JP6071756B2 - 厚さ測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波を利用して、ダクタイル鋳鉄等の鋳鉄製の部材の厚さを測定する厚さ測定方法に関する。

従来、この種の厚さ測定方法としては、図８，図９に示すように、超音波発生手段８１から被測定部材８２の厚さ方向に超音波８３を発生させるとともに、被測定部材８２の底面８２ａから跳ね返った超音波反射波８４を超音波検出手段８５により検出するものがある。

このとき超音波検出手段８５により検出される超音波信号には、被測定部材８２の厚さ方向に複数回往復した超音波反射波が現れる。Ｂ２、Ｂ４、Ｂ６はそれぞれ被測定部材８２中を１、２、および３往復した底面エコーを表す。このようにして検出された超音波信号に基づいて、超音波伝搬時間計測手段８６により、被測定部材８２中の超音波伝搬時間ｔ_２およびｔ_４を計測する。

そして、予め求めておいた被測定部材８２中の超音波音速をＶとし、被測定部材８２の厚さをｄとすると、下記式（１）に超音波伝搬時間ｔ_２およびｔ_４を入れることにより、被測定部材８２の厚さｄを求めることができる。
ｄ＝Ｖ×（ｔ_４−ｔ_２）／２ ・・・式（１）
尚、上記のような厚さ測定方法は例えば下記特許文献１に記載されている。

特開２００３−２７９３４０

しかしながら上記の従来形式では、被測定部材８２の製造過程において、被測定部材８２の底面８２ａ付近に微小な凹凸や孔等が局所的に発生することがある。このような微小な凹凸や孔が存在している箇所では、超音波８３が被測定部材８２の底面８２ａで乱反射したり或は広範囲に分散する虞があり、超音波反射波８４を正確に超音波検出手段８５で検出することが困難になり、超音波伝搬時間ｔ_２およびｔ_４を正確に計測することができず、このような不正確な超音波伝搬時間ｔ_２，ｔ_４を用いて上記式（１）により厚さｄを求めると、厚さｄの値の誤差が大きくなるといった問題がある。

特に、遠心鋳造によって製造されるダクタイル鋳鉄製の管等では、管の内周面部分に微小な凹凸や孔等が局所的に発生することがあるため、上記のような方法で管厚を測定した場合、求められた管厚の値の誤差が大きくなった。

本発明は、精度良く厚さを測定することができる厚さ測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明は、鋳鉄製の被測定部材に、厚さ方向に超音波を伝播させて被測定部材の厚さを測定する厚さ測定方法であって、
被測定部材の表面で跳ね返る表面反射波と、被測定部材の表面から反対側の裏面へ伝播し裏面で一回跳ね返る第１反射波と、被測定部材の表面から反対側の裏面へ伝播し裏面で二回跳ね返る第２反射波とを検出し、
表面反射波を検出した時から第１反射波を検出した時までの第１時間差と第１反射波を検出した時から第２反射波を検出した時までの第２時間差との時間差比を求め、
時間差比が１±誤差値の範囲内である場合の第２時間差を有効第２時間差とし、
時間差比が１±誤差値の範囲外である場合の第２時間差を無効第２時間差とし、
無効第２時間差を用いず、有効第２時間差を用いて被測定部材の厚さを算出するものである。

これによると、被測定部材に微小な凹凸や孔等が局所的に存在している場合、第１又は第２反射波が乱反射したり或は広範囲に分散し、第１又は第２時間差の誤差が大幅に増加し、時間差比が１±誤差値の範囲外となる。このような場合、第２時間差を無効第２時間差とする。

また、被測定部材に微小な凹凸や孔等が少ない場合、第１および第２反射波の乱反射や分散が少なくなり、第１および第２時間差の誤差が減少するため、時間差比が１±誤差値の範囲内となる。このような場合、第２時間差を有効第２時間差とする。

このようにして振り分けた有効第２時間差と無効第２時間差とのうち、無効第２時間差を用いず、有効第２時間差を用いて被測定部材の厚さを算出することにより、精度良く厚さを測定することができる。

本第２発明における厚さ測定方法は、複数の測定点において時間差比を求めて複数の有効第２時間差を選び出し、
これら複数の有効第２時間差の平均値を用いて被測定部材の厚さを算出するものである。

これによると、複数の有効第２時間差の平均値を用いて被測定部材の厚さを算出するため、より一段と精度の良い厚さ測定が行える。
本第３発明における厚さ測定方法は、被測定部材の表面から離間して設けた超音波探触子から被測定部材に向けて超音波を発生させ、
表面反射波と第１および第２反射波とを超音波探触子で検出するものである。

