JP2000235023A - 部材表面の皮膜剥離検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部材表面に形成されている皮膜の剥離を容易
且つ正確に検出する。 【解決手段】 皮膜２の離れた位置に２個のＡＥセンサ
ー５を固定し、２個のＡＥセンサー５の間で打撃機３を
一定速度で移動させながら、皮膜２を一定間隔で打撃す
る。打撃により発生した弾性波を増幅してコンピュータ
９に入れ、周波数解析を行う。解析により得られた弾性
波の振幅の大小により剥離の有無を検出する。一つの音
源から２個のＡＥセンサー５に到達した信号の時間差か
ら剥離部の位置を特定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボイラーの蒸気管等
の部材表面に形成されている皮膜の剥離を検出するため
の方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、ボイラーの火炉壁を構成する
蒸気管の表面には、耐熱性や耐食性、耐摩耗性等を向上
させるために、溶射法等により皮膜が形成される場合が
多い。

【０００３】このように形成された皮膜は、使用中に熱
膨張の違い等により蒸気管から剥離することがあり、皮
膜が剥離すると腐食の原因となり、最悪の場合、蒸気管
に孔があくことになる。そのため、１〜２年に１度、ボ
イラーを止めて点検を行うことになるが、この場合、で
きるだけ短時間に点検を終了することが要求される。

【０００４】上記皮膜剥離の点検を行う場合、従来で
は、カラーチェックを含めた目視やハンマーで軽くたた
く等の方法による検査が採用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
方法では、皮膜の割れは比較的容易に検出することはで
きるが、皮膜剥離の場合は、表面欠陥ではないので、熟
練した作業員による長年の経験が必要な上、熟練者であ
っても小さな剥離や浮き等を正確に検出することは困難
である。

【０００６】そこで、本発明は、皮膜の小さな剥離や浮
き等でも、熟練を要することなく容易且つ正確に検出す
ることができるような部材表面の皮膜剥離検出方法及び
装置を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、部材の表面に形成されている皮膜に表面
から打撃力を加えることにより弾性波を発生させ、発生
した弾性波を複数個のセンサーで測定して周波数解析を
行い、皮膜の剥離部を、弾性波の振幅の大小により検出
する部材表面の皮膜剥離検出方法及び装置とする。

【０００８】皮膜が剥離している個所を打撃して、その
際発生した弾性波をＡＥセンサーで測定すると、剥離し
ていない健全部に比して弾性波の振幅が大きい。したが
って、振幅の大小によって健全部と剥離部とを区別する
ことができる。又、弾性波が複数のＡＥセンサーに到達
する時間の差によって、剥離部の位置を検出することが
できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１０】図１（イ）（ロ）及び図２は本発明の部材
表面の皮膜検出装置の実施の一形態を示すもので、ボイ
ラーの蒸気管の如き長尺の部材１の表面に形成されてい
る皮膜２に打撃を加えることによる皮膜２の撓みを弾性
波の振幅の大きさで評価し、剥離部を検出する場合につ
いて示す。

【００１１】すなわち、部材１の表面に施された皮膜２
を打撃する打撃機３を装備させた検査ヘッド４と、上記
打撃機３により皮膜２を打撃したときに発生した弾性波
を感知する２個のＡＥ（アコースティックエミッショ
ン）センサー５と、これらＡＥセンサー５で測定した弾
性波を順次増幅するプリアンプ６及びメインアンプ７
と、増幅された弾性波のノイズ成分を除去するハイパス
フィルタ８と、該ハイパスフィルタ８を通過した後の弾
性波の周波数を解析する周波数解析装置としてのパソコ
ンの如きコンピュータ９と、解析結果を出力するプリン
タ１０とからなる構成とする。上記コンピュータ９、バ
イパスフィルタ８及びメインアンプ７は、プリアンプ６
との間を延長コードで結ぶことにより、現場から所要量
離れた位置に設置することができるようにしてある。

