JP2016080405A - 超音波探傷システム及び超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検査精度の高い超音波探傷システム及び超音波探傷装置を提供すること。
【解決手段】超音波探傷システム（１）は、局部水浸方式の超音波探傷装置（２）と、被検査対象である複合材（４）を保持する保持装置（３）とを備える。超音波探傷装置は、探傷ヘッド（２０）と、探傷ヘッド支持部（２１）とを備える。探傷ヘッドは、貯水槽（２０１）と、貯水槽に水を供給するための流入口（２０２）と、開口部（２０３）とを備える。開口部は、水槽の水が複合材の被検査面（４１）に向けて湧き出るように構成されている。探傷ヘッド支持部は、開口部が鉛直方向に対して上方を向くように、探傷ヘッドを支持する。保持装置は、複合材（４）の被検査面（４１）が鉛直方向に対して下方を向き、かつ複合材の被検査面が探傷ヘッドの開口部と向き合うように、複合材を保持する。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、超音波探傷システム及び超音波探傷装置に関する。

例えば、航空機の翼は、種々の複合材で形成されている。複合材は、基本的には、製造段階で、超音波探傷検査される。従来、超音波探傷検査には、水浸方式が用いられていた。水浸方式は、安定な超音波エコーが得られるという利点を持つ。

しかしながら、水浸方式の超音波探傷装置を用いて被検査対象（ワーク）である複合材が検査される場合、次のような技術的な課題があった。一般的に、複合材は、水に対して撥水性がある。そのため、被検査対象である複合材が水中に沈められたとき、複合材の表面に気泡が付着しやすい。この状態で超音波探傷検査が実行されると、気泡に起因したノイズが発生しやすい。このノイズにより、測定された超音波エコーの波形が本来得られるべき波形と異なってしまう。このことは、検査精度に悪影響をもたらす。

上述の課題を解決する一案として、水噴射方式が考えられる。水噴射方式は、水を被検査対象の表面に向けて噴射しながら、超音波を被検査対象の表面に照射するという方式である。その関連技術として、特許文献１は、水噴射方式の超音波探傷装置を用いて航空機の複合材を検査する方法を開示している。

特許第３３７８３６７号

しかしながら、水噴射方式の超音波探傷装置には、次の課題がある。それは、被検査対象である複合材の表面に向けて水が噴射されたとき、複合材の表面及び複合材の端面で水が跳ね返りやすいことである。その跳ね返りによっても、ノイズが発生しやすい。このことは、検査精度に悪影響をもたらす。

以上の観点から、気泡の発生を抑制しつつ、検査精度の高い超音波探傷システム及び超音波探傷装置が望まれている。

以下に、「発明を実施するための形態」で使用される符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、「特許請求の範囲」の記載と「発明を実施するための形態」との対応関係を明確にするために付加されたものである。ただし、これらの符号は、「特許請求の範囲」に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いられるものではない。

本発明の第１の観点の超音波探傷システム（１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、
局部水浸方式の超音波探傷装置（２）と、
被検査対象である複合材（４）を保持する保持装置（３）と
を備える。
超音波探傷装置は、
探傷ヘッド（２０）と、
探傷ヘッド支持部（２１）と
を備える。
探傷ヘッドは、
貯水槽（２０１）と、
貯水槽に水を供給するための流入口（２０２）と、
貯水槽の水が複合材の被検査面（４１）に向けて湧き出るように構成された開口部（２０３）と
を備える。
探傷ヘッド支持部は、開口部が鉛直方向に対して上方を向くように、探傷ヘッドを支持する。保持装置は、複合材の被検査面が鉛直方向に対して下方を向き、かつ複合材の被検査面が探傷ヘッドの開口部と向き合うように、複合材を保持する。

保持装置は、複合材を床面から離間した位置に吊り下げ支持する吊り下げ支持機構（３、３１、３２）を備えていてもよい。

吊り下げ支持機構は
第１ベース部（３２Ｌ）と、
第２ベース部（３２Ｍ）と、
前記第１ベース部に接続され、前記複合材の第１部分（４２_１）を吊り下げ支持する第１線状部材（３１_１）と、
前記第２ベース部に接続され、前記複合材の第２部分（４２_２）を吊り下げ支持する第２線状部材（３１_２）と
を備えていてもよい。

探傷ヘッド支持部は、探傷ヘッドが床面（５）に対して水平移動するように構成された水平移動機構（２１Ｈ）を備えていてもよい。

水平移動機構は、
床面に平行な第１方向（Ｘ軸）に探傷ヘッドを直線移動させるように構成された第１方向移動機構（２１１_１、２１１_２、２１２_１、２１２_２）と、
床面に平行かつ第１方向に垂直な第２方向（Ｙ軸）に探傷ヘッドを直線移動させるように構成された第２方向移動機構（２１３、２１４）と
を備えていてもよい。

探傷ヘッド支持部は、探傷ヘッドを床面（５）に対して鉛直方向（Ｚ軸）に直線移動させるように構成された鉛直移動機構（２１Ｖ）を更に備えていてもよい。

探傷ヘッド支持部は、探傷ヘッドを複合材の被検査面に向けて付勢する付勢機構（２２）を更に備えていてもよい。

探傷ヘッドの開口部の形状は、長方形であってもよい。

本発明の第２の観点の超音波探傷装置は、探傷ヘッド（２０）と、探傷ヘッド支持部（２１）とを備える局部水浸方式の超音波探傷装置である。
探傷ヘッドは、
貯水槽（２０１）と、
貯水槽に水を供給するための流入口（２０２）と、
貯水槽の水が複合材（４）の被検査面（４１）に向けて湧き出るように構成された開口部（２０３）と
を備える。
探傷ヘッド支持部は、開口部が鉛直方向に対して上方を向くように、探傷ヘッドを支持する。

