JPH0720104A

JPH0720104A - 超音波探触子走査装置

Info

Publication number: JPH0720104A
Application number: JP5162103A
Authority: JP
Inventors: Kuniharu Uchida; 邦治内田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 1995-01-24

Abstract

(57)【要約】【目的】超音波探触子の位置を三次元的な位置座標系で
検出すると共に、探触子の首振り角度を検出しながら試
験体の三次元的な曲面形状に合わせて欠陥位置を算定す
る。【構成】第１の回転部４上にその中心軸線と直交する方
向に伸びる軸を中心に回動する第２の回転部３を支持さ
せ、これら両回転部４，３の回転中心軸線との交点を通
って直線的に伸縮可能なアーム５を引出し、このアーム
の先端に取付けられた接触子保持具６に超音波探触子１
を回転自在に保持する構成とし、且つ第１の回転部に回
転角度を検出する回転角度検出器７及びアームの長さを
測定するためのアーム長さ検出器９を取付け、また第２
の回転部に回転角度を検出する回転角度検出器８を取付
け、さらに探触子保持具６にアームと超音波探触子を結
ぶ直線を軸として超音波探触子の首振り角度を検出する
首振角度検出器１０を取付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、構造部材の超音波探傷
試験を手動探傷によって実施する際に欠陥の位置寸法を
測定して記録するための超音波探触子走査装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に構造物の超音波探傷試験を行う場
合、構造部材中の欠陥位置と欠陥寸法を記録することは
重要な作業である。このため、超音波探傷試験を実施す
るにあたっては自動超音波探傷装置を用いる場合もあ
る。すなわち、この自動超音波探傷装置は超音波探触子
の走査を機械的に所定の手順に従って行うもので、試験
体の形状が比較的単純な形をしている場合に精度よく走
査できる。従って、超音波探触子の位置と方向も高い精
度で検出することができる。

【０００３】しかしながら、一般に自動超音波探傷装置
は超音波探触子を遠隔駆動させるため、駆動装置の移動
や設置は容易でなく、手間のかかる作業となっている。
また、自動超音波探傷装置は各種探触子駆動用モータ及
びこれらモータを駆動させるためのプログラムシーケン
ス回路等も大規模な装置となる。

【０００４】一方、このような大規模な装置を用いずに
欠陥位置並びに寸法を測定し、記録する手段として、超
音波探触子を走査具に取り付けて手動で走査することに
より、簡易に超音波探触子の位置を検知するようにした
ものが提案されている。

【０００５】例えば図８（ａ）に示すようにＸ軸走査軸
１０２とＹ軸走査軸１０３からＸ−Ｙ平面座標系を構成
した走査具に探触子１０１を取付け、Ｘ軸走査軸１０２
とＹ軸走査軸１０３により探触子１０１の位置を検出す
るようにしたものや、図８（ｂ）に示すように走査ボッ
クス上に垂直軸を中心に回動可能に取付けられた支持部
材１０４の先端に第１のアーム１０６の一端をピンジョ
イント１０５で上下方向に回動可能に連結し、さらにこ
の第１のアーム１０６の他端にピンジョイント１０５に
より第２のアーム１０６を連結して走査具を構成し、こ
の走査具の第２のアーム１０５の先端に探触子１０１を
取付けて支持部材１０４の垂直軸を中心とする回動角度
α₁と、この支持部材１０４の支持点を中心とする第１
のアーム１０６の上下方向の傾き角α₂ 、第１のアーム
１０６と第２のアーム１０６の交差角α₃ を用いて探触
子１０１の位置を演算により求めるようにしたものがあ
る。

【０００６】これらの走査具は何ずれも、走査具を設置
した面に固定された座標軸を形成し、探触子はこれらの
座標軸に対して特定な傾きを持って走査することを前提
にしている。

