JP2003270224A - 探触子ホルダー、超音波探傷方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面のスケールが剥離し易い被検査材を対象
として信頼性の高い超音波探傷を行うことができ、また
搬送中の被検査材の位置変動に柔軟に追従することがで
き、また簡便に探傷領域を拡大することのできる探触子
ホルダー、超音波探傷方法及び探傷装置を提供する。 【解決手段】 超音波探触子（２０１）を有する探触子
ホルダー（１０）の超音波を発射する開口部に音響イン
ピーダンスが探触子ホルダー内部に供給される音響媒体
とほぼ同一の透過部材（２０５）を設けこの透過部材を
通して被検査材に超音波を照射するように構成される探
触子ホルダーである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、搬送中の被検査材
に超音波を照射して被検査材の内部欠陥を検出するため
の超音波探傷装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レール等の形鋼は１３００度以上に加熱
した鋼片を、カリバーと呼ばれる上下の圧延ロール間の
穴型を通すことによって圧延製造される。圧延されたレ
ールは所定の長さに切断され冷却されるが、レールの形
状は一様ではなく部位ごとに冷却速度が異なるため、冷
却した時点で曲がりが生じる。この曲がりはロールを千
鳥状に配置したローラー矯正機によって修正される。ロ
ーラー矯正機で曲がりを修正されたレールは、長さ、形
状等の検査を行った後搬送されるが、この搬送途中で表
面欠陥と内部欠陥の検査が行われる。そして両端部を切
落して所定の長さに揃えられ、さらに曲がり修正の必要
があるものはプレス矯正される。

【０００３】以上の一連の製造過程で行われる品質検査
の内、内部欠陥の検査に関しては一般的に超音波探傷が
用いられており、搬送中のレールの超音波探傷技術とし
ては、次の２つの方法が知られている。

【０００４】その１つの方法は、超音波探触子（以下、
「探触子」という）をホルダー内に装着し、該ホルダー
を被検査材に接材させて被検査材表面と探触子間の距離
を一定に保ちながら探傷する方法である。そして、この
方法には、ホルダー内に水を充満させこの水を通して超
音波を被検査材に照射する局部水浸法と、ホルダー内に
は水を用いずに探触子として分割型探触子を用いるギャ
ップ法とがある。

【０００５】他の１つの方法は、水柱超音波法と呼ばれ
ているもので、探触子を装着したホルダーと被検査材と
の間に一定の間隔を設け、探触子を装着したホルダーか
ら水を噴射させ、ホルダーと被検査材との間に水柱を形
成させてこの水柱を通して超音波をレールに照射させ探
傷するものである。

【０００６】さらに、特開平１０−２８２０６９号公報
に開示された技術では、探触子ホルダーを被検査材に位
置決めする際には、表面反射エコーが最大になるように
探触子ホルダーの角度調整が容易に行える機構が提案さ
れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】探触子をホルダーに装
着しホルダーを被検査材に密着させて探傷する方法のう
ち、ギャップ法では探触子と被検査材表面との間隙を
０．５ｍｍ程度と微小な値に保持することと、分割型探
触子の音響分割面である遮蔽板の突起によって超音波発
信側から被検査材表面と探触子間での多重反射エコーが
受信側に入り込むことを防止することが必要である。

【０００８】ところで、レールでは曲がりを矯正するた
めのローラー矯正機を通すことによって、圧延時に生じ
たレール表面のスケールが破壊され密着状態から剥がれ
易い状態になっている。そのため、表面のスケールが浮
いた状態の表面性状のものを探傷した場合には、遮蔽板
の突起が削られて消耗し、また遮蔽板の突起は破損しや
すいため長期にわたって健全に保つことが困難となる。
そして、遮蔽板の突起に損傷をきたすと超音波発信側か
らレール表面と探触子間での多重反射エコーが受信側に
入り込んでしまいノイズが増加し信頼性の高い探傷がで
きなくなってしまう。

【０００９】一方、局部水浸法は遮蔽板の損傷といった
問題は生じないが、レールのように表面のスケールが浮
いた状態の被検査材を探傷した場合、探傷中にレール表
面から剥離したスケールがホルダー内の水溜めに侵入
し、このスケールと被検査材表面あるいはスケールと探
触子の間で超音波が多重反射してノイズが発生する結
果、信頼性の高い探傷ができないという問題がある。

【００１０】このように、ホルダーを被検査材に接材さ
せて探傷する方法では、表面のスケールが剥離し易い被
検査材を対象として信頼性の高い超音波探傷を行う方法
は未だ確立していなかった。

