(57)【要約】      （修正有）【課題】配管の内面に形成されているスケールの膜厚を配管の内部から連続的に計測可能な膜厚計測方法、及び膜厚計測装置を提供する。【解決手段】膜厚計測方法は、探触子によって配管の内部から配管の内面に向かって超音波を発信する超音波発信ステップＳ３と、配管の外面からスケールの表面までをｎ回繰り返し往復する第１伝播経路を伝播する第１底面エコー、を探触子によって受信する第１底面エコー受信ステップＳ４と、配管の外面から内面までを少なくとも１回往復するとともに、配管の外面でｎ回反射する第２伝播経路を伝播する第２底面エコー、を探触子によって受信する第２底面エコー受信ステップＳ５と、第１底面エコーを受信した第１伝播時間と第２底面エコーを受信した第２伝播時間との差分に基づいて、スケールの膜厚を算出する膜厚算出ステップＳ６と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管の内面に形成されているスケールの膜厚を、前記配管の内部に配置される探触子によって計測するための膜厚計測方法であって、
前記探触子によって前記配管の前記内部から前記配管の前記内面に向かって超音波を発信する超音波発信ステップと、
前記スケールの表面に入射した前記超音波が前記配管の外面で反射された第１底面エコーであって、前記配管の前記外面から前記スケールの前記表面までをｎ回（ただし、ｎは１以上の自然数）繰り返し往復する第１伝播経路を伝播する第１底面エコー、を前記探触子によって受信する第１底面エコー受信ステップと、
前記スケールの前記表面に入射した前記超音波が前記配管の前記外面で反射された第２底面エコーであって、前記配管の前記外面から前記配管の前記内面までを少なくとも１回往復するとともに、前記第２底面エコーを前記配管の前記外面で前記ｎ回反射する第２伝播経路を伝播する第２底面エコー、を前記探触子によって受信する第２底面エコー受信ステップと、
前記第１底面エコー受信ステップにおいて前記探触子によって前記第１底面エコーを受信した第１伝播時間と前記第２底面エコー受信ステップにおいて前記探触子によって前記第２底面エコーを受信した第２伝播時間との差分に基づいて、前記スケールの前記膜厚を算出する膜厚算出ステップと、
を備える膜厚計測方法。
【請求項２】
前記超音波発信ステップの前に、前記配管の前記内部を水で満たす水浸ステップをさらに備える請求項１に記載の膜厚計測方法。
【請求項３】
前記探触子を支持する本体部に対して、前記探触子を前記本体部の径方向に沿って移動させる径方向移動ステップをさらに備える請求項１又は２に記載の膜厚計測方法。
【請求項４】
前記膜厚算出ステップによって算出される前記スケールの前記膜厚に基づいて、前記配管の肉厚を算出する肉厚算出ステップをさらに備える請求項１から３のいずれか一項に記載の膜厚計測方法。
【請求項５】
配管の内面に形成されているスケールの膜厚を、前記配管の内部から計測するための膜厚計測装置であって、
前記配管の前記内部から前記配管の前記内面に向かって超音波を発信可能に構成され、且つ、
前記探触子から発信され、前記スケールの表面に入射した前記超音波が前記配管の外面で反射された第１底面エコーであって、前記配管の前記外面から前記スケールの前記表面までをｎ回（ただし、ｎは１以上の自然数）繰り返し往復する第１伝播経路を伝播する第１底面エコー、及び、
前記探触子から発信され、前記スケールの前記表面に入射した前記超音波が前記配管の前記外面で反射された第２底面エコーであって、前記配管の前記外面から前記配管の前記内面までを少なくとも１回往復するとともに、前記配管の前記外面で前記第２底面エコーを前記ｎ回反射する第２伝播経路を伝播する第２底面エコー、
を受信可能に構成された探触子、を有する膜厚センサと、
前記探触子によって前記第１底面エコーを受信した第１伝播時間と前記探触子によって前記第２底面エコーを受信した第２伝播時間との差分に基づいて、前記スケールの前記膜厚を算出する膜厚算出処理を実行可能なコントローラと、
を備える膜厚計測装置。
【請求項６】
前記膜厚センサは、前記探触子を支持する本体部をさらに有し、
前記膜厚センサは、前記本体部の周方向に沿って配列される複数の前記探触子からなる第１列探触子群と、前記本体部の周方向に沿って配列される複数の前記探触子からなる第２列探触子群であって、前記第１列探触子群と隣接する第２探触子群と、を含み、
前記第１列探触子群の前記探触子と、前記第２列探触子群の前記探触子とは、互いに周方向においてずらされて配列されている請求項５に記載の膜厚計測装置。
【請求項７】
前記膜厚センサは、前記探触子を支持する本体部をさらに有し、
前記探触子は、前記本体部の径方向に対する位置が可変に構成されている請求項５又は６に記載の膜厚計測装置。
【請求項８】
前記配管の前記内部に挿入可能であるとともに、前記膜厚センサが取り付けられる棒状部材と、
前記棒状部材の軸方向において、前記膜厚センサとは異なる位置に前記棒状部材に取り付けられる調芯治具と、をさらに備える請求項５から７の何れか一項に記載の膜厚計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、配管の内面に形成されているスケールの膜厚を、配管の内部に配置される探触子によって計測するための膜厚計測方法、及び、膜厚計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、火力発電所に設置される陸用ボイラの配管は、その配管の内面が経年使用により水蒸気酸化され、その配管の内面に水蒸気酸化スケール（以降では、スケールと記載する）が形成される場合がある。このスケールの膜厚が大きくなると、配管の伝熱の阻害、配管の異常な温度勾配発生、及び圧損増大等を引き起こしてしまう場合がある。このため、スケールの膜厚を計測する必要がある。
【０００３】
