JP2005292044A

JP2005292044A - 電磁超音波計測装置

Info

Publication number: JP2005292044A
Application number: JP2004110266A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kuroki; 雅彦黒木; Takumi Yamamoto; 拓未山本
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2024-04-02
Also published as: JP4367208B2

Abstract

【課題】専用の治具を必要とすることなく配管の肉厚や欠陥の測定を簡便に連続測定できる電磁超音波計測装置を提供することである。
【解決手段】計測装置本体１１は、検査対象物に対して電磁超音波を送受信する１または複数のセンサ部１４及び演算制御装置１８を収納し、自ら検査対象物に沿って移動する。計測装置本体１１の移動中に、演算制御装置１８は、予め定められた時間間隔で、センサ部１４での電磁超音波の送受信タイミングを制御するとともに、センサ部１４で受信した電磁超音波に含まれる検査対象物の厚さまたは欠陥の情報を記憶する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁超音波を検査対象物に送信してその反射波を受信し検査対象物の肉厚や欠陥を測定する電磁超音波計測装置に関する。

一般に、超音波探触子は圧電素子に電圧を印加して振動を発生させ、その振動を検査対象物に送信し、反射波を受信して肉厚や欠陥を測定するものである。この場合、音波インピーダンスが高い空気の伝搬を避けるために、超音波探触子と検査対象物との間に接触媒質を設けている。

例えば、発電プラントにおける各種配管の肉厚を超音波探触子により測定する場合には、配管の外部表面に接触媒質を介して超音波探触子を配置し、超音波探触子から超音波を送信し反射エコーを受信することにより配管の肉厚を測定している。この場合、超音波探触子を移動させるたびに接触媒質を配置しなければならないので、通常、配管の肉厚測定は配管の一部分における定点計測で行われている。最近は、配管の全域に亘って減肉状態を把握するできるようにするため、配管の一部分だけでなく配管の全域における肉厚を連続測定することが要請されている。

一方、非接触で超音波を受発信できる電磁超音波計測装置がある。この電磁超音波計測装置は、圧電素子に代えて電磁的に超音波の送受信を行うものであり、接触媒質が不要であり、塗装除去作業や錆落とし作業が不要などの利点があるため、主として鉄鋼業の上位熱間工程での肉質検査、厚み計測、各種配管類、ガス管、通信用ケーブル管路の減肉状態の調査への応用などを目指して技術開発されている（例えば、非特許文献１参照）。
日立評論ＶＯＬ．６７Ｎｏ．９（１９８５−９）Ｐ５３、５４

しかし、配管などの肉厚測定を連続測定で行う際には、配管の外に足場を組み専用の治具を設置するなどして大がかりな事前準備をした後に、配管に沿って肉厚を測定していくことになるので、配管の肉厚測定のための事前準備に時間やコストがかかることになる。また、配管肉厚の測定作業においても、測定装置を配管に沿って移動させていかなければならないので作業量が多くなる。特に、配管は直管部だけでなく曲管部も有しており、さらに、超音波探触子を用いて行う場合には接触媒質が必要となるので作業量はさらに増大する。

本発明に目的は、専用の治具を必要とすることなく配管の肉厚や欠陥の測定を簡便に連続測定できる電磁超音波計測装置を提供することである。

請求項１の発明に係わる電磁超音波計測装置は、検査対象物に対して電磁超音波を送信するとともに電磁超音波を受信する１または複数のセンサ部と、予め定められた時間間隔で前記センサ部での電磁超音波の送受信タイミングを制御するとともに受信した電磁超音波に含まれる検査対象物の厚さまたは欠陥の情報を記憶する演算制御装置と、前記センサ部及び前記演算制御装置を収納し自ら検査対象物に沿って移動可能に形成された計測装置本体とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明に係わる電磁超音波計測装置は、検査対象物に対して電磁超音波を送信するとともに電磁超音波を受信する１または複数のセンサ部と、１または複数のセンサ部と検査対象物との間の距離を測定する距離センサと、前記距離センサで測定されたセンサ部と検査対象物との間の距離に基づいて前記センサ部での電磁超音波の送受信タイミングを制御するとともに受信した電磁超音波に含まれる検査対象物の厚さまたは欠陥の情報を記憶する演算制御装置と、前記センサ部及び前記演算制御装置を収納し自ら検査対象物に沿って移動可能に形成された計測装置本体とを備えたことを特徴とする。

請求項３の発明に係わる電磁超音波計測装置は、請求項２の発明において、前記演算制御装置は、各々の距離センサで検出された前記検査対象物までの距離が最短のセンサ部を判定し、その最短のセンサ部に対して電磁超音波を送信するとともに電磁超音波を受信し、受信した電磁超音波に含まれる検査対象物の厚さまたは欠陥を記憶することを特徴とする。

