JP2014173867A - 腐食診断装置および腐食診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
機器の内面側の腐食による劣化を超音波を用いて診断する装置および方法において、経時変化を正確に求めるために長期間経た後も測定点を容易に再現するとともに、測定における省力化をも実現する。
【解決手段】
診断対象１の腐食を診断する装置９０は、診断対象に対して超音波を送信し、この診断対象からの超音波の反射波の強度に応じて診断対象の腐食を診断する。超音波を発生する超音波探傷器７と、超音波探傷器で発生した超音波を診断対象に送信するとともに反射波を検出する接触子１４と、接触子の位置を三次元で検出する三次元座標検出装置８０と、接触子の位置及びこの接触子が検出した超音波波形を表示可能な可搬式の制御手段８とを備える。三次元座標検出装置は接触子の近傍であって相対位置が不変な位置に接触子の位置を検出する手段１６を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は超音波を用いた腐食診断装置および腐食診断方法に係り、特に鋳鉄製の下水ポンプや雨水ポンプ等のポンプケーシングに好適な腐食診断装置および腐食診断方法に関する。

日常生活に欠くことのできない下水道ラインの心臓部である下水ポンプや雨水ポンプなどは、事故や故障を起こさないように定期的に腐食等の劣化を検査・診断し、劣化の程度に応じて、改修や交換などの対策を行っている。上記下水ポンプや雨水ポンプの主要構成部品であるケーシングや揚水管は、鋳鉄や炭素鋼などから製造されており、長年の使用により腐食による劣化を生起し易い。腐食の進行を放置しておくと、次第にケーシングや揚水管の構造強度が低下し、最悪の場合には破損事故に進展するおそれがある。したがって、ケーシングや揚水管を定期的に検査・診断して、劣化の進行状態を把握する必要がある。

鋳鉄製ポンプ部品における腐食を、非破壊検査で検査・診断する従来の例が、本発明者らによる非特許文献１に記載されている。この非特許文献１に記載の超音波診断法を用いた劣化診断では、被診断物であるポンプのケーシング表面に超音波探触子を当接させ、ケーシング内部の流路面側の腐食あるいは劣化具合を診断している。

この非特許文献１に記載の超音波診断法によれば、ケーシングに探触子を直接接触させるので正確に流路面である裏面の腐食の進行度合いを判定することができる。また、予め検査対象部位に貼付しておいた格子状フィルムの桝目交点を測定点として腐食の進行度合いを検出し、コンピュータによる計算処理結果を等高線表示して劣化状態が可視化しているので、裏面であって直接目視できない部分の劣化状態の把握が容易になる。

一方、ポンプケーシングのように３次元曲面から構成される対象上の座標を、正確に把握する方法が種々提案されている。例えば特許文献１には、計測値同士の三次元的な位置関係を確認するために、デジタイザによって各々の超音波断層像の位置関係を把握し、三次元像を再構築している。

また、特許文献２では、姿勢及び位置を三次元的に調整可能な複数の関節を有するロボットアームを用いて、スポット溶接部の仮中心位置の周辺から得られた複数の探傷情報に基づいて、実中心位置を特定している。これにより、スポット溶接部の良否を判定している。

特開平１１−１２８２２４号公報 特開２００６−２２０６０８号公報

橋本義之 他２名、「鋳鉄製ポンプ部品に生ずる黒鉛化腐食の超音波診断」、ターボ機械、社団法人ターボ機械協会、２０１０年１月、第３８巻、第１号、ｐ．５４−６３

ところで、ポンプのケーシングの流水部等の劣化は、内部を流体、主に水が流通することにより水に含まれる不純物等が、ケーシング壁と作用することにより徐々に進行する。したがって、劣化が顕著になるのは早くて数年後、劣化の進行が遅い場合には数１０年たってもほとんど変化が見られない。そのため、定期的な検査も年１回〜数年に１回の間隔となる。その間、ポンプのケーシングの設置状況は変化しないが、外面は塗装をし直したりして正常性を保つようにするので、容易に数年前の測定位置を再現できない。

このように測定点を再現できないと、ケーシング等が鋳物製であれば製作時の鋳物厚さのばらつきと腐食による減肉との違いを判断するのが困難になる。また、上記下水ポンプや雨水ポンプのケーシング部や揚水管部の外径は、１０００ｍｍを超える場合がほとんどであり、人手による位置再現では多大な工数を要する。

上記非特許文献１ではポンプのケーシングに格子状フィルムをあてがい、複数の測定点を設定しているが、上述した通り数年および数１０年後に同一の測定点を探して腐食による劣化を検出することについては、十分には考慮されていない。その結果、劣化診断において重要な経時変化を正確に求めることは困難である。特に、ポンプ表面を数度も塗装した場合にはマーキング等を利用できず、また外観上の面から特別なマーキング用部品を取り付けることもできない。

上記特許文献１に記載の装置では、各々の超音波断層像の位置関係を把握し、三次元像を再構築しているし、特許文献２に記載の装置では、スポット溶接部の仮中心位置の周辺から得られた複数の探傷情報に基づき実中心位置を特定している。しかしながら、これら特許文献１、２のいずれに記載の装置においても、計測対象点を数年後または数１０年後に再現することについては、全く考慮されていない。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、ポンプケーシング等の鋳鉄製部品を有する機器の内面側の腐食による劣化を超音波を用いて診断する装置および方法において、経時変化を正確に求めて腐食の検査・診断に供することにある。また、経時変化を正確に求めるために長期間経た後も測定点を容易に再現するとともに、測定における省力化をも実現することにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、診断対象に対して超音波を送信し、この診断対象からの超音波の反射波の強度に応じて診断対象の腐食を診断する装置が、超音波を発生する超音波探傷器と、この超音波探傷器で発生した超音波を前記診断対象に送信するとともに反射波を検出する接触子と、前記接触子の位置を三次元で検出する三次元座標検出装置と、前記接触子の位置及びこの接触子が検出した超音波波形を表示可能な可搬式の制御手段とを備え、前記三次元座標検出装置は前記接触子の近傍であって相対位置が不変な位置に前記接触子の位置を検出する手段を有することにある。

