磁気探傷方法及び磁気探傷装置
【課題】回転磁界を用いて被検査材に存在する種々の方向に延びるきずを高精度に探傷可能な磁気探傷方法及び磁気探傷装置を提供する。
【解決手段】磁気探傷装置１００は、被検査材に回転磁界を作用させる磁化手段１と、前記回転磁界によって生じる探傷信号を検出する検出手段２と、前記探傷信号に信号処理を施す信号処理手段３とを備える。磁化手段１は、第１電流と該第１電流よりも周波数の低い第２電流とを重畳した交流電流を励磁電流として通電する励磁コイル１１を具備する。信号処理手段３は、検出手段２によって検出した探傷信号を前記第１電流を参照信号として同期検波する第１同期検波手段３１と、第１同期検波手段３１の出力信号を前記第２電流を参照信号として同期検波する第２同期検波手段３２とを具備する。
【解決手段】磁気探傷装置１００は、被検査材に回転磁界を作用させる磁化手段１と、前記回転磁界によって生じる探傷信号を検出する検出手段２と、前記探傷信号に信号処理を施す信号処理手段３とを備える。磁化手段１は、第１電流と該第１電流よりも周波数の低い第２電流とを重畳した交流電流を励磁電流として通電する励磁コイル１１を具備する。信号処理手段３は、検出手段２によって検出した探傷信号を前記第１電流を参照信号として同期検波する第１同期検波手段３１と、第１同期検波手段３１の出力信号を前記第２電流を参照信号として同期検波する第２同期検波手段３２とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転磁界を用いて被検査材に存在する種々の方向に延びるきずを高精度に探傷可能な磁気探傷方法及び磁気探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋼板や鋼管等の被検査材に存在するきずを非破壊的に検出する方法として、渦流探傷法や漏洩磁束探傷法などの磁気探傷方法が知られている。渦流探傷法は、被検査材に交流磁界を作用させることにより誘起される渦電流が、きずによって乱れることを利用する探傷方法である。また、漏洩磁束探傷法は、磁性体からなる被検査材に磁界を作用させて磁化した場合に、被検査材に生ずる磁束を遮るようなきずが存在すると、このきずが存在する部位で磁束が表面空間に漏洩することを利用する探傷方法である。
【０００３】
斯かる磁気探傷方法では、一般的に、作用させる磁界の方向ときずの延びる方向とが特定の角度を成す場合に、検出されるきず信号（所定の検出センサで検出される探傷信号の内、きずが存在する部位から得られる信号）の振幅が最大となる。例えば、漏洩磁束探傷法におけるきず信号の振幅は、作用させる磁界の方向（被検査材中の磁束の方向）ときずの延びる方向とが直交する場合に最大となり、磁界の方向がきずの延びる方向に対して直交する方向からずれるに従って低下する。
【０００４】
このため、きずの延びる方向が如何なる方向であっても検出できるように（検出可能な振幅のきず信号が得られるように）、被検査材に磁界の方向が時々刻々変化する回転磁界を作用させ、該回転磁界によって生じる探傷信号に基づいて、種々の方向に延びるきずを検出する磁気探傷方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
斯かる回転磁界を生成するには、例えば、図１に示すような励磁コイルが用いられる。すなわち、図１に示す励磁コイル１０は、導線の巻回方向が互いに直交（従って、生成される磁界が互いに直交）すると共に、中心位置が互いに一致するように配置された２つの励磁コイル（Ｘ方向励磁コイル１及びＹ方向励磁コイル２）を備える。そして、各励磁コイル１、２に通電する交流の励磁電流の位相を９０°ずらす（例えば、Ｘ方向励磁コイル１には余弦波の励磁電流を通電し、Ｙ方向励磁コイル２には正弦波の励磁電流を通電する）ことにより、各励磁コイル１、２で生成された磁界の合成磁界が、各励磁コイル１、２の中心位置を中心として３６０°回転（図１に示す角度φが０〜３６０°に変化）することになる。これにより、種々の方向（図１に示す角度θが０〜３６０°）に延びるきずを検出することが可能である。
【０００６】
ところで、一般的に、ノイズを含む種々の周波数成分からなる信号に対して、検出したい信号（磁気探傷方法の場合にはきず信号）が特定の周波数成分を有する場合、その周波数成分を有する信号を抽出するために同期検波が用いられることが多い。
【０００７】
回転磁界を利用しない従来の磁気探傷方法では、きず信号が交流の励磁電流に同期する。このため、励磁電流を参照信号として探傷信号を同期検波し、励磁電流に同期する信号を抽出することにより、探傷信号から高いＳ／Ｎ比できず信号を抽出することが可能である。そして、同期検波により抽出された交流信号は、きず信号と、励磁電流に同期せずにランダムに発生するノイズとの比率（Ｓ／Ｎ比）を高くするため、ローパスフィルタによって平滑化されるのが一般的である。好ましくは、ローパスフィルタの時定数を調整することにより、同期検波により抽出された交流信号は、参照信号（励磁電流）の２〜３周期分程度に相当する単位領域毎に平滑化される。
【０００８】
また、渦流探傷法では、探傷信号を同期検波した信号を用いてきず検出能を向上させる手法として、位相解析法が一般的に用いられる。この位相解析法は、参照信号で探傷信号を同期検波したものをＸ信号とし、参照信号の位相を９０°遅らせて探傷信号を同期検波したものをＹ信号とする。そして、Ｘ信号をＸ軸成分とし、Ｙ信号をＹ軸成分として、ＸＹ座標系の２次元平面上に信号をベクトル表示する（ベクトル表示された信号波形をリサージュ波形と称する）ことにより、探傷信号が参照信号に対してどの程度の位相遅れがあるのかを測定する方法である。例えば、参照信号と同位相の探傷信号を同期検波した場合には、位相遅れがないため、図２（ａ）に示すようなＸ軸に沿った波形が得られる。より具体的には、きず信号の場合、検出センサがきずの直上を通過する際に位相が１８０°反転するため、０°方向（Ｘ軸の正の方向）及び１８０°方向（Ｘ軸の負の方向）に沿った波形が得られることになる。同様にして、参照信号に対して位相が４５°遅れた探傷信号については、図２（ｂ）に示すような４５°方向及び２２５°方向に沿った波形が得られ、位相が９０°遅れた探傷信号については、図２（ｃ）に示すような９０°方向及び２７０°方向に沿った波形が得られる。
【０００９】
ここで、磁気探傷方法によって検出されるきず信号（すなわち、きずによる渦電流の乱れに起因した信号や、きずによる漏洩磁束に対応した信号）の位相と、探傷時の主なノイズの一種であるリフトオフ変動ノイズ（検出センサと被検査材との離間距離を変動させた場合に生じる探傷信号の変動）の位相とは、全く同一になることは希であり、一般的には位相差を有する。図３は、きず信号とリフトオフ変動ノイズとが位相差を有することを示すリサージュ波形の模式図である。図３（ａ）に示すように、きず信号の位相φｄと、リフトオフ変動ノイズの位相φｌとは、異なるのが一般的である。そして、図３（ａ）に示すように、きず信号の振幅をＡｄ、リフトオフ変動ノイズの振幅をＡｌとすると、この例ではＳ／Ｎ比（＝Ａｄ／Ａｌ）が約１．５となる。しかしながら、図３（ｂ）に示すように、リフトオフ変動ノイズがＸ軸に沿うようにＸＹ座標系を回転させ、回転後のＸ’Ｙ’座標系におけるＹ’軸方向の信号成分を探傷信号とすることにより、この例ではＳ／Ｎ比（＝Ｓｄ／Ｓｌ）が１０より大きくなるため、振幅でＳ／Ｎ比を評価する場合（図３（ａ））に比べてＳ／Ｎ比が大幅に向上する。このように、位相解析法を適用すれば、きず検出能に対するリフトオフ変動ノイズの影響を抑制し得ることが期待できる。
【００１０】
しかしながら、従来の回転磁界を利用した磁気探傷方法には、単一周波数の励磁電流を用いていることに起因して、以下のような問題がある。
（１）同期検波の効果を十分に得ることができないため、きず検出能（Ｓ／Ｎ比）が低下する虞がある。
