構造部材検査装置、構造部材検査方法
【課題】送電線を支持する鉄塔等の構造体に用いられる構造部材の非破壊検査を効率よく実施する。
【解決手段】構造部材の内部に発生する劣化を検出するための構造部材検査装置であって、前記構造部材の長手軸方向に超音波を送信し、反射波を受信する超音波送受信部と、受信した実反射波波形と、反射波波形データと一致するか判定し、一致するものがあると判定した場合、その一致した前記反射波波形データに対応するのが構造物の種別であるか判定し、構造物の種別であると判定した場合、送信から受信までの経過時間によって当該実反射波波形を発生させた前記構造物までの送信位置からの距離を算出し、前記構造物データ保持部に記録されている前記距離と一致するものがあるか判定し、一致するものがあると判定した場合、前記実反射波波形は前記構造部材に取り付けられた前記構造物に起因するものであり、前記構造部材に生じた劣化によるものではないと判定する。
【解決手段】構造部材の内部に発生する劣化を検出するための構造部材検査装置であって、前記構造部材の長手軸方向に超音波を送信し、反射波を受信する超音波送受信部と、受信した実反射波波形と、反射波波形データと一致するか判定し、一致するものがあると判定した場合、その一致した前記反射波波形データに対応するのが構造物の種別であるか判定し、構造物の種別であると判定した場合、送信から受信までの経過時間によって当該実反射波波形を発生させた前記構造物までの送信位置からの距離を算出し、前記構造物データ保持部に記録されている前記距離と一致するものがあるか判定し、一致するものがあると判定した場合、前記実反射波波形は前記構造部材に取り付けられた前記構造物に起因するものであり、前記構造部材に生じた劣化によるものではないと判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は構造部材検査装置、構造部材検査方法に係わり、特に送電線を支持する鉄塔等の構造体に用いられる構造部材の非破壊検査を効率よく実施することを可能とする構造部材検査装置、構造部材検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
送電線を支持するために設置されている鉄塔は、山形鋼、鋼管等の構造部材によって構成されている。山形鋼の場合は腐食、亀裂、発錆等の劣化状況を外部から直接目視で観測することができるが、鋼管の場合は鋼管内部に同様の劣化が生じても直接目視で確認することができない。
【０００３】
このような事情から、従来鋼管内部の劣化状況を判定するために、例えば熟練検査員が検査対象の鋼管をハンマー等で叩きながら、そのとき鋼管が発する音により該当検査員の経験と勘に基づいて判定する手法が行われてきた。しかし、この手法は検査員個人の技量によって検査結果にばらつきが生じうる問題があった。鋼管の内部にファイバースコープを挿入して内部の目視点検を実施する手法も用いられているが、１回の測定で診断できる箇所は限定されており、長い鋼管の軸方向の広範囲にわたって短時間で効率的に検査を実施することは困難である。
【０００４】
一方、目視検査とは別に、超音波を用いた非破壊検査の手法も種々適用が試みられている。一般的には、鋼管の外表面から径方向内方へ向けて超音波信号を送信し、内表面からの反射波受信までの時間を測定して鋼管各部の肉厚を得る。この手法では、腐食等の劣化によって減肉が生じている部分では反射波受信までの時間が短くなるため、劣化が生じている箇所を特定することができる。しかし、測定方向が鋼管の径方向であるため、長い鋼管の全長にわたって測定を実施するには測定回数が多くなりすぎて現実的でないという問題がある。
【０００５】
この点、近年、火力プラント等の配管の保守においては、ガイド波と呼ばれる超音波を用いた長距離検査法の適用検証が進められており、既に一部で実用化もされている。ガイド波とは、一般に、超音波であって、配管や板のように境界面を有する物体中を、反射やモード変換しながら進行する縦波や横波の干渉によって形成される弾性波と定義される。このガイド波による検査は、減衰が少ない低周波の超音波を配管の軸方向に伝播させるものであり、１つのセンサで配管軸方向に１０ｍ以上の範囲の探傷が可能であるとされる。
【０００６】
例えば特許文献１には、ガイド波を用いた非破壊検査において、減肉部の検出精度を向上させることを目的として、管体にガイド波を送信及び前記管体からガイド波を受信して、その受信信号に基づく受信情報を取得するガイド波探傷装置と、前記受信情報を記憶する探傷波形記憶装置と、前記受信情報に基づいて探傷結果を映像化する探傷結果映像化装置と、前記探傷結果映像化装置により映像化された、異なる周波数に対する複数のガイド波検査映像の相関を取り、欠陥信号と虚像信号とを識別する演算処理を行う探傷結果診断装置とを備える非破壊検査装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１５１４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１はガイド波を用いた配管減肉部の測定精度を高めるための構成を提案しているが、送電鉄塔の構造部材として使用される鋼管の場合、その長手方向に沿って、山形鋼を用いた斜材等の補強部材、作業員が鉄塔を昇降する際の足場となるステップボルト等の部材が溶接、ボルト締結等によって設置されているため、ガイド波を軸方向に送信した場合、劣化減肉部等の目的とする箇所以外にも、これらの部材取り付け箇所から反射波が戻ってくるため、それらの雑多な反射波の中から劣化箇所を精度よく抽出することは困難であった。
【０００９】
本発明は上記の、及び他の課題を解決するためになされたものであり、その一つの目的は、送電線を支持する鉄塔に用いられる構造部材の非破壊検査を効率よく実施することを可能とする構造部材検査装置、構造部材検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために本発明の一態様は、構造部材の内部に発生する劣化を検出するための構造部材検査装置であって、検査対象である前記構造部材の長手軸方向に超音波を送信し、送信された前記超音波の反射波を受信する超音波送受信部と、前記構造部材に取り付けられている構造物について、その構造物の種別と前記超音波送信位置からの距離とを、前記構造部材の属性を示すデータである構造部材属性データ及び前記構造部材を互いに識別するデータである構造部材識別データと対応付けて保持している構造物データ保持部と、前記構造部材属性データ毎に、前記構造物の種別、あるいは前記構造部材に生じる劣化要因と、前記構造物の種別、あるいは前記劣化要因によって生じる反射波の波形を表すデータである反射波波形データとを対応付けて保持している波形データ保持部と、前記超音波送受信部が受信した反射波の波形である実反射波波形と、前記波形データ保持部に記録されている前記反射波波形データとで一致するものがあるか判定し、一致するものがあると判定した場合、その一致した前記反射波波形データに対応するのが構造物の種別であるか判定し、構造物の種別であると判定した場合、前記超音波送信から反射波受信までの経過時間によって当該実反射波波形を発生させた前記構造物までの前記超音波送信位置からの距離を算出し、前記構造物データ保持部に記録されている前記距離と一致するものがあるか判定し、一致するものがあると判定した場合、前記実反射波波形は前記構造部材に取り付けられた前記構造物に起因するものであり、前記構造部材に生じた劣化によるものではないと判定する反射波波形判定部とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様に係る構造部材検査装置、構造部材検査方法によれば、送電線を支持する鉄塔等の構造体に用いられる構造部材の非破壊検査を効率よく実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る鋼管検査装置１００による鋼管検査の状況を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る鋼管検査装置１００による鋼管検査の状況を示す図である。
【図３】鋼管検査装置１００によって検出される反射波の一例を示す模式図である。
【図４】鋼管検査装置１００のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図５】鋼管検査装置１００のソフトウェア構成の一例を示す図である。
【図６】判定用データ記憶部１５６の構成の一例を示す図である。
【図７】鋼管検査装置１００によって実行される鋼管検査処理フローの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明をその一実施形態に即して添付図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
＝＝ガイド波を用いた鋼管検査の概要＝＝
図１、図２に、ガイド波を用いて送電線鉄塔等の構造部材である鋼管の非破壊検査を実施する様子を模式的に示している。図１の例は、ガイド波を用いて送電線鉄塔の支柱等を構成する構造部材１０の劣化を検査する状況を示し、構造部材１０は鋼管１１（管状構造部材）によって構成されており、その鋼管１０には、他の構造部材１０との間に設けられる水平材、斜材等の補強部材１２、点検時等に作業員が構造部材１０を昇降する際の足場として使用するステップボルト１３等が、溶接、ボルト締結等により取り付けられている。図２は、後述する超音波探触子ユニット２０を含む構造部材１０の横断面を示している。
