(57)【要約】  この電縫鋼管内の金属残留物検出方法は、電縫鋼管を長手方向に相対移動させながら励磁コイルに挿通し、励磁コイルによって、電縫鋼管及び金属残留物を磁気飽和状態まで磁化可能な磁界強度で、電縫鋼管を直流磁化する第１工程と、電縫鋼管を長手方向に相対移動させながら検出コイルに挿通し、第１工程での励磁コイルによる直流磁化によって発生した磁束の変化に伴って検出コイルに生じる誘導起電力を検出コイルの出力信号として検出し、検出コイルの出力信号に基づき、電縫鋼管内に存在する金属残留物を検出する第２工程と、を含む。
2019187233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電縫鋼管内に存在する金属残留物を検出する方法であって、
前記電縫鋼管を長手方向に相対移動させながら励磁コイルに挿通し、該励磁コイルによって、前記電縫鋼管及び前記金属残留物を磁気飽和状態まで磁化可能な磁界強度で、前記電縫鋼管を直流磁化する第１工程と、
前記電縫鋼管を長手方向に相対移動させながら検出コイルに挿通し、前記第１工程での前記励磁コイルによる直流磁化によって発生した磁束の変化に伴って前記検出コイルに生じる誘導起電力を前記検出コイルの出力信号として検出し、前記検出コイルの出力信号に基づき、前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出する第２工程と、
を含むことを特徴とする電縫鋼管内の金属残留物検出方法。
【請求項２】
前記第２工程では、前記検出コイルに交流電流を印加しない、
ことを特徴とする請求項１に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出方法。
【請求項３】
前記第２工程は、
前記検出コイルに所定周波数の交流電流を印加する交流電流印加ステップと、
前記交流電流を印加した前記検出コイルの出力信号のうち、前記交流電流の周波数で同期検波して得られる信号成分に基づき、前記電縫鋼管に存在するきずを検出するきず検出ステップと、
前記交流電流を印加した前記検出コイルの出力信号のうち、前記交流電流の周波数を遮断周波数とするローパスフィルタを透過する信号成分に基づき、前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出する金属残留物検出ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出方法。
【請求項４】
前記第２工程は、
前記検出コイルに所定周波数の交流電流を印加し、前記交流電流を印加した前記検出コイルの出力信号のうち、前記交流電流の周波数で同期検波して得られる信号成分に基づき、前記電縫鋼管に存在するきずを検出するきず検出ステップと、
前記検出コイルへの所定周波数の交流電流の印加を停止し、前記交流電流の印加を停止した前記検出コイルの出力信号に基づき、前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出する金属残留物検出ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出方法。
【請求項５】
前記検出コイルを前記電縫鋼管の長手方向に複数配置し、
前記第２工程は、
複数の前記検出コイルの同時点での出力信号を平均化することで、第１信号を算出するステップと、
複数の前記検出コイルの同時点での出力信号から前記第１信号を減算することで、複数の前記検出コイルにそれぞれ対応する第２信号を算出するステップと、
複数の前記検出コイルの離間距離に対応する分だけ複数の前記第２信号の横軸をずらし、該ずらした複数の前記第２信号同士を加算することで、第３信号を算出するステップと、
前記第３信号に基づき、前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出方法。
【請求項６】
前記検出コイルを前記電縫鋼管の長手方向に複数配置し、
前記第２工程は、
複数の前記検出コイルの同時点での出力信号を平均化することで、第１信号を算出するステップと、
複数の前記検出コイルの同時点での出力信号から前記第１信号を減算することで、複数の前記検出コイルにそれぞれ対応する第２信号を算出するステップと、
複数の前記第２信号のうちの少なくとも何れか一つに基づき、前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出方法。
【請求項７】
前記検出コイルを前記電縫鋼管の長手方向に複数配置し、
前記第２工程は、
複数の前記検出コイルの離間距離に対応する分だけ複数の前記検出コイルの出力信号の横軸をずらし、該ずらした複数の前記出力信号同士を加算することで、第４信号を算出するステップと、
前記第４信号に基づき、前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出方法。
【請求項８】
前記電縫鋼管の長手方向に沿った一端側に位置し、前記電縫鋼管が挿通される第１開口部と、前記電縫鋼管の長手方向に沿った他端側に位置し、前記電縫鋼管が挿通される第２開口部とを有し、前記第１開口部及び前記第２開口部を通る軸に対して略軸対称な外形を有し、前記励磁コイル及び前記検出コイルを囲繞する継鉄部材により前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出する、
ことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出方法。
【請求項９】
電縫鋼管内に存在する金属残留物を検出する装置であって、
長手方向に相対移動する前記電縫鋼管を挿通し、前記電縫鋼管及び前記金属残留物を磁気飽和状態まで磁化可能な磁界強度で、前記電縫鋼管を直流磁化する励磁コイルと、
長手方向に相対移動する前記電縫鋼管を挿通し、前記励磁コイルによる直流磁化によって発生した磁束の変化に伴って生じる誘導起電力を検出して出力する検出コイルと、
前記検出コイルの出力信号に基づき、前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする電縫鋼管内の金属残留物検出装置。
【請求項１０】
前記検出コイルは、前記電縫鋼管の長手方向に複数配置され、
前記検出手段は、
複数の前記検出コイルの同時点での出力信号を平均化することで、第１信号を算出する第１信号算出部と、
複数の前記検出コイルの同時点での出力信号から前記第１信号を減算することで、複数の前記検出コイルにそれぞれ対応する第２信号を算出する第２信号算出部と、
複数の前記検出コイルの離間距離に対応する分だけ複数の前記第２信号の横軸をずらし、該ずらした複数の前記第２信号同士を加算することで、第３信号を算出する第３信号算出部と、
前記第３信号に基づき、前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出する第１検出部と、
を有することを特徴とする請求項９に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出装置。
【請求項１１】
前記検出コイルは、前記電縫鋼管の長手方向に複数配置され、
前記検出手段は、
複数の前記検出コイルの同時点での出力信号を平均化することで、第１信号を算出する第１信号算出部と、
複数の前記検出コイルの同時点での出力信号から前記第１信号を減算することで、複数の前記検出コイルにそれぞれ対応する第２信号を算出する第２信号算出部と、
複数の前記第２信号のうちの少なくとも何れか一つに基づき、前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出する第２検出部と、
を有することを特徴とする請求項９に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出装置。
【請求項１２】
前記検出コイルは、前記電縫鋼管の長手方向に複数配置され、
前記検出手段は、
複数の前記検出コイルの離間距離に対応する分だけ複数の前記検出コイルの出力信号の横軸をずらし、該ずらした複数の前記出力信号同士を加算することで、第４信号を算出する第４信号算出部と、
前記第４信号に基づき、前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出する第３検出部と、
を有することを特徴とする請求項９に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出装置。
【請求項１３】
前記電縫鋼管の長手方向に沿った一端側に位置し、前記電縫鋼管が挿通される第１開口部と、前記電縫鋼管の長手方向に沿った他端側に位置し、前記電縫鋼管が挿通される第２開口部とを有し、前記第１開口部及び前記第２開口部を通る軸に対して略軸対称な外形を有し、前記励磁コイル及び前記検出コイルを囲繞する継鉄部材を更に備える、
ことを特徴とする請求項９から１２の何れか１項に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電縫溶接管等の電縫鋼管内に存在するビード屑等の金属残留物を高感度に検出する方法及び装置に関する。
