JP2008139191A - 管の探傷用追従装置及びこれを用いた管の自動探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】探傷センサを探傷時に周方向に回転する管に精度良く追従させる非接触式の管の探傷用追従装置等を提供する。
【解決手段】追従装置１００は、非接触式変位計２と、探傷センサ１を管Ｐの軸方向に直交する平面内で移動させる位置決め手段３と、位置決め手段を制御する位置決め制御手段４とを備える。位置決め制御手段は、変位計及び探傷センサの位置関係と、管の回転数とに基づいて、変位計で変位を測定した管の部位が、管の回転中心を通りＺ軸方向に延びる直線上の所定位置に到達するまでの時間を予測し、該予測時間経過後の管に対する探傷センサのＺ軸方向の相対位置が略一定となるように、変位計で測定した変位と位置決め手段の動作遅れ時間とに基づいて位置決め手段を制御し、探傷センサをＺ軸方向に沿って移動させる。位置決め制御手段は、Ｘ軸方向についても同様の制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼管などの管を探傷するために管の外表面に対向配置される探傷センサを、探傷時に周方向に回転する管に精度良く追従させる非接触式の管の探傷用追従装置、及びこれを用いて管端部を含む管の全長に亘る自動探傷を可能にする管の自動探傷装置に関する。

管の非破壊検査方法として、超音波探傷法、渦流探傷法、漏洩磁束探傷法等の各種の探傷方法が知られている。これらの探傷方法は、一般的に、探傷センサ（例えば、超音波探触子等）を管の周方向に相対的に回転させると共に、探傷センサを管の軸方向に相対的に移動させることにより実施される。これら探傷方法においては、探傷感度を一定に保つために、探傷時に周方向に相対的に回転する管と探傷センサとの位置関係（管の軸方向に直交する平面内での位置関係）を一定に保つことが重要である。

しかし、管の断面形状や、管の搬送時の振動、特に管端では管の曲がりの影響等により、探傷センサの位置（管の軸方向に直交する平面内での位置）を固定したのでは、管と探傷センサとの相対的な位置関係を一定に保つことは困難である。

そこで、従来の探傷方法では、主として管端部を除く部分について、例えばローラやシュー等の機械的な接触部材を管に接触させる接触式の追従装置に探傷センサを取り付けることにより、探傷センサを管の位置変動に追従させながら自動探傷を行っている。一方、接触部材が破損する虞があることから接触式追従装置の適用が困難である管端部については、手動で超音波探触子を走査して超音波探傷を行ったり、磁粉探傷を行っている。

しかし、接触式追従装置は、管の回転数（回転速度）を大きくすると、接触部材が管から離れ易くなって探傷センサの追従精度が悪化するため、管の回転数を制限せざるを得ず、探傷効率が悪くなるという問題がある。また、接触部材を管に接触させる必要があるため、メンテナンスに手間を要したり、接触部材の破損が生じる虞があるという問題がある。また、管端部についての手動での超音波探傷や磁粉探傷は、作業に手間を要し探傷効率が悪い他、特に磁粉探傷では検出したきずの定量化が困難であるという問題もある。

このため、上記のような接触部材を有しない非接触式の構成であって、探傷センサを管の全長に亘って追従させることが可能な追従装置の開発が望まれている。

これまでにも、非接触式の追従装置として、例えば、特許文献１〜３に記載の装置が提案されている。

しかしながら、特許文献１に記載の装置は、管に追従させる探傷センサ（探触子）と、探傷センサ及び管の位置関係を測定するための非接触式変位計（変位センサ）とが一体化されており、変位計で測定した両者の位置関係に基づいて、直ちに探傷センサの位置を制御する構成である。このため、探傷センサの位置決め手段（サーボ機構）に不可避的に存在する動作遅れに起因して、高い追従精度を得ることができないという問題がある。換言すれば、追従精度を高めるには、探傷時の管の回転数を極めて小さくする必要があり、探傷効率が悪化するという問題がある。

また、特許文献２や３に記載の装置は、静止（周方向に未回転）状態の管に探傷センサを追従させる（位置決めする）構成であるため、管が周方向に回転することにより、探傷センサと管との相対位置が刻一刻変化するような場合に適用することは困難である。
特開昭６４−３８６４８号公報 特開平５−２６５５５９号公報 特開２００１−２０８７３０号公報

本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するためになされたものであり、管を探傷するために管の外表面に対向配置される探傷センサを、探傷時に周方向に回転する管に精度良く追従させる非接触式の管の探傷用追従装置、及びこれを用いて管端部を含む管の全長に亘る自動探傷を可能にする管の自動探傷装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するべく、本発明は、周方向に回転する管を探傷するために管の外表面に対向配置され管の軸方向に沿って相対的に移動する探傷センサを管に追従させる追従装置であって、管の外表面の変位を非接触で測定する少なくとも１つの非接触式変位計と、管及び前記探傷センサの対向方向、並びに、該対向方向に直交する直交方向に沿って、前記探傷センサを管の軸方向に直交する平面内で移動させる位置決め手段と、前記位置決め手段を制御する位置決め制御手段とを備え、前記位置決め制御手段は、前記非接触式変位計及び前記探傷センサの位置関係と、管の回転数とに基づいて、前記非接触式変位計で変位を測定した管の部位が、管の回転中心を通り前記対向方向に延びる直線上の所定位置に到達するまでの時間を予測し、該予測時間経過後の管に対する該予測時間経過後の前記探傷センサの前記対向方向の相対位置が略一定となるように、前記非接触式変位計で測定した変位と前記位置決め手段の動作遅れ時間とに基づいて前記位置決め手段を制御し、前記探傷センサを前記対向方向に沿って移動させると共に、前記非接触式変位計及び前記探傷センサの位置関係と、管の回転数とに基づいて、前記非接触式変位計で変位を測定した管の部位が、管の回転中心を通り前記直交方向に延びる直線上の所定位置に到達するまでの時間を予測し、該予測時間経過後の管に対する該予測時間経過後の前記探傷センサの前記直交方向の相対位置が略一定となるように、前記非接触式変位計で測定した変位と前記位置決め手段の動作遅れ時間とに基づいて前記位置決め手段を制御し、前記探傷センサを前記直交方向に沿って移動させることを特徴とする管の探傷用追従装置を提供するものである。

斯かる発明によれば、位置決め制御手段が、非接触式変位計で測定した変位に基づいて、探傷センサが管に追従するように（管に対する探傷センサの対向方向及び該対向方向に直交する直交方向の相対位置が略一定となるように）、探傷センサを移動させる位置決め手段を制御する構成であり、ローラやシュー等の接触部材を管に接触させる必要がないため、たとえ管端部に曲がりが生じていても管の全長に探傷センサを追従させることが可能である。

また、仮に、管の周方向への回転の中心（管の回転中心）が一定であって、管の中心と管の回転中心とがずれている場合を考えると、管の周方向への回転に伴って、管の中心は管の回転中心周りの円弧上を移動することになる。そして、仮に、管の軸方向に直交する方向の断面が真円形である場合を考えると、非接触式変位計に対向する位置で変位を測定した管の部位が、管の回転中心を通り前記対向方向（管と探傷センサとの対向方向）に延びる直線上の所定位置に到達したとき、探傷センサに対する管の前記対向方向の変位は、前記非接触式変位計で測定した変位に応じて変化する。以下、より具体的に説明する。例えば、管の軸方向に直交する方向の断面が真円形であり、管の中心と管の回転中心とが一致している場合に非接触式変位計で測定される管までの距離を変位の基準（非接触変位計の原点）とする。同様に、管の軸方向に直交する方向の断面が真円形であり、管の中心と管の回転中心とが一致している場合に管の中心に正対する探傷センサと管との前記対向方向の距離を前記対向方向の変位の基準（探傷センサの対向方向の原点）とする。このとき、管の中心と管の回転中心とがずれている場合に非接触式変位計で測定される変位（前記非接触変位計の原点からの距離）の絶対値は、管の中心と管の回転中心とがずれている場合の探傷センサに対する管の対向方向の変位（前記探傷センサの対向方向の原点からの距離）の絶対値に一致する。従って、本発明によれば、非接触式変位計及び探傷センサの位置関係と、管の回転数（回転速度）とに基づいて、非接触式変位計で変位を測定した管の部位が、管の回転中心を通り前記対向方向に延びる直線上の所定位置に到達するまでの時間を予測し、該予測時間経過後の管に対する該予測時間経過後の探傷センサの前記対向方向の相対位置が略一定となるように、非接触式変位計で測定した変位（前述のように、この変位の絶対値は、予測時間経過後の探傷センサに対する管の対向方向の変位の絶対値に等しくなる）に基づいて探傷センサを対向方向に沿って移動させるため、探傷センサを管に精度良く追従させることが可能である。

