JP6230841B2 - 肉厚測定装置を用いた配管の減肉評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、肉厚測定装置を用いた配管の減肉評価方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、配管の減肉の深さと減肉の大きさを抽出し、配管の内面減肉のリスクを定量的に評価するための技術に関する。

１９６０〜１９７０年代の高度経済成長期に建設された日本の多くの化学プラントは、運転開始から４０年以上が経過したものが多く、高経年劣化が懸念されている。化学プラントではプロセスの過程で大量の危険性、有害性、引火性の物質を反応、精製、貯蔵しており、事故が発生すると多大な損失と社会信用の喪失を招いてしまう。このような化学プラント設備の中でも配管は数量が膨大であり、特にエロージョン（浸食）、コロージョン（腐食）を代表とした内面減肉に関しては、外部の目視点検では検出することができず、漏洩事故に至ってから初めて内面減肉の存在が判明することもある。

このような配管の内面減肉については、配管の材質や内面環境（流体の種類、温度、相状態）、運転条件（流速、連続運転又は交互運転など）などで区分される配管系毎に、その発生可能性を予測し、可能性が有ると判断される配管系については、非破壊検査（超音波探傷検査、放射線透過検査等）や破壊検査を実施して評価を行うのが一般的である。また、配管系全体の腐食管理を行う場合、減肉部の位置特定は当然ながら、減肉部の深さと大きさを定量化し減肉の分布特性を把握し、その後の進展管理を効率的かつ論理的に実施することが、多種多様の配管系、膨大な配管数を持つ化学プラントにおいては重要なポイントである。

上述のような内面減肉の課題を有するプラントの一例として、高圧ガス設備においては、配管が十分な肉厚を有していることを確認するため、保安検査基準（ＫＨＫＳ ０８５０−１（２００９）等）に従って肉厚測定を１年に１回実施する必要がある。この肉厚測定では、配管系の中でもっとも減肉しやすいと予想される部位を選んで、毎年同じ箇所（定点）を測定し、経年の減肉量と腐食速度を算出することで、寿命予測管理が実施されている（以降、定点管理と言う。）。配管の寿命評価は、下記の数式１によって、超音波肉厚測定で得られた最小厚さから減肉速度を求めることで行われている。
ただし、
Ｌ_R：直近に実施した肉厚測定検査の時期を起点とした余寿命(年)
Ｔ：直近に実施した肉厚測定検査の時期における最小肉厚(mm)
Ｔ_a：基準値(必要最小肉厚等)(mm)
Ｃ_R：減肉速度(mm／年)
Ｙ：配管設置年(年)
Ｔ_D：設計肉厚(mm)

超音波肉厚測定装置としては、厚み測定センサ、ガイドレール、走行台車、回転リング、位置検出センサ、制御手段などから構成される装置が開示されている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１に開示されている超音波肉厚測定装置は、直管及び曲がり管の外側に取付け固定されるガイドレールと、ガイドレールに沿って移動する走行台車と、走行台車に回転自在に設けられる回転リングと、回転リングに取付けられる２台の厚み測定センサと、走行台車に設けられたロータリエンコーダ（第１の位置検知センサの一例）及びマイクロエンコーダ（第２の位置検知センサの一例）と、厚み測定センサで測定された配管の厚みを、ロータリエンコーダ及びマイクロエンコーダで得られた測定位置と共に表示する制御手段からなる。この超音波肉厚測定装置においては、測定により所定ピッチ（例えば、０．５〜５ｍｍの範囲）で測定データの収録を行う。この測定データとは、検出される反射エコーと、ロータリエンコーダ及びマイクロエンコーダのカウント、即ち超音波探触子の曲がり管の軸心方向（Ｘ方向）及び周方向（Ｙ方向）の移動距離である。これにより、曲がり管の位置ごとの厚みが計算される。曲がり管の２次元平面展開図に、その分布状況を、所定の厚み範囲ごとに、複数の範囲に分割して色分け表示した厚さ色分け分布図が表示される。

また、超音波探傷法によって配管肉厚の腐食状態を自動的に検査し腐食を推定する方法が開示されている（例えば特許文献２参照）。この推定方法では、超音波パルス反射法で得られる欠陥エコー高さと欠陥エコーの多重エコー高さによって配管内面の局部腐食の形状を、代表的な３種類の局部腐食形状（平底穴型（又は潰食）、丸底穴型（孔食）、Ｖ溝型（溝食））に分類し、また、欠陥エコー高さと底面エコー高さの比を用いることによって配管内面の局部腐食の大きさを推定する手法が行われている。

特開２００９−２３６６１３号公報 特許第３５８１３３３号公報

しかしながら、上述したような従来の定点管理の場合、測定範囲は極めてスポット的であり、測定する位置（定点）が最大減肉部から外れ局所的な減肉部を見逃す可能性が高く、また、経年の減肉量や腐食速度の傾向を正しく管理する場合は、測定する位置（定点）がずれない様に配慮しなければならない。さらに、わずか数点の肉厚データのみでは、配管の減肉の形態や特徴、その内面減肉のリスクまでを言及することは不可能である。

また、特許文献１に記載された超音波肉厚測定装置を用いて減肉評価を行う場合、一定面積で得られた管の肉厚の離散データから最小肉厚（又は最大減肉量）を自動的に算出するのは容易である。

さらに、特許文献２に記載の腐食形状寸法の推定方法においては、予め形状を模擬した試験片の作成と閾値設定が必要になる。また、このような試験片との対比試験方法は、計測システムの構成や設計要件（例えば探触子の材質、大きさ、焦点特性など）、及び探傷条件（例えば試験対象の探傷面の状態、探触子の押し付け圧力など）が変化すると、検出特性が変化するため、設計要件毎に個別の閾値設定や試験が必要となる場合も考えられることから、形状判定に至るまでに一定の手間を要することになる。

従来技術が抱えることのあるこれらの課題は、要は、化学プラント等の膨大な数の配管設備において、配管系毎の内面減肉のリスクを定量的に評価することができれば、配管系全数の全面検査が不可能としても、従来より高いレベルの安全性能を確保できる可能性がある。また、このような様々な配管系の減肉リスクを定量的に評価することができれば、リスクの大きさに応じた計画的で効率の高い検査計画を推し進めることができ、これはプラント等における信頼性能の向上に資する。しかも、減肉リスクを定量的に評価するにあたり、超音波肉厚測定装置で得られる肉厚離散データの位置情報や肉厚情報を利用できれば、特許文献１記載の超音波肉厚測定装置に限定されず、それ以外の測定装置を用いたとしても減肉のリスクを定量的に評価することが可能となる。

そこで、本発明は、配管設備において、超音波肉厚測定装置で得られた肉厚離散データの位置情報と肉厚情報から、当該配管の減肉の深さと減肉の大きさを抽出し、配管の内面減肉のリスクを定量的に評価できる、超音波肉厚測定装置を用いた配管の減肉評価方法を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。配管内面の減肉は、滑らか（均一的）に生じているようなものであれば将来的な減肉の進行の予測や寿命予測管理が比較的容易であるから、この場合には、その後に定点管理を行うことによって寿命予測管理をするという対応が可能である。ところが、多種多様の流体を取り扱う化学プラントでは、実際には、減肉要因や減肉現象が様々で、思わぬ部位でも局所的に生じる減肉現象も散見される。配管系ごとに減肉リスクは異なることから、これらを定点管理によって寿命予測管理することは効率的でない。そうすると、このような局所的な現象が生じた場合、他の未検査領域について検査範囲を拡大して他の配管にも拡張して検査ができるかどうか、できるとすればどのような検査方法を適用するのが最も適しているかが信頼性能の向上の鍵となる。超音波肉厚測定装置で得られた肉厚離散データの位置情報と肉厚情報に着目し、このような観点からさらに検討を重ねた本発明者は、かかる課題の解決に結び付く知見を得るに至った。

本発明はかかる知見に基づくもので、配管に生じる減肉現象を肉厚測定装置により取得した肉厚測定情報を利用して評価する方法であって、
前記肉厚測定装置から、平面上に表された肉厚分布図を得、
該肉厚分布図に所要の前処理を行い、
前記肉厚測定情報として平面座標値と該平面座標値に対応した肉厚の情報とを含む測定画像を求め、
測定画像から、肉厚極小値を検出し、肉厚極小値の前記平面上の位置と肉厚を記録し、
所定の大きさを有する模擬減肉形状からなる基準画像Ａi（i＝１〜ｎ）のデータと、前記測定画像のデータとをそれぞれフーリエ変換して合成データとし、
その後、前記合成データを逆フーリエ変換した相関画像Ｃi（i＝１〜ｎ）を得、
前記肉厚極小値の位置毎に相関画像Ｃi（i＝１〜ｎ）の画素を比較し、
当該画素が最大となるｉ（i＝１〜ｎ）に対応する模擬減肉形状を評価に用いることを特徴とする。