【００１５】
この構造部材１０を構成している鋼管１１の内部の劣化状況を、ガイド波を用いて検査する。まず、あらかじめ各構造部材１０について決定してある設置位置に、鋼管検査装置１００に接続されている超音波探触子ユニット２０を、鋼管１１を取り囲むようにリング状に設置する。鋼管検査装置１００は本発明の一実施形態に係わる構造部材検査装置であり、その構成及び作用については後述する。
【００１６】
超音波探触子ユニット２０は、鋼管１１の周囲にリング状に取り付けることが可能な治具であり、例えば適宜の締結手段によって互いに固定することができる半円弧状の部材をペアとして構成される。超音波探触子ユニット２０の内面側には、複数の超音波探触子３０（図２の例では８個）が等間隔で鋼管１１の外周囲に密接して配置されるように構成されている。
【００１７】
超音波探触子３０は、ガイド波ＧＴを鋼管１１の軸方向に送信する送信部と、鋼管１１内部の劣化部分等で反射されて戻ってくる反射波ＧＲを受信する受信部とを一体として構成されている。前記のように、鋼管１１には、補強部材１２、ステップボルト１３等の部材が取り付けられているため、鋼管１１内部に生じている劣化部分（例えば腐食による減肉部）だけでなく、これら部材取り付け部からも反射波が戻ってきて超音波探触子３０の受信部で受信される。鋼管内部の劣化を検査する目的からは、このような取り付け部材に起因する反射波はノイズとなる。
【００１８】
図１の例では、超音波探触子ユニット２０の取り付け位置からそれぞれ距離Ｌ１、Ｌ３の位置にステップボルト１３と補強部材１２とが取り付けられている。また、超音波探触子ユニット２０の取り付け位置から距離Ｌ２の位置には腐食による減肉部１４があるものとする。この場合、超音波探触子３０からガイド波ＧＴを送信してその反射波ＧＲを観測すると、例えば図３に模式的に示す反射波波形が得られる。図３は縦軸に振幅Ｍを、横軸にガイド波ＧＲ送信からの時間Ｔをとって模式的に反射波波形を示している。
【００１９】
前記のように、超音波探触子３０からの距離は、ステップボルト１３、減肉部１４、補強部材１２の順に遠くなり、それらの反射波は、図３に例示するように、鋼管１１内を伝播する超音波の音速と超音波探触子３０からの距離に依存して、ガイド波ＧＴ送信からそれぞれ時間ｔ１、ｔ２、ｔ３経過後に超音波探触子３０で受信される。鋼管１１の物理的特性、例えば鋼管１１の材質、外径、肉厚等が特定された場合、ステップボルト１３、減肉部１４、補強部材１２等の、ガイド波を反射させる要因に対応する反射波波形はあらかじめ特定することができる。したがって、ステップボルト１３、補強部材１２といった、鋼管１１に取り付けられている部材について、その取り付け位置に対応付けて、前記鋼管１１の物理的特性に対する反射波波形を実験等により記録しておけば、超音波探触子３０により実際に計測して得られた実反射波波形とパターンマッチング等の手法で比較することにより、減肉部１４等の劣化部分からの反射波と確実に判別することができる。また、腐食、亀裂、発錆等が生じている劣化部分についても、前記鋼管１１の物理的特性に対する反射波波形を実験等により記録しておけば、超音波探触子３０により実際に計測して得られた実反射波波形とパターンマッチング等の手法で比較することにより、劣化部分からの反射波であることを特定することができる。
【００２０】
＝＝鋼管検査装置１００の構成＝＝
次に、本実施形態の鋼管検査装置１００の構成について、図４〜図６を参照して説明する。図４は鋼管検査装置１００のハードウェア構成の一例を示す図、図５は鋼管検査装置１００のソフトウェア構成の一例を示す図である。図１、図２に示したように、鋼管検査装置１００は、検査対象である鋼管１１に設置される超音波探触子ユニット２０に接続される。
【００２１】
図４に示すように、鋼管検査装置１００は、ガイド波送受信部１１０（超音波送受信部）、Ａ／Ｄ変換部１２０、入出力インタフェース（以下「入出力Ｉ／Ｆ」）１３０、プロセッサ１４１、メモリ１４２、補助記憶装置１４３、入力装置１４４、出力装置１４５、及び通信インタフェース（以下「通信Ｉ／Ｆ」）１４６を備えている。入出力Ｉ／Ｆ１３０、プロセッサ１４１、メモリ１４２、補助記憶装置１４３、入力装置１４４、出力装置１４５、及び通信Ｉ／Ｆ１４６は、バス１４７によって相互に通信可能に接続されている。
【００２２】
ガイド波送受信部１１０は、図１、図２に例示した超音波探触子３０と電気的に接続されており、超音波探触子３０にガイド波を送信させるための送信信号を生成する発振器、増幅器を含む送信部と、超音波探触子３０が受信した反射波に基づく電気信号（以下「反射波信号」という。）を受信する受信部とを備える。
【００２３】
Ａ／Ｄ変換部１２０は、ガイド波送受信部１１０から、超音波探触子３０が受信した反射波から得られた反射波信号を受信して、その反射波信号をデジタル信号に変換する機能を備えたＡ／Ｄ変換回路である。変換後の反射波デジタル信号は、入出力Ｉ／Ｆ１３０へ送信される。
【００２４】
入出力Ｉ／Ｆ１３０は、Ａ／Ｄ変換部１２０からの反射波デジタル信号を後述のプロセッサ１４１に引き渡すインタフェース回路としての入力インタフェース部と、プロセッサ１４１からのガイド波送信トリガ信号をガイド波送受信部１１０の送信部に引き渡す出力インタフェース部とを備えている。
【００２５】
プロセッサ１４１は、後述する鋼管検査装置１００の機能を実現する各プログラムを実行するための中央処理装置であり、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等として構成される。メモリ１４２は、プログラム、各種テーブル等を格納しておく記憶媒体であり、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）を含んで構成される。補助記憶装置１４３は、プログラム、各種判定結果データ等を格納するための記憶媒体であり、例えばハードディスクドライブ（Hard Disk Drive、ＨＤＤ）、半導体記憶ドライブ（Solid State Drive、ＳＳＤ）等で構成される。
【００２６】
入力装置１４４は、本検査装置１００のユーザからの操作入力を受け付けるためのユーザインタフェースであり、例えばキーボード、マウス、タッチパネル等のデバイスで構成される。出力装置１４５は、ユーザインタフェース用画面、判定結果データ等を出力するためのデータ出力部であり、例えば液晶モニタ、プリンタ等で構成される。通信インタフェース１４６は、他の装置との間での通信機能を提供する部分であり、例えばＮＩＣ（Network Interface Card）等を備えて構成される。本検査装置１００は、送電鉄塔等が設置されている遠隔地で使用される頻度が高いため、通信Ｉ／Ｆ１４６は、無線ＬＡＮ機能、あるいは移動体通信網とのデータ交換機能を備えることが望ましい。
【００２７】
一般に、入出力Ｉ／Ｆ１３０、プロセッサ１４１、メモリ１４２、補助記憶装置１４３、入力装置１４４、出力装置１４５、及び通信Ｉ／Ｆ１４６は、ノート型パーソナルコンピュータ（ノートＰＣ）等のモバイルコンピュータとして構成することができる。その場合は、本検査装置１００特有のガイド波送受信部１１０、Ａ／Ｄ変換部１２０、入出力Ｉ／Ｆ１３０は、ノートＰＣにＵＳＢ（Universal Serial Bus）等の外部インタフェースを通じて接続可能なユニット構造として構成することができる。もちろん図４に図示する鋼管検査装置１００を専用の装置として一体に構成することもできる。
【００２８】
なお、後述するが、本検査装置１００で稼働するオペレーティングシステム（Operating System、 ＯＳ）は特に特定のシステムに限定されることはない。例えばＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、ＵＮＩＸ（登録商標）系のオペレーティングシステム、例えばＬｉｎｕｘ（登録商標）がこのＯＳとして好適に用いられる。
【００２９】
次に、本実施形態の鋼管検査装置１００のソフトウェア構成について説明する。図５に、鋼管検査装置１００のソフトウェア構成の一例を示している。図５に示すように、鋼管検査装置１００は、データＩ／Ｏ部１５１、ＯＳ１５２、測定管理部１５３、反射波波形判定部１５４、判定結果処理部１５５、及び判定用データ記憶部１５６を備えている。
【００３０】
データＩ／Ｏ部１５１は、ＯＳ１５２の制御下で、プロセッサ１４１と、入力装置１４４、出力装置１４５、通信Ｉ／Ｆ１４６、及び入出力Ｉ／Ｆ１３０との間でのデータ入出力処理を実行する。
【００３１】
ＯＳ１５２は、データＩ／Ｏ部１５１によるデータ入出力処理、測定管理部１５３、反射波波形判定部１５４、及び判定結果処理部１５５の動作のための基盤を提供する基本ソフトウェアである。ＯＳ１５２として、本検査装置１００のハードウェア構成に関して前記例示したような各種ソフトウェアを採用することができる。
【００３２】
