JP4576289B2 - キャリブレーション装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波探触子の位置を電磁式の位置検知手段で検出するように構成された超音波探傷装置に適用されるキャリブレーション装置に関する。

従来より、金属材料や溶接部等の非破壊検査を行うため、超音波探傷装置が用いられている。このような超音波探傷装置は、配管や金属板等の検査対象表面に沿って超音波探触子を移動させながら超音波を発信し、反射して戻ってくる超音波（エコー）を受信して傷や異物等の有無を検出する。すなわち、正常であれば底面まで到達して反射した超音波を受信するが、内部に傷や異物等があればこれに反射した超音波を受信することで異常を検出することができる。

このような超音波探傷装置を用いた超音波探傷試験においては、検査位置をリアルタイムで検出して異常のある位置を特定するため、送信コイルで作った磁場を受信コイルが受けて超音波探触子の位置を検出する電磁式の位置検出が行われている。すなわち、超音波探触子に受信コイルを設けて磁場を検出し、超音波探触子の位置を認識することによって検査位置及び超音波探傷により発見された異常のある位置を特定することができる。
また、交流磁界を生成する送信コイルの磁場を磁力計で計測し、送信コイルの位置と向きとを推定する物体の空間における位置及び方向を決定する装置及び方法が開示されている。（たとえば、特許文献１参照）
特許第２５０８０１０号公報

ところで、超音波探傷試験で超音波探触子の位置を電磁式で検出する場合には、超音波探傷を行う検査対象の周辺磁場に歪みがあると、超音波探触子の正確な位置を検出できなくなる。このため、超音波探傷試験時には、検査対象周辺磁場の磁場情報を事前に測定して補正情報を得るキャリブレーションが必要となるため、このキャリブレーション作業を容易かつ正確に実施できるキャリブレーション装置の開発が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、検査対象周辺磁場の磁場情報を事前に測定して補正情報を得るキャリブレーションを容易かつ正確に実施できるキャリブレーション装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る請求項１は、超音波探傷を行う検査対象周辺磁場の歪みを事前に測定して得られる磁場情報を、送信コイルで形成した磁場を受信コイルが検出して超音波探触子の位置を検出する電磁式の位置検知手段に補正情報として与えるキャリブレーション装置であって、
前記送信コイルを備え、前記検査対象に固定してキャリブレーションガイドを形成するガイド形成部材と、前記送信コイルで形成した磁場を検出するキャリブレーション用受信コイルを備え、前記キャリブレーションガイドに沿って走行しながら前記磁場情報を検出するキャリブレーション台車と、前記送信コイル及び前記キャリブレーション用受信コイルの制御手段とを具備して構成したことを特徴とするものである。

このようなキャリブレーション装置によれば、送信コイルを備え、検査対象に固定してキャリブレーションガイドを形成するガイド形成部材と、送信コイルで形成した磁場を検出するキャリブレーション用受信コイルを備え、キャリブレーションガイドに沿って走行しながら磁場情報を検出するキャリブレーション台車と、送信コイル及びキャリブレーション用受信コイルの制御手段とを具備して構成したので、検査対象に固定されているガイド形成部材のキャリブレーションガイドに沿ってキャリブレーション台車を走行させ、ガイド形成部材の送信コイルが形成した磁場をキャリブレーション用受信コイルで検出することにより、検査対象周辺磁場の磁場情報を得ることができる。

上記のキャリブレーション装置において、前記ガイド形成部材は、各々に前記送信コイルを備えた複数の基材を長手方向に回動可能に連結した連接式とされ、前記基材の一側端面を平坦に連結して前記キャリブレーションガイドを形成するとともに、前記基材の一端部側に設けた連結係合手段を他端側の複数の基材底面に設けられている突起の一つに係止し、前記連結係合手段に引張方向の付勢を与えて固定することが好ましく、これにより、配管の外周面に連接式のガイド形成部材を巻き付け、連結係合手段を基材底面の突起に係止して固定すれば、外径の異なる配管に対して容易にキャリブレーションガイドを形成することができる。