本願は、２０１８年３月２７日に、日本国に出願された特願２０１８−０６０５２３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
電縫溶接管（以下、単に「溶接管」という場合がある）は、炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼の鋼板コイルを管状に成形した後、電磁誘導や直接通電によって溶接することで製造される。この際、溶接部には溶接管の内外面に盛り上がったビードが形成されるため、溶接後に切削することでビードを除去している。しかしながら、特に溶接管の内面側のビードが完全に切削されない場合がある。或いは、切削されたもののエアブロー等によって溶接管外に排出されず、ビード屑として溶接管内に残留する場合がある。この状態で製品として出荷されてしまうと問題であるため、溶接管内に残留するビード屑を出荷前に検出して除去する必要がある。【０００３】
従来、溶接管内に残留するビード屑を検出する方法として、光学式、マイクロ波式、電磁気式などの各種方法が提案されている。
光学式の検出方法は、例えば管端近傍に配置したカメラを用いて溶接管内を撮像することでビード屑を検出する方法である。この方法では、小径で曲がりのある溶接管の特に長手方向中央部分は撮像し難いため、この部分に残留するビード屑を検出し難い。また、溶接管内の全てをカメラの視野内に収めるには、カメラの視軸が溶接管の管軸に沿うようにカメラを配置する必要があるため、溶接管を長手方向に搬送しながらの検出に不適である。【０００４】
マイクロ波式の検出方法は、例えば特許文献１に記載のように、溶接管の一方の管端からマイクロ波を入射し、他方の管端まで伝搬したマイクロ波の周波数変調や伝搬減衰によってビード屑を検出する方法である。マイクロ波式の検出方法も、光学式の検出方法と同様に、マイクロ波の送信器や受信器を溶接管の管軸に沿うように配置する必要があるため、溶接管を長手方向に搬送しながらの検出に不適である。また、溶接管の長さに応じてマイクロ波の減衰量が異なるため、長さの異なる溶接管を検査する場合には、溶接管の長さを予め知っておく必要があるという手間を要する。【０００５】
電磁気式の検出方法としては、例えば特許文献２、３に記載の方法が提案されている。
特許文献２に記載の方法は、きずを検査する方法として公知の渦電流探傷法をビード屑の検出に利用した方法である。具体的には、特許文献２に記載の方法では、金属管を磁気コイル及び渦電流検出コイルに挿通する。そして、特許文献２に記載の方法は、磁気コイルによって、金属管が磁気飽和され、金属管内に存在するビード屑が磁気飽和されない程度に磁化した状態で、渦電流検出コイルに交流電圧を供給して渦電流を誘起し、渦電流検出コイルのインピーダンス変化に起因した交流電圧の変化を測定することで、ビード屑を検出する方法である。
また、特許文献３に記載の方法は、特許文献２に記載の方法に近似した方法であるが、きず検出用の渦電流検出コイルと、ビード屑検出用の渦電流検出コイルとを設け、ビード屑検出用の渦電流検出コイルのコイル幅をきず検出用の渦電流検出コイルのコイル幅よりも大きくすることで、きず及びビード屑を検出すると共に両者を弁別可能にした点が特許文献２に記載の方法と異なる。【０００６】
特許文献２、３に記載の方法は、いずれも渦電流探傷法を用いてビード屑を検出する方法であり、渦電流検出コイルに交流電圧を供給（交流電流を印加）した場合の渦電流検出コイルのインピーダンス変化をビード屑の検出に利用している。具体的には、特許文献２、３に記載の方法は、渦電流探傷法を用いる方法であるため、渦電流検出コイルの出力信号から、渦電流検出コイルに印加した交流電流の周波数と同期した信号成分を選択的に抽出し（同期検波し）、インピーダンス平面に図示することになる。金属管に発生する渦電流は交流であり、表皮効果の影響を受けるため、渦電流の密度は金属管の外面で最も高く、金属管の内面に向かうにつれて減衰する。したがい、金属管の内面よりも内側に存在するビード屑の検出に関しては、特許文献２、３に記載のような渦電流探傷法を利用する方法は、本質的に低感度の方法であると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】日本国特開平４−２１５０４６号公報
【特許文献２】日本国特開平７−７２２６３号公報
【特許文献３】日本国特開平７−３１８５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、電縫溶接管等の電縫鋼管（以下、単に「金属管」という場合がある）内に存在するビード屑等の金属残留物を高感度に検出する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】
【０００９】
本発明者らは、前記課題を解決するため、金属管内に存在する金属残留物を検出する方法について鋭意検討した。その結果、本発明者らは、金属管を挿通する検出コイルを渦電流探傷法のようなインピーダンス変化の測定に用いるのではなく、検出コイル内を通過する金属の断面積変化を捉えるものとして用いることで、金属管内に存在する金属残留物を高感度に検出可能であることを見出し、本発明を完成した。【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、以下の態様を採用した。【００１１】
（１）本発明の一態様は、電縫鋼管内に存在する金属残留物を検出する方法であって、前記電縫鋼管を長手方向に相対移動させながら励磁コイルに挿通し、該励磁コイルによって、前記電縫鋼管及び前記金属残留物を磁気飽和状態まで磁化可能な磁界強度で、前記電縫鋼管を直流磁化する第１工程と、前記電縫鋼管を長手方向に相対移動させながら検出コイルに挿通し、前記第１工程での前記励磁コイルによる直流磁化によって発生した磁束の変化に伴って前記検出コイルに生じる誘導起電力を前記検出コイルの出力信号として検出し、前記検出コイルの出力信号に基づき、前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出する第２工程とを含む。【００１２】
上記（１）に記載の態様によれば、金属管内に金属残留物が存在しない場合、第１工程を実行することにより、励磁コイルで金属管が磁気飽和状態まで直流磁化されることになる。これにより、第２工程において、検出コイルに挿通された金属管の部位における磁束分布は、金属管の長手方向に直交する断面内において略均一となる。すなわち、金属管の飽和磁束密度と断面積との積に比例した磁束φｐが検出コイル内を通過していると考えられる。金属管の断面積が長手方向で略一定であれば、金属管の長手方向の相対移動（励磁コイル及び検出コイルに対する相対移動）によって磁束φｐに殆ど変化が生じない。したがって、第２工程において、検出コイルに誘導起電力が殆ど生じず、検出コイルの出力信号は０に近くなる。
一方、金属管内に金属残留物が存在する場合、第１工程を実行することにより、励磁コイルで金属管だけでなく金属残留物も磁気飽和状態まで直流磁化されることになる。これにより、金属残留物にも金属残留物の飽和磁束密度と断面積との積に比例した磁束φｂが発生する。第２工程において、金属管の相対移動（励磁コイル及び検出コイルに対する相対移動）に伴い、金属残留物の先端（溶接管の相対移動方向下流側の端）が検出コイルに挿通される際には、磁束φｐから金属残留物の磁束φｂの分だけ磁束が増加することで、検出コイルに誘導起電力が生じる。また、金属残留物の後端（溶接管の相対移動方向上流側の端）が検出コイルを通過する際には、磁束φｐ＋磁束φｂから金属残留物の磁束φｂの分だけ磁束が減少することで、検出コイルに誘導起電力が生じる。したがい、第２工程において、検出コイルに生じる誘導起電力を検出コイルの出力信号として検出すれば、この検出コイルの出力信号に基づき、金属管内に存在する金属残留物を高感度に検出可能である。
上記（１）に記載の態様によれば、金属管内に存在する金属残留物を高感度に検出可能である。さらに、特許文献２に記載のように、金属管が磁気飽和し、金属管内に存在する金属残量物が磁気飽和しない程度に磁化するという微妙な調整が不要であるという利点もある。【００１３】
（２）上記（１）に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出方法において、前記第２工程では、前記検出コイルに交流電流を印加しなくてもよい。
上記（２）に記載の態様の場合、特許文献２、３のように検出コイルを渦電流探傷に用いるのではなく、単に金属残留物の磁束によって生じる誘導起電力を監視するためだけに検出コイルを用いることが考えられる。
検出コイルに交流電流を印加しない態様としては、検出コイルに接続される交流電源を全く用意しない態様と、交流電源を用意するものの、第２工程を実行する際には交流電源を検出コイルに常に接続しない態様とを例示できる。【００１４】