（２）きずの角度情報（何れの方向に延びているのか）を推定できない。
（３）渦流探傷法におけるきず検出能（Ｓ／Ｎ比）を向上させる手法として一般的な位相解析法を用いることができない。
【００１１】
従って、従来の回転磁界を利用した磁気探傷方法によれば、理論的には種々の方向に延びるきずを検出可能であるものの、実用的にはきず検出能が十分とはいえない。また、きずの角度情報を推定できないため、きずの発生原因等を判断することも困難である。以下、上記（１）〜（３）の問題点について、具体的に説明する。
【００１２】
前述のように、磁気探傷方法では、一般的に、作用させる磁界の方向ときずの延びる方向とが特定の角度を成す場合に、検出されるきず信号の振幅が最大となる。ここで、きず信号の振幅が最大となる方向からの磁界の方向のずれ角が±α°を超えると、きず信号の振幅が０になると仮定する。図１に示すような励磁コイル１０を用いた従来の単一周波数の励磁電流による回転磁界を利用した磁気探傷方法では、励磁電流の１周期の間に磁界の方向が３６０°回転するため、上記仮定の下で、きず信号が出現する（きず信号の振幅が０より大きくなる）のは、励磁電流１周期の内の特定の範囲（きず信号の振幅が最大となる方向を基準として−α°〜＋α°の磁界の方向が得られる範囲）に限定される。
【００１３】
ここで、被検査材に、延びる方向の異なる２種類のきずＡ、Ｂ（きずＡの角度θ（図１参照）＝２０°、きずＢの角度θ＝７０°）が存在し、α＝２０°であると仮定する。前述のように、漏洩磁束探傷法におけるきず信号の振幅は、作用させる磁界の方向ときずの延びる方向とが直交する場合に最大となるため、漏洩磁束探傷法の場合、上記仮定の下で、きずＡのきず信号は、磁界の方向φ（図１参照）が、φ＝２０°＋９０°＋１８０°×ｎ（ｎは整数）のときに最大となり、φ±２０°の範囲を超えると振幅が０となる。同様にして、きずＢのきず信号は、磁界の方向φが、φ＝７０°＋９０°＋１８０°×ｎ（ｎは整数）のときに最大となり、φ±２０°の範囲を超えると振幅が０となる。
【００１４】
図４は、上記仮定の下での、励磁電流波形ときず信号波形との時系列的な関係を示すグラフである。また、図５は、励磁電流を参照信号としてきず信号を含む探傷信号を同期検波し、同期検波により抽出されたきず信号を参照信号の２周期分に相当する単位領域毎に平滑化した後のきず信号波形を示すグラフであり、図５（ａ）はきずＡのきず信号波形を、図５（ｂ）はきずＢのきず信号波形を示す。なお、図４及び図５において、探傷信号に含まれるノイズの波形は図示を省略している。
【００１５】
探傷信号を同期検波する場合、図１に示すＸ方向励磁コイル１に通電する励磁電流、又はＹ方向励磁コイル２に通電する励磁電流を参照信号として用いることになるが、図４からも分かるように、きずＡ、Ｂから得られるきず信号は、いずれの励磁電流よりも周期が短い。すなわち、きず信号の周期と参照信号の周期とが一致していないため、同期検波の効果（探傷信号から高いＳ／Ｎ比できず信号を抽出する）を十分に得ることができず、きず検出能が低下する虞がある（前述した（１）の問題点）。
【００１６】
また、同期検波により抽出されたきず信号を参照信号の２周期分に相当する単位領域毎に平滑化する場合、図５に示すように、平滑化後のきず信号の位相情報（きずの角度情報）は失われることになり、きずＡ及びＢの双方について、平滑化後のきず信号は同様の直流信号波形となる。つまり、きずの角度情報を推定できないことになる（前述した（２）の問題点）。
【００１７】
さらに、上記のように平滑化後のきず信号の位相情報が失われ、励磁電流の１周期の内、きず信号が何れの位置に存在するかを特定することができないため、きず検出能（Ｓ／Ｎ比）を評価する際には、図３（ａ）を参照して前述したように、常にきず信号の振幅とノイズの振幅との比で評価する必要が生じる。つまり、きず検出能を向上させる手法として一般的な位相解析法を用いることができない（前述した（３）の問題点）。
【特許文献１】特開２００２−１３１２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、回転磁界を用いて被検査材に存在する種々の方向に延びるきずを高精度に探傷可能な磁気探傷方法及び磁気探傷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】
【００１９】
前記課題を解決するべく、本発明は、被検査材に回転磁界を作用させ、該回転磁界によって生じる探傷信号に基づいてきずを検出する磁気探傷方法であって、前記回転磁界を励磁するための励磁電流として、第１電流と該第１電流よりも周波数の低い第２電流とを重畳した交流電流を用い、前記探傷信号を前記第１電流を参照信号として同期検波した後、前記第２電流を参照信号として同期検波し、該同期検波後の探傷信号に基づいてきずを検出することを特徴とする磁気探傷方法を提供するものである。
【００２０】
斯かる発明によれば、回転磁界を励磁するための励磁電流として、第１電流と該第１電流よりも周波数の低い第２電流とを重畳した交流電流を用いるため、周波数の高い第１電流によって生成される磁界（及びこの磁界によって誘起される渦電流）が支配的に被検査材に作用する一方、周波数の低い第２電流は、主として前記生成された磁界（及び渦電流）の方向を被検査材において回転させるために機能する。これは、被検査材に生じる誘導起電力が励磁電流の周波数に比例するからである。
【００２１】
そして、本発明によれば、探傷信号を第１電流を参照信号として同期検波した後、第２電流を参照信号として同期検波し、該同期検波後の探傷信号に基づいてきずを検出することになる。すなわち、先ず最初に、磁界の回転周波数（第２電流の周波数に相当）よりも高い周波数の第１電流を参照信号として探傷信号を同期検波するため、従来のように磁界の回転周波数と同一の周波数の参照信号で同期検波する場合に比べて、きず信号の有する周期成分と参照信号の周期とを一致させ易く、同期検波の効果（探傷信号から高いＳ／Ｎ比できず信号を抽出する）を十分に得られることが期待できる。また、上記第１電流を参照信号として同期検波することにより抽出されたきず信号を、当該参照信号の２〜３周期分程度に相当する単位領域毎に平滑化しても、平滑化後のきず信号の位相情報は保持され易いため、きずの角度情報（何れの方向に延びているのか）を推定可能である。さらに、上記のように平滑化しても、きず信号の位相情報が保持され易いため、引き続いて第２電流を参照信号として同期検波する際に位相解析法を適用することができ、きず検出能に対するリフトオフ変動ノイズの影響等を抑制することが可能である。
【００２２】
第１電流の周波数と第２電流の周波数との比は、きずの角度情報を如何なる分解能で推定するか等によって適宜決定すればよい（両者の比が大きくなればなるほど分解能は大きくなる）。例えば、少なくとも４５°ピッチの分解能で推定するためには、両者の比を８（３６０°／４５°＝８）以上に設定する必要がある。
【００２３】
従って、好ましくは、前記磁気探傷方法において、前記第１電流及び前記第２電流の周波数が下記式（１）を満足するものとされる。
第１電流の周波数／第２電流の周波数≧８ ・・・（１）
【００２４】
また、前記課題を解決するべく、本発明は、被検査材に回転磁界を作用させる磁化手段と、前記回転磁界によって生じる探傷信号を検出する検出手段と、前記探傷信号に信号処理を施す信号処理手段とを備えた磁気探傷装置であって、前記磁化手段は、第１電流と該第１電流よりも周波数の低い第２電流とを重畳した交流電流を励磁電流として通電する励磁コイルを具備し、前記信号処理手段は、前記検出手段によって検出した探傷信号を前記第１電流を参照信号として同期検波する第１同期検波手段と、該第１同期検波手段の出力信号を前記第２電流を参照信号として同期検波する第２同期検波手段とを具備することを特徴とする磁気探傷装置としても提供される。
【００２５】
