JP3484031B2 - 超音波探傷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば電車の車
軸等の軸の非破壊検査を行う超音波探傷装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は従来のこの種の車軸超音波探傷
装置を示す図である。図１２において、１は検査対象と
なる電車の車軸、２ａは上記車軸１の欠陥検出のための
従来の探触子、３ａは上記探触子２ａを実装している従
来の探触子ヘッド、４は上記探触子ヘッド３ａがＸ軸方
向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向への移動及び車軸１の円周方向
への回転を行う機構装置、５は上記機構装置４及び給油
ユニット２７に動作指令を行うための操作制御部、７ａ
は上記探触子２ａに超音波の送信と反射エコーを受信す
る従来の超音波探傷器、９は上記超音波探傷器７ａの出
力を表示する表示部、２７は上記探触子ヘッド３ａと車
軸１の端面の間のギャップに油の充填を行う給油ユニッ
ト、Ｘは車軸１の端面に対して左右方向のＸ軸方向、Ｙ
は車軸１の軸長方向であるＹ軸方向、Ｚは車軸１の端面
に対して上下方向のＺ軸方向である。

【０００３】図１３（ａ）、図１３（ｃ）は電車の車軸
１の端面の側面図、図１３（ｂ）、図１３（ｄ）は端面
を正面から見た図である。図において、Ｎ０は車輪を削
る車輪旋盤のセンタ位置決め用のセンタ穴、Ｎ１は速度
発電機等の部品を取り付けるためのネジ穴、Ｋは後ぶた
等の部品を固定するためのキー溝である。図１４（ａ）
は欠陥の無い標準波形、図１４（ｂ）は欠陥のある欠陥
波形の例を示す図であり、図１４においてＳは表面エコ
ー、Ｂは底面エコー、Ｆは欠陥エコー、Ｈはコーナーエ
コーである。

【０００４】次に動作について説明する。車軸１の端面
に探触子ヘッド３ａを接触させるために、操作制御部５
より探触子ヘッド３ａをＺ軸方向に動作させるスイッチ
を押すと、操作制御部５より機構装置４に制御信号が送
られ、機構装置４によって探触子ヘッド３ａがＺ軸方向
に動作する。探触子ヘッド３ａのＸ軸方向、Ｙ軸方向の
動作もＺ軸方向と同様に、操作制御部５よりＸ軸方向ま
たはＹ軸方向に動作させるスイッチを押すことにより、
機構装置４によって探触子ヘッド３ａがＸ軸方向または
Ｙ軸方向に動作する。以上の操作を行うことにより、探
触子ヘッド３ａを車軸１の端面の中心に接触させる。も
う片端の探触子ヘッド３ａも同様の操作により、車軸１
の端面の中心に接触させる。探触子ヘッド３ａを車軸１
の両端面に接触させた後、操作制御部５より給油の操作
を行う。給油操作が行われると、操作制御部５より給油
ユニット２７に制御信号が送られ、機構装置４、探触子
ヘッド３ａを経由して、車軸１の端面と探触子ヘッド３
ａの間に油が充填される。次に、超音波探傷器７ａを操
作し、探触子ヘッド３ａに組み込まれた探触子２ａに超
音波の送信指示を行い、その後、探触子ヘッド３ａに組
み込まれた探触子２ａからの超音波の反射エコーを超音
波探傷器７ａが受信し、上記反射エコーは、表示部９に
伝送され、表示部９によって図１４（ａ）、図１４
（ｂ）のように表示される。

【０００５】次に操作制御部５により、探触子ヘッド３
ａを車軸１の円周方向に回転させるスイッチを押すと、
操作制御部５より機構装置３に制御信号が送られ、機構
装置３によって探触子ヘッド３ａが回転動作を行い、表
示部９に表示される反射エコーの波形をオペレータが目
視により確認し、図１４（ａ）の標準波形と異なる図１
４（ｂ）に示すような欠陥波形が現れたときに、操作制
御部５から探触子ヘッド３ａの回転動作を停止させる。
探触子ヘッド３ａが停止後、表示部９に表示されている
図１４（ｂ）の波形を見て、欠陥と判断した場合には、
車軸１の端面から欠陥までの距離を表示部９を見て記録
する。また、車軸１の反対側の端面も、機構装置４と探
触子ヘッド３ａを操作して上記と同様に探傷を行う。

【０００６】ところで、車軸１を端面から見た場合に図
１３（ａ）から図１３（ｄ）に示すように、車軸端面に
ネジ穴Ｎ１やキー溝Ｋが加工されているために、上記ネ
ジ穴Ｎ１やキー溝Ｋ部を探触子ヘッド３ａが通過すると
きに、探触子２ａが車軸１の端面に均一に接触できなく
なり、表示波形（表面エコーＳ、底面エコーＢ、欠陥エ
コーＦ、コーナーエコーＨ）が乱れて、探傷を行うこと
はできない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の車軸超音波探傷
装置は以上のように構成されているので、給油ユニット
及び配管設備等を設置するための広いスペースが必要と
なったり、コストの増大を招く。また、検査終了後に油
が車軸端面のボルト穴等に付着するために、油の除去作
業等の後処理が必要となり、油により作業現場を清潔に
保つことができない等の多くの問題があった。

