JP2015021937A - 超音波検査装置及び超音波検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】台車枠の側梁及び横梁の溶接部に対する検査を容易化し、かつ構成を簡易化し得る超音波検査装置及び超音波検査方法を提案する。【解決手段】超音波を横梁の内面で反射させて溶接部に照射する超音波アレイセンサを横梁の外面に設置し、超音波アレイセンサを横梁の管周方向に所定距離ずつ移動させながら、超音波アレイセンサを横梁の管周方向に所定距離だけ移動させるごとに、超音波アレイセンサから溶接部に超音波を照射させ、当該溶接部における超音波の反射波を超音波アレイセンサにより受信すると共に、超音波アレイセンサにより受波した反射波を反射信号に変換し、変換した反射信号の信号強度に基づいて、溶接部における欠陥の有無を判定するようにした。【選択図】 図４

Description

本発明は、超音波検査装置及び超音波検査方法に関し、特に、鉄道車両に供される台車の台車枠に対する超音波検査を行う超音波検査装置に適用して好適なものである。

溶接は、大型構造物を作成する上で不可欠な接合技術である。溶接が行われた部位（以下、これを溶接部と呼ぶ）には、溶接施工に起因する溶接欠陥がまれに発生する。このため、ある種の大型構造物では、溶接部に対して適切な非破壊検査を行うことで、溶接部の品質を保証している。溶接部に対する一般的な非破壊検査方法である超音波検査は、装置が簡便であり、また放射線検査で必要な遮蔽などの作業がないことから、広く適用されている。

溶接部に対する非破壊検査を行う大型構造物の１つとして、鉄道車両に供される台車の台車枠がある。台車枠は、電動機やブレーキ器具などを支持すると共に、枕木方向に沿って備えられる横梁と、荷客を運搬する構体を支持する空気ばねが配置されると共にレール方向に沿って備えられる側梁とを備えて構成され、横梁及び側梁が溶接接合される。

このような台車枠における溶接部の健全性評価を行う超音波検査装置として、少なくとも１個の垂直探傷子を中心として複数の斜角探傷子を同心円状に配置した複合探傷子を備える超音波検査装置が特許文献１に開示されている。

この超音波検査装置では、複合探傷子のセンサ面が曲面状に形成されており、このセンサ面を横梁を構成する管材の内壁面に当て、横梁の内側から外側に向かって垂直探傷子から超音波を照射（送波）し、反射波を当該垂直探傷子により検出（受波）することにより台車枠の側梁及び横梁の溶接部位（以下、これを側梁−横梁溶接部と呼ぶ）の欠陥検査を行う。具体的には、かかる複合探傷子を横梁の内壁面に沿って回転状に移動させることにより、側梁−横梁溶接部における横梁の周方向に超音波を走査して検査を行う。また、かかる超音波検査装置では、複合探傷子を横梁の軸方向に移動させながら超音波を照射することにより、側梁−横梁溶接部における横梁の軸方向の検査を行う。

特開２００５−３７１９５号公報

ところで、特許文献１に開示された上述の超音波検査装置では、検査を行うに際して上述のように横梁の内部に超音波探触子を挿入する必要があり、それに付随して、横梁の軸中心と回転移動機構の回転中心を一致させるための回転機構と、回転機構本体を横梁の内面に押圧固定するための加圧機構が必要となる問題がある。

また、かかる超音波検査装置では、実際に検査を開始する前に、超音波探触子を横梁内部に挿入後、加圧機構を加圧操作して超音波探触子を横梁内に保持する作業が必要となる。さらに、かかる超音波検査装置では、横梁内に装置を挿入する必要があるため、回転機構本体及び加圧機構を備えた挿入機構が必要となり、横梁が軸方向に長い場合には超音波探触子の挿入機構が長大化し、機構の構成及び制御が複雑になる問題もある。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、台車枠の側梁−横梁溶接部に対する検査を容易化し、かつ構成を簡易化し得る超音波検査装置及び超音波検査方法を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、レール方向に配置される側梁と、枕木方向に配置される管状の横梁とを有する台車枠における前記側梁及び前記横梁間の溶接部に超音波を照射して検査する超音波検査装置において、前記横梁の外面に設置され、超音波を前記横梁の内面で反射させて前記溶接部に照射する超音波アレイセンサと、前記超音波アレイセンサを前記横梁の管周方向に沿って移動させるセンサ移動機構と、前記溶接部に前記超音波を照射させ、当該溶接部における前記超音波の反射波を受信するよう前記超音波アレイセンサを制御する超音波制御部と、前記超音波アレイセンサを前記横梁の前記管周方向に所定距離ずつ移動させるよう前記センサ移動機構を制御する移動制御部と、前記超音波制御部及び前記移動制御部を制御すると共に、前記超音波アレイセンサにより受波された前記反射波に基づき生成された反射信号の信号強度に基づいて、前記溶接部における欠陥の有無を判定する探傷制御部とを設けるようにした。

