JPH04303762A - 噴流式超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複合材積層部品や接着
構造等の曲面部の探傷を行う噴流式超音波探傷装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】超音波探傷とは、試料（被探傷物）に損
傷を与えることなく、傷、材質、状態等を探知する方法
をいう。このような方法は、表面から試料内部に向かっ
て超音波パルスを送り、界面、傷、格子欠陥等からの反
射波を受け、これを電気信号に変えてＣＲＴにより時間
観測するものである。

【０００３】このような超音波探傷として、たとえば特
開昭６３−２６３４６７号公報には、曲面部を透過する
超音波の減衰と、欠陥を透過する超音波の減衰とを識別
するようにした超音波探傷方法が開示されている。また
、プローブの保持方法として、たとえば特開昭５６−７
６０４６号公報には、被探傷物の球面状の表面に対する
プローブの向きと距離とを適正に保つようにした球面部
の倣い方法が開示されている。更に、曲面部の倣い方法
として、特開昭６３−１３５８０７号公報には、プロー
ブ測定点において被測定物の表面に対し、プローブを垂
直に保持し測定の誤差を減らすようにしたプローブ制御
装置が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開昭６３−２６３４６７号公報及び特開昭５６−７
６０４６号公報に示される先行技術では、被探傷物の表
面に対する超音波探傷用バッファの向きと距離とを保つ
ために、被探傷物の形状や寸法に関するデータを探傷装
置の制御部に入力する必要があり、操作が非常に煩雑で
ある。また、探傷を行う際の段取りとして、被探傷物と
探傷装置との位置関係を予め定めた位置関係とする必要
があり、やはり操作が煩雑となっている。更に、探傷の
ための部品毎の治具を製作する必要があり、探傷に要す
る費用や時間の増大を招いている。

【０００５】また、特開昭６３−１３５８０７号公報に
示されたものでは、プローブを被探傷物に対し、接触及
び非接触の動作を行わせているため、連続的な探傷を行
わせることが困難となっている。更に、一般に、噴流式
超音波探傷にあっては、たとえば図１２に示す構成がと
られている。つまり、平面的な移動を行う支持軸３１に
取付けられている架台３２には、水を噴出する噴出口３
３を有する探傷用バッファ３４が取付けられている。そ
して、被探傷物３５の探傷点３６に対して水を噴き付け
ることにより、その表面に付着している細かい塵等が洗
い流されると同時に、探傷用バッファ３４と被探傷物３
５との距離を適正な距離Ｌに保ちつつ探傷用バッファ３
４から超音波が出力され、探傷点３６からの反射波に基
づいて探傷を行っている。しかし、このように、探傷用
バッファ３４から被探傷物３５へ水を噴き付ける方法に
よる場合、被探傷物３５の表面に気泡が生じてしまうた
め、その気泡によって生じた雑音データが探傷データに
重畳し、探傷精度が低下してしまうという問題もある。

【０００６】本発明は、このような事情に対処して成さ
れたもので、探傷に要する費用や時間の削減を図るとと
もに、正確な被探傷物に対する探傷を行うことのできる
噴流式超音波探傷装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の噴流式超
音波探傷装置は、上記目的を達成するために、上下左右
方向に走行する架台に取付けられた３次元方向に移動可
能なマニピュレータと、このマニピュレータの先端部に
取付けられ、被探傷物に対して水を吹き付けるとともに
、前記水の噴出軌道に沿って超音波を出力するバッファ
ヘッドを有した探傷用バッファと、前記バッファヘッド
に取付けられ、前記被探傷物との距離を検出する距離検
出手段と、所定の制御手順に従って前記架台の走行動作
を制御するとともに、前記距離検出手段の検出結果に基
づいて前記マニピュレータの動作を制御することにより
前記バッファヘッドと前記被探傷物との距離を一定に保
つ動作制御手段とを具備することを特徴とする。

【０００８】請求項２記載の噴流式超音波探傷装置は、
上記目的を達成するために、前記バッファヘッドの前面
の外周部に、切欠部を有し、前記探傷物面に擦り付けら
れる第１の弾性部材が取付けられるとともに、前記バッ
ファヘッドの噴出口近傍を取り囲むように前記第１の弾
性部材より丈の短い第２の弾性部材が取付けられてなる
ことを特徴とする。

【０００９】

【作用】請求項１記載の噴流式超音波探傷装置では、動
作制御手段により、所定の制御手順に従って架台の走行
動作を制御するとともに、距離検出手段の検出結果に基
づいてマニピュレータの動作を制御し、バッファヘッド
と被探傷物との距離を一定に保つようにした。したがっ
て、被探傷物の面形状に限定されることなくその面の探
傷を行うことができるとともに、被探傷物の表面に対す
るバッファヘッドの向きと距離とを保つために、被探傷
物の形状や寸法に関するデータを予め測定する必要がな
くなる。また、探傷を行う際の段取りとしての被探傷物
とバッファヘッドとの位置関係を予め定めた位置関係と
する必要もなくなる。更に、探傷のための部品毎の治具
を製作する必要もなくなる。その結果、探傷に要する費
用が低減される。

