JP2007121197A - 超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査部の表面形状に起伏がある場合や、略鉛直面にある被検査部を検査する場合にも、検査精度を確保することができる超音波探傷装置を提供することを目的とする。
【解決手段】鋼構造体Ａの被検査部Ｂ上に当接される探触子５１を保持する保持部材２６が、鋼構造体Ａの表面に沿って移動する移動部材に取り付けられている超音波探傷装置において、保持部材２６には、移動部材に取り付けられた外筒部材２８と、外筒部材２８内に設けられて内部に探触子５１が嵌合された内筒部材２９とが備えられ、外筒部材２８の内周面には湾曲状に窪んだ接合凹部３０が形成され、内筒部材２９の外周面には球面状に突出した接合凸部３１が形成され、外筒部材２８と内筒部材２９とは、接合凹部３０と接合凸部３１とが摺動可能に接して球面接合されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、鋼構造体の溶接部等の内部にある欠陥を非破壊方式によって検査する超音波探傷装置に関する。

一般に、鋼構造体の溶接部の欠陥を検査する場合、非破壊方式の超音波探傷器が用いられる。超音波探傷器は、溶接部等の被検査部に超音波を入射させ、欠陥部に反射して戻ってくる反射波を検知して被検査部の欠陥の有無を検査するものである。従来、超音波探傷器本体と、この本体にコードを介して接続された探触子とを備える超音波探傷器が提供されている。超音波探傷器には、超音波を発信するとともに反射波を受信する探触子を備えるものや、超音波を発信する探触子と反射波を受信する探触子とをそれぞれ備えるものがあり、また、被検査部の表面に対して超音波を垂直に入射させるものや、超音波を斜めに入射させるものがある。このような超音波探傷器では、探傷検査の精度を確保するべく、超音波を適正に入射させるとともに反射波を確実に受信する必要があり、このため、検査を行う際、被検査部上に探触子を押し付け、探触子の接触面を被検査部表面に確実に接触させる必要がある。また、ある程度の範囲に点在する欠陥を検出する場合、探触子を被検査部上の検査範囲内に亘って摺動させる必要がある。

上記した探触子の押し付けや摺動を検査人の手で行う方式もあるが、近年では、探触子の押し付けや摺動を機械的に行う超音波探傷装置が提供されている。この超音波探傷装置は、被検査部上に当接させる探触子を有する超音波探傷器と、鋼構造体の表面にマグネット等によって取り付けられる枠部材と、枠部材の内側に配置された移動部材と、移動部材を鋼構造体の表面に沿って移動させる移動機構と、移動部材に取り付けられているとともに探触子を保持する保持部材とから構成されている。保持部材は、鋼構造体の表面に対して垂直方向（以下、単に垂直方向と記す。）に延在するばね部材によって、鋼構造体の表面方向に付勢されており、保持部材に保持された探触子は被検査部上に押し付けられている（例えば、特許文献１，２参照。）。

また、通常、被検査部の表面は多少の起伏があるが、探傷検査の精度を確保するため、探触子の接触面を被検査部の表面に密着させる必要がある。上記した従来の超音波探傷装置では、ばね部材によって、保持部材に保持された探触子の垂直方向の位置を変位可能とし、被検査部の表面の起伏に対応させている。また、保持部材がＸ軸およびＹ軸を回転軸にして回転可能となっており、被検査部の表面の起伏に応じて探触子の角度を変位させることができる構成となっている（例えば、特許文献３参照。）。
特開平１１−８３８１９号公報 特開平６−１３８０９９号公報 特開平５−３３３０１０号公報

しかしながら、上記した従来の超音波探傷装置では、保持部材に保持された探触子の角度をＸ，Ｙ方向に直線的に変位させることができるものの、探触子の傾きを斜めに調整することはできず、多様に傾斜する被検査部表面に探触子の接触面を密着させ難いという問題が存在する。このため、探傷検査の検査精度が悪くなる虞があり、特に、起伏が大きい隅角コーナー部の被検査部を検査する場合には、探触子を接触させることができない場合があり、検査不能になる虞があるという問題が存在する。