請求項４の発明に係わる電磁超音波計測装置は、請求項１ないし請求項３のいずれか一の発明において、前記計測装置本体は、自ら検査対象物に沿って転がる形状に形成されたことを特徴とする。

本発明によれば、計測装置本体は自ら検査対象物に沿って移動可能に形成されているので、検査対象物である配管内部の上部に電磁超音波計測装置を投げ入れるだけで、重力により配管の上部から配管の下部に移動する。従って、電源を入れて検査対象物である配管内部に電磁超音波計測装置を投げ入れると、センサ部から電磁超音波を送信するとともに電磁超音波を受信しながら、検査対象物である配管内部を移動するので、連続的に配管の長さ方向の肉厚や欠陥を測定できる。また、電磁超音波の特性上、接触媒質や検査面の手入れなどが不要であるので、専用治具の事前準備が不要であり、コストを削減できるとともに検査作業効率が向上する。水平管においては、必要な初速度を与えて電磁超音波計測装置を配管のある地点より投げ入れた後、他のある地点で回収することで、検査対象物である配管の長さ方向の肉厚や欠陥を連続的に測定できる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わる電磁超音波計測装置の構成を示す断面図である。計測装置本体１１は球体に形成され、自ら検査対象物に沿って移動可能な形状に形成されている。計測装置本体１１の内部には、磁石１２とコイル１３とからなる複数個のセンサ部１４が設けられている。図１では、断面図であることから平面的に１２個のセンサ部１４が配置されているものを図示しているが、計測装置本体１１は球体に形成されるので、複数個のセンサ部１４は球体内面に立体的に配置される。なお、磁石１２は永久磁石であってもよいし電磁石であってもよい。

また、各々のセンサ部１４には切替器１５が設けられ、この切替器１５はセンサ部１４の接続をパルサー１６またはレシーバー１７のいずれかに切り替えるものであり、その切り替えは演算制御装置１８により制御される。センサ部１４は、切替器１５の切り替えにより、パルサー１６から検査対象物に対して電磁超音波を送信し、レシーバー１７により電磁超音波を受信する。

演算制御装置１８は、設定器１９に予め定められた時間間隔に基づいて、各々のセンサ部１４での電磁超音波の送受信タイミングを制御するとともに、受信した電磁超音波に含まれる検査対象物の厚さまたは欠陥の情報を記憶する。電源部２０には電池２１から電源が供給され、電源部２０から、センサ部１４、切替器１５、パルサー１６、レシーバー１７及び演算制御装置１８等に必要な電源が供給される。磁石１２が電磁石である場合には電源部２０からの電源で励磁されることになる。

センサ部１４の磁石１２は検査対象物に対して磁界を与えるものであり、肉厚や欠陥の測定時には検査対象物に磁石１２により磁界が与えられている。この状態で、演算制御装置１８は切替器１５によりコイル１３をパルサー１６に接続する。これにより、パルサー１６はコイル１３にパルス電流を印加する。そして、演算制御装置１８は、パルサー１６がコイル１３にパルス電流を印加した後に、切替器１５によりコイル１３をレシーバー１７に接続する。

コイル１３にパルス電流が印加されると検査対象物の表面に渦電流が誘起され、磁石１２により与えられている磁界とこの渦電流によりローレンツ力が検査対象物に働き、機械的変位が生じて超音波が発生する。この超音波は検査対象物中を伝搬し、裏面あるいは欠陥で反射し、再び検査対象物の表面に戻ってくる。超音波が検査対象物の表面に戻ってくると、磁石１２により与えられた磁界中で検査対象物が機械的変位をすることになるので、ファラディーの電磁誘導の法則により起電力が発生し再び渦電流が発生する。この渦電流による磁界変化はコイル１３に起電力を発生する。この起電力をレシーバー１７で受信し、演算制御装置１８に入力する。

図２は本発明の第１の実施の形態に係わる電磁超音波計測装置のブロック構成図である。電源部２０には電池２１から電源が供給され、電源部２０から、センサ部１４、切替器１５、パルサー１６、レシーバー１７及び演算制御装置１８にそれぞれ必要な電源が供給される。設定器１９には、各々のセンサ部１４での電磁超音波の送受信タイミングを定めるための時間間隔が予め設定されている。例えば、時間間隔としてΔｔ１が設定された場合には、各々のセンサ部１４は順次時間間隔Δｔ１で超音波の送受信を行う。