同様にして、管の軸方向に直交する方向の断面が真円形であり、管の中心と管の回転中心とが一致している場合に管の中心に正対する探傷センサの位置を前記直交方向の変位の基準（探傷センサの直交方向の原点）とする。このとき、非接触式変位計に対向する位置で変位を測定した管の部位が、管の回転中心を通り前記直交方向に延びる直線上の所定位置に到達したとき、管の中心と管の回転中心とがずれている場合に非接触式変位計で測定される変位（前記非接触変位計の原点からの距離）の絶対値は、管の中心と管の回転中心とがずれている場合の探傷センサに対する管の中心の直交方向の変位（前記探傷センサの直交方向の原点からの距離）の絶対値に一致する。従って、本発明によれば、非接触式変位計及び探傷センサの位置関係と、管の回転数とに基づいて、非接触式変位計で変位を測定した管の部位が、管の回転中心を通り前記直交方向に延びる直線上の所定位置に到達するまでの時間を予測し、該予測時間経過後の管に対する該予測時間経過後の探傷センサの前記直交方向の相対位置が略一定となるように、非接触式変位計で測定した変位（前述のように、この変位の絶対値は、予測時間経過後の探傷センサに対する管の中心の直交方向の変位の絶対値に等しくなる）に基づいて探傷センサを直交方向に沿って移動させるため、探傷センサを管に精度良く追従させることが可能である。

さらに、本発明によれば、非接触式変位計と探傷センサとを管の周方向に沿った異なる位置に配置することにより、非接触式変位計で測定した変位に基づいて直ちに位置決め手段を制御（すなわち探傷センサの位置を制御）する必要が無くなる上、位置決め手段の動作遅れ時間（位置決め手段に動作開始指令を行ってから実際に動作を開始するまでの機械的、電気的な遅延時間）をも加味して制御する構成であるため、高い追従精度を得ることが可能である。

好ましくは、前記管の探傷用追従装置は、前記対向方向及び前記直交方向に沿ってそれぞれ配置された少なくとも２つの非接触式変位計を備え、前記位置決め制御手段は、前記対向方向に沿って配置された非接触式変位計及び前記探傷センサの位置関係と、管の回転数とに基づいて、前記対向方向に沿って配置された非接触式変位計で変位を測定した管の部位が、管の回転中心を通り前記対向方向に延びる直線上の所定位置に到達するまでの時間を予測し、該予測時間経過後の管に対する該予測時間経過後の前記探傷センサの前記対向方向の相対位置が略一定となるように、前記対向方向に沿って配置された非接触式変位計で測定した変位と前記位置決め手段の動作遅れ時間とに基づいて前記位置決め手段を制御し、前記探傷センサを前記対向方向に沿って移動させると共に、前記直交方向に沿って配置された非接触式変位計及び前記探傷センサの位置関係と、管の回転数とに基づいて、前記直交方向に沿って配置された非接触式変位計で変位を測定した管の部位が、管の回転中心を通り前記直交方向に延びる直線上の所定位置に到達するまでの時間を予測し、該予測時間経過後の管に対する前記予測時間経過後の前記探傷センサの前記直交方向の相対位置が略一定となるように、前記直交方向に沿って配置された非接触式変位計で測定した変位と前記位置決め手段の動作遅れ時間とに基づいて前記位置決め手段を制御し、前記探傷センサを前記直交方向に沿って移動させる構成とされる。

斯かる好ましい構成によれば、対向方向に沿って配置された非接触式変位計で測定した変位に基づいて、探傷センサを対向方向に沿って移動させると共に、直交方向に沿って配置された非接触式変位計で測定した変位に基づいて、探傷センサを直交方向に沿って移動させることになる。すなわち、変位の測定方向とこの測定した変位に基づいて探傷センサを移動させる方向とが一致するため、より一層精度良く探傷センサが管に追従することが期待できる。

ところで、例えば、管の軸方向に直交する方向の断面が楕円形であり、前記直交方向に沿って配置された非接触式変位計に対向する位置で変位を測定した管の部位が楕円形の長径部又は短径部である場合を考えると、管の中心と管の回転中心とがずれていなくとも、あたかも両者がずれている場合（管の断面が真円形であり、その中心と回転中心とがずれている場合）と同様の変位が測定される。具体的には、変位を測定した管の部位が楕円形の長径部である場合には、非接触式変位計の原点よりも小さな方向の変位（負の変位）となり、短径部である場合には、非接触式変位計の原点よりも大きな方向の変位（正の変位）となる。従って、この測定した変位に基づいて探傷センサを直交方向に沿って移動させると、管の中心と管の回転中心とがずれていない（従って、直交方向に探傷センサを移動させる必要がない）場合であっても探傷センサを移動させることになり、追従精度が悪化する虞がある。

上記追従精度の悪化の虞を回避するには、前記管の探傷用追従装置は、管を挟んで前記直交方向に沿って対向配置された一対の非接触式変位計を備え、前記位置決め制御手段は、前記一対の非接触式変位計及び前記探傷センサの位置関係と、管の回転数とに基づいて、前記一対の非接触式変位計で変位を測定した管の部位が、管の回転中心を通り前記直交方向に延びる直線上の所定位置に到達するまでの時間を予測し、該予測時間経過後の管に対する該予測時間経過後の前記探傷センサの前記直交方向の相対位置が略一定となるように、一方の非接触式変位計で測定した変位と他方の非接触式変位計で測定した変位との差と、前記位置決め手段の動作遅れ時間とに基づいて前記位置決め手段を制御し、前記探傷センサを前記直交方向に沿って移動させると共に、前記一対の非接触式変位計又は他の非接触式変位計の内の何れか１つの非接触式変位計及び前記探傷センサの位置関係と、管の回転数とに基づいて、前記何れか１つの非接触式変位計で変位を測定した管の部位が、管の回転中心を通り前記対向方向に延びる直線上の所定位置に到達するまでの時間を予測し、該予測時間経過後の管に対する該予測時間経過後の前記探傷センサの前記対向方向の相対位置が略一定となるように、前記何れか１つの非接触式変位計で測定した変位と前記位置決め手段の動作遅れ時間とに基づいて前記位置決め手段を制御し、前記探傷センサを前記対向方向に沿って移動させる構成とすることが好ましい。

斯かる好ましい構成によれば、管を挟んで直交方向に沿って対向配置された一対の非接触式変位計の内、一方の非接触式変位計で測定した変位と他方の非接触式変位計で測定した変位との差に基づいて、探傷センサを直交方向に沿って移動させることになる。従って、仮に管の断面が楕円形であっても、管の中心と管の回転中心とが一致する場合には、両非接触式変位計で測定した変位の差は０となるため、探傷センサを直交方向に沿って移動させることなく、追従精度を維持することが可能である。

好ましくは、前記位置決め制御手段は、前記一対の非接触式変位計で測定した変位に基づいて、管の外径を算出する構成とされる。

斯かる好ましい構成によれば、追従装置が備える一対の非接触式変位計を探傷センサの管への追従のみならず、管の外径算出にも利用できるため、別途の外径測定装置を設ける必要が無くなる点で好都合である。なお、管の外径は、例えば、各非接触式変位計で測定した変位に基づいて各非接触式変位計から管の外表面までの距離を算出し（或いは、各非接触式変位計で管の外表面までの距離を直接測定し）、各非接触式変位計の離間距離から、前記算出した各非接触式変位計から管の外表面までの距離をそれぞれ減算することによって算出することが可能である。

非接触式変位計としては、例えば、変位測定対象までの距離に応じて、変位測定対象に生じる渦電流の大きさが変化することを利用した渦電流式変位計を用いることが可能である。ここで、渦電流の大きさは、本発明における変位測定対象である管の材質（具体的には、透磁率や導電率など）によっても変化するため、管の材質に応じて測定した変位を補正することが好ましい。

従って、好ましくは、前記非接触式変位計は、渦電流式変位計であり、前記位置決め制御手段は、管の材質に応じて前記非接触式変位計で測定した変位を補正し、該補正後の変位に基づいて前記位置決め手段を制御する構成とされる。

探傷センサとしては、例えば、超音波探触子を用いることが可能である。そして、超音波探触子の直交方向の初期位置として、超音波探触子で受信される管の外表面からのエコー強度が最も大きくなる位置を設定することが、超音波探触子の探傷感度を高める上で好ましい。

従って、好ましくは、前記探傷センサは、超音波探触子であり、前記位置決め制御手段は、静止状態の管に対して前記位置決め手段を制御して、前記超音波探触子を前記直交方向に沿って移動させ、前記超音波探触子で受信される管の外表面からのエコー強度が最も大きくなる位置を前記超音波探触子の初期位置として設定する構成とされる。