本第４発明における厚さ測定方法は、被測定部材は遠心鋳造によって製造されるダクタイル鋳鉄製の管であり、
被測定部材の表面が管の外周面であり、
被測定部材の裏面が管の内周面であるものである。

これによると、管の外周面で跳ね返る表面反射波と、管の外周面から内周面へ伝播し内周面で一回跳ね返る第１反射波と、管の外周面から内周面へ伝播し内周面で二回跳ね返る第２反射波とを検出し、有効第２時間差を用いて管の厚さを算出する。これにより、精度良く管厚を測定することができる。

以上のように本発明によると、精度良く厚さを測定することができる。

本発明の実施の形態における管と管厚を測定する厚さ測定装置との概略図である。 同、厚さ測定装置を用いた厚さ測定方法を示すフローチャートである。 同、厚さ測定装置を用いた厚さ測定方法を示すフローチャートである。 同、厚さ測定装置で測定される管の測定点を示す拡大断面図である。 同、厚さ測定装置の探触子で検出される反射波の模式図である。 同、厚さ測定装置の探触子で検出される反射波の波形を示すグラフである。 同、厚さ測定装置によって測定された管厚のデータの一例である。 従来の被測定部材と厚さ測定装置との概略図である。 同、厚さ測定装置の超音波検出手段により検出される反射波の模式図である。

以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、１は被測定部材の一例である管であり、この管１は遠心鋳造によって製造されるダクタイル鋳鉄製の管である。また、２は超音波を利用して管１の厚さｄを測定する厚さ測定装置である。厚さ測定装置２は、管軸方向Ｘに移動自在な探触子３と、探触子３を移動させる移動装置４と、超音波を伝播させる媒体としての水５を探触子３の先端部から管１の外周面１ａ（表面の一例）に噴射する水噴射装置６と、制御装置７とを有している。

探触子３は、管１に向けて超音波を発生する超音波発生部（図示省略）と、管１に跳ね返って戻ってきた反射波を検出する超音波検出部（図示省略）とを有している。尚、探触子３は、管１の外周面１ａに対して非接触であり、管１の外周面１ａから所定間隔をあけて離間している。

また、制御装置７は、探触子３と移動装置４と水噴射装置６を制御するものであり、メモリーと、下記に説明する第１および第２時間差ｔ１，ｔ２を求める時間差計測手段とを有している。

以下に、厚さ測定装置２を用いた管１の厚さ測定方法の一例を、図２，図３のフローチャートを参照しながら説明する。
図１に示すように、管軸方向Ｘにおいて、所定のピッチＰ１（例えば１００ｍｍ）おきに測定箇所Ａ〜Ｃを設定する。測定箇所Ａの管厚ｄを測定する場合、図４に示すように、測定箇所Ａにおいて、所定の測定範囲１１（例えば５ｍｍ）にわたって、所定の測定ピッチＰ２（例えば０．５ｍｍ）おきに複数個（例えば１０個）の測定点ａ１〜ａ１０を設定する。

図２において、先ず、探触子３を管軸方向Ｘへ移動し（ステップ−１）、探触子３が目的の第１の測定点ａ１に到達すると（ステップ−２）、探触子３を停止する（ステップ−３）。そして、図５に示すように、水５を探触子３の先端部から管１の外周面１ａに噴射しながら、第１の測定点ａ１において探触子３の超音波発生部から管１に向けて超音波１２を発生し（ステップ−４）、管１の外周面１ａで跳ね返る表面反射波Ｓと、管１の外周面１ａから反対側の内周面１ｂ（裏面の一例）へ伝播し内周面１ｂで一回跳ね返る第１反射波Ｂ１と、外周面１ａから内周面１ｂへ伝播し内周面１ｂで二回跳ね返る第２反射波Ｂ２とを、探触子３の超音波検出部で検出する（ステップ−５）。

図６は、検出された表面反射波Ｓと第１および第２反射波Ｂ１，Ｂ２との波形を示しており、第１反射波Ｂ１は表面反射波Ｓよりも時間的に遅れて検出され、第２反射波Ｂ２は第１反射波Ｂ１よりも時間的に遅れて検出される。

次に、表面反射波Ｓを検出した時点（時刻）から第１反射波Ｂ１を検出した時点（時刻）までの第１時間差ｔ１と、第１反射波Ｂ１を検出した時点（時刻）から第２反射波Ｂ２を検出した時点（時刻）までの第２時間差ｔ２とを求める（ステップ−６）。

