JP7450305B1 - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面が保護部材で覆われている配管、タンク等、磁性材料の検査対象に直接接触することが難しい場合であっても、精度よく、検査対象の損傷の検査を行うことができる検査装置及び検査方法を提供する。【解決手段】検査装置１は、送信ユニット１１と受信ユニット１２とを備える。送信ユニット１１は、両磁極間にバイアス磁場を生じさせる送信バイアス用電磁石と、両磁極間の磁束を変化させ、磁歪効果により検査対象にガイド波を発生させる励振用電磁石と、を有し、送信バイアス用電磁石の両磁極を結ぶ方向と、励振用電磁石の両磁極を結ぶ方向とが直交するように配置される。受信ユニット１２は、両磁極間にバイアス磁場を生じさせる受信バイアス用電磁石と、ガイド波によって生じる誘導電流を検出するガイド波検出用電磁石と、を有し、受信バイアス用電磁石の両磁極を結ぶ方向と、ガイド波検出用電磁石の両磁極を結ぶ方向とが直交するように配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、検査装置及び検査方法に関し、より詳細には磁性材料の検査対象の損傷を検査する検査装置及び検査方法に関する。

従来、板材、配管等、磁性材料を用いた部材について、損傷の有無を非破壊検査する方法が開発されている。例えば、配管の長い区間について腐食、亀裂等の損傷を容易に検査する非破壊検査方法として、超音波ガイド波を用いた検査方法が開発されている。超音波ガイド波を用いた検査方法としては、特許文献１、特許文献２のように、磁性材料である配管の磁歪効果を利用してガイド波を発生させ、配管の損傷部で反射されたガイド波を測定する方法が知られている。

特開２００８－７６２９６号公報 特開２０２０－７９７９０号公報

特許文献１の超音波探傷装置では、金属製の配管の断熱材を除去し、ローレンツ力を駆動力とするガイド波の送信センサと、ガイド波を受信する受信センサとを、直接配管に接触させて、探傷することとしている。しかしながら、ビル、工場等の配管は断熱材等で保護されている場合が多く、断熱材を除去して送信センサ、受信センサを配管に取り付ける場合、検査にかかる手間が大きい。また、配管等の検査対象の保護部材を取り外すことができない場合、検査対象がコーティングされている場合等においては、検査対象に直接送信センサ、受信センサを接触させることができないため、検査対象を検査することは難しい。

また、特許文献２では、配管が保護部材で覆われている場合であっても、配管を均一に磁化した上で配管にガイド波を発生させて、配管検査を行うこととしている。これにより、ガイド波の強度を高めて精度よくガイド波の反射波を検出することが可能となっている。しかしながら、ガイド波信号強度は残留磁化による磁界の強さに依存するところ、残留磁化による磁界の強さは飽和磁場の６～７割程度にとどまると考えられる。したがって、残留磁化を増強してガイド波の検出精度を高めることが難しい場合がある。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、表面が保護部材で覆われている配管、コーティングが施されたタンク等、磁性材料の検査対象に直接接触することが難しい場合であっても、精度よく、検査対象の損傷の検査を行うことができる検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明の第１の観点に係る検査装置は、
磁性体の検査対象にガイド波を発生させる送信ユニットと、
前記送信ユニットから送信され、前記検査対象の損傷部で反射された前記ガイド波を受信する受信ユニットと、を備え、
前記送信ユニットは、
コイルに直流電流を印加することにより、前記検査対象に対向する両磁極間にバイアス磁場を生じさせる送信バイアス用電磁石と、
コイルに交流電流を印加して前記検査対象に対向する両磁極間の磁束を変化させ、前記送信バイアス用電磁石でバイアス磁場が印加された前記検査対象の領域に、磁歪効果により前記ガイド波を発生させる励振用電磁石と、を有し、
前記送信バイアス用電磁石の両磁極を結ぶ方向と、前記励振用電磁石の両磁極を結ぶ方向とが直交するように配置されており、
前記受信ユニットは、
コイルに直流電流を印加することにより、前記検査対象に対向する両磁極間にバイアス磁場を生じさせる受信バイアス用電磁石と、
両磁極が前記検査対象に対向し、前記受信バイアス用電磁石でバイアス磁場が印加された領域を通過する前記ガイド波によって生じる誘導電流を検出するガイド波検出用電磁石と、を有し、
前記受信バイアス用電磁石の両磁極を結ぶ方向と、前記ガイド波検出用電磁石の両磁極を結ぶ方向とが直交するように配置されている。

また、前記送信ユニットは、
前記送信バイアス用電磁石によるバイアス磁場の方向が、前記送信ユニット又は前記受信ユニットから前記損傷部までの距離を測定する測距方向であり、
前記励振用電磁石による励振方向が、前記測距方向と直交する方向となるように配置される、
こととしてもよい。

また、前記受信ユニットは、
前記受信バイアス用電磁石によるバイアス磁場の方向が、前記測距方向であり、
前記ガイド波検出用電磁石の両磁極を結ぶ方向が前記測距方向と直交する方向となるように配置される、
こととしてもよい。

また、前記検査対象は配管であり、
前記測距方向は前記配管の軸心方向であり、
前記測距方向と直交する方向は前記配管の周方向である、
こととしてもよい。

また、前記検査対象の前記測距方向と直交する方向に配置される複数の前記送信ユニット及び複数の前記受信ユニットを備える、
こととしてもよい。

また、前記送信バイアス用電磁石及び前記励振用電磁石のコアは略Ｕ字形状であり、
前記励振用電磁石は、前記送信バイアス用電磁石のコアの脚部である両磁極の間に配置される、
こととしてもよい。

また、前記受信バイアス用電磁石及び前記ガイド波検出用電磁石のコアは略Ｕ字形状であり、
前記ガイド波検出用電磁石は、前記受信バイアス用電磁石のコアの脚部である両磁極の間に配置される、
こととしてもよい。

