JPH0949826A

JPH0949826A - 超音波探傷装置

Info

Publication number: JPH0949826A
Application number: JP7199739A
Authority: JP
Inventors: Kikuaki Kamamura; 企久彰鎌村; Shigeru Endo; 茂遠藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1995-08-04
Filing date: 1995-08-04
Publication date: 1997-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】被検査体と超音波探触子との位置決めを高精度
に行い探傷精度を向上させると共に、異常発生箇所の特
定を容易に行い再検査時の効率向上を図る。【解決手段】被検査体のボール３をボール保持台２ｃに
ボール吸引機構によって吸着させて保持し、この状態で
ボール３を回転させる。そして、ステッピングモータ２
ａ，５ａに対する駆動情報をもとに、超音波探触子９に
よるボール３上の探傷部位を特定し、緯度経度からなる
位置情報と、この位置における超音波探傷器１０からの
探傷情報とを対にしてメモリ１１ｃに記憶すると共に、
表示装置１１ｄにボール３の各緯度経度における探傷結
果を反射エコーの強さを色別にマトリクス表示する。そ
して、反射エコー異常の位置情報を表示画面上から読み
取り、これを制御装置１１にキー入力し、超音波探触子
９を反射エコー異常箇所に対向させて、再検査を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、構造部材
用ボール等の表層面の欠陥を検出する超音波探傷装置の
改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波検査方法は、被検査体を破壊する
ことなく、その内部に存在する欠陥を調べることができ
る非破壊検査方法として広く用いられている。この超音
波検査方法を適用した超音波探傷装置では、超音波発信
子から被検査体に超音波を送信し、被検査体から反射し
てくる反射エコーを超音波受信子で受信し、これを電気
信号に変換して信号処理することによって、被検査体の
表面や表面近傍の内部に欠陥が存在するか否かを判断す
るようにしている。そして、この超音波探傷装置には、
超音波の送信及び受信を１つの探触子によって行うもの
と、複数の発信子と受信子とを組み合わせて探傷するも
のとがある。

【０００３】このような超音波探傷装置によって、軸受
け部材，耐磨耗部材，摺動部材等に用いられている構造
部材用ボールの表面及び内部の欠陥を検査する構造部材
用ボールの超音波探傷装置としては、例えば、特開平３
−８４４５６号公報に記載されたものが知られている。
これは、超音波伝達媒体として水を用い、回転軸方向と
垂直な断面が円形で、且つ、回転軸方向と垂直な断面の
外径が異なるローラを４個組み合わせて構成されるボー
ル駆動部に被検査体のボールを載置し、ローラを回転駆
動することによって、回転中心がずれていく回転運動を
ボールに与え、ボールの全周を自動的に探傷するように
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の超音波探傷装置においては、超音波伝達媒体として
水を用いているために、ローラと被検査体であるボール
との接触部に水が侵入し、ローラとボールとの間で偶発
的な滑りが生じることがある。そのため、ボールの回転
が不規則になって位置決め精度が低下し、その結果、探
傷精度が低下するという未解決の課題がある。

【０００５】また、ボールをローラを介して回転運動さ
せておりボールの回転を人為的に制御していないため
に、反射エコーから欠陥が検出されてもボール上の欠陥
部位を特定することが困難である。一般に、反射エコー
から異常が検出された部位に対しては、電気的ノイズ等
によって異常反射エコーが生じる場合等があることか
ら、その部位に対して再検査を行い、実際に欠陥が生じ
ているか否かを再度確認する必要があり、実際に欠陥が
生じている場合には、その欠陥の発生状況を詳細に検査
する必要がある。

【０００６】しかしながら、前述のように、異常発生部
位の特定が困難であるために、ボール全周にわたって、
或いは、異常発生部位と思われる部位周辺について再度
探傷を行わなければならず、異常発生部位が特定できる
ならば特定された箇所だけについて再検査すればよいも
のを、異常発生部位が特定できないことから、再度必要
以上の箇所に対して探傷を行うことになって検査効率が
悪いという問題もある。

【０００７】そこで、この発明は上記従来の未解決の課
題に着目してなされたものであり、ボールの探傷精度を
向上させることができると共に、反射エコー異常の検出
部位の特定を容易確実に行うことのできる超音波探傷装
置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る超音波探傷装置は、被検査体に対して
超音波探傷用探触子を相対的に位置決めし、前記被検査
体の欠陥を検出する超音波探傷装置において、前記被検
査体を、当該被検査体との相対位置関係を一定としたま
ま保持する保持手段と、当該保持手段を回転駆動する被
検査体駆動手段と、前記超音波探傷用探触子を前記被検
査体の周囲に旋回させる探触子旋回手段と、前記被検査
体駆動手段及び前記探触子旋回手段の駆動情報をもとに
前記被検査体の探傷位置を検出し、当該探傷位置の位置
情報と当該探傷位置に対する前記探傷用探触子による探
傷情報とを対応づけて管理する探傷情報管理手段と、を
備えることを特徴としている。

【０００９】よって、被検査体は保持手段により、被検
査体と保持手段との相対位置関係が一定となるように保
持されているから、保持手段を回転駆動した場合でも被
検査体と保持手段との相対位置関係は変化せず、被検査
体と超音波探傷用探触子との相対位置関係は、被検査体
駆動手段及び探触子旋回手段の駆動状態のみに依存す
る。したがって、被検査体駆動手段及び探触子旋回手段
を高精度に駆動制御することにより、被検査体と超音波
探傷傷探触子とは高精度に位置決めされる。

