JPH10239286A

JPH10239286A - 水中の表面検査装置

Info

Publication number: JPH10239286A
Application number: JP9038812A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kajiyama; 茂梶山; Kazunori Koga; 和則古賀; Hirotaka Nakahara; 宏尊中原; Takashi Hayata; 隆早田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-02-24
Filing date: 1997-02-24
Publication date: 1998-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】水中だけの検査作業を可能とし、超音波探触子
を検査表面に追従させて表面欠陥を高精度で検査できる
装置を提供する。【解決手段】超音波ビームを水中で検査表面に送受信す
る高共振周波数，ビーム集束型の超音波探触子の選定３
９，４０と、超音波探触子３９，４０のビーム行程と入
射角度の最適設定と、超音波探触子３９，４０を検査表
面に追従走査する複数の駆動制御機構を備えた表面検査
装置１６と、表面検査装置１６を容器１の径方向と上下
方向に駆動，保持する駆動制御機構１０，１１と、超音
波の送受信検出部とからなる水中の表面検査装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水中の表面検査装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の表面欠陥検査では、一般的に液体
浸透探傷検査法が行われており、液体浸透探傷検査は、
気中で行う必要がある。このため、特願平5−215481 号
明細書のように原子炉圧力容器内作業の場合は、炉水中
で液体浸透探傷検査装置を容器内に送入後、炉水を抜い
て気中の状態にしてから液体浸透液を検査個所に塗布す
る他、洗浄，乾燥及び観察（検査）などの数多くの作業
がある。さらに、これら作業後は、装置を回収するた
め、再び炉水を入れる必要がある。

【０００３】また、特開昭57−125846号公報は、検査用
（超音波）探触子２２を検査対象の縦配管３の外面に接
触あるいは近接させた状態で走査し、主に溶接部及びそ
の近傍の体積検査をする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術で、前
者の課題は、作業を気中で行う必要があるため、検査の
都度、容器内への水の出し入れが必要であり、容器の容
量が大きくなると、この水の出し入れの時間が長くなる
ため、トータルの作業時間が長くなる欠点があった。ま
た、液体浸透探傷検査法のうち、比較的に作業数が少な
い蛍光液体浸透探傷検査法でも、洗浄，乾燥，塗布（浸
透），洗浄，乾燥，観察（検査）及び洗浄の各作業が必
要であり、各作業終了ごとの点検作業も必要であった。
また作業後は、浸透液，洗浄液の回収作業も必要であっ
た。また各処理液を送るチューブは、各種類ごとに必要
であり、チューブの数が多くなる欠点があった。このよ
うに従来の液体浸透探傷検査法では、水の処理量，作業
時間などで課題があった。

【０００５】後者の検査では一般に被検査体の内部に超
音波ビームを入射させ、主に内部の欠陥を検出するもの
であった。この方法でも内外表面の欠陥を検出すること
は可能であるが、内部入射での超音波ビームの減衰が大
きく、検出感度が劣っていた。特に検出分解能が高い高
共振周波数の超音波ビームほど、被検査体内に入ると減
衰が顕著で、微細な欠陥検出に課題があった。

【０００６】本発明の目的は、水中作業による検査時間
の短縮と、検査表面に追従した走査と、微細な表面欠陥
の高精度検出が可能な水中の表面検査装置を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】水中での超音波検査法に
よる検査作業とし、容器中の水の出し入れを不要にして
作業時間を短縮する。

【０００８】超音波探触子を高共振周波数による高分解
能化，狭集束ビームによる高エネルギ密度化することに
より、微細な表面欠陥の検出精度を向上させる。

【０００９】また、検査表面追従用の垂直型超音波探触
子と欠陥検出用の斜角型超音波探触子の併用により、表
面欠陥検出に対して入射角度とビーム行程（被検査体ま
での超音波ビームの水距離）を最適に制御しながら走査
する。

【００１０】また、表面（欠陥）に対して、垂直あるい
は斜角の超音波ビームを水中で直接当てるため超音波の
被検査体内での減衰を防止でき、反射波の強弱から、微
細な表面欠陥を高精度で検出する。

【００１１】さらに、超音波探触子と被検査体とのビー
ム行程、ビームの入射角度を制御できる複数の検出機
構，駆動制御機構を具備することにより、種々の検査対
象の表面形状に超音波探触子を追従させた走査制御をす
る。

