(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管内に光を照射した状態で、円錐ミラーによって管内面の像を管軸方向に反射させ、管軸方向に反射された像を撮像手段により撮影し、管内面の干渉色のＲ成分（赤色強度）、Ｇ成分（緑色強度）およびＢ成分（青色強度）を測定し、（Ｒ／Ｂ）×（Ｇ／Ｂ）の計算値（ただし、Ｒ、ＧおよびＢは、それぞれ干渉色のＲ成分（赤色強度）、Ｇ成分（緑色強度）およびＢ成分（青色強度）である。）に基づいて管内面の皮膜厚さを求めるに際し、照射光の管内面での多重反射による干渉色への影響を抑制することを特徴とする管内面皮膜厚さ計測方法。
【請求項２】
円錐ミラーと撮像手段との間に管内面を覆うように遮蔽体を設けることにより、多重反射による干渉色への影響を抑制することを特徴とする請求項１に記載の管内面皮膜厚さ計測方法。
【請求項３】
照射する光の指向角を制御することにより、多重反射による干渉色への影響を抑制することを特徴とする請求項１に記載の管内面皮膜厚さ計測方法。
【請求項４】
Ｎｉ基合金管内面に形成された皮膜厚さを計測することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の管内面皮膜厚さ計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管内面皮膜厚さ計測方法および計測装置に係り、特に、高温水環境で長期間にわたり使用してもＮｉ溶出が少ない酸化皮膜を有するＮｉ基合金管内面の皮膜厚さの計測方法および計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉の部材として使用される材料として、高温水環境下で耐食性に優れたＮｉ基合金が使用される。例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の蒸気発生器の伝熱管にはＡｌｌｏｙ６９０（６０％Ｎｉ‐３０％Ｃｒ‐１０％Ｆｅ）が使用されている。蒸気発生器用伝熱管は、外径１０−３０ｍｍ、長さ２０−３０ｍ程度の小径長尺管である。
【０００３】
これらのＮｉ基合金管は短いもので数年、長い場合には数十年もの間、原子炉の炉水環境である３００℃前後の高温水環境で用いられる。Ｎｉ基合金は、耐食性に優れており腐食速度は遅いが、長期間の使用によりわずかではあるがＮｉが炉水へ溶出してＮｉイオンとなる。
【０００４】
溶出したＮｉイオンは、炉水が循環する過程で、炉心部に運ばれ燃料の近傍で中性子の照射を受ける。Ｎｉが中性子照射を受けると核反応により５８Ｃｏに変換する。５８Ｃｏは半減期が約７０日の放射性同位元素であり放射線を放出する。したがって、溶出Ｎｉ量が多くなると、放出される放射線量が適正値に低下するまで定期検査に着手できないため、定期検査の期間が延び、経済的な損失を被る。
【０００５】
そのため、これまでにも材料側の耐食性の改善、または原子炉水の水質を制御することによりＮｉ基合金から炉水へのＮｉ溶出を防止する対策が採られてきた。また、Ｎｉ基合金に皮膜処理を行ってＮｉ溶出を防止する技術も提案されている（特許文献１および２参照）。
【０００６】
合金管の品質を保証するためには、管内面に形成された皮膜の厚さを正確に計測する必要がある。例えば、特許文献３および４に合金鋼の着色方法が示されているように、金属表面の色調は、酸化皮膜の厚さに応じて変化することが知られている。
【０００７】
特許文献５には、鋼帯の表面に光を照射しその反射光をカラーセンサーで受光して色の明度、色相を求めることで、膜厚を推定する鋼帯の酸化膜厚測定方法及びその装置が提案されている。
【０００８】
特許文献６には、撮像装置で採取した酸化皮膜表面の画像データから色差およびＲＧＢ３原色を求め、皮膜表面色の適合度を求める鉄酸化皮膜検査装置および鉄酸化皮膜検査方法が提案されている。
【０００９】
