JP5663382B2 - 非破壊検査のための回転アレイプローブシステム - Google Patents

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関連出願の相互参照
本出願は、参照により本明細書に開示全体が組み込まれている、２０１０年４月１６日付で出願した米国仮特許出願第６１／３２４，９９３号「ＲＯＴＡＴＩＮＧ ＡＲＲＡＹ ＰＲＯＢＥ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＮＯＮ−ＤＥＳＴＲＵＣＴＩＶＥ ＴＥＳＴ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＥＮＣＩＲＣＬＥＤ ＰＩＰＥ ＯＲ ＢＡＲ ＩＮＳＰＥＣＴＩＯＮ（囲まれたパイプまたはバー検査のための、回転アレイプローブ非破壊検査システム）」の利益および優先権を主張するものである。

本発明は、パイプ、ロッド、バー等の細長の検査対象物を検査するのに使用される非破壊検査および検査（ＮＤＴ／ＮＤＩ）に関し、より詳細には、検査中に長手方向に検査システムに供給されるこれらの検査対象物の周りでフェイズドアレイ検査プローブを回転させるフェイズドアレイＮＤＴ／ＮＤＩシステムに関する。

製作済みの構造体および加工済みの材料等の物体を損傷することなく検査および検査することが、様々な工業状況において非常に重要である。物体の物理的状態を検査して、その仕様を確実に満たすことにより得られる利点は、製造者には周知である。おそらく、このような利点のうち最も注目すべきものは、効率の向上と、製造プロセスで不適合品の使用を避けることにより得られる製品の質である。パイプおよびロッド等の円筒形構造体、ならびに成型バー等の非円筒形材料が、このような物体の大部分を占める。

おそらく、最も広く使用されているＮＤＴ／ＮＤＩ材料検査方法は、現在、超音波（ＵＴ）および過電流（ＥＣ）プローブを使用しており、これらのプローブにはいずれも単一の要素および／またはアレイプローブか含まれる。これらのプローブを使用して、迅速な製造プロセスに連動して、金属、非金属、または繊維複合材構造体の静的欠陥または異常を検出し特徴づける。

このような材料を検査するときに直面する最も困難な課題の１つは、欠陥の向きが検査前には通常わからないことにより生じる。したがって、従来の検査プローブシステムは、長手方向、横方向、正面方向、および斜め方向等の複数の入射検査角で検査対象物をスキャンすることができる。このような複雑な多角検査の要件は、システムの設計、製造および維持に大きな負担をかける。

本開示は主に、本開示の譲受人、すなわちオリンパスＮＤＴ株式会社により提供されたもの等の、「パイプ」（または検査対象物）および「バー」検査システムと一般に呼ばれる２種類のＮＤＴ／ＮＤＩシステムに関する。さらに、本開示は主に、フェイズドアレイまたは単一要素ＵＴプローブを使用する例示の検査方法について説明しているが、これに限定されない。実際に、過電流、音響、およびその他のプローブセンサ技術を使用する検査方法は、本開示の教示から利点を得ることができる。

このようなシステムを使用する検査対象物は、非常に長く、例えば１５メートルで、様々な直径または横断面寸法を有する。例えば、従来のパイプ検査システムは、直径６０mm〜６２０mmおよび壁厚さ４mm〜５０mmの範囲を含む。従来の固体バー検査システムは、直径８mm〜２５０mmの範囲を含む。したがって、これらの製品が製造され検査される工業設定により、実質的な材料処理能力、工場の床面積、およびその他の設備リソースを提供しなければならない。

従来のパイプ検査システム（ＰＩＳ）は通常、
ａ）検査すべき検査対象物を適切な検査位置に供給または配置する搬送機構と、
ｂ）複数の入射角でセンサデータを取得するために検査対象物の長手方向軸に沿って位置する、複数のフェイズドアレイ検査プローブヘッドであって、検査対象物が軸方向において定位置で回転する状態で、軸方向に移動するように動作可能で、かつ前記軸に沿って結合されるプローブヘッドと、
ｃ）水等の超音波結合媒体を、プローブヘッドの面と検査対象物との間に層状に提供するカプラント注水システムと、
ｄ）取得した検査センサデータを、検査測定が行われた検査対象物上の位置に関連付ける手段と、
ｅ）動作制御およびデータ取得のためのコンピュータシステムと、
を備える。

従来のバー検査システム（ＢＩＳ）は、前記ＰＩＳと同様の要素のほとんどから構成されるが、要素ｂ）に関して、「複数の検査プローブヘッド」が代わりに定置配置されて、検査対象物が軸方向に搬送されるときに検査対象物の周囲を囲み、周囲に結合される点が異なっている。通常、２以上の平行面プローブヘッド構成（カートリッジ）を使用して、他の部分がカバーしていないゾーンをカバーするように各々周方向に偏って、最大周囲検査範囲を提供する。

プローブヘッドと検査面との間に水等の結合媒体を供給するのに使用される特定の方法は、ＵＴ、ＰＩＳ、ＢＩＳ等、システムによって異なる点に注目すべきである。すなわち、ＰＩＳは、プローブヘッドごとに、層流を有する連続した局所的な水流を使用するのに対して、ＢＩＳは、プローブヘッドおよび検査する検査対象物の領域がともに浸漬する大きな水タンクを使用する。さらに、タンクの両側に入口孔と出口孔が配置され、検査対象物が内部で軸方向に搬送される。予想されるように、水漏れを最小にして十分な水量を維持するために、タンクの孔と移動する検査対象物との間の界面を密封する必要があるため、かなりの課題が生じる。

ＥＣ検査等の別の定置検査方法に合わせてＵＴ方法を使用するときに、水タンク方法をプローブヘッド長手方向軸搬送方法の代わりに使用する。この場合、検査対象物は、近接して配置された定置ＵＴおよびＥＣ検査システムを通して軸方向に搬送され、両システム内で検査周期時間の一部を過ごす。したがって、これにより、検査プローブヘッドの軸方向移動が実際に制限される。

従来のＰＩＳに関連した注目すべき欠点は、ＰＩＳシステムの以下の特徴によって生じる。
ａ）大きく重い検査対象物を搬送し回転させ、検査システムの主要部も搬送する必要があるため、実質的かつ正確な移動制御の要件がシステム構造について定められる。このような要件は、高い初期投資が必要で、維持費が増加し、設計とアセンブリの複雑性が高まり、不定期の動作異常（エンコーダずれ等）を生じさせ、消費電力が大きく、設備全体が摩耗して割れる。検査コンベヤに検査対象物を投入することに関連する製造遅れもある。
ｂ）検査対象物表面の十分な検査範囲には、プローブセンサが必要である。このセンサは、複数の入射検査角を生成して、割れ等の欠陥を特定のプローブの盲点に向けることを扱うように動作可能である。

したがって、検査済みの物体の外面の各点が、ｉ）複数の入射角および／または開口により動的に動作可能な１本のプローブ、および／またはｉｉ）同じ結果を得るように配置された多数のプローブのいずれかに確実に結合されるようにする必要がある。

前記方法ｉに関連した欠点は、プローブが入射角のプログラム範囲を被検査面上の必要な各点で確実に結合するために、検査対象物の移動を止めるか、ほぼ減速させなければならない点である。さらに、検査処理量をさらに低下させることが確実になくなるように、パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）およびデータ取得システムの速度をかなり高くする必要がある。逆に、検査処理量を増加させることができるが、検査範囲が狭くなってしまい、検査の質が低下する。

前記方法ｉと比較して前記方法ｉｉに関連した欠点は、主に、追加の移動制御装置およびデータ取得ユニット（ＤＡＵ）が必要なため、必要とされる多数のプローブがかなり多くのスペースを要する点である。さらに、プローブの移動制御とＤＡＵの電子エンクロージャを行うのは非常に複雑で、プローブ、電力、外部通信の配線管理が必要になる。

従来のＢＩＳに関連した最も重大な欠点は、ＰＩＳについて前述した欠点と同様であるが、検査対象物が通常検査中に回転せず、水結合タンクの使用に関連した前述の問題が存在する点のみ異なる。

前記の欠点を克服する試みが、米国特許第７，２９３，４６１号（Ｇｉｒｎｄｔ）および米国特許第５，００７，２９１号（Ｗａｌｔｅｒｓ他）の教示により例示されている。以下でこれらについて簡単に説明する。

Ｇｉｒｎｄｔは、横方向、壁または長手方向の欠陥等の異常を検出するための完全な検査範囲を得るように配置され方向付けされた複合トランスデューサの、一定の組の平行な定置円形アレイを有するチューブ状物体の超音波検査方法を教示している。この目的を達成するために、Ｇｉｒｎｄｔは、複合トランスデューサを使用することにより、検査領域範囲を、同数の従来の非複合トランスデューサにより達成可能なものよりも大きくする。同じ領域をカバーするにはより多くの非複合トランスデューサが必要であるため、複合トランスデューサのＧｉｒｎｄｔの配置を使用することにより、チューブの検査に必要なチャネルの数を減らす。より詳細には、従来の非複合型と比較して、複合トランスデューサ圧電性結晶材料の主な利点は、ａ）その面を円筒形または球形に形成して、結晶面の前にレンズを追加する必要なくＵＴビームを集中させることができ、ｂ）所与の駆動電圧に対してはるかに高い励磁音響パルスを送ることにより、受け取ったエコーのＳ／Ｎ比を大きく改善する点である。