また本発明においては、レール方向に配置される側梁と、枕木方向に配置される管状の横梁とを有する台車枠における前記側梁及び前記横梁間の溶接部に超音波を照射して検査する超音波検査方法において、超音波を前記横梁の内面で反射させて前記溶接部に照射する超音波アレイセンサを前記横梁の外面に設置する第１のステップと、前記超音波アレイセンサを前記横梁の管周方向に所定距離ずつ移動させながら、前記超音波アレイセンサを前記横梁の管周方向に前記所定距離だけ移動させるごとに、前記超音波アレイセンサから前記溶接部に前記超音波を照射させ、当該溶接部における前記超音波の反射波を前記超音波アレイセンサにより受信すると共に、前記超音波アレイセンサにより受波した前記反射波を反射信号に変換し、変換した前記反射信号の信号強度に基づいて、前記溶接部における欠陥の有無を判定する第２のステップとを設けるようにした。

本発明の超音波検査装置及び超音波検査方法によれば、検査者は超音波アレイセンサを横梁の外面に設置し、必要な設定を行うだけで台車枠の側梁及び横梁の溶接部を検査することができる。また超音波検査装置及び超音波検査方法によれば、横梁の外面に超音波アレイセンサを設置するため、超音波探傷子を挿入するための機構や、超音波探傷子を横梁３の内面に押圧固定するための機構などを必要とせず、これらの機構を必要としていた従来の超音波検査装置と比べて構成を格段的に簡易化することができる。

本発明によれば、台車枠の側梁及び横梁の溶接部に対する超音波検査を容易化し、かつ構成を簡易化し得る超音波検査装置及び超音波検査方法を実現できる。

鉄道車両の台車枠の概略構成を示す上面図である。 鉄道車両の台車枠の概略構成を示す側図である。 鉄道車両の台車枠に対する従来の超音波検査方法の説明に供する断面図である。 第１及び第２の実施の形態による超音波検査装置の構成を示す概念図である。 超音波アレイセンサ保持部の概略構成を、一部断面をとって示す略線図である。 （Ａ）は、超音波アレイセンサと検査対象との位置関係を一部断面をとって示す略線図であり、（Ｂ）は、第１の実施の形態による検査画像の概略構成を示す略線図である。 第１及び第２の実施の形態による超音波検査装置による検査処理の処理手順を示すフローチャートである。 （Ａ）は、超音波アレイセンサと検査対象との位置関係を一部断面をとって示す略線図であり、（Ｂ）は、第２の実施の形態による検査画像の概略構成を示す略線図である。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）第１の実施の形態
（１−１）台車枠の構成
本実施の形態による超音波検査装置の説明をするに際して、まず、超音波検査の検査対象となる鉄道車両の台車枠の構成について説明する。図１は、鉄道車両の台車枠１の概略構成を示す。台車枠１は、レール方向と平行に配設された一対の側梁２と、枕木方向と平行に、かつ各側梁２の長手方向の中央近傍を貫き通すように配設された一対の横梁３とを備えて構成される。

各側梁２は、断面コ字の棒状に形成されており、コ字の開放側を対向させた状態で所定距離を隔てて配置されている。そして各側梁２の長手方向の中央部近傍には、それぞれ横梁３を嵌め込むための一対の図示しない開口部（以下、これを横梁嵌合用開口部と呼ぶ）が設けられている。また各横梁３は、それぞれ丸パイプ状に形成されており、長手方向の両端部がそれぞれ側梁２の対応する横梁嵌合用開口部に嵌め込まれ、かつその嵌合部位が側梁２に溶接されることにより各側梁２と一体化されている。

横梁３間には一対の繋ぎ梁４が配置されており、これら繋ぎ梁４がそれぞれ各横梁３に溶接により接合されることにより、横梁３同士が一体化されている。また各横梁３には、それぞれモータ受け５や歯車箱吊り受け６などが溶接により取り付けられている。

（１−２）従来の超音波検査方法
ところで、上述の台車枠１において、側梁−横梁溶接部７はＴ継ぎ手構造であり、このような側梁−横梁溶接部７を検査するためには超音波探触子を側梁２及び横梁３に設置しなければならない。

ここで、一般的なＴ継ぎ手溶接部の超音波検査方法として、図３に示すように、横梁３の内壁３Ａに設置した超音波探触子１０Ａから超音波１１Ａを側梁−横梁溶接部７に向けて送波することによりその側梁−横梁溶接部７を検査する方法（以下、これを第１の超音波検査方法と呼ぶ）がある。これは上述した特許文献１に開示された方法である。またＴ継ぎ手溶接部の他の超音波検査方法として、図３に示すように、側梁２の外面に設置した超音波探触子１０Ｂから超音波１１Ｂを側梁−横梁溶接部７に向けて送波することによりその側梁−横梁溶接部７を検査する方法（以下、これを第２の超音波検査方法と呼ぶ）もある。なお図３において、符号８は裏当て板を表す。

