(57)【要約】【課題】検査対象の金属管の内部に装置を挿入することなく、金属管内面の全領域に亘って容易に欠陥の有無を検査できること。【解決手段】本発明の一態様である金属管内面探傷装置１は、電磁波探傷機２と、演算処理部８と、判定処理部１４ａとを備える。電磁波探傷機２は、検査対象の鋼管１５の外部から鋼管１５内部に電磁波を送信して、鋼管１５の内面からの反射波を受信し、この反射波をもとに、鋼管１５の内面探傷を行う。演算処理部８は、鋼管１５の内面探傷結果をもとに、鋼管１５の内面性状を算出する。判定処理部１４ａは、鋼管１５の内面性状の算出結果をもとに、鋼管１５の内面の欠陥有無を判定する。【選択図】図１
2013195141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象の金属管の外部から前記金属管の中空内部に電磁波を送信して、前記金属管の内面から反射した前記電磁波の反射波を受信し、前記反射波をもとに、前記金属管の内面探傷を行う電磁波探傷機と、
前記金属管の内面探傷結果をもとに、前記金属管の内面性状を算出する演算処理部と、
前記金属管の内面性状の算出結果をもとに、前記金属管の内面の欠陥有無を判定する判定処理部と、
を備えたことを特徴とする金属管内面探傷装置。
【請求項２】
前記金属管の長手方向を回転中心として、前記電磁波または前記反射波を送受信する前記電磁波探傷機のアンテナと前記金属管とを相対的に回転する回転部をさらに備え、
前記演算処理部は、前記アンテナと前記金属管との相対的な所定の回転角度毎に、前記金属管の内面性状を算出することを特徴とする請求項１に記載の金属管内面探傷装置。
【請求項３】
前記演算処理部は、前記所定の回転角度毎に、前記金属管の内面性状を示す信号を算出し、前記所定の回転角度毎の前記信号同士を差分することを特徴とする請求項２に記載の金属管内面探傷装置。
【請求項４】
前記回転部は、前記アンテナと前記金属管とを相対的に１／４回転以上回転することを特徴とする請求項２または３に記載の金属管内面探傷装置。
【請求項５】
前記電磁波探傷機は、特有のパターン波形を有する疑似ランダム信号を用いて変調した前記電磁波を送信することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の金属管内面探傷装置。
【請求項６】
前記電磁波は、マイクロ波、ミリ波、またはテラヘルツ波のいずれか一つであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の金属管内面探傷装置。
【請求項７】
検査対象の金属管の外部から前記金属管の中空内部に電磁波を送信して、前記金属管の内面から反射した前記電磁波の反射波を受信し、前記反射波をもとに、前記金属管の内面探傷を行い、前記金属管の内面探傷結果をもとに、前記金属管の内面性状を算出し、前記金属管の内面性状の算出結果をもとに、前記金属管の内面の欠陥有無を判定することを特徴とする金属管内面探傷方法。
【請求項８】
前記金属管の長手方向を回転中心として、前記電磁波または前記反射波を送受信するアンテナと前記金属管とを相対的に回転し、前記アンテナと前記金属管との相対的な所定の回転角度毎に、前記金属管の内面性状を算出することを特徴とする請求項７に記載の金属管内面探傷方法。
【請求項９】
前記所定の回転角度毎に前記金属管の内面性状を示す信号を算出し、前記所定の回転角度毎の前記信号同士を差分することを特徴とする請求項８に記載の金属管内面探傷方法。
【請求項１０】
前記アンテナと前記金属管とを相対的に１／４回転以上回転することを特徴とする請求項８または９に記載の金属管内面探傷方法。
【請求項１１】
前記金属管の中空内部に対し、特有のパターン波形を有する疑似ランダム信号を用いて変調した前記電磁波を送信することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一つに記載の金属管内面探傷方法。
【請求項１２】
前記電磁波として、マイクロ波、ミリ波、またはテラヘルツ波のいずれか一つを用いることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一つに記載の金属管内面探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属管内面の探傷を行う金属管内面探傷装置および金属管内面探傷方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、管の胴体部分に溶接等による継ぎ目がない鋼管、所謂、シームレスの鋼管が製造されている。一般に、シームレスの鋼管は、加熱された高温の丸型ビレットを穿孔加工し、これによって管内側の貫通孔を形成して製造される。なお、この穿孔加工時には、鋼管の内面表層に割れまたは剥がれ等の欠陥が発生する可能性がある。このため、シームレスの鋼管の製造工程では、穿孔加工後に鋼管内面の欠陥有無の検査が必要になる。
【０００３】
上述した穿孔加工後における鋼管内面の欠陥有無の検査は、従来、多くの場合、作業者の目視によって行われている。例えば、作業者は、穿孔加工後の鋼管内面を視認可能な範囲まで目視して、鋼管内面の欠陥の有無を検査している。
【０００４】
なお、鋼管内面に発生した欠陥を検出するための従来技術として、例えば、鋼管内面に光を投射するためのレンズと、鋼管内面からの反射光を受光するためのイメージセンサカメラとを鋼管内部に挿入し、このイメージセンサカメラによって得られる受光信号から鋼管内面の欠陥を検出する装置がある（特許文献１参照）。また、鋼管内部にミラーを挿入し、このミラーに映る鋼管内面を１次元ＣＣＤカメラによって撮像して、この撮影画像を表示装置に表示するように構成した装置もある（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−１０９８４８号公報
【特許文献２】特開平１０−１７６９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、作業者による目視検査では、鋼管等の金属管の内面の全領域に亘って欠陥の有無を検査することが困難であるため、金属管内面のうちの視認不可な領域に存在する欠陥を検出し損なう。この問題点は、金属管長さの増大または金属管内径の小型化に伴って助長される。さらに、欠陥が凹状である等、欠陥の性状に起因して、金属管内面の欠陥の有無を判定し難いという問題点もある。また、金属管は熱間加工または温間加工によって高温状態（赤熱状態）である場合が多い。すなわち、熱間環境または温間環境（例えば、１００℃から８００℃までの温度環境）において、作業者が赤熱状態の金属管に接近し、作業者の目視によって金属管内面の欠陥の有無を検査することは困難である。
【０００７】
また、上述した特許文献１，２に例示される従来技術では、金属管内面の欠陥の有無を検査する際、撮像系または光学系等、金属管内面の性状を確認するための装置を金属管内部に挿入する必要がある。この場合、金属管の全長に亘って、金属管内部に挿入後の装置と金属管との相対的な振動を抑えつつ安定的に、この挿入後の装置を支持し続けなければならない、且つ、この挿入後の装置をその重量に耐えながら安定的に支持し続けなければならない。このため、装置構成が複雑化または大型化するのみならず、金属管内面の全領域に亘って欠陥の有無を検査するために、多大な時間および労力を要するという問題点がある。なお、この問題点は、金属管長さの増大または金属管内径の小型化に伴って助長される。また、金属管が赤熱状態である場合、金属管の放射熱から装置を保護する断熱構成が必要になり、この結果、装置構成の煩雑化または大型化は一層助長される。