ガイド波センサを備えた非破壊検査装置およびその装置による検査方法
【課題】ガイド波センサの測定性能を維持する技術と検査結果の信頼性向上とを兼ね備えたガイド波を用いた非破壊検査装置および検査方法を提供する。
【解決手段】複数の超音波探触子１を配列し、並列に接続された前記超音波探触子群２ａ〜２ｈを有するガイド波センサ３に対してガイド波を生成するための信号を送受信する送受信部８と、前記ガイド波センサ３からの受信信号を処理して解析する信号処理・解析部９と、測定条件の入力部１１および測定結果の出力部１２と、ガイド波検査装置５の全体を制御する制御部１０とから構成されたガイド波を用いて非破壊検査をするガイド波検査装置において、超音波探触子群２ａ〜２ｈのインピーダンスを測定するセンサ検査部７と、超音波探触子群２ａ〜２ｈの接続先をセンサ検査部と送受信部８とに切り替える信号切替部６とを有する。
【解決手段】複数の超音波探触子１を配列し、並列に接続された前記超音波探触子群２ａ〜２ｈを有するガイド波センサ３に対してガイド波を生成するための信号を送受信する送受信部８と、前記ガイド波センサ３からの受信信号を処理して解析する信号処理・解析部９と、測定条件の入力部１１および測定結果の出力部１２と、ガイド波検査装置５の全体を制御する制御部１０とから構成されたガイド波を用いて非破壊検査をするガイド波検査装置において、超音波探触子群２ａ〜２ｈのインピーダンスを測定するセンサ検査部７と、超音波探触子群２ａ〜２ｈの接続先をセンサ検査部と送受信部８とに切り替える信号切替部６とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒形状をした構造物に発生した減肉や傷や変形などの部位を、ガイド波を用いて検査する非破壊検査装置及び検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒形状をした被検体としての構造物であるタンクや配管は、使用している環境の影響を受けながら時間の経過とともに内外面から腐食が進行する。腐食しやすい箇所では腐食が進行していくと、内容物の漏洩や破断にいたる事故の要因となるため、定期的に非破壊検査や目視検査をすることで、その事故を未然に防止し、タンクや配管の健全性を維持，確認している。
【０００３】
従来から良く用いられている非破壊検査は、超音波厚さ計を用いて構造物の厚さを測定することが一般的である。超音波厚さ計は、超音波厚さ計のセンサ部分と被検体との接触面の厚さを一点一点測定するため、測定一点の検査範囲が狭く、表面積の大きいタンクの検査や大口径の配管の検査には長時間費やすため、検査するコストが増大する。
【０００４】
そこで、一度に広範囲を検査する手法としてガイド波を利用した非破壊検査が提案されている。ガイド波は、配管や棒や板などの境界面を有する物体中を伝播する超音波の総称である。一般に、板を伝播する波を板波と呼ぶが、厳密にはラム波対称モード，ラム波反対称モード、及び板に対して面内振動するＳＨガイド波の３種類が存在し、そのうち、棒波と呼ばれる棒を伝搬する波は、板波のラム波対称モードに相当するＬモード、ラム波反対称モードに相当するＦモード、ＳＨ波に相当するＴモードの３種類に分類される。ガイド波を利用した非破壊検査は、例えば配管の場合、ガイド波が周方向断面積が変化する位置で反射して戻ってくる特徴を有し、その特徴を利用して、配管にガイド波を長距離伝播させて配管の内外面および長距離区間を一括して検査する方法である（特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１に記載された、ガイド波を用いた非破壊検査装置は、配管全周にわたって複数個の超音波探触子を配置した第１探触子群，第２探触子群を、検査対象の配管の軸方向に並べて配置している（特許文献１の図２参照）。この第１探触子群，第２探触子群は、配管の口径が大きくなるに従って、超音波探触子の個数を増加させる必要がある。
【０００６】
一方、他のガイド波を用いた非破壊検査装置では、円筒部材の周方向の一部に、複数個の超音波探触子を配置した第１超音波探触子列，第２超音波探触子列を、検査対象の配管の軸方向に並べて配置している（特許文献２の図１参照）。全周に配置する特許文献１と同様、検査範囲を広くするためには、超音波探触子列の超音波探触子の個数を増加させる必要がある。
【０００７】
このように、特許文献１および特許文献２に記載された非破壊検査装置の探触子群や探触子列からなるガイド波センサは、大型のタンクや大口径の配管の検査では、多数の超音波探触子から構成されることになる。その多数の超音波探触子は、全個数を等分割または同一の個数で複数の超音波探触子群または超音波探触子列として、超音波探触子が並列で接続されている。
【０００８】
そのため、その並列に接続された超音波探触子群または超音波探触子列の一部の超音波探触子が不具合や破損等で測定不良となった際、そのまま使用してしまうと測定した結果が、実際と誤った検査結果を出す可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表平１０−５０７５３０号公報
【特許文献２】特開２００９−１０９３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
２個以上の超音波探触子を配列し、並列に接続された超音波探触子群のガイド波センサを利用したガイド波を用いた非破壊検査では、前記並列に接続された超音波探触子群の超音波探触子を同時に駆動して被検体にガイド波を伝播させて検査している。
【００１１】
この多数で並列に接続されている超音波探触子の一部が不具合や破損等で測定不良が生じていた場合、検査結果の信頼性が損なわれるという問題がある。このようになる前に、ガイド波センサを事前に検査またはモニタすることにより、信頼性の高い検査ができるようになる。
【００１２】
しかし、ガイド波センサの健全性の確認を行うために、超音波探触子群の一個一個の超音波探触子を調べるのでは、大型のタンクや大口径の配管で使用されるガイド波センサのようにガイド波センサ内の超音波探触子の個数が多くなると、その健全性の確認に多くの時間を費やすという問題があった。
【００１３】
従って、検査結果の信頼性維持のためには、不具合や破損等で測定不良が生じた超音波探触子の有無を簡易な方法で迅速に判定する必要がある。
【００１４】
本発明の目的は、ガイド波センサの健全性を迅速に確認してガイド波を用いた非破壊検査における検査結果の信頼性を担保することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための本発明の非破壊検査装置は、送受信部に接続される複数の超音波探触子群から成るガイド波センサを備えた非破壊検査装置において、前記超音波探触子群のインピーダンスを測定するセンサ検査部と、前記超音波探触子群の接続先を前記センサ検査部と前記送受信部とに切り替える信号切替部と、を備えたことを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置である。
【００１６】
上記目的を達成するための本発明の非破壊検査方法は、複数の超音波探触子群から成るガイド波センサから発信した波動を被検体内にガイド波として伝播させ、前記ガイド波の反射波を受信して受信信号を取得するガイド波センサを備えた非破壊検査装置による検査方法において、前記超音波探触子群のインピーダンスを測定し、基準とするインピーダンスと前記測定したインピーダンスとの比較に基づいて前記超音波探触子群の健全状態を判定することを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置による検査方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、非破壊検査の検査中や検査前後に、ガイド波センサの超音波探触子群のインピーダンスを測定してその健全状態を基準のインピーダンスとの比較で判定することができるので、ガイド波センサの健全性を迅速に確認してガイド波を用いた非破壊検査における検査結果の信頼性を担保することにある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例によるガイド波センサを備えた非破壊検査装置の系統図である。
【図２】本発明の実施例による非破壊検査装置による検査方法のフローチャート図である。
【図３】本発明の実施例による非破壊検査装置を用いて非破壊検査をした測定結果を示す図である。
【図４】本発明の実施例によるひとつの超音波探触子群のインピーダンスと周波数の関係を測定した結果を示す図である。
【図５】本発明の実施例による超音波探触子群の不良超音波探触子個数と周波数４０ｋＨｚでの超音波探触子群のインピーダンスの関係を測定した結果を示す図である。
【図６】本発明の実施例による超音波探触子群の一群内の超音波探触子の採用個数別に表した、一群内の不良超音波探触子個数と周波数４０ｋＨｚでの超音波探触子群のインピーダンスの関係を測定した結果を示す図である。
