JP6858289B1 - 配管厚さ測定方法、及び、配管厚さ測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】芯ぶれ補正をソフト的に行うことができる配管厚さ測定方法、及び、配管厚さ測定装置を提供すること。【解決手段】本発明の配管厚さ測定方法は、配管の芯ぶれ方向を測定し、芯ぶれした状態にて、配管の測定角度毎の実測厚さを、３方向放射線透過法にて測定する測定工程、芯ぶれ方向と反対方向を最大芯ぶれ角度に設定し、最大芯ぶれ角度における最大芯ぶれ量を算出し、最大芯ぶれ角度に基づいて、測定角度毎の相対芯ぶれ率を算出し、相対芯ぶれ率と最大芯ぶれ量を乗算した測定角度毎の芯ぶれ量を算出し、芯ぶれした状態の配管に対し、３方向放射線透過法における放射線が、配管を通過した際の理論通過厚を芯ぶれ量を用いて算出し、理論通過厚に基づいて、測定角度毎の芯ぶれ補正量を算出する算出工程、実測厚さを、芯ぶれ補正量にて補正する補正工程、を有する構成とした。【選択図】図３

Description

本発明は、配管厚さを測定するに際し、芯ぶれ由来のずれを補正することが可能な配管厚さ測定方法、及び、配管厚さ測定装置に関する。

プラント設備に用いられる配管は、配管の設置状況や配管に巻かれる保温材の材質、形態等の様々な要因により、中心位置がずれる（芯ぶれする）ことがあった。したがって、保温材内部の配管厚さを精度良く測定するには、芯ぶれ補正を行うことが必要とされる。特許文献１では、配管の芯ぶれを機械的に補正する。すなわち、中心位置のずれ量を相殺するように、配管厚さ測定装置及び配管を相対移動させて、芯ぶれのない状態に調整し、その後、配管厚さを測定する。

特開２０１７−１２２６９４号公報

機械的に芯ぶれを補正する方法では、重量の大きい配管や配管厚さ測定装置を精度良く相対移動させることが困難となり、また、作業時間もかかる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、芯ぶれ補正をソフト的に行うことができる配管厚さ測定方法、及び、配管厚さ測定装置を提供することにある。

本発明の一態様の配管厚さ測定方法は、配管厚さを測定するにあたり、配管の芯ぶれによるずれを測定角度毎に補正することが可能な配管厚さ測定方法であって、前記配管の芯ぶれ方向を測定し、芯ぶれした状態にて、前記配管の測定角度毎の実測厚さを、３方向放射線透過法にて測定する測定工程、前記芯ぶれ方向と反対方向を最大芯ぶれ角度に設定し、前記最大芯ぶれ角度における最大芯ぶれ量を算出し、前記最大芯ぶれ角度に基づいて、測定角度毎の相対芯ぶれ率を算出し、前記相対芯ぶれ率と前記最大芯ぶれ量を乗算した測定角度毎の芯ぶれ量を算出し、前記芯ぶれした状態の前記配管に対し、前記３方向放射線透過法における放射線が、前記配管を通過した際の理論通過厚を前記芯ぶれ量を用いて算出し、前記理論通過厚に基づいて、測定角度毎の芯ぶれ補正量を算出する算出工程、前記実測厚さを、前記芯ぶれ補正量にて補正する補正工程、を有することを特徴する。

本発明の一態様の配管厚さ測定装置は、配管厚さを測定するにあたり、配管の芯ぶれによるずれを測定角度毎に補正することが可能な配管厚さ測定装置であって、前記配管の周囲に回転移動可能で、且つ前記配管の中心線と平行な方向に直線移動可能に支持されており、前記中心線に対し直交する方向に、放射線を照射する線源及び前記放射線を検出する検出器を有し、前記配管の芯ぶれ方向を測定すること、及び、芯ぶれ状態にて、前記配管の測定角度毎の実測厚さを、３方向放射線透過法にて測定することを実行する測定部と、前記芯ぶれ方向と反対方向を最大芯ぶれ角度に設定し、前記最大芯ぶれ角度における最大芯ぶれ量を算出すること、前記最大芯ぶれ角度に基づいて、測定角度毎の相対芯ぶれ率を算出すること、前記相対芯ぶれ率と前記最大芯ぶれ量を乗算した測定角度毎の芯ぶれ量を算出すること、前記芯ぶれした状態の前記配管に対し、前記３方向放射線透過法における放射線が、前記配管を通過した際の理論通過厚を前記芯ぶれ量を用いて算出すること、前記理論通過厚に基づいて、測定角度毎の芯ぶれ補正量を算出することを実行する算出部と、前記実測厚さを、前記芯ぶれ補正量にて補正する補正部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、配管厚さを測定する際、芯ぶれ補正をソフト的に行うことができる。したがって、簡単に芯ぶれ補正を行うことができるとともに、良好な測定精度を得ることができる。

