以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発� ��の一実施形態について説明する。

 図9は、本発明の一実施形態に係る磁気探 傷装置の概略構成を示すブロック線図である 。図10は、図9に示す探傷プローブの模式的な 外観図を示す。図9に示すように、本実施形� �に係る磁気探傷装置100は、被検査材に回転� �界を作用させる磁化手段1と、前記回転磁界� ��よって生じる探傷信号を検出する検出手段2 と、前記探傷信号に信号処理を施す信号処理 手段3とを備えている。

 磁化手段1は、回転磁界を生じさせるため の励磁電流を通電する励磁コイル11を具備す� ��。図10に示すように、励磁コイル11は、導線 の巻回方向が互いに直交すると共に、中心位 置が互いに一致するように配置されたX方向� �磁コイル111及びY方向励磁コイル112を備える� ��X方向励磁コイル111に励磁電流(X方向励磁電� ��)を通電することにより、図10に示すX方向に 磁界が生成される。一方、Y方向励磁コイル11 2に励磁電流(Y方向励磁電流)を通電すること� �より、図10に示すY方向に磁界が生成される� �そして、各励磁コイル111、112に通電する交� �の励磁電流の位相を90°ずらすことにより、� ��励磁コイル111、112で生成された磁界の合成� ��界が、各励磁コイル111、112の中心位置を中� ��として360°回転することになる。

 本実施形態に係る励磁コイル11は、第1電� ��と該第1電流よりも周波数の低い第2電流と� �重畳した交流電流を励磁電流として通電す� �点に特徴を有する。具体的には、X方向励磁� ��イル111には、第1電流と第2電流とを重畳し� �X方向励磁電流が通電する一方、Y方向励磁コ イル112には、第1電流と第2電流とが重畳する� ��共にX方向励磁電流に対して位相が90°ずれ� �Y方向励磁電流が通電する。以下、図11も適� �参照しつつ、上記の特徴部分について、よ� �具体的に説明する。

 本実施形態に係る磁化手段1は、第1電流� �電圧波形を生成する第1発信器12と、第2電流� ��電圧波形を生成する第2発信器13とを具備す� ��。すなわち、図11(a)に示すように、第1発信� ��12からは、予め決定した第1電流の周波数と� ��一周波数の電圧波形(以下、第1電圧波形と� �う)が出力され、第2発信器13からは、予め決� ��した第2電流の周波数と同一周波数の電圧波 形(以下、第2電圧波形という)が出力される。 第2電圧波形の周波数は、第1電圧波形の周波� ��よりも低周波である。なお、予め決定する� ��1電流の周波数と第2電流の周波数との比は� �きずの角度情報を如何なる分解能で推定す� �か等によって適宜決定すればよいが、好ま� �くは、第1電流の周波数/第2電流の周波数≧8� ��満足するように決定される。

 また、磁化手段1は、乗算器14と、パワー� ��ンプ15とを具備する。第1発信器12から出力� �れた第1電圧波形と、第2発信器13から出力さ� ��た第2電圧波形とは、乗算器14によって乗算( 重畳)され、パワーアンプ15によって電流に変 換される。パワーアンプ15から出力される電� ��は、図11(b)に示すように、X方向励磁コイル1 11に通電するX方向励磁電流として用いられる 。

 一方、磁化手段1は、90°移相器16と、乗算 器17と、パワーアンプ18とを具備する。第2発� ��器13から出力された第2電圧波形は、その位� ��が90°移相器16によって90°だけ移相される。 例えば、図11(a)に示すように、第2発信器13か� ��出力される第2電圧波形が余弦波である場合 、90°移相器16から出力される電圧波形は、第 2電圧波形と同一周波数の正弦波となる。そ� �て、第1発信器12から出力された第1電圧波形� ��、90°移相器16から出力された電圧波形とは� ��乗算器17によって乗算(重畳)され、パワーア ンプ18によって電流に変換される。パワーア� ��プ18から出力される電流は、図11(b)に示すよ うに、Y方向励磁コイル112に通電するY方向励� ��電流として用いられる。

 以上の構成により、図11(b)に示すように� �X方向励磁コイル111には、第1電流と第2電流� �を重畳したX方向励磁電流が通電する一方、Y 方向励磁コイル112には、第1電流と第2電流と� ��重畳すると共にX方向励磁電流に対して位相 が90°ずれたY方向励磁電流が通電することに� ��る。

