WO2015029429A1 - 超音波探傷装置 - Google Patents

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WO2015029429A1
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ultrasonic
ultrasonic flaw
inspection
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俊洋 山岡
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川崎重工業株式会社
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    • G01N2291/2694—Wings or other aircraft parts

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic flaw detector, and more particularly to an ultrasonic flaw detector that inspects composite material parts.
  • an inspection by a transmission method or an inspection by a reflection method is performed using an ultrasonic flaw detector.
  • the inspection by the transmission method is to receive ultrasonic waves that have passed through the composite material part, and inspect whether or not there is a defect in the composite material part by the energy of the received ultrasonic wave.
  • ultrasonic waves reflected from the composite material part are received, and it is inspected whether or not there is a defect in the composite material part by the energy of the received ultrasonic waves.
  • an ultrasonic flaw detector intended to inspect a plurality of inspection objects (composite parts) (for example, see Patent Document 1).
  • a plurality of pallets are provided, an inspection object is arranged for each pallet, the inspection object is supported by a plurality of wires arranged on the pallet, and the pallet is By carrying it, the work time required for flaw detection inspection of a plurality of inspection objects is shortened.
  • the ultrasonic flaw detector disclosed in Patent Document 1 uses a metal wire. For this reason, in the part which contacts with the wire in a to-be-inspected object (composite material component), there existed a possibility that the reflectance of an ultrasonic wave might change with a wire and an exact test
  • the inspection object is supported by the wire, when the inspection head scans the inspection object while contacting the inspection object (pressing the inspection object), the interval between adjacent wires is large. Then, the object to be inspected bends or warps, and the distance between the object to be inspected and the probe cannot be kept constant, and there is a possibility that accurate inspection cannot be performed.
  • An object of the present invention is to provide an ultrasonic flaw detection apparatus that can shorten the work time for inspection of an inspection object and can accurately execute the inspection time.
  • an ultrasonic flaw detection apparatus transmits an ultrasonic wave toward an inspection object made of a composite material, and receives an ultrasonic wave reflected by the inspection object.
  • a flaw detection head having a probe to be scanned, a moving mechanism that scans the flaw detection head, and a support mechanism that is disposed so as to be in contact with the lower surface of the inspection object and supports the inspection object.
  • the mechanism is configured to be in contact with the inspection object in a predetermined area so that an ultrasonic waveform reflected by the contact point with the inspection object and received by the probe falls within a noise level. Has been.
  • the support mechanism can support the object to be inspected made of the composite material, while reducing the increase or attenuation of the ultrasonic reflectivity by the support mechanism, and accurately inspecting the object to be inspected. it can.
  • the support mechanism supports the object to be inspected made of the composite material, and reduces the increase or attenuation of the ultrasonic reflectivity by the support mechanism. It is possible to shorten the work time of the inspection and to execute it accurately.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the ultrasonic flaw detector according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the ultrasonic flaw detector according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the support mechanism in the ultrasonic flaw detector cut along line AA shown in FIG.
  • FIG. 4 is a graph showing an example of a result of ultrasonic flaw detection on an inspection object made of a composite material.
  • the inventors of the present invention have intensively studied to carry out ultrasonic flaw detection of an object to be inspected made of a composite material more easily than before.
  • the probe is configured to transmit and receive ultrasonic waves in a predetermined range (area).
  • the internal structure of the object to be inspected made of a composite material is not uniform. For this reason, the probe receives material noise, which is an ultrasonic wave reflected inside the component, in addition to the ultrasonic wave reflected by the front and back surfaces of the inspection object.
  • noise refers to an ultrasonic waveform that is sufficiently smaller than the intensity (waveform) of an ultrasonic wave reflected by the defect, that is, an SN ratio when there is a defect in the inspection object.
  • a waveform whose level (signal-to-noise ratio) can be inspected sufficiently large.
  • the present inventors have a signal-to-noise ratio that does not hinder inspection if the ratio of the reflectance of the ultrasonic wave that is increased or attenuated by the support mechanism that supports the object to be inspected is within the noise fluctuation range, that is, the noise level.
  • the present invention was conceived by finding that there is no hindrance to the inspection even when the inspection of the inspection object is executed in a state where the inspection object is supported by the support mechanism.
  • the inspection object is suppressed by suppressing the noise caused by the support mechanism at the portion of the inspection object supported by the support mechanism to the same extent as the dispersion of the ultrasonic waves that have passed through the inspection object and reached the back surface.
  • the present invention was conceived by discovering that there is no hindrance to the inspection even if the inspection is performed.
  • the noise since the electrical noise can be almost removed by taking various measures in the ultrasonic flaw detection inspection apparatus, the noise may be handled as material noise.
  • the ultrasonic flaw detection apparatus transmits a ultrasonic wave toward an inspection object made of a composite material, and has a probe that receives the ultrasonic wave reflected by the inspection object. And a moving mechanism that scans the flaw detection head and a support mechanism that is arranged so as to be in contact with the lower surface of the object to be inspected and supports the object to be inspected. And it is comprised so that the waveform of the ultrasonic wave received with a probe may contact with a to-be-inspected object in a predetermined area so that it may be settled in a noise level.
  • the support mechanism supports the object to be inspected made of the composite material, while reducing the increase or attenuation of the ultrasonic reflectivity by the support mechanism, and accurately inspecting the object to be inspected. Can do.
  • the support mechanism has a base and a plurality of protrusions configured so as to stand on the base and the tip of which comes into contact with the lower surface of the object to be inspected. May be provided.
  • the tip of the protrusion may be formed in a tapered shape.
  • the support mechanism may further include a rotating unit that varies between a state in which the protruding portion is raised and a state in which the protruding portion is laid down.
  • the ultrasonic flaw detector according to the first embodiment may further include a holding mechanism for holding the inspection object.
  • the holding mechanism includes a pair of arm members, and both end portions other than the scanned portion of the object to be inspected are sandwiched between the pair of arm members. It may be configured to hold an object.