測定管理部１５３は、測定対象である構造部材１０（図１参照）に超音波探触子ユニット２０を設置した後、入出力Ｉ／Ｆ１３０を通じてガイド波送受信部１１０にガイド波送信を指示するトリガ信号を送信し、ガイド波送受信部１１０からＡ／Ｄ変換部１２０を通じて反射波デジタル信号を受け取り、後述する反射波波形判定部１５４にそのデータを引き渡す処理を主に実現する。また、測定管理部１５３は、これ以外に、本実施形態の鋼管検査装置１００の機能を実現する際に必要となる他のデータ処理（ガイド波送信から各反射波受信までの時間算出等）を実行するように構成することができ、どのようなデータ処理を実行させるかは、設計上の要請にしたがって適宜決定することができる。
【００３３】
反射波波形判定部１５４は、ガイド波送受信部１１０、Ａ／Ｄ変換部１２０、及び入出力Ｉ／Ｆ１３０を通じて入力された反射波デジタル信号（実反射波波形）を、あらかじめ後述する判定用データ記憶部１５６に記憶させてある波形サンプルデータと比較演算処理するパターンマッチング処理を実行する機能ブロックである。後述するが、波形サンプルデータとしては、鋼管１１等に取り付けられている補強部材１２、ステップボルト１３等の構造物、あるいは鋼管１１内部の腐食等の劣化部位においてガイド波が反射されることにより生じた反射波をサンプリングして得た波形データが格納されている。パターンマッチング処理の技法としては、例えばサポートベクターマシンによる演算処理が好適に適用される。サポートベクターマシンについては、例えば、赤穂昭太郎著、「カーネル多変量解析」、岩波書店、2008年11月に詳しい。もちろんサポートベクターマシン以外の他の技法を適用してもよい。
【００３４】
なお、受信された各反射波については、反射波波形を示す反射波デジタル信号とともにガイド波送信から反射波受信までの所要時間である反射波受信時間が測定管理部１５３で算出されて受信されるので、反射波波形判定部１５４では、その反射波受信時間を用いて反射波が生じる原因となった対象物までの超音波探触子３０からの距離も得ることができる。
【００３５】
判定結果処理部１５５は、反射波波形判定部１５４による反射波デジタル信号の判別結果を受信し、反射波の原因となった対象物、その対象物までの距離等を所定の出力形式で鋼管検査装置１００の出力装置１４５などに送信する処理を実行する。
【００３６】
次に、判定用データ記憶部１５６について説明する。図６に、判定用データ記憶部１５６の一例を示している。この判定用データ記憶部１５６は、ガイド波送受信部１１０で受信された反射波がどのような要因によって生じたものであるかを判定し、それにより検査対象である鋼管１１等を含む構造部材１０に腐食等の劣化が生じているか判定するための判定用データを格納している。判定用データ記憶部１５６は、例えばメモリ１４２又は補助記憶装置１４３に設定して記憶させておく。
【００３７】
図６に示すように、本実施形態では、判定用データ記憶部１５６には、構造物データテーブル１５６１（構造物データ保持部）と、波形サンプルデータテーブル１５６２（波形データ保持部）とが設定され記憶されている。構造物データテーブル１５６１は、ガイド波に対して反射波を発生させる要因となるが、劣化部位とは区別される要因、すなわち補強部材１２、ステップボルト１３等のあらかじめ鋼管１１に取り付けられている構造物についてのデータを格納している。構造物データテーブル１５６１には、構造部材識別データ１５６１１、構造部材属性データ１５６１２、構造種別１５６１３、距離１５６１４の各項目が対応付けて記憶されている。
【００３８】
構造部材識別データ１５６１１は、送電鉄塔等を構成している構造部材を、測定対象となる単位で分類し、それぞれに識別符号を付したものである。例えば、図６に示すように、ある送電鉄塔「第１鉄塔」のある一角に配置されている鋼管支柱の内、最下部にある鋼管を単位の測定対象として「１号鋼管」と命名し、テーブル１５６１上で「第１鉄塔１号鋼管」と記録することができる。単位測定対象の選定方、命名の仕方は、適宜決定すればよい。
【００３９】
構造部材属性データ１５６１２は、構造部材識別データ１５６１１で特定される構造部材が有する属性、本実施形態ではその構造部材の材質、外径、肉厚を記録している。図６の例では、第１鉄塔１号鋼管に使用されているのは炭素鋼鋼管であり、その外径、肉厚がそれぞれ１９０．７mm、７．０mmであることを表している。
【００４０】
構造種別１５６１３は、構造部材識別データ１５６１１で特定される構造部材に取り付けられている構造物の種別を識別符号で表しており、後述する距離１５６１４の項目と対応付けられている。図６の例では、構造種別１５６１３として「ＳＢ（Step Bolt）」（＝ステップボルト）、「ＢＲ（BRace）」（＝斜材）が記録されているが、これ以外の構造物があれば適宜識別符号を定めて追加記録することができる。
【００４１】
距離１５６１４は、対応付けられている構造種別１５６１３で示される構造物が、測定時の超音波探触子３０の位置からいかほどの距離にあるかを、ミリメートル単位で記録している。図６の例では、第１鉄塔１号鋼管には、例えば測定時超音波探触子３０の位置から５００mmの位置にステップボルト１３が取り付けられていることを示している。
【００４２】
構造物データテーブル１５６１は、測定対象となる構造部材毎に、その設計データ、補修記録等に基づいて、本試験装置１００の運用開始前に設定しておくものである。
【００４３】
次に、波形サンプルデータテーブル１５６２について説明する。波形サンプルデータテーブル１５６２は、特定の属性を備えた構造部材毎に、各種要因によってガイド波が反射された場合の反射波波形データを、サンプルとして記録しているテーブルである。波形サンプルデータテーブル１５６２は、構造部材属性データ１５６２１毎に、要因種別１５６２２と波形サンプルデータ１５６２３とを対応付けて記録している。
【００４４】
構造部材属性データ１５６２１は、構造物データテーブル１５６１における構造部材属性データ１５６１２と同じ内容である。要因種別１５６２２は、ガイド波を反射する要因となった対象物を特定している項目であり、例えば鋼管１１内部の亀裂を伴う劣化部位（劣化（亀裂））、鋼管１１に取り付けられたステップボルト１３（ＳＢ）等と記録される。波形サンプルデータテーブル１５６２は、各要因種別１５６２２によってガイド波が反射された場合に生じる反射波の波形サンプルデータを、デジタル値として記録している項目であり、反射波波形判定部１５４は、ガイド波送受信部１１０から受け取った測定時の反射波波形データをこの波形サンプルデータと比較することにより、いずれの要因で発生した反射波であるかを特定することができる。これらの波形サンプルデータ１５６２３は、構造部材属性データ１５６２１で特定される構造部材について、各要因によって実際に測定された反射波波形データをサンプリングすることによりあらかじめ蓄積しておく。
【００４５】
＝＝鋼管検査処理フローの説明＝＝
次に、以上の構成によって実現される鋼管検査装置１００で実行されるデータ処理について説明する。図７に、鋼管検査装置１００によって実行される処理フローの一例を示している。なお、図７において、各処理ステップに付した符号の「Ｓ」の文字は、「Ｓｔｅｐ」を表している。本処理フローが起動される前提として、測定対象である鋼管１１には超音波探触子ユニット２０が所定位置に設置されているものとする。
【００４６】
まず、検査装置１００の測定管理部１５３は、測定者が入力装置１４４から入力した測定対象を特定する情報である構造部材識別データ１５６１１（例えば「第１鉄塔１号鋼管」）に基づいて、構造物データテーブル１５６１を判定用データとして判定用データ記憶部１５６から取得する（Ｓ７０１、Ｓ７０２）。この際、測定管理部１５３は、構造部材属性データ１５６１２、１５６２１によって対応付けられている波形サンプルデータテーブル１５６２もあわせて取得する。
【００４７】
次いで、測定管理部１５３は、ガイド波送受信部１１０に対してガイド波送信のトリガ信号を送って超音波探触子３０から鋼管１１へガイド波を送信させる（Ｓ７０３）。送信されたガイド波に対して、測定対象である鋼管１１からは、様々な要因によって反射波が返ってくるが、これらの反射波は超音波探触子３０によって受信されガイド波送受信部１１０、Ａ／Ｄ変換部１２０を通じて反射波デジタル信号として測定管理部１５３によって受信される（Ｓ７０４）。
【００４８】
測定管理部１５３は、受信した反射波から反射波波形を抽出する（Ｓ７０５）。この際、測定管理部１５３は、受信した反射波の振幅を所定の閾値と比較して反射波振幅が上回ったと判定した部位をなんらかの要因による反射波であると判定してその波形を抽出することができるが、他の判定基準、他の抽出方法を採用してもよい。またこのとき、抽出された個々の反射波波形について、ガイド波送信から計測した受信時間を算出する。
【００４９】
