JPH07333202A

JPH07333202A - 配管探傷装置

Info

Publication number: JPH07333202A
Application number: JP6129355A
Authority: JP
Inventors: Akihisa Adachi; 立明久足; Shinichiro Ueno; 野進一郎植; Hidekazu Nagahara; 原英和永
Original assignee: Matsushita Giken KK
Current assignee: Matsushita Giken KK
Priority date: 1994-06-10
Filing date: 1994-06-10
Publication date: 1995-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】細径配管内部からの超音波探傷を音波出射位
置が変位しても精度良く行なう。【構成】液体が満たされた配管１７内部に挿入されて
先端部に超音波探触子３および反射ミラー４を有する本
体部１と、反射ミラー４を円周方向に回転走査させる駆
動部５と、損傷検出動作中に前記本体部１の配管中心軸
からの変位量と配管内径とを検出する変位検出用探触子
６と、配管内壁に到達した超音波が損傷部に到達するま
での伝搬経路と損傷部の配管断面中心方向とのずれ角
を、変位量と配管内径とから算出するＣＰＵを備えた信
号処理部９と、求めたずれ角が予め設定した値以内に納
まるように本体部１の位置を制御する位置可変部７とを
備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発電施設の冷却配管や
水道管、あるいは排水管等の液体が満たされた配管内部
の損傷を超音波により検査する配管探傷装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、超音波を利用し各種被検査体から
の情報を得ようとする装置開発が進んでいる。医用分野
では、生体内からの超音波反射信号強度を２次元揮度分
布像に変換表示する超音波診断装置が製品化されてい
る。また、工業用分野では、各種被検体（金属、樹脂、
セラミック等）に対する反射超音波または透過超音波か
ら内部構造や損傷の検出など探傷応用が盛んである。配
管形状の被検体では、配管壁内部に発生するクラックや
壁面に発生する損傷を検出するため、配管外部または配
管内部からの超音波探傷法が研究されている。配管内部
からの探傷法としては、例えば特開平５−４５３４１号
公報に記載の超音波探触子を用いたばね技術が知られて
いる。

【０００３】以下、従来の探傷用超音波探触子について
図１５を参照して説明する。図１５は上記公報記載の超
音波探触子の構造を示すものである。図１５において、
１０１、１０２は斜角探触子、１０３は垂直探触子、１
０４は探触子本体、１０５はスプリングシャフト、１０
６はローターシャフト、１０７はローターシャフト内の
挿入された信号線である。スプリングシャフト１０５、
ローターシャフト１０６、および信号線１０７は図示し
てない本体部に接続されている。

【０００４】以上のように構成された超音波探触子につ
いて、以下その動作について説明する。水で充満されて
いる配管内部に探触子本体部１０４を挿入し、軸方向に
例えば水流を用いて移動させる。探傷したい部位に到達
したら、ローターシャフト１０６をスプリングシャフト
１０５に対し回転させる。ローターシャフト１０６と探
触子本体部１０４は図示してない構成により探触子本体
部１０４内部で直結されているため、ローターシャフト
１０６の回転により、探触子本体部１０４がスプリング
シャフト１０５に対し回転される。

【０００５】このような探触子本体部１０４の回転動作
中に、斜角探触子１０１、１０２、および垂直探触子１
０３により超音波探傷を行なう。斜角探触子１０１およ
び１０２により配管壁内部または外壁部の円周方向の損
傷の検出が可能となり、垂直探触子１０３により配管肉
厚測定が可能となる。斜角探触子を２つ設けた理由は、
溶接部の損傷の検出を確実にするためである。斜角探触
子１０１、１０２の角度は、配管内部の液体（水）と配
管材質および配管内部に伝搬させる超音波のモードによ
り一意的に決まるもので、通常は想定する円周方向の傷
からの反射波が最大となる角度を選択する。またこの探
傷法では、配管中心軸上に探触子本体部１０４が位置し
ていることを想定している。図１６は探触子本体部１０
４の前後に設けた調芯治具１０８を示し、１０９は調芯
治具１０８の中心部から放射状に設けられたナイロンで
ある。探触子本体部１０４の軸方向移動に対し、配管１
１０の内径よりも長いナイロン１０９が撓むことにより
配管中心軸上に自動的に位置決めされるようになってい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】超音波を被検体に対し
斜めから入射させ、被検体内部を伝搬させて探傷する場
合、平面形状の被検体では、前述のように内部に存在す
る傷等からの反射信号は入射角に依存する。また、配管
のような曲面形状の被検体では、入射位置の方向に応じ
て伝搬方向も変化するため、反射信号は入射角だけでな
く入射位置にも影響される。従来例では、配管形状を平
面と近似したり、または超音波出射位置を簡易な方法で
制御することで、曲面形状による検出性能の劣化を防止
していた。

【０００７】しかしながら、細径配管では、微小な入射
位置の変位を無視できず、探傷性能を著しく劣化させる
か、または検出結果の信頼性を低下させると言う問題を
有していた。

【０００８】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
で、細径配管内部からの超音波探傷において、音波出射
位置の変位による検出性能の劣化を低減させることので
きる超音波配管探傷装置を提供することを目的とするも
のである。

【０００９】また本発明は、音波出射位置の変位に応じ
検出結果の評価を行ない、信頼性の高い結果を提示する
ことのできる超音波配管探傷装置を提供するものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の配管探傷装置は、液体が満たされた配管内
部に挿入されて先端部に超音波探触子を有する本体部
と、損傷検出動作中に本体部の配管中心軸からの変位量
と配管内径とを検出する手段と、配管内壁に到達した超
音波が損傷部に到達するまでの伝搬経路と損傷部の配管
断面中心方向とのずれ角を前記変位量と配管内径とから
求める手段と、求めたずれ角が予め設定した値以内に納
まるように本体部の位置を制御する手段とを備えたもの
である。本体部の位置を制御する手段の代わりに、求め
たずれ角をもとに検出結果の正否を評価する手段を設け
てもよい。

