JP5531376B2 - 非破壊検査装置及び非破壊検査方法 - Google Patents

Description

本発明はガイド波で円筒部材の欠陥を検査する非破壊検査装置及び非破壊検査方法に関する。

流体が流通する配管（例えば、発電プラント及び化学プラント等のプラントの配管、石油を輸送するパイプラインのパイプ、製油所内のパイプ、地中に埋設されている水道管及びガス管等）や液体等が貯蔵されるタンク等、円筒状に成形された部材（以下、円筒部材とする）は、施設してから長期間が経過すると、内外面からの腐食または侵食に起因した劣化が進行する。ついには、その腐食または侵食が円筒部材の肉厚を貫通するまでに至る。この場合には、液体及び気体といった円筒部材内の流体が外部に漏洩してしまう。このような状態を避けるため、円筒部材の非破壊検査を定期的に行って円筒部材の肉厚を評価し、内部流体の漏洩が生じる前に、円筒部材の交換（または補修）といった対策を施す必要がある。

ところで、配管の肉厚を検査する非破壊測定手段の代表的なものに超音波厚み計がある。超音波厚み計は円筒部材の肉厚を測定する装置である。超音波厚み計を利用して円筒部材の肉厚を測定する一般的な方法としては、電気と音響を相互に変換する圧電素子を有する超音波センサを配管外面に設置することで検査対象の配管にバルク波を励起し、同一若しくは別の超音波センサを利用して配管内面で反射した弾性波を受信するものがある。

超音波厚み計は、検査範囲が狭いため、長尺の配管に対する検査には長い時間を要する。また、超音波厚み計を用いた検査では保温材が取り巻いている配管を対象にする場合に肉厚測定箇所ごとで保温材を取り除く必要があるので、検査前の保温材の取り外し作業及び検査後の保温材の取り付け作業に要する時間も多大になる。さらに、コンクリート及び地中に埋設された配管の検査も容易ではない。

超音波厚み計の有するこのような課題への１つの対応策として、ガイド波（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・横波の干渉によって形成される弾性波）を用いた配管の非破壊検査が提案されている（特許文献１等参照）。ガイド波を用いた非破壊検査は、配管の長距離区間を一括して検査することができる。ガイド波を用いることにより、保温材を取り外す箇所も著しく低減される。特許文献１に記載された非破壊検査装置は、複数の超音波探触子を配管全周にわたって配置した第１探触子群、第２探触子群及び第３探触子群を有しており、配管の一方向にガイド波を送信するために、これらの探触子群を検査対象である配管の軸方向に並べて配置している。

特表平１０−５０７５３０号公報

ところで、特許文献１に記載された上記の非破壊検査装置は、複数の探触子を配管全周に渡って配置して形成した探触子群を用いて非破壊的検査を行うので、配管の口径が大きくなるにつれて探触子群のサイズもまた大きくなってしまう。また、検査対象の配管の口径が変われば、それに合わせた大きさの探触子群を別途用意する必要も生じる。

本発明の目的は円筒部材の口径に依存することなく欠陥の測定ができる非破壊検査装置を提供することにある。

（１）本発明は上記目的を達成するために、ガイド波で円筒部材の欠陥を検査する非破壊検査装置において、複数の超音波探触子を前記円筒部材の周方向の一部に所定の間隔を介して配列して形成された第１超音波探触子列と、複数の超音波探触子を前記円筒部材の周方向の一部に所定の間隔を介して配列して形成され、前記第１超音波探触子列から前記円筒部材の軸方向に間隔を介して設けられた第２超音波探触子列と、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列に含まれる前記複数の超音波探触子に送信信号を印加するタイミングを制御することで、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列から送信されるガイド波の伝搬角度を制御するガイド波送信部とを備え、前記ガイド波送信部は、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列からガイド波が送信される時刻が前記円筒部材の軸方向における前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列の距離をガイド波が伝搬するために要する時間だけずれるように、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列に送信信号を印加し、前記第１超音波探触子列における各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離と、前記第２超音波探触子列における各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離とは、それぞれ、前記円筒部材の軸方向に伝搬するガイド波とは波長の異なる前記円筒部材の周方向に伝搬するガイド波のうち波長の最も短いガイド波の波長未満とする。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記第１超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離と、前記第２超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離とは、それぞれ、前記波長の最も短いガイド波の波長の半分に近づくように設定する。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列における前記複数の超音波探触子のうち前記円筒部材の周方向の両端部分に配置された少なくとも１つの超音波探触子から送信されるガイド波の強度が、前記円筒部材の周方向の端部に近い探触子から送信されるものほど弱くなるように、前記複数の超音波探触子から送信されるガイド波の強度を調整する強度調整部をさらに備える。

（４）上記（３）において、前記強度調整部は、好ましくは、前記複数の超音波探触子の前記円筒部材の周方向における配置位置に応じて、前記円筒部材の外周面に対して前記複数の超音波探触子を押し付ける力を調整する付勢力調整機構とする。

（５）上記（３）において、前記強度調整部は、好ましくは、前記複数の超音波探触子の前記円筒部材の周方向における配置位置に応じて、前記複数の超音波探触子に作用する負荷インピーダンスを調整する負荷インピーダンス調整機構とする。

（６）上記（１）において、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列における前記複数の超音波探触子は、磁石吸着機構を介して前記円筒部材に固定されている。

（７）上記（１）において、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列における前記複数の超音波探触子は、エア吸着機構を介して前記円筒部材に固定されている。

（８）上記（１）において、好ましくは、前記第１超音波探触子列又は前記第２超音波探触子列の前記複数の超音波探触子は、前記円筒部材の周方向に複数配列された支持部材に固定されており、この支持部材は、前記円筒部材の周方向に隣接する支持部同士が軸を介して揺動自在に連結されている。

（９）上記（１）において、好ましくは、 複数の超音波探触子を前記円筒部材の周方向の一部に所定の間隔を介して配列して形成された第３超音波探触子列と、複数の超音波探触子を前記円筒部材の周方向の一部に所定の間隔を介して配列して形成され、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列の前記円筒部材の軸方向における間隔の分だけ前記第３超音波探触子列から前記円筒部材の軸方向に間隔を介して設けられた第４超音波探触子列とをさらに有し、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列によってガイド波を送信し、前記第３超音波探触子列と前記第４超音波探触子列によってガイド波を受信し、前記第３超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離と、前記第４超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離とは、それぞれ、前記円筒部材の軸方向に伝搬するガイド波とは波長の異なる前記円筒部材の周方向に伝搬するガイド波のうち波長の最も短いガイド波の波長未満とする。

（１０）本発明は上記目的を達成するために、前記円筒部材の周方向の一部に複数の超音波探触子を所定の間隔を介して配列して形成された第１超音波探触子列からガイド波が送信される時刻と、前記円筒部材の周方向の一部に複数の超音波探触子を所定の間隔を介して配列して形成され、前記第１超音波探触子列から前記円筒部材の軸方向に間隔を介して取り付けられた第２超音波探触子列からガイド波が送信される時刻とが、前記円筒部材の軸方向に伝搬するガイド波が前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列の間を通過する際に要する時間分だけずれるように、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列からガイド波を送信する手順と、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列から送信されたガイド波を受信する手順と、受信した受信信号を処理して検査情報を生成する手順と、前記円筒部材の周方向に伝搬するガイド波によるノイズが低減するように、前記第１超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離と、前記第２超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離とを、それぞれ、前記円筒部材の軸方向に伝搬するガイド波とは波長の異なる前記円筒部材の周方向に伝搬するガイド波のうち波長の最も短いガイド波の波長未満に調整する手順とを備える。

（１１）上記（１０）において、好ましくは、前記第１超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離と、前記第２超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離とは、それぞれ、前記円筒部材の周方向に伝搬するガイド波のうち最も短いガイド波の波長の半分以上で、前記円筒部材の周方向に伝搬するガイド波のうち波長の最も短いガイド波の波長未満とする。