なお、前記課題を解決するべく、本発明は、前記何れかに記載の管の探傷用追従装置と、前記管の探傷用追従装置によって管に追従する探傷センサとを備えることを特徴とする管の自動探傷装置としても提供される。

本発明によれば、鋼管などの管を探傷するために管の外表面に対向配置される探傷センサを、探傷時に周方向に回転する管に精度良く追従させる非接触式の管の探傷用追従装置、及びこれを用いて管端部を含む管の全長に亘る自動探傷を可能にする管の自動探傷装置が提供される。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る管の探傷用追従装置の概略構成を示す図であり、図１（ａ）は正面図（管の軸方向から見た図）を、図１（ｂ）は側面図（管の軸方向に直交する方向から見た図）を示す。図１に示すように、本実施形態に係る管の探傷用追従装置（以下、適宜「追従装置」と略称する）１００は、周方向に回転する管Ｐを探傷するために管Ｐの外表面に対向配置され管Ｐの軸方向に沿って相対的に移動（本実施形態では管Ｐが軸方向に移動）する探傷センサ１を管Ｐに追従させる装置である。

本実施形態では、探傷センサ１及び追従装置１００（具体的には、追従装置１００を構成する後述の非接触式変位計２）が管Ｐの軸方向に移動せず固定される一方、管Ｐがターニングローラ５に支持され、その回転によって周方向に回転すると共に軸方向に搬送される形態とされている。そして、探傷センサ１は、管Ｐの搬送方向下流側（最下流のターニングローラ５よりも下流側）であって管Ｐの鉛直方向下方に配置されている。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、管Ｐを軸方向には搬送せず周方向に回転させるのみとする一方、探傷センサ１及び追従装置１００（非接触式変位計２）を管Ｐの軸方向に移動させる構成を採用してもよい。また、探傷センサ１の設置位置も管Ｐの鉛直方向下方に限られるものではなく、取付スペース等の制約がない限り、管Ｐの周方向に沿った任意の位置に設置することが可能である。

追従装置１００は、管Ｐの外表面に対向配置され管Ｐの外表面の変位を非接触で測定する少なくとも１つの非接触式変位計２と、管Ｐ及び探傷センサ１の対向方向、並びに、対向方向に直交する直交方向に沿って、探傷センサ１を管Ｐの軸方向に直交する平面内で移動させる位置決め手段３と、位置決め手段３を制御する位置決め制御手段４とを備えている。

本実施形態では、管Ｐの搬送方向下流側（最下流のターニングローラ５よりも下流側）であって管Ｐの鉛直方向上方に１つの非接触式変位計２が配置されている。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、探傷センサ１と異なる位置に配置する限りにおいて、また取付スペース等の制約がない限り、管Ｐの周方向に沿った任意の位置に配置することが可能である。なお、本実施形態に係る非接触式変位計２は、好ましい構成として、変位測定対象までの距離に応じて、変位測定対象に生じる渦電流の大きさが変化することを利用した渦電流式変位計とされている。

本実施形態に係る位置決め手段３は、鉛直方向（Ｚ軸方向）、並びに、管Ｐの軸方向に直交する水平方向（Ｘ軸方向）に沿って、探傷センサ１を管Ｐの軸方向に直交する平面内で移動させるように構成されている。本実施形態では、探傷センサ１をＺ軸方向に沿って移動させるための位置決め手段３Ａと、Ｘ軸方向に沿って移動させるための位置決め手段３Ｂとがそれぞれ設けられている。なお、位置決め手段３Ａ及び位置決め手段３Ｂは、後述するピストンロッド３１１の往復動の方向が異なる点を除き、同一の構成を採用可能である。

図２は、本実施形態に係る位置決め手段３（３Ａ又は３Ｂ）の概略構成を示す図である。図２に示すように、本実施形態に係る位置決め手段３は、油圧シリンダ３１、油圧ポンプ３２、サーボモータ３３、リニアスケール３４、サーボ増幅器３５及び加算器３６を備えている。油圧ポンプ３２は、サーボモータ３３によって、正逆の両方向に回転駆動される双方向ポンプとされている。そして、油圧ポンプ３２の回転方向を切り替えることにより、油圧シリンダ３１の往動側のポート３１Ａ及び復動側のポート３１Ｂに対する油圧の給排が切り替わるように構成されている。ポート３１Ａに油圧が供給され、ポート３１Ｂから油圧が排出されるときには、油圧シリンダ３１のピストンロッド３１１は往動（図２の紙面右側に移動）し、ポート３１Ａから油圧が排出され、ポート３１Ｂに油圧が供給されるときには、ピストンロッド３１１は復動（図２の紙面左側に移動）する。探傷センサ１は、油圧シリンダ３１のピストンロッド３１１に取り付けられており、ピストンロッド３１１の往復動に伴い、Ｚ軸方向（位置決め手段３Ａの場合）又はＸ軸方向（位置決め手段３Ｂの場合）に沿って移動することになる。

リニアスケール３４は、ピストンロッド３１１の実際の変位を検出するように構成されている。ピストンロッド３１１の変位に対応するリニアスケール３４の出力電圧Ｅｆは、加算器３６にフィードバックされ、位置決め制御手段４から出力された入力電圧（管Ｐに追従させるために探傷センサ１をＺ軸方向又はＸ軸方向に沿って移動させる移動量に対応）Ｅｉと比較される。そして、入力電圧Ｅｉと出力電圧Ｅｆとの差分電圧がサーボ増幅器３５で増幅され、サーボモータ３３の駆動に供される。

以上に説明したように、本実施形態に係る位置決め手段３は、いわゆるサーボ制御を行う構成であるため、高精度な位置決めが可能である。また、ボールねじやリニアベアリング等の摩耗部品が不要である他、一般的な油圧アクチュエータでは必要とされるオイルタンク、各種配管、制御弁等も不要であるため、小型となり且つメンテナンス性に優れるという利点が得られる。

本実施形態に係る位置決め制御手段４は、汎用のコンピュータやこれに接続された適宜の電子回路によって構成される。そして、位置決め制御手段４には、非接触式変位計２と探傷センサ１との位置関係（本実施形態では、非接触式変位計２及び探傷センサ１は、管Ｐの周方向に１８０°離間して配置された位置関係）、管Ｐの回転数、管Ｐの外径や材質、位置決め手段３の動作遅れ時間等の情報が入力される。これらの情報は、位置決め制御手段４に手動で直接入力してもよいし、上位のプロセスコンピュータから受信する構成としてもよい。特に、管Ｐの回転数については、設定値ではなく実測値を用いた方が、探傷センサ１の追従精度が高まることが期待できる。このため、例えば、管Ｐの外表面に接触するパルスジェネレータ（ＰＬＧ）６を取り付け、位置決め制御手段４が、ＰＬＧ６の出力値と、ＰＬＧ６及び管Ｐの外径比とから管Ｐの回転数を算出する構成を採用することが可能である。また、ターニングローラ５にその回転数を検出するパルスジェネレータ（ＰＬＧ）６を取り付け、位置決め制御手段４が、ＰＬＧ６の出力値と、ターニングローラ５及び管Ｐの外径比とから管Ｐの回転数を算出する構成を採用してもよい。或いは、管Ｐの外表面の周速度を測定する速度計（図示せず）を取り付け、位置決め制御手段４が、前記速度計の出力値と、管Ｐの外径とから管Ｐの回転数を算出する構成を採用してもよい。

以下、上述した構成を有する追従装置１００の初期設定及び動作について順次説明する。

（１）非接触式変位計の測定値に対する補正係数の設定
前述のように、本実施形態では、非接触式変位計２として渦電流式変位計を用いているが、渦電流の大きさは管Ｐの材質（透磁率や導電率など）によっても変化するため、管Ｐの材質に応じて非接触式変位計２で測定した変位を補正することが好ましい。このため、位置決め制御手段４には、非接触式変位計２で測定した変位に対する補正係数が、管Ｐの材質毎に例えばテーブル形式で予め記憶される。前述のように、位置決め制御手段４には、管Ｐの材質が入力される。これにより、位置決め制御手段４は、前記入力された管Ｐの材質に応じた補正係数をテーブルから選択し、非接触式変位計２で測定した変位に前記選択した補正係数を乗ずる補正を施して、該補正後の変位に基づいて位置決め手段３を制御する。