【００１１】

【作用】本発明は、上記構成によって、配管探傷装置本
体部の配管中心軸からの変位量と配管内径とから本体部
のずれ角を検出してその値が所定の範囲に収まるように
本体部の位置を制御するので、音波出射位置が変位して
も、精度の良い損傷の検出が可能となる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例の構成ならびに動作に
ついてを説明するが、その前に、配管内部からの損傷の
検出において、音波出射位置の変位が損傷検出性能に影
響することについて説明する。

【００１３】平板形状の被検体に超音波を水浸法により
入射させ、被検体内に超音波を伝搬させるに際しては、
伝搬させる超音波のモードすなわち縦波、横波に依存す
るが、被検体の材質により効率良く超音波を伝搬させる
ための入射角が特定されることが知られている。例え
ば、水から鉄に横波超音波を効率良く入射させるために
は、入射角を２０度近傍に設定する必要がある。入射し
た超音波は、配管内壁への入射角と水ならびに鉄の音速
比で決まる方向に屈折する。配管内部から配管壁内部に
超音波を伝搬させる場合も基本的にこの考え方が当ては
まり、効率のよい入射角の設定が必要となる。

【００１４】また、配管壁内部に存在する円周方向の損
傷を配管内部から超音波により非接触的に検出する場
合、損傷検出性能は音波出射位置の変位に影響され、具
体的には配管中心軸からの変位量が大きくなることで損
傷からの反射信号が弱くなる。反射信号が弱くなると損
傷以外からの反射信号との分離が難しくなり、例えば誤
った検出結果の提示など信頼性が低くなる。この現象に
関し、以下図面を用いて説明する。

【００１５】図１３は、配管内部から配管壁内部に存在
する円周方向の損傷を検出する探傷法の概念を示す図で
ある。図１３において、５１は超音波探触子、５２は被
検体である配管、５３は配管壁内部にある円周方向の損
傷、５４は超音波の入射位置、５５は入射位置５４にお
ける内壁面の法線方向、５６は入射角、５７は水中での
伝搬経路、５８は被検体内部での伝搬経路、５９は配管
５２の管中心軸である。図１３では概念を示すため、超
音波探触子５１が配管５２内部に浮いているが、実際に
はしかるべき本体部に内包されており、音波出射位置は
入射位置５４から管中心軸５９とを結ぶ線上にある。図
では管中心軸５９上にあるものとしている。また、配管
５２は一部しか記載してないが、実際には円筒形状をし
ており、内部は水で充満されている。

【００１６】以上のような構成において以下その動作を
説明する。超音波探触子５１から照射された超音波は、
伝搬経路５７を通り入射位置５４に到達する。入射位置
５４に到達した超音波の一部は、法線方向５５に対し伝
搬方向５７と対称な方向に反射させ、一部は被検体内部
での伝搬経路５８により配管５２内を伝搬して損傷５３
に到達する。損傷５３に到達した超音波は、反射され、
上記経路を逆行して超音波探触子５１に戻り、損傷から
の反射信号として受信される。ここで、内部伝搬経路５
８が損傷に対し垂直方向に近いほど反射信号が強くなり
損傷の検出が容易になる。音波出射位置が上記のような
位置にある場合は、配管５２の円周方向にある損傷５３
に対し内部伝搬経路５８は垂直方向となり、効率良く損
傷の検出が可能となる。

【００１７】次に図１４を用いて音波出射位置が変位し
た場合の様子を説明する。図１４は図１３に示すＡ方
向、すなわち管中心軸５９方向から見た場合の概念図で
ある。図１４において、６０は超音波探触子５１の管中
心軸５９から変位量、６１は変位した場合の入射位置、
６２は変位した場合の水中での伝搬経路、６３は変位し
た場合の被検体内中での伝搬経路、６４は入射位置６１
の法線方向である。

【００１８】超音波探触子５１から伝搬経路６２を通
り、入射位置６１に到達した超音波は、法線方向６４と
伝搬経路６２とのなす角度に応じて屈折され、伝搬経路
６３を通って損傷５３に到達する。すなわち、伝搬経路
６３は損傷５３の配管断面中心方向からずれたものとな
り、結果として損傷５３からの反射波は弱くなる。

【００１９】この伝搬経路６３と損傷５３の配管断面中
心方向とのずれ角をδとすると、角度δは配管５２の内
径と変位量６０とにより幾何学的に求めることができ
る。配管内径が４７ｍｍ（ミリメートル）、２３ｍｍ、
１３ｍｍの場合の変位量６０に対するδの計算結果を表
１に示す。

【表１】

【００２０】我々は、配管外側面上円周方向に損傷を設
けた内径２３ｍｍおよび１３ｍｍの配管を用い、変位量
６０に対する損傷５３からの反射信号を測定した結果、
内径２３ｍｍでは約０. ５ｍｍの変位量で、内径１３ｍ
ｍでは約０. ３ｍｍの変位量で、損傷５３からの反射信
号強さが変位０の場合のそれに比して約半分になること
を得た。表１を基にこれらの変位量からδを求めると約
３°となる。すなわち、本体部からの反射信号の強さの
変化は角度δと密接な関係が有り、検出に必要な反射信
号の強さを指定することで許容できる角度δが決まる。
この角度δの範囲が決まれば、損傷検出が可能な音波出
射位置の許容できる変位量が決まる。

