JP2015094588A - 被測定物素材の超音波探傷検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】探傷を行う被測定物素材表面に異物や気泡が付着するのを防止して、探傷精度を向上させることが出来る超音波探傷検査方法を提供する。
【解決手段】超音波伝質媒体中で被測定物素材に超音波探触子から超音波を送信し、その反射波を受信して当該被測定物素材内に存在する内部欠陥を超音波探傷検査により測定する際に、設定した閾値以上の反射波強度が検知された前記被測定物素材の探傷位置に対して複数回探傷を行い、当該複数回探傷の結果を比較することにより、前記被測定物素材表面に異物が付着しているか否かを判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受に用いられる素材内に存在する内部欠陥を超音波により探傷検査する方法に関する。

一般に、転がり軸受の軸受軌道輪素材や転動体素材等は、ＳＵＪ２等の軸受鋼を棒状に加工して製鋼されており、このような素材内に内部欠陥が存在すると、転がり軸受等の寿命を低下させる原因となる。したがって、製鋼された素材を受け入れる際にはこの素材（以下「被測定物素材」）を超音波により探傷検査し、内部欠陥が存在しないことを確認してから、旋削などの工程に回されている。

この検査の際、被測定物素材の表面に異物や気泡（以下これらをまとめて「異物」という）が付着していると、被測定物素材の内部に存在する内部欠陥を精度よく超音波で探傷検査することが困難となる。このため、従来においては、被測定物素材にジェット水流や気体を噴射しながら探傷検査を行なったり（特許文献１、２参照）、刷毛、ウレタン等の弾性体を被測定物素材の表面に接触させて被測定物素材の表面に付着した異物を除去して探傷検査を行なう（特許文献３参照）ことが提案されている。

しかしながら、被測定物素材にジェット水流や気体を噴射して異物を除去する方式では、水流や気流を相当強くしないと被測定物素材の表面に付着した異物を完全に除去しきれないという問題がある。
また弾性体を接触させる方式では、被測定物素材との接触部で気泡の発生を誘発してしまう虞があるのではないかということが考えられる。

このように、従来提案されている方法では、探傷精度を上げるために被測定物素材の表面に付着した異物を除去しようとしても、必ずしもこれらを除去しきるのが困難であり、探傷精度を上げるのが難しい。

特開２００２−２９６２４７号公報 特開２００７−１３９５４６号公報 特開２００６−７８２７１号公報

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、被測定物素材表面に異物が存在しているか否かを判定しつつ探傷する事で、被測定物素材内に存在する内部欠陥を精度良く探傷できる超音波探傷検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る被測定物素材の超音波探傷検査方法は、以下のように構成される。
（１）超音波伝質媒体中で被測定物素材に超音波探触子から超音波を送信し、その反射波を受信して当該被測定物素材内に存在する内部欠陥を超音波探傷検査する際に、設定した閾値以上の反射波強度が検知された前記被測定物素材の探傷位置に対して複数回探傷を行い、当該複数回探傷の結果を比較することにより、前記被測定物素材表面に異物が付着しているか否かを判定する被測定物素材の超音波探傷検査方法。
（２）前記超音波探触子は複数の超音波探触子を含み、複数回探傷は当該複数の超音波探触子によって行なうことを特徴とする（１）に記載の超音波探傷検査方法。
（３）超音波伝質媒体中で被測定物素材に複数の超音波探触子から超音波を送信し、その反射波を受信して当該被測定物素材内に存在する内部欠陥を超音波探傷検査する際に、前記被測定物素材の探傷範囲を複数に分割し、分割された各々の範囲をそれぞれ前記複数の超音波探触子の各々によって通常探傷し、当該通常探傷で、設定した閾値以上の反射波強度が検知された分割範囲に対して更に追加探傷を行い、当該通常探傷と追加探傷の複数回探傷の結果を比較することにより、前記被測定物素材表面に異物が付着しているか否かを判定する被測定物素材の超音波探傷検査方法。
（４）前記複数回探傷の間に、被測定物素材に対し異物除去手段を作用させることを特徴とする（１）〜（３）に記載の超音波探傷検査方法。

