JP4952489B2 - 探傷方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、探傷方法及び装置に関するものである。

一般に、疲労亀裂等を監視する手法として、アコースティックエミッション法が良く知られているが、該アコースティックエミッション法は固体が塑性変形又は破壊する際にそれまで蓄えられていたひずみエネルギーが開放されて音（弾性波）を生じる現象を利用して行う非破壊検査法であり、圧力容器、球形タンク等のリーク、割れの探知や、原油タンクの底板腐食の程度を監視するための健全性評価手法として用いられている。

尚、アコースティックエミッション法を用いた健全性評価手法に関する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
特開２００３−２３２７８２号公報

しかしながら、前述の如きアコースティックエミッション法では、ノイズが多く発生する環境下での亀裂進展等の監視の場合、目的のアコースティックエミッション信号のみをノイズから分離して抽出することが容易ではなく、検査対象物の健全性を評価することが非常に困難となっていた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、ノイズが多く発生する環境下であっても、検査対象物に生じる亀裂進展の監視や腐食に伴う減肉箇所の発生の監視を継続して行うことができ、検査対象物の健全性評価を確実に行い得る探傷方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、板状の検査対象物の表面所要箇所に第一センサと第二センサとを配設し、
第一センサから超音波を発信して前記板状の検査対象物に板波を伝播させ、非健全箇所からの反射エコーの板波伝播時間を計測し、該板波伝播時間と、前記超音波の周波数及び前記検査対象物の板厚によって異なる板波伝播音速とに基づいて前記第一センサから非健全箇所までの距離ｒを演算すると共に、
第二センサから超音波を発信して前記板状の検査対象物に板波を伝播させ、非健全箇所からの反射エコーの板波伝播時間を計測し、該板波伝播時間と、前記超音波の周波数及び前記検査対象物の板厚によって異なる板波伝播音速とに基づいて前記第二センサから非健全箇所までの距離Ｒを演算し、
前記第一センサの位置を中心とし前記距離ｒを半径とする円周と、前記第二センサの位置を中心とし前記距離Ｒを半径とする円周と、前記第一センサ及び第二センサの位置情報と、前記板波の伝播方向とに基づいて非健全箇所の位置を特定することを特徴とする探傷方法にかかるものである。

前記探傷方法においては、波形が非対称なアンチシンメトリモードの板波であって且つ速度分散性が小さくなる高周波数帯域の板波を用いるようにすることが好ましい。

一方、本発明は、板状の検査対象物の表面所要箇所に配設され且つ超音波を発信して前記板状の検査対象物に板波を伝播させ非健全箇所からの反射エコーの板波伝播時間を計測する第一センサと、
該第一センサから所要間隔をあけるように前記板状の検査対象物の表面所要箇所に配設され且つ超音波を発信して前記板状の検査対象物に板波を伝播させ非健全箇所からの反射エコーの板波伝播時間を計測する第二センサと、
前記第一センサ及び第二センサで計測された板波伝播時間と、前記超音波の周波数及び前記検査対象物の板厚によって異なる板波伝播音速とに基づいて、前記第一センサから非健全箇所までの距離ｒと、前記第二センサから非健全箇所までの距離Ｒとを演算し、前記第一センサの位置を中心とし前記距離ｒを半径とする円周と、前記第二センサの位置を中心とし前記距離Ｒを半径とする円周と、前記第一センサ及び第二センサの位置情報と、前記板波の伝播方向とに基づいて非健全箇所の位置を特定する制御器と
を備えたことを特徴とする探傷装置にかかるものである。

前記探傷装置においては、波形が非対称なアンチシンメトリモードの板波であって且つ速度分散性が小さくなる高周波数帯域の板波を用いるようにすることが好ましい。

本発明の探傷方法及び装置によれば、ノイズが多く発生する環境下であっても、検査対象物に生じる亀裂進展の監視や腐食に伴う減肉箇所の発生の監視を継続して行うことができ、検査対象物の健全性評価を確実に行い得るという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図３は本発明を実施する形態の一例であって、板状の検査対象物１の表面所要箇所に、超音波を発信して前記板状の検査対象物１に板波を伝播させ非健全箇所２からの反射エコーの板波伝播時間ｔ，Ｔを計測する第一センサ３及び第二センサ４を、互いに所要間隔をあけて配設し、位置座標をそれぞれ（x_１，ｙ_１）、（x_２，ｙ_２）とし、前記第一センサ３及び第二センサ４が接続される制御器５において前記非健全箇所２の位置を特定するようにして、探傷装置を構成したものである。