【００２１】（実施例１）以下、本発明の第１の実施例
について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発
明の第１の実施例における超音波配管探傷装置の構成を
示す図であり、図２は信号処理部９の概略ブロック図で
ある。図１において、１は有底円筒状の本体部、２は本
体部１の開口端部から軸方向に突出した複数の梁、３は
本体部１に梁２で固定された超音波探触子である。４は
超音波探触子３から照射される超音波を反射させる反射
ミラーであり、配管材質に依存した所望の入射角で配管
内壁に入射させる傾きを有している。５は反射ミラー４
を回転走査させる駆動部、６は本体部１の側面に２個以
上設けた変位検出用探触子、７は本体部１に設けられた
位置可変部、８は図示していない外部にいる操作者に検
出結果を転送する信号線、９は超音波探触子３と駆動部
５と変位検出用探触子６と位置可変部７と信号線８に接
続された信号処理部であり、１７は配管である。

【００２２】図２において、１０は複数個の変位検出用
探触子６に接続された変位検出用送受信部、１１は変位
検出用送受信部１０に接続された変位検出用信号処理
部、１２は超音波探触子３に接続された超音波送受信
部、１３は超音波送受信部１２に接続された探傷用信号
処理部、１４は駆動部５に接続された駆動制御部、１５
は位置可変部７に接続された位置制御部、１６は変位検
出用信号処理部１１と探傷用信号処理部１３と駆動制御
部１４と位置制御部１５の制御および変位検出用信号部
１１の出力から角度δを求めるＣＰＵ部である。探傷用
信号処理部１３の出力である損傷検出結果は信号線８を
通じ外部に転送される。

【００２３】以上のような構成において以下その動作を
説明する。まず、図１に示すように、本体部１を配管１
７内部に挿入する。超音波探触子３は、超音波送受信部
１２の信号により超音波パルスを照射する。反射ミラー
４に反射された超音波は、配管１７内壁面に対し所望の
入射角で照射され、配管壁内部を伝搬する。前述のよう
に円周方向の損傷が存在する場合、超音波探触子３は損
傷からの強い反射信号を受信し、信号処理部１３により
損傷の検出を行ない、信号線８により外部に転送する。
この損傷検出動作を駆動部５の回転に伴う反射ミラー４
の回転中に連続して行なうことで、円周方向に超音波を
走査させ、例えば水流で本体部１を配管１７の軸方向に
移動させることで、配管１７の全ての領域を走査する。

【００２４】次に、複数の変位検出用探触子６は、本体
部から配管１７までの距離を測定し、本体部１の配管１
７中心軸からの変位量や配管１７の内径を変位検出用信
号処理部１１で求める。変位検出用探触子６としては、
例えば超音波センサが使用できる。ＣＰＵ部１６は、変
位検出用信号処理部１１で求めた変位量と配管１７の内
径とから前述の角度δを求める。位置制御部１５は、Ｃ
ＰＵ部１６で求めた角度δと予め記憶してある値とを比
較し、大きい場合は角度δが小さくなるよう位置可変部
７で本体部１の位置制御を行なう。位置可変部７は、例
えば圧電アクチュエータと微小翼等から構成し、微小翼
を水流に対し上下左右に移動させることにより本体部１
の位置を変化させることができる。予め記憶してある所
定の値は、検出したい損傷の形態等に依存するため、例
えば基準の損傷を設けたテスト配管による事前の経験値
からＳ／Ｎを加味して設定すれば良い。

【００２５】以上のように、本実施例によれば、配管１
７内部から配管壁内部に存在する損傷を検出する配管探
傷装置において、損傷検出動作中に本体部１の配管１７
中心軸からの変位量や配管径を変位検出用探触子６と変
位検出用信号処理部１１で求め、ＣＰＵ部１６で角度δ
を計算し、この角度δが所定の値以内におさまるよう位
置制御部１５と位置可変部７で本体部１の位置を制御す
ることにより、音波出射位置が変位しても、精度の良い
損傷の検出が可能となる。

【００２６】なお、信号処理部を本体部１から分離さ
せ、配管１７外部に配置させても本実施例の作用効果を
逸するものではない。また、上記構成では、超音波探触
子３から照射された超音波を反射ミラー４で配管円周方
向に２次元走査させる方式であるが、配管円周方向に２
次元走査させるものであれば、例えば超音波探触子３を
直接回転させるなど別な構成でも良い。

【００２７】（実施例２）次に、本発明の第２の実施例
について図面を参照しながら説明する。図３は本発明の
第２の実施例における配管探傷装置の構成を示す図であ
り、図４は信号処理部１８の概略ブロック図である。本
実施例が第１の実施例と異なるのは、位置可変部７およ
び位置制御部１５がなく、その代わりに本体部１の側面
に放射状に設けられた弾性を有する複数個の調芯アーム
１８と、ＣＰＵ部１６および探傷用信号処理部１３に接
続された検出評価部１９とを備えている点である。な
お、調芯アーム１８の構成により本体部１を高精度に配
管１７中心軸上に位置させることができるが、管軸方向
のスムーズな移動を保証するために、調芯アーム１８の
材質は、摩擦係数の小さな合成樹脂材料が好ましい。

【００２８】以上のような構成において、以下その動作
を説明する。まず第１の実施例と同じ方法で配管１７の
円周方向に対し超音波を２次元走査し、同時に本体部１
の変位量検出を実施する。その場合、本体部１は調芯ア
ーム１８の先端部が配管１７の内壁に弾性的に接触する
ことにより配管１７のほぼ中心軸上に位置決めされる。
ＣＰＵ部１６で求めた角度δの値は、検出評価部１９に
転送される。一方、探傷用信号処理部１３は、超音波探
触子３から出力される反射信号波形を基に、損傷からの
反射信号の検出を行ない、結果を検出評価部１９に転送
する。検出評価部１９は、予め設定してある所定の値以
内に角度δが納まっている場合は、探傷用信号処理部１
３の検出結果をそのまま信号線８に転送し、それ以外の
場合は検出結果の信頼性が低いものとし、例えば本体部
位置不良または未測定領域があったことを示す信号を信
号線８に転送する。

