JP2009186413A - 超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトに構成することができ、安定した走行ないし走査が実行可能な超音波探傷装置を提供する。
【解決手段】配管Ｐの外周面上に脱着自在に取り付けられるリングＲと、配管Ｐの外周面上を走査自在な超音波探傷ヘッドＨと、超音波探傷ヘッドＨを搭載しリングＲを介して配管Ｐの周面上を周回自在な本体Ｍと、本体ＭとリングＲの間に介設され、本体ＭをリングＲに周回自在に取り付けるガイド機構Ｇと、本体ＭとリングＲの間に介設され、本体Ｍを周回自在に駆動する駆動機構Ｄと、本体ＭとリングＲの間に介設され、本体Ｍの周回時、リングＲとの摺動ないし滑動により本体Ｍの姿勢を制御する摺動機構Ｃと、を有し、配管Ｐの軸方向に沿って、ガイド機構Ｇを中心として、一側に駆動機構Ｄ、他側に摺動機構Ｃがそれぞれ配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、超音波探傷装置に関し、中でも、配管の周面上を走査して探傷を行う超音波探傷装置に関し、特に、発電所等において、配管が密集した狭隘な箇所で探傷を行う超音波探傷装置に関する。

特許文献１には、配管の外周面上を走査して探傷を行う超音波探傷装置が開示されている。この超音波探傷装置は、配管の外周面上に取り付けられたガイドレールと、ガイドレール上に形成された環状ラックと、配管の外周面に沿って走行する走行車と、走行車に搭載され環状ラックと噛合するピニオンと、を有し、ピニオンが回転駆動されることによって、走行車に搭載された超音波探触子が配管の周面上を走査していくものである。この超音波探傷装置においては、走行車をガイドレールに取り付けるために、駆動機構である環状ラックを中心として、その左右に、一対の抱きこみ機構が配置されている。一対の抱きこみ機構は、ガイドレールの両側面にそれぞれ形成された左右斜面と、左右斜面とそれぞれ摺動する一対の回転体と、を有している。

特開昭５５−１３４３５２号公報（第６図参照）

しかしながら、特許文献１の超音波探傷装置によれば、走行車が配管周方向に沿って走行する際、走行車のガタツキ、特に、配管半径方向のガタツキを十分に抑制することが困難であり、このガタツキによって、超音波探傷の精度に悪影響が生じるおそれがある。また、特許文献１の超音波探傷装置によれば、ガイドレールを大きく跨ぐように、一対の抱きこみ機構を配置しているため、超音波探傷装置が肥大化し、特に、走行車の配管半径方向の高さが増大して、走査中の配管に近接して林立する他の配管と干渉してしまうおそれがある。

本発明の目的は、コンパクトに構成することができ、安定した走行ないし走査が実行可能な超音波探傷装置を提供することである。

本発明は、第１の視点において、配管の周面上を走査して探傷を行う超音波探傷装置であって、前記配管の周面上に脱着自在に取り付けられ該配管の周方向に沿って延在するリングと、前記配管の周面上を走査自在な超音波探傷ヘッドと、前記超音波探傷ヘッドを搭載し前記リングを介して前記配管の周面上を周回自在な本体と、前記本体と前記リングの間に介設され、前記本体を該リングに周回自在に取り付けて保持すると共に該本体の周回を案内するガイド機構と、前記本体と前記リングの間に介設され、前記本体を周回自在に駆動する駆動機構と、前記本体と前記リングの間に介設され、前記本体の周回時、該リングとの摺動ないし滑動により該本体の姿勢を制御する摺動機構と、を有し、前記配管の軸方向に沿って、前記ガイド機構を中心として、一側に前記駆動機構、他側に前記摺動機構がそれぞれ配置され、前記ガイド機構は、前記リング上に環状に形成されたガイドレールと、前記本体に軸支され前記ガイドレールを挟持する一対のメインローラと、を備え、前記駆動機構は、前記リング上に環状に形成されたラックと、前記本体に軸支され前記ラックと噛合するピニオンと、を備え、前記摺動機構は、前記リング上に環状に形成された外周面と、前記本体に支持されて前記外周面上を摺動ないし滑動するサブローラと、を備える、超音波探傷装置を提供する。

