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交流電磁場測定法による探傷検査装置 - 特開2008−2805 | j-tokkyo
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【発明の名称】 交流電磁場測定法による探傷検査装置
【発明者】 【氏名】大黒 光喜

【氏名】藤原 貢

【氏名】佐藤 秀一

【氏名】武藤 行伸

【氏名】大津山 澄明

【氏名】養祖 次郎

【氏名】坂本 博

【要約】 【課題】検査箇所近傍に溶接余盛部やT型接合部等の構造変化部がある場合でも、ノイズや擬似信号の影響を低減することができ、傷等の位置とその大きさ及び深さを容易かつ確実に求めることができる交流電磁場測定法による探傷検査装置を提供する。

【構成】交流磁場発生コイル12、Bx測定コイル13、Bz測定コイル14、及び1対の磁気シールド17を有する探傷プローブ10と、探傷プローブに交流磁場を与え磁束密度BxとBzを出力する交流電磁場測定装置20と、磁束密度BxとBzをデータ解析して被検体表面に存在する傷等の位置を検出するデータ解析装置30とを備える。1対の磁気シールド17は、Bx測定コイルおよびBz測定コイルを間隔を隔てて挟持しy軸方向の磁界のみを遮蔽する。磁気シールドは、擬似信号を除去しかつx軸方向の磁束密度Bxおよびz軸方向の磁束密度Bzを検出可能な厚さを有する磁性体薄膜である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被検体表面のx軸方向に交流磁場を与えこれに直交する被検体表面のy軸方向に交流誘導電流を発生させる交流磁場発生コイルと、前記交流誘導電流により発生するx軸方向の磁束密度Bxを検出するBx測定コイルと、前記交流誘導電流により発生するz軸方向の磁束密度Bzを検出するBz測定コイルと、前記交流磁場発生コイル、Bx測定コイルおよびBz測定コイルを間隔を隔てて挟持しy軸方向の磁界のみを遮蔽する1対の磁気シールドとを有する探傷プローブと、
該探傷プローブに交流磁場を与え、前記磁束密度BxとBzを出力する交流電磁場測定装置と、
前記磁束密度BxとBzをデータ解析して、被検体表面に存在する傷等の位置を検出するデータ解析装置と、を備えたことを特徴とする交流電磁場測定法による探傷検査装置。
【請求項2】
前記磁気シールドは、擬似信号を除去しかつx軸方向の磁束密度Bxおよびz軸方向の磁束密度Bzを検出可能な厚さを有する磁性体薄膜である、ことを特徴とする請求項1に記載の探傷検査装置。
【請求項3】
前記データ解析装置は、記憶装置と演算装置を有し、
該記憶装置により、探傷プローブで検出したデータポイントi(i=1,2,…,n)に対応する前記磁束密度BxとBzの生データを時系列的に記憶し、
前記演算装置により、交流磁場発生コイル、Bx測定コイル、及びBz測定コイルの位置誤差により前記生データを補正し、次いで前記データを一定範囲の移動平均を取り細かなリップルを取る平滑化処理をしかつ初めの信号値、母材無欠陥部の信号値、信号波形の高次近似曲線、一定範囲の移動平均値などを基準とする基準化処理した基準化データを作成し、
該基準化データからz-x平面上において原点Oから点(Bz、Bx)までの磁束密度ベクトルB(z,x)をデータポイントi(i=1,2,…,n)に対応して設定し、
データポイントiとi+1に対応する磁束密度ベクトルB(z,x)のベクトル積Aを算出し、
該ベクトル積Aが所定の閾値を超えるときに、傷等が存在すると判別する、ことを特徴とする請求項1に記載の探傷検査装置。
【請求項4】
前記データ解析装置は、更に画像表示装置を有し、該画像表示装置により、
前記ベクトル積Aと、前記ベクトル積Aが所定の閾値を超えるデータポイントを含む所定のデータポイント範囲の基準化データを、データポイントi(i=1,2,…,n)との関係で表示する、ことを特徴とする請求項3に記載の探傷検査装置。
【請求項5】
前記ベクトル積Aは、ベクトル外積値又は隣接する差分ベクトル内積値であり、
該ベクトル外積値を使用する場合はベクトルの方向(ベクトル外積値の正負)もきずの判定に使う、ことを特徴とする請求項3に記載の探傷検査装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、交流電磁場測定法により表面の傷等を検査する探傷検査装置に関する。
【背景技術】
【0002】
鉄道車両用の台車枠には大きな荷重がかかるため、長期間の使用により溶接箇所等に傷や亀裂が発生したり、微細な傷が大きな亀裂に成長することがある。そこで、台車枠の表面に存在する傷や亀裂を定期的に検査する必要がある。以下、傷、亀裂及び欠陥を単に「傷」又は「傷等」と呼ぶ。
【0003】
