JP2012237765A - 超音波探傷検査用探触子および超音波探傷検査用スキャナ - Google Patents

Abstract

【課題】探傷子およびこれをパイプの外周面に沿って回転させる走査機構部を極力小型化して、建屋の天井や壁の近くに配設されたパイプにも適用できるようにする。
【解決手段】検査対象となるパイプの外周面に接触しつつ超音波を前記パイプに向けて照射するとともにその反射波を受信するヘッド１を備え、パイプに着脱自在に取り付けられる探触子であって、パイプを、その外周面の２点に接した状態で、把持する一対の開閉可能なレバー３を有し、このレバー３は常時閉方向に付勢されており、一対のレバー３の支点の間にヘッド１を配し、パイプの外周面に接するヘッド１の表面が、パイプ外径に合致した曲率の凹状の曲面となっており、この凹部にパイプが収まるように構成されており、一対のレバー３とヘッド１の表面によって、パイプの外周の半周以上を収容することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、ステンレス鋼パイプなどのパイプの突き合わせ溶接部などの溶接欠陥の有無を検査する超音波探傷検査に使用される超音波探傷検査用探触子および超音波探傷検査用スキャナに関する。

パイプの突き合わせ溶接部などを超音波探傷によって検査することは周知であり、例えば特開２００１−４７２３２号公報、特開２００１−７４７１２号公報などに、そのための検査装置、検査方法が開示されている。
特開２００１−７４７１２号公報には、小径パイプの溶接部の溶接欠陥を検査するために好適な超音波探傷装置が提案されている。

しかしながら、この超音波探傷装置にあっては、探触子を検査対象のパイプの外周面に沿って回転させるための走査機構部が大型であり、かつこの走査機構部を該パイプに固定するように構成されているため、建屋内の天井や壁の近くに配設されたパイプ、配管に適用することが困難であった。

特開２００１−４７２３２号公報 特開２００１−７４７１２号公報

よって、本発明における課題は、探傷子およびこれをパイプの外周面に沿って回転させる走査機構部を極力小型化して、建屋の天井や壁の近くに配設されたパイプにも適用できるようにすることにある。

かかる課題を解決するため、
請求項１に係る発明は、検査対象となるパイプの外周面に接触しつつ超音波を前記パイプに向けて照射するとともにその反射波を受信するヘッドを備え、前記パイプに着脱自在に取り付けられる探触子であって、前記パイプを、その外周面の２点に接した状態で、把持する一対の開閉可能なレバーを有し、このレバーは、それぞれに設けられた付勢部材によって常時閉方向に付勢されており、前記一対のレバーの支点の間に前記ヘッドを配し、前記パイプの外周面に接する前記ヘッドの表面が、前記パイプ外径に合致した曲率の凹状の曲面となっており、この凹部に前記パイプが収まるように構成されており、前記一対のレバーと前記ヘッドの表面によって、前記パイプの外周の半周以上を収容することを特徴とする超音波探傷検査用探触子である。

請求項２に係る発明は前記レバーの先端には、ローラが軸支されており、前記ローラが前記パイプの外周面に接触し、前記パイプを前記ヘッド側に押圧することを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷検査用探触子である。
請求項３に係る発明は、コイルバネによって前記レバーが常時閉方向に付勢されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波探傷検査用探触子である。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の超音波探傷検査用探触子を着脱自在に保持するとともに装着状態で探触子を前記パイプの中心軸廻りに等速回転させる回転ホルダと、この回転ホルダを回転駆動する駆動部と、前記パイプを着脱自在に把持する一対のレバーからなるグリップを備えたことを特徴とする超音波探傷検査用スキャナである。

請求項５に係る発明は、前記駆動部が、正逆転可能なモータと、このモータの回転を前記回転ホルダに伝達するギア群と、このギア群のギア間に設けられてモータからの回転を接断するクラッチと、前記ギヤモータの回転を検知するエンコーダと、前記モータの正逆転を切り替えるスイッチと、前記ギヤモータの駆動のための電力供給線と前記エンコーダからの出力線が接続されたコネクタから構成され、これらが１個の筐体内に収容されていることを特徴とする請求項４記載の超音波探傷検査用スキャナである。