【００１１】水柱超音波法では、上述の剥離スケールの
混入に伴うノイズの問題は生じないが、搬送中の被検査
材が上下左右に位置変動することによって水柱の形状が
変化し、このために超音波が水柱内で反射を起こしてノ
イズが発生する場合がある。これに対し探触子ホルダー
は常に被検査材と所定の距離を保ったまま、被検査材に
精度良く追従して動く必要があるが、このための倣い制
御装置が必要となり設備コストが高価となる。

【００１２】したがって、簡便な機構で搬送中の被検査
材の位置変動に柔軟に追従することのできる倣い機構が
望まれていた。

【００１３】さらに、特開平１０−２８２０６９号公報
に開示された技術では、探触子ホルダーを被検査材に対
してプリセットする際は、各レールの軌種に対応して表
面反射エコーが最大になるように角度調整を行うが、こ
の場合、各プローブに角度調整機構と、その制御を行う
ための機能が必要となるため機構が複雑なってしまう。
そして、レール断面の探傷カバー範囲を広げるためには
このような機構を備えた多数の探触子を取り付ける必要
があり、装置が大掛かりになるばかりか装置の製作費用
の高騰を招くこととなる。

【００１４】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、ホルダーを被検査材に接材させて探傷する方
法を用いて、表面のスケールが剥離し易い被検査材を対
象として信頼性の高い超音波探傷を行うことができ、ま
た搬送中の被検査材の位置変動に柔軟に追従することが
でき、また簡便に探傷領域を拡大することのできる探触
子ホルダー、超音波探傷方法及び探傷装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
の本発明は、超音波探触子を有する探触子ホルダーの超
音波を発射する開口部に音響インピーダンスが探触子ホ
ルダー内部に供給される音響媒体とほぼ同一の透過部材
を設けこの透過部材を通して被検査材に超音波を照射す
るように構成される探触子ホルダーである。

【００１６】また本発明は、上記記載の発明である探触
子ホルダーにおいて、透過部材の音響インピーダンスが
前記音響媒体の音響インピーダンスＩを用いて表した場
合に、０．８Ｉ以上で１．２Ｉ以下である探触子ホルダ
ーである。

【００１７】また本発明は、上記記載の発明である探触
子ホルダーにおいて、探触子ホルダーを被検査材に接材
したときの透過部材と被検査材との間隔が被検査材表面
からの表層不感帯の１／４以下である探触子ホルダーで
ある。

【００１８】また本発明は、アレイ探触子のそれぞれの
振動子の励振タイミングを所定時間間隔をおいてずらし
ながら振動させてアレイ探触子の表面に直角方向から角
度を持った進行方向の超音波を発生させ、さらに所定時
間間隔を超音波の照射一回毎に変更して前回発生させた
超音波と重なりをもたせながら超音波の進行方向を変化
させ、超音波の照射一回毎に非検査材の形状に合わせて
欠陥ゲートの設定を行う超音波探傷方法である。

【００１９】また本発明は、搬送中の被検査材の内部欠
陥を検査するための超音波探触子ホルダーを配設した被
検査材を貫通せしめる機構枠と、機構枠の側面に対向し
て設けられ被検査材の両側面に所定圧力をもって当接す
る接離可能な倣いロールと、機構枠を被検査材の断面左
右方向に移動自在として被検査材の断面左右方向の動き
に機構枠を倣わせるスライド機構とを備えた超音波探傷
装置である。

【００２０】また本発明は、上記記載の発明である超音
波探傷装置において、被検査材の上方から昇降可能な他
の探触子ホルダーを配設した上部フレームと、上部フレ
ームの入側と出側の下面に設けられ被検査材の上面を補
足する倣いロールと、上部フレームを被検査材の断面上
下方向に移動自在として被検査材の断面上下方向の動き
に上部フレームを倣わせるリンク機構とを備えた超音波
探傷装置である。

【００２１】また本発明は、上記記載の発明である超音
波探傷装置において、被検査材は、圧延したレールであ
る超音波探傷装置である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る超音波探傷装
置の実施の形態を、レールの超音波探傷装置を例として
説明する。

【００２３】図1は本発明に係る超音波探傷装置の正面
図、図２は側面図である。

【００２４】図1および図2において、基礎面上には、被
検査材であるレール１の搬送方向と直交する方向に軌道
３２ａ、３２ｂが敷設されており、この軌道３２ａ、３
２ｂ上を走行する台車３は、下面に設けられた車輪３１
ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄによって図１の左右方向に
移動可能になっている。