次いで、鋼管検査装置１００の反射波波形判定部１５４は、測定管理部１５３から抽出された反射波波形の内、１番目の反射波波形（ガイド波送信後最も早く検出された反射波の波形）を取得し（Ｓ７０６）、Ｓ７０２で取得した波形サンプルデータテーブル１５６２に記録されている波形サンプルデータ１５６２３と比較し、要因種別１５６２２が補強部材１２（符号 ＢＲ）等の構造物に対応するものがあるか判定する（Ｓ７０７）。構造物に該当すると判定した場合（Ｓ７０７、Ｙｅｓ）、反射波波形判定部１５４は、S705で得られたガイド波送信から判定対象の反射波受信までの時間と構造物データテーブル１５６１に記録されている構造部材属性データ１５６１２の材質に基づいて、超音波探触子３０から当該構造物までの距離を算出して構造物データテーブル１５６１の距離１５６１４と一致する該当構造物が記録されているか判定する（Ｓ７０８）。該当構造物があると判定した場合（Ｓ７０８、Ｙｅｓ）、反射波波形判定部１５４は、対象の反射波波形が測定対象の構造部材についてあらかじめ登録されている構造物であるとしてそれ以上の処理はせず、測定管理部１５３に次の未判定反射波波形があるか調べる（Ｓ７１２）。なお、本明細書中で使用する、数値あるいは波形が「一致する」という用語は、対比する数値あるいは波形同士が完全に同一であるほか、両者の差異が一定の許容範囲内にある場合も含むものとする。
【００５０】
Ｓ７１２で次波形があると判定した場合（Ｓ７１２、Ｙｅｓ）、反射波波形判定部１５４は、その次波形を取得してＳ７０７の構造物判定処理に戻る（Ｓ７１３）。次波形がないと判定した場合（Ｓ７１２、Ｎｏ）、反射波波形判定部１５４は、後述する劣化・不明データがあれば記録して（Ｓ７１４、この場合はいずれも記録されていないためスキップ）、一連の処理を終了する。
【００５１】
一方、Ｓ７０８で、反射波が構造物からのものであると判定されたにもかかわらず構造物データテーブル１５６１に該当構造物がないと判定した場合（Ｓ７０８、Ｎｏ）、反射波波形判定部１５４は、当該データを不明データとして記録し（Ｓ７１１）、Ｓ７１２に処理を移す。この判定結果は、構造部材に構造物データテーブル１５６１登録時にはなかったあらたな構造物が取り付けられた場合などに生じると考えられる。あるいは、反射波波形の乱れ等に起因して反射波波形判定部１５４がいずれかの構造物であると誤判定した場合にも生じうる。いずれにしても、この場合には、不明データについて別途調査をすることで原因を解明することができる。
【００５２】
次に、Ｓ７０７で波形サンプルデータテーブル１５６２に記録されている構造物に対応する波形サンプルデータ１５６２３ではないと判定した場合（Ｓ７０７、Ｎｏ）、反射波波形判定部１５４は、対象の反射波波形を波形サンプルデータ１５６２３と比較して、要因種別１５６２２がいずれかの劣化に対応付けられる波形サンプルデータ１５６２３と一致するか判定する（Ｓ７０９）。要因種別１５６２２が劣化である波形サンプルデータ１５６２３と一致したと判定した場合（Ｓ７０９、Ｙｅｓ）、反射波波形判定部１５４は、その反射波波形を劣化データとして記録し（Ｓ７１０）、Ｓ７１２に処理を移して未処理の次波形があるか調べる。
【００５３】
Ｓ７０９で要因種別１５６２２が劣化である波形サンプルデータ１５６２３と一致しないと判定した場合（Ｓ７０９、Ｎｏ）、反射波波形判定部１５４は、その反射波波形を不明データとして記録し（Ｓ７１１）、Ｓ７１２に処理を移して未処理の次波形があるか調べる。
【００５４】
Ｓ７１２で次波形がないと判定した場合には（Ｓ７１２、Ｎｏ）、Ｓ７１０、Ｓ７１１で記録した劣化データ、不明データを判定結果処理部１５５に引き渡して、所定の出力形式でモニタへの表示等の出力処理を行い一連の処理を終了する（Ｓ７１４）。この出力形式としては、例えば、構造部材識別データ１５６１１（「第１鉄塔１号鋼管」等）と、反射波波形要因の種別（「劣化」、「不明」等）及び当該要因の位置（送信位置からの距離等）とを対応付けて記録することが考えられるが、特に制限はない。このように記録された要因については、従来の管径方向での超音波探傷検査等を実施してより詳細に調査することができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態によれば、検査対象の構造部材１０に取り付けられている補強部材１２等の構造物による反射波を、構造部材１０に腐食等が生じた劣化部位からの反射波と明確に判別して劣化部位を確実に検出することができるので、鋼管１１等の長尺構造物の非破壊検査を効率的に実施することができる。
【００５６】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 構造部材（鉄塔等の） １１ 鋼管
１２ 補強部材 １３ ステップボルト
２０ 超音波探触子ユニット ３０ 超音波探触子
１００ 鋼管検査装置 １１０ ガイド波送受信部
１２０ Ａ／Ｄ変換部 １３０ 入出力インタフェース
１４１ プロセッサ １４２ メモリ
１４３ 補助記憶装置 １４４ 入力装置
１４５ 出力装置 １４６ 通信インタフェース
１５１ データＩ／Ｏ部 １５２ オペレーティングシステム
１５３ 測定管理部 １５４ 反射波波形判定部
１５５ 判定結果処理部 １５６ 判定用データ記憶部
１５６１ 構造物データテーブル １５６２ 波形サンプルデータテーブル
【技術分野】
【０００１】
この発明は構造部材検査装置、構造部材検査方法に係わり、特に送電線を支持する鉄塔等の構造体に用いられる構造部材の非破壊検査を効率よく実施することを可能とする構造部材検査装置、構造部材検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
送電線を支持するために設置されている鉄塔は、山形鋼、鋼管等の構造部材によって構成されている。山形鋼の場合は腐食、亀裂、発錆等の劣化状況を外部から直接目視で観測することができるが、鋼管の場合は鋼管内部に同様の劣化が生じても直接目視で確認することができない。
【０００３】
このような事情から、従来鋼管内部の劣化状況を判定するために、例えば熟練検査員が検査対象の鋼管をハンマー等で叩きながら、そのとき鋼管が発する音により該当検査員の経験と勘に基づいて判定する手法が行われてきた。しかし、この手法は検査員個人の技量によって検査結果にばらつきが生じうる問題があった。鋼管の内部にファイバースコープを挿入して内部の目視点検を実施する手法も用いられているが、１回の測定で診断できる箇所は限定されており、長い鋼管の軸方向の広範囲にわたって短時間で効率的に検査を実施することは困難である。
【０００４】
一方、目視検査とは別に、超音波を用いた非破壊検査の手法も種々適用が試みられている。一般的には、鋼管の外表面から径方向内方へ向けて超音波信号を送信し、内表面からの反射波受信までの時間を測定して鋼管各部の肉厚を得る。この手法では、腐食等の劣化によって減肉が生じている部分では反射波受信までの時間が短くなるため、劣化が生じている箇所を特定することができる。しかし、測定方向が鋼管の径方向であるため、長い鋼管の全長にわたって測定を実施するには測定回数が多くなりすぎて現実的でないという問題がある。
【０００５】
この点、近年、火力プラント等の配管の保守においては、ガイド波と呼ばれる超音波を用いた長距離検査法の適用検証が進められており、既に一部で実用化もされている。ガイド波とは、一般に、超音波であって、配管や板のように境界面を有する物体中を、反射やモード変換しながら進行する縦波や横波の干渉によって形成される弾性波と定義される。このガイド波による検査は、減衰が少ない低周波の超音波を配管の軸方向に伝播させるものであり、１つのセンサで配管軸方向に１０ｍ以上の範囲の探傷が可能であるとされる。
【０００６】
例えば特許文献１には、ガイド波を用いた非破壊検査において、減肉部の検出精度を向上させることを目的として、管体にガイド波を送信及び前記管体からガイド波を受信して、その受信信号に基づく受信情報を取得するガイド波探傷装置と、前記受信情報を記憶する探傷波形記憶装置と、前記受信情報に基づいて探傷結果を映像化する探傷結果映像化装置と、前記探傷結果映像化装置により映像化された、異なる周波数に対する複数のガイド波検査映像の相関を取り、欠陥信号と虚像信号とを識別する演算処理を行う探傷結果診断装置とを備える非破壊検査装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１５１４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１はガイド波を用いた配管減肉部の測定精度を高めるための構成を提案しているが、送電鉄塔の構造部材として使用される鋼管の場合、その長手方向に沿って、山形鋼を用いた斜材等の補強部材、作業員が鉄塔を昇降する際の足場となるステップボルト等の部材が溶接、ボルト締結等によって設置されているため、ガイド波を軸方向に送信した場合、劣化減肉部等の目的とする箇所以外にも、これらの部材取り付け箇所から反射波が戻ってくるため、それらの雑多な反射波の中から劣化箇所を精度よく抽出することは困難であった。
【０００９】
