(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面または外面のいずれか一方にひれ部が形成されたひれ付き管のひれ部が形成されていない面に対向して配置され、ひれ付き管に超音波を垂直に入射するとともにその反射波を受信する超音波センサと、前記超音波センサに発振信号を送るとともに超音波センサが受信した反射波に基づいて肉厚を計測して肉厚信号を出力する超音波パルス反射式の肉厚計と、前記超音波センサから肉厚計を経て入力される反射波信号が、予め設定された山部判定ゲートで検出されたときに山部タイミング信号を出力し、予め設定された谷部判定ゲートで検出されたときに谷部タイミング信号を出力する判定部と、判定部から山部タイミング信号または谷部タイミング信号が複数回連続して入力される度に前記肉厚計から入力される複数の肉厚信号のうち、最も小さい肉厚信号または最も小さい肉厚信号からｍ番目の肉厚信号を、山部の肉厚または谷部の肉厚として出力するデータ処理部とを備えることを特徴とするひれ付き管の肉厚計測装置。
【請求項２】
内面または外面のいずれか一方にひれ部が形成されたひれ付き管のひれ部が形成されていない面に対向して配置され、ひれ付き管に超音波を垂直に入射するとともにその反射波を受信する超音波センサと、前記超音波センサに発振信号を送るとともに超音波センサが受信した反射波に基づいて肉厚を計測して肉厚信号を出力する超音波パルス反射式の肉厚計と、前記超音波センサから肉厚計を経て入力される反射波信号が、予め設定された山部判定ゲートで検出されたときに山部タイミング信号を出力し、予め設定された谷部判定ゲートで検出されたときに谷部タイミング信号を出力する判定部と、判定部から山部タイミング信号または谷部タイミング信号が複数回連続して入力される度に前記肉厚計から入力される複数の肉厚信号のうち、最も小さい肉厚信号または最も小さい肉厚信号からｍ番目の肉厚信号を、山部の肉厚または谷部の肉厚として出力するデータ処理部と、データ処理部から出力される山部の肉厚と谷部の肉厚との差を演算して出力するひれ高さ演算部とを備えることを特徴とするひれ付き管のひれ高さ計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は内面または外面のいずれか一方にひれ部が形成されたひれ付き管の肉厚計測装置およびひれ高さ計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油化学プラントにおけるエチレン製造設備の熱交換用に使用される内面ひれ付き管は、伝熱効率を高めるために、その内面に複数のひれ部を備える。
【０００３】
図１は、内面ひれ付き管の一例を示す縦断面図である。同図に示す内面ひれ付き管Ｐａは、内面に管軸方向に延びる山部（ひれ部）Ａと谷部Ｂとを交互に備え、山頂Ａｓおよびその付近と谷底Ｂｓおよびその付近は、小さな曲率の円弧面で構成される。この内面ひれ付き管Ｐａは、例えば高Ｃｒ−高ＮｉのＦｅ基合金からなり、熱間押出法により製造される。
この内面ひれ付き管Ｐａを熱間押出法により製造する際は、出側にダイスを備えるコンテナの内部に加熱された中空のビレットを装入し、その中空部にマンドレルを挿入した状態でビレットの後方をステムで押す。この操作により、ビレットがダイスとマンドレルとの間から押出されて内面ひれ付き管Ｐａが製造される。
【０００４】
前記の熱間押出法で使用されるマンドレルには、内面ひれ付き管Ｐａの山部Ａに対応する凹部と、谷部Ｂに対応する凸部とが交互に形成されている。また、中空のビレットの中空部は、マンドレルの凸部の径より若干大径の円形である。したがって、熱間押出しの際は、ビレットがマンドレルの凹部に押し込まれることにより、山部Ａが形成される。
【０００５】
ところが、高Ｃｒ−高ＮｉのＦｅ基合金は、熱間加工性に劣るため、ビレットがマンドレルの凹部に十分押し込まれず、肉厚が所定の肉厚より薄い山部Ａが形成されることがある。また、マンドレルの凸部が摩耗して、肉厚が所定の肉厚より厚い谷部Ｂが形成されることがある。
【０００６】
