JP5142869B2

JP5142869B2 - 遠隔渦流探傷装置

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Publication number: JP5142869B2
Application number: JP2008188555A
Authority: JP
Inventors: 圭司岩田; 林一東海; 秀一佐藤; 貢藤原
Original assignee: IHI Corp; IHI Inspection and Instrumentation Co Ltd
Current assignee: IHI Corp; IHI Inspection and Instrumentation Co Ltd
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2028-07-22
Also published as: JP2010025801A

Description

本発明は、内部に液体を保有する液体タンクの内面を遠隔操作で渦流探傷検査するための遠隔渦流探傷装置に関する。

金属等の導体に交流を流したコイルを近づけると、表面又は内部に存在する欠陥（例えば表面傷）が、コイルに誘起される電流、電圧の変化として検出できる。渦流探傷装置は、この原理を利用した欠陥検出装置である。
以下、渦流探傷に用いるコイルを「渦流探傷コイル」と呼び、渦流探傷コイルを内蔵し被検査体に密着又は近接させるものを「渦流探傷プローブ」と呼ぶ。
上述した渦流探傷装置は、例えば、特許文献１に開示されている。

一方、原子炉圧力容器等の内壁面に発生した欠陥部の検出・除去を遠隔操作で行うことを目的として、例えば特許文献２に記載された水中作業装置が、既に提案されている。

特開２００２−３５０４０６号公報、「渦流探傷装置」特開平１１−２１１８７８号公報、「水中作業装置」

例えば、原子力発電所における廃液タンク等の内面検査は、汚染された廃液の存在のため、人間が直接タンク内に入って検査することはできない。そのため、従来は、例えば特許文献２の水中作業装置にＣＣＤカメラを搭載した水中検査ロボットを用いて遠隔操作で点検を行っている。

しかし、ＣＣＤカメラを搭載した水中検査ロボットによる検査は、検査時の判定を人の目に頼っているため、見落としが発生するおそれがあった。
また、ＣＣＤカメラで微小部分を拡大して検査するため、検査幅が狭く（例えば５ｍｍ未満）かつ検査速度が非常に遅い（例えば１０ｍｍ／ｓｅｃ未満）という問題点があった。
さらに、廃液が不透明（例えば汚染により濁っている場合）には、全く検査ができなかった。

これらの問題点を解決するために、廃液タンク等の内面検査に渦流探傷装置を用いることが従来から強く要望されていた。
しかし、渦流探傷装置では、渦流探傷プローブを被検査面に垂直に一定の力で押し付ける必要があり、従来はこれを検査員が人手で行っており、これを遠隔操作で自動で行うことが困難であった。また、被検査面には、溶接線等の凹凸があり、検査中にこの凹凸に追従できずにプローブを損傷するおそれがあった。
また、単一の渦流探傷プローブの検査範囲は被検査面と接触する狭い領域（直径３〜５ｍｍ程度）にすぎず、これを単に大きくすると検出精度が低下する。そのため、従来は、検査幅が狭く（５ｍｍ未満）かつ検査速度が遅い問題点があった。

本発明は上述した問題点に鑑みて創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、内部に液体を保有する液体タンクの内面を遠隔操作で渦流探傷検査することができ、渦流探傷プローブを被検査面に垂直に一定の力で押し付けることができ、被検査面の凹凸に追従して損傷が少なく、高い検出精度を維持したままで、検出幅が広く、かつ検査速度が速い遠隔渦流探傷装置を提供することにある。

本発明によれば、被検査面に沿って遠隔操作で移動可能な移動装置に取り付けられる遠隔渦流探傷装置であって、
渦流探傷コイルを内蔵したプローブセンサをその軸線方向外向きに所定のストロークで付勢する渦流探傷プローブと、
渦流探傷時に前記渦流探傷プローブの軸線方向を被検査面に対して垂直に保持するプローブホルダと、
該プローブホルダを被検査面に沿って進行する進行方向軸まわり、及びこれに直交する幅方向軸まわりに揺動可能に支持する支持フレームと、
該支持フレームを被検査面に対して垂直に昇降させる昇降装置と、を備えたことを特徴とする遠隔渦流探傷装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記プローブホルダは、その下端に空転可能な３以上の車輪を有し、渦流探傷時に各車輪が被検査面と当接して渦流探傷プローブの軸線方向を被検査面に対して垂直に保持する。

また、前記渦流探傷プローブは、それぞれ独立に同一の軸線方向外向きに付勢された複数のプローブセンサを有し、各プローブセンサの検出面は、被検査面に沿って進行方向に移動する際に、互いに重複する検査領域を有するように配置されている。