本発明によれば、気泡の発生を抑制しつつ、検査精度の高い超音波探傷システム及び超音波探傷装置を提供することができる。

図１は、水噴射方式を用いた超音波探傷システムＡの構成例を示す側面図である。 図２Ａは、超音波探傷システム１の構成例を示す側面図である。 図２Ｂは、図２Ａに示す超音波探傷システム１を上方から見た平面図である。 図２Ｃは、超音波探傷システム１の動作例を示す説明図である。 図２Ｄは、超音波探傷システム１の効果の説明図である。 図３Ａは、超音波探傷システム１の構成例を示す側面図である。 図３Ｂは、図３Ａに示す超音波探傷システム１を上方から見た平面図である。 図４Ａは、上方から見た探傷ヘッド２０の構成例を示す平面図である。 図４Ｂは、図４ＡのＸ１−Ｘ１点における探傷ヘッド２０の断面図である。 図５は、超音波探傷システム１の制御系の構成例を示すブロック図である。 図６は、超音波探傷システム１Ａの構成例を示す側面図である。 図７は、超音波探傷システム１Ｂの構成例を示す斜視図である。 図８は、超音波探傷システム１Ｃの構成例を示す側面図である。 図９は、超音波探傷システム１Ｄの構成例を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に関連づけて説明する。以下の実施の形態において、同一の部材には原則として同一の符号が付され、その繰り返しの説明は省略される。符号の添え字は、同種の部材を区別するためのものである。その区別が不要の場合、その添え字は、適宜省略される。

１．用語の定義
１）本願明細書では、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を持つ直交座標が使用される。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、説明の便宜を図るため、次のように設定されている。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の原点は、図２Ａに示すように、床面（５）にある。Ｘ軸は、図２Ａに示すように、床面に沿っている。Ｙ軸は、図２Ｂに示すように、床面に沿うと共にＸ軸に垂直である。Ｚ軸は、Ｘ軸及びＹ軸の双方に対して垂直である。
２）本願明細書で想定されている「被検査対象」は、例えば、航空機の翼を構成する複合材である。「被検査対象」は、複合材であれば特に限定されるものではない（例えば、風車の翼）。
３）「被検査面」は、「複合材」の表面の一部であって、図４Ｂに示すように、プローブ２０４からの超音波が照射される部分である。
４）「水」は、純水であってもよいし、不純物（例えば、防腐剤）を含んでいてもよい。
５）「超音波探傷検査」は、単に「検査」とも呼ばれる。

２．本願発明者によって認識された課題
初めに、一般的な水噴射方式の概要について説明する。図１は、水噴射方式を用いた超音波探傷システムＡの構成例を示す側面図である。

図１に示すように、超音波探傷システムＡは、水噴射方式の超音波探傷装置Ｂと、保持装置Ｃとを備える。水噴射方式は、水浸方式と比べて、被検査対象の表面に気泡が発生しにくいという利点を持つ。水噴射方式が用いられる場合、一般的に、被検査対象である複合材４は、複合材４の表面が概ね鉛直方向に沿うように配置される。そのため、保持装置Ｃは、床面５の上方から複合材４が吊り下げられるように、床面５から離間した位置で複合材４を保持している。この場合、複合材４の一端は、床面５の上方にある固定具Ｃ１で固定されている。その状態で、超音波探傷装置Ｂは、複合材４の被検査面４１を走査して検査する。このとき、超音波探傷装置Ｂは、水を被検査面４１に向けて噴射させながら、超音波を被検査面４１に照射する。

本願発明者は、水噴射方式を用いた超音波探傷システムＡが次の課題を抱えていることに気が付いた。１つ目は、複合材４の被検査面４１に向けて水が噴射されたとき、被検査面４１及び側部４４で水が跳ね返りやすいことである。このことにより、ノイズが発生しやすい。このノイズは、測定された超音波エコーの波形を本来得られるべき波形から変えてしまう。

２つ目は、複合材４の孔部（例えば、ドリルホール）に水が入りやすいことである。複合材４には、複数の孔部が設けられていることが多い。例えば、図１に示す孔部４３の周辺が検査されるとき、水Ｗが孔部４３を流れる。水Ｗは、被検査面４１と反対側の面４５に付着しやすい。このことも、ノイズの原因の一つとなる。

本願発明者は、上述の課題に着目し、気泡の発生を抑制しつつ、検査精度の高い超音波探傷システム及び超音波探傷装置を発明した。

３．第１の実施の形態
３．１．構成の概要
第１の実施の形態の概要を図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃを参照して説明する。図２Ａは、超音波探傷システム１の構成例を示す側面図である。図２Ｂは、図２Ａに示す超音波探傷システム１を上方から見た平面図である。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、超音波探傷システム１は、局部水浸方式の超音波探傷装置２と、保持装置３とを備える。複合材４は、超音波探傷装置２の被検査対象である。

超音波探傷装置２は、探傷ヘッド２０と、探傷ヘッド支持部２１とを備える。探傷ヘッド２０は、複合材４の被検査面４１を走査して検査する。その詳細は、次の通りである。探傷ヘッド２０は、貯水槽２０１と、流入口２０２と、開口部２０３とを備える。開口部２０３は、貯水槽２０１の水が開口部２０３から湧き出るように（言い換えれば、あふれ出るように）、つまり、貯水槽２０１の水が複合材４の被検査面４１に向けて湧き出るように構成されている。流入口２０２は、貯水槽２０１に水を供給するための流入口である。探傷ヘッド支持部２１は、開口部２０３が鉛直方向に対して常に上方（Ｚ軸の正方向）を向くように、探傷ヘッド２０を支持している。探傷ヘッド支持部２１は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各々に沿って探傷ヘッド２０を移動させる。つまり、探傷ヘッド２０は、床面５と被検査面４１との間の空間内の任意の位置に移動する。

