JPH0161178B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、溶接部等の被検査物を超音波を用
いて非破壊的に探傷する自動超音波探傷装置の探
触子保持機構に関する。

この種の探傷では、一般に超音波を送信、受信
する接触子を平滑面は勿論、凹曲面や凸曲面、ま
た細かい凹凸を有する面、その他傾斜を有してい
る被検査物の表面にそつて、定められた範囲の接
触ギヤツプを保つて、かつ被検査物に対して所定
の姿勢（探触子の軸方向と被検査物とがほぼ垂
直）を保つて走査することが要求される。ここで
接触ギヤツプとは、接触子の先端と被検査物表面
との間隔をいうものとする。

第１図、第２図は従来の探触子保持機構の一例
を示したものである。

即ち、探触子１は円筒形のスリーブ２の内径側
に固定保持され、これらはリング３に軸受ピン４
を介して首振り可能な状態で支持されている。ス
リーブ２の下部には、接触ガイド２ａが同一円周
上の３ないし４分割点に配置されており、この接
触ガイド２ａの先端は探触子１の先端よりある一
定の寸法だけ突出している。

探触子１とスリーブ２を支持しているリング３
は、支持アーム５に軸受ピン６を介して首振り可
能な状態で支持されている。リング３と支持アー
ム５による首振り方向は90゜交叉しており、いわ
ゆるジンバル機構を形成している。

支持アーム５は、保持機構支持部９のガイドバ
ー７に第１の弾性手段であるアーム固定スプリン
グ８を介して、上下に一定範囲移動可能な状態で
取付けられている。上記の探触子保持機構は固定
ネジ１０により探触子走査装置の探触子駆動ヘツ
ド１１にとりつけられている。

このような構成において探傷走査は、探触子保
持機構を被検査物表面に圧着しながら探触子走査
装置の探触子ヘツド１１を走査する。被検査物表
面に圧着された探触子保持機構の、各種曲率傾斜
を有する被検査物表面への追従は、ジンバル機構
とアーム固定スプリング８の作用により、スリー
ブ２の下部（被検出物側）にとりつけられた３な
いし４個の接触ガイド２ａの全てが均等に被検査
物表面に接触することにより得られる。接触ガイ
ド２ａの全てが被検査物表面に接触していれば、
探触子１と接触ガイド２ａの先端の位置関係から
探触子１は所定の範囲の接触ギヤツプを保持可能
となる。

しかしながらこのような従来構成では、被検査
物表面の曲率や傾きが探触子走査の途中で例えば
探触子の走査方向と直角な方向（紙面に垂直な方
向）に遂時変化するような場合は、第３図ａ，
ｂ，ｃに示す通り探触子接触ギヤツプla，lb，lc
はその都度変化し、ときには所定の接触ギヤツプ
範囲をこえるという欠点がある。

この欠点を改善する第１の方法としては、第１
図に示す探触子１の直径ｄをできるだけ小さくし
て接触ガイド２ａをとりさり、探触子１を被検査
物表面に直接接触させる方法がある。しかしこの
方法は、被検査物表面と探触子とが常時接触する
ことにより探触子の損傷の危険があり、また被検
査物表面への追従も不安定となり、探触子保持機
構を所定の姿勢で保持することが困難な欠点があ
る。

第２の改善策は、第１図に示す接触ガイド２ａ
の間隔Ｗを探触子１の直径ｄに出来るだけ近ずけ
ることである。しかしこの場合、比較的大きな直
径ｄの探触子の場合は支障ないが、小さな直径ｄ
の探触子の使用が要求される場合は（被検査物表
面の曲率が小さい場合や起伏の激しい面では、そ
の曲率に応じた小さな直径の探触子の使用が必要
となる）、接触ガイド２ａの間隔Ｗが探触子保持
機構を被検査物表面に追従して安定保持するに必
要な巾以下に狭まる可能性があり、例えば探触子
の走査中において、接触ガイド２ａを支点として
探触子保持機構全体が回転したり傾倒する欠点が
ある。

このように従来の探触子保持機構は、被検査物
の表面が平滑であつたり、探触子走査中常に一定
の曲率を有している場合は特に支障はないが、被
検査物表面の曲率が探触子走査中時々刻々変化す
る場合は使用に不向きであるといえる。

