JPH03248006A - 電磁超音波肉厚計の信号処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、回転式の電磁超音波肉厚計を用いてバイブの
肉厚をオンラインにおいて測定する際に得られる信号の
処理方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来の電磁超音波肉厚計は、例えば特開昭５７−２０３
９４９号、特開昭５７−２０３９５０号、特開昭５９−
１８４５２号などに示されるように探触子が被検材に対
し所定位置に固定された固定式のものであり、しかも探
触子の両側に設けた励磁コイルから生じる磁束が被検材
の長手方向を通るように構成されているものである。

第１３図は従来の固定式電磁超音波肉厚計により鋼管の
肉厚を測定する場合の説明図である。図において、１０
０は被検査管、２００は被検査管１００の外周上に所定
間隔で配置された固定式電磁超音波肉厚計である。

肉厚の測定にあたっては被検査管１００を矢印ａ方向に
所定速度で搬送し、各電磁超音波肉厚計２００の探触子
（図示せず）により励磁下において電流パルスを送受信
することにより連続的に肉厚測定を行うことができる。

しかし、従来の電磁超音波肉厚計には下記のような問題
点がある。

■長手方向に磁束が通るものであるため、冷間鋼管を検
査対象とした場合には磁化するおそれがあり、熱間の場
合にしか適用できない。冷間鋼管の場合には磁化のため
管端部の溶接の際に不都合をきたすからである。また、
消磁工程を設けるのはそれだけ工程が複雑になり適当で
ない。

■探触子構造が複雑かつ大型であり、固定状態でしか使
用できないため、バイブ円周方向の全周について肉厚の
測定ができない。第１３図の場合、検査トラック２０１
は各肉厚計２００が配置された位置における長手方向の
連続直線上となる。したがって、相互の肉厚計２００の
間の部分は測定できないので、バイブの最終的な品質保
証には供し得ない。

■バイブ円周方向の数個所を測定するためには数個の探
触子を円周方向に配置しなければならないが、最大でも
１２個程度であり、かつ小径管ではそのように多くの個
数を設けることはできず、品質保証の面から適当でない
。

■また探触子はそれぞれ独立の構造となっているため、
探触子を数多く設けることは非常に高価になる。

そこで、かかる問題点を解決するものとして測定ヘッド
がバイブの周りを高速で回転する回転式の電磁超音波肉
厚計が知られている。その構成を第１１図に示す。

この回転式電磁超音波肉厚計１０は被検査管１００の外
周上を高速で回転する回転ヘッド１を有しており、回転
ヘッド１は被検査管１００と同軸のリングヨーク２と、
リングヨーク２の内側に上下対向させて突設した磁極３
，４と、各々の磁極と被検査管１００の間で回転ヘッド
１に支持された長手方向に複数のプローブ（図示せず）
を持つ２個の測定ヘッド５．６とから構成されており、
磁束７が被検査管１００の円周方向を通るようになって
いる。図中、８は磁化ヨーク、９は保護ガイドである。

各測定ヘッドは共通の磁極に対し長手方向に一定の間隔
で配置された複数のプローブを有する。

この回転式電磁超音波肉厚計１０の原理は従来と同様で
あるが、最大１２０　Ｏｒｐｍで回転している回転ヘッ
ド１の中心を被検査管１００が通過することにより、磁
束７は被検査管１００の円周方向を通るため磁化のおそ
れがなく、また検査トラックがスパイラルとなるため、
管サイズの如何にかかわらず円周方向の全周について肉
厚を測定することができる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の回転式電磁超音波肉厚計は従来の固定式のものに
比べて多くの利点を有しているので、熱間・冷間を問わ
ず、また管サイズの如何にかがゎらず鋼管の肉厚をオン
ラインにおいて全周連続的に測定することができる。