本発明に係る被測定物素材の超音波探傷検査方法によれば、閾値以上の反射波強度が検知された前記被測定物素材の探傷位置に対して複数回探傷を行なうことで、探傷中に異物が除去されることによる異物付着の再現性を低下させることが可能となる。このため、被測定物素材表面に付着した異物の影響を低下させた精度のよい超音波探傷検査結果を得ることが出来る。
また、複数回探傷の間に異物除去手段を被測定物素材に作用させることで、異物付着の再現性をさらに低下させることができ、さらに精度のよい超音波探傷検査結果を得ることが出来る。

本発明に係る超音波探傷検査方法の第１実施形態を説明する斜視図、 本発明に係る超音波探傷検査方法の第２実施形態を説明する斜視図、 第２実施形態の探傷処理のフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明に係る超音波探傷検査方法の第１実施形態を説明する斜視図である。図１に示すように、検査対象物である被測定物素材１は全体として円柱状に形成されている。

超音波探傷検査装置は、水等の超音波伝質媒体２が充満された媒体槽（水槽）３内に、検査対象物である被測定物素材１が載置されるローラ４が収納されている。

被測定物素材１の外形面５に対して一定の距離をもって超音波探触子８が配置されている。超音波伝質媒体２中に被測定物素材１を浸漬した状態で被測定物素材１をローラ４上で回転させながら超音波探傷することによって被測定物素材１の表面及び内部の欠陥の検査が行われる。超音波探触子８の検出信号は、媒体槽３の外部に配置された探傷器１０に送られるようになっている。

超音波探傷が行われる被測定物素材１は、例えば軸受の転動体のコロに使用されるものであり、その大きさは、例えば直径１００〜２００ｍｍで、全長３００〜５００ｍｍ程度であるが、これに限定されるものではない。

媒体槽３は、収納されているローラ４の上に被測定物素材１を横置きしたとき、被測定物素材１の全長を超音波伝質媒体２中に沈めることができる大きさを備えていればよい。

ローラ４は、被測定物素材１が横置きされる上面が被測定物素材１を水平に保持することが出来るように媒体槽３の底面側に配置されている。このローラ４が、図示を省略したモータによって回転させられると、その上に載置された被測定物素材１は摩擦力で図中矢印Ａ方向に回転するようになっている。

超音波探触子８は、被測定物素材１とともに、水等の超音波伝質媒体２が充満された媒体槽３中に浸漬され、被測定物素材１に対して超音波を送信し、送信された超音波によって被測定物素材１内で生起された反射波を受信し、受信された信号を波形信号に変換し、この波形信号を検出信号として、媒体槽３の外部に設置された探傷器１０に送信する。

超音波探触子８は、特に限定されるものではないが、例えば、周波数２０ＭＨｚの焦点型のものが用いられ、これを被測定物素材１の外形面５より一定の距離を保った位置に配置する。そして、被測定物素材１が１回転する毎に、図中の矢印Ｘ方向（被測定物素材１の長手方向）に案内され、引き続き探傷することで被測定物素材１内部の内部欠陥の検査が行われる。

このとき超音波探触子８は、被測定物素材１の外形面５に対して垂直探傷し、被測定物素材１の表面及び材料内部（例えば、外形面５の表面直下１ｍｍから１５ｍｍの深さ位置程度）の欠陥の検査が行われる。

探傷器１０は、記録計を備え、受信した検出信号を記録する。また、探傷器１０は、探傷時に、超音波探触子８と信号授受を行いながら、図示を省略した超音波探触子移動機構を制御して、上述したように超音波探触子８を被測定物素材１の外形面５に沿って案内する。

