JP2007132908A - 使用中のボルトネジ部の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリートやグラウト材等によりネジ部が覆われているボルトネジ部の腐食又は減肉を、使用状態において解体することなく検査することができるボルトネジ部の検査方法を提供する。
【解決手段】使用状態のボルト５の端面にフェーズドアレイ式探触子１０を密着させ、探触子１０をセクタスキャンして連続的に屈折角を変化させながらボルト中心を通る直径方向に超音波ビーム１を入射し、ボルトのネジ部５ａから反射する超音波エコー２を受信し、超音波エコーからボルトネジ部の直径方向の断面画像を表示させ、この断面画像から、ボルトネジ部からの超音波エコーがボルトの長さ方向に規則正しく表示されているときに健全部位と判断し、ボルトネジ部からの超音波エコーの欠落があるときに欠陥部位と判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリートやグラウト材等によりネジ部が覆われているボルトネジ部の腐食又は減肉を、使用状態において解体することなく検査する使用中のボルトネジ部の検査方法に関する。

超音波は、物体中において特定の方向に集中して出すことができ、また音響インピーダンス、すなわち（密度）×（音速）の異なった境界面（表面、異物境界面、傷）で反射する。
超音波探傷は、超音波のこの性質を利用した非破壊検査法の１つであり、金属など固体中のパルス反射により、溶接部の欠陥、車軸の疲労傷などを検査するものである。
従来から一般的に、鋼板構造物の減肉確認等は、超音波探傷の１つである垂直探傷による板厚測定が、目視検査とともに実施されている。

超音波探傷（ＵＴ）用の探触子には、一般的に定めた方向に超音波がでるように内部に振動子（ピエゾ素子）が固定されている。従って、探触子から発生する超音波ビームの発射角は、探触子毎に一定であり、探傷する位置や範囲に応じて適切な発射角の探触子を選択する必要があった。

そこで、超音波ビームの発射角を変化できるフェーズドアレイ式探触子が既に開発されている。フェーズドアレイ式探触子は、複数の振動子５１が直線状又はマトリックス状に配置されたものであり、各振動子５１からの超音波の送受信タイミングを電子的に制御することにより、位相変化を与えて超音波の挙動を制御するものである。
フェーズドアレイ式探触子を用いることにより、例えば、図７に示すように、（Ａ）各振動子５１を同時に発振して直線（又は平面）状の波面の形成、（Ｂ）各振動子５１の発振時間を調整して屈折角（発射角）を制御した波面の形成、（Ｃ）各振動子５１の発振時間を調整して焦点を制御した波面の形成、等ができる。

上述したフェーズドアレイ式探触子を用いた超音波探傷手段として、特許文献１、２が既に開示されている。

特許文献１の「フェーズドアレイ式超音波探傷装置」は、探傷面が平面ではなく、複雑形状の曲面をなす場合でも適切な超音波ビームの制御を可能にするために、図８に示すように、フェーズドアレイ超音波探傷プローブ６０の各振動子６２を１軸方向に移動可能に弾性体６３を介して支持するとともに、各振動子６２の移動量を検出して移動量に応じた信号を発信する検出器６４を備え、各振動子の移動量に応じて、各振動子により発生される超音波ビームを集束させるための各振動子に対する遅延時間を算出する演算回路を備えたものである。

特許文献２の「超音波探傷装置及び探傷方法」は、ネジ山高さ内に留まる微小割れ等を検出するために、図９に示すように、斜角ＵＴセンサ７１若しくはフェーズドアレイＵＴセンサの軸心方向から所望の方向に偏向させた超音波７２を被検体内部に発射させる工程と、被検体内部外周に形成された垂直面７３から反射される反射エコー７４を前記斜角ＵＴセンサ７１若しくはフェーズドアレイＵＴセンサに入射させて検出する工程と、被検体内部に発射された超音波７２に対応する反射エコー７５が検出されないとき、超音波の発射方向の被検体内部に欠陥７６が生じていることを検出する工程とからなるものである。