（１）配管の軸方向に沿って、ガイド機構を中心として、一側に駆動機構、他側に摺動機構がそれぞれ配置されていることにより、超音波探傷装置の走行状態が安定する。例えば、ラックとピニオン間でガタツキが発生した場合でも、ガイド機構を挟んで反対側に位置する摺動機構によって、駆動機構側で生じる力に対抗する抗力が発生するため、ガイド機構を中心とした超音波探傷装置本体のバランスが維持され、本体の安定した走行及び高精度な超音波探傷が可能となる。
（２）配管の軸方向に沿って、ガイド機構を中心として、一側に駆動機構、他側に摺動機構がそれぞれ配置されていることにより、超音波探傷装置の本体がコンパクトに構成でき、特に、駆動機構を跨ぐ部分の高さを低くすることができる。これによって、複数の配管が林立するような狭隘な箇所においても、配管外周面の走査が可能となる。例えば、本発明による超音波探傷装置の高さを１５０ｍｍ以内に抑えることができるため、配管同士の間隔が２００ｍｍ程度の箇所においても、探傷が可能である。
（３）本発明の超音波探傷装置の本体及びリングは、簡素でコンパクトに構成することができるため、探傷対象である配管へのリングの取り付け、及び超音波探傷装置本体のリングへの取り付けが簡単となり、例えば、原子力発電所において高線量作業環境下で探傷を行う場合、セッティング時間、特に、取り付け時間を短縮できるため、被爆量を低減することができる。また、探傷を実行するための作業人数も低減できる。

本発明の好ましい実施の形態において、前記ガイド機構は、前記一対のメインローラの互いの間隔を拡大又は縮小することにより、該一対のメインローラが前記ガイドレールを挟持自在にするガイド機構用調整機構を備え、前記摺動機構は、前記サブローラを前記リングの半径方向に沿って昇降させ該サブローラの前記リングの前記外周面に対する荷重を調整する摺動機構用調整機構と、を有する。このような調整機構を設けることによって、探傷環境に対する適応性が向上され、本体の安定走行が担保され、超音波探傷の信頼性が向上される。

本発明の好ましい実施の形態において、前記ガイド機構用調整機構は、その操作手段（例えば、第１のローレット２１）とガイド機構（例えば、上下ローラ２ａ，２ｂ）とをリンク機構を介して接続し、超音波探傷装置本体のリングに対する保持力を調整する。

本発明の好ましい実施の形態において、前記ガイド機構用調整機構は、第１の操作手段（例えば、ローレット）と、第１の操作手段と一体回転する第１のねじシャフトと、第１のねじシャフトと螺合すると共に前記本体ないし前記フレームの底面によって直動方向に案内されるねじブロックと、前記ねじブロックにその一端が連結された揺動自在な第１のリンクと、第１のリンクの中間部にその一端が連結されその他端が前記本体ないし前記フレームに揺動自在に枢支された第２のリンクと、備え、第１のねじシャフトの他端には、直接又は間接的に下ローラが軸支されている。このような調整機構を設けることによって、探傷環境に対する適応性が向上される。

また、前記摺動機構用調整機構は、第２の操作手段（例えば、ローレット）と、前記第２の操作手段と一体回転する第２のねじシャフトと、前記第２のねじシャフトと直交する面で回転する歯車軸と、前記第２のねじシャフトの回転力を前記歯車軸に伝達する傘歯歯車機構と、前記歯車軸に直接又は間接的に接続されて昇降自在なサブローラと、前記サブローラと摺動自在な前記リング上の外周面と、を備える。

好ましくは、前記第１及び第２ねじシャフトは同軸に配置されることにより、超音波探傷装置がさらにコンパクトに構成される。

本発明の好ましい実施の形態において、前記本体は、Ｌ字型のフレームを備え、該Ｌ字型のフレームに囲まれる空間に、少なくとも、前記ピニオン及び前記一対のメインローラが配置される。このような配置によって、特に、超音波探傷装置の高さを抑えることができる。

