WO2020213038A1

WO2020213038A1 - 超音波探傷装置およびその制御方法

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Publication number: WO2020213038A1
Application number: PCT/JP2019/016171
Authority: WO
Inventors: 上城　和洋; 植松　充良; 浩竹本; 祐樹時田
Original assignee: 三菱重工業株式会社; 三菱重工機械システム株式会社
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2019-04-15
Publication date: 2020-10-22
Also published as: EP3957987A1; EP3957987B1; EP3957987A4; JPWO2020213038A1; JP7119221B2; US20220221430A1

Abstract

超音波を送受信する探傷部（２２）と、探傷部（２２）を揺動軸回りに揺動可能に支持する揺動機構と、揺動状態とロック状態とを切り替えるロック機構と、を有し、探傷部（２２）を被検査面（４１）の第１端部（Ｅ１）から離間した位置から被検査面（４１）の接線方向（ＴＬ２）に沿ってロック解除位置（Ｐｒｌ）まで移動させる際に、接触面（２２ｂＡ）の接線方向（ＴＬ１）と被検査面（４１）の接線方向（ＴＬ２）とが一致する状態で探傷部（２２）をロック状態とし、探傷部（２２）がロック解除位置（Ｐｒｌ）に到達した後にロック状態を揺動状態に切り替えるようロック機構および移動機構を制御する超音波探傷装置２を提供する。

Description

超音波探傷装置およびその制御方法

　本発明は、超音波探傷装置およびその制御方法に関するものである。

　従来、超音波探触子を被検査体の表面に接触させて探傷を行う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には、曲面をなす被検体の表面に対して超音波探触子の振動発生面が平行かつ密着するように、探触子を、探触子を支持する支持棒の全周にわたり弾性的に自由に傾斜可能にすることが開示されている。

特開昭６２－５６８４５号公報

　被検体の表面の全領域を超音波探触子で検査しようとする場合、被検体の端部では超音波探触子の被検体への接触面の一部のみが被検体の表面に接触するため、探触子を被検体の表面に所望の強度で押し付けながら移動させることが困難である。そのため、被検体の端部領域の検査を行うためには、探触子を被検体の端部から離間した位置から被検体の端部へ進入させる必要がある。

　しかしながら、特許文献１に開示される超音波探傷装置では、探触子がそれを支持する支持棒に対して自由に傾斜可能となっている。そのため、被検体からの端部から離間した位置から被検体の表面の接線方向に沿って探触子を移動させる際に、探触子の傾斜角度によっては、探触子が被検体の端部に衝突してしまう可能性がある。また、探触子の傾斜角度が固定されていないため、探触子と被検体との間に隙間が生じて探傷検査が不能となる可能性がある。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、探傷部を被検体の端部に衝突させることなく、端部を含む被検体の表面の全領域を検査することが可能な超音波探傷装置を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、本発明の超音波探傷装置は、以下の手段を採用する。
　本発明の一態様に係る超音波探傷装置は、超音波を送受信することにより被検査体を検査する探傷機構と、前記被検査体に対する前記探傷機構の位置を移動させる移動機構と、前記探傷機構および前記移動機構を制御する制御部と、を備え、前記探傷機構は、超音波を送受信する探触子と前記被検査体の被検査面に接触する接触面が形成された接触部とを有する探傷部と、前記探傷部を揺動軸回りに揺動可能に支持する揺動機構と、前記探傷部が前記揺動軸回りに揺動可能な揺動状態と前記探傷部が前記揺動軸回りに揺動不能なロック状態とを切り替えるロック機構と、を有し、前記制御部は、前記探傷部を前記被検査面の第１端部から離間した位置から前記被検査面の接線方向に沿って前記第１端部近傍のロック解除位置まで移動させる際に、前記接触面の接線方向と前記被検査面の接線方向とが一致する状態で前記探傷部を前記ロック状態とし、前記探傷部が前記ロック解除位置に到達した後に前記ロック状態を前記揺動状態に切り替えるよう前記ロック機構および前記移動機構を制御する。

　本発明の一態様に係る超音波探傷装置によれば、探傷部を被検査面の接線方向に沿ってロック解除位置まで移動させる際に、探傷部の接触面の接線方向と被検体の被検査面の接線方向とが一致する状態が維持される。そのため、探傷部が被検体の端部に接触することなく、探傷部の接触面を被検体の端部の表面に接触させることができる。探傷部がロック状態であるため、探傷部の接触面の全領域が被検体の被検査面に接触する状態が維持され、これらが接触せずに隙間が生じることによって探傷検査が不能になることを避けることができる。

　本発明の一態様に係る超音波探傷装置において、前記制御部は、前記被検査面から該被検査面の法線方向に第１距離離間した第１位置から前記接触面が前記被検査面に接触するまで前記揺動状態の前記探傷部を移動させ、前記接触面が前記被検査面と接触した状態で前記揺動状態を前記ロック状態に切り替え、前記被検査面の前記第１端部から前記被検査面の接線方向に離間し、かつ前記被検査面の法線方向に前記第１距離よりも短い第２距離離間した第２位置まで前記探傷部を移動させ、前記ロック状態の前記探傷部を前記被検査面の接線方向に沿って前記ロック解除位置まで移動させるよう、前記ロック機構および前記移動機構を制御する構成としてもよい。

　本構成の超音波探傷装置によれば、揺動状態の探傷部を第１位置から移動させて接触面を被検査面に接触させ、その状態でロック状態に切り替えることにより、探傷部の接触面の接線方向が被検体の被検査面の接線方向と一致した状態とし、その状態を維持することができる。また、探傷部を、第１位置よりも被検査面に近接した第２位置からロック解除位置まで移動させることにより、探傷部が被検体の端部に衝突することを避けることができる。

