JPH04125465A - 超音波検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えばレールやパイプライン等のように長
尺の構造物の形状変化や欠陥を検出する超音波検査装置
と検査方法、特に異常部の測定データの精度向上に関す
るものである。

〔従来の技術〕

レールやパイプラインのように長距離に接続された構造
物の形状変化や欠陥を検査する方法としては、構造物に
沿って検査装置を走行させ、超音波トランスデュサや渦
流センサ等により異常部や欠陥を検出し、検出した異常
部等のデータを走行距離に対応させて記録し解析する方
法が、例えば特開昭５７−２２９６１号公報や特開昭６
４−５０９０３号公報等に開示されている。

特開昭５７−２２９６１号公報に開示されたレールの検
査方法は、レールの頭頂部と頭部側面及び上首部から所
定比離隔てた走行車の各対抗面にそれぞれ渦流センサを
配置することにより、走行車を高速で走行させながら、
渦流センサにより各部の寸法変化や波状摩擦を正確に検
出する方法である。

また、特開昭６４−５０９０３号公報にはパイプライン
の検査に使用する自走型管内検査装置、いわゆるビグが
開示されている。これは、例えばパイプライン中の流体
の圧力差を利用して検査装置を管軸に沿って走行させな
がら、パイプラインの異常部、欠陥部あるいは管形状を
正確に検査する装置である。

このように長距離にわたり連続している構造物に沿って
検査装置を高速に走行させながら異常部や欠陥部の状態
を検査するときには、異常部や欠陥部の状態とともに、
異常部等の正確な位置を特定して記録する必要がある。

異常部等の走行方向の位置を検出するために、例えば特
開昭６４−５０９０３号公報、特開昭５７−７５５０３
号公報あるいは実開昭６２−７３２５５号公報等に示さ
れているように、ロータリエンコーダを有する接触式の
走行距離計が使用されている。この走行距離計は、検査
するレールや配管にタイヤ状の回転体を接触させ、回転
体の回転により出ノＪされるエンコーダの信号により検
査装置の走行方向の位置を換算するものである。このよ
うにして測定した距離信号を異常部等の検出信号に対応
させて記録することにより、異常部等の走行方向の位置
を特定することができる。

また、レールやパイプライン等は単位部材が接続されて
形成されているため接続部が不連続になる。この不連続
部やパイプラインの枝管部を検査装置が走行するときに
レールや配管と検査装置との距離が変動する。また、長
距離にわたり連続走行させながら検査を行っている間に
、検査装置の案内部が摩耗し、管等と検査装置との距離
が次第に異なってくる。したがって、異常部等の状態を
正確に検出するためには、検査物であるレールや管と検
査装置との距離変動も正確に測定し記録する必要がある
。

検査する配管と検査装置との距離変動を測定し補償する
方法として、管内面に接触しているカップが管の接続部
等形状が変化している場所で変形することを利用し、こ
のカップの変形が、を機械的に回転するインジケータと
リンク機構で検出して記録し補償する方法が、例えば欧
州特許出願の公開番号０２３３６８３に開示されている
。

〔発明が開示しようとする課題〕

しかしながら、上記のように機械的な方法で検査物と検
査装置との距離変動を測定しようとすると、測定装置の
構造が非常に複雑になってしまう。

このように構造が複雑な測定装置を検査装置に搭載し、
検査物に沿って長距離にわたり走行させながら距離変動
を測定していると、走行中の振動等の影響により正確な
測定ができないという短所があった。

特にパイプラインの検査を行う場合には、配管の溶接部
に代表される凹凸や枝管の存在により、距離変動を検出
するカップ等に疲労や砿損が生じてしまう。

また、自走型管内検査装置はパイプライン内を走行する
ため、できるだけ構造を単純化する必要がある。このた
め複雑な測定装置を取イ」けることは実際上不可能であ
った。

さらに、レールやパイプラインは微小な欠陥等を検出す
る必要がある。この微小な欠陥等を検出するためには、
基準となる検査物と検査装置との距離変動を高精度に測
定しなければならない。しかしながら、機械的な測定装
置では距離変動の概要は測定できるが、微小な距離変動
を測定することができず、このため微小な欠陥や形状変
化を高精度に検出することができないという短所もあっ
た。

