JPH0563722B2 - - Google Patents

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JPH0563722B2
JPH0563722B2 JP22113188A JP22113188A JPH0563722B2 JP H0563722 B2 JPH0563722 B2 JP H0563722B2 JP 22113188 A JP22113188 A JP 22113188A JP 22113188 A JP22113188 A JP 22113188A JP H0563722 B2 JPH0563722 B2 JP H0563722B2
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JP
Japan
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wall thickness
measured
nozzle
water
point
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JP22113188A
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English (en)
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JPH0267909A (ja
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Shigetoshi Hyodo
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication of JPH0267909A publication Critical patent/JPH0267909A/ja
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  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はクラツド管等の肉厚を超音波と渦電流
とを併用して測定する肉厚測定装置に関する。
〔従来の技術〕
クラツド管は母材の外周又は内周にクラツド材
を冶金的に接合せしめた積層構造を有しており、
用途に応じたクラツド材を選択することにより材
料強度を維持出来、特殊雰囲気下での耐酸性等に
優れ、しかも管材コストの低減を図り得るものと
して広く使用されている。このようなクラツド材
の厚さはクラツド管の性能、寿命を保証するうえ
で極めて重要な管理項目であり、従来より肉厚測
定のための装置、例えば超音波のみを利用する装
置、或いは超音波と渦電流とを組合せ使用する装
置等が提案されている(特開昭59−54902号)。
しかし、超音波のみを用いる装置では母材とク
ラツド材との境界面からの反射波を検出する必要
があるが、母材とクラツド材との音響インピーダ
ンスが近似した値となつている場合には測定自体
極めて困難であるという欠点があつた。
一方、超音波と渦電流とを組合せ利用する装置
はクラツド管の母材とクラツド材との全肉厚を測
定する超音波肉厚測定系と、クラツド材の肉厚を
測定する渦電流肉厚測定系とを備えており、クラ
ツド管表面に定めた測定点に夫々測定ヘツド部を
接触させて、全肉厚、クラツド材肉厚を測定する
構成となつている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、このような従来装置では、測定ヘツ
ド部を測定点に接触させて逐次測定を行う接触式
となつているため、例えばクラツド管等について
その長手方向各部においてクラツド材の肉厚分布
を知る場合の如く測定回数が多くなると測定作業
が極めて煩わしく、連続測定が困難である。ま
た、非接触でクラツド管の肉厚を連続測定する場
合、通常超音波肉厚測定系の測定ヘツド部と、渦
電流肉厚測定系の測定ヘツド部とを所要の間隔を
おいて並置し、クラツド管をスパイラル状に移動
させながら測定するため、両測定ヘツド部による
測定値を位置同期させる手段が必要となり、装置
が複雑となる。更に、クラツド管の移動時にスリ
ツプが生じると両測定値の位置同期が不正確とな
り十分な測定精度が得られないという問題があつ
た。
本発明は斯かる事情に鑑みなされたものであつ
