JPH0574021B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は格子板検査装置に係り、特に沸騰水型
原子炉上部格子板に生じた応力腐食割れのき裂を
精度よく検査するのに好適な格子板検査装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種装置は、特開昭61−66162号公報
に記載のように、格子板上に配置した格子板に固
定可能な基体にボールねじを一方向にのみ設け、
それに移動ブロツクを取付け、その移動ブロツク
に多数の超音波探触子を有するセンサーホルダー
を備えたものとなつていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、多数の超音波探触子を有する
センサーホルダーを格子板側面に空気シリンダで
押し付けて、ボールねじをモータで回転させるこ
とによりセンサーホルダーを水平方向に移動させ
て、超音波探傷法により格子に発生した欠陥を検
出するような構造となつているが、多数の超音波
探触子が垂直方向に固定されているので、超音波
の到達範囲が限られるため、欠陥を見落す可能性
が高いという問題があつた。また、超音波探傷法
については端部ピークエコー法、開口合成法、ホ
ログラフイ法など種々の方法があり、それぞれ特
徴を有しているが、き裂の検出で特に重要なき裂
先端からのエコーが得られないことがあり、その
場合、き裂の形状を判定できないという問題があ
つた。

本発明の目的は、上記格子板に生じたき裂を検
出するためにPDM（直流ポテンシヤル法）の測定
ヘツドを格子板の垂直方向及び水平方向に走査し
て格子板側面の電位差分布を測定し、測定された
電位差分布を独自の方法により解析することによ
りき裂発生位置とき裂寸法を判定できる格子板検
査装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、格子板上に格子板に固定できるよ
うに配置した筐体にボールねじにより水平方向に
移動できるスライド台を設け、その水平方向スラ
イド台にボールねじにより垂直方向に移動できる
スライド台を設け、その垂直方向スライド台に格
子板表面に垂直な方向に駆動できる空気シリンダ
を取付け、その空気シリンダの軸端に測定ヘツド
を取付け、その測定ヘツドにPDM（直流ポテンシ
ヤル法）により検出するための給電端子と測定端
子を兼用する端子を垂直方向及び水平方向に配置
して、上部格子板の側面の垂直方向及び水平方向
の電位差分布を測定できるようにすることにより
達成される。

〔作用〕

格子板上に配置した筐体に格子板の水平面内の
２方向に位置決め用案内板と固定用空気シリンダ
を配置して筐体を固定できるようにし、筐体の上
部にはボールねじを軸受と共に設けて、それを駆
動モータにより回転させられるようにし、該ボー
ルねじに嵌合する軸受にスライド台を取付けるこ
とにより水平方向に移動できるようにし、その水
平方向スライド台に格子板内に伸びる垂直方向に
長い支持プレートを取付け、その支持プレートに
ボールねじを軸受と共に設けて、それを駆動モー
タにより回転させられるようにして、該ボールね
じに嵌合する軸受にスライド台を取付けることに
より垂直方向に移動できるようにし、その垂直方
向スライド台に格子板表面に垂直な方向に駆動で
きる空気シリンダを取付け、その空気シリンダの
軸端に測定ヘツドを取付けることにより、測定ヘ
ツドは格子板の側面に押し付けられて水平方向、
垂直方向に自由に移動することができ、また、そ
の測定ヘツドにPDM（直流ポテンシヤル法）によ
り検出するための給電端子と測定端子を兼用する
端子を垂直方向及び水平方向に配置することによ
り上部格子板の側面の垂直方向及び水平方向の２
次元の電位差分布が測定できるので、格子板に発
生したき裂の位置と形状を精度良く判定すること
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を説明する。第１図〜
第３図は本発明の格子板検査装置の一実施例を示
すもので、第１図は平面図、第２図は正面図、第
３図は右側面図である。第１図から第３図におい
て、格子板７５の上面には格子より若干大きい目
の框体の格子板検査装置本体１が載せられるよう
になつている。また、図において水平方向をＸ
軸、垂直方向をＹ軸、紙面に垂直な方向、即ち、
格子板の上下方向をＺ軸とする。本体１には本体
１を格子板７５に固定するために、Ｘ軸方向固定
用案内板５１，５１′とＸ軸方向固定用空気シリ
ンダ５２並びにＹ軸方向固定用案内板３９，３
９′とＹ軸方向固定用空気シリンダ４０が設けて
ある。図には示してないが、格子板検査装置は燃
料交換装置８３（第１３図参照）の先端にＺ軸回
転モータ８１（第１３図参照）を介して吊り下げ
られるような構造となつている。そのため、格子
板検査装置の大体の位置は燃料交換装置８３によ
り制御されるが、正確な位置決めは困難であるの
で、Ｘ軸方向固定用案内板５１，５１′とＹ軸方
向固定用案内板３９，３９′の格子板７５を挟む
方の面にテーパを付けておき、格子板検査装置本
体１を格子板７５内に降ろしたときに２方向の格
子がそれぞれＸ軸方向固定用案内板５１，５１′
とＹ軸方向固定用案内板３９，３９′の間に入る
ようにする。そして本体１が格子板７５の上面に
載つた状態でＸ軸方向固定用空気シリンダ５２並
びにＹ軸方向固定用空気シリンダ４０を駆動して
本体１を格子板７５に固定する。固定方法の詳細
は後述する。

