JP6527444B2 - 超音波探傷装置 - Google Patents

Description

本発明は、車軸を超音波探傷する超音波探傷装置に関する。特に、本発明は、短時間で適正に校正可能な超音波探傷装置に関する。

従来、レール上を搬送される輪軸の車軸を所定の停止位置で探傷するために、超音波探傷装置が用いられている。超音波探傷装置は、超音波探傷装置が備える超音波探触子から車軸に対して超音波を送受信し、車軸に存在するきずからのエコーを検出して探傷するものである。超音波探傷装置は、例えば、超音波探傷装置に内蔵された校正片に対して超音波探触子から超音波を送受信し、その校正片からの底面エコーの強度が予め定めた一定値となるように探傷感度（エコー強度の増幅率）を調整することで校正される。校正片は、一般的に、探傷される車軸に比べて十分小さく、また、形状も車軸とは異なる円柱形状や直方体形状である場合が多い。このため、校正片を用いて校正した場合、実際の被探傷材である車軸に対して超音波を送受信した場合とは超音波の伝搬時間や伝搬経路が異なることになる。従って、車軸に対する探傷精度を高める上では、実際に探傷される車軸と同種の校正用サンプルを用いて校正する方が好ましいと考えられる。

実際に探傷される被探傷材と同様の校正用サンプルを用いて校正を行う超音波探傷装置として、例えば、特許文献１に記載の超音波探傷装置が提案されている。特許文献１に記載の超音波探傷装置は、搬送路で搬送される被探傷材としてのスパイラルパイプを探傷するものであり、搬送路外に配置された校正用スパイラルパイプを備えている。この特許文献１に記載の超音波探傷装置では、校正する際、搬送路から超音波探触子を上昇させ、超音波探触子を搬送路外に配置された校正用スパイラルパイプの位置まで水平に移動させ、さらに超音波探触子を下降させ、その校正用スパイラルパイプに対して超音波探触子で超音波を送受信して校正する。そして、校正後に、搬送路に超音波探触子を移動させて、スパイラルパイプを探傷する。このように、特許文献１に記載の超音波探傷装置は、校正の際、被探傷材であるスパイラルパイプと同様の大きさ、形状の校正用スパイラルパイプに対して超音波を送受信するため、超音波の伝搬時間や伝搬経路が被探傷材に対して超音波を送受信した場合と同様になり、適正な校正が期待できる。

しかしながら、特許文献１に記載の超音波探傷装置は、前述のように、校正する際、搬送路外の校正用スパイラルパイプが配置された位置まで超音波探触子を移動させる必要がある。このため、探触子を移動させるのに時間が掛かり、校正片を用いた場合に比べて、校正に要する時間が長くなるという問題がある。

特公昭６２−３６５３６号公報

本発明は、従来の超音波探傷装置における上記問題点に鑑み、短時間で適正に校正可能な超音波探傷装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明者らは、特許文献１のように超音波探触子を搬送路の外に移動させるのではなく、校正用サンプルとしての校正用車軸を用意し、校正の際に、この校正用車軸を搬送路に搬入して校正を行うことを検討した。しかしながら、搬送路外から校正用車軸を搬入すること自体に時間が掛かると共に、搬送路において超音波探触子から超音波を送受信可能な位置である所定の停止位置に校正用車軸を搬入するには、停止位置にある被探傷材である輪軸をよける必要がある。このため、校正片を用いて校正を行うのに比べ、適正な校正が可能であるものの、校正に要する時間が長くなる。
以上のことを踏まえて、本発明者らは、さらに検討し、本発明を完成した。

すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、水平に敷設されたレール上を搬送される輪軸の被探傷車軸を所定の停止位置で探傷する超音波探傷装置であって、前記輪軸の搬送を妨げない位置に配置され、前記停止位置で停止した輪軸の被探傷車軸に対して超音波を送受信可能な超音波探触子と、前記超音波探触子を上下方向に移動させる移動手段と、前記停止位置で停止する輪軸の上方又は下方であって前記輪軸の搬送を妨げない位置に配置された校正用車軸と、前記超音波探触子からの超音波の送受信と、前記移動手段の動作とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記被探傷車軸を探傷する際には、前記移動手段によって前記超音波探触子を前記被探傷車軸に対して超音波を送受信可能な位置に位置決めし、前記超音波探触子から前記被探傷車軸に対して超音波を送受信させ、前記校正用車軸を用いて校正する際には、前記移動手段によって前記超音波探触子を前記校正用車軸に対して超音波を送受信可能な位置に位置決めし、前記超音波探触子から前記校正用車軸に対して超音波を送受信させることを特徴とする超音波探傷装置を提供する。

本発明によれば、校正用車軸を用いて校正を行うため、実際に探傷される被探傷車軸と同様に車軸で校正を行うことになる。このため、校正の際に校正用車軸に対して送受信される超音波の伝搬時間や伝搬経路を、実際に探傷される被探傷車軸に対して送受信される超音波の伝搬時間や伝搬経路と同様にすることができ、適正な校正が可能である。

また、本発明によれば、校正用車軸は輪軸の上方又は下方であって輪軸の搬送を妨げない位置に配置されており、超音波探触子は輪軸の搬送を妨げない位置に配置され、移動手段により上下方向に移動可能である。そして、制御手段は、校正用車軸を用いて校正する際、移動手段によって超音波探触子を校正用車軸に対して超音波を送受信可能な位置に位置決めする。このため、校正の際には、超音波探触子を上下方向に移動させるのみでよいため、校正の際に超音波探触子を水平方向と上下方向の両方に移動させる必要がある特許文献１に記載の超音波探傷装置に比べ、校正時間を短縮可能である。また、校正用車軸をレール上に搬送したり、被探傷車軸をよける必要がないという点でも校正時間を短くすることが可能である。