　本発明の一態様に係る超音波探傷装置において、前記制御部は、前記探傷部が前記ロック解除位置に到達して前記ロック状態が前記揺動状態に切り替えられた後、前記接触面が前記被検査面に接触した状態を維持しながら前記探傷部を前記被検査面に沿って移動させるよう、前記ロック機構および前記移動機構を制御してもよい。
　揺動状態となった探傷部を、接触面が被検査面に接触した状態を維持しながら被検査面に沿って移動させることで、被検査面の形状に沿って接触面を適切な角度に調整しながら探傷を行うことができる。

　本発明の一態様に係る超音波探傷装置において、前記制御部は、前記揺動状態の前記探傷部が前記被検査面の第２端部近傍のロック開始位置に到達したことに応じて前記揺動状態を前記ロック状態に切り替え、前記ロック状態の前記探傷部を前記被検査面の接線方向に沿って前記第２端部から前記被検査面の接線方向に離間した第３位置まで移動させるよう、前記ロック機構および前記移動機構を制御してもよい。

　被検査面の端部を探傷する際に探傷部を揺動状態としていると、探傷部が端部を通過する際に探傷部が揺動してしまう可能性がある。この場合、探傷部の接触面と被検査面との間に隙間が形成され、被検査面の端部領域の探傷が行われない状態となる。そこで、本発明の一態様に係る超音波探傷装置においては、探傷部を揺動状態からロック状態に切り替えてから第３位置まで移動させている。このようにすることで、被検査面の端部領域の探傷が行われない状態を避けることができる。

　本発明の一態様に係る超音波探傷装置において、前記揺動機構は、互いに直交する一対の前記揺動軸回りに前記探傷部を揺動させる機構であり、前記ロック機構は、前記探傷部が前記一対の揺動軸回りに揺動可能な揺動状態と前記探傷部が前記一対の揺動軸回りに揺動不能なロック状態とを切り替える機構であってもよい。
　揺動機構が一対の揺動軸回りに探傷部を揺動させるため、被検体の被検査面が複数の方向に曲率を有する３次元曲面形状である場合であっても、被検体の被検査面の接線方向と接触面の接線方向とが一致するように探傷部を揺動させることができる。また、ロック機構が一対の揺動軸回りに揺動不能なロック状態とすることができるため、３次元曲面形状に応じた適切な揺動角度に探傷部の接触面を固定することができる。

　本発明の一態様に係る超音波探傷装置において、前記探傷部は、前記探触子と前記被検査面との間を接触媒質で満たすための接触媒質保持部を有する局部水浸式の探傷部であってもよい。局部水浸式の探傷部を採用することで、被検体を水浸させるための大型の設備を用いることなく、被検体の探傷を行うことができる。

　本発明の一態様に係る超音波探傷装置において、前記探傷部は、水浸した前記被検査体の前記被検査面と前記接触面を接触させた状態で超音波を送受信する水浸式の探傷部であってもよい。水浸式の探傷部を採用することで、探触子と被検体の表面との間に水が満たされる状態を確実に維持し、探傷の精度を向上させることができる。

　本発明の一態様に係る超音波探傷装置は、超音波を送受信する探触子と被検査体の被検査面に接触する接触面とを有する探傷部と、前記探傷部を揺動軸回りに揺動可能に支持する揺動機構と、前記探傷部が前記揺動軸回りに揺動可能な揺動状態と前記探傷部が前記揺動軸回りに揺動不能なロック状態とを切り替えるロック機構と、を備える超音波探傷装置の制御方法であって、前記接触面の接線方向と前記被検査面の接線方向とが一致する状態で前記探傷部を前記ロック状態とする第１制御工程と、前記ロック状態の前記探傷部を前記被検査面の接線方向に沿って前記被検査面の第１端部から離間した位置から前記第１端部近傍のロック解除位置まで移動させる第２制御工程と、前記探傷部が前記ロック解除位置に到達した後に前記ロック状態を前記揺動状態に切り替える第３制御工程と、記接触面が前記被検査面に接触した状態を維持しながら前記探傷部を前記被検査面に沿って移動させる第４制御工程と、を備える。

　本発明の一態様に係る超音波探傷装置の制御方法によれば、探傷部を被検査面の接線方向に沿ってロック解除位置まで移動させる際に、探傷部の接触面の接線方向と被検体の被検査面の接線方向とが一致する状態が維持される。そのため、探傷部が被検体の端部に接触することなく、探傷部の接触面を被検体の端部の表面に接触させることができる。探傷部がロック状態であるため、探傷部の接触面の全領域が被検体の表面に接触する状態が維持され、これらが接触せずに隙間が生じることによって探傷検査が不能になることを避けることができる。

　本発明によれば、探傷部を被検体の端部に衝突させることなく、端部を含む被検体の表面の全領域を検査することが可能な超音波探傷装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る超音波探傷システムを示す側面図である。図１に示す超音波探傷システムを上方からみた平面図である。図１に示す探傷ヘッドをＸ方向にみた側面図である。図１に示す探傷ヘッドをＸ方向にみた側面図である。図１に示す探傷ヘッドをＸ方向にみた側面図である。超音波探傷システムの制御構成を示すブロック図である。複合材の探傷処理により移動する探傷ヘッドの移動軌跡の一例を示す図である。制御部が実行する複合材探傷処理を示すフローチャートである。制御部が実行する複合材探傷処理を示すフローチャートである。第１位置に移動した状態の探傷部を示す側面図である。ロック解除位置に移動した状態の探傷部を示す側面図である。第２位置に移動した状態の探傷部を示す側面図である。ロック解除位置に到達した状態の探傷部を示す側面図である。ロック開始位置に到達した状態の探傷部を示す側面図である。第３位置に到達した状態の探傷部を示す側面図である。