本発明の超音波探傷検査用探触子によれば、これを極めて小型に構成することができ、さらにこれを検査対象となるパイプに手動で取り付け、パイプの外周面に沿って手動で回転させて、超音波探傷検査を行うことができるので、検査に要するスペースが小さくなり、建屋内の天井、壁などの近くに配設されたパイプに対しても適用することができる。

本発明の超音波探傷検査用スキャナによれば、このスキャナの回転ホルダに前記探傷子を装着した状態で操作できるので、探傷子を自動的にパイプに周囲で定速回転させて超音波探傷検査が実施できる。このため、探傷検査に要する時間を短縮することができ、正確な測定結果が得られ、特別の検査技能を必要することもない。
また、このスキャナは、従来の超音波探傷検査装置の走査機構部に比べて小型に構成することができるので、探傷子を装着した使用状態でも小型となって、同様に狭いスペースでの超音波探傷検査が実施可能になる。

本発明の探触子の一例を示す正面図である。 本発明の探触子の一例を示す斜視図である。 本発明のスキャナの一例を示す縦断面図である。 本発明のスキャナの一例の筐体の内部構造を示す図である。 本発明のスキャナの一例の一方の側面図である。 本発明のスキャナの一例の他方の側面図である 本発明のスキャナのグリップの例を示す分解正面図である。 本発明のスキャナのグリップの回転爪の例を示す正面図である。

図１および図２は、この発明の超音波探傷検査用探触子の一例を示すものである。
この例の探触子は、ヘッド１と、このヘッド１を保持するヘッドホルダ２と、このヘッドホルダ２に軸支された一対のレバー３、３と、この一対のレバー３、３を付勢する２個のコイルバネ４、４とから概略構成されている。

前記ヘッド１は、検査対象となるパイプＰに向けて超音波を発信し、その反射波を受信するものである。ヘッド１は、その外形が直方体の合成樹脂からなるもので、その内部には発信圧電素子および受信圧電素子が収められている。ヘッド１には、発信圧電素子に電力を供給するコード５および受信圧電素子からの受信信号を送出するコード６が接続され、これらコード５、６は、図示しない超音波探傷検査装置本体に接続されている。

また、ヘッド１のパイプＰに接する一面は凹状の曲面となっている。この凹状曲面は、パイプＰの外径に合致した曲率となっており、このヘッド１の凹状曲面にパイプＰの外周面の一部が隙間なく、ぴったりと密着した状態となるように構成されている。
このヘッド１は、ヘッドホルダ２に保持、固定されている。

このヘッドホルダ２は、金属製であって、１枚の底板部２ａと、この底板部２ａの両端部から垂直に延びる２枚の側板部２ｂ、２ｂと、個々の側板部２ｂの先端部から外方に向けて垂直に延びる一対２組の支持板部２ｃ、２ｃ、２ｃ、２ｃとから構成され、一対の支持板部２ｃ、２ｃは互いに相対峙している。
このヘッドホルダ２の底板部２ａと２枚の側板部２ｂ、２ｂとで構成される直方体状の空間に前記ヘッド１が、その凹状曲面が露出するようにして収められ、接着剤などによって、固着されている。
また、一対の支持板部２ｃ、２ｃの間には１本の金属製のピン７が掛け渡されている。

前記レバー３は、合成樹脂製のものであって、押さえ部３ａと、この押さえ部３ａの先端から折曲して延びる把持部３ｂと、この把持部３ｂの先端部付近から折曲して外方に開くようにして延びるガイド部３ｃとから構成されている。
このレバー３は、その押さえ部３ａと把持部３ｂとの間の部分において、前記ピン７に挿通され、回転可能に軸支されるとともに一対の支持板部２ｃ、２ｃの間に挟まった状態で設けられている。