好ましくは、前記超音波探触子は、前記被探傷車軸を探傷する際には、前記被探傷車軸の軸方向に沿うように位置決めされ、前記校正用車軸を用いて校正する際には、前記校正用車軸の軸方向に沿うように位置決めされる。

上記の好ましい構成によれば、中実の被探傷車軸及び校正用車軸に対し、軸端部から超音波を送受信可能である。また、被探傷車軸及び校正用車軸が中空の車軸（中ぐり車軸）である場合でも、超音波探触子を中空部に進退させることで、被探傷車軸及び校正用車軸に対し超音波を送受信可能である。

好ましくは、前記校正用車軸は、前記レールが敷設された床面に形成された凹所に設置される。

上記の好ましい構成によれば、レールが敷設された床面より下方に形成された凹所に校正用車軸が設置される。このため、床面を超えて校正用車軸が突出せず、例えばその凹所に蓋をすることで、床面を歩行する作業者が校正用車軸につまずいたりすることもない。また、凹所の蓋を超音波探触子の上下方向の移動を妨げない形状にすれば蓋を開けることなく校正できる。ただし、蓋が超音波探触子の上下方向の移動を妨げてしまうような形状でも、校正時には蓋を開けて、超音波探触子を移動させればよい。
このように、校正用車軸を床面より下方に形成された凹所に設置することで、校正用車軸を輪軸の上方に配置する場合のように校正用車軸の落下のおそれもなく、また、凹所に蓋をすることで、つまずいたりすることもないため、安全に作業できる。

好ましくは、本発明に係る超音波探傷装置は、前記輪軸を前記停止位置で停止させて位置決めする位置決め手段を更に備える。

上記の好ましい構成によれば、レール上を搬送される輪軸をより確実に所定の停止位置に停止させることが可能である。複数の輪軸が連続的に搬送されることでレール上の停止位置の前後に輪軸が詰まっている場合などは、位置決め手段が無くても前後の輪軸がストッパーとなり、探傷する輪軸を停止位置に停止させることが可能な状態となることも考えられる。しかしながら、上記の好ましい構成のように位置決め手段を備えれば、レール上を単独で輪軸が搬送されてきた場合でも確実に輪軸を停止位置に停止させることができる。

本発明によれば、車軸を超音波探傷する超音波探傷装置であって、短時間で適正に校正可能な超音波探傷装置を提供することが可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示す正面図である。 図２は、図１に示す超音波探傷装置の概略構成を示す平面図である。 図３は、校正用車軸の設置態様を説明する図である。 図４は、図２に示すＩＶ―ＩＶ矢視断面図である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示す正面図である。図１は、輪軸の被探傷車軸が所定の停止位置に停止した状態を示している。図２は、図１に示す超音波探傷装置の概略構成を示す平面図である。図２においては、図１に示す制御手段の図示を省略している。また、図２においては、凹所の底面に相当する部分にハッチングを施しており、蓋がされた凹所の外縁を破線で示している。なお、説明の便宜上、各図に示す各部品の寸法や縮尺比は、実際の場合とは異なる場合がある。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、水平に敷設されたレールＲ上を搬送される輪軸ＷＡの被探傷車軸Ａを所定の停止位置で探傷するように構成されている。
本実施形態では、床面Ｆに凹所Ｄが形成されており、凹所Ｄに架け渡された状態でレールＲが敷設されている。そして、超音波探傷装置１００は、図２に示す白抜き矢符の方向（図１においては紙面に垂直な奥行方向）に搬送され、レールＲ上の所定の停止位置で停止した輪軸ＷＡの被探傷車軸Ａを探傷可能な位置に配置されている。凹所Ｄには、超音波探触子１の上下方向への移動を妨げないように蓋Ｃがされている。
なお、本明細書において、「後側」は、輪軸ＷＡの搬送方向の上流側を意味し、「前側」は、輪軸ＷＡの搬送の方向の下流側を意味する。また、「左右」は、レールＲ上を輪軸ＷＡが搬送される方向に対して垂直で且つ水平な方向を意味する。以下、超音波探傷装置１００の構成について説明する。

＜＜１．超音波探傷装置の構成＞＞
本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、超音波探触子１と、移動手段２と、校正用車軸３と、制御手段４とを備える。また、本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、好ましい構成として、位置決め手段５と、進退機構６と、検芯アーム機構７とを備える。以下、超音波探傷装置１００が備える各構成要素について順次説明する。なお、本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、超音波探触子１、移動手段２、位置決め手段５、進退機構６及び検芯アーム機構７を、一対のレールＲの左右両側にそれぞれ一組ずつ備えており、左右の各構成要素は同様の構成である。したがって、以下の説明では、特に断りが無い限り、左右の一方側に位置する構成要素についてのみ説明する。

＜１−１．移動手段＞
移動手段２は、超音波探触子１を上下方向に移動させるように構成されている。移動手段２は、停止した輪軸ＷＡの被探傷車軸Ａに対して超音波を送受信可能な位置と校正用車軸に対して超音波を送受信可能な位置とにそれぞれ超音波探触子１を移動可能とするものである。
具体的には、本実施形態の移動手段２は、上流側支柱２１ｕと、下流側支柱２１ｄと、モータ２２と、昇降軸２３と、案内軸２４と、ステージ２５とを具備する。

