構造物探傷方法及び装置
【課題】3次元形状溶接部等の複雑な形状の対象物であっても、高精度の探傷検査が可能な渦電流探傷方法及び装置を実現する。
【解決手段】探傷の事前にティーチングを実施する。ティーチングは探傷領域内の複数点で溶接線に対するECTセンサ114の傾きを調整し密着性が良好なECTセンサ114の押し付け条件を選定する。ティーチングを実施した各点のECTセンサ114の傾き等をマニピュレータ制御装置106に記録し、記録したティーチングデータを読み込んでECTセンサ114をスタート位置に移動させる。その際、探傷スタート位置におけるECTセンサ114の密着性を確認し、確認後、事前走査と同じ条件でマニピュレータ113を操作しながら探傷を実施してデータを取得し、取得したデータから密着性を判断し、密着性が低い場合は、条件を再調整して探傷を行う。
【解決手段】探傷の事前にティーチングを実施する。ティーチングは探傷領域内の複数点で溶接線に対するECTセンサ114の傾きを調整し密着性が良好なECTセンサ114の押し付け条件を選定する。ティーチングを実施した各点のECTセンサ114の傾き等をマニピュレータ制御装置106に記録し、記録したティーチングデータを読み込んでECTセンサ114をスタート位置に移動させる。その際、探傷スタート位置におけるECTセンサ114の密着性を確認し、確認後、事前走査と同じ条件でマニピュレータ113を操作しながら探傷を実施してデータを取得し、取得したデータから密着性を判断し、密着性が低い場合は、条件を再調整して探傷を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、原子力発電プラント等の構造物の探傷方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、原子炉内構造物の高経年化に伴い、各種炉内構造物の表面検査の必要性が高まっている。特に、原子炉圧力容器の底に位置する炉底部では、各種構造物の間隔が狭く、溶接検査面付近が狭隘であるため、マニピュレータの先端に超音波(UT)センサや、ECT(Eddy Current Testing)センサを取り付けて、遠隔操作により要求検査範囲を検査する。
【0003】
表面検査手法の1つであるECTは、応力腐食割れ(SCC)に特徴的な複雑形態の割れに対しても高い検出感度を有し、気水中で実施可能という利点を持っている。
【0004】
一方で、ECTは、溶接検査面とセンサの距離(リフトオフ)が離れるほど欠陥検出感度が悪化する。特に、励磁コイルと検出コイルとを有する相互誘導形標準比較型のECTセンサは、リフトオフの影響を受けやすいため、ECTセンサは探傷中できる限り検査面に密着させることが必要である。
【0005】
平板や2次元押出し形状溶接部(溶接継手など)を対象とした場合は、溶接検査面の形状が単純であるため、例えば、特許文献1に記載された押し付け構造を用いれば、探傷中にECTセンサを常に溶接検査面へ密着させることは比較的容易である。
【0006】
したがって、探傷開始から終了までの間に、傷の検出性に大きな影響を与えるリフトオフの発生は考えにくい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2008―298478号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
一方で、原子炉圧力容器の炉底部の構造物に多く見られる3次元形状溶接部(貫通溶接部、鞍型形状溶接部など)を対象とした場合は、溶接部の曲率半径Rが連続的に変化する複雑な形状をしているため、マニピュレータの先端に取り付けたECTセンサを動作している間、溶接検査面にECTセンサを常に密着させることは容易ではない。
【0009】
したがって、平板や2次元押出し形状溶接部を対象とした従来のECT探傷方法や手順をそのまま適用しただけでは、センサの密着性確保、およびその確認作業が極めて難しいという課題がある。
【0010】
本発明の目的は、3次元形状溶接部等の複雑な形状の対象物であっても、高精度の探傷検査が可能な探傷方法及び装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
【0012】
探傷センサを用いた構造物の探傷方法及び装置において、探傷センサを上記構造物の所定箇所に位置させ、上記探傷センサと探傷面との密着条件を選定するティーチングを行い、選定した密着条件を記憶手段に記憶し、上記探傷センサを探傷開始位置に位置させて、この探傷開始位置における上記探傷センサと探傷面との間の距離を判断し、上記判断した探傷センサと探傷面との間の距離が所定値以下の場合、上記構造物の所定箇所の探傷を、上記記憶手段に記憶された密着条件に従って開始し、上記構造物の複数の所定箇所のそれぞれにて、上記探傷センサと探傷面との間の距離を検出し、検出した距離が所定値を超える場合は、密着条件を調整して、上記探傷センサによる探傷を実行し、上記探傷センサにより得られた探傷データをデータ保存手段に保存する。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、3次元形状溶接部等の複雑な形状の対象物であっても、高精度の探傷検査が可能な探傷方法及び装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明が適用される原子炉内ECT検査の全体システムについての説明図である。
【図2】本発明に適用される相互誘導形標準比較型センサの説明図である。
【図3】本発明に適用されるセンサ押し付け部の構造説明図である。
【図4】本発明とは異なる比較例におけるECT検査手順のフローチャートである。
【図5】本発明の実施例におけるECT検査手順のフローチャートである。
【図6】本発明の実施例におけるティーチングの説明図である。
【図7】ECTセンサの密着性確認試験に使用する試験体についての説明図である。
【図8】ECTセンサ密着性確認におけるリサージュ波形の模式図である。
【図9】探傷スタート時のECTセンサ密着性を確認するためのリフトオフとYX信号との関係を示すグラフである。
【図10】ECTセンサを使って凹凸検査面を探傷した場合を想定した図である。
【図11】表面凹凸部のECT探傷結果を示すグラフである。
【図12】探傷中のリフトオフ確認のためのリフトオフとX信号との関係を示す図である。
【図13】本発明におけるマニピュレータ制御装置の内部構成ブロック図である。
【図14】本発明の実施例2におけるセンサ駆動装置の概略構成図である。
【図15】本発明の実施例3におけるセンサ駆動装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【実施例1】
【0016】
図1は、本発明の実施例1が適用される、原子炉内ECT検査の全体システムについての説明図である。
【0017】
図1において、検査対象とするのは、原子炉圧力容器101内の構造物であるシュラウド102の各種溶接継手、CRD(制御棒駆動機構)スタブチューブ等の貫通溶接部103等である。オペレーションフロア104には、マニピュレータ制御装置106、ECT制御装置107、サービスエアー108からエアーを取り込み、ECTセンサ114を駆動させるためのエアー操作ユニット109、炉内カメラ制御装置110、各種ケーブル111、及びエアーチューブ類112を炉内に降ろすために使う作業台車105を設置する。
【0018】
また、ケーブル111の先端には、ECTセンサ114、センサ押し付け部115を取り付けたマニピュレータ113や、ECTセンサ114の動きを見るための炉内カメラ116を取り付ける。
【0019】
次に、図2を用いて、本発明の実施例で使用するECTの相互誘導形標準比較型センサについて説明する。図2において、当該センサは、励磁コイル118(118a、118b・・・)と検出コイル119(119a、119b、119c)を基板上に規則的に取り付けたものである。例えば、図2に示すものは、1つの励磁コイル118aに対して3つの検出コイル119a、119b、119cを等距離で配置したもので、このコイル(118a、119a、119b、119c)1セットで複数方向に伸展する傷を検出することができる。
【0020】
1つの励磁コイル118aと3つの検出コイル119a、119b、119cの1セットのみで構成されるシングルセンサ120(図2の(a))や、コイル(118a、119a、119b、119c)の複数のセットで励磁検出機能をスイッチング制御し、1度で広範囲探傷が可能なマルチセンサ121(図2の(b))がある。なお、当該センサ120、121のように、コイルを配置するための基板に可撓性を持たせれば、図示するように、コイル部を曲げることができ、曲面の検査にも利用することができる。
【0021】
