JP2000275035A - 管厚測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】超音波反射エコーを用いて鋼管の厚さを連続的
に測定する手段と異常データ処理手段を備えた超音波管
厚測定装置において、測定の信頼性向上を図る。 【解決手段】エコーをあらかじめ設定した強度に増幅す
る増幅器と、エコーがあらかじめ定めた強度範囲にある
か否かを判定する判定回路を備え、異常データ処理手段
を通過したデータを前回値と比較し、順次トラッキング
する複数の前回値トラッキング手段を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管厚測定装置に関
する。さらに詳しくはオンラインで鋼管の厚さを連続的
に測定する装置の信頼性向上手段を備えた装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に鋼管の厚さ測定は、超音波垂直法
における表面エコー（Ｓエコー）と底面エコー（Ｂエコ
ー）との時間差を計測し、この計測された時間差に被測
定材内の音速を乗じて厚さを求める手段によって行われ
ている。このような測定では、鋼管内外面の表面性状、
鋼管の真円度及び超音波探触子と鋼管との中心偏位等の
要因によって、Ｓエコー及びＢエコーの強度が大きく変
動することがあり、この結果測定値の信頼性が低下する
という問題がある。

【０００３】測定値の信頼性を向上させるために従来、
下記の手法が用いられていた。

【０００４】（１）平均化：何回かの測定データを平均
し測定値とすることにより、個々の測定における誤差を
低減させ測定値の信頼性を向上させる。

【０００５】（２）前回値トラッキング：個々の測定に
おける厚さの変動をあらかじめ定めた値内と仮定し前回
値±設定値のみを正常値とすることにより、測定値の信
頼性を向上させる。

【０００６】前回値トラッキング手法を図６を用いて説
明する。図６は順次測定を続け、データを出力するタイ
ムチャートである。図６中黒丸は測定データ、横棒は出
力値、縦細線は上下限範囲を示す。ある測定データを測
定したとき、都度そのデータの上下に一定の範囲を設定
し、次のデータがこの範囲内の値であれば正常と判定し
出力値とする。この範囲を外れたデータを測定したとき
はこれを無視し、前回のデータを出力値とする。しかし
この範囲を外れた値が多数回連続して生じたとき、（図
６では４回としている）にはそのデータを出力値に置き
換え、新出力値と定める。

【０００７】（３）異常データ除去：被測定材の厚さか
ら例えば１／３〜２倍の範囲のデータを正常値とし、こ
の範囲以外のデータは異常値とし除去することにより、
測定値の信頼性を向上させる。

【０００８】以上の（１）〜（３）のうち１つ又は複数
の手法を組み合わせ測定値の信頼性向上を図った装置が
現状の主流である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしこれらの手法を
採用すると、鋼管の厚さの急変に対して測定の感度が鈍
感となり、真の厚さ測定値が得られないことが多々発生
するという欠点を有している。

【００１０】例えば上記（１）の場合、平均化処理にお
けるデータ数と測定間隔により最も薄い厚さ部分の測定
値はその前後の測定値と平均処理されるため真の値が得
られない。また上記（２）の場合、厚さの急変部は異常
値としてカットされ真の値が得られないのが実状であ
る。しかしこれらの手法を用いなければ測定値の安定が
図れないのが、従来の鋼管の超音波管厚測定装置の実状
であった。

【００１１】本発明は上記問題点を解決し、鋼管の厚さ
を連続的に測定する超音波管厚測定装置の測定の信頼性
向上を図ることができる管厚測定装置を開発し、これを
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するためになされたもので、その技術手段は、超音
波反射エコーを用いて鋼管の厚さを連続的に測定する手
段と厚さ算出回路の出力から設定範囲外のデータを除去
する異常データ処理手段を備えた超音波管厚測定装置に
おいて、異常データ処理手段を通過したデータを前回値
と比較しあらかじめ設定された範囲のデータを順次トラ
ッキングする複数の前回値トラッキング手段を備えたこ
とを特徴とする管厚測定装置である。

