JPS6042402B2 - 管状材の管壁厚み測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、管状材の周辺の複数点における管壁厚み
寸法を同時に非接触で測定することのできる管状材の管
壁厚みの測定装置に改良に関するものである。

第１図は、本発明者等が提案し、本出願人により別途
出願中の管状材の管壁厚みの測定方法を示す概念図であ
る 同図において、管状材２０の断面が示されているが
、管周長を３等分する点Ａ、ＢおよびＣにおける各管壁
の厚み寸法Ｘ、、Ｘ２およびＸ３を測定により求めるも
のとする。

Ａ点乃至Ｃ点のそれぞれに対応して、測定用放射線ビ
ーム３を放射する線源１と、これを収容して所定の方向
に放射線ビーム３を指向させる線源容器２と、管状材２
０の管壁を透過してきた放射線ビームを検出する検出器
４とから成る測定系が設けられている。

各符号数字には、所属の測定系を表わす文字Ａ、Ｂまた
はＣが添字してある。なお管壁を透過してきたビームの
検出器４Ａ乃至４Ｃによる検出出力を１、乃至１０とし
、管壁が存在しなかつたとした場合（すなわちビームが
直接入力してきた場合）の検出々力をそれぞれ１、０、
１１および１３０とする。各測定系の配置は第１図に示
す通りであり、一つの放射線ビームが二つの測定点に透
過するようになつており、各測定点についてみれぱ、互
いに異なる他の二つの測定点をそれぞれ透過する二つの
ビームが当該測定点を透過すように構成されている。
さて第１図において、検出器４の出力Ｉと管壁の厚み寸
法Ｘとの間には、一般的な放射線透過形厚さ計の基本式
として、次の関係式が成立している。

鳳３−エ３０トノ！Ｈｋ′１ｔＪｖ！覧＼′ゝ３１Ｖ（
′ｉ但し、μは使用した放射線の管壁材質に対す吸収係
数であり、ｋは測定点を透過する放射線ビームの管壁に
おける実際の通過長Ｓ（第１Ａ図参照）をその点におけ
る管壁の長さＸで割つた数である。

測定点における放射線ビームの透過方向と管状材の直径
方向とのなす角度θが零であればｋは１となるわけであ
る。管状材の形状に応じて測定点数、放射線ビームの幅
、放射線透過方法等を選ぶとにより、ｋは管壁厚みムラ
の影響を受けない定数とすることができる。さて前記（
１）乃至（３）式をの連立方程式としてその解を求める
と次の如くなる。

従つて、放射線ビームの検出器出力１１０，１１，１２
０，１２，１３０，１３および定数Ｐ，ｋから演算によ
り管壁厚みＸｌ，Ｘ２およびＸ３を求めることができる
。

以上の説明、測定点が３個の場合であつたが、一般に測
定点がｎ個の場合に、上述の測定方法を拡張することが
できる。ｎ個の測定点における管壁厚みをＸｌ，Ｘ２，
・・・Ｘｎとすると、各厚み寸法の間に次の如きサイク
リツクに変化する一定の関係式（連立方程式）が成立す
る。なお次の関係式は、前記（１）乃至（３）式等を対
数変換することにより得られるものである。上記（７）
式を、行列を用いて表現すると次の如くなる。

但し、ｎは奇数である。

第２図は、以上説明した測定方法の変形例、すなわちｎ
＝９の場合の方法を示す概念図である。

この場合、各測定点における厚み寸法Ｘｌ，Ｘ２・・・
為を求めるための連立方程式が次の行列により表わされ
ることは、上記（７ａ）式に照らし明らかであろう。第
３図は、ｎ＝９の場合の他の変形例を示す概念図である
。

第２図の場合と比較すると、測定点の数は同じであるが
、放射線ビームの透過する測定点の位置が相違する。す
なわち、第２図では、ビームの透過する位置の組合せは
、Ｘ１とＸ２，Ｘ２とＸ３，Ｘ３とＸｌ，Ｘ４とＸ５，
等々であつたが、第３図では、Ｘ１とＸｌ，Ｘ２とＸ５
，Ｘ３とＸ６，ＸｉとＸ７等々である。そこでの連立方
程式を行列で表わすと、次の如くなる。上記（９）式を
書き換えて次の（１０）式で表現することができる。

