JPH1183819A - 自動超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 対象物の表面が曲面をなす場合にも高精度の
超音波探傷を行う。 【解決手段】 自動超音波探傷装置は、超音波探傷用の
探触子１と、この探触子１を、それぞれ対象物の表面に
沿ったＸ方向及びこのＸ方向と直交するＹ方向に移動さ
せるためのＸ方向駆動手段２及びＹ方向駆動手段３とを
備えている。また、Ｘ方向駆動手段２に対して探触子１
を、対象物の表面方向に往復動自在に連結するフレキシ
ブル機構４が設けられ、このフレキシブル機構４によっ
て探触子１が更に対象物の表面側へ付勢されるように構
成されている。駆動手段２及び３を支持するフレーム５
の四隅部分にそれぞれ、フレーム５を対象物の表面に対
して着脱自在に固定するための固定手段６が設けられて
いる。各固定手段６は、対象物の表面に対して吸着自在
となったマグネットホルダ６０と、このマグネットホル
ダ６０をフレーム５に対して遊動自在かつ固定可能に連
結する連結部６２とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対象物の溶接部等
の内部欠陥の有無を検査するための自動超音波探傷装置
に係り、特に、水車ケーシング等の曲面形状を有する対
象物の検査に適した自動超音波探傷装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、水車ケーシングは、曲面形状を
有する複数の鋼板を溶接して構成されている。この場
合、通常は工場において全体構成後に溶接施工を行う
が、輸送上の寸法の制約のために完成品での輸送が困難
であるとき等は、発電所等の現場に搬入した後で溶接施
工を行って完成品としている。

【０００３】このような溶接施工による溶接部（溶接
線）の健全性の評価及び判定のための検査は、従来、社
団法人「水門鉄管協会」発行の水門鉄管技術基準に基づ
く放射線透過試験により行われていたが、最近の水門鉄
管技術基準の改訂に伴い、放射線透過試験又は超音波探
傷試験により行われることとなった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、一般に溶接製
品の超音波探傷試験を行う場合は、溶接部における欠陥
の位置と寸法を求めることが重要なテーマとなる。この
ため、溶接製品の超音波探傷試験では、対象物の表面を
超音波探触子で走査することになるが、その走査方法と
しては手動走査と、探触子を駆動装置によって駆動する
自動走査とがある。

【０００５】このうち、手動走査の場合は、技術者の技
量、経験及び癖による個人差の影響で、試験結果にばら
つきがでるため、溶接部の信頼性が低下しやすい。一
方、自動走査では、手動走査に比べて溶接部の信頼性は
向上するが、一般に探触子の駆動装置（モータ、シーケ
ンス回路等）が大規模なものになるため、装置の構造が
複雑化するとともに、その移動や設置等にも多大な作業
時間を要している。

【０００６】また、従来の自動走査を行う超音波探傷装
置（自動超音波探傷装置）では、単純な平面形状をなす
対象物の試験では十分な性能を発揮できても、上述した
水車ケーシングのような曲面形状を有する対象物の試験
では、次のような問題がある。すなわち、対象物の表面
が曲面形状を有する場合、常にその面に対して探触子の
向きを一定に保って正確に密着させた状態で走査を行う
ことが困難であるため、走査部分の形状によって超音波
ビームの入射角が変化し、超音波の反射エコーの高さも
大きく変化する。このため、超音波探傷における欠陥部
の位置と寸法の測定精度が落ちてしまう。

【０００７】本発明は、このような点を考慮してなされ
たものであり、構造が簡単で、対象物の表面が曲面をな
す場合にも高精度の超音波探傷を行うことのできる自動
超音波探傷装置を提供することを主目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の手段は、超音波探
傷用の探触子と、この探触子を、それぞれ対象物の表面
に沿ったＸ方向及びこのＸ方向と直交するＹ方向に移動
させるためのＸ方向駆動手段及びＹ方向駆動手段と、当
該Ｘ方向駆動手段に対して前記探触子を、対象物の表面
方向に往復動自在に連結すると共に、前記探触子を対象
物の表面側へ付勢するフレキシブル機構と、前記Ｘ方向
駆動手段及びＹ方向駆動手段を支持するフレームと、こ
のフレームを対象物の表面に対して着脱自在に固定する
ための固定手段とを備えたことを特徴とする自動超音波
探傷装置である。

