JP2016070936A

JP2016070936A - 水中ボルト検査冶具および水中ボルト検査方法

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Publication number: JP2016070936A
Application number: JP2015189578A
Authority: JP
Inventors: 晃山下; Akira Yamashita; 治之小原; Haruyuki Obara
Original assignee: SANZOU SHIKEN CENTER KK
Current assignee: SANZOU SHIKEN CENTER KK
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2016-05-09
Anticipated expiration: 2035-09-28
Also published as: JP6601793B2

Abstract

【課題】検査対象面との距離を一定に保つことを容易とし、短時間で精度良く、効率的に非破壊検査を行うことのできる水中ボルト検査冶具を提供することを目的とする。【解決手段】超音波探触子３０を配置する第１開口部１４と、第１開口部１４の直線上に第１開口部１４と連通して設けられ、水中に設置されたボルト４０の端部を挿入する第２開口部１６と、を備えた筐体を有し、第１開口部１４に配置される超音波探触子３０と第２開口部１６に挿入されたボルト４０との間に、灌水領域を設け、前記灌水領域には、非磁性部材により構成されたリング状部材を配置し、ボルト４０の挿入量を調整したことを特徴とする水中ボルト検査冶具。【選択図】図１

Description

本発明は、水中に設置されたボルト（例えばアンカーボルト）の健全性を検査するための装置に用いる冶具、およびこの冶具を用いた検査方法に関する。

水中に設置されたアンカーボルトには、設置時の過度な荷重による初期変形や、初期欠陥が生じるほか、経年変化として疲労クラックや腐食が生じる。このため、構造物全体の安全性を担保する意味からも、水中で非破壊にてアンカーボルトの健全性を把握することは重要である。しかし、水中での表面目視やハンマリング等では前述したような欠陥を検知することは難しい。

水中に設置された構造物の探傷を非破壊で行う装置として、特許文献１に開示されている装置が知られている。特許文献１に開示されている装置は、内部に超音波探触子を配置した容器の開口部を構造物表面に向けて配置し、超音波探触子と構造物表面との間を水で補間するということを基本とするものである。そして、特許文献１に開示されている装置では、容器の側壁に伸縮機構を設けることで、構造物表面に傾きや凹凸がある場合であっても、構造物表面と超音波探触子との間の距離を一定に保つことができるようにしている。

特開２００８−２１５８７７号公報

特許文献１に開示されている装置であれば、水中に設置された構造物であっても、非破壊で効率良く健全性を検査することができると考えられる。しかし、特許文献１に開示されている装置では、検査対象となる構造物と超音波探触子との距離を一定にするために、計測の都度、伸縮機構による高さ調整が必要となる。このため、検査対象物が多く、かつ検査対象面の面積が小さいアンカーボルトなどの検査には向いていない。

そこで、本発明では、検査対象面との距離を一定に保つことを容易とし、短時間で精度良く、効率的に非破壊検査を行うことのできる水中ボルト検査冶具、および検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本実施形態に係る水中ボルト検査冶具は、超音波探触子を配置する第１開口部と、前記第１開口部の直線上に前記第１開口部と連通して設けられ、水中に設置されたボルトの端部を挿入する第２開口部と、を備えた筐体を有し、前記第１開口部に配置される超音波探触子と前記第２開口部に挿入された前記ボルトとの間に、灌水領域を設け、前記灌水領域には、非磁性部材により構成されたリング状部材を配置し、前記ボルトの挿入量を調整したことを特徴とする。

また、上記のような特徴を有する水中ボルト検査冶具では、前記灌水領域であって、前記第２開口部側には、前記ボルト端部に吸着する磁石を配置することが望ましい。このような特徴を有することによれば、ボルト端部に配置した筐体が、水流等の影響によりズレることを防止することができる。このため、検査時に超音波探触子と検査対象面との距離を一定に保持することができる。よって、高精度な検査結果を得ることができる。

また、上記のような特徴を有する水中ボルト検査冶具では、前記筐体の前記第２開口部側に、前記ボルト端部に対する前記筐体の挿入角度を調整する角度調整部材を設けるようにすることができる。このような特徴を有することにより、検査対象とするボルトに対し、超音波を斜めに入射させることができる。これにより、ボルト側面の腐食や傷を効果的に検出することが可能となる。

