(57)【要約】【課題】蒸発管が肉盛溶接された場合であっても、蒸発管の減肉量を正確に算出することができるボイラ火炉蒸発管の検査装置および検査方法を提供する。【解決手段】蒸発管４に固定される支持部１４と、支持部１４に支持される変位センサ１２と、変位センサ１２からの信号を処理する信号処理装置１６とを備える検査装置１１を用いて、蒸発管４の基準位置を示す基準マークを含む蒸発管４の表面形状を計測する。計測された蒸発管４の表面形状を、信号処理装置１６によって、記憶手段に予め記憶された減肉がない状態における、前記基準マークを含む蒸発管４の基準表面形状に重ね合わせて、両者の差分から蒸発管４の減肉量を算出する。このとき、基準マークに基づいて、蒸発管４の軸方向の同一位置における表面形状と基準表面形状とを重ね合わせる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ火炉内に配置された複数の蒸発管の減肉状態を検査するボイラ火炉蒸発管の検査装置であって、
前記蒸発管に固定される支持部と、
前記支持部に支持され、前記蒸発管の基準位置を示す基準マークを含む前記蒸発管の表面形状を計測する変位センサと、
減肉がない状態における、前記基準マークを含む前記蒸発管の基準表面形状が記憶された記憶手段と、
前記基準マークに基づいて、前記変位センサにより計測された前記表面形状を、前記記憶手段に記憶された前記基準表面形状に重ね合わせて、前記表面形状と前記基準表面形状との差分を求めることで前記蒸発管の減肉量を算出する算出手段とを備えることを特徴とするボイラ火炉蒸発管の検査装置。
【請求項２】
前記基準マークは、前記蒸発管に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のボイラ火炉蒸発管の検査装置。
【請求項３】
前記蒸発管の軸方向に沿って前記変位センサを移動させる移動手段をさらに備え、
前記変位センサは、前記移動手段によって前記蒸発管の前記軸方向に沿って移動しながら、前記蒸発管の径方向に沿って帯状のレーザ光を照射し、前記蒸発管からの反射光に基づいて、前記蒸発管の前記表面形状を計測することを特徴とする請求項１又は２に記載のボイラ火炉蒸発管の検査装置。
【請求項４】
前記基準マークは、最深部が前記蒸発管の前記径方向に沿ったＶ字形状である凹部を有する基準ブロックであり、
前記蒸発管の前記表面形状と、前記記憶手段に記憶された前記蒸発管の前記基準表面形状とは、前記基準ブロックの前記凹部の前記最深部を計測開始位置として、前記変位センサが前記移動手段により前記蒸発管の前記軸方向に沿って移動しながら計測したものであるであることを特徴とする請求項３に記載のボイラ火炉蒸発管の検査装置。
【請求項５】
前記基準マークは、前記蒸発管の前記基準位置を示す凸部であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のボイラ火炉蒸発管の検査装置。
【請求項６】
前記基準マークは、前記蒸発管の前記基準位置を示す凹形状の刻印であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のボイラ火炉蒸発管の検査装置。
【請求項７】
前記基準マークは、前記蒸発管の肉盛溶接時に付着したスパッタであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のボイラ火炉蒸発管の検査装置。
【請求項８】
ボイラ火炉内に配置された複数の蒸発管の減肉状態を検査するボイラ火炉蒸発管の検査装置であって、
前記蒸発管に固定される支持部と、
前記支持部を位置合わせする位置決め部材と、
前記位置決め部材により位置合わせされた前記支持部に支持され、前記蒸発管の表面形状を計測する変位センサと、
前記変位センサにより予め計測された、減肉がない状態における前記蒸発管の基準表面形状が記憶された記憶手段と、
前記変位センサにより計測された前記表面形状を、前記記憶手段に記憶された前記基準表面形状に重ね合わせて、前記表面形状と前記基準表面形状との差分を求めることで前記蒸発管の減肉量を算出する算出手段とを備えることを特徴とするボイラ火炉蒸発管の検査装置。
【請求項９】
前記支持部は、前記蒸発管に立設される４本の四角柱状の支持柱を含み、
前記位置決め部材は、前記支持部の前記支持柱のうち２本以上に対応する位置に設けられた複数の角当てであることを特徴とする請求項８に記載のボイラ火炉蒸発管の検査装置。
【請求項１０】
前記蒸発管の軸方向に沿って前記変位センサを移動させる移動手段をさらに備え、
前記変位センサは、前記移動手段によって前記蒸発管の前記軸方向に沿って移動しながら、前記蒸発管の径方向に沿って帯状のレーザ光を照射し、前記蒸発管からの反射光に基づいて、前記蒸発管の前記表面形状を計測することを特徴とする請求項８又は９に記載のボイラ火炉蒸発管の検査装置。
【請求項１１】
ボイラ火炉内に配置された複数の蒸発管の減肉状態を検査するボイラ火炉蒸発管の検査方法であって、
前記蒸発管の基準位置を示す基準マークを形成する工程と、
減肉がない状態における、前記基準マークを含む前記蒸発管の基準表面形状を予め計測する工程と、
予め計測された前記基準表面形状を記憶手段に記憶する工程と、
前記基準マークを含む前記蒸発管の表面形状を計測する工程と、
