(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管板に設けた挿通孔内に管を挿通し該管を拡げて拡管する前に超音波プローブを該管内に挿入し、該超音波プローブから内壁に向けて超音波を発振し、底面エコー多重反射波信号を受信してフーリエ変換した後に、該フーリエ変換した周波数データから前記管の拡管前肉厚を測定する工程と、
前記管板に設けた挿通孔内に前記管を挿通し該管を拡げて拡管した後に前記超音波プローブを該管内に挿入し、該超音波プローブから内壁に向けて超音波を発振し、底面エコー多重反射波信号を受信してフーリエ変換した後に、該フーリエ変換した周波数データから前記管の拡管後肉厚を測定する工程と、
前記拡管前肉厚と前記拡管後肉厚とから拡管率を演算する工程と、
前記底面エコー多重反射波信号の減衰状況を表示装置に表示する工程と、を具備し、
前記表示装置に表示される拡管後の前記底面エコー多重反射波信号の減衰状況から前記管板と前記管との密着率を評価することを特徴とする拡管率演算方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管板に挿入される管を拡管する際に、管の拡管率を求める拡散率演算方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、拡管率を求める方法として、特開昭６０−８２９１０号公報に記載されているように超音波反射法を用いた拡管率計測方法がある。
この拡管率計測方法を、図１１に示す拡管率計測装置Ｂを参照して、以下、簡単に説明する。
まず、拡管前の管５０の肉厚を求めるに際しては、インナープローブ５１を管５０内に挿入する。このインナープローブ５１は、超音波振動子５２とこの超音波振動子５２に対置された反射鏡５３より構成されており、超音波振動子５２から発振された超音波Ｖは反射鏡５３で反射されて管５０の拡管対象位置Ｈに到達する。そして、そこからの反射波より超音波厚さ計５４を用いて管５０の肉厚を計測する。
【０００３】
次に、拡管後の管５０の肉厚を求めるに際しては、拡管前と同様にインナープローブ５１を管５０内に挿入し、拡管対象位置Ｈからの反射波より超音波厚さ計５４を用いて管５０の肉厚を計測する。
そして、これらの計測された管５０の拡管前肉厚及び拡管後肉厚をもとに、拡管率を求める式（拡管率＝（１−（拡管後肉厚／拡管前肉厚））×１００％）よりコンピュータ５５によってただちに拡管率を求めることができ、その値はディジタル表示装置５６に表示される。
上記した拡管率計測方法によって、拡管率算出の信頼性及び精度が向上すると共に、計測作業も容易になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した拡管率計測方法は、未だ、以下の解決すべき課題を有していた。
即ち、超音波厚さ計５４を用いた管５０の肉厚の計測は、通常、図１２に示すように、表面エコーと底面エコーとの間隔Ｄを計測することによって行われる。しかし、管５０の肉厚が厚い場合は表面エコーと底面エコーとが明確に分離されているので間隔Ｄの計測は容易であるが、管５０の肉厚が薄い（例えば、０．５ｍｍ）場合、図１３に示すように、底面エコー多重反射波信号の減衰速さが急激に速くなり、表面エコーが底面エコーと一体となって表面エコーの位置の判断ができず、従って、管５０の肉厚を正確に判断することは不可能ないし困難であった。なお、５７はプリンターである。
【０００５】
そこで、本発明者は、上記した底面エコー多重反射波信号を高速フーリエ変換器を用いてフーリエ変換したところ、管の肉厚の変化と、それに伴うフーリエ変換の結果値における第１ピークの周波数やピーク値の間隔の変化との間には一定の相関関係があり、この相関関係を利用すれば、薄肉の管であっても、拡管率を演算できることを知見した。
【０００６】
本発明は、このような知見に基づくものであり、例えば、０．５ｍｍ以下の薄肉の管であっても容易かつ正確に拡管率を求めることができる拡管率演算方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う請求項１記載の拡管率演算方法は、管板に設けた挿通孔内に管を挿通し該管を拡げて拡管する前に超音波プローブを該管内に挿入し、該超音波プローブから内壁に向けて超音波を発振し、底面エコー多重反射波信号を受信してフーリエ変換した後に、該フーリエ変換した周波数データから前記管の拡管前肉厚を測定する工程と、
前記管板に設けた挿通孔内に前記管を挿通し該管を拡げて拡管した後に前記超音波プローブを該管内に挿入し、該超音波プローブから内壁に向けて超音波を発振し、底面エコー多重反射波信号を受信してフーリエ変換した後に、該フーリエ変換した周波数データから前記管の拡管後肉厚を測定する工程と、