保持装置３は、複合材４を床面５から離間した位置で保持するように構成されている。具体的には、保持装置３は、複合材４の被検査面４１が鉛直方向に対して下方（Ｚ軸の負方向）を向き、かつ複合材４の被検査面４１が探傷ヘッド２０の開口部２０３と向き合うように、複合材４を保持する。つまり、複合材４は、床面５の上方で横向きに配置される。複合材４を保持するため、保持装置３は、例えば、複合材４を床面５から離間した位置に吊り下げ支持する吊り下げ支持機構を備える。

吊り下げ支持機構は、第１ベルト３１_１と、第２ベルト３１_２とを備える。第１ベルト３１_１は、第１線状部材の一例である。第２ベルト３１_２は、第２線状部材の一例である。第１ベルト３１_１及び第２ベルト３１_２の双方は、床面５から所定高さｈ_２の位置で複合材４が保持されるように、概ねＹ軸方向に沿って張られている。第１ベルト３１_１は、第２ベルト３１_２からＸ軸方向に離間している。

複合材４の形状は、任意である。例えば、本実施の形態では、複合材４は、上方（Ｚ軸の正方向から負方向）から見て、航空機の翼の形状を持つ。側面（Ｘ軸の負方向から正方向）から見て、複合材４は、湾曲している。つまり、複合材４は、曲面を持つ。複合材４は、複数の孔部を備えていてもよい。更に、本実施の形態では、複合材４は、第１突出部４２_１（第１部分とも呼ばれる）と、第２突出部４２_２（第２部分とも呼ばれる）とを備える。第１突出部４２_１及び第２突出部４２_２の各々は、複合材４の一部から延伸した部分であって、製造工程で複合材４を保持するための取手としての役割を持つ。最終的な工程で、第１突出部４２_１及び第２突出部４２_２は、取り除かれる。第１突出部４２_１は、第１ベルト３１_１の上に配置されている。もう一方の第２突出部４２_２は、第２ベルト３１_２の上に配置されている。当然ながら、複合材４が第１ベルト３１_１及び第２ベルト３１_２と接触していない部分は、露出している。

なお、第１突出部４２_１及び第２突出部４２_２は、必ず設けられている訳ではない。両者が設けられていない場合は、複合材４の一端（つまり、第１部分）が第１ベルト３１_１の上に置かれ、複合材４の他端（つまり、第２部分）が第２ベルト３１_２の上に置かれる。

３．２．動作の概要
図２Ｃは、超音波探傷システム１の動作例を示す説明図である。ここでは、説明を簡単にするため、複合材４の所定箇所ＰＯ_１が検査される場合を例に挙げる。なお、図２Ｃでは、探傷ヘッド支持部２１及び保持装置３の図示が省略されている。

第１ステップ（複合材４の保持）：
初めに、クレーン（例示）又は人手によって、複合材４が第１ベルト３１_１及び第２ベルト３１_２の上に配置される。つまり、保持装置３が床面５から離間した位置で複合材４を保持する。

第２ステップ（探傷ヘッド２０の移動）：
探傷ヘッド支持部２１が探傷ヘッド２０を複合材４の所定箇所ＰＯ_１の直下まで移動させる。所定箇所ＰＯ_１は、被検査面４１の一部である。具体的には、例えば、所定箇所ＰＯ_１の下方にある水平位置ＰＯ_２に接近した位置まで、探傷ヘッド支持部２１が探傷ヘッド２０を床面５に対して水平移動させる。そして、水平位置ＰＯ_２からその上方にある所定箇所ＰＯ_１に向けて、探傷ヘッド支持部２１が探傷ヘッド２０を鉛直上向き（Ｚ軸の負方向から正方向）に移動させる。このことにより、所定箇所ＰＯ_１に対して、開口部２０３の周囲が接触する。このとき、開口部２０３を含む探傷ヘッド２０の上面と被検査面４１との間の少なくとも一部には、水が漏れ出る微小な隙間ＧＰがある。なお、図２Ｃでは、微小な隙間ＧＰは、誇張して描かれている。

一方、第２ステップの段階で、貯水槽２０１は、流入口２０２から流入してくる水Ｗを貯水している。貯水槽２０１には、水Ｗが供給され続けている。そのため、その水Ｗは、被検査面４１に向けて開口部２０３から湧き出し続けている（点線の矢印を参照）。つまり、その水Ｗは、開口部２０３を含む探傷ヘッド２０の上面を流れ続けている。したがって、探傷ヘッド２０の開口部２０３と複合材４の被検査面４１との間は、水Ｗで満たされている。

第３ステップ（検査）：
開口部２０３と複合材４の被検査面４１との間が水Ｗで満たされている状態で、探傷ヘッド２０は、被検査面４１を検査する。つまり、超音波探傷装置２は、複合材４の下側から検査する。

３．３．効果
図２Ｄは、超音波探傷システム１の効果の説明図である。なお、図２Ｄでは、微小な隙間ＧＰが誇張して描かれている。超音波探傷システム１では、局部水浸方式の超音波探傷装置２が採用されている。超音波探傷システム１によれば、水浸方式の一種である局部水浸方式が用いられるのにも関わらず、気泡の発生を抑制しつつ、上述の課題を克服することができる。それは、以下の理由による。