（３）上記（１）に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出方法において、前記第２工程は、前記検出コイルに所定周波数の交流電流を印加する交流電流印加ステップと、前記交流電流を印加した前記検出コイルの出力信号のうち、前記交流電流の周波数で同期検波して得られる信号成分に基づき、前記電縫鋼管に存在するきずを検出するきず検出ステップと、前記交流電流を印加した前記検出コイルの出力信号のうち、前記交流電流の周波数を遮断周波数とするローパスフィルタを透過する信号成分に基づき、前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出する金属残留物検出ステップと、を含んでもよい。
上記（３）に記載の態様によれば、金属残留物を検出するために検出コイルを用いると共に、きず検出のための通常の渦電流探傷にも用いることができる。すなわち、検出コイルに所定周波数の交流電流を印加する交流電流印加ステップを実行することで、きず検出ステップにおいて、検出コイルの出力信号のうち、印加した交流電流の周波数で同期検波して得られる信号成分を用いた通常の渦電流探傷が可能となる。一方、検出コイルの出力信号のうち、印加した交流電流の周波数を遮断周波数とするローパスフィルタを透過する信号成分には、金属残留物の磁束によって生じる誘導起電力が支配的に含まれると考えられる。このため、金属残留物検出ステップにおいて、検出コイルの出力信号のうち上記のローパスフィルタを透過する信号成分を用いることで、検出コイルに交流電流を印加しない上記（２）に記載の態様と同様に金属残留物を検出可能である。【００１５】
上記（３）に記載の態様は、検出コイルに交流電流を印加し続けた状態で、検出コイルの同じ出力信号を２系統に分岐し、一方の系統は同期検波してきず検出に用い、他方の系統はローパスフィルタを透過させて金属残留物の検出に用いる態様である。
しかしながら、金属残留物を検出するために検出コイルを用いると共に、きず検出のための通常の渦電流探傷にも用いる態様としては、上記（３）に記載の態様に限らず、検出コイルへの交流電流の印加をオン・オフすることも考えられる。【００１６】
（４）上記（１）に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出方法において、前記第２工程は、前記検出コイルに所定周波数の交流電流を印加し、前記交流電流を印加した前記検出コイルの出力信号のうち、前記交流電流の周波数で同期検波して得られる信号成分に基づき、前記電縫鋼管に存在するきずを検出するきず検出ステップと、前記検出コイルへの所定周波数の交流電流の印加を停止し、前記交流電流の印加を停止した前記検出コイルの出力信号に基づき、前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出する金属残留物検出ステップと、を含んでもよい。
上記（４）に記載の態様によれば、きず検出ステップにおいて、検出コイルに所定周波数の交流電流を印加する（印加をオンする）ことで、検出コイルの出力信号のうち交流電流の周波数で同期検波して得られる信号成分を用いた通常の渦電流探傷が可能となる。一方、金属残留物検出ステップにおいて、検出コイルへの所定周波数の交流電流の印加を停止する（印加をオフする）ことで、前述の（２）に記載の態様と同様に、単に金属残留物の磁束によって生じる誘導起電力を監視するためだけに検出コイルを用いることになり、検出コイルの出力信号に基づき金属残留物を検出可能である。
上記（４）に記載の態様では、検出コイルへの交流電流の印加のオン・オフを周期的に繰り返せばよい。繰り返し周期を長く設定し過ぎない限り、きず及び金属残留物の双方を見逃すことなく検出可能である。【００１７】
本発明において、検出コイルを一つしか配置しない場合、検出コイルの出力信号のうち、金属管の振動等によって金属管の中心軸と検出コイルの中心軸とのズレが生じることに起因して生じるノイズ信号成分に対して、金属残留物に起因して生じる信号成分の比（Ｓ／Ｎ比）が小さく、金属残留物を精度良く検出できないおそれがある。
上記の問題を回避するために、以下の態様を採用した。【００１８】
（５）上記（１）に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出方法において、前記検出コイルを前記電縫鋼管の長手方向に複数配置し、前記第２工程は、複数の前記検出コイルの同時点での出力信号を平均化することで、第１信号を算出するステップ（以下、このステップを適宜「第１ステップ」という）と、複数の前記検出コイルの同時点での出力信号から前記第１信号を減算することで、複数の前記検出コイルにそれぞれ対応する第２信号を算出するステップ（以下、このステップを適宜「第２ステップ」という）と、複数の前記検出コイルの離間距離に対応する分だけ複数の前記第２信号の横軸をずらし、該ずらした複数の前記第２信号同士を加算することで、第３信号を算出するステップ（以下、このステップを適宜「第３ステップ」という）と、前記第３信号に基づき、前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出するステップ（以下、このステップを適宜「第４ステップ」という）と、を含むことが好ましい。以下、この好ましい方法を適宜「第１の好ましい方法」という。なお、上記横軸は、電縫鋼管を造管し始めてからの距離を示す。【００１９】
上記の第１の好ましい方法によれば、第３ステップによって算出される第３信号において、金属残留物に起因して生じる信号成分のＳ／Ｎ比が高まり、金属残留物を精度良く検出可能である。
なお、第２工程が前述の（２）に記載の態様である場合、上記の第１の好ましい方法の第１ステップにおける「複数の前記検出コイルの同時点での出力信号」は、文字通り、複数の検出コイルの同時点での出力信号を意味する。また、第２工程が前述の（３）に記載の態様である場合、上記の第１の好ましい方法の第１ステップにおける「複数の前記検出コイルの同時点での出力信号」は、複数の検出コイルの同時点での出力信号のうちローパスフィルタを透過する信号成分を意味する。さらに、第２工程が前述の（４）に記載の態様である場合、上記の第１の好ましい方法の第１ステップにおける「複数の前記検出コイルの同時点での出力信号」は、交流電流の印加を停止した複数の検出コイルの同時点での出力信号を意味する。【００２０】
また、上記の問題を回避するには、上記の第１の好ましい方法のように第１〜第４ステップの全てをこの順に実行する場合に限らず、第３ステップが省略された方法であってもよい。
すなわち、上記の問題を回避するために、以下の態様を採用した。【００２１】
（６）上記（１）に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出方法において、前記検出コイルを前記電縫鋼管の長手方向に複数配置し、前記第２工程は、複数の前記検出コイルの同時点での出力信号を平均化することで、第１信号を算出するステップ（第１ステップと同じステップ）と、複数の前記検出コイルの同時点での出力信号から前記第１信号を減算することで、複数の前記検出コイルにそれぞれ対応する第２信号を算出するステップ（第２ステップと同じステップ）と、複数の前記第２信号のうちの少なくとも何れか一つに基づき、前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出するステップ（第４ステップに関連するステップ）と、を含むことが好ましい。以下、この好ましい方法を適宜「第２の好ましい方法」という。【００２２】
上記の第２の好ましい方法によれば、第２信号において、金属残留物に起因して生じる信号成分のＳ／Ｎ比が高まり、金属残留物を精度良く検出可能である。
なお、第２工程が前述の上記（２）に記載の態様である場合、上記の第２の好ましい方法の第１信号を算出するステップにおける「複数の前記検出コイルの同時点での出力信号」は、文字通り、複数の検出コイルの同時点での出力信号を意味する。また、第２工程が前述の（３）に記載の態様である場合、上記の第２の好ましい方法の第１信号を算出するステップにおける「複数の前記検出コイルの同時点での出力信号」は、複数の検出コイルの同時点での出力信号のうちローパスフィルタを透過する信号成分を意味する。さらに、第２工程が前述の（４）に記載の態様である場合、上記の第２の好ましい方法の第１信号を算出するステップにおける「複数の前記検出コイルの同時点での出力信号」は、交流電流の印加を停止した複数の検出コイルの同時点での出力信号を意味する。【００２３】
また、上記の問題を回避するには、上記の第１の好ましい方法のように第１〜第４ステップの全てをこの順に実行する場合に限らず、第３ステップに関連するステップを最初に実行した後、第４ステップに関連するステップを実行する方法であってもよい。
すなわち、上記の問題を回避するには、以下の態様を採用した。【００２４】
