JPH09504364A - 管等を検査するための偏心回転プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は管又はパイプの検査に使用するためのプローブに関する。このプローブは、細長い可撓性の軸、この軸上に設置される複数個の軸方向に相互に離間した案内を備える。これら案内は管の内側面に係合して該軸を管内に実質的に同心的に支持する。プローブは又センサ要素のハウジングを備える。このハウジングは該軸に固定されて一緒に回転し、１対の案内の間に設置される。ハウジングは管の内側面と係合する管接触区域を有する。該ハウジングと該案内対とのそれぞれの接触区域の該軸の軸心からの半径方向変位量の和が管の内径より大きくさく、これによって該軸が該ハウジングと該案内対とを相互に反対の半径方向へ押しやる。

Description

【発明の詳細な説明】 管等を検査するための偏心回転プローブ 本発明は、管、パイプ等の壁の変化又は欠陥を検知してそれら管等の検査を行 うのに使用されるプローブ(probe)に関する。 発明の背景 金属のパイプ及び管の傷や不規則性を検査するのに渦電流プローブを使用する ことは当該技術でよく知られている。技術背景としていえば、渦電流プローブは 、交流信号によって付勢され、コイル近傍の管壁内に渦電流を誘導する送信又は 付勢コイルと、その渦電流に対する管壁の応答を検知する受信又は試験コイルと を担持する装置である。誘導される渦電流は管の構造に応じて変化する。管壁の 傷や不規則性は渦電流を変化させる。受信コイルの出力を監視することによって 傷及び／又は不規則性の存在する個所の表示が得られる。プローブは管の中に挿 入され、管に沿って移動させられる。ある場合では、管の内側面全体を監視する ためプローブは管の軸心に平行な軸心周りで回転させられる。又他の場合では、 プローブを回転させるのではなく、複数個の送信−受信コイル組合せを備えて管 の内側面全体を監視する。この後者の装置はより複雑で高価になり、そしてあま り効果的でない。既存の回転渦電流プローブの共通する欠点は、変形された又は 塵埃の溜った管内での回転が困難であり、比較的早く摩耗し易く、そして送信− 受信コイルを容れるための適切なスペースを備えていないことである。 従来知られている回転渦電流プローブは、ケーブルに沿って一定の軸方向間隔 で複数個の案内を取付けられた可撓性のケーブルを使用する。それら案内はケー ブルを管内に実質的に同心的に保持する役をする。ケーブルの一方の端部に、モ ータとスリップリングが迅速切離し機構によって結合される。２つの案内の間で ケーブルにプローブ・ハウジングとスリップリングが固定される。ハウジングは 、ケーブルに対し回転しないように固定される主体部分を備える。この主体部分 は、半径方向に可動な部分と、この可動部分を半径方向外方向へ押すコイルばね とを収納している。可動部分は管接触セクションを有し、そして少なくとも１つ の渦 電流プローブを担持する。プローブ・ハウジングが管に挿入されるとき、可動部 分は管壁によってばねの作用に抗して内方向へ押込められる。ばねは可動部分と 主体部分とを、管の内側面の直径線上の相互に対向する部分（相互に反対の部分 ）に対して半径方向外方向に押す。この構成では操作はそれなりに良好に行われ るが、それでもなお幾つかの短所をもっている。ハウジングは少なくとも２つの 比較的複雑な部品、即ち主体部分と可動部分とを必要とする。従ってプローブ体 部の製造と組立ての価格が比較的高くなる。渦電流コイルを担持する可動部分は 必然的に小さなものになり、そこで管接触区域も小さくなるのでコイルの寸法と 数が制限され、又ハウジング・プローブの摩耗率は高くなる。プローブは動く部 品を備えているから、それら部品を金属部品にすることはできない。金属部品で あると、それらの間で相対運動が行われたとき誤った渦電流が生じる。従ってそ れら部品は金属で作られた場合よりずっと早く摩耗する。ハウジングは管の実質 的な部分を占める。この結果プローブの操作が管内に存在する塵埃や障害物に妨 げられる。塵埃はハウジングの中に溜って可動部分の適正な動きを阻害する。 