しかしながら、第１の超音波検査方法によると、上述のように超音波検査装置が大型化したり、構成及び制御が複雑になるという問題がある。また第２の超音波検査方法によると、側梁２が断面コ字状であるため横梁３の周方向位置によって平坦面が小さく、超音波探触子の設置や側梁２の側面に沿った移動ができない問題がある。

本実施の形態による超音波検査装置は、以上の問題を考慮したものであり、台車枠の側梁−横梁溶接部７に対する超音波検査を容易化し、かつ構成を簡易化し得るようにしたものである。以下、このような本実施の形態による超音波検査装置について説明する。

（１−３）本実施の形態による超音波検査装置の構成
図４は、図１について上述した台車枠１を検査対象とする本実施の形態による超音波検査装置２０を示す。本超音波検査装置２０は、探触子としての機能を有する超音波アレイセンサ保持器２１と、超音波アレイセンサ保持器２１の動作を制御し、かつ超音波アレイセンサ保持器２１により取得された反射音波情報を解析して解析結果を可視表示する情報処理部２２とから構成される。

また情報処理部２２は、超音波アレイセンサ保持器２１による超音波の送信及び受信の切替え制御を行う超音波制御器２３と、超音波アレイセンサ保持器２１の移動制御及び移動量計測を行う探触子移動制御器２４と、超音波検査装置２０全体を統括制御する探傷制御器２５と、探傷結果を表示する表示器２６とから構成される。

超音波アレイセンサ保持器２１は、図５に示すように、超音波アレイセンサ３０、制御モータ３１及び車輪３２を備える。超音波アレイセンサ３０は、水、油、グリセリンペーストなどの接触媒質を介して横梁３と接触するよう横梁３の外面上に設置される。超音波アレイセンサ３０からの超音波３５の照射（送波）及びその反射波の検出（受波）の制御は超音波制御器２３が行う。超音波アレイセンサ保持器２１は、探触子移動制御器２４の指示により制御モータ３１が駆動して車輪３２を回転させることで、横梁３の表面上に当該横梁３の一周に渡って設置されたガイドレール３３に沿って横梁３の周方向に移動する。

ここで、超音波アレイセンサ３０について説明する。超音波アレイセンサ３０の構成要素である超音波アレイ振動子３０Ａは、アレイ状に配列された複数の振動子から構成され、その振動子への印加電圧時間を調整する電子的走査により、超音波３５の送波方向や焦点位置を調整することができる。また超音波アレイ振動子３０Ａを構成する各振動子は、形状角部や欠陥などの特徴点で反射して戻ってきた超音波３５を受波することができ、これら振動子毎の受信時間差と被検材内の音速に基づいて反射源の位置を特定することができる。このような超音波３５の送波及び受波手法をフェーズドアレイ法という。さらに超音波アレイセンサ３０は、上述した印加電圧時間をプログラム化して順次変えることで、図５のＹＺ平面内で超音波３５を扇状に走査させることができる。これにより、超音波アレイセンサ３０の移動範囲を最小限にしながら広範囲を検査できるため、検査時間の短縮が可能となる。従って、超音波アレイセンサ３０を用いることにより、従来技術のような超音波探触子の横梁３の軸方向（図５のＹ方向）への移動走査が不要となる。

超音波アレイセンサ３０を用いた超音波検査では、側梁−横梁溶接部７において想定される欠陥を検査可能な最適な走査条件を設定することにより、検査時間を短縮することができる。この超音波検査では、上述のように超音波アレイセンサ３０の前後走査を行うことなく超音波アレイセンサ３０の前方範囲を検査できるため、超音波アレイセンサ３０の位置を中心として超音波３５を扇状に走査させるセクタスキャン法による評価を行うことが望ましい。従って、以下においては、かかる超音波検査をセクタスキャン法により検査を行うものとして説明を進める。

また本実施の形態においては、超音波アレイセンサ３０から送波された超音波３５の入射強度を高めるために、図５に示すくさび３４を利用して超音波アレイ振動子３０Ａを傾けており、これにより超音波アレイセンサ保持器２１の小型化を図っている。

超音波制御器２３は、超音波アレイセンサ３０からの超音波３５の送波に関する制御を行う送信部２３Ａと、超音波アレイセンサ３０による欠陥などからの反射エコーの受波に関する制御を行う受信部２３Ｂとから構成される。また超音波アレイセンサ３０が受波した反射エコーは超音波制御器２３の受信部２３Ｂにおいてディジタル信号（以下、これを反射信号と呼ぶ）に変換されて探傷制御器２５に送信される。

探触子移動制御器２４は、後述のように探傷制御器２５から与えられる移動指示に基づいて超音波アレイセンサ保持器２１の制御モータ３１の動作を制御することにより、超音波アレイセンサ保持器２１を超音波アレイセンサ３０のセンサ幅に応じた所定距離ずつガイドレール３３に沿って横梁３の周方向に間欠的に移動させる。また探触子移動制御器２４は、移動後の超音波アレイセンサ３０の横梁３の周方向位置を探傷制御器２５に通知する。かくして、この情報が後述のように表示器２６に表示される検査画像の画像情報の生成や欠陥発生範囲の記録に用いられる。