【００１０】また、被検査体駆動手段及び探触子旋回手
段の駆動情報から被検査体と超音波探傷用探触子との相
対位置関係、すなわち、超音波探傷用探触子による探傷
位置を特定することができ、この探傷位置の位置情報
と、超音波探傷用探触子の検出情報とが対応づけられて
探傷情報管理手段で管理されるから、この管理情報を参
照すれば、被検査体の異常検出箇所を容易に認識するこ
とができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を説
明する。図１は、本発明における超音波探傷装置の第１
の実施の形態の一例を示す要部の概略構成図である。図
中、１は超音波伝達媒体としての水が貯水された直方体
形状の水槽であって、水槽１には超音波伝達媒体として
水が貯水されてされており、水槽１の底面には、ステッ
ピングモータ２ａによって回転駆動されるスピンドル２
ｂが設けられている。そして、スピンドル２ｂの回転軸
の上部に被検査体としてのボール３の大きさによって決
まる円錐座を有するボール保持台２ｃが取り付けられて
いる。前記ステッピングモータ２ａとスピンドル２ｂと
ボール保持台２ｃとでボール駆動部２を形成している。

【００１２】ここで、ボール保持台２ｃが保持手段に対
応し、ステッピングモータ２ａ及びスピンドル２ｂが被
検査体駆動手段に対応している。そして、前記ボール保
持台２ｃには、円錐座の底面と連通する真空吸引孔が形
成され、この真空吸引孔を介して、真空ポンプ等により
形成された図示しないボール吸引機構によってボール３
を吸引することによって、ボール保持台２ｃ上にボール
３を固定保持し、スピンドル２ｂの回転によるボール３
の回転軸のぶれを回避するようになっている。

【００１３】一方、水槽１の側面の１つには、ステッピ
ングモータ５ａによって回転駆動されるスピンドル５ｂ
が設けられて、ステッピングモータ５ａとスピンドル５
ｂとで、探触子旋回手段としての探触子駆動部５を形成
している。このスピンドル５ｂの回転軸にはアーム６の
一端が固定され、アーム６の他端にはＸＹＺステージ７
を介して、アーム６と対向する位置に探触子固定柱８が
固定されている。この探触子固定柱８の先端には、超音
波探傷用探触子としての超音波探触子９が取り付けられ
ている。

【００１４】このとき、前記スピンドル２ｂの回転軸と
スピンドル５ｂの回転軸とが直交するように配設され、
且つ、前記超音波探触子９が前記ボール保持台２ｃに載
置されたボール３と対向するように配置されている。ま
た、ボール保持台２ｃにボール３を載置したときのボー
ル３及び、超音波探触子９が水槽１内に貯水された水面
下に位置するように配置されている。

【００１５】前記ＸＹＺステージ７には、前記アーム６
と前記探触子固定柱８との相対位置関係を、図１に矢印
Ｘ，Ｙ，Ｚで示すＸＹＺ方向に微調整が可能なＸ軸用マ
イクロメータ７ｘ，Ｙ軸用マイクロメータ７ｙ，Ｚ軸用
マイクロメータ７ｚが設けられている。これらマイクロ
メータ７ｘ，７ｙ，７ｚを操作してアーム６と探触子固
定柱８との相対位置関係を微調整することによって、超
音波探触子９とボール保持台２ｃに載置されたボール３
との位置関係を微調整するようになっている。

【００１６】前記超音波探触子９は超音波探傷器１０に
接続され、超音波探触子９は超音波探傷器１０からの電
圧信号に応じて超音波パルスを発生すると共に、その反
射エコーを受信しこれを電圧信号に変換して超音波探傷
器１０に送信する。超音波探傷器１０は制御装置１１と
接続され、制御装置１１からの指令に基づいて超音波探
触子９に電圧信号からなる指令信号を送信すると共に、
送信した指令信号と受信した信号とをもとに、送信パル
ス及び反射エコーの送受信タイミング及びその振幅から
なる探傷情報を制御装置１１に送信する。

【００１７】そして、ステッピングモータ２ａを駆動し
てスピンドル２ｂを回転させることによってボール保持
台２ｃに載置されたボール３が回転し、超音波探触子９
に対向するボール３の経度が変化する。また、ステッピ
ングモータ５ａを駆動することによってスピンドル５ｂ
が回転し、これと共にアーム６，探触子固定柱８が回動
することによって、超音波探触子９がボール３に対して
その緯度方向に回動し、超音波探触子に対向するボール
３の緯度が変化する。つまり、ステッピングモータ２ａ
及び５ａを駆動することによって超音波探触子９に対向
するボール３の緯度及び経度が変化するから、一つの超
音波探触子９でボール３の探傷を行うことができるので
ある。

【００１８】図２は、図１における超音波探傷装置１０
０のブロック図を示したものである。前記制御装置１１
は、例えばパーソナルコンピュータ等から構成され、少
なくとも、インタフェースボード１１ａと、演算装置１
１ｂと、メモリ１１ｃとカラーＣＲＴディスプレイ等の
表示装置１１ｄとから構成されている。演算装置１１ｂ
は、インタフェースボード１１ａを介して前記超音波探
傷器１０と接続されると共に、ステッピングモータ２
ａ，５ａを駆動するモータドライバ１２と接続されてい
る。

【００１９】そして、制御装置１１は、モータドライバ
１２を制御してステッピングモータ２ａ及び５ａを回転
駆動制御することによって、前記超音波探触子９により
ボール３の探傷を行うと共に、その駆動情報から前記超
音波探触子９とボール３との相対位置関係、すなわち、
超音波探触子９によるボール３の探傷位置を表す緯度，
経度データからなる位置情報を求め、この位置情報と前
記超音波探傷器１０からの探傷情報とを対応させてメモ
リ１１ｃに記憶する（探傷情報管理手段）。