前記基準マークに基づいて、計測された前記表面形状を、前記記憶手段に記憶された前記基準表面形状に重ね合わせて、前記表面形状と前記基準表面形状との差分を求めることで前記蒸発管の減肉量を算出する工程とを備えることを特徴とするボイラ火炉蒸発管の検査方法。
【請求項１２】
ボイラ火炉内に配置された複数の蒸発管の減肉状態を検査するボイラ火炉蒸発管の検査方法であって、
位置決め部材で位置合わせされた状態の支持部に支持された変位センサにより、減肉がない状態における前記蒸発管の基準表面形状を予め計測する工程と、
予め計測された前記基準表面形状を記憶手段に記憶する工程と、
前記位置決め部材で位置合わせされた状態の前記支持部に支持された前記変位センサにより、前記蒸発管の表面形状を計測する工程と、
計測された前記表面形状を、前記記憶手段に記憶された前記基準表面形状に重ね合わせて、前記表面形状と前記基準表面形状との差分を求めることで前記蒸発管の減肉量を算出する工程とを備えることを特徴とするボイラ火炉蒸発管の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ火炉蒸発管の検査装置および検査方法に係り、特に、ボイラ火炉内に配設された蒸発管の表面形状を変位センサによって測定し、該測定値に基づいて蒸発管の腐食の程度を評価する検査装置および検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、発電を目的とした陸用ボイラでは、ボイラ火炉内の燃焼雰囲気が強い還元性を有するため、硫化腐食に起因する蒸発管の減肉が問題になっていた。
【０００３】
硫化腐食による損傷が進んでいる箇所の特定方法として、例えば、目視検査（目視によって表面に凹凸があるかの検査）、触手検査（素手によって表面の凹凸を検出）、さらに超音波肉厚計を用いた検査が挙げられる。しかしながら、硫化腐食は、火炉内の広範囲わたって損傷を生じることから、このような検査方法では多大な労力と時間を要する。
【０００４】
そこで、ボイラ火炉内の蒸発管の磨耗状態を簡単かつ短時間で検査するための検査装置が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、ボイラの伝熱管の外表面を非接触で検査する光学センサを有する検査装置が記載されている。この検査装置は、伝熱管キャビティ部に設置され、伝熱管バンク部の伝熱官群に対して光学センサを移動させて、伝熱管の磨耗程度を求めるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２５７７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１には、光学センサによる伝熱管の外表面の検出結果から、伝熱管の磨耗程度（すなわち、減肉量）を求める方法について具体的な記載が全くない。
【０００８】
また蒸発管は、硫化腐食に起因する減肉を考慮して予め肉盛溶接されていたり、経時的な減肉量に応じて肉盛溶接されることがある。図１７は、肉盛溶接された蒸発管の形状を示す図であり、（ａ）は蒸発管の平面図であり（ｂ）は蒸発管の断面図である。同図に示すように、肉盛溶接された蒸発管４は、素管４Ａの周囲に肉盛部４Ｂが設けられており、肉盛部４Ｂの表面には肉盛溶接時に波状模様４Ｃが発生する。このように肉盛溶接された蒸発管４は、蒸発管４の軸方向（図１７（ａ）参照）における位置によって大きく表面形状が異なる。
【０００９】
このため、特許文献１に記載された検査装置によって、肉盛溶接された蒸発管（伝熱管）の外表面を光学センサで検出したとしても、この検出結果から、肉盛溶接された蒸発管の減肉量を正確に知ることはできない。
【００１０】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、蒸発管が肉盛溶接された場合であっても、蒸発管の減肉量を正確に算出することができるボイラ火炉蒸発管の検査装置および検査方法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】
【００１１】
本発明の一態様に係るボイラ火炉蒸発管の検査装置は、ボイラ火炉内に配置された複数の蒸発管の減肉状態を検査するボイラ火炉蒸発管の検査装置であって、前記蒸発管に固定される支持部と、前記支持部に支持され、前記蒸発管の基準位置を示す基準マークを含む前記蒸発管の表面形状を計測する変位センサと、減肉がない状態における、前記基準マークを含む前記蒸発管の基準表面形状が記憶された記憶手段と、前記基準マークに基づいて、前記変位センサにより計測された前記表面形状を、前記記憶手段に記憶された前記基準表面形状に重ね合わせて、前記表面形状と前記基準表面形状との差分を求めることで前記蒸発管の減肉量を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
上記態様の検査装置では、基準マークに基づいて、変位センサにより計測された蒸発管の表面形状と、減肉がない状態における蒸発管の基準表面形状とを重ね合わせ、両者の差分から蒸発管の減肉量を算出する。このため、蒸発管が肉盛溶接され、蒸発管の軸方向位置によって大きく表面形状が異なる場合であっても、基準マークに基づいて、同一位置における表面形状と基準表面形状とを重ね合わせることができるので、蒸発管の減肉量を正確に算出することができる。