図3は、マルチセンサ121を例とした、ECTセンサ114を検査面に密着させる役割を果たすセンサ押し付け部115の構造説明図である。図3において、マルチセンサ121のセンサ押し付け部115は、ジンバル301、スプリング302、ECTセンサ固定部303、接地部品304、積層板ばね306、弾性材307から構成され、その先端にECTセンサ114が取り付けられる構造である。
【0022】
センサ押し付け部115は、マニピュレータ113から加えられる力308を使い、ECTセンサ114を溶接検査面に押し付ける役目を果たす。積層板ばね306は、押し付け中心部から離れた端部の押し付け力を強化することによって、端部に配置されたコイルの検査面への密着性を向上させる役目を果たす。
【0023】
また、弾性材307は、積層板ばね306とECTセンサ114に挟まれ、マニピュレータ113を通じて加えられる力308からECTコイル305を保護する役目を果たす。
次に、図1、図4を用いて、平板や2次元押出し形状溶接部を対象とした、本発明とは異なる比較例におけるECT検査手順について説明する。
【0024】
図1、図4において、現場作業開始後、オペレーションフロア104において、ECTセンサ114とセンサ押し付け部115とをマニピュレータ113の先端に取り付け、検査前キャリブレーションを実施する(ステップS201)。これは、対比試験片に付与したスリットを使って、ECTセンサ114(シングルセンサ120及びマルチセンサ121)が有するコイル305の基準となる探傷感度や位相角度を決定するために行う。
【0025】
その後、作業台車105を使って、先端にECTセンサ114を取り付けたマニピュレータ113を炉内へインストールする(ステップS202)する。次に、マニピュレータ113をCRDスタブチューブ等の台座に固定後、マニピュレータ113の先端部に取り付けたECTセンサ114を溶接線中心上に移動し、エアー、またはバネ等の力を使って、ECTセンサ114を検査面に押し付け(ステップS203)、事前走査を実施する(ステップS204)。
【0026】
ステップS204における事前走査では、ステップS204a、S204bにおいて、ECTセンサ114の密着性確認、走査時の干渉物の有無等、正常に探傷が終了できるかを炉内カメラ116で確認する(詳細な密着性確認は別途実施)。ステップS204における事前走査で問題がなければ、ECTセンサ114を探傷スタート位置に移動する(ステップS205)。
【0027】
その後、探傷を実施し(ステップS206)し、探傷データに異常(データの抜け、異常信号の発生等)が無いことを確認する(S206a)。もし、データに異常があれば、再探傷を実施するが、それでも改善しない場合は、マニピュレータ113をオペレーションフロア104へ引き上げ、ECTセンサ114等に異常がないかを確認する。探傷データが正常の場合、全検査範囲を探傷したかを確認し(ステップS206b)、他の検査範囲が残っていれば、次の検査範囲へ移動する。
【0028】
全検査範囲を探傷していれば、ECTセンサ114を検査面に押し付けるために使用していたエアーまたはバネ等の力をオフして、検査面からECTセンサ114を離し(ステップS207)、マニピュレータ113をオペレーションフロア104へ引き上げるアンインストール手順を踏む(ステップS208)。その後、マニピュレータ113にECTセンサ114を取り付けた状態で、検査後キャリブレーションを実施する(ステップS209)。このとき、検査前のキャリブレーション(ステップS201)と同様のスリットを使って検査後キャリブレーション(ステップS209)を実施し、探傷前後のキャリブレーションにおいて、基準感度及び位相角度が所定の誤差以内に入っていることを確認し(ステップS209a)、問題がなければ、現場作業終了となる。ただし、所定の誤差以内に入っていないコイルがあれば、当該コイルの探傷データは無効となる。
【0029】
次に、図1、5を用いて、3次元形状溶接部を対象とした本発明の実施例によるECT検査手順の概要について説明する。図4に示したECT検査手順と比較して、本発明の実施例におけるECT検査手順は、ティーチング(ステップS210)、探傷スタート位置におけるECTセンサの密着性確認(ステップS211)、探傷中のリフトオフ管理(ステップS212)の3つをさらに有する。
【0030】
図1、図5において、現場作業開始後、検査前キャリブレーション(ステップS201)、マニピュレータ113のインストール(ステップS202)、検査面へのECTセンサ114押し付け(ステップS203)までは、図4に示した例と同様である。
【0031】
対象が3次元形状溶接部の場合、このまま事前走査(ステップS204)を実施しても探傷中にECTセンサ114を検査面に密着させ続けることは難しいため、事前探傷(ステップS204)の前にティーチング(ステップS210)を実施する。
【0032】
ティーチング(ステップS210)は、探傷領域内の複数点において、溶接線に対するECTセンサ114の傾きを調整し、炉内カメラ116で見ながら、またはECTセンサ114の出力信号を使い、密着性が良好なECTセンサ114の押し付け条件を選定するための作業である。
【0033】
そして、ティーチング(ステップS210)を実施した各点におけるECTセンサ114の傾きや押し付け量をマニピュレータ制御装置106に記録しておく。その後、記録したティーチング(ステップS210)データを読み込んでECTセンサ114を走査し、炉内カメラ116で見ながら図4の例と同様の検査手順により、事前走査(Sステップ204)を実施し、密着性に問題がなければECTセンサ114をスタート位置に移動(ステップS205)する。
【0034】
その際、探傷スタート位置におけるECTセンサ114の密着性を確認(ステップS211)する。密着性確認後、事前走査(ステップS204)と同じ条件でマニピュレータ113を操作しながら探傷を実施(ステップS206)してデータを取得する。そして、図4の例の手順と同様に試験データに異常がないか、全検査範囲を探傷したかを確認する他に、探傷結果から探傷中のECTセンサ114のリフトオフを検出して、検出したリフトオフが管理値以内か否かを確認する(ステップS212)。
【0035】
検査範囲内の各位置で、上記リフトオフが管理値を超える場合は、ECTセンサ114の押し付け量等を調整して、ステップS212からステップS206に戻り、同一位置にて探傷検査を行い、ステップS206a、S212を実行する。
ECTセンサ114の押し付け量の調整は、検出したリフトオフの値に応じてその量を調整することができる。
【0036】
以上の確認事項に問題がなければ、従来の検査手順と同様に、検査面からECTセンサ114を離し(ステップS207)、マニピュレータ113のアンインストール(ステップS208)、検査後キャリブレーション(ステップS209)を実施し、現場作業終了となる。
【0037】
次に、本発明の実施例1におけるECT検査手順の特徴的な部分の詳細について、図6に示すCRDスタブチューブ溶接部401の検査を例にして説明する。なお、図6の(a)〜(e)のそれぞれにおいて、右上部分は、曲率半径が小の切り欠き部である。
【0038】
(1)ティーチング(ステップS210)について
ティーチング(ステップS210)は、大きく分けて以下7つの手順で実施する。
【0039】
(a)図6の(a)に示すように、施工図を基にして溶接部401の検査箇所におけるティーチング範囲402を決定する。
【0040】
(b)図6の(b)に示すように、炉内カメラ116で見ながら、ECTセンサ114を溶接部401の溶接線中心上における1点目のティーチング点403に移動させて、検査面へ押し付ける。
【0041】
(c)図6の(c)に示すように、炉内カメラ116でECTセンサ114の側面から見たときに、ECTセンサ114と溶接部401の検査面との密着性が悪ければ、センサ押し付け部115を回転・移動させてECTセンサ114と溶接線長さ方向の傾きを調整する。なお、密着性の確認は、炉内カメラ116ではなくECTセンサ114の出力信号から行っても良い。さらに、ECTセンサ114の出力信号からの密着性確認は、図5のステップS211に示した探傷スタート位置におけるECTセンサ114の密着性確認で行う。
【0042】
(d)ECTセンサ114の密着性が良好であることを確認できたら、そのときのマニピュレータ113の駆動位置やECTセンサ114の回転角度・移動量をマニピュレータ制御装置106のデータ保存部(後述する)に記録する。もし、ETC114の密着性の確認ができなければ、再度マニピュレータ113の駆動位置や、ECTセンサ114の押し付け条件等を微調整する。
【0043】
(e)ティーチング1点目の作業終了後、ティーチング2点目にECTセンサ114を移動し、上記(c)→(d)に記載した作業を実施する。なお、ティーチングを実施するポイントの間隔は、溶接部103であるCRDスタブチューブ円管の中心軸と垂直な断面上における任意の角度ピッチ、もしくはECTセンサ114を検査面に沿って移動した際、密着性が悪化した任意の位置で適宜実施する。
【0044】