本発明に係る配管の減肉評価方法においては、まず、肉厚測定装置から得られる肉厚分布図を処理し、たとえ荒れた情報が含まれている形状データであっても評価に用いることができるデータにする（第１段階）。肉厚測定装置から得られる平面上に表された肉厚分布図（図１６参照）を所定の単位面積で切り出した肉厚分布図（図１７参照）において、肉厚分布図中の欠測値および異常値（隣接した測定値と大きく乖離した測定異常値のことであり、以下、「測定異常値」または「ノイズ」という）となったデータの、近傍の測定値の平均値（欠測値および異常値を除く平均値）を用いて、欠測値および異常値を補間した結果（図１８参照）を作成する。

なお、本明細書において、「欠測値」とは、超音波の透過または反射が得られず、データが取得できないところで肉厚が未測定となり肉厚の数値が得られない部分の値をいう。また、「異常値」とは、超音波を阻害する測定面の凹凸、付着物、きず等で超音波の正しい反射が得られず、正しい肉厚データを取得できないところで、近接データから著しく乖離した値をいう。以下、「欠測値」と「異常値」の両者を合わせて「測定異常値」ともいう。

つぎに、所定の大きさを有する減肉形状を模擬した基準画像Ａi（i＝１〜ｎ）のデータ（図２４、図２５参照）と、測定画像（図１８参照）のデータとをそれぞれフーリエ変換して合成し、その後、逆フーリエ変換したデータから基準画像Ａiと測定画像（ただし、測定異常値が除去される前の段階の測定画像）との相関の程度を得、最も高い相関が得られた高相関基準画像Ａｘを決定し（第２段階）、該高相関基準画像Ａｘにおける模擬減肉形状の大きさを当該測定画像における減肉部分の大きさとする。形状データ自体は、従来の超音波肉厚測定装置等によって得られる肉厚測定情報として得られるものであり、本発明では、これに所定の処理を施し、形状モデル化することで、対象とした減肉が局所的なのかあるいはそうでないのか把握することを可能としている。減肉が滑らか（均一的）な態様であって局所的でない場合には、従来通りの検査方法による保守管理（例えば定点管理）で対応することが可能である。一方で、減肉が局所的である場合には、従来通りの検査方法では見逃しが生じる、あるいは類似の環境下にある他の配管に対しても内面減肉のリスクが懸念されることから、検査範囲を拡大して他の配管にも拡張して検査を行うといった対応が可能である。

また、上述の減肉評価方法においては、円形の模擬減肉の範囲の径をＤ、当該模擬減肉形状の位置において得られた減肉の深さのうち最大のものをＨとした場合におけるＨ／Ｄ値を抽出し、配管の内面減肉の進展リスクを表すパラメータとして該抽出されたＨ／Ｄ値を用い、減肉の経年劣化による進展リスクを定量的に求めることができる。Ｈ／Ｄ値が低い場合は、減肉の厚さ方向への進展リスクは小さく、一方Ｈ／Ｄ値が高い場合は、減肉の厚さ方向への進展リスクが大きいと判断することができる。内面減肉のリスクが大きい配管系は、従来通りのスポット的な超音波肉厚検査では見逃しが生じるリスクが大きく、このような配管は検査範囲を拡大するなどといった対策を講じる必要がある。また、リスクが大きいと判断される配管系と、類似の流体環境や運転条件の環境下にある他の配管に対しても内面減肉のリスクが考えられ、この評価を各配管系に実施し、リスクに応じた検査を適用することで化学プラント等における膨大な数の配管の減肉リスクの低減が図れる。

この肉厚測定装置を用いた配管の減肉評価方法においては、基準画像Ａiにて模擬した減肉の形状が平面座標では円形状または楕円形状であってもよい。減肉した部位における実腐食や浸食の実際の形状は様々であり、不定形等のいびつな形状になっている場合もある。しかし、一般的に平面座標上では腐食は円形状に広がっていく傾向があり、最後には円形状の貫通穴になることから、減肉形状を円形状に模擬した基準画像Ａiが最も好ましい。

また、本発明にかかる減肉評価方法においては、基準画像Ａi（i＝１〜ｎ）のフーリエ変換後のデータから位相に関するデータを取り出し、該位相に関するデータと、フーリエ変換後の測定画像のデータとを合成することができる。基準画像Ａiとしてある所定の形状を模擬し、i＝１〜ｎの複数種類の基準画像Ａiを適用して測定画像との相関を求める場合、当該基準画像Ａiの振幅はさしたる意味を持たない。したがって、当該基準画像Ａiの振幅に関するデータを除いてから合成することによっても、配管の内面減肉のリスクを定量的に提供することが可能である。

また、本発明にかかる減肉評価方法においては、肉厚測定装置による肉厚測定情報に測定異常値が含まれる場合に、所要の前処理として、該測定異常値周辺における測定値の平均値を推定値として補間する処理を実施することが好ましい。肉厚測定装置による肉厚測定情報には、例えば、隣接した測定値と大きく乖離した値といった測定異常値が含まれる場合があるが、本発明によれば、上述のごとき前処理を実施することで、測定異常値を含んでおりいわば荒れた状態の肉厚測定情報であっても該情報から測定異常値を除去し、基準画像Ａiと合成させうる測定画像のデータを得ることができる。

本発明によれば、配管設備において、肉厚測定装置で得られた肉厚離散データの位置情報と肉厚情報から、当該配管の減肉の深さと減肉の大きさを抽出し、配管の内面減肉のリスクを定量的に評価することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る配管の測定装置の使用状態の説明図である。 同配管の測定装置の部分正断面図である。 同配管の測定装置の走行台車の下部走行部の部分側断面図である。 （Ａ）同配管の測定装置の走行台車の下部走行部の部分平断面図、（Ｂ）部分正断面図である。 同配管の測定装置の走行台車の上部走行部の部分側断面図である。 （Ａ）同配管の測定装置の走行台車の上部走行部の部分平断面図、（Ｂ）部分正断面図である。 （Ａ）同配管の測定装置の走行台車の走行駆動部の部分平断面図、（Ｂ）部分正断面図、（Ｃ）部分側断面図である。 （Ａ）同配管の測定装置のリング回転駆動部の部分平断面図、（Ｂ）部分正断面図、（Ｃ）部分側断面図である。 （Ａ）同配管の測定装置の回転リングの正面図、（Ｂ）側面図である。 （Ａ）同配管の測定装置の厚み測定センサの平面図、（Ｂ）正面図、（Ｃ）側面図、（Ｄ）部分側面図である。 同配管の測定装置の説明図である。 同配管の測定装置によるデータ処理のフローチャートである。 同配管の測定装置により処理されたデータから曲がり管の各種情報を表示するためのフローチャートである。 曲がり管の展開図を作成するための説明図である。 作成した曲がり管の展開図の説明図である。 配管の超音波肉厚測定装置によって得られた展開図平面上に表された測定結果の画像（肉厚分布図）の一例を示す図である。 肉厚分布図から所定の単位面積で切り出した画像の一例を示す図である。 肉厚分布図中の欠測値となったデータの近傍の測定値の平均値として補間した結果の一例を示す図である。 （ａ）欠測値を含む測定値の一例、（ｂ）欠測値をその近傍３×３の領域の有効なデータの平均値で補間した一例を示す図である。 （ａ）平滑化計算する領域を測定値近傍の７×７の領域とした場合（以下、平滑化係数のサイズ：７×７と称す）の平滑化係数の一例と（ｂ）その平滑化係数を３Ｄ表示したものを示す。 （ａ）平滑化計算する領域を測定値近傍の１３×１３の領域とした場合（以下、平滑化係数のサイズ：１３×１３と称す）の平滑化係数の一例と（ｂ）その平滑化係数を３Ｄ表示したものを示す。 （ａ）平滑化係数のサイズを７×７とした場合の平滑化画像の一例、（ｂ）平滑化係数のサイズを１３×１３とした場合の平滑化画像の一例を示す図である。 （ａ）平滑化係数のサイズが７×７の場合における極小値の位置を解析により検出した結果の一例、（ｂ）平滑化係数のサイズが１３×１３の場合における極小値の位置を解析により検出した結果の一例、（ｃ）平滑化係数のサイズが７×７の場合に得た極小値の位置と、平滑化係数のサイズが１３×１３の場合に得た極小値の位置を、重ね合わせて得た結果の一例を示す図である。 （ａ）回転体の基部の直径Ｄ＝２０のときの基準画像を３Ｄ表示したものと（ｂ）濃淡表示したものの例を示す図である。 （ａ）回転体の基部の直径Ｄ＝４０のときの基準画像を３Ｄ表示したものと（ｂ）濃淡表示したものの例を示す図である。 基準画像のフーリエ変換後の位相データと、測定画像のフーリエ変換データを合成し、これを逆フーリエ変換した画像を示す図である。 基準データと補間画像との相関を求めるパターンマッチング手法（“半”位相限定相関法）のロジックをフローで示す図である。 参考として他のパターンマッチング手法（相関法）のロジックをフローで示す図である。 参考としてさらに他のパターンマッチング手法（位相限定相関）のロジックをフローで示す図である。 （ａ）原画像の一例、（ｂ）フーリエ変換結果から位相成分のみを取り出し、逆フーリエ変換を行った結果の一例を示す図である。 （ａ）回転体形状で模擬した測定画像、（ｂ）３種の相関手法での相関値ピーク示したグラフである。 （ａ）四角柱状で模擬した測定画像、（ｂ）３種の相関手法での相関値ピーク示したグラフである。 極小値が得られた箇所について、最も相関がある基準画像を求め、減肉範囲と減肉深さの関係をグラフに示した図である。 減肉の無い新品の配管について、減肉範囲と減肉深さの関係をグラフに示した図である。 一様に減肉の進んだ配管について、減肉範囲と減肉深さの関係をグラフに示した図である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

