JP4484351B2

JP4484351B2 - 非破壊検査方法および装置

Info

Publication number: JP4484351B2
Application number: JP2000321020A
Authority: JP
Inventors: 谷俊博大; 崎友裕山; 尾雅彦平
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2020-10-20
Also published as: JP2002131296A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波信号を用いて、同一断面の連続体である管状体・棒状体・板状体の減肉を検査する非破壊検査方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に示すように、配管である検査対象１１の内側に配置した超音波探触子１２から厚さ方向１３に超音波を伝播させて、板厚測定をし、それを配管や板材の全長に亘って行う検査方法が知られている。
【０００３】
しかし、上記した従来技術の検査方法によれば、測定回数が多くなり、検査に膨大な手間と時間がかかる、という問題点が存在する。
また従来技術の検査方法では、亀裂のような急激な断面変化を伴う欠陥であれば、配管や板の端部から超音波を入射して欠陥部からのエコーで検出できる。しかし、減肉のように緩やかに板厚が変化する場合は、エコーによる検出は感度が落ち、従来技術の検査方法では正確な測定が出来ない場合がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来技術に鑑みて提案されたものであり、検査対象物の検査位置を選ぶことなく、遠隔操作によって欠陥や腐食等の経時的減肉による緩やかな断面変化を、少ない回数で正確且つ短時間で測定できる非破壊検査方法および装置の提供を目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の非破壊検査方法は、検査対象（Ｗ）を送信手段（１２）及び受信手段（１４）によって挟み込み、送信手段（１２）から検査対象（Ｗ）を介して受信手段（１４）へ対称形状の高周波信号（Ｓ０）を送信する工程（ＳＴ−１）と、受信手段（１４）で受信された高周波信号（ＳＲ１）を時間軸について反転処理する工程（ＳＴ３）と、該反転処理により得られた新たな信号（ＳＲ１−Ｒ）を送信手段（１２）から検査対象（Ｗ）を介して受信手段（１４）へ向けて送信する工程（ＳＴ４）と、該新たな信号（ＳＲ１−Ｒ）の受信波形（ＳＲ２）の対称形状が崩れた程度（Ａ１，Ａ２）を無次元のパラメータ（Ｐｓ）により定量的に決定する工程（ＳＴ６）と、該無次元のパラメータ（Ｐｓ）に基づいて検査対象（Ｗ）における異常部分を定量分析する工程（ＳＴ７）（例えば、無次元パラメータと減肉量との関係をデータベース等へ予め記憶し、当該関係を用いて前記無次元のパラメータに対する減肉量を算出する）、とを有することを特徴としている。
【０００８】
上述した本発明の非破壊検査方法を実施するため、本発明の非破壊検査装置は、検査対象（Ｗ）を挟み込む様に配置された送信手段（１２）及び受信手段（１４）を有しており、送信手段（１２）は、対称形状の高周波信号（Ｓ０）と反転処理された高周波信号（ＳＲ１−Ｒ）とを検査対象（Ｗ）を介して受信手段（１４）へ送信する様に構成されており、受信手段（１４）で受信された高周波信号（ＳＲ１）を時間軸について反転処理し且つ前記反転処理された信号（ＳＲ１−Ｒ）として送信手段（１４）へ入力する反転処理手段（２２）と、反転処理された信号（ＳＲ１−Ｒ）が検査対象（Ｗ）を透過して受信手段（１４）により受信された後に、検査対象（Ｗ）について必要な判定を行う判定手段（３