Ｇｉｒｎｄｔの方法の最も重大な欠点は、以下で説明する回転プローブシステムと比べて、良好な検査範囲に多数のトランスデューサが必要で、一定の組の複合トランスデューサを使用して検査対象物の様々な直径と壁厚さに合わせるのが難しい点である。信号処理のためのＤＡＵチャネルの数により、多数のトランスデューサがシステムのコストと複雑さを実質的に増加させると予想される。さらに、Ｇｉｒｎｄｔの検査システムをチューブ形状の１つから別の形状に合わせるのに、かなり長い切り替え時間が必要であり、これは所与の組の複合トランスデューサの検査能力には含まれない。製造システムの停止時間は、検査対象物製造者にとってかなりの生産性の損失につながる。さらに、検査対象物の製造者は、最初の組のトランスデューサで検査することができない、製造した検査対象物の大きさごとに別々の組の湾曲面トランスデューサを購入しなければならない。

Ｗａｌｔｅｒｓ他（米国特許第５，００７，２９１号）は、前述した背景技術のいくつかの側面を克服したパイプの超音波検査方法を教示している。直線軸方向アレイに配置されて長手方向および複数の斜め方向のそれぞれに送信する、複数対のトランスデューサ（すなわちプローブ）の開示された使用により、トランスデューサの回転ごとにスキャン範囲が広がるため、検査に必要な時間が減少する。

検査システムの回転部と定置部との間に多数のトランスデューサ信号を接続することに関連した欠点を克服するために、Ｗａｌｔｅｒｓは、定置増幅器モジュールへのスリップリング接続を介してアナログで応答信号を送る前に、「バンク」内のすべてのトランスデューサからの応答信号をまとめることを教示している。Ｗａｌｔｅｒｓは、複数のトランスデューサバンクを使用し、各々が一定の検査入射角に設定されている。各バンク内のトランスデューサは、一定の角度で取り付けられて、ＵＴパルスを検査対象物面に、長手方向、横方向、正面方向、または斜め方向角度のうちの１つで結合する。場合によって、バンクに含まれるトランスデューサは、検査範囲を最大にするために正逆の時計方向の回転方向のいずれかで対向するように相補的に方向付けされる。

Ｗａｌｔｅｒｓの教示は前述した背景技術の欠点の多くを克服しているが、簡単かつ動的に設定される、様々な入射検査角およびプローブバンクの焦点深度を提供していない。さらに、当業者が容易に理解できるように、アナログトランスデューサ信号のためのスリップリング接続の使用は、信号ノイズ、帯域幅の制限、信号接続数の制限に関連した問題を生じる。

したがって、先行技術の調査をまとめると、従来の超音波検査システムおよびフェイズドアレイ検査対象物回転検査システムは、いずれも検査の質、生産性、費用効果に関して制限がある。

フェイズドアレイ技術は、検査対象物の全範囲検査を行う最新式の検査方法である。したがって、この技術を回転ヘッド検査システムに適用することは有利であり、従来の検査対象物回転システムおよび回転一定入射角プローブ検査システムに関連した前述の欠点なく、より高い解像度および処理量の検査を行うことができるという利点がある。

前記背景技術を考慮すると、注目される欠点により効果的に対処する解決法があれば、より効率的で信頼性があり費用効果の高い検査システムを必要とする人は非常に助かるだろう。この解決法を達成するのに必要な特定の改良は、検査対象物および検査システムの両方に関する移動制御要件を単純化し、システムに必要な床面積を減らし、細長の検査対象物の様々な大きさに容易に適合可能で、様々な検査プローブ入射角および焦点深度を可能にする手段を提供することにより最適な検査性能を達成することに関する。

米国特許第７，２９３，４６１号 米国特許第５，００７，２９１号

本明細書に開示された発明は、フェイズドアレイ検査システムに関連するコスト、生産性および性能に関する問題を解決することを目的とする。特に、本発明は、少なくとも１つのフェイズドアレイプローブを回転させ、大きな物体を検査するときに特に問題となる、検査対象物を回転させる必要をなくすことにより検査対象物を検査するためのシステムに関する。

したがって、本開示の全般の目的は、検査対象物を長手方向に供給するときに、検査対象物の周りを囲むように移動する１つまたは複数のフェイズドアレイ回転検査ヘッドを使用する回転フェイズドアレイ検査システムを提供することである。

本開示のさらなる目的は、プローブに近接させて回転検査ヘッドに直接搭載可能な、小型の頑強なデータ取得ユニット（ＤＡＵ）を使用することである。

本開示のさらなる目的は、取得データをデータ取得ユニットから、外部専用アプリケーションに送信する無線データ送信技術の利点を使用することである。外部専用アプリケーションは、信号データを処理し、検査ディスプレイを構築し、結果を提示し、欠陥が生じた場合にアラーム事象を管理することができる。

本開示のさらに別の目的は、電子スキャニングおよび音響ビームの操作により、壁厚さ測定、および長手方向、横方向、斜め方向および層の欠陥の検出を含む、フェイズドアレイ技術により提供される、精度と汎用性の高い検査を行うことができることである。

本開示のさらに別の目的は、回転部の定置源または局所源により、回転フェイズドアレイ検査システムの回転部に電気、カプラント流体、および加圧空気を供給することである。

本開示のこれらおよびその他の目的は、細長の検査対象物の非破壊検査を行う検査システムにより実現することができる。この検査システムは、長手方向搬送路に沿って検査対象物を搬送するための検査対象物コンベヤと、フェイズドアレイプローブを備え、検査対象物に信号を誘発して検査対象物から反射されたエコーを検知するように構成されたプローブアセンブリと、プローブアセンブリを移動可能に支持して検査対象物周りの周方向経路上で移動させるように構成されたプローブアセンブリコンベヤと、検査対象物コンベヤおよびプローブアセンブリコンベヤに結合され、フェイズドアレイプローブによるフェイズドアレイプローブからのデータ取得を可能にするように構成されるのと同時に検査対象物が長手方向路に沿って移動し、フェイズドアレイプローブが周方向路上を移動する制御システムとを備える。検査システムは、異なる型のフェイズドアレイプローブを備えて、異なる方向に延びる検査対象物の欠陥や割れの検出を最適化する。さらに、同じ型のフェイズドアレイプローブを互いに周方向に並置することができる。プローブアセンブリコンベヤは、第２の回転軸受構造体を回転可能に支持する第１の定置軸受構造体を備え、第２の軸受体はプローブアセンブリを支持するように構成される。

オプションとして４つのＰＡプローブヘッドユニットが使用された、開示されている回転フェイズドアレイシステムの好ましい実施形態を示す概略図である。 ４つの検査プローブヘッドユニットのうちの１つを示し、このユニットの要素を他の検査プローブヘッドユニットに適用することができる様子を示す図である。 検査対象物の検査の開始位置を回転ＰＡヘッドユニットが通過する様子を示す図である。 検査対象物の検査の終了位置を回転ＰＡヘッドユニットが通過する様子を示す図である。 開示されている回転ＰＡ検査システムを使用する検査対象物検査の開始前の、通常の動作ステップを示すフローチャートである。 開示されている回転ＰＡ検査システムを使用する検査を行う際に使用される動作ステップを示すフローチャートである。 開示されている回転ＰＡ検査システムを使用する検査中の、詳細なスキャニングプロセスを示すフローチャートである。 回転駆動アセンブリと、プローブヘッドユニットに対する電気、カプラント、および空気供給源を提供する回転結合リングとを示す概略図である。 定置フレームに取り付けられた一側（前）および回転フェイズドアレイ検査システムの回転板に取り付けられた他側（後）にある結合リングの立面図である。 図７ｂに示す結合リングの内側の小部分の横断面図および拡大詳細図であり、空気、カプラント、および配線の供給チャネルを示す図である。 ＰＡビームが、検査対象物の外形を覆うＰＡヘッドユニットのＰＡプローブ開口から発射される様子を示す図である。 ８つの開口を持つ１つのＰＡプローブを使用する回転フェイズドアレイ検査システムにより製造された螺旋状スキャンパターンを示す図である。 １８０度離れて配置された８開口プローブを２本使用する回転フェイズドアレイ検査システムにより製造された、インターレース螺旋状スキャンパターンを示す図である。 定置カプラント注水システムを使用する代替実施形態の斜視図である。 定置カプラント注水システムを使用する代替実施形態の平面図である。 細長の検査対象物の長手方向軸に沿った複数の（例示した件では２つの）回転ＰＡプローブアセンブリと、検査対象物の軸方向に回転ＰＡプローブアセンブリを再配置するのに使用される搬送機構とを使用する代替実施形態を示す図である。 最適な回転安定性を得るために回転ＰＡプローブアセンブリの質量中心を調整するのに使用可能な光学装置と、検査対象物上の周方向および軸方向位置に対するプローブ検査測定の位置を追跡するための平面ボールトラッキング装置とを示す図である。

