長尺部材の欠陥評価方法及び長尺部材の欠陥評価装置
【課題】 評価部位の形状に拘わらず欠陥を簡便に精度よく評価することの可能な長尺部材の欠陥評価方法及び欠陥評価装置を提供すること。
【解決手段】 長尺部材の端面に探触子を載置して超音波を送信し、長尺部材からの受信信号により減肉等の欠陥Ｂを評価する。探触子がフェーズドアレイ探触子であり、長尺部材の一端にフェーズドアレイ探触子を回転可能に取り付ける。フェーズドアレイ探触子を端面上で回転させると共に、各回転位置において超音波を所定の送信角度範囲で送受信する。得られた受信信号からＳ−ｓｃａｎ画像Ｉ１を生成すると共に、任意の送信角度における受信信号を長尺部材の周方向に並び重ねてＢ−ｓｃａｎ画像Ｉ２を生成する。これら画像Ｉ１，Ｉ２に表示される遅れ信号Ｆから減肉等の欠陥Ｂを評価する。
【解決手段】 長尺部材の端面に探触子を載置して超音波を送信し、長尺部材からの受信信号により減肉等の欠陥Ｂを評価する。探触子がフェーズドアレイ探触子であり、長尺部材の一端にフェーズドアレイ探触子を回転可能に取り付ける。フェーズドアレイ探触子を端面上で回転させると共に、各回転位置において超音波を所定の送信角度範囲で送受信する。得られた受信信号からＳ−ｓｃａｎ画像Ｉ１を生成すると共に、任意の送信角度における受信信号を長尺部材の周方向に並び重ねてＢ−ｓｃａｎ画像Ｉ２を生成する。これら画像Ｉ１，Ｉ２に表示される遅れ信号Ｆから減肉等の欠陥Ｂを評価する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長尺部材の欠陥評価方法及び長尺部材の欠陥評価装置に関する。さらに詳しくは、長尺部材の端面に探触子を載置して超音波を送信し、長尺部材からの受信信号により減肉等の欠陥を評価する長尺部材の欠陥評価方法及び長尺部材の欠陥評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば長さの大部分がコンクリートやグラウト等に埋め込まれた基礎ボルトの検査として打診検査が行われていた。しかし、打診検査では周囲の環境及び検査員の個人差の影響を受けるため、減肉を定量的に測定することが困難であった。
【０００３】
このような制約から超音波を用いた検査方法として、例えば特許文献１に記載の如き検査方法が知られている。この方法では、フェーズドアレイ探触子を用いてネジ部からの反射信号により減肉を検出している。しかし、減肉部から直接反射して得られる信号は、微弱な場合が多く、減肉の有無を判断することが困難であった。また、超音波を電子的に走査し、減肉部に超音波を集束させても、減肉部からの画像を直接得られないことも多かった。
【０００４】
また、減肉部からの画像が得られた場合でも、その画像がノイズによるものか減肉によるものかの識別が困難となっていた。さらに、ネジ部からの反射信号を用いるため、探触子の接触面の影響で感度が低下しネジ部からの信号が消失した場合に減肉を判断することが困難であり、ネジ部のない円筒部の減肉を検出することを想定していない。
【０００５】
一方、超音波探傷試験を使用した減肉部の厚さ測定方法として、特許文献２に記載の方法が知られている。この方法では、超音波反射法による底面エコーと遅れエコーとの時間差、あるいは超音波透過法による透過エコーと遅れエコーとの時間差から減肉厚さを求めている。しかし、底面エコーあるいは透過エコーが得られない上述の如き基礎ボルトでは、この方法を直接利用することが困難となっていた。
【０００６】
さらに、上述の特許文献１，２のいずれの方法においても、受信信号から画像を生成し、その画面上で簡便に減肉を評価する方法について開示されていない。
【特許文献１】特開２００７−１３２９０８号公報
【特許文献２】特開２００２−２０２１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、評価部位の形状に拘わらず減肉等の欠陥を簡便に精度よく評価することの可能な長尺部材の欠陥評価方法及び欠陥評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る長尺部材の欠陥評価方法の特徴は、長尺部材の端面に探触子を載置して超音波を送信し、長尺部材からの受信信号により欠陥を評価する方法において、前記探触子がフェーズドアレイ探触子であり、前記長尺部材の一端に前記フェーズドアレイ探触子を回転可能に取り付け、前記フェーズドアレイ探触子を前記端面上で回転させると共に、各回転位置において超音波を所定の送信角度範囲で送受信し、得られた受信信号からＳ−ｓｃａｎ画像を生成すると共に、任意の送信角度における受信信号を前記長尺部材の周方向に並び重ねてＢ−ｓｃａｎ画像を生成し、これら画像に表示される遅れ信号から前記欠陥を評価することにある。
【０００９】
上記構成により、生成されるＳ−ｓｃａｎ画像やＢ−ｓｃａｎ画像には、図７に示す如く、減肉等の欠陥に起因する遅れ信号が明瞭に現れる。この遅れ信号に着目することで、減肉を確実に検出し、その減肉を精度よく評価することができる。
【００１０】
また、前記フェーズドアレイ探触子における送受信の中心と前記端面の中心を一致させて前記フェーズドアレイ探触子を前記一端に取り付けると共に、これら一致した中心を基準に前記フェーズドアレイ探触子を回転させるとよい。これにより、長尺部材の周面には均等に超音波を送信することができ、画像上の遅れ信号の評価がより容易となる。
【００１１】
前記回転位置の異なる複数のＳ−ｓｃａｎ画像における前記遅れ信号の位置の変化により前記欠陥の種別を特定することも可能である。回転位置の異なる複数のＳ−ｓｃａｎ画像上での遅れ信号の挙動を観察することで、周方向の周面の一部での部分減肉か周面全体にわたる全周減肉かを素早く判定することができる。
【００１２】
前記Ｓ−ｓｃａｎ画像において、遅れ信号及び前記フェーズドアレイ探触子による送受信の中心を結ぶ直線と前記長尺部材の周面からの信号位置との交点により前記欠陥の位置を特定するようにしてもよい。また、前記Ｓ−ｓｃａｎ画像と前記Ｂ−ｓｃａｎ画像とは連動して表示するとよい。Ｓ−ｓｃａｎ画像やＢ−ｓｃａｎ画像上で減肉の位置や寸法等を容易且つ精度よく評価することができる。
【００１３】
上記各構成の減肉評価方法が適用される長尺部材は、前記端面が外部に露出した基礎ボルトであり、この基礎ボルトはネジ部と円筒部とを有する。このような構成の基礎ボルトにおいても、減肉を確実に検出し、精度よく評価可能である。
【００１４】
また、上記目的を達成するため、本発明に係る長尺部材の欠陥評価装置の特徴は、長尺部材の一端に探触子を載置して超音波を送信し、長尺部材からの受信信号により欠陥を評価する構成において、前記探触子がフェーズドアレイ探触子であり、前記フェーズドアレイ探触子を前記長尺部材の一端に回転可能に取り付けると共に前記端面上で回転走査させるスキャナと、各回転位置において所定の送信角度範囲での超音波の送受信を制御する制御装置と、得られた受信信号からＳ−ｓｃａｎ画像を生成すると共に、任意の送信角度における受信信号を前記長尺部材の周方向に並び重ねてＢ−ｓｃａｎ画像を生成する画像処理装置と、生成された画像を表示する表示装置とを備えたことにある。
