JPH09288094A

JPH09288094A - 超音波探傷装置

Info

Publication number: JPH09288094A
Application number: JP8101325A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Masumoto; 勉桝本; Yasunari Inada; 康徳稲田; Yoichi Ichiki; 洋一一木; Yutaka Kimura; 裕木村
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1996-04-23
Filing date: 1996-04-23
Publication date: 1997-11-04
Anticipated expiration: 2016-04-23
Also published as: JP3224987B2

Abstract

(57)【要約】【課題】超音波探傷装置の小型軽量化と探傷作業の効
率向上を図る。【解決手段】超音波探触子押圧機構６にエアシリンダ
７とリンク機構８を併用し、エアシリンダ７の探傷アー
ム４に対する平行な移動を超音波探触子５の探傷アーム
４に対する垂直な方向の移動、言い換えればガイドレー
ル２に対する平行な移動に変換し、エルボ曲面の変化に
追従して探傷する際課題となる超音波探触子５とガイド
レール２間の直線距離の誤差をなくすことを可能にし
た。また、エアシリンダ７等の押圧機構を配管軸方向へ
設置することが可能となり、装置高さを低くできた。さ
らに、超音波探触子押圧機構６に設けた回転機能により
超音波探触子５を取り外すことなくオフセット状態から
１８０度超音波入射方向を変えることができ、これによ
りアーム長さを短くすることを可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検体の非破壊検
査を行う超音波探傷装置に係り、特に、曲管と直管との
接続部を有する配管の溶接部の自動探傷に好適な超音波
探傷装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波探傷は種々の材料や形状に対して
実施されているが、特に曲がりを有する管状の被検体に
対しては平板状のものと異なり、複雑な形状になってい
るので、超音波探触子を被検体の表面に沿って走査させ
る際には工夫が必要となる。このような曲がりを有する
管状の被検体を超音波探傷する技術としては、例えば、
特公平６−６４０２８号公報に記載されているようなも
のが知られている。

【０００３】この公知発明は、超音波音波探触子の押圧
部材（探傷アーム）を一点で支持させて、曲管の曲面に
従って超音波探触子の位置を円弧状に変化させて探傷す
るもので、さらに詳しくは、直管部と曲管部とが接して
いる円を含む基準面を想定し、前記探傷アームの長さ、
当該探傷アームが直管部に対して傾いている角度、探傷
アームの回動中心点と前記基準面との間の距離、前記探
触子が探傷アームに取りつけられている点と探触子が被
検物に接触している面との間の距離、被検体の円周方向
について探触子の角位置などから、前記基準面から探触
子までの距離を計算回路に設定された数式（手順）によ
って計算し、自動的に補正するように構成されたもので
ある。

【０００４】また、上記のように探傷アームを一点で支
持させて円弧状の軌跡を辿らせるものの他に図５に示す
ように探傷アームが管の長手方向に伸びた状態で固定さ
れているような形式の探傷装置もある。この装置は配管
１の円周方向に沿って着脱自在に取り付けられるガイド
レール２と、このガイドレール２上を配管１の周方向に
移動する移動体３と、この移動体３に対して前記ガイド
レール２に対して垂直な方向、言い換えれば直管１ａの
長手方向（軸方向）に平行に取り付けられた探傷アーム
４と、探傷アーム４に沿って移動する超音波探触子５
と、この超音波探触子５を配管１に押し付ける押圧機構
６とから構成されている。なお、移動体３内には、図示
しないモータを含む駆動機構が搭載され、自動走行可能
になっている。

【０００５】なお、図５において直管１ａと曲管１ｂと
の境界部分が溶接によって接合され、検査対象となる溶
接部Ｗである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前者の従来
例のように計算回路で計算して自動的に補正するもので
は、このためのＣＰＵを含む回路を組み込む必要がある
のでコストが高くなるばかりでなく、上述のようにパラ
メータが多いので被検体の形状によってはユーザの入力
に時間がかかる場合もある。