そしてこの特徴において、前記制御装置には、診断対象の厚さに対する前記反射波の一次成分と二次成分の比から定まる腐食の関係式と、前記三次元座標検出装置が検出した診断対象の初期の計測位置情報とが格納されており、前記三次元座標検出装置は前記診断対象に貼付する透明または半透明のフィルムを有し、前記初期の計測位置情報は前記フィルムを前記診断対象に貼付したときの前記フィルムに記載された計測点の座標情報であり、前記制御装置は、前記フィルムを再貼付したときに前記三次元座標検出装置が検出する計測点の座標が前記初期の計測位置情報の座標に実質的に合致するときに前記腐食の診断結果を表示する表示手段を有することが望ましく、前記制御装置は、前記接触子の空間での移動経路に応じて前記三次元座標検出装置の検出動作を制御するものがよい。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、超音波探傷器で発生した超音波を診断対象に送信するとともに反射波を検出する接触子と可搬式の制御手段とを用いて前記診断対象に対して超音波を送信し、この診断対象からの超音波の反射波の強度に応じて診断対象の腐食を診断する腐食診断方法であって、前記診断対象に設定した基準位置に基づいて求めた前記診断対象の初期の計測位置における前記診断対象の厚さを前記制御手段に記憶させ、それ以後の腐食の診断において、前記基準位置に基づいて新たな計測位置を前記制御手段に格納されている初期の計測位置に合致させ、合致した計測位置において診断対象の厚さに対する一次反射波と二次反射波の比を求め、この比から腐食のランクを決定して前記制御装置に表示することにある。

そしてこの特徴において、前記診断対象に設定した基準位置に基づいて前記診断対象の初期の計測位置を得る際に、複数の測定点が記載されたフィルムを前記診断対象に貼付して三次元座標検出装置で検出して前記制御手段に入力し、それ以後の腐食の診断においては前記フィルムを診断対象に再貼付して前記三次元座標検出装置が検出した前記フィルムの再貼付位置を前記制御手段に格納されている初期の計測位置に合致させるものであってもよい。

また上記特徴において、前記接触子の空間の移動経路に応じて前記制御手段が、少なくとも前記三次元座標の位置検出および前記反射波の検出のいずれかが適または不適であると判断するのがよく、前記制御手段はタブレット型の表示手段を有し、この表示手段に初期の計測位置と現在の接触子の位置、および検出した超音波波形とを表示し、接触子の移動と検出波形の確認とを１人の作業者で行えるようにすることが好ましい。

本発明によれば、フランジ等の変形がない部分を基準位置として３次元座標で測定点を記憶させ、この記憶させた座標値を測定現場で作業者が保持する探傷子位置の移動で参照可能にしたので、経時変化を正確に求めるために必要な固定測定点を長期間経た後も再現でき、経時変化を正確に求めて腐食の検査・診断に供することが可能になる。また、測定位置を作業者が保持する探傷子を利用して作業者に提示可能にしたので、測定一の再現が容易になるとともに腐食検査および診断作業の省力化を実現できる。

本発明に係る腐食診断装置の一実施例を用いた腐食診断方法を説明する図。 図１に示した腐食診断装置が有する三次元座標検出装置の斜視図。 三次元座標を説明するためのポンプの斜視図。 図１に示した腐食診断装置で用いるフィルムを説明する図。 図１に示した制御装置に表示される表示画面の一例を示す図。 超音波を用いた腐食診断を説明する図。 本発明に係る腐食診断装置の他の実施例の斜視図。 図７に示した腐食診断装置が備える接触子の一例を示す図。

以下、本発明に係る腐食診断装置および腐食診断装置を用いた診断方法のいくつかの実施例を、図面を用いて詳細に説明する。

図１ないし図６は本発明に係る腐食診断装置９０の一実施例に関する図であり、図１は腐食診断装置９０を用いて両吸込型渦巻きポンプ１００のケーシング１における腐食を診断する例の模式図である。図２は、図１に示した腐食診断装置９０が備えるアーム型の三次元座標検出装置８０の斜視図である。

診断対象のポンプ１００は、羽根車を内蔵するケーシング１を備えている。ケーシング１は水平分割型であり、上ケーシング２と下ケーシング３とを有している。上ケーシング１の下端部には上ケーシングフランジ４が、下ケーシング３の上端部には下ケーシングフランジ５が設けられている。

上ケーシングフランジ４と下ケーシングフランジ５の間にＯリングやガスケット等のシール手段を介在させて、両フランジ４、５間をボルト等で締結することにより、密閉容器を形成する。下ケーシング３の吸込み側には吸込フランジ６が、吐出側には吐出フランジ９が設けられており、上流側の吸込配管６ｄ及び下流側の吐出配管９ａとそれぞれフランジ６、９で接続されている。下ケーシング３の下面には脚部１ａ、１ｂが取り付けられており、ポンプ１００の設置位置の床面１０に、図示しないアンカー手段等で固定される。図１中の矢印は、水の流れ方向を示す。

詳細を後述するアーム型の三次元座標検出装置８０は、２本のアーム１２、１３と３個の関節を有しており、上ケーシング２のケーシングフランジ４の上表面４ａにその基部１１が磁力等で固定されている。三次元座標検出装置８０の先端部には、超音波を送受信する接触子１４が取り付けられている。接触し経超音波を送信し、また接触氏が受信した信号を送信するためにアーム１２、１３内部を信号ケーブルが這っており、この信号ケーブルの端部は三次元座標検出装置８０の基部１１からケーブル８ａとなって、作業者１９が保持する制御装置８に接続されている。制御装置８には、可搬性を考慮して、表示部および演算部とデータ記憶部と各機器とのインターフェースを有するタブレット型ＰＣを用いている。