前記の内面ひれ付き管Ｐａでは、ひれ高さを所定の高さ範囲として、伝熱効率を確保する必要がある。しかし、山部Ａの肉厚が所定の肉厚範囲より薄い場合や、谷部Ｂの肉厚が所定の肉厚範囲より厚い場合は、ひれ高さが低くなり伝熱効率が悪くなる。したがって、内面ひれ付き管Ｐａに要求されるひれ高さを確保するために、山部Ａの肉厚、谷部Ｂの肉厚およびひれ高さを精度よく計測して管理する必要がある。また、強度を確保するためにも、山部Ａの肉厚および谷部Ｂの肉厚を管理する必要がある。
【０００７】
管の肉厚計として、超音波パルス反射式の肉厚計が知られている。この肉厚計は、管の外面から超音波を垂直に入射するとともに、その反射波を受信する超音波センサを備え、例えば、管の外面から反射する表面反射波が超音波センサーで受信された時点から、管の内面から反射する底面反射波が超音波センサーで受信された時点までの時間により肉厚を計測する。
【０００８】
この超音波パルス反射式の肉厚計を用い、超音波センサーにより、図１に示す内面ひれ付き管Ｐａの外面から超音波を垂直に入射すると、山頂Ａｓおよび谷底Ｂｓでは、入射された超音波は垂直に反射して超音波センサにより受信される。しかし、山頂Ａｓおよび谷底Ｂｓを除くほとんどの部分の内面は、内面ひれ付き管Ｐａの外面と平行でないため、超音波は内面に垂直に入射されない。そのため、入射された超音波は、超音波センサの方向には直接反射せずに、山部Ａまたは谷部Ｂで複数回反射した後超音波センサで受信されるか、または、反射波が散乱してしまう。
【０００９】
このように、山部Ａまたは谷部Ｂで複数回反射した反射波を超音波センサで受信してこの反射波により肉厚が計測されると、その部分の肉厚は、正規の肉厚より大きな異常値を示す。また、連続して肉厚を計測すると、この異常値を示す範囲も広い。そのため、これらの異常値の中に山頂Ａｓおよび谷底Ｂｓの肉厚の正常値が隠れてしまい、山頂Ａｓおよび谷底Ｂｓの肉厚を正確に検知して計測することは困難である。
【００１０】
内面ひれ付き管の内面形状を検査する方法が、特開平４−９３６０４号公報に示されている。この方法は、カメラにより内面ひれ付き管の内面の形状（輪郭）および内面の周長を検出する方法である。この方法によれば、内面の形状からひれ高さを推定することができるが、正確なひれ高さを計測することはできない。また、山部の肉厚および谷部の肉厚を計測することはできない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、ひれ付き管の山部の肉厚および谷部の肉厚を正確に計測することのできる肉厚計測装置と、ひれ高さを正確に計測することのできるひれ高さ計測装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の要旨は、次の（１）のひれ付き管の肉厚計測装置と、（２）のひれ付き管のひれ高さ計測装置にある。
【００１３】
（１）内面または外面のいずれか一方にひれ部が形成されたひれ付き管のひれ部が形成されていない面に対向して配置され、ひれ付き管に超音波を垂直に入射するとともにその反射波を受信する超音波センサと、前記超音波センサに発振信号を送るとともに超音波センサが受信した反射波に基づいて肉厚を計測して肉厚信号を出力する超音波パルス反射式の肉厚計と、前記超音波センサから肉厚計を経て入力される反射波信号が、予め設定された山部判定ゲートで検出されたときに山部タイミング信号を出力し、予め設定された谷部判定ゲートで検出されたときに谷部タイミング信号を出力する判定部と、判定部から山部タイミング信号または谷部タイミング信号が複数回連続して入力される度に前記肉厚計から入力される複数の肉厚信号のうち、最も小さい肉厚信号または最も小さい肉厚信号からｍ番目の肉厚信号を、山部の肉厚または谷部の肉厚として出力するデータ処理部とを備えるひれ付き管の肉厚計測装置。
【００１４】