以下に説明する本発明の一実施形態では、まず超音波肉厚測定装置１０について説明し、その後、配管の内面にて生じる減肉現象を当該超音波肉厚測定装置１０による肉厚測定情報を利用して評価する方法について説明する。

＜超音波肉厚測定装置１０＞
超音波肉厚測定装置１０は、超音波を用いて配管等の肉厚を測定するための装置である。該超音波肉厚測定装置１０の具体的構成は、例えば特許文献１に詳しいが、これについて言及すれば以下のとおりである。

図１〜図１１に示すように、本発明の一実施形態に係る配管の超音波肉厚測定装置（以下、単に測定装置ともいう）１０は、曲がり管（配管の一例）１１の外側に取付け固定されるガイドレール１２と、ガイドレール１２に沿って移動する走行台車１３と、走行台車１３に回転自在に設けられる回転リング１４と、回転リング１４に取付けられる厚み測定センサ１５と、走行台車１３に設けられたロータリエンコーダ（第１の位置検知センサの一例）１６及びマイクロエンコーダ（第２の位置検知センサの一例）１７と、厚み測定センサ１５で測定された曲がり管１１の厚みを、ロータリエンコーダ１６及びマイクロエンコーダ１７で得られた測定位置と共に表示する制御手段１８とを有する。以下、詳しく説明する。

厚みの測定対象である曲がり管１１とは、例えば、エルボ管である。なお、曲がり管は、これに限定されず、これらを組み合わせて、又は単体で、例えば、波形又は略波形に構成したものでもよく、またベント管でもよい。

図１に示すように、曲がり管１１の外側に取付けられるガイドレール１２は、曲がり管１１の外側線から一定の距離Ｄを有して固定されている。この曲がり管１１の外側線とは、曲がり管１１の軸心と一定の距離を有する線を意味し、本実施形態においては、曲がり管１１の最大曲率半径に位置する線、即ち曲がり管１１の背側に位置する線（最外側線）Ｌ１を意味している。しかし、これに限定されるものではなく、例えば、曲がり管１１の最小曲率半径に位置する線、即ち曲がり管１１の腹側に位置する線Ｌ２、又は曲がり管１１の側方、即ち曲がり管１１の背側と腹側の中間に位置する線Ｌ３でもよい。

ガイドレール１２は、ガイドレール１２の裏面（曲がり管１１との対向面）と、曲がり管１１の線Ｌ１との距離（最短距離）Ｄが、曲がり管１１の長手方向に渡って、例えば、５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内で一定となる曲率半径を有するように曲げられている。このガイドレール１２は、例えば、厚みが１〜１０ｍｍ、幅が２０〜５０ｍｍの断面長方形となった金属製のものである。

なお、ガイドレールの形状は、これに限定されるものではなく、例えば、断面正方形でもよく、また断面円形、断面楕円形等でもよく、更には、中空、板、又は棒でもよい。そして、ガイドレールは、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、又はアルミニウム合金等の金属製で構成されているが、強化プラスチック等も使用でき、更には、ガイドレールの表面に、コーティング材（例えば、ゴム、樹脂等）を貼り着けてもよい。

ガイドレール１２の長手方向の両側端部（片側のみでもよい）には、ガイドレール１２を曲がり管１１へ取付けるためのレール固定部１９、２０が設けられている。このレール固定部１９、２０は、それぞれＬ字状となった接続部２１を有し、この接続部２１の先側端部には、ガイドレール１２がねじ２２によって取付けられ、基側平坦部には、鉄製の曲がり管１１に吸着する磁石（固定手段の一例）２３がボルト２４によって取付けられている。

この磁石２３は、曲がり管１１と接触する断面がＶ字状となっており、このＶ字状の２つの面が、曲がり管１１を挟むようにその表面に当接する構成となっている。このため、曲がり管１１の直径が多少変わっても、磁石２３の２つの面が曲がり管１１の表面に接触する範囲であれば、１種類の磁石で直径の異なる複数種類の曲がり管に対応できる。なお、曲がり管が鉄でなく、例えば、磁性を有しない金属（例えば、ステンレス）、セラミックス、プラスチック、又はゴムで構成されている場合は、バンド又は固定リングを使用して、レール固定部１９、２０を曲がり管１１に縛り付け固定してもよい。

図１〜図７に示すように、ガイドレール１２に取付けられる走行台車１３は、下部走行部２５、上部走行部２６、及び走行駆動部２７を有している。

下部走行部２５は、図３、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ガイドレール１２を裏面側から囲むように配置される正断面視して溝状の下部走行ベース２８を有している。この下部走行ベース２８内には、その軸心がガイドレール１２の長手方向に直交して配置される対となる走行ローラ軸２９が、間隔を有して回転自在に設けられ、各走行ローラ軸２９には、ガイドレール１２の裏面の幅方向両側に接触する対となる走行ローラ３０が設けられている。また、下部走行ベース２８内の側部であって、ガイドレール１２の幅方向両外側には、ガイドローラ軸３１が立設され、このガイドローラ軸３１にベアリング３２を介して、ガイドレール１２を幅方向から挟み込んで接触するガイドローラ３３が設けられている。

上部走行部２６は、図５、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ガイドレール１２の表面側を覆うように、ねじ３４によって下部走行ベース２８の上側に取付けられる上部走行ベース３５を有している。この上部走行ベース３５には、その軸心がガイドレール１２の長手方向に直交して配置される対となる走行ローラ軸３６が、間隔を有して設けられ、各走行ローラ軸３６に、ガイドレール１２の表面の幅方向両側に接触する対となる走行ローラ３７が、それぞれベアリング３８を介して設けられている。

なお、図１に示すように、下部走行部２５の走行ローラ３０と、上部走行部２６の走行ローラ３７とは、ガイドレール１２の長手方向の異なる位置（本実施形態では、走行ローラ３０の走行方向前側と後ろ側に走行ローラ３７を配置）に設けられているが、同じ位置でもよい。このように構成することで、下部走行部２５の走行ローラ３０、ガイドローラ３３、及び上部走行部２６の走行ローラ３７が、それぞれガイドレール１２の裏面、側面、及び表面に接触するので、ガイドレール１２の長手方向に沿って、走行台車１３をスムーズに移動させることができる。

この上部走行ベース３５内の側部には、回動軸３９が立設され、この回動軸３９に、ロータリエンコーダ１６が取付けられた載置台４０が、ベアリング４１を介して回動自在に取付けられている。なお、ロータリエンコーダ１６はエンコーダケース４２に収納されている。ここで、上部走行ベース３５と載置台４０とは、引張ばね４３で接続され、自由状態では、回動軸３９を中心として、載置台４０がガイドレール１２の幅方向中心位置に向けて付勢されている。

載置台４０上に配置されたロータリエンコーダ１６の入力軸４４は、ベアリング４５を介して載置台４０の下方に突出して設けられ、しかもガイドレール１２の側方に配置されている。この入力軸４４には、ガイドレール１２の側面に接触する距離測定用ローラ４６が取付けられている。これにより、走行台車１３がガイドレール１２に沿って移動する場合、引張ばね４３の力によって、距離測定用ローラ４６がガイドレール１２の側面に常時接触した状態を維持するため、距離測定用ローラ４６の回転角度がロータリエンコーダ１６に入力され、走行台車１３の移動距離を測定できる。