(f)図6の(d)に示すように、上記(e)に記載の作業をティーチング範囲402において繰り返し実施する。
【0045】
(g)各ティーチング点において取得したマニピュレータ113の駆動位置やECTセンサ114の回転角度・移動量をスプライン曲線等で滑らかに繋ぎ合わせたラインをECTセンサ114の最終的な走査軌跡117として、マニピュレータ制御装置106に記録する。そして、図6の(e)に示すように、事前探傷(ステップS204)やデータ取得の探傷(ステップS206)では、ティーチング(ステップS210)で求めた走査軌跡117に従って、ECTセンサ114を走査する。
【0046】
なお、上記手順(a)〜(g)では、炉内カメラ116で見ながらマニピュレータ113の先端部に取り付けたECTセンサ114を溶接線中心上へ移動させ、走査している。しかし、その合わせ込みには多大な時間を要するため、予めCAD図面を基にしたスキャニングプランを利用する方法もある。
【0047】
スキャニングプランをマニピュレータ制御装置106に記録しておき、それを基にECTセンサ114を溶接線中心上へ移動させて走査すれば、マニピュレータ113の駆動位置の微調節、及びECTセンサ114の回転角度・移動量の調整のみを実施すれば良いので、ティーチング(ステップS210)にかかる時間の大幅な低減が可能である。
【0048】
(2)探傷スタート位置におけるECTセンサの密着性確認(ステップS211)について
相互誘導形標準比較型コイルを使って、曲率が変化する溶接部におけるECTセンサ114の密着性を確認する場合、ECTセンサ114を、曲率を有する部分に押し付けてECTセンサ114の基板が曲がったときに発生するECT信号の影響を考慮することが必要である。
【0049】
例えば、図2に示すシングルセンサ120、マルチセンサ121の励磁コイル118aに対して3つの検出コイル119a、119b、119cを考える。励磁コイル118aと検出コイル119aのコイル配列順は、センサ(120、121)の基板の曲がり方向と同じであり、基板の曲がりによって励磁コイル118aと検出コイル119aの間隔が変化するために、磁場が変化し、検出コイル119aは基板の曲がりに起因する信号を拾う。
【0050】
一方、励磁コイル118aと、検出コイル119bまたは119cとのコイル配列はセンサ(120、121)の基板の曲がり方向とほぼ直交する関係にあり、コイル118aと、検出コイル119bまたは119cとの相対距離は、基板の曲がりの影響を受けないため、検出コイル119b、119cは基板の曲がりに起因する信号を拾わない。
【0051】
したがって、励磁コイル118に対する検出コイル119の配列関係が、基板の曲がり方向に対して直交となる検出コイル(119b、119c)の信号を評価すれば、検査対象部が平板、曲率部であるか否かに関わらずリフトオフ評価をすることができる。
【0052】
上記事項を確認するために、図7、図8、図9に示すように、平板試験体501や曲率試験体502を使って試験を実施した。
【0053】
図7の(a)は、ECTセンサ114を平板試験体501から十分離した状態から少しずつに近づけていき、最終的に平板試験体501へ密着させたときの試験の様子を示す図である。図8は、ECTセンサ114を試験体に密着させたときに、曲がりの影響を受けない検出コイル119bまたは119cで取得した信号のリサージュ波形の模式図を示している。
【0054】
平板試験体501を用いた試験を実施した結果、図8に示すように、リサージュ波形は、ECTセンサ114が平板試験体501から十分離れたときは信号503が得られ、近づくにつれて信号503から信号504に向かすように変化し、完全に密着させたときに信号505が得られるという履歴をたどる。
【0055】
また、図7(b)に示すような曲率試験体502(曲率R=30mm、0mm(平板))に対しても同様の試験を実施し、リサージュ波形を取得した。その結果、図9に示すように、リサージュ波形は平板、曲率を有する試験体に関わらずほぼ同様の結果となり、対象形状の影響を受けずにリフトオフを評価できることが分かる。
【0056】
したがって、予め基礎試験において、図8に示す波形を作成し、リサージュ波形の屈曲点504におけるリフトオフと、実機検査の探傷スタート時に密着性確認したときのリサージュ波形とを照らし合わせれば、探傷スタート時にどの程度のリフトオフが発生しているのかを確認することができる。
【0057】
(3)探傷中のリフトオフ管理(ステップS212)について
ティーチング(ステップS210)では、探傷領域内の複数点の各点においてECTセンサ114の密着性を確認する。したがって、探傷前にティーチング(ステップS210)を実施し、かつ探傷スタート位置における密着性を確認(ステップS211)しておけば、ティーチング(ステップS210)と同様のセンサ走査軌跡117をたどるデータ取得時の探傷において、大きなリフトオフが発生することは考えにくい。
【0058】
しかし、ECTセンサ114が、探傷中に規定したリフトオフ以内に本当に収まった状態で探傷ができていることを確認することは、探傷中のエビデンスとして重要なことである。この確認は、炉内カメラ116では難しいため、探傷して取得したECT探傷結果から確認する必要がある。
【0059】
図10は、ECTセンサ114を使って、凹凸のある検査面601を探傷した場合を想定した図である。図10において、ECTセンサ114が凹凸のある検査面601を通過する際、検出コイル119a、119b、119cは、検査面601の凹凸によって励磁コイル118aとの位置関係が変化するため、凹凸のある検査面601に起因するノイズ信号を拾う。
【0060】
このとき、ECTセンサ114が凹凸のある検査面601に追従できる場合(リフトオフが小さい場合)、各検出コイル119a〜119cは、Y信号のみを生じ、X信号をほとんど示さない(図11の(a))。ここで、X信号、Y信号とは、基準スリットによる交流磁束(参照信号)と、検査対象からの交流磁束とのリサージュ波形におけるX信号(電圧)、Y信号(電圧)である。
【0061】
一方、探傷中にECTセンサ114が凹凸のある検査面601に追従できない場合(大きなリフトオフが発生した場合)、各検出コイル119a〜119cは、Y信号とともにX信号を発生する(図11の(b))。
【0062】
したがって、図12に示すようにリフトオフに対するX信号の関係を予め把握し、その関係性から許容できるX信号の値を決めておけば、ECT探傷結果からX信号の大きさを測ることによって、探傷中のリフトオフの大きさを確認することが可能である。X信号から得られたリフトオフ値が許容値を超える場合は、ECTセンサの探傷面への押し付け量等を調整して、密着性を調整し、再度、同一位置を探傷する。
【0063】
上述したティーチングは、マニピュレータ制御装置106の制御により実行させる。
【0064】
ここで、マニピュレータ制御装置106の内部構成について説明する。図13は、マニピュレータ制御装置106の内部構成ブロック図である。なお、説明上、マニピュレータ制御装置106以外の装置についても図示してあるが、ECT制御装置107については図示を省略した。
【0065】
図13において、マニピュレータ制御装置106は、ECT特性データ保存部600と、比較/評価部607と、ティーチングデータ収録保存部602と、保間計算部603と、制御指令部604と、データ収録保存部605とを備えている。
【0066】
次に、ティーチング時における、マニピュレータ制御装置106の内部構成の各機能について説明する。
【0067】
制御指令部604からの指令信号により、マニピュレータ113のモータ1〜モータnが動作し、ECTセンサ114を目的の位置に到達し、目的の姿勢となるように制御する。目的の位置、姿勢となったECTセンサ114からの信号はECT探傷器606(図1には示していない)で検出し、ECT特性データ保存部600に予め保存されたデータと比較/評価部607にて比較・評価される。
【0068】
ECTセンサ114の、ECT特性データから評価したリフトオフが規定値内に収まっていれば、制御指令部604から指令信号を発生し、そのときのECTセンサ114への押し付け量等を探傷対象位置と共にデータ収録保存部602にデータを収録し、保存する。
【0069】
もし、ECT特性データから評価したリフトオフが規定値内に収まっていなければ、再度、マニピュレータ113のモータを制御して溶接線方向と、ECTセンサ114の傾き角度や、ECTセンサ114の押付け量を変えて、そのとき得られたリフト量を比較/評価部(距離判断部)607が比較評価する。
上記動作を繰り返し行い、リフトオフが規定値内に収まった状態のECTセンサ114の位置についての探傷データを複数点求める。
【0070】
必要に応じて、上述のような動作により求めたECTセンサ114の位置の複数点を補間計算部603で計算(直線・多項式曲線、スプライン曲線等)し、ティーチングデータ収録保存部602にティーチングデータとして保存する。
