JPH0666545A - 水浸超音波寸法測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 常温より温度が高い被測定材の外径寸法を高
精度で測定する。 【構成】 熱処理された被測定材２を水冷したのち水浸
超音波寸法測定本体６に導入して外径寸法を測定する水
浸超音波寸法測定装置において、水浸超音波寸法測定装
置の入側に被測定材表面温度を測定する測温プローブ４
を設け、探傷水の貯水槽６に探傷水温度を測定する水温
計１１を設けると共に、探傷水の貯水槽１１に加熱装置
１４ならびに冷却装置１５を配設し、測定した被測定材
２表面温度と探傷水温度に基いて貯水槽６内の水温が被
測定材２表面温度と同等となるよう加熱装置１４または
冷却装置１５を制御する制御装置１６を設ける。 【効果】 被測定材の表面温度が常温と差が大きくて
も、高精度で外径寸法を測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鋼管あるいは棒鋼等
の外径寸法測定時の水温に起因する測定誤差を抑制でき
る水浸超音波寸法測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水浸超音波寸法測定装置による鋼管ある
いは棒鋼等の外径測定は、測定精度、測定時間、測定範
囲の性能が良好であるとことから、オンライン設備とし
て数多く使用されている。鋼管あるいは棒鋼の精整プロ
セスにおける寸法測定は、スケールロス等の関係から熱
処理後に実施されている。従来熱処理した被測定材を一
旦オフラインにして十分冷却したのち、水浸超音波寸法
測定および探傷するのが一般的であった。しかし最近で
は、プロセスのオンライン化によるコスト合理化のた
め、熱処理後被測定材が十分冷却されない位置に水浸超
音波装置が配置されるのが一般的である。

【０００３】超音波寸法測定は、超音波の伝播時間（音
速）によって寸法を測定するため、較正時に設定した音
速値が変化すると、そのまま寸法誤差となって現れてく
る。水中の音速は、温度によって変化し、その割合は１
０℃で約２％と大きいため、一般的に補正機構を有して
いる。一般的な超音波による外径寸法測定方法と補正
は、図４に示すとおり、較正時補正プローブ２１と補正
ブロック２２との距離（ｌ）が判明している水中音速補
正プローブ２３によって、超音波のはね返ってくる時間
（２ｔ）を測定し、音速（Ｃ）を、Ｃ＝ｌ／２ｔによっ
て求める。この音速（Ｃ）を用いて予め外径寸法（Ｄ）
のわかっている校正用材料２４に対し、測定用プローブ
２５、２６間距離（Ｌ）を、Ｌ＝Ｄ＋２｛Ｃ（Ｔ／
２）｝によって決定する。つぎに測定時において、図５
に示すとおり、補正プローブ２１と補正ブロック２２と
の距離（ｌ）が判明している水中音速補正プローブ２３
によって、較正時と同様に、超音波のはね返ってくる時
間（２ｔ’）を測定し、測定時音速（Ｃ’）を、Ｃ’＝
ｌ／（２ｔ’）によって求める。この測定時音速
（Ｃ’）を用いて較正時と同様に測定用プローブ２５、
２６間距離（Ｌ）から、較正時とは逆に被測定材２７の
外径（ｄ）を、ｄ＝Ｌ−２｛Ｃ’（Ｔ’／２）｝によっ
て決定するものである。この外径寸法測定方法は、外径
寸法測定時の水温と補正時の水温に差が生じた場合、外
径寸法誤差となってしまう。

【０００４】上記欠点を解消するため、水浸超音波寸法
測定装置の水槽内に管状弾性体を内挿した案内管を水平
に保持する適宜数の保持部材と、該保持部材間に位置し
かつ上記案内管の軸心に対して側面より直角方向に所定
間隔を存して対向配置された測定用超音波探触子および
該測定用超音波探触子の直上に平行状に配設された水温
補償用探触子を保持するホルダーと、該ホルダー内の水
を均一温度にすべくホルダー内に水を給送する給水装置
とを備え、上記ホルダー上部から上記案内管および管状
弾性体を貫く通水孔を介して、上記水温補償用探触子近
辺の水を測定用探触子近辺に流下させるべく構成した水
浸超音波寸法測定装置（実開昭５６−２１７１２号公
報）が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記実開昭５６−２１
７１２号公報に開示の水浸超音波寸法測定装置は、補正
ポローブを被測定材の外径測定を実施する水槽内に設置
し、実際の寸法測定に使用する水温と補正に使用する水
温をほぼ同じとすることによって、水温差に起因する測
定誤差を解消するものである。しかしこの装置は、超音
波プローブ固定方式のみに可能なものであり、超音波プ
ローブ回転方式のものには適用できないという欠点があ
る。また、被測定材の温度が高い場合は、被測定材表面
周辺の水の温度が高くなり、水の循環を実施しても、粘
性の高い水に対して十分その温度分布を解消することは
不可能である。