【００２５】以下、台車の進行方向を左右方向として説
明する。

【００２６】そして、台車３上にはスライド機構７ａ、
７ｂ、７ｃ、７ｄが配設され、さらに機構枠２がこのス
ライド機構７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ上を左右方向に移動
自在に積載されている。また、台車３上の左右端部には
この機構枠２を所定の位置に移動させるためのエアーシ
リンダで構成されるセンタリング装置８ａ、８ｂが設け
られている。

【００２７】機構枠２は直方体形状で構成され、レール
１がこの機構枠２の内部を貫通して搬送されるように少
なくともレール１の搬送方向の前後２方向に開口部を有
している。

【００２８】以下、レール１の搬送方向を前後方向とし
て説明する。

【００２９】機構枠２の天井にはパルスモータ４１を備
えた昇降装置４が設けられており、このパルスモータ４
１の回転軸と図示しない歯車機構を介して歯合するボー
ルネジ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄを立設した昇降
フレーム４３が機構枠２の内部にボールネジ４２ａ、４
２ｂ、４２ｃ、４２ｄを昇降装置４のネジ孔に螺合して
懸架されている。

【００３０】この昇降フレーム４３にはエアシリンダ４
４がロッド４５を下向きにして搭載され、昇降フレーム
４３を貫通するロッド４５の先端には上部フレーム５が
その面を機構枠２の天井面と平行になるように接続され
ている。さらにこの上部フレーム５は平行リンク機構５
１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄによって機構枠２の天井
に設置されたそれぞれの支点部と接続されている。

【００３１】そして、上部フレーム５の前後端部下面に
は倣いロール５２ａ、５２ｂが取り付けられると共に、
レール１の頭頂用探傷ホルダー９をその１端で回動自在
に接続するアーム９１、レール１の頭側用探傷ホルダー
１０、１１をその１端で回動自在に接続するアーム１０
１、１１１及びレール１のウエブ用探傷ホルダー１２を
その１端で回動自在に接続するアーム１２１のそれぞれ
の他端が上部フレーム５に設置された各支点部と回動自
在に接続されている。

【００３２】また、機構部２の底面にはレール１の足裏
用探傷ホルダー１３をその１端で回動自在に接続するア
ーム１３１がその他端を底面部に設けられた支点部と回
動自在に接続されている。

【００３３】さらに、機構部２の左右の側面の前後端部
の合計４箇所にはエアシリンダ６１ａ、６１ｂ、６１
ｃ、６１ｄがロッド軸を機構部２の内面に挿入して取り
付けられており、このロッド軸先端にはレール１の足側
部に接触して倣うための倣いロール６２ａ、６２ｂ、６
２ｃ、６２ｄが設けられている。そしてこれらのエアシ
リンダと倣いロールによってレール補足機構６ａ、６
ｂ、６ｃ、６ｄを構成している。

【００３４】次に、本探傷装置の動作について説明す
る。レール１の探傷を開始するための準備動作として、
車輪３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを図示しないモー
ターで駆動することによって、台車３をレール３２ａ、
３２ｂ上を左右方向に移動し、レール１の搬送テーブル
中心が機構枠２の所定位置になるように位置決めする。
この動作をライン挿入動作という。尚、この逆の動作を
ライン抽出動作という。

【００３５】続いて、レール1の種類（軌種）に対する
プリセット動作を行う。図示しない制御装置を介してレ
ール１の軌種設定を行うと、予め制御装置内に記憶した
設定値に従って、パルスモータ４１が回転しこれによっ
てボールネジ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄが回転す
る。このボールネジ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄの
回転によって昇降フレーム４３が昇降するが、上部フレ
ーム５と昇降フレーム４３とは昇降フレーム４３に搭載
したエアーシリンダー４４の軸を介して接続されている
ため、上部フレーム５も同昇降フレーム４３と一体とな
って昇降する。

【００３６】そして、これから探傷を行おうとするレー
ル１の高さ寸法に適合する位置に上部フレーム５が設定
される。ここで、上部フレーム５は平行リンク機構５１
ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを介して機構枠２と接続さ
れている。このため、上部フレーム５は昇降機構４で昇
降された場合にも水平を保つことができる。

【００３７】次にレール１の探傷動作を開始する。レー
ル１が図２に示す矢印Ａの方向から機構枠２内に搬送さ
れた場合、レール１の先端が左右倣いロール６２ａ、６
２ｃを通過するタイミングで左右捕捉機構６ａ、６ｃの
エアーシリンダー６１ａ、６１ｃを動作させ、左右倣い
ロール６２ａ、６２ｃを前進させてレール１に押付けて
捕捉し所定の圧力をかけたまま保持する。