【００２０】また、制御装置１１は、例えば、横軸を経
度，縦軸を緯度とし、ボール３の回転ピッチ及び超音波
探触子９の回転ピッチに応じたマトリクス表示を行い、
超音波探傷器１０からの探傷情報をもとに、反射エコー
の強さに応じて例えば１０段階に色分けし、これに対応
する位置情報で特定される緯度経度に該当するマトリク
ス上の位置を反射エコーの強さに応じた色で表示装置１
１ｄに表示する。また、必要に応じてこのマトリクス表
示をカラープリンタ，或いはカラープロッタ等に出力す
るようになっている。

【００２１】これによって、オペレータはボール３の各
探傷部位における探傷情報を一目で認識できるようにな
っている。前記モータドライバ１２は制御装置１１から
の指令信号に基づいてステッピングモータ２ａ，５ａを
回転駆動する。また、前記超音波探触子９と前記超音波
探傷器１０とはプリアンプ１０ａを介して接続され、超
音波探触子９の検出信号がプリアンプ１０ａで増幅され
て超音波探傷器１０に供給されるようになっている。

【００２２】次に、上記第１の実施の形態の動作を説明
する。まず、初めに初期調整を行い、アルコールやアセ
トン等の揮発性の溶液の中で充分に超音波洗浄した被検
査体のボール３をボール保持台２ｃに載置し、ボール吸
引機構を作動してボール３をボール保持台２ｃに吸着さ
せる。次に、制御装置１１を操作してモータドライバ１
２を駆動し、ステッピングモータ２ａ及び５ａを駆動し
て、超音波探触子９及びスピンドル２ｂをそれぞれ予め
設定した機械的原点に合わせる。

【００２３】次に、超音波探触子９から超音波を発信さ
せる。これによって、その反射エコーが超音波探傷器１
０を介して制御装置１１に入力され、表示装置１１ｄ
は、超音波の送信タイミング，その反射エコーの受信タ
イミング及びその振幅を表示装置１１ｄに表示する。こ
のとき、オシロスコープを接続し表示させるようにして
もよい。

【００２４】そして、オペレータは、表示された反射エ
コーを参照しながら、Ｘ軸及びＺ軸のマイクロメータ７
ｘ，７ｚを手動操作し、反射エコーが最大となる位置を
検索し、超音波探触子９から発信される超音波が、ボー
ル３の表面球体に対し垂直に入射するように調整する。
次に、Ｙ軸、すなわち、旋回半径方向のマイクロメータ
７ｙを操作し、表示装置１１ｄ上から測定した、送信し
た超音波に対する反射エコーを受信するまでの時間と、
水中の音速とをもとに、被検査体であるボール３の表面
と超音波探触子９との間の距離を調整する。そして、必
要に応じて、Ｘ軸のマイクロメータ７ｘを操作し、Ｘ軸
方向に所定量γだけオフセットする。このオフセット
は、超音波探触子９により探傷する深さｄを所望の深さ
に設定するために行うものであり、オフセット量γは、
次のようにして設定する。

【００２５】探傷深さｄと、超音波伝達媒体である水か
ら被検査体のボール３に入射する際の屈折角βと、測定
条件により定まる路程長さＬとの間には次式（１）の関
係がある。ｄ＝Ｌ・ｓｉｎβ ……（１）また、水中の音速Ｖ₁，ボール３の球体中での横波の音
速をＶ₂，ボール３への超音波の入射角をαとすると、
次式（２）が成り立つ。

【００２６】ｓｉｎβ／Ｖ₂＝ｓｉｎα／Ｖ₁ ……（２）ここで、ボール３の球体直径をＤとした場合、ボール３
への入射角αが零に調整されている状態から、所定量γ
だけＸ軸方向に超音波探触子９をオフセットすると、こ
のとき所定量γとボール３への入射角αとの間には、次
式（３）が成り立つ。

【００２７】ｓｉｎα＝２γ／Ｄ ……（３）したがって、上記（１）〜（３）式から、所定量γは次
式（４）と表すことができる。 γ＝（Ｖ₁・Ｄ・ｄ）／（２・Ｖ₂・Ｌ） ……（４）よって、上記（４）式を参照して探傷深さｄを満足する
所定量γを求め、Ｘ軸のマイクロメータ７ｘを操作して
所定量γだけオフセットする。これによって初期調整が
終了する。

【００２８】次に、この初期状態から、ステッピングモ
ータ２ａ，５ａを所定のピッチで回転駆動させると共
に、超音波探触子９から所定のタイミングで超音波を発
信させる。まず、ステッピングモータ２ａを、予め設定
した経度方向のスキャンピッチに応じたピッチ分だけ回
転駆動し、ボール３を経度方向に回転させる。そして、
ボール３が所定位置に移動したとき超音波探触子９から
超音波を発信させ、超音波探触子９と対向するボール３
の部位に対する探傷を行う。よって、例えば、初期状態
における超音波探触子９とボール３との位置関係におけ
る超音波探触子９によるボール３の探傷位置の緯度，経
度を（Ｘ₀，Ｙ₀）とし、経度方向のスキャンピッチを
ΔＸ，緯度方向のスキャンピッチをΔＹとすると、（Ｘ
₀＋ΔＸ，Ｙ₀）の部位の探傷を行ったことになる。