 このように、本実施形態に係る磁化手段1 は、回転磁界を励磁するための励磁電流(X方� ��励磁電流及びY方向励磁電流)として、第1電� ��と該第1電流よりも周波数の低い第2電流と� �重畳した交流電流を用いるため、周波数の� �い第1電流によって生成される磁界(及びこの 磁界によって誘起される渦電流)が支配的に� �検査材に作用する一方、周波数の低い第2電� ��は、主として前記生成された磁界(及び渦電 流)の方向を被検査材において回転させるた� �に機能する。

 本実施形態に係る検出手段2は、励磁コイ ル11の中心を通り、X方向及びY方向に直交す� �Z方向(図10参照)の磁束の変化を検出するため の検出コイルとされている。検出コイル2は� �Z方向の磁束の変化を検出し、探傷信号とし� ��信号処理手段3に出力する。なお、検出コイ ル2は、前述したX方向励磁コイル111及びY方向 励磁コイル112と一体化されて、探傷プローブ 4を形成している。

 信号処理手段3は、検出手段2によって検� �した探傷信号を前記第1電流を参照信号とし� ��同期検波する第1同期検波手段31を具備する� ��具体的には、第1同期検波手段31は、第1発信 器12から出力される第1電圧波形(第1電流の電� ��波形)を参照信号として、検出手段2から出� �される探傷信号を同期検波する。さらに、� �1同期検波手段31は、同期検波により抽出さ� �た交流信号を、参照信号(第1電流の電圧波形 )の2~3周期分程度に相当する単位領域毎に平� �化して出力する。

 ここで、従来技術について前述したのと� ��様に、被検査材に、延びる方向の異なる2種 類のきずA、B(きずAの角度θ(図1参照)=20°、き� ��Bの角度θ=70°)が存在し、α=20°であると仮定 する。本発明においても、漏洩磁束探傷法の 場合、上記仮定の下で、きずAのきず信号は� �磁界の方向φ(図1参照)が、φ=20°+90°+180°×n(n� ��整数)のときに最大となり、φ±20°の範囲を� ��えると振幅が0となる。同様にして、きずB� �きず信号は、磁界の方向φが、φ=70°+90°+180° ×n(nは整数)のときに最大となり、φ±20°の範� ��を超えると振幅が0となる。

 図12は、上記仮定の下での、きずA、Bのき ず信号波形を模式的に示すグラフである。ま た、図13は、第1同期検波手段において、第1� �流を参照信号としてきず信号を含む探傷信� �を同期検波し、同期検波により抽出された� �ず信号を参照信号の2周期分に相当する単位� ��域毎に平滑化した後のきず信号波形を示す� ��ラフである。なお、図12及び図13において、 探傷信号に含まれるノイズの波形は図示を省 略している。

 図12及び前述した図11を参照すれば分かる ように、きずA、Bから得られるきず信号には� ��第1電流の周期と一致する周期成分が含まれ るため、第1電流を参照信号として同期検波� �れば、従来のように磁界の回転周波数と同� �の周波数の参照信号(本発明の第2電流に相当 )で同期検波する場合に比べて、探傷信号か� �高いS/N比できず信号を抽出することが可能� �ある。

 また、図13に示すように、第1電流を参照� ��号として同期検波することにより抽出され� ��きず信号を、当該参照信号の2周期分に相当 する単位領域毎に平滑化しても、平滑化後の きず信号の位相情報は保持されるため、きず A、Bの角度情報(何れの方向に延びているのか )を推定可能である。

 信号処理手段3は、第1同期検波手段31の出 力信号を前記第2電流を参照信号として同期� �波してきず候補信号を抽出する第2同期検波� ��段32を具備する。また、信号処理手段3は、� ��2同期検波手段32の出力信号に基づいてリサ� ��ジュ波形を表示するリサージュ波形表示手� ��33を具備する。

 具体的には、第2同期検波手段32は、第1同 期検波手段31の出力信号を互いに同一の2つの 信号に分岐する。そして、第2同期検波手段32 は、第2発信器13から出力される第2電圧波形(� ��2電流の電圧波形)を参照信号として、前記� �岐した一方の信号を同期検波する。この同� �検波された信号(X信号)は、リサージュ波形� �示手段33に出力される。また、第2同期検波� �段32は、90°移相器16から出力される電圧波形 (第2電流の電圧波形と位相が90°異なる電圧波 形)を参照信号として、前記分岐した他方の� �号を同期検波する。この同期検波された信� �(Y信号)は、リサージュ波形表示手段33に出力 される。