【００１３】
上記態様の検査装置において、前記基準マークは、前記蒸発管に設けられていることが好ましい。
【００１４】
これにより、変位センサにより計測された蒸発管の表面形状と、減肉がない状態における蒸発管の基準表面形状とをより正確に重ね合わせることができ、蒸発管の減肉量の算出精度を向上させることが可能になる。
【００１５】
上記態様の検査装置は、前記蒸発管の軸方向に沿って前記変位センサを移動させる移動手段をさらに備え、前記変位センサは、前記移動手段によって前記蒸発管の前記軸方向に沿って移動しながら、前記蒸発管の径方向（蒸発管の軸方向に直交する方向）に沿って帯状（スリット状）のレーザ光を照射し、前記蒸発管からの反射光に基づいて、前記蒸発管の前記表面形状を計測することが好ましい。
【００１６】
このように、変位センサを蒸発管の軸方向に沿って移動させながら、帯状のレーザ光を蒸発管の径方向に沿って照射することで、迅速に蒸発管の表面形状を計測することができる。
【００１７】
この場合、前記基準マークは、最深部が前記蒸発管の前記径方向に沿ったＶ字形状である凹部を有する基準ブロックであり、前記蒸発管の前記表面形状と、前記記憶手段に記憶された前記蒸発管の前記基準表面形状とは、前記基準ブロックの前記凹部の前記最深部を計測開始位置として、前記変位センサが前記移動手段により前記蒸発管の前記軸方向に沿って移動しながら計測したものであることがより好ましい。
【００１８】
このように蒸発管の表面形状および基準表面形状の計測を共通の位置（すなわち、基準ブロックのＶ字形状の最深部）から開始することで、表面形状と基準表面形状との重ね合わせを容易に行うことができる。
【００１９】
上記態様の検査装置において、前記基準マークは、前記蒸発管の前記基準位置を示す凸部であってもよいし、前記蒸発管の前記基準位置を示す凹形状の刻印であってもよい。
【００２０】
これにより、蒸発管の検査時（具体的には、変位センサによる蒸発管の表面形状の測定時）において、変位センサの位置合わせ作業を省略することができる。
【００２１】
上記態様の検査装置において、前記基準マークは、前記蒸発管の肉盛溶接時に付着したスパッタであってもよい。
【００２２】
このように肉盛溶接時に付着するスパッタを基準マークとして利用することで、基準マークを形成する手間を省くことができる。
【００２３】
本発明の別の態様に係るボイラ火炉蒸発管の検査装置は、ボイラ火炉内に配置された複数の蒸発管の減肉状態を検査するボイラ火炉蒸発管の検査装置であって、前記蒸発管に固定される支持部と、前記支持部を位置合わせする位置決め部材と、前記位置決め部材により位置合わせされた前記支持部に支持され、前記蒸発管の表面形状を計測する変位センサと、前記変位センサにより予め計測された、減肉がない状態における前記蒸発管の基準表面形状が記憶された記憶手段と、前記変位センサにより計測された前記表面形状を、前記記憶手段に記憶された前記基準表面形状に重ね合わせて、前記表面形状と前記基準表面形状との差分を求めることで前記蒸発管の減肉量を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【００２４】
上記態様の検査装置では、変位センサによって計測された蒸発管の表面形状および基準表面形状を互いに重ね合わせ、両者の差分から蒸発管の減肉量を算出する。ここで、変位センサは、蒸発管の表面形状および基準表面形状を計測する際、位置決め部材により所定の位置に固定された支持部に支持されている。また支持部の大きさは一定であり、支持部に対する変位センサの原点位置は決まっている。このため、蒸発管が肉盛溶接され、蒸発管の軸方向位置によって大きく表面形状が異なる場合であっても、同一位置における表面形状と基準表面形状とを重ね合わせることができることから、蒸発管の減肉量を正確に算出することができる。
【００２５】
上記態様の検査装置において、前記支持部は、前記蒸発管に立設される４本の四角柱状の支持柱を含み、前記位置決め部材は、前記支持部の前記支持柱のうち２本以上に対応する位置に設けられた複数の角当てであることが好ましい。
【００２６】
これにより、支持部を高精度に位置合わせして、蒸発管の減肉量をより一層正確に算出することができる。
【００２７】
上記態様の検査装置は、前記蒸発管の軸方向に沿って前記変位センサを移動させる移動手段をさらに備え、前記変位センサは、前記移動手段によって前記蒸発管の前記軸方向に沿って移動しながら、前記蒸発管の径方向（蒸発管の軸方向に直交する方向）に沿って帯状のレーザ光を照射し、前記蒸発管からの反射光に基づいて、前記蒸発管の前記表面形状を計測することが好ましい。
【００２８】
このように、変位センサを蒸発管の軸方向に沿って移動させながら、帯状のレーザ光を蒸発管の径方向に沿って照射することで、迅速に蒸発管の表面形状を計測することができる。
【００２９】
本発明の一態様に係るボイラ火炉蒸発管の検査方法は、ボイラ火炉内に配置された複数の蒸発管の減肉状態を検査するボイラ火炉蒸発管の検査方法であって、前記蒸発管の基準位置を示す基準マークを形成する工程と、減肉がない状態における、前記基準マークを含む前記蒸発管の基準表面形状を予め計測する工程と、予め計測された前記基準表面形状を記憶手段に記憶する工程と、前記基準マークを含む前記蒸発管の表面形状を計測する工程と、前記基準マークに基づいて、計測された前記表面形状を、前記記憶手段に記憶された前記基準表面形状に重ね合わせて、前記表面形状と前記基準表面形状との差分を求めることで前記蒸発管の減肉量を算出する工程とを備えることを特徴とする。