（７）上記（１）に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出方法において、前記検出コイルを前記電縫鋼管の長手方向に複数配置し、前記第２工程は、複数の前記検出コイルの離間距離に対応する分だけ複数の前記検出コイルの出力信号の横軸をずらし、該ずらした複数の前記出力信号同士を加算することで、第４信号を算出するステップ（第３ステップに関連するステップ）と、前記第４信号に基づき、前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出するステップ（第４ステップに関連するステップ）と、を含むことが好ましい。以下、この好ましい方法を適宜「第３の好ましい方法」という。なお、上記横軸は、電縫鋼管を造管し始めてからの距離を示す。【００２５】
上記の第３の好ましい方法によれば、第４信号において、金属残留物に起因して生じる信号成分のＳ／Ｎ比が高まり、金属残留物を精度良く検出可能である。
なお、第２工程が前述の上記（２）に記載の態様である場合、上記の第３の好ましい方法の第４信号を算出するステップにおける「複数の前記検出コイルの出力信号」は、文字通り、複数の検出コイルの同時点での出力信号を意味する。また、第２工程が第２の態様である場合、上記の第３の好ましい方法の第４信号を算出するステップにおける「複数の前記検出コイルの出力信号」は、複数の検出コイルの同時点での出力信号のうちローパスフィルタを透過する信号成分を意味する。さらに、第２工程が前述の（４）に記載の態様である場合、上記の第３の好ましい方法の第４信号を算出するステップにおける「複数の前記検出コイルの出力信号」は、交流電流の印加を停止した複数の検出コイルの同時点での出力信号を意味する。【００２６】
（８）上記（１）〜（７）の何れか１項に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出方法において、前記電縫鋼管の長手方向に沿った一端側に位置し、前記電縫鋼管が挿通される第１開口部と、前記電縫鋼管の長手方向に沿った他端側に位置し、前記電縫鋼管が挿通される第２開口部とを有し、前記第１開口部及び前記第２開口部を通る軸に対して略軸対称な外形を有し、前記励磁コイル及び前記検出コイルを囲繞する継鉄部材により前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出してもよい。【００２７】
上記（８）に記載の態様によれば、金属管の長手方向端部における不感帯を低減可能である。【００２８】
（９）本発明の他の態様は、電縫鋼管内に存在する金属残留物を検出する装置であって、長手方向に相対移動する前記電縫鋼管を挿通し、前記電縫鋼管及び前記金属残留物を磁気飽和状態まで磁化可能な磁界強度で、前記電縫鋼管を直流磁化する励磁コイルと、長手方向に相対移動する前記電縫鋼管を挿通し、前記励磁コイルによる直流磁化によって発生した磁束の変化に伴って生じる誘導起電力を検出して出力する検出コイルと、前記検出コイルの出力信号に基づき、前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出する検出手段と、を備える。【００２９】
（１０）上記（９）に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出装置において、前記検出コイルは、前記電縫鋼管の長手方向に複数配置され、前記検出手段は、複数の前記検出コイルの同時点での出力信号を平均化することで、第１信号を算出する第１信号算出部と、複数の前記検出コイルの同時点での出力信号から前記第１信号を減算することで、複数の前記検出コイルにそれぞれ対応する第２信号を算出する第２信号算出部と、複数の前記検出コイルの離間距離に対応する分だけ複数の前記第２信号の横軸をずらし、該ずらした複数の前記第２信号同士を加算することで、第３信号を算出する第３信号算出部と、前記第３信号に基づき、前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出する第１検出部と、を有する。【００３０】
（１１）上記（９）に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出装置において、前記検出コイルは、前記電縫鋼管の長手方向に複数配置され、前記検出手段は、複数の前記検出コイルの同時点での出力信号を平均化することで、第１信号を算出する第１信号算出部と、複数の前記検出コイルの同時点での出力信号から前記第１信号を減算することで、複数の前記検出コイルにそれぞれ対応する第２信号を算出する第２信号算出部と、複数の前記第２信号のうちの少なくとも何れか一つに基づき、前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出する第２検出部と、を有する。【００３１】
（１２）上記（９）に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出装置において、前記検出コイルは、前記電縫鋼管の長手方向に複数配置され、前記検出手段は、複数の前記検出コイルの離間距離に対応する分だけ複数の前記検出コイルの出力信号の横軸をずらし、該ずらした複数の前記出力信号同士を加算することで、第４信号を算出する第４信号算出部と、前記第４信号に基づき、前記電縫鋼管内に存在する前記金属残留物を検出する第３検出部と、を有する。【００３２】
（１３）上記（９）〜（１２）の何れか１項に記載の電縫鋼管内の金属残留物検出装置において、前記金属残留物検出装置は、前記電縫鋼管の長手方向に沿った一端側に位置し、前記電縫鋼管が挿通される第１開口部と、前記電縫鋼管の長手方向に沿った他端側に位置し、前記電縫鋼管が挿通される第２開口部とを有し、前記第１開口部及び前記第２開口部を通る軸に対して略軸対称な外形を有し、前記励磁コイル及び前記検出コイルを囲繞する継鉄部材を更に備える。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、電縫溶接管等の電縫鋼管内に存在するビード屑等の金属残留物を高感度に検出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態に係る検出方法を説明する図であり、溶接管Ｐ内にビード屑Ｂが存在しない場合を示す。
【図１Ｂ】同実施形態に係る検出方法を説明する図であり、溶接管Ｐ内にビード屑Ｂが存在する場合を示す。
【図１Ｃ】上図は、図１Ｂの場合における検出コイル２の出力信号を模式的に示す図であり、下図は、上図に示す出力信号を積分した信号を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る検出方法を説明する側面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る検出方法を説明する側面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る検出方法の第１変形例を説明する図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る検出方法の第１変形例の第１ステップの内容を模式的に説明する図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る検出方法の第１変形例の第２ステップの内容を模式的に説明する図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る検出方法の第１変形例の第３ステップの内容を模式的に説明する図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る検出方法の第３変形例で算出される第４信号を模式的に示す図である。
【図９Ａ】本発明の第４変形例の検出方法を実行するために用いる検出装置の概略構成を示す図であって、溶接管Ｐの中心軸線を含む縦断面で見た場合の断面図である。
【図９Ｂ】図９Ａの斜視図である。
【図１０】図９Ａ及び図９Ｂに示す第４変形例に係る検出方法によって得られた検出コイルの出力信号の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の実施形態に係る電縫鋼管内の金属残留物検出方法（以下、適宜、単に「検出方法」という）及び電縫鋼管内の金属残留物検出装置（以下、適宜、単に「検出装置」という）について説明する。本実施形態では、金属残留物がビード屑である場合を例に挙げて説明する。
本実施形態に係る検出方法には、第１〜第３実施形態に係る検出方法が含まれる。第１〜第３実施形態に係る検出方法は、いずれも、溶接管を直流磁化する第１工程と、溶接管内に存在するビード屑を検出する第２工程とを含むが、各実施形態毎に、第２工程の態様が異なる。以下、第１〜第３実施形態に係る検出方法について、順次説明する。
【００３６】
＜第１実施形態＞
図１Ａ及び図１Ｂは、第１実施形態に係る検出方法を説明する図である。図１Ａの左図は、溶接管Ｐ内にビード屑Ｂが存在しない場合の磁束分布を模式的に示す側面図である。図１Ａの右図は、図１Ａの左図の検出コイル２における断面内の磁束分布を模式的に示す図である。図１Ｂの左図は、溶接管Ｐ内にビード屑Ｂが存在する場合の磁束分布を模式的に示す側面図である。図１Ｂの右図は、図１Ｂの左図の検出コイル２における断面内の磁束分布を模式的に示す図である。図１Ｃの上図は、図１Ｂの場合における検出コイル２の出力信号を模式的に示す図であり、図１Ｃの下図は、図１Ｃの上図に示す出力信号を積分した信号を模式的に示す図である。