スケールの膜厚を計測する方法として、例えば、特許文献１には、配管の外部から探触子を配管の外面に当てて超音波を発信し、配管とスケールの境界（配管の内面）で反射される境界面エコーとスケールの表面で反射される表面エコーとを受信する時間差からスケールの膜厚を算出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２５３３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されているスケールの膜厚を計測する方法では、配管の外面に探触子を当てるので、配管の外面に形成されている外面スケールを除去するような前処理を行なう必要がある。このため、スケールの膜厚を配管の外面に沿って連続的に計測することが困難である。また、配管には付着金物や交差部が存在するので、配管の外面に探触子を当てることが困難な場合もある。
【０００６】
また、本発明者らの知見によれば、特許文献１に記載されているスケールの膜厚を計測する方法では、スケールの膜厚が薄くなると境界面エコーと表面エコーとを受信する時間差が小さくなるため、境界面エコーと表面エコーとを分離することが困難となり、スケールの膜厚を算出できない場合があることが判明している。
【０００７】
本発明の少なくとも幾つかの実施形態は上述の課題に鑑みなされたものであり、配管の内面に形成されているスケールの膜厚を配管の内部から連続的に計測可能な膜厚計測方法、及び膜厚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】
【０００８】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る膜厚計測方法は、配管の内面に形成されているスケールの膜厚を、前記配管の内部に配置される探触子によって計測するための膜厚計測方法であって、前記探触子によって前記配管の前記内部から前記配管の前記内面に向かって超音波を発信する超音波発信ステップと、前記スケールの表面に入射した前記超音波が前記配管の外面で反射された第１底面エコーであって、前記配管の前記外面から前記スケールの前記表面までをｎ回（ただし、ｎは１以上の自然数）繰り返し往復する第１伝播経路を伝播する第１底面エコー、を前記探触子によって受信する第１底面エコー受信ステップと、前記スケールの前記表面に入射した前記超音波が前記配管の前記外面で反射された第２底面エコーであって、前記配管の前記外面から前記配管の前記内面までを少なくとも１回往復するとともに、前記第２底面エコーを前記配管の前記外面で前記ｎ回反射する第２伝播経路を伝播する第２底面エコー、を前記探触子によって受信する第２底面エコー受信ステップと、前記第１底面エコー受信ステップにおいて前記探触子によって前記第１底面エコーを受信した第１伝播時間と前記第２底面エコー受信ステップにおいて前記探触子によって前記第２底面エコーを受信した第２伝播時間との差分に基づいて、前記スケールの前記膜厚を算出する膜厚算出ステップと、を備える。
【０００９】
上記（１）の方法によれば、配管の内部に配置される探触子によって、配管の内面に形成されているスケールの膜厚を計測する。このため、配管の外面に形成されている外面スケールを除去するような前処理を行なう必要はなく、連続的にスケールの膜厚を計測することができる。また、配管の外面に探触子を当てることが困難な付着金物や交差部のような箇所であっても、その配管の内部に探触子が配置されるので、スケールの膜厚を計測することができる。
【００１０】
また、上記（１）の方法によれば、第１底面エコー受信ステップでは第１伝播経路を伝播する第１底面エコーを受信し、第２底面エコー受信ステップでは第２伝播経路を伝播する第２底面エコーを受信する。そして、この第１伝播経路は配管の外面からスケールの表面までをｎ回繰り返し往復する経路であり、この第２伝播経路は配管の外面から配管の内面までを少なくとも１回往復するとともに、第２底面エコーを配管の外面でｎ回反射する経路である。このため、第１伝播経路は、配管の内面からスケールの表面までの長さ（スケールの膜厚の大きさ）に対応するように、第２伝播経路より長くなる。このため、第１底面エコーを受信した第１伝播時間と第２底面エコーを受信した第２伝播時間との差分に基づいて、スケールの膜厚を算出することができる。
【００１１】
第１底面エコー及び第２底面エコーのそれぞれは、受信開始の直後には大きな振幅を有し、受信完了に向かうにつれてその振幅が徐々に小さくなる。また、第１底面エコーの振幅は第２底面エコーの振幅より大きい。上記（１）の方法によれば、第１伝播経路は第２伝播経路より長いので、第１底面エコーは第２底面エコーの後に受信が開始される。このため、探触子が第２底面エコーを受信している間に第１底面エコーの受信を開始しても、第１底面エコーと第２底面エコーとを分離することが容易となる。よって、配管の内面に薄い膜厚を有するスケールが形成されていても、分離が容易な第１底面エコーと第２底面エコーとによって、そのスケールの膜厚を算出することができる。
【００１２】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の一方法において、前記超音波発信ステップの前に、前記配管の前記内部を水で満たす水浸ステップをさらに備える。
【００１３】
探触子と試験体との間に水が満たされてから超音波を発信・受信すると、試験体の表面の粗さによるエコーの検出精度に与える影響が小さくなることが知られている。上記（２）の方法によれば、探触子と配管との間は水で満たされる。このため、探触子と配管との間に水が満たされていない場合と比較して、スケールの膜厚を容易に計測することができる。
【００１４】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の一方法において、前記探触子を支持する本体部に対して、前記探触子を前記本体部の径方向に沿って移動させる径方向移動ステップをさらに備える。
