(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板材（Ｐ）に送信子（２）で弾性波を入射し、検査対象部（Ｄ）を透過し又は検査対象部（Ｄ）で反射する弾性波を受信子（３）で受信する板材（Ｐ）の検査方法であって、前記板材（Ｐ）のうち前記弾性波の入射部と前記検査対象部（Ｄ）との間又は前記検査対象部（Ｄ）上に介在物（Ｂ）が存在し、前記板材（Ｐ）の端面（１０１）から前記送信子（２）により前記弾性波として対称モードのラム波を送信すると共に、前記受信子（３）で受信することを特徴とする板材の検査方法。
【請求項２】
前記送信子（２）が前記板材（Ｐ）の端面（１０１）を介して弾性波を送信するものである請求項１に記載の板材の検査方法。
【請求項３】
前記送信子（２）が前記板材（Ｐ）の端面（１０１）に対し板材（Ｐ）の平面方向に平行な線状に接触する楔（２１）を介して弾性波を送信するものである請求項２に記載の板材の検査方法。
【請求項４】
前記板材（Ｐ）がタンクのアニュラー部を含み、前記介在物（Ｂ）がタンクの側壁（１２５）であり、前記送信子（２）により前記アニュラー部の端面（１０１）から弾性波を入射し、検査対象部（Ｄ）からの反射波を前記アニュラー部に設けた前記受信子（３）により受信することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の板材の検査方法。
【請求項５】
前記板材（Ｐ）が管の一部であり、前記介在物が前記管を貫通させる璧体である請求項１〜４のいずれかに記載の板材の検査方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の板材（Ｐ）の検査方法に用いる弾性波の送信子（２）であって、板材（Ｐ）の端面に対し板材（Ｐ）の平面方向に平行な線状に接触しうる楔（２１）と、前記端面（１０１）に接触する楔（２１）の線状部分（２１ａ）の反対面（２１ｂ）を打撃する打撃片（２３）とを有する弾性波の送信子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板材の検査方法、例えば石油タンクの側壁近傍の底面等を検査する方法及びこれに用いる弾性波の送信子に関するものである。より具体的には、板材に送信子で弾性波を入射し、検査対象部を透過し又は検査対象部で反射する弾性波を受信子で受信する板材の検査方法等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、板波を利用した欠陥の検査方法としては、例えば特開昭６１−２５６２５５号公報に記載の如きものが知られている。同公報記載の技術によれば、欠陥から反射する全てのモードの板波を検出可能とし、モード分析によるパターン化で欠陥の大きさ・性状の推定を行っている。
【０００３】
一方、上述のタンク側壁近傍の底面のうち、タンク側壁内側部分に腐食が発生し易く、この部分が通常、重点検査対象部となる。そして、かかる重点検査対象部を検査するには、タンク側壁近傍のうち側壁外側に位置するアニュラー部から弾性波を入射し、反射波を受信することが望ましい。
【０００４】
ところが、弾性波は通常上記側壁に遮られ、重点検査対象部からの反射波を受信することが困難であった。また、上記従来公報記載の技術には、かかる側壁による影響の除去に関する言及はなされていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、板材のうち弾性波の入射部と検査対象部との間又は検査対象部上に介在物が存在しても、検査対象部の検査を行い得る板材の検査方法及びこれに用いる弾性波の送信子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかる板材の検査方法の特徴は、板材に送信子で弾性波を入射し、検査対象部を透過し又は検査対象部で反射する弾性波を受信子で受信する板材の検査方法であって、前記板材のうち前記弾性波の入射部と前記検査対象部との間又は前記検査対象部上に介在物が存在し、前記板材の端面から前記送信子により前記弾性波として対称モードのラム波を送信すると共に、前記受信子で受信することにある。