したがって、かかる回転式電磁超音波肉厚計を製管プロ
セスの素管に適用すれば高速かつ高精度の肉厚測定・判
定が可能であるが、製品は一般的に１本の長い素管から
定尺に切断して提供するようになっているから、得られ
た多数の測定データ群を製品単位で判定・処理する方法
が必要になってくる。殊に管端の肉厚や内径が指定され
ている場合の判定・処理法は特に重要な問題であり、オ
フラインでの切断・検査の解消、検査要員の合理化等の
面から重要である。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので
、回転式電磁超音波肉厚計を使用しオンラインにおいて
鋼管の肉厚の測定・判定を行うにあたり、測定データの
ある定められた短小な長さごとの判定を可能にし、もっ
てオフラインでの切断・検査の解消、検査要員の合理化
等、並びに製品の品質保証体制の向上を図ることができ
る電磁超音波肉厚計の信号処理方法を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明に係る電磁超音波
肉厚計の信号処理方法は、上記の回転式電磁超音波肉厚
計を使用して得られる多数の肉厚値データの処理法にお
いて、鋼管の長手方向に所定の小さな長さで区分された
短小な検査ブロックを設定し、この検査ブロックごとに
肉厚値データを集約し、集約された肉厚値データ群につ
いて所定の基準に基づき判定することによりその検査ブ
ロックの合否判定を行うようにしたものである。

検査ブロックは鋼管の両端のクロップ部を除く中間部分
について設定され、さらに製品長が指定されている場合
にはピース切断点の位置をも設定する。

検査ブロックの合否判定基準としては、肉厚公差の上限
・下限のほかに肉厚管理公差の上限・下限の項目を設け
、それぞれ設定する。

また、上記肉厚値データのほかに鋼管の外径を測定し、
その外径データとから検査ブロックの平均内径を算出し
判定する。

さらに、検査ブロックの肉厚値データは鋼管の長手方向
及び円周方向に展開して表示もしくは記録するようにす
る。

［作　用］ 第１１図に示す回転式電磁超音波肉厚計を使用すれば、
１プローブにつき１回転あたり９６点の肉厚値データが
得られ、かつ鋼管の長手方向にある定められた小さい長
さの検査ブロックごとにそのデータを集約することによ
り、検査対象となる肉厚値データ群が得られる。したが
って、その肉厚値データ群について所定の基準に基づき
判定すればその検査ブロックの合否を判定できる。

検査ブロックを設定する場合、鋼管のクロップ部は不要
部分であり、かつその長さも経験によりわかっているか
ら、中間部分について設定すればよい。また、製品長が
指定されている場合にはピース切断長をも設定するが、
これによって特に管端の肉厚値を測定でき、偏肉率や平
均内径が検知できる。

合否判定基準として肉厚管理公差上限・下限を設定する
のは後工程で管端の修正が可能な範囲で必要なことをあ
られし、歩留の向上に役立たせるためである。

さらに、検査ブロックの肉厚値データを鋼管の長手方向
及び円周方向に展開することにより、クロップ長の設計
や形状の判定に役立てることができる。

［実施例］ 第１図は本発明で使用する肉厚測定装置の全体を示す概
念図であり、被検査管１００はピンチローラ１１０．搬
送ローラ１１１等により所定速度で直線搬送され、ライ
ン上に配置された回転式電磁超音波肉厚計１０によりそ
の肉厚を測定する。

この肉厚計１０の主要な内部構成は第１１図に示したと
おりである。肉厚計１０の後方に配置したレーザ測長計
１２０により被検査管１００のクロップ部１０１先端か
らの長さが計測される。また、光センサーによる外径計
１２１により被検査管１００の外径を測定する。

第２図は本発明による信号処理方法に適用する制御ブロ
ック図、第３図は被検査管の肉厚値データを得るための
検査ブロックの設定法を示す説明図である。

第２図において、２０は回転式電磁超音波肉厚計１０の
回転ヘッド１の回転速度、測定ヘッド５゜６に印加すべ
きパルス電流、電圧等を制御するコントロール部で、デ
ータ評価部２１のメインＣＰＵユニット２２．インター
フェース部２３を通じて行われる。データ評価部２１は
メインＣＰＵユニット２２．インターフェース部２３．
ゲート発生ユニット２４．高速カウンターユニット２５
゜温度測定ユニット２６から構成されており、これらの
ユニット間はバス２７で接続されている。

