JP6090263B2 - 長尺材の非破壊検査設備における被検査材位置調整機構 - Google Patents

Description

本発明は、長尺材の非破壊検査設備における被検査材位置調整機構に関する。前記長尺材は、管状材例えば鋼管、及び棒状材例えば棒鋼の総称である。

検査ライン内で管状材又は棒状材の非破壊検査を行う設備である非破壊検査設備（以下、単に、検査設備とも云う）において、被検査材の支持及び搬送をする為に、検査設備の前後に挟持搬送ローラーが設置されている。設置の形態は、上流側から順に、入側挟持搬送ローラー、検査設備、出側挟持搬送ローラーを配置した形態であり、入側挟持搬送ローラーにより検査設備へ被検査材を送り込み、出側挟持搬送ローラーにより検査設備から被検査材を抜き出している。

検査設備は、検査ライン長手方向に２０００ｍｍ程度の設備長さを有し、入側挟持搬送ローラーと出側挟持搬送ローラーは２５００ｍｍ程度の離間距離がある。このため、被検査材の送り込みや抜き出しをする時に、入側挟持搬送ローラーのみ又は出側挟持搬送ローラーのみで被検査材を支持する状態、所謂「被検査材の片持ち」が発生する。これにより、検査設備内にある被検査材を非破壊検査するための超音波センサ、磁気センサ、渦流センサ等のセンサを設置した箇所である非破壊検査設備内センサ部において、被検査材の自由端部が自重で下降し、その位置が挟持搬送ローラーレベル位置から下方にずれた状態が発生する。

例えば、挟持搬送ローラーから非破壊検査センサ部までの距離が２０００ｍｍであり、被検査材が外径４８．６ｍｍ、肉厚１．０ｍｍの鋼管である場合、被検査材の片持ち時、自重による撓みの計算によると被被片持ち部が挟持搬送ローラーレベルから下方へ最大２．６ｍｍ変位した状態となる。

一方、検査設備と被検査材の取り合い（位置関係の制約）に関し、例えば、回転貫通超音波探傷装置（以下、ＲＵＴとも云う）の場合、超音波センサを取付けたインナーノズルが円筒回転体で支持されて被検査材の周りを高速回転（約３０００ｒｐｍ）し、被検査材の表面上に水膜を張る必要があり、この水膜を張る為に、インナーノズルと被検査材の間に０．７５〜１．００ｍｍ程度の隙間を確保する必要がある。ＲＵＴにおいては、水膜を介し超音波の伝達を行っている為、水膜厚さが検査精度を左右する重要な項目となる。例えば上記隙間０．７５ｍｍは初期値であり、被検査材との接触によりインナーノズルが磨耗し隙間が１．００ｍｍまで拡大すると、インナーノズルの取替えとなる。

上記被検査材の片持ちが発生すると、ＲＵＴ内インナーノズル部の上部と下部で隙間の差異が発生し、Ｓ/Ｎ比低下等を生じて、検査精度の悪化を招く問題がある。

被検査材の変形（曲がり）による検査精度悪化問題を解決するための従来技術として、被検査材の曲がりを測定する空中超音波センサを備え、外径測定装置が検出した被検査材の曲がりデータを用いて、被検査材に対する円筒回転体の芯出しを自動で行う機能と、空中超音波センサにより音速補正を連続探傷中に自動で行う機能を備えた非破壊検査装置（特許文献１参照）や、前回被検査材についての軸心測定手段設置位置における芯ずれ量と、超音波探触子設置位置における芯ずれ量とを用いて、今回被検査材についての超音波探触子設置位置における芯ずれ量を予測し、今回被検査材の先端部及び後端部が超音波探触子設置位置に到達する際に、円筒回転体の回転軸直交面内位置を、予測した芯ずれ量だけ補正するようにした超音波探傷装置（特許文献２参照）が提案された。