上記（１０）式から明らかなように、第３図の変形例は
、第１図に示した３点測定方式を３ケース行なうものに
ほかならないと云える。

第４図は、ｎ＝９の場合の更に別の変形例を示す概念図
である。

すなわち、ビームの透過する位置の組合せが、Ｘ１とＸ
６，Ｘ２とＸ７，Ｘ３とＸ８，Ｘ４とＸ９９Ｘ５とＸｌ
９Ｘｆ．と．Ｘ２９Ｘ７とＸ３９Ｘ８とχ９為と抛の如
くなつている。この場合の連立方程式を行列で表わすと
、次の如くなる。

第５図は、ｎ＝８の場合の実施例を示す概念図である。

この場合、偶数であるｎ個の測定点のうち、適当な奇数
ｍ個（この実施例では５個）について、測定系の出力値
によソー連の連立方程式を立て、ｍ個の測定点につき各
厚み寸法を求める。次に、厚み寸法の求まつたｍ個の測
定点のうちの一つと、未知の測定点とを透過するビーム
の強度を測定することにより、未知の測定点の厚み寸法
を求める。勿論最小二乗法を採用してもよい。第５図を
参照して具体的に説明する。ｎ＝８であるから、各測定
点の厚みをＸｌ，Ｘ２・・・・・・Ｘ８とする。

先ず８個の測定点のうち５点を選び、選ばれた点の厚み
寸法Ｘｌ，Ｘ３，Ｘ４，．Ｘ６，Ｘ７を先ず求めること
にする。連立方程式が次の如く得られることは、これま
での説明から容易に理解されるであろう。以上の連立方
程式を解いて次の解を得る。

未知の寸法はＸ５，Ｘ８，Ｘ２である。

そこで、Ｘ５と・Ｘｌ，Ｘ８とＸｌ，Ｘ２とＸ６の各組
合せに放射線ビームを透過させ、次の式を得る。Ｘ１は
既知故、上式から迅を求めることができノる。

同様にＸｌ，Ｘ６はそれぞれ既知故、上式からＸ８とＸ
２をそれぞれ求めることができる。

さて、以上、第１〜５図を参照して説明した管状材の管
壁厚み測定方法を実施する場合、次のような問題点があ
る。

すなわち、測定したいバイブの管周上の複数測定点に対
して、少なくとも測定点と同数の放射線ビームを照射す
ることが必要となるが、そのための装置の構成が煩雑に
なる点である。一般に核放射線を使用する場合は安全上
、線源シールドの厚さを５〜１０ｃｍ程度と大きくする
。

またＸ線発生装置に使用する場合も、線源の体積が同等
以上になることが多い。これらある程度の大きさを持つ
線源および線源容器を管周上の厚さ測定点数と少くとも
同じ数だけ、バイブ管周の外部に集中させることは、測
定点数が多くなると、構造上複雑になつて、実機として
製作できなくなる。実機製作が可能であるとしても、オ
ンライン計器としての保守性が極めて悪くなり、実用性
能が低下する。オンライン設置をする場合、構造が複雑
なため、実施が困難である。この発明は、本出顔人が別
途出願した管壁厚み測定方法を実施せんとする際におけ
る上述の如き問題点を解決するためになされたものであ
り、従つてこの発明の目的は、バイブ管周外部を線源お
よび線源容器等で複雑な構造とすることなく、本出願人
別途提案の測定方法を実施することができ、実機として
製作可能であるような管状材の管壁厚み測定装置を提供
することにある。

この発明の要点は次の点にある。

（１）シームレス鋼管等の製造工程の大部分においては
鋼管がその軸方向に走行させられていることを利用し、
鋼管の移動方向に沿つて測定系を分散配置し、結果的に
測定系の各放射線ビームが同一断面内にあると同じ測定
を行なえることを可能にした点。

（２）これにより、装置取付構造上の煩雑さを解消した
点。

次に図を参照してこの発明の実施例を説明する。

第６図は、この発明の一実施例を示す構成概略図である
。同図においては、放射線源と検出器を組合せた測定系
を、１，２，３と３組使用する。

そして１一１，１−２，１−３，１−４が第１測定系の
放射線源、線源容器、放射線ビーム、検出器であり、２
−１，２−２，２−３，２−４および３一１，３−２，
３−３，３−４がそれぞれ第２測定系および第３測定系
に属するそれらである。５は測定せんとするバイブであ
り、ここでは、バイブ５は、その軸についての回転はな
く、ただ図面において矢印の方向に速さνで移動してい
るものとする。例えば、プラグミルはこの条件が満足さ
れるものである。各測定系は、バイブ５の移動方向に沿
つて、図示の如く、間隔Ｅｌ，ｅ２を離して分散設置さ
れている。各測定系の放射線ビームの方向ずけは、各測
定場所におけるバイブ横断面Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、それ
ぞれ第７図に示すようになされる。第７図Ａ，Ｂ，Ｃの
各放射線を重ね合せると第７Ａ図に示す如くなり、これ
は、第１図に示した本出願人別途出願中の測定法におけ
る測定系の配置と同じになることが認められるであろう
。

