JP2017191078A - アンカーボルトの超音波探傷検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単にアンカーボルトの探傷部分の検査が可能なアンカーボルト超音波探傷検査装置を提供する。【解決手段】アンカーボルト超音波探傷検査装置１０は、超音波探触子１６を用いてアンカーボルト２７の腐食部を検査する。アンカーボルト超音波探傷検査装置１０は、アンカーボルト２７の頭部に装着可能であり、円筒状でその頂部に超音波探触子１６を取り付け可能な傾斜面を有する探触子取り付け部１７と、探触子取り付け部１７を回転可能に保持する探触子回転治具１１と、超音波探触子１６からの超音波探傷信号の反射エコーを受けて、アンカーボルトの劣化を判定するデジタル超音波探傷器２０とを含む。【選択図】図１

Description

この発明はアンカーボルトの超音波探傷検査装置及び検査方法に関し、特に、アンカーボルトの目に見えない部位のボルトの劣化をコンクリートの埋め込み部を破壊することなく検査できる、アンカーボルト超音波探傷検査装置および検査方法に関する。

従来のアンカーボルト超音波探傷検査方法が、例えば、特許第３６１６６２０号公報（特許文献１）に記載されている。同公報によれば、アンカーボルト腐食診断方法は、基礎に植設されたアンカーボルトの頂部上面に超音波垂直探触子をセットし、前記探触子から前記ボルトに、前記ボルトのねじ溝が形成された基礎表面部付近で反射するように、前記ボルトの軸心に対して斜めに超音波を入射し、前記探触子が受波した反射波のねじ山毎に出現するピークの欠損から、前記ボルトの前記基礎表面部付近の腐食状態を診断していた。

この場合、熟練技術者が探傷を実施し劣化程度を判断する必要があった。

特許第３６１６６２０号公報

従来のアンカーボルト超音波探傷検査は上記のように行われていた。このような方法であると、アンカーボルトの頂部上面への超音波垂直探触子のセットや、探触子から前記ボルトに、前記ボルトのねじ溝が形成された基礎表面部付近で反射するように、ボルトの軸心に対して斜めに超音波を入射するようにセットするのが熟練者でないと容易でない、という問題や、データを連続的に得るのが困難であるという問題があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、簡単にアンカーボルトの探傷部分の検査が可能なアンカーボルト超音波探傷検査方法および装置を提供することを目的とする。

この発明に係るアンカーボルト超音波探傷検査装置は、超音波探触子を用いてアンカーボルトの腐食部を検査する。アンカーボルト超音波探傷検査装置は、アンカーボルトの頭部に装着可能であり、円筒状でその頂部に超音波探触子を取り付け可能な傾斜面を有する探触子取り付け部と、探触子取り付け部を回転可能に保持する探触子回転治具と、探触子からの超音波探傷信号の反射エコーを受けて、アンカーボルトの劣化を判定する劣化判定手段とを含む。

探触子回転治具は、外周に螺旋状の溝を有する円筒状の回転部と、回転部の外周沿って下方に移動可能に設けられた円筒状の押し込み部とを含み、押し込み部は、回転部の螺旋状の溝に係合可能な係合部を内周に有し、下方向に押されることによって、係合部が溝に沿って回転しながら下方向に移動し、それによって、探触子が回転する、のが好ましい。

探触子取り付け部の傾斜面は、検査対象のアンカーボルトごとに最適化されるのが好ましい。

劣化判定手段は、ピーク法を用いてアンカーボルトの劣化を判定してもよい。

押し込み部は第１の軸方向の長さを有し、押し込み部が第１の軸方向の長さを移動したときに、回転部は１回転するのが好ましい。

この発明の他の局面においては、超音波探触子を用いてアンカーボルトの腐食部を検査するアンカーボルト超音波探傷検査方法は、アンカーボルトの頭部に、超音波探触子をアンカーボルトの軸心に対して傾斜して取り付けた探触子取り付け部を有する探触子回転治具を取り付け、探触子回転治具は、アンカーボルトの軸方向に押し込まれたとき、探触子取り付け部をアンカーボルトの軸を中心に回転可能であり、探触子回転治具をアンカーボルトの軸方向に押し込んで、探触子取り付け部をアンカーボルトの軸を中心に回転させることにより、探触子からの超音波探傷信号を受けて、アンカーボルトの劣化を判定する。

