涡流探伤方法和涡流探伤装置与流程

本发明涉及一种涡流探伤方法和涡流探伤装置，特别是涉及一种逐个评价密集的缺陷（损伤）的涡流探伤方法和涡流探伤装置。

背景技术：
以往，作为评价被检查体的缺陷的深度的方法，采用使涡流探伤探头沿着被检查体扫描，根据检测出的涡流探伤信号的振幅来评价缺陷的深度的方法（专利文献1）。根据图6A～6C，说明现有的涡流探伤方法。图6A为对具有一个缺陷f0和三个缺陷f1、f2、f3的被检查体T进行探伤的例子。若涡流探伤探头P沿着被检查体T向箭头方向移动，则在经过缺陷f0时，检测出涡流探伤信号S0。另外，在以很短的间隔连续地存在缺陷f1、f2、f3时，难以分别检测出由缺陷f1、f2、f3产生的涡流探伤信号，而是像涡流探伤信号Sc那样，检测出由三个缺陷的涡流探伤信号合成的涡流探伤信号（叫做“合成涡流探伤信号”）。在铁路的轨距角（railgaugecorner）产生的轨头发裂（headchecks）以相对较窄的间隔连续地产生多个缺陷，但由于缺陷的间隔比涡流探伤探头的分辨率更窄，所以检测出的涡流探伤信号为合成涡流探伤信号Sc。由于轨头发裂混合存在深缺陷、浅缺陷，所以需要针对每个缺陷评价该缺陷的深度，现有的涡流探伤方法难以针对每个缺陷评价缺陷的深度。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2006-189347号公报

技术实现要素：
本发明的目的在于，提供一种涡流探伤方法和涡流探伤装置，能够针对像钢轨的轨头发裂那样的以相对较窄的间隔连续产生的多个缺陷中的每个缺陷，评价出缺陷的深度。本发明为了达成上述目的，第一技术方案所述的涡流探伤方法的特征在于，以比连续的缺陷的最短间隔更小的规定的间隔排列多个基准信号，对各基准信号的振幅进行调整，以使得调整了各基准信号的振幅之后所合成的基准信号的合成信号与连续的缺陷的涡流探伤信号一致，求出在基准信号的合成信号与连续的缺陷的涡流探伤信号最为一致时的基准信号的振幅调整值。第二技术方案所述的涡流探伤方法，在第一技术方案所述的涡流探伤方法的基础上，其特征在于，根据所述基准信号的振幅调整值，来评价连续的缺陷的深度。第三技术方案所述的涡流探伤方法，在第一技术方案或者第二技术方案所述的涡流探伤方法的基础上，其特征在于，所述连续的缺陷的间隔在涡流探伤探头的分辨率以下。第四技术方案所述的涡流探伤装置利用涡流探伤探头来获取涡流探伤信号，评价缺陷的深度，其特征在于，具有存储基准波形的基准信号存储部和涡流探伤信号分析部，涡流探伤信号分析部利用基准信号存储部的基准波形，以比连续的缺陷的最短间隔更小的规定的间隔排列多个基准信号，对各基准信号的振幅进行调整，以使得调整了各基准信号的振幅之后所合成的基准信号的合成信号与连续的缺陷的涡流探伤信号一致，求出在基准信号的合成信号与连续的缺陷的涡流探伤信号最为一致时的基准信号的振幅调整值。根据本发明，即使为像钢轨的轨头发裂那样以很短间隔连续产生的缺陷，并且该缺陷的间隔在涡流探伤探头的分辨率以下，也能够评价各缺陷的深度。附图说明图1A、1B是说明本发明的实施例的基准信号的图。图2A～2C是用于说明本发明的实施例的涡流探伤方法的概念图。图3是表示本发明的实施例的涡流探伤装置的结构的图。图4A～4D表示本发明的试验所使用的试验片和该试验片的涡流探伤信号的波形。图5A～5D表示基准信号和根据不同的缺陷分离了图4D的涡流探伤信号的信号的波形。图6A～6C是说明现有的涡流探伤方法的图。其中，附图标记说明如下：11编码器12同步检波器13低通滤波器14相位调整部15时间位置转换部16涡流探伤信号分析部17基准信号存储部具体实施方式根据钢轨的轨头发裂而检测出的涡流探伤信号，是因多个缺陷而产生的涡流探伤信号的合成涡流探伤信号，但由于轨头发裂的各缺陷的形状大致相似，而间隔、深度不同，所以能够将生成合成涡流探伤信号的各缺陷的涡流探伤信号看作频率（频率成分）大致相同、大小（振幅）不同的信号。因此，能够将轨头发裂的合成涡流探伤信号看作由频率大致相同、大小不同的多个涡流探伤信号合成的信号。此外，各缺陷的涡流探伤信号的大小与缺陷的深度相对应。另外，缺陷的间隔各不相同，从现有的调查结果等中了解到，最小的间隔为2mm左右。于是，本发明假设轨头发裂以规定的间隔排列相同形状的缺陷，以规定间隔（叫做“基准间隔”）排列多个由一个缺陷产生的涡流探伤信号（叫做“基准信号”）（利用规定间隔的基准信号），对各基准信号的大小进行调整，以使得调整各基准信号的大小（振幅）之后合成的基准信号的合成信号与实际缺陷的合成涡流探伤信号一致。