(57)【要約】【課題】  被検査体とセンサとの距離であるリフトオフが大きくても、欠陥検出を行うことができるようにする。【解決手段】  渦電流探傷法により２次元探傷データ５を求め、これを２次元スプライン補間処理をしてスプライン補間処理データ６を求める。更に、スプライン補間処理データ６を２次元２次微分して２次微分データ７を求め、この２次微分データ７を基に、欠陥の有無を判定する。【選択図】        図１
2005164516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦電流探傷法により２次元探傷データを求め、この２次元探傷データを基に欠陥を求める欠陥検知方法において、
２次元探傷データを取得し、
取得した前記２次元探傷データに対して、各データ間を補間して補間データを求め、
前記補間データから、欠陥の有無・位置を判定することを特徴とする欠陥検知方法。
【請求項２】
渦電流探傷法により２次元探傷データを求め、この2次元探傷データを基に欠陥を求める欠陥検知方法において、
２次元探傷データを取得し、
取得した前記２次元探傷データに対して、各データ間を補間して補間データを求め、
前記補間データに対して、２次微分処理を行って２次微分データを求め、
前記２次微分データから、欠陥の有無・位置を判定することを特徴とする欠陥検知方法。
【請求項３】
渦電流探傷法により２次元探傷データを求め、この２次元探傷データを基に欠陥を求める欠陥検知方法において、
２次元探傷データを取得し、
取得した前記２次元探傷データに対して、各データ間を補間して補間データを求め、
前記補間データに対して、欠陥の長手方向に対して直角となる方向に２次微分を施す２次微分処理を行って２次微分データを求め、
前記２次微分データから、欠陥の有無・位置を判定することを特徴とする欠陥検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦電流探傷法により亀裂等の欠陥を検知する欠陥検知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
橋梁等の鋼構造物において、金属部材やその溶接部に発生した亀裂は耐荷重の低下を招き、重大事故につながる可能性があり、従来より各種の亀裂検知法（欠陥検知法）が開発・提案されている。例えば、磁粉探傷法、渦電流探傷法、放射線透過法、超音波探傷法等が実用化されている。特に電磁誘導法（渦電流探傷法）は比較的検査が簡便であり、非接触で高速な探傷が可能である事から、鋼管、鋼材の製造ラインにおける品質管理にも適用されている。
【０００３】
一般に渦電流探傷法ではセンサと被検査体との距離、所謂リフトオフは数ｍｍ以内で行われる。今までに、例えば特開２００３−２７０２１４（特願２００２−７１３０７）「渦電流探傷法及び探傷プローブ」、特開平８−２６１９９１（特願平７−１０２９１５）「渦電流プローブ」など、各種渦電流探傷法、渦電流探傷装置における提案がなされてきたが、いずれもリフトオフ１ｍｍ以下を前提としている。リフトオフ(即ち、センサコイルと被検体との距離)が大きくなると、被検体に到達する磁界強度が弱くなり、また被検体に誘導した渦電流の変化も捉えにくくなるため、リフトオフは最大２〜３ｍｍ程度が限界であるとされている。
【０００４】
このように、渦電流探傷法は非接触センシングが可能であるとは言え、センサコイルと被検体との距離は極小さい範囲に限られていた。このため、数十ｍｍに及ぶ保護材やコンクリート、アスファルト等を通しての鋼材の探傷は、従来では不可能であった。
【０００５】
これに対し、特開平１０−２８８６０５（特願平９−９６１９６）「磁気探傷装置及び方法」では耐火被覆のある鉄骨の探傷方法が提案されている。同例では最大100mm程度のリフトオフがある場合の探傷装置として、１つの励磁コイルと励磁コイルの両側に２つの検出コイルを有するセンサにより一次元走査した場合、欠陥部において両検出コイルの出力差により探傷が可能であるとしている。
【０００６】
この例では、以下の問題がある。
(1)  一次元走査した場合、２つの検出コイルの出力差を利用しているため、欠陥に対し、検出コイルが対称位置を維持した形で走査した場合には出力差が生じず、探傷が不可能である。
(2)  一次元走査による信号変化波形からの探傷であるため、欠陥有無の判断にある程度の熟練が必要である。
【０００７】
一方、上記(2)の課題に対する解決法として、２次元走査によるデータ取得法が用いられる。即ち、鋼板等、平面状の被検体に対しては、格子状に測定点を取るか、走査位置を変えて直線状の走査を繰り返す事により、２次元データを得る方法がある。鋼管等、円筒状の被検体に対しては、センサコイルを回転させながら進行させ、螺旋状のデータを得る方法等が採られている。