【０００７】従って、このような構成の手動探傷による
走査具においては、探触子を移動走査させることで自動
機による機械的走査と同様な探触子位置データを得るこ
とができ、欠陥位置を算定することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の探
触子位置走査具によれば、平面形状をした試験体の探傷
試験による欠陥位置を検知し、これら検知された欠陥位
置と探傷時の超音波データから欠陥の寸法を推定するよ
うにしている。

【０００９】しかしながらこのような探触子走査具で
は、次に述べるような問題がある。第１に探触子走査具
は、平面状の試験体を想定しているため、曲面状の複雑
な形状の上を探触走査する場合には、探触子の位置を三
次元的に精度よく検知することができない。

【００１０】第２に探傷結果については、良く知られて
いるように探触子位置だけでなく、探触子の向きも傾斜
探傷の重要な検知項目である。すなわち、試験体の欠陥
は超音波ビームの入射方向によって反射エコー高さが大
きく変化するため、探触子の首振り角度も欠陥位置の検
知には不可欠となるが、前述した従来の構成では検知で
きないと言う不都合がある。

【００１１】第３に従来の図８（ａ）に示したような構
成の虹源走査具では、走査具ないでしか探傷範囲とし得
ず、また図８（ｂ）に示したような走査具ではアームの
長さだけしか探傷範囲とし得ない。逆に狭隘部にこれら
の走査具を持込む場合には、走査具の寸法が制限される
ため、走査具の大きさを小さくした状態で広範囲の探傷
を行う場合には不都合が生じる。

【００１２】第４に従来の走査具と走査具から探触子位
置情報を受けて処理する処理系では、走査具の設置位置
によって欠陥位置の座標系が定まってしまうため、試験
体の特定位置と方向を座標軸として取り、探傷結果の処
理を必要とする場合には、再度データの処理をし直すと
言う手間が発生する。

【００１３】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、超音波探触子の位置を三次元的な
位置座標系で検出すると共に、探触子の首振り角度を検
出しながら試験体の三次元的な曲面形状に合わせて欠陥
位置を算定することを第１の目的とし、また曲面形状の
試験体上に任意の座標軸を作成して超音波データを収集
することを第２の目的とする超音波探触子走査装置を提
供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により超音波探触子走査装
置を構成したものである。（１）超音波探触子の位置を検出し、試験体の内部欠陥
位置と大きさを測定する超音波探触子走査装置におい
て、固定部の上面に第１の回転部を設け、この第１の回
転部上にその中心軸線と直交する方向に伸びる軸を中心
に回動する第２の回転部を支持させ、この第２の回転部
にその回転軸線と第１の回転部４の中心軸線との交点を
通って直線的に伸縮可能なアームを引出し、このアーム
の先端に接触子保持具を取付けると共に、この接触子保
持具に超音波探触子を回転自在に保持する構成とし、且
つ第１の回転部に回転角度を検出する回転角度検出器及
びアームの長さを測定するためのアーム長さ検出器を取
付け、また第２の回転部に回転角度を検出する回転角度
検出器を取付け、さらに探触子保持具にアームと超音波
探触子を結ぶ直線を軸として超音波探触子の首振り角度
を検出する首振角度検出器を取付け、互いに直交する第
１の回転部及び第２の回転部の回転角度とアームの長さ
と超音波探触子の回転量とをそれぞれ検出して試験体の
内部欠陥位置と大きさを求めるようにしたものである。（２）上記（１）の構成において、第２の回転部の回転
角度を検出する回転角度検出器とアームの長さを検出す
るアーム長さ検出器より出力される電気信号をスリップ
リングを介して取出すようにしたものである。（３）上記（１）の構成において、超音波探触子とアー
ムとの結合を回転自在な構造とし、このアームの長手方
向を軸とした回転とこのアームに直交する他の二方向の
軸周りの回転軸とがアーム上に存するようにしたもので
ある。（４）上記（１）の構成において、第２の回転部内にス
プリングによる巻取力を有するアーム巻取機構を設け、
このアーム巻取機構により巻取または引出されるアーム
をコンベックス状とし且つこのアームの移動量をアーム
に規則的に明けられた穴に噛合する歯車機構を介してア
ーム長さ検出器に伝達するようにしたものである。（５）上記（４）の構成において、アーム巻取機構は、
アームを巻取または引出す回転中心を、第１の回転部及
び第２の回転部の互いに直交する回転軸周りの回転角度
とその交点の延長線上に引出されたアームの長さによっ
て構成される極座標系の中心位置と異なり、アームの巻
取のためのアーム曲り点が極座標原点とアームの引出し
方向の延長線上の近傍となるように構成されたものであ
る。（６）上記（１）の構成において、第１の回転部及び第
２の回転部の回転角度を検出する回転角度検出器とアー
ム長さを検出するアーム長さ検出器及び超音波探触子の
首振り角度を検出する首振り角度検出器からの電気信号
を取込んで超音波探触子が位置する面の傾きと方向を求
め、この面の傾き方向から超音波探傷時の欠陥エコーデ
ータであるビーム路程と超音波探触子の屈折角を用いて
欠陥の三次元位置を演算して決定する信号処理手段を備
えたものである。