【００２９】以上のように、本実施例によれば、配管１
７内部から配管壁内部に存在する損傷を検出する超音波
配管探傷装置において、損傷検出動作中に本体部１の配
管１７中心軸からの変位量や配管径を変位検出用探触子
６と変位検出用信号処理部１１で求め、ＣＰＵ部１６で
角度δを計算し、検出評価部１９でこの角度δから検出
結果の信頼性を評価することにより、音波出射位置が変
位しても、精度の良い損傷の検出が可能となる。

【００３０】なお、信号処理部２０を本体部１から分離
させて配管１７外部に配置してもかまわない。また、上
記構成では、超音波探触子３から照射された超音波を反
射ミラー４で配管円周方向に２次元走査させる方式であ
るが、配管円周方向に２次元走査させるものであれば、
例えば超音波探触子３を直接回転させるなど別な構成で
も良い。さらに、検出評価部１９は操作者の判断を得る
ため、角度δと検出結果の両方を転送しても良い。

【００３１】（実施例３）次に、本発明の第３の実施例
について、図面を参照しながら説明する。図５は本発明
の第３の実施例における配管探傷装置の構成を示す図で
ある。図５において、２１は配管１７の内部において配
管１７の壁内部に存在する損傷の検出を行なう探傷本体
部、２２は配管１７の外部にある探傷処理部である。２
は梁、３は探傷本体部２１の先端に複数の梁２で固定さ
れた超音波探触子、４は超音波探触子３から照射される
超音波を反射させる反射ミラーであり、配管材質に依存
した所望の入射角で配管内壁部に入射させる傾きを有し
ている。６は本体部１の側面に２個以上設けた変位検出
用探触子、８は探傷本体部２１と探傷処理部２２とを電
気的に接続する信号線である。本実施例では、上記第１
の実施例のような位置可変部７を備えていない。その代
わりに第２の実施例と同様に、探傷本体部２１の側面に
放射状に取り付けられた弾性を有する複数個の調芯アー
ム１８を備えており、探傷本体部２１を配管１７中心軸
上におおよそ位置させる。２３は探傷本体部２１と探傷
処理部２２とを機械的に接続する駆動伝達軸である。

【００３２】探傷処理部２２において、５は駆動伝達軸
２３に接続された駆動部、１４は駆動部５に接続された
駆動制御部、１０は変位検出用探触子６と信号線８とを
介して接続された変位検出用送受信部、１１は変位検出
用送受信部１０に接続された変位検出用信号処理部、１
２は超音波探触子３と信号線８とを介して接続された超
音波送受信部、１３は超音波送受信部１２に接続された
探傷用信号処理部、１６はＣＰＵ部、１９は探傷用信号
処理部１３とＣＰＵ部１６とに接続された検出評価部、
２４は検出評価部１９に接続された表示部である。

【００３３】以上のような構成において以下その動作を
説明する。探傷本体部２１を配管１７内に挿入し、駆動
伝達軸２３の押し出し等により管軸方向に移動させる。
探傷本体部２１は調芯アーム１８によりおおよそ配管１
７中心に位置する。次に、駆動制御部１４の信号により
駆動部５は駆動伝達軸２３を回転させ、駆動伝達軸２３
の回転により反射ミラー４が回転する。駆動伝達軸２３
は、配管１７外部の駆動部５で発生する回転力を配管１
７内部の探傷本体部２１に伝達させるため、柔軟特性と
トルク伝達特性を併せ持つ必要があり、例えば角線をス
プリング形状にしたものなどで構成することができる。
また、回転力を効率良く伝達させるため、駆動伝達軸２
３は、図６に示すように、例えば合成樹脂等の可撓性を
有する材料で構成されたパイプ２３Ａ内に配置しても良
い。

【００３４】配管１７の円周方向に対する超音波の２次
元走査、本体部１の変位量検出、角度δの検出ならびに
検出評価部１９で行なう損傷検出結果の評価は第２の実
施例に示す方法で実施し、検出評価部１９の出力結果は
表示部２４に転送されて操作者に提供される。これによ
り操作者は、損傷の有無さらには高精度な損傷の検出が
行なえなかった領域の有無など判断することができる。

【００３５】以上のように、本実施例によれば、配管１
７内部から配管壁内部に存在する損傷を検出する配管探
傷装置において、損傷検出動作中に本体部１の配管１７
中心軸からの変位量や配管径を変位検出用探触子６と変
位検出用信号処理部１１とで求め、ＣＰＵ部１６で角度
δを計算し、検出評価部１９でこの角度δから検出結果
の評価し、表示部２４で表示することにより、音波出射
位置が変位しても、精度の良い損傷の検出が可能とな
る。（実施例４）

【００３６】次に、本発明の第４の実施例について、図
面を参照しながら説明する。図７は本発明の第４の実施
例における配管探傷装置の構成を示す図であり、図８は
信号処理部２９の概略ブロック図である。図７におい
て、２５は本体部、２６は反射ミラー３の前面に配置さ
れた高分子圧電膜、２７は超音波探触子３と反射ミラー
４を内包・固定する探触子ホルダ、２８は探触子ホルダ
２７を回転させる駆動部、２９は信号処理部であり、他
の構成は第１の実施例とほぼ同じである。図８において
信号処理部２９が第１の実施例と異なるのは、超音波送
受信部１２が、超音波探触子３に接続された超音波送信
部１２Ａと、高分子圧電膜２６および探傷用信号処理部
１３に接続された超音波受信部１２Ｂとに分離されてい
る点である。

