JPH11101891A

JPH11101891A - ロッド外径計測装置

Info

Publication number: JPH11101891A
Application number: JP9261774A
Authority: JP
Inventors: Daiichi Ishibu; 大一石生
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 1999-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、ロッド全周を高精度、高速度、かつ
電気的な接触ノイズなしに信号の伝達が行うことが出
来、かつロッドの振動による精度低下が押さえることが
てきる、ロッド外径計測装置を提供することを目的とす
る。【解決手段】パルス発振器５からの信号を受けロッド１
２に超音波を照射してロッドからの反射超音波を受信す
ＵＴセンサ１と、パルス発振器５からの信号と、ＵＴセ
ンサ１からの反射超音波１４に基づいた信号とを受信
し、ロッド１２の外径を演算する演算器７からなり、Ｕ
Ｔセンサ１はロッド１２の周りに回転可能であるととも
に、ロッド１２の軸方向に移動可能であり、ロッド１２
の表面からの反射超音波１４Ａと管肉厚内面からの反射
超音波１４Ｂとを受信し、パルス発振器５とＵＴセンサ
１は回転変圧器３を介して連通し、電気的に非接触な状
態で信号の伝達を可能にしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非接触信号伝達治
具を用いたＰＷＲ（加圧水型原子炉）の燃料内挿物等の
ロッド外径計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術を図５〜図９に示す。図５は
従来のＰＷＲ内挿物のロッド外径測定装置の原理を示す
図、図６は従来のロッド外径測定用プローブの概念図、
図７は、ＵＴプローブの（マルチチャンネル式）構成
図、図８は、スリップリングの概念図、図９は、ロッド
外径測定におけるロッド振動の影響を示す図である。

【０００３】図５に示すように、制御棒クラスタ（以下
ＲＣＣともいう）などの内挿物４１は、制御棒取扱工具
４０によって吊り下げられ、外径測定装置４２（図５に
は関連部分のみを示す）の上方に位置決めされる。

【０００４】外径測定装置４２には、プローブホルダ４
３がＲＣＣ（制御棒クラスタ）４１のロッド１２の配置
と同じ配置になっており、制御棒取扱工具４０で吊り下
げたＲＣＣ（制御棒クラスタ）４１を降下させ、各ロッ
ド１２が対応するプローブホルダ４３を通過する際に、
後述のＵＴプローブ５０によりロッド１２の外径を測定
する。

【０００５】図６（Ａ）は、接触式プローブ４４の概念
図、図６（Ｂ）は、ＥＣＴ（渦電流探傷）式プローブ４
８の概念図、図６（Ｃ）は、ＰＷＲ（加圧水型原子炉）
内挿物のロッド外径測定装置として適用した例はない
が、非破壊検査の１手法として、一般的に使用されてい
るＵＴ（超音波探傷）プローブ５０の概念図である。

【０００６】図６（Ａ）に示すように、接触式プローブ
４４は、バネ板４６の先端に設けた触針４５と、パネ板
４６に取付けた歪計４７からなる。その接触式プローブ
４４を回転させることによる各ロッド外周位置における
歪計４７の出力から、ロッド１２の外径または欠陥の有
無を求める。

【０００７】図６（Ｂ）に示すように、ＥＣＴ（渦電流
探傷）式プローブ４８は、ＥＣＴセンサ４９をロッド１
２近傍に配置し、ＥＣＴセンサ４９とロッド１２との距
離変化によって発生する渦電流の変化を較正デー夕と比
較し、センサ４９とロッド１２との距離変化を計算し、
ロッド１２の外径または欠陥の有無を求める。

【０００８】図６（Ｃ）は、非破壊検査の１手法として
の一般的なＵＴ（超音波探傷）プローブ５０を示す。図
６（Ｃ）のＵＴプロープ５０は、ＵＴセンサ５１から超
音波を発し、ロッド１２からの反射波を受けてロッド１
２との距離を計算するもので、ロッド１２との距離Ｘを
適正値に保たないと精度よく測定することができない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術には、次の
ような問題がある。（１）接触式プローブの問題点接触式プローブは、高精度であるが測定が接触式のため
高速計測ができない。従って時間的な制約から、あらか
じめ摩耗が予想される箇所しか測定できないので、全面
計測はできない。（２）ＥＣＴ式プローブの問題点ＥＣＴ式プローブは、非接触で高速計測は可能である
が、ロッド全面にわたってセンサーを走査するには、回
転部と非回転部の電気的接触部が必要となり、スリップ
リング等の信号伝達機器では電気的ノイズが発生する等
の問題がある。