ゲート発生ユニット２４は測定ヘッドの各プローブより
出力される送信波と第１エコーまでの時間計測のための
ゲートを発生し、これを高速カウンターユニット２５に
より計測し肉厚を測定するようになっている。

温度測定ユニット２６は被検査管の温度により音速が変
動するのでこれを補正するためのものである。

さらに、インターフェース部２３にはシーケンサ部２８
．測長部・測長評価部２９．及び外径計測部３０が接続
されている。シーケンサ部２８は第１図のピンチローラ
１１０．搬送ローラ１１１等の搬送機構の制御を行うも
のであり、測長部・測長評価部２９はレーザ測長計１２
０より発する０、１ｉｍのパルス信号をカウントするこ
とにより第３図に示すクロップ部、検査ブロック等の長
さを計測する。外径計測部３０は第１図の外径計１２１
からの外径データを入力する。

以上の各ユニット及び機器類はメインＣＰＵユニット２
２により制御され、マスターコンピュータ３１を介して
条件設定等が行われる。図中、３２はアナログレコーダ
、３３はオシロスコープ、３４は温度センサー　３５は
ＣＲＴ、３６はキーボード、３７はプリンター　３８は
上位計算機のプロセスコンピュータである。また、評価
部２１のデータはフロッピーディスク４１に記憶させ、
技術解析用コンピュータ４０により解析することができ
る。

第３図には被検査管１００に対する肉厚値データの採取
方法が示されている。

まず、鋼管の先端及び後端のクロップ部１０１゜１０２
についてはデータを取り入れないことにしている。各ク
ロップ部の長さＮ　　、ｉ）２は第２図のシステムマス
ターにより個別に入力設定され、レーザ測長計１２０に
より計測される。これらのクロップ部は後工程で切り落
とされる部分である。

次に、パイプの中間部分について、例えばｆＩ３＝　１
００　ｍの一定間隔に小区分した短小な検査ブロック１
０３を設定する。さらに１本の素管から複数本の製品を
得る場合には製品の定尺長に相当するピース切断長Ｌ１
例えばＬ＝５，５００ｍｍをも設定する。ピース切断長
りはさらにトップ部Ｔ。

ミドル部Ｍ、及びボトム部Ｂに区分される。トップ部Ｔ
、ボトム部Ｂ、及びクロップ部１０１．１０２の長さの
設定は１０Ｉ１１単位で行うようにしている。

第１図の電磁超音波肉厚計１０の回転ヘッド１は肉厚の
測定中高速で回転している。この回転ヘッド１に設けら
れた２個の測定ヘッド５．６は、第４図（ａ）に示すよ
うに被検査管１００の長手方向に例えば２０ｍｍ間隔で
配置されたそれぞれ４個（計８個）のプローブ１１を備
えており、各プローブは１回転あたり９６点の肉厚値デ
ータを採取し、測定データは検査ブロック長１０Ｃ１＋
ｍごとに集約されるようになっている。

第４図（ｂ）における検査トラック１０４は第１測定ヘ
ツド５によるプローブ軌跡であり、検査トラック１０５
は第２測定ヘツド６によるプローブ軌跡である。いずれ
の検査トラックも測定ヘッドの回転により螺旋状になる
。

そして、各プローブ１１の螺旋状走査により各検査ブロ
ック１０３ごとに肉厚値データを集約しく測定データ群
）、この集められた測定データ群についてその検査ブロ
ックの合否判定処理が行われる。