　以下に、本発明の一実施形態に係る超音波探傷システム１について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷システム１を示す側面図である。図２は、図１に示す超音波探傷システム１を上方からみた平面図である。

　図１及び図２に示すように、本実施形態の超音波探傷システム１は、局部水浸式の超音波探傷装置２と、保持装置３とを備える。複合材４は、超音波探傷システム１による検査対象となる被検査体である。超音波探傷装置２は、超音波を送受信することにより複合材４を検査（探傷）するための探傷ヘッド（探傷機構）２０と、探傷ヘッド２０を支持するとともに複合材４に対する探傷ヘッド２０の位置を移動させる移動機構２１とを備える。

　まず始めに、保持装置３について説明する。保持装置３は、複合材４を床面５に対して所定の位置に保持する装置である。図１および図２に示すように、保持装置３は、第１ベルト３１ａ及び第２ベルト３１ｂに加え、第１ベース部３２Ｌと、第２ベース部３２Ｍとを備える。

　第１ベース部３２Ｌは、複合材４の第１突出部４２ａを吊り下げ支持する。第１ベース部３２Ｌは、第１支柱３２ａ及び第２支柱３２ｂと、第１固定部３３ａ及び第２固定部３３ｂを有する。第２ベース部３２Ｍは、複合材４の第２突出部４２ｂを吊り下げ支持する。第２ベース部３２Ｍは、第３支柱３２ｃ及び第４支柱３２ｄと、第３固定部３３ｃと、第４固定部３３ｄとを有する。

　図２に示すように、第１支柱３２ａ，第２支柱３２ｂ，第３支柱３２ｃ，第４支柱３２ｄは、複合材４を吊り下げ支持するものであり、長手方向が床面５に対して垂直（鉛直）になるように、水平移動機構の周囲にそれぞれ配置されている。第２支柱３２ｂは、第１支柱３２ａからＹ軸の正方向に離間している。第３支柱３２ｃは、第１支柱３２ａからＸ軸の正方向に離間している。第４支柱３２ｄは、第３支柱３２ｃからＹ軸の正方向に離間している。

　第１固定部３３ａ及び第２固定部３３ｂは、第１ベルト３１ａの２つの端部を固定するように構成されている。第１固定部３３ａは、床面５から高さｈ１の位置で第１支柱３２ａに取り付けられている。第２固定部３３ｂは、床面５から高さｈ１の位置で第２支柱３２ｂに取り付けられている。一方、第３固定部３３ｃ及び第４固定部３３ｄは、第２ベルト３１ｂの２つの端部を固定するように構成されている。第３固定部３３ｃは、床面５から高さｈ１の位置で第３支柱３２ｃに取り付けられている。第４固定部３３ｄは、床面５から高さｈ１の位置で第４支柱３２ｄに取り付けられている。

　第１ベルト３１ａは、第１端部３１ａＡと、第２端部３１ａＢとを持つ。第１端部３１ａＡは、第１固定部３３ａに固定されている。第２端部３１ａＢは、第２固定部３３ｂに固定されている。第１ベルト３１ａは、第１ベース部３２Ｌに接続され、第１突出部４２ａを吊り下げ支持する。同様に、第２ベルト３１ｂは、第１端部３１ｂＡと、第２端部３１ｂＢとを持つ。第１端部３１ｂＡは、第３固定部３３ｃに固定されている。第２端部３１ｂＢは、第４固定部３３ｄに固定されている。第２ベルト３１ｂは、第２ベース部３２Ｍに接続され、第２突出部４２ｂを吊り下げ支持する。

　第１ベルト３１ａ及び第２ベルト３１ｂの長さは、複合材４が配置されたときに、複合材４が床面５から高さｈ２の位置に吊り下げ支持されるように、第１支柱３２ａと第２支柱３２ｂとの間の距離よりも若干長く設定されている。そのため、図１に示すように、側方から見て、第１支柱３２ａと第２支柱３２ｂとの間の中央付近で、第１ベルト３１ａは、下垂している。同様に、第３支柱３２ｃと第４支柱３２ｄとの間の中央付近で、第２ベルト３１ｂは、下垂している。なお、高さｈ２は、第１固定部３３ａから第４固定部３３ｄの各々が取り付けられている高さｈ１よりも若干低い。

　次に、超音波探傷装置２の移動機構２１について説明する。
　図１及び図２に示すように、移動機構２１は、水平移動機構２１Ｈと、鉛直移動機構２１Ｖとを備える。水平移動機構２１Ｈおよび鉛直移動機構２１Ｖは、複合材４に対する探傷ヘッド２０の位置を、複合材４の下方の任意の位置に移動させる機構である。水平移動機構２１Ｈは、探傷ヘッド２０を床面５に対して水平移動させるように構成されている。水平移動機構２１Ｈは、Ｘ軸方向移動機構と、Ｙ軸方向移動機構とを備える。

　Ｘ軸方向移動機構は、Ｘ軸方向に探傷ヘッド２０を直線移動させるように構成されている。具体的には、Ｘ軸方向移動機構は、直線状の第１走行レール２１１ａと、第１走行レール２１１ａに沿って自在にスライドする第１ブロック２１２ａと、直線状の第２走行レール２１１ｂと、第２走行レール２１１ｂに沿って自在にスライドする第２ブロック２１２ｂとを備える。

