(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査管の内部に加圧水を供給して水流を形成する加圧水供給装置と、被検査管の内部に挿入され水流によって移動し、超音波を被検査管の管壁に向けて発振し、管壁から反射するエコー信号を受信するセンサー部を有する超音波探触子とを備え、該エコー信号の波形から管壁の異常有無を検出する管内挿入式超音波探傷装置において、
前記超音波探触子に設けられた加速度センサーと、
前記超音波探触子に設けられ、前記エコー信号の波形情報と前記加速度センサーで得られた加速度情報とを記憶するメモリと、
前記エコー信号の波形情報から被検査管の曲り部や溶接部のような特徴的波形を生じる部位を特定し、該特徴的な波形を生じた管壁部位を基準とし、前記加速度センサーからのデータを時間積分して前記超音波探触子の速度を求めさらに時間積分してエコー信号の計測位置を演算する演算装置と、を備え、
前記被検査管の計測位置とリンクした計測結果が、前記特徴的波形を生じた管壁部位の間に位置する管壁部位で得られるように構成し、
さらに、前記超音波探触子に接続された線状体と、被検査管の外部に設けられ、該線状体を送り出す線状体送り装置と、を備え、前記加速度センサーによる前記超音波探触子の位置計測に加えて前記線状体送り装置による位置計測を併用することを特徴とする管内挿入式超音波探傷装置。
【請求項２】
前記線状体送り装置の線状体送り速度を制御する送り速度制御装置を備え、
前記送り速度制御装置によって前記線状体を一定速度で送り出すようにしたことを特徴とする請求項１に記載の管内挿入式超音波探傷装置。
【請求項３】
前記線状体の送り量を計測する送り量計測装置を備えていることを特徴とする請求項1又は２に記載の管内挿入式超音波探傷装置。
【請求項４】
前記演算装置が被検査管の外部に設けられ、前記線状体が該演算装置と前記メモリとを接続するリード線で構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の管内挿入式超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査管内に挿入される超音波探触子で被検査管の管壁の異常有無を検出する管内挿入式超音波探傷装置に関し、詳しくは、受信したエコー信号の計測位置を計測可能にしたものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、非破壊検査により、管の異常を検出するため、管内挿入式超音波探傷装置が用いられている。例えば、火力発電プラントのボイラに装着されたボイラチューブ等の管は、内部に高温高圧の水蒸気を通すので、管壁の傷や割れ、減肉等を検査する必要がある。
【０００３】
管内挿入式超音波探傷装置では、管内に挿入される超音波探触子は、管壁に向かって超音波を発振すると共に、エコー信号を受信するセンサー部、該センサー部に対しパルス波形の電圧を負荷して超音波を発振させると共に、該センサー部を経由してエコー信号を受信するパルス発生・受信部、該パルス発生・受信部におけるパルス信号の送出、及び記憶部へのエコー信号の書き込み等を制御する制御部、各構成機器に電力を供給するバッテリ及び電源回路、及び超音波探触子を管内でほぼ中心に保持する調芯治具等で構成されている（これら機器の詳細構成は特許文献２を参照）。
【０００４】
被検査管内に水ポンプで加圧水が供給され、超音波探触子が被検査管内に挿入され、水流により被検査管内を移動する。超音波探触子は、被検査管内を移動しながら、超音波を管壁に向けて発振し、管内表面及び管外表面から反射するエコー信号を受信する。該エコー信号の時間差やエコー信号の波形から、管壁の肉厚や傷を計測する。
【０００５】
特許文献１には、管内に挿入される超音波探触子に自走装置と、管端側から投射される光を捉えて電気エネルギに変換する光電変換手段とを設け、電力の供給用及び検出データの取り出し用、あるいは超音波探触子の移動用として、超音波探触子に接続されたケーブルを不要とした超音波探傷装置が開示されている。また、特許文献２には、同様に前記ケーブルを不要にし、超音波探触子が水ポンプで供給される加圧水で移動する管内挿入式超音波探傷装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭６３−３８０６１号の明細書及び図面