【０００７】
入射した弾性波は対象モード又は非対象モードの板波として板材を伝達する。発明者らの実験によれば、非対称モードの板波に比較して、対称モードの板波は上記介在物の存在に拘わらず、介在物の介在部を通過しうることが明らかとなった。
【０００８】
主として対称モードの板波を多く得るには、前記送信子は前記板材の端面を介して弾性波を送信することが望ましく、これに加えて、前記板材の端面に対し板材の平面方向に平行な線状に接触する楔を介して弾性波を送信するとよい。
【０００９】
また、本発明は上述したように、前記板材がタンクのアニュラー部を含み、前記介在物がタンクの側壁であり、前記送信子により前記アニュラー部の端面から弾性波を入射し、検査対象部からの反射波を前記アニュラー部に設けた前記受信子により受信するものとして好適に実施することができる。
【００１０】
さらに、本発明は、前記板材が管の一部であり、前記介在物が前記管を貫通させる璧体であるものとして実施してもよい。
【００１１】
一方、本発明にかかる弾性波の送信子の特徴構成は、上記いずれかの検査方法に用いる弾性波の送信子であって、板材の端面に対し板材の平面方向に平行な線状に接触しうる楔と、前記端面に接触する楔の線状部分の反対面を打撃する打撃片とを有することにある。
同送信子の特徴構成によれば、上述の如く線状に板材端面に接する楔により、対称モードの板波を効率よく、しかも指向性よく発生させることができる。
【００１２】
【発明の効果】
このように、上記本発明に係る板材の検査方法の特徴によれば、板材のうち弾性波の入射部と検査対象部との間又は検査対象部上に介在物が存在しても、検査対象部の検査を行い得るようになった。また、この方法に用いる上記弾性波の送信子の特徴によれば、指向性に優れた対称モードの板波を高レベルで入射することができ、その結果、測定効率と測定精度を向上させ得るに至った。
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
図１，２に示すように、本実施形態では、検査対象である板材Ｐとしてタンク底板等に用いられる鋼板１００を使用する。本発明に係る板材検査装置１は、鋼板１００の端面１０１に取り付ける送信子２と、鋼板１００上面に取り付ける受信子３と、受信子３で受信した波形を処理するフィルター４、Ａ／Ｄコンバータ５及びパーソナルコンピュータ６とを備えている。受信子３で受信された音響信号は、フィルター４により低周波及び高周波ノイズが除去された後、Ａ／Ｄコンバーター５でＡ／Ｄ変換され、パーソナルコンピューター６で後述する信号処理がなされる。
【００１４】
送信子２の駆動部は、鋼板１００の端面１０１に音響パルスを伝達させる楔２１と、楔２１に衝撃を与えるためのコイル２０ａを含むソレノイド２２と、ソレノイド２２に電流を供給するための電源２０ｂとを備えている。そして、スイッチ２０ｃをＯＮ−ＯＦＦすることで、ソレノイド２２により楔２１に衝撃を与えて、鋼板１００にラム波を入射するように構成してある。
【００１５】
鋼板１００における検査対象部Ｄには、長さ１００ｍｍで幅２ｍｍ、深さ２〜３ｍｍ程度のスリット欠陥１０３を形成してある。また、後述するタンク側壁等の介在物Ｂをシュミレートするために、本実施形態では平面１０２上のうち検査対象部Ｄと受信子３の取り付け部との間に数センチ幅でグリースを帯状に塗りつけてオイル負荷部１１０を形成してある。
【００１６】
