(57)【要約】【課題】天井クレーン等のように、桁（主桁、走行桁）とその桁の上に設置されたレールとを備えたクレーンについて、そのクレーンに存在する亀裂を非破壊かつ遠隔で効率良く検査することができるクレーン亀裂診断装置及び方法を提供する。【解決手段】クレーンの走行桁１の亀裂を診断するために、クレーン亀裂診断装置５は、超音波振動発生装置６と、赤外線サーモグラフィ装置１１と、反射板１３と、レール固定装置１９とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
桁と該桁の上に設置されたレールとを備えたクレーンに存在する亀裂を非破壊かつ遠隔で検査する亀裂診断装置であって、クレーンの表面に接触させることにより超音波振動を与える超音波振動発生装置と、クレーンの表面に発生した温度変化を赤外線サーモグラフィで計測する表面温度検出手段とを備え、前記超音波振動発生装置は、超音波を発生させる超音波振動子と、超音波振幅を増幅する金属製の超音波ホーンと、当該超音波振動発生装置をレールにクランプ固定するレール固定装置とを備え、前記レール固定装置は、前記超音波振動発生装置が前記レール固定装置を中心に回転するのを防止する固定爪と、前記超音波ホーンを任意の荷重でクレーン表面に接触させる加圧装置とを備え、前記超音波ホーンをクレーン表面に接触させることにより超音波振動を与えることを特徴とするクレーン亀裂診断装置。
【請求項２】
前記レール固定装置は、油圧式、もしくは、空圧式、もしくはネジ式のいずれか１つを使用することで、開口幅を任意に設定でき、任意の幅を持つレールに対して任意の押し付け荷重で前記超音波振動発生装置をクランプ固定することができることを特徴とする請求項１に記載のクレーン亀裂診断装置。
【請求項３】
前記加圧装置は、油圧、もしくは、空圧、もしくは加圧用ネジのいずれか１つを使用し、前記超音波ホーンとクレーン表面の接触圧を任意の値とすることを特徴とする請求項１または２に記載のクレーン亀裂診断装置。
【請求項４】
前記加圧用ネジは、締結トルクを測定することにより、前記超音波ホーンとクレーン表面の接触圧を導出できることを特徴とする請求項３に記載のクレーン亀裂診断装置。
【請求項５】
前記超音波振動発生装置は、装置移動時に、前記レール上を走行する機能を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のクレーン亀裂診断装置。
【請求項６】
前記超音波振動発生装置の発振信号を参照信号として、前記赤外線サーモグラフィ装置で測定された変動する温度分布データを取り出し、ロックイン処理を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のクレーン亀裂診断装置。
【請求項７】
桁と該桁の上に設置されたレールとを備えたクレーンに存在する亀裂を非破壊かつ遠隔で検査する亀裂診断方法であって、クレーン表面に超音波振動発生装置を所定の接触圧で接触させた後、当該クレーン表面に前記超音波振動発生装置により超音波振動を与え、その振動により亀裂界面の摩擦熱を励起する工程と、桁表面に発生する温度変化を赤外線サーモグラフィで計測し、加振周期と同位相の温度特異部を亀裂として検出する工程とを有することを特徴とするクレーン亀裂診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くはクレーン走行桁および主桁に発生する亀裂等の異常を診断する診断装置及び方法に関するものであり、特に、部材の亀裂に対して超音波振動を与えた場合に発生する亀裂の温度変動を赤外線サーモグラフィ装置で検出する亀裂診断装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、製鉄プラントにおける製鋼ラインでは、溶銑鍋を搬送するために大型の天井クレーンが備えられている。これらのクレーンの支持部である走行桁、および搬送部である主桁には、運転中に、クレーン自重及び、溶銑鍋の重量に起因する多大なる荷重がかかり、疲労亀裂が発生する。これらの亀裂は長期間の使用により進展し、桁の破断、さらにクレーン台車の落下を引き起こす。従来、桁中の亀裂を診断する手段として、様々な手法が提案されている。
【０００３】
すなわち、天井クレーンをはじめとする大型構造物や荷役機械に発生する亀裂等の異常を検査する方法としては、磁粉探傷、浸透探傷、および赤外線法等が広く用いられている。
【０００４】
ここで、磁粉探傷や浸透探傷は、亀裂の位置を磁粉や浸透剤によって可視化することはできるが、亀裂診断精度は高くはなく、また検査に長時間を要する。さらに、これらの検査法は検査対象に近接する必要がある。そのため、高所にあるこれらの装置の検査を行うためには、足場なしでは検査をすることが不可能である。この足場作成には、非常に大きな費用と労力を必要とする。
【０００５】
