JP6081107B2 - 隙間計測装置及び方法並びにプログラム - Google Patents
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Description
熱交換器において、伝熱管頂上付近の逆U字状の曲管部には、二次冷却材の流れにより生じる伝熱管の振動を抑制するために、例えば、V字型をした振れ止め金具(AVB)が挿入されている(例えば、特許文献1、2参照)。
この振れ止め金具は、各伝熱管の列間に挿入されていることから、各伝熱管は、管を挟んで対向する位置から2本の振れ止め金具によって支持されていることとなる。
特許文献1には、伝熱管内に挿入した超音波探触子を伝熱管の中心軸からオフセットして位置させ、振れ止め金具の支持面に直交する超音波が出る角度で、超音波を伝熱管の内面に入射させることにより、隙間を計測する方法が開示されている。
特許文献2には、伝熱管内周面に沿って回転自在な測定プローブを用いることにより、隙間を計測することが開示されている。
したがって、振れ止め金具の隙間計測についても、ボビンコイル型プローブを用いることができれば、き裂・損傷検査で取得した検査信号を流用することができ、隙間計測のための検査を別途行う必要がなく、検査時間を大幅に短縮することができる。
図13(a)、図14(a)、図15(a)において、αは振れ止め金具21aと伝熱管20の外周面との隙間量、βは振れ止め金具21bと伝熱管の外周面との隙間量、Yは隙間量αとβとの和を示しており、何れの図においてもY(=α+β)の値が同じとなるように、振れ止め金具21a、21bが配置されている。
また、他の目的は、複数の対象物間において、各対象物と管の外周面との隙間量に偏りがあった場合に、その隙間量の偏りによる計測誤差を低減することのできる隙間計測装置、方法、及びプログラムを提供することである。
ここで、振幅積分値は、後述するように、管の軸線方向における対象物の位置ずれの影響を受けないため、管の軸線方向に対象物がずれて位置していた場合でも、位置ずれによる測定誤差を低減することができる。これにより、対象物までの距離測定の精度を向上させることが可能となる。
上記隙間計測装置において、前記渦電流探傷プローブが等速で走査されるとともに、前記信号取得手段が一定の時間間隔で前記検査信号を取得する場合に、前記特徴量算出手段は、前記信号取得手段によって取得された前記検査信号を時間積分した結果を前記振幅積分値として算出することとしてもよい。
上記隙間計測方法において、前記渦電流探傷プローブを等速で走査するとともに、一定の時間間隔で前記検査信号を取得する場合に、取得した前記検査信号を時間積分した結果を前記振幅積分値として算出することとしてもよい。
上記隙間計測プログラムは、前記渦電流探傷プローブが等速で走査されるとともに、一定の時間間隔で前記検査信号を取得する場合に、取得した前記検査信号を時間積分した結果を前記振幅積分値として算出することとしてもよい。
なお、本発明の隙間計測装置及び方法並びにプログラムは、以下に詳述する伝熱管と振れ止め金具との間の隙間量を検出する際に適用される他、管の外周面から管の周方向に沿って配置された複数の対象物までの距離を計測する場合に広く適用されるものである。
図1は、本発明の第1実施形態に係る隙間計測装置1のハードウェア構成の一例を示した図である。図1に示すように、本実施形態に係る隙間計測装置1は、コンピュータシステム(計算機システム)であり、CPU(中央演算処理装置)2、RAM(Random Access Memory)等の主記憶装置3、補助記憶装置4、キーボードやマウス等からなる入力装置5、データを表示する表示装置6、外部の機器と通信を行うことにより情報の授受を行う通信装置7などを備えている。これら各部は、バス8を介して互いに接続されている。