探傷制御器２５は、超音波制御器２３及び探触子移動制御器２４を制御する機能を有し、センサ位置評価部２５Ａ、超音波評価部２５Ｂ、評価範囲決定部２５Ｃ、信号位置判定部２５Ｄ及び欠陥判定部２５Ｅから構成される。

センサ位置評価部２５Ａは、検査実行時、探触子移動制御器２４に対して超音波アレイセンサ保持器２１の移動指示を送信する一方、探触子移動制御器２４から通知される超音波アレイセンサ保持器２１の移動後の周方向位置を記憶する。また超音波評価部２５Ｂは、検査実行時、超音波アレイセンサ３０から超音波を送波するよう超音波制御器２３に指示（以下、この指示を送波指示と呼ぶ）を与えると共に、この結果として超音波アレイセンサ３０から超音波制御器２３を介して与えられる反射信号を受信し、当該反射信号に対する映像化処理及び記録を行う。

評価範囲決定部２５Ｃは、超音波評価部２５Ｂが受信した反射信号内の形状信号を参考にして、欠陥を抽出するための欠陥評価範囲を検査画像内に設定する。また信号位置判定部２５Ｄは、評価範囲決定部２５Ｃが設定した検査画像内の欠陥評価範囲に含まれる、欠陥からの反射エコーの可能性がある信号成分を抽出する。さらに欠陥判定部２５Ｅは、信号位置判定部２５Ｄが抽出した信号成分の受信強度に基づいて、かかる反射エコーの反射源が欠陥であるか否かの判定を行う。

表示器２６は、例えば液晶パネル等の表示装置から構成され、探傷制御器２５から出力される画像情報に基づいて後述する検査画像を表示する。

（１−４）本実施の形態による欠陥判定方法
続いて、本実施の形態の超音波検査装置２０において実行される欠陥判定方法について説明する。

図６（Ａ）は、検査対象である台車枠１の側梁−横梁溶接部７の断面を示す。図６（Ａ）において、Ｄ１からＤ４はそれぞれ側梁−横梁溶接部７の特徴点を示し、Ｄ５は欠陥を表す。また図６（Ａ）において、ｐ、ｑ、ｒ、ｓ及びｔはそれぞれ各部材の厚さ又は高さを表し、ｕは超音波アレイセンサ３０の探傷面の中心点（以下、これを単に探傷面中心点と呼ぶ）Ｏ１から先端位置（側梁−横梁溶接部７の外縁部）までの距離を表す。

図６（Ａ）に示すように、本実施の形態における台車枠１の側梁−横梁溶接部７に対する検査方法は、超音波アレイセンサ３０から発射された超音波３５を横梁３の内面で１回反射させて検査対象の側梁−横梁溶接部７に照射する１回反射法である。側梁−横梁溶接部７に照射された超音波３５は、当該側梁−横梁溶接部７において反射し、上述の経路を逆に伝播して超音波アレイセンサ３０により受信される。

図６（Ｂ）は、表示器２６に表示される検査画像Ｓ１を示す。この検査画像Ｓ１において、扇型で示す領域Ａ１は超音波３５による現在の探傷範囲を示し、左上の頂点部が超音波アレイセンサ３０の受信基準点Ｏ１を示す。また図６（Ｂ）において、Ｙ方向は超音波アレイセンサ３０の受信基準点Ｏ１から反射源までの水平距離を表し、Ｚ方向は超音波アレイセンサ３０の受信基準点Ｏ１から反射源までの深さを表す。このように検査画像Ｓ１は側梁−横梁溶接部７の図６（Ａ）におけるＹＺ平面での断面画像として表示されるため、超音波アレイセンサ３０の受信基準点Ｏ１と、超音波３５の反射源との位置関係を検査者が明確に認識することができる。

なお本実施の形態においては、上述のように検査方法として１回反射法を用いるため、検査画像Ｓ１ではＺ方向が実際の検査体系に対して反転した状態で表示される。そこで本実施の形態では、検査画像Ｓ１における欠陥判別を検査者が容易に行えるようにするため、実際の検査対象における溶接部範囲つまり欠陥評価範囲を検査画像Ｓ１内に破線表示する。

ここで、検査画像Ｓ１内の欠陥評価範囲を抽出する方法について説明する。検査画像Ｓ１において、水平方向位置については、横梁３及び裏当て板８間の隙間（以下、これを隙間位置と呼ぶ）Ｄ１に対して側梁−横梁溶接部７の裏波端部位置を表す特徴点Ｄ２（以下、これを裏波位置Ｄ２と呼ぶ）が＋Ｙ方向に距離ｒの位置、側梁２の表面に位置する側梁−横梁溶接部７の頂点位置を表すＤ３（以下、これを頂点位置Ｄ３と呼ぶ）が−Ｙ方向に距離ｑの位置、側梁−横梁溶接部７の先端位置を表す特徴点Ｄ４（以下、これを先端位置Ｄ４と呼ぶ）が−Ｙ方向に距離ｐ＋ｑの位置にそれぞれ表示される。従って、これら裏波位置Ｄ２、頂点位置Ｄ３及び先端位置Ｄ４の水平方向位置はいずれも隙間位置Ｄ１からの反射エコーＥ１に対して一意に決定できる。