この発明は上述の欠点を除去して、探触子が被
検査物表面に常時接触して損傷することを防止で
き、被検査物表面の曲率が探触子走査領域中にお
いて探触子の走査方向と同一の方向に変化する場
合だけでなく探触子の走査方向と任意な方向に変
化する場合や該領域中に細かい凹凸がある場合
も、所定範囲の探触子接触ギヤツプを保持するこ
とができ、また探触子の軸方向と被検査物とがほ
ぼ垂直になるように姿勢を保つことができ、さら
に小さな直径を有する探触子の場合にも探触子保
持機構の傾倒を防止でき、さらにまた被検査物表
面の局所的な凸部にも対応できる探触子保持機構
をうることを目的としている。

この目的は本発明によれば、第１の弾性手段に
より被検出物側に圧する状態で探触子駆動部に取
り付けられた支持アームに、探触子を内包するス
リーブをジンバル機構を介して接続してなるもの
において、前記スリーブを、被検出物と探触子と
のギヤツプを生ぜしめる第１の接触ガイドを先端
に有し、前記第１の弾性手段より弱い第２の弾性
手段により探触子を被検出物側に圧する状態で保
持する内側スリーブと、探触子の姿勢を保つ第２
の接触ガイドを先端に有し、前記第１の弾性手段
より弱く第２の弾性手段より強い第３の弾性手段
により内側スリーブを被検出物側に圧する状態で
保持する外側スリーブとから構成することにより
達成される。

以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明
する。第４図は本発明の探触子保持機構を側面か
らみた断面図、第５図は平面図、第６図ａ，ｂ，
ｃは、探触子保持機構が各種曲率の被検査物表面
に接触した時の探触子先端近傍の部分拡大図であ
る。

探触子１は、円筒形の内側スリーブ１２の内径
側に第２の弾性手段である探触子固定スプリング
１３を介して探触子固定ネジ１４で固定保持され
ている。探触子１は、探触子１の外径の段付部が
内側スリーブ１２の内径に設けられた段付部にひ
つかかることにより、下部側（被検査物側）へ抜
け落ちないようになつている。また図面には示さ
れていないが、探触子１には凸状の突起、内側ス
リーブ１２には凹状の溝がそれぞれ軸方向に設け
られており、この両者が互いに遊嵌するような状
態で探触子１が内側スリーブ１２に挿入されるこ
とにより、探触子１の内側スリーブ１２内での回
転を防止し第１の規制手段を構成している。但
し、上下方向には探触子固定スプリング１３の圧
縮分だけ、下部側（被検査物側）から探触子１に
力が作用した場合に限り可動可能である。ここで
探触子１の直径ｄは、被検査物表面の曲率に応じ
て選定することが必要である。これは探触子の接
触ギヤツプを所定の範囲に保持するには、探触子
の先端を出来るだけ被検査物表面に近ずけること
が必要条件となるためである。即ち、被検査物の
表面の曲率が小さければ小さい程、小さな直径の
探触子を選定使用することが必要となる。

内側スリーブ１２の下部（被検査物側）には、
第１の接触ガイドである内側スリーブ接触ガイド
１２ａが探触子１をとりまくようにして配置され
ており、探傷走査中にあつては、常に被検査物表
面に接触する。この内側スリーブ接触ガイド１２
ａの先端は探触子１の先端よりある一定の寸法だ
け突出している。この突出する寸法は、被検査物
表面の曲率により異なる。即ち、凹曲面では小さ
く（時には零かむしろ探触子１側が突出する事が
必要になることもある）、凸曲面では大きくする
必要がある。この寸法の調節は、この実施例にお
いては、内側スリーブ接触ガイド１２ａの内側ス
リーブ１２へのねじ込み量を加減して高さを変化
させることにより可能となる。探傷走査中におい
て被検査物の表面の曲率が時々刻々変化する場合
にあつては、もつとも小さな凸曲率の寸法に合わ
せて上記の寸法を調節する。なお、内側スリーブ
接触ガイド１２ａの取付位置は、できる限り探触
子１の外径に接近する位置とする。これは探触子
の先端を、極力被検査物の表面に接近させるため
である。なお、後述する理由により、内側スリー
ブ接触ガイド１２ａが探触子１の外径に接近して
も、探触子保持機構が傾倒する可能性はなく、探
触子１の軸方向と被検査物表面とがほぼ垂直にな
るよう姿勢を保つことが可能である。

内側スリーブ１２の外径側には、第３の弾性手
段である内側スリーブスプリング１５を介して外
側スリーブ１６がとりつけられており、内側スリ
ーブ１２は内側スリーブスプリング１５の圧縮可
動分だけ外側スリーブ１６の中で上下方向に可動
しうる構造となつている。ここで内側スリーブス
プリング１５は、バネが探触子固定スプリング１
３のバネ力より強いものを選定し使用する。外側
スリーブ１６と内側スリーブ１２はシリンダとピ
ストンの関連をもつて動作しうる。この場合、内
側スリーブ１２の外径側の上部、下部はフランヂ
状の凸部を形成しており、この間に、外側スリー
ブ１６の上部のカギ形部を嵌めこむ構造となつて
いるので、内側スリーブ１２は外側スリーブ１６
より抜け落ちることはない。

