JPH09281087A - 管検査装置、検査装置及び管検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えば、ガス導管等に発生している腐食部を
良好に検出できる管検査装置及び管検査方法を得る。 【解決手段】 管体７の状態を調べる検査機構を、前記
管体内を移動自在な管内走行台車２に備えて管検査装置
を構成するに、検査機構として、電磁気的な作用により
管体内に超音波を発生させ、この管体から帰ってくる反
射信号を得て管体の状態を調べる超音波検査機構を採用
し、この超音波検査機構に、電磁超音波探触子１２と、
この電磁超音波探触子１２を介して管体内に、超音波を
周波数を掃引しながら発生させ、共鳴手法により信号処
理して共鳴周波数を得る共鳴処理回路１４０とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス管等のパイプ
ラインの腐食診断技術、さらには磁性体からなる検査体
としての構造物の検査技術に関する。以下、ガス管を例
にとって説明する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のガス管等の腐食を診断す
る手法としては、リモートフィールド渦流法による管検
査方法が採用されていた（特公平６−１０３２９１）。
この検査方法は、管体内に送信コイルと受信コイルとを
対として挿入し、送信コイルに通電することで管体内に
渦電流を形成し、管体の腐食部位近傍に形成される渦電
流により間接的に形成される間接磁場を検出して、管体
に於ける腐食部の検出をおこなおうとするものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような方法をとる
場合にあっては、管体内に発生される渦電流に基づい
て、その検出をおこなうこととなるが、この方法が、基
本的に、電磁気的な作用のみによる手法であるために、
管体の透磁率のバラツキの影響を強く受け、Ｓ／Ｎが低
下し、正確な検出ができないという問題があった。従っ
て、ガス導管の外周部位に例えば腐食が発生し、その部
位に肉厚の薄い部位が発生されている場合にあっても、
この腐食深さの定量的な判定が、事実上困難であった。
さらに、検査対象の管体としては、管径が一定のものを
対象とするのみならず、異なった管径のものをも対象と
する必要がある。検査にあたっては、管外面に発生する
ことがある腐食減肉部位を的確に検出する必要がある場
合がある。しかしながら、従来、このような目的で好適
に使用できる管内検査用の管検査装置、管検査方法はな
かった。従って、本発明の目的は、例えば、ガス導管等
に発生している腐食部を良好に検出できる管検査装置及
び管検査方法を得るとともに、さらにはこのような目的
に利用できる検査装置を得ることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

〔構成〕この目的を達成するための本発明による、管体
の状態を調べる検査機構を、前記管体内を移動自在な管
内走行台車に備えた管検査装置の特徴構成は、前記管内
走行台車が管体に付着しながら管体内を移動自在に構成
され、前記検査機構が、電磁気的な作用により前記管体
内に超音波を発生させ、管体から帰ってくる反射信号を
得て前記管体の状態を調べる超音波検査機構であり、こ
の超音波検査機構が、電磁超音波探触子と、この電磁超
音波探触子を介して管体内に、前記超音波を周波数を掃
引しながら発生させ、反射信号を得て共鳴手法により信
号処理して共鳴周波数を得る共鳴処理回路とから構成さ
れていることにある。

【０００５】〔作用・効果〕本願の管検査装置にあって
は、超音波検査機構を構成するに、これが、電磁超音波
探触子と、この電磁超音波探触子とともに備えられる共
鳴処理回路とで構成される。従って、この装置にあって
は、共鳴処理回路によって、電磁超音波探触子を介し
て、管体内に超音波がその周波数を掃引する状態で発生
され、管体からの反射信号が検出される。そして、共鳴
手法により信号処理され共鳴周波数が求められる。この
共鳴周波数が管体の状態の検査に利用される。従来、超
音波を管体の検査に使用しようとする場合にあっては、
超音波探触子を管体に直接接触させて管体内に超音波を
伝播させる必要があるが、本願の場合は電磁超音波手法
を使用するため、本願にように管体内を移動自在な走行
台車に付属させる場合にあっても、これを非接触のまま
管内走行台車に取付、有効に管体内に超音波を発生させ
て、検査をおこなうことができる。ここで、単に超音波
を利用する場合は、Ｓ／Ｎ比との関係から検査に必要な
信号強度を確保し難い場合があるが、共鳴手法でこれを
おこなうことにより、比較的弱い信号でも有効な検査を
おこなうことができる。さらに、本願の装置にあって
は、管内走行台車が管壁に付着しながら移動可能な構成
とされるため、例えば管体底部を管軸方向に移動する、
あるいは、管周方向に沿って移動する等、自由な移動が
可能となり、管周方向に沿った溶接線部位の検査にあっ
ても、検査の必要な箇所を、電磁超音波共鳴手法によ
り、非接触状態で的確に検査できる。そして、管径の変
化に対しても十分に対応できる。