被測定物素材１の回転方向Ａに関し、超音波探触子８による探傷位置の手前側には、異物除去手段としての刷毛１２が設けられている。刷毛１２は被測定物素材１の表面と当接し、被測定物素材１の表面に付着している異物を、被測定物素材１が回転する際に除去するようになっている。この刷毛１２も、図示を省略した駆動機構によって超音波探触子８とともに図中矢印Ｘ１、Ｘ２方向に移動するようになっており、被測定物素材１の回転方向において常に超音波探触子８の手前側に位置するようになっている。

次に、探傷方法について説明する。

先ず、超音波伝質媒体２が充満された媒体槽３内に配置されたローラ４上に被測定物素材１を横置きにセットする。

次に、横置きされた被測定物素材１の軸方向一端部１ａ近傍に、外形面５から例えば５〜２０ｍｍ程度距離を置いて、超音波探触子８をセットする。

次に、図示を省略したモータによってローラ４を回転させることによって、図１矢印Ａ方向に、被測定物素材１を一定の速度で回転させ探傷を行なう。

次に、超音波探触子８を、矢印Ｘ１方向に被測定物素材１の外形面５に沿って移動させ、引続いて探傷を行う。このとき、被測定物素材１が１回転する毎に、超音波探触子８を被測定物素材１の外形面５に沿って移動させ、探傷するようにする。

超音波探触子８によって検出された検出信号は、探傷器１０に送信され、探傷器１０の記録計に記録される。このようにして、被測定物素材１の表面及び内部の欠陥の検査が行われる。

そして、超音波探触子８が被測定物素材１の軸方向の他端部１ｂに到達したら探傷を終了し、ローラ４の回転を停止させる。

この探傷検査の際に、設定した閾値以上の反射波強度が検知されない場合は、探傷は超音波探触子８のＸ１方向の移動、即ち「往側」の探傷のみで終了する。これに対し、設定した閾値以上の反射波強度がある特定の位置（以下「特定位置」）で検知された場合は、更に、他端部１ｂ側から一端部１ａ側までＸ２方向に「復側」の探傷を続け、往側と復側との複数回の探傷が行なわれる。

これにより、探傷範囲、即ち一端部１ａと他端部１ｂとの間、に対して複数回の探傷結果が得られる。そして、往側において設定した閾値以上の反射波強度が検知された特定位置に対応する復側の特定位置の探傷結果も加味して、内部欠陥か表面に付着した異物かを判定する。

復側の探傷の際、探傷位置の手前側に刷毛１２が設けられていることで、往側の探傷と復側の探傷との間で、この刷毛１２が被測定物素材１表面に作用する。このため、復側の特定位置の探傷においては異物が除去されている可能性が高い。従って、往側で設定した閾値以上の反射波強度を検知しても、復側で検知していない場合は、異物が付着していたと判定する。
一方、往復両側の結果が同じ特定位置で共に設定した閾値以上の反射波強度を検知しているときは、内部欠陥が存在していると判定する。

以上のように、設定した閾値以上の反射波強度が検知された被測定物素材の特定位置に対して複数回探傷を行うことで、異物が付着していたのか又は内部欠陥が存在しているのかの判定が可能となる。

なお、複数回の探傷を往復で行なったが、同一方向で、即ち往側または復側の探傷を複数回行なっても勿論差し支えない。また、後述する第２実施形態にて説明するように、複数の超音波探触子を用い、一方の超音波探触子で往側を、他方の超音波探触子で復側を探傷するようにしてもよい。また、探傷位置の手前側に異物除去手段を設けているが、１回目と２回目の探傷において、回転している被測定物素材と超音波伝質媒体との間の相互作用により異物が除去されることもあり、必ずしも異物除去手段は設けていなくてもよい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。図２は第２実施形態を説明する斜視図であり、図３は探傷処理のフローチャートである。なお第１実施形態と同一構成・類似構成については、同一符号・類似符号を用いて詳細な説明は省略する。

