JP6039599B2

JP6039599B2 - 管の超音波検査装置

Info

Publication number: JP6039599B2
Application number: JP2014044785A
Authority: JP
Inventors: 田中　健二; 健二田中; 峰寛中川; 元則安永
Original assignee: Shin Nippon Nondestructive Inspection Co Ltd
Current assignee: Shin Nippon Nondestructive Inspection Co Ltd
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2034-03-07
Also published as: JP2015169547A

Description

本発明は、管（配管ともいう）の中に入れて使用し、管の損傷状態、管の厚み等を測定可能な管の超音波検査装置に関する。

例えば、特許文献１に記載のように、発電設備の熱交換器に用いられている管は狭隘かつ複雑に配置され、更には熱効率向上のため、外面にフィンが取り付けられている場合があるので、管を外側から非破壊検査することは困難であった。そこで、従来の管内挿入式超音波探傷装置は、同公報の図７に示すように、管の管軸中心線上に保持された探触子本体と信号結合ユニットと駆動ユニットとに分割され、各構成ユニットをそれぞれ回転の伝達が可能な連結具で連結し、管外に超音波送受信器を設置していた。

この探傷装置においては、管の全周に亘って探傷するため、駆動用シャフトを介してモータで１個の振動子を配置した探触子本体を回転走査し、超音波送受信器と振動子との間で授受される電気信号はスリップリングを媒体として外部に送られていた。

また、特許文献２には、管の中に超音波探触子と回転体とを入れ、回転体の先側に４５度傾斜したミラーを設けて、超音波探触子から発した超音波をミラーによって反射させ、その反射波を超音波探触子によって検知するものであった。

特開平１１−３５２１１３号公報特開２００１−８３１２４号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術においては、回転する超音波探触子への信号線の伝達にスリップリングを用いているので、装置構成が複雑になるという問題がある。この問題を解決するためには、特許文献２記載の技術のように、超音波探触子を固定するとともに４５度傾斜した反射ミラーを回転させて使うことにより、超音波探触子の信号線をスリップリングを介して連結する必要を無くすことが考えられる。しかしながら、特許文献２記載の技術では水ジェットノズルによる回転駆動機構が用いられるため、特に大型管の検査の場合、そのままでは回転する部分が大型となって、適用が困難という問題がある。この問題を解決するために、特許文献２の回転体を通常の電動モータに代えて駆動させることも考えられる。しかしながらそのような代替は、モータの回転軸に動力伝達手段を介して回転体を連結し、ミラーを回転駆動させる必要性により、機構が複雑化するこという問題を新たに生じさせる。また、特許文献２記載の技術では、管内の損傷のある位置が正確に判らないという別の問題もある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、スリップリングを使用しない、超音波探触子が固定された機構でありながら、大型管の検査に適したシンプルな構造を有し、且つ、管内側の３６０度位置の厚み又は腐食の計測が可能な管の超音波検査装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る管の超音波検査装置は、管の内面に超音波を当てて前記管の厚み又は浸食状態を検査する管の超音波検査装置において、
前記管の中央に軸心を合わせて配置された中空軸モータと、
前記管の内壁に当接する複数の車輪を有して、かつ前記中空軸モータを連結部材を介して前記管の中央に位置決めする支持台車と、
前記中空軸モータの軸心に対して４５度傾けて配置された傾斜ミラーを一側に、管状部を他側に有し、前記管状部が前記中空軸モータの中空軸に装着された先側金具と、
直径が前記管状部の内径より小さい超音波伝搬部を前記管状部内に有し、前記中空軸の軸心に向きを揃えて固定状態で設けられた超音波探触子と、
前記中空軸の回転を検知する回転センサーとを備え、
前記傾斜ミラーが設けられている前記先側金具を前記中空軸モータで直接回転させる。
なお、本発明に係る超音波検査装置が検査対象とする管は、所定の内径を有する直管または曲管である。