この発明によれば、探触子回転治具によって探触子取り付け部を回転させて、探触子からの超音波探傷信号の探傷部から反射した信号を基にアンカーボルトの腐食部を検査する。その結果、簡単にアンカーボルトの探傷部分の検査が可能なアンカーボルト超音波探傷検査装置を提供できる。

アンカーボルト超音波探傷検査装置の全体構成を示す模式図である。 垂直探触子と角度ウェッジの要部を示す図である。 探触子回転冶具のうちの垂直探触子を回転する部分を説明するための図である。 探触子回転冶具をアンカーボルトに固定する方法について説明する図である。 デジタル超音波探傷器のＣＰＵが行う劣化判定用のアプリケーションの作動内容を示すフローチャートである。 図５の各ステップに対応した探傷器の画面を示す図である。 図６のステップＳ１２〜Ｓ１３で行われるＤＡＣ補正の前後の画面表示を示す図である。 デジタル超音波探傷器の表示画面を示す図である。 ピーク法による波形処理の方法を示す図である。 腐食減肉がねじ山の谷まで進行している場合の評価しきい値および結果表示の例を示す図である。 腐食減肉がねじ山の谷より深く進行している場合の評価しきい値および結果表示の例を示す図である。 ねじ山が健全である場合の結果表示の例を示す図である。

以下、この発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施の形態に係るアンカーボルト超音波探傷検査装置（以下、「アンカーボルト検査装置」と省略する）の全体構成を示す模式図である。図１を参照して、アンカーボルト検査装置１０は、コンクリート２５にベースプレート２６を介して埋め込まれたアンカーボルト２７を検査する検査部１５と、検査部１５からのデータを解析するデジタル超音波探傷器２０とを含む。検査部１５は、超音波を出力し、検査対象部からの反射波（反射エコー）を受信する垂直探触子１６と、垂直探触子１６を傾斜させる角度ウェッジ１７と、探触子回転冶具１１とを含む。

垂直探触子１６に角度ウェッジ１７を取り付け、超音波を斜めに入射させる。この状態で、垂直探触子１６、および、探触子回転冶具１１を使用し、アンカーボルト２７を円周方向に１周探傷する。

探触子回転冶具１１は、垂直探触子１６を回転させるための押し込み部１２ａと回転部１２ｂとから成る回転機構１２と、回転機構１２の下端部に固定され、円形の上端部を有する円筒状であって、内部に垂直探触子１６を収容する垂直探触子収容部１３と、アンカーボルト２７のヘッドに装着され、垂直探触子収容部１３を軸方向に案内するガイド部１４とを含む。

垂直探触子収容部１３は、上端部１３ａと、上端部１３ａから下方向に延び、内部に垂直探触子１６を収容する円筒部１３ｂと、円筒部１３ｂの下端部の外周に設けられた外周リング１３ｃとを含む。

ガイド部１４は、中央に円筒部１３ｂを貫通させる貫通孔を有する上端部１４ａと、上端部１４ａから下方向に延び、アンカーボルトの頭部を外から囲む円筒部１４ｂとを含み、円筒部１４ｂの内周面が垂直探触子収容部１３の外周リング１３ｃを案内する。

垂直探触子１６に接続され、そこからのデータを解析するデジタル超音波探傷器２０は、アンカーボルト腐食調査アプリケーションソフトウェア２１を搭載しており、探傷条件設定、探傷結果表示などが可能である。

図２は垂直探触子１６と角度ウェッジ１７の要部を示す図である。図２を参照して、垂直探触子１６は固定したまま（前後・左右方向には動かさない）１回転させてアンカーボルト２７の検査対象部位ａの全周を探傷する。このため一度に広範囲に探傷できる垂直探触子１６を選定した。具体的には、従来使用していた集束型垂直探触子に比べて超音波ビームの拡がった垂直探触子であって、周波数１０ＭＨｚの高分解能広帯域型のものを選定した。

