JP2021028585A - 探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の探傷センサを備えたフレキシブルプローブを用いて検査対象物の探傷を行う際に、フレキシブルプローブの面を、検査対象物の表面形状に倣わせることができる探傷装置を提供する。【解決手段】検査対象物の傷を検出可能な複数の探傷センサが、曲げ変形可能な基板の面に、配列方向ｙに沿って複数配置されたフレキシブルプローブ３０と、支持部材１０と、弾性部材２１，２２と、を有し、弾性部材２１，２２は、変形軸ｚに沿って一端が、支持部材１０に結合され、他端が、フレキシブルプローブ３０の探傷センサ３５が設けられた面３０ａと反対側３０ｂに結合され、配列方向ｙに沿って位置ごとに異なる変形量で、変形軸ｚに沿って弾性変形可能である、探傷装置１とする。【選択図】図１

Description

本発明は、探傷装置に関し、さらに詳しくは、複数の探傷センサを備えたフレキシブルプローブを利用した探傷装置に関する。

超音波探傷や渦流探傷により、検査対象物の内部や表面の傷を検出することができる探傷プローブとして、近年、フレキシブルプローブが用いられるようになっている。フレキシブルプローブは、曲げ変形可能な基板の表面に、複数の探傷センサが一列に配列されたものである。基板が曲げ変形可能であることにより、自在に変形させ、種々の形状を有する検査対象表面に配置し、多点で探傷を行うことが可能となる。

探傷装置を用いて、多様な表面形状を有する検査対象物に対して、精度の高い検査を行うためには、検査対象物の表面上で、検査を行う位置に対して、探傷プローブを、所定の位置関係に配置することが重要となる。探傷センサを１つのみ備える従来一般の探傷プローブについて、そのように位置決めを行うために、倣い装置が用いられている。例えば、特許文献１に、ワークに接するシューを旋回させる旋回手段と、シューをワークに押し付ける方向に直線的にスライドさせる直動スライド手段を備えた倣い装置が開示されている。また、特許文献２に、駆動手段によってプローブを目標測定点に移動させた後、被測定面に当接するまで被測定面の法線方向と平行に移動させるように、検出と制御を行う倣い制御装置が開示されている。さらに、特許文献３には、棒材の表面傷を検査する探傷装置用倣い機構のガイド部が開示されており、棒材を挿通する開口の内周に設けられたガイド部材を、棒材の外周へ当接させるものとなっている。

特開２００９−１１５７８２号公報 特開平１−１５８３１０号公報 特開平１１−２５８２１２号公報

検査対象物の探傷にフレキシブルプローブを用いれば、柔軟性を利用して、検査対象物の表面が複雑な形状を有している場合でも、その複雑な形状に沿わせてフレキシブルプローブを配置し、表面の各位置に対して、同時に探傷を行うことが可能となる。この場合に、検査対象物の表面形状にフレキシブルプローブの面を沿わせる操作は、主に、作業者が手作業で行うことが想定されている。しかし、フレキシブルプローブを用いた検査を、工場の製造ラインの途中等において、自動的に行えるようにすることが望まれる。その場合には、柔軟性を有するフレキシブルプローブの面全体を、検査対象物の面に沿わせて配置することができる、倣い機構が必要となる。

しかし、上記特許文献１，２のように、探傷センサを１つのみ備えた従来一般の探傷装置を想定した倣い装置は、多数の探傷センサを有し、しかもそれらの探傷センサが柔軟性のある基板に取り付けられたフレキシブルプローブの倣い装置として、そのまま適用できるものではない。特許文献３のように、検査対象物の形状に合わせたガイド部を準備し、そのガイド部にフレキシブルプローブを取り付けることも考えられるが、そのような方法では、検査対象物の形状が変動した際に、その変動に追随することは難しい。

本発明が解決しようとする課題は、複数の探傷センサを備えたフレキシブルプローブを用いて検査対象物の探傷を行う際に、フレキシブルプローブの面を、検査対象物の表面形状に倣わせることができる探傷装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明にかかる探傷装置は、検査対象物の傷を検出可能な複数の探傷センサが、曲げ変形可能な基板の面に、配列方向に沿って複数配置されたフレキシブルプローブと、支持部材と、弾性部材と、を有し、前記弾性部材は、変形軸に沿って一端が、前記支持部材に結合され、他端が、前記フレキシブルプローブの前記探傷センサが設けられた面と反対側に結合され、前記配列方向に沿って位置ごとに異なる変形量で、前記変形軸に沿って弾性変形可能である。

ここで、前記弾性部材は、前記変形軸に沿って、前記支持部材側に位置する第一の弾性部材と、前記フレキシブルプローブ側に位置する第二の弾性部材とに分割されており、前記第一の弾性部材は、前記第二の弾性部材よりも、前記変形軸に沿って、大きなバネ定数を有するとよい。この場合に、前記第一の弾性部材は、前記配列方向に沿って配列された複数のバネよりなり、前記第二の弾性部材は、高分子弾性体のブロックよりなるとよい。

前記探傷装置はさらに、前記弾性部材全体を、前記変形軸に沿って進退せることができる進退部を有するとよい。この場合に、前記進退部は、前記弾性部材全体を前記変形軸に沿って前進させる駆動手段と、前記変形軸に沿って弾性変形可能であり、前記弾性部材よりも大きなバネ定数を有するバネよりなる進退用バネと、を有するとよい。

前記フレキシブルプローブにおいて、前記基板は、前記配列方向に沿った中央部が、両端部よりも、前記弾性部材の前記変形軸に沿って外側に膨出した状態で、前記弾性部材を介して前記支持部材に支持されているとよい。