【００１５】

【作用】上記のような構成によれば、互いに直交する二
つの回転軸周りの回転角度と、この両軸の交点から引出
されるアームを有し、これら回転角度とアームの引出し
量を検出しているので、任意な三次元構造物の検査を行
う場合に探触子位置を精度良く測定することができると
共に、狭隘部に本装置を持込んで容易に設置でき、設置
の際に試験体の形状に合わせた座標系を構成するための
装置の配置を行う必要がないので、装置を設置に対する
作業が短時間に実施することができる。

【００１６】また、アームはコンベックス状であり、適
度な変形抵抗を有しているので、アームの引出し、巻取
機構に使用するスプリングの弾性力を低減でき、しかも
探触子の走査にあたっては不要な力がかからず、微妙な
走査が容易にできる。

【００１７】さらに、アーム巻取機構に使用するスプリ
ングはアームの巻取時と引出し時にスプリングの反力が
生じるが、このアーム巻取機構を回転自在に支持すると
共に、アームの巻取開始時の接線方向を位置測定座標系
の原点方向と一致させているので、アームの巻取、引出
しを高速に行っても回転部が不要に偏倚することがな
く、精度の高い計測が可能である。

【００１８】加えて、アームの長手方向が座標系の原点
を通るようにしているので、アームの巻取、引出し時に
回転部に不要なモーメントを作用させることなく、座標
計測精度を高くすることができる。

【００１９】一方、超音波探触子を保持する保持具をア
ームの先端部に１点で互いに直交する回転軸を有するよ
うにしているので、比較的容易な演算式によって超音波
探触子の超音波ビーム入射点の三次元位置を求めること
ができる。

【００２０】また、欠陥の三次元位置を知るためには、
超音波ビーム入射点の三次元位置だけでなく、超音波ビ
ームの入射方向を知る必要があるが、本装置によって超
音波ビーム入射点の三次元位置を複数点計測すること
で、超音波ビームの入射する面の傾きを知ることがで
き、アームの先端に取付けた探触子保持具の探触子首振
り角度から所望の三次元位置を演算して決定することが
できる。

【００２１】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明による超音波探触子走査装置の構成
例を示す側面図、図２は同じく背面図である。図１及び
図２において、２は位置検出機構を示すもので、この位
置検出機構２は次のような構成となっている。

【００２２】固定部１９の上面に垂直方向に伸びる軸を
中心に回動する第１の回転部４が設けられている。ま
た、この第１の回転部４の上面には支持部材４１が取付
けられ、この支持部材４１に第１の回転部４の中心軸線
と直交する方向に伸びる軸を中心に回動する第２の回転
部３が回動自在に軸支されている。この場合、第２の回
転部３の回転中心位置は第１の回転部４の回転中心軸線
上で交差するような関係にしてある。