上流側支柱２１ｕ及び下流側支柱２１ｄは、それぞれレールＲに対して左右方向外側の位置において、一対ずつ凹所Ｄの底面に立設されている。上流側支柱２１ｕと下流側支柱２１ｄとは、輪軸ＷＡの搬送方向に平行な方向に並設されている。上流側支柱２１ｕは、下流側支柱２１ｄ対して輪軸ＷＡの搬送方向の上流側（図１においては紙面手前側、図２においては紙面の下側）に位置している。
昇降軸２３は、上下方向に延びており、上流側支柱２１ｕに対して左右方向外側に取り付けられている。昇降軸２３は、モータ２２によって軸周りに回転する。昇降軸２３としては、例えばボールねじが用いられる。
案内軸２４は、上下方向に延びており、下流側支柱２１ｄに対して左右方向外側に取り付けられている。案内軸２４としては、例えば、断面円形の棒状部材が用いられる。
ステージ２５には、超音波探触子１が取り付けられ、超音波探触子１が取り付けられた状態で上下方向に移動する。ステージ２５は、図１に示すように正面視Ｌ字状であり、図２に示すように平面視矩形状である。ステージ２５の正面視Ｌ字状の上下方向に延設されている部分には、昇降軸２３のねじに螺合するねじが形成された昇降軸受孔２５ａと、案内軸２４が挿通する案内軸受孔とが上下方向に貫通するように形成されている。案内軸受孔は、案内軸２４の軸方向の動きを妨げない程度に、案内軸２４の直径よりも僅かに大きく形成されている。そして、ステージ２５は、正面視Ｌ字状の左右方向に延設されている部分がレールＲ側と反対側に位置するように、昇降軸受孔２５ａに昇降軸２３が螺入されると共に、案内軸受孔に案内軸２４が挿通されている。なお、ステージ２５のＬ字状の上下方向に延設されている部分は、昇降軸受孔２５ａと案内軸受孔とが形成されている部分を除き、後述する超音波探触子１の左右方向（被探傷車軸Ａの軸方向及び校正用車軸３の軸方向）への進退を妨げないように、切り欠かれた状態となっている。

上記の構成により、移動手段２は、超音波探触子１を上下方向に移動させることが可能である。
具体的には、移動手段２は、モータ２２により昇降軸２３を回転させることで、昇降軸２３が螺入された昇降軸受孔２５ａを有するステージ２５を昇降軸２３の軸方向（上下方向）に移動させる。このとき、ステージ２５の案内軸受孔に案内軸２４が挿通されているため、ステージ２５は、昇降軸２３の回転動作に同期して回転することがなく、そのまま上下方向に移動する。ステージ２５には超音波探触子１が取り付けられるため、移動手段２は、ステージ２５を上下方向に移動させることで、超音波探触子１を上下方向（図１の矢符Ｖ１の方向）に移動させる。前述のように、ステージ２５は、回転せずに上下方向に移動するため、ステージ２５に取り付けられた超音波探触子も回転することなく上下方向に移動することになる。

なお、本実施形態では、ボールねじを用いた移動手段２でステージ２５（ひいては超音波探触子１）を上下方向に移動させているが、本発明の移動手段２としては、何らこれに限るものではない。移動手段２としては、ラックギアとピニオンギアの組み合わせなど、超音波探触子１を上下方向に移動させることができる限りにおいて、種々の構成を採用可能である。

＜１−２．超音波探触子及び進退機構＞
超音波探触子１は、輪軸ＷＡの搬送を妨げない位置に配置され、停止した輪軸ＷＡの被探傷車軸Ａに対して超音波を送受信可能に構成されている。また、好ましい構成として、本実施形態の超音波探傷装置１００は、進退機構６を備えている。本実施形態の超音波探触子１は、超音波の送受信面側をレールＲ側（被探傷車軸Ａ側）に向けた状態で、進退機構６を介して、移動手段２のステージ２５に取り付けられている。

進退機構６は、被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３に対して超音波探触子１を進退させるように構成されている。進退機構６は、例えば、超音波探触子１を被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３に対して進退可能なエアシリンダから構成される。エアシリンダから構成された進退機構６は、ステージ２５上で、エアシリンダを進動させるためのシリンダ室に圧縮空気が供給され、輪軸ＷＡの被探傷車軸Ａの軸方向及び校正用車軸３の軸方向に超音波探触子１を進動させる。そして、進退機構６は、供給された圧縮空気の圧力により、一定の付勢力を維持しつつ超音波探触子１を被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３に当接させる。このように、正常に超音波探触子１が被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３に当接した場合、エアシリンダは、進動の限界位置（出限）に到達することなく、進動が止まった状態となる。なお、何らかの異常で超音波探触子１が被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３に当接しないで進動し続けた場合、エアシリンダは出限に到達する。この場合、例えば、エアシリンダの出限にセンサを設け、エアシリンダが出限に到達したことを検出することにより、進動した超音波探触子１が被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３に当接していないと判断すればよい。このようにして、進動した超音波探触子１が被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３に当接していないことを判断し、例えば、その後の探傷及び校正を一旦停止し、アラームを鳴らしてオペレータに異常を伝えるようにしてもよい。
そして、超音波探触子１を退動させる場合には、エアシリンダを退動させるためのシリンダ室に圧縮空気が供給されることで、輪軸ＷＡの被探傷車軸Ａの軸方向及び校正用車軸３の軸方向に超音波探触子１を退動させる。
なお、本実施形態では、進退機構６としてエアシリンダを用いているが、これに限られるものではなく、進退機構６として油圧シリンダ、１軸ステージなど、超音波探触子１を被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３に対して進退させることができる限りにおいて、種々の構成を採用可能である。

超音波探触子１としては、例えば、被探傷車軸Ａの軸周りに回転可能とされた単一の斜角探傷用の超音波探触子が用いられる。
超音波探触子１は、輪軸ＷＡの被探傷車軸Ａに対して超音波を送受信する際には、進退機構６により被探傷車軸Ａに向かって（図１の矢符Ｈ１の向きに）進動し、被探傷車軸Ａの軸方向端面に当接する。被探傷車軸Ａに当接した超音波探触子１は、回転しながら超音波を被探傷車軸Ａに送受信することで、被探傷車軸Ａの全周に亘る斜角探傷を行う。

