JPS6086463A - 探触子回転型超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パイプや丸棒のように円形断面を有する被検
材の探傷に用いる探触子回転型超音波探傷装置に係シ、
特に、軸方向に移送される被検材の軸心位置が変動して
も、これに倣って追従して回転する探触子ホルダを備え
た探傷装置に関する〔従来技術〕 一般に、パイプや丸棒のような円形断面を持つ長尺の圧
延製品について超音波探傷を行なうには、探触子を被検
材外周に沿って高速回転させながら、該被検材を軸方向
に直進させて、被検材外周に螺旋状の探触子走査を行な
わせ、全面全長を探傷する、いわゆる探触子回転型探傷
装置が多用されている。

この方式の超音波探傷装置は、多数の探触子を装着して
多条螺旋走査とし、さらに、探触子ホルダを高速回転さ
せるので、探傷速度が速く、極めて高能率で検査できる
。そのため、との探傷装置は、各種鋼管製造工場、銅棒
製造工場などで重要な非破壊検査機器として用いられて
いる。

この従来の探触子回転型超音波探傷装置は、高能率で検
査できる反面、種々の欠点を有している。

そこで、図面を参照して従来の探傷装置の構成を説明す
ると共に、その欠点を指摘する。

第１図に従来の探触子回転型超音波探傷装置の概略を示
す。図において、従来の探傷装置は、昇降調整架台２上
に搭載される回転部本体１と、被検材入側および出側に
各々設けられるピンチロールスタンド３．４とを備え、
これらを共通ベース５上に組立て構成される。被検材６
は、上記本体１を貫通し、かつ、入側および出側のピン
チロールスタンド３．４により踊９を制御されながら、
図の矢印方向に移送される。

上記回転部本体１は、第２図に示すように、筐体１１内
で軸受１５１Ｌ、１５ｂにより回転自在に支持されたロ
ータ１２と、該ロータ１２の端面１３に取付けられた回
転探触子ホルダ１４とを有して成り、被検材６け、ロー
タ１２と回転探触子ホルダ１４とを貫通して矢印の方向
に移送される。

ロータ１２は、タイミングベルト１７と、これと噛合う
タイミングプーリ１６によって、図示しない駆動源に連
係し、回転駆動される。また、ロータ１２の内側には、
筒状の固定ガイド１８が挿入される。該固定ガイド１８
は、入側と出側の開口部内側にテーパ１８ａ、　１８ｂ
を設けてあり、進入してくる被検材６の先端が多少振れ
ていても、該テーパ１８ｍ、　１８ｂによって、該被検
材６金強制的に案内して、回転探触子ホルダ１４の内孔
に安定して導入するように作用する。なお、ロータ１２
の円筒外周部には、スリップリング・ブラシ或いは回転
トランスなどの信号伝達装置（図示せず）を配設しであ
る。

上記回転探触子ホルダ１４は、例えば第３図および第４
図に示すように構成される。この回転探触子ホルダ１４
は、中心に被検材６を通すだめの孔が設けてあって、こ
の孔の回シに探触子２０が複数個装着してあり、各探触
子２０に対応して、噴出口１９および水路２１を形成し
である。また、この探触子ホルダ１４には、第２図に示
すように、固定給水環２３が設けてあり、この給水環２
３と回転探触子ホルダ端部の円錐面２２とを摺動接触さ
せて、との摺動接触面を通して、接触媒質である水（以
下単に水という。）を供給する。この水供給によシ、被
検材６の外面と回転探触子ホルダ１４の内面との間の空
隙２４に、水を充満させ、盲管結合を得る。

上述したように、従来の探触子回転型超音波探傷装置で
は、被検材６の真直度が良好であれば、被検材６が回転
部本体１に進入するとき、固定ガイド１８の入側、出側
のテーパ案内１８ａ、　１８ｂによって被検材６を案内
して、回転探触子ホルダ１４の内孔に同心保持して貫通
させる。