また、前記検査対象に渦電流を発生させ、前記渦電流の前記損傷部の迂回によって生じる磁界の変化を検出する渦電流ユニットを備え、
前記渦電流ユニットは、
コイルに交流電流を印加することにより、前記検査対象に対向する両磁極周辺の前記検査対象に前記渦電流を生じさせる励磁用電磁石と、
前記渦電流によって生じる磁界を検出する渦電流検出用電磁石と、を有し、
前記励磁用電磁石の両磁極を結ぶ方向と、前記渦電流検出用電磁石の両磁極を結ぶ方向とが直交するように配置されている、
こととしてもよい。

また、前記検査対象は配管であり、
前記励磁用電磁石の両磁極を結ぶ方向は前記配管の軸心方向であり、
前記ガイド波検出用電磁石の両磁極を結ぶ方向は前記配管の周方向である、
こととしてもよい。

また、前記渦電流ユニットは、
前記送信ユニット又は前記受信ユニットを兼ねる、
こととしてもよい。

また、前記渦電流検出用電磁石で検出される磁界の強度を測定する磁気センサを備える、
こととしてもよい。

この発明の第２の観点に係る検査方法では、
送信バイアス用電磁石のコイルに直流電流を印加することにより、磁性体の検査対象に対向する両磁極間にバイアス磁場を生じさせ、
両磁極を結ぶ方向が前記送信バイアス用電磁石の両磁極を結ぶ方向と直交するように配置される励振用電磁石のコイルに、交流電流を印加して、前記検査対象に対向する両磁極間の磁束を変化させ、前記送信バイアス用電磁石でバイアス磁場が印加された前記検査対象の領域に、磁歪効果によりガイド波を発生させ、
受信バイアス用電磁石のコイルに直流電流を印加することにより、前記検査対象に対向する両磁極間にバイアス磁場を生じさせ、
前記検査対象に対向する両磁極を結ぶ方向が前記受信バイアス用電磁石の両磁極を結ぶ方向と直交するように配置されるガイド波検出用電磁石で、前記検査対象の損傷部で反射され、前記受信バイアス用電磁石でバイアス磁場が印加された領域を通過する前記ガイド波によって生じる誘導電流を検出する。

本発明の検査装置及び検査方法によれば、バイアス磁場が印加された検査対象を、バイアス磁場と直交する方向に、磁歪効果により励振してガイド波を発生させ、損傷部で反射したガイド波を、印加されたバイアス磁場と直交するように配置された電磁石で検出するので、ガイド波の発生、検出時のＳ／Ｎ比を高め、検査対象が保護部材、コーティング等を有する場合であっても、精度よく検査対象の損傷の検査を行うことが可能である。

本発明の実施の形態に係る検査装置の構成を示す概念図である。 実施の形態に係る検査装置の機能ブロック図である。 実施の形態に係る送信ユニットの構造を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ－Ａ’断面図、（Ｃ）は正面図である。 実施の形態に係る受信ユニットの構造を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ－Ａ’断面図、（Ｃ）は正面図である。 送信ユニットで生じる磁場を模式的に表す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 実施の形態に係る渦電流ユニットの構造を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ－Ａ’断面図、（Ｃ）は正面図である。 渦電流による磁気信号測定の原理を示す概念図であり、（Ａ）は配管に損傷がない場合、（Ｂ）は配管に損傷がある場合の図である。 実施の形態に係る検査処理の流れを示すフローチャートである。 平板を用いて渦電流による磁気信号を検出した場合の実験装置の構成を示す図である。 平板を用いて渦電流による磁気信号を検出した場合の実験に係る検出位置の例を示す図である。 平板を用いて渦電流による磁気信号を検出した場合の実験結果の例を示す図である。

以下、図を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る検査装置及び検査方法について説明する。

本実施の形態では、図１及び図２に示す検査装置１を用いて、磁性材料で形成され、断熱材等の保護部材に外部を覆われた配管５０を検査対象として探傷する場合を例として説明する。

検査装置１は、配管５０にガイド波を発生させる送信ユニット１１、配管５０の損傷部で反射されたガイド波を受信する受信ユニット１２、損傷部の位置を特定するための渦電流ユニット１３、検査装置１の動作を制御する制御ユニット２０、直流電源３１、ファンクションジェネレータ３２、低ノイズアンプ３３、ロックインアンプ３４を備える。また、検査装置１は、送信ユニット１１、受信ユニット１２及び渦電流ユニット１３等を配管５０に固定する固定部材４０を備える。

送信ユニット１１は、図３（Ａ）～（Ｃ）に示すように、送信バイアス用電磁石１１１、励振用電磁石１１２を備える。送信バイアス用電磁石１１１は、中央部と両脚部とからなる略Ｕ字形状の磁性体であるコア１１１ａとコイル１１１ｂとを備え、磁極となるコア１１１ａの両脚部の端面が配管５０に対向するように配置される。本実施の形態では、コイル１１１ｂは、略Ｕ字形状のフェライトコアであるコア１１１ａの中央部に巻かれている。

励振用電磁石１１２は、中央部と両脚部とからなる略Ｕ字形状の磁性体であるコア１１２ａとコイル１１２ｂとを備え、磁極となるコア１１２ａの両脚部の端面が配管５０に対向するように配置される。本実施の形態では、コイル１１２ｂは、略Ｕ字形状のフェライトコアであるコア１１２ａの両脚部に直列に接続されて巻かれている。

上述のように、コイル１１１ｂは、略Ｕ字形状のコア１１１ａの中央部に巻かれ、コイル１１２ｂは、略Ｕ字形状のコア１１２ａの両脚部に直列に接続されて巻かれていることとしている。これにより、コイル１１１ｂとコイル１１２ｂとの干渉を回避しつつ、送信ユニット１１を小型化することができる。コイル１１１ｂ及びコイル１１２ｂの巻付け位置はこれに限られず、例えば、コイル１１１ｂは、コア１１１ａの中央部とともに、両脚部に巻かれていてもよいし、コイル１１２ｂは、コア１１２ａの両脚部とともに中央部に巻かれていてもよい。これにより、コイル１１１ｂ，１１２ｂで効率よく高い磁束密度を確保できるので、検査対象である配管５０の励振を効率よく行うことができる。

