JP3960782B2 - タンク鋼板の溶接検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に被覆を有するタンク鋼板の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を検査するタンク鋼板の溶接検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、屋外タンクでは、消防法に従ってタンク鋼板の溶接部やその熱影響部の表面に発生する傷を検査することが行なわれている。従来の検査方法としてはタンク鋼板の表面に被覆された塗膜等をサンドブラスト等により剥離した後、浸透探傷法或いは磁粉探傷法による検査を実施し、傷が発生した部位に形成される浸透指示模様或いは磁粉模様を目視観察することによりタンク鋼板の溶接部やその熱影響部の表面に発生する傷を検査していた。
【０００３】
一方、大型鋼構造物の表面を走行する探傷装置が特開平10-288610号公報（以下、「公知例」という）により提案されている。この装置によれば、探傷作業前の溶接部付近の塗装や錆等を除去するグラインダー掛け、超音波探触子による溶接部の探傷、塗料スプレーノズルから噴射される塗料によって再塗装を行なうことが出来るとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来例において、浸透探傷法或いは磁粉探傷法による検査では、その原理、性能上、塗膜の除去が必須条件となっている。また、傷が発生した部位に形成される浸透指示模様或いは磁粉模様を検査員が目視観察しているが、人間による目視検査に頼っているため環境や実施条件（照度、電源、技量、目疲れ）による傷の検出漏れや見逃しが発生する虞があった。
【０００５】
また、浸透探傷法或いは磁粉探傷法による検査では、探傷作業は検査員の手作業で実施され、しかも割れ等の傷以外に打ち傷や浅いアンダーカット等が検出されるため、それ等を判別するための検査経験や技量が求められ、ことのほか検査及び補修作業に手間と時間がかかっていた。
【０００６】
また、検査に先立って、タンク鋼板の表面に被覆された塗膜等をサンドブラスト等により剥離しなければならず、剥離作業や剥離粉末の清掃作業や、更には検査後に再度タンクの表面に塗膜等を被覆して復元する作業に手間と時間がかかり、検査以外にかかるコストが増大するといった問題があった。
【０００７】
また、前述した公知例においてもグラインダー掛けにより鋼板表面の塗料や錆を剥離するため剥離作業に時間がかかり、剥離粉末の清掃作業に手間と時間がかかるという問題があった。
【０００８】
一方、平成12年８月「消防危第９３号」の消防法の改正により、タンク鋼板の溶接部検査をタンク鋼板表面の被覆上から検査する方法が認められたものの、技術的な困難性から十分な検査性能を期待出来る検査方法や検査装置の提案がなされていないのが現状である。
【０００９】
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、タンク鋼板表面の被覆上から溶接部やその熱影響部の検査が出来る装置を提供するものであり、更にこの装置は従来の浸透探傷や磁粉探傷のような人的技量や探傷条件に左右される検査品質の不確定部分を排除し、安定的且つ正確に探傷することで、従来よりも検査品質の均一性と検出精度を向上させることが出来る装置を提供せんとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置は、表面に被覆を有するタンク鋼板の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を検査するタンク鋼板の溶接検査装置であって、表面に被覆を有するタンク鋼板上を走行する走行台車を有し、前記走行台車はレール上を前進走行する前進走行機能及び／または後退走行する後退走行機 能を有し、前記走行台車にプローブユニットが片持ち支持して設けられ、前記プローブユニットは、溶接ビードの方向の縦割れ及び該溶接ビードの方向と交差する方向の横割れをクリーピング波法により探傷する少なくとも３つ以上の超音波探触子を有し、前記溶接ビードの方向の縦割れをクリーピング波法により探傷する２つの超音波探触子は、該溶接ビードを境界としてその両側に夫々一対の送信子と受信子とが線対称に配置されるように第１、第２の子台車にそれぞれ搭載され、前記溶接ビードの方向と交差する方向の横割れをクリーピング波法により探傷する１つの超音波探触子は、該溶接ビードを境界としてその片側に送信子が配置される第３の子台車と、もう片側に受信子が配置される第４の子台車とで搭載され送信子と受信子が対称に配置され、前記送信子と前記横割れとを結ぶ直線と、該横割れと前記受信子とを結ぶ直線との角度が７５度以上、且つ８５度以下となるように配置されてなり、前記第１〜第４の子台車は、前記超音波探触子の接触面がタンク鋼板の凹凸に対して追従可能とするジンバル機構を介して前記プローブユニットに支持され、更に前記超音波探触子と溶接ビードとの間の距離を可変可能にするプローブユニット距離調整機構と、前記超音波探触子の配置高さを可変可能にするプローブユニット高さ調整機構と、前記走行台車に設けられ、前記超音波探触子により探傷された部位の位置情報を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段からの出力と、前記超音波探触子からの出力とからエコー波形とタンク鋼板内の位置との関係を表示・出力する演算・探傷表示手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
ここで、タンク鋼板の表面が被覆された状態で探傷する方法として、斜角法、表面波法、クリーピング波法が考えられる。
【００１２】
斜角法では、１回反射法で検出出来るものの底板裏面側の腐食の影響を受け、これが検出性能に大きな影響を与えるためタンク鋼板の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を安定的且つ正確に検査するのは困難である。
【００１３】
一方、鋼板の表面近傍を伝搬する超音波として、表面波（レーリー波）、表面ＳＨ波、クリーピング波が存在する。
【００１４】
表面波（レーリー波）は、表面下１波長程度にそのエネルギーが集中しており、表面の形状が変化している場合にもその表面に沿って伝搬し、鋼板の内部には伝わらない。従って、鋼板表面の凹凸の影響が著しく、溶接ビードのように表面が粗い場合には減衰が著しく、特にタンク溶接部のようにビード幅が広く、溶接余盛の平滑仕上げをしていない対象物に対しては傷の検出が困難となる。
【００１５】
また、表面ＳＨ波は、水平偏波させた横波を振動子で発生させ、くさびを介して９０度方向に横波（ＳＨ波）を伝搬させるものであり、表面ＳＨ波探触子はくさび中を横波が伝搬して、そのまま鋼板中に横波を通過させる構造になっているため、くさびと鋼板との間に粘性の高い特殊な接触溶質を使用する必要があり、エコーを安定させるために一定の時間を要するため、探触子の走査性が悪いという問題がある。
【００１６】
また、上記各表面波法では被覆による感度の減衰の影響を受け易く、傷の大きさとエコー高さとの関係に定量性が無いため検出したエコー波形から直ちに傷の大きさを知得することが困難である。
【００１７】
クリーピング波は、縦波臨界付近で発生する縦波表面波であり、入射角を縦波臨界角にしたとき、屈折角９０度方向に縦波成分をもって伝搬する波で、鋼板の表面直下を直進する。鋼板の表面形状が変化している場合も略直進し、表面の凹凸の影響は少ない。
【００１８】
一般的な表面波が鋼板表面のみを伝搬するのに対して、クリーピング波は鋼板内部にも分布して伝搬するため、従来の横波斜角探傷と比べて超音波の屈折角の大きな範囲で探傷が可能であり、鋼板の表面近傍の傷を検出することが出来る。また、板厚の薄い鋼板の探傷にも有効である。
【００１９】
また、クリーピング波法では、被覆による感度の減衰の影響が少なく、傷の大きさとエコー高さとの関係に定量性があるため検出したエコー波形から直ちに傷の大きさを知得することが容易である。
【００２０】
上記理由から、本発明のタンク鋼板の溶接検査装置における超音波探傷方法として、タンク鋼板表面に被覆を施した状態で、該タンク鋼板の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を検査する場合ではクリーピング波法を適用するのが最適である。
【００２１】
特に、超音波探触子の周波数を２ＭＨｚ以下程度に設定しておくことで、被覆による感度の減衰の影響を小さくすることが出来る。
【００２２】
本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置によれば、クリーピング波法により探傷する複数個の超音波探触子を利用して、タンク鋼板の表面が被覆された状態で溶接ビードの方向の縦割れ及び該溶接ビードの方向と交差する方向の横割れを一度に且つ正確に探傷することが出来る。
【００２３】
上記構成によれば、溶接ビードに沿って表面に被覆を有するタンク鋼板上を走行する走行台車に設けられた各超音波探触子で溶接ビードの方向の縦割れ及び該溶接ビードの方向と交差する方向の横割れを走行台車の走行動作に応じてクリーピング波法により随時一度に探傷すると共に、各超音波探触子により探傷された部位の位置情報を走行台車に設けられた位置検出手段により走行台車の走行動作に応じて随時検出し、超音波探触子の出力を超音波探傷器を介して探傷情報と位置情報とを関連付けて、演算・探傷表示手段により表示・出力することで、タンク鋼板の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を自動的に且つ正確に検査することが出来る。
【００２４】
また、前記走行台車がレール上を前進走行する前進走行機能及び／または後退走行する後退走行機能を有し、前記超音波探触子がプローブユニットに支持され、該プローブユニットが該走行台車に片持ち支持され、該プローブユニットは前記超音波探触子と溶接ビードとの間の距離を可変可能にするプローブユニット距離調整機構と複数の超音波探触子を夫々独立して配置高さを可変可能にするプローブユニット高さ調整機構及び該超音波探触子の接触面がタンク鋼板の凹凸に対して追従可能とするジンバル機構を有する場合には、走行台車がレール上を走行することで直進性能が確保され、検査精度を向上することが出来る。また、走行台車による超音波探触子の保持方法として片持式とすることで溶接ビードを跨ぐ装置構成と比較して装置の幅方向の小型化が図れ、溶接ビード近傍の障害物を回避して検査出来るので、タンク隅部近傍の検査にも有利である。
【００２５】
プローブユニット距離調整機構及びプローブユニット高さ調整機構及びジンバル機構により溶接ビードと超音波探触子との距離を一定に保ちつつスムーズな走行を行なうことが出来、特に１本のレールに沿って走行台車を走行させれば好ましい。
【００２６】
表面に被覆を有するタンク鋼板の溶接部の代表的な溶接形状には突き合わせ溶接と、重ね溶接があるが、溶接形状の何れにも対応して溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を検出可能にするために溶接ビードを境界にして両側の超音波探触子の高さを調整出来る。
【００２７】
また、走行台車に前進走行機能及び後退走行機能の両方向走行機能を持たせることで、同一溶接部の繰り返し検査を容易に行なうことが出来、更にはタンクの端で走行台車をレールから脱離して進行向きを変更したり、走行台車をレールから脱離して検査始点側に持ち運んで配置し直す必要がなく、測定部と表示部との間に引き回された電源ケーブルや信号ケーブルの捌きもスムーズに出来る。
【００２８】
また、前記溶接ビードの方向の縦割れをクリーピング波法により探傷する超音波探触子として、該溶接ビードを境界としてその両側に夫々一対の送信子と受信子とを配置した場合には、溶接ビードを境界とした夫々の側から溶接ビード中央部までを超音波探触子の探傷範囲として別々に探傷することで溶接ビードの形状によるエコーの影響を避けることが出来、溶接ビードの方向の縦割れの有無を正確に検出することが出来る。