【００２９】そして、この超音波に対する反射エコーが
超音波探触子９で受信されて、これが超音波探傷器１０
を介して探傷情報として制御装置１１に送信される。制
御装置１１では、受信した探傷情報を、ステッピングモ
ータ２ａ及び５ａの駆動情報からボール３の（Ｘ₀＋Δ
Ｘ，Ｙ₀）における探傷情報として認識し、この位置情
報と探傷情報とを対にしてメモリ１１ｃの所定の記憶領
域に記憶する。また、表示装置１１ｄに、ボール３の表
面の各位置を、緯度，経度方向にそれぞれスキャンピッ
チ毎にマトリクス表示する。そして、位置情報で指定さ
れた緯度，経度に該当する表示画面上の位置を、探傷情
報に基づく反射エコーの強さに応じて１０段階に色分け
して表示する。これによって、ボール３の（Ｘ₀＋Δ
Ｘ，Ｙ₀）に対する探傷に対する処理が終了する。

【００３０】次に、制御装置１１では、上記と同様にし
てモータドライバ１２を介してステッピングモータ２ａ
をスキャンピッチに応じた量だけ回転させる。これによ
って、超音波探触子９に対向するボール３の経度がずれ
て、超音波探触子９はボール３の（Ｘ₀＋２ΔＸ，
Ｙ₀）に対向することになる。そして、上記と同様にし
て超音波探傷器１０を駆動して超音波を発生させ、その
反射エコーを受信する。そして、上記と同様に、表示装
置１１ｄへの表示処理，及びメモリ１１ｃへの記憶処理
を行う。そして、この操作を繰り返し行い、スピンドル
２ｂを１回転させたとき、初期状態の緯度Ｙ₀における
ボール３の経度全周について探傷が行われたことにな
る。

【００３１】次に、スピンドル２ｂが１回転した時点
で、今度はステッピングモータ５ａを予め設定した緯度
方向のスキャンピッチに応じた量だけ回転駆動し、スピ
ンドル５ｂをスキャンピッチΔＹに応じた量だけ回転さ
せる。これによって、超音波探触子９が図１において上
方に旋回し、超音波探触子９と対向するボール３の緯度
が上方にずれ、超音波探触子９はボール３の（Ｘ₀，Ｙ
₀＋ΔＹ）の位置に対向することになる。

【００３２】そして、この状態から上記と同様にステッ
ピングモータ２ａを所定のピッチ量ずつ順次回転させ、
経度全周について探傷を行い、順次その探傷結果を表示
装置１１ｄに表示すると共に、メモリ１１ｃに記憶す
る。そして、ボール３をスキャンピッチΔＸ毎に一回転
させた時点で、超音波探触子９をスキャンピッチΔＹだ
け上方に旋回させるという操作を繰り返し行い、超音波
探触子９が初期状態Ｙ₀＋９５度の位置に対向するまで
の範囲について探傷を行ったとき、探傷処理を終了し、
ステッピングモータ２ａ，５ａを駆動してスピンドル２
ｂと超音波探触子９とを機械的な原点に戻す。

【００３３】ここで、緯度の探傷は赤道上から極までの
９０度の範囲について行えばよいが、余裕分を考慮して
９５度の範囲について探傷を行っている。なお、この余
裕分を極側及び赤道側の両側に設け、例えば、−２．５
度から＋９２．５度の範囲について探傷を行うようにす
ることも可能である。また、余裕分は５度に限らず任意
に設定することができる。

【００３４】そして、この時点で、ボール３の上半球の
表面及びその表面近傍の探傷がくまなく行われたことに
なる。よって、表示装置１１ｄには、ボール３の上半球
の表面の探傷結果がその反射エコーの強さに応じて色分
けされて表示され、また、上半球の各緯度経度における
探傷上方がメモリ１１ｃに格納される。ここで、緯度方
向及び経度方向のそれぞれのスキャンピッチΔＸ，ΔＹ
の設定は次のように行う。

【００３５】まず、予め、欠陥として検出しようとする
最小の欠陥を有するボールを、例えば、人口欠陥を埋め
込む等によって形成する。そして、この欠陥ボールにつ
いて探傷を行い、欠陥に対する反射エコー（以下、欠陥
エコーという。）の振幅が最大となる位置を検索する。
そして、超音波探触子９が欠陥エコーの強さが最大とな
る位置に対向する状態から、まずステッピングモータ５
ａを駆動して超音波探触子９を緯度方向に移動させ、そ
の振幅が所定量，例えば６〔ｄＢ〕下がるまでの緯度方
向の変位量を検出しこれを緯度方向のスキャンピッチΔ
Ｙとする。同様にして、超音波探触子９が欠陥エコーの
強さが最大となる位置に対向する状態から、欠陥ボール
を経度方向に回転させ、その振幅が例えば、６〔ｄＢ〕
下がるまでの経度方向の変位量を検出してＸ軸方向のス
キャンピッチを求めるが、Ｘ軸方向のスキャンピッチに
ついては以下のように補正する。すなわち、制御装置１
１では、ステッピングモータ２ａ，５ａに対して角度制
御を行っているため、経度方向に関してはボール３上で
の赤道付近と極付近とではスキャンピッチが異なり、同
一角度毎に探傷を行っても、赤道付近は極付近に比較し
てスキャンピッチが粗くなることになって、この値をそ
のまま経度方向のスキャンピッチとして設定することが
できない。よって、実際に欠陥のある位置（緯度）にお
いて、上記のようにして検出した経度方向のスキャンピ
ッチを、欠陥位置（緯度）をもとに欠陥ボールに形成し
た欠陥が赤道状に形成された場合に換算した値を経度方
向のスキャンピッチΔＸとして設定する。このようにす
れば、少なくとも、欠陥ボールに形成した欠陥程度以上
の欠陥については確実に検出することができる。

