JPH10115605A - 超音波探傷用スキャナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】検査精度の向上、作業工数の低減が可能で高速
探傷が可能なスキャナを提供する。 【解決手段】被検査物の配管２に超音波を入射して配管
２の不連続部を検出する超音波検出手段１１Ａ、１１Ｂ
と、配管２の欠陥検査範囲３を検出するビードセンサ１
２と、超音波検出手段１１Ａ、１１Ｂ及びビードセンサ
１２を保持するスキャナ本体１０と、これを溶接ビード
３の長手方向に移動させる第１の移動手段１３と、スキ
ャナ本体１０を長手方向に対して直角方向に移動させる
第２の移動手段１４とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配管などの溶接部
の欠陥検査に好適な超音波探傷用スキャナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば配管の溶接部の検査はＸ線
透過試験によって行われることが多かった。Ｘ線透過試
験では、検査結果と溶接部の強度との関係に基づいて作
成された評価基準が長期間に渡り構造物の安全性を保証
してきた実績があり、また検査結果をフィルムとして残
せるという記録性があり、このために溶接部の検査に多
用されていたのである。

【０００３】一方、溶接部の欠陥検査において、超音波
探傷検査は事業者が必要に応じて行う自主的な検査と位
置づけられていたが、最近は各種の自動超音波探傷装置
が開発され、多くの実用化例が紹介されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の超音波
探傷装置においては、超音波を入出射する探傷用探触子
を手動又は自動で操作していたが、手動操作の場合は欠
陥検査に手間がかかって工数が増加すると共に、探傷用
探触子の移動ピッチにばらつきが生じるため、熟練した
技術者が時間をかけて行わないと欠陥検査の精度が低下
するという問題があった。また、自動操作の場合には、
ビードの位置、伝搬中の音速の変化に対応することがで
きなかった。

【０００５】本発明の目的は、このような問題点を解決
することにあり、探傷用探触子を一定のピッチで自動的
にしかも正確に移動させ、センサーによりビード位置及
び伝搬中の音速をリアルタイムに計測しながら探傷する
ことより、検査精度の向上及び作業工数の低減が可能な
超音波探傷用スキャナを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は超音波探傷用ス
キャナであり、前述の技術的課題を解決するために以下
のように構成されている。すなわち、本発明の超音波探
傷用スキャナは、被検査物に超音波を入射して前記被検
査物の不連続部を検出する超音波検出手段と、前記被検
査物の欠陥検査範囲を検出する欠陥検査範囲検出手段
と、前記超音波検出手段及び前記欠陥検査範囲検出手段
を保持するスキャナ本体と、前記スキャナ本体を前記欠
陥検査範囲の長手方向に第１のピッチで間欠的に移動さ
せる第１の移動手段と、前記スキャナ本体を前記欠陥検
査範囲の長手方向に対して直角方向に第２のピッチで間
欠的に移動させる第２の移動手段とを備えたことを特徴
とする。

【０００７】本発明の超音波探傷用スキャナは、前記第
１のピッチ及び前記第２のピッチは、それぞれ複数の異
なるピッチを設定することができる。また、前記被検査
物の伝達音速を検出する伝達音速検出手段を備えること
ができ、前記被検査物は配管であり、前記欠陥検査範囲
は前記配管の円周方向に設けられた溶接ビード及びその
周辺部とすることができる。更に、前記第１の移動手段
は前記溶接ビードの溶接用レールを利用して前記スキャ
ナ本体を移動させることができ、前記スキャナ本体が前
記溶接ビードの全周に亘って一周するとき、前記スキャ
ナ本体の移動開始位置と移動終了位置の位置ずれを防止
する位置ずれ防止機能を備えることができる。

【０００８】本発明の超音波探傷用スキャナにおいて
は、第１の移動手段と第２の移動手段でスキャナ本体に
保持されている超音波検出手段を欠陥検査範囲の長手方
向とこれに直角な方向に、それぞれ第１のピッチと第２
のピッチで自動的に移動させて超音波探傷をすることが
できるので工数低減が可能になる。また、移動ピッチに
ばらつきが生じないため、検査精度が向上する。更に、
第１のピッチ及び第２のピッチとして、それぞれ高速探
傷用ピッチと精密探傷用ピッチとを設定することがで
き、これによって、探傷の能率を上げることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る超音波探傷用
スキャナを図示の実施の形態について詳細に説明する。