本体１の上面にＸ軸方向に平行になるようにＸ
軸ガイド３６とボールねじの軸受３０，３１とＸ
軸方向ボールねじ３３を配置する。ボールねじの
一端には自在継手３２を介してＸ軸駆動用モータ
２を接続し、Ｘ軸駆動用モータ２は本体１の端に
設けられた部材に固定する。Ｘ軸ガイド３６に嵌
合するＸ軸スライド軸受３７にはＸ軸スライド台
３４を取付け、Ｘ軸スライド台３４にはＸ軸方向
ボールねじ３３に嵌合するボールねじ軸受３５を
取付け、Ｘ軸駆動用モータ２を駆動することによ
りＸ軸スライド台３４をＸ軸方向に往復運動がで
きるようにする。Ｘ軸スライド台３４の側面には
Ｘ軸リミツトスイツチ作動用部材３８を設け、本
体１にはＸ軸リミツトスイツチ４，４′を取付け
て、Ｘ軸駆動用モータ２によりＸ軸スライド台３
４が駆動されたとき、ボールねじ軸受３０，３１
に衝突しないようにする。

Ｘ軸スライド台３４には垂直方向、即ち、格子
板７５の上下方向で格子板７５の内部方向に伸び
るＺ軸支持プレート５７（第３図）を取付ける。
そのＺ軸支持プレート５７にはＺ軸に平行になる
ように、Ｚ軸ガイド５８とボールねじの軸受５
３，５４とＺ軸方向ボールねじ５６を配置する。
ボールねじ５６の一端には自在継手５５を介して
Ｚ軸駆動用モータ５を接続し、Ｚ軸駆動用モータ
５はＺ軸支持プレート５７の端に設けられた部材
に固定する。Ｚ軸ガイド５８に嵌合するＺ軸スラ
イド軸受５９にはＺ軸スライド台６０を取付け、
Ｚ軸スライド台６０にはＺ軸方向ボールねじ５６
に嵌合するボールねじ軸受６１を取付け、Ｚ軸駆
動用モータ５を駆動することによりＺ軸スライド
台６０をＺ軸方向に往復運動できるようにする。
Ｚ軸スライド台６０の側面にはＺ軸リミツトスイ
ツチ作動用プレート７２，７２′を設け、Ｚ軸支
持プレート５７にはＺ軸リミツトスイツチ７，
７′を取付けて、Ｚ軸駆動用モータ５によりＺ軸
スライド台６０が駆動されたとき、ボールねじ軸
受５３，５４に衝突しないようにする。

第４図に測定ヘツド周辺の構造を示す。前述し
たように、Ｚ軸支持プレート５７にはＺ軸ガイド
５８が取付けてあり、Ｚ軸ガイド５８にはＺ軸ス
ライド軸受５９が嵌合しており、更にそのＺ軸ス
ライド軸受５９にはＺ軸スライド台６０が取付け
てある。Ｚ軸スライド台６０にはＺ軸方向ボール
ねじ５６（第３図参照）に嵌合するボールねじ軸
受６１を取付けてあり、Ｚ軸方向駆動用モータ５
の駆動によりＺ軸方向に移動できる。Ｚ軸スライ
ド台６０の格子板７５と向き合う面には測定ヘツ
ド駆動用空気シリンダ１３が取付けてあり、その
軸端には不導体材料で作られた測定ヘツド７１が
取付けてある。ただし、このままでは測定ヘツド
７１が自由に回転するので、測定ヘツド７１の両
端には測定ヘツド案内棒７３をそれぞれ１個設
け、それをＺ軸スライド台６０の内部に設けた図
示されていない直線軸受に嵌合させておく。測定
ヘツド７１には電位差測定のための端子を多数設
ける。第４図では水平方向電位差測定用の給電端
子１６と測定端子１７が示してある。