　図２に示すように、第１走行レール２１１ａ及び第２走行レール２１１ｂは、互いが平行となるように、Ｘ軸方向に沿って床面５の上に敷設されている。第１走行レール２１１ａと第２走行レール２１１ｂとの間の距離は、複合材４の大きさに合わせて、好適に変更することができる。第１走行レール２１１ａ及び第２走行レール２１１ｂの長さも、複合材４の大きさに合わせて、好適に変更することができる。

　第１ブロック２１２ａは、第１走行レール２１１ａに沿って、Ｘ軸の負方向からＸ軸の正方向へ、又はその逆方向へ移動する。第２ブロック２１２ｂは、第２走行レール２１１ｂに沿って、Ｘ軸の負方向からＸ軸の正方向へ、又はその逆方向へ移動する。第１ブロック２１２ａ及び第２ブロック２１２ｂは、同じ速さで同時に動く。

　Ｙ軸方向移動機構は、Ｙ軸方向に探傷ヘッド２０を直線移動させるように構成されている。具体的には、Ｙ軸方向移動機構は、横行レール２１３と、横行レール２１３に沿って自在にスライドする第３ブロック２１４とを備える。横行レール２１３の長さは、第１走行レール２１１ａと第２走行レール２１１ｂとの間の距離よりも若干長い。横行レール２１３は、第１ブロック２１２ａ及び第２ブロック２１２ｂの双方の上に配置されている。第３ブロック２１４は、横行レール２１３に沿って、Ｙ軸の負方向からＹ軸の正方向へ、又はその逆方向へ移動する。

　図１に示すように、鉛直移動機構２１Ｖは、探傷ヘッド２０を床面５に対して鉛直方向（Ｚ軸方向）に直線運動させるように構成されている。鉛直移動機構２１Ｖは、直線状の鉛直レール２１５と、鉛直レール２１５に沿って自在にスライドする第４ブロック２１６とを備える。鉛直レール２１５は、その長手方向が床面５に対して垂直となるように、第３ブロック２１４の上に配置されている。探傷ヘッド２０は、第４ブロック２１６の上に配置されている。第４ブロック２１６は、鉛直レール２１５に沿って、Ｚ軸の負方向からＺ軸の正方向へ、又はその逆方向へ移動する。

　次に、超音波探傷装置２の探傷ヘッド２０について説明する。図３から図５は、図１に示す探傷ヘッド２０をＸ方向にみた側面図である。図３から図５に示すように、探傷ヘッド２０は、探傷部２２と、第１揺動機構２３と、第２揺動機構２４と、第１ロック機構２５と、第２ロック機構２６と、を有する。

　探傷部２２は、超音波を送受信する探触子２２ａと、複合材４の被検査面４１に接触する接触面２２ｂＡが形成された接触部（接触媒質保持部）２２ｂとを有する。接触部２２ｂには、探触子２２ａと複合材４の被検査面４１との間を満たす接触媒質としての水を貯留（保持）する貯水槽２２ｂＢが形成されている。貯水槽２２ｂＢには、流入口（図示略）から水が供給され探触子２２ａと複合材４の被検査面４１との間が水で満たされる状態が維持できるようになっている。

　第１揺動機構２３は、本体部２３ａと、本体部２３ａに固定されるとともにＹ軸に平行な揺動軸Ｙ１に沿って延びる一対の軸部材２３ｂを有する。第１揺動機構２３は、探傷部２２の接触部２２ｂを揺動軸Ｙ１回りに揺動可能に支持する。

　第２揺動機構２４は、本体部２４ａと、本体部２４ａに固定されるとともにＸ軸に平行な揺動軸Ｘ１に沿って延びる一対の軸部材（図示略）を有する。第２揺動機構２４は、第１揺動機構２３の本体部２３ａを揺動軸Ｘ１回りに揺動可能に支持する。第１揺動機構２３が探傷部２２を支持しているため、第２揺動機構２４は、第１揺動機構２３を介して、探傷部２２の接触部２２ｂを揺動軸Ｘ１回りに揺動可能に支持する。

　第１ロック機構２５は、探傷部２２が揺動軸Ｙ１回りに揺動可能な揺動状態と探傷部２２が揺動軸Ｙ１回りに揺動不能なロック状態とを切り替える機構である。第１ロック機構２５は、軸部材２３ｂに接触することにより軸部材２３ｂが揺動軸Ｙ１回りに回転しないように固定するためのディスクブレーキ２５ａと、ディスクブレーキ２５ａが軸部材２３ｂから離間する付勢力を発生するバネ部材２５ｂと、外部から導入される圧縮空気によりバネ部材２５ｂの付勢力に打ち勝つ付勢力を発生するエアシリンダ２５ｃと、エアシリンダ２５ｃが発生する付勢力をディスクブレーキ２５ａに伝達する伝達機構２５ｄとを有する。

　後述する制御部９０からの制御指令により圧縮空気の供給源（図示略）からエアシリンダ２５ｃへ圧縮空気が供給されない場合、図３に示すようにディスクブレーキ２５ａが軸部材２３ｂから離間した状態となる。この場合、第１ロック機構２５は、探傷部２２を揺動軸Ｙ１回りに揺動可能な揺動状態で支持する。

　一方、制御部９０からの制御指令により圧縮空気の供給源（図示略）からエアシリンダ２５ｃへ圧縮空気が供給される場合、図４に示すようにディスクブレーキ２５ａが軸部材２３ｂに接触した状態となる。この場合、第１ロック機構２５は、探傷部２２を揺動軸Ｙ１回りに揺動不能なロック状態で支持する。