３方向放射線透過法の説明図である。 芯ぶれした状態の配管を示す概念図である。 本実施の形態における配管厚さ測定方法のフローチャートである。 本実施の形態における、Ｙ方向における配管の中心ずれの測定工程を示す模式図である。 放射線透過曲線の模式図である。 本実施の形態における、Ｘ方向における配管の中心ずれの測定工程を示す模式図である。 本実施の形態の配管厚さ測定装置の斜視図である。 配管厚さ測定装置の一部を拡大して示した部分拡大平面図である。 本実施の形態の配管厚さ測定装置のブロック図である。 芯ぶれした配管に対し、３方向放射線透過法にて測定した測定角度毎の実測厚さのシミュレーション結果である。 配管が芯ぶれした状態にて、３方向放射線透過法における放射線Ｎ１が配管を通過した際の理論通過厚ｔ１´の算出方法を説明するための概念図である。 配管が芯ぶれした状態にて、３方向放射線透過法における放射線Ｎ２が配管を通過した際の理論通過厚ｔ２´の算出方法を説明するための概念図である。 配管が芯ぶれした状態にて、３方向放射線透過法における放射線Ｎ３が配管を通過した際の理論通過厚ｔ３´の算出方法を説明するための概念図である。 角度θｃ１、θｃ２、θｂ１、θｂ２の算出方法を説明するための概念図である。 配管の実測厚さを、芯ぶれ補正量にて補正したシミュレーション結果である。

以下、本発明の一実施の形態（以下、「実施の形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

まず、図１を用いて、本実施の形態で使用される３方向放射線透過法について説明する。図１Ａに示す配管１は、円筒状である。その外周表面に、被覆材としての保温材２ａが巻かれている。更に、保温材２ａの外周表面には、外装板２ｂが被覆されている。保温材２ａは、断熱性が高い材質で形成されており、特に材質を限定するものでないが、例えば、ＣａＳｉＯ_２やガラスウールで形成される。また、外装板２ｂは、アルミや、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）等で形成される。

このように、配管１の外周表面には、保温材２ａや外装板２ｂが設けられているため、配管厚さの測定者は、保温材２ａ内部における配管１の配置を外部から確認することが出来ない。ただし、配管１を外部から確認できない状態でも、３方向放射線透過法を用いることで、配管厚さを測定することができる。

図１Ａに示すように、３方向放射線透過法では、配管１の中心位置Ｏ１に対して、線源１０及び検出器１１を１２０度ずつ回転させながら、配管１に対して放射線を照射する。なお、図１Ａに示す配管１は、芯ぶれしていない。「芯ぶれ」とは、配管１の中心位置Ｏ１が、保温材２ａ内部で位置ずれを起こした状態を指す。換言すれば、配管１を、配管厚さ測定装置に設置した際、装置の中心と、配管１の中心位置Ｏ１とがずれた状態である。

図１Ａに示すように、線源１０から照射された放射線Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３は、配管１を通ることで減衰しながら、検出器１１に入力される。また、図１Ｂに示すように、配管厚さｔ１は、放射線Ｎ１の照射方向に対し、３０°ずれた方向の長さである。したがって、検出器１１に入力された放射線Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３の測定値から、以下の連立方程式が成立する。
放射線Ｎ１＝（ｔ１＋ｔ２）／ｃｏｓ３０°
放射線Ｎ２＝（ｔ３＋ｔ２）／ｃｏｓ３０°
放射線Ｎ３＝（ｔ１＋ｔ３）／ｃｏｓ３０°

上記の連立方程式より、配管厚さｔ１、ｔ２、ｔ３を求めることができる。これら配管厚さｔ１、ｔ２、ｔ３は、夫々、１２０°間隔で測定された厚さである。図１Ａに示す３方向放射線を、周方向に沿って所定角度ずつ、ずらしながら照射することで、配管１の周方向に沿って、所定角度毎の配管厚さを測定することができる。

次に、図２に示すように、配管１が芯ぶれした状態について考察する。図２に示す点線の配管１は、芯ぶれしていない状態であり、図２に示す実線の配管１は、芯ぶれした状態である。

ここで、芯ぶれしていない配管１の中心位置Ｏ１から見て、紙面上方向が０°の方向、紙面右方向が９０°の方向、紙面下方向が１８０°の方向、及び、紙面左方向が２７０°の方向であると定義する。したがって、図２に示す配管１は、０°の方向に芯ぶれした状態である。

本実施の形態では、図２に示す芯ぶれした配管１に対し、機械的な芯ぶれ補正を行わず、ソフト的に芯ぶれ補正を実行して、測定角度毎の配管厚さを求める。

図３は、本実施の形態における配管厚さ測定方法のフローチャートである。図３に示すように、配管厚さ測定方法は、ステップＳＴ１、ステップＳＴ２の測定工程と、ステップＳＴ３〜ステップＳＴ７の算出工程と、ステップＳＴ８の補正工程と、に分けることができる。まずは、算出工程の前提となる「芯ぶれ方向の測定ＳＴ１」について説明する。

図４は、本実施の形態における、Ｙ方向における配管の中心ずれの測定工程（中心位置測定工程）を示す模式図である。ここで、「Ｙ方向」とは、配管１の中心位置Ｏ１（図２参照）から見て、０°の方向、及び１８０°の方向を指す。また、「Ｘ方向」とは、配管１の中心位置Ｏ１から見て、９０°の方向、及び２７０°の方向を指す。

図４Ａでは、配管１に対して紙面上方向（０°の方向）の位置に、線源１０と、検出器１１とが配置されている。線源１０と検出器１１は、Ｘ方向にて相対向した位置関係にあり、線源１０と検出器１１は、Ｙ方向に向けて平行移動可能に支持されている。

