JP2015099018A

JP2015099018A - 丸棒鋼の超音波検査方法

Info

Publication number: JP2015099018A
Application number: JP2013237524A
Authority: JP
Inventors: 宮坂　孝範; Takanori Miyasaka; 孝範宮坂
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2015-05-28

Abstract

【課題】丸棒鋼の超音波探傷において、丸棒鋼の転落や撓みを防止し、作業効率を向上させるとともに作業スペースをコンパクト化する。
【解決手段】丸棒鋼６の軸心が鉛直方向と一致するように、丸棒鋼６を縦方向に配置し、超音波探触子８を前記丸棒鋼６の外径面に対して一定の距離に配置し、前記超音波探触子８を丸棒鋼６の回りに回転させながら、超音波探触子８を、丸棒鋼６の外径面に対して超音波伝質媒体を介して一定の距離を保ちつつ丸棒鋼６の軸方向に走査させて、探傷を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、丸棒鋼の超音波検査方法に関し、より詳細には、例えば転がり軸受の転動体や内輪、外輪に用いられる丸棒鋼の内部欠陥を超音波の反射を利用して探傷する丸棒鋼の超音波検査方法に関する。

従来より、電動機などの回転機械に組み込まれる転がり軸受の転動体に用いられる丸棒鋼の内部欠陥を検査するために超音波の反射を利用した超音波探傷が行われている。この超音波探傷は、例えば図5に示すように、水等の超音波伝質媒体が充満された水槽（媒体槽）１０１中のローラ１０２上に、丸棒鋼１００を横置きし、ローラ１０２で丸棒鋼１００を矢印Ａ方向に回転させながら、超音波探触子１０３を、矢印Ｂ方向に丸棒鋼１００の側面に沿って丸棒鋼１００の軸方向に移動させて、丸棒鋼１００の側面を走査することによって行われている。

例えば、特許文献１には、金属棒状材を水平姿勢に支持して軸心回りに回転させ、棒状材の外径面上に超音波探触子を配置し、棒状材外径面と超音波探触子との隙間に接触媒体を供給しながら、倣いローラによって超音波探触子を棒状材外径面に沿って走査させて超音波探傷を行うことが記載されている。

また、特許文献２には、水等の超音波伝質媒体の中に棒鋼を横置きして浸漬し、棒鋼の表面に刷毛やウレタン等の弾性体を接触させた状態で棒鋼を軸心回りに回転させ、弾性体と超音波探触子を棒鋼の軸方向に移動させながら超音波探傷を行うことが記載されている。

特開平５−３４３２４号公報特開２００６−７８２７１号公報

しかしながら、上記従来のように丸棒鋼をローラ上に横置きして超音波による水浸探傷を行おうとすると、例えば丸棒鋼が細径（例えば、直径が１０〜３０ｍｍ）の軽量材の場合には、丸棒鋼をローラ上で回転させながら探傷している際に、丸棒鋼がローラ上でスリップしたり飛び跳ねたりして探傷がきちんと行われない可能性がある。

また、例えば丸棒鋼が太径（例えば、直径が１００〜２００ｍｍ）の重量材の場合には、丸棒鋼が鋼材の撓みによって偏心したり、丸棒鋼がローラから転落したりするという可能性がある。さらに、被検査材を水等の超音波伝質媒体中でローラ上に横置きに配置する際、太径の場合には、その重量により安全面や作業効率にも改善の余地がある。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、丸棒鋼の超音波探傷において、丸棒鋼がローラから転落したり、その重みで撓むことを防止し、作業効率を向上させるとともに作業スペースをコンパクト化することができる丸棒鋼の超音波検査方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。
（１）超音波探傷による丸棒鋼の超音波検査方法であって、前記丸棒鋼の軸心が鉛直方向と一致するように、前記丸棒鋼を縦方向に配置し、超音波探触子を前記丸棒鋼の外径面に対して一定の距離に配置し、前記超音波探触子を前記丸棒鋼の回りに回転させながら、前記超音波探触子を、前記丸棒鋼の外径面に対して超音波伝質媒体を介して一定の距離を保ちつつ前記丸棒鋼の軸方向に走査させて、探傷を行うことを特徴とする丸棒鋼の超音波検査方法。
（２）前記超音波探触子を前記丸棒鋼の外径面に対して一定の距離を保つように保持しつつ前記丸棒鋼の外径面に沿って相対的に移動可能な可動手段によって、前記丸棒鋼の外径面に沿って相対的に移動することにより、前記超音波探触子が前記丸棒鋼の外径面を螺旋状に走査することを特徴とする（１）に記載の丸棒鋼の超音波検査方法。
（３）前記可動手段は、前記超音波探触子が、前記丸棒鋼の外径面に対して前記超音波伝質媒体を介して一定の距離を保つように、前記超音波伝質媒体が充填された媒体部を有することを特徴とする（２）に記載の丸棒鋼の超音波検査方法。