好ましくは、前記磁気探傷装置において、前記第１電流及び前記第２電流の周波数が下記式（１）を満足するものとされる。
第１電流の周波数／第２電流の周波数≧８ ・・・（１）
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、前述した（１）〜（３）の問題点を解決することができ、回転磁界を用いて被検査材に存在する種々の方向に延びるきずを高精度に探傷可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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説明する。
【００２８】
図６は、本発明の一実施形態に係る磁気探傷装置の概略構成を示す図であり、図６（ａ）はブロック線図を、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す探傷プローブの模式的な外観図を示す。図６に示すように、本実施形態に係る磁気探傷装置１００は、被検査材に回転磁界を作用させる磁化手段１と、前記回転磁界によって生じる探傷信号を検出する検出手段２と、前記探傷信号に信号処理を施す信号処理手段３とを備えている。
【００２９】
磁化手段１は、回転磁界を生じさせるための励磁電流を通電する励磁コイル１１を具備する。図６（ｂ）に示すように、励磁コイル１１は、導線の巻回方向が互いに直交すると共に、中心位置が互いに一致するように配置されたＸ方向励磁コイル１１１及びＹ方向励磁コイル１１２を備える。Ｘ方向励磁コイル１１１に励磁電流（Ｘ方向励磁電流）を通電することにより、図６（ｂ）に示すＸ方向に磁界が生成される。一方、Ｙ方向励磁コイル１１２に励磁電流（Ｙ方向励磁電流）を通電することにより、図６（ｂ）に示すＹ方向に磁界が生成される。そして、各励磁コイル１１１、１１２に通電する交流の励磁電流の位相を９０°ずらすことにより、各励磁コイル１１１、１１２で生成された磁界の合成磁界が、各励磁コイル１１１、１１２の中心位置を中心として３６０°回転することになる。
【００３０】
本実施形態に係る励磁コイル１１は、第１電流と該第１電流よりも周波数の低い第２電流とを重畳した交流電流を励磁電流として通電する点に特徴を有する。具体的には、Ｘ方向励磁コイル１１１には、第１電流と第２電流とを重畳したＸ方向励磁電流が通電する一方、Ｙ方向励磁コイル１１２には、第１電流と第２電流とが重畳すると共にＸ方向励磁電流に対して位相が９０°ずれたＹ方向励磁電流が通電する。以下、図７も適宜参照しつつ、上記の特徴部分について、より具体的に説明する。
【００３１】
本実施形態に係る磁化手段１は、第１電流の電圧波形を生成する第１発信器１２と、第２電流の電圧波形を生成する第２発信器１３とを具備する。すなわち、図７（ａ）に示すように、第１発信器１２からは、予め決定した第１電流の周波数と同一周波数の電圧波形（以下、第１電圧波形という）が出力され、第２発信器１３からは、予め決定した第２電流の周波数と同一周波数の電圧波形（以下、第２電圧波形という）が出力される。第２電圧波形の周波数は、第１電圧波形の周波数よりも低周波である。なお、予め決定する第１電流の周波数と第２電流の周波数との比は、きずの角度情報を如何なる分解能で推定するか等によって適宜決定すればよいが、好ましくは、第１電流の周波数／第２電流の周波数≧８を満足するように決定される。
【００３２】
また、磁化手段１は、乗算器１４と、パワーアンプ１５とを具備する。第１発信器１２から出力された第１電圧波形と、第２発信器１３から出力された第２電圧波形とは、乗算器１４によって乗算（重畳）され、パワーアンプ１５によって電流に変換される。パワーアンプ１５から出力される電流は、図７（ｂ）に示すように、Ｘ方向励磁コイル１１１に通電するＸ方向励磁電流として用いられる。
【００３３】
一方、磁化手段１は、９０°移相器１６と、乗算器１７と、パワーアンプ１８とを具備する。第２発信器１３から出力された第２電圧波形は、その位相が９０°移相器１６によって９０°だけ移相される。例えば、図７（ａ）に示すように、第２発信器１３から出力される第２電圧波形が余弦波である場合、９０°移相器１６から出力される電圧波形は、第２電圧波形と同一周波数の正弦波となる。そして、第１発信器１２から出力された第１電圧波形と、９０°移相器１６から出力された電圧波形とは、乗算器１７によって乗算（重畳）され、パワーアンプ１８によって電流に変換される。パワーアンプ１８から出力される電流は、図７（ｂ）に示すように、Ｙ方向励磁コイル１１２に通電するＹ方向励磁電流として用いられる。
【００３４】
以上の構成により、図７（ｂ）に示すように、Ｘ方向励磁コイル１１１には、第１電流と第２電流とを重畳したＸ方向励磁電流が通電する一方、Ｙ方向励磁コイル１１２には、第１電流と第２電流とが重畳すると共にＸ方向励磁電流に対して位相が９０°ずれたＹ方向励磁電流が通電することになる。
【００３５】
このように、本実施形態に係る磁化手段１は、回転磁界を励磁するための励磁電流（Ｘ方向励磁電流及びＹ方向励磁電流）として、第１電流と該第１電流よりも周波数の低い第２電流とを重畳した交流電流を用いるため、周波数の高い第１電流によって生成される磁界（及びこの磁界によって誘起される渦電流）が支配的に被検査材に作用する一方、周波数の低い第２電流は、主として前記生成された磁界（及び渦電流）の方向を被検査材において回転させるために機能する。
【００３６】
本実施形態に係る検出手段２は、励磁コイル１１の中心を通り、Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向（図６（ｂ）参照）の磁束の変化を検出するための検出コイルとされている。検出コイル２は、Ｚ方向の磁束の変化を検出し、探傷信号として信号処理手段３に出力する。なお、検出コイル２は、前述したＸ方向励磁コイル１１１及びＹ方向励磁コイル１１２と一体化されて、探傷プローブ４を形成している。
【００３７】
信号処理手段３は、検出手段２によって検出した探傷信号を前記第１電流を参照信号として同期検波する第１同期検波手段３１を具備する。具体的には、第１同期検波手段３１は、第１発信器１２から出力される第１電圧波形（第１電流の電圧波形）を参照信号として、検出手段２から出力される探傷信号を同期検波する。さらに、第１同期検波手段３１は、同期検波により抽出された交流信号を、参照信号（第１電流の電圧波形）の２〜３周期分程度に相当する単位領域毎に平滑化して出力する。
【００３８】
ここで、従来技術について前述したのと同様に、被検査材に、延びる方向の異なる２種類のきずＡ、Ｂ（きずＡの角度θ（図１参照）＝２０°、きずＢの角度θ＝７０°）が存在し、α＝２０°であると仮定する。本発明においても、漏洩磁束探傷法の場合、上記仮定の下で、きずＡのきず信号は、磁界の方向φ（図１参照）が、φ＝２０°＋９０°＋１８０°×ｎ（ｎは整数）のときに最大となり、φ±２０°の範囲を超えると振幅が０となる。同様にして、きずＢのきず信号は、磁界の方向φが、φ＝７０°＋９０°＋１８０°×ｎ（ｎは整数）のときに最大となり、φ±２０°の範囲を超えると振幅が０となる。
【００３９】
図８は、上記仮定の下での、きずＡ、Ｂのきず信号波形を模式的に示すグラフである。また、図９は、第１同期検波手段において、第１電流を参照信号としてきず信号を含む探傷信号を同期検波し、同期検波により抽出されたきず信号を参照信号の２周期分に相当する単位領域毎に平滑化した後のきず信号波形を示すグラフである。なお、図８及び図９において、探傷信号に含まれるノイズの波形は図示を省略している。
【００４０】
図８及び前述した図７を参照すれば分かるように、きずＡ、Ｂから得られるきず信号には、第１電流の周期と一致する周期成分が含まれるため、第１電流を参照信号として同期検波すれば、従来のように磁界の回転周波数と同一の周波数の参照信号（本発明の第２電流に相当）で同期検波する場合に比べて、探傷信号から高いＳ／Ｎ比できず信号を抽出することが可能である。
