JP2015055530A - 超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸状の検査対象物である気動車の推進軸および補機駆動軸の内部欠陥状態や接合部の状態を超音波を用いて非破壊で検査する超音波検査を精度よく且つ能率的に実施する。
【解決手段】超音波探傷装置１においては、検査対象物支持部１２，１４が、気動車の推進軸または補機駆動軸（検査対象物１００）を周方向に回転可能に支持し、駆動モータ１６が、検査対象物支持部１２，１４によって回転可能に支持される検査対象物１００を周方向に回転駆動するとともに、超音波プローブ保持部２０が、超音波プローブ１８を、超音波トランスデューサ１８ｂおよびシュー１８ｃと検査対象物支持部１２，１４によって回転可能に支持される検査対象物１００の表面とが対向する状態に保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸状の検査対象物である気動車の推進軸および補機駆動軸の内部欠陥状態や接合部の状態を超音波を用いて非破壊検査する超音波検査技術に関する。

特許文献１，２には、多数の圧電振動子（圧電変換素子）をマトリクス状あるいはアレイ状（リニア状）に配置した超音波トランスデューサを備え、この超音波トランスデューサの圧電振動子のうち任意のものから超音波を発生させ、発生した超音波を音響伝播媒体を介して平面の境界層を有するプレート状の検査対象物に送受信させ、プレート状検査対象物の内部構造や欠陥、ボイド、酸化膜、剥れ等の内部状態を３次元的に可視化し、プレート状検査対象物を非破壊にて検査する３次元超音波検査装置について記載されている。

このような３次元超音波検査装置においては、プレート状の検査対象物上に超音波トランスデューサをセットし、この超音波トランスデューサを手動操作によって検査対象物に押し当てて超音波による３次元画像データを得、その後、次の検査箇所に移動させて再び超音波トランスデューサを押し当てる手動操作を繰り返して検査対象物の３次元画像データを得ることができる。

特開２００３−１４９２１３号公報 特開２００４−５３３６０号公報

しかしながら、上述のような３次元超音波検査装置においては、上述のように、超音波トランスデューサを手動操作によりプレート状検査対象物の検査箇所に次々に押し当てて移動させるという手動操作を行なって３次元超音波画像を得るようになっているため、３次元検査画像をその都度確認しながら検査対象物の超音波検査を実施しなければならず、能率的に超音波検査を実施することが難しかった。さらに、超音波トランスデューサの移動走査が安定せず、検査箇所の面積が大きい場合には、手動操作により超音波トランスデューサを移動させ、移動量を目測で検出しながらその都度検査対象物に押し当てているため、超音波検査に個人差によるバラツキが発生し、精度よく超音波検査を実施することが難しかった。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、軸状の検査対象物である気動車の推進軸および補機駆動軸の内部欠陥状態や接合部の状態を超音波を用いて非破壊で検査する超音波検査を精度よく且つ能率的に実施する技術を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた請求項１に係る超音波探傷装置は、多数の圧電振動子を配列した超音波トランスデューサを備えた超音波プローブと、前記超音波トランスデューサの圧電振動子に駆動信号を選択的に送信する駆動信号送信部と、前記超音波トランスデューサの圧電振動子から発信されて検査対象物に入射された後に反射される超音波エコーを前記超音波トランスデューサで受信し、受信した超音波エコーの電気信号を選択的に検出する電気信号検出部と、前記電気信号検出部で検出された超音波エコーの電気信号を処理し、前記検査対象物の３次元画像データを生成する電気信号処理部と、前記電気信号処理部で処理された３次元画像データを表示する画像データ表示部と、を備える超音波探傷装置において、さらに、前記検査対象物として軸状である気動車の推進軸または補機駆動軸を周方向に回転可能に支持する検査対象物支持部と、前記検査対象物支持部によって回転可能に支持される前記検査対象物を周方向に回転駆動する回転駆動部と、前記超音波プローブを、前記超音波トランスデューサと前記検査対象物支持部によって回転可能に支持される前記検査対象物の表面とが対向する状態に保持する超音波プローブ保持部と、を備えることを特徴とする。