上記のキャリブレーション装置において、前記キャリブレーション台車は走行状態検出手段を備えていることが好ましく、これにより、走行状態検出手段の検出値からキャリブレーション台車の正確な位置情報を得ることができる。

上記のキャリブレーション装置において、前記キャリブレーション台車は、キャリブレーションガイドと反対側に位置する走行車輪の車軸が水平方向から上向きに傾斜して支持されていることが好ましく、これにより、走行するキャリブレーション台車をキャリブレーションガイドの方向へ押し付ける力が作用する。

上述した本発明によれば、検査対象に固定されているガイド形成部材のキャリブレーションガイドに沿ってキャリブレーション台車を走行させ、ガイド形成部材の送信コイルが形成した磁場をキャリブレーション用受信コイルで検出することにより、検査対象周辺磁場の磁場情報を得ることができるので、この磁場情報を用いることにより、検査対象周辺磁場の磁場情報を事前に測定して補正情報を得るキャリブレーション作業を容易かつ正確に実施することが可能になる。このため、補正情報を用いて磁場の歪みを反映することにより、超音波探触子の正確な位置をリアルタイムに検出できるようになるので、超音波探触子の正確な位置から超音波探傷により発見される異常の位置についても、リアルタイムで正確に把握することができる。
また、連接式のガイド形成部材は径の異なる配管に共用して容易にキャリブレーションガイドを形成することができるので、キャリブレーション装置の部品点数を低減して利便性を向上させることができる。

以下、本発明に係るキャリブレーション装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のキャリブレーション装置１０を用いてキャリブレーションの作業を行う様子を示す斜視図である。キャリブレーション装置１０は、たとえば配管１を連結している溶接部２等のように、超音波探傷試験を行う検査対象周辺磁場の歪みを事前に測定して磁場情報を得る装置であり、検査対象周辺の適所に固定設置して使用される連設リング２０と、連設リング２０が形成したキャリブレーションガイドに沿って走行しながら磁場情報を検出するキャリブレーション台車５０と、各種の制御を行う制御手段のコントローラ７０とを具備して構成される。
このキャリブレーション装置１０で検出した磁場情報は、後述する超音波探傷試験において、図７に示す超音波探触子８０の正確な位置を検出するため、補正情報として使用される。

連設リング２０は、磁場を形成する送信コイル２１を備えており、検査対象となる配管１の溶接部２に沿って固定設置することにより、溶接部２に沿ってキャリブレーション台車５０の走行を導くキャリブレーションガイド２２を形成するガイド形成部材である。
この連設リング２０は、各々に送信コイル２１を備えた複数の基材２３が連結部材のピン２４を介して長手方向に回動可能に連結された連接式とされ、各基材２３の一側端面をガイド面２３ａとし、各ガイド面２３ａを同一平面上に配列して平坦に連結することで、同一平面上に連続して配置されたガイド面２３ａが円周方向に連続するキャリブレーションガイド２２を形成する。なお、各基材２３毎に各々１個の送信コイル２１を埋設することにより、各基材２３が送信コイルユニットとなる。

また、連設リング２０は、図２ないし図５に示すように、複数が連接されている基材２３の一端部側に固定機構３０を備えている。なお、図２ないし図４には、連設リング２０を配管１の外周に固定した状態が示されている。
固定機構３０は、連設リング２０を配管１の外周に着脱可能に固定するものであり、たとえば図３に示すように、連設リング２０の他端側に連接されている複数の基材２３から配管１の外径に適合する一つを選択し、各基材底面２３ｂに設けられている突起２５の凹部２５ａに対し、連結係合手段として設けたコンベックス板ばね（以下、「板ばね」と呼ぶ）３１の一端部側に穿設した貫通孔３１ａを係止させて固定する。さらに、各基材２３の基材底面２３ｂには、配管１の外周面に当接させて基材底面２３ｂとの間に所望の間隙を形成するため、突起２５より突設量の大きい台座突起２６が突設されている。この間隙は、連設リング２０の着脱時に、板ばね３１の通路となる空間を確保したものである。