【００４１】
また、図９に示すように、第１電流を参照信号として同期検波することにより抽出されたきず信号を、当該参照信号の２周期分に相当する単位領域毎に平滑化しても、平滑化後のきず信号の位相情報は保持されるため、きずＡ、Ｂの角度情報（何れの方向に延びているのか）を推定可能である。
【００４２】
信号処理手段３は、第１同期検波手段３１の出力信号を前記第２電流を参照信号として同期検波する第２同期検波手段３２を具備する。また、信号処理手段３は、第２同期検波手段３２の出力信号に基づいてリサージュ波形を表示するリサージュ波形表示手段３３を具備する。
【００４３】
具体的には、第２同期検波手段３２は、第１同期検波手段３１の出力信号を互いに同一の２つの信号に分岐する。そして、第２同期検波手段３２は、第２発信器１３から出力される第２電圧波形（第２電流の電圧波形）を参照信号として、前記分岐した一方の信号を同期検波する。この同期検波された信号（Ｘ信号）は、リサージュ波形表示手段３３に出力される。また、第２同期検波手段３２は、９０°移相器１６から出力される電圧波形（第２電流の電圧波形と位相が９０°異なる電圧波形）を参照信号として、前記分岐した他方の信号を同期検波する。この同期検波された信号（Ｙ信号）は、リサージュ波形表示手段３３に出力される。
【００４４】
リサージュ波形表示手段３３は、第２同期検波手段３２から出力されたＸ信号をＸ軸成分とし、Ｙ信号をＹ軸成分としたリサージュ波形を表示する。この際、必要に応じて、検出コイル２のリフトオフ変動ノイズがＸ軸に沿うようにＸＹ座標系を回転させれば、Ｓ／Ｎ比を向上させることが可能である。前述のように、第１同期検波手段３１での平滑化後のきず信号の位相情報は保持されるため、第２同期検波手段３２及びリサージュ波形表示手段３３によって、上記のような位相解析法を適用することができ、きず検出能に対するリフトオフ変動ノイズの影響等を抑制することが可能である。
【００４５】
以上に説明したように、本実施形態に係る磁気探傷装置１００によれば、単一周波数の励磁電流を用いることに起因する従来の回転磁界を利用した磁気探傷方法の問題点を解決することができ、回転磁界を用いて被検査材に存在する種々の方向に延びるきずを高精度に探傷可能である。
【００４６】
以下、実施例を示すことにより、本発明の特徴をより一層明らかにする。
【００４７】
図６に概略構成を示す磁気探傷装置１００を用いて、図１０に示すように、鋼板Ｓに形成した線状の人工きずＦの探傷試験を実施した。表１に探傷条件の概要を、表２に被検査材の概略仕様を示す。表１に示すように、探傷プローブ４として、一辺が６ｍｍの立方体である芯材の側面にそれぞれ５０回巻きされたＸ方向及びＹ方向励磁コイルと、前記芯材の底面に取り付けられた直径５ｍｍの１００回巻きの検出コイルとを具備するものを作製した。
【表１】
【表２】
【００４８】
そして、図１０に示すように、作製した探傷プローブ４を鋼板Ｓの直上で且つ人工きずＦの直上を通るように一定方向（図１０に示すＹ方向）に走査して探傷信号を検出した。この際、人工きずの延びる方向と探傷プローブ４の走査方向との相対的な角度を順次変化させ、各角度毎に探傷信号を検出した。具体的には、図１０に示すＸ方向と人工きずＦの延びる方向との成す角度をθとした場合に、θ＝０°〜７５°の範囲を１５°ピッチで変化させ、各角度θでの探傷信号を検出した。
【００４９】
図１１は、上記の探傷試験によって得られたきず信号のリサージュ波形を示す。図１１に示すように、各角度（θ＝０°、１５°、３０°、４５°、６０°、７５°）のきず信号のリサージュ波形は、互いに異なる位相を有することが識別可能である。また、きず信号のリサージュ波形は、どの角度のきずについても全て十分に大きな振幅を有する。この結果より、本発明によれば、同期検波の効果を十分に得ることができると共に、きずの角度情報を推定可能であることが分かる。
【００５０】
なお、図１１に示す例では、リフトオフ変動ノイズが生じていないが、生じている場合には、リフトオフ変動ノイズがＸ軸に沿うようにＸＹ座標系を回転させ、回転後のＸ’Ｙ’座標系におけるＹ’軸方向の信号成分を探傷信号とすることにより、きず検出能に対するリフトオフ変動ノイズの影響を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、回転磁界を生成するための励磁コイルの一例を示す平面視断面図である。
【図２】図２は、リサージュ波形の例を示す模式図である。
【図３】図３は、きず信号とリフトオフ変動ノイズとが位相差を有することを示すリサージュ波形の模式図である。
【図４】図４は、従来の回転磁界を利用した磁気探傷方法における、励磁電流波形ときず信号波形との時系列的な関係を示すグラフである。
【図５】図５は、図４に示す励磁電流を参照信号としてきず信号を含む探傷信号を同期検波し、同期検波により抽出されたきず信号を参照信号の２周期分に相当する単位領域毎に平滑化した後のきず信号波形を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係る磁気探傷装置の概略構成を示す図である。
【図７】図７は、図６に示す磁化手段によって生成される信号波形を示すグラフである。
【図８】図８は、図６に示す検出手段によって検出されるきず信号波形の一例を模式的に示すグラフである。
【図９】図９は、図６に示す第１同期検波手段において、第１電流を参照信号としてきず信号を含む探傷信号を同期検波し、同期検波により抽出されたきず信号を参照信号の２周期分に相当する単位領域毎に平滑化した後のきず信号波形の一例を模式的に示すグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の実施例に係る探傷試験の概要を説明する説明図であり、図１０（ａ）は縦断面図を、図１０（ｂ）は平面図を示す。
【図１１】図１１は、図１０に示す探傷試験によって得られたきず信号のリサージュ波形を示す。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・磁化手段
２・・・検出手段
３・・・信号処理手段
４・・・探傷プローブ
７・・・追従装置
１１・・・励磁コイル
１２・・・第１発信器
１３・・・第２発信器
３１・・・第１同期検波手段
３２・・・第２同期検波手段
３３・・・リサージュ波形表示手段
１００・・・磁気探傷装置
１１１・・・Ｘ方向励磁コイル
１１２・・・Ｙ方向励磁コイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転磁界を用いて被検査材に存在する種々の方向に延びるきずを高精度に探傷可能な磁気探傷方法及び磁気探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋼板や鋼管等の被検査材に存在するきずを非破壊的に検出する方法として、渦流探傷法や漏洩磁束探傷法などの磁気探傷方法が知られている。渦流探傷法は、被検査材に交流磁界を作用させることにより誘起される渦電流が、きずによって乱れることを利用する探傷方法である。また、漏洩磁束探傷法は、磁性体からなる被検査材に磁界を作用させて磁化した場合に、被検査材に生ずる磁束を遮るようなきずが存在すると、このきずが存在する部位で磁束が表面空間に漏洩することを利用する探傷方法である。
【０００３】
斯かる磁気探傷方法では、一般的に、作用させる磁界の方向ときずの延びる方向とが特定の角度を成す場合に、検出されるきず信号（所定の検出センサで検出される探傷信号の内、きずが存在する部位から得られる信号）の振幅が最大となる。例えば、漏洩磁束探傷法におけるきず信号の振幅は、作用させる磁界の方向（被検査材中の磁束の方向）ときずの延びる方向とが直交する場合に最大となり、磁界の方向がきずの延びる方向に対して直交する方向からずれるに従って低下する。
【０００４】