【００２９】
また、縦割れを検出しようとする超音波探触子の前記送信子と前記受信子とを前記溶接ビードを挟んで線対称に配置した場合には、溶接ビードを境界としてその両側に配置された一対の送信子と受信子において、他対の送信子から発せられたクリーピング波を受信子が受信して誤検出する虞がない。従って、溶接ビードの方向の縦割れをクリーピング波法により探傷する際にクリーピング波の干渉作用を防止することが出来る。
【００３０】
また、前記溶接ビードの方向と交差する方向の横割れをクリーピング波法により探傷する超音波探触子として、該溶接ビードを境界としてその片側に送信子を配置し、もう片側に受信子を対称に配置した場合には、送信子から送信した超音波が溶接ビードの方向と交差する方向の横割れから反射して返るエコーを溶接ビードを挟んで対称に配置した受信子により受信し、傷の有無を正確に検出することが出来る。
【００３１】
また、前記演算・探傷表示手段は、前記位置検出手段から得られる出力信号と、前記超音波探触子から得られる出力信号とを記録し、入力された超音波の応答時間の監視範囲における出力値が、予め設定された検出閾値を超えた場合に当該入力信号は割れ信号と判定し、前記検出閾値を超えた超音波信号は、前記監視範囲領域では前記位置検出手段により得られた位置情報に合わせて閾値区分に色分けされ、割れ情報として２次元平面上に表示され、前記監視範囲以外についてはエコー高さに応じた白黒濃淡表示されることにより縦割れ及び横割れの評価を行い、前記位置情報に基づき２次元平面上に表した前記監視範囲領域の超音波信号を切取閾値を基準として２値化及び画像処理し、その結果から進行方向の傷長さを算出すると共に、前記検出閾値を超えた超音波信号に基づいて前記位置検出手段により得られた位置情報により割れの検出位置をタンク鋼板の図面上に合わせて表示し、出力媒体に出力するように構成すれば好ましい。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図により本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置の一実施形態を具体的に説明する。図１は本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置の構成を示す平面図、図２は本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置の構成を示す側面図、図３は本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置の構成を示す前面図である。
【００３３】
図４は本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置の各部の構成を示すブロック図、図５はデータ処理を行なう制御系の構成を示すブロック図、図６は３チャンネルの超音波探触子の配置構成を示す平面説明図、図７（ａ），（ｂ）は突合せ溶接部における縦割れ、横割れの探傷の様子を示す図、図８（ａ），（ｂ）は重ね溶接部における縦割れ、横割れの探傷の様子を示す図である。
【００３４】
図９〜図12において、各図（ａ）は溶接部或いはその熱影響部の表面に発生した各種傷を探傷した際の探傷エコー波形を示す図、各図（ｂ）は健全部で溶接ビード形状等により形成されるエコー波形を示す図、図13は探傷データを処理するフローチャート、図14は傷を検出処理するフローチャート、図15は実際のタンク鋼板の傷を検査して表示した様子を示す図、図16は探傷エコー波形により測定不能或いは傷検出を判定する閾値の構成を示す図であり、図16（ａ）は縦割れ検出結果、図16（ｂ）は横割れ検出結果を夫々示す図、図17は得られた探傷エコー波形のエコー高さを濃淡で表現した一例を示すである。
【００３５】
本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置１は、表面が塗装24等により被覆されたタンク鋼板の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を自走式で検査することが出来るように構成されたものである。
【００３６】
図１〜図４において、溶接検査装置１は、表面に被覆を有するタンク鋼板上を走行する走行台車２と、該走行台車２に搭載され、タンク鋼板の溶接ビード18の方向の縦割れ、及び該溶接ビード18の方向と交差する方向の横割れをクリーピング波法により探傷する少なくとも３つ以上の超音波探触子３と、同じく走行台車２に搭載され、超音波探触子３により探傷された部位のタンク内の位置情報を検出する位置検出手段となるロータリーエンコーダ４とを有して構成されている。
【００３７】
走行台車２は表面に被覆を有するタンク鋼板上に溶接ビード18に沿って敷設された走行用レール５上を前進走行或いは後退走行し得るように構成されており、ＤＣ（直流）電源８から電力が供給されるＤＣ（直流）モータ６により回転駆動される駆動車輪７と、大小の走行ガイド車輪９，10と、バランス車輪11が１本の走行用レール５に沿って回転走行する。
【００３８】
ＤＣモータ６はスピードコントローラ19により回転駆動が制御され、これによって走行台車２の走行開始、走行停止及び速度制御、並びに前進、後退の制御が行なわれる。
【００３９】
走行ガイド車輪10の回転部にはロータリーエンコーダ４が取り付けられており、該ロータリーエンコーダ４により検出される位置情報によりタンク内の超音波探触子３の各探傷位置が検出されるようになっている。
【００４０】
また、走行台車２には、水供給部31が設けてあり、水タンク32に収容された水をポンプ12により汲み上げ、電磁弁33を制御することで、表面に被覆を有するタンク鋼板と、超音波探触子３との間に水を供給して満たし、これにより超音波探触子３による超音波感度の減衰を防止している。
【００４１】
図１〜図３に示すように、超音波探触子３はプローブユニットを兼ねる子台車16により支持されており、該子台車16はジンバル機構17を介して走行台車２に片持ち支持された構成となっており、走行台車２の本体に設けられたプローブユニットクランプレバー13を作動させることで、水供給部31により供給された水を介在させて表面に被覆を有するタンク鋼板の溶接部或いはその熱影響部を探傷する位置に下降してセットしたり、上昇して退避させたりすることが出来るようになっている。
【００４２】
図中、14は複数の超音波探触子３を夫々独立してその配置高さを微調整するプローブユニット高さ調整機構であり、該プローブユニット高さ調整機構14及びジンバル機構17により超音波探触子３の高さを適宜調整することにより、図７に示すようなタンク鋼板の突き合わせ溶接部の探傷及び図８に示すようなタンク鋼板の重ね合わせ溶接部の探傷の両方に対応出来るようになっている。また、15は超音波探触子３の溶接ビード18に対する離間距離を微調整するプローブユニット距離調整機構である。
【００４３】
一般に、タンク底鋼板は、完全な平面ではなく、上板と下板との重ね溶接により「うねり」を有しており、更に局所的にはタンク底鋼板の各つなぎ目部分の溶接箇所等に凹凸が存在する。
【００４４】
このようなタンク底鋼板のうねりや局所的な凹凸に対して、各超音波探触子３を搭載した４台の子台車16が完全に追従して移動出来るように該子台車16はジンバル機構17を介して走行台車２に取り付けられている。
【００４５】
超音波探触子３が搭載された子台車16は、ジンバル機構17を介して走行台車２に取付けられたことで、超音波探触子３の探触面が、常にタンク底鋼板のうねりや局所的な凹凸に対して、完全に追従する動きとなることを保証している。
【００４６】
子台車16は子台車フレームに子台車車輪が取付けられた構造を有し、超音波探触子３は子台車フレームの中央部にタンク底鋼板との間に常に一定の隙間が設けられるように取付けられる。
【００４７】
各子台車16には超音波探触子３とタンク底鋼板との間の超音波伝達を効率良く行うために走行台車２に設けられた図示しない水供給用分岐を経由して水が各子台車16に図示しない配管を通って供給され、各子台車16に供給された水は、子台車16に設けられた図示しない水供給用の孔から超音波探触子３とタンク底鋼板との隙間に常に存在するように供給される。
【００４８】
また、走行台車２の走行距離を測定することで超音波探触子３の探傷位置を検出するロータリーエンコーダ４は、走行台車２の走行ガイド車輪10の動きと同期して回転するように取り付けられている。
【００４９】
本実施形態における超音波探触子３の第１チャンネル（以下、「１ＣＨ」という）と、第２チャンネル（以下、「２ＣＨ」という）は、図６に示すように、溶接ビード18の方向の縦割れ18ａ，18ｂをクリーピング波法により探傷する超音波探触子３として、溶接ビード18を境界として、その両側に夫々一対の送信子Ｔと受信子Ｒとを配置している。
【００５０】
超音波探触子３の１ＣＨと２ＣＨでは、一対の送信子Ｔと受信子Ｒとを有する２振動子型探触子を使用して反射型探触子として構成している。
【００５１】
即ち、図６の溶接ビード18の右側に配置された一対の送信子Ｔ1と受信子Ｒ1とが第１チャンネルを構成し、該溶接ビード18の左側に配置された一対の送信子Ｔ2と受信子Ｒ2とが第２チャンネルを構成し、これ等の第１、第２チャンネルの超音波探触子３により溶接ビード18の方向の縦割れ18ａ，18ｂをクリーピング波法により探傷する。
【００５２】
本実施形態では、図６に示すように、第１チャンネルの送信子Ｔ1と受信子Ｒ1と、第２チャンネルの送信子Ｔ2と受信子Ｒ2とは溶接ビード18を挟んで線対称に配置している。即ち、第１チャンネルの送信子Ｔ1と第２チャンネルの送信子Ｔ2との横方向の位置が揃い、第１チャンネルの受信子Ｒ1と、第２チャンネルの受信子Ｒ2との横方向の位置が揃った配置である。
【００５３】
これにより簡単な構成で、第１チャンネルの送信子Ｔ1から発生したクリーピング波が誤って第２チャンネルの受信子Ｒ2に受信されたり、逆に第２チャンネルの送信子Ｔ2から発生したクリーピング波が誤って第１チャンネルの受信子Ｒ1に受信されて誤検出することを防止することが出来る。
【００５４】
尚、図示しないが、第１チャンネルの送信子Ｔ1と受信子Ｒ1と、第２チャンネルの送信子Ｔ2と受信子Ｒ2とを溶接ビード18を挟んで点対称に配置した場合、即ち、第１チャンネルの送信子Ｔ1と第２チャンネルの受信子Ｒ2とが進行方向前方で、第２チャンネルの送信子Ｔ2と第１チャンネルの受信子Ｒ1とが進行方向後方に配置する構成の場合には、誤検出を防止する目的で、第１チャンネルの送信子Ｔ1と受信子Ｒ1と、第２チャンネルの送信子Ｔ2と受信子Ｒ2との溶接ビード18に沿った方向の離間距離を所定の距離だけ離間させる必要が有り、この場合、構造が複雑で信号処理も複雑となる。
【００５５】
また、溶接ビード18の方向と交差する方向の横割れ18ｃをクリーピング波法により探傷する超音波探触子３の第３チャンネル（以下、「３ＣＨ」という）として、溶接ビード18を境界として、その両側に配置された送信子Ｔと受信子Ｒとが一対を成すように構成している。
【００５６】
即ち、図６の溶接ビード18の右側に配置された送信子Ｔ3と受信子Ｒ3とが第３チャンネルを構成し、この第３チャンネルの超音波探触子３により溶接ビード18の方向と交差する方向の横割れ18ｃをクリーピング波法により探傷する。
【００５７】
３ＣＨの超音波探触子３は送信子Ｔ3と受信子Ｒ3との配置が溶接ビード18を挟んで対称になるように位置調整がなされている。送信子Ｔ3と横割れ18ｃとを結ぶ直線と、該横割れ18ｃと受信子Ｒ3とを結ぶ直線との角度θは１８０度未満であれば良いが、特に好ましい角度θは７５度以上、且つ８５度以下の範囲である。各図は角度θを８０度に設定した場合の一例である。
【００５８】
上記超音波探触子３の配置構成により、タンク底鋼板の被覆上からの測定でタンク鋼板の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を検査することが出来る。
