JP2008003067A - 厚さ測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲雑音、温度、測定対象物の寸法および表面状態等の影響を受けずに、定常運転状態で測定を行うことができると共に、非接触で走査し厚さの分布を連続的に検知することができる厚さ測定装置を提供する。
【解決手段】 厚さ測定装置１００は、センサ１１と、センサ保持手段１２と、センサ移動手段１３と、固定部材１４、制御手段１５と、表示部１６から構成され、一次側の励磁コイルと二次側の誘導コイルを同軸に一体形成したもので、センサ移動手段１３は、ネジシャフト１３ａ，サーボモータ１３ｂ，軸受１３ｃから構成され、制御部１５からの制御信号によりサーボモータ１３ｂがネジシャフト１３ａを回転させることで、センサ保持手段１２を所定速度で所定方向に移動させるようになされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一次側の励磁コイルと二次側の誘導コイルを同軸に一体形成したセンサを有する電磁誘導型厚さ測定装置に関する。詳しくは、センサを測定対象物の表面から所定距離の位置まで接近させ保持するセンサ保持手段と、センサを、測定対象物の表面から所定距離を保ちながら移動させるセンサ移動手段と、センサの検出動作およびセンサ移動手段の移動動作を制御する制御手段とを備える構造とすることによって、周囲雑音、温度、測定対象物の寸法および表面状態等の影響を受けずに、定常運転状態で測定を行うことができると共に、非接触で走査し厚さの分布を連続的に検知することができる厚さ測定装置に係るものである。

従来、厚さを測定する実用的な方法として、（１）超音波による厚さ測定方法（例えば、非特許文献１参照）、（２）放射線厚さ測定方法（例えば、非特許文献２参照）がある。

超音波による厚さ測定方法では、周波数５〜１０ＭＨｚの超音波を用いて、超音波パルスが材料の中を伝わる速度と、測定面から裏側間の往復時間とから、被測定物の厚さを検出することを基本原理としている。

図８は、超音波による厚さ測定方法の概要図である。図８に示すように、超音波厚さ測定装置の探触子は、超音波の送信と受信にそれぞれ別の探触子を用い、測定面に対して斜めの方向から超音波を入射し、その反射波を受信することで被測定物の厚さを検出する２つ探触子タイプ（図８中（ａ））と、超音波の送信と受信に１つの探触子を用い、測定面に対して垂直方向に超音波入射し、その反射波を受信することで被測定物の厚さを検出する１つ探触子タイプ（図８中（ｂ））とを有する。

２つ探触子タイプは厚さ０．１ｍｍ単位の測定ができ、一般の保守検査に多用されている。１つ探触子タイプ肉厚の薄い構造物や細管の厚さ検知が可能となるので、特に製品検査での実用例が多くなっている。

また、放射線厚さ測定方法は、γ線やβ線などの放射線が物質中を透過するときの吸収・散乱に伴う減衰を利用して、様々の物体の厚さ測定が実用化されている。

図９は、放射線厚さ計の構成を示す概略図である。図９に示すように、放射線厚さ計１は、線源部２と、検出部３と、データ変換部４と、演算処理部５と、表示部６と、線源部２および検出部３を固定する架体７とから構成されている。このような放射線厚さ計１を用いて厚さを測定する場合、必ず放射線を測定対象物の一つの面から厚さを貫通して反対側の面まで透過させ、透過後の放射線の強度を測定することにより、厚さを検出する。即ち、測定対象構造物を架体７内に配置して放射線を測定対象構造物の一つの面から厚さを貫通して反対側の面まで透過させ、測定を行う。

「イラストで学ぶ非破壊試験入門」、ＩＳＮＤＩ編 初板、２００２年６月、日本非破壊検査協会（第２０１〜２０５頁） 社団法人日本電気計測器工業会 M and C計測と制御のポータルサイト「放射線計測ガイド ３．２．１厚さ計」、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１７年６月１７日検索］、インターネット＜http://www.mandc.org/MandC/index.php?select=40＞