【００１２】なお、図１では、検査ヘッド４を、水平方
向に置かれている部材１に適用するような姿勢とした場
合が示してある。

【００１３】上記検査ヘッド４は、図１（イ）に示すよ
うに、長手方向の中央部上面に取り扱い用の把手１１を
取り付けたビームの如きヘッド本体フレーム１２の長手
方向両端部に、脚部１２ａを下向きに直角に設けて、該
各脚部１２ａの下面に固定パッド１３をそれぞれ取り付
け、上記ヘッド本体フレーム１２の両端の脚部１２ａ間
に、該ヘッド本体フレーム１２と平行に配したスクリュ
ーロッド１５の両端部を回転自在に支持させて、モータ
１４により回転駆動されるようにすると共に、該スクリ
ューロッド１５と平行にガイドレール１６を配設して、
打撃機３の外側部に固設したガイドブロック１７をガイ
ドレール１６に摺動自在に係合支持させ、且つ該ガイド
ブロック１７に上記スクリューロッド１５を貫通螺合さ
せ、上記把手１１に組み付けたスイッチ１８の操作で上
記モータ１４を駆動してスクリューロッド１５を回転さ
せることにとより、打撃機３をガイドレール１６に沿わ
せてヘッド本体フレーム１２の長手方向へ一定速度で移
動できるようにしてある。

【００１４】又、上記打撃機３は、図２に詳細を示す如
く、上下方向に長い円筒状のケーシング１９内に、該ケ
ーシング１９の先端（下端）壁１９ａ及び後端（上端）
壁１９ｂから上下に貫通して突出するようにロッド（ピ
ン）２０を上下方向に移動自在で且つ回転不可となるよ
うに収納配置し、ケーシング１９内に位置する該ロッド
２０の両端側所要位置に、フランジ状の先端側突出部２
１ａと後端側突出部２１ｂを突設し、且つ上記後端側突
出部２１ｂと後端壁１９ｂ内面との間に、ロッド２０を
下向きに押し出し付勢するためのスプリング２２ｂを介
在させると共に、上記先端側突出部２１ａと先端壁１９
ａ内面との間に、ロッド１９の下向き押し出し付勢力を
緩衝するよう上記スプリング２２ｂよりも強さの弱いス
プリング２２ａを介在させ、更に、上記ロッド１９の中
間部の一側部に所要の長さのラック２３を設ける。一
方、上記ケーシング１９の上下方向中間部一側には、所
要の開口部２４を設け、該開口部２４に、有歯領域をほ
ぼ１８０゜としたセクターギヤ２５を、モータ２６によ
り回転駆動可能に配置して、上記ラック２３に噛合、離
脱できるように組み付け、セクターギヤ２５とラック２
３が噛合しているときに上記モータ２６の駆動でセクタ
ーギヤ２５を図上時計方向へ回転させることにより、ラ
ック２３を介してロッド２０がスプリング２２ｂに抗し
て上方へ移動させられ、セクターギヤ２５がラック２３
から離脱することにより、スプリング２２ｂの圧縮反力
でロッド１９を下方に瞬時に移動させてロッド１９の下
端面で部材１の表面を打撃できるようにしてあり、打撃
後は、セクターギヤ２５が半回転してラック２３と噛合
することにより再びロッド２０が上方へ移動させられた
後、スプリング２２ｂにより打撃させられ、同じ動作が
繰り返されて連続的に打撃できるようにしてある。

【００１５】なお、上記打撃機３の作動用のモータ２６
は、把手１１部のスイッチ１８の操作により、移動用の
モータ１４と同期して駆動されるようにしてもよく、あ
るいは、別途スイッチの操作で駆動されるようにしても
よい。

【００１６】上記ＡＥセンサー５は、検査ヘッド４と別
体としてあり、磁力あるいは真空力によって部材１の表
面に密に固定できるようにして、雑音が入らないように
してあるが、検査ヘッド４と一体化してもよく、その場
合、ラバーマウントにするとよい。

【００１７】更に、周波数解析装置としてのコンピュー
タ９には、データロガーを通してデータ（信号）を取り
入れ、このとき、取り入れる信号の振幅のしきい値を自
由に設定でき、しきい値よりも大きな振幅の信号だけを
取り入れる機能と、一つの音源から２個のＡＥセンサー
５に到達した信号の時間差から、信号が発生した場所を
計算できる機能と、取り入れた信号が発生した場所をデ
ィスプレイ上に表示する機能との３つの機能を具備した
専用のソフトウェアがインストールされている。

【００１８】ボイラー蒸気管の如き部材１の表面に形成
されている皮膜２の剥離部の有無を検出する場合には、
部材１上に、該部材１の長手方向に沿わせて検査ヘッド
４を押し付けるようにセットし、且つその前後の位置に
ＡＥセンサー５を固定配置した状態として、スイッチ１
８をＯＮにし、打撃機３を一定速度で移動させながら、
打撃機３により部材１の表面の皮膜２を任意の間隔で打
撃させるようにする。