【０００９】この第１の手段によれば、Ｘ方向駆動手段
及びＹ方向駆動手段によって探触子を、それぞれ対象物
の表面に沿うＸ方向及びこのＸ方向と直交するＹ方向に
自由に移動させながら、対象物の自動超音波探傷を行う
ことができる。この際、対象物の表面が曲面をなす場合
でも、フレキシブル機構によって、探触子を対象部の表
面に正確に密着させながら移動させることができる。

【００１０】第２の手段は、第１の手段において、前記
固定手段を３つ以上備え、各固定手段は、対象物の表面
に対して吸着自在となった磁石部材と、この磁石部材を
前記フレームに対して遊動自在かつ固定可能に連結する
連結部とを有するものである。

【００１１】この第２の手段によれば、第１の手段にお
いて、３つ以上の固定手段について、それぞれ連結部に
よって磁石部材を、対象物の表面形状に対して位置と向
きが合うように遊動させた後、フレームに対して固定す
ることができる。このことにより、対象物の表面が曲面
をなす場合でも、固定手段によって、フレームを対象物
の表面に確実かつ安定した姿勢で固定することができ
る。

【００１２】第３の手段は、第１又は第２の手段におい
て、前記フレキシブル機構は、前記Ｘ方向駆動手段に対
して前記Ｙ方向に略直交する平面内で揺動自在となるよ
うに連結されると共にその先端部に前記探触子が取り付
けられる探触子アームと、この探触子アームの揺動を対
象物の表面側へ付勢する付勢手段とを有するものであ
る。

【００１３】第４の手段は、第１乃至第３の手段のいず
れかにおいて、前記Ｙ方向駆動手段は、前記Ｙ方向に延
びる１又は２以上のスピンドルと、このスピンドルに対
して摺動自在に取り付けられたスライダと、このスライ
ダと螺合し前記スピンドルと平行に配置されたねじ棒
と、このねじ棒を回動させるための回動手段とを有する
ものである。

【００１４】この第４の手段によれば、第１乃至第３の
手段のいずれかにおいて、Ｙ方向駆動手段によって、探
触子をＹ方向に円滑かつ確実に移動させることができ
る。

【００１５】第５の手段は、第４の手段において、前記
スライダと前記ねじ棒とは角ねじにより螺合し、前記回
動手段をステッピングモータとしたものである。

【００１６】この第５の手段によれば、第４の手段にお
いて、Ｙ方向駆動手段による探触子のＹ方向の微小な移
動を高精度で行うことができる。

【００１７】第６の手段は、第４又は第５の手段におい
て、前記フレームは、前記固定手段が取り付けられる一
対の端部部材と、この一対の端部部材同士を連結する前
記スピンドルとから構成されているものである。

【００１８】この第６の手段によれば、第４又は第５の
手段において、Ｙ方向駆動手段を構成するスピンドルが
フレームの一部をも構成しているので、装置全体の構造
を更に簡素化することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の一
実施形態について説明する。図１乃至図１０は本発明に
よる自動超音波探傷装置の実施の形態を示す図であり、
図１１は本発明による自動超音波探傷装置の探傷試験対
象物としての水車ケーシングの一部を例示する図であ
る。

【００２０】図１において、自動超音波探傷装置は、超
音波探傷用の探触子（プローブ）１と、この探触子１
を、それぞれ対象物の表面に沿ったＸ方向及びこのＸ方
向と直交するＹ方向に移動させるためのＸ方向駆動手段
２及びＹ方向駆動手段３とを備えている。また、Ｘ方向
駆動手段２に対して探触子１を、対象物の表面方向に往
復動自在に連結するフレキシブル機構４が設けられ、こ
のフレキシブル機構４によって探触子１が更に対象物の
表面側へ付勢されるように構成されている。

【００２１】また、Ｘ方向駆動手段２及びＹ方向駆動手
段３を支持するフレーム５が設けられ、このフレーム５
の四隅部分にそれぞれ、フレーム５を対象物の表面に対
して着脱自在に固定するための固定手段６が設けられて
いる。これらの固定手段６は、対象物の表面に対して吸
着自在となったマグネットホルダ（磁石部材）６０と、
このマグネットホルダ６０をフレーム５に対して遊動自
在かつ固定可能に連結する連結部６２とを有している。