また、上記した従来の超音波探傷装置では、保持部材が、ばね部材によって鋼構造体の表面方向に付勢されているため、略鉛直面にある被検査部を検査する場合、保持部材の付勢方向が下向きになり、保持部材を鋼構造体の表面に対して垂直に押し付けることができず、探傷検査の精度を確保することができない場合があるという問題が存在する。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、被検査部の表面形状に起伏がある場合や、略鉛直面にある被検査部を検査する場合にも、検査精度を確保することができる超音波探傷装置を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、鋼構造体の被検査部上に当接される探触子を保持する保持部材が、前記鋼構造体の表面に沿って移動する移動部材に取り付けられている超音波探傷装置において、前記保持部材には、前記移動部材に取り付けられた外筒部材と、該外筒部材内に設けられて内部に前記探触子が嵌合された内筒部材とが備えられ、前記外筒部材の内周面には湾曲状に窪んだ接合凹部が形成され、前記内筒部材の外周面には球面状に突出した接合凸部が形成され、前記外筒部材と内筒部材とは、前記接合凹部と接合凸部とが摺動可能に接して球面接合されていることを特徴としている。

このような特徴により、探触子が嵌合された内筒部材は、外筒部材に対して回転可能な状態となり、探触子の回転運動が許容される。これによって、探触子は、被検査部の表面形状に応じてフレキシブルに回転変位し、起伏がある被検査部表面に対して常に適正に当接される。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の超音波探傷装置において、前記保持部材を前記外筒部材の軸方向に移動させるエアシリンダー機構が備えられていることを特徴としている。

このような特徴により、探触子を保持する保持部材は、エアシリンダー機構によって鋼構造体の表面の方向に押圧され、探触子が被検査部に押し付けられる。また、エアシリンダー機構によって保持部材を押圧するため、鋼構造体の表面が略鉛直面であっても、保持部材の押圧方向が下向きになることはなく、保持部材は適正な方向に押圧される。また、エアシリンダー機構の空気圧の調整により、探触子を被検査部表面に押し付ける力が調整される。

上記した本発明に係る超音波探傷装置によれば、探触子が被検査部の表面形状に応じてフレキシブルに回転変位し、起伏がある被検査部表面に対しても常に適正に当接されるため、被検査部の欠陥を確実に検知することができ、超音波探傷装置の検査精度を向上させることができる。

また、保持部材を外筒部材等の軸方向に移動させるエアシリンダー機構を備えることで、略鉛直面に被検査部が形成されていても、保持部材は適正な方向に押圧されるため、探触子を適正に当接させることができ、超音波探傷装置の検査精度を確保することができる。また、エアシリンダー機構の空気圧の調整により、探触子を被検査部表面に押し付ける力が調整されるため、必要に応じて前記押し付ける力が調節可能であり、検査現場の状況に適した力で探触子を被検査部表面に押し付けることができる。

以下、本発明に係る超音波探傷装置の実施の形態について、図面に基いて説明する。

図１は鋼構造体Ａの溶接部Ｂの欠陥を検査する超音波探傷装置１の全体図である。図１に示すように、超音波探傷装置１には、溶接部Ｂの欠陥を検査する探傷手段２と、鋼構造体Ａの表面に取り付けられて、探傷手段２に備えられた後述する探触子５１を溶接部Ｂの表面に沿って移動させる移動手段３と、移動手段３を制御するコンピュータ等からなる制御手段４と、探触子５１を溶接部Ｂに押し付ける押圧手段５とから構成されている。

探傷手段２は、探傷器本体５０と、図３，図４に示す探触子５１とから構成されている。探触子５１は、溶接部Ｂに当接されて、溶接部Ｂに向けて超音波を発信するとともに反射波を受信するものであり、探傷器本体５０にコード５８を介して電気的に接続されている。