特許文献７には、撮像した画像のＲＧＢ表色系の要素Ｒ、Ｇ、Ｂの色成分情報から酸化物皮膜の厚さを求める金属の表面品質評価方法および金属の表面品質評価装置が提案されている。特許文献７によれば、酸化皮膜に光が入射して反射すると、干渉色が生じ、皮膜が厚くなるにつれて、原色（銀色）、黄色、褐色、紫色、青色の順で変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１２１６３０号公報
【特許文献２】ＷＯ  ２００７／１１９７０６号公報
【特許文献３】特開平１−３０１８９１号公報
【特許文献４】特開平２−１１７９８号公報
【特許文献５】特開平４−４３９０５号公報
【特許文献６】特開２００３−１９４７８０号公報
【特許文献７】特開２０１１−１９１２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１および２に記載された発明はいずれも、クロム酸化物を主体とする酸化皮膜を形成させる方法に関するものである。Ｎｉ基合金管から切り出した試験材を用いて二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）またはエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）で皮膜厚さ測定することで、鋼管品質を保証しているが、鋼管全長にわたる皮膜厚さを測定する方法については一切記載されていない。
【００１２】
特許文献３および４には、酸化皮膜の厚さに応じて金属表面の色調が変化することが記載されているが、皮膜厚さの計測方法に関する発明ではない。
【００１３】
特許文献５および６に記載された発明は、カメラを鋼板の表面または鋼管の内表面に対して垂直に配置して表面の色調を撮像するものである。小径管の場合、照明およびカメラを、管表面に対して垂直に配置するのは、空間的な制約から極めて困難であり、仮に小型の照明およびカメラを用いたとしても一度に限られた領域のみの撮像しかできず、管全体を網羅するには膨大な時間を要する。そのため、特許文献５および６に係る方法は、蒸気発生器用伝熱管等の皮膜厚さの計測には適さない。
【００１４】
本発明は、小径長尺管の内表面に形成された皮膜厚さを計測し、品質を保証するための管内面皮膜厚さ計測方法および計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、管内面の皮膜厚さを計測する方法につき検討し、鋭意研究を行った結果、以下の知見を得るに至った。
【００１６】
前述の鋼板等と同様に、理論上は管内面であっても光が入射すると、管表面と皮膜表面とで反射した光が干渉し、皮膜厚さに応じた干渉色が観察できる。干渉色を定量的に評価するためには、色調をＲＧＢの各成分で測定するのが良い。しかし、小径管内に照射された光が多重反射すると、干渉色がその影響を受け、厚さとＲＧＢ測定値との間の相関関係が不明瞭になる。このため、多重反射を抑制し、干渉色への影響を防止する必要がある。
【００１７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記の（１）〜（５）に示す管内面皮膜厚さ計測方法および下記の（６）〜（８）に示す管内面皮膜厚さ計測装置を要旨とする。
【００１８】
（１）管内に光を照射した状態で、円錐ミラーによって管内面の像を管軸方向に反射させ、管軸方向に反射された像を撮像手段により撮影し、管内面の干渉色のＲ成分（赤色強度）、Ｇ成分（緑色強度）およびＢ成分（青色強度）を測定し、（Ｒ／Ｂ）×（Ｇ／Ｂ）の計算値（ただし、Ｒ、ＧおよびＢは、それぞれ干渉色のＲ成分（赤色強度）、Ｇ成分（緑色強度）およびＢ成分（青色強度）である。）に基づいて管内面の皮膜厚さを求めるに際し、照射光の管内面での多重反射による干渉色への影響を抑制することを特徴とする管内面皮膜厚さ計測方法。
【００１９】
（２）円錐ミラーと撮像手段との間に管内面を覆うように遮蔽体を設けることにより、多重反射による干渉色への影響を抑制することを特徴とする上記（１）に記載の管内面皮膜厚さ計測方法。
【００２０】
（３）照射する光の指向角を制御することにより、多重反射による干渉色への影響を抑制することを特徴とする上記（１）に記載の管内面皮膜厚さ計測方法。