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、第１実施形態に係る検出方法は、第１実施形態に係る検出装置１００を用いて実行される。検出装置１００は、励磁コイル１と、検出コイル２と、検出手段としての電圧計４と、を備えている。また、検出装置１００は、直流電源３を備えている。なお、図１Ａ及び図１Ｂに示す例では、励磁コイル１が溶接管Ｐの長手方向（Ｘ方向）に２つに分割されているが、これに限るものではなく、分割されていない単一の励磁コイルを用いて、その内側に検出コイル２を配置する構成を採用することも可能である。後述の図２に示す検出装置１００Ａ、図３に示す検出装置１００Ｂについても同様である。
【００３７】
第１実施形態に係る検出方法は、第１工程において、溶接管Ｐを長手方向に相対移動（本実施形態では、静止している励磁コイル１に対して溶接管Ｐの方を移動）させながら励磁コイル１に挿通し、励磁コイル１によって、溶接管Ｐ及びビード屑Ｂを磁気飽和状態まで磁化可能な磁界強度で、溶接管Ｐを長手方向に直流磁化する。具体的には、励磁コイル１には直流電源３が接続され、励磁コイル１に通電する電流と励磁コイル１の巻き数とによって決まる磁界強度が溶接管Ｐ及びビード屑Ｂを磁気飽和状態まで磁化できる磁界強度となるように、直流電源３から励磁コイル１に直流電流が印加される。なお、磁気飽和状態まで磁化するとは、例えば１０秒以上で１周期の交流磁化を材料に与えてヒステリシス曲線を取得し、その磁界強度のピーク値での曲線の傾き、すなわち比透磁率の値が２０程度以下を示せば、一般には飽和領域にあると見なされる。ビード屑Ｂは、溶接管Ｐの内面から部分的に浮いた状態で存在する場合があり、ビード屑Ｂを磁気飽和状態まで磁化するには、直流電流が有効である。交流電流の場合、交流磁界では磁界の時間変化に伴い発生する渦電流の影響により、磁束がビード屑Ｂの内部に浸透しにくいことは自明である。
【００３８】
また、第１実施形態に係る検出方法は、第２工程において、溶接管Ｐを長手方向に相対移動（本実施形態では、静止している検出コイル２に対して溶接管Ｐの方を移動）させながら検出コイル２に挿通し、第１工程での励磁コイル１による直流磁化によって発生した磁束の変化に伴って検出コイル２に生じる誘導起電力を検出コイル２の出力信号として検出し、検出コイル２の出力信号に基づき、溶接管Ｐ内に存在するビード屑Ｂを検出する。具体的には、検出コイル２には、電圧計４が接続され、電圧計４によって検出コイル２の出力電圧が測定され、この測定した出力電圧に基づき、溶接管Ｐ内に存在するビード屑Ｂを検出する。なお、第１実施形態に係る検出方法では、検出コイル２に交流電流を印加しない。具体的には、第１実施形態に係る検出方法では、後述の第２実施形態や第３実施形態に係る検出方法のような検出コイル２に接続される交流電源５を用意しない。ただし、本発明はこれに限るものではなく、交流電源５を用意するものの、第２工程を実行する際には交流電源５を検出コイル２に常に接続しない態様を採用することも可能である。
【００３９】
第１実施形態に係る検出方法によれば、図１Ａに示すように、溶接管Ｐ内にビード屑Ｂが存在しない場合、第１工程を実行することにより、励磁コイル１で溶接管Ｐが磁気飽和状態まで直流磁化されることになる。これにより、第２工程において、検出コイル２に挿通された溶接管Ｐの部位における磁束分布は、溶接管Ｐの長手方向に直交する断面内において略均一となる。すなわち、溶接管Ｐの飽和磁束密度と断面積との積に比例した磁束φｐが検出コイル２内を通過していると考えられる。溶接管Ｐの断面積が長手方向で略一定であれば、溶接管Ｐの長手方向の相対移動（励磁コイル１及び検出コイル２に対する相対移動）によって磁束φｐに殆ど変化が生じない。したがって、第２工程において、検出コイル２に誘導起電力が殆ど生じず、検出コイル２の出力信号は０に近くなる。すなわち、電圧計４によって測定される検出コイル２の出力電圧は０に近くなる。
【００４０】
一方、図１Ｂに示すように、溶接管Ｐ内にビード屑Ｂが存在する場合、第１工程を実行することにより、励磁コイル１で溶接管Ｐだけでなくビード屑Ｂも磁気飽和状態まで直流磁化されることになる。これにより、ビード屑Ｂにもビード屑Ｂの飽和磁束密度と断面積との積に比例した磁束φｂが発生する。第２工程において、溶接管Ｐの相対移動に伴い、ビード屑Ｂの先端（溶接管Ｐの相対移動方向下流側の端）が検出コイル２に挿通される際には、磁束φｐからビード屑Ｂの磁束φｂの分だけ磁束が増加することで、検出コイル２に誘導起電力が生じる。すなわち、図１Ｃの上図に示すように、電圧計４によって測定される検出コイル２の出力電圧が一の方向（図１Ｃに示す例では正の方向）に増加する。
また、ビード屑Ｂの後端（溶接管Ｐの相対移動方向上流側の端）が検出コイル２を通過する際には、磁束φｐ＋磁束φｂからビード屑の磁束φｂの分だけ磁束が減少することで、検出コイル２に誘導起電力が生じる。すなわち、図１Ｃの上図に示すように、電圧計４によって測定される検出コイル２の出力電圧が前記一の方向とは逆の方向（図１Ｃに示す例では負の方向）に増加する。
【００４１】
したがい、第２工程において、検出コイル２に生じる誘導起電力を検出コイル２の出力信号として検出すれば、この検出コイル２の出力信号に基づき、溶接管Ｐ内に存在するビード屑Ｂを高感度に検出可能である。すなわち、図１Ｃの上図に示すような検出コイル２の出力電圧を例えば所定の正負のしきい値と比較し、しきい値を超える場合には溶接管Ｐ内にビード屑Ｂが存在すると判定する（しきい値を超える箇所がビード屑Ｂの端部であると判定する）ことが可能である。また、図１Ｃの下図に示すような出力電圧の積分値を所定のしきい値と比較し、しきい値を超える場合には溶接管Ｐ内にビード屑Ｂが存在すると判定する（しきい値を超える箇所がビード屑Ｂであると判定する）ことも可能である。
【００４２】
なお、検出コイル２は、第１工程において直流磁化された範囲の溶接管Ｐの長手方向中央部分から前半側（溶接管Ｐの相対移動方向下流側）に配置されることが好ましい。溶接管Ｐが励磁コイル１に挿通すると、溶接管Ｐの磁束密度分布が変化する。すなわち、溶接管Ｐが励磁コイル１に突入した直後は、渦電流効果（シールド効果）により磁束の浸透が妨げられるが、特に、直流磁化された溶接管Ｐにおける長手方向中央部分から相対移動方向下流側にかけて磁気飽和状態となる。したがって、この磁気飽和状態された範囲に検出コイル２を配置することにより、ビード屑Ｂをより高感度に検出することが可能となる。なお、第２実施形態および第３実施形態についても同様である。
【００４３】
第１実施形態に係る検出方法によれば、溶接管Ｐ内に存在するビード屑Ｂを高感度に検出可能である。さらに、特許文献２に記載のように、溶接管Ｐが磁気飽和し、溶接管Ｐ内に存在するビード屑Ｂが磁気飽和しない程度に磁化するという微妙な調整が不要であるという利点もある。
【００４４】
＜第２実施形態＞
図２は、第２実施形態に係る検出方法を説明する側面図である。
図２に示すように、第２実施形態に係る検出方法は、第２実施形態に係る検出装置１００Ａを用いて実行される。検出装置１００Ａは、励磁コイル１と、検出コイル２と、検出手段としての電圧計４及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）７と、を備えている。また、検出装置１００Ａは、直流電源３と、交流電源５と、同期検波器６と、を備えている。
【００４５】
第２実施形態に係る検出方法も、第１実施形態に係る検出方法と同様の第１工程を含むが、第２工程の態様が第１実施形態に係る検出方法と異なる。第２実施形態に係る検出方法では、検出コイル２をビード屑Ｂを検出するために用いると共に、きず検出のための通常の渦電流探傷にも用いている。
【００４６】
第２実施形態に係る検出方法の第２工程は、交流電流印加ステップと、きず検出ステップと、ビード屑検出ステップ（金属残留物検出ステップ）と、を含んでいる。
交流電流印加ステップでは、交流電源５から検出コイル２に所定周波数の交流電流を印加する。交流電流を印加した検出コイル２の出力信号は、２系統に分岐され、一方の系統が同期検波器６に入力され、他方の系統がローパスフィルタ（ＬＰＦ）７に入力される。
きず検出ステップでは、交流電流を印加した検出コイル２の出力信号のうち、同期検波器６によって前記交流電流の周波数で同期検波して得られる信号成分に基づき、溶接管Ｐに存在するきずを検出する。
ビード屑検出ステップでは、交流電流を印加した検出コイル２の出力信号のうち、前記交流電流の周波数を遮断周波数とするローパスフィルタ７を透過する信号成分に基づき、溶接管Ｐ内に存在するビード屑Ｂを検出する。具体的には、ローパスフィルタ７には電圧計４が接続され、電圧計４によってローパスフィルタ７を透過する信号成分の電圧が測定され、この測定した電圧に基づき、溶接管Ｐ内に存在するビード屑Ｂを検出する。電圧に基づくビード屑Ｂの検出方法は、図１Ｃを参照して説明した第１実施形態の場合と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００４７】