タブレット型の制御装置８には、超音波探傷器７が、ケーブル７ａで接続されている。超音波探傷器７には、例えばParametrics社製のEpochIV（商品名称）を用いている。三次元座標検出装置８０および接触子１４、タブレット型の制御装置８、超音波探傷器７は、腐食診断装置９０を構成する。

図２に、三次元座標検出装置８０の詳細を示す。マグネット式の基部１１には、第１関節８１が設けられており、第１のアーム１２の一端部が取り付けられている。第１のアーム１２の他端部は、第２の関節８２に取り付けられている。第２の関節８２には第２のアーム１３の一端部も取り付けられており、第２のアーム１３の他端部は第３の関節８３に取り付けられている。第３の関節には、接触子１５と１個または複数の計測球１６が取り付けられている。

基部１１に設けた第１の関節８１は、回転２自由度を有している。第１のアーム１２を基部１１に対し垂直方向に延びる軸周りに回転可能とするθ１軸と、第１のアーム１２がθ１軸に対し直角な方向に延びる軸周りに回転可能とするθ２軸である。基部１１が水平に配置されていれば、θ１軸は鉛直軸となる。

第２の関節８２も回転２自由度を有しており、第１のアーム１２側の自由度であるθ３軸及び第２のアーム側であるθ４軸を構成する。接触子１４が接続される先端部では、第２のアームの回転自由度であるθ５軸と、接触子１４の回転自由度でθ６軸が構成される。接触子１４と１個または複数個設ける計測球１６との相対位置関係は不変である。つまり、接触子１４をケーシング１の表面に接触面１５で接触させたときに、計測球１６はケーシング１表面近傍に位置してその位置座標を検出し制御装置８に送信する。その際、計測球１６と接触子１４の相対位置関係が不変であるから、計測球１６の測定結果から、接触子１４の位置を幾何学的関係で求めることができる。

上述したように、三次元座標検出装置８０の先端に固定された接触子１４は、ケーブル８ａ，７ａにより超音波探傷器７に電気的に接続されており、超音波探傷器７は制御装置８に電気的に接続されているので、制御装置８により超音波探傷器７の動作を制御できる。また、接触子１４から得られた超音波波形データ等の情報も制御装置８は得ることができる。

各自由度θ１〜θ６は、添え字が奇数であれば、すなわちθ１、θ３、θ５では回転の自由度であり、添え字が偶数であれば、すなわちθ２、θ４、θ６ではが揺動の自由度である。第１のアーム１２の長さＬ１、第２のアーム１３の長さＬ２、揺動の自由度θ６の中心軸から接触面１５までの最短の長さＬ３、揺動の自由度θ６の中心軸から計測球１６中心までの長さＬ４は既知である。また、接触面１５と計測球１６の中心との相対位置関係も既知である。

本実施例で使用している接触子１４は円筒形であるので、揺動の自由度θ６の中心軸から接触面１５までの最短の長さＬ３は、揺動の自由度θ６の中心軸から接触面１５を構成する円の中心まで距離となる。三次元座標検出装置８０の第１〜第３の関節８１〜８３には、各回転または揺動の自由度θ１〜θ６ごとにエンコーダ（図示せず）が配されており、エンコーダが検出した各自由度θ１〜θ６の回転角度は、制御装置８に電気的に送信される。

なお、制御装置８では、エンコーダの情報や長さの情報から接触面１５と計測球１６中心の位置を常に演算しており、制御装置８の表示画面（図５の座標欄２４参照）に現在の値を表示する。このときの座標値は、後述する計測座標が設定されていない状態では、第１の関節８１の自由度θ１とθ２に関係する回転中心の交点を、暫定的に原点Ｏ（０，０，０）とした値である。各関節８１〜８３に配されているエンコーダは、アブソリュート型であるので、一旦電源を切っても再電源投入後の指示値は同じである。

次に、このように配置した三次元座標検出装置８０を用いた三次元座標の計測について、図３を用いて説明する。図３は、ポンプ１００のケーシング１だけを取り出して示した斜視図である。計測球１６の中心座標１７を基準座標、すなわち原点とする場合である。接触子１４の座標はこの計測球１６の中心座標１７に、接触子１４と計測球１６の相対位置関係を適用して求めることができる。

計測球１６の中心座標１７を求めるために、基準となる２つの平面と基準円とを用いる。本実施例では、基準となる２つの平面を、吸込フランジ６のポンプ側表面６ａと、上ケーシングフランジ４の上表面４ａに設定している。基準となる円は、吸込フランジ６のポンプ側表面６ａ上であって、吸込フランジ６の外周面６ｂに設定する。この基準平面と基準円とから定まる座標系で、接触子１４が接触するケーシング１上の任意の点を記述する詳細を、以下に示す。

初めに、制御装置８の電源をオンした状態で暫定的に指示されている３次元デカルト座標系を用いて、吸込フランジ６のポンプ側表面６ａに計測球１６を接触させ、この状態で少なくとも３箇所、可能であれば２０箇所以上の座標値を取得する。このとき取得する座標値は、吸込フランジ６のポンプ側の面６ａのなるべく広い範囲から取得することが望ましい。

これにより、暫定的に平面が決定される。この暫定的な平面から浮かせて計測球１６を移動させる。つまり、ポンプ１００のケーシング１と接触しない空中の点の座標値を取得する。空中の点の座標を求めるのは、平面に計測球１６を接触させて得られる座標値は、計測球１６の半径分だけオフセットした値であるからである。このオフセット値を補正する方向を確定するために、空中の点を取得している。計測球１４をケーシング１の表面に接触させて求めた３〜２０数個の座標値から決定された暫定的な平面を、計測球１６の半径分だけ、上記空中の点と反対方向にオフセットして、基準となるＸＹ面４２を得る。そして、上記空中の点の方向を、法線方向の正方向とする。