【００２２】次に、図１、図２（ａ）及び図３により、
上記Ｙ方向駆動手段３について詳細に説明する。図１に
示すように、Ｙ方向駆動手段３は、Ｙ方向に延びる一対
のスピンドル３３，３４と、この一対のスピンドル３
３，３４に対して摺動自在に取り付けられたスライダ３
０とを有している。また、Ｙ方向駆動手段３は、一対の
スピンドル３３，３４と平行に配置されたねじ棒３６を
有し、このねじ棒３６とスライダ３０とが、角ねじによ
って螺合している。

【００２３】また、図１及び図２（ａ）に示すように、
Ｙ方向駆動手段３は、ねじ棒３６を回動させるためのＹ
軸ステッピングモータ（回動手段）３８を有している。
また、図１及び図３に示すように、Ｙ軸ステッピングモ
ータ３８の回動軸にはプーリ５２が固着され、ねじ棒３
６の一端にはプーリ５４が固着されている。そして、こ
れらのプーリ５２，５４にベルト５６が掛け渡され、こ
のベルト５６を介してＹ軸ステッピングモータ３８の回
動がねじ棒３６に伝達されるようになっている。なお、
ねじ軸３６の他端には、ねじ軸３６の回動を検出するた
めのＹ軸ロータリーエンコーダ３９が締結されている。

【００２４】次に、図１及び図２（ａ）、図３及び図７
により、上記フレーム５について説明する。図１及び図
２（ａ）に示すように、フレーム５は、アルミ合金板状
からなる一対の端部部材７，８（各々図７，図３参照）
同士を、上記スピンドル３３，３４及び補助棒３５によ
って連結して構成されている。なお、フレーム５の端部
部材７，８には、それぞれ上記固定手段６が一対ずつ取
り付けられている。

【００２５】次に、図４乃至図６により、上記フレキシ
ブル機構４について詳細に説明する。図４乃至図６に示
すように、フレキシブル機構４は、先端部に探触子１が
取り付けられる梯子形の探触子アーム４０を有してい
る。この探触子アーム４０の基端部は、上記Ｘ方向駆動
手段２のスライドプレート２０（図１参照）の先端部に
対して、Ｙ方向に略直交する平面（図４に対応する平
面）内で揺動自在となるように連結されている。ここ
で、探触子アーム４０の先端部には探触子ホルダ（プロ
ーブホルダ）４２が取付けられている。そして、この探
触子ホルダ４２によって、探触子１が、上記Ｙ方向に略
直交する平面内で揺動自在となるように保持されてい
る。

【００２６】また、図４に示すように、フレキシブル機
構４は、探触子アーム４０の上記のような揺動を対象物
の表面側へ付勢する引張ばね（付勢手段）４４を有して
いる。この引張ばね４４は、その一端４４ａが探触子ア
ーム４０の中央部分に連結され、他端４４ａがスライド
プレート２０に対して連結されると共に、スライドプレ
ート２０に取り付けられた滑車４６によって中間部分を
支持されている。

【００２７】次に、図１、図２及び図４乃至図９によ
り、上記Ｘ方向駆動手段２について詳細に説明する。図
１及び図７に示すように、Ｘ方向駆動手段２は、Ｙ方向
駆動手段３のスライダ３０に対してＸ方向に摺動自在に
取り付けられた上記スライドプレート２０を有してい
る。このスライドプレート２０は、図２（ｂ）に示すよ
うに、両側面２０ａが断面９０度Ｖ形の凸形状をなして
いる。また、図２及び図７に示すように、スライドプレ
ート２０の両側面２０ａを挟持する２対のガイドローラ
２８が、それぞれブラケット２９を介してスライダ３０
下面側に取り付けられている。これらのガイドローラ２
８の外周部は、図２（ｂ）に示すように、スライドプレ
ート２０の側面２０ａに対応した断面９０度Ｖ形の凹形
状をなしている。

【００２８】また、図７乃至図９に示すように、Ｘ方向
駆動手段２は、Ｙ方向駆動手段３のスライダ３０の上面
側に取り付けられたＸ軸ステッピングモータ２６及びＸ
軸ロータリーエンコーダ２７を有している。ここで、ス
ライドプレート２０の上面側には、Ｘ方向に延びるＣＰ
ラック２２（図４及び図５も参照）が固着されている。

