(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波探触子に所定の間隔をあけて少なくとも１対の光学式非接触面内変位センサを設けること、試験体表面上において前記探触子の移動基準位置を定めること、前記各センサの移動位置をＸＹ直角座標で記録すること、および前記各センサの座標位置の関数として前記探触子の位置および首振り量を算出することからなる、超音波探触子の位置・首振り量の測定方法。
【請求項２】
前記各センサの座標位置の関数は、下記の式によって定める、請求項１に記載の測定方法。
Ｘ方向位置＝δＸａ−ｍ・ｓｉｎθ
Ｙ方向位置＝δＹａ＋ｍ・ｃｏｓθ
首振り量θ＝ｓｉｎ-1｛（δＸａ−δＸｂ）/Ｌ｝
ただし、Ｌは１対のセンサ間距離、
ｍは一方のセンサから試験体表面入射点までの距離、
δＸａは一方のセンサのＸ方向移動距離、
δＸｂは他方のセンサのＸ方向移動距離、
δＹａは一方のセンサのＹ方向移動距離である。
【請求項３】
超音波探触子と、該探触子に所定の間隔をあけて取り付けられた少なくとも１対の光学式非接触面内変位センサと、試験体表面上において前記探触子の移動基準位置を定める始動スイッチと、位置信号を出力する出力端子と、探傷信号を出力する出力端子とからなる、超音波探触子の位置・首振り量の測定装置。
【請求項４】
前記センサが前記超音波探触子の前後側面に取り付けられている、請求項３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記センサが前記超音波探触子の左右側面に取り付けられている、請求項３に記載の測定装置。
【請求項６】
前記センサが前記超音波探触子の前後側面の一方と左右側面の一方とに取り付けられている、請求項３に記載の測定装置。
【請求項７】
前記センサが前記超音波探触子の前後側面および左右側面にそれぞれ１対ずつ取り付けられている、請求項３に記載の測定装置。
【請求項８】
前記センサが前記超音波探触子の前後側面に１対および左右側面に２対それぞれ取り付けられている、請求項３に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波探触子の位置および首振り量を測定する方法ならびに装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波探傷試験において、探傷結果を解析し、反射源の位置を特定し、探傷結果を画像化するためには、超音波探触子の位置データ（基準点からの移動量）が必要になる。また、探触子の首振り走査については、手動探傷で主に用いられているが、従来の探傷方法では定量的に首振り量を検出することが困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
超音波探触子の位置を検出する方法の１つに、スケール（物差し）等を用いて直接測定する方法がある。これは、主に手動探傷試験で使用されている方法で、試験の効率化、精度、再現性等に問題があった。また、センサを用いて検出する方法には、探触子と検出センサとを一体化した検出方法と、探触子をセンサから分離した（すなわち、外部センサを利用する）検出方法とがある。
【０００４】
前者の一体型検出方法は、（１）コンピュータのマウスに類似したものに探触子を組み込み、マウス内の球と試験体とが接触し、探触子が移動すると球が回転する方式がある。この球の回転量を、球に接触した２個のエンコーダで検出し、縦方向および横方向の移動量を検出する。この一体型検出方法には、さらに、（２）試験体表面にバーコードを付着し、バーコードのセンサで移動量を検出する方式がある。
【０００５】
しかし、この一体型検出方法においける（１）の方式では、接触媒質があると、試験体とマウスの球との接触部、またはマウスの球とエンコーダとの接触部に接触媒質が入り込み、摩擦係数が低下して球が空滑りし、移動量が検出できなくなる。また、（２）の方式では、試験体表面にバーコードがあると表面状態が変化し、探傷試験結果に影響を与えるので、バーコードを付着した部分を試験することができない。また、試験体表面にバーコードを付着させる必要があるため、バーコードを付着した場所以外の任意の場所に適用できない。バーコードの特性上、一次元の移動量のみしか測定できない。上記（１）、（２）のいずれの方式も探触子の首振り量を検出できない。
【０００６】
一方、後者の分離型（外部センサ利用）検出方法は、次の５つの方式がある。（１）探触子を外部から制御して走査し、移動量検出用のセンサも外部に配置する  （主に自動探傷）方式。探触子の移動量を間接的に測定する。