従来、かかる台車枠の検査には、磁粉探傷法が主に採用されていたが、磁粉探傷法は、表面あるいは表面近くに欠陥がある箇所を磁化してその表面に微細な磁粉を塗布すると、傷等の存在によって生じる漏洩磁束のために磁粉が欠陥部の表面に凝集吸引されて磁粉のパターンに乱れが生じることを利用したものである。
しかし、磁粉探傷法を適用する場合、検査箇所の塗装を剥がす必要があり、その前処理、後処理に多大な手間がかかる問題点があった。
【0004】
そこで、渦電流探傷法を適用することが、例えば、[特許文献1]に提案されている。しかし、渦電流探傷法は、塗装を剥がさずに適用はできるが、検査箇所表面に発生する渦電流の傷等による乱れを同一の渦電流センサで検出するため、表面で発生するノイズの影響が大きく、傷等との識別が困難であった。また、傷等の大きさや深さをキャリブレーションで求める必要があり、経験が豊富な検査員でない限り、正確な判断ができない欠点があった。
【0005】
一方、傷等の大きさや深さをキャリブレーションなしで求めることができる探傷検査法として、交流電磁場測定法(Alternating Current Field Measurement:以下、「ACFM」と略す)が[非特許文献1]で提案されている。
図12は、ACFMにおける座標系を示す図である。被検体1の表面に細長い開口傷2がある場合に、表面に沿って、傷2の方向をx、xに直交する方向をy、表面に直交する方向をzと定義する。x方向(傷の方向)に外部から交流磁場3を付与すると、傷に直交するy方向に交流誘導電流4が発生する。
【0006】
図13は、交流電磁場測定法の原理図である。図12のように発生した交流誘導電流4により発生するx軸方向の磁束密度Bxと、z軸方向の磁束密度Bzは、それぞれx軸を中心とするBx測定コイルと、z軸を中心とするBz測定コイルで検出することができる。以下、これを「Bx成分」及び「Bz成分」と呼ぶ。
すなわち、交流誘導電流4は、傷2の存在により、x方向の傷2の両端外側では電流密度が高く、傷の位置では電流密度が低くなるため、この図の(b)に示すようにBx成分は傷の両端外側で高く、傷の位置で低くなる。
同様に、交流誘導電流4は、傷2の存在により、x方向の傷2の両端外側では外側に膨らんで流れるため、この図の(c)に示すようにBz成分は傷の一方では高く、他方では低くなる。
従って、Bx成分とBz成分がこのような特性を示したときに、傷が存在すると判断でき、傷の大きさと深さをキャリブレーションなしで求めることができる。
【0007】
図14は、非特許文献1に開示されているデータ処理法の説明図である。試験体1及びその開口傷2が、試験片のような単純な形状である場合には、Bx成分及びBz成分として、この図の(a)に示すような、典型的な波形が得られる。この場合、両成分の横軸は時間であり、検出速度により変化するため、同一の試験片であっても、検出毎に異なる波形が得られ、傷の識別が困難になる。
この図の(b)は、横軸にBx成分、縦軸にBz成分をプロットしたもので、「バタフライプロット」と呼ばれる。このバタフライプロットは、時間成分がなくなるため、検出速度が変化しても、同一の試験片であれば、常に同一の波形が得られ、傷の識別が容易になる特徴がある。また、一般的に、傷があるとバタフライプロットは中心から離れた閉じた形状となること知られている。
【0008】
非特許文献2は、上述した交流電磁場測定法を用いて傷の大きさと深さを解析する方法を開示している。この方法は、Bz成分を増加領域と減少領域に区分し、減少から増加に転じたデータから増加から減少に転じたデータまでを傷領域と判別し、この傷領域のBx成分とBz成分をx成分、z成分としてz−x座標に図15のようにバタフライプロットを作成し、このプロットが囲む面積を計算して、その大きさにより傷の有無とその大きさと深さを計算するものである。
【0009】
なお、関連する渦流式プローブとして、[特許文献2〜5]が開示されている。
【0010】
【非特許文献1】“THE ACFM TECHNIQUE”,TSC Inspection Systems,[平成17年3月14日検索]、インターネット<URL: 1150698681390_0.htm
【非特許文献2】Jiannong Zhou,et al.,“An ACFM automated Crack Detection System Deployed Vy An Underwater Roving Vehicle”,NDT.net September 2003,Vol.9 No.09
【0011】
【特許文献1】特開2004−117138号公報、「鉄道車両用台車枠の探傷用センサーユニット及びこれを用いた探傷設備」
【特許文献2】特開平6−123732号公報、「渦流式探傷プローブ」
【特許文献3】特開平7−248314号公報、「渦流式探傷プローブ」
【特許文献4】特開平10−318987号公報、「渦流探傷装置」