【００３６】また、このとき、緯度の変化に応じてボー
ル３を回転駆動するステッピングモータ２ａの角度制御
量を変更し、ボール３上でのスキャンピッチΔＸの平均
化を図るようにし、極付近では角度制御量を大きくし、
赤道付近では角度制御量を小さく設定するようにしても
よい。したがって、表示装置１１ｄには、ボール３に対
する探傷結果が色分け表示されているから、これを参照
することによってボール３の探傷結果が一目でわかり、
例えば、反射エコーの強さが予め設定した所定の基準値
よりも大きい場合には、まず、ボール３の表面に汚れや
気泡が付着していないかどうかを、肉眼、或いは拡大鏡
等によって確認する。そして、表示装置１１ｄ上から異
常発生箇所の位置を読み取って、これを処理装置１１に
おいてキー入力し、再度探傷検査を行う範囲を特定す
る。

【００３７】これによって、演算装置１１では、キー入
力されたボール３上の位置に超音波探触子９が対向する
位置関係となるようボール３及び超音波探触子９を移動
させる指令信号を形成し、これをモータドライバ１２に
出力する。これによって、ステッピングモータ２ａ及び
５ａが所定量だけ駆動され、キー入力により特定したボ
ール３上の位置に超音波探触子９が対向する位置関係と
なり、この状態から上記と同様にして、ステッピンング
モータ２ａ，５ａ，超音波探傷器１０を駆動すれば、異
常発生箇所付近の再検査を容易に行うことができる。

【００３８】そして、異常発生原因が電気的なノイズ等
の影響による場合には、再検査の探傷情報としては前回
よりも小さな反射エコーしか測定されないから、ノイズ
の影響によるものと判定することができる。したがっ
て、例えば、前述した方法で予め設定したスキャンピッ
チ以下で、スキャンピッチを粗く設定して全周に対して
探傷を行い、異常発生箇所、すなわち、反射エコーの強
さが予め設定した基準値よりも大きい部位についてはそ
の部位周辺についてよりスキャンピッチを細かく設定
し、詳細に探傷を行うようにすれば、効率よく探傷を行
うことができ探傷に要する時間を短縮することができ
る。

【００３９】また、ボール３に転がり運動をさせないよ
うにしているので、水中でも偶発的な滑り等が生じにく
い。さらに、ボール３はボール保持台２ｃに吸引機構に
よって吸着されているので、これらボール３及びボール
保持台２ｃが水中にあっても、ボール３及びボール保持
台２ｃとの間への水の侵入によってずれが生じることは
なく、よって、スピンドル２ｂと一体となってボール３
が回転するのでより安定した状態となる。したがって、
ボール３の回転が不規則になることはなく、ボール３と
超音波探触子９との位置決めを高精度に行うことがで
き、確実に所定のスキャンピッチでボール３の探傷を行
うことができるから、探傷精度の低下を防止することが
できる。

【００４０】したがって、探傷精度を低下させることな
く、探傷に要する時間を短縮することができる。また、
上記第１の実施の形態においては、ＸＹＺステージ７を
介してアーム６と探触子固定柱８とが固定されているか
ら、ＸＹＺステージ７を調整することによりボール３に
対する超音波探触子９の相対位置の微調整を容易に行う
ことができ、よって、微調整を行うことによって最適な
位置関係で探傷を行うことができるから高精度に探傷検
査を行うことができる。また、Ｘ軸方向の微調整を容易
に行うことができるから、超音波の入射角を容易に変更
することができ、よって、探傷深さｄを任意に設定する
ことができる。

【００４１】そして、このようにしてボール３の半球に
の測定が終了したら必要に応じてボール３を１８０度上
下に反転し、上記と同様に処理することによって、残り
の半球についても測定を行うことができる。次に、上記
発明の第２の実施の形態を説明する。図３は、第２の実
施の形態における超音波探傷装置１００の概略構成を示
したものである。この第２の実施の形態は上記第１の実
施の形態において、被検査体であるボール３を１８０度
反転する反転装置１５を設け、自動的にボール３の全表
面にわたって探傷を行うことができるようにしたもので
あり、反転装置１５が追加されたこと以外は上記第１の
実施の形態と同様であるので、同一部分の詳細な説明は
省略する。

【００４２】図３において、１６は載置台であって、中
空の直方体状に形成されている。載置台１６の上面の中
央やや右よりには、超音波伝達媒体としての水が貯水さ
れた水槽１が載置されている。そして、上記第１の実施
の形態で説明したように、この水槽１の下面にボール駆
動部２が載置台１６を貫通して配設され、また、水槽１
の側面の１つに、探触子駆動部５が配設されている。

【００４３】そして、この探触子駆動部５が配設された
水槽１の側面と対向する側面に隣接する位置に、載置台
１６を貫通して反転装置１５が取り付けられている。こ
の反転装置１５は、ガイド付きエアシリンダからなるシ
リンダ部１７と、このシリンダ部１７によって上下方向
に移動されるチャック部１８とから構成されている。シ
リンダ部１７は、前述の制御装置１１によって駆動制御
されるエアシリンダ１９と、エアシリンダ１９から進退
自在に突出するロッド２０とを備えており、ロッド２０
の両端には円板状のフランジ２０ｕ，２０ｄが固定され
ている。そして、エアシリンダ１９が水槽１の側面に隣
接して載置台１６に鉛直方向に固定され、ロッド２０が
載置台１６を貫通して上下方向に移動可能に形成されて
いる。