（１２）本発明は上記目的を達成するために、ガイド波で円筒部材の欠陥を検査する非破壊検査方法において、前記円筒部材の周方向の一部に複数の超音波探触子を所定の間隔を介して配列して形成された第１超音波探触子列からガイド波が送信される時刻と、前記円筒部材の周方向の一部に複数の超音波探触子を所定の間隔を介して配列して形成され、前記第１超音波探触子列から前記円筒部材の軸方向に間隔を介して取り付けられた第２超音波探触子列からガイド波が送信される時刻とが、前記円筒部材の軸方向に伝搬するガイド波が前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列の間を通過する際に要する時間分だけずれるように、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列からガイド波を送信する手順と、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列から送信されたガイド波を受信する手順と、受信した受信信号を処理して検査情報を生成する手順と、前記円筒部材の周方向に伝搬するガイド波によるノイズが低減するように、前記第１超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離と、前記第２超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離とを、それぞれ、前記円筒部材の軸方向に伝搬するガイド波とは波長の異なる前記円筒部材の周方向に伝搬するガイド波のうち波長の最も短いガイド波の波長未満に調整する手順と、前記円筒部材の周方向に伝搬するガイド波によるノイズを低減させるために、前記第１超音波探触子列及び前記第２超音波探触子列から送信されるガイド波の強度が前記円筒部材の周方向の端部に配置されたものほど減少するように、前記第１超音波探触子列及び前記第２超音波探触子列から送信されるガイド波の強度を調整する手順とを備える。

（１３）本発明は上記目的を達成するために、ガイド波で円筒部材の欠陥を検査する非破壊検査方法において、前記円筒部材の周方向の一部に複数の超音波探触子を所定の間隔を介して配列して形成された第１超音波探触子列から任意の設定角度でガイド波が送信される時刻と、前記円筒部材の周方向の一部に複数の超音波探触子を所定の間隔を介して配列して形成され、前記第１超音波探触子列から前記円筒部材の軸方向に間隔を介して取り付けられた第２超音波探触子列から前記設定角度でガイド波が送信される時刻とが、前記設定角度で送信されるガイド波が前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列の間を通過する際に要する時間分だけずれるように、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列からガイド波を送信する手順と、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列から送信されたガイド波を受信する手順と、受信した受信信号を処理して検査情報を生成する手順と、前記設定角度と直交する方向に前記円筒部材を伝搬するガイド波によるノイズが低減するように、前記第１超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離と、前記第２超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離とを、前記設定角度と直交する方向に前記円筒部材を伝搬するガイド波のうち波長の最も短いガイド波の波長未満に調整する手順とを備える。

（１４）上記（１０）から（１３）のいずれかにおいて、好ましくは、前記円筒部材に対して前記ガイド波センサを設置する箇所を前記円筒部材の周方向に沿って変更する手順をさらに備える。

本発明によれば、円筒部材の周方向の一部に設置した探触子列で欠陥を測定できるので、円筒部材の口径に依存しない非破壊検査を実施することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る非破壊検査装置の構成図、図２は図１中のガイド波センサ３の構造図、図３は図１中のガイド波送受信器４の構成図である。

図１に示す非破壊検査装置１０は、ガイド波センサ３と、ガイド波送受信器４と、アナログ／テジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）５と、コンピュータ（電子計算機）６と、表示装置７を備えている。

ガイド波センサ３は、ガイド波を送受信するもので、第１超音波探触子列１と、第２超音波探触子列２を有している。

第１超音波探触子列（以下、第１探触子列という）１は、複数の超音波探触子（以下、探触子という）を配列して形成されるもので、本実施の形態では例えば４組の探触子１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄによって形成されている。探触子１ａ〜１ｄは、ガイド波の送受信機能を有しており、それぞれ２つの探触子で構成されている。探触子としては、例えば、圧電素子を利用することができる。なお、各探触子は、複数の探触子を並列接続して（または送信用の探触子及び受信用の探触子を並列接続）構成することも可能である。第２超音波探触子列（以下、第２探触子列という）２は、第１探触子列１同様に複数の探触子（本実施の形態では４組の探触子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）で形成されており、第１探触子列１から配管９の軸方向に所定の間隔（「Ｄａ」とする）を介した位置に配置されている。第１探触子列１と第２探触子列２は、同数の探触子で形成することが好ましく、本実施の形態では第１探触子列１と第２探触子列２はそれぞれ４組の探触子（１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄ）から形成されている。

なお、本実施の形態では、探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄはそれぞれ２つの探触子から構成されているが、本発明が適用可能な探触子列１，２の構成はこれのみに限られず、各探触子列１，２が複数の探触子で構成されていれば良い。

図２（ａ）はガイド波センサ３を配管９の軸方向から見た図、図２（ｂ）はガイド波センサ３を配管９の径方向から見た図、図２（ｃ）は図２（ａ）の拡大図である。

図２において、複数の探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄは、それぞれ、配管（円筒部材）９の周方向の一部に配管９の周方向に沿って配列されている。配管９の周方向における各探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄの配置間隔（「Ｄｃ」（図２（ｃ）参照）とする）は、配管９の周方向に伝搬するガイド波（以下、適宜、周方向ガイド波８ｂとする）８ｂのうち波長の最も短いガイド波の波長（以下、最短波長λ１とする）の半分（２分の１波長）に近づくように設定されている。このように探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄを配置すると、ガイド波センサ３が受信する受信信号の中に、周方向ガイド波８ｂによるノイズが含まれることが低減されるので、より小さな欠陥を認識することができる。なお、これは、配置間隔Ｄｃを最短波長λ１未満に設定すれば、周方向ガイド波８ｂの振幅低減効果が認められ得るという、発明者らが得た知見に基づいている。

また、探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄは、それぞれ、シリンダ１１を介して支持部材１２に取り付けられている。シリンダ１２は探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄを配管９の外周面に対して付勢するものであり、探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄはシリンダ１２のロッドの先端に取り付けられている。支持部材１２は、配管（円筒部材）９の曲率に合わせて形成された扇形の部材であり、複数のシリンダ１１を配管９の軸方向から挟み込むように固定している。支持部材１２は、支持ロープ１３を介して配管９に固定されている。支持ロープ１３は、ガイド波センサ３（探触子１ａ〜１ｄ）を配管９の外周面に固定するもので、配管９に掛け回されている。なお、ガイド波センサ３は、第１探触子列１と第２探触子列２が配管９の軸方向に所定間隔を介して固定されるように１組の支持部材１２で一体的に構成してもよいし、第１探触子列１と第２探触子列２をそれぞれ１組の支持部材１２で固定してこれらが配管９の軸方向に所定間隔を保持するように配管９に取り付けてもよい。

ガイド波送受信器４は、探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄからガイド波を送信するためにこれらに送信波形（送信信号）を印加するとともに、各探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄが受信した受信波形（受信信号）を増幅するものである。

図３において、ガイド波送受信器４は、制御器２１と、第１探触子列１用の信号発生器２２ａ、パワーアンプ２３ａ、及び素子切替器２４ａと、第２探触子列２用の信号発生器２２ｂ、パワーアンプ２３ｂ、及び素子切替器２４ｂと、第１探触子列１及び第２探触子列２共通の素子切替器２５、及び受信アンプ２６を備えている。

信号発生器２２ａ，２２ｂ、パワーアンプ２３ａ，２３ｂ、及び素子切替器２４ａ，２４ｂは、探触子列１，２の各探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄからガイド波を送信するための機構である。また、素子切替器２５と受信アンプ２６は、探触子列１，２が発信したガイド波の反射信号を各探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄで受信するための機構である。