図３、４に示すように、上述の楔２１を有する送信子２は、大略、打撃装置２０と、打撃装置２０を支持する固定フレーム３０と、送信子２を鋼板１００に吸着固定するための電磁石４０とを備えている。ここで、固定フレーム３０は、地面Ｇに略平行な主フレーム３１と、打撃装置２０を傾斜状に取り付ける傾斜フレーム３２と、主フレーム３１の一端側を電磁石４０に取り付けるアングル３３とを有している。また、主フレーム３１の他端側には図３の紙面直行方向に離隔させて一対の脚部３７，３７を固定してある。各脚部３７は、主フレーム３１を貫通固定する固定ねじ３４と、地面Ｇ上に載置される脚ねじ３５とをアジャスター３６により連結してなる。固定ねじ３４と脚ねじ３５とは互いに逆ねじの関係であり、アジャスター３６を回転させることで脚部３７を伸縮させて、楔２１の線状部２１ａが端面１０１の厚さ方向中心に位置するように調整可能である。
【００１７】
打撃装置２０は、大略、端面１０１に接触する楔２１と、楔２１に衝撃を加えるソレノイド２２とを有している。楔２１は断面５角形の角柱状に形成されると共に、その先端の線状部２１ａを鋼板１００の端面１０１に対して鋼板１００の平面１０２方向に平行に接触させるように用いられる。後述するように、対称モードのラム波を発生させるには、端面１０１の鋼板１００厚み方向中心位置に線状部２１ａを接触させることが望ましく、楔２１や打撃装置２０と地面Ｇとの干渉を防ぐために、打撃装置２０を主フレーム３１に対して傾斜フレーム３２により傾斜させて取り付けてある。また、線状部２１ａを点状でなく端面１０１に対して平面１０２に平行に接触させることで、弾性波の直進性を向上させてある。
【００１８】
ソレノイド２２は、先のコイル２０ａ内に出退自在な打撃片２３と、この打撃片２３を突出側に付勢するスプリング２４とを備えている。そして、コイルへの通電で打撃片２３をスプリング２４の付勢に反発して縮小させ、コイルへの通電を遮断することで、打撃片２３の先端を楔２１の裏部２１ｂに衝突させて弾性波を発生させる。
【００１９】
ソレノイド２２の先端側には、支持板２５を、その中央の貫通孔から打撃片２３を突出させる状態で取り付けてある。支持板２５の左右両端には楔２１を受け入れるスリットを形成した脚部２６，２６を取り付けてある。各脚部２６のスリット上には更に横板２７を固着してあり、横板２７に螺合させた各止めねじ２８により楔２１をその両端側から締付接触させることで、楔２１を固定してある。
【００２０】
使用に際しては、弾性波の入射位置において端面１０１に線状部２１ａを接触させ、アジャスター３６の回転により線状部２１ａと端面１０１との相対位置を上述の如く調整する。次いで、電磁石４０に対し図示しない電源からの電流を印加することで、鋼板１００に対して送信子２を固定させる。そして、ソレノイド２２のコイルへ通電の後にこれを遮断し、スプリング２４の付勢力で打撃片２３により裏部２１ｂを打撃し、線状部２１ａから端面１０１に弾性波を入射させる。電磁石４０の吸着力は打撃片２３による打撃時でも楔２１の位置ずれが起こらない程度の強度が望ましい。
【００２１】
ところで、ラム波には、図５（ａ）に示すように鋼板１００を中心平面を中心に対称的に変形させる対称モードの波と、同図（ｂ）に示すように、鋼板１００が表裏面を平行に維持しつつ全体として波打つ非対称モードの波が存在する。同図（ａ）に示すように、板材Ｐの端面１０１からラム波を入射した場合には、対称モードのラム波成分がより多く発生する。一方、同図（ｂ）に示すように、鋼板１００の表面１０２ａからラム波を入射した場合には、非対称モードの波成分がより多く発生する。したがって、本実施形態では、対称モードのラム波を発生させるべく、鋼板１００の端面１０１を楔２１で打撃している。
【００２２】
