配管検査装置及び配管検査方法
【課題】配管断面の計算に必要な計測データを迅速に取得する。
【解決手段】溶接部２で接合されている配管３に環状の軌道１を設置し、その軌道１に周方向移動装置６を配管３周りに移動自在に設置する。その周方向移動装置６からシャフト１４沿いに測定器移動部１９を配管軸方向に移動させ、その移動途中で、周方向と軸方向の移動位置を計測しながら、測定器移動部１９に装備した変位計２３と超音波探触子２２として垂直超音波探触子を用いて配管３の外表面の変位と配管３の肉厚（板厚）を計測する。各計測結果を用いて配管３の断面形状を表示し、後に垂直超音波探触子を斜角超音波探触子に取り替えて先の計測の範囲に超音波探傷試験を実施し、その試験結果を配管３の断面形状の表示上に重ねて表示する。
【解決手段】溶接部２で接合されている配管３に環状の軌道１を設置し、その軌道１に周方向移動装置６を配管３周りに移動自在に設置する。その周方向移動装置６からシャフト１４沿いに測定器移動部１９を配管軸方向に移動させ、その移動途中で、周方向と軸方向の移動位置を計測しながら、測定器移動部１９に装備した変位計２３と超音波探触子２２として垂直超音波探触子を用いて配管３の外表面の変位と配管３の肉厚（板厚）を計測する。各計測結果を用いて配管３の断面形状を表示し、後に垂直超音波探触子を斜角超音波探触子に取り替えて先の計測の範囲に超音波探傷試験を実施し、その試験結果を配管３の断面形状の表示上に重ねて表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管の断面形状の測定が可能な配管検査装置及び配管検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種プラントの配管検査において、検査時間の短縮や高精度な検査のために自動検査装置を用いる場合が多い。
【０００３】
一般に自動式の配管検査装置は、測定器を装着した本体と、その本体を配管外周方向に沿って走行する走行装置と、本体を配管軸方向に沿って移動して配管に対して位置合わせを行う軸方向移動装置等を備えている。
【０００４】
配管の溶接部等の検査では測定器に超音波探触子を用いて自動探傷試験が行われるが、この際、手動探傷，自動探傷を問わず超音波探傷試験に加え溶接部の断面形状を測定する。これは、配管断面形状に超音波探傷試験によって検出された信号の反射源位置を記入し、検出した超音波信号が欠陥か否かを検査員が判断するためである。
【０００５】
また、欠陥であった場合には詳細な欠陥高さ寸法の把握に溶接部の断面形状が必要になる。従来、配管断面形状の測定は、型取りゲージによる配管表面形状のトレースと超音波探触子による配管肉厚測定を検査員の手作業によって行い、後に配管表面形状と配管肉厚から配管断面形状を算出するという手順で行われていた。
【０００６】
そして、得られた配管断面形状に超音波探傷の結果を記入するという手順で、配管断面形状を考慮して欠陥有無の判断がされる。
【０００７】
自動式の検査装置の配管長手方向移動装置に、距離検出器を装備することによって配管表面変位を測定する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３３９６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
配管断面形状に超音波探傷の結果を記入する手順の従来方法であると、手作業による測定に基づいた配管断面形状のための測定誤差や欠陥有無の判断に多くの時間がかかるという問題があった。
【００１０】
また、特許文献１のものでは、自動化されるのは配管表面形状測定のみであり、配管表面形状測定と配管肉厚測定とを個々に行うという手順をふまなければ成らず、配管断面形状算出には多くの時間がかかる。
【００１１】
本発明の目的は、配管の断面形状を迅速に知り得るようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的を達成するための第１の手段は、超音波探触子を前記配管の周方向と軸方向とに移動する移動手段と、前記配管の外面の形状に沿って前記超音波探触子の位置を変動させるように前記移動手段に装備されたサスペンションと、前記超音波探触子の移動位置を計測するように前記移動手段に装備された位置計測手段と、前記超音波探触子の移動と連動するように前記移動手段に装備され、前記配管の外面の形状変化を変位として計測する変位計測手段とを有する配管検査装置である。
【００１３】
同じく第２手段は、配管の外周囲に装備される環状の軌道と、前記軌道に沿って移動する周方向移動装置と、前記周方向移動装置に装備されて前記配管の軸方向に長いシャフトと、前記シャフトに案内されるように前記シャフトへ移動自在に装備された測定器移動部と、前記周方向移動装置に装備され、前記測定器移動部をねじ送りするボールねじと、前記測定器移動部に前記配管の外面の形状の変化に追従して変位するように装備した探触子取付部と、前記探触子取付部に装備された超音波探触子と、前記超音波探触子を前記配管側に押し付けるように前記探触子取付部と前記測定器移動部との間に装備されたバネと、前記測定器移動部に装備されて、前記配管の外面の形状の変化を変位として計測する変位計とを備えた配管検査装置である。
【００１４】
同じく第３手段は、配管の外表面の変位を測定するステップと、前記配管の肉厚を測定するステップと、前記測定した変位と前記測定した肉厚とから前記配管の断面形状を算出するステップと、前記配管の超音波探傷試験を実施するステップと、前記算出した配管断面形状に、前記超音波探傷試験結果を表示するステップとを有する配管検査方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、配管の断面形状を作成するのに必要な、配管外面の形状の計測結果と、配管の肉厚の計測結果とを同時に取得できるので、配管の断面形状の作成を迅速に達成するのに有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
発明を実施するための最良の形態は、超音波を用いた配管検査装置において、配管３の外表面に装着した着脱可能な軌道１と、前記軌道１に沿って移動し、かつ配管長手方向に伸びたシャフト１４を有する周方向移動装置６と、前記シャフト１４に沿って移動する測定器移動部１９と、前記探測定器移動部１９に弾性体（例えば、バネ２１）を介して設けられた探触子取付部２０と、前記探触子取付部２０に設けられた超音波探触子２２と、前記測定器移動部１９に保持された変位計２３と、前記超音波探触子２２を用いた配管３の肉厚計測結果と前記変位計２３を用いた配管３の外表面変位の計測結果から溶接部２と直交する配管３の軸方向断面形状を算出する手段を有する配管検査装置である。
【００１７】
この配管検査装置は、前記変位計２３の代わりに前記超音波探触子２２の上下方向、即ち配管３の半径方向、の振幅を測定する測定装置であっても良い。
【００１８】
また、この配管検査装置は、好適には前記シャフト１４の先端にシャフト１４の傾斜を測定するための傾斜計５６或いは、前記シャフト１４の先端にシャフト１４のたわみを測定するための変位計を有する。
【００１９】
本発明の実施における検査方法は、配管表面変位を測定するステップと、配管肉厚を測定するステップと、前記配管表面変位と前記配管肉厚とから配管断面形状を算出するステップと、配管の超音波探傷試験を実施するステップと、前記配管断面形状の表示に、前記超音波探傷試験結果を表示するステップからなる。
【実施例１】
【００２０】
この実施例の検査対象は、二本の配管３が端部で相互に溶接によって接合されているその接合後の部分である。その溶接による接合跡の部分が溶接部２である。その溶接部２の近傍においては、溶接熱影響等により、接合後の配管３の断面は、例えば図８のように、接合前は平坦であった配管３の内外面が変化をきたして縮径する方向へ変位（図８では表面変位と表示してある。）する。また、溶接接合によって配管３の断面形状は、図８のように、縮径する方向へ変形し、配管３の肉厚も一様ではなくなる。
【００２１】