本発明は上記の、及び他の課題を解決するためになされたものであり、その一つの目的は、送電線を支持する鉄塔に用いられる構造部材の非破壊検査を効率よく実施することを可能とする構造部材検査装置、構造部材検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために本発明の一態様は、構造部材の内部に発生する劣化を検出するための構造部材検査装置であって、検査対象である前記構造部材の長手軸方向に超音波を送信し、送信された前記超音波の反射波を受信する超音波送受信部と、前記構造部材に取り付けられている構造物について、その構造物の種別と前記超音波送信位置からの距離とを、前記構造部材の属性を示すデータである構造部材属性データ及び前記構造部材を互いに識別するデータである構造部材識別データと対応付けて保持している構造物データ保持部と、前記構造部材属性データ毎に、前記構造物の種別、あるいは前記構造部材に生じる劣化要因と、前記構造物の種別、あるいは前記劣化要因によって生じる反射波の波形を表すデータである反射波波形データとを対応付けて保持している波形データ保持部と、前記超音波送受信部が受信した反射波の波形である実反射波波形と、前記波形データ保持部に記録されている前記反射波波形データとで一致するものがあるか判定し、一致するものがあると判定した場合、その一致した前記反射波波形データに対応するのが構造物の種別であるか判定し、構造物の種別であると判定した場合、前記超音波送信から反射波受信までの経過時間によって当該実反射波波形を発生させた前記構造物までの前記超音波送信位置からの距離を算出し、前記構造物データ保持部に記録されている前記距離と一致するものがあるか判定し、一致するものがあると判定した場合、前記実反射波波形は前記構造部材に取り付けられた前記構造物に起因するものであり、前記構造部材に生じた劣化によるものではないと判定する反射波波形判定部とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様に係る構造部材検査装置、構造部材検査方法によれば、送電線を支持する鉄塔等の構造体に用いられる構造部材の非破壊検査を効率よく実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る鋼管検査装置１００による鋼管検査の状況を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る鋼管検査装置１００による鋼管検査の状況を示す図である。
【図３】鋼管検査装置１００によって検出される反射波の一例を示す模式図である。
【図４】鋼管検査装置１００のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図５】鋼管検査装置１００のソフトウェア構成の一例を示す図である。
【図６】判定用データ記憶部１５６の構成の一例を示す図である。
【図７】鋼管検査装置１００によって実行される鋼管検査処理フローの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明をその一実施形態に即して添付図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
＝＝ガイド波を用いた鋼管検査の概要＝＝
図１、図２に、ガイド波を用いて送電線鉄塔等の構造部材である鋼管の非破壊検査を実施する様子を模式的に示している。図１の例は、ガイド波を用いて送電線鉄塔の支柱等を構成する構造部材１０の劣化を検査する状況を示し、構造部材１０は鋼管１１（管状構造部材）によって構成されており、その鋼管１０には、他の構造部材１０との間に設けられる水平材、斜材等の補強部材１２、点検時等に作業員が構造部材１０を昇降する際の足場として使用するステップボルト１３等が、溶接、ボルト締結等により取り付けられている。図２は、後述する超音波探触子ユニット２０を含む構造部材１０の横断面を示している。
【００１５】
この構造部材１０を構成している鋼管１１の内部の劣化状況を、ガイド波を用いて検査する。まず、あらかじめ各構造部材１０について決定してある設置位置に、鋼管検査装置１００に接続されている超音波探触子ユニット２０を、鋼管１１を取り囲むようにリング状に設置する。鋼管検査装置１００は本発明の一実施形態に係わる構造部材検査装置であり、その構成及び作用については後述する。
【００１６】
超音波探触子ユニット２０は、鋼管１１の周囲にリング状に取り付けることが可能な治具であり、例えば適宜の締結手段によって互いに固定することができる半円弧状の部材をペアとして構成される。超音波探触子ユニット２０の内面側には、複数の超音波探触子３０（図２の例では８個）が等間隔で鋼管１１の外周囲に密接して配置されるように構成されている。
【００１７】
超音波探触子３０は、ガイド波ＧＴを鋼管１１の軸方向に送信する送信部と、鋼管１１内部の劣化部分等で反射されて戻ってくる反射波ＧＲを受信する受信部とを一体として構成されている。前記のように、鋼管１１には、補強部材１２、ステップボルト１３等の部材が取り付けられているため、鋼管１１内部に生じている劣化部分（例えば腐食による減肉部）だけでなく、これら部材取り付け部からも反射波が戻ってきて超音波探触子３０の受信部で受信される。鋼管内部の劣化を検査する目的からは、このような取り付け部材に起因する反射波はノイズとなる。
【００１８】
図１の例では、超音波探触子ユニット２０の取り付け位置からそれぞれ距離Ｌ１、Ｌ３の位置にステップボルト１３と補強部材１２とが取り付けられている。また、超音波探触子ユニット２０の取り付け位置から距離Ｌ２の位置には腐食による減肉部１４があるものとする。この場合、超音波探触子３０からガイド波ＧＴを送信してその反射波ＧＲを観測すると、例えば図３に模式的に示す反射波波形が得られる。図３は縦軸に振幅Ｍを、横軸にガイド波ＧＲ送信からの時間Ｔをとって模式的に反射波波形を示している。
【００１９】
前記のように、超音波探触子３０からの距離は、ステップボルト１３、減肉部１４、補強部材１２の順に遠くなり、それらの反射波は、図３に例示するように、鋼管１１内を伝播する超音波の音速と超音波探触子３０からの距離に依存して、ガイド波ＧＴ送信からそれぞれ時間ｔ１、ｔ２、ｔ３経過後に超音波探触子３０で受信される。鋼管１１の物理的特性、例えば鋼管１１の材質、外径、肉厚等が特定された場合、ステップボルト１３、減肉部１４、補強部材１２等の、ガイド波を反射させる要因に対応する反射波波形はあらかじめ特定することができる。したがって、ステップボルト１３、補強部材１２といった、鋼管１１に取り付けられている部材について、その取り付け位置に対応付けて、前記鋼管１１の物理的特性に対する反射波波形を実験等により記録しておけば、超音波探触子３０により実際に計測して得られた実反射波波形とパターンマッチング等の手法で比較することにより、減肉部１４等の劣化部分からの反射波と確実に判別することができる。また、腐食、亀裂、発錆等が生じている劣化部分についても、前記鋼管１１の物理的特性に対する反射波波形を実験等により記録しておけば、超音波探触子３０により実際に計測して得られた実反射波波形とパターンマッチング等の手法で比較することにより、劣化部分からの反射波であることを特定することができる。
【００２０】
＝＝鋼管検査装置１００の構成＝＝
次に、本実施形態の鋼管検査装置１００の構成について、図４〜図６を参照して説明する。図４は鋼管検査装置１００のハードウェア構成の一例を示す図、図５は鋼管検査装置１００のソフトウェア構成の一例を示す図である。図１、図２に示したように、鋼管検査装置１００は、検査対象である鋼管１１に設置される超音波探触子ユニット２０に接続される。
【００２１】
図４に示すように、鋼管検査装置１００は、ガイド波送受信部１１０（超音波送受信部）、Ａ／Ｄ変換部１２０、入出力インタフェース（以下「入出力Ｉ／Ｆ」）１３０、プロセッサ１４１、メモリ１４２、補助記憶装置１４３、入力装置１４４、出力装置１４５、及び通信インタフェース（以下「通信Ｉ／Ｆ」）１４６を備えている。入出力Ｉ／Ｆ１３０、プロセッサ１４１、メモリ１４２、補助記憶装置１４３、入力装置１４４、出力装置１４５、及び通信Ｉ／Ｆ１４６は、バス１４７によって相互に通信可能に接続されている。
【００２２】
ガイド波送受信部１１０は、図１、図２に例示した超音波探触子３０と電気的に接続されており、超音波探触子３０にガイド波を送信させるための送信信号を生成する発振器、増幅器を含む送信部と、超音波探触子３０が受信した反射波に基づく電気信号（以下「反射波信号」という。）を受信する受信部とを備える。
【００２３】
Ａ／Ｄ変換部１２０は、ガイド波送受信部１１０から、超音波探触子３０が受信した反射波から得られた反射波信号を受信して、その反射波信号をデジタル信号に変換する機能を備えたＡ／Ｄ変換回路である。変換後の反射波デジタル信号は、入出力Ｉ／Ｆ１３０へ送信される。
【００２４】
入出力Ｉ／Ｆ１３０は、Ａ／Ｄ変換部１２０からの反射波デジタル信号を後述のプロセッサ１４１に引き渡すインタフェース回路としての入力インタフェース部と、プロセッサ１４１からのガイド波送信トリガ信号をガイド波送受信部１１０の送信部に引き渡す出力インタフェース部とを備えている。
【００２５】
プロセッサ１４１は、後述する鋼管検査装置１００の機能を実現する各プログラムを実行するための中央処理装置であり、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等として構成される。メモリ１４２は、プログラム、各種テーブル等を格納しておく記憶媒体であり、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）を含んで構成される。補助記憶装置１４３は、プログラム、各種判定結果データ等を格納するための記憶媒体であり、例えばハードディスクドライブ（Hard Disk Drive、ＨＤＤ）、半導体記憶ドライブ（Solid State Drive、ＳＳＤ）等で構成される。
【００２６】