しかし、従来の超音波厚さ測定装置は、非常に薄い板の場合、または測定対象物の内部に測定面に平行な面状欠陥が有する場合、実際の厚さと異なる測定結果が出やすいという不都合があった。

また、測定対象物の内部に空洞欠陥等を含む場合、厚さデータが得られない場合がある。また、探触子の測定対象物への固定が不安定なとき、測定結果のばらつきが発生する。また、周囲の音、振動等の影響を受けやすく、有効データの識別が困難である。

上記の問題によって測定対象とする構造物の状態や測定を行う現場周囲の環境によっては、超音波による厚さ測定方法の適用が不可能となることがある。例えば、ポンプ機場や、発電プラント等での送水管路の肉厚を測定する場合には大きなネックとなり易い。特に、高温の液水を扱う施設の場合、配管には分厚く保温材が巻かれており、周囲の騒音や配管自体の振動が極めて激しい状態にある。

また、上述した放射線厚さ測定方法は、必ず放射線を測定対象物の一つの面から厚さを貫通して反対側の面まで透過させ、透過後の放射線の強度を測定することにより厚さを検出するため、大部分の密閉容器や配管のように内部空間が閉じているものの測定は不可能である。

そこで、この発明は、周囲雑音、温度、測定対象物の寸法および表面状態等の影響を受けずに、定常運転状態で測定を行うことができると共に、非接触で走査し厚さの分布を連続的に検知することができるようにした厚さ測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る厚さ測定装置は、一次側の励磁コイルと二次側の誘導コイルを同軸に一体形成したセンサを有する電磁誘導型の厚さ測定装置であって、前記センサを測定対象物の表面から所定距離の位置まで接近させ保持するセンサ保持手段と、前記センサ保持手段と前記センサを、前記所定距離を保ちながら移動させるセンサ移動手段と、前記センサの検出動作およびセンサ移動手段の移動動作を制御する制御手段とを備えるものである。

例えば、センサ移動手段は、複数方向に移動可能な機構を有する。また、制御手段は、センサを所定の位置に停止した状態で検出を行うように制御する。また、制御手段は、センサ移動手段によりセンサを所定速度、例えば５〜２０ｍ／minの速度で移動しながら検出を行うように制御する。

本発明においては、センサを測定対象物の表面から所定距離の位置まで接近させ保持するセンサ保持手段と、センサ保持手段とセンサを、所定距離を保ちながら移動させるセンサ移動手段と、センサの検出動作およびセンサ移動手段の移動動作を制御する制御手段とを備えるようになされる。

一次側の励磁コイルと二次側の誘導コイルを同軸に一体形成したセンサを有する電磁誘導型厚さ検出手段を用いることで、周囲雑音、温度、測定対象物の寸法および表面状態等の影響を受けずに、定常運転状態で測定を行うことが可能となる。また、センサを、前記所定距離を保ちながら複数方向に移動可能な機構を有するセンサ移動手段を用い、このセンサ移動手段によりセンサを所定速度で移動しながら検出を行うことで、非接触で走査し厚さの分布を連続的に検知することが可能となる。

また、センサを５〜２０ｍ／minの速度で移動しながら検出を行うことで、測定速度を向上すると共に、より正確な測定結果を得ることができる。

本発明によれば、厚さ測定装置は、一次側の励磁コイルと二次側の誘導コイルを同軸に一体形成したセンサを有する電磁誘導型厚さ測定装置において、センサを測定対象物の表面から所定距離の位置まで接近させ保持するセンサ保持手段と、センサ保持手段とセンサを、所定距離を保ちながら移動させるセンサ移動手段と、センサの検出動作およびセンサ移動手段の移動動作を制御する制御手段とを備えるものであり、周囲雑音、温度、測定対象物の寸法および表面状態等の影響を受けずに、定常運転状態で測定を行うことができると共に、非接触で走査し厚さの分布を連続的に検知することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態の厚さ測定装置について説明する。
図１は、実施の形態としての厚さ測定装置の構成を示す図である。図２は、厚さ測定装置１００の測定系を示すブロック図である。

