渦流探傷方法及び装置
【課題】検出コイル間の差動信号の校正作業の手間を軽減することにより、高能率で探傷可能な渦流探傷方法及び装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る渦流探傷装置１００は、長手方向に直線状に配列された偶数個の検出コイル１１からなる検出コイル列が、短手方向に隣接する検出コイルの端部同士が短手方向から見て互いに重なり合うように、短手方向に２列配列されて構成される検出コイル群１と、検出コイル群における長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号と、短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号とを切り替えて出力する切り替え手段２１と、切り替え手段によって出力された差動信号の検出感度及び位相を調整する調整手段２３、２５と、検出コイル群を被探傷材Ｐの軸方向及び周方向に相対移動させる移動手段とを備える。
【解決手段】本発明に係る渦流探傷装置１００は、長手方向に直線状に配列された偶数個の検出コイル１１からなる検出コイル列が、短手方向に隣接する検出コイルの端部同士が短手方向から見て互いに重なり合うように、短手方向に２列配列されて構成される検出コイル群１と、検出コイル群における長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号と、短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号とを切り替えて出力する切り替え手段２１と、切り替え手段によって出力された差動信号の検出感度及び位相を調整する調整手段２３、２５と、検出コイル群を被探傷材Ｐの軸方向及び周方向に相対移動させる移動手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管、丸ビレット、丸棒など、断面略円形の被探傷材に存在する欠陥を検出する渦流探傷方法及び装置に関する。特に、本発明は、検出コイル間の差動信号についての校正作業の手間を軽減することにより、高能率で探傷可能な渦流探傷方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
管、丸ビレット、丸棒などの表面に存在する欠陥を検出する方法として、従来より渦流探傷方法が用いられている。
【０００３】
渦流探傷方法に用いられるプローブコイルとしては、いわゆる自己比較方式のプローブコイルと、いわゆる標準比較方式のプローブコイルとが知られている。自己比較方式のプローブコイルは、少なくとも１対の検出コイル（被探傷材に誘起された渦電流を検出するコイル）を具備し、被探傷材に対向配置された各検出コイルでの検出信号の差（各検出コイル間の差動信号）を出力するように構成されている。標準比較方式のプローブコイルは、少なくとも１対の検出コイルを具備し、一方の検出コイルを被探傷材に対向配置し、他方の検出コイルを標準となるものに対向配置して各検出コイルでの検出信号の差を出力するように構成されている。自己比較方式のプローブコイルを用いれば、標準比較方式のプローブコイルを用いる場合に比べて、プローブコイルの相対移動に伴う被探傷材とプローブコイルとのリフトオフ変動等に起因したノイズ信号が抑制され、Ｓ／Ｎ比が大きくなるため、微小な欠陥を検出できるという利点がある。このため、渦流探傷方法には、自己比較方式のプローブコイルが広く用いられている。
【０００４】
自己比較方式のプローブコイルを用いた渦流探傷技術としては、例えば、特許文献１〜４に記載の技術が提案されている。
【０００５】
特許文献１には、被検査材の軸方向に沿って並設され、それぞれが被検査材の軸方向の磁力線を生じるように励磁される１対のコイルから構成され、該１対のコイルに誘導する電圧差に基づいて被検査材を探傷する渦流探傷センサが開示されている。この渦流探傷センサは、自己比較方式のプローブコイルに相当する。そして、この渦流探傷センサを被検査材の軸方向に螺旋状に相対移動させることによって被検査材は探傷される。また、特許文献１には、未探傷領域が生じないように、複数の渦流探傷センサを被検査材の軸方向に千鳥状に２列に配置する構成が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、円筒形高透磁率磁芯材料の表面に巻いた励磁巻線の表面に、その円周方向全域にわたり複数個の偏平な検出コイルを千鳥状に配置し、外部を保持体で覆った渦流探傷用内挿型プローブが開示されている。各検出コイルは、未探傷領域が生じないように、内挿型プローブの軸方向から見てラップする部分を有する。そして、この内挿型プローブを管内面に挿入し、管軸方向に移動させて、隣接する１対の検出コイル間の差動信号により管内面が探傷される。この１対の検出コイルが、自己比較方式のプローブコイルに相当する。
【０００７】
特許文献３には、断面円形の被検査材の表面に対して垂直磁場を形成するセンサコイルを、被検査材の軸心を中心とする同心円上に多数配設し（具体的には、千鳥状に２列に配列し）、相隣するセンサコイルを１対として順次通電すると共に、センサコイルを被検査材の軸長方向へ相対移動させる渦流探傷装置が開示されている。このセンサコイルを被検査材の軸長へ相対移動させて、隣接する１対のセンサコイル間の差動信号により被検査材が探傷される。この１対のセンサコイルが、自己比較方式のプローブコイルに相当する。
【０００８】
特許文献４には、円柱状ボビンの外周に、コイル長が７０ｍｍ以下に巻装した１対の検出コイルの端部がボビンの軸方向から見て重複するように、検出コイルを複数対千鳥状に配置した内挿プローブを用いて、内管内壁全面を探傷する二重管の内挿渦流探傷方法が開示されている。この内挿プローブを管軸方向に移動させて、１対の検出コイル間の差動信号により二重管が探傷される。この１対の検出コイルが、自己比較方式のプローブコイルに相当する。
【特許文献１】特開昭６３−６５３６１号公報
【特許文献２】特開昭６１−１９８０５５号公報
【特許文献３】特開平２−２１２７６１号公報
【特許文献４】特開平６−２４９８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載の技術は、被探傷材の軸方向に千鳥状に２列に配置した複数の検出コイルを被探傷材の軸方向に螺旋状に相対移動させることにより、１回の走査（相対移動）で未探傷領域を生じさせることなく被探傷材を探傷可能としている。また、特許文献２〜４に記載の技術は、被探傷材の周方向に千鳥状に２列に配置した複数の検出コイルを被探傷材の軸方向に相対移動させることにより、１回の走査（相対移動）で未探傷領域を生じさせることなく被探傷材を探傷可能としている。
【００１０】
特許文献１〜４の何れの技術についても、複数の検出コイルを千鳥状に配置することによって探傷領域を広げている点で、探傷能率は向上するといえる。しかしながら、従来、検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相の校正は、差動信号を得る１対の検出コイル毎に行っているため、検出コイルの数が増えれば増えるほど、校正作業に手間を要する。従って、探傷精度を高めるために、検出コイル間の差動信号についての校正作業の頻度を高めると、その分だけ、探傷能率が低下するという問題がある。
【００１１】
本発明は、斯かる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、断面略円形の被探傷材に存在する欠陥を検出する渦流探傷方法及び装置であって、検出コイル間の差動信号の校正作業の手間を軽減することにより、高能率で探傷可能な渦流探傷方法及び装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するため、本発明は、長手方向に直線状に配列された偶数個の検出コイルからなる検出コイル列が、短手方向に隣接する検出コイルの端部同士が短手方向から見て互いに重なり合うように、短手方向に２列配列されて構成される検出コイル群を、各検出コイルの長手方向が断面略円形の被探傷材の軸方向に沿うように該被探傷材に対向配置して、該被探傷材に存在する欠陥を検出する渦流探傷方法であって、以下の各ステップを含むことを特徴とする渦流探傷方法を提供する。
（１）校正ステップ：校正用の被探傷材に、該校正用被探傷材の軸方向に延びる人工きずであって、前記検出コイル群を構成する長手方向及び短手方向に隣接する２対の検出コイルの長さ以上に延びる人工きずを設け、前記検出コイル群を前記人工きずに対向配置して、前記校正用被探傷材の周方向に前記検出コイル群を相対移動させることにより、短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を校正する。
（２）調整ステップ：前記検出コイル群を用いて得られる検出対象欠陥についての長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅及び位相と、前記校正ステップで用いる人工きずについての短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅及び位相との予め取得した関係に基づき、長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を調整する。
（３）探傷ステップ：前記調整ステップで調整した後の前記検出コイル群を被探傷材に対向配置し、前記検出コイル群を被探傷材の軸方向に螺旋状に相対移動させて、長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号に基づき、前記被探傷材に存在する欠陥を検出する。
【００１３】
本発明で用いる検出コイル群は、長手方向に直線状に配列された偶数個の検出コイルからなる検出コイル列が、短手方向に隣接する検出コイルの端部同士が短手方向から見て互いに重なり合うように、短手方向に２列配列されて構成される。そして、この検出コイル群が、各検出コイルの長手方向が断面略円形の被探傷材の軸方向に沿うように該被探傷材に対向配置され、被探傷材に存在する欠陥が検出される。換言すれば、本発明で用いる検出コイル群は、被探傷材に対向配置された状態で、被探傷材の軸方向に千鳥状に２列（被探傷材の周方向に２列）に配置した複数の検出コイルを備え、被探傷材の周方向に隣接する検出コイルの端部同士が被探傷材の周方向から見て互いに重なり合うように構成されている。そして、本発明の探傷ステップにおいて、検出コイル群を被探傷材に対向配置し、検出コイル群を被探傷材の軸方向に螺旋状に相対移動させて、長手方向（被探傷材の軸方向）に隣接する検出コイル間の差動信号に基づき、被探傷材に存在する欠陥を検出するため、１回の走査（相対移動）で未探傷領域を生じさせることなく被探傷材を探傷可能である。
【００１４】
そして、本発明の校正ステップでは、校正用の被探傷材に、検出コイル群を構成する長手方向（被探傷材の軸方向）及び短手方向（被探傷材の周方向）に隣接する２対の検出コイルの長さ以上に延びる人工きずを設け、検出コイル群を人工きずに対向配置して、校正用被探傷材の周方向に検出コイル群を相対移動させることにより、短手方向（被探傷材の周方向）に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相が校正される。換言すれば、人工きずを探傷する際に得られる短手方向（被探傷材の周方向）に隣接する検出コイル間の差動信号（きず信号）の最大振幅が予め決めた所定値となるように、差動信号の検出感度（差動信号の増幅率）が調整される。また、人工きず以外の部位を探傷する際に得られる短手方向（被探傷材の周方向）に隣接する検出コイル間の差動信号（リフトオフ変動等に起因したノイズ信号）の位相と、上記きず信号の位相とを弁別し易いように、差動信号の位相が調整される。本発明の校正ステップによれば、校正用被探傷材の周方向に検出コイル群を相対移動させることにより、短手方向（被探傷材の周方向）に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を、少なくとも２対の検出コイル分だけ同時に校正できるため、従来のように１対の検出コイル毎に校正する場合に比べて、校正作業の手間を軽減することができ、探傷能率を高めることが可能である。なお、人工きずの長さが、検出コイル群を構成する長手方向（被探傷材の軸方向）及び短手方向（被探傷材の周方向）に隣接する２対の検出コイルの長さと同等であり、且つ、検出コイル群が、長手方向（被探傷材の軸方向）及び短手方向（被探傷材の周方向）に隣接する４対以上の検出コイルを備える場合には、いずれか隣接する２対の検出コイルを人工きずに対向配置して校正した後、検出コイル群を校正用被探傷材の軸方向に相対移動させ、残りの隣接する２対の検出コイルを人工きずに対向配置して校正を行えばよい。