【００１９】この場合、スイッチ１８がＯＮになると、
ヘッド本体フレーム１２の脚部１２ａに設置されている
モータ１４が駆動されて、スクリューロッド１５が回転
させられることにより、該スクリューロッド１５に螺合
させられているガイドブロック１７を介して打撃機３に
送り力が与えられるので、打撃機３は、スクリューロッ
ド１５と平行に延びるガイドレール１６に沿ってヘッド
本体フレーム１２の長手方向へ移動させられる。

【００２０】又、打撃機３は、モータ２６が駆動される
と、セクターギヤ２５が図２において時計方向に回転さ
せられるので、ロッド２０の中央部に設けられたラック
２３に対し螺合、離脱を繰り返すことになる。この際、
ロッド２０は、セクターギヤ２５の有歯部の始端がラッ
ク２３に噛合して有歯部の終端がラック２３から離脱す
る直前までの過程で、ケーシング１９の後端壁１９ｂと
ロッド２０の後端側突出部２１ｂとの間に介在させてあ
るスプリング２２ｂに抗し押し上げられ、ラック２３か
らセクターギヤ２３の有歯部の終端が離脱した時点で、
スプリング２２ｂの圧縮反力によって下方へ押し出し付
勢され、このとき、ロッド２０の下端面が皮膜２を打撃
することになり、この動作が、ピストン運動の如く連続
的に繰り返されることになる。なお、ロッド２０が皮膜
２を打撃するときの衝撃力は、ケーシング１９の先端壁
１９ａとロッド２０の先端側突出部２１ａとの間に介在
させてあるスプリング２２ａにより緩衝され、且つこの
スプリング２２ａの存在により、下方へ押し出し付勢さ
れた後のロッド２０は定位置へ戻される。

【００２１】上記打撃機３により皮膜２に打撃が与えら
れると、部材１内に弾性波が発生する。この発生した弾
性波は２個のＡＥセンサー５で測定され、この弾性波の
信号がプリアンプ６、メインアンプ７で順次増幅され、
更に、ハイパスフィルタ８でノイズ成分を除去されてか
らコンピュータ９に入れられ、周波数解析される。

【００２２】この解析結果は、図４（イ）（ロ）に示す
とおりであり、皮膜２に剥離が生じていない健全部から
の弾性波の振幅は図４（イ）の如く小さく、皮膜２に剥
離部があると、その部分で発生する弾性波の振幅は図４
（ロ）の如く大きくなるので、剥離部の有無を弾性波の
振幅の大小で検出することができる。すなわち、同じ衝
撃を加えたときは、剥離が生じていない健全部であれ
ば、その衝撃力を部材１全体で受けるため、発生する弾
性波の振幅は小さいのに対し、剥離が生じていると、剥
離している薄い部分で衝撃力を受けるため、振幅は大き
くなる。このことは、たとえば、上面が平らなコンクリ
ートの上面に板があり、その板の下面がコンクリートの
上面に密着している場合は、その板の上に人が乗っても
板はほとんど変形せず撓みはないのに対し、板の中央部
がコンクリート上面に密着せず板がその両端で支えられ
ている場合は、板の上に人が乗ると板の撓みは大きいこ
とと原理的に同じである。本発明は、この撓みの測定を
自動的、連続的に行うものである。又、本発明では、あ
る一定値以上の振幅をもった信号はすべてコンピュータ
９に取り込まれるが、更に、あるしきい値以上の振幅を
もった弾性波だけをコンピュータ９のディスプレイ上に
表示させるようにすることによって、剥離の有無を検出
することができる。又、２個のＡＥセンサー５に到達す
る弾性波の時間差から剥離部の位置を特定することがで
きる。

【００２３】このように、これまで、目視では困難であ
った剥離部の有無を、弾性波の振幅の大小で判別するこ
とができ、したがって、剥離部の検出を、熟練を要する
ことなく簡単に行うことができる。なお、上記打撃機３
のロッド２０は、スプリング２２ａ，２２ｂと、セクタ
ーギヤ２５の半分とラック２３の噛合により往復するよ
う保持されているので、水平方向に置かれている部材１
の上面に検査ヘッド４を下向きに置いて部材１の上面を
ロッド２０で打撃する場合に限らず、水平方向に置かれ
ている部材１の側部に検査ヘッド４を横向きにして置い
てロッド２０が水平方向へ移動して部材１の側面を打撃
するようにして使用することができる。

