JPS6222011A - 管の超音波肉厚測定方法及び装置 - 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 本発明は、金属管などの肉厚の測定に使用可能な超音波
肉厚測定装置に関するものである。

従来の技術 鋼管や鋼板などの厚さの測定及び検査に、超音波肉厚測
定装置が現在活用されている。その超音波肉厚測定装置
は、例えば、第６図に示すように、構成されている。す
なわち、被測定物１０に対して探触子１２が位置付けら
れ、その被測定物１０と探触子１２との間は、図示して
いないが、測定媒体で満たされている。探触子１２は、
同期パルス信号発生器１４から同期パルスを受けて適当
な時間間隔で高電圧パルスを発生する送信部１６の出力
に接続され、高電圧パルスにより超音波パルスを被測定
物１０に向けて発するようになされている。

探触子１２からの超音波パルスは、被測定物１０の表面
１０Ａで反射し、また、その底面１０Ｂでも反射し、そ
の底面１０Ｂで反射した反射波の一部は表面１０Ａを通
過し一部は表面１０Ａで反射し再び底面ｌＯＢで反射す
る。従って、探触子１２は、それら反射波を受けて、第
７図（ａ）に示すような、送信パルスＴ、表面反射パル
スＳ、第１底面反射パルスＢ１、第２底面反射パルスＢ
２　・・などの受信信号を増幅器１８に出力する。

°　増幅器１８の出力は、測定ゲートパルス発生器２０
に入力され、その測定ゲートパルス発生器２０は、第７
図ら）に示すように、被測定物の表面反射波Ｓと第１底
面反射波Ｂ１　との間の時間幅を持つ測定ゲートパルス
Ｐを発生する。その測定ゲートパルスＰは、時間／電圧
変換回路２２に人力されて、測定ゲートパルスＰの幅に
電圧が比例する電圧信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器２４
に入力される。そのＡ／Ｄ変換器２４は、その電圧信号
をデジタル信号に変換し、その出力を受けるデジタル表
示器２６は、肉厚測定値を表示する。

以上の超音波肉厚測定装置を使用しての超音波肉厚測定
にふいて、測定ゲートパルスＰの幅は、超音波が被測定
物の厚さ方向に往復するに要する時間に対応する。従っ
て、上記超音波肉厚測定装置は、その時間から被測定物
の肉厚を求め測定しているものである。しかし、音波は
、被測定物の　　　　　　　１材料によりその速度が異
なるため、測定ゲートパルスＰのパルス幅と電圧信号の
電圧との関係が一律であると、正確な肉厚の測定はでき
ない。

発明が解決しようとする問題点 そこで、時間／電圧回路２２を例えば第８図に示すよう
に構成して、測定ゲートパルス幅を電圧信号に変換する
際に、音速による較正をしている。

第８図において、参照番号２８は、測定ゲートパルス発
生器２０からの測定ゲートパルスＰを受けてそのパルス
幅の特命の間導通状態になるゲート回路であり、そのゲ
ート回路２８は、一方が定電流源３０に接続され、他方
が充電コンデンサ３２に接続されている。そのコンデン
サ３２のゲート回路側端子は、抵抗Ｒ，及び抵抗Ｒ２を
介して差動増幅器３４の一方の人力に接続されている。

その差動増幅器３４の他方の入力は接地され、その出力
は、可変帰還抵抗ＶＲを介して一方の入力に接続されて
いる。従って、その可変帰還抵抗ＶＲを調整することに
より増幅器の利得を設定することができる。更に、抵抗
Ｒ１と抵抗Ｒ２との間の接続点は、抵抗Ｒ３を介してオ
フセットポテンショメータ３６の可変出力に接続されて
いる。

以上のような時間／電圧回路２２において、ゲート回路
が閉状態にある時間に対応して充電コンデンサ３２の電
圧が上昇する。従って、測定ゲートパルスの幅に対応す
る電圧が充電される。その電圧とオフセットポテンショ
メータ３６により与えられる電圧との差が抵抗Ｒ３とＲ
３とで分圧され、抵抗Ｒ２を介して差動増幅器３４に入
力される。従って、差動増幅器３４の出力電圧は、測定
ゲートパルスＰのパルス幅に対して、オフセット量を持
ち且つ比例関係にある。そして、その比例係数及びオフ
セット量は、それぞれ、可変帰還抵抗ＶＲとオフセット
ポテンショメータ３６を調整することにより調整するこ
とができる。