【０００８】
また、電磁誘導法では、センサと検査対象との相対位置変動（がたつき）や走査速度が検出信号に影響を与えるため、溶接部においてはビード形状が検出信号に影響して探傷性能を劣化させる。このため、直線状のセンサ走査を繰り返し、格子状にデータを取得し、２次元データ群としてデータを処理する事により、探傷性能を上げる事も行われている。
【０００９】
例えば、鋼管の探傷ではセンサを検査対象である鋼管に挿入し、回転しながら軸方向に進行させる事で、軸方向、円周方向の２次元データ群としてデータを取得し、この２次元データの処理装置として図１６に示すような、２次元補間処理部、２次元強調／減衰処理部、２次元平滑化処理部を有する信号処理装置が提案されている（特開2000-55889）。２次元強調／減衰処理部は損傷強度を演算（処理）し、損傷による信号成分を抽出するもので、２次元ディジタル微分フィルタを採用している。すなわち、図１７に示すような差分型オペレータを用いて、畳み込み演算処理を行うものである。
【００１０】
しかし、従来の２次元データ処理では、検出信号の振幅、或いは位相を等高線で表現し、探傷していた。或いは特開2000-55889のように差分を用い、被検査体に一様に分布するような低周波の雑音成分を減衰させる、或いは平滑化処理により雑音成分を除去するといったデータ処理を行った結果を２次元表示していた。
【００１１】
以上、差分法や平滑化による手法では以下の課題がある。
(1)  差分処理では対象データと周囲位置におけるデータとの差をとる、所謂微分処理であり、低周波ノイズ成分に対してしか効果が無い。また、微分データは生データの変化の大きさを求める事になるので、生データとの変化の位置が変わってしまい、欠陥部位の特定が困難になる。これは例えば、位置ｘの一次元データとしてSIN(x)を仮定し、SIN(x)を微分した場合、COS(x)となり、極大、極小位置がずれる事で理解される。
(2)  平滑化処理では雑音を除去する効果を持つが、同時に欠陥に起因する信号変化も低減し、リフトオフが大きく、信号のＳ／Ｎが悪い場合等には探傷性能を劣化させてしまう。
【００１２】
また、微小欠陥を検知するために、データ測定ピッチ(間隔)を細かく採った場合、単位時間当たりのデータ数が多くなるため、信号処理装置のデータ取り込み速度の制限から、センサコイルの走査速度が制限される。すなわち、データを細かく測定する事で検査に要する時間が長くなるという不具合があった。
【００１３】
【特許文献１】特開２０００−５５８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
結局、従来の渦電流探傷法では、比較的小さな検出コイルを被検体に接触または近づけて静止し、あるいは検出コイルを直線状に走査し、検出信号の振幅や位相の変化（振幅の時間変化、または位相の時間変化、または振幅−位相特性）から欠陥の有無を判定していた。または、２次元走査により２次元データとし、振幅あるいは位相を等高線で表現して探傷していた。
しかし従来の渦電流探傷法では、リフトオフを大きくした場合、磁界強度の低下と磁界の影響範囲拡大により微小な欠陥の検知が不可能であった。
また広範囲に亘り微小欠陥を探傷する場合、測定ピッチ（間隔）を小さくし、多くのデータを取る必要があり、データ取り込み速度の制限から走査速度が制限されていた。
【００１５】
本発明は上記従来技術に鑑み、リフトオフが大きくても精度良く欠陥検出ができる欠陥検知方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決する本発明は、
渦電流探傷法により２次元探傷データを求め、この2次元探傷データを基に欠陥を求める欠陥検知方法において、
２次元探傷データを取得し、
取得した前記２次元探傷データに対して、各データ間を補間して補間データを求め、
前記補間データから、欠陥の有無・位置を判定することを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、
渦電流探傷法により２次元探傷データを求め、この２次元探傷データを基に欠陥を求める欠陥検知方法において、
２次元探傷データを取得し、
取得した前記２次元探傷データに対して、各データ間を補間して補間データを求め、
前記補間データに対して、２次微分処理を行って２次微分データを求め、
前記２次微分データから、欠陥の有無・位置を判定することを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、