【００１３】超音波管測定装置は被測定物に垂直超音波
を照射し、反射されるエコーと底面エコーとの時間差に
より厚さを測定するものである。本発明が従来技術と異
なる点は異常データを除去した後に複数段の前回値トラ
ッキング手段を後続させて測定データの信頼性の向上を
図ったことにある。

【００１４】上記本発明の測定装置において、エコーを
あらかじめ設定した強度に増幅する増幅器と、エコーが
あらかじめ定めた強度範囲にあるか否かを判定する判定
回路を厚さ算出回路の前段に備えることによって、測定
データのＳ／Ｎ比を大きくすることができ、好適であ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を説明する。

【００１６】図５に超音波厚さ測定装置１００の縦断面
図及びこれに対応する発信パルスとエコーの関係を示す
波形図を示した。測定ヘッド１０１は水ノズル１０２と
超音波探触子１０３とからなっている。水ノズル１０２
から水（接触媒体１０４）を管１０５の外壁に噴射し、
水ノズル１０２の背面に装着された超音波探触子１０３
はこの接触媒体１０４を通って発信パルスＴを発射す
る。発信パルスＴは接触媒体４中を水距離Ｌだけ進行し
たとき、管１０５の表面１０６から表面エコー（Ｓエコ
ー）を反射し、さらに進行して管１０５の内面１０７に
達することから裏面エコー（Ｂエコー）を反射する。こ
のＳエコーとＢエコーの反射波の時間差（Ｔ₁）に管壁
を伝わる超音波の伝播速度を乗じて管１０５の肉厚寸法
(ｔ)を検出する。

【００１７】図１は本発明の実施例の管厚測定装置の構
成を示すブロック図である。

【００１８】本発明の管厚測定装置は、パルサーレシー
バ１１が検出した反射エコーをＳエコー及びＢエコーに
分け、これをあらかじめ設定した強度に増幅するための
増幅器（ＡＧＣ１２，１３）を備えている。Ｓエコーお
よびＢエコーがあらかじめ定めた強度範囲内にあるか否
かの判定回路（エコーゲート）１４，１５を備え、その
出力からＳエコーとＢエコーの時間差を算出する。次い
で、これを厚さに変換して出力する厚さ算出装置１６を
備えている。この厚さ算出装置１６からの出力１７に対
して異常データ処理装置１８を備えている。この異常デ
ータ処理装置１８は、測定値があらかじめ定めた範囲、
例えば被測定材の厚さの２０％〜１５０％の範囲を外れ
た場合、外乱であると判定してそのデータをキャンセル
し、前回値をホールドする処理装置である。本発明はこ
の異常データ処理装置１８のあとに前回値トラッキング
装置１９を備えたものである。このトラッキング装置１
９は複数のトラッキングを順次行うもので、その処理内
容を図２のフローチャートに示した。以下図２を参照し
て説明する。

【００１９】（１）第１のトラッキング： (ａ)上下限判定手段２２：厚さデータの入力値２１が設
定された上下限範囲内か否かを上下限判定手段２２で判
定する。範囲内であれば最新データとして記憶装置２５
に格納する。この値は厚さデータ２６として出力され
る。範囲外であればカウンター手段２３へ送出する。

【００２０】(ｂ)上下限設定手段２４：上下限設定手段
２４は最新データを取込み、これにあらかじめ設定され
た許容範囲を付加して、次回データの上下限範囲を算出
し、これを上下限判定手段２２に設定する。上下限判定
手段２２は新しい設定値に基いて次のデータの判定を行
う。ここで、上下限判定手段２４の設定値は半波長未満
とするのがよい。

【００２１】(ｃ)カウンター手段２３：カウンター手段
２３は上下限判定手段２２にて範囲外とされたデータを
取り込み、データ取り込みの持続回数をカウントする。
予め設定してある設定カウント回数未満であれば次の上
下限判定手段３２へ送る。設定回数以上であればそのデ
ータを最新データとして記憶装置２４に格納する。