【発明の効果】
【００１５】
上記本発明に係る長尺部材の欠陥評価方法及び欠陥評価装置の特徴によれば、評価部位の形状に拘わらず減肉等の欠陥を簡便に精度よく評価することが可能となった。
【００１６】
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、適宜添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
本発明に係る減肉評価方法の評価対象となる長尺部材としては、例えば、図１に示す如き化学プラント、石油プラントや発電プラント等の構造体１００における基礎ボルト１０１が該当する。この基礎ボルト１０１の構造を例に以下説明する。
【００１８】
この基礎ボルト１０１は、図１，２に示すように、略円柱形を呈し、ネジ山を有するネジ部１０１ｂとネジ山を有しない円筒部１０１ｃとからなる。基礎ボルト１０１は、基礎台１０２に設けたスリーブ１０３を貫通し、グラウト１０４を介して基礎ボルト１０１の一端が露出するように設置される。そして、ベースプレート１０５及び座板１０６を取り付け、ナット１０７によりグラウト１０４に固定する。減肉評価は、外部に露出した基礎ボルト１０１の端面１０１ａより超音波を送受信し、グラウト１０４に埋設したネジ部１０１ｂ及び円筒部１０１ｃに形成された欠陥としての減肉Ｂ１，Ｂ２を対象に行う。
【００１９】
図３に示すように、本発明に係る欠陥評価装置１は、大略、フェーズドアレイ探触子２、制御装置３、画像処理装置４、表示装置５及び入力装置６を備える。フェーズドアレイ探触子２はスキャナ１０に取り付けられ、基礎ボルト１０１の端面１０１ａに対して回転可能である。
【００２０】
制御装置３は、制御部３ａとパルサーレシーバー３ｂ及びカウンタ３ｃよりなる。制御部３ａは、パルサーレシーバー３ｂを制御し、パルサーレシーバー３ｂを介してフェーズドアレイ探触子２から所定の送信角度範囲内で超音波を送受信する。また、カウンタ３ｃはフェーズドアレイ探触子２の回転位置情報をエンコーダ１３ａより受信する。画像処理装置４は、パルサーレシーバー３ｂ及びカウンタ３ｃから入力される受信信号を処理し、例えば図７に示す如き各画像を生成して、表示装置５に表示する。
【００２１】
図４に示すように、スキャナ１０は、大略、第一フレーム１１、第二フレーム１２、回転抽出機構１３及び保持機構１４よりなる。第一、第二フレーム１１，１２は、略円筒形を呈し、互いに相対回転可能に嵌め合わされる。第一フレーム１１には貫通孔１５ａが設けられてあり、この貫通孔１５ａを介して一対の固定用ノブ１５，１５をナット１０７側面に押し当てて第一フレーム１１を回転不能に固定する。また、第二フレーム１２には長孔１６ｂが軸方向に設けられてあり、長孔１６ｂを介して一対の調整用ノブ１６，１６により第二フレーム１２の内側に保持フレーム１４ａが固定される。
【００２２】
回転抽出機構１３は、エンコーダ１３ａとピニオンギア１３ｂ及び円環状のラック１３ｃよりなる。エンコーダ１３ａは、第一フレーム１１の側面に取り付けてあり、ピニオンギア１３ｂが接続されている。円環状のラック１３ｃは、第二フレーム１２の下端に歯列を外面に向けて設けてあり、ピニオンギア１３ｂと噛合する。第二フレーム１２の回転はラック１３ｃからピニオンギア１３ｂに伝達し、エンコーダ１３ａに回転を与える。これにより、探触子の回転位置情報が得られる。
【００２３】
保持機構１４は、大略、保持フレーム１４ａと弾性部材１４ｂ及び保持部材１４ｃよりなる。保持フレーム１４ａは円板状を呈し、弾性部材としてバネ１４ｂを巻設した保持部材１４ｃが適宜間隔をおいて環状に設けられている。保持部材１４ｃの下端には、フェーズドアレイ探触子２周部を押圧するリング状の押圧部１４ｄが設けられている。第二フレーム１２の長孔１６ｂにより、保持フレーム１４ａは高さ調整が可能であり、基礎ボルト１０１の端面１０１ａにフェーズドアレイ探触子２を確実に接触させることができる。
【００２４】
図４に示すように、フェーズドアレイ探触子２は、スキャナ１０により超音波の送受信の中心Ｏ１と端面１０１ａの中心Ｏ２とを一致させて、端面１０１ａに取り付けられる。これにより、図５，６に示す如く基礎ボルト１０１に対して均一に超音波を伝搬させることができ、減肉評価がより容易となる。
【００２５】
このフェーズドアレイ探触子２は、図５に示すように、探触子の各回転位置において、所定の送信角度、例えば軸心Ａに対し＋θ°〜−θ°の角度範囲内で基礎ボルトの直径方向に電子的に走査を行う。フェーズドアレイ探触子２の回転は、図６に示すように、所定位置からスキャナ１０を例えばφ°の間隔で中心Ｏ１及び中心Ｏ２が一致した中心となる基礎ボルト１０１の軸心Ａを基準に回転させて、３６０°回転走査を行う。
【００２６】
上記の電子的走査及び回転走査により得られた受信信号は、制御装置３を介して画像処理装置４に出力される。そして、画像処理装置４において画像処理がなされ、例えば図７に示す如き、Ｓ−ｓｃａｎ（Sectorial scan）画像Ｉ１、Ｂ−ｓｃａｎ（Bearing scan）画像Ｉ２及びＡ−ｓｃａｎ (Amplitude scan）画像Ｉ３として表示装置５に表示される。
【００２７】
このＳ−ｓｃａｎ（Sectorial scan）画像Ｉ１は、探触子の回転位置における送信角度範囲内の各角度毎の受信信号の振幅をカラースケールに置き換えて扇状に並べて表示したものである。Ａ−ｓｃａｎ (Amplitude scan）画像Ｉ３は、探触子の各回転位置における任意の超音波送信角度の受信信号の振幅を表示したものであり、Ｂ−ｓｃａｎ（Bearing scan）画像Ｉ２は、そのＡ−ｓｃａｎ (Amplitude scan）画像をその振幅をカラースケールに置き換え基礎ボルトの周方向に並び重ねて表示したものである。
【００２８】
画像処理装置４は、特定の探触子回転位置における超音波を所定角度範囲内の各受信信号の振幅をカラースケールに置換すると共に各送信角度毎に扇状に並べてＳ−ｓｃａｎ画像を生成する。また、画像処理装置４は、得られた受信信号から各探触子位置毎に特定の送信角度での受信信号を抽出し、その振幅をＡ−ｓｃａｎ画像として生成すると共に、そのＡ−ｓｃａｎ画像をカラースケールに置換して周方向に並び重ねてＢ−ｓｃａｎ画像を生成する。特定の送信角度は後述のＳ−ｓｃａｎ画像上の第二カーソルＣ２により設定される。また、特定の探触子回転位置は、後述のＢ−ｓｃａｎ画像上の第一カーソルＣ１により設定可能である。このように、各画像は互いに連動して表示され、減肉評価が画像上で迅速に行うことができる。
【００２９】
これらの各画像には、減肉部からの遅れ信号Ｆが現れ、その遅れ信号Ｆから減肉部の位置、寸法等を評価する。減肉部の寸法としては、基礎ボルトの周方向の減肉範囲とする減肉幅Ｗ、ボルトの軸方向の減肉範囲とする減肉長さＬ、ボルトの径方向の減肉範囲とする減肉深さＤとして測定することができる。
【００３０】
ここで、図８〜１１を参照しながら、遅れ信号について説明する。