０）とを備えており、該判定手段（３０）は、前記反転処理された信号（ＳＲ１−Ｒ）が検査対象（Ｗ）を透過して受信手段（１４）で受信された際に対称形状が崩れた程度（Ａ１，Ａ２）を無次元のパラメータ（Ｐｓ）により定量的に決定し（３２）、該無次元のパラメータ（Ｐｓ）に基づいて検査対象（Ｗ）における異常部分を定量的に分析する（３６）様に構成されている（例えば、判定手段３０は、予めデータベースに記憶された「対称パラメータと減肉量との関係」から前記無次元のパラメータに対する減肉量を算出する様に構成されている。）。
【０００９】
さらに本発明の非破壊検査方法は、検査対象（Ｗ）を一対の高周波信号手段（５２，５４）によって挟み込み、一方の高周波信号手段（５２）から検査対象（Ｗ）を介して他方の高周波信号手段（５４）に向けて対称形状の高周波信号（Ｓ０）を送信する工程（ＳＴ１１）と、受信された高周波信号（ＳＲ１）を時間軸について反転処理する工程（ＳＴ１３）と、反転処理された高周波信号（ＳＲ１−Ｒ）を前記他方の高周波信号手段（５４）から検査対象（Ｗ）を介して一方の高周波信号手段（５２）に向けて送信する工程（ＳＴ１４）と、該一方の高周波信号手段（５２）が受信した波形（ＳＲ２）の対称形状が崩れた程度（Ａ１，Ａ２）を無次元のパラメータ（Ｐｓ）により定量的に決定する工程（ＳＴ６）と、該無次元のパラメータ（Ｐｓ）に基づいて検査対象（Ｗ）における異常部分を定量分析する工程（ＳＴ７）（例えば、前記無次元パラメータと減肉量との関係を予めデータベースに記憶しておき、当該関係を用いて前記無次元のパラメータに対する減肉量を算出する工程）、とを有している。
【００１０】
係る非破壊検査方法を実行するため、本発明の非破壊検査装置は、検査対象（Ｗ）を挟み込む様に配置された一対の高周波信号手段（５２，５４）を有しており、該一対の高周波信号手段送信手段（５２，５４）は高周波信号（Ｓ０，ＳＲ１，ＳＲ１−Ｒ，ＳＲ２）の送受信する様に構成されており、一方の高周波信号手段（５２）から検査対象（Ｗ）を介して他方の高周波信号手段（５４）に向けて対称形状の高周波信号（Ｓ０）を送信した際に、受信された高周波信号（ＳＲ１）を時間軸について反転処理する反転処理手段（５６）と、反転処理された高周波信号（ＳＲ１−Ｒ）を前記他方の高周波信号手段（５４）から検査対象（Ｗ）を介して一方の高周波信号手段（５２）に向けて送信した後に、検査対象（Ｗ）について必要な判定を行う判定手段（６０）とを備えており、該判定手段（６０）は、前記反転処理された信号（ＳＲ１−Ｒ）が検査対象（Ｗ）を透過して前記一方の高周波信号手段（５２）で受信された際に対称形状が崩れた程度（Ａ１，Ａ２）を無次元のパラメータ（Ｐｓ）により定量的に決定し（６２）、該無次元のパラメータ（Ｐｓ）に基づいて検査対象（Ｗ）における異常部分を定量的に分析する（６６）様に構成されている（例えば、判定手段６０は、予めデータベース等に記憶されていた「無次元パラメータと減肉量との関係」から、前記無次元パラメータに対する減肉量を算出するように構成されている。）。
【００１１】
ここで、前記高周波は、一対の高周波信号手段（１２，１４：５２，５４）間を問題無く透過出来る程度まで減衰性が小さい「波」であって、波形の変化で計測出来る程度までの周波数帯域を有する「波」であれば、特に限定するものではない。例えば、超音波等を用いるのが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
最初に、本発明による減肉量検出の原理を、図１〜図６を参照しつつ、以下において、説明する。
なお、図１は配管の減肉検査の例であるが、金属性ワイヤーや板材の減肉についても、同様に行う。また、建造物のクラックの定量分析に適用することも可能である。
【００１４】