【００２３】第２の回転部３にはその回転軸線と第１の
回転部４の中心軸線との交点Ｏを通って直線的に伸縮可
能なアーム５が引出され、このアーム５の先端に接触子
保持具６が取付けられると共に、この接触子保持具６に
超音波探触子１が回転自在に保持されている。

【００２４】また、第１の回転部４には回転角度βを検
出する回転角度検出器８が取付けられ、第２の回転部３
には回転角度αを検出する回転角度検出器７が取付けら
れ、これら回転角度検出器８，７はアーム５の引出し長
さでアーム先端の三次元的位置を求めるためのものであ
る。さらに、第１の回転部４にはアーム５の長さｒを測
定するためのアーム長さ検出器９が取付けられている。
これら回転角度検出器８，７及びアーム長さ検出器９は
例えばエンコーダ等を用いることでその目的を達成でき
る。

【００２５】さらに、アーム５の先端には探触子保持具
６が取付けられているが、アーム５の長手方向に直交す
る一つの軸の先端に超音波探触子１の探傷面が直交する
ように取付けられ、アーム５の長手方向に対する超音波
探触子ビーム入射方向が検出できるように角度検出器１
０が取付けられている。

【００２６】以上により位置検出機構２が構成される次
に図３を用いて第２の回転部３についてより詳細に説明
する。図３に示すように第２の回転部３の内部にアーム
巻取機構１１が設けられ、このアーム巻取機構１１によ
りコンベックス状の形状を有するアーム５がスプリング
１２の弾性力により巻取られ、またスプリング１２の弾
性力に抗して引出し可能な構造となっている。

【００２７】また、第２の回転部３のアーム引出し部１
７にはスプロケット１３とガイドローラ１４とが対峙さ
せて取付けられており、アーム巻取機構１１より引出
し、または巻取られるアーム５は第２の回転部３の中心
を通るようにその移動経路に設けられたガイドローラ１
４によりガイドされながらアーム引出し部１７のスプロ
ケット１３により送込まれるようになっている。

【００２８】この場合、アーム５には規則的な穴が設け
られており、この穴にスプロケット１３が噛合ってい
る。また、このスプロケット１３の回転量、つまりアー
ム５の移動量はスプロケット１３に取付けられたタイミ
ングベルト３１を介してアーム長さ検出器９に伝達され
るようになっている。さらに、アーム５はスプリング１
２の弾性力でアーム巻取機構１１に層状に巻取られる
が、このアーム巻取機構１１はアーム５の巻取中心が回
転部３の回転中心Ｏと異なる位置にあり、アーム５の巻
取開始点Ａの接線方向が回転中心Ｏからの半径方向とほ
ぼ一致している。このため、アーム５の巻取が急激に行
われるような場合にも巻取力による反力の発生方向が回
転部３の回転中心Ｏに向うことになり、回転部３に不要
な力が作用することはない。

【００２９】一方、第２の回転部３の軸外周部には歯車
１５が取付けられ、また回転角度検出器７に取付けられ
た歯車１６とを噛合させ、第２の回転部３の回転量はこ
れら歯車１５，１６を介して回転角度検出器７に伝達さ
れ、回転角度αが容易に測定できるようになっている。

【００３０】この場合、第２の回転部３は引出されたア
ーム５がアーム引出し部１７のガイドローラ１４で挟み
つけられているため、アーム５を第２の回転部３の回転
軸の回りに動かすことにより回転させることができる。

【００３１】さらに、この第２の回転部内にはバランス
用錘１８が取付けられ、回転中心から偏心して取付けら
れているアーム巻取機構１１及びアーム引出し部１７な
ど都の重さのバランスを保つようにしている。したがっ
て、位置検出装置２が種々傾いた状態にしても使用する
ことができる。