なお、本実施形態では、超音波探触子１が被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３に当接したことを検出していないが、これに限られず、当接したことを検出するセンサを進退機構６に追加して、超音波探触子１が被探傷車軸Ａに当接したことを検出してもよい。そして、超音波探触子１が被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３に当接した状態を検出し、例えば、供給する圧縮空気の量を制限して超音波探触子１への付勢を弱めることで、探傷時及び校正時の超音波探触子１と被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３との当接面の摩耗を低減出来ることが期待できる。
超音波探触子１が被探傷車軸Ａに当接したことを検出するには、例えば、圧力センサや接触センサなど公知のセンサを適宜適用可能である。圧力センサを用いる場合には、超音波探触子１が被探傷車軸Ａに当接することに起因した圧力の増加を圧力センサで検出することで、超音波探触子１が被探傷車軸Ａに当接したことを検出可能である。また、接触センサを用いる場合には、接触センサの接触面と超音波探触子１の超音波送受信面とが同一面内に位置するように接触センサを取り付け、接触センサの接触面が被探傷車軸Ａに接触（当接）したことを接触センサで検出することで、超音波探触子１が被探傷車軸Ａに当接したことを検出可能である。制御手段４は、上記のようなセンサから超音波探触子１が被探傷車軸Ａに当接したことを示す検出信号を受信した場合、進退機構６を制御して、超音波探触子１の進動を停止させる。

また、超音波探触子１としては、単数に限るものではなく、複数の超音波探触子を用いることも可能である。例えば、超音波の入射角が互いに異なる複数の斜角探傷用の超音波探触子を環状に配置し、この複数の超音波探触子を被探傷車軸Ａの軸周りに回転可能にしたものを用いることが可能である。複数の超音波探触子は入射角が互いに異なるため、各超音波探触子を被探傷車軸Ａの軸方向端面に当接させ、回転させながら被探傷車軸Ａに対して超音波を送受信させることで、被探傷車軸Ａの軸方向について異なる複数の位置で全周に亘る斜角探傷が可能である。

本実施形態では、超音波探触子１は、被探傷車軸Ａを探傷する際には、被探傷車軸Ａの軸方向に沿うように位置決めされ、校正用車軸３を用いて校正する際には、校正用車軸３の軸方向に沿うように位置決めされる。

上記の構成により、中実の被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３に対し、軸端部（軸方向端面）から超音波を送受信可能である。図１に示すように、超音波探触子１は、被探傷車軸Ａを探傷する際には、被探傷車軸Ａの軸方向に沿うように位置決めされ、前述のように、超音波探触子１は、進退機構６によって被探傷車軸Ａの軸端部（軸方向端面）に当接し、超音波を被探傷車軸Ａに対して送受信する。
また、例えば、被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３がそれぞれ中空の車軸（中ぐり車軸）である場合でも、超音波探触子１を中空部に進退させることで、被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３に対し超音波を送受信可能である。ただし、この場合の超音波探触子１は、被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３の内面から外面に向けて超音波を送受信可能な構成にする必要がある。

なお、本実施形態では、好ましい構成として、進退機構６を用いて超音波探触子１を被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３に対して進退させているが、超音波探触子１を被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３に対して進退させることは必ずしも必要ではない。超音波探触子１を被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３に対して進退させなくても、被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３に対して超音波探触子１から超音波を送受信させることが可能であればよい。例えば、超音波探触子１と被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３の各軸方向端面との隙間に接触媒質を充填する機構を設ければ、進退機構６を設けないことで超音波探触子１と被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３の各軸方向端面との間に一定以上の隙間が生じるとしても、超音波を送受信させることが可能である。

＜１−３．校正用車軸＞
校正用車軸３は、停止位置で停止する輪軸ＷＡの上方又は下方であって輪軸ＷＡの搬送を妨げない位置に配置されている。本実施形態の校正用車軸３は、輪軸ＷＡの下方であって輪軸ＷＡの搬送を妨げない位置に設置されている。具体的には、校正用車軸３は、レールＲが敷設された床面Ｆに形成された凹所Ｄに設置されている。具体的には、本実施形態の校正用車軸３は、レールＲが敷設された床面Ｆに形成された凹所Ｄの底面に設置された支持部Ｓに載置されている。凹所Ｄは、校正用車軸３を凹所Ｄに設置した場合に、校正用車軸３が床面Ｆを超えて上方に突出しない深さに形成されている。
このため、床面Ｆを超えて校正用車軸３が突出せず、その凹所Ｄに蓋Ｃをすることで、床面Ｆを歩行する作業者が校正用車軸３につまずいたりすることもない。また、図２に示すように、本実施形態では、凹所Ｄの蓋Ｃが超音波探触子１の上下方向の移動を妨げない形状になっているため、蓋Ｃを開けることなく校正可能である。仮に、蓋Ｃが超音波探触子１の上下方向の移動を妨げてしまうような形状でも、校正時には蓋Ｃを開けて、超音波探触子１を移動させればよい。
このように、校正用車軸３を床面Ｆより下方に形成された凹所Ｄに設置することで、校正用車軸３を輪軸ＷＡの上方に配置する場合のように校正用車軸３の落下のおそれもなく、また、凹所Ｄに蓋Ｃをすることで、つまずいたりすることもないため、安全に作業できるという利点がある。

校正用車軸３は、実際に探傷される被探傷車軸Ａと同様の構成を有する車軸である。このため、校正の際に校正用車軸３に対して送受信される超音波の伝搬時間や伝搬経路が、実際に探傷される被探傷車軸Ａに対して送受信される超音波の伝搬時間や伝搬経路と同様になるため、適正な校正が可能である。