しかし、この従来の探触子回転型超音波探傷袋Ｕにあっ
ては、入側、出側ピンチロールスタンドを含めて、搬送
通り心と探傷装置回転部本体１の軸心とがよく一致して
いても、被検査材６に曲りがあれば、探傷上或いは機械
精度保持上、次のような不都合を生ずる欠点がある。

即ち、被検材６が固定ガイド１８の入側、出側テーパ案
内１８ｍ、　１８ｂによって案内されても、回転探触子
ホルダ１４の内孔に対し偏心状態で貫通することになる
。この場合、高速回転している回転探触子ホルダ１４の
内孔の面に被検材６の先端が衝突して、ロータ１２およ
び回転探触子ホルダ１４を含む回転体を破損するおそれ
がある。

これに対し、破損を防ぐだめ、回転探触子ホルダ１４の
内孔の径を大きくして、被検材６との空隙２４を拡大す
ることが考えられる。しかし、探傷上の条件として良好
な音響結合を確保するためＫは、被検材６と回転探触子
ホルダ１４の内孔との間の空隙２４を、被検材６の外径
に対応して決められる微小値とする必要がある。具体的
には、被検査材６の外径称呼値り。に対して、回転探触
子ホルダ１４内孔内径を、１．０２Ｄｏ程度の空隙とす
ることが望ましく、これよシ大きくすると、探傷中に、
この空隙内に気泡を巻き込んで、探傷不能となる。

上述したように、従来の探傷装置では、機械的な損傷を
防ぐために空隙を大きくしたいという条件と、音響結合
を確保するために空隙を小さくしたという条件とがあシ
、両者を両立させることができないという問題がある。

ところで、探触子ホルダの機械的損傷に対して、実開昭
５６−６６８６３号公報に示すように１探触子ホルダ内
部の空洞に、ノズルブロックを嵌合して、探触子ホルダ
を二重筒構造とし、損傷し易い部分（ノズルブロック）
を交換可能としたものが提案されている。しかし、この
ものは、損傷し易い、従来の回転探触子ホルダ内孔部分
を、破損した場合に容易に交換できるようＫしたに過ぎ
ず、上述した欠点を本質的に解決するものとはいえない
。

〔発明の目的〕

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、被検
材、特にその先端が回転探触子ホルダに多少偏心して或
いは傾斜して進入しても、これに倣って追従できるよう
にして、被検材の衝突・接触による回転探触子ホルダの
損傷を減少し、かつ、回転探触子ホルダの内径を被検材
との空隙を小さくするよう設定して音響結合を良好に保
つことができる探触子回転型超音波探傷装置を提供する
ことを目的とする。

〔発明の構成〕

上記目的を達成すべく本発明は、回転部ロータに連結さ
れて回転する回転探触子ホルダに複数の探触子を装着し
、直進する被検材の外周まわ、ＤＫ該複数の探触子を高
速で回転させて、全面全長探傷する探触子回転型超音波
探傷装置において、（、）　上記回転探触子ホルダは、
回転部のロータに取付けられて回転する外筒と、該外筒
に遊嵌されると共に、内側に被検付番挿通する内筒とよ
構成る二重構造とし、 （ｂｌ　上記外筒に、探触子を複数個配設すると共に上
記内筒の対応する位置に、外筒内の媒質を内筒内に噴出
せしめる噴出口を設け、 （ｃ）　上記内筒は、その質量を、上記外筒内にて該内
筒が仕切る空間が排除する媒質の質量より小とし、 （ａｌ　上記外筒と内筒とは、両者間の空間を両端部に
て、内筒を半径方向に移動自在として水密封止すると共
に１弾性部材にて連結して成ることを特徴とする。

本発明は、上記構成要件（ａｌに示すように、回転探触
子ホルダを外筒および内筒の二重構造とすることＫＪ：
、Ｉ、他の構成要件（ｂｌ　、　（ｃ）および（、ｉｌ
を実現可能としている。そして、外筒側に探触子を配設
し、かつ、内筒に噴出口を設けることにより（構成要件
価））、内筒の外径を小さくすると共に質量を小さくし
て、内筒の外筒内における半径方向の変位を容易にして
いる。即ち、被検材の偏心を内筒の半径方向変位によっ
て吸収するので、内筒の内径を、被検材外径の２％増程
度以内に設定できることＫなる。しかも、外筒と内筒と
の間の空間を介して媒質が噴出口から内筒内に注入され
るため、噴出圧が均一となる。その結果、水柱が安定化
し、気泡の巻き込みを防止する。

