JP6108523B2 - センサを備えた測定ツール - Google Patents

Description

本発明はセンサを備えた測定ツールに関し、測定対象物に対して複数のセンサを一度に適切・簡単に接触させて、精度及び効率よく測定対象物の測定ができるように工夫したものである。

各種のプラントや機器では、多数の配管や容器等が備えられている。このような配管や容器等（以下「配管等）と称する」）では、製造時や点検時などにおいて、配管等の板厚や板厚値分布を測定している。このような板厚や板厚分布の測定をするためには、超音波センサを用いて超音波検査をしている。
なお、配管等は、曲率のある面となっているため、超音波センサを配管等の表面に適切に密着させる必要がある。

ここで、図１０を参照して、配管１の板厚分布を測定する従来技術を説明する。
配管１のある周における板厚分布を測定するためには、例えば、図１０に示すように、配管１の周方向に沿い一定ピッチ（例えば４５°ピッチ）で８カ所（Ａ位置，Ｂ位置，Ｃ位置，Ｄ位置，Ｅ位置・・・Ｈ位置（但しＨ位置は図示省略））に、先ず、マーキングを施す。

そして、１つの超音波センサ２を用い、マーキングを施した各位置（Ａ位置〜Ｈ位置）に超音波センサ２を順番に接触させ、各接触位置（マーキング位置）で超音波センサ２を保持して超音波検査をし、各位置（Ａ位置〜Ｈ位置）の板厚の測定をしている。なお、図１０では超音波センサ２を複数図示しているが、実際には上述したように、１つの超音波センサ２を用いて、各位置での板厚測定をしている。

なお、図１１Ａ，図１１Ｂ，図１１Ｃは、Ａ位置，Ｂ位置，Ｃ位置で超音波検査により配管１の板厚を測定したときのエコー波形の一例を示している。これら図１１Ａ，図１１Ｂ，図１１Ｃのエコー波形において、隣接するエコー間の距離が、配管１の板厚に対応する。

特開２０１２−１２２９７６号公報

ところで図１０に示す従来技術では次のような課題があった。
（１） 板厚測定をするには、配管１などの測定ポイントにマーキングを施し、超音波センサ２を移動させながら各点で測定を実施している。
このため、マーキングの手間が必要であり、また、測定回数ごとの位置ずれが発生し、問題となっていた。
（２） 測定対象物の板厚値分布（ライン状分布、面状分布）を知るためには、超音波センサ２を複数箇所に移動させて同条件で測定する必要がある。
しかし、押し付け力のバラツキや、測定面（配管１の表面）に対する超音波センサ２の探触面の傾きなどのバラツキにより、誤差が発生することがある。
（３） 通常の超音波センサ２は、配管１などの曲率部に倣いにくく、安定した測定が困難であった。
また、測定中ずっと超音波センサ２を同じ位置・姿勢に保持しておく必要があるが、配管１などの曲面では安定した保持・固定が困難である。
これらのことから、測定精度が悪化していた。

なお特許文献１では、スペーサを備えた帯状シートなどを用いてガイド波センサを配管に取り付けているが、センサの着脱には複雑な手間が必要であった。

本発明は、上記従来技術に鑑み、湾曲した測定対象物であっても、この測定対象物に対して、複数のセンサ（例えば超音波センサや渦電流探傷センサなど）を一度に均一な圧力で安定して接触させて、必要な測定を容易且つ精確に実施することができる、センサを備えた測定ツールを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の構成は、
可撓性を有するバンド状部材と、このバンド状部材の内周面に可撓性と弾性を有する弾性部材を介して取り付けられている複数のセンサとで構成されており、
前記バンド状部材は金属製のバンド部を有し、
前記センサは、一対の電極を有し、
前記一対の電極の一方は前記バンド部に電気的に接続されると共に、前記一対の電極の他方は信号線に電気的に接続されていることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記バンド状部材は、可撓性を有するバンド部と、前記バンド部の始端部分と終端部分とを連結するクランプ部とでなり、
前記バンド部にはコネクタボックスが備えられ、
前記信号線は前記コネクタボックスにまで伸びていることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記弾性部材は、更に絶縁性を有しており、
前記センサは超音波センサであることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記センサは渦電流探傷センサであることを特徴とする。

本発明のセンサを備えた測定ツールによれば、可撓性を有するバンド状部材の内周面に、可撓性と弾性を有する弾性部材を介して複数のセンサを取り付けているため、各々の測定箇所での位置決めやマーキングの手間を要することなく、各センサに均一な押し付け力を付与しつつ各センサを被測定対象物に接触させて、一度に複数のセンサを同時に配置することが可能となる。したがって複数の測定箇所を一度に容易に測定することができる。
また、このように、複数のセンサを均一な力でもって被測定対象物に接触させることができるため、測定精度が向上する。