また深さ方向位置については、横梁３の板厚をｔとすると、裏波位置Ｄ２及び先端位置Ｄ４がそれぞれ深さ２ｔの位置、特徴点Ｄ３が深さ２ｔ＋ｓの位置に表示される。これより、これら裏波位置Ｄ２、頂点位置Ｄ３及び先端位置Ｄ４の深さ方向位置も一意に決定できる。

従って、検査画像Ｓ１内の反射エコーＥ１を抽出し、その反射エコーＥ１を基準とすることで検査画像Ｓ１内における裏波位置Ｄ２、頂点位置Ｄ３及び先端位置Ｄ４の座標位置をそれぞれ決定することができる。ここで、図６（Ａ）において側梁−横梁溶接部７は裏波位置Ｄ２、頂点位置Ｄ３及び先端位置Ｄ４をそれぞれ頂点とする三角形の内部領域である。従って、検査画像Ｓ１において、裏波位置Ｄ２、頂点位置Ｄ３及び先端位置Ｄ４をそれぞれ頂点とする三角形の内部領域が欠陥の有無の評価範囲（欠陥評価範囲）となる。

なお検査画像Ｓ１内の反射エコーＥ１を抽出するに当たって、隙間位置Ｄ１は、側梁−横梁溶接部７の形状と発生位置の関係が明確である。そのため、反射エコーＥ１の抽出範囲を限定しておくことで容易に検査画像Ｓ１内の裏波位置Ｄ２、頂点位置Ｄ３及び先端位置Ｄ４を検出することができる。つまり、反射エコーＥ１は、深さ位置が２ｔから２ｔ＋ｓまでの間で、水平位置が超音波アレイセンサ３０の受信基準点Ｏ１からｐ＋ｑ＋ｕまで範囲内に発生する。従って、上述の範囲を含むように図６（Ｂ）に示すような領域Ａ２を設定し、この領域Ａ２内に発生するエコーを抽出することで反射エコーＥ１を抽出することができる。

なお、図６（Ｂ）において、Ｅ２は裏波位置Ｄ２における超音波３５の反射エコーであり、欠陥評価領域の外側に表示される。また反射エコーＥ３は側梁−横梁溶接部７の内部に発生した欠陥に対応するエコーであり、欠陥評価領域内に表示される。

（１−５）超音波検査装置による超音波検査
次に、超音波検査装置２０における超音波検査の検査手順について説明する。図７は、本実施の形態の超音波検査装置２０における検査処理の処理手順を示すフローチャートである。この検査処理手順に従ったステップＳＰ１〜ステップＳＰ１０の処理のうち、超音波制御器２３、探触子移動制御器２４及び探傷制御器２５の処理は、これら超音波制御器２３、探触子移動制御器２４及び探傷制御器２５内の図示しない内部メモリにそれぞれ予め記憶されたプログラムに基づいて実行される。

まず、ステップＳＰ１では、検査の開始に際して、検査者が超音波検査装置２０に対して必要な設定を行う。具体的には、検査部位の状況（部材板厚、側梁−横梁溶接部７の開先形状など）を考慮した適切な検査条件（超音波ビーム条件、検査対象範囲など）を超音波制御器２３、探触子移動制御器２４及び探傷制御器２５に設定する。また探傷制御器２５の内部メモリ内に格納されたプログラムの動作により、超音波制御器２３での探傷感度、ビーム取り込み路程、ノイズ信号を除去する評価振幅しきい値などを設定する。さらに探触子移動制御器２４での超音波アレイセンサ３０の探傷ステップ毎の管周方向への移動量と部材端の座標、受信信号強度判定のしきい値Ｐ_０をそれぞれ設定する。

続くステップＳＰ２では、検査者が超音波アレイセンサ保持器２１を検査対象である台車枠１の横梁３の外面の開始位置に配置させる。また超音波アレイセンサ３０から出射された超音波３５が横梁３の内面で１回反射して外梁−横梁溶接部７に照射されるように、超音波アレイセンサ３０の向きを調整する。

ステップＳＰ３では、検査を開始するよう検査者が探傷制御器２５を操作する。かくして、この操作に応じて、探傷制御器２５のセンサ位置評価部２５Ａが探触子移動制御器２４に超音波アレイセンサ保持器２１の移動指示を与え、当該移動指示に応じて探触子移動制御器２５が超音波アレイセンサ保持器２１の制御モータ３１（図５）を駆動することにより、当該超音波アレイセンサ保持器２１をステップＳＰ１で設定された探傷ステップ毎の移動量だけ横梁３の管周方向に平行移動させる。また探触子移動制御器２４は、この後、横梁３の管周方向における現在の超音波アレイセンサ３０の位置を探傷制御器２５に通知する。そして探傷制御器２５のセンサ位置評価部２５Ａは、探傷制御器２５から通知された当該位置を記憶する。