前記探傷センサは、渦流探傷センサであるとよい。

前記探傷装置はさらに、転動部材を有しており、前記転動部材は、前記探傷センサの列を挟んで両側に、前記配列方向に沿って、それぞれ複数が配列されており、前記基板の面に対して、前記探傷センサよりも外側に突出しているとよい。この場合に、前記転動部材は、ボールローラであるとよい。

上記発明にかかる探傷装置においては、フレキシブルプローブが、弾性部材を介して支持部材に支持されている。弾性部材が、フレキシブルプローブにおける探傷センサの配列方向に沿って、位置ごとに異なる変形量で、弾性変形可能であることにより、探傷装置のフレキシブルプローブの面を検査対象物の面に押し付けた際に、検査対象物の面に凹凸が存在していても、位置ごとに、その凹凸に応じた変形量で、弾性部材が変形されることになる。その結果、フレキシブルプローブの基板が、検査対象物の面の凹凸形状に追従して、曲げ変形を起こす。このようにして、フレキシブルプローブの面を、検査対象物の面に倣わせることができる。その状態で検査対象物の検査を行えば、各探傷センサが、検査対象物の表面の各位置に対して、所定の位置関係で配置されていることにより、各位置に対して、高い精度で安定して探傷を行うことが可能となる。

ここで、弾性部材が、変形軸に沿って、支持部材側に位置する第一の弾性部材と、フレキシブルプローブ側に位置する第二の弾性部材とに分割されており、第一の弾性部材が、第二の弾性部材よりも、変形軸に沿って、大きなバネ定数を有する場合には、バネ定数が小さく、容易に弾性変形できる第二の弾性部材を有することにより、検査対象物の面の小さな凹凸形状や、複雑な凹凸形状にも、フレキシブルプローブを柔軟に沿わせやすくなる。一方、バネ定数が大きく、大きな復元力を発揮する第一の弾性部材を有することにより、第二の弾性部材の弾性変形の解消を補助することができる。例えば、検査対象物の面に沿って探傷装置を移動させながら検査を行う際等に、フレキシブルプローブが接する面の形状が変化した場合に、第二の弾性部材が、当初の面形状に沿った変形を解消し、新しい面形状に沿った変形へと移行するのを、補助することができる。このように、バネ定数の異なる第一の弾性部材と第二の弾性部材をともに備えることにより、検査対象物の面形状への柔軟な追従と、面形状の変化への敏感な適応を、両立することができる。

この場合に、第一の弾性部材が、配列方向に沿って配列された複数のバネよりなり、第二の弾性部材が、高分子弾性体のブロックよりなる形態によれば、第一の弾性部材が第二の弾性部材よりも大きなバネ定数を有する形態を、簡便に実現することができる。高分子弾性体のブロックよりなる第二の弾性部材は、そのブロックの各所で、異なる変形量で、連続的に弾性変形することができる。そのため、フレキシブルプローブの面の各位置を、検査対象物の面の凹凸形状に沿わせやすく、フレキシブルプローブの面全体を、検査対象物の面に柔軟に倣わせることができる。

探傷装置がさらに、弾性部材全体を、変形軸に沿って進退せることができる進退部を有する場合には、探傷検査を行う際に、進退部によって、弾性部材全体を検査対象物の面に対して押し付けることができる。この際、検査対象物の面に凹凸が存在すると、弾性部材が、各位置において、その位置に存在する凹凸に応じた変形量で圧縮され、復元力を生じる。その結果、フレキシブルプローブを、各位置で、検査対象物の面形状に、柔軟に沿わせた状態で、安定に保持しやすくなる。

この場合に、進退部が、弾性部材全体を変形軸に沿って前進させる駆動手段と、変形軸に沿って弾性変形可能であり、弾性部材よりも大きなバネ定数を有するバネよりなる進退用バネと、を有する形態によれば、検査対象物の位置や寸法に変動があっても、弾性部材を対象物の面に対して押圧した状態を、簡便に形成することができる。

フレキシブルプローブにおいて、基板が、配列方向に沿った中央部が、両端部よりも、弾性部材の変形軸に沿って外側に膨出した状態で、弾性部材を介して支持部材に支持されている場合には、フレキシブルプローブを、膨出形状の頂部で検査対象物の面に当接させた状態から、検査対象物に対して押し付けることで、弾性部材を各位置で弾性変形させ、フレキシブルプローブを、検査対象物の面の凹凸形状に、追従させやすくなる。特に、中央部が凸状に隆起した検査対象物の面に対して、フレキシブルプローブを追従させやすい。

探傷センサが、渦流探傷センサである場合には、弾性部材を用いてフレキシブルプローブを被検査物の対象面に倣わせることの効果を、検査の精度および安定性の向上に、特に有効に利用することができる。渦流探傷センサは、安定して探傷を行うために、検査対象物の面に対して所定の位置関係に配置することが特に重要であるが、本探傷装置においては、弾性部材の弾性変形によって、フレキシブルプローブを検査対象物の面の凹凸形状に沿わせて配置することにより、フレキシブルプローブに備えられる各探傷センサを、検査対象物の表面の各位置に対して、所定の位置関係で配置しやすくなっているからである。

探傷装置がさらに、転動部材を有しており、転動部材が、探傷センサの列を挟んで両側に、配列方向に沿って、それぞれ複数配列されており、基板の面に対して、探傷センサよりも外側に突出している場合には、探傷装置を検査対象物の面に接触させたまま移動させて、検査を行う際に、探傷装置の移動が、転動部材の転動によって補助され、円滑に移動を行うことができる。同時に、転動部材は、探傷センサと検査対象物の面の間に所定の間隔を確保するスペーサとしての役割も果たす。

この場合に、転動部材が、ボールローラであれば、検査対象物の面において、各方向に自在に転動することができるため、検査対象物の面が、複雑な形状になっている場合や広大である場合でも、探傷装置の移動と、その凹凸形状に追従したフレキシブルプローブの配置を、円滑に行うことができる。

