JP2020173168A - ライニングの非破壊劣化検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】足場を必要とせず、検査対象面の全面を短時間で検査でき、しかもライニング層の経年劣化を数字的に把握できるライニング層の非破壊劣化検査方法を提供する【解決手段】ライニング層の劣化度非破壊検査方法は、検査対象物５０の母材１００の表面に施されたライニング層５１の表面である検査面５２をレーザ光Ｌにてスキャニングし、前記検査面５２に関する点群データを録取し、時間的に前後する前記検査面５２に関する点群データを比較してライニング層５１の劣化度を判定することを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、３次元レーザスキャナを用いて各種設備の母材表面に積層されたライニング層を継続して測定し、検査対象のライニング層の経年劣化を数値的に把握し、該ライニング層の寿命予測を行うライニングの非破壊劣化検査方法に関する。

化学プラントの容器（塔槽）類や脱硫排煙設備の内面に耐食性・耐摩耗性・耐薬品性を持たせるために、該容器類の母材内面に耐食材料（例えば、ゴムやＦＲＰ、その他樹脂）をライニングしてきた。容器には大型の場合には中空円筒状、中小型のものには中空立方体、中空直方体等が採用され、形状的には様々なものがある。これら容器母材（金属）の内面には接着層を介して耐食性のライニング材が貼り付けられる。

このライニングには、ゴムライニングやＦＲＰライニング、その他樹脂ライニング等様々なものがある。ゴムライニングを例に取れば、主材に対して多種類の添加材を添加混練して形成され、様々な板厚のゴム板材が形成される。このゴムライニング材料は、製造過程において均一な混練は不可能で、内部に多少のムラを包含する。
それ故、容器内部に薬液を溜めると次第にその弱点部分から薬液に冒され、薬液が内部に浸み込んで「膨潤」を引き起したり、薬液に冒されて「減肉」を生じる。従って定期的なライニング層の非破壊検査と劣化部分のメンテナンスが欠かせない。

従来からライニング層の経年劣化に対する検査は、検査対象物（例えば、巨大容器や巨大薬液貯蔵槽）の開放点検時に検査対象物の内部に人が入り、壁面に沿って足場を組み、目視検査（母材からのライニング層の剥離による膨れや浮き、変色、割れ、腐食による減肉などの有無の確認）や、打音検査（膨れ、剥離、浮きの有無の確認）、ピンホール検査などが検査員によって行われる。そして、これらの検査結果に対する判定は各社ごとに作成された劣化度合基準表により、検査員が劣化具合を判断し劣化の進んだ箇所の補修を行ってきた。しかしながら、作業者の経験値に頼る劣化判断では、ばらつきが大きく、適切な補修を期すことが出来ない。また、目視検査の場合、足場の組み立てや解体が必須であり、多額の経費と長時間の検査時間が必要であった。

そこで客観的な方法として、例えば超音波によるライニング剥離方法が開発された（特許文献１）。この方法の検査対象物は、例えば、フッ素樹脂やゴムからなるライニング層と、母材である金属板材と、ライニング層を金属板材に接着する接着層からなり、接着層は、ライニング層よりも超音波の良伝導物質が用いられているような部材である。そしてこの検査対象物の母材である金属板材側に超音波探傷プローブを当て、金属板材側から超音波をライニング層に向けて入射し、ライニング層側からの反射波を受信し、これを評価してライニング層の金属板材からの剥離の有無を検出するというものである。

特開２００４−３６１１３２

特許文献１に記載の方法では、高い足場を組み、作業者が危険な足場の上を移動して目視検査し、不具合が発生していると思われる箇所を特定し、その箇所及びその周辺（或いは、検査対象面全面）の多数の点に作業者自らが検査対象物に超音波探傷プローブを当て検査する必要があった。この検査は高所作業であるから危険を伴うし、検査時間が膨大になるという問題があった。しかも、反射波の計測結果から劣化具合を判定するのはかなりの熟練を要するし、時間とコストがかかる足場の組み立てと解体も必要であった。
本発明はこのような現状に鑑みてなされたもので、足場を必要とせず、検査対象面の全面を短時間で検査でき、しかもライニング層の経年劣化を数字的に把握できるライニング層の非破壊劣化検査方法を提供するものである。