【特許文献5】特開平7−113788号公報、「渦流探傷用プローブコイル」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
上述したように、交流電磁場測定法は、原理的には塗装を剥がさずに塗装の上から表面開口割れの検査ができる特徴を有する。しかし、試験片のような単純な形状でなく、例えば鉄道車両用の台車枠のように形状が複雑であり、かつ表面に起伏があるような複雑な溶接構造物の検査に適用した場合、形状、接触条件により様々な擬似信号が出現するため、上述したような典型的なBx成分とBz成分が得られることはほとんどなく、このため、熟練した検査員であっても欠陥の判別が依然として困難であった。
また、欠陥が判別できた場合でも、従来は時間に対して各信号が得られるため欠陥の位置を特定するのが困難であり、かつその大きさと深さの特定にも手間と時間がかかっていた。
【0013】
上述した問題点を解決するために、本発明の発明者らは、(1)被検体が台車枠のような複雑な溶接構造物であっても、ノイズや擬似信号の影響を低減することができ、(2)経験の少ない検査員によっても容易かつ確実に傷等を判別でき、(3)傷等の位置とその大きさ及び深さを容易かつ確実に求めることができる交流電磁場測定法による探傷検査装置及び方法を創案し出願した(特願2005−111771号、未公開)。
【0014】
この探傷検査装置及び方法は、交流磁場発生コイル、Bx測定コイル、Bz測定コイル、及び位置センサを有する探傷プローブと、探傷プローブに交流磁場を与え、磁束密度BxとBzを出力する交流電磁場測定装置と、磁束密度BxとBzをデータ解析して、被検体表面に存在する傷等の位置を検出するデータ解析装置とを備え、各コイルの位置誤差により生データを補正し、次いで平滑化処理と基準化処理したデータを作成し、これから原点Oから点(Bz、Bx)までの磁束密度ベクトルB(z,x)を設定し、このベクトルのベクトル積Aを算出し、ベクトル積Aが所定の閾値を超えるときに、傷等が存在すると判別するものである。
【0015】
しかし、この探傷検査装置により、部被検体表面が一般的な平面又は円弧面である場合にはそこに存在する傷等の位置を検出することができるが、検査箇所近傍に、溶接余盛部やT型接合部等の構造変化部があると、擬似信号が発生し、傷等の検出が困難となる問題点があった。
【0016】
本発明は、かかる従来の問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、検査箇所近傍に溶接余盛部やT型接合部等の構造変化部がある場合でも、ノイズや擬似信号の影響を低減することができ、傷等の位置とその大きさ及び深さを容易かつ確実に求めることができる交流電磁場測定法による探傷検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0017】
本発明によれば、被検体表面のx軸方向に交流磁場を与えこれに直交する被検体表面のy軸方向に交流誘導電流を発生させる交流磁場発生コイルと、前記交流誘導電流により発生するx軸方向の磁束密度Bxを検出するBx測定コイルと、前記交流誘導電流により発生するz軸方向の磁束密度Bzを検出するBz測定コイルと、前記交流磁場発生コイル、Bx測定コイルおよびBz測定コイルを間隔を隔てて挟持しy軸方向の磁界のみを遮蔽する1対の磁気シールドとを有する探傷プローブと、
該探傷プローブに交流磁場を与え、前記磁束密度BxとBzを出力する交流電磁場測定装置と、
前記磁束密度BxとBzをデータ解析して、被検体表面に存在する傷等の位置を検出するデータ解析装置と、を備えたことを特徴とする交流電磁場測定法による探傷検査装置が提供される。
【0018】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記磁気シールドは、擬似信号を除去しかつx軸方向の磁束密度Bxおよびz軸方向の磁束密度Bzを検出可能な厚さを有する磁性体薄膜である。
【0019】
また、前記データ解析装置は、記憶装置と演算装置を有し、
該記憶装置により、探傷プローブで検出したデータポイントi(i=1,2,…,n)に対応する前記磁束密度BxとBzの生データを時系列的に記憶し、
前記演算装置により、交流磁場発生コイル、Bx測定コイル、及びBz測定コイルの位置誤差により前記生データを補正し、次いで前記データを一定範囲の移動平均を取り細かなリップルを取る平滑化処理をしかつ初めの信号値、母材無欠陥部の信号値、信号波形の高次近似曲線、一定範囲の移動平均値などを基準とする基準化処理した基準化データを作成し、
該基準化データからz−x平面上において原点Oから点(Bz、Bx)までの磁束密度ベクトルB(z,x)をデータポイントi(i=1,2,…,n)に対応して設定し、
データポイントiとi+1に対応する磁束密度ベクトルB(z,x)の外積の絶対値Aを算出し、