そして、上述した係止状態を維持して連設リング２０を固定するため、板ばね３１の他端側へ引張方向の付勢を与えるようにコイルばね３２が設けられている。なお、貫通孔３１ａは突起２５より大きな形状とし、容易に通り抜けできるようになっている。
板ばね３１の他端側は、固定機構本体３３に摺動自在に支持された操作ノブ３４に固定されている。操作ノブ３４は、ノブ本体３４ａと、ノブ本体３４ａと一体に連結された円柱部３４ａとにより構成されている。操作ノブ３４は、円柱部３４ａが固定機構本体３３のガイド溝３３ａに沿って図３の上下方向へ摺動自在に支持され、上述した板ばね３１は円柱部３４ｂの下端部近傍に固定されている。

コイルばね３２は、円柱部３４ｂがガイド溝３３ａから上方へ突出する部分の外周に配設され、上端がノブ本体３４ａの下端面に当接し、かつ、下端が固定機構本体３３の上端面に当接して圧縮されている。円柱部３４ａは、ノブ本体３４ａを操作することにより、固定機構本体３３のガイド溝３３ａに沿って摺動するが、この摺動可能範囲は、円柱部３４ｂに突設したガイドピン３５が固定機構本体３３に設けた規制溝３３ｂ内を移動することで上下両端を規定される。
また、操作ノブ３４に操作力が作用しない自然状態では、コイルばね３２の付勢によりノブ本体３４ａが固定機構本体３３から離間する方向へ押し上げられるので、板ばね３１は、貫通孔３１ａと突起２５との係止状態を維持する方向に引っ張られて連設リング２０を固定することができる。

このように、連設リング２０を配管１の所望の位置に固定する場合は、配管１の外周に巻き付けて配管径に対応する長さとなる位置の基材２３を選択して固定機構３０と隣接させ、操作ノブ３４を押し込んで板ばね３１を突起２５へ向けて押し出す。すると、配管１の外径に沿って折曲された板ばね３１は、先端部が上向きに弾性変形しながら持ち上げられた状態で先端部側（図４の紙面左側）へ移動するので、貫通孔３１ａが突起２５を通過した時点で操作ノブ３４の押し込みを止めると、突起２５が貫通孔３１ａを通り抜けるとともに、板ばね３１がコイルばね３２の付勢を受けて凹部２５ａに係止される。

また、連設リング２０の固定を解除する場合には、コイルばね３２の付勢に抗してノブ本体３４ａを下向きに押し込む。すると、コイルばね３２を圧縮して円柱部３４ｂがガイド溝３３ａに沿って下降するので、板ばね３１の貫通孔３１ａは先端部側へ移動して凹部２５ａとの係合が解除される。
すなわち、板ばね３１の断面形状には、図５（ｂ）に示すように、幅方向の両端が若干上向きに湾曲したコンベックス断面形状を採用しているので、突起２５との係止が解除されることにより、自らの弾性により長手方向が直線に復帰する方向の力が作用する。このため、板ばね３１の先端部は配管１の外周面側に密着する方向へ移動し、これとほぼ同時にノブ本体３４ａの押圧を解除すればコイルばね３２の付勢を受けて操作ノブ３４が押し上げられる。この結果、板ばね３１は円柱部３４ｂに引っ張られ、台座突起２６が配管１の外周面との間に形成した空間を通って固定機構本体３３側へ引き戻される。
こうして固定機構３０を解除することにより、連設リング２０の両端は分離されて直線状となるため、配管１から容易に取り外すことができる。