本発明の一実施形態にかかる探傷装置を示す斜視図である。 上記探傷装置を検査部側から見た状態を示す拡大斜視図である。 上記探傷装置の検査部を検査対象物の面形状に追従させた状態を示す図である。（ａ）は追従前の初期状態を示している。（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ、（ｂ）平面形状、（ｃ）凸面形状、（ｄ）凹面形状の表面に追従させた状態を示している。

以下に、本発明の一実施形態にかかる探傷装置について説明する。本実施形態にかかる探傷装置は、金属材料等よりなる検査対象物において、傷の有無や位置、程度等を検査するための装置である。

［探傷装置の構成］
図１，２に、本発明の一実施形態にかかる探傷装置１の構成を示す。探傷装置１は、支持部材１０と、弾性変形部２０と、検査部３０と、進退部４０と、を有している。弾性変形部２０は、２種の弾性部材２１，２２を有し、検査部３０は、フレキシブルプローブ３２を有している。

本明細書においては、図示したとおりに、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向を設定している。ｚ方向は、弾性変形部２０を構成する弾性部材２１，２２が弾性変形する変形軸に沿った方向である。弾性変形部２０に対して支持部材１０が配置された方向（図１の上方）が＋ｚ方向であり、検査部３０が配置された方向（図１の下方）が−ｚ方向である。そして、ｚ方向に直交する面内において、フレキシブルプローブ３２における探傷センサ３２ｂの配列方向に沿った方向（図１，２の横方向）をｙ方向とし、ｙ方向に直交する方向をｘ方向とする。

本探傷装置１においては、検査部３０が、弾性部材２１，２２を備えた弾性変形部２０を介して、支持部材１０に支持されている。以下、検査部３０から順に、各部材について説明する。

（１）検査部
検査部３０は、取り付け部材３１と、フレキシブルプローブ３２と、転動部材３５とを有している。後に説明するとおり、検査部３０は、弾性変形部２０の弾性体ブロック２２の圧縮端面２２ａの形状に従って、図１，２に示すように、−ｚ方向に緩やかに膨出した状態で、探傷装置１に取り付けられているが、ここで、検査部３０の構造について説明するにあたっては、膨出せずにｚ方向に直交して配置された状態を想定して、説明を行う。

取り付け部材３１は、フレキシブルプローブ３２および転動部材３５を取り付ける基材となる部材である。取り付け部材３１は、ゴムやエラストマー等、可逆的に曲げ変形可能な材料の板材より構成されている。取り付け部材３１は、中央に長方形の開口を有する枠形状を有しており、その開口に、フレキシブルプローブ３２が嵌め込まれて、固定されている。また、開口を囲む枠部分に、複数の転動部材３５が取り付けられている。

フレキシブルプローブ３２は、基板３２ａに、複数の探傷センサ３２ｂが取り付けられたものである。基板３２ａは、取り付け部材３１と同様に、ゴムやエラストマー等、曲げ変形可能な材料の板材より構成されている。探傷センサ３２ｂは、検査対象物の表面や内部に存在する傷を検出可能な素子であり、渦流探傷センサや超音波探傷センサ等、公知の探傷センサを利用することができる。本実施形態においては、探傷センサ３２ｂが渦流探傷センサとして構成されている場合を、主に扱う。

フレキシブルプローブ３２においては、基板３２ａの一方の面に、ｙ方向に沿って、複数の探傷センサ３２ｂが、並べて配置されている。図示した形態では、１１個の探傷センサ３２ｂが配置されている。各探傷センサ３２ｂは、独立に、探傷を実行することができる。各探傷センサ３２ｂには、図示しない信号線が接続されており、外部の制御装置により、制御および探傷信号の取り出しを行うことができる。この種のフレキシブルプローブ３２としては、探傷センサ３２ｂとして渦流探傷センサを備えたものや、超音波探傷センサを備えたものが、市販されている。

フレキシブルプローブ３２は、探傷センサ３２ｂが取り付けられた基板３２ａの面が、取り付け部材３１の面と略面一になるように、取り付け部材３１に固定されている。以降、この基板３２ａの面とフレキシブルプローブ３２の面よりなる、検査部３０の−ｚ側の面を、検出面３０ａと称する。また、その検出面３０ａと反対側の＋ｚ側の面を、結合面３０ｂと称する。

転動部材３５は、ボールローラよりなっている。転動部材３５は、取り付け部材３１の検出面３０ａにおいて、探傷センサ３２ｂの列を挟んで両側（＋ｘ側および−ｘ側）に、それぞれ複数がｙ方向に沿って配列されて、取り付けられている。転動部材３５は、検出面３０ａに対して、探傷センサ３２ｂよりも、外側（−ｚ側）に突出した状態で、取り付けられている。ボールローラよりなる転動部材３５は、それぞれ独立して、その場で、検出面３０ａの面内の各方向に、自在に回転することができる。

（２）支持部材
支持部材１０は、弾性変形部２０を介して検査部３０を支持する枠部材である。支持部材１０は、フレキシブルプローブ３２の基板３２ａ、および次に説明する弾性変形部２０の弾性部材２１，２２よりも高い剛性を有し、進退部４０によって外力を印加されても、実質的に変形を起こさない材料よりなっている。支持部材１０は、ｘｙ面に平行に設けられた天井面１１と、天井面１１の両端から−ｚ方向に垂下した、ｘｚ面に平行な側壁面１２，１２とを、一体に有している。それぞれの側壁面１２には、ｚ方向に沿って長穴状に切り欠かれた、１対のスリット１３，１３が設けられている。また、２つの側壁面１２，１２の間には、天井面１１と平行に、押圧面１４が固定されている。

