JP5716239B2

JP5716239B2 - 土中構造物の欠陥評価装置およびその方法

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Publication number: JP5716239B2
Application number: JP2012024107A
Authority: JP
Inventors: 靖夫熊谷; 山東　和義; 和義山東
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2032-02-07
Also published as: JP2013160683A

Description

この発明は土中構造物の欠陥評価装置、および、欠陥評価方法に関し、特に、現場で容易に欠陥の程度が評価できる土中構造物の欠陥評価装置、および、欠陥評価方法に関する。

従来の土中構造物の欠陥評価装置がたとえば下記特許文献１に開示されている。特許文献１によれば、土中構造物の欠陥評価装置は、金属筒体の土中外部分に取付けられ、超音波を土中側に向けて発信し、反射波を検出する探触子と、探触子の検出した反射波を受信して解析する解析手段を有する超音波探傷器とを含み、解析手段は、金属筒体の土中部分と地上部との境界から得られる境界部エコー（地際近傍の腐食部からの反射エコー）、および、金属筒体の端部から得られる端部エコーとを用いて欠陥の評価を行なっていた。

特許第３９７３６０３号公報

従来の土中構造物の欠陥評価装置は上記のように構成されていたため、現場で金属柱等を掘削することなく、土中構造物の劣化評価を容易に行うことができた。

一方、従来の装置においては、評価を上げるために、境界部エコーと端部エコーとを用いているが、この場合、境界部エコーおよび端部エコーが得られないときは、欠陥の評価ができない場合があるという問題があった。また、検証試験において、境界部エコー高さが所定の閾値に満たない場合も、境界部において腐食している場合があり、評価において問題がある場合があった。

この発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、金属柱のような土中構造物の劣化評価を、より正確に行うことのできる土中構造物の欠陥評価装置および欠陥評価方法を提供することを目的とする。

この発明に係る、土中部分に存在する金属筒体の欠陥を評価する土中構造物の欠陥評価装置は、金属筒体の土中外部分に取付けられ、超音波を土中側に向けて発信し、反射波を検出する探触子と、探触子の検出した反射波を受信して解析する解析手段を有する超音波探傷器とを含む。反射波は土中方向の欠陥に応じた波形データからなる。解析手段は、波形データを正規化する正規化手段と、正規化手段によって正規化された波形データに基づいて、金属筒体の土中部分と地上部との境界から得られる境界部データと、端部からの端部データとを抽出する抽出手段と、抽出手段の抽出結果に応じて欠陥部を評価する評価手段とを含み、評価手段は、境界部データに基づく第１次評価と、端部データに基づく第２次評価とを連続的に行って、金属筒体の欠陥を評価する。

好ましくは、正規化手段は波形データのピーク値がレベルとして８０％になるように波形を増幅し、抽出手段は正規化された波形データにおけるレベルが１０％となる位置と８０％となる位置とから境界部エコー角度係数を抽出する。

この発明の他の局面においては、土中部分に存在する金属筒体の欠陥を評価する土中構造物の欠陥評価方法は、金属筒体の土中外部分から、超音波を土中側に向けて発信するステップと、反射波を検出するステップと、検出した反射波を解析するステップとを含み、反射波は土中方向に欠陥に応じた波形データからなり、解析ステップは、波形データを正規化するステップと、正規化された波形データに基づいて、金属筒体の土中部分と地上部との境界から得られる境界部データと、端部からの端部データとを抽出するステップと、抽出ステップの抽出結果に応じて欠陥部を評価するステップとを含み、境界部データに基づく第１次評価と、端部データに基づく第２次評価とを連続的に行って、金属筒体の欠陥を評価するステップとを含む。

土中構造物の金属筒体の土中部分と地上部との境界から得られる境界部、および、端部からの反射波に基づいて欠陥の評価をするときに、評価を２段階に分けて行い、境界部データに基づく第１次評価と、端部データに基づく第２次評価とを連続的に行って金属筒体の欠陥を評価する。したがって、従来のように、端部データが検出されないために評価ができないという問題は生じない。