【００１０】請求項２記載の噴流式超音波探傷装置では
、バッファヘッドの前面の外周部に、切欠部を有し、探
傷物面に擦り付けられる第１の弾性部材を取付けるとと
もに、バッファヘッドの噴出口近傍を取り囲むように第
１の弾性部材より丈の短い第２の弾性部材を取付けた。 これにより、探傷物面に第１の弾性部材が当接したとき
、短い第２の弾性部材と探傷物面との間に隙間が生じ、
噴出口から吹き出された水はその隙間を抜けて第２の弾
性部材側に移動し、切欠部から排出される。このとき、
バッファヘッドの移動によって第１の弾性部材が探傷物
面を擦り付けるため、探傷物面に付着している細かい塵
等が排除されるとともに、吹き付けられた水が探傷物面
を跳ね返る際に生ずる気泡が第１の弾性部材の移動によ
って拭き取られる探傷点の気泡を除去することができる
。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例の詳細を図面に基づい
て説明する。図１は、本発明の噴流式超音波探傷装置の
一実施例に係る超音波探傷用のバッファヘッドを示すも
のである。同図に示すように、バッファヘッド１には、
貫通された噴出口２を有する円柱状のベース３が備えら
れている。ベース３の外周には、被探傷物との距離を検
出する３個の距離検出センサ４が等間隔で取付けられて
いる。また、ベース３の前面の噴出口２の近傍には、気
泡の発生を阻止するためのリング状のスポンジ５が取付
けられている。更に、ベース３の前面の外周縁部には、
切欠部６ａを有する気泡の発生を阻止するためのリング
状のスポンジ６が取付けられている。なお、図中４ａは
、各距離検出センサ４からの出力線を示している。

【００１２】図２は、このようなバッファヘッド１を取
付けるための探傷用バッファを示すもので、バッファヘ
ッド１は探傷用バッファ７のヘッド部８に取付けられて
いる。探傷用バッファ７の内部には、超音波９を発生す
る超音波プローブ１０が設けられている。また、探傷用
バッファ７の内部には、ホース１１を介して給水装置１
２から供給される水を所定の圧力で噴出させる噴出部１
３が設けられている。そして、噴出部１３からは、バッ
ファヘッド１の噴出口２の径に絞られた柱状の水が噴出
されるようになっている。またこのとき、超音波プロー
ブ１０からの超音波９は、柱状の水を介して被探傷物側
へ送出されるようになっている。

【００１３】図３は、バッファヘッド１を取付けた探傷
用バッファ７の支持装置を示すもので、平面的な動作を
行う支持軸１４には架台１５が取付けられている。架台
１５には、各距離検出センサ４からの検出信号に基づい
てマニュピレータ制御装置１６によりフィードバック制
御されるマニュピレータ１７が取付けられている。マニ
ュピレータ１７の先端部には、探傷用バッファ７が取付
けられている。なお、図中１６ａ，１６ｂは、センサ出
力線及び制御出力線をそれぞれ示している。そして、支
持軸１４は同図の矢印で示すような２次元的な動作を行
うとともに、マニュピレータ１７は被探傷物１８に対し
て３次元的な動作を行う。これにより、被探傷物１８が
平面的であっても湾曲的であってもマニュピレータ１７
の３次元的な動作により、探傷が可能とされている。

【００１４】このような構成の噴流式超音波探傷装置は
、次のような動作を行う。まず、図４を用いてマニュピ
レータ１７による探傷用バッファ７の支持方法を説明す
る。元の位置１９ａ，２０ａ，２１ａにて検出された各
距離検出センサ４からの検出結果は１９ｓ，２０ｓ，２
１ｓであり、各距離検出センサ４が検出しているのは曲
面を持つ被探傷物１８の表面上の原点１９ｐと元の距離
検出センサ４の位置１９ａとの距離である。また、その
検出結果は、被探傷物１８の表面上の原点２０ｐと元の
距離検出センサ４の位置２０ａとの距離ある。更に、そ
の検出結果は、被探傷物１８の表面上の原点２１ｐと元
の距離検出センサ４の位置２１ａとの距離である。

