JPS63225162A - 配管欠陥検査装置 - 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〕 本発明は金属構造部材に発生した亀裂の形状を検出する
亀裂検出技術に係り、特に配管内面の表面亀裂の形状を
精度よく検出するのに好適な装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の亀裂検出方法としては超音波探傷法がある。超音
波探傷法にも種々あり、端部ピークエコー法、開口合成
法、ホログラフィ法などがある。

これらの方法はそれぞれ特徴を有しているが、亀裂の検
出で特に重要な亀裂先端からのエコーが得られないこと
があり、その場合亀裂の形状を判定できないという問題
があり、特に進行性の亀裂（例えば疲労亀裂）について
は亀裂の生長状態を把握できないという欠点を有してい
た。

また、本発明に関連したポテンシャル法による亀裂形状
検出については、アドパンシズ　インクラック　グロー
ス　メジャメント（１９８１年）第１５９頁から第１７
４頁（Ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　ＣｒａｃｋＧｒｏｗｔ
ｈ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ、（１９８１）ｐｐ、１５
９−１７４）において論じられている。この文献によれ
ば平板状試験片の中央に入れた表面亀裂に沿って電位差
分布を測定し、電位差分布と表面亀裂形状との対応を調
べているが、測定装置は測定端子で平板状試験片の表面
を走査できるだけであるし、電位差分布からの亀裂形状
検出も定性的なものに留まっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、超音波法の場合亀裂先端近傍からの反
射エコーが得られないという物理的な問題があり、ポテ
ンシャル法の場合亀裂周辺に生じる特異な電場の乱れを
正確に把握していなかったために、亀裂形状を精度良く
検出できないという問題があった。本発明の目的は配管
内面に生じた表面亀裂の形状をポテンシャル法により検
出するために給電端子および測定端子を配管内面に沿っ
て走査、特に垂直な配管や曲げ管も走行可能として電位
差分布を測定し、測定された電位差分布を独自の方法に
より解析することにより亀裂形状を判定できる装置を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

構造部材に発生した表面亀裂を直流ポテンシャル法で検
出することを検討した結果、亀裂周辺で測定された電位
差分布と亀裂部材のＦＥＭによる電場解析との対応によ
り、あるいは予め解析された標準的な亀裂部材のＦＥＭ
による電場解析結果を基にした簡易的表面亀裂形状判定
法により表面亀裂形状をかなり精度良く判定できるよう
になった。従って、配管内面の表面亀裂周辺の電位差分
布を溜室できる装置を創作することにより上記目的は達
成することが可能となる。しかしながら。

実機配管においては垂直管や曲げ管があり、これらを通
過可能な走査装置の考案が必要であり、また、亀裂は配
管の軸方向だけでなく、周方向にも発生し、場合によっ
ては両方向に対して傾いて発生することもあり、両方向
の電位差分布を同時に測定できる測定ヘッドの創作が必
要である。そこで、自刃で配管内面に固定でき、軸方向
にも移動可能な機構を創作すると共に、給電端子と測定
端子の配置を工夫して軸方向、周方向の電位差分布を同
時に測定可能な測定ヘッドを創作することにより、上記
目的を達成することが可能となった。

〔作用〕

上記のように構成された本発明の要旨は、配管の内壁面
を１点で一方向に走査するのではなく、少なくとも周方
向と軸方向（被検査物である配管の周方向と軸心方向の
意）に走査して、２次元的な欠陥像を得ることにある。

これにより、配管表面の亀裂を高精度で判定できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を説明する。第１図は、本発明
の一実施例である配管欠陥検査装置の左側面図、第２図
は同じく配管欠陥検査装置の後正面図、第３図は上記と
異なる実施例の外観図である。

（第１図参照）配管欠陥検査装置の本体は前部駆動部３
０と後部駆動部４０に分かれており、軸方向駆動用空気
シリンダ２０と大型ベローズの自在継手３３により接続
されている。前部駆動部３０と後部駆動部４０は、それ
ぞれ、前部、後部の２個のブロック３１．３１’　、と
４１．４１’に分割されている。前部駆動部の２個のブ
ロック３１゜３１′は薄肉円筒部材３２で接続され、後
部駆動部の２個のブロック４１．４１’　は後述の測定
ヘッド走査部の案内面を兼ねた中心軸４２で接続されて
いる。それぞれのブロックには第２図に示すように、４
個の複動型の空気シリンダ１８．２２が半径方向に向か
って９０゛毎に取り付けである。

（第２図においては空気シリンダ２２が４個現われてい
る）。空気シリンダ１８．２２の軸端には摩擦係数の大
きい硬質ゴム３４をはめ込んだ脚３３が取り付けである
。

後部駆動部４０には測定ヘッド６ｏを走査するために測
定ヘッド走査部４３が設けてあり（第１図）、中空円筒
状の中心軸４２を案内面として軸方向に移動可能である
。ここで中心軸４２は半円弧状の溝が掘っである直線ガ
イドであり、測定ヘッド走査部４３には直線軸受４４．
４４’　が取り付けであるので、非常に小さい駆動力で
も軸方向に移動可能である。測定ヘッド走査部４３の一
端にはボールねじ軸受４５とボールねじ４６とが設けで
ある。ボールねじ４６は後部駆動部４０の後部ブロック
４１′に設けた軸受を通して、その一端にウオーム受歯
車４７が取り付けである。後部ブロック４１′に取り付
だ測定ヘッド軸方向駆動用ＤＣサーボモータ８の減速機
の軸先端にはウオーム元歯車４８が前述のウオーム受歯
車４７と噛み合うように取り付けである。