【００３０】
上記態様の検査方法では、基準マークに基づいて、計測された蒸発管の表面形状と、減肉がない状態における蒸発管の基準表面形状とを重ね合わせ、両者の差分から蒸発管の減肉量を算出する。このため、蒸発管が肉盛溶接され、蒸発管の軸方向位置によって大きく表面形状が異なる場合であっても、基準マークに基づいて、同一位置における表面形状と基準表面形状とを重ね合わせることができるので、蒸発管の減肉量を正確に算出することができる。
【００３１】
本発明の別の態様に係るボイラ火炉蒸発管の検査方法は、ボイラ火炉内に配置された複数の蒸発管の減肉状態を検査するボイラ火炉蒸発管の検査方法であって、位置決め部材で位置合わせされた状態の支持部に支持された変位センサにより、減肉がない状態における前記蒸発管の基準表面形状を予め計測する工程と、予め計測された前記基準表面形状を記憶手段に記憶する工程と、前記位置決め部材で位置合わせされた状態の前記支持部に支持された前記変位センサにより、前記蒸発管の表面形状を計測する工程と、計測された前記表面形状を、前記記憶手段に記憶された前記基準表面形状に重ね合わせて、前記表面形状と前記基準表面形状との差分を求めることで前記蒸発管の減肉量を算出する工程とを備えることを特徴とする。
【００３２】
上記態様の検査方法では、変位センサによって計測された蒸発管の表面形状および基準表面形状を互いに重ね合わせ、両者の差分から蒸発管の減肉量を算出する。ここで、変位センサは、蒸発管の表面形状および基準表面形状を計測する際、位置決め部材により所定の位置に固定された支持部に支持されている。また支持部の大きさは一定であり、支持部に対する変位センサの原点位置は決まっている。このため、蒸発管が肉盛溶接され、蒸発管の軸方向位置によって大きく表面形状が異なる場合であっても、同一位置における表面形状と基準表面形状とを重ね合わせることができることから、蒸発管の減肉量を正確に算出することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、蒸発管が肉盛溶接され、蒸発管の軸方向位置によって大きく表面形状が異なる場合であっても、同一位置における表面形状と基準表面形状とを重ね合わせることができるので、蒸発管の減肉量を正確に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ボイラ火炉の構成例を示す斜視図である。
【図２】ボイラ火炉蒸発管の一例を示す図である。
【図３】ボイラ火炉蒸発管の他の例を示す図である。
【図４】ボイラ火炉蒸発管の検査装置の構成例を示す斜視図である。
【図５】図４に示す検査装置の変位センサと蒸発管との配置関係を示す図である。
【図６】屈折手段の構成例を示す図である。
【図７】蒸発管の基準位置を示す基準マークの一例を示す斜視図である。
【図８】信号処理装置の構成例を示すブロック図である。
【図９】蒸発管の検査方法の一例を示すフローチャートである。
【図１０】変位計測データの一例を示す図である。
【図１１】蒸発管、溶接金属及びフィンの位置を特定する様子を示す図であり、（ａ）は表面形状曲線を示し、（ｂ）は（ａ）の表面形状曲線を１階微分したグラフである。
【図１２】表面形状曲線を補正する様子を示す図である。
【図１３】表面形状曲線を補正する様子を示す図である。
【図１４】蒸発管の表面形状を基準表面形状に重ね合わせた様子を示す図である。
【図１５】基準マークの他の例を示す図である。
【図１６】変位センサの支持部を位置合わせした状態で蒸発管の検査を行う様子を示す平面図である。
【図１７】肉盛溶接された蒸発管の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明に係るボイラ火炉蒸発管の検査装置及び検査方法の検査対象について説明した後、本発明の一実施形態に係る検査装置及び検査方法について説明する。
【００３６】
図１は、本発明に係る検査装置及び検査方法が適用されるボイラ火炉の構成例を示す斜視図である。図２は本発明に係る検査装置及び検査方法の検査対象であるボイラ火炉蒸発管の一例を示す図であり、図３はボイラ火炉蒸発管の他の例を示す図である。なお、図２（ａ）及び図３（ａ）はボイラ火炉蒸発管を示す平面図であり、図２（ｂ）及び図３（ｂ）はボイラ火炉蒸発管の断面図である。
【００３７】
図１に示すように、ボイラ火炉１は、壁面３で囲まれた燃焼室２と、壁面３に沿って配置される複数の蒸発管４とにより構成される。燃焼室２には、不図示のバーナが設けられており、バーナの燃焼により蒸発管４が加熱され、蒸発管４の内部を流れる水が蒸発して、蒸気を生成するようになっている。
【００３８】
蒸発管４は、隣接する蒸発管４と、溶接により互いに固定されていてもよいし、単に互いに接触するように配置されていてもよい。
【００３９】
例えば、図２に示すように、隣接する蒸発管４がフィン８を介して互いに溶接で固定されていてもよい。フィン８は蒸発管４の軸方向に沿って延びる板状部材であり、フィン８の両側端が蒸発管４に溶接金属１０によって溶接されている。このようにフィン８を介して複数の蒸発管４を互いに溶接する場合、配列された蒸発管４を壁面３として利用して、蒸発管４で囲まれる空間を燃焼室２とすることもできる。