【００１５】そして、探傷用バッファ７と曲面を持つ被
探傷物１８との距離は、（１９ｓ＋２０ｓ＋２１ｓ）／
３で表され、１９ｐ，２０ｐ，２１ｐの３点を通る平面
２２の放線方向２４に対し、探傷点２３における曲面を
持つ被探傷物１８の表面の放線方向２４の近似の値をと
る。各距離検出センサ４からの出力は、センサ出力線１
６ａを介してマニュピレータ制御装置１６に送られ、（
１９ｓ＋２０ｓ＋２１ｓ）／３が適正な距離Ｌと等しく
、且つ放線方向２４と超音波の伝搬方向２５が直線上２
６に載るように、制御出力線１６ｂを介してマニュピレ
ータ制御装置１６がマニュピレータ１７を制御する。 この結果、探傷用バッファ７は、常に適正な向きと位置
とを保つように保持され、同時に各距離検出センサ４に
ついてもそれぞれ元の位置１９ａ，２０ａ，２１ａから
適正な位置１９ｂ，２０ｂ，２１ｂに移動される。

【００１６】一方、探傷点２３は、架台１５との位置関
係から、次のようにその位置が求められる。つまり、図
５において、ある時刻Ｔａ　のとき、架台１５の中心を
通り、平面的な架台軌跡１５ａに対し垂直な直線２６ａ
と曲面を持つ被探傷物１８との交点が探傷点２３ａとな
る。次の時刻Ｔｂ　のときも同様に架台１５の中心を通
り、平面的な架台軌跡１５ａに対し垂直な直線２６ｂを
持つ探傷物１８との交点が探傷点２３ｂとなる。

【００１７】このように、架台１５を、平面的な架台軌
跡を移動させるに従い、探傷点２３ａ，２３ｂは曲面を
持つ被探傷物１８の表面を連続的に移動し、且つ探傷用
バッファ７は、常に探傷点に対し適正な位置と向きを保
つように保持される。続いて、図６を用い探傷用バッフ
ァ７の保持状態について説明する。

【００１８】まず、探傷用バッファヘッド１のスポンジ
６が探傷物１８の表面に当接している。このとき、スポ
ンジ５と被探傷物１８の表面との間には隙間２７が形成
されている。噴出口２から噴出された水は、一次水溜り
２８の内部を満たすだけの圧力が掛かっているため、そ
の隙間２７から二次水溜り２９側へ移動する。二次水溜
り２９の内部の水は、切欠部６ａを通り落ち水３０とな
って被探傷物１８の表面を流れ落ちる。このとき、外側
のスポンジ６は被探傷物１８の表面に当接しつつ移動す
るため、探傷点２３に吹き付けられる前に予めその表面
を濡らし、更にその表面に付着している細かい塵等を洗
い流す。これと同時に、スポンジ６は被探傷物１８の表
面に当接しつつ移動するため、噴出口２から噴出された
水が被探傷物１８の表面によって跳ね返る際に生ずる気
泡を排除することができる。これにより、探傷用バッフ
ァ７の超音波プローブ１０から発せられた超音波は、気
泡によって阻害されることなく適切な反射波とされる。

【００１９】このように、本実施例では、上下左右に走
行する架台にバッファヘッド１を有した探傷用バッファ
７を、３次元にて移動可能なマニュピレータ１７を介し
て取付け、バッファヘッド１と被探傷物１８との距離を
距離検出センサ４からの検出結果に基づくフィードバッ
ク制御によって一定に保つようにしたので、被探傷物１
８の面形状に限定されることなくその面の探傷を行うこ
とができる。また、マニュピレータ１７を介して探傷用
バッファ７を取付け、距離検出センサ４からの検出結果
に基づくフィードバック制御によって探傷を行わせるよ
うにしたので、被探傷物１８の表面に対する探傷用バッ
ファ７の向きと距離とを保つために、被探傷物１８の形
状や寸法に関するデータをマニュピレータ制御装置１６
の制御メモリに入力する必要がなくなり、操作が非常に
簡素化される。更に、探傷を行う際の段取りとしての被
探傷物１８とバッファヘッド１との位置関係を予め定め
た位置関係とする必要もなくなり、同様に操作が簡素化
される。更にまた、探傷のための部品毎の治具を製作す
る必要もなくなり、探傷に要する費用を低減することも
できる。

【００２０】また、本実施例では、バッファヘッド１の
ベース３にスポンジ５，６を取付け、探傷点をそのスポ
ンジ６によって擦り付けるようにしたので、バッファヘ
ッド１の噴出口２から噴出される水によって生ずる気泡
の発生が阻止され、その気泡によって発生する雑音が防
止されるため、探傷データの精度を高めることができる
。