測定ヘッド走査部４３の周方向の回転は中心軸４２と直
線軸受４４．４４’　との噛み合い、および軸方向駆動
用のボールねじ４５．４６により抑えであるが１強度的
に弱いために、測定ヘッド走査部４３の一端に直線軸受
５ｏと、後部ブロック４１′に軸４９を設けることによ
りガタが生じないようにしである。

測定ヘッド走査部４３には歯車５２を有する周方向回転
部５１が軸受を介して設けてあり、測定ヘッド走査部４
３に取り付けた測定ヘッド周方向駆動用ＤＣサーボモー
タ１２により周方向に駆動可能となっている。周方向回
転部５１には測定ヘッド駆動用空気シリンダ１６が設け
てあり、その軸端には電気不導体材料製の測定ヘッド６
０が取り付けである。

なお、測定ヘッド６０の後部駆動部４０の内部における
軸方向位置を検出するためにエンコーダ１０が、また、
第１図には示していないが、測定ヘッドの暴走防止用の
リミットスイッチ１１（第３図）が測定ヘッド走査部４
３に２個、リミットスイッチ駆動用のＬ字形のレバーが
後部ブロック４１′に取り付けである。また、測定ヘッ
ド６０の周方向位置検出に関しても原点位置確認用とし
てのリミットスイッチ１５（図示せず、第４図において
後述する）と９回転角度検出用のエンコーダ１４（第４
図について後述）が設けである。

第２図において空気シリンダ２２の両横に設けであるも
のは配管欠陥検査装置の本体のセンタリングを行うため
のガイドである。部材７５の内部は円柱状の中空となっ
ており、その側壁を案内面としてシリンダ２２の軸方向
に移動可能な部材７６が装入しである。部材７６の先端
には先端が回転するボールプランジャー７７が取り付け
てあり。

後端には上記の部材７６を押し出すためのコイルばねが
装入されている。該コイルばねのばね定数を適当に設定
しておけば検査装置本体の中心をパイプＰの中心とほぼ
一致させることができる。この場合ボールプランジャー
７７の先端はパイプＰの内面に押し当てられ放しどなる
が、ボールは回転するので摩擦抵抗もなく滑らかに移動
できる。

第２図のようなセンタリングガイドはパイプ内面が比較
的滑らかな場合には摩擦抵抗が少ないため駆動力が少な
くて済むが、例えば形状の良くない溶接部の場合、ボー
ルの直径が小さいため溶接金属（ビード）を越えられな
いこともあり得る。

第３図はそのような凹凸が多少大きい場合でも越えられ
るようにボールプランジャーの代りにソリ状の脚７８を
用いた実施例である。該脚７８の両端がソリ状に跳ね上
がった形状となっているため、ソリの跳ね上がり高さよ
りも低い突起物であれば乗り越えて行くことができる。

このとき脚が回転してはならないので、部材７６の側面
に縦溝を掘り、部材７５の側面からピンを該溝に差し込
んで回動を係止しておけば良い。

本配管欠陥検査装置の軸方向位置は移動量から検出可能
であるが、パイプと脚との間にすベリが生じたり、移動
途中で装置がダウンしたりした場合に位置が分からなく
なる恐れがある。そこで、第２図に示すように後部駆動
部４０の後部ブロック４１′の後側の表面に空気シリン
ダ２４を取り付け、その軸端にＡＥ発振素子２６を設け
た。位置を検出したい場合には音響発振素子２６をパイ
プ内面に押し付けて音響（ＡＥ）を発振させ、ある一定
間隔で部材に取り付けた２個のＡＥ受振素子をパイプ外
面に押し付けて、発受振時間差および受振時間差から配
管欠陥検査装置の軸方向位置を検出するものである。

第４図に配管検査装置の制御・駆動・測定システムの系
統図を示す、１はデータやプログラムを記憶させるため
のハードディスク等の外部記憶装置を内蔵するコンピュ
ータである。コンピュータ１はインタフェース４やＧＰ
−ＩＢインタフェース５を介して各種駆動装置や電磁弁
、計測機器を制御したり、測定値を取り込んで処理し、
結果を出力する。第１図に示したように配管検査装置は
ＤＣサーボモータや空気シリンダによって駆動される。

配管検査装置全体は前部駆動用シリンダ１８、軸方向駆
動用シリンダ２０．後部駆動用シリンダ２２によって軸
方向に駆動されるが、これらの空気シリンダはそれぞれ
電磁弁１９，２１゜２３を通じて圧縮空気源２７に接続
され、電磁弁１９．２１．２３はインタフェース４を介
してコンピュータ１により制御される。同様に、測定ヘ
ッド駆動用シリンダ１６と配管検査装置の位置検出用Ａ
Ｅセンサー用クシリンダ電磁弁１７，２５を通じて圧縮
空気源２７に接続され、電磁弁１７゜２５はインタフェ
ース４を介してコンピュータ１により制御される。測定
ヘッド６０を駆動する測定ヘッド軸方向駆動用ＤＣサー
ボモータ８．測定ヘッド周方向駆動用ＤＣサーボモータ
１２はそれぞれＤＣモータ駆動装置９，１３から電源を
供給され、駆動するための信号はインタフェース４を介
してコンピュータ１から出力される。