特開平０５−０７８１４７号公報 特開２００７−２６３５８６号公報

然し、前記提案された従来技術は、検査設備に位置センサを組込み、その位置検出結果をフィードバックさせ、円筒回転体の位置変更或いは位置補正を行うものである為、検査設備は、位置センサ等の高精度位置検出機器や複雑な制御回路や大掛かりな軸心変位装置を具備する必要があり、高価なものとならざるを得ないと云う問題があった。

前記従来技術の問題点に鑑み、本発明は、被検査材の片持ちによる端部下降を簡素な機構で補償して検査精度悪化を防止可能な、長尺材の非破壊検査設備における被検査材位置調整機構を提供する事を課題とした。

本発明者は、前記課題を解決するために鋭意検討し、その結果、被検査材の片持ち発生時に、非破壊検査設備内センサ部における被片持ち部の予測下降量分だけ被片持ち部を持ち上げる機構を既存の検査設備に付加することにより、検査精度を低下させずに簡素な構成で被検査材の片持ち発生時の非破壊検査設備内センサ部における被検査材変位を補償できる事を知見し、本発明をなした。

すなわち本発明は以下のとおりである。
（１） 被検査材である長尺材を非破壊検査設備に送り込む入側挟持搬送ローラーと前記非破壊検査設備から抜き出す出側挟持搬送ローラーとの何れか一方又は両方をレベル可変ローラーとし、かつ、前記非破壊検査設備の入側と出側に１つずつ設置してある近接センサのうち何れか１つにて被検査材の片持ち発生を検出し、該検出に応じて片持ち発生に与る側のレベル可変ローラーを下記ｙ、ｃから定まる（ｙ−ｃ）以上（ｙ＋ｃ）以下の範囲内のレベル変位量ｈだけ上方に変位させる構成としてなることを特徴とする、長尺材の非破壊検査設備における被検査材位置調整機構。
記
ｙ：被片持ち部の自重による非破壊検査設備内センサ部における最大下降量[ｍｍ]、
ｃ：非破壊検査設備と被検査材間の許容隙間量[ｍｍ]。

（２） 前記非破壊検査設備が回転貫通超音波探傷装置である上記（１）に記載の長尺材の非破壊検査設備における被検査材位置調整機構。

本発明によれば、検査精度を低下させずに簡素な構成で被検査材の片持ち発生時の非破壊検査センサ部における被検査材変位を補償できると云う優れた効果を奏する。又、本発明をＲＵＴに適用した場合、インナーノズルは被検査材との接触頻度が大幅に低減し、摩耗進行が遅くなり、使用寿命が長くなると云う効果もある。

本発明を実施するための形態の一例を示す概略図である。 本発明未実施時の被検査材の片持ち状態の一例を示す概略図である。 本発明実施時の被検査材の片持ち状態の一例を示す概略図である。

以下、本発明を実施するための形態について、非破壊検査設備が回転貫通超音波探傷装置（ＲＵＴ）であり、長尺材（被検査材）が鋼管である場合を例示した図１を参照して説明する。図１において、非破壊検査設備１（以下、ＲＵＴ１と記す）は、検査ライン内で被検査材長手方向に搬送中の被検査材である長尺材２（以下、鋼管２と記す）を超音波にて非破壊検査するものであって、超音波センサ（図示しない）を取付けたインナーノズル３を支持して鋼管２の周りに高速回転（例えば約３０００ｒｐｍの回転数で回転）させる回転円筒体４を有する。設備長さＡは２５００ｍｍ程度である。鋼管２のサイズは、外径が１９〜４３１．８ｍｍ、肉厚/外径の比が０．１３〜０．３、長さが４０００〜１５０００ｍｍである。回転円筒体４内のインナーノズル３の配設部位をＲＵＴ内インナーノズル部と云う。このＲＵＴ内インナーノズル部は、より一般的には、非破壊検査設備内センサ部である。インナーノズル３は前記超音波センサと鋼管２との間に超音波伝達用の水膜を張る為の手段であり、この水膜を張る為に、インナーノズル３と鋼管２との間には０．７０〜１．００ｍｍの隙間を確保する必要がある。そのため、インナーノズル３は、鋼管２の管軸を通す位置から「鋼管２の外径/２＋前記隙間の下限（初期値）」だけ離隔配置され、離隔距離は鋼管２の外径に応じ可変である。この様な探傷の条件設定等を含めたＲＵＴ１の自動探傷の管理を行う探傷盤１０が設置されている。探傷盤１０には鋼管２のサイズ情報も記憶させてある。