  • FIG. 1 and 2 are schematic views showing a schematic configuration of the ultrasonic flaw detector according to the first embodiment
  • FIG. 1 is a schematic view of the ultrasonic flaw detector as viewed from above. These are schematic diagrams when the ultrasonic flaw detector is viewed from the front.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the support mechanism in the ultrasonic flaw detector cut along line AA shown in FIG.
  • the front-rear direction and the left-right direction of the ultrasonic flaw detector are the front-rear direction and the left-right direction shown in the figure.
  • the configuration inside the container is shown in order to show the shape of each device provided in the container, with the vertical direction and the longitudinal direction of the ultrasonic flaw detector as the vertical direction and the horizontal direction shown in the figure. ing.
  • a part is abbreviate
  • the ultrasonic flaw detection apparatus 100 includes a flaw detection head 10 having a sensor (probe) for inspecting an inspection object 31, a moving mechanism 40, and a control.
  • the container 50, the container 60, and the support mechanism 90 are provided.
  • the container 60 is formed in a rectangular parallelepiped shape, and is arranged so that the longitudinal direction is located in the left-right direction.
  • the upper part of the container 60 is opened, and the inspected object 31 and the support mechanism 90 are disposed in the internal space of the container 60.
  • the flaw detection head 10 is held by a moving mechanism 40, and the moving mechanism 40 is configured to cause the flaw detection head 10 to scan the inspection object 31.
  • the inspection object 31 is supported by the support mechanism 90.
  • the inspection object 31 is long in the left-right direction, has a U-shaped cross section, and is arranged so that the curved portion is positioned above (see FIG. 2).
  • the form in which water is stored in the internal space of the container 60 is adopted.
  • the present invention is not limited to this, and the form in which water is not stored in the internal space of the container 60, that is, the internal space of the container 60 is used.
  • a form filled with air may be adopted.
  • the to-be-inspected object 31 may be components, such as an aircraft comprised with the composite material,
  • the cross-sectional shape is not limited to U shape, T shape, Various shapes such as I-shape or L-shape may be used.
  • the calibration standard piece 21 is arranged at the right end in the container 60.
  • the calibration standard piece 21 has an artificial defect 22 necessary for calibrating the flaw detection head 10.
  • the calibration standard piece 21 is disposed at the right end of the container 60.
  • the present invention is not limited to this. A form in which the calibration standard piece 21 is arranged at the left end or the upper part in the container 60 may be adopted, or a form in which the calibration standard piece 21 is arranged at both ends in the left-right direction in the container 60 may be adopted.
  • a guide member 43A and a guide member 43B formed so as to extend in the longitudinal direction (left-right direction) of the container 60 are disposed in front and rear of the container 60, respectively.
  • the guide member 43 ⁇ / b> A and the guide member 43 ⁇ / b> B are arranged so as to be parallel to each other across the container 60 when viewed from the vertical direction of the ultrasonic flaw detector 100.
  • the moving mechanism 40 is placed on the guide member 43A and the guide member 43B, and is configured to move in the left-right direction along the guide member 43A and the guide member 43B.
  • the ultrasonic flaw detector 100 includes a holding mechanism 70 for holding the inspection object 31 during flaw detection.
  • the holding mechanism 70 is disposed in the internal space of the container 60.
  • the holding mechanism 70 includes a pair of arm members 71A and 71B (here, four arm members 71A and 71B).
  • the holding mechanism 70 sandwiches the portions of the inspection object 31 that the flaw detection head 10 does not scan (here, both ends (ends in the front-rear direction (width direction)) of the inspection object 31 between the arm members 71A and 71B.
  • the inspection object 31 is held.
  • the moving mechanism 40 includes a movable portion 41 and a gantry portion 42, and is arranged at the right end of the ultrasonic flaw detector 100.
  • the moving mechanism 40 has a known actuator such as a motor, a gear, a piston, or a cylinder, and is configured to move and / or rotate the flaw detection head 10 in the front-rear, left-right, and up-down directions using these actuators.
  • the moving mechanism 40 is configured to move the flaw detection head 10 in three axes and / or rotate in three axes.
  • the actuator of the moving mechanism 40 may have any form as long as the flaw detection head 10 can be moved and / or rotated in the front-rear, left-right, and up-down directions.
  • the gantry portion 42 is formed in an arch shape so as to straddle the container 60 when viewed from the left-right direction.
  • the gantry unit 42 includes a pair of leg portions that are erected on the front and rear sides of the container 60 and a bridging portion that connects the upper end portions of these leg portions.
  • the base end portions of the pair of leg portions of the gantry portion 42 are in contact with the upper end portions of the guide members 43A and 43B, respectively.
  • An actuator such as a motor (not shown) is provided at the base end of the leg of the gantry 42 so that it can move along the guide members 43A and 43B.
  • the moving mechanism 40 can move linearly in the left-right direction by moving along the guide members 43A, 43B, and can move the flaw detection head 10 in the left-right direction.
  • a mode in which either one or both of the guide member 43A and the guide member 43B are not provided may be employed.
  • the bridge part of the gantry part 42 is provided with a movable part 41 extending downward and an actuator (not shown) such as a motor so that the movable part 41 can be moved in the front-rear direction.
  • the movable portion 41 is provided with an actuator such as a motor so that the flaw detection head 10 can be advanced and retracted in the vertical direction. Thereby, the flaw detection head 10 can move in the front-back direction or the up-down direction.
  • the flaw detection head 10 is attached to the movable portion 41 of the moving mechanism 40 via the attachment portion 11.
  • the flaw detection head 10 has a probe, and the probe is configured to transmit an ultrasonic wave and receive an ultrasonic wave reflected by the inspection object 31 here.
  • the flaw detection head 10 is roughly divided into a type configured to ultrasonically detect a flat portion of the inspection object 31 and a type configured to ultrasonically detect a curved portion of the inspection object 31. Is done.
  • a type for detecting a flat portion of the inspection object 31 there are a type having a wide flaw detection range and a type having a narrow flaw detection range.