複数の直流電源２からの直流電流はコンピュータ１によ
り制御される電流極性変換装置３により一定時間毎にそ
の極性を切り換えられてマルチプレクサ７に供給され、
更に電流供給先が振り分けられて、給電端子６５等に電
流が供給される。多数の測定端子６７（第５図について
後述）の間の電位差はマルチプレクサ−７により測定す
る測定端子を切り換えられて、微小電位差計６に接続さ
れて測定される。測定された電位差はＧＰ−ＩＢインタ
フェース５を介してコンピュータ１に転送される。コン
ピュータ１は後述の方法によりパイプの軸方向２周方向
の電位差分布から亀裂の寸法を判定する。ここで、電流
振り分は用のマルチプレクサ−および微小電位差計６は
インタフェース４或いはＧＰ−ＩＢインタフェース５を
介してコンピュータ１により制御されるものである。

第５図から第９図には第１図に示した測定ヘッド６０近
傍の構造および端子形状の一例を示す。

前述したように、測定ヘッド走査部４３の周方向回転部
５１に設けた測定ヘッド駆動用空気シリンダ１６の軸端
に電気不導体製の測定ヘッド６０が取り付けである。但
し、この状態では測定ヘッドが空気シリンダ１６の軸を
中心に自由に回転する。

そこで、第５図に示すように周方向回転部５１において
空気シリンダの周方向の両隣に円筒状の部材６１を２個
設け、その内側に直線ガイド６２を装入することにより
半径方向には自由に動けるが、エアシリンダ１６の軸心
回りには回転できない構造とした。

測定ヘッド６０の内部構造を第６図に示した６基本的に
は直流電流供給用の２個の給電端子６５゜６５′を両端
に配置し、その中央付近に電位差温室用の測定端子６７
．６７’　を−列に配置する。

円柱状の端子６５．６５’　、６７．６７’の中間には
段差を設けて座金状のバネ座を入れ、測定ヘッド６０と
バネ座との間にコイルばね７０を圧縮介装して、端子を
測定ヘッドから押し出すようにする。電位差測定に当た
って端子の押し付は力が弱いと測定端子６７．６７’　
と被測定材料との間に接触抵抗が生じ、被測定材料その
ものの電位差を精度良く測定できない。このため、充分
な押し付は力を確保するためにばね定数が大体１００ｇ
／Ｉ以上のコイルばねを使用することが望ましい。

第７図には端子の形状を示す。通常、端子の形状として
は円柱状とし、先端は円錐状で、後端はリード線を固定
するためにねじが切っである。ただし、前述したように
押し付は力を与えるコイルばねを支持するためのバネ座
を受ける段差を設けである。第７図の形状の端子を第６
図のように直線上に並べても良いが、測定端子間距離が
どうしても長くなる。そこで、第８図（正面図）、第９
図（側面図）に示したように、測定端子の円錐状先端を
曲げると共に１円柱状部分の一部を削って平坦面を設け
る。（第６図参照）測定ヘッド６０には円柱状部分をガ
イドする案内面６８と共に、前記平坦面をガイドする案
内面６９を設けることにより、測定端子６７が第６図で
上下方向には自由に移動するが、回転できないようにす
る。このような構造にすると測定端子の円柱状部分の間
隔が１０１程度であっても、測定端子の先端の間隔は２
腫程度にすることも可能である。このように測定端子間
距離を短くする理由は後述する表面亀裂形状の検出精度
を向上させるためである。

第１０図には測定ヘッド６０における端子配列の一例を
示す。測定ヘッドの両端に給電端子６５゜６５′を複数
組配置し、その中央に測定端子６７゜６７′を複数組配
置する。第１０図の例では給電端子対は５組、測定端子
対は４組となっているが、それぞれ信組でも良い。給電
端子６５．６５’　を複数組配置するのは電場を均一に
するためである。

従って、測定端子６７．６７’は電場の均一なところに
（詳しくは、被検物に欠陥が無いときに均一な電場を生
じる部分に対向せしめて）配置することが必要であり、
少なくとも給電端子対の内側に配置しなければならない
。第６図では４組の測定端子対６７．６７’は５組の対
向する給電端子対６５．６５’の中央に配置しである。

パイプ内面で発生する亀裂としては周方向亀裂が多い。

従って、第１０図に示した測定ヘッド６０の測定ヘッド
走査部４３への取り付は方としては第１図に示したよう
に給電端子６５．６５’と測定端子６７．６７’　とが
被検物である管の軸方向に並ぶような配置として取り付
ければ良い。

ところが稀に軸方向にも亀裂が発生する。周方向、軸方
向の両方向の亀裂を検出しようとすれば、例えば先に周
方向亀裂を検出した後、一旦検査装置をパイプの外に取
り出して測定ヘッドの向きを９０°変えて、改めて軸方
向亀裂を検出しなければならない。この方法では検査時
間が長くなる。