吸込フランジ６の外周面である円筒面６ｂの異なる３箇所以上の点、できれば２０箇所以上の点に、三次元座標検出装置８０の第３の関節８３に取り付けた計測球１６を接触させて座標値を求める。このとき座標値を求める点を、吸込フランジ６の外周面６ｂのなるべく広い範囲に分布させることが望ましい。求めた座標値をＸＹ面に投影する。そして、投影された吸込フランジ６の外周面６ｂを円で近似することにより、基準円４３が得られる。得られた基準円４３から、その中心点５０の座標を求める。基準円４３の半径は、計測球１６の半径分だけ吸込フランジ６の半径よりも大きな値になっているが、中心点５０を求めるときには障害とはならない。

上記吸込フランジ６のポンプ側の外周面６ａで計測球１６を移動させて３〜２０数点計測したのと同様に、上ケーシングフランジ４の上部表面４ａについて、計測球１６を移動させて３〜２０数点の座標を求め、基準平面を求める。その際、上記手順と同様に、計測球１６のオフセット分を補正して、基準となる上平面４１を得る。

基準円４３の中心点５０を新たに原点Ｏに設定し、その座標値をＯ（０，０，０）とする。原点Ｏを通り、上平面４１とＸＹ面４２の交線４３に垂直に交わる線をＹ軸とする。Ｙ軸の方向は、原点Ｏから上平面４１に向かう方向を正方向とする。ＸＹ面４２が規定されているので、右手系の計測座標４０が決定される。以下の計測における座標値は、すべて計測座標４０での値である。

上記実施例では、計測球１６を用いた計測から基準面４１，４２及び基準円４３を求めているが、超音波探傷器７の接触子１４を用いて基準面及び基準円を求めることも可能である。制御装置８は、接触子１４の接触面１５の中心点の座標を常時求めているので、その数値を用いる。

ただし、接触時のゴミなどによる浮きや吸込フランジ６の外周面の計測時に接触面１５の中心が接触しているか否かは、測定精度に影響するので注意を要する。また基準面の計測においては、接触部とのオフセットがないので得られる座標値を補正する必要はないが、ＸＹ面４２の正方向を決めるために、空中の点の座標値を求める手順は必要である。

本実施例では、アーム型三次元座標検出装置８０を計測対象物であるケーシング１の上ケーシングフランジ４の上表面４ａに固定している。しかし、計測対象物以外でも計測対象物とアーム型三次元座標検出装置８０の相対位置関係が変わらない、作業者が計測球１６または接触子１４を移動させながら計測するのに妨げにならない、という条件を満足するのであれば、アーム型三次元座標検出装置８０をいかなる場所に固定してもよい。

次に、図４及び図５により、超音波探傷器７を用いた腐食診断方法について説明する。図４は、腐食診断装置１００が超音波波形データを取得する際に用いるフィルム２０の一例を示す図、図５は腐食診断装置１００が備える制御装置（タブレット）８の表示画面の一例を示す図である。

超音波探傷器７を用いてケーシング１の腐食を判断するためには、上述した通り、以前のケーシング１の状態からのケーシング１の変化した肉厚を求めることが必要になる。そして、基準となる以前の状態と同一点で計測すれば、計測精度が向上する。そこで、フィルム２０等を用いて、測定点を同一点とすることが試みられている。これは、ケーシング表面の経時変化により、予めマークした点が不明になる等の不具合を解消する場合に有効な方法である。

ケーシング１の内壁の経時変化を確認するために、ポンプ１００の設置時等に、初期状態としてのケーシング１の肉厚を測定する。これを初回の計測とする。本実施例では、１０行×１０列の計１００箇所の計測点２１を設定し、計測点１から計測点１００までの番号が付された透明なフィルム２０を使用している。このフィルム２０は、接触子１４を接触させる位置の目標にも使用する。

ケーシング１の計測を実施する部位を、濡れたウエス等で掃除して埃等を取り除き、使用するフィルム２０よりも幾分広い範囲にグリセリンペーストを塗り膜状に広める。グリセリンペーストの膜上であって、計測対象範囲内にフィルム２０を貼り付ける。このとき、フィルム２０とケーシング１の間には気泡が形成されないように注意し、気泡が形成されている場合には、気泡をフィルム２０下から外側へ押し出す。さらに、三次元座標検出装置８０の接触子１４の接触面１５と接する面であって、ケーシング１に接する面と反対側のフィルム２０面にも、グリセリンペーストを塗り広める。

図５に示した表示画面５０において、モード切換えタブ欄２４の最下部の「キーボード表示・非表示」タブ２４ｄを押し下げることにより、図示しないキーボード表示画面が現れる。そこで、計測対象および計測部位名称やフィルム２０の情報を、制御装置８に入力する。計測対象は、対象機器（本実施例ではポンプ１００のケーシング１）が設置されている場所、対象機器の型式や製造番号等の対象機器の情報で、後日、データ整理時に対象機器の同定に用いる。計測部位名称は、吐出側上ケーシング等の部位の名称である。フィルム２０の情報は、計測点数および計測点間のピッチや計測点の配列等である。これらの情報は制御装置８内に保存される。

次に、フィルム２０を貼り付けた位置の三次元座標データを取得する。モード切換えタブ２４の「キーボード表示・非表示」タブ２４ｄを押し下げ、図５に示すような表示画面５０を得る。モード切換えタブ２４の計測関連タブ２４ｃの中から、データ呼出タブ２４ｃ３を選択する。なお、計測関連タブ２４ｃには、複数ページにわたってタブが設定されており、他のタブとしては、計測モード２４ｃ１、表示モード２４ｃ２、データ保存タブ２４ｃ４等が設定されている。これらタブを作業者は適宜切換え、計測を実行する。