て、その目的とするところは母材とクラツド材と
の音響インピーダンスが近似している場合におい
ても、超音波特性と電磁気的特性の差異を利用し
て効果的に、しかも正確に連続的な肉厚測定を行
い得る肉厚測定装置を提供するにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る肉厚測定装置にあつてはクラツド
材の肉厚と母材の肉厚とを加えた全肉厚を測定す
る超音波肉厚測定系と、クラツド材の肉厚を測定
する渦電流肉厚測定系とを具備する肉厚測定装置
において、内部に水室を有し、先端に前記水室に
供給される水を被測定点表面に向けて噴射するノ
ズルを有するハウジングと、該ハウジングの基端
側に設けられ、前記水室中の水及びノズルから噴
射される水流を通じて被測定点との間で、その伝
播方向が被測定点表面と直交する向きの超音波を
送受信する超音波肉厚測定系のプローブと、前記
ハウジング内であつてその先端に設けたノズルと
同心状にその外周に配設され、前記プローブによ
る被測定点と同一の被測定点表面に対し、これと
直交する向きに磁界を形成する渦電流肉厚測定系
のコイルとを具備する測定ヘツド部を、クラツド
材の表面と間隔を隔てて対向配置したことを特徴
とする。
〔作用〕
本発明装置にあつては、これによつてクラツド
材の同一被測定点における超音波肉厚測定系の測
定値と渦電流肉厚測定系の測定値とを同時に得ら
れることとなる。
〔実施例〕
以下、本発明をその実施例を示す図面に基づき
具体的に説明する。
第1図は本発明装置の模式図であり、図中Pは
クラツド管、1は測定ヘツド部を示している。
クラツド管Pは、例え炭素鋼製の母材P1の外
周にオーステナイト系等のステンレス鋼製のクラ
ツド材P2を冶金接合せしめてある。測定ヘツド
部1は水室2aを備えたハウジング2に管全肉厚
を測定するためのプローブである超音波用発受信
器3、クラツド材肉厚を測定するための電磁誘導
用の第1のコイル4、超音波の伝播媒質である水
の温度補正を行なうための電磁誘導用の第2のコ
イル5とを備えており、測定対象物であるクラツ
ド管P表面と所定の間隔を隔ててこれと対向して
配置され、クラツド管Pをスパイラル状に移動さ
せつつ測定を連続的に行なうようになつている。
ハウジング2はその内部中央に上、下方向に長
い水室2aを備えており、水室2aの側部には2
本の給水管2bが連結され、また水室2aの下端
にはクラツド管Pに面して開口するノズル2cを
形成してある。発受信器3は水室2aの上部壁
に、超音波の伝播方向がノズル2cの中心を通し
てクラツド管Pの表面と直交するよう配設され、
また第1のコイル4はノズル2cの外周にこれと
同心に、更に第2のコイル5は第1のコイル4に
近い下方の給水管2bの外周に、これと同心状に
夫々配設されており、前記プローブ3には超音波
肉厚測定系Aが、また第1、第2コイル4,5に
は渦電流肉厚測定系Bが夫々接続せしめられてい
る。
(超音波肉厚測定系A) クロツク回路11から発せられたクロツクパル
スがゲート回路12に入力されるとゲート回路1
2は切替手段を構成するフリツプフロツプ回路3
1から入力される信号に基づいてオン/オフ制御
されており、クロツクパルスを渦電流肉厚測定系
Bの出力と互い違いとなるよう所定のタイミング
で発振回路13に出力するようにしてある。発振
回路13は指令信号に基づいて発受信器3に発振
信号を出力し、発受信器3から超音波を発せしめ
る。超音波は水室2a内の水柱内を伝播して被検
物たるクラツド管Pのクラツド材P2表面の直径
略1mmの領域内に直角に入射する。
クラツド材P2に入射された超音波はクラツド
管Pにおけるクラツド材P2の表面及び母材P1の
内面にて夫々一部が反射され、第2図イに示す如
き夫々の反射波S,B1は再び水室2a内の水中
を伝播して発受信器3にて捉えられる。
発受信器3で捉えられた反射波は電気信号に変
換されて増幅器14で増幅された後、比較器15
に入射され、予め定めてある基準値と比較され、
クラツド材P2の外表面及び母材P1の内表面から
の反射波S,B1のみを抽出しこれをタイミング
発生回路16に入力する。
タイミング発生回路16は第2図ロに示す如く
反射波S,B1間の両立上がり間の時間tに相当
する長さのゲート信号としてT/A(タイミン
グ・アナログ)変換器17に出力し、ここでアナ
ログ信号に変換された後、A/D(アナログ・デ