図４Ａに示すように、線源１０から照射された放射線Ｒの照射中心線Ｃ１は、Ｘ方向と平行な方向である。線源１０を限定するものでないが、例えば、セシウム線源を用いることが出来る。また、検出器１１は、シンチレータ、ライトガイド及び光電子増倍管等を有して構成される。放射線Ｒが、検出器１１の検出面からシンチレータに入射されると、シンチレータは、放射線に感応し発光する。この光は、光電子増倍管にて電流パルスである検出パルス（電子信号）に変換され、出力される。そして制御部１３０（図９参照）では、検出パルスをカウントする。図４Ａに示すように、放射線Ｒは、所定の線幅Ｗ１を有している。

図４Ａの状態から図４Ｂに示すように、線源１０及び検出器１１を、配管１に徐々に近づける。やがて、放射線Ｒの線幅Ｗ１の配管側下端（紙面下端）３が、放射線Ｒ側から見て、最も突出した箇所に該当する、配管１の外周表面１ａの端部位置４に当接する。図４Ｂの段階では、線源１０から照射された放射線Ｒが、配管１に妨げられることなく、検出器１１に到達している。検出器１１では、カウント数を得ることができる。カウント数が大きいほど、放射線Ｒの透過量が大きい。図４Ａから図４Ｂについては、線源１０から検出器１１に向けて照射された放射線Ｒに対する遮蔽がない。したがって、最大カウント数を得ることができる。

続いて、図４Ｂから図４Ｃに示すように、線源１０及び検出器１１を、更に、紙面下方向（１８０°の方向）に移動させると、放射線Ｒの照射中心線Ｃ１よりも紙面下側に位置する放射線下部領域５は、配管１により徐々に遮蔽される。このため、検出器１１に到達する放射線量（透過量）は徐々に減っていき、検出器１１にて得られるカウント数は、徐々に小さくなっていく。

続いて、図４Ｃから図４Ｄに示すように、線源１０及び検出器１１を、更に、紙面下方向（１８０°の方向）に移動させる。すると今度は、放射線Ｒの照射中心線Ｃ１よりも紙面上側に位置する放射線上部領域６が、配管１により徐々に遮蔽されるため、益々、検出器１１に到達する放射線量（透過量）は減り、一層、検出器１１にて得られるカウント数は、小さくなる。そして、図４Ｄのように、放射線Ｒの線幅Ｗ１の全域が、配管１に対向した位置関係にあると、検出器１１にて検出されるカウント数は、最小値となる。

図４Ｄから、線源１０及び検出器１１を、更に紙面下方向に移動させても、検出器１１にて検出されるカウント数は、最小値を保ち、変化しない（或いは、その変化は非常に小さくなる）。

以上により、図４Ａから図４Ｂに至るまでは、検出器１１にて検出されるカウント数は、最大値を保ち、図４Ｂから図４Ｄに至るまでは、検出器１１にて検出されるカウント数は、徐々に減少していく。図４Ｄ以降では、検出器１１にて検出されるカウント数は、最小値を保つ。図５に示す放射線透過曲線を用いて、測定位置とカウント数との関係について説明する。

図５に示す領域αと領域βの境界位置Ｐ１は、放射線Ｒの線幅Ｗ１の配管側下端３が、配管１の外周表面１ａの端部位置４に当接した図４Ｂの位置を示す。図５に示す領域βと領域γの境界位置Ｐ３は、ちょうど放射線Ｒの線幅Ｗ１の全域が配管１の外周表面１ａに対向した位置関係になる図４Ｄの位置を示す。

図５に示す放射線透過曲線の領域αと領域γとの間には、領域βが存在する。図５に示すように領域βは、配管１に対する照射中心線Ｃ１の位置変化に対して、一定の変化量にて傾斜する傾斜直線領域（以下、傾斜直線領域βと称する場合がある）である。

そして、傾斜直線領域βの中心位置を示すＰ２は、ちょうど照射中心線Ｃ１が配管１の外周表面１ａの端部位置４に当接した位置関係にある（図４Ｃ参照）。したがって、図５に示すＰ２の位置を、配管１の外周表面１ａの端部位置４と規定することが出来る。

よって図４Ａから図４Ｄに示す中心位置測定工程により、図５の放射線透過曲線を得て、傾斜直線領域βの中心位置（Ｐ２）から端部位置４を導き出すことができる。これにより、端部位置４のＹ座標を得ることができる。

図６Ａでは、図４Ａから、線源１０及び検出器１１を９０度回転させた状態にし、線源１０及び検出器１１を、Ｘ方向に平行移動可能に支持する。

図６Ａでは、配管１に対して、紙面右方向（９０°の方向）の位置に、線源１０と、検出器１１とが配置されている。図６Ａに示すように、線源１０から照射された放射線Ｒの照射中心線Ｃ１は、Ｙ方向と平行な方向である。図６Ａに示すように放射線Ｒは、所定の線幅Ｗ１を有している。