【００５９】
図７（ａ）はタンク鋼板が突き合わせ溶接された部位の溶接ビード18の縦割れ18ａ，18ｂを第１、第２チャンネルの超音波探触子３により夫々探傷する様子を示す。
【００６０】
図７（ｂ）はタンク鋼板が突き合わせ溶接された部位の溶接ビード18の横割れ18ｃを第３チャンネルの超音波探触子３により探傷する様子を示す。
【００６１】
図８（ａ）はタンク鋼板が重ね溶接された部位の溶接ビード18の縦割れ18ａ，18ｂを第１、第２チャンネルの超音波探触子３により夫々探傷する様子を示す。
【００６２】
図８（ｂ）はタンク鋼板が重ね溶接された部位の溶接ビード18の横割れ18ｃを第３チャンネルの超音波探触子３により探傷する様子を示す。
【００６３】
測定部21の超音波探触子３やロータリーエンコーダ４等を搭載した走行台車２からケーブルコネクタ20を介して超音波探傷データや位置データが拡張Ｉ／Ｆ部27を介して演算・探傷表示手段となる演算・探傷表示部28に送られる。
【００６４】
演算・探傷表示部28は超音波探触子３の出力と、ロータリーエンコーダ４の出力から図９〜図12に示すように、エコー波形を表示すると共に、そのエコー波形とタンク底鋼板内の位置との関係を図15〜図17に示すように、画面表示するノート型パーソナルコンピュータ（以下、「ノートＰＣ」という）等のコンピュータ23を有している。
【００６５】
図４において、演算・探傷表示部28に設けられたコンピュータ23は、ＣＰＵ（中央演算装置）と、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等の記憶装置を持ち高速Ａ／Ｄボード25及びデジタルＩ／Ｏボード26からの信号を処理して記憶装置へ保存する。
【００６６】
コンピュータ23には報知手段となるアラーム34が設けられており、検知手段を兼ねる超音波探触子３により測定された探傷エコー波形が図16に示すチェックレベル閾値ａに達しない場合にはアラーム34により測定不能を報知し、検出レベル閾値ｂを超えた場合にはアラーム34により傷が検出されたことを報知する。
【００６７】
即ち、演算・探傷表示部28はロータリーエンコーダ４から得られる出力信号と、超音波探傷器29から得られる出力信号とを記録し、入力された超音波の応答時間の監視範囲における出力値が、予め設定された検出閾値となる検出レベル閾値ｂを超えた場合に当該入力信号は割れ信号と判定する。
【００６８】
拡張Ｉ／Ｆ部27は、カウンタボード30、高速Ａ／Ｄボード25及びデジタルＩ／Ｏボード26をセットするためのボックスであり、高速Ａ／Ｄボード25、デジタルＩ／Ｏボード26及びカウンタボード30は、全てＩＳＡバス用であるため、ＩＳＡバスを持たないノートＰＣで使用する際には、拡張Ｉ／Ｆ部27が必要となる。拡張Ｉ／Ｆ部27をノートＰＣに接続するためには、ノートＰＣのＰＣカードスロットを使用する。また、拡張Ｉ／Ｆ部27を用いずに高速Ａ／Ｄ，Ｉ／Ｏ，カウンタをマイコン基板としてＵＳＢ（ユニバーサル・シリアス・バス）接続する方法もある。
【００６９】
カウンタボード30は、ロータリーエンコーダ４からの測長パルスをカウントするためのボードであり、ノートＰＣのＣＰＵに負荷をかけずにボード側でカウントする。ノートＰＣ側からは、任意のタイミングでそのカウント値を取得出来る。
【００７０】
高速Ａ／Ｄボード25は、超音波探傷器29のアナログ波形出力（０Ｖ〜５Ｖの電圧）を高速で８ビットのデジタル値へ変換するボードであり、約２ＭＨｚの受信波形を２０ＭＨｚの速さで変換する（１波長あたり約１０回の変換）。
【００７１】
デジタルＩ／Ｏボード26は、超音波探傷器29とノートＰＣ等のコンピュータ23との間の通信のために使用するものであり、電圧（０Ｖ、或いは５Ｖ）の高低により０または１の信号としてコマンドとデータを各々８ビットの信号として通信する。
【００７２】
超音波探傷器29は、超音波探触子３へのパルス信号の送信及びその反射エコーの受信の機能を持ち、反射エコーは、アナログ波形として出力する。受信エコーのゲイン設定は、デジタルＩ／Ｏボード26を介してノートＰＣ等のコンピュータ23から行う。
【００７３】
図５はデータ処理を行なう制御系の構成を示すブロック図であり、図13に示すフローチャートに従って探傷データを処理し、図14に示すフローチャートに従って傷検出処理が行なわれる。
【００７４】
即ち、タンク鋼板作図ソフトで作成した図面を使用し、図15に示すように、タンク内の測定箇所を図面中に表示出来る。検出レベル閾値ｂを超えた超音波信号はロータリーエンコーダ４により得られた位置情報に合わせて閾値区分に色分けされ、割れ情報として図15に示すような２次元平面上に表示される。
【００７５】
探傷波形はＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換し、デジタル値で波形を保存する。図16に示す切取レベル閾値ｃを超える超音波信号を２次元平面上に表し、画像処理として２値化後、連結成分処理を行ない、検出レベル閾値ｂを超えた成分について傷の長さと位置を自動計算して表示する。
【００７６】
図16（ａ），（ｂ）中に示す監視範囲領域では、超音波信号は前述した閾値により区分して任意の色分け表示を行なう。一方、監視範囲以外の波形取り込み範囲については図17に示すように、図16（ａ），（ｂ）に示す超音波信号のエコー高さに応じた２５６階調の濃淡表示が可能であれば好ましい。
【００７７】
図15中、ファイルＮｏ８は、「α」で示す底板No24と底板No28との間の溶接ビード18の検査データを示しており、表示欄35はその傷長さを表示した一例である。
【００７８】
そして、演算・探傷表示部28は上記のように抽出された傷の位置に基づいて図15に示すように割れの検出位置をタンク鋼板の図面上に合わせて表示し、紙等の出力媒体に出力する。
【００７９】
超音波探傷器29のＲＦ出力から得られるアナログ波形信号を高速Ａ／Ｄボード25によりＡ／Ｄ変換し、コンピュータ23に取り込む。取り込むサイクルは超音波探傷器29のＳＹＮＣ信号に同期する。取り込みの時にカウンタボード30から得られるエンコーダの測長カウントを処理し、走行台車２の移動距離を取得する。移動距離が１mm進む毎に超音波探傷器29のＲＦ出力から得られるアナログ波形をコンピュータ23のメモリに保存する。探傷を終了させた時にコンピュータ23のメモリに保存した波形データを該コンピュータ23のハードディスクに保存する。
【００８０】
水供給部31は、水タンク32とポンプ12及び電磁弁33を有している。電磁弁33の開閉とポンプ12の起動・停止は、走行台車２に設けられた測定開始・終了のスイッチ信号が、測定部21の図示しないコンピュータに伝えられ、このコンピュータの指示に基づいて行われる。
【００８１】
子台車16に搭載された超音波探触子３は、一定の位置関係の下に走行台車２に取り付けられているため、走行台車２内の一箇所の位置がタンク底鋼板とどのような位置関係となるかが判れば、子台車16内の超音波探触子３の探傷している位置が、タンク底鋼板のどの位置に相当するかが判る。
【００８２】
従って、走行台車２に走行距離を測定するロータリーエンコーダ４を取り付けて、タンク底鋼板の特定位置からの走行距離を把握することで、走行中の超音波探触子３の探傷位置がタンク底鋼板のどの位置に相当するかをリアルタイムで特定することが出来、特定位置の探傷エコー波形を検出することが出来る。
【００８３】
従って、超音波探触子３による探傷エコー波形及びロータリーエンコーダ４の検出値を組み合わせることで、タンク底鋼板内の特定位置の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷の様子を検査することが出来る。
【００８４】
また、位置と探傷エコー波形との関係を画面上に表示すると、タンク底鋼板の全体に亘って溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷の様子を把握することが出来る。
【００８５】
実際の溶接検査では、測定者は、タンク底鋼板上のあらかじめ決められた溶接ビード18上の経路に沿って、走行用レール５を敷設し、走行台車２を自走により走行させて測定を行う。
【００８６】
走行台車２の走行速度は、測定データの処理速度を考慮して決定され、通常は１０mm／秒〜２００mm／秒の走行速度で測定を行っている。尚、本実施形態では、走行台車２を走行用レール５に沿って走行する自走式としたが、走行用レール５の代りに走行誘導用センサを配置して溶接ビード18に沿って走行する自走式としても良いし、把手22を把持して走行させる手押し式としても良い。
【００８７】
本実施形態の一例としては、超音波探触子３として、幅３．０mm、長さ６．０mmの縦割れ18ａ，18ｂ及び横割れ18ｃが検出出来る能力を有するものを採用し、ロータリーエンコーダ４として、測長精度が０．１％で、前進、後退の距離測定が出来るものを使用している。
【００８８】
超音波探触子３により探傷したエコー波形データは、走行台車２に設けられたロータリーエンコーダ４のカウントを例えば１mm毎に取得し、探傷と同時に、このエコー波形データを取得位置に応じたエコー高さによる２５６階調の白黒濃淡表示（Ｃスコープ表示）させることにより縦割れ18ａ，18ｂ及び横割れ18ｃの評価を行なう。更に上記１mm毎に取得したエコー波形データをロータリーエンコーダ４の位置検出情報と共にファイル保存する。
【００８９】
図17に例示したように、エコー高さの大きい所は黒く表示され、エコー高さの小さい所は白く表示されるため、縦割れ18ａ，18ｂ及び横割れ18ｃの２次元的な分布状況が把握出来、溶接ビード18による形状エコー等のノイズと識別が容易になり、縦割れ18ａ，18ｂ及び横割れ18ｃの判断が正確に出来る。
【００９０】
超音波探触子３のパルス繰り返し周波数は１ｋＨｚであり、１mm毎に取得したエコー波形データにより測定対象とする傷長さの十分な検出効果がある。
【００９１】
次に、本発明に係る溶接検査装置１を円筒タンクの溶接検査に適用した場合について説明する。測定の内容は、初期条件設定、測定条件設定、測定方法、測定結果表示に分けられる。
【００９２】
先ず、初期条件設定として、タンク内径、アニュラ板の枚数、底鋼板基本板のサイズを演算・探傷表示部28のコンピュータ23に入力する。コンピュータ23は入力データに基づき、アニュラ板の作図と、底鋼板全体を縦又は横に分割し、分割された領域の各々をさらに分割しながら底鋼板板割図を作成する。分割された領域には、自動的に番号が付けられる。
【００９３】
次に測定条件設定として、底鋼板板割図より測定を行う溶接ビード18が形成された板の番号を選択し、その溶接ビード18に沿って走行用レール５を敷設する。選択した番号の板に形成される溶接ビード18について測定時の原点、測定開始点及び測定方向を決定し、入力する。
【００９４】
次に測定方法として、測定開始位置に走行台車２の基準点を一致させて、測定開始スイッチを入れ、走行台車２を１０mm／秒〜２００mm／秒の速度で測定方向に自走させる。走行台車２は溶接ビード18に沿って走行用レール５上を自走する。
【００９５】
走行台車２が測定する溶接ビード18の終点に到達した時点で測定終了スイッチを入れる。
【００９６】
底鋼板板割図より次に測定を行う溶接ビード18が形成された板の番号を選択し、必要に応じて走行用レール５の敷設位置を変更して測定を行い、底鋼板板割図において、すべての溶接ビード18の溶接検査が終了したとき、タンク底板全体の溶接検査が終了したことになる。
【００９７】
図９〜図12に示すように、各超音波探触子３により探傷されたエコー波形をノートＰＣ等のコンピュータ23のディスプレイに表示し、図15及び図16に示すようにタンク鋼板の図面上に合わせて割れの検出位置を表示し、更に図17に示すように得られた探傷エコー波形のエコー高さを濃淡で表現して、ノートＰＣ23のディスプレイに表示する。また、必要に応じて、それ等の画面表示内容を白黒或いはカラープリンターにより出力出来る。