本発明の丸棒鋼の超音波検査方法によれば、被検査対象である丸棒鋼を縦置きするようにしたため、丸棒鋼をローラ上に横置きしたとき、丸棒鋼が細径の場合にローラ上でスリップしたり飛び跳ねたり、丸棒鋼が太径の場合に撓んだりローラから転落したりすることがなく、安全性と作業の効率を向上させることができ、また丸棒鋼を縦置きすることにより作業スペースをコンパクトにすることが可能となる。

本発明に係る丸棒鋼の超音波検査方法に用いる超音波検査装置の第１実施形態を示す概略斜視図である。本発明に係る丸棒鋼の超音波検査方法の第１実施形態の動作としての丸棒鋼の超音波検査方法を示すフローチャートである。本発明に係る丸棒鋼の超音波検査に用いる超音波検査装置の第２実施形態を示す概略斜視図である。本発明に係る丸棒鋼の超音波検査に用いる超音波検査装置の第３実施形態を示す概略斜視図である。従来の丸棒鋼の超音波探傷の概略を示す斜視図である。

以下、本発明の丸棒鋼の超音波検査方法について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る丸棒鋼の超音波検査に用いる超音波検査装置の第１実施形態を示す概略斜視図である。

図１に示すように、第１実施形態における丸棒鋼の超音波検査装置は、水等の超音波伝質媒体２が充満された媒体槽（水槽）１内に水平配置されたテーブル４上に、検査対象物である丸棒鋼６が、その軸心を鉛直方向と一致させて縦置きされている。丸棒鋼６の外径面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、超音波伝質媒体２中に丸棒鋼６を浸漬した状態で、超音波探触子８を丸棒鋼６回りに回転させながら超音波探傷することによって丸棒鋼６の表面及び内部の欠陥の有無の検査が行われる。超音波探触子８の検出信号は、媒体槽１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丸棒鋼６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。また、丸棒鋼６の直径が例えば１５０ｍｍ以上の太径で、質量が大きい場合には、丸棒鋼６の軸方向端面に、例えばアイボルトを取り付け、クレーンで丸棒鋼６を運搬して、丸棒鋼６の出し入れを行うと良い。

媒体槽１は、その底面にテーブル４を配置できる大きさで、テーブル４の上に丸棒鋼６を縦置きしたとき、丸棒鋼６の全長を超音波伝質媒体２中に沈めることができる深さを備えていればよい。従って、従来のように丸棒鋼６を横置きする場合に比べて、検査装置を配置するスペース（装置を設置するための床面積）をコンパクト化することができる。

テーブル４は、丸棒鋼６が縦置きされる上面が水平になるように媒体槽１の底面に配置され、丸棒鋼６は、その軸心を超音波探触子８の回転の中心軸に一致させるようにしてセンタリングされて固定される。

このとき、図１に示すように、テーブル４上に、丸棒鋼６を縦置きに固定するために、丸棒鋼６の外周に沿って周方向に等間隔に３つの爪が配置された三つ爪チャック１３を備えていてもよい。

このように、丸棒鋼６をテーブル４の三つ爪チャック１３によって丸棒鋼６の下端部を支持して丸棒鋼６をテーブル４上に縦置きするようにすると、テーブル４に対するセンタリングが容易となり、作業効率が向上する。さらに、三つ爪チャック１３で丸棒鋼６を固定することにより、回転中も丸棒鋼６の転倒が抑制される。また、三つ爪チャック１３の代わりに、丸棒鋼６の外径と同じ内径を有する凹型に丸棒鋼６を差し込んで固定しても良い。また、上端部も図示しない芯押し台や三つ爪チャック等により固定しても良い。