入力装置１４４は、本検査装置１００のユーザからの操作入力を受け付けるためのユーザインタフェースであり、例えばキーボード、マウス、タッチパネル等のデバイスで構成される。出力装置１４５は、ユーザインタフェース用画面、判定結果データ等を出力するためのデータ出力部であり、例えば液晶モニタ、プリンタ等で構成される。通信インタフェース１４６は、他の装置との間での通信機能を提供する部分であり、例えばＮＩＣ（Network Interface Card）等を備えて構成される。本検査装置１００は、送電鉄塔等が設置されている遠隔地で使用される頻度が高いため、通信Ｉ／Ｆ１４６は、無線ＬＡＮ機能、あるいは移動体通信網とのデータ交換機能を備えることが望ましい。
【００２７】
一般に、入出力Ｉ／Ｆ１３０、プロセッサ１４１、メモリ１４２、補助記憶装置１４３、入力装置１４４、出力装置１４５、及び通信Ｉ／Ｆ１４６は、ノート型パーソナルコンピュータ（ノートＰＣ）等のモバイルコンピュータとして構成することができる。その場合は、本検査装置１００特有のガイド波送受信部１１０、Ａ／Ｄ変換部１２０、入出力Ｉ／Ｆ１３０は、ノートＰＣにＵＳＢ（Universal Serial Bus）等の外部インタフェースを通じて接続可能なユニット構造として構成することができる。もちろん図４に図示する鋼管検査装置１００を専用の装置として一体に構成することもできる。
【００２８】
なお、後述するが、本検査装置１００で稼働するオペレーティングシステム（Operating System、 ＯＳ）は特に特定のシステムに限定されることはない。例えばＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、ＵＮＩＸ（登録商標）系のオペレーティングシステム、例えばＬｉｎｕｘ（登録商標）がこのＯＳとして好適に用いられる。
【００２９】
次に、本実施形態の鋼管検査装置１００のソフトウェア構成について説明する。図５に、鋼管検査装置１００のソフトウェア構成の一例を示している。図５に示すように、鋼管検査装置１００は、データＩ／Ｏ部１５１、ＯＳ１５２、測定管理部１５３、反射波波形判定部１５４、判定結果処理部１５５、及び判定用データ記憶部１５６を備えている。
【００３０】
データＩ／Ｏ部１５１は、ＯＳ１５２の制御下で、プロセッサ１４１と、入力装置１４４、出力装置１４５、通信Ｉ／Ｆ１４６、及び入出力Ｉ／Ｆ１３０との間でのデータ入出力処理を実行する。
【００３１】
ＯＳ１５２は、データＩ／Ｏ部１５１によるデータ入出力処理、測定管理部１５３、反射波波形判定部１５４、及び判定結果処理部１５５の動作のための基盤を提供する基本ソフトウェアである。ＯＳ１５２として、本検査装置１００のハードウェア構成に関して前記例示したような各種ソフトウェアを採用することができる。
【００３２】
測定管理部１５３は、測定対象である構造部材１０（図１参照）に超音波探触子ユニット２０を設置した後、入出力Ｉ／Ｆ１３０を通じてガイド波送受信部１１０にガイド波送信を指示するトリガ信号を送信し、ガイド波送受信部１１０からＡ／Ｄ変換部１２０を通じて反射波デジタル信号を受け取り、後述する反射波波形判定部１５４にそのデータを引き渡す処理を主に実現する。また、測定管理部１５３は、これ以外に、本実施形態の鋼管検査装置１００の機能を実現する際に必要となる他のデータ処理（ガイド波送信から各反射波受信までの時間算出等）を実行するように構成することができ、どのようなデータ処理を実行させるかは、設計上の要請にしたがって適宜決定することができる。
【００３３】
反射波波形判定部１５４は、ガイド波送受信部１１０、Ａ／Ｄ変換部１２０、及び入出力Ｉ／Ｆ１３０を通じて入力された反射波デジタル信号（実反射波波形）を、あらかじめ後述する判定用データ記憶部１５６に記憶させてある波形サンプルデータと比較演算処理するパターンマッチング処理を実行する機能ブロックである。後述するが、波形サンプルデータとしては、鋼管１１等に取り付けられている補強部材１２、ステップボルト１３等の構造物、あるいは鋼管１１内部の腐食等の劣化部位においてガイド波が反射されることにより生じた反射波をサンプリングして得た波形データが格納されている。パターンマッチング処理の技法としては、例えばサポートベクターマシンによる演算処理が好適に適用される。サポートベクターマシンについては、例えば、赤穂昭太郎著、「カーネル多変量解析」、岩波書店、2008年11月に詳しい。もちろんサポートベクターマシン以外の他の技法を適用してもよい。
【００３４】
なお、受信された各反射波については、反射波波形を示す反射波デジタル信号とともにガイド波送信から反射波受信までの所要時間である反射波受信時間が測定管理部１５３で算出されて受信されるので、反射波波形判定部１５４では、その反射波受信時間を用いて反射波が生じる原因となった対象物までの超音波探触子３０からの距離も得ることができる。
【００３５】
判定結果処理部１５５は、反射波波形判定部１５４による反射波デジタル信号の判別結果を受信し、反射波の原因となった対象物、その対象物までの距離等を所定の出力形式で鋼管検査装置１００の出力装置１４５などに送信する処理を実行する。
【００３６】
次に、判定用データ記憶部１５６について説明する。図６に、判定用データ記憶部１５６の一例を示している。この判定用データ記憶部１５６は、ガイド波送受信部１１０で受信された反射波がどのような要因によって生じたものであるかを判定し、それにより検査対象である鋼管１１等を含む構造部材１０に腐食等の劣化が生じているか判定するための判定用データを格納している。判定用データ記憶部１５６は、例えばメモリ１４２又は補助記憶装置１４３に設定して記憶させておく。
【００３７】
図６に示すように、本実施形態では、判定用データ記憶部１５６には、構造物データテーブル１５６１（構造物データ保持部）と、波形サンプルデータテーブル１５６２（波形データ保持部）とが設定され記憶されている。構造物データテーブル１５６１は、ガイド波に対して反射波を発生させる要因となるが、劣化部位とは区別される要因、すなわち補強部材１２、ステップボルト１３等のあらかじめ鋼管１１に取り付けられている構造物についてのデータを格納している。構造物データテーブル１５６１には、構造部材識別データ１５６１１、構造部材属性データ１５６１２、構造種別１５６１３、距離１５６１４の各項目が対応付けて記憶されている。
【００３８】
構造部材識別データ１５６１１は、送電鉄塔等を構成している構造部材を、測定対象となる単位で分類し、それぞれに識別符号を付したものである。例えば、図６に示すように、ある送電鉄塔「第１鉄塔」のある一角に配置されている鋼管支柱の内、最下部にある鋼管を単位の測定対象として「１号鋼管」と命名し、テーブル１５６１上で「第１鉄塔１号鋼管」と記録することができる。単位測定対象の選定方、命名の仕方は、適宜決定すればよい。
【００３９】
構造部材属性データ１５６１２は、構造部材識別データ１５６１１で特定される構造部材が有する属性、本実施形態ではその構造部材の材質、外径、肉厚を記録している。図６の例では、第１鉄塔１号鋼管に使用されているのは炭素鋼鋼管であり、その外径、肉厚がそれぞれ１９０．７mm、７．０mmであることを表している。
【００４０】
構造種別１５６１３は、構造部材識別データ１５６１１で特定される構造部材に取り付けられている構造物の種別を識別符号で表しており、後述する距離１５６１４の項目と対応付けられている。図６の例では、構造種別１５６１３として「ＳＢ（Step Bolt）」（＝ステップボルト）、「ＢＲ（BRace）」（＝斜材）が記録されているが、これ以外の構造物があれば適宜識別符号を定めて追加記録することができる。
【００４１】
距離１５６１４は、対応付けられている構造種別１５６１３で示される構造物が、測定時の超音波探触子３０の位置からいかほどの距離にあるかを、ミリメートル単位で記録している。図６の例では、第１鉄塔１号鋼管には、例えば測定時超音波探触子３０の位置から５００mmの位置にステップボルト１３が取り付けられていることを示している。
【００４２】
構造物データテーブル１５６１は、測定対象となる構造部材毎に、その設計データ、補修記録等に基づいて、本試験装置１００の運用開始前に設定しておくものである。
【００４３】
次に、波形サンプルデータテーブル１５６２について説明する。波形サンプルデータテーブル１５６２は、特定の属性を備えた構造部材毎に、各種要因によってガイド波が反射された場合の反射波波形データを、サンプルとして記録しているテーブルである。波形サンプルデータテーブル１５６２は、構造部材属性データ１５６２１毎に、要因種別１５６２２と波形サンプルデータ１５６２３とを対応付けて記録している。
【００４４】
構造部材属性データ１５６２１は、構造物データテーブル１５６１における構造部材属性データ１５６１２と同じ内容である。要因種別１５６２２は、ガイド波を反射する要因となった対象物を特定している項目であり、例えば鋼管１１内部の亀裂を伴う劣化部位（劣化（亀裂））、鋼管１１に取り付けられたステップボルト１３（ＳＢ）等と記録される。波形サンプルデータテーブル１５６２は、各要因種別１５６２２によってガイド波が反射された場合に生じる反射波の波形サンプルデータを、デジタル値として記録している項目であり、反射波波形判定部１５４は、ガイド波送受信部１１０から受け取った測定時の反射波波形データをこの波形サンプルデータと比較することにより、いずれの要因で発生した反射波であるかを特定することができる。これらの波形サンプルデータ１５６２３は、構造部材属性データ１５６２１で特定される構造部材について、各要因によって実際に測定された反射波波形データをサンプリングすることによりあらかじめ蓄積しておく。
