(57)【要約】【課題】  超音波精密位置決め装置の移動精度及び速度安定性を高めると共に、超音波精密位置決め装置の小型、軽量化を図った超音波検査装置を提供する。【解決手段】  Ｘ軸方向に往復動作し、Ｙ軸方向にステップ動作を行なってスキャニングを行う超音波センサ３によって、水没状態に置かれた検査体３６に超音波３７を照射し、該検査体３６から反射されてくる超音波３７を検出するように構成された超音波検査装置１に於いて、前記超音波センサ３に前記Ｘ軸方向の往復動作を行わせるため第１シャフトモータ１０を設けた超音波検査装置を提供する。【選択図】  図２
2006208218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸方向に往復動作し、Ｘ軸に直交するＹ軸方向にステップ動作を行なってスキャニングを行う超音波センサによって、水没状態に置かれた検査体に超音波を照射し、該検査体から反射されてくる超音波を検出するように構成された超音波検査装置に於いて、前記超音波センサに前記Ｘ軸方向の往復動作を行わせるため第１シャフトモータを設けたことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項２】
Ｘ軸方向に往復動作し、Ｘ軸に直交するＹ軸方向にステップ動作を行なってスキャニングを行う超音波センサによって、水没状態に置かれた検査体に超音波を照射し、該検査体から反射されてくる超音波を検出するように構成された超音波検査装置に於いて、前記超音波センサに前記Ｘ軸方向の往復動作を行わせるため第１シャフトモータを設けると共に、該超音波センサにＹ軸方向のステップ動作を行わせるための第２シャフトモータを設けたことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項３】
上記第１シャフトモータの動作を検出すべくリニアエンコーダを設け、リニアエンコーダによるフルクローズ制御により、該第１シャフトモータの動作を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波検査装置に関するものであり、特に、超音波精密位置決め装置の移動精度及び速度安定性を高めると共に、超音波精密位置決め装置の小型、軽量化を図った超音波検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の産業用位置決め装置は、通常エンコーダフィードバックによるサーボシステムで構成される。エンコーダ分解能とサーボコントロールの工夫により、ある特定位置への位置決め精度は非常に高い。
【０００３】
然しながら、従来の産業用位置決め装置は、指定した位置に移動したことを確認した上で作業（加工や計測）をするものであり、各計測点に移動した後でなければ、精密な計測は不可能である。
【０００４】
位置決め装置の動作状態として次の４つの状態がある。即ち、「加速過程」、「定速過程」、「減速過程」、「停止状態」があるが、短時間に計測結果を得るためには、「停止状態」以外の異なる３つの動作状態に於いても計測可能なことが望まれる。
【０００５】
一方、超音波用位置決め装置は、指定した位置に移動して計測するのではなく、移動中に一定間隔で計測する。
【０００６】
そして、超音波用位置決め装置は、直交座標系（Ｘ・Ｙ・Ｚ軸）に超音波センサを移動させ、検査体の欠陥検査や測定を行う方法が一般的である。
【０００７】
又、従来の超音波精密位置決め装置は、直交軸の駆動方法として、ステッピングモータやサーボモータ等の回転軸から出力された回転力を、チェーンやベルト、ボールネジ、ギヤ等に伝達する間接駆動方式により直線動作を実現している。
【０００８】
然しながら、これらの方式では、バックラッシ等を除去するために部品に圧力（与圧）を加え、すき間を無くす目的の施工を行うが、これにより摩擦力や推力の変動が起こり、速度の不安定性や遅延、振動等により、「指令位置」と「データ計測位置」とを完全に一致させることが困難であった。
【０００９】
そこで、超音波センサをＸ軸方向に往復動作させる駆動源として、リニアモータを使用する方法がある。
【００１０】