第５図は１１ＰＩ定デ一タ群の処理方法の概要を示す流
れ図である。

第１、第２測定ヘツドの各プローブごとに（チャンネル
Ｎｏ、１〜８）肉厚値データを採取し、１００龍ごとに
そのデータを集約する。

検査ブロックの合否判定基準として、イベント判定処理
５１が行われる。イベント判定処理５１はピース切断長
ごとにＴ、Ｍ、Ｂ部に振り分けて集約する（工程５３）
。合否判定項目は下記のとおりである。

（１）肉厚公差上限（ｍｕ　） （２）肉厚公差下限（ｗ＋＋ｉ　） これらはユーザーの仕様により設定される。

（３）肉厚管理公差上限（ｍｍ　） （４）肉厚管理公差下限（ｌ■） 肉厚管理公差は後工程で修正可能な範囲として、上記肉
厚公差に所定の値を加えもしくは差し引いた設定値であ
る。

（５）偏肉率上限（％） （６）平均内径公差上限（ｍｍ　） （７）平均内径公差下限（＋＋＋＋ｉ　）次に、測定デ
ータの処理５２では下記の項目について行われる。

（１）最大肉厚（Ｗ　Ｔ　−Ｍ　Ａ　Ｘ　）　　（ｍｕ
　）１００　ｍ間の最大肉厚値である。

（２）最小肉厚（ＷＴ−Ｍ　Ｉ　Ｎ）　　（ｍ＋５）１
００鰭間の最小肉厚値である。

（３）平均肉厚値（ＷＴ−ＡＶＥ）（＋ｍ）次の計算式
による。

（４） ｎ：測定点数（Ｉ ＷＴ：肉厚値 偏肉率（ＨＥＮ）（％） 計算式： ％式％） ） 計算式： Ａ−ＩＤ−ＯＤ−（ＶＴ−ＡＶＥ＊２）　　　　−・・
■ＯＤ＝外径（外径計よりの測定値） なお、ピースに対する管端長さ（Ｔ、Ｂ部の長さ）はシ
ステムマスターにて３段階（５００、１０００゜１５０
０１１１１）に設定されている。

イベント判定データ５４は処理工程５５においてＴ、Ｍ
、Ｂ部ごとにコード化されたのちプロセスコンピュータ
３８に伝送される。

また、測定値データ５６はピース切断位置を含む１００
龍間の処理５７を行ったのち同じくプロセスコンピュー
タ３８に伝送される。

ここで、ピース切断位置を含む１００　ｍｍ間の処理と
いうのは、第６図に示すようにピースの切断点１０８が
１００　ｍｍごとで区切れない場合のデータ処理を指す
もので、切断点前の１００１１１データまでとするもの
である。したがって、■のデータはＢ部の処理となり、
切断点が測定値データのデータ替りの場合、切断点前１
００鰭のデータ■までとする。また■のデータは次のＴ
部の先頭１００　ｍｍの処理となる。

次に、第７図（ａ）は１／４周による測定データの合否
判定法を示す説明図である。すなわち、測定データが公
差上限以上管理公差上限以内で、かつ測定データが１／
４周以内であれば、合否判定が可能である。図中の斜線
部領域４５が測定データの合否選択可能範囲である。管
理公差は特に管端の肉厚が公差より若干厚い場合にはそ
の部分を研削したり、長さ寸法が許容される場合にはそ
の部分を切り落としたりするためのものである。

ここで、１／４周処理とは、１プローブ（９６点測定）
に対して測定データの１７４で処理する方法である。つ
まり、９６点／４−２４点ポイント連続で判定する。例
えば第７図（ｂ）に示すように、１／４周処理ＯＮで２
４ポイント連続以上にわたり公差上限を示すときは（測
定データ■の場合）、不合格のイベントを出力する。２
４ポイント連続以内のときは（測定データ■、■、■の
場合）、合格判定とする。なお、２４ポイント連続は公
差上限以上管理公差上限以内のレベルでｎｊ定したとこ
ろから処理を行う。途中でレベルが下った場合は合格と
して次の分周のレベルまで処理しない。