このため、きずの延びる方向が如何なる方向であっても検出できるように（検出可能な振幅のきず信号が得られるように）、被検査材に磁界の方向が時々刻々変化する回転磁界を作用させ、該回転磁界によって生じる探傷信号に基づいて、種々の方向に延びるきずを検出する磁気探傷方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
斯かる回転磁界を生成するには、例えば、図１に示すような励磁コイルが用いられる。すなわち、図１に示す励磁コイル１０は、導線の巻回方向が互いに直交（従って、生成される磁界が互いに直交）すると共に、中心位置が互いに一致するように配置された２つの励磁コイル（Ｘ方向励磁コイル１及びＹ方向励磁コイル２）を備える。そして、各励磁コイル１、２に通電する交流の励磁電流の位相を９０°ずらす（例えば、Ｘ方向励磁コイル１には余弦波の励磁電流を通電し、Ｙ方向励磁コイル２には正弦波の励磁電流を通電する）ことにより、各励磁コイル１、２で生成された磁界の合成磁界が、各励磁コイル１、２の中心位置を中心として３６０°回転（図１に示す角度φが０〜３６０°に変化）することになる。これにより、種々の方向（図１に示す角度θが０〜３６０°）に延びるきずを検出することが可能である。
【０００６】
ところで、一般的に、ノイズを含む種々の周波数成分からなる信号に対して、検出したい信号（磁気探傷方法の場合にはきず信号）が特定の周波数成分を有する場合、その周波数成分を有する信号を抽出するために同期検波が用いられることが多い。
【０００７】
回転磁界を利用しない従来の磁気探傷方法では、きず信号が交流の励磁電流に同期する。このため、励磁電流を参照信号として探傷信号を同期検波し、励磁電流に同期する信号を抽出することにより、探傷信号から高いＳ／Ｎ比できず信号を抽出することが可能である。そして、同期検波により抽出された交流信号は、きず信号と、励磁電流に同期せずにランダムに発生するノイズとの比率（Ｓ／Ｎ比）を高くするため、ローパスフィルタによって平滑化されるのが一般的である。好ましくは、ローパスフィルタの時定数を調整することにより、同期検波により抽出された交流信号は、参照信号（励磁電流）の２〜３周期分程度に相当する単位領域毎に平滑化される。
【０００８】
また、渦流探傷法では、探傷信号を同期検波した信号を用いてきず検出能を向上させる手法として、位相解析法が一般的に用いられる。この位相解析法は、参照信号で探傷信号を同期検波したものをＸ信号とし、参照信号の位相を９０°遅らせて探傷信号を同期検波したものをＹ信号とする。そして、Ｘ信号をＸ軸成分とし、Ｙ信号をＹ軸成分として、ＸＹ座標系の２次元平面上に信号をベクトル表示する（ベクトル表示された信号波形をリサージュ波形と称する）ことにより、探傷信号が参照信号に対してどの程度の位相遅れがあるのかを測定する方法である。例えば、参照信号と同位相の探傷信号を同期検波した場合には、位相遅れがないため、図２（ａ）に示すようなＸ軸に沿った波形が得られる。より具体的には、きず信号の場合、検出センサがきずの直上を通過する際に位相が１８０°反転するため、０°方向（Ｘ軸の正の方向）及び１８０°方向（Ｘ軸の負の方向）に沿った波形が得られることになる。同様にして、参照信号に対して位相が４５°遅れた探傷信号については、図２（ｂ）に示すような４５°方向及び２２５°方向に沿った波形が得られ、位相が９０°遅れた探傷信号については、図２（ｃ）に示すような９０°方向及び２７０°方向に沿った波形が得られる。
【０００９】
ここで、磁気探傷方法によって検出されるきず信号（すなわち、きずによる渦電流の乱れに起因した信号や、きずによる漏洩磁束に対応した信号）の位相と、探傷時の主なノイズの一種であるリフトオフ変動ノイズ（検出センサと被検査材との離間距離を変動させた場合に生じる探傷信号の変動）の位相とは、全く同一になることは希であり、一般的には位相差を有する。図３は、きず信号とリフトオフ変動ノイズとが位相差を有することを示すリサージュ波形の模式図である。図３（ａ）に示すように、きず信号の位相φｄと、リフトオフ変動ノイズの位相φｌとは、異なるのが一般的である。そして、図３（ａ）に示すように、きず信号の振幅をＡｄ、リフトオフ変動ノイズの振幅をＡｌとすると、この例ではＳ／Ｎ比（＝Ａｄ／Ａｌ）が約１．５となる。しかしながら、図３（ｂ）に示すように、リフトオフ変動ノイズがＸ軸に沿うようにＸＹ座標系を回転させ、回転後のＸ’Ｙ’座標系におけるＹ’軸方向の信号成分を探傷信号とすることにより、この例ではＳ／Ｎ比（＝Ｓｄ／Ｓｌ）が１０より大きくなるため、振幅でＳ／Ｎ比を評価する場合（図３（ａ））に比べてＳ／Ｎ比が大幅に向上する。このように、位相解析法を適用すれば、きず検出能に対するリフトオフ変動ノイズの影響を抑制し得ることが期待できる。
【００１０】
しかしながら、従来の回転磁界を利用した磁気探傷方法には、単一周波数の励磁電流を用いていることに起因して、以下のような問題がある。
（１）同期検波の効果を十分に得ることができないため、きず検出能（Ｓ／Ｎ比）が低下する虞がある。
（２）きずの角度情報（何れの方向に延びているのか）を推定できない。
（３）渦流探傷法におけるきず検出能（Ｓ／Ｎ比）を向上させる手法として一般的な位相解析法を用いることができない。
【００１１】
従って、従来の回転磁界を利用した磁気探傷方法によれば、理論的には種々の方向に延びるきずを検出可能であるものの、実用的にはきず検出能が十分とはいえない。また、きずの角度情報を推定できないため、きずの発生原因等を判断することも困難である。以下、上記（１）〜（３）の問題点について、具体的に説明する。
【００１２】
前述のように、磁気探傷方法では、一般的に、作用させる磁界の方向ときずの延びる方向とが特定の角度を成す場合に、検出されるきず信号の振幅が最大となる。ここで、きず信号の振幅が最大となる方向からの磁界の方向のずれ角が±α°を超えると、きず信号の振幅が０になると仮定する。図１に示すような励磁コイル１０を用いた従来の単一周波数の励磁電流による回転磁界を利用した磁気探傷方法では、励磁電流の１周期の間に磁界の方向が３６０°回転するため、上記仮定の下で、きず信号が出現する（きず信号の振幅が０より大きくなる）のは、励磁電流１周期の内の特定の範囲（きず信号の振幅が最大となる方向を基準として−α°〜＋α°の磁界の方向が得られる範囲）に限定される。
【００１３】
ここで、被検査材に、延びる方向の異なる２種類のきずＡ、Ｂ（きずＡの角度θ（図１参照）＝２０°、きずＢの角度θ＝７０°）が存在し、α＝２０°であると仮定する。前述のように、漏洩磁束探傷法におけるきず信号の振幅は、作用させる磁界の方向ときずの延びる方向とが直交する場合に最大となるため、漏洩磁束探傷法の場合、上記仮定の下で、きずＡのきず信号は、磁界の方向φ（図１参照）が、φ＝２０°＋９０°＋１８０°×ｎ（ｎは整数）のときに最大となり、φ±２０°の範囲を超えると振幅が０となる。同様にして、きずＢのきず信号は、磁界の方向φが、φ＝７０°＋９０°＋１８０°×ｎ（ｎは整数）のときに最大となり、φ±２０°の範囲を超えると振幅が０となる。
【００１４】
図４は、上記仮定の下での、励磁電流波形ときず信号波形との時系列的な関係を示すグラフである。また、図５は、励磁電流を参照信号としてきず信号を含む探傷信号を同期検波し、同期検波により抽出されたきず信号を参照信号の２周期分に相当する単位領域毎に平滑化した後のきず信号波形を示すグラフであり、図５（ａ）はきずＡのきず信号波形を、図５（ｂ）はきずＢのきず信号波形を示す。なお、図４及び図５において、探傷信号に含まれるノイズの波形は図示を省略している。
【００１５】
探傷信号を同期検波する場合、図１に示すＸ方向励磁コイル１に通電する励磁電流、又はＹ方向励磁コイル２に通電する励磁電流を参照信号として用いることになるが、図４からも分かるように、きずＡ、Ｂから得られるきず信号は、いずれの励磁電流よりも周期が短い。すなわち、きず信号の周期と参照信号の周期とが一致していないため、同期検波の効果（探傷信号から高いＳ／Ｎ比できず信号を抽出する）を十分に得ることができず、きず検出能が低下する虞がある（前述した（１）の問題点）。