超音波探触子８は、丸棒鋼６とともに、水等の超音波伝質媒体２が充満された媒体槽１中に浸漬され、丸棒鋼６に対して超音波を送波し、送波された超音波によって丸棒鋼６内で生起された反射波を受波し、受波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１の外部に設置された探傷器１０に送信する。また、超音波探触子８は回転しているので、回転部と固定部の信号の伝達には、スナップリングやロータリートランスミッターや無線化等の手段を用いることができる。

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１０ＭＨｚの焦点型のものが用いられ、これを丸棒鋼６の外径面より一定の距離を保った位置に配置する。そして、丸棒鋼６が１回転する毎に、図に矢印Ｄ方向に丸棒鋼６の軸方向に走査して探傷することで丸棒鋼６内部の欠陥の有無を判別する。

このとき超音波探触子８は、丸棒鋼６に対して垂直探傷することで丸棒鋼６の表面及び材料内部（例えば、外径面の表面直下１ｍｍから直径の１／４の深さ位置程度）を探傷して、丸棒鋼６の表面及び内部の欠陥の有無を判別する。

また、探傷中における超音波探触子８と丸棒鋼６外径面との距離変動は５００μｍ以下となるようにすることが好ましい。この距離変動は探傷精度に影響するため、なるべく小さい方がよいが、作業効率等を考慮するとある程度許容されることが求められる。

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、超音波探触子８を丸棒鋼６の軸方向（図の矢印Ｄ方向）に移動させる。

図２は、丸棒鋼の超音波検査方法を示すフローチャートである。以下、図２のフローチャートを用いて、上記第１実施形態に係る丸棒鋼の超音波検査装置の作用を説明する。

まず、図２のステップＳ１００において、水等の超音波伝質媒体２が充満された媒体槽１内に配置されたテーブル４上に丸棒鋼６を縦置きにセットする。テーブル４の上面は水平に配置されており、その中心軸に丸棒鋼６の軸心を一致させて丸棒鋼６の一端面をテーブル４の上面に載せる。このとき、テーブル４が図１に示すような三つ爪チャック１３を備えている場合には、丸棒鋼６の一端を三つ爪チャック１３で挟むようにして固定する。これにより、丸棒鋼６のセンタリングが容易となるとともに、その後の探傷において丸棒鋼６の転倒防止にもなる。

なお、このとき丸棒鋼６が、例えば直径１５０ｍｍ以上の太径の場合には、重量があるので人手でテーブル４上にセットするのは困難であるため、丸棒鋼６の軸方向端面に、例えばアイボルトを取り付けて、クレーンで丸棒鋼６を吊り下げて運搬して、セットするとよい。この場合、探傷終了後、丸棒鋼６を検査装置から取り外す際も同様にしてクレーンで運搬することにより丸棒鋼６の出し入れを行う。

次に、ステップＳ１１０において、縦置きされた丸棒鋼６の軸方向一端部側面に、外径面から一定の距離を置いて、超音波探触子８をセットする。上述したように、この距離は超音波探触子８の焦点距離に依るが、丸棒鋼６の外径面から大体５〜４０ｍｍ程度離して超音波探触子８を配置する。

次に、ステップＳ１２０において、超音波探触子８を、丸棒鋼６の回りで回転させつつ、図１に矢印Ｄ方向（丸棒鋼６の軸方向）に移動して探傷を行う。このとき、超音波探触子８が１回転する毎に、超音波探触子８を丸棒鋼６の軸方向に移動して探傷するようにする。

なお、探傷は、このように超音波探触子８が１回転する毎に、超音波探触子８を丸棒鋼６の軸方向に移動するのではなく、超音波探触子８の回転とともに、超音波探触子８を軸方向に一定の速度で移動して、結果的に丸棒鋼６の外径面を螺旋状に走査するようにしてもよい。

ステップＳ１３０において、このように超音波探触子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、丸棒鋼６の表面及び内部の欠陥の有無を判別する。

そして、ステップＳ１４０において、超音波探触子８が丸棒鋼６の軸方向の他端部に到達したら探傷を終了し、超音波探触子８の回転を停止する。なお、一つの丸棒鋼６の探傷は、このように一回の走査で終了するのではなく、再度超音波探触子８を丸棒鋼６の一端に移動して同様に探傷を行い、複数回超音波探傷を行った結果を同期加算することにより、ＳＮ比を向上させて、欠陥検出の精度向上を図るようにしてもよい。