本発明の実施例１に係るセンサを備えた測定ツールを示す斜視図。 実施例に係る測定ツールのセンサ部分を示す断面図。 実施例に係る測定ツールのセンサ部分を示す斜視図。 実施例に係る測定ツールのセンサ部分を示す断面図。 実施例に係る測定ツールのセンサ部分を示す断面図。 本発明の実施例２に係るセンサを備えた測定ツールを示す斜視図。 本発明の実施例３に係るセンサを備えた測定ツールを示す斜視図。 本発明の実施例４に係る板厚測定装置を示す構成図。 板厚分布状態を示す分布色調図。 従来技術を示す斜視図。 板厚測定をして得たエコー波形を示す波形図。 板厚測定をして得たエコー波形を示す波形図。 板厚測定をして得たエコー波形を示す波形図。

以下、本発明に係る、センサを備えた測定ツールを、実施例に基づき詳細に説明する。

〔実施例１〕
図１は本発明の実施例１に係る、センサを備えた測定ツール１００を示す。この測定ツール１００は、バンド状部材１１０の内周面に、複数の薄型の超音波センサ２００を周方向に沿い一定間隔をあけて備え、更にバンド状部材１１０の外周面の一箇所にコネクタボックス１２０を備えた構成になっている。

バンド状部材１１０は、金属製であり、バンド部１１１とクランプ部１１２を有している。バンド部１１１は測定対象物である配管等に巻いて締め付けることができる可撓性を有している。このバンド部１１１を配管等に巻いて締め付けつつ、クランプ部１１２によりバンド部１１１の始端部分と終端部分とを連結することにより、バンド状部材１１０を配管等の表面（外周面）に巻いた状態で締め付けて取り付けることができる。

ここで、超音波センサ部分の断面図である図２、及び、バンド状部材１１０のバンド部１１１を延伸させた状態で示す図３を参照して、薄型の超音波センサ２００について説明をする。
なお超音波センサ２００は、その厚さは極めて薄いが（例えば１ｍｍ以下）、図２及び図３では、各構成部品を認識できるように、超音波センサの厚さを拡大して示している。また、図３では絶縁フィルムは図示省略している。

図２及び図３に示すように、金属製のバンド部１１１の内周面には、周方向に沿い一定間隔をあけて、絶縁性と可撓性及び弾性を有する弾性部材２０１が貼り付けられている。弾性部材２０１としては、ゴム製または合成樹脂製のスポンジや、ポリイミド発泡スポンジや、セラミックシートや、ガラス繊維などを採用することができる。

超音波センサ２００の振動子２１０は、弾性部材２０１に貼り付けられており、弾性部材２０１を介してバンド部１１１の内周面に備えられている。

振動子２１０は、下部電極２１１と圧電素子２１２と上部電極２１３とで形成されている。更に詳述すると、振動子２１０は、例えば、ＳＵＳ（Stainless Steel：ステンレス鋼）薄板またはインコネル薄板からなる下部電極２１１の表面（上面）に、圧電セラミックス（ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＢＩＴ（チタン酸ビスマス）、ＬＮ（ニオブ酸リチウム））層を形成し、圧電素子２１２の表面（上面）に金や銀等の上部電極２１３を形成したものである。
この振動子２１０は薄いため、全体として可撓性を有している。

第１の信号線２１４は、ハンダ，スポット溶接，銀ペースト接着などで下部電極２１１に接続されている。第１の信号線２１４は、下部電極２１１から引き出され、絶縁状態を確保しつつバンド部１１１を貫通し、または、絶縁状態を確保しつつバンド部１１１を迂回し、更に、バンド部１１１の表面にニッケルや銀などの箔や線で形成した信号線２１４となってコネクタボックス１２０にまで伸びている。

バンド部１１１の表面にニッケルや銀などの箔や線で形成した信号線２１４の上には、絶縁フィルム２１６が貼り付けられている。

第２の信号線２１５は、銀ペーストなどで上部電極２１３に接着接続されている。第２の信号線２１５は、上部電極２１３から引き出され、絶縁状態を確保しつつバンド部１１１及び絶縁フィルム２１６を貫通し、または、絶縁状態を確保しつつバンド部１１１及び絶縁フィルム２１６を迂回し、更に、絶縁フィルム２１６の表面にニッケルや銀などの箔や線で形成した信号線２１５となってコネクタボックス１２０にまで伸びている。

複数の超音波センサ２００から引き出された複数対の信号線２１４，２１５は、コネクタボックス１２０に集約される。このコネクタボックス１２０と図示しない測定器（探傷器）は、ケーブルで接続される。
なお、各超音波センサ２００から引き出された信号線２１４，２１５は、コネクタボックス１２０にまで伸びているが、図１では信号線２１４，２１５及び絶縁フィルム２１６の図示は省略し、図３では一対の信号線２１４，２１５のみを図示している。