【０００７】また、後者の従来例では図５を見ても分か
るように探触子の探傷範囲、言い換えれば探傷ストロー
クＳＴ分移動させるには、図においてＱで示すように当
該ストロークＳＴよりも押圧機構６の移動分だけ長くな
るように探傷アーム４の長さを設定する必要がある。し
かし、探傷アーム４が長くなると、小径配管の曲管部を
探傷する場合、曲管１ｂの腹側１ｂ’で探傷アーム４の
先端部４ａと曲管１ｂの腹の部分１ｂ’が干渉するよう
になる。この干渉を防ごうとすると、探傷アーム４の長
さを短くする必要があり、短くすると探傷ストロークＳ
Ｔが短くなって探傷範囲が小さくなり、作業能率の低下
に結び付く場合も出てくる。

【０００８】また、従来装置は、超音波探触子５の配管
１への押圧をエアーシリンダ７等で配管１の中心方向に
押し出す方式としているので、エアシリンダ７は長手方
向を配管１の中心に向けて配置されている。一方、探傷
時には、当然、曲管１ｂの背側１ｂ”で押圧ストローク
が長くなる。そこで、これに対応して押圧ストロークを
大きくとると、エアシリンダ７の長手方向の寸法も大き
くなり、これによって装置全体も大きくなる。このよう
にエアシリンダ７の長手方向の寸法や装置全体の寸法が
大きくなると、寸法的に狭い配管部分に設置することが
不可能となって、検査ができなくなったり、重量の増加
に伴って取付作業などが面倒になる。取り付け作業が面
倒になると、作業時間が長くなり、特に原子炉の配管の
検査では、作業員に対する被爆時間が長くなって好まし
くない。

【０００９】さらに、超音波探触子５の押し付け機構６
は、図５に示すように単にスライド移動するだけなの
で、被検体に対する超音波の入射方向を変更する場合、
超音波探触子５を取外して組み替える作業が必要とな
り、これも作業時間の延長に繋がり、ひいては被爆時間
の増加を招くことになる。

【００１０】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、小型軽量でコストの安い超音波探
傷装置を提供することにある。また、他の目的は短時間
で自動的に探傷することができる作業性に優れた超音波
探傷装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、被検体に対して超音波を送受信する超音
波探触子と、この超音波探触子を被検体の表面に対して
近接離反自在に支持する支持手段と、この支持手段を被
検体の表面に沿って移動可能に保持する保持部材とを備
え、前記超音波探触子によって被検体の探傷を行う超音
波探傷装置において、前記支持手段が、前記保持手段に
よって前記被検体の表面に対して平行な方向に駆動され
たときに前記超音波探触子を前記被検体の表面に対して
垂直な方向に移動させるリンク機構からなることを特徴
としている。

【００１２】この場合、前記支持手段を前記超音波探触
子が前記被検体の表面に対して任意に設定した曲率で移
動するリンク機構から構成してもよい。

【００１３】また、前記被検体が管状部材からなり、前
記保持部材を前記管状部材の軸方向に対して平行に配置
する。さらに、前記管状部材の円周方向に沿って設置さ
れるガイドレールと、このガイドレールに沿って円周方
向に移動可能に前記保持部材を支承する支承部材とを設
けることもできる。その際、前記支承部材にモータを含
む駆動機構を搭載し、支承部材をガイドレールに沿って
自動走行させるようにも構成できる。

【００１４】また、前記支持手段を前記保持部材の長手
方向に対して平行に回動可能に設け、超音波の入射方向
をオフセット状態で少なくとも１８０°可変とすること
が望まれる。

【００１５】さらに、前記支持手段の回動中心に対して
超音波探触子を所定量オフセットした位置に設けるとよ
い。

【００１６】上記のように構成することによって、シリ
ンダ等による超音波探触子押圧方向を例えば配管の径方
向から配管の軸方向に変更して装置の高さを低くするこ
とで、装置の小型・軽量化を図ることができる。この押
圧方向の変更は、リンク機構による角度変換で行われ、
リンク機構の構成部材の寸法を調整することにより、超
音波探触子保持位置の軌跡を直線状のものや、任意の曲
率のものに設定することができ、これによって補正計算
回路が不要となる。

【００１７】なお、以下の実施形態において、前記支持
手段はリンク機構８に、前記保持部材は押圧機構部６
に、前記支承部材は移動体３にそれぞれ対応している。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施の形態について説明する。