第５図に測定ヘツド７１における端子の配置の
一例を示す。図で中央部に開けられた３個の孔は
測定ヘツド駆動用シリンダ１３の軸への取付けと
測定ヘツド案内棒７３を取付けるためのものであ
る。その他の丸印で示したのは端子１６，１７の
配置である。直流ポテンシヤル法によつてき裂を
検出する場合には理想的にはき裂に対して電流を
垂直方向に供給して電気差分布を測定した方が良
い。従つて、測定ヘツド７１は回転可能としても
良いが、回転形の場合には実際には格子板７５の
上端と下端、それに格子板７５の交差する箇所の
コーナー部が測定できないという欠点がある。そ
こで、第５図に示したように、水平方向と垂直方
向の２方向の電位差分布測定用にそれぞれ専用の
端子１６，１７を配置するようにした。即ち、測
定ヘツド７１の左右の両端に垂直方向に並べたの
が垂直方向電位差分布測定用であり、上下の両端
に水平方向に並べたのが水平方向電位差分布測定
用である。測定ヘツド７１は水平方向には格子板
７５の内部しか移動出来ないので、測定ヘツド７
１の左右に端子１６，１７を配置してある。上下
方向は測定ヘツド７１を格子板７５の外に移動さ
せて格子板７５の上端部、下端部周辺の電位差分
布を測定できるが、効率を良くするために上下に
端子を設けてある。

端子の形状の一例を第６図に示す。端子の形状
としては２段の円柱状で、先端はコーン形状とし
てある。先端の段付き部の後方にコイルばねを配
置して上部格子板７５の表面に対して垂直方向に
は移動可能とし、且つ、ある一定量押し付けるこ
とによつて端子と格子板７５との間の接触抵抗が
測定値に影響しないようにしてある。

次に電位差分布の測定方法について説明する。
垂直方向の電位差分布を測定するときは第７図で
黒丸で示した端子から上下方向に電流を供給し
て、その中間の５個の端子により４箇所の電位差
Ｖを測定する。左右に端子が配列してあるので、
同時に８箇所の電位差が測定できる。この場合直
流電源２０は左右別々に２台用意する。水平方向
の電位差分布を測定するときは第８図で黒丸で示
した端子から左右方向に電流を供給して、その中
間の２個の端子により１箇所の電位差Ｖを測定す
る。左右、上下に端子は配列してあるので、同時
に４箇所の電位差を測定できる。この場合にも直
流電源２０は別々に４台用意する。

第９図には別の端子の配置方法を示す。測定ヘ
ツド７１の測定ヘツド駆動用空気シリンダ１３と
測定ヘツド案内棒７３（第４図）のある部分には
端子を配置出来ないので、そこを除いた部分に端
子を水平方向、垂直方向共に等間隔でマトリクス
状に配置する。この場合、端子は出来るだけ細か
い間隔で、また水平方向、垂直方向共に同じ間隔
で設けた方が良い。垂直方向の電位差分布を測定
するときは第１０図で黒丸で示した端子から上下
方向に電流を供給して、その中間の７個の端子に
より６箇所の電位差Ｖを測定する。左右に６列ず
つ端子は配列してあるので、同時に36箇所の電位
差が測定できる。直流電源２０は給電端子１対に
対して１台用意しなければならないので、このよ
うな端子の配列では合計12台の直流電源２０が必
要である。水平方向の電位差分布を測定するとき
は第１１図で黒丸で示した端子から左右方向に電
流を供給して、その中間の４個の端子により３箇
所の電位差Ｖを測定する。上下に９列、左右に２
個所、端子は配列してあるので、同時に54箇所の
電位差を測定できる。このような端子配列の場合
には直流電源２０は全部で18台必要であるが、第
１１図では煩雑となるので４台だけ示してある。
第１２図には別の方法を示す。黒丸で示した左右
両端の端子から電流を供給して、左側の５列の端
子により36箇所の電位差Ｖを、右側の５列の端子
により36箇所の電位差Ｖを、合計72箇所の電位差
Ｖを測定する。この場合には直流電源２０は９台
必要となるが、第１２図では２台だけ示してあ
る。