（２）内面または外面のいずれか一方にひれ部が形成されたひれ付き管のひれ部が形成されていない面に対向して配置され、ひれ付き管に超音波を垂直に入射するとともにその反射波を受信する超音波センサと、前記超音波センサに発振信号を送るとともに超音波センサが受信した反射波に基づいて肉厚を計測して肉厚信号を出力する超音波パルス反射式の肉厚計と、前記超音波センサから肉厚計を経て入力される反射波信号が、予め設定された山部判定ゲートで検出されたときに山部タイミング信号を出力し、予め設定された谷部判定ゲートで検出されたときに谷部タイミング信号を出力する判定部と、判定部から山部タイミング信号または谷部タイミング信号が複数回連続して入力される度に前記肉厚計から入力される複数の肉厚信号のうち、最も小さい肉厚信号または最も小さい肉厚信号からｍ番目の肉厚信号を、山部の肉厚または谷部の肉厚として出力するデータ処理部と、データ処理部から出力される山部の肉厚と谷部の肉厚との差を演算して出力するひれ高さ演算部とを備えるひれ付き管のひれ高さ計測装置。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のひれ付き管の肉厚計測装置を図２〜図４に基づいて説明する。
【００１６】
図２は、本発明のひれ付き管の肉厚計測装置の一例を示す回路図、図３は肉厚計の一例を示す回路図である。図２において、ひれ付き管の肉厚計測装置は、超音波センサ１、肉厚計２、判定部３、データ処理部４およびモニタ５により構成される。
【００１７】
超音波センサ１は、例えば図１に示す内面ひれ付き管Ｐａの外面に対向して配置され、肉厚計２から印可されるパルス電圧に基づいて超音波を発生させ、内面ひれ付き管Ｐａの中心に向かって超音波を入射する。また、超音波センサ１は、内面ひれ付き管Ｐａの外面からの反射波および内面からの反射波等の反射波を受信して肉厚計２に出力する。
【００１８】
肉厚計２は、一般に用いられる超音波パルス反射式の肉厚計で、図３に示すように、送受信部２ａ、同期部２ｂ、伝播時間計測部２ｃおよび肉厚演算部２ｄにより構成される。
【００１９】
送受信部２ａは、同期部２ｂから送信される同期信号に基づき、前記のように超音波センサ１にパルス電圧を印加するとともに、超音波センサ１から送信される内面ひれ付き管Ｐａからの反射波を受信して電圧信号に変換した後増幅し、この反射波信号ＲＦを波形処理したビデオ信号を伝播時間計測部２ｃに出力する。また、前記反射波信号ＲＦと同期部２ｂから送信される同期信号を後述する判定部３に出力する。
【００２０】
伝播時間計測部２ｃは、送受信部２ａから入力されるビデオ信号のうち外面からの反射信号と内面からの反射信号とにより、内面ひれ付き管Ｐａの外面から内面まで超音波が伝播する時間を計測し、肉厚演算部２ｄに出力する。
【００２１】
肉厚演算部２ｄは、前記内面ひれ付き管Ｐａの外面から内面まで超音波が伝播する時間と、予め入力された内面ひれ付き管Ｐａ中の超音波の伝播速度とにより、内面ひれ付き管Ｐａの肉厚を演算して後述するデータ処理部４に肉厚信号ＷＴを出力する。
【００２２】
ところで、この肉厚計２により演算される内面ひれ付き管Ｐａの肉厚は、前記のように必ずしも正確な肉厚ではない。そこで、本発明の肉厚計測装置では、図２に示す判定部３とデータ処理部４とを備える。
【００２３】
判定部３は、肉厚計２の送受信部２ａから入力される反射波信号ＲＦと同期信号とにより、前記肉厚計２と同様にビデオ信号を作成し、内面ひれ付き管Ｐａからの反射信号が、予め設定された山部判定ゲートまたは谷部判定ゲートで検出されたときに、山部タイミング信号ＴＡまたは谷部タイミング信号ＴＢをデータ処理部４に出力する。
【００２４】
図４は、判定部における信号処理を説明する図で、（ａ）はビデオ信号、（ｂ）は山部判定ゲート、（ｃ）は谷部判定ゲート、（ｄ）は山部タイミング信号（ｅ）は谷部タイミング信号を示す。
【００２５】
判定部では、前記のように、同図（ａ）に示す発信信号Ｔ、内面ひれ付き管Ｐａの外面からの反射信号Ｓ、内面ひれ付き管Ｐａの内面からの反射信号Ｂ１、Ｂ２などのビデオ信号が作成される。
【００２６】
また、判定部３には、同図（ｂ）に示す山部判定ゲートＧＡと、同図（ｃ）に示す谷部判定ゲートＧＢとが予め設定される。山部判定ゲートＧＡは、内面ひれ付き管Ｐａの山頂Ａｓの肉厚が、例えば公称肉厚のときに、超音波が内面ひれ付き管Ｐａの外面から山頂Ａｓまで伝播する時間ｔ１を基準とし、この時間ｔ１に、例えば山頂Ａｓの肉厚公差による伝播時間の増減を考慮した微少な時間Δａに設定される。