図３、図５、及び図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、上部走行ベース３５の上側には、走行駆動部２７のケーシング４７が取付けられている。

ケーシング４７内には、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、走行台車１３を移動させるための駆動モータ４８と、ガイドレール１２の表面に接触する駆動ローラ４９と、駆動モータ４８と駆動ローラ４９を接続する減速手段５０が内装されている。ここで、減速手段５０は、駆動モータ４８の出力軸５１に設けられたモータ平歯車５２と、このモータ平歯車５２に螺合する車軸用平歯車５３と、この車軸用平歯車５３に接続され、ケーシング４７にベアリング５４を介して回転自在に支持されたウォームホイル５５と、このウォームホイル５５に螺合するウォームギア５６で構成されている。また、駆動ローラ４９は、ウォームギア５６が取付けられ、ケーシング４７にベアリング５７を介して回転自在に支持された回転軸５８に取付けられている。

図１〜図３、図７（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、ケーシング４７の上端部に設けられたガイド部５９の孔６０には、上部走行ベース３５に立設されたセット軸６１が挿通し、ケーシング４７が上部走行ベース３５に対して上下動自在に取付けられている。このセット軸６１の下側には、高さ位置が固定された止め部６２が取付けられ、この止め部６２とケーシング４７のガイド部５９との間に、圧縮ばね６３が取付けられ、ガイド部５９から突出したセット軸６１の上端部に、レバー６４が回動自在に設けられている。なお、レバー６４は、ケーシング４７の上面側に倒したり、また直立状態にすることで、てこと偏心カムを利用して、ケーシング４７を上部走行ベース３５上に押圧したり、またその押圧を解除したりできる。

このように構成することで、レバー６４をケーシング４７の上面側に倒した場合、ケーシング４７が上部走行ベース３５の上面側に押圧されるため、圧縮ばね６３が縮み、駆動ローラ４９をガイドレール１２の表面に接触させた状態を維持できる。これにより、駆動モータ４８を駆動させることで、駆動ローラ４９が回転し、走行台車１３をガイドレール１２に沿って移動させることができる。

一方、レバー６４をケーシング４７に対して直立状態にした場合、圧縮ばね６３が自由状態となって、ケーシング４７が上部走行ベース３５の上面から離れ、駆動ローラ４９がガイドレール１２の表面と離れた状態を維持できる。これにより、走行台車１３をガイドレール１２に取付ける際に、駆動ローラ４９が上部走行部２６の走行ローラ３７よりもガイドレール１２側へ突出することを防止できるため、ガイドレール１２への走行台車１３の取付け作業が良好である。

図１、図２、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、下部走行ベース２８の下側には、リング回転駆動部６５のフレーム６６が取付けられている。

フレーム６６には、曲がり管１１の軸心と同一方向に配置される回転軸６７が、フレーム６６の基部と中央部に設けられたベアリング６８、６９を介して、回転自在に取付けられている。この回転軸６７の中央部には、マイタギア７０が設けられており、その先部には、駆動平歯車７１が取付けられている。

回転軸６７に取付けられたマイタギア７０を中心としてその両側には、出力軸にマイタギア７２が取付けられた駆動モータ７３と、入力軸にマイタギア７４が取付けられたマイクロエンコーダ１７が、それぞれ配置されている。なお、駆動モータ７３とマイクロエンコーダ１７は、それぞれケース７５、７６内に収納されている。これらのマイタギア７０、７２、７４は、マイタギア７０を中心にして互いに螺合しているため、駆動モータ７３の出力がマイタギア７２を介して回転軸６７を回転させると共に、その回転角度がマイタギア７４を介してマイクロエンコーダ１７に入力される。

フレーム６６の中央部には、ガイドレール１２の幅方向に間隔を有して配置されるガイドローラ７７、７８が、回転自在に設けられている。また、このフレーム６６の先部には、吊り下げ状態となった固定板７９が設けられ、この固定板７９の下部には、ガイドレール１２の幅方向に間隔を有して配置されるガイドローラ８０、８１が、回転自在に設けられている。これにより、ガイドローラ７７、７８の下方に、ガイドローラ８０、８１が配置される。

ここで、各ガイドローラ７７、７８、８０、８１の回転中心は平行に配置されており、しかもガイドローラ７７とガイドローラ８０の間隔と、ガイドローラ７８とガイドローラ８１の間隔とが同一となっている。なお、これらの間隔は、固定板７９に設けられた２つの圧縮ばね８２により、調整自在となっている。

図１、図２、図８（Ｂ）に示すように、リング回転駆動部６５には、回転リング１４が取付けられている。

回転リング１４は、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、曲がり管１１の外側周方向に配置されるものであり、曲がり管１１の外径よりも大きな内径を有する円形のガイドリング８３と、円形のラックギア８４を有している。このガイドリング８３の片面には、ラックギア８４の片面が、その軸心を同一にして、ねじ８５により一体的に接続されている。

なお、ガイドリング８３は、前記したリング回転駆動部６５のガイドローラ７７とガイドローラ８０との間、及びガイドローラ７８とガイドローラ８１との間に、その幅方向から挟み込まれるように配置される。また、ラックギア８４は、リング回転駆動部６５の駆動平歯車７１に螺合するように配置される。

このガイドリング８３とラックギア８４は、それぞれその軸心を中心として２つに分割されており、しかもその分割位置をずらしている。このため、ガイドリング８３とラックギア８４のずれた部分を重ね合わせ、固定ねじ８６によって接続することで、回転リング１４を容易に環状に形成できる。

このように、回転リング１４を、回転リング１４の軸心を中心として２以上に分割することで、回転リング１４のリング回転駆動部６５への取付け作業、及び曲がり管１１への配置作業を容易にできると共に、回転リング１４を環状のまま持ち運ぶ必要がないため作業性を良好にできる。なお、回転リングは、分割しなくてもよく、また曲がり管１１の外径等に応じて３以上に分割してもよい。更に、回転リングの分割は、回転リングの軸心を中心として等角度に行ったが、異なる角度でもよい。これにより、各ガイドローラ７７、７８、８０、８１によって、ガイドリング８３を走行台車１３に対して回転自在な状態に支持できるので、駆動平歯車７１によりラックギア８４を回転させ、回転リング１４を曲がり管１１の軸心を中心として周方向に回転できる。なお、測定誤差が生じない範囲であれば、回転リング１４の回転中心と曲がり管１１の軸心とが完全に一致しなくてもよい。

図１、図２、図９（Ａ）に示すように、回転リング１４のラックギア８４の表面には、曲がり管１１の表面に押し付けられ、その厚みを測定する厚み測定センサ１５が取付けられている。

厚み測定センサ１５は、図１０（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、取付け部８７を有し、この取付け部８７の取付け側平坦部分が、ラックギア８４の表面に取付け固定されている。取付け部８７の取付け側とは反対側の対向する突出部分には、圧縮ばね８８に挿通された揺動ピン８９の基部が取付けられ、この揺動ピン８９の先部に、首振り軸９０を介して探触子ホルダー９１が取付けられている。これにより、探触子ホルダー９１は、取付け部８７に対して上下動可能になると共に、揺動ピン８９により前後左右に揺れ動くことができる。

探触子ホルダー９１には、超音波探触子（以下、超音波センサ又は単に探触子ともいう）９２が、圧縮ばね９３を介して上下動可能に取付けられている。また、探触子ホルダー９１には、超音波探触子９２を囲むように、複数（本実施形態では４個）のボールベアリング９４が取付けられ、超音波探触子９２が曲がり管１１の表面にひっかかることなく、スムーズに移動できるようになっている。

以上に示した厚み測定センサ１５は、図１、図２、図９（Ａ）に示すように、ラックギア８４に２台取付けられ、しかもこの２台が、ラックギア８４の軸心を中心として等角度（１８０度）、即ち曲がり管１１の背側と腹側の対向する位置に、１台ずつ配置されている。なお、ラックギア８４に取付ける厚み測定センサ１５は、１台でもよく、また３台以上でもよい。また、厚み測定センサ１５をラックギア８４に２台以上取付ける場合は、ラックギア８４の軸心を中心として等角度に取付けることが好ましいが、異なる角度でもよい。