 リサージュ波形表示手段33は、第2同期検� ��手段32から出力されたX信号をX軸成分とし、 Y信号をY軸成分としたリサージュ波形を表示� ��る。この際、必要に応じて、検出コイル2の リフトオフ変動ノイズがX軸に沿うようにXY座 標系を回転させれば、S/N比を向上させること が可能である。前述のように、第1同期検波� �段31での平滑化後のきず信号の位相情報は保 持されるため、第2同期検波手段32及びリサー ジュ波形表示手段33によって、上記のような� ��相解析法を適用することができ、きず検出� ��に対するリフトオフ変動ノイズの影響等を� ��制することが可能である。

 また、信号処理手段3は、被検査材の各部 位に対応する複数の画素で構成された探傷画 像であって、各画素が前記各部位におけるき ず候補信号の強度に応じた濃度を有し、当該 各部位におけるきず候補信号の位相を識別可 能とされた探傷画像を表示する探傷画像表示 手段34を具備する。

 具体的には、探傷画像表示手段34は、第2同� ��検波手段32から出力されるX信号の強度X及び Y信号の強度Yに基づき、以下の式(2)で表され� ��振幅Aと、式(3)で表される位相θを算出する� ��
 A=(X ² +Y ² ) ^1/2   ・・・(2)
 θ=tan ^-1 (Y/X) ・・・(3)
 そして、適宜のセンサ(図示せず)で検出さ� �た探傷プローブ4と被検査材との相対位置関� ��(すなわち、探傷プローブ4で探傷を行って� �る被検査材の部位)が探傷画像表示手段34に� �力される。探傷画像表示手段34は、前記セン サで検出した被検査材の各部位に対応する複 数の画素で構成された探傷画像であって、各 画素が前記各部位における振幅Aに応じた濃� �を有し、当該各部位における位相θを識別可 能とされた探傷画像を表示する。例えば、探 傷画像表示手段34は、位相θに応じて各画素� �異なる色に色付けされた(各画素の濃度は振� ��Aに応じて異なる)1枚のカラー画像を探傷画� ��として表示する。或いは、探傷画像表示手� ��34は、各画像中に含まれる位相θ(位相θの範 囲)が異なる複数枚の濃淡画像(各画素の濃度� ��振幅Aに応じて異なる)を探傷画像として表� �する。

 信号処理手段3は、上記構成の探傷画像表 示手段34を具備するため、探傷画像における� ��幅Aのみならず位相(角度情報)を目視するこ� ��ができるので、きずの連続性を正確に評価� ��能である。

 本実施形態では、探傷画像表示手段34に� �って表示される探傷画像の各画素が被検査� �の各部位における振幅Aに応じた濃度を有す� ��構成について説明した。しかしながら、本� ��明はこれに限るものではなく、探傷画像表� ��手段34によって表示される探傷画像の各画� �が、被検査材の各部位におけるX信号の強度X 、又は、Y信号の強度Yに応じた濃度を有する� ��成を採用することも可能である。また、探� ��画像表示手段34によって表示される探傷画� �の各画素が、検出コイル2のリフトオフ変動� ��イズがX軸に沿うようにXY座標系を回転させ� ��後のX’Y’座標系におけるY’軸方向の信号� ��分の強度に応じた濃度を有する構成を採用� ��ても良い。さらに、探傷画像表示手段34に� �って表示される探傷画像の各画素が、振幅A� ��X信号の強度、Y信号の強度、又は、Y’軸方� ��の信号成分の強度の何れかを所定のしきい� ��で2値化した濃度を有する構成を採用するこ とも可能である。

 さらに、信号処理手段3は、きず候補信号 を所定のしきい値で2値化することにより、� �検査材におけるきず候補部位を検出するき� �候補部位検出手段35と、被検査材の各部位に 対応する複数の画素でそれぞれ構成され、前 記検出されたきず候補部位に対応する画素が 他の画素と識別可能な濃度を有する探傷画像 を、前記きず候補部位におけるきず候補信号 の位相に応じて複数枚形成する探傷画像形成 手段36と、前記複数枚の探傷画像のそれぞれ� ��対して個別に画像処理を施すことにより、� ��探傷画像に存在するきず候補部位における� ��ず候補信号の位相に応じた方向についての� ��該きず候補部位の連続性を評価する連続性� ��価手段37と、前記きず候補部位の連続性に� �づいて、きずを検出するきず検出手段38とを 具備する。