図６Ａの状態から線源１０及び検出器１１を、配管１に徐々に近づける。やがて、放射線Ｒの線幅Ｗ１の配管側左端７が、放射線Ｒ側から見て、最も突出した箇所に該当する、配管１の外周表面１ａの端部位置８に当接する。まだこの段階では、線源１０から照射された放射線Ｒが、配管１に妨げられることなく検出器１１に到達している。したがって、図５に示す領域αを得ることができる。

更に、線源１０及び検出器１１を、図示左方向へ移動させると、放射線Ｒの照射中心線Ｃ１よりも紙面左側に位置する放射線左部領域９が、配管１により徐々に遮蔽される。このため、検出器１１に到達する放射線量（透過量）は、徐々に減っていき、図５に示す領域βに示すように、検出器１１にて得られるカウント数は、徐々に小さくなっていく。

図６Ｂは、ちょうど照射中心線Ｃ１が配管１の端部位置８に当接した状態を示している。更に、図６Ｂから線源１０及び検出器１１を、紙面左方向へ移動させる。すると今度は、放射線Ｒの照射中心線Ｃ１よりも紙面右側に位置する放射線右部領域１３が、配管１により徐々に遮蔽される。このため、益々、検出器１１に到達する放射線量（透過量）は減り、図５に示す領域βに示すように、一層、検出器１１にて得られるカウント数は、小さくなる。

このように、図６Ａ〜図６Ｃの測定工程においても、図５と同様の放射線透過曲線を得ることができる。したがって、図５の傾斜直線領域βの中心位置（Ｐ２）から端部位置８のＸ座標を、導き出すことができる。

このように、図６で得られた端部位置８は、図４で得られた端部位置４に対して９０度回転した位置にある。

本実施の形態では、上記した測定方法により、配管１の外周表面１ａの端部位置４、８のＸＹ座標を特定することができる。そして、各端部位置４、８に基づいて、配管１の芯ぶれ方向を検出することができる。例えば、端部位置の座標を、０°の方向、９０°の方向、１８０°の方向、及び、２７０°の方向の４点で計測する。このとき、０°の方向及び、１８０°の方向にて得られた端部位置の各Ｙ座標を検出する。また、９０°の方向及び、２７０°の方向の各Ｘ座標を検出する。これら各端部位置の座標に基づいて、図２に示す芯ぶれ状態における配管１の中心位置Ｏ２を算出できる。芯ぶれしていない状態での配管１の中心位置Ｏ１は、予めわかっているため、中心位置Ｏ２の算出により、配管１の芯ぶれ方向を取得することができる。

なお、図４、図６に示すように、端部位置４、８を２点だけ測定した場合は、配管１の直径が既知であれば、当該端部位置４、８にそれぞれ対向する端部位置を特定することができる。これにより、芯ぶれ状態における配管１の中心位置Ｏ２を算出でき、配管１の芯ぶれ方向を取得することができる。

ここで、本実施の形態における配管厚さ測定装置１００について説明する。図７は、本実施の形態の配管厚さ測定装置の斜視図である。図８は、配管厚さ測定装置の一部を拡大して示した部分拡大平面図である。

図７、図８に示すように、本実施の形態の配管厚さ測定装置１００は、測定部１０１と、測定部１０１を回転支持するリング部材１０２と、測定部１０１を配管に対して直進移動させることが可能な直進移動機構１０３と、を有して構成される。

図７、図８に示すように、測定部１０１は、直線性の放射線を照射する線源１０と、放射線を検出する検出器１１と、線源１０と検出器１１とを支持する支持部材１０４と、を有して構成される。線源１０と検出器１１とは、所定の間隔Ｌを空けて相対向して配置されている。間隔Ｌは、リング部材１０２の内側に支持され、配管１に、保温材２ａや外装板２ｂ等の被覆材が巻かれた状態の被測定物１２０の直径Ｄ２よりも広くされている。

図７、図８に示すように、支持部材１０４は、ベース部１０５と、ベース部１０５の一方の端部に取り付けられる線源側アーム１０６と、ベース部１０５の他方の端部に取り付けられる検出器側アーム１０７と、を備える。そして、線源１０は、線源側アーム１０６の先端に取り付けられ、検出器１１は、検出器側アーム１０７の先端に取り付けられている。図８に示すように、線源側アーム１０６と検出器側アーム１０７は、Ｙ方向に延出して設けられる。線源１０と検出器１１とが対向する方向は、Ｘ方向である。そして、線源１０と検出器１１とが対向する方向（Ｘ方向）は、放射線Ｒの照射中心線Ｃ１（図４参照）の方向と一致している。

図７、図８に示すように、ベース部１０５の裏面側には、線源側アーム１０６及び検出器側アーム１０７と同方向であるＹ方向に延出する２本のレール部材１１０、１１１が、Ｘ方向に間隔を空けて配置されている。これらレール部材１１０、１１１は、支持枠体１１２にて固定支持されている。この支持枠体１１２は、ベース部１０５に固定接続されている。また、図８に示すように、支持枠体１１２のリング部材１０２と対向する位置には、ローラ支持体１１３が設けられる。ローラ支持体１１３には、２個のローラ１１４、１１５が回転可能に支持されている。