【００２２】
（４）Ｎｉ基合金管内面に形成された皮膜厚さを計測することを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の管内面皮膜厚さ計測方法。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る管内面皮膜厚さ計測方法および計測装置によれば、Ｎｉ基合金管の内表面に形成された皮膜の厚さを全長にわたって、簡易に計測することが可能であるため、特に高温水環境下で長期間使用されてもＮｉ溶出の少ない蒸気発生器用伝熱管の品質保証に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る計測装置の概略図を示した図である。
【図２】平面の反射ミラーおよび遮蔽体を用いた本発明に係る計測装置の一例を示した断面図である。
【図３】円錐形の反射ミラーおよび遮蔽体を用いた本発明に係る計測装置の一例を示した断面図である。
【図４】１つの照明の指向角を制御する機構を設けた本発明に係る計測装置の一例を示した断面図である。
【図５】２つ以上の照明を用いた場合において、照明の指向角を制御する機構を設けた本発明に係る計測装置の一例を示した断面図である。
【図６】多重反射の干渉色への影響について模式的に説明する図である。
【図７】管内面を撮像した画像におけるＲＧＢ各成分の測定値を用いた種々のパラメーターと皮膜厚さの実測値との相関関係を示した図である。
【図８】比較例に係る皮膜厚さ計測装置の構成を示した図である。
【図９】本発明例に係る皮膜厚さ計測装置の構成を示した図である。
【図１０】（Ｒ／Ｂ）×（Ｇ／Ｂ）の値と皮膜厚さの実測値との関係を示した図である。                                                                        （ａ）遮蔽体なしの比較例の結果                                              （ｂ）遮蔽体ありの本発明例の結果
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、本発明に係る管内面皮膜厚さ計測装置を概略的に示した図である。本発明の計測装置には、照明手段１、反射ミラー２、撮像手段３、多重反射抑制手段４、演算手段５および図示しない走行手段が含まれる。
【００２９】
本発明に係る計測方法および計測装置は、小径管における皮膜厚さの計測に適しており、具体的には外径１５〜２５ｍｍ（内半径６〜１２ｍｍ）の管内面に形成された皮膜厚さの計測に好適である。
【００３０】
図２は、平面の反射ミラーを用いた本発明に係る計測装置の一例を示した断面図である。平面の反射ミラーを用いると、管内面の主に反射ミラーに向いた部分のみの計測となる。一方、図３〜５は、円錐形の反射ミラー（以下、「円錐形の反射ミラー」を単に「円錐ミラー」という。）を用いた本発明に係る計測装置の例を示した断面図である。円錐ミラーを用いると、管内の円周方向のあらゆる箇所における計測が可能となるため好ましい。反射ミラーの鏡面が管軸に対してなす角度については、特に制限はないが、撮像画像の全域に焦点を結ばせて明瞭な画像を得るためには、内表面をほぼ垂直に撮像するのが好ましい。したがって、反射ミラーの鏡面が管軸に対してなす角度は、３０〜６０°とするのが好ましく、４０〜５０°とするのがより好ましい。
【００３１】
撮像手段としては、管内表面の色調をＲＧＢの各成分で測定できる画像を採取可能なものであれば特に制限はなく、通常の小型カメラ等を用いれば良い。撮像手段は、管の軸方向に撮像できるようにし、管軸上に設置するのが好ましい。
【００３２】
反射ミラーから撮像手段までの距離については特に制限はないが、１０〜４０ｍｍとするのが好ましい。反射ミラーから撮像手段までの距離が１０ｍｍ未満となると近すぎて明瞭な撮像が困難になり、一方、４０ｍｍを超えると照度不足となるためである。
【００３３】