制御器２１は、信号発生器２２ａ，２２ｂと、素子切替器２４ａ，２４ｂと、素子切替器２５に接続されている。また、制御器２１は、コンピュータ６と接続されている。

信号発生器２２ａ，２２ｂは、パワーアンプ２３ａ，２３ｂを介して素子切替器２４ａ，２４ｂに接続されている。

素子切替器２４ａ，２４ｂは、制御器２１からの切替指令に基づいて、パワーアンプ２３ａ，２３ｂと各探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄの接続を切り替えるものである。素子切替器２４ａ，２４ｂは、探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄに接続されている。素子切替器２４ａ，２４ｂと探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄの接続は、同軸ケーブルを介して行われている。

素子切替器２５は、制御器２１からの切替指令に基づいて、受信アンプ２６と探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄの接続を切り替えるものである。素子切替器２５は、受信アンプ２６を介して探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄと接続されている。素子切替器２５と探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄの接続は、同軸ケーブルを介して行われている。受信アンプ２６は同軸ケーブルを介してＡ／Ｄ変換器５に接続されている。

Ａ／Ｄ変換器５は、アナログ信号であるガイド波の受信波形をテジタル信号（テジタル波形）に変換するものである。Ａ／Ｄ変換器５は、コンピュータ６の信号処理装置６ｂと接続されており、受信アンプ２６から入力された各受信信号（受信波形）をテジタル信号に変換して信号処理装置６ｂ（後述）に出力している。なお、Ａ／Ｄ変換器５としては、例えば、市販の外付けＡ／Ｄ変換器、またはコンピュータ組み込み式のボードタイプのＡ／Ｄ変換器等が利用できる。

コンピュータ６は、検査装置全体に関わる制御処理を行うもので、中央制御部６ａと信号処理部６ｂとして主に機能する。

中央制御部６ａは、ガイド波送信指令等の制御指令を制御器２１に出力したり、信号処理部６ｂからの検査情報を表示装置７に出力したりする部分である。また、中央制御部６ａは、キーボード、マウス等の入力装置（図示せず）と接続されており、オペレータの指示を受け付けている。信号処理部６ｂは、Ａ／Ｄ変換器５からのデジタル信号（受信波形）を処理して画像情報等の検査情報を生成する部分である。信号処理部６ｂで生成された検査情報は、中央制御部６ａによって表示装置７に送信される。

表示装置７は、信号処理部６ｂで生成された画像情報等の検査情報を表示し、さらに、Ａ／Ｄ変換器５を介して信号処理装置６ｂに入力されたテジタル信号（受信アンプ２６からの出力信号）を必要に応じてそのまま表示するものである。表示装置７はコンピュータ６と接続されている。

次に上記のように構成される非破壊検査装置を用いた検査手順について説明する。

図４は本発明の第１の実施の形態に係る非破壊検査装置による検査のフローチャートである。図５（ａ）は探触子１ａ〜１ｄに印加される第１励起信号を示す図で、図５（ｂ）は探触子２ａ〜２ｄに印加される第２励起信号を示す図である。

上記のように構成される非破壊検査装置によって配管９の検査を行う際には、まず、超音波センサ３を配管９の検査箇所に配置する。このとき、配管９が保温材等で取り巻かれている場合には保温材の一部を予め取り外す。超音波センサ３の取付けが完了したら、オペレータは入力装置から中央制御部６ａに検査開始信号を入力する。検査開始信号が入力された中央制御部６ａは、制御器２１（ガイド波送受信器４）に対してガイド波送信指令（送信制御信号）を出力する。

ガイド波送信指令が入力された制御器２１は、素子切替器２４ａに切替指令（切替制御信号）を出力する。この切替指令に基づいて、素子切替器２４ａは、探触子１ａ〜１ｄを実質的に同時にパワーアンプ２３ａに接続する。また、ガイド波送信指令が入力された制御器２１は、第１探触子列１（探触子１ａ〜１ｄ）からガイド波を発信するための第１励起指令（第１励起制御信号）を信号発生器２２ａに出力する。信号発生器２２ａは、制御器２１からの第１励起指令に基づいて、探触子１ａ〜１ｄに向けて第１励起信号を出力する。信号発生器２２ａから出力された第１励起信号は、パワーアンプ２３ａによって増幅されて第１送信波形（第１送信信号）（図５（ａ）参照）となり、制御器２１によって切り替えられた素子切替器２４ａを介して探触子１ａ〜１ｄに実質的に同時に印加される（Ｓ１０１）。

一方、中央制御部６ａからガイド波送信指令が入力された制御器２１は、素子切替器２４ｂにも切替指令を出力する。素子切替器２４ｂは、この切替指令に基づいて、探触子２ａ〜２ｄを実質的に同時にパワーアンプ２３ｂに接続する。また、ガイド波送信指令を入力された制御器２１は、信号発生器２２ａに第１励起指令を出力した時刻から、配管９の軸方向における第１探触子列１と第２探触子列２の距離（Ｄａ）をガイド波が伝搬するのために要する時間（以下、遅延時間Ｔｄとする）だけ遅延して、第２探触子列２（探触子２ａ〜２ｄ）からガイド波を発信するための第２励起指令（第２励起制御信号）を信号発生器２２ｂに出力する。信号発生器２２ｂは、第２励起指令に基づいて、探触子２ａ〜２ｄに向けて第２励起信号を出力する。信号発生器２２ｂから出力された第２励起信号は、パワーアンプ２３ｂによって増幅されて第２送信波形（第２送信信号）（図５（ｂ）参照）となり、制御器２１によって切り替えられた素子切替器２４ｂを介して探触子２ａ〜２ｄに実質的に同時に印加される（Ｓ１０２）。

上記のように、制御器２１が第２励起指令を出力する時刻を、第１励起信号を出力した時刻よりも遅延時間Ｔｄだけ遅延させると、第１探触子列１及び第２探触子列２から図１中の右方向に向かって発信されるガイド波が互いに同位相になるので、右方向に向かって発信されるガイド波の振幅を増大させることができる。一方、これにより第１探触子列１及び第２探触子列２から図１中の左方向に向かって発信されるガイド波は互いに逆位相になるので、左方向に向かって発信されるガイド波の振幅を減少させることができる。

なお、上記では第２励起指令を出力する時刻を第１励起指令が出力される時刻よりも遅延させたが、図６に示す場合には第２励起指令を出力する時刻を遅延時間Ｔｄだけ早くしても良い。図６（ａ）は第１励起指令が出力される時刻よりも第２励起指令を出力する時刻を遅延時間Ｔｄだけ早くした場合に探触子１ａ〜１ｄに印加される第１送信信号を示す図で、図６（ｂ）はそのときに探触子２ａ〜２ｄに印加される第２送信信号を示す図である。図６において、探触子２ａ〜２ｄに入力される第２送信信号（図６（ｂ）参照）は、探触子１ａ〜１ｄに入力される第１送信信号（図６（ａ）参照）と絶対値が同じで符号の正負が異なっている。図６に示した波形の第１及び第２送信信号を印加すると、図５に示した方法に比べて、図１中の右側に向かって発信されるガイド波の振幅を増大させる効果が相対的に低くなるが、左側に向かって発信されるガイド波の振幅の減少させる効果を相対的に大きくすることができる。

図５及び図６に示す第１及び第２送信信号を印加する方法のいずれの場合でも、第１送信信号が印加された探触子１ａ〜１ｄと、第２送信信号が印加された探触子２ａ〜２ｄは、振動することによって配管９にガイド波をそれぞれ発生させる。探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄから発信されたガイド波８は配管９の軸方向に伝搬する。軸方向に伝搬したガイド波８は、その先の配管９に管端部９ａ（図１参照）や欠陥（減肉部９ｂ（図１参照）または亀裂等）が存在する場合、管端部９ａや欠陥で反射されて反射波（反射信号）となって逆方向に進行する。この反射波は、超音波探触子列１，２の探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄによって受信される（Ｓ１０３）。