また、溶接部２やその近傍の配管３部分には、溶接しない部分に比較して溶接の影響で欠陥が発生しやすい。そのため、その欠陥の有無を非破壊検査によって検査しなければならない。非破壊検査の一例として、超音波探傷装置を用いて検査することが知られている。その検査結果で欠陥が発見された場合、その欠陥が配管３のどの位置に存在するかを把握することは、溶接による変形後の配管断面を把握しなければ、困難である。
【００２２】
したがって、溶接部２近傍を検査対象とした場合には、溶接接合等により変形した溶接部２を含む配管３の断面の形状を把握することが重要な課題として浮上する。
【００２３】
本発明に係る配管検査装置は、その配管３の接合後の断面を把握するためのデータを迅速に取得できる。その本発明に係る配管検査装置の第１実施例を以下に説明する。即ち、溶接によって大きく変形した個所を避けるようにして、円形の配管の外周面に配管３と同心円状に環状の軌道１を設置する。軌道１は半割り二分割になっていて、その半割りの各分割端を機械的に結合することで配管３の外周囲に環状に軌道１が組み立てられている。
【００２４】
軌道１には外周囲にラック１３が環状に設けられていて、そのラック１３は後述の周方向移動装置駆動用ピニオン８と噛み合っている。軌道１には、ラック１３を避けるようにラック１３の両脇にねじ穴４が、図２のように、周囲三箇所に等角度分布の配置で形成されている。各ねじ穴４には、ねじ５が螺合していて、そのねじ５を軌道１の内側に突き出るように回転させ、その突き出し量を加減することで配管３と同心状に軌道１を配管３へねじ５を介して装着できる。軌道１の両側面には、溝１０が形成され、後述のボールプランジャ１１，１２のボール部分が溝１０に接して軌道１から次に述べる周方向移動装置が脱落しないように構成されている。
【００２５】
その軌道１には、軌道１に沿って配管３の外周囲を移動する周方向移動装置が、後述する超音波探触子２２を配管３の周方向へ移動させる移動手段として設置されている。周方向移動装置は、以下の構成を有する。即ち、図１，図２，図３のように、周方向移動装置の外殻を構成するフレームには、周方向移動装置駆動用モータ７が設置され、その周方向移動装置駆動用モータ７の回転出力軸にはラック１３と噛みあう周方向移動装置駆動用ピニオン８が固定され、その周方向移動装置駆動用モータ７で周方向移動装置駆動用ピニオン８が回転駆動自在とされる。
【００２６】
周方向移動装置のフレームには、ボールプランジャ１１，１２が軌道１を挟むように設置され、各ボールプランジャ１１，１２の回転自在なボール部分が軌道１の溝１０に接して溝１０から脱落しないようにされている。周方向移動装置駆動用モータ７には、そのモータ回転量を計測する周方向移動装置位置検出用エンコーダ９が、周方向移動装置６や後述する超音波探触子２２の周方向の移動位置を計測する位置計測手段として装備されている。
【００２７】
このような周方向移動装置６は、周方向移動装置駆動用モータ７により周方向移動装置駆動用ピニオン８を回転駆動すると、周方向移動装置駆動用ピニオンがラック１３に噛みあっているので、軌道１に沿って配管３の外周囲を配管３や軌道１と同心円状に移動できる。その移動量でスタートした位置からみた移動位置が判明するので、周方向移動装置駆動用モータ７のモータ回転量を周方向移動装置位置検出用エンコーダ９で計測して、計測した結果を位置情報を表す出力信号として出力している。
【００２８】
周方向移動装置６には、超音波探触子２２を配管３の軸方向に移動させる移動手段が装備されている。その軸方向への移動手段は、本実施例では以下のように構成されている。即ち、図１，図３のように、配管３の軸心と平行で、且つ互いにおいても平行な二本のシャフト１４の一端部が周方向移動装置６のフレームに設置され、二本のシャフト１４の各他端部は相互に連結固定されて平行間隔が維持されている。
【００２９】
各シャフト１４には、測定器移動部１９がシャフト１４の長さ方向、即ち配管３の軸方向（配管の長さ方向）に滑走して移動自在に組みあわされている。このように、測定器移動部１９そのものは、シャフト１４沿いに滑走移動するフレームである。その測定器移動部１９には、各シャフト１４と平行なボールねじ１５が螺合していて、ボールねじ１５の回転によって測定器移動部１９がシャフト１４に沿ってねじ送りできる。そのボールねじ１５には、図１，図３のように、ボールねじ駆動用モータ１６の回転出力軸が各歯車１７，１８を介して接続され、ボールねじ駆動用モータ１６でボールねじ１５を回転駆動できるようにされている。
【００３０】
そのボールねじ駆動用モータ１６は周方向移動装置６のフレームに設置されている。そのボールねじ駆動用モータ１６には、そのモータ回転量を計測する測定器移動部位置検出用エンコーダ２４が、後述する超音波探触子２２の配管３軸方向（配管の長手方向）の移動位置を計測する位置計測手段として装備されている。
【００３１】
このような軸方向への移動手段は、ボールねじ駆動用モータ１６でボールねじ１５を回転駆動させ、その回転の方向に応じて測定器移動部１９が配管３の軸方向（配管の長さ方向）へ移動し、超音波探触子２２の配管３軸方向の移動位置を変えることが出来る。その移動位置はボールねじ駆動用モータ１６のモータ回転量に応じて変化するので、そのボールねじ駆動用モータ１６のモータ回転量を測定器移動部位置検出用エンコーダ２４で計測して、計測結果をスタートした位置から見た位置情報を表す信号として出力している。
【００３２】
このような軸方向の移動手段が超音波探触子２２と変位計２３とを同時に同方向へ移動させることが出来るように、超音波探触子２２と変位計２３とが共通の測定器移動部１９に装着されている。配管３の外面の形状変化を変位として計測する変位計測手段として採用した変位計２３は、非接触式のレーザー変位計，接触式のポテンショメータのいずれであっても構わない。
【００３３】
測定器移動部１９には探触子取付部２０が配管３の半径方向へ自在に移動するようにガイド構造を介して装着されている。その探触子取付部２０には、探触子取付部２０と測定器移動部１９との間に装備したバネ２１によって配管３の外表面方向へ常時押し出す力が付勢されている。その探触子取付部２０の配管３寄りの部位には、超音波探触子２２が着脱自在に装着されている。このような構成では、バネ２１は、超音波探触子２２が配管３の外表面の形状の変化に追従して配管３の半径方向へ移動することを許容するので、超音波探触子２２のバネサスペンションの機能を果す。
【００３４】
測定器移動部１９には、変位計測位置が配管３の外表面になるように姿勢を調整した変位計２３が装着されている。この実施例では、図１のように、接触式の変位計を採用しているので、配管３の外表面に変位計２３の計測端部が接していて、その端部が配管３の外表面の形状の変化に応じて配管３の半径方向へ変位して、その変位に対応した出力を計測結果を表す信号として出力している。
【００３５】
図４に本発明の配管検査装置のシステムのブロック図を示す。本検査装置のシステムは、周方向移動装置位置検出用エンコーダ９および測定器移動部位置検出用エンコーダ２４からの出力信号に基づいて得られる配管３の位置座標における配管断面形状を、超音波探触子２２による配管の肉厚計測結果、変位計２３による配管表面変位から算出，記録するための、演算部５４，記録部５３，検査結果を表示するための表示部５１，検査範囲など入力するための入力部５２を有している。また本検査装置のシステムは、超音波探触子
２２に超音波を発進させたり、超音波を受信したりさせるパルサレシーバ，カウンタボード，Ａ／Ｄボードなどを有している。演算部５４はコンピュータであって、周方向移動装置駆動用モータ７やボールねじ駆動用モータ１６を制御している。周方向移動装置位置検出用エンコーダ９や測定器移動部位置検出用エンコーダ２４の出力信号はカウンタボードを介して演算部５４に入力されている。変位計２３の出力信号もＡ／Ｄボードを介して演算部５４に入力されている。超音波探触子から超音波を配管に対して送受信して得られた受信情報はパルサレシーバやＡ／Ｄボードを介して演算部５４に入力されている。
【００３６】