データ呼出タブ２４ｃ３を選択したので、フィルム２０の位置が取得される。フィルム２０の位置は事前に制御装置８に登録されており、フィルム２０の対角線上の２点の位置を指定することにより、フィルム２０の情報から、各計測点（計測点１〜計測点１００）がどの位置にどのように配置されているのかを、制御装置８が認識する。

例えば、フィルム２０上に記載された測定点１を表す丸囲み数字１の円の中心に、接触面１５の中心が一致するように接触子１４をフィルム２０上で接触させて、３秒間静止させる。図５に示した制御装置８の計測表示画面５０では、左上に示したデータ入力タイマ欄２２に初め「３」が表示され、次いでカウントダウンする。データ入力タイマ欄２２の表示が「０」になると、この測定点１の座標値が取得される。

次いで、フィルム２０に記された測定点１００の丸囲み数字１００の円の中心と接触子１４の中心が一致するようにして接触面１５をフィルム２０に接触させ３秒間静止させる。これにより、測定点１００の座標値が得られる。

以上の測定点１及び測定点１００についての位置座標の取得において、問題が無ければ接触子１４を空中で移動させて○を描く。制御装置８の計測表示画面５０の最下段に設けたステータスウインドウ２８に「終了しますか? ＯＫ：○、キャンセル：×」が表示される。そこで、接触子１４を空中で移動させて再度○を描く。これで、フィルム２０の位置計測が終了する。キャンセルの場合には、空中で×を描き、再度位置を求める。フィルム２０の位置が判明したので、フィルム２０上の計測点１〜計測点１００が、どの位置にどのように配されているのかを、予め入力してあるフィルム２０の情報に基づいて制御装置８が演算で求める。

次に、計測点１〜計測点１００について、超音波波形データを取得する。制御装置８を、超音波波形データを取得するモードに設定する。超音波波形取得モードは、事前に制御装置８に登録されている。フィルム２０の計測点１〜計測点１００の位置を、演算により制御装置８が求めた後の状態で、超音波波形取得モードに移行する。計測点位置情報がすでに得られているので、接触子１４の位置情報から超音波波形データがどの計測点のものかが判明する。これにより、制御装置８の表示画面５０の計測ポイント欄２６における表示や腐食状態表示欄２７が作成され、腐食レベルが算出される。

図５に示した制御装置８の表示画面５０では、計測ポイント欄２６における灰色部２６ａは測定が完了した部分を示し、白色部分２６ｂは測定が未完了な部分であり、黒丸に白色の数字で強調表示した部分２６ｃは、現在の測定点を示す。つまり、図５ではフィルム２０上の測定点１から順番に超音波波形データを取得して測定点５７までを測定し終え、測定点５８の測定準備をしていることを示している。測定点５８が強調表示される。

その際、現在の接触子１４の接触面１５の中心座標位置２３ａを表示画面５０の中央上部の座標欄２３に、また制御装置８が演算して予め求めている測定点５８として定めた座標位置と現在の接触子１４との位置誤差２３ｂをその隣に表示する。本実施例では、接触子１４の現在位置は（1181.8，256.3，−775.2）であり、測定点５８との位置誤差は、(0.3，1.1、−1.8)である。測定点５８を示す丸囲み数字５８の円の中心と接触面１５の中心が一致するように、接触子１４をフィルム２０に接触させながら、移動させていることが分かる。

計測点５８の計測までに既に計測し終えた超音波による腐食測定データは、表示画面５０の計測ポイント欄２６の隣に、腐食状態表示欄２７として示されている。そして腐食状態表示欄２７の右隣には、腐食状態表示欄２７で使用される区分の凡例が凡例欄２７ｂとして表示されている。腐食状態表示欄２７では、格子の交点が計測点を示している。また、既にデータを取得した部分は腐食状態を等高線で表示されており、まだデータを取得していない部分は白色で示されている。なお、腐食状態表示欄２７では、計測点５８に対応する部分である格子の交点に、丸を付して強調表示している。

測定点座標欄２３に表示される、予め制御装置８が演算して求めた測定点５８の座標と、接触子座標欄２４に表示される接触子１４の現在の座標とが、許容範囲内の誤差しかなくなったときに、接触子１４を静止させる。表示画面５０のデータ入力タイマ欄２２の表示が「３」からカウントダウンし、表示が「０」になったら、超音波探傷器７から接触子１４を介してケーシング１に向けて発信され、接触子１４を介して超音波探傷器７で受信した超音波エコーの波形データを取得する。

超音波探傷器７の発信データと、接触子１４を介して取得した超音波波形のエコーデータは、表示画面５０の右上の超音波波形データ表示欄２５に、フリーズした状態表示される。この発信データとエコーデータとに基づいて、上記腐食状態表示欄２７に腐食レベルが示されると共に、表示画面の最下部のステータスウインドウ２８に、腐食状態が数値で表示される。

このとき、波形や数値に問題があれば、再計測も可能である。再計測の方法としては、一度接触子１４を移動させ、再度計測点５８に対応するフィルム２０上の丸囲み数字５８の円の中心に接触面１５の中心が一致するように接触面１５を接触させる。計測ポイント欄２６の計測点５８のマス上に黒丸に白字で「５８」が強調表示される。それとともに、データ入力タイマ欄２２の数字が「３」からカウントダウンされる。接触子１４をそのまま静止させ続けると、データ入力タイマ欄２２のカウントダウン表示が「０」になり、超音波波形データの取得が完了し、データが上書き保存される。

超音波波形データは、既にデータを取得した計測点１〜計測点５７や、まだデータを取得していない計測点５９〜計測点１００のいずれについても取得可能である。したがって、計測点１から順番通りにデータを取得する必要はなく、任意の計測点の順番でデータを取得してもよい。