キャリブレーション台車５０は、台車本体５１に複数の走行車輪５２を取り付けて走行可能とし、さらに、台車本体５１には磁場を検出する複数のキャリブレーション用受信コイル（以下、「受信コイル」と呼ぶ）５３を搭載した構成とされる。図示の構成例では、キャリブレーション台車５０の台車本体５１が四輪で走行するとともに、４個の受信コイル５３を搭載している。
なお、走行車輪５２の数については４輪に限定されるものではないが、安定走行を考慮すると４輪以上とすることが好ましく、また、受信コイル５３の数についても、３次元の検出を可能にするため少なくとも３個以上設置することが好ましい。

台車本体５１の走行方向側面には、上述したキャリブレーションガイド２２に沿ってキャリブレーション台車５０を走行させる平坦なガイド面５４が形成されている。このガイド面５４側においては、走行車輪５２が平坦面から突出しないようにするため、車輪設置用の凹部５５を形成してある。
また、キャリブレーションガイド２２と反対側、すなわち、ガイド面５４と反対側に配設された走行車輪５２については、車軸５２ａが水平方向から上向きに傾斜して台車本体５１に支持されていることが好ましい。このように支持された走行車輪５２は、キャリブレーションガイド２２に沿って走行することにより、キャリブレーション台車５０をキャリブレーションガイド２２側へ押し付ける方向の力を発生する。このため、キャリブレーション台車５０は、キャリブレーションガイド２２に沿う安定した走行が容易に可能となる。なお、走行車輪５２の断面形状を略半円形状とすることにより、上述した安定走行はより一層容易になる。

また、キャリブレーション台車５０は、移動量等の走行状態を検出する図示省略の走行状態検出手段を備えていることが好ましい。
この走行状態検知手段は、たとえばエンコーダにより実際の走行距離を検出したり、走行速度を一定に保って経過時間から移動距離を算出するものであり、キャリブレーション台車５０の走行状態を正確に検出することにより、キャリブレーションにより得られた磁場情報に対応する位置をより正確に認識することができる。

上述した連設リング２０及びキャリブレーション台車５０は、コントローラ７０及びパーソナルコンピュータ（以下、「パソコン」と呼ぶ）７１と信号ケーブル７２を介して接続される。
コントローラ７０は、送信コイル２１及び受信コイル５３と接続されることにより、送信コイル２１で形成した磁場を受信コイル５３で検出した磁場情報を受け、送信コイル２１で形成した磁場と実際の磁場検出値とを比較した結果の差から、検査対象周辺磁場の歪みを測定することができる。測定された検査対象磁場の歪みは、たとえばエンコーダで検出したキャリブレーション台車５０の走行状態とともにパソコン７１に記憶され、後述する超音波探傷試験で超音波探触子８０の位置補正に使用される。すなわち、検査対象磁場の歪みは、エンコーダで検出した位置情報とともに、超音波探傷試験で超音波探触子８０の位置を検出する電磁式の位置検出手段に補正情報として与えられる。

ここで、キャリブレーション装置１０によるキャリブレーション作業の手順を簡単に説明する。
最初に、検査対象となる溶接部２に沿って連設リング２０を巻き付け、固定機構３０により配管１に固定設置する。この結果、連設リング２０は、溶接部２と略平行なキャリブレーションガイド２２を形成する。
次に、キャリブレーション台車５０をキャリブレーションガイド２２に沿わせて走行させる。このとき、走行開始の起点を特定しておくことにより、たとえばエンコーダの検出値からキャリブレーション台車５０の移動量が得られるので、この移動量との関係から受信コイル５３で検出した磁場情報の正確な位置を特定することができる。
このようなキャリブレーション台車５０の走行とともに、コントローラ７０の制御により、送信コイル２１で形成した磁場を受信コイル５３が検出すれば、キャリブレーション台車５０の移動量と関連づけて、検査対象磁場の歪み情報を溶接部２の全周にわたって得ることができる。