また、別の好ましい実施形態によれば、前記渦流探傷プローブは、複数ずつ独立に同一の軸線方向外向きに付勢された複数組のプローブセンサを有し、各組を構成する複数のプローブセンサの検出面は、被検査面に沿って進行方向に移動する際に、互いに重複する検査領域を有するように進行方向に対して斜めに配置されている。

また、前記渦流探傷プローブは、溶接部用プローブと平面用プローブとからなり、
前記プローブホルダは、前記溶接部用プローブを保持する溶接プローブホルダと平面用プローブを保持する平面プローブホルダとからなり、
前記支持フレームは、前記溶接プローブホルダを支持する溶接プローブフレームと平面プローブホルダを支持する平面プローブフレームとからなり、
前記溶接プローブフレームと平面プローブフレームのいずれか一方は、他方に昇降可能に支持され、かつ渦流探傷時に被検査面に対して所定の付勢力で垂直に付勢する付勢装置を備える、ことが好ましい。

上記本発明の構成によれば、液体タンクの内面（被検査面）に沿って遠隔操作で移動可能な移動装置に本発明の遠隔渦流探傷装置が取り付けられるので、この移動装置を遠隔操作することにより、内部に液体を保有する液体タンクの内面を遠隔操作で渦流探傷検査することができる。

また、この遠隔渦流探傷装置は、プローブホルダを被検査面に沿って進行する進行方向軸まわり（ロール方向）、及びこれに直交する幅方向軸まわり（ピッチ方向）に揺動可能に支持する支持フレームを備えるので、昇降装置で支持フレームを被検査面に対して垂直に移動（下降）させると、支持フレームが進行方向軸まわりにピッチし、かつこれに直交する幅方向軸まわりにチルトして、渦流探傷時にプローブホルダが渦流探傷プローブの軸線方向を被検査面に対して垂直に保持することができる。

また、この渦流探傷状態において、渦流探傷プローブのプローブセンサは、その軸線方向外向きに所定のストロークで付勢されているので、渦流探傷プローブを被検査面に垂直に一定の力で押し付けることができ、高い検出精度を維持することができる。

また、前記プローブホルダが、その下端に空転可能な３以上の車輪を有し、渦流探傷時に各車輪が被検査面と当接して渦流探傷プローブの軸線方向を被検査面に対して垂直に保持することにより、被検査面の凹凸に追従して損傷を少なくでき、かつ高い検出精度を維持したままで、検査速度を高めることができる。

さらに、前記渦流探傷プローブが、それぞれ独立に同一の軸線方向外向きに付勢された複数のプローブセンサを有し、各プローブセンサの検出面は、被検査面に沿って進行方向に移動する際に、互いに重複する検査領域を有するように配置されていることにより、高い検出精度を維持したままで、検出幅を広くすることができる。

また、前記渦流探傷プローブが、複数ずつ独立に同一の軸線方向外向きに付勢された複数組のプローブセンサを有し、各組を構成する複数のプローブセンサの検出面は、被検査面に沿って進行方向に移動する際に、互いに重複する検査領域を有するように進行方向に対して斜めに配置されていることによっても、高い検出精度を維持したままで、検出幅を広くすることができる。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明による遠隔渦流探傷装置の全体側面図である。この図において、本発明の遠隔渦流探傷装置１０は、被検査面１に沿って遠隔操作で移動可能な移動装置２に取り付けられている。被検査面１は、例えば原子力発電所における廃液タンク等の内面であり、移動装置２は、例えば特許文献２の水中作業装置である。従って、使用状態において、本発明の遠隔渦流探傷装置１０は、移動装置２と共に廃液等の液中に水没した状態となる。

被検査面１は、移動装置２が移動可能な範囲で平面でも曲面であってもよい。また、被検査面１は、渦流探傷が可能な金属面である限り、１〜２ｍｍ程度の溶接線や起伏（凹凸）があってもよい。

移動装置２は、図示しない防水ケーブル等を介して、本発明の遠隔渦流探傷装置１０と外部の制御装置との間で信号の送受信ができるようになっている。移動装置２は、被検査面１に沿って遠隔操作で移動可能である限り、特許文献２の水中作業装置に限定されず、その他の移動装置であってもよい。

図２は、図１の正面図、図３は図１の平面図である。
図１〜図３において、本発明の遠隔渦流探傷装置１０は、渦流探傷プローブ１２、プローブホルダ１４、支持フレーム１６、及び昇降装置１８を備える。