遅れ信号とは、同一原因（減肉部Ｂ１）からの信号のうち伝搬経路が異なるため又は縦波から横波にモード変換して通常の伝搬時間から遅れて得られる信号をいう。図８に示すように、点Ｏから点Ｐの方向に入射した超音波Ｘ１は、例えば点Ｐで反射し、ＯＰＳの伝搬経路となる。ＯＰＳの経路のうちＯＰ間は縦波で伝搬し、ＰＳ間は横波で伝搬する。また、点Ｏから点Ｑの方向に入射した超音波Ｘ２は、点Ｑで反射しＱＲ又はＱＴの間を横波で伝搬する。このように、減肉部Ｂ１での反射位置により、入射した超音波は様々な伝搬経路となる。
【００３１】
しかし、Ｓ−ｓｃａｎ画像上の遅れ信号の表示位置は、基礎ボルト１０１のＲ，Ｓ，Ｔに対応する位置に表示されるのではなく、ＯＰやＯＱを延長した直線上のＵ点やＶ点の位置である。Ｓ−ｓｃａｎ画像は、それぞれの探触子の回転角度位置で得られた各送信角度（＋θ°〜−θ°）のＡ−ｓｃａｎ画像の振幅をカラースケールに置き換えて扇型に並べて表示するものであり、点Ｐで反射して得られた遅れ信号は、線分ＯＰの延長線上に表示されることとなる。従って、同図に示すように、点Ｕに遅れ信号が表示されると、線分ＯＵ上に反射源となる減肉が存在していることが分かる。よって、Ｓ−ｓｃａｎ画像上の遅れ信号の略中心位置とフェーズドアレイ探触子２による送受信の中心Ｏ１である点Ｏとを結ぶ直線と基礎ボルトの周面からの信号位置との交点近傍に減肉が存在していることが分かる。
【００３２】
ここで、図９〜１１にＳ−ｓｃａｎ画像例を示す。図９に減肉のない健全な試験体の例を示す。また、図１０に部分減肉が存在する試験体の例、図１１に部分減肉及び全周減肉が存在する試験体の例を示す。ここで、部分減肉は試験体周面の一部の減肉をいい、全周減肉は試験体周面全体にわたる減肉をいう。なお、図９〜１１において、（ａ）は探触子２の回転角度位置が０°の場合を示し、（ｂ）は４５°、（ｃ）は９０°、（ｄ）は１３５°、（ｅ）は１８０°、それぞれ（ａ）の状態から回転させた位置でのＳ−ｓｃａｎ画像を示す。
【００３３】
図９に示す健全な試験体では遅れ信号は現れていない。図１０では、フェーズドアレイ探触子２の回転に伴い、遅れ信号Ｆ１が移動している。また、図１１では、図１０の例と同様に、フェーズドアレイ探触子２の回転に伴い移動する遅れ信号Ｆ２が現れた。このように、部分減肉に起因する遅れ信号は、フェーズドアレイ探触子２の回転位置の異なる複数のＳ−ｓｃａｎ画像上で位置が変化するので、容易に部分減肉と判定することができる。
【００３４】
また、図１１では、遅れ信号Ｆ２の他に、探触子２の各回転位置の画像全てで信号Ｆ３がほぼ同位置に現れている。この信号Ｆ３は、フェーズドアレイ探触子２の回転に伴った移動はなく、ほぼ同位置で絶えず現れている。全周減肉に起因する遅れ信号は、フェーズドアレイ探触子２の回転位置の異なる複数のＳ−ｓｃａｎ画像上で位置にほとんど変化が見られないので、容易に全周減肉と判定することができる。
【００３５】
このように、遅れ信号に着目することにより、容易に且つ確実に基礎ボルト１０１の減肉Ｂの有無を判断できることが判明した。また、ネジ部１０１ｂ又はネジ山を有さない円筒部１０１ｃのいずれにおいても、減肉の有無が容易に判定できる。しかも、遅れ信号の位置の変化に着目することで、部分減肉であるか全周減肉であるかの減肉の種別の判定も可能である。そして、上述した図７に示す如く、減肉部Ｂの状況は、遅れ信号Ｆにより検出され、減肉幅Ｗ、減肉長さＬ、減肉深さＤとして測定することができる。
【００３６】
次に、図１２〜１４を参照しながら、減肉部の評価手順について説明する。なお、以下の図において、左の画像はＳ−ｓｃａｎ画像、右下段の画像はＢ−ｓｃａｎ画像、右上段の画像はＡ−ｓｃａｎ画像を示す。
【００３７】
まず、スキャナ１０をナット１０７に嵌合させて固定用ノブ１５により回転不能に固定し、フェーズドアレイ探触子２を基礎ボルト１０１の端面１０１ａに取り付ける。この際、あらかじめ基礎ボルト１０１の端面１０１ａをグラインダーなどで平滑にしておき、超音波をフェーズドアレイ探触子２から基礎ボルトに伝搬させるための接触媒質（グリセリンペースト等）を塗布しておく。調整用ノブ１６によりバネ１４ｂの押圧力を調整し、押圧部１４ｄによりフェーズドアレイ探触子２を端面１０１ａに接触させる。
【００３８】
次に、フェーズドアレイ探触子２より超音波を所定角度範囲内で送信して電子的に走査し、その位置における受信信号を得ると共に、画像処理装置４がＳ−ｓｃａｎ画像を生成する。そして、スキャナ１０によりフェーズドアレイ探触子２を適宜角度で機械的に３６０°回転走査して、探触子の各回転位置でのＳ−ｓｃａｎ画像を順次生成する。この回転走査による探触子の位置情報は、エンコーダ１３ａの信号をカウンタ３ｃによりカウントすることで得られる。このエンコーダ１３ａの信号は、スキャナ１０の回転がその探触子の位置情報を伝えるためにピニオンギア１３ｂ、円環状のラック１３ｃを介してエンコーダ１３ａに回転を与えることで生じる。このようにして生成したＳ−ｓｃａｎ画像から、選定した任意の超音波送信角度におけるＡ−ｓｃａｎ画像の振幅をカラースケールに置き換えて、円周方向に並び重ね展開したＢ−ｓｃａｎ画像を生成する。そして、これら生成した各画像を例えば図１２に示す如く表示する。
【００３９】
次に、図１３に示すように、得られたデータのＢ−ｓｃａｎ画像上の第一カーソルＣ１をマウス等の入力装置６で移動させて、基礎ボルトの周方向の各探触子位置におけるＳ−ｓｃａｎ画像を観察する。ここで、第一カーソルＣ１とは、探触子の周方向の回転位置を示すものである。画像処理装置４は、入力装置６から信号により、第一カーソルＣ１に対応する探触子の回転位置でのＳ−ｓｃａｎ画像を生成、表示させる。そして、例えば基礎ボルトの減肉部Ｂ４からの信号をＳ−ｓｃａｎ画像上に表示させる。減肉部Ｂ４からの直接反射信号の画像が得られていない場合、減肉部からの遅れ信号がないかを観察する。この遅れ信号Ｆ４は第一カーソルＣ１の移動に連動するので容易に識別でき、微細な信号であっても、減肉の有無を容易に確認できる。
【００４０】
そして、図１４に示すように、Ｓ−ｓｃａｎ画像上で例えば減肉部Ｂ５からの遅れ信号Ｆ５が最も強く表示される探触子位置の画像をＳ−ｓｃａｎ画像に表示させ、第二カーソルＣ２を遅れ信号Ｆ５の上にセットする。ここで、第二カーソルＣ２とは、超音波の送受信の中心Ｏ１と遅れ信号の略中心とを結ぶ線分であり、表示されるＳ−ｓｃａｎ画像における探触子回転位置での超音波の特定の送信角度θ’となる。このセットした第二カーソルＣ２とネジ部からの信号を延長させた線Ｓとの交点Ｋ近傍が減肉部の位置を示す。画像処理装置４は、入力装置６から信号により、第二カーソルＣ２に対応する特定の送信角度θ’での受信信号を抽出し周方向に並べてＢ−ｓｃａｎ画像を生成、表示する。そして、表示されたＳ−ｓｃａｎ画像及びＢ−ｓｃａｎ画像から減肉の位置の評価や、減肉幅Ｗ、減肉長さＬ、減肉深さＤの測定を行う。
【００４１】
発明者らは、基礎ボルト１０１の端面１０１ａから模擬減肉中心までの距離を７０ｍｍ、９０ｍｍ、１００ｍｍ、１２０ｍｍ及び１４０ｍｍとし、模擬減肉の深さを５ｍｍ及び１０ｍｍとした試験体を製作し、これら試験体を用いて本手法の有効性を確認した。
【００４２】