このように複数回超音波探傷を行うことにするとそれだけ検査時間が多く掛ってしまうが、超音波探触子８を回転させながら複数回超音波探傷を行っている間に、丸棒鋼６の外径面に付着していたゴミや気泡が取れてしまえば、次回測定時には検知されないので、欠陥検出の精度を向上させることができる。最後に、ステップＳ１５０において、テーブル４から丸棒鋼６を取り外す。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。図３に、本発明の第２実施形態に係る丸棒鋼の超音波検査に用いる超音波検査装置の概略斜視図を示す。

図３に示す丸棒鋼の超音波検査装置において、上で説明した第１実施形態と同様のものについては同じ符号を付して説明を省略することとする。第２実施形態が、前述した第１実施形態と異なるのは、超音波探触子８が、丸棒鋼６の外径面に沿って相対的に移動可能な可動手段１４に設置され、可動手段１４によって超音波探触子８が丸棒鋼６の外径面を螺旋状に走査するようにしたことである。

可動手段１４は、超音波探触子８を丸棒鋼６の外径面と一定の距離を保つように保持する一方で、丸棒鋼６の外径面に接触し外径面に沿って回動するタイヤ１５を有している。さらに、可動手段１４は、超音波探触子８を保持したまま、超音波探触子８と丸棒鋼６の外径面との距離を一定に保ちつつ丸棒鋼６の軸方向に移動可能である。

この可動手段１４のタイヤ１５は、常に丸棒鋼６の外径面と接触しているように配置され、超音波探触子８の回転に伴って回転するようになっている。従って、探傷時には、超音波探触子８を回転させながら、可動手段１４を丸棒鋼６の軸方向に移動させることにより、タイヤ１５の回転と合わせて、超音波探触子８が丸棒鋼６の外径面を螺旋状に走査することとなる。なお、探傷は、超音波探触子８が１回転する毎に、超音波探触子８を丸棒鋼６の軸方向に移動するようにしてもよい。

以下、第２実施形態の作用を説明する。

まず、図３に示すように、水等の超音波伝質媒体２が充満された媒体槽１内のテーブル４上に設置された三つ爪チャック１３に丸棒鋼６の下端部を固定してセンタリングし、丸棒鋼６をテーブル４上に縦置きする。

次に、縦置きされた丸棒鋼６の外径面に対して、超音波探触子８を保持した可動手段１４のタイヤ１５を接触させて、超音波探触子８が外径面から一定の距離を保つように丸棒鋼６の上端部に配置する。

次に、超音波探触子８を丸棒鋼６の回りに一定の速度で回転させる。するとタイヤ１５が丸棒鋼６の外径面に接触しているので、超音波探触子８の回転に伴ってタイヤ１５も回転する。

そして、可動手段１４を矢印Ｄ方向に丸棒鋼６の軸方向に沿って、常にタイヤ１５を丸棒鋼６の外径面に接触させつつ下方に移動させて、超音波探触子８によって探傷を行う。超音波探触子８及びタイヤ１５の回転と可動手段１４の下方への移動によって超音波探触子８は丸棒鋼６の外径面を螺旋状に走査する。超音波探触子８の検出信号は、探傷器１０に送信されて記録される。このようにして、丸棒鋼６の表面及び内部の欠陥の有無が判別される。

可動手段１４が丸棒鋼６の下端に到達したら、探傷を終了して超音波探触子８の回転を停止し、三つ爪チャック１３を解放して丸棒鋼６をテーブル４から取り出す。

本実施形態の場合、超音波探触子８が丸棒鋼６の外径面を螺旋状に走査するので、探傷時間が短くて済み、作業効率が向上する。また、常にタイヤ１５が丸棒鋼６の外径面に接触するようにして走査するため、超音波探触子８と外径面との距離を常に一定に保つことができ、探傷精度が向上する。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。図４に、本発明の第３実施形態に係る丸棒鋼の超音波検査に用いる超音波検査装置を概略斜視図で示す。