先ず、図１に示すような減肉の無い健全な配管Ｗに、距離Ｌだけ離して送信手段（ここでは、超音波探触子を使用している。）２と、受信手段（探触子）３を配置する。
ここで、送信手段３は、図１に示す配管の外側或いは内側のどちら側に設けてもよい。
【００１５】
最初に送信手段２から減肉部の存在を受信波形の変化として捉えやすくするため、図１に示す左右対称の超音波の送信波形４（図２参照：図７、図９のＳ０に相当）を基準波形として送信する。
なお、信号波形を示す図２−図６においては、縦軸に電圧値、横軸に一目盛り当たりのマイクロ秒を目盛ってある。
【００１６】
距離Ｌだけ伝播し受信手段３で受信された受信波形５（図３に詳細を示す：図７、図９のＳＲ１に相当する）は、音速の周波数依存性のため、各周波数成分の位相の揃った基準波形が伝播と共に周波数成分間の位相のずれを生じ、対称性が失われている。換言すれば、図３で示す受信波形５（ＳＲ１に相当）においては、分散の影響により対称性を喪失している。
この受信波形５（ＳＲ１）を時間軸上で反転させたものを検査波形６（図４に詳細を示す：図７、図９のＳＲ１−Ｒに相当する）とする。
【００１７】
再び、検査対象の配管７に送信手段２と受信手段３を距離Ｌだけ離れた場所に配置し、検査波形６（ＳＲ１−Ｒ）を送信手段２から送信すると、配管が健全であれば、各周波数成分に位相が再び揃って基準波形４と同じ受信波形８（図５に示す対称性が維持されている波形）が受信手段３で検出される。
【００１８】
検査区間内に減肉部等の異常が存在すると、その部分で分散関係が変化しているために、各周波数成分の位相は揃わず、受信手段で受信される受信波形の対称性は低下する（受信波形９：ＳＲ２）。
ここで、受信波形（８、９、ＳＲ２）の対称性は、以下に示す対称性パラメータＰＳ（無次元のパラメータ：次式）に基づいて判定される。
ＰＳ＝Ａ２／Ａ１
ここで、Ａ１は受信波形の波形前半の振幅、Ａ２は波形後半の振幅とする（図１、図６参照）。
【００１９】
対称性パラメータＰＳ（無次元のパラメータ）が求められたならば、パラメータＰＳと減肉量との関係（例えば、予めデータベース１０に記憶されている）から、減肉量を算出する。
以って，従来は減肉の有無という定性的な検査しか出来なかったものが、定量的な分析（減肉量の決定）まで可能となる。
【００２０】
図７は、本発明の非破壊検査システムにおける１実施形態を示している。
図７に示すように、検査対象Ｗを挟み込む様に配置された送信手段１２、受信手段１４及び試験装置本体２０を有している。
ここで送信手段１２は、対称形状の信号波形を有する高周波信号（励起信号）Ｓ０（図１の符号４に相当）と、反転処理された高周波信号ＳＲ１−Ｒ（後述：図１の符号６に相当）とを、受信手段１４へ送信する様に構成されている。換言すれば、前記信号Ｓ０、ＳＲ１−Ｒは、検査対象Ｗを透過して、受信手段１４で受信され、検査対象Ｗを透過する間に、分散して対称性を喪失する。
【００２１】
試験装置本体２０は、反転処理手段２２と、判定手段３０とを備えている。
反転処理手段２２は、受信手段１４で受信された高周波信号（受信信号）ＳＲ１を時間軸について反転処理し、反転処理された信号ＳＲ１−Ｒとして送信手段１４へ入力する様に構成されている。そして判定手段３０は、反転処理された信号ＳＲ１−Ｒが検査対象Ｗを透過して受信手段１４により受信された後に、検査対象Ｗについて必要な判定を行う様に構成されている。
【００２２】
前記判定手段３０についてさらに説明する。
判定手段３０は、決定手段３２と、データベース３４と、分析手段３６と、モニター４０及び／又はプリンタ４２、とを有している。
【００２３】
前記反転処理手段２２により反転処理された信号ＳＲ１−Ｒは、検査対象Ｗを透過して、受信手段１４で対称性が崩れた受信信号ＳＲ２として受信される。その際に、決定手段３２により、対称形状が崩れた程度Ａ１、Ａ２を無次元のパラメータＰｓとして定量的に決定される。