ステップＳＰ４では、探傷制御器２５の超音波評価部２５Ｂの指示に基づいて、超音波制御器２３の送信部２３Ａ及び受信部２３Ｂが超音波アレイセンサ３０を制御する。この結果、超音波アレイセンサ３０から超音波３５が扇状に走査するように送波され、上述の隙間位置Ｄ１や側梁−横梁溶接部７内の欠陥Ｄ５で反射した超音波３５の反射波が超音波アレイセンサ３０に受波され、当該反射波に基づき超音波制御器２３の受信部２３Ｂにおいて生成された反射信号が超音波制御器２３から探傷制御器２５の超音波評価部２５Ｂに送信される。超音波評価部２５Ｂでは前述の反射信号に基づき検査画像を生成する。

ステップＳＰ５では、探傷制御器２５の超音波評価部２５Ｂが、ステップＳＰ４で受信した反射信号に含まれる隙間位置Ｄ１からの反射エコーＥ１の信号成分を抽出する。この隙間位置Ｄ１からの反射エコーＥ１の信号成分の検出に当たっては前述した方法（１−４）により実施可能である。隙間位置Ｄ１からの反射エコーＥ１の信号成分は超音波アレイセンサ３０を管周方向に走査した場合に常に検出できる。また、反射エコーＥ１のエコー強度は超音波アレイセンサ３０の受信基準点Ｏ１から隙間位置Ｄ１までの距離や形状を調整することで大きな信号強度で受信することができる。

続くステップＳＰ６において、探傷制御器２５の評価範囲決定部２５Ｃが、ステップＳＰ５で抽出した隙間位置Ｄ１からの反射エコーＥ１の信号成分に基づいて、前述の欠陥判定方法で説明した欠陥評価範囲（図６（Ｂ）のＤ２〜Ｄ４を頂点とする三角形の内部領域）を反射信号に基づき生成される検査画像Ｓ１内に設定する。かくして評価範囲決定部２５Ｃは、このように決定した欠陥評価範囲を反射信号に基づいて生成し、生成した検査画像Ｓ１の画像情報に重ねるようにする。これにより図６（Ｂ）について上述した検査画像Ｓ１が表示器２６に表示される。

ステップＳＰ７では、探傷制御器２５の信号位置判定部２５Ｄが、信号位置の判定を行う。信号位置判定部２５Ｄは、ステップＳＰ６で探傷制御器２５の評価範囲決定部２５Ｃが設定した欠陥評価範囲内に有意な信号成分（欠陥Ｄ５からの反射エコー）が存在するか否かを判定する。ここでは、信号位置に基づいた判定であるため、座標に従って判定する。この評価に当たっては、ステップＳＰ１で設定した評価振幅しきい値を超える信号成分を「有意な信号成分」として抽出する。この欠陥評価範囲内に「有意な信号成分」が存在しなければ欠陥なしと判断して、処理がステップＳＰ３に戻る。また、欠陥評価範囲内で「有意な信号成分」が抽出された場合には、欠陥の疑いがありと判断して処理がステップＳＰ８に進む。

ステップＳＰ８では、探傷制御器２５の欠陥判定部２５Ｅが、ステップＳＰ７において抽出したエコーの振幅判定を行う。欠陥判定部２５Ｅは、ステップＳＰ７で抽出した「有意な信号成分」の信号強度の最大値Ｐと、ステップＳＰ１で設定された受信波信号の強度判定用のしきい値Ｐ０とを比較する。ステップＳＰ７で抽出した「有意な信号成分」の信号強度がしきい値Ｐ０を超える場合（Ｐ≧Ｐ０）には、構造強度上で有害な欠陥Ｄ５からの反射エコー（欠陥エコー）であると判断して処理がステップＳＰ９に進む。これに対して、ステップＳＰ７で抽出した「有意な信号成分」の受信波振幅がしきい値Ｐ０未満の場合（Ｐ＜Ｐ０）には、欠陥判定部２５Ｅは欠陥なしと判断して処理がステップＳＰ３に戻る。

ステップＳＰ９では、探傷制御器２５の欠陥判定部２５Ｅが欠陥の認定及び記録を行う。ステップＳＰ８で欠陥エコーと判断された反射エコーの反射源は欠陥と認定し、そのときの超音波アレイセンサ３０の受信基準Ｏ１の管周方向位置と、検査断面内での反射源（つまり欠陥位置）と、信号強度を記録する。これらのデータは補修位置の指示や溶接品質向上のための参考データとして活用する。