【０００８】また、端面にキー溝やネジ穴のある車軸に
おいて、キー溝部やネジ穴上では探触子が車軸端面に十
分に接触できず、探傷できない領域が発生するという問
題があった。

【０００９】また、探触子ヘッドを車軸の端面の中心に
接触させるとき、オペレータが手動操作で位置合わせす
るために、位置決め精度のばらつきが大きく、探傷結果
の再現性が悪くなるという問題があった。

【００１０】また、手動操作、目視による探傷結果の判
断や記録を行っているために、同じ車軸を何回か探傷し
たときに、探傷結果の再現性が悪く、前回の検査結果と
比較するときに探傷の開始点が不明確なために、探傷結
果を比較するのが困難であった。また、目視による判断
のため、欠陥の判断にオペレータの熟練度が必要となる
などの問題があった。

【００１１】この発明は、上記のような課題を解消する
ためになされたものであり、検査を自動化すると共に、
検査結果の再現性を向上させ、且つオペレータの熟練度
に左右されない探傷結果を得る探傷装置を得ることを目
的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明における超音波
探傷装置においては、給油ユニットや配管設備を不用と
するために、軸端面と探触子との音響結合を行うための
接触媒体としてシリコンゴム等の成形品からなるキャッ
プを前面に配置した探触子を備え、キャップにより超音
波が減衰するのを補うために、探触子の探傷信号をパル
ス圧縮探傷処理等の高感度探傷処理可能な信号処理部を
有した超音波探傷器を備えたものである。

【００１３】また、この発明は、端面にキー溝やネジ穴
のある軸において、探傷部位の全周を探傷するために、
一探触子法の第１の斜角探触子と、探触子ヘッド回転中
心から同心円上に第１の斜角探触子と９０度の位置に配
置した二探触子法のための第２の斜角探触子と、第２の
斜角探触子と１８０度の位置に配置した二探触子法のた
めの第３の斜角探触子とを備えたものである。

【００１４】この発明は、探触子ヘッドを軸の端面に接
触させるときに、探触子ヘッドの回転中心部と軸端面の
センタ穴の中心の位置合わせを容易にするために、探触
子ヘッド回転中心部に軸端面のセンタ穴に入り込むセン
タピンと、探触子ヘッドを軸端面に接触させたときに探
触子ホルダに自由度をもたせるために上記Ｘ軸方向とＺ
軸方向を中心軸としたジンバル機構部と、上記Ｘ軸方向
とＺ軸方向へのスライド機構部とを備えたものである。

【００１５】また、この発明は、探傷結果の再現性を向
上させ、前回の検査結果との比較をする際に車軸の軸周
において同じ位置の探傷図形との比較を行うために、探
触子ヘッド回転中心部に車軸端面のセンタ穴に入り込む
センタピンと、探触子ホルダの前面部に渦流センサなど
のギャップ検出センサを配置したシューと、探触子ホル
ダに対してシューを上記Ｙ軸方向へ自由に移動可能とす
るスライド機構部とを備えたものである。

【００１６】この発明は、オペレータが探傷図形の目視
判断により欠陥を判断するという熟練を要する作業を不
用とするために、探傷図形を指定回転角度に対応して記
憶する波形記憶部と、判定範囲及び判定レベルを任意に
設定可能で且つ同一判定範囲内に複数の判定レベルをも
つ複数の欠陥検出ゲートを記憶するゲート記憶部と、探
傷図形とゲートを比較して欠陥とその他のエコーを判別
し軸の良・不良の度合いを判定する判定処理部とを備え
たものである。

【００１７】また、この発明は、オペレータが探傷図形
の前回と今回等の比較が容易にできるように、前回の波
形と今回の波形を表示できるようにしたものである。

【００１８】この発明は、オペレータが探傷図形の前回
と今回等の比較が容易にできるように、前回の波形と今
回の波形を合成して表示するようにしたものである。

【００１９】また、この発明は、欠陥判定方法を前回の
波形と今回の波形の同一探傷場所でのエコー高さを比較
し、一定レベル以上の差があった場合、欠陥として扱う
ようにしたものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１（ａ）はこの発明の実施の形態１を
示す超音波探傷装置の全体を示すブロック図である。図
において１は検査対象である車軸、２は欠陥検出のため
の探触子、３は探触子２を備えた探触子ヘッド、４は探
触子ヘッド３をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向への移動
及び車軸１の円周方向への回転を行う機構装置、５は機
構装置４を操作し制御するための操作制御部、６はパル
ス圧縮探傷等の高感度探傷を行うための処理をする信号
処理部、７は探触子２の送受信を行う超音波探傷器、８
は操作制御部５に動作指示や超音波探傷器７に送信指示
を出したり探傷図形や探傷結果の保存、呼出を行う演算
処理部、９は探傷図形や探傷結果を表示する表示部、Ｘ
は車軸１の端面に対して左右方向のＸ軸方向、Ｙは車軸
１の軸長方向であるＹ軸方向、Ｚは車軸１の端面に対し
て上下方向のＺ軸方向である。図１（ｂ）は探触子３の
拡大図で、Ｃは探触子３の前面に配置したシリコンゴム
等の成形品からなるキャップである。