リング部材１０２は、真円状の一定幅を有するリング構造であり、円周方向に沿うリング状突条部１１６が設けられている。リング状突条部１１６の外側には、同じく円周方向に沿い、リング状突条部１１６よりも一段低い平坦面を備えるリング状テーブル部１１７が設けられている。そして、リング状突条部１１６とリング状テーブル部１１７との間の段差の部分に、ローラ１１４、１１５が配置される。図８に示すように、ローラ支持体１１３には、リング部材１０２の内壁面１１８方向に延びる延出部１１９が設けられ、延出部１１９の先端部分に、ローラ１４０が配置されている。図７、図８に示すように、リング部材１０２には、リング状突条部１１６の内側に円周方向に沿い、リング状突条部１１６よりも一段低い平坦面を備えるリング状テーブル部１４１が設けられている。そして、リング状突条部１１６とリング状テーブル部１４１との間の段差の部分に、ローラ１４０が配置される。内側に配置されたローラ１４０は、外側に配置されたローラ１１４、１１５のちょうど真ん中に位置している。

そしてローラ１１４、１１５、１４０の回転により、測定部１０１をリング部材１０２の円周方向に沿って、３６０度、回転移動させることができる。

また図７に示すように、ベース部１０５の裏面には、レール部材１１０、１１１を通す貫通孔を備えたレール移動体１４３が設けられている。そして、レール部材１１０、１１１とレール移動体１４３とが、測定部１０１を前後方向に直進移動させることが可能な直進移動機構１０３を構成している。例えば、レール部材１１０、１１１の表面にはネジ（ボールねじ）が切ってあり、図示しない駆動発生部からの駆動力を用いて、測定部１０１を前後方向に直進移動させることが可能である。

図８に示すように、リング部材１０２は、その内径Ｄ１が、被測定物１２０の外周表面１２０ａの直径Ｄ２よりも大きい。したがって、リング部材１０２の内径Ｄ１の内側に被測定物１２０を設置して、被測定物１２０に対して、図３に示す芯ぶれ方向の測定（ステップＳＴ１）、及び、実測厚さの測定（ステップＳＴ２）を行うことができる。

芯ぶれ方向の測定は、図４〜図６で説明したように、線源１０及び検出器１１を、Ｙ方向及びＸ方向に、直進移動させながら、夫々の放射線透過曲線を得る。直進移動及び回転移動は、図７、図８に示す直進移動機構１０３や、回転移動機構を用いることができる。そして、図５に示す放射線透過曲線から、図２に示す配管１の中心位置Ｏ２のＸＹ座標を求め、中心位置Ｏ２のＸＹ座標と、芯ぶれがない状態での配管１の中心位置Ｏ１のＸＹ座標とに基づいて、芯ぶれ方向を特定する。

図３に示すように、芯ぶれ方向の測定（ステップＳＴ１）の次に、配管１の実測厚さの測定を行う（ステップＳＴ２）。なお、ステップＳＴ２を先に行い、ステップＳＴ１を次に行ってもよい。

本実施の形態では、図１で説明した３方向放射線透過法を用いて、配管１が芯ぶれした状態のまま、すなわち、芯ぶれ補正をせずに、配管厚さ（実測厚さ）を測定する。

３方向放射線透過法では、図７、図８に示す線源１０及び、検出器１１を有する測定部１０１及び、回転移動機構を用いながら、図１で説明したように、配管１の実測厚さを測定角度毎に測定することができる。

ここで、芯ぶれした状態で、配管１の実測厚さを測定するため、図２に示すように、配管１が０°の方向に芯ぶれした状態では、例えば、放射線Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３を逆正三角形に照射すると、放射線Ｎ１が配管１を通る理論通過厚さｔ１´、及び放射線Ｎ３が配管１を通る理論通過厚ｔ３´は、芯ぶれしていない状態における理論通過厚さよりも厚くなる。したがって、図１で説明した連立方程式により求められる配管厚さは、理論値からずれた値になる。芯ぶれ量Ａ（図２参照）が大きくなるほど、３方向放射線透過法で測定される配管厚さは、理論値から大きくずれていく。ただし、芯ぶれした状態であっても、３方向放射線透過法で測定される配管厚さの理論値からのずれ幅は、測定角度によって、異なる。その点については、後述するシミュレーション結果を用いて説明する。いずれにしても、本実施の形態では、芯ぶれ方向の測定とともに、芯ぶれした状態の配管１の実測厚さを、３方向放射線透過法を用いて測定する。

次に、図３に示すステップＳＴ３以降の算出工程及び補正工程を、図９に示す算出部１３１及び補正部１３２により実行する。このように、本実施の形態では、ステップＳＴ３以降で、芯ぶれ補正を、ソフト的に実行する。なお、本実施の形態の配管厚さ測定装置１００は、図９に示すように、測定部１０１と、算出部１３１及び補正部１３２を有する制御部１３０とが電気的に接続されている。そして、測定部１０１にて測定された配管１の芯ぶれ方向及び、配管１の実測厚さの各測定信号が、制御部１３０に送信されるようになっている。

図３のステップＳＴ３に示すように、算出部１３１では、最大芯ぶれ量と最大芯ぶれ角度の算出を行う。最大芯ぶれ角度は、芯ぶれ方向の反対方向として求めることができる。芯ぶれ方向の反対方向とは、芯ぶれ方向に対して、１８０°を足した方向、或いは、１８０°を引いた方向を指す。すなわち、図２に示すように、例えば、０°の方向に芯ぶれしたとき、１８０°の方向が、最大芯ぶれ角度になる。