このように構成された本発明の超音波探傷装置によれば、検査対象物支持部が、検査対象物としての気動車の推進軸または補機駆動軸を周方向に回転可能に支持し、回転駆動部が、検査対象物支持部によって回転可能に支持される検査対象物を周方向に回転駆動するとともに、超音波プローブ保持部が、超音波プローブを、超音波トランスデューサと検査対象物支持部によって回転可能に支持される検査対象物の表面とが対向する状態に保持する。このため、従来の３次元超音波検査装置のように手動操作により超音波トランスデューサを移動させて移動量を目測で検出しながらその都度検査対象物に押し当てるといったことを行う必要がなく、能率的に超音波検査を実施することができるとともに、超音波検査に個人差によるバラツキが発生せず、精度よく超音波検査を実施することができる。

したがって、本発明の超音波探傷装置によれば、軸状の検査対象物である気動車の推進軸および補機駆動軸の内部欠陥状態や接合部の状態を超音波を用いて非破壊で検査する超音波検査を精度よく且つ能率的に実施することができる。

この場合、超音波プローブについては、請求項２のように、斜角探傷方法にて超音波探傷を実行するよう構成されていることが考えられる。このように構成することにより、検査対象物の様々な形状の部位に対しても精度よく且つ能率的に上記超音波検査を実施することができる。

ところで、能率的に超音波検査を実施するという観点から、検査対象物の内部欠陥状態または接合部の状態の適否判定を自動化することも効果的である。そこで、３次元画像データに基づき検査対象物の内部欠陥状態または接合部の状態の適否を判定してその判定結果を報知するようにすることが考えられる。具体的には、請求項３に記載の超音波探傷装置のように、前記電気信号処理部で処理された３次元画像データに基づき前記検査対象物の内部欠陥状態または接合部の状態を検出する状態検出部と、前記状態検出部によって検出された前記検査対象物の内部欠陥状態または接合部の状態の適否を判定する適否判定部と、前記適否判定部による判定結果を報知する判定結果報知部と、を備えるとよい。

この場合の適否判定については、次の（イ）〜（ロ）のような手法が考えられる。すなわち、（イ）適否判定部が、状態検出部によって検出された検査対象物の内部欠陥状態または接合部の状態を過去の検出結果と比較して適否を判定することが考えられる（請求項４）。また、（ロ）適否判定部が、状態検出部によって検出された検査対象物の内部欠陥状態または接合部の状態が閾値未満である場合に適切と判定し、一方、閾値以上である場合に不適と判定することが考えられる（請求項５）。

また、上記３次元画像データのうち検査対象物の内部欠陥状態または接合部の状態が不適と判定された部分を強調表示するようにしてもよい。具体的には、請求項６のように、前記状態検出部によって検出された前記検査対象物の内部欠陥状態または接合部の状態が不適であると前記適否判定部によって判定された場合に、前記電気信号処理部で処理された３次元画像データのうち前記検査対象物の内部欠陥状態または接合部の状態が不適と判定された部分を前記画像データ表示部に強調表示させる強調表示制御部を備えるとよい。

また、請求項７のように、検査対象物の表面に指標を設定するようにしてもよい。この指標は、超音波探傷を開始する位置を統一するのに用いることができる。
また、請求項８のように、電気信号処理部で処理された３次元画像データと検査対象物の種別ごとに予め設定された図形とを画像データ表示部に重畳表示させる重畳表示制御部を備えるようにしてもよい。このように構成することにより、３次元画像データと重畳表示される図形を利用することで、検査対象物の内部欠陥状態または接合部の状態が不適である部位を特定するのが容易となり、更に精度よく且つ能率的に上記超音波検査を実施することができる。