【００１０】図１は、本発明に係る超音波探傷用スキャ
ナ１を示す。この超音波探傷用スキャナ１はＴ字状のス
キャナ本体１０を有し、このスキャナ本体１０には、超
音波検出手段として２組の探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂ
と、被検査物の例えば配管２の欠陥検査範囲である溶接
ビード３を検出するため欠陥検査範囲検出手段としての
ビードセンサ１２とが設けられている。

【００１１】また、スキャナ本体１０には、このスキャ
ナ本体１０を溶接ビード３の長手方向、本例では配管２
の円周方向に第１のピッチで移動させる第１の移動手段
である第１移動部１３と、スキャナ本体１０を溶接ビー
ド３の長手方向に対して直角方向、本例では配管２の中
心軸線方向に第２のピッチで移動させる第２の移動手段
である第２移動部１４と、配管２の伝達音速を検出する
ための伝達音速検出手段である音速測定用探触子１５
Ａ、１５Ｂとが設けられている。

【００１２】配管２は、溶接ビード３によって接続され
ている。溶接ビード３は、配管２に取り付けられた溶接
用レール４上を走行する溶接棒搬送手段（図示せず）に
よって溶接棒が搬送され、配管２の突き合わせ部に設け
られたＶ字状の開先５（図２）に肉盛り溶接されること
によって形成される。なお、溶接用レール４には、溶接
棒搬送手段の走行距離を計測するためのラック８１が設
けられている。

【００１３】探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂは、配管２に
超音波を入射して配管２の不連続部で反射した超音波の
反射エコーを検出するようになっている。そして、一方
の探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂが溶接ビード３の例えば
図中左側に配置され、他方の探傷用探触子１１Ａ、１１
Ｂが溶接ビード３の右側に配置されている。

【００１４】この探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂは、例え
ばギャップ法を利用した一般的な超音波探傷装置の探傷
用探触子を用いることができる。また、溶接ビード３を
検出するためのビードセンサ１２は、左右の探傷用探触
子１１Ａ、１１Ｂの中央に配置されている。このビード
センサ１２としては、例えば渦流法による無接触センサ
を用いることができる。

【００１５】第１移動部１３はスキャナ本体１０の片端
部に設けられており、スキャナ本体１０に取り付けられ
たパルスモータ２１と、パルスモータ２１の両側の回転
軸に取り付けられたギヤボックス２２、２２と、ギヤボ
ックス２２、２２の両側の出力軸に取り付けられた車輪
２３Ａ、２３Ｂとを有している。

【００１６】車輪２３Ａ、２３Ｂには外側面に鍔２４が
設けられている。車輪２３Ａ、２３Ｂは、図２に示すよ
うに溶接用レール４上に載置されており、鍔２４によっ
て位置規制されている。これによって、スキャナ本体１
０が所定の軌跡を正確に移動する。

【００１７】溶接用レール４の下側には、スキャナ本体
１０に取り付けられたカムフォロワ２５Ａ、２５Ｂが配
置されている。そして、車輪２３Ａ、２３Ｂとカムフォ
ロワ２５Ａ、２５Ｂとで溶接用レール４の両側を挟持す
ることにより、スキャナ本体１０が溶接用レール４から
不用意に脱落するのを防止している。

【００１８】カムフォロワ２５Ａ、２５Ｂは、適宜な開
閉手段で溶接用レール４の両側に開閉可能になってい
る。そして、スキャナ本体１０を取り付ける場合はカム
フォロワ２５Ａ、２５Ｂを開いた状態とし、車輪２３
Ａ、２３Ｂを溶接用レール４に載置してからカムフォロ
ワ２５Ａ、２５Ｂを閉じることによって溶接用レール４
を確実に挟持することができる。カムフォロワ２５Ａ、
２５Ｂは、ノブ１００を回すことによって開閉する。

【００１９】更に、図１に示すように第１移動部１３に
はスキャナ本体１０に取り付けられたエンコーダ２７が
設けられ、このエンコーダ２７の回転軸に取り付けられ
たギヤ２８が溶接用レール４のラック８１に噛合されて
いる。これによって、エンコーダ２７からの出力パルス
数から、スキャナ本体１０の移動距離を算出することが
できる。エンコーダ２７の出力は、後述のスキャナ制御
部７０（図４）に送られて、スキャナ本体１０の円周方
向の位置ずれ防止機能に使用される。