さて第６図に戻る。以上述べたように、３組の測定系は
、バイブ５に沿つて一つずつ分散して配置されるので、
バイブ周辺が煩雑でなく簡素化され、測定系の現場取付
、保守が容易になる。三つの測定系から得られる出力信
号１″１，Ｉ゛２，１″３を用いてバイブ５の管周上の
３点の厚さを求めるわけであるが、３組の測定系が分散
配置されているため、３組の測定系から同時に得られる
出力信号１″１，Ｉ″２，Ｉ″３はバイブ５の同一横断
面について得られた値ではないから、これを次のような
手段を用いて、修正する必要がある。６は、バイブ５を
矢印方向に動させるためのドライブロールまたはバイブ
移動時に該バイブと滑りなく接触していアイドラの如き
、バイブ移動検出ロールであり、その回転軸に、回転量
（バイブ５の移動距離量）をディジタル量として出力す
るディジタルエンコーダ７を取付ける。

ここでエンコーダ７の出力Ｐは、時系列バイブとして出
力されるものであり、ロール６の回転量に比例してバイ
ブ数を出力する。例えば、ロール６の１回転当り、ｎ個
のバイブが出力されるものとする。ディジタルエンコー
ダ７の出力Ｐは、遅延回路８，９にそれぞれ入る。遅延
回路８，９は、それぞれ検出器２−４，１−４の出力１
″２，Ｉ″１に接続される。遅延回路９は、ディジタル
エンコーダ７の出力Ｐを用いて、その入力信号１″１を
、なる時間だけ遅延させて、１１なる出力信号として信
号処理器（演算装置）１０に向け出力する。

また遅延回路８は、エンコーダ出力Ｐを用いて、その入
力信号１″２をなる時間だけ遅延させて、１２なる出力
信号として信号処理器１０に向け出力する。

このようにして信号処理器１０に入力される信号１１，
１２，１３は、１１，１２について上述の如き遅延操作
をほどこしたことにより、３組の回転系によつてバイブ
の同一横断面を測定して得られた検出量に相当すること
となる。

以下、信号処理器１０におけるバイブ肉厚寸法を得るた
めの信号処理は、第１図を参照して先に説明した所と同
じである。以上、第６図を参照して、３組の測定系をバ
イブに沿つてそれぞれ分散する実施例を説明したが、測
定系の分散の態様は、これに限るものではない。測定点
数、測定系の設置条件、回転系の構造、寸法等により分
散の態様は任意に変えることができる。第８図は、この
発明の他の実施例を説明するのに用いる図であつて、バ
イブの横断面ＡとＢにおける放射線ビームの方向ずけを
示す説明図、第８図Ａは、第８図におけるＡ（５Ｂを重
ねて示した図である。

すなわち、第８図は、先に第５図を参照して説明した如
き、測定点が８個ある場合の測定装置について、測定系
を５個（Ａ断面）と３個．（Ｂ断面）に分散して場合の
実施例の説明図である。第８図のＡ（５Ｂを重ねて示し
た第８Ａ図が、先に示した第５図と一致することは説明
の要がないであろう。次に、この発明において用いる遅
延回路の構成．例を第９図を参照して説明する。

第９図を参照する。

ここでは検出器出力１は、アナログ電圧で入力されるも
のとする。入力信号Ｉは先ずＡ／Ｄコンバータ１５にお
いて、必要桁数をもつディジタル量に変換される。Ｒ桁
の２進・化ｗ進符号（ＢＣＤ）で出力を表わすものとす
ると、Ａ／Ｄコンバータ１５は、４Ｒビットのディジタ
ル出力を出力する。これらの出力を、４Ｒ個のシリアル
シフトレジスタ１６ａ，１６ｂ〜１６ｎに接続する。シ
フトレジスタのシフトパルスＣＬとして、第６図におけ
るディジタルエンコーダ７の出力Ｐを用いる。各シフト
レジスタのビット数ｍは、必要な遅延時間分解能に応じ
て定めればよい。測定バイブの移動距離Δｅを単位とし
て遅延量を得たければ、第６図の遅延回路８については
、・を満足するようにｍとｎを定めればよい。

