(57)【要約】【課題】  高温蒸気配管等の管状構造物き裂欠陥を自動的に精度よく探傷することができる管状構造物用の自動超音波探傷装置を提供することを目的とする。【解決手段】  検査対象である管状構造物２の外周に沿って周方向へ移動可能であり、この管状構造物２に生じているき裂欠陥を探触する超音波探触子４４（５８）を搭載した探触子ホルダユニット４（５）と、管状構造物２の外周に沿って周方向へ移動可能であり尚かつ移動のための駆動源１１を備えた駆動ユニット３と、該駆動ユニット３と探触子ホルダユニット４，５との間に介在するガイド台車ユニット６と、該ガイド台車ユニット６、探触子ホルダユニット４，５および駆動ユニット３の間の少なくともいずれかの個所に介在し隣り合うユニット３〜６どうしを連結する連結部材７と、管状構造物２の周方向に伸縮可能な装置締付部材８とを備えている。【選択図】        図１
2006170685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象である管状構造物の外周に沿って周方向へ移動可能であるとともにこの管状構造物に生じているき裂欠陥を探触する超音波探触子を搭載した探触子ホルダユニットと、前記管状構造物の外周に沿って周方向へ移動可能であり尚かつ移動のための駆動源を備えた駆動ユニットと、該駆動ユニットと前記探触子ホルダユニットとの間に介在する同じく前記管状構造物の外周に沿って周方向へ移動可能なガイド台車ユニットと、該ガイド台車ユニット、前記探触子ホルダユニットおよび前記駆動ユニットの間の少なくともいずれかの個所に介在し隣り合うユニットどうしを連結する連結部材と、前記管状構造物の周方向に伸縮可能な装置締付部材とを備えるとともに、前記探触子ホルダユニット、駆動ユニット、ガイド台車ユニット、連結部材および装置締付部材が前記管状構造物の周方向に連結されて環状であり、これらが前記管状構造物の外周に沿って周囲を周方向に走行しこの走行時あるいは停止時に前記管状構造物のき裂欠陥の自動探傷を行うことを特徴とする管状構造物用の自動超音波探傷装置。
【請求項２】
前記管状構造物を周回するように設置される軌道タイミングベルトと、この軌道タイミングベルトに噛み合う駆動タイミングプーリとを備え、この駆動タイミングプーリを前記駆動源により回転駆動することにより前記駆動ユニットを移動させることを特徴とする請求項１に記載の管状構造物用の自動超音波探傷装置。
【請求項３】
前記連結部材はその周方向長さが変更可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の管状構造物用の自動超音波探傷装置。
【請求項４】
前記駆動ユニットと前記探触子ホルダユニットとが前記管状構造物を挟んで対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかひとつに記載の管状構造物用の自動超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管状構造物用の自動超音波探傷装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、発電プラント、石油化学プラント、建造物などにおける圧力パイプなどの管状構造物におけるき裂欠陥を自動で探傷する技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
既設火力発電設備の老朽化は年々進み、欧米では、経年火力発電所の高温蒸気配管において、既存の非破壊検査では検出が困難な溶接熱影響部（Heat Affected Zone、ＨＡＺ）のクリープ損傷による内在欠陥を起因とする噴破事故を経験している。我が国においても、このような高温蒸気配管といった配管等の構造物に内在する欠陥に対しての強い懸念がある。
【０００３】
このような高温蒸気配管の溶接熱影響部をはじめ、スラグ巻き込みや溶け込み不良などに起因して構造物材料とくに当該構造物の溶接部に生ずるき裂等の内在欠陥（本明細書ではこのようなき裂等の内在欠陥を「き裂欠陥」あるいは単に「き裂」と称する）を探傷するための非破壊検査として超音波探傷試験が実施されており、ＨＡＺの内在き裂欠陥の早期発見を目的としてＴＯＦＤ（Time of Flight Diffraction）法やフェーズドアレイ法（ＰＡ法）などの適用研究が進められている。
【０００４】
ＴＯＦＤ法は、送信用と受信用の２つのプローブ（探触子）の間で超音波を発し、探傷体である構造物材料中におけるき裂欠陥の位置を同定するというものである。ここでいうき裂欠陥の「位置」とは、前後左右方向の位置と材料の厚さ方向の位置（あるいは高さ）との両方を含んだ３次元的位置のことを意味している。例えば、図２８に示す２つのプローブ（探触子）１０１，１０２のうちの一方（送信用プローブ１０１）から、探傷対象である配管等の材料１０３に対して探傷用超音波を送信し、当該材料１０３の表面を伝うラテラル波ＬＷ、き裂１０４の上端１０４ａおよび下端１０４ｂでの回折波、そして材料１０３の底面の反射波ＢＷを他方のプローブ（受信側プローブ１０２）で受信し、受信波の位相差からき裂１０４の高さや位置を同定する（図２９参照）。ちなみに、き裂１０４の上端１０４ａや下端１０４ｂといった欠陥の先端での回折波は端部エコーとも呼ばれ、このような端部エコーの伝搬時間差を利用してき裂１０４の高さを測定する手法は「端部エコー法」とも呼ばれる。そして、上述のようなＴＯＦＤ法によれば当該き裂１０４の高さや位置を高い精度で同定することが可能である。また、このＴＯＦＤ法には、プローブ１０１，１０２を溶接線１０５と平行に長手方向へと直線的に移動させるいわゆるラインスキャン（Ｄスキャンともいう）を行うだけで、き裂１０４の高さ等を同定できるという特徴もある（図３０、図３１参照）。