上記構成となっている測定ツール１００の使用方法について説明する。
先ず、測定対象物である配管等の表面のうち、測定箇所に接触媒質を塗布する。
次に、測定ツール１００を配管等の測定箇所を一周する状態で巻いてから、バンド状部材１１０により配管等を締め付けクランプ部１１２によりクランプする。クランプ部１１２はネジ締めをすることにより、バンド部１１１を締め付けることができると共にバンド部１１１の始端部と終端部をクランプすることができる。

バンド状部材１１０により配管等を巻きつつ締め付けて測定ツール１００を配管等に取り付けていくと、弾性部材２０１を介して各超音波センサ２００に略均等に押し付け力が付与される。このため、各超音波センサ２００は略同じ押し付け力でもって配管等の表面に押し付けられる。

このとき仮に、非測定対象物の表面形状が歪んでいたりして、バンド状部材１１０と配管等との間の距離が周方向の各位置でずれていたり、バンド状部材１１０による押し付け力が周方向の各位置で異なっていたりしたとしても、各弾性部材２０１は、バンド状部材１１０で押されて変形して各位置での距離のずれ量や押し付け力の不均一を吸収しつつ、各超音波センサ２００を配管等の表面に向けて略同じ押し付け力で押し付けていく。このため、各超音波センサ２００は略同じ押し付け力でもって配管等の表面に押し付けられるのである。
なお、弾性部材２０１は、振動子２１０とバンド部１１１とを電気的に絶縁する機能も果たしている。

配管等の表面に押し付けられていった超音波センサ２００は、可撓性を有しているため、配管等の表面形状に倣って湾曲し、配管等の表面に密着する。

このように測定ツール１００を配管等に巻き締め付けていくという簡単な作業をするだけで、略同じ押し付け力でもって各超音波センサ２００を配管等の表面に一度に密着して押し付けることができ、複数箇所の板厚測定が可能となる。つまり、マーキングやセンサごとの位置決めを不要にして、簡単な作業で複数箇所の板厚測定を一度に行うことが可能となる。
また均等な力で、各超音波センサ２００を配管等の表面に押し付けて密着することができるので、板厚測定の精度が向上する。

上記の例では超音波センサ２００を使用したが、超音波センサの変形例を図４及び図５に示す。

図４に示す超音波センサ２００Ａでは、下部電極２１１が伸びてバンド部１１１にスポット溶接により接続されており、第１の信号線は使用していない。
この場合、金属製のバンド部１１１が各超音波センサ２００Ａに共通のグラウンド（ＧＮＤ）としての機能を果たしている。他の部分の構成は、図２及び図３に示す超音波センサ２００と同じである。

図５に示す超音波センサ２００Ｂでは、下部電極２１１は第１の信号線２１４によりバンド部１１１に接続されている。この例では、信号線２１４は下部電極２１１とバンド部１１１とを接続するのみであり、バンド部１１１に沿ってコネクタボックス１２０に向かって伸びてはいない。
この場合、金属製のバンド部１１１が各超音波センサ２００Ｂに共通のグラウンド（ＧＮＤ）としての機能を果たしている。他の部分の構成は、図２及び図３に示す超音波センサ２００と同じである。

なお、バンド状部材１１０の長さや幅、超音波センサ２００（２００Ａ、２００Ｂ）の配置ピッチや配置数、を種々に変えた多数種類の測定ツール１００を予め用意しておくことにより、径などが異なる各種の配管等の板厚測定を迅速・容易に行うことができる。

〔実施例２〕
本発明の実施例２に係る、センサを備えた測定ツール１００Ａを、図６を参照して説明する。

この測定ツール１００Ａでは、バンド状部材１１０Ａは可撓性を有する短冊状のマグネットシートにより構成されている。
マグネットシートからなるバンド状部材１１０Ａの内周面には、周方向に沿い一定間隔をあけて、超音波センサ２００が取り付けられている。超音波センサ２００は、実施例１と同様に、絶縁性と可撓性及び弾性を有する弾性部材を介して、バンド状部材１１０Ａの内周面に取り付けられている。

バンド状部材１１０Ａの外周面の一箇所にはコネクタボックス１２０が備えられている。
図示はしないが、信号線は、各超音波センサ２００から引き出されてから伸びてコネクタボックス１２０に集約されている。

実施例２によれば、マグネットシートで形成したバンド状部材１１０Ａの磁力により、測定ツール１００Ａを、炭素鋼などの磁性材料からなる測定対象物（配管等）に磁着でき、複数の超音波センサ２００を簡易かつ同時に測定対象物に密着して取り付けることができる。また、簡単に測定ツール１００Ａを測定対象物から取り外すことができる。
つまりネジ締めなどの作業を要することなく、測定ツール１００Ａの脱着を簡易に行うことができる。