好ましくは、校正用車軸３には、予め定められた寸法を有する人工きず（図示せず）が予め定められた位置に設けられる。人工きずが設けられた校正用車軸３で校正することにより、被探傷車軸Ａに人工きずと同様のきずが発生している場合、確実にきずを検出することが可能である。人工きずは、例えば、放電加工によって校正用車軸３の表面に設けられる。人工きずは、校正用車軸３の軸方向の異なる位置に複数設けられていてもよいし、校正用車軸３の周方向の全周に亘って又は一部に設けられていてもよい。

次に、校正用車軸３の設置態様について説明する。
図３は、校正用車軸３の設置態様の例を説明する図である。図３（ａ）は、校正用車軸３が車輪Ｗに圧入された状態（いわゆる輪軸の状態）を示す正面図である。図３（ｂ）は、校正用車軸３がダミーボスに圧入された状態を示す正面図である。図３（ｃ）は、単体の校正用車軸３を示す正面図である。なお、図１に示す校正用車軸３は、図３（ｃ）に示す態様の校正用車軸３を設置した状態を図示している。

校正用車軸３は、図３（ａ）に示すように、車輪Ｗに圧入された状態（すなわち、校正用車軸３と車輪Ｗとを合わせた輪軸の状態）で設置されてもよい。この場合、校正用車軸３の車輪Ｗに圧入された部分は、実際に探傷される輪軸ＷＡの被探傷車軸Ａの車輪Ｗに圧入された部分と同様の応力状態になり、この部分における超音波の伝搬挙動が近似したものとなるため、適正な校正が可能であると考えられる。しかし、車輪Ｗと一体化されているため、校正用車軸３のみを設置する場合に比べ、設置するのに必要なスペースが大きくなる。凹所Ｄに設置する場合には、より深い凹所Ｄが必要になるという欠点を有する。
これに対し、図３（ｃ）に示すように、校正用車軸３のみを設置する場合、設置スペースを小さくすることができる点で好ましい。しかし、車輪Ｗに圧入されていない部分の応力状態が実際に探傷される輪軸ＷＡの被探傷車軸Ａの応力状態と異なるため、その点で校正精度が低下するおそれがある。
そのため、図３（ｂ）に示すように、校正用車軸３を、車輪Ｗのボス部に相当するダミーボス３１に圧入すれば、車輪Ｗ全体を圧入する場合（図３（ａ））に比べて設置スペースの増大を抑えることが可能である。また、ダミーボス部３１の圧入部分の応力状態を実際に探傷される輪軸ＷＡの被探傷車軸Ａの応力状態と同様の応力状態とすることができるため、車輪Ｗ全体を圧入する場合と同等の適正な校正が可能となることが期待できる。
このように、校正用車軸３は、ダミーボス３１を圧入した状態で設置することが好ましい。
なお、ダミーボス３１としては、例えば、輪軸ＷＡの組み立て前の車輪Ｗのボス部を加工して用いることが可能である。

なお、本実施形態では、中実の校正用車軸３を用いているが、被探傷車軸Ａが中空の車軸（中ぐり車軸）であった場合には、中空の校正用車軸３を用いることが好ましい。

＜１−４．位置決め手段＞
図４は、図２のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。図４においては、輪軸ＷＡ、レールＲ、校正用車軸３及び位置決め手段５を図示し、見易さの為にその他の構成要素の図示は省略している。図４（ａ）は輪軸ＷＡを位置決めする前の状態を示す断面図であり、図４（ｂ）は輪軸ＷＡを位置決めした状態を示す断面図である。

位置決め手段５は、輪軸ＷＡを停止位置で停止させて位置決めするように構成されている。
具体的には、本実施形態の位置決め手段５は、図１及び図２に示すように、予め決められた輪軸ＷＡの停止位置に敷設されたレールＲの下方に設置されている。図４に示すように、位置決め手段５は、左右両側のそれぞれのレールＲに沿って配置された一対の昇降手段（例えば、エアシリンダ）５１と、各昇降手段５１の先端にそれぞれ取り付けられた係止片５２とを具備する。

係止片５２は、昇降手段５１が進退することにより上下に移動する。係止片５２は、輪軸ＷＡが搬送される際には、図４（ａ）に示すように、輪軸ＷＡの車輪Ｗに当たることなく、輪軸ＷＡの搬送を妨げない。一方、輪軸ＷＡが停止位置に到達して位置決めされる際には、図４（ｂ）に示すように係止片５２は上昇して、停止位置に到達した輪軸ＷＡの車輪Ｗの下方外縁に前後で当接し、輪軸ＷＡを確実に停止させて、その位置に位置決めする。停止位置の輪軸ＷＡの車輪Ｗに前後で当接した係止片５２は、それぞれの当接位置の高さが等しく、停止位置の輪軸ＷＡの車輪Ｗの軸心から前方の係止片５２の当接位置までの距離と停止位置の輪軸ＷＡの車輪Ｗの軸心から後方の係止片５２の当接位置までの距離とが等しくなるように構成されている。
このように、位置決め手段５は、レールＲ上を搬送される輪軸ＷＡをより確実に所定の停止位置に停止させることが可能である。複数の輪軸ＷＡが連続的に搬送されることでレールＲ上の停止位置の前後に輪軸ＷＡが詰まっている場合などは、位置決め手段５が無くても前後の輪軸ＷＡが係止片５２と同様の機能を奏し、探傷する輪軸ＷＡを停止位置に停止させることが可能な状態となることも考えられる。しかしながら、位置決め手段５を備えれば、レールＲ上を単独で輪軸ＷＡが搬送されてきた場合でも、確実に輪軸ＷＡを停止位置に停止させることができる。また、本実施形態の位置決め手段５は、左右両側のそれぞれのレールＲに沿って配置されており、停止位置の輪軸ＷＡの左右両側の車輪Ｗの外縁のそれぞれに前後で係止片が当接するため、左右両側の車輪Ｗを位置決め手段が左右何れか一方のみにしかない場合より確実に停止させることができる。