リニアモータは、直線に配列した板状の磁石群と、磁石群に対して対向する位置に配置されるコイルとにより構成される。そして、コイルから成る可動子のタイプとして、例えば、（１）コア（鉄心）にコイルを巻いたもの、（２）コアに巻いたコイルの両側に、向き合った異極の磁石を配置しコアとの吸着力を相殺する磁気吸着力相殺タイプ、（３）鉄心を使わず、正確に巻かれたコイルを樹脂等で固めたコアレス及び磁気吸着力相殺タイプが知られている。
【００１１】
然しながら、前記（１）のタイプは、磁石とコアが磁力により引き合うため、磁石とコイルとのギャップを保持するためのガイドに大きな負荷がかかり、ガイドの転動体の消耗や可動時のコギンング、速度むらが発生する。
【００１２】
（２）のタイプは、（１）のタイプで生じる現象を軽減したものであるが、磁石とコイルと磁石の位置関係に於いて、コイルの位置が片方の磁石に寄れば、磁石のバランスがくずれ、吸着力が発生することになり、吸着力が発生すれば、前記（１）と同様の現象が発生する。
【００１３】
（３）のタイプは（１）のタイプで生じる現象を解決したものである。
然しながら、（３）のタイプに於いても、リニアモータは平面で磁束を得るため、寸法が大きくなる問題があり、それに伴い大きな可動子を保持するため、或いは、コイルと磁石とのギャップ等による性能の変動を抑制すべく剛性が要求されるため、重量が増加するという問題がある。
【００１４】
又、従来のリニアモータでも、リニアエンコーダによるフルクローズ制御により、リニアエンコーダの分解性能に依存した微細な動作が可能なものもあったが、速度安定性や小型性、軽量性に於いて更に改良が望まれている。
更に、従来のリニアモータでは、磁界の均一性が移動範囲全般で保てないため移動中の精度が悪いという問題がある。
【００１５】
尚、従来の超音波検査装置として、例えば、特許文献１及び特許文献２等が公開されているが、これらの文献には、駆動源に関する記載は省略されている。
【特許文献１】特開平６−２２９９８７号公報
【特許文献２】特開平６−３３１６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
前述したように、リニアモータは平面で磁束を得るため、寸法が大きくなる問題があり、それに伴い剛性が要求され、その結果重量が増加するという問題がある。
【００１７】
又、従来のリニアモータは、リニアエンコーダの分解性能に依存した微細な動作が可能なものもあったが、速度安定性や小型性、軽量性に於いて更に改良が望まれている。
更に、従来のリニアモータでは、磁界の均一性が移動範囲全般で保てないため移動中の精度が悪いという問題がある。
【００１８】
以上の現状に鑑み、本発明は、超音波精密位置決め装置の移動精度及び速度安定性を高めると共に、超音波精密位置決め装置の小型、軽量化を図った超音波検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の課題を解決すべく、本発明は以下の構成を提供する。
請求項１に係る発明は、Ｘ軸方向に往復動作し、Ｘ軸に直交するＹ軸方向にステップ動作を行なってスキャニングを行う超音波センサによって、水没状態に置かれた検査体に超音波を照射し、該検査体から反射されてくる超音波を検出するように構成された超音波検査装置に於いて、前記超音波センサに前記Ｘ軸方向の往復動作を行わせるため第１シャフトモータを設けたことを特徴とする超音波検査装置を提供するものである。
【００２０】
請求項２に係る発明は、Ｘ軸方向に往復動作し、Ｘ軸に直交するＹ軸方向にステップ動作を行なってスキャニングを行う超音波センサによって、水没状態に置かれた検査体に超音波を照射し、該検査体から反射されてくる超音波を検出するように構成された超音波検査装置に於いて、前記超音波センサに前記Ｘ軸方向の往復動作を行わせるため第１シャフトモータを設けると共に、該超音波センサにＹ軸方向のステップ動作を行わせるための第２シャフトモータを設けたことを特徴とする超音波検査装置を提供するものである。
【００２１】