【００１５】
上記（３）の方法によれば、探触子は、探触子から配管の内面までの径方向の長さを変えて、配管の内面に対して超音波を発信・受信することができる。このため、探触子から配管の内面までの径方向の長さを最適にして（探触子が受信する第１底面エコー及び第２底面エコーの分離性が最適となる、探触子から配管の内面までの径方向の長さ）、スケールの膜厚を計測することができる。
【００１６】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）から（３）の何れかに記載の一方法において、前記膜厚算出ステップによって算出される前記スケールの前記膜厚に基づいて、前記配管の肉厚を算出する肉厚算出ステップをさらに備える。
【００１７】
上記（４）の方法によれば、配管の内面に形成されているスケールの膜厚とその配管の肉厚を同時に算出することができる。
【００１８】
（５）本発明の少なくとも一実施形態に係る膜厚計測装置は、配管の内面に形成されているスケールの膜厚を、前記配管の内部から計測するための膜厚計測装置であって、前記配管の前記内部から前記配管の前記内面に向かって超音波を発信可能に構成され、且つ、前記探触子から発信され、前記スケールの表面に入射した前記超音波が前記配管の外面で反射された第１底面エコーであって、前記配管の前記外面から前記スケールの前記表面までをｎ回（ただし、ｎは１以上の自然数）繰り返し往復する第１伝播経路を伝播する第１底面エコー、及び前記探触子から発信され、前記スケールの前記表面に入射した前記超音波が前記配管の前記外面で反射された第２底面エコーであって、前記配管の前記外面から前記配管の前記内面までを少なくとも１回往復するとともに、前記配管の前記外面で前記第２底面エコーを前記ｎ回反射する第２伝播経路を伝播する第２底面エコー、を受信可能に構成された探触子、を有する膜厚センサと、前記探触子によって前記第１底面エコーを受信した第１伝播時間と前記探触子によって前記第２底面エコーを受信した第２伝播時間との差分に基づいて、前記スケールの前記膜厚を算出する膜厚算出処理を実行可能なコントローラと、を備える。
【００１９】
上記（５）の構成によれば、配管の内部に配置される探触子によって、配管の内面に形成されているスケールの膜厚を計測する。このため、配管の外面に形成されている外面スケールを除去するような前処理を行なう必要はなく、スケールの膜厚を計測することができる。また、配管の外面に探触子を当てることが困難な付着金物や交差部のような箇所であっても、その配管の内部に探触子が配置されるので、スケールの膜厚を容易に計測することができる。
【００２０】
また、上記（５）の構成によれば、膜厚センサは、第１伝播経路を伝播する第１底面エコー、及び、第２伝播経路を伝播する第２底面エコーを受信可能に構成された探触子を有する。そして、この第１伝播経路は配管の外面からスケールの表面までをｎ回繰り返し往復する経路であり、この第２伝播経路は配管の外面から配管の内面までを少なくとも１回往復するとともに、第２底面エコーを配管の外面でｎ回反射する経路である。このため、第１伝播経路は、配管の内面からスケールの表面までの長さに対応するように、第２伝播経路より長くなる。このため、コントローラは、第１底面エコーを受信した第１伝播時間と第２底面エコーを受信した第２伝播時間との差分に基づいて、スケールの膜厚を算出することができる。
【００２１】
第１底面エコー及び第２底面エコーのそれぞれは、受信開始の直後に最大のピークを有し、受信完了に向かうにつれてピークが徐々に小さくなる。また、第１底面エコーのピークは第２底面エコーのピークより大きい。上記（５）の構成によれば、第１伝播経路は第２伝播経路より長いので、第１底面エコーは第２底面エコーの後に受信が開始される。このため、探触子が第２底面エコーを受信している間に、第１底面エコーの受信を開始しても、第１底面エコーと第２底面エコーとを分離することが容易となる。よって、コントローラは、配管の内面に薄い膜厚を有するスケールが形成されていても、分離が容易な第１底面エコーと第２底面エコーとによって、そのスケールの膜厚を算出することができる。
【００２２】
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）に記載の一構成において、前記膜厚センサは、前記探触子を支持する本体部をさらに有し、前記膜厚センサは、前記本体部の周方向に沿って配列される複数の前記探触子からなる第１列探触子群と、前記本体部の周方向に沿って配列される複数の前記探触子からなる第２列探触子群であって、前記第１列探触子群と隣接する第２探触子群と、を含み、前記第１列探触子群の前記探触子と、前記第２列探触子群の前記探触子とは、互いに周方向においてずらされて配列されている。
【００２３】
上記（６）の構成によれば、第１列探触子群の探触子と、第２列探触子群の探触子とは、互いに周方向においてずらされて（例えば、千鳥状に）配列されている。このため、本体部を周方向と直交する方向（軸方向）に移動させることで、第１列探触子群の探触子では超音波を発信・受信することができない配管の内面の範囲に対して、第２列探触子群の探触子によって超音波を発信・受信することができる。よって、膜厚計測装置は、配管の内面の全周に亘ってスケールの膜厚を計測することができる。
【００２４】
（７）幾つかの実施形態では、上記（５）又は（６）に記載の一構成において、前記膜厚センサは、前記探触子を支持する本体部をさらに有し、前記探触子は、前記本体部の径方向に対する位置が可変に構成されている。
【００２５】
上記（７）の構成によれば、探触子は、探触子から配管の内面までの径方向の長さを変えて、配管の内面に対して超音波を発信・受信することができる。このため、膜厚計測装置は、探触子から配管の内面までの径方向の長さを最適にして、スケールの膜厚を計測することができる。
【００２６】