この発明はかかる短所を解決するためになされたもので
あり、検査物と検査装置とのきより変動を高精度に、か
つ安定して測定することができる超音波検査装置及び検
査方法を得ることを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る超音波検査装置は、検査物に沿って走行
する検査装置に内臓された超音波トランスデユーサから
逐次超音波を放射し、披検査物から反射してくる反射信
号を受波するまでの伝搬時間を計測し、検査物の形状変
化や欠陥を検出する超音波検査装置において、 超音波トランスデユーサの測定位置を設定する測定位置
設定手段と、 設定された測定位置毎に伝搬時間を計測する伝搬時間計
測手段と、 計測した伝搬時間とあらかじめ定められたしきい値とを
比較し、異常部を認定する比較手段と、該比較手段で異
常部と認定した測定位置から異常部近傍の複数の測定位
置における伝搬時間を選択する選択手段と、 選択された伝搬時間の平均（ｔｌｌを算出する平均値算
出手段と、 算出した平均値を基準にして異常部における伝搬時間を
補償する補償手段とを備えたことを特徴とする。

また、検査物に沿って走行する検査装置の円周方向に沿
って複数個の超音波トランスデユーサを設け、上記位置
設定手段で測定位置を切換え設定することにより、配管
の形状変化、欠陥を検出することができる。

この配管の形状変化等を検出する検査装置に、検査装置
の回転角度を検出する角度検出手段を設け、各測定位置
を検出した回転角度で補正することが好ましい。

また、選択手段で異常部近傍の複数の測定位置における
伝搬時間を選択するときに、検査装置の走行方向に沿っ
た異常部近傍の複数の測定位置における伝搬時間を選択
しても良いし、検査装置の円周方向に沿った異常部近傍
の複数の測定位置における伝搬時間を選択しても良い。

また、この発明に係る検査方法は、検査物に沿って走行
する検査装置に内臓された超音波ｌ・ランスデューサか
ら逐次超音波を放射し、披検査物から反射してくる反射
信号を受波するまでの伝搬時間を計測し、検査物の形状
変化や欠陥を検出する方法において、 上記超音波トランスデユーサの位置毎に検出した伝搬時
間と、あらかじめ定められたしきい値とを比較して異常
部を認定し、 該異常部の位置近傍における伝搬時間の平均値を算出し
、 算出した平均値を基準にして異常部における伝搬時間を
補償することを特徴とする。

また、検査物に沿って走行する検査装置の円周方向に沿
って複数個の超音波ｌ・ランスデューサを設け、各超音
波トランスデユーサを切換えて測定位置を設定すること
により、配管の形状変化、欠陥を検出することができる
。

この配管の形状変化等を検出するときに、検査装置の回
転角度を検出し、各測定位置を検出した回転角度で補正
することが好ましい。

また、異常部近傍の複数の測定位置における伝搬時間を
選択するときに、検査装置の走行方向に沿った異常部近
傍の複数の測定位置における伝搬時間を選択しても良い
し、検査装置の円周方向に沿った異常部近傍の複数の測
定位置における伝搬時間を選択しても良い。

〔作用〕

この発明においては、超音波トランスデユーサから放射
し、検査物から反射してくる超音波の反射信号を受波す
るまでの伝搬時間を各測定位置毎に計測し、計測した伝
搬時間とあらかじめ定められたしきい値とを比較して異
常部を特定する。

この異常部の近傍の複数の測定位置における伝搬時間を
選択し、平均することにより異常部近傍における検査物
と超音波トランスデユーサとの間の相対的な距離の基準
値を算出する。この各異常部毎に算出した基準値により
異常部における伝搬時間を補正し、異常部の状態を検出
する。

また、検査物に沿って走行する検査装置の円周方向に沿
って複数個の超音波トランスデユーサを設け、各超音波
トランスデユーサを切換えて測定することにより、配管
に対する検査装置の位置変動を検出することができる。