ここで、伝熱管の軸線方向における振れ止め金具の支持位置は既知の位置情報に基づいて対応する信号上の位置を特定する構造物位置認識機能により位置を特定してもよいし、分析者が手動で信号上の位置を特定してもよい。この位置情報に基づいて計測対象範囲が決定される。また、振れ止め金具の支持位置は、管の軸線方向に対してずれている場合が想定されるため、計測対象範囲は、最大のずれ量を見込んで十分な長さで、かつ、隣接する他の構造物信号に達しない長さに設定されることが好ましい。また、特に、1対の振れ止め金具のみを検査範囲として計測したような場合は、計測対象範囲として検査信号の全ての範囲を設定することとしてもよい。
前処理部14は、信号抽出部13によって抽出された検査信号に対して前処理を行う。前処理の一例として、ゼロ点補正、ドリフト除去処理などが挙げられる。これらの処理は、有意信号がない範囲の検査信号をゼロに設定するための処理である。
図3に示すように、前処理適用前の検査信号V1(L)において、有意信号がない2点(P1、P2)を特定し、その2点を通る直線V0(L)を算出する。そして、前処理適用前の検査信号V1(L)から直線V0(L)を差し引くことにより、前処理後の検査信号V(L)を得る。
図4に示すように、前処理適用前の検査信号V1(L)にメディアンフィルタをかけることにより検査信号V2(L)を得、この検査信号V2(L)を前処理適用前の検査信号V1(L)から差し引くことにより、前処理後の検査信号V(L)を得る。このとき、メディアンフィルタの窓幅は、想定される振れ止め金具の軸方向における長さよりも十分長い幅とする。
更に、前処理適用前の検査信号V1(L)が図5に示すように、自己比較方式の信号、すなわち、極性がマイナスとプラスの両方に振れる信号であった場合には、上述の前処理1または2の方法を用いてドリフト除去を行った後に、マイナスの信号をプラスになるように反転させる。なお、通常、自己比較型のセンサ間隔は微小欠陥検出に適した距離に設定されており、振れ止め金具信号のように軸方向に長い信号は全体が保存されない配置になっている。絶対比較型の信号と自己比較型の信号のどちらでも使用可能な場合は、絶対比較型の信号を検査信号として用いるとよい。
上記最適曲線の導出には、重回帰分析、最小二乗法、ニューラルネットワーク等の公知の手法が用いられる。
隙間量決定部16は、このようにして得られた第1情報から特徴量算出部15によって算出された振幅積分値に対応する隙間量を取得する。
抽出された検査信号は、前処理部14により、ゼロ点補正、ドリフト除去処理などの前処理が行われた後、特徴量算出部15に出力される。
通常、検査信号は等時間間隔でサンプリングされるので、軸方向位置Lよりも時間Tを用いる方が簡便である。ただし、設定は等速でも、実質的には局所的な速度変化がある場合や、設定速度と実速度の誤差が想定される場合等には、実速度に近づくようにサンプリング幅の補正をすることが望ましい。補正としては、例えば、距離が既知の構造物間の距離とサンプリング点数とに基づいて実際の平均サンプリング幅を求め、この平均サンプリング幅を積分計算に用いる方法などが挙げられる。この場合、サンプリング幅は開始時刻からの経過時間に対応して変動することとなる。
この場合、振幅積算値と隙間量とが予め関連付けられている第2情報を隙間量決定部16が有しており、この第2情報を用いて振幅積算値に対応する隙間量が検出される。なお、この場合における第2情報の作成方法については、上述した第1情報の作成方法と同様である。振幅積算値も、振幅積分値と同様に、管の軸線方向における振れ止め金具の位置ずれの影響を受けないため、精度のよい隙間評価を行うことができる。
一定区間長の平均振幅値も、振幅積分値と同様に、管の軸線方向における振れ止め金具の位置ずれの影響を受けないため、精度のよい隙間評価を行うことができる。
上述した第1実施形態に係る隙間計測装置1では、伝熱管20の軸線方向に対する振れ止め金具21a、21bの位置ずれによる影響を解消することができたが、図15に示すように、隙間量α、βに偏りがあった場合には、誤差を解消することができない場合がある。このような隙間量α、βの偏りによる誤差を解消するべく、第2実施形態では、ボビンコイル型プローブを伝熱管の軸線方向に沿って走査させることにより複数の励磁周波数により得られた複数の検査信号を取得し、取得した複数の検査信号を用いて隙間量Y(α+β)を検出することとしている。