（８）幾つかの実施形態では、上記（５）から（７）の何れかに記載の一構成において、前記配管の前記内部に挿入可能であるとともに、前記膜厚センサが取り付けられる棒状部材と、前記棒状部材の軸方向において、前記膜厚センサとは異なる位置に前記棒状部材に取り付けられる調芯治具と、をさらに備える。
【００２７】
上記（８）の構成によれば、棒状部材に取り付けられている調芯治具によって、配管の内面に対する膜厚センサの傾きが調整されるので、探触子が受信する第１底面エコー及び第２底面エコーの信号レベルを向上させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、配管の内面に形成されているスケールの膜厚を配管の内部から連続的に計測可能な膜厚計測方法、及び膜厚計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る膜厚計測装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る膜厚計測装置の膜厚計測方法のフローチャートである。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係る探触子によって超音波を発信・受信する様子を示した図である。
【図３Ｂ】図３Ａの表面エコー及び境界面エコーの検出波形を示す。
【図４Ａ】本発明の一実施形態に係る探触子によって超音波を発信・受信する様子を示した図である。
【図４Ｂ】図４Ａの第１の一次反射底面エコー、第２の一次反射底面エコー、及び第３の一次反射面エコーの検出波形を示す。
【図５Ａ】本発明の一実施形態に係る探触子によって超音波を発信・受信する様子を示した図である。
【図５Ｂ】図５Ａの第１底面エコー、第２底面エコー、第３の二次反射底面エコー、及び第４の二次反射底面エコーの検出波形を示す。
【図６】本発明の一実施形態に係る膜厚計測方法の径方向移動ステップを説明するための説明図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るコントローラの内部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態に係る膜厚計測装置を示す概略構成図である。
【００３２】
図１に示すように、膜厚計測装置１は、配管５０の内面５２に形成されているスケール５４の膜厚を配管５０の内部５１から計測するための装置である。このような膜厚計測装置１は、配管５０の内部５１に配置される探触子４を支持する本体部６を含む膜厚センサ２を備える。
【００３３】
図２は、本発明の一実施形態に係る膜厚計測装置の膜厚計測方法のフローチャートである。図３Ａは、本発明の一実施形態に係る探触子によって超音波を発信・受信する様子を示した図である。図３Ａの（ａ）は表面エコーを受信する様子を示す。図３Ａの（ｂ）は境界面エコーを受信する様子を示す。図３Ｂは、図３Ａの表面エコー及び境界面エコーの検出波形を示す。図４Ａは、本発明の一実施形態に係る探触子によって超音波を発信・受信する様子を示した図である。図４Ａの（ａ）は、第１の一次反射底面エコーを受信する様子を示す。図４Ａの（ｂ）は、第２の一次反射底面エコーを受信する様子を示す。図４Ａの（ｃ）は、第３の一次反射底面エコーを受信する様子を示す。図４Ｂは、図４Ａの第１の一次反射底面エコー、第２の一次反射底面エコー、及び第３の一次反射面エコーの検出波形を示す。図５Ａは、本発明の一実施形態に係る探触子によって超音波を発信・受信する様子を示した図である。図５Ａの（ａ）は、第１の二次反射底面エコー（第１底面エコー）を受信する様子を示す。図５Ａの（ｂ）は、第２の二次反射底面エコー（第２底面エコー）を受信する様子を示す。図５Ａの（ｃ）は、第３の二次反射底面エコーを受信する様子を示す。図５Ａの（ｄ）は、第４の二次反射底面エコーを受信する様子を示す。図５Ｂは、図５Ａの第１底面エコー、第２底面エコー、第３の二次反射底面エコー、及び第４の二次反射底面エコーの検出波形を示す。
【００３４】
本発明の一実施形態に係る膜厚計測方法は、上述した配管５０の内面５２に形成されているスケール５４の膜厚を、上述した配管５０の内部５１に配置される探触子４によって計測するための膜厚計測方法である。そして、図２に示すように、この膜厚計測方法は、超音波発信ステップＳ３と、第１底面エコー受信ステップＳ４と、第２底面エコー受信ステップＳ５と、膜厚算出ステップＳ６と、を備える。
【００３５】
図３Ａ、図４Ａ及び図５Ａに示すように、超音波発信ステップＳ３では、探触子４によって配管５０の内部５１から配管５０の内面５２に向かって超音波Ｕを発信し、スケール５４の表面５５、配管５０の内面５２、又は配管５０の外面５３で反射された反射波を受信する。そして、この反射波には、表面エコーＳ、境界面エコーＩ、及び底面エコーＢが含まれる。図３Ａの（ａ）には表面エコーＳが、図３Ａの（ｂ）には境界面エコーＩが、図４Ａ及び図５Ａには底面エコーＢが示されている。
尚、探触子４は表面エコーＳ、境界面エコーＩ、及び底面エコーＢを同時に受信することができる。
【００３６】
表面エコーＳは、図３Ａの（ａ）に示すように、探触子４によって配管５０の内面５２に向かって発信した超音波Ｕが、スケール５４内に入射されずに、スケール５４の表面５５で反射された反射波である。
【００３７】
境界面エコーＩは、図３Ａの（ｂ）に示すように、探触子４によって配管５０の内面５２に向かって発信した超音波Ｕが、配管５０の肉厚部分に入射されずに、配管５０の内面５２（スケール５４と配管５０の境界面）で反射された反射波である。
【００３８】
底面エコーＢは、図４Ａ及び図５Ａに示すように、探触子４によって配管５０の内面５２に向かって発信した超音波Ｕが、配管５０の内面５２に入射し、配管５０の外面５３によって反射された反射波である。そして、底面エコーＢのうち、配管５０の外面５３と１回反射する一次反射底面エコーが図４Ａに示され、配管５０の外面５３と２回反射する二次反射底面エコーが図５Ａに示されている。