ｙ方向両側の側壁面１２のそれぞれにおいて、−ｚ側の端部には、１対のヒンジ１５，１５を介して、結合片１６が結合されている。１対の結合片１６，１６の間に、検査部３０が渡され、検査部３０のｙ方向両端部が、それぞれ結合片１６に固定されている。各ヒンジ１５は、上下方向（±ｚ方向）に屈伸可能であり、ヒンジ１５の屈伸により、結合片１６、および結合片１６に取り付けられた検査部３０が、側壁面１２に対して、±ｚ方向に運動可能となっている。

（３）弾性変形部
弾性変形部２０は、弾性部材として、第一の弾性部材である複数の追従用バネ２１と、第二の弾性部材である弾性体ブロック２２とを有している。弾性変形部２０はさらに、弾性体保持面２３と、バネ支柱２４を有している。

弾性体保持面２３は、ｘｙ方向に沿った面状の部材として構成されており、ｙ方向両端に、１対ずつ、挿通軸２３ａ，２３ａを、±ｙ方向に突出させて有している。各挿通軸２３ａは、支持部材１０の側壁面１２に設けられたスリット１３に、抜け止めされた状態で挿通されており、スリット１３に沿って、弾性体保持面２３が、±ｚ方向に移動可能となっている。弾性体保持面２３には、ｙ方向に沿って相互に離間して、複数のバネ支柱２４が、ｚ方向に立設されている。バネ支柱２４は、下端にて弾性体保持面２３に固定されており、上端は、抜け止めされた状態で、支持部材１０の押圧面１４に設けられた貫通孔に挿通されている。

追従用バネ２１は、コイルバネとして構成されており、金属製、樹脂製等のものを用いることができる。複数の追従用バネ２１が、それぞれ、中空部にバネ支柱２４を挿通された状態で、弾性体保持面２３と、支持部材１０の押圧面１４との間に保持されている。つまり、複数の追従用バネ２１が、変形軸をｚ方向に向けた状態で、ｙ方向に沿って配列された状態となっている。バネ支柱２４および追従用バネ２１の数は、特に限定されるものではないが、ここでは、４つずつとなっている。

弾性体ブロック２２は、高分子弾性体よりなるブロック状部材として構成されている。弾性体ブロック２２を構成する高分子弾性体は、有機高分子を主成分としてなっている。有機高分子としては、ゴムやエラストマーを例示することができる。高分子弾性体は、発泡されていても、発泡されていなくてもよいが、発泡させることにより、つまりスポンジ状とすることにより、弾性率を下げ、軟らかい弾性体とすることができる。

弾性体ブロック２２は、弾性変形部２０の弾性体保持面２３と、検査部３０の結合面３０ｂと、保持部材の１対の側壁面１２，１２に囲まれた空間の中に、配置されている。弾性体ブロック２２は、略直方体形状を有しており、検査部３０の結合面３０ｂに面する圧縮端面２２ａ以外の面は、平面より構成されているが、圧縮端面２２ａは、曲面形状を有している。具体的には、弾性体ブロック２２の圧縮端面２２ａは、ｙ方向に沿って中央部が、両端部よりも、外側（−ｚ方向）に膨出した、緩やかな凸面形状を有している。弾性体ブロック２２は、ｙ方向に沿って、フレキシブルプローブ３２が配置された領域の略全域を占めている。また、弾性体ブロック２２は、ｚ方向に沿って、弾性変形部２０の弾性体保持面２３と検査部３０の結合面３０ｂの間の全域を占めており、上面で弾性体保持面２３に、下面（圧縮端面２２ａ）で結合面３０ｂに、それぞれ当接している。弾性体ブロック２２の圧縮端面２２ａが膨出形状を有することにより、検査部３０において、取り付け部３１およびフレキシブルプローブ３２の基板３２ａは、ｙ方向に沿った中央部が、両端部よりもｚ方向に沿って外側（−ｚ側）に膨出した状態となって、支持部材１０に支持されている。

この弾性変形部２０において、追従用バネ２１も、弾性体ブロック２２も、広義の弾性体として機能し、変形軸方向（ｚ方向）に力を印加された際に、その変形軸方向に弾性変形する。しかし、追従用バネ２１が、ｚ方向に沿って、弾性体ブロック２２よりも高い弾性率を有しており、大きなバネ定数を示す。つまり、追従用バネ２１の方が、弾性体ブロック２２よりも硬い弾性体となっており、ｚ方向に沿って同じ変形量を与えた際に、追従用バネ２１の方が、大きな復元力を発現することができる。一方、ｚ方向に沿って同じ大きさの力を印加した際に、弾性体ブロック２２の方が、ｚ方向に大きく変形することができる。なお、追従用バネ２１および弾性体ブロック２２のバネ定数は、それぞれ、全ての追従用バネ２１の集合体、および弾性体ブロック２２の全体に対して規定される。

（４）進退部
進退部４０は、駆動手段４１と、進退用バネ４２とを有している。進退部４０はさらに、進退部保持面４３と、バネ支柱４４を有している。

進退用バネ４２は、ｙ方向に沿って弾性変形可能なバネよりなっている。進退用バネ４２も、弾性変形部２０の追従用バネ２１と同様に、コイルバネとして構成されており、金属製、樹脂製等のものを用いることができる。ただし、進退用バネ４２は、追従用バネ２１および弾性体ブロック２２よりも、大きなバネ定数を有しており、追従用バネ２１よりも硬いバネとなっている。