【0071】
次に、探傷時における動作について説明する。
【0072】
ティーチングデータ収録保存部602に保存したティーチングデータを制御指令部604が呼び出す。そして、マニピュレータ113をティーチングデータに従って動作させ、探傷を実施する。このとき、リフトオフもECTセンサ114からの探傷信号に基づいて判断し、リフトオフが一定値以上であった場合は、センサ114と探傷面との密着性条件を調整し、再度、探傷を実施する。そして、得られた探傷データをデータ収録記録部605に保存する。
【0073】
なお、ECTセンサ114と、ECT探傷器606とは、図示した例では、別体となっているが、ECTセンサ114と、ECT探傷器606とを一体とし、一つの探傷センサとして構成することも可能である。
本発明の実施例1は、以上のように構成されているので、3次元形状溶接部等の複雑な形状の対象物であっても、高精度の探傷検査が可能な渦電流探傷方法及び装置を実現することができる。
【0074】
つまり、本発明の実施例1のように、事前にティーチングを行って、センサと探傷面との密着性向上の条件を設定した上で、その条件に従って探傷動作を開始し、個々の探傷位置にて、リフトオフの大小を探傷センサからの信号を用いて評価し、リフトオフが一定値以上の場合は、探傷面とセンサとの密着性が向上するように押し付け量等を調整し、同一位置にて、再度探傷検査を行うように構成したので、複雑な形状の対象物であっても、高精度の探傷検査が可能となる。
【実施例2】
【0075】
次に、本発明の実施例2について説明する。本発明の実施例2は、実施例1で示したマニピュレータ以外のセンサ駆動機構(スキャナ)を使用する例である。マニピュレータ以外の部分は、実施例1と同様であるので、図示及び説明は省略する。
【0076】
図14は本発明の実施例2におけるセンサ駆動機構の概略構成図である。図14において、センサ駆動機構(走査機構)は、母管702の外周部と分岐管700の端部が、ほぼ直交するように突合せ溶接された楕円形状の溶接部を検査するための機構である。
【0077】
分岐管700の外側に取り付けられたスキャナガイドレール701は、楕円形状の溶接部と相似になる軌道を有しており、スキャナ内部の走行輪705と、ガイド706とがスキャナガイドレール701上を走行することにより、ECTセンサ114を楕円形状溶接部の溶接線703に沿って走査することができる。
実施例2におけるセンサ走査機構においても、実施例1と同様なティーチングを実施することで対象部位に沿って確実にECTセンサ114を走査して、ECT探傷器606により探傷が可能となる。
【0078】
つまり、実施例2においても、実施例1と同様な効果を得ることができる。
【実施例3】
【0079】
次に、本発明の実施例3について説明する。本発明の実施例3は、実施例1で示したマニピュレータ以外のセンサ走査機構(スキャナ)を使用するさらに他の例である。マニピュレータ以外の部分は、実施例1と同様であるので、図示及び説明は省略する。
【0080】
図15は本発明の実施例3におけるセンサ走査機構の概略構成図である。図15において、実施例3におけるセンサ走査機構は、原子炉圧力容器と管状構造物(CRDスタブチューブ等)の貫通溶接部を検査するために3次元軌道を用いる走査機構である。
【0081】
溶接中心線上の複数点において、各点から等距離(例えば、100mm)離れた空間上に溶接部と正対する3次元軌道面に3次元軌道レール806を作り、ECTセンサ114を有する走行車805がエアシリンダ(またはバネ等)804から押付け力を得た状態で、CRDスタブチューブ807の溶接部を駆動することにより、貫通溶接部に沿った探傷が可能となる。
【0082】
なお、エアシリンダ804には、エア供給源808からエアが供給される。
実施例3におけるセンサ走査機構においても、実施例1と同様なティーチングを実施することで対象部位に沿って確実にECTセンサ114を走査して、ECT探傷器606により探傷が可能となる。
【0083】
つまり、実施例3においても、実施例1と同様な効果を得ることができる。
なお、上述した例は、本発明を渦電流探傷に適用した場合の例であるが、渦電流探傷のみならず、例えば、超音波による探傷にも適用可能である。
【符号の説明】
【0084】
101・・・原子炉圧力容器、102・・・シュラウド、103・・・貫通溶接部、104・・・オペレーションフロア、105・・・作業台車、106・・・マニピュレータ制御装置、107・・・ECT制御装置、108・・・サービスエアー、109・・・エアー操作ユニット、110・・・炉内カメラ制御装置、111・・・ケーブル類、112・・・エアーチューブ類、113・・・マニピュレータ(センサ駆動機構)、114・・・ECTセンサ、115・・・センサ押し付け部、116・・・炉内カメラ、117・・・走査軌跡、118a・・・励磁コイル、119a〜119c・・・検出コイル、120・・・シングルセンサ、121・・・マルチセンサ、301・・・ジンバル、302・・・スプリング、303・・・ECTセンサ固定部、304・・・接地部品、305・・・ECTコイル、306・・・積層板ばね、307・・・弾性材、401・・・CRDスタブチューブ溶接部、402・・・検査箇所におけるティーチング範囲、403・・・1点目のティーチング点、501・・・平板試験体、502・・・曲率試験体、600・・・ECT特性データ保存部、602・・・ティーチングデータ収録保存部、603・・・補間計算部、604・・・制御指令部、605・・・データ収録保存部、606・・・ECT探傷器、607・・・比較/評価部、700・・・分岐管、701・・・スキャナガイドレール、702・・・母管、703・・・溶接線、704・・・スキャナ制御器、705・・・走行輪、706・・・ガイド、804・・・エアシリンダ、805・・・走行車、806・・・3次元軌道レール、807・・・CRDスタブチューブ、808・・・エアー供給源
【技術分野】
【0001】
本発明は、原子力発電プラント等の構造物の探傷方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、原子炉内構造物の高経年化に伴い、各種炉内構造物の表面検査の必要性が高まっている。特に、原子炉圧力容器の底に位置する炉底部では、各種構造物の間隔が狭く、溶接検査面付近が狭隘であるため、マニピュレータの先端に超音波(UT)センサや、ECT(Eddy Current Testing)センサを取り付けて、遠隔操作により要求検査範囲を検査する。
【0003】
表面検査手法の1つであるECTは、応力腐食割れ(SCC)に特徴的な複雑形態の割れに対しても高い検出感度を有し、気水中で実施可能という利点を持っている。
【0004】
一方で、ECTは、溶接検査面とセンサの距離(リフトオフ)が離れるほど欠陥検出感度が悪化する。特に、励磁コイルと検出コイルとを有する相互誘導形標準比較型のECTセンサは、リフトオフの影響を受けやすいため、ECTセンサは探傷中できる限り検査面に密着させることが必要である。
【0005】
平板や2次元押出し形状溶接部(溶接継手など)を対象とした場合は、溶接検査面の形状が単純であるため、例えば、特許文献1に記載された押し付け構造を用いれば、探傷中にECTセンサを常に溶接検査面へ密着させることは比較的容易である。
【0006】
したがって、探傷開始から終了までの間に、傷の検出性に大きな影響を与えるリフトオフの発生は考えにくい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2008―298478号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
一方で、原子炉圧力容器の炉底部の構造物に多く見られる3次元形状溶接部(貫通溶接部、鞍型形状溶接部など)を対象とした場合は、溶接部の曲率半径Rが連続的に変化する複雑な形状をしているため、マニピュレータの先端に取り付けたECTセンサを動作している間、溶接検査面にECTセンサを常に密着させることは容易ではない。
【0009】
したがって、平板や2次元押出し形状溶接部を対象とした従来のECT探傷方法や手順をそのまま適用しただけでは、センサの密着性確保、およびその確認作業が極めて難しいという課題がある。
【0010】
本発明の目的は、3次元形状溶接部等の複雑な形状の対象物であっても、高精度の探傷検査が可能な探傷方法及び装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
【0012】