そこで、製造と組立てが簡単であり、摩耗率が低く、従って寿命が長く、占有 断面積が小さく、しかも同時に比較的大きい管接触区域を備えて装置の感度と寿 命を大きくするようなプローブ体部が要求されるのである。 発明の摘要 本発明は、簡単で低価格の構造を備え、動く部品をもたず、改良された回転及 び摩耗特性を有し、そして横方向又は周方向に変位された送信及び受信コイルを 使用するようにした回転プローブ・ハウジングを提供しようとするものである。 従来の装置ではばねで押圧することによってセンサを管壁に密接させるが、本発 明では可撓性駆動ケーブルの自然の弾性によって所要の弾性を得る。従ってワン ピース(one-piece)のプローブ体部を作ることができる。ハウジングは２つの軸 方向に変位した案内の間でケーブルに取付けられる。ハウジングにキャビティが 形成されてセンサを受入する。キャビティはハウジングの主部分に形成されるの で管接触区域は比較的大きくすることができ、この結果より長い寿命と、周方向 に間隔を置いたセンサ要素のためのより広い余地を得ることができる。更にハウ ジングは管の断面積の実質的な部分を占める必要がなく、従ってハウジングは容 易に管内の障害物や管湾曲部を通過して移動することができる。プローブは動く 部品をもたないので塵埃がプローブの操作を阻害することがなくなる。 本発明は一般的に管又はパイプの検査に使用されるプローブとして記述され、 このプローブは、細長い可撓性の軸、管の内側面に係合して該軸を管内に支持す るように該軸上に設けられる複数個の相互に軸方向に離間した案内、及び、セン サ要素のためのハウジングを備え、このハウジングは該軸に固定されて一緒に回 転し、１対の該案内の間に設けられ、そして管の内側面と係合する管接触区域を 有する。軸がハウジングと該１対の案内とを相互に半径方向の反対の方向へ押出 すようにさせるため、該ハウジングと該案内対とのそれぞれの管接触区域の該軸 の軸心からの半径方向変位量の和が管の内径より大きくなるようにされる。 図面の簡単な説明 添付図面を参照する以下の記述から本発明のそれらの及びその他の特徴がより 明らかになろう。 第１図は管内の本発明の好適な実施例の長手方向断面図である。 第２図は本発明の好適な実施例のプローブ・ハウジングの長手方向断面図であ る。 第３図は第２図の３−３線に沿った横断面図である。 第４図、第５図、及び第６図は本発明の変化形実施例を示す、第１図と同様な 、概略長手方向断面図である。 第７図はハウジングの変化形断面形状を示す、第２図と同様な、概略横断面図 である。 好適な実施例の説明 第１図、第２図、及び第３図は本発明の好適な実施例による回転渦電流プロー ブ１０を示す。この実施例において、プローブが管に挿入されるとき、可撓性駆 動ケーブルのセンサ要素ハウジングを支持する部分が半径方向に変位させられ、 これによって駆動ケーブルがハウジングを管壁に対して弾性的に押付ける。プロ ーブ１０は、細長い可撓性の軸１２、この軸上に軸方向に相互に離間して装架さ れ、管１８の内側面に係合して軸を管内に支持する複数個の案内、及び、１つ又 はそれ以上のセンサ要素のハウジング２０を備える。ハウジングは１対の案内の 間で軸に固定され、これと一緒に回転する。ハウジングは管の内側面に係合する 管接触区域２２を形成される。ハウジングとこれを挟む前記１対の案内は、この 案内対の間のケーブルの部分が半径方向に変位又は曲げられるような寸法にされ る。この結果、ケーブルの固有の強靭性(stiffness)によってプローブ体部と案 内とが相互に離れる方向に弾性的に押しやられ、管の内側面に係合する。更に具 体的にいうと、ハウジングと案内対とのそれぞれの管接触区域の軸の軸心からの 半径方向変位量の和が管の内径より大きくなるようにされる。 軸１２は、当該技術で知られているような、ばね材料で作られた丸い断面の組 打ちされた(braided)ケーブルの形にされる。このケーブルの一方の端部に迅速 切離しコネクタ３０が設けられ、当該技術で周知のようにしてモータ３２に結合 される。 ハウジング２０は、プローブ体部がパイプ１８内の障害物又はコーナによって 半径方向内方向へ変位させられるように管１８の内径より実質的に小さいが内径 の半分よりは大きい呼称直径をもった全体的に円筒形の体部４０である。