JP5890572B1

JP5890572B1 - 水中用検査装置および方法

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Publication number: JP5890572B1
Application number: JP2015184914A
Authority: JP
Inventors: 雄大芝
Original assignee: 株式会社計測工業
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2035-09-18
Also published as: JP2017058308A

Abstract

【課題】水中での構造物の検査を容易且つ確実に行うことができる水中用検査装置を提供する。【解決手段】超音波を発生する振動子がアレイ状に複数配置されたフェーズドアレイ探触子１４と、フェーズドアレイ探触子１４を支持する装置本体１０と、装置本体１０に伸縮可能に取り付けられた３つ以上の脚体２０ａ〜２０ｃと、装置本体１０を水中で推進させることにより脚体２０ａ〜２０ｃの先端部を構造物の表面に押し付ける押圧手段３０と、脚体２０ａ〜２０ｃを個別に駆動してそれぞれの伸縮量を調整する伸縮手段４０と、伸縮手段４０の駆動を制御する制御手段５０とを備え、制御手段５０は、脚体２０ａ〜２０ｃを構造物に押し付けた状態でフェーズドアレイ探触子１４により検出された構造物の被検査面が、フェーズドアレイ探触子１４に対して所定の向きとなるように、各脚体２０ａ〜２０ｃの伸縮量を個別に制御する水中用検査装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、水中用検査装置および方法に関し、より詳しくは、水中の構造物に対する肉厚や損傷などを検査する水中用検査装置および方法に関する。

港湾内における鋼矢板岸壁に対しては、腐食等による強度低下や穴あきによる土砂流出を未然に防止するため、定期的に肉厚検査が行われている。このような検査は、従来は潜水士が被検査箇所まで潜水して行っていたが、陸上での検査に比べて検査コストが高額になり易いことから、自動化のニーズが高まっている。

水中に配置された構造物の欠陥を検査する装置として、例えば特許文献１には、保持機構により被検査構造物の表面との間に間隔をあけて保持されるフェーズドアレイ探触子を備える超音波探傷装置が開示されている。保持機構は、被検査構造物の表面の凸凹に追従するための走行車輪および伸縮機構と、フェーズドアレイ探触子と被検査構造物の表面との距離を遠隔操作により調整可能な調整機構とを備えている。

特開２００８−２１５８７７号公報

上記従来の超音波探傷装置を用いて港湾に設置された鋼矢板の肉厚検査を行う場合、フェーズドアレイ探触子の配列方向が鋼矢板の表面となるべく平行になるように、鋼矢板に対するフェーズドアレイ探触子の向きを調整する必要がある。

ところが、鋼矢板の表面には貝や海藻などの異物が付着し易く、保持機構の当接位置によって異物の付着状況が異なることから、フェーズドアレイ探触子の向きを、鋼矢板の表面に対して正確に調整することが困難であるという問題があった。

また、鋼矢板の表面の凸凹に追従させるための伸縮機構を備えているため、波や海流等の影響により超音波探傷装置が大きな力を受けると、フェーズドアレイ探触子が傾いたり、フェーズドアレイ探触子と被検査構造物の表面との距離が変動する等して、正確な検査が困難になるという問題があった。

そこで、本発明は、水中での構造物の検査を容易且つ確実に行うことができる水中用検査装置および方法の提供を目的とする。

本発明の前記目的は、超音波を発生する振動子がアレイ状に複数配置されたフェーズドアレイ探触子と、前記フェーズドアレイ探触子を支持する装置本体と、前記装置本体に伸縮可能に取り付けられた３つ以上の脚体と、前記装置本体を水中で推進させることにより前記脚体の先端部を構造物の表面に押し付ける押圧手段と、前記脚体を個別に駆動して伸縮させる伸縮手段と、前記伸縮手段の駆動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記脚体を構造物に押し付けた状態で前記フェーズドアレイ探触子から超音波信号を出力し、前記構造物の被検査面に異物が付着している場合に、前記異物と前記被検査面との境界面での反射エコーを検出することにより検出された前記被検査面の向きが、前記フェーズドアレイ探触子に対して所定の向きとなるように、前記各脚体の伸縮量を個別に制御する水中用検査装置により達成される。