【特許文献２】特開２００９−２２９４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、前記ケーブルが接続された超音波探触子においては、計測位置は該ケーブルの送出量から算出していた。しかし、特許文献１及び２に開示された管内挿入式超音波探傷装置のように、ケーブルが接続されない超音波探触子では、従来の検出方法を採用できない。そのため、別な検出方法として、例えば、ボイラチューブのベンド部（曲がり部）や突合せ溶接部など、超音波のエコー信号が特徴的な波形を示す部位を特定し、該部位との時間差から計測位置を割り出している。
【０００８】
即ち、図８に示すように、例えば、ボイラチューブ等の被検査管１００に、加圧水供給管１０２から水ポンプ１０４によって加圧水ｗが供給される。被検査管１００に挿入された超音波探触子１０６は、加圧水ｗが形成する水流ａに載って被検査管１００内を移動し、移動しながら超音波を発振し、エコー信号を受信し、管壁を検査する。被検査管１００の曲がり部１００ａでは、超音波探触子１０２が受信するエコー信号は特徴的な波形となるので、特徴的な波形を受信することで曲がり部１００ａを特定し、この波形を受信した時間との時間差から他の管壁の計測位置を割り出している。
【０００９】
フィン付きチューブでは、フィル付き部位でエコー信号が特徴的な波形を示す。フィンピッチ間隔は等間隔であるので、特徴的な波形からフィン付き部位を割り出し、フィン数をカウントすることで、計測位置を求めることができる。しかし、被検査管内を流れる水流で移動する超音波探触子の移動速度は等速でないため、位置情報に誤差が生じるという問題がある。
【００１０】
なお、特許文献２には、被検査管の両端に夫々音波送信器を設けると共に、超音波探触子の前端及び後端に音波受信器を設けた計測位置算出手段が開示されている。この算出手段では、両音波送信器から音波を同時に発信させ、両音波受信器で受信する音波の時間差から超音波探触子の管軸方向位置を求めている。しかし、この手段は、音波送信器や音波受信器を取り付ける必要があるので、比較的高コストになるという問題がある。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、被検査管内に供給される加圧水で移動する超音波探触子を備えた管内挿入式超音波探傷装置において、簡易かつ低コストな手段で、計測位置を割り出し可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的を達成するため、本発明の管内挿入式超音波探傷装置は、超音波探触子に加速度センサー及びメモリを設け、エコー信号の波形情報と加速度センサーで検出した加速度情報とを該メモリに記憶させるようにしている。
そして、演算装置で、エコー信号の波形情報から被検査管の曲り部や溶接部のような特徴的波形を生じる部位を特定し、該特徴的な波形を生じた管壁部位を基準とし、前記加速度センサーからのデータを時間積分して前記超音波探触子の速度を求めさらに時間積分してエコー信号の計測位置を演算させるようにしている。そして、前記被検査管の計測位置とリンクした計測結果が、前記特徴的波形を生じた管壁部位の間に位置する管壁部位で得られるように構成し、さらに、前記超音波探触子に接続された線状体と、被検査管の外部に設けられ、該線状体を送り出す線状体送り装置と、を備え、前記加速度センサーによる前記超音波探触子の位置計測に加えて前記線状体送り装置による位置計測を併用することを特徴している。
特徴的な波形を生じた管壁部位とは、ベンド部や溶接部等である。図８に示すように、これら特徴的波形部位の間にある直管部や緩やかな曲がり部を、該特徴的波形部位の位置を基準にして求めることができる。
【００１３】
演算装置で加速度情報を時間積分することで超音波探触子の速度を求める。次に、求めた速度をさらに時間積分して、特徴的な波形を生じた管壁部位からの距離を求める。こうして、特徴的波形部位を基点として計測位置を求めることができる。演算装置は、超音波探触子に内蔵させてもよく、あるいは被検査管の外部に設けるようにしてもよい。
【００１４】
本発明において、前記構成に加えて、前記線状体送り装置の線状体送り速度を制御する送り速度制御装置を備え、送り速度制御装置によって線状体を一定速度で送り出すようにするとよい。超音波探触子の移動量は線状体の送り量と等しい。そのため、線状体の送り出し速度と送り出しに要した時間との積から、超音波探触子の移動量を求めることができる。この移動量から、被検査管の計測位置を求めることができる。このように、加速度センサーによる位置計測と線状体を用いた位置計測とを併用することで、計測位置を正確に求めることができる。