【００２４】次に、図３は本発明の実施の他の形態とし
て、打撃機の別の構造例について示す。すなわち、上下
方向に長い円筒状のケーシング１９内に、断面形状がＵ
字状になるように後端側を開放した円筒状のピストン２
７を上下方向に摺動自在に且つ回転不可となるように収
納させて、該ピストン２７とケーシング１９の後端壁１
９ｂとの間に、スプリング２２を介在させて、該スプリ
ング２２によりピストン２７を押すことによりピストン
２７の前面側に形成された所要の空気室２８を圧縮させ
るようにし、該空気室２８に連通させた砲身状のガイド
管２９内に圧縮空気を送るようにし、且つ上記ピストン
２７の円筒部を形成する所要の長さのガイドスリーブ２
７ａの外壁面部に所要長さのラック２３を長手方向に設
け、一方、上記ケーシング１９の上下方向中間部の一側
に所要の開口部２４を設け、該開口部２４に有歯領域を
ほぼ１８０゜としたセクターギヤ２５を、モータ２６に
より回転駆動可能に配置して、上記ラック２３に噛合、
離脱できるように組み付け、上記モータ２６の駆動でセ
クターギヤ２５を図上時計方向へ回転させて、該セクタ
ーギヤ２５をラック２３に噛合させることによりピスト
ン２７をスプリング２２に抗して後退させ、セクターギ
ヤ２５がラック２３との噛合が解除されることにより、
スプリング２２の圧縮反力でピストン２７を前進させる
という上下方向の往復移動を行わせてピストン２７の前
面で空気室２８内の空気が間欠的に圧縮されるようにし
てある。

【００２５】又、上記ケーシング１９の先端壁１９ａの
中心部に連設させたガイド管２９は、小径通路２９ａと
大径通路２９ｂとが形成されていて、上記小径通路２９
ａが空気室２８側に、又、大径通路２９ｂが先端側に位
置するようにしてあり、且つ上記ガイド管２９の小径通
路２９ａと大径通路２９ｂとの境界部分に、該大径通路
２９ｂと同一内径とした通路管３０の下端を、たとえ
ば、斜め４５゜の角度で連通接続し、小球タンク３１の
下端部を漏斗状に形成して上記通路管３０の上端に一体
に連設し、該小球タンク３１内に収納させた鋼又はプラ
スチック製の小球３２を自重で通路管３０を通して上記
ガイド管２９の大径通路２９ｂへ送り込めるようにする
と共に、上記ガイド管２９の大径通路２９ｂの上端部所
要個所に、通路管３０から送り込まれた小球３２の直接
落下を阻止するための所要の弾性体からなるストッパ片
３３を取り付け、上記ピストン２７の反復移動により空
気室２８内で圧縮された空気がガイド管２９内に供給さ
れたときに、大径通路２９ｂ内に送り込まれている小球
３２に圧縮空気の圧力を作用させることにより、上記小
球３２を、ストッパ片３３を乗り越えさせるようにして
大径通路２２ｂを通し発射させて部材１の表面に打ちつ
けるようにした打撃機３′としたものである。

【００２６】図３に示す打撃機３′の場合、モータ２６
の駆動によりセクターギヤ２５がラック２３に噛合して
いる間はピストン２７を後退させ、セクターギヤ２５が
半回転してラック２３との噛合が解除されたときにピス
トン２７が前進させられるので、ピストン２７が往復移
動することにより小球３２を一定間隔で連続的に発射さ
せることができる。したがって、図１（イ）（ロ）に示
す打撃機３に代えて検査ヘッド４に組み付けて使用する
と、小球３２を部材１の表面に打ちつけて皮膜２を一定
間隔で順次打撃することができるので、上記実施の形態
の場合と同様な作用効果が奏し得られる。

【００２７】上記打撃機３′の場合、ケーシング１９の
ガイド管２９に対し小球タンク３１の通路管３０を斜め
４５°の角度で接続してあるので、ケーシング１９を横
向きにして小球３２を水平方向へ飛び出させるような使
い方をしても、小球３２をガイド管２９内に自重で供給
することができ、これにより水平方向に置かれている部
材１の上面に検査ヘッド４を下向きにセットしたり、部
材１の側部に横向きにセットして検査を行うことができ
る。