その結果、金属柱のような土中構造物の劣化評価をより正確に行うことのできる土中構造物の欠陥評価装置、欠陥評価方法および欠陥評価方法を提供できる。

土中構造物の欠陥評価装置をパンザーマストのような金属柱の欠陥検出に用いた場合の例を示す模式図である。超音波探傷器の構成を示すブロック図である。超音波探傷器の動作手順を示すフローチャートである。腐食部からの反射エコーの波形を示す図である。金属柱の土中部の腐食部（Ａ）と、それに対応する反射エコーの波形（Ｂ）と、反射エコーの波形を正規化した波形（Ｃ）との関係を示す図であり、（Ｄ）〜（Ｆ）は腐食部の欠陥が（Ａ）の場合と異なる場合の（Ａ）〜（Ｃ）に対応する図である。解析部が行う反射エコーの波形の評価／判定手順を示すフローチャートである。図６のＳ２０２で示した第１次評価の内容を示すフローチャートである。図６のＳ２０４で示した第２次評価の内容を示すフローチャートである。腐食部および端部からの反射エコーの波形を示す図である。接触媒質の温度特性の一例を示す図である。表示器への評価表示状態を示す図である。

以下、この発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、この発明に係る、土中構造物の欠陥評価装置をパンザーマストのような金属柱の欠陥検出に用いた場合の例を示す模式図である。図１を参照して、パンザーマストのような金属柱３１はその一部が土中に埋め込まれており、地際３３で地上部３４と土中部３５に分かれる。土中構造物の欠陥評価装置は、金属柱３１の地上部３４において接触媒質１５を介して設置された探触子１０と、探触子１０に接続された超音波探傷器２０とを含む。

探触子１０は超音波信号を金属柱３１の土中側へ入射、伝搬させて、土中において腐食し減肉した腐食部１３からと端部３２からの反射波（以下反射エコーという場合がある）１２を受信する。超音波探傷器２０は探触子１０からの反射エコーデータを受け、それを基に腐食の程度の判定、すなわち欠陥の評価を行う。

なお、金属柱３１の板厚は６ｍｍ以下が好ましい。

ここで使用する超音波は、腐食部からの反射エコーを明確に受信するために外表面に接している土、コンクリート、および内表面に発生した腐食による凹凸等の表裏面の形状により生じる疑似エコーの影響が最も少なく、また、ある程度の距離を減衰しないで伝搬していく必要がある。このため、測定には種々の超音波モードのうちＳＨ波（Shear Horizontal Wave）を適用するのが好ましい。ＳＨ波とは、粒子の動きは超音波の進行方向に垂直であり、探傷面（表面）に対して水平方向に振動する波のことである。

図２は超音波探傷器２０の構成を示すブロック図である。図２を参照して、超音波探傷器２０は、超音波探傷器２０全体を制御するＣＰＵ２１と、ＣＰＵ２１を各構成部と接続するためのインターフェイス２２と、超音波探傷器の動作をオン、オフするスイッチ２３と、探触子１０へ電源を供給するパルサ２４と、探触子１０からの反射エコーを受信する受信器２５と、受信器の受信したデータに基づいて、以下に説明するデータ解析を行う解析部２７と、後で説明する接触媒質による感度補正を行う感度補正部２８と反射エコーのような波形を表示する表示器２９とを含む。

図３は超音波探傷器２０が行う処理内容全体を示すフローチャートである。図３を参照して、超音波探傷器２０の動作について説明する。超音波探傷器２０は図３に示す、事前準備、探傷準備、探傷、データ解析・評価および撤去・完了の各処理を行う。

事前準備においては、超音波探傷器２０および内蔵されたシステムプログラムを起動し、図面等によりパンザーマストの端部３２迄の距離を確認して、超音波探傷器２０により測定すべき長さである、測定範囲を設定して、予備調査を行う（Ｓ１１）。次いで、基準感度を設定し(Ｓ１２）、探傷感度を調整する(Ｓ１３）。ここで探傷感度は基準感度に感度補正量を加えたものである。感度補正量については後で説明する。

基準感度は次のようにして求める。板厚３ｍｍの鉄板に直径１０ｍｍの貫通孔を開けた試験片を準備し、貫通孔から所定の距離（実際に測定する場合の位置関係を考慮して定めた距離、たとえば３００ｍｍ）離れた位置に探触子１０を固定して、その貫通孔からの反射エコーを得る。反射エコーが表示器２９上で８０％のレベルになるよう調整することによって基準感度を設定する（具体的には、後で図５（Ｃ）を参照して説明するように調整する）。

探傷準備処理においては、まず超音波の入射の妨げとなる付着物の除去のような探傷面前処理（Ｓ１４）を行う。次いで、探触子１０が地表面から上記の所定の距離（約３００ｍｍ）の位置に配置できるよう位置を確認する、探触子の位置確認を行う（Ｓ１５）。その後接触媒質を探触子１０の取付け位置に塗布する（Ｓ１６）。