 具体的には、きず候補部位検出手段35は、� �2同期検波手段32から出力されるX信号の強度X 及びY信号の強度Yに基づき、以下の式(2)で表� ��れる振幅Aと、式(3)で表される位相θを算出� ��る。
 A=(X ² +Y ² ) ^1/2   ・・・(2)
 θ=tan ^-1 (Y/X) ・・・(3)
 きず候補部位検出手段35は、振幅Aを所定の� ��きい値で2値化することにより、被検査材に おけるきず候補部位を検出し、きず候補部位 検出信号として、探傷画像形成手段36に出力� ��る。また、きず候補部位検出手段35は、き� �候補部位検出信号に対応する位相θも探傷画 像形成手段36に出力する。

 探傷画像形成手段36には、きず候補部位� �出手段35から出力されたきず候補部位検出信 号と、適宜のセンサ(図示せず)で検出された� ��傷プローブ4と被検査材との相対位置関係(� �なわち、探傷プローブ4で探傷を行っている� ��検査材の部位)が入力される。探傷画像形成 手段36は、前記センサで検出した被検査材の� ��部位に対応する複数の画素でそれぞれ構成� ��れ、前記検出されたきず候補部位に対応す� ��画素が他の画素と識別可能な濃度を有する( 例えば、検出されたきず候補部位に対応する 画素が255の濃度を有し、他の画素が0の濃度� �有する)探傷画像を、前記きず候補部位にお� ��る位相θ(位相の範囲)に応じて複数枚形成す る。例えば、探傷画像形成手段36は、きず候� ��部位における位相θの範囲がそれぞれ0°≦θ <45°、135°≦θ<180°である2枚の探傷画像� �形成する。図14は、前述した図6に示す被検� �材Sについて、探傷画像形成手段36によって� �成される探傷画像の一例を模式的に示す図� �あり、図14(a)はきず候補部位における位相θ� ��範囲が0°≦θ<45°である探傷画像を、図14( b)はきず候補部位における位相θの範囲が135° ≦θ<180°である探傷画像を示す。図14(a)に� �す探傷画像には、きずAに対応する4つの画素 群a1~a4がきず候補部位として正確に含まれ、� ��14(b)に示す探傷画像には、きずBに対応する2 つの画素群b1、b2がきず候補部位として正確� �含まれる。なお、ノイズ源Nに対応するきず� ��補部位は、45°≦θ<135°の位相θを有する� �め、探傷画像は形成されない。しかし、本� �明はこれに限るものではなく、45°≦θ<135� �の位相θを有するきず候補部位についても、 1枚の又は位相θの範囲が異なる複数枚の探傷 画像を形成し、後述のように、連続性評価手 段37による画像処理によって算出したきず長� ��の大小に応じて、きずであるか否かの判断� ��行うことも可能である。

 連続性評価手段37は、例えば、図14(a)、(b) に示す2枚の探傷画像のそれぞれに対して個� �に画像処理を施すことにより、各探傷画像� �存在するきず候補部位における位相θに応じ た方向についての当該きず候補部位の連続性 を評価する。この連続性の評価には、適宜の 画像処理フィルタが用いられる。例えば、図 14(a)に示す探傷画像については、図15(a)に示� �ように、きず候補部位を構成する一つの注� �画素E1について、位相θの範囲(0°≦θ<45°)� ��応じた近傍画素領域(図中、ハッチを施した 領域S1)内に、きず候補部位を構成する他の画 素が存在するか否かを判断する。他の画素が 存在する場合、当該他の画素と注目画素E1と� ��、同じきず候補部位についての画素領域で� ��ると判断する。図15(a)に示す例では、注目� �素E1と他の画素E2、E3とは、同じきず候補部� �についての画素領域であると判断される。� �続性評価手段37は、各探傷画像内のきず候補 部位を構成する全ての画素を注目画素として 、上記の処理を繰り返し行い、その結果、同 一のきず候補部位と判断されたものについて 、その長さを算出する。図15に示す例では、� ��ず候補部位を構成する全ての画素が同一の� ��ず候補部位であると判断され、その長さL1(� ��一のきず候補部位を構成する両端画素の距� ��)が算出される。図14(b)に示す探傷画像につ� ��ても、図15(b)に示すように、同様の処理が� �されて、きず候補部位の長さL2が算出される 。ただし、図14(b)に示す探傷画像における位� ��θの範囲(135°≦θ<180°)は図14(a)に示す探傷 画像における位相θの範囲(0°≦θ<45°)と異� ��るため、図15(b)に示す近傍画素領域(図中、� ��ッチを施した領域S2)は、図15(a)に示す近傍� �素領域とは異なる。