「パイプ」、「チューブ」、「バー」等の用語は例示的に「検査対象物」として使用されるため、本開示において交換可能に使用される点に注目すべきである。さらに、「水」および「カプラント」、ならびに「空気」および「ガス」も、本明細書中で交換可能に使用される。

さらに、本明細書中で参照符号を示す際に、接尾文字のない数字は、接尾文字のある同じ数字が記載された図面中のすべての要素を示す点に注目すべきである。例えば、図１、２ａに示す「プローブヘッドユニット」１０１は、図１の「プローブヘッドユニット」１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄを示す。さらに、図１、２に示すＰＡプローブヘッドユニット１０１に対して使用された参照符号は、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄには示されていないが、あるものとする。

以下の説明で使用される項目は、説明をより系統立てて理解しやすくするためのものであることを理解すべきである。しかし、項目中の説明内容の範囲を限定して解釈すべきでなく、項目にかかわらず、説明の内容を完全に解釈すべきである。
回転ＰＡプローブシステム

図１、２、７ａ、７ｂ、７ｃを参照すると、開示されている回転ＰＡプローブシステムの好ましい実施形態は、
ａ． 回転プローブヘッドユニット１０１により囲まれた検査検査ゾーンを通して検査対象物１１０を長手方向に供給するコンベヤ１００４（図１０）と、
ｂ． 少なくとも１つの回転プローブアセンブリとを備え、プローブアセンブリはさらに、
ｉ． 回転板１０８に周方向に配置され、各々が１つまたは複数のフェイズドアレイプローブ１０３を備えた１つまたは複数の検査プローブヘッドユニット１０１であって、フェイズドアレイプローブ１０３が、検査対象物の長手方向軸に平行なプローブの能動軸が取り付けられた直線アレイプローブであることが好ましい、検査プローブヘッドユニット１０１と、
ｉｉ． プローブセンサを結合および分離するために、検査対象物面に対してフェイズドアレイプローブを適応して位置決めするように動作可能な、好ましくは空気型のプローブユニットポジショナ１０６（図２）と、
ｉｉｉ． 圧縮空気、プローブカプラント、および電子結合リング７００（図１、７ａ、７ｂ、７ｃ）と、水等の超音波結合媒体を、プローブヘッド１０３の面と検査対象物との間に通常配置される水のくさび（water wedge）に提供し、プローブ動作のための空気圧シリンダや電源を操作するために圧縮空気を提供する作動源分配器１２５と、
ｉｖ． 各プローブヘッドユニット１０１に動作可能に接続された回転板１０８上に取り付けられた１つまたは複数のデータ取得ユニット１０２であって、プローブセンサからデータを取得して処理し、無線トランシーバ１２６によりユーザ操作ステーション１２０と通信することを目的とするデータ取得ユニット１０２と、
ｖ． 回転板１０８を軸受７０３上で所定の速度（ＲＰＭ）で回転させる回転ドライブ７０２または７０４（図７）と、
ｖｉ． 回転板１０８の周方向位置を、０度の１２時の位置等の公知の基準に対して決定するための周方向センサ７０８とを備え、
ｃ． さらに、ユーザインターフェース１２４と、無線インターフェース１２３と、アラーム事象検出、コンベヤ１１０４の操作を含む回転プローブアセンブリ１００の制御／監視、および取得した検査データを、検査測定を行った検査対象物の表面位置に関連付けるデータ処理のためのコンピュータプログラム１２２とを備えたユーザ操作ステーション１２０とを備えた装置である。

コンベヤ１００４（図１０）は、少なくとも２つの搬送部材を備え、一方は「能動」ローラ装置１００４ａまたは１００４ｃであり、検査対象物に駆動力を加えて軸方向に移動させる。他のオプションの搬送部材、例えば１００４ｂは、能動ローラ装置または「受動」ローラ装置であり、検査対象物１１０を支持して方向誘導するのみである。搬送部材は搬送方向を調節するよう移動可能であり、または搬送路から取り外される。

図１の各ＤＡＵ１０２はそれぞれ、検査信号を対応するＰＡプローブ１０３から集め、無線接続１２１を介してデータをコンピュータプログラム１２２に送信する。好ましくは、ＤＡＵ１０２は、操作ステーション１２０からのコマンドを受けて、所定の焦点基準（focal law）に従ってさらに発射コマンドをＰＡプローブ１０３に適用することができるように構成される。また、ＤＡＵ１０２は、検査信号を取得し、検査対象物１１０の対応する形状位置に合わせたＡ−スキャンデータを生成することができる。また、ＤＡＵ１０２は、オプションとして所定の閾値および／またはゲートに基づくアラーム信号を供給するように構成される。ＤＡＵ１０２で直接行われる所望のレベルの搭載データ処理により、無線トランシーバ１２６を介したリアルタイムデータ送信の要求が減るという利点が得られる。

無線データインターフェース１２３を設けて、すべてのＤＡＵ１０２と回転ＰＡシステム１の動作とを同時に管理する。

また、ＤＡＵ１０２は、図７ｂ、７ｃに関連して後述するスリップリングインターフェース７０５により、操作ステーション１２０からＤＡＵ１０２に供給される操作制御情報のみを持つトランスミッタを使用することができる点に注目すべきである。

ＤＡＵ１０２の管理には、ＤＡＵへの適切な検査パラメータ（プローブ入射結合角等）の供給、各ＤＡＵからのデータ収集、表示画面への検査結果の再構築、および欠陥検出時のアラーム事象の発信が含まれる。

次に図２を参照すると、各プローブヘッドユニット１０１がさらに、プローブホルダ１０４と、取付け板１０７を介して空気ポジショナ１０６に設置された取付けヨーク１０５とを備える。回転板１０８は、プローブヘッドユニット１０１に、好ましくは一定速度で０度から３６０度までの連続した完全な回転移動を与える。

続けて図２を参照すると、プローブホルダ１０４は取付けヨーク１０５により空気ポジショナ１０６に結合される。空気ポジショナ１０６の作動（開放）により、検査開始時にプローブホルダ１０４が押されて検査対象物面に結合する。逆に、空気ユニット１０６の停止（閉鎖）により、検査終了時にプローブホルダ１０４が検査対象物面から後退する。

プローブホルダ１０４により、ＰＡプローブ１０３を、検査対象物面および検査対象物長さ（プローブ高さ、プローブ角度）に対して正確に位置決めして設置することができる。好ましい実施形態では、当業者に公知のカーバイドにより、プローブホルダ１０４を検査対象物面１１０上に確実に接触させる。プローブホルダ１０４は、工業環境での使用に適した必要な摩耗保護を有して設計される。プローブホルダ１０４は、取付けヨーク１０５に設置されて、検査中の検査対象物の不規則性に合わせた必要な自由度を提供する。

続けて図２を参照すると、各プローブヘッドユニット１０１は、検査対象物面から所定の距離にプローブホルダ１０４を事前調節することのできる機構を備える。したがって、閉鎖距離（検査対象物１１０の到達時におけるＰＡプローブ１０３の検知面と検査対象物１１０の対向面との距離）は、検査する検査対象物のどのような直径に対しても一定であることが好ましい。オプションとして、空気シリンダユニット１０６がその変位ストロークの終端にあるときに加えられるばね効果により、さらに位置の自由度が提供される。この自由度により、回転ＰＡプローブアセンブリを非円筒形の偏心検査対象物１１０とともに使用することができる。さらに、空気ポジショナ１０６により提供される自由度が不十分なときに、代わりの半径方向プローブポジショナ（図示せず）を使用することができる。場合によって、検査対象物１１０が非円周で偏心しているという変化は、プローブ変位機構が検査測定のための適切な位置に入る時間を見越して、事前に監視される。

回転ＰＡヘッドを検査対象物に係合させるために、ＰＡプローブ位置決めおよび調節のための多くの既存の方法および設計の多くを本発明に組み込むことができ、これによる実施形態が本発明の範囲に含まれることを理解すべきである。

図２に示すように、カプラント注水ホース７０７ａの一端がＰＡプローブ１０３に取り付けられる。チューブ７０７ａの他端が、図１に示すように、動作源分配器１２５に取り付けられ、カプラントを定置出口７０７_ｏｕｔ（図７ｂ）から外に供給するのを管理する。

水のくさびを使用すること、および実質的なカプラントの層流を水のくさびの外面と検査対象物１１０の対向面との間の領域に適用すること等の既存の方法を本開示で使用して、これによる実施形態が本発明の範囲内に含まれることが好ましい。

同様に図２に示すように、圧縮空気ホース７０６ａの一端が空気ポジショナ１０６に取り付けられる。ホース７０６ａの他端が、図１に示すように、動作源分配器に取り付けられ、定置出口７０６_ｏｕｔからの空気供給を管理する（図７ｂ）。