【図７】本発明の実施例によるガイド波センサの異常判定方法のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例によるガイド波センサを備えた非破壊検査装置（以下、ガイド波検査装置とも言う。）は、複数の超音波探触子１を配列し、並列に接続された超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈで構成したガイド波センサ３に対してガイド波信号を電気的信号として送受信する送受信部８と、前記ガイド波センサ３からの受信信号を処理して解析する信号処理・解析部９と、測定条件を入力する入力部１１および測定結果を出力する出力部１２と、ガイド波検査装置５の各部を含む全体を制御し、且つ測定結果等各種データを保存する記憶部を有する制御部１０とから構成されたガイド波を用いて非破壊検査をするガイド波検査装置において、超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈのインピーダンスを測定するセンサ検査部７と、超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈの電気的接続先を送受信部８とセンサ検査部７との間で切り替える信号切替部６とをガイド波検査装置に装備されている。出力部１２は、出力を可視化するディスプレイを備えることが好ましい。
【００２０】
また、センサ検査部７は、超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈのインピーダンスを測定する際は、インピーダンスを測定する周波数を、ガイド波を用いた非破壊検査であるガイド波検査で使用する周波数またはガイド波検査で使用する周波数の前後の範囲を掃引しながら、ガイド波センサ３の超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈのインピーダンスを測定する機能を備えている。
【００２１】
このインピーダンスの測定に際しては、信号切替部６は、超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈのいずれか一群に選択的にセンサ検査部７に接続して、全部の超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈのインピーダンスを各群ごとに測定することができる。
【００２２】
また、超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈのインピーダンスの測定は、予め、超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈの超音波探触子１の個数を変えてインピーダンスを測定し、その個数の変化に対応したインピーダンスを基準のインピーダンスとして求めて制御部１０の記憶部に保存する機能と、ガイド波検査前または検査中または検査後の超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈのインピーダンスを測定して測定結果を制御部１０の記憶部に保存する機能と、そのガイド波検査前または検査中または検査後に測定したインピーダンスと予め求めておいた基準のインピーダンスとの比較に基づいてガイド波検査前または検査中または検査後に測定したインピーダンスに対応した超音波探触子１の個数を割り出して比較対象の超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈの健全状態を判定する機能を備える。
【００２３】
この健全状態を判定する機能は、信号処理・解析部９か制御部１０を構成しているコンピュータに割り当てるように設計しても良く、記憶部から出力部１２に出力した超音波探触子１の個数に対応した基準のインピーダンスとガイド波検査前または検査中または検査後に測定したインピーダンスとを出力部１２のディスプレイに表示させて検査員がその表示を視認して比較判定することであっても良い。
【００２４】
また、インピーダンスは温度依存性があるので、インピーダンス測定結果に温度依存性を考慮した補正を加える機能を前述のコンピュータに割り当てるようにすることが好ましい。
【００２５】
このような実施例によれば、予め測定して求めた超音波探触子群の超音波探触子個数とインピーダンスの相関関係と、非破壊検査前、または非破壊検査中、または非破壊検査後に測定した超音波探触子群のインピーダンス測定結果を、比較することで、超音波探触子群の超音波探触子の良否および個数を判定することができるので、ガイド波検査で使用したガイド波センサの測定性能の維持が可能となり、非破壊検査結果の信頼性向上が可能となる。
【００２６】
本実施例は、並列で接続された超音波探触子群のインピーダンスを指定した周波数で測定することで、予め測定して求めておいた前記周波数のインピーダンスと超音波探触子個数の相関関係とを比較することで、超音波探触子の不良の有無を判定することができる。さらに、超音波探触子を１個または数個はずしながら数回繰返すことで、不良超音波探触子を超音波探触子群の中から選定することができる。このような選定を実施すれば、ガイド波センサの性能を維持するための不良超音波探触子の選定を含む超音波探触子の交換時間を短縮することができる。
【実施例１】
【００２７】
以下に、本発明の実施形態を一層詳細に説明する。本発明の第１の実施形態におけるガイド波センサとガイド波検査装置の検査方法の概要を、図１および図２を用いて説明する。
【００２８】
図１は本発明の第１の実施の形態に係るガイド波センサ３とガイド波検査装置５の系統を、図２は本発明の第１の実施の形態に係るガイド波を用いた検査方法のフローチャートを示す。非破壊検査をする対象物の被検体４を配管とした場合について、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。配管を検査するガイド波センサ３は、被検体４である配管の円周方向に複数個の超音波探触子１を等間隔に全周に配列した第１の超音波探触子群と、軸方向に測定周波数の波長以下の間隔で平行に配列した第２の超音波探触子群で構成されているものを使用する。その超音波探触子群を、均等分に分割した場合（ここでは、４分割とし、第１の超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと第２の超音波探触子群２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ）について述べる。その４分割された各々の超音波探触子群（以下、超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈの内、各々を超音波探触子群２と称す）の超音波探触子１は、並列に接続されている。接続された超音波探触子群２の信号ケーブルは、ガイド波検査装置５のコネクタ端子に接続される。その信号ケーブルは、ガイド波センサ３とガイド波検査装置５の距離によって長さが決定される（ステップＳ１０１）。
【００２９】
ステップＳ１０２で使用するガイド波センサ３の超音波探触子群２の超音波探触子１を検査するかどうかの有無を選択する。検査有りの場合、後で説明するので、以下、ステップＳ１０２とステップＳ１０４とステップＳ１０６の検査無しの場合について説明する。
【００３０】
ステップＳ１０３で被検体４を配管とした場合のガイド波を用いた非破壊検査を開始する手順について記す。はじめに、入力部から測定条件のパラメータとして、測定周波数，測定波形，測定遅延時間，測定パターン，測定範囲などを入力する。入力したパラメータの指令は、制御部１０，信号処理・解析部９，送受信部８を経て、ガイド波センサ３の超音波探触子群２の超音波探触子１から、ガイド波信号を被検体４の配管に送信，伝播される。
【００３１】
ここで、ガイド波検査装置５の信号切替部６は、制御部１０からの指令で自動的に送受信部８への接続が行われる。被検体４へ伝播されたガイド波は、配管の欠陥や減肉等の形状が変化する部位で反射し、反射したガイド波を超音波探触子１で受けることでガイド波信号をガイド波検査装置の送受信部８で受信する。その受信信号は、デジタル変換するとともに信号処理・解析部９で解析した後、出力部１２により測定結果を表示する。例えば、図３のように横軸をセンサからの距離、縦軸を受信信号の強度又は振幅で表す。
【００３２】
また、その結果は、ガイド波検査装置５の制御部１０に保存し、被検体の配管の取付けた部位での検査が終了する。このようなガイド波を用いた非破壊検査を決められた被検体の配管の測定対象部位に順次ガイド波センサを取付けて非破壊検査を行っていく。
【００３３】