実施形態の超音波探傷装置の概略構成図である。 実施形態の超音波探傷装置による超音波探傷の様子を示す説明図である。 実施形態の超音波探傷装置による表示例を示す説明図である。 実施形態の超音波探傷装置による表示例を示す説明図である。 実施形態の超音波探傷装置による表示例を示す説明図である。

以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。なお、本発明は下記実施形態に限定されるものではなく、様々な態様にて実施することが可能である。
図１に示す超音波探傷装置１は、軸状の検査対象物である気動車の推進軸および補機駆動軸の内部欠陥状態や接合部の状態を超音波を用いて非破壊検査する装置である。

この超音波探傷装置１は、設置台１０と、軸状の検査対象物である気動車の推進軸および補機駆動軸（以下検査対象物１００）を前後から周方向に回転可能に支持する二つの検査対象物支持部１２，１４と、検査対象物１００を回転駆動する回転駆動部としての駆動モータ１６と、超音波プローブ１８と、超音波プローブ保持部２０と、音響伝達媒体注入部２２と、解析・表示部２４と、を備えている。以下順に説明する。

設置台１０は、上部が開口された箱形状に構成されている。
検査対象物支持部１２，１４は、設置台１０上部の左右端付近にそれぞれ設置されており、軸状の検査対象物１００をその長手方向が水平方向に一致する状態で左右から周方向に回転可能に支持する。

駆動モータ１６は、右側の検査対象物支持部１４の右側面に取り付けられている。この駆動モータ１６の出力軸には検査対象物１００が連結されている。そして、駆動モータ１６は、外部の電源部（図示省略）から電力供給を受ける場合に、その駆動力によって検査対象物１００を周方向に回転駆動するようになっている。

超音波プローブ１８は、多数の圧電振動子（圧電変換素子）１８ａをマトリクス状あるいはアレイ状（リニア状）に配置した超音波トランスデューサ１８ｂと、超音波トランスデューサ１８ｂ下面に取り付けられたシュー１８ｃと、を備えている（図２参照）。この超音波プローブ１８は、超音波プローブ保持部２０によって超音波トランスデューサ１８ｂおよびシュー１８ｃと検査対象物１００の表面とが音響伝達媒体注入部２２によって注入される液状の音響伝達媒体を介して対向する状態に保持されるとともに、検査対象物１００の軸方向に移動可能に構成されている。また、超音波プローブ１８は、超音波プローブ保持部２０によって上下方向に移動させることができるようになっている。なお、超音波トランスデューサ１８ｂと検査対象物１００の表面との間に注入された音響伝達媒体は落下して設置台１０に貯留された後に回収される。

また、超音波プローブ１８は、対向する検査対象物１００（例えばヨーク側）に対して一回反射によって探傷を行う斜角探傷方法にて超音波探傷を実行するよう構成されている（図２（ａ）参照）。なお、超音波プローブ１８については、対向する検査対象物１００（例えばスプライン側）の表面の形状により、検査対象物１００の表面に対して直射によって探傷を行う斜角探傷方法にて超音波探傷を実行するよう構成してもよい（図２（ｂ）参照）。また、超音波プローブ１８を、検査対象物１００の表面に対して垂直探傷方法にて超音波探傷を実行するよう構成してもよい。

そして、超音波プローブ１８は、超音波トランスデューサ１８ｂの圧電振動子１８ａから発信されて音響伝達媒体を介して検査対象物１００に入射された後に反射される超音波エコーを超音波トランスデューサ１８ｂで受信し、受信した超音波エコーの電気信号を選択的に検出する電気信号検出部として機能を有する。