【００４５】
＝＝鋼管検査処理フローの説明＝＝
次に、以上の構成によって実現される鋼管検査装置１００で実行されるデータ処理について説明する。図７に、鋼管検査装置１００によって実行される処理フローの一例を示している。なお、図７において、各処理ステップに付した符号の「Ｓ」の文字は、「Ｓｔｅｐ」を表している。本処理フローが起動される前提として、測定対象である鋼管１１には超音波探触子ユニット２０が所定位置に設置されているものとする。
【００４６】
まず、検査装置１００の測定管理部１５３は、測定者が入力装置１４４から入力した測定対象を特定する情報である構造部材識別データ１５６１１（例えば「第１鉄塔１号鋼管」）に基づいて、構造物データテーブル１５６１を判定用データとして判定用データ記憶部１５６から取得する（Ｓ７０１、Ｓ７０２）。この際、測定管理部１５３は、構造部材属性データ１５６１２、１５６２１によって対応付けられている波形サンプルデータテーブル１５６２もあわせて取得する。
【００４７】
次いで、測定管理部１５３は、ガイド波送受信部１１０に対してガイド波送信のトリガ信号を送って超音波探触子３０から鋼管１１へガイド波を送信させる（Ｓ７０３）。送信されたガイド波に対して、測定対象である鋼管１１からは、様々な要因によって反射波が返ってくるが、これらの反射波は超音波探触子３０によって受信されガイド波送受信部１１０、Ａ／Ｄ変換部１２０を通じて反射波デジタル信号として測定管理部１５３によって受信される（Ｓ７０４）。
【００４８】
測定管理部１５３は、受信した反射波から反射波波形を抽出する（Ｓ７０５）。この際、測定管理部１５３は、受信した反射波の振幅を所定の閾値と比較して反射波振幅が上回ったと判定した部位をなんらかの要因による反射波であると判定してその波形を抽出することができるが、他の判定基準、他の抽出方法を採用してもよい。またこのとき、抽出された個々の反射波波形について、ガイド波送信から計測した受信時間を算出する。
【００４９】
次いで、鋼管検査装置１００の反射波波形判定部１５４は、測定管理部１５３から抽出された反射波波形の内、１番目の反射波波形（ガイド波送信後最も早く検出された反射波の波形）を取得し（Ｓ７０６）、Ｓ７０２で取得した波形サンプルデータテーブル１５６２に記録されている波形サンプルデータ１５６２３と比較し、要因種別１５６２２が補強部材１２（符号 ＢＲ）等の構造物に対応するものがあるか判定する（Ｓ７０７）。構造物に該当すると判定した場合（Ｓ７０７、Ｙｅｓ）、反射波波形判定部１５４は、S705で得られたガイド波送信から判定対象の反射波受信までの時間と構造物データテーブル１５６１に記録されている構造部材属性データ１５６１２の材質に基づいて、超音波探触子３０から当該構造物までの距離を算出して構造物データテーブル１５６１の距離１５６１４と一致する該当構造物が記録されているか判定する（Ｓ７０８）。該当構造物があると判定した場合（Ｓ７０８、Ｙｅｓ）、反射波波形判定部１５４は、対象の反射波波形が測定対象の構造部材についてあらかじめ登録されている構造物であるとしてそれ以上の処理はせず、測定管理部１５３に次の未判定反射波波形があるか調べる（Ｓ７１２）。なお、本明細書中で使用する、数値あるいは波形が「一致する」という用語は、対比する数値あるいは波形同士が完全に同一であるほか、両者の差異が一定の許容範囲内にある場合も含むものとする。
【００５０】
Ｓ７１２で次波形があると判定した場合（Ｓ７１２、Ｙｅｓ）、反射波波形判定部１５４は、その次波形を取得してＳ７０７の構造物判定処理に戻る（Ｓ７１３）。次波形がないと判定した場合（Ｓ７１２、Ｎｏ）、反射波波形判定部１５４は、後述する劣化・不明データがあれば記録して（Ｓ７１４、この場合はいずれも記録されていないためスキップ）、一連の処理を終了する。
【００５１】
一方、Ｓ７０８で、反射波が構造物からのものであると判定されたにもかかわらず構造物データテーブル１５６１に該当構造物がないと判定した場合（Ｓ７０８、Ｎｏ）、反射波波形判定部１５４は、当該データを不明データとして記録し（Ｓ７１１）、Ｓ７１２に処理を移す。この判定結果は、構造部材に構造物データテーブル１５６１登録時にはなかったあらたな構造物が取り付けられた場合などに生じると考えられる。あるいは、反射波波形の乱れ等に起因して反射波波形判定部１５４がいずれかの構造物であると誤判定した場合にも生じうる。いずれにしても、この場合には、不明データについて別途調査をすることで原因を解明することができる。
【００５２】
次に、Ｓ７０７で波形サンプルデータテーブル１５６２に記録されている構造物に対応する波形サンプルデータ１５６２３ではないと判定した場合（Ｓ７０７、Ｎｏ）、反射波波形判定部１５４は、対象の反射波波形を波形サンプルデータ１５６２３と比較して、要因種別１５６２２がいずれかの劣化に対応付けられる波形サンプルデータ１５６２３と一致するか判定する（Ｓ７０９）。要因種別１５６２２が劣化である波形サンプルデータ１５６２３と一致したと判定した場合（Ｓ７０９、Ｙｅｓ）、反射波波形判定部１５４は、その反射波波形を劣化データとして記録し（Ｓ７１０）、Ｓ７１２に処理を移して未処理の次波形があるか調べる。
【００５３】
Ｓ７０９で要因種別１５６２２が劣化である波形サンプルデータ１５６２３と一致しないと判定した場合（Ｓ７０９、Ｎｏ）、反射波波形判定部１５４は、その反射波波形を不明データとして記録し（Ｓ７１１）、Ｓ７１２に処理を移して未処理の次波形があるか調べる。
【００５４】
Ｓ７１２で次波形がないと判定した場合には（Ｓ７１２、Ｎｏ）、Ｓ７１０、Ｓ７１１で記録した劣化データ、不明データを判定結果処理部１５５に引き渡して、所定の出力形式でモニタへの表示等の出力処理を行い一連の処理を終了する（Ｓ７１４）。この出力形式としては、例えば、構造部材識別データ１５６１１（「第１鉄塔１号鋼管」等）と、反射波波形要因の種別（「劣化」、「不明」等）及び当該要因の位置（送信位置からの距離等）とを対応付けて記録することが考えられるが、特に制限はない。このように記録された要因については、従来の管径方向での超音波探傷検査等を実施してより詳細に調査することができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態によれば、検査対象の構造部材１０に取り付けられている補強部材１２等の構造物による反射波を、構造部材１０に腐食等が生じた劣化部位からの反射波と明確に判別して劣化部位を確実に検出することができるので、鋼管１１等の長尺構造物の非破壊検査を効率的に実施することができる。
【００５６】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 構造部材（鉄塔等の） １１ 鋼管
１２ 補強部材 １３ ステップボルト
２０ 超音波探触子ユニット ３０ 超音波探触子
１００ 鋼管検査装置 １１０ ガイド波送受信部
１２０ Ａ／Ｄ変換部 １３０ 入出力インタフェース
１４１ プロセッサ １４２ メモリ
１４３ 補助記憶装置 １４４ 入力装置
１４５ 出力装置 １４６ 通信インタフェース
１５１ データＩ／Ｏ部 １５２ オペレーティングシステム
１５３ 測定管理部 １５４ 反射波波形判定部
１５５ 判定結果処理部 １５６ 判定用データ記憶部
１５６１ 構造物データテーブル １５６２ 波形サンプルデータテーブル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造部材の内部に発生する劣化を検出するための構造部材検査装置であって、
検査対象である前記構造部材の長手軸方向に超音波を送信し、送信された前記超音波の反射波を受信する超音波送受信部と、
前記構造部材に取り付けられている構造物について、その構造物の種別と前記超音波送信位置からの距離とを、前記構造部材の属性を示すデータである構造部材属性データ及び前記構造部材を互いに識別するデータである構造部材識別データと対応付けて保持している構造物データ保持部と、
前記構造部材属性データ毎に、前記構造物の種別、あるいは前記構造部材に生じる劣化要因と、前記構造物の種別、あるいは前記劣化要因によって生じる反射波の波形を表すデータである反射波波形データとを対応付けて保持している波形データ保持部と、
前記超音波送受信部が受信した反射波の波形である実反射波波形と、前記波形データ保持部に記録されている前記反射波波形データとで一致するものがあるか判定し、一致するものがあると判定した場合、その一致した前記反射波波形データに対応するのが構造物の種別であるか判定し、構造物の種別であると判定した場合、前記超音波送信から反射波受信までの経過時間によって当該実反射波波形を発生させた前記構造物までの前記超音波送信位置からの距離を算出し、前記構造物データ保持部に記録されている前記距離と一致するものがあるか判定し、一致するものがあると判定した場合、前記実反射波波形は前記構造部材に取り付けられた前記構造物に起因するものであり、前記構造部材に生じた劣化によるものではないと判定する反射波波形判定部と、