【００１０】また高精度を得るには、ロッドとセンサー
の距離を一定に保つ必要があり、精度が低い。（３）非破壊検査の１手法としての一般的なＵＴプロー
ブの問題点ＵＴプローブによるロッドの測定は、非接触であるが、
ロッド全面にわたってセンサーを走査するには、回転部
と非回転部の電気的接触部が必要となり、スリップリン
グ等の信号伝達機器では電気的ノイズが発生する等の問
題がある。また高精度を得るにはロッドとセンサーの距
離を一定に保つ必要がある。

【００１１】本発明は、これらの問題を解決することが
できる装置、すなわち、（ａ）非接触計測でロッド全面
にわたる計測を高精度に実施でき、（ｂ）回転部と非回
転部の接触による電気的ノイズが発生せず、（Ｃ）ロッ
ドの振動により生じるセンサーとロッド表面との距離変
化が、外径変化として計測される（精度が低下する）こ
とのない装置、を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

（第１の手段）本発明にに係るロッド外径計測装置は、
（Ａ）パルス発振器５からの信号を受けロッド１２に超
音波を照射してロッドからの反射超音波を受信すＵＴセ
ンサ１と、（Ｂ）前記パルス発振器５からの信号と、Ｕ
Ｔセンサ１からの反射超音波１４に基づいた信号とを受
信し、ロッド１２の外径を演算する演算器７からなるこ
とを特徴とする。（第２の手段）本発明にに係るロッド外径計測装置は、
第１の手段において、ＵＴセンサ１はロッド１２の周り
に回転可能であるとともに、ロッド１２の軸方向に移動
可能であることを特徴とする。（第３の手段）本発明にに係るロッド外径計測装置は、
第２の手段において、パルス発振器５とＵＴセンサ１は
回転変圧器３を介して連通し、電気的に非接触な状態で
信号の伝達を可能にしたことを特徴とする。

【００１３】すなわち、本発明装置は、超音波を内挿物
ロッドに照射しながらロッドに対して回転し、相対的に
軸方向に移動する１つまたは少数のＵＴ（超音波探傷）
センサーを持ち、ロッド外径を連続的に全面にわたって
計測する時に、回転部２３と非回転部２４との間には回
転変圧器３を用いて非接触で信号を伝達することを特徴
とする。（第４の手段）本発明にに係るロッド外径計測装置は、
第１の手段〜第３の手段において、ＵＴセンサ１はロッ
ド１２の表面からの反射超音波１４Ａと管肉厚内面から
の反射超音波１４Ｂとを受信することを特徴とする。

【００１４】すなわち、本発明装置は、ロッド表面から
の反射波より求められるロッド外径測定結果について、
ロッドの振動によるセンサーとロッド表面との距離変化
を、ロッドの管肉厚内面からの反射波信号を利用して補
正する機能を持つことを特徴とする。

【００１５】したがって、次のように作用する。（１）本発明は前述のように構成されているため、ロッ
ド１２を非接触で計測することが出来る。（２）ＵＴセンサ１を回転しつつ移動させるため、ロッ
ド１２の全表面の計測が可能である。（３）ＵＴプローブ１の回転部２３と非回転部２４の信
号の伝達は、非接触で行うことが出来るため、ノイズの
少ない計測が可能である。（４）ロッド１２の振動による精度低下が押さえられる
ため、調芯機構の問題が無くなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態を図１
〜図４、および図１０〜図１３に示す。図１は、本発明
装置の構成図、図２は、本発明装置のＵＴ（超音波探
傷）プローブの具体例の説明図、図３は、本発明装置の
角度エンコーダ較正機構の説明図、図４は、本発明装置
の出力例を示す図、図１０は、本発明装置による計測方
法の説明図、図１１は、本発明装置による反射波の計測
体系を示す図、図１２は、本発明装置によるＵＴ（超音
波探傷）波形を示す図、図１３は、ボールベアリングタ
イプの回転変圧器を示す図である。

【００１７】図１に示すように、パルス発振器５から発
信されたパルス電圧１０は、つぎの２つの経路をたど
る。第１の経路では、受信器６へ直接入る発信パルスと
なる。

【００１８】第２の経路では、ＦＭコンパータ４によっ
て周波数変調し、回転変圧器３を介してＵＴプローブ２
０へ伝達される。ＵＴプローブ２０内では、ＦＭコンバ
ータ２によって、再びもとのパルス電圧１０に戻され
る。

