(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板を挟んで送信子と受信子とを対向配置して探傷する超音波探傷装置で使用される、上記送信子及び受信子の少なくとも一方の探触子の取付け構造であって、上記送信子と受信子との対向方向に平行な取付け面に対し、シムを介して探触子を取り付ける取付け構造において、
取付け面に直交する軸回りに探触子を回動変位させる平行度調整機構と、
上記シムとして、金属板から接近・離脱する方向にテーパが付いたシムを使用し、該シムを金属板から接近・離脱する方向に変位させることで、取付け面からの探触子のオフセット量を変更するオフセット調整機構と
を備えることを特徴とする超音波探傷用探触子の取付け構造。
【請求項２】
上記取付け面にオフセット機構が取り付けられ、該オフセット機構の可動部に平行度調整機構が取り付けられ、該平行度調整機構の可動部に探触子が取り付けられることを特徴とする請求項１に記載した超音波探傷用探触子の取付け構造。
【請求項３】
上記平行度調整機構は、第１の板材に対し可動部を構成する第２の板材が上記取付け面に直交する軸回りに回転可能に支持されると共に、第１の板材から第２の板材側に向けて突出する突起部と、上記第２の板材に螺合し軸部先端部を上記突起部の側面に当接可能な平行度調整ネジとを備え、該平行度調整ネジの進退によって回転変位量を規制することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した超音波探傷用探触子の取付け構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板をはじめとする圧延金属板等の金属板の介在物の検出を行うための超音波探傷装置で使用される探触子を、アライメント調整可能に取付け面に取り付ける取付け構造に係り、特に所定の幅について一度に検出可能なラインフォーカス型の超音波ラインセンサにおける、対向する送受信子の少なくとも一方の取付けに有効な探触子の取付け構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属板の全幅について、当該金属板に含まれる微小な介在物の探傷を一度に行うときには、例えば、鋼板を挟んで対向配置するラインフォーカス型の送受信子の組を、板幅方向に且つ板幅以上の長さだけ複数組配置することで超音波探傷装置である超音波ラインセンサを構成する。ここで、ラインフォーカス型の探触子（送信子及び受信子）は、それぞれ複数個の素子の配列、つまり複数チャンネルから構成される。
【０００３】
上記複数の送信探触子及び受信探触子は、それぞれ板幅方向に沿って平行に延びる送信用枠体若しくは受信用枠体に取り付けられる。
このとき、複数チャンネルの受信波形を安定させてゲート範囲を広げ、表面不感帯を出来る限り狭くして探傷するためには、対向する送受信子についてアライメント調整して上記枠体に取り付けることが重要となる。また、取付け後であっても、アライメントに狂いが生じる場合があり、その場合であっても再度のアライメント調整が要求される。
【０００４】
従来のアライメント調整としては、例えば、各探触子における超音波ビームの焦点が均一となるように各探触子のケースを加工し、探触子のケースが平行になるように各枠体の取付け板に調整して取り付けることが考えられる。すなわち、各部品の加工精度及び機械的な取付け精度を向上させることで、対向する送信探触子との受信探触子との間の平行度を所定のアライメント精度以上に設定している。
【０００５】
その従来のアライメントの微調整方法としては、サーボモータを使用して微調整を行う方法がある。この方法は簡易に微調整することが可能となるものの、微小な介在物を検出するための超音波介在物センサにおいては、所定の感度を確保するために送受信子を水没させて使用するため、当該サーボモータを使用した方法では、機構が複雑になってしまう。
【０００６】