該ベクトル積Aが所定の閾値を超えるときに、傷等が存在すると判別する。
【0020】
前記データ解析装置は、更に画像表示装置を有し、該画像表示装置により、
前記ベクトル積Aと、前記ベクトル積Aが所定の閾値を超えるデータポイントを含む所定のデータポイント範囲の基準化データを、データポイントi(i=1,2,…,n)との関係で表示する。
【0021】
前記ベクトル積Aは、ベクトル外積値又は隣接する差分ベクトル内積値であり、
該ベクトル外積値を使用する場合はベクトルの方向(ベクトル外積値の正負)もきずの判定に使う、のがよい。
【発明の効果】
【0022】
上記本発明の装置によれば、探傷プローブが1対の磁気シールドを有し、交流磁場発生コイル、Bx測定コイルおよびBz測定コイルを間隔を隔てて挟持しy軸方向の磁界のみを遮蔽するので、Bx測定コイルおよびBz測定コイルによる検出信号レベルを低減することなく、y軸方向の磁界による擬似信号の影響を低減することができる。
従って、検査箇所近傍に、溶接余盛部やT型接合部等の構造変化部がある場合でも、ノイズや擬似信号の影響を低減することができ、磁束密度BxとBzをデータ解析して、磁束密度ベクトルB(z,x)のベクトル積Aを算出し、ベクトル積Aが所定の閾値を超えるときに、傷等が存在すると判別するので、被検体が台車枠のような複雑な溶接構造物であっても、ノイズや擬似信号の影響を低減することができ、経験の少ない検査員によっても容易かつ確実に傷等を判別できる。
【0023】
特に、前記磁気シールドが適切な厚さを有する磁性体薄膜であることにより、擬似信号を除去し、かつBx測定コイルおよびBz測定コイルによる検出信号レベルを低減せずに、x軸方向の磁束密度Bxおよびz軸方向の磁束密度Bzを高いS/N比で検出することができる。
【0024】
また、ベクトル積Aと、ベクトル積Aが所定の閾値を超えるデータポイントを含む所定のデータポイント範囲の基準化データを、データポイントi(i=1,2,…,n)との関係で表示するので、この表示データから傷等の位置とその大きさ及び深さを容易かつ確実に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0025】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【0026】
図1は、本発明による探傷検査装置の全体構成図であり、図2は図1の探傷プローブ拡大図、図3はその斜視図である。
図1に示すように、本発明の探傷検査装置は、探傷プローブ10、交流電磁場測定装置20、及びデータ解析装置30を備える。
【0027】
図2おいて探傷プローブ10は、被検体表面1aに接触させるプローブ先端部11の内部に、交流磁場発生コイル12、Bx測定コイル13及びBz測定コイル14を内蔵する。プローブ先端部11は、内部を磁場が透過しやすい非磁性体からなるのがよい。
なおこの図において、紙面に直交する方向をx軸方向、これに直交する水平方向をy軸方向、被検体表面1aに直交する方向をz軸方向と定義する。
【0028】
交流磁場発生コイル12は、x軸方向を軸心とするコイルであり、被検体表面1aのx軸方向に交流磁場2を与えこれに直交する被検体表面のy軸方向に交流誘導電流4を発生させる機能を有する。
Bx測定コイル13は、被検体表面1aに発生した交流誘導電流4により発生するx軸方向の磁束密度Bxを検出する機能を有する。
Bz測定コイル14は、被検体表面1aに発生した交流誘導電流4により発生するz軸方向の磁束密度Bzを検出する機能を有する。
交流磁場発生コイル12、Bx測定コイル13、及びBz測定コイル14は、機能を阻害しない限りで、できるだけ近接して設置するのがよい。また相互間の位置誤差は、データ解析装置30により補正するようになっている。
【0029】
図2及び図3において、探傷プローブ10は更に、1対の磁気シールド17を有する。
1対の磁気シールド17は、交流磁場発生コイル、Bx測定コイルおよびBz測定コイルを間隔を隔てて挟持し、y軸方向の磁界のみを遮蔽する機能を有する。
磁気シールド17は、後述する例では、厚さ0.15mmのコバルト薄膜である。また磁気シールド17は、磁性体薄膜であり、擬似信号を除去しかつx軸方向の磁束密度Bxおよびz軸方向の磁束密度Bzを検出可能なように適切な厚さを有するのがよい。
さらに、磁気シールド17は、例えばプローブ先端部11の側面全体に装着するのがよい。
【0030】
この構成により、Bx測定コイルおよびBz測定コイルによる検出信号レベルを低減することなく、y軸方向の磁界による擬似信号の影響を低減することができる。
【0031】
図1において、交流電磁場測定装置20は、細長いフレキシブルコード21で、探傷プローブ10に電気的に接続されており、探傷プローブ10の交流磁場発生コイル12に交流電流を印加し、Bx測定コイル13及びBz測定コイル14で検出した磁束密度BxとBzを出力するようになっている。