周方向、軸方向のき裂を同時に検出したい場合には第１
１図に示すような構造の測定ヘッドを用いると良い。周
方向亀裂検出用の給電端子６５，６５′と測定端子６７
．６７’　との配置は第１０図と同じであるが、軸方向
亀裂検出用に、上記の他に給電端子対７２．７２’　を
、前記周方向亀裂検出用の給電端子６５．６５’　と直
交するように測定ヘッド６０の周方向に対向せしめて設
ける。この場合の測定端子は周方向亀裂検出用の測定端
子を兼用するものとし、６７−２と３７−３、および６
７’−２と６７’−３の端子を用いて周方向電位差分布
を測定するものとする。

第１２図には第１１図とは前記と異なる実施例の測定ヘ
ッドを示す、測定ヘッド６０の四隅には第１１図と同じ
ように軸方向給電端子６５．６５’と周方向給電端子７
２．７２’　とを設ける。上記両給電端子対の内側には
軸方向電位差分布測定用測定端子６７．６７’　と周方
向電位差分布測定用の測定端子７４．７４’　とをそれ
ぞれ軸方向間隔と周方向間隔とが等しくなるように配置
する。電位差測定に当っては対称範囲全体の周方向電位
差分布を測定してから、もう一度全体の軸方向電位差分
布を測定する方法と、周方向電位差分布と軸方向電位差
分布を同時に測定する方法と２通りの方法がある。

軸方向給電端子６５，６５’　と周方向給電端子７２．
７２’　とを設けて、軸方向と周方向との２方向に電流
を流すのは以下の理由による。今、亀裂がパイプの軸方
向に入っている場合、軸方向に電流を流しても電場は軸
方向であるので電場は亀裂によって乱されることがない
ので、測定される電位差分布は亀裂がない場合と全く同
じとなり、亀裂はないと判定されてしまうことになる。

ところが、そのようなパイプの軸方向の亀裂に対して周
方向に電流を流すと１周方向電場は亀裂によって大きく
乱されるため不規則な電位差分布が生じ、その電位差分
布の乱れ方から亀裂の大きさを判定することができる。

同様に、パイプの周方向の亀裂に対して軸方向に電流を
流すと、軸方向電場は亀裂によって大きく乱されるため
不規則な電位差分布が生じ、その電位差分布の乱れ方か
ら亀裂の大きさを判定することができる。もし、亀裂が
パイプの軸方向、および周方向の両方向に対して傾いて
発生した場合にはそれぞれの方向から電流を流して測定
された電位差分布からその傾きを含めて亀裂の形状を判
定することが可能である。

第１３図には測定ヘラの別の実施例を示す。測定ヘッド
６０の四隅には第１１図と同じように軸方向給電端子６
５，６５’　と周方向給電端子７２゜７２′とを設ける
。上記両給電端子対の内側には測定端子６７をそれぞれ
軸方向間隔と周方向間隔とが等しくなるようにマトリク
ス状に配置する。

第１３図の例では軸方向と周方向とにそれぞれ４個ずつ
測定端子を配置したので、測定ヘッド６０を測定ヘッド
駆動用空気シリンダ１６によりパイプ内面に一度押し付
けたとき、軸方向電位差分布測定の場合軸方向に３箇所
２周方向に４箇所の合計１２箇所の電位差分布を測定で
き、ｎ定時間を大幅に短縮することができる。

次に、パイプの検査方法について述べる。第１４図にパ
イプの欠陥形状検出の全体のフローチャートを示す。検
査を開始すると、初めに測定範囲を設定する。軸方向の
座標を２１周方向の座標をθとすると、軸方向の測定開
始点をｚｚ＋ｍ定終了点ｚｌ、軸方向のそれをθ工、θ
２とし、測定ピッチをそれぞれΔ２．Δθと設定する。

配管検査装置はまず測定開始点（ｚｌ、θ１）へ移動し
てから電位差分布の測定を開始する。初めに、測定範囲
全体の電位差分布を粗いピッチで測定する。

測定された電位差分布から亀裂のない測定開始点付近の
電位差を基準電位差Ｖｏとして電位差比Ｖ／Ｖｏの分布
を求める。第１５図に軸方向に電流を流して軸方向の電
位差を測定してから得られた電位差比Ｖ　／　Ｖ　ｏの
分布の模式図を示す０本図では紙面の横がバイブの軸方
向、縦が周方向としである。亀裂の周辺ではｌｔ場が乱
されるため電位差比が大きくなる。電位差比Ｖ／Ｖσが
大きいところは周方向に長く伸びているので、亀裂は周
方向亀裂である。そこで、電位差比が最も大きいところ
を検出して、例えば電位差比Ｖ　／　Ｖ　ｏが１．０２
よりも大きいところに亀裂があると判定する０次に、亀
裂の周辺だけ軸方向１局方向ともに細かいピッチで電位
差分布を測定する１例えば第１Ｓ図Ｖｏが１．０２より
も大きいので、この領域を含むように測定する。但し、
基準電位差Ｖｏが必要で広い領域を測定する。第１６図
に亀裂周辺の電位差比分布の模式図を示す０周方向亀裂
の場合、測定された電位差分布の軸方向の分布において
最大の電位差となったところに亀裂が存在すると判定さ
れ、同時にそれらの最大の電位差の周方向の分布を亀裂
に沿っての電位差分布と判定する。その電位差分布を用
いて後述の簡易表面亀裂形状決定法により亀裂形状を判
定し、亀裂形状のコンピュータ１（第４図）のＣＲ７画
面（図示せず）に表示する。測定結果の８力は亀裂形状
のハードコピーや亀裂寸法（座標、電位差、１！位差比
、き裂深さなど）のプリンタ出力である。