【００２０】第２移動部１４は、スキャナ本体１０に取
り付けられたパルスモータ３１と、パルスモータ３１に
よって両方向に回転駆動されるベルト３２と、ベルト３
２に取り付けられた挟持部３３とを有している。パルス
モータ３１の回転軸にはプーリ５１とギヤ５２が取り付
けられている。パルスモータ３１のプーリ５１と平行に
プーリ５３が配置され、これらのプーリ５１、５３にベ
ルト３２が巻装されている。挟持部３３は、ベルト３２
の両側に平行に配置されたガイドロッド３４、３４によ
って移動方向が規制されている。

【００２１】パルスモータ３１の反対側にはエンコーダ
５４が取り付けられ、その回転軸にギヤ５５が固定され
ている。このギヤ５５は、パルスモータ３１のギヤ５２
に噛合されている。そして、エンコーダ５４でパルスモ
ータ３１の回転軸の回転角度を測定することによって、
探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂが配管２の中心軸線方向に
移動した距離を検出するようになっている。

【００２２】挟持部３３の下部側には、図２に示すよう
にピン３５が植設されている。また、挟持部３３の下方
には水平レバー３６が配置され、その中央部上方に縦長
孔３７が設けられている。そして、この縦長孔３７がピ
ン３５に嵌め込まれることによって、水平レバー３６が
ピン３５を中心に上下移動可能で、且つ上下方向に回動
自在になっている。また、水平レバー３６の横ブレを防
ぐためにブレ止め手段（図示せず）が付いている。

【００２３】水平レバー３６の下側には横板部３８が取
り付けられ、この横板部３８の両端に水平なピン３９を
介して門型の保持部４０が回動自在に取り付けられてい
る。保持部４０の配管２の円周方向の両端には、図３に
示すように上述の探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂがピン４
１で回動自在に取り付けられている。この探傷用探触子
１１Ａ、１１Ｂは配管２に当接しており、探傷用探触子
１１Ａ、１１Ｂと配管２との間にはベアリングによって
一定距離を保ち、超音波が安定して入射できるように接
触媒体が塗布されている。

【００２４】また、図２に示すように水平レバー３６の
下側で探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂの中間にビードセン
サ１２が取り付けられ、これが横板部３８の抜き孔４１
を通って下側に突出している。ビードセンサ１２は、配
管２との間隔を調整することが可能である。

【００２５】図１の音速測定用探触子１５Ａ、１５Ｂ
は、それぞれ一組の送信部及び受信部を有している。こ
の音速測定用探触子１５Ａ、１５Ｂは、それぞれスキャ
ナ本体１０に取り付けられたブラケット６０に、配管２
の中心軸線と平行なピン６１で回動自在に取り付けられ
ている。ブラケット６０は、スキャナ本体１０に回転自
在に取り付けられている。この音速測定用探触子１５
Ａ、１５Ｂも、探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂと同様に、
ベアリングにより配管２と一定の距離を保つため塗布さ
れた接触媒体を介して配管２に超音波を入射している。

【００２６】スキャナ本体１０には、図１中に二点鎖線
で示すように探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂ、ビードセン
サ１２、第１移動部１３、第２移動部１４、音速測定用
探触子１５Ａ、１５Ｂを被覆するカバー１６が着脱自在
に取り付けられている。

【００２７】この超音波探傷用スキャナ１は、図４に示
すようにスキャナ制御部７０に接続されている。スキャ
ナ制御部７０には、超音波探傷用制御部７１が接続され
ている。スキャナ制御部７０には、センサーアンプ７
２、モータドライバ７３、７４、基板（ＣＰＵ、モータ
制御、Ｉ／Ｏ）７５、ＲＯＭ７６が設けられている。

【００２８】ＲＯＭ７６には、配管２の直径と、この直
径に応じて使用される溶接用レール４のラック８１の歯
数と、この歯数に対応するエンコーダ２７のパルス数と
がデータベースとして格納されている。そして、スキャ
ナ本体１０の移動時にエンコーダ２７で検出されたパル
ス数が制御部７０に入力され、これがＲＯＭ７６に格納
されている一周分のパルス数と比較される。これによっ
て、スキャナ本体１０の円周方向の移動距離が算出され
る。