本発明に係る管の超音波検査装置において、前記回転センサーは前記中空軸の一回転を検出する１回転センサーであるのが好ましい。

本発明に係る管の超音波検査装置において、前記１回転センサーは前記中空軸に設けられた磁石と、該磁石を検知するホール素子を備えて固定配置された検知部とを有しているのが好ましい。この場合、一回転より小さい角度は、一回転に要する時間を基準にして、その部分的回転時間から計算する。

そして、本発明に係る管の超音波検査装置において、前記支持台車の車輪は、前記管の内径に応じた長さに半径方向の突出長を固定可能なアジャスタを含む軸受部材の先部に設けられているのが好ましい。

本発明に係る管の超音波検査装置は、管の中央に軸心を合わせて配置された中空軸モータの中空軸の一側に４５度の傾斜ミラーを設け、中空軸の他側に超音波探触子を配置しているので、中空軸モータの中空軸を有効に使って超音波の通路を形成できる。
更に、超音波探触子が中空軸の他側に固定配置されて、超音波の授受を行うので、信号線が捩れないし、スリップリングも必要ではない。
このように、本発明に係る管の超音波検査装置は、スリップリングを使用しない、超音波探触子が固定された機構でありながら、大型管の検査に適したシンプルな構造を有する。

また、中空軸の回転を検知する回転センサーが設けられているので、傾斜ミラーによる超音波探傷範囲（探傷角度）を明確に検知でき、その場所を明確に特定できる。
つまり、本発明に係る管の超音波検査装置は、管内側の３６０度位置の厚み又は腐食の計測が可能である。

更に、中空軸モータを管の中央に位置決めする支持台車を用いているので、検査位置の位置決めが容易となる。
また、支持台車は複数の車輪を介して管内に設置されているので、管に沿って移動させることも容易にできる。
またスリップリングを使用しないため全長を短く製作可能となるため、曲り管にも容易に対応できる。

（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る管の超音波検査装置の側面図、（Ｂ）は同装置の背面図である。同装置主要部の側断面図である。（Ａ）は同装置主要部の正面図、（Ｂ）は同装置主要部の背面図である。（Ａ）は同装置主要部の組立図、（Ｂ）は図４の矢視Ａ−Ａ図、（Ｃ）は図４の矢視Ｂ−Ｂ図である。

続いて添付した図面を参照しながら、本発明の一実施の形態に係る管の超音波検査装置について説明する。
図１〜図４に示すように、本発明の一実施の形態に係る管の超音波検査装置１０は、管１１の内面に超音波を照射し、その反射波の到達時間で、管（配管）１１の厚み又は浸食状態を検査する装置であり、金具部分はステンレス材によって構成され、一部ＭＣナイロン等の合成樹脂が使用されている。

この管の超音波検査装置１０は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、周囲に複数（３以上）のアーム１２を介して設けられた車輪１３を有する支持台車１４を有している。この支持台車１４の車輪１３は回転駆動源無しのフリー台車であってもよいし、回転駆動源を有して管１１内の所定位置に移動するようにしてもよい。なお、フリー台車の場合は片側又は両側からこの管の超音波検査装置１０を引っ張るか押すかするようにする。
アーム１２は、検査対象となる管１１の内径に対応した固定長を有する軸受部材が突設されたものであり、先部に車輪１３が設けられる。
アーム１２は、管の半径方向の突出長を調整するアジャスタを含んでもよい。この場合、超音波検査装置１０の所定位置に配置する前にアジャスタを調整し、アーム１２の突出長を、検査対象となる管１１の内径に応じた突出長に固定する。これによって、内径が異なる複数種の管それぞれに対応可能である。なお、アーム１２は、回動脚であってもよい。車輪１３は、管の内壁に常時当接するように、スプリング等で内壁に向かう半径方向に付勢されるのがよい。

支持台車１４の前側中央には、連結部材１７を介して図２に示す検査装置本体１５が設けられている。検査装置本体１５は、管１１の中央に軸心を合わせて配置された中空軸モータ１６と、中空軸モータ１６の中空軸１８の一側に固定され、中空軸モータ１６の軸心に対して４５度傾けて配置された傾斜ミラー１９を備えた先側金具２０とを有している。