【０００６】〔構成〕さらに、上記の構成において、前
記超音波が前記管体の肉厚方向（管径方向）に伝播する
超音波であり、前記共鳴周波数が前記管体の肉厚に関す
る情報であることが好ましい。

【０００７】〔作用・効果〕この構成の管検査装置にあ
っては、電磁超音波共鳴手法を採用することにより、管
壁に対して電磁超音波探触子が非接触な状態で、比較的
弱い信号しか得られ無い場合にあっても確実な検出をお
こなうことができる。さて、従来、管体に腐食が発生し
ており、この腐食に伴う減肉状態を定量的に調べること
はできなかったが、超音波を管体の肉厚方向に伝播する
超音波とすると、共鳴周波数は、管体の肉厚に関する情
報となる。即ち、例えば、管外周部位に腐食が発生して
いる場合は、通常肉厚部に対応する部位の共鳴周波数が
比較的低い周波数であるのに対して、減肉部では比較的
高くなる。従って、このような周波数の変化から、肉厚
の変化状況が掴める。さらに、この共鳴周波数は、肉厚
との関係にあって一定の相関を有するため、管体の肉厚
を定量化した状態で把握することができる。

【０００８】〔構成〕さて、管体等の検査体の状態を検
査する目的で使用される検査装置として、一対の輪体を
車軸の両端側部位に有し且つ前記一対の輪体が異なった
極性とされる磁気吸着車輪を備えた走行台車を有し、こ
の走行台車が前記一対の輪体を介して検査体に磁気吸着
して走行移動自在に構成される検査装置が提案されてい
る。そして、本願の場合は、このような検査装置を以下
のような構造とすることが好ましい。即ち、磁気吸着車
輪と、一対の輪体の間に備えられたコイルとによって構
成される電磁超音波探触機構とを備え、検査体内に、こ
の電磁超音波探触機構を介して超音波を周波数を掃引し
ながら発生し、反射信号を得て共鳴手法により信号処理
して共鳴周波数を得る共鳴処理回路とを備えて検査装置
を構成するのである。 〔作用・効果〕この検査装置にあっては、図４に示すよ
うに一対の輪体間に亘って検査体内に磁場が形成され
る。さらに、コイルを所定の通電状態とすることによ
り、このコイル１６による渦電流が検査体内に形成さ
れ、検査体内に於ける磁場と渦電流との関係から、電磁
超音波が検査体内に発生できる。共鳴処理回路は電磁超
音波探触機構を介する検査体内への、信号の送信及び検
査体からの信号の受信の用を果たし、受信される受信信
号が、入力信号と受信信号との関係において共鳴手法に
より信号処理される。そして、信号処理された出力結果
により、検査体に対する所定の検査情報を得ることがで
きる。従って、この構成にあっては、一対の輪体が互い
に異なった極性とされる独特の構成の磁気吸着車輪を備
え、この磁気吸着車輪により強い磁気吸着力を発揮しな
がら走行できる走行台車を備えた検査装置にあって、そ
の磁気吸着車輪が備える磁場を検査用の電磁超音波の発
生に利用して、コンパクトな構成で、走行、検査の両目
的に使用できる。 〔構成・作用・効果〕さらに、ここでも使用される超音
波が検査体の肉厚方向に伝播する超音波であり、共鳴周
波数が前記検査体の肉厚に関する情報であることが先に
説明したように好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本願の実施の形態を図面に
基づいて説明する。本願が対象とする管検査装置１（検
査装置の一例）に備えられる管内走行台車２（走行台車
の一例）の側面図を図１に、その正面図を図２に示し
た。図２にあっては、図３と同様に理解を容易にするた
めに、構造を簡略化して示している。管内走行台車２
は、台車２の前後方向位置に均等に、一対の磁気吸着車
輪３を備えて構成されており、この磁気吸着車輪３が、
図１、図２に示す操舵姿勢である通常走行姿勢に維持さ
れた状態で駆動回転されることにより、管内を前進、後
退できるような構成とされている。磁気吸着車輪３につ
いてさらに詳細に説明すると、これは、図２、図４に示
すように、一対の輪体５を車軸４の両端側部位に有し、
車軸内部に永久磁石６を備えることにより、一対の輪体
５が異なった極性とされる構成とされている。従って、
これら一対の輪体５により形成される磁束は、一方の輪
体５から管体７内を渡って他方の輪体５へと形成され
る。さらに、この磁気吸着車輪３は、一対の輪体５及び
車軸４が一体として構成されており、この磁気吸着車輪
３は車輪支持部９に対して回転自在に備えられ、磁気吸
着車輪３を車軸周りに回転駆動する走行モータ８ａを備
えた車輪回転駆動機構８が設けられている。一方、この
車輪支持部９は前記管内走行台車２の上下軸（図１に於
ける上下軸）周りに回動自在に備えられており、車輪支
持部９と前記磁気吸着車輪３とを一体として、前記上下
軸Ｚ１周りに操舵回動駆動する操舵機構１０とを備えて
いる。この操舵機構１０には、操舵モータ１０ａが備え
られている。