以下、第１４図のフローチャートの詳細について記す、
初めに配管検査装置の移動方法を第１７図のフローチャ
ートで示す、第４図で示したように前部ＴｌｊＡ動部の
シリンダ、軸方向駆動用シリンダ。

後部駆動部のシリンダは全て電磁弁を介してコンピュー
タ１で制御されている。ここで、空気シリンダが伸びて
いる状態をＯＮ、縮んでいる状態をＯＦＦと表すことに
する。初期状態としては前部および後部シリンダはＯＮ
、軸方向駆動用シリンダはＯＦＦとする。軸方向の移動
範囲を設定すると、例えば前進の場合、前部シリンダを
ＯＦＦ、軸方向駆動用シリンダＯＮ、前部シリンダＯＮ
で前部駆動部３０を後部駆動部４０に対して軸方向駆動
用シリンダのストローク分だけ前進させることができる
２次に、後部シリンダをＯＦＦ、軸方向駆動用シリンダ
ＯＦＦ、後部シリンダＯＮとすれば後部駆動部４０は前
部駆動部３０に対して元の位置に戻る。結果として配管
検査装置全体が軸方向駆動用シリンダのストローク分だ
け前進したことになる。これを繰返して設定位置まで移
動する。後退したい場合には今の手順を逆にすれば良い
ので、第１７図の左側に示したようにすれば後退するこ
とができる。

第１０図のような周方向亀裂検出用の測定ヘッドを使っ
た場合の電位差分布測定のフローチャートを第１８図に
示す０ｇＡ定範囲設定後、測定開始点（θｔ、　Ｚｌ）
へ移動すると、測定ヘッド駆動用シリンダ１６をＯＮに
して給１！端子６５．測定端子６７をバイブ内面に押し
付ける。４チャンネル分の電位差をマルチプレクサ７（
第４図）により測定する端子を切り換えて、微小電位差
計６で測定する。測定された電位差はＧＰ−ＩＢゼイン
フェース５を介してコンピュータ１に記録されるが。

このとき測定値に測定位置の座標を振り当てて記録する
０次にシリンダ１６をＯＦＦにして測定ピッチΔθだけ
周方向に回転させて、再び測定する。

これを繰返して周方向の電位差分布を測定するが。

４ｍの測定端子対を使って測定するので１周方向ピッチ
Δθに測定・回数ｎに１を加えた数値を掛けた値が端子
対の周方向の開隔θを越えた場合には」挙にΔｅ＝θ×
４だけ回転させる０周方向の測定範囲θユまで測定し終
えると、測定ヘッド走査部４３を軸方向駆動用ＤＣサー
ボモータ８により軸方向にΔ２だけ移動させる６次に、
周方向は逆廻りに測定し、周方向の測定範囲θ１まで測
定し終えると、測定ヘッド走査部４３を軸方向にΔ２だ
け移動させて、再び元の方向で測定する。このようにθ
−２面に展開して、いわゆる矩形走査により全体の電位
差分布を測定する。無論、測定範囲が測定ヘッド走査部
の軸方向移動範囲を越えるような場合には配管検査装置
全体を軸方向に移動させて電位差分布を測定する。

上述の電位差測定においては被測定試料（パイプ）に多
少の温度差分布があると、測定端子と被測定試料の間に
熱起電力が生じ、それが測定された電位差の中に平均的
な電位差として含まれることになる。従って、被測定試
料そのものの電位差を測定するためには熱起電力を何ら
かの方法で取り除かねばならない、１つの方法は電流を
流して測定した電位差から電流を切って測定した電位差
を差し引くものである。いま１つの方法は直流電流の極
性を間欠的に切り換えて電位差の振幅を測定するもので
ある。後者の方が測定される電位差の絶対値が大きいの
で、それだけ測定精度が向上する。また、電流を切る方
法では電流を流した後に電流 が安定するまでに時間がかかるという欠点があるが、′
ａ流の極性を切り換える方法では瞬時に電流が安定する
という利点がある。この電流の極性を切り換えるための
装置が電流極性変換装置３（第４図）である。

亀裂に沿った電位差分布からの亀裂形状決定方法を以下
に示す。表面亀裂形状決定方法のフローチャートを第１
９図に示す。予め、汎用大型計算機により各種アスペク
ト比、例えば、ａ　／　ｃ　＝１．０，０．５，０．２
５，０．１の亀裂について電場を解析し、亀裂面に垂直
な方向の表面の電位差分布をコンピュータ１の内部記憶
装置、または外部記憶装置に記憶させておく。記憶させ
る電位差分布の一例としてアスペクト比ａ　／　ｃ　＝
　０　、５　の各亀裂深さに対する電位差分布を第２０
図に示す。