制御器２１は、第１励起指令及び第２励起指令を出力した後に、素子切替器２５に切替指令（切替制御信号）を出力する。切替指令が入力された素子切替器２５は、探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄを受信アンプ２６に接続する。上記のように反射波を受信した第１及び第２探触子列１，２は、その受信信号（受信波形）である第１受信信号（第１探触子列１の受信信号）と第２受信信号（第２探触子列２の受信信号）を素子切替器２５を介して受信アンプ２６に出力する。受信アンプ２６に入力された第１及び第２受信信号は、受信アンプ２６で増幅されて、Ａ／Ｄ変換器５に出力される。

ところで、制御器２１は、中央制御部６ａから入力されたガイド波送信指令に基づいて、Ａ／Ｄ変換器５にトリガ信号を出力している。Ａ／Ｄ変換器５は、このトリガ信号に基づいて、アナログ信号である第１及び第２受信信号をディジタル信号に変換する処理を開始し、受信アンプ２６から入力された第１及び第２受信信号をディジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器５は、ディジタル変換した第１及び第２受信信号をコンピュータ６の信号処理部６ｂに出力する。Ａ／Ｄ変換器５から入力された第１及び第２受信信号は、コンピュータ６内のメモリ等の記憶装置（図示せず）に記憶される。

次に、中央制御部６ａは、第１探触子列１と第２探触子列２の両方から受信信号が入力されたか否かを判定する（Ｓ１０４）。中央制御部６ａは、記憶装置内に記憶された受信信号の入力情報に基づいて、第１受信信号と第２受信信号の両方が入力されているか否かを判定する。この判定結果が「ＹＥＳ」であれば次の処理（Ｓ１０５）を実行し、その判定結果が「ＮＯ」であればＳ１０１からの処理を再度実行する。Ｓ１０１〜Ｓ１０４の処理により、信号処理部６ｂには、第１及び第２波探触子列１，２の両方から出力された第１及び第２受信信号のディジタル信号が入力される。このように入力される第１及び第２受信信号は、同じ反射源（例えば、配管９の管端部９ａまたは減肉部９ｂ）からの反射信号となる。

なお、本実施の形態では、２つの探触子列１，２に対して受信アンプ２６が１つしかないので、Ｓ１０４の判定処理を行うものとしている。しかし、２つの探触子列１，２に対して個別の受信アンプを用意できる場合にはＳ１０４は省略することができる。

第１受信信号と第２受信信号の両方が入力されていることが判定されると、信号処理部６ｂは第１受信信号と第２受信信号の合成処理を行う（Ｓ１０５）。ここで、第１受信信号と第２受信信号の合成処理の一例を図７を用いて説明する。

図７は、第１及び第２探触子１，２で受信した受信信号Ｓ１，Ｓ２の波形データと、合成信号Ｓ０ｐ，Ｓ０ｍの波形データを示す図である。

この図において、図７（ａ）は第１探触子列１によって受信された第１受信信号Ｓ１の波形データを示し、図７（ｂ）は第２探触子列２によって受信された第２受信信号Ｓ２の波形データを示している。

信号処理部６ｂは、まず、第２受信信号Ｓ２を遅延時間Ｔｄだけ遅らせる補正処理を行い、第２受信信号Ｓ２ｐの波形データ（図７（ｃ）参照）を得る。次に、信号処理部６ｂは、第１受信信号Ｓ１の波形データ（図７（ａ））と、補正処理によって得た第２受信信号Ｓ２ｐ（図７（ｃ））を加算し、合成信号Ｓ０ｐの波形データ（図７（ｅ）参照）を得る。この受信信号の合成処理によって、図１中の右側から左側に向かって探触子列１，２に進行してくるガイド波（反射波）を抽出することができる。

なお、この合成処理は、第２受信信号Ｓ２を遅延時間Ｔｄだけ進ませる補正処理を行って得た第２受信信号Ｓ２ｍの波形データ（図７（ｄ）参照）を利用して行っても良い。この場合、信号処理部６ｂは、第１受信信号Ｓ１の波形データ（図７（ａ））と、補正処理によって得た第２受信信号Ｓ２ｍ（図７（ｄ））を減算し、合成信号Ｓ０ｍの波形データ（図７（ｆ）参照）を得る。このように得られる合成信号Ｓ０ｍは、合成信号Ｓ０ｐに比べて、図１中の右側から左側に向かって探触子列１，２に進行してくるガイド波の振幅を増大させる効果が相対的に小さい。しかしながら、合成信号Ｓ０ｍは、合成信号Ｓ０ｐに比べて、図１中の左側から右側に向かって探触子列１，２に進行してくるガイド波の振幅を減少させる効果が相対的に大きくなる（理論的にはゼロにできる）。これは、図５、図６を用いて説明したガイド波の送信原理と同様の現象である。そのため、探触子列１，２よりも左側に管端などの反射源がある場合には、合成信号Ｓ０ｍを利用する方がＳＮ比の観点から有利である場合が多い。

ところで、上記の一連の処理において、探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄからガイド波が発信される際（Ｓ１０１，Ｓ１０２）には、配管９の軸方向に伝搬する軸方向ガイド波８ａだけでなく、配管９の周方向に伝搬する周方向ガイド波８ｂ（図１参照）も発生する。この周方向ガイド波８ｂは、配管９を周方向に伝搬して探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄの位置に周回して戻るたびに受信されるので、配管９の軸方向に伝搬して欠陥（減肉９ｂ等）で反射した信号に対してノイズとなる。すなわち、配管９の周方向の一部にガイド波センサをただ取り付けるだけでは、周方向ガイド波の影響によって充分な検査ができない場合がある。そのため、本実施の形態では、発明者らが見出した新たな知見に基づいて、周方向ガイド波８ｂを抑制する手段（ノイズ抑制手段）を講じている。すなわち、発明者らは、探触子配置に関する種々の検討から、（１）配管９の周方向における各探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄの配置間隔（Ｄｃ）の調整、または、（２）各探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄから送信されるガイド波の振幅（ガイド波の強度）の調整によって、周方向ガイド波８ｂを抑制できるという新たな知見を得た（図８参照）。以下、この知見について説明する。

まず、（１）各探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄの配置間隔Ｄｃを調整して周方向ガイド波を低減する方法について説明する。

この方法は、探触子列を構成する複数の探触子の配置間隔Ｄｃが、最短波長λ１未満になるように各探触子を配置するというものである。このように各探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄの配置間隔を最短波長λ１未満になるように設定すると、数個の隣接する探触子間で位相が逆転することでガイド波が打ち消されるので、周方向ガイド波の振幅を低減することができる。なお、発明者らは、最短波長λ１の半分に近づくように配置間隔Ｄｃを設定すると、周方向ガイド波を著しく低減することができるという知見を得た。本実施の形態の探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄは、この知見に基づき、配置間隔Ｄｃが最短波長λ１の半分に近づくように設定してある。次に、配置間隔Ｄｃを最短波長λ１未満に設定したときの効果を図８を用いて説明する。

図８は、軸方向ガイド波と周方向ガイド波の振幅を示す図である。この図の各グラフでは、軸方向に伝搬するガイド波の振幅を右側の縦軸（右軸）で示し、周方向に伝搬するガイド波の振幅を左側の縦軸（左軸）で示している。

図８（ａ）は、探触子の周方向の配置間隔をＤｃ＝３４ｍｍ、周方向探触子数を２４個、周波数を４０ｋＨｚ、軸方向に伝搬するガイド波の速度を３２００ｍ／ｓ、周方向に伝搬するガイド波の位相速度を１７１７ｍ／ｓとしたときの解析結果である。

この場合、周方向ガイド波の波長（λ１）は約４３ｍｍ（１７１７／４０）であり、配置間隔Ｄｃ（３４ｍｍ）はλ１より小さく設定されている。これにより周方向ガイド波の振幅は、図が示すように、軸方向ガイド波の約２０分の１となる。周方向ガイド波と軸方向ガイド波の振幅比がこの程度であれば、配管断面積比１％の減肉（欠陥）を検出する前提（例えば、原子力プラント内の配管の検査）ではノイズとなる可能性があるが、それ以上の大きさの欠陥を検出すれば足りる検査には適用可能な範囲である。