【００３７】以上のような構成において以下その動作を
説明する。まず配管１７内に配管探傷装置の本体部２５
を挿入し、変位検出探触子６および位置可変部７と信号
処理部２９とを用いて第１の実施例と同じ方法で配管１
７内における本体部２５の位置変位量検出および姿勢制
御行なう。

【００３８】反射ミラー４の前面に設けられた高分子圧
電膜２６は、超音波が透過しやすいように波長の１／４
程度の厚みを有する。例えば高分子圧電膜２６をフッ化
ビニリデンと３フッ化エチレンの共重合体で形成し、超
音波の周波数を１０ＭＨｚとすると、その厚みは６０μ
ｍ程度となる。また、６０μｍ程度の厚みの高分子圧電
膜２６は、１０ＭＨｚの超音波の送受信に対し優位な厚
みである。

【００３９】高分子圧電膜２６の両面には、例えば金か
らなる電極を薄く設ける。ただし、反射ミラー４が金属
からなるか、または反射面に金属層を設けてある場合
は、高分子圧電膜２６の反射ミラー４と接する面には電
極を設けなくてもよい。超音波探触子３と反射ミラー４
とは、探触子ホルダ２７内に対峙するよう配置され、探
触子ホルダ２７は駆動部２８に接続されている。

【００４０】超音波送信部１２Ａから送信信号を送出し
て超音波探触子３から放射された超音波は、高分子圧電
膜２６を透過して反射ミラー４に到達する。反射ミラー
４に到達した超音波は、反射ミラー４で反射され、再び
高分子圧電膜２６を透過して配管１７に到達する。配管
１７に超音波が透過しやすい入射角度となるように反射
ミラー４は構成されており、配管に照射された超音波は
配管壁内部を伝搬する。配管壁内部の損傷により超音波
は反射され、再び高分子圧電膜２６に照射される。高分
子圧電膜２６で受信した反射超音波は、探傷用信号処理
部１３で損傷の検出を行なう。また、駆動部２８により
探触子ホルダ２７を回動することにより、配管１７に対
して３６０度の走査が可能となり、配管１７の全周方向
について損傷の検出を行なうことができる。

【００４１】高分子圧電膜２６は、無機圧電材料に比べ
て超音波の尾引きが少ないため高い距離分解能が得ら
れ、周波数特性が平坦でかつ広く、受信に対し優位な材
料であり、より小さな損傷の検出も可能となる。

【００４２】以上のように、本実施例によれば、配管１
７内部から配管壁内部に存在する損傷を検出する配管探
傷装置において、損傷からの反射信号の受信を反射ミラ
ー４の前面に配置した高分子圧電膜２６で行なうことに
より、無機圧電材料で受信するよりも高い距離分解能が
得られ、より小さな損傷の検出が可能となる。

【００４３】なお、図１に示した実施例１では、駆動部
２８に反射ミラー４を接続し、超音波探触子３は本体部
２５より先端に配置した梁２に接続して回動しない構成
としたが、実施例４においても同じ構成としてもよい。
また、本実施例を実施例１以外の他の実施例にも適用す
ることができる。

【００４４】（実施例５）次に、本発明の第５の実施例
について、図面を参照しながら説明する。図９は本発明
の第５の実施例における配管探傷装置の構成を示す図で
ある。図１０は図９の超音波探触子３１の概略断面図で
ある。図９において、３０は本体部、３１は本体部３０
に接続された超音波探触子、３２は複数の電極で構成さ
れた超音波探触子アレイ、３３は超音波探触子３１の破
損を保護するために設けた探触子保護膜である。他の構
成は実施例１の符号２、３、４、５の部分を除いてほぼ
同じであり、また信号処理部の構成は、実施例１の信号
処理部９の符号５、１４の部分を除いてほぼ同じである
が、超音波探触子３および超音波送受信部１２が若干異
なっている。

【００４５】図１０において、３４は超音波を送受信す
る高分子圧電膜、３５は裏面電極部であり、表面に高分
子圧電膜３４が接続されている。３６は裏面電極部３５
と超音波送受信部とを接続するための裏面電極取り出し
部、３７は高分子圧電膜３４の表面に設けた表面電極、
３８は表面電極３７と裏面電極部３５とを絶縁するため
の絶縁部、３９は表面電極３７と超音波送受信部とを接
続するために絶縁部３８に設けた表面電極取り出し部、
θは裏面電極部３５の傾斜角度である。

【００４６】以上のような構成において以下その動作を
説明する。まず配管１７内に配管探傷装置本体部３０を
挿入し、変位検出探触子６および信号処理部とを用いて
第１の実施例と同じ方法で配管１７内における本体部３
０の位置を検出する。位置可変部７により本体部３０が
配管１７中心軸付近で水平となるよう姿勢を制御を行な
い、超音波探触子３１から配管１７に照射する超音波の
入射角を安定させる。

【００４７】超音波探触子３１から配管１７に対し照射
する超音波は、配管壁内部に透過しやすい角度とする。
超音波が透過しやすい入射角は配管材料により異なり、
超音波を透過しやすい入射角で放射するため裏面電極部
３５に傾斜角度θを設け、例えば配管１７を鉄とすると
傾斜角度θは２０度とする。このように配管材料に適し
た傾斜角度θを選択することにより、効率よく配管壁内
部に超音波を透過させることが可能となる。