卓の調整は、被測定物と同一材料で作られた既知の厚さ
の試験片を２または３種類用意し、それら試験を超音波
肉厚測定装置で測定したときの測定表示値が、全ての試
験片について既知の厚さに等しくなるまで、測定と調整
を繰り返し実施する。

そのため、実際に被測定物について測定を実施できるま
でに、相当な時間を要した。

更に、上記した超音波肉厚測定装置により被測定物の連
続測定を実施する場合、通常、アナログ記録が採用され
る。そのため、Δ／Ｄ変換器２４の出力を、Ｄ　／　Ａ
変換してアナログ信号に戻している。

しかし、この場合も、時間／電圧回路２２と同様に、オ
フセットと差動増幅器の利得による出力調整を、既知の
厚さの試験片を使用して繰り返し実施する必要がある。

また、上記した測定値較正や記録較正に使用する試験片
は、被測定物と音速が同一でなければならないので、被
測定物から試験片を切り出す必要がある。そのため測定
値較正や記録較正に先立つ準備にも多大な時間がかかる
。

以上のような従来の超音波肉厚測定装置は、較正及びそ
の準備に多大な時間と労力を必要とする。

そのため、超音波肉厚測定が、近年の検査及び測定のオ
ンラインでの自動処理の傾向にとってネックとなってい
た。特に、しばしば超音波肉厚測定と一緒に実施される
超音波探傷の自動化が著しい進歩を遂げているのに反し
て、超音波肉厚測定は未だ完全に自動化されるに至って
いないために、鋼管や鋼材の検査及び測定がオンライン
自動処理できなかった。

そこで、本発明の目的は、上述した従来の問題を解消し
て、測定前の較正及びその準備に多大な時間と労力を必
要とせず、且つ、超音波肉厚測定をオンラインで自動処
理できる超音波肉厚測定方法及び装置を提供せんとする
ものである。

問題点を解決するための手段 すなわち、それぞれ探触子を有する一対の超音波肉厚測
定装置を使用すると共に、各探触子と管との間に音波伝
達媒体を介在させて、管の肉厚を超音波測定する方法に
して、まず、管と探触子との間に介在する媒体の音速を
測定し、一対の探触子を管の壁を挟むように所定距離互
いに離隔して配置して、上記音速値を利用しての超音波
距離測定により各探触子から管壁表面までの距離を求め
て、上記所定距離と差から管の肉厚を計算し、該肉厚値
に基づいて超音波肉厚測定装置を較正し、次いで、一対
の探触子を管の外側に配置して、上記一対の超音波肉厚
測定装置により超音波肉厚測定を実施することを特徴と
する管の超音波肉厚測定方法が提供される。

更に、本発明によるならば、１つの探触子を有する一対
の超音波肉厚測定装置と、該一対の超音波肉厚測定装置
の探触子を管の直径方向に互いに離隔して位置付けると
共にその離隔距離を任意に調整できる支持機構と、前記
一対の探触子の離隔距離を測定する装置と、前記一対の
超音波肉厚測定装置を制御する演算制御装置とを具備し
ており、前記超音波肉厚測定装置の各々は、各探触子と
管との間の音波伝達媒体中での音速を測定する音速測定
器と、各探触子に接続されて前記音速測定器からの音速
に基づいて探触子と被測定物との間の距離を測定して前
記演算制御装置に出力する超音波距離測定器と、各探触
子に接続されて前記演算制御装置により設定される特性
で超音波肉厚測定を実施する超音波肉厚測定器とを具備
していることを特徴とする管の超音波肉厚測定装置が提
供される。

作用 以上のような本発明による超音波肉厚測定方法において
、探触子と被測定物の管との間の媒体の音速が測定され
、その音速に基づいて、管壁を挟むように位置付けられ
た探触子から被測定物の管表面までの距離が測定され、
その距離と探触子間距離とから管の肉厚を一旦求め、そ
の肉厚値と超音波肉厚測定器の肉厚測定値が一致するよ
うに超音波肉厚測定器が較正される。従って、被測定物
の音速を求めるための試験片を使用することなく超音波
肉厚測定装置を較正できる。それ故、被測定物の材料が
変わるごとに、被測定物から試験片を２以上作成し、そ
れら試験片を使用して測定値の較正操作をする必要ない
ので、自動超音波肉厚測定が可能となる。