【００９８】
図９（ａ）は重ね溶接部で溶接ビード18の左端部に形成された縦割れ18ａを２ＣＨの超音波探触子３で探傷した探傷エコー波形を示し、図９（ｂ）は縦割れ18ａが無い場合の健全部の探傷エコー波形を示して両者を比較したものである。
【００９９】
図９（ａ）の探傷エコー波形において、最初に現れるピーク波形Ａが縦割れ18ａの探傷エコー波形である。また、図９（ｂ）に示すように健全部であっても溶接ビード18の形状等によりノイズとしてエコー波形が形成される。
【０１００】
図10（ａ）は同じく重ね溶接部で溶接ビード18の右端部に形成された縦割れ18ｂを１ＣＨの超音波探触子３で探傷した探傷エコー波形を示し、図10（ｂ）は縦割れ18ｂが無い場合の健全部の探傷エコー波形を示して両者を比較したものである。
【０１０１】
図10（ａ）の探傷エコー波形において、最初に現れるピーク波形Ｂが縦割れ18ｂの探傷エコー波形である。また、図10（ｂ）に示すように健全部であっても溶接ビード18の形状等によりノイズとしてエコー波形が形成される。
【０１０２】
図11（ａ）は同じく重ね溶接部で溶接ビード18の中央部に形成された縦割れ18ａを２ＣＨの超音波探触子３で探傷した探傷エコー波形を示し、図11（ｂ）は縦割れ18ａが無い場合の健全部の探傷エコー波形を示して両者を比較したものである。
【０１０３】
図11（ａ）の探傷エコー波形において、最初に現れるピーク波形Ｃが縦割れ18ａの探傷エコー波形である。また、図11（ｂ）に示すように健全部であっても溶接ビード18の形状等によりノイズとしてエコー波形が形成される。
【０１０４】
図11（ｂ）に示す健全部の探傷エコー波形は、比較的大きなピーク値を有するノイズとしてのピーク波形Ｎが示されているが、図９（ａ），図10（ａ），図11（ａ）では縦割れ18ａを探傷したエコーのピーク波形Ａ，Ｂ，Ｃに続いて溶接ビード18の形状等によるノイズとしてのピーク波形Ｎが現れるので判別が容易である。
【０１０５】
また、このような比較的大きなピーク値を有するノイズとしてのピーク波形Ｎが現れるため、本実施形態では溶接ビード18を境界としてその両側に夫々一対の送信子Ｔと受信子Ｒとを配置した１ＣＨ，２ＣＨの超音波探触子３により溶接ビード18の左右片側ずつを探傷するように構成している。
【０１０６】
図12（ａ）は重ね溶接部で溶接ビード18に形成された横割れ18ｃを３ＣＨの超音波探触子３で探傷した探傷エコー波形を示し、図12（ｂ）は横割れ18ｃが無い場合の健全部の探傷エコー波形を示して両者を比較したものである。
【０１０７】
図12（ａ）の探傷エコー波形において、最初に現れるピーク波形Ｄが横割れ18ｃの探傷エコー波形である。また、図12（ｂ）に示すように健全部であっても溶接ビード18の形状等によりノイズとしてエコー波形が形成される。
【０１０８】
図17は図９（ａ）に示す縦割れ18ａと、図11（ａ）に示す縦割れ18ａが連続して形成され、２ＣＨの超音波探触子３により探傷したものであり、これ等の探傷エコー波形のエコー高さをロータリーエンコーダ４により得られた位置情報と合わせて２５６階調の白黒濃淡で表現した場合の模式図の一例である。図中、Ｅは溶接ビード18の左端部に形成された縦割れ18ａに対応する濃淡表示であり、Ｆは溶接ビード18の中央部に形成された縦割れ18ａに対応する濃淡表示である。その他の部分は健全部に対応する濃淡表示である。
【０１０９】
尚、前記実施形態ではタンクの底板鋼板に適用した場合の一例を示したが、タンクの側板を前述の従来例で示されたように磁力等により吸着して自走するように走行台車２を構成し、鉛直方向に走行して同様に側板鋼板の溶接ビード18に沿って走行して表面が被覆された側板鋼板の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を検査するように構成することでも良い。
【０１１０】
尚、前記実施形態では、具体的な数値を用いて説明したが、本発明は、これ等の数値に限定されるものではない。
【０１１１】
【発明の効果】
本発明は、上述の如き構成と作用とを有するので、タンク鋼板表面の被覆上から溶接検査が出来る装置を提供することが出来る。
【０１１２】
即ち、本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置によれば、クリーピング波法により探傷する複数個の超音波探触子を利用して、タンク鋼板の表面が被覆された状態で溶接ビードの方向の縦割れ及び該溶接ビードの方向と交差する方向の横割れを一度に且つ正確に探傷することが出来る。
【０１１３】
また、溶接ビードに沿って表面に被覆を有するタンク鋼板上を走行する走行台車に設けられた各超音波探触子で溶接ビードの方向の縦割れ及び該溶接ビードの方向と交差する方向の横割れを走行台車の走行動作に応じてクリーピング波法により随時一度に探傷すると共に、各超音波探触子により探傷された部位の位置情報を走行台車に設けられた位置検出手段により走行台車の走行動作に応じて随時検出し、超音波探触子の出力を超音波探傷器を介して探傷情報と位置情報とを関連付けて、演算・探傷表示手段により表示・出力することで、タンク鋼板の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を自動的に且つ正確に検査することが出来る。
【０１１４】
また、走行台車がレール上を走行し、超音波探触子が該走行台車に片持ち支持された場合には、走行台車がレール上を走行することで直進性能が確保され、検査精度を向上することが出来る。また、超音波探触子を走行台車に対して片持ち支持させたことで溶接ビードを跨ぐ装置構成と比較して装置の幅方向の小型化が図れ、タンクの隅部の狭い部位の検査にも有利である。
【０１１５】
また、溶接ビードの方向の縦割れをクリーピング波法により探傷する超音波探触子として、該溶接ビードを境界としてその両側に夫々一対の送信子と受信子とを配置した場合には、溶接ビードを境界とした夫々の側から溶接ビード中央部までを超音波探触子の探傷範囲として別々に探傷することで溶接ビードの形状によるエコーの影響を避けることが出来、溶接ビードの方向の縦割れの有無を正確に検出することが出来る。
【０１１６】
また、上記送信子と受信子とを溶接ビードを挟んで線対称に配置した場合には、溶接ビードを境界としてその両側に配置された一対の送信子と受信子において、他対の送信子から発せられたクリーピング波を受信子が受信して誤検出する虞がない。
【０１１７】
また、溶接ビードの方向と交差する方向の横割れをクリーピング波法により探傷する超音波探触子として、該溶接ビードを境界としてその片側に送信子を配置し、もう片側に受信子を対称に配置した場合には、送信子から送信した超音波が溶接ビードの方向と交差する方向の横割れから反射して返るエコーを溶接ビードを挟んで対称に配置した受信子により受信し、傷の有無を正確に検出することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置の構成を示す平面図である。
【図２】 本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置の構成を示す側面図である。
【図３】 本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置の構成を示す前面図である。
【図４】 本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置の各部の構成を示すブロック図である。
【図５】 データ処理を行なう制御系の構成を示すブロック図である。
【図６】 ３チャンネルの超音波探触子の配置構成を示す平面説明図である。
【図７】 （ａ），（ｂ）は突合せ溶接部における縦割れ、横割れの探傷の様子を示す図である。
【図８】 （ａ），（ｂ）は重ね溶接部における縦割れ、横割れの探傷の様子を示す図である。
【図９】 （ａ）は溶接部或いはその熱影響部の表面に発生した各種傷を探傷した際の探傷エコー波形を示す図、（ｂ）は健全部で溶接ビード形状等により形成されるエコー波形を示す図である。
【図10】 （ａ）は溶接部或いはその熱影響部の表面に発生した各種傷を探傷した際の探傷エコー波形を示す図、（ｂ）は健全部で溶接ビード形状等により形成されるエコー波形を示す図である。
【図11】 （ａ）は溶接部或いはその熱影響部の表面に発生した各種傷を探傷した際の探傷エコー波形を示す図、（ｂ）は健全部で溶接ビード形状等により形成されるエコー波形を示す図である。
【図12】 （ａ）は溶接部或いはその熱影響部の表面に発生した各種傷を探傷した際の探傷エコー波形を示す図、（ｂ）は健全部で溶接ビード形状等により形成されるエコー波形を示す図である。
【図13】 探傷データを処理するフローチャートである。
【図14】 傷を検出処理するフローチャートである。
【図15】 実際のタンク鋼板の傷を検査して表示した様子を示す図である。
【図16】 探傷エコー波形により測定不能或いは傷検出を判定する閾値の構成を示す図で、（ａ）は縦割れ検出結果、（ｂ）は横割れ検出結果を夫々示す図である。
【図17】 得られた探傷エコー波形のエコー高さを濃淡で表現した一例を示すである。
【符号の説明】
１…溶接検査装置
２…走行台車
３…超音波探触子
４…ロータリーエンコーダ
５…走行用レール
６…ＤＣモータ
７…駆動車輪
８…ＤＣ電源
９，10…走行ガイド車輪
11…バランス車輪
12…ポンプ
13…プローブユニットクランプレバー
14…プローブユニット高さ調整機構
15…プローブユニット距離調整機構
16…子台車
17…ジンバル機構
18…溶接ビード
18ａ，18ｂ…縦割れ
18ｃ…横割れ
19…スピードコントローラ
20…ケーブルコネクタ
21…測定部
22…把手
23…コンピュータ
24…塗装
25…高速Ａ／Ｄボード
26…デジタルＩ／Ｏボード
27…拡張Ｉ／Ｆ部
28…演算・探傷表示部
29…超音波探傷器
30…カウンタボード
31…水供給部
32…水タンク
33…電磁弁
34…アラーム
35…表示欄
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｎ…ピーク波形
Ｔ，Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3…送信子
Ｒ，Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3…受信子
ａ…チェックレベル閾値
ｂ…検出レベル閾値
ｃ…切取レベル閾値
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に被覆を有するタンク鋼板の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を検査するタンク鋼板の溶接検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、屋外タンクでは、消防法に従ってタンク鋼板の溶接部やその熱影響部の表面に発生する傷を検査することが行なわれている。従来の検査方法としてはタンク鋼板の表面に被覆された塗膜等をサンドブラスト等により剥離した後、浸透探傷法或いは磁粉探傷法による検査を実施し、傷が発生した部位に形成される浸透指示模様或いは磁粉模様を目視観察することによりタンク鋼板の溶接部やその熱影響部の表面に発生する傷を検査していた。
【０００３】
一方、大型鋼構造物の表面を走行する探傷装置が特開平10-288610号公報（以下、「公知例」という）により提案されている。この装置によれば、探傷作業前の溶接部付近の塗装や錆等を除去するグラインダー掛け、超音波探触子による溶接部の探傷、塗料スプレーノズルから噴射される塗料によって再塗装を行なうことが出来るとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来例において、浸透探傷法或いは磁粉探傷法による検査では、その原理、性能上、塗膜の除去が必須条件となっている。また、傷が発生した部位に形成される浸透指示模様或いは磁粉模様を検査員が目視観察しているが、人間による目視検査に頼っているため環境や実施条件（照度、電源、技量、目疲れ）による傷の検出漏れや見逃しが発生する虞があった。