探傷処理においては、たとえば、０．５ＭＨｚのＳＨ波を出力する探触子１０を用いてパンザーマストの探傷を行う（Ｓ１７）。

データ解析・評価処理においては、境界部（地際３３）から端部３２までの監視範囲内からの反射波の信号をメモリ２６に記憶することによりデータを採取し（Ｓ１８）、データを解析してリアルタイムで状況を表示器２９に表示することによってデータ解析を行う（Ｓ１９）。腐食程度をたとえば、重度、中度、軽度、健全、として表示して評価／判定を行う（Ｓ２０）。

撤去・完了処理においては、探触子１０をパンザーマストから外すとともに、超音波探傷器２０を撤去し（Ｓ２１）、接触媒質を除去して（Ｓ２２）処理を終了する。

図４は表示器２９に表示される反射エコ６ーの波形の一例を示す図である。横軸は探触子１０からの距離で、縦軸はエコー高さを表す。

次に図４に示した反射エコーを用いて腐食部１３の欠陥の程度を検出する手順について図５および図６を参照して説明する。

図５は金属柱３１の土中部の腐食部１３の断面（Ａ）と、それに対応する反射エコーの波形（Ｂ）と、反射エコーの波形を正規化した波形（Ｃ）との関係を示す図である。（Ｄ）〜（Ｆ）は腐食部の欠陥が（Ａ）の場合と異なる場合の（Ａ）〜（Ｃ）に対応する図である。

図６は図４のＳ１８からＳ２０で示した、データ解析・評価処理の処理内容（反射エコーの波形の解析手順）を示すフローチャートである。この処理は解析部２７が自動的に行う。

図４から図６を参照してまず、上記した監視範囲Ｓ（図５（Ａ））内で反射エコーを検出する（Ｓ２０１）。反射エコーは基本的に腐食部１３の欠陥に対応している。

ここで、一般的には、パンザーマストのような金属柱の腐食は、地際から土中にかけて１５０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲内で最大値になり、そこで倒壊するおそれが多いことが経験的に解っている。そこで、ここでは、監視範囲Ｓとして１５０ｍｍと設定している。

境界部反射エコー（地際３３近傍の腐食部からの反射エコー）に基づいて第１次評価を行う（Ｓ２０１〜Ｓ２０２）。第１次評価の内容については後述する。

Ｓ２０２で第１次評価の後、端部反射エコーを検出し（Ｓ２０３）、第２次評価を行なって（Ｓ２０４）、その結果を表示する（Ｓ２０５）。なお、第２次評価の内容については後述する。

なお、このように、第１次評価と第２次評価に分けたのは次の理由による。境界部エコーが出現しない場合、あるいはそのエコー高さが低い場合は、境界面での断面欠損量は少ないと推定できる。しかし、この場合、本来検出するはずの端部エコーが埋設範囲内の錆あるいは端部の劣化の進展等により検出できない場合、従来の評価では、評価不可あるいは実態より若干厳しい評価結果になる。反対に、境界部エコーがある程度のエコー高さを有していても端部エコーが検出されれば実態より緩い評価結果を与えてしまう恐れがある。

これより、抜柱前評価が外観確認による評価と乖離しないように意識しつつ、抜柱後評価により近く、例え異なる評価となっても安全サイドに評価するように、境界部エコーに重点をおき、より実態に近い結果が得られる評価手法としたことによるものである。

まず、第１次評価として境界部エコー高さの評価点と境界部エコーの角度係数による評価点とから境界部に生じた断面欠損量を推定し、次に、第２次評価として第１次評価結果と端部エコー評価結果とから全体の評価を行なうようにした。

この２段階評価でも端部エコーが出現した場合は、１次評価結果を緩和させることとし、埋設範囲の欠損状況の推定および境界部の評価結果の信頼性を向上させることとした。

次に、図６のＳ２０２で示した第１次評価について説明する。

第１次評価のフローチャートを図７に示す。第１次評価においては、角度係数を用いて評価を行なう。

今、金属柱３１に図５（Ａ）に示すような腐食部１３があり、その欠陥部の最も腐食が大きい部分の深さがｈ１であるとする。この腐食に対応して、図５（Ｂ）に示すような反射エコーが得られ、監視範囲内でピーク値Ｈ１が検出されたとする（図５（Ｂ）、図７Ｓ２０２１）。このピーク値の座標をａ１（ｘ１，ｙ１）とする。次に、解析部２７はこの反射エコーの原波形を正規化する（図５（Ｃ）、図７Ｓ２０２２）。具体的には、ピーク値Ｈ１がレベルとして８０％になるように波形を増幅し、その波形におけるレベルが所定のしきい値（ここでは１０％とする）になる座標ｂ1（ｘ２，ｙ２）を求める。座標ｂ1から座標ａ１への傾斜を演算して角度係数θ１を以下の式で求める（図５（Ｃ）、図７Ｓ２０２３）。

