JPS6046364B2

JPS6046364B2 - 管状材の管壁厚み測定方法

Info

Publication number: JPS6046364B2
Application number: JP9757980A
Authority: JP
Inventors: 豊船生; 精奥村; 浅雄門野; 雅美清水
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1980-07-18
Filing date: 1980-07-18
Publication date: 1985-10-15
Also published as: JPS5723810A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、管状材の周返の複数点における管壁厚み寸
法を同時に非接触で測定することのできる管状材の管壁
厚み測定方法に関するものであり、更に詳しくは、かか
る測定方法に関して本発明者等が先に提案した方法の改
良に関するものである。

本発明者等の既提案にかかる従来の管壁厚み測定方法の
概要を先す説明する。

第１図は、既提案の管壁厚み測定方法の一例を実施する
のに必要な測定系配置の概念図である。

同図において、管状材２０の断面が示されているが、管
周長を三等分する点Ａ、ＢおよびＣにおける各管壁の厚
み寸法ｘ、、ｘ。およびＸ。を測定によ・り求めるもの
とする。Ａ点乃至Ｃ点のそれぞれに対応して、測定用放
射線ビーム３を放射する線源１と、これを収容して所定
の方向に放射線ビーム３を指向させる線源容器２と、管
状材２０の管壁を透過してきた放射フ線ビームを検出す
る検出器４とから成る測定系が設けられている。

各符号数字には、所属の測定系を表わす文字Ａ、Ｂまた
はＣが添字してある。なお管壁を透過してきたビームの
検出器４Ａ乃至４Ｃによる検出出力を１、乃至１３とし
、管壁が存在しクなかつたとした場合（すなわちビーム
が直接入力してきた場合）の検出出力をそれぞれ１１０
，舅および１３０とする。各測定系の配置は第１図に示
す通りであり、一つの放射線ビームが二つの測定点を透
過するようになつており、各測定点についてみれば、互
いに異なる他の二つの測定点をそれぞれ透過する二つの
ビームが当該測定点を透過するように構成されている。
さて第１図において、検出器４の出力１と管壁の厚み寸
法ｘとの間には、一般的な放射線透過形厚さ計の基本式
として、次の関係式が成立している。

但し、μは使用した放射線の管壁材質に対する吸収係数
であ・り、ｋは測定点を透過する放射線ビームの管壁に
おける実際の通過長Ｓ（第１Ａ図参照）をその点におけ
る管壁の厚さｘで割つた数である。

測定点における放射線ビームの透過方向と管状材の直径
方向とのなす角度０が零であればＫ２は１となるわけで
ある。管状材の形状に応じて測定点数、放射線ビームの
幅、放射線透過方法等を選ぶことにより、ｋを管壁厚さ
ムラの影響を受けない定数とすることができる。さて前
記（１）乃至（３）式を連立方程式としてその解２を求
めると次の如くなる。

従つて、放射線ビームの検出器出力１１０，１１，１２
０，１２，１３０，１３および定数μ，ｋから演算によ
り管壁厚みＸｌ，Ｘ２およびＸ３を求めることができる
。

以上の説明は、測定点が３個の場合であつたが一般に測
定点がｎ個の場合に、上述の測定方法を拡張することが
できる。ｎ個の測定点における管壁厚みをＸｌ，Ｘ２，
・・・・Ｘｎとすると、各厚み寸法の間に次の如きサイ
クリツクに変化する一定の関・係式（連立方程式）が成
立する。なお次の関係式は、前記（１）乃至（３）式を
対数変換することにより得られるものである。
戸・・・・Ｊ上記（７）式
を、行列を用いて表現すると次の如くなる。

一 ′ ＼″゛［ｌノ
（Ｖｎノ但し、ｎは奇数である。

第２図は、ｎ＝９の場合の本発明者等提案にかかる従来
の測定方法を示す概念図である。

この場合、各測定点における厚み寸法Ｘｌ，Ｘ２，・・
Ｘ９を求めるための連立方程式が次の行列により表わさ
れることは、上記（７ａ）式に照らし明らかであろう。
υυυ１ノ（Δ９ノ（Ｕ９ノｎが奇数の
場合の測定方法を説明したので、Ｎｊく４以上の偶数の
場合の本発明等既提案にかかる１１定方法を次に説明す
る。