表示画面５０の計測ポイント欄２６の全てのマスが灰色になり計測が終了した場合には、接触子１４を空中で移動させて○を描く。ステータスウインドウ２８に「終了しますか? ＯＫ：○、キャンセル：×」が表示されるので、接触子１４を空中で移動させて再度○を描く。これにより一連の計測が終了する。

ここで、表示画面５０の腐食状態表示欄２７の作成原理について、図６を用いて説明する。図６(ａ)は図５に示した表示画面５０中の超音波波形表示欄２５に対応するグラフであり、図６(ｂ)は図５に示した表示画面５０中の腐食状態表示欄２７を作成するためのレベル分けを示すグラフである。

図６(ａ)は模式的に示した図であり、縦軸は信号強度Ａで、横軸は経過時間ｔである。信号６１は超音波探傷器７の接触子１４から発信される超音波信号であり、信号６２、６３はケーシング１で反射され接触子１４で検出されたエコー信号である。最初の反射信号６２を一次エコーと呼び、２番目の反射信号６３を二次エコーと呼ぶ。非特許文献１に記載のように、ケーシングの腐食状態は、一次エコー６２と二次エコー６３の比に相関する。

そこで、一次エコーと二次エコーとの比Ｒを縦軸に、ケーシングの肉厚Ｔを横軸にして、腐食状態をパラメータにして示したのが図６(ｂ)に示すグラフである。このときの肉厚Ｔは、一次エコー６２と二次エコー６３のピーク間の時間差に、計測対象を超音波が伝わるときの音速を乗じて算出する。レベル０は腐食の進展がほとんど見られない状態であり、レベル５は腐食が進展して、交換もしくは補修が必要な状態である。レベル０からレベル５までの間を４等分して、腐食による補修もしくは交換が必要か否か、近々の補修または交換が必要か否か等の状態を決定する。この図６(ａ)は、これまでの腐食に関するデータに基づく実験的に求めた図である。ねずみ鋳鋼のケーシング１で肉厚Ｔが薄い場合には、エコー比Ｒが大きくても補修が必要な場合があるし、肉厚Ｔが厚い場合にはエコー比Ｒが小さくても補修が必要のない場合もあることが分かる。これは、肉厚Ｔが厚くなるほど超音波の原水が大きくなるためである。この図５(ｂ)の関係を予め制御装置に入力しておき、腐食の診断に利用する。

次に、ケーシング１の腐食を経時的に診断するために、初期状態の測定から数年ないし数十年経過した後のケーシング１の腐食診断方法について、詳細に説明する。ケーシングの肉厚変化を測定するためには、初期の測定位置とできるだけ同一位置で測定する必要がある。なぜなら、ケーシング１は鋳物で製作されており、鋳物の場合、肉厚が場所ごとに変化することは製作上やむを得ないためである。特に大型のポンプのケーシングの場合には、コスト面から精密鋳造等を用いることができず、設計段階において肉厚の許容誤差をかなりの程度認めている。また、形状が複雑になる場合には、形状各部で肉厚が変化している。そのため、初期の測定状態を再現しないと、減肉状態が不明となる。

初期状態の再現方法には、いくつかの方法がある。第１番目は、初期状態に使用した同じフィルム２０もしくは同じ形状のフィルム２０を用いて、所定時間経過した後に腐食診断する場合である。この場合、ポンプケーシング１の表面が変化しないことを条件とする。

初期状態を計測し終えたら、ウエス等でグリセリンペーストを除去する。制御装置８の表示画面５０の接触子１４の座標欄２４を確認しながら、座標欄２３に示される計測点１の座標値に一致するように接触子１４を動かす。接触子１４を許容範囲内に移動させたら、接触子１４の位置を計測対象であるケーシング１に油性マーカーでマーキングする。

マーキングの方法は接触子１４を計測対象１に接触させ、接触子１４の円筒状の外周を油性マーカーでなぞってマーキングし、マーキング円内に１を記入する。同様に計測点１００でも接触子１４の外周をマーキングし、円内に１００を記入する。腐食診断をする場合には、初期状態を測定する場合に使用したフィルム２０またはそれと同系のフィルムを用いて、マーキングの円１をフィルム２０上の計測点１に、マーキングの円１００をフィルム２０上の計測点１００に位置合わせする。これにより、初期状態と同一位置での計測が可能となり、初期状態を再現できる。なお、フィルム２０の情報については、初期状態のデータを参照すればよい。

次に、ケーシング１の表面の汚れ防止や美観の点からケーシングの１表面を再塗装する場合がある。この場合、初期状態を再現するためには、第２の方法を用いる。この方法でもフィルム２０を使用する。初期状態で作成したマーキングをもはや使用できないので、新たにマーキング位置を作成する。その場合、初期状態で実施した２つの基準平面と１つの基準円を再度作成し、同一の計測座標１７を再現する。同一の計測座標が得られたら、すでに記憶されている初期状態の計測点１と計測点１００座標を用いて、接触子１４をこれら座標に一致するように移動させ、マーキングを再度実行する。これにより、再塗装前と同じ位置にマーキングが可能となる。

ここで、再塗装等により、初期状態と同じ場所にフィルム２０を固定できなくなり、フィルム２０の固定状態を変えざるを得なくなる場合がある。フィルム２０の固定位置を変えると、同じ座標系を使用できない場合もあり、初期状態での計測点と経年後の計測点の相対位置関係の把握が困難となる。そこで、共通の計測座標で座標値を取得する必要が生じる。この場合、第３の方法を用いる。つまり、経年後に新たにフィルム２０を固定し、この状態で２つの基準平面と１つの基準円とを計測し座標系を設定すると、変更前後で共通の計測座標となる
換言すると、例えば経年後の座標が初期状態の座標より丁度１００ｍｍ右にずれていた場合に、経年後の計測点１は初期状態の計測点６と同じ位置になるので、この状態で初期状態の計測点１と経年後の計測点１を比較しても正しい値は得られない。この場合には、初期状態の計測点６と経年後の計測点１を比較することにより正しい腐食状態が得られるので、共通の座標値になるようにフィルム２０を設定する。

