JP3802594B2 - 傷検査装置及びそれを備えた内視鏡装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、狭空間内の微小傷を発見する傷検査装置及びそれを備えた内視鏡装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、化学プラントや原子力発電所のパイプ設備などの配管にできた亀裂から気体や液体などの流体の漏れを未然に防ぐため、管内周面に生じた傷を初期段階で発見するための傷検査が行なわれている。これら管内の傷検査には過流探傷装置や超音波探傷装置などが用いられている。
【0003】
図7Aに示すようにこれら従来の装置で配管の傷検査を行なう場合、管1の内部に例えば、筒状に形成した密着型センサ2を挿入する。そして、前記密着型センサ2を管内周面1aに密着させた状態で、軸方向又は周方向に移動させて、管内周面1aの傷の有無を検査していた。このとき、密着型センサ2と管内周面1aとの密着性が微小傷を発見するうえで重要な要因になっている。このため、密着型センサ2と管1の管内周面1aとの間の密着性を向上させるためにゼリー状の密着材3を塗布して微小傷の発見に務めていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、配管状態によっては湾曲部が構成され、例えば図7Bに示すようなU字管部4においては、たとえゼリー状の密着材3を塗布しても密着型センサ2とU字管部内周面4aとの間に隙間5が生じてしまう。このことにより、前記U字管部4において、前記密着型センサ2とU字管部内周面4aとの密着性が低下して、精度良く、微小傷を検出することが難しかしかった。
【0005】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、管内周面の微小傷の検出を、配管状態に影響されることなく、且つ精度良く行える傷検査装置及びそれを備えた内視鏡装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の傷検査装置は、エアーを管内周面に向けて噴出して空気の流れを作ることによって、管内周面に傷が生じているとき、この傷の周辺に気流の乱れを発生させる乱気流発生手段と、この傷周辺に発生した気流の乱れを検出する乱気流検出手段と、前記乱気流発生手段と前記乱気流検出手段とが管内周面に当接しないように位置調整され、管内軸方向に向けて移動しているとき、前記乱気流検出手段で検出した情報を基に管内周面の傷の有無を検出する傷検出手段と、管内周面の傷の有無を告知する告知手段とを具備する。
【0007】
この構成によれば、傷の周辺に気流の乱れを発生させることにより、配管状態に影響されること無く、管内周面の微小傷の有無の検出が行える。また、前記乱気流発生手段及び乱気流検出手段を、管内周面に接触させることなく検査を行なうことによって、管内周面の微小傷の有無の検出を非接触で行える。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1及び図2は本発明の第1の実施形態に係り、図1は傷検査装置の概略構成を説明する図、図2は傷検査装置の作用を説明する図である。
【0009】
図1に示すように本実施形態の傷検査装置10は、管11の内部に挿通されてエアーポンプ31から送られてくるエアーを、管内周面11aに向けて噴出して管内に空気の流れをつくることによって、前記管内周面11aに生じている傷周辺に気流の乱れを発生させる乱気流発生手段となるエアーノズル21と、管内に噴出された空気の流れによって、管内周面11aの傷周辺で発生した気流の乱れを周波数の変化として検出する乱気流検出手段であるマイクロホン22と、このマイクロホン22で集めた周波数の情報を基に管内周面11aの傷の有無を検出する傷検出手段である傷検出器32と、この傷検出器32によって検出した結果から検査員に管内周面11aに傷の有無を知らせる報知手段であるスピーカー33及びモニタ34などで主に構成されている。なお、前記エアーノズル21とエアーポンプ31とは例えば可撓性を有するチューブ35で接続されている。
【0010】
上述のように構成されている傷検査装置10の作用を説明する。
まず、図2Aを参照して傷検査装置10による管内周面11aに傷の無いときの検査状態を説明する。
【0011】
図に示すように管11の管内周面11aを検査するとき、まず、エアーノズル21から管内周面11aに向かって噴出するエアーの圧力を所望の状態に調整しておく。
【0012】
次に、所望の圧力でエアーを噴出するエアーノズル21と、このエアーノズル21から管内周面11aに向かって噴出するエアーによって発生する気流の乱れを検出するマイクロホン22とを、例えば管内軸方向(矢印A方向)に向けて挿入していく。このとき、前記エアーノズル21及びマイクロホン22が管内周面11aに当接しないように位置調節されている。