進退部４０においては、４本のバネ支柱４４が、支持部材１０の天井面１１の上方（＋ｚ側）に、立設されている。また、ｘｙ面に沿った面として配置される進退部保持面４３に設けられた貫通孔に、それらバネ支柱４４が、抜け止めされた状態で挿通されている。そして、４本の進退用バネ４２が、それぞれ、中空部にバネ支柱４４を挿通された状態で、進退部保持面４３と、支持部材１０の天井面１１との間に保持されている。

駆動手段４１はシリンダ等、前進運動（−ｚ方向への運動）を駆動することができる装置として構成されており、進退部保持面４３の上方（＋ｚ側）に取り付けられている。駆動手段４１に駆動される前進運動により、進退部保持面４３に対して下方（−ｚ方向）に押し下げる力を印加することで、進退用バネ４２を介して、支持部材１０、および支持部材１０に支持された弾性変形部２０および検査部３０を、全体として、下方（−ｚ方向）に前進させることができる。

［検査対象物の表面における探傷装置の配置と検査］
以上のような構成を有する探傷装置１を用いて、検査対象物（ワーク）Ｗの探傷を行うのに先立ち、ワークＷの表面Ｗ１に探傷装置１を配置する必要がある。つまりワークＷの表面Ｗ１に、探傷装置１の検査部３０の面を沿わせて配置する必要がある。

探傷装置１を配置する際に、最初に、図３（ａ）に示すように、検査部３０の下端部（最も−ｚ側の部位）、つまり検査部３０の膨出形状の頂部を、ワークＷの表面Ｗ１に接触させる。この状態で、支持部材１０および弾性変形部２０を介して、検査部３０に、押圧力Ｆを印加し、検査部３０の検出面３０ａを、ワークＷの表面Ｗ１に押し付ける。

押圧力Ｆの印加は、進退部４０によって行う。具体的には、駆動手段４１によって、支持部材１０の前進運動（−ｚ方向に進む運動）を駆動する。すると、支持部材１０とワークＷの表面Ｗ１と間で、検査部３０を介して、弾性変形部２０の弾性部材２１，２２が挟み込まれ、上下方向に力を受けることで、弾性部材２１，２２の下方に向けて圧縮される。詳細には、追従用バネ２１が、支持部材１０の押圧面１４から下方（−ｚ方向）に向かう力を印加されることで、ｚ方向に沿って圧縮される。同時に、弾性体ブロック２２が、検査部３０を介して、ワークＷの表面Ｗ１と弾性体保持面２３との間に挟み込まれて、上下両側から力を受け、ｚ方向に沿って圧縮される。

追従用バネ２１および弾性体ブロック２２は、ｚ方向の弾性を有していることから、ｚ方向に圧縮された際に、復元力を発揮する。つまり、上下方向に伸長しようとする力を発現する。この復元力により、検査部３０の検出面３０ａが、ワークＷの表面Ｗ１に向かって、下方（−ｚ方向）に押し付けられる。この押し付けにより、検出面３０ａが、各位置において、転動部材３５を介して、ワークＷの表面Ｗ１に密着するようになる。

本探傷装置１においては、弾性変形部２０を構成する追従用バネ２１が、ｙ方向に複数配列されており、それぞれ異なる変形量で伸縮することができるうえ、弾性体ブロック２２が、ｘｙ平面内の各部において、異なる変形量で、ｚ方向に弾性変形することができる。そのため、図３（ａ）のように押圧力Ｆを印加した際に、ｙ方向に沿った各位置において、検査部３０とワーク表面Ｗ１との間の距離ｄに応じた変形量で、追従用バネ２１および弾性体ブロック２２が弾性変形し、それぞれの変形量に応じた復元力を発生させる。その結果、図３（ｂ）のように、ワーク表面Ｗ１の各位置において、検査部３０が、転動部材３５を介して、ワーク表面Ｗ１に押し付けられるようになる。検出部３０は、図３（ａ）の初期状態においては、膨出形状に曲げられているのに対し、押圧力Ｆの印加に伴って、曲げ状態が変化し、図３（ｂ）の押圧後の状態においては、平面状となっている。

図３（ａ）の例では、ワーク表面Ｗ１が平面状であるのに対し、検査部３０が凸形状に膨出しているので、検査部３０とワーク表面Ｗ１の間の距離が、ｙ方向中央部においては小さい一方、ｙ方向端部に向かうにつれて大きくなっている。この状況で押圧力Ｆを印加すると、ｙ方向両端部では、追従用バネ２１および弾性体ブロック２２の圧縮量が小さく、復元力も小さいのに対し、ｙ方向中央部では、追従用バネ２１および弾性体ブロック２２の圧縮量が大きくなり、復元力も大きくなる。その結果、図３（ｂ）のように、ワーク表面Ｗ１において、ｙ方向全域で、検査部３０の検出面３０ａが、ワーク表面Ｗ１に沿って配置され、復元力によってワーク表面Ｗ１に押し付けられた状態が形成される。

さらに、図３（ｃ）や図３（ｄ）のように、ワークＷの表面Ｗ１が平面状ではなく、凹凸形状を有する場合にも、追従用バネ２１および弾性体ブロック２２が、ｙ方向に沿って、位置ごとに異なる変形量で弾性変形することにより、検査部３０の面を曲げ変形させ、各位置において、検出面３０ａを、ワークＷの表面Ｗ１に沿わせて押し付けることができる。図３（ｃ）のように、ワーク表面Ｗ１が、中央部が陥没した凹構造を有する場合には、図３（ｂ）のワーク表面Ｗ１が平面形状をとる場合と比較して、追従用バネ２１および弾性体ブロック２２の圧縮量について、ｙ方向に沿った差が小さくなる。一方、図３（ｄ）のように、ワーク表面Ｗ１が、中央部が隆起した凸構造を有する場合には、追従用バネ２１および弾性体ブロック２２の圧縮量が、ｙ方向中央部で特に大きくなる。