第１３図に格子板検査装置本体１の制御・駆
動・測定システムの系統図を示す。２５はコンピ
ユータ、２６は測定結果とデータ処理結果を表示
するためのCRT、２７はデータやプログラムを
記憶させるためのハードデイスク等の外部記憶装
置である。コンピユータ２５はインタフエース２
４やGP−IBインタフエース２３を介して各種駆
動装置や電磁弁、計算機器を制御したり、測定値
を取り込んで処理し、結果を出力する。格子板検
査装置の全体を移動させる燃料交換装置８３には
専用の制御装置８４が付いているが、格子板検査
装置本体１を制御するコンピユータ２５とも接続
して１つの装置として機能させる。第１図に示し
たように格子板検査装置本体１は格子板７５の１
つの側面しか検査できないので、検査を終えると
一旦格子板７５を上方に持ち上げて、90°ずつ回
転させて、再び下降し、格子内に挿入して別の側
面を検査しなければならない。そのため、格子板
検査装置本体１を回転させるためのＺ軸回転モー
タ８１はモータ駆動装置８２から電源を供給さ
れ、駆動するための信号はインタフエース２４を
介してコンピユータ２５から出力される。Ｘ軸駆
動用モータ２とＺ軸駆動用モータ５はそれぞれモ
ータ駆動装置３と６から電源を供給され、駆動す
るための信号はインタフエース２４を介してコン
ピユータ２５から出力される。Ｘ軸とＺ軸に関し
てはそれぞれリミツトスイツチを軸の両端に設け
ておき、それぞれのスライド台が軸受にぶつかつ
て壊れることのないようにする。格子板検査装置
本体１の格子板７５への固定用のＹ方向固定用シ
リンダ９とＸ方向固定用シリンダ１１及び測定ヘ
ツド駆動用シリンダ１３はそれぞれ電磁弁１０，
１２，１４を通じて圧縮空気源８に接続され、電
磁弁１０，１２，１４はインタフエース２４を介
してコンピユータ２５により制御される。複数の
直流電源２０からの直流電源はコンピユータ２５
により制御される電流極性変換装置１９により一
定時間毎にその極性を切り換えられてマルチプレ
クサー１８に供給され、更に電流供給先が振り分
けられて給電端子１６，１６′に電流が供給され
る。多数の測定端子１７，１７′の間の電位差は
マルチプレクサー２１により測定する測定端子を
切り換えられて、微小電位差計２２に接続されて
測定される。測定された電位差はGP−IBインタ
フエース２３を介してコンピユータ２５に転送さ
れる。コンピユータ２５は後述の方法により格子
板７５の水平方向、垂直方向の電位差分布よりき
裂の寸法を判定する。ここで、マルチプレクサー
１８，２１及び微小電位差計２２はGP−IBイン
タフエース２３或いはインタフエース２４を介し
てコンピユータ２５により制御されるものであ
る。

次に、格子板の検査方法について述べる。第１
４図に検査のフローチヤートを示す。検査を開始
すると、ステツプ（１）で燃料交換装置８３を駆
動して格子板検査装置本体１の位置決めを行い、
ステツプ（２）で格子板検査装置本体１を下降さ
せ、ステツプ（３）で格子内に挿入する。このと
き、Ｙ方向固定用シリンダ９とＸ方向固定用シリ
ンダ１１を引つ込めた状態にしておき、格子板検
査装置本体１の下端面が格子板７５の上端面に当
たるまで下降させる。次に、Ｙ方向固定用シリン
ダ９とＸ方向固定用シリンダ１１を駆動して検査
装置本体１を格子板７５に固定する。ただし、こ
れを一度に行うと、正確な位置決めができない。
そこで、初めにステツプ（４）でＹ方向固定用シ
リンダ９を駆動して格子板７５をＹ方向固定用シ
リンダ９の軸端とＹ軸方向固定用案内板３９（第
１図）の間に一旦固定する。次にステツプ（５）
でＹ方向固定用シリンダ９を引つ込める。ステツ
プ（６）でＸ方向固定用シリンダ１１を駆動して
格子板７５をＸ方向固定用シリンダ１１の軸端と
Ｘ軸方向固定用案内板５１（第２図）の間に一旦
固定する。次に、ステツプ（７）でＸ方向固定用
シリンダ１１を引つ込める。ステツプ（４）から
ステツプ（７）を繰返して格子板７５がＸ方向、
Ｙ方向共に、Ｘ軸方向固定用案内板５１とＹ軸方
向固定用案内板３９にきちんと当たるようにす
る。ステツプ（８）ではこの繰返し数をカウント
する。ステツプ（９）とステツプ（10）で最終的
にＹ方向固定用シリンダ９とＸ方向固定用シリン
ダ１１を駆動して検査装置本体１を格子板７５に
固定する。ステツプ（11）で電位差分布を測定す
る。その詳細は後述する。ステツプ（12）では測
定終了か否かを判定する。測定が終了していない
場合には、ステツプ（13）でＹ方向固定用シリン
ダ９とＸ方向固定用シリンダ１１を引つ込めた上
で燃料交換装置８３を駆動して検査装置本体１を
上昇させる。ステツプ（14）では１つの格子の測
定が終了したか否かを判定して、終了した場合に
はステツプ（15）で燃料交換装置８３により移動
して次の格子に移る。終了していない場合にはス
イツプ１６でＺ軸回転モータ８１により90°回転
させて、ステツプ（17）で燃料交換装置８３によ
り移動して格子の次の面に移動させる。この手順
を全ての格子板７５の検査が終了するまで繰り返
す。