このため、一般には、探触子の取付け取り外しを行いつつシムの交換を繰り返すシム調整によりアライメント微調整を実施していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記シム調整による微調整では、何度も取付け取り外しを行いながら微調整を行う必要があるので、手間及び時間が掛かるばかりか、連続的に調整量を変更することができない。特に、上記のように一度に幅方向の介在物を検査する装置構成の場合には、各探触子毎に個々に上記調整を行う必要があり、調整すべき探触子が増加するほど上記手間及び時間が増大することで、このアライメント調整に膨大な時間を要していた。
【０００８】
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、アライメント調整を容易に行うことが可能な超音波探触子の取付け構造を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような課題を解決するために、本発明のうち請求項１の発明は、金属板を挟んで送信子と受信子とを対向配置して探傷する超音波探傷装置で使用される、上記送信子及び受信子の少なくとも一方の探触子の取付け構造であって、上記送信子と受信子との対向方向に平行な取付け面に対し、シムを介して探触子を取り付ける取付け構造において、
取付け面に直交する軸回りに探触子を回動変位させる平行度調整機構と、
上記シムとして、金属板から接近・離脱する方向にテーパが付いたシムを使用し、該シムを金属板から接近・離脱する方向に変位させることで、取付け面からの探触子のオフセット量を変更するオフセット調整機構と
を備えることを特徴とする超音波探傷用探触子の取付け構造を提供するものである。
【００１０】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記取付け面にオフセット機構が取り付けられ、該オフセット機構の可動部に平行度調整機構が取り付けられ、該平行度調整機構の可動部に探触子が取り付けられることを特徴とするものである。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、上記平行度調整機構は、第１の板材に対し可動部を構成する第２の板材が上記取付け面に直交する軸回りに回転可能に支持されると共に、第１の板材から第２の板材側に向けて突出する突起部と、上記第２の板材に螺合し軸部先端部を上記突起部の側面に当接可能な平行度調整ネジとを備え、該平行度調整ネジの進退によって回転変位量を規制することを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態に係る探触子の取付け構造を示す断面図である。
超音波ラインセンサの送信子１と受信子２とは、概念図である図１に示すように、被検査板（金属板）である鋼板３の通過路を挟んで上下に対向配置されている。上記各探触子は、ラインフォーカス型超音波探触子である一次元アレイ型探触子からそれぞれ構成される。図１中、符号４はラインフォーカスビーム（送信ビーム）を、符号５は受信ビームを示す。また、各探触子は、それぞれ鋼板の板幅方向に１０個の素子が配列されて構成されることで、１０チャンネルを有する。
【００１２】
送信子の各素子は、それぞれ個別の電気パルス送信器６ａ〜６ｊに接続されて該電気パルス送信器６ａ〜６ｊから電気パルスが送信されるようになっている。その複数の電気パルス送信器６ａ〜６ｊは、同期信号発生器７に接続されて、当該同期信号発生器７からのクロックパルスを受けて同期をとって電気パルスを送信可能となっている。
【００１３】
また、受信子２の各素子は、それぞれ受信増幅器８ａ〜８ｊに接続され、各受信増幅器８ａ〜８ｊは、ゲート回路９ａ〜９ｊを通じてコンパレータ１０ａ〜１０ｊに接続されている。これによって、素子が受信した超音波電気信号（受信信号）が増幅され、さらにゲート回路９ａ〜９ｊによって所定の反射波が抽出され、続いてコンパレータ１０ａ〜１０ｊによって、所定レベル以上の反射波が入力されると欠陥検出信号を出力可能となっている。
【００１４】