図８（ｂ）は、探触子の配置間隔をＤｃ＝２０ｍｍ、周方向探触子数を２４個、その他の条件を図８（ａ）と同じとした場合の解析結果である。

この場合、配置間隔Ｄｃ（２０ｍｍ）は図８（ａ）のときと比較して、λ１の２分の１波長（約２１．５ｍｍ）に近づくように設定されている。このとき、周方向ガイド波の振幅は軸方向ガイド波の約４０分の１となり、周方向ガイド波によるノイズは図８（ａ）のときより更に低減される。周方向ガイド波と軸方向ガイド波の振幅比がこの程度であれば、配管断面積比１％の減肉を検出できる可能性があるので、例えば原子力プラントの配管検査にも対応することができる。

次に、（２）各探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄから送信されるガイド波の振幅（ガイド波の強度）を調整して周方向ガイド波を低減する方法について説明する。

この方法は、探触子列を構成する探触子のうち円筒部材（配管９）の周方向の両端部分にそれぞれ配置される１つ又は複数の探触子から送信されるガイド波の強度が、円筒部材の周方向の端部に近い探触子から送信されるものほど弱くなるように、複数の探触子から発信されるガイド波の強度を調整するものである（例えば、探触子列１において両端にそれぞれ配置される１つの探触子を強度調整の対象とすれば、ガイド波の強度を減少させるものは探触子１ａと探触子１ｄとなる）。

まず、図９を用いて、複数の探触子に作用させる印加電圧を変更してガイド波の強度を調整する方法について説明する。図９中の横軸は探触子列を構成する複数の探触子（図中のものは１４個）の周方向における配置位置を示し、縦軸は各探触子に印加する電圧を示している。

図９（ａ）は印加電圧に重み付けを行っていない場合の図であり、図９（ｂ）は両端の３個に重み付けを行った場合の図である。図９（ｂ）では、周方向の両端部から数えてそれぞれ３つの探触子に対して、周方向の配置位置に応じて調整された電圧が印加されるように調整（重み付け）がされている。すなわち、両端部の３つの探触子では、周方向の端部の近くに位置するものほど、印加電圧が段階的に減少するように構成されている。このように周方向の端部に位置する探触子ほど送信するガイド波の強度が減少するように、各探触子が送信するガイド波の強度を調整すると、数個の隣接する探触子間で位相が逆転することでガイド波が打ち消されるので、周方向ガイド波の振幅を低減することができる。

なお、上記のようにガイド波の強度を調整する装置（強度調整部）の構成例としては、各探触子に作用させる負荷インピーダンスを調整し、各探触子への印加電圧を変更する負荷インピーダンス調整機構がある。これは、例えば、探触子（圧電素子）に至る経路に、抵抗、キャパシタ、インダクタ、又はこれらを組み合わせたもの等を取り付け、周方向における探触子の配置位置に応じて印加電圧が変化するように構成したものである。この他の例としては、ガイド波送受信器４を用いて、探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄに印加する送信波形（送信信号）を個別に変化させ、ガイド波の強度調整を行っても良い。

また、上記では各探触子に印加する電圧を変化させることによってガイド波の強度調整を行ったが、円筒部材の外周面に対して各探触子を押し付ける力（付勢力）を変更する付勢力調整機構を設け、これによりガイド波の強度調整を行ってもよい。

この付勢力調整機構としては、上記で説明したシリンダ１１を利用することができる。例えば、シリンダ１１をエアシリンダで構成すれ場合には、シリンダ１２に供給する空気圧を利用して探触子に作用させる付勢力を調整すれば良い。なお、シリンダ１１は、油圧シリンダで構成しても良い。また、その他のものとしては、ばね力を用いたばね機構等を利用しても良い。

ここで図８に戻る。図８（ｃ）は、図９に示すように探触子に印可する電圧を段階的に変化させるか、又は円筒部材の外周面に探触子を押し付ける力を段階的に変化させ、その他の条件を図８（ｂ）と同じとした場合の解析結果である。なお、本実施の形態では、２４個のうち周方向の両端から５個ずつの探触子（合計１０個）に重み付けを行い、他の１４個には重み付けを行わなかった。

このように構成した検査装置によると、数個の隣接する探触子間で位相が逆転することでガイド波が打ち消され、周方向ガイド波の振幅が抑制されるので、図８（ｂ）のときよりノイズは更に低減される。これにより、周方向ガイド波の振幅を、図が示すように、軸方向ガイド波の振幅の約１０００分の１に達するまで低減することができる。

図１０は、周方向の探触子数をパラメータにし、重み付け送受信を実施した場合と実施しない場合とで、周方向ガイド波の抑制効果を比較した図であるが、この図が示すように、重み付け送受信を実施した場合には、非破壊検査に必要な放射比率を達成でき、配管断面積比１％の減肉を検出できる可能性が高くなる。

なお、上記の説明では、周方向の両端に配置された複数個の探触子においてガイド波の強度を変化させたが、周方向の両端における少なくとも１つの探触子で強度を調整すれば、上記のような周方向ガイド波８ｂの抑制効果は発揮される。

上記のように、本発明者らが得た知見に基づけば、周方向ガイド波の振幅を低減することができる。これにより円筒部材の周の一部にガイド波センサ３を設置するだけで、ノイズの少ない解析結果を得ることができる。なお、ノイズを充分に低減できる探触子間の配置間隔Ｄｃや、探触子に与える印加電圧・付勢力は検査対象によって異なるので、検査ごとに設定することが好ましい。また、これらの設定プロセスは、テストを行う等して最適な設定を事前に求めておいても良いし、例えば、図のＳ１０５とＳ１０６の間等に検査プロセスの１つとして組み込んでも良い。

上記のように周方向ガイド波の振幅を低減するなどし、欠陥等から反射してくるガイド波の抽出が完了したら、その波形に基づいて減肉部の面積を算出する手順に進む（Ｓ１０６）。減肉部とは、配管の内面から外側に向かってえぐられた部分であり、配管の内面に形成される窪みである。減肉部の面積とは、配管の横断面（配管の軸心に直交する断面）におけるその窪み部分の面積を意味する。上記のように得た合成信号Ｓ０ｐ（または合成信号Ｓ０ｍ）の波形において、管端９ａからの反射信号の振幅に対する減肉部９ｂからの反射信号の振幅の比率は、配管９の断面積に対する減肉部（反射源）９ｂの面積の比率にほぼ比例する。そのため、その比率に関して予め定めておいた係数を合成信号Ｓ０ｐ（または合成信号Ｓ０ｍ）の波形の振幅値に積算することによって、配管９に存在する減肉部９ｂの面積を算出できる。

ここで上記の係数について具体的に説明する。配管９の断面積がｓ０、配管９の管端からの反射信号の合成信号Ｓ０ｐの振幅がａ０、減肉部９ｂの面積がｓ、減肉部９ｂからの反射信号の合成信号Ｓ０ｐの振幅がａであるとき、「ｓ／ａ≒ｓ０／ａ０」の関係がある。したがって、減肉部９ｂからの反射信号の振幅ａから減肉部９ｂの面積ｓを算出するときの係数は「ｓ０／ａ０」となり、減肉部９ｂの面積ｓは「ｓ＝ａ×（ｓ０／ａ０）」で求められる。

なお、配管９の検査において、配管９の管端９ａからのガイド波の反射信号が測定可能な場合には、上記の係数（ｓ０／ａ０）は、配管９にガイド波センサ３（探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄ）を取り付けるたびに算出することが好ましい。すなわち、ガイド波センサ３を配管９に取り付けるごとに係数（ｓ０／ａ０）を求め、この係数をコンピュータ６内の記憶装置に予め記憶させ、面積ｓの算出に用いれば良い。このように、探触子を配管に取り付けるたびに係数（ｓ０／ａ０）を算出すると、算出された面積ｓの精度を向上することができる。これは、係数（ｓ０／ａ０）は、探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄと配管９との接触状態やガイド波の減衰度合いの影響を受けるため、検査ごとに変化する傾向があるからである。ところで、配管９の管端９ａが存在しない場合等には、例えば、試験データを用いて予め算出しておいた係数（ｓ０／ａ０）を用いて面積ｓを求めれば良い。