このような各種信号入力を受けて、演算部５４では、次のような処理を実行する。その実行内容を本配管検査装置を配管断面形状算出と記録の後に超音波探傷試験を実施し、超音波探傷試験結果を算出した配管断面形状上に重ねて表示する配管検査方法をまじえて以下に解説する。
【００３７】
図５に配管断面形状作成，記録の流れ図を示す。まず、超音波探触子２２を配管の半径方向へ超音波の送受信方向を定めた垂直超音波探触子に付け替えておく。次に、周方向検査範囲Ｘ１≦Ｘ≦Ｘ２と周方向検査範囲Ｙ１≦Ｙ≦Ｙ２との配管検査範囲及び現在の周方向位置Ｘと軸方向位置Ｙを入力部５２から演算部５４へ入力する（ステップＳ１０１）。そして、周方向検査範囲Ｘ１≦Ｘ≦Ｘ２内の、現在の周方向位置Ｘにおいて、測定器移動部１９を移動させては、その移動に伴う配管軸方向位置Ｙを測定器移動部位置検出用エンコーダの出力信号に基づいて読み込む（ステップＳ１０２）。
【００３８】
そして、その移動毎に変位計２３からの出力信号に基づく配管３の外表面変位の読み込みと、垂直超音波探触子から配管３の肉厚方向（配管半径方向）に超音波を入射し、配管底面（配管３の内周面）で反射し再び超音波探触子で受信させて、超音波の入射から戻ってくるまでの往復の伝播時間に、配管３の材料中の超音波の音速を乗じた往復の伝播経路の半分として算出されるビーム路程から、配管肉厚方向変位及び配管３の肉厚を読み込む（ステップＳ１０３）、ステップＳ１０１からステップＳ１０３をＹ＝Ｙ２となるまで繰り返す(ステップＳ１０４のＹ１≦Ｙ≦Ｙ２)、Ｙ＝Ｙ２となった場合（ステップＳ１０４のＹ＝Ｙ２）に周方向位置Ｘでの各軸方向位置での配管３の外表面の変位位置から配管半径方向の配管３の肉厚を持って配管３の内周面と定義して配管断面形状を得る(図８参照)。この結果を記録部５３へ保存させる（ステップＳ１０５）。
【００３９】
続いて、現在の周方向位置Ｘの判定（ステップＳ１０６）を行い、周方向位置ＸがＸ１≦Ｘ≦Ｘ２内である場合（ステップＳ１０６のＸ１≦Ｘ≦Ｘ２内）は、周方向移動装置駆動用モータ７に周方向移動装置６を予め定めたΔＸだけ周方向に移動させ（ステップ
Ｓ１０７）、ステップＳ１０２からステップＳ１０５までを繰り返す。Ｘ＝Ｘ２となった場合（ステップＳ１０６のＸ＝Ｘ２）は、超音波探傷試験（ステップＳ１０８）に移る。
【００４０】
ステップＳ１０８での処理が終了した後に、演算部５４での処理は一時停止する。超音波探傷試験に移る前に超音波探触子２２を垂直超音波探触子から探傷用の斜角超音波探触子に、探触子取付部２０へ付け替える。斜角超音波探触子は、超音波を斜めに配管３の肉厚中に送受信する構造の探触子であり、配管の半径方向へ進展した亀裂などの開口欠陥に対して検出感度が高いという特性がある。垂直超音波探触子でも欠陥を検出することが出来るが、好ましくは、超音波探傷試験時には、上述のように超音波探触子２２を検出したい欠陥の性状に合わせて付け替えることが好ましい。
【００４１】
このように、配管の超音波探傷試験を実施する際、図１に示した超音波探触子２２を配管肉厚測定用の垂直超音波探触子から、配管探傷用の斜角超音波探触子に代え、その後に演算部５４を働かした上、超音波探傷試験を実施する。図６に超音波探傷試験の流れ図を示す。まず、演算部５４に探傷範囲として入力部５２から周方向位置Ｘと周方向検査範囲Ｘ１≦Ｘ≦Ｘ２、及び軸方向位置Ｙと軸方向検査範囲Ｙ１≦Ｙ≦Ｙ２、並びに超音波探触子２２から配管３に対して送受信する超音波屈折角αを入力する（ステップＳ２０１）。ここでの検査範囲は、図５中のステップＳ１０１で指定した検査範囲内であればどの範囲でも構わない。
【００４２】
続いて、図５の流れで作成した周方向検査範囲Ｘ１≦Ｘ≦Ｘ２内の、現在の周方向位置Ｘにおける配管断面形状を記録部より呼び出し、表示部に表示する（ステップＳ２０２）。そして、その表示されている配管断面形状に超音波探触子からの反射源位置を重ねて表示する（ステップＳ２０３）。反射源の表示方法については、後に後述する。
【００４３】
続いて、ステップＳ２０２からステップＳ２０３をＹ＝Ｙ２となるまで繰り返す（ステップＳ２０４のＹ１≦Ｙ≦Ｙ２）、Ｙ＝Ｙ２となった場合(ステップＳ２０４のＹ＝Ｙ２)は、この結果を記録部５３に保存させる（ステップＳ２０５）。続いて、現在の周方向位置Ｘの判定（ステップＳ２０６）を行い、周方向位置ＸがＸ１≦Ｘ≦Ｘ２内である場合
（ステップＳ２０６のＸ１≦Ｘ≦Ｘ２内）は、周方向移動装置駆動用モータ７によりΔＸだけ周方向に移動させ（ステップＳ２０７）、ステップＳ２０２からステップＳ２０５までのステップを繰り返す。Ｘ＝Ｘ２となった場合（ステップＳ１０６のＸ＝Ｘ２）は、終了となる。
【００４４】
図７に配管３の肉厚中の欠陥から超音波が反射して超音波探触子に受信した、その反射源位置の表示の流れ図を示す。まず、現在の軸方向位置Ｙを読み込む(ステップＳ３０１)。続いて軸方向位置Ｙ、屈折角αおよびビーム路程Ｗから、ＹR＝Ｙ＋ＷＳＩＮα，ＺR＝ＷＣＯＳαにより反射源位置Ｒを算出する（ステップＳ３０２）。そして、表示部５１に反射源位置［Ｒ（ＹR，ＺR）］を先に計測済みの配管の断面形状と重ねて表示する。（ステップＳ３０３）。図１０は、図５，図６，図７の流れによって得られた配管断面形状への超音波反射源の表示の例で、×印が反射源を表し斜めの線が超音波の伝播経路を表す。検査員は図１０のような表示部での表示画像から裏面（配管３の内周面）の形状による反射源であるのか、欠陥と思われる疑わしい反射源であるかを判断する。
【００４５】
尚、ビーム路程Ｗとは、入射した超音波がきずなどの反射源で反射し、超音波探触子に戻って来るまでの時間に配管の材料中の超音波の音速を乗じて、超音波の入射から受信までの往復の伝播経路の半分として算出される。
【実施例２】
【００４６】
図１１は本発明の第２の実施例を示すもので、各シャフト１４には、第１の実施例と同様に、シャフトの長さ方向へ移動自在に装着した測定器移動部１９が取付けられる。その測定器移動部１９には、探触子取付部２０がガイド構造を介して配管３の半径方向へ移動自在に装着される。その探触子取付部２０は、探触子取付部２０と測定器移動部１９との間に装着したバネ２１によって、常に配管３の方向へ押し出される勢力が付与されている。
【００４７】
その探触子取付部２０と測定器移動部１９との間には、探触子取付部２０の配管３の半径方向への動きに基づく変位を計測するエンコーダ５５が設けられる。このエンコーダ
５５は、測定器移動部１９に対して探触子取付部２０が配管３の半径方向へ変位するその変位を計測する変位計として採用されている。その変位は、配管３の半径方向へ直線的に変位するので、変位計の一例としてリニアエンコーダが採用できる。
【００４８】
その他の構成などの技術的事項は、第１の実施例と同様である。このような第２実施例によれば、配管の軸方向（配管の長さ方向）へ測定器移動部１９が移動することに伴って、配管３の外表面を配管軸方向へ滑走する超音波探触子２２が配管３の外表面の形状の変化、例えば凸凹など、に応じて配管３の半径方向へ往復移動する。そのため、超音波探触子２２が取付けられている探触子取付部２０も配管３の半径方向へ往復移動する。このように探触子取付部２０も配管３の半径方向へ往復移動すると、エンコーダ５５は、配管３の外表面形状に沿って超音波探触子２２が移動するのに伴って探触子取付部２０の配管３の半径方向への往復変位量を配管３の半径方向への振幅量として測定する。すなわち、エンコーダ５５は配管３の外表面形状の変位を測定する変位計として機能するわけである。
【００４９】
このような第２の実施例の構成であると、第１の実施例における変位計２３の配管３に接する可動部分が探触子取付部２０と兼用できて簡単な構成になる。この構成であると、エンコーダ５５を用いることで配管の外表面形状の大きな変化に対応可能である。本実施例での配管検査装置を用いた配管検査方法は第１の実施例と同様である。
【実施例３】
【００５０】
図１２は本発明の第３の実施例を示すもので、第１の実施例における各シャフト１４の先端にシャフト１４の傾斜を測定する傾斜計５６を設置してある。その他の構成は第１の実施例と同じである。
【００５１】
