JPH07218242A - 周長測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 円形断面を有する被測定物の外周に超音波の
表面波を伝播させ、超音波の伝播方向一定距離隔てた被
測定物の外表面に反射源を接触させ、その反射源からの
反射信号を受信して反射源までの表面波伝播時間を測定
することで、被測定物の表面波伝播速度を得る周長測定
装置を提供する。 【構成】 保持装置１５の一端に探触子９を取り付け、
超音波の伝播方向の残りの一端側に反射板１３を取り付
ける。探触子９には処理装置８から送信パルス信号１１
供給すると共に、受信した信号を処理装置８へ供給す
る。 【効果】 被測定物の外表面に接触させた反射源からの
反射信号を利用して表面波伝播速度を得るための装置が
取り扱いやすく、精度の良い測定ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は円形断面を有する棒
状、パイプ状の被測定物の外周に表面波を伝播させて、
その伝播時間から被測定物の周長を測定する超音波を利
用した周長測定装置に係わり、送信用振動子から一定距
離を隔てて被測定物の外表面に接触させた反射源までの
表面波伝播時間を測定し、反射源までの距離から表面波
伝播速度を求めることを特徴とする周長測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図５は、例えば特開昭５５−１１７９０
５号公報に示された従来の超音波を用いた周長測定装置
を示す図である。図において、１は被測定物である鋼
管、２は鋼管１を回転制御するためのターニングロー
ラ、３は鋼管１の外周面３箇所に配置されているエアシ
リンダ、４は鋼管１の外周面３箇所に配置されているエ
アシリンダ３のピストンロッド、５はエアシリンダ３の
ピストンロッド４に取り付けられた超音波の送信及び受
信を行う測定ヘッド、６は測定ヘッド５に収納されてい
る超音波発信子、７は測定ヘッド５に収納されている超
音波受信子、８は測定ヘッド５に収納されている超音波
発信子６に対する送信信号の制御及び超音波受信子７か
らの受信信号の制御等を行う制御装置である。

【０００３】従来の周長測定装置は上記のように構成さ
れ、エアシリンダ３のピストンロッド４に装着された測
定ヘッド５が、鋼管１の軸心線と直交する同一平面上で
あって、かつ軸心線回りに１２０度等配で配置されてお
り、鋼管１がターニングローラ２上に搬入されると、３
個のエアシリンダ３のピストンロッド４が同時に作動
し、測定ヘッド５が鋼管１に接触する。なおターニング
ローラ２は、鋼管１に溶接ビートが存在する場合、溶接
ビート部が測定ヘッド５の直下にならないよう鋼管１を
回転制御するものである。測定ヘッド５にはそれぞれ、
鋼管１に臨界角度以上の角度で超音波を入射させ鋼管１
の外周面に表面波を伝播させるための超音波発信子６と
鋼管１の外周面を伝播する表面波を受信する超音波受信
子７が収納されている。また、測定ヘッド５の鋼管１に
接触する面は鋼管１の外周面と等しい曲率を形成してお
り、鋼管１と測定ヘッド５の間には水、油等の接触媒質
が供給される。

【０００４】鋼管１に測定ヘッド５が接触している状態
で、制御装置８から送信パルス信号が各測定ヘッド５の
超音波発信子６に印加され、超音波発信子６から超音波
が発生する。各超音波発信子６で発生した超音波は臨界
角度以上の入射角度で鋼管１へ入射するため、表面波と
なって超音波発信子６の傾斜で定まる一方向に鋼管１の
外周面を伝播する。鋼管１の外周面に沿って伝播する表
面波は、伝播方向に存在する次の測定ヘッド５に収納さ
れている超音波受信子７で受信される。

【０００５】従って、各測定ヘッド５に収納されている
超音波発信子６への送信用パルス信号の送出時間から各
超音波受信子７で表面波を受信するまでの各伝播時間Ｔ
１，Ｔ２，Ｔ３を求めることにより、各測定ヘッド間の
距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は表面波が鋼管１内を伝播する伝
播速度を用いて算出でき、超音波発信子６と超音波受信
子７の検出位置の補正を行うことで周長を算出すること
ができる。

【０００６】なお、前記表面波の伝播速度は鋼管の場合
横波速度の０．９倍であり、横波速度を３２３０ｍ／ｓ
とすれば表面波の伝播速度は２９００ｍ／ｓとなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図５のよ
うに構成された周長測定装置においても、次のような問
題があった。すなわち、周長を測定する被測定物の表面
波伝播速度をあらかじめ測定しておく必要があると共
に、材質が異なる測定物の周長を測定する場合、測定物
の材質毎にあらかじめ表面波伝播速度を測定しておく必
要があるため、周長測定を行うための準備に多くの労力
と時間が必要になる。