図１５に、端面１０１ａから模擬減肉中心までの距離を７０ｍｍ、模擬減肉の深さを１０ｍｍとした試験体における検出結果を示す。図１６に、同距離９０ｍｍ、同深さ５ｍｍとした試験体における検出結果を示す。図１７に、同距離１００ｍｍ、同深さ１０ｍｍとした試験体における検出結果を示す。同図に示すように、いずれの試験体においても、全ての減肉が簡単に誤判断なく検出、評価することが可能であることが確認できた。また、他の試験体においても同様の結果が得られた。
【００４３】
このように、基礎ボルト等の長尺部材の腐食検査を行う場合において、従来方法に比べて短時間の検査時間で確実に減肉の有無が判断でき、減肉部分が他の部材で覆われている場合でも減肉の幅、深さ、長さが測定可能である。しかも、本検査方法によれば、ネジ部の減肉もネジ部以外の円筒部の減肉も評価可能である。
【００４４】
次に、本発明の他の実施形態の可能性について言及する。なお、上述の実施形態と同様の部材には同一の符号を附してある。
上記実施形態において、フェーズドアレイ探触子２における送受信の中心Ｏ１及び端面１０１ａの中心Ｏ２を基礎ボルト１０１の軸心Ａと一致させて走査した。しかし、中心Ｏ１，Ｏ２を一致させる場合の他、例えば中心Ｏ１，Ｏ２を一致させずに端面１０１ａの中心Ｏ２と異なる点を基準に回転走査することも可能である。ただし、基礎ボルトの周面へ均等に超音波を伝搬させることが困難となり、画像処理が複雑となるため、上記実施形態が優れている。
【００４５】
上記実施形態において、保持機構及び回転抽出機構は一例に過ぎず、探触子を端面に押圧し確実に接触させると共に回転走査可能な構成であれば特に限定されるものではない。また、長尺部材は埋設している基礎ボルトに限られるものではなく、一端側から超音波を入射可能なものであれば適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、長尺部材の端面に探触子を載置して超音波を送信し、長尺部材からの受信信号により減肉等の欠陥を評価する長尺部材の欠陥評価方法及び欠陥評価装置として利用することができる。略円筒形の基礎ボルトの他、角形や楕円形状等の長尺部材においても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る欠陥評価方法の評価対象となる基礎ボルト全体の概略図である。
【図２】基礎ボルトの頭部近傍の部分拡大図である。
【図３】本発明に係る欠陥評価装置のブロック図である。
【図４】スキャナの概略図である。
【図５】フェーズドアレイ探触子の電子的走査を説明する図である。
【図６】フェーズドアレイ探触子の回転走査を説明する図である。
【図７】受信信号を画像表示した一例を示す図である。
【図８】遅れ信号の原理を説明する図である。
【図９】減肉なしの試験体におけるＳ−ｓｃａｎ画像の一例を示す図である。
【図１０】部分減肉を有する試験体におけるＳ−ｓｃａｎ画像の一例を示す図である。
【図１１】部分減肉及び全周減肉を有する試験体におけるＳ−ｓｃａｎ画像の一例を示す図である。
【図１２】受信信号の画像表示の一例を示す図である。
【図１３】画像表示された受信信号から減肉状況を把握する手順を説明する図である。
【図１４】画像表示された受信信号から減肉状況を評価する手順を説明する図である。
【図１５】基礎ボルト端面から７０ｍｍ位置、１０ｍｍ減肉の検出例を示す図である。
【図１６】基礎ボルト端面から９０ｍｍ位置、５ｍｍ減肉の検出例を示す図である。
【図１７】基礎ボルト端面から１００ｍｍ位置、１０ｍｍ減肉の検出例を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１：欠陥評価装置、２：フェーズドアレイ探触子、３：制御装置、３ａ：制御部、３ｂ：パルサーレシーバー、３ｃ：カウンタ、４：画像処理装置（ＰＣ）、５：表示装置、６：入力装置（マウス）、１０：スキャナ、１１：第一フレーム、１２：第二フレーム、１３：回転抽出機構、１３ａ：エンコーダ、１３ｂ：ピニオンギア、１３ｃ：ラック、１４：保持機構、１４ａ：保持フレーム、１４ｂ：弾性部材、１４ｃ：保持部材、１４ｄ：押圧部、１５：固定用ノブ、１５ａ：貫通孔、１６：調整用ノブ、１６ａ：貫通孔、１６ｂ：長孔、１００：構造体、１０１：基礎ボルト（長尺部材）、１０１ａ：端面、１０１ｂ：ネジ部、１０１ｃ：円筒部、１０２：基礎台、１０３：スリーブ、１０４：グラウト、１０５：ベースプレート、１０６：座板、１０７：ナット、Ａ：軸心、Ｂ，Ｂ１〜５：減肉部、Ｃ１：第一カーソル、Ｃ２：第二カーソル、Ｄ：減肉深さ、Ｆ，Ｆ１〜５：遅れ信号、Ｉ１：Ｓ−ｓｃａｎ画像、Ｉ２：Ｂ−ｓｃａｎ画像、Ｉ３：Ａ−ｓｃａｎ画像、Ｋ：交点、Ｌ：減肉長さ、Ｏ１：送受信中心、Ｏ２：端面中心、Ｗ：減肉幅、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長尺部材の欠陥評価方法及び長尺部材の欠陥評価装置に関する。さらに詳しくは、長尺部材の端面に探触子を載置して超音波を送信し、長尺部材からの受信信号により減肉等の欠陥を評価する長尺部材の欠陥評価方法及び長尺部材の欠陥評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば長さの大部分がコンクリートやグラウト等に埋め込まれた基礎ボルトの検査として打診検査が行われていた。しかし、打診検査では周囲の環境及び検査員の個人差の影響を受けるため、減肉を定量的に測定することが困難であった。
【０００３】
このような制約から超音波を用いた検査方法として、例えば特許文献１に記載の如き検査方法が知られている。この方法では、フェーズドアレイ探触子を用いてネジ部からの反射信号により減肉を検出している。しかし、減肉部から直接反射して得られる信号は、微弱な場合が多く、減肉の有無を判断することが困難であった。また、超音波を電子的に走査し、減肉部に超音波を集束させても、減肉部からの画像を直接得られないことも多かった。
【０００４】
また、減肉部からの画像が得られた場合でも、その画像がノイズによるものか減肉によるものかの識別が困難となっていた。さらに、ネジ部からの反射信号を用いるため、探触子の接触面の影響で感度が低下しネジ部からの信号が消失した場合に減肉を判断することが困難であり、ネジ部のない円筒部の減肉を検出することを想定していない。
【０００５】
一方、超音波探傷試験を使用した減肉部の厚さ測定方法として、特許文献２に記載の方法が知られている。この方法では、超音波反射法による底面エコーと遅れエコーとの時間差、あるいは超音波透過法による透過エコーと遅れエコーとの時間差から減肉厚さを求めている。しかし、底面エコーあるいは透過エコーが得られない上述の如き基礎ボルトでは、この方法を直接利用することが困難となっていた。
【０００６】
さらに、上述の特許文献１，２のいずれの方法においても、受信信号から画像を生成し、その画面上で簡便に減肉を評価する方法について開示されていない。
【特許文献１】特開２００７−１３２９０８号公報