【００４８】超音波探触子３１は、複数個の超音波探触
子アレイ３２から構成され、超音波探触子アレイ３２
は、裏面電極部３５の表面に設けた例えばフッ化ビニリ
デンと３フッ化エチレンの共重合体からなる高分子圧電
膜３４と、その表面に等間隔に並べた複数個の扇形の先
端を切りとった形状の例えば金からなる表面電極３７と
からなる。表面電極３７は、裏面電極部３５と接触しな
いように絶縁部３８の表面に設けた表面電極取出部３９
と接続されている。裏面電極部３５は、絶縁部３８を貫
通して裏面電極取出部３６に接続されている。

【００４９】裏面電極取出部３６と表面電極取出部３９
とは、図示されない超音波送受信部に接続され、まず超
音波探触子アレイ３２の１つの表面電極３７で超音波を
送受信して損傷の検出を行ない、次に１つ隣りの表面電
極３７で超音波を送受信して損傷の検出を行なう。この
動作を繰り返し行なうことにより、配管１７の全周方向
に対し損傷の検出を行なう。

【００５０】以上のように、本実施例によれば配管１７
内部から配管壁内部に存在する損傷を検出する配管探傷
装置において、配管材料に応じた傾斜角度θを有するよ
うに超音波探触子アレイ３２を備えた超音波探触子３１
を設けることにより、駆動部や反射ミラーなどの機械的
可動部を用いずに配管壁内部の損傷を検出することがで
きる。

【００５１】なお、本実施例では、超音波探触子アレイ
３２の１度に超音波の送受信を行なう表面電極３７の数
を１つとしたが、１度に２つ以上の表面電極３７で同時
に超音波の送受信を行なってもよい。また、超音波探触
子３１は複数の表面電極３７からなる超音波探触子アレ
イ３２としたが、高分子圧電膜３４の全面に表面電極３
７を設けることにより、１つの超音波探触子３１からな
る構成としても良い。また、高分子圧電膜３４の表面電
極３７を複数個、裏面電極部３５を１つとしたが、表面
電極３７を１つ、裏面電極部３５を複数個に分割する構
成としても良い。さらに、裏面電極部３５は、配管材料
に応じた傾斜角度θを有す構成としたが、傾斜角度θを
０度にして配管１７に対して水平な構成としてもよい。

【００５２】また、本実施例では、第１の実施例と同様
に、変位検出用探触子６と位置可変部７等を用いて本体
部３０の位置を配管１７の中心軸上に位置させるように
制御しているが、第２の実施例と同様に、調芯アーム１
８を用いて配管１７の中心軸上に位置させるとともに、
変位検出探触子６、ＣＰＵ部１６、検出評価部１９等を
用いて検出結果を評価する構成にしてもよい。（実施例６）

【００５３】次に、本発明第６の実施例について図面を
参照しながら説明する。図１１は本発明の第６の実施例
における配管探傷装置の概略図である。図１１におい
て、４０は本体部１の配管内移動方向の前面に設けられ
た取水口、４１は取水口４０から取り入れた水が通る流
路、４２は取水口４０から入り流路４１を通った水が排
出される排水口であり、これらによって調芯手段が構成
されている。取水口４０、流路４１、排水口４２は本体
部１にそれぞれ２つ以上設けられており、また流路４１
は他の流路４１と互いに独立であり、それぞれの取水口
４０から入った水は、他の流路４１を流れる水に影響を
及ぼさない構造となっている。また、取水口４０と流路
４１を介してつながっている排水口４２は、本体部１の
中心軸に関して反対側になるように設けられており、取
水口４０の一つから取り入れられた水は、本体部１の中
心軸に関して反対側に設けられた排水口４２から排出さ
れる構成となっている。他の構成は図５に示した実施例
３と同じである。

【００５４】以上のような構成において、以下その動作
を説明する。まず配管１７内に本体部１を挿入し、実施
例１で示したように配管壁内部および外壁面に存在する
損傷の検出を行なう。配管１７を径方向に切断した断面
図を図１２（ａ）に示す。また、配管１７内の水の流れ
が層流であると仮定した場合の配管１７断面中心軸付近
の流速分布を図１２（ｂ）に示す。図１２（ｂ）に示す
ように、流速分布は配管１７断面中心で最大となり、配
管壁面で０となっている。

【００５５】本体部１が配管１７の中心軸上に位置して
いる時には、それぞれの取水口４０から取り込まれる水
の流速は等しく、排水口４２から排出される水の流速は
等しい。このため各排水口から排出された水の流速差は
なく、本体部１は配管中心に位置するよう保持される。

【００５６】次に本体部１が配管１７の中心軸上から変
位した場合には、取水口４０から取り込まれる水の流速
が異なるため、排水口４２から排出される水の流速が異
なる。取水口４０のうち配管１７中心軸に近い取水口４
０から取り込まれた水の流速は、配管１７の中心軸から
遠い取水口４０から取り込まれる水の流速より速く、配
管１７の中心軸に近い取水口４０と流路４１を介してつ
ながっている排水口４２から排出される水の流速は大き
くなる。このため図１１に示した構成により、本体部１
は配管１７中心方向への力を受けることとなる。すなわ
ち配管１７中の水が層流である場合、配管１７内での水
の流速分布により、本体部１は常に配管１７中心軸上に
位置するような力を受けることとなる。

【００５７】以上のように、本実施例によれば、配管１
７内部から配管壁内部および外壁面に存在する損傷を検
出する配管探傷装置において、複数個の取水口４０、流
路４１、排水口４２を設けることにより、配管内の流水
の流速分布を利用し、本体部１が変位した場合でも本体
部１を配管１７中心軸上付近に位置させる事が可能とな
り、高精度な信頼性の高い損傷の検出が可能となる。な
お、本実施例の構成は、図３および図５の調芯アーム１
８に代わるものである。