赤外線法は、何らかの入力を亀裂に与えた場合に発生する亀裂発熱を、赤外線サーモグラフィ機器で計測する手法であり、クレーン走行時の、クレーン台車自重と吊り荷重量に起因する応力変動を利用し、亀裂に発生する応力集中発熱を赤外線サーモグラフィ機器で計測し、遠隔より亀裂検査を可能とした方法が行われている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
また、被計測物に対してマイクロ波を照射し、表面に現れる温度差より亀裂を検出する方法もある（例えば、特許文献２）。
【０００７】
また、被計測物に対して、パルス状の電流を付加し、亀裂を回折する電流によって発熱する熱を赤外線サーモグラフィで計測し、高温部として亀裂を検出する手法がある（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１６３３９０号公報
【特許文献２】特開２００５−２４９５３６号公報
【特許文献３】特開平０３−１５４８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１に記載の方法は、時間あたりの応力変動によって起こる応力発熱を利用しているため、非常に短い時間中に大きな応力変動を与えなければならない。そのため、高速度で測定が可能な赤外線サーモグラフィ機器が必要となる。また、クレーン走行によって有効な応力変動が生じる範囲は、クレーン車輪部直下のみの限定された範囲であるので、広範囲を検査するためには幾度もクレーンを走行させなければならず、検査効率が悪くなるという問題点がある。
【００１０】
また、特許文献２に記載の方法は、放電が発生するため、金属に対して適用することができない。そのため、鋼構造物に対して使用することが出来ない。また、マイクロ波の周波数は、クレーンなどの大型構造物をコントロールする無線の周波数と近いため、誤作動を引き起こす可能性があるという問題点を持つ。
【００１１】
また、特許文献３に記載の方法は、亀裂が閉じている閉亀裂の場合、亀裂接触面を電流が通過してしまいほとんど熱が発生しないので、亀裂が開いている必要がある。検査対象であるクレーンの亀裂は、主に繰り返し荷重による疲労亀裂であり、これは、閉亀裂であるため本手法を適用することができないという問題点がある。また、電流を流した際、亀裂発熱を発生させる大きさの電流範囲が、非常に狭いため、検査効率が悪いという問題点もある。
【００１２】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、天井クレーン等のように、桁（主桁、走行桁）とその桁の上に設置されたレールとを備えたクレーンについて、そのクレーンに存在する亀裂を非破壊かつ遠隔で効率良く検査することができるクレーン亀裂診断装置及び方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上述したような従来技術の問題点を解消するために、クレーン表面に超音波振動を与えたときに発生する亀裂部分の温度変動を赤外線サーモグラフィ装置で測定することにより、亀裂を検出することにした。この亀裂検出の原理は、以下の通りである。
【００１４】
まず、被計測物表面に超音波振動を与え、被計測物に亀裂があると、その亀裂の界面（亀裂面の界面）が超音波振動により擦れて熱が発生する。この被計測物の温度分布を赤外線カメラで計測し、発熱部分を亀裂として計測するのである。また、超音波振動で亀裂部分から発生した熱は、反射板で反射することが可能である。そこで、構造物、障害物の死角など、直接赤外線カメラで温度を測定することが困難な部分の亀裂についても、超音波振動を与えて発熱させ、その熱を測定可能な角度より取り出して、赤外線カメラの方向に反射板を用いて反射させ、赤外線カメラで検出することができる。
【００１５】
また、この方法は、亀裂界面の摩擦発熱を利用しているため、閉亀裂である疲労亀裂を見つけるのに非常に適している。しかしながら、閉亀裂以外の開亀裂においても、亀裂先端は必ず閉じているため超音波振動により、亀裂先端を発熱させ、亀裂検出することは可能である。
【００１６】
上記の基本的な考え方に基づいて、本発明は以下の特徴を有している。
【００１７】
［１］桁と該桁の上に設置されたレールとを備えたクレーンに存在する亀裂を非破壊かつ遠隔で検査する亀裂診断装置であって、クレーンの表面に接触させることにより超音波振動を与える超音波振動発生装置と、クレーンの表面に発生した温度変化を赤外線サーモグラフィで計測する表面温度検出手段とを備え、前記超音波振動発生装置は、超音波を発生させる超音波振動子と、超音波振幅を増幅する金属製の超音波ホーンと、当該超音波振動発生装置をレールにクランプ固定するレール固定装置とを備え、前記レール固定装置は、前記超音波振動発生装置が前記レール固定装置を中心に回転するのを防止する固定爪と、前記超音波ホーンを任意の荷重でクレーン表面に接触させる加圧装置とを備え、前記超音波ホーンをクレーン表面に接触させることにより超音波振動を与えることを特徴とするクレーン亀裂診断装置。
【００１８】