【００２９】また、Ｘ軸ステッピングモータ２６及びＸ
軸ロータリーエンコーダ２７の軸には、それぞれ上記Ｃ
Ｐラック２２と噛み合うＣＰピニオン２４及び２５が固
着されている。そして、ＣＰピニオン２４及びＣＰラッ
ク２２を介して、Ｘ軸ステッピングモータ２６の回動を
スライドプレート２０のＸ方向の移動に変換するように
構成されている。また、ＣＰラック２２及びＣＰピニオ
ン２５を介して、スライドプレート２０のＸ方向の移動
を、Ｙ軸ロータリーエンコーダ２７によって検出するよ
うに構成されている。

【００３０】次に、図３及び図１０により、上記固定手
段６について詳細に説明する。図３及び図１０に示すよ
うに、固定手段６の上記連結部６２は、フレーム５の端
部部材７，８に対して揺動自在に取り付けられた第１腕
部６４と、この第１腕部６４の先端部に対して揺動自在
に連結された第２腕部（ポール式自由架台）６６とを有
している。これらの第１腕部６４及び第２腕部６６の揺
動は、Ｘ方向に略直交する平面（図１０に対応する平
面）内で行われるようになっている。また、第２腕部６
６の先端側は、上記マグネットホルダ６０を全方向に揺
動自在に保持している。

【００３１】ここで、フレーム５の端部部材７，８と第
１腕部６４との間の相対的な揺動が、ダイヤル６５ａを
回す方向によって、固定されたり解放されたりするよう
に構成されている。同様に、第１腕部６４と第２腕部６
６、及び第２腕部６６とマグネットホルダ６０との間の
相対的な揺動も、それぞれダイヤル６５ｂ及び６７を回
す方向によって、固定されたり解放されたりするように
構成されている。

【００３２】次に、このような構成よりなる本実施形態
の作用について説明する。本実施形態によれば、Ｘ方向
駆動手段２及びＹ方向駆動手段３によって探触子１を、
それぞれ対象物の表面に沿うＸ方向及びこのＸ方向と直
交するＹ方向に自由に移動させながら、対象物の超音波
探傷を行うことができる。この際、フレキシブル機構４
によって、探触子１を対象部の表面に正確に密着させな
がら移動させることができる。このため、比較的簡単な
構成でありながら、対象物の表面が曲面をなす場合にも
高精度の超音波探傷を行うことができる。

【００３３】また、フレーム５の四隅部に設けられた固
定手段６について、それぞれ連結部６２によってマグネ
ットホルダ６０を、対象物の表面形状に対して位置と向
きが合うように遊動させた後、フレーム５に対して固定
することができる。このことにより、対象物の表面が曲
面をなす場合でも、固定手段６によって、フレーム５を
対象物の表面に確実かつ安定した姿勢で固定することが
できる。

【００３４】例えば、図１１に示す鋼板製の水車ケーシ
ング１０のように、３次曲面からなる表面上に流水方向
の溶接線１２とこれに略直交する円周方向の溶接線１３
がある場合でも、本実施形態の自動超音波探傷装置によ
れば、水車ケーシング１０の表面にフレーム５を確実か
つ安定した姿勢で固定し、探触子１を水車ケーシング１
０の表面に正確に密着させながら移動させ、高精度の超
音波探傷を行うことができる。

【００３５】また、Ｙ方向駆動手段３は、スピンドル３
３，３４に対して摺動自在に取り付けられたスライダ３
０を、スライダ３０と螺合したねじ棒３６の回動によっ
て移動させるように構成されているので、探触子１をＹ
方向に円滑かつ確実に移動させることができる。更に、
スライダ３０とねじ棒３６とは角ねじにより螺合し、ね
じ棒３６はステッピングモータ３８によって回動される
ので、Ｙ方向駆動手段３による探触子１のＹ方向の微小
な移動を高精度で行うことができる。このため、超音波
探傷時の対象物の欠陥の見落としを防止し、再検査の必
要性をなくすことができる。

【００３６】また、Ｙ方向駆動手段３を構成するスピン
ドル３３，３４が、一対の端部部材７，８同士を連結す
ることにより、フレーム５の一部をも構成するようにな
っているので、装置全体の強度を保ちつつ構造を簡素化
することができる。