特開２００１−３０５１１５号公報、「フェーズドアレイ式超音波探傷装置」 特開２００２−５９０３号公報、「超音波探傷装置及び探傷方法」

天然ガスや石油用の大型タンク等の設置において、タンク底部と基礎台との固定のために、図１０に示すような基礎ボルト８１が使用される。かかる基礎ボルト８１は、直径２０〜４０ミリ、長さ４００ミリ以上であり、その上部１００〜２００ミリの外周にネジ山８２（雄ネジ）を有し、これと螺合するナット８３等でタンク底部８４と基礎台８５（コンクリート）を連結するものである。
このような基礎ボルト８１は、通常、基礎台８５となるコンクリートやグラウト材８６等により、ネジ部８２が覆われている。そのため、使用中の基礎ボルトのネジ部８２は直接目視検査ができない。
また、例えば、特許文献２の装置を用いて、基礎ボルト８１の上端部から垂直探傷を実施した場合でも、図１１に示すように、ネジ山から反射されてくるエコーが波形上に出現するため、割れ等は検出できても、ネジ山加工部に存在する腐食部からのエコーを判別するのは困難であった。

本発明は、かかる要望を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、コンクリートやグラウト材等によりネジ部が覆われているボルトネジ部の腐食又は減肉を、使用状態において解体することなく検査することができる使用中のボルトネジ部の検査方法を提供することにある。

本発明によれば、使用状態のボルトの端面にフェーズドアレイ式探触子を密着させる探触子設置ステップと、
前記フェーズドアレイ式探触子をセクタスキャンして連続的に屈折角を変化させながらボルト中心を通る直径方向に超音波ビームを入射し、前記ボルトのネジ部から反射する超音波エコーを受信するセクタスキャンステップと、
前記超音波エコーからボルトネジ部の前記直径方向の断面画像を表示させる画像表示ステップと、
前記断面画像からボルトネジ部を検査する画像検査ステップと、を有し、
該画像検査ステップにおいて、ボルトネジ部からの超音波エコーがボルトの長さ方向に規則正しく表示されているときに健全部位と判断し、ボルトネジ部からの超音波エコーの欠落があるときに欠陥部位と判断する、ことを特徴とする使用中のボルトネジ部の検査方法が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記画像表示ステップにおいて、連続的に変化させた各屈折角で得られる超音波エコーと音速及び伝播時間から反射源位置を算出し、該反射源位置を超音波エコーの強度に応じて色調又は明度を変化させて画像表示する。

また、前記画像検査ステップにおいて、欠陥部位の深さ位置を断面画像から特定し、欠陥部位の円周方向位置を超音波ビームの入射方向から特定する、ことが好ましい。

上述した本発明の方法によれば、フェーズドアレイ式探触子（フェーズドアレイプローブ）のセクタスキャンにより、ボルト中心を通る直径方向の断面画像を表示させ、この断面画像から使用中のボルトネジ部を検査する。
すなわち超音波探傷技術の１つであるフェーズドアレイ法により、各ネジ山からの超音波エコーが断面画像として確認可能となり、腐食部や減肉部がネジ部に存在する場合、ネジ山からのエコーが確認できなくなるため、ネジ山からのエコーの有無により、ネジ部の腐食部や減肉部の検出ができる。
従って、コンクリートやグラウト材等に覆われているボルトのネジ部について、それらの除去作業を行わずに、使用中のボルトネジ部の腐食又は減肉を、使用状態において解体することなく検査することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、本発明の方法を実施するための装置の全体構成図である。この図において、１０はフェーズドアレイ式探触子（フェーズドアレイプローブ）、１２はフェーズドアレイ用探傷器、１４は超音波解析装置である。

フェーズドアレイ式探触子１０は、複数の振動子１１がこの例では図で左右方向に直線状に配置されたものであるが、マトリックス状に配置されていてもよい。

フェーズドアレイ用探傷器１２は、フェーズドアレイ式探触子１０と制御・駆動線を介して電気的に連結されており、各振動子１１からの超音波ビームの送受信タイミングを電子的に制御し、各振動子の発振時間を調整して焦点を制御した波面を形成し、或いは屈折角（発射角）を制御した波面を形成する。
このフェーズドアレイ用探傷器１２は、フェーズドアレイ式探触子１０をセクタスキャンして連続的に屈折角を変化させながらボルト中心を通る直径方向に超音波ビーム１を入射し、ボルト５のネジ部５ａから反射する超音波エコー２を受信する。