また、本発明では、内筒の媒質に対する見掛けの比重を
小さくして（構成要件（Ｃ））、回転探触子ホルダの高
速回転に伴なう遠心力に対する浮力によシ、内筒を常に
回転の中心部に位置するよう、求心作用を生ぜしめてい
る。

さらに、本発明では、外筒と内筒との間の空間を水密封
止すること（ｍ成要件（ｄ））により、外筒内に媒質溜
を形成して、噴出口からの媒質の噴出圧を均一にすると
共に、上述した浮力を生ぜしめる。そして、外筒と内筒
とを弾性部材によって連結して（構成要件（ｄ））、内
筒な半径方向に変位可能に保持しつつ、外筒の回転に伴
なって回転せしめ、かつ、上記浮力の作用と相俟って内
筒を所定位置に保持すべく付勢している。

本発明では、上述したように、内筒が半径方向に変位し
て被検材の曲りに対応することによって、水柱の安定化
により音響結合状態を良好に保持している。探傷は、噴
出口にて形成される水柱を介して探触子と被検材との間
に超音波を伝播させることにより行なう。探傷中に内筒
が変位した場合外筒に装着しである探触子と被検材との
位置関係が変化するが、径が比較的大きいものであれば
、探傷上はとんど影響がない。

また、本発明では、内筒が、先行材の探傷終了時に偏心
状態にあっても、次材の進入球での間に、上記浮力と弾
性部材の作用により中心位置に自動的に復帰するため、
被検材が内筒に衝突することが防止さｆＬる。

〔実施例〕

以下、本発明の冥施例について図面を参照して説明する
。

第５図は本発明探触子回転型超音波探傷装置の主要部７
ζる回転探触子ホルダの一実施例を示す断面図、第６図
はそのＡ−Ａ断面図である。

図において、本発明を構成する回転伜角虫子ホルダは、
外筒３０および内＠３２よ構成る二重構造をなし、第２
図に示す従来例のように、筐体に回転自在に支持さｉｌ
、たロータ部に連結されて回転部本体を彫す、シし、さ
らに、第１図に示すように、昇降調整架台上にｅ、置さ
れ、入側および出側のビンチロールスタンドと共に、共
通ベース上に組立てられて探傷装着を構成する。

外筒３０は、複数個の探触子２ｏを側面から牛後方向に
装着して成り、かつ、本実施例では図示を省略した回転
部本体のロータ部の探触子ホルダ取付端ｍｌに、フラン
ジ３１にて取付けられる。外筒３０の出側端部には、第
２図および第３図において説明したと同様の固定給水環
と摺接して接触媒質たる水の供給を受けるだめの円錐面
２２と、該円錐面２２と外筒３ｏ内とを連通ずる導水孔
３９とが設けである。

なお、本実施例では、８個の探触子を装着する構成とな
っているが、探触子数は、８個に限らず、適宜設定し得
るものである。

内筒３２は、その外径を、外筒３ｏの内径より小さく設
定してあり、外筒３０内に遊嵌され、その外周と外筒３
０の内周との間に空洞部３６を形成している。また、内
筒３２は、上記外筒３ｏに装着された各探触子２ｏに対
応する位置に、空洞部３６内の水を内筒３２内に噴出せ
しめて水柱を形成すると共に、各探触子２ｏからの超音
波を通過せしめて被検材に入射させる噴出口１９が設け
である。さらに、内筒３２の内側の被検材進入側には、
テーパ３３を設け、被検材進入時の案内としている。

内筒３２は、その入側、出側の両端部において、外筒３
０と同心となるようダイヤフラム３４，３５にて懸吊さ
れている。このダイヤスラム３４．３５は、内筒３２の
半径方向如伸縮自在であると共に、弾性を有しておシ、
外筒３ｏと内筒３２との間の空洞部３６を水密封止する
と共に、外筒３ｏと内筒３２とを連結している。