照明手段は、可視光線を照射できるものであれば特に制限はないが、例えば、白色ＬＥＤ照明を用いることができる。照明手段は、直接光が撮像手段に照射されないように配置するのが好ましい。また、撮像手段と照明手段とが相互に妨害し合わないよう、図２〜５に示すように、軸方向に近接させ、半径方向にずらして配置するのが好ましい。
【００３４】
照明手段は、１つでも良いが、管内を均一に照射するために、２つ以上としても良い。円錐ミラーを用いる場合、例えば、周方向に９０°間隔で４カ所に配置することができる。
【００３５】
小径管の内表面の干渉色を測定するに際して、照射された光が管内で多重反射すると、その影響によって干渉色が変化し、皮膜厚さとＲＧＢ測定値との間の相関関係が不明瞭になってしまう。そのため、多重反射抑制手段が必要となる。なお、本発明において、「多重反射」とは、管内面を照射光が複数回反射したことをいう。
【００３６】
図６は、多重反射の影響について模式的に説明する図である。図６（ａ）は、照明手段１から照射された光が、反射ミラー２および管内面のＡ点で正反射（鏡面反射）し、撮像手段３に届く経路を模式的に示した図である。反射ミラーの表面では、光はほぼ正反射するが、管の表面はミラーに比べて粗いため、拡散反射（乱反射）する割合が相対的に大きくなる。したがって、図６（ｂ）に光の経路を示すように、撮像手段３には、管内面のＢ点において拡散反射した光も届くと考えられる。一方、図６（ｃ）に示すように、管内面のＣ点において反射した光が反射ミラーを介して再び管内面のＢ点に反射し撮像手段３に届く経路も考えられる。このように、管内面において、照射光がＢ点およびＣ点で２回反射しているので、「多重反射」が生じている。上記の場合、撮像手段３から観察されるＢ点での干渉色は、図６（ｂ）および図６（ｃ）の２つの経路を通ってきた光の足し合わせたものの影響を受けていることになる。
【００３７】
管内における多重反射は、さらに複雑に生じており、これらの影響を抑制する手段が必要となる。多重反射を抑制するための手段として、例えば以下の２通りが考えられる。
【００３８】
（ｉ）遮蔽体の設置
図２および３に示すように、反射ミラーと撮像手段との間に、管内を覆うように遮蔽体を設置することで、管内での多重反射を抑制する構成とすることができる。
【００３９】
遮蔽体によって管内面を覆う領域については特に制限はなく、照明手段の位置、指向角等に応じて適切な範囲に設定すれば良い。また、遮蔽体に用いる素材については、光が透過および正反射しにくく、管内面または遮蔽体表面での多重反射を抑制することができるものであれば特に制限はなく、例えば、照明光を反射しにくく吸収する黒色の紙を用いることができる。
【００４０】
（ｉｉ）照明手段の指向角の制御
照明手段の指向角を制御する機構を設けることによって、管内での多重反射を抑制する構成の実現が可能である。具体的には、照明手段の指向角θを以下の条件を満たすように設定するのが良い。
【００４１】
図４に示すように、照明手段の指向角θは、管軸に対して、照明手段から管内面に最も近い側の角度θＳおよび最も遠い側の角度θＬの２つを足し合わせたものである。
【００４２】
そして、θＳおよびθＬのそれぞれは、下記の（ａ）〜（ｃ）式を満たすように制御するのが良い。
θ＝θＳ＋θＬ・・・（ａ）
θＳ≦ｔａｎ−１（ＤＬ／ＬＬ）・・・（ｂ）
θＬ≦ｔａｎ−１{（２Ｒ−ＤＬ）／ＬＬ}・・・（ｃ）
ただし、式中の記号は以下を表す。
θＳは、指向角の管軸に対する管内面に最も近い側の角度。
θＬは、指向角の管軸に対する管内面に最も遠い側の角度。
Ｒは、管の内半径。
ＤＬは、照明手段から管内面までの最短距離。
ＬＬは、照明手段から反射ミラーの撮像手段側端部までの軸方向の距離。
【００４３】
また、図５に示すように、円錐ミラーを用い、２つ以上の照明を設置する場合、円錐ミラーの頂点を超えないように制御するのが好ましく、具体的にはθＬが下記の（ｄ）式を満たすのが好ましい。
θＬ≦ｔａｎ−１{（Ｒ−ＤＬ）／ＬＬ}・・・（ｄ）
【００４４】