【００２９】すなわち、ここでは、先ず溶接用レール４
のラック８１の歯数に対応するエンコーダ２７のパルス
数を一周分と認識する。そして、入力された配管２の直
径から外周を求め、この外周と一周分のパルス数から、
配管２の外周１ｍｍに相当するパルス数を求める。そし
て、エンコーダ２７から入力されたパルス数を１ｍｍ分
のパルス数で割ることにより、スキャナ本体１０の移動
距離を算出するのである。

【００３０】ここでは、配管２の一周分のパルス数に基
づいて１ｍｍ当たりのパルス数を求め、この１ｍｍ当た
りのパルス数から移動距離を求めているので、累積誤差
が蓄積されることがない。したがって、スキャン本体１
０の移動距離を正確に検出することができる。

【００３１】また、制御部７０には、スキャナ本体１０
の探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂの位置ずれ防止機能が備
えられている。この位置ずれ防止機能では、エンコーダ
２７から入力されたパルス数が一周分のパルス数に一致
したとき、スキャナ本体１０が一周したと判断するよう
になっている。これによって、スキャナ本体１０、すな
わち、探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂの移動開始位置と移
動終了位置とが位置ずれるのを防止することができる。

【００３２】次に、この超音波探傷用スキャナ１の作用
を説明する。溶接時の熱影響を受けた溶接ビード３及び
その周辺部、すなわち、欠陥検査範囲を超音波探傷によ
って欠陥検査する場合には、超音波探傷用スキャナ１の
第１移動部１３を溶接用レール４に取り付ける。

【００３３】次に、例えば図５の展開図に示すように超
音波探傷用スキャナ１を溶接用レール４に沿ったＲ方向
に第１のピッチＲ１で間欠的に移動させると共に、第２
移動部１４によって探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂを配管
２の中心軸線方向であるＸ方向に第２のピッチＸ１で間
欠的に移動させて、探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂをジグ
ザグに移動させる。そして、溶接用ビード３の両側の探
傷用探触子１１Ａ、１１Ｂを用いて、スキャナ本体１０
の各一時停止位置８０において超音波探傷を行って欠陥
検査を行う。

【００３４】探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂを移動させる
場合には、ビードセンサ１２で溶接ビード３の位置を検
出し、この溶接ビード３の中心を基準として左右均等な
距離だけ両側の探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂを移動させ
る。溶接ビード３の検出は、ビードセンサ１２とこれに
対向する配管２又は溶接ビード３との間隔を検出するこ
とによって行われる。すなわち、溶接ビード３は配管２
から盛り上がっているので、その盛り上がった高さを検
出することによって溶接ビード３を検出することができ
る。

【００３５】なお、この場合、ビードセンサ１２の検出
値の変化率を逐次演算し、その変化率が所定値に達した
位置を溶接ビード３の端縁と判断する。そして、溶接ビ
ード３の両側の端縁の中心を溶接ビード３の中心とす
る。これによって、溶接ビード３を正確に検出できると
共に、溶接ビード３が曲がっていても対応することが可
能になる。

【００３６】また、ここでは欠陥検査を行う前に配管２
の音響異方性を検出する。音響異方性とは、周知のよう
に音響が伝達する方向によって音速が異なることであ
る。高圧配管で使用される配管２には、音響異方性を持
つ制御圧延の鋼板より作られたものが多い。実験では音
響異方性のため６％も伝達音速が速くなる鋼材が確認さ
れた。このような材料を用いた場合、次のように探傷角
度が大きく変化する。

【００３７】いま、標準試験片の伝達音速をＶｘ、試験
材の伝達音速をＶｙ、超音波の入射角度をθｘ、屈折角
度をθｙとした場合、スネルの公式によればＶｘ／ｓｉ
ｎθｘ＝Ｖｙ／ｓｉｎθｙとなる。ここで、Ｖｙ／Ｖｘ
＝１．０６、θｘ＝６５°とすると、θｙ＝７３．９°
となる。θｘ＝７０°では、θｙ＝８４．９°となり、
臨界角を越えてしまって超音波が入射しなくなるので、
超音波探傷が不可能になる。

【００３８】このように、被検査物の音響異方性によっ
て超音波の屈折角度が大きく影響されるため、音響異方
性を正確に測定する必要がある。そこで、本例では、上
述の音速測定探触子１５Ａ、１５Ｂを用いて、周知の６
２°Ｖ透過法（走査）によって音響異方性をリアルタイ
ムに測定するようになっている。そして、測定された音
響異方性に基づいて超音波の入射角度を記録するように
なっている。

