JP2021056225A - 肉厚測定装置及びこれを用いた肉厚測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 検査対象物の所定箇所の肉厚を簡便に且つ高精度に測定することの可能な肉厚測定装置及びこれを用いた肉厚測定方法を提供すること。【解決手段】 検査部１００ｓは、Ｘ線の照射軸Ａ上において、Ｘ線照射装置２に対向する第一肉厚部１０１ａとこの第一肉厚部１０１ａに間隔をおいて対向する第二肉厚部１０１ｂとを有し、遮蔽部材４は、第一肉厚部１０１ａにおけるＸ線照射装置２に対向する面に配置され、第二肉厚部１０１ｂで生じた第二後方散乱Ｘ線を遮断し、Ｘ線検出装置３は、第一肉厚部１０１ａで生じた第一後方散乱Ｘ線１１を含む後方散乱Ｘ線を検出すると共にそのＸ線線量及びエネルギー量を測定し、算出装置５は、検出した後方散乱Ｘ線の特定のエネルギーにおけるＸ線線量に基づいて第一肉厚部１０１ａの肉厚を求める。【選択図】 図１

Description

本発明は、肉厚測定装置及びこれを用いた肉厚測定方法に関する。さらに詳しくは、検査対象物の検査部に向けて所定のエネルギーのＸ線を照射するＸ線照射装置と、前記Ｘ線によって前記検査部で生じた後方散乱Ｘ線を検出するＸ線検出装置と、前記後方散乱Ｘ線の一部を前記Ｘ線検出装置の手前で遮蔽する遮蔽部材と、検出した後方散乱Ｘ線に基づいて前記検査部の肉厚を算出する算出装置とを備えた肉厚測定装置及びこれを用いた肉厚測定方法に関する。

従来、上述の如き肉厚測定装置としては、例えば特許文献１に記載の如きものが知られている。この装置は、流体が収納された容器の内壁面に付着した凝固体付着物の厚みを特性Ｘ線量のみに基づいて求めるものであり、容器の肉厚を求めるものではない。また、特性Ｘ線量にのみ基づいて肉厚を求める場合、測定精度に限界があり、更なる測定精度の向上が望まれていた。

一方、配管の肉厚測定方法として、配管をＸ線やγ線で撮影しその透過画像から肉厚を測定する方法や超音波肉厚計で測定する方法が知られている。しかし、透過画像の場合、暗室での現像作業やフィルム観察器等が必要であり、作業が煩雑となっていた。また、超音波肉厚計の場合、高温配管では常温になるまで測定作業ができず、低温配管では保温材を撤去しなければ測定することができない。

特開昭６０−２１４０５号公報

かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、検査対象物の所定箇所の肉厚を簡便に且つ高精度に測定することの可能な肉厚測定装置及びこれを用いた肉厚測定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、本発明に係る肉厚測定装置の特徴は、検査対象物の検査部に向けて所定のエネルギーのＸ線を照射するＸ線照射装置と、前記Ｘ線によって前記検査部で生じた後方散乱Ｘ線を検出するＸ線検出装置と、前記後方散乱Ｘ線の一部を前記Ｘ線検出装置の手前で遮蔽する遮蔽部材と、検出した後方散乱Ｘ線に基づいて前記検査部の肉厚を算出する算出装置とを備えた構成において、前記検査部は、前記Ｘ線の照射軸上において、前記Ｘ線照射装置に対向する第一肉厚部とこの第一肉厚部に間隔をおいて対向する第二肉厚部とを有し、前記遮蔽部材は、前記第一肉厚部における前記Ｘ線照射装置に対向する面に配置され、前記第二肉厚部で生じた第二後方散乱Ｘ線を遮断し、前記Ｘ線検出装置は、前記第一肉厚部で生じた第一後方散乱Ｘ線を含む後方散乱Ｘ線を検出すると共にそのＸ線線量及びエネルギー量を測定し、前記算出装置は、検出した後方散乱Ｘ線の特定のエネルギー帯域におけるＸ線線量に基づいて前記第一肉厚部の肉厚を求めることにある。

検査対象物の検査部は、Ｘ線の照射軸上においてＸ線照射装置に対向する第一肉厚部とこの第一肉厚部に間隔をおいて対向する第二肉厚部とを有しているので、この検査部に向けてＸ線を照射すると、第一肉厚部と第二肉厚部の両方で後方散乱Ｘ線が発生する。そのため、双方の後方散乱Ｘ線に基づいて第一肉厚部のみの肉厚を測定することは困難である。
上記構成によれば、遮蔽部材が第一肉厚部におけるＸ線照射装置に対向する面に配置されるので、遮蔽部材により第二肉厚部で生じた第二後方散乱Ｘ線が遮断され、Ｘ線検出装置に第二後方散乱Ｘ線を除く後方散乱Ｘ線を検出させることができる。そして、Ｘ線検出装置は、検出した第一肉厚部で生じた第一後方散乱Ｘ線を含む後方散乱Ｘ線のＸ線線量のみならずＸ線のエネルギー量をも測定する。ここで、後方散乱Ｘ線のエネルギー量は、後方散乱Ｘ線の散乱角と照射Ｘ線のエネルギーとを用いたコンプトン散乱式によって求められる。すなわち、後方散乱Ｘ線の散乱角と照射Ｘ線のエネルギーとを特定すれば、着目すべき第一後方散乱Ｘ線のエネルギーが分かる。よって、検出した後方散乱Ｘ線の特定のエネルギーにおけるＸ線線量に基づいて第一肉厚部の肉厚を求めることで、検出した後方散乱Ｘ線の内の第一後方散乱Ｘ線のＸ線線量を抽出でき、高精度に肉厚を求めることが可能となる。