【００１９】パルス電圧１０を受けたＵＴセンサ１から
は、発信波１３がロッド１２に照射される。その反射波
１４は、再びＵＴセンサ１に戻り、パルス電圧１０に変
換される。ＦＭコンバータ２で再び周波数変調して、回
転変圧器３を介して、ＦＭコンバータ４に伝えられ、パ
ルス電圧１０に戻され、受信器６に至る。

【００２０】コンピュータ７は、角度エンコーダ８から
得られるエンコーダパルス電圧１１を受けた時、受信器
６に対して回路を開くことによって、ある決められた角
度ごとの情報を得る。

【００２１】また、そのとき、コンピュータ７は、位置
エンコーダ９からロッド１２の軸方向位置情報を得る。
図２において、ＵＴプローブ２０は、ロッド１２が貫通
するような構造を持ち、底部にはロッド１２を中心に反
対方向に２つが対になるようにＵＴセンサ１を配置する
（Ａ−Ａ断面参照）。

【００２２】ＵＴプローブ２０は、モータ−１６によっ
て駆動され、ロッドの周りを回転する。ＵＴセンサ１か
ら発信された発信波１３は、反射板１７で９０度方向を
変え、ロッド１２の表面に垂直に照射される。

【００２３】その反射波１４は、逆経路でＵＴセンサ１
へ戻り、回転変圧器３を介して非接触で非回転側に情報
を伝える。角度エンコーダ８は、ギア１５に接続されて
おり、ＵＴプローブ２０の回転に応じてエンコーダーパ
ルス電圧１１を発生する。

【００２４】図３において、回転部２３にはフェライト
磁石２２が埋め込まれており、ＵＴプローブ２０が１回
転する毎に、非回転部２４の角度較正用誘導コイル２１
にパルス電圧を発生させ、常時、角度エンコーダ８を較
正している。

【００２５】図４（Ａ）は、超音波の伝播時間すなわち
伝播距離と、受信電圧の関係を表したＡスコープ３１
と、Ａスコープ図形を輝度変調して線で表し、位置と伝
播時間との関係を表したＢスコープ３２を示している。

【００２６】Ａスコープ３１では、ＵＴセンサ１とロッ
ド１２の距離が算出できる。図４（Ａ）に示すように、
左から、発振パルス３３と、ロッド管表面パルス３４
と、ロッド管内面パルス３５が得られる。

【００２７】Ｂスコープ３２では、ロッド管表面パルス
３４及びロッド管内面パルス３５が、スキャンしている
角度に対して輝度変調して線で表示される。ロッド１２
とＵＴプローブ２０の中心軸のずれによる線の緩やかな
うねりは、ロッド管内面３８のデータにより補正するこ
とができ、ＵＴセンサ１とロッド１２との距離測定が精
度よく行える。

【００２８】図４（Ｂ）は、管の外径変化の測定結果の
極座標表示３６により、ロッド管表面３７とロッド管内
面３８を示している。すなわち、本発明に係る装置は、（１）ＵＴセンサー１を取り付けたＵＴプローブ２０が
ロッド１２の周りを回転する構造とし、その回転中心が
ロッド１２の中心と一致するように配置する。（２）ＵＴプローブ１の回転部２３と非回転部２４と
は、信号を回転変圧器３により、非接触で伝達出来よう
にする。（３）底面からの反射波を利用することにより、ロッド
１２の振動により生じるＵＴセンサー１とロッド１２の
表面との距離の変化を補正する。（本発明装置のポイント）以下に、本発明装置のポイン
トを、図６（Ｃ）に示す非破壊検査の１手法としての一
般的なＵＴ（超音波探傷）装置と比較しながら説明す
る。（ａ）回転部での信号伝達についてＵＴ（超音波探傷）により内挿物ロッド１２の外径を全
面にわたって計測するためには、一般的に次のようなプ
ロープ構成が考えられる。

【００２９】（マルチチャンネル式：図７）ロッド周
りに多数のＵＴセンサを固定配置する。（回転式：図２）ロッド周りを少数のＵＴセンサが回
転する（本発明はこの方式）。

【００３０】このような構成は、ＵＴ（超音波探傷）に
限らず、ＥＣＴ（渦電流探傷）についても同様である。
まずのマルチチャンネル式についてであるが、プロー
プ構成は図７のようになる。