【００１５】
本発明において、前記線状体の送り量を計測する送り量計測装置を備えているとよい。これによって、線状体の送り量から超音波探触子の移動量を求めることができる。加速度センサーによる位置計測とこの計測方法とを併用することで、計測位置を正確に求めることができる。
【００１６】
本発明において、演算装置が被検査管の外部に設けられ、線状体が演算装置とメモリとを接続するリード線で構成されているとよい。これによって、線状体の送りによって計測位置を求めることができると共に、メモリに記憶されたエコー信号の波形情報及び加速度情報を、リード線を介して被検査管の外部に設けられた演算装置に送ることができる。そのため、超音波探触子による計測中に、演算装置によってオンラインで計測結果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、超音波探触子に加速度センサー及びメモリを内蔵させ、このメモリにエコー信号の波形情報と加速度センサーで得られた加速度情報とを記憶させ、演算装置で、エコー信号の波形情報と加速度情報とを整合させ、エコー信号の特徴的な波形を生じた管壁部位の位置を基準とし、加速度情報から計測位置を演算するので、外部装置とケーブルで接続されていない超音波探触子でも、簡易かつ低コストな手段で、その計測位置を求めることができる。
また、加速度センサーによる超音波探触子の位置計測に加えて線状体送り装置による位置計測を併用することで、計測位置を正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明装置の第１実施形態の全体構成図である。
【図２】第１実施形態の信号処理系統のブロック線図である。
【図３】第１実施形態の信号処理手順を示すフロー図である。
【図４】本発明装置の第２実施形態の信号処理系統のブロック線図である。
【図５】本発明装置の第３実施形態の全体構成図である。
【図６】第３実施形態の信号処理系統のブロック線図である。
【図７】本発明装置の第４実施形態の全体構成図である。
【図８】従来の計測位置検出方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２０】
（実施形態１）
本発明の第１実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１において、ボイラチューブ等の被検査管１０の管壁の傷や割れ、減肉等を検査するため、被検査管１０に加圧水供給管１２が接続される。加圧水供給管１２に設けられた水ポンプ１４によって、被検査管１０の内部に加圧水ｗが供給され、被検査管１０の内部に水流ａが形成される。被検査管１０の内部に超音波探触子２０が挿入され、超音波探触子２０は水流ａによって被検査管１０の内部を移動する。
【００２１】
超音波探触子２０は、センサー収納部２２と加速度センサー収納部２４とが、コイルバネ等で構成されたフレキシブル・シャフト２６を介して接続されている。フレキシブル・シャフト２６には、センサー収納部２２と加速度センサー収納部２４とに接続されたリード線が内蔵されている。このリード線によってセンサー収納部２２と加速度センサー収納部２４超音波探触子２０の先端には、フレキシブル・シャフト２６を介して先端ガイド２８が設けられている。また、センサー収納部２２の前後のフレキシブル・シャフト２６に、超音波探触子２０を被検査管１０の内部でほぼ中央に位置させる調芯治具３０が設けられている。
【００２２】
センサー収納部２２には、超音波を発振及び受信する圧電素子からなる振動子等が設けられたセンサー部３２と、センサー部３２に対しパルス波形の電圧を負荷してパルス状の超音波を発信させると共に、センサー部３２を経由してエコー信号を受信するパルス発生・受信部３４とが収納されている。加速度センサー収納部２４には、超音波探触子２０の加速度を計測する加速度センサー３６と、パルス発生・受信部３４におけるパルス信号の送出、及びメモリ３８へのエコー信号の書き込み等を制御する制御部４０と、各構成機器に電力を供給するバッテリ４２とが収納されている。
【００２３】
図２に示すように、パルス発生・受信部３４で受信したエコー信号、及び加速度センサー３６によって検出された超音波探触子２０の加速度は、ＡＤコンバータ４４によってデジタル信号に変換され、メモリ３８に記憶される。
【００２４】