【００１５】
ただし、上記の校正ステップでは、短手方向（被探傷材の周方向）に隣接する検出コイル間の差動信号について校正しており、探傷ステップで実際に探傷する際に用いる長手方向（被探傷材の軸方向）に隣接する検出コイル間の差動信号について校正するものではない。このため、本発明では、前記検出コイル群を用いて得られる検出対象欠陥（例えば、被探傷材の表面が窪んだピット状きずや貫通きずなどの微小きず）についての長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅及び位相と、校正ステップで用いる人工きずについての短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅及び位相との関係を予め取得しておく。そして、本発明の調整ステップにおいて、この予め取得した関係に基づき、長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を調整する。これにより、校正ステップにおいて、短手方向（被探傷材の周方向）に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を校正しさえすれば、前記予め取得した関係に基づき、長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を容易に調整可能である。なお、検出対象欠陥が微小きずである場合、この微小きずについての長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の振幅は、微小きずがいずれか一方の検出コイルの中心に対向する位置にあるときに最大となる。このため、微小きずについての長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅を得るには、被探傷材の軸方向についての検出コイル群の相対位置を微妙に調整する必要が生じ、手間を要する。しかしながら、微小きずについての長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅及び位相と、校正ステップで用いる人工きずについての短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅及び位相との関係が変化しないとすれば、この関係を取得するために、微小きずについての長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅を一度だけ取得すればよい。すなわち、微小きずについての長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅を取得し、この最大振幅及び位相と、校正ステップで用いる人工きずについての短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅及び位相との関係を取得した後は、人工きずを用いて短手方向（被探傷材の周方向）に隣接する検出コイル間の差動信号についてのみ校正すればよいため、校正作業の手間を軽減することができ、探傷能率を高めることが可能である。
【００１６】
以上のように、本発明に係る方法によれば、検出コイル間の差動信号の校正作業の手間が軽減され、探傷効率を高めることが可能である。なお、本発明における「長手方向」及び「短手方向」とは、それぞれ検出コイル群を構成する各検出コイルの長手方向及び短手方向を意味する。また、本発明における「長手方向及び短手方向に隣接する２対の検出コイルの長さ」とは、長手方向及び短手方向に隣接する２対の検出コイルの長手方向の総長さを意味する。
【００１７】
好ましくは、前記人工きずは、前記検出コイル群の長さ以上に前記校正用被探傷材の軸方向に延びるものとされる。
【００１８】
斯かる好ましい方法によれば、検出コイル群を人工きずに対向配置して、校正用被探傷材の周方向に検出コイル群を一回相対移動させるだけで、全ての検出コイル間の差動信号について校正することが可能である。すなわち、校正ステップを実行する際に、検出コイル群を校正用被探傷材の軸方向に相対移動させる必要が無いため、校正作業の手間がより一層軽減され、より一層探傷効率を高めることが可能である。なお、本発明における「検出コイル群の長さ」とは、検出コイル群を構成する全ての検出コイルの長手方向の総長さを意味する。
【００１９】
また、前記課題を解決するため、本発明は、長手方向に直線状に配列された偶数個の検出コイルからなる検出コイル列が、短手方向に隣接する検出コイルの端部同士が短手方向から見て互いに重なり合うように、短手方向に２列配列されて構成される検出コイル群であって、各検出コイルの長手方向が断面略円形の被探傷材の軸方向に沿うように該被探傷材に対向配置された検出コイル群と、前記検出コイル群における長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号と、短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号とを切り替えて出力する切り替え手段と、前記切り替え手段によって出力された差動信号の検出感度及び位相を調整する調整手段と、前記検出コイル群を被探傷材の軸方向及び周方向に相対移動させる移動手段とを備えることを特徴とする渦流探傷装置としても提供される。
【００２０】
本発明に係る装置によれば、切り替え手段によって短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号を出力し、移動手段によって検出コイル群を被探傷材の周方向に相対移動させながら、調整手段によって短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を調整することにより、前述した本発明に係る方法の校正ステップを実行することが可能である。また、切り替え手段によって長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号を出力し、調整手段によって長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を調整することにより、前述した本発明に係る方法の調整ステップを実行することが可能である。さらに、切り替え手段によって長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号を出力し、移動手段によって検出コイル群を被探傷材の軸方向及び周方向に同時に（すなわち、螺旋状に）相対移動させることにより、前述した本発明に係る方法の探傷ステップを実行することが可能である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、検出コイル間の差動信号についての校正作業の手間を軽減することにより、管、丸ビレット、丸棒など、断面略円形の被探傷材に存在する欠陥を高能率で探傷可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について、被探傷材が管である場合を例に挙げて説明する。
【００２３】
＜１．渦流探傷装置の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る渦流探傷装置の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態に係る渦流探傷装置１００は、検出コイル群１と、信号処理部２とを備えている。また、渦流探傷装置１００は、検出コイル群１を管Ｐの軸方向及び周方向に相対移動させる移動手段（図示せず）を備える。
【００２４】
検出コイル群１は、長手方向（図１のＸ方向）に直線状に配列された偶数個（本実施形態では４つ）の検出コイル１１からなる検出コイル列が、短手方向に２列配列されて構成されている。具体的には、検出コイル１１ａ、１１ｃ、１１ｅ、１１ｇからなる検出コイル列と、検出コイル１１ｂ、１１ｄ、１１ｆ、１１ｈからなる検出コイル列とが、短手方向（図１のＹ方向）に配列されている。そして、これらの検出コイル列は、短手方向に隣接する検出コイル１１の端部同士が短手方向から見て互いに重なり合うように配列されている。この検出コイル群１は、各検出コイル１１の長手方向が管Ｐの軸方向に沿うように管Ｐの外面に対向配置されている。なお、未探傷領域を生じさせることなく管Ｐを探傷するため、検出コイル１１の長手方向の配列ピッチ（例えば、検出コイル１１ａの中心と検出コイル１１ｂの中心との長手方向の離間距離）は、検出コイル１１で欠陥の検出が可能な有効長さＬＥ以下とされる。換言すれば、検出コイル１１は、その配列ピッチが有効長さＬＥ以下となるように、端部同士が短手方向から見て互いに重なり合うように配列されている。
【００２５】
本実施形態に係る検出コイル１１は、周縁に導線が巻回されており、管Ｐに誘起された渦電流によって生じる管Ｐの外面に垂直な方向の交流磁界の変化を検出すると共に、管Ｐの外面に垂直な方向に交流磁界を作用させて渦電流を誘起する励磁コイルの機能を兼ねた、いわゆる自己誘導型コイルとされている。
【００２６】
ここで、検出コイル１１の寸法が小さいほど、ピット状きずや貫通きずなどの微小きずを検出し易いため、これら微小きずの検出能を高めるには、検出コイル１１の寸法を小さくすることが好ましい。一方、後述のように、検出コイル１１を管Ｐの軸方向に螺旋状に相対移動させて探傷するに際し、管Ｐの周方向１回転当たりの各検出コイル１１の探傷幅（管Ｐの探傷領域の軸方向寸法）を広くする方が、探傷能率は向上する。このため、検出対象欠陥が微小きずである場合には、検出コイル１１として、長手方向（管Ｐの軸方向）の寸法と短手方向（管Ｐの周方向）の寸法との比が比較的大きな細長形状の検出コイルを用いることが好ましい。例えば、検出対象欠陥が内径２ｍｍのピット状きずである場合には、検出コイル１１の短手方向の寸法（具体的には、欠陥の検出が可能な有効幅ＷＥ）は、好ましくは２ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下とされる。また、検出コイル１１の長手方向の寸法（欠陥の検出が可能な有効長さＬＥ）は、好ましくは４ｍｍ以上とされる。
【００２７】
本実施形態に係る信号処理部２は、切り替え手段２１（２１ａ〜２１ｄ）と、発信器２２と、増幅器２３（２３ａ〜２３ｄ）と、同期検波器２４（２４ａ〜２４ｄ）と、位相回転器２５（２５ａ〜２５ｄ）と、バンドパスフィルタ２６（２６ａ〜２６ｄ）と、Ａ／Ｄ変換器２７（２７ａ〜２７ｄ）と、検出部２８（２７ａ〜２７ｄ）とを備える。なお、本実施形態の増幅器２３及び位相回転器２５が、本発明における「切り替え手段によって出力された差動信号の検出感度及び位相を調整する調整手段」に相当する。
【００２８】
発信器２２は、各検出コイル１１に所定周波数の交流電流を供給する。これにより、前述のように、各検出コイル１１から管Ｐの外面に垂直な方向に作用する交流磁界が生じ、管Ｐに渦電流が誘起される。そして、管Ｐに誘起された渦電流によって生じる管Ｐの外面に垂直な方向の交流磁界の変化が各検出コイル１１で検出され、検出信号として出力される。
【００２９】
切り替え手段２１は、検出コイル群１における長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号と、短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号とを切り替えて出力する機能を有する。本実施形態では、検出コイル群１が８つの検出コイル１１ａ〜１１ｈからなることに応じて、４つの切り替え手段２１ａ〜２１ｄが設けられている。具体的には、切り替え手段２１ａには、検出コイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃでの検出信号がそれぞれ入力される。そして、切り替え手段２１ａは、長手方向に隣接する検出コイル１１ａ、１１ｃでの検出信号の差を差動信号として出力するか、或いは、短手方向に隣接する検出コイル１１ａ、１１ｂでの検出信号の差を差動信号として出力するかを切り替える。