図３は、本発明の第１の実施の形態に係るガイド波センサ３とガイド波検査装置５により、口径５００Ａ配管を非破壊検査した測定結果の一例を示す。横軸はガイド波センサを取付けた位置からの距離（ガイド波を送信する方向）を、縦軸は、信号処理・解析部９からの出力の信号強度を示す。用いた配管は、公称径５０８mm，厚さ９.５mm、内面には厚さ１mm以上のポリエチレンライニングが施工されている。距離５.８ｍの信号は、配管の管端からの反射信号Ｒ１を示し、５ｍ，３.８ｍの信号は、予め付与した模擬欠陥Ｒ２，Ｒ３からの信号である。
【００３４】
一方、ステップＳ１０２とステップＳ１０４とステップＳ１０６の検査有の場合、ガイド波センサ３の超音波探触子群２の超音波探触子１を検査する方法について説明する。
【００３５】
ステップＳ２０１でガイド波検査装置５の入力部１１からガイド波センサ３において、どの超音波探触子群２を検査対象とするかを選定する。ここでは超音波探触子群の２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈのいずれかを選択する。
【００３６】
ステップＳ２０２でインピーダンスを測定する周波数は、非破壊検査で使用する周波数または非破壊検査で使用する周波数の前後、例えば、２００ｋＨｚから１０ｋＨｚの範囲の中から任意に範囲を設定する。例えば、３０ｋＨｚ，４０ｋＨｚのように周波数を固定して行うことや、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚのように周波数を掃引して行う数字を指定する。
【００３７】
ステップＳ２０３で超音波探触子１の個数別測定を行わない場合（無の場合）、例えば、ステップ２０１で全ての超音波探触子群２を選択した場合である。センサ信号切替部６のスイッチングは、送受信部８側をすべて開放させた、未接続状態とする。
【００３８】
ステップＳ２０４でガイド波センサ３の超音波探触子群２の検査は、センサ検査部７の指定又は固定の周波数または指定周波数の範囲を掃引して、信号切替部６のスイッチングを切替えながら、全ての超音波探触子群２（２ａ〜２ｈ）のインピーダンス測定を順次行って、ステップＳ２０５で測定結果をガイド波検査装置５に保存していく。
【００３９】
また、ステップＳ２０１でどのガイド波センサ３の超音波探触子群２を検査対象とするかを選定するステップにおいて、同時に複数の超音波探触子群２を選定しても信号切替部６のスイッチングにより並列に接続された超音波探触子１の個数が倍増する測定条件となるため、そのインピーダンス測定は、ひとつの超音波探触子群のインピーダンス測定と同じことである。
【００４０】
また、ステップＳ２０３で超音波探触子の個数別測定を行う場合（有の場合）、並列に接続された超音波探触子群２の超音波探触子１の個数別インピーダンスを測定する場合も同様に、ステップＳ２０１で入力部１１からインピーダンスを測定する超音波探触子群２を選択し、ガイド波検査装置５の制御部１０から信号切替部６へ検査する超音波探触子群２はスイッチングで接続される。
【００４１】
ステップＳ２０２でインピーダンスを測定する周波数は、非破壊検査で使用する周波数または非破壊検査で使用する周波数の前後、例えば、２００ｋＨｚから１０ｋＨｚの範囲の中から任意に範囲を設定する。ステップＳ３０１でガイド波センサの超音波探触子群２の検査は、前記設定した周波数固定または設定した周波数範囲で掃引して、超音波探触子群２の超音波探触子１のインピーダンスを測定する。ここでは予め非破壊検査前に同一体系で使用するガイド波センサ３が正常なときの超音波探触子群２のインピーダンスを測定する方法について記す。
【００４２】
最初に正常なときの超音波探触子群２のインピーダンスを測定した後、不良超音波探触子を模擬するため、並列に接続された超音波探触子群２の超音波探触子１を一個一個取り外しながら順次インピーダンス測定し、ステップＳ３０２で測定結果をガイド波検査装置５の制御部１０に保存していく。
【００４３】
以上、ステップＳ２０５で非破壊検査前または検査途中または検査終了後に測定した結果をガイド波検査装置５の制御部１０に保存し、ステップＳ２０６で予め同一体系で測定して求めておいた、超音波探触子群２の超音波探触子１の個数とインピーダンスの値を比較することで、超音波探触子群２及び超音波探触子１の異常を判定することができる。詳細については、後述する。
【００４４】
図４は超音波探触子群の超音波探触子のインピーダンスと測定周波数の関係を測定した結果を示す図である。ステップＳ３０１で測定した一例である。Ｅ１の実線は、並列に接続された超音波探触子群２の超音波探触子１が全て正常で不良なしの場合の測定結果を示す。ここで、超音波探触子群２の超音波探触子数は２０個の場合の一例である。
【００４５】
図４のグラフで、横軸は、測定周波数をｋＨｚで示し、縦軸は、そのインピーダンス値をｋΩで示す。並列に接続された超音波探触子群２の超音波探触子１を一個ずつ取り外すことで、不良超音波探触子を模擬した。Ｅ２の実線は、超音波探触子群２の超音波探触子が１９個不良の場合、即ち、２０個のうち一個だけ正常であった場合の測定結果の一例を示す。
【００４６】
このように、超音波探触子群２の超音波探触子１のインピーダンスは、測定周波数に依存することがわかる。この並列に接続された超音波探触子群２の超音波探触子１を一個ずつ取り外して測定したインピーダンスと測定周波数の測定結果はガイド波検査装置５の制御部１０に保存する。さらに、測定結果を各測定周波数のインピーダンスでデータを整理し、超音波探触子群２の超音波探触子１のインピーダンスと測定周波数の相関関係をガイド波検査装置５の制御部１０に保存しておく。
【００４７】
例えば、測定周波数が４０ｋＨｚの場合では、超音波探触子が不良なしの時のインピーダンス値は約０.０９ｋΩ（Ｅ１実線と測定周波数４０ｋＨｚの交点Ａ）であるのに対し、超音波探触子１が１９個不良であった時のインピーダンスは、約０.８ｋΩ（Ｅ２実線と測定周波数４０ｋＨｚの交点Ｂ）であることがわかる。超音波探触子１の不良個数が増えるに従って、超音波探触子群２のインピーダンスは、増加する。このインピーダンス値の差が超音波探触子１の不良個数と一対一に対応している関係を用いる。
【００４８】
図５は超音波探触子群の不良超音波探触子個数と測定周波数４０ｋＨｚでのインピーダンスの関係を示す図である。ここで、超音波探触子群２の超音波探触子１の全個数は２０個である。不良超音波探触子の個数が０（ゼロ）のインピーダンス値を基準とした。
【００４９】
図５中の○印は超音波探触子群２の信号ケーブルに１０ｍ延長ケーブルを接続しないで測定した結果を、△印はガイド波センサ３とガイド波検査装置５が離れている場合を仮定して１０ｍ延長ケーブルを接続して測定した結果を示す。延長ケーブルの有無でインピーダンスが多少異なるが、いずれも、同一体系で測定すれば不良超音波探触子の個数とインピーダンス差の値は、一対一のよい相関関係があることがわかる。
【００５０】
また、図４から分かるようにデータ整理する測定周波数を４０ｋＨｚの他に、２００ｋＨｚから１０ｋＨｚの範囲内で任意の周波数を指定しても、不良超音波探触子個数とインピーダンス差は、よい相関関係があることがわかる。各測定周波数での測定結果の相関関係は、ガイド波検査装置５の制御部１０に保存する。例えば、測定した超音波探触子群の超音波探触子のインピーダンスと予め測定して求めておいたインピーダンスの差が０.１ｋΩであった場合、図５の相関関係から不良超音波探触子の個数は、１２個であることが分かる。そこで、超音波探触子群２の不良超音波探触子を交換すれば良いことになる。
【００５１】
以上のことから、信号ケーブル長やガイド波センサの超音波探触子数等の同じ測定体系で測定した超音波探触子群のインピーダンスを測定することで、超音波探触子群の不良超音波探触子の有無の判定、および、超音波探触子群の不良超音波探触子の個数が推定できることがわかる。
【００５２】
図６は超音波探触子群の超音波探触子の個数が（ａ）２個，（ｂ）４個，（ｃ）１２個，（ｄ）２０個の時の不良超音波探触子の個数と測定周波数４０ｋＨｚでのインピーダンスの関係を示す図である。いずれも、縦軸は、超音波探触子群の超音波探触子の個数のインピーダンス値を基準とした。
【００５３】
（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の結果からわかるように超音波探触子群の超音波探触子の個数の違いで不良超音波探触子個数とインピーダンスの相関関係が決定することがわかる。いずれも、不良超音波探触子の個数が増加するに従って、インピーダンスの差分は、徐々に増加していく傾向であることがわかる。
【００５４】
図７はガイド波センサ３の異常判定方法のフローチャートを示す。ステップＳ４０１では測定データと同一測定体系条件での予め相関関係を求めておいた基準データを選定する。ステップ４０２では選定した基準データと測定データを表示する。基準データは、例えば、図６に示した不良超音波探触子個数とインピーダンス差の関係図を表示する。または、不良超音波探触子個数とインピーダンス差の数値を表で表示させても良い。測定データは、インピーダンス差（基準データとの差）を表示する。ステップＳ４０３では測定データのインピーダンス差に相当する不良超音波探触子個数を図６に示した関係図などから求めて表示する。