【特許文献２】特開２００２−２０２１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、評価部位の形状に拘わらず減肉等の欠陥を簡便に精度よく評価することの可能な長尺部材の欠陥評価方法及び欠陥評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る長尺部材の欠陥評価方法の特徴は、長尺部材の端面に探触子を載置して超音波を送信し、長尺部材からの受信信号により欠陥を評価する方法において、前記探触子がフェーズドアレイ探触子であり、前記長尺部材の一端に前記フェーズドアレイ探触子を回転可能に取り付け、前記フェーズドアレイ探触子を前記端面上で回転させると共に、各回転位置において超音波を所定の送信角度範囲で送受信し、得られた受信信号からＳ−ｓｃａｎ画像を生成すると共に、任意の送信角度における受信信号を前記長尺部材の周方向に並び重ねてＢ−ｓｃａｎ画像を生成し、これら画像に表示される遅れ信号から前記欠陥を評価することにある。
【０００９】
上記構成により、生成されるＳ−ｓｃａｎ画像やＢ−ｓｃａｎ画像には、図７に示す如く、減肉等の欠陥に起因する遅れ信号が明瞭に現れる。この遅れ信号に着目することで、減肉を確実に検出し、その減肉を精度よく評価することができる。
【００１０】
また、前記フェーズドアレイ探触子における送受信の中心と前記端面の中心を一致させて前記フェーズドアレイ探触子を前記一端に取り付けると共に、これら一致した中心を基準に前記フェーズドアレイ探触子を回転させるとよい。これにより、長尺部材の周面には均等に超音波を送信することができ、画像上の遅れ信号の評価がより容易となる。
【００１１】
前記回転位置の異なる複数のＳ−ｓｃａｎ画像における前記遅れ信号の位置の変化により前記欠陥の種別を特定することも可能である。回転位置の異なる複数のＳ−ｓｃａｎ画像上での遅れ信号の挙動を観察することで、周方向の周面の一部での部分減肉か周面全体にわたる全周減肉かを素早く判定することができる。
【００１２】
前記Ｓ−ｓｃａｎ画像において、遅れ信号及び前記フェーズドアレイ探触子による送受信の中心を結ぶ直線と前記長尺部材の周面からの信号位置との交点により前記欠陥の位置を特定するようにしてもよい。また、前記Ｓ−ｓｃａｎ画像と前記Ｂ−ｓｃａｎ画像とは連動して表示するとよい。Ｓ−ｓｃａｎ画像やＢ−ｓｃａｎ画像上で減肉の位置や寸法等を容易且つ精度よく評価することができる。
【００１３】
上記各構成の減肉評価方法が適用される長尺部材は、前記端面が外部に露出した基礎ボルトであり、この基礎ボルトはネジ部と円筒部とを有する。このような構成の基礎ボルトにおいても、減肉を確実に検出し、精度よく評価可能である。
【００１４】
また、上記目的を達成するため、本発明に係る長尺部材の欠陥評価装置の特徴は、長尺部材の一端に探触子を載置して超音波を送信し、長尺部材からの受信信号により欠陥を評価する構成において、前記探触子がフェーズドアレイ探触子であり、前記フェーズドアレイ探触子を前記長尺部材の一端に回転可能に取り付けると共に前記端面上で回転走査させるスキャナと、各回転位置において所定の送信角度範囲での超音波の送受信を制御する制御装置と、得られた受信信号からＳ−ｓｃａｎ画像を生成すると共に、任意の送信角度における受信信号を前記長尺部材の周方向に並び重ねてＢ−ｓｃａｎ画像を生成する画像処理装置と、生成された画像を表示する表示装置とを備えたことにある。
【発明の効果】
【００１５】
上記本発明に係る長尺部材の欠陥評価方法及び欠陥評価装置の特徴によれば、評価部位の形状に拘わらず減肉等の欠陥を簡便に精度よく評価することが可能となった。
【００１６】
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、適宜添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
本発明に係る減肉評価方法の評価対象となる長尺部材としては、例えば、図１に示す如き化学プラント、石油プラントや発電プラント等の構造体１００における基礎ボルト１０１が該当する。この基礎ボルト１０１の構造を例に以下説明する。
【００１８】
この基礎ボルト１０１は、図１，２に示すように、略円柱形を呈し、ネジ山を有するネジ部１０１ｂとネジ山を有しない円筒部１０１ｃとからなる。基礎ボルト１０１は、基礎台１０２に設けたスリーブ１０３を貫通し、グラウト１０４を介して基礎ボルト１０１の一端が露出するように設置される。そして、ベースプレート１０５及び座板１０６を取り付け、ナット１０７によりグラウト１０４に固定する。減肉評価は、外部に露出した基礎ボルト１０１の端面１０１ａより超音波を送受信し、グラウト１０４に埋設したネジ部１０１ｂ及び円筒部１０１ｃに形成された欠陥としての減肉Ｂ１，Ｂ２を対象に行う。
【００１９】
図３に示すように、本発明に係る欠陥評価装置１は、大略、フェーズドアレイ探触子２、制御装置３、画像処理装置４、表示装置５及び入力装置６を備える。フェーズドアレイ探触子２はスキャナ１０に取り付けられ、基礎ボルト１０１の端面１０１ａに対して回転可能である。
【００２０】
制御装置３は、制御部３ａとパルサーレシーバー３ｂ及びカウンタ３ｃよりなる。制御部３ａは、パルサーレシーバー３ｂを制御し、パルサーレシーバー３ｂを介してフェーズドアレイ探触子２から所定の送信角度範囲内で超音波を送受信する。また、カウンタ３ｃはフェーズドアレイ探触子２の回転位置情報をエンコーダ１３ａより受信する。画像処理装置４は、パルサーレシーバー３ｂ及びカウンタ３ｃから入力される受信信号を処理し、例えば図７に示す如き各画像を生成して、表示装置５に表示する。
【００２１】
図４に示すように、スキャナ１０は、大略、第一フレーム１１、第二フレーム１２、回転抽出機構１３及び保持機構１４よりなる。第一、第二フレーム１１，１２は、略円筒形を呈し、互いに相対回転可能に嵌め合わされる。第一フレーム１１には貫通孔１５ａが設けられてあり、この貫通孔１５ａを介して一対の固定用ノブ１５，１５をナット１０７側面に押し当てて第一フレーム１１を回転不能に固定する。また、第二フレーム１２には長孔１６ｂが軸方向に設けられてあり、長孔１６ｂを介して一対の調整用ノブ１６，１６により第二フレーム１２の内側に保持フレーム１４ａが固定される。
【００２２】
回転抽出機構１３は、エンコーダ１３ａとピニオンギア１３ｂ及び円環状のラック１３ｃよりなる。エンコーダ１３ａは、第一フレーム１１の側面に取り付けてあり、ピニオンギア１３ｂが接続されている。円環状のラック１３ｃは、第二フレーム１２の下端に歯列を外面に向けて設けてあり、ピニオンギア１３ｂと噛合する。第二フレーム１２の回転はラック１３ｃからピニオンギア１３ｂに伝達し、エンコーダ１３ａに回転を与える。これにより、探触子の回転位置情報が得られる。
【００２３】
保持機構１４は、大略、保持フレーム１４ａと弾性部材１４ｂ及び保持部材１４ｃよりなる。保持フレーム１４ａは円板状を呈し、弾性部材としてバネ１４ｂを巻設した保持部材１４ｃが適宜間隔をおいて環状に設けられている。保持部材１４ｃの下端には、フェーズドアレイ探触子２周部を押圧するリング状の押圧部１４ｄが設けられている。第二フレーム１２の長孔１６ｂにより、保持フレーム１４ａは高さ調整が可能であり、基礎ボルト１０１の端面１０１ａにフェーズドアレイ探触子２を確実に接触させることができる。