【００３２】次に図４を用いて第１の回転部４について
より詳細に説明する。図４に示すように第１の回転部４
は、固定部１９の上面に水平状態に配置され、その垂直
方向に伸びる軸部がベアリング２０により回転自在に支
承されている。また第１の回転部４の軸部の中心穴には
スリップリング２１が設けられ、このスリップリング２
１を介して前述した第１の回転部の角度検出器７及びア
ーム長さ検出器９からの検出信号がそれぞれ取出される
ようになっている。

【００３３】また、第２の回転部４の下面には歯車２２
が取付けられ、この歯車２２と噛合する歯車２３を介し
て第１の回転部４の回転量が固定部１９に取付けられた
回転角度検出器８に伝達され、第２の回転部３から引出
されたアーム５を第１の回転部４の回転軸の周りに移動
させたときの回転角度βが容易に検出できるようになっ
ている。

【００３４】さらに、固定部１９にはマグネットからな
る足２４が取付けられており、この固定部１９を強磁性
体の設置箇所に容易に取付可能にしてある。この場合、
マグネットによらず他の手段により取付け可能にしても
よいことは勿論である。

【００３５】なお、第１の回転部４の回転軸の回りに第
２の回転部３が均一に配置されていないため、第２の回
転部３と同様に第１の回転部４の下面部にバランス用錘
２５が取付けられている。この場合、第１の回転部４が
常に水平状態で使用される場合にはバランス用錘２５は
不要となる。

【００３６】次に図５を用いて探触子保持具６の周りに
ついてより詳細に説明する。図５に示すように超音波探
触子１は、アーム５の長手方向の軸に直交した一軸につ
いて超音波探触子１の探傷面２６の法線方向と一致さ
せ、アーム５の長手方向に対して探傷面を含む平面上で
探触子のビーム入射方向とが交差する角度γを前述した
角度検出器１０で検出できるように設けられている。

【００３７】また、探触子保持具６は、さらにアーム５
の長手方向の軸に回転自在なピン継手２７とこの長手方
向軸と前述した角度検出器１０の設置軸とに直交し、各
軸の交点が一点となるような回転軸を有する回転自在な
ピン継手２８により結合されている。

【００３８】このように構成の超音波探触子走査装置で
は、固定部１９の上面に第１の回転部４を設け、この第
１の回転部４上にその中心軸線と直交する方向に伸びる
軸を中心に回動する第２の回転部３を支持させ、この第
２の回転部３にその回転軸線と第１の回転部４の中心軸
線との交点Ｏを通って直線的に伸縮可能なアーム５を引
出し、このアーム５の先端に接触子保持具６を取付ける
と共に、この接触子保持具６に超音波探触子１を回転自
在に保持する構成とし、且つ第１の回転部４に回転角度
βを検出する回転角度検出器８及びアーム５の長さｒを
測定するためのアーム長さ検出器９を取付け、また第２
の回転部３に回転角度αを検出する回転角度検出器７を
取付け、さらに探触子保持具６にアーム５と超音波探触
子１を結ぶ直線を軸として回転する回転量γを検出する
角度検出器１０を取付け、互いに直交する第１の回転部
４及び第２の回転部３の回転角度β及びαとアーム５の
長さｒと超音波探触子１の回転量γとをそれぞれ検出し
て三次元位置を演算することにより、試験体の欠陥位置
寸法を測定するようにしたものである。

【００３９】ここで、その演算内容について述べる。い
ま、アーム５の先端位置が図６に示すようなＰ点位置に
あるとすれば、この先端位置Ｐの直交座標系における値
Ｘ_P ，Ｙ_P ，Ｚ_P は下式によって容易に求められる。