係る場合、前記算出装置は、前記検査部と同等の材料よりなる試験体に向けて照射された前記所定のエネルギーのＸ線によって生じる後方散乱Ｘ線の特定のエネルギーにおけるＸ線線量と当該試験体の既知の肉厚との関係を示す検量線データを有し、前記検出した後方散乱Ｘ線の特定のエネルギーにおけるＸ線線量と前記検量線データとに基づいて前記第一肉厚部の肉厚を求めるとよい。Ｘ線線量と既知の肉厚との関係を示す検量線データを用いることで、さらに高精度に第一肉厚部の肉厚を求めることができる。

前記Ｘ線照射装置は、前記Ｘ線を照射するＸ線焦点の近傍に一端が取り付けられ他端が前記第一肉厚部近傍に位置する遮蔽筒体と、前記遮蔽筒体の前記他端に設けられ且つ１カ所に開口を有するコリメーターとをさらに備えるとよい。

係る場合、前記コリメーターは、前記検査部の一定方向に摺動可能であり、前記Ｘ線検出装置は、前記コリメーターの摺動方向に直交する方向に移動可能であり、前記算出装置は、前記検査部の所定範囲における走査情報を生成する走査情報生成部を有するとよい。これにより、２次元方向への走査（ラスタースキャン）が行え、検査部における平面画像や肉厚増減のマッピング（分布）といった走査情報を得ることができる。

さらに、前記Ｘ線照射装置は、前記コリメーターの摺動方向に直交する方向に移動可能な移動機構に固定され、前記移動機構には、前記遮蔽部材が固定されているとよい。この移動機構により、Ｘ線照射装置と遮蔽部材とが一体に移動するので、検査対象上でのＸ線照射位置と遮蔽部材の位置がズレず、必要な後方散乱Ｘ線を安定して検出することができる。

前記Ｘ線は、前記第一肉厚部に入射する際のビーム直径が１０ｍｍ以下であるとよい。このように細く絞られたＸ線を用いることで、Ｘ線の照射範囲を特定部分に制限して、測定に不必要な後方散乱Ｘ線の発生を抑制でき、測定精度を向上させる。

前記検査対象物は、筒状体であるとよく、例えば前記筒状体は、外周を保温材で覆われた配管である。

係る場合、前記遮蔽部材は、前記保温材の外面に沿う板状本体と、前記第一後方散乱Ｘ線を通過させる窓部とを有するとよい。さらに、前記Ｘ線検出装置は、その検出方向の中心軸が前記照射軸に対し１３５°で交差するように配向されているとよい。そして、前記Ｘ線照射装置は、前記検査部の表面に対する前記Ｘ線の入射角が０°となるように配置され、前記板状本体は、この板状部材の照射軸側端部が前記照射軸から前記配管の軸方向に沿う管軸方向に前記Ｘ線のビーム半径に等しい距離で離隔するように配置され、前記板状本体の管軸方向幅の最小は、前記板状本体の肉厚と前記保温材の肉厚と前記配管の外径の総和であり、前記照射軸に直交し且つ前記配管の接線方向に沿う前記板状本体の直交方向幅の最小は、前記保温材の外径であり、前記窓部は、前記管軸方向において前記照射軸側端部から前記保温材の肉厚と前記Ｘ線のビーム直径との差に等しい距離で離隔し且つ前記直交方向において前記直交方向幅の中央に位置し、前記窓部の管軸方向開口幅の最小は、前記配管の肉厚と前記Ｘ線のビーム直径と前記板状本体の肉厚の総和であり、前記窓部の直交方向開口幅の最小は、前記Ｘ線のビーム直径であることが望ましい。これにより、入射角０°のＸ線において、第二肉厚部で散乱する第二後方散乱Ｘ線に加え、保温材で散乱する後方散乱Ｘ線も遮断できるので、検出される後方散乱Ｘ線の大部分を第一肉厚部で生じた散乱角θが１３５°前後の第一後方散乱Ｘ線とすることができ、さらに測定精度を向上させることができる。

一方、前記Ｘ線照射装置は、前記検査部の表面に対する前記Ｘ線の入射角が４５°となるように配置され、前記板状本体は、この板状部材の照射軸側端部が前記照射軸から前記配管の軸方向に沿う管軸方向に前記Ｘ線のビーム半径の√２倍に等しい距離で離隔するように配置され、前記板状本体の管軸方向幅の最小は、前記保温材の肉厚と前記配管の外径との和であり、前記照射軸に直交し且つ前記配管の接線方向に沿う前記板状本体の直交方向幅の最小は、前記保温材の外径であり、前記窓部は、前記管軸方向において前記照射軸側端部から前記保温材の肉厚と前記Ｘ線のビーム直径の√２倍との差に等しい距離で離隔し且つ前記直交方向において前記直交方向幅の中央に位置し、前記窓部の管軸方向開口幅の最小は、前記配管の肉厚と前記Ｘ線のビーム直径の√２倍との和であり、前記窓部の直交方向開口幅の最小は、前記Ｘ線のビーム直径であってもよい。入射角が４５°の場合、散乱角θが１３５°前後の後方散乱Ｘ線の検査対象物中の光路長が最短となるため、後方散乱Ｘ線の減衰を抑制することができる。よって、例えば、肉厚（板厚）の大きい検査対象物に対して、入射角が４５°となるようにＸ線照射装置を配置することで、高精度に肉厚の測定が可能となる。また、上記と同様に、第二肉厚部で散乱する第二後方散乱Ｘ線に加え、保温材で散乱する後方散乱Ｘ線も遮断できるので、検出される後方散乱Ｘ線の大部分を第一肉厚部で生じた散乱角θが１３５°前後の第一後方散乱Ｘ線とすることができ、さらに測定精度を向上させることができる。

前記試験体は、鋼板等の板状体であってもよく、配管等の筒状体であってもよい。さらに、係る場合、前記筒状体には、肉厚の異なる階段状の肉厚変化部が設けられているとよい。これにより、肉厚の異なる筒状体（配管）を複数本用意する必要が無く、作業効率がよい。また、筒状体では、板状体の場合に生じる試験体と検査対象物との間の空間（離隔距離）が生じないので、補正処理等も不要で解析処理が容易となり、測定精度も向上する。