また、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、励振用電磁石１１２は、送信バイアス用電磁石１１１のコア１１１ａの脚部である両磁極の間に配置される。また、送信バイアス用電磁石１１１の両磁極を結ぶ方向と励振用電磁石１１２の両磁極を結ぶ方向とが直交するように、送信バイアス用電磁石１１１及び励振用電磁石１１２は配置されている。

送信バイアス用電磁石１１１のコイル１１１ｂは、直流電源３１に接続されており、コイル１１１ｂに電流が印加されることにより、コア１１１ａの両脚部間に磁界（バイアス磁場）が生じる。送信バイアス用電磁石１１１によって生じるバイアス磁場の強度は、直流電源３１によって印加される電流の大きさによって調整することができる。

励振用電磁石１１２のコイル１１２ｂは、ファンクションジェネレータ３２に接続されている。ファンクションジェネレータ３２からコイル１１２ｂに交流電流が印加されることにより、配管５０に磁歪効果が生じる。これにより、配管５０にガイド波が発生する。

磁歪を用いてガイド波を発生させる際、通常、磁性体である検査対象の磁区の向きはランダムになっている。したがって、励振磁場を印加すると、個々の磁区において磁歪が生じ、全体として位相の揃ったノイズの少ないガイド波を発生させることは難しい。本実施の形態に係る検査装置１では、バイアス磁場を加えることにより、強い磁歪を発現させる。具体的には、検査対象である配管５０にバイアス磁場を加えることにより、配管５０の磁区を揃えることができる。したがって、送信バイアス用電磁石１１１の内側に配置された励振用電磁石１１２を用いて、バイアス磁場が印加された領域を励振することにより、位相の揃った強い磁歪（振動）を生じさせることができる。

検査対象に生じるガイド波の強さ（大きさ）は、磁歪効果が生じる領域にかけられているバイアス磁場の強度によって調整することが可能であり、バイアス磁場が強いほど磁歪は大きくなり、強いガイド波が発生する。本実施の形態では、励振用電磁石１１２の外部に送信バイアス用電磁石１１１を配置して、励振用電磁石１１２で磁歪効果を生じさせる領域のバイアス磁場を調整することとしている。したがって、検査対象である配管５０の外部が断熱材等の保護部材に覆われており、励振用電磁石１１２を直接配管５０に接触させることができない場合であっても、簡単な構成の送信ユニット１１でノイズが少なくＳ／Ｎ比の高いガイド波を発生させることが可能となる。

受信ユニット１２は、図４（Ａ）～（Ｃ）に示すように、受信バイアス用電磁石１２１、ガイド波検出用電磁石１２２を備える。受信バイアス用電磁石１２１は、中央部と両脚部とからなる略Ｕ字形状の磁性体であるコア１２１ａとコイル１２１ｂとを備え、磁極となるコア１２１ａの両脚部の端面が配管５０に対向するように配置される。本実施の形態では、コイル１２１ｂは、略Ｕ字形状のフェライトコアであるコア１２１ａの中央部に巻かれている。

ガイド波検出用電磁石１２２は、中央部と両脚部とからなる略Ｕ字形状の磁性体であるコア１２２ａとコイル１２２ｂとを備え、磁極となるコア１２２ａの両脚部の端面が配管５０に対向するように配置される。本実施の形態では、コイル１２２ｂは、略Ｕ字形状のフェライトコアであるコア１２２ａの両脚部に直列に接続されて巻かれている。

上述のように、コイル１２１ｂは、略Ｕ字形状のコア１２１ａの中央部に巻かれ、コイル１２２ｂは、略Ｕ字形状のコア１２２ａの両脚部に直列に接続されて巻かれていることとしている。これにより、コイル１２１ｂとコイル１２２ｂとの干渉を回避しつつ、受信ユニット１２を小型化することができる。コイル１２１ｂ及びコイル１２２ｂの巻付け位置はこれに限られず、例えば、コイル１２１ｂは、コア１２１ａの中央部とともに、両脚部に巻かれていてもよいし、コイル１２２ｂは、コア１２２ａの両脚部とともに中央部に巻かれていてもよい。これにより、コイル１２１ｂ，１２２ｂで効率よく高い磁束密度を確保できるので、ガイド波の反射波の検出感度を向上させることができる。

また、図４（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、ガイド波検出用電磁石１２２は、受信バイアス用電磁石１２１のコア１２１ａの脚部である両磁極の間に配置される。また、受信バイアス用電磁石１２１の両磁極を結ぶ方向とガイド波検出用電磁石１２２の両磁極を結ぶ方向とが直交するように、受信バイアス用電磁石１２１及びガイド波検出用電磁石１２２は配置されている。

受信バイアス用電磁石１２１のコイル１２１ｂは、直流電源３１に接続されており、コイル１２１ｂに電流が印加されることにより、コア１２１ａの両脚部間に磁界（バイアス磁場）が生じる。受信バイアス用電磁石１２１によって生じるバイアス磁場の強度は、直流電源３１によって印加される電流の大きさによって調整することができる。

ガイド波検出用電磁石１２２のコイル１２２ｂは、低ノイズアンプ３３を介して制御ユニット２０に接続されており、ガイド波の反射波によって生じる誘導電流を検出する。受信ユニット１２は、送信ユニット１１の磁歪効果の逆効果を用いるので、ガイド波検出用電磁石１２２のガイド波検出領域にバイアス磁場を印加することにより、位相の揃った磁気信号を誘導電流として検出することができる。これにより、検査対象の検査の精度を向上させることが可能となる。

上述のように、送信ユニット１１及び受信ユニット１２は、それぞれ２つの電磁石を備える電磁石ユニットであり、同様の構造となっている。したがって、いずれをファンクションジェネレータ３２に接続して送信ユニット１１として用いてもよく、いずれを制御ユニット２０に接続して受信ユニット１２として用いてもよいので、部品交換等の装置のメンテナンス性を高めることができる。