渦電流探傷法により２次元探傷データを求め、この２次元探傷データを基に欠陥を求める欠陥検知方法において、
２次元探傷データを取得し、
取得した前記２次元探傷データに対して、各データ間を補間して補間データを求め、
前記補間データに対して、欠陥の長手方向に対して直角となる方向に２次微分を施す２次微分処理を行って２次微分データを求め、
前記２次微分データから、欠陥の有無・位置を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、２次元探傷データに対して、（スプライン）補間処理及び２次微分処理をした2次微分データを基に欠陥検出をするようにしたので、次のような効果を奏する。
（１）大きなリフトオフにしても、欠陥検出が可能となる。
（２）測定ピッチを大きくした（データ数を少なくした）場合においても、欠陥検出性能が向上する。
（３）データ数が少なくても良いため、走査速度を上げることができる。この結果、検査時間の短縮が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態では、渦電流探傷法において、大きなリフトオフで２次元探傷データを得る。この２次元探傷データの測定ピッチは探傷する傷の大きさに応じて変えるが、比較的ピッチを大きくしても（測定データ数を少なくしても）、各データ間を２次元スプライン補間処理することにより、欠陥検出性能を向上させる。
更に、２次元データであるスプライン補間処理データを２次微分処理することにより、欠陥による信号変化を強調し、欠陥検出性能を向上させることができる。
また、溶接線における亀裂など、推定される亀裂（欠陥）の方向がわかっている場合には、２次元データ（スプライン補間処理データ）を亀裂と直交する方向に２次微分することにより欠陥の検出性能を向上させることができる。
【実施例１】
【００２１】
本発明は数十ｍｍに及ぶような大きなリフトオフでの渦電流探傷法に関するものである。図１に本発明の実施例１に係る探傷手順を示す。すなわち、
手順(1)  ２次元探傷データ（２次元データとして採取した渦電流探傷信号）５を取得する。
手順(2)  取得した２次元探傷データ５に対して、各データ間をスプライン補間してスプライン補間データ６を得る。
手順(3)  スプライン補間したスプライン補間データ（２次元データ）６に対して、２次微分処理を行い２次微分データ７を得る。
手順(4)  以上の手順により得た２次微分データ（２次元データ）７より欠陥の有無、位置を判定する。
という手順により、微小欠陥の検知が可能となる。
【００２２】
手順(1)は従来行われている渦電流探傷法により２次元探傷データ５を得る操作である。一般には、信号振幅、信号位相、或いは両者から演算により求めた値を用いる。
【００２３】
手順(2)は２次元探傷データ５をスプライン補間してスプライン補間データ６を得る処理である。データ数が比較的少ない場合であっても、２次元探傷データ５の各データ間をスプライン補間する事により、実際に測定ピッチを細かくした場合と同等のデータが得られる。これは、リフトオフが大きい場合、磁界の影響する範囲が広がり、測定値の変化が緩やかとなるため、測定ピッチを粗くしても、各データ間をスプライン補間する事により、実際に測定した場合と同等な、補間データが得られる事による。スプライン補間処理は各測定点郡を幾つかに分割し、各々の分割区間についての近似式により補間する手法であり、渦電流探傷データのように測定点数が多い場合においても適用が可能であり、十分な精度で補間できる。
【００２４】
なお、特開2000-55889において、補間処理が提案されているが、同例では管状被検体にセンサコイルを挿入し、螺旋状に走査する事で、軸方向を横軸、円周方向を縦軸とするデータ群が得られる。このデータ群を直交座標系に変換するために、補間処理を行うものであり、本発明における補間処理とは目的が異なる。
【００２５】
上記手順(3)は、スプライン補間したスプライン補間データ（２次元データ）６に対して、２次微分処理を行い２次微分データ７を得る処理である。この手順(3)は被検体端部等の影響による緩やかな測定値変化を排除し、欠陥によるデータ変化を抽出するための処理である。手順(３)の処理では特開2000-55889の差分処理で問題となる欠陥位置と信号変化位置のずれが生じない。例えば、走査位置ｘにおける１次元探傷データをSIN(x)と仮定した場合、SIN(x)の２次微分データは−SIN(x)となり、符号が反転するのみでデータ変化の位置は２次微分前のデータと変わらない。同様に２次元データにおいても２次微分データ７は２次微分前のスプライン補間データ６と符号が逆転するが、変化位置は変わらない。すなわち、２次微分データ７から容易に欠陥位置の特定ができる（手順（４））。