また、ピン７には、コイルバネ４が巻き付けられ、このコイルバネ４の一方の端部は前記ヘッドホルダ２の側板部２ｂの外側に、他方の端部は前記レバー３の押さえ部３ａの内側にそれぞれ圧着されており、これにより一対のレバー３、３は、その把持部３ｂ、３ｂの内方方向に向けて常時付勢されるように構成されている。
また、レバー３の把持部３ｂの先端には、ローラ８が軸支されている。このローラ８は、検査対象となるパイプＰの外周面に当接しつつ自転可能なものであって、このローラ８も、コイルバネ４の付勢力によって把持部３ｂ、３ｂの内方に向けて常時付勢されている。

このような構成の探触子にあっては、一対のレバー３、３の押さえ部３ａ、３ａを、コイルバネ４の付勢力に反するように、指で押圧することで把持部３ｂ、３ｂが大きく開き、検査対象のパイプＰを把持部３ｂ、３ｂの内方に収容することができる。この際、パイプＰの外周面の一部がヘッド１の凹状曲面にぴったりと密着し、一対のローラ８、８もパイプＰの外周面に接触し、パイプＰをヘッド１側に軽く押圧する。

このため、ヘッド１から発信される超音波は効率よくパイプＰに入射され、パイプＰからの反射波も無駄なくヘッド１に入射される。したがって、超音波の利用効率が高くなり、ヘッド１とパイプＰとの間に塗布される接触媒質として水あるいは純水を用いることができる。

そして、探触子内部にパイプＰを収容した状態で、探触子全体をパイプＰの中心軸廻りに手動で回転させつつ、ヘッド１から超音波を発信し、その反射波をヘッド１で受信し、その受信信号を図示しない超音波探傷検査装置本体において解析することで、パイプＰの溶接欠陥の有無などを検査することができる。

このような構成の探触子は、前述のようにパイプＰの周囲を手動で回転させて探傷検査をすることもできるが、以下に説明する超音波探傷検査用スキャナを用いて自動的に定速回転させることにより高精度で効率よく探傷検査を実施することができる。

図３ないし図８は、この発明の超音波探傷検査用スキャナの一例を示すものである。
この例のスキャナは、筐体１１とこの筐体１１の上部に設けられた回転ホルダ１２と、この回転ホルダ１２を回転駆動する駆動部１３と、前記筐体１１の一側部に取り付けられたグリップ１４とから概略構成されている。

前記筐体１１は、外形が直方体状であり、その長手方向の上部は装着部１１ａとされ、下部は操作部１１ｂとされ、装着部１１ａは、操作部１１ｂよりも薄肉となっている。
筐体１１の装着部１１ａの上端部には、Ｕ字状の切り込みが形成されている。また、操作部１１ｂは、使用者が片手で把持して操作できる程度の大きさとなっている。

前記駆動部１３は、図３に示すように、正逆転可能なモータ１８と、このモータ１８の回転を前記回転ホルダに伝達するギア群２１と、このギア群２１を構成するギアの間に設けられてモータ１８からの回転を接断するクラッチ２２と、前記モータ１８の回転を検知するエンコーダ１９と、前記モータ１８の正逆転を切り替えるスイッチ１５と、前記モータ１８の駆動のための電力供給線と前記エンコーダ１９からの出力線が接続されたコネクタ２０から構成されている。

この駆動部１３のうち、モータ１８、エンコーダ１９、スイッチ１５、コネクタ２０は前記操作部１１ｂ内に収められ、ギア群２１、クラッチ２２は、図４に示すように、前記装着部１１ａ内に収められている。
モータ１８とエンコーダ１９とは一体化されており、モータ１８の回転軸には第１ベベルギア２１ａが取り付けられ、この第１ベベルギア２１ａはクラッチ２２を構成する第２ベベルギア２１ｂに螺合するようになっている。

