JP2017003321A - 超音波探触子の走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】保持部材の小型化による探触子の走査範囲の拡大化を可能とし、かつ超音波の送受信方向を安定させることができる超音波探触子の走査装置を提供する。【解決手段】超音波探触子２を配管１の表面に沿って移動させる走査装置において、超音波探触子２を保持するホルダ３と、ホルダ３を介し超音波探触子２を回転可能に支持する球面軸受４と、ホルダ３及び球面軸受４を介し超音波探触子２を配管１の表面に沿って移動させる移動装置５とを備える。球面軸受４は、配管１の表面に対する超音波探触子２のロール回転及びピッチ回転を許容するもののヨー回転を制限する回転規制機構１７を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、超音波探触子を被検査体の表面に沿って移動させる走査装置に関する。

超音波探傷試験では、走査装置を用いて、超音波探触子を被検査体の表面に沿って移動させる場合がある（例えば特許文献１参照）。

特許文献１の走査装置は、超音波探触子を有する超音波探傷ヘッドを被検査体（特許文献１では、丸棒体）の表面に追従させるために、超音波探傷ヘッドを回転可能に支持する１軸のジンバル機構を備えている。１軸のジンバル機構は、超音波探傷ヘッドの外側に設けられて被検体の表面に沿うように一方向に（特許文献１では、丸棒体の軸方向に）延在する一対の可動軸で構成されている。また、特許文献１の走査装置は、ジンバル機構を介し超音波探傷ヘッドを保持する保持部材として、枠状の部材を備えている。そして、バネ部材によって保持部材等を押圧することにより、被検査体の表面と超音波探傷ヘッドの接触面が均一に接触するようになっている。

なお、走査装置においては、２軸のジンバル機構を備えたものも知られている。２軸のジンバル機構は、超音波探触子の外側に設けられて被検体の表面に沿うように第１方向に延在する一対の第１可動軸と、これら第１可動軸の外側に接続された枠と、この枠の外側に接続されて被検体の表面に沿うように第１方向に対して直交する第２方向に延在する一対の第２可動軸とで構成されている。

特開２０１５−１４９９号公報

上記従来の走査装置においては、次のような課題が存在する。超音波探触子と保持部材の間にジンバル機構を介在させることから、保持部材の大型化が免れない。そして、被検査体の表面上に干渉物が存在する場合は、保持部材が大きいぶん、探触子の走査範囲（移動範囲）が制限されてしまう。具体的には、例えば被検査体が配管であり、配管の表面上に配管のサポート部材等が存在する場合に、探触子の走査範囲が制限されてしまう。

そこで、例えば、ジンバル機構が介在しないように、超音波探触子を保持部材で直接保持し、ジンバル機構の代わりに、保持部材を介し超音波探触子を回転可能に支持する球面軸受を設けることが考えられる。これにより、ジンバル機構を設けた場合と比べ、保持部材の小型化が可能となって、探触子の走査範囲の拡大化が可能となる。

しかし、１軸又は２軸のジンバル機構は、１軸又は２軸の回転自由度を有するのに対し、球面軸受は、３軸以上の回転自由度を有している。すなわち、ジンバル機構は、被検査体の表面に対する超音波探触子のロール回転又は／及びピッチ回転を許容するものの、ヨー回転を制限する。一方、球面軸受は、被検査体の表面に対する超音波探触子のロール回転及びピッチ回転を許容するだけでなく、ヨー回転も許容する。そして、超音波探触子のヨー回転により、超音波の送受信方向を変化させてしまう。

本発明の目的は、保持部材の小型化による探触子の走査範囲の拡大化を可能とし、かつ超音波の送受信方向を安定させることができる超音波探触子の走査装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、超音波探触子を被検査体の表面に沿って移動させる走査装置において、超音波探触子を保持する保持部材と、前記保持部材を介し前記超音波探触子を回転可能に支持する球面軸受と、前記保持部材及び前記球面軸受を介し前記超音波探触子を前記被検査体の表面に沿って移動させる移動装置とを備え、前記球面軸受は、前記被検査体の表面に対する前記超音波探触子のロール回転及びピッチ回転を許容するもののヨー回転を制限する回転規制機構を有する。

本発明によれば、保持部材の小型化による探触子の走査範囲の拡大化を可能とし、かつ超音波の送受信方向を安定させることができる。

本発明の一実施形態における走査装置の構造を配管の断面とともに表す図である。 図１中断面矢視II−IIによる断面図である。 本発明の一実施形態における球面軸受の構造を表す図である。 図３中断面矢視IV−IVによる断面図である。 比較例における走査装置の構造を配管の断面とともに表す図である。 図５中断面矢視VI−VIによる断面図である。 図５中断面矢視VII−VIIによる断面図である。 比較例及び本発明の一実施形態における探触子の走査範囲を説明するための図である。 本発明の一変形例における球面軸受の構造を表す図である。 図９中断面矢視Ｘ−Ｘによる断面図である。 本発明の他の変形例における走査装置の構造を配管の断面とともに表す図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態における走査装置の構造を配管の断面とともに表す図である。図２は、図１中断面矢視II−IIによる断面図である。図３は、本実施形態における球面軸受の構造を表す図である。図４は、図３中断面矢視IV−IVによる断面図である。