  • the type for flaw detection of the curved portion of the inspection object 31 includes a type for scanning the inner surface side of the inspection object 31 and a type for scanning the outer surface side of the inspection object 31.
  • the ultrasonic flaw detection apparatus 100 is configured so that these flaw detection heads 10 are appropriately changed according to the portion to be inspected of the inspection object 31.
  • a configuration in which a plurality of types of flaw detection heads 10 are attached to the moving mechanism 40 and the flaw detection heads are switched in accordance with the portion to be inspected of the inspection object 31 may be adopted.
  • the holding mechanism 70 includes a pair of arm members 71A and 71B, a drive device 72 that houses an actuator (not shown) such as a motor in a housing, and a connection portion 73 that connects the arm members 71A and 71B and the drive device 72. It is equipped with.
  • the driving device 72 is configured to move the connecting portion 73 in the vertical direction and to drive a belt mechanism and the like described later.
  • the arm member 71 ⁇ / b> A and the arm member 71 ⁇ / b> B are formed in a U-shape, and are disposed so as to face each other with the drive device 72 interposed therebetween. More specifically, the front arm member 71A is formed in a U shape that opens to the rear side, and the right arm member 71B is formed in a U shape that opens to the front side.
  • the arm member 71A and the arm member 71B are arranged so that their opening portions face each other.
  • One end portion (lower end portion) of the arm member 71A and the arm member 71B is connected to one end portion of the connection portion 73.
  • the other end of the connecting portion 73 is connected to an actuator in the driving device 72.
  • the connecting portion 73 has a duct extending from the driving device 72 to the inner bottom portion of the container 60, and a power transmission mechanism (for example, a belt mechanism; not shown) accommodated in the duct.
  • the proximal end portion of the power transmission mechanism is connected to the actuator of the driving device 72, and the distal end portion thereof is connected to the lower end portions of the arm members 71A and 71B via a converter containing a rack, a pinion and the like. Then, by operating the power transmission mechanism, the arm members 71A and 71B can be advanced and retracted (approached / separated) in the front-rear direction.
  • the other end portions (upper end portions) of the arm member 71A and the arm member 71B come into contact with the inspection object 31, whereby the inspection object 31 can be held. Further, the other tip portions of the arm member 71A and the arm member 71B are separated from the inspection object 31, whereby the holding of the inspection object 31 can be released.
  • the actuator of the holding mechanism 70 may have any form as long as the arm member 71A and the arm member 71B can be advanced and retracted in the front-rear direction and the up-down direction.
  • the support mechanism 90 includes a support member 90A, a base member 90B, and a driver 90C.
  • the support member 90A is attached to the base member 90B, and is configured to rotate between an upright state and a sideways state by a driver 90C.
  • the base member 90 ⁇ / b> B is a support base that is long in the left-right direction, and is installed in the internal space of the container 60.
  • the driver 90 ⁇ / b> C is disposed outside the container 60.
  • the driver 90C has a known actuator such as a stepping motor, a gear, a piston, or a cylinder, and is configured to rotate the support member 90A by these actuators.
  • the support member 90A includes a projecting portion 91, a base portion 92, a support portion 93, and a rotating portion 94.
  • the rotating portion 94 includes a base portion 94A, a rod portion 94B, and a shaft portion 94C. ing.
  • the shaft portion 94C is disposed such that its axis is positioned in the front-rear direction, and is supported by a bearing 95 provided on the base member 90B. Further, the rear side end portion of the shaft portion 94C is connected to the driver 90C.
  • a through hole is provided at one end of the rod portion 94B, and a shaft portion 94C is fitted into the through hole. Thereby, the bar part 94B can be rotated with the rotation of the shaft part 94C.
  • a plate-like base portion 94A is provided at the other end of the rod portion 94B, and the base portion 94A is formed in a rectangular shape here.
  • the other end of the rod portion 94B is connected to one main surface of the base portion 94A.
  • a base end portion of a plate-like support portion 93 is connected to the other main surface of the base portion 94A. More specifically, four support portions 93 are erected on the other main surface of the base portion 94A so as to be parallel (aligned) with each other when viewed from the left-right direction (see FIG. 2). .
  • An opening is formed in the main surface of the support portion 93.
  • a plate-like base 92 is installed at the tip of a pair of adjacent support portions 93 (a pair of front support portions 93 and a pair of rear support portions 93) (one main surface of the base portion 92 is It is connected).
  • the base portion 92 is supported by the pair of support portions 93.
  • the base 92 is formed in a rectangular shape.
  • the support part 93 may be plate-shaped or columnar as long as it can support the base 92.
  • protrusions 91 are erected so as to be parallel to each other when viewed from the left-right direction (front-rear direction). (See FIG. 2 and FIG. 3).
  • the protrusions 91 are provided so as to be parallel to each other, but the present invention is not limited to this.
  • the protruding portion 91 is not limited in its arrangement position.
  • the protruding portion 91 may be arranged in a staggered manner when viewed from the vertical direction.
  • the protrusion 91 is formed in a rod shape, and its tip is formed in a taper shape (tapered shape).
  • the protrusion 91 may be made of a resin (for example, polyacetal). Further, the portion of the protrusion 91 that contacts the object 31 to be inspected (that is, the tip of the protrusion 91) may be formed on a flat surface as long as the surface of the object 31 is not damaged. May be.
  • the total number of protrusions 91 arranged in the ultrasonic flaw detector 100, the arrangement density of the protrusions 91, and the area of the tip of the protrusions 91 are the detection sensitivity of the probe, the material of the inspection object 31, It is appropriately set depending on the weight, surface structure, density, and the like, and is set in advance by experiments or the like. That is, the total number of the protrusions 91 arranged in the ultrasonic flaw detector 100 and the area of the tip of the protrusion 91 are such that the ratio of the reflectance of the ultrasonic wave that is increased or attenuated by the support mechanism 90 is at the noise level. Is set as appropriate.