（２）非接触式変位計の位置設定
非接触式変位計２のＸ軸方向の位置は、例えば、Ｘ軸方向に並設される一対のターニングローラ５の中間点に固定して設定することが可能である。或いは、例えば、非接触式変位計２をＸ軸方向に移動させることが可能な適宜の移動ステージに取り付け、下方に静止状態の管Ｐ（軸方向に直交する方向の断面が真円形に近く、且つ曲がりの少ない管Ｐを用いることが好ましい）が配置された状態で非接触式変位計２をＸ軸方向に移動させて、非接触式変位計２で測定される管Ｐまでの距離が最も小さくなる位置（管Ｐの中心に対向する位置に相当）に設定することも可能である。

非接触式変位計２のＺ軸方向の適切な位置は、探傷する管Ｐの外径に応じて変化する。このため、例えば、非接触式変位計２をＺ軸方向に移動させることが可能な適宜の移動ステージに取り付け、下方に静止状態の管Ｐ（軸方向に直交する方向の断面が真円形に近く、且つ曲がりの少ない管Ｐを用いることが好ましい）が配置された状態で非接触式変位計２をＺ軸方向に移動させて、非接触式変位計２で測定される管Ｐまでの距離が非接触式変位計２の距離測定レンジの例えば略中間となる位置に設定すればよい。そして、このように位置設定された非接触式変位計２で測定される管Ｐまでの距離が変位の基準（原点）とされ、原点からの距離が変位として出力されることになる。

（３）探傷センサの初期位置設定
探傷センサ１のＸ軸方向の初期位置は、例えば、Ｘ軸方向に並設される一対のターニングローラ５の中間点に固定して設定することも可能である。しかしながら、実際に探傷感度が最も高くなる位置を検出し、その位置をＸ軸方向の初期位置として設定する方が好ましい。このため、例えば、探傷センサ１として超音波探触子を用いる場合には、上方に静止状態の管Ｐ（軸方向に直交する方向の断面が真円形に近く、且つ曲がりの少ない管Ｐを用いることが好ましい）が配置された状態で位置決め手段３を制御して超音波探触子をＸ軸方向に沿って移動させ、超音波探触子で受信される管Ｐの外表面からのエコー強度が最も大きくなる位置を超音波探触子の初期位置として設定すればよい。

探傷センサ１と管Ｐとの離間距離は、本実施形態の場合、探傷センサ１がターニングローラ５に支持された管Ｐの鉛直方向下方に配置されているため、管Ｐの外径が変化してもあまり変化しない。また、探傷センサ１として超音波探触子を用いる場合には、管Ｐとの離間距離が多少変動しても探傷感度への影響が乏しい。従って、探傷センサ１のＺ軸方向の初期位置としては、所定の探傷感度が得られる位置に固定して設定することが可能である。ただし、探傷センサ１を管Ｐの鉛直方向上方に配置するような場合には、探傷センサ１の位置を固定したのでは、管Ｐの外径に応じて探傷センサ１と管Ｐとの離間距離が変化するため、管Ｐの外径に応じて探傷センサ１をＺ軸方向に沿って移動させ、一定の離間距離を保持する位置を初期位置として設定することが好ましい。

（４）位置決め制御手段４の動作
上記（１）〜（３）の初期設定の後、実際の被探傷材である管Ｐがターニングローラ５によって周方向に回転しながら軸方向に搬送される。この際、位置決め制御手段４は、以下のように動作して、探傷センサ１を管Ｐに追従させる。

まず最初に、位置決め制御手段４は、入力された非接触式変位計２及び探傷センサ１の位置関係（管Ｐの周方向に１８０°離間して配置された位置関係）と、管の回転数とに基づいて、非接触式変位計２で変位を測定した管Ｐの部位が、管Ｐの回転中心を通りＺ軸方向に延びる直線上の所定位置（例えば、１８０°回転した位置）に到達するまでの時間を予測する。例えば、非接触式変位計２で変位を測定した管Ｐの部位が１８０°回転した位置に到達するまでの時間Ｔａｚは、管Ｐの回転数をＮ（ｒｐｍ）とすると、Ｔａｚ＝１／２Ｎ（ｍｉｎ）と予測される。

次に、位置決め制御手段４は、予測時間Ｔａｚ経過後の管Ｐに対する予測時間Ｔａｚ経過後の探傷センサ１のＺ軸方向の相対位置が略一定となるように、非接触式変位計２で測定した変位と、入力された位置決め手段３Ａの動作遅れ時間とに基づいて位置決め手段３Ａを制御し、探傷センサ１をＺ軸方向に沿って移動させる。例えば、位置決め手段３Ａの動作遅れ時間がＴｂａであるとすると、位置決め制御手段４は、非接触式変位計２で変位を測定してからＴａｚ−Ｔｂａ時間経過後に、位置決め手段３Ａに対して、探傷センサ１を初期位置から所定の移動量だけＺ軸方向に移動させる動作の開始指令を行う（移動量に対応した電圧Ｅｉ（図２参照）を出力する）。

前記探傷センサ１のＺ軸方向への移動量は、例えば、非接触式変位計２で測定した変位が−α（管Ｐの外表面が原点からαだけ非接触変位計２側に近づいたことを意味する）であったとすると、管Ｐから離間する方向にα（或いは、αに０＜ｋ＜１の緩和係数ｋを乗じた値）とされる。以下、この理由について、図３を参照しつつ説明する。

図３は、本実施形態に係る追従装置の原理を説明する説明図である。図３に示すように、前述した非接触式変位計２の位置設定の際に用いる管Ｐ０が、軸方向に直交する方向の断面が真円形であって、管Ｐ０の中心と管Ｐ０の回転中心Ｏとが一致しており、非接触式変位計２で測定される管Ｐ０までの距離を変位の基準（非接触変位計２の原点）とした場合を考える。同様に、前述した探傷センサ１の初期位置設定の際にも管Ｐ０を用い、管Ｐ０の中心Ｏに正対するように探傷センサ１の初期位置が設定され、探傷センサ１と管Ｐ０とのＺ軸方向の距離をＺ軸方向の変位の基準（探傷センサ１のＺ軸方向の原点）とした場合を考える。

以上の初期設定の後、実際の被探傷材である管Ｐ（外径は管Ｐ０と等しく、断面は真円形であるとする）が非接触式変位計２の下方に搬送されたとする（搬送直後の管Ｐを管Ｐ１とする）。例えば、管Ｐに曲がりが生じていることにより、管Ｐの中心と管Ｐの回転中心Ｏとがずれている（ずれ量＝α）とすると、管Ｐの周方向への回転に伴って、管Ｐの中心は管の回転中心Ｏ周りの円弧（半径＝α）上を移動することになる。すなわち、図３に示すように、搬送直後の管Ｐ１の中心Ｃ１と、９０°回転した後の管Ｐ２の中心Ｃ２と、１８０°回転した後の管Ｐ３の中心Ｃ３とは、それぞれ管Ｐの回転中心Ｏ周りの円弧上に位置する。そして、非接触式変位計２に対向する位置で−αの変位を測定した管Ｐ１の部位Ａ１が、１８０°回転して管Ｐ３の部位Ａ３の位置に到達したとき、探傷センサ１に対する管Ｐ３のＺ軸方向の変位も−α（αだけ管Ｐが探傷センサ１に近づく）となる。従って、１８０°回転して管Ｐ３の状態となったときの探傷センサ１のＺ軸方向への移動量を管Ｐ３から離間する方向にαとすることにより、管Ｐ３に対する探傷センサ１のＺ軸方向の相対位置を略一定（初期位置設定の際の管Ｐ０に対する探傷センサ１のＺ軸方向の相対位置と略同等）にすることが可能である。

なお、以上に説明した原理は、管Ｐ０や管Ｐの断面が真円形であると共に、管Ｐの回転中心Ｏが変化せずに一定であるという仮定を前提としているため、実際には上記原理の通りにはなり難く、αそのものを探傷センサ１の移動量にしたのでは追従精度が悪化する虞もある。これを回避するには、αに０＜ｋ＜１の所定の緩和係数ｋを乗じた値を探傷センサ１の移動量として設定することが好ましい。

一方、位置決め制御手段４は、前述した予測時間Ｔａｚの演算と並行して、入力された非接触式変位計２及び探傷センサ１の位置関係と、管の回転数とに基づいて、非接触式変位計２で変位を測定した管Ｐの部位が、管Ｐの回転中心を通りＸ軸方向に延びる直線上の所定位置（例えば、９０°回転した位置）に到達するまでの時間を予測する。例えば、非接触式変位計２で変位を測定した管Ｐの部位が９０°回転した位置に到達するまでの時間Ｔａｘは、管Ｐの回転数をＮ（ｒｐｍ）とすると、Ｔａｘ＝１／４Ｎ（ｍｉｎ）と予測される。