第３図は、ｎ＝８の場合の測定方法を示す概念ηである
。

この場合、偶数であるｎ個の測定点のうち、適当な奇数
ｍ個（この例では５個）について、測定系の出力値によ
ソー連の連立方程式を立て、ｍ個の測定点につき各厚み
寸法を求める。次に、厚み寸法の求まつたｍ個の測定点
のうちの一つと、未知の測定点とを透過するビームの強
度を測定することにより、未知の測定点の厚み寸法を求
める。勿論最小二乗法を採用してもよい。第３図を参照
して具体的に説明する。ｎ＝８であるから、各測定点の
厚みをＸｌ，Ｘ２・・・？とする。先ず８個の測定点の
うち５点を選び、選ばれた点の厚み寸法Ｘｌ，Ｘ３，Ｘ
ｉ，Ｘ６，Ｘ，を先ず求めることにする。連立方程式が
次の如く得られることは、これまでの説明から容易に理
解されるであろう。但し、ｊ及びＸ７を透過するビーム
は、前述した如くθ＝０だからｋ＝１となるので次の如
くになる。以上の連立方程式を解いて次の解を得る。

未知の寸法はＸ５，Ｘ８，Ｘ２である。

そこで、ｊとＸｌ，Ｘ８とＸｌ，Ｘ２とＸ６の各組合せ
に放射線ビームを透過させると、前述の如く、ｋ＝１だ
から、次の式を得る。Ｘ１は既知故、上式からｊを求め
ることができる。

同様にＸ４，Ｘ６はそれぞれ既知故、上式からＸ８とＸ２をそ
れぞれ求めることができる。

さて、以上、概略説明した如き、本発明者等既提案にか
かる測定方法（詳しくは、特願昭Ｍ−１２２６４鏝の明
細書参照）には、次の如き欠点がある。

第４図は、本発明者等提案にかかる従来の測定方法の欠
点を説明するための説明図である。

同図において、実線で示した測定系の配列は、口径の小
さな管状材２０Ｓについて、既提案の測定方法により７
点測定を実施するに適した配列であるが、測定すべき管
状材が口径の大きな２０Ｌになつた場合、同じく７点測
定を実施するには、“測定系の配列を変えなければなら
ない。そのために、線源容器２と放射線ビーム検出器４
をそれぞれ点線の位置に移動させる必要が生じたとする
と、領域ｚで示す如く、両者は衝突する場合が生じる。
かかる衝突を防ぐためには、測定系を構成する線源と検
出器の間の距離を充分大きくとる必要があり、そうする
と装置がスペース的に大形化する上、線源容量の増大、
ひいては線源を収容する容器の遮蔽能力強化のための大
型化を招くことになる。ノすなわち、既提案の測定方
法によれば、多点測定を実施できると云つても、管状材
周辺のスペース上の制約から、配置できる測定系の数に
限度が生じるため、測定点数が限られてくる。

また管状材周辺に配置される測定系の数が増すと、スペ
ー・ス上の制約から、その適切な配置が困難になり、ま
た測定系の数にほぼ比例して、装置のコストが高くなる
という欠点が生じる。管状材周辺に多数組の測定系を配
置することの煩雑さを解消する一つの方法として、管状
材の管）路方向に沿つて分散して測定系を配置し、管状
材を移動させることにより各測定系で測定されたデータ
を、時間的に整合させて用いる方法も、本発明者等によ
り別途提案されているが、この方法によつても、測定系
の数の多さの故に、装置のコストが高くなるという欠点
には変わりがない。