【００３７】なお、上記実施形態において、フレーム５
の四隅に合計４つの固定手段６を設けた場合について説
明したが、これは装置の安定性を考慮したためであり、
曲面上における装置の位置と姿勢の固定という目的のた
めには、最低３箇所に固定手段を設ければ十分である。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、Ｘ方向駆動手段及びＹ
方向駆動手段によって探触子を、それぞれ対象物の表面
に沿うＸ方向及びこのＸ方向と直交するＹ方向に自由に
移動させながら、対象物の自動超音波探傷を行うことが
できる。この際、対象物の表面が曲面をなす場合でも、
フレキシブル機構によって、探触子を対象部の表面に密
着させながら移動させることができる。このため、比較
的簡単な構成でありながら、対象物の表面が曲面をなす
場合にも高精度の超音波探傷を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による自動超音波探傷装置の一実施形態
を示す平面図。

【図２】（ａ）は、図１に示す自動超音波探傷装置の正
面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ部拡大図。

【図３】図１に示す自動超音波探傷装置の右側面図。

【図４】図１に示す自動超音波探傷装置のフレキシブル
機構部分を示す側面図。

【図５】図４に示すフレキシブル機構部分の平面図。

【図６】図４に示すフレキシブル機構部分の正面図。

【図７】図２のVII-VII 線断面図。

【図８】図７のVIII-VIII 線断面図。

【図９】図７のIX-IX 線断面図。

【図１０】図２に示す自動超音波探傷装置の固定手段の
動作を示す図。

【図１１】水車ケーシング（対象物）の溶接線の例を示
す斜視図。

【符号の説明】

１ 探触子（プローブ） ２ Ｘ方向駆動手段 ２０ スライドプレート ２２ ＣＰラック ２４，２５ ＣＰピニオン ２６ Ｘ軸ステッピングモータ ３ Ｙ方向駆動手段 ３０ スライダ ３３，３４ スピンドル ３６ ねじ棒 ３８ Ｙ軸ステッピングモータ（回動手段） ４ フレキシブル機構 ４０ 探触子アーム ４２ 探触子ホルダ（プローブホルダ） ４４ 引張バネ（付勢手段） ５ フレーム ６ 固定手段 ６０ マグネットホルダ（磁石部材） ６２ 連結部 ６４ 第１腕部 ６６ 第２腕部（ポール式自由架台） ７，８ 端部部材 １０ 水車ケーシング（対象物） １２，１３ 溶接線

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波探傷用の探触子と、 この探触子を、それぞれ対象物の表面に沿ったＸ方向及
   びこのＸ方向と直交するＹ方向に移動させるためのＸ方
   向駆動手段及びＹ方向駆動手段と、 当該Ｘ方向駆動手段に対して前記探触子を、対象物の表
   面方向に往復動自在に連結すると共に、前記探触子を対
   象物の表面側へ付勢するフレキシブル機構と、 前記Ｘ方向駆動手段及びＹ方向駆動手段を支持するフレ
   ームと、 このフレームを対象物の表面に対して着脱自在に固定す
   るための固定手段とを備えたことを特徴とする自動超音
   波探傷装置。
2. 【請求項２】前記固定手段を３つ以上備え、 各固定手段は、対象物の表面に対して吸着自在となった
   磁石部材と、この磁石部材を前記フレームに対して遊動
   自在かつ固定可能に連結する連結部とを有することを特
   徴とする請求項１記載の自動超音波探傷装置。
3. 【請求項３】前記フレキシブル機構は、前記Ｘ方向駆動
   手段に対して前記Ｙ方向に略直交する平面内で揺動自在
   となるように連結されると共にその先端部に前記探触子
   が取り付けられる探触子アームと、この探触子アームの
   揺動を対象物の表面側へ付勢する付勢手段とを有するこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の自動超音波探傷装
   置。
4. 【請求項４】前記Ｙ方向駆動手段は、前記Ｙ方向に延び
   る１又は２以上のスピンドルと、このスピンドルに対し
   て摺動自在に取り付けられたスライダと、このスライダ
   と螺合し前記スピンドルと平行に配置されたねじ棒と、
   このねじ棒を回動させるための回動手段とを有すること
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の自動超
   音波探傷装置。
5. 【請求項５】前記スライダと前記ねじ棒とは角ねじによ
   り螺合し、前記回動手段はステッピングモータであるこ
   とを特徴とする請求項４記載の自動超音波探傷装置。
6. 【請求項６】前記フレームは、前記固定手段が取り付け
   られる一対の端部部材と、この一対の端部部材同士を連
   結する前記スピンドルとから構成されていることを特徴
   とする請求項４又は５記載の自動超音波探傷装置。