電位差分布測定による欠陥形状検出の全体のフ
ローチヤートを第１５図に示す。ステツプ（21）
で測定範囲（x₁〜x₂，z₁〜z₂）と測定ピツチ△
ｘ，△ｚを設定する。ステツプ（22）で測定開始
点（x₁，z₁）へ移動し、ステツプ（23）で電位差
分布を測定する。初めに、測定範囲全体の電位差
分布を粗いピツチで測定する。測定された電位差
分布からき裂のない測定開始点付近の電位差を基
準電位差V₀として電位差比Ｖ／V₀の分布を求め
る。ステツプ（24）では測定された電位差分布か
ら欠陥位置を判定する。ステツプ（25）では欠陥
周辺の詳細な電位差分布を測定する。詳細な電位
差分布とは電位差測定ピツチを細かくすることを
言う。従つて、ステツプ（23）の電位差分布測定
では測定ピツチを測定端子の間隔と等しくする。
次に、ステツプ（26）で欠陥周辺の電位差分布か
ら欠陥に沿つた電位差分布を判定し、ステツプ
（27）で後述する簡易表面き裂形状決定法により
欠陥形状を判定する。そしてステツプ（28）で判
定された欠陥の形状を出力する。

次に、電位差分布測定のフローチヤートを第１
６図に示す。ここでは垂直方向の電位差分布を設
定する場合を説明する。ステツプ（31）で測定範
囲（x₁〜x₂，z₁〜z₂）と測定ピツチ△ｘ，△ｚを
設定する。ステツプ（32）で測定開始点（x₁，
z₁）へ移動する。ステツプ（33）でマルチプレク
サー１８を制御することにより格子板７５の垂直
方向給電端子１６に直流電流を供給して格子板７
５の垂直方向に電場を形成する。ステツプ（34）
で電位差分布を測定する。ここで、多数の測定端
子間の電位差の測定であるが、垂直方向に隣り合
つた端子間の電位差をマルチプレクサー２１によ
り測定端子を切り換えて測定する。測定された電
位差はGP−IBインタフエース２３を通じてコン
ピユータ２５に転送され、データ処理されるが、
電位差は電流の極性を切り換えて＋の電流を流し
たときと−の電流を流したときの２回測定したも
のの振幅で評価するものとする。そのためステツ
プ（35）で測定回数Ｊをカウントする。＋の電流
を流して電位差分布を測定した場合にはステツプ
（36）で測定回数Ｊに１を加算して、ステツプ
（37）で直流電流の極性を電流極性変換装置１９
により切り換える。そして、再びステツプ（34）
で−の電流を流したときの電位差分布を測定し
て、電位差振幅を計算してステツプ（38）で電位
差測定値に座標を振り当てる。ステツプ（39）で
は、測定範囲を超えているかどうかを判別する。
ステツプ（40）では垂直方向、即ち、Ｚ軸方向の
座標が測定範囲を超えているかどうかを判別し
て、超えていなければ、ステツプ（41）でＺ軸駆
動モータ５を駆動して検査装置本体１をＺ軸方向
に移動させる。このステツプ（34）からステツプ
（40）を繰返して、ステツプ（40）でＺ軸方向の
座標が測定範囲を超えたと判別されると、ステツ
プ（42）でＸ軸駆動モータ２を駆動してＸ軸方向
に検査装置本体１を移動させる。ステツプ（43）
からステツプ（49）を繰返して、ステツプ（49）
でＺ軸方向の座標が測定範囲を超えたと判別され
ると、ステツプ（51）でＸ軸駆動モータ２を駆動
してＸ軸方向に検査装置本体１を移動させる。こ
のステツプ（34）からステツプ（51）を繰返し
て、全範囲の電位差分布を測定すると、ステツプ
（52）で検査装置本体１を測定開始点（x₁，z₁）
へ移動、ステツプ（53）で原点（x₀，z₀）へ移動
させて測定を終了する。

上述の電位差測定において電流の極性を切り換
えて＋の電流を流したときと−の電流を流したと
きの２回測定したものの振幅で評価する理由は、
被測定試料に多少の温度分布があると、測定端子
と被測定試料の間に熱起電力が生じ、それが測定
された電位差の中に平均的な電位差として含まれ
ることになる。従つて、被測定試料そのものの電
位差を測定するためには熱起電力を何らかの方法
で取り除かねばならない。１つの方法は電流を流
して測定した電位差から電流を切つて測定した電
位差を差し引くものである。いま１つの方法は直
流電流の極性を間接的に切り換えて電位差の振幅
を測定するものである。後者の方が測定される電
位差の絶縁値が大きいので、それだけ測定精度が
向上する。また、電流を切る方法では電流を流し
た後に電流が安定するまでに時間がかかるという
欠点があるが、電流の極性を切り換える方法では
瞬時に電流が安定するという利点がある。この電
流の極性を切り換えるための装置が電流極性変換
装置１９である。