【００３０】
同様にして、切り替え手段２１ｂには、検出コイル１１ｂ、１１ｃ、１１ｄでの検出信号がそれぞれ入力される。そして、切り替え手段２１ｂは、長手方向に隣接する検出コイル１１ｂ、１１ｄでの検出信号の差を差動信号として出力するか、或いは、短手方向に隣接する検出コイル１１ｃ、１１ｄでの検出信号の差を差動信号として出力するかを切り替える。切り替え手段２１ｃには、検出コイル１１ｅ、１１ｆ、１１ｇでの検出信号がそれぞれ入力される。そして、切り替え手段２１ｃは、長手方向に隣接する検出コイル１１ｅ、１１ｇでの検出信号の差を差動信号として出力するか、或いは、短手方向に隣接する検出コイル１１ｅ、１１ｆでの検出信号の差を差動信号として出力するかを切り替える。切り替え手段２１ｄには、検出コイル１１ｆ、１１ｇ、１１ｈでの検出信号がそれぞれ入力される。そして、切り替え手段２１ｄは、長手方向に隣接する検出コイル１１ｆ、１１ｈでの検出信号の差を差動信号として出力するか、或いは、短手方向に隣接する検出コイル１１ｇ、１１ｈでの検出信号の差を差動信号として出力するかを切り替える。
【００３１】
なお、切り替え手段２１としては、切り替え回路等を具備し、適宜の制御信号に基づいて、切り替え回路が、出力する差動信号を自動的に切り替える構成の他、押しボタンスイッチ等を押すことにより、電気的接続を機械的に切り替え、出力する差動信号を手動で切り替える構成を採用することも可能である。
【００３２】
増幅器２３は、切り替え手段２１から出力された差動信号を増幅した後、同期検波器２４に出力する。本実施形態では、４つの切り替え手段２１ａ〜２１ｄが設けられていることに応じて、４つの増幅器２３ａ〜２３ｄが設けられている。
【００３３】
同期検波器２４は、発振器２２から出力される参照信号に基づき、増幅器２３の出力信号を同期検波する。本実施形態では、４つの増幅器２３ａ〜２３ｄが設けられていることに応じて、４つの同期検波器２４ａ〜２４ｄが設けられている。具体的に説明すれば、発振器２２から各同期検波器２４ａ〜２４ｄに向けて、各検出コイル１１に供給する交流電流と同一の周波数で同一の位相を有する第１参照信号と、該第１参照信号の位相を９０°だけ移相した第２参照信号とが出力される。そして、同期検波器２４ａ〜２４ｄは、増幅器２３ａ〜２３ｄの出力信号から、第１参照信号の位相と同位相の信号成分（第１信号成分）及び第２参照信号の位相と同位相の信号成分（第２信号成分）を分離・抽出する。分離・抽出された第１信号成分及び第２信号成分は、それぞれ位相回転器２５に出力される。
【００３４】
位相回転器２５は、同期検波器２４から出力された第１信号成分及び第２信号成分の位相を互いに同一の所定量だけ回転（移相）し、例えば、第１信号成分をＸ信号、第２信号成分をＹ信号として、バンドパスフィルタ２６に出力する。本実施形態では、４つの同期検波器２４ａ〜２４ｄが設けられていることに応じて、４つの位相回転器２５ａ〜２５ｄが設けられている。なお、位相回転器２５から出力されるＸ信号及びＹ信号は、互いに直交する２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）で表されるＸ−Ｙベクトル平面においていわゆるリサージュ波形と称される信号波形（すなわち、振幅をＺ、位相をθとして極座標（Ｚ、θ）で表した検出コイル１１間の差動信号波形（正確には、増幅器２３によって増幅した後の差動信号波形））を、Ｘ軸及びＹ軸にそれぞれ投影した成分に相当することになる。
【００３５】
バンドパスフィルタ２６は、位相回転器２５から出力されたＸ信号及びＹ信号から所定の帯域の周波数成分のみを透過させて、Ａ／Ｄ変換器２７に出力する。本実施形態では、４つの位相回転器２５ａ〜２５ｄが設けられていることに応じて、４つのバンドパスフィルタ２６ａ〜２６ｄが設けられている。
【００３６】
Ａ／Ｄ変換器２７は、バンドパスフィルタ２６の出力信号をＡ／Ｄ変換し、検出部２８に出力する。本実施形態では、４つのバンドパスフィルタ２６ａ〜２６ｄが設けられていることに応じて、４つのＡ／Ｄ変換器２７ａ〜２７ｄが設けられている。
【００３７】
検出部２８は、Ａ／Ｄ変換器２７の出力データ（すなわち、バンドパスフィルタ２６によって所定の周波数成分のみが透過されたＸ信号及びＹ信号をＡ／Ｄ変換したデジタルデータ。以下、Ｘ信号データ及びＹ信号データという）に基づいて、管Ｐに存在する欠陥を検出する。具体的に説明すれば、検出部２８は、入力されたＸ信号データ及びＹ信号データに基づき、検出コイル１１間の差動信号（正確には、増幅器２３によって増幅し、バンドパスフィルタ２６によって所定の帯域の周波数成分のみを透過させた後の差動信号）の振幅Ｚ及び位相θを演算する。Ｘ信号データの値をＸ、Ｙ信号データの値をＹとすると、振幅Ｚ及び位相θは、下記の式（１）及び（２）によって演算される。
Ｚ＝（Ｘ２＋Ｙ２）１／２ ・・・ （１）
θ＝ｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ） ・・・ （２）
【００３８】
次に、検出部２８は、前記演算した振幅Ｚが予め定めたしきい値よりも大きいか否かを判定する。振幅Ｚが予め定めたしきい値以下である場合、検出部２８は、この振幅Ｚを有する差動信号は欠陥での差動信号ではないと判定する。一方、振幅Ｚが予め定めたしきい値よりも大きい場合には、検出部２８は、この振幅Ｚを有する差動信号は欠陥での差動信号であると判定し、必要に応じて、欠陥を検出したことを知らせる所定のアラームを出力する。
【００３９】
なお、本実施形態では、検出部２８が振幅Ｚの大小によって欠陥の有無を判定する構成について説明したが、これに限るものではなく、検出部２８が、Ｘ信号データの値あるいはＹ信号データの値の何れかの大小によって欠陥の有無を判定する構成を採用することも可能である。
【００４０】
検出コイル群１を管Ｐの軸方向及び周方向に相対移動させる移動手段（図示せず）としては、例えば、管Ｐを載置して周方向に回転させるローラと、管Ｐを載置して軸方向に搬送するローラとを組み合わせた構成を挙げることができる。また、前記移動手段としては、管Ｐを載置して周方向に回転させるローラと、検出コイル群１を管Ｐの軸方向に移動させる一軸駆動機構とを組み合わせた構成を挙げることもできる。
【００４１】
＜２．渦流探傷方法の説明＞
以下、上述した構成を有する渦流探傷装置１００を用いた本発明の一実施形態に係る渦流探傷方法について説明する。本実施形態に係る渦流探傷方法は、校正ステップと、調整ステップと、探傷ステップとを含む。以下、各ステップについて順次説明する。
【００４２】
＜２−１．校正ステップ＞
図２に示すように、校正ステップでは、校正用の管Ｐ１（実際に探傷を行って製品として出荷される管Ｐと寸法や材質が同じである管）に、該校正用管Ｐ１の軸方向に延びる人工きずであって、検出コイル群１１を構成する長手方向及び短手方向に隣接する２対の検出コイル１１の長さＬ２以上に延びる人工きずＮ（例えば、長尺のノッチきず）を設ける。図２に示す例では、好ましい態様として、検出コイル群１の長さＬ１以上に延びる人工きずＮを設けている。なお、人工きずＮの幅（校正用管Ｐ１の周方向についての寸法）は、好ましくは、検出コイル１１の有効幅ＷＥ（図１参照）以下とされる。
【００４３】
そして、本ステップでは、検出コイル群１を人工きずＮに対向配置して、移動手段（図示せず）により校正用管Ｐ１の周方向に検出コイル群１を相対移動させることにより、短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の検出感度及び位相を校正する。以下、これについて具体的に説明する。
【００４４】
まず、図１に示す切り替え手段２１を動作させ、切り替え手段２１が、短手方向に隣接する検出コイル１１での検出信号の差を差動信号として出力する状態にする。具体的には、切り替え手段２１ａが、短手方向に隣接する検出コイル１１ａ、１１ｂでの検出信号の差を差動信号として出力し、切り替え手段２１ｂが、短手方向に隣接する検出コイル１１ｃ、１１ｄでの検出信号の差を差動信号として出力し、切り替え手段２１ｃが、短手方向に隣接する検出コイル１１ｅ、１１ｆでの検出信号の差を差動信号として出力し、切り替え手段２１ｄが、短手方向に隣接する検出コイル１１ｇ、１１ｈでの検出信号の差を差動信号として出力する状態にする。
【００４５】
次に、人工きずＮに対向配置した検出コイル群１の各検出コイル１１に発信器２２から交流電流を供給し、検出コイル群１を校正用管Ｐ１の周方向に相対移動させて探傷する。これにより、各検出コイル１１から各検出コイル１１に対向する校正用管Ｐ１の部位についての検出信号が出力される。そして、各切り替え手段２１から短手方向に隣接する検出コイル１１での検出信号の差が差動信号として出力される。人工きずＮを探傷する際に各切り替え手段２１から出力される差動信号（きず信号）は、人工きずＮが一方の検出コイル列（検出コイル１１ａ、１１ｃ、１１ｅ、１１ｇ）の短手方向中央に対向する位置にあるとき、或いは、人工きずＮが他方の検出コイル列（検出コイル１１ｂ、１１ｄ、１１ｆ、１１ｈ）の短手方向中央に対向する位置にあるときに、その振幅が最大となる。そして、このきず信号の最大振幅が増幅後に予め決めた所定値となるように、各増幅器２３の増幅率を調整する。具体的には、各検出部２８で演算されるきず信号の最大振幅Ｚが予め決めた所定値となるように、各増幅器２３の増幅率を調整する。以上のようにして、短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の検出感度を校正する。
【００４６】
また、校正用管Ｐ１の人工きずＮ以外の部位を探傷する際、すなわち、いずれの検出コイル列に対向する位置にも人工きずＮがない場合に各切り替え手段２１から出力される差動信号（リフトオフ変動等に起因したノイズ信号）の位相と、上記きず信号の位相とを弁別し易いように、差動信号の位相を調整する。具体的には、各検出部２８で演算されるきず信号の位相θが予め決めた所定値となるように、各位相回転器２５における位相の回転量（移相量）を調整する。以上のようにして、短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の位相を校正する。
【００４７】
図４（ａ）は、以上に説明した校正ステップによって、短手方向に隣接する一対の検出コイル１１間の差動信号の検出感度及び位相を校正する際に得られる信号波形（リサージュ波形、Ｘ信号波形、Ｙ信号波形）の一例を示す。なお、図４（ａ）に示す例では、校正用管Ｐ１として、外径１６０ｍｍ、肉厚７ｍｍ、長さ３００ｍｍのステンレス鋼管（ＳＵＳ３０４）を用いた。また、この校正用管Ｐ１に、人工きずＮとして、幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、長さ１００ｍｍのノッチきずを設けた。そして、有効幅ＷＥが１ｍｍ、有効長さＬＥが４ｍｍの検出コイル１１からなる検出コイル群１１をリフトオフ２ｍｍで校正用管Ｐ１の外面に対向配置し、校正用管Ｐ１を周方向に３０ｍ／ｍｉｎで回転させることにより、校正用管Ｐ１の周方向に検出コイル群１を相対移動させた。なお、発信器２２から供給する交流電流の周波数は１３０ｋＨｚとし、バンドパスフィルタ２６の透過周波数帯域は２０〜４００Ｈｚとした。
【００４８】
図４（ａ）に示す例では、きず信号の最大振幅Ｚが５０ｄＢ（１００％）となるように、増幅器２３の増幅率を調整すると共に、きず信号の位相θが０°となるように、位相回転器２５における位相の回転量（移相量）を調整している。
【００４９】
＜２−２．調整ステップ＞
前述した校正ステップを実行した後、調整ステップを実行する。調整ステップを実行するに際しては、検出コイル群１を用いて得られる検出対象欠陥（例えば、被探傷材の表面が窪んだピット状きずや貫通きずなどの微小きず）についての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅及び位相と、前述した校正ステップで用いる人工きずＮについての短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅及び位相との関係を予め取得しておく。