本発明の好ましい実施の形態に係る超音波探傷装置は、前記超音波探傷ヘッドを前記配管の軸方向に沿って移動させる軸方向駆動機構と、前記超音波探傷ヘッドを前記軸方向に移動させて、異なる周回ライン上で複数回探傷を行い（複数の探傷ラインモード）、該複数回の探傷結果に基づいて探傷結果を求める手段と、を有する。これによって、傷の評価に関する確度が向上される。

本発明の好ましい実施の形態において、前記リングが分割自在及び環状に一体化自在である。

本発明の好ましい実施の形態において、前記超音波探傷ヘッドは、前記配管の周面と非接触に対向する底部に、前記周方向に沿って対向するよう配置されると共に前記配管の軸方向に沿って閉口し前記周面に向かって開口する一対の溝と、前記溝の前記軸方向端部にそれぞれ形成され該溝を通じて前記一対の溝の間の面に媒質を供給する一対の孔と、を有する。

本発明の超音波探傷装置によれば、垂直探傷、斜角探傷が可能であるが、好ましくはフェイズドアレイ探傷を行う。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。図１は、本発明の一実施例に係る超音波探査装置の外観図である。図２は、図１に示した超音波探傷装置を背面からみた機構図である。

図１及び図２を参照すると、この超音波探査装置は、配管Ｐの外周面上を走査して配管Ｐの探傷を行う装置であって、配管Ｐの外周面上に脱着自在に取り付けられ配管Ｐの周方向に沿って延在するリングＲと、配管Ｐの外周面上を走査自在な超音波探傷ヘッドＨと、超音波探傷ヘッドＨを搭載しリングＲを介して配管Ｐの周面上を周回自在な本体Ｍと、本体ＭとリングＲの間に介設され、本体ＭをリングＲに周回自在に取り付けて保持すると共に本体Ｍの周回を案内するガイド機構Ｇと、本体ＭとリングＲの間に介設され、本体Ｍを周回自在に駆動する駆動機構Ｄと、本体ＭとリングＲの間に介設され、本体Ｍの周回時、リングＲとの摺動ないし滑動により本体Ｍの姿勢を制御する摺動機構Ｃと、を有している。

この超音波探査装置においては、配管Ｐの軸方向に沿って、ガイド機構Ｇを中心として、一側に駆動機構Ｄ、他側に摺動機構Ｃがそれぞれ配置されている。ガイド機構Ｇは、リングＲ上に環状に形成されたガイドレール１と、本体Ｍに軸支されガイドレール１を挟持する一対のメインローラ２ａ，２ｂと、を備えている。駆動機構Ｄは、リングＲ上に環状に形成されたラック３と、本体Ｍに軸支されラック３と噛合するピニオン４と、を備えている。摺動機構Ｃは、リングＲ上に環状に形成された所定の外周面５と、本体Ｍに支持されて外周面５上を摺動ないし滑動するサブローラ６を備えている。

［リングＲ］
図３は、図１に示したリングの接続部の部分図である。図４は、図１に示したリングの種々の全体図である。図３及び図４を参照すると、リングＲは分割自在又は環状に一体化自在に形成され、例えば、一対の半円状リングＲ１，Ｒ２から構成される。一方の半円状リングＲ１の端面には、位置決め用のノックピン７ａと、固定用のボルト７ｂが配置されている。他方の半円状リングＲ２の端面には、ノックピン７ａが嵌合自在な不図示のピン穴及びボルト７ｂが嵌合又は螺合自在な不図示のボルト穴が形成されている。また、一方の半円状リングＲ１には係合レバー７ｃが係合ボルト７ｄを介して揺動自在に取り付けられ、他方の半円状リングＲ２には、係合レバー７ｃが係合自在な係合ボルト７ｅが取り付けられている。一対の半円状リングＲ１，Ｒ２を一体化する際は、ノックピン７ａと前記ピン穴で位置決めし、係合レバー７ｃ及び係合ボルト７ｄ，７ｅで仮止めし、ボルト７ｂで固定を完了する。