第２実施形態に係る検出方法によれば、検出コイル２に所定周波数の交流電流を印加する交流電流印加ステップを実行することで、きず検出ステップにおいて、検出コイル２の出力信号のうち、印加した交流電流の周波数で同期検波して得られる信号成分を用いた通常の渦電流探傷が可能となる。一方、検出コイル２の出力信号のうち、印加した交流電流の周波数を遮断周波数とするローパスフィルタ７を透過する信号成分には、ビード屑Ｂの磁束φｂによって生じる誘導起電力が支配的に含まれると考えられる。このため、ビード屑検出ステップにおいて、検出コイル２の出力信号のうちローパスフィルタ７を透過する信号成分を用いることで、検出コイル２に交流電流を印加しない第１実施形態に係る検出方法と同様にビード屑Ｂを検出可能である。
【００４８】
＜第３実施形態＞
図３は、第３実施形態に係る検出方法を説明する側面図である。
図３に示すように、第３実施形態に係る検出方法は、第３実施形態に係る検出装置１００Ｂを用いて実行される。検出装置１００Ｂは、励磁コイル１と、検出コイル２と、検出手段としての電圧計４とを備えている。また、検出装置１００Ｂは、直流電源３と、交流電源５と、同期検波器６と、スイッチング回路８と、を備えている。
【００４９】
第３実施形態に係る検出方法も、第１実施形態及び第２実施形態に係る検出方法と同様の第１工程を含むが、第２工程の態様が第１実施形態及び第２実施形態に係る検出方法と異なる。
第３実施形態に係る検出方法では、第１実施形態に係る検出方法と異なり、検出コイル２をビード屑Ｂを検出するために用いると共に、きず検出のための通常の渦電流探傷にも用いている。
また、第３実施形態に係る検出方法では、第２実施形態に係る検出方法と異なり、交流電源５から検出コイル２に交流電流を印加し続けるのではなく、スイッチング回路８を用いて、交流電源５から検出コイル２への交流電流の印加をオン・オフしている。
【００５０】
第３実施形態に係る検出方法の第２工程は、きず検出ステップと、ビード屑検出ステップ（金属残留物検出ステップ）と、を含んでいる。
きず検出ステップでは、スイッチング回路８が備えるスイッチＳ１、Ｓ２がそれぞれ図３に点線で示す状態となる。すなわち、交流電源５と検出コイル２とが接続され、検出コイル２と同期検波器６とが接続された状態となる。そして、きず検出ステップでは、交流電源５から検出コイル２に所定周波数の交流電流を印加し、交流電流を印加した検出コイル２の出力信号のうち、同期検波器６によって前記交流電流の周波数で同期検波して得られる信号成分に基づき、溶接管Ｐに存在するきずを検出する。
ビード屑検出ステップでは、スイッチング回路８が備えるスイッチＳ１、Ｓ２がそれぞれ図３に実線で示す状態となる。すなわち、検出コイル２は交流電源５から切り離され、検出コイル２と電圧計４とが接続された状態となる。そして、ビード屑検出ステップでは、交流電源５から検出コイル２への所定周波数の交流電流の印加を停止し、交流電流の印加を停止した検出コイル２の出力信号に基づき、溶接管Ｐ内に存在するビード屑Ｂを検出する。具体的には、第１実施形態と同様に、電圧計４によって検出コイル２の出力電圧が測定され、この測定した出力電圧に基づき、溶接管Ｐ内に存在するビード屑Ｂを検出する。
【００５１】
第３実施形態に係る検出方法によれば、きず検出ステップにおいて、検出コイル２に所定周波数の交流電流を印加する（印加をオンする）ことで、検出コイル２の出力信号のうち、印加した交流電流の周波数で同期検波して得られる信号成分を用いた通常の渦電流探傷が可能となる。一方、ビード屑検出ステップにおいて、検出コイル２への所定周波数の交流電流の印加を停止する（印加をオフする）ことで、第１実施形態に係る検出方法と同様に、単にビード屑Ｂの磁束φｂによって生じる誘導起電力を監視するためだけに検出コイル２を用いることになり、検出コイル２の出力信号に基づきビード屑Ｂを検出可能である。
第３実施形態に係る検出方法では、スイッチング回路８が備えるスイッチＳ１、Ｓ２の切り替え、すなわち検出コイル２への交流電流の印加のオン・オフを予め定めた周期で周期的に繰り返せばよい。繰り返し周期を長く設定し過ぎない限り、きず及びビード屑Ｂの双方を見逃すことなく検出可能である。具体的には、例えば交流周波数が２０ｋＨｚの場合、２０ｋＨｚの３周期分（＝０．１５ｍｓ）程度の間隔で、オン・オフを周期的に繰り返せばよい。
【００５２】
以上に説明した第１〜第３実施形態に係る検出方法では、いずれも検出コイル２を一つ配置した場合を例に挙げたが、検出コイル２を一つしか配置しない場合、検出コイル２の出力信号のうち、溶接管Ｐの振動等によって溶接管Ｐの中心軸と検出コイル２の中心軸とのズレが生じることに起因して生じるノイズ信号成分に対して、ビード屑Ｂに起因して生じる信号成分の比（Ｓ／Ｎ比）が小さく、ビード屑Ｂを精度良く検出できないおそれがある。
ビード屑Ｂを精度良く検出するには、検出コイル２を溶接管Ｐの長手方向に複数配置し、各検出コイル２の出力信号に対して所定の信号処理を施すことが好ましい。以下、この好ましい方法について、第１実施形態に係る検出方法に適用する場合を例に挙げて説明する。
【００５３】
図４は、第１実施形態に係る検出方法の第１変形例を説明する図である。
図４に示すように、第１実施形態に係る検出方法の第１変形例は、検出装置１００Ｄを用いて実行される。検出装置１００Ｄは、励磁コイル１と、複数（図４に示す例では３つ）の検出コイル２ａ、２ｂ、２ｃと、検出手段としての複数（検出コイルと同数。図４に示す例では３つ）の電圧計４ａ、４ｂ、４ｃ及び信号処理装置９と、を備えている。電圧計４ａ〜４ｃで測定した出力電圧（検出コイル２ａ〜２ｃの出力信号）は、信号処理装置９に入力され、信号処理装置９によって信号処理（後述の第１〜第４ステップ）が施される。また、検出装置１００Ｄは、直流電源３と、レーザドップラ速度計１０と、を備えている。
第１実施形態に係る検出方法の第１変形例は、第２工程において、以下の第１〜第４ステップを実行する。
【００５４】
［第１ステップ］
第１ステップでは、信号処理装置９が、検出コイル２ａ〜２ｃの同時点での出力信号（電圧計４ａ〜４ｃによって測定した出力電圧）を平均化することで、第１信号を算出する。検出手段は、複数の検出コイルの同時点での出力信号を平均化することで、第１信号を算出する第１信号算出部を有する。
図５は、第１ステップの内容を模式的に説明する図である。図５（ａ）は検出コイル２ａの出力信号を、図５（ｂ）は検出コイル２ｂの出力信号を、図５（ｃ）は検出コイル２ｃの出力信号を、図５（ｄ）は平均化信号を示す。図５に示す各信号の横軸は距離である。後述の図６〜図８に示す各信号も同様である。例えば、レーザドップラ速度計１０で検出した溶接管Ｐの相対移動速度が信号処理装置９に入力され、信号処理装置９が、この入力された相対移動速度と、時間とを積算して距離を算出する。なお、各信号の横軸を距離ではなく時間で表わすことも可能である。
図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、溶接管Ｐの中心軸と検出コイル２ａ〜２ｃの中心軸とのズレが生じることに起因して生じるノイズ信号成分は、何れの検出コイル２ａ〜２ｃについても同時点で生じる。これに対し、ビード屑Ｂの先端（溶接管Ｐの相対移動方向下流側の端）が検出コイル２ａ〜２ｃに挿通される際に生じる信号成分（以下、適宜、「ビード屑先端信号成分」という）は、溶接管Ｐの相対移動方向の最も上流側に位置する検出コイル２ａで最も早く生じ、次いで検出コイル２ｂで生じ、最も下流側に位置する検出コイル２ｃで最後に生じることになる。
【００５５】
仮に、何れの検出コイル２ａ〜２ｃについても、ノイズ信号成分の電圧が同一で、ビード屑先端信号成分の電圧も同一（電圧Ｖ）であるとすれば、図５（ｄ）に示すように、検出コイル２ａ〜２ｃの同時点での出力信号を平均化することで算出される第１信号において、ノイズ信号成分の電圧は変化せず、ビード屑先端信号成分の電圧は１／３Ｖとなる。
【００５６】
［第２ステップ］
第２ステップでは、信号処理装置９が、検出コイル２ａ〜２ｃの同時点での出力信号から第１ステップで算出した第１信号を減算することで、検出コイル２ａ〜２ｃに対応する第２信号を算出する。検出手段は、複数の検出コイルの同時点での出力信号から第１信号を減算することで、複数の検出コイルにそれぞれ対応する第２信号を算出する第２信号算出部を有する。
図６は、第２ステップの内容を模式的に説明する図である。図６（ａ）は検出コイル２ａの第２信号を算出する過程を、図６（ｂ）は検出コイル２ｂの第２信号を算出する過程を、図６（ｃ）は検出コイル２ｃの第２信号を算出する過程を示す。
図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、何れの検出コイル２ａ〜２ｃの第２信号についても、ノイズ信号成分の電圧は理想的には０となり、ビード屑先端信号成分（正側の成分）の電圧は２／３Ｖとなる。
【００５７】
［第３ステップ］