【０００６】この発明の目的は、上記水温差に起因する
測定誤差を解消し、被測定材の温度が高くても外径寸法
を高精度で測定できる水浸超音波寸法測定装置を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく種々試験検討を重ねた。その結果、水浸超
音波寸法測定装置の入側に被測定材表面温度を測定する
測温プローブを設け、探傷水の貯水槽に探傷水温度を測
定する水温計を設けると共に、探傷水の貯水槽に加熱装
置ならびに冷却装置を配設し、測定した被測定材表面温
度と探傷水温度に基いて貯水槽内の水温が被測定材表面
温度と同等となるよう加熱装置ならびに冷却装置を制御
する制御装置を設け、貯水槽内の水温を被測定材表面温
度と同等レベルとすることによって相互の熱移動が防止
され、均一な温度分布中で補正プローブと水温差なく測
定可能となり、高精度で被測定材の外径寸法を測定でき
るとの結論に至り、この発明に到達した。

【０００８】すなわちこの発明は、熱処理された被測定
材を水冷したのち水浸超音波寸法測定装置に導入して外
径寸法を測定する水浸超音波寸法測定装置において、水
浸超音波寸法測定装置の入側に被測定材表面温度を測定
する測温プローブを設け、探傷水の貯水槽に探傷水温度
を測定する水温計を設けると共に、探傷水の貯水槽に加
熱装置ならびに冷却装置を配設し、測定した被測定材表
面温度と探傷水温度に基いて貯水槽内の水温が被測定材
表面温度と同等となるよう加熱装置または冷却装置を制
御する制御装置を設けたのである。

【０００９】

【作用】水温の変化によって水中音速度は、図３に示す
とおり変化する。すなわち、水中音速度の変化率は、常
温２０℃に対して±２０℃の範囲が一番大きく、２０℃
の水中音速度を基準とすると、水中音速度変化の割合
は、１０℃で約２．０％となる。したがって、外径１０
０ｍｍの被測定材の外径を±０．１ｍｍの精度で測定す
るためには、測定時の水温分布および補正プローブとの
水温差を±０．５℃としなければならない。

【００１０】この発明の水浸超音波寸法測定装置は、制
御装置により測定した被測定材表面温度と探傷水温度に
基いて貯水槽内の水温が被測定材表面温度と同等となる
よう加熱装置または冷却装置を制御するから、外径寸法
測定時の時間的な水温変化はあるが、外径寸法測定時の
被測定材から測定プローブまでの水温分布および補正ブ
ロックと補正プローブ間の水温分布ならびにこれら両方
の水温差を±０．２℃以内に制御することが可能とな
り、高精度で被測定材の外径寸法を測定することができ
る。

【００１１】この発明の水浸超音波寸法測定装置におけ
る外径寸法測定時の探傷水温度は、熱効率を高めるため
に被測定材が熱処理炉を出て水浸超音波寸法測定装置に
入る間で実施している冷却シャワーで使用した温水を探
傷水として使用する。被測定材の表面温度は、十分に冷
却されていない冷却シャワー後の４０〜８０℃の範囲で
あり、水浸超音波寸法測定はこの温度範囲で実施され
る。したがって、前記図３に示すとおり、水中音速度変
化の割合の少ない４０〜８０℃の範囲で実施されるか
ら、外径寸法誤差を極めて低減できるのである。

【００１２】

【実施例】

実施例１ 以下にこの発明の水浸超音波寸法測定装置の詳細を実施
の一例を示す図１ないし図１に基いて説明する。図１は
この発明の水浸超音波寸法測定装置の制御系統図であ
る。図１において、１は被測定材の熱処理炉、２は熱処
理炉１で熱処理された被測定材、３は熱処理された被測
定材２を冷却するための冷却シャワー、４は冷却シャワ
ー３で冷却された被測定材２の上方に設けた表面温度を
測定するための測温プローブ、５は水浸超音波寸法測定
装置本体で、図示しない測定プローブを対向させ、通過
する被測定材２の外径寸法を測定する。６は水浸超音波
寸法測定装置本体へ探傷水をフィルター７、ポンプ８を
介して供給する貯水槽で、冷却シャワー３の下部に設け
た水受９で回収した温水が補充される。

