JP4815899B2 - 鋼管の肉厚測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管の肉厚測定精度の向上に関するものである。

鉄鋼における厚板、熱延鋼材や鋼管等の熱間圧延鋼材の厚さ測定には、通常、放射線厚さ計が用いられる。放射線厚さ計は放射線源（放射性同位元素）と放射線検出器（電離箱等）を対向配置して、鋼板等を通過した放射線の強度を測定して厚さを求める。

測定する厚さ範囲、応答性の要求に従って使用する放射線源が定まるが、ガンマ線厚さ計では、^１３７Ｃｓを線源としたガンマ線厚さ計と、^２４１Ａｍを線源としたガンマ線厚さ計があり、厚鋼板の板厚制御では、鋼板の板厚が一般的に厚いので放射線エネルギーが高い
^１３７Ｃｓが用いられ、^２４１Ａｍは通常、板厚８ｍｍ以下に使用される。

放射線が物体を透過する際の放射線量に関する関係式は、（１）式で示される。

Ｉ＝Ｉ₀ exp(-μt) ・・・・・ （１）
ｔ：測定対象物の厚さ、μは測定対象物の材質で決まる質量吸収係数
Ｉ₀：放射線源の強度 Ｉ：放射線の検出量

これによれば、Ｉ₀、μが一定であれば、Ｉを計測することにより、厚さｔを求めることができる。

しかし、鋼板のように幅、長さが放射線源の幅より非常に大きな対象物では、照射した放射線の大部分は、鋼板を透過して放射線検出器にて検出されるので、放射線検出器で検出される放射線の検出量は板厚が同一の製品においては、大きくばらつくことは少ない。
一方、鋼管のように幅、高さ方向に製品寸法が種々に変化する対象物の肉厚測定においては、鋼管寸法に合わせて放射線源の幅を変えるには、製品寸法が変わるたびに、生産ラインを停止して放射線源の取り替えを行う必要があり、現実的でない。従って、鋼管製品の肉厚計測においては、放射線源の幅は、生産ラインで生産される製品の最大製品寸法に合わせて設定することとなる。

この場合、最大製品寸法よりも、小さい製品径の肉厚を測定すると、放射線検出器で検出される放射線には、鋼管本体を透過して放射線検出器で検出される放射線（以下、有効放射線と呼ぶ）と、鋼管本体を透過せずに直接放射線検出器で検出される放射線（以下、無効放射線と呼ぶ）とが混在することとなる。よって、無効放射線は、肉厚測定の観点からは、ノイズであり、その量によっては、肉厚測定の精度に重大な影響がでることになる。

従って、無効放射線量の比率が、あまりにも大きくなると、統計ノイズの発生も大きくなり（統計ノイズは無効放射線量の比率に比例する）正常な肉厚測定ができなくなるという問題が生じることとなる。

解決しようとする問題点は、鋼管製品の放射線肉厚測定の測定精度をどのようにして向上させるかという点である。

本発明は、その課題を解決するために以下のような構成をとる。

第一の発明は、放射線源と放射線検出器（但し、放射線検出器が、センサの素子が放射線の広がり方向に複数配列されたセンサである場合を除く）とを対向配置して、該放射線源と該放射線検出器との間にある鋼管の肉厚を測定する鋼管の肉厚測定方法であって、被測定物の外径に対応して、放射線源の幅方向を、管長方向に直角な面に放射線源を投影した長さに対する鋼管外径の比率である有効線量比率が１００％以下の範囲内で、管長方向に直角の方向から管長方向に回転して、放射線源の幅方向が管長方向に直角の方向である場合よりも有効線量比率を大きくして肉厚測定のノイズを減少させる事を特徴とする鋼管の肉厚測定方法である。
第二の発明は、前記放射線源はガンマ線源であることを特徴とする第一の発明に記載の鋼管の肉厚測定方法である。

本発明は、上記のような、放射線を使った肉厚測定方法であるので、鋼管の肉厚測定において、精度の高い測定値が得られる。

本発明を実施するための最良の形態を図を参照して説明する。
図１は、本発明方法の鋼管の肉厚測定方法を示す図である。放射線源としては、ガンマ線源（１）をもちいた。
ガンマ線源（１）の幅方向は、従来は、１ａに示すように鋼管（６）の管長方向に直角な位置に配置されていた。

一方、本願発明の方法は、ガンマ線源（１）の幅方向を鋼管（６）の管長方向に直角の方向１ａからガンマ線源（１）を角度θ度だけ管長方向に回転させて（１ｂの位置）、放射線源（１）の幅方向全域から放射されたガンマ線の大部分が鋼管（６）を透過するようにしたものである。