図１３のように、周方向移動装置６が（１）の状態では、シャフト１４が水平（配管３の軸方向に平行）を保ちながら、Ｙ1 の位置からＹ2 の位置まで配管軸方向に超音波探触子２２や変位計２３が移動する。この場合の変位計２３による配管３の外表面変位の計測結果と、測定器移動部位置検出用エンコーダ２４で計測した変位計２３の配管軸方向の移動位置計測結果との関係は、各計測結果を参照して表示すると、図１４のようになる。
【００５２】
一方、図１３で周方向移動装置６が（２）の状態では、シャフト１４には測定器移動部１９や探触子取付部２０や変位計２３や超音波探触子２２等の自重の影響によって配管３の軸心に対して傾斜が生じる。この場合の変位計２３による配管３の外表面の変位計測結果と測定器移動部位置検出用エンコーダ２４で計測した変位計２３の配管軸方向の移動位置計測結果との関係は、各計測結果を参照して表示すると、図１６のようになり、測定器移動部１９等がＹ1 の位置からＹ2 の位置まで移動するにしたがって、シャフト１４の傾斜の影響を受け配管表面変位は増加していく。
【００５３】
このような状態で、超音波探触子２２からの配管３の肉厚によって配管断面形状を算出すると、実際とは異なる形状となってしまう。そこで次のような補正処理を演算部で施してから表示部に配管断面形状を表示する。
【００５４】
即ち、シャフト１４は剛体棒であるため、Ｙ1 の位置からＹ2 の位置まで移動した場合に、傾斜する角度θは一定で、その角度θは傾斜計５６によって計測され、その計測結果の情報は演算部に入力されて後述の補正処理の処理過程で用いられる。
【００５５】
ここで、任意の配管軸方向位置Ｙでの傾斜による配管表面変位の増加δは、δ＝Ｙtanθで与えられる。その補正処理過程では、補正前では図１５のように表される配管外表面変位の計測結果のデータからδを引くことよって傾斜した場合の配管表面変位が図１４のようにシャフト１４がＹの値のグラフ基軸と一致するように補正し、補正後のデータで配管の外表面の変位とＹの値との関係を表示部に、図１４のように表示できる。その他の作用は、第１実施例と同じである。
【００５６】
以上に説明した如く、本発明の各実施例による配管検査装置によれば、配管表面形状測定と配管表面形状からの配管の肉厚（板厚ともいう）測定とを同時に行うことが出来、迅速に配管断面形状の算出に必要なデータを取得でき、配管断面を決定することが迅速に達成できる。
【００５７】
そのため、超音波探傷試験結果を迅速に配管断面形状に反映して表示でき、検査員の検査業務を正確且つ迅速に支援できる。このように、各実施例によれば、配管断面形状算出の精度向上と欠陥有無の判断の迅速化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、配管の断面の形状を計測する配管検査装置に利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施例による配管検査装置の解説図にして、（ａ）図は配管に装着した状態の一部断面表示による全体図、（ｂ）図は（ａ）図の要部拡大断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例による配管検査装置の一部断面表示による正面図である。
【図３】本発明の第１の実施例による配管検査装置の上平面図である。
【図４】本発明の第１の実施例による配管検査装置のシステムのブロック線図である。
【図５】本発明の第１の実施例による配管検査装置による配管の断面形状の計算に必要なデータ収集過程を示すフローチャート図である。
【図６】本発明の第１の実施例による超音波探傷試験のフローチャート図である。
【図７】本発明の第１の実施例による超音波探傷試験の反射源位置表示のフローチャート図である。
【図８】本発明の第１の実施例で表示される配管断面形状の例示図である。
【図９】本発明の第１の実施例で表示される配管断面形状とビーム路程とビーム屈折角と反射源位置との関係を表した図である。
【図１０】本発明の第１の実施例で表示される配管断面形状に、超音波探傷結果の反射源位置を表示した表示例である。
【図１１】本発明の第２の実施例による配管検査装置の配管に装着した状態の部分図である。
【図１２】本発明の第３の実施例による配管検査装置の配管に装着した状態の部分である。
【図１３】本発明の第３の実施例による配管検査装置での正面図（ａ）およびシャフトが水平状態の状態図（ｂ）、シャフトが傾斜した状態の状態図（ｃ）である。
【図１４】本発明の第３の実施例による配管検査装置でのシャフトが水平の場合の配管軸方向位置と配管外表面変位との関係を表すグラフである。
【図１５】本発明の第３の実施例による配管検査装置でのシャフトが傾斜した場合の配管軸方向位置と配管外表面変位との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１…軌道、２…溶接部、３…配管、４…ねじ穴、５…ねじ、６…周方向移動装置、７…周方向移動装置駆動用モータ、８…周方向移動装置駆動用ピニオン、９…周方向移動装置位置検出用エンコーダ、１０…溝、１１，１２…ボールプランジャ、１３…ラック、１４…シャフト、１５…ボールねじ、１６…ボールねじ駆動用モータ、１７，１８…歯車、
１９…測定器移動部、２０…探触子取付部、２１…バネ、２２…超音波探触子、２３…変位計、２４…測定器移動部位置検出用エンコーダ、５１…表示部、５２…入力部、５３…記録部、５４…演算部、５５…エンコーダ、５６…傾斜計。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管の断面形状の測定が可能な配管検査装置及び配管検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種プラントの配管検査において、検査時間の短縮や高精度な検査のために自動検査装置を用いる場合が多い。
【０００３】
一般に自動式の配管検査装置は、測定器を装着した本体と、その本体を配管外周方向に沿って走行する走行装置と、本体を配管軸方向に沿って移動して配管に対して位置合わせを行う軸方向移動装置等を備えている。
【０００４】
配管の溶接部等の検査では測定器に超音波探触子を用いて自動探傷試験が行われるが、この際、手動探傷，自動探傷を問わず超音波探傷試験に加え溶接部の断面形状を測定する。これは、配管断面形状に超音波探傷試験によって検出された信号の反射源位置を記入し、検出した超音波信号が欠陥か否かを検査員が判断するためである。
【０００５】
また、欠陥であった場合には詳細な欠陥高さ寸法の把握に溶接部の断面形状が必要になる。従来、配管断面形状の測定は、型取りゲージによる配管表面形状のトレースと超音波探触子による配管肉厚測定を検査員の手作業によって行い、後に配管表面形状と配管肉厚から配管断面形状を算出するという手順で行われていた。
【０００６】
そして、得られた配管断面形状に超音波探傷の結果を記入するという手順で、配管断面形状を考慮して欠陥有無の判断がされる。
【０００７】
自動式の検査装置の配管長手方向移動装置に、距離検出器を装備することによって配管表面変位を測定する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３３９６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
配管断面形状に超音波探傷の結果を記入する手順の従来方法であると、手作業による測定に基づいた配管断面形状のための測定誤差や欠陥有無の判断に多くの時間がかかるという問題があった。
【００１０】
また、特許文献１のものでは、自動化されるのは配管表面形状測定のみであり、配管表面形状測定と配管肉厚測定とを個々に行うという手順をふまなければ成らず、配管断面形状算出には多くの時間がかかる。
【００１１】
本発明の目的は、配管の断面形状を迅速に知り得るようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的を達成するための第１の手段は、超音波探触子を前記配管の周方向と軸方向とに移動する移動手段と、前記配管の外面の形状に沿って前記超音波探触子の位置を変動させるように前記移動手段に装備されたサスペンションと、前記超音波探触子の移動位置を計測するように前記移動手段に装備された位置計測手段と、前記超音波探触子の移動と連動するように前記移動手段に装備され、前記配管の外面の形状変化を変位として計測する変位計測手段とを有する配管検査装置である。