超音波解析装置１４は、フェーズドアレイ用探傷器１２と制御線を介して電気的に連結された解析用コンピュータ１４ａと画像表示装置１４ｂからなり、フェーズドアレイ用探傷器１２に超音波ビーム１の送信を指令し、フェーズドアレイ用探傷器１２から超音波エコー２を受信し、超音波エコーから使用中のボルトネジ部の直径方向の断面画像を表示させるようになっている。

図２は、本発明による使用中のボルトネジ部の検査方法の全体フロー図である。この図において、本発明の方法は、探触子設置ステップＳ１、セクタスキャンステップＳ２、画像表示ステップＳ３、及び画像検査ステップＳ４の各ステップからなる。

探触子設置ステップＳ１では、使用状態のボルト５の端面６（この例では上面）にフェーズドアレイ式探触子１０を密着させる。この際に、探触子１０を構成する複数の振動子１１は、ボルト５の中心を通る直線上に位置決めするのがよい。また、端面６と探触子１０の密着は、超音波の送受信ができる範囲で、移動可能であるのがよい。

セクタスキャンステップＳ２では、フェーズドアレイ用探傷器１２によりフェーズドアレイ式探触子１０をセクタスキャンして連続的に屈折角を変化させながらボルト中心を通る直径方向に超音波ビーム１を入射する。また同時に、ボルト５のネジ部５ａから反射する超音波エコー２を探触子１０で受信する。

画像表示ステップＳ３では、受信した超音波エコー２から使用中のボルトネジ部の直径方向の断面画像を表示させる。
またこの画像表示ステップＳ３において、連続的に変化させた各屈折角で得られる超音波エコー２と音速及び伝播時間から反射源位置を算出し、この反射源位置を超音波エコー２の強度に応じて色調又は明度を変化させて画像表示する。

画像検査ステップＳ４では、前記ステップで得られた断面画像から使用中のボルトネジ部を検査する。
この画像検査ステップＳ４において、使用中のボルトネジ部からの超音波エコー２がボルトの長さ方向に規則正しく表示されているときに健全部位と判断し、ボルトネジ部からの超音波エコーの欠落があるときに欠陥部位と判断する。
またこの画像検査ステップＳ４において、欠陥部位の深さ位置を断面画像から特定し、欠陥部位の円周方向位置を超音波ビームの入射方向から特定する。

以下、本発明の実施例を説明する。

図３は、本発明の方法を健全なボルトに適用した第１実施例である。この図において、（Ａ）はボルトの外観、（Ｂ）（Ｃ）は、画像表示装置１４ｂに表示された断面画像である。

断面画像（Ｂ）（Ｃ）において、上端はボルト端面６を示し、上端から下方はボルトの断面を示している。また、中間調の画像は、超音波エコー２の強度分布を示しており、その上端の鋭角の頂点が探触子１０の位置である。図中上下に帯状に延びる中央の白い部分は、ボルトの中央部であり、中央部からの超音波エコー２は非常に弱いことを示している。また中央の白い部分の左右両側に位置し、上下に一定のピッチで強い部分は、実際には色調を変えて表示されており、ボルトの各ネジ山５ａに相当する。さらにその外側にも比較的強いエコーが観測されるが、この部分はボルトの外側に相当する。

図３の断面画像（Ｂ）（Ｃ）から、健全なボルトの場合、Ｄ部に示すように、使用中のボルトネジ部からの超音波エコー２がボルトの長さ方向に規則正しく表示されており、ネジ山がある深さ、例えば約１２０ｍｍまで、ネジ山からのエコーが確認できることがわかる。

図４は、本発明の方法を減肉を模擬した欠陥ボルトに適用した第２実施例である。この図において、（Ａ）（Ｂ）はボルトの外観、（Ｃ）（Ｄ）は、画像表示装置１４ｂに表示された断面画像である。
この図から、Ｅ部に示すように、減肉がある場合、ネジ山からのエコーが確認できないことがわかる。