【０００５】
また、浸透探傷法或いは磁粉探傷法による検査では、探傷作業は検査員の手作業で実施され、しかも割れ等の傷以外に打ち傷や浅いアンダーカット等が検出されるため、それ等を判別するための検査経験や技量が求められ、ことのほか検査及び補修作業に手間と時間がかかっていた。
【０００６】
また、検査に先立って、タンク鋼板の表面に被覆された塗膜等をサンドブラスト等により剥離しなければならず、剥離作業や剥離粉末の清掃作業や、更には検査後に再度タンクの表面に塗膜等を被覆して復元する作業に手間と時間がかかり、検査以外にかかるコストが増大するといった問題があった。
【０００７】
また、前述した公知例においてもグラインダー掛けにより鋼板表面の塗料や錆を剥離するため剥離作業に時間がかかり、剥離粉末の清掃作業に手間と時間がかかるという問題があった。
【０００８】
一方、平成12年８月「消防危第９３号」の消防法の改正により、タンク鋼板の溶接部検査をタンク鋼板表面の被覆上から検査する方法が認められたものの、技術的な困難性から十分な検査性能を期待出来る検査方法や検査装置の提案がなされていないのが現状である。
【０００９】
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、タンク鋼板表面の被覆上から溶接部やその熱影響部の検査が出来る装置を提供するものであり、更にこの装置は従来の浸透探傷や磁粉探傷のような人的技量や探傷条件に左右される検査品質の不確定部分を排除し、安定的且つ正確に探傷することで、従来よりも検査品質の均一性と検出精度を向上させることが出来る装置を提供せんとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置は、表面に被覆を有するタンク鋼板の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を検査するタンク鋼板の溶接検査装置であって、表面に被覆を有するタンク鋼板上を走行する走行台車を有し、前記走行台車はレール上を前進走行する前進走行機能及び／または後退走行する後退走行機 能を有し、前記走行台車にプローブユニットが片持ち支持して設けられ、前記プローブユニットは、溶接ビードの方向の縦割れ及び該溶接ビードの方向と交差する方向の横割れをクリーピング波法により探傷する少なくとも３つ以上の超音波探触子を有し、前記溶接ビードの方向の縦割れをクリーピング波法により探傷する２つの超音波探触子は、該溶接ビードを境界としてその両側に夫々一対の送信子と受信子とが線対称に配置されるように第１、第２の子台車にそれぞれ搭載され、前記溶接ビードの方向と交差する方向の横割れをクリーピング波法により探傷する１つの超音波探触子は、該溶接ビードを境界としてその片側に送信子が配置される第３の子台車と、もう片側に受信子が配置される第４の子台車とで搭載され送信子と受信子が対称に配置され、前記送信子と前記横割れとを結ぶ直線と、該横割れと前記受信子とを結ぶ直線との角度が７５度以上、且つ８５度以下となるように配置されてなり、前記第１〜第４の子台車は、前記超音波探触子の接触面がタンク鋼板の凹凸に対して追従可能とするジンバル機構を介して前記プローブユニットに支持され、更に前記超音波探触子と溶接ビードとの間の距離を可変可能にするプローブユニット距離調整機構と、前記超音波探触子の配置高さを可変可能にするプローブユニット高さ調整機構と、前記走行台車に設けられ、前記超音波探触子により探傷された部位の位置情報を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段からの出力と、前記超音波探触子からの出力とからエコー波形とタンク鋼板内の位置との関係を表示・出力する演算・探傷表示手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
ここで、タンク鋼板の表面が被覆された状態で探傷する方法として、斜角法、表面波法、クリーピング波法が考えられる。
【００１２】
斜角法では、１回反射法で検出出来るものの底板裏面側の腐食の影響を受け、これが検出性能に大きな影響を与えるためタンク鋼板の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を安定的且つ正確に検査するのは困難である。
【００１３】
一方、鋼板の表面近傍を伝搬する超音波として、表面波（レーリー波）、表面ＳＨ波、クリーピング波が存在する。
【００１４】
表面波（レーリー波）は、表面下１波長程度にそのエネルギーが集中しており、表面の形状が変化している場合にもその表面に沿って伝搬し、鋼板の内部には伝わらない。従って、鋼板表面の凹凸の影響が著しく、溶接ビードのように表面が粗い場合には減衰が著しく、特にタンク溶接部のようにビード幅が広く、溶接余盛の平滑仕上げをしていない対象物に対しては傷の検出が困難となる。
【００１５】
また、表面ＳＨ波は、水平偏波させた横波を振動子で発生させ、くさびを介して９０度方向に横波（ＳＨ波）を伝搬させるものであり、表面ＳＨ波探触子はくさび中を横波が伝搬して、そのまま鋼板中に横波を通過させる構造になっているため、くさびと鋼板との間に粘性の高い特殊な接触溶質を使用する必要があり、エコーを安定させるために一定の時間を要するため、探触子の走査性が悪いという問題がある。
【００１６】
また、上記各表面波法では被覆による感度の減衰の影響を受け易く、傷の大きさとエコー高さとの関係に定量性が無いため検出したエコー波形から直ちに傷の大きさを知得することが困難である。
【００１７】
クリーピング波は、縦波臨界付近で発生する縦波表面波であり、入射角を縦波臨界角にしたとき、屈折角９０度方向に縦波成分をもって伝搬する波で、鋼板の表面直下を直進する。鋼板の表面形状が変化している場合も略直進し、表面の凹凸の影響は少ない。
【００１８】
一般的な表面波が鋼板表面のみを伝搬するのに対して、クリーピング波は鋼板内部にも分布して伝搬するため、従来の横波斜角探傷と比べて超音波の屈折角の大きな範囲で探傷が可能であり、鋼板の表面近傍の傷を検出することが出来る。また、板厚の薄い鋼板の探傷にも有効である。
【００１９】
また、クリーピング波法では、被覆による感度の減衰の影響が少なく、傷の大きさとエコー高さとの関係に定量性があるため検出したエコー波形から直ちに傷の大きさを知得することが容易である。
【００２０】
上記理由から、本発明のタンク鋼板の溶接検査装置における超音波探傷方法として、タンク鋼板表面に被覆を施した状態で、該タンク鋼板の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を検査する場合ではクリーピング波法を適用するのが最適である。
【００２１】
特に、超音波探触子の周波数を２ＭＨｚ以下程度に設定しておくことで、被覆による感度の減衰の影響を小さくすることが出来る。
【００２２】
本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置によれば、クリーピング波法により探傷する複数個の超音波探触子を利用して、タンク鋼板の表面が被覆された状態で溶接ビードの方向の縦割れ及び該溶接ビードの方向と交差する方向の横割れを一度に且つ正確に探傷することが出来る。
【００２３】
上記構成によれば、溶接ビードに沿って表面に被覆を有するタンク鋼板上を走行する走行台車に設けられた各超音波探触子で溶接ビードの方向の縦割れ及び該溶接ビードの方向と交差する方向の横割れを走行台車の走行動作に応じてクリーピング波法により随時一度に探傷すると共に、各超音波探触子により探傷された部位の位置情報を走行台車に設けられた位置検出手段により走行台車の走行動作に応じて随時検出し、超音波探触子の出力を超音波探傷器を介して探傷情報と位置情報とを関連付けて、演算・探傷表示手段により表示・出力することで、タンク鋼板の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を自動的に且つ正確に検査することが出来る。
【００２４】
また、前記走行台車がレール上を前進走行する前進走行機能及び／または後退走行する後退走行機能を有し、前記超音波探触子がプローブユニットに支持され、該プローブユニットが該走行台車に片持ち支持され、該プローブユニットは前記超音波探触子と溶接ビードとの間の距離を可変可能にするプローブユニット距離調整機構と複数の超音波探触子を夫々独立して配置高さを可変可能にするプローブユニット高さ調整機構及び該超音波探触子の接触面がタンク鋼板の凹凸に対して追従可能とするジンバル機構を有する場合には、走行台車がレール上を走行することで直進性能が確保され、検査精度を向上することが出来る。また、走行台車による超音波探触子の保持方法として片持式とすることで溶接ビードを跨ぐ装置構成と比較して装置の幅方向の小型化が図れ、溶接ビード近傍の障害物を回避して検査出来るので、タンク隅部近傍の検査にも有利である。
【００２５】
プローブユニット距離調整機構及びプローブユニット高さ調整機構及びジンバル機構により溶接ビードと超音波探触子との距離を一定に保ちつつスムーズな走行を行なうことが出来、特に１本のレールに沿って走行台車を走行させれば好ましい。
【００２６】
表面に被覆を有するタンク鋼板の溶接部の代表的な溶接形状には突き合わせ溶接と、重ね溶接があるが、溶接形状の何れにも対応して溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を検出可能にするために溶接ビードを境界にして両側の超音波探触子の高さを調整出来る。
【００２７】
また、走行台車に前進走行機能及び後退走行機能の両方向走行機能を持たせることで、同一溶接部の繰り返し検査を容易に行なうことが出来、更にはタンクの端で走行台車をレールから脱離して進行向きを変更したり、走行台車をレールから脱離して検査始点側に持ち運んで配置し直す必要がなく、測定部と表示部との間に引き回された電源ケーブルや信号ケーブルの捌きもスムーズに出来る。
【００２８】
また、前記溶接ビードの方向の縦割れをクリーピング波法により探傷する超音波探触子として、該溶接ビードを境界としてその両側に夫々一対の送信子と受信子とを配置した場合には、溶接ビードを境界とした夫々の側から溶接ビード中央部までを超音波探触子の探傷範囲として別々に探傷することで溶接ビードの形状によるエコーの影響を避けることが出来、溶接ビードの方向の縦割れの有無を正確に検出することが出来る。
【００２９】
また、縦割れを検出しようとする超音波探触子の前記送信子と前記受信子とを前記溶接ビードを挟んで線対称に配置した場合には、溶接ビードを境界としてその両側に配置された一対の送信子と受信子において、他対の送信子から発せられたクリーピング波を受信子が受信して誤検出する虞がない。従って、溶接ビードの方向の縦割れをクリーピング波法により探傷する際にクリーピング波の干渉作用を防止することが出来る。
【００３０】
また、前記溶接ビードの方向と交差する方向の横割れをクリーピング波法により探傷する超音波探触子として、該溶接ビードを境界としてその片側に送信子を配置し、もう片側に受信子を対称に配置した場合には、送信子から送信した超音波が溶接ビードの方向と交差する方向の横割れから反射して返るエコーを溶接ビードを挟んで対称に配置した受信子により受信し、傷の有無を正確に検出することが出来る。
【００３１】