請求項１に記載の発明（ライニング層の劣化度非破壊検査方法：図１、図２）は、
検査対象物５０の母材１００の表面に施されたライニング層５１の表面である検査面５２をレーザ光Ｌにてスキャニングし、前記検査面５２に関する点群データを録取し、
時間的に前後する前記検査面５２に関する点群データを比較してライニング層５１の劣化度を判定することを特徴とする。

請求項２は、請求項１に記載の発明（ライニング層の劣化度非破壊検査方法）において、経年劣化検査における比較基準となる前の検査面５２の点群データは、１回目のスキャニングにて得た、基準となる点群データであることを特徴とする。

請求項３記載の発明（ライニング層の劣化度非破壊検査方法）は、
検査対象物５０の前方の床面５５に予め設けられた設置点Ｐ０に前記レーザスキャナ１を設置してスキャニングを行う事を特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のライニング層の劣化度非破壊検査方法において、
前記ライニング層５１の検査面５２の一部に変異点Ｄが現れた場合、該変異点Ｄ及びその周囲領域Ｄｓを他の箇所より密にスキャニングすることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のライニング層の劣化度非破壊検査方法において、
複数の作業現場に於いて録取したライニング層５１の検査面５２の表面状態に関する点群データを、インターネット回線を通じてホストコンピュータ１０に蓄積してビッグデータ化し、
前記ビッグデータを用いて検査面５２の劣化度合評価基準を作成することを特徴とする。

本発明によれば、レーザスキャナ１を使用してライニング層５１の劣化度を数値的に判定するので、作業者の経験値ではなく、定量的な劣化判断が可能となる。加えて、レーザ光Ｌを使用することで、レーザスキャナ１を床面５５に設置するだけで検査を開始でき、従来のように検査員が検査面５２に張り付く必要がなく、従って従来の現場で必要とされた足場を排除することが出来る。
本発明において、インターネット回線を利用し、様々な現場の点群データを集めてビックデータ化し、これを分析することにより、ライニングの補修作業のための劣化度合評価基準を作成することができる。

巨大容器中での検査状態を表す概略斜視図である。 本発明における検査状態の拡大斜視図である。 （ａ）は１回目の検査状態の平面図、（ｂ）は１回目の検査で得られた検査面５２の三次元画像である。 （ａ）は特異点が現れた時の検査状態の平面図、（ｂ）はその検査面５２の三次元画像である。 （ａ）は特異点が成長した時の検査状態の平面図、（ｂ）はその検査面５２の三次元画像である。 図５（ａ）のライニング層の劣化状態を表す平断面図である。 図５（ａ）のライニング層の劣化部分のスキャン状態を表す斜視図である。

以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。図１は検査対象物５０である、例えば、巨大容器中でのレーザスキャナ１によるその内面のライニング層５１の非破壊検査状態を表す斜視図である。紙面の関係上、容器５０はレーザスキャナ１に対して大幅に縮小されている。容器５０は上記のように中空円筒状（油槽）から酸洗槽のような中空立方体、中空直方体等様々な形状のものがある。これら容器５０の母材１００の内面には既に述べたように接着層１１０を介してライニング層５１が形成され、定期的な非破壊検査と劣化箇所の補修が必要とされている。本実施例では、巨大容器５０等の内面のライニング層５１の表面が検査面５２である。

本発明で使用されるレーザスキャナ１は、レーザ出射部２、反射光受光部３、中央演算素子（ＣＰＵ）４、スキャナ用メモリ７、及びスキャナ用制御部８で構成され、回転台９ａを介して例えば三脚９の上に設置され、レーザ光Ｌをライニング層５１の検査面５２に向けて照射して水平方向及び垂直方向にスキャニングを行う事が出来る。付属品として、外部ＰＣ２０、外部モニタ２５及びデジタルカメラ２７が装着されている。（外部モニタ２５は、外部ＰＣ２０のモニタでも良いし、別置きのモニタでも良い。）