中空軸１８の他側にパイプ状の中空軸１８の内壁とは僅少のく間（例えば、０．１〜０．５ｍｍ）を有して超音波探触子２１が設けられ、この超音波探触子２１は、中空軸１８によって回転駆動されないようになっている。超音波探触子２１は連結部材１７を介して支持台車１４に支持され、中空軸１８の軸心に向きを揃えて、環状の後ろ側金具２２にねじ固定されている。図３（Ｂ）、図４（Ｃ）に示す２３は超音波探触子２１を固定するねじの一つである雌ねじ（１２０度間隔で３つある）である。先側金具２０及びこれに接続される超音波探触子２１の詳細は後述する。

図２に示すように、中空軸モータ１６の中空軸１８はパイプ状となって、片側には突出リング２６を有している。この突出リング２６の所定角度位置には、永久磁石２７が設けられている。そして、中空軸モータ１６を収納するケーシング２８の内側に設けられ、中空軸モータ１６の外側に固定されているホール素子を備えた検知部２７ａと永久磁石２７によって１回転センサー２９（回転センサーの一例）を形成し、１回転センサー２９によって特定角度（例えば、原点）にある永久磁石２７を検知、即ち中空軸１８の一回転の時間を検出する構造となっている。

図２、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ケーシング２８は筒体部３０と、筒体部３０の先側に一体として設けられた内フランジ部３１を有する。内フランジ部３１の中央は開口されて先側金具２０が挿通するようになっている。３２、３２ａはオイルシール挿入用の環状溝である。中空軸モータ１６は内フランジ部３１にねじ止めされている。図３（Ｂ）に示す３３は中空軸モータ１６を固定するねじである。

図４（Ａ）に示すように、先側金具２０は、中空軸モータ１６の中空軸１８に装着される内側に超音波が通過する通路（空間部、水で充填される）である管状部３４と、その先側に一体化して設けられているミラー収納部３５と、ミラー収納部３５に装着され、反射面３６の角度が、中空軸モータ１６の軸心に対して４５度の傾斜ミラー１９を有するミラー部３７と有し、ミラー部３６をミラー収納部３５に装着して先側金具２０が完成する。

また、先側金具２０の後部にある管状部３４は中空軸モータ１６の中空軸１８を貫通する長さを有し、中空軸１８の突出リング２６に設けられた単数又は複数のねじによって、中空軸１８と先側金具２０が一体化して低速回転できる構造となっている。中空軸モータ１６は正面視して角が面取りされた正方形となって、ケーシング２８内に所定の角度を保ちながら収納されている。従って，中空軸モータ１６を駆動すると、中空軸１８が回転し、これに伴い先側金具２０が回転する。回転状況は、１回転センサー２９で検知でき、１回転センサー２９の検出タイミング（周期Ｔ）と作動時間（＜Ｔ）から詳細な探傷位置が検知できる。

前記した超音波探触子２１は円柱状の超音波伝搬部３９と、超音波の発振部４０と、発振部４０に接続されるコード４１とを有している。超音波伝搬部３９の直径は、管状部３４の内径より小さくなって、超音波探触子２１を固定状態で保持し、先側金具２０が回転できる構造となっている。これによって、スリップリングを省略し、装置自身の簡素化ができる。

ケーシング２８の後ろ側に、ＭＣナイロン製のモータカバー４３が設けられ、このモータカバー４３に、超音波探触子２１を固定する後ろ側金具２２がねじ孔４３ａを挿通するねじによって固定されている。そして、モータカバー４３とケーシング２８との固定は複数のねじを用いて行う。図４において、４５はＯリング溝を、４６はねじ孔を、４７は雌ねじ穴を示す。また、モータカバー４３と後ろ側金具２２とのシールもオイルシール又はＯリングによって行われている。４８、４９はこれらのシーリング溝を示す。