このように、弾性変形部２０の弾性部材２１，２２の弾性変形により、ワークＷの表面Ｗ１に凹凸形状があっても、そのワーク表面Ｗ１の形状に追従させて、検査部３０において、取り付け部材３１およびフレキシブルプローブ３２の基板３２ａを曲げ変形させ、ワーク表面Ｗ１に沿わせて配置することができる。すると、ｙ方向に沿って配列された複数の探傷センサ３２ｂのそれぞれが、基板３２ａからの転動部材３５の突出高さに応じた距離だけ、ワーク表面Ｗ１から離れた位置に、配置されることになる。その結果、ワーク表面Ｗ１の各検査位置に対する探傷センサ３２ｂの位置関係が、複数の探傷センサ３２ｂの間で揃い、均一性の高い条件で、各探傷センサ３２ｂでの探傷を行うことが可能となる。よって、ｙ方向に沿った各位置での探傷において、高い精度および安定性を得ることができる。

本探傷装置１においては、ワーク表面Ｗ１の形状へのフレキシブルプローブ３２の追従を、弾性部材である追従用バネ２１および弾性体ブロック２２の弾性変形と、それに伴う復元力の発生によって行っており、弾性変形部２０全体を前進させる進退部４０の駆動手段４１以外には、シリンダやスライダ等の機械装置や、電気的制御を利用して、探傷センサ３２ｂごとに位置を調整するものではない。よって、装置構成を簡素にすることができるとともに、ワーク表面Ｗ１の形状への追従を短時間で完了することができる。従って、探傷装置１を、ワークＷを製造する製造ラインに組み込む等して、大型のワークの多数の箇所に対する検査や、多数のワークに対する検査を、自動的に順次実行する形態にも、適用しやすい。

さらに、本探傷装置１は、ワークＷの表面Ｗ１の上を走査しながら、探傷を行うことができる。つまり、図示しないスライダ等により、探傷装置１全体を、ｘ方向に沿って移動させながら、探傷を行うことができる。詳細には、ある位置において、ｙ方向各部での探傷を同時に行った後、探傷装置１をｘ方向に移動させ、再度探傷を行う工程を繰り返すことで、長尺状のワークＷの表面Ｗ１に対して、ｘｙ面内で二次元的に探傷を行うことができる。検出面３０ａをワーク表面Ｗ１に接触させた状態のまま、探傷装置１を移動させる際に、転動部材３５がワーク表面Ｗ１上で転動することで、移動を円滑に進行させることができる。

探傷装置１をｘ方向に移動させた際に、移動前の位置と移動後の位置で、ｙ方向に沿ったワーク表面Ｗ１の凹凸形状に変化があると、ワークＷから追従用バネ２１および弾性体ブロックに印加される垂直抗力の分布が変化するため、追従用バネ２１および弾性体ブロック２２が、ｙ方向の各位置において、即座に、移動前の状態における弾性変形を解消し、移動後の新しい位置におけるワーク表面Ｗ１の凹凸形状に応じた弾性変形を起こすようになる。これにより、移動の前後を通じて、それぞれの位置におけるワーク表面Ｗ１の凹凸形状に追従して検査部３０を曲げ変形させ、探傷を行うことが可能となる。その結果、ｘ方向およびｙ方向の両方向に沿って、安定性および精度の高い探傷を行うことができる。

探傷装置１において、弾性変形部２０を構成する弾性部材は、変形軸（ｚ方向）に沿って一端が支持部材１０に結合され、他端が検査部３０の結合面３０ｂに結合されたものであれば、そして、探傷センサ３２ｂの配列方向（ｙ方向）に沿って、位置ごとに異なる変形量で、変形軸（ｚ方向）に沿って弾性変形可能な弾性（粘弾性も含む）を有するものであれば、どのような種類および形状のものであってもよい。また、弾性部材は、本実施形態の第一の弾性部材２１と第二の弾性部材２２のように、複数の弾性部材に分割されていても、１つのみの弾性部材よりなってもよい。なおここで、弾性部材の両端について、「結合されている」とは、直接的または間接的に、連結されて固定されている状態、あるいは固定されずに当接している状態を指す。

弾性部材の例としては、本実施形態における追従用バネ２１のように、コイルバネをはじめとするバネが、ｚ方向に変形軸を向けて、ｙ方向に沿って複数配列された集合体を例示することができる。別の例としては、本実施形態における弾性体ブロック２２のように、弾性体、特に高分子弾性体が、ｙ方向に沿って連続して配置される形態を例示することができる。その他の弾性部材としては、空気バネ等、流体を利用したものを挙げることができる。それらのうちいずれの形態を、弾性変形部２０を構成する弾性部材として用いてもよく、本実施形態のように、複数の形態の弾性部材を併存させてもよい。

多くの場合、ｚ方向に交差する方向に曲げ構造や捩り構造を有するバネ２１の方が、ｚ方向に連続体として構成される弾性体ブロック２２よりも、ｚ方向に沿って、大きなバネ定数を有する。つまりｚ方向への圧縮に関して、高い弾性率を有しており、硬いバネとして機能する。弾性変形部２０に設ける弾性部材として、バネ定数が小さく、小さな力を印加しただけでも変形しやすい弾性体ブロック２２を用いることで、バネ２１のみを用いる場合に比べて、ワーク表面Ｗ１の凹凸構造によって、ｚ方向に弾性変形を起こしやすく、ワーク表面Ｗ１の小さな凹凸や、複雑な凹凸形状にも、柔軟に追従して変形しやすい。また、弾性体ブロック２２は、ｙ方向に連続しているため、ｙ方向に離散的にしか設けられないバネ２１のみを用いる場合よりも、ｙ方向に沿った各所において、ワーク表面Ｗ１の凹凸形状を反映して、変形量を連続的に異ならせやすい。それらの結果として、弾性体ブロック２２を用いる場合の方が、バネ２１のみを用いる場合よりも、検査部３０を、ワーク表面Ｗ１の形状に、忠実に倣わせやすくなる。