図６は、フィルター４により低周波及び高周波ノイズが除去され、Ａ／Ｄコンバーター５でＡ／Ｄ変換されてパーソナルコンピューター６に取り込まれる受信波形である。同図（ａ）は欠陥なしの受信波形、同図（ｂ）は深さ２ｍｍのスリット欠陥を有する場合の受信波形、同図（ｃ）は深さ５ｍｍのスリット欠陥を有する場合の受信波形をそれぞれ示す。
【００２３】
本実施形態では、図２に示すように、受信子３を楔２１から距離Ｌ１だけ隔たった位置に取り付けられているので、図６各図ではこの距離Ｌ１に見合った時刻だけ遅れて直接波ピークＳ１がまず観察される。また、図２に示すように、楔２１とスリット欠陥１０３とは距離Ｌ２だけ隔たり、スリット欠陥１０３と受信子３とは距離Ｌ３だけ隔たっている。したがって、スリット欠陥１０３による反射波ピークＳ２は図６（ｂ）（ｃ）に示すように距離Ｌ２＋Ｌ３に見合った時刻後に受信される。反射波ピークＳ２は、図６（ｂ）に比較してスリット欠陥１０３のより深い図６（ｃ）において強度が向上している。
【００２４】
ところで、一般に、ラム波は分散性（速度が周波数に依存）を有する。従って、フーリエ変換（基底関数が無限時間）では解析できない。そこで、本実施形態では、コンピュータ６により、これらの波形に対して、各時間において時間−周波数変換を行い、周波数帯域毎の信号強度を時系列的に求める手段である連続ウエーブレット変換を行うことで、検査対象部Ｄにおけるスリット欠陥１０３の有無や程度を評価する。
【００２５】
図７は 、図６（ｂ）に示す深さ２ｍｍのスリット欠陥１０３を有する場合の受信波形に対してウエーブレット変換を施したものであり、同図（ａ）は１０ｋＨｚ近傍のウェーブレット変換、同図（ｂ）は１５ｋＨｚ近傍のウェーブレット変換を行った場合にそれぞれ該当するグラフである。同図（ａ）において矢印Ｓ２で示す部分がスリット欠陥１０３からの反射波ピークに相当しており、スリット欠陥１０３からの反射波を明瞭に捉えていることがわかる。
【００２６】
発明者らは、本実施形態の有用性を検証することを目的として、端面入射の場合と平面入射の場合とで得られる測定結果の比較実験を行った。図８は、端面１０１から５．４９ｍ離れた位置にスリット欠陥１０３を設けた鋼板１００に対して、同図（ａ）は鋼板１００の端面１０１を打撃しオイル負荷を加えない場合、同図（ｂ）は鋼板１００の端面１０１を打撃しオイル負荷を加えた場合、同図（ｃ）は鋼板１００の平面１０２を打撃しオイル負荷を加えない場合、同図（ｄ）は鋼板１００の平面１０２を打撃しオイル負荷を加えた場合の１０ｋＨｚにおけるウエーブレット経時変化を示すグラフである。同図（ａ）、（ｂ）に示す端面打ちの場合には、オイル負荷部１１０の有無に関係なく、２．０ｍｓ〜２．５ｍｓの範囲にスリット欠陥１０３からの反射波が明瞭に捉えられている。一方、同図（ｃ）、（ｄ）に示す平面打ちの場合には、同図（ｃ）に示すオイル負荷を加えない場合には２．０ｍｓ〜２．５ｍｓの範囲にスリット欠陥１０３からの反射波が捉えられているが、同図（ｄ）に示すオイル負荷を加えた場合にはスリット欠陥１０３による反射波を捉えていないことがわかる。
【００２７】
次に、本発明のより具体的な実施形態について説明する。
本発明は、例えば図９に示すように、石油タンクのアニュラー部近傍における底板１２０の検査に適用可能である。アニュラー部近傍では、タンクの側壁１２５の内側近傍に位置する底板１２０が腐食し易い。底板１２０におけるこの内側近傍部分を検査対象部Ｄとし、底板１２０の端面１２１に楔２１を取り付ける場合、側壁１２５が上述の介在物Ｂとなる。本発明によれば、側壁１２５の存在に拘わらず、検査対象部Ｄの検出が可能となる。
【００２８】
