JP5981706B2 - 電磁誘導式検査方法及び電磁誘導式検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁誘導方法を用いて、導電体である被検査物の欠陥などを検査する電磁誘導式検査方法及び検査装置に関するものである。

従来、励磁コイルに交流電流を流し、励磁コイルから放出される磁束により被検査物の表面に渦電流を発生させ、その渦電流の変動に伴って検出コイル（誘導コイル）に発生する検出信号の変化に基づいて、被検査物の欠陥を検査する渦電流検査装置は数多く提案されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載の渦電流検査装置は、表皮効果を利用したもので、導電体の表面及び表面近傍の検査を行うものである。このような渦電流検査装置においては、被検査物に生じる電磁界が表面近くに集中し、深部になると急激に減衰することが知られている。これは、渦電流が表面のみに作用し、被検出物深部において殆んど渦電流が発生しないためである。

特開平１１−９４８０５号公報

特許文献１に記載の渦電流検査装置は、励磁コイルからの交流磁界によって被検査物表面近傍に渦電流を発生させ、被検査物の表面及び表面近傍に対してのみの検査を行うために考案されたものである。しかも、図１７に示すように、被検出物の表面からの距離（深さ）が大きくなるほど渦電流の発生範囲が小さくなり、従って検査可能範囲が小さくなるため、被検査物の深い部分を検査することは全くできないという問題点があった。

しかも、特許文献１に記載の渦電流検査装置において、交流磁界の磁束が作り出す渦電流は被検査物の表面及び表面近傍でも検出可能な範囲が比較的に小さいため、大型で複雑な形状のものを検査することができないという問題点もあった。

現代社会では、原子炉、鉄道レール、保温材付配管、化学プラント、鋼板、及び鉄骨橋梁等々、厚手の鋼材を使用している構造物が多々存在する。これらの構造物は、使用年数が数十年となると、腐食や金属疲労等による構造破壊の起こる可能性がある。例えば、原子炉においては粒界腐食が内部から発生する可能性があり、鉄道レールでは下部裏面に電蝕が始まり、腐食が大きくなって事故に結びつく可能性がある。しかしながら、これら構造物の検査方法は未だ確立されていない。また、化学プラントにおける保温材付配管腐食検査については、保温材を剥がして目視検査を行っているが、配管の長さが数１０ｋｍを越す場合があり、そのような場合に全ての配管を目視で検査することは全くもって不可能である。さらに、道路や橋梁に使用されている鋼材についても、数十年の使用年数が経過している場合は腐食金属疲労等の欠陥が想定されている。この検査方法も未だ確立されていない。

以上述べたような検査をしなければならない大型でかつ形状が複雑な被検査物は、社会にインフラとして数多く存在しており、これら被検査物に関する検査方法の確立が急務とされている。

従って、本発明の目的は、大型かつ複雑形状の被検査物であってもその深部にある欠陥などを検出することができる電磁誘導式検査方法及び電磁誘導式検査装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、被検査物の深部にある欠陥を簡単かつ正確に検出することができる電磁誘導式検査方法及び電磁誘導式検査装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、被検査物の深部にある欠陥を非破壊で検出することができる電磁誘導式検査方法及び電磁誘導式検査装置を提供することにある。

本発明によれば、交流電流を流すことにより交流磁界を発生する励磁コイル及び磁束変化を検出する誘導コイルを有する電磁誘導センサと被検査物とを所定速度で接触又は非接触状態で相対的に移動させつつ、励磁コイルに交流電流を流して交流磁界を供給し、供給した交流磁界及び相対的な移動により被検査物の内部に発生する交番電流に基づいて被検査物内を流れる交流磁界の磁束変化を誘導コイルで検出し、誘導コイルからの検出出力の位相成分及び振幅成分の少なくとも一方の変化量に基づいて、被検査物内部の欠陥の有無を判定する電磁誘導式検査方法が提供される。

被検査物が導電体であれば、被検査物に向けた励磁コイルに交流電流を供給しながら一方向に所定速度で相対的に移動させることにより、被検査物の内部に交番電流が発生する。下記方程式は、本出願人がファラデーの法則を参考にして実験で得られた結果に基づいて導き出したものであり、励磁コイルに交流電流を供給しながら所定速度で相対的に移動させる際に、被検査物の内部に交番電流が発生することを表している。
ｉ＝ｖ×Ｓ×Ｂ
式中、ｉは被検査物内部に発生する交番電流であり、ｖは励磁コイルから供給される交流磁界の磁束の移動速度であり、Ｂは交流磁界の磁束密度であり、Ｓは交流磁界の磁束断面積である。

このように、被検査物に向けた励磁コイルに交流電流を供給しながら所定速度で移動させることにより被検査物内部に存在する自由電子が移動することで交番電流が発生し、この交番電流が作り出す交流磁界の磁束の変化量を調べることにより、被検査物が数十ｍｍ以上の厚みを有する強磁性体、常磁性体又は反磁性体であっても、内部の欠陥等を検出することが可能である。