【００１２】本発明によれば、水中作業だけのため作業
時間を短縮できる。また高共振周波数，ビーム集束型
（フォーカス型）の超音波探触子の選定と、このビーム
行程と入射角度の適正な設定と合わせ、超音波の伝播が
水中だけの単一媒体のために超音波ビームの減衰が少な
く、微細な表面欠陥を精度良く検出できる。さらに、こ
の表面欠陥検出は、超音波探触子のビーム行程、入射角
度を検査全面に応じて、最適に追従制御させた走査が可
能である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の水中用の表面検査装置を
円筒状容器に適用した実施例を図１に示す。図１は容器
１内のノズル２の表面を内面から水中検査する例で、容
器１のフランジ３上に取り付けたガイドレール１４及び
これと直交する別のガイドレール１３に駆動部１０，１
１を取り付けることにより、これに連なる表面検査装置
１６を容器１内の水中に送入し、高分解能（高共振周波
数），高エネルギ密度（集束型ビーム）の超音波探触子
４０，３９を走査してノズル２表面の欠陥の有無などを
検査する。

【００１４】以下図１から詳細に説明する。表面検査装
置１６は、ガイドレール１３に沿って走行する駆動部１
０にシャフト１５を介して取り付けてある。また、ガイ
ドレール１３は、これと直交した方向の別のガイドレー
ル１４上に取り付けられ、駆動部１１によりガイドレー
ル１３ごと走行できる。またガイドレール１４は、容器
１のフランジ３上に取り付けられ、支持体１２により、
所定の間隔で取り付けられる。駆動部１０にはシャフト
１５を上下させ、かつ所定の位置に固定する機構も内蔵
されている。したがって表面検査装置１６は、容器１の
検査対象に応じて自由な位置に設置可能である。

【００１５】シャフト１５を介して取り付けられた表面
検査装置１６のケース２０内には、図５に示すように、
内部に５Ｍｈｚ以上の高周波数でかつビーム焦点型の超
音波探触子４０，３９を走査するための複数の駆動部φ
１，Ｚ，Ｌ，α，φ２が内蔵されている。これらの各駆
動部と駆動部１０，１１のモータ等の駆動電力とエンコ
ーダ等の位置，角度及び超音波の信号は、ケーブル（図
示せず）を介して遠隔に設置されている検出走査制御装
置（図示せず）と連結され、超音波信号の送，受信と、
各駆動部が駆動制御される。

【００１６】まずケース２０内部の駆動部全体を旋回さ
せる旋回駆動部φ１は、モータ２１によりギヤ２３を回
転させることにより、ステージ２６，２９，スライダ２
８及び横行台車４３が旋回する。この回転数は、ギヤ２
３を介してエンコーダ２２により計数され回転角度が測
定され、これに基づいて旋回角度が制御される。

【００１７】また、ケース２０内の昇降駆動部Ｚは、モ
ータ２４によりギヤ５５を回転させることによりボール
ねじ３０が回転し、これと噛み合うナット３１が昇降
し、これと一体のスライダ２８がシャフト２７に沿って
上下するため、横行の台車４３も昇降する。この移動量
はギヤ５５を介してエンコーダ２５で測定され、これに
基づいて移動量が制御される。

【００１８】超音波探触子４０，３９を容器１の半径方
向に移動させる横行駆動部Ｌは、台車４３と連結したボ
ールねじ４１に噛み合って移動するスライダ４２に超音
波探触子４０，３９が取り付けてあり、モータ３２を回
転させることによりギヤ３５が回転し、これと一体のボ
ールねじ４１が回転し、スライダ４２を横行させる。こ
の移動量は、別のギヤ３４を介してエンコーダ３３に伝
えられ、移動量が測定され、これに基づいて移動量が制
御される。

【００１９】スライダ４２にはヒンジ４４を介してテー
ブル４５が取り付けてあり、このテーブル４５には二つ
の超音波探触子４０，３９を旋回させる旋回駆動部φ２
のモータ３６とエンコーダ３７が取り付けてあり、モー
タ３６の回転力はギヤを介して超音波探触子４０を中心
に超音波探触子４０，３９を旋回させることができる。
この旋回角度はエンコーダ３７で測定し、これに基づい
て角度が制御される。超音波探触子３９は取り付け角度
が変わっても、常に集束型の超音波ビーム４９が所定の
入射角度で被検査体の表面に当たるように、円弧状のガ
イド３８に沿ってスライド可能に取り付けてあり、予め
手動により所定の角度に固定される。つまり超音波探触
子４０からの集束型の超音波ビーム５０によって被検査
体（ノズル２）との垂直角度とビーム行程（被検査体表
面でエネルギ密度が最大となる水距離）を制御し、超音
波探触子３９からの超音波ビーム４９によって開口欠陥
などの表面欠陥を検査する。