イジタル)変換器18でデイジタル信号に変換さ
れ、中央制御装置(CPU)30へ出力する。
(渦電流肉厚測定系B) 21は発振器であつて、その発振信号はゲート
回路22に入力される。ゲート回路22はフリツ
プフロツプ回路31から入力された信号に基づい
てオン/オフ制御され、超音波による肉厚測定信
号とタイミングをずらして発振器21からの信号
を増幅器23、ブリツジ回路24を経て第1、第
2のコイル4,5に出力する。
コイル4に電流が通流されると被検物であるク
ラツド材P2の表面と直交する向きの磁界が形成
され、これによつてクラツド材P2の表面に渦電
流が誘起され、またコイル5に電流が通流される
と給水管2b内の水の流動方向と同じ向きの磁界
が形成される。
リフトオフ量及びクラツド材P2の肉厚が変化
すると第1のコイル4のインピーダンスが変化
し、また水温が変化すると、第1及び第2のコイ
ル4,5の温度が変化してインピーダンスが変化
する。第1、第2のコイル4,5はブリツジ回路
24における相隣する2辺に相互に直列状態とな
るよう接続せしめられ、測定ヘツド部1の直前に
設けた図示しないフオトセンサ等の検出器によつ
てクラツド管Pの先端が検出され、しかも第1の
コイル4が空芯状態、即ち第1のコイル4にクラ
ツド管Pが対向しない状態のときに給水管2bに
水を流し、ノズル2cから水を噴射しながらブリ
ツジ回路24が平衡状態となるよう調整される。
従つて、ブリツジ回路24からは第1及び第2
のコイル4,5の水温によるインピーダンス変化
が相殺された信号、即ち超音波伝播媒質である水
の温度変化に影響されない信号のみが出力され
る。換言すれば、第1のコイル4にクラツド管P
を対向させ、第1のコイル4のインピーダンスが
変化したときのみ、ブリツジ回路が非平衡状態と
なり、第1のコイル4とクラツド管Pとの離間寸
法及びクラツド材P2の厚さに応じた非平衡信号
が増幅器25を経て同期検波回路26へ出力され
る。
同期検波回路26は入力信号を位相解析してX
軸方向及びY軸方向の2つの信号に分けて位相回
転器27へ出力し、位相回転器27からは第3図
に示す如く予め位相回転器27、増幅器25を基
準片を用いて調整することにより、リフトオフ量
の振幅をY軸方向信号VYとして、また予め発振
器21の周波数を調整してクラツド材P2の肉厚
変化によるインピーダンス変化をX軸方向信号
VXとして表すように設定してある。
位相回転器27のX,Y軸方向の各信号はA/
D変換器28にてデイジタル信号に変換され、中
央制御装置30へ出力される。中央制御装置30
は超音波肉厚測定系Aからの入力に基づいてクラ
ツド管Pの全肉厚Dを算出し、また渦電流肉厚測
定系Bからの入力に基づいてクラツド管Pにおけ
るクラツド材P2の肉厚DP2を算出し、全肉厚Dか
らクラツド材P2の肉厚DP2を減算して母材P1の肉
厚DP1を算出し、これらをD/A変換器32を通
じてアナログ信号として図示しないチヤートにデ
ータ出力することとなる。
中央制御装置30により演算過程の概略を示す
と次のとおりである。
クラツド管Pの全肉厚Dは第2図ロに示す如く
反射波S,B1間の時間tと伝播媒質中の音速と
の積として求められる。またクラツド管Pにおけ
るクラツド材P2の肉厚DP2は第3図にしめされる
信号VXに相応する値dと、リフトオフ補正量Δd
との和として下記(1)式の如く表される。
DP2=d+Δd ……(1) いま厚さdと信号VXとの換算式を下記(2)式の
如く表すとすると d=AVX 2+BVX+C ……(2) 但しA,B,C……係数 補正量Δdは厚さdの値の範囲で夫々異なり、
次の如く定められる。
第4図はリフトオフ量と、補正値との関係を異
なるクラツド厚さについて夫々示したグラフであ
り、横軸にリフトオフ量を、また縦軸に補正値を
採つて示してある。
このグラフから明らかなように、基準肉厚に対
し、これよりも測定対象物の肉厚が小さくなると
補正値は大きく、逆に測定対象物の肉厚が大きく
なると補正値は小さくなる関係にあることが解
る。従つて測定対象物の肉厚をd1〜d2,d2〜d3,
……do-1〜doの如くに分けて夫々の領域において
下式に示す如き補正値Δd1,Δd2……Δdnを求め、
リフトオフ補正を行えばよいこととなる。
即ち d1≦d<d2では Δd1=A1VY 2+B1VY+C1 d2≦d<d3では Δd2=A2VY 2+B2VY+C2 〓 〓 〓 do-1≦d<doではΔdn=AnVY 2+BnVY+Cn なお、本実施例では給水管2bの外周に第2の