【００２４】
図４に示すように、フェーズドアレイ探触子２は、スキャナ１０により超音波の送受信の中心Ｏ１と端面１０１ａの中心Ｏ２とを一致させて、端面１０１ａに取り付けられる。これにより、図５，６に示す如く基礎ボルト１０１に対して均一に超音波を伝搬させることができ、減肉評価がより容易となる。
【００２５】
このフェーズドアレイ探触子２は、図５に示すように、探触子の各回転位置において、所定の送信角度、例えば軸心Ａに対し＋θ°〜−θ°の角度範囲内で基礎ボルトの直径方向に電子的に走査を行う。フェーズドアレイ探触子２の回転は、図６に示すように、所定位置からスキャナ１０を例えばφ°の間隔で中心Ｏ１及び中心Ｏ２が一致した中心となる基礎ボルト１０１の軸心Ａを基準に回転させて、３６０°回転走査を行う。
【００２６】
上記の電子的走査及び回転走査により得られた受信信号は、制御装置３を介して画像処理装置４に出力される。そして、画像処理装置４において画像処理がなされ、例えば図７に示す如き、Ｓ−ｓｃａｎ（Sectorial scan）画像Ｉ１、Ｂ−ｓｃａｎ（Bearing scan）画像Ｉ２及びＡ−ｓｃａｎ (Amplitude scan）画像Ｉ３として表示装置５に表示される。
【００２７】
このＳ−ｓｃａｎ（Sectorial scan）画像Ｉ１は、探触子の回転位置における送信角度範囲内の各角度毎の受信信号の振幅をカラースケールに置き換えて扇状に並べて表示したものである。Ａ−ｓｃａｎ (Amplitude scan）画像Ｉ３は、探触子の各回転位置における任意の超音波送信角度の受信信号の振幅を表示したものであり、Ｂ−ｓｃａｎ（Bearing scan）画像Ｉ２は、そのＡ−ｓｃａｎ (Amplitude scan）画像をその振幅をカラースケールに置き換え基礎ボルトの周方向に並び重ねて表示したものである。
【００２８】
画像処理装置４は、特定の探触子回転位置における超音波を所定角度範囲内の各受信信号の振幅をカラースケールに置換すると共に各送信角度毎に扇状に並べてＳ−ｓｃａｎ画像を生成する。また、画像処理装置４は、得られた受信信号から各探触子位置毎に特定の送信角度での受信信号を抽出し、その振幅をＡ−ｓｃａｎ画像として生成すると共に、そのＡ−ｓｃａｎ画像をカラースケールに置換して周方向に並び重ねてＢ−ｓｃａｎ画像を生成する。特定の送信角度は後述のＳ−ｓｃａｎ画像上の第二カーソルＣ２により設定される。また、特定の探触子回転位置は、後述のＢ−ｓｃａｎ画像上の第一カーソルＣ１により設定可能である。このように、各画像は互いに連動して表示され、減肉評価が画像上で迅速に行うことができる。
【００２９】
これらの各画像には、減肉部からの遅れ信号Ｆが現れ、その遅れ信号Ｆから減肉部の位置、寸法等を評価する。減肉部の寸法としては、基礎ボルトの周方向の減肉範囲とする減肉幅Ｗ、ボルトの軸方向の減肉範囲とする減肉長さＬ、ボルトの径方向の減肉範囲とする減肉深さＤとして測定することができる。
【００３０】
ここで、図８〜１１を参照しながら、遅れ信号について説明する。
遅れ信号とは、同一原因（減肉部Ｂ１）からの信号のうち伝搬経路が異なるため又は縦波から横波にモード変換して通常の伝搬時間から遅れて得られる信号をいう。図８に示すように、点Ｏから点Ｐの方向に入射した超音波Ｘ１は、例えば点Ｐで反射し、ＯＰＳの伝搬経路となる。ＯＰＳの経路のうちＯＰ間は縦波で伝搬し、ＰＳ間は横波で伝搬する。また、点Ｏから点Ｑの方向に入射した超音波Ｘ２は、点Ｑで反射しＱＲ又はＱＴの間を横波で伝搬する。このように、減肉部Ｂ１での反射位置により、入射した超音波は様々な伝搬経路となる。
【００３１】
しかし、Ｓ−ｓｃａｎ画像上の遅れ信号の表示位置は、基礎ボルト１０１のＲ，Ｓ，Ｔに対応する位置に表示されるのではなく、ＯＰやＯＱを延長した直線上のＵ点やＶ点の位置である。Ｓ−ｓｃａｎ画像は、それぞれの探触子の回転角度位置で得られた各送信角度（＋θ°〜−θ°）のＡ−ｓｃａｎ画像の振幅をカラースケールに置き換えて扇型に並べて表示するものであり、点Ｐで反射して得られた遅れ信号は、線分ＯＰの延長線上に表示されることとなる。従って、同図に示すように、点Ｕに遅れ信号が表示されると、線分ＯＵ上に反射源となる減肉が存在していることが分かる。よって、Ｓ−ｓｃａｎ画像上の遅れ信号の略中心位置とフェーズドアレイ探触子２による送受信の中心Ｏ１である点Ｏとを結ぶ直線と基礎ボルトの周面からの信号位置との交点近傍に減肉が存在していることが分かる。
【００３２】
ここで、図９〜１１にＳ−ｓｃａｎ画像例を示す。図９に減肉のない健全な試験体の例を示す。また、図１０に部分減肉が存在する試験体の例、図１１に部分減肉及び全周減肉が存在する試験体の例を示す。ここで、部分減肉は試験体周面の一部の減肉をいい、全周減肉は試験体周面全体にわたる減肉をいう。なお、図９〜１１において、（ａ）は探触子２の回転角度位置が０°の場合を示し、（ｂ）は４５°、（ｃ）は９０°、（ｄ）は１３５°、（ｅ）は１８０°、それぞれ（ａ）の状態から回転させた位置でのＳ−ｓｃａｎ画像を示す。
【００３３】
図９に示す健全な試験体では遅れ信号は現れていない。図１０では、フェーズドアレイ探触子２の回転に伴い、遅れ信号Ｆ１が移動している。また、図１１では、図１０の例と同様に、フェーズドアレイ探触子２の回転に伴い移動する遅れ信号Ｆ２が現れた。このように、部分減肉に起因する遅れ信号は、フェーズドアレイ探触子２の回転位置の異なる複数のＳ−ｓｃａｎ画像上で位置が変化するので、容易に部分減肉と判定することができる。
【００３４】
また、図１１では、遅れ信号Ｆ２の他に、探触子２の各回転位置の画像全てで信号Ｆ３がほぼ同位置に現れている。この信号Ｆ３は、フェーズドアレイ探触子２の回転に伴った移動はなく、ほぼ同位置で絶えず現れている。全周減肉に起因する遅れ信号は、フェーズドアレイ探触子２の回転位置の異なる複数のＳ−ｓｃａｎ画像上で位置にほとんど変化が見られないので、容易に全周減肉と判定することができる。
【００３５】
このように、遅れ信号に着目することにより、容易に且つ確実に基礎ボルト１０１の減肉Ｂの有無を判断できることが判明した。また、ネジ部１０１ｂ又はネジ山を有さない円筒部１０１ｃのいずれにおいても、減肉の有無が容易に判定できる。しかも、遅れ信号の位置の変化に着目することで、部分減肉であるか全周減肉であるかの減肉の種別の判定も可能である。そして、上述した図７に示す如く、減肉部Ｂの状況は、遅れ信号Ｆにより検出され、減肉幅Ｗ、減肉長さＬ、減肉深さＤとして測定することができる。
【００３６】
次に、図１２〜１４を参照しながら、減肉部の評価手順について説明する。なお、以下の図において、左の画像はＳ−ｓｃａｎ画像、右下段の画像はＢ−ｓｃａｎ画像、右上段の画像はＡ−ｓｃａｎ画像を示す。
【００３７】