【００２１】上記のように構成された超音波探傷装置に
おいては、車軸１の端面に探触子ヘッド３を接触させる
ために、操作制御部５より機構装置４を動作させる制御
信号が送られ、探触子ヘッド３をＸ軸方向、Ｙ軸方向、
Ｚ軸方向へ移動させて、車軸１の端面の中心と探触子ヘ
ッド３の回転中心が一致するように接触させる。次に、
超音波探傷器７から探触子ヘッド３に組み込まれた探触
子２に送信指示を行い、探触子２から超音波が送信され
る。送信された超音波は、探触子２の前面に配置したキ
ャップＣを接触媒体として車軸１の内部へ入射される。
車軸１の内部からの反射エコーは、探触子２の前面に配
置したキャップＣ内で大きく減衰するが、探触子２にて
受信された後に超音波探傷器７にて増幅され、表示部に
探傷図形として表示される。探触子ヘッド３は操作制御
部５からの制御信号により、車軸１の円周方向に回転さ
せることで、探触子２を車軸１の端面上を移動させて、
車軸内部の全円周方向の探傷を行う。

【００２２】上記の機構装置４を動作させるための制御
信号は、オペレータの手動操作によるマニュアル制御、
または演算処理部８からの指令によるシーケンス制御に
より行われる。

【００２３】上記の探触子２の前面に配置されたキャッ
プＣは、車軸１の端面に接触させ探傷を行ったときに、
超音波の減衰度が低く、且つ耐久性を兼ね備えたものと
して、厚さを０．５ｍｍ程度とした低硬度のシリコンゴ
ム、ウレタンゴム、及び内部にオイルを含んだオイルブ
レード性ゴムによる成形品であるため、車軸１の端面と
探触子２間の空気層を追い出し、車軸１の端面と探触子
２がキャップＣを介して密着して超音波の伝播が行われ
る。

【００２４】上記の超音波探傷器７では、探触子２の前
面に配置されたキャップＣにて減衰した反射エコーを増
幅して、白色ノイズとのＳ／Ｎが十分に確保されるよう
に、信号処理部６に、例えば特開平４−２８９４５３、
特公平７−８５０７７、特公平７−８５０７６、特公平
７−８１９９５、特公昭４−９６５６、特公平７−９６
５７、特公平７−８１９９４、特公平７−８１９９３、
特公平７−８１９９２等に開示されているパルス圧縮の
技術を使ったパルス圧縮探傷処理や、送信波の波数を１
波、２波、３波、４波等に自由に変化可能なバースト波
送信機能を有しているため、送信波や受信波を信号処理
することにより超音波エネルギーを向上させ、高感度探
傷を可能としている。

【００２５】上記の探触子ヘッド３の回転動作は、探触
子２の前面に配置したキャップＣの摩耗を最低限度に防
ぐために、車軸１の端面に探触子ヘッドを接触させて探
傷を行った後に、探触子ヘッド３は車軸１の端面から一
度離れて、車軸の円周方向に例えば１０度ピッチ回転さ
せて、再び探触子ヘッド３を車軸１の端面に接触させて
探傷を行うことを繰り返しながら、車軸１の円周方向の
全てを探傷する。

【００２６】同様にして操作制御部５からの制御信号に
より機構装置４を動作させ、探触子ヘッド３を車軸１の
端面に接触させた後に、探触子ヘッド３に組み込まれた
探触子２にて超音波を送受信し超音波探傷を実施する。

【００２７】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２を示す探触子ヘッド３の正面図である。図３（ａ）
と図３（ｂ）は探触子ヘッド３を車軸１の端面に接触さ
せ、車輪座内ボス部に対して一探触子法により超音波の
送受信を行っているイメージ図を示し、図３（ａ）はＸ
軸方向からの側面図で、図３（ｂ）はＺ軸方向からの側
面図である。図４（ａ）と図４（ｂ）は探触子ヘッド３
を車軸１の端面に接触させ、車輪座内ボス部に対して二
探触子法により超音波の送受信を行っているイメージ図
で、図４（ａ）はＸ軸方向からの側面図で、図４（ｂ）
はＺ軸方向からの側面図である。図において３は探触子
ヘッド、１０は車軸１の端面のセンタ穴に入り込むセン
タピン、１１は一探触子法にて探傷を行う第１の斜角探
触子、１２は二探触子法にて探傷を行う第２の斜角探触
子、１３は二探触子法にて探傷を行う第３の斜角探触
子、１４は第１の斜角探触子による超音波送受信経路、
１５は第２の斜角探触子による超音波送信経路、１６は
第３の斜角探触子による超音波受信経路である。