入側挟持搬送ローラー６は鋼管２を挟持搬送し通材方向５に移動させてＲＵＴ１へ送り込む。又、出側挟持搬送ローラー７は鋼管２を挟持搬送し通材方向５に移動させてＲＵＴ１から抜き出す。設備配置上の制約から、入側挟持搬送ローラー６と出側挟持搬送ローラー７の間隔（＝Ｂ＋Ｃ）は２５００ｍｍ程度とされ、かつ、入側挟持搬送ローラー６とインナーノズル３との間隔Ｂは５００ｍｍ程度とされ、かつ、出側挟持搬送ローラー７とインナーノズル３の間隔Ｃは２０００ｍｍ程度とされている。尚、ＲＵＴ１内には鋼管２を支持する部材は設けられていない。

鋼管２のトラッキングを行う為にＲＵＴ１の入側(詳しくはＲＵＴ１の入口から上流側に５０〜１５０ｍｍ程度離れた箇所)と出側(詳しくはＲＵＴ１の出口から下流側に５０〜１５０ｍｍ程度離れた箇所)の各１箇所に近接センサ８が配置され、又これら以外の箇所にも近接センサ８が配置されている。尚、近接センサとは、リミットスイッチ等の接触式検出方式の代替として、検出対象に接触することなく検出することを目的としているセンサの総称であり、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｃ ８２０１−５−２低圧開閉装置及び制御装置、第５部制御回路機器及び開閉素子、第２節近接スイッチ）に制定されている処の「近接スイッチ」に該当し、誘導形、静電容量形、超音波形、光電形、磁気形などで構成されている。又、ＲＵＴ１の入側、出側夫々に１つずつ配置された近接センサである入側近接センサ８_１、出側近接センサ８_２からの被検査材検出情報に基づいて搬送の制御を行う搬送制御盤１１が設置されている。

このＲＵＴ１では、鋼管２の先端が入側挟持搬送ローラー６の挟持部を出てから出側挟持搬送ローラー７の挟持部に入るまでの間は鋼管２の先端側に最大で約（Ｂ＋Ｃ）の長さになる自由端部が生じた状態である「先端片持ち」となり、一方、鋼管２の尾端が入側挟持搬送ローラー６の挟持部を出てから出側挟持搬送ローラー７の挟持部に入るまでの間は鋼管２の尾端側に最大で約（Ｂ＋Ｃ）の長さになる自由端部が生じた状態である「尾端片持ち」となる。本例では、Ｂが５００ｍｍ程度と短く、Ｃが２０００ｍｍ程度と長い。その為、先端片持ちの間はＲＵＴ内インナーノズル部における被片持ち部の自重による下降量が小さくて、被片持ち部がインナーノズル３と接触することは無いが、尾端片持ちの間はＲＵＴ内インナーノズル部における被片持ち部の自重による下降量が大きくなり、本発明未実施時には図２に例示する様に、被片持ち部がインナーノズル３と接触することが有り得る。

そこで、本発明を実施するための形態の一つとして、本例では、出側挟持搬送ローラー７をレベル可変ローラーとし、入側近接センサ８_１にて鋼管２の尾端片持ち発生を検出する。すなわち、入側近接センサ８_１が鋼管２の尾端通過を検出した事で以て鋼管２の尾端片持ち発生を検出した事とする。この検出に応じて片持ち発生に与る側のレベル可変ローラー（ここでは出側挟持ローラー７）を特定範囲[（ｙ−ｃ）〜（ｙ＋ｃ）]内のレベル変位量ｈだけ上方に変位させる構成とした。尚、ここでは、ｙは被片持ち部の自重によるＲＵＴ内インナーノズル部における最大降下量[ｍｍ]であり、ｃはインナーノズル３と鋼管２間の許容隙間量[ｍｍ]である。