外側スリーブ１６にはストツパ１６ｂが取付け
られており、当該ストツパ１６ｂは内側スリーブ
１２の上部のフランジ外周部に加工されたギヤ１
２ｂに噛合う構造となつている。即ち、ストツパ
１６ｂとギヤ１２ｂは第２の規制手段を構成して
おり、この両者が噛み合つた状態では探触子１を
内包する内側スリーブ１２は自由に回転出来ない
構造となつている。従つて、探傷中における超音
波の伝幡の方向を常に一定方向に維持することが
可能である。一方この両者の噛合いは、上下方向
には容易にスライド可能な構造となつているの
で、内側スリーブ１２の上下動には何ら制約を与
えることはない。外側スリーブ１６の下部（被検
査物側）には、第２の接触ガイドである外側スリ
ーブ接触ガイド１６ａが内側スリーブ１２をとり
まくように３ないし４個配置されており、探傷走
査中にあつては、常にこれら複数の外側スリーブ
接触ガイド１６ａが被検査物表面に接触する。従
つて、被検査物表面には、内側スリーブ接触ガイ
ド１２ａと外側スリーブ接触ガイド１６ａが同時
に直接接触することになる。

外側スリーブ１６は探触子１と内側スリーブ１
２を内包し、前述した従来の探触子保持機構と同
構造のリング３、軸受ピン４、支持アーム５及び
軸受ピン６からなるジンバル機構により支持され
ている。支持アーム５は第１の弾性手段であるア
ーム固定スプリング８、ガイドバー７及び保持機
構支持部９を介して探触子走査装置の探触子駆動
ヘツド１１に固定ネジ１０でとりつけられてい
る。アーム固定スプリング８は、バネ力が内側ス
リーブスプリング１５より強いものを使用する。

探傷走査は、探触子保持機構を被検査物表面に
圧着しながら探触子走査装置の探触子駆動ヘツド
１１を走査する。被検査物表面に圧着された探触
子保持機構の各種曲率、傾斜を有する被検査物表
面への追従は、ジンバル機構とアーム固定スプリ
ング８の作用により、外側スリーブ１６の下部に
とりつけられた３ないし４個の外側スリーブ接触
ガイド１６ａの全てが均等に被検査物表面に接触
することにより得られる。接触ガイド１６ａの取
付幅（第４図のＷに相当する）は探触子１の直径
ｄに関係なく、傾倒しないだけの十分な値に選定
することが肝要であり、これにより、前記したよ
うに、内側スリーブ接触ガイド１２ａが探触子１
の外径に接近しても、探触子１の軸方向と被検査
物表面とをほぼ垂直に保つて、常に安定した追従
走査が可能である。

即ち、外側スリーブ接触ガイド１６ａは、探触
子保持機構全体の姿勢を整える役目をはたす。

このような構造において、内側スリーブ１２は
内側スリーブ接触ガイド１２ａの被検査物表面へ
の追従に従い軸方向に移動し、内包している探触
子１の先端を常に被検査物表面に近ずけるように
動作する。内側スリーブ接触ガイド１２ａと探触
子１の先端の位置関係から探触子１は以上の一連
の動作を通じて、被検査物表面に対し被検査物表
面に任意の方向に曲率を有する細かい凹凸が存在
してその曲率が探触子保持機構の走査中に時々
刻々変化する場合であつても、所定の範囲の接触
ギヤツプを維持することが可能となる。

上記のように構成された探触子保持機構は、換
言すると、２重の追従機構を備えるものである。
即ち、内側スリーブスプリング１５と内側スリー
ブ接触ガイド１２ａとから、第１の追従機構が構
成され、これにより、探触子の走査方向と同一の
方向に被検査物表面の曲率が変化する場合のみな
らず、第６図ａ，ｂ，ｃに示すように探傷走査中
に被検査物表面の曲率が探触子の走査方向と直角
の方向（紙面に垂直な方向）に変化する場合にあ
つてもまた被検査物表面に細かい凹凸が存在する
場合にあつても、即ち被検査物表面の任意の方向
の曲率の変化に対して、所定の範囲の微小の接触
ギヤツプを保つて探触子を走査することが可能で
あり、被検査物の表面曲率に影響をうけない安定
した超音波探傷（超音波の送信、受信）をおこな
うことができる。即ち本発明においては、第１の
追従機構によつて、探触子１が被検査物表面に対
し任意の方向に、即ち面で追従することができ
る。さらに、内側スリーブスプリング１５と外側
スリーブ接触ガイド１６ａとから、第２の追従機
構が構成され、これにより、探触子１の軸方向と
被検査物表面とをほぼ垂直としかつ内側スリーブ
接触ガイド１２ａが探触子１の外径に接近した場
合でも探触子保持機構の傾倒を防止して、常に安
定した姿勢で超音波探傷を行うことができる。こ
のように、この第１、第２の２重の追従機構を備
えることによつて、接触ギヤツプを一定に保ちか
つ探触子の姿勢を保つて傾倒を防止できるという
効果が生じる。