（２）探触子の位置をスケール（物差し）で測定する（手動探傷）方式。
（３）探触子にＬＥＤ等のマークを付し、外部に配置した複数のカメラで探触子の位置を三角測量の原理にもとづいて計算し、移動量を検出する方式。
（４）音波を用いて（３）と同様の原理で探触子の位置を測定する方式。
（５）ワイヤ式エンコーダを２個用いて探触子の移動量を検出する方式（特開平９−２７４０２４号公報）。
【０００７】
これらの方式はいずれもマウスと超音波探触子とが一体でないので、構造が複雑になり、直接の測定ができない。
したがって、本発明の目的は、試験体に非接触で、探触子の相対的な位置（または移動量）および探触子の首振り量を測定する方法および装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波探触子の位置・首振り量の測定方法は、超音波探触子に所定の間隔をあけて少なくとも１対の光学式非接触面内変位センサを設けること、試験体表面上において前記探触子の移動基準位置を定めること、前記各センサの移動位置をＸＹ直角座標で記録すること、および前記各センサの座標位置の関数として前記探触子の位置および首振り量を算出することからなる。
【０００９】
前記各センサの座標位置の関数は、下記の式によって定める。
Ｘ方向位置＝δＸａ−ｍ・ｓｉｎθ
Ｙ方向位置＝δＹａ＋ｍ・ｃｏｓθ
首振り量θ＝ｓｉｎ-1｛（δＸａ−δＸｂ）/Ｌ｝
ただし、Ｌは１対のセンサ間距離、
ｍは一方のセンサから試験体表面入射点までの距離、
δＸａは一方のセンサのＸ方向移動距離、
δＸｂは他方のセンサのＸ方向移動距離、
δＹａは一方のセンサのＹ方向移動距離である。
【００１０】
本発明の超音波探触子の位置・首振り量の測定装置は、超音波探触子と、探触子に所定の間隔をあけて取り付けられた少なくとも１対の光学式非接触面内変位センサと、試験体表面上において探触子の移動基準位置を定める始動スイッチと、位置信号を出力する出力端子と、探傷信号を出力する出力端子とからなる。
【００１１】
センサは、超音波探触子の前後側面または左右側面に取り付けられることが好ましい。さらに、センサが超音波探触子の前後側面の一方と左右側面の一方とに取り付けられてもよく、センサが超音波探触子の前後側面および左右側面にそれぞれ１対ずつ取り付けられてもよく、センサが超音波探触子の前後側面に１対および左右側面に２対それぞれ取り付けられていもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１−６を参照して、本発明の超音波探触子の位置・首振り量の測定方法および装置の実施例について説明する。
【００１３】
本発明の超音波探触子の位置・首振り量の測定装置は、図１−４に示すように、
超音波探触子１と、その探触子１に所定の間隔をあけて取り付けられた少なくとも１対の光学式非接触面内変位センサ２ａ、２ｂと、試験体３の表面上において探触子１の移動基準位置を定める始動スイッチ４と、位置信号を出力する出力端子５と、探傷信号を出力する出力端子６とからなる。ここで、面内変位とは、平面または曲面にそった変位をいう。
【００１４】
図１に示すように、出力端子５はコンピュータ７に接続され、また、出力端子６は超音波探傷機８に接続される。コンピュータ７は超音波探傷機８に接続されていて、相互に信号のやりとりをする。超音波探傷機１の内部には、振動子１１が設けられている。
【００１５】
超音波探傷試験を行うときに、超音波探触子１に付けたスイッチ４によって特定の位置を基準位置として指定し、出力端子５を通じてスイッチ４の信号をコンピュータ７に出力する。このとき、センサ２ａ、２ｂの出力を初期値に戻す。センサ２ａ、２ｂから出力される変位はセンサの移動量を示し、出力端子５を通じて電気信号としてコンピュータ７に出力する。センサ２ａ、２ｂは、超音波探触子１の上下面を除く周囲の側面に固定される。図１に示す例では、センサ２ａ、２ｂは超音波探触子１の前後側面に固定されており、それぞれ所定の距離Ｌだけ離間して配置される。
【００１６】
図４は、本発明にもとづく超音波探触子１の各種変更例を示す平面図である。センサ２ａ、２ｂは、超音波探触子１の前後面に固定されるか（図４の（Ａ））、左右側面に固定されるか（図４の（Ｂ）または（Ｄ））、前後側面のうちの一方と左右側面のうちの一方に固定されるか（図４の（Ｃ）または（Ｅ））、前後側面および左右側面にそれぞれ１対ずつ固定されるか（図４の（Ｆ）または（Ｇ））、前後側面に１対および左右側面に２対それぞれ固定されてもよい（図４の（Ｈ））。