また、垂直探触子１６を角度ウェッジ１７の上端面に固定した。ここで、角度ウェッジ１７は、上端に所定の角度傾斜した傾斜面を有する円筒状であり、アンカーボルト２７の上端部に取り付け可能な形状である。ここで、傾斜角度は、検査対象部位ａを一度に広範囲に探傷するのに最適な角度を選定する。なお、最適な角度はアンカーボルトの径によりねじ山のピッチ形状や寸法等が変わるため、角度ウェッジ１７としては、予め、複数準備しておき、必要に応じて取替え可能である。

また、垂直探触子１６の位置は、垂直探触子１６を固定する位置をアンカーボルトのサイズ毎に検討し、検査対象部位（図中□で囲んだ範囲）ａを一度に広範囲に探傷するのに最適な位置とする。具体的には、図２において、検査対象部位ａと、垂直探触子１６の超音波の伝搬方向ｃとを考慮して決定する。

なお、検査対象部位ａ内のねじ山腐食調査範囲ｂを探傷範囲ｄとしている。したがって、検査対象部位ａと、ねじ山腐食調査範囲ｂと、探傷範囲ｄとの範囲は同じである。

ここで、探傷範囲ｄをこのように決めたのは、アンカーボルトの腐食は、ベースプレートの近傍で発生するためである。また、垂直探触子１６から探傷範囲への入射波に対するアンカーボルトからの反射波は、垂直探触子１６へ戻る。

次に、探触子回転冶具１１について説明する。図３は探触子回転冶具１１のうちの垂直探触子１６を回転する部分を説明するための図である。図３（Ａ）は初期状態を示し、図３（Ｂ）は押し込み部１２ａを下方向に半分押し込んだ状態を示し、図３（Ｃ）は最後まで押し込んだ状態を示し、図３（Ｄ）は回転部１２ｂに設けられた溝１２ｄの角度を示す図である。

図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を参照して、押し込み部１２ａにはその下端部の内壁に凸部を有するベアリング１２ｃが設けられている。一方、回転部１２ｂは円筒の外周にらせん状の溝１２ｄを有し、押し込み部１２ａをアンカーボルトの軸に沿って下方向に押すことで、回転部１２ｂのらせん状の溝１２ｄが、押し込み部１２ａのベアリング１２ｃに沿って動く。これにより、回転部１２ｂが回転する。すなわち、ベアリング１２ｃの凸部が回転部１２ｂのらせん状の溝１２ｄに係合して上下方向に移動する。押し込み部１２ａの軸方向長さと、回転部１２ｂの軸方向長さとはほぼ同一である。

このようにして、探触子回転冶具１１は、冶具の頂部を押し込むと探触子１６が回転する機構となっており、１回の押し込みで１回転するよう構成されている。

探傷時は片手で探傷器のボタン操作を行い、もう一方の手で回転冶具の押し込みを行う。この作業が片手でスムーズに押し込みができるよう回転部の溝（カム）の角度を図３（Ｄ）に示すように最適な角度とした。この実施の形態においては、この角度は４０度〜５５度であり、より好ましくは、５０度である。

次に、探触子回転冶具１１をアンカーボルト２７に固定する方法について説明する。回転冶具１１の固定が不十分であると、冶具が安定せずに満足する探傷データが採取できない。そのため、回転冶具１１を固定する方法を検討した。

図４は、この内容を示す図である。図４（Ａ）は、垂直探触子収容部１３の円筒部１３ｂの内面にアンカーボルト２７に係合可能な雌ねじ１３ｄを形成し、それでアンカーボルト２７を係合して垂直探触子収容部１３と一体化する場合の図である。図４（Ｂ）は、垂直探触子収容部１３の円筒部１３ｂの内面にアンカーボルト２７を掴む部分１３ｅを形成し、それでアンカーボルト２７を掴んで垂直探触子収容部１３と一体化する場合の図である。図４（Ｃ）は、垂直探触子収容部１３の円筒部１３ｂの内面にナット２３を掴む部分１３ｆを形成し、それでアンカーボルト２７のナット２３を掴んで垂直探触子収容部１３と一体化する場合の図である。