  • the ultrasonic flaw detection is performed on the result of performing the ultrasonic flaw inspection on the region not supported by the support mechanism 90 of the inspection object 31 and the region supported on the support mechanism 90 of the inspection object 31.
  • the total number of the protrusions 91 and the area of the tip of the protrusion 91 are set so that the execution result is the same.
  • the region of the inspection object 31 supported by the support mechanism 90 refers to a portion where the protrusion 91 is in contact with the inspection object 31 within a range (area) in which the probe is inspected. And a portion that is not in contact with the object to be inspected 31, and is not a range in which only a portion in which the protrusion 91 is in contact with the object to be inspected 31 exists. Further, “being the same” does not mean complete coincidence, but means that it is in a noise level (maintaining an S / N ratio that does not hinder inspection).
  • the driver 90C is driven, and the support member 90A is in a state in which the protruding portion 91 stands (the protruding portion 91 can contact the lower surface of the inspection object 31; FIG. 3). ) And the state in which the protrusion 91 is laid down (the one-dot chain line in FIG. 3).
  • the controller 50 is configured to appropriately select the support mechanism 90 to be inverted depending on the size of the inspection object 31 and the like. Further, the variation between the state in which the protruding portion 91 stands up and the state in which the protruding portion 91 lies sideways may be manually performed by an operator regardless of the driver 90C.
  • the controller 50 is configured to control each member (each device) constituting the ultrasonic flaw detection apparatus 100.
  • the controller 50 includes an arithmetic processing unit exemplified by a microprocessor, a CPU, and the like, a storage unit, and an input unit. Then, in the controller 50, the arithmetic processing unit reads out a predetermined control program stored in the storage unit and executes it, thereby performing various controls relating to the ultrasonic flaw detector 100.
  • the storage unit is configured to store various data in a readable manner. Examples of the storage unit include known storage devices such as a memory and a hard disk.
  • the input unit is configured to input various parameters related to the control of each member of the ultrasonic flaw detector 100 or other data to the arithmetic processing unit.
  • the input unit includes a known input device such as a keyboard, a touch panel, or a button switch group.
  • the controller 50 is not only configured as a single controller, but also configured as a group of controllers that execute control of the ultrasonic flaw detector 100 in cooperation with a plurality of controllers. It doesn't matter.
  • the controller 50 may be configured by a micro control, or may be configured by an MPU, a PLC (Programmable Logic Controller), a logic circuit, or the like.
  • the support mechanism 90 supports the inspection object 31 because the ratio of the reflectance of the ultrasonic wave that increases or attenuates is at the noise level.