【００２８】上記のように構成された超音波探傷装置用
の探触子ヘッド３においては、端面にキー溝Ｋが加工さ
れている車軸１を探傷するときに、探触子ヘッド３に組
み込まれている第１の斜角探触子１１により、車軸１の
中心軸を横切る方向に超音波を送信し、一探触子法にて
探傷を行う。探触子ヘッド３が車軸１の円周方向に回転
して、第１の斜角探触子１１が車軸１の端面のキー溝Ｋ
上に位置した場合に、第１の斜角探触子１１と車軸１は
接触不良となり超音波が車軸１の内部に入射されず、探
傷できない領域が生じる。また、探触子ヘッド３に組み
込まれている第２の斜角探触子１２により、車軸１の中
心軸とねじれた方向に超音波を送信して、第３の斜角探
触子１３にて反射エコーを受信する二探触子法にて探傷
を行う。探触子ヘッド３が円周方向に回転して、第２の
斜角探触子１２と第３の斜角探触子１３が、車軸１の端
面のキー溝Ｋ上に位置した場合に、第２の斜角探触子１
２及び第３の斜角探触子１３と車軸１は接触不良となり
超音波は車軸１の内部に入射されず、探傷できない領域
が生じる。ここで、第２の斜角探触子１２は探触子ヘッ
ド３の回転中心から同心円上に第１の斜角探触子１１と
９０度の位置に配置され、第３の斜角探触子１３は第２
の斜角探触子１２と１８０度の位置に配置されているた
めに、第１の斜角探触子１１による一探触子法にて探傷
不能領域と、第２の斜角探触子１２と第３の斜角探触子
１３による二探触子法にて探傷不能領域は９０度ずれて
いるので、それぞれの探触子により探傷可能な領域を組
み合わせることで全周の探傷が可能となる。

【００２９】また、車軸１の端面にネジ穴が加工してあ
る場合も同様に、第１の斜角探触子１１と第２の斜角探
触子１２と第３の斜角探触子１３により探傷可能な領域
を組み合わせることで、全周の探傷が可能となる。

【００３０】実施の形態３．図５（ａ）、図５（ｂ）、
図５（ｃ）はこの発明の実施の形態３を示す探触子ヘッ
ド３の正面図で、図５（ａ）はＹ軸方向から見た正面図
で、図５（ｂ）はＺ軸方向における断面図で、図５
（ｃ）はＸ軸方向における断面図である。図において２
は探触子、１０はセンタピン、１７は探触子２を固定す
る探触子ホルダ、１８は探触子ホルダ１７をＸ軸を中心
とする回転とＸ軸方向への移動を可能とするＸ軸ジンバ
ル／スライド機構部、１９は探触子ホルダ１７をＺ軸を
中心とする回転とＺ軸方向への移動を可能とするＺ軸ジ
ンバル／スライド機構部である。

【００３１】上記のように構成された超音波探傷装置用
の探触子ヘッド３においては、オペレータの手動操作に
よるマニュアル制御、または演算処理部８からの指令に
よるシーケンス制御により、探触子ヘッド３を機構装置
４によりＸ軸方向、Ｚ軸方向の位置決めを行った後に、
Ｙ軸方向に移動させて車軸１の端面に接近させると、セ
ンタピン１０が車軸１の端面のセンタ穴Ｎ０に入り込
み、探触子ヘッド３の位置決め精度が悪い場合や、車軸
１がＹ軸に対して傾いて固定してある場合に、探触子ヘ
ッド３をさらにＹ軸方向に移動させることでＸ軸ジンバ
ル／スライド機構部１８と、Ｚ軸ジンバル／スライド機
構部１９が作動して、車軸１の端面に対し探触子ホルダ
１７に固定してある探触子２の接触面が常に平行にな
り、機構的に位置決め補正が行われ、探触子ヘッド３の
回転中心と車軸１の端面の中心の位置決めを精度良く行
うことが可能となり、高精度の探傷がオペレータの技術
や制御精度によることなく再現性よく容易に行うことが
可能になる。

【００３２】実施の形態４．図６（ａ）、図６（ｂ）、
図６（ｃ）はこの発明の実施の形態４を示す探触子ヘッ
ド３の構成断面図で、図６（ａ）は車軸１の端面に非接
触時における断面図で、図６（ｂ）は軸周原点検出時に
おける断面図で、図６（ｃ）は探傷時における断面図で
ある。図において１は車軸、２は探触子、１０はセンタ
ピン、１７は探触子ホルダ、２０は車軸１の端面に加工
した軸周原点穴を検出するためのギャップ検出センサ、
２１はギャップ検出センサ２０を固定し車軸１の端面に
面接触するためのシュー、２２はシュー２１をＹ軸方向
に移動可能とするＹ軸スライド機構部である。