本実施形態では、複数の超音波探触子２８ａ、２８ｂを用いるところが第１実施形態と異なる。図２に示すように、被測定物素材１の探傷範囲を中央部１ｃで複数に分割（２分割）し、この２分割された探傷範囲の各々を、これら複数（２個）の超音波探触子２８ａ、２８ｂで探傷する。２個の超音波探触子２８ａ、２８ｂは、何れもが、被測定物素材１の探傷範囲全域（一端部１ａと他端部１ｂとの間）を探傷検査できるように、互いに干渉しないよう被測定物素材１の周方向において位相差をもって設けられている。また、刷毛３２ａ、３２ｂも同様に、互いに干渉しないよう位相差をもって設けられている。

以下、図３のフローチャートに基いて、探傷処理について説明する。

ステップ１００で通常探傷を行なう。一方の超音波探触子２８ａは一端部１ａから中央部１ｃまでの範囲（範囲Ａ）をＸ１方向に移動して探傷し、他方の超音波探触子２８ｂは、他端部１ｂから中央部１ｃまでの範囲（範囲Ｂ）をＸ２方向に移動して探傷する。

ステップ１１０で探傷結果について判定する。上記通常探傷において、超音波探触子２８ａ、２８ｂの何れの探傷範囲Ａ、Ｂにおいても、設定した閾値以上の反射波強度が検知されない場合は、ステップ１２０に進み、「欠陥なし」を出力し、探傷は終了する。

これに対し、ステップ１１０の判定において、設定した閾値以上の反射波強度がある特定位置で検知された場合は、ステップ１３０に進む。

ステップ１３０では、更に当該特定位置を含んだ側の探傷範囲（範囲ＡもしくはＢ、又は範囲Ａ、Ｂの双方）について、追加の探傷（追加探傷）を引続いて行なう。これにより、特定位置を含んだ側の探傷範囲については、通常探傷と追加探傷との複数回の探傷が行なわれることになる。

ステップ１４０では、追加探傷の結果に基いて内部欠陥の有無を判定する。特定位置に閾値以上の反射波強度が検知されない場合は、通常探傷で検出された異物が追加探傷時には刷毛３２ａ、又は３２ｂにより除去されたものであると考え、内部欠陥は無いと判定する。よってステップ１２０に進み、「欠陥なし」を出力し探傷は終了する。

これに対し、ステップ１４０の判定において、追加探傷でも設定した閾値以上の反射波強度が特定位置でやはり検知された場合は、通常探傷で検出されたものが異物ではなかったと判定する。よってステップ１５０に進み、「欠陥あり」を出力し探傷は終了する。

下記表１は、通常探傷において探傷範囲Ａに特定位置が検知された場合の、通常探傷と追加探傷の探傷範囲の一例を説明したものである。

パターン１においては、超音波探触子２８ａで通常探傷と追加探傷の合計２回の探傷を探傷範囲Ａについて行う。一方、超音波探触子２８ｂは通常探傷のみで探傷を完了する。
パターン２においては、超音波探触子２８ａで通常探傷を、超音波探触子２８ｂで追加探傷の合計２回の探傷を探傷範囲Ａについて行なう。超音波探触子２８ｂは探傷範囲Ｂの通常探傷に引続いて、探傷範囲Ａに対して追加探傷を行う。超音波探触子２８ａは通常探傷のみで探傷を完了する。

何れのパターンにおいても、各超音波探触子２８ａ、２８ｂが共に設定した閾値以上の反射波強度を検知しなかった場合は、通常探傷のみで探傷検査は終了する。この場合、探傷範囲が複数に分割されていることで、各超音波探触子の探傷範囲が狭くなっている為、探傷検査時間を第１実施形態に比べ短縮させることが出来る。