  • the inspection of the inspection object 31 can be performed with the mechanism 90 supported. For this reason, unlike the prior art, it is not necessary to shift the part supporting the inspection object 31 and perform the flaw detection inspection of the part again. Therefore, it is possible to shorten the work time for inspecting the inspection object 31.
  • the inspection head 10 since the support mechanism 90 supports the inspection object 31, the inspection head 10 is in contact with the inspection object 31 (presses the inspection object 31). However, even when the inspection object 31 is scanned, the inspection object 31 is not bent or warped, and the distance between the inspection object 31 and the probe can be kept constant. Can perform an accurate inspection.
  • the ultrasonic flaw detection apparatus significantly reduces the influence of the change in the reflectance of the ultrasonic wave by the support mechanism while supporting the object to be inspected by the support mechanism, and shortens the work time for inspecting the object to be inspected. However, it is useful because it can be executed accurately.

Abstract

　複合材で構成されている被検査物（３１）に向けて超音波を送信し、被検査物（３１）で反射した超音波を受信する探触子を有する探傷ヘッド（１０）と、探傷ヘッド（１０）を走査させる移動機構（４０）と、被検査物（３１）の下面と接触するように配置され、被検査物（３１）を支持する支持機構（９０）と、を備え、支持機構（９０）は、被検査物（３１）との接触箇所で反射して、探触子で受信される超音波の波形が、ノイズレベルに収まるように、所定の面積で被検査物（３１）と接触するように構成されている、超音波探傷装置。

Description

超音波探傷装置
　本発明は、超音波探傷装置に関し、特に、複合材部品の検査を行う超音波探傷装置に関する。
　複合材部品の欠陥検査は、超音波探傷装置を用いて、透過法による検査又は反射法による検査が実行されている。透過法による検査は、複合材部品を透過した超音波を受信し、受信した超音波のエネルギーにより、複合材部品に欠陥が存在するか否かを検査するものである。また、反射法による検査は、複合材部品から反射した超音波を受信し、受信した超音波のエネルギーにより、複合材部品に欠陥が存在するか否かを検査するものである。
　このような超音波探傷装置において、複数の被検査物（複合材部品）を検査することを目的とした超音波探傷装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されている超音波探傷装置では、複数のパレットを備え、パレットごとに被検査物を配置し、パレットに配設された複数のワイヤで被検査物を支持し、当該パレットを搬送させることで、複数の被検査物の探傷検査にかかる作業時間を短縮している。
特開２０１１－９９８１０号公報
　しかしながら、特許文献１に開示されている超音波探傷装置では、金属製のワイヤを使用している。このため、被検査物（複合材部品）におけるワイヤと接触する部分では、超音波の反射率がワイヤにより変わり、正確な検査を実行することができないおそれがあった。
　また、正確な検査を実行するためには、ワイヤで接触している部分をずらして、再度、当該部分の探傷検査を実行する必要があり、探傷検査を実行するための時間がかかるという課題があった。
　さらに、ワイヤで被検査物を支持しているため、探傷ヘッドが被検査物と当接しながら（被検査物を押圧しながら）被検査物を走査する場合には、隣接するワイヤの間隔が大きいと、被検査物が撓んだり、反ったりして、被検査物と探触子との距離を一定に保つことができず、正確な検査を実行することができないおそれがあった。
　本発明は、上記従来の課題を解決するもので、探傷検査を実行するときに、支持機構により、被検査物を支持しつつ、支持機構による超音波の反射率の増大又は減衰を低減し、被検査物の検査の作業時間を短縮し、かつ、正確に実行することができる、超音波探傷装置を提供することを目的とする。
　上記従来の課題を解決するために、本発明に係る超音波探傷装置は、複合材で構成されている被検査物に向けて超音波を送信し、前記被検査物で反射した超音波を受信する探触子を有する探傷ヘッドと、前記探傷ヘッドを走査させる移動機構と、前記被検査物の下面と接触するように配置され、前記被検査物を支持する支持機構と、を備え、前記支持機構は、前記被検査物との接触箇所で反射して、前記探触子で受信する超音波の波形が、ノイズレベルに収まるように、所定の面積で前記被検査物と接触するように構成されている。
　これにより、支持機構により、複合材で構成されている被検査物を支持しつつ、支持機構による超音波の反射率の増大又は減衰を低減し、被検査物の検査を正確に実行することができる。
　本発明に係る超音波探傷装置によれば、支持機構により、複合材で構成されている被検査物を支持しつつ、支持機構による超音波の反射率の増大又は減衰を低減し、被検査物の検査の作業時間を短縮し、かつ、正確に実行することが可能となる。
図１は、本実施の形態１に係る超音波探傷装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、本実施の形態１に係る超音波探傷装置の概略構成を示す模式図である。 図３は、図２に示すＡＡ線で切断した超音波探傷装置における支持機構の断面図である。 図４は、複合材で構成されている被検査物を超音波探傷した結果の一例を示すグラフである。
　(基礎的知見)
　本発明者等は、複合材で構成されている被検査物の超音波探傷検査を従来よりも簡易に実行すべく鋭意検討を行った。その結果、以下の知見を得た。すなわち、探触子は、所定の範囲（面積）において超音波を送受信するように構成されている。また、複合材で構成されている被検査物は、その内部構造が一様ではない。このため、探触子は、被検査物の表面と裏面で反射された超音波以外にも、その部品内部で反射された超音波である材料ノイズを受信する。