ステップＳＰ１０では、探傷制御器２５のセンサ位置評価部２５Ａが、超音波アレイセンサ３０が横梁３の管周方向の探傷目標範囲をすべて測定し終えたか否かを判定する。つまり、探傷終了点に到達した場合には検査は終了となる。探傷終了点に到達していない場合、検査を継続するためステップＳＰ３に戻って、この後ステップＳＰ３〜ステップＳＰ１０の処理が繰り返される。

そして、超音波アレイセンサ３０が横梁３の管周方向の探傷目標範囲をすべて測定し終えると、この検査処理が終了する。

（１−６）効果
以上のように本実施の形態の超音波検査装置２０によれば、検査者は横梁３の外面に超音波アレイセンサ３０を設置し、必要な設定を行うだけで台車枠１の側梁−横梁溶接部７を検査することができる。また本超音波検査装置２０は、横梁３の外面に超音波アレイセンサ０を設置するため、超音波探傷子を挿入するための機構や、超音波探傷子を横梁３の内面に押圧固定するための機構などを必要とせず、これらの機構を必要としていた従来の超音波検査装置と比べて構成を格段的に簡易化することができる。従って、本実施の形態によれば本超音波検査装置２０の構成を簡易化しながら、台車枠１の側梁−横梁溶接部７に対する検査を容易化することができる。

（２）第２の実施の形態
図４において、４０は全体として第２の実施の形態による超音波検査装置を示す。この超音波検査装置４０は、情報処理部４１を構成する探傷制御器４２の評価範囲決定部４２Ｃが検査画像として、図８（Ｂ）に示すような検査画像Ｓ２を表示器２６に表示させる点を除いて第１の実施の形態の超音波検査装置２０と同様に構成されている。

実際上、第１の実施の形態の検査画像Ｓ１では、超音波アレイセンサ３０の受信基準点Ｏ１が画像左上に設定され、画像右下方向に向かって超音波３５を照射したように検査結果が描画される。これに対して、本実施の形態による検査画像Ｓ２では、超音波アレイセンサ３０の受信基準点Ｏ１が画像左下に設定され、画像右上方向に向かって超音波３５を照射したように検査結果が描画される。つまり本実施の形態の検査画像Ｓ２では、第１の実施の形態の検査画像Ｓ１に対して探傷画像が上下反転して表示される。これにより本実施の形態の検査画像Ｓ２によれば、欠陥評価範囲において実際の構造部材の上下配置が一致するため、構造部材に対する欠陥評価範囲のイメージが明瞭になり、評価を簡便にすることができる。

また本実施の形態の検査画像Ｓ２では、図８（Ｂ）に示すように、側梁−横梁溶接部７における各部材の形状（横梁３、側梁２、裏当て板８の形状）が破線表示される。これにより第１の実施の形態の検査画像Ｓ１のように欠陥評価範囲のみを破線表示する場合に比べて、検査者が探傷画像と実際の構造部材との対比をさらに容易に行うことができる。

ここで、検査画像Ｓ２内に側梁−横梁溶接部７における各部材の形状を破線表示する際の各部品形状の座標合わせ方法について説明する。まず、深さ方向位置については、横梁３の板厚をｔとすると、横梁３の内面を表す形状線は深さｔの位置になる。あるいは、横梁３の外面を表す形状線は深さ２ｔの位置になることでも深さ方向の座標位置は確定できる。また、水平方向位置については、横梁３と裏当て板８の隙間位置Ｄ１からのエコーが反射エコーＥ１であることから、反射エコーＥ１と隙間位置Ｄ１との水平方向位置を一致させることで水平方向位置の座標が確定する。このように、深さ方向と水平方向の１つずつの形状と座標を用いることで検査画像Ｓ２との座標合わせを行うことができ、第１の実施の形態での欠陥評価範囲の決定と比べてより簡便に欠陥評価範囲を決定することができる。

なお、本実施の形態による検査の処理手順は、図５のステップＳＰ６において、評価範囲決定部２５Ｃが欠陥評価範囲に加えて、上述のように側梁−横梁溶接部７における各部材の形状を検査画像Ｓ２上に破線表示する点を除いて第１の実施形態における検査の処理手順と同じであるため、ここでの説明は省略する。

以上の本実施の形態の超音波検査装置４０によれば、第１の実施の形態による超音波検査装置２０と同様の効果に加えて、検査画像Ｓ２に基づく検査結果の視認性を向上する効果を得ることができる。

（３）他の実施の形態
なお上述の第１及び第２の実施の形態においては、超音波アレイセンサ保持器２１を横梁３の管周方向に沿って移動させるセンサ移動機構を、超音波アレイセンサ保持器２１の制御モータ３１（図５）及び歯車３２（図５）と、ガイドレール３３（図４）とにより構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、センサ移動機構の構成としてはこの他種々の構成を広く適用することができる。

また上述の第１及び第２の実施の形態においては、情報処理部２２，４１（図４）を、それぞれ別個に構築された超音波制御器２３、探触子移動制御器２４及び探傷制御器２５，４２により構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これら超音波制御器２３、探触子移動制御器２４及び探傷制御器２５，４２の機能を例えばパーソナルコンピュータ等の１つの装置に搭載するなどして情報処理部２２，４１を１つ装置として構築するようにしても良い。