この配管の形状変化等を検出するときに、検査装置の回
転角度を検出し、検出した回転角度により各測定位置デ
ータを補正して、検査装置の回転による影響を除去する
。

また、配管の形状変化等を検出するときには、検査装置
の走行方向に沿った異常部近傍の複数の測定位置、ある
いは検査装置の円周方向に沿った異常部近傍の複数の測
定位置における伝搬時間を選択して、基準距離を算出す
ることができる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図である。

図において、■ａ〜１ｎは送受波器であり、送受波器１
ａ〜Ｉｎは各々超音波の送信を行う送波用トランスデユ
ーサと受信を行う受波用トランスデユーサの１組からな
り、第２図のピグ構成図に示すように、管体２の内部を
走行するビグ３の円周方向外周面に沿って等間隔に取付
けられている。

ビグ３のデータ処理部４には、送受波器１ａ〜１ｎの送
受信のタイミングを切り換えるタイミング切換手段５と
切換制御手段６．伝搬時間計測手段７．メモリ８．比較
手段９．シきい値設定手段１０、選択手段１１．平均値
算出手段１２及び補償手段１３を有する。

切換制御手段６は送受波器１ａ〜１ｎからの出力信号を
タイミング切換手段５からのタイミング信号により切り
換えて伝搬時間計測手段７に送り出す。この切換制御手
段６にはピグ３の走行距離を検出する距離検出手段１４
と、ピグ３が走行中に回転したときの回転角度を検出す
る角度検出手段１５とが接続されている。

伝搬時間計測手段７は切換制御手段６から送られる送信
信号と受信信号から、送受波器１ａ〜１ｎで送受信する
超音波の伝搬時間Ｔｉを計測し、計測した伝搬時間Ｔｉ
を距離検出手段１４で検出した走行距離信号とともにメ
モリ８に一時格納する。

比較手段９はメモリ８に一時格納された伝搬時間Ｔｉと
、あらかじめしきい値設定手段１ｏに設定されたしきい
値Ｔｈとを比較し、管体２の異常部を検出して選択手段
１１に送る。

選択手段１１は比較手段９で検出した異常部の近傍で計
測された複数の伝搬時間Ｔｉをメモリ８からから選択し
て読出し、平均値算出手段１２に送る。

平均値算出手段１２は送られた複数の伝搬時間Ｔｉの平
均値を算出して補償手段１３に送る。補償手段１３は送
られた伝搬時間の平均値と異常部の伝搬時間とを比較し
異常部の状態を算出して、その状態を異常部の位置とと
もに記録手段１６に送る。

そし、て、データ処理部４や記録手段１６には内蔵する
電源部１７から電力が（ｊζ給されている。

なお、第２図に示すように、ピグ３の頭部には緩衝体２
１が設けられ、前後の端部には管体２の内面に圧接され
た受圧用のスフレバーカップ２２゜２３が設けられてい
る。そして、スフレバーカップ２２．２３に作用する圧
力差により、管体２内をピグ３が走行する。

上記のように構成されたピグ３の動作を第３図のフロー
チャートと第４図のタイムチャー１・を参照して説明す
る。

第２図に示すように、ピグ３をバイブラインの配管２内
部に走行させながら、タイミング切換手段５からピグ３
の円周方向に一定角度をおいて設けた送受波器１ａ〜Ｌ
　ｎを切り換える一定周期のタイミング信号Ｔを出力し
て、送受波器１ａ〜１ｎと切換制御手段６を順次切り換
えながら測定位置を選択する（ステップＳＬ）。

まず、送受波器１ａが選択されると、送受波器１ａから
超音波パルスＴａが送信される。この超音波パ、ルスＴ
ａの一部は管体２の内面で反射され、その反射信号Ｓａ
が送受波器１ａで受信される。

また、超音波パルスＴａの一部は管体２の外面で反射さ
れ、その反射信号Ｂａも送受波器１ａで受信される（ス
テップＳ２）。この超音波パルスＴａの送信信号と反射
信号Ｓａ、Ｂａが切換制御手段６に送られる。切換制御
手段６は送られた送信信号と反射信号Ｓａ、Ｂａを伝搬
時間計測手段７に送る。切換制御手段６は、同時にタイ
ミング切換手段５かう送られたタイミング信号と距離検
出手段１４で検出したピグ３の走行距離から送受波器１
ａの測定位置を算出し、算出した測定位置を角度検出手
段１５で検出したピグ３の回転角度で補正し、補正した
測定位置信号も伝搬時間計測手段７に送る（ステップＳ
３）。