渦流探傷プローブ１２は、この例では、溶接部用プローブ１２Ａと平面用プローブ１２Ｂとからなる。各渦流探傷プローブ１２Ａ，１２Ｂは、渦流探傷コイルを内蔵したプローブセンサ１１Ａ，１１Ｂをその軸線方向外向き（図１，図２で下向き）に所定のストロークで付勢するようになっている。なお、渦流探傷プローブ１２の詳細構造に関しては後述する。

プローブホルダ１４は、この例では、溶接部用プローブ１２Ａを保持する溶接プローブホルダ１４Ａと、平面用プローブ１２Ｂを保持する平面プローブホルダ１４Ｂとからなる。
各プローブホルダ１４（１４Ａ，１４Ｂ）は、その下端に空転可能な３以上（この例で４輪）の車輪１５を有し、車輪１５が被検査面１に接触する渦流探傷時に、各車輪１５により渦流探傷プローブ１２の軸線方向を被検査面１に対して垂直に保持するようになっている。
３以上の車輪１５の配置は、この機能を満たす限りで任意である。なお車輪１５の回転方向は、移動装置の進行方向と同一に設定する。

支持フレーム１６は、この例では、溶接プローブホルダ１４Ａを支持する溶接プローブフレーム１６Ａと、平面プローブホルダ１４Ｂを支持する平面プローブフレーム１６Ｂとからなる。
各支持フレーム１６（１６Ａ，１６Ｂ）は、各プローブホルダ１４（１４Ａ，１４Ｂ）を被検査面１に沿って進行する進行方向の軸２１のまわり、及びこれに直交する幅方向の軸２２のまわりに揺動可能に支持している。以下、進行方向の軸２１まわりの揺動をロール、幅方向の軸２２まわりの揺動をピッチと呼ぶ。

また、この例において、溶接プローブフレーム１６Ａは、平面プローブフレーム１６Ｂにリニアベアリング２４により昇降可能（図３で紙面に直交する方向）に支持されている。さらに、溶接プローブフレーム１６Ａは、引張ばね２５（図２参照）により平面プローブフレーム１６Ｂに対して下方に付勢されており、平面プローブフレーム１６Ｂが下降して所定の高さに位置する渦流探傷時に、溶接プローブフレーム１６Ａを被検査面１に対して所定の付勢力で垂直下向きに付勢するようになっている。

昇降装置１８は、この例では、平面プローブフレーム１６Ｂを被検査面に対して垂直に昇降させ、この平面プローブフレーム１６Ｂの昇降に伴い、引張ばね２５で連結された溶接プローブフレーム１６Ａも昇降するようになっている。

上述した本発明の構成によれば、液体タンクの内面（被検査面）に沿って遠隔操作で移動可能な移動装置２に本発明の遠隔渦流探傷装置１０が取り付けられるので、この移動装置２を遠隔操作することにより、内部に液体を保有する液体タンクの内面を遠隔操作で渦流探傷検査することができる。

また、この遠隔渦流探傷装置１０は、進行方向の軸２１まわりのロールと幅方向の軸２２まわりのピッチが可能な支持フレーム１６（１６Ａ，１６Ｂ）を備えるので、昇降装置１８で支持フレーム１６を被検査面１に対して垂直に移動（下降）させると、支持フレーム１６が進行方向軸まわりにロールし、かつこれに直交する幅方向軸まわりにチルトして、プローブホルダ１４が渦流探傷時に渦流探傷プローブの軸線方向を被検査面に対して垂直に保持する。
また、この渦流探傷状態において、渦流探傷プローブ１２のプローブセンサは、その軸線方向外向きに所定のストロークで付勢されている。
従って、渦流探傷プローブ１２を被検査面１に垂直に一定の力で押し付けることができ、高い検出精度を維持することができる。

また、プローブホルダ１４が、その下端に空転可能な３以上の車輪を有し、渦流探傷時に各車輪が被検査面１と当接して渦流探傷プローブ１２の軸線方向を被検査面１に対して垂直に保持することにより、被検査面１の凹凸に追従して損傷を少なくでき、かつ高い検出精度を維持したままで、検査速度を高めることができる。

図４は、溶接部用プローブ１２Ａの構造図である。この図において、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は一部を切断して示す側面拡大図である。