図10は、本実施形態に係る隙間計測装置1´の機能ブロック図である。図10に示すように、本実施形態に係る隙間計測装置1´は、信号取得部51、計測対象範囲設定部52、信号抽出部53、前処理部54、特徴量算出部55、及び隙間量決定部56を備えている。
信号取得部51は、ボビンコイル型プローブをそれぞれ伝熱管の軸線に沿って走査することにより、互いに異なる複数の励磁周波数により得られた複数の検査信号を取得する。
計測対象範囲設定部52は、信号取得部51によって取得された各検査信号において、伝熱管の軸線方向における計測対象範囲をそれぞれ設定する。計測対象範囲の設定方法については、上述した第1実施形態と同様である。
信号抽出部53は、各検査信号から計測対象範囲に該当する検査信号をそれぞれ抽出する。
特徴量算出部55は、前処理適用後の各検査信号において、予め設定されている特徴量を算出する。特徴量は、振幅または位相に関するものがあり、振幅に関する特徴量の一例としては、振幅のピーク値、平均振幅、振幅積分値等が挙げられ、位相に関する特徴量の一例としては、位相角等が挙げられる。
なお、各検査信号に応じて、隙間量計測に用いる特徴量の種類を変えることとしてもよい。例えば、一の検査信号については位相角を特徴量として算出し、他の検査信号については平均振幅を特徴量として算出することとしてもよい。このように、算出する特徴量は任意に決定することができる。
この第4情報は、例えば、以下のように作成される。
まず、モックアップ等を用いた事前試験により、隙間量α、βがそれぞれ既知である信号サンプル(教師データ)を取得し、隙間量α、β、励磁周波数F1における検査信号の振幅積分値X1、及び励磁周波数F2における検査信号の振幅積分値X2の対応関係を得る。また、更に、振幅積分値X1、X2を用いて、振幅積分値X1の2乗(X3)、振幅積分値X2の2乗(X4)、振幅積分値X1とX2とを乗算した値(X5)についても算出する。
このような算出処理により、例えば、図11に示すように、隙間量α、β、Y(=α+β)、振幅積分値X1、X2、及び振幅積分値X1、X2に基づくパラメータX3、X4、X5の対応関係を得ることができる。
なお、上記評価式に代えて、例えば、各特徴量の数だけ座標軸を有する多次元のマップとして第4情報を有していても良い。
なお、上記説明においては、隙間量Y(=α+β)についての評価式を第4情報として得ることとしたが、本実施形態によれば、隙間量α、βのうちの最小値に関する評価式、隙間量α、βのうちの最大値に関する評価式をそれぞれ導出し、これらの評価式を用いて、各隙間量α、βのうちの小さい方の距離または大きい方の距離をそれぞれ得ることも可能である。このように、本実施形態に係る隙間計測装置によれば、隙間量Y(=α+β)を計測するだけではなく、隙間量αと隙間量βとをそれぞれ計測することも可能となる。
12,52 計測対象範囲設定部
13,53 信号抽出部
14,54 前処理部
15,55 特徴量算出部
16,56 隙間量決定部
Claims (16)
- 管の外周面から管の周方向に沿って配置された複数の対象物までの距離の和を隙間量として計測する隙間計測装置であって、
前記管の周方向における分解能を持たない渦電流探傷プローブを前記管の軸線に沿って走査したときの検査信号を取得する信号取得手段と、
前記検査信号を空間積分することにより振幅積分値を算出する特徴量算出手段と、
振幅積分値と隙間量とが予め関連付けられた第1情報を用いて、前記特徴量算出手段によって算出された振幅積分値に対応する隙間量を決定する隙間量決定手段と
を具備する隙間計測装置。 - 前記信号取得手段によって取得された検査信号において、前記対象物が存在し得る軸線方向の計測対象範囲を設定する計測対象範囲設定手段と、
前記検査信号から前記計測対象範囲に該当する検査信号を抽出する信号抽出手段と
を有し、
前記特徴量算出手段は、前記信号抽出手段によって抽出された検査信号を用いて前記振幅積分値を算出する請求項1に記載の隙間計測装置。 - 前記信号取得手段による信号取得のサンプリングの位置間隔が一定である場合において、前記特徴量算出手段は、前記振幅積分値に代えて、各サンプリング位置において検出された前記検査信号を積算することにより振幅積算値を算出し、