【００５８】

【発明の効果】本発明は、上記実施例から明らかなよう
に、液体が満たされた配管内部に挿入されて先端部に超
音波探触子を有する本体部と、損傷検出動作中に本体部
の配管中心軸からの変位量と配管内径を検出する手段
と、配管内壁に到達した超音波が損傷部に到達するまで
の伝搬径路と損傷部の配管断面中心方向とのずれ角を前
記変位量と配管内径とから求める手段と、求めたずれ角
が予め設定した値以内に納まるように本体部の位置を制
御する手段とを備えているので、また、本体部の位置を
制御する手段の代わりに、求めたずれ角をもとに検出結
果の正否を評価する手段を備えているので、音波出射位
置が変位しても、精度の良い損傷の検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における配管探傷装置の
概略斜視図

【図２】第１の実施例における処理部の概略ブロック図

【図３】本発明の第２の実施例における配管探傷装置の
概略斜視図

【図４】第２の実施例における処理部の概略ブロック図

【図５】本発明の第３の実施例における配管探傷装置の
概略斜視図

【図６】第３の実施例における処理部の概略ブロック図

【図７】本発明の第４の実施例における配管探傷装置の
概略斜視図

【図８】第４の実施例における処理部の概略ブロック図

【図９】本発明の第５の実施例における配管探傷装置の
概略斜視図

【図１０】第５の実施例における超音波探触子の概略断
面図

【図１１】本発明の第６の実施例における配管探傷装置
の概略斜視図

【図１２】第６の実施例における配管内の水の流速分布
を示す模式図

【図１３】配管内部から配管壁内部に存在する円周方向
の損傷を検出する探傷法の概念図

【図１４】音波出射位置が配管断面中心から変化した場
合の超音波伝搬経路の概念図

【図１５】従来の探傷用超音波探触子の概念図

【図１６】従来の探傷用超音波探触子の調芯法の概念図

【符号の説明】

１本体部２梁３超音波探触子４反射ミラー５駆動部６変位検出用探触子７位置可変部８信号線９信号処理部１０変位検出用送受信部１１変位検出用信号処理部１２超音波送受信部１３探傷用信号処理部１４駆動制御部１５位置制御部１６ＣＰＵ部１７配管１８調芯アーム１９検出評価部２０信号処理部２１探傷本体部２２探傷処理部２３駆動伝達軸２４表示部２５本体部２６高分子圧電膜２７探触子ホルダ２８駆動部２９信号処理部３０本体部３１超音波探触子３２超音波探触子アレイ３３探触子保護膜３４高分子圧電膜３５裏面電極部３６裏面電極取出部３７表面電極３８絶縁部３９表面電極取出部４０取水口４１流路４２排水口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体が満たされた配管内部に挿入されて
先端部に超音波探触子を有する本体部と、損傷検出動作
中に前記本体部の配管中心軸からの変位量と配管内径と
を検出する手段と、配管内壁に到達した超音波が損傷部
に到達するまでの伝搬経路と損傷部の配管断面中心方向
とのずれ角を前記変位量と配管内径とから求める手段
と、前記求めたずれ角が予め設定した値以内に納まるよ
うに前記本体部の位置を制御する手段とを備えた配管探
傷装置。
【請求項２】液体が満たされた配管内部に挿入されて
先端部に超音波探触子を有する本体部と、前記本体部を
配管のほぼ中心軸上に位置させる手段と、損傷検出動作
中に前記本体部の配管中心軸からの変位量と配管内径と
を検出する手段と、配管内壁に到達した超音波が損傷部
に到達するまでの伝搬経路と損傷部の配管断面中心方向
とのずれ角を前記変位量と配管内径とから求める手段
と、前記求めたずれ角が予め設定した値以内に納まって
いるかどうかを判断して検出結果を評価する手段とを備
えた配管探傷装置。
【請求項３】信号処理部を本体部内部に収容して外部
と信号線で接続した請求項１または２記載の配管探傷装
置。
【請求項４】信号処理部を配管外部に配置して本体部
と信号線で接続した請求項１または２記載の配管探傷装
置。
【請求項５】液体が満たされた配管内部に挿入されて
先端部に超音波探触子を有する本体部を備え、前記本体
部が、前記超音波探触子から放射された超音波を配管内
壁に対し所望の入射角度で照射するように反射させる反
射ミラーと、前記反射ミラーを円周方向に回転走査させ
る駆動手段と、前記本体部の側面に複数個設けられた変
位検出用探触子と、前記変位検出用探触子からの信号を
もとに配管中心軸に対する変位量と配管内径とを求める
変位検出手段と、前記変位検出手段により求めた配管中
心軸に対する変位量と配管内径とをもとに、配管内壁に
到達した超音波が損傷部に到達するまでの伝搬経路と損
傷部の配管断面中心方向とのずれ角を求める演算手段
と、前記演算手段からの信号をもとに前記本体部の位置
を制御する制御手段とを備えた配管探傷装置。
【請求項６】液体が満たされた配管内部に挿入されて
先端部に超音波探触子を有する本体部を備え、前記本体
部が、前記超音波探触子から放射された超音波を配管内
壁に対し所望の入射角度で照射するように反射させる反
射ミラーと、前記反射ミラーを円周方向に回転走査させ
る駆動手段と、前記本体部を配管のほぼ中心軸上に位置
させる調芯手段と、前記本体部の側面に複数個設けられ
た変位検出用探触子と、前記変位検出用探触子からの信