【００１０】この構成により、管内走行台車１は、図２
に示す姿勢で、管内を直進走行でき、さらに、図３に示
すように、各磁気吸着車輪３の車軸４を、管軸Ｚ２に沿
った方向に設定することにより、磁気吸着により、管体
７に吸着しながら管周方向に走行できるようになってい
る。

【００１１】さて、次に本願の管検査装置１に備えられ
る、検査機構１１について説明する。この検査機構１１
は、電磁超音波手法により管体内に超音波を発生させ、
この超音波の管体７からの反射信号を受信して、この反
射信号から管体７の情報を得ようとするものである。

【００１２】以下、先ず超音波を管体内に発生させる本
願独特の構成について説明する。検査機構１１は、所
謂、図４、図５に示すように、コイル１６を備えた電磁
超音波探触子１２と、この電磁超音波探触子１２に接続
される共鳴処理回路１４０から構成されている。ここ
で、共鳴処理回路１４０は、管体内に電磁超音波探触子
１２を介して超音波を周波数を掃引しながら発生し反射
信号を得て、共鳴手法により信号処理して共鳴周波数を
得る構成とされている。さらに詳細に、この構成につい
て図５に基づいて説明すると、これは、ドライバー１４
１、可変周波数型高周波発振器（ＲＦ発振器）１４２、
増幅器１４３、増幅器１４４、バンドパスフィルタ
（Ｂ．Ｐ．Ｆ．）１４５、Ａ／Ｄ変換器１４６を備えて
構成されるとともに、管内走行台車２に搭載された端末
マイコン１５０内に備えられる共鳴解析プログラムとし
ての共鳴周波数導出手段１５１から構成されている。こ
の構成により、検出動作にあっては、電磁超音波探触子
１２を動作させるために、ドライバー１４１を介して動
作信号を可変周波数型高周波発振器１４２に送り、高周
波発振器１４２で生成された所定の周波数の高周波が増
幅器１４３を通って電磁超音波探触子１２のコイル１６
に供給され、管体７に超音波を励起する。所定の伝播経
路（管体７の管径方向の伝播経路）を経て戻ってきた超
音波はコイル１６によって検出され、この検出信号は増
幅器１４４、バンドパスフィルタ１４５、さらにＡ／Ｄ
変換器１４６を経て共鳴周波数導出手段１５１に送られ
る。ここでは、管体内に超音波を共鳴法に適した状態で
発生される（所定周波数の超音波を所定時間ずつ発生さ
せ、さらに周波数を一定間隔で掃引する）こととなる
が、これは、所謂、バースト波（一定周波数、一定波数
の波）を、各周波数ごとに段階的に発生する操作であ
る。管体内で発生される超音波は、管体肉厚方向に進行
し、管外面７ａで反射して、管内面７ｂに帰ってくる。
この反射信号は、先に説明した超音波探触子１２によっ
て受信され、共鳴周波数導出手段１５１に送られる。そ
して、送信信号と反射信号である受信信号との関係か
ら、共鳴手法により共鳴周波数が求められる。ここで、
管体７の肉厚と信号周波数の間に所定の関係がある場合
は、共鳴現象を発生し、受信信号が大きくなる。従っ
て、共鳴周波数導出手段１５１においては、周波数の掃
引に伴って、各周波数対応の受信信号強度をモニターし
ており、受信信号強度が大きい周波数を共鳴周波数とし
て導出する。