［２］前記レール固定装置は、油圧式、もしくは、空圧式、もしくはネジ式のいずれか１つを使用することで、開口幅を任意に設定でき、任意の幅を持つレールに対して任意の押し付け荷重で前記超音波振動発生装置をクランプ固定することができることを特徴とする前記［１］に記載のクレーン亀裂診断装置。
【００１９】
［３］前記加圧装置は、油圧、もしくは、空圧、もしくは加圧用ネジのいずれか１つを使用し、前記超音波ホーンとクレーン表面の接触圧を任意の値とすることを特徴とする前記［１］または［２］に記載のクレーン亀裂診断装置。
【００２０】
［４］前記加圧用ネジは、締結トルクを測定することにより、前記超音波ホーンとクレーン表面の接触圧を導出できることを特徴とする前記［３］に記載のクレーン亀裂診断装置。
【００２１】
［５］前記超音波振動発生装置は、装置移動時に、前記レール上を走行する機能を有することを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載のクレーン亀裂診断装置。
【００２２】
［６］前記超音波振動発生装置の発振信号を参照信号として、前記赤外線サーモグラフィ装置で測定された変動する温度分布データを取り出し、ロックイン処理を行うことを特徴とする前記［１］〜［５］のいずれかに記載のクレーン亀裂診断装置。
【００２３】
［７］桁と該桁の上に設置されたレールとを備えたクレーンに存在する亀裂を非破壊かつ遠隔で検査する亀裂診断方法であって、クレーン表面に超音波振動発生装置を所定の接触圧で接触させた後、当該クレーン表面に前記超音波振動発生装置により超音波振動を与え、その振動により亀裂界面の摩擦熱を励起する工程と、桁表面に発生する温度変化を赤外線サーモグラフィで計測し、加振周期と同位相の温度特異部を亀裂として検出する工程とを有することを特徴とするクレーン亀裂診断方法。
【発明の効果】
【００２４】
本発明においては、天井クレーン等のように、桁（主桁、走行桁）とその桁の上に設置されたレールとを備えたクレーンについて、そのクレーンに存在する亀裂を非破壊かつ遠隔で効率良く検査することができる。
【００２５】
すなわち、本発明においては、磁粉探傷や浸透探傷では不可能な足場を組まない状態での遠隔亀裂検査が可能である。また、超音波振動は広範囲を伝播するため、超音波振動発生装置を移動させることなく、限定的な範囲しか亀裂を発熱させることのできない赤外線熱弾性法と比較しても広範囲の亀裂発熱を励起することが可能であり、検査効率が高い。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施形態における要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態においては、天井クレーンの走行桁のクレーン台車走行用レールに亀裂診断装置を取り付け、走行桁の亀裂診断を行う場合を例にして述べる。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態を示す側面図であり、図２は、その要部を拡大した正面図である。
【００２９】
図１に示すように、一般的に、鉄鋼製品の搬送ラインでは、クレーン台車３が、走行桁支柱２に支持された走行桁１上に設置されている走行レール４上を走行し、荷物を移動させる。
【００３０】
そして、本発明の一実施形態においては、その走行桁１の亀裂を診断するために、クレーン亀裂診断装置５は、超音波振動発生装置６と、赤外線サーモグラフィ装置１１と、反射板１３と、レール固定装置１９とを備えている。
【００３１】
そして、クレーン走行桁１上の走行レール４には、超音波振動発生装置６がレール固定装置１９を介して設置されている。超音波振動発生装置６は、超音波振動子６ａと超音波ホーン６ｂから構成されている。超音波振動は、超音波振動子６ａに電気信号が送られることにより発生し、超音波ホーン６ｂを介して増幅される。そして、超音波ホーン６ｂをクレーン走行桁１表面と接触させることにより、クレーン走行桁１に超音波振動を入射することができる。超音波振動発生装置６はレール固定装置１９を介して、クレーン走行桁１上の走行レール４に固定することにより、平面方向と垂直方向の安定を保つ機構を有している。
【００３２】
また、赤外線サーモグラフィ装置１１は、赤外線カメラ７と、パソコン８と、表示部９と、Ｌｏｃｋ−ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ１０とを備えている。その赤外線カメラ７は、検査対象であるクレーン走行桁１までの距離が１０〜３０ｍとなるよう設置されている。超音波振動発生装置６を起動させた場合、亀裂１２には亀裂面の界面の摩擦により熱が発生する。赤外線カメラ７は、この際のクレーン走行桁１の温度分布を測定し、その情報をパソコン８に送信する。また、超音波振動発生装置６より、アウトプットされた発振信号はＬｏｃｋ−ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ１０に入力される。Ｌｏｃｋ−ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ１０では、超音波振動発生装置６よりアウトプットされた発振信号を、参照信号として、赤外線カメラ７で計測された亀裂１２の温度変動に対して、ロックイン処理を行い、その情報を表示部９により表示する。このロックイン処理を使うことにより、超音波振動発生装置６の発振とは異なる位相で変化する温度変動を除くことができるので、検査精度が向上する。