【０００８】さらに、表面波伝播速度は被測定物の温度
により変化するため、被測定物の表面波伝播速度を測定
した時点と、周長を測定する時点の測定条件が変化した
場合、表面波伝播速度の差により測定精度が悪化すると
いう問題があった。

【０００９】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたものであり、被測定物の表面波の伝播速度を
被測定物と同じ材質の材料であらかじめ測定しておく必
要がなく、被測定物を使用して得ることを目的としてい
る。

【００１０】さらに、被測定物を使用して表面波の伝播
速度を得た後に、得られた伝播速度をもとに周長を算出
し、材質及び周囲環境が変化しない状態で周長測定を行
うことを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る周長測定
装置においては、送信用振動子の超音波伝播方向一定距
離隔てた位置の被測定物外表面に反射源を接触させ、上
記反射源から反射される表面波を送信用振動子で受信し
て反射源までの表面波伝播時間を測定することにより、
送信用振動子から反射源までの距離と上記表面波伝播時
間から被測定物の表面波伝播速度を得るようにしたもの
である。

【００１２】さらに、上記表面波伝播時間を測定した後
すぐに、被測定物の外周面を一周する表面波を受信用振
動子で受信し、被測定物の外周面を一周するに要する表
面波伝播時間と上記で測定された表面波伝播速度から周
長を算出するようにしたものである。

【００１３】

【作用】このように構成された周長測定装置において
は、送信用振動子と反射源までの距離が既知の値であれ
ば反射源までの表面波の伝播時間から表面波伝播速度を
算出することができ、別途外部からあらかじめ測定した
表面波伝播速度を入力する手段が不要となる。

【００１４】また、表面波伝播速度を測定した直後に、
測定した表面波伝播速度の値を使用して周長を算出する
ようになっているため周長を正しく測定することがで
き、被測定物の温度変化により表面波伝播速度の変化を
補正する手段が不要となる。

【００１５】

【実施例】

実施例１．図１はこの発明の一実施例である周長測定装
置を示す図であり、図２は探触子の部分の拡大断面図で
ある。図において、１は被測定物である鋼管、９は超音
波の発生及び受信を行う探触子、１０は探触子９への送
信信号の供給、探触子１０からの信号の受信及び受信し
た信号の処理を行う処理装置、１１は処理装置１０で発
生して探触子９に供給される送信パルス信号及び探触子
９で受信された受信信号、１２は探触子９で受信された
受信信号、１３は表面波を反射させるための反射板、１
４は反射板１３と鋼管１を音響結合させるための接触媒
質、１５は探触子９及び反射板１３を保持する保持装
置、１６は探触子９の中に実装され超音波の発生及び反
射板１３からの反射信号を受信する送信用振動子、１７
は接触子９の中に実装され鋼管１の外周を１周した超音
波を受信する受信用振動子、１８は送信用振動子１６で
送信され鋼管１に入射した入射信号、１９は鋼管１の外
周を１周し受信用振動子１７で受信される１周信号であ
る。

【００１６】前記のように構成された周長測定装置で
は、処理装置１０で送信パルス信号１１を発生し、探触
子９に送信パルス１１が印加され、探触子９内の送信用
振動子１６で電気パルスが超音波に変換される。送信用
振動子１６の鋼管１に対する超音波の入射角度は臨界角
度以上になるよう設定されており、超音波は鋼管１の外
周を表面波で伝播する。探触子９から送信され鋼管１の
外周を伝播する表面波の一部のエネルギーは、保持装置
１５の探触子９に対向した位置に取り付けられた反射板
１３で反射され、残りのエネルギーはそのまま鋼管１の
外周を伝播する。鋼管１と反射板１３との間には、油、
水などの接触媒質１４が塗られる。また、反射板１３で
反射した表面波は探触子９の送信用振動子１６で受信さ
れ処理装置１０へ供給され、反射板１３からの反射信号
検出までの伝播時間が測定される。探触子９内の受信用
振動子１７は、周長を測定する場合に鋼管１の外周を１
周した表面波１９を検出する受信用振動子である。

【００１７】なお、探触子９と反射波１３までの距離
は、保持装置１５の構造によって決定されている既知の
値であり、反射板１３までの表面波の伝播時間を測定す
ることで、処理装置１０において鋼管１の表面波伝播速
度を算出することができる。