また、上記のような特徴を有する水中ボルト検査冶具では、前記第２開口部は、前記ボルトに対して前記筐体が傾斜した状態で挿入される構成としても良い。このような特徴を有する場合にも、検査対象とするボルトに対し、超音波を斜めに入射させることができる。これにより、ボルト側面の腐食や傷を効果的に検出することが可能となる。

また、上記目的を達成するための本発明に係る水中ボルト検査方法は、水中に設置されたボルトの端部に、超音波探触子を備えた冶具を配置し、前記冶具を配置した前記ボルトの端部を所定の挿入位置にて前記冶具に対して磁力で吸着させ、前記ボルトの端部と前記超音波探触子との間に水を介在させた状態で前記超音波探触子から超音波を出力し、前記ボルトの探傷を行うことを特徴とする。

また、上記のような特徴を有する水中ボルト検査方法では、前記ボルトの端部を基点とする垂線に対して、前記超音波探触子の超音波放射面が傾斜角度を持つように配置して、前記ボルトの探傷を行うようにしても良い。このような特徴を有することにより、検査対象とするボルトに対し、超音波を斜めに入射させることができる。これにより、ボルト側面の腐食や傷を効果的に検出することが可能となる。

また、上記のような特徴を有する水中ボルト検査方法では、通信手段を介して、水上の計測員と水中の潜水夫との間で通信を行いながら前記ボルトの探傷を行うようにすると良い。このような方法を採ることにより、計測員と潜水夫との間で、計測完了、再計測、計測中等の連絡をとるだけで、潜水夫が逐一水面に浮上する必要なく、検査を続けることができる。よって、検査効率の向上を図ることができる。

上記のような特徴を有する水中ボルト検査冶具、およびこの検査冶具を用いた検査方法によれば、水中ボルトの検査を行うにあたり、検査対象面との距離を一定に保つことが容易となり、短時間で精度良く、効率的に非破壊検査を行うことが可能となる。

実施形態に係る水中ボルト検査冶具の斜視図である。実施形態に係る水中ボルト検査冶具の側断面図である。実施形態に係る水中ボルト検査冶具の使用状態を示す側断面図である。入射端面から５０ｍｍの位置に２４ｍｍの深さの傷を有するボルトにおける反射波波形を示すグラフである。入射端面から５０ｍｍの位置に１２ｍｍの深さの傷を有するボルトにおける反射波波形を示すグラフである。入射端面から５０ｍｍの位置に６ｍｍの深さの傷を有するボルトにおける反射波波形を示すグラフである。入射端面から１１５ｍｍの位置に２４ｍｍの深さの傷を有するボルトにおける反射波波形を示すグラフである。入射端面から１１５ｍｍの位置に１２ｍｍの深さの傷を有するボルトにおける反射波波形を示すグラフである。入射端面から１１５ｍｍの位置に６ｍｍの深さの傷を有するボルトにおける反射波波形を示すグラフである。水中においてアンカーボルトの連続検査を行う様子を示す図である。水中ボルト検査冶具の第１の応用形態を示す図である。水中ボルト検査冶具の第２の応用形態を示す図である。

以下、本発明の水中ボルト検査冶具、および検査方法に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態に係る水中ボルト検査冶具（以下、単に検査冶具１０と称す）は、超音波検査装置２８（図１０参照）の超音波探触子３０に取付けて使用される。検査冶具１０の外観は、図１に示すように、直径の異なる筒状体を円錐台で接続した形態の筐体１２である。筐体１２の長手方向端部には、それぞれ第１開口部１４と、第２開口部１６が設けられている。

第１開口部１４は、上述した超音波検査装置２８を構成する要素である超音波探触子３０を配置するための貫通孔である。第１開口部１４は、超音波探触子３０の超音波放射部位を内部空間に向けた状態で保持することができる構成であれば良い。

第２開口部１６は、検査対象とするボルト４０（アンカーボルト）の端部を挿入するための貫通孔である。第１開口部１４と第２開口部１６は連通されており、第１開口部１４に配置された超音波探触子３０から放射された超音波が、第２開口部１６から挿入されたボルト４０の端面に入射されることとなる。
なお、第１開口部１４と第２開口部１６には、それぞれ、超音波探触子３０の直径に合わせたホルダ１８を内装するようにしても良い。