請求項３に係る発明は、上記第１シャフトモータの動作を検出すべくリニアエンコーダを設け、リニアエンコーダによるフルクローズ制御により、該第１シャフトモータの動作を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波検査装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の請求項１記載の発明によれば、Ｘ軸方向に往復動作し、Ｘ軸に直交するＹ軸方向にステップ動作を行なってスキャニングを行う超音波センサによって、水没状態に置かれた検査体に超音波を照射し、該検査体から反射されてくる超音波を検出するように構成された超音波検査装置に於いて、前記超音波センサに前記Ｘ軸方向の往復動作を行わせるため第１シャフトモータを設けた超音波検査装置を提供するので、第１シャフトモータによって超音波精密位置決め装置のＸ軸方向への移動精度及び速度安定性を高めることができると共に、超音波精密位置決め装置を小型、軽量化することが可能である。
【００２３】
請求項２記載の発明によれば、Ｘ軸方向に往復動作し、Ｘ軸に直交するＹ軸方向にステップ動作を行なってスキャニングを行う超音波センサによって、水没状態に置かれた検査体に超音波を照射し、該検査体から反射されてくる超音波を検出するように構成された超音波検査装置に於いて、前記超音波センサに前記Ｘ軸方向の往復動作を行わせるため第１シャフトモータを設けると共に、該超音波センサにＹ軸方向のステップ動作を行わせるための第２シャフトモータを設けた超音波検査装置を提供するので、第１シャフトモータ及び第２シャフトモータによって超音波精密位置決め装置のＸ軸及びＹ軸方向への移動精度及び速度安定性を高めることができると共に、超音波精密位置決め装置を更に小型、軽量化することが可能である。
【００２４】
請求項３記載の発明によれば、上記第１シャフトモータの動作を検出すべくリニアエンコーダを設け、リニアエンコーダによるフルクローズ制御により、該第１シャフトモータの動作を制御するように構成されているので、請求項１又は２記載の発明の効果に加え、リニアエンコーダの分解性能を細かくすることにより、超音波センサの検査精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、実施例を示した図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
図１及び図２に於いて、１は本発明の超音波検査装置であり、超音波検査装置１は、上方及び前方開放の筐体２内の上部に、超音波センサ３を備え、超音波センサ３は超音波センサ固定部品４に固定され、超音波センサ固定部品４と共に、図に示す互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に摺動自在に構成されている。
【００２６】
超音波センサ固定部品４はＺ軸可動側ユニット５に固定され、Ｚ軸可動側ユニット５は、Ｚ軸固定側ユニット６に摺動自在に配設され、Ｚ軸モータ７の駆動によってＺ軸ボールネジ８を介して摺動するように構成されている。
【００２７】
Ｚ軸固定側ユニット６は、図３及び図４に示す如く、Ｘ軸スライダー９に固定されており、Ｘ軸スライダー９はＸ軸方向に摺動する第１シャフトモータ１０の可動子１１に固定され、可動子１１は第１シャフトモータ１０のシャフト１２に遊嵌してシャフト１２を摺動するように構成されている。尚、第１シャフトモータ１０の可動子１１は内部に円筒状に巻いたコイル（図示せず）を有し、第１シャフトモータ１０シャフト１２は内部に円筒状の磁石が積層されている。
又、Ｘ軸スライダー９は両側部に設けられたリニアガイドブロック１３，１３を介して、リニアガイドレール１４，１４に摺動自在に架設され、第１シャフトモータ１０の動作を直線案内するように構成されている。
【００２８】
第１シャフトモータ１０のシャフト１２の両端は、第１シャフトモータ１０を被蔽する箱状のカバー１５の両端部の内壁に取り付けたシャフト固定部品１６，１６に回転自在に枢支され、図２に示す如く、カバー１５は両端をＹ軸スライダー１７，１７に固定され、Ｙ軸スライダー１７はＹ軸方向に摺動する第２シャフトモータ１８の可動子１９に固定され、可動子１９は第２シャフトモータ１８のシャフト２０に遊嵌してシャフト２０を摺動するように構成されている。尚、可動子１９は前記可動子１１と同様に構成され、シャフト２０は前記シャフト１２と同様に構成されている。
【００２９】
又、Ｙ軸スライダー１７は下端部に設けられたリニアガイドユニット２１を介して、リニアガイドレール２２に摺動自在に設けられている。