第１に、超音波探傷装置２が複合材４の下側から検査する。このことを実現するため、探傷ヘッド２０は、貯水槽２０１と、流入口２０２と、貯水槽２０１の水が複合材４の被検査面４１に向けて湧き出るように構成された開口部２０３とを備えている。保持装置３は、複合材４を床面５から離間した位置で保持するように構成されている。もし、被検査面４１に気泡が付着したとしても、微小な隙間ＧＰから排出される水の流れによって、気泡は、消滅するか、開口部２０３と被検査面４１との間の空間から押し流される。その上、水が被検査面４１に向けて勢いよく噴射されないので、被検査面４１及び側部（端部）で水が跳ね返りにくい。これらのことは、ノイズの低減につながる。

第２に、複合材４が複数の孔部４３を備えていても、その複数の孔部４３の各々に水が入りにくいことである。これは、図２Ｄに示すように、水が複合材４の被検査面４１に向けて湧き出るのに過ぎないためである。また、複数の孔部４３の各々に水が入ったとしても、重力の作用により、被検査面４１と反対側の面４５に水が達することが抑制される。そのため、水が被検査面４１と反対側の面４５に付着しにくい。

３．４．超音波探傷システム１の詳細
超音波探傷システム１を詳細に説明する。図３Ａは、超音波探傷システム１の構成例を示す側面図である。図３Ｂは、図３Ａに示す超音波探傷システム１を上方から見た平面図である。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、探傷ヘッド支持部２１は、水平移動機構２１Ｈと、鉛直移動機構２１Ｖとを備える。

３．４．１．探傷ヘッド支持部（水平移動機構）
水平移動機構２１Ｈは、探傷ヘッド２０を床面５に対して水平移動させるように構成されている。詳細には、水平移動機構２１Ｈは、Ｘ軸方向（第１方向）移動機構と、Ｙ軸方向（第２方向）移動機構とを備える。

Ｘ軸方向移動機構は、Ｘ軸方向に探傷ヘッド２０を直線移動させるように構成されている。具体的には、Ｘ軸方向移動機構は、直線状の第１走行レール２１１_１と、第１走行レール２１１_１に沿って自在にスライドする第１ブロック２１２_１と、直線状の第２走行レール２１１_２と、第２走行レール２１１_２に沿って自在にスライドする第２ブロック２１２_２とを備える。第１走行レール２１１_１及び第２走行レール２１１_２は、互いが平行となるように、Ｘ軸方向に沿って床面５の上に敷設されている。第１走行レール２１１_１と第２走行レール２１１_２との間の距離は、複合材の大きさに合わせて、好適に変更することができる。第１走行レール２１１_１及び第２走行レール２１１_２の長さも、複合材の大きさに合わせて、好適に変更することができる。

Ｘ軸方向移動機構の動作は、次の通りである。第１ブロック２１２_１は、第１走行レール２１１_１に沿って、Ｘ軸の負方向からＸ軸の正方向へ、又はその逆方向へ移動する。これと共に、第２ブロック２１２_２は、第２走行レール２１１_２に沿って、Ｘ軸の負方向からＸ軸の正方向へ、又はその逆方向へ移動する。つまり、第１ブロック２１２_１及び第２ブロック２１２_２は、同じ速さで同時に動く。

Ｙ軸方向移動機構は、Ｙ軸方向に探傷ヘッド２０を直線移動させるように構成されている。具体的には、Ｙ軸方向移動機構は、横行レール２１３と、横行レール２１３に沿って自在にスライドする第３ブロック２１４とを備える。横行レール２１３の長さは、第１走行レール２１１_１と第２走行レール２１１_２との間の距離よりも若干長い。横行レール２１３は、第１ブロック２１２_１及び第２ブロック２１２_２の双方の上に配置されている。

Ｙ軸方向移動機構の動作は、次の通りである。第３ブロック２１４は、横行レール２１３に沿って、Ｙ軸の負方向からＹ軸の正方向へ、又はその逆方向へ移動する。

３．４．２．探傷ヘッド支持部（鉛直移動機構）
図３Ａに示すように、鉛直移動機構２１Ｖは、探傷ヘッド２０を床面５に対して鉛直方向（Ｚ軸方向）に直線運動させるように構成されている。具体的には、鉛直移動機構２１Ｖは、直線状の鉛直レール２１５と、鉛直レール２１５に沿って自在にスライドする第４ブロック２１６とを備える。鉛直レール２１５は、その長手方向が床面５に対して垂直となるように、第３ブロック２１４の上に配置されている。探傷ヘッド２０は、第４ブロック２１６の上に配置されている。

鉛直移動機構２１Ｖの動作は、次の通りである。第４ブロック２１６は、鉛直レール２１５に沿って、Ｚ軸の負方向からＺ軸の正方向へ、又はその逆方向へ移動する。

３．４．３．保持装置（吊り下げ支持機構）
保持装置３は、次のように構成されている。保持装置３の吊り下げ支持機構は、第１ベルト３１_１及び第２ベルト３１_２に加え、第１ベース部３２Ｌと、第２ベース部３２Ｍとを備える。

第１ベース部３２Ｌは、複合材４の第１突出部４２_１（図２Ｂ参照）を吊り下げ支持する。具体的には、第１ベース部３２Ｌは、第１支柱３２_１及び第２支柱３２_２に加え、第１固定部３３_１と、第２固定部３３_２とを含む。

第２ベース部３２Ｍは、複合材４の第２突出部４２_２（図２Ｂ参照）を吊り下げ支持する。具体的には、第２ベース部３２Ｍは、第３支柱３２_３及び第４支柱３２_４に加え、第３固定部３３_３と、第４固定部３３_４とを含む。

図３Ｂに示すように、第１支柱３２_１乃至第４支柱３２_４は、複合材４が吊り下げ支持されるように、水平移動機構の周囲にそれぞれ配置されている。具体的には、第１支柱３２_１乃至第４支柱３２_４の各々は、長手方向が床面５に対して垂直（鉛直）になるように、床面５に設置されている。第２支柱３２_２は、第１支柱３２_１からＹ軸の正方向に離間している。第３支柱３２_３は、第１支柱３２_１からＸ軸の正方向に離間している。第４支柱３２_４は、第３支柱３２_３からＹ軸の正方向に離間している。