【００１９】［第１の実施形態］図１は本発明の第１の
実施形態に係る配管用自動超音波探傷装置の押圧機構部
６を示す図である。

【００２０】押圧機構部６は探傷アーム４にスライド可
能に取り付けられた本体部６ａと、この本体部６ａの図
において下部に設けられたエアシリンダ７と、エアシリ
ンダ７によって駆動端が駆動されるリンク機構８と、こ
のリンク機構８の作動端に取り付けられて超音波探触子
５を保持するホルダ９とからなる。リンク機構８は、３
リンク（８ａ，８ｂ，８ｃ）４節点（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）
で構成されるもので、節点Ａは第１のリンク８ａの先端
で第２のリンク８ｂの一端を回動自在に連結し、第２の
リンク８ｂの他端は節点Ｃで第３のリンク８ｃの中央部
を回動自在に連結し、第３のリンク８ｃの一端は前記エ
アシリンダ７の先端部で節点Ｂを介して連結され、第３
のリンク８ｃの他端は節点Ｄによって前記ホルダ９を回
動自在に支持している。前記節点Ｂは、前述のようにエ
アシリンダ７の先端部で第３のリンク８ｃを連結すると
ともに、第１のリンク８ａに設けた長溝８ｄに沿っての
み往復動可能なように移動位置が拘束されている。な
お、ここでは図示しないが、ガイドレール２、移動体３
および探傷アーム４は図５の従来例と同等に構成されて
いる。

【００２１】ここで、上記リンク機構８を詳細に説明す
る。図３は図１に示すリンク機構８をモデル化したもの
であり、超音波探触子の径方向への移動を軸方向に対し
て、直線的に押し出すリンク機構の機能図である。以
下、図３を参照し、超音波探触子保持点（節点Ｄ）がエ
アシリンダ７の押出し量ｍにより直線距離Ｘが変化する
かどうか検証する。

【００２２】まず、点Ａは設定点（ＯＡ＝Ｌ）であり、
点ＢはＯＯ’上を直線移動する。ｍは点Ｂが移動した距
離、角度θは点Ｂが移動したときの第１のリンク８ａと
第３のリンク８ｃとのなす角（∠ＡＢＤ）、点Ｃは第３
のリンク８ｃの中心にありＡＣ＝ＢＣ＝ＣＤ＝ｌとする
と、超音波探触子保持点Ｄから押圧機構部６本体までの
垂直距離Ｘは、Ｘ＝ｍ＋２ｌ×ｓｉｎ（９０°−θ）で求められる。そこで、設定長さであるＬ寸法は、Ｌ＝ｍ＋ＡＢであり、ＡＢ＝２ｌ×ｓｉｎ（９０°−θ）であるので、Ｌ＝ｍ＋２ｌ×ｓｉｎ（９０°−θ）となる。したがって、Ｘ＝Ｌとなり、任意の点Ｂ、すな
わち、エアシリンダ７の押出量が変化しても超音波探触
子保持点ＤのＸ寸法は変わらないことが分かる。このこ
とは、エアシリンダ７のストロークは超音波探触子５の
配管１の軸心方向だけの位置を規定し、軸方向の位置に
は関与しないので、押圧機構部６の接触アーム４に対す
る位置が一旦決まれば、測定箇所が軸方向でずれること
はなくなる。それゆえ、測定に際して前記ずれが原因と
なる誤差が生じることがなく、自動化が容易となる。

【００２３】検査時には、上記のように構成された押圧
機構部６を、エアーシリンダ７の変位の方向が探傷アー
ム４に対して平行になるようにして探傷アーム４に取り
付け、リンク８ａ〜８ｃからなるリンク機構８によって
エアーシリンダ７の軸方向変位を径方向変位に変換す
る。したがって、配管１から見ると、押圧機構部６の高
さ方向の寸法は高さ方向にエアシリンダ７を配置する必
要がなくなるので、最小で済むことになる。

【００２４】また、エアーシリンダ７は探傷アーム４の
ボールねじ等で送られるスライダー１０にスプリング１
１およびノックピン１２を介して取り付けられており、
スプリング１１を押しながらエアーシリンダ７を探傷ア
ーム４の軸方向に対して平行な面内で回転させることが
できるようになっている。そこで、エアーシリンダ７を
回動中心Ｔを中心として１８０度回動させると、探傷部
の溶接部（線）Ｗを挾んで超音波の入射方向を変えるこ
とができる。したがって、探傷方向を変える際に、押圧
機構部６やエアシリンダ７を取り外して付け替えるなど
の手間を掛ける必要がなくなる。