【００５０】
上記の関係を取得する際には、図３に示すように、管Ｐに検出対象欠陥Ｄ（人工きず又は自然きず）を設け、検出コイル群１をこの管Ｐに対向配置する。次に、検出対象欠陥Ｄが、長手方向に隣接する検出コイル１１のうち何れか一方の検出コイル１１（図３に示す例では、検出コイル１１ａ）の長手方向中央に対向する位置となるように、移動手段によって検出コイル群１を相対移動させる。そして、移動手段により管Ｐの周方向に検出コイル群１を相対移動させることにより、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅及び位相を取得する。以下、より具体的に説明する。
【００５１】
まず、図１に示す切り替え手段２１を動作させ、切り替え手段２１が、長手方向に隣接する検出コイル１１での検出信号の差を差動信号として出力する状態にする。具体的には、切り替え手段２１ａが、長手方向に隣接する検出コイル１１ａ、１１ｃでの検出信号の差を差動信号として出力し、切り替え手段２１ｂが、長手方向に隣接する検出コイル１１ｂ、１１ｄでの検出信号の差を差動信号として出力し、切り替え手段２１ｃが、長手方向に隣接する検出コイル１１ｅ、１１ｇでの検出信号の差を差動信号として出力し、切り替え手段２１ｄが、長手方向に隣接する検出コイル１１ｆ、１１ｈでの検出信号の差を差動信号として出力する状態にする。
【００５２】
次に、検出対象欠陥Ｄを長手方向に隣接する検出コイル１１ａ、１１ｃのうち何れか一方の検出コイルの長手方向中央に対向する位置とした状態で、管Ｐに対向配置した検出コイル群１の各検出コイル１１に発信器２２から交流電流を供給し、検出コイル群１を管Ｐの周方向に相対移動させて探傷する。これにより、切り替え手段２１ａから長手方向に隣接する検出コイル１１ａ、１１ｃでの検出信号の差が差動信号として出力される。検出対象欠陥Ｄを探傷する際に切り替え手段２１ａから出力される差動信号（きず信号）は、検出対象欠陥Ｄが検出コイル１１ａ、１１ｃのうち何れか一方の検出コイルの中心に対向する位置にあるときに、その振幅が最大となる。そして、このきず信号の最大振幅及び位相を取得する。具体的には、検出部２８ａで演算されるきず信号の最大振幅Ｚ及び位相θを取得する。
【００５３】
同様にして、検出対象欠陥Ｄを長手方向に隣接する検出コイル１１ｂ、１１ｄのうち何れか一方の検出コイルの長手方向中央に対向する位置とした状態で、検出コイル群１を管Ｐの周方向に相対移動させて探傷し、検出部２８ｂで演算されるきず信号の最大振幅Ｚ及び位相θを取得する。また、検出対象欠陥Ｄを長手方向に隣接する検出コイル１１ｅ、１１ｇのうち何れか一方の検出コイルの長手方向中央に対向する位置とした状態で、検出コイル群１を管Ｐの周方向に相対移動させて探傷し、検出部２８ｃで演算されるきず信号の最大振幅Ｚ及び位相θを取得する。さらに、検出対象欠陥Ｄを長手方向に隣接する検出コイル１１ｆ、１１ｈのうち何れか一方の検出コイルの長手方向中央に対向する位置とした状態で、検出コイル群１を管Ｐの周方向に相対移動させて探傷し、検出部２８ｄで演算されるきず信号の最大振幅Ｚ及び位相θを取得する。
【００５４】
以上のようにして、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅及び位相を取得する。なお、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅及び位相を取得するに際しては、切り替え手段２１によって出力する差動信号を切り替える点を除き、増幅器２３の増幅率や位相回転器２５における位相の回転量（移相量）などは前述した校正ステップで調整した後の条件と同一の条件として探傷を行う。
【００５５】
図４（ｂ）、（ｃ）は、以上に説明した検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する一対の検出コイル１１間の差動信号の最大振幅及び位相を取得する際に得られる信号波形（リサージュ波形、Ｘ信号波形、Ｙ信号波形）の一例を示す。なお、図４（ｂ）に示す例では、検出対象欠陥Ｄとして、内径２．６ｍｍの貫通きずを設けた。また、図４（ｃ）に示す例では、検出対象欠陥Ｄとして、内径５ｍｍ、深さ０．５ｍｍのピット状きずを設けた。その他の条件については、図４（ａ）に示す例と同様の条件で探傷した。
【００５６】
図４（ｂ）に示す例では、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅Ｚは、人工きずＮについての短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅Ｚに対し、４ｄＢだけ大きくなるという関係を有する。また、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の位相θは、人工きずＮについての短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の位相θに対し、１６０°だけ大きくなるという関係を有する。また、図４（ｃ）に示す例では、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅Ｚは、人工きずＮについての短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅Ｚに対し、１ｄＢだけ小さくなるという関係を有する。また、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の位相θは、人工きずＮについての短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の位相θに対し、１８０°だけ大きくなるという関係を有する。
【００５７】
上記のようにして、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅及び位相と、人工きずＮについての短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅及び位相との関係を予め取得する。
【００５８】
そして、調整ステップでは、予め取得した上記の関係に基づき、長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を調整する。例えば、図４（ｂ）に示す例では、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅Ｚが、人工きずＮについての短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅Ｚと同等の振幅となるように、増幅器２３の増幅率を校正ステップでの調整後の増幅率よりも４ｄＢだけ小さくなるように調整する。また、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の位相θが、人工きずＮについての短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の位相θと同等の位相となるように、位相回転器２５における位相の回転量（移相量）を校正ステップでの調整後の回転量（移相量）よりも１６０°だけ小さくなるように調整する。また、図４（ｃ）に示す例では、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅Ｚが、人工きずＮについての短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅Ｚと同等の振幅となるように、増幅器２３の増幅率を校正ステップでの調整後の増幅率よりも１ｄＢだけ大きくなるように調整する。また、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の位相θが、人工きずＮについての短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の位相θと同等の位相となるように、位相回転器２５における位相の回転量（移相量）を校正ステップでの調整後の回転量（移相量）よりも１８０°だけ小さくなるように調整する。
【００５９】
＜２−３．探傷ステップ＞
探傷ステップでは、前述した調整ステップで調整した後の渦流探傷装置１００の検出コイル群１を管Ｐに対向配置し、移動手段により検出コイル群１を管Ｐの軸方向に螺旋状に相対移動させる。そして、長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号に基づき、管Ｐに存在する欠陥を検出する。具体的には、前述のように、検出部２８が演算した振幅Ｚが予め定めたしきい値よりも大きいか否かによって、欠陥の有無を判定する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る渦流探傷装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る渦流探傷方法の校正ステップで用いる人工きずを説明する説明図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る渦流探傷方法の調整ステップで用いる検出対象欠陥を説明する説明図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る渦流探傷方法で得られる信号波形の例を示す。
【符号の説明】
【００６１】
１・・・検出コイル群
２・・・信号処理部
１１・・・検出コイル
２１・・・切り替え手段
２２・・・発信器
２３・・・増幅器（調整手段）
２４・・・同期検波器
２５・・・位相回転器（調整手段）
２６・・・バンドパスフィルタ
２７・・・Ａ／Ｄ変換器
２８・・・検出部
１００・・・渦流探傷装置
Ｐ・・・管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管、丸ビレット、丸棒など、断面略円形の被探傷材に存在する欠陥を検出する渦流探傷方法及び装置に関する。特に、本発明は、検出コイル間の差動信号についての校正作業の手間を軽減することにより、高能率で探傷可能な渦流探傷方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
管、丸ビレット、丸棒などの表面に存在する欠陥を検出する方法として、従来より渦流探傷方法が用いられている。
【０００３】
渦流探傷方法に用いられるプローブコイルとしては、いわゆる自己比較方式のプローブコイルと、いわゆる標準比較方式のプローブコイルとが知られている。自己比較方式のプローブコイルは、少なくとも１対の検出コイル（被探傷材に誘起された渦電流を検出するコイル）を具備し、被探傷材に対向配置された各検出コイルでの検出信号の差（各検出コイル間の差動信号）を出力するように構成されている。標準比較方式のプローブコイルは、少なくとも１対の検出コイルを具備し、一方の検出コイルを被探傷材に対向配置し、他方の検出コイルを標準となるものに対向配置して各検出コイルでの検出信号の差を出力するように構成されている。自己比較方式のプローブコイルを用いれば、標準比較方式のプローブコイルを用いる場合に比べて、プローブコイルの相対移動に伴う被探傷材とプローブコイルとのリフトオフ変動等に起因したノイズ信号が抑制され、Ｓ／Ｎ比が大きくなるため、微小な欠陥を検出できるという利点がある。このため、渦流探傷方法には、自己比較方式のプローブコイルが広く用いられている。
【０００４】
自己比較方式のプローブコイルを用いた渦流探傷技術としては、例えば、特許文献１〜４に記載の技術が提案されている。
【０００５】