第１固定部３３_１及び第２固定部３３_２は、第１ベルト３１_１の２つの端部を固定するように構成されている。第１固定部３３_１は、床面５から高さｈ_１の位置で第１支柱３２_１に取り付けられている。第２固定部３３_２は、床面５から高さｈ_１の位置で第２支柱３２_２に取り付けられている。一方、第３固定部３３_３及び第４固定部３３_４は、第２ベルト３１_２の２つの端部を固定するように構成されている。第３固定部３３_３は、床面５から高さｈ_１の位置で第３支柱３２_３に取り付けられている。第４固定部３３_４は、床面５から高さｈ_１の位置で第４支柱３２_４に取り付けられている。

第１ベルト３１_１は、第１端部３１_１‐ａと、第２端部３１_１‐ｂとを持つ。第１端部３１_１‐ａは、第１固定部３３_１に固定されている。第２端部３１_１‐ｂは、第２固定部３３_２に固定されている。つまり、第１ベルト３１_１は、第１ベース部３２Ｌに接続され、第１突出部４２_１（図２Ｂを参照）を吊り下げ支持する。同様に、第２ベルト３１_２は、第１端部３１_２‐ａと、第２端部３１_２‐ｂとを持つ。第１端部３１_２‐ａは、第３固定部３３_３に固定されている。第２端部３１_２‐ｂは、第４固定部３３_４に固定されている。つまり、第２ベルト３１_２は、第２ベース部３２Ｍに接続され、第２突出部４２_２（図２Ｂを参照）を吊り下げ支持する。

第１ベルト３１_１及び第２ベルト３１_２の双方は、配置された複合材４のモールドライン（複合材の外側の形状）が変形することを防ぐため、柔軟性または伸縮性を持つ素材（例えば、ゴム）で形成されている。それに加え、複合材４が第１ベルト３１_１及び第２ベルト３１_２の上に配置されたとき、複合材４が落下しないように、第１ベルト３１_１及び第２ベルト３１_２の双方は、滑りにくい性質を持つ素材で形成されていることが望ましい。第１ベルト３１_１及び第２ベルト３１_２の長さは、複合材４が配置されたときに、複合材４が床面５から高さｈ_２の位置に吊り下げ支持されるように、第１支柱３２_１と第２支柱３２_２との間の距離よりも若干長く設定されている。そのため、図３Ａに示すように、側方から見て、第１支柱３２_１と第２支柱３２_２との間の中央付近で、第１ベルト３１_１は、下垂している。同様に、第３支柱３２_３と第４支柱３２_４との間の中央付近で、第２ベルト３１_２は、下垂している。なお、高さｈ_２は、第１固定部３３_１から第４固定部３３_４の各々が取り付けられている高さｈ_１よりも若干低い。

ここで、図１を参照して保持装置３の効果について述べる。１つ目は、複合材４のモールドラインが変形しにくいことにある。図１に示す保持装置Ｃでは、複合材４が吊り下げられたとき、複合材４の湾曲を伸ばす方向に自重がかかる。このことにより、モールドラインが変形する恐れがある。もし、モールドラインが変形した場合、次の不利益がある。基本的に、探傷ヘッド２０は、被検査面４１に沿うように、予め定められた走査ルートに沿って走査しながら複合材４を検査する。そのため、もし、モールドラインが変形した場合、探傷ヘッド２０の走査ルートが被検査面４１に沿わなくなる恐れがある。その結果、複合材４の検査が適切に行われない恐れがある。したがって、モールドラインの変形をできるだけ防ぐ必要がある。

これに対し、本実施の形態では、２本のベルト３１によって複合材４が吊り下げ支持される。換言すれば、柔軟性または伸縮性のある第１ベルト３１_１及び第２ベルト３１_２の上に複合材４が配置される。したがって、複合材４の自重に起因してモールドラインが変形することが抑制される。

２つ目は、保持装置３の構造が簡単であることにある。図１に示すように、複合材４が床面５の上方から吊り下げられる場合、一般的に言って、その吊り下げる治具（例えば、固定具Ｃ１）が大掛かりになりやすい。図１に示す保持装置Ｃと比べると、保持装置３では、２本のベルト３１が使われるので、保持装置３の構造が簡単になる。

３．５．探傷ヘッドの詳細
探傷ヘッド２０を詳細に説明する。図４Ａは、上方から見た探傷ヘッド２０の構成例を示す平面図である。図４Ｂは、図４ＡのＸ１−Ｘ１点における探傷ヘッド２０の断面図である。探傷ヘッド２０は、貯水槽２０１と、第１流入口２０２_１と、第２流入口２０２_２と、開口部２０３とに加え、プローブ２０４と、枠部２０５とを備える。超音波探傷装置２は、給水ポンプ６と、第１給水管６１_１と、第２給水管６１_２とを更に備える。

３．５．１．貯水槽
貯水槽２０１は、開口部２０３に対向する底面２０６と、側面２０７とを備え、直方体の形状をしている。貯水槽２０１は、水を十分に貯水することができる容量を持っている。また、貯水槽２０１は、第１孔部２０２ａ_１及び第２孔部２０２ａ_２を側面２０７にそれぞれ備えている。第１孔部２０２ａ_１は、枠部２０５の内部を通じて第１流入口２０２_１に繋がっている。同様に、第２孔部２０２ａ_２は、枠部２０５の内部を通じて第２流入口２０２_２に繋がっている。第１孔部２０２ａ_１及び第２孔部２０２ａ_２は、互いが向き合うように、貯水槽２０１の側面２０７に設けられている。これは、開口部２０３から湧き出る水の流れをできるだけ均一にするためである。なお、第１孔部２０２ａ_１及び第２孔部２０２ａ_２の各々が側面２０７に設けられた場合、第１孔部２０２ａ_１及び第２孔部２０２ａ_２の各々が底面２０６に設けられる場合よりも、開口部２０３から湧き出る水の流れが均一化される。