【００２５】さらに、図２の超音波探触子の押圧機構の
動作説明図に示すように、超音波探触子５の位置とエア
ーシリンダ７の回転中心位置をＳだけオフセットさせる
ことにより、探傷アーム２の長さを必要探傷長さに対し
て２Ｓ分短くすることができる。これにより装置の小型
軽量化が可能になるとともに、従来例のように探傷アー
ム４と曲管１ｂの腹側１ｂ’との干渉も抑制することが
できる。

【００２６】本実施形態によれば、超音波探触子５の位
置を設定して移動体３をガイドレール２に沿って走行さ
せることで、直管と曲管との溶接部の精度のよい自動探
傷が可能となる。また、装置が小型軽量化されるので、
自動探傷の適用率が向上するとともに操作性も向上す
る。この小型軽量化によって自動走行時のモータ負荷が
軽減し走行速度を速くなる。このようにして作業効率が
向上するので、探傷を行う作業者への放射線被爆量を低
減することができる。

【００２７】［第２の実施形態］上記実施形態では、上
述のように第１ないし第３のリンク８ａ，８ｂ，８ｃの
節点間距離ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃をそれぞれ等しく（＝ｌ）
することによってエアシリンダ７の直管１ａの軸方向変
位を超音波探触子５の径方向変位に変換するとともに、
超音波探触子５および超音波探触子ホルダ９を直線的に
移動させるように構成しているが、例えば曲管部１ｂで
は、直線的な移動では、前述のように腹側１ｂ’では干
渉し、背側１ｂ”では過剰なストロークが必要となると
いう不都合が生じる。そこで、第１ないし第３のリンク
８ａ，８ｂ，８ｃの節点間距離ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃の少な
くとも１つが異なるように、例えば、ｌ₁≠ｌ₂≠ｌ₃
あるいはｌ₁＝ｌ₂≠ｌ₃となるように設定すると、超
音波探触子保持点Ｄの軌跡は第１の実施形態のように直
線的にはならない。

【００２８】一例として図４にｌ₁＝ｌ₂≠ｌ₃に設定
したときの軌跡を示す。この図から分かるようにエアシ
リンダ７のストロークの変化（点ＢのＢ₁→Ｂ₂→Ｂ₃
のような直線的な変化）に対応して超音波探触子保持点
Ｄの軌跡が曲線状（点Ｄ₁→Ｄ₂→Ｄ₃）になっている
ことが分かる。なお、Ｃ₁→Ｃ₂→Ｃ₃は節点Ｃの軌跡
である。このように設定すると、直管１ａと曲管１ｂと
の溶接部Ｗを探傷する際に、特に、曲管側から探傷する
際に、曲管１ｂの背側１ｂ”と腹側１ｂ’の探傷距離変
化に近似的に対応することができる。すなわち、軸方向
の探傷距離は曲管部の曲げの中立軸を基準にすれば、曲
管部の曲げ半径に相当する分だけ背側１ｂ”では短く、
腹側１ｂ’では長くなる。したがって、探傷距離を曲管
部の各部位において一様にするには、図４に示したよう
にリンク８ａ〜８ｃの節点間距離を変えることである程
度対応することができる。その他、特に説明しない各部
は前述の第１の実施形態と同等に構成されているので、
重複する説明は省略する。

【００２９】

【発明の効果】これまでの説明で明らかなように、本発
明によれば、以下に述べるような効果を奏する。

【００３０】すなわち、超音波探触子の支持手段が、保
持部材によって被検体の表面に対して平行な方向に駆動
したときに超音波探触子を被検体の表面に対して垂直な
方向に移動させるリンク機構からなる請求項１記載の発
明によれば、保持部材の被検体に対する平行な動作を支
持手段の被検体の表面に対する垂直な方向の移動に変換
するので、保持部材の高さを最小限の抑えることが可能
になり、これによって小型軽量化を図ることができ、も
ってコストの低減と作業効率の向上を図ることが可能と
なる。さらに、この作業効率の向上によって例えば原子
炉の配管の検査を行う場合に、作業者の被爆時間を短縮
することができる。

【００３１】超音波探触子の支持手段が、超音波探触子
を被検体の表面に対して所定の曲率で移動させるリンク
機構からなる請求項２記載の発明によれば、曲がった材
料に対して背側と腹側の探傷距離変化に対応する必要が
あるときに、リンク機構の節点間距離を変更すること
で、近似的に探傷距離変化に対応することが可能とな
る。