本実施形態の超音波検査では、被検査体が配管１であり、超音波探触子２を配管１の表面に沿って移動させる場合を例にとって説明する。なお、図中、配管１の軸方向をＸ軸方向、配管１の周方向（接線方向）をＹ軸方向、配管１の径方向をＺ軸方向として示す。

本実施形態の走査装置は、超音波探触子２を保持するホルダ３と、ホルダ３を介し超音波探触子２を回転可能に支持する球面軸受４と、ホルダ３及び球面軸受４を介し超音波探触子２を配管１の表面に沿って移動させる移動装置５とを備えている。

超音波探触子２は、配管１の軸方向への向きを規定する必要があるものである。具体例の一つとしては、斜角探触子であって、図１中点線矢印で示すように配管１の軸方向に斜角で超音波を送信し、その反射波を受信するものである。

ホルダ３は、例えば、略Ｕの字形状であって、配管１の周方向にて超音波探触子２を挟むような形状となっている。ホルダ３の先端部に形成された雌ネジにはイモネジ６が螺合されており、イモネジ６の締め付けによって超音波探触子２が固定されている。

移動装置５は、配管１の外周側に設置された円環状の軌道７と、軌道７に沿って（すなわち、配管１の周方向に）移動する周方向移動体８と、周方向移動体８に設けられ、配管１の軸方向に延在する例えば２つのスライダ軸９と、スライダ軸９に沿って（すなわち、配管１の軸方向に）移動可能に設けられた軸方向移動体１０と、周方向移動体８に設けられ、ボールねじ１１を回転させて軸方向移動体１０を移動させる駆動機構１２とを備えている。そして、周方向移動体８の移動によって超音波探触子２を配管１の周方向に移動させ、軸方向移動体１０の移動によって超音波探触子２を配管１の軸方向に移動させるようになっている。

球面軸受４は、互いに球面接触する内輪１３及び外輪１４で構成されている。内輪１３にはホルダ３の基端部が接続されている。外輪１４には例えば４つのシャフト１５が接続されており、これらシャフト１５がスライダ１０の貫通穴に挿入されている。これにより、球面軸受４（ひいては、超音波探触子１）が配管１の径方向に移動可能としている。また、球面軸受４と軸方向移動体１０の間にはバネ部材１６が設けられている。そして、バネ部材１６によって球面軸受４等を均一に押圧することにより、配管１の表面と超音波探触子２の接触面が均一に接触するようになっている。

また、本実施形態の大きな特徴として、球面軸受４は、回転規制機構１７を有している。回転規制機構１７は、玉１８と、外輪１４の球面に形成されて玉１８を回転可能に保持する玉保持溝１９と、内輪１３の球面に配管１の径方向（言い換えれば、配管１の表面に対するヨー軸方向）に延在するように形成されて玉１８に係合する玉係合溝２０とで構成されている。

そして、内輪１３の中心と玉１８の中心を結ぶ直線が回転軸となるので、配管１の表面に対する超音波探触子２のロール回転（言い換えれば、Ｘ軸まわりの回転）を許容する。また、玉係合溝２０の延在方向への玉１８の相対的な移動により、配管１の表面に対する超音波探触子２のピッチ回転（言い換えれば、Ｙ軸まわりの回転）を許容する。また、玉係合溝２０の幅方向への玉１８の相対的な移動を制限するので、超音波探触子のヨー回転（言い換えれば、Ｚ軸まわりの回転）を制限する。したがって、本実施形態では、超音波の送受信方向を安定させることができる。

また、本実施形態では、球面軸受４を採用することにより、ホルダ３を小型化して、探触子２の走査範囲を拡大することができる。このような効果を、比較例を用いて説明する。

図５は、比較例における走査装置の構造を配管の断面とともに表す図である。図６は、図５中断面矢視VI−VIによる断面図であり、図７は、図５中断面矢視VII−VIIによる断面図である。図８（ａ）は、比較例における探触子の走査範囲を説明するための図であり、図８（ｂ）は、本実施形態における探触子の走査範囲を説明するための図である。

比較例の走査装置は、２軸のジンバル機構２１と、ジンバル機構２１を介し超音波探触子２を保持するホルダ２２と、ジンバル機構２１及びホルダ２２を介し超音波探触子２を配管１の表面に沿って移動させる移動装置５とを備えている。２軸のジンバル機構２１は、超音波探触子２の外側に設けられて配管１の周方向に延在する一対の可動軸２３と、可動軸２３の外側に接続された枠２４と、枠２４の外側に接続されて配管１の軸方向に延在する一対の可動軸２５とで構成されている。そして、図示しないバネ部材によってホルダ２２等を均一に押圧することにより、配管１の表面と超音波探触子２の接触面が均一に接触するようになっている。