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、検査対象の金属管の内部に装置を挿入することなく、金属管内面の全領域に亘って容易に欠陥の有無を検査することができる金属管内面探傷装置および金属管内面探傷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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる金属管内面探傷装置は、検査対象の金属管の外部から前記金属管の中空内部に電磁波を送信して、前記金属管の内面から反射した前記電磁波の反射波を受信し、前記反射波をもとに、前記金属管の内面探傷を行う電磁波探傷機と、前記金属管の内面探傷結果をもとに、前記金属管の内面性状を算出する演算処理部と、前記金属管の内面性状の算出結果をもとに、前記金属管の内面の欠陥有無を判定する判定処理部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる金属管内面探傷装置は、上記の発明において、前記金属管の長手方向を回転中心として、前記電磁波または前記反射波を送受信する前記電磁波探傷機のアンテナと前記金属管とを相対的に回転する回転部をさらに備え、前記演算処理部は、前記アンテナと前記金属管との相対的な所定の回転角度毎に、前記金属管の内面性状を算出することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる金属管内面探傷装置は、上記の発明において、前記演算処理部は、前記所定の回転角度毎に、前記金属管の内面性状を示す信号を算出し、前記所定の回転角度毎の前記信号同士を差分することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる金属管内面探傷装置は、上記の発明において、前記回転部は、前記アンテナと前記金属管とを相対的に１／４回転以上回転することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる金属管内面探傷装置は、上記の発明において、前記電磁波探傷機は、特有のパターン波形を有する疑似ランダム信号を用いて変調した前記電磁波を送信することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる金属管内面探傷装置は、上記の発明において、前記電磁波は、マイクロ波、ミリ波、またはテラヘルツ波のいずれか一つであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる金属管内面探傷方法は、検査対象の金属管の外部から前記金属管の中空内部に電磁波を送信して、前記金属管の内面から反射した前記電磁波の反射波を受信し、前記反射波をもとに、前記金属管の内面探傷を行い、前記金属管の内面探傷結果をもとに、前記金属管の内面性状を算出し、前記金属管の内面性状の算出結果をもとに、前記金属管の内面の欠陥有無を判定することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる金属管内面探傷方法は、上記の発明において、前記金属管の長手方向を回転中心として、前記電磁波または前記反射波を送受信するアンテナと前記金属管とを相対的に回転し、前記アンテナと前記金属管との相対的な所定の回転角度毎に、前記金属管の内面性状を算出することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明にかかる金属管内面探傷方法は、上記の発明において、前記所定の回転角度毎に前記金属管の内面性状を示す信号を算出し、前記所定の回転角度毎の前記信号同士を差分することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明にかかる金属管内面探傷方法は、上記の発明において、前記アンテナと前記金属管とを相対的に１／４回転以上回転することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明にかかる金属管内面探傷方法は、上記の発明において、前記金属管の中空内部に対し、特有のパターン波形を有する疑似ランダム信号を用いて変調した前記電磁波を送信することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明にかかる金属管内面探傷方法は、上記の発明において、前記電磁波として、マイクロ波、ミリ波、またはテラヘルツ波のいずれか一つを用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、検査対象の金属管の内部に装置を挿入することなく、金属管内面の全領域に亘って容易に欠陥の有無を検査することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる金属管内面探傷装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、検査対象の鋼管内部に対して電磁波を送受信する状態を示す模式図である。
【図３】図３は、本実施の形態における電磁波探傷機の信号処理部の一回路構成例を示すブロック図である。
【図４】図４は、搬送波信号の変調に用いられる疑似ランダム信号の一例を示す模式図である。
【図５】図５は、信号処理部の変調処理を説明するための模式図である。
【図６】図６は、信号処理部の復調処理を説明するための模式図である。
【図７】図７は、信号処理部の位相検波処理を説明するための模式図である。
【図８】図８は、演算処理部の演算処理を説明するための模式図である。
【図９】図９は、演算処理部によって算出された鋼管の内面性状信号の一例を示す模式図である。
【図１０】図１０は、検査対象の鋼管内部を伝搬する電磁波の電磁界分布の一例を示す鋼管断面図である。
【図１１】図１１は、検査対象の鋼管内部を伝搬する電磁波の電磁界分布の一例を示す鋼管展開図である。
【図１２】図１２は、電磁波送受信アンテナと鋼管との相対的な回転に起因する鋼管の内面性状信号の影響を説明するための図である。
【図１３】図１３は、電磁波探傷機に固有のノイズ成分を内面性状信号から除去する補正処理を説明するための図である。
【図１４】図１４は、検査対象の鋼管の内面性状に固有のノイズ成分を内面性状信号から除去する補正処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、添付図面を参照して、本発明にかかる金属管内面探傷装置および金属管内面探傷方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下では、検査対象の金属管の一例として、円筒形状のシームレス鋼管を例示するが、本実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００２４】
(実施の形態)
図１は、本発明の実施の形態にかかる金属管内面探傷装置の一構成例を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる金属管内面探傷装置１は、検査対象の鋼管１５に電磁波を送信して鋼管１５内面の探傷を行う電磁波探傷機２と、電磁波探傷機２に対して相対的に鋼管１５を回転する回転部７と、鋼管１５内面の探傷結果に対する演算処理を行う演算処理部８と、鋼管１５内面の欠陥有無の判定処理等を行う管理コンピュータ１０とを備える。
【００２５】
電磁波探傷機２は、電磁波を用いて鋼管１５内面の探傷を行う装置であり、電磁波の生成等の各種信号処理を行う信号処理部３と、電磁波の矩形導波路を形成する矩形導波管４と、電磁波の伝搬モードを変換する円形−矩形変換器５と、電磁波を送受信するアンテナ６とを備える。
【００２６】
信号処理部３は、鋼管１５内面の探傷に用いる電磁波を生成し、生成した電磁波を矩形導波管に送信する。なお、この電磁波は、鋼管１５の内面に照射されるものであり、例えば、マイクロ波、ミリ波、またはテラヘルツ波のいずれか一つである。一方、信号処理部３は、鋼管１５から反射した電磁波、すなわち鋼管１５からの反射波を受信する。信号処理部３は、鋼管１５からの反射波を受信する都度、取得した反射波に対して所定の信号処理を行い、これによって、鋼管１５の内面探傷結果を示す探傷信号を生成する。信号処理部３は、このように反射波に対応して生成した探傷信号を演算処理部８に順次送信する。
【００２７】