また、前記演算・探傷表示手段は、前記位置検出手段から得られる出力信号と、前記超音波探触子から得られる出力信号とを記録し、入力された超音波の応答時間の監視範囲における出力値が、予め設定された検出閾値を超えた場合に当該入力信号は割れ信号と判定し、前記検出閾値を超えた超音波信号は、前記監視範囲領域では前記位置検出手段により得られた位置情報に合わせて閾値区分に色分けされ、割れ情報として２次元平面上に表示され、前記監視範囲以外についてはエコー高さに応じた白黒濃淡表示されることにより縦割れ及び横割れの評価を行い、前記位置情報に基づき２次元平面上に表した前記監視範囲領域の超音波信号を切取閾値を基準として２値化及び画像処理し、その結果から進行方向の傷長さを算出すると共に、前記検出閾値を超えた超音波信号に基づいて前記位置検出手段により得られた位置情報により割れの検出位置をタンク鋼板の図面上に合わせて表示し、出力媒体に出力するように構成すれば好ましい。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図により本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置の一実施形態を具体的に説明する。図１は本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置の構成を示す平面図、図２は本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置の構成を示す側面図、図３は本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置の構成を示す前面図である。
【００３３】
図４は本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置の各部の構成を示すブロック図、図５はデータ処理を行なう制御系の構成を示すブロック図、図６は３チャンネルの超音波探触子の配置構成を示す平面説明図、図７（ａ），（ｂ）は突合せ溶接部における縦割れ、横割れの探傷の様子を示す図、図８（ａ），（ｂ）は重ね溶接部における縦割れ、横割れの探傷の様子を示す図である。
【００３４】
図９〜図12において、各図（ａ）は溶接部或いはその熱影響部の表面に発生した各種傷を探傷した際の探傷エコー波形を示す図、各図（ｂ）は健全部で溶接ビード形状等により形成されるエコー波形を示す図、図13は探傷データを処理するフローチャート、図14は傷を検出処理するフローチャート、図15は実際のタンク鋼板の傷を検査して表示した様子を示す図、図16は探傷エコー波形により測定不能或いは傷検出を判定する閾値の構成を示す図であり、図16（ａ）は縦割れ検出結果、図16（ｂ）は横割れ検出結果を夫々示す図、図17は得られた探傷エコー波形のエコー高さを濃淡で表現した一例を示すである。
【００３５】
本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置１は、表面が塗装24等により被覆されたタンク鋼板の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を自走式で検査することが出来るように構成されたものである。
【００３６】
図１〜図４において、溶接検査装置１は、表面に被覆を有するタンク鋼板上を走行する走行台車２と、該走行台車２に搭載され、タンク鋼板の溶接ビード18の方向の縦割れ、及び該溶接ビード18の方向と交差する方向の横割れをクリーピング波法により探傷する少なくとも３つ以上の超音波探触子３と、同じく走行台車２に搭載され、超音波探触子３により探傷された部位のタンク内の位置情報を検出する位置検出手段となるロータリーエンコーダ４とを有して構成されている。
【００３７】
走行台車２は表面に被覆を有するタンク鋼板上に溶接ビード18に沿って敷設された走行用レール５上を前進走行或いは後退走行し得るように構成されており、ＤＣ（直流）電源８から電力が供給されるＤＣ（直流）モータ６により回転駆動される駆動車輪７と、大小の走行ガイド車輪９，10と、バランス車輪11が１本の走行用レール５に沿って回転走行する。
【００３８】
ＤＣモータ６はスピードコントローラ19により回転駆動が制御され、これによって走行台車２の走行開始、走行停止及び速度制御、並びに前進、後退の制御が行なわれる。
【００３９】
走行ガイド車輪10の回転部にはロータリーエンコーダ４が取り付けられており、該ロータリーエンコーダ４により検出される位置情報によりタンク内の超音波探触子３の各探傷位置が検出されるようになっている。
【００４０】
また、走行台車２には、水供給部31が設けてあり、水タンク32に収容された水をポンプ12により汲み上げ、電磁弁33を制御することで、表面に被覆を有するタンク鋼板と、超音波探触子３との間に水を供給して満たし、これにより超音波探触子３による超音波感度の減衰を防止している。
【００４１】
図１〜図３に示すように、超音波探触子３はプローブユニットを兼ねる子台車16により支持されており、該子台車16はジンバル機構17を介して走行台車２に片持ち支持された構成となっており、走行台車２の本体に設けられたプローブユニットクランプレバー13を作動させることで、水供給部31により供給された水を介在させて表面に被覆を有するタンク鋼板の溶接部或いはその熱影響部を探傷する位置に下降してセットしたり、上昇して退避させたりすることが出来るようになっている。
【００４２】
図中、14は複数の超音波探触子３を夫々独立してその配置高さを微調整するプローブユニット高さ調整機構であり、該プローブユニット高さ調整機構14及びジンバル機構17により超音波探触子３の高さを適宜調整することにより、図７に示すようなタンク鋼板の突き合わせ溶接部の探傷及び図８に示すようなタンク鋼板の重ね合わせ溶接部の探傷の両方に対応出来るようになっている。また、15は超音波探触子３の溶接ビード18に対する離間距離を微調整するプローブユニット距離調整機構である。
【００４３】
一般に、タンク底鋼板は、完全な平面ではなく、上板と下板との重ね溶接により「うねり」を有しており、更に局所的にはタンク底鋼板の各つなぎ目部分の溶接箇所等に凹凸が存在する。
【００４４】
このようなタンク底鋼板のうねりや局所的な凹凸に対して、各超音波探触子３を搭載した４台の子台車16が完全に追従して移動出来るように該子台車16はジンバル機構17を介して走行台車２に取り付けられている。
【００４５】
超音波探触子３が搭載された子台車16は、ジンバル機構17を介して走行台車２に取付けられたことで、超音波探触子３の探触面が、常にタンク底鋼板のうねりや局所的な凹凸に対して、完全に追従する動きとなることを保証している。
【００４６】
子台車16は子台車フレームに子台車車輪が取付けられた構造を有し、超音波探触子３は子台車フレームの中央部にタンク底鋼板との間に常に一定の隙間が設けられるように取付けられる。
【００４７】
各子台車16には超音波探触子３とタンク底鋼板との間の超音波伝達を効率良く行うために走行台車２に設けられた図示しない水供給用分岐を経由して水が各子台車16に図示しない配管を通って供給され、各子台車16に供給された水は、子台車16に設けられた図示しない水供給用の孔から超音波探触子３とタンク底鋼板との隙間に常に存在するように供給される。
【００４８】
また、走行台車２の走行距離を測定することで超音波探触子３の探傷位置を検出するロータリーエンコーダ４は、走行台車２の走行ガイド車輪10の動きと同期して回転するように取り付けられている。
【００４９】
本実施形態における超音波探触子３の第１チャンネル（以下、「１ＣＨ」という）と、第２チャンネル（以下、「２ＣＨ」という）は、図６に示すように、溶接ビード18の方向の縦割れ18ａ，18ｂをクリーピング波法により探傷する超音波探触子３として、溶接ビード18を境界として、その両側に夫々一対の送信子Ｔと受信子Ｒとを配置している。
【００５０】
超音波探触子３の１ＣＨと２ＣＨでは、一対の送信子Ｔと受信子Ｒとを有する２振動子型探触子を使用して反射型探触子として構成している。
【００５１】
即ち、図６の溶接ビード18の右側に配置された一対の送信子Ｔ1と受信子Ｒ1とが第１チャンネルを構成し、該溶接ビード18の左側に配置された一対の送信子Ｔ2と受信子Ｒ2とが第２チャンネルを構成し、これ等の第１、第２チャンネルの超音波探触子３により溶接ビード18の方向の縦割れ18ａ，18ｂをクリーピング波法により探傷する。
【００５２】
本実施形態では、図６に示すように、第１チャンネルの送信子Ｔ1と受信子Ｒ1と、第２チャンネルの送信子Ｔ2と受信子Ｒ2とは溶接ビード18を挟んで線対称に配置している。即ち、第１チャンネルの送信子Ｔ1と第２チャンネルの送信子Ｔ2との横方向の位置が揃い、第１チャンネルの受信子Ｒ1と、第２チャンネルの受信子Ｒ2との横方向の位置が揃った配置である。
【００５３】
これにより簡単な構成で、第１チャンネルの送信子Ｔ1から発生したクリーピング波が誤って第２チャンネルの受信子Ｒ2に受信されたり、逆に第２チャンネルの送信子Ｔ2から発生したクリーピング波が誤って第１チャンネルの受信子Ｒ1に受信されて誤検出することを防止することが出来る。
【００５４】
尚、図示しないが、第１チャンネルの送信子Ｔ1と受信子Ｒ1と、第２チャンネルの送信子Ｔ2と受信子Ｒ2とを溶接ビード18を挟んで点対称に配置した場合、即ち、第１チャンネルの送信子Ｔ1と第２チャンネルの受信子Ｒ2とが進行方向前方で、第２チャンネルの送信子Ｔ2と第１チャンネルの受信子Ｒ1とが進行方向後方に配置する構成の場合には、誤検出を防止する目的で、第１チャンネルの送信子Ｔ1と受信子Ｒ1と、第２チャンネルの送信子Ｔ2と受信子Ｒ2との溶接ビード18に沿った方向の離間距離を所定の距離だけ離間させる必要が有り、この場合、構造が複雑で信号処理も複雑となる。
【００５５】
また、溶接ビード18の方向と交差する方向の横割れ18ｃをクリーピング波法により探傷する超音波探触子３の第３チャンネル（以下、「３ＣＨ」という）として、溶接ビード18を境界として、その両側に配置された送信子Ｔと受信子Ｒとが一対を成すように構成している。
【００５６】
即ち、図６の溶接ビード18の右側に配置された送信子Ｔ3と受信子Ｒ3とが第３チャンネルを構成し、この第３チャンネルの超音波探触子３により溶接ビード18の方向と交差する方向の横割れ18ｃをクリーピング波法により探傷する。
【００５７】
３ＣＨの超音波探触子３は送信子Ｔ3と受信子Ｒ3との配置が溶接ビード18を挟んで対称になるように位置調整がなされている。送信子Ｔ3と横割れ18ｃとを結ぶ直線と、該横割れ18ｃと受信子Ｒ3とを結ぶ直線との角度θは１８０度未満であれば良いが、特に好ましい角度θは７５度以上、且つ８５度以下の範囲である。各図は角度θを８０度に設定した場合の一例である。
【００５８】
上記超音波探触子３の配置構成により、タンク底鋼板の被覆上からの測定でタンク鋼板の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を検査することが出来る。
【００５９】
図７（ａ）はタンク鋼板が突き合わせ溶接された部位の溶接ビード18の縦割れ18ａ，18ｂを第１、第２チャンネルの超音波探触子３により夫々探傷する様子を示す。
【００６０】
図７（ｂ）はタンク鋼板が突き合わせ溶接された部位の溶接ビード18の横割れ18ｃを第３チャンネルの超音波探触子３により探傷する様子を示す。
【００６１】
図８（ａ）はタンク鋼板が重ね溶接された部位の溶接ビード18の縦割れ18ａ，18ｂを第１、第２チャンネルの超音波探触子３により夫々探傷する様子を示す。
【００６２】
図８（ｂ）はタンク鋼板が重ね溶接された部位の溶接ビード18の横割れ18ｃを第３チャンネルの超音波探触子３により探傷する様子を示す。
【００６３】
測定部21の超音波探触子３やロータリーエンコーダ４等を搭載した走行台車２からケーブルコネクタ20を介して超音波探傷データや位置データが拡張Ｉ／Ｆ部27を介して演算・探傷表示手段となる演算・探傷表示部28に送られる。
【００６４】
演算・探傷表示部28は超音波探触子３の出力と、ロータリーエンコーダ４の出力から図９〜図12に示すように、エコー波形を表示すると共に、そのエコー波形とタンク底鋼板内の位置との関係を図15〜図17に示すように、画面表示するノート型パーソナルコンピュータ（以下、「ノートＰＣ」という）等のコンピュータ23を有している。
【００６５】