【００３０】
更に、前記Ｚ軸固定側ユニット６に図４に示す配線中継ボックス２３が設けられ、配線中継ボックス２３の下端部に前記超音波センサ３の可動範囲限界位置を検出する可動範囲限界位置検出センサ２４及び超音波センサ３の原点位置を検出する原点位置検出センサ２５が配設されている。
【００３１】
更に又、前記Ｘ軸スライダー９の下端部に前記超音波センサ３の移動位置を検出するための検出ヘッドユニット２６が配設され、前記リニアガイドブロック１３，１３が設けられるフレーム２７の下端部にスケールユニット２８が配設され、検出ヘッドユニット２６とスケールユニット２８とによってリニアエンコーダ２９が構成され、検出ヘッドユニット２６に備えられた検出ヘッド（図示せず）で検出した位置情報信号をリアルタイム出力するように構成されている。
【００３２】
そして、前記Ｚ軸モータ７、第１シャフトモータ１０及び第２シャフトモータ１８が、図１に示す如く、前記配線中継ボックス２３、及びケーブルベア３０及び３１等内を貫通する配線３２を介して、前記筐体２外に設置される制御装置３３に接続されており、制御装置３３によってＺ軸モータ７、第１シャフトモータ１０及び第２シャフトモータ１８が制御されるように構成されている。
【００３３】
尚、前記超音波センサ３をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に摺動させる前記第１シャフトモータ１０、第２シャフトモータ１８及びＺ軸モータ７等の機構、及び、超音波センサ３の位置を検出する可動範囲限界位置検出センサ２４、原点位置検出センサ２５、リニアエンコーダ２９等の検出手段によって超音波精密位置決め装置３４が構成される。
【００３４】
一方、前記筐体２内の底部であって、前記超音波センサ３の下方に水槽３５が設置され、水槽３５内の底部に検査体３６を置き、検査体３６を水没させる如く、水槽３５内に水Ｗを貯留させる。尚、検査体３６は、ＩＣチップ、セラミック、鋳物、樹脂、複合材料又は各種金属材料等の任意の部品、又は、材料である。
【００３５】
而して、前記制御装置３３の制御によりＺ軸モータ７を駆動して、Ｚ軸可動側ユニット５を摺動させ、超音波センサ３をＺ軸方向に前記検査体３６の測定開始位置に移動させ、前記制御装置３３の制御により第２シャフトモータ１８を駆動して、Ｙ軸スライダー１７を摺動させ、超音波センサ３をＹ軸方向に前記検査体３６の測定開始位置に移動させ、前記制御装置３３の制御により第１シャフトモータ１０を駆動して、Ｘ軸スライダー９を摺動させ、超音波センサ３をＸ軸方向に前記原点位置検出センサ２５が検出する前記検査体３６の測定開始位置に移動させる。
【００３６】
そして、図２に示す如く、前記超音波センサ３から、水没状態に置かれた検査体３６に超音波３７を照射し、検査体３６から反射されてくる超音波３７を検出しながら、前記制御装置３３の制御により第１シャフトモータ１０を駆動して、Ｘ軸スライダー９を摺動させ、超音波センサ３をＸ軸方向に所定寸法移動させて停止させ、前記制御装置３３の制御により第２シャフトモータ１８を駆動して、Ｙ軸スライダー１７を０．０１〜１ｍｍ程度ステップ動作させる。
【００３７】
尚、前記第１シャフトモータ１０の動作は、リニアエンコーダ２９によって検出され、リニアエンコーダ２９によるフルクローズ制御（直動機構を高精度に制御するため、機構の可動テーブルにリニアスケール等の直動位置検出手段を取り付け、検出手段の出力を用いて行う位置制御）により制御される。これにより、リニアエンコーダ２９の分解性能に依存した微細な動作が可能である。
【００３８】
次に、前記制御装置３３の制御により第１シャフトモータ１０を駆動して、Ｘ軸スライダー９を前述の摺動と反対方向に所定寸法摺動させて停止させ、前記制御装置３３の制御により第２シャフトモータ１８を駆動して、Ｙ軸スライダー１７を前述のステップ動作と同寸法、同方向にステップ動作させる。
【００３９】
前述の動作を繰り返すことにより、前記超音波センサ３によって検査体３６をスキャニングする。
【００４０】
超音波センサ３によって検出された信号は制御装置３３で解析されて、制御装置３３に備えた表示装置３８に画像として表示され、この画像によって検査体３６の内部欠陥（ボイド、クラック、接着不良、界面層間剥離等）の検出や欠陥等の位置、及び、検査体の厚さや深さの計測、及び、形状の観察等を行うことができる。