【００３９】
図４Ａの（ａ）には、配管５０の外面５３と反射した後に、配管５０の内面５２又はスケール５４の表面５５で１回も反射されることなく探触子４によって受信される、第１の一次反射底面エコーＢ０１（Ｂ）が示されている。図４Ａの（ｂ）には、配管５０の外面５３と反射した後に、スケール５４の表面５５で反射し、配管５０の内面５２で反射してから探触子４によって受信される、第２の一次反射底面エコーＢ０２（Ｂ）が示されている。図４Ａの（ｃ）には、配管５０の内面５２と反射した後に、スケール５４の表面５５で反射し、配管５０の外面５３で反射してから探触子４によって受信される、第３の一次反射底面エコーＢ０３（Ｂ）が示されている。
【００４０】
図５Ａの（ａ）には、配管５０の外面５３と反射した後に、スケール５４の表面５５で反射し、再び配管５０の外面５３で反射してから探触子４によって受信される、第１の二次反射底面エコーＢ１１（Ｂ）が示されている。図５Ａの（ｂ）には、配管５０の外面５３と反射した後に、配管５０の内面５２で反射し、再び配管５０の外面５３で反射してから探触子４によって受信される、第２の二次反射底面エコーＢ１２（Ｂ）が示されている。図５Ａの（ｃ）には、配管５０の外面５３と反射した後に、スケール５４の表面５５で反射し、再び配管５０の外面５３で反射し、再びスケール５４の表面５５で反射し、配管５０の内面５２で反射してから探触子４によって受信される、第３の二次反射底面エコーＢ１３（Ｂ）が示されている。図５Ａの（ｄ）には、配管５０の内面５２と反射した後に、スケール５４の表面５５で反射し、配管５０の外面５３で反射し、再びスケール５４の表面５５で反射し、再び配管５０の外面５３で反射してから探触子４によって受信される、第４の二次反射底面エコーＢ１４（Ｂ）が示されている。
【００４１】
図５Ａの（ａ）に示すように、第１底面エコー受信ステップＳ４では、スケール５４の表面５５に入射した超音波Ｕが配管５０の外面５３で反射された第１底面エコーＢ１１であって、配管５０の外面５３からスケール５４の表面５５までをｎ回（ただし、ｎは１以上の自然数）繰り返し往復する第１伝播経路Ａ１１を伝播する第１底面エコーＢ１１、を探触子４によって受信する。図５Ａの（ａ）に示した実施形態では、ｎ＝１の場合について示されており、第１伝播経路Ａ１１を伝播する第１の二次反射底面エコーＢ１１が第１底面エコーＢ１１に該当している。
【００４２】
図５Ａの（ｂ）に示すように、第２底面エコー受信ステップＳ５では、スケール５４の表面５５に入射した超音波Ｕが配管５０の外面５３で反射された第２底面エコーＢ１２であって、配管５０の外面５３から配管５０の内面５２までを少なくとも１回往復するとともに、第２底面エコーＢ１２を配管５０の外面５３でｎ回反射する第２伝播経路Ａ１２を伝播する第２底面エコーＢ１２、を探触子４によって受信する。図５Ａの（ｂ）に示した実施形態では、ｎ＝１の場合について示されており、第２伝播経路Ａ１２を伝播する第２の二次反射底面エコーＢ１２が第２底面エコーＢ１２に該当している。
【００４３】
図５Ｂに示すように、膜厚算出ステップＳ６では、第１底面エコー受信ステップＳ４において探触子４によって第１底面エコーＢ１１を受信した第１伝播時間Ｔ１１と第２底面エコー受信ステップＳ５において探触子４によって第２底面エコーＢ１２を受信した第２伝播時間Ｔ１２との差分ΔＴに基づいて、スケール５４の膜厚ｈ１を算出する。
【００４４】
図５Ｂに示した実施形態では、膜厚算出ステップＳ６では、探触子４が第１底面エコーＢ１１を受信することによって検出される第１底面エコーＢ１１の検出波形が最大のピークとなる第１伝播時間Ｔ１１と探触子４が第２底面エコーＢ１２を受信することによって検出される第２底面エコーＢ１２の検出波形が最大のピークとなる第２伝播時間Ｔ１２との差分ΔＴに基づいて、スケール５４の膜厚ｈ１を算出する。例えば、この差分ΔＴに第１底面エコーＢ１１がスケール５４内を通過する速度を乗じることで、スケール５４の膜厚ｈ１を算出する。
【００４５】
このような本発明の一実施形態に係る膜厚計測方法によれば、配管５０の内部５１に配置される探触子４によって、配管５０の内面５２に形成されているスケール５４の膜厚ｈ１を計測する。このため、配管５０の外面５３に形成されている外面スケールを除去するような前処理を行なう必要はなく、連続的にスケール５４の膜厚を計測することができる。また、配管５０の外面５３に探触子４を当てることが困難な付着金物や交差部のような箇所であっても、その配管５０の内部５１に探触子４が配置されるので、スケール５４の膜厚ｈ１を容易に計測することができる。
【００４６】
また、このような本発明の一実施形態に係る膜厚計測方法によれば、第１底面エコー受信ステップＳ４では第１伝播経路Ａ１１を伝播する第１底面エコーＢ１１を受信し、第２底面エコー受信ステップＳ５では第２伝播経路Ａ１２を伝播する第２底面エコーＢ１２を受信する。そして、この第１伝播経路Ａ１１は配管５０の外面５３からスケール５４の表面５５までを１（ｎ＝１）回繰り返し往復する経路であり、この第２伝播経路Ａ１２は配管５０の外面５３から配管５０の内面５２までを少なくとも１回往復するとともに、第２底面エコーＢ１２を配管５０の外面５３で１（ｎ＝１）回反射する経路である。
【００４７】
このため、第１伝播経路Ａ１１は、配管５０の内面５２からスケール５４の表面５５までの長さ（スケール５４の膜厚ｈ１）に対応するように、第２伝播経路Ａ１２より長くなる。このため、探触子４が第１底面エコーＢ１１を受信した第１伝播時間Ｔ１１と第２底面エコーＢ１２を受信した第２伝播時間Ｔ１２との差分ΔＴに基づいて、スケール５４の膜厚ｈ１を算出することができる。例えば、図５Ａに示した実施形態では、第１伝播経路Ａ１１は、スケール５４の膜厚ｈ１の２倍の大きさの分だけ、第２伝播経路Ａ１２より長くなる。このため、差分ΔＴに基づいて、スケール５４の膜厚ｈ１を算出することができる。