前記制御器５は、前記第一センサ３及び第二センサ４が接続される２ｃｈ（チャンネル）以上のパルサレシーバ６と、該パルサレシーバ６に接続されるパーソナルコンピュータ７とからなり、前記第一センサ３及び第二センサ４で計測された板波伝播時間ｔ，Ｔと、前記超音波の周波数及び前記検査対象物１の板厚によって異なる板波伝播音速Ｓとに基づいて、前記第一センサ３から非健全箇所２までの距離ｒ（＝ｔ×Ｓ）と、前記第二センサ４から非健全箇所２までの距離Ｒ（＝Ｔ×Ｓ）とを演算し、前記第一センサ３の位置を中心とし前記距離ｒを半径とする円周の方程式
［数１］
（Ｘ_c−ｘ₁）²＋（Ｙ_c−ｙ₁）²＝ｒ²
と、前記第二センサ４の位置を中心とし前記距離Ｒを半径とする円周の方程式
［数２］
（Ｘ_c−ｘ₂）²＋（Ｙ_c−ｙ₂）²＝Ｒ²
と、前記第一センサ３及び第二センサ４の位置情報と、前記板波の伝播方向とに基づいて非健全箇所２の位置を特定するようにしてある。

ここで、図１に示す如く、前記第一センサ３の位置を中心とし前記距離ｒを半径とする円と、前記第二センサ４の位置を中心とし前記距離Ｒを半径とする円との交点は、前記非健全箇所２の他にもう一点存在するため、前記［数１］［数２］の二元連立方程式を解いた場合、その解は二つとなるが、前記第一センサ３及び第二センサ４から発信される板波の伝播方向をプラスとしその反対側をマイナスとするようにＸ−Ｙ平面座標系を設定しておき、プラスの解のみを求めるようにすれば良い。

又、計測に際しては、予め検出範囲（第一センサ３及び第二センサ４からの距離：最低１〜１．５［ｍ］相当の板波伝播時間）を設定し、図２に示す如く、その範囲に監視ゲートを設定する。該監視ゲートはしきい値の役割も果たし、予め設定したエコー高さ以下のものは無視するようにしてある。そして、前記監視ゲート内で得られた波形のピークを読み取り、該ピークの送信パルス発信時からの時間を板波伝播時間ｔ（Ｔ）として計測し、これに基づいて第一センサ３（第二センサ４）から反射源としての非健全箇所２までの距離ｒ（Ｒ）を求めるようにしてある。

尚、前記板波は、板を伝播する超音波のことで、図３に示す如く、通常の超音波探傷等で使用される縦波、横波の超音波に比べて低減衰で遠距離伝播する性質を有し、縦波と横波の成分によって形成される、いわば縦波と横波のうねりであり、速度分散性があり、周波数と板厚により、板波伝播音速Ｓが異なる。因みに、該板波伝播音速Ｓは、前記第一センサ３と第二センサ４との間で予め板波を伝播させ、該第一センサ３と第二センサ４との間の距離とその伝播時間とに基づいて求められる。

又、前記板波は、シンメトリモード（Symmetry mode(S-mode)）と、アンチシンメトリモード（Anti-symmetry mode(A-mode)）とがある。

本図示例の場合、振幅がシンメトリモードより大きく波形が非対称なアンチシンメトリモードの板波であって且つ速度分散性が小さくなる高周波数帯域の板波を用いるようにしてある。図４はアンチシンメトリモードのうちＡ₀モードと称されるモードの板波を板厚１２［ｍｍ］の鋼板に発信した場合の速度分散曲線の一例を示す線図であって、０．５［ＭＨｚ］以上の周波数を用いることが、板波の速度分散性を小さくする上で有効となる。

次に、上記図示例の作用を説明する。

先ず、板状の検査対象物１の表面所要箇所に第一センサ３と第二センサ４とを、互いに所要間隔をあけて配設しておく。尚、使用する超音波発信機やセンサによって、超音波の発生するタイミングが微妙にずれているが、これがずれていると超音波の伝播時間が正確に計測できず、誤差が大きくなるため、それを予め調整するために、超音波を発信した時間（ゼロ点）を前記第一センサ３及び第二センサ４毎に計測しておく、いわゆるキャリブレーションを行う。

続いて、前記第一センサ３から超音波を発信して前記板状の検査対象物１に板波を伝播させると、該検査対象物１に亀裂等の非健全箇所２が生じている場合、該非健全箇所２からの反射エコーの板波伝播時間ｔが計測され、制御器５において、該板波伝播時間ｔと、前記超音波の周波数及び前記検査対象物１の板厚によって異なる板波伝播音速Ｓとに基づいて前記第一センサ３から非健全箇所２までの距離ｒ（＝ｔ×Ｓ）が演算される。

同様に、前記第二センサ４から超音波を発信して前記板状の検査対象物１に板波を伝播させると、前記非健全箇所２からの反射エコーの板波伝播時間Ｔが計測され、前記制御器５において、該板波伝播時間Ｔと、前記超音波の周波数及び前記検査対象物１の板厚によって異なる板波伝播音速Ｓとに基づいて前記第二センサ４から非健全箇所２までの距離Ｒ（＝Ｔ×Ｓ）が演算される。

そして、前記第一センサ３の位置を中心とし前記距離ｒを半径とする円周の方程式（［数１］参照）と、前記第二センサ４の位置を中心とし前記距離Ｒを半径とする円周の方程式（［数２］参照）と、前記第一センサ３及び第二センサ４の位置情報と、前記板波の伝播方向とに基づいて非健全箇所２の位置が特定される。