上記目的を達成するため、本発明に係る肉厚測定装置を用いた肉厚測定方法の特徴は、検査対象物の検査部に向けて所定のエネルギーのＸ線を照射するＸ線照射装置と、前記Ｘ線によって前記検査部で生じた後方散乱Ｘ線を検出するＸ線検出装置と、前記後方散乱Ｘ線の一部を前記Ｘ線検出装置の手前で遮蔽する遮蔽部材と、検出した後方散乱Ｘ線に基づいて前記検査部の肉厚を算出する算出装置とを備えた肉厚測定装置を用いた肉厚測定方法において、前記検査部は、前記Ｘ線の照射軸上において、前記Ｘ線照射装置に対向する第一肉厚部とこの第一肉厚部に間隔をおいて対向する第二肉厚部とを有し、前記遮蔽部材は、前記第一肉厚部における前記Ｘ線照射装置に対向する面に配置されるものであり、前記検査部に向けてＸ線を照射し、前記第二肉厚部で生じた第二後方散乱Ｘ線を前記遮蔽部材により遮断して、前記第一肉厚部で生じた第一後方散乱Ｘ線を含む後方散乱Ｘ線を検出すると共にそのＸ線線量及びエネルギー量を測定し、検出した後方散乱Ｘ線の特定のエネルギーにおけるＸ線線量に基づいて前記第一肉厚部の肉厚を求めることにある。

上記本発明に係る肉厚測定装置及びこれを用いた肉厚測定方法の特徴によれば、検査対象物の所定箇所の肉厚を簡便に且つ高精度に測定することが可能となった。

本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。

本発明に係る肉厚測定装置の概略図である。 図１のＩ−Ｉ線概略断面図である。 第２駆動手段の一例を示す概略図である。 遮蔽板支持具の一例を示す概略図である。 入射角０°のＸ線を用いる場合の検査対象物と遮蔽部材との位置関係を示す図である。 入射角０°のＸ線を用いる場合の遮蔽部材の平面図である。 肉厚測定装置のブロック図である。 Ｘ線スペクトルの一例を示す図である。 検量線データの一例を示す図である。 試験体が鋼板の場合の後方散乱Ｘ線の測定の一例を示す図である。 図９の測定結果に基づいて作成した検量線及び保温配管の肉厚測定データを示す図である。 ラスタースキャン結果の一例を示す図である。 筒状試験体の一例を示す断面図である。 （ａ）は入射角が０°の場合の機器配置、（ｂ）は入射角が４５°の場合の機器配置を模式的に示す図である。 （ａ）は入射角が０°での光路長、（ｂ）は入射角が４５°での光路長を説明する図である。 入射角４５°のＸ線を用いる場合の検査対象物と遮蔽部材との位置関係を示す図である。

次に、適宜添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
本発明に係る肉厚測定装置１は、図１〜６に示すように、大略、検査対象物１００の検査部１００ｓに向けて所定のエネルギーのＸ線１０を照射するＸ線照射装置２と、Ｘ線１０によって検査部１００ｓで生じた後方散乱Ｘ線を検出するＸ線検出装置３と、後方散乱Ｘ線の一部をＸ線検出装置３の手前で遮蔽する遮蔽部材４と、検出した後方散乱Ｘ線に基づいて検査部１００ｓの肉厚を算出する算出装置５とを備える。

本実施形態において、検査対象物１００は、図１，２，４に示すように、外周が保温材１０２で覆われた筒状体としての配管１０１である。配管１０１において、検査部１００ｓは、Ｘ線１０の照射軸Ａ上において、Ｘ線照射装置２に対向する第一肉厚部１０１ａとこの第一肉厚部１０１ａに間隔Ｓをおいて対向する第二肉厚部１０１ｂとを有する。

配管１０１は、例えば鋼管であり、間隔Ｓは管内部空間である。保温材１０２は、例えば、ケイ酸カルシウムよりなる半割れ形状を呈する一対の保温部材１０３，１０３と、一対の保温部材１０３，１０３の外周を覆うカバー部材としての板金１０４よりなる。もちろん、配管１０１及び保温材１０２は、上記材料や形状に限定されるものではない。本発明は、保温材１０２を配管１０１から取り外すことなく、保温材１０２の上（外）から配管１０１の第一肉厚部１０１ａの肉厚を測定する。

Ｘ線照射装置２は、図１，２に示すように、大略、Ｘ線１０を発生させるＸ線源（焦点）２１と、Ｘ線焦点２１の近傍に一端２２ａが取り付けられ他端２２ｂが第一肉厚部１０１ａ近傍に位置する遮蔽筒体２２と、遮蔽筒体２２の他端２２ｂに設けられ且つ１カ所に開口２３ａを有するコリメーター２３とを備える。Ｘ線１０は、コリメーター２３の開口２３ａによって細く絞られたペンシルビーム状のＸ線となり、検査部１００ｓの微小なポイントを照射する。このペンシルビーム状のＸ線１０のビーム直径は、配管１０１の第一肉厚部１０１ａに入射する際のその表面において、例えば０より大で１０ｍｍ以下である。このペンシルビーム状のＸ線１０により、検査部１００ｓにおけるＸ線の照射範囲が制限されるので、後方散乱Ｘ線の発生部分を限定して測定に不必要な後方散乱Ｘ線の発生を抑制し、当該部分の測定精度を向上させることができる。なお、本実施形態では、そのビーム直径はφ２ｍｍである。また、本実施形態において、Ｘ線１０は、配管１０１の表面に対し垂直に入射（入射角０°）される。

遮蔽筒体２２は、図１，２に示すように、この遮蔽筒体２２の他端２２ｂが一端２２ａよりも大である正面視略扇状を呈し、コリメーター２３は、その他端２２ｂに対し摺動可能に設けられている。コリメーター２３は、配管１０１の管軸方向Ｙに直交する直交方向Ｘに移動させる第１駆動手段２４によって摺動する。また、Ｘ線照射装置２は、Ｘ線照射装置２自体を管軸方向Ｙに移動させる第２駆動手段２５をさらに備える。