【００２７】
また、谷部判定ゲートＧＢは、内面ひれ付き管Ｐａの谷底Ｂｓの肉厚が、例えば公称肉厚のときに、超音波が内面ひれ付き管Ｐａの外面から谷底Ｂｓまで伝播する時間ｔ２を基準とし、この時間ｔ２に、例えば谷底Ｂｓの肉厚公差による伝播時間の増減を考慮した微少な時間Δｂに設定される。
【００２８】
そして、内面ひれ付き管Ｐａの内面からの反射信号Ｂ２が、前記のように設定された山部判定ゲートＧＡで検出されたときに、同図（ｄ）に示す山部タイミング信号ＴＡが出力される。また、反射波信号Ｂ１が谷部判定ゲートＧＢで検出されたときに、同図（ｅ）に示す谷部タイミング信号ＴＢが出力される。
【００２９】
図２において、データ処理部４は、肉厚計２の肉厚演算部２ｄからの肉厚信号ＷＴが連続して入力され、また、判定部３から山部タイミング信号ＴＡまたは谷部タイミングＴＢ信号が出力されたときに、これらの信号が入力される。そして、山部タイミング信号ＴＡがｎ回連続して入力される度に入力されるｎ個の肉厚信号ＷＴのうち、最も小さい肉厚信号ＷＴを山部の肉厚として出力する。また、谷部タイミング信号ＴＢがｎ回連続して入力される度に入力されるｎ個の肉厚信号ＷＴのうち、最も小さい肉厚信号ＷＴを谷部の肉厚として出力する。
【００３０】
このようにデータ処理部４では、まず、山部タイミング信号ＴＡと谷部タイミング信号ＴＢとにより、山頂Ａｓを含む狭い範囲と谷底Ｂｓを含む狭い範囲での信号を取り込み、前記の範囲を除く部分の異常な肉厚信号ＷＴは削除する。そして、山部タイミング信号ＴＡがｎ回連続して入力される度に入力されるｎ個の肉厚信号ＷＴのうち、山頂Ａｓの近傍で複数回反射した反射波に基づいて演算された肉厚は、正規の肉厚より大きいので、これらのｎ個の肉厚信号ＷＴのうち最も小さい肉厚信号ＷＴを山部の肉厚として出力する。また、谷部タイミング信号ＴＢがｎ回連続して入力される度に入力されるｎ個の肉厚信号ＷＴのうち、最も小さい肉厚信号ＷＴを谷部の肉厚として出力する。
【００３１】
なお、山部タイミング信号ＴＡがｎ回入力される度に入力されるｎ個の肉厚信号ＷＴのうち、最も小さい肉厚信号ＷＴを山部の肉厚とすると、ノイズなどにより真の肉厚を示さない虞があるときは、このノイズを避けるために、最も小さい肉厚信号ＷＴからｍ番目の肉厚信号ＷＴを山部の肉厚として出力するようにしてもよい。谷部の肉厚も前記山部の肉厚と同様に出力するようにしてよい。
【００３２】
モニタ５は、山部判定ゲートＧＡおよび谷部判定ゲートＧＢの設定状態と、前記反射信号Ｂ１、Ｂ２を監視する。
【００３３】
以上のように構成された肉厚計測装置により、図１に示す内面ひれ付き管Ｐａの肉厚は、例えば、次のようにして計測される。
【００３４】
１．超音波センサ１を、内面ひれ付き管Ｐａの外面に対向配置する。このとき、内面ひれ付き管Ｐａに超音波が垂直に入射するように、超音波センサ１の姿勢を調整する。
【００３５】
２．肉厚計２の肉厚演算部２ｄに、対象とする内面ひれ付き管Ｐａの内部を超音波が伝播するときの伝播速度を設定し、判定部３に、内面ひれ付き管Ｐａの例えば公称肉厚およびその許容値に応じた山部判定ゲートＧＡおよび谷部判定ゲートＧＢを設定する。
【００３６】
３．内面ひれ付き管Ｐａをその軸心周りに回転させながら、軸方向に搬送し、肉厚の計測を開始する。
【００３７】
４．超音波センサ１から内面ひれ付き管Ｐａに超音波が垂直に入射され、内面ひれ付き管Ｐａからの反射波が超音波センサ１で受信されて肉厚計２に出力される。
【００３８】
５．肉厚計２では、内面ひれ付き管Ｐａの外面からの反射波と内面からの反射波に基づき、外面と内面との間の伝播時間を計測し、この伝播時間と予め設定された伝播速度により、内面ひれ付き管Ｐａの肉厚（但し不正確な肉厚を含む）を連続的に演算してデータ処理部４に肉厚信号ＷＴとして出力する。
【００３９】
６．判定部３は、肉厚計２の送受信部２ａから入力される反射波信号ＲＦと同期信号とにより、ビデオ信号を作成し、反射信号が予め設定された山部判定ゲートＧＡ、または谷部判定ゲートＧＢで検出されると、山部タイミング信号ＴＡまたは谷部タイミング信号ＴＢをデータ処理部４に出力する。
【００４０】