　一方、超音波探傷検査装置内で機器内部又は探触子ケーブルなど様々な部分から、電気ノイズが受信される。
　そして、図４に示すように、部品内部で反射された超音波（材料ノイズ）及び装置内で発生したノイズ（電気ノイズ）は、複合されて、微小な波形（ノイズ）として現れる。このため、探触子で受信される被検査物の裏面で反射された超音波は、ノイズ分だけ変動する。なお、ノイズとは、図４に示すように、被検査物内に欠陥がある場合に、当該欠陥により反射された超音波の強度（波形）よりも充分に小さい超音波の波形、つまりＳＮ比（信号雑音比）が十分大きく検査できるレベルの波形をいう。
　そこで、本発明者等は、被検査物を支持する支持機構により増大又は減衰する超音波の反射率の割合が、ノイズの変動範囲内、すなわち、ノイズレベルであれば検査に支障がないＳＮ比が保たれ、被検査物を支持機構が支持した状態で、被検査物の検査を実行しても、検査に支障が出ないことを見出し、本発明を想到した。換言すると、被検査物の内部を透過し、裏面に到達した超音波のバラツキと同等程度に、被検査物における支持機構が支持する部分での支持機構によるノイズを抑制することで、被検査物の検査を実行しても、検査に支障が出ないことを見出し、本発明を想到した。
　なお、電気ノイズは、超音波探傷検査装置において、種々の対策をとることにより、ほぼ取り除くことができるので、上記ノイズは、材料ノイズとして取り扱ってもよい。
　以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
　（実施の形態１）
　本実施の形態１に係る超音波探傷装置は、複合材で構成されている被検査物に向けて超音波を送信し、被検査物で反射した超音波を受信する探触子を有する探傷ヘッドと、探傷ヘッドを走査させる移動機構と、被検査物の下面と接触するように配置され、被検査物を支持する支持機構と、を備え、支持機構は、被検査物との接触箇所で反射して、探触子で受信される超音波の波形が、ノイズレベルに収まるように、所定の面積で被検査物と接触するように構成されている。
　かかる構成により、支持機構により、複合材で構成されている被検査物を支持しつつ、支持機構による超音波の反射率の増大又は減衰を低減し、被検査物の検査を正確に実行することができる。
　また、本実施の形態１に係る超音波探傷装置では、支持機構が、基部と、該基部に立設され、その先端部が被検査物の下面と接触するように構成されている複数の突起部と、を備えていてもよい。
　また、本実施の形態１に係る超音波探傷装置では、突起部の先端部が、テーパー状に形成されていてもよい。
　また、本実施の形態１に係る超音波探傷装置では、支持機構が、突起部が起立した状態と突起部が横倒した状態とに変動させる回動部をさらに備えていてもよい。
　また、本実施の形態１に係る超音波探傷装置では、被検査物を保持する保持機構をさらに備えていてもよい。
　さらに、本実施の形態１に係る超音波探傷装置では、保持機構が、一対の腕部材を備え、被検査物の走査される部分以外の両端部を一対の腕部材で挟むことで、被検査物を保持するように構成されていてもよい。
　以下、本実施の形態１に係る超音波探傷装置の一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　［超音波探傷装置の構成］
　図１及び図２は、本実施の形態１に係る超音波探傷装置の概略構成を示す模式図であり、図１は、超音波探傷装置を上方から見たときの模式図であり、図２は、超音波探傷装置を前方から見たときの模式図である。図３は、図２に示すＡＡ線で切断した超音波探傷装置における支持機構の断面図である。
　なお、図１においては、超音波探傷装置の前後方向及び左右方向を図に示す前後方向及び左右方向としている。また、図２においても、超音波探傷装置の上下方向及び前後方向を図に示す上下方向及び左右方向とし、容器内に設けられている各機器の形状を示すために、容器内部の構成を示している。さらに、図３においては、一部を省略し、突起部が横倒した状態を一点鎖線で示している。
　図１及び図２に示すように、本実施の形態１に係る超音波探傷装置１００は、被検査物３１を検査するセンサ（探触子）を有する探傷ヘッド１０と、移動機構４０と、制御器５０と、容器６０と、支持機構９０と、を備えている。
　具体的には、容器６０は、直方体状に形成されていて、長手方向が左右方向に位置するように配置されている。容器６０の上部は開口されていて、容器６０の内部空間には、被検査物３１及び支持機構９０が配置されている。探傷ヘッド１０は、移動機構４０に保持されていて、移動機構４０は、探傷ヘッド１０を被検査物３１に対して走査させるように構成されている。
　容器６０の内部空間には、水が貯められていて、被検査物３１が支持機構９０により支持されている。被検査物３１は、ここでは、左右方向に長寸であって、その断面がＵ字状に形成されており、湾曲部が上方に位置するように配置されている（図２参照）。
　なお、本実施の形態１においては、容器６０の内部空間に水を貯める形態を採用したが、これに限定されず、容器６０の内部空間に水を貯めない形態、すなわち、容器６０の内部空間を空気が充満されている形態を採用してもよい。また、本実施の形態１においては、被検査物３１は、複合材により構成されている航空機等の部品であってもよく、その断面形状は、Ｕ字状に限定されず、Ｔ字状、Ｉ字状、又はＬ字状等の種々の形状であってもよい。
　容器６０内の右方向の端部には、校正用標準片２１が配置されている。校正用標準片２１には、探傷ヘッド１０の校正を行うために必要な人工欠陥２２が形成されている。なお、本実施の形態１においては、校正用標準片２１を容器６０の右側端部に配置する形態を採用したがこれに限定されない。校正用標準片２１を容器６０内の左側端部、又は上部に配置する形態を採用してもよく、容器６０内の左右方向の両端部に配置する形態を採用してもよい。
　また、容器６０の前方及び後方には、それぞれ、容器６０の長手方向（左右方向）に延伸するように形成された、ガイド部材４３Ａ及びガイド部材４３Ｂが配置されている。具体的には、ガイド部材４３Ａ及びガイド部材４３Ｂは、超音波探傷装置１００の上下方向から見て、容器６０を挟んで、互いに平行になるように配置されている。
　そして、移動機構４０は、ガイド部材４３Ａ及びガイド部材４３Ｂの上に載置されていて、ガイド部材４３Ａ及びガイド部材４３Ｂに沿って、左右方向に移動するように構成されている。
　また、本実施の形態１に係る超音波探傷装置１００は、探傷時に被検査物３１を保持するための保持機構７０を備えている。保持機構７０は、容器６０の内部空間に配置されている。
　保持機構７０は、一対の腕部材７１Ａ、７１Ｂを備えている（ここでは、４つの腕部材７１Ａ、７１Ｂ）。そして、保持機構７０は、被検査物３１の探傷ヘッド１０が走査しない部分（ここでは、被検査物３１の両端（前後方向（幅方向）の端））を腕部材７１Ａ、７１Ｂで挟むことで、被検査物３１を保持している。
　次に、本実施の形態１に係る超音波探傷装置１００を構成する各機器について、図１～図３を参照しながら、さらに詳細に説明する。
　［移動機構の構成］