３．５．２．開口部
開口部２０３は、上方から見て（Ｚ軸の正方向から負方向）、長方形の形状をしている。開口部２０３の形状は、できるだけ細長い方が望ましい。それは、超音波（超音波エコー）のＳ／Ｎ比をできるだけ上げるためである。

３．５．３．プローブ
プローブ２０４は、貯水槽２０１の底面２０６の直下（Ｚ軸の負方向）に配置されている。プローブ２０４は、大別して、次の２つの機能を持つ。１つ目は、超音波を開口部２０３へ向けて出力することである。２つ目は、複合材４からの超音波エコーを受信することである。プローブ２０４は、この２つの機能を後述の端末８の制御に基づいて実行する。なお、超音波を出力する送信用プローブと、超音波エコーを受信する受信用プローブとを別々に設けてもよい。

３．５．４．枠部
枠部２０５は、上方（Ｚ軸の正方向から負方向）から見て、貯水槽２０１の周囲を囲んでいる部分である。枠部２０５の表面２０５１は、検査時に、複合材４の被検査面４１に接触する。複合材４の形状に追従することができるように、表面２０５１の面積（接触面積という）は、できるだけ小さい方が望ましい。

３．５．５．給水ポンプ・給水管
第１給水管６１_１の一端は、給水ポンプ６に接続されている。第１給水管６１_１の他端は、第１流入口２０２_１に接続されている。同様に、第２給水管６１_２の一端は、給水ポンプ６に接続されている。第２給水管６１_２の他端は、第２流入口２０２_２に接続されている。給水ポンプ６は、第１給水管６１_１及び第２給水管６１_２を通じて水を貯水槽２０１に供給する。水の供給量は、開口部２０３から一定量の水が湧き出る範囲内であればよい。水の供給量が多すぎると、開口部２０３から水が勢いよく噴出されるため、気泡が発生しやすいことに留意されたい。給水ポンプ６は、開口部２０３から一定量の水が湧き出る範囲内であれば、水の供給を断続的に行ってもよいし、連続的に行ってもよい。

本実施の形態では、２つの流入口２０２が設けられている場合を例に挙げた。流入口２０２の個数は、１個であってもよいし、３個以上であってもよい。その場合は、流入口２０２の個数に応じて、給水管６１などを好適に設ければよい。

３．６．制御系
図５は、超音波探傷システム１の制御系の構成例を示すブロック図である。超音波探傷装置２は、第１駆動部７１と、第２駆動部７２と、第３駆動部７３と、端末８とを備える。

第１駆動部７１から第３駆動部７３の各々は、例えば、モータで構成され、端末８の指示に基づいて、次の動作を実行する。第１駆動部７１は、Ｘ軸方向移動機構の第１ブロック２１２_１及び第２ブロック２１２_２の双方を同時に駆動する。第２駆動部７２は、Ｙ軸方向移動機構の第３ブロック２１４を駆動する。第３駆動部７３は、Ｚ軸方向移動機構の第４ブロック２１６を駆動する。

端末８は、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）と、記憶部（例えば、メモリ、ハードディスク）と、操作部（例えば、キーボード、マウス）と、ディスプレイと、Ｉ／Ｏ（Input/Output）とを備える。端末８は、第１駆動部７１と、第２駆動部７２と、第３駆動部７３と、プローブ２０４と、給水ポンプ６とにそれぞれ電気的に接続されている。端末８は、大別して、次の制御を実行する。１つ目は、第１駆動部７１、第２駆動部７２及び第３駆動部７３の各々の制御である。２つ目は、プローブ２０４の制御である。３つ目は、給水ポンプ６の制御である。４つ目は、プローブ２０４から得られた超音波エコーの解析である。

３．７．制御系の動作
制御系の動作例について説明する。ここでも、説明を簡単にするため、複合材４の所定箇所ＰＯ_１（図２Ｃを参照）が検査される場合を例に挙げる。

第１ステップ（探傷ヘッド２０の移動）：
端末８は、探傷ヘッド支持部２１が探傷ヘッド２０を複合材４の所定箇所（例えば、図２Ｃに示すＰＯ_１）の直下へ移動させるように、第１駆動部７１から第３駆動部７３の各々を制御する。

第２ステップ（水の供給）：
端末８は、給水ポンプ６が水を貯水槽２０１に供給するように、給水ポンプ６を制御する。このことにより、第１給水管６１_１及び第２給水管６１_２を通じて水が貯水槽２０１に供給される。そして、貯水槽２０１が満水になったとき、開口部２０３から水が湧き出し始める。なお、第２ステップは、第１ステップの前に実行されてもよい。

第３ステップ（プローブ２０４の制御）：
端末８は、プローブ２０４が超音波を開口部２０３へ向けて出力するように、プローブ２０４を制御する。その後、プローブ２０４から出力された超音波は、被検査面４１に照射され、被検査面４１から複合材４の内部へ伝搬される。超音波が複合材４の内部にある欠陥、又は被検査面４１と反対の面に到達すると、超音波エコーが発生する。端末８は、プローブ２０４が超音波エコーを受信するように、プローブ２０４を制御する。プローブ２０４は、受信した超音波エコーを端末８に送信する。

第４ステップ（解析）：
端末８は、プローブ２０４から超音波エコーを入力し、これを基に複合材４の欠陥等を解析する。そして、端末８は、例えば、解析結果をディスプレイに表示する。

