(57)【要約】 【課題】  構造物の厚さを測定する非接触検査装置を提供する。【解決手段】  実施形態の非接触検査装置は、設定された周波数に応じた超音波信号を非接触で被検査体に送信し、送信された超音波信号の反射波を受信する超音波探触子（１３）と、超音波探触子で受信された反射波の高速フーリエ変換を行ない共振周波数を求め、この求められた共振周波数に対応する被検査体の厚さを算出するコンピュータ（１１）とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定された周波数に応じた超音波信号を非接触で被検査体に送信し、前記送信された超音波信号の反射波を受信する超音波探触子と、
前記超音波探触子で受信された反射波の高速フーリエ変換を行ない共振周波数を求め、この求められた共振周波数に対応する前記被検査体の厚さを算出するコンピュータと
を具備する非接触検査装置。
【請求項２】
前記コンピュータは、
前記反射波を受信した時から所定時間経過後の反射波を高速フーリエ変換することにより、共振周波数を得る、請求項１記載の非接触検査装置。
【請求項３】
前記被検査体の厚さは、前記被検査体内での音速を使用して算出される、請求項１記載の非接触検査装置。
【請求項４】
前記コンピュータは、前記被検査体内での音速を格納する、請求項１記載の非接触検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の厚さを測定する非接触検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
配管は、減肉、錆こぶなどが発生することにより品質が劣化する。従って、配管の品質の劣化度を測定するために、配管の厚さを測定する技術が知られている。配管の品質の劣化度を評価する方法として、配管内を伝搬する超音波のガイド波を用いた検査方法、レーザ超音波を用いた検査方法がある。
【０００３】
また、点接触型センサーからの超音波の横波共振波を使用して構造物の厚さの変化を計測する検査方法も知られている（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】超音波共振法によるコンクリート版の厚さ測定について  （「超音波共振法によるコンクリート版の厚さ測定について」  農業農村工学会全国大会講演要旨集 pp. 552 - 523(2009)
【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、超音波のガイド波やレーザ超音波は超音波を受信するための超音波探触子を配管に接触させる必要があり、探触子と配管との接触具合で信号の強度が変化しやすいという問題がある。
【０００６】
また、点接触型センサーからの横波を使用した超音波共振法による厚さ測定では、上述の問題に加え、構造物の厚さの変化の測定を行なうことはできるが、構造物の厚さそのものを測定することはできない。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、構造物の厚さを測定する非接触検査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】
実施形態によれば、設定された周波数に応じた超音波信号を非接触で被検査体に送信し、前記送信された超音波信号の反射波を受信する超音波探触子と、前記超音波探触子で受信された反射波の高速フーリエ変換を行ない共振周波数を求め、この求められた共振周波数に対応する前記被検査体の厚さを算出するコンピュータとを具備する非接触検査装置、である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、構造物の厚さを測定する非接触検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係る構造物の厚さを測定する非接触検査装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、被検査対象である構造物の共振を説明するための図である。
【図３】図３は、共振法を使用して板Ｐの厚さ測定を行なう場合を説明するための図である。
【図４】図４は、厚さ１０［ｍｍ］の鋼板を共振法で測定した波形を示す図である。