かかる構成において、本実施形態の操作手順を図３により説明する。超音波探触子２０は、被検査管１０の内部を移動しながらセンサー部３２から超音波を発信し、管内表面や管外表面から反射してきたエコー信号を受信する（Ｓ１０）。また、被検査管１０を移動中、加速度センサー３６で超音波探触子２０の加速度を計測する（Ｓ１２）。前記エコー信号データと加速度センサー２０で得られた加速度データとは、ＡＤコンバータ３０でデジタル信号に変換され（Ｓ１４）、時間軸でリンクされた組合せ情報としてメモリ３８に記憶される（Ｓ１６）。
【００２５】
次に、被検査管１０の検査を終えた後、超音波探触子２０を被検査管１０の外に取り出し、メモリ３８をパソコン４６と接続する。そして、パソコン４６に内蔵されたＣＰＵ４８によって、管内表面と管外表面とのエコー信号の時間差や、エコー信号の波形から、管壁の肉厚や傷を計測する（Ｓ１８）。計測位置の割り出しは、まず、ＣＰＵ４８によって、エコー信号の波形データから、被検査管１０の曲がり部や溶接部等のように、エコー信号の波形データから、特徴的波形を生じる部位を特定する。
【００２６】
次に、ＣＰＵ４８によって、加速度データを時間積分して超音波探触子２０の速度を求める（Ｓ２０）。次に、求めた速度をさらに時間積分して、特徴的波形部位からの特定波形部位の距離を求める（Ｓ２２）。そして、エコー信号の波形データと加速度データとの組合せ情報から、特徴的波形部位を基準として、加速度データから特定の波形データに対応した被検査管１０の計測位置を求める（Ｓ２４）。こうして、求めた管壁の計測結果（被検査管１０の計測位置とリンクした計測結果）を画面５０に表示する。
【００２７】
本実施形態によれば、特徴的波形部位を基準として、被検査管１０の計測位置とリンクした計測結果を得ることができる。また、超音波探触子２０に加速度センサー３６を内蔵させるだけの簡易かつ低コストな手段で、これを可能とする。
【００２８】
（実施形態２）
次に、本発明装置の第２実施形態を図４により説明する。図４に示すように、本実施形態は、制御部４０にＣＰＵ（演算装置）を内蔵した構成を有する。ＡＤコンバータ４４でデジタル信号に変換された組み合せ情報から、内蔵ＣＰＵ５２で、エコー信号から管壁の計測結果を求め、かつ特徴的波形部位から計測結果に対応した管壁の計測位置を演算する。この演算結果をメモリ３８に記憶させる。検査終了後、メモリ３８をパソコン４６と接続し、被検査管１０の管壁部位とリンクした計測結果をパソコンで読み出して使用する。その他の構成は第１実施形態と同一である。
【００２９】
本実施形態によれば、超音波探触子２０の内蔵ＣＰＵ５２で取得データを演算し、計測位置とリンクした計測結果を得ることができるので、被検査管１０の外部に演算装置を必要としない。そのため、外部の装置構成を簡素化できる。
【００３０】
（実施形態３）
次に、本発明装置の第３実施形態を図５及び図６により説明する。図５において、加圧水供給装置及び被検査管１０に挿入される超音波探触子２０は、第１実施形態と同一構成のものである。本実施形態では、被検査管１０の外に巻き線送出装置６０が設けられている。巻き線送出装置６０には、回転軸６２に固定された円筒形の回転ドラム６４が設けられている。回転軸６２に隣接して駆動モータ６６が設けられている。回転軸６２と駆動モータ４６の出力軸６６ａとに動力伝達ベルト６８が巻回され、回転軸６２及び回転ドラム６４は、出力軸６６ａによって回転される。
【００３１】
回転ドラム６４には巻き線７０が巻回され、巻き線７０の先端は超音波探触子２０の後端に接続されている。回転ドラム６４を巻き線７０の送り出し方向又は取り込み方向に回転させることで、水流ａに抗して超音波探触子２０の移動方向及び移動量を制御できる。巻き線送出装置６０には、回転ドラム６４の速度を制御可能な制御装置７２、及び巻き線７０の出し入れ速度及び回転ドラム６４の作動時間を表示する表示部７４が設けられている。
【００３２】
本実施形態では、超音波探触子２０による被検査管１０の検査時に、制御装置７２によって回転軸４２の回転速度を一定に制御する。そのため、巻き線５０の送り速度と回転ドラム６４の動作時間との積から、被検査管内での超音波探触子２０の位置を求めることができる。図６に示すように、検査終了後、メモリ３８をパソコン４６に接続し、メモリ３８から組合せ情報をパソコン４６に入力する。また、制御装置７２で得られた超音波探触子２０の位置データをＡＤコンバータ７６でデジタル信号に変換した後、パソコン４６に入力する。パソコン４６でメモリ３８から入力された組み合せ情報と、制御装置７２から入力された位置データとを平均化処理することで、精度良く計測位置を算出できる。