また、図１に示すように、送信ユニット１１と受信ユニット１２とは、損傷部までの距離を測定する測距方向、すなわち配管５０の軸心方向（長手方向）に離間して配置される。図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、送信ユニット１１は、送信バイアス用電磁石１１１の脚部である両磁極を結ぶ方向が配管５０の軸心方向（図５中のＹ軸方向）、励振用電磁石１１２の脚部である両磁極を結ぶ方向が配管５０の軸心方向と直交する方向（周方向、図５中のＸ軸方向）となるように、配管５０の保護部材に接触するように配置される。これにより、励振用電磁石１１２による励振方向が配管５０の周方向となり、配管５０にＴ（０，１）モードのＳＨ波であるガイド波を発生させることができる。また、配管５０が保護部材を有しない場合、送信ユニット１１が配管５０に接触するように配置される。

送信ユニット１１及び受信ユニット１２の各電磁石の脚部は、検査精度向上のため、配管５０又は保護部材に接触するように配置されることが好ましい。しかしながら、配管５０の径によっては直接接触させることが難しい場合もある。この場合、バイアス磁場を発生させるための入力電流の大きさの調整等によって検査精度を確保可能な範囲（例えば５ｍｍ以下程度の範囲）で配管５０又は保護部材と脚部との間に隙間があってもよい。

受信ユニット１２は、図５（Ａ）、（Ｂ）に示す送信ユニット１１と同様に、受信バイアス用電磁石１２１のコア１２１ａの脚部である両磁極を結ぶ方向が配管５０の軸心方向、ガイド波検出用電磁石１２２のコア１２２ａの脚部である両磁極を結ぶ方向が配管５０の軸心方向と直交する方向（周方向）となるように、配管５０の保護部材に接触するように配置される。これにより、Ｔ（０，１）モードのＳＨ波であるガイド波をガイド波検出用電磁石１２２で精度よく検出することができる。また、配管５０が保護部材を有しない場合、受信ユニット１２が配管５０に接触するように配置される。

また、図１に示すように、本実施の形態に係る検査装置１では、配管５０の周方向に略等間隔に複数の送信ユニット１１、受信ユニット１２が配置されている。送信ユニット１１及び受信ユニット１２の配置数は特に限定されないが、例えば配管５０の全周に渡って８個ずつ配置される。また、送信ユニット１１と受信ユニット１２とは、配管５０の軸心方向の位置が重なるように配置されている。これにより、配管５０の周方向全体にガイド波を送信することができるので、各受信ユニット１２で受信された反射波を解析することにより、配管５０の損傷部の周方向の位置を大凡特定することができる。尚、損傷部の軸心方向の位置は、ガイド波の発生から反射波の受信までの時間と、ガイド波の伝搬速度とに基づいて算出することができる。

渦電流ユニット１３は、図６（Ａ）～（Ｃ）に示すように、励磁用電磁石１３１、渦電流検出用電磁石１３２を備える。励磁用電磁石１３１は、中央部と両脚部とからなる略Ｕ字形状の磁性体であるコア１３１ａとコイル１３１ｂとを備え、コア１３１ａの磁極となる両脚部の端面が配管５０に対向するように配置される。本実施の形態では、コイル１３１ｂは、略Ｕ字形状のフェライトコアであるコア１３１ａの中央部に巻かれている。

渦電流検出用電磁石１３２は、中央部と両脚部とからなる略Ｕ字形状の磁性体であるコア１３２ａとコイル１３２ｂとを備え、コア１３２ａの磁極となる両脚部の端面が配管５０に対向するように配置される。本実施の形態では、コイル１３２ｂは、略Ｕ字形状のフェライトコアであるコア１３２ａの両脚部に直列に接続されて巻かれている。

上述のように、コイル１３１ｂは、略Ｕ字形状のコア１３１ａの中央部に巻かれ、コイル１３２ｂは、略Ｕ字形状のコア１３２ａの両脚部に直列に接続されて巻かれていることとしている。これにより、コイル１３１ｂとコイル１３２ｂとの干渉を回避しつつ、渦電流ユニット１３を小型化することができる。コイル１３１ｂ及びコイル１３２ｂの巻付け位置はこれに限られず、例えば、コイル１３１ｂは、コア１３１ａの中央部とともに、両脚部に巻かれていてもよいし、コイル１３２ｂは、コア１３２ａの両脚部とともに中央部に巻かれていてもよい。これにより、コイル１３１ｂ，１３２ｂで効率よく高い磁束密度を確保できるので、後述する渦電流の発生を効率よく行うとともに、渦電流由来の磁気信号の検出感度を向上させることができる。

また、図６（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、渦電流検出用電磁石１３２は、励磁用電磁石１３１のコア１３１ａの脚部である両磁極の間に配置される。また、励磁用電磁石１３１の両磁極を結ぶ方向と渦電流検出用電磁石１３２の両磁極を結ぶ方向とが直交するように、励磁用電磁石１３１及び渦電流検出用電磁石１３２は配置されている。

励磁用電磁石１３１のコイル１３１ｂは、ファンクションジェネレータ３２に接続されており、コイル１３１ｂに交流電流が印加されることにより、コア１３１ａの両脚部に磁界が生じ、配管５０に鎖交する。これにより、コア１３１ａの脚部である両磁極周辺の配管５０に渦電流が発生する。

渦電流検出用電磁石１３２のコイル１３２ｂは、ロックインアンプ３４を介して制御ユニット２０に接続されている。また、ロックインアンプ３４は、ファンクションジェネレータ３２と接続され、参照信号を受信する。