水平方向の電位差分布測定は第１６図と全く同
様である。垂直方向と水平方向の２方向に電流を
流すのは以下の理由による。今、き裂が格子板の
垂直方向に平行に入つている場合、垂直方向に電
流を流しても電場は垂直方向であるので電場はき
裂によつて乱されることはないので、測定される
電位差分布はき裂がない場合と全く同じとなり、
き裂はないと判定されてしまうことになる。とこ
ろが、そのような格子板７５の垂直方向のき裂に
対して水平方向に電流を流すと、水平方向電場は
き裂によつて大きく乱されるため電位差分布が生
じ、その電位差分布の乱れ方からき裂の大きさを
判定することができる。もし、き裂が格子板７５
の垂直方向及び水平方向の両方向に対して傾いて
発生した場合には両方向から電流を流して測定さ
れた電位差分布からその傾きを含めて形状を判定
することが可能である。

第１５図のステツプ（23）の電位差分布測定
で、水平方向に電流を流して水平方向の電位差を
測定して得られた電位差比Ｖ／V₀の分布の模式
図を第１７図に示す。第１７図では横が格子板７
５の水平方向、縦が垂直方向としてある。き裂の
周辺では電場が乱されるため電位差比が大きくな
る。電位差比Ｖ／V₀が大きいところは垂直方向
に長く伸びている。そこで、電位差比が最も大き
いところを検出して、例えば電位差比Ｖ／V₀が
1.02よりも大きいところにき裂があると判定す
る。次に、き裂の周辺だけ軸方向、周方向ともに
細いピツチで電位差分布を測定する。例えば第１
５図では〓〓〓〓〓の範囲は全て電位差比Ｖ／
V₀が1.02よりも大きいので、この領域を含むよう
に測定する。ただし、基準電位差V₀が必要であ
るので、〓〓〓〓〓の範囲よりもある程度広い領
域を測定する。第１５図のステツプ（25）の電位
差分布測定で得られたき裂周辺の電位差比分布の
模式図を第１８図に示す。垂直方向き裂の場合、
測定された電位差分布の水平方向の分布において
最大の電位差となつたところにき裂は存在すると
判定され、同時にそれらの最大の電位差の周方向
の分布をき裂に沿つての電位差分布と判定する。
その電位差分布を用いて後述する簡易表面き裂形
状決定法によりき裂形状を判定する。