また、本発明による超音波肉厚側°定装置は、上記した
本発明による超音波肉厚測定方法をより簡便な装置で実
施することを可能にする。従って、本発明による超音波
肉厚測定装置は被測定物のオンライン自動検査及び測定
設備に組み込むこともできる。

実施例 以下添付図面を参照して本発明による管の超音波肉厚測
定方法を実施する本発明による超音波肉厚測定装置の実
施例を説明する。

第１図は、本発明による管の超音波肉厚測定装置の概略
構成を示すブロック図である。図示のように、本発明に
よる超音波肉厚測定装置は、一対の超音波肉厚測定装置
４０Ａ及び４０Ｂを有している。

それら超音波肉厚測定装置４０Ａ及び４０Ｂは、互いに
同一の回路構成を有しているので、その一方の超音波肉
厚測定装置４０Ａについて説明する。

超音波肉厚測定装置４０Ａは、図示のように、探触子４
２Ａと、その探触子４２Ａを駆動するパルス発生器４４
Ａと、探触子４２Ａの出力を増幅する前置増幅器４６Ａ
とを有しており、その前置増幅器４６Ａには、超音波肉
厚測定器４８Ａと超音波水距離測定器５０Ａとが接続さ
れている。更に、超音波肉厚測定装置には、水音速測定
器５２Ａが付属している。また、超音波肉厚測定装置４
０Ａ及び４０Ｂの両方に共通して演算制御装置５４が配
置されている。

第２図は、各超音波肉厚測定４０Ａ及び４０Ｂの探触子
４２Ａ及び４２Ｂの支持機構の概略図である。図示の支
持機構は、支柱５６を有しており、その支柱５６には、
モータ５８により駆動されて支柱５６に沿って上下する
スライダ６０が装着され、そのスライダ６０には可動支
柱６２が固定されている。そして、その可動支柱の下端
から水平に延びる下アーム６２Ａの先端に一方の探触子
４２Ｂが固定されている。その探触子４２Ｂは、被測定
物の管１０を支持する一対の案内ローラ６４の間に位置
している。可動支柱６２の上方には、モータ６６により
駆動されて可動支柱６２に沿って上下するスライダ６８
が装着され、そのスライダ６８には上アーム７０が固定
されている。そ　　　　　　　［して、その上アーム７
０の先端に他方の探触子４２Ａが固定されている。

そして、それぞれのスライダ５８及び６８には、第２図
において目盛の形で象徴して示した位置検出器７２及び
７４が設けられている。それら位置検出器７２及び７４
の出力は、制御装置７６に接続されている。

その制御装置７６は、被測定物の管の公称外径に基づい
て、モータ５８及び６６を駆動してスライダ６０及び６
８を移動させて、被測定物の管が一対の探触子４２Ａ及
び４２Ｂのほぼ中央に位置するようにしている。また、
位置検出器７４の出力に基づいて探触子４２Ａ及び４２
Ｂ間の距離Ｈを出力する。

アーム７０及び６２Ａには、第３図に示すようにカップ
リング水供給路７８が設けられており、そのアーム７０
及び６２Ａにノズルブロック８０が固定され、そのノズ
ル室８０Ａがカップリング水供給路７８に連通している
。そのようなノズルブロック８０に探触子４２Ａ及び４
２Ｂ蛾固定されて、その先端部がノズル室８０Ａ内に位
置されている。かかる構成により、ノズルから管に噴射
されるカップリング水が、探触子と管との間の超音波伝
達媒体として機能する。