図４には、径の異なる複数種類のリングＲ又は半円状リングＲ１と、円弧状のスペーサ８が図示されている。一対の半円状リングＲ１，Ｒ２の半径方向内側にスペーサ８を装着することにより、リングＲは、様々な外径を有する配管Ｐに対応することができる。

［本体Ｍおよび軸方向走行体Ａ］
図１及び図２を参照すると、本体Ｍは、Ｌ字型のフレームＦを備え、フレームＦに囲まれる空間に、ピニオン４、一対のメインローラ２ａ，２ｂ及びサブローラ６が配置される。軸方向走行体Ａには、懸架装置Ｓを介して、超音波探傷ヘッドＨが接続される。なお、フレームＦ内には、ピニオン４を回転駆動するピニオン駆動機構Ｄを構成するモータ及び変速機、或いは軸方向走行体Ａを直動ガイド４１によって案内させながら配管Ｐの軸方向に往復動させる軸方向駆動機構４０を構成するモータ及び変速機がそれぞれ収容される。

［超音波探傷ヘッドＨ］
図１及び図２を参照すると、本体Ｍに、懸架装置Ｓを介して、超音波探傷ヘッドＨが接続されている。図５は、図１に示した超音波探傷ヘッドの底面図である。図５を参照すると、超音波探傷ヘッドＨは、配管Ｐの外周面と非接触に対向する底面１０に、配管Ｐの周方向に沿って対向配置されると共に、配管Ｐの軸方向に沿って閉口し配管Ｐの外周面に向かって開口する一対の溝１０ａ，１０ａと、溝１０ａの配管Ｐ軸方向端部にそれぞれ形成され溝１０ａを通じて一対の溝１０ａ，１０ａの間の面に媒質を供給する一対の孔１０ｂ，１０ｂと、を有している。このような溝１０ａ及び孔１０ｂの配置によって、超音波探傷ヘッドＨと配管Ｐの外周面との間に、均一な媒質膜が形成される。

［駆動機構Ｄ］
図６は、図１に示した超音波探傷装置を背面からみた駆動機構の部分図である。図１、図２及び図６を参照すると、駆動機構Ｄは、ラック３及びピニオン４と、ピニオン４を回転駆動するための不図示のモータ及び変速機を備えている。

［ガイド機構Ｇ］
図１及び図２を参照すると、ガイド機構Ｇは、一対のメインローラ２ａ，２ｂの互いの間隔を拡大又は縮小することにより、一対のメインローラ２ａ，２ｂがガイドレール１を挟持自在にするガイド機構用調整機構２０を備えている。

［摺動機構Ｃ］
図１及び図２を参照すると、摺動機構Ｃは、サブローラ６をリングＲの半径方向に沿って昇降させサブローラ６のリングＲの外周面５に対する荷重を調整する摺動機構用調整機構３０を有している。

［ガイド機構Ｇ及び摺動機構Ｃ並びにそれらの調整機構２０，３０の詳細］
図７は、図１に示した超音波探傷装置を背面からみたガイド機構及び摺動機構の部分図である。図８は、図７の機構図である。図９は、図８のIX−IX矢視断面図である。図１０は、図７に示したガイド機構の機構図である。

図１、図２、図７〜図１０を参照すると、特に、図２及び図９を参照すると、ガイド機構Ｇは、配管Ｐの周方向に沿って離間して配置された一対の下ローラ２ｂ，２ｂを備えている。

特に、図２、図７、図９及び図１０を参照すると、ガイド機構用調整機構２０は、第１のローレット２１と、第１のローレット２１と一体回転する第１のねじシャフト２２と、第１のねじシャフト２２と螺合すると共にフレームＦの底面によって直動方向に案内されるねじブロック２３と、ねじブロック２３にピン２４を介してその一端が連結された揺動自在な第１のリンク２５と、第１のリンク２５の中間部にピン２６を介してその一端が連結されその他端がフレームＦにピン２９を介して揺動自在に枢支された第２のリンク２８と、備えている。第１のねじシャフト２２の他端には、第１の昇降ブロック２７を介して下ローラ２ｂが軸支されている。