次に、本実施の形態による測定結果の一例を、図１１から図１５を用いて説明する。

図１１は、本実施の形態の効果の確認試験に用いた配管試験体４１（公称外径５０８ｍｍ、厚さ９．５ｍｍ）の仕様の説明図である。

図１１に示すように、配管試験体４１の内面には、厚さ１ｍｍ以上のポリエチレンライニング４１ａが施工されており、配管試験体４１の欠陥としては、模擬剥離４１ｂと、模擬減肉４１ｃと、模擬減肉４１ｄが設けられている。

模擬剥離４１ｂは、ポリエチレンライニング４１ａを局部的に除去したもので、図１１中の横断面図における０〜９０°の間に位置するように設けられている。模擬減肉部４１ｃは、配管試験体４１の断面積に対する面積比率が３％の減肉部で、同断面図における１８０°付近の位置に設けられている。模擬減肉部４１ｄは、配管試験体４１の断面積に対する面積比率が５％の減肉部で、同断面図における２７０°付近の位置に設けられている（各減肉部４１ｃ，４１ｄではポリエチレンライニングも除去されている）。

このような配管試験体４１に対して、まず、ガイド波センサ３を配管４１の横断面図における３０°の位置に設置し、ガイド波８を送信した結果を図１２に示す。この場合には、図１２に示すように、剥離４１ｂ、減肉４１ｄが検出できることが分かる。次に、ガイド波センサ３を配管４１の横断面図における１２０°の位置に設置し、ガイド波８を送信した結果を図１３に示す。この場合には、ガイド波センサ３の正面になる減肉や剥離がないため、信号レベルが低い。次に、ガイド波センサ３を配管４１の横断面図における２１０°の位置に設置し、ガイド波８を送信した結果を図１４に示す。この場合には、剥離４１ｂ、減肉４１ｃ、減肉４１ｄが検出できることが分かる。最後に、ガイド波センサ３を配管４１の横断面図における３００°の位置に設置し、ガイド波８を送信した結果を図１４に示す。この場合には、減肉４１ｄが検出できることが分かる。

このように、本実施の形態の非破壊検査装置によれば、ガイド波センサ３を設置する箇所を配管４１の周方向に沿って変更する手順を行うことによって、配管４１の全周における欠陥位置を確認することができる。また、本実施の形態によれば、円周方向ガイド波８ｂを抑制することができるので、各信号のＳＮ比は欠陥の検出に充分であり、細かい欠陥も検出することができる。

なお、図１２から図１５に示したように、本実施の形態のガイド波センサ３の周方向長さは、配管４１の周の４分の１以上に亘っており、上記のように９０°ずつ設置箇所を変更した場合、先に取り付けた箇所と重なり部分ができるようになっている。このように重なり部分ができるように取り付け箇所を選定すると、ガイド波センサ３の両端部で発生しがちな検査漏れを防止することができる。

次に本実施の形態の非破壊検査装置の効果を比較例を参照しながら説明する。

本実施の形態の非破壊検査装置の比較例としては、複数の超音波探触子を配管全周にわたって配置した第１探触子群、第２探触子群及び第３探触子群を有しており、配管の一方向にガイド波を送信するためにこれらの探触子群を検査対象である配管の軸方向に並べて配置した非破壊検査装置がある（特許文献１等参照）。しかしながら、この検査装置は、複数の探触子を配管全周に渡って配置して形成した探触子群を用いて検査を行うので、検査対象である配管の口径が大きくなるにつれて探触子群のサイズもまた大きくなってしまう。また、検査対象の配管の口径が変われば、それに合わせた大きさの探触子群を別途用意する必要が生じることがある。

これに対して、本実施の形態の非破壊検査装置は、周方向ガイド波８ｂのうち波長の最も短いガイド波の波長（λ１）未満の配置間隔Ｄｃで複数の探触子１ａ〜１ｄを配管９の周方向の一部に配列して形成された第１探触子列１、及び、複数の探触子２ａ〜２ｄを配置間隔Ｄｃで配管９の周方向の一部に配列して形成され、第１探触子列１から配管９の軸方向に配置間隔Ｄａを介して設けられた第２探触子列２を有するガイド波センサ３と、第１探触子列１と第２探触子列２からガイド波が送信される時刻が、軸方向ガイド波８ａが配置間隔Ｄａ分の距離を伝搬するために要する時間（Ｔｄ）だけずれるように、第１探触子列１と第２探触子列２に送信信号を印加するガイド波送受信器４を備えている。

このように構成された非破壊検査装置によれば、第１探触子列１からガイド波が送信される時刻と第２探触子列２からガイド波が送信される時刻がＴｄだけずれているので、ガイド波の反射波の振幅を増幅することができるとともに、探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄの周方向の間隔Ｄｃが周方向ガイド波８ｂの波長未満になっているので、周方向ガイド波８ｂによるノイズを低減することができる。これにより、ノイズの少ない反射波を受信することができるので、周方向の一部にガイド波センサ３を設けた場合にも充分な非破壊検査を行うことができる。このように、本実施の形態によれば、円筒部材の周方向の一部に設置した探触子列で欠陥を測定できるので、円筒部材の口径に依存しない非破壊検査を実施することができる。また、本実施の形態によれば、ガイド波センサを従来より小型化できるので、従来よりも容易に検査することができる。

また、上記の構成において、探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄの周方向の配置間隔Ｄｃを最短波長λ１の半分に近づくように設定すれば、図８（ｂ）に示すように周方向ガイド波８ｂをさらに抑制することができるので、より小さい欠陥も検出することができる。

さらに、上記の構成に対して、ガイド波センサ３から送信されるガイド波の強度を調整する強度調整部を加えれば、配管９の周方向の端部に近い探触子から送信されるガイド波ほど強度を弱くすることにより、図８（ｃ）に示すように周方向ガイド波８ｂの影響をさらに小さくすることができるので、より一層小さい欠陥も検出することができる。

なお、上記では、第１探触子列１と第２探触子列２によってガイド波の送信と受信を行う構成について説明したが、第１探触子列１と第２探触子列２を送信専用にし、受信専用の探触子列（第３探触子列、第４探触子列）を他に設けてガイド波センサを構成しても良い。具体的には、第１探触子列１と第２探触子列２における周方向配置間隔Ｄｃと軸方向配置間隔Ｄａを同様に適用して、第１探触子列１から送信されたガイド波を受信する第３探触子列と、第２探触子列２から送信されたガイド波を受信する第４探触子列を設けることが好ましい。このようにガイド波の受信と送信を個別の探触子列で行うと、ガイド波の残響による影響が低減されるので、ガイド波の送受信を同じ探触子列で行う場合と比較して、ガイド波センサに近い欠陥を検出することができる。

次に、ガイド波センサの他の構成について図１６と図１７を用いて説明する。下記で説明するガイド波センサ３Ａは、支持ロープ１３で固定されたガイド波センサ３に対して、円筒部材への固定方法が異なっている。

図１６（ａ）はガイド波センサの変形例の上面図、図１６（ｂ）はガイド波センサの変形例の立面図、図１７は図１６に示したガイド波センサが円筒部材に設置された状態を示す説明図である。