【００４０】Ｘ_P ＝ｒ sinα cosβ Ｙ_P ＝ｒ sinα sinβ Ｚ_P ＝ｒ cosα さらに、これらの点から探触子の探傷面２６の方向余弦
をＸ，Ｙ，Ｚ軸に対し、それぞれｌ，ｍ，ｎとし、探触
子探傷面２６とアーム５の先端Ｐ点の間隔をｈとすれ
ば、探触子の超音波ビーム入射点Ｔの座標Ｘ_T ，Ｙ_T ，
Ｚ_T は下式となる。

【００４１】Ｘ_T ＝Ｘ_P ＋ｌ・ｈＹ_T ＝Ｙ_P ＋ｍ・ｈＺ_T ＝Ｚ_P ＋ｎ・ｈ一方、探触子のビーム入射方向がアーム５と探傷面上で
なす角度γを用いると、超音波ビーム路程から求められ
る超音波ビーム入射点Ｔから欠陥Ｆまでの距離ｂを超音
波探触器から得て超音波探触子１の試験体２９への超音
波ビームの屈折角ψを知って、下式により欠陥位置Ｘ
_F ，Ｙ_F ，Ｚ_F を求めることができる。

【００４２】Ｘ_F ＝ｂ［｛ｅ₁ cos γ＋ｃ₁ sin γ} si
n ψ＋ｌcos ψ］＋Ｘ_T Ｙ_F ＝ｂ［｛ｅ₂ cos γ＋ｃ₂ sin γ} sin ψ＋ｍcos
ψ］＋Ｙ_T Ｚ_F ＝ｂ［｛ｅ₃ cos γ＋ｃ₃ sin γ} sin ψ＋ｎcos
ψ］＋Ｚ_T 但し、ｃ₁ ＝（ｍＺ₁ −ｎＹ₁ ）／ａ，ｅ₁ ＝（Ｘ₁ −
ｌｐ）／ａｃ₂ ＝（ｎＸ₁ −ｌＺ₁ ）／ａ，ｅ₂ ＝（Ｙ₁ −ｍｐ）
／ａｃ₃ ＝（ｌＹ₁ −ｍＸ₁ ）／ａ，ｅ₃ ＝（Ｚ₁ −ｎｐ）
／ａａ＝（Ｘ₁ ² ＋Ｙ₁ ² ＋Ｚ₁ ² ）^1/2 ｐ＝ｌＸ₁ ＋ｍＹ₁ ＋ｎＺ₁ また、探傷面の方向余弦ｌ，ｍ，ｎはアーム５の先端位
置Ｐ点を同一探傷面内上で少なくとも３点あれば下式に
よって求められることは一般に明らかであり、欠陥点Ｆ
を検知した場合に欠陥点を検出した時のアーム５の先端
位置Ｐ₁ 点に加え、Ｐ₁ 点から予め定めた探傷面の平面
性を失わないと考えられる距離ｄ₁ 〜ｄ₂ の範囲内で
互いに離れたＰ₂ 及びＰ₃ 点を決定すれば、容易に達成
できる。

【００４３】

【数１】

【００４４】このようにして求められた欠陥点Ｆの座標
値は、本実施例の装置の設置位置を基準として得られる
が、実際の探傷試験においては、任意の試験体上の座標
系を設定する必要がある。

【００４５】本実施例の装置によれば、図７に示すよう
に予め新座標系の原点Ｑ₀ （ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ）とＸ軸
方向の点Ｑ₁ （ｘ₂ ，ｙ₂ ，ｚ₂ ）とＹ方向を定めるＱ
₂ （ｘ₃ ，ｙ₃ ，ｚ₃ ）の本実施例の装置による座標を
定めることで一般の座標変換公式を用いて容易に新座標
系を設定し、欠陥点の位置を新座標系で求めることがで
きる。即ち、新座標系Ｘ´，Ｙ´，Ｚ´は装置の座標系
Ｘ，Ｙ，Ｚによって下式で求まる。