θ１＝（ｙ１−ｙ２）／（ｘ１−ｘ２）／基準感度
なお、基準感度を考慮しなくても良い。

次に腐食部１３の欠陥の程度が異なる場合について図５（Ｄ）〜（Ｆ）を参照して説明する。図５（Ｄ）に示すように、図５（Ａ）に比べ全体的にて腐食部の欠陥の程度は低く、最大欠陥深さはｈ２であるとする。

これに対応した反射エコー波形を得（図５（Ｅ））、それを正規化すると（図５（Ｆ））、全体的に欠陥の程度が低いため、ピーク値Ｈ２が８０％になるように正規化しても１０％の位置と高さ方向においてあまり変らないため、角度係数θ２はθ１に比べて小さくなる。以上のように、角度係数θを検出することによって、腐食部１３の欠陥の程度を知ることができるため、角度係数を用いて欠陥を自動的に評価して（図７Ｓ２０２４）、表示器２９に表示する。

次に、第２次評価について説明する。ここでは端部反射エコーを検出する（Ｓ２０３）。

反射エコーは腐食部１３と端部３２とから戻って来るが、発明者らは腐食部１３の欠陥が大きいほど腐食部１３からの反射エコーの波形の高さが高くなり、端部３２からの反射エコーの高さが低くなるということを発見した。

図８はこの実施の形態における反射エコーの波形を示す図であり、図９は第２次評価の動作を示すフローチャートである。図８中、横軸はビーム路程であり、縦軸はエコー高さである。図８および図９を参照して、第２次評価手順について説明する。

まず、端部エコー高さの算出について説明する。端部エコー高さは、上記図５（Ｃ）に示すように、腐食部（境界部）１３からの反射エコーを８０％に調整したとき（正規化したとき）の端部３２からの反射エコーの高さである。

図８を参照して、反射エコーは腐食部からの反射によるピーク値ＴＡと端部３２からの反射によるピーク値ＴＢとを有する。そこで、これらを検出する（図９、Ｓ２０４１）。次に、端部エコー高さ％として、正規化後の端部エコー高さを求める（図９、Ｓ２０４２）。

この端部エコー高さ％の値を用いて欠陥を自動的に評価し（図９、Ｓ２０４３）、表示器２９に表示する。具体的な評価は後で表を参照して説明する。

以上のように解析部２７は、解析手段、正規化手段、抽出手段、評価手段として作動する。

この場合の評価の一例を表１〜３に示す。表１は正規化された境界部エコーの高さＥＨによる評価点と、角度係数θによる評価点と、端部エコー高さＴＨによる評価点と、これら３つのパラメータを合計した評価ポイントに対してその評価の内容を評価ポイントに記載している。

表１を参照して、境界部の評価においては、境界部のエコー高さＥＨが１０％以下でも評価点を１点とし、１０％〜４０％以下であれば２点、４０％〜８０％以下であれば３点、８０％を超えれば４点としている。

角度係数は０．８以下であれば１点、０．８〜１．２以下であれば２点、１．２〜１．８以下であれば３点、１．８を超えれば４点としている。

端部エコー高さＴＨは、８０％より大きければ１点、４０％〜８０％以下であれば２点、１０％〜４０％以下であれば３点、１０％以上であれば４点としている。

すなわち、この実施の形態においては、境界部エコー高さＥＨが１０％以下でも、また、角度係数が０．８以下でも、また、端部エコー高さＴＨが８０％を超えても１点を付与するようにするとともに、端部エコー高さＴＨが１０％以下でも４点を付与するようにしたため、従来のように評価ができないということは生じない。また、表１に示すように、ここでは、３つのパラメータに基づいて健全（二重○）、軽度（○）、中度（△）および重度（×）の４段階に評価を分けている。

表２は、境界部による第１次評価の評価点を示し、表３は第２次評価の評価点を示す。

表２に示すように、境界部評価点と角度係数評価とによって第１次評価結果が４段階で得られる。

同様に、第１次評価結果と端部評価点とから第２次評価が得られる。なお、第２次評価結果において、「（注意）」という評価は、境界部エコーも端部エコーも検出されない場合である。