【００３３】上記のように構成された超音波探傷装置用
の探触子ヘッド３においては、検査前に車軸１の端面に
探触子ヘッド３のギャップ検出センサ２０に対応する位
置に、例えばφ４ｍｍ程度の大きさで深さ１ｍｍ程度の
軸周原点穴を加工しておき、探触子ヘッド３を機構装置
４によりＸ軸方向、Ｚ軸方向の位置決めを行った後に、
Ｙ軸方向に移動させて、センタピン１０を車軸１の端面
のセンタ穴Ｎ０に入り込ませ、シュー２１が車軸１の端
面に面接触した状態でＹ軸方向の移動を停止させる。こ
の状態では探触子２は車軸１の端面に非接触の状態であ
る。次に探触子ヘッド３を車軸１の円周方向に回転させ
て、軸周原点穴の位置をシュー２１に固定してあるギャ
ップ検出センサ２０にて検出する。次に探触子ヘッド３
をＹ軸方向に前進させると、Ｙ軸スライド機構部２２の
機構的な作用によりシュー２１がスライドして、探触子
２が車軸１の端面に接触した状態となり、この状態で探
傷を行う。

【００３４】上記のギャップ検出センサ２０は、車軸１
の端面に加工した軸周原点穴を近距離にて検出可能な、
渦流センサや空中超音波センサを用いる。

【００３５】上記のように各車軸１において固有の軸周
原点を決めることにより、全般検査や重要部検査等で同
じ車軸１を再び探傷する場合に、精密に前回と同じ軸周
位置における探傷図形の比較が可能となり正確な履歴管
理が可能となる。

【００３６】上記のようにＹ軸スライド機構部２２を用
いることで、軸周原点検出時において、ギャップ検出セ
ンサ２０と車軸１の端面との距離が一定に保たれ、安定
して軸周原点穴を検出可能となり、探触子２の前面のキ
ャップＣが磨耗を防ぐことができる。

【００３７】実施の形態５．図７はこの発明の実施の形
態５を示す演算処理部８のブロック図である。図８
（ａ）と図８（ｂ）は探傷図形に対してゲートを設定し
た場合のイメージ図で、図８（ａ）は健全部の探傷図形
で、図８（ｂ）は欠陥が存在していた場合の探傷図形で
ある。図において６は信号処理部、７は超音波探傷器、
８は演算処理部、９は表示部、２３は探傷図形を一時的
に記憶する波形記憶部、２４は軸種毎に設定する複数の
ゲートを記憶するゲート記憶部、２５は探傷図形とゲー
トとを比較して探傷した車軸１の不良レベルを判定する
判定処理部、２６は探傷図形や判定結果等のデータを管
理するデータ管理部、Ｓは表面エコー、Ｆは欠陥エコ
ー、Ｈはコーナーエコー、Ｇ１は第１のゲート、Ｇ２は
第２のゲート、Ｇ３は第３のゲートである。

【００３８】上記のように構成された超音波探傷装置用
の演算処理部８においては、探触子２を車軸１の端面に
接触させた状態で探傷したときに、探触子ヘッド３の指
定回転角度毎に、超音波探傷器７の信号処理部６で受信
した探傷図形を、波形記憶部２３にて記憶し、判定処理
部２５にてゲート記憶部２４の複数設定ゲートＧ１、Ｇ
２、Ｇ３と比較を行い、反射エコーがどのゲートＧ１、
Ｇ２、Ｇ３まで達しているかを判断して、車軸１の不良
レベルを判定処理する。探傷図形や判定結果等の探傷デ
ータはデータ管理部２６に保存され、表示部９で波形記
憶部２３にて指定角度毎に記憶した探傷図形や、車軸１
の不良レベルや、判定結果である良好軸甲、良好軸乙、
不良軸等の表示を行う。

【００３９】上記のゲート記憶部２４においては、検査
前に健全な車軸を用いて軸種毎に、探傷図形を確認して
表面エコーＳやコーナーエコーＨに対し、ゲートＧ１、
Ｇ２、Ｇ３の範囲から外した設定や、コーナーエコーＨ
が存在する位置におけるゲートレベルを高くした設定を
行い、欠陥エコーとの判別を可能にする。さらに、欠陥
エコーのレベルにより欠陥の大きさを推測し、車軸１の
不良レベルを判定するために、上記のように設定した第
１のゲートＧ１に対して、レベルを変えた複数のゲー
ト、例えば第２のゲートＧ２、第３のゲートＧ３を設定
可能とする。

【００４０】上記の表示部においては、演算処理部８の
データ管理部２６にて保存されている過去の判定結果や
探傷図形を確認が可能となる。

【００４１】実施の形態６．図９はこの発明の実施の形
態６を示す表示部に表示された探傷図形（グラフ表示）
を示す図である。図において、Ｆ１、Ｆ２は過去に探傷
した基準波形等の波形１の探傷エコー、Ｆ１’、Ｆ２’
は今回探傷した波形２の探傷エコーである。