　図１及び図２に示すように、移動機構４０は、可動部４１と、ガントリー部４２と、を備えていて、超音波探傷装置１００における右方向の端部に配置されている。移動機構４０は、モーター、ギア、ピストン、又はシリンダ等の公知のアクチュエーターを有していて、これらのアクチュエーターにより、探傷ヘッド１０を前後、左右、及び上下方向に移動及び／又は回転させるように構成されている。すなわち、移動機構４０は、探傷ヘッド１０を３軸移動、及び／又は３軸回転させるように構成されている。なお、移動機構４０のアクチュエーターは、探傷ヘッド１０を前後、左右、及び上下方向に移動及び／又は回転させることができれば、どのような形態であってもよい。
　ガントリー部４２は、左右方向から見て、容器６０を跨ぐように、アーチ状に形成されている。具体的には、ガントリー部４２は、容器６０の前後に立設された一対の脚部と、これらの脚部の上端部間を接続する架橋部と、を備えている。ガントリー部４２の一対の脚部の基端部は、それぞれ、ガイド部材４３Ａ、４３Ｂの上端部と当接している。ガントリー部４２の脚部の基端部には、該ガイド部材４３Ａ、４３Ｂに沿って移動できるように、モーター等のアクチュエーターが設けられている（図示せず）。
　そして、移動機構４０は、該ガイド部材４３Ａ、４３Ｂに沿って移動することにより、左右方向に直線的に移動することができ、探傷ヘッド１０を左右方向に移動させることができる。なお、移動機構４０が、左右方向に直線的に移動することができれば（蛇行しなければ）、ガイド部材４３Ａ及びガイド部材４３Ｂのいずれか一方、又は両方を設けない形態を採用してもよい。
　ガントリー部４２の架橋部には、下方へ延びる可動部４１と、該可動部４１を前後方向に移動可能なようにモーター等のアクチュエーター（図示せず）と、が設けられている。また、可動部４１には、探傷ヘッド１０を上下方向に進退可能なように、モーター等のアクチュエーターが設けられている。これにより、探傷ヘッド１０は、前後方向、又は上下方向に移動することができる。
　［探傷ヘッドの構成］
　図２に示すように、探傷ヘッド１０は、取付部１１を介して、移動機構４０の可動部４１に取り付けられている。探傷ヘッド１０は、探触子を有していて、該探触子は、ここでは、超音波を送信し、被検査物３１で反射された超音波を受信するように構成されている。
　また、探傷ヘッド１０は、被検査物３１の平坦部分を超音波探傷するように構成されたタイプと、被検査物３１の湾曲部分を超音波探傷するように構成されたタイプと、に大別される。被検査物３１の平坦部分を探傷するタイプには、探傷範囲の広いタイプと、探傷範囲の狭いタイプと、がある。また、被検査物３１の湾曲部分を探傷するタイプには、被検査物３１の内面側を走査するタイプと、被検査物３１の外面側を走査するタイプと、がある。
　そして、本実施の形態１に係る超音波探傷装置１００では、被検査物３１の検査する部分に応じて、これらの探傷ヘッド１０を適宜変更するように構成されている。なお、移動機構４０に複数のタイプの探傷ヘッド１０を取り付けて、被検査物３１の検査する部分に応じて、探傷ヘッドを切り替える形態を採用してもよい。
　［保持機構の構成］
　保持機構７０は、一対の腕部材７１Ａ、７１Ｂと、モーター等のアクチュエーター（図示せず）を筐体に収容した駆動装置７２と、腕部材７１Ａ、７１Ｂと駆動装置７２を接続する接続部７３と、を備えている。駆動装置７２は、接続部７３を上下方向に移動させ、かつ、後述するベルト機構等を駆動するように構成されている。
　腕部材７１Ａと腕部材７１Ｂは、ここでは、Ｕ字状に形成されていて、駆動装置７２を挟んで互いに対向するように配置されている。より具体的には、前側の腕部材７１Ａは後側に開口したＵ字状に形成されていて、右側の腕部材７１Ｂは前側に開口したＵ字状に形成されている。
　そして、腕部材７１Ａ及び腕部材７１Ｂは、互いの開口部分が対向するようにして配設されている。腕部材７１Ａ及び腕部材７１Ｂの一方の先端部（下端部）は、接続部７３の一方の端部と接続されている。また、接続部７３の他方の端部は、駆動装置７２内のアクチュエーターと接続されている。
　接続部７３は、駆動装置７２から容器６０の内底部へ至るダクトと、該ダクト内に収容された動力伝達機構（例えば、ベルト機構；図示せず）と、を有している。動力伝達機構の基端部は、駆動装置７２のアクチュエーターに接続され、その先端部は、ラック及びピニオン等を収容した変換器を介して、腕部材７１Ａ、７１Ｂの下端部に接続されている。そして、動力伝達機構が作動することにより、腕部材７１Ａ、７１Ｂを前後方向に進退（接近／離間）させることができる。
　これにより、腕部材７１Ａ及び腕部材７１Ｂの他方の先端部（上端部）が、被検査物３１と当接することで、被検査物３１を保持することができる。また、腕部材７１Ａ及び腕部材７１Ｂの他方の先端部が、被検査物３１から離間することで、被検査物３１の保持を解放することができる。
　なお、保持機構７０のアクチュエーターは、腕部材７１Ａ及び腕部材７１Ｂを前後方向及び上下方向に進退することができれば、どのような形態であってもよい。
　［支持機構の構成］
　図１～図３に示すように、支持機構９０は、支持部材９０Ａと、台部材９０Ｂと、駆動器９０Ｃと、を備えている。支持部材９０Ａは、台部材９０Ｂに取り付けられていて、駆動器９０Ｃにより、起立した状態と横倒した状態との間で回動するように構成されている。台部材９０Ｂは、左右方向に長寸の支持台であり、容器６０の内部空間に設置されている。駆動器９０Ｃは、ここでは、容器６０の外部に配置されている。
　駆動器９０Ｃは、ステッピングモーター、ギア、ピストン、又はシリンダ等の公知のアクチュエーターを有していて、これらのアクチュエーターにより、支持部材９０Ａを回動するように構成されている。
　支持部材９０Ａは、突起部９１、基部９２、支持部９３、及び回動部９４を備えていて、回動部９４は、土台部９４Ａと、棒部９４Ｂと、軸部９４Ｃと、を有している。軸部９４Ｃは、その軸心が前後方向に位置するように配置されていて、台部材９０Ｂに設けられている軸受け９５により軸支されている。また、軸部９４Ｃの後方側端部は、駆動器９０Ｃに接続されている。
　棒部９４Ｂの一方の端部には、貫通孔が設けられていて、該貫通孔には、軸部９４Ｃが嵌設されている。これにより、軸部９４Ｃの回動に伴って、棒部９４Ｂが回動することができる。
　また、棒部９４Ｂの他方の端部には、板状の土台部９４Ａが設けられていて、土台部９４Ａは、ここでは、矩形に形成されている。土台部９４Ａの一方の主面には、棒部９４Ｂの他方の端部が接続されている。土台部９４Ａの他方の主面には、板状の支持部９３の基端部が接続されている。より詳細には、土台部９４Ａの他方の主面には、４つの支持部９３が、左右方向から見て、互いに平行となるように（並ぶように）立設されている（図２参照）。なお、支持部９３の主面には、開口が形成されている。
　近接する一対の支持部９３（前側の一対の支持部９３と後側の一対の支持部９３）の先端部には、板状の基部９２が架設されている（基部９２の一方の主面が接続されている）。換言すると、基部９２は、一対の支持部９３により支持されている。基部９２は、ここでは、矩形に形成されている。なお、支持部９３は、基部９２を支持することができれば、板状であってもよく、柱状であってもよい。
　基部９２の他方の主面には、例えば、８つ（２列×４）の突起部９１が、左右方向（前後方向）から見て、互いに平行となるように（並ぶように）立設されている（図２及び図３参照）。なお、本実施の形態１においては、突起部９１は、互いに平行となるように設けたが、これに限定されない。突起部９１は、当該部分における探触子で受信する超音波がノイズレベルにあれば、その配置位置は限定されず、例えば、上下方向から見て、千鳥状に配置されていてもよい。