【００３８】もし、レール１の中心が機構枠２の中央か
ら左右方向に移動した場合、例えば、レール１が倣いロ
ール６２ａの方向に動いた場合は、倣いロール６２ａに
作用する力はレール補足機構６１ａを介して機構枠２に
作用する。この結果、機構枠２がスライド機構７ａ、７
ｃ上を図１の右方向に移動して、レール１の中心と機構
枠２の中央が一致する位置で停止する。このようにし
て、レール1の左右移動に対して機構枠２を倣わせるこ
とができる。

【００３９】またこの機構枠２の倣い動作と併せて、エ
アーシリンダー４４を動作させて上部フレーム５を下降
して上部倣いロール５２ａをレール１の頭頂に接触さ
せ、レール1の上下移動に対して前記上部フレーム５を
倣わせる。

【００４０】さらにレール1の進行に合わせ、レール１
が所定位置を通過するごとに、図示しないエアーシリン
ダーでそれぞれアーム９１、アーム１３１、アーム１２
１、アーム１０１、アーム１１１を動作させて、頭頂用
探傷ホルダー９、足裏用探傷ホルダー１３、ウエブ用探
傷ホルダー１２、頭側用探傷ホルダー１０，１１をレー
ル１に接触させる。

【００４１】頭頂用探傷ホルダー９とアーム９１、足裏
用探傷ホルダー１３とアーム１３１、ウエブ用探傷ホル
ダー１２とアーム１２１、頭側用探傷ホルダー１０とア
ーム１０１、頭側用探傷ホルダー１１とアーム１１１は
それぞれジンバル機構で接続され、レール１との接触面
の角度変化に追従できるようになっている。

【００４２】本実施の形態では局部水浸法を採用してい
るため、前記頭頂用探傷ホルダー９、足裏用探傷ホルダ
ー１３、ウエブ用探傷ホルダー１２、頭側用探傷ホルダ
ー１０，１１には水が供給されレール1との接触面から
噴出するようになっている。

【００４３】図３は前述の動作によって頭頂用探傷ホル
ダー９、足裏用探傷ホルダー１３、ウエブ用探傷ホルダ
ー１２、頭側用探傷ホルダー１０，１１がレール１に着
材した状態をレール１の断面方向で示す図である。

【００４４】こうして、頭頂用探傷ホルダー９、足裏用
探傷ホルダー１３、ウエブ用探傷ホルダー１２、頭側用
探傷ホルダー１０，１１のそれぞれのホルダー内に取付
けた超音波探触子から発射する超音波がホルダー内に供
給される水を介してレール１に照射され、探傷動作が開
始される。

【００４５】さらに、レール1が進行して先端が左右倣
いロール６２ｂ、６２ｄを通過するタイミングで左右捕
捉機構６ｂ、６ｄのエアーシリンダー６１ｂ、６１ｄを
動作させ、左右倣いロール６２ｂ、６２ｄを前進させて
レール１に押付けて捕捉し所定の圧力をかけたまま保持
する。

【００４６】もし、レール１の中心が機構枠２の中央か
ら左右方向に移動した場合、例えば、レール１が倣いロ
ール６２ｂの方向に動いた場合は、倣いロール６２ｂに
作用する力はレール補足機構６１ｂを介して機構枠２に
作用する。この結果、機構枠２がスライド機構７ｂ、７
ｄ上を図１の右方向に移動して、レール１の中心と機構
枠２の中央が一致する位置で停止する。

【００４７】次にレール１の探傷終了動作について説明
する。レール１の後端が左右倣いロール６２ａ、６２ｃ
を通過するタイミングで左右捕捉機構６ａ、６ｃのエア
ーシリンダー６１ａ、６１ｃを動作させて左右倣いロー
ル６２ａ、６２ｃを後退させる。左右捕捉機構６ａ、６
ｃが捕捉を解除した場合でも、なお左右捕捉機構６ｂ、
６ｄが左右倣いロール６２ｂ、６２ｄでレール１を捕捉
しているため機構枠２はレール１の左右移動に追従する
ことができる。

【００４８】さらにレール1の後端が所定の位置を通過
するごとにそれぞれアーム９１、アーム１３１、アーム
１２１、アーム１０１、１１１を図示しないエアーシリ
ンダーで動作させて、前記頭頂用探傷ホルダー９、足裏
用探傷ホルダー１３、ウエブ用探傷ホルダー１２、頭側
用探傷ホルダー１０，１１をレール１から離材させる。