【0013】
前記エアーノズル21から管内周面11aに向かってエアーが吹き付けられていく。このとき、この管内周面11aに傷が一切無いので、エアーノズル21から噴出したエアーは、管内周面11aに沿って流れていく。このとき、前記マイクロホン22では、管内周面11aに沿って流れていく空気の流れを、広帯域に渡って均一な周波数の音波として受信する。このマイクロホン22によって受信された音波は、このマイクロホン22を通して傷検出器32に出力される。
【0014】
この傷検出器32に出力された周波数の情報は、広帯域に渡って均一な周波数の信号であるので、前記傷検出器32では管内周面11aに傷が無いと判断する。
【0015】
次に、図2Bを参照して傷検査装置10による管内周面11aに傷の有るときの検査状態を説明する。
図に示すようにエアーノズル21から管内周面11aに向かって所定の圧力に調整されたエアーを噴出して管内軸方向に向かって移動している。このとき、移動方向に傷25が生じていたとすると、前記エアーノズル21から噴出されて管内周面11aに沿って一定の方向に流れていたエアーが、管内周面11aに生じていた傷25の周辺を通過していく。すると、この管内周面11aに生じていた傷25によって、管内周面11aに沿って一定の方向に流れていたエアーの流れに乱れが生じてこの傷25周辺で乱気流が発生する。
【0016】
この管内周面11aにある傷25によって傷25周辺部に気流の乱れが発生することによって、前記図2Aに示した傷のない管内周面11aに沿って流れていたエアーの流れに比較して、特定の周波数帯域において、特徴的な周波数情報を有する音波がマイクロホン22で受信される。
【0017】
このマイクロホン22によって受信された音波は、このマイクロホン22から傷検出器32に出力されて、この傷検出器32で特徴的な周波数情報を検出して、管内周面11aに傷25が有ることを検出する一方、スピーカー33あるいはモニタ34の少なくとも一方を通じて検査員に検査対象面に傷の有ることを知らせる。
【0018】
このように、エアーノズルから噴出されるエアーを管内周面に対して吹き付けることにより、管内に一定のエアーの流れをつくり、検査対象面に傷が生じているとき発生するエアーの流れの乱れをマイクロホンで検出し、このマイクロホンで検出した流れの乱れによる特徴的な情報を傷検出器が検出することによって、管内周面の傷の有無を適確に判断することができる。
【0019】
また、傷検査の際、エアーノズル及びマイクロホンを管内周面に対して接触させていないので、配管状態に影響されることなく、検査対象面の微小傷検出を非接触状態で、精度良く行うことができる。このことにより、配管状態によって検査状態が変化することが少ないので、配管の直線部分や湾曲部分に影響されることなく、検査対象面の微小傷検出を確実に行なえる。
【0020】
図3A及び図3Bは本発明の第2実施形態に係る傷検査装置の構成及び作用を示す説明図で有る。
本実施形態では前記第1実施形態で乱気流発生手段をエアーノズル21及びエアポンプ31で構成した代わりに、前記乱気流発生手段を光ファイバー41とレーザ発振器42とで構成している。このため、管内周面11aに対してエアーノズル21からエアーを吹き付ける代わりに、光ファイバー先端面41aから管内周面11aに向かってレーザ光を照射している。その他の構成は前記第1実施形態と同様であり、同部材には同符号を付して説明を省略する。
【0021】
上述のように構成した傷検査装置10Aの作用を説明する。
図に示すように管内周面11aを検査するとき、レーザ発振器42より生じるレーザ光を光ファイバー先端面41aから管内周面11aに向けてスポット的に照射していく。
【0022】
すると、この光ファイバー先端面41aからスポット的に照射されたレーザ光が順次管内周面11aに当たっていく。このとき、前記レーザ光が管内周面11aに生じている傷25に当たると、この傷25内のわずかな隙間に存在している空気や液体などの流体が、レーザ光によって瞬間的に加熱され、熱膨張して傷周辺に、特異的な気流の乱れが発生する。
【0023】
この気流の乱れが発生することによって前記第1実施形態同様、特徴的な周波数情報を有する音波がマイクロホン22によって検出されて、このマイクロホン22から傷検出器32に出力される。そして、この傷検出器32で、この特徴的な周波数情報を、管内周面11aに傷25が有るときの特徴的な情報として検出する一方、スピーカー33あるいはモニタ34の少なくとも一方を通じて検査員に検査対象面に傷の有ることを知らせる。
【0024】