次に、探傷時に超音波を鋼中に入射するために用いる接触媒質１５の感度補正について説明する。接触媒質１５は、温度変化による感度の増減が大きいため、通常は使用温度に応じて接触媒質１５自体を変更している。接触媒質１５の温度特性の一例を図１０に示す。

この実施の形態においては、上記したように、金属柱の腐食部の劣化の程度を自動で判別するため、接触媒質の温度変化による感度調整も探傷面温度を入力することにより自動で感度補正を行う。温度補正は、測定前に、用いる感度基準用感度試験片の温度と実機の表面温度の差を接触媒質を提供するメーカ推奨の、図１０に示すような感度補正量を参考に探傷感度を決定する。

なお、このような感度補正は図３におけるＳ１２の基準感度調整で行う。

次に、図６のＳ２０７で示した評価の表示について説明する。図１１は表示器２９の評価表示状態を示す図である。図１１を参照して、表示器２９の表示部は波形表示部２９１と評価表示部２９２とを含む。評価表示部２９２には、測定条件、評価基準となる２つのパラメータのそれぞれの値、評価等が表示される。

具体的には、評価欄には、表１に示した評価ポイントを記号で示す。しきい値欄には上記した角度係数を求めるのに用いたしきい値を表示し、境界部エコー欄には、腐食部からのエコー高さＥＨ％を表示する。端部エコー欄には端部３２からのエコー高さＴＨ％を表示し、角度欄には図７で求めた角度係数を表示し、表示開始欄には図１に示した探触子１０から地際３３迄の距離ｄ１を表示し、表示幅欄には、図１に示した地際３３からの測定部の寸法ｄ２を表示する。

図面を参照してこの発明の一実施形態を説明したが、本発明は、図示した実施形態に限定されるものではない。本発明と同一の範囲内において、または均等の範囲内において、図示した実施形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

１０探触子、１１ＳＨ波、１２反射波、１３腐食部、１５接触媒質、２０超音波探傷器、２１ＣＰＵ、２４パルサ、２５受信器、２６メモリ、２７解析部、２８感度補正部、２９表示器、３１金属柱、３２端部。

Claims

土中部分に存在する金属筒体の欠陥を評価する土中構造物の欠陥評価装置であって、
前記金属筒体の土中外部分に取付けられ、超音波を土中側に向けて発信し、反射波を検出する探触子と、
前記探触子の検出した反射波を受信して解析する解析手段を有する超音波探傷器とを含み、
前記反射波は土中方向の欠陥に応じた波形データからなり、
前記解析手段は、
前記波形データを正規化する正規化手段と、
前記正規化手段によって正規化された波形データに基づいて、前記金属筒体の土中部分と地上部との境界から得られる境界部データと、端部からの端部データとを抽出する抽出手段と、
前記抽出手段の抽出結果に応じて欠陥部を評価する評価手段とを含み、
前記評価手段は、前記境界部データの値に拘わらず、前記境界部データに基づいて境界部の断面欠損量を評価する第１次評価と、前記端部データおよび前記第１次評価とに基づく第２次評価とを連続的に行って、前記金属筒体の欠陥を評価する、土中構造物の欠陥評価装置。
前記正規化手段は前記境界部の波形データのピーク値がレベルとして８０％になるように波形を増幅し、
前記抽出手段は正規化された前記境界部の波形データにおけるレベルが１０％となる位置と前記正規化する前の前記境界部の波形データにおけるピークの位置とから境界部エコー角度係数を抽出する、請求項１に記載の土中構造物の欠陥評価装置。
土中部分に存在する金属筒体の欠陥を評価する土中構造物の欠陥評価方法であって、
前記金属筒体の土中外部分から、超音波を土中側に向けて発信するステップと、
反射波を検出するステップと、
検出した反射波を解析するステップとを含み、
前記反射波は土中方向の欠陥に応じた波形データからなり、
解析ステップは、
前記波形データを正規化するステップと、
正規化された波形データに基づいて、金属筒体の土中部分と地上部との境界から得られる境界部データと、端部からの端部データとを抽出するステップと、
抽出ステップの抽出結果に応じて欠陥部を評価するステップとを含み、
前記境界部データの値に拘わらず、前記境界部データに基づいて境界部の断面欠損量を評価する第１次評価と、端部データおよび前記第１次評価とに基づく第２次評価とを連続的に行って、金属筒体の欠陥を評価するステップとを含む、土中構造物の欠陥評価方法。