由于此时调整了基准信号的大小的值（叫做“基准信号的振幅调整值”）表示实际缺陷的大小，所以只要求出在基准信号的合成信号与实际缺陷的合成涡流探伤信号一致时的各基准信号的振幅调整值，即能够评价实际缺陷的深度。为了使基准信号与实际的产生缺陷的位置之间的偏离最小，在为钢轨的轨头发裂的情况下，只要将基准间隔设定为比最小的间隔2mm更小的间隔，例如1mm、0.5mm等即可。在以基准间隔排列基准信号的情况下，按如下方式对基准信号进行调整：由于一个基准信号的波形会传播至相距基准间隔的相邻的位置，所以每隔基准间隔来调整各基准信号的振幅，针对每个位置分别加上（做加法）该调整了振幅的基准信号，使得通过该加法运算而得到的信号的振幅（大小）与实际缺陷的合成涡流探伤信号一致。因此，排列了基准信号的位置（每隔基准间隔的位置）的振幅调整值，成为加上了叠加在该位置的基准信号的各振幅调整值而得到的值。在本实施方式中，以钢轨的轨头发裂为例子进行了说明，但本发明不限于轨头发裂，还能够应用于对连续的缺陷的间隔在涡流探伤探头的分辨率以下的缺陷进行的探伤。根据图1A、1B，针对本发明的涡流探伤信号的合成进行说明。图1A表示基准信号的波形，图1B表示利用图1A的基准信号合成的基准信号的合成信号的波形。图1A表示以将相同的基准信号Ss1、Ss2错开基准间隔的方式来进行排列的状态。由于基准信号Ss1的波形由涡流探伤探头和产生基准信号的缺陷决定，所以利用实际的涡流探伤所使用的涡流探伤探头，事先生成并保存基准信号（基准波形）。图1B表示利用基准信号Ss1、Ss2合成的基准信号的合成信号Ssc和用于生成合成信号Ssc的两个信号Ssa、Ssb。信号Ssa相当于与基准信号Ss1的大小相等（1倍）的信号，信号Ssb相当于大小为基准信号Ss2的大小的0.5倍的信号。合成信号Ssc能够分成两个信号Ssa、Ssb，相反地，合成信号Ssc能够由信号Ssa、Ssb合成。因此，在探伤实际缺陷而检测出的合成涡流探伤信号与基准信号的合成信号Ssc一致时，实际缺陷的合成涡流探伤信号为对将大小与基准信号Ss1相等（1倍）的信号和大小为基准信号Ss2的0.5倍的信号相加而得到的信号。此时的1倍、0.5倍为基准信号的振幅调整值。此外，若将排列的基准信号的波形标准化，使其基准信号的波形的最大值为1，则振幅调整值为信号Sa、Sb的振幅。在图1B的例子中，已知信号Ssa、Ssb为大小等于基准信号Ss1、Ss2的1倍、0.5倍的信号，但在探伤未知的实际缺陷的情况下，并不知道信号Ssa、Ssb相当于大小为基准信号Ss1、Ss2的几倍的信号，由于该倍数为未知数，所以通过后述的联立方程式求出该倍数。[实施例]根据图2A～2C，说明本发明的涡流探伤方法的实施例。此外，图2A～2C是用于易于理解地说明本发明的涡流探伤方法的概念图。图2A表示基准信号的波形，图2B表示在被检查体T的位置n（n＝0、1…4）有缺陷的例子，图2C表示在位置n（n＝0、1…4）排列基准信号的例子。首先，针对图2A的基准信号进行说明。为了便于理解，图2A的基准信号用三角波表示。图2A的基准信号的振幅在位置n＝2为最大即1，在n＝1、3为0.5，在n＝0、4为0。由于基准信号的振幅因位置n不同而不同，所以将各位置的振幅的大小（1、0.5）叫做“基准信号的振幅变化值”。将该振幅变化值为最大的位置标准化为0，用am（m＝-1，0，1）表示。在图2A的情况下，在n＝1、3时振幅变化值为0.5，在n＝0、4时振幅变化值为0，根据所使用的涡流探伤探头不同或产生基准信号的缺陷不同，有时基准信号的振幅在n＝1、3为0.5以外的值，同样地，有时在n＝0、4时不为0。由于基准信号的波形根据所使用的涡流探伤探头不同而不同，所以事先通过用于实际探伤的涡流探伤探头，来调查（检测）并保存基准信号的波形和振幅变化值。此外，振幅变化值由基准信号的波形决定。接着，针对图2C进行说明。图2C表示在位置n＝0、1…4排列图2A的基准信号，用Sn0表示n＝0的基准信号，用Sn1表示n＝1的基准信号，用Sn2表示n＝2的基准信号，用Sn3表示n＝3的基准信号，用Sn4表示n＝4的基准信号。在图2C的情况下，在没有缺陷的位置n＝3也配置基准信号。即。与有无缺陷无关地，都以规定间隔进行配置。