レーザスキャナ１は、検査面５２上を上下左右に一点一点スキャンニングしながら各点における距離、水平角および垂直角を計測し、大量な距離情報を短時間で取得できる装置である。レーザスキャナ１のレーザ出射部２から照射されたラインレーザ光Ｌが、検査面５２の多数の測定点Ｓにおいて次々と反射して、反射光受光部３により受光されるまでの時間を計測することで、測定開始から終了までの測定点Ｓａ〜Ｓｎまでの距離をパルス毎に検出する。
これにより距離取得の際に角度情報も得ているため、レーザスキャナ１を中心とした検査面５２の三次元座標を得ることができる。この装置によれば、一括で自動的に高密度な点計測が可能（数千〜数百万点）である。

レーザスキャナ１の上記レーザ出射部２は、発光素子として例えば半導体レーザが装備され、測距光としての赤外光のパルスレーザ光Ｌを発する。レーザ出射部２は、レーザ光を短時間に垂直方向に、例えば２７０度の範囲でライン状に広がるように照射することができる。
各レーザパルスは、例えば０．２５度のピッチで、０．０４秒ごとに照射される。

レーザ出射部２は、一般的には水平方向にラインレーザ光Ｌを照射することはできないので、水平角検出は、レーザスキャナ１が載置される回転台９ａの回転量（回転角）に基づいて検出される。本実施の形態においては、レーザスキャナ１が取り付けられた回転台９ａを、垂線方向の回転軸を中心として水平方向に回転させることで、ラインレーザ光を水平方向にも照射することができるようになっている。このパルス発光された前記測距レーザ光Ｌは、検査範囲内でスキャンされる。

レーザ出射部２からラインレーザ光Ｌがパルス発光され、検査面５２の観測点Ｓａ〜Ｓｎに投射される。レーザ出射部２から照射されたラインレーザ光Ｌは、検査面５２の測定点Ｓａ〜Ｓｎにおいて反射して、反射光受光部３により検知される。反射光受光部３が単一受光面の受光素子の場合、反射光受光部３が検知した反射光Ｌは、デジタル信号に変換された後、レーザスキャナ１のＣＰＵ４によって解析され、設置点Ｐ０におけるレーザスキャナ１の原点である照射口から検査面５２の測定点Ｓａ〜Ｓｎまでの距離、水平角度、及び垂直角度が各パルス毎に計測される。各距離データは高低角データ、水平角データと関連付けられ、点群データとして前記スキャナ用メモリ７に格納される。
なお、反射光受光部３が多数の画素が平面上に集合された、例えばＣＣＤイメージセンサの場合、反射光ＬをＣＣＤのような反射光受光部３で受光する場合、反射光受光部３で得られる画像がそのまま画像データとして取り扱われる。

外部ＰＣ２０は、レーザスキャナ１により取得した測定点データ（点群データ）に基づいて、ライニング層５１の検査面５２の複数の測定点Ｓａ〜Ｓｎの３次元座標（Ｘ座標、Ｙ座標、Ｚ座標）を求め、更にこの３次元座標を図形処理して３次元画像Ｇを得る。
更に外部ＰＣ２０は、その内蔵の記憶部から読み出した３次元画像Ｇから特徴抽出を行う。特徴抽出によって抽出された部分は、例えば、クラックなどのひび割れ、きず、表面の凹凸、変色等を含み、特異点Ｄとして把握される。
また、レーザスキャナ１の計測用光学系には低倍率と高倍率２種類含まれている。

本発明は、更にデジタルカメラ５７を備えるものであってもよい。例えば、デジタルカメラ５７により撮影された画像データをスキャナ用メモリ７に記憶させておき、レーザスキャナ１により得られた点群データを外部パソコン２０に送り、周知の変換処理を行うことで、検査面５２の三次元座標点（更には、座標点に囲まれた領域）に色が付けられた３次元画像を生成することも可能である。

