体とした場合に、前記第２磁場強度の絶対値が最少になるよう前記磁気発生手段との相対位置が調整されたものであり、
   表面の法線方向が前記第２方向に直交する第１方向と同じである前記被検体の前記表面に沿って、前記第２方向に移動させたとき、前記移動による前記第２磁場強度の変化により、前記第２方向に離間して位置する前記傷の深さを推定する
   探傷装置。
3. 特定方向成分の磁場強度の測定が可能な複数のセンサがアレイ状またはマトリックス状に配置され、
   当該複数のセンサのうち、少なくとも一つが前記磁気センサである
   請求項１または請求項２に記載の探傷装置。
4. 請求項１または請求項３に記載の探傷装置を用いた探傷方法であって、
   前記表面に沿って前記探傷装置を前記第２方向に移動させるステップを有し、
   前記移動させるステップにおいて、前記移動による前記第２磁場強度の変化により、前記第２方向に離間して位置する前記傷の深さを推定し、前記移動による前記第１磁場強度および前記第２磁場強度の変化により、前記第２方向に離間して位置する前記傷の幅を推定する
   探傷方法。
5. 請求項２または請求項３に記載の探傷装置を用いた探傷方法であって、
   前記表面に沿って前記探傷装置を前記第２方向に移動させるステップを有し、
   前記移動させるステップにおいて、前記移動による前記第２磁場強度の変化により、前記第２方向に離間して位置する前記傷の深さを推定する
   探傷方法。