【００４８】
また、図５Ｂに示すように、第１底面エコーＢ１１及び第２底面エコーＢ１２のそれぞれは、受信開始の直後に最大のピークを有し、受信完了に向かうにつれてピークが徐々に小さくなる。また、第１底面エコーＢ１１の最大のピークは第２底面エコーＢ１２の最大のピークより大きい。そして、このような本発明の一実施形態に係る膜厚計測方法によれば、第１伝播経路Ａ１１は第２伝播経路Ａ１２より長いので、第１底面エコーＢ１１は第２底面エコーＢ１２の後に受信が開始される。
【００４９】
このため、探触子４が第２底面エコーＢ１２を受信している間に第１底面エコーＢ１１の受信を開始しても、例えば、図５Ｂに示すような第１底面エコーＢ１１と第３の二次反射底面エコーＢ１３とを分離する場合と比較して、第１底面エコーＢ１１と第２底面エコーＢ１２とを分離することが容易となる。よって、配管５０の内面５２に薄い膜厚を有するスケール５４が形成されていても、分離が容易な第１底面エコーＢ１１と第２底面エコーＢ１２とによって、そのスケール５４の膜厚ｈ１を算出することができる。
【００５０】
尚、図３Ｂに示すように、探触子４は表面エコーＳの後に、境界面エコーＩを受信する。そして、この表面エコーＳのピークはこの境界面エコーＩのピークより大きい。さらに、この表面エコーＳを受信する時間とこの境界面エコーＩを受信する時間との差分は、上述した第１伝播時間Ｔ１１と第２伝播時間Ｔ１２との差分ΔＴよりも小さくなる。このため、表面エコーＳと境界面エコーＩとを分離することは容易ではなく、表面エコーＳと境界面エコーＩとによってスケール５４の膜厚ｈ１を算出することは困難である。
同様に、図４Ｂに示すように、第１の一次反射底面エコーＢ０１と第２の一次反射底面エコーＢ０２とを分離することは容易ではなく、第１の一次反射底面エコーＢ０１と第２の一次反射底面エコーＢ０２とによって、スケール５４の膜厚ｈ１を算出することは困難である。
【００５１】
幾つかの実施形態では、図２に示すように、この膜厚計測方法は、超音波発信ステップＳ３の前に、水浸ステップＳ１をさらに備える。そして、この水浸ステップＳ１では、配管５０の内部５１を水で満たす。
【００５２】
探触子４と試験体（例えば、配管５０）との間に水が満たされてから超音波Ｕを発信・受信すると、試験体の表面（配管５０の内面５２に形成されているスケール５４の表面５５）の粗さによるエコーの検出精度に与える影響が小さくなることが知られている。
【００５３】
このような方法によれば、探触子４と配管５０との間は水で満たされる。このため、探触子４と配管５０との間に水が満たされていない場合と比較して、スケール５４の膜厚ｈ１を容易に計測することができる。
【００５４】
図６は、本発明の一実施形態に係る膜厚計測方法の径方向移動ステップを説明するための説明図である。
【００５５】
幾つかの実施形態では、図２に示すように、この膜厚計測方法は、径方向移動ステップＳ２をさらに備える。そして、この径方向移動ステップＳ２では、図６に示すように、探触子４を本体部６の径方向に沿って移動させる。
【００５６】
図６に示した実施形態では、探触子４は、後述する支持部８を介して、本体部６に支持されている。そして、この支持部８が径方向に沿って移動することで、探触子４は本体部６に対して径方向に移動する。また、本体部６の径方向と探触子４が配管５０の内面５２に向かって超音波Ｕを発信する方向とが略同一方向である。
【００５７】
このような方法によれば、探触子４は、探触子４から配管５０の内面５２までの径方向の長さを変えて、配管５０の内面５２に対して超音波Ｕを発信・受信することができる。このため、探触子４から配管５０の内面５２までの径方向の長さ（水距離ｄの長さ）を、探触子４が受信する第１底面エコーＢ１１、及び第２底面エコーＢ１２の分離性が最適となるように調整して、配管５０の内面５２に形成されているスケール５４の膜厚ｈ１を計測することができる。
【００５８】
幾つかの実施形態では、図２に示すように、この膜厚計測方法は、肉厚算出ステップＳ７をさらに備える。そして、この肉厚算出ステップＳ７では、膜厚算出ステップＳ６によって算出されるスケール５４の膜厚ｈ１に基づいて、配管５０の肉厚ｈ２を算出する。
【００５９】
配管５０の外面５３からスケール５４の表面５５までの距離Ｈは、例えば、上述した表面エコーＳと第１の一次反射底面エコーＢ０１とを受信する時間差に基づいて算出される。また、上述したように、膜厚算出ステップＳ６では、スケール５４の膜厚ｈ１の大きさが算出されている。そして、肉厚算出ステップＳ７では、この算出された距離Ｈからスケール５４の膜厚ｈ１を減算することで、配管５０の肉厚ｈ２を算出する。
【００６０】
このような方法によれば、配管５０の内面５２に形成されているスケール５４の膜厚ｈ１とその配管５０の肉厚ｈ２を同時に算出することができる。
【００６１】
幾つかの実施形態では、図２に示すように、この膜厚計測方法は、膜厚算出ステップＳ６の後に、スケール５４の膜厚ｈ１の計測を終了するかどうかを決定する決定ステップＳ８をさらに備える。図２に示した実施形態では、肉厚算出ステップＳ７の後に、決定ステップＳ８が実行されている。このスケール５４の膜厚ｈ１の計測を終了するかどうかの判断は、例えば、作業員が、図示しないモニターを介して、第１底面エコーＢ１１と第２底面エコーＢ１２とを分離可能であるかどうかによって行なわれる。第１底面エコーＢ１１と第２底面エコーＢ１２とが分離可能である時には、スケール５４の膜厚ｈ１の計測を終了すると決定（決定ステップＳ８：Ｙｅｓ）し、スケール５４の膜厚ｈ１の計測を終了する。一方で、第１底面エコーＢ１１と第２底面エコーＢ１２とが分離可能ではない時には、スケール５４の膜厚ｈ１の計測を続行（決定ステップＳ８：Ｎｏ）し、径方向移動ステップＳ２に戻る。そして、この径方向移動ステップＳ２において、第１底面エコーＢ１１と第２底面エコーＢ１２とを分離することができなかった水距離ｄとは異なる水距離ｄに調整して、再び第１底面エコー受信ステップＳ４、及び第２底面エコー受信ステップＳ５を実行する。