溶接部用プローブ１２Ａは、この例において、それぞれ独立に同一の軸線方向外向きに付勢された８本のプローブセンサ１１Ａを有するアレイプローブである。プローブセンサ１１Ａは、この例では、本体内の鉛直な円筒穴内を上下に摺動する細長い円筒部とその下端の拡径部からなる。拡径部の上端面と本体との間に、圧縮ばねが所定の圧縮状態で設置されており、常に所定の力で下向に押し付け、かつ所定のストロークの上下動ができるようになっている。所定のストロークは、凹凸に追従できるように設定する。
なお、この図において、本体前後に２本ずつ設けられた合計４本のピン２７は、プローブホルダ１４に取り付ける際の位置決めピンである。

渦流探傷コイルは、拡径部又は細長い円筒部に封入されており、その信号線（図示せず）は、円筒部上面からプローブセンサ１１Ａの上下動を妨げない状態で、溶接部用プローブ１２Ａの上端の信号コードに結線されている。
各プローブセンサ１１Ａの検出面２６は、拡径部の下端面である。図４Ｂに示すように、８本のプローブセンサ１１Ａは、被検査面に沿って進行方向（この図で上下方向）に移動する際に、互いに重複する検査領域を有するように配置（この例では千鳥配置）されている。
この配置により、この例では検出面２６の直径が４．５ｍｍであり、幅方向最外側の検出面２６の間隔を２８ｍｍに設定することにより、検査領域の幅を３２．５ｍｍに拡大することができる。

図５は、平面用プローブ１２Ｂの構造図である。この図において、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は底面図、（Ｄ）はプローブセンサ１１Ｂの底面拡大図、（Ｅ）は図５Ｃと左右対称に構成した底面図である。

平面用プローブ１２Ｂは、この例において、複数（この例では２本）ずつ独立に同一の軸線方向外向きに付勢された複数組（この例では８組１６本）のプローブセンサ１１Ｂを有するアレイプローブである。
溶接部用プローブ１２Ａと平面用プローブ１２Ｂのプローブセンサの相違は、溶接部と平面用でプローブセンサ内の最適なコイル配置が異なることによる。

２本１組のプローブセンサ１１Ｂは、断面が細長いセンサホルダ２８内に一体的に収容され、このセンサホルダ２８が、常に所定の力で下向に押し付け、かつ所定のストロークの上下動ができるようになっている。
なお、この図において、本体前後に２本ずつ設けられた合計４本のピン２７は、プローブホルダ１４に取り付ける際の位置決めピンである。

渦流探傷コイルは、プローブセンサ１１Ｂに封入されており、その信号線（図示せず）は、上面からセンサホルダ２８の上下動を妨げない状態で、平面用プローブ１２Ｂの上端の信号コードに結線されている。
各組を構成する複数（この例では２本）のプローブセンサ１１Ｂの検出面２９は、被検査面に沿って進行方向（図で下方）に移動する際に、互いに重複する検査領域を有するように進行方向に対して斜めに配置されている。平面用プローブ１２Ｂの傾斜配置は、プローブアレイを小型化するためである。

また、複数組のプローブセンサ１１Ｂの検出面２９も、被検査面に沿って進行方向（図で下方）に移動する際に、互いに重複する検査領域を有するように進行方向に対して斜めに配置されている。
この配置により、この例では検出面２９の直径が３．５ｍｍであり、幅方向最外側の検出面２９の間隔を３８ｍｍに設定することにより、検査領域の幅を４１．５ｍｍに拡大することができる。

図６は、本発明の渦流探傷プローブによる渦流探傷領域の説明図である。この図で（Ａ）は、被検査面に沿った渦流探傷プローブの進行前、（Ｂ）は進行後を示している。
上述したように、溶接部用プローブ１２Ａは、８本のプローブセンサ１１Ａにより、同時に３２．５ｍｍの検査領域を検査することができ、平面用プローブ１２Ｂは、８組１６本のプローブセンサ１１Ｂにより、同時に４１．５ｍｍの検査領域を検査することができる。
また、この例では、１台の溶接部用プローブ１２Ａと２台の平面用プローブ１２Ｂが、互いに重複する検査領域を有するように進行方向に対して配置されている。
従って、この配置により、同時に１００ｍｍ以上（この例では１１１ｍｍ）の検査領域を検査することができる。

上述した本発明の装置を用いて、渦流探傷試験を実施した。
検査対象として、平板突合せ溶接部とその両側の熱影響部を水中で検査した。
検査幅は１００ｍｍ、長さ１３００ｍｍの領域に、直径１ｍｍの平底穴３個、幅０．２ｍｍのスリット３個を模擬きずとして設け、これを検出対象とした。
検査速度は、２０、３０、４０、５０ｍｍ／秒で行った。