図２に示す放射線Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３は、１８０°の測定角度での配管厚さを測定することが可能な３方向放射線透過法での照射方向を示す。このとき、放射線Ｎ１、Ｎ３は、配管１内部を通過する厚みが、他の測定角度のときよりも厚く、放射線の減衰量が大きくなる。この結果、上記した連立方程式を解いて、１８０°の測定角度での配管厚さを求めると、他の測定角度よりも大きな値となり、芯ぶれ由来のずれが最大限に大きくなる。図２に示す芯ぶれ量Ａが最大芯ぶれ量に該当する。芯ぶれしていない状態での配管１の中心位置Ｏ１は、予めわかっているため、中心位置Ｏ２の算出により、芯ぶれ量Ａを算出することができる。

次に、ステップＳＴ４では、相対芯ぶれ率を算出する。「相対芯ぶれ率」は、０〜１の範囲内の割合で示され、０は、最小芯ぶれ角度の芯ぶれ率であり、１は、最大芯ぶれ角度の芯ぶれ率である。

図１０は、図２のように、配管１が、０°の方向に芯ぶれした状態で、３方向放射線透過法にて測定した配管の実測厚さのシミュレーション結果である。実験では、図２に示す配管の中心位置Ｏ２を、９０°方向、及び２７０°方向にずらさず、０°方向に２ｍｍ〜８ｍｍずらしながら、３方向放射線透過法により、測定角度毎の実測厚さ（配管肉厚）を測定した。

図１０に示すように、芯ぶれ方向である０°の方向に、１８０°を足した測定角度＝１８０°のとき、配管厚さが最も厚くなり、ずれが最大限に大きくなることがわかる。一方、測定角度＝９０°、２７０°付近では、ずれが最小になる。このように、測定角度により、ずれ率が変化する。なお、図１０に示すシミュレーション結果は、あくまでも一例であるが、芯ぶれ方向がどの方向であっても、芯ぶれ方向に１８０°を足した方向が「最大芯ぶれ角度」となる。

また、図１０に示す「ＵＴ」とは、芯ぶれしていない配管１に対して、超音波信号を用いて測定した実測厚さである。図１０に示すように、超音波信号を用いて測定した実測厚さは、測定角度が０°から３６０°の全範囲で、ほぼフラットな状態であることがわかる。一方、本実施の形態では、放射線を利用して３方向放射線透過法により、配管厚さを測定するが、理想的には、超音波信号を用いて測定した実測厚さ、すなわち、図１０のＵＴの測定結果に近づくことが好ましい。そこで、図１０の点線で示した誤差範囲内に、配管厚さが収まるように、ステップＳＴ３以降の芯ぶれ補正を実行する。

図３のステップＳＴ４に示す相対芯ぶれ率は、ステップＳＴ３で算出した最大芯ぶれ角度に基づいて、算出することができる。具体的には、以下の一般式（１）により算出することができる。
相対芯ぶれ率＝ｓｉｎ（測定角度＋９０−最大芯ぶれ角度） （１）

次に、図３に示すステップＳＴ５では、各測定角度の芯ぶれ量を算出する。各測定角度の芯ぶれ量は、以下の一般式（２）により求めることができる。
測定角度毎の芯ぶれ量＝相対芯ぶれ率×最大芯ぶれ量 （２）
これにより、各測定角度毎の芯ぶれ量を、ソフト的に簡単に求めることができる。

次に、図３に示すステップＳＴ６では、芯ぶれした状態にて、３方向放射線透過法での放射線が通過する配管１の理論通過厚を算出する。

理論通過厚ｔ１´、ｔ２´、ｔ３´は、以下の一般式（３）〜（５）により、算出することができる。
ｔ１´＝ｃｏｓ（θｃ１）×（外形／２）−ｃｏｓ(θｃ２)×（外径／２−規定厚さ）
（３）
ｔ２´＝ｃｏｓ（θｂ１）×（外径／２)−ｃｏｓ（θｂ２)×（外径／２−規定厚さ）
（４）
ｔ３´＝ｃｏｓ（θｃ１）×（外径／２）−ｃｏｓ（θｃ２）×(外径／２−規定厚さ)
（５）
一般式（３）〜（５）について、更に、詳細に説明する。

図１１は、配管１が、０°方向に芯ぶれした状態にて、３方向放射線透過法における放射線Ｎ１が配管１を通過した際の理論通過厚ｔ１´の算出方法を説明するための概念図である。

図１１に示すように、放射線Ｎ１の照射方向における、理論通過厚ｔ１´は、三角形Ｔｃ１の辺の長さＬｃ１と、三角形Ｔｃ２の辺の長さＬｃ２と、の差分となる。すなわち、以下の一般式（６）が成り立つ。
理論通過厚ｔ１´＝Ｌｃ１−Ｌｃ２ （６）

三角形Ｔｃ１の辺の長さＬｃ１と、三角形Ｔｃ２の辺の長さＬｃ２は、以下の一般式（７）、（８）に示すように、三角関数ｃｏｓθにより表される。
三角形Ｔｃ１の辺の長さＬｃ１＝ｃｏｓ（θｃ１）×（外径／２) （７）
三角形Ｔｃ２の辺の長さＬｃ２＝ｃｏｓ（θｃ２）×（外径／２−規定厚さ） （８）