矩形導波管４は、その長手方向にほぼ均一な矩形構造を有する金属製導波管である。この矩形導波管４の両側開口端のうち、一方の開口端は、信号処理部３に接続され、他方の開口端は、円形−矩形変換器５の開口端に接続される。矩形導波管４は、信号処理部３から電磁波を受け入れ、この受け入れた電磁波を円形−矩形変換器５に導波する。また、矩形導波管４は、円形−矩形変換器５を介して鋼管１５からの反射波を受け入れ、この受け入れた反射波を信号処理部３に導波する。
【００２８】
円形−矩形変換器５は、矩形導波管４と鋼管１５との間において電磁波の伝搬モードを相互変換するための導波管である。具体的には、円形−矩形変換器５は、一端が矩形導波管４と接続され且つ他端がアンテナ６と接続され、この矩形導波管４の接続端側からアンテナ６の接続端側に向けて徐々に、矩形から円筒形に形状変化した構造を有する。円形−矩形変換器５は、矩形導波管４を介して信号処理部３からの電磁波を受け入れ、この電磁波の伝搬モードを矩形導波路の伝搬モードから円形導波路の伝搬モードに変換する。その後、円形−矩形変換器５は、円形導波路の伝搬モードの電磁波をアンテナ６に導波する。また、円形−矩形変換器５は、アンテナ６を介して鋼管１５からの反射波を受け入れ、この反射波の伝搬モードを円形導波路の伝搬モードから矩形導波路の伝搬モードに変換する。その後、円形−矩形変換器５は、矩形導波路の伝搬モードの反射波を矩形導波管４に導波する。
【００２９】
なお、矩形導波路の伝搬モードは、矩形状の管等の矩形導波路内を電磁波が伝搬する際の伝搬モードである。また、円形導波路の伝搬モードは、円筒形状の管等の円形導波路内を電磁波が伝搬する際の伝搬モードである。
【００３０】
アンテナ６は、円形−矩形変換器５の接続端側が小径な円錐形状のアンテナである。アンテナ６は、図１に示すように、その円錐軸（中心軸）と鋼管１５の管軸ＣＬとが少なくとも平行となる（好ましくは一致する）ように、鋼管１５の開口端の外側近傍に配置される。なお、管軸ＣＬは、鋼管１５の長手方向の中心軸である。アンテナ６は、円形−矩形変換器５から受け入れた電磁波を鋼管１５に送信し、その後、この鋼管１５からの反射波を受信する。アンテナ６は、鋼管１５に対して電磁波を送信する都度、この鋼管１５からの反射波を受信し、受信した反射波を円形−矩形変換器５に導波する。
【００３１】
上述したような構成を有する電磁波探傷機２は、図２に示すように、矩形導波管４および円形−矩形変換器５を介し、鋼管１５の外部に位置するアンテナ６から、所望管長（例えば１０［ｍ］）の鋼管１５の中空内部１５ａに対して信号処理部３による電磁波を送信する。これによって、電磁波探傷機２は、鋼管１５の内面の全領域に電磁波を照射する。
【００３２】
ここで、金属によって囲まれた空間内に電磁波が送信された場合、この空間の形状等によって特定される伝搬モードの電磁波が、この空間内を伝搬する。すなわち、アンテナ６から送信された電磁波は、図２の点線矢印によって示されるように、鋼管１５内の全管長領域に亘って、円形導波路の伝搬モードで伝搬する。鋼管１５内の電磁波は、鋼管１５の管軸ＣＬの方向に伝搬しつつ、鋼管１５の内面における凹凸等の内面性状に応じてアンテナ６側へ反射される。特に、この電磁波の伝搬経路内に、この電磁波の半波長以上の寸法（幅、長さ等）の欠陥１６が存在する場合、欠陥１６は、鋼管１５の正常な内面に比して強く、この電磁波をアンテナ６側へ反射する。
【００３３】
電磁波探傷機２は、上述したような鋼管１５の内面からの反射波をアンテナ６によって受信し、この受信した反射波をもとに、鋼管１５の内面探傷を行う。電磁波探傷機２は、この鋼管１５の内面探傷結果として、信号処理部３によって生成した探傷信号を出力する。例えば図２に示すように、欠陥１６が鋼管１５の内面に存在する場合、電磁波探傷機２は、この欠陥１６に対応する探傷信号を出力する。
【００３４】
一方、図１に示す回転部７は、鋼管１５の長手方向の中心軸を回転中心として、上述したように電磁波または反射波を送受信するアンテナ６と鋼管１５とを相対的に回転する。具体的には、回転部７は、鋼管１５の管軸ＣＬの方向を一定方向に維持するように鋼管１５を支持しつつ、管軸ＣＬを回転中心として鋼管１５を所定の方向に回転する。例えば、回転部７は、電磁波探傷機２が上述したように鋼管１５の内面探傷を行う期間、アンテナ６に対して相対的に、鋼管１５を管軸ＣＬ回りに１／４回転（すなわち９０°）以上回転する。また、回転部７は、エンコーダ７ａを有する。エンコーダ７ａは、鋼管１５の回転角度を測定し、その都度、得られた回転角度を示す信号（以下、回転信号という）を演算処理部８に送信する。
【００３５】
演算処理部８は、鋼管１５の内面探傷結果をもとに、鋼管１５の内面性状を算出する。具体的には、演算処理部８は、信号処理部３から探傷信号を取得し、且つ、回転部７のエンコーダ７ａから回転信号を取得する。演算処理部８は、この探傷信号によって示される鋼管１５の内面探傷結果と、この回転信号によって示される回転角度とを対応付ける。なお、この回転角度は、電磁波探傷機２が鋼管１５の内面探傷を行う期間におけるアンテナ６と鋼管１５との相対的な所定の回転角度である。演算処理部８は、このように回転信号に基づく回転角度と対応付けた鋼管１５の内面探傷結果をもとに演算処理を行い、これによって、この回転角度毎に、鋼管１５の内面性状を示す信号（以下、内面性状信号という）を算出する。
【００３６】
また、演算処理部８は、上述したように取得した内面性状信号のノイズ成分を除去する補正処理を行う。具体的には、演算処理部８は、上述したアンテナ６と鋼管１５との相対的な回転角度毎に算出した各内面性状信号同士を差分する。これによって、演算処理部８は、鋼管１５の内面性状に固有のノイズ成分を内面性状信号から除去する。また、演算処理部８は、電磁波探傷機２に固有のノイズ成分を含むノイズ信号（以下、装置固有信号という）を予め取得する。なお、装置固有信号は、電磁波探傷機２が鋼管１５等の金属管の無い空間中に対して電磁波を送受信することによって、実験的に取得できる。演算処理部８は、この装置固有信号と内面性状信号とを差分し、これによって、電磁波探傷機２に固有のノイズ成分を内面性状信号から除去する。
【００３７】
なお、鋼管１５の管長が長く、これに起因して、鋼管１５内の欠陥１６からの反射波の減衰が大きい場合、演算処理部８は、鋼管１５の内面における欠陥１６と正常部分とを容易に弁別できる波形の内面正常信号を取得するための感度補正を適宜行う。例えば、演算処理部８は、鋼管１５に対する電磁波の送受信距離と感度補正値とを対応付けた補正カーブ等の補正情報を予め取得する。演算処理部８は、この補正情報に示される感度補正値を内面性状信号または探傷信号の振幅値に乗ずる。これによって、演算処理部８は、この電磁波の送受信距離の増大に伴って減少する内面性状信号または探傷信号の振幅値を補正する。
【００３８】
上述した補正処理後の内面性状信号は、演算処理部８から管理コンピュータ１０へ送信される。管理コンピュータ１０は、鋼管１５内の欠陥有無等の鋼管１５の内面性状を管理するための装置であり、図１に示すように、入力部１１と、表示部１２と、記憶部１３と、制御部１４とを備える。
【００３９】
入力部１１は、キーボードおよびマウス等の入力デバイスを用いて実現され、操作者の入力操作に対応して各種情報を制御部１４に入力する。なお、入力部１１による入力情報として、例えば、鋼管１５の管長および内径等の寸法情報、検査対象の欠陥サイズ、電磁波の周波数または波長、装置固有信号等の信号補正処理に必要な情報、鋼管１５内の欠陥有無を判定するための閾値情報、動作の開始または停止等を指示する指示情報等が挙げられる。
【００４０】
表示部１２は、ＣＲＴまたは液晶等のディスプレイを用いて実現され、制御部１４によって表示指示された各種情報を表示する。例えば、表示部１２は、鋼管１５の内面性状を示す情報、鋼管１５の内面における欠陥有無の検査結果を示す情報、入力部１１による入力情報等を表示する。
【００４１】