第２駆動手段２５は、例えば図３Ａに示すように、大略、Ｘ線照射装置２が固定される固定台２５ａと、管軸方向Ｙに沿って配置されたレール２５ｂと、固定台２５ａに取り付けられ、且つレール２５ｂにスライド自在に設けられたスライダー２５ｃとよりなる。これらは、枠体２５ｄによって検査対象物１００の上方で支持されている。また、固定台２５ａには、保持具４５を介して遮蔽部材４としての板状本体４０が固定されている。これにより、Ｘ線照射装置２と遮蔽部材４とは、ズレなく一体となって管軸方向Ｙに移動するので、後方散乱Ｘ線１１を安定して検出することができる。

なお、保持具４５は、例えば図３Ｂに示すように、大略、固定台２５ａに取り付けられる取付部４６と、取付部４６と板状本体４０とを連結する連結フレーム４７よりなる。連結フレーム４７は、Ｘ線１０及び後方散乱Ｘ線１１を阻害しないように板状部材を組み付けてなる。また、保持具４５は、検査対象物１００と板状本体４０とが接触しないように数ｍｍの隙間を確保する。

そして、コリメーター２３及びＸ線照射装置２の管軸方向Ｙ及び直交方向Ｘへの各移動量は、移動量測定手段２６によって測定される。このように、コリメーター２３及びＸ線照射装置２を検査対象物１００に対し相対移動させることで、照射部分の点測定でなく、配管１０１の一定範囲の走査情報を得ることができる。なお、移動量測定手段２６には、例えばエンコーダ等の周知の測定手段を用いる。

本実施形態において、Ｘ線検出装置３は、図１に示すように、その検出方向の中心軸ＤがＸ線１０の照射軸Ａに対し、１３５°で交差するように配向されている。この角度は、散乱Ｘ線の散乱角θと一致する。この配置によって、本実施形態では、散乱Ｘ線の内、Ｘ線１０の照射軸Ａに対し１３５°の方向に散乱する第一後方散乱Ｘ線１１を検出対象としている。検出される第一後方散乱Ｘ線１１には、後述する遮蔽部材４によって、第二肉厚部１０１ｂで生じた第二後方散乱Ｘ線１２は除かれている。

Ｘ線照射装置３には、検出したＸ線のＸ線線量及びエネルギー量の双方を測定可能なものを用いる。例えば、本実施形態では、スペクトロメーターを有するＮａＩシンチレーション計数管を用いる。このスペクトロメーターによって、図７に示す如く、Ｘ線のスペクトルを生成、表示することが可能となる。なお、同図において、縦軸は散乱Ｘ線量（Ｘ線光子計測数）「個」、横軸はエネルギー「ＭｅＶ」を示す。

ところで、コンプトン散乱は、Ｘ線が物質に入射した場合、入射部に含まれる元素の軌道電子にＸ線が衝突し、電子がはじき飛ばされ（反跳電子）、Ｘ線のエネルギーは低下する。散乱Ｘ線のエネルギーは、下記数１のコンプトン散乱の式により求められる。

そして、例えばＸ線照射装置２の管電圧が２１０ｋＶ（０．２１ＭｅＶ）の場合、散乱角θが１３５°の方向に散乱する後方散乱Ｘ線のＸ線エネルギーは、下記数２により求められる。

ここで、０．１０ＭｅＶは、図７に例示するように、Ｘ線検出装置３のスペクトロメーターのエネルギーチャンネルにおける３５ｃｈのエネルギーに相当するものである。よって、０．１０ＭｅＶ近傍のエネルギー帯域（スペクトロメーターの３５ｃｈ）のＸ線線量に着目することで、他のエネルギー帯域におけるＸ線線量を無視できるので、検出される後方散乱Ｘ線に含まれる保温部材１０３からの後方散乱Ｘ線の影響を排除できる。さらに、配管１０１の管内部Ｓに流体が存在したとしても、その流体に起因する後方散乱Ｘ線の影響をも排除でき、稼働中の配管の検査も可能となる。このように、後方散乱Ｘ線のＸ線線量のみならずＸ線エネルギーも測定するので、所定の散乱角の散乱Ｘ線（本実施形態では、散乱角θ＝１３５°の第一後方散乱Ｘ線１１）のＸ線線量を抽出（着目）でき、測定精度が大きく向上する。

コリメーター２３の開口２３ａを通過したペンシルビーム状のＸ線１０は、図４に示すように、第一肉厚部１０１ａを透過する際に、その一部が第一肉厚部１０１ａの表面や内部で散乱し、第一後方散乱Ｘ線１１が生じる。また、第一肉厚部１０１ａを通過したＸ線は、管内部Ｓを通過して第二肉厚部１０１ｂに入射する。そして、入射したＸ線の一部は、第二肉厚部１０１ｂの表面や内部で散乱し、第二後方散乱Ｘ線１２が生じる。よって、検査部１００ｓにおいて生じる後方散乱Ｘ線には、第一、第二後方散乱Ｘ線１１，１２が混在し、配管１０１の肉厚を正確に測定することができない。

そこで、本実施形態では、Ｘ線検出装置３が第二後方散乱Ｘ線１２を遮断して第一後方散乱Ｘ線１１を検出できるように、図１，４に示すように、遮蔽部材４をＸ線照射装置２に対向する板金１０４の表面に配置する。さらに、ペンシルビーム状のＸ線１０を阻害しないように、管軸方向Ｙにおいて、遮蔽部材４の板状本体４０の一端である照射軸側端部４０ｃを照射軸ＡからＸ線１０の半径分離して（隙間をおいて）接近させて配置する。

そして、本実施形態における遮蔽部材４の板状本体４０は、板金１０４の湾曲した表面に沿うように屈曲可能な板状を呈する。検査対象物１００は円筒形状であるので、この板状本体４０はその湾曲面に密着して配置させることができる肉厚が好ましい。本実施形態では、遮蔽部材４の板状本体４０は、例えばＸ線を遮蔽し得る肉厚２ｍｍの鉛板である。