　第２ロック機構２６は、第１揺動機構２３が揺動軸Ｘ１回りに揺動可能な揺動状態と第１揺動機構２３が揺動軸Ｘ１回りに揺動不能なロック状態とを切り替える機構である。第１揺動機構２３が探傷部２２を支持しているため、第２ロック機構２６は、探傷部２２が揺動軸Ｘ１回りに揺動可能な揺動状態と探傷部２２が揺動軸Ｘ１回りに揺動不能なロック状態とを切り替える。

　第２ロック機構２６は、第１ロック機構２５と同様の構造を有し、第１揺動機構２３の本体部２３ａに固定される軸部材（図示略）に接触することにより軸部材が揺動軸Ｘ１回りに回転しないように固定するためのディスクブレーキ（図示略）と、ディスクブレーキが軸部材から離間する付勢力を発生するバネ部材（図示略）と、外部から導入される圧縮空気によりバネ部材の付勢力に打ち勝つ付勢力を発生するエアシリンダ２６ｃと、エアシリンダ２６ｃが発生する付勢力をディスクブレーキに伝達する伝達機構２６ｄとを有する。

　後述する制御部９０からの制御指令により圧縮空気の供給源（図示略）からエアシリンダ２６ｃへ圧縮空気が供給されない場合、ディスクブレーキが軸部材から離間した状態となる。この場合、第２ロック機構２６は、探傷部２２を揺動軸Ｘ１回りに揺動可能な揺動状態で支持する。

　一方、制御部９０からの制御指令により圧縮空気の供給源（図示略）からエアシリンダ２６ｃへ圧縮空気が供給される場合、ディスクブレーキが軸部材に接触した状態となる。この場合、第２ロック機構２６は、探傷部２２を揺動軸Ｘ１回りに揺動不能なロック状態で支持する。

　図５は、第２ロック機構２６が、探傷部２２の接触面２２ｂＡを水平方向から傾斜させ、探傷部２２を揺動軸Ｘ１回りに揺動不能なロック状態とした状態を示す。図５において、軸線Ｚ１は、鉛直方向に延びる軸線Ｚと平行な軸線である。軸線Ｚ２は、探傷部２２の接触面２２ｂＡに直交する軸線であり、揺動軸Ｘ１を通過している。図５に示すように、軸線Ｚ２は、軸線Ｚ１に対して揺動軸Ｘ１回りに角度θｘだけ傾斜している。第２ロック機構２６は、制御部９０からの制御指令により探傷部２２の接触面２２ｂＡを水平面に対して角度θｘだけ傾斜させた状態で探傷部２２をロック状態とすることができる。

　図６は、本実施形態の超音波探傷システム１の制御構成を示すブロック図である。図６に示すように、超音波探傷システム１は、移動機構２１と、探傷部２２と、第１ロック機構２５と、第２ロック機構２６と、制御部９０と、を備える。制御部９０は、移動機構２１，探傷部２２，第１ロック機構２５，第２ロック機構２６を含むシステム全体に対して、これらを制御するための制御指令を送信する。

　図７は、本実施形態の超音波探傷システム１の制御部９０が実行する複合材４の探傷処理により移動する探傷ヘッド２０の移動軌跡の一例を示す図である。図７に示す破線は、探傷ヘッド２０の移動軌跡を示している。図７に示すように、制御部９０は、Ｙ軸に沿った移動と、Ｘ軸に沿った移動とを交互に繰り返しながら、複合材４の第１突出部４２ａから第２突出部４２ｂへ向けて探傷ヘッド２０を移動させる。

　制御部９０は、複合材４のＹ軸方向の第１端部Ｅ１から離間した第２位置Ｐ２から複合材４のＹ軸方向の第２端部Ｅ２から離間した第３位置Ｐ３まで、探傷ヘッド２０をＹ軸に沿って移動させる。また、制御部９０は、複合材４のＸ軸方向の一端部（第１突出部４２ａまたは第２突出部４２ｂ）から、複合材４のＸ軸方向の他端部（第２突出部４２ｂまたは第１突出部４２ａ）に向けて、探傷ヘッド２０をＹ軸に沿って移動させる。

　次に、本実施形態の制御部９０が実行する複合材４の探傷処理について、図８から図１５を参照して説明する。図８および図９は、制御部９０が実行する複合材４の探傷処理を示すフローチャートである。図８および図９に示す各処理は、制御部９０が記憶部（図示略）から制御プログラムを読み出して実行することにより行われる。

　図１０は、第１位置Ｐ１に移動した状態の探傷部２２を示す側面図である。図１１は、ロック解除位置Ｐｒｌに移動した状態の探傷部２２を示す側面図である。図１２は、第２位置Ｐ２に移動した状態の探傷部２２を示す側面図である。図１３は、ロック解除位置Ｐｒｌに到達した状態の探傷部２２を示す側面図である。図１４は、ロック開始位置Ｐｒｋに到達した状態の探傷部２２を示す側面図である。図１５は、第３位置Ｐ３に到達した状態の探傷部２２を示す側面図である。

　ステップＳ８０１で、制御部９０は、第１揺動機構２３を揺動状態に設定するように第１ロック機構２５を制御する。揺動状態に設定された第１揺動機構２３は、探傷部２２を揺動軸Ｙ１回りに揺動可能な揺動状態で支持する。

　ステップＳ８０２で、制御部９０は、第２揺動機構２４を揺動状態に設定するように第２ロック機構２６を制御する。揺動状態に設定された第２揺動機構２４は、探傷部２２を揺動軸Ｘ１回りに揺動可能な揺動状態で支持する。