上述のように、本実施の形態では励磁用電磁石１３１の両磁極の間を結ぶ方向と、渦電流検出用電磁石１３２の両磁極の間を結ぶ方向とが直交するように配置される。図７（Ａ）に示すように、外側に励磁用電磁石１３１を配置して、コイル１３１ｂに交流電流を印加すると、コア１３１ａの脚部である両磁極の周りの配管５０に渦電流が発生する。渦電流によって図７（Ａ）の紙面垂直方向に生じる磁場の影響により、渦電流検出用電磁石１３２のコイル１３２ｂに電流が流れる。図７（Ｂ）に示すように、配管５０に損傷がある場合、渦電流が損傷部を迂回するので、渦電流検出用電磁石１３２が受ける磁場の状態が変化し、これによりコイル１３２ｂに生じる電流（コイル１３２ｂの両端の電位差）が変化する。本実施の形態では損傷部付近の複数の位置で、コイル１３２ｂの両端の電位差を測定することにより、損傷部の位置を検出する。

また、本実施の形態では励磁用電磁石１３１の両磁極の中心線上に、渦電流検出用電磁石１３２の両磁極の中心を結ぶ軸が位置するように配置される。図７（Ａ）に示すように、外側に励磁用電磁石１３１を配置して、交流電流を印加すると、両磁極となるコア１３１ａの脚部を中心に正（湧き出し）と負（吸い込み）の磁束が発生する。ここで、励磁用電磁石１３１の励磁磁場が渦電流検出用電磁石１３２に鎖交すると、測定における背景ノイズとなり測定精度が低下する。また、鎖交した磁束量が大きくなると、磁気飽和が生じて、渦電流検出用電磁石１３２による磁気信号の検出ができなくなる。そこで、本実施の形態に係る渦電流ユニット１３では、図７（Ａ）の紙面に垂直な方向の磁束密度が０となる、励磁用電磁石１３１の両磁極の中心線（図７（Ａ）中の一点鎖線）上に渦電流検出用電磁石１３２を配置することとしている。これにより、渦電流検出用電磁石１３２に、励磁用電磁石１３１の励磁磁場が鎖交することなく、渦電流由来の磁気信号を精度よく測定することができる。

本実施の形態に係る検査装置１では、送信ユニット１１及び受信ユニット１２を用いて損傷部の配管軸心方向の位置を特定し、特定された損傷部付近に渦電流ユニット１３を配置する。そして、損傷部付近で渦電流ユニット１３の位置をずらしながら電流迂回によって生じる磁場の変化を測定することにより、損傷部の正確な位置を検出する。

上述のように、渦電流ユニット１３は、２つの電磁石を備える電磁石ユニットであり、送信ユニット１１及び受信ユニット１２と同様の構造である。

制御ユニット２０は、検査装置１全体の動作を制御する。具体的には、制御ユニット２０は、直流電源３１、ファンクションジェネレータ３２、低ノイズアンプ３３、ロックインアンプ３４等を介して、送信ユニット１１、受信ユニット１２、渦電流ユニット１３に接続されており、ガイド波の送受信の制御、損傷部までの距離の演算、渦電流による損傷位置の演算等を行う。

制御ユニット２０は、図２の機能ブロック図に示すように、制御部２１、記憶部２２、表示部２３、入力部２４を備える。

制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されており、送信ユニット１１、受信ユニット１２、渦電流ユニット１３等を制御する。制御部２１は、制御部２１のＲＯＭ、記憶部２２等に記憶されている各種動作プログラム及びデータをＲＡＭに読み込んでＣＰＵを動作させることにより、図２に示される制御部２１の各機能を実現させる。これにより、制御部２１は、ガイド波制御部２１１、距離演算部２１２、渦電流制御部２１３、損傷位置演算部２１４として動作する。

ガイド波制御部２１１は、直流電源３１を制御して、送信ユニット１１の送信バイアス用電磁石１１１及び受信ユニット１２の受信バイアス用電磁石１２１に、予め設定された直流電流を印加し、バイアス磁場を発生させる。また、ガイド波制御部２１１は、ファンクションジェネレータ３２を制御して、励振用電磁石１１２に交流電流を印加し、配管５０に磁歪効果によるガイド波を発生させる。

距離演算部２１２は、受信ユニット１２のガイド波検出用電磁石１２２の出力電圧から、配管５０の損傷部で反射されたガイド波の到達時刻を演算する。また、距離演算部２１２は、演算したガイド波の到達時刻、ガイド波制御部２１１がガイド波を発生させた時刻及び予め設定されたガイド波の伝搬速度に基づいて、送信ユニット１１又は受信ユニット１２から損傷部までの配管５０の軸心方向（測距方向）の距離を演算する。

渦電流制御部２１３は、ファンクションジェネレータ３２を制御して、渦電流ユニット１３の励磁用電磁石１３１に交流電流を印加して、配管５０に渦電流を発生させる。

損傷位置演算部２１４は、それぞれの測定位置で渦電流ユニット１３を用いて電圧変化として測定された磁気信号から損傷部の位置を演算する。

記憶部２２は、ハードディスク、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリであり、ガイド波及び渦電流を発生させるための印加電流の設定値、受信ユニット１２の受信信号に基づいて損傷部までの距離を演算するプログラム等を記憶する。

表示部２３は、制御ユニット２０に備えられた表示用デバイスであり、例えば液晶パネルである。表示部２３は、ガイド波測定に基づいて演算された損傷部までの距離、渦電流を用いて演算された損傷部の位置等を表示する。

入力部２４は、ガイド波及び渦電流を発生させるための入力電流値等の設定パラメータ等を入力するための入力デバイスである。入力部２４は、制御ユニット２０に備えられたキーボード、マウス等である。

固定部材４０は、送信ユニット１１、受信ユニット１２、渦電流ユニット１３等を配管５０の外周に取り付け固定する、非磁性材料で構成される部材である。固定部材４０は、送信ユニット１１、受信ユニット１２、渦電流ユニット１３の各磁極が配管５０又は保護部材の外周部に対向するように固定できるものであればよく、固定部材４０の形状、固定方法等は特に限定されない。