そのようなカップリング水を供給するアームの中に、第
４図に示すように、水音速測定器５２Δの一部をなす階
段状のターゲット８２が配置され、そのターゲット８２
の段差部分に対向するように探触子８４が配置されてい
る。その探触子８４は、第１図に示すように、送信部８
６からの電圧パルスで励振されて超音波パルスをターゲ
ット８２に向けて発する。ターゲット８２の各段部８２
Ａ及び８２Ｂからの反射超音波パルスは、探触子８４で
検出され、増幅器８８を介して、測定ゲートパルス発生
器９０に人力され、その測定ゲートパルス発生器９０は
、ターゲット８２の段部８２Ａ及び８２Ｂからの反射パ
ルスの間の時間幅Ｔ。を持つ測定ゲートパルスＰｃを発
生する。その測定ゲートパルスＰ。は、時間／電圧変換
回路９２に入力されて、測定ゲートパルスの幅に電圧が
比例する電圧信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器９４に入力
される。そのＡ／Ｄ変換器９４は、その電圧信号をデジ
タル信号に変換して、音速演算器９６に出力される。そ
の音速演算器９６は、ターゲット８２の段部８２Ａと８
２Ｂとの間の既知の距離りと上記した時間幅Ｔ。とから
カップリング水中での音速ＣＷが計算される。

Ｃ，＝２Ｌ／ＴＯ そのカップリング水の音速ＣＷは、水距離測定器５０Ａ
に供給される。その水距離測定器５０Ａは、探触、子４
２Ａに接続された前置増幅器４６Ａに接続された増幅器
９８を有しており、その増幅器９８の出力は、測定ゲー
トパルス発生器１００に入力され、その測定ゲートパル
ス発生器１００は、送信パルスＴと被測定物の表面反射
パルスＳとの間の時間幅を持つ測定ゲートパルスＰ、を
発生する。その測定ゲートパルスＰｓは、時間／電圧変
換回路１０２に人力されて、測定ゲートパルスＰ５の幅
に電圧が比例する電圧信号に変換される。

しかし、この時間／電圧変換回路１０２は、演算部１０
４が付属している。その演算部１０４には、水距離測定
器５２Ａから入力にカップリング水の音速ＣＷが入力さ
れ、その音速のときの測定ゲートパルス幅対電圧変換率
を演算し、その測定ゲートパルス幅対電圧変換率を時間
／電圧変換回路５４が実現するように時間／電圧変換回
路内の増幅器の増幅率を較正する。この較正は、時間／
電圧変換回路５４が第８図に示すように構成される場合
は、例えば、可変帰還抵抗３８の抵抗値を調整すること
により実現される。

かくして、正しい水距離ＷＩが、水距離測定器５０Δか
ら出力される。その水距離は、演算制御装置５４に出力
される。その演算制御装置５４には、更に、上記した制
御装置７６からの探触子間距離Ｈを示す信号を受けると
共に、他方の超音波肉厚測定装置４０Ｂの水距離測定器
５０Ｂから、探触子４２Ｂと被測定物との間の水距離Ｗ
２を表す信号も受ける。

そして、（Ｈ−（Ｗ、＋Ｗｉ）：ｌの演算をして、それ
を表す信号を超音波肉厚測定器４８Ａに出力する。

その超音波肉厚測定器４８Ａは、前置増幅器４６Ａに接
続された増幅器１０８を有しており、その増幅器１０８
の出力は、測定ゲートパルス発生器１１０に入力され、
その測定ゲートパルス発生器１１０は、被測定物の表面
反射パルスＳと第１底面反射パル　　　　　　「スＢ１
の間の時間幅を持つ測定ゲートパルスＰアを発生する。

その測定ゲートパルスＰ７は、時間／電圧変換回路１１
２に入力されて、測定ゲートパルスＰ７の幅に電圧が比
例する電圧信号に変換される。

しかし、この時間／電圧変換回路１１２にも、演算部１
１４が付属している。その演算部１１４は、演算制御装
置５４から肉厚信号が供給され、Ｗ、測定の以後の段階
で、その入力肉厚信号と出力が一致するように測定ゲー
トパルス幅対電圧変換率を演算し、その測定ゲートパル
ス幅対電圧変換率を時間／電圧変換回路１１２が実現す
るように増幅率を較正し設定する。この較正も、時間／
電圧変換回路１１２が第８図に示すように構成される場
合は、例えば、可変帰還抵抗３８の抵抗値を調整するこ
とにより実現される。