一般式（７）、（８）を、一般式（６）に挿入する。これにより、芯ぶれ状態の理論通過厚ｔ１´を、上記に挙げた一般式（３）で表すことができる。

図１２は、配管１が芯ぶれした状態にて、３方向放射線透過法における放射線Ｎ２が、配管１を通過した際の理論通過厚ｔ２´の算出方法を説明するための概念図である。

図１２に示すように、理論通過厚ｔ２´は、三角形Ｔｂ1の辺の長さＬｂ１と、三角形Ｔｂ２の辺の長さＬｂ２と、の差分となる。すなわち、以下の一般式（９）が成り立つ。
理論通過厚ｔ２´＝Ｌｂ１−Ｌｂ２ （９）

三角形Ｔｂ１の辺の長さＬｂ１と、三角形Ｔｂ２の辺の長さＬｂ２は、以下の一般式（１０）、（１１）に示すように、三角関数ｃｏｓθにより表される。
三角形Ｔｂ１の辺の長さＬｂ１＝ｃｏｓ（θｂ１）×(外径／２) （１０）
三角形Ｔｂ２の辺の長さＬｂ２＝ｃｏｓ（θｂ２）×(外径／２−規定厚さ)（１１）

一般式（１０）、（１１）を、一般式（９）に挿入することで、芯ぶれ状態の理論通過厚ｔ２´は、上記の一般式（４）で表すことができる。

図１３は、配管１が芯ぶれした状態にて、３方向放射線透過法における放射線Ｎ３が、配管１を通過した際の理論通過厚ｔ３´の算出方法を説明するための概念図である。

図１３に示すように、理論通過厚さｔ３´は、理論通過厚さｔ１´と同じ大きさである。したがって、理論通過厚ｔ３´は、上記した一般式（５）に示す通り、一般式（３）と同じ式となる。

ここで、一般式（３）〜（５）で用いる角度θｃ１、θｃ２、θｂ１、θｂ２は、図１４により、以下のように表すことができる。
角度θｃ１＝ｓｉｎ^−１［｛(外径−規定厚さ)／４＋芯ぶれ量／２｝／（外径／２）］
（１２）
角度θｃ２＝ｓｉｎ^−１［｛（外径−規定厚さ）／４＋芯ぶれ量／２}／｛(外径−規定厚さ×２)／２｝］
（１３）
角度θｂ１＝ｓｉｎ^−１［｛(外径−規定厚さ)／４−芯ぶれ量／２｝／（外径／２）］
（１４）
角度θｂ２＝ｓｉｎ^−１［｛（外径−規定厚さ）／４−芯ぶれ量／２｝／｛（外径−規定厚さ×２）／２｝］
（１５）

理論通過厚さｔ１´、ｔ２´、ｔ３´を、一般式（３）〜（５）、及び一般式（１２）〜（１５）を用いて求めることができる。すなわち、外径、規定厚さは、既知値であり、また、芯ぶれ量は、一般式（２）により算出されている。以上から、角度θｃ１、θｃ２、θｂ１、θｂ２を全て算出でき、したがって、理論通過厚さｔ１´、ｔ２´、ｔ３´を算出することができる。

上記したように、図２に示す放射線Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３からなる逆正三角形状は、最大芯ぶれ角度である１８０°の配管厚さを求めることが可能な放射線の射出方向であるが、本実施の形態では、各測定角度ごとの理論通過厚さｔ１´、ｔ２´、ｔ３´を、一般式（３）〜（５）、及び一般式（１２）〜（１５）を用いてソフト的に求めることができる。

次に、図３に示すステップＳＴ７では、各測定角度の芯ぶれ補正量を算出する。各測定角度の芯ぶれ補正量は、以下の一般式（１６）により求めることができる。
各測定角度の補正量＝｛（２ｔ１´＋２ｔ３´―２ｔ２´）×ｃｏｓ（３０°）／２｝−規定厚さ （１６）
ここで、ｔ１´、ｔ２´、ｔ３´は、理論通過厚であり、規定厚さは、配管厚さの初期値である。規定厚さは、予めわかっている数値であり、メーカ保証値等が該当する。理論通過厚ｔ１´、ｔ２´、ｔ３´は、ステップＳＴ６より求めた値を用いることができる。

上記により算出した測定角度毎の芯ぶれ補正量の情報は、図９に示す算出部１３１から補正部１３２に転送される。

そして、図３のステップＳＴ８では、補正部１３２にて、配管１の測定角度毎の実測厚さを、芯ぶれ補正量を用いて測定角度毎に補正する。すなわち、図３のステップＳＴ２にて、測定部１０１で測定された、測定角度毎の配管の実測厚に対し、図３のステップＳＴ７にて算出した芯ぶれ補正量を減算し、或いは、加算して、測定角度毎に芯ぶれ補正を行う。

図１０に示す芯ぶれ状態にて、３方向放射線透過法を用いて測定した配管１の実測厚さのシミュレーション結果に、芯ぶれ補正を行った結果を、図１５に示す。図１５に示すように、芯ぶれ量に係らず、全サンプルの測定角度毎の配管厚さ（配管肉厚）を、点線で示す誤差範囲内に収めることができた。