　ステップＳ８０３で、制御部９０は、探傷部２２を第１位置Ｐ１に移動させるよう移動機構２１を制御する。第１位置Ｐ１は、探傷部２２の揺動軸Ｘ１が、被検査面４１から被検査面４１の法線ＮＬ１に沿った方向に第１距離Ｌ１離間した位置である。図１０に示すように、探傷部２２が第１位置Ｐ１に移動した状態では、探傷部２２の接触面２２ｂＡの接線方向ＴＬ１と、複合材４の被検査面４１の法線ＮＬ１の通過位置における接線方向ＴＬ２とは、一致していない。

　ステップＳ８０４で、制御部９０は、揺動状態の探傷部２２を第１位置Ｐ１から接触面２２ｂＡが被検査面４１に接触するまでＺ軸に沿って鉛直方向上方へ移動させる。探傷部２２の接触面２２ｂＡが被検査面４１に接触する位置は、後述するロック解除位置Ｐｒｌと一致している。図１１に示すように、揺動状態の探傷部２２を被検査面４１に接触させることにより、接触面２２ｂＡの接線方向ＴＬ１と、被検査面４１の接線方向ＴＬ２とが一致した状態となる。

　ステップＳ８０５で、制御部９０は、第１揺動機構２３をロック状態に設定するように第１ロック機構２５を制御する。制御部９０は、第１ロック機構２５を制御することにより、接触面２２ｂＡが被検査面４１と接触した状態で揺動状態をロック状態に切り替える。

　ステップＳ８０６で、制御部９０は、第２揺動機構２４をロック状態に設定するように第２ロック機構２６を制御する。制御部９０は、第２ロック機構２６を制御することにより、接触面２２ｂＡが被検査面４１と接触した状態で揺動状態をロック状態に切り替える。図１１に示すように、以上のステップＳ８０５およびＳ８０６を実行することにより、探傷部２２は、接触面２２ｂＡの接線方向ＴＬ１と、被検査面４１の接線方向ＴＬ２とが一致した状態でロック状態となる。図１１に示すように、Ｚ軸と平行な軸線Ｚ１と法線ＮＬ１とがなす角はθｘとなる。

　ステップＳ８０７で、制御部９０は、探傷部２２を第２位置Ｐ２に移動させるよう移動機構２１を制御する。図１２に示すように、第２位置Ｐ２は、探傷部２２の揺動軸Ｘ１が、被検査面４１の第１端部Ｅ１から被検査面４１の接線方向ＴＬ２に所定距離だけ離間した位置である。また、第２位置Ｐ２は、被検査面４１の法線ＮＬ１に沿った方向に第１距離Ｌ１よりも短い第２距離Ｌ２離間した位置である。図１２に示すように、Ｚ軸と平行な軸線Ｚ１と法線ＮＬ１とがなす角は図１１と同様のθｘのまま維持される。

　ステップＳ８０８で、制御部９０は、被検査面４１の接線方向ＴＬ２に沿って、第２位置Ｐ２からロック解除位置Ｐｒｌに探傷部２２が移動を開始するよう移動機構２１を制御する。制御部９０は、探傷部２２が第２位置Ｐ２からロック解除位置Ｐｒｌに移動するまで、ロック状態を維持するように第１ロック機構２５および第２ロック機構２６を制御する。

　ステップＳ８０９で、制御部９０は、探傷部２２の接触面２２ｂＡが被検査面４１に到達したことに応じて、超音波を送受信して被検査面４１の探傷を開始するよう探傷部２２を制御する。
　ステップＳ８１０で、制御部９０は、探傷部２２が図１３に示すロック解除位置Ｐｒｌに到達したかどうかを判定し、到達したと判定した場合にはステップＳ８１１へ処理を進める。

　ステップＳ８１１で、制御部９０は、第１揺動機構２３を揺動状態に設定するように第１ロック機構２５を制御する。揺動状態に設定された第１揺動機構２３は、探傷部２２を揺動軸Ｙ１回りに揺動可能な揺動状態で支持する。
　ステップＳ８１２で、制御部９０は、第２揺動機構２４を揺動状態に設定するように第２ロック機構２６を制御する。揺動状態に設定された第２揺動機構２４は、探傷部２２を揺動軸Ｘ１回りに揺動可能な揺動状態で支持する。

　ステップＳ８１１およびステップＳ８１２で揺動状態となった探傷部２２は、接触面２２ｂＡの接線方向ＴＬ１を被検査面４１の接線方向ＴＬ２に一致させた状態でロック開始位置Ｐｒｋへ向けてＹ軸に沿って移動する。制御部９０は、接触面２２ｂＡと被検査面４１とが接触した状態を維持するように、探傷部２２のＺ軸方向の位置を制御する。

　ステップＳ８１３で、制御部９０は、探傷部２２が図１４に示すロック開始位置Ｐｒｋに到達したかどうかを判定し、到達したと判定した場合にはステップＳ８１４へ処理を進める。

　ステップＳ８１４で、制御部９０は、第１揺動機構２３をロック状態に設定するように第１ロック機構２５を制御する。制御部９０は、第１ロック機構２５を制御することにより、接触面２２ｂＡが被検査面４１と接触した状態で揺動状態をロック状態に切り替える。

　ステップＳ８１５で、制御部９０は、第２揺動機構２４をロック状態に設定するように第２ロック機構２６を制御する。制御部９０は、第２ロック機構２６を制御することにより、接触面２２ｂＡが被検査面４１と接触した状態で揺動状態をロック状態に切り替える。図１４に示すように、以上のステップＳ８１４およびＳ８１５を実行することにより、探傷部２２は、接触面２２ｂＡの接線方向ＴＬ１と、被検査面４１の接線方向ＴＬ２とが一致した状態でロック状態となる。図１４に示すように、Ｚ軸と平行な軸線Ｚ１と法線ＮＬ１とがなす角はθｘとなる。