【００２０】超音波ビームの直径は、表面欠陥の検出性
能に影響するが、超音波ビームのビーム直径（半値幅）
Δｒは、以下の式から計算できる。

【００２１】

【数１】 Δｒ＝１.０２×λ／Ｄ×ｆ＝１.０２×（（ｖ／Ｆ）／Ｄ）×ｆ …（数１）Ｄ；超音波探触子の開口直径（ｍ）Ｆ；超音波ビームの共振周波数（Ｈｚ） λ；〃の波長（ｍ）ｆ；〃の焦点距離（ｍ）ｖ；水中の音速（ｍ／ｓ）この点から、高共振周波数，ビーム焦点型（フォーカス
型）等の超音波探触子の斜角ビームを最適に選定すれ
ば、表面粗さからの反射波（ノイズレベル）と微細な表
面欠陥からの反射波の強弱の差から、表面欠陥を検出で
きる。

【００２２】ノズル２上面の探傷の場合は、図１の旋回
駆動部φ１のモータ２１を回転させ、ギヤ２３に連結し
たステージ２６以下を旋回させることにより、超音波探
触子４０，３９がノズル２上面に沿って周回できる。こ
れに横行Ｌ駆動部のモータ３２の回転による、ノズル２
の半径方向にピッチ送りを交えながら超音波探触子３
９，４０を走査すれば、ノズル２上面のすべてが検査が
できる。

【００２３】容器１の底面の場合もノズル２上面の場合
と同様な走査で検査ができる。すなわち図１の容器１底
面の所定の位置で、超音波探触子４０，３９からのビー
ム５０，４９が所定のビーム行程と入射角度になるよう
に昇降駆動部Ｚと横行駆動部Ｌを調整した後、超音波探
触子４０，３９を旋回する駆動部φ１を駆動することに
より、超音波探触子４０，３９を容器１の底面の円周方
向に走査することができ、これとともに横行の駆動部Ｌ
を底面の半径方向にピッチ送りすることにより、容器１
の全底面を検査することが可能である。

【００２４】表面欠陥検出に対する超音波の入射方向
は、欠陥に対して直角すなわち欠陥の長さ方向に対して
直角に超音波を入射させることが有効である。このた
め、精密な検査をする場合は、モータ３６で超音波探触
子３９を旋回させ、超音波ビーム４９の方向を、この欠
陥長さの直交方向に調整してから検査をする。

【００２５】次に、容器１のノズル２の曲面を探傷する
実施例について図２から説明する。図２は図１のノズル
２の部分を拡大したもので、ノズル２の曲面を検査する
ため超音波探触子４０を曲面に対して垂直になるように
（ビーム行程と入射角度を、超音波ビーム５０の反射波
が最大波高値になるように調整）ヒンジ４４をモータ
（図示せず）で回転させることにより、テーブル４５の
角度が変わり、ホルダ４８，円弧状のガイド３８の角度
も変わる。この回転角度はエンコーダ（図示せず）で測
定しながら制御する。この後超音波探触子３９から斜角
の超音波ビーム４９をノズル２表面に入射させ、容器１
内表面を検査する。

【００２６】この場合、超音波ビーム４９の反射波は、
欠陥がなくても表面粗さによる反射波が返ってくるノイ
ズが、表面粗さより大きい欠陥からの反射波は、ノイズ
レベルに比べて大きいため、ノイズとの識別は容易であ
る。ただし、このノイズレベルは、図３の曲線８０で示
すように、超音波ビーム４９の入射角度にも依存し、入
射角度が小さくなる（垂直に近いほど）ほど高くなる。
逆に入射角度が大きくなると、ノイズレベルは低下する
傾向になるが、図３の曲線８１に示すように一般的には
欠陥からの反射波も小さくなる。これを欠陥からの反射
波とノイズレベルとの差である検出感度を縦軸にして示
すと、図４の曲線の傾向になる。このため、超音波探触
子３９は、欠陥反射波とノイズレベルの差の大きい、す
なわち、検出感度が最大になる入射角度に設定される。
勿論、検出感度は、開口欠陥の深さ，深さ方向の傾き，
開口幅などの影響もあるので、これらの要因も配慮する
必要もあるが、一般的には上記した傾向を示す。