なお、バンド状部材１１０Ａの長さや幅、超音波センサ２００の配置ピッチや配置数、を種々に変えた多数種類の測定ツール１００Ａを予め用意しておくことにより、径などが異なる各種の配管等の板厚測定を迅速・容易に行うことができる。

〔実施例３〕
本発明の実施例３に係る、センサを備えた測定ツール１００Ｂを、図７を参照して説明する。

この測定ツール１００Ｂでは、バンド状部材１１０Ｂは、短冊状ではなく可撓性を有すＲシート状のマグネットシートにより構成されている。
マグネットシートからなるバンド状部材１１０Ｂの内周面には、軸方向の複数箇所（この例では３箇所）において周方向に沿い一定間隔をあけて、超音波センサ２００が取り付けられている。つまりバンド状部材１１０Ｂの内周面の軸方向及び周方向に分散して超音波センサ２００が配置されている。
超音波センサ２００は、実施例１と同様に、絶縁性と可撓性及び弾性を有する弾性部材を介して、バンド状部材１１０Ａの内周面に取り付けられている。

バンド状部材１１０Ｂの外周面の一箇所にはコネクタボックス１２０が備えられている。
図示はしないが、信号線は、各超音波センサ２００から引き出されてから伸びてコネクタボックス１２０に集約されている。

実施例３によれば、マグネットシートで形成したバンド状部材１１０Ｂの磁力により、測定ツール１００Ｂを、炭素鋼などの磁性材料からなる測定対象物（配管等）に磁着でき、複数の面状に分布した超音波センサ２００を簡易かつ同時に測定対象物に密着して取り付けることができる。また、簡単に測定ツール１００Ｂを測定対象物から取り外すことができる。
つまりネジ締めなどの作業を要することなく、測定ツール１００Ｂの脱着を簡易に行うことができる。
更に、周方向だけでなく軸方向も含めた面での板厚測定ができ、板厚値の面的分布を瞬時に測定することが可能となる。

なお、バンド状部材１１０Ｂの長さや幅、超音波センサ２００の配置ピッチや配置数、を種々に変えた多数種類の測定ツール１００Ｂを予め用意しておくことにより、径などが異なる各種の配管等の板厚測定を迅速・容易に行うことができる。

〔実施例４〕
前述した実施例３に係る測定ツール１００Ｂと、測定器５０と、表示器６０を備えた板厚測定装置を、実施例４として図８を参照して説明する。

測定器５０には、多数の超音波センサ２００から検出信号が送られてくる。測定器５０はマルチプレクサ（個々のセンサの信号を切り替える機構）を備えており、極めて短時間で各検出信号を基に板厚を検出し、面状に分布した検出位置（超音波センサ２００の配置位置）のそれぞれの板厚を得る。このようにして得た板厚値の分布を示すデータは、表示器６０に送られて表示される。

板厚値の分布状態は、例えば図９に示すように、板厚の分布色調図等で示すことができる。

なお上記の各実施例ではセンサとして板厚測定のための超音波センサを用いていたが、表面状態を検出する渦電流探傷センサや、各種の他の種類のセンサを用いることもできる。

１ 配管
２ 超音波センサ
５０ 測定器
６０ 表示器
１００、１００Ａ、１００Ｂ センサを備えた測定ツール
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ バンド状部材
１１１ バンド部
１１２ クランプ部
２００、２００Ａ、２００Ｂ 超音波センサ
２０１ 弾性部材
２１０ 振動子
２１１ 下部電極
２１２ 圧電素子
２１３ 上部電極
２１４、２１５ 信号線
２１６ 絶縁フィルム

Claims (4)

1. 可撓性を有するバンド状部材と、このバンド状部材の内周面に可撓性と弾性を有する弾性部材を介して取り付けられている複数のセンサとで構成されており、
   前記バンド状部材は金属製のバンド部を有し、
   前記センサは、一対の電極を有し、
   前記一対の電極の一方は前記バンド部に電気的に接続されると共に、前記一対の電極の他方は信号線に電気的に接続されている、
   ことを特徴とするセンサを備えた測定ツール。
2. 前記バンド状部材は、可撓性を有するバンド部と、前記バンド部の始端部分と終端部分とを連結するクランプ部とでなり、
   前記バンド部にはコネクタボックスが備えられ、
   前記信号線は前記コネクタボックスにまで伸びている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のセンサを備えた測定ツール。
3. 前記弾性部材は、更に絶縁性を有しており、
   前記センサは超音波センサであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサを備えた測定ツール。
4. 前記センサは渦電流探傷センサであることを特徴とする請求項１または請求項２
   に記載のセンサを備えた測定ツール。

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