次に、位置決め制御手段４は、予測時間Ｔａｘ経過後の管Ｐに対する予測時間Ｔａｘ経過後の探傷センサ１のＸ軸方向の相対位置が略一定となるように、非接触式変位計２で測定した変位と、入力された位置決め手段３Ｂの動作遅れ時間とに基づいて位置決め手段３Ｂを制御し、探傷センサ１をＸ軸方向に沿って移動させる。例えば、位置決め手段３Ｂの動作遅れ時間がＴｂｂであるとすると、位置決め制御手段４は、非接触式変位計２で変位を測定してからＴａｘ−Ｔｂｂ時間経過後に、位置決め手段３Ｂに対して、探傷センサ１を初期位置から所定の移動量だけＸ軸方向に移動させる動作の開始指令を行う（移動量に対応した電圧Ｅｉ（図２参照）を出力する）。

前述したのと同様、図３に示すように、非接触式変位計２で測定した変位が−αであったとすると、前記探傷センサ１のＸ軸方向への移動量は、図３の紙面右側方向にα（或いは、αに０＜ｋ＜１の緩和係数ｋを乗じた値）とされる。これは、非接触式変位計２に対向する位置で−αの変位を測定した管Ｐ１の部位Ａ１が、９０°回転して管Ｐ２の部位Ａ２の位置に到達したとき、探傷センサ１に対する管Ｐ２の中心Ｃ２のＸ軸方向の変位はα（αだけ管Ｐが図３の紙面右側方向に移動する）となる。従って、９０°回転して管Ｐ２の状態となったときの探傷センサ１のＸ軸方向への移動量を図３の紙面右側方向にαとすることにより、管Ｐ２に対する探傷センサ１のＸ軸方向の相対位置を略一定（初期位置設定の際の管Ｐ０に対する探傷センサ１のＸ軸方向の相対位置と略同等）にすることが可能である。なお、追従精度が悪化する虞を回避するには、前述したのと同様に、αに０＜ｋ＜１の所定の緩和係数ｋを乗じた値を探傷センサ１の移動量として設定することが好ましい。

以上に説明した本実施形態に係る追従装置１００によれば、管Ｐを探傷するために管Ｐの外表面に対向配置される探傷センサ１を、探傷時に周方向に回転する管Ｐに精度良く追従させることができ、管端部を含む管Ｐの全長に亘る自動探傷が可能となる。

＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第２実施形態に係る管の探傷用追従装置の概略構成を示す正面図である。図４に示すように、本実施形態に係る追従装置１００Ａは、第１実施形態と同様に、周方向に回転する管Ｐを探傷するために管Ｐの外表面に対向配置され管Ｐの軸方向に沿って相対的に移動する探傷センサ１を管Ｐに追従させる装置である。以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明し、共通する点については説明を省略する。

本実施形態に係る追従装置１００Ａは、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に沿ってそれぞれ配置された少なくとも２つ（本実施形態では２つ）の非接触式変位計２Ａ、２Ｂを備えている。非接触式変位計２Ｂの位置は、例えば、非接触式変位計２ＢをＺ軸方向に移動させることが可能な適宜の移動ステージに取り付け、ターニングローラ５上に静止状態の管Ｐ（軸方向に直交する方向の断面が真円形に近く、且つ曲がりの少ない管Ｐを用いることが好ましい）が配置された状態で非接触式変位計２ＢをＺ軸方向に移動させて、非接触式変位計２Ｂで測定される管Ｐまでの距離が最も小さくなる位置（管Ｐの中心に対向する位置に相当）に設定することが可能である。なお、非接触式変位計２Ａの位置は、第１実施形態と同様に設定することが可能である。

本実施形態に係る位置決め制御手段４は、Ｚ軸方向に沿って配置された非接触式変位計２Ａ及び探傷センサ１の位置関係と、管Ｐの回転数とに基づいて、非接触式変位計２Ａで変位を測定した管Ｐの部位Ａ１が、管Ｐの回転中心を通りＺ軸方向に延びる直線上の所定位置（例えば、１８０°回転した位置Ａ３）に到達するまでの時間を予測する。そして、位置決め制御手段４は、前記予測時間経過後の管Ｐに対する該予測時間経過後の探傷センサ１のＺ軸方向の相対位置が略一定となるように、非接触式変位計２Ａで測定した変位と位置決め手段３（具体的には、探傷センサ１をＺ軸方向に沿って移動させるための位置決め手段３Ａ）の動作遅れ時間とに基づいて位置決め手段３Ａを制御し、探傷センサ１をＺ軸方向に沿って移動させる。

一方、位置決め制御手段４は、Ｘ軸方向に沿って配置された非接触式変位計２Ｂ及び探傷センサ１の位置関係と、管Ｐの回転数とに基づいて、非接触式変位計２Ｂで変位を測定した管Ｐの部位Ａ２が、管Ｐの回転中心を通りＸ軸方向に延びる直線上の所定位置（例えば、１８０°回転した位置Ａ４）に到達するまでの時間を予測する。そして、位置決め制御手段４は、前記予測時間経過後の管Ｐに対する該予測時間経過後の探傷センサ１のＸ軸方向の相対位置が略一定となるように、非接触式変位計２Ｂで測定した変位と位置決め手段３（具体的には、探傷センサ１をＸ軸方向に沿って移動させるための位置決め手段３Ｂ）の動作遅れ時間とに基づいて位置決め手段３Ｂを制御し、探傷センサ１をＸ軸方向に沿って移動させる。

以上のように、本実施形態に係る追従装置１００Ａによれば、Ｚ軸方向に沿って配置された非接触式変位計２Ａで測定した変位に基づいて、探傷センサ１をＺ軸方向に沿って移動させると共に、Ｘ軸方向に沿って配置された非接触式変位計２Ｂで測定した変位に基づいて、探傷センサ１をＸ軸方向に沿って移動させることになる。すなわち、変位の測定方向とこの測定した変位に基づいて探傷センサ１を移動させる方向とが一致するため、第１実施形態に係る追従装置１００に比べて、より一層精度良く探傷センサ１が管に追従することが期待できる。

＜第３実施形態＞
図５は、本発明の第３実施形態に係る管の探傷用追従装置の概略構成を示す正面図である。図５に示すように、本実施形態に係る追従装置１００Ｂは、第１実施形態や第２実施形態と同様に、周方向に回転する管Ｐを探傷するために管Ｐの外表面に対向配置され管Ｐの軸方向に沿って相対的に移動する探傷センサ１を管Ｐに追従させる装置である。以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明し、共通する点については説明を省略する。

本実施形態に係る追従装置１００Ｂは、管Ｐを挟んでＸ軸方向に沿って対向配置された一対の非接触式変位計２Ｃ、２Ｄを備えている。非接触式変位計２Ｃ、２Ｄの位置は、例えば、非接触式変位計２Ｃ、２Ｄを一体として又は個別にＺ軸方向に移動させることが可能な適宜の移動ステージに取り付け、ターニングローラ５上に静止状態の管Ｐ（軸方向に直交する方向の断面が真円形に近く、且つ曲がりの少ない管Ｐを用いることが好ましい）が配置された状態で非接触式変位計２Ｃ、２ＤをＺ軸方向に移動させて、非接触式変位計２Ｃ、２Ｄで測定される管Ｐまでの距離が最も小さくなる位置（管Ｐの中心に対向する位置に相当）に設定することが可能である。

本実施形態に係る位置決め制御手段４は、一対の非接触式変位計２Ｃ、２Ｄ及び探傷センサ１の位置関係と、管Ｐの回転数とに基づいて、一対の非接触式変位計２Ｃ、２Ｄで変位を測定した管Ｐの部位Ａ４、Ａ２が、管Ｐの回転中心を通りＸ軸方向に延びる直線上の所定位置（例えば、部位Ａ４が１８０°回転した位置Ａ２、部位Ａ２が１８０°回転した位置Ａ４）に到達するまでの時間を予測する。そして、位置決め制御手段４は、前記予測時間経過後の管Ｐに対する該予測時間経過後の探傷センサ１のＸ軸方向の相対位置が略一定となるように、一方の非接触式変位計２Ｃで測定した変位と他方の非接触式変位計２Ｄで測定した変位との差と、位置決め手段３（具体的には、探傷センサ１をＸ軸方向に沿って移動させるための位置決め手段３Ｂ）の動作遅れ時間とに基づいて位置決め手段３Ｂを制御し、探傷センサ１をＸ軸方向に沿って移動させる。