なお、本実施形態では、下方から係止片５２を車輪Ｗに当接させているが、これに限られず、係止片５２を上方から車輪Ｗの上方外縁に前後で当接させる構成を採用することも可能である。また、車輪Ｗの左右方向から車輪Ｗの前方及び後方に進動させた係止片５２を車輪Ｗの外縁に向かって前後から当接させる構成を採用することも可能である。
また、本実施形態では、左右両側のそれぞれのレールＲに位置決め手段５を設けているが、これに限られず、左右何れか一方のみにレールＲに位置決め手段５を設けてもよい。左右何れか一方のみにのレールＲに位置決め手段５を設けることで、左右両側のそれぞれのレールＲに位置決め手段５を設ける場合に比べ、コストを低減できる。
また、本実施形態では、昇降手段５１としてエアシリンダを用いているが、これに限られるものではなく、昇降手段５１として油圧シリンダなど、係止片５２を車輪Ｗに当接させることができる限りにおいて、種々の手段を採用可能である。

＜１−５．検芯アーム機構＞
検芯アーム機構７は、停止位置に停止した輪軸ＷＡの車輪Ｗの上部の位置を検出するように構成されている。
具体的には、本実施形態の検芯アーム機構７は、移動手段２の上流側支柱２１ｕ及び下流側支柱２１ｄに取り付けられ、レールＲ側に向けて延出している。検芯アーム機構７は、輪軸ＷＡの停止位置で上下方向に移動可能なアーム７１と、アーム７１の先端の下側に取り付けられた接触センサ７２と、アーム７１に連結されたアーム昇降軸７３と、アーム昇降軸７３に取り付けられたアームモータ７４とを具備する。
検芯アーム機構７は、移動手段２と同様に、アーム昇降軸７３がアームモータ７４によって軸周りに回転することで、アーム７１を上下方向（図１の矢符Ｖ２の方向）に移動させる。移動させたアーム７１の先端に取り付けられた接触センサ７２が、停止している車輪Ｗの上面に接触することで車輪Ｗの上面を検出し、その検出信号を制御手段４に出力する。また、アームモータ７４の回転軸にはロータリーエンコーダ（図示せず）が取り付けられており、ロータリーエンコーダの計測値も、制御手段４に出力される。
なお、接触センサ７２としては、例えば、リミットスイッチや、マイクロスイッチを用いることができる。
また、本実施形態では、車輪Ｗの上面位置を検出するために接触センサを用いているが、これに限られるものではなく、車輪Ｗの上面位置を検出するためのセンサとして、非接触式センサである光センサや近接センサを用いることもできる。

＜１−６．制御手段＞
制御手段４は、超音波探触子１からの超音波の送受信と、移動手段２の動作とを制御する。また、本実施形態の制御手段４は、進退機構６の動作と、検芯アーム機構７の動作も制御するように構成されている。
具体的には、本実施形態の制御手段４は、信号処理手段４１と、機構制御手段４２とを具備する。
信号処理手段４１は、超音波探触子からの超音波の送受信を制御する。信号処理手段４１は、超音波探触子１を用いた一般的な超音波探傷装置でも慣用されているパルサー、レシーバー、増幅器、Ａ／Ｄ変換器などを具備する。ここでは、その詳細な説明は省略する。
機構制御手段４２は、移動手段２、位置決め手段５、進退機構６及び検芯アーム機構７の各動作を制御する。この機構制御手段４２は、例えば、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、並びに、ＰＬＣの指示により、モータに電流を供給する電源装置や、エアシリンダに圧縮空気を提供する空気圧縮機を具備する。

なお、本実施形態の超音波探傷装置は、図１及び図２に示すように、一対のレールＲの左右両側から被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３に対して超音波を送受信するように構成されているが、これに限られず、一対のレールＲの片側のみから被探傷車軸Ａ及び校正用車軸３に対して超音波を送受信するような構成であってもよい。
以下、超音波探傷装置１００の動作について、説明する。

＜＜２．超音波探傷装置１００の動作＞＞
本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、水平に敷設されたレールＲ上を搬送される輪軸ＷＡの被探傷車軸Ａを所定の停止位置で探傷する。また、本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、校正用車軸３を用いて校正する。以下、超音波探傷装置１００での探傷動作及び校正動作について説明する。

＜２−１．被探傷車軸の探傷動作＞
本実施形態に係る超音波探傷装置１００が探傷する被探傷車軸Ａを有する輪軸ＷＡは、レールＲ上を図２に示す白抜き矢符の方向に搬送される。搬送される輪軸ＷＡは、当該輪軸ＷＡ単独で搬送される場合もあれば、連続してレールＲ上に詰まった状態で搬送される場合もある。輪軸ＷＡの搬送は、例えば、輪軸ＷＡの製造工程や検査工程全体を制御するプロセスコンピュータによって制御される。