この発明は、上述の如き、既提案の管壁厚み測定方法の
欠点を除去するためになされたものであり、従つてこの
発明の目的は、使用する装置の構造が簡素であり、コス
トも低廉でありながら、既提案の測定原理と同じ原理に
基づいて、管状材周辺の多点における管壁厚み寸法を非
接触で測定することのできる測定方法を提供することに
ある。この発明の要点は、既提案の測定原理と同じ原理
による管壁厚み測定方法において、放射線源と放射線検
出器から成る測定系を管状材の周辺に沿つて回動させて
測定することにより、測定点の数より少ない組数の測定
系を用いて所要の測定値を得ることを可能にした点にあ
る。次に図を参照してこの発明の実施例を説明する。

第５図は、この発明による測定方法を実施する際用いる
測定系の構成概念図である。

同図において、フレーム５は、放射線源１を収容した線
源容器２と、線源１からの放射線ビームを検出する検出
器４とを結合、支持しており、適宜の図示せざる手段に
より、バイブ２０のまわりを回転可能に支持されている
。なお、Ｏは、放射線源１、線源容器２、検出器４から
なる測定系の回転中心（理想的にはバイブ２０の中心と
も一致する）であり、θはビーム角、７〜１０はそれぞ
れ、放射線ビームがバイブを透過する箇所を示している
。次に測定方法を説明する。先ず、フレーム５が図示の
実線位置にあるとき、検出器４は、線源１からバイブ２
０上の個所７，８を透過してくる放．射線の線量を計数
する。次にフレーム５を回転中心０に対して回転させ、
点線の位置に至つて静止させたものとする。このとき、
検出器４は、バイブ２０上の個所９，１０を透過してく
る放射線の線量を計数する。以下、このようにして、０
点を！中心として４０度ずつ測定系を回転して９回の計
数を行なつたとすれば、先に第２図を参照して説明した
のと同等の管壁厚み多点測定を、僅か１組の測定系を用
いて実現することができる。次に第６図乃至第８図を参
照して、この発明にくよる測定方法の他の実施例を説明
する。

この実施例によれば、先に第３図を参照して説明したの
と同等の管壁厚み多点測定を、同じく１組の測定系を用
いて実現することができる。第６図において、ＲＯは、
測定系の回転中心０を中心とする仮想的真円の半径を表
わしており、該真円上に、バイブ２０上の被測定点（入
射角を変えて少なくとも２回ビームを透過せしめられる
、そのビームの交点）が位置するものと仮定している。

ビーム角θ＝２２．５すとすると、距離ｈ＝ＲＯｓｉｎ
２２．５＝と表わされる。今第６図において、バイブ２
０上のＸ１点、Ｘ６点を透過する放射線量を検出器４に
て測定する。

次ｌにフレーム５をＯ点のまわりに９０定回転させれば
、第３図において、Ｘ７，Ｘｌの個所を透過する放射線
量を測定することができる。次に４５透回転させれば、
第３図においてＸ３，．Ｘ６の個所を透過する放射線量
を測定することができる。更に９０を回転・させれば、
Ｘｌ，Ｘ４の個所を透過する放射線量を測定することが
できる。このとき、バイブ２０とフレーム５は、第７図
において実線で示した如き、相対位置をとる。そこで第
７図において、今度は、フレーム５を、ビーム３の方向
と直交する方・向に、矢印で示す如く平行移動させて点
線の位置に至らしめ、ビーム３が回転中心０を通過する
ように、位置決めする。次に、フレーム５を回転中心０
のまわりに２２．５にだけ反時計方向に回転させれば、
第８図に実線で示した如き位置をとることになる。第８
図における点線位置は、第７図における点線位置をその
まま記載して、フレーム５の反時計方向２２．５まの回
転を理解し易くしたものにほかならない。第８図におけ
る実線位置にて、第３図におけるＸｌ，Ｘ８の個所を透
過する放射線量を測定する。

この位置から更に反時計方向に４５線回転すると、第３
図のＸ７，Ｘ３を透過する放射線量を測定することがで
きる。次に４５透反時計方向に回転すればＸ２，ｊｌ更
に４５に反時計方向に回転すればＸｌ，Ｘ５、をそれぞ
れ透過した放射線量を測定することができる。以上の如
く、１組の測定系を回転または平行移動させることによ
り、第３図に示した如き、多点測定を実現することがで
きる。