【００２１】なお、本実施例では、探傷用バッファヘッ
ド１に被探傷物１８との距離を検出する距離検出センサ
４を３個取付けた場合について説明したが、この例に限
らず被探傷物１８の形状によっては距離検出センサ４を
３個未満としてもよい。つまり、図７は、表面が平な被
探傷物１８ａに対して探傷を行う噴流式超音波探傷装置
を示すもので、ベース３を有した探傷用バッファ７が支
持軸１４に取付けられている架台１５及び単軸ロボット
１７ａを介して回動自在に取付けられている。このよう
に、表面が平な被探傷物１８ａに対しては、予め探傷用
バッファ７の向きを定めておき、被探傷物１８ａと探傷
用バッファヘッド１との距離を１個の距離検出センサ４
によって検出することにより、フィードバック制御によ
り適正に保たれる。

【００２２】また、本実施例では、図１に示したように
、バッファヘッド１に噴出口２の近傍にスポンジ５を取
付けるとともに、その前面の外周縁部にスポンジ６を取
付けた場合について説明したが、この例に限らず、たと
えば図８及び図９に示すように、スポンジ５と切欠き部
６ａを有したスポンジ６との間に切欠き部５ｂを有する
スポンジ５ａを配置した３重構成としてもよい。

【００２３】更に、本実施例では、スポンジ５，６を用
いた場合について説明したが、これに限らず、たとえば
図１０に示すように、これらスポンジ５，６に代えてブ
ラシ５Ａ，５Ｃ，６Ａを用いてもよい。更にまた、図１
１に示すように、スポンジ５ａ，６とブラシ５Ａとを組
合わせて用いるようにしてもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の噴流式超
音波探傷装置によれば、被探傷物の面形状に限定される
ことなくその面の探傷を行うことができるとともに、被
探傷物の表面に対するバッファヘッドの向きと距離とを
保つために、被探傷物の形状や寸法に関するデータを予
め測定する必要がなくなる。また、探傷を行う際の段取
りとしての被探傷物とバッファヘッドとの位置関係を予
め定めた位置関係とする必要もなくなる。更に、バッフ
ァヘッドの移動によって第１の弾性部材が探傷物面を擦
り付けるるため、探傷物面に付着している細かい塵等が
排除されるとともに、吹き付けられた水が探傷物面を跳
ね返る際に生ずる気泡が第１の弾性部材の移動によって
拭き取られる。その結果、探傷に要する費用や時間の削
減を図るとともに、正確な被探傷物に対する探傷を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の噴流式超音波探傷装置の一実施例に係
る超音波探傷用のバッファヘッドを示す斜視図である。

【図２】図１のバッファヘッドを取付けるための探傷用
バッファを示す斜視図である。

【図３】図２の探傷用バッファを支持するための支持装
置を示す斜視図である。

【図４】図２の探傷用バッファの支持方法を説明するた
めの図である。

【図５】図３の被探傷物の探傷点を説明するための図で
ある。

【図６】図３の被探傷物面に対するバッファの当接状態
を示すための図である。

【図７】図１における距離検出センサを１個にした場合
の他の実施例を示す斜視図である。

【図８】図のスポンジの取付け個数を変えた場合の他の
実施例を示すバッファヘッドの正面図である。

【図９】図８のＡ−Ａ線端面図である。

【図１０】図８のスポンジをブラシに代えた場合の他の
実施例を示す端面図である。

【図１１】図９のスポンジと図１０のブラシとを組み合
わせた場合の他の実施例を示す端面図である。

【図１２】従来の噴流式超音波探傷の一形態を示す図で
ある。

【符号の説明】

１　　バッファヘッド ２　　噴出口 ３　　ベース ４　　距離検出センサ ５，６　　スポンジ ６ａ　　切欠部 ７　　探傷用バッファ ８　　ヘッド部 １０　　超音波プローブ １２　　給水装置 １６　　マニピュレータ制御装置 １７　　マニュピレータ １８　　被探傷物 ２３　　探傷点

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　上下左右方向に走行する架台に取付け
   られた３次元方向に移動可能なマニピュレータと、この
   マニピュレータの先端部に取付けられ、被探傷物に対し
   て水を吹き付けるとともに、前記水の噴出軌道に沿って
   超音波を出力するバッファヘッドを有した探傷用バッフ
   ァと、前記バッファヘッドに取付けられ、前記被探傷物
   との距離を検出する距離検出手段と、所定の制御手順に
   従って前記架台の走行動作を制御するとともに、前記距
   離検出手段の検出結果に基づいて前記マニピュレータの
   動作を制御することにより前記バッファヘッドと前記被
   探傷物との距離を一定に保つ動作制御手段とを具備する
   ことを特徴とする噴流式超音波探傷装置。
2. 【請求項２】　　前記バッファヘッドの前面の外周部に
   、切欠部を有し、前記探傷物面に擦り付けられる第１の
   弾性部材が取付けられるとともに、前記バッファヘッド
   の噴出口近傍を取り囲むように前記第１の弾性部材より
   丈の短い第２の弾性部材が取付けられてなることを特徴
   とする請求項１記載の噴流式超音波探傷装置。