【００２６】
２次微分の方法としては、例えば2次元ディジタル微分フィルタとして図１０に示すような差分オペレータを２回用いる方法がある。なお、特開2000-55889で示されている図１７の差分オペレータ等を用いる方法でも良い。
【００２７】
以上の手順１〜手順４により、従来探傷が困難であった大きなリフトオフにおける探傷が容易となる。また、検知しようとする欠陥の大きさよりデータ測定ピッチを粗くしても、探傷が可能となるため、２次元走査によりデータを取得する場合、単位時間あたりの測定データ数が少なくて良い。この結果、センサの走査速度を上げる事ができ、検査効率の向上、検査時間の短縮が可能となる。
【００２８】
次に実際の探傷データにより本発明の効果を説明する。図２（ａ）（ｂ）に試験に用いた模擬鋼床版１０を示す。同図のようにデッキプレート１３に溶接１８によりＵリブ１４を溶接し、溶接部に沿って放電加工による貫通スリット１１（長さ20mm、幅０．５ｍｍ）、貫通スリット１２（長さ200mm、幅０．４ｍｍ）を設けたものである。所定のリフトオフをとるために、模擬鋼床版１０の上方に樹脂製のスペーサ１６を介して探傷用のセンサ１５を設置した。
【００２９】
なお、このセンサ１５としては、中央に検出コイルがあり、この検出コイルを囲む状態で励磁コイルを配置したセンサ構成のものを使用した。このセンサ１５では、長さの十分長い欠陥（スリット）では欠陥の両端において探傷信号の変化が大きくなる特性を持つ。
【００３０】
図３に測定ポイントを示す。試験は模擬鋼床版１０のうち、スリット１１，１２の周囲のみを測定範囲１７とし、縦，横各々50mmピッチでセンサ１５を移動して各測定ポイントにおける探傷信号を測定した。
【００３１】
図４にリフトオフ102mmの場合の探傷信号測定結果（図１における２次元探傷データ５）を示す。図４の縦軸、横軸の数字は測定ポイントにおけるデータ番号を示す。また同図にはスリット１１，１２の位置を明記した。同図は探傷信号レベルを256階調のグレースケールで表示した結果である。200mm長さのスリット１２の両端部では信号変化が大きく、欠陥の存在が推定可能であるが、測定ポイントのピッチが粗いため、欠陥形状の推定は困難である。なお、試験に用いたセンサ１５では長さの十分長いスリットではスリット両端において信号変化が大きくなる特性を持つ。20mm長さのスリット１１は探傷不可能である。
【００３２】
図５には図４の２次元探傷データ５をスプライン補間した結果（図１におけるスプライン補間データ６）を示す。図５では縦方向、横方向共にデータ数が約10倍となるように補間している。スリット１２ではスリット端部の位置が明確になり、スリット長さの推定も容易になっている。
【００３３】
図６には図５のスプライン補間データ６を２次微分した結果（図１における２次微分データ７）を示す。200mm長さのスリット１２は完全に抽出できているが、20mm長さのスリット１１は検知できていない。２次微分前の結果（図５）と２次微分後の結果（図６）を比べると、白と黒の部分が反転している。上述のように、２次微分では符号が反転する。
【００３４】
図７にはリフトオフ73mmにおける探傷データ（２次元探傷データ５）を示す。リフトオフ102mmの場合と同様に200mm長さのスリット１２の両端部では信号変化が大きく、欠陥の存在が推定可能であるが、測定ポイントのピッチが粗いため、欠陥形状の推定は困難である。
【００３５】
図８には図７の結果をスプライン補間した結果（スプライン補間データ６）を示す。スプライン補間する事で200mm長さのスリット位置、長さは明瞭になっている。
図９にはスプライン補間、及び２次微分をした結果（２次微分データ７）を示す。同図のように、20mm長さのスリットも抽出できている。
【００３６】
このように実施例１では、２次元探傷データ５に対し、スプライン補間を行う事で、欠陥の検出性能が向上し、欠陥寸法の特定、及び欠陥位置の特定が容易になる。
更に、２次元探傷データ５に対し、スプライン補間、及び２次微分処理を行う事で、欠陥の検出性能が向上し、欠陥寸法の特定、及び欠陥位置の特定が容易になる。
【実施例２】
【００３７】
図１１に本発明の実施例２における探傷方法を示す。実施例１と異なるのは手順３での２次微分のしかたである。実施例１では２次元データに対する微分の方法として縦横斜め方向に差分をとる図１０のオペレータ、或いは縦方向、横方向に差分をとる図１７のオペレータを２回用いればよい。これら以外にも重み付けを変えたオペレータが各種考えられるが、いずれにしても縦方向、横方向共に同じ重み付けをしたオペレータである。