【００６２】
このような構成によれば、適切な検出波形を取得できなかったことによって、スケール５４の膜厚ｈ１、又は配管５０の肉厚ｈ２を算出することができなかった場合に、径方向移動ステップＳ２において水距離ｄを変えて、再び第１底面エコー受信ステップＳ４、及び第２底面エコー受信ステップＳ５を実行することができる。このため、より適切な水距離ｄで、第１底面エコー受信ステップＳ４、及び第２底面エコー受信ステップＳ５が実行されるので、スケール５４の膜厚ｈ１、又は配管５０の肉厚ｈ２を適切に計測することができる。
【００６３】
尚、図５Ａ及び図５Ｂを用いて、ｎ＝１の場合について説明したが、ｎは２以上の自然数であっても、上述したような膜厚計測方法でスケール５４の膜厚ｈ１を計測することができる。ただし、ｎが増えていくにつれて、探触子４が検出する検出波形のピークは小さくなっていき、第１底面エコーＢ１１と第２底面エコーＢ１２とを分離することが困難となる。このため、第１底面エコーＢ１１と第２底面エコーＢ１２とによって、スケール５４の膜厚ｈ１を計測することが望ましい。
【００６４】
図７は、本発明の一実施形態に係るコントローラの内部構成を示すブロック図である。
【００６５】
本発明の一実施形態に係る膜厚計測装置１は、配管５０の内面５２に形成されているスケール５４の膜厚ｈ１を、配管５０の内部５１から計測するための装置である。そして、図１に示すように、この膜厚計測装置１は、膜厚センサ２と、コントローラ３と、を備える。
【００６６】
膜厚センサ２は、図１に示すように、配管５０の内部５１から配管５０の内面５２に向かって超音波Ｕを発信可能に構成され、且つ、上述した第１底面エコーＢ１１及び第２底面エコーＢ１２を受信可能な探触子４を有する。
【００６７】
コントローラ３は、図７に示すように、探触子４によって第１底面エコーＢ１１を受信した第１伝播時間Ｔ１１と探触子４によって第２底面エコーＢ１２を受信した第２伝播時間Ｔ１２との差分ΔＴに基づいて、スケール５４の膜厚ｈ１を算出する膜厚算出処理を実行可能である。
【００６８】
図１に示した実施形態では、コントローラ３は、配管５０の外部に配置されており、不図示のケーブルを介して、コントローラ３と膜厚センサ２とは電気的に接続されている。
尚、コントローラ３は、図７に示すように、例えばプロセッサを含む中央処理装置（ＣＰＵ３０）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ３１）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ３２）、およびＩ／Ｏインターフェイス３３などから構成されている。そして、このコントローラ３は、例えば、ＣＰＵ３０によってＲＯＭ３２に記憶されているプログラム（膜厚算出処理）を実行することで、スケール５４の膜厚ｈ１を算出する。
【００６９】
このような本発明の一実施形態に係る膜厚計測装置１によれば、配管５０の内部５１に配置される探触子４によって、配管５０の内面５２に形成されているスケール５４の膜厚ｈ１を計測する。このため、配管５０の外面５３に形成されている外面スケールを除去するような前処理を行なう必要はなく、連続的にスケール５４の膜厚ｈ１を計測することができる。また、配管５０の外面５３に探触子４を当てることが困難な付着金物や交差部のような箇所であっても、その配管５０の内部５１に探触子４が配置されるので、スケール５４の膜厚ｈ１を計測することができる。
【００７０】
また、このような本発明の一実施形態に係る膜厚計測装置１によれば、膜厚センサ２は、第１伝播経路Ａ１１を伝播する第１底面エコーＢ１１、及び、第２伝播経路Ａ１２を伝播する第２底面エコーＢ１２を受信可能に構成された探触子４を有する。そして、この第１伝播経路Ａ１１は配管５０の外面５３からスケール５４の表面５５までを１（ｎ＝１）回繰り返し往復する経路であり、この第２伝播経路Ａ１２は配管５０の外面５３から配管５０の内面５２までを少なくとも１回往復するとともに、第２底面エコーＢ１２を配管５０の外面５３で１（ｎ＝１）回反射する経路である。このため、第１伝播経路Ａ１１は、配管５０の内面５２からスケール５４の表面５５までの長さに対応するように、第２伝播経路Ａ１２より長くなる。このため、コントローラ３は、第１底面エコーＢ１１を受信した第１伝播時間Ｔ１１と第２底面エコーＢ１２を受信した第２伝播時間Ｔ１２との差分ΔＴに基づいて、スケール５４の膜厚ｈ１を算出することができる。
【００７１】
また、このような構成によれば、第１伝播経路Ａ１１は第２伝播経路Ａ１２より長いので、第１底面エコーＢ１１は第２底面エコーＢ１２の後に受信が開始される。このため、探触子４が第２底面エコーＢ１２を受信している間に、第１底面エコーＢ１１の受信を開始しても、第１底面エコーＢ１１と第２底面エコーＢ１２とを分離することが容易となる。よって、コントローラ３は、配管５０の内面５２に薄い膜厚を有するスケール５４が形成されていても、分離が容易な第１底面エコーＢ１１と第２底面エコーＢ１２とによって、そのスケール５４の膜厚ｈ１を算出することができる。
【００７２】
幾つかの実施形態では、図１に示すように、膜厚センサ２は、探触子４を支持する本体部６をさらに有し、膜厚センサ２は、本体部６の周方向に沿って配列される複数の探触子４からなる第１列探触子群１２と、本体部６の周方向に沿って配列される複数の探触子４からなる第２列探触子群１４とを含む。そして、この第２探触子群１４は、この第１列探触子群１４と隣接する。そして、この第１列探触子群１２の探触子４と、この第２列探触子群１４の探触子４とは、互いに周方向においてずらされて配列されている。
【００７３】