【００３１】マルチチャンネル方式では、各センサ５０
は固定であることからケーブル５２による信号伝達が可
能である。しかしながら、ロッド周方向についてきめ細
やかに計測するためには、非常に多数のセンサを配置す
る必要がある。

【００３２】その場合信号処理系が煩雑となり、探傷装
置の処理能力の制限などから高速計測が不可能となる。
こういったことを踏まえ、本発明ではの回転式プロー
ブを採用している。

【００３３】本発明で採用しているの回転式プローブ
（図２）では、信号チャンネル数が少なく、処理系を簡
素化することができ、さらにロッド周方向についてきめ
細やかな計測が可能になる。

【００３４】しかし、センサがロッド周りを回転するこ
とから、信号伝達をワイヤレスで行う必要があり、これ
が回転式プローブを採用する際のーつの技術的課題とな
る。このような回転部での信号伝達機構としては、図８
に示すようなブラシ状の電極２５により、固定軸２４と
回転軸２３間の信号伝達を行うスリップリングの使用が
一般的であるが、この場合、ノイズの発生源となるとい
う問題と、接触部が摩耗するといった問題がある。

【００３５】（本発明のポイント１）この問題を解決す
るため、本発明では固定軸２４と回転軸２３とで回転変
圧器３を構成し、非接触的に信号伝達を行う方法を採用
している。

【００３６】すなわち、信号処理の簡素化が可能な回転
式プロープを採用するにあたり、回転部２３における信
号伝達治具として回転変圧器３を用いる。そのため、ノ
イズ等の少ない計測をすることが出来る。（管肉厚計測番こよるロッド振動の影響の捕正につい
て）ＵＴ（超音波探傷）によりロッド外径計測を行う一
般的な方法としては、ロッド管表面からの反射エコーを
受信し、超音波の伝搬時間からロッド表面までめ距離を
求める方法が考えられる。

【００３７】もしロッド中心とセンサ回転中心が常に一
致しているならば、この方法により精度良く外径計測が
可能である。しかし内挿物ロッド計測では、ロッドを昇
降させながら計測を行うなめ、計測中ロッドは少なから
ず振動する。

【００３８】従って、ロッド表面までの距離のみ計測す
る場合では、距離変化にロッド振動の影響が含まれてし
まうため、精度の良い計測が不可能となる。（図９）図９は、ロッド振動の影響（振動により超音波伝搬距離
が変化）を示す。

【００３９】（本発明のポイント２）この問題を解決す
るため、本発明ではロッド管表面からの反射エコーに加
え、管内面からのエコーを受信する。（図１０）この場合、両信号からロッド管肉厚が計測できる。その
結果ロッド振動の影響を受けず（振動の影響を補正可
能）に高精度の計測が可能となる。

【００４０】図１０は、本発明装置による計測、すなわ
ち、管内面エコーも受信し、管肉厚を計測する方法を示
す。ロッド管の肉厚を計測することにより、計測時のロ
ッド振動の影響を受けないで高精度な計測体系を確立す
ることが出来る。（命信号処理について）本発明装置による計測では、図
１１のように、ロッド外表面からの反射波とロッド内面
からの反射波を受信する。

【００４１】この場合のＵＴ（超音波探傷）波形は図１
２のようになる。ロッド外表面からの反射波の到達時間
Ｔ₀ から、ＵＴセンサからロッド外表面までの距離が導
出され、外表面・内面からの反射波到達の時間差Ｔｄか
ら、ロッド肉厚が導出される。

【００４２】ＵＴセンサ１はロッド１２の周りを回転し
ながら計測しており、一定の角度ピッチで上記のような
データが得られる。これら各計測点でのデータからロッ
ド外径が導出される。

【００４３】Ｔ₀ データのみから外径を導出する場合、
ロッド外表面の摩耗、変形等による真の外径変化と、計
測中のロッド振動によるＴ₀ の変化が識別できず、精度
の良い外径計測が不可能である。

【００４４】これに対し本発明装置では、内面反射も計
測することによりロッド振動の影響を補正することが可
能であり、高精度の外径計測を実現することが出来る。
またロッド肉厚を導出することから、ロッドの摩耗量評
価も可能である。（回転変圧器について）本発明で信号伝達機構として適
用する回転変圧器３は、構造的には、一般に回転機構に
用いられているボールベアリングと同じである（図１
３）。