超音波探触子３０とボルト４０との間は、検査時に水が充填される灌水領域２０としている。灌水領域２０における第２開口部１６側には、第２開口部１６から筐体１２へ挿入されるボルト４０の挿入量を定めるリング状部材２２が配置されている。リング状部材２２は、非磁性部材、例えばＰＶＣ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅ）などのプラスチックや、アクリル等により構成されたリング状の平板である。リング状部材２２は、筐体１２中における灌水領域２０の所定位置に、板面が第２開口部１６と平行になるようにして固定される。そして、リングは、検査対象となるボルト４０の直径よりも小さく、かつ超音波検査に支障を来さない程度の大きさとすると良い。本実施形態では、リングの大きさを、超音波探触子３０の直径に合わせている。

リング状部材２２を設けることにより、第２開口部１６から挿入するボルト４０をリング状部材２２に当接させて停止させることができる。これにより、ボルト４０の挿入量を一定に保つことができる。このため、超音波探触子３０と検査対象となるボルト４０の端面との距離を一定とすることができ、効率良く検査を行うことが可能となる。

また、リング状部材２２に隣接した灌水領域２０には、超音波探触子３０を配置する側に、磁石２４が設けられている。磁石２４は、円筒状、あるいは筐体１２の内側面に沿って配置されるチップ状のものであれば良い。

このような構成とすることで、磁性体により構成されたボルト４０を吸着することができる。よって、検査対象とするボルト４０が磁性体により構成されていれば、ボルト４０の端部を第２開口部１６から挿入した状態で、筐体１２を磁力により半固定することができる。このため、検査中に筐体１２がズレたり、外れたりすることを防止することができ、安定したデータ計測が可能となり、精度の高い検査を実施することが可能となる。

また、本実施形態に係る検査冶具１０では、筐体１２の側壁であって、超音波探触子３０を配置した位置の近傍（超音波放射面近傍）に、貫通孔２６を形成している。貫通孔２６は、磁石２４周りに侵入した水を抜くための水ぬき孔である。水が停滞することにより、磁石２４が錆びてしまうことを防止する効果を担う。

次に、図３を参照して、上記のような検査冶具１０を用いた水中ボルトの検査方法について説明する。
まず、検査対象とする水中のボルト４０の突出端部に、第１開口部１４に超音波探触子３０を設置した筐体１２を配置する。筐体１２の配置は、第２開口部１６からの端部の挿入により成せば良い。第２開口部１６から挿入されたボルト４０の端部は、灌水領域２０に配置されたリング状部材２２に接触することで、挿入量が定められる。

リング状部材２２に接触したボルト４０の端部は、磁石により、リング状部材２２側に吸着される。この作用により、筐体１２は、ボルト４０の端部に対して半固定された状態となる。このような作業を水中で行った場合、筐体１２をボルト４０の端部に対して半固定した際には、筐体１２内部の灌水領域２０は、水が充填された状態となる。

所定の挿入量で、検査対象とするボルト４０の端部に筐体が半固定され、灌水領域２０に水が充填されている状態において、超音波探触子３０の超音波放射面から超音波を放射する。放射された超音波は、灌水領域２０に充填されている水を伝搬してボルト４０の端面に到達する。ボルト４０の端面に到達した超音波は、反射波と入射波とに分かれ、入射波は、ボルト４０の内部を伝搬する。ボルト４０に傷４２やクラックが生じている場合、入射波の一部が、傷４２やクラックによって生じる断層面で反射し、ボルト４０の端部から反射波として超音波探触子３０へ向けて放出される。

ボルト４０の端面から放射された反射波を超音波探触子３０により受信し、この特性を解析することで、ボルト４０に対する傷４２やクラックの有無を判定することができる。

次に、上記のような構成の検査冶具１０を用いて水中に配置されたボルト４０の探傷を行った実験結果の一例を示す。事件では、
ボルトの直径：φ＝２４ｍｍ
ボルトの長さ：Ｌ＝３００ｍｍ
超音波探触子からボルト端面までの距離：ｌ＝３８ｍｍ
ボルト端面の挿入量：ｄｌ＝５ｍｍ
とした上で、
超音波入射端面から傷までの距離：Ｌｓ＝５０ｍｍ、１１５ｍｍ
傷深さ：Ｄ＝２４ｍｍ、１２ｍｍ、６ｍｍ
について、超音波放射時のデータを取得した。