また前述したように、探触子そのものを探触子
保持機構の支持部のスプリング及び内側スリーブ
スプリングよりバネ力が弱いスプリングで保持し
単独で上下動する構造をとつているので、第６図
ｄに示すように接触ガイドでは追従しえないよう
な局所的な被検査物表面の凸部等については、探
触子がこれらの上にのり上げ逃げるように動作す
るので、探触子の損傷を防止出来る効果を有して
いる。この動作は、探触子固定スプリング１３と
探触子１自身とからなる第３の追従機構により達
成されるものである。なお本発明の探触子保持機
構において探触子１と被検査物表面とが接触する
のはこの際のみであり、常時は両者が接触するこ
とはなく、又被検査物表面の凸部に探触子が衝突
することもないので、探触子の損傷は防止でき
る。更に前記実施例では、外側スリーブ１６に設
けたストツパ１６ｂを内側スリーブ１２の上部先
端に設けられたギヤ１２ｂよりはずすことにより
内側スリーブ１２を容易に回転させることが出来
るので、探触子１内に通常探触子の軸方向に対し
て斜め方向に向けて配備されている振動子からの
超音波の伝幡方向を自由に選択出来る利点を有し
ている。これは、溶接線に対して多方向からの探
傷、例えば縦方形、横方形走査及び斜平行走査等
が要求される場合に特に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれ従来の探触子保持機
構の側面図および正面図、第３図は従来の探触子
保持機構による被検査物表面への探触子の接触状
態を示す部分拡大図、第４図、第５図はそれぞれ
本発明の実施例に係る探触子保持機構を示す側面
断面図、および平面図、第６図は本発明の実施例
の探触子保持機構による被検査物表面への探触子
接触状態を示す部分拡大図である。 １……探触子、５……支持アーム、８……アー
ム固定スプリング、１１……探触子駆動ヘツド、
１２……内側スリーブ、１２ａ……内側スリーブ
接触ガイド、１３……探触子固定スプリング、１
５……内側スリーブスプリング、１６……外側ス
リーブ、１６ａ……外側スリーブ接触ガイド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の弾性手段により被検出物側に圧する状
   態で探触子駆動部に取り付けられた支持アーム
   に、探触子を内包するスリーブをジンバル機構を
   介して接続してなるものにおいて、前記スリーブ
   を、被検出物と探触子とのギヤツプを生ぜしめる
   第１の接触ガイドを先端に有し、前記第１の弾性
   手段より弱い第２の弾性手段により探触子を被検
   出物側に圧する状態で保持する内側スリーブと、
   探触子の姿勢を保つ第２の接触ガイドを先端に有
   し、前記第１の弾性手段より弱く第２の弾性手段
   より強い第３の弾性手段により内側スリーブを被
   検出物側に圧する状態で保持する外側スリーブと
   から構成することを特徴とする超音波探傷用探触
   子の保持機構。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の保持機構におい
   て、第１の接触ガイドはできるだけ探触子よりに
   あることを特徴とする超音波探傷用探触子の保持
   機構。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の保持機構におい
   て、第２の接触ガイドは少なくとも探触子の姿勢
   を保つに足る取付幅を有することを特徴とする超
   音波探傷用探触子の保持機構。 ４ 特許請求の範囲第２項または第３項記載の保
   持機構において、接触ガイドは複数の突出部から
   なることを特徴とする超音波探傷用探触子の保持
   機構。 ５ 特許請求の範囲第１項記載の保持機構におい
   て、内側スリーブと探触子は探触子の回動を阻止
   する第１の規制手段を有することを特徴とする超
   音波探傷用探触子の保持機構。 ６ 特許請求の範囲第１項記載の保持機構におい
   て、外側スリーブと内側スリーブは内側スリーブ
   の回動角を任意に設定する第２の規制手段を有す
   ることを特徴とする超音波探傷用探触子の保持機
   構。