【００３２】被検体が管状部材からなり、保持部材が管
状部材の軸方向に平行に配置される請求項３記載の発明
によれば、請求項１または２記載の発明を管状部材に適
用することができる。

【００３３】管状部材の円周方向に沿って設置されるガ
イドレールと、このガイドレールに沿って円周方向に移
動可能に保持部材を支承する支承部材とをさらに備えた
請求項４記載の発明、および支承部材にモータを含む駆
動機構が搭載された請求項５記載の発明によれば、超音
波探触子の位置精度を保持したまま、自動走行が可能な
ので、管状部材の超音波探傷を精度よく、能率的に行う
ことができる。

【００３４】支持手段が保持部材の長手方向に対して平
行に回動可能に支持された請求項６記載の発明によれ
ば、支持手段を回動させることによって超音波探触子の
音波の入射方向を簡単に変更することができるので、効
率のよい探傷が可能となる。

【００３５】支持手段の回動中心に対して所定量オフセ
ットされた位置に超音波探触子を設けた請求項７記載の
発明によれば、支持手段の回動と超音波探触子のオフセ
ットとの組み合わせによって支持手段による探傷範囲が
延長されるので、探傷アーム長さを必要探傷長さに対し
てオフセット量の２倍短くすることが可能となり、これ
によって小型軽量化がさらに促進され、コストの低減と
作業能率をさらに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波探触子の
押圧機構を示す一部を断面した正面図である。

【図２】第１の実施形態に係る配管用自動超音波探傷装
置の全体の動作を示す説明図である。

【図３】第１の実施形態に係るリンク機構の動作を説明
するための説明図である。

【図４】第２の実施形態に係るリンク機構の動作を説明
するための説明図である。

【図５】従来例に係る配管用自動超音波探傷装置を示す
正面図である。

【符号の説明】

１配管２ガイドレール３移動体４探傷アーム５超音波探触子６押付機構７エアシリンダ８リンク機構８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄリンク９ホルダー１０スライダ１１スプリング１２ノックピン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者一木洋一茨城県日立市幸町三丁目２番１号日立エンジニアリング株式会社内 (72)発明者木村裕茨城県日立市幸町三丁目２番１号日立エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体に対して超音波を送受信する超音
波探触子と、この超音波探触子を被検体の表面に対して
近接離反自在に支持する支持手段と、この支持手段を被
検体の表面に沿って移動可能に保持する保持部材とを備
え、前記超音波探触子によって被検体の探傷を行う超音
波探傷装置において、前記支持手段が、前記保持部材によって前記被検体の表
面に対して平行な方向に駆動されたときに前記超音波探
触子を前記被検体の表面に対して垂直な方向に移動させ
るリンク機構からなることを特徴とする超音波探傷装
置。
【請求項２】被検体に対して超音波を送受信する超音
波探触子と、この超音波探触子を被検体の表面に対して
近接離反自在に支持する支持手段と、この支持手段を被
検体の表面に沿って移動可能に保持する保持部材とを備
え、前記超音波探触子によって被検体の探傷を行う超音
波探傷装置において、前記支持手段が、前記保持部材によって前記被検体の表
面に対して平行な方向に駆動されたときに前記超音波探
触子を前記被検体の表面に対して任意に設定した曲率で
移動させるリンク機構からなることを特徴とする超音波
探傷装置。
【請求項３】前記被検体が管状部材からなり、前記保
持部材が直管状の前記管状部材の軸方向に対して平行に
配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の
超音波探傷装置。
【請求項４】前記管状部材の円周方向に沿って設置さ
れるガイドレールと、このガイドレールに沿って円周方
向に移動可能に前記保持部材を支承する支承部材とをさ
らに備えていることを特徴とする請求項１ないし３のい
ずか１項に記載の超音波探傷装置。
【請求項５】前記支承部材を駆動するモータを含む駆
動機構が前記支承部材に搭載されていることを特徴とす
る請求項４に記載の超音波探傷装置。
【請求項６】前記支持手段は前記保持部材の長手方向
に対して平行に回動可能に支持されていることを特徴と
する請求項１または２に記載の超音波探傷装置。
【請求項７】前記支持手段の回動中心に対して所定量
オフセットされた位置に超音波探触子が設けられている
ことを特徴とする請求項６に記載の超音波探傷装置。