さらに、交流電磁場測定装置20は、出力ケーブル22を介してデータ解析装置30に接続され、Bx測定コイル13及びBz測定コイル14で検出した磁束密度BxとBzをデータ解析装置30に出力するようになっている。
【0032】
データ解析装置30は、磁束密度BxとBzをデータ解析して、被検体表面1aに存在する傷等2の位置を検出する機能を有する。図1に示すように、データ解析装置30は、記憶装置32、演算装置34および画像表示装置36を有する。
記憶装置32は、HD、ROM、RAM、その他の記憶媒体であり、探傷プローブ10で検出したデータポイントi(i=1,2,…,n)に対応する磁束密度BxとBzの生データを時系列的に記憶すると共に、データ解析用のプログラムと、データ解析に伴って形成される各データを記憶する。
【0033】
演算装置34は、例えばコンピュータであり、データ解析用プログラムの実行により、交流磁場発生コイル12、Bx測定コイル13、及びBz測定コイル14の位置誤差(取付位置のズレ)をデータポイントを用いて補正し、探傷プローブ10で検出した生データを同一のデータポイントに対応するように補正する。次いで前記データを一定範囲の移動平均を取り細かなリップルを取る平滑化処理をしかつ初めの信号値、母材無欠陥部の信号値、信号波形の高次近似曲線、一定範囲の移動平均値などを基準とする基準化処理した基準化データを作成する。
この補正により、相互間の位置誤差を無くし、データポイントと各コイルによる検出データを正確に対応させることができる。
また、この平滑化処理により、ノイズや擬似信号による、高周波成分を除去し、微細な凹凸をなくすことができる。
さらに、基準化処理により、磁束密度ベクトルB(z,x)の起点を原点Oに設定することができる。
【0034】
さらに、演算装置34は、作成した基準化データからz−x平面上において原点Oから点(Bz、Bx)までの磁束密度ベクトルB(z,x)をデータポイントi(i=1,2,…,n)に対応して設定し、データポイントiとi+1に対応する磁束密度ベクトルB(z,x)のベクトル積Aを算出し、ベクトル積Aが所定の閾値を超えるときに、傷等が存在すると判別するようになっている。
この磁束密度ベクトルB(z,x)は、原点Oを起点とすることから、傷がまったくない場合には、原点近傍に集中するベクトルであり、ベクトル積Aは0に近い値または0以下の値になる。これに対して、傷がある場合、ベクトルは、原点Oから長く伸び、隣接するベクトルのベクトル積Aも増大する。
従って、ベクトル積Aが所定の閾値を超えるときに、傷等が存在すると判別することにより、容易に傷等を判別することができる。
【0035】
画像表示装置36は、例えばタッチパネル方式の液晶表示装置であり、ベクトル積Aと、ベクトル積Aが所定の閾値を超えるデータポイントを含む所定のデータポイント範囲の基準化データを、データポイントi(i=1,2,…,n)との関係図として画像表示するようになっている。
この構成により、ベクトル積Aが所定の閾値を超えるときに、傷等の影響を受ける所定のデータポイント範囲の基準化データを、データポイントi(i=1,2,…,n)との関係で画像表示できるので、「Bx成分」と「Bz成分」をノイズや擬似信号を除去した純粋な波形として正確に把握することができる。
さらにこの波形に基づき、その大きさ及び深さを容易かつ確実に求めることができる。
【0036】
なおこの画像表示装置36は、さらに、磁束密度BxとBzの生データ、その基準化データ、磁束密度ベクトルB(z,x)をデータポイントi(i=1,2,…,n)との関係図、或いはバタフライプロットとして、同時に或いは選択的に表示するようになっているのがよい。
【0037】
図4は、本発明の探傷検査装置による探傷検査のフロー図である。この図に示すように、本発明の探傷検査装置による探傷検査は、探傷ステップS1とデータ解析ステップS2とからなる。
探傷ステップS1では、ステップS11において、被検体表面1aのx軸方向に交流磁場2を与え、これに直交する被検体表面のy軸方向に交流誘導電流4を発生させる。さらに、ステップS12において、交流誘導電流4により発生するx軸方向の磁束密度Bxとz軸方向の磁束密度Bzを被検体表面1aに沿ったデータポイントと共に検出する。
なお、データポイントと磁束密度BxとBzの検出開始と検出終了を制御し、ステップS11とステップS12を、同時に行うのがよい。
【0038】
データ解析ステップS2は、生データ記憶ステップS21、基準化データ作成ステップS22、ベクトル設定ステップS23、ベクトル積算出ステップS24、傷判別ステップS25、及び画像表示ステップS26からなる。
生データ記憶ステップS21では、探傷プローブ10で検出したデータポイントi(i=1,2,…,n)に対応する磁束密度BxとBzの生データを時系列的に記憶する。