【００１３】さて、本願にあっては、上記の電磁超音波
探触子１２が独特の構成を取っている。即ち、図２、図
４に示すように、前述の磁気吸着車輪３に於ける車軸４
の下部（管内壁側）で、一対の輪体５間に、コイル１６
が備えられている。従って、本願の構成においては、磁
気吸着車輪３（磁場形成用）と一対の輪体５の間に備え
られたコイル１６（電流形成用）によって、先に説明し
た電磁超音波探触子１２として働く電磁超音波探触機構
１２０が構成される。コイル１６と磁気吸着車輪３との
配置関係を図４に示した。図４には、管体７内を走る磁
力線が太線で示されており、これと直交する紙面表裏方
向にうず電流がコイル１６によって発生される状況が示
されている。そして、超音波が管径方向に発生される。
さらに、図１、図５に示すように、前述の端末マイコン
１５０には、管内走行台車２の走行に関する各種データ
を検出するための、例えば、操舵角センサ１３、各車輪
の駆動速度を検出するための走行速度センサ１４、重力
方向に対する台車２の傾きを検出するローリングセンサ
１５等のセンサ群１６が接続されており、前述の検査機
構１１との関連において、検査機構１１による検出結果
と、検出位置との関係が明らかになるようになってい
る。さらに、端末マイコン１５０は、各走行モータ８
ａ、操舵モータ１０ａの速度制御もおこなう構成が採用
されている。端末マイコン１５０は、光ファイバー等の
通信ケーブルや無線により相互にコミュニケーション可
能に、ホストマイコン１６０と連結されている。このホ
ストマイコン１６０は、通常地上に配置されており、複
数の管内走行台車２と相互コミュニケーション可能であ
り、管内走行台車２の各動作の制御や、管内走行台車２
から送られてきたデータ等の表示のためのモニター１
７、検査データ等の管理・格納のための外部記憶装置１
８、検査データ等のハードコピーのためのプリンター１
９、及び管内走行台車２の操作等のためのキーボード２
０が接続されている。

【００１４】以上が、本願の管検査装置１の構成と作用
であるが、管体７の腐食状態の検査である肉厚測定にお
いて、本願において採用される検査手法を説明しておく
と、以下のような構成となっている。即ち、管内走行台
車２が、図２、図３に示すように、管体内を例えば、管
軸方向、管周方向に移動しながら、管体７の例えば管厚
を検査する場合に、電磁気的な作用により、管体７に肉
厚方向の超音波を発生させ、管体７から帰ってくる反射
信号を得て、この管体７の管厚の変化を調べる。この場
合、超音波の周波数を掃引しながら管体内に発生させ、
帰ってくる反射信号を得て共鳴手法により信号処理して
共鳴周波数を、各検査部位毎に得て、移動方向に於ける
前記管体の肉厚状況を調べることとなる。

【００１５】さて、以上のような構成で、管体７の厚み
を検査する手法にあって、共鳴法に於ける、管体内に生
じた超音波のｎ次の共鳴周波数をｆｎとすれば、管体内
に於ける超音波の音速をＶ、管体の厚みをｄとすると、
以下の式が成立する。 ｆｎ＝ｎ×Ｖ／（２×ｄ） 従って、Ｖを予め別途測定しておき、ｎ次の共鳴周波数
を共鳴処理回路１４０で求めるようにしておけば、共鳴
周波数ｆｎから管体肉厚ｄを容易に求めることができ
る。即ち、腐食に伴う肉厚の減少を定量的に把握するこ
とができる。