【００４９】そしてレール1の後端が左右倣いロール６
２ｂ、６２ｄを通過するタイミングで左右捕捉機構６
ｂ、６ｄのエアーシリンダー６１ｂ、６１ｄを動作させ
て左右倣いロール６２ｂ、６２ｄを後退させてレール１
の捕捉を解除する。

【００５０】その後センタリング装置８ａ、８ｂのエア
ーシリンダーを動作させ機構枠２の位置を台車３の中
央、すなわちレール１を搬送するテーブルの幅方向中央
に戻し、次材の探傷に備える。

【００５１】以上の動作によってレール１の全長にわた
る探傷が行われる。本実施の形態によれば、レール１が
搬送中に位置が変化する場合であっても精度良く探触子
ホルダーを倣わせることができるため、ローラーテーブ
ルで搬送中の圧延したレールの超音波探傷を安定して行
うことができる。さらに、探傷ホルダー毎に倣い機構を
設ける必要がないため装置の構成が複雑になることがな
い。また、超音波探傷を行うレールの軌種が変更されて
も短時間で探触子ホルダー位置のプリセットができるた
め軌種変更のための作業効率が向上する。

【００５２】次に、本発明に係る剥離スケールによるノ
イズ除去方法について説明するに先だち、当該スケール
によるノイズ発生機構について説明する。一般に、金属
体の内部欠陥を検査するための超音波探傷は、探触子か
ら発射した超音波を水等の音響媒体を介して金属体に照
射して金属体内部に超音波を伝播させ、金属体内部の探
傷範囲を超音波が通過する時間の範囲で欠陥ゲートを設
定し、金属体内部の欠陥から反射する超音波を欠陥ゲー
ト時間範囲で検出して欠陥の判定を行うものである。

【００５３】図４は、スケールによるノイズ発生機構を
説明する図である。

【００５４】探触子２０１と金属体２０２の間の音響媒
体中に異物２０３が存在すると、探触子２０１から発射
された超音波Ｔが異物２０３で反射しエコーＥ１となっ
て探触子２０１に到達する。一方、異物２０３で反射し
なかった超音波Ｔは、金属体表面で反射して表面エコー
Ｓとなって探触子２０１に到達する。また、表面エコー
Ｓの一部は異物２０３で反射し、さらに金属体表面で反
射したエコーＥ２が探触子２０１に到達する。

【００５５】図５は、超音波の挙動を探触子２０１の送
受信波形で表す図である。異物２０３からの反射エコー
Ｅ２は金属体表面で反射する表面エコーＳを中心にして
異物２０３で直接反射するエコーＥ１と時間軸上対称的
な位置に現れる。この結果、エコーＥ２が欠陥ゲートの
時間範囲の中で検出されてノイズとなるのである。

【００５６】レール１の探傷中においては、頭頂用探傷
ホルダー９、足裏用探傷ホルダー１３、ウエブ用探傷ホ
ルダー１２、頭側用探傷ホルダー１０，１１がレール１
に接材しているため、レール１の表面に付着するスケー
ルが剥がれてホルダー内に侵入し、上述の機構によって
ノイズが発生する。

【００５７】図６は、剥離スケールによるノイズ発生防
止方法を説明した図である。図６はレール１の頭部側面
に頭側探傷用ホルダー１０が接材した状態を示してい
る。頭側探傷用ホルダー１０の内部には音響媒体として
給水された水が満たされており、頭側探傷用ホルダー１
０とレール１の隙間から流れ出るようになっている。

【００５８】この頭側探傷用ホルダー１０の内部には、
探触子２０１から発射される超音波を透過させる透過部
材２０５がレール１の表面と微小な間隙で取り付けられ
ている。この透過部材２０５の材質としては、音響イン
ピーダンスが水と同程度の材質、例えばアクリル樹脂等
を用いることが望ましい。

【００５９】一般に音響インピーダンスの異なる材料に
超音波を入射しようとした場合、その境界面において超
音波の反射が発生する。このため、音響インピーダンス
が大きく異なれば入射する超音波のエネルギーが減衰し
て探傷能力を低下させることとなる。

【００６０】ここで、発明者らの調査した結果によれ
ば、透過部材としてアクリル樹脂を用いた場合には超音
波の減衰は特に問題とならず、従来と同程度の探傷能力
を発揮することが確認できた。