また、上記外筒３ｏの内側中央部には、内径方向に張出
して、２枚の鍔３８ｍ、　３８ｂが設けてあシ、一方、
内筒３２の外側中央部の上記鍔３８ｍ、　３８ｂに挾ま
れる位置に、外径方向に張出して、鍔３７が設けてあり
、鍔３７は、鍔３８Ｂ、３８ｂ　Ｋ挾まれて係合する。

この結果、内筒３２は、ダイヤ７２ム３４３５の伸縮に
ょシ径方向には可動であるが、軸方向には移動しないよ
う制限される。もっ２も、内筒３２の軸方向移動阻止は
、上記鍔に限らず、他の手段であってもよい。

なお、鍔３７には、空洞部３６内の水の分配を均一にす
るため、導通孔４ｏを設けておくことが望ましｂｏ 次に、上記のように構成した実施例の動作記ついて説明
する。

ロータ部に取付けられた状態で本実施例の回転探触子ホ
ルダが高速で回転しているものとし、この状態で、内筒
３２が最初偏心していれば、該内筒３２には偏心量に比
例した心方向の浮力が働く。先づ、この浮力発生の理由
について、第７図および第８図を参照して説明する。

第７図におりて、外筒４１内に内筒４２があり、内筒４
２は、外筒４１と共に高速で回転している。

ここで、内筒４２の材質は、仮に水と同比重であるとし
、外筒４１の内部は、内筒４２の内部空間も含めて水で
満たされているものとする。この場合、内筒４２には、 （（内筒４２の質量）＋（内筒４２内の水の質量））×
偏心量×（角速度）２ の遠心力が働いているが、内、筒４２と外筒４１との間
にある水が受けている遠心力による圧力と平衡するため
、該内筒４２は、外筒４１に対する相対的位置を変える
ことがない。

一方、第８図においては、第７図の場合と異なシ、内筒
４２内の水を排除して、空気と置換しである。この場合
は、 （内筒４２内の水の質量）×偏心量×（角速度）２の分
だけ、内筒４２の外にある水が受けている遠心力による
圧力に対して不平衡となシ、これが心方向の浮力として
内筒４２に作用する。

この関係は、上記第５図に示す実施例の回転探触子ホル
ダでも同じである。この場合は、噴出口１９を介して内
筒３２内に噴出した水が、遠心力によシ内筒３２の内壁
に沿って膜状に流れるため、内筒３２内は空洞となり、
浮力として、（（内筒３２が排除した水の質量） −（内筒３２の質量））×偏心量×（角速度）２の力が
内筒３２に働き、内筒３２を中心に復帰させようとする
。

ただし、偏心量が小さい領域では、浮力の効果は小さい
が、内筒３２を懸吊しているダイヤフラム３５の弾性復
帰力と併せて中心方向への力となシ、内筒３２に作用す
る。

このように回転探触子ホルダの内筒が外筒と同心状態に
あれば、回転探触子ホルダに次材の被検材が進入する場
合に１次材先端が内筒３２進入側のテーパ３３に案内さ
れて、内筒３２内部に進入する。そして、回転探触子ホ
ルダ内筒３２は、被検材に倣い追従して回転し、衝突に
よる破損を生ずることなく、被検材を探傷して貫通通過
させることができる。

まだ、内筒３２と被検材との間は、微小な間隙であるた
め、噴出口１９からの水は、この間隙内で、安定な水柱
を形成して、気泡を生成しない。

しかも、被検材の曲りがあっても、内筒３２が半径方向
に変位するため、水柱は、すぐに安定化し、探傷に支障
を来たさない。この場合、噴出口１９から噴出される水
の圧力は、水が空洞部３６を介して各噴出口１９に分配
され、しかも、内筒３２の変位による空洞部３６の各部
の容積変化が、空洞部３６全体の容積に比し十分小さい
ので、変位により影響を受けない。