電磁誘導センサ及び被検査物の相対移動速度を調整することにより、被検査物の深部に発生する交番電流の大きさを制御することが好ましい。これにより、被検査物の厚さに合わせて電磁誘導センサ及び被検査物の相対移動速度を調整し、検査を行うことができる。

周波数を一定にした状態で励磁コイルへの印加電圧を調整することにより、被検査物内部における交流磁界の磁束の到達深さを制御することが好ましい。これにより、被検査物の厚さに合わせて励磁コイルへの印加電圧を調整し、検査を行うことができる。

励磁コイルに流す交流電流の大きさを調整することにより、励磁コイルの磁束密度を変化させて被検査物の深部に発生する交番電流の大きさを制御することが好ましい。これにより、被検査物の厚さに合わせて励磁コイルへの印加電流を調整し、検査を行うことができる。

本発明によれば、さらに、交流電流を流すことにより交流磁界を発生する励磁コイル及び磁束変化を検出する誘導コイルを有する電磁誘導センサと、電磁誘導センサと被検査物とを所定速度で相対的に移動させる移動手段と、電磁誘導センサの励磁コイルに交流電流を流してこの電磁誘導センサから交流磁界を供給しつつ移動手段により電磁誘導センサ及び被検査物を接触又は非接触状態で相対的に移動させ、供給した交流磁界及び相対的な移動により被検査物の内部に発生する交番電流に基づいて被検査物内を流れる交流磁界の磁束変化を誘導コイルで検出し、誘導コイルからの検出出力の位相成分及び振幅成分の少なくとも一方の変化量に基づいて、被検査物内部の欠陥の有無を判定する制御部とを備えている電磁誘導式検査装置が提供される。

本発明の電磁誘導式検査装置において、被検査物の内部に交番電流を発生させ、この交番電流が作り出す交流磁界の磁束の変化量を調べることにより、被検査物が数十ｍｍ以上の厚みを有する強磁性体、常磁性体又は反磁性体であっても、交流磁界の磁束が被検査物の表面より内部を経由して裏面に到達でき、内部の欠陥等を検出することが可能である。また、励磁コイルの交流磁界の磁束が直接影響を及ばない周辺部分でも、交番電流が流れることが可能であるため、より広い範囲を検出することができる。また、励磁コイルから出力される交流磁界の磁束が導電体と不導電体を通過し、目的の導電体に到達することができるため、導電体と不導電体で覆われた被検査物の検査を行うことができる。

電磁誘導センサ及び被検査物の相対移動速度を調整する速度調整手段をさらに備え、この速度調整手段で相対移動速度を調整することにより、被検査物の深部に発生する交番電流の大きさを制御することが好ましい。これにより、被検査物の厚さに合わせて電磁誘導センサ及び被検査物の相対移動速度を調整し、検査を行うことができる。

周波数を一定にした状態で励磁コイルへの印加電圧を調整する電圧調整手段をさらに備え、この電圧調整手段で被検査物内部における交流磁界の磁束の到達深さを制御することが好ましい。これにより、被検査物の厚さに合わせて励磁コイルへの印加電圧を調整し、検査を行うことができる。

励磁コイルに流す交流電流の大きさを調整する電流調整手段をさらに備え、この電流調整手段で、励磁コイルの磁束密度を変化させて被検査物の深部に発生する交番電流の大きさを制御することが好ましい。これにより、被検査物の厚さに合わせて励磁コイルへの印加電流を調整し、検査を行うことができる。

誘導コイルは、励磁コイルと同軸に重ね巻きされていることが好ましい。これにより、電磁誘導センサをコンパクトに小型化をできると共に、検出の精度を確保することができる。

励磁コイルの内径は、２０ｍｍ〜１５０ｍｍであることが好ましい。これにより、被検査物の深部に到達できる交流磁界の磁束を形成することができる。

電磁誘導センサと同一構成の励磁コイル及び誘導コイルを有する標準電磁誘導センサをさらに備え、制御部は、電磁誘導センサの誘導コイルから出力された検出信号と標準電磁誘導センサの誘導コイルから出力された検出信号とを比較して被検査物内部の欠陥の有無を判定するように構成されていることが好ましい。これにより、検出精度を向上することができる。

本発明によれば、被検査物の内部に交番電流を形成させ、この交番電流が作り出す交流磁界の磁束の変化量を調べることにより、大型、複雑形状の被検査物でも被検査物の深部にある欠陥などを簡単、速やか、かつ正確に、そして非破壊で検出することができる。

例えば、被検査物が数十ｍｍ以上の厚みを有する強磁性体、常磁性体又は反磁性体であっても、交流磁界が被検査物の表面より内部を経由して裏面に到達でき、内部の欠陥等を検出することができる。また、励磁コイルの交流磁界の磁束が直接影響を及ばない周辺部分でも、交番電流が流れることが可能であるため、より広い範囲を検出することができる。また、保温材付配管検査等、被検査物との間に導電体や空間がある場合も内部の欠陥等を検出することができる。また、導電体内部より放射される交流磁界の磁束の変化を検出することで、被検査物に含まれる異物、クラック及び欠陥を分解能よく高精度で検出することができる。また、鉄道レールや橋梁等の構造物に対して、形状にとらわれず、検査を行うことができる。さらに、被検査物表面に凸凹があっても、非接触で検査することができる。さらにまた、励磁コイルから出力する交流磁界の磁力線の幅よりも、内部に発生する交番電流が充分に長い距離を流れるため、一回の励磁コイル動作で広範囲の検出ができる。また、コーテング配管、保温材付配管等の場合は、配管長手方向に電磁誘導センサを移動すると、配管全周を一度に検査ができる。さらに、電磁誘導センサが被検査物の欠陥部の真上を通らなくても欠陥検出ができる。さらにまた、被検査物と電磁誘導センサ間の距離を充分とることができる。