き裂に沿つた電位差分布からのき裂形状決定方
法を以下に示す。表面き裂形状決定法のフローチ
ヤートを第１９図に示す。予め、汎用大型計算機
により各種アスペクト比、例えば、ａ／ｃ＝1.0，
0.5，0.25，0.1のき裂について電場を解析し、き
裂面に垂直な方向の表面の電位差分布をコンピユ
ータ２５の記憶装置、または外部記憶装置２７に
記憶させておく。記憶させる電位差分布の一例と
してアスペクト比ａ／ｃ＝0.5の各き裂深さに対
する電位差分布を第２０図に示す。第１９図は板
厚ｔ＝20mmの平板の中央にき裂がある場合につい
てFEM（有効要素法）により電場を解析して得ら
れたものである。板厚ｔで基準化したき裂の深さ
ａ／ｔはき裂中央の最深点で０，0.125，0.25，
0.375，0.5，0.625および0.75である。き裂がない
（ａ／ｔ＝０）の場合には電位差はき裂からの距
離ｚに比例する。一方、き裂がある場合にはき裂
の近傍で電位差が大きくなつている。これらの電
位差分布はｎ次近似してコンピユータ２５に記憶
させておく。き裂形状決定に当たつては最初に測
定されたき裂周辺の電位差分布から表面き裂長さ
2c＊と最大電位差比Ｖ／V_0naxを求める。一例と
して第２１図にステンレス鋼１２Ｂ管の内面に疲
労により導入したき裂周辺での電位差分布を示
す。き裂がないところでは電位差はほぼ一定であ
り、その平均を求めると、基準電位差としてV₀
＝37.25μVが得られる。き裂のあるところでは電
位差は大きくなつており、この部分の電位差分布
をｎ次近似する。第２１図では４次近似した結果
得られた曲線が示してある。この４次近似曲線と
基準電位差V₀との交点から表面におけるき裂長
さ2cを求めると、2c＝22.5mmが得られる。近似曲
線からき裂の最深点に対応する最大の電位差比
Ｖ／V_0naxを決定する。第２１図の場合にはV_nax
＝38.0μVであるのでＶ／V_0nax＝38.0／24.75＝
1.535が得られた。次に、第９図に示した電位差
分布から各種アスペクト比ａ／ｃのき裂に対する
電位差比Ｖ／V₀とき裂深さａ／ｔの関係を作成
するために電位差比Ｖ／V₀とアスペクト比ａ／
ｃの関係を作成する。この場合、FEMによる電
場解析では板厚ｔ＝20mmの平板について解析して
いるので、測定端子間距離ｄに対応した測定位置
ｄ＊における電位差比Ｖ／V₀とアスペクト比
ａ／ｃの関係を作成しなければならない。従つ
て、被測定部材の板厚ｔ＊で補正されたｄ＊＝ｄ
×20／ｔ＊の位置の各き裂深さに対する電位差を
求めて電位差比Ｖ／V₀とアスペクト比ａ／ｃの
関係を第２２図のように作成する。電位差比Ｖ／
V₀とアスペクト比ａ／ｃの関係は各き裂深さ
ａ／ｔ毎にｎ次近似してコンピユータ２５の記憶
装置２７に記憶させる。次に、電位差比Ｖ／V₀
とアスペクト比ａ／ｃの関係を用いてアスペクト
比ａ／ｃ＝0.5に対する電位差比Ｖ／V₀とき裂深
さａ／ｔの関係のマスターカーブを第２３図のよ
うに作成する。この場合にも電位差比Ｖ／V₀と
き裂深さａ／ｔの関係はｎ次近似、例えば５次近
似する。このマスターカーブに電位差分布を４次
近似して得られた最大電位差比Ｖ／V_0naxを代入
してき裂深さａ＊を求める。次いで、板厚補正し
た表面き裂長さ2c＊（＝2c×20／ｔ）によりき裂
のアスペクト比ａ＊／ｃ＊を求め、マスターカー
ブのアスペクト比ａ／ｃと比較する。両者が一致
していなければ、改めて電位差比Ｖ／V₀とアス
ペクト比ａ／ｃの関係を用いてアスペクト比ａ／
ｃ＝ａ＊／ｃ＊に対する電位差比Ｖ／V₀とき裂
深さａ／ｔの関係のマスターカーブを作成し、最
大電位差比Ｖ／V_0naxを代入してき裂深さａ＊を
求める。この作業を両者が一致するまで、例え
ば、ａ／ｃとａ＊／ｃ＊の差が0.01以下となるま
で繰り返す。一致したときのアスペクト比に対す
る電位差比Ｖ／V₀とき裂深さａ／ｔの関係のマ
スターカーブに各測定位置における電位差比を代
入することによりき裂全体の形状を決定するもの
である。この場合電位差比は各測定位置における
電位差比を代入しても良いし、ｎ次近似した電位
差比分布を代入しても良い。

第２１図に示した疲労き裂周辺の電位差分布に
ついて具体的に計算した結果について示す。ステ
ンレス鋼管の板厚はｔ＊＝15.8mmであり、測定端
子間距離はｄ＝５mmであるので、ｄ＊＝ｄ×20／
ｔ＊＝５×20／15.8＝6.3mmの位置における各ア
スペクト比の各き裂深さに対する電位差を求め
る。ただし、き裂が測定端子の中央に来るように
して電位差を測定しているので、ｚ＝ｄ＊／２＝
3.15mmの位置の電位差を求め、第２２図のような
電位差比Ｖ／V₀とアスペクト比ａ／ｃの関係を
作成する。これらの関係を用いて第２２図に示す
ようにアスペクト比ａ／ｃ＝0.5に対する電位差
比Ｖ／V₀とき裂深さａ／ｔの関係のマスターカ
ーブを作成する。このカーブに最大電位差比Ｖ／
V_0nax＝1.535を代入すると、ａ＊／ｔ＝0.2665と
なり、ａ＊＝5.31mmが得られる。表面き裂長さ2c
＝22.5mmを板厚補正すると2c＊＝22.5×20／15.8
＝28.48mmとなり、き裂のアスペクト比はａ＊／
ｃ＊＝5.31／14.28＝0.37となる。そこで、次に
ａ／ｃ＝0.37に対するマスターカーブを作成して
き裂深さを求めると、ａ＊＝4.97mmが得られ、ａ
＊／ｃ＊＝0.348となる。再び、ａ／ｃ＝0.34に
対するマスターカーブを作成してき裂深さを求め
ると、ａ＊＝4.92mmが得られ、ａ＊／ｃ＊＝
0.344となり、アスペクト比がほぼ一致した。こ
れらは手計算による結果であるが、コンピユータ
２５により計算した場合はａ／ｃ＝0.348に対す
るマスターカーブを作成してａ＊＝4.94mm，ａ／
ｃ＝0.345が得られ、アスペクト比はほとんど一
致した。このようにして求めた表面き裂形状と破
断後の破面のビーチマークとの対応を第２４図に
示す。第２１図で分かるように電位差測定間隔が
粗かつたために、表面のき裂先端近傍でややき裂
が浅目になつているが、そこを除けば非常に良く
一致している。従つて、もしもつと細かいピツチ
で電位差分布を測定できれば、更に精度が良くな
る。