７．データ処理部４には、肉厚計２で演算された肉厚信号ＷＴが連続的に入力される。また、判定部３からは、山部タイミング信号ＴＡまたは谷部タイミング信号ＴＢが、その都度入力される。データ処理部４では、山部タイミング信号ＴＡが複数回連続して入力される間の複数の肉厚信号ＷＴのうち、最も小さい肉厚信号ＷＴ、または最も小さい肉厚信号ＷＴからｍ番目の肉厚信号ＷＴを山部Ａの肉厚として出力する。また、谷部タイミング信号ＴＢが入力される間の複数の肉厚信号ＷＴのうち、最も小さい肉厚信号ＷＴ、または最も小さい肉厚信号ＷＴからｍ番目の肉厚信号ＷＴを谷部Ｂの肉厚として出力する。
【００４１】
このようにして、内面ひれ付き管Ｐａの山部Ａの肉厚と谷部Ｂの肉厚が、内面ひれ付き管Ｐａの搬送中に連続して計測される。
【００４２】
なお、上記の説明は、内面ひれ付き管Ｐａをその軸周りに回転させながら軸方向に搬送して、肉厚を連続的に自動計測する場合の説明であるが、内面ひれ付き管Ｐａの軸周りの回転および軸方向の搬送のいずれかまたは両方を、超音波センサ１の内面ひれ付き管Ｐａの軸周りの回転および軸方向の移動に替えてもよく、また手動による計測でもよい。
【００４６】
次に、本発明のひれ高さ計測装置を図６に基づいて説明する。図６は、本発明のひれ高さ計測装置の一例を示す回路図である。同図において、ひれ高さ計測装置は、超音波センサ１、肉厚計２、判定部３、データ処理部４、モニタ５およびひれ高さ演算部６により構成される。
【００４７】
このひれ高さ計測装置は、図２に示す肉厚計測装置のデータ処理部４に続いてひれ高さ演算部６を備えるもので、超音波センサ１、肉厚計２、判定部３、データ処理部４およびモニタ５は、図２に示す肉厚計測装置と同じ構成であるため説明を省略する。
【００４８】
ひれ高さ演算部６は、データ処理部４で計測された山部の肉厚および谷部の肉厚が入力され、これらの差を演算してひれ高さとして出力する。具体的には、例えば図１に示す内面ひれ付き管Ｐａを測定対象材とする場合、１つの山部Ａの肉厚とその両側の谷部Ｂの肉厚を用い、両側の谷部Ｂの肉厚の平均値を山部Ａの肉厚から減算することにより、ひれ高さを演算する。
【００４９】
なお、前記の説明では、判定部３には、肉厚計２の送受信部２ａで電圧信号に変換された後増幅された反射波信号ＲＦが入力されるようにしたが、波形処理されたビデオ信号が入力されるようにしてもよい。
【００５０】
また、内面ひれ付き管の肉厚計測装置およびひれ高さ計測装置について説明したが、超音波センサを外面ひれ付き管の内面に配置し、外面ひれ付き管にその内面から超音波を垂直に入射するようにすれば、外面ひれ付き管の肉厚計測装置およびひれ高さ計測装置とすることもできる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明のひれ付き管の肉厚計測装置によれば、判定部とデータ処理部とを備えるので、山部の肉厚および谷部の肉厚を正確に計測することができる。また、本発明のひれ高さ計測装置によれば、ひれ高さを正確に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  内面ひれ付き管の一例を示す縦断面図である。
【図２】  本発明の肉厚計測装置の一例を示す回路図である。
【図３】  肉厚計の一例を示す回路図である。
【図４】  判定部における信号処理を説明する図で、（ａ）はビデオ信号、（ｂ）は山部判定ゲート、（ｃ）は谷部判定ゲート、（ｄ）は山部タイミング信号（ｅ）は谷部タイミング信号を示す。
【図６】  本発明のひれ高さ計測装置の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１：超音波センサ、
２：肉厚計、
２ａ：送受信部、
２ｂ：同期部、
２ｃ：伝播時間計測部、
２ｄ：肉厚演算部、
３：判定部、
４：データ処理部、
５：モニタ、
６：ひれ高さ演算部、
Ｐａ：内面ひれ付き管、
Ａ：山部、
Ｂ：谷部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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