【００３９】上述のように、この超音波探傷用スキャナ
１は、第１移動部１３と第２移動部１４とでスキャナ本
体１０、すなわち、探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂを欠陥
検査範囲の溶接ビード３及びその周辺部の長手方向とこ
れに直角な方向に、高速探傷用ピッチ及び精密探傷用ピ
ッチで自動的に移動させて超音波探傷をするので、工数
低減が可能になる。また、移動ピッチＲ１，Ｘ１にばら
つきが生じないため、検査精度が向上する。

【００４０】更に位置ずれ防止機能によって、探傷用探
触子１１Ａ、１１Ｂの移動開始位置と移動流量位置との
間に位置ずれが発生するのを防止することができるの
で、開始位置の探傷データと終了位置の探傷データをリ
ンクすることができるため検査精度が向上すると共に、
１リング単位での欠陥判定を行うことができる。

【００４１】なお、上述の実施形態では、本発明を配管
２の溶接ビード３及びその周辺部の欠陥検査に適用した
場合について説明したが、本発明は各種の材料の溶接部
などの欠陥検査に適用することができる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の超音波探
傷用スキャナによれば、第１の移動手段と第２の移動手
段とによって、超音波探傷手段が欠陥検査範囲の長手方
向とこれに直角な方向に、それぞれ例えば高速探傷用ピ
ッチと精密探傷用のピッチを設定可能な第１のピッチと
第２のピッチで自動的に移動されるので工数低減が可能
になる。また、移動ピッチにばらつきが生じないため、
検査精度が向上する。

【００４３】更に、被検査物が配管の場合、位置ずれ防
止機能によって超音波検出手段の移動開始位置と移動終
了位置とに位置ずれが発生するのを防止することができ
るので、開始位置の探傷データと終了位置の探傷データ
をリンクすることができるため検査精度が更に向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波探傷用スキャナを示す平面
図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図２のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】制御系統を示す図である。

【図５】スキャン本体の移動方向を示す図である。

【符号の説明】

１ 超音波探傷用スキャナ ２ 配管（被検査物） ３ 溶接ビード（欠陥検査範囲） ４ 溶接用レール １０ スキャナ本体 １１Ａ、１１Ｂ 探傷用探触子（超音波検出手段） １２ ビードセンサ（欠陥検査範囲検出手段） １３ 第１移動部（第１の移動手段） １４ 第２位胴部（第２の移動手段） １５Ａ、１５Ｂ 音速測定用探触子（伝達音速検出手
段）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査物に超音波を入射して前記被検査
   物の不連続部を検出する超音波検出手段と、 前記被検査物の欠陥検査範囲を検出する欠陥検査範囲検
   出手段と、 前記超音波検出手段及び前記欠陥検査範囲検出手段を保
   持するスキャナ本体と、 前記スキャナ本体を前記欠陥検査範囲の長手方向に第１
   のピッチで間欠的に移動させる第１の移動手段と、 前記スキャナ本体を前記欠陥検査範囲の長手方向に対し
   て直角方向に第２のピッチで間欠的に移動させる第２の
   移動手段とを備えたことを特徴とする超音波探傷用スキ
   ャナ。
2. 【請求項２】 前記第１のピッチ及び前記第２のピッチ
   は、それぞれ複数の異なるピッチを設定できることを特
   徴とする請求項１に記載の超音波探傷用スキャナ。
3. 【請求項３】 前記被検査物の伝達音速を検出する伝達
   音速検出手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２
   に記載の超音波探傷用スキャナ。
4. 【請求項４】 前記被検査物は配管であり、前記欠陥検
   査範囲は前記配管の円周方向に設けられた溶接ビード及
   びその周辺部であることを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれかに記載の超音波探傷用スキャナ。
5. 【請求項５】 前記第１の移動手段は前記溶接ビードの
   溶接用レールを利用して前記スキャナ本体を移動させる
   ことを特徴とする請求項４に記載の超音波探傷用スキャ
   ナ。
6. 【請求項６】 前記スキャナ本体が前記溶接ビードの全
   周に亘って一周するとき、前記スキャナ本体の移動開始
   位置と移動終了位置の位置ずれを防止する位置ずれ防止
   機能を備えたことを特徴とする請求項５に記載の超音波
   探傷用スキャナ。