【００４２】表示部９から表示する波形１、波形２の軸
番号と基準波形、今回探傷波形等の波形の種類を指定す
る。指定された条件はデータ管理部２６に転送される。
データ管理部２６は保存された探傷図形のなかから、対
応する探傷図形のデータを表示部９に転送する。表示部
９では、データ管理部２６から転送されたデータから図
９に示すように、上半分に波形１として指定した基準波
形を、下半分に波形２として指定した今回波形を表示す
る。

【００４３】表示した探傷図形は、表示部からの操作に
より、拡大、縮小や探傷場所の指定ができる。

【００４４】実施の形態７．図１０はこの発明の実施の
形態７を示す表示部に表示された探傷図形（波形合成）
を示す図である。図において、Ｆ１、Ｆ２は過去に探傷
した基準波形等の波形１の探傷エコー、Ｆ１’、Ｆ２’
は今回探傷した波形２の探傷エコーである。

【００４５】表示部９から表示する波形１、波形２の軸
番号と基準波形、今回探傷波形等の波形の種類及び波形
合成を指定する。指定された条件はデータ管理部２６に
転送される。データ管理部２６は保存された探傷図形の
なかから、対応する探傷図形のデータを表示部９に転送
する。表示部９では、データ管理部２６から転送された
データから図９に示すように、上半分に波形１として指
定した基準波形を実線等で、波形２として指定した今回
波形を破線等で表示する。下半分には波形２として指定
した今回波形を実線等で、波形１として指定した基準波
形を破線等で表示する。

【００４６】表示した探傷図形は、表示部からの操作に
より、拡大、縮小や探傷場所の指定ができる。

【００４７】実施の形態８．図１１はこの発明の実施の
形態８を示す波形比較判定を示す図である。図におい
て、ＦＨは波形１と波形２の同一探傷位置で欠陥判定レ
ベル以下であっても、探傷エコーの差が一定レベル以上
の時、報知するための警告判定レベルである。

【００４８】表示部９から表示する波形１、波形２の軸
番号と基準波形、今回探傷波形等の波形の種類及び波形
合成を指定する。指定された条件はデータ管理部２６に
転送される。データ管理部２６は保存された探傷図形の
なかから、対応する探傷図形のデータを表示部９に転送
するとともに、波形１と波形２同一探傷位置の波形比較
を行い、図１１に示すように探傷エコーの差が警告判定
レベル以上の時、警告データを表示部９に転送する。表
示部９では、データ管理部２６から転送されたデータか
ら図９に示すように、上半分に波形１として指定した基
準波形を実線等で、波形２として指定した今回波形を破
線等で表示する。下半分には波形２として指定した今回
波形を実線等で、波形１として指定した基準波形を破線
等で表示するとともに、警告判定レベルの警告を表示す
る。

【００４９】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を有する。

【００５０】この発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を有する。

【００５１】この発明によれば、軸端面と探触子との音
響結合を行うための接触媒体としてシリコンゴム等の成
形品からなるキャップを前面に配置した探触子を備え、
キャップにより超音波が減衰するのを補うために、探触
子の探傷信号をパルス圧縮探傷処理等の高感度探傷処理
可能な信号処理部を有した超音波探傷器を備えている。
よって、従来装置のような給油ユニットや配管設備は不
用となり、装置のコストを低下させることができるだけ
でなく、容易に装置を小型化でき設置スペースが狭くて
も検査を実施でき、装置を台車に乗せて可搬性をもたす
ことも可能である。また、検査終了後に油が軸端面のボ
ルト穴等に付着することも無いために、油の除去作業等
の後処理が不要となり、油により作業現場や装置を汚す
こともなくなり、現場周囲を清潔に保つことができる。

【００５２】この発明によれば、一探触子法の第１の斜
角探触子と、探触子ヘッド回転中心から同心円上に第１
の斜角探触子と９０度の位置に配置した二探触子法のた
めの第２の斜角探触子と、第２の斜角探触子と１８０度
の位置に配置した二探触子法のための第３の斜角探触子
とを備えているので、端面にキー溝やネジ穴の有無に関
わらず全ての車軸において、特定の探傷部位の全周を探
傷することが可能になる。

【００５３】この発明によれば、探触子ヘッド回転中心
部に軸端面のセンタ穴に入り込むセンタピンと、探触子
ヘッドを軸端面に接触させたときに探触子ホルダに自由
度をもたせるために上記Ｘ軸ジンバル／スライド機構部
と、Ｚ軸ジンバル／スライド機構部を備えているため
に、オペレータが探触子ヘッドを軸の端面に接触させる
ときに、手動、自動を問わず、探触子ヘッド回転中心部
と軸端面のセンタ穴の中心の位置合わせが容易になり、
作業時間の短縮ができる。また、オペレータの技術差に
よる位置決め誤差も無くなるために、検査結果の信頼性
も向上する。