演算制御装置１８のコントロール回路２２は、設定器１９に設定された時間間隔Δｔ１で、順次各々のセンサ部１４の切替器１５に対してパルサー１６からパルス電流を印加して、そのパルス電流の印加後にレシーバー１７に切り替える。そして、ゲート回路２３を開き、レシーバー１７から受信した反射波を演算回路２４に入力する。演算回路２４は受信した電磁超音波の反射波に含まれる検査対象物の厚さまたは欠陥をメモリ２５に記憶する。

いま、電源部２０をオンにして、検査対象物である配管内部の上部に電磁超音波計測装置を投げ入れたとする。計測装置本体１１は球体で形成されているので、電磁超音波計測装置は、投げ入れた初速度で重力によりさらに加速されて配管の上部から配管の下部に移動する。

この電磁超音波計測装置の移動中において、センサ部１４から電磁超音波を送信するとともに電磁超音波を受信する。この電磁超音波の送受信は電磁超音波計測装置の移動速度に比較して極めて早いので、センサ部１４は、事実上、電磁超音波を送信した位置でその反射波を受信することになる。この受信した超音波の反射波を演算回路２４により順次メモリ２５に記憶する。そして、検査対象物である配管内部の下部で電磁超音波計測装置を回収し、メモリ２５に記憶されたデータを読み出す。このメモリ２５に記憶されたデータを解析することにより、検査対象物である配管の肉厚や欠陥を評価できる。

なお、センサ部１４が配管の内面に対面している位置にあるときに、送受信した電磁超音波が配管の肉厚や欠陥の測定に寄与する電磁超音波となる。一方、配管の長手方向に向いているセンサ部１４からの電磁超音波の送受信は配管の肉厚や欠陥の測定に寄与しないが、複数個のセンサ部１４は球体内面に立体的に配置されているので、電磁超音波計測装置がどの方向に向いても必ず配管の内面に対面しているセンサ部１４が存在することになる。従って、電磁超音波計測装置の移動に伴って配管内部の肉厚や欠陥を連続的に計測できる。

以上の説明では、計測装置本体１１の形状として球体である場合について説明したが、自ら検査対象物に沿って移動可能な形状であれば何でもよい。例えば、樽形形状や円筒形形状であってもよい。また、自ら移動可能な形状に代えて、計測装置本体１１に自ら検査対象物に沿って移動可能となる部材を装着してもよい。例えば、計測装置本体１１に車輪やころを装着するようにしてもよい。

また、複数個のセンサ部１４を設けた場合について説明したが、１個のセンサ部１４を設けるようにしてもよい。１個のセンサ部１４の場合には、そのセンサ部１４が配管の長手方向に向いているタイミングで送受信を行った電磁超音波は配管の肉厚や欠陥の測定に寄与しないが、センサ部１４が配管の内面に対面している位置にあるときのタイミングで送受信を行った電磁超音波は配管の肉厚や欠陥の測定に寄与するので、メモリ２５に記憶されたデータの解析により、配管の肉厚や欠陥の測定に寄与するデータを識別して配管の肉厚や欠陥を判定することになる。

第１の実施の形態によれば、電源を入れて検査対象物である配管内部に電磁超音波計測装置を投げ入れると、電磁超音波計測装置は自走しながら、センサ部から電磁超音波を送信するとともに電磁超音波を受信するので、連続的に配管の長さ方向の肉厚や欠陥を測定できる。

また、電磁超音波計測装置が配管の内面に接触しなくても、電磁超音波は配管内面に向けて伝搬し、さらに配管内部へ伝搬するので、電磁超音波計測装置の移動に伴って配管内部の肉厚や欠陥を連続的に計測できる。さらに、配管が曲管である場合であっても電磁超音波計測装置が移動できる限りは曲管部の肉厚や欠陥を測定できる。

次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図３は本発明の第２の実施の形態に係わる電磁超音波計測装置の構成を示す断面図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、設定器１９に代えて、センサ部１４と検査対象物との間の距離を測定する距離センサ２６を設け、演算制御装置１８は、距離センサ２６で測定されたセンサ部１４と検査対象物との間の距離に基づいて、センサ部１４での電磁超音波の送受信タイミングを制御するとともに、受信した電磁超音波に含まれる検査対象物の厚さまたは欠陥を記憶するようにしたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

センサ部１４の近傍には、センサ部１４と検査対象物との間の距離を測定する距離センサ２６が設けられている。距離センサ２６は、例えば、光学系のセンサを採用することで検査対象物までの距離を測定する。

図４は本発明の第２の実施の形態に係わる電磁超音波計測装置のブロック構成図である。図２に示した第１の実施の形態に対し、演算制御装置１８のコントロール回路２２は、各々の距離センサ２６で測定されたセンサ部１４と検査対象物との間の距離を入力し、検査対象物までの距離が最短のセンサ部１４に対して電磁超音波を送信するとともに電磁超音波を受信する。