【００４０】
また、図３に示すように、蒸発管４は上下端部（不図示）が固定されたバラ管であり、隣接する蒸発管４が互いに接触するように配置されていてもよい。
【００４１】
蒸発管４は、素管であってもよいし、肉盛溶接したものであってもよい。例えば、蒸発管４の腐食しやすい箇所を予め肉盛溶接したものであってもよいし、蒸発管４の腐食した箇所を減肉量に応じて肉盛溶接したものであってもよい。また、蒸発管４は、管内部が平滑なスムース管であってもよいし、管内部に渦巻き溝が形成されたライフル管であってもよい。
【００４２】
本実施形態では、上記構成の蒸発管４の減肉状態を検査するために、次に説明する検査装置を用いる。
【００４３】
図４は、本実施形態に係るボイラ火炉蒸発管の検査装置の構成例を示す斜視図である。図５（ａ）及び（ｂ）は、図４に示す検査装置の変位センサと蒸発管との配置関係を示す図である。
【００４４】
図４に示すように、検査装置１１は、主として、蒸発管４に固定される支持部１４と、支持部１４に支持され、蒸発管４の表面形状を計測する変位センサ１２と、変位センサ１２からの計測信号を処理する信号処理装置１６（「記憶手段」及び「算出手段」に相当）とにより構成される。
【００４５】
支持部１４は、変位センサ１２を支持することができる構成であれば特に限定されず、例えば、図４に示すように、蒸発管４に立設固定される４本の支柱２０と、一対の支柱２０の間に架設される梁２４（２４Ａ、２４Ｂ）と、梁２４（２４Ａ、２４Ｂ）の間に架設されるレール２６とにより構成することができる。この例では、梁２４（２４Ａ、２４Ｂ）及びレール２６によって形成される支持枠２８により変位センサ１２が直接的に支持され、この支持枠２８が支柱２０によって支持されるようになっている。
【００４６】
また、支柱２０は、蒸発管４の表面形状に沿うように円弧に形成された座面２２を介して、蒸発管４に取り付けられる。支柱２０の蒸発管４への取付けは、任意の締結部品を用いて行ってもよいが、マグネット１８を支柱２０と座面２２との間に配置し、マグネット１８の磁力を利用して支柱２０を蒸発管４に取付けることが好ましい。マグネット１８を用いることで、支持部１４の取り外しを容易に行うことができる。
【００４７】
支柱２０は、２本の蒸発管４に対して、蒸発管４の軸方向に沿って２箇所ずつ、正方形又は矩形の角部に位置するように固定される。
【００４８】
梁２４は、支柱２０に対して上下位置を調整可能なようにねじ機構によって構成され、上下調整つまみ部２９を回動することでスリット３０形成範囲内をＺ軸方向（矢印ａの方向）に移動するようになっている。
【００４９】
またレール２６は、ねじ機構によって梁２４の軸方向に移動可能に構成され、左右調整つまみ部３１を回動することでＸ軸方向（矢印ｂの方向）に移動するようになっている。
【００５０】
上記構成の支持部１４により、変位センサ１２は、Ｚ軸方向（矢印ａ方向）及びＸ軸方向（矢印ｂ方向）に移動可能に支持される。
【００５１】
変位センサ１２は、蒸発管４の外表面形状を計測可能な構成であれば特に限定されず、例えば、共焦点式、三角測距式や二次元三角測距式等の測定方式のものを用いることができる。なかでも、二次元三角測距式の二次元レーザ変位センサは、測定対象物の幅方向位置に対する高さを瞬時に測定できる構成（二次元測定が可能な構成）になっているため、この二次元レーザ変位センサを蒸発管４の軸方向に沿って移動させながら、蒸発管４の表面形状の計測を行うことで、迅速に蒸発管４の検査を行うことができる。以下、変位センサ１２として、二次元レーザ変位センサを用いる場合を例にとって説明する。
【００５２】
変位センサ（二次元レーザ変位センサ）１２は、図４に示すように、レーザ光照射部３４および受光素子（不図示）を有するセンサヘッド３２と、センサヘッド３２をレール２６に沿って蒸発管４の軸方向（Ｙ軸方向）に移動させるモータ３３と、モータ３３の回転角度からセンサヘッド３２の移動距離信号を出力するエンコーダ３６とにより構成されている。
【００５３】
レーザ光照射部３４は、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、蒸発管４の径方向（Ｘ軸方向）に沿って帯状（スリット状）のレーザ光を蒸発管４に照射するようになっている。なお、図５（ａ）は、フィン８によって蒸発管４が接続されている場合のレーザ光の照射状態を示し、図５（ｂ）は、蒸発管４がバラ管であり、隣の蒸発管４と接触して配設される場合のレーザ光の照射状態を示す。
【００５４】
蒸発管４に照射された帯状のレーザ光は、蒸発管４の表面で反射し、センサヘッド３２の受光素子（不図示）により測定され、蒸発管４の軸方向と直交する方向（径方向、Ｘ軸方向）に沿った蒸発管４の外表面形状が計測される。センサヘッド３２をモータ３３により蒸発管４の軸方向（図４に示すＹ軸方向）に沿って移動させながら、センサヘッド３２による測定を繰り返すことで、蒸発管４の全長にわたって、蒸発管４の外表面形状を計測することができる。
【００５５】
またセンサヘッド３２のＺ軸方向における位置は、上下調整つまみ部２９（図４参照）を用いて、センサヘッド３２と蒸発管４との距離がレーザ光照射部３４の焦点距離に応じて決まる測定可能範囲内に収まるように調節される。
【００５６】