記憶部１３は、制御部１４によって記憶指示された情報を記憶し、読み出し指示された記憶情報を制御部１４に送信する。例えば、記憶部１３は、上述した内面性状信号等の鋼管１５の内面性状を示す情報、鋼管１５の内面における欠陥有無の検査結果を示す情報、入力部１１による入力情報等、鋼管１５の内面性状の管理に有用な各種情報を記憶する。
【００４２】
制御部１４は、金属管内面探傷装置１の機能を実現するためのプログラム等を記憶するメモリおよびこのメモリ内のプログラムを実行するＣＰＵ等を用いて実現される。制御部１４は、信号処理部３、回転部７、演算処理部８、入力部１１、表示部１２、および記憶部１３の各動作を制御し、且つ、これらの各構成部との電気信号の入出力を制御する。
【００４３】
例えば、制御部１４は、回転部７によって回転している鋼管１５に対して電磁波探傷機２が電磁波を送受信するように、電磁波探傷機２および回転部７の各動作を制御する。この場合、制御部１４は、鋼管１５の管長および内径と検査対象の欠陥１６のサイズとに適した周波数帯域の電磁波を生成出力するように、電磁波探傷機２の信号処理部３を制御する。また、制御部１４は、鋼管１５の所定の回転角度毎に内面性状信号を算出するように演算処理部８を制御する。
【００４４】
また、制御部１４は、判定処理部１４ａを有する。判定処理部１４ａは、演算処理部８による鋼管１５の内面性状の算出結果をもとに、鋼管１５の内面に欠陥が存在するか否かを判定する欠陥有無判定処理を行う。具体的には、判定処理部１４ａは、演算処理部８から鋼管１５の内面性状信号を取得し、記憶部１３から欠陥有無判定の閾値を読み出す。判定処理部１４ａは、この内面性状信号の振幅値、すなわち鋼管１５の内面性状に応じた信号強度の出力値（電圧値）と欠陥有無判定の閾値とを比較する。判定処理部１４ａは、この比較処理結果をもとに、鋼管１５の内面の欠陥有無を判定する。また、判定処理部１４ａは、鋼管１５の内面に欠陥有りと判定した場合、この鋼管１５の内面における欠陥発生位置の情報として、鋼管１５の電磁波入射側の開口端からの距離を特定する。
【００４５】
つぎに、上述した電磁波探傷機２の信号処理部３の構成について詳細に説明する。図３は、本実施の形態における電磁波探傷機の信号処理部の一回路構成例を示すブロック図である。図３に示すように、信号処理部３は、発信器３０と、方向性結合器３１，３７と、パターン信号発生器３２と、変調器３３と、サーキュレータ３４と、遅延回路３５と、復調器３６と、ハイブリッド方向性結合器３８と、ミキサー３９ａ，３９ｂと、を備える。
【００４６】
また、図３に示すように、発信器３０は方向性結合器３１に接続され、方向性結合器３１は変調器３３とハイブリッド方向性結合器３８とに接続される。変調器３３はサーキュレータ３４に接続され、サーキュレータ３４は復調器３６に接続される。パターン信号発生器３２は変調器３３と遅延回路３５とに接続され、遅延回路３５は復調器３６に接続される。復調器３６は方向性結合器３７に接続され、方向性結合器３７は２つのミキサー３９ａ，３９ｂに接続される。また、これら２つのミキサー３９ａ，３９ｂには、ハイブリッド方向性結合器３８が更に接続される。
【００４７】
発信器３０は、管理コンピュータ１０の制御部１４（図１参照）の制御に基づき、鋼管１５の管長および内径と検査対象の欠陥サイズとに適した周波数帯域の搬送波を生成出力する。具体的には、発信器３０は、メガヘルツ単位、ギガヘルツ単位、またはテラヘルツ単位の周波数帯域の搬送波を生成し、生成した搬送波の信号（以下、搬送波信号Ｓ１という）を方向性結合器３１に送信する。
【００４８】
方向性結合器３１は、発信器３０によって生成出力された搬送波信号Ｓ１を分岐出力する。具体的には、方向性結合器３１は、発信器３０からの搬送波信号Ｓ１を変調器３３に送信するとともに、この搬送波信号Ｓ１と同じ波形を有する信号（以下、搬送波参照信号Ｓ２という）をハイブリッド方向性結合器３８に送信する。
【００４９】
パターン信号発生器３２は、上述した搬送波信号Ｓ１の変調処理に用いるパターン信号を生成出力する。具体的には、パターン信号発生器３２は、鋼管１５からの反射波から搬送波成分を検波し易い周波数帯域のパターン信号を生成する。この場合、パターン信号発生器３２は、例えば、搬送波信号Ｓ１の周波数の１／１０未満である周波数帯域のパターン信号を生成する。さらに望ましくは、パターン信号発生器３２は、このパターン信号の周波数条件を満足するとともに、外乱の影響を受け難い特有のパターン波形を有する疑似ランダム信号を生成する。なお、この疑似ランダム信号等のパターン信号の波形は、検査対象の鋼管１５に応じて選択すればよい。本実施の形態において、パターン信号発生器３２は、変調処理のためのパターン信号として、疑似ランダム信号Ｓ３を変調器３３に送信する。また、パターン信号発生器３２は、この疑似ランダム信号Ｓ３と同じ波形を有する信号（以下、パターン参照信号Ｓ６という）を遅延回路３５に送信する。
【００５０】
ここで、疑似ランダム信号Ｓ３は、図４に示すように、擬似的にランダムなパターン波形を有する信号である。この疑似ランダム信号Ｓ３のパターン波形は、本実施の形態における電磁波探傷機２（図１参照）に固有のものであり、通常、自然界に存在し得ない。すなわち、疑似ランダム信号Ｓ３を用いて変調された電磁波は、自然界等から受ける外乱に影響され難いため、鋼管１５の内面探傷に好適である。なお、この疑似ランダム信号Ｓ３のパターン長は、ビット数によって表現される。このパターン長のビット数として、例えば、６３ビット、１２７ビット、２５５ビット、５１１ビット等が頻繁に用いられる。
【００５１】
変調器３３は、ミキサー等を用いて実現され、上述した搬送波信号Ｓ１を変調出力する。具体的には、変調器３３は、方向性結合器３１から搬送波信号Ｓ１を取得し、パターン信号発生器３２から疑似ランダム信号Ｓ３を取得する。変調器３３は、この取得した搬送波信号Ｓ１に対して疑似ランダム信号Ｓ３を乗じ、これによって、搬送波信号Ｓ１を変調する。変調器３３は、このような変調後の搬送波信号Ｓ１を変調信号Ｓ４としてサーキュレータ３４に送信する。
【００５２】
サーキュレータ３４は、信号伝搬方向を規制するためのものである。具体的には、サーキュレータ３４は、変調器３３から変調信号Ｓ４を受信した場合、その都度、図３の破線矢印によって示されるように、変調器３３からの変調信号Ｓ４を矩形導波管４に送信する。この場合、変調信号Ｓ４は、矩形導波管４内を伝搬し、ついで、図１に示した円形−矩形変換器５内を伝搬する。その後、変調信号Ｓ４は、電磁波としてアンテナ６から鋼管１５の中空内部１５ａに送信される（図２参照）。すなわち、上述した電磁波探傷機２は、疑似ランダム信号Ｓ３を用いて変調した電磁波をアンテナ６から鋼管１５内に送信する。一方、サーキュレータ３４は、鋼管１５からの反射波を矩形導波管４から受信した場合、その都度、図３の破線矢印によって示されるように、この反射波の信号（以下、反射波信号Ｓ５という）を復調器３６に送信する。
【００５３】
遅延回路３５は、上述したパターン信号発生器３２からのパターン参照信号Ｓ６を遅延させて復調器３６に送信する。具体的には、遅延回路３５は、パターン信号発生器３２が変調器３３に疑似ランダム信号Ｓ３を送信する都度、この疑似ランダム信号Ｓ３に対応するパターン参照信号Ｓ６をパターン発生器３２から取得する。遅延回路３５は、この疑似ランダム信号Ｓ３に比して、パターン信号発生器３２からのパターン参照信号Ｓ６を連続的に遅延させ、その都度、遅延処理後のパターン参照信号Ｓ６を復調器３６に送信する。
【００５４】
復調器３６は、ミキサー等を用いて実現され、上述した反射波信号Ｓ５に対する復調処理を行う。具体的には、復調器３６は、サーキュレータ３４から反射波信号Ｓ５を取得し、遅延回路３５からパターン参照信号Ｓ６を取得する。復調器３６は、この取得した反射波信号Ｓ５とパターン参照信号Ｓ６とをもとに相関演算処理を行う。これによって、復調器３６は、反射波信号Ｓ５から搬送波成分を復調し、その都度、取得した搬送波成分の信号（以下、搬送波成分信号Ｓ７という）を方向性結合器３７に送信する。
【００５５】