本発明の第１の実施形態における電磁誘導式検査装置の構成及びこの電磁誘導式検査装置を用いて検査を行っている状態の一例を概略的に示す図である。 第１の実施形態における電磁誘導式検査装置の電磁誘導センサの構成を概略的に示す斜視図である。 第１の実施形態の変更態様における電磁誘導センサの構成を概略的に示す図である。 第１の実施形態における電磁誘導式検査装置の電磁誘導センサによる交番電流の発生を示す説明図である。 第１の実施形態における電磁誘導式検査装置の移動手段の一部を示す斜視図である。 電磁誘導センサから出力される電気信号のモデル図である。 比較手段の比較動作を概略的に示すフローチャートである。 第１の実施形態における電磁誘導式検査方法の一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態における電磁誘導式検査装置を用いて鉄道レールを検査する際に発生した交番電流のイメージを示す図である。 励磁コイルに６０ｍＶの電圧を印加した場合の検出結果を示す図である。 励磁コイルに２０ｍＶの電圧を印加した場合の検出結果を示す図である。 第１の実施形態における電磁誘導式検査装置を用いて検査している状態の他の例を概略的に示す図である。 第１の実施形態における電磁誘導式検査装置を用いた検出結果を示す図である。 本発明の第２の実施形態における電磁誘導式検査装置の構成及びこの電磁誘導式検査装置を用いて検査を行っている状態の一例を概略的に示す図である。 第２の実施形態における電磁誘導式検査装置を用いた検出結果を示す図である。 電磁誘導式検査装置の移動手段の他の例を示す斜視図である。 従来の渦電流検査装置を用いる場合の、被検査物内部の渦電流の様子を示す図である。

以下、本発明に係る電磁誘導式検査方法及び電磁誘導式検査装置の実施形態を、図を参照して説明する。

図１は本発明の第１の実施形態における電磁誘導式検査装置１００の構成及びこの電磁誘導式検査装置１００を用いて検査している状態の一例を概略的に示しており、図２はその電磁誘導センサの構成を概略的に示している。

図１及び図２に示すように、本実施形態の電磁誘導式検査装置１００は、励磁コイル１０ａと誘導コイル１０ｂとを有する電磁誘導センサ１０と、電磁誘導センサ１０と被検査物Ｒとを所定速度で一定の相対方向に相対移動させる移動手段２０と、被検査物Ｒの内部の欠陥の有無を判定する検出信号処理を行うと共に検査装置全体の動作を制御する制御部３０と、検出結果を表示する表示部４０と、交流電源Ｅとを備えている。

電磁誘導センサ１０は、図２に示すように、一体化された励磁コイル１０ａと誘導コイル１０ｂとを備えており、これら励磁コイル１０ａ及び誘導コイル１０ｂは同軸に重ね巻きして構成されている。

励磁コイル１０ａは、内側に形成されており、例えば長い円筒体に絶縁被覆銅線を巻回した後、この円筒体を抜き去ることによって中空の円環形状に形成したものである。励磁コイル１０ａの内径は２０ｍｍ〜１５０ｍｍであることが好ましい。これにより、被検査物の深部に到達できる交流磁界の磁束を形成することができる。また、コイル巻き数を２００巻き以上、印加電流の周波数を５０ｋＨｚ以下にすることが好ましい。単なる一例であるが、本実施形態において、励磁コイル１０ａは、内径２０ｍｍ、絶縁被覆銅線の太さ０．３ｍｍ、巻き数３００で構成されている。

誘導コイル１０ｂは、励磁コイル１０ａの外面上に巻き付けられており、この励磁コイル１０ａと同軸に一体的に形成されている。単なる一例であるが、本実施形態において、誘導コイル１０ｂは、絶縁被覆銅線の太さ０．３ｍｍ、巻き数３５０で構成されている。

なお、励磁コイル１０ａ及び誘導コイル１０ｂの形状は、円環形状に限定されるものではなく、例えば楕円環形状、角環形状又はその他の形状であっても良い。また、コイルの形成方法としては、誘導コイル１０ｂを励磁コイル１０ａの外面上に直接巻き付けて構成する方法に限定されるものではない。例えば、励磁コイル１０ａと誘導コイル１０ｂとをそれぞれ別個に形成した後に同軸に一体的に重ねて配置するようにしてもよい。