【0039】
基準化データ作成ステップS22では、交流磁場発生コイル12、Bx測定コイル13、及びBz測定コイル14の位置誤差(取付位置のズレ)をデータポイントを用いて補正し、探傷プローブ10で検出した生データを同一のデータポイントに対応するように補正する。次いで前記データを一定範囲の移動平均を取り細かなリップルを取る平滑化処理をしかつ初めの信号値、母材無欠陥部の信号値、信号波形の高次近似曲線、一定範囲の移動平均値などを基準とする基準化処理した基準化データを作成する。
この平滑化処理では、例えば、データポイントi(i=1,2,…,n)に対応する生データを位置誤差修正し、5点平滑化処理している。
この補正により、相互間の位置誤差を無くし、位置センサ18のデータポイントと各コイルによる検出データを正確に対応させることができる。
また、この平滑化処理により、ノイズや擬似信号による、高周波成分を除去し、微細な凹凸をなくすことができる。
さらに、基準化処理により、磁束密度ベクトルB(z,x)の起点を原点Oに設定することができる。
【0040】
ベクトル設定ステップS23では、作成した基準化データからz−x平面上において原点Oから点(Bz、Bx)までの磁束密度ベクトルB(z,x)をデータポイントi(i=1,2,…,n)に対応して設定する。
【0041】
ベクトル積算出ステップS24では、データポイントiとi+1に対応する磁束密度ベクトルB(z,x)のベクトル積Aを算出する。
【0042】
傷判別ステップS25では、ベクトル積Aが所定の閾値を超えるときに、傷等が存在すると判別する。
磁束密度ベクトルB(z,x)は、原点Oを起点とすることから、傷がまったくない場合には、原点近傍に集中するベクトルであり、ベクトル積Aは0に近い値または0以下の値になる。これに対して、傷がある場合、ベクトルは、原点Oから長く伸び、隣接するベクトルのベクトル積Aも増大する。
従って上述したデータ解析ステップS2により、磁束密度BxとBzをデータ解析して、被検体表面に存在する傷等の位置を容易に検出することができる。
【0043】
画像表示ステップS26では、ベクトル積Aが所定の閾値を超えるデータポイントを含む所定のデータポイント範囲の基準化データを、データポイントi(i=1,2,…,n)との関係で表示する。
【0044】
上述した本発明の装置によれば、探傷プローブ10が、交流磁場発生コイル12、Bx測定コイル13およびBz測定コイル14を間隔を隔てて挟持しy軸方向の磁界のみを遮蔽する1対の磁気シールド17を有するので、Bx測定コイル13およびBz測定コイル14による検出信号レベルを低減することなく、y軸方向の磁界による擬似信号の影響を低減することができる。
従って、検査箇所近傍に、溶接余盛部やT型接合部等の構造変化部がある場合でも、ノイズや擬似信号の影響を低減することができ、磁束密度BxとBzをデータ解析して、磁束密度ベクトルB(z,x)のベクトル積Aを算出し、ベクトル積Aが所定の閾値を超えるときに、傷等が存在すると判別するので、被検体が台車枠のような複雑な溶接構造物であっても、ノイズや擬似信号の影響を低減することができ、経験の少ない検査員によっても容易かつ確実に傷等を判別できる。
【0045】
特に、前記磁気シールド17が適切な厚さを有する磁性体薄膜であることにより、擬似信号を除去し、かつBx測定コイル13およびBz測定コイル14による検出信号レベルを低減せずに、x軸方向の磁束密度Bxおよびz軸方向の磁束密度Bzを高いS/N比で検出することができる。
【0046】
また、ベクトル積Aと、ベクトル積Aが所定の閾値を超えるデータポイントを含む所定のデータポイント範囲の基準化データを、データポイントi(i=1,2,…,n)との関係で表示するので、この表示データから傷等の位置とその大きさ及び深さを容易かつ確実に求めることができる。
さらに、本発明により、鉄道車両用の台車枠の検査にACFM法を簡便に適用することが可能となり、従来の塗装を剥がして磁粉探傷を行なう方式から、塗装を剥がさずに検査ができるため、検査の効率化と、クリーン化が図れる。
また、検査記録が電子データとして記憶装置32に記憶されるために、記録の管理及び履歴の管理も簡便になる。
【実施例1】
【0047】
図5は、本発明の第1実施例の結果を示す図である。この例は、擬似信号が小さい場合において、被検体表面が平坦部であり、その母材に欠陥部がある場合である。
図5(a)は、探傷ステップS1で検出されたデータポイント(データポイント)と磁束密度BxとBzの生データとの関係図である。この図に示すように、実際の計測では、様々な擬似信号が出現するため、典型的なBx成分とBz成分が得られず、欠陥の判別が非常に困難であることがわかる。
図5(b)は、図5(a)から作成した従来のバタフライプロットである。このバタフライプロットは、左右に広がった扁平した分布となっており、このため、熟練した検査員であってもこの図からの欠陥の判別は困難であることがわかる。