被探傷車軸Ａを探傷する際、まず位置決め手段５が、上記のようにしてレールＲ上を搬送されてきた輪軸ＷＡを所定の停止位置で停止させて位置決めする。
具体的には、例えば、レールＲ上を搬送される輪軸ＷＡが停止位置に到達すると、停止位置近傍に設置された近接センサ（図示せず）から機構制御手段４２に到達信号が入力される。到達信号が入力された機構制御手段４２は、停止位置に輪軸ＷＡを停止させて位置決めするために、位置決め手段５を制御して、輪軸ＷＡを停止位置で停止させて位置決めする。本実施形態では、機構制御手段４２の空気圧縮機から位置決め手段５の昇降手段（エアシリンダ）５１に圧縮空気が供給され、この圧縮空気の空気圧によって昇降手段５１が上昇して係止片５２も上昇する。この上昇した係止片５２が輪軸ＷＡの車輪Ｗの下方外縁に前後で当接することで、輪軸ＷＡは停止位置に位置決めされる。なお、前後方向に設けられた一対の係止片５２は同じ長さだけ上昇するように制御されるため、輪軸ＷＡは、車輪Ｗの軸心（被探傷車軸Ａの軸心）が前後方向について一対の係止片５２の中間位置に位置するように位置決めされることになる。

図４（ｂ）に示すように、校正用車軸３は、その軸心が前後方向について一対の係止片５２の中間位置に位置するように設置されている。換言すれば、校正用車軸３は、その軸心が前後方向について被探傷車軸Ａの軸心と同じ位置になるように設置されている。このため、超音波探触子１から被探傷車軸Ａに対して超音波を送受信可能な位置と、超音波探触子１から校正用車軸３に対して超音波を送受信可能な位置とは、前後方向について同じ位置になる。したがって、上記のように位置決めされた輪軸ＷＡの被探傷車軸Ａに対して超音波を送受信可能な位置と、校正用車軸３に対して超音波を送受信可能な位置との間で超音波探触子１を移動させる場合、超音波探触子１を上下方向に移動させるだけでよい。

次に、停止位置に位置決めされた輪軸ＷＡの車輪Ｗの上面の位置を検芯アーム機構７で検出する。以下、具体的に説明する。
検芯アーム機構７のアーム７１は、通常、車輪Ｗの上面より上方にある所定の待機位置に停止している。機構制御手段４２は、停止位置に位置決めされた輪軸ＷＡの車輪Ｗの上面に向けてアーム７を待機位置から下降させるために、電源装置から検芯アーム機構７のアームモータ７４に電流を供給する。機構制御手段４２から供給された電流によってアームモータ７４は回転し、これによりアーム昇降軸７３が軸周りに回転することで、アーム７１が下降する。そして、アーム７１の先端の接触センサ７２が輪軸ＷＡの車輪Ｗの上面に接触することで車輪Ｗの上面を検出し、その検出信号を機構制御手段４２に出力する。検出信号が入力された機構制御手段４２は、アームモータ７４への電流の供給を停止し、アーム７１の下降を停止させる。

機構制御手段４２は、入力された検出信号とアーム７１の上下方向位置とに基づいて、被探傷車軸Ａに対して超音波を送受信する際の超音波探触子１の上下方向位置（探傷位置）を決定する。
具体的には、機構制御手段４２は、検出信号が入力された時点のアームモータ７４に取り付けられたロータリーエンコーダの計測値に基づいて、アーム７１の上下方向位置を算出する。例えば、機構制御手段４２は、床面Ｆを基準としたアーム７１の待機位置（上下方向位置）を予め記憶しており、その待機位置からの下降量をロータリーエンコーダの計測値から算出し、これを待機位置から減算することで、床面Ｆを基準としたアーム７１の上下方向位置を算出する。そして、機構制御手段４２は、算出したアーム７１の上下方向位置の半分の値を超音波探触子１の探傷位置として決定する。

なお、本実施形態では、左右一対の検芯アーム機構７を備え、左右毎に個別にアーム７１の上下方向位置を算出し、左右毎に個別に超音波探触子１の探傷位置を決定しているが、本発明はこれに限るものではなく、左右のいずれか一方にのみ検芯アーム機構７を設け、この単一の検芯アーム機構７を用いて決定した探傷位置を左右一対の超音波探触子１の双方に適用することも可能である。
また、本実施形態では、検芯アーム機構７で検出した車輪Ｗの上面位置に基づいて超音波探触子１の探傷位置を決定しており、探傷精度を高める上では好ましいものの、検芯アーム機構７が必ずしも必要というわけではない。例えば、検芯アーム機構７を用いなくても、搬送されてくる輪軸ＷＡの寸法（車輪Ｗの寸法）に応じた超音波探触子１の探傷位置を予め機構制御手段４２に記憶させておき、機構制御手段４２が上位のプロセスコンピュータから搬送されてくる輪軸ＷＡの寸法を受信して、この受信した輪軸ＷＡの寸法に応じた探傷位置を選択するように構成することも可能である。また、搬送されてくる輪軸ＷＡに応じた探傷位置を、作業者がキーボードなどの入力手段によって手動で入力することも可能である。
さらに、搬送されてくる輪軸ＷＡの車輪Ｗの寸法が同じである場合には、その寸法に応じた探傷位置を初期設定しておけば足りる。

次に、機構制御手段４２は、移動手段２によって、上記のように決定された探傷位置に超音波探触子１を位置決めする。
具体的には、例えば、移動手段２が具備するモータ２２としてステッピングモータが用いられ、機構制御手段４２の電源装置から、モータ２２に対して、探傷位置までの超音波探触子１の移動距離に応じたパルス数のパルス電流が供給される。パルス電流が供給されたモータ２２は、昇降軸２３を回転させ、ステージ２５に取り付けられた超音波探触子１を上下方向に移動させる。このようにして、機構制御手段４２は、超音波探触子１を探傷位置に位置決めする。