図４から図６に、Ｌｓ＝５０ｍｍの位置に傷を有するボルト４０の反射波波形データを示す。なお、図４は、Ｄ＝２４ｍｍ、図５は、Ｄ＝１２ｍｍ、図６は、Ｄ＝６ｍｍにおける実験結果である。図４から図６に示す波形データにおいて、反射波Ｓ１は、超音波を入射する側のボルト端面における反射波であり、反射波Ｓ２は、反射波Ｓ１が超音波探触子３０に反射し、再度ボルト端面から反射する二次反射波である。そして、反射波Ｓ１と反射波Ｓ２との間に生じている反射波Ｆが、ボルト４０に設けられた傷４２に起因した反射波である。ボルトの調査範囲にある傷からの反射波Ｆが反射波Ｓ１とＳ２の間に表示されるためには、超音波探触子３０とボルト端面の距離ｌがｌ＞Ｌ・Ｖｗ／Ｖｍとする必要がある。ここで、Ｌはボルトの調査範囲、Ｖｗは水中での超音波速度、Ｖｍはボルト中の超音波速度である。

図４から図６を参照すると、反射波Ｆは、おおよそで、傷４２を設けた位置に生じており、かつ、Ｄ＝６ｍｍの場合には、Ｄ＝２４ｍｍの場合、およびＤ＝１２ｍｍの場合に比べて反射波が小さいことを読み取ることができる。

次に、図７から図９に、Ｌｓ＝１１５ｍｍの位置に傷を有するボルト４０の反射波波形データを示す。なお、図７から図９において、図７は、Ｄ＝２４ｍｍとし、図８は、Ｄ＝１２ｍｍとし、図９は、Ｄ＝６ｍｍとしている。図７から図９に示した実験結果でも、図４から図６に示す例と同様に、傷４２の存在を示す反射波Ｆは、おおよそで、傷４２を設けた位置に生じていることを読み取ることができる。また、傷４２の深さと反射波の大きさの関係については、Ｌｓ＝５０ｍｍの場合よりも顕著にその違いが現れている。すなわち、傷深さＤが浅くなるにつれ、反射波Ｆが小さくなっている。

このような実験結果から、傷４２の存在により現れる反射波Ｆは、傷４２の存在する位置をおおまかに判定することが可能であることが理解できる。また、反射波Ｆの大きさは、超音波を入射する端面からの距離に反比例し、傷４２の深さ（大きさ）に比例することを理解することができる。

よって、上記のような構成の検査冶具１０を用いることによれば、図１０に示すように、船５０上に超音波検査装置２８の装置本体３２を配置して計測員（不図示）が計測判定を行うと共に、水中で作業する潜水夫（不図示）が、超音波探触子３０を備えた検査冶具１０を操作することで、連続的な検査を実施することができる。すなわち、計測員と潜水夫が、相互に連絡をとることができれば、計測完了、再計測、計測中等の連絡をとるだけで、潜水夫が逐一水面に浮上する必要なく、検査を続けることができるのである。
このため、例えば装置本体３２には、図示しないモニタや送受信マイクを設け、潜水夫に携帯させたカメラ３４の映像や、図示しないマイクの音声を取得可能な構成とすると良い。このような構成とすることで、計測員と潜水夫との間で、計測終了や再計測、計測中といった連絡を容易に取ることが可能となるからである。

また、作業時には、ボルト４０の端部に対して容易に筐体１２を着脱することができ、かつ装着時には筐体１２が半固定されるため、効率良く、高精度な計測を行うことが可能となる。

なお、上記実施形態では、筐体１２について、直径の異なる円筒体を組み合わせた形態であるように示しているが、その外観については、単純な円筒体であっても良いし、円筒でなく、角筒であっても良い。

また、上記実施形態では、検査冶具１０は、検査対象とするボルト４０に対して、その軸線を平行とした状態で筐体１２をセットするように説明した。しかしながら、超音波探触子３０の超音波放射面をボルト４０の端面に対し、傾斜を持つように（端面を基点とする垂線Ｌに対して傾斜角度θを持つように）配置して探傷検査を行うことで、超音波探触子３０から放射された超音波が、ボルト４０の側面に反射して受信されるようになる。これにより、ボルト４０の側面に生じた腐食４４や傷などを効率良く検出することが可能となる。