【００２４】
ここで、無次元のパラメータＰｓと減肉量との関係が、予めデータベース３４に記憶されている。そこで、データベース３４に記憶されている前記関係（無次元のパラメータＰｓと減肉量との関係）から、前記無次元のパラメータＰｓに対する減肉量が算出される。
そして分析手段３６により、算出された減肉量に基づいて、検査対象Ｗにおける異常部分の定量的な分析が行われる。
【００２５】
分析した結果は、モニター４０によって確認され、プリンタ４２によって出力される。
【００２６】
次に、図８をも参照して、図７で示す実施形態の作用を説明する。
図７に示すように、送信手段１２から発信された高周波信号（例えば、超音波信号）Ｓ０は、検査対象Ｗを透過して、受信手段１４に受信される。換言すれば、送信手段１２から、検査対象Ｗを介して、受信手段１４へ向けて、対称形状の信号波形を有する高周波信号Ｓ０を送信する（図８の工程ＳＴ１）。
【００２７】
送信された前記信号Ｓ０は、受信手段１４により受信される（工程ＳＴ２）。そして、受信手段１４で受信された高周波信号ＳＲ１は、反転処理手段２２により、時間軸について反転処理される（工程ＳＴ３）。
【００２８】
反転処理手段２２で反転処理することにより得られた新たな信号ＳＲ１−Ｒは、検査対象Ｗを透過するべく、送信手段１２から受信手段１４へ向けて送信され（工程ＳＴ４）、受信手段１４により再受信される（工程ＳＴ５）。
【００２９】
受信手段１４により再受信された新たな信号が、図７では符号「ＳＲ１−Ｒ」で示されている。
新たな信号ＳＲ１−Ｒの受信波形ＳＲ２の対称形状が崩れた程度は、信号波形における振幅Ａ１、Ａ２（図１、図６参照）により、判断される。具体的には、当該振幅Ａ１、Ａ２を用いて、判定手段３０により、無次元のパラメータＰｓ（Ｐｓ＝Ａ２／Ａ１）を算出することにより、定量的に決定される（工程ＳＴ６）。
【００３０】
そして、データベース３４で記憶されている関係（パラメータＰｓと減肉量との関係）から、減肉量を算出し、以って、検査対象Ｗにおける異常部分を定量分析するのである（工程ＳＴ７）。
【００３１】
次に、図９、図１０を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。
第２実施形態に係る非破壊検査方法を実施するための非破壊検査装置は、図９に示すように、一対の高周波信号手段５２、５４（例えば、超音波信号発信・受信手段）を有している。
一対の高周波信号手段送信手段５２、５４は検査対象Ｗを挟み込むようにして配置されている。そして、後述する様に、高周波信号Ｓ０、ＳＲ１、ＳＲ１−Ｒ、ＳＲ２を送受信する様に構成されている。
【００３２】
この非破壊検査装置は、さらに、反転処理手段５６と、判定手段６０とを備えている。
反転処理手段５６は、一方の高周波信号手段５２から他方の高周波信号手段５４に向けて対称形状の高周波信号Ｓ０を送信した際に、検査対象Ｗを透過して高周波信号手段５４に受信された高周波信号ＳＲ１を、時間軸について反転処理する様に構成されている。
【００３３】
そして反転処理された信号ＳＲ１−Ｒは、手段５８により高周波信号手段５４に送られ、反転処理手段５６により反転処理された高周波信号ＳＲ１−Ｒは、高周波信号手段５４から高周波信号手段５２に向けて送信される。
【００３４】
判定手段６０は、検査対象Ｗを透過して高周波信号手段５２に受信された信号（受信信号ＳＲ２）を分析することにより、検査対象Ｗについて必要な判定を行う様に構成されている。