【００１７】
本発明の超音波探触子の位置・首振り量の測定方法は、超音波探触子１に所定の間隔Ｌをあけて少なくとも１対の光学式非接触面内変位センサ２ａ、２ｂを設けること、試験体３の表面上において探触子１の移動基準位置を定めること、各センサ２ａ、２ｂの移動位置をＸＹ直角座標で記録すること、各センサ２ａ、２ｂの座標位置の関数として探触子１の位置および首振り量を算出することからなる。
【００１８】
コンピュータ７は、センサ２ａ、２ｂから出力端子５をかいして出力された電気信号を受け、本発明の方法にもとづいて、超音波探触子１の位置および首振り量を次のように計算する。
【００１９】
図４、５を参照して、本発明にもとづく超音波探触子１の位置および首振り量の測定方法を説明する。以下の計算では、一例としてセンサ２ａ、２ｂは探触子１の前後側面に取り付け、センサ２ａ、２ｂ間の距離をＬとし、センサ２ａから試験体３の表面上入射点までの距離をｍとする。また、首振り角度は時計回りを正とする。なお、センサの配置が変わる場合についても、同様の原理で計算できる。
【００２０】
特定の位置（例えば、測定開始点、始動開始点等）を基準位置と定め、基準位置から各センサ２ａ、２ｂが移動した量のＸ、Ｙ成分を、センサ２ａについてはδＸａ、δＹａとし、センサ２ｂについてはδＸｂ、δＹｂとする。
【００２１】
探触子１が首振り走査をしない場合には、δＸａ＝δＸｂ、δＹａ＝δＹｂとなる。そのときの探触子１の移動量は各成分についてそれぞれδＸａ、δＹａとなる。
【００２２】
一方、探触子１が首振り走査（首振り角度θ）をした場合には、δＸａ≠δＸｂまたはδＹａ≠δＹｂとなる。首振り量θは、ｓｉｎ-1｛（δＸａ−δＸｂ）/Ｌ｝またはｃｏｓ-1［｛Ｌ−（δＹａ−δＹｂ）｝/Ｌ］となる。首振りがあるときの探触子１の移動量はＸ成分がδＸａ−ｍ・ｓｉｎθ、Y成分がδＹａ＋ｍ・ｃｏｓθとなる。
【００２３】
以上の結果を整理して、探触子の位置および首振り量の測定フローチャートを図５に示す。
本発明においては、センサの取付け位置は図４に示すように各種変更例が考えられるが、いずれの例においても基本的には上述した計算式が適用されうる。
【００２４】
本発明は、金属材料、金属の溶接部の超音波探傷試験、セラミックス、複合材料等の超音波探傷試験に適用できる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、下記の効果が得られる。
（１）超音波探傷試験において、首振り量の定量測定が可能となり、傾斜した欠陥の検出ならびに定量的な評価が可能となる。
（２）手動探傷において、従来スケール（ものさし）で測定していた探触子の位置を、スケールを使わずに測定できるようになり、探傷作業の効率化、精度、信頼性、再現性を向上できる。
（３）手動探傷において、探傷結果の記録性が向上し、自動ＵＴが困難な部位においても探傷結果を画像化できるようになり、探傷結果の記録性、再現性、信頼性が向上する。
（４）曲面や三次元的な形状を有する部位においても、表面形状にそって探触子の移動量を直接計測することができ、探傷結果の記録性、再現性が向上できる。
（５）非接触の光学センサを用いることにより、試験体表面に接触媒質が付着していても探触子の移動量が測定可能となり、探傷結果の記録性、再現性が向上できる。
（６）試験体表面にバーコード状の模様を付着するなどの処理が不用になり、探傷結果の信頼性、記録性、再現性が向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波探触子の正面図である。
【図２】図１に示す超音波探触子の一方の端面側から見た斜視図である。
【図３】図１に示す超音波探触子の底面側から見た斜視図である。
【図４】本発明にもとづく超音波探触子の各種変更例を示す平面図である。
【図５】本発明にもとづく超音波探触子の移動量および首振り量の測定原理を示す説明図である。
【図６】本発明にもとづく超音波探触子の移動量および首振り量の計算手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１：超音波探触子、  ２ａ、２ｂ：センサ、  ３試験体、  ４始動スイッチ、
５：出力端子、  ６出力端子、  ７：コンピュータ、  ８：超音波探傷機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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