【００４４】一方、前記チャック部１８は、図４に示す
ように、制御装置１１によって駆動制御されるエアチャ
ック２１と、エアチャック２１により駆動される挟持部
２２とから構成され、エアチャック２１に固定された取
り付け部材２１ａと、前記シリンダ部１７のフランジ２
０ｕとが、アーム２３を介して固定され、ロッド２０の
上下移動に伴い、チャック部１８がロッド２０と一体と
なって上下方向に移動するようになっている。

【００４５】そして、エアチャック２１の下面には一対
の可動部材２４が配設され、エアチャック２１を駆動制
御することによって、可動部材２４がこれら間の中間点
を基準として共に同量だけ互いに反対方向に移動し、可
動部材２４間の間隔が調整されるようになっている。ま
た、各可動部材２４には、それぞれ挟持部材２５及び２
８が取り付けられている。

【００４６】図４は、ロッド２０が下方（図３に二点鎖
線で示す。）に位置決めされた状態を示しており、前記
各挟持部材２５及び２８には、それぞれ、内側が逆円錐
状に形成された円筒状の保持部材２６が互いに対向して
配設され、このとき、保持部材２６間を結ぶ直線とボー
ル保持台２ｃの回転軸とが、保持部材２６間を結ぶ直線
の中点で直交するように配設されている。

【００４７】そして、一方の挟持部材２５には、制御装
置１１によって駆動制御されるエアロータリアクチュエ
ータ２７が設けられ、エアロータリアクチュエータ２７
の回転軸２７ａに保持部材２６が固定されている。ま
た、他方の挟持部材２８に回転可能に軸支された回転軸
２８ａに保持部材２６が固定されている。そして、ボー
ル保持台２ｃに載置されたボール３を保持部材２６によ
って両側から挟んだ状態で、エアロータリアクチュエー
タ２７を回転駆動することにより、保持部材２６と一体
となってボール３が回転するようになっている。

【００４８】図５は、図３における超音波探傷装置１０
０のブロック図を示したものであり、図２に示す上記第
１の実施の形態におけるブロック図において反転装置１
５及び電磁弁群２９が追加されている。そして、制御装
置１１は、上記第１の実施の形態と同様に、モータドラ
イバ１２を介してステッピングモータ２ａ，５ａを駆動
制御すると共に、超音波探傷器１０を駆動制御し、ま
た、超音波探傷器１０からの探傷情報に対して所定の処
理を行う。また、電磁弁群２９を駆動制御して、反転装
置１５のエアシリンダ１９，エアチャック２１，エアロ
ータリアクチュエータ２７を駆動制御する。

【００４９】次に、上記第２の実施の形態の動作の説明
をする。なお、初期状態では、チャック部１８はエアシ
リンダ１９でロッド２０を最大限上昇させた位置にある
ものとし、また、保持部材２６はエアチャック２１で可
動部材２４間の間隔を最大とした位置にあるものとす
る。今、上記第１の実施の形態で説明したように操作を
行い、ボール保持台２ｃに載置したボール３の上半球に
ついての探傷が終了したものとする。ここで、この時点
でのボール３の上半球を半球Ａとし、下半球を半球Ｂと
する。

【００５０】制御装置１１では、まず、ボール保持台２
ｃに設けられた図示しないボール吸引機構によるボール
３の吸着を解除させる。次に、エアシリンダ１９を駆動
してロッド２０を下降させ、保持部材２６をボール３を
挟持可能な位置まで移動させ、エアチャック２１を駆動
して保持部材２６間の間隔を狭くし、保持部材２６によ
りボール３を掴ませる。この状態で、エアシリンダ１９
によりロッド２０を所定量（ボール３を緯度方向に回転
させることの可能な量）上昇させ、エアロータリアクチ
ュエータ２７を駆動して、回転軸２７ａを１８０度回転
させる。これによって、保持部材２６と共にボール３も
１８０度回転される。

【００５１】そして、エアシリンダ１９によりロッド２
０を下降させて、ボール３をボール保持台２ｃに載置
し、エアチャック２１を駆動して保持部材２６間の間隔
を広げ、この状態でエアシリンダ１９を駆動してチャッ
ク部１８を上昇させる。これによって、ボール３は１８
０度回転されてボール保持台２ｃに載置されたことにな
る。

【００５２】そして、この状態で再度、ボール吸引機構
を作動させてボール３をボール保持台２ｃに吸着した状
態で、制御装置１１によりボール駆動部２及び探触子駆
動部５を所定のタイミングで駆動してボール３及び超音
波探触子９を回転させ、前記と同様の手順を繰り返すこ
とによって、ボール保持台２ｃに載置されたボール３の
半球Ｂの探傷が行われたことになり、先に半球Ａの探傷
を行ったからボール３の全球面に対して探傷が行われた
ことになる。

【００５３】したがって、上半球の探傷が終了した時点
でボール３を反転させて、下半球についての探傷を行う
ようにする場合には、反転時の誤差によって探傷もれが
生じることのないように、この誤差分を考慮して緯度方
向の探傷を所定の探傷範囲よりも広い範囲にわたって探
傷を行う必要があるが、反転装置１５によりボール３を
反転させることによって、ボール３を高精度に１８０度
回転させることができるから、誤差分に伴う探傷範囲の
増加分をより小さく設定することができる。

【００５４】次に、上記発明の第３の実施の形態につい
て説明する。図６は、本発明の第３の実施の形態におけ
る超音波探傷装置１００のブロック図を示したものであ
り、図５に示す上記第２の実施の形態における超音波探
傷装置１００のブロック図において、ＸＹＺステージ７
のマイクロメータ７ｘを駆動するステッピングモータ３
１を追加したこと以外は同一である。