なお、多重反射抑制手段４としての照明手段の指向角を制御する機構としては、光学レンズ等が考えられ、照明手段１の前方に設置しても良いし、照明手段１と一体として設置しても良い。
【００４５】
管内面を撮像した画像は、演算手段５によってＲ成分（赤色強度）、Ｇ成分（緑色強度）およびＢ成分（青色強度）の各成分として抽出され、これらの値に基づいて管内面の皮膜厚さを求める。演算手段としては、各波長に応じた色調フィルター機能を有するＰＣ等を用いれば良い。
【００４６】
図７は、管内面を撮像した画像におけるＲＧＢ各成分の測定値をそれぞれＲ、ＧおよびＢとした時の種々のパラメーターと皮膜厚さの実測値との相関関係を示した図である。図７から、皮膜厚さと（Ｒ／Ｂ）×（Ｇ／Ｂ）の間に最も良好な相関関係が認められる。したがって、皮膜厚さを計測するに際し、（Ｒ／Ｂ）×（Ｇ／Ｂ）をパラメーターとして用いるのが好ましい。
【００４７】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００４８】
酸化皮膜を形成した長さ２ｍ、外径１９ｍｍ（内半径８．５ｍｍ）のＮｉ基合金を５本用意し、図８および９に示す構成の皮膜厚さ計測装置を用いて、長手方向に５００ｍｍピッチで撮像を行い、ＲＧＢ値を測定した。また、ＲＧＢ値の各測定点における皮膜厚さの実測値をグロー放電発光分光法（ＧＤＳ）により求めた。
【００４９】
図８および９に示すように、撮像手段としてのカメラは、レンズの直径が６ｍｍであり、管軸上に配置した。また、照明手段として、白色ＬＥＤ照明を用い、周方向に９０°間隔で４カ所配置した。各照明は、管軸方向に水平に光を照射し、指向角は３０°である。また、各照明の管内表面からの距離は３ｍｍである。
【００５０】
反射ミラーとして円錐ミラーを用いており、円錐ミラーの円錐軸が管軸と一致するように配置している。また、円錐ミラーは、円錐軸を通るように切断した時の断面図が直角二等辺三角形となるような形状のものを用いた。カメラおよび照明から円錐ミラーの頂点までの軸方向の距離はいずれも３０ｍｍである。
【００５１】
図８においては、多重反射を抑制する手段が存在せず、本発明の条件を満足しない構成である。一方、図９においては、円錐ミラーの頂点から照明までの間の管内面全てを遮蔽体で覆うことで、管内での多重反射を抑制する構成とした。
【００５２】
図１０に、比較例である図８に示す構成および本発明例である図９に示す構成のそれぞれにおける（Ｒ／Ｂ）×（Ｇ／Ｂ）の値と皮膜厚さの実測値との関係を示す。
【００５３】
図１０（ａ）に示すように、遮蔽体なしの場合、多重反射が生じるため、干渉色が変化し、（Ｒ／Ｂ）×（Ｇ／Ｂ）の値と皮膜厚さの実測値との間に明瞭な相関関係は認められなかった（相関係数：０．６６）。一方、図１０（ｂ）に示すように、遮蔽体を用いた場合、多重反射の影響を最小限に抑制することが可能となり、（Ｒ／Ｂ）×（Ｇ／Ｂ）の値と皮膜厚さの実測値との間に良好な正の相関関係が認められた（相関係数：０．９２）。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明に係る管内面皮膜厚さ計測方法および計測装置によれば、Ｎｉ基合金管の内表面に形成された皮膜の厚さを全長にわたって、簡易に計測することが可能であるため、特に高温水環境下で長期間使用されてもＮｉ溶出の少ない蒸気発生器用伝熱管の品質保証に好適である。
【符号の説明】
【００５５】
１．照明手段
２．反射ミラー
３．撮像手段
４．多重反射抑制手段
５．演算手段
【図１】
0005418623.tif 000002
【図２】
0005418623.tif 000003
【図３】
0005418623.tif 000004
【図４】
0005418623.tif 000005
【図５】
0005418623.tif 000006
【図６】
0005418623.tif 000007
【図７】
0005418623.tif 000008
【図８】
0005418623.tif 000009
【図９】
0005418623.tif 000010
【図１０】
0005418623.tif 000011