 きず検出手段38は、きず候補部位の連続� �に基づいて、きずを検出する。すなわち、� �えば、連続性評価手段37によって算出したき ず候補部位の長さが、予め定めた長さより長 い場合にはきずであると判断し、予め定めた 長さ以下である場合にはきずでないと判断す る。図15(a)に示すきず候補部位の長さL1、及� �、図15(b)に示すきず候補部位の長さL2が、予� ��定めた長さより長い場合には、双方共に、� ��ずとして検出されることになる。そして、� ��傷画像が形成されない位相θの範囲に存在� �るきず候補部位については、ノイズ源に対� �する部位であると判断されることになる。

 信号処理手段3は、上記構成のきず候補部 位検出手段35、探傷画像形成手段36、連続性� �価手段37及びきず検出手段38を具備するため� ��探傷画像における振幅Aのみならず位相(角� �情報)を利用して、きずの連続性を自動的に� ��確に評価可能である。

 本実施形態では、きず候補部位検出手段3 5が、振幅Aを所定のしきい値で2値化すること により、被検査材におけるきず候補部位を検 出し、きず候補部位検出信号として、探傷画 像形成手段36に出力する構成について説明し� ��。しかしながら、本発明はこれに限るもの� ��はなく、きず候補部位検出手段35が、X信号� ��強度X、又は、Y信号の強度Yを所定のしきい� ��で2値化することにより、被検査材における きず候補部位を検出し、きず候補部位検出信 号として、探傷画像形成手段36に出力する構� ��を採用することも可能である。また、きず� ��補部位検出手段35が、検出コイル2のリフト� ��フ変動ノイズがX軸に沿うようにXY座標系を� ��転させた後のX’Y’座標系におけるY’軸方� ��の信号成分の強度を所定のしきい値で2値化 することにより、被検査材におけるきず候補 部位を検出し、きず候補部位検出信号として 、探傷画像形成手段36に出力する構成を採用� ��ても良い。

 以上に説明したように、本実施形態に係� ��磁気探傷装置100によれば、単一周波数の励� ��電流を用いることに起因する従来の回転磁� ��を利用した磁気探傷方法の問題点を解決す� ��ことができ、回転磁界を用いて被検査材に� ��在する種々の方向に延びるきずを高精度に� ��傷可能である。

 以下、実施例を示すことにより、本発明� ��特徴をより一層明らかにする。

 図9及び図10に概略構成を示す磁気探傷装置1 00を用いて、図16に示すように、鋼板Sに形成� ��た線状の人工きずFの探傷試験を実施した。 表1に探傷条件の概要を、表2に被検査材の概� ��仕様を示す。表1に示すように、探傷プロー ブ4として、一辺が6mmの立方体である芯材の� �面にそれぞれ50回巻きされたX方向及びY方向� ��磁コイルと、前記芯材の底面に取り付けら� ��た直径5mmの100回巻きの検出コイルとを具備� ��るものを作製した。

 そして、図16に示すように、作製した探� �プローブ4を鋼板Sの直上で且つ人工きずFの� �上を通るように一定方向(図16に示すY方向)に 走査して探傷信号を検出した。この際、人工 きずの延びる方向と探傷プローブ4の走査方� �との相対的な角度を順次変化させ、各角度� �に探傷信号を検出した。具体的には、図16に 示すX方向と人工きずFの延びる方向との成す� ��度をθとした場合に、θ=0°~75°の範囲を15°� �ッチで変化させ、各角度θでの探傷信号を検 出した。

 図17は、上記の探傷試験によって得られ� �きず信号のリサージュ波形を示す。図17に示 すように、各角度(θ=0°、15°、30°、45°、60°� ��75°)のきず信号のリサージュ波形は、互い� �異なる位相を有することが識別可能である� �また、きず信号のリサージュ波形は、どの� �度のきずについても全て十分に大きな振幅� �有する。この結果より、本発明によれば、� �期検波の効果を十分に得ることができると� �に、きずの角度情報を推定可能であること� �分かる。従って、探傷画像を用いたきずの� �続性評価も正確に行うことが可能である。

 なお、図11に示す例では、リフトオフ変� �ノイズが生じていないが、生じている場合� �は、リフトオフ変動ノイズがX軸に沿うよう� ��XY座標系を回転させ、回転後のX’Y’座標系 におけるY’軸方向の信号成分をきず候補信� �とすることにより、きず検出能に対するリ� �トオフ変動ノイズの影響を抑制することが� �能である。