前記クラッチ２２は、前記第２ベベルギア２１ｂとスラストベアリング２４とコイルバネ２５と可動ギア２６とクラッチレバー２７とから構成されている。
第２ベベルギア２１ｂの後端部にはスラストベアリング２４を介してコイルバネ２５が当接され、これにより第２ベベルギア２１ｂは図中右方向に常時付勢されている。
前記可動ギア２６は、平板状のギア部２６ａと棒状の軸部２６ｂと円柱状の押圧チップ２６ｃとから構成され、これら三者はそれぞれの中心軸を同じくしている。

前記可動ギア２６の軸部２６ｂは、第２ベベルギア２１ｂ内の凹部に挿入されて固着されており、これにより第２ベベルギア２１ｂの回転がギア部２６ａに伝わるように構成されている。ギア部２６ａは、ギア群２１を構成する第１中間ギア２１ｃに螺合するようになっている。
前記押圧チップ２６ｃは、ギア部２６ａの中心から外方に向けて筐体１１から突出して設けられている。

前記クラッチレバー２７は、筐体１１の装着部１１ａの外側の前記押圧チップ２６ｃの近傍に取り付けられている。クラッチレバー２７の押圧チップ２６ｃとの接触面はテーパー状となっており、これを回動することで、押圧チップ２６ｃが筐体１１内方向に押圧され、可動ギア２６が図中左側に押されて、第２ベベルギア２１ｂが前記第１ベベルギア２１ａから離脱し、螺合が解かれて、モータ１８の回転が可動ギア２６に伝達されないようになる。

前記ギア群２１を構成する第１中間ギア２１ｃは、この第１中間ギア２１ｃの両側に対称的に配置された２個の第２中間ギア２１ｄ、２１ｄと螺合するように構成され、さらにこの第２中間ギア２１ｄ、２１ｄは、同時にＵギア２１ｅと螺合するように構成されている。

このＵギア２１ｅは、比較的大径の平板状のギアにＵ字状の切り込みを形成したもので、この切り込みはギアの回転軸をも取り込んだ深いものであって、自らの平面形状もほぼＵ字状となっているものである。
さらに、このＵギア２１ｅは、そのＵ字状の切り込みが筐体１１の装着部１１ａに上端部に前述のように形成されたＵ字状の切り込みと位置が一致するように、装着部１１ａ内でフローティング状態で配置されている。

以上の構成により、モータ１８の回転は、第１ベベルギア２１ａ、第２ベベルギア２１ｂ、可動ギア２６、第１中間ギア２１ｃ、第２中間ギア２１ｄを経てＵギア２１ｅに減速して伝達され、Ｕギア２１ｅが定速で正逆転することになる。
そして、Ｕギア２１ｅには、前記回転ホルダ１２が取り付けられている。

回転ホルダ１２は、図３、図５に示すように、略半円状の取付部１２ａと、この取付部１２ａに連結されたＬ字状の一対の取付アーム部１２ｂ、１２ｂと、この一対の取付アーム部１２ｂ、１２ｂに連結された略四角枠状の装着枠部１２ｃと、取付アーム部１２ｂ、１２ｂと装着枠部１２ｃとを連結する２本の結合ピン１２ｄ、１２ｄとから構成されている。

そして、前記回転ホルダ１２の取付部１２ａは、前記Ｕギア２１ｅに一体に固着されており、これによりＵギア２１ｅの回転に伴って回転ホルダ１２が回転するようになっており、結局モータ１８の回転により前記歯車群２１を介して、回転ホルダ１２が回転するようになっている。

さらに、筐体１１の操作部１１ｂ内には、モータ１８（回転ホルダ１２）の回転を正逆転させるためのメンブレンスイッチ１５がモータ１８の側面に収められ、これの押しボタン１６、１７が操作部１１ｂの表面に露出している。
操作部１１ｂの下端には、コネクタ２０が取り付けられている。このコネクタ２０には、エンコーダ１９からの信号取出線と前記モータ１８への電力供給線が接続されている。