よって、合否判定基準の条件は次のとおりとなる。

肉厚公差上限く連続９Ｂ／４　＜肉厚管理公差上限上記
の１／４周による合否判定方法は、主に出荷前に冷牽等
の２次加工が行われる素管に対して適用されるものであ
る。

次に、第８図は異常データの判別法を示す説明図である
。絶対値リミットを上限及び下限に設定し、データの判
別を行うものである。すなわち、公差上限にある値ｘ、
ｘｘｍｍを加え、これを越える値を異常データとする。

また、公差下限よりある値ｘ、ｘｘｍｍを引きこの値よ
り小さい値を異常データとする。これにより、例えば図
中の斜線で示す２回目、５回目、７回目及び９回目の測
定データが異常データとなる。異常データは測定しなか
ったことにする。

データの有効・無効の判別法は次式による。

Δｔ　＋Δｔ２＞Ｘ、ＸＸｍｍのとき異常データΔｔ　
＋Δｔ２≦ｘ、ｘｘｗのとき有効データ■ Δｔ　：　（今回値−前同値）の絶対値Δｔ　：　（今
回値−次回値）の絶対値第９図は第２図の評価部の動作
、すなわち通常の肉厚測定時における信号処理法を示す
フローチャートである。

まず、ステップ６１において、被検査管１００のクロッ
プ部１０１．１０２を除く中間部分を指定するブランキ
ング信号がＯＦＦとなり、同時に検査ブロック長ｆＩ３
−１００ｍｍを指定する１００龍信号がＯＮとなって肉
厚測定が開始される。

１プローブにつき１回転あたり９６点の肉厚値データを
採取しくステップ６２）、ステップ６３において１００
關信号がＯＦＦとなるまで繰り返し１００　ｍｍごとの
データを集約する。つまり、その検査ブロックの合否判
定の対象となる測定データ群をつくる。

次に、その測定データ群について、第５図に示したイベ
ント判定項目のうち、まず肉厚公差上限、下限について
判定を行い（ステップ６４）、ついで肉厚管理公差上限
、下限について判定を行う（ステップ６５）。さらに、
ｌｏｏｍｓ間の中での肉厚最大値、最小値を比較し、そ
れぞれの最大値、最小値をホールドする（ステップ６６
）。そして、肉厚値を加算しくステップ６７）、■式に
より平均肉厚値を算出する（ステップ６８）。なお、１
００龍信号がＯＦＦとなったときにはそれまでに集約さ
れたデータはリセットされる（ステップ６９）。

ステップ６８で平均肉厚値を算出したなら、次に■式に
より偏肉率の計算と判定を行う（ステ・ツブ７０）。さ
らに、■式により平均内径の計算と判定を行う（ステッ
プ７１）。以上の計算をブランキング信号がＯＮとなる
まで繰り返す（ステップ７２）。

第１０図はさらにクロップ長の設計及び形状の判定など
技術解析用として使用される場合の信号処理法を示すフ
ローチャートである。この場合は、上記のステップ６５
とステップ６６の間に切断点の有無を判断する工程ステ
ップ６５ａが含まれ、切断点における９６点のデータを
採取するようになっている（ステップ６５ｂ）。それ以
外は第９図と同様である。

以上のようにして得られた肉厚値データを鋼管の円周方
向及び長手方向に展開した一例を示すと、それぞれ第１
２図（ａ）、（ｂ）のようになる。

また、肉厚値の不合格の表示は鋼管の搬送ラインに設置
されるマーキング装置（図示せず）に指令して該当部分
にマークを施すようになっている。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、下記の効果が得られる。

（１）鋼管の長手方向に短小な検査ブロックを設定し、
回転式電磁超音波肉厚計により検査ブロックごとに肉厚
値データを集約して合否判定を行うようにしたので、管
サイズの如何にかかわらずオンラインにおいて鋼管の円
周方向全周について肉厚の測定が可能になるだけでなく
、短小な検査ブロック単位での合否判定が可能になるた
め、オフラインでの切断・検査の解消を図ることができ
、オフ流量を５％以上削減することが可能になつた。

