JP2009271007A - 超音波による厚み測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の厚みによる反射エコーのみを自動的に抽出でき、対象物の厚み測定を精度よく実施できる超音波による厚み測定方法を提供する。
【解決手段】対象物の各測定位置で超音波探触子から超音波を発し反射エコーの波形を検出する測定工程と、対象物の厚み方向Ｚの検出範囲を設定し検出した各波形からピークを検出するピーク検出工程と、得られた対象物の形状の３次元仮想空間を作成し、これを対象物の長さ方向Ｘ、幅方向Ｙ、及び厚み方向Ｚに区分して多数の領域を形成し、この各領域にピークの位置を振り分け各領域でその数を積算するピーク振分け工程と、ピーク数が積算された連続する領域を連結して複数のグループを形成するグループ化工程と、対象物の長さ方向Ｘ、幅方向Ｙ、及び厚み方向Ｚに連続したグループを構成する領域から、不連続となるグループを構成する領域を分離し、対象物の厚みを求める厚み演算工程を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を用いて対象物（例えば、配管又は板）の厚み測定を行う超音波による厚み測定方法に関する。

従来、配管（対象物）の厚み測定方法として、超音波を使用する方法がある。
この厚み測定は、配管に超音波探触子から超音波を発し、反射エコーを検出して行っているが、反射エコーには、配管の厚みによるものだけでなく、他の妨害エコー（例えば、塗装の剥離によるもの）も含まれている。
そこで、配管の厚みによる反射エコーのみを検出するため、例えば、特許文献１のように、反射エコーのレベルにしきい値（スレシュホールド）を設ける方法や、また、検出した反射エコーで最初に現れたピーク（ファーストピーク）を用いる方法が採用されている。

特開平９−４３３５０号公報

しかしながら、前記従来の方法には、未だ解決すべき以下のような問題があった。
反射エコーのレベルにしきい値を設ける場合、例えば、配管の厚みによる反射エコーが減衰したとき、そのしきい値の設定レベルによっては、配管の厚みによる反射エコーと共に妨害エコーが検出される場合や、また双方のエコーが検出されない場合があり、配管の厚みの測定精度が低下する恐れがある。
更に、検出した反射エコーで最初に現れたピークを使用する場合は、そのピークが配管の厚みによるものでなく、妨害エコーによるものであれば、配管の厚みの測定精度が低下する問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、対象物の厚みによる反射エコーのみを自動的に抽出でき、対象物の厚み測定を精度よく実施できる超音波による厚み測定方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る超音波による厚み測定方法は、対象物の厚み測定範囲内の各測定位置で、超音波探触子から超音波を発して反射エコーの波形をそれぞれ検出する測定工程と、
前記対象物の厚み方向Ｚの検出範囲を設定し、前記測定工程で検出した前記各波形からピークをそれぞれ検出するピーク検出工程と、
前記測定工程と前記ピーク検出工程から得られた前記対象物の形状に対応した３次元の仮想空間を作成し、該仮想空間を、前記対象物の長さ方向Ｘ、幅方向Ｙ、及び厚み方向Ｚにそれぞれ区分して、多数の領域を形成し、前記ピーク検出工程で得られた複数の前記ピークの位置を、前記各領域にそれぞれ振り分け、該各領域ごとに前記ピークの数を積算するピーク振分け工程と、
前記ピークの数が積算された連続する前記領域を連結し、複数のグループを形成するグループ化工程と、
前記グループ化工程で形成され、前記対象物の長さ方向Ｘ、幅方向Ｙ、及び厚み方向Ｚに連続した前記グループを構成する領域から、不連続となる前記グループを構成する領域を分離して、前記対象物の厚みを求める厚み演算工程とを有する。

本発明に係る超音波による厚み測定方法において、前記グループ化工程で形成される前記複数のグループのうち、該各グループを構成する前記領域の全ての前記ピークの数の合計値が大きいものから２つのグループを選択して、前記対象物の厚み方向Ｚの位置が小さい方をＢ１エコーのグループとし、大きい方をＢ２エコーのグループとして、該２つのグループを前記厚み演算工程の前記連続したグループとすることが好ましい。

本発明に係る超音波による厚み測定方法において、前記グループ化工程で形成される前記複数のグループに、前記対象物の厚み方向Ｚの位置が前記Ｂ１エコーのグループより小さいグループＧがあり、前記Ｂ１エコーのグループで形成される前記対象物の長さ方向Ｘと幅方向ＹのＸＹ平面上で、前記グループＧを投影した位置に空白部分が存在するときは、前記対象物に孔食が発生していると判断し、前記グループＧを前記Ｂ１エコーのグループに併合することが好ましい。