前記隙間量決定手段は、前記第1情報に代えて、振幅積算値と隙間量とが予め対応付けられた第2情報を用いて、前記特徴量算出手段によって算出された振幅積算値に対応する隙間量を決定する請求項1または請求項2に記載の隙間計測装置。 - 前記特徴量算出手段は、前記振幅積分値に代えて、予め設定されている一定区間長において、前記管の軸線方向の各位置における前記検査信号の振幅を平均することにより平均振幅値を算出し、
前記隙間量決定手段は、前記第1情報に代えて、予め設定されている一定区間長の平均振幅値と隙間量とが予め対応付けられた第3情報を用いて、前記特徴量算出手段によって算出された一定区間長の平均振幅値に対応する隙間量を決定する請求項1または請求項2に記載の隙間計測装置。 - 前記渦電流探傷プローブが等速で走査されるとともに、前記信号取得手段が一定の時間間隔で前記検査信号を取得する場合に、前記特徴量算出手段は、前記信号取得手段によって取得された前記検査信号を時間積分した結果を前記振幅積分値として算出する請求項1または請求項2に記載の隙間計測装置。
- 管の外周面から管の周方向に沿って配置された複数の対象物までの距離を計測する隙間計測装置であって、
周方向における分解能がない渦電流探傷プローブを前記管の軸線に沿って走査したときに、互いに異なる複数の励磁周波数により得られた、複数の検査信号を取得する信号取得手段と、
各前記検査信号において、振幅または位相に関する複数の特徴量をそれぞれ算出する特徴量算出手段と、
複数の前記特徴量と各前記対象物までの距離とが互いに関連付けられた情報を有し、前記情報と前記特徴量算出手段によって算出された複数の前記特徴量とを用いて、前記管の外周面から各前記対象物までの距離または該距離の合計を得る隙間量決定手段と
を具備し、
複数の前記特徴量は、前記検査信号を空間積分することにより算出される振幅積分値、前記検査信号のサンプリングの位置間隔が一定である場合において、各サンプリング位置で検出された前記検査信号を積算することにより算出される振幅積算値、予め設定されている一定区間長において、前記管の軸線方向の各位置における前記検査信号の振幅を平均することにより算出される平均振幅値、及び、前記渦電流探傷プローブが等速で走査されるとともに、一定の時間間隔で前記検査信号を取得する場合に、前記検査信号を時間積分することにより算出される前記振幅積分値の少なくとも一つを含む隙間計測装置。 - 管の外周面から管の周方向に沿って配置された複数の対象物までの距離の和を隙間量として計測する隙間計測方法であって、
前記管の周方向における分解能を持たない渦電流探傷プローブを前記管の軸線に沿って走査したときの検査信号を取得し、
前記検査信号を空間積分することにより振幅積分値を算出し、
振幅積分値と隙間量とが予め関連付けられた第1情報を用いて、前記振幅積分値に対応する隙間量を決定する隙間計測方法。 - 前記検査信号のサンプリングの位置間隔が一定である場合において、前記振幅積分値に代えて、各サンプリング位置において検出した前記検査信号を積算することにより振幅積算値を算出し、
前記第1情報に代えて、振幅積算値と隙間量とが予め対応付けられた第2情報を用いて、前記振幅積算値に対応する隙間量を決定する請求項7に記載の隙間計測方法。 - 前記振幅積分値に代えて、予め設定されている一定区間長において前記管の軸線方向の各位置における前記検査信号の振幅を平均することにより平均振幅値を算出し、
前記第1情報に代えて、予め設定されている一定区間長の平均振幅値と隙間量とが予め対応付けられた第3情報を用いて、前記一定区間長の平均振幅値に対応する隙間量を決定する請求項7に記載の隙間計測方法。 - 前記渦電流探傷プローブを等速で走査するとともに、一定の時間間隔で前記検査信号を取得する場合に、取得した前記検査信号を時間積分した結果を前記振幅積分値として算出する請求項7に記載の隙間計測方法。
- 管の外周面から管の周方向に沿って配置された複数の対象物までの距離を計測する隙間計測方法であって、