【００６１】水の音響インピーダンスは約３．７、アク
リルの音響インピーダンスは約３．３であることから推
定すると、透過部材はその音響インピーダンスが３．０
程度までであれば本発明に使用することができると考え
られる。水の音響インピーダンスを１とした場合には、
透過部材の音響インピーダンスは約０．８に相当する値
である。従って、透過部材の音響インピーダンスは、水
の音響インピーダンスをＩとした場合は、０．８Ｉ〜
１．２Ｉの範囲にあることが望ましい。

【００６２】尚、被検査材である鉄の音響インピーダン
スが約４５．３と音響媒体である水の音響インピーダン
スとは十数倍の違いがある場合にも超音波の探傷が可能
であることを考えると、上記の透過部材の音響インピー
ダンスの範囲は音響媒体が水である場合に限定されず通
常局部浸水法において使用される音響媒体についても適
用できることが推定される。

【００６３】尚、この透過部材２０５の音場外の位置に
は頭側探傷用ホルダー１０内の水を透過部材２０５とレ
ール１間に供給させるための貫通孔が適宜設けられてい
る。この結果、探触子２０１とレール１の間でかつ超音
波Ｔの音場内にレール１から剥がれたスケール２０３が
侵入した場合であっても、このスケール２０３は、透過
部材２０５とレール１の間にのみ存在することになる。
即ち、レール１表面からごく近傍にのみ存在し、頭側探
傷用ホルダー１０の内部まで侵入することはない。従っ
て、スケール２０３とレール１の間で超音波が多重反射
してエコーＥ２が発生するが、そのエコーＥ２は欠陥ゲ
ート開始前の時点で探触子２０１に入射されるため欠陥
ゲート内で検出されずノイズにはならない。

【００６４】尚、本実施の形態では、レール１と透過部
材２０５との間隔ｄが重要である。一般に、水中での音
速は１４８０ｍ／秒、鋼材中での音速は５９６０ｍ／秒
であるため、鋼材中では音速は水中の約４倍の速度とな
る。このことは、水中における間隔ｄを不感帯とするよ
うに欠陥ゲートの時間範囲を定めると、被検査材である
鋼材の不感帯は４ｄに拡大されてしまうことを意味す
る。

【００６５】従って、スケール２０３侵入の影響を低減
するため間隔ｄを大きくとると、レール１の不感帯も大
きくなる。そこで、本実施の形態では、間隔ｄはレール
１の表層不感帯の１／４以下になるように設定してい
る。

【００６６】尚、透過部材２０５の厚みについては特に
制限はない。但し、透過部材２０５の音響インピーダン
スは水と同一値ではないため、超音波の伝播を考えると
薄い方が望ましい。従って、ホルダの内と外を、給水圧
に抗して遮蔽できるだけの強度が得られる厚さであれば
良い。

【００６７】本実施の形態によれば、圧延したレールの
探傷のように表面のスケールが剥離する場合であっても
そのスケールによるノイズを回避でき、欠陥検出能を向
上させることができる。

【００６８】次に、レール断面の探傷カバー範囲の変
更、拡大を簡便に実施する方法について説明するが、そ
の前に本実施の形態に用いられる探触子の動作について
説明する。

【００６９】図７は、６個の振動子をアレイ状に並べた
超音波探触子（以下、「アレイ探触子」）からの超音波
の発射方法を説明する図である。振動子V１、振動子V
２、振動子V３、振動子V４、振動子V５、振動子V６を同
時に励振した場合は、これらの波面が合成されて超音波
探触子の音波発射面に直角方向に超音波が発射されるこ
とになる。

【００７０】ここで、振動子V１、振動子V２、振動子V
３、振動子V４、振動子V５、振動子V６を順番に微小時
間Δｔ１ずつ遅らせながら励振させると、これらの波面
が合成されて超音波探触子の音波発射面に直角方向から
角度θ１方向に超音波が発射されることになる。

【００７１】さらに同様に微小時間Δｔ２ずつ（Δｔ１
＜Δｔ２）遅らせながら励振させると、超音波探触子の
音波発射面に直角方向から角度θ２（θ１＜θ２）方向
に超音波が発射される。

【００７２】また、振動子V６、振動子V５、振動子V
４、振動子V３、振動子V２、振動子V１の順番に微小時
間Δｔ１づつ遅らせながら励振させると、超音波探触子
の音波発射面に直角方向から角度−θ１方向に超音波が
発射される。