これらのうちの、任意の方法でアンカーボルトと垂直探触子収容部１３とを一体化できる。なお、図４においては、垂直探触子収容部１３を含む検査部１５の形状が図１とは異なっている。

次に、劣化判定用のアプリケーションについて説明する。図５は、デジタル超音波探傷器２０の図示のないＣＰＵが行う劣化判定用のアプリケーション（劣化判定手段）の作動内容を示すフローチャートであり、図６は、図５の各ステップに対応した探傷器の画面を示す図であり、図７は、図５のステップＳ１２〜Ｓ１３で行われる距離振幅補正（ＤＡＣ（Distance Amplitude Correction）の前後の画面表示を示す図であり、図８は、デジタル超音波探傷器２０の主要部を示す図である。

なお、図５において、フローチャートの左側に、対応する垂直探触子のスタート位置と、１回転終了時の位置を示している。

また、図５において、Ｓ１１〜Ｓ１５までは、装置の校正段階であり、Ｓ１６以降が具体的な探傷段階である。

図５および図６を参照して、校正段階の処理について説明する。まず、探傷器画面内のゲート位置を損傷の無いねじ山の部分に設定する（図５ステップＳ１１、図６（Ａ））。図６（Ａ）の左側端部がアンカーボルトの上端近傍であり、右に向かって順に深さが深くなる方向である。したがって、その方向にゲートの探傷範囲を決める。

次に、探傷範囲内のねじ山からの反射エコー（生波形）を垂直探触子１６から取得する（図５Ｓ１２、図６（Ｂ））。図６（Ｂ）に示すように、ねじ山からの反射エコーが複数の山形の波形として得られる。

図６（Ｂ）の波形を基に、ねじ山からの反射エコーの「起点、頂点、終点」を手動で設定する（図５Ｓ１３、図６（Ｃ））。これは、ねじ山からの反射エコーとノイズは、機械で判断するより人が判断する方が容易であるためである。具体的には、次のようにして決定する。

ゲート（探傷範囲）内に現れるねじ山からの反射エコーを探傷画面（図６（Ｂ））で見て、以下の要領で決める。ゲートの範囲（＝探傷範囲）のねじ山からの反射エコー群の１番目のエコーのピーク位置３１に「起点」のカーソルを移動させる。ゲートの範囲のねじ山からの反射エコー群の最大高さが得られるエコーのピーク位置３２に「頂点」のカーソルを移動させる。ゲートの範囲のねじ山からの反射エコー群の一番最後のエコーのピーク位置３３に「終点」のカーソルを移動させる。このようにして得られたのが図６（Ｃ）である。具体的には、探傷器の矢印キー２２（図８）を押し、探傷器画面内のカーソル２４（ここでは、ピーク位置にカーソルが位置する）を上下に動かして設定する。

次に、ゲートの範囲の距離振幅補正、感度補正を実施して、全てのねじ山からの反射エコーの高さを揃える（図６（Ｄ））。図６（Ｄ）に示すように、「起点、終点」を「頂点」の高さに合わせる。

補正後の波形から、個々のねじ山からの反射エコー高さのピーク点を自動で検出する（図５Ｓ１４、図６（Ｅ））。

図６（Ｅ）の波形を基に、各波形を１本の線で表す（図５Ｓ１５、図６（Ｆ））。ここまでで、装置の校正を完了する。

以上のようにして、校正が完了した装置を用いて実際の減肉部を探傷する。具体的には、新たにゲート（ボルトの検査対象部位に対応する探傷範囲）を設定し、ボルト１周の波形を取得し（図５Ｓ１７）、探傷結果を展開図で表示する（図５Ｓ１８）。