【００１３】
同じく第２手段は、配管の外周囲に装備される環状の軌道と、前記軌道に沿って移動する周方向移動装置と、前記周方向移動装置に装備されて前記配管の軸方向に長いシャフトと、前記シャフトに案内されるように前記シャフトへ移動自在に装備された測定器移動部と、前記周方向移動装置に装備され、前記測定器移動部をねじ送りするボールねじと、前記測定器移動部に前記配管の外面の形状の変化に追従して変位するように装備した探触子取付部と、前記探触子取付部に装備された超音波探触子と、前記超音波探触子を前記配管側に押し付けるように前記探触子取付部と前記測定器移動部との間に装備されたバネと、前記測定器移動部に装備されて、前記配管の外面の形状の変化を変位として計測する変位計とを備えた配管検査装置である。
【００１４】
同じく第３手段は、配管の外表面の変位を測定するステップと、前記配管の肉厚を測定するステップと、前記測定した変位と前記測定した肉厚とから前記配管の断面形状を算出するステップと、前記配管の超音波探傷試験を実施するステップと、前記算出した配管断面形状に、前記超音波探傷試験結果を表示するステップとを有する配管検査方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、配管の断面形状を作成するのに必要な、配管外面の形状の計測結果と、配管の肉厚の計測結果とを同時に取得できるので、配管の断面形状の作成を迅速に達成するのに有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
発明を実施するための最良の形態は、超音波を用いた配管検査装置において、配管３の外表面に装着した着脱可能な軌道１と、前記軌道１に沿って移動し、かつ配管長手方向に伸びたシャフト１４を有する周方向移動装置６と、前記シャフト１４に沿って移動する測定器移動部１９と、前記探測定器移動部１９に弾性体（例えば、バネ２１）を介して設けられた探触子取付部２０と、前記探触子取付部２０に設けられた超音波探触子２２と、前記測定器移動部１９に保持された変位計２３と、前記超音波探触子２２を用いた配管３の肉厚計測結果と前記変位計２３を用いた配管３の外表面変位の計測結果から溶接部２と直交する配管３の軸方向断面形状を算出する手段を有する配管検査装置である。
【００１７】
この配管検査装置は、前記変位計２３の代わりに前記超音波探触子２２の上下方向、即ち配管３の半径方向、の振幅を測定する測定装置であっても良い。
【００１８】
また、この配管検査装置は、好適には前記シャフト１４の先端にシャフト１４の傾斜を測定するための傾斜計５６或いは、前記シャフト１４の先端にシャフト１４のたわみを測定するための変位計を有する。
【００１９】
本発明の実施における検査方法は、配管表面変位を測定するステップと、配管肉厚を測定するステップと、前記配管表面変位と前記配管肉厚とから配管断面形状を算出するステップと、配管の超音波探傷試験を実施するステップと、前記配管断面形状の表示に、前記超音波探傷試験結果を表示するステップからなる。
【実施例１】
【００２０】
この実施例の検査対象は、二本の配管３が端部で相互に溶接によって接合されているその接合後の部分である。その溶接による接合跡の部分が溶接部２である。その溶接部２の近傍においては、溶接熱影響等により、接合後の配管３の断面は、例えば図８のように、接合前は平坦であった配管３の内外面が変化をきたして縮径する方向へ変位（図８では表面変位と表示してある。）する。また、溶接接合によって配管３の断面形状は、図８のように、縮径する方向へ変形し、配管３の肉厚も一様ではなくなる。
【００２１】
また、溶接部２やその近傍の配管３部分には、溶接しない部分に比較して溶接の影響で欠陥が発生しやすい。そのため、その欠陥の有無を非破壊検査によって検査しなければならない。非破壊検査の一例として、超音波探傷装置を用いて検査することが知られている。その検査結果で欠陥が発見された場合、その欠陥が配管３のどの位置に存在するかを把握することは、溶接による変形後の配管断面を把握しなければ、困難である。
【００２２】
したがって、溶接部２近傍を検査対象とした場合には、溶接接合等により変形した溶接部２を含む配管３の断面の形状を把握することが重要な課題として浮上する。
【００２３】
本発明に係る配管検査装置は、その配管３の接合後の断面を把握するためのデータを迅速に取得できる。その本発明に係る配管検査装置の第１実施例を以下に説明する。即ち、溶接によって大きく変形した個所を避けるようにして、円形の配管の外周面に配管３と同心円状に環状の軌道１を設置する。軌道１は半割り二分割になっていて、その半割りの各分割端を機械的に結合することで配管３の外周囲に環状に軌道１が組み立てられている。
【００２４】
軌道１には外周囲にラック１３が環状に設けられていて、そのラック１３は後述の周方向移動装置駆動用ピニオン８と噛み合っている。軌道１には、ラック１３を避けるようにラック１３の両脇にねじ穴４が、図２のように、周囲三箇所に等角度分布の配置で形成されている。各ねじ穴４には、ねじ５が螺合していて、そのねじ５を軌道１の内側に突き出るように回転させ、その突き出し量を加減することで配管３と同心状に軌道１を配管３へねじ５を介して装着できる。軌道１の両側面には、溝１０が形成され、後述のボールプランジャ１１，１２のボール部分が溝１０に接して軌道１から次に述べる周方向移動装置が脱落しないように構成されている。
【００２５】
その軌道１には、軌道１に沿って配管３の外周囲を移動する周方向移動装置が、後述する超音波探触子２２を配管３の周方向へ移動させる移動手段として設置されている。周方向移動装置は、以下の構成を有する。即ち、図１，図２，図３のように、周方向移動装置の外殻を構成するフレームには、周方向移動装置駆動用モータ７が設置され、その周方向移動装置駆動用モータ７の回転出力軸にはラック１３と噛みあう周方向移動装置駆動用ピニオン８が固定され、その周方向移動装置駆動用モータ７で周方向移動装置駆動用ピニオン８が回転駆動自在とされる。
【００２６】
周方向移動装置のフレームには、ボールプランジャ１１，１２が軌道１を挟むように設置され、各ボールプランジャ１１，１２の回転自在なボール部分が軌道１の溝１０に接して溝１０から脱落しないようにされている。周方向移動装置駆動用モータ７には、そのモータ回転量を計測する周方向移動装置位置検出用エンコーダ９が、周方向移動装置６や後述する超音波探触子２２の周方向の移動位置を計測する位置計測手段として装備されている。
【００２７】
このような周方向移動装置６は、周方向移動装置駆動用モータ７により周方向移動装置駆動用ピニオン８を回転駆動すると、周方向移動装置駆動用ピニオンがラック１３に噛みあっているので、軌道１に沿って配管３の外周囲を配管３や軌道１と同心円状に移動できる。その移動量でスタートした位置からみた移動位置が判明するので、周方向移動装置駆動用モータ７のモータ回転量を周方向移動装置位置検出用エンコーダ９で計測して、計測した結果を位置情報を表す出力信号として出力している。
【００２８】
周方向移動装置６には、超音波探触子２２を配管３の軸方向に移動させる移動手段が装備されている。その軸方向への移動手段は、本実施例では以下のように構成されている。即ち、図１，図３のように、配管３の軸心と平行で、且つ互いにおいても平行な二本のシャフト１４の一端部が周方向移動装置６のフレームに設置され、二本のシャフト１４の各他端部は相互に連結固定されて平行間隔が維持されている。
【００２９】
各シャフト１４には、測定器移動部１９がシャフト１４の長さ方向、即ち配管３の軸方向（配管の長さ方向）に滑走して移動自在に組みあわされている。このように、測定器移動部１９そのものは、シャフト１４沿いに滑走移動するフレームである。その測定器移動部１９には、各シャフト１４と平行なボールねじ１５が螺合していて、ボールねじ１５の回転によって測定器移動部１９がシャフト１４に沿ってねじ送りできる。そのボールねじ１５には、図１，図３のように、ボールねじ駆動用モータ１６の回転出力軸が各歯車１７，１８を介して接続され、ボールねじ駆動用モータ１６でボールねじ１５を回転駆動できるようにされている。