方向性結合器３７は、復調器３６によって復調された搬送波成分信号Ｓ７を分岐出力する。具体的には、方向性結合器３７は、復調器３６からの搬送波成分信号Ｓ７をミキサー３９ａ側とミキサー３９ｂ側とに分岐して、ミキサー３９ａ，３９ｂの各々に搬送波成分信号Ｓ７を送信する。
【００５６】
ハイブリッド方向性結合器３８は、方向性結合器３１から受信した搬送波参照信号Ｓ２を互いに異なる信号成分に分岐出力する。具体的には、ハイブリッド方向性結合器３８は、方向性結合器３１から搬送波参照信号Ｓ２を受信する都度、この搬送波参照信号Ｓ２を搬送波の０°成分と９０°成分とに分岐する。なお、搬送波参照信号Ｓ２の９０°成分は、この０°成分に比して位相が９０°異なる信号成分である。ハイブリッド方向性結合器３８は、搬送波参照信号Ｓ２の０°成分をミキサー３９ａに送信し、搬送波参照信号Ｓ２の９０°成分をミキサー３９ｂに送信する。
【００５７】
ミキサー３９ａ，３９ｂは、鋼管１５の内面性状に対応する信号振幅等を検波するためのものである。具体的には、ミキサー３９ａは、ハイブリッド方向性結合器３８から搬送波参照信号Ｓ２の０°成分を取得し、方向性結合器３７から搬送波成分信号Ｓ７を取得する。ミキサー３９ａは、取得した搬送波参照信号Ｓ２の０°成分と搬送波成分信号Ｓ７とをもとに相関演算処理を行い、これによって、搬送波成分信号Ｓ７の０°成分を位相検波する。この結果、ミキサー３９ａは、この搬送波成分信号Ｓ７の０°成分の振幅値を検出する。ミキサー３９ａは、このように検出した０°成分の振幅値を示す信号（以下、０度成分信号Ｓ８という）を生成する。
【００５８】
一方、ミキサー３９ｂは、ハイブリッド方向性結合器３８から搬送波参照信号Ｓ２の９０°成分を取得し、方向性結合器３７から搬送波成分信号Ｓ７を取得する。ミキサー３９ｂは、取得した搬送波参照信号Ｓ２の９０°成分と搬送波成分信号Ｓ７とをもとに相関演算処理を行い、これによって、搬送波成分信号Ｓ７の９０°成分を位相検波する。この結果、ミキサー３９ｂは、この搬送波成分信号Ｓ７の９０°成分の振幅値を検出する。ミキサー３９ｂは、このように検出した９０°成分の振幅値を示す信号（以下、９０度成分信号Ｓ９という）を生成する。
【００５９】
上述したようにミキサー３９ａ，３９ｂによって各々生成された０度成分信号Ｓ８および９０度成分信号Ｓ９は、図１に示した電磁波探傷機２による鋼管１５の内面探傷結果を示す探傷信号として、演算処理部８に送信される。
【００６０】
つぎに、本発明の実施の形態にかかる金属管内面探傷方法について説明する。本実施の形態にかかる金属管内面探傷方法では、図１，２に示したように、検査対象の鋼管１５の外部から、アンテナ６を介して鋼管１５の中空内部１５ａに電磁波を送信し、これによって鋼管１５の内面から反射した反射波をアンテナ６によって受信する。なお、この鋼管１５に対する電磁波の送受信の期間、回転部７によって鋼管１５を、管軸ＣＬを回転中心として１／４回転以上、回転する。
【００６１】
このように受信した鋼管１５からの反射波をもとに、電磁波探傷機２によって鋼管１５の内面探傷を行い、この鋼管１５の内面探傷結果をもとに、演算処理部８によって鋼管１５の内面性状を算出する。ついで、この鋼管１５の内面性状の算出結果を管理コンピュータ１０の制御部１４に取り込み、この制御部１４の判定処理部１４ａによって、鋼管１５の内面性状の算出結果をもとに鋼管１５の内面の欠陥有無を判定する。
【００６２】
ここで、本実施の形態にかかる金属管内面探傷方法における信号処理部３の信号処理および演算処理部８の演算処理について詳細に説明する。図５は、信号処理部の変調処理を説明するための模式図である。図６は、信号処理部の復調処理を説明するための模式図である。図７は、信号処理部の位相検波処理を説明するための模式図である。図８は、演算処理部の演算処理を説明するための模式図である。図９は、演算処理部によって算出された鋼管の内面性状信号の一例を示す模式図である。
【００６３】
上述したように鋼管１５の中空内部１５ａに電磁波を送信する際、信号処理部３の変調器３３（図３参照）による変調処理によって、この電磁波を生成する。すなわち、図５に示すように、例えば１００［ＧＨｚ］の正弦波である搬送波信号Ｓ１に疑似ランダム信号Ｓ３を乗じ、これによって、搬送波信号Ｓ１を変調した変調信号Ｓ４を生成する。なお、この変調信号Ｓ４は、図５を参照して判るように、搬送波信号Ｓ１の位相が疑似ランダム信号Ｓ３のパターン波形に対応して変化した信号である。すなわち、疑似ランダム信号Ｓ３のパターン波形の振幅が零である時間は、変調信号Ｓ４の波形の振幅も零である。このような変調信号Ｓ４を、図３に示したサーキュレータ３４から矩形導波管４へ導波し、その後、図１に示した矩形導波管４および円形−矩形変換器５を介してアンテナ６から電磁波として鋼管１５の中空内部１５ａに放射する。
【００６４】
その後、図１，２に示したようにアンテナ６によって鋼管１５からの反射波を受信し、円形−矩形変換器５および矩形導波管４を介して信号処理部３へ、この反射波を導波する。信号処理部３においては、図３に示したように、この鋼管１５からの反射波の信号、すなわち反射波信号Ｓ５を、サーキュレータ３４によって復調器３６に導く。
【００６５】
ここで、この反射波信号Ｓ５は、図５に示した変調信号Ｓ４に比して遅延時間△ｔだけ時間が遅れ且つ振幅値が変化（一般的には減少変化）した波形の信号である。また、鋼管１５からの反射波にノイズが存在する場合、このノイズは、反射波信号Ｓ５の波形に重畳することになる。なお、遅延時間△ｔは、上述したアンテナ６と鋼管１５の内面に存在する反射体（例えば欠陥１６または内面表層の凹凸部分等）との間を伝搬する電磁波の往復時間に相当する。すなわち、アンテナ６から鋼管１５に照射した電磁波の反射位置が、鋼管１５のアンテナ６側開口端（以下、電磁波入射側開口端という）から管軸ＣＬ方向に離間するに伴い、遅延時間△ｔは増大する。
【００６６】
このような反射波信号Ｓ５を復調器３６に入力し、復調器３６によって、反射波信号Ｓ５に対する復調処理を行う。具体的には、遅延回路３５（図３参照）によって、鋼管１５に対する電磁波の照射開始時間からパターン参照信号Ｓ６の時間を連続的に遅らせる。例えば、パターン参照信号Ｓ６に対する１回の遅延処理毎に１０［ｐｓｅｃ］だけパターン参照信号Ｓ６を遅らせるように遅延回路３５を制御する。この場合、５００回の遅延処理によってパターン参照信号Ｓ６の遅れを零に戻す。すなわち、この遅延処理によるパターン参照信号Ｓ６を用いれば、５０［ｎｓ］までの遅れを生じた反射波信号Ｓ５をスキャンできる。
【００６７】
ついで、復調器３６によって、遅延回路３５による遅延処理後のパターン参照信号Ｓ６と反射波信号Ｓ５とを相関演算処理する。上述したような信号遅延処理および相関演算処理を繰り返し実行し、ついには、図６に示すように、遅延処理後のパターン参照信号Ｓ６の時間が反射波信号Ｓ５の遅延時間△ｔと一致する。この場合、互いに同じ遅延時間△ｔのパターン参照信号Ｓ６と反射波信号Ｓ５とを相関演算処理することによって、反射波信号Ｓ５の搬送波成分のみが残る。このようにして、反射波信号Ｓ５から搬送波成分信号Ｓ７を復調する。
【００６８】
その後、ミキサー３９ａ，３９ｂによって搬送波成分信号Ｓ７を位相検波して、鋼管１５の内面性状に対応する信号振幅等を検出する。具体的には、位相検波処理対象の搬送波成分信号Ｓ７をミキサー３９ａ，３９ｂに分岐して入力する。また、この位相検波処理に用いる搬送波参照信号Ｓ２をハイブリッド方向性結合器３８によって０°成分と９０°成分とに分岐する。この搬送波参照信号Ｓ２の０°成分をミキサー３９ａに入力するとともに、この搬送波参照信号Ｓ２の９０°成分をミキサー３９ｂに入力する。つぎに、ミキサー３９ａ，３９ｂの各々によって、搬送波参照信号Ｓ２の０°成分および搬送波成分信号Ｓ７の相関演算処理と、搬送波参照信号Ｓ２の９０°成分および搬送波成分信号Ｓ７の相関演算処理とを行う。これによって、図７に示すような搬送波成分信号Ｓ７の０°成分と９０°成分とを位相検波する。
【００６９】
さらに、ミキサー３９ａ，３９ｂの各々によって、図７に示すような搬送波成分信号Ｓ７の０°成分および９０°成分の各振幅値Ａ１，Ａ２を検出する。その後、ミキサー３９ａ，３９ｂから、この０°成分の振幅値Ａ１を示す０度成分信号Ｓ８と、この９０°成分の振幅値Ａ２を示す９０度成分信号Ｓ９とを演算処理部８（図１参照）に入力する。