以下、図８のフローチャートを参照しつつ、本実施の形態に係る検査処理の流れについて説明する。

まず、送信ユニット１１及び受信ユニット１２を備える検査装置１の固定部材４０を配管５０に設置する（ステップＳ１）。固定部材４０は、図示しない固定手段によって配管５０に固定され、図１に示すように、配管５０の周方向に略等間隔で送信ユニット１１、受信ユニット１２が配置される。

制御ユニット２０のガイド波制御部２１１は、直流電源３１を制御して送信ユニット１１の送信バイアス用電磁石１１１のコイル１１１ｂに、予め設定された大きさの電圧を印加する（ステップＳ２）。これにより、コイル１１１ｂに直流電流が流れ、送信バイアス用電磁石１１１の両磁極である脚部の間にバイアス磁場が生じる。バイアス磁場が生じている領域では、配管５０の磁区の方向が揃えられる。

また、ガイド波制御部２１１は、直流電源３１を制御して受信ユニット１２の受信バイアス用電磁石１２１のコイル１２１ｂに、予め設定された大きさの電圧を印加する（ステップＳ３）。これにより、コイル１２１ｂに直流電流が流れ、受信バイアス用電磁石１２１の両磁極である脚部の間にバイアス磁場が生じる。バイアス磁場が生じている領域では、配管５０の磁区の方向が揃えられる。

続いて、ガイド波制御部２１１は、ファンクションジェネレータ３２を制御して、送信ユニット１１の励振用電磁石１１２のコイル１１２ｂに交流電流を印加して、磁歪効果により配管５０にＳＨ波であるガイド波を発生させる（ステップＳ４）。

制御ユニット２０の距離演算部２１２は、受信ユニット１２のガイド波検出用電磁石１２２のコイル１２２ｂに接続された低ノイズアンプ３３の出力である電圧から、ガイド波の反射波の受信時刻を導出する（ステップＳ５）。

距離演算部２１２は、ステップＳ５で導出したガイド波の到達時刻と、ステップＳ４のガイド波の発生時刻とに基づいて、ガイド波送出から反射波の検出までの時間を算出する。また、予め実測等により取得され、記憶部２２に記憶されているガイド波の伝搬速度に基づいて、送信ユニット１１又は受信ユニット１２から配管５０の損傷部までの軸心方向の距離を算出する（ステップＳ６）。また、これらの距離の算出を、軸心方向に重なって配置された各送信ユニット１１、受信ユニット１２の組み合わせで行う。これにより、損傷部の大凡の周方向の位置が把握される。

続いて、ステップＳ６で算出された距離に基づいて、渦電流ユニット１３が損傷部付近に位置するように、検査装置１の固定部材４０を移動させて配管５０に固定する（ステップＳ７）。本実施の形態に係る渦電流ユニット１３は、図１に示すように、配管５０の周方向に等間隔で複数配置されている。複数の渦電流ユニット１３で順次測定を行うことにより、効率よく検査を行うことができる。

渦電流制御部２１３は、各渦電流ユニット１３について順次交流電流を印加して、配管５０に生じる渦電流に基づく磁気信号の測定を行う（ステップＳ８）。本実施の形態では、渦電流に基づく磁気信号として、渦電流検出用電磁石１３２のコイル１３２ｂに生じる電位差を測定する。

損傷位置演算部２１４は、測定値と測定位置を表す測定結果を表示部２３に表示するとともに記憶部２２に記憶させる（ステップＳ９）。各渦電流ユニット１３について測定を行った後、作業者は表示部２３に表示された測定結果を参照し、損傷部の位置、形状等が把握できるまで、測定を継続する（ステップＳ１０のＮＯ）。具体的には、作業者は測定結果を参照し、検査装置１の固定部材４０を移動させて、渦電流ユニット１３の軸心方向の位置を変更し、変更された位置を入力部２４から入力する（ステップＳ１１）。

変更された位置で、ステップＳ８～Ｓ９の測定を繰り返す。具体的には、各渦電流ユニット１３について、交流電流を印加し、渦電流に基づく磁気信号の測定を行う。そして、損傷位置演算部２１４は、ステップＳ１１で変更された位置における測定結果と以前の測定結果とを併せて、表示部２３に表示するとともに記憶部２２に記憶させる。

損傷部の位置、形状等を把握するための測定データの取得が完了すると、作業者は検査装置１の固定部材４０を配管５０から取り外し、配管検査を終了する。

図９及び図１０は、検査対象として平板を用いて、渦電流による損傷部の探索を行った場合の実験装置の構成を示す図であり、図１１は測定結果の例である。本例では、図９及び図１０に示すように、損傷部を模して作製したスリットの周辺の３６カ所の測定位置に渦電流ユニット１３を順次配置し、ファンクションジェネレータ３２から正弦波電圧０．１Ｖ_ｐｐ、周波数１０ｋＨｚ、励磁電流値４０ｍＡ_ｐｐを励磁用電磁石１３１に入力した。励磁電流値は、１Ωの抵抗の両端電圧からオシロスコープで測定した。また、ロックインアンプ３４の参照信号として、ファンクションジェネレータ３２から周波数１０ｋＨｚのクロック信号を印加した。

また、渦電流に基づく磁気信号を表す測定値として、ロックインアンプ３４の出力電圧を用いた。より具体的には、ロックインアンプ３４のＸ（実部の電圧［ｍＶ］）、Ｙ（虚部の電圧［ｍＶ］）で表示された値から、以下の式に基づいて電圧、位相差を算出した。

図１１の測定電圧の大きさを表すコンターマップに示すように、損傷部を模したスリット部の位置を囲むように四重極パターンが観測されており、渦電流ユニット１３を用いて損傷位置が特定できていることがわかる。