ところで上記実施例では、接触子１４を動かしてマウスやキーボードの操作の代替としている。これは、接触子１４が発信した超音波を被計測物に伝えるために、通常、接触面１５に接触媒体としてグリセリンペースト等を用いるからである。計測作業中の作業者は、グリセリンペースト等が手に付着している可能性が高く、制御装置８への入力作業時に、このグリセリンペーストが誤作動を起こす原因になるおそれがある。

そこで本実施例では、ＯＫの場合は○、キャンセルの場合は×のような記号を、接触子１４を空中で移動させて図形を描くことにより、制御装置８に入力している。計測手順は予め制御装置８に登録してあるので、超音波探傷器７を用いた計測動作に入ると、「ＯＫ」と「キャンセル」だけで大半の入力を実施できる。

また、従来、超音波波形データと三次元座標データを取得するタイミングは、マウスのクリックや任意のキーボードのキーの押下、音声による指示であった。本実施例では前述の理由からマウスやキーボードを使用しないで、接触子１４を所定設定時間だけ静止させることにより、データ取得を実現している。具体的には、所定設定時間を３秒とした場合、接触子１４を静止させてから３秒経過後にデータを取得するようにし、制御装置８の表示画面５０に経過時間が「３」からカウントダウンされるように表示する。そして、表示時間が「０」になった時点で、データを取得している。表示時間が「０」になる前に接触子１４を移動させた場合には、表示時間は「３」にリセットされる。そして、接触子１４が静止したら再び「３」からカウントダウンが始まる。データ取得後は、接触子１４を移動させるまで、次のカウントダウンを実行しない。

次に、本発明に係る腐食診断の他の実施例を、図７および図８を用いて説明する。図７は、腐食診断装置９０Ａの他の実施例の模式図である。この図７では、作業者等の図示を省略している。また、制御装置８は可搬式のコンピュータであり、ベルトを介して作業者１９により保持される。図８は、図７の腐食診断装置９０Ａが備える接触子１４Ａの斜視図である。

本実施例が実施例１の記載と異なるのは、アーム型三次元座標検出装置の代わりに複数台のカメラ３０ａ、３０ｂを用いたことと、第３関節部の代わりに接触子１４とその周りに設けた複数の認識球３２とで超音波探傷器７のセンサ部を構成したことにある。

計測対象は、実施例１と同様に、ポンプ１００のケーシング１である。接触子１４の接触面１５の反対側にはホルダ３１が形成されており、ホルダ３１には認識球３２が３個取り付けられている。認識球３２と接触子１４はその相対位置関係が変わらないように固定されている。認識球３２および接触子１４と接触面１５の位置関係は既知である。

接触子１４は電気的に超音波探傷器７と接続されており、さらに超音波探傷器７は制御装置８と電気的に接続されている。これにより、制御装置８から超音波探傷器７の動作が制御可能となり、さらに接触子１４から得られた超音波波形データ等の情報も制御装置８は取得可能になっている。

ケーシング１に近接させた認識球３２を撮像可能な位置に、左カメラ３０ａと右カメラ３０ｂを配置している。左カメラ３０ａと右カメラ３０ｂは、制御装置８と電気的に接続されている。作業者１９は、自己の体の位置を含めて左右のカメラの撮像範囲に認識球３２があるように、接触子１４の計測位置を定める。撮像範囲に認識球３２があることが確認されたら、左カメラ３０ａと右カメラ３０ｂが撮像した映像は、制御装置８に画像入力される。制御装置８に入力された映像から、制御装置８は画像処理ソフト（図示せず）を用いて、各認識球３２の中心位置を演算する。さらに、左カメラ３０ａと右カメラ３０ｂの間の視差と、認識球３２の相互間の寸法から、各認識球３２の三次元座標値を演算する。

さらに、３個の認識球３２の直径は同一であるが、各認識球３２の中心点間を結んで形成される三角形が不等辺３角形となるように、認識球３２を位置決めしている。これは、二等辺三角形や正三角形状態で認識球３２を位置決めすると、任意の線で線対称になり、三角形の頂点の座標が分かっても表裏で同一の三角形が存在し、接触面１５と認識球３２との位置関係が不定になるためである。３辺が互いに異なる寸法とすることで、不定の問題は発生せず、３個の認識球３２の三次元座標値から、接触面１５の中心点の座標を演算することが可能となる
ここで、認識球３２は接触子１４とともに動くので、この認識球３２による具体的な三次元座標取得について以下に説明する。(１)認識球３２を２台のカメラ３０ａ、３０ｂで観察して、３個の認識球３２の中心点の三次元座標を求める。(２)３個の認識球３２３の中心点を線分で結んで三角形を作る。(３)作成された三角形は不等辺三角形なので、表と裏を区別可能となる。(４)形成される三角形を用いて、例えば、三角形の重心を通る法線上で表面方向に所定距離だけ離れたところを接触面の中心と定義する。これにより、上記実施例に記載したアーム型三次元座標検出装置と同じように三次元計測器として機能する。

計測座標１７の設定方法は、図１に示した実施例の接触子１４で直接計測する方法と同様であり、超音波波形データの取得方法やデータ処理方法等も、実施例１と同様である。

本実施例においても計測座標１７の設定に使用する部位と手順を、実施例１と同じくすれば、同じ座標系を使用しているので、実施例１で示した三次元座標検出装置を用いて測定した結果を、本実施例で得られたデータと直接的に比較したり、置き換え・結合するのに利用できる。本実施例において狭隘部を測定する場合には、カメラの死角が生じる恐れがある。そのような場合には、カメラ台数を増やすことで対応可能となる。