このように、管内周面にレーザ光を、スポット的に照射することによって、微小傷の隙間に存在している流体を、レーザ光によって瞬間的に加熱して、特異的な気流の乱れを発生させることによって、検出部位の分解能が大幅に向上して、更に微小な傷を発見することができる。このことにより、検査対象面の表面に異物があったり、微小な凹凸があった場合でも、これら異物や微小な凹凸に惑わされることなく、確実な傷検査が行える。その他の作用及び効果は前記第1実施形態と同様である。
【0025】
図4及び図5は本発明の第3実施形態に係り、図4は傷検査装置の概略構成を説明する図、図5は傷検査装置の作用を説明する図である。
図4に示すように本実施形態の傷検査装置は、前記第2実施形態の傷検査装置10Aに内視鏡装置50を組み合わせた傷検査装置10Bである。すなわち、この傷検査装置10Bでは前記傷検査装置10Aを構成するマイクロホン22及びレーザ光を導く光ファイバー41が内視鏡装置50を構成する電子内視鏡51の先端部51aに、この電子内視鏡51のライトガイド52及びCCD53と共に一体的に内蔵されている。
【0026】
なお、前記内視鏡装置50には前記CCD53から伝送される電気信号を映像信号に変換するカメラコントロールユニット(以下CCUと記載)54と、このCCU54から出力される映像信号を表示する観察モニタ55と、前記ライトガイド52に照明光を供給する光源装置56とが備えられている。その他の構成は前記第2実施形態と同様であり、同部材には同符号を付して説明を省略する。
【0027】
上述のように構成した傷検査装置10Bの作用を説明する。
図5に示すように管内周面11aを検査するとき、前記マイクロホン22及び光ファイバー41を内蔵した電子内視鏡51を管内に挿入する。そして、レーザ発振器42により発生したレーザ光を、光ファイバー先端面41aから管内周面11aに向けてスポット的に照射していく。すると、前記光ファイバー先端面41aからスポット的に照射されているレーザ光が管内周面11aに生じていた傷25に当たって、この傷25内のわずかな隙間に存在している流体を瞬間的に加熱して、特異的な気流の乱れを発生させる。そして、この発生した気流の乱れによって特異的な周波数情報を有する音波を、マイクロホン22によって検出して、傷検出器32で管内周面11aに傷25が有ることを検出する一方、スピーカー33あるいはモニタ34の少なくとも一方を通じて検査員に検査対象面に傷の有ることを知らせる。
【0028】
ここで、検査員は、観察モニタ55に検査対象面を表示して、検査対象面の傷の長さや深さなどの状況を目視にて確認する。
【0029】
このように、傷検査装置を内視鏡装置と組合わせて構成したことにより、検査対象面の傷の状況を目視にて確認することができる。このことにより、傷の状態を予め知ることができるので、検査後に管の交換をするか、修理で対応するかなどの処置を検討することが可能になる。
【0030】
また、マイクロホンや光ファイバーを、CCD及びライトガイドを有する内視鏡装置に一体的に内蔵することにより、操作性が大幅に向上して、検査装置の小型化及び高機能化を図ることができる。このことにより、目視に頼ることが多かった検査に傷検出器による客観的な情報に加えてより精度の高い検査が行える。
【0031】
なお、本第3実施形態において前記第2実施形態との組み合わせを示したが、第1実施形態と組み合わせて傷検査装置を構成しても良いことはいうまでもない。また、本第3実施形態において電子内視鏡との組み合わせを示したが、電子内視鏡の他にファイバースコープや硬性鏡と組み合わせた傷検査装置であっても良い。
【0032】
ここで、図6を参照して傷検出器32の構成を説明する。
図に示すように傷検出器32内には、マイクロホン22から出力された信号が入力される増幅器36と、フィルター処理部37と、可聴周波数変換部38と、ニューラルネット処理部39とが備えられている。
【0033】
すなわち、前記傷検出器32には、マイクロホン22から出力された信号が増幅器36に入力され、まずここで、次段処理に適切なレベルまで信号が増幅される。
【0034】
次に、フィルター処理部37では、前記増幅器36で増幅処理された信号を受け、気流の乱れが発生したことによる周波数成分の内、特徴的な周波数成分を抽出して、次段処理の行い易い信号に処理する。
【0035】
このフィルター処理部37での周波数は、一般に超音波といわれる20kHz 〜100kHz の範囲の音波であり、このままの状態では検査員が聞き取ることができない。このため、検査員が、気流の微妙な変化を音の変化として認識することができるようにするため、可聴周波数変換部38を通して人間に聞き取れる音に変換してスピーカー33から出力している。
【0036】
このことにより、前記マイクロホン22で集音した生の周波数情報である超音波を、可聴周波数変換部38を通して検査員の耳で聞き取れる音に変換して、気流の微妙な乱れを音の変化として聞き取って、内周面の傷の有無を判断する。