本図は板厚ｔ＝２０ｍｍの平板の中央にき裂がある場合
についてＦＥＭにより電場を解析して得られたものであ
る。板厚ｔで基準化した亀裂の深さａ／ｌは亀裂中央の
最深点で０．０．１２５，０．２５゜０．３７５，０．
５，０．６５２および０．７５である。亀裂がない（ａ
／１＝Ｏ）の場合には電位差は給電端子からの距離２に
比例する。一方、亀裂がある場合には亀裂の近傍で電位
差が大きくなっている。これらの電位差分布はｎ次近似
してコンピュータ１（第４図）に記憶させておく、亀裂
形状決定に当たっては最初に測定された亀裂周辺の電位
差分布から表面亀裂長さ２ｃ傘と最大電位差比Ｖ　／　
Ｖ　ｏ　＋＊ａｘを求める。−例として第２１図にステ
ンレス鋼１２Ｂ管の内面に疲労により導入した亀裂周辺
での電位差分布を示す、亀裂がないところでは電位差は
ほぼ一定であり、その平均を求めると、基準電位差とし
てＶｏ＝３７．２５μＶが得られる。亀裂のあるところ
では電位差は大きくなっており、この部分の電位差分布
をｎ次近似する。第２１図では４次近似した結果得られ
た曲線が示しである。この４次近似曲線と基準電位差Ｖ
ｏとの交点から表面における亀裂長さ２ｃを求めると、
２ｃ＝２２．５ｍｍが得られる。近似曲線からき裂の最
深点に対応する最大の電位差比Ｖ／Ｖ。

ｗａｘを決定する。第２１図の場合にはＶｍａｘ＝３８
．０　であるのでＶ／　Ｖｏ　ｒａａｘ　＝　３８　、
０　／　０／２４．７５＝１．５３５が得られた。次に
、第２０図に示した電位差分布から各種アスペクト比ａ
　／　ｃの亀裂に対する電位差比Ｖ／Ｖｏと亀裂深さａ
／ｌとの関係を作成するために電位差比■／Ｖｏとアス
ペクト比ａ　／　ｃの関係を作成する。この場合、ＦＥ
Ｍによる電場解析では板厚ｔ＝２０閣の平板について解
析しているので、測定端子間距離ｄに対応した測定位置
ｄ傘における電位差比Ｖ　／　Ｖ　ｏとアスペクト比ａ
　／　Ｑとの関係を作成しなければならない。従って、
被測定部材の板厚を傘で補正されたｄ拳＝ｄｘ２０／を
傘　の位置の各亀裂深さに対する電位差を求めて電位差
比Ｖ／Ｖ。

と７スペクト比ａ　／　ｃの関係を第２２図のように作
成する。電位差比Ｖ　／　Ｖ　ｏとアスペクト比ａ／Ｃ
との関係は各亀裂深さａ　／　を毎にｎ次近似してコン
ピュータ１（第４図）の記憶装置に記憶させる。

次に、電位差比Ｖ　／　Ｖ　ｏとアスペクト比ａ　／　
ｃとの関係を用いてアスペクト比ａ　／　ｃ　＝　０　
、５　　に対する電位差比Ｖ　／　Ｖ　ｏと亀裂深さａ
　／　ｔとの関係のマスターカーブを第２３図のように
作成する。

この場合にも電位差Ｖ／Ｖｏと亀裂深さａ／ｌとの関係
はｎ次近似、例えば、５次近似する。このマスターカー
ブに電位差分布を４次近似して得られた最大電位差比Ｖ
　／　Ｖ　ｏ　ｗ、ａｘを代入して亀裂深さａｘを求め
る０次いで、板厚補正した表面亀裂長さ２０車　（＝２
ｃＸ２０／ｌ）により亀裂のアスペクト比ａ傘／ｃ＄を
求め、マスターカーブのアスペクト比ａ　／　ｃと比較
する。両者が一致していなければ、改めて電位差比Ｖ　
／　Ｖ　ｏとアスペクト比ａ　／　Ｃとの関係を用いて
アスペクト比ａ　／　Ｃ＝　Ｂ　申／　Ｑ　串に対する
電位差比Ｖ　／　Ｖ　ｏと亀裂深さａ　／　ｔとの関係
のマスターカーブを作成し、最大電位差比Ｖ／Ｖｏｍａ
ｘを代入して亀裂深さＢｅを求める。この作業を両者が
一致するまで１例えば、ａ　／　ｃとａ拳／Ｃ傘との差
が０．０１　以下となるまで繰り返す。両者が一致した
ときのアスペクト比に対する電位差比Ｖ　／　Ｖ　ｏと
亀裂深さａ／しとの関係のマスターカーブに各測定位置
における電位差比を代入することにより亀裂全体の形状
を決定するものである。この場合電位差比は各測定位置
における電位差比を代入しても良いし、ｎ次近似した電
位差比分布を代入しても良い。