特許文献１には、被検査材の軸方向に沿って並設され、それぞれが被検査材の軸方向の磁力線を生じるように励磁される１対のコイルから構成され、該１対のコイルに誘導する電圧差に基づいて被検査材を探傷する渦流探傷センサが開示されている。この渦流探傷センサは、自己比較方式のプローブコイルに相当する。そして、この渦流探傷センサを被検査材の軸方向に螺旋状に相対移動させることによって被検査材は探傷される。また、特許文献１には、未探傷領域が生じないように、複数の渦流探傷センサを被検査材の軸方向に千鳥状に２列に配置する構成が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、円筒形高透磁率磁芯材料の表面に巻いた励磁巻線の表面に、その円周方向全域にわたり複数個の偏平な検出コイルを千鳥状に配置し、外部を保持体で覆った渦流探傷用内挿型プローブが開示されている。各検出コイルは、未探傷領域が生じないように、内挿型プローブの軸方向から見てラップする部分を有する。そして、この内挿型プローブを管内面に挿入し、管軸方向に移動させて、隣接する１対の検出コイル間の差動信号により管内面が探傷される。この１対の検出コイルが、自己比較方式のプローブコイルに相当する。
【０００７】
特許文献３には、断面円形の被検査材の表面に対して垂直磁場を形成するセンサコイルを、被検査材の軸心を中心とする同心円上に多数配設し（具体的には、千鳥状に２列に配列し）、相隣するセンサコイルを１対として順次通電すると共に、センサコイルを被検査材の軸長方向へ相対移動させる渦流探傷装置が開示されている。このセンサコイルを被検査材の軸長へ相対移動させて、隣接する１対のセンサコイル間の差動信号により被検査材が探傷される。この１対のセンサコイルが、自己比較方式のプローブコイルに相当する。
【０００８】
特許文献４には、円柱状ボビンの外周に、コイル長が７０ｍｍ以下に巻装した１対の検出コイルの端部がボビンの軸方向から見て重複するように、検出コイルを複数対千鳥状に配置した内挿プローブを用いて、内管内壁全面を探傷する二重管の内挿渦流探傷方法が開示されている。この内挿プローブを管軸方向に移動させて、１対の検出コイル間の差動信号により二重管が探傷される。この１対の検出コイルが、自己比較方式のプローブコイルに相当する。
【特許文献１】特開昭６３−６５３６１号公報
【特許文献２】特開昭６１−１９８０５５号公報
【特許文献３】特開平２−２１２７６１号公報
【特許文献４】特開平６−２４９８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載の技術は、被探傷材の軸方向に千鳥状に２列に配置した複数の検出コイルを被探傷材の軸方向に螺旋状に相対移動させることにより、１回の走査（相対移動）で未探傷領域を生じさせることなく被探傷材を探傷可能としている。また、特許文献２〜４に記載の技術は、被探傷材の周方向に千鳥状に２列に配置した複数の検出コイルを被探傷材の軸方向に相対移動させることにより、１回の走査（相対移動）で未探傷領域を生じさせることなく被探傷材を探傷可能としている。
【００１０】
特許文献１〜４の何れの技術についても、複数の検出コイルを千鳥状に配置することによって探傷領域を広げている点で、探傷能率は向上するといえる。しかしながら、従来、検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相の校正は、差動信号を得る１対の検出コイル毎に行っているため、検出コイルの数が増えれば増えるほど、校正作業に手間を要する。従って、探傷精度を高めるために、検出コイル間の差動信号についての校正作業の頻度を高めると、その分だけ、探傷能率が低下するという問題がある。
【００１１】
本発明は、斯かる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、断面略円形の被探傷材に存在する欠陥を検出する渦流探傷方法及び装置であって、検出コイル間の差動信号の校正作業の手間を軽減することにより、高能率で探傷可能な渦流探傷方法及び装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するため、本発明は、長手方向に直線状に配列された偶数個の検出コイルからなる検出コイル列が、短手方向に隣接する検出コイルの端部同士が短手方向から見て互いに重なり合うように、短手方向に２列配列されて構成される検出コイル群を、各検出コイルの長手方向が断面略円形の被探傷材の軸方向に沿うように該被探傷材に対向配置して、該被探傷材に存在する欠陥を検出する渦流探傷方法であって、以下の各ステップを含むことを特徴とする渦流探傷方法を提供する。
（１）校正ステップ：校正用の被探傷材に、該校正用被探傷材の軸方向に延びる人工きずであって、前記検出コイル群を構成する長手方向及び短手方向に隣接する２対の検出コイルの長さ以上に延びる人工きずを設け、前記検出コイル群を前記人工きずに対向配置して、前記校正用被探傷材の周方向に前記検出コイル群を相対移動させることにより、短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を校正する。
（２）調整ステップ：前記検出コイル群を用いて得られる検出対象欠陥についての長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅及び位相と、前記校正ステップで用いる人工きずについての短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅及び位相との予め取得した関係に基づき、長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を調整する。
（３）探傷ステップ：前記調整ステップで調整した後の前記検出コイル群を被探傷材に対向配置し、前記検出コイル群を被探傷材の軸方向に螺旋状に相対移動させて、長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号に基づき、前記被探傷材に存在する欠陥を検出する。
【００１３】
本発明で用いる検出コイル群は、長手方向に直線状に配列された偶数個の検出コイルからなる検出コイル列が、短手方向に隣接する検出コイルの端部同士が短手方向から見て互いに重なり合うように、短手方向に２列配列されて構成される。そして、この検出コイル群が、各検出コイルの長手方向が断面略円形の被探傷材の軸方向に沿うように該被探傷材に対向配置され、被探傷材に存在する欠陥が検出される。換言すれば、本発明で用いる検出コイル群は、被探傷材に対向配置された状態で、被探傷材の軸方向に千鳥状に２列（被探傷材の周方向に２列）に配置した複数の検出コイルを備え、被探傷材の周方向に隣接する検出コイルの端部同士が被探傷材の周方向から見て互いに重なり合うように構成されている。そして、本発明の探傷ステップにおいて、検出コイル群を被探傷材に対向配置し、検出コイル群を被探傷材の軸方向に螺旋状に相対移動させて、長手方向（被探傷材の軸方向）に隣接する検出コイル間の差動信号に基づき、被探傷材に存在する欠陥を検出するため、１回の走査（相対移動）で未探傷領域を生じさせることなく被探傷材を探傷可能である。
【００１４】
そして、本発明の校正ステップでは、校正用の被探傷材に、検出コイル群を構成する長手方向（被探傷材の軸方向）及び短手方向（被探傷材の周方向）に隣接する２対の検出コイルの長さ以上に延びる人工きずを設け、検出コイル群を人工きずに対向配置して、校正用被探傷材の周方向に検出コイル群を相対移動させることにより、短手方向（被探傷材の周方向）に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相が校正される。換言すれば、人工きずを探傷する際に得られる短手方向（被探傷材の周方向）に隣接する検出コイル間の差動信号（きず信号）の最大振幅が予め決めた所定値となるように、差動信号の検出感度（差動信号の増幅率）が調整される。また、人工きず以外の部位を探傷する際に得られる短手方向（被探傷材の周方向）に隣接する検出コイル間の差動信号（リフトオフ変動等に起因したノイズ信号）の位相と、上記きず信号の位相とを弁別し易いように、差動信号の位相が調整される。本発明の校正ステップによれば、校正用被探傷材の周方向に検出コイル群を相対移動させることにより、短手方向（被探傷材の周方向）に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を、少なくとも２対の検出コイル分だけ同時に校正できるため、従来のように１対の検出コイル毎に校正する場合に比べて、校正作業の手間を軽減することができ、探傷能率を高めることが可能である。なお、人工きずの長さが、検出コイル群を構成する長手方向（被探傷材の軸方向）及び短手方向（被探傷材の周方向）に隣接する２対の検出コイルの長さと同等であり、且つ、検出コイル群が、長手方向（被探傷材の軸方向）及び短手方向（被探傷材の周方向）に隣接する４対以上の検出コイルを備える場合には、いずれか隣接する２対の検出コイルを人工きずに対向配置して校正した後、検出コイル群を校正用被探傷材の軸方向に相対移動させ、残りの隣接する２対の検出コイルを人工きずに対向配置して校正を行えばよい。
【００１５】
ただし、上記の校正ステップでは、短手方向（被探傷材の周方向）に隣接する検出コイル間の差動信号について校正しており、探傷ステップで実際に探傷する際に用いる長手方向（被探傷材の軸方向）に隣接する検出コイル間の差動信号について校正するものではない。このため、本発明では、前記検出コイル群を用いて得られる検出対象欠陥（例えば、被探傷材の表面が窪んだピット状きずや貫通きずなどの微小きず）についての長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅及び位相と、校正ステップで用いる人工きずについての短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅及び位相との関係を予め取得しておく。そして、本発明の調整ステップにおいて、この予め取得した関係に基づき、長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を調整する。これにより、校正ステップにおいて、短手方向（被探傷材の周方向）に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を校正しさえすれば、前記予め取得した関係に基づき、長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を容易に調整可能である。なお、検出対象欠陥が微小きずである場合、この微小きずについての長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の振幅は、微小きずがいずれか一方の検出コイルの中心に対向する位置にあるときに最大となる。このため、微小きずについての長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅を得るには、被探傷材の軸方向についての検出コイル群の相対位置を微妙に調整する必要が生じ、手間を要する。しかしながら、微小きずについての長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅及び位相と、校正ステップで用いる人工きずについての短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅及び位相との関係が変化しないとすれば、この関係を取得するために、微小きずについての長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅を一度だけ取得すればよい。すなわち、微小きずについての長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅を取得し、この最大振幅及び位相と、校正ステップで用いる人工きずについての短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅及び位相との関係を取得した後は、人工きずを用いて短手方向（被探傷材の周方向）に隣接する検出コイル間の差動信号についてのみ校正すればよいため、校正作業の手間を軽減することができ、探傷能率を高めることが可能である。
【００１６】
以上のように、本発明に係る方法によれば、検出コイル間の差動信号の校正作業の手間が軽減され、探傷効率を高めることが可能である。なお、本発明における「長手方向」及び「短手方向」とは、それぞれ検出コイル群を構成する各検出コイルの長手方向及び短手方向を意味する。また、本発明における「長手方向及び短手方向に隣接する２対の検出コイルの長さ」とは、長手方向及び短手方向に隣接する２対の検出コイルの長手方向の総長さを意味する。