前記探傷センサ１のＸ軸方向への移動量は、例えば、図５の紙面の右側方向にＭｘ＝（非接触式変位計２Ｃで測定した変位−非接触式変位計２Ｄで測定した変位）／２とされるか、或いは、このＭｘに０＜ｋ＜１の緩和係数ｋを乗じた値とされる。以下、この理由について、図６を参照しつつ説明する。

図６は、本実施形態に係る追従装置の原理を説明する説明図である。図６（ａ）に示すように、前述した非接触式変位計２Ｃ、２Ｄの位置設定の際に用いる管Ｐ０が、軸方向に直交する方向の断面が真円形であって、管Ｐ０の中心Ｃと管Ｐ０の回転中心Ｏとが一致しており、非接触式変位計２Ｃ、２Ｄで測定される管Ｐ０までの距離を変位の基準（非接触変位計２Ｃ、２Ｄの原点）とした場合を考える。同様に、探傷センサ１の初期位置設定の際にも管Ｐ０を用い、管Ｐ０の中心Ｏに正対するように探傷センサ１の初期位置が設定された場合を考える。

以上の初期設定の後、実際の被探傷材である管Ｐ（管Ｐの中心Ｃは管Ｐ０と同じく回転中心Ｏと一致し、断面は楕円形であるとする）が非接触式変位計２Ｃ、２Ｄの間に搬送され、図６（ａ）に示すように、楕円形の長径部Ａ４、Ａ２がそれぞれ非接触式変位計２Ｃ、２Ｄに対向した状態になったとする（この状態の管Ｐを管Ｐ２とする）。そして、管Ｐ２が１８０°回転して、管Ｐ２の部位Ａ４が非接触式変位計２Ｄに対向する位置に、管Ｐ２の部位Ａ２が非接触式変位計２Ｃに対向する位置に到達したとする（この状態の管Ｐを管Ｐ４とする）。この間、管Ｐの中心Ｃと管Ｐの回転中心Ｏとは一致しているため、探傷センサ１をＸ軸方向に移動させる必要はない。しかしながら、例えば、一方の非接触式変位計２Ｃで測定した管Ｐ２の部位Ａ４の変位は、あたかも管Ｐ２の中心Ｃと管Ｐ２の回転中心Ｏとがずれている場合と同様の−αとなる。このため、−αの変位のみを用いて管Ｐ４の状態となったときの探傷センサ１のＸ軸方向への移動量を設定したのでは、実際には管Ｐの中心Ｃと管Ｐの回転中心Ｏとがずれていない（従って、Ｘ軸方向に探傷センサ１を移動させる必要がない）場合であっても探傷センサ１を移動させることになり、追従精度が悪化する虞がある。

これに対し、本実施形態のように、管Ｐ４の状態となったときの探傷センサ１のＸ軸方向への移動量を、前述のように図５の紙面の右側方向にＭｘ＝（非接触式変位計２Ｃで測定した変位−非接触式変位計２Ｄで測定した変位）／２とすれば、非接触式変位計２Ｃで測定した管Ｐ２の部位Ａ４の変位は−αで、非接触式変位計２Ｄで測定した管Ｐ２の部位Ａ２の変位も−αであるため、Ｍｘ＝０となり、探傷センサ１をＸ軸方向に沿って移動させることなく、追従精度を維持することが可能である。

また、図６（ｂ）に示すように、実際の被探傷材である管Ｐが、外径は管Ｐ０と等しく、断面は真円形であり、管Ｐの中心と管Ｐの回転中心Ｏとがずれている（ずれ量＝α）場合には、非接触式変位計２Ｃで測定した管Ｐ２の部位Ａ４の変位はαで、非接触式変位計２Ｄで測定した管Ｐ２の部位Ａ２の変位は−αであるため、Ｍｘ＝αとなる。管Ｐ２の状態から１８０°回転して管Ｐ４の状態になったとき、探傷センサ１に対する管Ｐ４の中心Ｃ４のＸ軸方向の変位は−α（αだけ管Ｐが図６の紙面左側方向に移動する）となる。従って、管Ｐ２の状態から１８０°回転して管Ｐ４の状態となったときの探傷センサ１のＸ軸方向への移動量を図６の紙面左側方向にＭｘとすることにより、管Ｐ４に対する探傷センサ１のＸ軸方向の相対位置を略一定（初期位置設定の際の管Ｐ０に対する探傷センサ１のＸ軸方向の相対位置と略同等）にすることが可能である。すなわち、探傷センサ１のＸ軸方向への移動量としてＭｘを用いることは、図６（ａ）に示すような断面楕円形の管Ｐのみならず、図６（ｂ）に示すように、管Ｐに曲がりが生じていることにより、管Ｐの中心と管Ｐの回転中心Ｏとがずれている場合にも有効である。なお、追従精度が悪化する虞を回避するには、第１実施形態において説明したのと同様に、Ｍｘに０＜ｋ＜１の所定の緩和係数ｋを乗じた値を探傷センサ１の移動量として設定することが好ましい。

また、本実施形態に係る位置決め制御手段４は、一対の非接触式変位計２Ｃ、２Ｄの何れか１つの非接触式変位計及び探傷センサ１の位置関係と、管Ｐの回転数とに基づいて、前記何れか１つの非接触式変位計２Ｃ又は２Ｄで変位を測定した管Ｐの部位Ａ４、Ａ２が、管Ｐの回転中心を通りＺ軸方向に延びる直線上の所定位置（例えば、部位Ａ４が９０°回転した位置Ａ１、又は、部位Ａ２が９０°回転した位置Ａ３）に到達するまでの時間を予測する。そして、位置決め制御手段４は、前記予測時間経過後の管Ｐに対する該予測時間経過後の探傷センサ１のＺ軸方向の相対位置が略一定となるように、前記何れか１つの非接触式変位計で測定した変位と、位置決め手段３（具体的には、探傷センサ１をＺ軸方向に沿って移動させるための位置決め手段３Ａ）の動作遅れ時間とに基づいて位置決め手段３Ａを制御し、探傷センサ１をＺ軸方向に沿って移動させる。

なお、本実施形態に係る位置決め制御手段４は、好ましい態様として、一対の非接触式変位計２Ｃ、２Ｄで測定した変位に基づいて、管Ｐの外径を算出可能な構成とされている。具体的には、管Ｐの外径は、例えば、各非接触式変位計２Ｃ、２Ｄの離間距離から、各非接触式変位計２Ｃ、２Ｄで測定した管Ｐまでの距離をそれぞれ減算することによって算出することができる。なお、前述のように、非接触式変位計２Ｃ、２Ｄの位置は、初期設定用の管Ｐ０の中心を挟んでＸ軸方向に沿って対向するように設定される。ここで、実際に外径を測定する管Ｐに曲がり等のＺ軸方向の位置変動が生じていることにより、その管Ｐの中心が、非接触式変位計２Ｃ、２Ｄの対向方向（非接触式変位計２Ｃ及び２Ｄを結ぶ直線）からＺ軸方向にずれた状態になると、幾何学的に、上記のようにして算出される管Ｐの外径測定値には上記のずれ量に応じた誤差が生じる。具体的には、上記のずれ量が大きくなればなるほど、管Ｐの外径測定値の方が実際の管Ｐの外径よりも小さな値となる。また、上記のずれ量が同一であるとすれば、幾何学的に、管Ｐの実際の外径が小さいほど誤差は大きくなる。従って、管Ｐに曲がりが生じていても外径測定精度を維持するには、上記のずれ量と管Ｐのおおよその外径（設計値等）とに応じて、得られた外径測定値を補正する（例えば、所定の補正値を加算する）ことが好ましい。

上記の補正は、例えば、以下のようにして実行することが可能である。まず、位置決め制御手段４が、一本の管Ｐについて、外径測定値及び探傷センサ１のＺ軸方向の位置を時系列で記録するように構成する。また、管Ｐの外径設計値を位置決め制御手段４に予め入力する。さらに、位置決め制御手段４には、外径測定値に加算する補正値が、管Ｐの中心の上記ずれ量及び管Ｐの外径設計値毎に例えばテーブル形式で予め記憶される。ここで、ある時刻における探傷センサ１のＺ軸方向の位置は、探傷センサ１の追従精度が高ければ、同時刻における管Ｐの中心の上記ずれ量に対応する。従って、位置決め制御手段４に記録された各時刻における探傷センサ１のＺ軸方向の位置に基づいて、同時刻における管Ｐの中心の上記ずれ量を算出することが可能である。位置決め制御手段４は、記録された各時刻における探傷センサ１のＺ軸方向の位置に基づいて、各時刻における管Ｐの中心の上記ずれ量を算出し、該算出したずれ量と前記入力された管Ｐの外径設計値とに応じた補正値をテーブルから逐次選択して、記録された同時刻における外径測定値に前記補正値を加算すればよい。以上のようにして、記録された各時刻における外径測定値を補正すれば、管Ｐに曲がり等のＺ軸方向の位置変動が生じていても外径測定精度を維持することが可能である。