各ＰＡプローブ１０３およびプローブホルダ１０４を、長手方向、横方向または斜め方向の割れ、層の欠陥、穿孔孔（貫通孔）、および壁厚さの変動の検出を含む特定の検査作業に合わせて選択または位置決めすることができる。例えば、長手方向の欠陥の検出には、ＰＡプローブ１０３のＰＡ受動方向と検査対象物面との間に通常１７度の角度でＰＡプローブ１０３を設置する必要がある。横方向の欠陥の検出には、能動方向および受動方向の両方で検査対象物面に平行なＰＡプローブ１０３を設置する必要があり、かつ音響ビームの所望の角度を生成するためにデータ取得ユニット１０２が焦点基準を提供する。斜め方向の欠陥の検出には、ＰＡプローブ１０３の角度位置決めとビームの操作との組み合わせが必要である。

次に図３ａを参照すると、検査対象物の進入ヘッド（先端）３５０ａ上でのＰＡプローブ１０３の正確な位置決めにより検査が開始する。この位置決めは、ＰＡプローブ１０３の検知位置と初期検査対象物の軸方向先端との間の最小距離を提供することを目的としている。この距離は検査のデッドゾーン３６０を定義し、通常は最小でなければならない。

空気シリンダ１０６（図２）の作動および停止を少なくとも１つの検査対象物有無検出器１６０により制御する。この対象物有無検出器１６０は、ＰＡプローブ１０３付近で移動する検査対象物１１０の有無を検出する。空気シリンダを作動／停止させる正確な時点は、物体センサ１６０とＰＡプローブ１０３との距離およびＰＡプローブ１０３の長さを考慮に入れる。検査対象物（図３ａの３５０ａ）のヘッドおよび検査対象物の終端（図３ｂの３５０ｂ）で、ＰＡプローブ１０３の長さにより、検査対象物有無検出器１６０とＰＡプローブとの距離がわずかに異なる（それぞれＤｉｎ、Ｄｏｕｔ）。

続けて図３ａ、３ｂを参照すると、軸方向両端部のデッドゾーン３６０を除いて、検査対象物の長さの１００％を検査するために、ＰＡビームの幅により以下の操作手順を使用する。検査対象物検査プローブアセンブリのための通常のデッドゾーンは、ほとんどのタイプの欠陥について約５mmまたは１０mmとすることができる。ＰＡプローブヘッドユニット１０１の回転移動および検査対象物１１０の直線移動により、ＰＡプローブ１０３は検査対象物１１０の周りの螺旋路をたどる。検査対象物のヘッドおよび終端で、検査対象物が停止して検査対象物の各軸方向端部のデッドゾーンを最小にするときにＰＡプローブ１０３が連続して回転する。

回転板１０８の回転速度、検査対象物１１０の軸方向走行速度、およびＰＡプローブ１０３の範囲は、ＰＡプローブ１０３およびＤＡＵ１０２の特定の設定の最大パルス繰返し頻度と取得率とに応じて特に定義される。最高線速度および回転速度は、専用のコンピュータプログラム１２２により計算され設定されることにより、検査対象物１１０端部のデッドゾーン３６０を除く検査対象物１１０の全長の検査が確実に行われる。
開示されている回転ＰＡシステムを使用する検査手順

次に図４を参照する。図４は、本開示によるフェイズドアレイ回転ヘッド検査システム１のための検査設定プロセスを示す。ステップ２０１では、システム１が、特定の検査セッションのために与えられた初期値によって、検査セッションのための「フェイズドアレイプローブパラメータ」を調節する。初期値は、操作者による入力および／または自動プローブ認識等のソースの組み合わせによって得られる。初期値は、検査対象物の直径、長さ、アラームゲート、発射順の焦点基準シーケンスおよび焦点基準遅延の設定、ならびにすべての焦点基準のための均一で整合のとれた信号の較正を含む。これらのパラメータは、専用のコンピュータプログラム１２２を介してデータ取得ユニット１０２に送られる。ステップ２０２では、システム１が「システムパラメータ」を設定する。主なシステムパラメータには、最高回転速度、最高線速度、検査対象物の直径、螺旋状スキャンピッチ、周方向解像度、および軸方向解像度がある。システムパラメータは、後述する式１、２、３による検査セッションに先立って計算される。これらのパラメータがすべて設定されると、システム１は、ステップ２０３の検査シーケンスを開始する準備が整う。

図５に移り、回転ＰＡプローブシステム１を使用する検査対象物検査の検査シーケンスについて説明する。検査はステップ３０１から始まり、２０１、２０２で述べた情報を持つ専用のコンピュータプログラム１２２に、事前に構成された設定を読み込む。ステップ３１５では、検査に必要な回転速度に達するために回転板１０８が回転を始める。ステップ３０３では、目標回転速度に達し、検査対象物１１０がセンサ１６０により検出されて回転ＰＡアセンブリ１００に入ると、ステップ３０４で検査対象物１１０が軸方向に減速し、検査対象物のヘッド（図３ａの３５０）がＰＡプローブ１０３の下に来たときに停止する。ステップ３０６では、図１、７ｂ、７ｃの７０７_ｏｕｔ（あるいは図９ａ、９ｂの９００）から供給されるカプラント注水が、ＰＡプローブ１０３の作動に備えて、かつ作動中に検査対象物面に注水される。このとき、システムはスキャニングおよびデータ取得ステップ６００で検査データ取得を開始する準備ができている。これについては、図６に詳細に示す。

図６では、検査対象物のヘッドを完全に検査するために、通常、検査対象物のスキャニングは、検査対象物が直線移動することなく、プローブヘッドユニット１０１が少なくとも１または２回転することにより開始される（ステップ３０７）。次にステップ３０８では、検査対象物の線速度が公称速度に達するまで増加する。ステップ３０９では、検査対象物がその終端まで並進し、物体有無検出器１６０により検出される。このとき、検査対象物は減速して（ステップ３１０）、ＰＡプローブ１０３下の検査対象物の終端で停止する（ステップ３１１）。通常、検査対象物の終端を完全に検査するために、検査対象物が直線移動することなく、プローブユニット１０１が完全に少なくとも１または２回転する（ステップ３１２）。次にＰＡプローブ１０３が停止して、通常、図５のステップ３１３で注水が停止する。

ステップ６００（ステップ３０７からステップ３１２）に記載されたスキャニング手順中、ＰＡプローブ１０３は脈動して受信し、ＤＡＵ１０２は検査信号を取得する。ＤＡＵ１０２は、無線結合１２１、１２６を介して専用のコンピュータプログラム１２２にデータを送信する（ステップ３３０）。欠陥を検出すると、通常、選択したアラーム構成に応じて、ＤＡＵ１０２または専用のコンピュータプログラム１２２によりリアルタイムでアラームが発せられる（ステップ３３１）。

図５に戻り、このとき、検査対象物の検査が完了して検査対象物が検査対象物コンベヤ１００４により回転ＰＡヘッド検査システム１から取り外される（ステップ３１３）。回転ＰＡ検査システム１が停止して、次の検査対象物の検査を開始する準備ができる（ステップ３１７）。

回転ＰＡヘッドユニットが回転を停止することはなく、コンベヤがパイプ１１０の投入、移送、および取外しを行うことが本開示の範囲に含まれることを理解すべきである。物体有無検出器１６０は各パイプの初めと終わりをそれぞれ記録して検出し、回転ＰＡシステム１は連続してスキャンを行い、各パイプに対応するデータを記録する。物体検知機能をＰＡ検査機能に組み込んでもよい点に注目すべきである。
カプラント、圧縮空気および電気結合リング

本開示の別の重要な新規の態様では、加圧空気、カプラント流体、電気の定置供給源を回転板１０８上に配置されたプローブユニット１０１に結合する作動リソース結合リング７００（図１の７ａ、ｂ、ｃ）を使用する。

次に図７ａを参照すると、回転板１０８が、支持フレーム７０１に取り付けられてダイレクトドライブ７０４またはベルトドライブ７０２により回転推進される軸受７０３に取り付けられる。回転板１０８の周方向位置は、好ましくは光学エンコーダである周方向センサ７０８により決定される。

図１、７ａ、７ｂ、７ｃには、加圧空気、その他の適切なガス供給源７０６ｓおよび空気供給インターフェース７０６、加圧カプラント源７０７ｓおよびカプラント供給インターフェース７０７、電気／信号源７０５ｓ、ならびにスリップリングインターフェース７０５も示される。加圧空気源７０６ｓは、空気シリンダ１０６を操作するために設けられる。加圧カプラント源７０７ｓによりカプラントを供給してプローブ１０３に注水する。電気／電子接続７０５ｓにより、回転板１０８に対して電力およびその他の電気接続がなされる。

図１で前述したように、空気源、プローブカプラント、および電子結合リング７００を使用して、圧縮空気７０６ｓ、プローブカプラント７０７ｓ、および電子作動源７０５ｓの定置供給を回転プローブヘッドユニット１０１に対して行う。結合リング７００は、オプションとして軸受７０３に取り付けられるか、軸受７０３の一体部分として構築される。