を備えていることを特徴とする構造部材検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の構造部材検査装置であって、
前記反射波波形判定部が、前記実反射波波形と、前記波形データ保持部に記録されている反射波波形データとで一致するものがあるか判定し、一致するものがあると判定した場合、その一致した前記反射波波形データに対応するのが前記構造部材に生じた劣化であるか判定し、劣化であると判定した場合、前記超音波送信から反射波受信までの経過時間によって当該実反射波波形を発生させた前記劣化要因までの前記超音波送信位置からの距離を算出し、前記劣化要因の前記構造部材における発生位置として記録することを特徴とする構造部材検査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の構造部材検査装置であって、
前記反射波波形判定部が、前記実反射波波形と、前記波形データ保持部に記録されている前記反射波波形データとで一致するものがあるか判定し、一致するものがないと判定した場合、前記実反射波波形は前記構造部材に取り付けられた前記構造物、あるいは前記構造部材に生じた劣化要因のいずれに起因するものでもないと判定し、その旨を記録することを特徴とする構造部材検査装置。
【請求項４】
請求項１に記載の構造部材検査装置であって、
前記構造部材は電線を支持する構造体を構成する管状構造部材であり、前記構造物は前記構造体に取り付けられた補強部材あるいはステップボルトを含んでいることを特徴とする構造部材検査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の構造部材検査装置であって、
前記劣化要因は、前記管状構造部材の内部に発生した腐食、割れ、あるいは錆の発生箇所を含むことを特徴とする構造部材検査装置。
【請求項６】
構造部材の内部に発生する劣化を検出するための構造部材検査方法であって、
プロセッサ及びメモリを備えたコンピュータに、
検査対象である前記構造部材の長手軸方向に超音波を送信し、送信された前記超音波の反射波を受信する処理と、
前記構造部材に取り付けられている構造物について、その構造物の種別と前記超音波送信位置からの距離とを、前記構造部材の属性を示すデータである構造部材属性データ及び前記構造部材を互いに識別するデータである構造部材識別データと対応付けて保持する処理と、
前記構造部材属性データ毎に、前記構造物の種別、あるいは前記構造部材に生じる劣化要因と、前記構造物の種別、あるいは前記劣化要因によって生じる反射波の波形を表すデータである反射波波形データとを対応付けて保持する処理と、
前記超音波送受信部が受信した反射波の波形である実反射波波形と、前記波形データ保持部に記録されている前記反射波波形データとで一致するものがあるか判定し、一致するものがあると判定した場合、その一致した前記反射波波形データに対応するのが構造物の種別であるか判定し、構造物の種別であると判定した場合、前記超音波送信から反射波受信までの経過時間によって当該実反射波波形を発生させた前記構造物までの前記超音波送信位置からの距離を算出し、前記構造物データ保持部に記録されている前記距離と一致するものがあるか判定し、一致するものがあると判定した場合、前記実反射波波形は前記構造部材に取り付けられた前記構造物に起因するものであり、前記構造部材に生じた劣化によるものではないと判定する処理と、
を実行させることを特徴とする構造部材検査方法。
【請求項１】
構造部材の内部に発生する劣化を検出するための構造部材検査装置であって、
検査対象である前記構造部材の長手軸方向に超音波を送信し、送信された前記超音波の反射波を受信する超音波送受信部と、
前記構造部材に取り付けられている構造物について、その構造物の種別と前記超音波送信位置からの距離とを、前記構造部材の属性を示すデータである構造部材属性データ及び前記構造部材を互いに識別するデータである構造部材識別データと対応付けて保持している構造物データ保持部と、
前記構造部材属性データ毎に、前記構造物の種別、あるいは前記構造部材に生じる劣化要因と、前記構造物の種別、あるいは前記劣化要因によって生じる反射波の波形を表すデータである反射波波形データとを対応付けて保持している波形データ保持部と、
前記超音波送受信部が受信した反射波の波形である実反射波波形と、前記波形データ保持部に記録されている前記反射波波形データとで一致するものがあるか判定し、一致するものがあると判定した場合、その一致した前記反射波波形データに対応するのが構造物の種別であるか判定し、構造物の種別であると判定した場合、前記超音波送信から反射波受信までの経過時間によって当該実反射波波形を発生させた前記構造物までの前記超音波送信位置からの距離を算出し、前記構造物データ保持部に記録されている前記距離と一致するものがあるか判定し、一致するものがあると判定した場合、前記実反射波波形は前記構造部材に取り付けられた前記構造物に起因するものであり、前記構造部材に生じた劣化によるものではないと判定する反射波波形判定部と、
を備えていることを特徴とする構造部材検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の構造部材検査装置であって、
前記反射波波形判定部が、前記実反射波波形と、前記波形データ保持部に記録されている反射波波形データとで一致するものがあるか判定し、一致するものがあると判定した場合、その一致した前記反射波波形データに対応するのが前記構造部材に生じた劣化であるか判定し、劣化であると判定した場合、前記超音波送信から反射波受信までの経過時間によって当該実反射波波形を発生させた前記劣化要因までの前記超音波送信位置からの距離を算出し、前記劣化要因の前記構造部材における発生位置として記録することを特徴とする構造部材検査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の構造部材検査装置であって、
前記反射波波形判定部が、前記実反射波波形と、前記波形データ保持部に記録されている前記反射波波形データとで一致するものがあるか判定し、一致するものがないと判定した場合、前記実反射波波形は前記構造部材に取り付けられた前記構造物、あるいは前記構造部材に生じた劣化要因のいずれに起因するものでもないと判定し、その旨を記録することを特徴とする構造部材検査装置。
【請求項４】
請求項１に記載の構造部材検査装置であって、
前記構造部材は電線を支持する構造体を構成する管状構造部材であり、前記構造物は前記構造体に取り付けられた補強部材あるいはステップボルトを含んでいることを特徴とする構造部材検査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の構造部材検査装置であって、
前記劣化要因は、前記管状構造部材の内部に発生した腐食、割れ、あるいは錆の発生箇所を含むことを特徴とする構造部材検査装置。
【請求項６】
構造部材の内部に発生する劣化を検出するための構造部材検査方法であって、
プロセッサ及びメモリを備えたコンピュータに、
検査対象である前記構造部材の長手軸方向に超音波を送信し、送信された前記超音波の反射波を受信する処理と、
前記構造部材に取り付けられている構造物について、その構造物の種別と前記超音波送信位置からの距離とを、前記構造部材の属性を示すデータである構造部材属性データ及び前記構造部材を互いに識別するデータである構造部材識別データと対応付けて保持する処理と、
前記構造部材属性データ毎に、前記構造物の種別、あるいは前記構造部材に生じる劣化要因と、前記構造物の種別、あるいは前記劣化要因によって生じる反射波の波形を表すデータである反射波波形データとを対応付けて保持する処理と、
前記超音波送受信部が受信した反射波の波形である実反射波波形と、前記波形データ保持部に記録されている前記反射波波形データとで一致するものがあるか判定し、一致するものがあると判定した場合、その一致した前記反射波波形データに対応するのが構造物の種別であるか判定し、構造物の種別であると判定した場合、前記超音波送信から反射波受信までの経過時間によって当該実反射波波形を発生させた前記構造物までの前記超音波送信位置からの距離を算出し、前記構造物データ保持部に記録されている前記距離と一致するものがあるか判定し、一致するものがあると判定した場合、前記実反射波波形は前記構造部材に取り付けられた前記構造物に起因するものであり、前記構造部材に生じた劣化によるものではないと判定する処理と、
を実行させることを特徴とする構造部材検査方法。
【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２０１２−９３０９３（Ｐ２０１２−９３０９３Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３７８４５（Ｐ２０１０−２３７８４５）
【出願日】平成２２年１０月２２日（２０１０．１０．２２）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２２日（２０１０．１０．２２）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
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