【００４６】

【数２】

【００４７】従って、アーム５の長さｒと、アーム５の
角度方向の値α、βと、超音波探触子保持具の回転量γ
を電気信号として図示しないコンピュータに取込み、試
験体上表面に任意の座標系を形成し、超音波探傷データ
を用いて欠陥位置_F ，Ｙ_F ，Ｚ_F を算定することができ
る。

【００４８】このように本実施例では、互いに直交する
二つの回転軸周りの回転角度と、この両軸の交点から引
出されるアームを有し、これら回転角度とアームの引出
し量を検出しているので、任意な三次元構造物の検査を
行う場合に探触子位置を精度良く測定することができる
と共に、狭隘部に本装置を持込んで容易に設置でき、設
置の際に試験体の形状に合わせた座標系を構成するため
の装置の配置を行う必要がないので、装置を設置に対す
る作業が短時間に実施することができる。

【００４９】また、アームはコンベックス状であり、適
度な変形抵抗を有しているので、アームの引出し、巻取
機構に使用するスプリングの弾性力を低減でき、しかも
探触子の走査にあたっては不要な力がかからず、微妙な
走査が容易にできる。

【００５０】このようなアーム巻取機構に使用するスプ
リングはアームの巻取時と引出し時にスプリングの反力
が生じるが、本装置ではこのアーム巻取機構をピン継手
で回転自在に支持すると共に、アームの巻取開始時の接
線方向を位置測定座標系の原点方向と一致させているた
め、アームの巻取、引出しを高速に行っても回転部が不
要に偏倚することがなく、精度の高い計測が可能であ
る。

【００５１】さらに、アームの長手方向が座標系の原点
を通るようにしているので、アームの巻取、引出し時に
回転部に不要なモーメントを作用させることなく、座標
計測精度を高くすることができる。

【００５２】なお、本装置の回転部に取付けられたアー
ム引出し量及び回転角度を検出する検出器の電気信号を
スリップリングを介して取出されるので、装置の回転動
作時に信号線を固定しておいても装置の動きが滑らであ
り、位置測定精度を上げることができる。

【００５３】一方、超音波探触子を保持する保持具をア
ームの先端部に１点で互いに直交する回転軸を有するよ
うにしているので、比較的容易な演算式によって超音波
探触子の超音波ビーム入射点の三次元位置を求めること
ができる。

【００５４】また、欠陥の三次元位置を知るためには、
超音波ビーム入射点の三次元位置だけでなく、超音波ビ
ームの入射方向を知る必要があるが、本装置によって超
音波ビーム入射点の三次元位置を複数点計測すること
で、超音波ビームの入射する面の傾きを知ることがで
き、アームの先端に取付けた探触子保持具の探触子首振
り角度から所望の三次元位置を演算して決定することが
できる。

【００５５】なお、上記実施例ではアーム５としてコン
ベックス状の形状を有するものを使用したが、より変形
し易い一般的に使用されているタイミングベルトを使用
しても十分効果を発揮することができる。この場合、ア
ームを直線状に張って維持するため、コンベックス状の
ものに比べて巻取時の弾性力が強くなるため、探触子の
操作性が若干低下する。

【００５６】また、上記実施例では巻取時スプリングに
よってアーム巻取開始点の接線方向を第２の回転部４の
回転方向とほぼ一致させたが、探触子の走査速度が比較
的ゆっくりであれば半径方向との一致がされていなくて
も機構としての効果を十分発揮できる。

【００５７】さらに、上記実施例では探触子保持具とし
てアームの長手方向を軸とする回転自在のピン継手を用
いたが、アームが容易にねじれる構造のものであれば、
ピン継手でなくても十分高い精度でアーム先端の座標点
を求めることができる。

【００５８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、超音
波探触子の位置を三次元的な位置座標系で検出すると共
に、探触子の首振り角度を検出しながら試験体の三次元
的な曲面形状に合わせて欠陥位置を算定することがで
き、また曲面形状の試験体上に任意の座標軸を作成して
超音波データを収集することができる超音波探触子走査
装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波探触子走査装置の一実施例
を示す側面図。