次に図７ｂ、７ｃを参照すると、結合リング７００はさらに、複数の導管に区画された中空円形チャンバを備え、各導管は閉鎖され密閉されて、圧縮空気、カプラント、あるいは電力または信号のいずれかである特定の種類の作動源を収容する。結合リング７００は定置部７００−ｓを有し、それは図７ｂの７００の頂部として示される。この定置部７００−ｓは、軸受７０３に取り付けられ、軸受７０３はさらに支持フレーム７０１に取り付けられる（図７ａ）。結合リング７００はさらに、回転部７００−ｒを備え、この回転部７００−ｒは自由に回転し、図７ｂの７００の後部に示される。

加圧空気源は、空気インターフェース７０６に供給され、その出力は定置部７００−ｓの取入れ孔７０６_ｉｎに供給される。空気取入れ孔７０６_ｉｎは、結合リング７００内の周方向空気導管７０６ _{ｃｏｎｄｕｉｔ}と位置合わせされ（図７ｃ）結合リング７００内で加圧空気が回転部７００−ｒの各出力孔７０６_ｏｕｔを通して回転板１０８上の空気シリンダ１０６に供給される。

同様に、カプラント源７０７ｓがカプラントインターフェース７０７に供給され、その出力は定置部７００−ｓの取入れ孔７０７_ｉｎに供給される。カプラント取入れ孔７０７_ｉｎは、結合リング７００内の周方向カプラント導管７０７_{ｃｏｎｄｕｉｔ}と位置合わせされる。液体カプラントが、回転部７００−ｒの出力孔７０７_ｏｕｔを通して回転板１０８上のＰＡプローブヘッドユニット１０１に供給される。

図示しないシールまたはガスケットが、空気導管７０６_{ｃｏｎｄｕｉｔ}とカプラント導管７０７_{ｃｏｎｄｕｉｔ}とに関連した対向する定置周方向壁と回転周方向壁との間に配置される点に注目すべきである。このシールを使用して、各導管内の加圧空気およびカプラントを維持する。

回転導管７００ｒ上の圧縮空気は、さらに７０６_ｏｕｔを介して作動源分配器１２５（図１に示す）に送られ、図１に示すホース７０６ａ、ｂ、ｃ、ｄを介して各プローブヘッドユニット１０１にさらに分配される。同様に、回転導管７００ｒ上のカプラントは７０７_ｏｕｔを介して作動源分配器１２５（図１に示す）に送られ、図１に示すホース７０６ａ、ｂ、ｃ、ｄを介して各プローブヘッドユニット１０１にさらに分配される。

図７ｂ、７ｃを続けて参照すると、図７ｃのスリップリングキャビティ７１０は、オプションとして、定置部７００−ｓ上に周方向に配置された導体７１４ａ−ｄと回転部７００−ｒ上のばね式の導電接点７１５ａ−ｄとを備える。電線が、ばね式接点７１５ａ−ｄの端子に各々取り付けられて、図１の回転板１０８上の装置に接続する。電気接続部７０５ｓが、スリップリングインターフェース７０５の定置導体７１４ａ−ｄ用に設けられた端子に取り付けられる。

スリップリング導体７１４ａ−ｄ、７１５ａ−ｄを回転部７００−ｒと定置部７００−ｓの代わりに配置して、同じ目的を達成することができる点に注目すべきである。図示しないが、好ましくは、作動源分配器１２５により提供される配線により、スリップリング導体７１５ａ−ｄがプローブヘッドユニット１０１に接続され、あるいは、プローブヘッドユニット１０１に近接した回転部７００−ｒ上の別の位置で接続される点に注目すべきである。
スキャン解像度および製造処理量速度

図８ａを参照すると、ユニット周方向走行距離Δｙおよびユニット軸方向距離（Ｌ_{ｐｒｏｂｅ}＋Δ１）により区切られたユニットスキャン領域８０２が、拡大され分析される。

図８ａに示すように、例示のフェイズドアレイプローブ１０３は合計ｎ個の開口１０３ａｐ−ａ〜１０３ａｐ−ｎを有する。各開口は、通常ｋ個の要素を有する。例えば、「１６／１２８」フェイズドアレイプローブは、計１２８個の要素を構成する８個の１６要素開口を有する。図８ａに示すように、各開口が８要素１０３ａ−ｅ_１、…、１０３ａ−ｅ_８を有し、つまり、この例示した場合ではｋ＝８である。

開口１０３ａｐ−ａ、Ｓａの焦点は、開口１０３ａｐ−ａ内の８要素が所定の焦点基準に適用されるとパルス受信測定周期を受ける。スキャン周期期間Δｔに、焦点を合わせた測定周期を開口焦点Ｓａ〜Ｓｎに連続して適用することにより、完全な線形スキャンが行われる。ユニットスキャン領域８０２に示されるユニットパイプ外形走行距離８０１は、ＰＡプローブ１０３が周方向距離Δｙを回転しながら、各開口（Ｓ_ａ〜Ｓ_ｎ）により行われる測定により構成される。１回の線形スキャン周期（Δｔ）中の検査対象物１１０の軸方向移動はΔ１である。

以下の説明は１００％全域のスキャンを行う方法およびスキャン解像度の調節方法について述べたものである。図８ａを参照し、関連するパラメータの定義は以下のとおりである。
ａ）Ｌ_{ｐｒｏｂｅ}は、ＰＡプローブ開口の径間、すなわち第１の開口１０３ａｐ−ａ内の所与の要素位置と最後の開口１０３ａｐ−ｎ内の各要素位置との間の距離である。
ｂ）スキャン周期時間Δｔは、開口１０３ａｐ−ａのパルス受信周期の開始時に始まり、開口１０３ａｐ−ｎのパルス受信周期の完了時に終わる。Δｔ^−ｌはプローブの「パルス繰返し頻度」である。
ｃ）Ｖ_ｐｉｐｅは、パイプ１１０が供給される（軸方向に走行する）速度である。
ｄ）Δ１は、パイプがΔｔ中に走行する軸方向距離である。
ｅ）ｒｐｍは、回転板１０８の回転速度である。
ｆ）Ｔは、プローブがパイプ１１０の周りを３６０度回転するのにかかる時間であり、ｒｐｍ^−１である。
ｇ）Ｖ_{ａｐｅｒｔｕｒｅ}は、各開口スキャン周期のＰＡプローブヘッドの速度である。
ｈ）Ｖ_{ｒｏｔａｔｅ}は、回転板１０８の角速度である。
ｉ）ｎは、各ＰＡプローブ１０３の開口の数である。
ｊ）ｍは、回転板１０８のプローブの総数である。
ｋ）Δｙは、ユニット周方向スキャン解像度である。

パイプ領域の１００％を確実にスキャンするために、以下の式１に従う必要がある。スキャン解像度には限界があり、これは、軸方向速度Ｖ_ｐｉｐｅおよび回転速度Ｖ_{ｒｏｔａｔｅ}が一定のときに、一定のピッチで面測定が行われることを意味する点に注目すべきである。

式１

すなわち、製造速度は、主にプローブの数ｍおよび／または回転速度ｒｐｍにより決定される。

プローブが１つだけある場合、１００％のスキャン範囲を提供するために、パイプ走行速度は、１回転周期Ｔ中の１つのプローブ幅Ｌ_{ｐｒｏｂｅ}とする必要がある。パイプが１回転周期Ｔ中の１つのプローブ幅よりも早く軸方向に供給されると、スキャンされた領域にスキャンされない螺旋状の隙間が残る。

ユニット周方向距離により表される、周方向のスキャニング解像度Δｙは式２により決定される。

式２

すなわち、所与の線形スキャン速度Ｖ_{ａｐｅｒｔｕｒｅ}について、周方向スキャニング解像度は回転速度（ｒｐｍ）により決定される。速度が速いほど、解像度（Δｙ）は低くなる。周方向スキャニング解像度を、検査対象物１１０（Ｖ_ｐｉｐｅ）の所与の軸方向速度に対してより高速で維持するために、測定周期パルス繰返し頻度（ＰＲＦ）を上げることにより、Ｖ_{ａｐｅｒｔｕｒｅ}を比例して増加させなければならない。

式１、２にも見られるように、検査処理量は、プローブ、開口の総数、および回転速度ｒｐｍの関数である。

図８ａで、ユニットパイプ外形走行距離８０１は、プローブＬ_{ｐｒｏｂｅ}の幅にΔ１を加えたもの、つまりＶ_ｐｉｐｅ・Δｔであることにも注目すべきである。
１００％スキャン範囲の達成

前述の例示した場合では、１組の開口のみを有する１つのプローブ１０３ａのみを使用して、図８ａ、８ｂに関連して簡単なプローブスキャニングにより提供される螺旋状範囲について説明している。さらに、図８ｂ、８ｃにおける円筒形検査対象物１１０の全面を平面図形として示すことで、図示および説明を容易にしている。