【００３０】
そのボールねじ駆動用モータ１６は周方向移動装置６のフレームに設置されている。そのボールねじ駆動用モータ１６には、そのモータ回転量を計測する測定器移動部位置検出用エンコーダ２４が、後述する超音波探触子２２の配管３軸方向（配管の長手方向）の移動位置を計測する位置計測手段として装備されている。
【００３１】
このような軸方向への移動手段は、ボールねじ駆動用モータ１６でボールねじ１５を回転駆動させ、その回転の方向に応じて測定器移動部１９が配管３の軸方向（配管の長さ方向）へ移動し、超音波探触子２２の配管３軸方向の移動位置を変えることが出来る。その移動位置はボールねじ駆動用モータ１６のモータ回転量に応じて変化するので、そのボールねじ駆動用モータ１６のモータ回転量を測定器移動部位置検出用エンコーダ２４で計測して、計測結果をスタートした位置から見た位置情報を表す信号として出力している。
【００３２】
このような軸方向の移動手段が超音波探触子２２と変位計２３とを同時に同方向へ移動させることが出来るように、超音波探触子２２と変位計２３とが共通の測定器移動部１９に装着されている。配管３の外面の形状変化を変位として計測する変位計測手段として採用した変位計２３は、非接触式のレーザー変位計，接触式のポテンショメータのいずれであっても構わない。
【００３３】
測定器移動部１９には探触子取付部２０が配管３の半径方向へ自在に移動するようにガイド構造を介して装着されている。その探触子取付部２０には、探触子取付部２０と測定器移動部１９との間に装備したバネ２１によって配管３の外表面方向へ常時押し出す力が付勢されている。その探触子取付部２０の配管３寄りの部位には、超音波探触子２２が着脱自在に装着されている。このような構成では、バネ２１は、超音波探触子２２が配管３の外表面の形状の変化に追従して配管３の半径方向へ移動することを許容するので、超音波探触子２２のバネサスペンションの機能を果す。
【００３４】
測定器移動部１９には、変位計測位置が配管３の外表面になるように姿勢を調整した変位計２３が装着されている。この実施例では、図１のように、接触式の変位計を採用しているので、配管３の外表面に変位計２３の計測端部が接していて、その端部が配管３の外表面の形状の変化に応じて配管３の半径方向へ変位して、その変位に対応した出力を計測結果を表す信号として出力している。
【００３５】
図４に本発明の配管検査装置のシステムのブロック図を示す。本検査装置のシステムは、周方向移動装置位置検出用エンコーダ９および測定器移動部位置検出用エンコーダ２４からの出力信号に基づいて得られる配管３の位置座標における配管断面形状を、超音波探触子２２による配管の肉厚計測結果、変位計２３による配管表面変位から算出，記録するための、演算部５４，記録部５３，検査結果を表示するための表示部５１，検査範囲など入力するための入力部５２を有している。また本検査装置のシステムは、超音波探触子
２２に超音波を発進させたり、超音波を受信したりさせるパルサレシーバ，カウンタボード，Ａ／Ｄボードなどを有している。演算部５４はコンピュータであって、周方向移動装置駆動用モータ７やボールねじ駆動用モータ１６を制御している。周方向移動装置位置検出用エンコーダ９や測定器移動部位置検出用エンコーダ２４の出力信号はカウンタボードを介して演算部５４に入力されている。変位計２３の出力信号もＡ／Ｄボードを介して演算部５４に入力されている。超音波探触子から超音波を配管に対して送受信して得られた受信情報はパルサレシーバやＡ／Ｄボードを介して演算部５４に入力されている。
【００３６】
このような各種信号入力を受けて、演算部５４では、次のような処理を実行する。その実行内容を本配管検査装置を配管断面形状算出と記録の後に超音波探傷試験を実施し、超音波探傷試験結果を算出した配管断面形状上に重ねて表示する配管検査方法をまじえて以下に解説する。
【００３７】
図５に配管断面形状作成，記録の流れ図を示す。まず、超音波探触子２２を配管の半径方向へ超音波の送受信方向を定めた垂直超音波探触子に付け替えておく。次に、周方向検査範囲Ｘ１≦Ｘ≦Ｘ２と周方向検査範囲Ｙ１≦Ｙ≦Ｙ２との配管検査範囲及び現在の周方向位置Ｘと軸方向位置Ｙを入力部５２から演算部５４へ入力する（ステップＳ１０１）。そして、周方向検査範囲Ｘ１≦Ｘ≦Ｘ２内の、現在の周方向位置Ｘにおいて、測定器移動部１９を移動させては、その移動に伴う配管軸方向位置Ｙを測定器移動部位置検出用エンコーダの出力信号に基づいて読み込む（ステップＳ１０２）。
【００３８】
そして、その移動毎に変位計２３からの出力信号に基づく配管３の外表面変位の読み込みと、垂直超音波探触子から配管３の肉厚方向（配管半径方向）に超音波を入射し、配管底面（配管３の内周面）で反射し再び超音波探触子で受信させて、超音波の入射から戻ってくるまでの往復の伝播時間に、配管３の材料中の超音波の音速を乗じた往復の伝播経路の半分として算出されるビーム路程から、配管肉厚方向変位及び配管３の肉厚を読み込む（ステップＳ１０３）、ステップＳ１０１からステップＳ１０３をＹ＝Ｙ２となるまで繰り返す(ステップＳ１０４のＹ１≦Ｙ≦Ｙ２)、Ｙ＝Ｙ２となった場合（ステップＳ１０４のＹ＝Ｙ２）に周方向位置Ｘでの各軸方向位置での配管３の外表面の変位位置から配管半径方向の配管３の肉厚を持って配管３の内周面と定義して配管断面形状を得る(図８参照)。この結果を記録部５３へ保存させる（ステップＳ１０５）。
【００３９】
続いて、現在の周方向位置Ｘの判定（ステップＳ１０６）を行い、周方向位置ＸがＸ１≦Ｘ≦Ｘ２内である場合（ステップＳ１０６のＸ１≦Ｘ≦Ｘ２内）は、周方向移動装置駆動用モータ７に周方向移動装置６を予め定めたΔＸだけ周方向に移動させ（ステップ
Ｓ１０７）、ステップＳ１０２からステップＳ１０５までを繰り返す。Ｘ＝Ｘ２となった場合（ステップＳ１０６のＸ＝Ｘ２）は、超音波探傷試験（ステップＳ１０８）に移る。
【００４０】
ステップＳ１０８での処理が終了した後に、演算部５４での処理は一時停止する。超音波探傷試験に移る前に超音波探触子２２を垂直超音波探触子から探傷用の斜角超音波探触子に、探触子取付部２０へ付け替える。斜角超音波探触子は、超音波を斜めに配管３の肉厚中に送受信する構造の探触子であり、配管の半径方向へ進展した亀裂などの開口欠陥に対して検出感度が高いという特性がある。垂直超音波探触子でも欠陥を検出することが出来るが、好ましくは、超音波探傷試験時には、上述のように超音波探触子２２を検出したい欠陥の性状に合わせて付け替えることが好ましい。
【００４１】
このように、配管の超音波探傷試験を実施する際、図１に示した超音波探触子２２を配管肉厚測定用の垂直超音波探触子から、配管探傷用の斜角超音波探触子に代え、その後に演算部５４を働かした上、超音波探傷試験を実施する。図６に超音波探傷試験の流れ図を示す。まず、演算部５４に探傷範囲として入力部５２から周方向位置Ｘと周方向検査範囲Ｘ１≦Ｘ≦Ｘ２、及び軸方向位置Ｙと軸方向検査範囲Ｙ１≦Ｙ≦Ｙ２、並びに超音波探触子２２から配管３に対して送受信する超音波屈折角αを入力する（ステップＳ２０１）。ここでの検査範囲は、図５中のステップＳ１０１で指定した検査範囲内であればどの範囲でも構わない。
【００４２】
続いて、図５の流れで作成した周方向検査範囲Ｘ１≦Ｘ≦Ｘ２内の、現在の周方向位置Ｘにおける配管断面形状を記録部より呼び出し、表示部に表示する（ステップＳ２０２）。そして、その表示されている配管断面形状に超音波探触子からの反射源位置を重ねて表示する（ステップＳ２０３）。反射源の表示方法については、後に後述する。
【００４３】
続いて、ステップＳ２０２からステップＳ２０３をＹ＝Ｙ２となるまで繰り返す（ステップＳ２０４のＹ１≦Ｙ≦Ｙ２）、Ｙ＝Ｙ２となった場合(ステップＳ２０４のＹ＝Ｙ２)は、この結果を記録部５３に保存させる（ステップＳ２０５）。続いて、現在の周方向位置Ｘの判定（ステップＳ２０６）を行い、周方向位置ＸがＸ１≦Ｘ≦Ｘ２内である場合