探傷センサを用いた構造物の探傷方法及び装置において、探傷センサを上記構造物の所定箇所に位置させ、上記探傷センサと探傷面との密着条件を選定するティーチングを行い、選定した密着条件を記憶手段に記憶し、上記探傷センサを探傷開始位置に位置させて、この探傷開始位置における上記探傷センサと探傷面との間の距離を判断し、上記判断した探傷センサと探傷面との間の距離が所定値以下の場合、上記構造物の所定箇所の探傷を、上記記憶手段に記憶された密着条件に従って開始し、上記構造物の複数の所定箇所のそれぞれにて、上記探傷センサと探傷面との間の距離を検出し、検出した距離が所定値を超える場合は、密着条件を調整して、上記探傷センサによる探傷を実行し、上記探傷センサにより得られた探傷データをデータ保存手段に保存する。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、3次元形状溶接部等の複雑な形状の対象物であっても、高精度の探傷検査が可能な探傷方法及び装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明が適用される原子炉内ECT検査の全体システムについての説明図である。
【図2】本発明に適用される相互誘導形標準比較型センサの説明図である。
【図3】本発明に適用されるセンサ押し付け部の構造説明図である。
【図4】本発明とは異なる比較例におけるECT検査手順のフローチャートである。
【図5】本発明の実施例におけるECT検査手順のフローチャートである。
【図6】本発明の実施例におけるティーチングの説明図である。
【図7】ECTセンサの密着性確認試験に使用する試験体についての説明図である。
【図8】ECTセンサ密着性確認におけるリサージュ波形の模式図である。
【図9】探傷スタート時のECTセンサ密着性を確認するためのリフトオフとYX信号との関係を示すグラフである。
【図10】ECTセンサを使って凹凸検査面を探傷した場合を想定した図である。
【図11】表面凹凸部のECT探傷結果を示すグラフである。
【図12】探傷中のリフトオフ確認のためのリフトオフとX信号との関係を示す図である。
【図13】本発明におけるマニピュレータ制御装置の内部構成ブロック図である。
【図14】本発明の実施例2におけるセンサ駆動装置の概略構成図である。
【図15】本発明の実施例3におけるセンサ駆動装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【実施例1】
【0016】
図1は、本発明の実施例1が適用される、原子炉内ECT検査の全体システムについての説明図である。
【0017】
図1において、検査対象とするのは、原子炉圧力容器101内の構造物であるシュラウド102の各種溶接継手、CRD(制御棒駆動機構)スタブチューブ等の貫通溶接部103等である。オペレーションフロア104には、マニピュレータ制御装置106、ECT制御装置107、サービスエアー108からエアーを取り込み、ECTセンサ114を駆動させるためのエアー操作ユニット109、炉内カメラ制御装置110、各種ケーブル111、及びエアーチューブ類112を炉内に降ろすために使う作業台車105を設置する。
【0018】
また、ケーブル111の先端には、ECTセンサ114、センサ押し付け部115を取り付けたマニピュレータ113や、ECTセンサ114の動きを見るための炉内カメラ116を取り付ける。
【0019】
次に、図2を用いて、本発明の実施例で使用するECTの相互誘導形標準比較型センサについて説明する。図2において、当該センサは、励磁コイル118(118a、118b・・・)と検出コイル119(119a、119b、119c)を基板上に規則的に取り付けたものである。例えば、図2に示すものは、1つの励磁コイル118aに対して3つの検出コイル119a、119b、119cを等距離で配置したもので、このコイル(118a、119a、119b、119c)1セットで複数方向に伸展する傷を検出することができる。
【0020】
1つの励磁コイル118aと3つの検出コイル119a、119b、119cの1セットのみで構成されるシングルセンサ120(図2の(a))や、コイル(118a、119a、119b、119c)の複数のセットで励磁検出機能をスイッチング制御し、1度で広範囲探傷が可能なマルチセンサ121(図2の(b))がある。なお、当該センサ120、121のように、コイルを配置するための基板に可撓性を持たせれば、図示するように、コイル部を曲げることができ、曲面の検査にも利用することができる。
【0021】
図3は、マルチセンサ121を例とした、ECTセンサ114を検査面に密着させる役割を果たすセンサ押し付け部115の構造説明図である。図3において、マルチセンサ121のセンサ押し付け部115は、ジンバル301、スプリング302、ECTセンサ固定部303、接地部品304、積層板ばね306、弾性材307から構成され、その先端にECTセンサ114が取り付けられる構造である。
【0022】
センサ押し付け部115は、マニピュレータ113から加えられる力308を使い、ECTセンサ114を溶接検査面に押し付ける役目を果たす。積層板ばね306は、押し付け中心部から離れた端部の押し付け力を強化することによって、端部に配置されたコイルの検査面への密着性を向上させる役目を果たす。
【0023】
また、弾性材307は、積層板ばね306とECTセンサ114に挟まれ、マニピュレータ113を通じて加えられる力308からECTコイル305を保護する役目を果たす。
次に、図1、図4を用いて、平板や2次元押出し形状溶接部を対象とした、本発明とは異なる比較例におけるECT検査手順について説明する。
【0024】
図1、図4において、現場作業開始後、オペレーションフロア104において、ECTセンサ114とセンサ押し付け部115とをマニピュレータ113の先端に取り付け、検査前キャリブレーションを実施する(ステップS201)。これは、対比試験片に付与したスリットを使って、ECTセンサ114(シングルセンサ120及びマルチセンサ121)が有するコイル305の基準となる探傷感度や位相角度を決定するために行う。
【0025】
その後、作業台車105を使って、先端にECTセンサ114を取り付けたマニピュレータ113を炉内へインストールする(ステップS202)する。次に、マニピュレータ113をCRDスタブチューブ等の台座に固定後、マニピュレータ113の先端部に取り付けたECTセンサ114を溶接線中心上に移動し、エアー、またはバネ等の力を使って、ECTセンサ114を検査面に押し付け(ステップS203)、事前走査を実施する(ステップS204)。
【0026】
ステップS204における事前走査では、ステップS204a、S204bにおいて、ECTセンサ114の密着性確認、走査時の干渉物の有無等、正常に探傷が終了できるかを炉内カメラ116で確認する(詳細な密着性確認は別途実施)。ステップS204における事前走査で問題がなければ、ECTセンサ114を探傷スタート位置に移動する(ステップS205)。
【0027】
その後、探傷を実施し(ステップS206)し、探傷データに異常(データの抜け、異常信号の発生等)が無いことを確認する(S206a)。もし、データに異常があれば、再探傷を実施するが、それでも改善しない場合は、マニピュレータ113をオペレーションフロア104へ引き上げ、ECTセンサ114等に異常がないかを確認する。探傷データが正常の場合、全検査範囲を探傷したかを確認し(ステップS206b)、他の検査範囲が残っていれば、次の検査範囲へ移動する。
【0028】
全検査範囲を探傷していれば、ECTセンサ114を検査面に押し付けるために使用していたエアーまたはバネ等の力をオフして、検査面からECTセンサ114を離し(ステップS207)、マニピュレータ113をオペレーションフロア104へ引き上げるアンインストール手順を踏む(ステップS208)。その後、マニピュレータ113にECTセンサ114を取り付けた状態で、検査後キャリブレーションを実施する(ステップS209)。このとき、検査前のキャリブレーション(ステップS201)と同様のスリットを使って検査後キャリブレーション(ステップS209)を実施し、探傷前後のキャリブレーションにおいて、基準感度及び位相角度が所定の誤差以内に入っていることを確認し(ステップS209a)、問題がなければ、現場作業終了となる。ただし、所定の誤差以内に入っていないコイルがあれば、当該コイルの探傷データは無効となる。
【0029】
次に、図1、5を用いて、3次元形状溶接部を対象とした本発明の実施例によるECT検査手順の概要について説明する。図4に示したECT検査手順と比較して、本発明の実施例におけるECT検査手順は、ティーチング(ステップS210)、探傷スタート位置におけるECTセンサの密着性確認(ステップS211)、探傷中のリフトオフ管理(ステップS212)の3つをさらに有する。
【0030】
図1、図5において、現場作業開始後、検査前キャリブレーション(ステップS201)、マニピュレータ113のインストール(ステップS202)、検査面へのECTセンサ114押し付け(ステップS203)までは、図4に示した例と同様である。
【0031】
対象が3次元形状溶接部の場合、このまま事前走査(ステップS204)を実施しても探傷中にECTセンサ114を検査面に密着させ続けることは難しいため、事前探傷(ステップS204)の前にティーチング(ステップS210)を実施する。