　突起部９１は、棒状に形成されていて、その先端部が、テーパー状（先細り形状）に形成されている。突起部９１は、樹脂（例えば、ポリアセタール等）で構成されていてもよい。また、突起部９１の被検査物３１と接触する部分（すなわち、突起部９１の先端）は、被検査物３１の表面を傷つけなければ、平面上に形成されていてもよく、円弧状に形成されていてもよい。
　また、超音波探傷装置１００に配置される突起部９１の全個数、突起部９１の配置密度、及び突起部９１の先端の面積は、探触子の検知感度と、被検査物３１の材料、重量、表面構造、及び密度等と、により、適宜設定され、予め実験等により設定される。すなわち、超音波探傷装置１００に配置される突起部９１の全個数及び突起部９１の先端の面積は、支持機構９０により、増大又は減衰する超音波の反射率の割合がノイズレベルにあるように、適宜設定される。
　換言すると、被検査物３１の支持機構９０で支持されていない領域について、超音波探傷検査を実行した結果と、被検査物３１の支持機構９０で支持されている領域について、超音波探傷検査を実行した結果と、が、同じになるように、突起部９１の全個数及び突起部９１の先端の面積は設定される。
　ここで、「被検査物３１の支持機構９０で支持されている領域」とは、探触子で探傷される範囲（面積）内において、突起部９１が被検査物３１と接触している部分と、被検査物３１と接触していない部分と、が混在する範囲をいい、突起部９１が被検査物３１と接触している部分のみが存在する範囲ではない。また、「同じになる」とは、完全一致をいうものではなく、ノイズレベルにある（検査に支障がないＳＮ比を保つ）ことをいう。
　そして、制御器５０の制御により、駆動器９０Ｃが駆動して、支持部材９０Ａは、突起部９１が起立した状態（突起部９１が被検査物３１の下面と接触することができる状態；図３の実線）と、突起部９１が横倒した状態（図３の一点鎖線）と、に変動する。
　なお、制御器５０は、被検査物３１の大きさ等により、倒立させる支持機構９０を適宜選択するように構成されている。また、突起部９１が起立した状態と、突起部９１が横倒した状態と、の変動は、駆動器９０Ｃによらず、作業員が手動で実行してもよい。
　［制御器の構成］
　制御器５０は、超音波探傷装置１００を構成する各部材（各機器）を制御するように構成されている。また、制御器５０は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部と、記憶部と、入力部と、を備えている。そして、制御器５０は、演算処理部が、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、超音波探傷装置１００に関する各種の制御を行う。
　記憶部は、各種データを読み出し可能に記憶するように構成されている。記憶部としては、公知のメモリ、ハードディスク等の記憶装置等が例示される。また、入力部は、超音波探傷装置１００の各部材の制御に関する各種パラメータ、又はその他のデータ等を演算処理部に入力するように構成されている。入力部としては、キーボード、タッチパネル、又はボタンスイッチ群等の公知の入力装置で構成されている。
　なお、制御器５０は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器が協働して、超音波探傷装置１００の制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。また、制御器５０は、マイクロコントロールで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)、論理回路等によって構成されていてもよい。
　［超音波探傷装置の作用効果］
　このように構成された、本実施の形態１に係る超音波探傷装置１００では、支持機構９０により、増大又は減衰する超音波の反射率の割合がノイズレベルにあるため、被検査物３１を支持機構９０が支持した状態で、被検査物３１の検査を実行することができる。このため、従来のように、被検査物３１を支持している部分をずらして、再度、当該部分の探傷検査を実行する必要がない。したがって、被検査物３１の検査の作業時間を短縮することができる。
　また、本実施の形態１に係る超音波探傷装置１００では、支持機構９０が被検査物３１を支持しているため、探傷ヘッド１０が被検査物３１と当接しながら（被検査物３１を押圧しながら）被検査物３１を走査する場合であっても、被検査物３１が撓んだり、反ったりすることがなく、被検査物３１と探触子との距離を一定に保つことができ、正確な検査を実行することができる。
　上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
　本発明に係る超音波探傷装置は、支持機構により、被検査物を支持しつつ、支持機構による超音波の反射率の変動の影響を大幅に低減し、被検査物の検査の作業時間を短縮し、かつ、正確に実行することができるため、有用である。
　１０　探傷ヘッド
　１１　取付部
　２０　校正エリア
　２０　校正エリア
　２１　校正用標準片
　２２　人工欠陥
　３０　探傷エリア
　３１　被検査物
　４０　移動機構
　４１　可動部
　４２　ガントリー部
　４３Ａ　ガイド部材
　４３Ｂ　ガイド部材
　５０　制御器
　６０　容器
　７０　保持機構
　７１Ａ　腕部材
　７１Ｂ　腕部材
　７２　駆動装置
　７３　接続部
　９０　支持機構
　９０Ａ　支持部材
　９０Ｂ　台部材
　９０Ｃ　駆動器
　９１　突起部
　９２　基部
　９３　支持部
　９４　回動部
　９４Ａ　土台部
　９４Ｂ　棒部
　９４Ｃ　軸部
　９５　軸受け
　９６　軸
　１００　超音波探傷装置
 
 
 

Claims (6)

  1. 　複合材で構成されている被検査物に向けて超音波を送信し、前記被検査物で反射した超音波を受信する探触子を有する探傷ヘッドと、
    　前記探傷ヘッドを走査させる移動機構と、
    　前記被検査物の下面と接触するように配置され、前記被検査物を支持する支持機構と、を備え、
    　前記支持機構は、前記被検査物との接触箇所で反射して、前記探触子で受信される超音波の波形が、ノイズレベルに収まるように、所定の面積で前記被検査物と接触するように構成されている、超音波探傷装置。
  2. 　前記支持機構は、基部と、該基部に立設され、その先端部が前記被検査物の下面と接触するように構成されている複数の突起部と、を備える、請求項１に記載の超音波探傷装置。
  3. 　前記突起部の先端部は、テーパー状に形成されている。請求項２に記載の超音波探傷装置。
  4. 　前記支持機構は、前記突起部が起立した状態と前記突起部が横倒した状態とに変動させる回動部をさらに備える、請求項２又は３に記載の超音波探傷装置。
  5. 　前記被検査物を保持する保持機構をさらに備える、請求項１～４のいずれか１項に記載の超音波探傷装置。
  6. 　前記保持機構は、一対の腕部材を備え、前記被検査物の走査される部分以外の両端部を前記一対の腕部材で挟むことで、前記被検査物を保持するように構成されている、請求項５に記載の超音波探傷装置。
     
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