上下調整つまみ部２９の回動だけでは、センサヘッド３２のＺ軸方向位置を測定可能範囲内に調節することができない場合には、レーザ光を屈折させる屈折手段を用いてもよい。
【００５７】
図６はレーザ光を屈折させる屈折手段を示す図である。図６（ａ）には屈折手段としてレーザ光３５を屈折させるプリズム４１を用いる例を示しており、図６（ｂ）には屈折手段としてレーザ光３５を屈折（反射）させるミラー４３を用いる例を示している。このように屈折手段（４１、４３）を用いてレーザ光３５を屈折させることで、上下調整つまみ部２９の回動だけではセンサヘッド３２のＺ方向位置を測定可能範囲内に調節することができない場合であっても、センサヘッド３２のＺ方向位置を適切に調節することができる。特に、ボイラ火炉の蒸発管の検査が火炉内に設置される足場上で行われる場合には、足場と蒸発管４との間隔を十分に確保することができないことがあるため、レーザ光３５の屈折手段を用いることが好ましい。
【００５８】
ところで、蒸発管４は、硫化腐食に起因する減肉を考慮して予め肉盛溶接されていたり、経時的な減肉量に応じて肉盛溶接されることがある。肉盛溶接された蒸発管４は、蒸発管４の軸方向における位置によって大きく表面形状が異なるので、変位センサ１２で蒸発管４の外表面を計測しても、この計測結果から蒸発管４の減肉量を正確に知ることはできない。
【００５９】
そこで本実施形態では、蒸発管４が肉盛溶接された場合であっても、蒸発管４の減肉量を正確に算出することができるように、蒸発管４の基準位置を示す基準マークが予め形成される。
【００６０】
図７は蒸発管４に設けられた基準マークの一例を示す斜視図である。同図に示すように、基準マーク６０は、最深部６４が蒸発管４の径方向に沿ったＶ字形状の凹部６２を有する基準ブロックであり、溶接等の任意の手法により蒸発管４に固定されている。基準マーク６０は、蒸発管４の減肉量評価を高精度に行う観点から、検査対象である蒸発管４のそれぞれに設けられることが好ましい。なお図７には１本の蒸発管４に設けられた１個の基準マーク６０を示したが、複数の蒸発管４にわたって１個の基準マーク６０を設けてもよい（すなわち、１個の基準マーク６０を複数の蒸発管４で共有してもよい）。
【００６１】
この基準マーク６０を含む蒸発管４の表面形状を変位センサ１２で計測し、基準マーク６０を含む蒸発管４の基準表面形状と重ね合わせて、両者の差分を求めることで、蒸発管４の減肉量が算出される。これにより、蒸発管４が肉盛溶接され、蒸発管４の軸方向位置によって大きく表面形状が異なる場合であっても、同一位置における表面形状と基準表面形状とを重ね合わせることができるので、蒸発管４の減肉量を正確に算出することができる。ここで、蒸発管４の基準表面形状とは、減肉がない状態における蒸発管４の表面形状であり、後述する信号処理装置１６の基準形状記憶部に予め記憶されている。
【００６２】
上記構成の基準マーク６０を用いる場合、蒸発管４の表面形状および基準表面形状の計測は、基準マーク６０の最深部６４から開始することが好ましい。これにより、計測された蒸発管４の表面形状と基準表面形状とを容易に重ね合わせることができるので、蒸発管４の減肉量の算出に要する計算負荷を軽減することが可能になる。
【００６３】
図４に示す信号処理装置１６は、変位センサ１２のセンサヘッド３２及びエンコーダ３６に接続されており、センサヘッド３２及びエンコーダ３６からの信号を受け取って、蒸発管４の減肉量を算出する。
【００６４】
図８は、信号処理装置１６の構成例を示すブロック図である。同図に示すように、信号処理装置１６は、主として、変位センサ１２の出力信号を受け取るコントローラ４０と、変位計測データを内部メモリに記憶するＰＣ（検査作業者のパソコン）４２と、基準表面形状が記憶された基準形状記憶部４６と、減肉量を算出する減肉量算出部４８とにより構成される。
【００６５】
信号処理装置１６では、コントローラ４０において、変位センサ１２から変位計測データを受け取り、ＰＣ４２の内部メモリに保存し、減肉量算出部４８において、基準形状記憶部４６に予め記憶されている基準形状データと重ね合わせて、両者の差分を求めることで減肉量を算出する。
【００６６】
基準形状記憶部４６には、減肉がない状態における、基準マーク６０を含む蒸発管４の基準表面形状が記憶されている。この基準表面形状は蒸発管４のそれぞれについて記憶されており、変位センサ１２により表面形状が計測された蒸発管４に対応する基準表面形状が基準形状記憶部４６から減肉量算出部４８に送られるようになっている。
【００６７】
また、変位計測データは変位センサ１２の取付け状態（位置や角度）に起因する誤差を含んでいることがあるため、図８に示すように、変位計測データの補正処理を行う補正部４４を設けることが好ましい。これにより、変位センサ１２の取付け状態によらず、蒸発管４の減肉量をより正確に算出することができる。なお、補正部４４による変位計測データの補正処理については、後で詳細に説明する。
【００６８】
次に、上述した検査装置１１を用いて蒸発管４を検査する方法について説明する。図９は蒸発管４の検査方法の一例を示すフローチャートである。
【００６９】
同図に示すように、まずステップＳ２において、信号処理装置１６がコントローラ４０を介して変位センサ１２から変位計測データを取得する。変位計測データは図１０に示すように火炉幅方向距離（図４に示すＸ軸方向の距離）を横軸にとり、センサヘッド３２の位置からの変位として蒸発管４の表面形状データＤが取得される。