上記構成によって、送信子１から超音波が送信され、鋼板３を板厚方向に０．５往復して受信子２に到達する０．５往復透過波Ｔ１と鋼板３を板厚方向に１．５往復して受信子２に到達する１．５往復透過波Ｔ２との間にあらわれる反射波が各チャンネルのゲート回路９ａ〜９ｊによって抽出され、その反射波が所定レベル以上である場合には内部欠陥からの反射として検出されるようになっている。
【００１５】
上記のような構成の送受信子１，２の組が、図２に示すように、鋼板３の板幅方向に複数個配置され、配列した送信子１及び受信子２は、図３に示すように、コ字状の枠体１１に支持されている。すなわち、上記枠体１１は、鋼板３を挟んで板幅方向に沿って水平に延びる上側アーム１１ａ及び下側アーム１１ｂが縦枠部１１ｃで一体に連結されて構成され、上記上側アーム１１ａに対し複数の送信子１が取り付けられると共に、下側アーム１１ｂに対し複数の受信子２が取り付けられる。
【００１６】
次に、各探触子１，２の取付け及びその取付け構造について説明する。なお、本実施形態では、送信子１側（上側の探触子側）の取付け時に、アライメント微調整を行う実施形態であるため、当該送信子１側の取付け構造を主に説明する。先ず、受信子２の取付けについて説明すると、鋼板３の板幅方向に延びると共に下側アーム上面から送信子１側（鋼板３側）に向けて突出した平板状の取付け板を有し、該取付け板に受信子２が千鳥状に取り付けられている。つまり、取付け板の両側面（取付け面）について交互に受信子２が取り付けられている。このとき、出来るだけ受信子２の各素子が鉛直上方を向くようにアライメント調整を行う。
【００１７】
その後に、送信子１の取付けを行う。ここで、下面図である図４や鋼板３の板幅方向から見た図５に示すように、下側アーム１１ａの下面から下方（鋼板３側）に向けて取付け板２０が突出している。その取付け板２０は、鋼板３の車幅方向に延びる長方形形状の板材であって、その両側面２０ａ（取付け面）に対し、送信子１は、図４のように交互に取り付けられる。
【００１８】
その取付け構造について図５等を参照しつつ説明すると、取付け板２０の取付け面２０ａに基準板２１が固定されている。該基準板２１の送信子１側の面は、下方に向かうにつれて取付け面２０ａに近づくテーパがついた傾斜面２１ａを有する。基準板２１の傾斜面２１ａと平板状の第１取付け座２２の一方の面がシム２３を介して対向し、該第１取付け座２２は、４本のボルト２４（図５では２本のみ図示されている）によって上記基準板２１に取り付けられている。このとき、該ボルト２４の軸部の途中に対し、皿バネなどからなる弾性体２５が設けられることで、基準板２１と第１取付け座２２の距離が若干変位可能な状態で第１取付け座２２が基準板２１に向けて付勢された状態となっている。
【００１９】
ここで、図５では、ボルト２４の軸部先端部側が基準板２１に螺合し、頭部２４ａの外周が第１取付け座２２に設けたボルト穴内径面と螺合し該ボルト穴内に弾性体２５が配置される例を示している。
上記シム２３の基準板２１側の面２３ａは、基準板２１の傾斜面２１ａ部分に当接すると共に、当該傾斜面２１ａのテーパと天地が逆の勾配のテーパが付いている。これによって、第１取付け座２２と当接する面は水平方向を向くようになっている。
【００２０】
また、上記第１取付け座２２の下部には、基準板２１側に張り出す張出部２６を有している。該張出部２６には、軸を上下に向け且つ貫通したネジ用の穴が設けられ、そのネジ用の穴に下側からオフセット用調整ネジ２７が差し込まれて回転自在な状態で固定されている。そのオフセット用調整ネジ２７の軸部は当該ネジ用の穴位置より上方に突出し、その軸部先端部が上記シム２３の下端部に螺合している。
【００２１】
なお、上記張出部２６に軸を上下に向け且つ貫通したネジ穴を設け、そのネジ穴に下側からオフセット用調整ネジ２７を螺合させ、その軸先端面をシム２３の下端面に当接させる、あるいは、オフセット用調整ネジ２７の軸部先端部を回転自在な状態でシム２３の下端面に連結しても良い。
ここで、上記基準板２１、第１取付け座２２、及びシム２３によってオフセット調整機構Ａが構成されている。
【００２２】