また、第１の実施形態の変更態様において、電磁誘導式検査装置は、電磁誘導センサ１０と、これに加えて同一構成の励磁コイル及び誘導コイルを有する標準電磁誘導センサ１０′とを備えている。この場合、被検査物と標準被検査物との比較によって検査が行われる。例えば、図３に示すように、標準電磁誘導センサ１０′を、電磁誘導センサ１０の励磁コイル１０ａ及び誘導コイル１０ｂと構成が全く同じである励磁コイル１０ａ′及び誘導コイル１０ｂ′から主として構成し、電磁誘導センサ１０の誘導コイル１０ｂの出力信号と標準電磁誘導センサ１０′の誘導コイル１０ｂ′の出力信号とを比較して被検査物内部の欠陥の有無を判定する。電磁誘導センサ１０と標準電磁誘導センサ１０′との位置関係は、図３に示すように、電磁誘導センサ１０を被検査物Ｒ１の近傍に位置させ、標準電磁誘導センサ１０′を被検査物Ｒ１から離れた標準被検査物Ｒ２の近傍に位置させて検査を行う。なお、標準被検査物Ｒ２を使用せず、電磁誘導センサ１０と標準電磁誘導センサ１０′とを同一被検査物上に同じ速度で移動させながら、検査を行うことも可能である。

図４は、第１の実施形態において、電磁誘導センサ１０の励磁コイル１０ａに交流電流を流した際に被検査物内に交番電流が生成される様子を説明している。図４において、交番電流ｉを矢印で示している。図４（ａ）に示すように、励磁コイル１０ａに交流電流を流した状態で電磁誘導センサ１０が被検査物に沿った方向Ｖに移動すると、被検査物内には、この移動方向（矢印Ｖ方向）と直交する方向に交番電流ｉが流れる。図４（ｂ）は、この移動方向Ｖと直交する断面を表している。同図に示すように、励磁コイル１０ａに交流電流を流した際に被検査物内部で生成される交流磁界の幅はＷ１であり、一方、この交流磁界により被検査物内で誘導されて流れる交番電流ｉの幅はＷ２である。この交番電流ｉは、被検査物のほぼ全幅にわたって発生する。

移動手段２０は、電磁誘導センサ１０を装着する装着部２１と、装着部２１を被検査物に沿って所定速度で移動させる駆動部２２とを有する。装着部２１は、例えば、図５に示すように、被検査物上を摺動する摺動式である。この装着部２１の上面には、電磁誘導センサ１０が装着される。駆動部２２は、例えば、モータ等の駆動により、装着部２１を被検査物に沿って移動させるように構成されている。被検査物に沿ってガイドレール等（図示せず）を設け、このガイドレールで装着部２１を案内するように構成しても良い。また、エンコーダー等を付けると位置情報が得られるので、欠陥の位置を確定することができる。なお、移動手段２０に駆動部２２を設けることなく、装着部２１のみを設けてもよい。その場合、装着部２１は手動で移動させることになる。

制御部３０は、検査装置全体の動作を制御すると共に、誘導コイル１０ｂから出力された検出信号を処理するためのものである。この制御部３０は、制御手段３１と、比較手段３２と、判定手段３３と、記録手段３４とを有している。制御部３０においては、例えば、コンピュータとソフトウェアを用いて上記各手段の機能を実現している。制御手段３１は、電磁誘導センサ１０の検出動作及び移動手段２０の移動動作を制御するためのものである。比較手段３２は、誘導コイル１０ｂから出力された位相信号及び振幅信号の少なくとも一方の変化量を用いて、測定値と基準値とを比較するためのものである。判定手段３３は、比較手段３２の比較結果に基づいて、被検査物内部の欠陥の有無を判定するためのものである。記録手段３４は、測定結果を保存し記録するためのものである。

制御手段３１は、電磁誘導センサ１０の移動速度を調整する速度調整手段をさらに備え、この速度調整手段で電磁誘導センサ１０の移動速度を予め設定し、被検査物Ｒの深部までに交番電流を発生させる。また、制御手段３１は、周波数を一定にした時に励磁コイル１０ａへの印加電圧を調整する電圧調整手段をさらに備え、この電圧調整手段で、励磁コイル１０ａへの印加電圧を予め設定し、被検査物Ｒの内部に交流磁界の磁束の到達深さを制御する。さらに、制御手段３１は、励磁コイル１０ａに流す電流を調整する電流調整手段をさらに備え、この電流調整手段で、励磁コイル１０ａに流す電流を予め設定し、励磁コイル１０ａの磁束密度を大きくして、被検査物Ｒの深部に発生する交番電流を増大させる。

比較手段３２は、本実施形態においては、欠陥の存在しない標準被検査物について電磁誘導センサ１０で測定して得た信号（基準値）Ｖrefと、被検査物Ｒについて電磁誘導センサ１０で測定して得た信号（測定値）Ｖoutとを比較する。具体的には、まず、標準被検査物について電磁誘導センサ１０の誘導コイル１０ｂから出力される信号Ｖrefから基準値を取得する（図７のＳ０１)。次いで、被検査物について電磁誘導センサ１０の誘導コイル１０ｂから出力される信号Ｖoutから測定値を取得する（図７のＳ０２）。その後、測定値と基準値との比較を行う（図７のＳ０３）。例えば、図６に示すように、信号（測定値）Ｖoutの振幅と信号（基準値）Ｖrefの振幅とを比較する。信号（測定値）Ｖoutの位相と信号（基準値）Ｖrefの位相とを比較しても良い。また、振幅と位相との両方を比較しても良い。