一方、弾性変形部２０に設ける弾性部材として、バネ定数が大きく、大きな復元力を発生させることができるバネ２１を用いることで、弾性体ブロック２２のみを用いる場合に比べて、検査部３０を、ワーク表面Ｗ１に対して、強く押し付けて、ワーク表面Ｗ１に対する検査部３０の接触状態を、安定させることができる。またバネ２１は、大きな復元力を有することにより、力を印加されて弾性変形を起こした後、その力が除去されると、速やかに、弾性変形を解消して元の状態に復帰しやすい。よって、例えば、ワーク表面Ｗ１において、ｘ方向に沿って探傷装置１を移動させながら検査を行う間に、ワーク表面Ｗ１の凹凸形状が途中で変化した場合に、変化前の凹凸形状に応じた弾性変形を解消し、変化後の凹凸形状に応じた弾性変形に遷移する過程が、遅延なく進行しやすい。このように、バネ２１を用いる場合の方が、弾性体ブロック２２のみを用いる場合よりも、ワーク表面Ｗ１の形状の変化、変動に対して、敏感に適応して弾性変形の状態を変化させることができる。

このように、弾性体ブロック２２とバネ２１は、それぞれに長所を有するが、本実施形態のように、両者を併用することにより、特に、ｚ方向に沿って支持部材１０側（＋ｚ側）に、大きなバネ定数を有するバネ２１を配置するとともに、検査部３０側（−ｚ側）に小さなバネ定数を有する弾性体ブロック２２を配置することにより、弾性体ブロック２２とバネ２１の両方の長所を利用することができる。つまり、弾性体ブロック２２の柔軟性と連続性を利用して、検査部３０をワーク表面Ｗ１の凹凸形状に忠実に倣わせることができる一方で、バネ２１の大きな復元力を利用して、検査部３０の接触状態を安定化でき、また、弾性体ブロック２２の弾性変形の復帰を補助することで、ワーク表面Ｗ１の形状の変化に敏感に適応することができる。

本実施形態においては、弾性体ブロック２２の圧縮端面２２ａが、ｙ方向に沿って中央部が膨出した凸形状を有していることにより、探傷装置１をワーク表面Ｗ１に押し付ける前の初期状態において、ｙ方向に沿って検査部３０の中央部が、端部よりも、ｚ方向に沿って外側（−ｚ方向）に膨出した状態となっている。弾性部材２１，２２による検査部３０の保持形状は、このような膨出形状に限られるものではなく、ｙ方向に沿って平坦な平面形状、ｙ方向に沿って中央部が端部よりも−ｚ側に陥没した陥没形状等、どのような保持形状をとってもよい。しかし、弾性部材２１，２２によって検査部３０を膨出形状に保持しておくことで、図３（ｂ）〜（ｄ）に示すように、平面状、凹形状、凸形状等、各種の表面形状に倣って検査部３０を変形させ、ワーク表面Ｗ１に沿わせやすい。特に、図３（ｄ）のように、ワーク表面Ｗ１が凸形状を有する場合に、弾性部材２１，２２による復元力が大きく働き、検査部３をワーク表面Ｗ１の形状に追従させ、検査部３０の各部をワーク表面Ｗ１に沿わせた状態で、安定に保持しやすい。

この図３（ｄ）の状況のように、ワーク表面Ｗ１の凹凸形状と反対向きに、検査部３０を湾曲させて保持しておけば、検査部３０をワーク表面Ｗ１の凹凸形状に追従させやすくなる。一方で、ワーク表面Ｗ１が凸形状を有する場合に、検査部３０を陥没形状に湾曲させて保持しておく形態のように、ワーク表面Ｗ１の凹凸形状と同じ向きに、検査部３０を湾曲させて保持しておき、かつそれらの曲率を十分に近くしておけば、押圧力Ｆを印加しなくても、あるいは小さな押圧力Ｆを印加するのみで、検査部３０の探傷センサ３２ｂをワーク表面Ｗ１に接近させて配置し、探傷を行うことが可能となる。

上記のように、本実施形態にかかる探傷装置１に備えられる探傷センサ３２ｂは、渦流探傷式のものであっても、超音波探傷式のものであってもよい。しかし、渦流探傷センサを用いる場合の方が、弾性部材２１，２２によるワーク表面Ｗ１への追従の効果を、有効に利用することができる。渦流探傷を安定に、また高精度に行うためには、ワーク表面Ｗ１と探傷センサ３２ｂとの間の距離を、一定に維持することが重要である。距離を離しすぎると、検査精度が低下してしまう一方、ワーク表面Ｗ１に探傷センサ３２ｂが接触してしまうと、渦電流を発生させることができず、探傷が行えなくなってしまう。これは、超音波探傷において、水中で検査を行うこと等に起因して、探傷センサとワーク表面との間の距離の変動が、検査実行の可否や検査精度に、それほど大きな影響を与えないのとは異なる。本実施形態にかかる探傷装置１においては、検査部３０の取り付け部材３１および基板３２ａを、ワーク表面Ｗ１の凹凸形状に沿って曲げ変形させた状態で、基板３２ａの面よりも突出して設けられた転動部材３５によって、探傷センサ３２ｂとワーク表面Ｗ１の間に距離を確保することで、ｙ方向に沿って配列された各探傷センサ３２ｂとワーク表面Ｗ１との間の距離を、安定に確保することができる。よって、探傷センサ３２ｂが渦流探傷センサである場合にも、安定した条件で、探傷を行うことが可能となる。