まず、スキャナ１０をナット１０７に嵌合させて固定用ノブ１５により回転不能に固定し、フェーズドアレイ探触子２を基礎ボルト１０１の端面１０１ａに取り付ける。この際、あらかじめ基礎ボルト１０１の端面１０１ａをグラインダーなどで平滑にしておき、超音波をフェーズドアレイ探触子２から基礎ボルトに伝搬させるための接触媒質（グリセリンペースト等）を塗布しておく。調整用ノブ１６によりバネ１４ｂの押圧力を調整し、押圧部１４ｄによりフェーズドアレイ探触子２を端面１０１ａに接触させる。
【００３８】
次に、フェーズドアレイ探触子２より超音波を所定角度範囲内で送信して電子的に走査し、その位置における受信信号を得ると共に、画像処理装置４がＳ−ｓｃａｎ画像を生成する。そして、スキャナ１０によりフェーズドアレイ探触子２を適宜角度で機械的に３６０°回転走査して、探触子の各回転位置でのＳ−ｓｃａｎ画像を順次生成する。この回転走査による探触子の位置情報は、エンコーダ１３ａの信号をカウンタ３ｃによりカウントすることで得られる。このエンコーダ１３ａの信号は、スキャナ１０の回転がその探触子の位置情報を伝えるためにピニオンギア１３ｂ、円環状のラック１３ｃを介してエンコーダ１３ａに回転を与えることで生じる。このようにして生成したＳ−ｓｃａｎ画像から、選定した任意の超音波送信角度におけるＡ−ｓｃａｎ画像の振幅をカラースケールに置き換えて、円周方向に並び重ね展開したＢ−ｓｃａｎ画像を生成する。そして、これら生成した各画像を例えば図１２に示す如く表示する。
【００３９】
次に、図１３に示すように、得られたデータのＢ−ｓｃａｎ画像上の第一カーソルＣ１をマウス等の入力装置６で移動させて、基礎ボルトの周方向の各探触子位置におけるＳ−ｓｃａｎ画像を観察する。ここで、第一カーソルＣ１とは、探触子の周方向の回転位置を示すものである。画像処理装置４は、入力装置６から信号により、第一カーソルＣ１に対応する探触子の回転位置でのＳ−ｓｃａｎ画像を生成、表示させる。そして、例えば基礎ボルトの減肉部Ｂ４からの信号をＳ−ｓｃａｎ画像上に表示させる。減肉部Ｂ４からの直接反射信号の画像が得られていない場合、減肉部からの遅れ信号がないかを観察する。この遅れ信号Ｆ４は第一カーソルＣ１の移動に連動するので容易に識別でき、微細な信号であっても、減肉の有無を容易に確認できる。
【００４０】
そして、図１４に示すように、Ｓ−ｓｃａｎ画像上で例えば減肉部Ｂ５からの遅れ信号Ｆ５が最も強く表示される探触子位置の画像をＳ−ｓｃａｎ画像に表示させ、第二カーソルＣ２を遅れ信号Ｆ５の上にセットする。ここで、第二カーソルＣ２とは、超音波の送受信の中心Ｏ１と遅れ信号の略中心とを結ぶ線分であり、表示されるＳ−ｓｃａｎ画像における探触子回転位置での超音波の特定の送信角度θ’となる。このセットした第二カーソルＣ２とネジ部からの信号を延長させた線Ｓとの交点Ｋ近傍が減肉部の位置を示す。画像処理装置４は、入力装置６から信号により、第二カーソルＣ２に対応する特定の送信角度θ’での受信信号を抽出し周方向に並べてＢ−ｓｃａｎ画像を生成、表示する。そして、表示されたＳ−ｓｃａｎ画像及びＢ−ｓｃａｎ画像から減肉の位置の評価や、減肉幅Ｗ、減肉長さＬ、減肉深さＤの測定を行う。
【００４１】
発明者らは、基礎ボルト１０１の端面１０１ａから模擬減肉中心までの距離を７０ｍｍ、９０ｍｍ、１００ｍｍ、１２０ｍｍ及び１４０ｍｍとし、模擬減肉の深さを５ｍｍ及び１０ｍｍとした試験体を製作し、これら試験体を用いて本手法の有効性を確認した。
【００４２】
図１５に、端面１０１ａから模擬減肉中心までの距離を７０ｍｍ、模擬減肉の深さを１０ｍｍとした試験体における検出結果を示す。図１６に、同距離９０ｍｍ、同深さ５ｍｍとした試験体における検出結果を示す。図１７に、同距離１００ｍｍ、同深さ１０ｍｍとした試験体における検出結果を示す。同図に示すように、いずれの試験体においても、全ての減肉が簡単に誤判断なく検出、評価することが可能であることが確認できた。また、他の試験体においても同様の結果が得られた。
【００４３】
このように、基礎ボルト等の長尺部材の腐食検査を行う場合において、従来方法に比べて短時間の検査時間で確実に減肉の有無が判断でき、減肉部分が他の部材で覆われている場合でも減肉の幅、深さ、長さが測定可能である。しかも、本検査方法によれば、ネジ部の減肉もネジ部以外の円筒部の減肉も評価可能である。
【００４４】
次に、本発明の他の実施形態の可能性について言及する。なお、上述の実施形態と同様の部材には同一の符号を附してある。
上記実施形態において、フェーズドアレイ探触子２における送受信の中心Ｏ１及び端面１０１ａの中心Ｏ２を基礎ボルト１０１の軸心Ａと一致させて走査した。しかし、中心Ｏ１，Ｏ２を一致させる場合の他、例えば中心Ｏ１，Ｏ２を一致させずに端面１０１ａの中心Ｏ２と異なる点を基準に回転走査することも可能である。ただし、基礎ボルトの周面へ均等に超音波を伝搬させることが困難となり、画像処理が複雑となるため、上記実施形態が優れている。
【００４５】
上記実施形態において、保持機構及び回転抽出機構は一例に過ぎず、探触子を端面に押圧し確実に接触させると共に回転走査可能な構成であれば特に限定されるものではない。また、長尺部材は埋設している基礎ボルトに限られるものではなく、一端側から超音波を入射可能なものであれば適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、長尺部材の端面に探触子を載置して超音波を送信し、長尺部材からの受信信号により減肉等の欠陥を評価する長尺部材の欠陥評価方法及び欠陥評価装置として利用することができる。略円筒形の基礎ボルトの他、角形や楕円形状等の長尺部材においても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る欠陥評価方法の評価対象となる基礎ボルト全体の概略図である。
【図２】基礎ボルトの頭部近傍の部分拡大図である。
【図３】本発明に係る欠陥評価装置のブロック図である。
【図４】スキャナの概略図である。
【図５】フェーズドアレイ探触子の電子的走査を説明する図である。
【図６】フェーズドアレイ探触子の回転走査を説明する図である。
【図７】受信信号を画像表示した一例を示す図である。
【図８】遅れ信号の原理を説明する図である。
【図９】減肉なしの試験体におけるＳ−ｓｃａｎ画像の一例を示す図である。
【図１０】部分減肉を有する試験体におけるＳ−ｓｃａｎ画像の一例を示す図である。
【図１１】部分減肉及び全周減肉を有する試験体におけるＳ−ｓｃａｎ画像の一例を示す図である。
【図１２】受信信号の画像表示の一例を示す図である。
【図１３】画像表示された受信信号から減肉状況を把握する手順を説明する図である。
【図１４】画像表示された受信信号から減肉状況を評価する手順を説明する図である。
【図１５】基礎ボルト端面から７０ｍｍ位置、１０ｍｍ減肉の検出例を示す図である。
【図１６】基礎ボルト端面から９０ｍｍ位置、５ｍｍ減肉の検出例を示す図である。