図５は、本発明の方法を減肉を模擬した欠陥ボルトに適用した第３実施例である。この図において、（Ａ）（Ｂ）はボルトの外観、（Ｃ）（Ｄ）は、画像表示装置１４ｂに表示された断面画像である。
この図からも、Ｅ部に示すように、減肉がある場合、ネジ山からのエコーが確認できないことがわかる。

図６は、本発明の方法を減肉を模擬した欠陥ボルトに適用した第４実施例である。この図において、（Ａ）はボルトの外観、（Ｂ）は、画像表示装置１４ｂに表示された断面画像である。
この図からも、Ｃ部に示すように、減肉がある場合、ネジ山からのエコーが確認できないことがわかる。

上述したように、本発明は、反射されるネジ山からのエコーを逆に利用し、その出現有無により、腐食部の有無を判定する方法である。
超音波探傷技術の１つであるフェーズドアレイ法を用いると、図３のように、各ネジ山からのエコーが断面画像から確認可能となる。従って、ネジ山が無くなる腐食部がネジ加工部に存在する場合、ネジ山からのエコーがなくなるため、ネジ山からのエコーの有無により、図４〜６のように、ネジ部の腐食部を検出することが可能となる。

上述したように、本発明の方法によれば、フェーズドアレイ式探触子（フェーズドアレイプローブ）のセクタスキャンにより、ボルト中心を通る直径方向の断面画像を表示させるので、各ネジ山からの超音波エコーが断面画像として確認可能となる。また、腐食部や減肉部がネジ部に存在する場合、ネジ山からのエコーが確認できなくなるため、ネジ山からのエコーの有無により、ネジ部の腐食部や減肉部の検出ができる。
従って、コンクリートやグラウト材等に覆われているボルトのネジ部について、それらの除去作業を行わずに、使用中のボルトネジ部の腐食又は減肉を、使用状態において解体することなく検査することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。

本発明の方法を実施するための装置の全体構成図である。 本発明による使用中のボルトネジ部の検査方法の全体フロー図である。 本発明の第１実施例の画像である。 本発明の第２実施例の画像である。 本発明の第３実施例の画像である。 本発明の第４実施例の画像である。 フェーズドアレイ式探触子による波面の説明図である。 特許文献１のプローブの模式図である。 特許文献２の方法の説明図である。 基礎ボルトの使用状態を示す図である。 従来の垂直探傷におけるエコー波面を示す図である。

符号の説明

１ 超音波ビーム、２ 超音波エコー、５ ボルト、５ａ ネジ部、
１０ フェーズドアレイ式探触子（フェーズドアレイプローブ）、
１１ 振動子、１２ フェーズドアレイ用探傷器、
１４ 超音波解析装置、１４ａ 解析用コンピュータ、１４ｂ 画像表示装置

Claims (3)

1. 使用状態のボルトの端面にフェーズドアレイ式探触子を密着させる探触子設置ステップと、
   前記フェーズドアレイ式探触子をセクタスキャンして連続的に屈折角を変化させながらボルト中心を通る直径方向に超音波ビームを入射し、前記ボルトのネジ部から反射する超音波エコーを受信するセクタスキャンステップと、
   前記超音波エコーからボルトネジ部の前記直径方向の断面画像を表示させる画像表示ステップと、
   前記断面画像からボルトネジ部を検査する画像検査ステップと、を有し、
   該画像検査ステップにおいて、ボルトネジ部からの超音波エコーがボルトの長さ方向に規則正しく表示されているときに健全部位と判断し、ボルトネジ部からの超音波エコーの欠落があるときに欠陥部位と判断する、ことを特徴とする使用中のボルトネジ部の検査方法。
2. 前記画像表示ステップにおいて、連続的に変化させた各屈折角で得られる超音波エコーと音速及び伝播時間から反射源位置を算出し、該反射源位置を超音波エコーの強度に応じて色調又は明度を変化させて画像表示する、ことを特徴とする請求項１記載の使用中のボルトネジ部の検査方法。
3. 前記画像検査ステップにおいて、欠陥部位の深さ位置を断面画像から特定し、欠陥部位の円周方向位置を超音波ビームの入射方向から特定する、ことを特徴とする請求項１記載の使用中のボルトネジ部の検査方法。
   

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