以上により、本実施の形態では、配管厚さを測定する際、芯ぶれした状態のまま、３方向放射線透過法にて、配管１の実測厚さを測定する。そして、測定角度毎の芯ぶれ補正量を算出し、配管１の実測厚さを、芯ぶれ補正量にて補正する。このように、芯ぶれ状態を機械的に補正することなく、ソフト的に行うため、簡単に芯ぶれ補正を行うことができる。また、図１５に示すように、芯ぶれ量に係らず、芯ぶれ補正により、配管厚さを誤差範囲内に収めることができ、良好な測定精度を得ることができる。

１ ：配管
１ａ ：外周表面
２ａ ：保温材
２ｂ ：外装板
３ ：配管側下端
４ ：端部位置
５ ：放射線下部領域
６ ：放射線上部領域
７ ：配管側左端
８ ：端部位置
９ ：放射線左部領域
１０ ：線源
１１ ：検出器
１３ ：放射線右部領域
１００ ：測定装置
１０１ ：測定部
１０２ ：リング部材
１０３ ：直進移動機構
１０４ ：支持部材
１０５ ：ベース部
１０６ ：線源側アーム
１０７ ：検出器側アーム
１１０ ：レール部材
１１１ ：レール部材
１１２ ：支持枠体
１１３ ：ローラ支持体
１１４ ：ローラ
１１５ ：ローラ
１１６ ：リング状突条部
１１７ ：リング状テーブル部
１１８ ：内壁面
１１９ ：延出部
１２０ ：被測定物
１２０ａ ：外周表面
１３０ ：制御部
１３１ ：算出部
１３２ ：補正部
１４０ ：ローラ
１４１ ：リング状テーブル部
１４３ ：レール移動体
Ｎ１〜Ｎ３、Ｒ ：放射線
Ｏ１、Ｏ２ ：中心位置

Claims (4)

1. 配管厚さを測定するにあたり、配管の芯ぶれによるずれを測定角度毎に補正することが可能な配管厚さ測定方法であって、
   前記配管の芯ぶれ方向を測定し、芯ぶれした状態にて、前記配管の測定角度毎の実測厚さを、３方向放射線透過法にて測定する測定工程、
   前記芯ぶれ方向と反対方向を最大芯ぶれ角度に設定し、前記最大芯ぶれ角度における最大芯ぶれ量を算出し、前記最大芯ぶれ角度に基づいて、測定角度毎の相対芯ぶれ率を算出し、前記相対芯ぶれ率と前記最大芯ぶれ量を乗算した測定角度毎の芯ぶれ量を算出し、前記芯ぶれした状態の前記配管に対し、前記３方向放射線透過法における放射線が、前記配管を通過した際の理論通過厚を前記芯ぶれ量を用いて算出し、前記理論通過厚に基づいて、測定角度毎の芯ぶれ補正量を算出する算出工程、
   前記実測厚さを、前記芯ぶれ補正量にて補正する補正工程、
   を有することを特徴する配管厚さ測定方法。
2. 前記相対芯ぶれ率を、以下の一般式（１）により算出することを特徴とする請求項１に記載の配管厚さ測定方法。
   相対芯ぶれ率＝ｓｉｎ（測定角度＋９０−最大芯ぶれ角度） （１）
3. 前記芯ぶれ補正量を、以下の一般式（１６）により算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の配管厚さ測定方法。
   測定角度毎の芯ぶれ補正量＝｛（２ｔ１´＋２ｔ３´―２ｔ２´）×ｃｏｓ（３０°）／２｝−規定厚さ （１６）
   ここで、ｔ１´、ｔ２´、ｔ３´は、前記理論通過厚であり、前記規定厚さは、前記配管厚さの初期値である。
4. 配管厚さを測定するにあたり、配管の芯ぶれによるずれを測定角度毎に補正することが可能な配管厚さ測定装置であって、
   前記配管の周囲に回転移動可能で、且つ前記配管の中心線と平行な方向に直線移動可能に支持されており、前記中心線に対し直交する方向に、放射線を照射する線源及び前記放射線を検出する検出器を有し、前記配管の芯ぶれ方向を測定すること、及び、芯ぶれ状態にて、前記配管の測定角度毎の実測厚さを、３方向放射線透過法にて測定することを実行する測定部と、
   前記芯ぶれ方向と反対方向を最大芯ぶれ角度に設定し、前記最大芯ぶれ角度における最大芯ぶれ量を算出すること、前記最大芯ぶれ角度に基づいて、測定角度毎の相対芯ぶれ率を算出すること、前記相対芯ぶれ率と前記最大芯ぶれ量を乗算した測定角度毎の芯ぶれ量を算出すること、前記芯ぶれした状態の前記配管に対し、前記３方向放射線透過法における放射線が、前記配管を通過した際の理論通過厚を前記芯ぶれ量を用いて算出すること、前記理論通過厚に基づいて、測定角度毎の芯ぶれ補正量を算出することを実行する算出部と、
   前記実測厚さを、前記芯ぶれ補正量にて補正する補正部と、
   を有することを特徴とする配管厚さ測定装置。
   
   

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