次に本発明の測定方法について説明する。レーザスキャナ１は、検査に先立って容器５０中の床面５５の一定の位置に設置される。
経時的な検査の場合、時間的に前後した点群データの比較のために、検査で得られた検査データ（即ち、点群データ、更にはこの点群データを画像処理して３次元画像フレームＦ０・・Ｆｄ・・Ｆｎ）を合致させる必要があり、検査面５２に対するレーザスキャナ１の設置点Ｐ０を上記のように一定の位置に設置しなければならない。
この場合１つは、ＧＰＳを利用してレーザスキャナ１の設置位置を決定する方法、或いは、容器５０が円筒の場合、内径が既知であるから、その内径を手掛かりに容器５０の中心点Ｐを計測し、その中心点Ｐにスポットレーザ５８を下向きに配置し、床面５５に向けて垂直に照射し、その照射点にレーザスキャナ１に設置する方法などがある。容器５０が立方体又は直方体の場合は、その対角線の交点が中心点Ｐとなる。

ライニング層５１の経年変化観察でなく、単にその検査面５２の表面状態を知りたい場合には、レーザスキャナ１の設置点Ｐ０は上記のような手段は不要で、測定しやすい場所に設置すれば足る。

レーザスキャナ１を作動させて、設置点Ｐ０からライニング層５１の検査面５２の複数の測定点Ｓａ〜Ｓｎに対してラインレーザ光Ｌをパルス照射し、水平方向及び垂直方向にスキャニングを行い、設置点Ｐ０から各測定点Ｐｎまでの距離、水平角度、及び垂直角度を含む測定点データ（点群データ）を取得する。この点群データは、外部ＰＣ２０に取り込まれる。

図３〜５はライニング層５１の経年劣化の観測の状態を示すもので、図３（ａ）は、施工直後のライニング層５１の検査領域に、レーザスキャナ１によりレーザ光Ｌを縦横にスキャンしてライニング層５１の処理状態の点群データと初期画面である基準３次元画像Ｇ０を録取する。
一定時間が過ぎ、次のライニング層５１の検査時期になると、初回のレーザスキャナ１の設置位置に再度レーザスキャナ１を設置し、初回と同様の操作により、初回の検査面５２と同じ領域をレーザースキャンして第１回目の経年劣化検査を行う。そして、第１回目の経年劣化検査データ（点群データや検査画像Ｇ１）と初回の基準データ（点群データや基準３次元画像Ｇ０）と比較して、特異点Ｄの有無を検証する。
また、経年劣化検査の検査面５２の画像Ｇは、デジタルカメラ２７により色付けされているので、基準画像Ｇ０と比較することでライニング層５１の検査面５２の劣化部分Ｄｒの変色が視覚的に識別できる。

ライニング層５１は時間の経過と共にその一部が劣化して薬液が内部に浸透し、接着層１１０が損なわれると、当該部分のライニング部分が膨れる。１２０は接着層１１０の剥離箇所を示す。或いはライニング層５１の表面が薬液に冒されて当該部分が減肉して凹みを生ずる。劣化初期は小さい範囲で、その特徴部分である凹又は凸は小さく（特異点Ｄ）、通常、補修の必要性は小さい。上記のような経年劣化検査を繰り返し、第Ｋ回目の検査で特異点Ｄが発見されると次回からの経年劣化検査では、その部分とその周囲を集中的に検査することになる。
図２において、第１回目の測定点をＳａ１・・・、第Ｋ回目の測定点をＳａｋで示す。
この処理劣化部分Ｄｒは検査領域のＸＹ座標中に特定されて外部ＰＣに記憶され、第Ｋ＋１回目以降の検査において、検査ピッチをより細かくしたり、拡大したりして重点的にチェックされることになる。この時、ライニング層５１の変色なども同時にチェックされる。