また、上記第１の板材を構成する第１取付け座２２の他方の面に、第２の板材を構成する平板状の第２取付け座２８の一方の面が当接している。
上記第１取付け座２２及び第２取付け座２８の下部中央にネジ穴が設けられている。該両ネジ穴の軸は取付け面２０ａに直交し、その両ネジ穴にネジ２９を締結することで、第２取付け座２８が、第１取付け座２２に対し当該ネジ２９を支点として正逆回転可能な状態で支持される。
【００２３】
また、第１取付け座２２の上部左右対称位置からそれぞれ、図６及び図７に示すように、第２取付け座２８側に突出体を構成する棒体３０が突出し、第２取付け座２８の上部には、上記各棒体３０を遊挿可能大きさの大径穴３１がそれぞれ設けられ、該大径穴３１内を上記各棒体３０が貫通している。
また、第第２取付け座２８の幅方向端面上部には、上記大径穴３０内に向けて平行度調整用ネジ３２がそれぞれ螺合している。その平行度調整用調整ネジ３２の各軸部先端が上記棒体３０側面に対向可能に配置されている。
【００２４】
上記第１及び第２取付け座２２，２８によって平行度調整機構Ｂが構成される。
そして、上記第２取付け座２８には、探触子取付け用ボルト穴３３が設けられていて、該ボルト穴３３を通じて送信子１が取り付けられる。
次に、上記取付け構造における、アライメント微調整の方法について説明する。
【００２５】
まず、平行度の微調整について説明する。
対向する受信子２と送信子１との間の平行を調整する場合には、ネジ２９を仮締め状態として、上側一対の平行度調整ネジ３２の螺合量を変化させることで、第１取付け座２２に対し第２取付け座２８がネジ２９を支点にして回転変位する。これによって、受信子２に対し送信子１が平行となるように微調整する。調整が終了したら、上記ネジ２９について本締めを行う。
【００２６】
この平行度の微調整の確認は、次のように行う。
すなわち、送信子１の各素子から同期をとって超音波を送信させて対応する受信子２の各素子で受信させ、その各素子に対応するチャネルでの受信時刻を検出する。この受信時刻は、伝搬時間に対応した時刻である。即ち、受信時刻から送信時刻を減算処理すれば伝搬時間となる。
【００２７】
なお、このアライメント調整の場合には、送受信子１，２間に鋼板３を介挿させずに行っても良い。または、鋼板３を介在させた状態で行っても良い。すなわち、探傷にラインセンサを使用している際にも適宜、本実施形態を実行してアライメントの狂いを検査することができる。また、このアライメント調整時には、例えば各素子に透過波検出回路を一時的に接続して受信時刻を検出するようにすれば良い。
【００２８】
そして、素子の配列方向両端部に対応する１チャンネル及び１０チャンネルでの受信時刻（伝搬時間）を比較し、その時間差がゼロとなるように、平行度調整ネジ３２の螺合量を調整して送信子１側の平行度を微調整する。
例えば、図８のように１０チャンネルの受信信号の受信時刻の方が１チャンネルの受信信号の受信時刻よりも遅い場合には、図９のように、その遅れ時間分だけ１０チャンネル側が相対的に遠いと判定し、（その遅れ時間×媒体中の超音波の伝搬速度）だけ、送受信子１，２間における１０チャンネル側を近づけるか、または１チャンネル側を離すように、平行度調整ネジ３２の進退量を調整し、第２取付け座２８を僅かに回転変位させる。ここで、図４では、鋼板３を介挿した状態で行った場合の例である。
【００２９】
これを各探触子１，２の組について行うことで、各探触子１，２の組の平行度が向上する。
上記のように、１チャンネルと１０チャンネルの超音波受信信号に基づき、当該信号の伝播時間が同じになるようにアライメント調整を実施することにより、対向する送受信子１，２を正確に平行にすることが可能となる。
【００３０】
ここで、上記実施形態では、素子の配列方向両端部に対応する１チャンネルと１０チャンネルでの伝搬時間を利用しているが、これに限定されない。例えば、２チャンネルと９チャンネルでの伝搬時間を利用したりしても良い。但し、両端部に対応する１チャンネルと１０チャンネルでの伝搬時間を利用する方が、ずれ量が大きく検出できるため、精度が向上する。
【００３１】
次に、オフセット微調整の方法について説明する。