従って、この管の超音波検査装置１０を使用する場合は、測定しようとする管１１の所定位置にこの管の超音波検査装置１０を、３つ以上の車輪１３が管１１の内壁に当接するように配置する。なお、管１１が傾斜している場合、垂直の場合は、管の超音波検査装置１０自体が移動しないように、車輪１３をロックするか、支持部材等で管１１の所定位置に保持しておく。以上の作業によって検査装置本体１５（中空軸モータ１６）の軸心が管１１の軸心になるように設置（位置決め）する。

この後、管１１内に水を入れて、超音波が伝搬し易い環境とし、中空軸モータ１６に所定の電力を送って回転させ、かつ管の超音波探触装置１０に接続された超音波探触子２１を作動させ、１回転センサー２９も作動させる。なお、ケーシング２８内の中空軸モータ１６及び１回転センサー２９は密封されているので、内部に水が入ることはない。

これによって、超音波探触子２１からのパルス状の超音波は傾斜ミラー１９に反射して、管１１の内壁の所定位置に当たって反射し、傾斜ミラー１９を介して超音波探触子２１に戻る。ここで、１回転センサー２９によって原点位置を検知し、次の１回転センサー２９が原点を検知するまでの時間の間に、超音波探触子２１の出力をグラフにして、管１１の内径とその位置を検知できる。

なお、検査装置本体１５はその軸心を正確に管１１の軸心に一致させる必要はない。管１１の軸心と、検査装置本体１５の軸心がずれると、検知した信号の角度位置（θ）と、その半径ｒ（受信までの時間−超音波探触子から傾斜ミラーまのの超音波伝搬時間）のデータが偏心するのみで、円の中心を移動させることによって、容易に修正できる。
更に、本発明は前記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲での改良、部材変更をすることもできる。
また、前記実施の形態においては、回転センサーとして１回転センサーを使用したが、ロータリエンコーダ等であってもよい。

１０：管の超音波検査装置、１１：管、１２：アーム、１３：車輪、１４：支持台車、１５：検査装置本体、１６：中空軸モータ、１７：連結部材、１８：中空軸、１９：傾斜ミラー、２０：先側金具、２１：超音波探触子、２２：後ろ側金具、２３：雌ねじ、２６：突出リング、２７：永久磁石、２７ａ：検知部、２８：ケーシング、２９：１回転センサー、３０：筒体部、３１：内フランジ部、３２、３２ａ：環状溝、３３：ねじ、３４：管状部、３５：ミラー収納部、３６：反射面、３７：ミラー部、３９：超音波伝搬部、４０：発振部、４１：コード、４３：モータカバー、４３ａ：ねじ穴、４５：Ｏリング溝、４６：ねじ孔、４７：雌ねじ穴、４８、４９：シーリング溝

Claims

管の内面に超音波を当てて前記管の厚み又は浸食状態を検査する管の超音波検査装置において、
前記管の中央に軸心を合わせて配置された中空軸モータと、
前記管の内壁に当接する複数の車輪を有して、かつ前記中空軸モータを連結部材を介して前記管の中央に位置決めする支持台車と、
前記中空軸モータの軸心に対して４５度傾けて配置された傾斜ミラーを一側に、管状部を他側に有し、前記管状部が前記中空軸モータの中空軸に装着された先側金具と、
直径が前記管状部の内径より小さい超音波伝搬部を前記管状部内に有し、前記中空軸の軸心に向きを揃えて固定状態で設けられた超音波探触子と、
前記中空軸の回転を検知する回転センサーとを備え、
前記傾斜ミラーが設けられている前記先側金具を前記中空軸モータで直接回転させることを特徴とする管の超音波検査装置。
請求項１記載の管の超音波検査装置において、前記回転センサーは前記中空軸の一回転を検出する１回転センサーであることを特徴とする管の超音波検査装置。
請求項２記載の管の超音波検査装置において、前記１回転センサーは前記中空軸に設けられた磁石と、該磁石を検知するホール素子を備えて固定配置された検知部とを有していることを特徴とする管の超音波検査装置。
請求項１〜３のいずれか１記載の管の超音波検査装置において、前記支持台車の車輪は、前記管の内径に応じた長さに半径方向の突出長を固定可能なアジャスタを含む軸受部材の先部に設けられていることを特徴とする管の超音波検査装置。