前記拡管前肉厚と前記拡管後肉厚とから拡管率を演算する工程と、
前記底面エコー多重反射波信号の減衰状況を表示装置に表示する工程と、を具備し、
前記表示装置に表示される拡管後の前記底面エコー多重反射波信号の減衰状況から前記管板と前記管との密着率を評価する。
【０００８】
ここで、フーリエ変換とは、任意の周期を有する周期関数を正弦波及び余弦波の和で表せる調和振動の重ね合わせとして表現するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
【００１０】
以下、図１〜図４を参照して、本発明の一実施の形態に係る拡管率演算方法に用いる拡管率演算装置Ａの構成について説明する。
図１及び図２に示すように、本実施の形態は、拡管率演算装置Ａによる拡管率演算の対象となる管１１が、復水器１０の冷却管である場合である。図示するように、このような管１１は、通常、ステンレス鋼やアルミニウム黄銅からなり、その両端は、それぞれ、管板１２、１３の挿通孔１４、１５内に固定支持されている。
【００１１】
図３及び図４に示すように、管１１の一端であって管板１３によって固定されている部分は、軸線方向に間隔を開けて内部からの押圧力によって形成された２つの外部膨出リング１６、１７を具備しており、この外部膨出リング１６、１７間の管１１の部分は薄肉になって薄肉管部１１ａを形成している。
そして、この薄肉管部１１ａと対峙する状態に超音波プローブの一例である探触子１９が配設されており、この探触子１９は、超音波のパルス波を管１１の薄肉管部１１ａに発振し、この薄肉管部１１ａの底面（薄肉管部１１ａの外壁）と内表面（薄肉管部１１ａの内壁）間で多重に反射した底面エコー多重反射波信号を受信するため設けられたものである。
【００１２】
探触子１９の内部には振動子が内蔵されると共に、探触子１９の一端（先部）は遅延材１８を介して薄肉管部１１ａに間接的に当接されている。
ここに、遅延材１８は、探触子１９を薄肉管部１１ａに直接当接させた場合に得られる底面エコー波が多重に重ね合わされた一定の周期をもたない複雑な波形を呈する底面エコー多重反射波信号における送信パルスと表面エコーとを分離するため用いるものであり、ポリアミド樹脂やアクリル樹脂からなる。
【００１３】
探触子１９の他端は導線２０を介して超音波パルサーレシーバー２１に接続されており、この超音波パルサーレシーバー２１は底面エコー多重反射波信号を受信して波形処理するため設けられたものである。即ち、超音波パルサーレシーバー２１に接続されている表示装置２１ａ上で図５（ａ）に示す波形を有する底面エコー多重反射波信号は、送信パルスを含まない領域Ｚで、後述する高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）２２によるフーリエ変換のために波形が拡大される（図５（ｂ））。
【００１４】
また、超音波パルサーレシーバー２１には高速フーリエ変換器２２が接続されている。
ここで、高速フーリエ変換器２２は、入力信号を分析して各周波数に対する信号の強度を表示するものであって、周知の論理演算素子によりフーリエ変換する方法や底面エコー多重反射波信号をデジタルデータに変換しコンピュータを用いてフーリエ変換アルゴリズムによりフーリエ変換する方法、或いは、その他のハード及びソフトを両用する方法等が用いられる。なお、高速フーリエ変換器２２によって変換された結果をモニターするため表示装置２２ａが高速フーリエ変換器２２に接続されており、図５（ｃ）に示すように、フーリエ変換後の解析結果波形が表示されることになる。
【００１５】
高速フーリエ変換器２２には制御ＣＰＵ２３が接続されており、この制御ＣＰＵ２３を用いて、フーリエ変換されたデータに基づいて、拡管率を求める式（拡管率＝（１−（拡管後肉厚／拡管前肉厚））×１００％）よりコンピュータによって拡管率を求めることができる。
また、制御ＣＰＵ２３には表示装置２４が接続されており、拡管率を数値によって表示することができる。表示装置２４としては、ＣＲＴや液晶ディスプレイ或いはプラズマディスプレイ等が用いられる。
【００１６】
次に、上記した構成を有する拡管率演算装置Ａを用いて本発明の一実施の形態に係る拡管率演算方法について説明する。
【００１７】
（拡管前肉厚を測定する工程）