このようにしてキャリブレーション作業が終了すると、連設リング２０はそのままの位置に固定して超音波探傷試験を実施する。
超音波探傷試験は、図７に示すように、キャリブレーション台車５０に代えて超音波探触子８０がコントローラ７０に接続され、さらに、超音波探傷試験制御装置９０とも接続される。超音波探触子８０には複数の受信コイル８１が設置され、上述したキャリブレーション台車５０の場合と同様に、連設リング２０側に設けられた送信コイル２１で形成した磁場を超音波探触子８０に設けた複数の受信コイルユニット８１で検出する。この磁場検出は、超音波探触子８０の位置を検出する電磁式の位置検出手段となる。なお、受信コイルユニット８１には、少なくとも３個の受信コイルが内蔵されている。
また、超音波探触子８０は、図示しない超音波検査部を備えており、発信した超音波の受信状況から傷等の異常を発見することができる。

超音波探触子８０で検出した磁場情報は、超音波探傷の受信情報とともに超音波探傷試験制御装置９０に入力される。このには、パソコン７１に記憶された検査対象磁場の歪み情報（補正情報）がコントローラ７０及び超音波探触子８０を介して入力される。
この結果、超音波探傷試験制御装置９０では、受信コイルユニット８１の磁場情報から超音波探触子８０の位置をリアルタイムで特定する場合、検査対象磁場の歪み情報を反映した正確な位置を得ることができる。このため、超音波探触子８０で検出した超音波探傷試験の結果として、位置情報に合わせた超音波探傷の受信情報（受信結果）を表示部９１にリアルタイムで表示することができる。すなわち、超音波探傷試験の結果を正確な位置とともにリアルタイムで表示できるようになるので、異常を発見した場合の位置特定が容易かつ正確になる。

ところで、上述した実施形態においては、連結係合手段として板ばね３１が採用されているが、これに限定されることはなく、以下に説明する変形例が可能となる。
図８ないし図１０に示す変形例では、板ばね３１に代えて密着コイルばね４０が採用されている。なお、以下の説明では、上述した実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

密着コイルばね４０は、内部にワイヤ４０ａを挿入して密に形成されているコイルばねの一端を略Ｕ字状とし、図９及び図１０に示すように、他端側をワイヤ４０ａで連結した細長いリング状に形成されている。リング状とした密着コイルばね４１の一端には、係止孔４１を形成するため、端部近傍に固定金具４２が取付けられている。また、密着コイルばね４１の他端近傍は、ビス４３を締め込むことにより固定機構本体３３に確実に固定されている。

このような構成の密着コイルばね４０は、操作ノブ３４を押し下げることにより弾性変形するので、係止孔４１が突起２５を通り抜けてから操作ノブ３４の押し下げ操作を止めると、コイルばね３２の作用により引き戻される。この結果、係止孔４１が突起２５の凹部２５ａに係止されてコイルばね３２の付勢が係止状態を維持するので、配管１に対し連設リング２０を容易に固定することができる。
また、連設リング２０の固定状態から操作ノブ３４を押し下げると、密着コイルばね４０が先端部側へ移動して係止孔４１は凹部２５ａの係止から開放されるので、自らの弾性により配管１の外周面側へ移動する。この状態で操作ノブ３４の操作を止めると、密着コイルばね４０がコイルばね３２の付勢により引き戻されるので、連設リング２０の固定は解除される。

このように、本発明のキャリブレーション装置１０によれば、溶接部２等の検査対象に固定されている連設リング２０のキャリブレーションガイド２２に沿ってキャリブレーション台車５０を走行させ、連設リング２０の送信コイル２１が形成した磁場をキャリブレーション用受信コイル５３で検出することにより、検査対象周辺磁場の磁場情報を得ることができるので、この磁場情報を用いることにより、検査対象周辺磁場の磁場情報を事前に測定して歪み等を反映した補正情報を得るキャリブレーション作業を容易かつ正確に実施することが可能になる。従って、補正情報を用いて磁場の歪みを反映することにより、超音波探触子８０の正確な位置をリアルタイムに検出できるようになり、超音波探触子８０の正確な位置から超音波探傷により発見される異常の位置についても、リアルタイムで正確に把握して表示することができる。