【0048】
図5(c)は、本発明の基準化データ作成ステップS22により作成した基準化データである。この例では、データポイントi(i=1,2,…,n)に対応する生データを位置誤差修正し、5点平滑化処理している。
この図から、生データの波形形状をそのまま残しながら、ノイズや擬似信号による微細な凹凸が除去されているのがわかる。
なお基準化データは、初めの信号値、母材無欠陥部の信号値、信号波形の高次近似曲線、一定範囲の移動平均値などを基準とすることができる。
図5(d)は、図5(c)から作成したバタフライプロットである。このバタフライプロットは、原点Oを中心に円形に近い分布となっており、典型的なBx成分とBz成分に近い分布となっていることがわかる。
図5(e)は、ベクトル積算出ステップS24により作成したデータポイントに対応するベクトル積Aとの関係図である。この図において、ベクトル積Aは、外積ベクトル値である。
この図から、例えば、閾値を約10に設定することにより、データポイントの約20前後と80〜100に閾値を超える箇所があり、傷等が存在すると判別することが容易にできる。
【0049】
なお、図5(f)(g)(h)は、傷がない健全部における図5(c)(d)(e)に対応する図である。これらの図から、健全部では、基準化データはほとんどフラットとなり、バタフライプロットは原点近傍に集中し、ベクトル積A(外積ベクトル値)は全域でほとんど0かそれ以下の値になることがわかる。
以上の結果から、健全部では傷がないことを容易かつ確実に判別でき、また傷がある場合には、その傷を容易かつ確実に判別できることがわかる。
【実施例2】
【0050】
実施例1では、擬似信号が小さい場合を示した。これに対し、擬似信号が大きい場合、擬似信号の影響により、差分ベクトル内積値(以下「内積値」という)での評価において、擬似信号内積値が大きく現れる。
図6は、擬似信号が大きい場合の模式図であり、(A)は溶接ビード余盛部の近傍、(B)はT型溶接部近傍を示している。溶接ビード余盛部(以下「余盛部」という)とT型溶接部の近傍では、擬似信号の影響により、特に内積値が高く現れる。
すなわち、構造物の影響による擬似信号は、構造物の高さと比例関係にあることがわかった。これは、探傷プローブには、構造物高さを感知する箇所があることを示す。そこで探傷プローブの感知有効範囲を調査した結果、探傷プローブのプローブ先端部の全体(先端樹脂部)であることがわかった。そのため、構造物の影響で磁場が変化し、擬似信号として現れたと考えられる。
そこで、この構造物による磁場の影響を軽減させるために、プローブ先端部側面への磁気シールドの適用について試みた。
【0051】
(試験方法)
構造部からの磁場変化を軽減させるために、磁気シールド効果の高いコバルト製シートを適用し、擬似信号の内積値について調査を行った。
(試験条件)
プローブ: ストレートプローブ
走査速度: 50mm/秒 (手動走査)
試験体: (A)溶接余盛5mm試験体、(B)T型試験体
磁気シールド厚さ: 無しと0.15mm
磁気シールド適用部位: プローブ先端部側面の先端、プローブ先端部側面の全体
【0052】
(試験結果)
(磁気シールド適用部位)
溶接余盛5mm試験体(A)に対し、ストレートプローブに厚さ0.15mmの磁気シールドを適用し、磁気シールド無し、プローブ先端部側面の先端、およびプローブ先端部側面の全体にシールドを行った結果を表1と図7に示す。
図7において、横軸は図5と同様のデータポイントであり、縦軸はBx,Bzの内積値である。
【0053】
【表1】


【0054】
同様に、T型試験体(B)に対し、ストレートプローブに厚さ0.15mmの磁気シールドを適用し、磁気シールド無し、プローブ先端部側面の下半分、上半分、および先端部側面の全体にシールドを行った結果を表2と図8に示す。
図8において、図5(a)(c)(f)と同様に横軸はデータポイントであり、縦軸はBx,Bzの磁束密度データである。
【0055】
【表2】


【0056】
表1,2及び図7,8の結果から、探傷プローブへ磁気シールドを適用する際にプローブ先端部側面の全体に装着することが最も効果がある結果となった。すなわちストレートプローブへの磁気シールドは、プローブ先端部側面の全体への適用が有効であることが確認された。
【0057】
(磁気シールド効果の確認結果)
また、表2に示すように、T型試験体のような構造物による擬似信号の内積値(ベクトル積)は約1/7に減少し、フィルター処理波形には擬似信号が現れないことを確認した。
【実施例3】
【0058】
傷の無い(A)溶接余盛5mm試験体、(B)T型試験体を本発明の探傷検査装置で検査した。この検査では、実施例2の結果に基づき、ストレートプローブに厚さ0.15mmの磁気シールドを用い、これをプローブ先端部側面の全体に適用した場合と、磁気シールドなしとを比較した。