比較手段３２は、図３の変更態様においては、欠陥の存在しない標準被検査物Ｒ２について標準電磁誘導センサ１０′で測定して得た信号（基準値）Ｖrefと、被検査物Ｒ１について電磁誘導センサ１０で測定して得た信号（測定値）Ｖoutとを比較する。具体的には、まず、標準電磁誘導センサ１０′の下方に被検査物Ｒ２を配置し、電磁誘導センサ１０の下方に被検査物Ｒ１を配置して測定を行う。これにより、標準電磁誘導センサ１０′の誘導コイル１０ｂ′から信号（基準値）Ｖrefを取得する（図７のＳ０１)と共に、電磁誘導センサ１０の誘導コイル１０ｂから信号（測定値）Ｖoutを取得する（図７のＳ０２)。その後、測定値と基準値との比較を行う（図７のＳ０３）。例えば、図６に示すように、信号（測定値）Ｖoutの振幅と信号（基準値）Ｖrefの振幅とを比較する。信号（測定値）Ｖoutの位相と信号（基準値）Ｖrefの位相とを比較しても良い。また、振幅と位相との両方を比較しても良い。

判定手段３３は、比較手段３２の比較結果により、被検査物Ｒ又はＲ１に欠陥等が存在するか否か、即ち、被検査物の正常／異常を判定する。位相変化量Δθ（又は、振幅変化量ΔΗ）が零であれば、被検査物Ｒ又はＲ１は正常と判別される。零でなければ、被検査物Ｒは異常と判別される。なお、判定手段３３に予め上述の位相変化量Δθと振幅変化量ΔΗとを、被検査物の状態と関連づけてデータ化しておくと、被検査物の異常が実際には何であるのか、即ち腐食状態がクラックの発生であるのか等の具体的な欠陥状態を識別して把握することもできる。

記録手段３４は、測定状態及び測定結果をメモリ又は記録用紙等に記録するものである。また、記録手段３４は、電磁誘導センサ１０の出力、測定状態及び測定結果等を記憶し、必要なとき読み出すことができる。

表示部４０は、測定状態及び測定結果等を表示するものである。例えば、電磁誘導センサ１０の位置を表示したり、測定結果を表示する。表示部４０において、測定状態及び測定結果等を図形又は数字で表示することができる。

交流電源Ｅは、正弦波発振器と、定電流増幅器とを備え、正弦波発振器から出力された角周波数ωの交流電圧は、定電流増幅器で一定電流となり、電磁誘導センサ１０の励磁コイル１０ａに供給される。

次に、本実施形態における電磁誘導式検査装置１００を用いた検査方法について説明する。図８は、電磁誘導式検査装置１００における検査方法の一例を示すフローチャートである。

電磁誘導式検査装置１００を用いて検査する際は、まず、移動手段２０上に載置した電磁誘導センサ１０を被検査物の表面上に設置する（Ｓ１１）。次いで、移動手段２０の移動速度を設定し（Ｓ１２）、励磁コイル１０ａへの印加電圧を設定し（Ｓ１３）、励磁コイル１０ａへの供給電流を設定する（Ｓ１４）。その後、電磁誘導センサ１０を移動させた状態で検査を開始する（Ｓ１５）。即ち、制御手段３１により電磁誘導センサ１０と被検査物Ｒとを所定速度で一定の方向に相対的に移動させると共に、励磁コイル１０ａに設定された交流電流を供給する。これにより被検査物Ｒには一定方向に移動する交流磁界が印加されることとなり、その内部の自由電子が移動して交番電流が発生する。この発生した交番電流によって交流磁界が生成される。この生成された交流磁界は電磁誘導センサ１０の誘導コイル１０ｂによって検出されて出力される。

電磁誘導式検査装置１００は、次いで、誘導コイル１０ｂから出力された位相信号及び振幅信号の少なくとも一方を用いて、測定値と基準値とを比較する（Ｓ１６）。次いで、この比較結果に基づいて、測定値と基準値との差が０（又は、予め規定した所定値）であるか否かを判断し、測定値と基準値との差が０（又は、所定値以下）である場合は、欠陥なしと判定し、測定値と基準値との差が０ではない（又は、所定値を超える）場合は、欠陥ありと判定する（Ｓ１７）。次いで、この測定結果を表示し、欠陥があった場合に警告を行う（Ｓ１８）。

本発明の電磁誘導式検査方法によれば、励磁コイル１０ａに交流電流を流している状態で一方向に所定速度で移動させることによって、被検査物Ｒ内部に交番電流を励起させている。この交番電流は、被検査物に欠陥が存在するとその値が変化し、また、励磁コイル１０ａの交流磁界の磁束の影響範囲より広範囲に流れるため、被検査物について、その欠陥の広範囲な検査及び検出が可能となる（図４（ｂ）参照）。電磁誘導センサ１０と被検査物Ｒとの相対移動の速度は、１０ｍ／分〜３０ｍ／分であることが好ましい。速度が１０ｍ／分より遅い場合、交番電流が発生しにくい。一方、速度が３０ｍ／分より速い場合、欠陥等の検出が困難となる。