以上、超音波探傷システム１について説明した。本実施の形態により、気泡の発生を極力抑制しつつ、検査精度の高い超音波探傷システム及び超音波探傷装置が提供される。

４．第２の実施の形態
第２の実施の形態を説明する。図６は、超音波探傷システム１Ａの構成例を示す側面図である。図６に示すように、鉛直移動機構２１Ｖの構成が第１の実施の形態のものと異なる。具体的には、探傷ヘッド支持部２１は、探傷ヘッド２０を複合材４の被検査面４１に向けて付勢する付勢機構２２を更に備える。付勢機構２２は、例えば、複数の圧縮バネ２２Ｓを備える。複数の圧縮バネ２２Ｓの各々は、鉛直レール２１５の周囲を取り巻くように、第３ブロック２１４と第４ブロック２１６との間に設けられている。各圧縮バネ２２Ｓの伸縮方向は、概ね鉛直方向である。

付勢機構２２は、次のように動作する。探傷ヘッド２０が複合材４の被検査面４１に接触しているとき、探傷ヘッド２０は、各圧縮バネ２２Ｓの弾性力によって、被検査面４１に向けて付勢される。

そのため、第１の実施の形態と同様の効果に加え、複合材４の形状が複雑であっても、より確実に、探傷ヘッド２０が被検査面４１に接触するという利点がある。

５．第３の実施の形態
第３の実施の形態を説明する。例えば大型航空機の翼のように、被検査対象である複合材が大型である場合、複合材のモールドラインの変形を防ぐために、保持装置３を次のように構成することができる。

図７は、超音波探傷システム１Ｂの構成例を示す斜視図である。図７に示すように、保持装置３の吊り下げ支持機構は、第３ベルト３１_３乃至第６ベルト３１_６と、第３ベース部３２Ｎとを更に備える。なお、図７では、超音波探傷装置２の図示が省略されている。

第１ベース部３２Ｌは、第１梁３４_１を更に備える。第１梁３４_１は、第１支柱３２_１と第２支柱３２_２との間を接続している。第１固定部３３_１及び第２固定部３３_２は、互いに離間し、第１梁３４_１の下面に設けられている。第１ベルト３１_１の両端は、第１固定部３３_１に固定されている。第２ベルト３１_２の両端は、第２固定部３３_２に固定されている。

第２ベース部３２Ｍは、第２梁３４_２を更に備える。第２梁３４_２は、第３支柱３２_３と第４支柱３２_４との間を接続している。第３固定部３３_３及び第４固定部３３_４は、互いに離間し、第２梁３４_２の下面に設けられている。第３ベルト３１_３の両端は、第３固定部３３_３に固定されている。第４ベルト３１_４の両端は、第４固定部３３_４に固定されている。

第３ベース部３２Ｎは、第５支柱３２_５と、第６支柱３２_６と、第５固定部３３_５と、第６固定部３３_６と、第３梁３４_３とを含む。第３梁３４_３は、第５支柱３２_５と第６支柱３２_６との間を接続している。第５固定部３３_５及び第６固定部３３_６は、互いに離間し、第３梁３４_３の下面に設けられている。第５ベルト３１_５の両端は、第５固定部３３_５に固定されている。第６ベルト３１_６の両端は、第６固定部３３_６に固定されている。

複合材４は、第１突出部４２_１及び第２突出部４２_２に加え、第３突出部４２_３乃至第６突出部４２_６を備える。図７の例では、第１突出部４２_１、第３突出部４２_３及び第５突出部４２_５は、複合材４の第１側部４６に沿って、それぞれ設けられている。第２突出部４２_２、第４突出部４２_４及び第６突出部４２_６は、複合材４の第２側部４７に沿って、それぞれ設けられている。

第１突出部４２_１は、第１ベルト３１_１によって形成された輪の内側に配置されている。同様に、第２突出部４２_２は、第２ベルト３１_２によって形成された輪の内側に配置されている。第３突出部４２_３は、第３ベルト３１_３によって形成された輪の内側に配置されている。第４突出部４２_４は、第４ベルト３１_４によって形成された輪の内側に配置されている。第５突出部４２_５は、第５ベルト３１_５によって形成された輪の内側に配置されている。第６突出部４２_６は、第６ベルト３１_６によって形成された輪の内側に配置されている。

なお、線状部材は、例えば、ロープ又はワイヤーであってもよい。例えば、線状部材としてロープが用いられる場合は、第１突出部４２_１乃至第６突出部４２_６の各々がロープで結ばれていてもよい。複合材４の形状に合わせて、３つ以上のベース部が設けられていてもよい。

本実施の形態では、第１突出部４２_１乃至第６突出部４２_６の各々が対応するベルト３１によって吊り下げ支持されている。つまり、第１の実施の形態と比較した場合、本実施の形態では、複合材４がより多くのベルト３１で吊り下げ支持されている。したがって、複合材４にかかる自重が分散される。例えば大型航空機の翼のように、複合材が大型である場合、複合材のモールドラインの変形をより効果的に防ぐことができる。その上、より確実に複合材４の位置を床面５の上方で固定することができる。

６．第４の実施の形態
第４の実施の形態を説明する。図８は、超音波探傷システム１Ｃの構成例を示す側面図である。図８に示すように、保持装置３の構造が第１の実施の形態のものと異なる。具体的には、梁３４ａに第１支柱３２ａ_１及び第２支柱３２ａ_２がそれぞれ接続されている。梁３４ａは、例えば、天井に近い位置にある。第１支柱３２_１から第４支柱３２_４の各々は、その長手方向が床面５に対して垂直である。