図１１に示すように、配管の測定装置１０は、制御手段１８を有している。

この制御手段１８は、１ｃｈ超音波Ｐ／Ｒ、２ｃｈ超音波Ｐ／Ｒ、マイコン、交流１００Ｖ電源に接続されるＤＣ電源（１２Ｖ）、及びコンピュータを備えている。ここで、１ｃｈ超音波Ｐ／Ｒと２ｃｈ超音波Ｐ／Ｒは、共にパルサーレシーバである。なお、１ｃｈ超音波Ｐ／Ｒと２ｃｈ超音波Ｐ／Ｒは、図７（Ａ）に示すように、それぞれケーブル９６、９７を介して走行駆動部２７のケーシング４７に接続され、このケーシング４７に接続されたケーブル９８、９９により、曲がり管１１の背側と腹側に配置された厚み測定センサ１５の超音波探触子（１ｃｈ探触子、２ｃｈ探触子）９２に接続されている。

マイコンは、走行駆動部２７のロータリエンコーダ１６と、リング回転駆動部６５のマイクロエンコーダ１７のアナログ信号を、デジタル信号に変換する機能を有している。更に、走行駆動部２７のロータリエンコーダ１６の出力信号に基づき、駆動モータ４８に作動信号及び停止信号を送信する機能と、リング回転駆動部６５のマイクロエンコーダ１７の出力信号に基づき、駆動モータ７３に作動信号及び停止信号を送信する機能も有している。

ＤＣ電源は、上記した１ｃｈ超音波Ｐ／Ｒ、２ｃｈ超音波Ｐ／Ｒ、及びマイコンに、それぞれ電力供給を行っている。

なお、マイコンは、図７（Ａ）に示すように、走行駆動部２７のケーシング４７に接続されたケーブル１００を介して、走行駆動部２７のロータリエンコーダ１６及び駆動モータ４８の信号の入出力と、駆動モータ４８への電力供給の制御を行い、走行駆動部２７のケーシング４７に接続されたケーブル１０１を介して、リング回転駆動部６５のマイクロエンコーダ１７及び駆動モータ７３の信号の入出力と、駆動モータ７３への電力供給の制御を行っている。

更に、マイコンは、ディスプレイを備えたコンピュータに接続されている。このコンピュータは、マイコンによって、走行台車１３をガイドレール１２に沿って移動させ、しかも回転リング１４をリング回転駆動部６５によって回転させるため、測定条件の入力を行うものである。更に、厚み測定センサ１５の超音波探触子９２で測定した曲がり管１１の厚みを、ロータリエンコーダ１６及びマイクロエンコーダ１７で得られた測定位置と共にディスプレイに出力表示する機能も有している。この表示に際しては、コンピュータのディスプレイに、曲がり管１１の全表面を展開状態で示し、しかも曲がり管１１の厚みを色分け表示するが、これに限定されるものではない。

以上に示したように、配管の測定装置１０を構成することで、従来測定が困難であった曲がり管１１の厚み測定を、簡単な装置構成で容易に実施できる。

続いて、本発明の一実施形態に係る配管の検査方法について、図１、図２を参照しながら説明する。

まず、超音波探触子９２を取付け部８７に取付け、その板厚校正を行う。そして、曲がり管１１の外径に応じた内径を備える回転リング１４を選択し、この回転リング１４のラックギア８４に取付け部８７を取付けた後、この回転リング１４を２つに分割する。この分割された一方側のガイドリング８３を、リング回転駆動部６５のガイドローラ７７とガイドローラ８０との間、及びガイドローラ７８とガイドローラ８１との間に配置する。このとき、分割された一方側のラックギア８４についても、リング回転駆動部６５の駆動平歯車７１に螺合するように配置する。

次に、曲がり管１１の背側に位置する線Ｌ１の最大曲率半径に対応した曲率半径を有するガイドレール１２を選択し、このガイドレール１２の両側にレール固定部１９、２０を取付ける。そして、レール固定部１９、２０の磁石２３を曲がり管１１の表面に接触させることにより、曲がり管１１の背側にガイドレール１２が取付け固定される。これは、曲がり管１１が鉄製であるため可能であるが、曲がり管が鉄製でない場合は、磁石２３の部分を、バンド等を用いて、曲がり管に縛り付けてもよい。これにより、曲がり管１１の背側の線Ｌ１から一定の距離Ｄを有して、曲がり管１１にガイドレール１２を固定できる（以上、ガイドレール取付け工程）。

続いて、一方側のレール固定部１９（レール固定部２０でもよい）のみをガイドレール１２から外し、走行台車１３の下部走行部２５と上部走行部２６との間に形成される開口部を、ガイドレール１２に差し込んだ後、再度、ガイドレール１２をレール固定部１９に取付ける。なお、ガイドレール１２への走行台車１３の取付けの際は、走行台車１３の走行駆動部２７に設けられたレバー６４をケーシング４７に対して立設状態とし、駆動ローラ４９を自由状態にして行い、取付けた後は、レバー６４をケーシング４７の上面に対して倒し、駆動ローラ４９をガイドレール１２の表面に押し付ける。これにより、曲がり管１１の外側に取付け固定されたガイドレール１２に、走行台車１３を移動可能に取付けることができる。

次に、分割された回転リング１４の他方側を、曲がり管１１の腹側を外側から囲むように配置し、このガイドリング８３とラックギア８４のずれた部分を、前記した一方側のガイドリング８３とラックギア８４のずれた部分に重ね合わせ、分割した状態の回転リング１４を固定ねじ８６によって繋げ、回転リング１４を環状に形成する。これにより、曲がり管１１の外側周方向に配置される回転リング１４が、走行台車１３に回転自在に取付けられると共に、厚み測定センサ１５の超音波探触子９２を、曲がり管１１の表面に押し付けることができる。なお、分割された回転リング１４の一方側は、予めリング回転駆動部６５へ取付けていたが、ガイドレール１２に走行台車１３を取付けた後に、リング回転駆動部６５へ取付けてもよい。

そして、走行台車１３を、曲がり管１１の測定開始位置まで移動させた後、図７（Ａ）に示すように、厚み測定センサ１５の超音波探触子９２に接続されたケーブル９８、９９と、リング回転駆動部６５に接続されたケーブル１０１と、制御手段１８に接続されたケーブル９６、９７、１００を、それぞれ走行駆動部２７のケーシング４７に接続する。

このように、各ケーブル９６〜１０１の接続が終了した後、制御手段１８を操作し、配管の測定装置１０の各種動作確認を行う。具体的には、走行台車１３がガイドレール１２の長手方向に沿ってスムーズに走行するか否か、リング回転駆動部６５により回転リング１４が曲がり管１１の外側周囲を、曲がり管１１の軸心を中心として１８０度の範囲で回転（又は回動）するか否かを確認する。これらの動作確認が終了すれば、曲がり管１１の厚み測定を行う（以上、厚み測定準備工程）。

曲がり管１１の厚み測定に際しては、制御手段１８のコンピュータに測定条件を入力し、走行駆動部２７のロータリエンコーダ１６からの出力に基づいて、駆動モータ４８を駆動させ、走行台車１３をガイドレール１２に沿って所定ピッチ（例えば、０．５〜５ｍｍの範囲）で移動させる。このとき、走行台車１３がガイドレール１２を所定ピッチ移動するごとに、制御手段１８により、リング回転駆動部６５のマイクロエンコーダ１７からの出力に基づいて、駆動モータ７３を駆動させ、回転リング１４を曲がり管１１の軸心を中心としてその周方向に回転させ、所定ピッチ（例えば、０．５〜５ｍｍの範囲）で超音波の波形を収録する。

この回転リング１４には、回転リング１４の軸心を中心として等角度に、厚み測定センサ１５が２台取付けられている。このため、各厚み測定センサ１５による曲がり管１１の周方向の厚み測定範囲は、曲がり管１１の背側の線Ｌ１を中心として±９０度の範囲（合計１８０度の範囲）と、曲がり管１１の腹側の線Ｌ２を中心として±９０度の範囲（合計１８０度の範囲）の２つに分割でき、測定時間の短縮が図れる。

このとき、各厚み測定センサ１５の超音波探触子９２から超音波を発し、反射されるエコー（以下、反射エコーともいう）を検出して、演算によりその位置と厚みを計算し、曲がり管１１の２次元平面の展開図に、その分布状況を、所定の厚み範囲ごとに色分けして図示する。以下、この方法について、図１２〜図１５を参照しながら説明する。

まず、図１２に示すように、前記した方法で、制御手段１８のコンピュータに測定条件を入力し（ステップＳ１）、各厚み測定センサ１５による測定を開始する（ステップＳ２）ことで、測定データの収録を行う（ステップＳ３）。この測定データとは、検出される反射エコーと、ロータリエンコーダ１６及びマイクロエンコーダ１７のカウント、即ち超音波探触子９２の曲がり管１１の軸心方向（Ｘ方向）及び周方向（Ｙ方向）の移動距離である。これにより、曲がり管１１の位置ごとの厚みが計算される（ステップＳ４）。