前記反転処理された信号ＳＲ１−Ｒが、検査対象Ｗを透過して、高周波信号手段５２で受信された際には、受信信号ＳＲ２は、信号波形における対称性が崩れて（或いは喪失して）いる。判定手段６０の決定手段６２は、受信信号ＳＲ２の対称性が崩れた程度として、無次元のパラメータＰｓ（Ｐｓ＝Ａ２／Ａ１）を決定している。すなわち、受信信号ＳＲ２の対称性が崩れた程度は、判定手段６０中の決定手段６２で無次元のパラメータＰｓを決定・演算することにより、定量的に決定される。
【００３５】
判定手段６０には、さらに、データベース６４、分析手段６６が設けられている。
データベース６４は、無次元のパラメータＰｓと減肉量との関係が、予め記憶されている。そして、データベース６４で記憶された前記関係（無次元パラメータＰｓと減肉量との関係）から、無次元のパラメータＰｓに対する減肉量を算出可能である。
そして分析手段６６は、算出された減肉量から、検査対象Ｗにおける異常部分を定量的に分析する様に構成されている。
【００３６】
次に、図１０をも参照して、図９の装置の作用を説明する。
上述した通り、検査対象Ｗは一対の高周波信号手段５２，５４によって挟み込まれている。
先ず、一方の高周波信号手段５２から、他方の高周波信号手段５４に向けて、信号波形が対称形状である高周波信号Ｓ０を送信する（図８：工程ＳＴ１１）。送信された信号Ｓ０は、検査対象Ｗを透過して、（他方の）高周波信号手段５４により受信される（工程ＳＴ１２）。
【００３７】
高周波信号手段５４により受信された高周波信号ＳＲ１は、反転処理手段５６により、時間軸について反転処理される（工程ＳＴ１３）。反転処理された高周波信号ＳＲ１−Ｒは、送信手段５８及び高周波信号手段５４により、高周波信号手段５２に向けて送信されて、検査対象Ｗを透過する（工程ＳＴ１４）。
【００３８】
検査対象Ｗを透過した信号（反転処理された高周波信号ＳＲ１−Ｒ）は高周波信号手段５２により受信される（工程ＳＴ１５）。受信された信号ＳＲ２においては、決定手段６２により、その信号波形における対称性が崩れた程度Ａ１、Ａ２を、無次元のパラメータＰｓにより定量的に決定される（工程ＳＴ１６）。
なお、無次元のパラメータＰｓは、Ｐｓ＝Ａ２／Ａ１である。
【００３９】
次に、分析手段６６により、データベース６４において予め記憶されたパラメータＰｓと減肉量との関係から、減肉量を算出し、検査対象Ｗにおける異常部分を定量分析する（工程ＳＴ１７）。
【００４０】
図示の実施形態においては、減肉量に対する分析が述べられているが、本発明によれば、亀裂等の欠陥や、腐食等による緩やかな断面変化に対する分析にも応用できる。
また、遠隔操作によって検査対象物の内表面、該表面の何れからも検査可能となり、検査区間も容易に移動できる。
さらに、分析或いは測定が必要な区間を限定して、検査時間を大幅に短縮することが可能である。
【００４１】
なお、前記高周波は、検査対象を問題無く透過出来る程度まで減衰性が小さい「波」であって、しかも、波形の変化で計測出来る程度の周波数帯域を有する「波」であれば、特に限定するものではない。その１例として、超音波を用いるのが好ましい。
【００４２】
【発明の効果】
以上の通り本発明によれば、以下の優れた効果を奏する。
（１）検査対象物の内表面、該表面の何れからも検査及び定量分析可能である。
（２）亀裂等の欠陥のみならず、腐食等による緩やかな断面変化の定量分析が可能である。
（３）遠隔操作によって検査が可能であり、検査区間を容易に移動できる。
（４）板厚の減肉測定が必要な区間が限定されるため、検査時間の大幅短縮が可能である。
（５）検査対象通過による影響を、簡単な処理により打ち消して、簡単且つ正確な分析を可能としている。
（６）従来は定性分析しか行い得なかった分野について、定量分析を可能ならしめることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】減肉検出方法の原理図。
【図２】時間軸上で左右対称な送信信号波形図。
【図３】健全な配管を伝播した波形図。