ｙは鋼管の片持ちにおける等荷重分布の被片持ち部先端の撓み計算式を用いて求める。この撓み計算式を（数式１）に示す。
ｙ＝ｗＬ^４/（８ＥＩ） ‥‥（数式１）
（数式１）において、Ｌは被片持ち部の長さ[ｍｍ]（本例ではＬ＝Ｃ＝２０００ｍｍ）、ｗは鋼管の単位長さ当たりの重量[ｋｇ/ｍｍ^２]＝πρ（Ｄ^２−ｄ^２）/４＝πρｔ（Ｄ−ｔ）、（Ｄ：鋼管外径[ｍｍ]、ｔ：鋼管肉厚［ｍｍ］、ｄ：鋼管内径[ｍｍ]、ρ：鋼管密度［ｋｇ/ｍｍ^３］≒７．８×１０^−６ｋｇ/ｍｍ^３）、Ｅは鋼管の縦弾性係数[ｋｇｆ/ｍｍ^２]＝２１０１０ｋｇｆ/ｍｍ^２、Ｉは鋼管の断面２次モーメント［ｍｍ^４］＝π（Ｄ^４−ｄ^４）/６４、である。例えばＤ＝４８．６ｍｍ、ｄ＝４６．６ｍｍの場合、（数式１）より、ｙ＝２．６ｍｍである。

ｃは本例ではインナーノズル３と鋼管２の間に確保されるべき隙間（前述の０．７５〜１．００ｍｍ）の初期値を採用し、ｃ＝０．７５ｍｍとした。ｙ＝２．６ｍｍの場合、レベル変位量ｈはｙ−ｃ＝２．６−０．７５＝１．８５ｍｍ以上、ｙ＋ｃ＝２．６＋０．７５＝３．３５ｍｍ以下の範囲内の数値であればよい。

但し、レベル変位量ｈの目標を特定範囲[（ｙ−ｃ）〜（ｙ＋ｃ）]内の上限側若しくは下限側に偏らせるとインナーノズル３と鋼管２の間の隙間が円周方向に不均等となって探傷精度上好ましくないから、レヘル変位量ｈの目標は特定範囲[（ｙ−ｃ）〜（ｙ＋ｃ）]の中央値すなわちｈ＝ｙとするのが好ましい。

本例では、入側近接センサ８_１による鋼管２の尾端片持ち発生の検出に応じて片持ち発生に与るレベル可変ローラー（出側挟持搬送ローラー７）を前記レベル可変量ｈだけ上方に変位させる動作を自動で行う為の形態として、レベル可変ローラーを昇降させるアクチュエータ９、及びアクチュエータ９の動作を制御するローラーレベル制御盤１２を設けた。アクチュエータ９としてはサーボモータを用い、ローラーレベル制御盤１２の指令どおりに動作するよう構成した。

ローラーレベル制御盤１２には、探傷盤１０から現在被検出材となっている鋼管２のサイズ情報（外径Ｄ，肉厚ｔ）を貰い受け、内径ｄ（＝Ｄ−２ｔ）を算出し、（数式１）でＬ＝Ｃとしてｙを算出してｈ＝ｙとし、一方、搬送制御盤１１経由で入側近接センサ８_１からの尾端片持ち発生の検出信号を受けて直ちにアクチュエータ９に対し出側挟持搬送ローラー７のローラーレベルをｈだけ上方に変位させる指令を出すと云う機能をもたせた。

又、鋼管２の尾端がＲＵＴ内インナーノズル部を抜けた後は、出側挟持搬送ローラー７のローラーレベルを復元させる（ローラーレベルをｈだけ下方に変位させる）レベル復元指令を出す事とし、このレベル復元指令を出すタイミングは、尾端片持ち発生の検出信号受信時点から計時した経過時間が、「（Ａ/2）/（搬送制御盤１１から受けた出側挟持搬送ローラー７の送り速度情報）」で算出した時間に達した時点とした。