【００２７】図２に示すように超音波探触子４０，３９
をノズル２曲面に倣わせるためには図１のスライダ４２
をモータ３２で駆動し、図２に示すスライダ４２の位置
に移動させる。この後、ヒンジ４４のモータ（図示せ
ず）を駆動し、これと連動するエンコーダ（図示せず）
の測定値に基づいてホルダ４８に連結した超音波探触子
４０をノズル２の曲面に対して常に垂直な角度に制御す
る。この場合、角度によっては超音波探触子３９が容器
１内面と干渉する可能性があるため、予め旋回駆動部φ
２のモータ３６を駆動してギヤ４６を介し、例えば超音
波探触子３９を１８０度旋回させて、干渉を回避する。
この旋回角度は、別のギヤ４７を介してエンコーダ３７
に伝えられるため測定できる。このように超音波探触子
４０，３９をノズル２の軸方向の曲率に沿って走査する
とともに旋回駆動部φ１を駆動し、ノズル２の円周方向
にピッチ送りし、ノズル２の全表面を検査する。この他
に通常行われる走査方法としては、旋回駆動部φ２のモ
ータ３６を駆動し、ノズル２に沿って超音波探触子３
９，４０を周回させた後、軸方向（Ｚ、またはＬ、αと
の併用など）にピッチ送りをしてノズル２の全周を検査
することも可能である。

【００２８】図１の容器１の内側面の検査と同様な方法
で、円筒状の配管に本発明を適用することもできる。こ
れを実施した場合の例を図５から説明する。まず、図５
は、表面検査装置の先端部のスライダ４２を配管５の中
心に合わせるように取り付けた例である。そしてヒンジ
４４の駆動部（矢印α方向、図示せず）を９０度駆動し
て、超音波探触子４０を配管５の壁面に対して垂直に向
ける。これによって別の超音波探触子３９も所定の角度
で壁面に向けられる。次に横行駆動部（矢印Ｌ方向）を
駆動して超音波ビーム５０，４９を遠隔に設置された検
出走査制御装置（図示せず）の反射エコーを監視しなが
ら、配管５内壁面に最適に当るように超音波ビーム５０
のビーム行程と入射角度を制御する。この後、旋回駆動
部φ１を配管内面の曲率に沿って周回させるとともに昇
降駆動部（矢印Ｚ方向）により、上下方向にピッチ送り
を交えながら走査する。この場合、超音波探触子３９は
予め旋回駆動部φ２を駆動し、所定の角度に固定してお
く。すなわちモータ３６を回転させることにより、テー
ブル４５に固定されたギヤに沿って自転し、リブ５１と
一体のホルダ４８を中心にガイド３８が旋回する。この
回転はエンコーダ３７にも伝えられるので、この回転角
度を遠隔から監視できる。

【００２９】検査面がうねりなどで変化する場合に適用
した一変形例を図６から説明する。容器１の検査面が変
化すると、超音波探触子４０からの超音波ビーム５０の
反射波は低下する。このため超音波ビーム５０を容器１
に対して常に垂直に当てて、反射波が最大値になるよう
に制御する。このため、これに付随して、これと一体の
超音波探触子３９の超音波ビーム４９も常に所定の入射
角度に維持できる。すなわち、容器１のうねりに応じて
モータ７２でピニオン７３を駆動し、ホルダ７０に取り
付けられた円弧状のガイド７１のラック（図示せず）に
沿って摺動させることにより、テーブル４５，ホルダ４
８ごと超音波探触子４０を容器１の検査表面の変化に追
従させることができる。勿論、これと一体のガイド３８
の超音波探触子３９も同様に旋回する。この移動量は、
ガイド７１上を回転走行する車輪７４の回転数をエンコ
ーダ（図示せず）で係数する。

【００３０】容器１の検査表面のうねりがガイド７１の
曲率の方向と異なる場合は、テーブル４５を旋回駆動部
φ１により旋回させ、うねりの方向とガイド７１の方向
を合わせるなど、方向を制御する。超音波ビーム５０，
４９の各焦点位置Ａは合わせるが、これらを同時に出力
すると互いに干渉する可能性もあるため、この場合は、
ビームの出力を時間分割することにより、両ビームの干
渉を防止する。

【００３１】この他、図６の円弧状ガイド７１だけでな
く、これに加え、このガイド７１と直交方向に円弧状の
別のガイドをテーブル４５下部に設け、ホルダ４８，ガ
イド３８をそのガイドに摺動自在に取り付けても、容器
１内表面の種々の方向のうねりに対して追従でき、スラ
イダ４２あるいはホルダ４８を旋回させるのと同様の効
果が得られる。