【００１７】
好ましくは、前記人工きずは、前記検出コイル群の長さ以上に前記校正用被探傷材の軸方向に延びるものとされる。
【００１８】
斯かる好ましい方法によれば、検出コイル群を人工きずに対向配置して、校正用被探傷材の周方向に検出コイル群を一回相対移動させるだけで、全ての検出コイル間の差動信号について校正することが可能である。すなわち、校正ステップを実行する際に、検出コイル群を校正用被探傷材の軸方向に相対移動させる必要が無いため、校正作業の手間がより一層軽減され、より一層探傷効率を高めることが可能である。なお、本発明における「検出コイル群の長さ」とは、検出コイル群を構成する全ての検出コイルの長手方向の総長さを意味する。
【００１９】
また、前記課題を解決するため、本発明は、長手方向に直線状に配列された偶数個の検出コイルからなる検出コイル列が、短手方向に隣接する検出コイルの端部同士が短手方向から見て互いに重なり合うように、短手方向に２列配列されて構成される検出コイル群であって、各検出コイルの長手方向が断面略円形の被探傷材の軸方向に沿うように該被探傷材に対向配置された検出コイル群と、前記検出コイル群における長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号と、短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号とを切り替えて出力する切り替え手段と、前記切り替え手段によって出力された差動信号の検出感度及び位相を調整する調整手段と、前記検出コイル群を被探傷材の軸方向及び周方向に相対移動させる移動手段とを備えることを特徴とする渦流探傷装置としても提供される。
【００２０】
本発明に係る装置によれば、切り替え手段によって短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号を出力し、移動手段によって検出コイル群を被探傷材の周方向に相対移動させながら、調整手段によって短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を調整することにより、前述した本発明に係る方法の校正ステップを実行することが可能である。また、切り替え手段によって長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号を出力し、調整手段によって長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を調整することにより、前述した本発明に係る方法の調整ステップを実行することが可能である。さらに、切り替え手段によって長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号を出力し、移動手段によって検出コイル群を被探傷材の軸方向及び周方向に同時に（すなわち、螺旋状に）相対移動させることにより、前述した本発明に係る方法の探傷ステップを実行することが可能である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、検出コイル間の差動信号についての校正作業の手間を軽減することにより、管、丸ビレット、丸棒など、断面略円形の被探傷材に存在する欠陥を高能率で探傷可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について、被探傷材が管である場合を例に挙げて説明する。
【００２３】
＜１．渦流探傷装置の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る渦流探傷装置の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態に係る渦流探傷装置１００は、検出コイル群１と、信号処理部２とを備えている。また、渦流探傷装置１００は、検出コイル群１を管Ｐの軸方向及び周方向に相対移動させる移動手段（図示せず）を備える。
【００２４】
検出コイル群１は、長手方向（図１のＸ方向）に直線状に配列された偶数個（本実施形態では４つ）の検出コイル１１からなる検出コイル列が、短手方向に２列配列されて構成されている。具体的には、検出コイル１１ａ、１１ｃ、１１ｅ、１１ｇからなる検出コイル列と、検出コイル１１ｂ、１１ｄ、１１ｆ、１１ｈからなる検出コイル列とが、短手方向（図１のＹ方向）に配列されている。そして、これらの検出コイル列は、短手方向に隣接する検出コイル１１の端部同士が短手方向から見て互いに重なり合うように配列されている。この検出コイル群１は、各検出コイル１１の長手方向が管Ｐの軸方向に沿うように管Ｐの外面に対向配置されている。なお、未探傷領域を生じさせることなく管Ｐを探傷するため、検出コイル１１の長手方向の配列ピッチ（例えば、検出コイル１１ａの中心と検出コイル１１ｂの中心との長手方向の離間距離）は、検出コイル１１で欠陥の検出が可能な有効長さＬＥ以下とされる。換言すれば、検出コイル１１は、その配列ピッチが有効長さＬＥ以下となるように、端部同士が短手方向から見て互いに重なり合うように配列されている。
【００２５】
本実施形態に係る検出コイル１１は、周縁に導線が巻回されており、管Ｐに誘起された渦電流によって生じる管Ｐの外面に垂直な方向の交流磁界の変化を検出すると共に、管Ｐの外面に垂直な方向に交流磁界を作用させて渦電流を誘起する励磁コイルの機能を兼ねた、いわゆる自己誘導型コイルとされている。
【００２６】
ここで、検出コイル１１の寸法が小さいほど、ピット状きずや貫通きずなどの微小きずを検出し易いため、これら微小きずの検出能を高めるには、検出コイル１１の寸法を小さくすることが好ましい。一方、後述のように、検出コイル１１を管Ｐの軸方向に螺旋状に相対移動させて探傷するに際し、管Ｐの周方向１回転当たりの各検出コイル１１の探傷幅（管Ｐの探傷領域の軸方向寸法）を広くする方が、探傷能率は向上する。このため、検出対象欠陥が微小きずである場合には、検出コイル１１として、長手方向（管Ｐの軸方向）の寸法と短手方向（管Ｐの周方向）の寸法との比が比較的大きな細長形状の検出コイルを用いることが好ましい。例えば、検出対象欠陥が内径２ｍｍのピット状きずである場合には、検出コイル１１の短手方向の寸法（具体的には、欠陥の検出が可能な有効幅ＷＥ）は、好ましくは２ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下とされる。また、検出コイル１１の長手方向の寸法（欠陥の検出が可能な有効長さＬＥ）は、好ましくは４ｍｍ以上とされる。
【００２７】
本実施形態に係る信号処理部２は、切り替え手段２１（２１ａ〜２１ｄ）と、発信器２２と、増幅器２３（２３ａ〜２３ｄ）と、同期検波器２４（２４ａ〜２４ｄ）と、位相回転器２５（２５ａ〜２５ｄ）と、バンドパスフィルタ２６（２６ａ〜２６ｄ）と、Ａ／Ｄ変換器２７（２７ａ〜２７ｄ）と、検出部２８（２７ａ〜２７ｄ）とを備える。なお、本実施形態の増幅器２３及び位相回転器２５が、本発明における「切り替え手段によって出力された差動信号の検出感度及び位相を調整する調整手段」に相当する。
【００２８】
発信器２２は、各検出コイル１１に所定周波数の交流電流を供給する。これにより、前述のように、各検出コイル１１から管Ｐの外面に垂直な方向に作用する交流磁界が生じ、管Ｐに渦電流が誘起される。そして、管Ｐに誘起された渦電流によって生じる管Ｐの外面に垂直な方向の交流磁界の変化が各検出コイル１１で検出され、検出信号として出力される。
【００２９】
切り替え手段２１は、検出コイル群１における長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号と、短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号とを切り替えて出力する機能を有する。本実施形態では、検出コイル群１が８つの検出コイル１１ａ〜１１ｈからなることに応じて、４つの切り替え手段２１ａ〜２１ｄが設けられている。具体的には、切り替え手段２１ａには、検出コイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃでの検出信号がそれぞれ入力される。そして、切り替え手段２１ａは、長手方向に隣接する検出コイル１１ａ、１１ｃでの検出信号の差を差動信号として出力するか、或いは、短手方向に隣接する検出コイル１１ａ、１１ｂでの検出信号の差を差動信号として出力するかを切り替える。
【００３０】
同様にして、切り替え手段２１ｂには、検出コイル１１ｂ、１１ｃ、１１ｄでの検出信号がそれぞれ入力される。そして、切り替え手段２１ｂは、長手方向に隣接する検出コイル１１ｂ、１１ｄでの検出信号の差を差動信号として出力するか、或いは、短手方向に隣接する検出コイル１１ｃ、１１ｄでの検出信号の差を差動信号として出力するかを切り替える。切り替え手段２１ｃには、検出コイル１１ｅ、１１ｆ、１１ｇでの検出信号がそれぞれ入力される。そして、切り替え手段２１ｃは、長手方向に隣接する検出コイル１１ｅ、１１ｇでの検出信号の差を差動信号として出力するか、或いは、短手方向に隣接する検出コイル１１ｅ、１１ｆでの検出信号の差を差動信号として出力するかを切り替える。切り替え手段２１ｄには、検出コイル１１ｆ、１１ｇ、１１ｈでの検出信号がそれぞれ入力される。そして、切り替え手段２１ｄは、長手方向に隣接する検出コイル１１ｆ、１１ｈでの検出信号の差を差動信号として出力するか、或いは、短手方向に隣接する検出コイル１１ｇ、１１ｈでの検出信号の差を差動信号として出力するかを切り替える。
【００３１】
なお、切り替え手段２１としては、切り替え回路等を具備し、適宜の制御信号に基づいて、切り替え回路が、出力する差動信号を自動的に切り替える構成の他、押しボタンスイッチ等を押すことにより、電気的接続を機械的に切り替え、出力する差動信号を手動で切り替える構成を採用することも可能である。
【００３２】
増幅器２３は、切り替え手段２１から出力された差動信号を増幅した後、同期検波器２４に出力する。本実施形態では、４つの切り替え手段２１ａ〜２１ｄが設けられていることに応じて、４つの増幅器２３ａ〜２３ｄが設けられている。
【００３３】
同期検波器２４は、発振器２２から出力される参照信号に基づき、増幅器２３の出力信号を同期検波する。本実施形態では、４つの増幅器２３ａ〜２３ｄが設けられていることに応じて、４つの同期検波器２４ａ〜２４ｄが設けられている。具体的に説明すれば、発振器２２から各同期検波器２４ａ〜２４ｄに向けて、各検出コイル１１に供給する交流電流と同一の周波数で同一の位相を有する第１参照信号と、該第１参照信号の位相を９０°だけ移相した第２参照信号とが出力される。そして、同期検波器２４ａ〜２４ｄは、増幅器２３ａ〜２３ｄの出力信号から、第１参照信号の位相と同位相の信号成分（第１信号成分）及び第２参照信号の位相と同位相の信号成分（第２信号成分）を分離・抽出する。分離・抽出された第１信号成分及び第２信号成分は、それぞれ位相回転器２５に出力される。
【００３４】
位相回転器２５は、同期検波器２４から出力された第１信号成分及び第２信号成分の位相を互いに同一の所定量だけ回転（移相）し、例えば、第１信号成分をＸ信号、第２信号成分をＹ信号として、バンドパスフィルタ２６に出力する。本実施形態では、４つの同期検波器２４ａ〜２４ｄが設けられていることに応じて、４つの位相回転器２５ａ〜２５ｄが設けられている。なお、位相回転器２５から出力されるＸ信号及びＹ信号は、互いに直交する２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）で表されるＸ−Ｙベクトル平面においていわゆるリサージュ波形と称される信号波形（すなわち、振幅をＺ、位相をθとして極座標（Ｚ、θ）で表した検出コイル１１間の差動信号波形（正確には、増幅器２３によって増幅した後の差動信号波形））を、Ｘ軸及びＹ軸にそれぞれ投影した成分に相当することになる。
【００３５】
バンドパスフィルタ２６は、位相回転器２５から出力されたＸ信号及びＹ信号から所定の帯域の周波数成分のみを透過させて、Ａ／Ｄ変換器２７に出力する。本実施形態では、４つの位相回転器２５ａ〜２５ｄが設けられていることに応じて、４つのバンドパスフィルタ２６ａ〜２６ｄが設けられている。
【００３６】