ハウジ ングは、パイプ１８の内側面の曲率と実質的に等しい曲率の円筒面のパイプ接触 区域２２を形成される。プローブ体部の残余部の面によって作られる接触区域に 比較してその接触区域２２はより広い面積を備えることができ、従って摩耗を小 さくでき、又１対の送信−受信コイルを相互に横方向又は周方向に変位させてプ ローブ体部に備えるようにすることができる。プローブのパイプへの挿入とこれ からの取出し及びパイプの狭い区域やコーナにおける通過を容易に行えるように するため、プローブ体部の半径方向外側部４４の両端部に図示のようなテーパ４ ６と４８が付けられる。プローブ体部は、プローブ体部の軸心、及びプローブが 所定位置にあるときのパイプの軸心と平行で、且つ体部のパイプ接触区域２２と は直径線上の反対の側に設けられる貫通ボア５０を形成される。ケーブルはこの 貫通ボアに通され、そして任意の手段でその中の所定位置に固定される。図示の 実施例において、第２図と第３図で最もよく示されるように、ボア５０に半径方 向の孔５２が通され、この孔から樹脂を注入して体部とケーブルを接着固定する 。この固定方式は、操作中に加わる捩れ荷重、軸方向及び半径方向荷重に対して 非常に適切であることが知られている。体部は又、管接触区域に開いてセンサ要 素 を受入するドリル孔５４と５６、及び、第２図で最もよく解かるようにこれら孔 ５４，５６からハウジングの一方の端部へ延在するドリル孔６０と６２の形の１ 対のキャビティを形成される。孔５４と５６はそれらキャビティに電線を通す通 路になる。ハウジングは、金属を含む何等かの耐摩耗性材料で作られよう。しか し渦電流コイルが使用される場合、渦電流損失を少なくするためハウジングはチ タン合金のような耐摩耗性の高い材料で作られる。 センサ機構は本発明の部分を成すものではない。ここでは渦電流プローブが記 述されているが、それは単なる具体例を示すだけである。従って本発明は、その 他の型式の試験、例えば渦電流コイルの代替又は補完として超音波トランスジュ ーサが使われる超音波試験にも等しく適用し得ることを理解すべきである。孔５ ４と５６の中にそれぞれ付勢又は送信コイル６１と試験又は受信コイル６３が取 付けられ、電線６４と６６に接続される。これら電線は前記の孔６０と６２を通 り、ケーブル１８の近くでプローブ体部から出ていく。コイルをそれぞれのキャ ビティ内の所定位置に固定するため孔５４と５６にエポキシが詰められる。電線 はケーブルに固定され、ケーブルに沿って反対側の端部まで延び、この端部にお いて電線６４に電流が供給されて送信コイルに付勢し、そして受信コイルの出力 が検出され、分析される。送信コイルと受信コイル及びこれらコイルの付勢と分 析は当該技術で周知であり、従ってここではその構造と操作についての詳述は行 わない。 案内１４は全て同じ構造であり、任意の適当な耐摩耗性材料で製造される。管 内に軸を適切に支持するよう適当な数の案内が軸に沿ってほぼ等間隔で配置され る。好適な実施例において、各案内は、軸上に滑合されて所定位置にエポキシで 固定される、スリットを入れたブッシング７０、及び、このブッシング上に滑合 され、そしてブッシングの両端部のストップ７４によって保持される円筒形スリ ーブ７２によって構成される。スリーブはブッシング上で自由に回転する。スリ ーブの外側面は管の内側面に係合する。電線６４と６６は好適にはブッシングの ボアに軸方向に通される。それら電線を保護するため可撓性のゴム管８０が案内 の間で軸上に設置される。 既述したように、ハウジングとこれを挟む１対の案内は、この案内対の間のケ ーブルの部分を半径方向に変位又は湾曲させる寸法にされる。特に、スリーブ７ ２の半径と円筒形パイプ接触区域２２の半径との和が管１８の内径より大きくな るように構成される。この結果、ハウジングを挟む１対の案内の間の可撓性軸の 部分は半径方向に偏向又は変位させられる。ケーブルの固有の強靭性がプローブ 体部と案内を相互に離す方向に押し、これによってハウジングの管接触区域が管 の内側面に係合した状態に維持される。摩擦による損失とプローブの摩耗を少な くするため、その半径方向に加えられる力は小さいものでなければならない。