なお、探傷データの取得は、手動で探傷器の「調査開始」（図示無）を押した時点からはじまり、「調査終了」（図示無）を押した時点で終了する。

ここで、「ゲート」とは、深さ方向だけでなく、探傷器画面内の必要なエコーだけの情報を得るために設ける反射エコーの高さ方向（図中Ｙ方向）の監視範囲のことで、DAC機能による距離振幅補正は、エコー高さを合せることで、ねじ山劣化状況をエコー高さから判定し易くする処理をいう。

上記のように、DAC機能の補正係数を容易に設定できるように、反射エコーのピーク点（起点、頂点、終点）にカーソルを移動させ設定する方法とした。

次に、ピーク法による波形処理について説明する。図９は、ピーク法による波形処理の方法を示す図である。図９（Ａ）は反射エコーの波形を基に、１つの反射エコーとして、その中の最大高さ（ピーク）を検出する状態を示す図であり、それを基に、１つの反射エコーをピーク点で１本の線で表示したものを図９（Ｂ）に示す。

この実施の形態においては、ピーク法によりシンプルな波形とすることで、ねじ山の劣化状況が明瞭になるようにした。また、図９（Ａ）および（Ｂ）に示すように、ねじ山１つの反射エコーが探傷結果の展開図に１本の線として表示できるようにした。

図９（Ａ）に示すように、ゲート（しきい値）を超えた位置（図中矢印で示す）から次にゲート（しきい値）を下回るものを１つの反射エコーとして、その中のピーク点を検出する。

次に、図５のＳ１７，Ｓ１８の処理を経た、評価しきい値および結果表示について説明する。この実施の形態においては、ねじ山からの反射エコーの高さよりボルトの腐食程度を判定し、腐食程度に応じて色分けを行う。これを探傷結果として展開図に表示する。この処理内容の一例として、腐食減肉がねじ山の谷まで進行している場合を図１０に示す。図１０（Ａ）は図１０（Ｂ）において、矢印ＸＡ-ＸＡで示す部分の矢視図であり、角度ウェッジ１７の回転角度を示す図であり、図１０（Ｂ）は図２を側面から見た図であり、図１０（Ｃ）はＸ軸を超音波のビーム路程とし、Ｙ軸をねじ山からの反射エコーの高さを％で表した時の、反射エコーを示す図であり、図１０（Ｄ）は、図１０（Ｃ）の結果を、Ｘ軸を回転角度とし、Ｙ軸をねじ山の腐食の程度を示すように展開図で表した図である。図において、空白で示した部分が腐食部である。

なお、反射エコーの高さは、損傷の無いねじ山からの反射エコーを基準としている。探傷時は、損傷のないねじ山からの反射エコーの高さが、探傷器画面上で所定の高さになるように感度調整を行う。

図１０（Ｃ）において、ａで示した部分がねじ山深さ以上の欠損（割れなど）がある状態を示し、ｂで示した部分がねじ山が存在する健全な部分である状態を示し、ｃで示した部分がねじ山が減肉している（腐食小）状態を示し、ｄで示した部分がねじ山が欠損している（腐食大）状態を示す。なお、図１０（Ｄ）において、例えば、ａの部分は赤色で、bの部分は青色で、ｃの部分は黄色で、ｄの部分は白色（または、表示しない）で、表示される。なお、これらは、反射エコーの高さから判定する。

図１０（Ｄ）に示すように、図１０（Ｂ）に示したねじ山腐食部Ｘが、角度ウェッジ１７の回転角度１８０度の位置で深さ１００〜１２０ｍｍのねじ山欠損があることが分かる。

次に、腐食減肉がねじ山の谷まで進行している場合について説明する。図１１はこの状態を示す図である。ここでも、（Ａ）〜（Ｄ）の各々は図１０の場合と同様である。

図１１（Ｄ）の展開図を参照して、ここでは、角度ウェッジ１７の回転角度１８０度の位置で深さ１００〜１２０ｍｍのねじ山以上の欠損があることが分かる（図中Ｙで示す範囲）。