最後に、制御手段４は、超音波探触子１から被探傷車軸Ａに対して超音波を送受信させる。具体的には、制御手段４の信号処理手段４１が、探傷位置に移動した超音波探触子１から被探傷車軸Ａに対して超音波を送受信させる。超音波を送受信させる前には、前述のように、制御手段４（具体的には、機構制御手段４２）が、進退機構６を制御して、超音波探触子１を被探傷車軸Ａの軸方向端面に当接させる。そして、機構制御手段４２は、信号処理手段４１に対して、被探傷車軸Ａに対して超音波を送受信させる指令信号を送信する。指令信号を受信した信号処理手段４１は、超音波探触子１に超音波の送受信をさせ、これにより被探傷車軸Ａの探傷が行われる。受信したエコーに基づくきず検出のロジックについては、種々の公知のロジックを適用可能であるため、ここではその詳細な説明は省略する。

＜２−２．校正用車軸を用いた校正動作＞
制御手段４は、校正用車軸３を用いて校正する際には、移動手段２によって超音波探触子１を校正用車軸３に対して超音波を送受信可能な位置に位置決めし、超音波探触子１から校正用車軸３に対して超音波を送受信させる。

制御手段４は、校正開始の指示信号を受信することにより、校正を開始する。校正の頻度としては、例えば、上位のプロセスコンピュータからの指示信号に基づき、１日の探傷作業の開始前毎に行うことが考えられる。

校正開始の指示信号を受信した制御手段４（具体的には、機構制御手段４２）は、移動手段２を制御し、超音波探触子１を校正用車軸３に対して超音波の送受信可能な校正位置（図１において校正用車軸３の左右両側に破線で示す位置）まで上下方向（図１の矢符Ｖ１の方向）に移動させる。この校正位置は、例えば、予め機構制御手段４２に記憶しておけばよい。移動手段２による超音波探触子１の移動手順は、被探傷車軸Ａの探傷動作の際に超音波探傷子１を探傷位置に移動させる動作と同様であるため、ここでは説明を省略する。

校正用車軸３に対して超音波を送受信可能な校正位置に位置決めされた超音波探触子１は、機構制御手段４２が進退機構６を制御することで、校正用車軸３の軸方向端面に当接する。そして、信号処理手段４１により、校正用車軸３に対して超音波探触子１から超音波を送受信させる。

オペレータは、信号処理手段４１によって得られた校正用車軸３からのエコー信号（探傷信号）に基づいて校正を行うことが可能である。例えば、探傷信号に含まれる校正用車軸３に設けられた人工きずからのエコー強度が、予め定めた範囲（例えば、Ａスコープの最大表示値の５０〜６０％）となるように、探傷感度（信号処理手段４１が具備する増幅器の増幅率）を調整することが可能である。

以上のように、本実施形態に係る超音波探傷装置１００によれば、校正の際には、超音波探触子１を上下方向に移動させるのみでよいため、校正の際に超音波探触子１を水平方向と上下方向の両方に移動させる必要がある従来の超音波探傷装置に比べ、校正時間を短縮可能である。また、校正用車軸３をレールＲ上に搬送したり、被探傷車軸Ａをよける必要がないという点でも校正時間を短くすることが可能である。

なお、本実施形態では、上位のプロセスコンピュータからの指示信号に基づき校正動作を行うことを例示したが、これに限られるというわけではない。例えば、制御手段４が探傷回数（被探傷車軸Ａの本数）を計数するカウンタを具備し、一定の探傷回数毎に校正動作を行うようにしてもよいし、作業者が校正動作の開始指示をキーボードなどの入力手段によって手動で制御手段４に入力してもよい。

１００…超音波探傷装置、
１…超音波探触子、
２…移動手段、２１ｕ，２１ｄ…支柱、２２…モータ、２３…昇降軸、２４…案内軸、
２５…ステージ、２５ａ…昇降軸受孔、
３…校正用車軸、３１…ダミーボス、
４…制御手段、４１…信号処理手段、４２…機構制御手段、
５…位置決め手段、５１…シリンダ、５２…係止片、
６…進退機構、
７…検芯アーム機構、
７１…アーム、７２…接触センサ、７３…アーム昇降軸、７４…アームモータ、
Ｆ…床面、Ｒ…レール、Ｄ…凹所、Ｃ…蓋、Ｓ…支持部、
ＷＡ…輪軸、Ｗ…車輪、Ａ…被探傷車軸、

Claims (4)

1. 水平に敷設されたレール上を搬送される輪軸の被探傷車軸を所定の停止位置で探傷する超音波探傷装置であって、
   前記輪軸の搬送を妨げない位置に配置され、前記停止位置で停止した輪軸の被探傷車軸に対して超音波を送受信可能な超音波探触子と、
   前記超音波探触子を上下方向に移動させる移動手段と、
   前記停止位置で停止する輪軸の上方又は下方であって前記輪軸の搬送を妨げない位置に配置された校正用車軸と、
   前記超音波探触子からの超音波の送受信と、前記移動手段の動作とを制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記被探傷車軸を探傷する際には、前記移動手段によって前記超音波探触子を前記被探傷車軸に対して超音波を送受信可能な位置に位置決めし、前記超音波探触子から前記被探傷車軸に対して超音波を送受信させ、
   前記校正用車軸を用いて校正する際には、前記移動手段によって前記超音波探触子を前記校正用車軸に対して超音波を送受信可能な位置に位置決めし、前記超音波探触子から前記校正用車軸に対して超音波を送受信させることを特徴とする超音波探傷装置。
2. 前記超音波探触子は、前記被探傷車軸を探傷する際には、前記被探傷車軸の軸方向に沿うように位置決めされ、前記校正用車軸を用いて校正する際には、前記校正用車軸の軸方向に沿うように位置決めされることを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷装置。
3. 前記校正用車軸は、前記レールが敷設された床面に形成された凹所に設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波探傷装置。
4. 前記輪軸を前記停止位置で停止させて位置決めする位置決め手段を更に備えることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の超音波探傷装置。

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