观察重叠在位置n的基准信号的振幅，在例如位置为n＝2的情况下，Sn2的振幅变化值为1，Sn1、Sn3的振幅变化值为0.5，Sn0、Sn4的振幅变化值为0，位置n＝2的振幅变化值为对各基准信号的振幅变化值相加而得到的值。但是，由于在图2C中排列大小相同的基准信号，所以在位置n＝2的基准信号的合成信号不反映在各位置的实际缺陷的合成涡流探伤信号的大小。因此，需要根据各位置的基准信号的振幅调整值对在各位置n的基准信号的合成信号进行调整。在此，若用xn（n＝0、1…4）表示在位置n的基准信号的振幅调整值，用yn（n＝0、1…4）表示振幅，则在位置n＝2的振幅y2为y2＝0.5×x1＋1×x2＋0.5×x3。由于振幅y2相当于在位置n＝2的实际缺陷的合成涡流探伤信号的振幅，所以为已知的值。在图2C中，若用振幅调整值xn（n＝0、1…4）和振幅变化值am（m＝-1，0，1）来表示振幅yn（n＝0、1…4），则有如下的数学式。[数学式1]y0=a0x0+a1x1yl=a-lx0+a0x1+a1x2y2=a-1x1+a0x2+a1x3y3=a-1x2+a0x3+a1x4y4=a-1x3+a0x4(1)若用矩阵表示数学式（1），则有如下的数学式。[数学式2]在数学式（2）中，由于振幅yn为由实际缺陷的合成涡流探伤信号决定的已知的值，振幅变化值am为由所使用的涡流探伤探头决定的已知的值，所以通过针对xn求出数学式（2）的解，能够求出表示缺陷的深度的基准信号的振幅调整值xn。此外，图2B的被检查体T的缺陷的位置与排列基准信号的位置一致，但实际上，无法使两者像上述那样一致，而是会产生偏离。为了减小偏离的影响，最好将排列基准信号的间隔设定为比实际的缺陷产生间隔窄。另外，图2C是排列（利用）了五个基准信号的例子，但不限于五个。在考虑涡流探伤探头的分辨率，并且考虑生成合成涡流探伤信号的缺陷的个数（涡流探伤探头一次感应的缺陷的个数）的基础上，决定基准信号的个数。接着，根据图3，说明本发明的实施例的涡流探伤装置。涡流探伤探头P，扫描具有缺陷F的被检查体T，利用同步检波器12对所检测出的信号进行同步检波，利用低通滤波器13获取合成涡流探伤信号，利用相位调整部14进行相位调整，并将调整后的信号供给时间位置转换部15。时间位置转换部15根据编码器11的输出，将用与涡流探伤探头P的扫描时间之间的关系来表示的合成涡流探伤信号，转换成用与涡流探伤探头P的扫描位置之间的关系来表示的合成涡流探伤信号。涡流探伤信号分析部16利用存储在基准波形存储部17内的基准波形（基准信号、基准信号的振幅变化值）和由涡流探伤探头P检测出的合成涡流探伤信号，计算表示被检查体T的各缺陷的深度的基准信号的振幅调整值。此外，在需要用与涡流探伤探头P的扫描位置之间的关系来表示合成涡流探伤信号时，使用编码器11，因此，可以根据需要设置该编码器11。接着，参照图4A～4D和图5A～5D，说明利用本发明的涡流探伤方法和涡流探伤装置对人工形成了缺陷的试验片进行的缺陷探伤结果。就试验片而言，利用了缺陷的间隔为2mm、深度为1mm的试验片（图4A），缺陷的间隔为6mm、深度为3mm的试验片（图4B），以及缺陷的间隔为2mm、混合存在深度为1mm和3mm的缺陷的试验片（图4C）。采用互感自比较方式的涡流探伤探头，将试验频率设定为800kHz。另外，将基准信号的间隔（基准间隔）设定为0.5mm。利用涡流探伤探头扫描各试验片而检测出的合成涡流探伤信号如图4D所示。在图4D中，a1表示图4A的试验片的合成涡流探伤信号，a2表示图4B的试验片的合成涡流探伤信号，a3表示图4C的试验片的合成涡流探伤信号。图5A～5D表示试验所使用的基准信号和对合成涡流探伤信号进行分解而计算出的涡流探伤信号的波形。在图5A～5D中，图5A表示基准信号的波形，图5B表示图4A的试验片（a1）的基准信号的振幅调整值（在图中用电压表示），图5C表示图4B的试验片（a2）的基准信号的振幅调整值，图5D表示图4C的试验片（a3）的基准信号的振幅调整值。已知图5B～5D的振幅调整值反映图4A～4C的试验片的缺陷的深度。另外，缺陷的深度为3mm的试验片（图4B）和混合存在深度为1mm、3mm的缺陷的试验片（图4C）的振幅调整值（图5C和图5D）的最大值为0.19和0.18，与此相对地，只有具有深度为1mm的缺陷的试验片（图4A）的振幅调整值（图5B）的最大值为0.12，因此，可得知本发明能够恰当地评价密集的缺陷。