（ステップＳ２０６のＸ１≦Ｘ≦Ｘ２内）は、周方向移動装置駆動用モータ７によりΔＸだけ周方向に移動させ（ステップＳ２０７）、ステップＳ２０２からステップＳ２０５までのステップを繰り返す。Ｘ＝Ｘ２となった場合（ステップＳ１０６のＸ＝Ｘ２）は、終了となる。
【００４４】
図７に配管３の肉厚中の欠陥から超音波が反射して超音波探触子に受信した、その反射源位置の表示の流れ図を示す。まず、現在の軸方向位置Ｙを読み込む(ステップＳ３０１)。続いて軸方向位置Ｙ、屈折角αおよびビーム路程Ｗから、ＹR＝Ｙ＋ＷＳＩＮα，ＺR＝ＷＣＯＳαにより反射源位置Ｒを算出する（ステップＳ３０２）。そして、表示部５１に反射源位置［Ｒ（ＹR，ＺR）］を先に計測済みの配管の断面形状と重ねて表示する。（ステップＳ３０３）。図１０は、図５，図６，図７の流れによって得られた配管断面形状への超音波反射源の表示の例で、×印が反射源を表し斜めの線が超音波の伝播経路を表す。検査員は図１０のような表示部での表示画像から裏面（配管３の内周面）の形状による反射源であるのか、欠陥と思われる疑わしい反射源であるかを判断する。
【００４５】
尚、ビーム路程Ｗとは、入射した超音波がきずなどの反射源で反射し、超音波探触子に戻って来るまでの時間に配管の材料中の超音波の音速を乗じて、超音波の入射から受信までの往復の伝播経路の半分として算出される。
【実施例２】
【００４６】
図１１は本発明の第２の実施例を示すもので、各シャフト１４には、第１の実施例と同様に、シャフトの長さ方向へ移動自在に装着した測定器移動部１９が取付けられる。その測定器移動部１９には、探触子取付部２０がガイド構造を介して配管３の半径方向へ移動自在に装着される。その探触子取付部２０は、探触子取付部２０と測定器移動部１９との間に装着したバネ２１によって、常に配管３の方向へ押し出される勢力が付与されている。
【００４７】
その探触子取付部２０と測定器移動部１９との間には、探触子取付部２０の配管３の半径方向への動きに基づく変位を計測するエンコーダ５５が設けられる。このエンコーダ
５５は、測定器移動部１９に対して探触子取付部２０が配管３の半径方向へ変位するその変位を計測する変位計として採用されている。その変位は、配管３の半径方向へ直線的に変位するので、変位計の一例としてリニアエンコーダが採用できる。
【００４８】
その他の構成などの技術的事項は、第１の実施例と同様である。このような第２実施例によれば、配管の軸方向（配管の長さ方向）へ測定器移動部１９が移動することに伴って、配管３の外表面を配管軸方向へ滑走する超音波探触子２２が配管３の外表面の形状の変化、例えば凸凹など、に応じて配管３の半径方向へ往復移動する。そのため、超音波探触子２２が取付けられている探触子取付部２０も配管３の半径方向へ往復移動する。このように探触子取付部２０も配管３の半径方向へ往復移動すると、エンコーダ５５は、配管３の外表面形状に沿って超音波探触子２２が移動するのに伴って探触子取付部２０の配管３の半径方向への往復変位量を配管３の半径方向への振幅量として測定する。すなわち、エンコーダ５５は配管３の外表面形状の変位を測定する変位計として機能するわけである。
【００４９】
このような第２の実施例の構成であると、第１の実施例における変位計２３の配管３に接する可動部分が探触子取付部２０と兼用できて簡単な構成になる。この構成であると、エンコーダ５５を用いることで配管の外表面形状の大きな変化に対応可能である。本実施例での配管検査装置を用いた配管検査方法は第１の実施例と同様である。
【実施例３】
【００５０】
図１２は本発明の第３の実施例を示すもので、第１の実施例における各シャフト１４の先端にシャフト１４の傾斜を測定する傾斜計５６を設置してある。その他の構成は第１の実施例と同じである。
【００５１】
図１３のように、周方向移動装置６が（１）の状態では、シャフト１４が水平（配管３の軸方向に平行）を保ちながら、Ｙ1 の位置からＹ2 の位置まで配管軸方向に超音波探触子２２や変位計２３が移動する。この場合の変位計２３による配管３の外表面変位の計測結果と、測定器移動部位置検出用エンコーダ２４で計測した変位計２３の配管軸方向の移動位置計測結果との関係は、各計測結果を参照して表示すると、図１４のようになる。
【００５２】
一方、図１３で周方向移動装置６が（２）の状態では、シャフト１４には測定器移動部１９や探触子取付部２０や変位計２３や超音波探触子２２等の自重の影響によって配管３の軸心に対して傾斜が生じる。この場合の変位計２３による配管３の外表面の変位計測結果と測定器移動部位置検出用エンコーダ２４で計測した変位計２３の配管軸方向の移動位置計測結果との関係は、各計測結果を参照して表示すると、図１６のようになり、測定器移動部１９等がＹ1 の位置からＹ2 の位置まで移動するにしたがって、シャフト１４の傾斜の影響を受け配管表面変位は増加していく。
【００５３】
このような状態で、超音波探触子２２からの配管３の肉厚によって配管断面形状を算出すると、実際とは異なる形状となってしまう。そこで次のような補正処理を演算部で施してから表示部に配管断面形状を表示する。
【００５４】
即ち、シャフト１４は剛体棒であるため、Ｙ1 の位置からＹ2 の位置まで移動した場合に、傾斜する角度θは一定で、その角度θは傾斜計５６によって計測され、その計測結果の情報は演算部に入力されて後述の補正処理の処理過程で用いられる。
【００５５】
ここで、任意の配管軸方向位置Ｙでの傾斜による配管表面変位の増加δは、δ＝Ｙtanθで与えられる。その補正処理過程では、補正前では図１５のように表される配管外表面変位の計測結果のデータからδを引くことよって傾斜した場合の配管表面変位が図１４のようにシャフト１４がＹの値のグラフ基軸と一致するように補正し、補正後のデータで配管の外表面の変位とＹの値との関係を表示部に、図１４のように表示できる。その他の作用は、第１実施例と同じである。
【００５６】
以上に説明した如く、本発明の各実施例による配管検査装置によれば、配管表面形状測定と配管表面形状からの配管の肉厚（板厚ともいう）測定とを同時に行うことが出来、迅速に配管断面形状の算出に必要なデータを取得でき、配管断面を決定することが迅速に達成できる。
【００５７】
そのため、超音波探傷試験結果を迅速に配管断面形状に反映して表示でき、検査員の検査業務を正確且つ迅速に支援できる。このように、各実施例によれば、配管断面形状算出の精度向上と欠陥有無の判断の迅速化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、配管の断面の形状を計測する配管検査装置に利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施例による配管検査装置の解説図にして、（ａ）図は配管に装着した状態の一部断面表示による全体図、（ｂ）図は（ａ）図の要部拡大断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例による配管検査装置の一部断面表示による正面図である。
【図３】本発明の第１の実施例による配管検査装置の上平面図である。
【図４】本発明の第１の実施例による配管検査装置のシステムのブロック線図である。
【図５】本発明の第１の実施例による配管検査装置による配管の断面形状の計算に必要なデータ収集過程を示すフローチャート図である。
【図６】本発明の第１の実施例による超音波探傷試験のフローチャート図である。
【図７】本発明の第１の実施例による超音波探傷試験の反射源位置表示のフローチャート図である。
【図８】本発明の第１の実施例で表示される配管断面形状の例示図である。
【図９】本発明の第１の実施例で表示される配管断面形状とビーム路程とビーム屈折角と反射源位置との関係を表した図である。
【図１０】本発明の第１の実施例で表示される配管断面形状に、超音波探傷結果の反射源位置を表示した表示例である。
【図１１】本発明の第２の実施例による配管検査装置の配管に装着した状態の部分図である。
【図１２】本発明の第３の実施例による配管検査装置の配管に装着した状態の部分である。