図２は移動手段３を表す図である。図１，図２に示すように、移動手段３は、四角枠状の基板６と、基板６の内側範囲内において基板６の面方向に移動可能に設けられた移動部材７と、移動部材７を一方の方向（以下、Ｘ方向と記す。）に移動させる第１の移動機構８と、移動部材７をＸ方向に直交する他方の方向（以下、Ｙ方向と記す。）に移動させる第２の移動機構９と、第１，第２の移動機構８，９を駆動させる駆動機器１０とから構成されている。

鋼構造体Ａの表面に対向する基板６の裏面には、マグネット１１が複数（図２では４つ）付設されており、このマグネット１１の磁力によって基板６は鋼構造体Ａの表面に取り付けられる。また、基板６の表面には、Ｘ方向に延在する対向する２本のレール１２，１２（以下、Ｘレール１２と記す。）とＹ方向に延在する対向する２本のレール１３，１３（以下、Ｙレール１２と記す。）とが、基板６の内側縁に沿ってそれぞれ付設されている。Ｘレール１２およびＹレール１３には、各レール１２，１３に沿ってそれぞれ摺動するランナー１４，１５（以下、Ｘランナー１４，Ｙランナー１５と記す。）がそれぞれ噛合されている。対向する２つのＸランナー１４，１４間には、Ｙ方向に延在する２本の棒軸１６，１６が平行にそれぞれ架設されており、また、対向する２つのＹランナー１５，１５間には、Ｘ方向に延在する２本の棒軸１７，１７が平行にそれぞれ架設されている。

第１の移動機構８は、ステッピングモータ１８と、ステッピングモータ１８によって軸回転するＸ方向に延在する雄ネジ状のボルト軸１９と、ボルト軸１９に螺合された雌ネジ孔を有するスライダー２０とから構成されている。第１の移動機構８のスライダー２０は、一方のＸランナー１４ａと一体化或いは固定されており、ボルト軸１９が軸回転することでスライダー２０がＸ方向にスライドし、軸棒１６を介して一体化された２つのＸランナー１４，１４はＸ方向に移動される。

また、第２の移動機構９は、ステッピングモータ２１と、ステッピングモータ２１によって軸回転するＹ方向に延在する雄ネジ状のボルト軸２２と、ボルト軸２２に螺合された雌ネジ孔を有するスライダー２３とから構成されている。第２の移動機構８のスライダー２３は、一方のＹランナー１５ａと一体化或いは固定されており、ボルト軸２２が軸回転することでスライダー２３がＹ方向にスライドし、軸棒１７を介して一体化された２つのＹランナー１５，１５はＸ方向に移動される。

駆動機器１０は、制御手段４から送られた信号に応じて第１，第２の移動機構８，９に備えられたステッピングモータ１８，２１の駆動をそれぞれ操作する機材であり、配線４１，４２を介してステッピングモータ１８，２１にそれぞれ電気的に接続されているとともに、配線４３を介して制御手段４に電気的に接続されている。

移動部材７は、基板６と平行に配置された移動基板２４と、移動基板２４の裏面に付設されて前記棒軸１６，１７にそれぞれ係合される係合部２５とから構成されている。係合部２５は、Ｙ方向に延在する棒軸１６が緩挿される図示せぬ貫通孔を有する第１の係合部２５ａと、Ｘ方向に延在する棒軸１７が緩挿される図示せぬ貫通孔を有する第２の係合部２５ｂとから構成されており、２つのＸランナー１４，１４がＸ方向に移動することで移動部材７はＸ方向に移動し、２つのＹランナー１５，１５がＹ方向に移動することで移動部材７はＹ方向に移動する。また、移動基板２４には、中央に開口２４ａが形成されているとともに、図３，図４に示す探触子５１を保持する保持部材２６が後述するリニアボールスライド５２を介して取り付けられている。

図３は保持部材２６を表す斜視図であり、図４は保持部材２６の部分断面図である。図２，図３，図４に示すように、保持部材２６は、移動基板２４の開口２４ａ内に配置されたアーム部材２７と、アーム部材２７に取り付けられた円筒形状の外筒部材２８と、内部に探触子５１が嵌合された円筒形状の内筒部材２９とから構成されている。