コイル5を設け、肉厚測定用の第1のコイル4の
水温による温度変化に伴うインピーダンス変化を
補正するようにしてあるが、これに替えて水温を
一定範囲内に制御し、第2のコイル5を省略し、
ブリツジ回路24の相隣する2辺のうち第2のコ
イル5に相当する部分に第1のコイル4と同一の
インピーダンスを持つ素子を接続してもよい。ま
た、水温変化が無視できる場合は、水温制御をも
省略することができる。更に、本実施例ではフリ
ツプフロツプ回路31とゲート回路12,22と
により超音波肉厚測定系と渦電流肉厚測定系とを
交互に切換えて測定するようにしてあるが、両測
定系の測定周波数が大きく異なつたり、渦電流肉
厚測定系で得られる信号が大きく、両測定系の相
互干渉が発生しないときはこれらの回路を省略
し、常時両測定系で測定するようにしてもよい。
〔効果〕
以上の如き本発明装置にあつては、内部に水室
を有し、先端に前記水室に供給される水を被測定
点表面に向けて噴射するノズルを有するハウジン
グ内に、前記ノズルと同心状にその外周に配設さ
れ、超音波肉厚測定系のプローブによる被測定点
と同一の被測定点表面に対し、これと直交する向
きに磁界を形成する渦電流肉厚測定系のコイルを
設けてあるから、同一被測定点におけるクラツド
材、母材夫々の肉厚及び全肉厚を同時に測定する
ことが出来、また両測定系相互の影響を排除出来
て測定精度の大幅な向上が図れ、更に測定ヘツド
自体も小型コンパクト化出来る等、本発明は優れ
た効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の測定ヘツド部と共に示す
測定系のブロツク図、第2図は超音波測定系によ
る全肉厚測定の説明図、第3図はリフトオフ量と
クラツド材肉厚の変化による出力信号を位相解析
した態様を示す説明図、第4図はリフトオフ量と
補正値との関係を示す説明図である。 1……測定ヘツド、2……ハウジング、2a…
…水室、3……超音波発受信器、4……第1のコ
イル、5……第2のコイル、15……比較器、2
6……同期検波回路、27……位相回転器、30
……中央制御装置、P……クラツド管、P1……
母材、P2……クラツド材、A……超音波肉厚測
定系、B……渦電流肉厚測定系。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 クラツド材の肉厚と母材の肉厚とを加えた全
    肉厚を測定する超音波肉厚測定系と、クラツド材
    の肉厚を測定する渦電流肉厚測定系とを具備する
    肉厚測定装置において、内部に水室を有し、先端
    に前記水室に供給される水を被測定点表面に向け
    て噴射するノズルを有するハウジングと、該ハウ
    ジングの基端側に設けられ、前記水室中の水及び
    ノズルから噴射される水流を通じて被測定点との
    間で、その伝播方向が被測定点表面と直交する向
    きの超音波を送受信する超音波肉厚測定系のプロ
    ーブと、前記ハウジング内であつてその先端に設
    けたノズルと同心状にその外周に配設され、前記
    プローブによる被測定点と同一の被測定点表面に
    対し、これと直交する向きに磁界を形成する渦電
    流肉厚測定系のコイルとを具備する測定ヘツド部
    を、クラツド材の表面と間隔を隔てて対向配置し
    たことを特徴とする肉厚測定装置。
JP22113188A 1988-09-02 1988-09-02 肉厚測定装置 Granted JPH0267909A (ja)

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US5113358A (en) * 1990-03-28 1992-05-12 Barber-Colman Company Web caliper measuring system
WO2001046684A1 (en) * 1999-12-23 2001-06-28 Kla-Tencor Corporation In-situ metalization monitoring using eddy current measurements and optical measurements

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