【００５５】
ステップＳ４０４では超音波探触子群２の超音波探触子個数に対して不良超音波探触子の個数を設定しておき、それ以上の個数で異常とするように設定する。例えば、並列接続が２個の場合１個、４個の場合２個、１２個の場合３個、２０個の場合４個と設定しておくことでガイド波センサ３の異常の有無を判断する。
【００５６】
従って、予め、非破壊検査の測定体系と同一な条件で、各々の超音波探触子群２の超音波探触子１の個数とインピーダンスの相関関係を測定し、基準データとして結果を保存しておくことで、非破壊検査の前，検査途中，検査後の超音波探触子群２のインピーダンスを測定して、前記基準データの相関関係と比較することで不良超音波探触子の個数が推定できる。また、並列に接続された超音波探触子を一個一個または、数個同時に外しながらインピーダンスを測定していくことで、予め測定し求めておいた基準データの相関関係と比較することで不良超音波探触子を選定できる。
【００５７】
例えば、超音波探触子群２の超音波探触子１の全個数が２０個のうち２個だけ不良が有った場合、従来方法の超音波探触子１を一個一個取り外してインピーダンス測定し不良の有無を判定するより、本方法のように超音波探触子１を複数個同時に取り外してインピーダンスを測定し、相関関係から外した超音波探触子１の不良個数を調べながら数回繰返すことで選定できるためセンサを検査する時間が短縮できる。
【００５８】
また、図５，図６に示したインピーダンスを測定した周波数は、検査に使用する周波数を含む範囲を掃引した中から４０ｋＨｚを選定したものであるが、検査に使用する近傍の指定周波数で不良超音波探触子個数とインピーダンスの相関関係を求めても、同様の結果が得られる。
【００５９】
以上述べたインピーダンスは、測定環境温度の影響を受けるため、非破壊検査装置に温度補正機能を備えて、温度補正をすることが重要である。すなわち、実験室や測定現場など測定する場所の違いによる影響や、測定日時による環境の違いによる影響を補正することで誤差を最小限にすることができる。非破壊検査前、予め同一測定体系でインピーダンスと温度の関係を測定し、補正係数（オーム／℃）を求めておき、基準温度（例えば２５℃等）におけるインピーダンスに換算して予め求めた相関関係と実際に測定したデータの一方又は両者の補正係数を元に温度補正する。
【００６０】
以上説明したように、本実施の形態のガイド波を用いた非破壊検査装置および検査方法によれば、予め測定して求めておいた超音波探触子群の超音波探触子の個数とインピーダンスの相関関係を、非破壊検査前、または非破壊検査中、並びに非破壊検査後に測定した超音波探触子群のインピーダンス測定結果と比較することで、超音波探触子の良否およびその個数を推定することができるので、検査で使用したガイド波センサの測定性能の維持が可能となり、非破壊検査結果の信頼性向上が可能となる。
【００６１】
また、本発明によれば、超音波探触子群の不良超音波探触子の選定が従来の方法より簡素化できるため、不良超音波探触子の選定も含めた交換に要する時間を短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、ガイド波センサから被検体へ超音波を伝播させて、その被検体を非破壊的に検査する検査装置に利用可能性がある。
【符号の説明】
【００６３】
１ 超音波探触子
２ａ〜２ｈ 超音波探触子群
３ ガイド波センサ
４ 被検体
５ ガイド波検査装置
６ 信号切替部
７ センサ検査部
８ ガイド波送受信部
９ ガイド波信号処理・解析部
１０ 制御部
１１ 入力部
１２ 出力部
Ｅ１ 超音波探触子２０個のうち不良なしでのインピーダンス測定値
Ｅ２ 超音波探触子２０個のうち不良１９個でのインピーダンス測定値
Ｒ１ 配管の管端からの反射信号
Ｒ２，Ｒ３ 配管の模擬欠陥からの反射信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒形状をした構造物に発生した減肉や傷や変形などの部位を、ガイド波を用いて検査する非破壊検査装置及び検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒形状をした被検体としての構造物であるタンクや配管は、使用している環境の影響を受けながら時間の経過とともに内外面から腐食が進行する。腐食しやすい箇所では腐食が進行していくと、内容物の漏洩や破断にいたる事故の要因となるため、定期的に非破壊検査や目視検査をすることで、その事故を未然に防止し、タンクや配管の健全性を維持，確認している。
【０００３】
従来から良く用いられている非破壊検査は、超音波厚さ計を用いて構造物の厚さを測定することが一般的である。超音波厚さ計は、超音波厚さ計のセンサ部分と被検体との接触面の厚さを一点一点測定するため、測定一点の検査範囲が狭く、表面積の大きいタンクの検査や大口径の配管の検査には長時間費やすため、検査するコストが増大する。
【０００４】
そこで、一度に広範囲を検査する手法としてガイド波を利用した非破壊検査が提案されている。ガイド波は、配管や棒や板などの境界面を有する物体中を伝播する超音波の総称である。一般に、板を伝播する波を板波と呼ぶが、厳密にはラム波対称モード，ラム波反対称モード、及び板に対して面内振動するＳＨガイド波の３種類が存在し、そのうち、棒波と呼ばれる棒を伝搬する波は、板波のラム波対称モードに相当するＬモード、ラム波反対称モードに相当するＦモード、ＳＨ波に相当するＴモードの３種類に分類される。ガイド波を利用した非破壊検査は、例えば配管の場合、ガイド波が周方向断面積が変化する位置で反射して戻ってくる特徴を有し、その特徴を利用して、配管にガイド波を長距離伝播させて配管の内外面および長距離区間を一括して検査する方法である（特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１に記載された、ガイド波を用いた非破壊検査装置は、配管全周にわたって複数個の超音波探触子を配置した第１探触子群，第２探触子群を、検査対象の配管の軸方向に並べて配置している（特許文献１の図２参照）。この第１探触子群，第２探触子群は、配管の口径が大きくなるに従って、超音波探触子の個数を増加させる必要がある。
【０００６】
一方、他のガイド波を用いた非破壊検査装置では、円筒部材の周方向の一部に、複数個の超音波探触子を配置した第１超音波探触子列，第２超音波探触子列を、検査対象の配管の軸方向に並べて配置している（特許文献２の図１参照）。全周に配置する特許文献１と同様、検査範囲を広くするためには、超音波探触子列の超音波探触子の個数を増加させる必要がある。
【０００７】
このように、特許文献１および特許文献２に記載された非破壊検査装置の探触子群や探触子列からなるガイド波センサは、大型のタンクや大口径の配管の検査では、多数の超音波探触子から構成されることになる。その多数の超音波探触子は、全個数を等分割または同一の個数で複数の超音波探触子群または超音波探触子列として、超音波探触子が並列で接続されている。
【０００８】
そのため、その並列に接続された超音波探触子群または超音波探触子列の一部の超音波探触子が不具合や破損等で測定不良となった際、そのまま使用してしまうと測定した結果が、実際と誤った検査結果を出す可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表平１０−５０７５３０号公報
【特許文献２】特開２００９−１０９３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
２個以上の超音波探触子を配列し、並列に接続された超音波探触子群のガイド波センサを利用したガイド波を用いた非破壊検査では、前記並列に接続された超音波探触子群の超音波探触子を同時に駆動して被検体にガイド波を伝播させて検査している。
【００１１】
この多数で並列に接続されている超音波探触子の一部が不具合や破損等で測定不良が生じていた場合、検査結果の信頼性が損なわれるという問題がある。このようになる前に、ガイド波センサを事前に検査またはモニタすることにより、信頼性の高い検査ができるようになる。
【００１２】
しかし、ガイド波センサの健全性の確認を行うために、超音波探触子群の一個一個の超音波探触子を調べるのでは、大型のタンクや大口径の配管で使用されるガイド波センサのようにガイド波センサ内の超音波探触子の個数が多くなると、その健全性の確認に多くの時間を費やすという問題があった。
【００１３】
従って、検査結果の信頼性維持のためには、不具合や破損等で測定不良が生じた超音波探触子の有無を簡易な方法で迅速に判定する必要がある。
【００１４】