そして、その時間／電圧変換回路１１２の出力は、Ａ／
Ｄ変換器１１６を介して表示器１１８に出力される。

かくして、超音波肉厚測定器４８Ａは、被測定物の材質
に適合して、正しい肉厚値を出力することができるよう
に較正される。

上記した超音波肉厚測定装置の動作を次に説明する。

まず、第２図に示す機構のスライダ６０及び６８を駆動
して、探触子４２Ａ及び４２Ｂを第５図（ａ）に示すよ
うに、被測定物の管１０の同一管壁部分を直径方向にお
いて挟むように設定する。具体的には、上方の探触子４
２Ａを管１０の外側で管１０の中心に向かって位置付け
、一方、下方の探触子４２Ｂを、管１０の中に挿入する
と共に、直径方向に管の中心から外へ向けて位置付ける
。そのとき、探触子４２Ａ及び４２Ｂの、案内ローラ６
４の中心軸からの高さＨｌ及びＨ２１は、次のようにす
る。案内ローラ６４中心を基準点とすると、 上方探触子４２Ａの高さＨ，は、 Ｈ＋＝Ｈｏ＋（ＯＤ／２）、＋Ｗ 但し、Ｈａは、管１０の中心の高さであり、ＯＤ＝管の
公称外径 Ｒ＝案案内ロー自白４外径 Ｐ＝＝内ローラ６４のピッチ Ｗ＝＝標設定水距離 また、下方探触子４２Ｂの高さＨ２＋は、Ｈｉ＋＝Ｈ＋
　　（２Ｗ＋　ＷＴ） 但し、Ｗ’ｒ＝管の公称肉厚 で表される。こうして設定された位置の真の位置は、位
置検出器７２及び７４により測定され、演算制御装置５
４に供給される。その値を今、Ｈ、ｌ及びＨ２１′とす
る。すなわち、 Ｈ＝Ｈ，’−８２，’ となる。

この状態で、被測定物の管１０の管端部が探触子４２Ａ
と４２Ｂが第５図（ａ）に示す位置関係をとるように案
内ローラ６４により、装入される。そして、まず、両超
音波肉厚測定装置４０Ａ及び４０Ｂの水音速測定装置が
動作して、探触子８４が超音波を発し、役付ターゲット
８２で反射した反射パルスを検出して、 Ｃ，＝２Ｌ／ＴＣ の計算をして、水音速をそれぞれ付属の水距離測定器の
演算部１０４に出力する。

ついで、その水距離測定器５０Ａ及び超音波肉厚測定器
４８Ａが動作する。まず、水距離測定器５０Ａは、上記
した態様により、水音速を受ける演算部１０４により時
間／電圧変換器１０２の変換率が自動較正されて、精確
な上方水距離Ｗ１と下方水距離Ｗ２を演算制御装置５４
に出力する。

かくして、その演算制御装置５４は、 Ｗｔ＝（Ｈ＋’　　Ｈ２１”）−（Ｗｌ＋Ｗ２）その真
の肉厚値Ｗｔは、超音波肉厚測定装置４０Ａ及び４０Ｂ
のそれぞれの超音波肉厚測定器の演算部１１４に供給さ
れ、出力が一致するように時間／電圧変換器１１２の変
換率が自動較正されて設定され、材料の音速に応じた較
正を完了する。

こうして、超音波肉厚測定器が被測定物の性質に合わせ
て自動較正される。

そのあとは、被測定物の管１０は案内ローラー６４　　
　　　　１により、測定開始位置まで後進案内されて、
次に下方探触子４２Ｂを第５図ら）に示すように、上方
探触子４２Ａとの間に被測定物の管ＩＯを挟むように、
位置を変更させられる。そして、両超音波肉厚測定装置
４０Δ及び４０Ｂの超音波肉厚測定器のみが使用されて
、管１０の肉厚測定が従来と同様に実施される。なお、
超音波水距離測定装置５０Ａ・５０Ｂを駆動すれば外径
測定が容易に行なえる事は明確である。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明による超音波肉
厚測定方法及び装置は、被測定物の材料や被測定物中で
の音速、更に、結合媒体での音速などのデータを予め人
力する必要なく超音波肉厚測定できるので、従来の超音
波肉厚測定装置において必要とし且つ多大の時間と労力
を要した測定前の較正及びその準備を極めて短時間に処
理できる。