また、前記回転ホルダ１２の装着枠部１２ｃには、前述の探触子が着脱自在に装着されるようになっている。すなわち、探触子の一対のレバー３、３の押さえ部３ａ、３ａを回転ホルダ１２の装着枠部１２の枠内に上方から通すことにより探触子を回転ホルダ１２に装着できる。この際、レバー３、３の押さえ部３ａ、３ａがコイルバネ４により外方に開くように付勢されているので、この付勢力により押さえ部３ａ、３ａが装着枠部１２ｃ内で一時的に固定される。
探触子を回転ホルダ１２から取り外す場合には、レバー３、３の押さえ部３ａ、３ａを押し込んでその間隔を狭くした状態で装着枠部１２ｃから探触子を上方に抜き取ればよい。

前記グリップ１４は、検査対象となるパイプを着脱可能に把持することで、超音波探傷検査用スキャナの筐体１１をパイプに取り付けて、このスキャナに装着された前記探触子と該パイプが密着するようにするためのものである。
このグリップ１４は、図６、図７に示すように、一対のレバー１４ａ、１４ａと、この一対のレバー１４ａ、１４ａの先端に取り付けられた一対の互いに対峙する回転爪１４ｂ、１４ｂと、一対のレバー１４ａ、１４ａ間に取り付けられて、一対のレバー１４ａ、１４ａを互いに離間するように常時付勢するバネ１４ｃとから構成されている。

レバー１４ａの上部には、取付孔１４ｄが穿孔されており、この取付孔１４ｄを用いてレバー１４ａが筐体１１の装着部１１ａに回動可能にねじ止めされている。
レバー１４ａの前記取付孔１４ｄよりも上方の部分は薄肉の板状となっており、この部分に回転爪取付孔１４ｅと、回転爪取付孔留め１４ｇが形成されている。この回転爪取付孔１４ｅには、前記回転爪１４ｂが回転自在にピン止めされている。

回転爪１４ｂは、図８に示すような特殊な形状のものである。この回転爪１４ｂは、例えば厚みのある鋼製の円板の中心にピン孔１４ｆを穿孔し、このピン孔１４ｆに向けて円板の外側から３個の直角状の切り込みを形成したもので、それぞれの切り込みの直角の隅部とピン孔１４ｆとの距離がそれぞれ異なるように構成されている。また、突状の３つのノックピン１４ｈ・・が設けられている。

これらの切り込みには、それぞれ検査対象となる外径の異なるパイプが収められるようになっており、その隅部とピン孔１４ｆとの距離が近い切り込みには大径のパイプが収容されることになり、この例の回転爪１４ｂでは、３種の外径の異なるパイプを収めることができるように構成されている。

この回転爪１４ｂは、そのピン孔１４ｆにピンを挿通し、さらにこのピンを前記レバー１４ａの回転爪取付孔１４ｅに挿通することで、前述のようにレバー１４ａの上部に回転自在に取り付けられ、回転爪取付孔留１４ｇとノックピン１４ｈとで固定されている。

このようなグリップ１４では、バネ１４ｃの弾発力により常時一対の回転爪１４ｂ、１４ｂが互いに接する状態となっており、バネ１４ｃの付勢力に逆らうようにレバー１４ａ、１４ａを握ることで回転爪１４ｂ、１４ｂが互いに離れることになる。
この時、回転爪１４ｂ、１４ｂのそれぞれの切り込みを同種のものとして、切り込みに応じた外径のパイプを把持して、レバー１４ａ、１４ａに与えている握力を解放すれば、グリップ１４はパイプに一時的に取り付けられた状態となる。
さらに、この状態で、パイプは、装着部１１ａのＵ字状の切り込み内に位置し、同時に回転ホルダ１２に装着された探触子のヘッド１の凹状曲面に、その外周面が密着するように構成されている。

また、図５に示すように、前記スイッチ１５の押しボタン１６、１７、クラッチレバー２７および回転ホルダ１２は、いずれも筐体１１の同一側面に配置されており、操作性を高めるように構成されている。一方、グリップ１４は、これと反対側の側面に配置されている。