本発明は、鉄道車両に供される台車の台車枠に対する超音波検査を行う超音波検査装置に適用することができる。

１……台車枠、２……側梁、３……横梁、７……側梁−横梁溶接部、８……裏当て板、２０，４０……超音波検査装置、２１……超音波アレイセンサ保持部、２２，４１……情報処理部、２３……超音波制御器、２３Ａ……送信部、２３Ｂ……受信部、２４……探触子移動制御器、２５，４２……探傷制御器、２５Ａ……センサ位置評価部、２５Ｂ……超音波評価部、２５Ｃ，４２Ｃ……評価範囲決定部、２５Ｄ……信号位置判定部、２５Ｅ……欠陥判定部、２６……表示器、３０……超音波アレイセンサ、３１……制御モータ、３２……車輪、３３……ガイドレール、３５……超音波、Ｅ１〜Ｅ３……エコー、Ｓ１，Ｓ２……検査画像。

Claims (10)

1. レール方向に配置される側梁と、枕木方向に配置される管状の横梁とを有する台車枠における前記側梁及び前記横梁間の溶接部に超音波を照射して検査する超音波検査装置において、
   前記横梁の外面に設置され、超音波を前記横梁の内面で反射させて前記溶接部に照射する超音波アレイセンサと、
   前記超音波アレイセンサを前記横梁の管周方向に沿って移動させるセンサ移動機構と、
   前記溶接部に前記超音波を照射させ、当該溶接部における前記超音波の反射波を受信するよう前記超音波アレイセンサを制御する超音波制御部と、
   前記超音波アレイセンサを前記横梁の前記管周方向に所定距離ずつ移動させるよう前記センサ移動機構を制御する移動制御部と、
   前記超音波制御部及び前記移動制御部を制御すると共に、前記超音波アレイセンサにより受波された前記反射波に基づき生成された反射信号の信号強度に基づいて、前記溶接部における欠陥の有無を判定する探傷制御部と
   を備えることを特徴とした超音波検査装置。
2. 検査画像を表示する表示器を備え、
   前記探傷制御部は、
   前記反射信号に基づく前記検査画像の画像情報を生成し、生成した前記画像情報に基づく前記検査画像を前記表示器に表示させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。
3. 前記側梁は、裏当て板と共に前記横梁に溶接され、
   前記探傷制御部は、
   前記側梁及び前記裏当て板間の隙間位置における前記反射エコーに基づいて、前記検査画像内における前記溶接部の範囲を評価範囲として設定し、
   設定した前記評価範囲内について、前記溶接部における欠陥の有無を判定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の超音波検査装置。
4. 前記探傷制御部は、
   設定した前記評価範囲を前記検査画像上に表示する
   ことを特徴とする請求項３に記載の超音波検査装置。
5. 前記超音波制御部は、
   前記超音波により前記溶接部を扇状に走査するよう前記超音波アレイセンサを制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。
6. レール方向に配置される側梁と、枕木方向に配置される管状の横梁とを有する台車枠における前記側梁及び前記横梁間の溶接部に超音波を照射して検査する超音波検査方法において、
   超音波を前記横梁の内面で反射させて前記溶接部に照射する超音波アレイセンサを前記横梁の外面に設置する第１のステップと、
   前記超音波アレイセンサを前記横梁の管周方向に所定距離ずつ移動させながら、前記超音波アレイセンサを前記横梁の管周方向に前記所定距離だけ移動させるごとに、前記超音波アレイセンサから前記溶接部に前記超音波を照射させ、当該溶接部における前記超音波の反射波を前記超音波アレイセンサにより受信すると共に、前記超音波アレイセンサにより受波した前記反射波を反射信号に変換し、変換した前記反射信号の信号強度に基づいて、前記溶接部における欠陥の有無を判定する第２のステップと
   を備えることを特徴とした超音波検査方法。
7. 前記第２のステップでは、
   前記反射信号に基づく前記検査画像の画像情報を生成し、生成した前記画像情報に基づく前記検査画像を表示する
   ことを特徴とする請求項６に記載の超音波検査方法。
8. 前記側梁は、裏当て板と共に前記横梁に溶接され、
   前記第２のステップでは、
   前記側梁及び前記裏当て板間の隙間位置における前記反射エコーに基づいて、前記検査画像内における前記溶接部の範囲を評価範囲として設定し、
   設定した前記評価範囲内について、前記溶接部における欠陥の有無を判定する
   ことを特徴とする請求項７に記載の超音波検査方法。
9. 前記第２のステップでは、
   設定した前記評価範囲を前記検査画像上に表示する
   ことを特徴とする請求項８に記載の超音波検査方法。
10. 前記第２のステップでは、
    前記超音波により前記溶接部を扇状に走査するよう前記超音波アレイセンサを制御する
    ことを特徴とする請求項６に記載の超音波検査方法。

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