Ａ／Ｄ変換器２７は、バンドパスフィルタ２６の出力信号をＡ／Ｄ変換し、検出部２８に出力する。本実施形態では、４つのバンドパスフィルタ２６ａ〜２６ｄが設けられていることに応じて、４つのＡ／Ｄ変換器２７ａ〜２７ｄが設けられている。
【００３７】
検出部２８は、Ａ／Ｄ変換器２７の出力データ（すなわち、バンドパスフィルタ２６によって所定の周波数成分のみが透過されたＸ信号及びＹ信号をＡ／Ｄ変換したデジタルデータ。以下、Ｘ信号データ及びＹ信号データという）に基づいて、管Ｐに存在する欠陥を検出する。具体的に説明すれば、検出部２８は、入力されたＸ信号データ及びＹ信号データに基づき、検出コイル１１間の差動信号（正確には、増幅器２３によって増幅し、バンドパスフィルタ２６によって所定の帯域の周波数成分のみを透過させた後の差動信号）の振幅Ｚ及び位相θを演算する。Ｘ信号データの値をＸ、Ｙ信号データの値をＹとすると、振幅Ｚ及び位相θは、下記の式（１）及び（２）によって演算される。
Ｚ＝（Ｘ２＋Ｙ２）１／２ ・・・ （１）
θ＝ｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ） ・・・ （２）
【００３８】
次に、検出部２８は、前記演算した振幅Ｚが予め定めたしきい値よりも大きいか否かを判定する。振幅Ｚが予め定めたしきい値以下である場合、検出部２８は、この振幅Ｚを有する差動信号は欠陥での差動信号ではないと判定する。一方、振幅Ｚが予め定めたしきい値よりも大きい場合には、検出部２８は、この振幅Ｚを有する差動信号は欠陥での差動信号であると判定し、必要に応じて、欠陥を検出したことを知らせる所定のアラームを出力する。
【００３９】
なお、本実施形態では、検出部２８が振幅Ｚの大小によって欠陥の有無を判定する構成について説明したが、これに限るものではなく、検出部２８が、Ｘ信号データの値あるいはＹ信号データの値の何れかの大小によって欠陥の有無を判定する構成を採用することも可能である。
【００４０】
検出コイル群１を管Ｐの軸方向及び周方向に相対移動させる移動手段（図示せず）としては、例えば、管Ｐを載置して周方向に回転させるローラと、管Ｐを載置して軸方向に搬送するローラとを組み合わせた構成を挙げることができる。また、前記移動手段としては、管Ｐを載置して周方向に回転させるローラと、検出コイル群１を管Ｐの軸方向に移動させる一軸駆動機構とを組み合わせた構成を挙げることもできる。
【００４１】
＜２．渦流探傷方法の説明＞
以下、上述した構成を有する渦流探傷装置１００を用いた本発明の一実施形態に係る渦流探傷方法について説明する。本実施形態に係る渦流探傷方法は、校正ステップと、調整ステップと、探傷ステップとを含む。以下、各ステップについて順次説明する。
【００４２】
＜２−１．校正ステップ＞
図２に示すように、校正ステップでは、校正用の管Ｐ１（実際に探傷を行って製品として出荷される管Ｐと寸法や材質が同じである管）に、該校正用管Ｐ１の軸方向に延びる人工きずであって、検出コイル群１１を構成する長手方向及び短手方向に隣接する２対の検出コイル１１の長さＬ２以上に延びる人工きずＮ（例えば、長尺のノッチきず）を設ける。図２に示す例では、好ましい態様として、検出コイル群１の長さＬ１以上に延びる人工きずＮを設けている。なお、人工きずＮの幅（校正用管Ｐ１の周方向についての寸法）は、好ましくは、検出コイル１１の有効幅ＷＥ（図１参照）以下とされる。
【００４３】
そして、本ステップでは、検出コイル群１を人工きずＮに対向配置して、移動手段（図示せず）により校正用管Ｐ１の周方向に検出コイル群１を相対移動させることにより、短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の検出感度及び位相を校正する。以下、これについて具体的に説明する。
【００４４】
まず、図１に示す切り替え手段２１を動作させ、切り替え手段２１が、短手方向に隣接する検出コイル１１での検出信号の差を差動信号として出力する状態にする。具体的には、切り替え手段２１ａが、短手方向に隣接する検出コイル１１ａ、１１ｂでの検出信号の差を差動信号として出力し、切り替え手段２１ｂが、短手方向に隣接する検出コイル１１ｃ、１１ｄでの検出信号の差を差動信号として出力し、切り替え手段２１ｃが、短手方向に隣接する検出コイル１１ｅ、１１ｆでの検出信号の差を差動信号として出力し、切り替え手段２１ｄが、短手方向に隣接する検出コイル１１ｇ、１１ｈでの検出信号の差を差動信号として出力する状態にする。
【００４５】
次に、人工きずＮに対向配置した検出コイル群１の各検出コイル１１に発信器２２から交流電流を供給し、検出コイル群１を校正用管Ｐ１の周方向に相対移動させて探傷する。これにより、各検出コイル１１から各検出コイル１１に対向する校正用管Ｐ１の部位についての検出信号が出力される。そして、各切り替え手段２１から短手方向に隣接する検出コイル１１での検出信号の差が差動信号として出力される。人工きずＮを探傷する際に各切り替え手段２１から出力される差動信号（きず信号）は、人工きずＮが一方の検出コイル列（検出コイル１１ａ、１１ｃ、１１ｅ、１１ｇ）の短手方向中央に対向する位置にあるとき、或いは、人工きずＮが他方の検出コイル列（検出コイル１１ｂ、１１ｄ、１１ｆ、１１ｈ）の短手方向中央に対向する位置にあるときに、その振幅が最大となる。そして、このきず信号の最大振幅が増幅後に予め決めた所定値となるように、各増幅器２３の増幅率を調整する。具体的には、各検出部２８で演算されるきず信号の最大振幅Ｚが予め決めた所定値となるように、各増幅器２３の増幅率を調整する。以上のようにして、短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の検出感度を校正する。
【００４６】
また、校正用管Ｐ１の人工きずＮ以外の部位を探傷する際、すなわち、いずれの検出コイル列に対向する位置にも人工きずＮがない場合に各切り替え手段２１から出力される差動信号（リフトオフ変動等に起因したノイズ信号）の位相と、上記きず信号の位相とを弁別し易いように、差動信号の位相を調整する。具体的には、各検出部２８で演算されるきず信号の位相θが予め決めた所定値となるように、各位相回転器２５における位相の回転量（移相量）を調整する。以上のようにして、短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の位相を校正する。
【００４７】
図４（ａ）は、以上に説明した校正ステップによって、短手方向に隣接する一対の検出コイル１１間の差動信号の検出感度及び位相を校正する際に得られる信号波形（リサージュ波形、Ｘ信号波形、Ｙ信号波形）の一例を示す。なお、図４（ａ）に示す例では、校正用管Ｐ１として、外径１６０ｍｍ、肉厚７ｍｍ、長さ３００ｍｍのステンレス鋼管（ＳＵＳ３０４）を用いた。また、この校正用管Ｐ１に、人工きずＮとして、幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、長さ１００ｍｍのノッチきずを設けた。そして、有効幅ＷＥが１ｍｍ、有効長さＬＥが４ｍｍの検出コイル１１からなる検出コイル群１１をリフトオフ２ｍｍで校正用管Ｐ１の外面に対向配置し、校正用管Ｐ１を周方向に３０ｍ／ｍｉｎで回転させることにより、校正用管Ｐ１の周方向に検出コイル群１を相対移動させた。なお、発信器２２から供給する交流電流の周波数は１３０ｋＨｚとし、バンドパスフィルタ２６の透過周波数帯域は２０〜４００Ｈｚとした。
【００４８】
図４（ａ）に示す例では、きず信号の最大振幅Ｚが５０ｄＢ（１００％）となるように、増幅器２３の増幅率を調整すると共に、きず信号の位相θが０°となるように、位相回転器２５における位相の回転量（移相量）を調整している。
【００４９】
＜２−２．調整ステップ＞
前述した校正ステップを実行した後、調整ステップを実行する。調整ステップを実行するに際しては、検出コイル群１を用いて得られる検出対象欠陥（例えば、被探傷材の表面が窪んだピット状きずや貫通きずなどの微小きず）についての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅及び位相と、前述した校正ステップで用いる人工きずＮについての短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅及び位相との関係を予め取得しておく。
【００５０】
上記の関係を取得する際には、図３に示すように、管Ｐに検出対象欠陥Ｄ（人工きず又は自然きず）を設け、検出コイル群１をこの管Ｐに対向配置する。次に、検出対象欠陥Ｄが、長手方向に隣接する検出コイル１１のうち何れか一方の検出コイル１１（図３に示す例では、検出コイル１１ａ）の長手方向中央に対向する位置となるように、移動手段によって検出コイル群１を相対移動させる。そして、移動手段により管Ｐの周方向に検出コイル群１を相対移動させることにより、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅及び位相を取得する。以下、より具体的に説明する。
【００５１】
まず、図１に示す切り替え手段２１を動作させ、切り替え手段２１が、長手方向に隣接する検出コイル１１での検出信号の差を差動信号として出力する状態にする。具体的には、切り替え手段２１ａが、長手方向に隣接する検出コイル１１ａ、１１ｃでの検出信号の差を差動信号として出力し、切り替え手段２１ｂが、長手方向に隣接する検出コイル１１ｂ、１１ｄでの検出信号の差を差動信号として出力し、切り替え手段２１ｃが、長手方向に隣接する検出コイル１１ｅ、１１ｇでの検出信号の差を差動信号として出力し、切り替え手段２１ｄが、長手方向に隣接する検出コイル１１ｆ、１１ｈでの検出信号の差を差動信号として出力する状態にする。
【００５２】
次に、検出対象欠陥Ｄを長手方向に隣接する検出コイル１１ａ、１１ｃのうち何れか一方の検出コイルの長手方向中央に対向する位置とした状態で、管Ｐに対向配置した検出コイル群１の各検出コイル１１に発信器２２から交流電流を供給し、検出コイル群１を管Ｐの周方向に相対移動させて探傷する。これにより、切り替え手段２１ａから長手方向に隣接する検出コイル１１ａ、１１ｃでの検出信号の差が差動信号として出力される。検出対象欠陥Ｄを探傷する際に切り替え手段２１ａから出力される差動信号（きず信号）は、検出対象欠陥Ｄが検出コイル１１ａ、１１ｃのうち何れか一方の検出コイルの中心に対向する位置にあるときに、その振幅が最大となる。そして、このきず信号の最大振幅及び位相を取得する。具体的には、検出部２８ａで演算されるきず信号の最大振幅Ｚ及び位相θを取得する。
【００５３】
同様にして、検出対象欠陥Ｄを長手方向に隣接する検出コイル１１ｂ、１１ｄのうち何れか一方の検出コイルの長手方向中央に対向する位置とした状態で、検出コイル群１を管Ｐの周方向に相対移動させて探傷し、検出部２８ｂで演算されるきず信号の最大振幅Ｚ及び位相θを取得する。また、検出対象欠陥Ｄを長手方向に隣接する検出コイル１１ｅ、１１ｇのうち何れか一方の検出コイルの長手方向中央に対向する位置とした状態で、検出コイル群１を管Ｐの周方向に相対移動させて探傷し、検出部２８ｃで演算されるきず信号の最大振幅Ｚ及び位相θを取得する。さらに、検出対象欠陥Ｄを長手方向に隣接する検出コイル１１ｆ、１１ｈのうち何れか一方の検出コイルの長手方向中央に対向する位置とした状態で、検出コイル群１を管Ｐの周方向に相対移動させて探傷し、検出部２８ｄで演算されるきず信号の最大振幅Ｚ及び位相θを取得する。
【００５４】
以上のようにして、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅及び位相を取得する。なお、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅及び位相を取得するに際しては、切り替え手段２１によって出力する差動信号を切り替える点を除き、増幅器２３の増幅率や位相回転器２５における位相の回転量（移相量）などは前述した校正ステップで調整した後の条件と同一の条件として探傷を行う。
【００５５】
図４（ｂ）、（ｃ）は、以上に説明した検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する一対の検出コイル１１間の差動信号の最大振幅及び位相を取得する際に得られる信号波形（リサージュ波形、Ｘ信号波形、Ｙ信号波形）の一例を示す。なお、図４（ｂ）に示す例では、検出対象欠陥Ｄとして、内径２．６ｍｍの貫通きずを設けた。また、図４（ｃ）に示す例では、検出対象欠陥Ｄとして、内径５ｍｍ、深さ０．５ｍｍのピット状きずを設けた。その他の条件については、図４（ａ）に示す例と同様の条件で探傷した。