図４において、演算・探傷表示部28に設けられたコンピュータ23は、ＣＰＵ（中央演算装置）と、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等の記憶装置を持ち高速Ａ／Ｄボード25及びデジタルＩ／Ｏボード26からの信号を処理して記憶装置へ保存する。
【００６６】
コンピュータ23には報知手段となるアラーム34が設けられており、検知手段を兼ねる超音波探触子３により測定された探傷エコー波形が図16に示すチェックレベル閾値ａに達しない場合にはアラーム34により測定不能を報知し、検出レベル閾値ｂを超えた場合にはアラーム34により傷が検出されたことを報知する。
【００６７】
即ち、演算・探傷表示部28はロータリーエンコーダ４から得られる出力信号と、超音波探傷器29から得られる出力信号とを記録し、入力された超音波の応答時間の監視範囲における出力値が、予め設定された検出閾値となる検出レベル閾値ｂを超えた場合に当該入力信号は割れ信号と判定する。
【００６８】
拡張Ｉ／Ｆ部27は、カウンタボード30、高速Ａ／Ｄボード25及びデジタルＩ／Ｏボード26をセットするためのボックスであり、高速Ａ／Ｄボード25、デジタルＩ／Ｏボード26及びカウンタボード30は、全てＩＳＡバス用であるため、ＩＳＡバスを持たないノートＰＣで使用する際には、拡張Ｉ／Ｆ部27が必要となる。拡張Ｉ／Ｆ部27をノートＰＣに接続するためには、ノートＰＣのＰＣカードスロットを使用する。また、拡張Ｉ／Ｆ部27を用いずに高速Ａ／Ｄ，Ｉ／Ｏ，カウンタをマイコン基板としてＵＳＢ（ユニバーサル・シリアス・バス）接続する方法もある。
【００６９】
カウンタボード30は、ロータリーエンコーダ４からの測長パルスをカウントするためのボードであり、ノートＰＣのＣＰＵに負荷をかけずにボード側でカウントする。ノートＰＣ側からは、任意のタイミングでそのカウント値を取得出来る。
【００７０】
高速Ａ／Ｄボード25は、超音波探傷器29のアナログ波形出力（０Ｖ〜５Ｖの電圧）を高速で８ビットのデジタル値へ変換するボードであり、約２ＭＨｚの受信波形を２０ＭＨｚの速さで変換する（１波長あたり約１０回の変換）。
【００７１】
デジタルＩ／Ｏボード26は、超音波探傷器29とノートＰＣ等のコンピュータ23との間の通信のために使用するものであり、電圧（０Ｖ、或いは５Ｖ）の高低により０または１の信号としてコマンドとデータを各々８ビットの信号として通信する。
【００７２】
超音波探傷器29は、超音波探触子３へのパルス信号の送信及びその反射エコーの受信の機能を持ち、反射エコーは、アナログ波形として出力する。受信エコーのゲイン設定は、デジタルＩ／Ｏボード26を介してノートＰＣ等のコンピュータ23から行う。
【００７３】
図５はデータ処理を行なう制御系の構成を示すブロック図であり、図13に示すフローチャートに従って探傷データを処理し、図14に示すフローチャートに従って傷検出処理が行なわれる。
【００７４】
即ち、タンク鋼板作図ソフトで作成した図面を使用し、図15に示すように、タンク内の測定箇所を図面中に表示出来る。検出レベル閾値ｂを超えた超音波信号はロータリーエンコーダ４により得られた位置情報に合わせて閾値区分に色分けされ、割れ情報として図15に示すような２次元平面上に表示される。
【００７５】
探傷波形はＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換し、デジタル値で波形を保存する。図16に示す切取レベル閾値ｃを超える超音波信号を２次元平面上に表し、画像処理として２値化後、連結成分処理を行ない、検出レベル閾値ｂを超えた成分について傷の長さと位置を自動計算して表示する。
【００７６】
図16（ａ），（ｂ）中に示す監視範囲領域では、超音波信号は前述した閾値により区分して任意の色分け表示を行なう。一方、監視範囲以外の波形取り込み範囲については図17に示すように、図16（ａ），（ｂ）に示す超音波信号のエコー高さに応じた２５６階調の濃淡表示が可能であれば好ましい。
【００７７】
図15中、ファイルＮｏ８は、「α」で示す底板No24と底板No28との間の溶接ビード18の検査データを示しており、表示欄35はその傷長さを表示した一例である。
【００７８】
そして、演算・探傷表示部28は上記のように抽出された傷の位置に基づいて図15に示すように割れの検出位置をタンク鋼板の図面上に合わせて表示し、紙等の出力媒体に出力する。
【００７９】
超音波探傷器29のＲＦ出力から得られるアナログ波形信号を高速Ａ／Ｄボード25によりＡ／Ｄ変換し、コンピュータ23に取り込む。取り込むサイクルは超音波探傷器29のＳＹＮＣ信号に同期する。取り込みの時にカウンタボード30から得られるエンコーダの測長カウントを処理し、走行台車２の移動距離を取得する。移動距離が１mm進む毎に超音波探傷器29のＲＦ出力から得られるアナログ波形をコンピュータ23のメモリに保存する。探傷を終了させた時にコンピュータ23のメモリに保存した波形データを該コンピュータ23のハードディスクに保存する。
【００８０】
水供給部31は、水タンク32とポンプ12及び電磁弁33を有している。電磁弁33の開閉とポンプ12の起動・停止は、走行台車２に設けられた測定開始・終了のスイッチ信号が、測定部21の図示しないコンピュータに伝えられ、このコンピュータの指示に基づいて行われる。
【００８１】
子台車16に搭載された超音波探触子３は、一定の位置関係の下に走行台車２に取り付けられているため、走行台車２内の一箇所の位置がタンク底鋼板とどのような位置関係となるかが判れば、子台車16内の超音波探触子３の探傷している位置が、タンク底鋼板のどの位置に相当するかが判る。
【００８２】
従って、走行台車２に走行距離を測定するロータリーエンコーダ４を取り付けて、タンク底鋼板の特定位置からの走行距離を把握することで、走行中の超音波探触子３の探傷位置がタンク底鋼板のどの位置に相当するかをリアルタイムで特定することが出来、特定位置の探傷エコー波形を検出することが出来る。
【００８３】
従って、超音波探触子３による探傷エコー波形及びロータリーエンコーダ４の検出値を組み合わせることで、タンク底鋼板内の特定位置の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷の様子を検査することが出来る。
【００８４】
また、位置と探傷エコー波形との関係を画面上に表示すると、タンク底鋼板の全体に亘って溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷の様子を把握することが出来る。
【００８５】
実際の溶接検査では、測定者は、タンク底鋼板上のあらかじめ決められた溶接ビード18上の経路に沿って、走行用レール５を敷設し、走行台車２を自走により走行させて測定を行う。
【００８６】
走行台車２の走行速度は、測定データの処理速度を考慮して決定され、通常は１０mm／秒〜２００mm／秒の走行速度で測定を行っている。尚、本実施形態では、走行台車２を走行用レール５に沿って走行する自走式としたが、走行用レール５の代りに走行誘導用センサを配置して溶接ビード18に沿って走行する自走式としても良いし、把手22を把持して走行させる手押し式としても良い。
【００８７】
本実施形態の一例としては、超音波探触子３として、幅３．０mm、長さ６．０mmの縦割れ18ａ，18ｂ及び横割れ18ｃが検出出来る能力を有するものを採用し、ロータリーエンコーダ４として、測長精度が０．１％で、前進、後退の距離測定が出来るものを使用している。
【００８８】
超音波探触子３により探傷したエコー波形データは、走行台車２に設けられたロータリーエンコーダ４のカウントを例えば１mm毎に取得し、探傷と同時に、このエコー波形データを取得位置に応じたエコー高さによる２５６階調の白黒濃淡表示（Ｃスコープ表示）させることにより縦割れ18ａ，18ｂ及び横割れ18ｃの評価を行なう。更に上記１mm毎に取得したエコー波形データをロータリーエンコーダ４の位置検出情報と共にファイル保存する。
【００８９】
図17に例示したように、エコー高さの大きい所は黒く表示され、エコー高さの小さい所は白く表示されるため、縦割れ18ａ，18ｂ及び横割れ18ｃの２次元的な分布状況が把握出来、溶接ビード18による形状エコー等のノイズと識別が容易になり、縦割れ18ａ，18ｂ及び横割れ18ｃの判断が正確に出来る。
【００９０】
超音波探触子３のパルス繰り返し周波数は１ｋＨｚであり、１mm毎に取得したエコー波形データにより測定対象とする傷長さの十分な検出効果がある。
【００９１】
次に、本発明に係る溶接検査装置１を円筒タンクの溶接検査に適用した場合について説明する。測定の内容は、初期条件設定、測定条件設定、測定方法、測定結果表示に分けられる。
【００９２】
先ず、初期条件設定として、タンク内径、アニュラ板の枚数、底鋼板基本板のサイズを演算・探傷表示部28のコンピュータ23に入力する。コンピュータ23は入力データに基づき、アニュラ板の作図と、底鋼板全体を縦又は横に分割し、分割された領域の各々をさらに分割しながら底鋼板板割図を作成する。分割された領域には、自動的に番号が付けられる。
【００９３】
次に測定条件設定として、底鋼板板割図より測定を行う溶接ビード18が形成された板の番号を選択し、その溶接ビード18に沿って走行用レール５を敷設する。選択した番号の板に形成される溶接ビード18について測定時の原点、測定開始点及び測定方向を決定し、入力する。
【００９４】
次に測定方法として、測定開始位置に走行台車２の基準点を一致させて、測定開始スイッチを入れ、走行台車２を１０mm／秒〜２００mm／秒の速度で測定方向に自走させる。走行台車２は溶接ビード18に沿って走行用レール５上を自走する。
【００９５】
走行台車２が測定する溶接ビード18の終点に到達した時点で測定終了スイッチを入れる。
【００９６】
底鋼板板割図より次に測定を行う溶接ビード18が形成された板の番号を選択し、必要に応じて走行用レール５の敷設位置を変更して測定を行い、底鋼板板割図において、すべての溶接ビード18の溶接検査が終了したとき、タンク底板全体の溶接検査が終了したことになる。
【００９７】
図９〜図12に示すように、各超音波探触子３により探傷されたエコー波形をノートＰＣ等のコンピュータ23のディスプレイに表示し、図15及び図16に示すようにタンク鋼板の図面上に合わせて割れの検出位置を表示し、更に図17に示すように得られた探傷エコー波形のエコー高さを濃淡で表現して、ノートＰＣ23のディスプレイに表示する。また、必要に応じて、それ等の画面表示内容を白黒或いはカラープリンターにより出力出来る。
【００９８】
図９（ａ）は重ね溶接部で溶接ビード18の左端部に形成された縦割れ18ａを２ＣＨの超音波探触子３で探傷した探傷エコー波形を示し、図９（ｂ）は縦割れ18ａが無い場合の健全部の探傷エコー波形を示して両者を比較したものである。
【００９９】
図９（ａ）の探傷エコー波形において、最初に現れるピーク波形Ａが縦割れ18ａの探傷エコー波形である。また、図９（ｂ）に示すように健全部であっても溶接ビード18の形状等によりノイズとしてエコー波形が形成される。
【０１００】
図10（ａ）は同じく重ね溶接部で溶接ビード18の右端部に形成された縦割れ18ｂを１ＣＨの超音波探触子３で探傷した探傷エコー波形を示し、図10（ｂ）は縦割れ18ｂが無い場合の健全部の探傷エコー波形を示して両者を比較したものである。
【０１０１】
図10（ａ）の探傷エコー波形において、最初に現れるピーク波形Ｂが縦割れ18ｂの探傷エコー波形である。また、図10（ｂ）に示すように健全部であっても溶接ビード18の形状等によりノイズとしてエコー波形が形成される。
【０１０２】
図11（ａ）は同じく重ね溶接部で溶接ビード18の中央部に形成された縦割れ18ａを２ＣＨの超音波探触子３で探傷した探傷エコー波形を示し、図11（ｂ）は縦割れ18ａが無い場合の健全部の探傷エコー波形を示して両者を比較したものである。
【０１０３】
図11（ａ）の探傷エコー波形において、最初に現れるピーク波形Ｃが縦割れ18ａの探傷エコー波形である。また、図11（ｂ）に示すように健全部であっても溶接ビード18の形状等によりノイズとしてエコー波形が形成される。