第１のローレット２１を所定方向に回転操作すると、第１のねじシャフト２２が並進して、ねじブロック２３が第１のローレット２１側へ直動し、第１のリンク２５の他端が図７中上方へ揺動して、第１の昇降ブロック２７が上昇して、下ローラ２ｂと上ローラ２ａの間の間隔が狭められ、上下ローラ２ａ，２ｂのガイドレール１ａに対する係合力が高まる。

特に、図２、図８及び図９を参照すると、摺動機構用調整機構３０は、第２のローレット３１と、第２のローレット３１と一体回転する第２のねじシャフト３２と、第２のねじシャフト３２と直交する面で回転する歯車軸３４と、第２のねじシャフト３２の回転力を歯車軸３４に伝達する傘歯歯車機構３３と、歯車軸３４に螺合されたフレームＦによって昇降方向に案内される第２の昇降ブロック３５と、第２の昇降ブロック３５と一体に昇降するサブローラ軸３６と、サブローラ軸３６に軸支されたサブローラ６と、サブローラ６と摺動自在なリングＲ上の外周面５と、を備えている。

第２のローレット３１を所定方向に回転操作すると、第２のねじシャフト３２が回転して、傘歯歯車機構３３を介して歯車軸３４が回転し、第２の昇降ブロック３５が図８中下降し、サブローラ６が外周面５に押し付けられて、抗力Ｆ_Ｌが発生する。この抗力Ｆ_Ｌは、駆動機構Ｄのラック３及びピニオン４間で発生するガタツキ力Ｆ_Ｒに対抗する方向に沿って、本体Ｍに作用することにより、周回時、本体Ｍの姿勢が安定する。

ガイド機構用調整機構２０と摺動機構用調整機構３０において、それぞれ操作力を伝達する、第１及び第２のねじシャフト２２，３３は同軸に配置されている。

図１〜図１０を参照して、以上説明した本発明の一実施例に係る超音波探傷装置を用いた探傷方法の一例を説明する。まず、探傷する配管Ｐに、一対の半円状リング半円状Ｒ１，Ｒ２を取り付けて一体化する。次に、リングＲ上のガイドレール１ａを、上下ローラ２ａ，２ｂで挟持することにより、本体ＭをリングＲ上に保持する。このとき、上ローラをガイドレール１ａに係合させた後、第１のローレット２１を回転操作して、下ローラ２ｂを上昇させ、適度な圧力で上下ローラ２ａ，２ｂをガイドレール１ａに係合させる。この取り付けによって、本体Ｍ側のピニオン４が、リングＲ側のラック３に噛合する。

続いて、第２のローレット３１を回転操作して、サブローラ６をリングＲの外周面５に向かって下降させ、本体Ｍがガタつかないような荷重で、サブローラ６を外周面５に当接させて摺動自在とする。これによって、本体Ｍの周回中においても、ガイドレール１ａを中心とした、本体Ｍのバランスが高度に確保される。

次に、駆動機構Ｄをオンして、ピニオン４を回転駆動することにより、本体Ｍと共に超音波探傷ヘッドＨを、配管Ｐ外周面上で周回させる。このとき、超音波探傷ヘッドＨは、超音波を配管Ｐの外周面に向けて発信し、反射波を受信して、探傷データを採取する。一周回終了後、軸方向駆動機構４０は、超音波探傷ヘッドＨを配管Ｐ軸方向に沿って、微小に移動させる。次に、再度、本体Ｍと共に超音波探傷ヘッドＨを周回させて、同様に探傷データを採取する。これを複数回繰り返し、複数周回の探傷ラインモードを得る。これによって、例えば、探傷対象が配管Ｐの溶接部である場合、溶接部の左右からライン探傷データを自動的に得ることができ、傷がある場合には、一つの傷を種々の確度から探傷し、傷の深さ、大きさ又は位置を正確に評価することができる。