図9は、溶接余盛5mm試験体(A)の試験結果、図10は、T型試験体(B)の試験結果である。図9,10において、横軸は図5と同様のデータポイントであり、縦軸はBx,Bzの生波形(左図)と処理波形(右図)である。
ここで処理波形とは、ベクトル積が所定の閾値を超える範囲のみを示す基準化データである。
図9、図10から、磁気シールドを適用することにより、擬似信号の除去ができ、きず信号のみ得られることが確認された。
【実施例4】
【0059】
T型試験体(B)の隅肉部近傍に、長さ10mm、深さ1mmの傷を人工的に設け、実施例3と同じ条件で、試験した。この結果を図11に示す。
この図から、検査箇所近傍に、溶接余盛部やT型接合部がある場合でも、Bx測定コイルおよびBz測定コイルによる検出信号レベルを低減することなく、ノイズや擬似信号の影響を低減することができることが確認された。
またこの試験を磁気シールドの厚さを変化させて行った結果、磁気シールドの厚さが0.15mmの場合には、処理波形が得られるが、0.30mm以上では、処理波形がほとんど失われる結果となった。
従って、この条件において、擬似信号を除去し、かつx軸方向の磁束密度Bxおよびz軸方向の磁束密度Bzを検出可能な厚さは、約0.15mmであるといえる。
【0060】
上述したように、本発明の装置によれば、探傷プローブ10が、交流磁場発生コイル、Bx測定コイルおよびBz測定コイルを間隔を隔てて挟持しy軸方向の磁界のみを遮蔽する1対の磁気シールド17を有するので、Bx測定コイルおよびBz測定コイルによる検出信号レベルを低減することなく、y軸方向の磁界による擬似信号の影響を低減することができる。
従って、検査箇所近傍に、溶接余盛部やT型接合部等の構造変化部がある場合でも、ノイズや擬似信号の影響を低減することができ、磁束密度BxとBzをデータ解析して、磁束密度ベクトルB(z,x)のベクトル積Aを算出し、ベクトル積Aが所定の閾値を超えるときに、傷等が存在すると判別するので、被検体が台車枠のような複雑な溶接構造物であっても、ノイズや擬似信号の影響を低減することができ、経験の少ない検査員によっても容易かつ確実に傷等を判別できる。
【0061】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。例えば、本発明は、鉄道車両用の台車枠に限定されず、塗装を剥がして検査を行っている鋼構造物等に同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0062】
【図1】本発明による探傷検査装置の全体構成図である。
【図2】図1の探傷プローブ拡大図である。
【図3】図2の探傷プローブの斜視図である。
【図4】本発明の探傷検査装置による探傷検査のフロー図である。
【図5】本発明の第1実施例の結果を示す図である。
【図6】擬似信号が大きい場合の模式図である。
【図7】溶接余盛5mm試験体(A)の磁気シールド適用部位による試験結果を示す図である。
【図8】T型試験体(B)の磁気シールド適用部位による試験結果を示す図である。
【図9】溶接余盛5mm試験体(A)の磁気シールドによる効果を示す図である。
【図10】T型試験体(B)の磁気シールドによる効果を示す図である。
【図11】T型試験体(B)の隅肉部近傍の傷に対する試験結果を示す図である。
【図12】ACFMにおける座標系を示す図である。
【図13】交流電磁場測定法の原理図である。
【図14】非特許文献1に開示されているデータ処理法の説明図である。
【図15】非特許文献2に開示されているデータ処理法の説明図である。
【符号の説明】
【0063】
1 被検体、1a 被検体表面、2 開口傷、
3 交流磁場、4 交流誘導電流、
10 探傷プローブ、
11 プローブ先端部、12 交流磁場発生コイル、
13 Bx測定コイル、14 Bz測定コイル、
17 磁気シールド、
20 交流電磁場測定装置、21 フレキシブルコード、22 出力ケーブル、
30 データ解析装置、32 記憶装置、
34 演算装置、36 画像表示装置
【出願人】 【識別番号】000198318
【氏名又は名称】石川島検査計測株式会社
【識別番号】000196587
【氏名又は名称】西日本旅客鉄道株式会社
【識別番号】000173784
【氏名又は名称】財団法人鉄道総合技術研究所
【出願日】 平成18年6月20日(2006.6.20)
【代理人】 【識別番号】100097515
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 実


【公開番号】 特開2008−2805(P2008−2805A)
【公開日】 平成20年1月10日(2008.1.10)
【出願番号】 特願2006−169486(P2006−169486)