アーム部材２７は、移動基板２４に対して略垂直方向に延在されており、上端部がリニアボールスライド５２の移動部５４に取り付けられており、リニアボールスライド５２を介して移動部材７に取り付けられた構成となっている。

外筒部材２８は、側方に張り出されたアーム部材２７の下端部に取り付けられており、アーム部材２７およびリニアボールスライド５２を介して移動部材７に取り付けられた構成となっている。また、外筒部材２８は、鋼構造体Ａの表面に対して略垂直な軸線Ｓをもって配置されている。また、外筒部材２８の内周には、内周面が湾曲状に窪んだ環状の接合凹部３０が形成されており、接合凹部３０の湾曲面３０ａは平滑で滑り易くなっている。

内筒部材２９は、外筒部材２８の内側に配置されており、外周に球面状に突出した環状の接合凸部３１が形成されている。接合凸部３１の球面３１ａは、接合凹部３０の湾曲面３０ａと略同一の曲率面に形成されており、接合凹部３０の湾曲面３０ａと接合凸部３１の球面３１ａとが摺動可能に接して外筒部材２８と内筒部材２９とは球面接合されている。また、内筒部材２９の下端部には、鋼構造体Ａの表面上を転動する複数のベアリング部材３２が付設されている。

図１，図２，図３に示すように、押圧手段５は、保持部材２６に取り付けられたリニアボールスライド５２と、リニアボールスライド５２にエアを供給するコンプレッサー５３とから構成されている。リニアボールスライド５２は、移動基板２４に固定された取付具５６に取り付けられた断面凹状の固定部５５と、固定部５５に嵌合された移動部５４とから構成されている。移動部５４の内部には、エアシリンダーが内蔵されており、移動部５４の上端部には、エアを供給する供給口５４ａが付設されている。供給口５４ａにはエアホース５７が接続されており、エアホース５７を介して移動部５４はコンプレッサー５３に接続されている。また、固定部５５には、鋼構造物Ａの表面に対して垂直な方向（外筒部材２８の軸方向Ｓ）に延在する溝５５ａが形成されており、移動部５４にエアが供給されることで移動部５４は固定部５５の溝５５ａに沿って往復運動する。

制御手段４には、鋼構造体Ａの形状や溶接部Ｂの位置・形状が入力されており、探触子５１を溶接部Ｂに沿って移動するようにプログラムが組まれている。

次に、上記した構成からなる超音波探傷装置１の使用方法について説明する。

まず、移動手段３の基板６をマグネット１１の磁力によって鋼構造体Ａに取り付ける。このとき、探傷検査の対象となる溶接部Ｂが枠状の基板６の内側にくるように基板６を配置する。

次に、探触子５１が溶接部Ｂ上に配置されるように、制御手段４を操作して駆動機器１０に信号を送り、２台のステッピングモータ１８，２１をそれぞれ駆動させ、移動部材７を所定の位置に配置する。また、コンプレッサー５３を稼動させてリニアボールスライド５２にエアを送り、保持部材２６を鋼構造体Ａの表面の方向に加圧して探触子５１を溶接部Ｂ上に押し付ける。

次に、探傷器本体５０の電源を入れて、探触子５１から溶接部Ｂ内に超音波を入射させるとともに反射波を受信して溶接部Ｂ内の傷などの欠陥を検査する。このとき、制御手段４のプログラムによって、探触子５１が溶接部Ｂに沿って摺動するように制御手段４から駆動機器１０に信号が発信し、移動部材７は溶接部Ｂに沿って移動する。また、コンプレッサー５３を稼動させ続けておき、探触子５１を溶接部Ｂ上に押し付けた状態で検査する。

上記した構成からなる超音波探傷装置１によれば、外筒部材２８の内周面には湾曲状に窪んだ接合凹部３０が形成され、内筒部材２９の外周面には球面状に突出した接合凸部３１が形成され、外筒部材２８と内筒部材２９とは、接合凹部３０と接合凸部３１とが摺動可能に接して球面接合されているため、探触子５１が嵌合された内筒部材２９は、外筒部材２８に対して回転可能な状態となり、探触子５１の回転運動が許容される。これによって、探触子５１は、溶接部Ｂの表面形状に応じてフレキシブルに回転変位し、起伏がある溶接部Ｂの表面に対して常に適正に当接されるため、溶接部Ｂの欠陥を確実に検知することができ、超音波探傷装置１の検査精度を向上させることができる。