図３に示すように、探触子１９から超音波のパルス波を拡管前の管１１であって薄肉管部１１ａに相当する非押圧管部に発振する。超音波の周波数は５〜５０ＭＨｚ程度の範囲のものが使用される。探触子１９から発振された超音波は非押圧管部内に伝播し、底面（又は外表面）まで達し、そこで反射される。反射された超音波は内表面で再度反射され、非押圧管部内を伝播していく。この工程は繰り返し行われ非押圧管部内を往復する底面エコー波が多数発生する。探触子１９は、この底面エコー波が多数重畳された底面エコー多重反射波を検知する。
【００１８】
探触子１９で受信された底面エコー多重反射波信号は超音波パルサーレシーバー２１を介して高速フーリエ変換器２２に送られる。高速フーリエ変換器２２においては、底面エコー多重反射波信号はフーリエ変換される。
即ち、底面エコー多重反射波信号はアナログデータからデジタルデータに変換された後に、フーリエ変換アルゴリズムに従ってデータ処理され周波数データに解析され、図５（ｃ）に示すように、表示装置２２ａに表示される波形を得ることができる。
一方、本発明者によって、図５（ｃ）に示すフーリエ変換による解析結果波形における第１ピークＰの周波数の変化及びピーク値の間隔の変化と管１１の肉厚の変化との間には一定の相関関係があることが判明した。
【００１９】
図６は肉厚の異なる管１１からの底面エコー多重反射波信号のフーリエ変換された周波数データを示す。肉厚は、０．２５ｍｍ、０．５１ｍｍ、０．７５ｍｍ、１．１０ｍｍの４水準を準備している。発振する超音波の周波数は１５ＭＨｚである。
図６において、従来における拡散率計測方法では測定が困難であった０．２５ｍｍの肉厚においても、明瞭な第１ピークＰを観測することができる。第１ピークＰの周波数は肉厚が厚くなるにつれて順次小さくなっている。また、ピーク値間の間隔も肉厚が厚くなるにつれて順次狭くなっている。
【００２０】
第１ピークＰの周波数と管１１の肉厚との関係を図７に示す。また、周波数のピーク値の間隔と管１１の肉厚との関係を図８に示す。
図７に示すように、横軸は０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲の管１１の非押圧管部の肉厚を表し、縦軸は第１ピークＰの周波数を表している。肉厚と第１ピークＰの周波数との関係は双曲線状を呈し、管１１の肉厚が薄くなると第１ピークＰの周波数は急激に上昇している。特に、肉厚が０．３ｍｍ以下になると第１ピークＰの周波数は１０〜３０ＭＨｚの間を大きく変化する。このように、管１１の肉厚が薄いと第１ピークＰの周波数の変化率が大きいので、肉厚の変化を精密に検出することができる。
また、図８に示すように、横軸は０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲の管１１の非押圧管部の肉厚を表し、縦軸は周波数のピーク値の間隔を表している。第１ピークＰの周波数の肉厚との関係と同様にピーク値の間隔と肉厚も双曲線状の関係を有する。
【００２１】
上記した図７と図８に示す較正曲線のデータは予め制御ＣＰＵ２３に記憶されているので、高速フーリエ変換器２２から制御ＣＰＵ２３に送られてきた解析結果波形データを図７と図８に示す較正曲線のデータのいずれかと比較することによって、ただちにかつ正確に管１１の非押圧管部の肉厚、即ち、拡管前肉厚を計測することができる。
【００２２】
（拡管後肉厚を測定する工程）
この場合も、図３に示すように、探触子１９から超音波のパルス波を拡管後の管１１であって押圧加工後の薄肉管部１１ａに発振する。探触子１９で受信された底面エコー多重反射波信号は超音波パルサーレシーバー２１を介して高速フーリエ変換器２２に送られ、フーリエ変換を行うことによって解析結果波形を得ることができる。そして、高速フーリエ変換器２２からの制御ＣＰＵ２３に送られてきた解析結果波形データを図７と図８に示す較正曲線のデータのいずれかと比較することによって、ただちにかつ正確に管１１の薄肉管部１１ａの肉厚、即ち、拡管後肉厚を計測することができる。
【００２３】
（拡管率を演算する工程）
その後、制御ＣＰＵ２３は、これらの計測された管１１の拡管前肉厚及び拡管後肉厚をもとに、拡管率を求める式（拡管率＝（１−（拡管後肉厚／拡管前肉厚））×１００％）よりただちにかつ正確に拡管率を求めることができ、その値は表示装置２４に表示される。
【００２４】
このように、本実施の形態では、探触子１９で受信された底面エコー多重反射波信号を高速フーリエ変換器２２を用いてフーリエ変換して得られる解析結果波形データにおける肉厚に対する第１ピークを生じる周波数の変化又はピーク値の間隔の変化に基づいて、例えば、０．５ｍｍ以下の薄肉の管１１であっても、容易、迅速かつ正確に拡管率を求めることができる。
【００２５】