【００３８】
これに対し、実施例２では手順３における２次微分の方法として、欠陥と直角な方向のみに処理を施す。即ち、欠陥の長手方向に対して直角となる方向に２次微分を施す２次微分処理を行って２次微分データを求めるようにしている。
例えば、図２に示す被検査体において、溶接部欠陥を検査する場合、溶接線と直角方向に２次微分処理を施す。これを実現するには、例えば横方向に２次微分する場合には図１２のような差分オペレータを２回用いればよい。当然、横方向に重み付けされていれば、図１２以外の重み付けオペレータでも良い。
【００３９】
図１３に示すように、溶接線に入った欠陥等、長細い形状の欠陥２０における探傷では、図１３（ａ）のようにセンサ１５が欠陥２０を横切る方向に走査した場合に探傷データの変化が大きく、図１３（ｂ）のようにセンサ１５が欠陥２０に沿って走査した場合に探傷データの変化が小さい。従って、検知しようとする欠陥の方向が決まっている場合、例えば溶接線における探傷等では、２次微分の方向を、欠陥の長手方向に対して直角となる方向に合わせる事が有効である。
【００４０】
図１４にはリフトオフ102mmでの探傷データから実施例２での処理法（図１１）により２次微分データ７を求めた結果を示す。実施例１の処理法（図１）での結果（図６）に比べ、欠陥（スリット）が明瞭に抽出されている。
【００４１】
図１５にはリフトオフ73mmでの探傷データから実施例２での処理法（図１１）により２次微分データ７を求めた結果を示す。実施例１の処理法（図１）での結果（図９）に比べ、欠陥（スリット）が明瞭に抽出されている。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明ではリフトオフが大きくても、例えば数十ｍｍに及ぶような大きなリフトオフでも、欠陥検出を行うことができるため、例えばコンクリートやアスファルト等を通しての鋼材の探傷等を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例１における探傷方法を示すフローチャート。
【図２】試験に用いた模擬鋼床版を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図３】模擬鋼床版における測定範囲、及び測定ポイントを示す説明図。
【図４】リフトオフ102mmでの探傷試験における生データを示すデータ特性図。
【図５】リフトオフ102mmでの探傷試験の生データをスプライン補間した結果を示すデータ特性図。
【図６】リフトオフ102mmでの探傷試験の生データをスプライン補間、及び２次微分した結果を示すデータ特性図。
【図７】リフトオフ73mmでの探傷試験における生データを示すデータ特性図。
【図８】リフトオフ73mmでの探傷試験の生データをスプライン補間した結果を示すデータ特性図。
【図９】リフトオフ73mmでの探傷試験の生データをスプライン補間、及び２次微分した結果を示すデータ特性図。
【図１０】２次元ディジタル微分フィルタ（差分オペレータ）を示す説明図。
【図１１】本発明の実施例２における探傷方法を示すフローチャート。
【図１２】横方向の微分を実現する差分オペレータの例を示す説明図。
【図１３】欠陥の方向とセンサ走査方向の関係を示す説明図。
【図１４】リフトオフ102mmでの探傷試験をスプライン補間、及びスリットと直角方向に２次微分した結果を示すデータ特性図。
【図１５】リフトオフ  73mmでの探傷試験をスプライン補間、及びスリットと直角方向に２次微分した結果データ特性図。
【図１６】従来技術を示すブロック構成図。
【図１７】差分オペレータを示す説明図。
【符号の説明】
【００４４】
５  ２次元探傷データ
６  スプライン補間処理データ
７  ２次微分データ
１０  模擬鋼床版
１１，１２  スリット
１３  デッキプレート
１４  Ｕリブ
１５  センサ
１６  スペーサ
１７  測定範囲
１８  溶接
２０  欠陥
【図１】
2005164516.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2005164516.tif 000013
【図１２】
2005164516.tif 000014
【図１３】
2005164516.tif 000015
【図１４】
2005164516.tif 000016
【図１５】
2005164516.tif 000017
【図１６】
2005164516.tif 000018
【図１７】
2005164516.tif 000019