【図４】図３の波形を時間軸上で反転処理した波形図。
【図５】図４の波形が健全部を伝播し、再び左右対称になった波形図。
【図６】図４の波形が減肉部を伝播し、左右対称が低下した波形図。
【図７】本発明の第一実施例である非破壊検査手段を示すブロックダイアグラム。
【図８】本発明の第一実施例である非破壊検査方法のフローチャート。
【図９】本発明の第一実施例である非破壊検査手段を示すブロックダイアグラム。
【図１０】本発明の第二実施例である非破壊検査方法のフローチャート。
【図１１】従来の減肉計測方法（例：配管）を示す図。
【符号の説明】
１２・・・送信手段
１４・・・受信手段
２２・・・反転処理手段
３０・・・判定手段
３２・・・決定手段
３４・・・データベース
３６・・・分析手段
Ｓ０・・・励起信号
ＳＲ１・・・受信信号
ＳＲ２・・・対称性が崩れた受信信号
ＳＲ１−Ｒ・・・反転処理された高周波信号
ＰＳ・・・パラメータ

Claims

検査対象を送信手段及び受信手段によって挟み込み、送信手段から検査対象を介して受信手段へ対称形状の高周波信号を送信する工程と、受信手段で受信された高周波信号を時間軸について反転処理する工程と、該反転処理により得られた新たな信号を送信手段から検査対象を介して受信手段へ向けて送信する工程と、該新たな信号の受信波形の対称形状が崩れた程度を無次元のパラメータにより定量的に決定する工程と、該無次元のパラメータに基づいて検査対象における異常部分を定量分析する工程、とを有することを特徴とする非破壊検査方法。
検査対象を挟み込む様に配置された送信手段及び受信手段を有しており、送信手段は、対称形状の高周波信号と反転処理された高周波信号とを検査対象を介して受信手段へ送信する様に構成されており、受信手段で受信された高周波信号を時間軸について反転処理し且つ前記反転処理された信号として送信手段へ入力する反転処理手段と、反転処理された信号が検査対象を透過して受信手段により受信された後に、検査対象について必要な判定を行う判定手段とを備えており、該判定手段は、前記反転処理された信号が検査対象を透過して受信手段で受信された際に対称形状が崩れた程度を無次元のパラメータにより定量的に決定し、該無次元のパラメータに基づいて検査対象における異常部分を定量的に分析する様に構成されていることを特徴とする非破壊検査装置。
検査対象を一対の高周波信号手段によって挟み込み、一方の高周波信号手段から検査対象を介して他方の高周波信号手段に向けて対称形状の高周波信号を送信する工程と、受信された高周波信号を時間軸について反転処理する工程と、反転処理された高周波信号を前記他方の高周波信号手段から検査対象を介して一方の高周波信号手段に向けて送信する工程と、該一方の高周波信号手段が受信した波形の対称形状が崩れた程度を無次元のパラメータにより定量的に決定する工程と、該無次元のパラメータに基づいて検査対象における異常部分を定量分析する工程、とを有することを特徴とする非破壊検査方法。
検査対象を挟み込む様に配置された一対の高周波信号手段を有しており、該一対の高周波信号手段送信手段は高周波信号の送受信する様に構成されており、一方の高周波信号手段から検査対象を介して他方の高周波信号手段に向けて対称形状の高周波信号を送信した際に、受信された高周波信号を時間軸について反転処理する反転処理手段と、反転処理された高周波信号を前記他方の高周波信号手段から検査対象を介して一方の高周波信号手段に向けて送信した後に、検査対象について必要な判定を行う判定手段とを備えており、該判定手段は、前記反転処理された信号が検査対象を透過して前記一方の高周波信号手段で受信された際に対称形状が崩れた程度を無次元のパラメータにより定量的に決定し、該無次元のパラメータに基づいて検査対象における異常部分を定量的に分析する様に構成されていることを特徴とする非破壊検査装置。