説明

クレーン亀裂診断装置及び方法

【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。

【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

【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。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2013−83640(P2013−83640A)
【公開日】平成25年5月9日(2013.5.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−213674(P2012−213674)
【出願日】平成24年9月27日(2012.9.27)
【出願人】(000001258)JFEスチール株式会社 (8,589)
【Fターム(参考)】