これらの図に示すガイド波センサ３Ａは、エアシリンダ５２、探触子支持材５３ａ，５３ｂ、ブラケット５４、吸着パッド５１を備えている。

エアシリンダ５２のロッドの先端には探触子が取り付けられている。エアシリンダ５２によって各探触子は円筒部材の外周面に押し付けられるように付勢されている。

探触子支持材５３ａ，５３ｂは、エアシリンダ５２を固定支持し、探触子を支持するものである。各探触子支持材５３ａ，５３ｂは、円筒部材の軸方向に配置される２つのエアシリンダ５２を支持しており、その２つのエアシリンダ５２には、第１探触子列１と第２探触子列２を構成する探触子がそれぞれ取り付けられている。また、探触子支持材５３ａと探触子支持材５３ｂは、探触子の配置方向（円筒部材の周方向）に沿うように隣り合って配列される部材であり、探触子列の配置方向（円筒部材の軸方向）から挿入されるピン（軸）５５によって互いに揺動自在に連結されている。探触子列の配置方向におけるシリンダ支持部材５３ａの両側面には、ブラケット５４を介して吸着パッド５１が取り付けられている。吸着パッド５１は、円筒部材の外周面と接触してガイド波センサ３Ａを固定するものである。

このように構成されるガイド波センサ３Ａは、図１７に示すように、探触子支持材５３ａ，５３ｂ、ピン５５、及び吸着パッド５１等によって構成されるエア吸着機構により、検査対象（円筒部材）の口径に適した姿勢で各探触子を固定する。このように構成したガイド波センサ３Ａによれば、ガイド波センサ３Ａを任意の口径の円筒部材に取り付けることができるので、検査をさらに容易にすることができる。

なお、上記の場合では、探触子支持材５３を円筒部材に固定するものとして、吸着パッド５１を利用する場合について説明したが、検査対象が磁性体である場合には、吸着パッド４１の替わりに磁石（図示せず）を取り付けた磁石吸着機構を利用しても良い。

次に本発明の第２の実施の形態を図１８を用いて説明する。本実施の形態は、ガイド波センサ３をタンクの探傷検査に用いた例である。

図１８は、本発明の第２の実施の形態に係る非破壊検査方法の説明図である。

この図において、ガイド波センサ３は円筒状のタンク６１に取り付けられており、タンク６１は上端部６１ａと減肉部（欠陥）６１ｂを有している。タンク６１のように、ガイド波センサ３に対して外周が巨大な構造物を対象に検査を実施する場合には、第１の実施の形態で説明したようなガイド波センサ３の設置箇所を円筒部材の周方向に沿って変更する手順を実施するには手間がかかる。そのため、タンク６１を検査する場合には、下記のような手順で行うことが好ましい。

すなわち、本実施の形態では、図中のガイド波８ｃやガイド波８ｄのように、円筒部材の軸方向に対して角度をつけてガイド波を送信して検査を実施するものとする。このように円筒部材の軸方向に対して任意に設定した角度（以下、設定角度）でガイド波を送信するためには、ガイド波送受信器４によって、各探触子列における周方向の一方側端部の探触子から他方側端部の探触子に向かって所定の間隔で送信信号を印加すれば良い。例えば、ガイド波８ｃのように図中の左方向に伝搬するガイド波を第１探触子列１から送信させるには、まず、図中の右端に位置する探触子１ｄからガイド波を送信した後に、所定の間隔をあけて左隣りの探触子１ｃからガイド波を送信する。これ以後は、探触子１ｄと探触子１ｃに送信信号を印加したときと同じ間隔で、探触子１ｂ、探触子１ａの順にガイド波を送信する。また、ガイド波８ｄのように図中の右方向に伝搬するガイド波を送信させるには、図中の左端に位置する探触子１ａから右端の探触子１ｄに向かってガイド波を送信させれば良い。なお、ガイド波が伝搬する角度は、各探触子に送信信号を印加する間隔によって決定される。これは第２探触子列２においても同様である。

実際の検査では、ガイド波センサ３に対して、欠陥（減肉等）がどの方向に存在するかは不明であるため、ガイド波送受信器４を用いて各探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄに送信信号を印加する間隔を制御し、ガイド波が伝搬する角度を数度ピッチで切り替えて受信信号を得る。そして、このようにして得た受信信号を表示装置７に映像信号として表示する。図中の表示装置７の表示画面には、上端部６１ａが像６２ａとして、減肉部６１ｂが像６２ｂとして表示されている。

より具体的には、第１探触子列１から任意の設定角度θでガイド波が送信される時刻と、第１探触子列１からタンク６１の軸方向に間隔（Ｄａ）を介して取り付けられた第２探触子列２から設定角度θでガイド波が送信される時刻とが、設定角度θで送信されるガイド波が第１探触子列１と第２探触子列２の間を通過する際に要する時間（遅延時間）だけずれるように、第１探触子列１と第２探触子列２からガイド波を送信する。そして、第１の実施の形態で説明したように、受信信号のノイズを低減するために、複数の探触子の円筒部材の周方向における配列間隔を変更したり、周方向の両端部のいくつかの探触子が送信するガイド波の強度調整をする等して、設定角度θと直交する方向に伝搬するガイド波を低減する処理を行えば良い。

以上、説明したように、本実施の形態の非破壊検査装置によれば、タンクのような大型の構造物に対してもガイド波センサ３を利用して非破壊検査が実施できるので、大型円筒構造物の検査にかかる費用と手間を大幅に削減することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る非破壊検査装置の構成図。 図１中のガイド波センサ３の構造図。 図１中のガイド波送受信器４の構成図。 本発明の第１の実施の形態に係る非破壊検査装置による検査のフローチャート。 探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄに印加される送信信号を示す図。 探触子１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄに印加される送信信号を示す図。 探触子列１，２によって受信された受信信号の波形データと、それを補正、合成処理した波形データの図。 軸方向ガイド波と周方向ガイド波の振幅を示す図。 探触子列の探触子に印加される電圧を示す図。 周方向の探触子数をパラメータにし、重み付け送受信を実施した場合と実施しない場合の周方向ガイド波の抑制効果の比較図。 本発明の第１の実施の形態の確認試験に用いた配管試験体の説明図。 図１１に示した配管試験体の第１の試験結果を示す図。 図１１に示した配管試験体の第２の試験結果を示す図。 図１１に示した配管試験体の第３の試験結果を示す図。 図１１に示した配管試験体の第４の試験結果を示す図。 本発明の第１の実施の形態に用いる他のガイド波センサの構成図。 図１６に示したガイド波センサの設置状態を示す図。 本発明の第２の実施の形態に係る非破壊検査方法の説明図。

符号の説明

１ 第１超音波探触子列
１ａ〜１ｄ 超音波探触子
２ 第２超音波探触子列
２ａ〜２ｄ 超音波探触子
３ ガイド波センサ
４ ガイド波送受信器
５ Ａ／Ｄ変換器
６ａ 中央制御部
６ｂ 信号処理部
７ 表示装置
８ ガイド波
８ｂ 周方向ガイド波
９ 配管
９ａ 管端
９ｂ 欠陥
１１ シリンダ
１２ 支持部材
Ｄｃ 周方向配置間隔
Ｄａ 軸方向配置間隔
Ｔｄ 遅延時間
λ１ 周方向ガイド波の最短波長
５２ エアシリンダ
５３ シリンダ支持部
５４ ブラケット
５５ 吸着パッド
６１ タンク
６１ａ タンク上端部
６２ｂ 減肉部

Claims (14)