図８ａに見られるように、ＰＡプローブ１０３ａの第１の開口は、要素１０３ａ−ｅ_１、１０３ａ−ｅ_８を備える。簡単にするために、例示の場合を図８ｂに示すのにプローブ１０３ａのみを使用する。通常の検査対象物周方向面を完全にカバーする検査対象物スキャニングプロセスは、図８ｂのスキャン領域１００１になる定置軸方向位置に検査対象物があるときに少なくとも１度、検査対象物１１０周りの公知の位置または速度でプローブ１０３ａを回転させることから始まることが好ましい。続けて図８ｂを参照すると、ＰＡプローブ１０３ａは、螺旋状検査ゾーンに入る前に、検査対象物１１０の軸方向移動を公知の速度にしながら、一定の回転速度を維持する。ＰＡプローブ１０３ａの螺旋状スキャン１００２は、点Ａ、Ｂにより示す０度の周方向位置から始まる。この第１の螺旋状スキャンは、点Ｄ、Ｅで示す３６０度の周方向位置で終わる。第２の螺旋状スキャンは、それぞれ点Ｂ、Ｆ、Ｅ、Ｇで各要素とともに同様に始まり終わる。螺旋状スキャンプロセスは、検査対象物の端部に達するまで続く。

本開示の検査システムは、通常、パイプまたはロッド等の検査対象物に使用される。これらの検査対象物は、インラインプロセス、すなわち、検査を含むプロセスステップの線状構成より製造される。したがって、製造プロセスの効率は、検査対象物の処理量に直接関連する。前述した実施形態により、検査対象物の周方向面の完全な検査範囲が提供されるが、検査対象物１１０の軸方向移動は検査開始時に一瞬停止してこれを達成しなければならない。処理量が最優先事項である場合、検査対象物１１０は連続して検査システムを通って入り軸方向に移動する。しかし、これは、検査対象物１１０の前端の小部分の検査範囲を不完全にすることで行われる。

図１に示すように、本開示の好ましい実施形態は、４本のＰＡプローブ１０３を使用する。前述した例示構成では、プローブが対で１８０度離れて配置される（すなわち１０３ａおよび１０３ｃ、１０３ｂおよび１０３ｄ）。第１の対（１０３ａ、１０３ｃ）を使用して、長手方向の壁厚さ測定に必要とされるような、第１の検査入射角による線形スキャンを行う。第２の対（１０３ｂ、１０３ｄ）を、横方向の欠陥検出に必要とされるような第２の検査入射角とともに使用する。プローブ１０３が使用可能ないずれの検査入射角を使用してもよい点に注目すべきである。

所与の検査入射角に使用するプローブ１０３の数が多いほど、十分な検査面解像度を維持したまま、検査対象物１１０の軸方向速度が速くなる。

本発明は、単一の回転板上の４つのＰＡプローブヘッドユニットを使用することに限定されないことを理解すべきである。回転板１０８上の０度および１８０度に位置する２つのＰＡプローブヘッドユニットを使用する構成、または０度、１２０度、２４０度に位置する３つのＰＡプローブヘッドユニットを持つ構成等の他の構成が可能である。１つのプローブヘッドユニットを、通常回転板上のプローブヘッドユニットに対向するカウンタウェイトとともに使用することもできることを理解すべきである。

次に図８ｃを参照すると、図１のプローブ対１０３ａ、１０３ｃを使用して達成可能なインターレースパターンが示される。これらのプローブの両方が同時に検査対象物の周りを３６０度回転するため、検査対象物１１０の軸方向速度は前記単一の回転プローブ１０３ａの軸方向速度の２倍となり、かつ同じ周方向スキャニング解像度を達成する。図８ｂ、８ｃを比較してわかるように、プローブ開口径間距離はそれぞれ３６０度および１８０度で向きを変える。したがって、同じ回転速度に対して、プローブ対１０３ａ、１０３ｃが同じ軸方向距離をカバーするのにかかる時間が半分となる。したがって、同じ入射検査角を共有する複数のプローブ１０３を使用することにより、周方向スキャニング解像度を低下させることなく、検査対象物の軸方向処理量がこれらのプローブの数に正比例して増加する手段を提供する。

以上の説明および図面が本発明の実施形態を開示することを理解すべきである。この開示の利点を前提として、当業者は種々の修正、代替構成、および等価物を使用して本発明の利点を達成することができることを理解すべきである。

本発明は、各データ取得ユニットに組み込まれた無線トランスミッタ／レシーバ１２６について説明しているが、各ＤＡＵ用の無線トランスミッタ／レシーバをＤＡＵに外付けしてもよいことを理解すべきである。また、すべてのデータ取得において、潜在的に回転ディスク上の単一の無線トランスミッタ／レシーバを共有してもよいことを理解すべきである。

また、好ましい実施形態は、各検査の初めと終わりに検査対象物を停止させて、検査対象物の端部での検査結果を最適化しているが、本発明はこれに関して限定されないことを理解すべきである。コンベヤ上での検査対象物の連続並進移動を本発明に適用してもよい。

本開示で説明した無線接続１２１は、限定されないが無線周波数、マイクロ波、音響、赤外線、およびその他の光学技術を含む多くの種類の送受信技術および通信プロトコルを使用して、定置ユーザ操作ステーション１２０と回転プローブアセンブリ１００との信号通信を達成する点に注目すべきである。さらに、インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）等の多くの標準または専用無線プロトコルを使用することができる。公開周波数帯域は待ち時間が遅いため、専用送信周波数帯域を使用することが好ましい点に注目すべきである。例えば、パソコンで使われる無線技術によって使用される従来の公開周波数帯域は、多数のユーザが同じ公開周波数帯域を競い合うため、ミリ秒の送受信待ち時間を有する。したがって、専用周波数帯域の待ち時間は、ユーザの数がはるかに少ないため、はるかに短くなる。

本開示の実施形態の説明では、フェイズドアレイ超音波プローブを使用して円筒形の検査対象物を検査する適用について説明したが、この適用に限定されない。実際に、様々な多要素プローブセンサアレイを使用して、本開示の利点を得ることができる。このようなプローブの例として、渦電流アレイ（ＥＣＡ）および音響プローブがある。本開示の教示を単一要素センサプローブに適用することができる点に注目すべきである。さらに、楕円形および多角形等の非円形の軸方向横断面を有する検査対象物を検査することもできる。
代替実施形態の詳細な説明

好ましい実施形態の以下の設計変更が本開示の範囲に含まれるものであることを、当業者は理解すべきである。以下の代替実施形態の詳細な説明は、好ましい実施形態と異なる実施形態の部分に焦点を当てて、好ましい実施形態を補うものとして解釈すべきである。
代替実施形態１

図１を参照すると、スリップリングインターフェース７０５（図７ａ、７ｂ）を介して供給される外部電源の代わりに、電力発電機／分配器１０９がオプションとして使用される。図１に示すように、駆動軸ギア１０９ａを図７ｃの軸受７０３のギア７１８に係合させた状態で回転板１０８に取り付けられた発電機１０９により、プローブアセンブリ１００を回転させるための発電を行う。発電機１０９に供給されたエネルギーが、回転ドライブ７０４または７０２により供給される回転運動エネルギーから引き出される。電気調整器／分配器１０９ｃは、電力を必要とする回転板１０８上の装置、例えばデータ取得ユニット（ＤＡＵ）１０２およびバッテリ１０９ｂとの使用に応じて、発電機１０９により供給された電気エネルギーを直流電圧または交流電圧（すなわちＤＣまたはＡＣ）に変換する。

バッテリ１０９ｂ用の充電／監視装置が電気調整器／分配器１０９ｃまたはバッテリ１０９ｂ内に配置される。さらに、バッテリ１０９ｂ（充電式または非充電式）をその電力を必要とするプローブヘッドユニット１０１に接続する手段を設けてあれば、発電機１０９または電気調整器／分配器１０９ｃを必要とせずにバッテリ１０９ｂを単独で使用することができる。複数のバッテリを使用してもよく、各々、電力を供給する装置に近接して配置されることが好ましい。

既存の発電機またはオルタネータを本発明で別の目的に使用して、開示されている回転ＰＡシステムの電源を提供することを理解すべきである。
代替実施形態２

好ましい実施形態について前述した方法で加圧空気を空気シリンダ１０６に供給する代わりに、搭載エアコンプレッサを回転板１０８上にオプションとして配置して使用することができる。

図１を参照すると、別の方法として、周囲空気がオプションとしてコンプレッサ１１２により圧縮されて、加圧空気源として作動源分配器１２５に供給される。コンプレッサ１１２を電動モータ、あるいは回転板１０８の機械エネルギーにより、発電機１０９について前述したのと同様の方法で駆動することができる。

さらに別の方法として、加圧容器１１３を使用して、コンプレッサ１１２が容器１１３を加圧することにより加圧空気を結合リング７００に供給することができるようにする。回転板１０８に加圧容器１１３のみを取り付けるだけで、加圧空気を作動源分配器１２５に供給することができる点に注目すべきである。この場合、回転板１０８が停止されるセッション中に定置コンプレッサを取り付けることにより、容器１１３が圧縮空気で満たされる。
代替実施形態３