【0037】
一方、ニューラルネット処理部39では、前記フィルター処理部37で特徴的な周波数成分を抽出して、処理を行い易いようにされた信号が入力されて、学習効果を有する検査処理が行なわれる。
【0038】
すなわち、このニューラルネット処理部39においては、バックプロパゲーション形式または多層型処理を実施して、管内周面11aの傷25と特徴的な信号との対応関係を学習して、検出能力を上げながら検査を行なっている。なお、検査結果は随時モニタ34に表示される。
【0039】
このように、傷検出器では、マイクロホンで集めた超音波を可聴周波数に変換して、スピーカより管内周面に生じている傷による気流の微妙な乱れを音の変化と出力して検査員に伝達すると共に、ニューラルネット処理部を用いて客観的な情報を正確に得ることができるようになっている。このため、人間の経験的な判断と、コンピュータによる客観的な判断とを融合した検査が可能になり、高精度の傷検査が行える。
【0040】
[付記]
1.管内周面に傷が生じているとき、この傷の周辺に気流の乱れを発生させる乱気流発生手段と、
この傷周辺に発生した気流の乱れを検出する乱気流検出手段と、
この乱気流検出手段で検出した情報を基に管内周面の傷の有無を検出する傷検出手段と、
管内周面の傷の有無を告知する告知手段と、
を具備する傷検査装置。
【0041】
2.前記乱気流発生手段をエアーポンプとエアーノズルとで構成した付記1記載の傷検査装置。
【0042】
3.前記乱気流発生手段をレーザ発振器と光ファイバとで構成した付記1記載の傷検査装置。
【0043】
4.管内周面に生じている傷によって発生した気流の乱れを検出する乱気流検出手段がマイクロホンである付記1記載の傷検査装置。
【0044】
5.前記乱気流発生手段及び乱気流検出手段を内視鏡装置と組み合わせた付記1記載の傷検査装置。
【0045】
6.前記傷検出手段に可聴周波数変換部を設けた付記1記載の傷検査装置。
【0046】
7.前記傷検出手段にニューラルネット処理部を設けた付記1記載の傷検査装置。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、管内周面の微小傷の検出を、配管状態に影響されることなく、且つ精度良く行える傷検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1及び図2は本発明の第1の実施形態に係り、図1は
傷検査装置の概略構成を説明する図
【図2】傷検査装置の作用を説明する図
【図3】本発明の第2実施形態に係る傷検査装置の構成及び作用を示す説明図
【図4】図4及び図5は本発明の第3実施形態に係り、図4は
傷検査装置の概略構成を説明する図
【図5】傷検査装置の作用を説明する図
【図6】傷検出器の構成及び作用を示す説明図
【図7】従来の傷検査装置の作用を示す説明図
【符号の説明】
10…傷検査装置
21…エアーノズル
22…マイクロホン
31…エアーポンプ
32…傷検出器
33…スピーカー
34…モニタ

Claims (5)

  1. エアーを管内周面に向けて噴出して空気の流れを作ることによって、管内周面に傷が生じているとき、この傷の周辺に気流の乱れを発生させる乱気流発生手段と、
    この傷周辺に発生した気流の乱れを検出する乱気流検出手段と、
    前記乱気流発生手段と前記乱気流検出手段とが管内周面に当接しないように位置調整され、管内軸方向に向けて移動しているとき、前記乱気流検出手段で検出した情報を基に管内周面の傷の有無を検出する傷検出手段と、
    管内周面の傷の有無を告知する告知手段と、
    を具備することを特徴とする傷検査装置。
  2. 前記乱気流検出手段がマイクロホンであることを特徴とする請求項1記載の傷検査装置。
  3. 検査対象面にエアーポンプから送られてくるエアーを噴出させて空気の流れを作るエアーノズルと、
    前記エアーノズルと一体的に構成され、検査対象面に傷が生じているとき、検査対象面に傷のない場合の空気の流れに比較して傷周辺で気流の乱れにより発生する音波を検出する音波受信機と、
    前記エアーノズルと前記音波受信機とを検査対象面に当接しないように位置調整され、前記音波受信機で検出した情報を基に検査対象面の傷の有無を検出する傷検出手段と、
    検査対象面の傷の有無を告知する告知手段と、
    を具備することを特徴とする傷検査装置。
  4. 前記音波受信機がマイクロホンであることを特徴とする請求項記載の傷検査装置。
  5. 請求項1からのいずれか1つに記載の傷検査装置を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
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