比較例の走査装置では、超音波探触子２とホルダ２２の間にジンバル機構２１を介在させることから、ホルダ２２が大型化する。そして、図８（ａ）で示すように、配管１の表面上に干渉物２６（詳細には、例えば配管のサポート部材等）が存在する場合は、ホルダ２２が大きいぶん（図中のΔＸのぶん）、探触子２の走査範囲Ｘ１（移動範囲）が制限されてしまう。

一方、本実施形態の走査装置では、超音波探触子２をホルダ３で直接保持し、ホルダ３を介し超音波探触子２を回転可能に支持する球面軸受４を設けている。これにより、ホルダ３を小型化して、探触子２の走査範囲Ｘ２を大きくすることができる。

なお、上記一実施形態において、回転規制機構１７は、内輪１３の中心と玉１８の中心を結ぶ直線の方向が配管１の軸方向となるように玉保持溝１９及び玉係合溝２０が配置された場合、すなわち、内輪１３の中心と玉１８の中心を結ぶ直線が回転軸となって超音波探触子２のロール回転を許容し、玉係合溝２０の延在方向への玉１８の相対的な移動によって超音波探触子２のピッチ回転を許容し、玉係合溝２０の幅方向への玉１８の相対的な移動を制限して超音波探触子２のヨー回転を制限するように構成された場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。

具体的には、例えば図９及び図１０で示す一変形例のように、回転規制機構１７は、内輪１３の中心と玉１８の中心を結ぶ直線の方向が配管１の周方向となるように玉保持溝１９及び玉係合溝２０が配置されてもよい。すなわち、内輪１３の中心と玉１８の中心を結ぶ直線が回転軸となって超音波探触子２のピッチ回転を許容し、玉係合溝２０の延在方向への玉１８の相対的な移動によって超音波探触子２のロール回転を許容し、玉係合溝２０の幅方向への玉１８の相対的な移動を制限して超音波探触子２のヨー回転を制限するように構成されてもよい。このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。

また、図示を省略するが、回転規制機構１７は、上記一実施形態の玉１８、玉保持溝１９、及び玉係合溝２０と上記一変形例の玉１８、玉保持溝１９、及び玉係合溝２０を両方とも有していてもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態及び上記変形例においては、外輪１４に玉保持溝１９を形成し、内輪１３に玉係合溝２０を形成した場合を例にとって説明したが、これに限られず、内輪１３に玉保持溝を形成し、外輪１４に玉係合溝を形成してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態等においては、保持部材として、イモネジ６を介して超音波探触子２を保持するホルダ３を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。具体的には、例えば図１１で示す変形例のように、超音波探触子２の上側に形成された雌ネジに螺合する棒ネジ２７を備えてもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態等においては、被検査体が配管１であり、超音波探触子２を配管１の表面に沿って移動させる場合を例にとって説明したが、これに限られず、他の被検査体に適用してもよいことは言うまでもない。

１ 配管（被検査体）
２ 超音波探触子
３ ホルダ（保持部材）
４ 球面軸受
５ 移動装置
１３ 内輪
１４ 外輪
１７ 回転規制機構
１８ 玉
１９ 玉保持溝
２０ 玉係合溝
２７ 棒ネジ（保持部材）

Claims (3)

1. 超音波探触子を被検査体の表面に沿って移動させる走査装置において、
   超音波探触子を保持する保持部材と、
   前記保持部材を介し前記超音波探触子を回転可能に支持する球面軸受と、
   前記保持部材及び前記球面軸受を介し前記超音波探触子を前記被検査体の表面に沿って移動させる移動装置とを備え、
   前記球面軸受は、前記被検査体の表面に対する前記超音波探触子のロール回転及びピッチ回転を許容するもののヨー回転を制限する回転規制機構を有することを特徴とする超音波探触子の走査装置。
2. 請求項１に記載の超音波探触子の走査装置において、
   前記球面軸受は、互いに球面接触する内輪及び外輪で構成され、
   前記回転規制機構は、玉と、前記内輪及び前記外輪のうちの一方の球面に形成されて前記玉を回転可能に保持する玉保持溝と、前記内輪及び前記外輪のうちの他方の球面にヨー軸方向に延在するように形成されて前記玉に係合する玉係合溝とで構成されたことを特徴とする超音波探触子の走査装置。
3. 請求項２に記載の超音波探触子の走査装置において、
   前記回転規制機構は、前記内輪の中心と前記玉の中心を結ぶ直線が回転軸となって前記超音波探触子のロール回転及びピッチ回転のうちの一方を許容し、前記玉係合溝の延在方向への前記玉の相対的な移動によって前記超音波探触子のロール回転及びピッチ回転のうちの他方を許容し、前記玉係合溝の幅方向への前記玉の相対的な移動を制限して前記超音波探触子のヨー回転を制限するように構成されたことを特徴とする超音波探触子の走査装置。

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