図１、７ａ、７ｂ、７ｃに示す前述したカプラントリング７００およびカプラントインターフェース７０６を使用する代わりに、定置カプラント注水導管９００を図９ａ、９ｂに示す。この定置カプラント注水導管９００は、回転プローブアセンブリ１００の回転板１０８に対して一定の位置に取り付けられる。分散ノズル９０１ａ、９０１ｂ等が注水導管９００に周方向に取り付けられて、カプラント、好ましくは水の実質的な層流をプローブ１０３ａ、１０３ｂの検知面と各検査面９０２との間に供給する。

カプラント分散の例を、分散ノズル９０１ａ、９０１ｂに関して示す（図９ａ）。分散されたカプラント９０４ａ、９０４ｂを、好ましくは９０４の噴射方向に示す方向で結合領域９０２ａ、９０２ｂにそれぞれ加え、好ましくは検査対象物１１０の軸方向供給方向と板１０８の回転方向に対向させる。

分散ノズル９０１は、噴射するカプラント９０４に示す方向または一定のパターンに限定されない点に注目すべきである。実際に、分散方向およびパターンを手動または動的に調節して検査対象物１１０の面９０２上のカプラントの層流を最適化することができる。
代替実施形態４

図１０に示すように、代替実施形態は複数の平行な回転板を配置することを含み、各回転板にはＰＡプローブヘッドユニットが設置されている。複数の回転ＰＡアセンブリ１００ａ、１００ｂ等の配置は、検査中に検査対象物の線速度が増加することを考慮したものである。このような複数の回転板の各々が、長手方向および横方向の欠陥検査または厚さ測定等の、特定の検査作業用に配置された特定の種類のＰＡプローブを有することができる。

図１０を続けて参照すると、回転ＰＡプローブアセンブリ搬送台１００３を使用して、回転プローブアセンブリ１００ａ、１００ｂを検査対象物１１０の長さに沿って、同じ速度または異なる速度で軸方向に移送する。この機能により、検査対象物１１０の連続した軸方向移動を維持することができ、検査処理量を増加させることができる。搬送台１００３を垂直方向および横方向に調節して、検査対象物１１０の位置変動を補償することもできる。搬送台１００３を使用すると、異なる検査を適用した複数群の回転プローブアセンブリを自在に配置することにより、ＰＡ検査システム全体の汎用性のある設計が可能になる。

好ましい実施形態についての前述の説明では、検査対象物１１０を初めまたは終わりで停止させて、端部が１回または複数回スキャンされて、周方向面全体が図３に示すような完全な線形スキャンを確実に受けることが好ましいとしている。可動回転ＰＡアセンブリ（図１０に示す）を備えて配置されたこの代替実施形態によれば、検査対象物の初めと終わりに、１つの線形スキャン長さに対する検査対象物１１０と同じ速度および同じ軸方向で検査アセンブリ１００ａを移動させることによって、これらの相対動により検査対象物１１０の基本的な定置スキャンが行われ、図８ｂの囲まれた領域ＡＢＣＤに示す同じスキャン結果を生じる。これにより、コンベヤ１００４の停止をともなう複数の検査対象物の連続供給が可能になり、検査処理量が増加する。
代替実施形態５

図１１、１をまとめて参照すると、別の方法として、検査対象物１１０の外形に対するプローブ１０３の周方向および軸方向位置が、位置追跡装置１１０５により追跡される。この位置追跡装置１１０５は、ハウジング１１０４に取り付けられるか、あるいは取付けヨーク１０５（図２）または取付け板１０８上の他の適切な位置に組み込まれる。位置追跡装置１１０５は、検査対象物１１０の検査面に動作可能に結合される。装置１１０５からの信号がデータ取得ユニット（ＤＡＵ）１０２またはハウジング１１０４内の電子機器に供給されて、検査対象物１１０に対するプローブ１０３の周方向および軸方向位置の情報を、前記無線インターフェースまたはスリップリング接続によりユーザ操作ステーション１２０に送る。
代替実施形態６

図１１、１を続けて参照すると、オプションとして、プローブヘッドおよびその他の装置の非対称質量構成を持つ、回転板１０８の質量中心を調節する手段を提供する実施形態が図１１に示される。すなわち、質量調節装置１１００が、ＰＡプローブユニット１０１および位置追跡装置１１０５が配置される半径方向対向側よりも質量の小さい領域で回転板１０８上に配置される。１つまたは複数の重り１１０３が、調節ねじ１１０１の一定位置に配置される。重り１１０３の半径方向位置を手動または自動で調節して、回転板１０８の質量中心の位置を設定する。これは、フレーム７０１の２つの垂直支持部材の１つに配置された図７ａのバランスセンサ７１７によって、回転板１０８の重り側の公知の周方向位置で測定することにより達成される。

重量を４つの９０度の回転間隔で測定してから、最高重量を測定する位置まで回転板１０８を回転させることが好ましい。その後、ねじ１１０１を時計方向に、例えば、所定量回して重り１１０３を半径方向外側に変位させる。次に、バランスセンサ７１７が新しい重量を示した後、板１０８が回転されて、前述したように９０度間隔で再び重量が測定される。このプロセスは、重量測定変曲点が生じるまで、すなわち、センサ７１７が、例えば、測定された重量の減少を前の重量測定周期に対して示した後に、測定された重量の増加を示すまで連続して行われる。重量測定プロセスは、さらに、ねじ１３０１をより少なく調節して重量増加の変化を小さくすることにより１回または複数回連続して行われる。質量中心のバランスプロセスは、重り１１０３が良好に変位して、最後の重量測定変曲点が生じるときに終了する。

前記例示した質量中心のバランスプロセスは、当業者により様々な方法で実施することができる。
代替実施形態７

複数の回転プローブを、回転板１０８上の所与の周方向位置で長手方向に配置して、一斉に操作することができる。２本のプローブが、線形アレイ開口径間を互いに隣接させて、軸方向線に沿って配置されているとき、パイプは１回転周期時間Ｔの間に２本のプローブ長さを走行することができる。パイプが２Ｌ_{ｐｒｏｂｅ}／Ｔよりも速く軸方向に移動して供給される場合、スキャンされた領域にスキャンされていない螺旋状の隙間が残る。

したがって、同じタイプの欠陥または壁厚さの検査専用のｎ個のプローブが、軸方向線に沿って互いに隣接して配置されているときに、パイプは回転周期時間Ｔの間にｎ本のプローブ長さを走行することができる。

すなわち、１００％スキャン範囲を達成するために、パイプを供給する長手方向速度が以下の式３により制限される。ここで、ｍは軸方向に互いに隣接して配置されたプローブの総数である。

式３

図１０、１１に示す例示の螺旋状スキャンは、回転プローブアセンブリ１２０１を完全に定置の検査対象物１１０の軸方向長さに沿って移動させることによっても得られる。

本発明を特に例示した実施形態に関連して説明したが、他の多くの変更および改変、ならびに他の使用が当業者に明らかであろう。したがって、本発明は特定の開示によって限定されないことが好ましい。

１ 検査システム
１００ プローブアセンブリ
１０９ 発電機
１２０ ユーザ操作ステーション
１００４ 検査対象物コンベヤ
１０３ フェイズドアレイプローブ
１００ａ、１００ｂ、１２０１ プローブアセンブリ
１１０ 検査対象物
７００ カプラントリング
９００ カプラント注水導管

Claims (31)