また、本発明は、図１０に示すように、堰堤１３５を貫く配管１３０の検査にも適用可能である。すなわち、配管１３０は板材Ｐを屈曲させたものと解釈することができる。配管１３０は堰堤１３５により隠蔽された部分が腐食し易く、特に堰堤１３５による下部が腐食し易い。本実施形態では、配管１３０のうち堰堤１３５による隠蔽部を検査対象部Ｄとして検査を行う。検査にあたっては、配管１３０のうち堰堤１３５を挟んだ両側に送信子２と受信子３とをそれぞれ取り付ける。送信子２は、配管１３０の端面１３１に接触させると、上述の対象モード波をより発生させ易い。但し、検査の実際からは、対象モード波を発生させ得る限り配管１３０の表面１３２に送信子２を接触させることが望ましい。
【００２９】
なお、特許請求の範囲の項に記入した符号は、あくまでも図面との対照を便利にするためのものにすぎず、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる検査装置のブロック図である。
【図２】  板材、スリット、送信子及び受信子との関係を示す板材の平面図である。
【図３】  検査装置に用いる送信子の一部を破砕した側面図である。
【図４】  図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】  板材の変形と楔による打撃位置との関係を示し、（ａ）は対称モード、（ｂ）は非対称モードの例をそれぞれ示す断面図である。
【図６】  縦軸が受信強度、横軸が受信時間にそれぞれ該当する反射波を示すグラフであって、（ａ）は欠陥なしの受信波形、（ｂ）は深さ２ｍｍのスリットを有する場合の受信波形、（ｃ）は深さ５ｍｍのスリットを有する場合の受信波形をそれぞれ示す。
【図７】  縦軸が受信強度、横軸が受信時間にそれぞれ該当する反射波のウエーブレット変換後の波形を示すグラフであって、（ａ）は１０ｋＨｚ近傍のウェーブレット変換、（ｂ）は１５ｋＨｚ近傍のウェーブレット変換を行った場合にそれぞれ該当するグラフである。
【図８】  縦軸が受信強度、横軸が受信時間にそれぞれ該当する反射波の１０ｋＨｚ近傍におけるウェーブレット変換後の波形を示すグラフであって、（ａ）は鋼板の端面を打撃しオイル負荷を加えない場合、（ｂ）は鋼板の端面を打撃しオイル負荷を加えた場合、（ｃ）は鋼板の平面を打撃しオイル負荷を加えない場合、（ｄ）は鋼板の平面を打撃しオイル負荷を加えた場合にそれぞれ該当するグラフである。
【図９】  オイルタンクのアニュラー部近傍における一部を切り欠いた平面図である。
【図１０】  堰堤を管が貫通する状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：板材検査装置、２：送信子、３：受信子、４：フィルター、５：Ａ／Ｄコンバータ、６：パーソナルコンピューター、２０：打撃装置、２０ａ：コイル、２０ｂ：電源、２０ｃ：スイッチ、２１：楔、２１ａ：線状部、２１ｂ：裏部、２２：ソレノイドコイル、２３：打激片、２４：スプリング、２５：支持板，２６：脚部、２７：横板、２８：止めねじ、３０：固定フレーム、３１：主フレーム、３２：傾斜フレーム、３３：アングル、３４：固定ねじ、３５：脚ねじ、３６：アジャスター、３７：脚部、４０：電磁石、１００：鋼板、１０１：端面、１０２：平面、１０２ａ：表面、１０２ｂ：裏面、１０３：スリット、１１０：オイル負荷部、１２０：底板、１２１：端面、１２５：側壁、１３０：配管、１３１：端面、１３２：表面、１３５：堰堤、 Ｐ：板材、Ｄ：検査対象部、Ｂ：介在物、Ｇ：地面、Ｓ１：直接波ピーク、Ｓ２：反射波ピーク
【図１】
0004041292.tif 000002
【図２】
0004041292.tif 000003
【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】
0004041292.tif 000008
【図８】
0004041292.tif 000009
【図９】
0004041292.tif 000010
【図１０】
0004041292.tif 000011