1. ガイド波で円筒部材の欠陥を検査する非破壊検査装置において、
   複数の超音波探触子を前記円筒部材の周方向の一部に所定の間隔を介して配列して形成された第１超音波探触子列と、
   複数の超音波探触子を前記円筒部材の周方向の一部に所定の間隔を介して配列して形成され、前記第１超音波探触子列から前記円筒部材の軸方向に間隔を介して設けられた第２超音波探触子列と、
   前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列に含まれる前記複数の超音波探触子に送信信号を印加するタイミングを制御することで、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列から送信されるガイド波の伝搬角度を制御するガイド波送信部とを備え、
   前記ガイド波送信部は、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列からガイド波が送信される時刻が前記円筒部材の軸方向における前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列の距離をガイド波が伝搬するために要する時間だけずれるように、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列に送信信号を印加し、
   前記第１超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離と、前記第２超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離とは、それぞれ、前記円筒部材の軸方向に伝搬するガイド波とは波長の異なる前記円筒部材の周方向に伝搬するガイド波のうち波長の最も短いガイド波の波長未満であることを特徴とする非破壊検査装置。
2. 請求項１記載の非破壊検査装置において、
   前記第１超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離と、前記第２超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離とは、それぞれ、前記波長の最も短いガイド波の波長の半分に近づくように設定されていることを特徴とする非破壊検査装置。
3. 請求項１又は２記載の非破壊検査装置において、
   前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列における前記複数の超音波探触子のうち前記円筒部材の周方向の両端部分に配置された少なくとも１つの超音波探触子から送信されるガイド波の強度が、前記円筒部材の周方向の端部に近い探触子から送信されるものほど弱くなるように、前記複数の超音波探触子から送信されるガイド波の強度を調整する強度調整部をさらに備えることを特徴とする非破壊検査装置。
4. 請求項３記載の非破壊検査装置において、
   前記強度調整部は、前記複数の超音波探触子の前記円筒部材の周方向における配置位置に応じて、前記円筒部材の外周面に対して前記複数の超音波探触子を押し付ける力を調整する付勢力調整機構であることを特徴とする非破壊検査装置。
5. 請求項３記載の非破壊検査装置において、
   前記強度調整部は、前記複数の超音波探触子の前記円筒部材の周方向における配置位置に応じて、前記複数の超音波探触子に作用する負荷インピーダンスを調整する負荷インピーダンス調整機構であることを特徴とする非破壊検査装置。
6. 請求項１記載の非破壊検査装置において、
   前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列における前記複数の超音波探触子は、磁石吸着機構を介して前記円筒部材に固定されていることを特徴とする非破壊検査装置。
7. 請求項１記載の非破壊検査装置において、
   前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列における前記複数の超音波探触子は、エア吸着機構を介して前記円筒部材に固定されていることを特徴とする非破壊検査装置。
8. 請求項１記載の非破壊検査装置において、
   前記第１超音波探触子列又は前記第２超音波探触子列の前記複数の超音波探触子は、前記円筒部材の周方向に複数配列された支持部材に固定されており、
   この支持部材は、前記円筒部材の周方向に隣接する支持部同士が軸を介して揺動自在に連結されていることを特徴とする非破壊検査装置。
9. 請求項１記載の非破壊検査装置において、
   複数の超音波探触子を前記円筒部材の周方向の一部に所定の間隔を介して配列して形成された第３超音波探触子列と、
   複数の超音波探触子を前記円筒部材の周方向の一部に所定の間隔を介して配列して形成され、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列の前記円筒部材の軸方向における間隔の分だけ前記第３超音波探触子列から前記円筒部材の軸方向に間隔を介して設けられた第４超音波探触子列とをさらに有し、
   前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列によってガイド波を送信し、前記第３超音波探触子列と前記第４超音波探触子列によってガイド波を受信し、
   前記第３超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離と、前記第４超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離とは、それぞれ、前記円筒部材の軸方向に伝搬するガイド波とは波長の異なる前記円筒部材の周方向に伝搬するガイド波のうち波長の最も短いガイド波の波長未満であることを特徴とする非破壊検査装置。
10. ガイド波で円筒部材の欠陥を検査する非破壊検査方法において、
    前記円筒部材の周方向の一部に複数の超音波探触子を所定の間隔を介して配列して形成された第１超音波探触子列からガイド波が送信される時刻と、前記円筒部材の周方向の一部に複数の超音波探触子を所定の間隔を介して配列して形成され、前記第１超音波探触子列から前記円筒部材の軸方向に間隔を介して取り付けられた第２超音波探触子列からガイド波が送信される時刻とが、前記円筒部材の軸方向に伝搬するガイド波が前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列の間を通過する際に要する時間分だけずれるように、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列からガイド波を送信する手順と、
    前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列から送信されたガイド波を受信する手順と、
    受信した受信信号を処理して検査情報を生成する手順と、
    前記円筒部材の周方向に伝搬するガイド波によるノイズが低減するように、前記第１超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離と、前記第２超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離とを、それぞれ、前記円筒部材の軸方向に伝搬するガイド波とは波長の異なる前記円筒部材の周方向に伝搬するガイド波のうち波長の最も短いガイド波の波長未満に調整する手順とを備えることを特徴とする非破壊検査方法。
11. 請求項１０記載の非破壊検査方法において、
    前記第１超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離と、前記第２超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離とは、それぞれ、前記円筒部材の周方向に伝搬するガイド波のうち最も短いガイド波の波長の半分以上であり、前記円筒部材の周方向に伝搬するガイド波のうち波長の最も短いガイド波の波長未満であることを特徴とする非破壊検査方法。
12. ガイド波で円筒部材の欠陥を検査する非破壊検査方法において、
    前記円筒部材の周方向の一部に複数の超音波探触子を所定の間隔を介して配列して形成された第１超音波探触子列からガイド波が送信される時刻と、前記円筒部材の周方向の一部に複数の超音波探触子を所定の間隔を介して配列して形成され、前記第１超音波探触子列から前記円筒部材の軸方向に間隔を介して取り付けられた第２超音波探触子列からガイド波が送信される時刻とが、前記円筒部材の軸方向に伝搬するガイド波が前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列の間を通過する際に要する時間分だけずれるように、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列からガイド波を送信する手順と、
    前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列から送信されたガイド波を受信する手順と、
    受信した受信信号を処理して検査情報を生成する手順と、
    前記円筒部材の周方向に伝搬するガイド波によるノイズが低減するように、前記第１超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離と、前記第２超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離とを、それぞれ、前記円筒部材の軸方向に伝搬するガイド波とは波長の異なる前記円筒部材の周方向に伝搬するガイド波のうち波長の最も短いガイド波の波長未満に調整する手順と、
    前記円筒部材の周方向に伝搬するガイド波によるノイズを低減させるために、前記第１超音波探触子列及び前記第２超音波探触子列から送信されるガイド波の強度が前記円筒部材の周方向の端部に配置されたものほど減少するように、前記第１超音波探触子列及び前記第２超音波探触子列から送信されるガイド波の強度を調整する手順とを備えることを特徴とする非破壊検査方法。
13. ガイド波で円筒部材の欠陥を検査する非破壊検査方法において、
    前記円筒部材の周方向の一部に複数の超音波探触子を所定の間隔を介して配列して形成された第１超音波探触子列から任意の設定角度でガイド波が送信される時刻と、前記円筒部材の周方向の一部に複数の超音波探触子を所定の間隔を介して配列して形成され、前記第１超音波探触子列から前記円筒部材の軸方向に間隔を介して取り付けられた第２超音波探触子列から前記設定角度でガイド波が送信される時刻とが、前記設定角度で送信されるガイド波が前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列の間を通過する際に要する時間分だけずれるように、前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列からガイド波を送信する手順と、
    前記第１超音波探触子列と前記第２超音波探触子列から送信されたガイド波を受信する手順と、
    受信した受信信号を処理して検査情報を生成する手順と、
    前記設定角度と直交する方向に前記円筒部材を伝搬するガイド波によるノイズが低減するように、前記第１超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離と、前記第２超音波探触子列における隣接する各超音波探触子の前記円筒部材の周方向における中心間距離とを、前記設定角度と直交する方向に前記円筒部材を伝搬するガイド波のうち波長の最も短いガイド波の波長未満に調整する手順とを備えることを特徴とする非破壊検査方法。
14. 請求項１０から１３いずれか記載の非破壊検査方法において、
    前記円筒部材に対して前記ガイド波センサを設置する箇所を前記円筒部材の周方向に沿って変更する手順をさらに備えることを特徴とする非破壊検査方法。

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