1. 検査対象物の非破壊検査を行う検査システムであって、
   長手方向搬送路に沿って前記検査対象物を搬送するための検査対象物コンベヤと、
   少なくとも１つのプローブアセンブリであって、それ自体によって、前記検査対象物に誘発された信号を検知するように構成された少なくとも１つのフェイズドアレイプローブと、前記プローブアセンブリを移動可能に支持して前記検査対象物周りの周方向経路上を移動させるように構成されたプローブアセンブリコンベヤと、をさらに備えたプローブアセンブリと、
   前記プローブからデータを取得する前記プローブアセンブリコンベヤに配置される少なくとも１つのデータ取得ユニットであって、前記非破壊検査のための所定の焦点基準に従って前記プローブに発射コマンドを提供し、リアルタイムでのＡスキャンデータの生成を含む、データ処理の第１の部分を実施するデータ取得ユニットと、
   前記検査対象物コンベヤと、前記プローブアセンブリコンベヤおよび前記データ取得ユニットとに結合される制御およびデータ処理システムであって、前記データ取得ユニットにコマンドを送り、同時に前記検査対象物が前記長手方向路に沿って移動し、前記フェイズドアレイプローブが前記周方向経路上を移動する間に、前記データ取得ユニットから受け取ったデータの受け取りおよび提供する、データ処理の第２の部分の実施を可能にするように構成された制御およびデータ処理システムと、
   を備えた検査システム。
2. 前記プローブアセンブリが、前記プローブアセンブリコンベヤ上に互いに周方向に並置され、かつ、全体に長手方向路に延びる前記検査対象物の構造上の割れまたは欠陥の検知を最適化するように構成された、少なくとも２本の第１の型のフェイズドアレイプローブを備えることを特徴とする請求項１に記載の検査システム。
3. 前記プローブアセンブリが、前記プローブアセンブリコンベヤ上に互いに周方向に並置され、かつ、全体に長手方向路に対して斜めに延びる前記検査対象物の構造上の割れまたは欠陥の検知を最適化するように構成された、少なくとも２本の第２の型のフェイズドアレイプローブを備えることを特徴とする請求項１に記載の検査システム。
4. 前記プローブアセンブリが、
   少なくとも２本の第１の型のフェイズドアレイプローブと、
   少なくとも２本の第２の型のフェイズドアレイプローブと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の検査システム。
5. 前記検査対象物コンベヤが、前記長手方向路のほぼ全体を通して、前記長手方向搬送路に沿って公知の速度で前記検査対象物を搬送するように構成され制御されることを特徴とする請求項１に記載の検査システム。
6. 前記プローブアセンブリが、前記プローブアセンブリコンベヤ上に互いに長手方向に並置された、少なくとも２本のフェイズドアレイプローブを備えることを特徴とする請求項１に記載の検査システム。
7. 検査対象物の非破壊検査を行う検査システムであって、
   長手方向搬送路に沿って前記検査対象物を搬送するための検査対象物コンベヤと、
   少なくとも１つのプローブアセンブリであって、それ自体によって、前記検査対象物に誘発された信号を検知するように構成された少なくとも１つのフェイズドアレイプローブと、前記プローブアセンブリを移動可能に支持して前記検査対象物周りの周方向経路上を移動させるように構成されたプローブアセンブリコンベヤと、をさらに備えたプローブアセンブリと、
   前記プローブからデータを取得する前記プローブアセンブリコンベヤに配置される少なくとも１つのデータ取得ユニットであって、前記非破壊検査のための所定の焦点基準に応じて前記プローブに発射コマンドを提供し、リアルタイムでのＡ−スキャンを生成するステップを含む、データ処理の第１の部分を実施するデータ取得ユニットと、
   前記検査対象物コンベヤと、前記プローブアセンブリコンベヤおよび前記データ取得ユニットとに結合される制御およびデータ処理システムであって、同時に前記検査対象物が前記長手方向路に沿って移動し、前記フェイズドアレイプローブが前記周方向経路上を移動する間に、データ取得を可能するように構成された制御およびデータ処理システムと、
   を備え、
   前記プローブアセンブリコンベヤが、回転可能な第２の軸受構造体を回転可能に支持する定置の第１の軸受構造体を備え、前記第２の軸受構造体は前記プローブアセンブリを支持するように構成されることを特徴とする検査システム。
8. 前記第１の軸受構造体と前記第２の軸受構造体との間で電力と信号とを結合するための電気結合構造を備えることを特徴する請求項７に記載の検査システム。
9. 前記電気結合構造が、スリップリングキャビティを備えることを特徴とする請求項８に記載の検査システム。
10. カプラント流体を前記第１の軸受構造体から前記第２の軸受構造体に結合するためのカプラント注水装置と、前記少なくとも２本のフェイズドアレイプローブに隣接して配置されたカプラント流体分散剤と、を備えることを特徴とする請求項６に記載の検査システム。
11. 加圧ガスを前記第１の軸受構造体から前記第２の軸受構造体に結合するための加圧ガス装置と、前記少なくとも２本のフェイズドアレイプローブに隣接して配置された加圧ガス流体分散剤と、を備えることを特徴とする請求項６に記載の検査システム。
12. 加圧ガス装置と、前記少なくとも２本のフェイズドアレイプローブに隣接して配置された加圧ガス流体分散剤と、を備えることを特徴とする請求項６に記載の検査システム。
13. 前記プローブの周方向位置に関するデータを取得する少なくとも１つの周方向位置センサと、前記検査対象物の長手方向位置に関するデータを取得する少なくとも１つの長手方向位置センサと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の検査システム。
14. 前記データ処理の第１の部分が、前記プローブにより検知された信号に基づくリアルタイムのＡスキャンデータ、前記Ａスキャンデータが長手方向位置に関するデータ、および、周方向位置に関するデータとして前記データ取得ユニットによって生成されることを特徴とする請求項１３に記載の検査システム。
15. 検知された信号が前記Ａスキャンデータの欠陥を示すときを判定するための少なくとも１つ所定のゲートまたは閾値を備えることを特徴とする請求項１４に記載の検査システム。
16. 検出された前記欠陥の長手方向位置および周方向位置を提供するための警報および表示機構を備えることを特徴とする請求項１５に記載の検査システム。
17. 前記プローブアセンブリから処理コンピュータへデータ信号を無線通信するための無線システムを備えることを特徴とする請求項１に記載の検査システム。
18. 前記少なくとも１つのフェイズドアレイプローブが、前記検査対象物の長手方向位置を検知することを特徴とする請求項１に記載の検査システム。
19. 前記プローブアセンブリコンベヤが、前記長手方向路の周りの０°〜３６０°をほぼ含む角度範囲にわたる前記フェイズドアレイプローブの回転移動を可能にするように構成される、請求項１に記載の検査システム。
20. 前記プローブアセンブリコンベヤが、前記プローブアセンブリをほぼ一定の回転速度で前記長手方向路の周りを回転させるように構成されることを特徴とする請求項１１に記載の検査システム。
21. 前記プローブアセンブリコンベヤが、前記フェイズドアレイプローブと前記検査対象物との間に設けられた間隔を制御するように構成される位置調整器を備えることを特徴とする請求項１に記載の検査システム。
22. 前記検査対象物を回転させ、前記検査対象物の重心を調節するための機構を備えることを特著とする請求項１に記載の検査システム。
23. 前記プローブアセンブリコンベヤが、前記プローブアセンブリを、前記検査対象物と同じ軸方向速度で移動させて初めの検査対象物部を検査するために有効であることを特徴とする請求項１に記載の検査システム。
24. 前記カプラント分散剤が、前記フェイズドアレイプローブに結合された水のくさびの外面と前記検査対象物の対向面との間にカプラントの実質的な層流を生じさせるように構成されることを特徴とする請求項１０に記載の検査システム。
25. 前記制御システムが、前記検査対象物および前記フェイズドアレイプローブについて最高の線速度値および回転速度値を記憶するように構成されたコンピュータプログラムを備えることを特徴とする請求項１に記載の検査システム。
26. 前記フェイズドアレイプローブが音響トランスデューサを備えることを特徴とする請求項１に記載の検査システム。
27. 前記フェイズドアレイプローブが、前記検査対象物中の渦電流を誘発し検知するように構成された要素を備えることを特徴とする請求項１に記載の検査システム。
28. 前記プローブアセンブリコンベヤに取り付けられて、前記プローブアセンブリのための発電を行うように構成された発電機を備えることを特徴とする請求項１に記載の検査システム。
29. ａ）Ｌ_{ｐｒｏｂｅ}は、第１の開口（１０３ａｐ−ａ）内の所与の要素位置と最後の開口（１０３ａｐ−ｎ）内の各要素位置との間の距離であるプローブ開口径間として定義され、
    ｂ）Δｔは、スキャン周期時間として定義され、第１の開口（１０３ａｐ−ａ）のプローブのパルス受信周期の開始時に始まり、最後の開口（１０３ａｐ−ｎ）のパルス受信周期の完了時に終わり、
    ｃ）Ｖ_ｐｉｐｅは、一定で、前記検査対象物が供給される速度であり、
    ｄ）Δ１は、パイプがΔｔ中に走行する軸方向距離であり、
    ｅ）ｒｐｍは、前記回転プローブアセンブリコンベヤの回転速度であり、
    ｆ）Ｔは、プローブが前記検査対象物の周りを３６０度回転するのにかかる時間であり、ｒｐｍ^−１であり、
    ｇ）Ｖ_{ａｐｅｒｔｕｒｅ}は、一定で、各開口スキャン周期のプローブヘッドの速度であり、
    ｈ）Ｖ_{ｒｏｔａｔｅ}は、前記回転プローブアセンブリコンベヤの角速度であり、
    ｉ）ｎは、各ＰＡプローブの開口の数であり、
    ｊ）ｍは、前記プローブアセンブリコンベヤに配置されたプローブの総数であり、
    ｋ）Δｙは、ユニット周方向スキャン解像度であり、
    ここで、前記検査対象物コンベヤ、前記プローブアセンブリコンベヤ、およびプローブは、
    により操作されることを特徴とする請求項１に記載の検査システム。
30. Δｙは、
    ここで、Ｒは前記検査対象物の半径、
    により決定されることを特徴とする請求項２９に記載の検査システム。
31. 定置カプラント注水アセンブリをさらに備え、前記定置カプラント注水アセンブリが、前記検査対象物の面と前記検査対象物の面に対向する前記プローブの検査面との間にカプラントが層を形成するように、前記プローブの少なくとも１つのそれぞれにカプラントを噴射することを特徴とする請求項１に記載の検査システム。