【００３３】
また、反射板１３は、検査対象であるクレーン走行桁１中の亀裂１２が、クレーン台車３や走行桁支柱２の死角となり、亀裂１２から放射された赤外線が赤外線カメラ７で計測ができない場合、赤外線カメラ７の方向に赤外線を反射させるため、クレーン走行桁１上に設置されている。この反射板１３はアルミ製で、赤外線を高効率に反射させるために表面が鏡面加工されていることが望ましい。
【００３４】
また、図２に示すように、レール固定装置１９は、クランプ装置１４と、クランプ力調整用機構１５と、固定用爪１６と、スライダー１７と、加圧用ネジ１８から構成され、クランプ力調整用機構１５を操作することにより、クランプ装置１４を任意の力でレール４にクランプ固定することが出来る。クランプ力調整用ネジ１５を調整することにより、レール固定装置１９の開口幅を任意に調整することができるので、レール幅が異なる部位にも装置を固定可能である。また、加圧用ネジ１８を締めることにより、スライダー１７が押し出され、超音波振動発生装置６をクレーン走行桁１表面に押し付けることが出来る。クランプ装置１４をレール４に締結する際に、加圧用ネジ１８のトルクを測定することにより（例えばトルクレンチで測定可能）、予め求めていた締結トルクと押し付け力の関係から押し付け力を算定し、その押し付け力を任意の値に調整することが出来る。さらに、超音波ホーン６ｂをクレーン走行桁１に任意の力で押し付ける際の反力で、レール４を中心にして、レール固定装置１９が回転しないように、固定用爪１６をレール４の下面に接触させ回転を防止する機構を有している。
【００３５】
ここで、上記のように、超音波振動発生装置６（超音波振動子６ａ、超音波ホーン６ｂ）をクレーン走行桁１表面に押し付ける際に、その押し付け力を調整できるようにしているのは次のような理由に基づいている。
【００３６】
すなわち、検査対象物に応じて、超音波振動発生装置６の超音波振動子６ａと超音波ホーン６ｂを別のものと交換して、入射する超音波の周波数を適切な値にするとともに、超音波振動子６ａと超音波ホーン６ｂをクレーン走行桁１表面に押し付ける際の押し付け力を大きくする程、クレーン走行桁１に大きな発熱を生じさせるが、超音波振動子６ａと超音波ホーン６ｂの機械的強度を考慮して、適切な押し付け力とすることが適切であるからである。
【００３７】
なお、加圧用ネジ１８に替えて、油圧ジャッキや空圧ジャッキなどを用い、それによる押し付け力をロードセルで測定して、押し付け力を調整するようにしてもよい。ただし、上記のように加圧用ネジ１８を用いる方が簡便に設備化することができるので、好ましい。
【００３８】
また、超音波振動発生装置６は、装置移動時に、レール４上を走行する機能を有するようにすると、検査を一層効率的に行うことができるようになる。
【００３９】
そして、上記のように構成されたクレーン亀裂診断装置５を用いて走行桁１の亀裂を診断する際には、クレーン走行桁１表面に超音波振動発生装置６を所定の接触圧で接触させた後、そのクレーン走行桁１表面に超音波振動発生装置６により超音波振動を与え、その振動により亀裂界面の摩擦熱を励起する工程と、クレーン走行桁１表面に発生する温度変化を赤外線サーモグラフィ７で計測し、加振周期と同位相の温度特異部を亀裂として検出する工程とによって行う。
【００４０】
このようにして、この実施形態においては、天井クレーンの走行桁に存在する亀裂を非破壊かつ遠隔で効率良く検査することができる。
【００４１】
なお、この実施形態では、天井クレーンの走行桁を対象にしたが、本発明は、それに限定されるものではなく、桁と該桁の上に設置されたレールとを備えたクレーンに対して適用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  走行桁
２  走行桁支柱
３  クレーン台車
４  レール（走行レール）
５  クレーン亀裂診断装置
６  超音波振動発生装置
６ａ  超音波振動子
６ｂ  超音波ホーン
７  赤外線カメラ
８  パソコン
９  表示部
１０  Ｌｏｃｋ−ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ
１１  赤外線サーモグラフィ装置
１２  亀裂
１３  反射板
１４  クランプ装置
１５  クランプ力調整用機構
１６  固定用爪
１７  スライダー
１８  加圧用ネジ
１９  レール固定装置
【図１】
2013083640.tif 000003
【図２】
2013083640.tif 000004