　ステップＳ８１６で、制御部９０は、被検査面４１の接線方向ＴＬ２に沿って、ロック開始位置Ｐｒｋから第３位置Ｐ３に探傷部２２が移動を開始するよう移動機構２１を制御する。制御部９０は、探傷部２２がロック開始位置Ｐｒｋから第３位置Ｐ３に移動するまで、ロック状態を維持するように第１ロック機構２５および第２ロック機構２６を制御する。

　第３位置Ｐ３は、探傷部２２の揺動軸Ｘ１が、被検査面４１の第２端部Ｅ２から被検査面４１の接線方向ＴＬ２に所定距離だけ離間した位置である。また、第３位置Ｐ３は、被検査面４１の法線ＮＬ１に沿った方向に第２距離Ｌ２離間した位置である。

　ステップＳ８１７で、制御部９０は、探傷部２２の接触面２２ｂＡが被検査面４１から離れたことに応じて、超音波の送受信を停止することにより被検査面４１の探傷を終了するよう探傷部２２を制御する。
　ステップＳ８１８で、制御部９０は、探傷部２２が図１５に示す第３位置Ｐ３に到達したかどうかを判定し、到達したと判定した場合にはステップＳ８１９へ処理を進める。

　ステップＳ８１９で、制御部９０は、探傷部２２をＸ軸方向へ所定距離移動させるよう移動機構２１を制御し、本フローチャートの処理を終了させる。制御部９０は、以上のステップＳ８０１からステップＳ８１９の処理を繰り返すことにより、Ｙ軸に沿って探傷ヘッド２０を移動させることによる探傷処理をＸ軸方向の複数の位置において行う。これにより、制御部９０は、複合材４の第１突出部４２ａから第２突出部４２ｂに至るまでの複合材４の被検査面４１の全領域の探傷を行う。

　以上説明した本実施形態の超音波探傷システム１が奏する作用および効果について説明する。
　本実施形態の超音波探傷システム１によれば、探傷部２２を被検査面４１の接線方向ＴＬ２に沿ってロック解除位置Ｐｒｌまで移動させる際に、探傷部２２の接触面２２ｂＡの接線方向ＴＬ１と複合材４の被検査面４１の接線方向ＴＬ２とが一致する状態が維持される。そのため、探傷部２２が複合材４の第１端部Ｅ１に接触することなく、探傷部２２の接触面２２ｂＡを複合材４の第１端部Ｅ１の表面に接触させることができる。探傷部２２がロック状態であるため、探傷部２２の接触面２２ｂＡの全領域が複合材４の被検査面４１に接触する状態が維持され、これらが接触せずに隙間が生じることによって探傷検査が不能になることを避けることができる。

　また、本実施形態の超音波探傷システム１によれば、揺動状態の探傷部２２を第１位置Ｐ１から移動させて接触面２２ｂＡを被検査面４１に接触させ、その状態でロック状態に切り替えることにより、探傷部２２の接触面２２ｂＡの接線方向ＴＬ１が複合材４の被検査面４１の接線方向ＴＬ２と一致した状態とし、その状態を維持することができる。また、探傷部２２を、第１位置Ｐ１よりも被検査面４１に近接した第２位置Ｐ２からロック解除位置Ｐｒｌまで移動させることにより、探傷部２２が複合材４の第１端部Ｅ１に衝突することを避けることができる。

　また、本実施形態の超音波探傷システム１によれば、揺動状態となった探傷部２２を、接触面２２ｂＡが被検査面４１に接触した状態を維持しながら被検査面４１に沿って移動させることで、被検査面４１の形状に沿って接触面２２ｂＡを適切な角度に調整しながら探傷を行うことができる。

　被検査面４１の第２端部Ｅ２を探傷する際に探傷部２２を揺動状態としていると、探傷部２２が第２端部Ｅ２を通過する際に探傷部２２が揺動してしまう可能性がある。この場合、探傷部２２の接触面２２ｂＡと被検査面４１との間に隙間が形成され、被検査面４１の端部領域の探傷が行われない状態となる。そこで、本実施形態の超音波探傷システム１においては、探傷部２２を揺動状態からロック状態に切り替えてから第３位置Ｐ３まで移動させている。このようにすることで、被検査面４１の端部領域の探傷が行われない状態を避けることができる。

　また、本実施形態の超音波探傷システム１によれば、第１揺動機構２３および第２揺動機構２４が揺動軸Ｘ１，Ｙ１回りに探傷部２２を揺動させるため、複合材４の被検査面４１が複数の方向に曲率を有する３次元曲面形状である場合であっても、複合材４の被検査面４１の接線方向ＴＬ２と接触面２２ｂＡの接線方向ＴＬ１とが一致するように探傷部２２を揺動させることができる。また、第１ロック機構２５および第２ロック機構２６が揺動軸Ｘ１，Ｙ１回りに揺動不能なロック状態とすることができるため、３次元曲面形状に応じた適切な揺動角度に探傷部２２の接触面２２ｂＡを固定することができる。

　また、本実施形態の超音波探傷システム１によれば、局部水浸式の探傷部２２を採用することで、被検体を水浸させるための大型の設備を用いることなく、被検体の探傷を行うことができる。