【０１０４】
図11（ｂ）に示す健全部の探傷エコー波形は、比較的大きなピーク値を有するノイズとしてのピーク波形Ｎが示されているが、図９（ａ），図10（ａ），図11（ａ）では縦割れ18ａを探傷したエコーのピーク波形Ａ，Ｂ，Ｃに続いて溶接ビード18の形状等によるノイズとしてのピーク波形Ｎが現れるので判別が容易である。
【０１０５】
また、このような比較的大きなピーク値を有するノイズとしてのピーク波形Ｎが現れるため、本実施形態では溶接ビード18を境界としてその両側に夫々一対の送信子Ｔと受信子Ｒとを配置した１ＣＨ，２ＣＨの超音波探触子３により溶接ビード18の左右片側ずつを探傷するように構成している。
【０１０６】
図12（ａ）は重ね溶接部で溶接ビード18に形成された横割れ18ｃを３ＣＨの超音波探触子３で探傷した探傷エコー波形を示し、図12（ｂ）は横割れ18ｃが無い場合の健全部の探傷エコー波形を示して両者を比較したものである。
【０１０７】
図12（ａ）の探傷エコー波形において、最初に現れるピーク波形Ｄが横割れ18ｃの探傷エコー波形である。また、図12（ｂ）に示すように健全部であっても溶接ビード18の形状等によりノイズとしてエコー波形が形成される。
【０１０８】
図17は図９（ａ）に示す縦割れ18ａと、図11（ａ）に示す縦割れ18ａが連続して形成され、２ＣＨの超音波探触子３により探傷したものであり、これ等の探傷エコー波形のエコー高さをロータリーエンコーダ４により得られた位置情報と合わせて２５６階調の白黒濃淡で表現した場合の模式図の一例である。図中、Ｅは溶接ビード18の左端部に形成された縦割れ18ａに対応する濃淡表示であり、Ｆは溶接ビード18の中央部に形成された縦割れ18ａに対応する濃淡表示である。その他の部分は健全部に対応する濃淡表示である。
【０１０９】
尚、前記実施形態ではタンクの底板鋼板に適用した場合の一例を示したが、タンクの側板を前述の従来例で示されたように磁力等により吸着して自走するように走行台車２を構成し、鉛直方向に走行して同様に側板鋼板の溶接ビード18に沿って走行して表面が被覆された側板鋼板の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を検査するように構成することでも良い。
【０１１０】
尚、前記実施形態では、具体的な数値を用いて説明したが、本発明は、これ等の数値に限定されるものではない。
【０１１１】
【発明の効果】
本発明は、上述の如き構成と作用とを有するので、タンク鋼板表面の被覆上から溶接検査が出来る装置を提供することが出来る。
【０１１２】
即ち、本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置によれば、クリーピング波法により探傷する複数個の超音波探触子を利用して、タンク鋼板の表面が被覆された状態で溶接ビードの方向の縦割れ及び該溶接ビードの方向と交差する方向の横割れを一度に且つ正確に探傷することが出来る。
【０１１３】
また、溶接ビードに沿って表面に被覆を有するタンク鋼板上を走行する走行台車に設けられた各超音波探触子で溶接ビードの方向の縦割れ及び該溶接ビードの方向と交差する方向の横割れを走行台車の走行動作に応じてクリーピング波法により随時一度に探傷すると共に、各超音波探触子により探傷された部位の位置情報を走行台車に設けられた位置検出手段により走行台車の走行動作に応じて随時検出し、超音波探触子の出力を超音波探傷器を介して探傷情報と位置情報とを関連付けて、演算・探傷表示手段により表示・出力することで、タンク鋼板の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を自動的に且つ正確に検査することが出来る。
【０１１４】
また、走行台車がレール上を走行し、超音波探触子が該走行台車に片持ち支持された場合には、走行台車がレール上を走行することで直進性能が確保され、検査精度を向上することが出来る。また、超音波探触子を走行台車に対して片持ち支持させたことで溶接ビードを跨ぐ装置構成と比較して装置の幅方向の小型化が図れ、タンクの隅部の狭い部位の検査にも有利である。
【０１１５】
また、溶接ビードの方向の縦割れをクリーピング波法により探傷する超音波探触子として、該溶接ビードを境界としてその両側に夫々一対の送信子と受信子とを配置した場合には、溶接ビードを境界とした夫々の側から溶接ビード中央部までを超音波探触子の探傷範囲として別々に探傷することで溶接ビードの形状によるエコーの影響を避けることが出来、溶接ビードの方向の縦割れの有無を正確に検出することが出来る。
【０１１６】
また、上記送信子と受信子とを溶接ビードを挟んで線対称に配置した場合には、溶接ビードを境界としてその両側に配置された一対の送信子と受信子において、他対の送信子から発せられたクリーピング波を受信子が受信して誤検出する虞がない。
【０１１７】
また、溶接ビードの方向と交差する方向の横割れをクリーピング波法により探傷する超音波探触子として、該溶接ビードを境界としてその片側に送信子を配置し、もう片側に受信子を対称に配置した場合には、送信子から送信した超音波が溶接ビードの方向と交差する方向の横割れから反射して返るエコーを溶接ビードを挟んで対称に配置した受信子により受信し、傷の有無を正確に検出することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置の構成を示す平面図である。
【図２】 本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置の構成を示す側面図である。
【図３】 本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置の構成を示す前面図である。
【図４】 本発明に係るタンク鋼板の溶接検査装置の各部の構成を示すブロック図である。
【図５】 データ処理を行なう制御系の構成を示すブロック図である。
【図６】 ３チャンネルの超音波探触子の配置構成を示す平面説明図である。
【図７】 （ａ），（ｂ）は突合せ溶接部における縦割れ、横割れの探傷の様子を示す図である。
【図８】 （ａ），（ｂ）は重ね溶接部における縦割れ、横割れの探傷の様子を示す図である。
【図９】 （ａ）は溶接部或いはその熱影響部の表面に発生した各種傷を探傷した際の探傷エコー波形を示す図、（ｂ）は健全部で溶接ビード形状等により形成されるエコー波形を示す図である。
【図10】 （ａ）は溶接部或いはその熱影響部の表面に発生した各種傷を探傷した際の探傷エコー波形を示す図、（ｂ）は健全部で溶接ビード形状等により形成されるエコー波形を示す図である。
【図11】 （ａ）は溶接部或いはその熱影響部の表面に発生した各種傷を探傷した際の探傷エコー波形を示す図、（ｂ）は健全部で溶接ビード形状等により形成されるエコー波形を示す図である。
【図12】 （ａ）は溶接部或いはその熱影響部の表面に発生した各種傷を探傷した際の探傷エコー波形を示す図、（ｂ）は健全部で溶接ビード形状等により形成されるエコー波形を示す図である。
【図13】 探傷データを処理するフローチャートである。
【図14】 傷を検出処理するフローチャートである。
【図15】 実際のタンク鋼板の傷を検査して表示した様子を示す図である。
【図16】 探傷エコー波形により測定不能或いは傷検出を判定する閾値の構成を示す図で、（ａ）は縦割れ検出結果、（ｂ）は横割れ検出結果を夫々示す図である。
【図17】 得られた探傷エコー波形のエコー高さを濃淡で表現した一例を示すである。
【符号の説明】
１…溶接検査装置
２…走行台車
３…超音波探触子
４…ロータリーエンコーダ
５…走行用レール
６…ＤＣモータ
７…駆動車輪
８…ＤＣ電源
９，10…走行ガイド車輪
11…バランス車輪
12…ポンプ
13…プローブユニットクランプレバー
14…プローブユニット高さ調整機構
15…プローブユニット距離調整機構
16…子台車
17…ジンバル機構
18…溶接ビード
18ａ，18ｂ…縦割れ
18ｃ…横割れ
19…スピードコントローラ
20…ケーブルコネクタ
21…測定部
22…把手
23…コンピュータ
24…塗装
25…高速Ａ／Ｄボード
26…デジタルＩ／Ｏボード
27…拡張Ｉ／Ｆ部
28…演算・探傷表示部
29…超音波探傷器
30…カウンタボード
31…水供給部
32…水タンク
33…電磁弁
34…アラーム
35…表示欄
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｎ…ピーク波形
Ｔ，Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3…送信子
Ｒ，Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3…受信子
ａ…チェックレベル閾値
ｂ…検出レベル閾値
ｃ…切取レベル閾値
Claims (2)
- 表面に被覆を有するタンク鋼板の溶接部或いはその熱影響部の表面に発生する傷を検査するタンク鋼板の溶接検査装置であって、
表面に被覆を有するタンク鋼板上を走行する走行台車を有し、
前記走行台車はレール上を前進走行する前進走行機能及び／または後退走行する後退走行機能を有し、
前記走行台車にプローブユニットが片持ち支持して設けられ、
前記プローブユニットは、
溶接ビードの方向の縦割れ及び該溶接ビードの方向と交差する方向の横割れをクリーピング波法により探傷する少なくとも３つ以上の超音波探触子を有し、
前記溶接ビードの方向の縦割れをクリーピング波法により探傷する２つの超音波探触子は、該溶接ビードを境界としてその両側に夫々一対の送信子と受信子とが線対称に配置されるように第１、第２の子台車にそれぞれ搭載され、
前記溶接ビードの方向と交差する方向の横割れをクリーピング波法により探傷する１つの超音波探触子は、該溶接ビードを境界としてその片側に送信子が配置される第３の子台車と、もう片側に受信子が配置される第４の子台車とで搭載され送信子と受信子が対称に配置され、前記送信子と前記横割れとを結ぶ直線と、該横割れと前記受信子とを結ぶ直線との角度が７５度以上、且つ８５度以下となるように配置されてなり、
前記第１〜第４の子台車は、前記超音波探触子の接触面がタンク鋼板の凹凸に対して追従可能とするジンバル機構を介して前記プローブユニットに支持され、
更に前記超音波探触子と溶接ビードとの間の距離を可変可能にするプローブユニット距離調整機構と、
前記超音波探触子の配置高さを可変可能にするプローブユニット高さ調整機構と、
前記走行台車に設けられ、前記超音波探触子により探傷された部位の位置情報を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段からの出力と、前記超音波探触子からの出力とからエコー波形とタンク鋼板内の位置との関係を表示・出力する演算・探傷表示手段と、
を有することを特徴とするタンク鋼板の溶接検査装置。 - 前記演算・探傷表示手段は、前記位置検出手段から得られる出力信号と、前記超音波探触子から得られる出力信号とを記録し、入力された超音波の応答時間の監視範囲における出力値が、予め設定された検出閾値を超えた場合に当該入力信号は割れ信号と判定し、
前記検出閾値を超えた超音波信号は、前記監視範囲領域では前記位置検出手段により得られた位置情報に合わせて閾値区分に色分けされ、割れ情報として２次元平面上に表示され、
前記監視範囲以外についてはエコー高さに応じた白黒濃淡表示されることにより縦割れ及び横割れの評価を行い、
前記位置情報に基づき２次元平面上に表した前記監視範囲領域の超音波信号を切取閾値を基準として２値化及び画像処理し、その結果から進行方向の傷長さを算出すると共に、前記検出閾値を超えた超音波信号に基づいて前記位置検出手段により得られた位置情報により割れの検出位置をタンク鋼板の図面上に合わせて表示し、出力媒体に出力することを特徴とする請求項１に記載のタンク鋼板の溶接検査装置。
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