以下、実施例及び比較例を説明することにより、本発明の特徴をより一層明らかにする。

＜実施例１−１＞
図５に示す追従装置１００Ｂ（前述した第３実施形態の構成）を用いて、探傷センサ１の追従精度を評価する試験を行った。被探傷材としては、外径（設計値）が７３ｍｍであり、曲がりによって管の回転中心に対する管中心の偏芯量が約±３ｍｍである管（以下、曲がり管という）を用いた。この曲がり管をターニングローラ５上に配置し、軸方向への搬送は行わずに曲がり管を周方向に回転（回転数＝１８０ｒｐｍ）させた。そして、この回転する曲がり管に、以下のようにして探傷センサ１を追従させた。

（１）Ｘ軸方向についての探傷センサ１の追従
非接触式変位計２Ｃ、２Ｄ及び探傷センサ１の位置関係と、曲がり管の回転数とに基づいて、非接触式変位計２Ｃ、２Ｄで変位を測定した曲がり管の部位が、１８０°回転した位置に到達するまでの時間を予測する。そして、前記予測時間経過後の曲がり管に対する該予測時間経過後の探傷センサ１のＸ軸方向の相対位置が略一定となるように、非接触式変位計２Ｃで測定した変位と非接触式変位計２Ｄで測定した変位との差と、位置決め手段３Ｂの動作遅れ時間とに基づいて位置決め手段３Ｂを制御し、探傷センサ１をＸ軸方向に沿って移動させた。この探傷センサ１のＸ軸方向への移動量Ｍｘは、Ｍｘ＝（非接触式変位計２Ｃで測定した変位−非接触式変位計２Ｄで測定した変位）／２とした。

（２）Ｚ軸方向についての探傷センサ１の追従
非接触式変位計２Ｄ及び探傷センサ１の位置関係と、曲がり管の回転数とに基づいて、非接触式変位計２Ｄで変位を測定した曲がり管の部位が、９０°回転した位置に到達するまでの時間を予測する。そして、前記予測時間経過後の曲がり管に対する該予測時間経過後の探傷センサ１のＺ軸方向の相対位置が略一定となるように、非接触式変位計２Ｄで測定した変位と、位置決め手段３Ａの動作遅れ時間とに基づいて位置決め手段３Ａを制御し、探傷センサ１をＺ軸方向に沿って移動させた。

＜実施例１−２＞
探傷センサ１を曲がり管に追従させるために、非接触式変位計２Ｄで測定した変位のみを用いた（非接触式変位計２Ｃで測定した変位は用いなかった）点を除き、実施例１−１と同様の条件で、探傷センサ１の追従精度を評価する試験を行った。具体的には、以下のようにして曲がり管に探傷センサ１を追従させた。

（１）Ｘ軸方向についての探傷センサ１の追従
非接触式変位計２Ｄ及び探傷センサ１の位置関係と、曲がり管の回転数とに基づいて、非接触式変位計２Ｄで変位を測定した曲がり管の部位が、１８０°回転した位置に到達するまでの時間を予測する。そして、前記予測時間経過後の曲がり管に対する該予測時間経過後の探傷センサ１のＸ軸方向の相対位置が略一定となるように、非接触式変位計２Ｄで測定した変位と、位置決め手段３Ｂの動作遅れ時間とに基づいて位置決め手段３Ｂを制御し、探傷センサ１をＸ軸方向に沿って移動させた。

（２）Ｚ軸方向についての探傷センサ１の追従
実施例１−１と同様に追従させた。

＜比較例１＞
曲がり管に探傷センサ１を追従させなかった（すなわち、探傷センサ１の位置を初期設定のまま固定した）点を除き、実施例１−１と同様の条件で試験を行った。

＜追従精度の評価方法＞
（１）Ｚ軸方向の追従精度の評価方法
探傷センサ１に接触式変位計（Ｚ軸接触式変位計）としてのマイクロメータを取り付け、その針先を曲がり管の底面に接触させた。そして、実施例１−１、１−２及び比較例１について、マイクロメータの針先の変位を測定した。探傷センサ１が、周方向への回転に伴う曲がり管のＺ軸方向の位置変動に完全に追従していれば、原理的には、上記測定した変位が常に一定となるはずである。従って、Ｚ軸接触式変位計で測定した変位の変動幅が小さいほど、Ｚ軸方向の追従精度が高いと評価した。

（２）Ｘ軸方向の追従精度の評価方法
探傷センサ１に接触式変位計（Ｘ軸接触式変位計）としてのマイクロメータを取り付け、その針先を曲がり管のＸ軸方向の側面に接触させた。そして、実施例１−１、１−２及び比較例１について、マイクロメータの針先の変位を測定した。探傷センサ１が、周方向への回転に伴う曲がり管のＸ軸方向の位置変動に完全に追従していれば、原理的には、上記測定した変位が常に一定となるはずである。従って、Ｘ軸接触式変位計で測定した変位の変動幅が小さいほど、Ｘ軸方向の追従精度が高いと評価した。

＜追従精度の評価結果＞
図７は、上記追従精度の評価結果を示すグラフであり、図７（ａ）は比較例１の結果を、図７（ｂ）は実施例１−２の結果を、図７（ｃ）は実施例１−１の結果を示す。なお、図７には、Ｚ軸接触式変位計及びＸ軸接触式変位計で測定した変位と共に、非接触式変位計２Ｃ、２Ｄで測定した変位もプロットした。

図７に示すように、Ｚ軸接触式変位計で測定した変位（太い破線で示すグラフ）の変動幅は、比較例１（図７（ａ））では５．４１０ｍｍであったのに対し、実施例１−１（図７（ｃ））では０．９４６ｍｍ、実施例１−２（図７（ｂ））では０．９２１ｍｍとなった。従って、Ｚ軸方向の追従精度は、実施例の方が比較例よりも大幅に高くなることが分かった。

また、図７に示すように、Ｘ軸接触式変位計で測定した変位（太い実線で示すグラフ）の変動幅は、比較例１（図７（ａ））では６．６０２ｍｍであったのに対し、実施例１−１（図７（ｃ））では０．７１３ｍｍ、実施例１−２（図７（ｂ））では１．０４７ｍｍとなった。従って、Ｘ軸方向の追従精度についても、実施例の方が比較例よりも大幅に高くなることが分かった。なお、実施例１−１と実施例１−２とを対比すると、実施例１−１の方が変位の変動幅が小さくなったのは、曲がり管の断面は完全な真円ではなく、楕円成分も若干含まれていることが一因だと考えられる。すなわち、実施例１−１の構成（前述した第３実施形態の構成）が有効に機能して、楕円成分の影響が低減されることにより、追従精度が高くなったものと考えられる。

＜実施例２−１＞
被探傷材として、外径（設計値）が７３ｍｍで、断面が楕円形（楕円率＝２．７％）の管（以下、楕円管という）を用いた点を除き、実施例１−１と同様の条件で、探傷センサ１の追従精度を評価する試験を行った。なお、楕円率は、下記の式で定義される値である。
楕円率＝２×（最大外径−最小外径）／（最大外径＋最小外径）×１００（％）

＜実施例２−２＞
被探傷材として、楕円管を用いた点を除き、実施例１−２と同様の条件で、探傷センサ１の追従精度を評価する試験を行った。

＜比較例２＞
被探傷材として、楕円管を用いた点を除き、比較例１と同様の条件で試験を行った。

＜追従精度の評価方法＞
（１）Ｚ軸方向の追従精度の評価方法
実施例１−１、１−２及び比較例１についての評価方法と同様の方法で、実施例２−１、２−２及び比較例２についてのＺ軸方向の追従精度を評価した。

（２）Ｘ軸方向の追従精度の評価方法
たとえ各非接触式変位計の測定値が楕円管の回転に伴って変動したとしても、楕円管の中心と楕円管の回転中心とがずれていなければ、Ｘ軸方向には探傷センサ１を移動させる必要がない。逆に、探傷センサ１がＸ軸方向に移動するとすれば、追従精度が悪いことを意味する。従って、ここでは、探傷センサ１のＸ軸方向の移動量に相当する位置決め手段３Ｂのピストンロッド３１１（図２参照）の変位を測定し、この測定した変位の変動幅が小さいほど、追従精度が高いと評価することにした。具体的には、ピストンロッド３１１の端面に、接触式変位計（Ｘ軸接触式変位計）としてのマイクロメータの針先を接触させ、実施例２−１、２−２及び比較例２について、マイクロメータの針先の変位を測定した。そして、上記のように、Ｘ軸接触式変位計で測定した変位の変動幅が小さいほど、Ｘ軸方向の追従精度が高いと評価した。