本発明に係る超音波による厚み測定方法において、前記グループ化工程で形成される前記複数のグループに、前記対象物の厚み方向Ｚの位置が前記Ｂ１エコーのグループより小さいグループＧがあり、前記Ｂ１エコーのグループ内に、該Ｂ１エコーのグループを構成する前記領域のピーク値よりも小さいピーク値の領域が存在するときは、前記対象物に孔食が発生していると判断し、前記グループＧを前記Ｂ１エコーのグループに併合することが好ましい。

請求項１〜４記載の超音波による厚み測定方法は、測定工程、ピーク検出工程、ピーク振分け工程、グループ化工程、及び厚み演算工程を有するので、従来のように、対象物の厚みによる反射エコーが顕著に現れるようなしきい値を設定する必要がなく、また検出した反射エコーで最初に現れたピークを使用する必要もなく、対象物の厚みによる反射エコーのみを自動的に抽出でき、対象物の厚み測定を精度よく実施できる。

特に、請求項２記載の超音波による厚み測定方法は、各グループを構成する領域の全てのピークの数の合計値が大きいものから２つのグループを選択し、これを対象物の長さ方向Ｘ、幅方向Ｙ、及び厚み方向Ｚに連続したグループとするので、対象物の厚みによる反射エコーを容易に検出できる。これは、対象物の形状を現すグループのピークの合計値が、妨害エコーによる不連続となるグループのピークの合計値と比べて多いことによる。

請求項３、４記載の超音波による厚み測定方法において、対象物に孔食が存在する場合、対象物の厚み方向Ｚの位置が急激に変化するため、本来併合されるグループとは異なる別のグループに併合されてしまう恐れがあるが、この問題がなくなる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る超音波による厚み測定方法のグループ化工程の説明図、図２は同超音波による厚み測定方法の測定工程で得られた超音波の全波形の説明図、図３は同超音波による厚み測定方法のグループ化工程での孔食部分の併合を示す説明図である。

図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る超音波による厚み測定方法は、測定工程、ピーク検出工程、ピーク振分け工程、グループ化工程、及び厚み演算工程を有し、配管（対象物の一例）の厚み測定範囲内の各測定位置で、超音波探触子から超音波を発して、超音波の全波形（Ａスコープともいう）から配管の厚みによる反射エコー（底面エコーともいう）のみを自動的に抽出する方法である。以下、詳しく説明する。

厚み測定は、配管に超音波探触子から超音波を発し、反射されるエコーの波形を検出して行っているが、得られた超音波の全波形から、配管の厚みによる反射エコーのみを自動的に抽出することは、その他の反射エコー（即ち、妨害エコー）が妨害して困難である。
そこで、全ての反射エコーを、３次元の仮想空間に格子状に設定した領域（以下、セル又は格子ともいう）に振り分け、隣接したセルをグループ化することにより、配管の厚みによる反射エコーのみを分離する。この計算手順を以下に示すが、この方法は、ピーク検出手段、ピーク振分け手段、グループ化手段、厚み演算手段、及び記憶手段を有する測定装置に適用され、各手段は、例えば、コンピュータに搭載されたプログラムによって構成されている。

まず、測定工程を行う。
配管の厚み測定は、配管の表面に対して超音波探触子を所定ピッチ（例えば、１ｍｍ）で配管の軸方向（ＸＹ平面のＸ軸となる方向）に移動させ、この各位置において、超音波探触子を配管の周方向（ＸＹ平面のＹ軸となる方向）に、所定ピッチ（例えば、１ｍｍ）で走査させ、各位置で図２に示す超音波の全波形を収録する。なお、上記した所定ピッチは、Ｘ軸方向に、例えば０．５〜３ｍｍの範囲内、Ｙ軸方向に、例えば０．５〜３ｍｍの範囲内で、それぞれ調整できる。
この収録された超音波の全波形は、記憶手段に送信され保存される。

そして、ピーク検出工程では、ピーク検出手段により、配管の厚み方向Ｚの検出範囲を設定し、記憶手段に保存された各々の波形からピーク（ここでは、配管の第１回底面エコー（Ｂ１エコー）、第２回底面エコー（Ｂ２エコー）、及び妨害エコーのピークを含む６個のピーク）を検出する（分解能は０．１ｍｍ以下）。なお、検出できるピークの数は、図２に示すように、スレシュホールド（図２中の点線）を設定し、検出レベルを規定することで調整できる（例えば、１０個以下、更には６個以下）。このピークは、検出レベルが大きいものから複数検出されるため、例えば、配管の厚みによる反射エコーと他の反射エコーの強度が同程度であっても、配管の厚みによる反射エコーを検出できる。
これにより、配管の厚み方向Ｚで検出された反射エコーの検出範囲が分かるので、これを記憶手段に保存する。