【００５４】この発明によれば、探触子ヘッド回転中心
部に軸端面のセンタ穴に入り込むセンタピンと、探触子
ホルダの前面部に渦流センサなどのギャップ検出センサ
を配置したシューと、探触子ホルダに対してシューを上
記Ｙ軸方向へ自由に移動可能とするスライド機構部とを
備えているために、探傷結果の再現性を向上させ、前回
の検査結果との比較をする際に軸の軸周において同じ位
置の探傷図形との比較を行うことが可能となる。

【００５５】この発明によれば、探傷図形を指定回転角
度に対応して記憶する波形記憶部と、判定範囲及び判定
レベルを任意に設定可能で、且つ同一判定範囲内に複数
の判定レベルをもつ複数の欠陥を検出するゲートを記憶
するゲート記憶部と、欠陥とその他のエコーを判別し軸
の不良レベルを判定する判定処理部とを備えているため
に、オペレータが探傷図形の目視判断により欠陥を判断
するという熟練を要する作業が不用となる。また、過去
の探傷結果等のデータを管理するデータ管理部により、
前回の探傷図形との比較ができて精密検査が可能とな
り、各軸における履歴管理も容易になる。

【００５６】この発明によれば、演算処理部のデータ管
理部に保存された探傷図形を比較できるように、表示部
に探傷波形の前回の波形と今回の波形を同時に表示する
ようにしたので、基準波形と今回波形等の比較が容易に
行うことができる。

【００５７】この発明によれば、演算処理部のデータ管
理部に保存された探傷図形を比較できるように、表示部
に探傷波形の前回の波形と今回の波形を合成して表示す
るようにしたので、基準波形と今回波形等の比較が容易
に行うことができる。

【００５８】この発明によれば、演算処理部のデータ管
理部に保存された探傷図形の前回の波形と今回の波形の
同一探傷場所でのエコー高さを比較し、一定レベル以上
の差があった場合、報知するよにしたので、欠陥判定レ
ベル以下のエコーであっても異常波形として報知するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示す超音波探傷装
置の全体を示すブロック図、及び探触子の拡大図であ
る。

【図２】 この発明の実施の形態２を示す探触子ヘッド
の正面図である。

【図３】 この発明の実施の形態２を示す探触子ヘッド
を車軸端面に接触させた状態で、一探触子法により超音
波の送受信を行っているＸ軸、Ｚ軸方向からのイメージ
図である。

【図４】 この発明の実施の形態２を示す探触子ヘッド
を車軸端面に接触させた状態で、二探触子法により超音
波の送受信を行っているＸ軸、Ｙ軸方向からのイメージ
図である。