【図１７】基礎ボルト端面から１００ｍｍ位置、１０ｍｍ減肉の検出例を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１：欠陥評価装置、２：フェーズドアレイ探触子、３：制御装置、３ａ：制御部、３ｂ：パルサーレシーバー、３ｃ：カウンタ、４：画像処理装置（ＰＣ）、５：表示装置、６：入力装置（マウス）、１０：スキャナ、１１：第一フレーム、１２：第二フレーム、１３：回転抽出機構、１３ａ：エンコーダ、１３ｂ：ピニオンギア、１３ｃ：ラック、１４：保持機構、１４ａ：保持フレーム、１４ｂ：弾性部材、１４ｃ：保持部材、１４ｄ：押圧部、１５：固定用ノブ、１５ａ：貫通孔、１６：調整用ノブ、１６ａ：貫通孔、１６ｂ：長孔、１００：構造体、１０１：基礎ボルト（長尺部材）、１０１ａ：端面、１０１ｂ：ネジ部、１０１ｃ：円筒部、１０２：基礎台、１０３：スリーブ、１０４：グラウト、１０５：ベースプレート、１０６：座板、１０７：ナット、Ａ：軸心、Ｂ，Ｂ１〜５：減肉部、Ｃ１：第一カーソル、Ｃ２：第二カーソル、Ｄ：減肉深さ、Ｆ，Ｆ１〜５：遅れ信号、Ｉ１：Ｓ−ｓｃａｎ画像、Ｉ２：Ｂ−ｓｃａｎ画像、Ｉ３：Ａ−ｓｃａｎ画像、Ｋ：交点、Ｌ：減肉長さ、Ｏ１：送受信中心、Ｏ２：端面中心、Ｗ：減肉幅、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺部材の端面に探触子を載置して超音波を送信し、長尺部材からの受信信号により欠陥を評価する長尺部材の欠陥評価方法であって、
前記探触子がフェーズドアレイ探触子であり、前記長尺部材の一端に前記フェーズドアレイ探触子を回転可能に取り付け、前記フェーズドアレイ探触子を前記端面上で回転させると共に、各回転位置において超音波を所定の送信角度範囲で送受信し、得られた受信信号からＳ−ｓｃａｎ画像を生成すると共に、任意の送信角度における受信信号を前記長尺部材の周方向に並び重ねてＢ−ｓｃａｎ画像を生成し、これら画像に表示される遅れ信号から前記欠陥を評価する長尺部材の欠陥評価方法。
【請求項２】
前記フェーズドアレイ探触子における送受信の中心と前記端面の中心を一致させて前記フェーズドアレイ探触子を前記一端に取り付けると共に、これら一致した中心を基準に前記フェーズドアレイ探触子を回転させる請求項１記載の長尺部材の欠陥評価方法。
【請求項３】
前記回転位置の異なる複数のＳ−ｓｃａｎ画像における前記遅れ信号の位置の変化により前記欠陥の種別を特定する請求項１又は２記載の長尺部材の欠陥評価方法。
【請求項４】
前記Ｓ−ｓｃａｎ画像において、遅れ信号及び前記フェーズドアレイ探触子による送受信の中心を結ぶ直線と前記長尺部材の周面からの信号位置との交点により前記欠陥の位置を特定する請求項１〜３のいずれかに記載の長尺部材の欠陥評価方法。
【請求項５】
前記Ｓ−ｓｃａｎ画像と前記Ｂ−ｓｃａｎ画像とは連動して表示される請求項１〜４のいずれかに記載の長尺部材の欠陥評価方法。
【請求項６】
前記長尺部材は前記端面が外部に露出した基礎ボルトであり、この基礎ボルトはネジ部と円筒部とを有する請求項１〜５のいずれかに記載の長尺部材の欠陥評価方法。
【請求項７】
長尺部材の一端に探触子を載置して超音波を送信し、長尺部材からの受信信号により欠陥を評価する長尺部材の欠陥評価装置であって、
前記探触子がフェーズドアレイ探触子であり、前記フェーズドアレイ探触子を前記長尺部材の一端に回転可能に取り付けると共に前記端面上で回転走査させるスキャナと、各回転位置において所定の送信角度範囲での超音波の送受信を制御する制御装置と、得られた受信信号からＳ−ｓｃａｎ画像を生成すると共に、任意の送信角度における受信信号を前記長尺部材の周方向に並び重ねてＢ−ｓｃａｎ画像を生成する画像処理装置と、生成された画像を表示する表示装置とを備えた長尺部材の欠陥評価装置。
【請求項１】
長尺部材の端面に探触子を載置して超音波を送信し、長尺部材からの受信信号により欠陥を評価する長尺部材の欠陥評価方法であって、
前記探触子がフェーズドアレイ探触子であり、前記長尺部材の一端に前記フェーズドアレイ探触子を回転可能に取り付け、前記フェーズドアレイ探触子を前記端面上で回転させると共に、各回転位置において超音波を所定の送信角度範囲で送受信し、得られた受信信号からＳ−ｓｃａｎ画像を生成すると共に、任意の送信角度における受信信号を前記長尺部材の周方向に並び重ねてＢ−ｓｃａｎ画像を生成し、これら画像に表示される遅れ信号から前記欠陥を評価する長尺部材の欠陥評価方法。
【請求項２】
前記フェーズドアレイ探触子における送受信の中心と前記端面の中心を一致させて前記フェーズドアレイ探触子を前記一端に取り付けると共に、これら一致した中心を基準に前記フェーズドアレイ探触子を回転させる請求項１記載の長尺部材の欠陥評価方法。
【請求項３】
前記回転位置の異なる複数のＳ−ｓｃａｎ画像における前記遅れ信号の位置の変化により前記欠陥の種別を特定する請求項１又は２記載の長尺部材の欠陥評価方法。
【請求項４】
前記Ｓ−ｓｃａｎ画像において、遅れ信号及び前記フェーズドアレイ探触子による送受信の中心を結ぶ直線と前記長尺部材の周面からの信号位置との交点により前記欠陥の位置を特定する請求項１〜３のいずれかに記載の長尺部材の欠陥評価方法。
【請求項５】
前記Ｓ−ｓｃａｎ画像と前記Ｂ−ｓｃａｎ画像とは連動して表示される請求項１〜４のいずれかに記載の長尺部材の欠陥評価方法。
【請求項６】
前記長尺部材は前記端面が外部に露出した基礎ボルトであり、この基礎ボルトはネジ部と円筒部とを有する請求項１〜５のいずれかに記載の長尺部材の欠陥評価方法。
【請求項７】
長尺部材の一端に探触子を載置して超音波を送信し、長尺部材からの受信信号により欠陥を評価する長尺部材の欠陥評価装置であって、
前記探触子がフェーズドアレイ探触子であり、前記フェーズドアレイ探触子を前記長尺部材の一端に回転可能に取り付けると共に前記端面上で回転走査させるスキャナと、各回転位置において所定の送信角度範囲での超音波の送受信を制御する制御装置と、得られた受信信号からＳ−ｓｃａｎ画像を生成すると共に、任意の送信角度における受信信号を前記長尺部材の周方向に並び重ねてＢ−ｓｃａｎ画像を生成する画像処理装置と、生成された画像を表示する表示装置とを備えた長尺部材の欠陥評価装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００９−２８１７３１（Ｐ２００９−２８１７３１Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３０８５０（Ｐ２００８−１３０８５０）
【出願日】平成２０年５月１９日（２００８．５．１９）
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【出願人】（３９１０１９６５８）株式会社中部プラントサービス (28)
【出願人】（０００２３５５３２）非破壊検査株式会社 (49)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１９日（２００８．５．１９）
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【出願人】（３９１０１９６５８）株式会社中部プラントサービス (28)
【出願人】（０００２３５５３２）非破壊検査株式会社 (49)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]