【００５５】ステッピングモータ３１は、前述のモータ
ドライバ１２を介して制御装置１１によって回転駆動さ
れるようになっている。そして、ステッピングモータ３
１の回転軸と、マイクロメータ７ｘの回転部材とが固定
され、ステッピングモータ３１が回転することによって
マイクロメータ７ｘが回転駆動され、超音波探触子９が
図１において矢印Ｘ方向に移動可能に形成されている。

【００５６】そして、制御装置１１は、上記第２の実施
の形態における制御装置１１と同様に、ステッピングモ
ータ２ａ，５ａ，超音波探傷器１０，反転装置１５の駆
動制御処理を行うと共に、探傷情報に対する表示処理及
び記憶処理を行う。また、キー入力された被検査体のボ
ールの直径Ｄ，水中の音速Ｖ₁，ボールの球体中での横
波の音速Ｖ₂，探傷深さｄの偏差量Δｄ，路程長さＬ等
の入力データと、前述の式（４）とに基づいて、オフセ
ット量γを算出し、算出したオフセット量γだけ超音波
探触子９を移動させるマイクロメータ７ｘの回転量に応
じた制御信号を形成し、これをモータドライバ１２に出
力する。そして、この操作をボール３の全球面について
探傷を行う毎に、偏差量Δｄ毎に探傷深さｄを変化さ
せ、ボール３について偏差量Δｄ間隔の探傷深さにおけ
る探傷を自動的に行う。

【００５７】次に、上記第３の実施の形態の動作を説明
する。まず、上記第１の実施の形態と同様にして、初期
調整を行い、アルコールやアセトン等の揮発性の溶液の
中で充分に超音波洗浄した被検査体のボール３をボール
保持台２ｃに載置し、ボール吸引機構を作動してボール
３をボール保持台２ｃに吸着させ、超音波探触子９及び
スピンドル２ｂをそれぞれ予め設定した機械的原点に合
わせる。

【００５８】そして、超音波探触子９から超音波を発信
させ、オペレータが、この反射エコーを参照しながら、
マイクロメータ７ｘ，７ｙ，７ｚを手動で操作し、超音
波探触子９とボール３との位置関係を調整する。そし
て、この状態で、制御装置１１において、被検査体のボ
ールの直径Ｄ，水中の音速Ｖ₁，ボールの球体中での横
波の音速Ｖ₂，探傷深さｄの偏差量Δｄ，路程長さＬを
キー入力する。

【００５９】これによって、制御装置１１ではメモリ１
１ｃに格納している前記（４）式の演算処理を行って、
まず、予め設定した探傷深さの初期値ｄ₀に対するオフ
セット量γを演算し、このオフセット量γを満足するス
テッピングモータ３１に対する指令信号を形成してこれ
をモータドライバ１２に出力する。これによって、ステ
ッピングモータ３１が回転駆動され、マイクロメータ７
ｘが操作されてオフセット量γ分だけ超音波探触子９と
ボール３との位置関係が緯度方向にずれる。

【００６０】そして、この状態から、上記第１及び第２
の実施の形態と同様にして、ステッピングモータ２ａ，
５ａをそれぞれ所定量ずつ所定のタイミングで回転駆動
し、まず、ボール３の半球Ａについての探傷を行うと共
に、探傷データをもとに探傷結果を表示装置１１ｄに順
次マトリクス表示し、また、メモリ１１ｄに記憶する。

【００６１】そして、ボール３の半球Ａについて探傷が
終了したとき、反転装置１５を駆動してボール３を反転
させて半球Ｂを上方にしてボール保持台２ｃに載置し、
同様にして半球Ｂについて探傷を行う。これによって、
探傷深さｄ₀についてボール３の全球面について探傷が
行われたことになる。次に、再度反転装置１５を駆動し
て再度半球Ａを上方にしてボール保持台２ｃに載置す
る。そして、探傷深さの初期値ｄ₀に増加量Δｄを加算
した探傷深さｄについて、上記（４）式に基づいてオフ
セット量γを算出し、これを満足するステッピングモー
タ３１への指令信号を形成してモータドライバ１２に出
力する。これによって、超音波探触子９とボール３との
位置関係が緯度方向にさらにずれる。そして、上述と同
様にして、半球Ａ，半球Ｂについてそれぞれ全周に対し
て探傷することにより、探傷深さｄ₀＋Δｄについてボ
ール３の全球面について探傷が行われたことになる。

【００６２】この操作を繰り返し行うことによって、自
動的に、Ｘ軸方向のオフセット量γが算出されて、ボー
ル３と超音波探触子９との位置関係が調整され、入射角
が変更されるから、超音波探触子９により探傷深さｄ₀
から順にΔｄ毎に深い探傷深さにおける探傷が行われる
ことになる。

【００６３】したがって、オペレータは、上記第１の実
施の形態と同様にして予め設定したスキャンピッチ以下
の粗いピッチで探傷した各探傷深さにおける探傷結果を
参照し、欠陥が生じている可能性がある箇所について例
えば範囲を特定する等によって、再度より細かいピッチ
で探傷するようにすれば、探傷精度の低下を招くことな
く、探傷に要する時間を大幅に削減することができる。
なお、このとき、各探傷深さ毎に異常検出箇所について
再探傷を行うようにしてもよい。