【図２】同実施例の背面図。

【図３】同実施例における第２の回転部の構成を詳細に
示す図。

【図４】同実施例における第１の回転部の構成を詳細に
示す図。

【図５】同実施例における探触子保持具の構成を詳細に
示す図。

【図６】同実施例において、探触子位置を測定する方法
の説明図。

【図７】同実施例において、探触位置を求めるための座
標系の説明図。

【図８】従来の探触子走査具を示す構成図。

【符号の説明】

１……超音波探触子、２……位置検出機構、３……第２
の回転部、４……第１の回転部、５……アーム、６……
探触子保持具、７，８……回転角度検出器、９……アー
ム長さ検出器、１０……回転量検出器、１１……巻取機
構、１２……スプリング、１３，１５，１６……歯車、
１４……ガイドローラ、１７……アーム引出し部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波探触子の位置を検出し、試験体の
内部欠陥位置と大きさを測定する超音波探触子走査装置
において、固定部の上面に第１の回転部を設け、この第
１の回転部上にその中心軸線と直交する方向に伸びる軸
を中心に回動する第２の回転部を支持させ、この第２の
回転部にその回転軸線と第１の回転部の中心軸線との交
点を通って直線的に伸縮可能なアームを引出し、このア
ームの先端に接触子保持具を取付けると共に、この接触
子保持具に超音波探触子を回転自在に保持する構成と
し、且つ第１の回転部に回転角度を検出する回転角度検
出器及びアームの長さを測定するためのアーム長さ検出
器を取付け、また第２の回転部に回転角度を検出する回
転角度検出器を取付け、さらに探触子保持具にアームと
超音波探触子を結ぶ直線を軸として超音波探触子の首振
り角度を検出する首振角度検出器を取付け、互いに直交
する第１の回転部及び第２の回転部の回転角度とアーム
の長さと超音波探触子の回転量とをそれぞれ検出して試
験体の内部欠陥位置と大きさを求めることを特徴とする
超音波探触子走査装置。
【請求項２】第２の回転部の回転角度を検出する回転
角度検出器とアームの長さを検出するアーム長さ検出器
より出力される電気信号をスリップリングを介して取出
すことを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子走査
装置。
【請求項３】超音波探触子とアームとの結合を回転自
在な構造とし、このアームの長手方向を軸とした回転と
このアームに直交する他の二方向の軸周りの回転軸とが
アーム上にあることを特徴とする請求項１に記載の超音
波探触子走査装置。
【請求項４】第２の回転部内にスプリングによる巻取
力を有するアーム巻取機構を設け、このアーム巻取機構
により巻取または引出されるアームをコンベックス状と
し且つこのアームの移動量をアームに規則的に明けられ
た穴に噛合する歯車機構を介してアーム長さ検出器に伝
達するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の超
音波探触子走査装置。
【請求項５】アーム巻取機構は、アームを巻取または
引出す回転中心を、第１の回転部及び第２の回転部の互
いに直交する回転軸周りの回転角度とその交点の延長線
上に引出されたアームの長さによって構成される極座標
系の中心位置と異なり、アームの巻取のためのアーム曲
り点が極座標原点とアームの引出し方向の延長線上の近
傍となるように構成された請求項４に記載の超音波探触
子走査装置。
【請求項６】第１の回転部及び第２の回転部の回転角
度を検出する回転角度検出器とアーム長さを検出するア
ーム長さ検出器及び超音波探触子の首振り角度を検出す
る首振り角度検出器からの電気信号を取込んで超音波探
触子が位置する面の傾きと方向を求め、この面の傾き方
向から超音波探傷時の欠陥エコーデータであるビーム路
程と超音波探触子の屈折角を用いて欠陥の三次元位置を
演算して決定する信号処理手段を備えたことを特徴する
請求項１に記載の記載の超音波探触子走査装置。