そして、第１時間差ｔ１と第２時間差ｔ２との時間差比Ｒ（＝ｔ１／ｔ２）を算出する（ステップ−７）。次に、図３に示すように、時間差比Ｒが１±誤差値の範囲内であるか範囲外であるかを判断する（ステップ−８）。例えば、誤差値を０．０５とすると、時間差比Ｒが０．９５以上で１．０５以下の範囲内である場合、第２時間差ｔ２を有効第２時間差Ｔ２とし（ステップ−９）、時間差比Ｒが０．９５未満又は１．０５を超える範囲である場合、第２時間差ｔ２を無効第２時間差とする（ステップ−１０）。

次に、再び探触子３を管軸方向Ｘへ移動し（ステップ−１）、探触子３が第１の測定点ａ１から次の目的の第２の測定点ａ２に到達すると（ステップ−２）、探触子３を停止する（ステップ−３）。そして、第２の測定点ａ２において、上記ステップ４〜ステップ１０を実施する。

その後、同様に、残りの第３の測定点ａ３〜第１０の測定点ａ１０においても、上記ステップ１〜ステップ１０を実施する。このようにして第１〜第１０の全ての測定点ａ１〜ａ１０の測定が終了すると（ステップ−１１）、上記ステップ９で得られた複数の有効第２時間差Ｔ２の平均値Ｔ２_{（ａｖｅ）}を求める（ステップ−１２）。例えば、第１〜第５，第９，第１０の測定点ａ１〜ａ５，ａ９，ａ１０において検出された各々の第２時間差ｔ２_（１）〜ｔ２_（５），ｔ２_（９），ｔ２_（１０）がそれぞれ有効第２時間差Ｔ２_（１）〜Ｔ２_（５），Ｔ２_（９），Ｔ２_（１０）であり、残りの第６〜第８の測定点ａ６〜ａ８において検出された各々の第２時間差ｔ２_（６）〜ｔ２_（８）がそれぞれ無効第２時間差である場合、７個の有効第２時間差Ｔ２_（１）〜Ｔ２_（５），Ｔ２_（９），Ｔ２_（１０）が得られ、これら７個の有効第２時間差Ｔ２_（１）〜Ｔ２_（５），Ｔ２_（９），Ｔ２_（１０）の平均値Ｔ２_{（ａｖｅ）}を下記式（２）により算出する。
Ｔ２_{（ａｖｅ）}＝（Ｔ２_（１）＋Ｔ２_（２）＋Ｔ２_（３）＋Ｔ２_（４）＋Ｔ２_（５）＋Ｔ２_（９）＋Ｔ２_（１０））／７ ・・・式（２）
このようにして求めた有効第２時間差Ｔ２の平均値Ｔ２_{（ａｖｅ）}を用いて、測定箇所Ａにおける管厚ｄを下記式（３）により算出する（ステップ−１３）。尚、下記式（３）のＶｓは、ダクタイル鋳鉄の音速、すなわち、超音波が管１中を伝播する速度であり、予め求められた数値である。
ｄ＝Ｖｓ×Ｔ２_{（ａｖｅ）}／２ ・・・式（３）
これにより、測定箇所Ａにおける管厚ｄを測定することができる。その後、上記測定箇所Ａにおける測定方法と同じ手順で残りの測定箇所Ｂ，Ｃにおける管厚ｄを測定する。

上記のような測定方法によれば、管１は、ダクタイル鋳鉄製であり、遠心鋳造により製作されるため、管１の内周面１ｂ付近に、微小な凹凸や孔等が局所的に存在することがある。このような微小な凹凸や孔等の存在箇所では、第１反射波Ｂ１又は第２反射波Ｂ２が乱反射したり或は広範囲に分散し、第１時間差ｔ１又は第２時間差ｔ２の誤差が大幅に増加するため、図３に示す上記ステップ−８において、時間差比Ｒが０．９５未満又は１．０５を超える範囲となる。このような場合、上記ステップ−１０において、第２時間差ｔ２を無効第２時間差とする。

また、管１の内周面１ｂ付近に微小な凹凸や孔等がほとんど存在しない場合、第１反射波Ｂ１又は第２反射波Ｂ２の乱反射や分散が少なくなり、第１時間差ｔ１又は第２時間差ｔ２の誤差が減少するため、上記ステップ−８において、時間差比Ｒが０．９５以上で１．０５以下の範囲内となる。このような場合、上記ステップ−９において、第２時間差ｔ２を有効第２時間差Ｔ２とする。