本発明の目的は、ガイド波センサの健全性を迅速に確認してガイド波を用いた非破壊検査における検査結果の信頼性を担保することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための本発明の非破壊検査装置は、送受信部に接続される複数の超音波探触子群から成るガイド波センサを備えた非破壊検査装置において、前記超音波探触子群のインピーダンスを測定するセンサ検査部と、前記超音波探触子群の接続先を前記センサ検査部と前記送受信部とに切り替える信号切替部と、を備えたことを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置である。
【００１６】
上記目的を達成するための本発明の非破壊検査方法は、複数の超音波探触子群から成るガイド波センサから発信した波動を被検体内にガイド波として伝播させ、前記ガイド波の反射波を受信して受信信号を取得するガイド波センサを備えた非破壊検査装置による検査方法において、前記超音波探触子群のインピーダンスを測定し、基準とするインピーダンスと前記測定したインピーダンスとの比較に基づいて前記超音波探触子群の健全状態を判定することを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置による検査方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、非破壊検査の検査中や検査前後に、ガイド波センサの超音波探触子群のインピーダンスを測定してその健全状態を基準のインピーダンスとの比較で判定することができるので、ガイド波センサの健全性を迅速に確認してガイド波を用いた非破壊検査における検査結果の信頼性を担保することにある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例によるガイド波センサを備えた非破壊検査装置の系統図である。
【図２】本発明の実施例による非破壊検査装置による検査方法のフローチャート図である。
【図３】本発明の実施例による非破壊検査装置を用いて非破壊検査をした測定結果を示す図である。
【図４】本発明の実施例によるひとつの超音波探触子群のインピーダンスと周波数の関係を測定した結果を示す図である。
【図５】本発明の実施例による超音波探触子群の不良超音波探触子個数と周波数４０ｋＨｚでの超音波探触子群のインピーダンスの関係を測定した結果を示す図である。
【図６】本発明の実施例による超音波探触子群の一群内の超音波探触子の採用個数別に表した、一群内の不良超音波探触子個数と周波数４０ｋＨｚでの超音波探触子群のインピーダンスの関係を測定した結果を示す図である。
【図７】本発明の実施例によるガイド波センサの異常判定方法のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例によるガイド波センサを備えた非破壊検査装置（以下、ガイド波検査装置とも言う。）は、複数の超音波探触子１を配列し、並列に接続された超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈで構成したガイド波センサ３に対してガイド波信号を電気的信号として送受信する送受信部８と、前記ガイド波センサ３からの受信信号を処理して解析する信号処理・解析部９と、測定条件を入力する入力部１１および測定結果を出力する出力部１２と、ガイド波検査装置５の各部を含む全体を制御し、且つ測定結果等各種データを保存する記憶部を有する制御部１０とから構成されたガイド波を用いて非破壊検査をするガイド波検査装置において、超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈのインピーダンスを測定するセンサ検査部７と、超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈの電気的接続先を送受信部８とセンサ検査部７との間で切り替える信号切替部６とをガイド波検査装置に装備されている。出力部１２は、出力を可視化するディスプレイを備えることが好ましい。
【００２０】
また、センサ検査部７は、超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈのインピーダンスを測定する際は、インピーダンスを測定する周波数を、ガイド波を用いた非破壊検査であるガイド波検査で使用する周波数またはガイド波検査で使用する周波数の前後の範囲を掃引しながら、ガイド波センサ３の超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈのインピーダンスを測定する機能を備えている。
【００２１】
このインピーダンスの測定に際しては、信号切替部６は、超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈのいずれか一群に選択的にセンサ検査部７に接続して、全部の超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈのインピーダンスを各群ごとに測定することができる。
【００２２】
また、超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈのインピーダンスの測定は、予め、超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈの超音波探触子１の個数を変えてインピーダンスを測定し、その個数の変化に対応したインピーダンスを基準のインピーダンスとして求めて制御部１０の記憶部に保存する機能と、ガイド波検査前または検査中または検査後の超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈのインピーダンスを測定して測定結果を制御部１０の記憶部に保存する機能と、そのガイド波検査前または検査中または検査後に測定したインピーダンスと予め求めておいた基準のインピーダンスとの比較に基づいてガイド波検査前または検査中または検査後に測定したインピーダンスに対応した超音波探触子１の個数を割り出して比較対象の超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈの健全状態を判定する機能を備える。
【００２３】
この健全状態を判定する機能は、信号処理・解析部９か制御部１０を構成しているコンピュータに割り当てるように設計しても良く、記憶部から出力部１２に出力した超音波探触子１の個数に対応した基準のインピーダンスとガイド波検査前または検査中または検査後に測定したインピーダンスとを出力部１２のディスプレイに表示させて検査員がその表示を視認して比較判定することであっても良い。
【００２４】
また、インピーダンスは温度依存性があるので、インピーダンス測定結果に温度依存性を考慮した補正を加える機能を前述のコンピュータに割り当てるようにすることが好ましい。
【００２５】
このような実施例によれば、予め測定して求めた超音波探触子群の超音波探触子個数とインピーダンスの相関関係と、非破壊検査前、または非破壊検査中、または非破壊検査後に測定した超音波探触子群のインピーダンス測定結果を、比較することで、超音波探触子群の超音波探触子の良否および個数を判定することができるので、ガイド波検査で使用したガイド波センサの測定性能の維持が可能となり、非破壊検査結果の信頼性向上が可能となる。
【００２６】
本実施例は、並列で接続された超音波探触子群のインピーダンスを指定した周波数で測定することで、予め測定して求めておいた前記周波数のインピーダンスと超音波探触子個数の相関関係とを比較することで、超音波探触子の不良の有無を判定することができる。さらに、超音波探触子を１個または数個はずしながら数回繰返すことで、不良超音波探触子を超音波探触子群の中から選定することができる。このような選定を実施すれば、ガイド波センサの性能を維持するための不良超音波探触子の選定を含む超音波探触子の交換時間を短縮することができる。
【実施例１】
【００２７】
以下に、本発明の実施形態を一層詳細に説明する。本発明の第１の実施形態におけるガイド波センサとガイド波検査装置の検査方法の概要を、図１および図２を用いて説明する。
【００２８】
図１は本発明の第１の実施の形態に係るガイド波センサ３とガイド波検査装置５の系統を、図２は本発明の第１の実施の形態に係るガイド波を用いた検査方法のフローチャートを示す。非破壊検査をする対象物の被検体４を配管とした場合について、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。配管を検査するガイド波センサ３は、被検体４である配管の円周方向に複数個の超音波探触子１を等間隔に全周に配列した第１の超音波探触子群と、軸方向に測定周波数の波長以下の間隔で平行に配列した第２の超音波探触子群で構成されているものを使用する。その超音波探触子群を、均等分に分割した場合（ここでは、４分割とし、第１の超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと第２の超音波探触子群２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ）について述べる。その４分割された各々の超音波探触子群（以下、超音波探触子群２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈの内、各々を超音波探触子群２と称す）の超音波探触子１は、並列に接続されている。接続された超音波探触子群２の信号ケーブルは、ガイド波検査装置５のコネクタ端子に接続される。その信号ケーブルは、ガイド波センサ３とガイド波検査装置５の距離によって長さが決定される（ステップＳ１０１）。