【0032】
ティーチング(ステップS210)は、探傷領域内の複数点において、溶接線に対するECTセンサ114の傾きを調整し、炉内カメラ116で見ながら、またはECTセンサ114の出力信号を使い、密着性が良好なECTセンサ114の押し付け条件を選定するための作業である。
【0033】
そして、ティーチング(ステップS210)を実施した各点におけるECTセンサ114の傾きや押し付け量をマニピュレータ制御装置106に記録しておく。その後、記録したティーチング(ステップS210)データを読み込んでECTセンサ114を走査し、炉内カメラ116で見ながら図4の例と同様の検査手順により、事前走査(Sステップ204)を実施し、密着性に問題がなければECTセンサ114をスタート位置に移動(ステップS205)する。
【0034】
その際、探傷スタート位置におけるECTセンサ114の密着性を確認(ステップS211)する。密着性確認後、事前走査(ステップS204)と同じ条件でマニピュレータ113を操作しながら探傷を実施(ステップS206)してデータを取得する。そして、図4の例の手順と同様に試験データに異常がないか、全検査範囲を探傷したかを確認する他に、探傷結果から探傷中のECTセンサ114のリフトオフを検出して、検出したリフトオフが管理値以内か否かを確認する(ステップS212)。
【0035】
検査範囲内の各位置で、上記リフトオフが管理値を超える場合は、ECTセンサ114の押し付け量等を調整して、ステップS212からステップS206に戻り、同一位置にて探傷検査を行い、ステップS206a、S212を実行する。
ECTセンサ114の押し付け量の調整は、検出したリフトオフの値に応じてその量を調整することができる。
【0036】
以上の確認事項に問題がなければ、従来の検査手順と同様に、検査面からECTセンサ114を離し(ステップS207)、マニピュレータ113のアンインストール(ステップS208)、検査後キャリブレーション(ステップS209)を実施し、現場作業終了となる。
【0037】
次に、本発明の実施例1におけるECT検査手順の特徴的な部分の詳細について、図6に示すCRDスタブチューブ溶接部401の検査を例にして説明する。なお、図6の(a)〜(e)のそれぞれにおいて、右上部分は、曲率半径が小の切り欠き部である。
【0038】
(1)ティーチング(ステップS210)について
ティーチング(ステップS210)は、大きく分けて以下7つの手順で実施する。
【0039】
(a)図6の(a)に示すように、施工図を基にして溶接部401の検査箇所におけるティーチング範囲402を決定する。
【0040】
(b)図6の(b)に示すように、炉内カメラ116で見ながら、ECTセンサ114を溶接部401の溶接線中心上における1点目のティーチング点403に移動させて、検査面へ押し付ける。
【0041】
(c)図6の(c)に示すように、炉内カメラ116でECTセンサ114の側面から見たときに、ECTセンサ114と溶接部401の検査面との密着性が悪ければ、センサ押し付け部115を回転・移動させてECTセンサ114と溶接線長さ方向の傾きを調整する。なお、密着性の確認は、炉内カメラ116ではなくECTセンサ114の出力信号から行っても良い。さらに、ECTセンサ114の出力信号からの密着性確認は、図5のステップS211に示した探傷スタート位置におけるECTセンサ114の密着性確認で行う。
【0042】
(d)ECTセンサ114の密着性が良好であることを確認できたら、そのときのマニピュレータ113の駆動位置やECTセンサ114の回転角度・移動量をマニピュレータ制御装置106のデータ保存部(後述する)に記録する。もし、ETC114の密着性の確認ができなければ、再度マニピュレータ113の駆動位置や、ECTセンサ114の押し付け条件等を微調整する。
【0043】
(e)ティーチング1点目の作業終了後、ティーチング2点目にECTセンサ114を移動し、上記(c)→(d)に記載した作業を実施する。なお、ティーチングを実施するポイントの間隔は、溶接部103であるCRDスタブチューブ円管の中心軸と垂直な断面上における任意の角度ピッチ、もしくはECTセンサ114を検査面に沿って移動した際、密着性が悪化した任意の位置で適宜実施する。
【0044】
(f)図6の(d)に示すように、上記(e)に記載の作業をティーチング範囲402において繰り返し実施する。
【0045】
(g)各ティーチング点において取得したマニピュレータ113の駆動位置やECTセンサ114の回転角度・移動量をスプライン曲線等で滑らかに繋ぎ合わせたラインをECTセンサ114の最終的な走査軌跡117として、マニピュレータ制御装置106に記録する。そして、図6の(e)に示すように、事前探傷(ステップS204)やデータ取得の探傷(ステップS206)では、ティーチング(ステップS210)で求めた走査軌跡117に従って、ECTセンサ114を走査する。
【0046】
なお、上記手順(a)〜(g)では、炉内カメラ116で見ながらマニピュレータ113の先端部に取り付けたECTセンサ114を溶接線中心上へ移動させ、走査している。しかし、その合わせ込みには多大な時間を要するため、予めCAD図面を基にしたスキャニングプランを利用する方法もある。
【0047】
スキャニングプランをマニピュレータ制御装置106に記録しておき、それを基にECTセンサ114を溶接線中心上へ移動させて走査すれば、マニピュレータ113の駆動位置の微調節、及びECTセンサ114の回転角度・移動量の調整のみを実施すれば良いので、ティーチング(ステップS210)にかかる時間の大幅な低減が可能である。
【0048】
(2)探傷スタート位置におけるECTセンサの密着性確認(ステップS211)について
相互誘導形標準比較型コイルを使って、曲率が変化する溶接部におけるECTセンサ114の密着性を確認する場合、ECTセンサ114を、曲率を有する部分に押し付けてECTセンサ114の基板が曲がったときに発生するECT信号の影響を考慮することが必要である。
【0049】
例えば、図2に示すシングルセンサ120、マルチセンサ121の励磁コイル118aに対して3つの検出コイル119a、119b、119cを考える。励磁コイル118aと検出コイル119aのコイル配列順は、センサ(120、121)の基板の曲がり方向と同じであり、基板の曲がりによって励磁コイル118aと検出コイル119aの間隔が変化するために、磁場が変化し、検出コイル119aは基板の曲がりに起因する信号を拾う。
【0050】
一方、励磁コイル118aと、検出コイル119bまたは119cとのコイル配列はセンサ(120、121)の基板の曲がり方向とほぼ直交する関係にあり、コイル118aと、検出コイル119bまたは119cとの相対距離は、基板の曲がりの影響を受けないため、検出コイル119b、119cは基板の曲がりに起因する信号を拾わない。
【0051】
したがって、励磁コイル118に対する検出コイル119の配列関係が、基板の曲がり方向に対して直交となる検出コイル(119b、119c)の信号を評価すれば、検査対象部が平板、曲率部であるか否かに関わらずリフトオフ評価をすることができる。
【0052】
上記事項を確認するために、図7、図8、図9に示すように、平板試験体501や曲率試験体502を使って試験を実施した。
【0053】
図7の(a)は、ECTセンサ114を平板試験体501から十分離した状態から少しずつに近づけていき、最終的に平板試験体501へ密着させたときの試験の様子を示す図である。図8は、ECTセンサ114を試験体に密着させたときに、曲がりの影響を受けない検出コイル119bまたは119cで取得した信号のリサージュ波形の模式図を示している。
【0054】
平板試験体501を用いた試験を実施した結果、図8に示すように、リサージュ波形は、ECTセンサ114が平板試験体501から十分離れたときは信号503が得られ、近づくにつれて信号503から信号504に向かすように変化し、完全に密着させたときに信号505が得られるという履歴をたどる。
【0055】
また、図7(b)に示すような曲率試験体502(曲率R=30mm、0mm(平板))に対しても同様の試験を実施し、リサージュ波形を取得した。その結果、図9に示すように、リサージュ波形は平板、曲率を有する試験体に関わらずほぼ同様の結果となり、対象形状の影響を受けずにリフトオフを評価できることが分かる。
【0056】
したがって、予め基礎試験において、図8に示す波形を作成し、リサージュ波形の屈曲点504におけるリフトオフと、実機検査の探傷スタート時に密着性確認したときのリサージュ波形とを照らし合わせれば、探傷スタート時にどの程度のリフトオフが発生しているのかを確認することができる。
【0057】
(3)探傷中のリフトオフ管理(ステップS212)について