第３ステップでは、信号処理装置９が、検出コイル２ａ〜２ｃの離間距離に対応する分だけ検出コイル２ａ〜２ｃの第２信号の横軸をずらし、該ずらした検出コイル２ａ〜２ｃの第２ステップで算出した第２信号同士を加算することで、第３信号を算出する。検出手段は、複数の検出コイルの離間距離に対応する分だけ複数の第２信号の横軸をずらし、該ずらした複数の第２信号同士を加算することで、第３信号を算出する第３信号算出部を有する。
図７は、第３ステップの内容を模式的に説明する図である。図７（ａ）は検出コイル２ａの第２信号を、図７（ｂ）は検出コイル２ｂの第２信号をずらした状態を、図７（ｃ）は検出コイル２ｃの第２信号をずらした状態を、図７（ｄ）は第３信号を示す。
検出コイル２ａ〜２ｃの離間距離（図４参照）は予め分かっており、信号処理装置９に予め入力されている。例えば、検出コイル２ａの位置（溶接管Ｐの長手方向の位置）を基準として、検出コイル２ａに対する検出コイル２ｂの離間距離Δａｂと、検出コイル２ａに対する検出コイル２ｃの離間距離Δａｃとが、信号処理装置９に予め入力される。そして、例えば、各検出コイル２ａ〜２ｃの第２信号の横軸が距離であり、検出コイル２ａの第２信号を基準にして、検出コイル２ｂの第２信号と検出コイル２ｃの第２信号の横軸をずらす場合、検出コイル２ｂの第２信号におけるビード屑先端信号成分（正側の成分）は、検出コイル２ａの第２信号におけるビード屑先端信号成分（正側の成分）に対して離間距離Δａｂだけずれて（遅れて）生じるため、図７（ｂ）に示すように、点線で示す位置から実線で示す位置にずらす（早める）。同様に、検出コイル２ｃの第２信号におけるビード屑先端信号成分（正側の成分）は、検出コイル２ａの第２信号におけるビード屑先端信号成分（正側の成分）に対して離間距離Δａｃだけずれて（遅れて）生じるため、図７（ｃ）に示すように、点線で示す位置から実線で示す位置にずらす（早める）。
なお、各検出コイル２ａ〜２ｃの第２信号の横軸が時間である場合には、信号処理装置９に入力されたレーザドップラ速度計１０で検出した溶接管Ｐの相対移動速度と、時間とを積算して距離を算出した後、上記と同様に減算すればよい。
【００５８】
上記のようにしてずらした検出コイル２ａ〜２ｃの第２信号におけるビード屑先端信号成分（正側の成分）の横軸の位置は一致するため、図７（ｄ）に示すように、これらを加算することで算出される第３信号において、ビード屑先端信号成分（正側の成分）の電圧は２Ｖとなる。
以上の説明では、検出コイル２が３つである場合を例に挙げたが、一般に検出コイル２の数がＮ（Ｎ≧２）である場合、図５（ｄ）に示す第１信号におけるビード屑先端信号成分の電圧は（１／Ｎ）Ｖとなる。この場合、図６（ａ）〜（ｃ）に示す第２信号におけるビード屑先端信号成分（正側の成分）の電圧は（１−１／Ｎ）Ｖとなる。また、図７（ｄ）に示す第３信号におけるビード屑先端信号成分（正側の成分）の電圧はＮ（１−１／Ｎ）Ｖ＝（Ｎ−１）Ｖとなる。したがい、検出コイル２の元の出力信号におけるビード屑先端信号成分の電圧Ｖ（図５（ａ）参照）の（Ｎ−１）倍となる。第３信号におけるビード屑先端信号成分（正側の成分）の電圧を元の出力信号におけるビード屑先端信号成分の電圧よりも大きくするには、Ｎ≧３にすることが好ましい。
【００５９】
［第４ステップ］
第４ステップでは、信号処理装置９が、第３ステップで算出した第３信号に基づき、溶接管Ｐ内に存在するビード屑Ｂを検出する。検出手段は、第３信号に基づき、溶接管Ｐ内に存在するビード屑Ｂを検出する第１検出部を有する。第３信号において、ノイズ信号成分の電圧は理想的には０となり、ビード屑先端信号成分（正側の成分）の電圧は元の電圧の（Ｎ−１）倍となるため、Ｓ／Ｎ比が高まり、ビード屑Ｂを精度良く検出可能である。
【００６０】
以上に説明した第１実施形態に係る検出方法の第１変形例では、第１〜第４ステップの全てをこの順に実行するが、第３ステップが省略された変形例であってもよい。
すなわち、第１実施形態に係る検出方法の第２変形例は、第２工程において、以下の各ステップ（１）〜（３）を実行する。
（１）信号処理装置９が、検出コイル２ａ〜２ｃの同時点での出力信号を平均化することで、第１信号を算出するステップ（第１ステップと同じステップ）。
（２）信号処理装置９が、検出コイル２ａ〜２ｃの同時点での出力信号から第１信号を減算することで、検出コイル２ａ〜２ｃに対応する第２信号を算出するステップ（第２ステップと同じステップ）。
（３）信号処理装置９が、複数の第２信号のうちの少なくとも何れか一つに基づき、溶接管Ｐ内に存在するビード屑Ｂを検出するステップ（第４ステップに関連するステップ）。
なお、検出手段は、複数の第２信号のうちの少なくとも何れか一つに基づき、溶接管Ｐ内に存在するビード屑Ｂを検出する第２検出部を有する。
【００６１】
上記の第１実施形態に係る検出方法の第２変形例によれば、図６（ａ）〜（ｃ）に示す検出コイル２ａ〜２ｃの第２信号のうちの少なくとも何れか一つに基づき、ビード屑Ｂを検出することになる。前述のように、何れの検出コイル２ａ〜２ｃの第２信号についても、ノイズ信号成分の電圧は理想的には０となる一方で、ビード屑先端信号成分（正側の成分）の電圧は２／３Ｖに低下するに過ぎないため、Ｓ／Ｎ比が高まり、ビード屑Ｂを精度良く検出可能である。
【００６２】
また、以上に説明した第１実施形態に係る検出方法の第１変形例では、第１〜第４ステップの全てをこの順に実行するが、第３ステップに関連するステップを最初に実行した後、第４ステップに関連するステップを実行する変形例であってもよい。
すなわち、第１実施形態に係る検出方法の第３変形例は、第２工程において、以下の各ステップ（４）及び（５）を実行する。
（４）信号処理装置９が、検出コイル２ａ〜２ｃの離間距離に対応する分だけ検出コイル２ａ〜２ｃの出力信号の横軸をずらし、該ずらした検出コイル２ａ〜２ｃの出力信号同士を加算することで、第４信号を算出するステップ（第３ステップに関連するステップ）。
（５）信号処理装置９が、第４信号に基づき、溶接管Ｐ内に存在するビード屑Ｂを検出するステップ（第４ステップに関連するステップ）。
なお、検出手段は、複数の検出コイルの離間距離に対応する分だけ複数の検出コイルの出力信号の横軸をずらし、該ずらした複数の出力信号同士を加算することで、第４信号を算出する第４信号算出部と、第４信号に基づき、溶接管Ｐ内に存在するビード屑Ｂを検出する第３検出部と、を有する。
【００６３】
上記の第１実施形態に係る検出方法の第３変形例によれば、図８に示す第４信号に基づき、ビード屑Ｂを検出することになる。図８に示すように、第４信号において、ノイズ信号成分の電圧は変化せず、ビード屑先端信号成分の電圧は３Ｖとなる。したがい、Ｓ／Ｎ比が高まり、ビード屑Ｂを精度良く検出可能である。
【００６４】
なお、以上の説明では、検出コイル２を溶接管Ｐの長手方向に複数配置し、各検出コイル２の出力信号に対して所定の信号処理を施す好ましい方法（第１〜第３変形例）について、第１実施形態に係る検出方法に適用する場合を例に挙げたが、本発明はこれに限るものではなく、第２実施形態及び第３実施形態に係る検出方法に適用することも可能である。
第２実施形態に係る検出方法に適用する場合には、図２に示す電圧計４及びローパスフィルタ７を検出コイル２と同じ数だけ配置し、各電圧計４で測定した測定電圧を信号処理装置９に入力して、第１変形例の場合には前述の第１〜第４ステップを、第２変形例の場合には前述のステップ（１）〜（３）を、第３変形例の場合には前述のステップ（４）及び（５）を実行すればよい。
また、第３実施形態に係る検出方法に適用する場合には、図３に示す電圧計４を検出コイル２と同じ数だけ配置し、各電圧計４で測定した測定電圧を信号処理装置９に入力して、第１変形例の場合には前述の第１〜第４ステップを、第２変形例の場合には前述のステップ（１）〜（３）を、第３変形例の場合には前述のステップ（４）及び（５）を実行すればよい。
【００６５】
以上に説明した第１〜第３実施形態及び第１〜第３変形例に係る検出方法では、励磁コイル１として、金属管Ｐを挿通する貫通型の励磁コイルを用いている。貫通型の励磁コイル１単体では、発生する磁束の磁路が開磁路であるため、金属管Ｐの長手方向端部の位置に応じて、金属管Ｐの磁化状態が異なる。すなわち、一定の磁化状態を得るには、金属管Ｐの長手方向端部は励磁コイル１の端部から十分に離れている必要がある。換言すれば、金属管Ｐの長手方向端部に、ビード屑Ｂを高感度に検出できない領域（不感帯）が存在するおそれがある。金属管Ｐの長手方向全体に亘ってビード屑Ｂを高感度に検出するには、この不感帯を可能な限り低減することが望ましい。このためには、第１〜第３実施形態及び第１〜第３変形例に係る検出方法の何れの場合であっても、励磁コイル１及び検出コイル２を囲繞する所定の継鉄部材を設けることが好ましい。以下、この変形例（第４変形例）について具体的に説明する。
【００６６】
図９Ａ及び図９Ｂは、第４変形例の検出方法を実行するために用いる検出装置１００Ｅの概略構成を示す図である。図９Ａは検出装置が備える励磁コイル１、検出コイル２、ボビン５０及び継鉄部材３０の概略構成を示す図であり、溶接管Ｐの中心軸線を含む縦断面で見た場合の断面図である。図９Ｂは、図９Ａの斜視図である。図９Ｂの左図は、継鉄部材３０を構成する一方の部材片を取り除いた状態を、右図は取り除いていない状態を示す。