以上、説明したように、本発明の検査装置及び検査方法によれば、バイアス磁場が印加された検査対象の領域を、バイアス磁場と直交する方向に、磁歪効果により励振してガイド波を発生させる。また、損傷部で反射し、バイアス磁場が印加された領域を通過するガイド波を、印加されたバイアス磁場と直交するように配置された電磁石で検出する。したがって、ガイド波の発生、検出時のＳ／Ｎ比を高め、検査対象が保護部材、コーティング等を有する場合であっても、精度よく磁性材料の検査対象の検査を行うことができる。

また、本実施の形態に係る検査装置１では、送信ユニット１１及び受信ユニット１２のバイアス磁場の方向を測距方向とし、送信ユニット１１の励振方向及び受信ユニット１２のガイド波検出用電磁石１２２の両磁極を結ぶ方向を測距方向と直交する方向としている。これにより、他のモードのガイド波と分離し易く、周波数による伝搬速度の変化が小さいＴ（０，１）モードのガイド波を高いＳ／Ｎ比で効率よく発生、検出することができるので、検査精度が向上する。

また、本実施の形態に係る検査装置１では、送信ユニット１１又は受信ユニット１２から損傷部までの距離を算出し、算出された距離に基づいて損傷部付近に渦電流ユニット１３を配置して、損傷部の詳細な位置を特定するための測定を行うこととしている。渦電流ユニット１３は、渦電流を発生させる励磁用電磁石１３１の磁極を結ぶ方向と、渦電流によって生じる磁界を検出する渦電流検出用電磁石１３２の磁極を結ぶ方向とが直交するように構成されている。これにより、簡素な構成で精度よく、渦電流に基づく磁気信号を検出し、損傷部の位置を特定することができる。

上述の実施の形態では、磁性材料の配管を検査対象とした検査装置１について説明したが、検査対象は配管に限られない。例えば、磁性材料の検査対象として断熱塗装等のコーティングが施されたタンク、高速道路の鋼床版等に用いられる板材、コンテナ等を検査する場合であっても、本発明に係る検査装置、検査方法を用いることができる。この場合、検査対象の長手方向を測距方向として送信ユニット１１、受信ユニット１２を配置して、損傷部までの距離を算出し、算出された距離に基づいて損傷部付近に渦電流ユニット１３を配置して、損傷部の詳細な位置を検出することにより、効率よく検査を行うことができる。

また、本実施の形態に係る検査装置１では、送信ユニット１１、受信ユニット１２、渦電流ユニット１３を同様の構造を有する、２つの電磁石を備える電磁石ユニットとしている。これにより、部品交換等の装置のメンテナンス性を高めることができる。

本実施の形態では、渦電流ユニット１３を送信ユニット１１、受信ユニット１２と別に設けることとしたがこれに限られない。例えば、受信ユニット１２と渦電流ユニット１３とを共用することとしてもよい。これにより、検査装置１の構造を簡素化し、製造コストを低減させることができる。この場合、送信ユニット１１又は受信ユニット１２と、直流電源３１、ファンクションジェネレータ３２、低ノイズアンプ３３又はロックインアンプ３４との間にスイッチを設け、接続先を切り替えることにより、送信バイアス用電磁石１１１又は受信バイアス用電磁石１２１を励磁用電磁石１３１として、励振用電磁石１１２又はガイド波検出用電磁石１２２を渦電流検出用電磁石１３２として動作させることとすればよい。

本実施の形態では、送信ユニット１１、受信ユニット１２及び渦電流ユニット１３の各電磁石はフェライトコアを有することとしたが、これに限られない。例えば、検査対象の磁歪効果が小さく、より強い磁場を印加したい場合には、各電磁石のコアの材料をパーマロイ、パーメンジュール等のより大きな飽和磁束密度を有する磁性体とすればよい。

本実施の形態に係る検査装置１では、作業者が配管５０に検査装置１の固定部材４０を取り付け、移動させながら、配管検査を行うこととしたがこれに限られない。例えば、固定部材４０に配管５０の軸心方向の移動機構を備えることとしてもよい。これにより、ガイド波送受信による測定と渦電流による測定との切り替え、損傷部付近における渦電流による測定を効率よく行うことができる。

本実施の形態に係る渦電流ユニット１３は、渦電流検出用電磁石１３２の両磁極の間を結ぶ方向が配管５０の軸心方向となるように、配置することとしたが、これに限られない。例えば、図７（Ａ）において、配管５０の軸心方向（紙面左右方向）にスリット状の損傷部があり、渦電流検出用電磁石１３２の両磁極の間を結ぶ方向が直交するように渦電流ユニット１３を配置した場合、渦電流は、検出用電磁石近傍で図７（Ａ）の上下方向に流れる。この場合、渦電流の方向に直交する損傷は電流の流れを乱すので検出されやすくなる。一方、図７（Ａ）において、スリット状の損傷部が上下方向である場合、渦電流の乱れは小さくなる。したがって、渦電流ユニット１３による損傷位置測定においては、渦電流ユニット１３を所定の角度で配置して検査を行った後、渦電流ユニット１３を９０°回転させて検査することが好ましい。これにより、配管５０の損傷の見逃しの可能性を低減することができる。

また、本実施の形態に係る検査装置１は、受信ユニット１２の出力及び渦電流ユニット１３の出力を、アンプを介して制御ユニット２０で検出することとしたが、これに限られない。例えば、ガイド波検出用電磁石１２２及び渦電流検出用電磁石１３２の近傍に配置した磁気センサに信号を伝達して、測定を行うこととしてもよい。この場合、磁気センサは、検出する磁気信号の強度に応じて選択することとすればよい。具体的には、検出する磁気信号の強度が１×１０^－９Ｔ（＝１ｎＴ）以下のオーダーとなる場合には、磁気センサとして、微小な磁界変化を検出可能なＳＱＵＩＤ（superconducting quantum interference device）、フラックスゲート等の高感度磁気センサを用いることとすればよい。これにより、精度よく配管検査を行うことが可能となる。