また、解析・表示部２４は、操作指令信号を出力する操作部２４ａと、操作指令信号を入力して超音波トランスデューサ１８ｂを駆動させるパルス状の駆動信号を発生させる信号発生部２４ｂと、信号発生部２４ｂからの駆動信号を作用させる圧電振動子１８ａを選択し、超音波トランスデューサ１８ｂの圧電振動子１８ａを選択的に駆動させる駆動素子選択部２４ｃと、検査対象物１００からの反射エコーの電気信号を超音波トランスデューサ１８ｂを介して検出する信号検出回路２４ｄと、信号検出回路２４ｄで検出された反射エコーの電気信号を並列演算処理して３次元画像データを生成させる、電気信号処理部および駆動信号送信部としての信号処理部２４ｅと、信号処理部２４ｄで処理された３次元画像データを可視化し、３次元的あるいは展開状態で表示する画像データ表示部としての表示装置２４ｆと、を備える。

また、解析・表示部２４は、３次元画像データに基づき検査対象物１００の内部欠陥状態または接合部の状態を検出し、検出された検査対象物１００の内部欠陥状態または接合部の状態の適否を判定する機能を有する。具体的には、解析・表示部２４は、３次元画像データに表れた影が閾値未満である場合にきずなし（内部欠陥の状態または接合の状態が閾値未満、適切）と判定し、閾値以上である場合にきずあり（内部欠陥の状態または接合の状態が閾値以上、不適）と判定する。本実施形態では、閾値は円周方向２ｍｍ×高さ１ｍｍに設定されている。このとき、閾値以上の部分については、赤色表示などの強調表示を行うようになっている（図３参照）。そして、解析・表示部２４は、この判定結果を表示装置２４ｆに表示させる。

また、解析・表示部２４は、検出された検査対象物１００の内部欠陥状態または接合部の状態を過去の検出結果と比較して適否を判定する機能を有する。一例を挙げると、過去の検査時に閾値未満であってきずなし（適切）と判定した箇所が、今回の検査時に閾値以上である場合にきずあり（不適）と判定するといった具合である（図４参照）。なお、本実施形態では、検査対象物１００の所定位置にポンチを打つことで指標（レーザポインタ）を設けておいて（図１参照）、超音波探傷を開始する位置を統一するのに用いる。このことにより、３次元画像データに表れたこの指標の影を前回の検査時の３次元画像データと今回の検査時の３次元画像データとの位置合わせを行うことができる。なお、前回の検査時の３次元画像データについては、解析・表示部２４内の記憶手段（図示省略）に記憶して必要時に読み出すようにしてもよいし、外部の記憶手段に記憶しておいて必要時に読み出すようにしてもよい。

また、解析・表示部２４は、３次元画像データと検査対象物１００の種別ごとに予め設定された図形としてのテンプレートとを表示装置２４ｆに重畳表示させる機能を有する（図５参照）。なお、テンプレートについても、解析・表示部２４内の記憶手段（図示省略）に記憶して必要時に読み出すようにしてもよいし、外部の記憶手段に記憶しておいて必要時に読み出すようにしてもよい。

なお、解析・表示部２４は、状態検出部、適否判定部、判定結果報知部、強調表示制御部および重畳表示制御部に該当する。
このように本実施形態の超音波探傷装置１によれば、検査対象物支持部１２，１４が、気動車の推進軸または補機駆動軸（検査対象物１００）を周方向に回転可能に支持し、駆動モータ１６が、検査対象物支持部１２，１４によって回転可能に支持される検査対象物１００を周方向に回転駆動するとともに、超音波プローブ保持部２０が、超音波プローブ１８を、超音波トランスデューサ１８ｂと検査対象物支持部１２，１４によって回転可能に支持される検査対象物１００の表面とが対向する状態に保持する。このため、従来の超音波探傷装置のように手動操作により超音波トランスデューサ１８ｂを移動させて移動量を目測で検出しながらその都度検査対象物１００に押し当てるといったことを行う必要がなく、能率的に超音波検査を実施することができるとともに、超音波検査に個人差によるバラツキが発生せず、精度よく超音波検査を実施することができる。したがって、軸状の検査対象物である推進軸および補機駆動軸の内部欠陥状態や接合部の状態を超音波を用いて非破壊で検査する超音波検査を精度よく且つ能率的に実施することができる。