【００２９】
ステップＳ１０２で使用するガイド波センサ３の超音波探触子群２の超音波探触子１を検査するかどうかの有無を選択する。検査有りの場合、後で説明するので、以下、ステップＳ１０２とステップＳ１０４とステップＳ１０６の検査無しの場合について説明する。
【００３０】
ステップＳ１０３で被検体４を配管とした場合のガイド波を用いた非破壊検査を開始する手順について記す。はじめに、入力部から測定条件のパラメータとして、測定周波数，測定波形，測定遅延時間，測定パターン，測定範囲などを入力する。入力したパラメータの指令は、制御部１０，信号処理・解析部９，送受信部８を経て、ガイド波センサ３の超音波探触子群２の超音波探触子１から、ガイド波信号を被検体４の配管に送信，伝播される。
【００３１】
ここで、ガイド波検査装置５の信号切替部６は、制御部１０からの指令で自動的に送受信部８への接続が行われる。被検体４へ伝播されたガイド波は、配管の欠陥や減肉等の形状が変化する部位で反射し、反射したガイド波を超音波探触子１で受けることでガイド波信号をガイド波検査装置の送受信部８で受信する。その受信信号は、デジタル変換するとともに信号処理・解析部９で解析した後、出力部１２により測定結果を表示する。例えば、図３のように横軸をセンサからの距離、縦軸を受信信号の強度又は振幅で表す。
【００３２】
また、その結果は、ガイド波検査装置５の制御部１０に保存し、被検体の配管の取付けた部位での検査が終了する。このようなガイド波を用いた非破壊検査を決められた被検体の配管の測定対象部位に順次ガイド波センサを取付けて非破壊検査を行っていく。
【００３３】
図３は、本発明の第１の実施の形態に係るガイド波センサ３とガイド波検査装置５により、口径５００Ａ配管を非破壊検査した測定結果の一例を示す。横軸はガイド波センサを取付けた位置からの距離（ガイド波を送信する方向）を、縦軸は、信号処理・解析部９からの出力の信号強度を示す。用いた配管は、公称径５０８mm，厚さ９.５mm、内面には厚さ１mm以上のポリエチレンライニングが施工されている。距離５.８ｍの信号は、配管の管端からの反射信号Ｒ１を示し、５ｍ，３.８ｍの信号は、予め付与した模擬欠陥Ｒ２，Ｒ３からの信号である。
【００３４】
一方、ステップＳ１０２とステップＳ１０４とステップＳ１０６の検査有の場合、ガイド波センサ３の超音波探触子群２の超音波探触子１を検査する方法について説明する。
【００３５】
ステップＳ２０１でガイド波検査装置５の入力部１１からガイド波センサ３において、どの超音波探触子群２を検査対象とするかを選定する。ここでは超音波探触子群の２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈのいずれかを選択する。
【００３６】
ステップＳ２０２でインピーダンスを測定する周波数は、非破壊検査で使用する周波数または非破壊検査で使用する周波数の前後、例えば、２００ｋＨｚから１０ｋＨｚの範囲の中から任意に範囲を設定する。例えば、３０ｋＨｚ，４０ｋＨｚのように周波数を固定して行うことや、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚのように周波数を掃引して行う数字を指定する。
【００３７】
ステップＳ２０３で超音波探触子１の個数別測定を行わない場合（無の場合）、例えば、ステップ２０１で全ての超音波探触子群２を選択した場合である。センサ信号切替部６のスイッチングは、送受信部８側をすべて開放させた、未接続状態とする。
【００３８】
ステップＳ２０４でガイド波センサ３の超音波探触子群２の検査は、センサ検査部７の指定又は固定の周波数または指定周波数の範囲を掃引して、信号切替部６のスイッチングを切替えながら、全ての超音波探触子群２（２ａ〜２ｈ）のインピーダンス測定を順次行って、ステップＳ２０５で測定結果をガイド波検査装置５に保存していく。
【００３９】
また、ステップＳ２０１でどのガイド波センサ３の超音波探触子群２を検査対象とするかを選定するステップにおいて、同時に複数の超音波探触子群２を選定しても信号切替部６のスイッチングにより並列に接続された超音波探触子１の個数が倍増する測定条件となるため、そのインピーダンス測定は、ひとつの超音波探触子群のインピーダンス測定と同じことである。
【００４０】
また、ステップＳ２０３で超音波探触子の個数別測定を行う場合（有の場合）、並列に接続された超音波探触子群２の超音波探触子１の個数別インピーダンスを測定する場合も同様に、ステップＳ２０１で入力部１１からインピーダンスを測定する超音波探触子群２を選択し、ガイド波検査装置５の制御部１０から信号切替部６へ検査する超音波探触子群２はスイッチングで接続される。
【００４１】
ステップＳ２０２でインピーダンスを測定する周波数は、非破壊検査で使用する周波数または非破壊検査で使用する周波数の前後、例えば、２００ｋＨｚから１０ｋＨｚの範囲の中から任意に範囲を設定する。ステップＳ３０１でガイド波センサの超音波探触子群２の検査は、前記設定した周波数固定または設定した周波数範囲で掃引して、超音波探触子群２の超音波探触子１のインピーダンスを測定する。ここでは予め非破壊検査前に同一体系で使用するガイド波センサ３が正常なときの超音波探触子群２のインピーダンスを測定する方法について記す。
【００４２】
最初に正常なときの超音波探触子群２のインピーダンスを測定した後、不良超音波探触子を模擬するため、並列に接続された超音波探触子群２の超音波探触子１を一個一個取り外しながら順次インピーダンス測定し、ステップＳ３０２で測定結果をガイド波検査装置５の制御部１０に保存していく。
【００４３】
以上、ステップＳ２０５で非破壊検査前または検査途中または検査終了後に測定した結果をガイド波検査装置５の制御部１０に保存し、ステップＳ２０６で予め同一体系で測定して求めておいた、超音波探触子群２の超音波探触子１の個数とインピーダンスの値を比較することで、超音波探触子群２及び超音波探触子１の異常を判定することができる。詳細については、後述する。
【００４４】
図４は超音波探触子群の超音波探触子のインピーダンスと測定周波数の関係を測定した結果を示す図である。ステップＳ３０１で測定した一例である。Ｅ１の実線は、並列に接続された超音波探触子群２の超音波探触子１が全て正常で不良なしの場合の測定結果を示す。ここで、超音波探触子群２の超音波探触子数は２０個の場合の一例である。
【００４５】
図４のグラフで、横軸は、測定周波数をｋＨｚで示し、縦軸は、そのインピーダンス値をｋΩで示す。並列に接続された超音波探触子群２の超音波探触子１を一個ずつ取り外すことで、不良超音波探触子を模擬した。Ｅ２の実線は、超音波探触子群２の超音波探触子が１９個不良の場合、即ち、２０個のうち一個だけ正常であった場合の測定結果の一例を示す。
【００４６】
このように、超音波探触子群２の超音波探触子１のインピーダンスは、測定周波数に依存することがわかる。この並列に接続された超音波探触子群２の超音波探触子１を一個ずつ取り外して測定したインピーダンスと測定周波数の測定結果はガイド波検査装置５の制御部１０に保存する。さらに、測定結果を各測定周波数のインピーダンスでデータを整理し、超音波探触子群２の超音波探触子１のインピーダンスと測定周波数の相関関係をガイド波検査装置５の制御部１０に保存しておく。
【００４７】
例えば、測定周波数が４０ｋＨｚの場合では、超音波探触子が不良なしの時のインピーダンス値は約０.０９ｋΩ（Ｅ１実線と測定周波数４０ｋＨｚの交点Ａ）であるのに対し、超音波探触子１が１９個不良であった時のインピーダンスは、約０.８ｋΩ（Ｅ２実線と測定周波数４０ｋＨｚの交点Ｂ）であることがわかる。超音波探触子１の不良個数が増えるに従って、超音波探触子群２のインピーダンスは、増加する。このインピーダンス値の差が超音波探触子１の不良個数と一対一に対応している関係を用いる。
【００４８】
図５は超音波探触子群の不良超音波探触子個数と測定周波数４０ｋＨｚでのインピーダンスの関係を示す図である。ここで、超音波探触子群２の超音波探触子１の全個数は２０個である。不良超音波探触子の個数が０（ゼロ）のインピーダンス値を基準とした。
【００４９】