１ 検査装置、１１ 送信ユニット、１１１ 送信バイアス用電磁石、１１２ 励振用電磁石、１１１ａ，１１２ａ コア、１１１ｂ，１１２ｂ コイル、１２ 受信ユニット、１２１ 受信バイアス用電磁石、１２２ ガイド波検出用電磁石、１２１ａ，１２２ａ コア、１２１ｂ，１２２ｂ コイル、１３ 渦電流ユニット、１３１ 励磁用電磁石、１３２ 渦電流検出用電磁石、１３１ａ，１３２ａ コア、１３１ｂ，１３２ｂ コイル、２０ 制御ユニット、２１ 制御部、２１１ ガイド波制御部、２１２ 距離演算部、２１３ 渦電流制御部、２１４ 損傷位置演算部、２２ 記憶部、２３ 表示部、２４ 入力部、３１ 直流電源、３２ ファンクションジェネレータ、３３ 低ノイズアンプ、３４ ロックインアンプ、４０ 固定部材、５０ 配管

Claims (12)

1. 磁性体の検査対象にガイド波を発生させる送信ユニットと、
   前記送信ユニットから送信され、前記検査対象の損傷部で反射された前記ガイド波を受信する受信ユニットと、を備え、
   前記送信ユニットは、
   コイルに直流電流を印加することにより、前記検査対象に対向する両磁極間にバイアス磁場を生じさせる送信バイアス用電磁石と、
   コイルに交流電流を印加して前記検査対象に対向する両磁極間の磁束を変化させ、前記送信バイアス用電磁石でバイアス磁場が印加された前記検査対象の領域に、磁歪効果により前記ガイド波を発生させる励振用電磁石と、を有し、
   前記送信バイアス用電磁石の両磁極を結ぶ方向と、前記励振用電磁石の両磁極を結ぶ方向とが直交するように配置されており、
   前記受信ユニットは、
   コイルに直流電流を印加することにより、前記検査対象に対向する両磁極間にバイアス磁場を生じさせる受信バイアス用電磁石と、
   両磁極が前記検査対象に対向し、前記受信バイアス用電磁石でバイアス磁場が印加された領域を通過する前記ガイド波によって生じる誘導電流を検出するガイド波検出用電磁石と、を有し、
   前記受信バイアス用電磁石の両磁極を結ぶ方向と、前記ガイド波検出用電磁石の両磁極を結ぶ方向とが直交するように配置されている、
   ことを特徴とする検査装置。
2. 前記送信ユニットは、
   前記送信バイアス用電磁石によるバイアス磁場の方向が、前記送信ユニット又は前記受信ユニットから前記損傷部までの距離を測定する測距方向であり、
   前記励振用電磁石による励振方向が、前記測距方向と直交する方向となるように配置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 前記受信ユニットは、
   前記受信バイアス用電磁石によるバイアス磁場の方向が、前記測距方向であり、
   前記ガイド波検出用電磁石の両磁極を結ぶ方向が前記測距方向と直交する方向となるように配置される、
   ことを特徴とする請求項２に記載の検査装置。
4. 前記検査対象は配管であり、
   前記測距方向は前記配管の軸心方向であり、
   前記測距方向と直交する方向は前記配管の周方向である、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の検査装置。
5. 前記検査対象の前記測距方向と直交する方向に配置される複数の前記送信ユニット及び複数の前記受信ユニットを備える、
   ことを特徴とする請求項３に記載の検査装置。
6. 前記送信バイアス用電磁石及び前記励振用電磁石のコアは略Ｕ字形状であり、
   前記励振用電磁石は、前記送信バイアス用電磁石のコアの脚部である両磁極の間に配置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
7. 前記受信バイアス用電磁石及び前記ガイド波検出用電磁石のコアは略Ｕ字形状であり、
   前記ガイド波検出用電磁石は、前記受信バイアス用電磁石のコアの脚部である両磁極の間に配置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
8. 前記検査対象に渦電流を発生させ、前記渦電流の前記損傷部の迂回によって生じる磁界の変化を検出する渦電流ユニットを備え、
   前記渦電流ユニットは、
   コイルに交流電流を印加することにより、前記検査対象に対向する両磁極周辺の前記検査対象に前記渦電流を生じさせる励磁用電磁石と、
   前記渦電流によって生じる磁界を検出する渦電流検出用電磁石と、を有し、
   前記励磁用電磁石の両磁極を結ぶ方向と、前記渦電流検出用電磁石の両磁極を結ぶ方向とが直交するように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
9. 前記検査対象は配管であり、
   前記励磁用電磁石の両磁極を結ぶ方向は前記配管の軸心方向であり、
   前記ガイド波検出用電磁石の両磁極を結ぶ方向は前記配管の周方向である、
   ことを特徴とする請求項８に記載の検査装置。
10. 前記渦電流ユニットは、
    前記送信ユニット又は前記受信ユニットを兼ねる、
    ことを特徴とする請求項８に記載の検査装置。
11. 前記渦電流検出用電磁石で検出される磁界の強度を測定する磁気センサを備える、
    ことを特徴とする請求項８に記載の検査装置。
12. 送信バイアス用電磁石のコイルに直流電流を印加することにより、磁性体の検査対象に対向する両磁極間にバイアス磁場を生じさせ、
    両磁極を結ぶ方向が前記送信バイアス用電磁石の両磁極を結ぶ方向と直交するように配置される励振用電磁石のコイルに、交流電流を印加して、前記検査対象に対向する両磁極間の磁束を変化させ、前記送信バイアス用電磁石でバイアス磁場が印加された前記検査対象の領域に、磁歪効果によりガイド波を発生させ、
    受信バイアス用電磁石のコイルに直流電流を印加することにより、前記検査対象に対向する両磁極間にバイアス磁場を生じさせ、
    前記検査対象に対向する両磁極を結ぶ方向が前記受信バイアス用電磁石の両磁極を結ぶ方向と直交するように配置されるガイド波検出用電磁石で、前記検査対象の損傷部で反射され、前記受信バイアス用電磁石でバイアス磁場が印加された領域を通過する前記ガイド波によって生じる誘導電流を検出する、
    ことを特徴とする検査方法。