図１に示した実施形態では、第１列探触子群１２は、第２列探触子群１４より軸方向の先端側に位置している。そして、周方向において、第１列探触子群１２及び第２列探触子群１４は、第１列探触子群１２に含まれる複数の探触子４の中心位置と第２列探触子群１４に含まれる複数の探触子４の中心位置とが互いにずれるように配列されている。
尚、図１に示すように、膜厚センサ２は、本体部６の周方向に沿って配列される複数の探触子４からなる第３列探触子群１６をさらに含んでもよい。そして、この第３列探触子群１６は、第２列探触子群１４を第１列探触子群１２と挟んで反対側となるように、第２列探触子群１４と隣接している。そして、第１列探触子群１２の探触子４と、第２列探触子群１４の探触子４と、第３列探触子群１４の探触子４とは、互いに周方向においてずらされて配列されている。
【００７４】
このような構成によれば、第１列探触子群１２の探触子４と、第２列探触子群１４の探触子４とは、互いに周方向においてずらされて（例えば、千鳥状に）配列されている。このため、本体部６を軸方向に移動させることで、第１列探触子群１２の探触子４では超音波Ｕを発信・受信することができない配管５０の内面５２の範囲に対して、第２列探触子群１４の探触子４によって超音波Ｕを発信・受信することができる。よって、膜厚計測装置１は、配管５０の内面５２の全周に亘ってスケール５４の膜厚ｈ１を計測することができる。
【００７５】
図６に示すように、幾つかの実施形態では、上述したように、膜厚センサ２は、探触子４を支持する本体部６をさらに有している。そして、探触子４は、本体部６の径方向に対する位置が可変に構成されている。
【００７６】
図６に示した実施形態では、本体部６には、本体部６の外周面６ａに凹部９が形成されている。そして、膜厚センサ２は、この凹部９の内部を径方向に移動する支持部８をさらに備えている。そして、この支持部８の径方向外側の先端には探触子４が取り付けられており、これにより、探触子４は、支持部８を介して本体部６に支持されるとともに、本体部６の径方向に対する位置が可変に構成されている。
【００７７】
このような構成によれば、探触子４は、探触子４から配管５０の内面５２までの径方向の長さ（水距離ｄ）を変えて、配管５０の内面５２に対して超音波Ｕを発信・受信することができる。このため、膜厚計測装置１は、探触子４から配管５０の内面５２までの径方向の長さ（水距離ｄ）を最適にして、スケール５４の膜厚ｈ１を計測することができる。
【００７８】
幾つかの実施形態では、図１に示すように、膜厚計測装置１は、配管５０の内部５１に挿入可能であるとともに、膜厚センサ２が取り付けられる棒状部材２０と、棒状部材２０の軸方向において、膜厚センサ２とは異なる位置に棒状部材２０に取り付けられる調芯治具２２と、をさらに備える。図１に示した実施形態では、膜厚計測装置１は、棒状部材２０の先端に取り付けられており、膜厚センサ２を配管５０の内部５１に挿入することを誘導する先端ガイド２６をさらに備える。
【００７９】
調芯治具２２は、図１に示した実施形態では、配管５０の内面５２に向かって放射状に延びるブラシ２４が取り付けられている。そして、この調芯治具２２は、軸方向において、本体部６の先端、本体部６の後端、及び先端ガイド２６の後端のそれぞれに取り付けられている。
【００８０】
このような構成によれば、棒状部材２０に取り付けられている調芯治具２２によって、配管５０の内面５２に対する膜厚センサ２の傾きが調整される。例えば、配管５０の内面５２に対して超音波Ｕが垂直に入射するように、膜厚センサ２の傾きが調整される。このため、探触子４が受信する第１底面エコーＢ１１及び第２底面エコーＢ１２の信号レベルを向上させることができる。
【００８１】
以上、本発明の一実施形態にかかる膜厚計測方法、及び膜厚計測装置について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１  膜厚計測装置
２  膜厚センサ
３  コントローラ
４  探触子
６  本体部
８  支持部
９  凹部
１２  第１列探触子群
１４  第２列探触子群
１６  第３列探触子群
２０  棒状部材
２２  調芯治具
２４  ブラシ
２６  先端ガイド
３０  ＣＰＵ
３１  ＲＡＭ
３２  ＲＯＭ
３３  Ｉ／Ｏインターフェイス
５０  配管
５１  内部
５２  内面
５３  外面
５４  スケール
５５  表面
Ａ１１  第１伝播経路
Ａ１２  第２伝播経路
Ｂ  底面エコー
Ｂ０１  第１の一次反射底面エコー
Ｂ０２  第２の一次反射底面エコー
Ｂ０３  第３の一次反射底面エコー
Ｂ１１  第１の二次反射底面エコー（第１底面エコー）
Ｂ１２  第２の二次反射底面エコー（第２底面エコー）
Ｂ１３  第３の二次反射底面エコー
Ｂ１４  第４の二次反射底面エコー
Ｉ  境界面エコー
Ｓ  表面エコー
Ｓ１  水浸ステップ
Ｓ２  径方向移動ステップ
Ｓ３  超音波発信ステップ
Ｓ４  第１底面エコー受信ステップ
Ｓ５  第２底面エコー受信ステップ
Ｓ６  膜厚算出ステップ
Ｓ７  肉厚算出ステップ
Ｓ８  決定ステップ
Ｔ１１  第１伝播時間
Ｔ１２  第２伝播時間
Ｕ  超音波
ｄ  水距離
ｈ１  スケールの膜厚
ｈ２  配管の肉厚
【図１】
2018146241.tif 000003
【図２】
2018146241.tif 000004
【図３Ａ】
2018146241.tif 000005
【図３Ｂ】
2018146241.tif 000006
【図４Ａ】
2018146241.tif 000007
【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
2018146241.tif 000009
【図５Ｂ】
2018146241.tif 000010
【図６】
2018146241.tif 000011
【図７】
2018146241.tif 000012