ティーチング(ステップS210)では、探傷領域内の複数点の各点においてECTセンサ114の密着性を確認する。したがって、探傷前にティーチング(ステップS210)を実施し、かつ探傷スタート位置における密着性を確認(ステップS211)しておけば、ティーチング(ステップS210)と同様のセンサ走査軌跡117をたどるデータ取得時の探傷において、大きなリフトオフが発生することは考えにくい。
【0058】
しかし、ECTセンサ114が、探傷中に規定したリフトオフ以内に本当に収まった状態で探傷ができていることを確認することは、探傷中のエビデンスとして重要なことである。この確認は、炉内カメラ116では難しいため、探傷して取得したECT探傷結果から確認する必要がある。
【0059】
図10は、ECTセンサ114を使って、凹凸のある検査面601を探傷した場合を想定した図である。図10において、ECTセンサ114が凹凸のある検査面601を通過する際、検出コイル119a、119b、119cは、検査面601の凹凸によって励磁コイル118aとの位置関係が変化するため、凹凸のある検査面601に起因するノイズ信号を拾う。
【0060】
このとき、ECTセンサ114が凹凸のある検査面601に追従できる場合(リフトオフが小さい場合)、各検出コイル119a〜119cは、Y信号のみを生じ、X信号をほとんど示さない(図11の(a))。ここで、X信号、Y信号とは、基準スリットによる交流磁束(参照信号)と、検査対象からの交流磁束とのリサージュ波形におけるX信号(電圧)、Y信号(電圧)である。
【0061】
一方、探傷中にECTセンサ114が凹凸のある検査面601に追従できない場合(大きなリフトオフが発生した場合)、各検出コイル119a〜119cは、Y信号とともにX信号を発生する(図11の(b))。
【0062】
したがって、図12に示すようにリフトオフに対するX信号の関係を予め把握し、その関係性から許容できるX信号の値を決めておけば、ECT探傷結果からX信号の大きさを測ることによって、探傷中のリフトオフの大きさを確認することが可能である。X信号から得られたリフトオフ値が許容値を超える場合は、ECTセンサの探傷面への押し付け量等を調整して、密着性を調整し、再度、同一位置を探傷する。
【0063】
上述したティーチングは、マニピュレータ制御装置106の制御により実行させる。
【0064】
ここで、マニピュレータ制御装置106の内部構成について説明する。図13は、マニピュレータ制御装置106の内部構成ブロック図である。なお、説明上、マニピュレータ制御装置106以外の装置についても図示してあるが、ECT制御装置107については図示を省略した。
【0065】
図13において、マニピュレータ制御装置106は、ECT特性データ保存部600と、比較/評価部607と、ティーチングデータ収録保存部602と、保間計算部603と、制御指令部604と、データ収録保存部605とを備えている。
【0066】
次に、ティーチング時における、マニピュレータ制御装置106の内部構成の各機能について説明する。
【0067】
制御指令部604からの指令信号により、マニピュレータ113のモータ1〜モータnが動作し、ECTセンサ114を目的の位置に到達し、目的の姿勢となるように制御する。目的の位置、姿勢となったECTセンサ114からの信号はECT探傷器606(図1には示していない)で検出し、ECT特性データ保存部600に予め保存されたデータと比較/評価部607にて比較・評価される。
【0068】
ECTセンサ114の、ECT特性データから評価したリフトオフが規定値内に収まっていれば、制御指令部604から指令信号を発生し、そのときのECTセンサ114への押し付け量等を探傷対象位置と共にデータ収録保存部602にデータを収録し、保存する。
【0069】
もし、ECT特性データから評価したリフトオフが規定値内に収まっていなければ、再度、マニピュレータ113のモータを制御して溶接線方向と、ECTセンサ114の傾き角度や、ECTセンサ114の押付け量を変えて、そのとき得られたリフト量を比較/評価部(距離判断部)607が比較評価する。
上記動作を繰り返し行い、リフトオフが規定値内に収まった状態のECTセンサ114の位置についての探傷データを複数点求める。
【0070】
必要に応じて、上述のような動作により求めたECTセンサ114の位置の複数点を補間計算部603で計算(直線・多項式曲線、スプライン曲線等)し、ティーチングデータ収録保存部602にティーチングデータとして保存する。
【0071】
次に、探傷時における動作について説明する。
【0072】
ティーチングデータ収録保存部602に保存したティーチングデータを制御指令部604が呼び出す。そして、マニピュレータ113をティーチングデータに従って動作させ、探傷を実施する。このとき、リフトオフもECTセンサ114からの探傷信号に基づいて判断し、リフトオフが一定値以上であった場合は、センサ114と探傷面との密着性条件を調整し、再度、探傷を実施する。そして、得られた探傷データをデータ収録記録部605に保存する。
【0073】
なお、ECTセンサ114と、ECT探傷器606とは、図示した例では、別体となっているが、ECTセンサ114と、ECT探傷器606とを一体とし、一つの探傷センサとして構成することも可能である。
本発明の実施例1は、以上のように構成されているので、3次元形状溶接部等の複雑な形状の対象物であっても、高精度の探傷検査が可能な渦電流探傷方法及び装置を実現することができる。
【0074】
つまり、本発明の実施例1のように、事前にティーチングを行って、センサと探傷面との密着性向上の条件を設定した上で、その条件に従って探傷動作を開始し、個々の探傷位置にて、リフトオフの大小を探傷センサからの信号を用いて評価し、リフトオフが一定値以上の場合は、探傷面とセンサとの密着性が向上するように押し付け量等を調整し、同一位置にて、再度探傷検査を行うように構成したので、複雑な形状の対象物であっても、高精度の探傷検査が可能となる。
【実施例2】
【0075】
次に、本発明の実施例2について説明する。本発明の実施例2は、実施例1で示したマニピュレータ以外のセンサ駆動機構(スキャナ)を使用する例である。マニピュレータ以外の部分は、実施例1と同様であるので、図示及び説明は省略する。
【0076】
図14は本発明の実施例2におけるセンサ駆動機構の概略構成図である。図14において、センサ駆動機構(走査機構)は、母管702の外周部と分岐管700の端部が、ほぼ直交するように突合せ溶接された楕円形状の溶接部を検査するための機構である。
【0077】
分岐管700の外側に取り付けられたスキャナガイドレール701は、楕円形状の溶接部と相似になる軌道を有しており、スキャナ内部の走行輪705と、ガイド706とがスキャナガイドレール701上を走行することにより、ECTセンサ114を楕円形状溶接部の溶接線703に沿って走査することができる。
実施例2におけるセンサ走査機構においても、実施例1と同様なティーチングを実施することで対象部位に沿って確実にECTセンサ114を走査して、ECT探傷器606により探傷が可能となる。
【0078】
つまり、実施例2においても、実施例1と同様な効果を得ることができる。
【実施例3】
【0079】
次に、本発明の実施例3について説明する。本発明の実施例3は、実施例1で示したマニピュレータ以外のセンサ走査機構(スキャナ)を使用するさらに他の例である。マニピュレータ以外の部分は、実施例1と同様であるので、図示及び説明は省略する。
【0080】
図15は本発明の実施例3におけるセンサ走査機構の概略構成図である。図15において、実施例3におけるセンサ走査機構は、原子炉圧力容器と管状構造物(CRDスタブチューブ等)の貫通溶接部を検査するために3次元軌道を用いる走査機構である。
【0081】
溶接中心線上の複数点において、各点から等距離(例えば、100mm)離れた空間上に溶接部と正対する3次元軌道面に3次元軌道レール806を作り、ECTセンサ114を有する走行車805がエアシリンダ(またはバネ等)804から押付け力を得た状態で、CRDスタブチューブ807の溶接部を駆動することにより、貫通溶接部に沿った探傷が可能となる。
【0082】
なお、エアシリンダ804には、エア供給源808からエアが供給される。
実施例3におけるセンサ走査機構においても、実施例1と同様なティーチングを実施することで対象部位に沿って確実にECTセンサ114を走査して、ECT探傷器606により探傷が可能となる。
【0083】
つまり、実施例3においても、実施例1と同様な効果を得ることができる。
なお、上述した例は、本発明を渦電流探傷に適用した場合の例であるが、渦電流探傷のみならず、例えば、超音波による探傷にも適用可能である。
【符号の説明】
【0084】