【００６４】また、所定の数値をキー入力することによ
って超音波探触子９の位置調整が行われるから、入射角
の調整を容易確実に行うことができ、また、所望の探傷
深さを任意に設定することが容易にできる。なお、上記
第３の実施の形態では、マイクロメータ７ｘをステッピ
ングモータによって駆動することによってＸ軸方向のオ
フセットを行うようにした場合について説明したが、例
えば、マイクロメータ７ｘに替えてピエゾアクチュエー
タをアーム６と探触子固定柱８との間に設け、ピエゾア
クチュエータを駆動制御することによってＸ軸方向の調
整を行うようにすることも可能である。

【００６５】また、上記第３の実施の形態では、マイク
ロメータ７ｘのみをステッピングモータによって駆動す
る場合について説明したが、マイクロメータ７ｙ，７ｚ
についても、同様に、ステッピングモータによって駆動
するようにしてもよく、また、これらについてピエゾア
クチュエータを適用することも可能である。また、上記
第３の実施の形態では、ある探傷深さにおける全球面の
探傷が終了した時点で探傷深さを変更して、再度全球面
について探傷を行うようにした場合について説明した
が、例えば、ボール３の半球Ａに対して順次探傷深さを
変更して探傷を行い、所定の探傷が終了した時点で反転
装置１５によりボール３を反転させ、今度は半球Ｂにつ
いて順次探傷深さを変更して探傷を行うようにすること
も可能である。

【００６６】なお、上記第１から第３の実施の形態で
は、各緯度毎にその緯度における各経度での探傷を行う
ようにした場合について説明したが、例えば、ボール３
のある経度における緯度方向の探傷が全て終了したとき
に、ボール３を所定のピッチ分だけ経度方向に移動する
というように、各経度毎にその経度における各緯度での
探傷を行うようにすることも可能である。また、ボール
３が１回転する間に、超音波探触子９を所定のピッチ分
だけ緯度方向に動かすことによって、ボール３を螺旋状
に探傷するようにすることも可能である。

【００６７】

【実施例】以下に、上記発明の実施例を説明する。被検
査対象として、直径が９／１６〔インチ〕，窒化けい素
を焼結する際に、大きさが約３０〔μｍ〕の鉄粉を表面
から深さ５００〔μｍ〕の位置に埋め込んだ、人工的に
欠陥を形成したセラミックボールについて、図１に示す
超音波探傷装置１００で探傷を行った。

【００６８】このとき、上記の条件では、前記（４）式
において、水中の音速Ｖ₁＝１４８０〔ｍ／ｓｅｃ〕，
ボール３の球体中での横波の音速Ｖ₂＝６２５０〔ｍ／
ｓｅｃ〕，探傷深さｄ＝０．５〔ｍｍ〕，路程長さＬ＝
０．７５〔ｍｍ〕，ボール３の球体直径Ｄ≒１４．２８
７５〔ｍｍ〕であったので、これらをもとにオフセット
量γ（≒１，１２８〔ｍｍ〕）を求めた。

【００６９】その結果、表示装置１１ｄに表示されたマ
トリクス表示の反射エコーの強さ別の色分け表示から、
予め埋め込んだ人口欠陥に該当する位置の反射エコーが
基準値よりも強く現れており、人口欠陥が確実に探傷さ
れることが確認された。また、マトリクス表示からその
欠陥位置を特定することができるので、再度特定された
位置近辺を再探傷するこによってより具体的に欠陥の状
態を確認することができた。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る超音
波探傷装置によれば、被検査体駆動手段の駆動状況に関
わらず、被検査体と保持手段との相対位置関係は一定に
保持されるから、被検査体と超音波探傷用探触子とを高
精度に位置決めすることができ、探傷精度を向上させる
ことができる。また、超音波探傷用探触子による探傷位
置の位置情報と、この位置における超音波探傷用探触子
の検出情報とが対応づけられて探傷情報管理手段で管理
されるから、この管理情報を参照すれば、被検査体の異
常検出箇所を容易に認識することができ、よって、再検
査を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における超音波探傷
装置の一例を示す要部の概略構成図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態における超音波探傷
装置のブロック図でである。

【図３】本発明の第２の実施の形態における超音波探傷
装置の一例を示す概略構成図である。

【図４】反転装置のチャック部の詳細を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態における超音波探傷
装置のブロック図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態における超音波探傷
装置のブロック図である。

【符号の説明】

１水槽２ボール駆動部２ａステッピングモータ２ｂスピンドル２ｃボール保持台３ボール５探触子駆動部５ａステッピングモータ５ｂスピンドル６アーム７ＸＹＺステージ７ｘ，Ｘ軸用マイクロメータ７ｙ，Ｙ軸用マイクロメータ７ｚ，Ｚ軸用マイクロメータ８探触子固定柱９超音波探触子１０超音波探傷器１１制御装置１２モータドライバ１５反転装置１６載置台１７シリンダ部１８チャック部１９エアシリンダ２０ロッド２１エアアクチュエータ２２挟持部２６保持部２７エアロータリアクチュエータ２９電磁弁群３１ステッピングモータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検査体に対して超音波探傷用探触子を
相対的に位置決めし、前記被検査体の欠陥を検出する超
音波探傷装置において、前記被検査体を、当該被検査体
との相対位置関係を一定としたまま保持する保持手段
と、当該保持手段を回転駆動する被検査体駆動手段と、
前記超音波探傷用探触子を前記被検査体の周囲に旋回さ
せる探触子旋回手段と、前記被検査体駆動手段及び前記
探触子旋回手段の駆動情報をもとに前記被検査体の探傷
位置を検出し、当該探傷位置の位置情報と当該探傷位置
に対する前記探傷用探触子による探傷情報とを対応づけ
て管理する探傷情報管理手段と、を備えることを特徴と
する超音波探傷装置。