また、この遮蔽部材４は、その板状本体４０に第一後方散乱Ｘ線１１を通過させる窓部４１を有する。そして、図５に示すように、板状本体４０及び窓部４１の寸法及び配置は、以下のように規定されている。
なお、下記各式において、配管１０１の外径をＲａ、配管１０１の肉厚をｔ、保温部材１０３の外径をＲｂ、保温部材１０３の肉厚をＴ、板金１０４の肉厚をΔＲ、板状本体４０の肉厚をｍ、ペンシルビーム状のＸ線１０のビーム半径をｒとする。ここで、保温材１０２の外径はＲｂ＋２ΔＲ，保温材１０２の肉厚はＴ＋ΔＲ、Ｘ線１０の直径は２ｒでそれぞれ表される。

窓部４１の管軸方向開口幅４１ｂ（配管１０１の軸方向）の最小幅（長さ）＝ｔ＋２ｒ＋ｍ
窓部４１の直交方向開口幅４１ａ（照射軸Ａに直交し且つ配管１０１の接線方向に沿う方向）の最小幅（長さ）＝２ｒ
照射軸Ａ側に位置する板状本体４０の照射軸側端部４０ｃと窓部４１との離隔長さ（距離）＝Ｔ＋ΔＲ−２ｒ
板状本体４０の管軸方向幅４０ｂの最小幅（長さ）＝Ｔ＋ΔＲ＋Ｒａ＋ｍ
板状本体４０の直交方向幅４０ａの最小幅（長さ）＝Ｒｂ＋２ΔＲ
なお、窓部４１の直交方向開口幅４１ａの中央は、板状本体４０の直交方向幅４０ａの中央と一致する。また、本実施形態では、第１駆動手段２４の摺動による照射軸Ａの移動範囲を考慮し、窓部４１の直交方向開口幅４１ａは、例えば配管１０１の外径Ｒａに等しい。

遮蔽部材４（板状本体４０）の上記寸法及び配置により、保温材１０２（保温部材１０３及び板金１０４）で散乱する後方散乱Ｘ線及び第二後方散乱Ｘ線１２を除く第一肉厚部１０１ａから１３５°の方向に散乱する後方散乱Ｘ線１１を選択的にＸ線検出装置３で検出させることができる。

算出装置５は、図６に示すように、大略、Ｘ線１０の照射を制御するＸ線照射制御部５１と、Ｘ線照射装置２及びコリメーター２３の移動を制御する移動制御部５２と、コリメーター２３及びＸ線照射装置２にて測定される各移動量を記憶する移動量記憶部５３と、Ｘ線検出装置３にて測定されたＸ線線量及びエネルギー量の測定データを記憶する測定データ記憶部５４と、後述する検量線データＣｄを記憶する検量線データ記憶部５５と、各記憶部に記憶されたデータに基づいて肉厚を算出する肉厚算出部５６と、各部を制御する制御部５７と、測定データや算出した肉厚等の出力（表示）する出力部５８とを有する。また、肉厚算出部５６は、Ｘ線検出装置３の測定データと、コリメーター２３及びＸ線照射装置２の各移動量とに基づいて、配管１０１の走査情報を生成する走査情報生成部５６ａを備える。

検量線データＣｄは、図８に示すように、配管１０１と同等の材料よりなり、既知の厚みの試験体２０１で生じる後方散乱Ｘ線の特定のエネルギー帯域におけるＸ線線量を測定し、そのＸ線線量と試験体２０１の既知の肉厚との関係を示すものである。

ここで、発明者らは、試験体２０１として肉厚が０〜７ｍｍの複数の鋼板を用い、図９に示すように、検査対象物１００と同一の保温部材１０３、板金１０４を用いた試験体保持構造体２００で鋼板２０１を保持し、その外部からＸ線１０を照射して鋼板２０１から散乱角θが１３５°の後方散乱Ｘ線１１を測定した。測定に際しては、上記式２に示すエネルギー帯域（３５ｃｈ）のＸ線線量を測定した。そして、横軸を鋼板２０１の肉厚、縦軸をＸ線線量（Ｘ線光子数）として、測定値をプロットし、図１０に示す如き検量線データＣｄ’を作成した。

次に、肉厚が１．５ｍｍ，２．５ｍｍ，３．８ｍｍの鋼管２０１’を用いて同様の測定を行ったところ、図１０に示す如く、各配管２０１’の測定値が検量線Ｃ’近傍にプロットされ、その肉厚は約１．７ｍｍ，２．７ｍｍ，３．９ｍｍとなり、誤差は僅か０．２ｍｍ程度であった。この誤差は、図９に示すように、Ｘ線焦点２１から試験体２０１までの距離及び試験体２０１からＸ線検出装置３までの距離が鋼管２０１’と鋼板２０１とでは若干異なり且つ散乱角度も異なることに起因する。これは、試験体２０１が配管１０１よりもＸ線照射装置２から配管１０１の半径程度の距離ｔｒだけ離隔しているからである。しかしながら、この誤差は、測定対象の肉厚に対し十分に小さい。すわなち、検査対象部１００の配管１０１と形状の異なる鋼板２０１を試験体として検量線データＣｄを作成しても、十分な精度で配管１０１の肉厚を測定できることが判明した。また、試験体に鋼板２０１を用いると、鋼板を重ねることで試験体の肉厚の調整が容易であり、しかも、安価に試験体を作成できる。但し、上述の誤差の影響を排除、抑制するために、検量線を作成する際に補正する必要があり、計算が煩雑となると共に解析の効率も低下する。もちろん、試験体として、図９に１点鎖線で示すように、肉厚が既知の配管２０１’を複数用いても構わない。