なおｋは、ロール６の直径寸法であり、ｎはロール６が
１回転するときにエンコーダ７が出力するパルス数であ
る。また第６図の遅延回路９については、 を満足するようにｍ′Ｆ）ｎを定めればよい。

このようにすると、遅延回路への入力信号１は、ディジ
タル量に変換され、測定バイブが一定距離移動するごと
に、遅延回路であるシフトレジスタ内を、１ステップず
つ移動して行き、遅延回路８については、測定バイブが
距離Ｅ２だけ移動すると、レジスタ出力側に入力信号１
が出てくることになり、遅延回路９については、（′１
＋′２）だけバイブが移動すると、シフトレジスタ出力
側に入力信号１が出てくる。すなわち、遅延回路８と９
は、それぞれ入力信号１を、だけ遅延操作することにな
る。

以上説明したとおりであるから、この発明によれば、バ
イブ管周外部の特定個所に測定系を集中して配置するこ
とを要せず、バイブの移動方向に沿つて分散配置できる
ので、バイブ管周の構造の煩雑さを回避でき、実機とし
て製作可能であると共に、保守も容易な管状材の管壁厚
みの測定装置を提供できるという利点がある。

この発明による測定装置は、放射線種およびエネルギー
の強弱を適当に選択することにより、ガラス、プラスチ
ック、ゴム、紙、繊維、金属等の材質から成る管状材に
も適用することができる。

また管状でなくても、一定の断面形状をもつ中空体にも
適用できることは勿論である。また放射ビームの代りに
、赤外、可視、紫外の各光線や、Ｘ線や、各種粒子線等
を用いることも可能である。またこの発明の実施に際し
、測定値の演算処理用にコンピュータ（ミニコンピュー
タ或いはマイクロコンピュータ等）を使用すれば迅速な
処理が可能となり好都合である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本出願人にり別途出願中の管状材の管壁厚み
測定方法を示す概念図、第１Ａ図は、第１図における要
部の寸法関係を示す説明図、第２図は、上記測定方法の
第１の変形例を示す概念図、第３図は同じく第２の変形
例を、第４図は同じく第３の変形例を、第５図は、同じ
く第４の変形例をそれぞれ示す概念図、第６図は、この
発明の一実施例を示す構成概要図、第７図は、第６図の
バイブ横断面Ａ，Ｂ，Ｃにおける放射線ビームの方向ず
けを示す説明図、第７Ａ図は、第７図におけるＡ，Ｂ，
Ｃを重ねて示した図、第８図は、この発明の他の実施例
を説明するのに用いる図であつて、バイブの横断面ＡＩ
：．Ｂにおける放射線ビームの方向ずけを示す説明図、
第８Ａ図は、第８図におけるＡとＢを重ねて示した図、
第９図は、この発明において用いる遅延回路の構成例を
示すブロック図である。 図において、１は放射線源、２は同線源容器、３は放射
線ビーム、４は同検出器、５はバイブ、６はバイブ移動
検出ロール、７はディジタルエンコーダ、８と９はそれ
ぞれ遅延回路、１０は信号処理器（演算装置）、１５は
Ａ／Ｄコンバータ、１６はシフトレジスタ、２０は管状
材を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも３本の放射線ビームが相互に交叉し、そ
   れら交点を頂点として正奇数多角形が形成されるように
   前記ビームを投射する少なくとも３組のビーム投射系と
   、前記多角形の頂点がすべて管状材の肉厚部に含まれる
   如く該管状材を位置決めし、該管状材の肉厚部を透過し
   た前記放射線ビームの透過後の強度をそぜぞれ測定する
   前記投射系に対応した各測定手段と、それら測定値を入
   力され、演算により、前記多角形の頂点の位置する個所
   の管状材の肉厚寸法を管壁厚みとして求める演算装置と
   、から成る管状材の管壁厚みの測定装置において、前記
   管状材をその軸方向に移動させながら、その移動方向に
   沿つて前記各ビーム投射系を各々分散配置し、各投射系
   に対応する前記各測定手段からの測定値信号を、管状材
   の移動に応じて前記演算装置に入力させることにより、
   管状材の同一横断面における管壁厚みを測定することを
   特徴とする管状材の管壁厚みの測定装置。