これにより、例えば図３に示す様に、尾端片持ち時の鋼管２をＲＵＴ内インナーノズル部と接触させずに通材することが可能となる。

又、先端片持ちにより鋼管２がインナーノズル３と接触することがある場合は、入側挟持搬送ローラー６をレベル可変ローラーとし、このレベル可変ローラーをローラーレベル制御盤１２からの指令どおりに昇降させるアクチュエータ９ａを設ける。

ローラーレベル制御盤１２には、探傷盤１０から現在被検出材となっている鋼管２のサイズ情報（外径Ｄ，肉厚ｔ）を貰い受け、内径ｄ（＝Ｄ−２ｔ）を算出し、（数式１）でＬ＝Ｂとしてｙを算出してｈ＝ｙとし、一方、搬送制御盤１１経由で入側近接センサ８_１からの先端片持ち発生の検出信号を受けて直ちにアクチュエータ９ａに対し入側挟持搬送ローラー６のローラーレベルをｈだけ上方に変位させる指令を出すと云う機能をもたせる。

又、先端片持ちが解除されたら入側挟持搬送ローラー６のローラーレベルを復元させる（ローラーレベルをｈだけ下方に変位させる）レベル復元指令を出す事が好ましく、このレベル復元指令を出すタイミングは、出側近接センサ８_２からの鋼管尾端検知情報の受信時点とするのが好ましい。

これにより、先端片持ち時の鋼管２をＲＵＴ内インナーノズル部と接触させずに通材することが可能となる。

上述した例では被検査材が鋼管であるが、被検査材が棒鋼である場合においても、(数式１)においてｄ＝０とする事で本発明は適用でき、同様の効果を奏する。

又、上述した例では非破壊検査設備がＲＵＴであるが、非破壊検査設備がＲＵＴ以外のものであっても、被検査材の片持ちによる変位が検査精度の悪化につながるものであれば、本発明は適用でき、同様の効果を奏する。

本発明は、図１に例示されるとおり、既存の設備にアクチュエータとローラーレベル制御盤とを追加するだけであり、簡素な構成なので低設備費で実施することができる。

図１に示した形態で、鋼管のＲＵＴ検査ラインに本発明を実施した。その結果、鋼管尾端部（尾端から５００ｍｍの長さ部分）の探傷時のＳ/Ｎ比が、実施前との比で２倍に向上した。又、インナーノズルの耐用期間（交換周期）が、実施前との比で１．５倍に延長した。

１ 非破壊検査設備（ＲＵＴ）
２ 被検査材（長尺材例えば鋼管）
３ インナーノズル
４ 回転円筒体
５ 通材方向
６ 入側挟持搬送ローラー
７ 出側挟持搬送ローラー
８ 近接センサ
８_１ 入側近接センサ
８_２ 出側近接センサ
９ アクチュエータ
９ａ アクチュエータ
１０ 探傷盤
１１ 搬送制御盤
１２ ローラーレベル制御盤

Claims (2)

1. 被検査材である長尺材を非破壊検査設備に送り込む入側挟持搬送ローラーと前記非破壊検査設備から抜き出す出側挟持搬送ローラーとの何れか一方又は両方をレベル可変ローラーとし、かつ、前記非破壊検査設備の入側と出側に１つずつ設置してある近接センサのうち何れか１つにて被検査材の片持ち発生を検出し、該検出に応じて片持ち発生に与る側のレベル可変ローラーを下記ｙ、ｃから定まる（ｙ−ｃ）以上（ｙ＋ｃ）以下の範囲内のレベル変位量ｈだけ上方に変位させる構成としてなることを特徴とする、長尺材の非破壊検査設備における被検査材位置調整機構。
   記
   ｙ：被片持ち部の自重による非破壊検査設備内センサ部における最大下降量[ｍｍ]、
   ｃ：非破壊検査設備と被検査材間の許容隙間量[ｍｍ]。
2. 前記非破壊検査設備が回転貫通超音波探傷装置である請求項１に記載の長尺材の非破壊検査設備における被検査材位置調整機構。

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