上記各実施例によれば、タブレットＰＣの画面に、初期状態での測定範囲または前回の測定範囲の枠や測定結果から得られた厚さ分布における等高線、および接触子の位置をリアルタイムで表示することが可能になる。これにより、接触子の位置が範囲内にあるか否か、測定漏れの計測位置はあるか否か、の確認が可能になる。

また上記各実施例においては、フィルムを使用して計測しているが、これは測定対象の表面領域に格子状の計測範囲を設定し、その計測範囲内のデータを取得することを容易にするためである。その上、接触子を接触させる位置の目標とすることができ、ＰＣの画面上に測定目標位置とリアルタイムの接触子の位置の双方が表示されて、作業効率を向上させる効果もある。これにより、複雑な配置のゆえに作業の制限を受ける現地での腐食測定を効率化できる。

なお上記各実施例においては、計測位置の再現性を向上させるために、座標の設定精度の向上を図っている。すなわち、基準となる面や円を高精度で選定及び測定可能としている。特に、基準面は精度に与える影響が大きいので、大きなエリアから基準面を設定するようにし、測定対象の中で最大限の基準面を構成可能なフランジを基準面としている。これにより、計測位置の再現性が向上する。

１…ケーシング、１ａ、１ｂ…脚部、２…上ケーシング、３…下ケーシング、４…上ケーシングフランジ、４ａ…上表面、５…下ケーシングフランジ、６…吸込フランジ、６ａ…ポンプ側表面、６ｂ…フランジ周面（円筒面）、６ｃ…中心点、６ｄ…吸込配管、７…超音波探傷器、７ａ…ケーブル、８…制御装置、８ａ…ケーブル、９…吐出フランジ、９ａ…吐出配管、１０…床面、１１…基部、１２…第１のアーム、１３…第２のアーム、１４…接触子、１５…接触面、１６…計測球、１９…作業者、２０…フィルム、２１…計測点、２２…データ入力タイマ欄、２３…センサ位置座標欄、２４…モード切換タブ欄、２５…超音波波形データ表示欄、２６…計測ポイント欄、２７…腐食状態表示欄、２８…ステータスウインドウ、３０ａ、３０ｂ…カメラ、３１…ホルダ、３２…認識球、４０…計測座標、４１…上平面、４２…ＸＹ面、４３…基準円、４４…交線、５０…表示画面、６１…送信波（信号）、６２…一次エコー（信号）、６３…二次エコー（信号）、８０…（アーム型）三次元座標検出装置、８１…第１関節、８２…第２関節、８３…第２関節、９０、９０Ａ…腐食診断装置、１００…診断対象（両吸込ポンプ）。

Claims (7)

1. 診断対象に対して超音波を送信し、この診断対象からの超音波の反射波の強度に応じて診断対象の腐食を診断する装置であって、超音波を発生する超音波探傷器と、この超音波探傷器で発生した超音波を前記診断対象に送信するとともに反射波を検出する接触子と、前記接触子の位置を三次元で検出する三次元座標検出装置と、前記接触子の位置及びこの接触子が検出した超音波波形を表示可能な可搬式の制御手段とを備え、前記三次元座標検出装置は前記接触子の近傍であって相対位置が不変な位置に前記接触子の位置を検出する手段を有することを特徴とする超音波を用いた腐食診断装置。
2. 前記制御装置には、診断対象の厚さに対する前記反射波の一次成分と二次成分の比から定まる腐食の関係式と、前記三次元座標検出装置が検出した診断対象の初期の計測位置情報とが格納されており、前記三次元座標検出装置は前記診断対象に貼付する透明または半透明のフィルムを有し、前記初期の計測位置情報は前記フィルムを前記診断対象に貼付したときの前記フィルムに記載された計測点の座標情報であり、前記制御装置は、前記フィルムを再貼付したときに前記三次元座標検出装置が検出する計測点の座標が前記初期の計測位置情報の座標に実質的に合致するときに前記腐食の診断結果を表示する表示手段を有することを特徴とする請求項１に記載の腐食診断装置。
3. 前記制御装置は、前記接触子の空間での移動経路に応じて前記三次元座標検出装置の検出動作を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の腐食診断装置。
4. 超音波探傷器で発生した超音波を診断対象に送信するとともに反射波を検出する接触子と可搬式の制御手段とを用いて前記診断対象に対して超音波を送信し、この診断対象からの超音波の反射波の強度に応じて診断対象の腐食を診断する腐食診断方法であって、前記診断対象に設定した基準位置に基づいて求めた前記診断対象の初期の計測位置における前記診断対象の厚さを前記制御手段に記憶させ、それ以後の腐食の診断において、前記基準位置に基づいて新たな計測位置を前記制御手段に格納されている初期の計測位置に合致させ、合致した計測位置において診断対象の厚さに対する一次反射波と二次反射波の比を求め、この比から腐食のランクを決定して前記制御装置に表示することを特徴とする腐食診断方法。
5. 前記診断対象に設定した基準位置に基づいて前記診断対象の初期の計測位置を得る際に、複数の測定点が記載されたフィルムを前記診断対象に貼付して三次元座標検出装置で検出して前記制御手段に入力し、それ以後の腐食の診断においては前記フィルムを診断対象に再貼付して前記三次元座標検出装置が検出した前記フィルムの再貼付位置を前記制御手段に格納されている初期の計測位置に合致させることを特徴とする請求項４に記載の腐食診断方法。
6. 前記接触子の空間の移動経路に応じて前記制御手段が、少なくとも前記三次元座標の位置検出および前記反射波の検出のいずれかが適または不適であると判断することを特徴とする請求項５に記載の腐食診断方法。
7. 前記制御手段はタブレット型の表示手段を有し、この表示手段に初期の計測位置と現在の接触子の位置、および検出した超音波波形とを表示し、接触子の移動と検出波形の確認とを１人の作業者で行えるようにしたことを特徴とする請求項５または６に記載の腐食診断方法。

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