すなわち、演算制御装置１８のコントロール回路２２は、各々の距離センサ２６で測定されたセンサ部１４と検査対象物との間の距離のうち最短のセンサ部１４を判定し、そのセンサ部１４の切替器１５に対してパルサー１６からパルス電流を印加して、そのパルス電流の印加後にレシーバー１７に切り替える。そして、ゲート回路２３を開き、レシーバー１７から受信した反射波を演算回路２４に入力し、演算回路２４がその反射波をメモリ２５に記憶した時点で、コントロール回路２２は、再度、検査対象物との距離が最短のセンサ部１４を判定する。そして、順次、検査対象物との間の距離が最短のセンサ部１４に対して、電磁超音波の送受信を行う。

以上の説明では、複数個のセンサ部１４を設けた場合について説明したが、１個のセンサ部１４を設けるようにしてもよい。なお、１個のセンサ部１４の場合には、コントロール回路２２は、その１個のセンサ部１４の位置が、検査対象物である配管の肉厚や欠陥の測定に寄与できる測定位置にあるか否かを判定することになる。そして、その１個のセンサ１４が電磁超音波の送受信を行った場合に、検査対象物である配管の肉厚や欠陥の測定に寄与する範囲内に位置するときは、コントロール回路２２は、その１個のセンサ部１４に対して電磁超音波の送受信を行うことになる。

第２の実施の形態によれば、距離センサ２６を設けて、検査対象物までの距離が最短であるセンサ部１４を動作させて電磁超音波の送受信を行うので、センサ部１４が配管の内面に対面している位置にあるときのタイミングで電磁超音波の送受信を行うことができる。従って、配管の肉厚や欠陥の測定に寄与する電磁超音波のみをメモリ２５に記憶することができるので、配管の肉厚や欠陥の解析がし易くなる。

また、１個のセンサ部１４の場合であっても、検査対象物である配管の肉厚や欠陥の測定に寄与する範囲内に位置するときに電磁超音波の送受信を行うので、配管の肉厚や欠陥の測定に寄与する電磁超音波のみをメモリ２５に記憶することができる。従って、配管の肉厚や欠陥の解析がし易くなる。

本発明の第１の実施の形態に係わる電磁超音波計測装置の構成を示す断面図。本発明の第１の実施の形態に係わる電磁超音波計測装置のブロック構成図。本発明の第２の実施の形態に係わる電磁超音波計測装置の構成を示す断面図。本発明の第２の実施の形態に係わる電磁超音波計測装置のブロック構成図。

符号の説明

１１…計測装置本体、１２…磁石、１３…コイル、１４…センサ部、１５…切替器、１６…パルサー、１７…レシーバー、１８…演算制御装置、１９…設定器、２０…電源部、２１…電池、２２…コントロール回路、２３…ゲート回路、２４…演算回路、２５…メモリ、２６…距離センサ

Claims

検査対象物に対して電磁超音波を送信するとともに電磁超音波を受信する１または複数のセンサ部と、予め定められた時間間隔で前記センサ部での電磁超音波の送受信タイミングを制御するとともに受信した電磁超音波に含まれる検査対象物の厚さまたは欠陥の情報を記憶する演算制御装置と、前記センサ部及び前記演算制御装置を収納し自ら検査対象物に沿って移動可能に形成された計測装置本体とを備えたことを特徴とする電磁超音波計測装置。
検査対象物に対して電磁超音波を送信するとともに電磁超音波を受信する１または複数のセンサ部と、１または複数のセンサ部と検査対象物との間の距離を測定する距離センサと、前記距離センサで測定されたセンサ部と検査対象物との間の距離に基づいて前記センサ部での電磁超音波の送受信タイミングを制御するとともに受信した電磁超音波に含まれる検査対象物の厚さまたは欠陥の情報を記憶する演算制御装置と、前記センサ部及び前記演算制御装置を収納し自ら検査対象物に沿って移動可能に形成された計測装置本体とを備えたことを特徴とする電磁超音波計測装置。
前記演算制御装置は、各々の距離センサで検出された前記検査対象物までの距離が最短のセンサ部を判定し、その最短のセンサ部に対して電磁超音波を送信するとともに電磁超音波を受信し、受信した電磁超音波に含まれる検査対象物の厚さまたは欠陥を記憶することを特徴とする請求項２記載の電磁超音波計測装置。
前記計測装置本体は、自ら検査対象物に沿って転がる形状に形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一記載の電磁超音波計測装置。