この水中用検査装置において、前記フェーズドアレイ探触子は、前記脚体の伸縮方向と直交する方向に走査可能となるように、前記装置本体に支持されていることが好ましい。

また、本発明の前記目的は、上記の水中用検査装置を用いて水中の構造物を検査する方法であって、前記各脚体の先端部を前記押圧手段により構造物に押し付ける押圧ステップと、前記脚体を構造物に押し付けた状態で、前記フェーズドアレイ探触子に対する構造物の被検査面の向きを、前記フェーズドアレイ探触子により検出する向き検出ステップと、前記向き検出ステップで検出された被検査面の向きが所定の向きとなるように、前記制御手段により前記各脚体の伸縮量を制御する向き修正ステップと、前記向き修正ステップで向きが修正された被検査面を前記フェーズドアレイ探触子により検査する検査ステップとを備える水中用検査方法により達成される。

本発明によれば、水中での構造物の検査を容易且つ確実に行うことができる水中用検査装置および方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る水中用検査装置の概略正面図である。図１に示す水中用検査装置のＡ−Ａ断面図である。図１に示す水中用検査装置の概略平面図である。図１に示す水中用検査装置の作動を説明するための要部斜視図である。図３に示す水中用検査装置の作動後の一例を示す概略平面図である。本発明の他の実施形態に係る水中用検査装置の概略平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、発明の一実施形態に係る水中用検査装置の概略正面図である。図１に示すように、水中用検査装置１は、フェーズドアレイ探触子１４と、フェーズドアレイ探触子１４を支持する装置本体１０とを備えている。

装置本体１０は、それぞれ密閉可能な下部ケーシング１１および上部ケーシング１２を備えており、下部ケーシング１１と上部ケーシング１２との間には、上下に延びるガイドロッド１３が固定されている。上部ケーシング１２には、水中で装置本体１０に上下方向の推進力を与える昇降スラスタ１５，１６が設けられている。

フェーズドアレイ探触子１４は、超音波を発生する振動子が一次元アレイ状（直線状）に複数配置されており、各振動子を時間差で振動させて出力面１４ａから出力し、反射エコーを受信することにより、構造物の肉厚測定や探傷を行うことができる。フェーズドアレイ探触子１４は、各振動子の配列方向と直交するガイドロッド１３に沿って駆動機構（図示せず）により駆動可能とされており、フェーズドアレイ探触子１４の駆動走査により、構造物の被検査面を検査することができる。フェーズドアレイ探触子１４は、複数の振動子が二次元アレイ状（マトリクス状）に配置された構成であってもよい。

また、水中用検査装置１は、装置本体１０に伸縮可能に支持された直棒状の３つの脚体２０ａ，２０ｂ，２０ｃと、各脚体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの先端部を構造物に押し付ける押圧装置３０と、各脚体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを個別に駆動して伸縮させる伸縮装置４０ａ，４０ｂ，４０ｃと、制御装置５０とを備えている。脚体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの先端部は、本実施形態では平面状としているが、構造物の表面形状に合わせて曲面状等の他の形状であってもよい。

図２は、図１に示す水中用検査装置のＡ−Ａ断面図である。図１および図２に示すように、脚体２０ａは、下部ケーシング１１の下面に設けられた軸受２１ａ，２２ａに往復動可能に支持されており、先端部をフェーズドアレイ探触子１４の出力面１４ａ側に伸縮させて、装置本体１０からの突出量を調整することができる。脚体２０ａの外周面における２つの軸受２１ａ，２２ａの間には、マグネット２３ａが固定されている。

図３は、図１に示す水中用検査装置の概略平面図である。図１および図３に示すように、他の２つの脚体２０ｂ，２０ｃは、上部ケーシング１２の上面に支持されており、脚体２０ａと同様の構成により、先端部をフェーズドアレイ探触子１４の出力面１４ａ側に伸縮可能とされている。すなわち、脚体２０ｂ，２０ｃは、軸受２１ｂ，２２ｂ；２１ｃ，２２ｃに往復動可能に支持され、脚体２０ｂ，２０ｃの外周面には、マグネット２３ｂ，２３ｃが固定されている。

押圧装置３０は、上部ケーシング１２に固定されて、水中で装置本体１０に水平方向の推進力または旋回力を与える水平スラスタ３１，３２を備えている。

図１および図２に示すように、伸縮装置４０ａは、下部ケーシング１１に収容されている。伸縮装置４０ａは、軸受４１ａ，４２ａに支持されたボールねじ４３ａと、ボールねじ４３ａに取り付けられたスライダ４４ａと、ボールねじ４３ａを回転駆動するモータ４５ａと、モータ４５ａの回転を検出するエンコーダ４６ａとを備えており、ボールねじ４３ａの正逆回転により、スライダ４４ａをボールねじ４３ａの軸方向に沿って往復動させることができる。スライダ４４ａの下部には、マグネット（図示せず）が取り付けられており、下部ケーシング１１の壁部を介して脚体２０ａに固定されたマグネット２３ａを吸着することにより、スライダ４４ａの移動と共に脚体２０ａを進退させることができる。脚体２０ａの伸縮量は、エンコーダ４６ａにより検出されるスライダ４４ａの位置に基づいて、制御装置５０により制御される。