【図５】図５は、厚さ１１［ｍｍ］の鋼板を共振法で測定した波形を示す図である。
【図６】図６は、厚さ１２［ｍｍ］の鋼板を共振法で測定した波形を示す図である。
【図７】図７は、厚さ１３［ｍｍ］の鋼板を共振法で測定した波形を示す図である。
【図８】図８は、厚さ１４［ｍｍ］の鋼板を共振法で測定した波形を示す図である。
【図９】図９は、厚さ１５［ｍｍ］の鋼板を共振法で測定した波形を示す図である。
【図１０】図１０は、実施形態に係る非接触検査装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、実施形態に係る構造物の厚さを測定する非接触検査装置について説明する。
【００１２】
図１は、実施形態に係る構造物の厚さを測定する非接触検査装置の構成を示す図である。
【００１３】
同図に示すように、非接触検査装置１は、制御用コンピュータ１１、パルサレシーバ１２、空中超音波探触子（プローブ）１３を有する検査治具１４及びプリアンプ１５を有している。
【００１４】
制御用コンピュータ１１は、実施形態の非接触検査装置１の被検査対象である構造物（例えば、配管、壁壁など）の厚さ測定の処理、パルサレシーバ１２から送信される矩形バースト波の制御（周波数、帯域幅、ピーク周波数、中心周波数、チャープ周波数など）及び送信した矩形バースト波の反射波の受信を行なう。
【００１５】
パルサレシーバ１２は、制御用コンピュータ１１からの指示に基づいて、指示された矩形バースト波を検査治具１４の空中超音波探触子１３に出力する。パルサレシーバ１２は、また、プリアンプ１５を介して入力される矩形バースト波の反射波を受信する。
【００１６】
パルサレシーバ１２は、受信した反射波の増幅、ハイパスフィルタやローパスフィルタなどを使用した周波数成分のフィルタ処理を行ない、この処理が行なわれた反射波を制御用コンピュータ１１に出力する。
【００１７】
空中超音波探触子１３は、１つの空中超音波探触子１３であり、パルサレシーバ１２からの矩形バースト波に応じた超音波信号を非接触で、被検査対象である構造物へ出力する。また、空中超音波探触子１３は被検査対象である構造物からの反射波を同一の空中超音波探触子１３で受信し、プリアンプ１５に出力する。
【００１８】
プリアンプ１５は、空中超音波探触子１３から出力された反射波を増幅して、パルサレシーバ１２に出力する。
【００１９】
図２は、被検査対象である構造物の共振を説明するための図である。
【００２０】
同図において、厚さｔの板Ｐに超音波が入射すると、底面で何度も反射する過程で波長が板Ｐの厚さの半分となる特定周波数の信号が重なりあい、特定周波数の信号が増幅される。超音波が入射後に一定時間経過すると、板Ｐから空中に漏洩する超音波の信号は、特定周波数で増幅された信号が多くなる。したがって、この漏洩信号の周波数を調べることで板の厚さｔを求めることができる。
【００２１】
図３は、共振法を使用して板Ｐの厚さ測定を行なう場合を説明するための図である。
【００２２】
同図において、減肉が無い健全部から検出される信号と、減肉部から検出される信号とでは共振周波数が異なる。従って、検出される信号の周波数を計測しながら健全部から減肉部に探触子を移動させたときには周波数の変化が生じるので、減肉部の特定ができる。また、減肉の程度も同時に観測できる。なお、板Ｐと空中超音波探触子１３との距離は、一定であることが望ましい。
【００２３】
厚さ１０［ｍｍ］乃至１５［ｍｍ］まで１［ｍｍ］間隔で変化させた鋼板の反射を測定した。図４は、厚さ１０［ｍｍ］の鋼板を共振法で測定した波形を示す図である。同図において、反射波を受信した時以降５０００［μｓ］以降の反射波を高速フーリエ変換（ＦＦＴ (Fast Fourier Transform)）することにより、２８４．５［ｋＨｚ］の共振周波数を得られる。入力される矩形バースト波は、チャープ周波数２７６３［ｋＨｚ］から入力される。ここでは、反射波の共振周波数２８４．５［ｋＨｚ］に対応する鋼板の厚さは、１０．４［ｍｍ］であることが示されている。
【００２４】
図５は、厚さ１１［ｍｍ］の鋼板を共振法で測定した波形を示す図である。同図において、５００［μｓ］以降の信号を高速フーリエ変換することにより、２５９．４［ｋＨｚ］の共振周波数を得られる。入力される矩形バースト波は、チャープ周波数２４７７［ｋＨｚ］から入力される。ここでは、反射波の共振周波数２５９．４［ｋＨｚ］に対応する鋼板の厚さは、１１．４［ｍｍ］であることが示されている。