また、管板１２、１３に管１１が確実に固定されているかの判断においては、上記した拡管率と共に、固着力、即ち、管１１と管板１２、１３との密着率も問題となるが、本実施の形態では、このような固着力の評価も容易に行うことができる。
即ち、本発明者は、固着力は超音波（底面エコー多重反射波信号のエコー高さ）の減衰状況と密接な関係を有することを知見した。具体的には、図９に示す減衰曲線ａから明らかなように、密着率が悪い場合は超音波の減衰が遅くなり、図１０に示す減衰曲線ｂから明らかなように、密着率が良好な場合は超音波の減衰が速くなる。従って、超音波パルサーレシーバー２１に接続された表示装置２１ａに表示されている底面エコー多重反射波信号の減衰状況から容易に固着力を評価することができる。
【００２６】
以上、本発明を、一実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変容例も含むものである。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１記載の拡管率演算方法においては、管板に設けた挿通孔内に管を挿通し管を拡げて拡管する前後に、それぞれ、超音波プローブから管の内壁に向けて超音波を発振し、底面エコー多重反射波信号を受信してフーリエ変換した後に、フーリエ変換した周波数データから管の拡管前肉厚と拡管後肉厚とを測定し、拡管前肉厚と拡管後肉厚とから拡管率を演算するようにしている。
従って、０．３〜０．５ｍｍ程度の極めて肉厚の薄い場合であっても、拡管前肉厚と拡管後肉厚とを正確かつ迅速に測定することができるので、拡管率を正確かつ迅速に求めることができる。
更に、表示装置に表示される拡管後の底面エコー多重反射波信号の減衰状況から管板と管との密着率を評価することができる。
【００２８】
【００２９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る拡管率演算方法を適用可能な復水器の概念的構成説明図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図３】拡管率演算装置の構成説明図である。
【図４】図３のII−II矢視断面図である。
【図５】各表示装置に示された波形を示すグラフである。
【図６】管の肉厚を異ならせた場合の高速フーリエ変換器に接続された表示装置に示された波形を示すグラフである。
【図７】管の肉厚とフーリエ変換した周波数データにおける第１ピークの周波数との関係を示すグラフである。
【図８】管の肉厚とフーリエ変換した周波数データにおける周波数のピーク値間の幅との関係を示すグラフである。
【図９】固着力と底面エコー多重反射波信号の減衰状況との関係を示すグラフである。
【図１０】固着力と底面エコー多重反射波信号の減衰状況との関係を示すグラフである。
【図１１】従来の拡管率計測方法に用いる拡管率計測装置の構成説明図である。
【図１２】厚肉の管の場合に得られる底面エコー多重反射波信号のグラフである。
【図１３】薄肉の管の場合に得られる底面エコー多重反射波信号のグラフである。
【符号の説明】
Ａ  拡管率演算装置     １０ 復水器
１１ 管                  １１ａ  薄肉管部
１２ 管板                          １３ 管板
１４ 挿通孔                        １５ 挿通孔
１６  外部膨出リング                １７  外部膨出リング
１８  遅延材                        １９ 探触子（超音波プローブ）
２０ 導線                          ２１ 超音波パルサーレシーバー
２１ａ  表示装置                    ２２ 高速フーリエ変換器
２２ａ  表示装置                    ２３ 制御ＣＰＵ
２４ 表示装置
【図１】
0003670438.tif 000002
【図２】
0003670438.tif 000003
【図３】
0003670438.tif 000004
【図４】
0003670438.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003670438.tif 000007
【図７】
0003670438.tif 000008
【図８】
0003670438.tif 000009
【図９】
0003670438.tif 000010
【図１０】
0003670438.tif 000011
【図１１】
0003670438.tif 000012
【図１２】
0003670438.tif 000013
【図１３】
0003670438.tif 000014