張出部２６に回転自在な状態で固定したオフセット用調整ネジ２７を正逆回転させてシム２３に対する軸部の螺合位置を変位させることで、シム２３の上下方向の位置を変位させて微調整する。
例えば、オフセット用調整ネジ２７を右回りに回転させると、当該回転量に比例した量だけシム２３が上方に変位する。このとき、シム２３は基準板２１の傾斜面２１ａに沿って上方に移動することで、当該シム２３の位置、つまり送信子の位置が基準板２１から離れる方向に連続的にオフセットする。
【００３２】
逆に、オフセット用調整ネジ２７を左回りに回転させると、当該回転量に比例した量だけシム２３は下方に変位する。このとき、シム２３は基準板２１の傾斜面２１ａに沿って下方に移動することで、当該シム２３の位置、つまり送信子の位置が基準板２１に接近する方向に連続的にオフセットする。
なお、張出部２６にネジ穴を設け、そのネジ穴に下側からオフセット用調整ネジ２７を螺合させ、その軸先端面をシム２３の下端面に当接させる場合は、以下のようにすればよい。
【００３３】
すなわち、オフセット用調整ネジ２７を正逆回転させて張出部２６に対する軸部の螺合位置を変位させることで、シム２３の上下方向の位置を変位させて微調整する。
例えば、オフセット用調整ネジ２７を右回りに回転させると、当該回転量に比例した量だけ当該オフセット用調整ネジ２７の位置が上方に変位し、当該オフセット用調整ネジ２７の軸部先端でシム２３が押されてオフセット用調整ネジ２７の移動量と同じだけシム２３が上方に変位する。このとき、シム２３は基準板２１の傾斜面２１ａに沿って上方に移動することで、当該シム２３の位置、つまり送信子の位置が基準板２１から離れる方向に連続的にオフセットする。
【００３４】
逆に、オフセット用調整ネジ２７を左回りに回転させると、当該回転量に比例した量だけ当該オフセット用調整ネジ２７の位置が下方に変位し、その分だけ、当該オフセット用調整ネジ２７の軸部先端が、シム２３下端面から下方に変位する。このとき、弾性体２５（皿バネなど）によって第１取付け座２２が基準板２１に向けて付勢されていると共に、傾斜面２１ａが斜め下方を向くように傾いていることから、当該付勢力により、常にシム２３には下方に向かう分力が負荷されていると共に当該シム２３自体の質量によって、オフセット用調整ネジ２７の軸部先端が下方に移動すると、シム２３は調整ネジ２７の軸部先端に当接するまで下方に移動する。この結果、調整ネジ２７の回転量に比例しただけシム２３は下方に変位する。このとき、シム２３は基準板２１の傾斜面２１ａに沿って下方に移動することで、当該シム２３の位置、つまり送信子の位置が基準板２１に接近する方向に連続的にオフセットする。
【００３５】
このように、第１取付け座などの取付け取り外しやシムの交換を繰り返すことなく、調整ネジ２７を回転するだけで、送信子１の取付け板２０に対する水平方向のオフセットが微調整され、受信子２に対し鉛直方向で送信子１が正対するように設定される。
このオフセットの微調整の確認は、次のように行う。
【００３６】
すなわち、送信子１の各素子から同期をとって超音波を送信させて対応する受信子２の各素子で受信させ、その各素子の受信波形を、例えばオシロスコープで見ながら当該受信波形のピーク値が大きくなる方向、及び波形が整形するように、オフセット用調整ネジ２７を回転しシム２３を上下させる。この機構により、連続的にオフセット調整が可能となるから、最適なオフセット位置に調整可能となる。
【００３７】
ここで、本実施形態では、各送信子１及び受信子２をそれぞれ千鳥状に配置しているのは、隣り合う子間での空間の干渉を避けつつ鋼板３の板幅方向全幅での検査を可能とするためである。
また、このように千鳥に各探触子１，２を配置することで、鋼板３の板幅方向全幅での検査を可能であるにも関わらず、取付け板２０における同一の側面に取り付けられる探触子１，２間に空間が確保されて、各探触子１，２についての取付けや、上述のアライメント微調整の作業が容易となる。
【００３８】