更に時間が経過し、第ｎ回目の検査になると（図５）、接着層１１０の劣化によるライニング層５１の膨出範囲が拡大し、更にその高さを増すだけでなく、その表面も次第に複雑な凹凸を持つようになる。
当該劣化部分Ｄｒの高さＨが、初回の検査の時の当該部分の初期の高さＨ０を基準としてライニング層５１の厚みに対して其の２０％を超える場合、或いは凹みの深さがその−１０％を超える場合には「補修要」と判断して、当該劣化部分Ｄｒの補修を行う。

図６はライニング層５１の劣化状況を示す断面図で、符号Ｈ０で示す部分が初回の検査で得られたライニング層５１の基準高さを示し、接着層１１０の剥離部分を中心に劣化部分Ｄｒが膨出している状態を示す。劣化部分Ｄｒの高さを符号Ｈで示し、劣化範囲の内の最も高い部分を選定する。上記のように、劣化部分Ｄｒの高さＨからライニング層５１の基準高さＨ０の差が、初期状態におけるライニング層５１の厚みＴの２０％を超える場合、「補修要」と判断される。凹みの場合は−１０％である。これらは非破壊検査現場で外部パソコン２０で自動的に算出され、外部モニタ２５に表示される。

図１は、多数の非破壊検査現場２０ａ〜２０ｎをインターネット回線で接続し、ここから得られた膨大な点群データと画像データＧを一つのホストコンピュータ１０に集積し、これらをディープラーニングさせてライニング層５１の劣化傾向を分析し、統一的な補修基準を作成する。

以上のように、本発明はレーザスキャナ１を用いてライニング層５１の検査面５２の複数の測定点Ｓａ〜Ｓｎを短時間にスキャニングできるため、足場なしで、検査面５２の点群データと、３次元画像の集積を迅速かつ忠実に入手することができる。

１：レーザスキャナ、２：レーザ出射部、３：反射光受光部、４：中央演算素子（CPU）、７：スキャナ用メモリ、８：スキャナ用制御部、９：三脚、９ａ：回転台、１０：ホストコンピュータ、２０：外部ＰＣ、２０ａ〜２０ｎ：多数の非破壊検査現場、２５：外部モニタ、２７：デジタルカメラ、５０：検査対象物（容器）、５１：ライニング層、５２：検査面、５５：床面、５７：デジタルカメラ、５８：スポットレーザ、１００：母材、１１０：接着層、
Ｄ：変異点、Ｄｓ：変異点の周囲領域、Ｄｒ：劣化部分、Ｇ０：初期画面、Ｇ１〜Ｇｎ：経年劣化検査画像、Ｆ０・・Ｆｄ・・Ｆｎ：３次元画像フレーム、Ｈ０：イニング層の基準高さ、Ｈ：劣化部分の高さ、Ｌ：レーザ光、Ｐ：中心点、Ｐ０：設置点、Ｓ、Ｓａ〜Ｓｎ：測定点、Ｔ：ライニング層の板厚（厚み）

Claims (5)

1. 検査対象物の母材の表面に施されたライニング層の表面である検査面をレーザ光にてスキャニングし、前記検査面に関する点群データを録取し、
   時間的に前後する前記検査面に関する点群データを比較してライニング層の劣化度を判定することを特徴とするライニング層の劣化度非破壊検査方法。
2. 経年劣化検査における比較基準となる前の検査面の点群データは、１回目のスキャニングにて得た、基準となる点群データであることを特徴とする請求項１に記載のライニング層の劣化度非破壊検査方法。
3. 検査対象物の前方の床面に予め設けられた設置点に前記レーザスキャナを設置してスキャニングを行う事を特徴とする請求項２に記載のライニング層の劣化度非破壊検査方法。
4. 前記ライニング層の検査面の一部に変異点Ｄが現れた場合、該変異点及びその周囲領域を他の箇所より密にスキャニングすることを特徴とする請求項２に記載のライニング層の劣化度非破壊検査方法。
5. 複数の作業現場に於いて録取したライニング層の検査面の表面状態に関する点群データを、インターネット回線を通じてホストコンピュータに蓄積してビッグデータ化し、
   前記ビッグデータを用いて検査面の劣化度合評価基準を作成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のライニング層の劣化度非破壊検査方法。