本実施形態にかかる探傷装置１は、検査部３０および弾性変形部２０、支持部材１０に加えて、進退部４０を備えており、進退部４０の駆動手段４１によって、検査部３０を介して、弾性部材２１，２２を、ワーク表面Ｗ１に対して押し付けることができる。上記でも説明したように、押圧を受けた弾性部材２１，２２は、ｙ方向の各位置において、その位置におけるワーク表面Ｗ１の凹凸に応じた変形量で圧縮され、復元力を発生することで、検査部３０の各部を、ワーク表面Ｗ１の形状に沿わせ、転動部材３５を介して、ワーク表面Ｗ１に押し付けることができる。ただし、探傷装置１は、進退部４０を必ずしも備えなくてもよく、進退部４０を備えない場合にも、例えば、作業者による手作業、重力の利用、ワークＷの運動等の手段により、ワーク表面Ｗ１と探傷装置１の間で、押し付けを行うことができる。

さらに、本実施形態においては、進退部４０は、駆動手段４１に加え、弾性変形部２０の弾性部材２１，２２よりも大きなバネ定数を有する、進退用バネ４２を備えている。このような進退用バネ４２を設けておくことで、長尺状のワークや多数のワークに対して検査を行う場合等に、ワークＷの位置や全体としての寸法に、変化や変動があった場合にも、ワーク表面Ｗ１に対して探傷装置１を押し付けた状態を、形成し、また維持しやすくなる。換言すると、検出面３０ａの面積の全域にわたって、検査部３０とワーク表面Ｗ１の相対位置が一様に変化するような、大きな空間スケールでのワークＷの位置や寸法、形状の変化に対しては、進退用バネ４２によって、その変化への追従を行う一方、検出面３０ａの面積の中でワーク表面Ｗ１の高さが変化するような、小さな空間スケールの凹凸構造に対しては、追従用バネ２１および弾性体ブロック２２の弾性変形によって追従し、検査部３０をワーク表面Ｗ１に沿わせることができる。

本実施形態にかかる探傷装置１においては、転動部材３５も、必須に設けられるものではないが、転動部材３５を設けることで、上記のように、ワークＷの表面Ｗ１での探傷装置１の円滑な移動を補助できるとともに、探傷センサ３２ｂとワーク表面Ｗ１の間に距離を確保するスペーサとしても、転動部材３５を機能させることができる。特に、転動部材３５として、ボールローラを用いることで、平面上を自在に転動することができるので、ワーク表面Ｗ１において、探傷装置１を、一方向のみならず、二次元的に移動させ、探傷を行うことができる。そのようにすることで、例えば、ワーク表面Ｗ１が複雑な凹凸形状を有する場合や、大面積である場合にも、探傷検査を簡便に進めることができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

１ 探傷装置
１０ 支持部材
１１ 天井面
１２ 側面
１３ スリット
１４ 押圧面
１５ ヒンジ
１６ 結合片
２０ 弾性変形部
２１ 追従用バネ（第一の弾性部材）
２２ 弾性体ブロック（第二の弾性部材）
２２ａ 圧縮端面
２３ 弾性体保持面
２４ バネ支柱
３０ 検査部
３０ａ 検出面
３０ｂ 結合面
３１ 取り付け部材
３２ フレキシブルプローブ
３２ａ 基板
３２ｂ 探傷センサ
３５ 転動部材
４０ 進退部
４１ 駆動手段
４２ 進退用バネ
Ｆ 押圧力
Ｗ ワーク（検査対象物）
Ｗ１ ワーク表面

Claims (9)

1. 検査対象物の傷を検出可能な複数の探傷センサが、曲げ変形可能な基板の面に、配列方向に沿って複数配置されたフレキシブルプローブと、
   支持部材と、
   弾性部材と、を有し、
   前記弾性部材は、変形軸に沿って一端が、前記支持部材に結合され、他端が、前記フレキシブルプローブの前記探傷センサが設けられた面と反対側に結合され、前記配列方向に沿って位置ごとに異なる変形量で、前記変形軸に沿って弾性変形可能である、探傷装置。
2. 前記弾性部材は、前記変形軸に沿って、前記支持部材側に位置する第一の弾性部材と、前記フレキシブルプローブ側に位置する第二の弾性部材とに分割されており、前記第一の弾性部材は、前記第二の弾性部材よりも、前記変形軸に沿って、大きなバネ定数を有する、請求項１に記載の探傷装置。
3. 前記第一の弾性部材は、前記配列方向に沿って配列された複数のバネよりなり、
   前記第二の弾性部材は、高分子弾性体のブロックよりなる、請求項２に記載の探傷装置。
4. 前記探傷装置はさらに、前記弾性部材全体を、前記変形軸に沿って進退せることができる進退部を有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の探傷装置。
5. 前記進退部は、
   前記弾性部材全体を前記変形軸に沿って前進させる駆動手段と、
   前記変形軸に沿って弾性変形可能であり、前記弾性部材よりも大きなバネ定数を有するバネよりなる進退用バネと、を有する、請求項４に記載の探傷装置。
6. 前記フレキシブルプローブにおいて、前記基板は、前記配列方向に沿った中央部が、両端部よりも、前記弾性部材の前記変形軸に沿って外側に膨出した状態で、前記弾性部材を介して前記支持部材に支持されている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の探傷装置。
7. 前記探傷センサは、渦流探傷センサである、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の探傷装置。
8. 前記探傷装置はさらに、転動部材を有しており、
   前記転動部材は、前記探傷センサの列を挟んで両側に、前記配列方向に沿って、それぞれ複数が配列されており、前記基板の面に対して、前記探傷センサよりも外側に突出している、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の探傷装置。
9. 前記転動部材は、ボールローラである、請求項８に記載の探傷装置。

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