【００１８】実施例２．図３は、前記の表面波伝板速度
算出と周長測定を組み合わせた一実施例を示す図であ
り、図において、１，９〜１７は上記の図１の装置と全
く同様で、２０以降は処理装置１０の内部構成の実施例
を示すものである。２０は探触子９に送信パルスを供給
するための送信部、２１は送信用振動子１６で受信した
反射板１３からの反射信号を入力するか受信用振動子１
７で入力した鋼管１の外周を１周した信号を入力するか
の受信信号選択部、２２は受信信号選択部２１で選択さ
れた受信信号の増幅など行う受信増幅部、２３は受信増
幅部２２で増幅された信号にゲートを設定し受信信号を
検出する受信信号検出部、２４は受信信号検出部２３で
検出した信号の伝播時間を測定する計数部、ｔ１は計数
部２４で測定された反射板１３からの反射信号の伝播時
間測定結果、ｔ２は計数部２４で測定された鋼管１の外
周を１周した信号の伝播時間測定結果、２５は計数部２
４で測定された反射板１３からの反射信号の伝播時間測
定結果ｔ１をもとに鋼管１の表面波伝播速度を算出する
伝播速度演算部、２６は伝播速度演算部２５で算出され
た鋼管１の表面波伝播速度と計数部２４で測定された鋼
管１の外周を１周した信号の伝播時間測定結果ｔ２をも
とに鋼管１の周長を算出する周長演算部、２７は伝播速
度演算部２５で算出された鋼管１の表面波伝播速度及び
周長演算部２６で算出された周長を表示する表示部、２
８は送信部２０への送信トリガ信号の供給、受信信号選
択部２１への選択制御信号の出力、受信信号検出部２３
への制御信号出力、計数部２４への制御信号出力を行う
制御部である。

【００１９】図４は受信信号のタイミングを示す図であ
り、図において、ａは受信信号選択部２１で送信用振動
子１６で受信した反射板１３からの反射信号の入力を選
択した場合の受信増幅部２２の出力信号であり、Ｔは送
信信号、Ｒ１は反射板１３からの反射信号を示す。ｂは
受信信号選択部２１で送信用振動子１６で受信した反射
板１３からの反射信号の入力を選択した場合の受信信号
検出部２３において反射板１３からの反射信号を検出す
るためのゲート信号であり、ｔ１は反射板１３からの反
射信号の伝播時間測定結果である。ｃは受信信号選択部
２１で受信用振動子１７で受信した鋼管１の外周を１周
した信号の入力を選択した場合の受信増幅部２２の出力
信号であり、Ｔは送信信号Ｒ２は鋼管１の外周を１周し
た信号を示す・ｄは受信信号選択部２１で受信用振動子
１７で受信した鋼管１の外周を１周した信号の入力を選
択した場合の受信信号検出部２３において鋼管１の外周
を１周した信号検出するためのゲート信号であり、ｔ２
は鋼管１の外周を１周した信号の伝播時間測定結果であ
る。

【００２０】前記のように構成された周長測定装置で
は、処理装置１０の送信部２０で送信パルス信号１１を
発生し、探触子９に送信パルス１１が印加され、探触子
９内の送信用振動子１６で電気パルスが超音波に変換さ
れて鋼管１に入射し鋼管１の外周を表面波で伝播する。
探触子９から送信され鋼管１の外周を伝播する表面波の
一部のエネルギーは、保持装置１５の探触子９に対向し
た位置に取り付けられた反射板１３で反射され、残りの
エネルギーはそのまま鋼管１の外周を伝播する。鋼管１
と反射板１３との間には、油、水などの接触媒質１４が
塗られる。処理装置１０の制御部２８において最初に受
信信号選択部２１を送信用振動子１６で受信した反射板
１３からの反射信号を入力するように制御しておき、受
信信号検出部２３は反射板１３からの反射信号を検出す
るようゲートを設定しておく。この状態において、送信
用振動子１６で発生され鋼管１に入射した表面波の一部
は反射板１３で反射されて送信と逆のルートで受信され
受信信号選択部２１に供給される。受信信号選択部２１
では前述のように送信用振動子１６で受信した反射板１
３からの反射信号が入力されるよう選択されており、反
射板１３からの反射信号が受信増幅部２２に供給されて
増幅され図２の信号ａが得られる。受信増幅部２２で増
幅された信号は受信信号検出部２３において図２のｂの
ゲートが設定され、反射板１３からの反射信号であるＲ
１の信号が検出され、計数部２４において、反射板１３
からの反射信号までの伝播時間ｔ１が測定される。伝播
時間測定結果ｔ１は伝播速度演算部２５に供給され、伝
播速度演算部２５では保持装置１５の構造によって決定
されている値である探触子９と反射板１３までの距離と
伝播時間測定結果ｔ１から鋼管１の表面波伝播速度が算
出され表示部２７で表示される。また、上記算出された
表面波伝播速度は周長演算部２６へ供給され、後述する
周長の測定時に使用される。