ただし、上述の方法ではき裂が電場に対して垂
直にある場合に適用できるものであつて、傾いて
いるき裂に対してはそのまま適用できない。第２
５図に傾いているき裂周辺で測定された電位差分
布の模式図を示す。図では水平方向に電流を流し
たときに得られた電位差分布において、水平方向
での電位差の最大値となつた位置が示してある。
このような場合にはその電位差が最大となつた測
定位置の座標点を最小自乗法により直線近似して
水平方向に対する角度を求めると共に、両端座標
からき裂長さ2c＊を求める。この時、き裂の法線
方向と電場方向とのなす角度をΘとすると、電位
差比Ｖ／V₀′はき裂が電場に対して直角にあると
きの電位差比Ｖ／V₀よりも小さくなり、第一次
近似してはＶ／V₀′＝Ｖ／V₀°_cps〓となる。従つて、
上述の方法でき裂形状を求める場合には測定され
た電位差比Ｖ／V₀′をΘで補正してＶ／V₀＝Ｖ／
V₀′

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 部材表面に相互に離間した少なくとも１組の
   給電端子対により直流電流を印加し、該給電端子
   対の間に少なくとも１組の電位差測定端子対を設
   けて電位差を測定し、該電位差から欠陥を検出す
   る原子炉上部格子板の格子板検査装置において、
   前記格子板の上面に配置された本体に、該本体を
   前記格子板の直行するＸ方向、Ｙ方向に固定する
   ための位置決め板と固定用空気シリンダを設け、
   前記本体の上面にはＸ軸方向直線スライドガイト
   とボールねじの軸受を取り付け、該ホールねじ軸
   受にはボールねじを嵌合させ、該ボールねじの一
   端には自在継手を介してＸ軸駆動用モータを設
   け、前記Ｘ軸方向直線スライドガイドに嵌合する
   軸受の上部にはＸ軸方向駆動部を取付け、該駆動
   部にはＺ軸方向に伸びる支持部材を設け、該支持
   部材にはＺ軸方向直線スライドガイドとボールね
   じの軸受を取付け、該ボールねじ軸にはボールね
   じを嵌合させ、該ボールねじの一端には自在継手
   を介してＺ軸駆動用モータを設け、前記Ｚ軸方向
   直線スライドガイドに嵌合する軸受の上部にはＺ
   軸方向駆動部を取付け、該駆動部には前記格子板
   の側面に直交する方向に駆動可能な空気シリンダ
   を取付け、該空気シリンダの軸端には直流電流供
   給と電位差測定を兼用する電極を多数配置した不
   導体製の測定ヘツドを取付け、前記本体の上部に
   は吊下げ用部材を設け、該部材の上部には軸端を
   燃料交換装置の先端に取付け可能とした部材に接
   続されたＺ軸回転用モータを取付けた構成とした
   ことを特徴とする格子板検査装置。 ２ 前記本体の上面にＸ軸方向リミツトスイツチ
   を２個設けると共に、前記Ｘ軸方向駆動部の側面
   にリミツトスイツチ作動用部材を設け、前記Ｚ軸
   方向に伸びる支持部材にＺ軸方向リミツトスイツ
   チを２個設けると共に、前記Ｚ軸方向駆動部の側
   面にリミツトスイツチ作動用部材を設けた特許請
   求の範囲第１項記載の格子板検査装置。 ３ 制御用のコンピユータと、測定結果とデータ
   処理結果を表示するCRTと，データとプログラ
   ムを記録する外部記憶装置と、モータ駆動用の駆
   動装置と、空気シリンダを駆動するための電磁弁
   と、給電端子に電流を供給するための直流電源
   と、電流極性変換装置と、前記コンピユータに接
   続するためのインタフエースと、前記格子板上の
   電位差分布を測定する微小電位差計と、マルチプ
   レクサー及びGP−IBインタフエースを設けてあ
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の格子
   板検査装置。 ４ 前記測定ヘツドにＸ軸方向、Ｙ軸方向の電位
   差分布を測定できるように２方向に電流供給と電
   位差測定を兼用する端子を配置した特許請求の範
   囲第１項または第２項または第３項記載の格子板
   検査装置。 ５ Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に配置した前記端子を前
   記測定ヘツドの外周部に配置した特許請求の範囲
   第４項記載の格子板検査装置。 ６ 前記測定ヘツドに配置した端子をＸ軸方向、
   Ｙ軸方向共に等間隔でマトリクス状に配置した特
   許請求の範囲第４項記載の格子板検査装置。