また、上記実施形態では、取付け板２０の取付け面２０ａにオフセット調整機構Ａを取り付け、そのオフセット調整機構Ａの可動部（第１取付け座２２）に平行度調整機構Ｂを取り付け、該平行度調整機構Ｂの可動部（第２取付け座２８）に送信子１を取り付けているが、これに限定されない。
例えば、取付け板２０の取付け面２０ａに平行度調整機構Ｂを取り付け、その平行度調整機構Ｂの可動部にオフセット調整機構を取り付け、該オフセット調整機構Ａの可動部に探触子１，２を取り付けるように構成しても良い。
【００３９】
また、上記実施形態では、取付けのネジ２９が、平行度調整機構Ｂの回転の支点を兼ねるようにしているが、これに限定しない。
また、上記実施形態では、突起体として左右一対の棒体３０を設けた場合を例示しているが、これに限定されず、突起体は１つでも良い。この場合には、突起体に対し、左右両側から平行度調整ネジ３２の軸部先端を当接させて突起体の回転方向の位置を規制すればよい。また、上記実施形態では突起体を上部に設けているが側方に設けても良い。要は、上記平行度調整ネジ３２の軸がネジ２９の方向（径方向）に向いていなければ、回動変位を調整可能である。
【００４０】
また、上記実施形態では、送信子１側のアライメントを微調整しているが、受信子２側のアライメントを微調整しても良い。
また、上側に受信子２が配置され、下側に送信子１が配置されても良い。また送信子１と受信子２とを入れ違い（例えば上側は幅方向に送信子１−受信子２−送信子１・・・と並び、下側は受信子２−送信子１−受信子２・・・と並ぶ）に配しても良い。
【００４１】
また、ラインフォーカス型の探触子を例に説明しているが、スポット型の探触子であっても適用可能である。但し、ラインフォーカス型探触子のアライメント調整に有効な発明である。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明を採用すると、簡単に且つ連続的に探触子のアライメント調整が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る送受信子の概念図である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係る各探触子の配置例を示す図である。
【図３】本発明に基づく実施形態に係る子が枠体に支持されている状態を示す図である。
【図４】本発明に基づく実施形態に係る送信子の配設構造を示す下面図である。
【図５】本発明に基づく実施形態に係る送信子の取付け構造を示す図である。
【図６】本発明に基づく実施形態に係る平行度調整機構を示す斜視図である。
【図７】本発明に基づく実施形態に係る第２取付け座を示す正面図である。
【図８】受信時刻のずれの一例を示す図である。
【図９】図８の場合の送受信子の状態を示す図である。
【符号の説明】
Ａ    オフセット調整機構
Ｂ    平行度調整機構
１    送信子（探触子）
２    受信子（探触子）
３    鋼板（金属板）
６ａ〜６ｊ  電気パルス発生器
７    同期信号発生器
８ａ〜８ｊ  受信増幅器
９ａ〜９ｊ  ゲート回路
１０ａ〜１０ｊ  コンパレータ
１１  枠体
１１ａ  上側アーム
１１ｂ  下側アーム
２０  取付け板
２０ａ  取付け面
２１    基準板
２１ａ  傾斜面
２２    第１取付け座（第１の板材）
２３    シム
２４    ボルト
２５    弾性体
２６    張出部
２７    オフセット用調整ネジ
２８    第２取付け座（第２の板材）
２９    ネジ（支点）
３０    棒体（突出体）
３１    大径穴
３２    平行度調整ネジ
【図１】
0003614112.tif 000002
【図２】
0003614112.tif 000003
【図３】
0003614112.tif 000004
【図４】
0003614112.tif 000005
【図５】
0003614112.tif 000006
【図６】
0003614112.tif 000007
【図７】
0003614112.tif 000008
【図８】
0003614112.tif 000009
【図９】
0003614112.tif 000010