上記試験の結果、２０，３０ｍｍ／秒において、同時に１００ｍｍの幅で連続的に検査でき、すべての模擬きずを安定して検出できることが確認された。
また、４０，５０ｍｍ／秒では、パソコンの処理能力不足が確認されたが、本発明の装置自体には問題はなく、処理能力を高めることで更に高速でも渦流探傷検査が可能であることが確認された。

上述したように、本発明の構成によれば、液体タンクの内面（被検査面）に沿って遠隔操作で移動可能な移動装置２（例えば特許文献２の水中作業装置）に本発明の遠隔渦流探傷装置１０が取り付けられるので、この移動装置２を遠隔操作することにより、内部に液体を保有する液体タンクの内面を遠隔操作で渦流探傷検査することができる。

また、プローブホルダ１４が、その下端に空転可能な３以上の車輪１５を有し、渦流探傷時に各車輪が被検査面１と当接して渦流探傷プローブ１２の軸線方向を被検査面１に対して垂直に保持することにより、被検査面１の凹凸に追従して損傷を少なくでき、かつ高い検出精度を維持したままで、検査速度を高めることができる。

さらに、溶接部用プローブ１２Ａと平面用プローブ１２Ｂの組み合わせで、高い検出精度を維持したままで、同時に１００ｍｍを超える検査領域を検査することができる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

本発明による遠隔渦流探傷装置の全体側面図である。図１の正面図である。図１の平面図である。溶接部用プローブ１２Ａの構造図である。平面用プローブ１２Ｂの構造図である。本発明の渦流探傷プローブによる渦流探傷領域の説明図である。

符号の説明

１被検査面、２移動装置（水中作業装置）、
１０遠隔渦流探傷装置、１１Ａ，１１Ｂプローブセンサ、
１２渦流探傷プローブ、
１２Ａ溶接部用プローブ、１２Ｂ平面用プローブ、
１４プローブホルダ、
１４Ａ溶接プローブホルダ、１４Ｂ平面プローブホルダ、
１５車輪、１６支持フレーム、
１６Ａ溶接プローブフレーム、１６Ｂ平面プローブフレーム、
１８昇降装置、２１進行方向の軸、２２幅方向の軸、
２４リニアベアリング、２５引張ばね、２６検出面、
２７ピン、２８センサホルダ、２９検出面

Claims

被検査面に沿って遠隔操作で移動可能な移動装置に取り付けられる遠隔渦流探傷装置であって、
渦流探傷コイルを内蔵したプローブセンサをその軸線方向外向きに所定のストロークで付勢する渦流探傷プローブと、
渦流探傷時に前記渦流探傷プローブの軸線方向を被検査面に対して垂直に保持するプローブホルダと、
該プローブホルダを被検査面に沿って進行する進行方向軸まわり、及びこれに直交する幅方向軸まわりに揺動可能に支持する支持フレームと、
該支持フレームを被検査面に対して垂直に昇降させる昇降装置と、を備え、
前記渦流探傷プローブは、溶接部用プローブと平面用プローブとからなり、
前記プローブホルダは、前記溶接部用プローブを保持する溶接プローブホルダと平面用プローブを保持する平面プローブホルダとからなり、
前記支持フレームは、前記溶接プローブホルダを支持する溶接プローブフレームと平面プローブホルダを支持する平面プローブフレームとからなり、
前記溶接プローブフレームと平面プローブフレームのいずれか一方は、他方に昇降可能に支持され、かつ渦流探傷時に被検査面に対して所定の付勢力で垂直に付勢されるようになっている、ことを特徴とする遠隔渦流探傷装置。
前記プローブホルダは、その下端に空転可能な３以上の車輪を有し、渦流探傷時に各車輪が被検査面と当接して渦流探傷プローブの軸線方向を被検査面に対して垂直に保持する、ことを特徴とする請求項１に記載の遠隔渦流探傷装置。
前記溶接部用プローブは、それぞれ独立に同一の軸線方向外向きに付勢された複数のプローブセンサを有し、各プローブセンサの検出面は、被検査面に沿って進行方向に移動する際に、互いに重複する検査領域を有するように配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の遠隔渦流探傷装置。
前記平面用プローブは、複数ずつ独立に同一の軸線方向外向きに付勢された複数組のプローブセンサを有し、各組を構成する複数のプローブセンサの検出面は、被検査面に沿って進行方向に移動する際に、互いに重複する検査領域を有するように進行方向に対して斜めに配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の遠隔渦流探傷装置。