【００７０】
上述したように電磁波探傷機２による鋼管１５の内面探傷結果を示す探傷信号、すなわち、０度成分信号Ｓ８および９０度成分信号Ｓ９を演算処理部８に入力した後、演算処理部８によって、０度成分信号Ｓ８および９０度成分信号Ｓ９をもとに鋼管１５の内面性状を算出する。具体的には、０度成分信号Ｓ８の振幅値Ａ１と９０度成分信号Ｓ９の振幅値Ａ２とを自乗和し、この算出値の平方根をとる。これによって、図８に示すような探傷信号の振幅値Ａ３を得る。
【００７１】
ついで、演算処理部８によって、図８に示した探傷信号の振幅値Ａ３をもとに、鋼管１５の内面性状を示す信号の出力値Ｅ（電圧値）を算出し、且つ、この探傷信号の遅延時間△ｔをもとに、この出力値Ｅに対応する鋼管１５の内面性状の距離Ｌを算出する。ここで、距離Ｌは、鋼管１５の電磁波入射側開口端から管軸ＣＬ方向への離間距離であり、鋼管１５の全内面領域のうちの出力値Ｅに対応する内面性状部分の位置を示す。このような距離Ｌは、探傷信号の遅延時間△ｔと電磁波の伝搬速度ｃとを用い、次式（１）によって算出される。
Ｌ＝（△ｔ×ｃ）／２                                    ・・・（１）
なお、この式（１）において、伝搬速度ｃは、ほぼ光速に等しい。
【００７２】
上述したようにして、鋼管１５の内面性状を示す出力値Ｅと内面性状位置を示す距離Ｌとを遅延時間△ｔ別に順次算出する。これによって、一連の遅延時間△ｔにおける出力値Ｅおよび距離Ｌの各組合せを取得する。ついで、これらの各組合せをもとに、演算処理部８によって、出力値Ｅの波形を距離Ｌ順に配列する。これによって、図９に示すように、鋼管１５の内面性状を距離Ｌ別に示す波形を有する内面性状信号を生成する。
【００７３】
ここで、図９に示す内面性状信号は、鋼管１５の管長が１０［ｍ］であり且つ鋼管１５の電磁波入射側開口端から３［ｍ］の位置に欠陥１６（例えば、長さ２０［ｍｍ］、幅５［ｍｍ］の剥がれ）が存在する場合の波形を示す。すなわち、この内面性状信号は、距離Ｌ＝３［ｍ］において、欠陥１６の存在を示すピークＰ３の波形を示す。このピークＰ３の出力値Ｅ［Ｖ］は、図９に示すように、他の距離Ｌにおける波形のピーク（例えばピークＰ１，Ｐ２）に比して極めて高い。なお、この内面性状信号において、距離Ｌ＝０［ｍ］における波形のピークＰ１は、鋼管１５の電磁波入射側開口端を示し、距離Ｌ＝１０［ｍ］における波形のピークＰ２は、この電磁波入射側開口端と反対側の鋼管１５開口端を示す。
【００７４】
続いて、図１に示したアンテナ６と鋼管１５との相対的な所定の回転角度毎に、演算処理部８によって、鋼管１５の内面性状信号を算出する。これによって、鋼管１５の回転角度毎の各内面性状信号を取得する。その後、演算処理部８によって回転角度毎の各内面性状信号同士を差分し、これによって、鋼管１５の内面性状に固有のノイズ成分を内面性状信号から除去する。欠陥１６を示す信号（以下、欠陥信号という）の出力値は、鋼管１５の回転角度に応じて大きく変化するが、内面性状信号の出力値は大きく変化しないため、上述した内面性状信号同士の差分の効果が得られる。この結果、欠陥信号のピークが強調される。また、演算処理部８によって、電磁波探傷機２の装置固有信号と内面性状信号とを差分し、これによって、電磁波探傷機２に固有のノイズ成分を内面性状信号から除去する。
【００７５】
なお、上述した内面性状信号の波形における各ピークの振幅値、すなわち距離Ｌ別の各出力値Ｅは、鋼管１５に対する電磁波の送受信距離の増大に伴って減少する。この場合、演算処理部８によって、補正カーブ等の補正情報に示される感度補正値と内面性状信号の出力値Ｅとを距離Ｌ別に乗じる。これによって、内面性状信号における距離Ｌ別の各出力値Ｅを補正する。
【００７６】
上述したように演算処理部８によって内面性状信号を補正処理した後、この補正処理後の内面性状信号を演算処理部８から管理コンピュータ１０の制御部１４（図１参照）に入力する。この入力した内面性状信号をもとに、制御部１４の判定処理部１４ａによって、鋼管１５の内面の欠陥有無を判定する。具体的には、判定処理部１４ａによって、この内面性状信号の波形における各ピークの出力値Ｅと、予め設定した欠陥有無判定の閾値とを比較する。この比較処理の結果、この内面性状信号の波形に、欠陥有無判定の閾値を超過する出力値Ｅを示すピークが存在する場合、鋼管１５の内面に欠陥有りと判定する。また、鋼管１５の内面に欠陥有りと判定した場合、この閾値超過の出力値Ｅを示すピークの距離Ｌをもとに、判定処理部１４ａによって、鋼管１５の内面における欠陥発生位置を特定する。一方、この欠陥有無判定の閾値を超過する出力値Ｅを示すピークが存在しない場合、鋼管１５の内面に欠陥無しと判定する。
【００７７】
その後、上述した鋼管１５の欠陥有無判定結果を示す情報、内面性状信号に例示される鋼管１５の内面性状を示す情報等、鋼管１５の内面性状の検査に有用な情報を表示部１２に表示する。作業者は、この表示部１２の表示情報を確認することによって、鋼管１５の内面性状および鋼管１５内面における欠陥有無を検査できる。また、鋼管１５の内面に欠陥１６（図２参照）が存在する場合、作業者は、表示部１２に表示された鋼管１５の内面性状信号を確認することによって、鋼管１５の内面における欠陥１６の発生位置を距離Ｌに基づいて特定できる。
【００７８】
なお、上述した実施の形態にかかる金属管内面探傷方法では、検査対象の鋼管１５に対して１００［ＧＨｚ］の電磁波、すなわち、ミリ波を送受信していた。しかし、このミリ波に代えてテラヘルツ波またはマイクロ波を鋼管１５に対して送受信した場合であっても、ミリ波の場合と同様の作用効果を享受する。すなわち、鋼管１５に対して送受信する電磁波として、マイクロ波、ミリ波、またはテラヘルツ波のいずれを用いてもよい。
【００７９】
つぎに、図１に示した電磁波探傷機２のアンテナ６と鋼管１５との相対的な回転に起因する鋼管１５の内面性状信号の影響について説明する。図１０は、検査対象の鋼管内部を伝搬する電磁波の電磁界分布の一例を示す鋼管断面図である。図１１は、検査対象の鋼管内部を伝搬する電磁波の電磁界分布の一例を示す鋼管展開図である。図１２は、電磁波送受信アンテナと鋼管との相対的な回転に起因する鋼管の内面性状信号の影響を説明するための図である。
【００８０】
なお、図１０には、鋼管１５内の電磁波の電磁界分布を説明するために、鋼管１５の横断面図および縦断面図が示されている。図１１には、鋼管１５内面における電磁界分布を説明するために、鋼管１５の内面展開図が示されている。また、図１０，１１において、実線矢印は電界の分布および方向を示し、点線矢印は磁界の分布および方向を示し、破線矢印は鋼管１５内面における表面電流の分布および方向を示す。
【００８１】
上述したように電磁波探傷機２によってアンテナ６から鋼管１５の中空内部１５ａに電磁波が送信された場合（図２参照）、鋼管１５内を伝搬する電磁波の伝搬モードは、この鋼管１５の内部形状等の状態に制約される。例えば、本実施の形態に示すように鋼管１５が円筒形状をなす場合、ＴＥ１１モードの電磁波が鋼管１５内を伝搬する。
【００８２】
具体的には、ＴＥ１１モードの電磁波が鋼管１５内を伝搬する場合、図１０に示すように、鋼管１５内に電界および磁界が分布する。すなわち、鋼管１５内において、電界および磁界は、互いを発生させあいつつ、電磁波の進行方向に対して垂直に分布する。また、この磁界によって鋼管１５の内面に表面電流が誘起する。この磁界および表面電流は、鋼管１５の内面において図１１に示すように分布する。すなわち、鋼管１５の内面において、磁界（図１１の点線矢印参照）は、図１０に示した電界を囲うように環状に分布する。表面電流（図１１の破線矢印参照）は、この磁界によって囲まれた領域間を入出するように、鋼管１５の内面に分布する。
【００８３】