１…超音波探傷装置、１０…設置台、１２，１４…検査対象物支持部、１６…駆動モータ、１８…超音波プローブ、１８ａ…圧電振動子、１８ｂ…超音波トランスデューサ、１８ｃ…シュー、２０…超音波プローブ保持部、２２…音響伝達媒体注入部、２４…解析・表示部、２４ａ…操作部、２４ｂ…信号発生部、２４ｃ…駆動素子選択部、２４ｄ…信号検出回路、２４ｅ…信号処理部、２４ｆ…表示装置、１００…検査対象物

Claims (8)

1. 多数の圧電振動子を配列した超音波トランスデューサを備えた超音波プローブと、
   前記超音波トランスデューサの圧電振動子に駆動信号を選択的に送信する駆動信号送信部と、
   前記超音波トランスデューサの圧電振動子から発信されて検査対象物に入射された後に反射される超音波エコーを前記超音波トランスデューサで受信し、受信した超音波エコーの電気信号を選択的に検出する電気信号検出部と、
   前記電気信号検出部で検出された超音波エコーの電気信号を処理し、前記検査対象物の３次元画像データを生成する電気信号処理部と、
   前記電気信号処理部で処理された３次元画像データを表示する画像データ表示部と、
   を備える超音波探傷装置において、
   さらに、
   前記検査対象物として軸状である気動車の推進軸または補機駆動軸を周方向に回転可能に支持する検査対象物支持部と、
   前記検査対象物支持部によって回転可能に支持される前記検査対象物を周方向に回転駆動する回転駆動部と、
   前記超音波プローブを、前記超音波トランスデューサと前記検査対象物支持部によって回転可能に支持される前記検査対象物の表面とが対向する状態に保持する超音波プローブ保持部と、を備えること
   を特徴とする超音波探傷装置。
2. 請求項１に記載の超音波探傷装置において、
   前記超音波プローブは、斜角探傷方法にて超音波探傷を実行するよう構成されていること
   を特徴とする超音波探傷装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の超音波探傷装置において、
   前記電気信号処理部で処理された３次元画像データに基づき前記検査対象物の内部欠陥状態または接合部の状態を検出する状態検出部と、
   前記状態検出部によって検出された前記検査対象物の内部欠陥状態または接合部の状態の適否を判定する適否判定部と、
   前記適否判定部による判定結果を報知する判定結果報知部と、
   を備えることを特徴とする超音波探傷装置。
4. 請求項３に記載の超音波探傷装置において、
   前記適否判定部は、前記状態検出部によって検出された前記検査対象物の内部欠陥状態または接合部の状態を過去の検出結果と比較して適否を判定すること
   を特徴とする超音波探傷装置。
5. 請求項３または請求項４に記載の超音波探傷装置において、
   前記適否判定部は、前記状態検出部によって検出された前記検査対象物の内部欠陥状態または接合部の状態が閾値未満である場合に適切と判定し、一方、閾値以上である場合に不適と判定すること
   を備えることを特徴とする超音波探傷装置。
6. 請求項３〜５の何れか１項に記載の超音波探傷装置において、
   前記状態検出部によって検出された前記検査対象物の内部欠陥状態または接合部の状態が不適であると前記適否判定部によって判定された場合に、前記電気信号処理部で処理された３次元画像データのうち前記検査対象物の内部欠陥状態または接合部の状態が不適と判定された部分を前記画像データ表示部に強調表示させる強調表示制御部を備えること
   を特徴とする超音波探傷装置。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の超音波探傷装置において、
   前記検査対象物の表面には指標が設定されていること
   を特徴とする超音波探傷装置。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載の超音波探傷装置において、
   前記電気信号処理部で処理された３次元画像データと前記検査対象物の種別ごとに予め設定された図形とを前記画像データ表示部に重畳表示させる重畳表示制御部を備えること
   を特徴とする超音波探傷装置。

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