【００４１】
斯くして、前記超音波検査装置１は、前記超音波センサ３にＸ軸方向の往復動作を行わせるため第１シャフトモータ１０を設けたので、Ｘ軸方向への移動精度及び速度安定性を高めることができると共に、超音波検査装置１の超音波精密位置決め装置３４を小型、軽量することが可能である。
【００４２】
又、前記超音波検査装置１は、第１シャフトモータ１０を設けたことにより超音波精密位置決め装置３４の「加速過程」、「定速過程」、「減速過程」及び「停止状態」の４つの動作状態で超音波による計測が可能である。
【００４３】
更に、前記超音波検査装置１は、Ｙ軸方向の動作を行わせるため第２シャフトモータ１８を設けたので、Ｙ軸方向への移動精度及び速度安定性を高めることができると共に、超音波検査装置１の超音波精密位置決め装置３４を更に小型、軽量化することが可能である。
【００４４】
更に又、前記超音波検査装置１は、第１シャフトモータ１０の動作をリニアエンコーダ２９のフルクローズ制御により、実現しているため、例えば、リニアエンコーダ２９の分解性能が０．１ｎｍであれば０．１ｎｍの微細動作が実現できる等、検査体におけるナノレベルの微小な欠陥の特定や状態の取得が可能になる。
【００４５】
そして、第１シャフトモータ１０及び第２シャフトモータ１８を用いた本発明の超音波検査装置１の超音波精密位置決め装置３４は、従来例のステッピングモータやサーボモータ等の回転軸から出力された回転力を、チェーンやベルト、ボールネジ、ギヤ等に伝達する間接駆動方式により直線動作を実現していた超音波精密位置決め装置に比較して、バックラッシが無く、速度安定性が優れているため、与圧等による駆動力の消費、分散がなく、これにより推力や速度の変動を解消することができ、高い検出精度或いは計測精度を得ることができる。
【００４６】
又、第１シャフトモータ１０及び第２シャフトモータ１８は水中での使用が可能であり、従来では不可能だったアプローチ（探傷方法）や応用が期待できる。
【００４７】
更に、従来のリニアモータを用いた超音波検査装置と本発明の超音波検査装置１とを比較した場合に於いても、従来のリニアモータを用いた超音波検査装置は、磁界の均一性が移動範囲全般に保てないため移動中の精度が悪いが、第１シャフトモータ１０及び第２シャフトモータ１８を用いた本発明の超音波検査装置１は、移動範囲全般に及んで磁界の均一性が保てるため、移動中の検出精度が高い。
【００４８】
更に又、従来のリニアモータを用いた超音波検査装置はリニアエンコーダによるフルクローズ制御によりリニアエンコーダの分解性能に依存した微細な動作が可能なものもあるが、第１シャフトモータ１０及び第２シャフトモータ１８を用いた本発明の超音波検査装置１が、速度安定性や小型性、軽量性に於いて優れている。
【００４９】
そして、従来のリニアモータを用いた超音波精密位置決め装置に比べ、本発明の超音波検査装置１の超音波精密位置決め装置３４は、小型化や軽量化が図れるため、装置設計の応用性が拡大する。
【００５０】
尚、前記超音波検査装置１に於いては、第１シャフトモータ１０及び第２シャフトモータ１８を用いたが、第２シャフトモータ１８に代えて他のモータを用いることも可能であり、然る時も、第１シャフトモータ１０を用いることによる利点が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による超音波検査装置の斜視図である。
【図２】本発明による超音波検査装置の一部切欠正面図である。
【図３】本発明による超音波検査装置の一部切欠側面図である。
【図４】（ａ）本発明による超音波検査装置の一部正面図である。（ｂ）本発明による超音波検査装置の一部側面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  超音波検査装置
３  超音波センサ
１０  第１シャフトモータ
１８  第２シャフトモータ
２９  リニアエンコーダ
３６  検査体
３７  超音波
【図１】
2006208218.tif 000003
【図２】
2006208218.tif 000004
【図３】
2006208218.tif 000005
【図４】
2006208218.tif 000006