伝搬時間計測手段７は送られた送信信号と反射信号Ｓａ
から、超音波パルスＴａを送信してから反射信号Ｓａを
受信するまでの超音波の伝搬時間ｔａを計測し、測定位
置信号とともにメモリ８に一時格納する（ステップＳ４
）。

この処理を、ピグ３があらかじめ定めた一定距離走行す
る間に、順次送受波器１ａ〜１ｎを切り換えて行う（ス
テップＳ５）。

ピグ３が一定距離走行すると、比較手段９は、第５図に
示すように、メモリ８に格納された伝搬時間と測定位置
を順次読出し、伝搬時間としきい値設定手段１ｏに設定
されたしきい値Ｔｈとを比較する（ステップＳ６）。そ
して、しきい値Ｔｈを超えた伝搬時間ｔｉが存在した場
合、その測定位置を異常部と特定し、異常部の測定位置
を選択手段１１に送る（ステップＳ７．Ｓ８）。

選択手段１１は送られた異常部の測定位置から、その近
傍の複数の測定位置の伝搬時間を選択して平均値算出手
段１２に送る（ステップＳ９）。平均値算出手段１２は
送られた複数の伝搬時間の平均値を算出し、この平均値
を異常部近傍における送受波器と管体２との基準伝搬時
間として補償手段１３に送る（ステップ５１０）。補償
手段１３は送られた伝搬時間の平均値と異常部の伝搬時
間Ｌｉとの差を演算して、異常ｆｌａ＋の異常量を算出
すし記録手段１６に送る（ステップ５１１）。すなわち
、基準伝搬時間により異常部近傍における送受波器と管
体２との距離を得ることができるから、この距離を基準
にすることにより異常部の異常量の絶対値を正確に得る
ことができる。

記録手段１６は送られた異常部の異常量と、その測定位
置を記録する（ステップ５１２）。

上記各処理をピグ３を走行させながら、パイプラインの
全配管の検査が終了するまで繰返し行い、前配管の検査
が終了したら処理を終了する（ステップ５１３）。

その後、記録手段１６に記録されているデータを確認し
てパイプライン全体の異常部の位置と、その状況を確認
する。

なお、上記実施例においては異常部の円周方向近傍の測
定位置の伝搬時間を平均して基準伝搬時間を得る場合に
ついて説明したが、ピグ３の走行方向に沿った異常部近
傍の測定位置の伝搬時間を平均して基準伝搬時間を算出
しても、上記実施例と同様に異常部の異常量を精度よく
検出することができる。

また、上記実施例は管体２の内面からの反射信号ＳＬを
使用した場合について説明したが、管体２の外面からの
反射信号Ｌ３ｉを使用しても同様な作用を奏することが
できる。さらに内外面の反射信号Ｓｉ、Ｂｉを使用する
ことにより管体２の厚さの変動量も正確に得ることがで
きる。

また、上記実施例はパイプラインの配管を検査する場合
について説明したが、レール等のように長距離にわたり
連続ず′る検査物の欠陥等を検出する場合にも同様に適
用することができる。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したように、超音波トランスデユー
サから放射し、検査物から反射してくる超音波の反射信
号を受波するまでの伝搬時間を各測定位置毎に計測し、
計測した伝搬時間とあらかじめ定められたしきい値とを
比較して異常部を特定し、この異常部の近傍の複数の測
定位置における伝搬時間を選択して平均することにより
異常部近傍における検査物と超音波ｌ・ランスデューサ
との間の相対的な距離を算出するようにしたから、検査
物の接続部にに溶接部等の凹凸や段差があっても１、検
査物と超音波トランスデユーサ間の距離を正確に測定す
ることができる。

また、検査物と超音波トランスデユーサ間の距離変動を
非接触で測定することができるから、検査物に沿って長
距離にわたり検査装置を走行させても、常に高精度に距
離変動を測定することができる。