〔他の実施形態〕
　以上の説明において、超音波探傷システム１は、局部水浸式の探傷部２２を採用するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、水浸式の探傷部を採用した水浸式の超音波探傷システムとしてもよい。水浸式の超音波探傷システムは、水浸した複合材（例えば、航空機の主翼に用いられるベントストリンガ）の被検査面と接触させた状態で超音波を送受信する探触子を有する探傷部を備える。水浸式の超音波探傷システムが備える探傷部は、周囲が水で満たされているため、複合材の被検査面との間を満たす接触媒質としての水を貯留する貯水槽を設ける必要がない。水浸式の探傷部を採用することで、探触子と被検体の表面との間に水が満たされる状態を確実に維持し、探傷の精度を向上させることができる。

１　　　　　超音波探傷システム
２　　　　　超音波探傷装置
２０　　　　探傷ヘッド
２１　　　　移動機構
２２　　　　探傷部
２２ａ　　　探触子
２２ｂ　　　接触部
２２ｂＡ　　接触面
２３　　　　第１揺動機構
２４　　　　第２揺動機構
２５　　　　第１ロック機構
２６　　　　第２ロック機構
３１ｂＡ　　第１端部
３１ｂＢ　　第２端部
４１　　　　被検査面
９０　　　　制御部
Ｐｒｋ　　　ロック開始位置
Ｐｒｌ　　　ロック解除位置
Ｘ１，Ｙ１　揺動軸

Claims

　超音波を送受信することにより被検査体を検査する探傷機構と、
　前記被検査体に対する前記探傷機構の位置を移動させる移動機構と、
　前記探傷機構および前記移動機構を制御する制御部と、を備え、
　前記探傷機構は、
　超音波を送受信する探触子と前記被検査体の被検査面に接触する接触面が形成された接触部とを有する探傷部と、
　前記探傷部を揺動軸回りに揺動可能に支持する揺動機構と、
　前記探傷部が前記揺動軸回りに揺動可能な揺動状態と前記探傷部が前記揺動軸回りに揺動不能なロック状態とを切り替えるロック機構と、を有し、
　前記制御部は、
　前記探傷部を前記被検査面の第１端部から離間した位置から前記被検査面の接線方向に沿って前記第１端部近傍のロック解除位置まで移動させる際に、前記接触面の接線方向と前記被検査面の接線方向とが一致する状態で前記探傷部を前記ロック状態とし、
　前記探傷部が前記ロック解除位置に到達した後に前記ロック状態を前記揺動状態に切り替えるよう前記ロック機構および前記移動機構を制御する超音波探傷装置。
　前記制御部は、前記被検査面から該被検査面の法線方向に第１距離離間した第１位置から前記接触面が前記被検査面に接触するまで前記揺動状態の前記探傷部を移動させ、
　前記接触面が前記被検査面と接触した状態で前記揺動状態を前記ロック状態に切り替え、
　前記被検査面の前記第１端部から前記被検査面の接線方向に離間し、かつ前記被検査面の法線方向に前記第１距離よりも短い第２距離離間した第２位置まで前記探傷部を移動させ、
　前記ロック状態の前記探傷部を前記被検査面の接線方向に沿って前記ロック解除位置まで移動させるよう、前記ロック機構および前記移動機構を制御する請求項１に記載の超音波探傷装置。
　前記制御部は、前記探傷部が前記ロック解除位置に到達して前記ロック状態が前記揺動状態に切り替えられた後、前記接触面が前記被検査面に接触した状態を維持しながら前記探傷部を前記被検査面に沿って移動させるよう、前記ロック機構および前記移動機構を制御する請求項１または請求項２に記載の超音波探傷装置。
　前記制御部は、
　前記揺動状態の前記探傷部が前記被検査面の第２端部近傍のロック開始位置に到達したことに応じて前記揺動状態を前記ロック状態に切り替え、
　前記ロック状態の前記探傷部を前記被検査面の接線方向に沿って前記第２端部から前記被検査面の接線方向に離間した第３位置まで移動させるよう、前記ロック機構および前記移動機構を制御する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の超音波探傷装置。
　前記揺動機構は、互いに直交する一対の前記揺動軸回りに前記探傷部を揺動させる機構であり、
　前記ロック機構は、前記探傷部が前記一対の揺動軸回りに揺動可能な揺動状態と前記探傷部が前記一対の揺動軸回りに揺動不能なロック状態とを切り替える機構である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超音波探傷装置。
　前記探傷部は、前記探触子と前記被検査面との間を接触媒質で満たすための接触媒質保持部を有する局部水浸式の探傷部である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の超音波探傷装置。
　前記探傷部は、水浸した前記被検査体の前記被検査面と前記接触面を接触させた状態で超音波を送受信する水浸式の探傷部である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の超音波探傷装置。
　超音波を送受信する探触子と被検査体の被検査面に接触する接触面とを有する探傷部と、前記探傷部を揺動軸回りに揺動可能に支持する揺動機構と、前記探傷部が前記揺動軸回りに揺動可能な揺動状態と前記探傷部が前記揺動軸回りに揺動不能なロック状態とを切り替えるロック機構と、を備える超音波探傷装置の制御方法であって、
　前記接触面の接線方向と前記被検査面の接線方向とが一致する状態で前記探傷部を前記ロック状態とする第１制御工程と、
　前記ロック状態の前記探傷部を前記被検査面の接線方向に沿って前記被検査面の第１端部から離間した位置から前記第１端部近傍のロック解除位置まで移動させる第２制御工程と、
　前記探傷部が前記ロック解除位置に到達した後に前記ロック状態を前記揺動状態に切り替える第３制御工程と、
　前記接触面が前記被検査面に接触した状態を維持しながら前記探傷部を前記被検査面に沿って移動させる第４制御工程と、を備える超音波探傷装置の制御方法。