【００４５】図１３に示すように、ボールベアリングタ
イプの回転変圧器３は、ＵＴセンサ１に繋がる回転軸２
３と探傷器に繋がる固定軸２４とが回転変圧器３を構成
し、電気的に非接触な状態での信号伝達を可能としてい
る。

【００４６】

【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。（１）ＵＴセンサーを取り付けたプローブがロッドの周
りを回転する構造とし、その回転中心がロッド中心と一
致するように配置されているため、ＵＴセンサとロッド
との最適距離を保ちながら全周の計測できる。（２）ロッド全周を高精度に測定するもかかわらず非接
触であるので、高速度で計測することが可能であり、計
測時間を短縮することが出来る。（３）回転するＵＴプローブから、回転変圧器を介して
信号を取り出すため、電気的な接触ノイズなしに信号の
伝達が行うことが出来る。

【００４７】そのため、高精度の測定が可能になる。（４）ロッド管内表面からの反射波を利用することによ
り、ＵＴセンサーとロッド表面との距離変化を補正でき
るので、ロッドの振動による精度低下が押さえられ、調
芯機構の問題無く高い精度が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る計測装置の構
成図。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係るＵＴプローブ
の説明図。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る角度エンコー
ダ較正機構の説明図。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係る出力例を示す
図。

【図５】従来のロッド外径測定装置の原理を示す図。

【図６】従来のロッド外径測定用プローブの概念図。

【図７】ＵＴプローブ（マルチチャンネル式）の構成
図。

【図８】スリップリングの概念図。

【図９】ロッド外径測定におけるロッド振動の影響を示
す図。

【図１０】本発明装置による計測方法の説明図。

【図１１】本発明装置による反射波の計測体系を示す
図、

【図１２】本発明装置によるＵＴ（超音波探傷）波形を
示す図。

【図１３】本発明装置のボールベアリングタイプの回転
変圧器を示す図。

【符号の説明】

１、５１…ＵＴセンサ（超音波探傷センサ）２ …ＦＭコンバータ３ …回転変圧器４ …ＦＭコンバータ５ …パルス発信器５６ …受信器７ …コンピュータ（演算器）８ …角度エンコーダ９ …位置エンコーダ１０…パルス電圧１１…エンコーダーパルス電圧１２…ロッド１３…発信波１４…反射波（反射超音波）１４Ａ…表面反射波（ロッド表面からの反射超音波）１４Ｂ…内面反射波（管肉厚内面からの反射超音波）１５…ギア１６…モーター１７…反射板１８…中子２０、５０…ＵＴプローブ（超音波探傷プローブ）２１…角度較正用誘導コイル２２…フェライト磁石２３…回転部（回転軸）２４…非回転部（非回転軸）２５…ブラシ状の電極３１…Ａスコープ３２…Ｂスコープ３３…発信パルス３４…ロッド管表面パルス３５…ロッド管内面パルス３６…極座標表示３７…ロッド管表面３８…ロッド管内面４０…制御棒取扱工具４１…内挿物（ＲＣＣ、制御棒クラスタ）４２…外径測定装置４３…プローブホルダ４４…接触式プローブ４５…触針４６…バネ板４７…歪計４８…ＥＣＴ式プローブ４９…ＥＣＴセンサ５２…ケーブル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）パルス発振器（５）からの信号を受
けロッド（１２）に超音波を照射してロッドからの反射
超音波を受信すＵＴセンサ（１）と、（Ｂ）前記パルス
発振器（５）からの信号と、ＵＴセンサ（１）からの反
射超音波（１４）に基づいた信号とを受信し、ロッド
（１２）の外径を演算する演算器（７）からなることを
特徴とするロッド外径計測装置。
【請求項２】ＵＴセンサ（１）はロッド（１２）の周り
に回転可能であるとともに、ロッド（１２）の軸方向に
移動可能であることを特徴とする請求項１に記載のロッ
ド外径計測装置。
【請求項３】パルス発振器（５）とＵＴセンサ（１）は
回転変圧器（３）を介して連通し、電気的に非接触な状
態で信号の伝達を可能にしたことを特徴とする請求項２
に記載のロッド外径計測装置。
【請求項４】ＵＴセンサ（１）はロッド（１２）の表面
からの反射超音波（１４Ａ）と管肉厚内面からの反射超
音波（１４Ｂ）とを受信することを特徴とする請求項
１、請求項２、および請求項３に記載のロッド外径計測
装置。