ここで、鋼管１５内面の表面電流は、図１１に示すように、鋼管１５の周方向に沿って流れるものと、鋼管１５の軸方向（すなわち管軸ＣＬの方向）に沿って流れるものとの２種類に大別される。このような表面電流のうちの何れかが、図１１に示すように鋼管１５内面の欠陥１６に対して垂直に流れる場合、欠陥１６は高感度に探傷される。なお、このような欠陥１６の探傷感度は、鋼管１５内面の表面電流と欠陥１６とのなす角度が９０度に近づくに伴って高くなり、この角度が０度に近づくに伴って低くなる。すなわち、図１に示した電磁波探傷機２のアンテナ６に対する相対的な鋼管１５の回転に伴って、欠陥１６の探傷感度は変化する。
【００８４】
具体的には、鋼管１５内面の表面電流と欠陥１６とが直交する（図１１参照）場合、この欠陥１６に対応する信号波形のピークＰ３は、図１２に示すように、鋼管１５内面の正常部分を示す信号波形と容易に弁別できる程度に極めて高い。しかし、この欠陥１６を示すピークＰ３は、図１２の破線領域に示されるように、鋼管１５内面の表面電流と欠陥１６とが直交した状態からアンテナ６に対して相対的に鋼管１５を回転するに伴い減少する。例えば、この表面電流と欠陥１６との直交状態からアンテナ６に対して相対的に鋼管１５を３０度回転した場合、ピークＰ３は鋼管１５の回転前に比して低くなり、さらに鋼管１５を３０度回転（合計６０度回転）した場合、ピークＰ３は、この３０度回転前に比して低くなる。さらに鋼管１５を３０度回転（合計９０度回転）した場合、ピークＰ３は、図１２の破線領域に示されるように、鋼管１５内面の正常部分を示す信号波形との弁別が困難な程度にまで低くなる。
【００８５】
図１２に示したピークＰ３の減少変化は、アンテナ６に対して相対的に鋼管１５を９０度まで回転する間に、鋼管１５内面の表面電流と欠陥１６とのなす角度が９０度から連続的に減少して０度に近似したために生じる。言い換えれば、たとえ欠陥１６を示すピークＰ３が鋼管１５内面の正常部分に比して低いピークであっても、アンテナ６に対して相対的に９０度以上、鋼管１５を回転すれば、このピークＰ３は、図１２に示すように、この正常部分に比して極めて高いピークになる。すなわち、このピークＰ３を最大化するためには、図１に示した回転部７によって鋼管１５を１／４回転以上、アンテナ６に対して相対的に回転すればよい。これによって、鋼管１５内面の表面電流と欠陥１６とが直交する状態が必ず発生し、この状態において、ピークＰ３が最大になる。この結果、欠陥１６の探傷感度が最大限に高まって、鋼管１５内面の欠陥１６を確実に検出できるようになる。
【００８６】
なお、上述した鋼管１５の内面に電磁波を照射して鋼管１５の内面探傷を行うためには、この鋼管１５の内径に応じて、電磁波の波長を適切に選択する必要がある。具体的には、鋼管１５の内径が決まれば、鋼管１５の探傷に用いる電磁波の遮断周波数が決まる。
【００８７】
例えば、鋼管１５内における電磁波の伝搬モードがＴＥ１１モードである場合、この電磁波の遮断波長は、文献「マイクロ波およびミリ波回路」（小口文一著  丸善  １９６４）によれば、鋼管１５の内周の約１／１．８４である。このため、鋼管１５の内径が例えば５［ｍｍ］であれば、電磁波の遮断波長は、約８［ｍｍ］となる。なお、波長が８［ｍｍ］である電磁波の周波数は、３７．５［ＧＨｚ］である。すなわち、３７．５［ＧＨｚ］以上の周波数の電磁波を用いれば、この内径が５［ｍｍ］の鋼管１５の内面探傷が可能である。具体的には、電磁波探傷機２が鋼管１５に対して照射する電磁波の周波数が例えば１００［ＧＨｚ］である場合、この電磁波の波長は３［ｍｍ］となる。このため。この電磁波を用いることによって、内径が２［ｍｍ］弱までの鋼管１５の内面探傷を行うことができる。なお、破断波長近傍の波長の電磁波を鋼管１５の内面探傷に用いた場合、鋼管１５に対する電磁波の送受信における減衰が大きくなる可能性がある。このため、電磁波の波長は、破断波長の１／２程度の波長にすることが望ましく、これによって、鋼管１５の内面探傷を効率よく行えるようになる。
【００８８】
つぎに、上述した鋼管１５の内面性状を示す内面性状信号からノイズ成分を除去する補正処理について説明する。図１３は、電磁波探傷機に固有のノイズ成分を内面性状信号から除去する補正処理を説明するための図である。図１４は、検査対象の鋼管の内面性状に固有のノイズ成分を内面性状信号から除去する補正処理を説明するための図である。
【００８９】
まず、鋼管１５の内面性状信号から電磁波探傷機２に固有のノイズ成分を除去する補正処理について説明する。この補正処理においては、鋼管１５等の金属管の無い空間中に対して、電磁波探傷機２によって電磁波を送受信し、これによって、電磁波探傷機２に固有のノイズ成分を含む装置固有信号を予め取得する。この電磁波探傷機２に固有のノイズ成分は、鋼管１５等の検査対象の金属管の形状または内面性状に殆ど影響されず、電磁波探傷機２に起因する波形の信号成分である。具体的には、図１３に示すように、鋼管１５の内面性状信号と電磁波探傷機２の装置固有信号とを比較することによって、電磁波探傷機２に固有のノイズ成分が判る。すなわち、図１３において、内面性状信号の波形のうち、装置固有信号の波形とほぼ同じ波形部分、例えば、ピーク群ＰＧ１〜ＰＧ４の波形部分が、電磁波探傷機２に固有のノイズ成分である。
【００９０】
このような電磁波探傷機２に固有のノイズ成分を鋼管１５の内面性状信号から除去するためには、上述したように演算処理部８によって装置固有信号と内面性状信号とを差分すればよい。これによって、鋼管１５の内面性状信号から、電磁波探傷機２に固有のノイズ成分、例えば図１３に示すピーク群ＰＧ１〜ＰＧ４の各信号成分を除去できる。
【００９１】
つぎに、鋼管１５の内面性状に固有のノイズ成分を除去する補正処理ついて説明する。この補正処理においては、図１に示したアンテナ６と鋼管１５との相対的な所定の回転角度毎に、鋼管１５の内面性状信号を取得する。なお、鋼管１５の内面性状に固有のノイズ成分は、鋼管１５の正常部分の内面性状または管厚斑（内径斑）に起因して変化する。このため、管内面に欠陥部分の無い健全な鋼管を別途用いて鋼管１５の内面性状信号を補正しても、この内面性状信号から、鋼管１５に固有のノイズ成分を除去することは困難である。このため、演算処理部８によって、アンテナ６と鋼管１５との相対的な回転角度毎の各内面性状信号同士を差分し、これによって、鋼管１５の内面性状に固有のノイズ成分を内面性状信号から除去する。
【００９２】
例えば図１４に示すように、鋼管１５内の欠陥１６を示すピークＰ３が最大化した状態の内面性状信号と、この状態から鋼管１５をアンテナ６に対して相対的に６０度回転した状態の内面性状信号とを差分する。ここで、欠陥１６を示す欠陥信号の出力値は、アンテナ６と鋼管１５との相対的な回転に応じて変化する。しかし、鋼管１５の内面性状に固有のノイズ成分の出力値は、アンテナ６と鋼管１５とが相対的に回転しても、欠陥信号に比して殆ど変化しない。したがって、図１４に示すように、鋼管１５の６０度回転前後の各内面性状信号同士を差分することによって、鋼管１５の内面性状に固有のノイズ成分を除去した低ノイズの内面性状信号が得られる。
【００９３】
上述したような補正処理後の内面性状信号において、欠陥信号とノイズレベルとの比、すなわち、Ｓ／Ｎ比は、図１４に示すように、補正前の内面性状信号における欠陥信号のＳ／Ｎ比（＝２）に比して高い値（＝３）になった。このように、本補正処理によって、欠陥信号のピークＰ３は、内面性状信号における正常部分の信号ピークに比して一層顕著となり、この結果、内面性状信号の中から正常部分の信号と欠陥信号とを弁別し易くなった。
【００９４】
なお、上述したような補正処理後の内面性状信号には、欠陥有無判定の閾値が設定され、図１に示した管理コンピュータ１０の判定処理部１４ａによって、この内面性状信号の各ピークの出力値と閾値との比較処理が行われる。この比較処理の結果をもとに、鋼管１５の内面における欠陥有無が判定される。
【００９５】