【００７０】
そして、ステップＳ４で、基準位置算出部４６によって取得された表面形状から蒸発管４の部分、溶接金属１０の部分、フィン８の部分の認識を行う。
【００７１】
具体的には、図１１（ａ）に示すように、横軸に火炉幅方向距離を、縦軸に山形の表面形状の高さをとると、（１）、（６）がフィン８の部分に相当し、（２）、（５）が溶接金属１０の部分に相当し、（３）〜（４）が蒸発管４の部分に相当する。
【００７２】
これらの位置を計測データから求めるには、山形の表面形状の曲線を１階微分して傾きを算出して求めることができる。
【００７３】
図１１（ｂ）がその１階微分データを示し、（１）、（６）のフィン８の部分では傾きは略ゼロになり、また（２）、（５）の溶接金属１０の部分でも溶接金属１０が盛られるため傾きが略ゼロになる。
【００７４】
さらに、傾きのピーク値はプラス側、マイナス側それぞれに２個所現れ、横軸方向で最初のピーク値の位置はフィン８から溶接金属１０への変化部であり、２度目のピーク値位置（３）は、溶接金属１０から蒸発管４への変化部であり、この位置（３）を溶接金属１０と蒸発管４との境界位置Ｐとして判定でき、（３）〜（４）が蒸発管４の表面部分であると分かる。
【００７５】
つぎに、図９に示すステップＳ６に進み、補正部４４による変位計測データの補正処理を行う。図１２（ａ）及び（ｂ）は、補正部４４による変位計測データの補正処理を示す図である。図１２（ａ）及び（ｂ）において、点線が補正前、実線が補正後の形状位置を示す。
【００７６】
補正部４４は、図１２（ａ）に示すように、計測データから求めたフィンの位置（１）、（６）、または境界位置（３）（４）の位置が、設計データ等の減肉の無い基準形状のフィン位置または境界位置とずれている場合には、上下方向にＨ移動して一致させる補正をする。
【００７７】
また補正部４４は、計測データから求められた表面形状のフィン８の位置（１）と（６）の高さ、または境界位置（３）と（４）の高さが左右で一致しない場合には、図１２（ｂ）に示すように蒸発管４の周方向にθ回転して水平方向に一致させる補正をする。
【００７８】
さらに補正部４４は、変位センサ１２が蒸発管４の軸方向に対して平行に走査されなかったため、変位計測データ間で左右方向にずれが生じた場合には、図１３に示すように溶接金属とフィンとの境界位置（若しくは管と溶接部の境界位置）を手動あるいは自動で検出し、表面形状データＤの１番目のデータと、最後のデータとのずれｘを計算し、変位計測データ間の左右方向のずれを補正する。なお、ずれｘｉは、ｘｉ＝ｎｉ×ｄ×ｔａｎθ’によって計算される。
【００７９】
次に、図９に示すステップＳ８において、減肉がない状態における蒸発管４の基準表面形状データを基準形状記憶部４６から取得する。
【００８０】
そして、ステップＳ１０において、減肉量算出部４８により、ステップＳ６で補正された変位計測データ（蒸発管４の現在の表面形状を示すデータ）と、ステップＳ８で取得された基準表面形状データ（減肉がない状態における蒸発管４の表面形状を示すデータ）とを重ね合わせる。図１４は、変位計測データを基準表面形状データに重ね合わせた様子を示す図である。同図に示すように、変位計測データと基準表面形状データとは、左右方向位置が一致する（すなわち、フィン８の表面位置や、溶接金属１０と蒸発管４との境界位置が一致する）ように重ね合わされる。
【００８１】
また本実施形態では、基準マーク６０に基づいて、変位計測データと基準表面形状データとの重ね合わせが行われる。具体的には、基準マーク６０に基づいて、蒸発管４の軸方向（長手方向）の同一位置における変位計測データと基準表面形状データとを重ね合わせる。これにより、蒸発管４が肉盛溶接された場合であっても、蒸発管４の減肉量を正確に算出することができる。
【００８２】
最後に、ステップＳ１２において、ステップＳ１０で重ね合わせられた変位計測データと基準表面形状データとの差分を求めて、蒸発管４の減肉量を算出する。
【００８３】
以上、本発明の一例について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
【００８４】
例えば、上述の実施形態では、基準マークがＶ字形状の凹部６２を有する基準ブロック６０である例について説明したが、基準マークは蒸発管４の基準位置を示すマークであれば特に限定されない。
【００８５】
図１５（ａ）〜（ｃ）は基準マークの他の例を示す斜視図である。図１５（ａ）に示す基準マーク７０は、蒸発管４の基準位置を示す凸部であり、例えば、蒸発管４に溶接で固定された金属板であってもよい。図１５（ｂ）に示す基準マーク７２は、蒸発管４の基準位置を示す凹形状の刻印であり、例えば、蒸発管４に刻印された任意の文字や図形であってもよい。なお、図１５（ａ）及び（ｂ）には、検査対象である蒸発管４に基準マーク（７０、７２）が形成されている例を示したが、基準マーク（７０、７２）は検査対象ではない蒸発管４（例えば、検査対象の蒸発管に隣接する蒸発管）に形成されていてもよいし、フィン８や溶接金属１０に形成されていてもよい。
【００８６】
図１５（ａ）及び（ｂ）に示す基準マーク（７０、７２）を用いることで、蒸発管４の検査時（具体的には、変位センサ１２による蒸発管４の表面形状の測定時）において、変位センサ１２の位置合わせ作業を省略することができる。