このように、上記ステップ−９，１０において振り分けられた有効第２時間差Ｔ２と無効第２時間差とのうち、無効第２時間差を用いず、複数の有効第２時間差Ｔ２のみの平均値Ｔ２_{（ａｖｅ）}を用いて管厚ｄを算出するため、精度の良い管厚測定が行える。

尚、上記実施の形態では、上記ステップ−９，１０において、第２時間差ｔ２を有効第２時間差Ｔ２と無効第２時間差とに振り分け、有効第２時間差Ｔ２のみの平均値Ｔ２_{（ａｖｅ）}を用いて管厚ｄを算出しているが、同様にして、第１時間差ｔ１を有効第１時間差と無効第１時間差とに振り分け、有効第１時間差のみの平均値を用いて管厚ｄを算出することも考えられる。しかしながら、有効第２時間差Ｔ２を用いる方が有効第１時間差を用いるよりも精度良く管厚ｄを算出することができる。

図７のグラフは、長さ１５００ｍｍの管１の管厚を上記本発明の方法により測定して得られたデータの一例を示す。この場合、測定箇所を管１の１５箇所に設定し、横軸は管１の一端から各測定箇所までの距離を示し、縦軸は各測定箇所において求められた管厚を示している。各々の測定箇所で求められた管厚と、キャリパー等の管厚計測器を用いて実際に計測した実測値とを比較すると、上記本発明の方法により求められた管厚の誤差は、キャリパーにより得られた実測値に対して、これまでの±０．５ｍｍから±０．２ｍｍに改善された。

上記実施の形態では、図１に示すように、管１に測定箇所Ａ〜Ｃを三箇所設定したが、三箇所以外の複数箇所又は一箇所設定してもよい。また、測定箇所Ａ〜ＣのピッチＰ１を１００ｍｍにしたが、１００ｍｍに限定されるものではない。

上記実施の形態では、図４に示すように、各測定箇所Ａ〜Ｃにおける所定の測定範囲１１を５ｍｍにしたが、５ｍｍに限定されるものではない。また、所定の測定ピッチＰ２を０．５ｍｍにし、１０個の測定点ａ１〜ａ１０を設定したが、０．５ｍｍ又は１０個に限定されるものではない。

上記実施の形態では、図３に示すステップ−８において、誤差値を０．０５（すなわち５％）とし、時間差比Ｒが０．９５以上で１．０５以下の範囲（すなわち１００％±５％）内であるか否かを判断しているが、誤差値は０．０５に限定されるものではない。

１ 管（被測定部材）
１ａ 管の外周面（被測定部材の表面）
１ｂ 管の内周面（被測定部材の裏面）
３ 探触子
１２ 超音波
ａ１〜ａ１０ 測定点
Ｂ１ 第１反射波
Ｂ２ 第２反射波
ｄ 管厚
Ｒ 時間差比
Ｓ 表面反射波
ｔ１ 第１時間差
ｔ２ 第２時間差
Ｔ２ 有効第２時間差

Claims (4)

1. 鋳鉄製の被測定部材に、厚さ方向に超音波を伝播させて被測定部材の厚さを測定する厚さ測定方法であって、
   被測定部材の表面で跳ね返る表面反射波と、被測定部材の表面から反対側の裏面へ伝播し裏面で一回跳ね返る第１反射波と、被測定部材の表面から反対側の裏面へ伝播し裏面で二回跳ね返る第２反射波とを検出し、
   表面反射波を検出した時から第１反射波を検出した時までの第１時間差と第１反射波を検出した時から第２反射波を検出した時までの第２時間差との時間差比を求め、
   時間差比が１±誤差値の範囲内である場合の第２時間差を有効第２時間差とし、
   時間差比が１±誤差値の範囲外である場合の第２時間差を無効第２時間差とし、
   無効第２時間差を用いず、有効第２時間差を用いて被測定部材の厚さを算出することを特徴とする厚さ測定方法。
2. 複数の測定点において時間差比を求めて複数の有効第２時間差を選び出し、
   これら複数の有効第２時間差の平均値を用いて被測定部材の厚さを算出することを特徴とする請求項１記載の厚さ測定方法。
3. 被測定部材の表面から離間して設けた超音波探触子から被測定部材に向けて超音波を発生させ、
   表面反射波と第１および第２反射波とを超音波探触子で検出することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の厚さ測定方法。
4. 被測定部材は遠心鋳造によって製造されるダクタイル鋳鉄製の管であり、
   被測定部材の表面が管の外周面であり、
   被測定部材の裏面が管の内周面であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の厚さ測定方法。

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