【００３２】これまでの実施例では、垂直ビームの超音
波探触子を垂直に検査面に追従させることにより、検査
用斜角ビームの超音波探触子の入射角度を維持する方式
について述べた。しかし、これに限定されるものでな
く、例えば、図７に示すように高共振周波数でかつビー
ム焦点型の超音波探触子３９を収納したケース６２を容
器１の検査面に追従させることにより、超音波ビーム４
９と検査面を所定の入射角度に維持することも可能であ
る。すなわち、２組のヒンジ６５，６６からなるジンバ
ル６０，６１を介してスライダ４２，ヒンジ４４に連結
した超音波探触子のケース６２は、検査面（容器１）に
所定の力によって押し付けられているため、検査面の形
状に倣って摺動する。ケース６２には超音波ビーム４９
が通る開口部６４と、万一ケース６２内に入った気泡を
抜くための開口部６３がある。また、超音波ビーム４９
の入射角度を変える円弧状のガイド３８もケース６２に
組み込んでいるため、検査対象に応じて超音波探触子３
９の取り付け角度が調整できる。

【００３３】さらに、被検査体表面に接触して摺動する
ケース６２に限定されるものでなく、例えば、超音波探
触子３９からの超音波ビーム４９が所定のビーム行程と
角度で入射させるためには、超音波探触子３９の周囲３
個所以上に車輪を配置した支持機構にしても、被検査体
表面と接触転動しながら超音波探触子３９を表面形状に
追従させた走査ができる。

【００３４】また、検査表面に大きな変化がない場合
は、一つの斜角ビームの超音波探触子を検査面に沿って
一定の入射角度を保った状態で走査しても検査は可能で
ある。例えば、図８の円筒状の容器１の上端に治具８９
を介してリング状ガイドレール８８を取り付け、これに
伸縮アーム８６を具備した周方向の駆動部８７を取り付
け、この先端の超音波探触子３９を伸縮アーム８６に内
蔵した昇降方向の駆動部（図示せず）で容器１の上下方
向に走査する。すなわち、これら周方向と軸方向の駆動
部を交互に駆動することにより、容器１の内面に沿って
斜角ビームの超音波探触子３９を走査して検査をする。
伸縮アーム８６の下端付近を拡大して示すと図９にな
る。図９から超音波探触子３９は、伸縮アーム８６先端
のスライダ４２，テーブル４５を介してガイド３８に所
定の角度で取り付けるとともにヒンジ４４も所定の角度
にして固定する。検査時は、伸縮アーム８６先端を容器
１の検査面に沿って伸縮させ、超音波探触子３９を上下
方向に走査するとともに、図８のガイドレール８８に沿
って駆動部８７を駆動し、容器１の周方向にも超音波探
触子３９を走査する。これにより容器１内面に対して、
超音波ビーム４９を常に一定の角度を保った状態で入射
できる。

【００３５】図１の表面検査装置１６は、容器１の上端
に設置した駆動部１０，１１に取り付ける方法について
述べたが、これに限定されるものでなく、容器１の上部
に例えば、クレーンを配置し、これから表面検査装置１
６を吊り下げる方法でも、まったく同様の効果が期待で
きる。

【００３６】また、図１０に示すように容器７の上端部
６と内側面８を利用して表面検査装置１６を取り付ける
こともできる。ワイヤ８５を介してクレーン（図示せ
ず）に吊り下げた表面検査装置１６をクランプ用の爪７
９，９４を出して上端部６と内側面８を利用して固定す
る。これらの爪７９．９４はケーブル，チューブの集合
体８４を介して連結した遠隔に設置の検出走査制御装置
（図示せず）からの操作によりシリンダ８２の一方に水
圧をかけ、他方を解放すれば、シャフト８３が収縮し、
これと連結したスライダ９６，シャフト９７，スライダ
８５を押し下げ、リンク７８，９５の他端９８，９３が
固定されているため、リンク７８，９５の角度が小さく
なり、爪７９，９４が押し出されて、容器７の内面に沿
って表面検査装置１６をクランプできる。クランプを解
除する場合は、シリンダ８２の一方を解放し、他方に水
圧をかけてシャフト８３を押し上げることにより、スラ
イダ９６，シャフト９７，スライダ８５が上昇し、リン
ク７８，９５の角度が大きくなり、クランプ用の爪７
９，９４が表面検査装置１６内に収納され、クレーンな
どで回収できる状態になる。