また、被検査物Ｒに励起される交番電流ｉは、励磁コイル１０ａに供給する交流電流の周波数に依存するため、被検査物内部に発生する交番電流ｉの周波数は励磁コイル１０ａに供給する電流と周波数が等しくなる。従って被検査物の検査に適切な周波数を選択することが望ましい。

図９に示すように、交番電流ｉは、複雑な形状の被検査物Ｒ（例えば、鉄道レール）であってもその形状の影響を受けずに、被検査物Ｒの各部においてほぼ全幅にわたって励起される。この交番電流ｉによって形成された交流磁界の磁束の変化量を測定することにより、種々の形状の被検査物の欠陥等を容易に検査することができる。

検証例１
被検査物Ｒとして、図１に示すように、鉄道レールＲに擬似欠陥Ｃを形成したものを用いた。ここで、被検査物Ｒには、擬似欠陥Ｃとして、鉄道レール底辺より頭部に向けて３種類の切込みを入れた。ただし、図１には１種類の切込みのみが表されている。これら切込みは、（１）頭部残肉の厚さ３０ｍｍ、（２）頭部残肉の厚さ２０ｍｍ、（３）頭部残肉の厚さ１０ｍｍであった。電磁誘導センサとしては、上述した電磁誘導センサ１０を用いた。

電磁誘導センサ１０の励磁コイル１０ａとしては、絶縁被覆銅線の太さ０．３ｍｍ、巻き数３００のものを用い、誘導コイル１０ｂとしては、絶縁被覆銅線の太さ０．３ｍｍ、巻き数３５０のものを用いた。励磁コイル１０ａには、周波数６．０ｋＨｚで、電圧６０ｍＶ及び２０ｍＶをそれぞれ印加し、一定速度（例えば、３０ｍ／分）で電磁誘導センサ１０を一方向に移動させ、検査を行った。

図１０は、印加電圧６０ｍＶ、残肉厚１０ｍｍ、２０ｍｍ、及び３０ｍｍの場合の出力信号である。同図から分かるように、印加電圧６０ｍＶの場合は、深さの異なる３種類の切り込みを全て検出することができた。図１１は、印加電圧２０ｍＶ、残肉厚１０ｍｍ、２０ｍｍ及び３０ｍｍの場合の出力信号である。同図から分かるように、残肉厚２０ｍｍ及び３０ｍｍの場合は、出力信号が現れておらず、残肉厚１０ｍｍの場合のみ出力信号が現れている。これは、残肉厚１０ｍｍの場合には検出可能であったが、残肉厚２０ｍｍ及び３０ｍｍの場合には検出不可能であったことを示している。

検証例２
被検査物として、図１２に示すように、鉄道レール（被検査物）Ｒに切り欠きである擬似欠陥Ｆを形成したものを用いた。電磁誘導センサとしては、上述した電磁誘導センサ１０を用いた。励磁コイル１０ａには周波数４ｋＨｚで、電圧５Ｖを印加し、一定速度（例えば、３０ｍ／分）で電磁誘導センサ１０を一方向に移動させ、検査を行った。電磁誘導センサ１０と鉄道レールとの間隔は３ｍｍであった。

励磁コイル１０ａから印加される交流磁界の磁束は被検査物Ｒ内において垂直方向に進む。この磁界及び相対的移動によって被検査物Ｒ内で励起される交番電流は、交流磁界の磁束と直交して水平方向に流れる。従って、被検査物Ｒの擬似欠陥Ｆの近傍を交番電流が流れた時、その交番電流に乱れが生じ、この交番電流によって作り出される交流磁界も乱れが生じる。この乱れを有する磁束が電磁誘導センサ１０の誘導コイル１０ｂによって検出され、位相信号又は振幅信号として表示される。

図１３（ａ）は検出された位相信号を示しており、図１３（ｂ）は検出された振幅信号を示している。これらの図から明らかなように、鉄道レール頭部から狭い胴体を通して底部に広がりのある部位の欠陥も容易にかつ確実に検出することができる。

以上説明したように、本実施形態における電磁誘導式検査装置１００は、励磁コイル１０ａと誘導コイル１０ｂとを有する電磁誘導センサ１０と、電磁誘導センサ１０と被検査物Ｒとを所定速度で一定の方向に相対的に移動させる移動手段２０と、被検査物Ｒの内部の欠陥の有無を判定する制御部３０と、検出結果を表示する表示部４０とを備えている。この電磁誘導式検査装置１００を用いて検査する際に、制御手段３１により電磁誘導センサ１０と被検査物Ｒとを所定速度で一定の方向に相対的に移動させると共に、励磁コイル１０ａに交流電流を流し、これにより被検査物内部の自由電子を交番電流に変換させ、この励起された交番電流により生じた交流磁界を誘導コイル１０ｂによって検出し、誘導コイル１０ｂから出力された位相信号又は振幅信号の少なくとも一方の変化量に基づいて、被検査物内部の欠陥の有無を判定する。これにより、大型かつ複雑な形状の被検査物であっても被検査物の深部にある欠陥などを簡単、速やか、かつ正確に、そして非破壊で検出することができる。被検査物（導電体）内部より放射される交流磁界の磁束の変化を検出することにより、被検査物に含まれる異物、クラック又は欠陥を分解能よく高精度で検出することができる。