図１に示すように、他の２つの伸縮装置４０ｂ，４０ｃは、上部ケーシング１２に収容されている。伸縮装置４０ｂ，４０ｃの構成は、上記の伸縮装置４０ａと同様であり、それぞれ脚体２０ｂ，２０ｃを進退させることができる。

制御装置５０は、上部ケーシング１２に収容されており、内蔵する加速度センサ、ジャイロスコープ、圧力センサ等の検出に基づき、昇降スラスタ１５，１６および水平スラスタ３１，３２の作動を制御することにより、装置本体１０の姿勢を水中で安定化させながら、フェーズドアレイ探触子１４を所望の水深まで潜行させることができる。制御装置５０は、作業者が陸上からコントローラを用いて遠隔操作することも可能であり、装置本体１０に設けられたカメラ（図示せず）で撮像した画像を見ながら、装置本体１０を所望の位置まで移動させることができる。

また、制御装置５０は、構造物の肉厚検査等において、構造物の被検査面がフェーズドアレイ探触子１４に対して所定の向きになるように伸縮装置４０ａ，４０ｂ，４０ｃを作動させ、各脚体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの伸縮量を個別に制御する機能を有している。

次に、上記の構成を備える水中用検査装置１の作動を説明する。港湾内の鋼矢板の肉厚検査を行う場合、検査対象となる矢板の被検査面の近傍まで水中用検査装置１を水中で移動させた後、図３に示すように、押圧装置３０が備える水平スラスタ３１，３２の作動により、各脚体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの先端部を矢板Ｓに向けて押し付ける（押圧ステップ）。

港湾内の矢板Ｓには、貝や海藻などの異物Ｆがランダムに付着していることが多いため、脚体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの先端部がこれらの異物Ｆに当接すると、図３に示すように、フェーズドアレイ探触子１４は矢板Ｓの表面（被検査面）に対して傾斜するおそれがある。このときの傾斜が大きいと、矢板Ｓの被検査面に対する超音波ビームの入射角度が大きくなって、矢板Ｓの裏面での反射エコーを検出し難くなるため、矢板Ｓの肉厚測定が困難になる。

そこで、水中用検査装置１は、各脚体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを矢板Ｓに向けて押し付けた状態で、フェーズドアレイ探触子１４に対する被検査面の向きを検出する（向き検出ステップ）。

向き検出ステップは、図４に示すように、まず、被検査面Ｉの上側両隅部にフェーズドアレイ探触子１４から超音波を出力し、矢板Ｓの表面での反射エコーの検出に基づいて、制御装置５０が、フェーズドアレイ探触子１４の出力面１４ａと被検査面Ｉの上側両隅部との距離（水距離）Ｌ１，Ｌ２を算出する。なお、被検査面Ｉに上記の異物が付着している場合には、この異物と被検査面Ｉとの境界面での反射エコーを検出することにより、異物を含まない水距離を求めることができる。

ついで、フェーズドアレイ探触子１４をガイドロッド１３（図１参照）に沿って矢示方向に降下させ、制御装置５０が、被検査面Ｉの下側両隅部と出力面１４ａとの距離（水距離）Ｌ１’，Ｌ２’を算出する。こうして得られた４つの水距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ１’，Ｌ２’から、フェーズドアレイ探触子１４の出力面１４ａに対する被検査面Ｉの向きが検出される。

次に、制御装置５０は、検出された被検査面Ｉの向きを、フェーズドアレイ探触子１４の出力面１４ａに対して所定の向きとなるように修正する（向き修正ステップ）。すなわち、４つの水距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ１’，Ｌ２’を互いに等しい値（例えば、２５ｍｍ程度）にするための３つの脚体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの伸縮量をそれぞれ演算により求め、これに基づいて伸縮装置４０ａ，４０ｂ，４０ｃの作動を制御する。装置本体１０には、押圧装置３０により矢板Ｓに対して押圧力が常時作用しているため、脚体２０ａ，２０ｂ，２０ｃの伸縮により、図５に示すように、矢板Ｓの被検査面Ｉは、フェーズドアレイ探触子１４の出力面と平行になる。