101・・・原子炉圧力容器、102・・・シュラウド、103・・・貫通溶接部、104・・・オペレーションフロア、105・・・作業台車、106・・・マニピュレータ制御装置、107・・・ECT制御装置、108・・・サービスエアー、109・・・エアー操作ユニット、110・・・炉内カメラ制御装置、111・・・ケーブル類、112・・・エアーチューブ類、113・・・マニピュレータ(センサ駆動機構)、114・・・ECTセンサ、115・・・センサ押し付け部、116・・・炉内カメラ、117・・・走査軌跡、118a・・・励磁コイル、119a〜119c・・・検出コイル、120・・・シングルセンサ、121・・・マルチセンサ、301・・・ジンバル、302・・・スプリング、303・・・ECTセンサ固定部、304・・・接地部品、305・・・ECTコイル、306・・・積層板ばね、307・・・弾性材、401・・・CRDスタブチューブ溶接部、402・・・検査箇所におけるティーチング範囲、403・・・1点目のティーチング点、501・・・平板試験体、502・・・曲率試験体、600・・・ECT特性データ保存部、602・・・ティーチングデータ収録保存部、603・・・補間計算部、604・・・制御指令部、605・・・データ収録保存部、606・・・ECT探傷器、607・・・比較/評価部、700・・・分岐管、701・・・スキャナガイドレール、702・・・母管、703・・・溶接線、704・・・スキャナ制御器、705・・・走行輪、706・・・ガイド、804・・・エアシリンダ、805・・・走行車、806・・・3次元軌道レール、807・・・CRDスタブチューブ、808・・・エアー供給源
【特許請求の範囲】
【請求項1】
探傷センサを用いた構造物の探傷方法において、
探傷センサを上記構造物の所定箇所に位置させ、上記探傷センサと探傷面との密着条件を選定するティーチングを行い、選定した密着条件を記憶手段に記憶し、
上記探傷センサを探傷開始位置に位置させて、この探傷開始位置における上記探傷センサと探傷面との間の距離を判断し、
上記判断した探傷センサと探傷面との間の距離が所定値以下の場合、上記構造物の所定箇所の探傷を、上記記憶手段に記憶された密着条件に従って開始し、
上記構造物の複数の所定箇所のそれぞれにて、上記探傷センサと探傷面との間の距離を検出し、検出した距離が所定値を超える場合は、密着条件を調整して、上記探傷センサによる探傷を実行し、
上記探傷センサにより得られた探傷データをデータ保存手段に保存することを特徴とする構造物の探傷方法。
【請求項2】
請求項1に記載の構造物の探傷方法において、
上記探傷センサは、励磁コイルと検出コイルとを有する渦電流探傷センサであることを特徴とする構造物の探傷方法。
【請求項3】
請求項2に記載の構造物の探傷方法において、
上記密着条件は、上記渦電流センサの探傷面への押し付け量であることを特徴とする構造物の探傷方法。
【請求項4】
請求項3に記載の構造物の探傷方法において、
上記渦電流探傷センサと探傷面との距離は、上記渦電流探傷センサの検出コイルからの出力信号のリサージュ波形に基づいて算出することを特徴とする構造物の探傷方法。
【請求項5】
請求項1に記載の構造物の探傷方法において、
上記構造物は、原子力プラントの原子炉内構造物であることを特徴とする構造物の探傷方法。
【請求項6】
探傷センサを用いた構造物の探傷装置において、
探傷センサと、
上記探傷センサを移動し、上記構造物の所定箇所に位置させ、探傷面に密着させるセンサ駆動部と、
上記探傷センサと探傷面との距離を判断する距離判断部と、
上記探傷センサと探傷面との密着条件を記憶する記憶手段と、
上記センサ駆動部を動作させ、上記探傷センサと探傷面との密着条件を設定するティーチングを行い、設定した密着条件を上記記憶手段に記憶させ、記憶した密着条件に従って、上記探傷センサを上記構造物の所定箇所に移動させ、上記距離判断部により判断された上記探傷センサと探傷面との距離が所定値を越える場合は、上記密着条件を調整して、上記探傷センサによる探傷動作を再度実行させる制御指令部と、
上記探傷センサにより得られた探傷データを保存するデータ保存部と、
を備えることを特徴とする探傷装置。
【請求項7】
請求項6に記載の構造物の探傷装置において、
上記探傷センサは、励磁コイルと検出コイルとを有する渦電流探傷センサであることを特徴とする構造物の探傷装置。
【請求項8】
請求項7に記載の構造物の探傷方法において、
上記密着条件は、上記渦電流センサの探傷面への押し付け量であることを特徴とする構造物の探傷装置。
【請求項9】
請求項8に記載の構造物の探傷装置において、
上記渦電流探傷センサと探傷面との距離は、上記渦電流探傷センサの検出コイルからの出力信号のリサージュ波形に基づいて算出することを特徴とする構造物の探傷装置。
【請求項10】
請求項6に記載の構造物の探傷装置において、
上記構造物は、原子力プラントの原子炉内構造物であることを特徴とする構造物の探傷装置。
【請求項1】
探傷センサを用いた構造物の探傷方法において、
探傷センサを上記構造物の所定箇所に位置させ、上記探傷センサと探傷面との密着条件を選定するティーチングを行い、選定した密着条件を記憶手段に記憶し、
上記探傷センサを探傷開始位置に位置させて、この探傷開始位置における上記探傷センサと探傷面との間の距離を判断し、
上記判断した探傷センサと探傷面との間の距離が所定値以下の場合、上記構造物の所定箇所の探傷を、上記記憶手段に記憶された密着条件に従って開始し、
上記構造物の複数の所定箇所のそれぞれにて、上記探傷センサと探傷面との間の距離を検出し、検出した距離が所定値を超える場合は、密着条件を調整して、上記探傷センサによる探傷を実行し、
上記探傷センサにより得られた探傷データをデータ保存手段に保存することを特徴とする構造物の探傷方法。
【請求項2】
請求項1に記載の構造物の探傷方法において、
上記探傷センサは、励磁コイルと検出コイルとを有する渦電流探傷センサであることを特徴とする構造物の探傷方法。
【請求項3】
請求項2に記載の構造物の探傷方法において、
上記密着条件は、上記渦電流センサの探傷面への押し付け量であることを特徴とする構造物の探傷方法。
【請求項4】
請求項3に記載の構造物の探傷方法において、
上記渦電流探傷センサと探傷面との距離は、上記渦電流探傷センサの検出コイルからの出力信号のリサージュ波形に基づいて算出することを特徴とする構造物の探傷方法。
【請求項5】
請求項1に記載の構造物の探傷方法において、
上記構造物は、原子力プラントの原子炉内構造物であることを特徴とする構造物の探傷方法。
【請求項6】
探傷センサを用いた構造物の探傷装置において、
探傷センサと、
上記探傷センサを移動し、上記構造物の所定箇所に位置させ、探傷面に密着させるセンサ駆動部と、
上記探傷センサと探傷面との距離を判断する距離判断部と、
上記探傷センサと探傷面との密着条件を記憶する記憶手段と、
上記センサ駆動部を動作させ、上記探傷センサと探傷面との密着条件を設定するティーチングを行い、設定した密着条件を上記記憶手段に記憶させ、記憶した密着条件に従って、上記探傷センサを上記構造物の所定箇所に移動させ、上記距離判断部により判断された上記探傷センサと探傷面との距離が所定値を越える場合は、上記密着条件を調整して、上記探傷センサによる探傷動作を再度実行させる制御指令部と、
上記探傷センサにより得られた探傷データを保存するデータ保存部と、
を備えることを特徴とする探傷装置。
【請求項7】
請求項6に記載の構造物の探傷装置において、
上記探傷センサは、励磁コイルと検出コイルとを有する渦電流探傷センサであることを特徴とする構造物の探傷装置。
【請求項8】
請求項7に記載の構造物の探傷方法において、
上記密着条件は、上記渦電流センサの探傷面への押し付け量であることを特徴とする構造物の探傷装置。
【請求項9】
請求項8に記載の構造物の探傷装置において、
上記渦電流探傷センサと探傷面との距離は、上記渦電流探傷センサの検出コイルからの出力信号のリサージュ波形に基づいて算出することを特徴とする構造物の探傷装置。
【請求項10】
請求項6に記載の構造物の探傷装置において、
上記構造物は、原子力プラントの原子炉内構造物であることを特徴とする構造物の探傷装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【公開番号】特開2012−181097(P2012−181097A)
【公開日】平成24年9月20日(2012.9.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−44092(P2011−44092)
【出願日】平成23年3月1日(2011.3.1)
【出願人】(507250427)日立GEニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年9月20日(2012.9.20)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年3月1日(2011.3.1)
【出願人】(507250427)日立GEニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Fターム(参考)】
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