また、本発明による超音波肉厚測定方法及び装置は、従
来のように試験片を用意する必要ないので、オンライン
検査及び測定を制御する中央処理装置により上記した被
測定物の外径、目標肉厚、などのデータを入力するよう
にすることにより、超音波肉厚測定をオンラインで自動
処理できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による超音波肉厚測定装置の構成を示
すブロック図である。 第２図は、第１図の超音波肉厚測定装置の機構部分を示
す概略図である。 第３図は、第２図の超音波肉厚測定装置の探触子とその
支持アームとの関係を示す断面図である。 第４図は、水距離測定器のターゲットと探触子との関係
を示す概略断面図である。 第５図（ａ）、（ハ）及び（Ｃ）は、本発明による超音
波肉厚測定方法を図解する図である。 第６図は、従来の超音波肉厚測定装置の構成を示すブロ
ック図である。 第７図（ａ）は、超音波肉厚測定装置における送信超音
波パルスと反射超音波パルスとの関係を示す波形図であ
り、第７図（５）は、反射超音波パルスに基づいて発生
される測定ゲートパルスを示す波形図である。 第８図は、超音波肉厚測定装置に使用される時間／電圧
変換回路の構成の１例を示す回路図である。 〔主、な参照番号〕 Ｔ・・送信パルス　　Ｓ・・表面反射パルスＢ、　　・
・第１底面反射パルス Ｂ２　　・・第２底面反射パルス Ｐ・・測定ゲートパルス　１０・・被測定物１２．４２
Ａ、４２Ｂ、８４・・探触子１４・・同期パルス信号発
生器　１６　　・・送信部１８．４６Ａ、　８８Ａ、　
９８．１０８・・増幅器２０．９０．１００．１１０・
・測定ゲートパルス発生器２２．９２．１０２．１１２
・・時間／電圧変換回路２４．９４．１０６．１１６・
・Ａ／Ｄ変換器２６・・デジタル表示器　５４　　・・
演算制御装置５６・・支柱　　　　　　６０．６８・・
スライダ６２・・可動支柱　　　７２．７４・・位置検
出器７８・・カップリング水供給路 ８０・・ノズルブロック　８２・・ターゲット３０Ａ ７８・・カブプリング水供給路 ８０・・ノズルブロック ８２・・ターゲット８４・・探触子 箒７阿 ビ 第８＠ ２８　　：　”ｒ−ト回１さ「 ■Ｒ：可斐１条！亀汎

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）それぞれ探触子を有する一対の超音波肉厚測定装
   置を使用すると共に、各探触子と管との間に音波伝達媒
   体を介在させて、管の肉厚を超音波測定する方法にして
   、まず、管と探触子との間に介在する媒体の音速を測定
   し、一対の探触子を管の壁を挟むように所定距離互いに
   離隔して配置して、上記音速値を利用しての超音波距離
   測定により各探触子から管壁表面までの距離を求めて、
   上記所定距離と差から管の肉厚を計算し、該肉厚値に基
   づいて超音波肉厚測定装置を較正し、次いで、一対の探
   触子を管の外側に配置して、上記一対の超音波肉厚測定
   装置により超音波肉厚測定を実施することを特徴とする
   管の超音波肉厚測定方法。
2. （２）１つの探触子を有する一対の超音波肉厚測定装置
   と、該一対の超音波肉厚測定装置の探触子を管の直径方
   向に互いに離隔して位置付けると共にその離隔距離を任
   意に調整できる支持機構と、前記一対の探触子の離隔距
   離を測定する装置と、前記一対の超音波肉厚測定装置を
   制御する演算制御装置とを具備しており、前記超音波肉
   厚測定装置の各々は、各探触子と管との間の音波伝達媒
   体中での音速を測定する音速測定器と、各探触子に接続
   されて前記音速測定器からの音速に基づいて探触子と被
   測定物との間の距離を測定して前記演算制御装置に出力
   する超音波距離測定器と、各探触子に接続されて前記演
   算制御装置により設定される特性で超音波肉厚測定を実
   施する超音波肉厚測定器とを具備していることを特徴と
   する管の超音波肉厚測定装置。