【００２５】
図６は厚さ１２［ｍｍ］の鋼板、図７は厚さ１３［ｍｍ］の鋼板、図８は厚さ１４［ｍｍ］の鋼板、図９は厚さ１５［ｍｍ］の鋼板を共振法で測定した波形を示す図である。図６乃至図９において、５００［μｓ］以降の反射波を高速フーリエ変換することにより、反射波の共振周波数は、それぞれ２４０．６［ｋＨｚ］、２２１．３［ｋＨｚ］、２０７．３［ｋＨｚ］、１９６．４［ｋＨｚ］である。対応する鋼板の厚さは、それぞれ１２．３［ｍｍ］、１３．３［ｍｍ］、１４．２［ｍｍ］、１５．０［ｍｍ］である。従って、鋼板の厚さに対応した共振周波数の周波数変化を使用することにより、共振法を使用することにより金属板の厚さを観測することができる。
【００２６】
次に、共振周波数から板厚を求める方法について説明する。
【００２７】
被検査体において共振する共振周波数は、素材により異なる。被検査体における共振周波数は、共振周波数の半波長となり、
波長  ＝  被検査体内での音速  ／  周波数
である。被検査体が鋼の場合、音速は５９００［ｍ／ｓ］、共振周波数が２５９．４［ｋ／Ｈｚ］の場合には、波長は２２．７４［ｍｍ］となり、半波長の１１．４［ｍｍ］が被検査体の厚さとなる。
【００２８】
本実施形態では、被検査体の厚さを求める場合、被検査体の種類ごとに音速をパラメータとして持っており（例えば、ユーザから入力され）、測定された共振周波数を使用して波長を求め、この求められた波長から被検査体の厚さを求める。
【００２９】
被検査体の厚さの求め方は、被検査体の厚さ、被検査体内での音速及び周波数を関連付けたテーブルを用意して、このテーブルを使用して求めても良いし、計算により求めても良い。また、テーブルは、ユーザの設定により、被検査体の種類ごとに切り替え可能に構成されていても良い。
【００３０】
さらに、被検査体内での音速は、検査時に測定された速度を使用しても良い。
【００３１】
図１０は、実施形態に係る非接触検査装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【００３２】
まず、制御用コンピュータ１１がパルサレシーバ１２に指示（周波数、帯域幅、ピーク周波数、中心周波数など）を行なう（Ｓ１）。パルサレシーバ１２は、制御用コンピュータ１１からの指示に基づく矩形バースト波を空中超音波探触子１３に出力する（Ｓ２）。
【００３３】
空中超音波探触子１３は、パルサレシーバ１２からの指示基づく矩形バースト波を被検査体に出力する（Ｓ３）。そして、被検査体に出力された矩形バースト波の反射波を同一の空中超音波探触子１３により受信する（Ｓ４）。
【００３４】
制御用コンピュータ１１は、プリアンプ１５及びパルサレシーバ１２を介して、反射波を受信する（Ｓ５）。次に、受信した反射波から所定時間経過後（５０００μｓ）の反射波を高速フーリエ変換することにより、共振周波数を求める（Ｓ６）。
【００３５】
その後、求められた共振周波数から、テーブル或いは計算により、被検査体の厚さを求める（Ｓ７）。この求められた被検査体の厚さは、制御用コンピュータ１１の表示部に表示される。
【００３６】
なお、上述の実施形態では、高速フーリエ変換を行なう反射波は、反射波の受信から５０００［μｓ］であるとしたがこれに限られるものではない。
【００３７】
従って、実施形態の非接触検査装置によれば、空中超音波探触子１３を被検査体に非接触で共振周波数を測定することができるので、正確に構造物の厚さを測定することができる。
【００３８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
１…非接触検査装置、１１…制御用コンピュータ、１２…パルサレシーバ、１３…空中超音波探触子、１４…検査治具、１５…プリアンプ。
【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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【図９】
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【図１０】
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