【００２２】（２）第２のトラッキング： （ｄ）上下限判定手段３２：カウンター手段２３が設定
カウント回数未満とした厚さデータの入力値３１が、設
定された上下限範囲内か否かを判定する。範囲内であれ
ばカウンター回路手段３３へ送り、範囲外であれば上下
限設定手段３４及び第３のトラッキングの上下限判定手
段４２へ送る。

【００２３】(ｅ)カウンター手段３３：上下限判定手段
３２にて範囲内とされたデータを取り込み、データ取り
込みの持続回数をカウントする。設定回数未満であれば
上下限設定手段３４へ送り、設定回数以上であれば最新
データとして記憶装置２５に格納する。

【００２４】(ｆ)上下限設定手段３４：入力データにあ
らかじめ設定された許容範囲を付加し、次回データの上
下限範囲を算出し、上下限判定手段３２に設定する。こ
こで、上下限設定手段３４の設定値は、前記した上下限
判定手段２４の設定値と同様に半波長未満とするのがよ
い。

【００２５】(３)第３のトラッキング （ｇ）上下限判定手段４２：第２のトラッキングの上下
限判定手段３２が範囲外とした厚さデータの入力値４１
が、設定された上下限範囲内か否か判定する。範囲内で
あればカウンター手段４３へ送り、範囲外であれば上下
限設定手段４４へ送る。

【００２６】（ｈ）カウンター手段４３：上下限判定手
段４２にて範囲内とされたデータを取り込み、データ取
り込みの持続回数をカウントする。設定回数未満であれ
ば上下限設定手段４４へ信号を送り、設定回数以上であ
れば最新データとして記憶装置２５に格納すると同時に
上下限設定手段４４へも送る。

【００２７】（ｉ）上下限設定手段４４：上下限設定手
段４４は入力されたデータにあらかじめ設定された許容
範囲を付加し、次回データの上下限範囲を算出し、上下
限判定手段４２にこれを設定する。ここで、上下限判定
手段４４の設定値は半波長以上乃至は想定される最大変
化値（経験値）とするのがよい。

【００２８】（ｊ）記憶装置２５：記憶装置２５は入力
されたデータを最新値として格納するとともに、次回の
入力データが到来するまで、そのデータを厚さデータ出
力２６としてホールドし出力する。

【００２９】

【実施例】本発明の実施例及び比較例を図３〜図４を用
いて説明する。

【００３０】図３は従来技術の前回値トラッキングを説
明する測定回数と厚さデータを示すタイムチャートであ
る。横軸は繰り返し周波数毎の測定回数を、縦軸は厚さ
データを示す。図において入力データは黒丸で示し、出
力データは横棒で示している。上下限は細い縦線で示し
ている。

【００３１】図３は前回値トラッキングにおける上下限
設定手段２４の上下限値を±３とし、カウンター手段２
３のカウント設定値を８とした場合の入力データに対す
る出力を示している。なお、従来技術を説明するため
に、図２のカウンター手段３３及びカウンター手段４３
のカウント設定値は無限大に設定した。

【００３２】図３より、測定回数１２〜１７回目の厚さ
急変部は測定回数が６回であり、カウント設定値８に対
して８回未満のため測定回数１１回目のデータがそのま
まホールドされ、測定回数１２〜１７回目の入力データ
は出力されない。また、測定回数２４回目以降の厚さ急
変部はカウンター手段２３がカウントアップするまでは
測定回数２３回目のデータがホールドされているが、カ
ウンター手段２３のカウントが８回に達し、カウントア
ップにともない測定回数３１回目のデータが最新データ
とされこれを出力し、このデータに基づいてトラッキン
グが再開される。しかし３２回目以降のデータが３１回
目のデータの上下限範囲外のため、３１回目のデータが
そのままホールドされ出力となる。さらに測定回数３９
回目でカウンター手段２３のカウントが８回に達し、カ
ウントアップとなったのでこれにともない３９回目のデ
ータが最新データとされ、トラッキングが再開される。

【００３３】図４は本発明に係る前回値トラッキングの
例を説明するものである。

【００３４】ここで前回値トラッキングにおける上下限
設定手段２４の上下限を±３とし、、カウンター手段２
３のカウント設定値を８とし、、上下限設定手段３４の
上下限をの上下限を±３とし、とし、カウンター手段３
３のカウント設定値を２とし、上下限設定手段４４の上
下限を±６とし、カウンター手段４３のカウント設定値
を２として入力データに対する出力例を示している。