本図示例における探傷装置は、例えば、図５に示す如く、下面にＵリブ８が溶接された前記検査対象物１としてのデッキプレート９上面にコンクリートの舗装１０が施された橋梁において、前記デッキプレート９に対するＵリブ８の溶接部に生じる疲労亀裂等の非健全箇所２の進展の監視に適用することが可能となる。

この場合、それぞれの位置情報を記録した前記第一センサ３及び第二センサ４を一組とするセンサを多数組、前記デッキプレート９下面の所要箇所に取り付けておくだけで、広範囲に亘って前記疲労亀裂等の非健全箇所２の進展の監視を行えるため、検査を行う度毎に、その都度、足場を組んで作業を行わなくて済み、検査に要する手間と時間並びに費用の削減に大きく貢献することができる。

尚、本発明者等は、板厚１２［ｍｍ］の鋼板（軟鋼）に非健全箇所２に見立てたノッチを形成し、前記第一センサ３と第二センサ４の配設位置を種々変更してＡ₀モードの周波数１［ＭＨｚ］の板波を前記鋼板（軟鋼）に発信し、前記ノッチの位置を調べる実験を行ったが、前記第一センサ３と第二センサ４の配設位置に関わらず、略同一の位置に前記ノッチが存在するという評価結果が得られ、実用化も充分可能であることが確認できた。

こうして、ノイズが多く発生する環境下であっても、検査対象物１に生じる亀裂進展の監視や腐食に伴う減肉箇所の発生の監視を継続して行うことができ、検査対象物１の健全性評価を確実に行い得る。

尚、本発明の探傷方法及び装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、橋梁のデッキプレートのＵリブ溶接部に生じる亀裂進展の監視に限らず、タンク底板の腐食に伴う減肉箇所の如き非健全箇所の発生の有無の監視にも適用可能なこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す概要構成図である。 本発明を実施する形態の一例における非健全箇所からの反射エコーと板波伝播時間を示すデータ図である。 板波の概念図である。 板波の速度分散曲線の一例を示す線図である。 本発明を橋梁に適用した例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 検査対象物
２ 非健全箇所
３ 第一センサ
４ 第二センサ
５ 制御器
ｒ 距離
Ｒ 距離
ｔ 板波伝播時間
Ｔ 板波伝播時間

Claims (4)

1. 板状の検査対象物の表面所要箇所に第一センサと第二センサとを配設し、
   第一センサから超音波を発信して前記板状の検査対象物に板波を伝播させ、非健全箇所からの反射エコーの板波伝播時間を計測し、該板波伝播時間と、前記超音波の周波数及び前記検査対象物の板厚によって異なる板波伝播音速とに基づいて前記第一センサから非健全箇所までの距離ｒを演算すると共に、
   第二センサから超音波を発信して前記板状の検査対象物に板波を伝播させ、非健全箇所からの反射エコーの板波伝播時間を計測し、該板波伝播時間と、前記超音波の周波数及び前記検査対象物の板厚によって異なる板波伝播音速とに基づいて前記第二センサから非健全箇所までの距離Ｒを演算し、
   前記第一センサの位置を中心とし前記距離ｒを半径とする円周と、前記第二センサの位置を中心とし前記距離Ｒを半径とする円周と、前記第一センサ及び第二センサの位置情報と、前記板波の伝播方向とに基づいて非健全箇所の位置を特定することを特徴とする探傷方法。
2. 波形が非対称なアンチシンメトリモードの板波であって且つ速度分散性が小さくなる高周波数帯域の板波を用いるようにした請求項１記載の探傷方法。
3. 板状の検査対象物の表面所要箇所に配設され且つ超音波を発信して前記板状の検査対象物に板波を伝播させ非健全箇所からの反射エコーの板波伝播時間を計測する第一センサと、
   該第一センサから所要間隔をあけるように前記板状の検査対象物の表面所要箇所に配設され且つ超音波を発信して前記板状の検査対象物に板波を伝播させ非健全箇所からの反射エコーの板波伝播時間を計測する第二センサと、
   前記第一センサ及び第二センサで計測された板波伝播時間と、前記超音波の周波数及び前記検査対象物の板厚によって異なる板波伝播音速とに基づいて、前記第一センサから非健全箇所までの距離ｒと、前記第二センサから非健全箇所までの距離Ｒとを演算し、前記第一センサの位置を中心とし前記距離ｒを半径とする円周と、前記第二センサの位置を中心とし前記距離Ｒを半径とする円周と、前記第一センサ及び第二センサの位置情報と、前記板波の伝播方向とに基づいて非健全箇所の位置を特定する制御器と
   を備えたことを特徴とする探傷装置。
4. 波形が非対称なアンチシンメトリモードの板波であって且つ速度分散性が小さくなる高周波数帯域の板波を用いるようにした請求項３記載の探傷装置。

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