以上、説明したように、本発明の実施の形態では、検査対象の鋼管の外部から鋼管内部に電磁波を送信して、この鋼管の内面からの反射波を受信し、この反射波に基づく鋼管の内面探傷結果をもとに、この鋼管の内面性状を算出し、この内面性状の算出結果をもとに、この鋼管内面の欠陥有無を判定している。このため、作業者が直に鋼管内面を目視することなく、また、撮像系あるいはミラー等の鋼管内面の性状を写す装置を鋼管の内部に挿入することなく、検査対象の鋼管内部の全領域に亘って、鋼管内面の性状を検査できる。これによって、鋼管内部に装置を挿入する手間を省けるとともに、鋼管内部への装置の挿入に必要な支持部等の装置構成を省くことができる。この結果、装置構成の小型化および簡易化を促進できるとともに、鋼管内面の全領域に亘って容易に欠陥の有無を検査することができる。
【００９６】
また、低温状態の鋼管の内面探傷は勿論、熱間加工後または温間加工後の高温な鋼管の内面探傷を行うことができる。この結果、作業者の目視または管内部への装置挿入に不向きな高温度環境下であっても、鋼管内面の欠陥有無を安全且つ容易に検査することができる。
【００９７】
さらに、撮像系あるいはミラー等の装置の規模に起因して検査対象の鋼管の管長および管開口寸法（例えば内径）が制限されることなく、電磁波の波長（周波数）を適切に選択することによって、検査対象の鋼管の寸法を多様化できる。この結果、たとえ作業者の目視または管内部への装置挿入が困難な管長または管開口寸法の鋼管であっても、鋼管寸法を問わず、鋼管内面の欠陥有無を検査することができる。
【００９８】
また、本発明の実施の形態では、検査対象の鋼管の管軸を回転中心として、この鋼管と電磁波の送受信アンテナとを相対的に回転し、このアンテナに対する相対的な鋼管の回転角度毎に、この鋼管の内面性状を示す内面性状信号を算出し、回転角度毎の各内面性状信号同士を差分している。このため、この鋼管の内面性状に固有のノイズ成分を鋼管の内面性状信号から除去することができる。この結果、鋼管内面の欠陥有無の検査精度を高めることができる。また、鋼管に対して電磁波を送受信する装置に固有のノイズ成分を予め取得し、この装置固有のノイズ成分を鋼管の内面性状信号から除去している。これによって、鋼管内面の欠陥有無の検査精度を一層高めることができる。
【００９９】
さらに、本発明の実施の形態では、電磁波の送受信アンテナと検査対象の鋼管とを相対的に１／４回転以上回転している。このため、電磁波によって鋼管内面に誘起した表面電流と鋼管内面の欠陥とを必ず直交させることができ、これによって、この欠陥を示す欠陥信号のピークを最大化することができる。この結果、鋼管内面の正常部分を示す信号のピークと欠陥信号のピークとを容易に弁別できることから、鋼管内面の欠陥有無を的確に検査することができる。
【０１００】
なお、上述した実施の形態では、検査対象の金属管として、円筒形状のシームレス鋼管（鋼管１５）を例示していたが、これに限らず、本発明における検査対象の金属管は、矩形の鋼管等、円筒形状以外の形状の鋼管であってもよい。また、シームレス鋼管に限らず、溶接部分等の継ぎ目を胴体部に有する鋼管等の継ぎ目有り金属管であってもよい。さらに、検査対象の金属管を構成する金属材は、鉄鋼材に限らず、銅またはアルミニウム等の鉄鋼材以外の金属材であってもよい。すなわち、本発明において、検査対象の金属管の形状および材質は特に問わない。
【０１０１】
また、上述した実施の形態では、搬送波の変調処理等によって生成した電磁波の伝搬モードを矩形導波路の伝搬モードから円形導波路の伝搬モードに変換し、この円形導波路の伝搬モードの電磁波を鋼管１５に送信していたが、これに限らず、電磁波の伝搬モードは、検査対象の金属管の形状に対応して変更してもよい。例えば、検査対象の金属管が矩形状の金属管であれば、上述した円形−矩形変換器５およびアンテナ６を用いず、矩形導波管４の出力端に矩形状のアンテナを接続し、この矩形状のアンテナを介して矩形状の金属管に電磁波を送受信してもよい。
【０１０２】
さらに、検査対象の金属管内における電磁波の伝搬モードは、上述したＴＥ１１モードに限定されず、ＴＭ０１モードまたはＴＥ２１モード等、ＴＥ１１モード以外の伝搬モードであってもよい。すなわち、電磁波の伝搬モードは、検査対象の金属管の形状に応じたものであればよい。
【０１０３】
また、上述した実施の形態では、アンテナ６に対して相対的に鋼管１５を、回転部７によって回転していたが、これに限らず、検査対象の金属管に対して電磁波を送受信する期間に、この金属管と電磁波の送受信アンテナとを相対的に回転すればよい。例えば、電磁波探傷機２にアンテナ６の回転機構を設け、鋼管１５に対して相対的にアンテナ６を回転してもよい。
【０１０４】
さらに、アンテナ６と鋼管１５との相対的な回転角度をエンコーダ７ａによって測定していたが、これに限らず、アンテナ６の回転機構に設けたエンコーダによって回転角度を測定してもよいし、鋼管１５の開口端の画像を撮像部によって撮像し、この撮像した開口端画像の変化をもとに回転角度を検出してもよい。
【０１０５】
また、上述した実施の形態では、搬送波信号Ｓ１を変調するためのパターン信号として、疑似ランダム信号Ｓ３を用いていたが、これに限らず、搬送波信号Ｓ１の変調処理に用いるパターン信号は、検査対象の金属管からの反射波から搬送波成分を検波し易い周波数帯域のパターン信号であればよい。例えば、このパターン信号は、矩形パターンの信号であってもよいし、正弦波であってもよい。また、このパターン信号の周波数は、搬送波信号Ｓ１の周波数の１／１０未満であればよい。例えば、搬送波信号Ｓ１の周波数が１００［ＧＨｚ］であれば、このパターン信号の周波数は、１００［ＭＨｚ］〜１［ＧＨｚ］であってもよい。
【０１０６】
さらに、上述した実施の形態では、アンテナ６と鋼管１５とを相対的に６０度回転する毎に回転前後における各内面性状信号を差分し、これによって、鋼管１５の内面性状に固有のノイズ成分を内面性状信号から除去していたが、各内面性状信号を差分する際の回転角度は、特に６０度に限らず、所望の角度であってもよい。
【０１０７】
また、上述した実施の形態では、回転部７によって鋼管１５を能動的に回転していたが、これに限らず、回転部７を用いず、加工後に搬出された金属管、例えば管軸を中心に回動しつつ搬送される金属管に対して電磁波を送受信して、この金属管の内面探傷を行ってもよい。
【０１０８】
また、上述した実施の形態または変形例により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上述した実施の形態または変形例に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０１０９】
１  金属管内面探傷装置
２  電磁波探傷機
３  信号処理部
４  矩形導波管
５  円形−矩形変換器
６  アンテナ
７  回転部
７ａ  エンコーダ
８  演算処理部
１０  管理コンピュータ
１１  入力部
１２  表示部
１３  記憶部
１４  制御部
１４ａ  判定処理部
１５  鋼管
１５ａ  中空内部
１６  欠陥
３０  発信器
３１，３７  方向性結合器
３２  パターン信号発生器
３３  変調器
３４  サーキュレータ
３５  遅延回路
３６  復調器
３８  ハイブリッド方向性結合器
３９ａ，３９ｂ  ミキサー
ＣＬ  管軸
Ｐ１〜Ｐ３  ピーク
ＰＧ１〜ＰＧ４  ピーク群
Ｓ１  搬送波信号
Ｓ３  疑似ランダム信号
Ｓ４  変調信号
Ｓ５  反射波信号
Ｓ６  パターン参照信号
Ｓ７  搬送波成分信号
【図１】
2013195141.tif 000003
【図２】
2013195141.tif 000004
【図３】
2013195141.tif 000005
【図４】
2013195141.tif 000006
【図５】
2013195141.tif 000007
【図６】
2013195141.tif 000008
【図７】
2013195141.tif 000009
【図８】
2013195141.tif 000010
【図９】
2013195141.tif 000011
【図１０】
2013195141.tif 000012
【図１１】
2013195141.tif 000013
【図１２】
2013195141.tif 000014
【図１３】
2013195141.tif 000015
【図１４】
2013195141.tif 000016