また、保持部材２６を外筒部材２８の軸線Ｓの方向に移動させるエアシリンダーが内蔵されたリニアボールスライド５２が備えられているため、探触子５１を保持する保持部材２６は、リニアボールスライド５２によって鋼構造体Ａの表面の方向に押圧され、探触子５１が溶接部Ｂに押し付けられる。また、エアシリンダーが内蔵されたリニアボールスライド５２によって保持部材２６を押圧するため、鋼構造体Ａの表面が略鉛直面であって、立向き姿勢の検査であっても、保持部材２６の押圧方向が下向きになることはなく、保持部材２６は適正な方向に押圧される。これによって、探触子５１を適正に当接させることができ、超音波探傷装置１の検査精度を確保することができる。また、リニアボールスライド５２に送られる空気圧の調整により、探触子５１を溶接部Ｂの表面に押し付ける力が調整されるため、必要に応じて前記押し付ける力が調節可能であり、検査現場の状況に適した力で探触子５１を溶接部Ｂの表面に押し付けることができる。

以上、本発明に係る超音波探傷装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、マグネット１１によって鋼構造体Ａの表面に取り付けられた枠状の基板６にＸ，Ｙ方向にそれぞれ延在するレール１２，１３を付設し、このレールにランナー１４，１５を噛合させ、このランナーを第１，第２の移動機構８，９によってスライドさせることで移動部材７を移動させているが、本発明は、鋼構造体の表面に沿って移動できる移動部材であれば、如何なる機構によって移動させてもよい。例えば、鋼構造体の表面を自走する移動部材であってもよく、また、可動式アーム状の移動部材でもよく、可動式アーム状の移動部材の先端に保持部材を取り付けてもよい。

また、上記した実施の形態では、エアシリンダーが内蔵されたリニアボールスライド５２によって保持部材２６を押圧しているが、本発明は、エアシリンダーが内蔵されていないリニアボールスライドの移動部をエアシリンダーのピストンに取り付けてもよい。また、移動部材に開口を形成し、この開口に保持部材を外筒部材の軸方向に摺動可能に挿通させ、エアシリンダーのピストンを保持部材に直接取り付けてもよい。

本発明に係る超音波探傷装置の実施の形態を説明するための全体構成図である。 本発明に係る超音波探傷装置の実施の形態を説明するための移動部材を移動させる手段を表す図である。 本発明に係る超音波探傷装置の実施の形態を説明するための保持部材を表す斜視図である。 本発明に係る超音波探傷装置の実施の形態を説明するための保持部材を表す断面図である。

符号の説明

１ 超音波探傷装置
７ 移動部材
２６ 保持部材
２８ 外筒部材
２９ 内筒部材
３０ 接合凹部
３１ 接合凸部
５１ 探触子
５２ リニアボールスライド（エアシリンダー機構）
Ａ 鋼構造体
Ｂ 溶接部（被検査部）

Claims (2)

1. 鋼構造体の被検査部上に当接される探触子を保持する保持部材が、前記鋼構造体の表面に沿って移動する移動部材に取り付けられている超音波探傷装置において、
   前記保持部材には、前記移動部材に取り付けられた外筒部材と、該外筒部材内に設けられて内部に前記探触子が嵌合された内筒部材とが備えられ、
   前記外筒部材の内周面には湾曲状に窪んだ接合凹部が形成され、前記内筒部材の外周面には球面状に突出した接合凸部が形成され、前記外筒部材と内筒部材とは、前記接合凹部と接合凸部とが摺動可能に接して球面接合されていることを特徴とする超音波探傷装置。
2. 請求項１記載の超音波探傷装置において、
   前記保持部材を前記外筒部材の軸方向に移動させるエアシリンダー機構が備えられていることを特徴とする超音波探傷装置。

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