第２１図に示した疲労亀裂周辺の電位差分布について具
体的に計算した結果を次に示す、ステンレス鋼管の板厚
はｔ＊＝１５．８　ｗａであり、測定端子間距離はｄ＝
５閣であるので、ｃｔ傘＝ｃｉｘ２０／を串＝５ｘ２０
／１５．８＝６．３調の位置における各アスペクト比の
各亀裂深さに対する電位差を求める。但し、亀裂が測定
端子の中央に来るようにして電位差を測定しているので
、２＝ｄｌ／２＝３．１５ｍ＋ａの位置の電位差を求め
、第２２図のような電位差比Ｖ　／　Ｖ　ｏとアスペク
ト比ａ　／　ｃとの関係を作成する。これらの関係を用
いて第２３図に示すようにアスペクト比ａ　／　ｃ　＝
０．５　に対する電位差比Ｖ　／　Ｖ　ｏと亀裂深さａ
／ｌとの関係のマスターカーブを作成する。このカーブ
に最大電位差比Ｖ／Ｖｏ　ｍａｘ＝　１．５３５　　を
代入すると、ａ傘／　ｔ　＝０．２６６５となりａ＊＝
５．３１ｍが得られる０表面亀裂長さ２ｃ傘＝２２．５
ｍを板厚補正すると２ｃ＝２２．５Ｘ２０／１５゜８＝
２８．４８ｎ＊となり、亀裂のアスペクト比は、ａ傘／
Ｃ傘＝５．３１／１４．２８＝０．３７　　となる。そ
こで１次にａ　／　ｃ　＝　０　、３７　　に対するマ
スターカーブを作成して亀裂深さを求めると、　ａｅ＝
４．９７＋ｎ＋＋＋が得られ、ａ＊／ｃ傘＝０．３４８
となる。再び、ａ　／　ｃ　＝　０　、３４　　に対す
るマスターカーブを作成して亀裂深さを求めると、ａ傘
＝４．９２ｍｍが得られ、ａ傘／Ｃ拳＝０．３４４　　
となり、アスペクト比がほぼ一致した。これは手計算に
よる結果であるが、コンピュータ１により計算した場合
はａ　／　ｃ　＝　０　、３４８　　に対するマスター
カーブを作成してａ申＝　４　、９４　ｒｒｍ　、　ａ
　／　ｃ　＝０．３４５が得られ、アスペクト比はほと
んど一致した。このようにして求めた表面亀裂形状と破
断後の破面のビーチマークとの対応を第２４図に示す。

第２１図で分かるように電位差測定間隔が粗かったため
に、表面の亀裂先端近傍でやや亀裂が浅目になっている
が、そこを除けば非常に良く一致している。従って、も
しもつと細かいピッチで電位差分布を測定できれば、更
に精度良くなる。

ただし、上述の方法では亀裂が軸方向に対して垂直ある
いは平行にある場合に適用できるものであって、傾いて
いる亀裂に対してはそのまま適用できない、第２５図に
、亀裂が軸方向および周方向に対して傾いている場合の
亀裂位置の判定方法を示す。第２５図は軸方向の電位差
分布である。

図で灰色で塗っであるところは軸方向における電位差が
最大のところである。亀裂の位置としては各測定ブロッ
クの中央にあることになるから、黒点を結んだ実線のよ
うになると判定される。このような場合、第２゛５図に
示すように、亀裂位置を表す黒点の座標点を最小自乗法
により直線近似して軸方向に対する角度を求めると共に
、両端座標から亀裂長さ２ｃ＋１を求める。この時、亀
裂の方向と電場方向とのなす角度をｅとすると、電位差
比Ｖ／Ｖｏ’　　は亀裂が電場に対して直角にあるとき
の電位差比Ｖ　／　Ｖ　ｏよりも小さくなり、第一次近
似としてはＶ　／　Ｖｏ’　＝　Ｖ　／　Ｖｏ−ｃｏｓ
θとなる。