探傷範囲Ａについての上記複数（２回）の探傷結果について、探傷結果の座標を、探傷対象位置が相互に同じ位置となるよう相対的に適合させ、同期加算平均を行なう。各探傷結果は各超音波探触子の手前側に位置する刷毛３２ａ、３２ｂにより異物の再現性が著しく低下している為、加算平均を行うことにより異物による反射波強度は弱められ、再現性の高い内部欠陥の反射波強度のみが維持される。そのため、同期加算平均後の探傷結果にて設定した閾値を超える反射波強度が検出される場合のみ、被測定物素材１に内部欠陥ありとの判定を下す。このように、複数回探傷により、内部欠陥検出を高い精度で行なうことができる。

（変形例）
下記表２は、通常探傷において探傷範囲Ａに特定位置が検知された場合の探傷検査方法の、通常探傷と追加探傷の変形例を示したものである。

パターン３においては、超音波探触子２８ａで通常探傷と追加探傷の合計２回の探傷を探傷範囲Ａについて行ない、超音波探触子２８ｂによって探傷範囲Ａについて追加探傷を行なう。即ち、探傷範囲Ａについて合計３回の探傷を実施する。
パターン４においては、超音波探触子２８ａで通常探傷と、例えば８回（４往復）の追加探傷を行い、探傷範囲Ａについて合計９回の探傷を実施する。
パターン５においては、超音波探触子２８ａで通常探傷と、８回（４往復）の追加探傷および、超音波探触子２８ｂでも８回（４往復）の追加探傷を行い、探傷範囲Ａについて合計１７回の探傷を実施する。

何れの探傷結果に対しても、パターン１、２で説明したように、探傷結果の座標を相対的に適合させ、同期加算平均を行なう。探傷回数を増加させればさせるほど、異物の影響を排除した、より精度の高い探傷検査結果が得られるようになる。以上の追加探傷回数は一例であり、探傷回数が多くなればなるほど探傷時間は長くなるので、追加探傷の回数は、被測定物素材に求められる要求仕様等により決定される。

以上のように、被測定物素材の、設定した閾値以上の反射波強度が検知された特定位置に対して複数回探傷を行うことで、異物が付着していたのか内部欠陥が存在しているのかの判定が可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。たとえば、探傷方式は垂直探傷に限らず、非測定物素材の表面近傍に対して斜角探傷するような場合にも適用可能である。又、探傷範囲の分割は２分割ではなく、３分割以上であってもよい。この場合には、より探傷検査時間の短縮が可能となる。又、被測定物素材は円柱状に限らず、角材状、板状であってもよい。

１ 被測定物素材
８，２８ａ、２８ｂ 超音波探触子
１２、３２ａ、３２ｂ 刷毛

Claims (4)

1. 超音波伝質媒体中で被測定物素材に超音波探触子から超音波を送信し、その反射波を受信して当該被測定物素材内に存在する内部欠陥を超音波探傷検査する際に、設定した閾値以上の反射波強度が検知された前記被測定物素材の探傷位置に対して複数回探傷を行い、当該複数回探傷の結果を比較することにより、前記被測定物素材表面に異物が付着しているか否かを判定する被測定物素材の超音波探傷検査方法。
2. 前記超音波探触子は複数の超音波探触子を含み、複数回探傷は当該複数の超音波探触子によって行なうことを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷検査方法。
3. 超音波伝質媒体中で被測定物素材に複数の超音波探触子から超音波を送信し、その反射波を受信して当該被測定物素材内に存在する内部欠陥を超音波探傷検査する際に、前記被測定物素材の探傷範囲を複数に分割し、分割された各々の範囲をそれぞれ前記複数の超音波探触子の各々によって通常探傷し、当該通常探傷で、設定した閾値以上の反射波強度が検知された分割範囲に対して更に追加探傷を行い、当該通常探傷と追加探傷の複数回探傷の結果を比較することにより、前記被測定物素材表面に異物が付着しているか否かを判定する被測定物素材の超音波探傷検査方法。
4. 前記複数回探傷の間に、被測定物素材に対し異物除去手段を作用させることを特徴とする請求項１〜３に記載の超音波探傷検査方法。
   

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