本願発明における、放射線源（１）と放射線検出器（２）と鋼管（６）の関係を図３を参照して説明する。
ガンマ線源（１）から照射された放射線は、鋼管（６）を透過して、有効放射線（４）として放射線検出器（２）で検出される。
一方、鋼管（６）を透過せずに放射線検出器（２）に検出される無効放射線（５）は、本発明方法を適用していない図３．１のほうが多くなっている。
図３．１は、本願発明の方法、即ち、ガンマ線源（１）を鋼管（６）に対して、角度θ度だけ管長方向に回転させて、図１の１ｂの位置に配置した場合を示す図である。
本例では、放射線は、鋼管（６）を斜めに透過するので、放射線の透過した鋼管断面は楕円形となり、放射された放射線のかなりの部分は鋼管（６）を透過して有効放射線４として放射線検出器（２）に到達する。ガンマ線源の幅方向を鋼管（６）の管長方向に直角に配置した図３．２に比較して、有効放射線量が顕著に増加している。一方、図３．２は、放射線源（１）の幅に対して、鋼管（６）の外径が非常に小さくなるので、有効放射線４よりも、無効放射線（５）の量が多くなっている。

上述したように、本発明によって、放射線検出器（２）に到達する無効放射線（５）は微量に抑えられるのでノイズが減って、鋼管の肉厚測定精度があがる。

図２．１は、本発明方法により無効放射線量を微量に抑えた場合の、肉厚測定精度を表す図であり、測定偏差はσ＝０．１０８と、本発明方法を使用しない場合のσ＝０．６３８に比較して非常に小さい値となっている。具体的肉厚測定値を図２．２に示すが測定時間による肉厚測定値のバラツキは非常に小さく、安定した測定値が得られている。
また、図４に示すように、同一肉厚で比較した場合、たとえば、１０ｍｍの肉厚で比較すると、理論透過係数は、管外径５０ｍｍでは１０、管外径１００ｍｍでは２３、管外径１５０ｍｍでは３５と管外径が大きくなるほど理論透過係数は大きくなっている。

図５．１は、ガンマ線源の幅方向を鋼管（６）の管長方向に直角に配置した場合の、肉厚測定精度を表す図であり、測定偏差はσ＝０．６３８と、ガンマ線源（１）を回転した場合のσ＝０．１０８に比較して非常に大きな値となっている。具体的肉厚測定値を図５．２に示すが、測定時間による肉厚測定値のバラツキは非常に大きく、安定した測定値が得られていないことがわかる。

図６は、有効線量比率（放射線源幅に対する鋼管外径の比率）と統計ノイズの関係を示す図である。有効線量比率が大きくなるほど統計ノイズは小さくなることを示している。ガンマ線源（１）を鋼管長手方向に回転することは、図６で有効線量比率を大きくすることと同じ効果が得られことを意味しており、ガンマ線源（１）を鋼管長手方向に回転することにより、統計ノイズが減少することがわかる。

放射線源の幅を有効に使えるので、放射強度を落とさずに、放射線の照射範囲を制御する用途にも適用できる。

本発明方法の鋼管の肉厚測定方法を示す図である。 本発明方法により無効放射線よ微量に抑えた場合の肉厚測定精度を示す図である。 本発明方法により無効放射線よ微量に抑えた場合の肉厚測定値の時間変動を示す図である。 ガンマ線源をθ回転した場合の有効放射線量を示す図である。 ガンマ線源を管長手直角方向にした場合の有効放射線量を示す図である。 肉厚と理論透過係数の関係を示す図である。 ガンマ線源の幅方向を鋼管の管長方向に直角に配置した場合の肉厚測定精度を示す図である。 ガンマ線源の幅方向を鋼管の管長方向に直角に配置した場合の肉厚測定値の時間変動を示す図である。 有効線量比率と統計ノイズの関係を示す図である。

符号の説明

１ ガンマ線源
２ 放射線検出器
４ 有効放射線
５ 無効放射線
６ 鋼管

Claims (2)

1. 放射線源と放射線検出器（但し、放射線検出器が、センサの素子が放射線の広がり方向に複数配列されたセンサである場合を除く）とを対向配置して、該放射線源と該放射線検出器との間にある鋼管の肉厚を測定する鋼管の肉厚測定方法であって、被測定物の外径に対応して、放射線源の幅方向を、管長方向に直角な面に放射線源を投影した長さに対する鋼管外径の比率である有効線量比率が１００％以下の範囲内で、管長方向に直角の方向から管長方向に回転して、放射線源の幅方向が管長方向に直角の方向である場合よりも有効線量比率を大きくして肉厚測定のノイズを減少させる事を特徴とする鋼管の肉厚測定方法。
2. 前記放射線源はガンマ線源であることを特徴とする請求項１に記載の鋼管の肉厚測定方法。

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