次に、腐食減肉なく、健全な状態について説明する。図１２はこの状態を示す図である。ここでも、（Ａ）〜（Ｄ）の各々は図１０の場合と同様である。

図１２（Ｄ）の展開図を参照して、ここでは、角度ウェッジ１７の全回転角度でねじ山の欠損がなく、全てのねじ山が健全であることが分かる。

なお、上記実施の形態においては、探触子を傾斜した面を有する角度ウェッジに取付けた場合について説明したが、これに限らず、アンカーボルトの軸に対して傾斜するように探触子を取り付ける構成であれば任意の構成でよい。

また、上記実施の形態においては、探触子を収容する探触子収容部や、ガイド部を設けたが、これに限らず、探触子を傾斜して保持した状態で回転できれば任意の構造を採用できる。

図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、本発明は、図示した実施形態に限定されるものではない。本発明と同一の範囲内において、または均等の範囲内において、図示した実施形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

この発明によれば、簡単にアンカーボルトの探傷部分の検査が可能なアンカーボルト超音波探傷検査装置を提供できるため、アンカーボルト超音波探傷検査装置として有利に利用される。

１０ アンカーボルト検査装置、１１ 探触子回転冶具、１２ 回転機構、１２ａ 押し込み部、１２ｂ 回転部、１３ 垂直探触子収容部、１３ａ 上端部、１３ｂ 円筒部、１３ｃ 外周リング、１４ ガイド部、１５ 検査部、１６ 垂直探触子、１７ 角度ウェッジ、２０ デジタル超音波探傷器、２１ アンカーボルト腐食調査アプリケーションソフトウェア、２５ コンクリート、２６ ベースプレート、２７ アンカーボルト。

Claims (6)

1. 超音波探触子を用いてアンカーボルトの腐食部を検査するアンカーボルト超音波探傷検査装置であって、
   前記アンカーボルトの頭部に装着可能であり、円筒状でその頂部に前記超音波探触子を取り付け可能な傾斜面を有する探触子取り付け部と、
   前記探触子取り付け部を回転可能に保持する探触子回転治具と、
   前記探触子からの超音波探傷信号の反射エコーを受けて、アンカーボルトの劣化を判定する劣化判定手段とを含む、アンカーボルト超音波探傷検査装置。
2. 前記探触子回転治具は、外周に螺旋状の溝を有する円筒状の回転部と、
   前記回転部の外周沿って下方に移動可能に設けられた円筒状の押し込み部とを含み、
   前記押し込み部は、前記回転部の螺旋状の溝に係合可能な係合部を内周に有し、下方向に押されることによって、前記係合部が前記溝に沿って回転しながら下方向に移動し、
   それによって、前記探触子が回転する、請求項１に記載のアンカーボルト超音波探傷検査装置。
3. 前記探触子取り付け部の傾斜面は、検査対象のアンカーボルトごとに最適化される、請求項１または２に記載のアンカーボルト超音波探傷検査装置。
4. 前記劣化判定手段は、ピーク法を用いて前記アンカーボルトの劣化を判定する、請求項１〜３のいずれかに記載のアンカーボルト超音波探傷検査装置。
5. 前記押し込み部は第１の軸方向の長さを有し、前記押し込み部が第１の軸方向の長さを移動したときに、前記回転部は１回転する、請求項２〜４のいずれかに記載のアンカーボルト超音波探傷検査装置。
6. 超音波探触子を用いてアンカーボルトの腐食部を検査するアンカーボルト超音波探傷検査方法であって、
   アンカーボルトの頭部に、超音波探触子をアンカーボルトの軸心に対して傾斜して取り付けた探触子取り付け部を有する探触子回転治具を取り付け、
   探触子回転治具は、アンカーボルトの軸方向に押し込まれたとき、探触子取り付け部をアンカーボルトの軸を中心に回転可能であり、
   探触子回転治具をアンカーボルトの軸方向に押し込んで、探触子取り付け部をアンカーボルトの軸を中心に回転させることにより、探触子からの超音波探傷信号を受けて、アンカーボルトの劣化を判定する、アンカーボルトの超音波探傷検査方法。

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