図１に示すように、厚さ測定装置１００は、センサ１１と、センサ保持手段１２と、センサ移動手段１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）と、固定部材１４ａ，１４ｂ、制御手段１５と、表示部１６とから構成されている。

センサ１１は、一次側の励磁コイル１１ａと二次側の誘導コイル１１ｂを同軸に一体形成したものである。図３は、センサ１１の構成を示す斜視図である。図３に示すように、センサ１１は、励磁コイル１１ａと誘導コイル１１ｂが同軸に一体形成され、この場合、誘導コイル１１ｂは励磁コイル１１ａの外周下部に配置されている。なお、図３において、コイル内の巻き線断面を省略した。

センサ保持手段１２は、センサ１１を保持するための機構である。このセンサ保持手段１２は、センサ１１を測定対象物の表面から所定距離の位置まで接近させ保持するようになされる。なお、センサ保持手段１２には、センサ１１と測定対象物の表面との距離を手動または自動的に調整する距離調整機構を設けてもよい。

センサ移動手段１３は、センサ１１を所定速度で左右に移動させる機構である。このセンサ移動手段１３は、ネジシャフト１３ａ，サーボモータ１３ｂ，軸受１３ｃから構成されている。サーボモータ１３ｂは固定部材１４ａに固定され、またネジシャフト１３ａの一端は固定部材１４ｂに固定されている。

制御部１５からの制御信号によりサーボモータ１３ｂがネジシャフト１３ａを回転させることで、センサ保持手段１２を所定測定で図中の矢印方向に移動させることができる。また、センサ１１の移動速度は５〜２０ｍ／minの範囲で望ましい。最も望ましい移動速度は１０ｍ／minである。この速度でセンサ１１を移動させることで、測定速度を向上することができると共に、より安定的、正確な測定結果が得られる。

制御手段１５は、サーボモータ１３ｂとセンサ１１との動作を制御するものである。図２に示すように、制御手段１５は、センサ移動手段１３を制御するセンサ移動手段制御部１５ａと、センサ１１を制御するセンサ制御部１５ｂと、データ処理部１５ｃとから構成されている。
制御手段１５は、センサ移動手段１３によりセンサ１１を所定速度で移動しながら検出を行うように制御する。なお、制御手段は、センサを所定の位置に停止した状態で検出を行うように制御するようにしてもよい。

センサ移動手段制御部１５ａは測定の目的、測定対象によって、予め設定されたセンサ走査速度に基づいてサーボモータ１３ｂを制御する。また、センサ制御部１５ｂは、一次側の励磁コイル１１ａに所定の交流電圧を印加し、この電圧によって二次側の誘導コイル１１ｂに発生した電力を出力として受信するように制御する。また、データ処理部１５ｃは、二次側の誘導コイル１１ｂから得られた出力信号をセンサ１１の位置データと対応させて処理し、その結果を表示部１６に表示するようになされる。

表示部１６は、測定状態および測定結果等を表示するものである。例えば、センサ１１の位置を表示したり、測定結果を表示したりする。表示部１６において、測定状態および測定結果等を図形または数字で表示することができる。

このような構成において、一次側の励磁コイル１１ａに電流を流すと、その周りには流れた電流の大きさに応じた強さの磁界が生じる。二次側の誘導コイル１１ｂは一次側の励磁コイル１１ａの磁場の磁束に鎖交して起電力を誘導し、励磁コイル１１ａが形成する磁場中に被検査物をおくことで変化する磁束鎖交数に対応して誘導起電圧の大きさが変化する。また、誘導起電圧の出力は構造物の厚さに比例することが実験から確認されている（後述する図５参照）。ここで、一次側の励磁コイル１１ａに印加された励磁電流に対する被検査物の電磁気応答、即ち誘導コイル１１ｂの電圧信号を検出回路により取り出し、そして、増幅・整流をした後、この電圧信号をデータ処理部１５ｃで被検査物の厚さに変換することで、厚さの測定を行う。