このようなスキャナにあっては、その回転ホルダ１２に探触子が装着された状態で検査に供される。すなわち、前述のようにしてグリップ１４を操作することで、検査対象となるパイプにスキャナを取り付けた状態とし、ついでスキャナのメンブレンスイッチ１５を押すことでモータ１８が定速回転を開始し、この回転はギア群２１、クラッチ２２を介してＵギア２１ｅに取り付けられた回転ホルダ１２に伝えられ、探触子がパイプの周囲を定速で回転する。探触子のヘッド１から超音波を発信し、その反射波を受信することでパイプの溶接欠陥などの有無を検査することができる。

さらに、探触子の回転中に必要に応じてクラッチレバー２７を回動させれば、クラッチ２２を切ることができ、探触子の回転を一時的に停止することができ、またクラッチレバー２７を操作してクラッチ２２を接続して探触子を再度回転させることができる。

そして、スキャナは、片手で操作できる程度の小型であるので、検査のためのスペースが狭い箇所においても、探触子をパイプに周囲で定速回転させることができ、超音波探傷検査が実施できる。したがって、探傷検査に要する時間を短縮することができ、正確な測定結果が得られ、特別の検査技能を必要することもない。

また、パイプとヘッド１とをパイプのほぼ半周に渡って密着させることができるので、超音波の伝搬が効率よく行え、媒質として水を使用することができる。水は使用後痕跡を残さないので、高度の清浄性を要求される半導体製造工場のクリーンルーム内の半導体製造用ガスの供給用配管の検査にも好適となる。

なお、超音波探傷検査のためのスペースが極めて狭い箇所では、前述の通り、探触子のみを使用して手動にて検査を実施することができる。

１・・ヘッド、３・・レバー、Ｐ・・パイプ、１１・・筐体、１２・・回転ホルダ、１３・・駆動部、１４・・グリップ、１８・・モータ、１９・・エンコーダ、２０・・コネクタ、２１・・ギア群、２２・・クラッチ

Claims (5)

1. 検査対象となるパイプの外周面に接触しつつ超音波を前記パイプに向けて照射するとともにその反射波を受信するヘッドを備え、前記パイプに着脱自在に取り付けられる探触子であって、
   前記パイプを、その外周面の２点に接した状態で、把持する一対の開閉可能なレバーを有し、このレバーは、それぞれに設けられた付勢部材によって常時閉方向に付勢されており、
   前記一対のレバーの支点の間に前記ヘッドを配し、
   前記パイプの外周面に接する前記ヘッドの表面が、前記パイプ外径に合致した曲率の凹状の曲面となっており、この凹部に前記パイプが収まるように構成されており、
   前記一対のレバーと前記ヘッドの表面によって、前記パイプの外周の半周以上を収容することを特徴とする超音波探傷検査用探触子。
2. 前記レバーの先端には、ローラが軸支されており、
   前記ローラが前記パイプの外周面に接触し、前記パイプを前記ヘッド側に押圧することを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷検査用探触子。
3. コイルバネによって前記レバーが常時閉方向に付勢されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波探傷検査用探触子。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の超音波探傷検査用探触子を着脱自在に保持するとともに装着状態で探触子を前記パイプの中心軸廻りに等速回転させる回転ホルダと、この回転ホルダを回転駆動する駆動部と、前記パイプを着脱自在に把持する一対のレバーからなるグリップを備えたことを特徴とする超音波探傷検査用スキャナ。
5. 前記駆動部が、正逆転可能なモータと、このモータの回転を前記回転ホルダに伝達するギア群と、このギア群のギア間に設けられてモータからの回転を接断するクラッチと、前記ギヤモータの回転を検知するエンコーダと、前記モータの正逆転を切り替えるスイッチと、前記ギヤモータの駆動のための電力供給線と前記エンコーダからの出力線が接続されたコネクタから構成され、これらが１個の筐体内に収容されていることを特徴とする請求項４記載の超音波探傷検査用スキャナ。

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