【００３７】図１０の表面検査装置１６内には、高共振
周波数でかつビーム焦点型の超音波探触子３９を駆動す
る駆動部が内蔵されており、ホルダ４８をスライドアー
ム９０内臓のモータによりこれに沿って走査できる他、
スライドアーム９０自体もアーム９１に内蔵したモータ
によりこれに沿って摺動でき、超音波ビーム４９を容器
７に沿った走査ができる。また、超音波探触子３９は駆
動軸９２に連結しているため、表面検査装置１６内部に
設置した駆動部（図示せず）により、旋回，昇降の動作
もできる。

【００３８】図１などの２超音波探触子方式の実施例で
は、垂直用超音波探触子と斜角用超音波探触子をともに
ビーム焦点型の超音波探触子を用いた場合について説明
したが、これに限定されるものでなく、垂直角度の検出
用であれば多少検出精度は低下するが、垂直用超音波探
触子にビーム平行型（フラット型）を使用することもで
きる。

【００３９】超音波探触子の共振周波数，焦点ビームの
サイズ，焦点距離などは、検出する目標の欠陥サイズ，
超音波探触子と走査機構の許容スペースなどにより選定
される。

【００４０】以上の実施例では、斜角ビームによる表面
欠陥の検査方法について述べたが、これに限定されるも
のでなく、垂直ビームによっても表面開口欠陥を検出で
きる。図１１からこの検査方法を説明すると、超音波探
触子４０からの垂直の超音波ビーム５０を容器１の表面
に入射させると、欠陥のない表面からは強い反射波が返
ってくるが、表面に欠陥１００があると、この欠陥１０
０で超音波ビーム５０が散乱するため、反射波が低下す
る。この反射波の低下からも表面開口欠陥を検出でき
る。斜角ビームの検査法と同じく、表面のうねりに対し
ては、円弧状のガイド７１に沿って、超音波探触子４０
のが表面に倣うようにモータ７２で摺動させれば、うね
りに追従した走査ができる。また、容器１表面に沿った
走査は、スライダ４２を図１と同様に、この上部の各種
駆動制御部（図示せず）を駆動することにより実施でき
る。

【００４１】以上の実施例によれば、次の効果がある。

【００４２】１）被検査体内部に超音波ビームを入射さ
せずに、水中だけの表面反射による検査のため、異伝播
物質間の屈折，伝播による減衰を防止できる。このた
め、高感度での検査ができる。また、超音波ビームの減
衰が小さい方式のため、適用する共振周波数の制限をう
けず、高周波数の超音波も利用できる。このため、欠陥
検出の分解能が向上する。

【００４３】２）集束型の超音波ビームを利用すること
と合わせ、被検査体表面へのビーム集束位置（ビーム行
程）を常に最適値に制御することにより、欠陥への超音
波ビームのエネルギ密度を高くできるため、微細欠陥も
検出できる。

【００４４】３）超音波ビームの入射角度を最適にする
ことにより、検出感度が向上し、この点からも微細欠陥
を検出できる。

【００４５】４）垂直用超音波探触子と斜角用超音波探
触子の超音波ビームの集束位置を、検査表面の入射点に
合わせるように両超音波探触子を取り付けているため、
垂直ビームの焦点距離（ビーム行程）だけを検査面に追
従して制御することにより、斜角ビームも常に所定のビ
ーム行程と入射角度を保った状態での走査ができる。こ
のため、曲面に対しても安定に追従した検査ができる。

【００４６】５）円弧状のガイドに斜角用超音波探触子
を取り付けることにより、予め欠陥に応じて検出感度，
ノイズレベルが最適になる入射角度に設定できる。ま
た、設定後の入射角度も必要に応じて調整可能である。
さらに、斜角用超音波探触子の入射角度を変えた場合で
も、円弧状ガイドのため常に超音波ビームの検査表面の
集束位置を一定にできる。

【００４７】６）垂直用超音波探触子を中心に斜角用超
音波探触子を旋回できるため、開口欠陥に対して有効な
方向を選定し、超音波ビームを当てることができるた
め、欠陥検出感度を高くできる。

【００４８】７）表面検査装置を移動可能に懸架できる
ため、容器内の目標の位置に表面検査装置を設置でき
る。また、容器を利用して、容器内に表面検査装置を着
脱することもできる。