【００７３】さらに同様に微小時間Δｔ２ずつ（Δｔ１
＜Δｔ２）遅らせながら励振させると、超音波探触子の
音波発射面に直角方向から角度−θ２（θ１＜θ２）方
向に超音波が発射される。

【００７４】以上のように振動子V１、振動子V２、振動
子V３、振動子V４、振動子V５、振動子V６の振動子を微
小時間づつ遅らせながら励振させると、超音波探触子の
音波発射面に直角方向から角度を持った超音波が発射で
き、その角度は前記微小時間によって変更することがで
きる。

【００７５】従って、アレイ探触子を用い、アレイ探触
子の個々の振動子の励振タイミングを微小時間間隔おい
てずらしながら振動させることでアレイ探触子の表面に
直角方向から角度を持った進行方向の超音波を発生さ
せ、さらに微小時間間隔を超音波の照射一回毎に変更し
て前回発生させた超音波と重なりを持たせながら超音波
の進行方向を高速で変化させることで、探触子を変更す
ることなく任意の探傷範囲を選定することができる。

【００７６】そしてこの振動子をアレイ状に並べた超音
波探触子からの超音波の発射方向によって金属体の底面
までの距離が変わる場合には、予め超音波の発射方向毎
に金属体の底面までの距離に合わせたゲート設定を行え
ば、金属体断面の探傷カバー範囲を広げることができ
る。

【００７７】図８は、アレイ探触子を用いたレール１の
頭頂の探傷を説明する図である。図８は、レール１に頭
頂探傷用ホルダー９が接材した状態を示している。この
頭頂探傷用ホルダー９の内部には音響媒体として給水さ
れた水が満たされ、頭頂探傷用ホルダー９とレール１の
隙間から流れ出るようになっている。

【００７８】この頭頂探傷用ホルダー９の内部にはアレ
イ探触子Ｈａとアレイ探触子Ｈｂが組み込まれている。
まず、アレイ探触子Ｈａの全ての振動子を同時に励振さ
せると超音波Ｔａ１が発射される。図８では前記超音波
Ｔａ１の進行方向でのレール１の断面の探傷範囲に設定
された欠陥ゲートの終点まで超音波の照射範囲を表現し
ている。

【００７９】次にアレイ探触子Ｈａの個々の振動子の励
振タイミングを微小時間間隔ずらしながら振動させ、超
音波Ｔａ１に重なりを持たせた超音波Ｔａ２を発射させ
る。この場合にも、同様に超音波Ｔａ２の進行方向での
レール１の断面の探傷範囲に欠陥ゲートを設定してい
る。

【００８０】以下同様に、アレイ探触子Ｈａの個々の振
動子の励振タイミングの微小時間間隔を変更してずらし
ながら振動させ、前回照射の超音波に重なりを持たせた
超音波Ｔａ３、Ｔａ４、Ｔａ５を発射させる。

【００８１】同様にアレイ探触子Ｈｂの個々の振動子の
励振タイミングの微小時間間隔を変更してずらしながら
振動させ、前回照射の超音波に重なりを持たせた超音波
Ｔｂ１、Ｔｂ２、Ｔｂ３、Ｔｂ４、Ｔｂ５を発射させ
る。

【００８２】以上のように前回発生させた超音波と重な
りを持たせながら超音波の進行方向を高速で変化させ、
一回毎の超音波の照射に対して予めレールの形状に合わ
せた欠陥ゲートを設定することによってレール１の首部
の形状に沿った探傷範囲を設定することができる。

【００８３】尚、本実施の形態では、アレイ探触子をＨ
ａとＨｂの２つを備えているが、アレイ探触子の数は探
傷時間とのトレードオフで決定されるものであるため、
本発明はこの形態に限定されるものではなく、アレイ探
触子を１つで構成しても良くまたアレイ探触子を３つ以
上で構成しても良い。

【００８４】また本実施の形態では、頭頂探傷用ホルダ
ー９の内部にアレイ探触子を取り付けてあるが、足裏用
探傷ホルダー１３、ウエブ用探傷ホルダー１２、頭側用
探傷ホルダー１０，１１のいずれに取り付けるものであ
っても良い。

【００８５】本実施の形態によれば、少ない探触子数で
レール断面の探傷カバー範囲を大幅に広げることができ
るので装置がコンパクトでかつ設備費用を安価にするこ
とができる。また、被検査体毎に探触子の位置調整を行
う必要がないため、効率的に作業をすすめることができ
る。

【００８６】以上述べたように本発明を適用すればレー
ルの内部欠陥検査において、信頼性の高い超音波探傷が
可能となるばかりか検査作業の効率化も図ることが可能
となる。