【００３３】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の加速度センサー３６による超音波探触子２０の位置計測に加えて、巻き線送出装置６０による超音波探触子２０の位置計測を併用することで、超音波探触子２０の位置を正確に計測できる。
【００３４】
（実施形態４）
次に、本発明装置の第４実施形態を図７により説明する。本実施形態は、第３実施形態の構成に加えて、巻き線７０の出し入れ量を計測するエンコーダ７６を巻き線送出装置６０に付設している。そして、表示部７４にエンコーダ７６の計測値を追加表示するようにしたものである。その他の構成は、第３実施形態と同一である。
【００３５】
本実施形態によれば、パソコン４６での演算処理において、第３実施形態と比べて、エンコーダ７６の計測値をさらに加味した演算を行うことができる。そのため、計測結果にリンクした計測位置をさらに精度良く求めることができる。
【００３６】
なお、第４実施形態の変形例として、巻き線７０をリード線を内蔵したケーブルに代え、超音波探触子２０の制御部４０と制御装置７２に内蔵されたＣＰＵとを電気的に接続させるようにするとよい。これによって、超音波探触子２０のよる検査中に、メモリ３８に記憶された組み合せ情報を制御装置７２内のＣＰＵに送ることができる。そのため、検査中に、オンラインで被検査管１０の計測結果及び計測結果にリンクした計測位置を求めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明によれば、ボイラチューブ等の被検査管の異常有無を検出する管内挿入式超音波探傷装置において、簡易かつ低コストな手段で、管壁の異常有無を計測しながら、計測位置を求めることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０                          被検査管
１２                          加圧水供給管
１４                          水ポンプ
２０                          超音波探触子
２２                          センサー収納部
２４                          加速度センサー収納部
２６                          フレキシブル・シャフト
２８                          先端ガイド
３０                          調芯治具
３２                          センサー部
３４                          パルス発生・受信部
３６                          加速度センサー
３８                          メモリ
４０                          制御部
４２                          バッテリ
４４                          ＡＤコンバータ
４６                          パソコン
４８                          ＣＰＵ
５０                          画面
５２                          内蔵ＣＰＵ
６０                          巻き線送出装置
６２                          回転軸
６４                          回転ドラム
６６                          駆動モータ
６６ａ                        出力軸
６８                          動力伝達ベルト
７０                          巻き線
７２                          制御装置
７４                          表示部
７６                          エンコーダ
ａ                            水流
ｗ                            加圧水
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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