また、誘導コイル１１ｂを励磁コイル１１ａの外周面あるいは内周面に配設することで、誘導コイル１１ｂと励磁コイル１１ａを同軸に一体化したセンサ１１が構成される。この際、励磁コイル１１ａの交流磁界による誘導コイル１１ｂの電磁誘導は、誘導コイル１１ｂと励磁コイル１１ａを密接に一体化させることで、漏れ磁束を減らして鎖交率を高め、高い効率で相互インダクタンスが起り、大きい交流起電力が出力される。そのため、センサ（検出部）１１の構成を必要に応じて小型化でき、しかも被測定物の大きさに制約を与えることもない。

図４は、励磁コイル１１ａで発生した磁力線の形態を示す図である。図４に示すように、励磁コイル１１ａに交流電流を印加することによって発生した磁力線はセンサ近傍に存在し、測定対象物の影響を受ける。測定対象物において、測定対象物に欠陥がなく、厚さの不連続部がなければ、磁力線の形態は滑らかで、整合性のとれた形になる（図４（ａ）参照）。

一方、測定対象物に欠陥があったり、厚さの不連続部があれば、磁力線の形態（形状）は、測定対象物の影響を受けて、不整、異形のものとなる（図４（ｂ）参照）。また、厚さが位置によって変動する場合は、磁力線もそれに影響を受け、位置によって異なる形状となる。これにより、出力電圧が低くなり、厚さの変化を検出することができる。従って、センサ１１を測定対象物に必要な位置まで接近させ、その状態を保ちながら該測定対象物の表面に沿って、複数方向に移動・走査することで、測定対象物の厚さの変化を検出することができる。

以下、厚さ測定装置１００の測定結果例について説明する。図５は、異なる厚さ部分を有する構造物および測定結果を示す図である。図５（ａ）は階段状の厚さ分布を有する試験用構造物であり、図５（ｂ）は、試験用構造物の測定結果である。

図５に示すように、出力は構造物の厚さに比例して忠実に試験用構造物の厚さを表している。このように、長さ方向の走査により所定位置の厚さおよび全体の厚さ分布を測定することができる。

図６は、配管厚さの測定例を示す図である。図６（ａ）は、配管厚さの変化状態を示している。また図６（ｂ）は、配管厚さの測定結果である。
図６に示すように、配管の内側が高温水の局所的流れの乱れ（渦発生）によって、局所的に浸食作用を受け、その厚さが場所的に著しく減少することがあった場合、測定結果から厚さの場所による変化状況が明瞭に出力されている。従って、厚さ測定装置１００を用いて、配管内の肉厚の経時的減少状況を随時チェックすることができる。

また、実際の発電所内で用いる冷却水配管は、その外側を分厚い保温材で被覆した状態で使用される。保温材による被覆は、通常無機質の繊維材を該配管と、外側カバー（ブリキ板）との間に充填することによって構成されている。そのため、配管厚さを測定するために、厚さ測定装置１００を用いる場合、励磁コイル１１ａおよび誘導コイル１１ｂと配管との距離が大きくなるので、信号強度が弱まる可能性がある。そこで、実際の保温材付の配管を模擬した測定対象物を作成して、配管の厚さ測定実験を行った。

図７は、保温材を施工した配管の厚さ測定例を示す図である。図７（ａ）は異なる厚さ部分を有する保温材付の配管の構成を示している。また図７（ｂ）は、保温材を施工した配管の測定結果を示している。

図７に示すように、出力信号の強度は、保温材を施工しない場合より全体的に弱くなってしているものの、厚さの変動状態を的確に反映した出力が得られており、十分使用可能な肉厚識別レベルを有することを確認した。