これまで説明した実施例は、測定系を支持するフレーム
を段階的に回転駆動させて測定する実施例であつたが、
この発明は、フレームを連続的に回転駆動させても実施
することができる。

かかる実施例を第９図乃至第１３図を参照して説明する
。第９図を参照する。

放射線源１を収容した容器２と放射線ビーム検出器４を
保持するフレーム５は、支柱６ａ乃至６ｃを介して回転
歯車１１に結合されており、回転歯車１１が、モータ１
３により駆動される歯車１２に係合し、該歯車１２によ
り回転駆動されるのに応じて、バイブ２０の周辺を連続
的に回動する。なお第９図は、原理説明図てあるから、
モータ１３と歯車１２の間に設けられる減速機構等は図
示していない。今、フレーム５が２０ｒ″Ｐｍ（１回転
／３秒）の速さで回転するものとし、このときのビーム
の移動を検討する。

第１０図にみられるように、最初ビームが、回転中心０
からの半径方向と６０最の角をなす方向９にあるものと
する。そして検出器４による放射線の計数時間を例えば
０．１秒と仮定する。すると、この０．１秒間に、第１
０図で９の位置にあつたビームは、連続的に１２１だけ
回転して、１の位置に至る。従つて、管壁断面に相当す
る斜線領域八およびＢｌＯをビームが０．１秒間にわた
つて連続移動したとき、検出器４においてその間に検出
された放射線量を積算計数する。更に０．１秒後にはビ
ームは２の位置に達する。以下同様にしてビーム位置は
回転して、第１１図にみられるように、０．１秒×１０
＝１秒後には、（１０）の位置に、０．１秒×１１＝１
．１秒後には、◎の位置に、また０．１秒×２０＝２秒
後には９の位置に、０．１秒×２１＝２．１秒後には、
９の位置に達する。この結果、ビーム位置９，１，９，
９により囲まれた領域Ｂ。

の平均肉厚を為、ビーム位置（１０），５，９１により
囲まれた領域ＢｌＯの平均肉厚をＸｌＯｌビーム位置４
，９，（１０，◎，により囲まれた領域八。の平均肉厚
をＸ２Ｏと表現し、と置き、これを、先に説明した（１
）〜（６）式の方法により解けば、各平均肉厚Ｘ。

，ＸｌＯ，Ｘ２Ｏを求めることができる。このときの被
測定部の測定の分解能は、第１２図において、ビーム位
置９と（１０の交点とビーム位置１と◎の交点との間の
半径Ｒ。

の円周上の距離Ｗということになる。数値的に表現する
と、となる。ビームは、位置９〜１間を移動した後、引
き続いて第１３図にみられるように、１〜２間を移動す
る。

この１〜２に対応するビーム位置◎〜◎，９〜＠を用い
ても、前述したのと全く同様にして平均肉厚を求めるこ
とができる。結局、ビーム角度θ＝６０き、ビームの回
転速度２０ｒ′Ｐｍｌ放射線検出のサンプリング間隔０
．１秒として説明した上述の実施例は、バイブ円周を３
蒔分した大きさを単位とする分解能で、バイブ肉厚を求
める実施例であると云える。

また上述の実施例は、ビーム角度θ＝６０えで３点測定
の例であつたが、θ＝ふ（但しｎ＝？＋１，ｈ＝１，２
，３・・・・・・）としてｎ奇数点測定を行なうもので
あつてもよいことは勿論である。またビームは線ビーム
でなく、幅のあるビームでもよい。第１４図、第１５図
を参照して、この発明の更に別の実施例を説明する。