次に、ピーク振分け工程を行う。
ここでは、ピーク振分け手段により、測定工程とピーク検出工程から得られた配管の形状に対応した３次元の仮想空間（ＸＹＺ空間）を作成し、この仮想空間を、対象物の長さ方向Ｘ、幅方向Ｙ、及び厚み方向Ｚにそれぞれ区分して、多数のセルを形成し、これを記憶手段に保存する。このセルの大きさは、例えば、Ｘ軸方向：１ｍｍ、Ｙ軸方向：１ｍｍ、Ｚ軸方向：０．２ｍｍである。なお、セルのＸ軸方向及びＹ軸方向の大きさは、前記した超音波の全波形の収録位置に応じて調整でき、またセルのＺ軸方向の大きさは、配管の厚み測定精度に応じて、例えば、０．０５〜３ｍｍの範囲内で調整できる。
ここで、作成された全てのセルの属性値を「０」とし、これを記憶手段に保存する。

そして、前記したピーク検出工程で得られ記憶手段に保存された複数のピークを、超音波探触子の位置から得られるＸ軸方向及びＹ軸方向の位置座標と、全波形のピークの位置から得られる配管の厚み方向Ｚの位置座標から、その位置座標を含むセルにそれぞれ振り分け、各セルごとにピークの数を積算して、各セルの属性値をそれぞれ決定し、これを記憶手段に保存する。
具体的には、属性値が「０」のセルに１つのピークが振り分けられた場合、その属性値を「１」とし、ピークが振り分けられるごとに、その属性値をカウントアップする。一方、ピークが振り分けられなければ、セルの属性値は「０」のままである。

次に、グループ化工程を行う。
ここでは、グループ化手段により、ピークの数が積算されたセル、即ち属性値が「０」でないセルを中心に、上下左右斜めの全２６方向のいずれかに、属性値が「０」でないセルがある場合、これを連結して記憶手段に保存する。これにより、属性値が「０」でない複数のセルが連続するため、複数のグループが形成されることになる。
なお、セルを連結するに際しては、各セルに同一のグループ番号を付すが、この番号が付されたセルのピークにも、同一のグループ番号を付す。

この形成された複数のグループについて、各グループを構成する全セルの全てのピークの数を積算し、その合計値が大きいものから２つのグループを選択する。そして、配管の厚み方向Ｚの位置（以下、Ｚ軸方向の位置ともいう）が小さい方をＢ１エコーのグループとし、大きい方をＢ２エコーのグループとして、記憶手段に保存する。
これにより、図１に示すように、配管の長さ方向Ｘ、幅方向Ｙ、及び厚み方向Ｚに連続したグループ、即ちＢ１エコーのグループ及びＢ２エコーのグループと、不連続となる妨害エコーのグループが、それぞれ形成される。

ここで、配管に面食がある場合、Ｚ軸方向（配管の厚み方向）の位置の値の変動は緩やかであるため、連続するセルはグループ化され易い。しかし、図３に示すように、配管に孔食が発生し、局部的な凹み部が存在している箇所では、Ｚ軸方向の位置が急変するため、凹み部により形成されるグループＧが、併合されるべき適正なグループに併合されず、異なる別のグループにグループ化されてしまう場合がある。
孔食が発生している箇所では、超音波が凹み部で反射されるので、凹み部が振動子の寸法より大きい場合は、本来Ｂ１エコーが現れる箇所にエコーが現れないため、Ｂ１エコーのグループに空白部分が生じる。
従って、配管の厚み方向Ｚの位置がＢ１エコーのグループより小さいグループＧがあり、Ｂ１エコーのグループで形成される配管の長さ方向Ｘと幅方向ＹのＸＹ平面上で、グループＧを投影した位置に空白部分（属性が０）が存在するときは、配管に孔食が発生していると判断し、グループＧをＢ１エコーのグループに併合して、記憶手段に保存する。

一方、凹み部が振動子の寸法より小さいときは、凹み部からのエコーの後ろに、凹み部周辺から反射したＢ１エコーも同時に現れるため、Ｂ１グループ内に空白部分ができない場合がある。しかし、孔食がないときのＢ１エコーのエコー高さと比較すると、エコー高さが低いので、Ｂ１エコーのグループに、周囲よりもエコー高さが低い範囲、即ちグループＧが生じる。
従って、配管の厚み方向Ｚの位置がＢ１エコーのグループより小さいグループＧがあり、Ｂ１エコーのグループ内に、Ｂ１エコーのグループを構成する領域のピーク値よりも小さいピーク値の領域が存在するときは、配管に孔食が発生していると判断し、グループＧをＢ１エコーのグループに併合して、記憶手段に保存する。