このため、本発明に係る検査冶具１０は、第２開口部１６側に、図１１に示すような調整部材３６を備える構成としても良い。調整部材３６は、ボルト４０との対向面側には、ボルト４０を挿入するための垂直開口部３６ａを備え、第２開口部１６との対向面側には、筐体１２を傾斜させるための傾斜面３６ｂと、第２開口部１６へ挿入するための挿入部３６ｃを備える構成とすれば良い。そして、調整部材３６には、筐対１２に設けられた灌水領域２０の延長線上に延びる貫通孔３６ｄを設けるようにする。

このような構成の調整部材３６を配置することで、超音波探触子３０から放射された超音波は、ボルト４０の端面に対して傾斜角度θを持って入射されることとなる。これにより、超音波は、ボルト４０の側面に到達・反射することとなり、ボルト４０の側面に生じた腐食４４等を効果的に検出することが可能となる。

また、ボルト４０を基点として調整部材ごと筐体１２を回転させることで、超音波探触子３０から放射される超音波の入射位置（方向）を変える事ができる。よって、超音波をボルト４０の側面全周に亙って当てることが可能となる。

また、図１１に示す例では、筐対１２を傾斜させた状態でボルト４０に固定するために、調整部材３６を介在させる旨示した。しかしながら、実施形態に係る検査冶具１０自体をボルト４０の側面検査専用とする場合には、図１２に示すように、第２開口部１６の形態自体を変化させても良い。このような構成とした場合、単に検査冶具１０をボルト４０に組付けるだけで、超音波探触子３０が、ボルト４０の軸線に沿った垂線Ｌに対して傾斜角度θを持って配置されることとなるからである。

１０………検査冶具、１２………筐体、１４………第１開口部、１６………第２開口部、１８………ホルダ、２０………灌水領域、２２………リング状部材、２４………磁石、２６………貫通孔、２８………超音波検査装置、３０………超音波探触子、３２………装置本体、３４………カメラ、３６………調整部材、３６ａ………垂直開口部、３６ｂ………傾斜面、３６ｃ………挿入部、３６ｄ………貫通孔、４０………ボルト、４２………傷、４４………腐食、５０………船。

Claims

超音波探触子を配置する第１開口部と、
前記第１開口部の直線上に前記第１開口部と連通して設けられ、水中に設置されたボルトの端部を挿入する第２開口部と、を備えた筐体を有し、
前記第１開口部に配置される超音波探触子と前記第２開口部に挿入された前記ボルトとの間に、灌水領域を設け、
前記灌水領域には、非磁性部材により構成されたリング状部材を配置し、前記ボルトの挿入量を調整したことを特徴とする水中ボルト検査冶具。
前記灌水領域であって、前記第２開口部側には、前記ボルト端部に吸着する磁石を配置したことを特徴とする請求項１に記載の水中ボルト検査冶具。
前記筐体の前記第２開口部側に、前記ボルト端部に対する前記筐体の挿入角度を調整する角度調整部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の水中ボルト検査冶具。
前記第２開口部は、前記ボルトに対して前記筐体が傾斜した状態で挿入される構成としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の水中ボルト検査冶具。
水中に設置されたボルトの端部に、超音波探触子を備えた冶具を配置し、
前記冶具を配置した前記ボルトの端部を所定の挿入位置にて前記冶具に対して磁力で吸着させ、
前記ボルトの端部と前記超音波探触子との間に水を介在させた状態で前記超音波探触子から超音波を出力し、
前記ボルトの探傷を行うことを特徴とする水中ボルト検査方法。
前記ボルトの端部を基点とする垂線に対して、前記超音波探触子の超音波放射面が傾斜角度を持つように配置して、前記ボルトの探傷を行うことを特徴とする請求項５に記載の水中ボルト検査方法。
通信手段を介して、水上の計測員と水中の潜水夫との間で通信を行いながら前記ボルトの探傷を行うことを特徴とする請求項５または６に記載の水中ボルト検査方法。