また、連接式の連設リング２０は、基材２３の使用個数を変えることで外径の異なる配管２に共用して容易にキャリブレーションガイド２２を形成することができるので、配管径毎に異なるキャリブレーションガイドを用意する必要がない。従って、キャリブレーション装置１０の部品点数を低減し、低コストで利便性を向上させることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明に係るキャリブレーション装置の一実施形態を示す図で、（ａ）は装置構成及びキャリブレーション作業の状態を示す斜視図、（ｂ）はキャリブレーション台車の構成例を示す斜視図である。 図１に示したキャリブレーション装置の連設リングについて、固定機構及び取付状態を示す斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図３のＢ部拡大図である。 図４に示した板ばねの構成例を示す斜視図であり、（ａ）は先端部側を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 キャリブレーション台車の走行車輪取付例を示す図である。 超音波探傷試験の様子を示す説明図である。 図３に示した板ばねの変形例として密接コイルばねを採用した構成例を示す断面図である。 図８の密接コイルばねについて、先端の係止孔周辺構造を示す拡大斜視図である。 密接コイルばねが屈曲した状態を示す図８のＤ矢視図である。

符号の説明

１ 配管
２ 溶接部（検査対象）
１０ キャリブレーション装置
２０ 連接リング（ガイド形成部材）
２１ 送信コイル
２２ キャリブレーションガイド
２３ 基材
２４ ピン（連結部材）
２５ 突起
３０ 固定機構
３１ コンベックス板ばね（連結係合手段）
３１ａ 貫通孔
３２ コイルばね
３３ 固定機構本体
３４ 操作ノブ
３４ａ ノブ本体
３４ｂ 円柱部
４０ 密接コイルばね（連結係合手段）
４０ａ ワイヤ
４１ 係止孔
５０ キャリブレーション台車
５１ 台車本体
５２ 走行車輪
５３ キャリブレーション用受信コイル
５４ スライド面
７０ コントローラ（制御手段）
８０ 超音波探触子
９０ 超音波探傷試験制御装置

Claims (4)

1. 超音波探傷を行う検査対象周辺磁場の歪みを事前に測定して得られる磁場情報を、送信コイルで形成した磁場を受信コイルが検出して超音波探触子の位置を検出する電磁式の位置検知手段に補正情報として与えるキャリブレーション装置であって、
   前記送信コイルを備え、前記検査対象に固定してキャリブレーションガイドを形成するガイド形成部材と、
   前記送信コイルで形成した磁場を検出するキャリブレーション用受信コイルを備え、前記キャリブレーションガイドに沿って走行しながら前記磁場情報を検出するキャリブレーション台車と、
   前記送信コイル及び前記キャリブレーション用受信コイルの制御手段とを具備して構成したことを特徴とするキャリブレーション装置。
2. 前記ガイド形成部材が、各々に前記送信コイルを備えた複数の基材を長手方向に回動可能に連結した連接式とされ、
   前記基材の一側端面を平坦に連結して前記キャリブレーションガイドを形成するとともに、
   前記基材の一端部側に設けた連結係合手段を他端側の複数の基材底面に設けられている突起の一つに係止し、前記連結係合手段に引張方向の付勢を与えて固定することを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション装置。
3. 前記キャリブレーション台車が走行状態検出手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のキャリブレーション装置。
4. 前記キャリブレーション台車は、前記キャリブレーションガイドと反対側に位置する走行車輪の車軸が水平方向から上向きに傾斜して支持されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のキャリブレーション装置。

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