ここで、肉厚測定手順を説明する。
肉厚測定に先立ち、上述の如く肉厚が既知の試験体２０１を用いて検量線データＣｄを作成し、検量線データ記憶部５５に記憶させる。

検査対象物１００での測定に際し、板状本体４０の照射軸側端部４０ｃを照射軸Ａ近傍に位置させた状態で遮蔽部材４を板金１０４の外面に配置する。そして、Ｘ線１０を検査部１００ｓに向けて所定時間照射し、第二肉厚部１０１ｂで生じた第二後方散乱Ｘ線１２を除く第一後方散乱Ｘ線１１を検出する。そして、Ｘ線検出装置３のスペクトロメーターは、検出した第一後方散乱Ｘ線１１のＸ線線量及びエネルギー量を測定する。測定された各種データは、測定データ記憶部５４に送られ記憶される。そして、肉厚算出部５６は、検出した第一後方散乱Ｘ線１１の内、上述の如きスペクトロメーターの３５ｃｈ相当のエネルギー帯域におけるＸ線線量を求める。この帯域は、散乱角θが１３５°のＸ線エネルギーに相当するので、この帯域の大部分は、第一肉厚部１０１ａで生じた第一後方散乱Ｘ線１１に起因する。その帯域のＸ線線量を検量線Ｃに代入して第一肉厚部１０１ａの肉厚を求める。

次に、第１駆動手段２４によりコリメーター２３を配管１０１の管軸方向Ｙに直交する直交方向Ｘに所定量（例えば、Ｘ線１０のビーム直径２ｍｍと同じ２ｍｍ）摺動させて、上記と同様の測定を行う。これを所定距離で繰り返し行うことで、直交方向Ｘの走査が完了する。さらに、第２駆動手段２５によりＸ線照射装置２を管軸方向Ｙに上記と同量移動させて、上述の管軸方向Ｙの走査を行う。これを所定距離で繰り返し行う。そして、この測定結果に基づいて、走査情報生成部５６ａは、ラスタースキャンの結果として、例えば図１１に示す如きマッピングを生成し、表示する。同図の例では、８×１３画素の画像であり、１画素（セル）がＸ線１０の照射地点を示す。そして、各画素の色の濃淡により、肉厚変化の状態を表す。このように、検査部１００ｓの特定の地点（ポイント）の点測定だけではなく、検査部１００ｓの面測定も可能である。

最後に、本発明の他の実施形態の可能性について言及する。なお、上述の実施形態と同様の部材には同一の符号を附してある。
上記実施形態において、第１，第２駆動手段２４，２５によって、コリメーター２３及びＸ線照射装置２を移動させたが、相対移動であればよく、Ｘ線照射装置２や検査対象物１００のみを単独で移動させても構わない。

上記実施形態において、検量線データＣｄの作成に当たり、試験体２０１として検査対象の配管１０１と同等の材料よりなる鋼板を用いた。しかし、試験体２０１は鋼板に限らず、筒状試験体２０１’’として、配管１０１と同等の材料よりなる鋼管を用いることも可能である。係る場合、例えば図１２に示すように、鋼管２０１’’の管軸方向Ｙに沿って肉厚の異なる階段状の肉厚変化部２１０を設けるとよい。肉厚変化部２１０は、減肉のない通常の肉厚Ｄ０の部分や、減肉を想定した肉厚ｄ１，ｄ２・・・の複数の減肉部分を有する。これにより、管軸方向ＹにＸ線照射装置２を相対移動させるだけで検量線データＣｄが作成でき、複数の鋼管を用意する必要も無く、作業効率が極めてよい。また、筒状試験体２０１’’では、配管１０１とほぼ同じ位置となるので、上記実施形態の如き誤差は生じず、補正等の計算も不要となり、解析効率も向上する。

なお、発明者らは、階段状の肉厚変化部２１０を有する筒状試験体２０１’’（鋼管）を用いて検量線を作成し、上記実施形態と同様に、肉厚が１．５ｍｍ，２．５ｍｍ，３．８ｍｍの鋼管を用いて肉厚測定を行った。その結果、各測定値は検量線Ｃ近傍にプロットされ、肉厚の誤差は０．１４ｍｍ，０．１７ｍｍ，０．０１６ｍｍとなり、上記実施形態の結果よりも精度が向上した。これは、上記実施形態と異なり余分な距離（離隔距離ｔｒ）の延長がない分、測定精度が向上したと考えられる。

上記実施形態では、図１３（ａ）に示す如く、Ｘ線１０が配管１０１の表面に対し垂直入射（入射角０°）となるようにＸ線照射装置２を配置した。しかし、散乱角θが１３５°の後方散乱Ｘ線１１を測定するには、垂直入射（入射角０°）の他、同図（ｂ）に示す如く、Ｘ線１０が配管１０１の表面に対し入射角αが４５°となるようにＸ線照射装置２を配置してもよい。

図１４（ａ）に示す垂直入射（入射角０°）の場合、Ｘ線１０の配管１０１内の光路長Ｌ１ａを１とすると、散乱角θが１３５°の後方散乱Ｘ線１１の配管１０１内の光路長Ｌ２ａは、１．４１となる。一方、同図（ｂ）に示す斜め入射（入射角４５°）の場合、Ｘ線１０の光路長Ｌ１ｂは、垂直入射の場合の光路長Ｌ１ａの１．４１倍となり、後方散乱Ｘ線１１の光路長Ｌ２ｂは、１．０倍となる。このように、入射角４５°の配置が、配管１０１内の光路長が最短となり、後方散乱Ｘ線１１の減衰を最も抑制できるので、検出されるＸ線光子数を相対的に多くすることができる。よって、例えば、肉厚の大きい（厚い）検査対象物では、斜め入射（入射角４５°）となるようにＸ線照射装置２を配置するとよい。