【００８７】尚、上記実施形態には種々の段階の発明が
含まれており、開示される複数の構成要件における適宜
な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例え
ば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要
件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で
述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられてい
る効果が得られる場合には、この構成要件が削除された
構成が発明として抽出され得る。

【００８８】

【発明の効果】本発明により、表面のスケールが剥離し
易い被検査材を対象として信頼性の高い超音波探傷を行
うことができ、また搬送中の被検査材の位置変動に柔軟
に追従することができ、また簡便に探傷領域を拡大する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波探傷装置の正面図。

【図２】本発明に係る超音波探傷装置の側面図。

【図３】探触子ホルダーがレールに着材した状態をレー
ルの断面方向で示す図。

【図４】スケールによるノイズ発生機構を説明する図。

【図５】超音波の挙動を探触子の送受信波形で表す図。

【図６】剥離スケールによるノイズ発生防止方法を説明
する図。

【図７】６個の振動子をアレイ状に並べた超音波探触子
からの超音波の発射方法を説明する図。

【図８】アレイ探触子を用いたレールの頭頂の探傷を説
明する図。

【符号の説明】

１…レール ２…機構枠 ５…上部フレーム ５ａ…倣いロール ５１ａ…リンク機構 ６１ａ…レール捕捉機構 ６２ａ…倣いロール ７ａ…スライド機構 ９…頭頂用探傷ホルダー １０…頭側用探傷ホルダー １１…頭側用探傷ホルダー １２…ウエブ用探傷ホルダー １３…足裏用探傷ホルダー ２０１…探触子 ２０３…スケール ２０５…透過部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊豆田 耕三 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 2G047 AA07 AB01 AC09 BA03 BB05 BC09 CA01 DA01 DB02 DB03 DB10 DB16 EA08 EA10 GA03 GA07 GB02 GB03 GE02 GE04 GF17 GG02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波探触子を有する探触子ホルダーの
   超音波を発射する開口部に音響インピーダンスが前記探
   触子ホルダー内部に供給される音響媒体とほぼ同一の透
   過部材を設け、この透過部材を通して被検査材に超音波
   を照射するように構成されることを特徴とする探触子ホ
   ルダー。
2. 【請求項２】 前記透過部材の前記音響インピーダンス
   が、前記音響媒体の音響インピーダンスＩを用いて表し
   た場合に、０．８Ｉ以上で１．２Ｉ以下であることを特
   徴とする請求項１記載の探触子ホルダー。
3. 【請求項３】 前記探触子ホルダーを被検査材に接材し
   たときの前記透過部材と前記被検査材との間隔が、被検
   査材表面からの表層不感帯の１／４以下であることを特
   徴とする請求項１または２の記載の探触子ホルダー。
4. 【請求項４】 アレイ探触子のそれぞれの振動子の励振
   タイミングを所定時間間隔をおいてずらしながら振動さ
   せて前記アレイ探触子の表面に直角方向から角度を持っ
   た進行方向の超音波を発生させ、 さらに前記所定時間間隔を超音波の照射一回毎に変更し
   て前回発生させた超音波と重なりをもたせながら超音波
   の進行方向を変化させ、 超音波の照射一回毎に非検査材の形状に合わせて欠陥ゲ
   ートの設定を行うことを特徴とする超音波探傷方法。
5. 【請求項５】 搬送中の被検査材の内部欠陥を検査する
   ための超音波探触子ホルダーを配設した、前記被検査材
   を貫通せしめる機構枠と、 前記機構枠の側面に対向して設けられ、前記被検査材の
   両側面に所定圧力をもって当接する接離可能な倣いロー
   ルと、 前記機構枠を前記被検査材の断面左右方向に移動自在と
   して前記被検査材の断面左右方向の動きに前記機構枠を
   倣わせるスライド機構とを備えたことを特徴とする超音
   波探傷装置。
6. 【請求項６】 前記被検査材の上方から昇降可能な、他
   の探触子ホルダーを配設した上部フレームと、 前記上部フレームの入側と出側の下面に設けられ、前記
   被検査材の上面を補足する倣いロールと、 前記上部フレームを前記被検査材の断面上下方向に移動
   自在として前記被検査材の断面上下方向の動きに前記上
   部フレームを倣わせるリンク機構とを備えたことを特徴
   とする請求項５に記載の超音波探傷装置。
7. 【請求項７】 前記被検査材は、圧延したレールである
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の超音波探傷
   装置。