図１４は本発明の第２の実施形態における電磁誘導式検査装置２００の構成及びこの電磁誘導式検査装置２００を用いて保温材付配管の検査を行っている状態を示している。

本実施形態は、被検査物として保温材付配管Ｐを用いる場合である。電磁誘導センサとしては、図３に示した電磁誘導センサ１０と標準電磁誘導センサ１０′とを用い、これらを保温材付配管Ｐ上を同じ速度で移動させながら、検査を行う構成である。本実施形態のその他の構成は図１の実施形態及び図３に示すその変更態様の場合とほぼ同様であるため、説明を省略する。

検証例３
被検査物として、長さ４０ｍｍ、幅２０ｍｍ、及び深さ２ｍｍの擬似欠陥（図示せず）を形成した保温材付配管Ｐを用いた。この保温材付配管Ｐは、外径１２０ｍｍ及び肉厚９．０ｍｍの鋼管Ｐ１の外周に厚さ６０ｍｍの保温材Ｄ（絶縁体）を巻き、さらにその外周に厚さ０．３ｍｍの鋼板による外装板Ｔを巻いて保護されたものである。

電磁誘導センサ１０は、励磁コイル１０ａ及び誘導コイル１０ｂからなり、励磁コイル１０ａとしては、内径１００ｍｍの空芯ボビンに太さ０．５ｍｍの絶縁被覆銅線を２００巻きして構成されており、誘導コイル１０ｂとしては、太さ０．３ｍｍの絶縁被覆銅線を励磁コイル１０ａの外側に、同軸に３００巻きして構成されたものを用いた。電磁誘導センサ１０′も同様に励磁コイル１０ａ′及び誘導コイル１０ｂ′からなり、励磁コイル１０ａ′は励磁コイル１０ａと全く同一のもの、誘導コイル１０ｂ′は誘導コイル１０ｂと全く同一のものを用いた。電磁誘導センサ１０と標準電磁誘導センサ１０′とを、移動手段２０′に検査対象である保温材付配管Ｐの長手方向に縦列になるように固定した。ただし、これらの配列順序は任意である。

励磁コイル１０ａ及び１０ａ′には周波数１．２０ｋＨｚで、電流４００ｍＡを流し、一定速度（例えば、１０ｍ／分）で電磁誘導センサ１０及び１０′を一方向に手動で移動させ、検査を行った。

図１４に示すように、電磁誘導センサ１０と標準電磁誘導センサ１０′とを移動手段２０′上に載置し、保温材付配管Ｐ上を配管長手方向に任意速度Ｖで移動させると、励磁コイル１０ａ及び１０ａ′から印加される交流磁界の磁束は、外装板Ｔを貫通して鋼管Ｐ１内に到達し、鋼管Ｐ１内においてこの交流磁界の磁束と直交する交番電流が励起される。この場合、励起された交番電流は、この鋼管Ｐ１内を周方向に流れる。即ち、理論的には電流がゼロの状態となる。鋼管Ｐ１の一部に欠陥がある場合、理論値ゼロの電流均衡が崩れるため、交番電流に依存して発生する交流磁界の磁束も変化し、この交流磁界の磁束の変化が誘導コイル１０ｂ及び１０ｂ′で検出され、位相又は振幅のいずれかの変化量となって、欠陥の有無を判定することができる。

図１５は上述した擬似欠陥を検出した時の位相信号を示している。図１５中の曲線は、電磁誘導センサ１０及び標準電磁誘導センサ１０′を前進及び後進させた際の往復信号である。

なお、電磁誘導センサ１０と標準電磁誘導センサ１０′との位置関係は、電磁誘導センサ１０及び標準電磁誘導センサ１０′を近接して並べて被検査物上を移動するようにしても良いし、電磁誘導センサ１０を標準電磁誘導センサ１０′から離し、電磁誘導センサ１０のみを被検査物上で移動するようにしても良い。

本実施形態による電磁誘導式検査装置２００は、図１の実施形態における電磁誘導式検査装置１００と同様な効果を得ることができる。

また、保温材の周方向のどの位置で電磁誘導センサ１０及び標準電磁誘導センサ１０′を走らせても、鋼管表面及び内部全周に存在する欠陥を検出することができる。

なお、上述した実施形態においては、電磁誘導センサ１０及び標準電磁誘導センサ１０′を所定方向に移動させる例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、電磁誘導センサ１０及び標準電磁誘導センサ１０′を固定し、被検査物を移動させるようにしてもよい。