なお、斜め入射（入射角４５°）の場合、図１５に示すように、板状本体４０及び窓部４１の寸法及び配置は、以下のように規定されている。
窓部４１の管軸方向開口幅４１ｂの最小幅（長さ）＝ｔ＋２√２ｒ
窓部４１の直交方向開口幅４１ａの最小幅（長さ）＝２ｒ
照射軸Ａ側に位置する板状本体４０の照射軸側端部４０ｃと窓部４１との離隔長さ（距離）＝Ｔ＋ΔＲ−２√２ｒ
板状本体４０の管軸方向幅４０ｂの最小幅（長さ）＝Ｔ＋ΔＲ＋Ｒａ
板状本体４０の直交方向幅４０ａの最小幅（長さ）＝Ｒｂ＋２ΔＲ
遮蔽部材４（板状本体４０）の上記寸法及び配置により、斜め入射（入射角４５°）の場合においても、上記実施形態と同様に、保温材１０２（保温部材１０３及び板金１０４）で散乱する後方散乱Ｘ線及び第二後方散乱Ｘ線１２を除く第一肉厚部１０１ａから１３５°の方向に散乱する後方散乱Ｘ線１１を選択的にＸ線検出装置３で検出させることができる。

上記実施形態において、遮蔽筒体２２を他端２２ｂが一端２２ａよりも大である正面視扇状に形成し、コリメーター２３を他端２２ｂに対し摺動可能に構成した。しかし、検査部１００ｓにペンシルビーム状のＸ線１０が照射できる態様のものであれば、特に限定されるものではない。

また、上記実施形態では、外周を保温材１０２で覆われた配管１０１を例に説明したが、保温材１０２で覆われていない配管であっても適用可能である。

上記実施形態において、Ｘ線検出装置３をその検出方向の中心軸ＤがＸ線１０の照射軸Ａに対し１３５°で交差するように配向させた。そして、散乱角θが１３５°の散乱Ｘ線が窓部４１を通過するように遮蔽部材４を形成した。しかし、検出する第一後方散乱Ｘ線１１は、散乱角θが１３５°の散乱Ｘ線に限られるものではなく、例えば、１２０°以上１５０°以下の散乱角の散乱Ｘ線を用いることも可能である。係る場合、その散乱角に合わせて板状本体４０及び窓部４１の寸法を適宜設定すればよい。また、Ｘ線検出装置３のスペクトロメーターのエネルギーチャンネルも散乱角に応じて適宜変更するとよい。

本発明は、例えば、保温材付き配管の肉厚測定装置及び肉厚測定方法として利用することができる。また、検査部は、Ｘ線の照射軸上において、Ｘ線照射装置に対向する第一肉厚部とこの第一肉厚部に空隙を挟んで対向する第二肉厚部とを有するものであれば、第一肉厚部の肉厚を求めることが可能であり、配管等の筒状体に限らず、容器等でもよい。さらに、本発明は、例えば、保温材で覆われたタンク側板の肉厚測定や電車車両の側板の肉厚測定など内部へ近接不可能な部位に適用可能であり、このような検査対象は上記に限られず数多く存在する。

１：肉厚測定装置、２：Ｘ線照射装置、３：Ｘ線検出装置、４：遮蔽部材、５：算出装置、１０：Ｘ線、１１：第一後方散乱Ｘ線、１２：第二後方散乱Ｘ線、２０：筐体、２１：Ｘ線源（焦点）、２２：遮蔽筒体（コリメーター）、２２ａ：一端、２２ｂ：他端、２３：コリメーター（スイングコリメーター）、２３ａ：開口、２４：第１駆動手段、２５：第２駆動手段、２５ａ：固定台、２５ｂ：レール、２５ｃ：スライダー、２５ｄ：枠体、２６：移動量測定手段、４０：板状本体（鉛板）、４０ａ：直交方向幅、４０ｂ：管軸方向幅、４０ｃ：照射軸側端部、４１：窓部、４１ａ：直交方向開口幅、４１ｂ：管軸方向開口幅、４５：保持具、４６：取付部、４７：連結フレーム、５１：Ｘ線照射制御部、５２：移動制御部、５３：移動量記憶部、５４：測定データ記憶部、５５：検量線データ記憶部、５６：肉厚算出部、５６ａ：走査情報生成部、５７：制御部、５８：出力部、１００：検査対象物、１００ｓ：検査部、１０１：配管（筒状体）、１０１ａ：第一肉厚部、１０１ｂ：第二肉厚部、１０２：保温材、１０３：保温部材、１０４：板金（カバー部材）、２００：試験体保持構造体、２０１：鋼板（試験体）、２０１’：鋼管（試験体）、２０１’’：筒状試験体、２１０：肉厚変化部、Ａ：照射軸、Ｃｄ，Ｃｄ’：検量線データ、Ｃ，Ｃ’：検量線、Ｄ：中心軸、Ｒａ：配管の外径、Ｒｂ：保温部材の外径、ΔＲ：板金の板厚、ｒ：ビーム半径、ｔｒ：離隔距離（半径）、Ｓ：管内部（間隔）、Ｔ：保温部材の肉厚、Ｘ：直交方向、Ｙ：管軸方向

Claims (16)