本発明による超音波探傷装置は、発電所等において、配管が密集した狭隘な箇所での探傷に好適に利用される。例えば、本発明による超音波探傷装置は、各種鋼・ステンレス製の配管・構造物の母材及び溶接部又は耐圧部、肉厚配管の溶接部、主要弁箱の母材探傷検査、原子力発電所の配管溶接部検査、火力・原子力発電所の主要配管及び圧力容器の溶接部の検査に好適に利用される。

本発明の一実施例に係る超音波探査装置の外観図である。 図１に示した超音波探傷装置を背面からみた機構図である 図１に示したリングの接続部の部分図である。 図１に示したリングの種々の全体図である。 図１に示した超音波探傷ヘッドの底面図である。 図１に示した超音波探傷装置を背面からみた駆動機構及びガイド機構の部分図である。 図１に示した超音波探傷装置を背面からみたガイド機構及び摺動機構の部分図である。 図７の機構図である。 図８のIX−IX矢視断面図である。 図７に示したガイド機構の機構図である。

符号の説明

Ｐ 配管
Ｒ リング
Ｒ１，Ｒ２ 一対の半円状リング
Ｈ 超音波探傷ヘッド
Ｍ 本体
Ｇ ガイド機構（本体Ｍの保持ないし取付機構）
Ｄ 駆動機構
Ｃ 摺動機構
Ｓ 懸架機構
Ｆ_Ｌ 抗力
Ｆ_Ｒ ガタツキ力
１ ガイドレール
２ａ，２ｂ メインローラ
３ ラック
４ ピニオン
５ 外周面
６ サブローラ
７ａ ノックピン
７ｂ ボルト
７ｃ 係合レバー
７ｄ 係合ボルト
８ スペーサ
１０ａ 一対の溝
１０ｂ 一対の孔
２０ ガイド機構用調整機構
２１ 第１のローレット
２２ 第１のねじシャフト
２３ ねじブロック
２４ ピン
２５ 第１のリンク
２６ ピン
２７ 第１の昇降ブロック
２８ 第２のリンク
２９ ピン
３０ 摺動機構用調整機構
３１ 第１のローレット
３２ 第１のねじシャフト
３３ 傘歯歯車機構
３４ 傘歯歯車軸
３５ 第２の昇降ブロック
３６ サブローラ軸
４０ 軸方向駆動機構
４１ 直動ガイド

Claims (2)

1. 配管の周面上を走査して探傷を行う超音波探傷装置であって、
   前記配管の周面上に脱着自在に取り付けられ該配管の周方向に沿って延在するリングと、
   前記配管の周面上を走査自在な超音波探傷ヘッドと、
   前記超音波探傷ヘッドを搭載し前記リングを介して前記配管の周面上を周回自在な本体と、
   前記本体と前記リングの間に介設され、前記本体を該リングに周回自在に取り付けて保持すると共に該本体の周回を案内するガイド機構と、
   前記本体と前記リングの間に介設され、前記本体を周回自在に駆動する駆動機構と、
   前記本体と前記リングの間に介設され、前記本体の周回時、該リングとの摺動により該本体の姿勢を制御する摺動機構と、
   を有し、
   前記配管の軸方向に沿って、前記ガイド機構を中心として、一側に前記駆動機構、他側に前記摺動機構がそれぞれ配置され、
   前記ガイド機構は、前記リング上に環状に形成されたガイドレールと、前記本体に軸支され前記ガイドレールを挟持する一対のメインローラと、を備え、
   前記駆動機構は、前記リング上に環状に形成されたラックと、前記本体に軸支され前記ラックと噛合するピニオンと、を備え、
   前記摺動機構は、前記リング上に環状に形成された外周面と、前記本体に支持されて前記外周面上を摺動ないし滑動するサブローラと、を備える、
   ことを特徴とする超音波探傷装置。
2. 前記ガイド機構は、前記一対のメインローラの互いの間隔を拡大又は縮小することにより、該一対のメインローラが前記ガイドレールを挟持自在にするガイド機構用調整機構を備え、
   前記摺動機構は、前記サブローラを前記リングの半径方向に沿って昇降させ該サブローラの前記リングの前記外周面に対する荷重を調整する摺動機構用調整機構と、
   を有する、ことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。

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