本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

７．第５の実施の形態
第５の実施の形態を説明する。図９は、超音波探傷システム１Ｄの構成例を示す側面図である。図９に示すように、水平移動機構２１Ｈの構成が第１の実施の形態のものと異なる。具体的には、Ｘ軸方向移動機構が１本の走行レール２１１と、第１ブロック２１２とで構成されている。

例えば、複合材４が小型である場合は、横行レール２１３の長さが短くて済む。その場合は、必ずしも２本の走行レール２１１を設ける必要がない。本実施の形態は、そのような場合に有益である。

本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、本発明に種々の変更を加えることができる。例えば、超音波探傷にかかる時間を短縮するため、複数の探傷ヘッド２０が設けられていてもよい。また、以上の実施の形態では、保持装置３によって複合材４の位置が固定され、探傷ヘッド２０が移動する例を説明した。これとは逆に、探傷ヘッド２０の位置を固定し、複合材４を移動させる構成を採用してもよい。

技術的な矛盾が生じない範囲内で、全ての実施の形態を好適に組む合わせることができる。例えば、第２の実施の形態と第３の実施の形態とを組み合わせることができる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ…超音波探傷システム、２…超音波探傷装置、２０…探傷ヘッド、２１…探傷ヘッド支持部、２０１…貯水槽、２０２_１…第１流入口、２０２_２…第２流入口、２０２ａ_１…第１孔部、２０２ａ_２…第２孔部、２０３…開口部、２０４…プローブ、２０５…枠部、２０６…底面、２０７…側面、２１Ｈ…水平移動機構、２１Ｖ…鉛直移動機構、２１１_１…第１走行レール、２１１_２…第２走行レール、２１２_１…第１ブロック、２１２_２…第２ブロック、２１３…横行レール、２１４…第３ブロック、２１５…鉛直レール、２２…付勢機構、２２Ｓ…圧縮バネ、３…保持装置、３１_１…第１ベルト、３１_２…第２ベルト、３１_３…第３ベルト、３１_４…第４ベルト、３１_５…第５ベルト、３１_６…第６ベルト、３２Ｌ…第１ベース部、３２Ｍ…第２ベース部、３２Ｎ…第３ベース部、３２_１…第１支柱、３２_２…第２支柱、３２_３…第３支柱、３２_４…第４支柱、３２_５…第５支柱、３２_６…第６支柱、３３_１…第１固定部、３３_２…第２固定部、３３_３…第３固定部、３３_４…第４固定部、３３_５…第５固定部、３３_６…第６固定部、３４…梁、４…複合材、４１…被検査面、４２_１…第１突出部_、４２_２…第２突出部、５…床面、６…給水ポンプ、６１_１…第１給水管、６１_２…第２給水管、７１…第１駆動部、７２…第２駆動部、７３…第３駆動部、８…端末

Claims (9)

1. 局部水浸方式の超音波探傷装置と、
   被検査対象である複合材を保持する保持装置と
   を備え、
   前記超音波探傷装置は、
   探傷ヘッドと、
   探傷ヘッド支持部と
   を備え、
   前記探傷ヘッドは、
   貯水槽と、
   前記貯水槽に水を供給するための流入口と、
   前記貯水槽の水が前記複合材の被検査面に向けて湧き出るように構成された開口部と
   を備え、
   前記探傷ヘッド支持部は、前記開口部が鉛直方向に対して上方を向くように、前記探傷ヘッドを支持し、
   前記保持装置は、前記複合材の前記被検査面が鉛直方向に対して下方を向き、かつ前記複合材の前記被検査面が前記探傷ヘッドの前記開口部と向き合うように、前記複合材を保持する
   超音波探傷システム。
2. 前記保持装置は、前記複合材を床面から離間した位置に吊り下げ支持する吊り下げ支持機構を備える
   請求項１に記載の超音波探傷システム。
3. 前記吊り下げ支持機構は、
   第１ベース部と、
   第２ベース部と、
   前記第１ベース部に接続され、前記複合材の第１部分を吊り下げ支持する第１線状部材と、
   前記第２ベース部に接続され、前記複合材の第２部分を吊り下げ支持する第２線状部材と
   を備える
   請求項２に記載の超音波探傷システム。
4. 前記探傷ヘッド支持部は、前記探傷ヘッドが床面に対して水平移動するように構成された水平移動機構を備える
   請求項１に記載の超音波探傷システム。
5. 前記水平移動機構は、
   前記床面に平行な第１方向に前記探傷ヘッドを直線移動させるように構成された第１方向移動機構と、
   前記床面に平行かつ前記第１方向に垂直な第２方向に前記探傷ヘッドを直線移動させるように構成された第２方向移動機構と
   を備える
   請求項４に記載の超音波探傷システム。
6. 前記探傷ヘッド支持部は、前記探傷ヘッドを床面に対して鉛直方向に直線移動させるように構成された鉛直移動機構を更に備える
   請求項４または５に記載の超音波探傷システム。
7. 前記探傷ヘッド支持部は、前記探傷ヘッドを前記複合材の前記被検査面に向けて付勢する付勢機構を更に備える
   請求項４から６のいずれか一項に記載の超音波探傷システム。
8. 前記探傷ヘッドの開口部の形状は、長方形である
   請求項１に記載の超音波探傷システム。
9. 探傷ヘッドと、探傷ヘッド支持部とを備える局部水浸方式の超音波探傷装置であって、
   前記探傷ヘッドは、
   貯水槽と、
   前記貯水槽に水を供給するための流入口と、
   前記貯水槽の水が前記複合材の被検査面に向けて湧き出るように構成された開口部と
   を備え、
   前記探傷ヘッド支持部は、前記開口部が鉛直方向に対して上方を向くように、前記探傷ヘッドを支持する
   超音波探傷装置。

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