第１４図においては、バイブの外周を回動するフレーム
に、２組の測定系を所定の相対位置で配置した後、回動
させる実施例が示されている。

この場合、フレームを、第１５図、ａ→ｂ−＋ｃと順番
に回転させることにより、結局第１５図ｄ（第３図に同
じ）に示す測定系を実現できる。すなわち、フレームに
取付ける測定系は、１組に限らず、複数組であつてもよ
いことを、この実施例は゜示している。以上説明した通
りであるから、この発明によれば、本発明者等提案にか
かる従来の多点、非接触の管壁厚み測定方法を実施する
のに、測定系の数を従来より少なくできるので、それだ
けコストを・低減できると共に、全体構造が簡素化され
、製作、保守共に容易になるという利点がある。

この発明による測定方法は、放射線種およびエネルギー
の強弱を適当に選択することにより、ガラス、プラスチ
ック、ゴム、紙、繊維、金属等のノ材質から成る管状材
にも適用することができる。また管状でなくても、一定
の断面形状をもつ中空体にも適用できることは勿論であ
る。また放射線ビームの代りに、赤外、可視、紫外の各
光線や、Ｘ線や、各種粒子線等を用いることも可能てあ
る。またこの発明の実施に際し、測定値の演算処理用に
コンピュータ（ミニコンピュータ或いはマイクロコンピ
ュータ等）を使用すれば迅速な処理が可能となり好都合
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明者等の既提案にかかる従来の管状材厚
み測定方法の一例を実施するのに必要な測定系配置の概
念図、第１Ａ図は、第１図における要部の寸法関係を示
す説明図、第２図は、ｎ（測定点の数）＝９の場合の本
発明者等既提案にかかる従来の測定方法を示す概念図、
第３図は、同じくｎ＝８の場合の測定方法を示す概念図
、第４図は、本発明質等提案にかかる従来の測定方法の
欠点を説明するための設明図、第５図は、この発明によ
る測定方法の一実施例を実施する際用いる測定系の構成
概念図、第６図乃至第８図は、この発明による測定方法
の他の実施例を説明するのに必要な説明図、第９図乃至
第１３図は、この発明による測定方法の更に他の実施例
を説明するのに必要な説明図、第１４図および第１５図
は、更に別の実施例を説明するのに必要な説明図、であ
る。図において、１は放射線源、２は同線源容器、３は放射
線ビーム、４は同検出器、５はフレーム、６は支柱、７
〜１０は、それぞれ、放射線ビームがバイブを透過する
箇所、１１は回転歯車、１２は歯車、１３は駆動モータ
、２０は管状材を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１少なくも３本から成るｎ本の放射線ビームが相互に
交叉し、それら交点を頂点として正奇数多角形が形成さ
れるように前記ビームを投射し、前記多角形の頂点がす
べて管状材の肉厚部に含まれる如く該管状材を位置決め
し、該管状材の肉厚部を透過した前記放射線ビームの透
過後の強度を測定し、その測定値Ｉ＿１，Ｉ＿２，・・
・Ｉ＿ｎから下記の連立方程式を解くことにより、前記
多角形の頂点の位置する個所の管状材の肉厚寸法ｘ＿１
，ｘ＿２，ｘ＿ｎを管壁厚みとして求める管状材の管壁
厚み測定方法において、放射線ビームを放射する線源と
該線源からの管状材透過後のビームを検出する放射線検
出器とから成る測定系を、前記管状材の周返に沿つて回
動させて測定することにより、前記測定点の数より少な
い組数の測定系を用いて前記測定値を得ることを特徴と
する管状材の管壁厚み測定方法。記Ｉ＿１＝Ｉ＿１＿０ｅｘｐ｛−μｋ（ｘ＿１＋ｘ＿２
）｝Ｉ＿２＝Ｉ＿２＿０ｅｘｐ｛−μｋ（ｘ＿２＋ｘ＿
３）｝Ｉ＿ｎ＝Ｉ＿ｎ＿０ｅｘｐ｛−μｋ（ｘ＿ｎ＋ｘ
＿１）｝但し、Ｉ＿１＿０，Ｉ＿２＿０，・・・Ｉ＿ｎ
＿０は管壁が存在しないものとしたときの放射線ビーム
の強度の測定値、μは管壁材質の吸収係数、ｋは放射線
ビームの透過方向により決まる係数。