案 内とハウジングとの直径は正確に制御できるから、上記の加えられる力は容易且 つ正確に制御することが可能である。コイルばね又は板ばねを使用する従来技術 の装置では、そのような制御レベルを得るのは、不可能ではないにしても相当困 難であった。案内とハウジングとの最小限の直径は、プローブが通過していく所 の、そして損傷されていない管でなお正当に機能している所の狭くなった管の最 小直径によって決められる。 従来技術の装置のようにハウジングが管の両側部に係合する必要がないので、 本発明のプローブは、従来技術の装置では阻止されるような障害物を脇によけて 通りすごすことができる。更に本発明のハウジングは可動部品を全く有しないか ら、従来技術の装置なら阻害されるような塵埃やじゃりによって影響されること がない。プローブ体部と案内部材との間がケーブルによって可撓的に結合されて いるので、プローブはパイプの狭い個所やコーナに対し３次元方向で可撓的に適 合できる。又プローブ体部の円弧形の接触区域２２は１対のコイルを周方向又は 横方向に相互に近接させて設置できるようにし、又それによって得られるより広 い接触区域はこの区域の摩耗率を更に小さくする利点をもつ。 本発明の原理と精神が他の方式でも得られることは理解されよう。例えば案内 はピース構造(piece construction)にすることができる。少なくともハウジング に隣り合う２つの案内が第４図に示されるように偏心的に作られ、そして、ハウ ジングの管接触区域から直径線上で反対側の、又はその他の適当な角度間隔で、 管の側壁に係合するように軸に固定される。このような構成は、案内と管壁との 間の間隙（クレアランス）を大きくする必要がある場合に望ましいものである。 又、第５図に示されるように、ハウジングを挟む１対の案内の間の軸の部分を予 め湾曲させておくことも可能である。第６図は、２セットの渦電流プローブ又は その他のセンサ機構を有する複式の軸方向離間ハウジングを示す。第７図は、２ セットのセンサ機構が周方向に離間して備えられる、複式周方向離間構成を示す 。 第８図は本発明の変化形実施例を示す。この実施例における諸成分は第１図の それと同様なものであり、従って同じ符号で同じ成分を指示する。駆動ケーブル の半径方向プレストレス(radial pre-stressing)によってハウジングを管壁に対 し押付ける第１図の実施例と異なって、第８図の実施例ではプローブの回転中に 生じる遠心力によってケーブルを半径方向に変位させてハウジングを管壁に係合 させる。そこでこの実施例では、ハウジングとこれに隣り合う案内対とのそれぞ れの接触区域の軸の軸心からの半径方向変位量の和が管の内径より小さいか又は 等しいものにされる。従ってプローブが管内に挿入されるとき、ハウジングの接 触区域は管壁の内側面に係合しないか、あるいはわずかに係合する。これは管へ のプローブの挿入を容易にする。本発明が係わる型式のプローブは典型的には約 ３００rpmで回わされる。プローブが回転するとき、ハウジングの偏心構造によ って作られる遠心力が、駆動ケーブルの抵抗に対抗して、ハウジングを管の内側 面の方へ半径方向外方向へ押しやってその管の面に対し押付ける。駆動ケーブル には、プローブを回転させるに十分な捩れ剛性を備えると同時に、上記の作用を 行うことができるようなものを選択しなければならないことは理解されよう。 本発明の精神から外れることなく、なお様々な他の変化形や改変形が可能であ ることはいうまでもない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．管又はパイプの検査に使用するためのプローブにおいて、 細長い可撓性の軸、 該軸上に設置される複数個の軸方向に相互に離間した案内であって、これら案 内は管の内側面に係合して該軸を該管内に支持する、該複数個の案内、及び、 センサ装備のハウジングであって、このハウジングは該軸に固定されて一緒に 回転し、１対の該案内の間に設置され、該ハウジングは該管の内側面と係合する 管接触区域を有し、この接触区域の該軸の軸心からの半径方向変位量と、該案内 の管接触セクションの該軸の軸心からの半径方向変位量との和が該管の内径より 大きくされ、これによって該軸が該ハウジングと該案内対とを相互に反対の半径 方向へ押しやるようにされている、該ハウジング を備えるプローブ。 ２．該ハウジングが、一体の体部、この体部を貫通して延在し該軸を受入する ボア、及び、このボアと該軸を相対回転させないように固定する装備を備える、 請求の範囲第１項のプローブ。 ３．該体部が円筒形であり、該ボアが、該体部の軸心に平行であるがそこから 半径方向に変位した軸心を有する、請求の範囲第２項のプローブ。 ４．該固定装備がエポキシ樹脂である、請求の範囲第２項のプローブ。 ５．該接触区域の断面が円弧形であり、その半径が該管の内側半径と実質的に 同じである、請求の範囲第１項のプローブ。 ６．該円弧形接触区域が該体部の長手方向に延在する、請求の範囲第５項のプ ローブ。 ７．該プローブ体部が狭い個所とコーナを容易に通過できるようにするため該 体部の軸方向両端部にテーパが付けられる、請求の範囲第３項の渦電流プローブ 。 ８．各該案内装備が円筒形であり、該軸上に同心的に設置される、請求の範囲 第１項の渦電流プローブ。 ９．各該案内装備が、該軸に対し回転しないように固定されるブッシング、及 び、このブッシング上に回転できるように装架されるスリーブを備え、このスリ ーブは、該管の内側面に係合できる外側円筒面を有する、請求の範囲第８項のプ ローブ。 10．該ブッシングがこれの両端部に、該ブッシングに対する該スリーブの軸方 向変位を阻止するストップを有する、請求の範囲第９項のプローブ。 11．管又はパイプの検査に使用するための渦電流プローブにおいて、 軸の一方の端部を駆動モータに取外し可能に結合するための迅速切離しコネク タを該端部に有する細長い可撓性の軸、 該管内に該軸を支持するため該軸上に設置される複数個の軸方向に相互に離間 した案内であって、これら案内は各々、該軸に対し回転しないように固定される ブッシング、及び、このブッシング上に回転できるように装架されるスリーブを 備え、このスリーブは、該管の内側面に係合できる外側円筒面を有する、該複数 個の案内、 センサ装備のハウジングであって、このハウジングは、該軸を受入するための 長手方向ボアを有する円筒形体部を備え、該ボアの軸心は該体部の軸心に対して 偏心し、又、該ハウジングと該軸を相対回転させないように固定する装備、該ボ アから直径線上で反対側の該体部の側部に設けられる管接触区域を備え、この管 接触区域は、該管の内側半径と実質的に同じ曲率半径をもった円弧形とされ、又 、渦電流送信コイルを受入するため該体部に設けられる第１キャビティと渦電流 受信コイルを受入するため該体部に設けられる第２キャビティを備え、これらキ ャビティは該管接触区域に開口し、又、各該キャビティから該体部の一方の端部 へ延在する、電線を受入するための通路を備える、該ハウジング を備え、 該管接触区域の半径と、該体部の隣の該案内の該スリーブの半径との和が該管 の内側半径より大きくされることにより該軸の軸心が該管の軸心に対して偏心し 、これによって該軸が該体部と該隣の案内に直径線上で相互に反対方向の力を加 える、 如き構成の渦電流プローブ。 12．管又はパイプの検査に使用するためのプローブにおいて、 細長い可撓性の軸、 該軸上に設置される複数個の軸方向に相互に離間した案内であって、これら案 内は管の内側面に係合して該軸を該管内に支持する、該複数個の案内、及び、 センサ装備のハウジングであって、このハウジングは該軸に固定されて一緒に 回転し、１対の該案内の間に設置され、該ハウジングは該軸の軸心に対し偏心し 、該管の内側面と係合する管接触区域を有し、この接触区域の該軸の軸心からの 半径方向変位量と、該案内の管接触セクションの該軸の軸心からの半径方向変位 量との和が該管の内径より小さいか又は等しくされる、該ハウジング を備え、 該軸が、該プローブを該管内で回転させるに十分な捩れ強靭性、及び、該案内 対の間の該軸の部分を、該軸の通常回転速度で生じる遠心力によって半径方向外 方向へ偏向させられるような半径方向強靭性を有し、これによって該ハウジング を該管の内側面に係合させることができる、 如き構成のプローブ。