号をもとに配管中心軸に対する変位量と配管内径とを求
める変位検出手段と、前記変位検出手段により求めた配
管中心軸に対する変位量と配管内径とをもとに、配管内
壁に到達した超音波が損傷部に到達するまでの伝搬経路
と損傷部の配管断面中心方向とのずれ角を求める演算手
段と、前記求めたずれ角が予め設定した値以内に納まっ
ているかどうかを判断して検出結果を評価する検出評価
手段とを備えた配管探傷装置。
【請求項７】配管内部に挿入される探傷本体部と配管
外部に配置される探傷処理部とを駆動伝達軸を介して接
続した配管探傷装置において、前記探傷本体部が、先端
部に梁を介して固定された超音波探触子と、前記超音波
探触子から放射された超音波を配管内壁に対し所望の入
射角度で照射するように反射させる反射ミラーと、前記
本体部の側面に複数個設けられた変位検出用探触子と、
前記本体部の側面に複数個設けられた位置可変部とを備
え、前記前記探傷処理部が、前記本体部の反射ミラーを
前記駆動伝達軸を介して円周方向に回転走査させる駆動
手段と、前記本体部の変位検出用探触子からの信号をも
とに配管中心軸に対する変位量と配管内径とを求める変
位検出手段と、前記変位検出手段により求めた配管中心
軸に対する変位量と配管内径とをもとに、配管内壁に到
達した超音波が損傷部に到達するまでの伝搬経路と損傷
部の配管断面中心方向とのずれ角を求める演算手段と、
前記演算手段からの信号をもとに前記本体部の位置可変
部を制御する位置制御部とを備えた配管探傷装置。
【請求項８】配管内部に挿入される探傷本体部と配管
外部に配置される探傷処理部とを駆動伝達軸を介して接
続した配管探傷装置において、前記探傷本体部が、先端
部に梁を介して固定された超音波探触子と、前記超音波
探触子から放射された超音波を配管内壁に対し所望の入
射角度で照射するように反射させる反射ミラーと、前記
本体部を配管のほぼ中心軸上に位置させる調芯手段と、
前記本体部の側面に複数個設けられた変位検出用探触子
とを備え、前記前記探傷処理部が、前記本体部の反射ミ
ラーを前記駆動伝達軸を介して円周方向に回転走査させ
る駆動手段と、前記本体部の変位検出用探触子からの信
号をもとに配管中心軸に対する変位量と配管内径を求め
る変位検出手段と、前記変位検出手段により求めた配管
中心軸に対する変位量と配管内径をもとに、配管内壁に
到達した超音波が損傷部に到達するまでの伝搬経路と損
傷部の配管断面中心方向とのずれ角を求める演算手段
と、前記求めたずれ角が予め設定した値以内に納まって
いるかどうかを判断して検出結果を評価する検出評価手
段とを備えた配管探傷装置。
【請求項９】反射ミラーの前面に設けられて超音波を
透過可能な圧電膜と、前記圧電膜に接続された超音波受
信部とを備えた請求項５から８のいずれかに記載の配管
探傷装置。
【請求項１０】配管内部に挿入されて先端部に超音波
探触子を有する本体部を備えた配管探傷装置において、
前記超音波探触子が、超音波を配管内壁に対し所望の入
射角度で照射するように、円錐形に形成された裏面電極
の表面に圧電膜を介して円周方向に配置された複数の表
面電極を有する超音波探触子アレイからなり、前記本体
部が、前記超音波探触子アレイの表面電極に順番に通電
して探傷を行なう手段と、前記本体部の側面に複数個設
けられた変位検出用探触子と、前記変位検出用探触子か
らの信号をもとに配管中心軸に対する変位量と配管内径
とを求める変位検出手段と、前記変位検出手段により求
めた配管中心軸に対する変位量と配管内径とをもとに、
配管内壁に到達した超音波が損傷部に到達するまでの伝
搬経路と損傷部の配管断面中心方向とのずれ角を求める
演算手段と、前記演算手段からの信号をもとに前記本体
部の位置を制御する位置制御部とを備えた配管探傷装
置。
【請求項１１】配管内部に挿入されて先端部に超音波
探触子を有する本体部を備えた配管探傷装置において、
前記超音波探触子が、超音波を配管内壁に対し所望の入
射角度で照射するように、円錐形に形成された裏面電極
の表面に圧電膜を介して円周方向に配置された複数の表
面電極を有する超音波探触子アレイからなり、前記本体
部が、前記超音波探触子アレイの表面電極に順番に通電
して探傷を行なう手段と、前記本体部を配管のほぼ中心
軸上に位置させる調芯手段と、前記本体部の側面に複数
個設けられた変位検出用探触子と、前記変位検出用探触
子からの信号をもとに配管中心軸に対する変位量と配管
内径とを求める変位検出手段と、前記変位検出手段によ
り求めた配管中心軸に対する変位量と配管内径とをもと
に、配管内壁に到達した超音波が損傷部に到達するまで
の伝搬経路と損傷部の配管断面中心方向とのずれ角を求
める演算手段と、前記求めたずれ角が予め設定した値以
内に納まっているかどうかを判断して検出結果を評価す
る検出評価手段とを備えた配管探傷装置。
【請求項１２】調芯手段が、本体部の周囲に放射状に
設けられて先端部が配管内壁に弾性的に接触する複数の
調芯アームである請求項６または８または１１に記載の
配管探傷装置。
【請求項１３】調芯手段が、本体部の配管内移動方向
の前面に複数個設けられた取水口と、前記取水口から取
り入れた液体を、他の前記取水口から取り入れた液体の
流れに影響を与えないように通過させる流路と、前記流
路を通った液体が排出される排水口とからなる請求項６
または８または１１に記載の配管探傷装置。