【００５６】
図４（ｂ）に示す例では、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅Ｚは、人工きずＮについての短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅Ｚに対し、４ｄＢだけ大きくなるという関係を有する。また、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の位相θは、人工きずＮについての短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の位相θに対し、１６０°だけ大きくなるという関係を有する。また、図４（ｃ）に示す例では、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅Ｚは、人工きずＮについての短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅Ｚに対し、１ｄＢだけ小さくなるという関係を有する。また、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の位相θは、人工きずＮについての短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の位相θに対し、１８０°だけ大きくなるという関係を有する。
【００５７】
上記のようにして、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅及び位相と、人工きずＮについての短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅及び位相との関係を予め取得する。
【００５８】
そして、調整ステップでは、予め取得した上記の関係に基づき、長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を調整する。例えば、図４（ｂ）に示す例では、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅Ｚが、人工きずＮについての短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅Ｚと同等の振幅となるように、増幅器２３の増幅率を校正ステップでの調整後の増幅率よりも４ｄＢだけ小さくなるように調整する。また、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の位相θが、人工きずＮについての短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の位相θと同等の位相となるように、位相回転器２５における位相の回転量（移相量）を校正ステップでの調整後の回転量（移相量）よりも１６０°だけ小さくなるように調整する。また、図４（ｃ）に示す例では、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅Ｚが、人工きずＮについての短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の最大振幅Ｚと同等の振幅となるように、増幅器２３の増幅率を校正ステップでの調整後の増幅率よりも１ｄＢだけ大きくなるように調整する。また、検出対象欠陥Ｄについての長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の位相θが、人工きずＮについての短手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号の位相θと同等の位相となるように、位相回転器２５における位相の回転量（移相量）を校正ステップでの調整後の回転量（移相量）よりも１８０°だけ小さくなるように調整する。
【００５９】
＜２−３．探傷ステップ＞
探傷ステップでは、前述した調整ステップで調整した後の渦流探傷装置１００の検出コイル群１を管Ｐに対向配置し、移動手段により検出コイル群１を管Ｐの軸方向に螺旋状に相対移動させる。そして、長手方向に隣接する検出コイル１１間の差動信号に基づき、管Ｐに存在する欠陥を検出する。具体的には、前述のように、検出部２８が演算した振幅Ｚが予め定めたしきい値よりも大きいか否かによって、欠陥の有無を判定する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る渦流探傷装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る渦流探傷方法の校正ステップで用いる人工きずを説明する説明図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る渦流探傷方法の調整ステップで用いる検出対象欠陥を説明する説明図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る渦流探傷方法で得られる信号波形の例を示す。
【符号の説明】
【００６１】
１・・・検出コイル群
２・・・信号処理部
１１・・・検出コイル
２１・・・切り替え手段
２２・・・発信器
２３・・・増幅器（調整手段）
２４・・・同期検波器
２５・・・位相回転器（調整手段）
２６・・・バンドパスフィルタ
２７・・・Ａ／Ｄ変換器
２８・・・検出部
１００・・・渦流探傷装置
Ｐ・・・管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に直線状に配列された偶数個の検出コイルからなる検出コイル列が、短手方向に隣接する検出コイルの端部同士が短手方向から見て互いに重なり合うように、短手方向に２列配列されて構成される検出コイル群を、各検出コイルの長手方向が断面略円形の被探傷材の軸方向に沿うように該被探傷材に対向配置して、該被探傷材に存在する欠陥を検出する渦流探傷方法であって、
校正用の被探傷材に、該校正用被探傷材の軸方向に延びる人工きずであって、前記検出コイル群を構成する長手方向及び短手方向に隣接する２対の検出コイルの長さ以上に延びる人工きずを設け、前記検出コイル群を前記人工きずに対向配置して、前記校正用被探傷材の周方向に前記検出コイル群を相対移動させることにより、短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を校正する校正ステップと、
前記検出コイル群を用いて得られる検出対象欠陥についての長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅及び位相と、前記校正ステップで用いる人工きずについての短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅及び位相との予め取得した関係に基づき、長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を調整する調整ステップと、
前記調整ステップで調整した後の前記検出コイル群を被探傷材に対向配置し、前記検出コイル群を被探傷材の軸方向に螺旋状に相対移動させて、長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号に基づき、前記被探傷材に存在する欠陥を検出する探傷ステップとを含むことを特徴とする渦流探傷方法。
【請求項２】
前記人工きずは、前記検出コイル群の長さ以上に前記校正用被探傷材の軸方向に延びることを特徴とする請求項１に記載の渦流探傷方法。
【請求項３】
長手方向に直線状に配列された偶数個の検出コイルからなる検出コイル列が、短手方向に隣接する検出コイルの端部同士が短手方向から見て互いに重なり合うように、短手方向に２列配列されて構成される検出コイル群であって、各検出コイルの長手方向が断面略円形の被探傷材の軸方向に沿うように該被探傷材に対向配置された検出コイル群と、
前記検出コイル群における長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号と、短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号とを切り替えて出力する切り替え手段と、
前記切り替え手段によって出力された差動信号の検出感度及び位相を調整する調整手段と、
前記検出コイル群を被探傷材の軸方向及び周方向に相対移動させる移動手段とを備えることを特徴とする渦流探傷装置。
【請求項１】
長手方向に直線状に配列された偶数個の検出コイルからなる検出コイル列が、短手方向に隣接する検出コイルの端部同士が短手方向から見て互いに重なり合うように、短手方向に２列配列されて構成される検出コイル群を、各検出コイルの長手方向が断面略円形の被探傷材の軸方向に沿うように該被探傷材に対向配置して、該被探傷材に存在する欠陥を検出する渦流探傷方法であって、
校正用の被探傷材に、該校正用被探傷材の軸方向に延びる人工きずであって、前記検出コイル群を構成する長手方向及び短手方向に隣接する２対の検出コイルの長さ以上に延びる人工きずを設け、前記検出コイル群を前記人工きずに対向配置して、前記校正用被探傷材の周方向に前記検出コイル群を相対移動させることにより、短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を校正する校正ステップと、
前記検出コイル群を用いて得られる検出対象欠陥についての長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅及び位相と、前記校正ステップで用いる人工きずについての短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の最大振幅及び位相との予め取得した関係に基づき、長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号の検出感度及び位相を調整する調整ステップと、
前記調整ステップで調整した後の前記検出コイル群を被探傷材に対向配置し、前記検出コイル群を被探傷材の軸方向に螺旋状に相対移動させて、長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号に基づき、前記被探傷材に存在する欠陥を検出する探傷ステップとを含むことを特徴とする渦流探傷方法。
【請求項２】
前記人工きずは、前記検出コイル群の長さ以上に前記校正用被探傷材の軸方向に延びることを特徴とする請求項１に記載の渦流探傷方法。
【請求項３】
長手方向に直線状に配列された偶数個の検出コイルからなる検出コイル列が、短手方向に隣接する検出コイルの端部同士が短手方向から見て互いに重なり合うように、短手方向に２列配列されて構成される検出コイル群であって、各検出コイルの長手方向が断面略円形の被探傷材の軸方向に沿うように該被探傷材に対向配置された検出コイル群と、
前記検出コイル群における長手方向に隣接する検出コイル間の差動信号と、短手方向に隣接する検出コイル間の差動信号とを切り替えて出力する切り替え手段と、
前記切り替え手段によって出力された差動信号の検出感度及び位相を調整する調整手段と、
前記検出コイル群を被探傷材の軸方向及び周方向に相対移動させる移動手段とを備えることを特徴とする渦流探傷装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−３２３５２（Ｐ２０１０−３２３５２Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９４６３５（Ｐ２００８−１９４６３５）
【出願日】平成２０年７月２９日（２００８．７．２９）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２９日（２００８．７．２９）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
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