【００３５】図４より、測定回数１２〜１７回目間の厚
さ急変部は１２回目のデータが上下限判定手段２２の設
定範囲を外れるため、１１回目のデータがホールドされ
るが、１２回目のデータを初期値とした上下限判定手段
３２及びカウンター手段３３にて１４回目のデータが最
新データとされ、トラッキングが再開される。また、１
８回目のデータが上下限判定手段２２の設定範囲を外れ
るため、１７回目のデータがホールドされるが、１８回
目のデータを初期値とした上下限判定手段３２及びカウ
ンター手段３３にて２０回目のデータが最新データとさ
れ、トラッキングが再開される。

【００３６】また、測定回数２４回目以降の厚さ急変部
は２４回目のデータが上下限判定手段２２の設定範囲を
外れるため、２３回目のデータがホールドされるが、２
４回目のデータを初期値とした上下限判定手段４２及び
カウンター手段４３にて２６回目のデータが最新データ
とされ、上下限判定手段４２及びカウンター手段４３に
てトラッキングが実施され、カウンター手段４３からの
出力が最新データとし格納される。また、２９回目のデ
ータが上下限判定手段２２の設定範囲内のため、上下限
判定手段２２の出力が最新データとして格納され、トラ
ッキングが再開される。さらに、３２回目のデータが上
下限判定手段２２の設定範囲を外れるため、３１回目の
データがホールドされるが、３２回目のデータを初期値
とした上下限判定手段４２およびカウンター手段４３に
て３４回目のデータが最新データとされ、上下限判定手
段４２およびカウンター手段４３にてトラッキングが実
施され、カウンター手段４３からの出力が最新データと
し格納される。また、３８回目のデータが上下限判定手
段２２の設定範囲内のため、上下限判定手段２２の出力
が最新データとして格納され、トラッキングが再開され
る。

【００３７】

【発明の効果】本発明の管厚測定装置は以上のように構
成されているので、超音波垂直探傷法を用いてオンライ
ンで管厚を測定する場合の信頼性を著しく向上させるこ
とが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の管厚測定装置のブロック図である。

【図２】実施例の管厚測定装置のフローチャートであ
る。

【図３】管厚測定装置の作動例を示すタイムチャートで
ある。

【図４】実施例の管厚測定装置の作動例を示すタイムチ
ャートである。

【図５】管厚測定装置の縦断面図及びこれに対応する波
形図である。

【図６】従来の測定を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１１ パルサレシーバ １２、１３ 増幅器（ＡＧＣ） １４、１５ 判定回路（エコーゲート） １６ 厚さ算出装置 １７ 出力 １８ 異常データ処理装置 １９ 前回値トラッキング装置 ２０ 厚さ出力 ２１ 厚さデータの入力値 ２２、３２、４２ 判定手段 ２３、３３、４３ カウンター手段 ２４、３４、４４ 上下限設定手段 ２５ 記憶装置 ２６ 厚さデータ １００ 超音波測定装置 １０１ 測定ヘッド １０２ 水ノズル １０３ 超音波探触子 １０４ 接触媒体（水） １０５ 管 １０６ 表面 １０７ 内面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波反射エコーを用いて鋼管の厚さを
   連続的に測定する手段と厚さ算出回路の出力から設定範
   囲外のデータを除去する異常データ処理手段を備えた超
   音波管厚測定装置において、異常データ処理手段を通過
   したデータを前回値と比較しあらかじめ設定された範囲
   のデータを順次トラッキングする複数の前回値トラッキ
   ング手段を備えたことを特徴とする管厚測定装置。
2. 【請求項２】 エコーをあらかじめ設定した強度に増幅
   する増幅器と、エコーがあらかじめ定めた強度範囲にあ
   るか否かを判定する判定回路を厚さ算出回路の前段に備
   えたことを特徴とする請求項１記載の管厚測定装置。