この後は、従来のフェーズドアレイ方式による肉厚検査と同様に、フェーズドアレイ探触子１４により矢板Ｓの表面および裏面における反射エコーを検出しながら、フェーズドアレイ探触子１４を上下方向に駆動走査することで、被検査面Ｉの肉厚を測定することができる（検査ステップ）。

このように、本実施形態の水中用検査装置１は、フェーズドアレイ探触子１４に対する矢板Ｓの被検査面の向きを、フェーズドアレイ探触子１４により予め検出し、この向きが所定の向き（すなわち、フェーズドアレイ探触子１４の出力面１４ａに対して、矢板Ｓの被検査面Ｉが平行になる向き）となるように、脚体２０ａ，２０ｂ，２０ｃを伸縮させることにより、矢板Ｓの表面に異物が付着している場合でも、矢板Ｓの肉厚を容易に精度良く測定することができる。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されない。例えば、本実施形態においては、検査対象となる構造物として、被検査面が平面状の鋼矢板を例に説明しているが、図６に示すように、被検査面Ｉが円弧状曲面である中空円筒状の鋼管杭や配管等の構造物Ｓの肉厚検査を行うことも可能である。この場合も、本実施形態と同様に、被検査面Ｉの四隅で測定したフェーズドアレイ探触子１４との水距離が互いに等しくなるように、脚体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの伸縮量を個別に制御することにより、フェーズドアレイ探触子１４に対する被検査面Ｉの向きを、所定の向き（すなわち、フェーズドアレイ探触子１４の出力面に対して、被検査面Ｉの中央における接平面Ｔが平行になる向き）に修正することができる。

図６に示すように、被検査面Ｉが円弧状曲面の場合、構造物Ｓと水中用検査装置１との当接状態を安定化させるため、水中用検査装置１は、４つの脚体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを備えることが好ましい。脚体の数は、５つ以上にすることも可能である。

また、本実施形態の押圧装置３０は、フェーズドアレイ探触子１４を水中で上下方向に駆動走査できるように、ガイドロッド１３と直交する方向に沿って２つの水平スラスタ３１，３２を配置しているが、フェーズドアレイ探触子１４を水中で水平方向に駆動走査できるように、２つの水平スラスタをガイドロッド１３に沿って両側に配置してもよい。

また、本実施形態においては、構造物の肉厚検査を例に説明したが、構造物の亀裂や損傷などの欠陥検査を行う場合も、本実施形態と同様の手順で行うことができる。

１水中用検査装置
１０装置本体
１４フェーズドアレイ探触子
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ脚体
３０押圧装置
３１，３２水平スラスタ
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ伸縮装置
５０制御装置

Claims

超音波を発生する振動子がアレイ状に複数配置されたフェーズドアレイ探触子と、
前記フェーズドアレイ探触子を支持する装置本体と、
前記装置本体に伸縮可能に取り付けられた３つ以上の脚体と、
前記装置本体を水中で推進させることにより前記脚体の先端部を構造物の表面に押し付ける押圧手段と、
前記脚体を個別に駆動して伸縮させる伸縮手段と、
前記伸縮手段の駆動を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記脚体を構造物に押し付けた状態で前記フェーズドアレイ探触子から超音波信号を出力し、前記構造物の被検査面に異物が付着している場合に、前記異物と前記被検査面との境界面での反射エコーを検出することにより検出された前記被検査面の向きが、前記フェーズドアレイ探触子に対して所定の向きとなるように、前記各脚体の伸縮量を個別に制御する水中用検査装置。
前記フェーズドアレイ探触子は、前記脚体の伸縮方向と直交する方向に走査可能となるように、前記装置本体に支持されている請求項１に記載の水中用検査装置。
請求項１または２に記載の水中用検査装置を用いて水中の構造物を検査する方法であって、
前記各脚体の先端部を前記押圧手段により構造物に押し付ける押圧ステップと、
前記脚体を構造物に押し付けた状態で、前記フェーズドアレイ探触子に対する構造物の被検査面の向きを、前記フェーズドアレイ探触子により検出する向き検出ステップと、
前記向き検出ステップで検出された被検査面の向きが所定の向きとなるように、前記制御手段により前記各脚体の伸縮量を制御する向き修正ステップと、
前記向き修正ステップで向きが修正された被検査面を前記フェーズドアレイ探触子により検査する検査ステップとを備える水中用検査方法。