【００４９】８）各種の駆動部により被検査体表面の形
状，方向に応じて、超音波探触子をこれに追従した最適
な走査ができる。

【００５０】９）円弧状のガイドに沿って両超音波探触
子のホルダを制御することにより、検査表面のうねりに
両超音波探触子を追従させた走査ができる。

【００５１】１０）所定の入射角度で斜角用超音波探触
子を検査表面に接触して追従できるケースに取り付ける
ことにより、斜角用超音波探触子だけで検査表面に倣っ
た検査ができる。また、入射角度も所定の角度範囲で自
由に設定できる。

【００５２】１１）容器に水を入れた状態のままで容器
表面の欠陥を検査できるため、水の交換作業が不要にな
り、作業時間の短縮が図れる。

【００５３】１２）本実施例によれば、微細な表面欠陥
を検出できるため、検査の目的によっては、現在広く行
われている液体浸透探傷法による表面検査に替えて、超
音波による水中での表面検査が可能になる。これによ
り、液体浸透探傷法で行っている、洗浄，乾燥，浸透，
洗浄，乾燥，観察及び洗浄の一連の作業が不要になり、
検査作業を単純化でき、作業時間も短縮できる。

【００５４】１３）垂直用超音波探触子と斜角用超音波
探触子からの超音波出力が互いに干渉する場合に対処
し、これら超音波入出力を時間分割処理することによ
り、互いの超音波の干渉を回避できる。

【００５５】１４）垂直用超音波探触子だけを使用した
超音波ビーム散乱法によっても、表面開口欠陥を検出で
きる。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、水中だけの作業が可能
になり、作業時間を短縮できる他、水中用の高分解能，
高エネルギ密度の超音波探触子の選定，そのビーム行程
と入射角度の最適設定，その検査表面への追従機能の付
加、により微細な表面欠陥を高精度で検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波探触子を具備した表面検査装置
を容器に取り付けた側断面図。

【図２】図１の超音波探触子を容器の曲率部に適用した
側部分断面図。

【図３】表面反射波（ノイズ）と表面欠陥反射波の反射
波強度を入射角度との関係で示す特性図。

【図４】検出感度と入射角度の関係を示す特性図。

【図５】他の容器壁面の検査をする場合の表面検査装置
の先端部の側断面図。

【図６】超音波探触子の検査面への追従動作を説明する
側面図。

【図７】検査面接触型の超音波探触子の構成を説明する
側断面図。

【図８】容器へ別の表面検査装置を取り付ける実施例の
側断面図。

【図９】図８の超音波探触子部を拡大した側断面図。

【図１０】容器へ表面検査装置を取り付ける別の実施例
を示す側断面図。

【図１１】垂直用超音波探触子による検査をする場合の
構成例を示す側面図。

【符号の説明】

１…容器、２…ノズル、１０，１１…駆動部、１３，１
４…ガイドレール、１５，２７…シャフト、１６…表面
検査装置、２０…ケース、２１，２４，３２，３６…モ
ータ、２２，２５，３３，３７…エンコーダ、２３，３
４，３５，４６，４７…ギヤ、２６，２９…ステージ、
２８，４２…スライダ、３０，４１…ボールねじ、３１
…ナット、３８…ガイド、３９，４０…超音波探触子、
４３…台車、４４…ヒンジ、４５…テーブル、４８…ホ
ルダ、４９，５０…超音波ビーム。