【００２１】表面波伝播速度を算出後、制御部２８にお
いて受信信号選択部２１を受信用振動子１７で受信した
鋼管１の外周を１周した信号１２を入力するように変更
し、受信信号検出部２３は鋼管１の外周を１周した信号
を検出するようゲートの設定を変更する。この状態にお
いて、送信用振動子１６で発生された鋼管１に入射した
表面波は鋼管１の外周を伝播し、受信用振動子１７で受
信され受信信号選択部２１に供給される。受信信号選択
部２１では前述のように受信用振動子１７で受信した鋼
管１の外周を１周した信号が入力されるよう選択されて
おり、鋼管１の外周を１周した信号が受信増幅部２２に
供給されて増幅され図２の信号ｃが得られる。受信増幅
部２２で増幅された信号は受信信号検出部２３において
図２のｄのゲートが設定され、鋼管１の外周を１周した
信号であるＲ２の信号が検出され、計数部２４におい
て、鋼管１の外周を１周した信号までの伝播時間ｔ２が
測定される。伝播時間測定結果ｔ２は周長演算部２６へ
供給され、周長演算部２６において前述により求めた表
面波伝播速度と伝播時間測定結果ｔ２から鋼管１の周長
が算出される。周長演算部２６において算出された周長
は表示部２７で表示される。

【００２２】このように構成された周長測定装置におい
ては、表面波の伝播速度を被測定物を使用して求めた
後、周長を同時に測定するため、他の測定装置を使用し
て材質毎の表面波伝播速度を測定しておく必要がないた
め測定作業が容易になり、取り扱いも簡単となる。ま
た、被測定物を使用して、その場で表面波伝播速度を求
めるため表面波伝播速度の温度による影響についても無
視することができ、精度の良い測定ができる。

【００２３】

【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２４】探触子内の送信用振動子の超音波伝播方向
一定距離隔てた位置の被測定物外表面に反射源を接触さ
せ、上記反射源から反射される表面波を受信して反射源
までの表面波伝播時間を測定することにより被測定物の
表面波伝播速度を得るようにしたため装置が取り扱いや
すく小型になる。

【００２５】また、被測定物の表面波伝播速度を求めた
後、求めた表面波伝播速度から周長を測定するように構
成したため、他の測定装置を使用して材質毎の表面波伝
播速度を測定しておく必要がなく測定作業、取り扱いが
容易になり、被測定物を使用して、その場で表面波伝播
速度を求めるため精度の良い測定ができる。

【００２６】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す周長測定装置の構成
図である。

【図２】この発明の実施例１を示す周長測定装置の探触
子の部分拡大断面図である。

【図３】この発明の実施例２を示す周長測定装置の構成
図である。

【図４】この発明の実施例２を示す周長測定装置の主要
タイミングを示す図である。

【図５】従来の周長測定装置構成図である。

【符号の説明】

１ 鋼管 ９ 探触子 １０ 処理装置 １３ 反射板 １６ 送信用振動子 １７ 受信用振動子 ２５ 伝播速度演算部 ２６ 周長演算部 ２７ 表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内藤 博 鎌倉市上町屋325番地 三菱電機株式会社 鎌倉製作所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円形断面を有する棒状、パイプ状の被測
   定物の外周に表面波を伝播させ、上記表面波が被測定物
   の外周面を一周するに要する伝播時間を測定し、上記測
   定結果及び被測定物内を伝播する表面波の伝播速度をも
   とに被測定物の周長を測定する超音波の表面波を利用し
   た周長測定装置において、被測定物の周方向に伝播する
   表面波を発生する送信用振動子と前記被測定物の外周面
   を一周する表面波を検出する受信用振動子とを有した超
   音波探触子と、前記送信用振動子の超音波伝播方向の一
   定距離を隔てた位置の被測定物外表面に接触する反射源
   と、上記送信用振動子で送信した表面波の上記反射源か
   らの反射信号を受信して反射信号までの伝播時間を測定
   し、上記測定結果と反射源までの距離から被測定物の表
   面波伝播速度を求める処理装置とを具備したことを特徴
   とする周長測定装置。
2. 【請求項２】 前記受信用振動子で被測定物の外周面を
   １周する表面波を受信し、外周面を１周するに要する表
   面波の伝播時間を測定し、その伝播時間と被測定物の表
   面波伝播速度をもとに周長を算出することを特徴とする
   請求項第１項記載の周長測定装置。