【００１６】
また、同期検波により抽出されたきず信号を参照信号の２周期分に相当する単位領域毎に平滑化する場合、図５に示すように、平滑化後のきず信号の位相情報（きずの角度情報）は失われることになり、きずＡ及びＢの双方について、平滑化後のきず信号は同様の直流信号波形となる。つまり、きずの角度情報を推定できないことになる（前述した（２）の問題点）。
【００１７】
さらに、上記のように平滑化後のきず信号の位相情報が失われ、励磁電流の１周期の内、きず信号が何れの位置に存在するかを特定することができないため、きず検出能（Ｓ／Ｎ比）を評価する際には、図３（ａ）を参照して前述したように、常にきず信号の振幅とノイズの振幅との比で評価する必要が生じる。つまり、きず検出能を向上させる手法として一般的な位相解析法を用いることができない（前述した（３）の問題点）。
【特許文献１】特開２００２−１３１２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、回転磁界を用いて被検査材に存在する種々の方向に延びるきずを高精度に探傷可能な磁気探傷方法及び磁気探傷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】
【００１９】
前記課題を解決するべく、本発明は、被検査材に回転磁界を作用させ、該回転磁界によって生じる探傷信号に基づいてきずを検出する磁気探傷方法であって、前記回転磁界を励磁するための励磁電流として、第１電流と該第１電流よりも周波数の低い第２電流とを重畳した交流電流を用い、前記探傷信号を前記第１電流を参照信号として同期検波した後、前記第２電流を参照信号として同期検波し、該同期検波後の探傷信号に基づいてきずを検出することを特徴とする磁気探傷方法を提供するものである。
【００２０】
斯かる発明によれば、回転磁界を励磁するための励磁電流として、第１電流と該第１電流よりも周波数の低い第２電流とを重畳した交流電流を用いるため、周波数の高い第１電流によって生成される磁界（及びこの磁界によって誘起される渦電流）が支配的に被検査材に作用する一方、周波数の低い第２電流は、主として前記生成された磁界（及び渦電流）の方向を被検査材において回転させるために機能する。これは、被検査材に生じる誘導起電力が励磁電流の周波数に比例するからである。
【００２１】
そして、本発明によれば、探傷信号を第１電流を参照信号として同期検波した後、第２電流を参照信号として同期検波し、該同期検波後の探傷信号に基づいてきずを検出することになる。すなわち、先ず最初に、磁界の回転周波数（第２電流の周波数に相当）よりも高い周波数の第１電流を参照信号として探傷信号を同期検波するため、従来のように磁界の回転周波数と同一の周波数の参照信号で同期検波する場合に比べて、きず信号の有する周期成分と参照信号の周期とを一致させ易く、同期検波の効果（探傷信号から高いＳ／Ｎ比できず信号を抽出する）を十分に得られることが期待できる。また、上記第１電流を参照信号として同期検波することにより抽出されたきず信号を、当該参照信号の２〜３周期分程度に相当する単位領域毎に平滑化しても、平滑化後のきず信号の位相情報は保持され易いため、きずの角度情報（何れの方向に延びているのか）を推定可能である。さらに、上記のように平滑化しても、きず信号の位相情報が保持され易いため、引き続いて第２電流を参照信号として同期検波する際に位相解析法を適用することができ、きず検出能に対するリフトオフ変動ノイズの影響等を抑制することが可能である。
【００２２】
第１電流の周波数と第２電流の周波数との比は、きずの角度情報を如何なる分解能で推定するか等によって適宜決定すればよい（両者の比が大きくなればなるほど分解能は大きくなる）。例えば、少なくとも４５°ピッチの分解能で推定するためには、両者の比を８（３６０°／４５°＝８）以上に設定する必要がある。
【００２３】
従って、好ましくは、前記磁気探傷方法において、前記第１電流及び前記第２電流の周波数が下記式（１）を満足するものとされる。
第１電流の周波数／第２電流の周波数≧８ ・・・（１）
【００２４】
また、前記課題を解決するべく、本発明は、被検査材に回転磁界を作用させる磁化手段と、前記回転磁界によって生じる探傷信号を検出する検出手段と、前記探傷信号に信号処理を施す信号処理手段とを備えた磁気探傷装置であって、前記磁化手段は、第１電流と該第１電流よりも周波数の低い第２電流とを重畳した交流電流を励磁電流として通電する励磁コイルを具備し、前記信号処理手段は、前記検出手段によって検出した探傷信号を前記第１電流を参照信号として同期検波する第１同期検波手段と、該第１同期検波手段の出力信号を前記第２電流を参照信号として同期検波する第２同期検波手段とを具備することを特徴とする磁気探傷装置としても提供される。
【００２５】
好ましくは、前記磁気探傷装置において、前記第１電流及び前記第２電流の周波数が下記式（１）を満足するものとされる。
第１電流の周波数／第２電流の周波数≧８ ・・・（１）
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、前述した（１）〜（３）の問題点を解決することができ、回転磁界を用いて被検査材に存在する種々の方向に延びるきずを高精度に探傷可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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説明する。
【００２８】
図６は、本発明の一実施形態に係る磁気探傷装置の概略構成を示す図であり、図６（ａ）はブロック線図を、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す探傷プローブの模式的な外観図を示す。図６に示すように、本実施形態に係る磁気探傷装置１００は、被検査材に回転磁界を作用させる磁化手段１と、前記回転磁界によって生じる探傷信号を検出する検出手段２と、前記探傷信号に信号処理を施す信号処理手段３とを備えている。
【００２９】
磁化手段１は、回転磁界を生じさせるための励磁電流を通電する励磁コイル１１を具備する。図６（ｂ）に示すように、励磁コイル１１は、導線の巻回方向が互いに直交すると共に、中心位置が互いに一致するように配置されたＸ方向励磁コイル１１１及びＹ方向励磁コイル１１２を備える。Ｘ方向励磁コイル１１１に励磁電流（Ｘ方向励磁電流）を通電することにより、図６（ｂ）に示すＸ方向に磁界が生成される。一方、Ｙ方向励磁コイル１１２に励磁電流（Ｙ方向励磁電流）を通電することにより、図６（ｂ）に示すＹ方向に磁界が生成される。そして、各励磁コイル１１１、１１２に通電する交流の励磁電流の位相を９０°ずらすことにより、各励磁コイル１１１、１１２で生成された磁界の合成磁界が、各励磁コイル１１１、１１２の中心位置を中心として３６０°回転することになる。
【００３０】
本実施形態に係る励磁コイル１１は、第１電流と該第１電流よりも周波数の低い第２電流とを重畳した交流電流を励磁電流として通電する点に特徴を有する。具体的には、Ｘ方向励磁コイル１１１には、第１電流と第２電流とを重畳したＸ方向励磁電流が通電する一方、Ｙ方向励磁コイル１１２には、第１電流と第２電流とが重畳すると共にＸ方向励磁電流に対して位相が９０°ずれたＹ方向励磁電流が通電する。以下、図７も適宜参照しつつ、上記の特徴部分について、より具体的に説明する。
【００３１】