図５中の○印は超音波探触子群２の信号ケーブルに１０ｍ延長ケーブルを接続しないで測定した結果を、△印はガイド波センサ３とガイド波検査装置５が離れている場合を仮定して１０ｍ延長ケーブルを接続して測定した結果を示す。延長ケーブルの有無でインピーダンスが多少異なるが、いずれも、同一体系で測定すれば不良超音波探触子の個数とインピーダンス差の値は、一対一のよい相関関係があることがわかる。
【００５０】
また、図４から分かるようにデータ整理する測定周波数を４０ｋＨｚの他に、２００ｋＨｚから１０ｋＨｚの範囲内で任意の周波数を指定しても、不良超音波探触子個数とインピーダンス差は、よい相関関係があることがわかる。各測定周波数での測定結果の相関関係は、ガイド波検査装置５の制御部１０に保存する。例えば、測定した超音波探触子群の超音波探触子のインピーダンスと予め測定して求めておいたインピーダンスの差が０.１ｋΩであった場合、図５の相関関係から不良超音波探触子の個数は、１２個であることが分かる。そこで、超音波探触子群２の不良超音波探触子を交換すれば良いことになる。
【００５１】
以上のことから、信号ケーブル長やガイド波センサの超音波探触子数等の同じ測定体系で測定した超音波探触子群のインピーダンスを測定することで、超音波探触子群の不良超音波探触子の有無の判定、および、超音波探触子群の不良超音波探触子の個数が推定できることがわかる。
【００５２】
図６は超音波探触子群の超音波探触子の個数が（ａ）２個，（ｂ）４個，（ｃ）１２個，（ｄ）２０個の時の不良超音波探触子の個数と測定周波数４０ｋＨｚでのインピーダンスの関係を示す図である。いずれも、縦軸は、超音波探触子群の超音波探触子の個数のインピーダンス値を基準とした。
【００５３】
（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の結果からわかるように超音波探触子群の超音波探触子の個数の違いで不良超音波探触子個数とインピーダンスの相関関係が決定することがわかる。いずれも、不良超音波探触子の個数が増加するに従って、インピーダンスの差分は、徐々に増加していく傾向であることがわかる。
【００５４】
図７はガイド波センサ３の異常判定方法のフローチャートを示す。ステップＳ４０１では測定データと同一測定体系条件での予め相関関係を求めておいた基準データを選定する。ステップ４０２では選定した基準データと測定データを表示する。基準データは、例えば、図６に示した不良超音波探触子個数とインピーダンス差の関係図を表示する。または、不良超音波探触子個数とインピーダンス差の数値を表で表示させても良い。測定データは、インピーダンス差（基準データとの差）を表示する。ステップＳ４０３では測定データのインピーダンス差に相当する不良超音波探触子個数を図６に示した関係図などから求めて表示する。
【００５５】
ステップＳ４０４では超音波探触子群２の超音波探触子個数に対して不良超音波探触子の個数を設定しておき、それ以上の個数で異常とするように設定する。例えば、並列接続が２個の場合１個、４個の場合２個、１２個の場合３個、２０個の場合４個と設定しておくことでガイド波センサ３の異常の有無を判断する。
【００５６】
従って、予め、非破壊検査の測定体系と同一な条件で、各々の超音波探触子群２の超音波探触子１の個数とインピーダンスの相関関係を測定し、基準データとして結果を保存しておくことで、非破壊検査の前，検査途中，検査後の超音波探触子群２のインピーダンスを測定して、前記基準データの相関関係と比較することで不良超音波探触子の個数が推定できる。また、並列に接続された超音波探触子を一個一個または、数個同時に外しながらインピーダンスを測定していくことで、予め測定し求めておいた基準データの相関関係と比較することで不良超音波探触子を選定できる。
【００５７】
例えば、超音波探触子群２の超音波探触子１の全個数が２０個のうち２個だけ不良が有った場合、従来方法の超音波探触子１を一個一個取り外してインピーダンス測定し不良の有無を判定するより、本方法のように超音波探触子１を複数個同時に取り外してインピーダンスを測定し、相関関係から外した超音波探触子１の不良個数を調べながら数回繰返すことで選定できるためセンサを検査する時間が短縮できる。
【００５８】
また、図５，図６に示したインピーダンスを測定した周波数は、検査に使用する周波数を含む範囲を掃引した中から４０ｋＨｚを選定したものであるが、検査に使用する近傍の指定周波数で不良超音波探触子個数とインピーダンスの相関関係を求めても、同様の結果が得られる。
【００５９】
以上述べたインピーダンスは、測定環境温度の影響を受けるため、非破壊検査装置に温度補正機能を備えて、温度補正をすることが重要である。すなわち、実験室や測定現場など測定する場所の違いによる影響や、測定日時による環境の違いによる影響を補正することで誤差を最小限にすることができる。非破壊検査前、予め同一測定体系でインピーダンスと温度の関係を測定し、補正係数（オーム／℃）を求めておき、基準温度（例えば２５℃等）におけるインピーダンスに換算して予め求めた相関関係と実際に測定したデータの一方又は両者の補正係数を元に温度補正する。
【００６０】
以上説明したように、本実施の形態のガイド波を用いた非破壊検査装置および検査方法によれば、予め測定して求めておいた超音波探触子群の超音波探触子の個数とインピーダンスの相関関係を、非破壊検査前、または非破壊検査中、並びに非破壊検査後に測定した超音波探触子群のインピーダンス測定結果と比較することで、超音波探触子の良否およびその個数を推定することができるので、検査で使用したガイド波センサの測定性能の維持が可能となり、非破壊検査結果の信頼性向上が可能となる。
【００６１】
また、本発明によれば、超音波探触子群の不良超音波探触子の選定が従来の方法より簡素化できるため、不良超音波探触子の選定も含めた交換に要する時間を短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、ガイド波センサから被検体へ超音波を伝播させて、その被検体を非破壊的に検査する検査装置に利用可能性がある。
【符号の説明】
【００６３】
１ 超音波探触子
２ａ〜２ｈ 超音波探触子群
３ ガイド波センサ
４ 被検体
５ ガイド波検査装置
６ 信号切替部
７ センサ検査部
８ ガイド波送受信部
９ ガイド波信号処理・解析部
１０ 制御部
１１ 入力部
１２ 出力部
Ｅ１ 超音波探触子２０個のうち不良なしでのインピーダンス測定値
Ｅ２ 超音波探触子２０個のうち不良１９個でのインピーダンス測定値
Ｒ１ 配管の管端からの反射信号
Ｒ２，Ｒ３ 配管の模擬欠陥からの反射信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受信部に接続される複数の超音波探触子群から成るガイド波センサを備えた非破壊検査装置において、前記超音波探触子群のインピーダンスを測定するセンサ検査部と、前記超音波探触子群の接続先を前記センサ検査部と前記送受信部とに切り替える信号切替部と、を備えたことを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置。
【請求項２】
請求項１において、前記測定したインピーダンスを保存する記憶部と、前記測定したインピーダンスの比較基準とするインピーダンスを保存する記憶部とを備えたことを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置。
【請求項３】
請求項２において、前記出力部には前記記憶部に保存したインピーダンスを可視化する手段を備えたことを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置。
【請求項４】
請求項２において、前記基準のインピーダンスは、前記超音波探触子群内の超音波探触子の個数との相関関係を示すインピーダンスであり、前記非破壊検査装置は前記相関関係を示すインピーダンスと前記測定したインピーダンスとの比較により前記超音探触子の良又は不良の個数を求める機能を有したことを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置。
【請求項５】
請求項２から請求項４までのいずれか一項において、非破壊検査に用いるものと同一測定体系におけるインピーダンスと温度の関係に基づいて前記測定したインピーダンスを補正する機能を有したことを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置。
【請求項６】
複数の超音波探触子群から成るガイド波センサから発信した波動を被検体内にガイド波として伝播させ、前記ガイド波の反射波を受信して受信信号を取得するガイド波センサを備えた非破壊検査装置による検査方法において、前記超音波探触子群のインピーダンスを測定し、基準とするインピーダンスと前記測定したインピーダンスとの比較に基づいて前記超音波探触子群の健全状態を判定することを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置による検査方法。