【図５】 この発明の実施の形態３を示す探触子ヘッド
の構成を示すＹ軸、Ｚ軸、Ｘ軸方向からの正面図であ
る。

【図６】 この発明の実施の形態４を示す非接触時の探
触子ヘッドの断面図、軸周原点検出時の探触子ヘッドの
断面図、及び探傷時の探触子ヘッドの断面図である。

【図７】 この発明の実施の形態５を示す演算処理部の
ブロック図である。

【図８】 この発明の実施の形態５を示す探傷図形（欠
陥無しと欠陥有り）に対してゲートを設定した場合のイ
メージ図である。

【図９】 この発明の実施の形態６を示す表示部に表示
された探傷図形（グラフ表示）を示す図である。

【図１０】 この発明の実施の形態７を示す表示部に表
示された探傷図形（波形合成）を示す図である。

【図１１】 この発明の実施の形態８を示す波形比較判
定を示す図である。

【図１２】 従来の車軸超音波探傷装置の全体を示すブ
ロック図である。

【図１３】 車軸の端面部分を拡大した図である。

【図１４】 表示部に表示された探傷図形（欠陥無しと
欠陥有り）を示す図である。

【符号の説明】

２ 探触子、３ 探触子ヘッド、４ 機構装置、５ 操
作制御部、６ 信号処理部、７ 超音波探傷器、８ 演
算処理部、９ 表示部、１０ センタピン、１１ 第１
の斜角探触子、１２ 第２の斜角探触子、１３ 第３の
斜角探触子、１７ 探触子ホルダ、１８ Ｘ軸ジンバル
／スライド機構部、１９ Ｚ軸ジンバル／スライド機構
部、２０ ギャップ検出センサ、２１ シュー、２２
Ｙ軸スライド機構部、２３ 波形記憶部、２４ ゲート
記憶部、２５ 判定処理部、２６データ管理部、２７
給油ユニット、Ｃ キャップ、Ｇ１ 第１のゲート、Ｇ
２ 第２のゲート、Ｇ３ 第３のゲート、Ｆ１ 波形１
の探傷エコー１、Ｆ２波形１の探傷エコー２、Ｆ１’
波形２の探傷エコー１、Ｆ２’ 波形２の探傷エコー
１、ＦＨ 警告判定レベル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 幸夫 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 本多 隆一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−294778（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−69287（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−42464（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−122552（ＪＰ，Ｕ) 特公 平７−81994（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センタ穴が形成された端面を有する車軸
   を探傷する超音波探傷装置において、上記車軸の端面に
   対応して設けられ、上記車軸端面と探触子との音響結合
   を行うための接触媒体として低硬度のシリコンゴム、ウ
   レタンゴム、又はオイルブレード性ゴムの成形品からな
   るキャップを前面に配置した探触子と、上記探触子を備
   えた探触子ヘッドと、上記軸の長手方向をＹ軸方向とし
   上記Ｙ軸方向と直交し且つお互いが直交した向きのＸ軸
   方向とＺ軸方向に上記探触子ヘッドを移動させる可動手
   段と上記車軸端面に設けられたセンタ穴を中心として上
   記探触子ヘッドを軸の円周方向に回転させる可動手段と
   を備えた機構部と、上記可動手段を操作制御する操作制
   御部と、上記探触子を上記軸端面に接触させた状態で探
   触子の探傷信号のキャップによる減衰を補うためパルス
   圧縮探傷処理を行う信号処理部と、上記探傷信号から欠
   陥エコーを判定する演算処理部と、上記演算処理部で判
   定した結果を表示する表示部とを具備し、上記探触子ヘッドは、車軸の端面に接触され探傷を行っ
   た後に、上記車軸の端面から一度離れて、車軸の円周方
   向に回転されて、再び車軸の端面に接触されて探傷を行
   う ことを特徴とする超音波探傷装置。
2. 【請求項２】 探触子ヘッドは、上記探触子ヘッドの回
   転中心部に上記車軸端面のセンタ穴に入り込むセンタピ
   ンと、上記車軸の探傷部位を探傷する一探触子法の第１
   の斜角探触子と、上記探触子ヘッドの回転中心から同心
   円上に上記第１の斜角探触子と９０度の位置に配置した
   二探触子法のための第２の斜角探触子と、上記第２の斜
   角探触子と１８０度の位置に配置した二探触子法のため
   の第３の斜角探触子とを具備したことを特徴とする請求
   項１記載の超音波探傷装置。
3. 【請求項３】 探触子ヘッドは、上記探触子ヘッドの回
   転中心部に車軸端面のセンタ穴に入り込むセンタピン
   と、欠陥検出のための探触子と、上記探触子を固定する
   探触子ホルダと、上記探触子ヘッドを上記車軸端面に接
   触させたときに上記探触子ホルダを上記Ｘ軸方向を中心
   軸として自由に回転可能なＸ軸ジンバル機構部と、上記
   Ｘ軸方向に自由に移動可能なＸ軸スライド機構部と、上
   記探触子ホルダを上記Ｚ軸方向を中心軸として自由に回
   転可能なＺ軸ジンバル機構部と、上記Ｚ軸方向に自由に
   移動可能なＺ軸スライド機構部とを具備したことを特徴
   とする請求項１記載の超音波探傷装置。
4. 【請求項４】 探触子ヘッドは、上記探触子ヘッドの回
   転中心部に上記車軸端面のセンタ穴に入り込むセンタピ
   ンと、欠陥検出のための探触子と、上記探触子を固定す
   る探触子ホルダと、車軸周原点として上記車軸端面に加
   工された穴を検出するための渦流センサ又は空中超音波
   センサによるギャップ検出センサと、上記探触子ホルダ
   の前面部に位置し上記ギャップ検出センサを配置したシ
   ューと、上記探触子ホルダに対して上記シューを上記Ｙ
   軸方向へ自由に移動可能なＹ軸スライド機構部とを具備
   したことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
5. 【請求項５】 演算処理部は、上記探触子を上記車軸端
   面に接触させた状態で上記探触子ヘッドを回転させたと
   きに得られる探傷図形を指定回転角度に対応して記憶す
   る波形記憶部と、判定範囲及び判定レベルを任意に設定
   可能で且つ同一判定範囲内に複数の判定レベルをもつ複
   数の欠陥検出ゲートを記憶するゲート記憶部と、欠陥と
   その他のエコーを上記欠陥検出ゲートにより判定し上記
   車軸の不良レベルを判定する判定処理部と、上記探傷図
   形や判定結果のデータを管理するデータ管理部とを具備
   したことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
6. 【請求項６】 演算処理部のデータ管理部に保存された
   探傷図形を比較できるように、表示部に過去と今回の探
   傷波形を表示するようにしたことを特徴とする請求項５
   記載の超音波探傷装置。
7. 【請求項７】 演算処理部のデータ管理部に保存された
   探傷図形を比較できるように、表示部に過去と今回の探
   傷波形を合成して表示するようにしたことを特徴とする
   請求項５記載の超音波探傷装置。
8. 【請求項８】 演算処理部のデータ管理部に保存された
   過去と今回の探傷図形の同一探傷場所でのエコー高さを
   比較し、一定レベル以上の差があった場合、報知するよ
   うにしたことを特徴とする請求項５記載の超音波探傷装
   置。