1. 検査対象物の検査部に向けて所定のエネルギーのＸ線を照射するＸ線照射装置と、前記Ｘ線によって前記検査部で生じた後方散乱Ｘ線を検出するＸ線検出装置と、前記後方散乱Ｘ線の一部を前記Ｘ線検出装置の手前で遮蔽する遮蔽部材と、検出した後方散乱Ｘ線に基づいて前記検査部の肉厚を算出する算出装置とを備えた肉厚測定装置であって、
   前記検査部は、前記Ｘ線の照射軸上において、前記Ｘ線照射装置に対向する第一肉厚部とこの第一肉厚部に間隔をおいて対向する第二肉厚部とを有し、
   前記遮蔽部材は、前記第一肉厚部における前記Ｘ線照射装置に対向する面に配置され、前記第二肉厚部で生じた第二後方散乱Ｘ線を遮断し、
   前記Ｘ線検出装置は、前記第一肉厚部で生じた第一後方散乱Ｘ線を含む後方散乱Ｘ線を検出すると共にそのＸ線線量及びエネルギー量を測定し、
   前記算出装置は、検出した後方散乱Ｘ線の特定のエネルギーにおけるＸ線線量に基づいて前記第一肉厚部の肉厚を求める肉厚測定装置。
2. 前記算出装置は、前記検査部と同等の材料よりなる試験体に向けて照射された前記所定のエネルギーのＸ線によって生じる後方散乱Ｘ線の特定のエネルギーにおけるＸ線線量と当該試験体の既知の肉厚との関係を示す検量線データを有し、前記検出した後方散乱Ｘ線の特定のエネルギーにおけるＸ線線量と前記検量線データとに基づいて前記第一肉厚部の肉厚を求める請求項１記載の肉厚測定装置。
3. 前記Ｘ線照射装置は、前記Ｘ線を照射するＸ線焦点の近傍に一端が取り付けられ他端が前記第一肉厚部近傍に位置する遮蔽筒体と、前記遮蔽筒体の前記他端に設けられ且つ１カ所に開口を有するコリメーターとをさらに備える請求項１又は２記載の肉厚測定装置。
4. 前記コリメーターは、前記検査部の一定方向に摺動可能であり、前記Ｘ線検出装置は、前記コリメーターの摺動方向に直交する方向に移動可能であり、前記算出装置は、前記検査部の所定範囲における走査情報を生成する走査情報生成部を有する請求項３記載の肉厚測定装置。
5. 前記Ｘ線照射装置は、前記コリメーターの摺動方向に直交する方向に移動可能な移動機構に固定され、前記移動機構には、前記遮蔽部材が固定されている請求項４記載の肉厚測定装置。
6. 前記Ｘ線は、前記第一肉厚部に入射する際のビーム直径が１０ｍｍ以下である請求項１〜５のいずれかに記載の肉厚測定装置。
7. 前記検査対象物は、筒状体である請求項１〜６のいずれかに記載の肉厚測定装置。
8. 前記筒状体は、外周を保温材で覆われた配管である請求項７記載の肉厚測定装置。
9. 前記遮蔽部材は、前記保温材の外面に沿う板状本体と、前記第一後方散乱Ｘ線を通過させる窓部とを有する請求項８記載の肉厚測定装置。
10. 前記Ｘ線検出装置は、その検出方向の中心軸が前記照射軸に対し１３５°で交差するように配向される請求項９記載の肉厚測定装置。
11. 前記Ｘ線照射装置は、前記検査部の表面に対する前記Ｘ線の入射角が０°となるように配置され、
    前記板状本体は、この板状部材の照射軸側端部が前記照射軸から前記配管の軸方向に沿う管軸方向に前記Ｘ線のビーム半径に等しい距離で離隔するように配置され、
    前記板状本体の管軸方向幅の最小は、前記板状本体の肉厚と前記保温材の肉厚と前記配管の外径の総和であり、
    前記照射軸に直交し且つ前記配管の接線方向に沿う前記板状本体の直交方向幅の最小は、前記保温材の外径であり、
    前記窓部は、前記管軸方向において前記照射軸側端部から前記保温材の肉厚と前記Ｘ線のビーム直径との差に等しい距離で離隔し且つ前記直交方向において前記直交方向幅の中央に位置し、
    前記窓部の管軸方向開口幅の最小は、前記配管の肉厚と前記Ｘ線のビーム直径と前記板状本体の肉厚の総和であり、
    前記窓部の直交方向開口幅の最小は、前記Ｘ線のビーム直径である請求項１０記載の肉厚測定装置。
12. 前記Ｘ線照射装置は、前記検査部の表面に対する前記Ｘ線の入射角が４５°となるように配置され、
    前記板状本体は、この板状部材の照射軸側端部が前記照射軸から前記配管の軸方向に沿う管軸方向に前記Ｘ線のビーム半径の√２倍に等しい距離で離隔するように配置され、
    前記板状本体の管軸方向幅の最小は、前記保温材の肉厚と前記配管の外径との和であり、
    前記照射軸に直交し且つ前記配管の接線方向に沿う前記板状本体の直交方向幅の最小は、前記保温材の外径であり、
    前記窓部は、前記管軸方向において前記照射軸側端部から前記保温材の肉厚と前記Ｘ線のビーム直径の√２倍との差に等しい距離で離隔し且つ前記直交方向において前記直交方向幅の中央に位置し、
    前記窓部の管軸方向開口幅の最小は、前記配管の肉厚と前記Ｘ線のビーム直径の√２倍との和であり、
    前記窓部の直交方向開口幅の最小は、前記Ｘ線のビーム直径である請求項１０記載の肉厚測定装置。
13. 前記試験体は、板状体である請求項２記載の肉厚測定装置。
14. 前記試験体は、筒状体である請求項２記載の肉厚測定装置。
15. 前記筒状体には、肉厚の異なる階段状の肉厚変化部が設けられている請求項１４記載の肉厚測定装置。
16. 検査対象物の検査部に向けて所定のエネルギーのＸ線を照射するＸ線照射装置と、前記Ｘ線によって前記検査部で生じた後方散乱Ｘ線を検出するＸ線検出装置と、前記後方散乱Ｘ線の一部を前記Ｘ線検出装置の手前で遮蔽する遮蔽部材と、検出した後方散乱Ｘ線に基づいて前記検査部の肉厚を算出する算出装置とを備えた肉厚測定装置を用いた肉厚測定方法であって、
    前記検査部は、前記Ｘ線の照射軸上において、前記Ｘ線照射装置に対向する第一肉厚部とこの第一肉厚部に間隔をおいて対向する第二肉厚部とを有し、
    前記遮蔽部材は、前記第一肉厚部における前記Ｘ線照射装置に対向する面に配置されるものであり、
    前記検査部に向けてＸ線を照射し、
    前記第二肉厚部で生じた第二後方散乱Ｘ線を前記遮蔽部材により遮断して、
    前記第一肉厚部で生じた第一後方散乱Ｘ線を含む後方散乱Ｘ線を検出すると共にそのＸ線線量及びエネルギー量を測定し、
    検出した後方散乱Ｘ線の特定のエネルギーにおけるＸ線線量に基づいて前記第一肉厚部の肉厚を求める肉厚測定方法。

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