本実施形態に係る磁化手段１は、第１電流の電圧波形を生成する第１発信器１２と、第２電流の電圧波形を生成する第２発信器１３とを具備する。すなわち、図７（ａ）に示すように、第１発信器１２からは、予め決定した第１電流の周波数と同一周波数の電圧波形（以下、第１電圧波形という）が出力され、第２発信器１３からは、予め決定した第２電流の周波数と同一周波数の電圧波形（以下、第２電圧波形という）が出力される。第２電圧波形の周波数は、第１電圧波形の周波数よりも低周波である。なお、予め決定する第１電流の周波数と第２電流の周波数との比は、きずの角度情報を如何なる分解能で推定するか等によって適宜決定すればよいが、好ましくは、第１電流の周波数／第２電流の周波数≧８を満足するように決定される。
【００３２】
また、磁化手段１は、乗算器１４と、パワーアンプ１５とを具備する。第１発信器１２から出力された第１電圧波形と、第２発信器１３から出力された第２電圧波形とは、乗算器１４によって乗算（重畳）され、パワーアンプ１５によって電流に変換される。パワーアンプ１５から出力される電流は、図７（ｂ）に示すように、Ｘ方向励磁コイル１１１に通電するＸ方向励磁電流として用いられる。
【００３３】
一方、磁化手段１は、９０°移相器１６と、乗算器１７と、パワーアンプ１８とを具備する。第２発信器１３から出力された第２電圧波形は、その位相が９０°移相器１６によって９０°だけ移相される。例えば、図７（ａ）に示すように、第２発信器１３から出力される第２電圧波形が余弦波である場合、９０°移相器１６から出力される電圧波形は、第２電圧波形と同一周波数の正弦波となる。そして、第１発信器１２から出力された第１電圧波形と、９０°移相器１６から出力された電圧波形とは、乗算器１７によって乗算（重畳）され、パワーアンプ１８によって電流に変換される。パワーアンプ１８から出力される電流は、図７（ｂ）に示すように、Ｙ方向励磁コイル１１２に通電するＹ方向励磁電流として用いられる。
【００３４】
以上の構成により、図７（ｂ）に示すように、Ｘ方向励磁コイル１１１には、第１電流と第２電流とを重畳したＸ方向励磁電流が通電する一方、Ｙ方向励磁コイル１１２には、第１電流と第２電流とが重畳すると共にＸ方向励磁電流に対して位相が９０°ずれたＹ方向励磁電流が通電することになる。
【００３５】
このように、本実施形態に係る磁化手段１は、回転磁界を励磁するための励磁電流（Ｘ方向励磁電流及びＹ方向励磁電流）として、第１電流と該第１電流よりも周波数の低い第２電流とを重畳した交流電流を用いるため、周波数の高い第１電流によって生成される磁界（及びこの磁界によって誘起される渦電流）が支配的に被検査材に作用する一方、周波数の低い第２電流は、主として前記生成された磁界（及び渦電流）の方向を被検査材において回転させるために機能する。
【００３６】
本実施形態に係る検出手段２は、励磁コイル１１の中心を通り、Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向（図６（ｂ）参照）の磁束の変化を検出するための検出コイルとされている。検出コイル２は、Ｚ方向の磁束の変化を検出し、探傷信号として信号処理手段３に出力する。なお、検出コイル２は、前述したＸ方向励磁コイル１１１及びＹ方向励磁コイル１１２と一体化されて、探傷プローブ４を形成している。
【００３７】
信号処理手段３は、検出手段２によって検出した探傷信号を前記第１電流を参照信号として同期検波する第１同期検波手段３１を具備する。具体的には、第１同期検波手段３１は、第１発信器１２から出力される第１電圧波形（第１電流の電圧波形）を参照信号として、検出手段２から出力される探傷信号を同期検波する。さらに、第１同期検波手段３１は、同期検波により抽出された交流信号を、参照信号（第１電流の電圧波形）の２〜３周期分程度に相当する単位領域毎に平滑化して出力する。
【００３８】
ここで、従来技術について前述したのと同様に、被検査材に、延びる方向の異なる２種類のきずＡ、Ｂ（きずＡの角度θ（図１参照）＝２０°、きずＢの角度θ＝７０°）が存在し、α＝２０°であると仮定する。本発明においても、漏洩磁束探傷法の場合、上記仮定の下で、きずＡのきず信号は、磁界の方向φ（図１参照）が、φ＝２０°＋９０°＋１８０°×ｎ（ｎは整数）のときに最大となり、φ±２０°の範囲を超えると振幅が０となる。同様にして、きずＢのきず信号は、磁界の方向φが、φ＝７０°＋９０°＋１８０°×ｎ（ｎは整数）のときに最大となり、φ±２０°の範囲を超えると振幅が０となる。
【００３９】
図８は、上記仮定の下での、きずＡ、Ｂのきず信号波形を模式的に示すグラフである。また、図９は、第１同期検波手段において、第１電流を参照信号としてきず信号を含む探傷信号を同期検波し、同期検波により抽出されたきず信号を参照信号の２周期分に相当する単位領域毎に平滑化した後のきず信号波形を示すグラフである。なお、図８及び図９において、探傷信号に含まれるノイズの波形は図示を省略している。
【００４０】
図８及び前述した図７を参照すれば分かるように、きずＡ、Ｂから得られるきず信号には、第１電流の周期と一致する周期成分が含まれるため、第１電流を参照信号として同期検波すれば、従来のように磁界の回転周波数と同一の周波数の参照信号（本発明の第２電流に相当）で同期検波する場合に比べて、探傷信号から高いＳ／Ｎ比できず信号を抽出することが可能である。
【００４１】
また、図９に示すように、第１電流を参照信号として同期検波することにより抽出されたきず信号を、当該参照信号の２周期分に相当する単位領域毎に平滑化しても、平滑化後のきず信号の位相情報は保持されるため、きずＡ、Ｂの角度情報（何れの方向に延びているのか）を推定可能である。
【００４２】
信号処理手段３は、第１同期検波手段３１の出力信号を前記第２電流を参照信号として同期検波する第２同期検波手段３２を具備する。また、信号処理手段３は、第２同期検波手段３２の出力信号に基づいてリサージュ波形を表示するリサージュ波形表示手段３３を具備する。
【００４３】
具体的には、第２同期検波手段３２は、第１同期検波手段３１の出力信号を互いに同一の２つの信号に分岐する。そして、第２同期検波手段３２は、第２発信器１３から出力される第２電圧波形（第２電流の電圧波形）を参照信号として、前記分岐した一方の信号を同期検波する。この同期検波された信号（Ｘ信号）は、リサージュ波形表示手段３３に出力される。また、第２同期検波手段３２は、９０°移相器１６から出力される電圧波形（第２電流の電圧波形と位相が９０°異なる電圧波形）を参照信号として、前記分岐した他方の信号を同期検波する。この同期検波された信号（Ｙ信号）は、リサージュ波形表示手段３３に出力される。
【００４４】
リサージュ波形表示手段３３は、第２同期検波手段３２から出力されたＸ信号をＸ軸成分とし、Ｙ信号をＹ軸成分としたリサージュ波形を表示する。この際、必要に応じて、検出コイル２のリフトオフ変動ノイズがＸ軸に沿うようにＸＹ座標系を回転させれば、Ｓ／Ｎ比を向上させることが可能である。前述のように、第１同期検波手段３１での平滑化後のきず信号の位相情報は保持されるため、第２同期検波手段３２及びリサージュ波形表示手段３３によって、上記のような位相解析法を適用することができ、きず検出能に対するリフトオフ変動ノイズの影響等を抑制することが可能である。
【００４５】
以上に説明したように、本実施形態に係る磁気探傷装置１００によれば、単一周波数の励磁電流を用いることに起因する従来の回転磁界を利用した磁気探傷方法の問題点を解決することができ、回転磁界を用いて被検査材に存在する種々の方向に延びるきずを高精度に探傷可能である。
【００４６】
以下、実施例を示すことにより、本発明の特徴をより一層明らかにする。
【００４７】
図６に概略構成を示す磁気探傷装置１００を用いて、図１０に示すように、鋼板Ｓに形成した線状の人工きずＦの探傷試験を実施した。表１に探傷条件の概要を、表２に被検査材の概略仕様を示す。表１に示すように、探傷プローブ４として、一辺が６ｍｍの立方体である芯材の側面にそれぞれ５０回巻きされたＸ方向及びＹ方向励磁コイルと、前記芯材の底面に取り付けられた直径５ｍｍの１００回巻きの検出コイルとを具備するものを作製した。