そして、厚み測定センサ１５の超音波探触子９２により測定された曲がり管１１の厚み（反射エコーについても）を、ロータリエンコーダ１６及びマイクロエンコーダ１７で得られた測定位置（以下、位置情報ともいう）と共に、コンピュータのディスプレイに表示する（状況表示：ステップＳ５）。このとき、曲がり管１１の厚みを、複数の範囲に分割して色分け表示した肉厚分布図を作成することで、例えば、薄くなった箇所の検出を容易にできる。この肉厚分布図は、超音波探触子９２の１ｃｈ探触子と２ｃｈ探触子で別々に作成しているが、１ｃｈ探触子と２ｃｈ探触子を一緒にして作成してもよい。また、肉厚分布図の作成は、曲がり管１１を測定しながらリアルタイムに行うことが好ましいが、測定終了後に行ってもよい。このように、リアルタイムに行った場合には、測定の進捗状況及び測定結果が容易に確認できる。

なお、得られた結果が、例えば、極端におかしいというような問題がないものであれば、状況表示を終了し（ステップＳ６）、このデータをファイルに保存して（ステップＳ７）、測定を終了する。一方、上記した問題があれば、再度ステップＳ３へ戻り、必要なデータが得られるまで、ステップＳ３〜ステップＳ５を繰り返し行う。

次に、このファイルを使用して、曲がり管１１の各種情報を表示する方法について、図１３を参照しながら説明する。

まず、前記したファイルを読み込み（ステップＳ８）、１ｃｈ探触子と２ｃｈ探触子を一緒にした曲がり管１１の肉厚分布図を作成する（ステップＳ９）。そして、曲がり管１１の各種情報を、ディスプレイ上に表示する（ステップＳ１０）。この情報には、例えば、前記した反射エコー、位置情報、曲がり管１１の断面図、及び肉厚分布図（補正あり又は補正なし）がある。

このように、曲がり管１１の各種情報をディスプレイ上に表示した後、知りたい情報を変える場合は、表示モードの切り替えを行ってステップＳ９に戻り、再度ステップＳ１０で情報を表示する。また、他の曲がり管１１の各種情報を表示する場合には、ファイルを選択し直すため、ステップＳ８へ戻り、ステップＳ９、ステップＳ１０を順次行う（ステップＳ１１）。そして、情報の確認が終われば、終了する。

なお、曲がり管１１の１ｃｈ探触子と２ｃｈ探触子を一緒にした曲がり管１１の肉厚分布図を作成するに際しては、曲がり管１１の展開図を作成する必要がある。ここで、曲がり管１１の曲率を補正することなく作成した場合、曲がり管１１の軸心方向（Ｘ方向）と周方向（Ｙ方向）の位置は、直感的には分かりやすいが、曲がり管１１の背側に対して腹側の距離が短いため、ディスプレイ上では、曲がり管１１の腹側に近づくと共に、Ｘ方向に拡大されて表示される。その結果、厚みの減少領域が横に広がって表示され、現実と異なった判断がなされることになる。しかし、曲がり管１１の曲率を補正して作成した場合、この不具合が解消され、現実に即した形状で曲がり管１１の厚み分布をみることができる。ここで、曲がり管１１の断面図を表示する場合には、同時に、曲率補正した線を、曲がり管１１の展開図上に位置させることで、曲がり管１１の断面位置の把握が容易になる。この曲率補正の有無は、肉厚分布図の使用状況により、切り替えて表示する。

続いて、曲がり管１１の展開図の作成方法について、図１４、図１５を参照しながら説明する。

前記したように、曲がり管１１の厚み測定は、曲がり管１１の軸心を中心として、超音波探触子９２を曲がり管１１の周方向に回転させ、曲がり管１１の周方向の連続厚みの測定を行った後、超音波探触子９２を曲がり管１１の軸方向に、一定のピッチで移動させる操作を繰り返すことにより行う。このため、図１４に示す９０度の曲がり部の全厚みの測定を行う場合、内側の超音波探触子の移動ピッチは、外側の移動ピッチの（Ｆ−ｄ／２）／（Ｆ＋ｄ／２）倍に小さくなる。なお、Ｆは、曲がり管の一端面から他端面の軸心位置までの距離であり、ｄは曲がり管の外径である。

従って、厚み測定結果を展開図に色分け表示するに際し、曲がり管の展開図を長方形の平面で表示しようとすれば、曲がり管の背側と原側に同一寸法の減肉部が存在する場合、背側よりも腹側の方が大きな減肉部であるかのように表示されてしまう。そこで、周方向の各位置における曲率半径を求めて、曲がり管の展開図を作成することにより、曲がり管の背側と腹側で、同様の評価ができるようにする。日本工業規格（ＪＩＳ）では、９０度の曲がり管の寸法は、図１４に示すように、外径ｄと、曲がり管の中心から端面までの距離Ｆとで規定されている。このとき、曲がり管の断面において、背側ＯからＰ（任意の位置）までの周方向の距離ｙは、（１）式で示される。
ｙ＝πｄ（１８０°−θ）／３６０° ・・・（１）

また、Ｐにおける曲がり管の曲率半径Ｒは、（２）式で求めることができる。
Ｒ＝Ｆ−（ｄ・ｃｏｓθ）／２ ・・・（２）
これにより、Ｐにおける探触子の移動ピッチは、背側Ｏにおける移動ピッチのＲ／（Ｆ＋ｄ／２）倍となり、図１５に示す展開図を作成できる。なお、この展開図は、「９０°エルボ １５０Ａ ロング」の曲がり管の展開図である（ｄ＝１６５．２ｍｍ、Ｆ＝２２８．６ｍｍ）。そして、このように作成した展開図に対して、厚み測定結果を色分け表示する。

このように、曲がり管１１の展開は、曲がり管１１の線Ｌ２で行っているが、曲がり管１１の他の線Ｌ１又は線Ｌ３で行ってもよい（以上、測定結果出力工程）。

＜超音波肉厚測定装置１０を用いた配管の減肉評価方法＞
次に、上述の超音波肉厚測定装置１０を用いた配管の減肉評価方法について、超音波肉厚測定装置１０で得られる肉厚分布図から配管の減肉評価をする手順の一例を示しながら説明する（図１６〜図３２参照）。

(1) まず、超音波肉厚測定装置１０から得られる肉厚分布図（マッピング図）から、測定した範囲全部又は測定した範囲から切り出した単位面積（一例として、６４画素×６４画素＝１９２ｍｍ×１９２ｍｍの領域からなる単位面積）の肉厚（板厚）情報及び測定位置情報(ｘ,ｙ方向)のデータを抽出する（図１６、図１７参照）。ここでは、配管の測定対象領域がほぼ平面とした場合の、当該平面（（ｘ,ｙ）平面）内における直交座標軸をそれぞれｘ軸、ｙ軸とし、軸方向距離をｘ軸、周方向距離をｙ軸に表している。超音波肉厚測定装置１０から得られる肉厚情報は、ｘ,ｙ方向の広がりをもつ離散データ（情報）であるということができる。

(2) 得られた肉厚測定情報において、例えば欠測値が含まれている場合は（図１６のマッピング図内の白抜き表示部分および図１７を参照）、前処理をして補間する。本実施形態では、当該欠測値となったデータの近傍における測定値の平均値を推定値として補間し、測定画像Ｂとする（図１８参照）。具体的な手順を図１９で例示する。欠測値を含む測定値（図１９（ａ）参照）の近傍３×３の領域の有効なデータの平均値（欠測値を含まない平均値）（図１９（ｂ）参照）を得て、欠測値を補間することができる。欠測値がより大きな領域として存在する場合、３×３の領域では、有効な平均データを得られないことも起こりうる。その場合、平均値を得る領域を、５×５、７×７と、有効な平均データが得られるまで順次拡大すればよい。また、欠測値の補間と同時に測定異常値の補間を行ってもよい。すなわち、分布図中の欠測値および異常値（隣接した測定値と大きく乖離した測定異常値）となったデータの、近傍の測定値の平均値（欠測値および異常値を除く平均値）を用いて、欠測値および異常値を補間した結果を測定画像Ｂとする。以上のように、本来得られるはずのない測定異常値が含まれている場合、当該肉厚測定情報はいわば荒れた状態であるが、本実施形態では上述のごとき所要の前処理を施し、測定異常値を除去することによって、後述する基準画像Ａiと合成させうる測定画像Ｂのデータを得ることができる。

要は、例えば配管の内外面に、腐食とは無関係であって、解析するうえで邪魔となる測定異常値（例えば測定面の凹凸、付着物、きず等）が含まれることがある。このような場合、本実施形態では、いわば第１段階として前処理を施し、荒れたデータ、一部が欠落したデータであっても減肉評価に利用できるようにする。