【００８７】
また、図１５（ｃ）に示すように、蒸発管４の肉盛溶接時に付着したスパッタからなる基準マーク７４を用いて、変位計測データ（蒸発管４の表面形状を示すデータ）と、基準表面形状データ（減肉がない状態における蒸発管４の表面形状を示すデータ）とを重ね合わせてもよい。基準マーク７４は、検査対象ではない蒸発管４（例えば、検査対象の蒸発管に隣接する蒸発管）に形成されたスパッタであってもよいし、フィン８や溶接金属１０に形成されたスパッタであってもよい。このように肉盛溶接時に付着するスパッタを基準マーク７４として利用することで、基準マークを形成する手間を省くことができる。
【００８８】
また上述の実施形態では、基準マークに基づいて変位計測データと基準表面形状データとを重ね合わせて減肉量を算出する例について説明したが、基準マークを用いる代わりに、変位センサ１２の支持部１４を位置合わせした状態で取得した変位計測データと基準表面形状データとを重ね合わせて減肉量を算出してもよい。
【００８９】
図１６は変位センサ１２の支持部１４を位置合わせした状態で蒸発管４の検査を行う様子を示す平面図である。同図に示すように、支持部１４を位置合わせする位置決め部材８０が蒸発管４に固定されている。
【００９０】
位置決め部材８０は、支持部１４を位置決めすることができる構成であれば特に限定されず、例えば、四角柱状の支持柱２０に対応する位置に設けられた角当てであってもよい。なかでも、図１６に示すように、支持柱２０の鉛直方向下側の角に対応する位置に設けられた角当ては、支持部１４の位置決めを容易に行うことができるため好ましい。また位置決め部材８０は、支持部１４の位置決め精度を向上させる観点から、支持柱２０のうち２本以上に対応する位置に設けられていることが好ましい。
【００９１】
この位置決め部材８０により位置合わせされた状態の支持部１４に支持された変位センサ１２により、蒸発管４の表面形状及び基準表面形状が計測され、これらを互いに重ね合わせて差分を求めることで、蒸発管４の減肉量が算出される。ここで、変位センサ１２は、蒸発管４の表面形状および基準表面形状を計測する際、位置決め部材８０により所定の位置に固定された支持部１４により支持されている。また支持部１４の大きさは一定であり、支持部１４に対する変位センサ１２の原点位置は決まっている。このため、蒸発管４が肉盛溶接され、蒸発管４の軸方向位置によって大きく表面形状が異なる場合であっても、同一位置における表面形状と基準表面形状とを重ね合わせることができるので、蒸発管４の減肉量を正確に算出することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１                      ボイラ火炉
２                      燃焼室
４                      蒸発管
８                      フィン
１１                    検査装置
１２                    変位センサ
１４                    支持部
１６                    信号処理装置
１８                    マグネット
２０                    支柱
２８                    支持枠
２９                    上下調整つまみ部
３１                    左右調整つまみ部
３２                    センサヘッド
３３                    モータ
３４                    レーザ光照射部
４０                    コントローラ
４２                    ＰＣ
４４                    補正部
４６                    基準形状記憶部
４８                    減肉量算出部
６０、７０、７２、７４  基準マーク
８０                    位置決め部材
【図１】
2011033375.tif 000003
【図２】
2011033375.tif 000004
【図３】
2011033375.tif 000005
【図４】
2011033375.tif 000006
【図５】
2011033375.tif 000007
【図６】
2011033375.tif 000008
【図７】
2011033375.tif 000009
【図８】
2011033375.tif 000010
【図９】
2011033375.tif 000011
【図１０】
2011033375.tif 000012
【図１１】
2011033375.tif 000013
【図１２】
2011033375.tif 000014
【図１３】
2011033375.tif 000015
【図１４】
2011033375.tif 000016
【図１５】
2011033375.tif 000017
【図１６】
2011033375.tif 000018
【図１７】
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