また、上述した実施形態においては、比較手段３２及び判定手段３３の機能はコンピュータとソフトウェアで実現されたものとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ハードウェアで比較手段及び判定手段の機能を実現するようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態においては、移動手段の装着部２１は、図５に示すような構成を有するものとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、大型の被検査物の場合、図１６に示すように、装着部２１′を車輪を備えるように構成しても良い。この場合、被検査物の表面に移動する際の摩擦力が小さくなり、スムーズに移動することができる。

本発明は、電磁誘導方法を用いて、導電体である被検査物、特に大型かつ複雑形状の被検査物の欠陥などを非破壊で検査する目的に利用できる。

１０ 電磁誘導センサ
１０′ 標準電磁誘導センサ
１０ａ、１０ａ′ 励磁コイル
１０ｂ、１０ｂ′ 誘導コイル
２０、２０Ａ 移動手段
２１、２１′ 装着部
２２ 駆動部
３０ 検出信号処理部
３１ 制御手段
３２ 比較手段
３３ 判定手段
３４ 記録手段
４０ 表示部
１００、２００ 電磁誘導式検査装置
Ｃ、Ｆ 擬似欠陥
Ｄ 保温材
Ｅ 交流電源
ｉ 交番電流
Ｐ 保温材付配管
Ｐ１ 鋼管
Ｔ 外装板
Ｒ 鉄道レール（被検査物）
Ｒ１ 被検査物
Ｒ２ 標準被検査物

Claims (9)

1. 交流電流を流すことにより交流磁界を発生する励磁コイル及び磁束変化を検出する誘導コイルを有する電磁誘導センサと被検査物とを所定速度で接触又は非接触状態で相対的に移動させつつ、前記励磁コイルに交流電流を流して交流磁界を供給し、
   前記供給した交流磁界及び前記相対的な移動により前記被検査物の内部に発生する交番電流に基づいて該被検査物内を流れる交流磁界の磁束変化を前記誘導コイルで検出し、
   該誘導コイルからの検出出力の位相成分及び振幅成分の少なくとも一方の変化量に基づいて、前記被検査物内部の欠陥の有無を判定し、
   前記電磁誘導センサ及び前記被検査物の相対移動速度を調整することにより、前記被検査物の深部に発生する交番電流の大きさを制御することを特徴とする電磁誘導式検査方法。
2. 周波数を一定にした状態で前記励磁コイルへの印加電圧を調整することにより、前記被検査物内部における交流磁界の磁束の到達深さを制御することを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導式検査方法。
3. 前記励磁コイルに流す交流電流の大きさを調整することにより、前記励磁コイルの磁束密度を変化させて前記被検査物の深部に発生する交番電流の大きさを制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁誘導式検査方法。
4. 交流電流を流すことにより交流磁界を発生する励磁コイル及び磁束変化を検出する誘導コイルを有する電磁誘導センサと、
   前記電磁誘導センサと被検査物とを所定速度で相対的に移動させる移動手段と、
   前記電磁誘導センサの前記励磁コイルに交流電流を流して該電磁誘導センサから交流磁界を供給しつつ前記移動手段により前記電磁誘導センサ及び前記被検査物を接触又は非接触状態で相対的に移動させ、前記供給した交流磁界及び前記相対的な移動により前記被検査物の内部に発生する交番電流に基づいて該被検査物内を流れる交流磁界の磁束変化を前記誘導コイルで検出し、該誘導コイルからの検出出力の位相成分及び振幅成分の少なくとも一方の変化量に基づいて、前記被検査物内部の欠陥の有無を判定する制御部とを備え、
   前記電磁誘導センサ及び前記被検査物の相対移動速度を調整する速度調整手段をさらに備え、該速度調整手段で相対移動速度を調整することにより、前記被検査物の深部に発生する交番電流の大きさを制御することを特徴とする電磁誘導式検査装置。
5. 周波数を一定にした状態で前記励磁コイルへの印加電圧を調整する電圧調整手段をさらに備え、該電圧調整手段で前記被検査物内部における交流磁界の磁束の到達深さを制御することを特徴とする請求項４に記載の電磁誘導式検査装置。
6. 前記励磁コイルに流す交流電流の大きさを調整する電流調整手段をさらに備え、該電流調整手段で、前記励磁コイルの磁束密度を変化させて前記被検査物の深部に発生する交番電流の大きさを制御することを特徴とする請求項４又は５に記載の電磁誘導式検査装置。
7. 前記誘導コイルは、励磁コイルの外周面上に前記励磁コイルと同軸に重ね巻きされていることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の電磁誘導式検査装置。
8. 前記励磁コイルの内径は、２０ｍｍ〜１５０ｍｍであることを特徴とする請求項４から７のいずれか１項に記載の電磁誘導式検査装置。
9. 前記電磁誘導センサと同一構成の励磁コイル及び誘導コイルを有する標準電磁誘導センサをさらに備え、前記制御部は、前記電磁誘導センサの前記誘導コイルから出力された検出信号と前記標準電磁誘導センサの前記誘導コイルから出力された検出信号とを比較して前記被検査物内部の欠陥の有無を判定するように構成されていることを特徴とする請求項４から８のいずれか１項に記載の電磁誘導式検査装置。
   

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