この各異常部毎に算出した距離をそれぞれ基準距離とし
て異常部における伝搬時間を補正し、異常部の状態を検
出することにより、検査物の形状変化や欠陥の大きさを
正確に検出することができる。

また、検査物に沿って走行する検査装置の円周方向に沿
って複数個の超音波トランスデユーサを設け、各超音波
トランスデユーサを切換えて測定することにより、配管
全体に苅する検査装置の位置変動を精度よく検出するこ
とができる。

この配管の形状変化等を検出するときに、検査装置の回
転角度を検出し、検出した回転角度により各測定位置デ
ータを補正して、検査装置の回転による影響を除去する
ことにより、配管の測定位置を正確に得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこのＱｎＪ］の実施例を示すブロック図、第２
図はピグを示す構成図、第３図は上記実施例の動作を示
すフローチャート、第４図は上記実施例の動作を示すタ
イムチャート、第５図は上記実施例の動作を示す説明図
である。 １ａ〜１ｎ；送受波器、２；管体、３；ピグ、４；デー
タ処理部、５；タイミング切換手段、６：切換制御手段
、７；伝搬時間計測手段、８：メモ１ハ９；比較手段、
１０；しきい値設定手段、１１；選択手段、１２；平均
値算出手段、１３、補償手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、検査物に沿って走行する検査装置に内臓された超音
   波トランスデューサから逐次超音波を放射し、披検査物
   から反射してくる反射信号を受波するまでの伝搬時間を
   計測し、検査物の形状変化や欠陥を検出する超音波検査
   装置において、超音波トランスデューサの測定位置を設
   定する測定位置設定手段と、 設定された測定位置毎に伝搬時間を計測する伝搬時間計
   測手段と、 計測した伝搬時間とあらかじめ定められたしきい値とを
   比較し、異常部を認定する比較手段と、該比較手段で異
   常部と認定した測定位置から異常部近傍の複数の測定位
   置における伝搬時間を選択する選択手段と、 選択された伝搬時間の平均値を算出する平均値算出手段
   と、 算出した平均値を基準にして異常部における伝搬時間を
   補償する補償手段と、 を備えたことを特徴とする超音波検査装置。 ２、測定位置を、上記位置設定手段で検査物に沿って走
   行する検査装置の円周方向に沿って複数個切換え設定し
   、配管の形状変化、欠陥を検出する請求項１記載の超音
   波検査装置。 ３、検査装置の回転角度を検出する角度検出手段を有し
   、各測定位置を検出した回転角度で補正する請求項２記
   載の超音波検査装置。 ４、選択手段で走行方向に沿った異常部近傍の複数の測
   定位置における伝搬時間を選択する請求項２又は３記載
   の超音波検査装置。 ５、選択手段で検査装置の円周方向に沿った異常部近傍
   の複数の測定位置における伝搬時間を選択する請求項２
   又は３記載の超音波検査装置。 ６、検査物に沿って走行する検査装置に内臓された超音
   波トランスデューサから逐次超音波を放射し、披検査物
   から反射してくる反射信号を受波するまでの伝搬時間を
   計測し、検査物の形状変化や欠陥を検出する方法におい
   て、 上記超音波トランスデューサの位置毎に検出した伝搬時
   間と、あらかじめ定められたしきい値とを比較して異常
   部を認定し、 該異常部の位置近傍における伝搬時間の平均値を算出し
   、 算出した平均値を基準にして異常部における伝搬時間を
   補償することを特徴とする超音波検査方法。 ７、測定位置を、検査物に沿って走行する検査装置の円
   周方向に沿って複数個切換え設定し、配管の形状変化を
   検出する請求項６記載の超音波検査方法。 ８、検査装置の回転角度を検出し、各測定位置を検出し
   た回転角度で補正する請求項７記載の超音波検査方法。 ９、検査装置の走行方向に沿った異常部近傍の複数の測
   定位置における伝搬時間を選択し、平均値を算出する請
   求項７又は８記載の超音波検査方法。 １０、検査装置の円周方向に沿った異常部近傍の複数の
   測定位置における伝搬時間を選択し、平均値を算出する
   請求項７又は８記載の超音波検査方法。