フロントページの続き (72)発明者早田隆茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水中で超音波探触子を被検査体表面に沿っ
て走査して表面欠陥を検査する装置において、超音波ビ
ームの集束が可能なビーム焦点型の超音波探触子と、上
記超音波探触子を上記被検査体表面の垂直線に対して２
０deg から５０deg の範囲の角度で取り付けかつ被検査
体表面にビームが集束するように取り付けるガイドと、
上記超音波探触子を被検査体表面に沿って超音波のビー
ム行程と入射角度を所定の値に維持して走査する手段
と、超音波信号を送信，受信する検出部と、受信信号か
ら表面欠陥を判定する処理部とからなることを特徴とす
る水中の表面検査装置。
【請求項２】上記超音波探触子からの上記超音波ビーム
の集束位置を中心にして、上記超音波探触子を旋回駆動
する駆動制御部を具備した請求項１に記載の水中の表面
検査装置。
【請求項３】請求項２に記載の上記水中の表面検査装置
を、容器内の水平方向に移動させる第一駆動制御部と、
上記第一駆動制御部と直交した方向に上記表面検査装置
を移動させる第二駆動制御部と、上記容器の上下方向に
上記表面検査装置を位置決めする第三駆動制御部とから
なる水中の表面検査装置。
【請求項４】上記超音波探触子のビーム方向を変える第
四駆動制御部と、上記超音波探触子の横行距離を変える
第五駆動制御部と、上記超音波探触子を昇降させる第六
駆動制御部と、上記超音波探触子を旋回させる第七駆動
制御部とからなる請求項３に記載の水中の表面検査装
置。
【請求項５】水中で超音波探触子を被検査体表面に沿っ
て走査して表面欠陥を検査する装置において、上記被検
査体表面に対してビームが垂直に当たるように取り付け
られる第一の超音波探触子と、上記第一の超音波探触子
を規準にして所定のビーム行程、入射角度で取り付けら
れる超音波ビームの集束が可能なビーム焦点型の第二の
超音波探触子と、上記第二の超音波探触子の取り付け角
度を上記第一の超音波探触子から２０deg から５０deg
の範囲で取り付けかつ被検査体表面に超音波ビームが集
束するように取り付けるガイドと、上記第一の超音波探
触子からの垂直反射信号強度に基づいて上記第一の超音
波探触子のビーム行程と入射角度を維持して走査する手
段と、上記第一，第二の超音波探触子の超音波信号を送
信，受信する検出部と、上記受信信号から表面欠陥を判
定する処理部とからなることを特徴とする水中の表面検
査装置。
【請求項６】上記第一の超音波探触子を中心に上記第二
の超音波探触子を旋回駆動する上記駆動制御部を具備し
た請求項５に記載の水中の表面検査装置。
【請求項７】上記第一の超音波探触子と、上記第二の超
音波探触子からの超音波の送，受信信号を時間分割処理
する手段を具備した請求項６に記載の水中の表面検査装
置。
【請求項８】上記第一の超音波探触子をビームの集束が
可能なビーム焦点型の超音波探触子とし、かつこれから
の超音波ビームの被検査体表面の集束位置を、上記第二
の超音波探触子の集束位置に合わせるように取り付ける
ことが可能な機構を具備した請求項７に記載の水中の表
面検査装置。
【請求項９】請求項５または８に記載の上記表面検査装
置を、被検査体内の水平方向に移動させる上記第一駆動
制御部と、上記表面検査装置を上記第一駆動制御部と直
交した方向に移動させる上記第二駆動制御部と、容器の
上下方向に上記表面検査装置を位置決めする上記第三駆
動制御部とからなる水中の表面検査装置。
【請求項１０】上記第一，第二超音波探触子の超音波ビ
ームの方向を変える上記第四駆動制御部と、上記複数の
超音波探触子の横行距離を変える上記第五駆動制御部
と、上記複数の超音波探触子等昇降させる上記第六駆動
制御部と、上記複数の超音波探触子を旋回させる上記第
七駆動制御部とからなる請求項６に記載の水中の表面検
査装置。
【請求項１１】水中で超音波探触子を被検査体表面に沿
って走査して表面欠陥を検査する装置において、超音波
ビームの集束が可能なビーム焦点型の超音波探触子と、
上記被検査体表面に接触追従して摺動あるいは転動可能
な上記超音波探触子の支持具と、上記支持具を上記被検
査体表面に揺動可能に追従させる揺動機構と、上記超音
波探触子を上記被検査体表面に対する垂直線から２０de
g から５０deg の範囲の角度で取り付けかつ上記被検査
体表面にビームが集束するように上記支持具に取り付け
るガイドと、上記超音波探触子を上記被検査体表面に沿
って上記超音波ビームの行程と入射角度を維持する走査
手段と、超音波信号を送信，受信する検出部と、上記受
信信号から表面欠陥を判定する処理部とからなることを
特徴とする水中の表面検査装置。
【請求項１２】水中で超音波探触子を被検査体表面に沿
って走査して表面欠陥を検査する装置において、超音波
ビームの集束が可能なビーム焦点型の超音波探触子と、
上記超音波探触子を上記被検査体表面に対して垂直に取
り付けかつ上記被検査体表面にビームが集束するように
取り付ける機構と、上記超音波探触子を上記被検査体表
面に沿って上記超音波ビームの行程と垂直入射角度を維
持制御する走査手段と、超音波信号を送信，受信する検
出部と、上記受信信号から表面欠陥を判定する処理部と
からなることを特徴とする水中の表面検査装置。
【請求項１３】上記被検査体内に上記表面検査装置を装
着あるいは脱着が可能な機構を上記表面検査装置に具備
させた請求項４，１０または１２に記載の水中の表面検
査装置。