従って、上述の方法で亀裂形状を求める場合には測定さ
れた電位差比Ｖ　／　Ｖ　ｏ　’　をｅで補正してＶ／
Ｖｏ＝Ｖ／Ｖｏ’　／ｃｏｓ　ｅにより評価することが
必要である。ただし、θが４５″を越えると精度が悪く
なるので、θが４５＠よりも小さい方の電場についての
測定値を使って判定する方が良い。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の配管欠陥検査装置によれば、
水平なパイプだけでなく、垂直なパイプや曲りパイプを
移動できると共に、装置内に設けた直流ポテンシャル法
による測定ヘッドの軸方向給電端子と周方向給電端子、
および軸方向と周方向に共に等間隔でマトリクス状に、
あるいは十字形配置した測定端子により、パイプの軸方
向と周方向の両方向の電位差分布を測定することにより
亀裂の位置および形状の検出がでできるので、パイプの
健全性を精度良く検査することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る配管欠陥検査装置の一実施例を示
し、一部を切断して描いた側面図である。 第２図は上記実施例の後方正面図である。 第３図は上記と異なる実施例の部分的斜視図である。 第４ｗｉは、第１図に示した実施例のシステム系統図で
ある。 第５図乃至第１３図は測定ヘッドの構造を示す説明図、
第１４図は欠陥検査全体のフロ−チャート２第１５図と
第１６図は測定された電位差比分布の模式図、第１７図
は配管欠陥検査装置の軸方向駆動のフローチャート、第
１８図は電位差分布測定のフローチャート、第１９図は
亀裂形状の判定方法のフローチャート、第２０図はＦＥ
Ｍで得られた板材の表面における電位差分布の一例、を
示す図表、第２１図はステンレスパイプの亀裂周辺で測
定された電位差分布図表、第２２図は電位差比とアスペ
クト比との関係を示す図表、第２３図は電位差比と亀裂
深さとの関係を示す図表、第２４図は実際の亀裂形状と
判定された亀裂形状との比較を示す為の説明図、第２５
図は亀裂位置の判定方法を示す説明図である。 １・・・コンピュータ、２・・・直流電源、３・・・電
流極性変換装置、４，５インタフエース、６・・・微小
電位差計２．７・・・マルチプレクサ−１８・・・測定
ヘッド軸方向、駆動用ＤＣサーボモータ、１２・・・測
定ヘッド周方向駆動用ＤＣサーボモータ、１６・・・測
定ヘッド駆動用シリンダ、１８・・・前部駆動用シリン
ダ、２０・・・軸方向駆動用シリンダ、２２・・・後部
駆動用シリンダ、２６・・・位置検出用ＡＥセンサ、２
７・・・圧縮空気源、３０・・・前部駆動部、３３・・
・自在継手、４０・・・後部駆動部、４３・・・測定ヘ
ッド走査部、４６・・・軸方向駆動用ボールねじ、５１
・・・周方向回転部、６０・・・測定ヘッド、６５・・
・軸方向給電端子。 ６７．７４・・・測定端子、７２・・・周方向給電端子
、７８・・・センタリング用脚。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、配管内に挿入して用いられる、自走機能を有する配
   管欠陥の検査装置であつて、前部機構と後部機構とを自
   在継手及び伸縮機構で連結した構造を有し、かつ、前記
   の前部機構及び後部機構はそれぞれ配管の半径方向に伸
   縮制御される少なくとも３個の脚を有するものであつて
   、（ａ）配管の内面に対向せしめて使用される測定ヘッ
   ドと （ｂ）上記測定ヘッドが配管内面に対向している面に、
   該配管の周方向に対向、離間せしめて配置した給電端子
   対と、 （ｃ）上記給電端子対の中央部付近に、配管の周方向に
   対向、隣接せしめた測定端子対と、 （ｄ）前記の測定ヘッドを配管内面に向けて押圧する手
   段と、 （ｅ）前記測定ヘッドが配管内面に対向している面に、
   該配管の軸心方向に対向、離間せしめて配置した給電子
   対と、 （ｆ）上記軸心方向に対向している給電端子対の中央部
   付近に、配管の軸心方向に対向、隣接せしめた測定端子
   対と、 （ｇ）前記の測定ヘッドを配管の軸心方向に走査する手
   段と、 （ｈ）前記の測定ヘッドを配管の周方向に走査する手段
   と。 （ｉ）前記給電端子に直流電源を導通せしめる手段と、 （ｊ）前記測定端子を微小電位差計に導通せしめる手段
   と、 （に）上記微小電位差計の出力信号をコンピュータにイ
   ンプットする手段とを設けたことを特徴とする配管欠陥
   検査装置。 ２、前記の自走機能を有する配管欠陥の検査装置は、音
   響信号発信機（以下、ＡＥと略記す）と、上記ＡＥを配
   管内壁面に押圧する手段とを設けたものであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の配管欠陥検査装
   置。 ３、前記少なくとも３個の脚は、これを前部機構、後部
   機構それぞれ８個とし、上記８個の脚は４個を１組とし
   、該１組をなす４個の脚は放射状に、挟角９０°に配置
   したものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の配管欠陥検査装置。 ４、前記少なくとも３個の脚は、それぞれ弾性的な伸長
   力を有する補助脚を備えたものであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の配管欠陥検査装置。 ５、前記の周方向に対向せしめた給電端子対は、これを
   複数対とし、かつ、各対の給電端子を配管の軸方向に等
   間隔に配列したものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の配管欠陥検査装置。 ６、前記軸心方向に対向せしめた給電端子対は、これを
   複数対とし、かつ、各対の給電端子を配管の周方向に等
   間隔に配列したものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の配管欠陥検査装置。 ７、前記の周方向の対向せしめた測定端子対はこれを複
   数対とすると共に、前記の周方向に対向せしめた給電端
   子対は上記周方向に対向せしめた複数対の測定端子対の
   数よりも一対多くし、かつ、給電端子の対向線の中間に
   測定端子の対向線を位置せしめたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の配管欠陥検査装置。 ８、前記の軸心方向に対向せしめた測定端子対はこれを
   複数対とすると共に、前記の軸心方向に対向せしめた給
   電端子対は上記軸心方向に対向せしめた複数対の測定端
   子対の数よりも一対多くし、かつ、給電端子の対向線の
   中間に測定端子の対向線を位置せしめたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項又は第７項に記載の配管欠陥検
   査装置。 ９、前記複数対の給電端子対は、該給電端子対と同数の
   直流電源を備えたものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第７項又は同第８項に記載の配管欠陥検査装置。 １０、前記の測定端子対は、円柱状の本体部の先端に、
   上記円柱の断面と同寸の底面を有する斜円錐を一体に連
   設した形状をなし、かつ、上記円柱状本体部の少なくと
   も一部は、その中心線と平行な面でカットされた案内面
   を設けたものとし、上記案内面に摺触する案内部材によ
   り軸心方向の摺動自在に、軸心回りの回動を係止された
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の配管欠陥検査装置。