【００２８】なお、上記実施の形態では、皮膜２が形成
されている部材１がボイラー蒸気管の如き長尺のパイプ
を想定しているため、ＡＥセンサー５を２個用いた場合
を示したが、皮膜２が形成されている部材１が平面
（板）状の場合には、たとえば、４個のＡＥセンサー５
を矩形に配置して、縦横１ｍの範囲の検査を行うように
したり、更に、打撃機３や３′を複数用いるようにして
もよいこと、又、打撃機３や３′を移動させる機構とし
ては、図示した以外の任意の機構を採用することができ
ること、上記各実施の形態では、部材１が水平状態に置
かれている場合について示したが、部材１が垂直方向に
配置されているものにも適用できることは勿論であり、
この場合、図３の小球タンク３１は水平方向に伸びるガ
イド管２９に対して垂直となるよう図３に二点鎖線で示
すようにしてもよいこと、更に、実施の形態では、ボイ
ラー蒸気管の如き部材１の表面に形成されている皮膜２
の剥離検出について採用した場合を示したが、たとえ
ば、建造物外壁のモルタル、タイル等の剥離検出にもそ
のまま応用することは任意であること、その他本発明の
要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得るこ
とは勿論である。

【００２９】

【実施例】次に、本発明者が行った実験について説明す
る。

【００３０】供試材として、長さ１０００mmのボイラー
チューブの如き母材（２１／４Ｃｒ−１Ｍｏ鋼）の表面
に、厚さ０．１５mmの８０％Ｎｉ−２０％Ｃｒ皮膜を溶
射法によって成膜させた。この際、溶射施工に先立っ
て、供試ボイラーチューブに部分的にカーボンを塗布
し、溶射後、皮膜が基材から剥離するようにした。

【００３１】皮膜形成後、共振型ＡＥセンサーをボイラ
ーチューブの両端２個所に取り付け、図３に示したと同
様な打撃機３′を組み付けた検査ヘッド４を用いて、直
径１mmの軸受用鋼球を一定速度で打ち付け、発生した弾
性波の振幅、周波数等を計測して解析した。

【００３２】その結果、剥離のない健全部では、図４
（イ）に示すような波形が得られ、剥離が存在する部分
では、図４（ロ）に示すような波形が得られた。図４
（イ）（ロ）から明らかなように、健全部からの弾性波
の振幅は小さいのに対して、剥離部からの弾性波の振幅
はきわめて大きいことがわかる。又、２つのセンサーの
間隔が１ｍ離れていても、各センサーに到達する弾性波
の時間差から、剥離の位置を正確に測定することができ
た。

【００３３】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、部材
の表面に形成されている皮膜に表面から打撃力を加える
ことにより弾性波を発生させ、発生した弾性波を複数個
のセンサーで測定して周波数解析を行い、皮膜の剥離部
を、弾性波の振幅の大小により検出する部材表面の皮膜
剥離検出方法とし、又、部材の表面に形成されている皮
膜の表面を連続的に打撃する打撃機と、該打撃機の作動
により発生して伝搬される弾性波を測定するようにした
複数個のＡＥセンサーと、該各ＡＥセンサーで受けた弾
性波の周波数を解析する周波数解析装置とを備えた構成
を有する部材表面の皮膜剥離検出装置としてあるので、
従来では目視でも困難であった皮膜の剥離の有無を、熟
練を要することなく、弾性波の振幅の大小で判別するこ
とができ、剥離部の検出を簡単且つ正確に行うことがで
き、したがって、機械工業、建築、土木工業等、広い分
野に適用することができる、という優れた効果を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の部材表面の皮膜検出装置の実施の一形
態を示すもので、（イ）は全体の概略図、（ロ）は
（イ）のＡ−Ａ方向拡大矢視図である。

【図２】打撃機の一例を拡大して示す切断側面図であ
る。

【図３】打撃機の他の例を示す切断側面図である。

【図４】実験結果を示すもので、（イ）は健全部の波形
を示す図、（ロ）は剥離部の波形を示す図である。

【符号の説明】

１ 部材 ２ 皮膜 ３，３′ 打撃機 ５ ＡＥセンサー ９ コンピュータ（周波数解析装置）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G047 AB07 AC02 BA04 BA05 BC03 BC04 CA03 CA07 CB01 GA13 GG12 GG30 GG47

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 部材の表面に形成されている皮膜に表面
   から打撃力を加えることにより弾性波を発生させ、発生
   した弾性波を複数個のセンサーで測定して周波数解析を
   行い、皮膜の剥離部を、弾性波の振幅の大小により検出
   することを特徴とする部材表面の皮膜剥離検出方法。
2. 【請求項２】 部材の表面に形成されている皮膜の表面
   を連続的に打撃する打撃機と、該打撃機の作動により発
   生して伝搬される弾性波を測定するようにした複数個の
   ＡＥセンサーと、該各ＡＥセンサーで受けた弾性波の周
   波数を解析する周波数解析装置とを備えた構成を有する
   ことを特徴とする部材表面の皮膜剥離検出装置。