(3) 上記の(1)(2)で得られた肉厚離散データ（情報）から、すべての減肉又は一定程度を超える減肉の位置（肉厚が極小値となっている位置）を特定する。本実施形態では、まず、測定画像Ｂを、適当なサイズの平滑化係数を持つ平滑化フィルタを用いて平滑化し、これを画像Ｓとする。図２０、図２１に、平滑化係数の例を示す。図２２に平滑化係数のサイズを変えて得た平滑化画像Ｓを２例挙げる。さらに、平均（例えば当該処理領域の平均）の肉厚（板厚）を一様な値として持つ画像から画像Ｓを減算した画像を画像Ｔとする（図示省略）。この画像Ｔをスキャンし、注目点の周囲８点のいずれよりも大きい値を持つ点を抽出し（ピークの検出）、その位置（平面座標値）と値（＝減肉量、すなわち、該平面座標値に対応した肉厚の情報）を記録する。ピーク検出手順において、サイズの小さな（あるいは大きな）平滑化係数を用いると小径（あるいは大径）の減肉を抽出しやすくなる。実際の減肉は、小径の減肉と大径の減肉が重畳したものである場合もある。小径の減肉と大径の減肉を漏れなく検出するためには、平滑化サイズを変えて、ピーク検出をすることが望ましい。図２３に、平滑化サイズを変えて抽出したピーク位置（図２３（ａ）および（ｂ））と、これらを重ね合わせた図（図２３（ｃ））を示す。画像Ｔをスキャンするとき、値が一定以上のピーク（平滑化画像における極小値）を記録すれば、一定以上の減肉（極小値）のみを抽出できる。

(4) 減肉形状を回転体形状で模擬した基準画像Ａを作成する。本実施形態では、このような基準画像Ａを、いわば減肉の形を模擬した参照形状として利用する。ここでは、回転体の基部の直径Ｄを変えたいくつかの基準画像Ａi（i＝１〜ｎ）を作成しておく（図２４、図２５参照）。例えば、回転体は以下のような式（数式２）で与えられる。基準画像Ａの高さは無次元値（例えば１）である。
［数２］
ｒ＝√((ｘ-ｘ0)^2+(ｙ-ｙ0)^2), ｚ＝(2*r/D)^2-1,
（ただし、ｚ＞0の場合は、z＝0とする。）
ｒ：半径
ｘ：ｘ方向位置
ｙ：ｙ方向位置
ｚ：画像高さ
Ｄ：回転体の基部の直径Ｄ

(5) 減肉の画像と基準画像との相関をみるパターンマッチング手法を実施する。本実施形態では、基準画像Ａi（本実施形態では、i＝1〜9）のフーリエ変換後の位相データと、測定画像Ｂのフーリエ変換データを合成し、これを逆フーリエ変換した画像を画像Ｃi（i＝1〜9）とする（図２６参照）。この画像Ｃiには、基準画像Ａと測定画像Ｂとの相関の程度に関する情報が含まれる。特定された各々の極小値について、画像Ｃiの当該位置を参照し、その値が最も大きい画像Ｃiを探索する。つまり、画像を少しずつずらして相関をみるように、位相限定相関法に似た処理を行い、極小位置にある減肉の形状と最も高い相関が得られる基準画像Ａj（本実施形態では、j＝1〜9）を決定し、該決定した基準画像Ａj（すなわち、高相関基準画像Ａｘ）の直径Ｄを、当該測定画像Ｂにおける減肉の大きさとする。

なお、基準画像Ａiとしてある所定の形状を模擬し、i＝１〜ｎの複数種類の基準画像Ａiを適用して測定画像Ｂとの相関を求める場合、当該基準画像Ａiの振幅はさしたる意味を持たない。そこで、上述のように、本実施形態では、基準画像Ａiのフーリエ変換後のデータから振幅に関するデータを除き、位相に関するデータのみを合成している（図２７参照）。このように、当該基準画像Ａiの振幅に関するデータを除いてから合成することによっても、配管の内面減肉のリスクを定量的に提供することができる。

また、本実施形態では、上述の合成を、基準画像Ａi（本実施形態では、i＝1〜9）のフーリエ変換後の位相データと、測定画像Ｂのフーリエ変換データとを乗算する。より詳細には、基準画像Ａiのフーリエ変換後の位相データにおける各画素と、測定画像Ｂのフーリエ変換後のデータにおける画素に対応する各画素とを乗算することによって行う。本実施形態の場合、基準画像Ａのフーリエ変換後のデータ（位相データ）と、測定画像Ｂのフーリエ変換後のデータとが同じサイズであることから、同じ箇所どうしの画素を乗算し、その値を結果として出力する（図２７参照）。

なお、以下では簡単な説明にとどめるが、パターンマッチング手法としては、(a)上述した手法があり、さらにこの他、(b)基準画像Ａのフーリエ変換データと、測定画像Ｂのフーリエ変換データを合成し、これを逆フーリエ変換した画像Ｃを利用する手法（図２８参照）、(c)基準画像Ａのフーリエ変換後の位相データと、測定画像Ｂのフーリエ変換後の位相データを合成し、これを逆フーリエ変換した画像Ｃを利用する手法（図２９参照）などがある（なお、フーリエ変換、逆フーリエ変換を経由する相互相関の計算方法が記述された文献として「信号処理 森下巖、小畑秀文著 計測自動制御学会発行」などがあり、指紋一致判別に応用された位相限定相関の使用例が記述された文献として「特許庁 標準技術資料 指紋／照合・判定技術／画像型／パターンマッチング方式」などがある）。ところが、(b)の手法（相関法）は、基準画像Ａと測定画像Ｂとの相関をとることに相当することから、相関のピークがブロードで緩やかになりすぎる場合があり、(c)の手法（位相限定相関法）は、基準画像Ａの輪郭と測定画像Ｂの輪郭との相関をとることに相当することから、エッジの情報だけが取り出されたようになって相関のピークがシャープすぎてしまう場合がある。また、基準画像と測定画像の近似度が低い場合、相関値が十分に得られないことが起こりえる。この点、(a)基準画像Ａのフーリエ変換後の位相データと、測定画像Ｂのフーリエ変換データとを合成する本実施形態のパターンマッチング手法は、いわば“半”位相限定相関法といえるものであり、(b)や(c)の短所を補いうるものである。このことを数値例により示す。原画像（図３０（ａ））のフーリエ変換結果から位相成分のみを取り出し、逆フーリエ変換を行った結果を図３０（ｂ）に示す（見やすくするためコントラストの調整を行っている）。位相データが原画像から輝度情報を除去し輪郭情報のみを保存していることがわかる。図３１および図３２には、前述の３つの相関手法の差異を示す。図３１に示すケースでは、測定画像が、数式３において、Ｄ＝１０としたものであり（図３１（ａ））、基準画像は、数式３において、Ｄ＝２〜２５とし、３種の方法で相関を求めたものである。
［数式３］
ｒ＝√((ｘ-ｘ0)^2+(ｙ-ｙ0)^2), ｚ＝1-(2*r/D)^2, 0≦ｘ,ｙ≦64, ｘ0＝ｙ0＝32,
（ただし、ｚ＜0の場合は、z＝0とする。）

図３１（ｂ）は、３種の相関手法での相関値ピークを、横軸を基準画像の基底部直径Ｄにとってプロットしたものである。いずれも、測定画像の基底部直径Ｄ＝１０にピークがある。通常の相関手法ではピークがなだらかであるが、位相限定相関法ではピークが先鋭であり、“半”位相限定相関法においてもピークは十分先鋭である。一方、図３２では、測定画像を、基底部の大きさが１１×１１の四角柱状の画像とし、これを数式３の基底部の半径Ｄを振って、測定画像の特徴（四角状の基底部の大きさ）を、近似的に直径で捉えようとするものである。図３２（ｂ）に相関値ピークを示す。通常の相関手法ではピークがなだらかであり、大きさを捉えがたい。“半”位相限定相関法においては、ピーク値が比較的高く、ピークを与える半径は１３となった。この値は、大きさ１１の正方形の内接円と外接円の中間の大きさであり、近似的な大きさが適切に得られていると考えられる。位相限定相関法では、相関ピークが低くなっており、ピーク位置もＤ＝１５程度と前述の適切と思われる値１３よりも大きい。図３１に示すケースは、測定画像と近似画像が同種類（パラメータＤを合わせれば一致する）の場合であり、図３２に示すケースは、測定画像と近似画像が同種類でない（パラメータＤを合わせても一致しない）場合である。このように、“半”位相限定相関法においては、基準画像と測定画像の近似度が高い場合でも低い場合でも、ほどよい感度（シャープさ）で相関演算を行い、近似的な大きさの抽出が可能である。