（２）また、これに伴い検査要員も９名以上減らすこと
ができ、合理化が可能になった。

（３）管端及び全長について肉厚、偏肉率及び平均内径
の測定がリアルタイムにできるため、製品の品質保証を
的確に行うことができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で使用する肉厚測定装置の概念図、第２
図は本発明による信号処理方法に適用する制御ブロック
図、第３図は被検査管の肉厚値データを得るための検査
ブロックの設定法を示す説明図、第４図（ａ）は本発明
で使用する回転式電磁超音波肉厚計のｎ１定ヘッド部を
示す説明図、第４図（ｂ）は上記測定ヘッドのプローブ
の鋼管上での軌跡を示す説明図、第５図は検査ブロック
ごとに集約された測定データ群の処理方法の概要を示す
流れ図、第６図はピース切断位置を含む１００ｍｍ間の
処理法を示す説明図、第７図（Ａ）は１／４周による測
定データの合否判定法を示す説明図、第７図（ｂ）は上
記判定法による測定データの合格、不合格の例を示す説
明図、第８図は異常データの判別法を示す説明図、第９
図は第２図のデータ評価部の通常の動作を示すフローチ
ャート、第１０図は技術解析用として用いる場合のデー
タ評価部の動作を示すフローチャート、第１１図は上記
回転式電磁超音波肉厚計の構成図、第１２図（ａ）、（
ｂ）は肉厚値データを鋼管の円周方向及び長手方向に展
開して表示した一例を示す図、第１３図は従来の固定式
電磁超音波肉厚計を使用した場合の説明図である。 １・・・回転ヘッド ５．６・・・測定ヘッド １０・・・回転式電磁超音波肉厚計 １１・・・プローブ １００・・・被検査管 １０１．１０２・・・クロップ部 １０３・・・検査ブロック １２０・・・レーザ測長計 １２１・・・外径計

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）探触子を有する測定ヘッドが直線搬送される鋼管
   の外周上を回転し、磁束が鋼管の円周方向を通るように
   した励磁作用下で電流パルスの送受信を行い、これによ
   り発生する超音波によって鋼管の肉厚を測定する回転式
   電磁超音波肉厚計を使用する肉厚測定法において、 前記鋼管の長手方向に所定の小さな長さで区分された検
   査ブロックを設定し、該検査ブロックごとに肉厚値デー
   タを集約し、集約された肉厚値データ群について所定の
   基準に基づき判定することによりその検査ブロックの合
   否判定を行うことを特徴とする電磁超音波肉厚計の信号
   処理方法。
2. （２）前記検査ブロックは鋼管のクロップ部を除く中間
   部分について設定されていることを特徴とする請求項１
   記載の電磁超音波肉厚計の信号処理方法。
3. （３）前記検査ブロックの合否判定基準として、肉厚公
   差上限・下限のほかに肉厚管理公差上限・下限の項目が
   設けてあることを特徴とする請求項１記載の電磁超音波
   肉厚計の信号処理方法。
4. （４）前記検査ブロックの設定に加えて製品の定尺長に
   相当するピース切断点の位置が設定されていることを特
   徴とする請求項１または２記載の電磁超音波肉厚計の信
   号処理方法。
5. （５）鋼管の外径測定データと前記検査ブロックの肉厚
   値データとからその検査ブロック内の平均内径を演算し
   判定することを特徴とする請求項１もしくは２または４
   記載の電磁超音波肉厚計の信号処理方法。
6. （６）前記検査ブロックの肉厚値データを鋼管の長手方
   向及び円周方向に展開し表示もしくは記録することとな
   っていることを請求項１記載の電磁超音波肉厚計の信号
   処理方法。