【表１】
【表２】
【００４８】
そして、図１０に示すように、作製した探傷プローブ４を鋼板Ｓの直上で且つ人工きずＦの直上を通るように一定方向（図１０に示すＹ方向）に走査して探傷信号を検出した。この際、人工きずの延びる方向と探傷プローブ４の走査方向との相対的な角度を順次変化させ、各角度毎に探傷信号を検出した。具体的には、図１０に示すＸ方向と人工きずＦの延びる方向との成す角度をθとした場合に、θ＝０°〜７５°の範囲を１５°ピッチで変化させ、各角度θでの探傷信号を検出した。
【００４９】
図１１は、上記の探傷試験によって得られたきず信号のリサージュ波形を示す。図１１に示すように、各角度（θ＝０°、１５°、３０°、４５°、６０°、７５°）のきず信号のリサージュ波形は、互いに異なる位相を有することが識別可能である。また、きず信号のリサージュ波形は、どの角度のきずについても全て十分に大きな振幅を有する。この結果より、本発明によれば、同期検波の効果を十分に得ることができると共に、きずの角度情報を推定可能であることが分かる。
【００５０】
なお、図１１に示す例では、リフトオフ変動ノイズが生じていないが、生じている場合には、リフトオフ変動ノイズがＸ軸に沿うようにＸＹ座標系を回転させ、回転後のＸ’Ｙ’座標系におけるＹ’軸方向の信号成分を探傷信号とすることにより、きず検出能に対するリフトオフ変動ノイズの影響を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、回転磁界を生成するための励磁コイルの一例を示す平面視断面図である。
【図２】図２は、リサージュ波形の例を示す模式図である。
【図３】図３は、きず信号とリフトオフ変動ノイズとが位相差を有することを示すリサージュ波形の模式図である。
【図４】図４は、従来の回転磁界を利用した磁気探傷方法における、励磁電流波形ときず信号波形との時系列的な関係を示すグラフである。
【図５】図５は、図４に示す励磁電流を参照信号としてきず信号を含む探傷信号を同期検波し、同期検波により抽出されたきず信号を参照信号の２周期分に相当する単位領域毎に平滑化した後のきず信号波形を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係る磁気探傷装置の概略構成を示す図である。
【図７】図７は、図６に示す磁化手段によって生成される信号波形を示すグラフである。
【図８】図８は、図６に示す検出手段によって検出されるきず信号波形の一例を模式的に示すグラフである。
【図９】図９は、図６に示す第１同期検波手段において、第１電流を参照信号としてきず信号を含む探傷信号を同期検波し、同期検波により抽出されたきず信号を参照信号の２周期分に相当する単位領域毎に平滑化した後のきず信号波形の一例を模式的に示すグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の実施例に係る探傷試験の概要を説明する説明図であり、図１０（ａ）は縦断面図を、図１０（ｂ）は平面図を示す。
【図１１】図１１は、図１０に示す探傷試験によって得られたきず信号のリサージュ波形を示す。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・磁化手段
２・・・検出手段
３・・・信号処理手段
４・・・探傷プローブ
７・・・追従装置
１１・・・励磁コイル
１２・・・第１発信器
１３・・・第２発信器
３１・・・第１同期検波手段
３２・・・第２同期検波手段
３３・・・リサージュ波形表示手段
１００・・・磁気探傷装置
１１１・・・Ｘ方向励磁コイル
１１２・・・Ｙ方向励磁コイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査材に回転磁界を作用させ、該回転磁界によって生じる探傷信号に基づいてきずを検出する磁気探傷方法であって、
前記回転磁界を励磁するための励磁電流として、第１電流と該第１電流よりも周波数の低い第２電流とを重畳した交流電流を用い、
前記探傷信号を前記第１電流を参照信号として同期検波した後、前記第２電流を参照信号として同期検波し、該同期検波後の探傷信号に基づいてきずを検出することを特徴とする磁気探傷方法。
【請求項２】
前記第１電流及び前記第２電流の周波数が下記式（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の磁気探傷方法。
第１電流の周波数／第２電流の周波数≧８ ・・・（１）
【請求項３】
被検査材に回転磁界を作用させる磁化手段と、
前記回転磁界によって生じる探傷信号を検出する検出手段と、
前記探傷信号に信号処理を施す信号処理手段とを備えた磁気探傷装置であって、
前記磁化手段は、第１電流と該第１電流よりも周波数の低い第２電流とを重畳した交流電流を励磁電流として通電する励磁コイルを具備し、
前記信号処理手段は、前記検出手段によって検出した探傷信号を前記第１電流を参照信号として同期検波する第１同期検波手段と、該第１同期検波手段の出力信号を前記第２電流を参照信号として同期検波する第２同期検波手段とを具備することを特徴とする磁気探傷装置。
【請求項４】
前記第１電流及び前記第２電流の周波数が下記式（１）を満足することを特徴とする請求項３に記載の磁気探傷装置。
第１電流の周波数／第２電流の周波数≧８ ・・・（１）
【請求項１】
被検査材に回転磁界を作用させ、該回転磁界によって生じる探傷信号に基づいてきずを検出する磁気探傷方法であって、
前記回転磁界を励磁するための励磁電流として、第１電流と該第１電流よりも周波数の低い第２電流とを重畳した交流電流を用い、
前記探傷信号を前記第１電流を参照信号として同期検波した後、前記第２電流を参照信号として同期検波し、該同期検波後の探傷信号に基づいてきずを検出することを特徴とする磁気探傷方法。
【請求項２】
前記第１電流及び前記第２電流の周波数が下記式（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の磁気探傷方法。
第１電流の周波数／第２電流の周波数≧８ ・・・（１）
【請求項３】
被検査材に回転磁界を作用させる磁化手段と、
前記回転磁界によって生じる探傷信号を検出する検出手段と、
前記探傷信号に信号処理を施す信号処理手段とを備えた磁気探傷装置であって、
前記磁化手段は、第１電流と該第１電流よりも周波数の低い第２電流とを重畳した交流電流を励磁電流として通電する励磁コイルを具備し、
前記信号処理手段は、前記検出手段によって検出した探傷信号を前記第１電流を参照信号として同期検波する第１同期検波手段と、該第１同期検波手段の出力信号を前記第２電流を参照信号として同期検波する第２同期検波手段とを具備することを特徴とする磁気探傷装置。
【請求項４】
前記第１電流及び前記第２電流の周波数が下記式（１）を満足することを特徴とする請求項３に記載の磁気探傷装置。
第１電流の周波数／第２電流の周波数≧８ ・・・（１）
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−１２８７３３（Ｐ２００８−１２８７３３Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１１８７８（Ｐ２００６−３１１８７８）
【出願日】平成１８年１１月１７日（２００６．１１．１７）
【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２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１７日（２００６．１１．１７）
【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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