第３実施形態の超音波検査に用いる超音波検査装置は、丸棒鋼６及び超音波探触子８を超音波伝質媒体が充満された媒体槽に浸漬するのではなく、超音波探触子８を保持する部材が超音波伝質媒体が充填された小さな媒体槽である媒体部を備えて、超音波探触子８と丸棒鋼６の外径面の間に超音波伝質媒体が介在するようにしたものである。

図４に示すように、超音波検査装置の枠体２０は、その内部は超音波伝質媒体では満たされておらず、その底面にテーブル４が配置され、テーブル４上には丸棒鋼６を垂直に保持する三つ爪チャック１３が設置されている。

丸棒鋼６の外径面に対して超音波探触子８を保持して外径面に沿って移動可能な可動手段１４が配置され、可動手段１４は外径面に常に接触し回動可能なタイヤ１５を備えている。さらに、可動手段１４は、超音波探触子８と外径面との間に超音波伝質媒体を介在させるために超音波伝質媒体が充填された媒体部１６を備えている。

この媒体部１６の形態は特に限定されるものではなく、超音波探触子８と丸棒鋼６の外径面との間に超音波伝質媒体を介在させることができるものであればどのような形状、構造であってもよい。例えば、図４に示すように、直方体で内部は超音波伝質媒体が充填され、内部に超音波探触子８が配置され、超音波探触子８の超音波を発信する側の面が外径面に接触するように構成してもよい。この外径面と接触する媒体部１６の面は丸棒鋼６の外径面の形状に合わせて湾曲した面とすることが好ましい。

可動手段１４は、超音波探触子８と媒体部１６とタイヤ１５を伴って丸棒鋼６の軸方向（図の矢印Ｄ方向）に移動する。また、超音波探触子８の検出信号は探傷器１０に送信されるようになっている。なお、第３実施形態の作用については、第２実施形態と同様であるのでここでは説明を省略する。

本実施形態の場合、超音波探触子８に超音波伝質媒体が充填された媒体部１６が併設されており、枠体２０内には超音波伝質媒体は充満されていなので、丸棒鋼６をテーブル４上に固定する際、丸棒鋼６を縦置きするのが容易となり、作業効率が向上する。

以上説明したいずれの実施形態においても、丸棒鋼を縦置きして探傷するようにしたため、従来の丸棒鋼を横置きした場合に問題となった、丸棒鋼のローラ上でのスリップや飛び跳ね、あるいは丸棒鋼の撓みやローラからの転落等は問題とはならず、探傷精度が向上するとともに、検査装置をコンパクト化することができ、作業効率を向上させることができるようになった。

以上、本発明の丸棒鋼の超音波検査方法ついて詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。例えば、丸棒鋼は、軸受の転動体のコロや内輪、外輪に使用される場合に限らず、任意の用途の丸棒鋼に適用可能である。
また、超音波探触子は焦点型を使用する場合に限らず、非焦点型も適用可能である。

１媒体槽
２超音波伝質媒体
４テーブル
６丸棒鋼
８超音波探触子
１０探傷器
１３三つ爪チャック
１４可動手段
１５タイヤ
１６媒体部

Claims

超音波探傷による丸棒鋼の超音波検査方法であって、前記丸棒鋼の軸心が鉛直方向と一致するように、前記丸棒鋼を縦方向に配置し、超音波探触子を前記丸棒鋼の外径面に対して一定の距離に配置し、前記超音波探触子を軸心の回りに回転させながら、前記超音波探触子を、前記丸棒鋼の外径面に対して超音波伝質媒体を介して一定の距離を保ちつつ前記丸棒鋼の軸方向に走査させて、探傷を行うことを特徴とする丸棒鋼の超音波検査方法。
前記超音波探触子を前記丸棒鋼の外径面に対して一定の距離を保つように保持しつつ前記丸棒鋼の外径面に沿って相対的に移動可能な可動手段によって、前記丸棒鋼の外径面に沿って相対的に移動することにより、前記超音波探触子が前記丸棒鋼の外径面を螺旋状に走査することを特徴とする請求項１に記載の丸棒鋼の超音波検査方法。
超音波探傷による丸棒鋼の超音波検査装置であって、前記可動手段は、前記超音波探触子が、前記丸棒鋼の外径面に対して前記超音波伝質媒体を介して一定の距離を保つように、前記超音波伝質媒体が充填された媒体部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の丸棒鋼の超音波検査方法。