【００１３】１１は貯水槽６に設けた水温計、１２は貯
水槽６に付設した加熱コイル、１３は貯水槽６に付設し
た冷却コイル、１４は加熱コイル１２の加熱装置、１５
は冷却コイル１３の冷却装置である。１６は制御装置
で、測温プローブ４および水温計１１から入力される被
測定材２の表面温度と貯水槽６中の探傷水水温との差を
演算し、その演算結果に基いて、被測定材２の表面温度
が探傷水水温より２℃以上高いと加熱装置１４に加熱指
令を出力し、被測定材２の表面温度が探傷水水温より２
℃以上低いと冷却装置１５に冷却指令を出力する。加熱
装置１４または冷却装置１５は、制御装置１６から加熱
指令または冷却指令が入力されると、加熱コイル１２ま
たは冷却コイル１３に熱媒または冷媒を供給し、貯水槽
６中の探傷水を加熱または冷却するよう構成する。

【００１４】上記のとおり構成したから、水浸超音波寸
法測定装置本体６の図示しない測定プローブによる被測
定材２の外径寸法測定時の時間的な水温変化はあるもの
の、探傷水水温が被測定材２の表面温度と同等レベルに
制御されるから、外径寸法測定時の被測定材２から図示
しない測定プローブ間の水温分布、および水浸超音波寸
法測定装置本体６内の図示しない補正ブロックと補正プ
ローブ間の水温分布、ならびにこれら両水温分布間の水
温差を±０．５℃以内とすることが可能となり、被測定
材２の外径寸法を高精度で測定することができる。

【００１５】実施例２ 実施例１の水浸超音波寸法測定装置を使用し、被測定材
として外径７６．３ｍｍ、肉厚７．５ｍｍ、長さ１５０
００ｍｍ、表面温度５０℃の鋼管について、貯水槽中の
探傷水の温度制御を実施しなかった場合、探傷水水温は
３５℃であったが、貯水槽中の探傷水の温度制御を実施
した場合は、探傷水水温は５１℃であった。その場合に
おける外径寸法測定チャートを図２に示す。図２（ａ）
図に示すとおり、貯水槽中の探傷水の温度制御を実施し
た場合は、安定して精度よく外径寸法が測定できている
が、図２（ｂ）図に示すとおり、貯水槽中の探傷水の温
度制御を実施しなかった場合は、バラツキが大きく、途
中の温度分布変化によって外径寸法に変化が起こってい
る。この場合は、被測定材の表面温度が探傷水水温より
も高く、水中音速が補正装置の水中音速よりも大きくな
り、外径が大きく測定されたものである。

【００１６】

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明の水浸超音
波寸法測定装置によれば、被測定材の表面温度が常温と
差が大きくても、高精度で外径寸法を測定することがで
きる。また、前段の被測定材の冷却水を探傷水として利
用することによって、熱効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の水浸超音波寸法測定装置の制御系統
図である。

【図２】実施例２における外径寸法測定チャート図で、
（ａ）図は貯水槽中の探傷水の温度制御を実施した場
合、（ｂ）図は貯水槽中の探傷水の温度制御を実施しな
かった場合を示す。

【図３】水温と水中の音速度との関係を示すグラフであ
る。

【図４】較正時の超音波による較正時の外径寸法測定方
法と補正の原理説明図である。

【図５】測定時の超音波による外径寸法測定方法と補正
の原理説明図である。

【符号の説明】

１ 熱処理炉 ２，２７ 被測定材 ３ 冷却シャワー ４ 測温プローブ ５ 水浸超音波寸法測定装置本体 ６ 貯水槽 ７ フィルター ８ ポンプ ９ 水受 １１ 水温計 １２ 加熱コイル １３ 冷却コイル １４ 加熱装置 １５ 冷却装置 １６ 制御装置 ２１ 補正プローブ ２２ 補正ブロック ２３ 水中音速補正プローブ ２４ 校正用材料 ２５，２６ 測定用プローブ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱処理された被測定材を水冷したのち水
   浸超音波寸法測定装置に導入して外径寸法を測定する水
   浸超音波寸法測定装置において、水浸超音波寸法測定装
   置の入側に被測定材表面温度を測定する測温プローブを
   設け、探傷水の貯水槽に水温計を設けると共に、探傷水
   の貯水槽に加熱装置ならびに冷却装置を配設し、測定し
   た被測定材表面温度と探傷水温度に基いて貯水槽内の水
   温が被測定材表面温度と同等となるよう加熱装置または
   冷却装置を制御する制御装置を設けたことを特徴とする
   水浸超音波寸法測定装置。