【請求項７】
請求項６において、前記超音波探触子群の接続先を非破壊検査装置の送受信部から前記超音波探触子群のインピーダンスを測定するセンサ検査部へ信号切替部で切り替えて前記超音波探触子群のインピーダンスを測定することを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置による検査方法。
【請求項８】
請求項７において、前記超音波探触子群のインピーダンスを、指定する周波数または被検体の非破壊検査に使用するガイド波の周波数を用いて、またはその検査で使用する周波数の前後の範囲を掃引しながら用いて、測定することを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置による検査方法。
【請求項９】
請求項８において、被検体の非破壊検査前に前記基準とするインピーダンスとして前記超音波探触子群のインピーダンスを測定し、その測定結果を保存し、非破壊検査中または非破壊検査後に、前記超音波探触子群のインピーダンスを測定し、その測定結果を保存し、前記保存の対象である前記各測定結果を比較して、前記超音波探触子群の健全状態を判定することを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置による検査方法。
【請求項１０】
請求項８において、予め、前記超音波探触子群の超音波探触子個数を変えて超音波探触子個数ごとに前記基準とするインピーダンを測定してそのインピーダンスと超音波探触子個数の相関関係のデータを求めて保存し、非破壊検査前または非破壊検査中または非破壊検査後に超音波探触子群のインピーダンスを測定してその測定結果を保存し、その測定結果と前記データ中のインピーダンスとの比較から前記超音波探触子群の超音波探触子の良又は不良の個数を判定することを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置による検査方法。
【請求項１１】
請求項６から請求項１０までのいずれか一項において、非破壊検査に用いるものと同一測定体系におけるインピーダンスと温度の関係に基づいて前記測定したインピーダンスを補正することを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置による検査方法。
【請求項１２】
請求項１０から請求項１１までのいずれか一項において、前記超音波探触子を複数個同時に外した前記超音波探触子群のインピーダンスを測定し、前記測定したインピーダンスと前記相関関係のデータとの比較から外した超音波探触子の不良個数を調べることを数回繰返すことによって不良超音波探触子を選定することを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置による検査方法。
【請求項１】
送受信部に接続される複数の超音波探触子群から成るガイド波センサを備えた非破壊検査装置において、前記超音波探触子群のインピーダンスを測定するセンサ検査部と、前記超音波探触子群の接続先を前記センサ検査部と前記送受信部とに切り替える信号切替部と、を備えたことを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置。
【請求項２】
請求項１において、前記測定したインピーダンスを保存する記憶部と、前記測定したインピーダンスの比較基準とするインピーダンスを保存する記憶部とを備えたことを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置。
【請求項３】
請求項２において、前記出力部には前記記憶部に保存したインピーダンスを可視化する手段を備えたことを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置。
【請求項４】
請求項２において、前記基準のインピーダンスは、前記超音波探触子群内の超音波探触子の個数との相関関係を示すインピーダンスであり、前記非破壊検査装置は前記相関関係を示すインピーダンスと前記測定したインピーダンスとの比較により前記超音探触子の良又は不良の個数を求める機能を有したことを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置。
【請求項５】
請求項２から請求項４までのいずれか一項において、非破壊検査に用いるものと同一測定体系におけるインピーダンスと温度の関係に基づいて前記測定したインピーダンスを補正する機能を有したことを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置。
【請求項６】
複数の超音波探触子群から成るガイド波センサから発信した波動を被検体内にガイド波として伝播させ、前記ガイド波の反射波を受信して受信信号を取得するガイド波センサを備えた非破壊検査装置による検査方法において、前記超音波探触子群のインピーダンスを測定し、基準とするインピーダンスと前記測定したインピーダンスとの比較に基づいて前記超音波探触子群の健全状態を判定することを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置による検査方法。
【請求項７】
請求項６において、前記超音波探触子群の接続先を非破壊検査装置の送受信部から前記超音波探触子群のインピーダンスを測定するセンサ検査部へ信号切替部で切り替えて前記超音波探触子群のインピーダンスを測定することを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置による検査方法。
【請求項８】
請求項７において、前記超音波探触子群のインピーダンスを、指定する周波数または被検体の非破壊検査に使用するガイド波の周波数を用いて、またはその検査で使用する周波数の前後の範囲を掃引しながら用いて、測定することを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置による検査方法。
【請求項９】
請求項８において、被検体の非破壊検査前に前記基準とするインピーダンスとして前記超音波探触子群のインピーダンスを測定し、その測定結果を保存し、非破壊検査中または非破壊検査後に、前記超音波探触子群のインピーダンスを測定し、その測定結果を保存し、前記保存の対象である前記各測定結果を比較して、前記超音波探触子群の健全状態を判定することを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置による検査方法。
【請求項１０】
請求項８において、予め、前記超音波探触子群の超音波探触子個数を変えて超音波探触子個数ごとに前記基準とするインピーダンを測定してそのインピーダンスと超音波探触子個数の相関関係のデータを求めて保存し、非破壊検査前または非破壊検査中または非破壊検査後に超音波探触子群のインピーダンスを測定してその測定結果を保存し、その測定結果と前記データ中のインピーダンスとの比較から前記超音波探触子群の超音波探触子の良又は不良の個数を判定することを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置による検査方法。
【請求項１１】
請求項６から請求項１０までのいずれか一項において、非破壊検査に用いるものと同一測定体系におけるインピーダンスと温度の関係に基づいて前記測定したインピーダンスを補正することを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置による検査方法。
【請求項１２】
請求項１０から請求項１１までのいずれか一項において、前記超音波探触子を複数個同時に外した前記超音波探触子群のインピーダンスを測定し、前記測定したインピーダンスと前記相関関係のデータとの比較から外した超音波探触子の不良個数を調べることを数回繰返すことによって不良超音波探触子を選定することを特徴とするガイド波センサを備えた非破壊検査装置による検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１０２６９９（Ｐ２０１１−１０２６９９Ａ）
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５６６２９（Ｐ２００９−２５６６２９）
【出願日】平成２１年１１月１０日（２００９．１１．１０）
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス (276)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１０日（２００９．１１．１０）
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス (276)
【Ｆターム（参考）】
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