図９Ａに示すように、第４変形例に係る検出装置１００Ｅは、励磁コイル１、検出コイル２、及びボビン５０に加え、継鉄部材３０を備えている。なお、図９Ａ及び図９Ｂでは図示を省略しているが、第４変形例の継鉄部材３０を第１〜第３実施形態及び第１〜第３変形例の何れに適用するかに応じて、検出装置１００Ｅは他の構成要素を備える。例えば、第１実施形態に適用する場合、検出装置１００Ｅは、構成要素として、励磁コイル１、検出コイル２、継鉄部材３０、及びボビン５０に加え、直流電源３及び電圧計４を備えることになる。
【００６７】
励磁コイル１は、溶接管Ｐが内部を通る中空のボビン５０の外面に巻回されている。励磁コイル１には、直流電源３から直流電流が印加され、溶接管ＰはＸ方向に直流磁化されて、磁束φが発生する。なお、図９Ａ及び図９ｂにおいて、磁束φは破線で図示している。また、図９Ｂの左図に図示する磁束φは、励磁コイル１の内側に発生している磁束である。
【００６８】
検出コイル２も、励磁コイル１と同様に、ボビン５０の外面に巻回されている。ただし、検出コイル２は、ボビン５０の外面のＸ方向中央位置において、励磁コイル１の内側に巻回されている。
【００６９】
継鉄部材３０は、溶接管Ｐの相対移動方向（Ｘ方向）に沿った上流側（一端側）に位置し、溶接管Ｐが挿通される第１開口部３１と、溶接管Ｐの相対移動方向に沿った下流側（他端側）に位置し、溶接管Ｐが挿通される第２開口部３２とを有する。図９Ａに示す第１開口部３１及び第２開口部３２は、Ｘ方向から見て略円形とされている。継鉄部材３０は、第１開口部３１及び第２開口部３２を通る軸（Ｘ方向の中心軸）に対して略軸対称な外形を有している。励磁コイル１及び検出コイル２は、継鉄部材３０と第１開口部３１と第２開口部３２とにより囲繞されている。
【００７０】
図９Ａ及び図９Ｂに示す継鉄部材３０の外形は球状であり、それぞれ半球状の外形を有する部材片３０ａ及び部材片３０ｂから構成されている。具体的には、部材片３０ａにおける第１開口部３１及び第２開口部３２をそれぞれ形成する部位（Ｘ方向から見て略半円状の部位）３１ａ、３２ａと、部材片３０ｂにおける第１開口部３１及び第２開口部３２をそれぞれ形成する部位（Ｘ方向から見て略半円状の部位）３１ｂ、３２ｂとが、それぞれボビン５０の端部に形成されたフランジ部５１の溝に嵌合する。これにより、各部材片３０ａ、３０ｂは一体化し、球状の外形を有する継鉄部材３０が形成されている。各部材片３０ａ、３０ｂの溶接管Ｐの相対移動方向（Ｘ方向）上流側の端部、すなわち各部材片３０ａ、３０ｂにおける第１開口部３１を形成する部位３１ａ、３１ｂは、励磁コイル１及び検出コイル２における溶接管Ｐの相対移動方向（Ｘ方向）上流側の端部よりも上流側に位置する。また、各部材片３０ａ、３０ｂの溶接管Ｐの相対移動方向（Ｘ方向）下流側の端部、すなわち各部材片３０ａ、３０ｂにおける第２開口部３２を形成する部位３２ａ、３２ｂは、励磁コイル１及び検出コイル２における溶接管Ｐの相対移動方向（Ｘ方向）下流側の端部よりも下流側に位置している。さらに、第１開口部３１及び第２開口部３２は、継鉄部材３０の中央付近より溶接管Ｐに近接している。これにより、励磁コイル１及び検出コイル２は、継鉄部材３０と第１開口部３１と第２開口部３２とによりを囲繞されることになる。
【００７１】
なお、図９Ａ及び図９Ｂに示す継鉄部材３０の外形は球状であるが、これに限るものではなく、例えば、回転楕円体や円柱など、略軸対称な外形を有する限りにおいて、種々の構成を採用可能である。また、図９Ａ及び図９Ｂに示す継鉄部材３０は、第１開口部３１及び第２開口部３２を除き、開口を有していない。しかしながら、ビード屑Ｂに発生する磁束が大きいために、継鉄部材３０に厳格な軸対称性を必要としないのであれば、例えば、継鉄部材３０の周方向（中心軸周りの方向）の一部に、中心軸に沿って延びるスリット部を形成し、継鉄部材３０の軽量化を図ることも可能である。
【００７２】
以上に説明したように、第４変形例に係る検出装置１００Ｅは、励磁コイル１及び検出コイル２を囲繞する略軸対称な外形の継鉄部材３０を備えるため、励磁コイル１による磁化によって溶接管Ｐに発生する磁束φの磁路（図９Ａ及び図９Ｂ参照）を、溶接管Ｐの周方向の何れの部位においても、強制的に継鉄部材３０に導入することが可能である。すなわち、溶接管Ｐに発生する磁束φの磁路が閉磁路となるため、開磁路の場合のように溶接管Ｐの磁化状態が溶接管Ｐの端部の位置の影響を受け難く、管端部の不感帯を低減可能である。また、溶接管Ｐに発生する磁束φが、溶接管Ｐの周方向の何れの部位においても略均一になるため、溶接管Ｐの周方向の何れの部位にビード屑Ｂが存在しても、ビード屑Ｂを高感度に検出可能である。
【実施例】
【００７３】
以下、図９Ａ及び図９Ｂに示す第４変形例に係る検出方法によるビード屑Ｂの検出例について説明する。
直径１６０ｍｍの鉄球から直径１００ｍｍの球相当部分をくり抜いた構造で、継鉄部材３０の肉厚が３０ｍｍである継鉄部材３０を製造した。継鉄部材３０には、溶接管Ｐの相対移動方向（Ｘ方向）上流側に位置する第１開口部３１と、溶接管Ｐの相対移動方向下流側に位置する第２開口部３２とを設けた。第１開口部３１および第２開口部３２の直径は、共に５５ｍｍである。継鉄部材３０の第１開口部３１の相対移動方向（Ｘ方向）上流側および第２開口部３２の相対移動方向（Ｘ方向）下流側に、溶接管Ｐのパスラインを抑制するためのローラ（図示せず）を配置した。このローラは、溶接管Ｐが相対移動（励磁コイル１及び検出コイル２に対する相対移動）する際の上下左右方向のパスライン変動を、溶接管Ｐの中心軸から半径１ｍｍの範囲内に抑制する。この継鉄部材３０に、長さ１ｍ、外径３５ｍｍ、肉厚３ｍｍの溶接管Ｐを挿通した。溶接管Ｐの先端（相対移動方向下流側の端）から２００ｍｍの位置が、継鉄部材３０のＸ軸方向中央に位置するように、溶接管Ｐを配置した。この溶接管Ｐの内側に、断面１ｍｍ×２ｍｍ、長さ９００ｍｍのビード屑Ｂを挿入した。ビード屑Ｂの後端（相対移動方向上流側の端）が、溶接管Ｐの後端（相対移動方向上流側の端）から１００ｍｍの位置となるように固定した。励磁コイル１の巻き数（巻き数の総計）は２００回、検出コイル２の巻き数は２０回とした。直流電源３から励磁コイル１に対して１０Ａの直流電流を通電して、溶接管Ｐ及びビード屑Ｂを直流磁化した。この状態で、溶接管Ｐを長手方向に１ｍ／ｓｅｃの速度で移動させた。【００７４】
図１０は、上記に説明した条件の第４変形例に係る検出方法によって得られた検出コイル２の出力信号の一例を示すグラフである。具体的には、図１０は、ビード屑Ｂの後端が検出コイル２を通過する際に得られた検出コイル２の出力信号の一例である。図１０の縦軸は検出コイル２の出力電圧を、横軸は出力信号波形を所定のサンプリングピッチでサンプリングしたときのサンプリング番号を示す。
図１０に示すように、検出コイル２の出力電圧は、ビード屑Ｂの後端が検出コイル２を通過する際に、顕著に低下した。したがい、検出コイル２の出力電圧を例えば所定の負のしきい値と比較し、しきい値を超える（しきい値より小さい）場合には溶接管Ｐ内にビード屑Ｂが存在すると判定する（しきい値を超える箇所がビード屑Ｂの後端であると判定する）ことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明によれば、電縫溶接管等の電縫鋼管内に存在するビード屑等の金属残留物を高感度に検出することが可能である。よって、本発明は、産業上の利用可能性は大である。
【符号の説明】
【００７６】
１・・・励磁コイル
２、２ａ、２ｂ、２ｃ・・・検出コイル
３・・・直流電源
４、４ａ、４ｂ、４ｃ・・・電圧計
５・・・交流電源
６・・・同期検波器
７・・・ローパスフィルタ
８・・・スイッチング回路
９・・・信号処理装置
３０・・・継鉄部材
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ・・・検出装置
Ｐ・・・金属管（溶接管）
Ｂ・・・金属残留物（ビード屑）
【図１Ａ】
2019187233.tif 000003
【図１Ｂ】
2019187233.tif 000004
【図１Ｃ】
2019187233.tif 000005
【図２】
2019187233.tif 000006
【図３】
2019187233.tif 000007
【図４】
2019187233.tif 000008
【図５】
2019187233.tif 000009
【図６】
2019187233.tif 000010
【図７】
2019187233.tif 000011
【図８】
2019187233.tif 000012
【図９Ａ】
2019187233.tif 000013
【図９Ｂ】
2019187233.tif 000014
【図１０】
2019187233.tif 000015
【国際調査報告】
2019187233.tif 000016
2019187233.tif 000017
2019187233.tif 000018
2019187233.tif 000019