【図１３】本発明の第３の実施例による配管検査装置での正面図（ａ）およびシャフトが水平状態の状態図（ｂ）、シャフトが傾斜した状態の状態図（ｃ）である。
【図１４】本発明の第３の実施例による配管検査装置でのシャフトが水平の場合の配管軸方向位置と配管外表面変位との関係を表すグラフである。
【図１５】本発明の第３の実施例による配管検査装置でのシャフトが傾斜した場合の配管軸方向位置と配管外表面変位との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１…軌道、２…溶接部、３…配管、４…ねじ穴、５…ねじ、６…周方向移動装置、７…周方向移動装置駆動用モータ、８…周方向移動装置駆動用ピニオン、９…周方向移動装置位置検出用エンコーダ、１０…溝、１１，１２…ボールプランジャ、１３…ラック、１４…シャフト、１５…ボールねじ、１６…ボールねじ駆動用モータ、１７，１８…歯車、
１９…測定器移動部、２０…探触子取付部、２１…バネ、２２…超音波探触子、２３…変位計、２４…測定器移動部位置検出用エンコーダ、５１…表示部、５２…入力部、５３…記録部、５４…演算部、５５…エンコーダ、５６…傾斜計。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波探触子を前記配管の周方向と軸方向とに移動する移動手段と、
前記配管の外面の形状に沿って前記超音波探触子の位置を変動させるように前記移動手段に装備されたサスペンションと、
前記超音波探触子の移動位置を計測するように前記移動手段に装備された位置計測手段と、
前記超音波探触子の移動と連動するように前記移動手段に装備され、前記配管の外面の形状変化を変位として計測する変位計測手段と、
を有する配管検査装置。
【請求項２】
請求項１において、前記超音波探触子を用いて計測した前記配管の肉厚と、前記変位計測手段を用いて計測した前記変位とに基づいて前記配管の断面形状を作成し、表示する手段を有する配管検査装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、前記変位計測手段として、前記超音波探触子の位置の変動を計測する手段を備えている配管検査装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２又は請求項３において、前記移動手段は、前記配管の軸方向に長いシャフトを前記超音波探触子の移動のガイドとして備え、前記シャフトに前記シャフトの傾斜を測定する傾斜計を設けてある配管検査装置。
【請求項５】
配管の外周囲に装備される環状の軌道と、
前記軌道に沿って移動する周方向移動装置と、
前記周方向移動装置に装備されて前記配管の軸方向に長いシャフトと、
前記シャフトに案内されるように前記シャフトへ移動自在に装備された測定器移動部と、
前記周方向移動装置に装備され、前記測定器移動部をねじ送りするボールねじと、
前記測定器移動部に前記配管の外面の形状の変化に追従して変位するように装備した探触子取付部と、
前記探触子取付部に装備された超音波探触子と、
前記超音波探触子を前記配管側に押し付けるように前記探触子取付部と前記測定器移動部との間に装備されたバネと、
前記測定器移動部に装備されて、前記配管の外面の形状の変化を変位として計測する変位計とを備えた配管検査装置。
【請求項６】
請求項５において、前記超音波探触子を用いて計測した前記配管の肉厚と、前記変位計を用いて計測した前記変位とに基づいて前記配管の断面形状を作成し、表示する手段とを有する配管検査装置。
【請求項７】
請求項６において、前記超音波探触子として、肉厚測定用の垂直超音波探触子と探傷用の超音波探触子とを前記探触子取付部に対して取替え装着自在に有する配管検査装置。
【請求項８】
請求項７において、前記配管の断面形状に、前記探傷用の超音波探触子を用いた前記配管の探傷試験結果による反射源位置を表示する手段を備えている配管検査装置。
【請求項９】
配管の外表面の変位を測定するステップと、
前記配管の肉厚を測定するステップと、
前記測定した変位と前記測定した肉厚とから前記配管の断面形状を算出するステップと、
前記配管の超音波探傷試験を実施するステップと、
前記算出した配管断面形状に、前記超音波探傷試験結果を表示するステップと、
を有する配管検査方法。
【請求項１】
超音波探触子を前記配管の周方向と軸方向とに移動する移動手段と、
前記配管の外面の形状に沿って前記超音波探触子の位置を変動させるように前記移動手段に装備されたサスペンションと、
前記超音波探触子の移動位置を計測するように前記移動手段に装備された位置計測手段と、
前記超音波探触子の移動と連動するように前記移動手段に装備され、前記配管の外面の形状変化を変位として計測する変位計測手段と、
を有する配管検査装置。
【請求項２】
請求項１において、前記超音波探触子を用いて計測した前記配管の肉厚と、前記変位計測手段を用いて計測した前記変位とに基づいて前記配管の断面形状を作成し、表示する手段を有する配管検査装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、前記変位計測手段として、前記超音波探触子の位置の変動を計測する手段を備えている配管検査装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２又は請求項３において、前記移動手段は、前記配管の軸方向に長いシャフトを前記超音波探触子の移動のガイドとして備え、前記シャフトに前記シャフトの傾斜を測定する傾斜計を設けてある配管検査装置。
【請求項５】
配管の外周囲に装備される環状の軌道と、
前記軌道に沿って移動する周方向移動装置と、
前記周方向移動装置に装備されて前記配管の軸方向に長いシャフトと、
前記シャフトに案内されるように前記シャフトへ移動自在に装備された測定器移動部と、
前記周方向移動装置に装備され、前記測定器移動部をねじ送りするボールねじと、
前記測定器移動部に前記配管の外面の形状の変化に追従して変位するように装備した探触子取付部と、
前記探触子取付部に装備された超音波探触子と、
前記超音波探触子を前記配管側に押し付けるように前記探触子取付部と前記測定器移動部との間に装備されたバネと、
前記測定器移動部に装備されて、前記配管の外面の形状の変化を変位として計測する変位計とを備えた配管検査装置。
【請求項６】
請求項５において、前記超音波探触子を用いて計測した前記配管の肉厚と、前記変位計を用いて計測した前記変位とに基づいて前記配管の断面形状を作成し、表示する手段とを有する配管検査装置。
【請求項７】
請求項６において、前記超音波探触子として、肉厚測定用の垂直超音波探触子と探傷用の超音波探触子とを前記探触子取付部に対して取替え装着自在に有する配管検査装置。
【請求項８】
請求項７において、前記配管の断面形状に、前記探傷用の超音波探触子を用いた前記配管の探傷試験結果による反射源位置を表示する手段を備えている配管検査装置。
【請求項９】
配管の外表面の変位を測定するステップと、
前記配管の肉厚を測定するステップと、
前記測定した変位と前記測定した肉厚とから前記配管の断面形状を算出するステップと、
前記配管の超音波探傷試験を実施するステップと、
前記算出した配管断面形状に、前記超音波探傷試験結果を表示するステップと、
を有する配管検査方法。
【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２００７−１８７５９３（Ｐ２００７−１８７５９３Ａ）
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６８８２（Ｐ２００６−６８８２）
【出願日】平成１８年１月１６日（２００６．１．１６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１６日（２００６．１．１６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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