＜追従精度の評価結果＞
図８は、上記追従精度の評価結果を示すグラフであり、図８（ａ）は比較例２の結果を、図８（ｂ）は実施例２−２の結果を、図８（ｃ）は実施例２−１の結果を示す。なお、図８には、Ｚ軸接触式変位計及びＸ軸接触式変位計で測定した変位と共に、非接触式変位計２Ｃ、２Ｄで測定した変位もプロットした。

図８に示すように、Ｚ軸接触式変位計で測定した変位（太い破線で示すグラフ）の変動幅は、比較例２（図８（ａ））では０．６８３ｍｍであったのに対し、実施例２−１（図８（ｃ））では０．６３９ｍｍ、実施例２−２（図８（ｂ））では０．６５２ｍｍとなった。従って、Ｚ軸方向の追従精度は、実施例の方が比較例よりも若干ではあるが高くなることが分かった。

また、図８に示すように、Ｘ軸接触式変位計で測定した変位（太い実線で示すグラフ）の変動幅は、比較例２（図８（ａ））では０．０９８ｍｍ、実施例２−１（図８（ｃ））では０．７２５ｍｍ、実施例２−２（図８（ｂ））では０．８６９ｍｍであった。ここで、比較例２のＸ軸接触式変位計で測定した変位の変動幅は、探傷センサ１の位置を固定しているため、当然０ｍｍに近い値になる（機械的振動に起因した若干変位の変動が生じている）。このため、Ｘ軸方向の追従精度については、実施例と比較例との対比はできない。実施例２−１と実施例２−２とを対比すると、上記のように、実施例２−１の方が実施例２−２よりも変位の変動幅が小さくなって、追従精度が高まることが分かった。この結果は、断面が楕円形の管に探傷センサ１を追従させるには、本発明の中でも前述した第３実施形態の構成が特に有効であることを示すものである。

図１は、本発明の第１実施形態に係る管の探傷用追従装置の概略構成を示す図である。 図２は、図１に示す位置決め手段の概略構成を示す図である。 図３は、図１に示す追従装置の原理を説明する説明図である。 図４は、本発明の第２実施形態に係る管の探傷用追従装置の概略構成を示す正面図である。 図５は、本発明の第３実施形態に係る管の探傷用追従装置の概略構成を示す正面図である。 図６は、図５に示す追従装置の原理を説明する説明図である。 図７は、本発明の実施例及び比較例について、追従精度を評価した結果の一例を示すグラフである。 図８は、本発明の実施例及び比較例について、追従精度を評価した結果の他の例を示すグラフである。

符号の説明

１・・・探傷センサ
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ・・・非接触式変位計
３，３Ａ，３Ｂ・・・位置決め手段
４・・・位置決め制御手段
５・・・ターニングローラ
６・・・パルスジェネレータ

Claims (7)

1. 周方向に回転する管を探傷するために管の外表面に対向配置され管の軸方向に沿って相対的に移動する探傷センサを管に追従させる追従装置であって、
   管の外表面の変位を非接触で測定する少なくとも１つの非接触式変位計と、
   管及び前記探傷センサの対向方向、並びに、該対向方向に直交する直交方向に沿って、前記探傷センサを管の軸方向に直交する平面内で移動させる位置決め手段と、
   前記位置決め手段を制御する位置決め制御手段とを備え、
   前記位置決め制御手段は、
   前記非接触式変位計及び前記探傷センサの位置関係と、管の回転数とに基づいて、前記非接触式変位計で変位を測定した管の部位が、管の回転中心を通り前記対向方向に延びる直線上の所定位置に到達するまでの時間を予測し、該予測時間経過後の管に対する該予測時間経過後の前記探傷センサの前記対向方向の相対位置が略一定となるように、前記非接触式変位計で測定した変位と前記位置決め手段の動作遅れ時間とに基づいて前記位置決め手段を制御し、前記探傷センサを前記対向方向に沿って移動させると共に、
   前記非接触式変位計及び前記探傷センサの位置関係と、管の回転数とに基づいて、前記非接触式変位計で変位を測定した管の部位が、管の回転中心を通り前記直交方向に延びる直線上の所定位置に到達するまでの時間を予測し、該予測時間経過後の管に対する該予測時間経過後の前記探傷センサの前記直交方向の相対位置が略一定となるように、前記非接触式変位計で測定した変位と前記位置決め手段の動作遅れ時間とに基づいて前記位置決め手段を制御し、前記探傷センサを前記直交方向に沿って移動させることを特徴とする管の探傷用追従装置。
2. 前記対向方向及び前記直交方向に沿ってそれぞれ配置された少なくとも２つの非接触式変位計を備え、
   前記位置決め制御手段は、
   前記対向方向に沿って配置された非接触式変位計及び前記探傷センサの位置関係と、管の回転数とに基づいて、前記対向方向に沿って配置された非接触式変位計で変位を測定した管の部位が、管の回転中心を通り前記対向方向に延びる直線上の所定位置に到達するまでの時間を予測し、該予測時間経過後の管に対する該予測時間経過後の前記探傷センサの前記対向方向の相対位置が略一定となるように、前記対向方向に沿って配置された非接触式変位計で測定した変位と前記位置決め手段の動作遅れ時間とに基づいて前記位置決め手段を制御し、前記探傷センサを前記対向方向に沿って移動させると共に、
   前記直交方向に沿って配置された非接触式変位計及び前記探傷センサの位置関係と、管の回転数とに基づいて、前記直交方向に沿って配置された非接触式変位計で変位を測定した管の部位が、管の回転中心を通り前記直交方向に延びる直線上の所定位置に到達するまでの時間を予測し、該予測時間経過後の管に対する前記予測時間経過後の前記探傷センサの前記直交方向の相対位置が略一定となるように、前記直交方向に沿って配置された非接触式変位計で測定した変位と前記位置決め手段の動作遅れ時間とに基づいて前記位置決め手段を制御し、前記探傷センサを前記直交方向に沿って移動させることを特徴とする請求項１に記載の管の探傷用追従装置。
3. 管を挟んで前記直交方向に沿って対向配置された一対の非接触式変位計を備え、
   前記位置決め制御手段は、
   前記一対の非接触式変位計及び前記探傷センサの位置関係と、管の回転数とに基づいて、前記一対の非接触式変位計で変位を測定した管の部位が、管の回転中心を通り前記直交方向に延びる直線上の所定位置に到達するまでの時間を予測し、該予測時間経過後の管に対する該予測時間経過後の前記探傷センサの前記直交方向の相対位置が略一定となるように、一方の非接触式変位計で測定した変位と他方の非接触式変位計で測定した変位との差と、前記位置決め手段の動作遅れ時間とに基づいて前記位置決め手段を制御し、前記探傷センサを前記直交方向に沿って移動させると共に、
   前記一対の非接触式変位計又は他の非接触式変位計の内の何れか１つの非接触式変位計及び前記探傷センサの位置関係と、管の回転数とに基づいて、前記何れか１つの非接触式変位計で変位を測定した管の部位が、管の回転中心を通り前記対向方向に延びる直線上の所定位置に到達するまでの時間を予測し、該予測時間経過後の管に対する該予測時間経過後の前記探傷センサの前記対向方向の相対位置が略一定となるように、前記何れか１つの非接触式変位計で測定した変位と前記位置決め手段の動作遅れ時間とに基づいて前記位置決め手段を制御し、前記探傷センサを前記対向方向に沿って移動させることを特徴とする請求項１に記載の管の探傷用追従装置。
4. 前記位置決め制御手段は、前記一対の非接触式変位計で測定した変位に基づいて、管の外径を算出することを特徴とする請求項３に記載の管の探傷用追従装置。
5. 前記非接触式変位計は、渦電流式変位計であり、
   前記位置決め制御手段は、管の材質に応じて前記非接触式変位計で測定した変位を補正し、該補正後の変位に基づいて前記位置決め手段を制御することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の管の探傷用追従装置。
6. 前記探傷センサは、超音波探触子であり、
   前記位置決め制御手段は、静止状態の管に対して前記位置決め手段を制御して、前記超音波探触子を前記直交方向に沿って移動させ、前記超音波探触子で受信される管の外表面からのエコー強度が最も大きくなる位置を前記超音波探触子の初期位置として設定することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の管の探傷用追従装置。
7. 請求項１から６の何れかに記載の管の探傷用追従装置と、
   前記管の探傷用追従装置によって管に追従する探傷センサとを備えることを特徴とする管の自動探傷装置。

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