このように本実施の形態においては、厚さ測定装置１００は、センサ１１と、センサ保持手段１２と、センサ移動手段１３と、固定部材１４、制御手段１５と、表示部１６から構成され、一次側の励磁コイルと二次側の誘導コイルを同軸に一体形成したもので、センサ移動手段１３は、ネジシャフト１３ａ，サーボモータ１３ｂ，軸受１３ｃから構成され、制御部１５からの制御信号によりサーボモータ１３ｂがネジシャフト１３ａを回転させることで、センサ保持手段１２を所定速度で所定方向に移動させるようになされている。

これにより、周囲雑音、温度、測定対象物の寸法および表面状態等の影響を受けずに、定常運転状態で測定を行うことができると共に、非接触で走査し厚さの分布を連続的に検知することができる。

また、センサ移動手段１３は、センサ１１を所定速度で移動させることで、測定速度を向上することができると共に、より安定的な測定結果が得られる。
また、測定対象物は強磁性体であるかどうかに依存せず、さらに金属以外のプラスチック、セラミック、または食品等の有機物の大部分に適用できる。

なお、上述実施の形態においては、センサ移動手段１３は、ネジシャフト１３ａ，サーボモータ１３ｂ，軸受１３ｃから構成されるものとしたが、これに限定されるものではない。

また、上述実施の形態において、センサ１１を左右方向に移動させるものについて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、センサ１１を平面上のＸ方向、およびＹ方向ともに移動することができるようにしてもよい。また、図１に示す左右の移動と配管の円周方向の移動をできるようにしてもよい。

また、上述実施の形態において、センサ１１の誘導コイル１１ｂを励磁コイル１１ａの外周下部に配置する構成であるが、これに限定されるものではない。誘導コイル１１ｂを励磁コイル１１ａの内周に配置するようにしてもよい。

この発明は、周囲雑音、温度、測定対象物の寸法および表面状態等の影響がある環境での厚さ測定、または定常運転状態で構造物の厚さ測定を行う目的に利用できる。

実施の形態の厚さ測定装置の構成例を示す図である。 厚さ測定装置１００の測定系を示すブロック図である。 センサ１１の構成を示す斜視図である。 励磁コイル１１ａで発生した磁力線の形態を示す図である。 異なる厚さ部分を有する構造物および測定結果を示す図である。 配管厚さの測定例を示す図である。 保温材を施工した配管の厚さ測定例を示す図である。 超音波による厚さ測定方法の概要図である。 放射線厚さ計の構成を示す概略図である。

符号の説明

１１ センサ
１１ａ 励磁コイル
１１ｂ 誘導コイル
１２ センサ保持手段
１３ センサ移動手段
１３ａ ネジシャフト
１３ｂ サーボモータ
１３ｃ 軸受
１４ａ，１４ｂ 固定部材
１５ 制御部
１５ａ センサ移動手段制御部
１５ｂ センサ制御部
１５ｃ データ処理部
１６ 表示部
１００ 厚さ測定装置

Claims (5)

1. 一次側の励磁コイルと二次側の誘導コイルを同軸に一体形成したセンサを有する電磁誘導型の厚さ測定装置であって、
   前記センサを測定対象物の表面から所定距離の位置まで接近させ保持するセンサ保持手段と、
   前記センサ保持手段と前記センサを、前記所定距離を保ちながら移動させるセンサ移動手段と、
   前記センサの検出動作およびセンサ移動手段の移動動作を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする厚さ測定装置。
2. 前記センサ移動手段は、複数方向に移動可能な機構を有することを特徴とする請求項１記載の厚さ測定装置。
3. 前記制御手段は、前記センサを所定の位置に停止した状態で検出を行うように制御することを特徴とする請求項１または請求項２記載の厚さ測定装置。
4. 前記制御手段は、前記センサ移動手段により前記センサを所定速度で移動しながら検出を行うように制御することを特徴とする請求項１または請求項２記載の厚さ測定装置。
5. 前記所定速度は、５〜２０ｍ／minの範囲であることを特徴とする請求項４記載の厚さ測定装置。
   

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