また、外筒から内筒な懸吊しているダイヤフラムは、内
筒の懸吊のみでなく、内筒と被検材間に働く摩擦力に相
当するトルクを円筒に伝達している。従って、ダイヤフ
ラムは、偏心に対するノくネ定数と、伝達トルクとによ
シ必要な条件を決める。

次に、第９図に回転探触子ホルダの他の例を示す。同図
に示す回転探触子ホルダは、上記第５図および第６図に
示すダイヤフラム３４，３５の代シに、例えば金属板を
、断面Ｃ字形状のリング状に絞り成形した弾性板４３．
４４を組込んだもので、他の構成は、第５図および第６
図に示すものと同じである。

上記各実施例では、ダイヤフラムまたはＣ字形状リング
にて内筒を外筒に連結しているが、これらのダイヤフラ
ムとリングは、内筒と外筒との空間を水密封止すると共
Ｋ、内筒と外筒とを弾性連結するものである。従って、
同様の機能を有するものであれば、他のもの、例えば、
コードを組込んで成形したゴムタイヤ状の成形品であっ
てもよい。まだ、水密封止機能と弾性連結機能を別俯の
部材にて構成し７てもよい。例えば、布状のシール部材
によシ外筒と内筒の両端部にて両者間の空間を密封し、
バネ等によシ内筒と外筒とを連結する構成とすることが
できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本祈明は、回転探触子ホルダを、外
筒に半径方向に変位自在に内筒を遊嵌した二重構造とす
ると共に、該内筒を、遠心力に対するそれ自身の浮力と
仲性部材による付勢によって自動的忙中心復帰する構成
としたことにより、被検材先端が、回転探触子ホルダに
多少偏心して、或いは傾斜して進入しても、口伝探触子
ホルダ内筒がこれに倣って追従できるので、回転探触子
ホルダを損傷することなく、その内径を、被検拐との空
隙を小さくするよう設定でき、音響結合を良好に保つこ
とができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１・図は従来の探触子回転型超音波探傷装置の概略を
示す正面図、第２図は上記従来装置に使用される回転部
本体を示す断面図、第３図は上記本体に取付けられてい
る従来の回転探触子ホルダを示す断面図、第４図はその
Ａ−Ａ断面図、第５図は本発明探触子回転型超音波探傷
装置の主要部たる回転探触子ホルダの一実施例を示す断
面図、第６図はそのＡ−Ａ断面図、第７図および第８図
は内筒に働く浮力の作用を説明するための説明図、第９
図は本発明探傷装置の主要部たる回転探触子ホルダの他
の例を示す断面図である。 １・・・回転部本体　２・・・昇降調整架台３．４・・
・ピンチロールスタンド　５・・・共通ヘース６・・・
被検材　１１・・・筐　体 １２・・・ロータ部　１９・・・噴出口２０・・・探触
子　２２・・・円錐面 ３０・・・外　筒　３２・・・内　筒 ３３・・・テーバ３４．３５・・・ダイヤフラム３６・
・・空洞部　３７．３８ａ、　３８ｂ・・・鍔３９・・
・導水孔　４０・・・導通孔 出願人　株式会社東京計器 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 Ａ 第６図 第７図　第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回転部ロータに連結されて回転する回転探触子ホルダに
   複数の探触子を装着し、直進する被検材の外周まわシに
   該複数の探触子を高速で回転させて、全面全長探傷する
   探触子回転型超音波探傷装置において、 （ａ）　上記回転探触子ホルダは、回転部のロータに取
   付けられて回転する外筒と、該外筒に遊嵌されると共に
   、内側に被検材を挿通する内筒とよ９成る二重構造とし
   、 （ｂ）　上記外筒に、探触子を複数個配設すると共に、
   上記内筒の対応する位置に、外筒内の媒質を内筒内に噴
   出せしめる噴出口を設け、 （ｃｌ　上記内筒は、その質量を、上記外筒内にて該内
   筒が仕切る空間が排除する媒質の質量よシ小とし、 （ａ）上記外筒と内筒とは、両者間の空間を両端部にて
   、内筒を半径方向に移動自在として、水密封止すると共
   に、弾性部材にて連結して成ること を特徴とする探触子回転型超音波探傷装置。