(6)減肉の深さと減肉の大きさとの比から、配管の内面減肉の進展リスクを求める。本実施形態では、最も高い相関が得られた基準画像（高相関基準画像）Ａｘの直径をＤ、上述のパターンマッチングにより当該模擬減肉形状の位置において得られた減肉の深さのうち最大のもの（当該位置で得られた最大減肉深さ）をＨとし、Ｈ／Ｄ値を抽出する。このＨ／Ｄ値は、減肉の範囲の径Ｄを横軸、減肉の深さＨを縦軸としたグラフにおける傾斜として表される。より詳しくは、上述のパターンマッチングで得られた円形の減肉の範囲の径Ｄと各減肉範囲径Ｄのなかで最も減肉が深い点Ｈを抽出してそれぞれプロットし、これらプロットした点を結ぶ（図３３参照）。結んだ線の傾きからＨ／Ｄ値の高低を判断することができる。例えば、減肉の無い新品の配管に適用した場合は図３４に示すような結果となり、一様に減肉の進んだ配管に適用した場合は図３５に示すような結果となる。

このようにして得られたＨ／Ｄ値ないしは該Ｈ／Ｄ値を表す線分の傾きに基づき判断し、Ｈ／Ｄ値が低い場合は、減肉の厚さ方向への進展リスクは小さく、一方Ｈ／Ｄ値が高い場合は、減肉の厚さ方向への進展リスクが大きいと判断することができる。内面減肉のリスクが大きい配管系は、従来通りのスポット的な超音波肉厚検査では見逃しが生じるリスクが大きく、このような配管は検査範囲を拡大するなどといった対策を講じる必要がある。また、リスクが大きいと判断される配管系と、類似の流体環境や運転条件の環境下にある他の配管に対しても内面減肉のリスクが考えられ、この評価を各配管系に実施し、リスクに応じた検査を適用することで化学プラント等における膨大な数の配管の減肉リスクの低減が図れる。

ここまで説明したように、本実施形態における超音波肉厚測定装置１０を用いた配管の減肉評価方法は、配管の内面減肉の進展リスクのパラメータとしてＨ／Ｄ値（Ｈは当該位置で得られた最大減肉深さ、Ｄは最も高い相関が得られた基準画像Ａｘの直径）から、配管の内面減肉のリスクを定量的に評価するものである。すなわち、減肉が局所的である場合、リスクが一定の度合いを超えることとなり、減肉速度の予想が難しくなることから、経験則などで安全性を保障することはできなくなる。こうした背景の下、本実施形態の減肉評価方法によれば、
(1)減肉の形態毎に類別化することができる
(2)内面減肉進展リスクによる検査の優先順位付けの定量化ができる（Ｈ／Ｄが小さい→リスクが小さい、Ｈ／Ｄが大きい→リスクが大きい）
(3)減肉リスクに応じた検査方法や管理方法を検討できる（Ｈ／Ｄが大きい→類似環境への水平展開検査や、内面減肉の要因推定が要求される）
(4)局部減肉の位置を推定できる。精度の高い余寿命予測ができる。配管の更新時期や次回検査時期の策定のための基礎データとなる
といった利点を奏することができる。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば上述した実施形態では、配管の一例として曲がり管１１を示したがこれは配管の一例にすぎないことはいうまでもない。

また、上述した実施形態では、減肉現象を評価する手法の好適例として、超音波を使って取得した肉厚測定情報を利用する例を説明したが、超音波以外の手法によって肉厚測定情報（減肉現象）を得ることも可能である。例示すれば、超音波のほか、磁気飽和による渦流探傷方法、放射線透過による肉厚測定方法などにより、配管の肉厚の離散データ、座標データ、画像データを取得することは可能である。ここではこれらの手法を用いた実施形態について特に言及することはしないが、これら手法に関する代表的な文献を挙げておくならば、磁気飽和による渦流探傷方法に関しては特開２０１０−９６５０４号公報などがあり、また、放射線透過による肉厚測定方法に関しては特開２００８−２６８１０３号公報、特開２００１−４５６２号公報などがある。

本発明は、配管設備において、超音波等による肉厚測定装置で得られた肉厚離散データの位置情報と厚さ情報から、当該配管の内面減肉のリスクを定量的に評価する技術に適用して好適である。

１０：超音波肉厚測定装置、１１：曲がり管（配管）、１２：ガイドレール、１３：走行台車、１４：回転リング、１５：厚み測定センサ、１６：ロータリエンコーダ（第１の位置検知センサ）、１７：マイクロエンコーダ（第２の位置検知センサ）、１８：制御手段、１９、２０：レール固定部、２１：接続部、２２：ねじ、２３：磁石（固定手段）、２４：ボルト、２５：下部走行部、２６：上部走行部、２７：走行駆動部、２８：下部走行ベース、２９：走行ローラ軸、３０：走行ローラ、３１：ガイドローラ軸、３２：ベアリング、３３：ガイドローラ、３４：ねじ、３５：上部走行ベース、３６：走行ローラ軸、３７：走行ローラ、３８：ベアリング、３９：回動軸、４０：載置台、４１：ベアリング、４２：エンコーダケース、４３：引張ばね、４４：入力軸、４５：ベアリング、４６：距離測定用ローラ、４７：ケーシング、４８：駆動モータ、４９：駆動ローラ、５０：減速手段、５１：出力軸、５２：モータ平歯車、５３：車軸用平歯車、５４：ベアリング、５５：ウォームホイル、５６：ウォームギア、５７：ベアリング、５８：回転軸、５９：ガイド部、６０：孔、６１：セット軸、６２：止め部、６３：圧縮ばね、６４：レバー、６５：リング回転駆動部、６６：フレーム、６７：回転軸、６８、６９：ベアリング、７０：マイタギア、７１：駆動平歯車、７２：マイタギア、７３：駆動モータ、７４：マイタギア、７５、７６：ケース、７７、７８：ガイドローラ、７９：固定板、８０、８１：ガイドローラ、８２：圧縮ばね、８３：ガイドリング、８４：ラックギア、８５：ねじ、８６：固定ねじ、８７：取付け部、８８：圧縮ばね、８９：揺動ピン、９０：首振り軸、９１：探触子ホルダー、９２：超音波探触子、９３：圧縮ばね、９４：ボールベアリング、９６〜１０１：ケーブル

Claims (5)

1. 配管に生じる減肉現象を肉厚測定装置により取得した肉厚測定情報を利用して評価する方法であって、
   前記肉厚測定装置から、平面上に表された肉厚分布図を得、
   該肉厚分布図に所要の前処理を行い、
   前記肉厚測定情報として平面座標値と該平面座標値に対応した肉厚の情報とを含む測定画像を求め、
   測定画像から、肉厚極小値を検出し、肉厚極小値の前記平面上の位置と肉厚を記録し、
   所定の大きさを有する模擬減肉形状からなる基準画像Ａi（i＝１〜ｎ）のデータと、前記測定画像のデータとをそれぞれフーリエ変換して合成データとし、
   その後、前記合成データを逆フーリエ変換した相関画像Ｃi（i＝１〜ｎ）を得、
   前記肉厚極小値の位置毎に相関画像Ｃi（i＝１〜ｎ）の画素を比較し、
   当該画素が最大となるｉ（i＝１〜ｎ）に対応する模擬減肉形状を評価に用いることを特徴とする、
   肉厚測定装置を用いた配管の減肉評価方法。
2. 前記基準画像Ａiにて模擬した減肉の形状が平面座標では円形状または楕円形状である、請求項１に記載の肉厚測定装置を用いた配管の減肉評価方法。
3. 前記円形の模擬減肉の範囲の径をＤ、当該模擬減肉形状の位置において得られた減肉の深さのうち最大のものをＨとした場合におけるＨ／Ｄ値を抽出し、前記配管の内面減肉の進展リスクを表すパラメータとして該抽出されたＨ／Ｄ値を用い、減肉の経年劣化による進展リスクを定量的に求めることを特徴とする、請求項２に記載の肉厚測定装置を用いた配管の減肉評価方法。
4. 前記基準画像Ａi（i＝１〜ｎ）のフーリエ変換後のデータから位相に関するデータを取り出し、該位相に関するデータと、フーリエ変換後の前記測定画像のデータとを合成することを特徴とする、請求項１に記載の肉厚測定装置を用いた配管の減肉評価方法。
5. 前記肉厚測定装置による前記肉厚測定情報に測定異常値が含まれる場合に、前記所要の前処理として、該測定異常値周辺における測定値の平均値を推定値として補間する処理を実施することを特徴とする、請求項１に記載の肉厚測定装置を用いた配管の減肉評価方法。