続いて、厚み演算工程を行う。
ここでは、厚み演算手段により、Ｂ１エコーのグループ番号をもつ全ての波形のピークの位置から、配管の厚みを計算することにより、その厚みを計算できる。
また、全ての波形において、Ｂ１エコーのグループ番号をもつピークの位置と、Ｂ２エコーのグループ番号をもつピークの位置の差により、配管の厚みを計算することもできる。この方法を用いることで、例えば、配管の表面に塗装があるような場合には、塗装を除いた厚みを計算できる。

以上の方法で、超音波探触子により測定された配管の厚みを、例えば、ロータリエンコーダ又はマイクロエンコーダで得られた測定位置と共に、コンピュータのディスプレイにより表示できる。なお、この出力に際しては、配管の全表面を展開状態で示し、しかも配管の厚みを色分け表示してよい。
これにより、配管の厚みによる反射エコーのみを自動的に抽出でき、配管の厚み測定を精度よく実施できる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の超音波による厚み測定方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、厚み測定を行う対象物として金属製の配管を使用した場合について説明したが、他の材質、例えば、磁性を有しない金属、セラミックス、プラスチック、又はゴムで構成された配管でもよく、またこれらの材質で構成される板でもよい。

本発明の一実施の形態に係る超音波による厚み測定方法のグループ化工程の説明図である。 同超音波による厚み測定方法の測定工程で得られた超音波の全波形の説明図である。 同超音波による厚み測定方法のグループ化工程での孔食部分の併合を示す説明図である。

Claims (4)

1. 対象物の厚み測定範囲内の各測定位置で、超音波探触子から超音波を発して反射エコーの波形をそれぞれ検出する測定工程と、
   前記対象物の厚み方向Ｚの検出範囲を設定し、前記測定工程で検出した前記各波形からピークをそれぞれ検出するピーク検出工程と、
   前記測定工程と前記ピーク検出工程から得られた前記対象物の形状に対応した３次元の仮想空間を作成し、該仮想空間を、前記対象物の長さ方向Ｘ、幅方向Ｙ、及び厚み方向Ｚにそれぞれ区分して、多数の領域を形成し、前記ピーク検出工程で得られた複数の前記ピークの位置を、前記各領域にそれぞれ振り分け、該各領域ごとに前記ピークの数を積算するピーク振分け工程と、
   前記ピークの数が積算された連続する前記領域を連結し、複数のグループを形成するグループ化工程と、
   前記グループ化工程で形成され、前記対象物の長さ方向Ｘ、幅方向Ｙ、及び厚み方向Ｚに連続した前記グループを構成する領域から、不連続となる前記グループを構成する領域を分離して、前記対象物の厚みを求める厚み演算工程とを有することを特徴とする超音波による厚み測定方法。
2. 請求項１記載の超音波による厚み測定方法において、前記グループ化工程で形成される前記複数のグループのうち、該各グループを構成する前記領域の全ての前記ピークの数の合計値が大きいものから２つのグループを選択して、前記対象物の厚み方向Ｚの位置が小さい方をＢ１エコーのグループとし、大きい方をＢ２エコーのグループとして、該２つのグループを前記厚み演算工程の前記連続したグループとすることを特徴とする超音波による厚み測定方法。
3. 請求項２記載の超音波による厚み測定方法において、前記グループ化工程で形成される前記複数のグループに、前記対象物の厚み方向Ｚの位置が前記Ｂ１エコーのグループより小さいグループＧがあり、前記Ｂ１エコーのグループで形成される前記対象物の長さ方向Ｘと幅方向ＹのＸＹ平面上で、前記グループＧを投影した位置に空白部分が存在するときは、前記対象物に孔食が発生していると判断し、前記グループＧを前記Ｂ１エコーのグループに併合することを特徴とする超音波による厚み測定方法。
4. 請求項２記載の超音波による厚み測定方法において、前記グループ化工程で形成される前記複数のグループに、前記対象物の厚み方向Ｚの位置が前記Ｂ１エコーのグループより小さいグループＧがあり、前記Ｂ１エコーのグループ内に、該Ｂ１エコーのグループを構成する前記領域のピーク値よりも小さいピーク値の領域が存在するときは、前記対象物に孔食が発生していると判断し、前記グループＧを前記Ｂ１エコーのグループに併合することを特徴とする超音波による厚み測定方法。

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