【００１６】本願の管検査装置１を使用して、管外周部
位２５に発生した腐食による減肉状態を検査した結果を
図６に示した。図６の横軸は、各軸方向に於ける検査位
置を、縦軸は共鳴周波数を示している。さらに、同図の
上に腐食により減肉部２６を有する検査対象とした管体
７の断面構成を示した。ここで、肉厚が変化する部位２
６ａに関しては、信号が得にくいため一点鎖線で示し
た。同図からも判明するように、腐食を伴わない正常部
位の共鳴周波数はｆｎ＝３００程度と比較的低く、減肉
部２６にあっては、共鳴周波数はｆｎ＝４００程度と高
くなり、減肉部２６を的確に把握できることがわかる。
さらに、この共鳴周波数と管体７の肉厚は正の相関関係
にあり、定量的な測定検査をおこなうことができる。 〔別実施の形態〕本願の別実施の形態について以下説明
する。 （イ） 上記の実施の形態にあっては、本願独特の磁気
吸着車輪３に備えられる一対の輪体５間に、コイル１６
を備えて、電磁超音波探触機構１２０を構成したが、本
願にあっては、管体７の肉厚を、非接触状態で配設され
る探触子により、Ｓ／Ｎ比高く検出できれば良いため、
磁気吸着車輪とは独立に電磁超音探触子１２を管内走行
台車に備えて、検査をおこなうことが好ましい。このよ
うな場合は、装置は図７に示すようになる。即ち、管体
の状態を調べる検査機構を、管体内を移動自在な管内走
行台車２に備えた管検査装置を構成するに以下のように
するのである。電磁気的な作用により前記管体内に超音
波を発生させ、前記管体７から帰ってくる反射信号を得
て前記管体の状態を調べる超音波検査機構としての検査
機構を装備するにあたり、この超音波検査機構３１を、
電磁超音波探触子１２と、電磁超音波探触子１２を介し
て管体内に、超音波を周波数を掃引しながら発生させ、
反射信号を得て共鳴手法により信号処理して共鳴周波数
を得る共鳴処理回路１４０とを備えて構成するのであ
る。このようにしても、管体内を移動するものでありな
がら、非接触型の電磁超音波探触子を使用して、例え
ば、管体の肉厚をＳ／Ｎ比の高い状態で、確実に捕らえ
ることができる。ここで、超音波が管体の肉厚方向に伝
播する超音波であり、共鳴周波数が管体の肉厚に関する
情報である場合は、管体の腐食を的確に検査できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の管内走行台車の側面図

【図２】管内配設状態に於ける本願の管内走行台車の正
面簡略図

【図３】管内走行台車が管周方向に移動している状態を
示す説明図

【図４】磁気吸着車輪近傍の詳細を示す図

【図５】管検査装置のシステム構成を示す図

【図６】管軸方向に於ける管厚状態と共鳴周波数の変化
状況を示す図

【図７】電磁超音波探触子を独立に備えた管内走行台車
の構成を示す図

【符号の説明】

２ 管内走行台車 ３ 磁気吸着輪体 ４ 車軸 ５ 輪体 ７ 管体 １１ 検査機構 １２ 電磁超音波探触子 １２０電磁超音波探触機構 １４０共鳴処理回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管体の状態を調べる検査機構を、前記管
   体内を移動自在な管内走行台車に備えた管検査装置であ
   って、 前記管内走行台車が前記管体に付着しながら管体内を移
   動自在に構成され、 前記検査機構が、電磁気的な作用により前記管体内に超
   音波を発生させ、前記管体から帰ってくる反射信号を得
   て前記管体の状態を調べる超音波検査機構であり、 前記超音波検査機構が、電磁超音波探触子と、この電磁
   超音波探触子を介して、前記管体内に前記超音波を周波
   数を掃引しながら発生させ前記反射信号を得て共鳴手法
   により信号処理して共鳴周波数を得る共鳴処理回路とか
   ら構成されている管検査装置。
2. 【請求項２】 前記超音波が前記管体の肉厚方向に伝播
   する超音波であり、前記共鳴周波数が前記管体の肉厚に
   関する情報である請求項１記載の管検査装置。
3. 【請求項３】 一対の輪体を車軸の両端側部位に有し且
   つ前記一対の輪体が異なった極性とされる磁気吸着車輪
   を備えた走行台車を備え、前記走行台車が前記一対の輪
   体を介して検査体に磁気吸着して走行移動自在な検査装
   置であって、 前記磁気吸着車輪と、前記一対の輪体の間に備えられた
   コイルとによって構成される電磁超音波探触機構と、前
   記検査体内に前記電磁超音波探触機構を介して超音波を
   周波数を掃引しながら発生し反射信号を得て共鳴手法に
   より信号処理して共鳴周波数を得る共鳴処理回路とを備
   えた検査装置。
4. 【請求項４】 前記超音波が前記検査体の肉厚方向に伝
   播する超音波であり、前記共鳴周波数が前記検査体の肉
   厚に関する情報である請求項３記載の検査装置。
5. 【請求項５】 管体内を移動しながら、管体内を検査す
   る管検査方法であって、電磁気的な作用により前記管体
   に肉厚方向の超音波を発生させ、前記管体から帰ってく
   る反射信号を得て前記管体の状態を調べるに、 前記超音波を周波数を掃引しながら前記管体内に発生さ
   せ、前記反射信号を得て共鳴手法により信号処理して共
   鳴周波数を得、前記移動方向に於ける前記管体の肉厚の
   変化を調べる管検査方法。