周方向における分解能がない渦電流探傷プローブを前記管の軸線に沿って走査したときに、互いに異なる複数の励磁周波数により得られた、複数の検査信号を取得し、
各前記検査信号において、振幅または位相に関する複数の特徴量をそれぞれ算出し、
複数の前記特徴量と各前記対象物までの距離とが予め関連付けられた情報を有し、前記情報と各前記特徴量とを用いて、前記管の外周面から各前記対象物までの距離または該距離の合計を得、
複数の前記特徴量は、前記検査信号を空間積分することにより算出される振幅積分値、前記検査信号のサンプリングの位置間隔が一定である場合において、各サンプリング位置で検出された前記検査信号を積算することにより算出される振幅積算値、予め設定されている一定区間長において、前記管の軸線方向の各位置における前記検査信号の振幅を平均することにより算出される平均振幅値、及び、前記渦電流探傷プローブが等速で走査されるとともに、一定の時間間隔で前記検査信号を取得する場合に、前記検査信号を時間積分することにより算出される前記振幅積分値の少なくとも一つを含む隙間計測方法。 - 管の外周面から管の周方向に沿って配置された複数の対象物までの距離の和を隙間量として計測する隙間計測をコンピュータに実行させるための隙間計測プログラムであって、
前記管の周方向における分解能を持たない渦電流探傷プローブを前記管の軸線に沿って走査したときの検査信号を取得する処理と、
前記検査信号を空間積分することにより振幅積分値を算出する処理と、
振幅積分値と隙間量とが予め関連付けられた第1情報を用いて、前記振幅積分値に対応する隙間量を決定する処理と
を含む隙間計測プログラム。 - 前記検査信号のサンプリングの位置間隔が一定である場合において、前記振幅積分値に代えて、各サンプリング位置において取得した前記検査信号を積算することにより振幅積算値を算出する処理と、
前記第1情報に代えて、振幅積算値と隙間量とが予め対応付けられた第2情報を用いて、前記振幅積算値に対応する隙間量を決定する処理と
を含む請求項12に記載の隙間計測プログラム。 - 前記振幅積分値に代えて、予め設定されている一定区間長において前記管の軸線方向の各位置における前記検査信号の振幅を平均することにより平均振幅値を算出する処理と、
一定区間長の平均振幅値と隙間量とが予め対応付けられた第3情報を用いて、前記一定区間長の平均振幅値に対応する隙間量を決定する処理と
を含む請求項12に記載の隙間計測プログラム。 - 前記渦電流探傷プローブが等速で走査されるとともに、一定の時間間隔で前記検査信号を取得する場合に、取得した前記検査信号を時間積分した結果を前記振幅積分値として算出する請求項12に記載の隙間計測プログラム。
- 管の外周面から管の周方向に沿って配置された複数の対象物までの距離を計測する隙間計測をコンピュータに実行させるための隙間計測プログラムであって、
周方向における分解能がない渦電流探傷プローブを前記管の軸線に沿って走査したときに、互いに異なる複数の励磁周波数により得られた、複数の検査信号を取得する処理と、
各前記検査信号において、振幅または位相に関する複数の特徴量をそれぞれ算出する処理と、
複数の前記特徴量と各前記対象物までの距離とが予め関連付けられた情報を有し、前記情報と各前記特徴量とを用いて、前記管の外周面から各前記対象物までの距離または該距離の合計を得る処理と
を含み、
複数の前記特徴量は、前記検査信号を空間積分することにより算出される振幅積分値、前記検査信号のサンプリングの位置間隔が一定である場合において、各サンプリング位置で検出された前記検査信号を積算することにより算出される振幅積算値、予め設定されている一定区間長において、前記管の軸線方向の各位置における前記検査信号の振幅を平均することにより算出される平均振幅値、及び、前記渦電流探傷プローブが等速で走査されるとともに、一定の時間間隔で前記検査信号を取得する場合に、前記検査信号を時間積分することにより算出される前記振幅積分値の少なくとも一つを含む隙間計測プログラム。
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