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成果報告書詳細
管理番号20190000000373
タイトル平成26年度―平成30年度成果報告書 インフラ維持管理・更新等の社会課題対応システム開発プロジェクト インフラ維持管理用ロボット技術・非破壊検査装置開発 超小型X線及び中性子センサを用いたインフラ維持管理用非破壊検査装置開発
公開日2019/6/25
報告書年度2014 - 2018
委託先名国立研究開発法人産業技術総合研究所 株式会社日立パワーソリューションズ 国立大学法人 静岡大学
プロジェクト番号P14011
部署名ロボット・AI部
和文要約高度成長期に整備された社会インフラや産業インフラを適切に維持管理するには、その健全性を効率的に検査することが必要である。X線や中性子など非破壊検査はこれまでもインフラ構造物等の検査に利用されてきたが、作業員が検査機器を手動で移動させながら行う検査が主で、特に化学プラント等の高所に設置された構造物等の検査には足場設置が必要となり多大なコスト・時間を要していた。これらの検査装置をロボットに搭載して検査を自動化できれば、検査の大幅な効率化を実現でき、長期にわたり安心してインフラを利用できる社会の実現に貢献できることから、本課題ではロボットに搭載できるX線や中性子の線源および検出器等の非破壊検査装置を開発するとともに、それらをプラント配管の直線部を移動できるロボットに搭載した非破壊検査システムを開発し、その有効性を検証した。
本課題では化学プラント検査でニーズが高い6インチ保温材被覆配管水平部のロボットによる保温材下外面腐食(CUI)の非破壊検査を実現するため、中性子線源と中性子検出器による中性子水分センサ及び管電圧200kV以上のバッテリ駆動小型X線源とそれに対応した検出器の組み合わせによるX線管厚計測装置およびを開発するとともに、それらを搭載できる6インチ保温材被覆配管検査用の非破壊検査ロボットを開発し、化学プラント現場で実証試験を行った。中性子水分センサは、ロボットに搭載可能な水分検知性能5vol%の性能のものを開発し、ロボットに搭載して100m/日の検査能力を確認した。X線管厚計は、ロボットに搭載可能で鉄透過70 mm以上の性能を有する管電圧200 kVのバッテリ駆動X線源及び200 kVのX線源に対応した素子厚1mm,センサピッチ0.1 mmのCdTe半導体の蓄積型2次元検出器を開発した。このX線源と検出器をロボットに搭載し、外面計測精度は0.1mmであった。また、X線源とCdTe 1 mm厚フォトンカウンティング型検出器との組み合わせで肉厚計測精度0.3 mmを確認した。
また、現場でのX線非破壊検査の安全性を確保するための線量モニタリングシステムを開発した。さらに、大型バルブ等の重厚な構造物の効率的な検査を可能にするため、低リーク型検出器の大面積化をはかり、有感面積43cm x 35cmのフラットパネル検出器を完成させ、本プロジェクトで開発したX線源と組み合わせて鉄厚10 cmの透過像のデジタルイメージングを実現した。
英文要約For the maintenance of social and industrial infrastructures built in the period of rapid growth era, efficient inspection technologies are required. Although non-destructive techniques using X-ray and neutron probes are effective in the inspections of infrastructures, there have been problems on the cost, inspection time, and labor because large-scale scaffolding has been necessarily, especially in chemical plants. In this project we have developed non-destructive testing apparatus using ultra compact X-ray system and neutron moisture meter. Furthermore, we have developed robots for automated inspection of 6 inch insulating pipes in chemical plants. The performance of the developed components and systems are as follows.

1) We have made battery-operated compact X-ray sources of 200 kV tube voltage, which enables us to take transmission images of more than 7 cm thick steel structures.
2) We have developed two dimensional CdTe X-ray detectors of 1 mm thick CdTe layer and 0.1 mm pixel pitch.
3) Neutron moisture meter, which can detect 5vol% moisture in the insulator of 6 inch pipes, and which can mount on the inspection robot, has been developed.
4) A robot for the neutron moisture meter which enables inspection throughput of 100 m/day.
5) A robot for the compact X-ray pipe-thickness meter, which can measure outer shape of the 6 inch pipe in 0.1 mm precision using charge storage type CdTe detectors and thickness in 0.3 mm precision using photon counting type CdTe detectors.

Furthermore, we have developed a flat panel X-ray detector of 43 cm x 35 cm, pixel pitch of 139 micro meters, which enables us to perform long time exposure imaging with high sensitivity for high energy X-ray sources. We have confirmed that transmission images of 100 mm thick steel samples can be taken by the use of the X-ray detector and the compact X-ray source.
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