【０００５】
一方、フェーズドアレイ法（ＰＡ法）は、複数のパルスレシーバー２０１と圧電素子（ピエゾ素子）２０２とを１対１に配置し（図３３参照）、パルス電圧のタイミングをずらすことによって超音波ビームの方向を変化させ、焦点深度を変えて探傷することが可能となっている（図３４、図３５参照）。以前には、ケーブル２０３を通じ、単一のパルスレシーバー２０１により単一の圧電素子２０２を震わせて超音波を生じさせていたが（図３２参照）、これだと自由に向きを変えることが難しかったので、複数のパルスレシーバー２０１と圧電素子２０２の一つひとつを分離することにより、プローブの向きを変えなくても超音波の向きを変える探傷技術が提案されている。このようなフェーズドアレイ法によれば、わざわざプローブの向きを変えるまでもなく、圧電素子２０２に対する電圧印加のタイミングをずらすことによって超音波の向きを変えることができる（図３４、図３５参照）。また、フェーズドアレイ法の場合、上述のような構成のプローブを溶接線と平行に一度だけ動かせば３次元情報が得られるという利点もある。
【０００６】
さらには、上述したＴＯＦＤ法とフェーズドアレイ法とを組み合わせて探傷するという複合的な探傷技術も提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−５０９３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述したような各種の利点を備えた超音波探傷法が開発されあるいは実用されてはいるものの、高温蒸気配管等の管状の構造物（本明細書では総称して「管状構造物」という）におけるき裂欠陥を自動的に精度よく探傷することができる装置といったものは皆無であった。すなわち、上述したように高温蒸気配管等の管状構造物に内在する欠陥に対して強い懸念があるにもかかわらず、従来、このような欠陥を簡便かつ高精度に探傷することが可能な自動探傷装置が提案されていなかったために、例えば手動操作により管状構造物の表面を走査（スキャン）するといったようにき裂欠陥を探傷するのにかなりの労力を要していた。しかも、操作者の熟練度や機器の性能によって探傷結果に差が生じることが多く、労力を要する割にはそれほど精度が高くないといった問題もあった。
【０００９】
そこで、本発明は、高温蒸気配管等の管状構造物き裂欠陥を自動的に精度よく探傷することができる管状構造物用の自動超音波探傷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】
【００１０】
かかる目的を達成するため、請求項１に記載の管状構造物用の自動超音波探傷装置は、検査対象である管状構造物の外周に沿って周方向へ移動可能であるとともにこの管状構造物に生じているき裂欠陥を探触する超音波探触子を搭載した探触子ホルダユニットと、管状構造物の外周に沿って周方向へ移動可能であり尚かつ移動のための駆動源を備えた駆動ユニットと、該駆動ユニットと探触子ホルダユニットとの間に介在する同じく管状構造物の外周に沿って周方向へ移動可能なガイド台車ユニットと、該ガイド台車ユニット、探触子ホルダユニットおよび駆動ユニットの間の少なくともいずれかの個所に介在し隣り合うユニットどうしを連結する連結部材と、管状構造物の周方向に伸縮可能な装置締付部材とを備えるとともに、探触子ホルダユニット、駆動ユニット、ガイド台車ユニット、連結部材および装置締付部材が管状構造物の周方向に連結されて環状であり、これらが管状構造物の外周に沿って周囲を周方向に走行しこの走行時あるいは停止時に管状構造物のき裂欠陥の自動探傷を行うというものである。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の管状構造物用の自動超音波探傷装置において、管状構造物を周回するように設置される軌道タイミングベルトと、この軌道タイミングベルトに噛み合う駆動タイミングプーリとを備え、この駆動タイミングプーリを駆動源により回転駆動することにより駆動ユニットを移動させるようにしたものである。
【００１２】
また、請求項３に記載のように、連結部材はその周方向長さが変更可能であることが好ましい。ここでいう長さ変更には、連結部材を伸縮可能な構造として長さを変えることだけでなく、連結部材自体を違う長さのものに取り替えることも含まれる。
【００１３】
さらには、請求項４に記載のように、駆動ユニットと探触子ホルダユニットとが管状構造物を挟んで対向する位置に配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の管状構造物用の自動超音波探傷装置によると、周方向に移動可能な各ユニット等を組み合わせて連結し環状の探傷装置を構成したことから、この環状装置を管状構造物の外周に沿って回転させてき裂欠陥を探傷することが可能となっている。しかも、この装置は駆動源によって駆動可能なユニット（駆動ユニット）を含んでいることから、管状構造物の外周に取り付けた後は自動運転によって自動的に探傷動作をすることが可能である。したがって、環状に連結した各ユニット等をその状態のまま自動で外周周りを回転させ、自動的に探傷することできるという点で従来の装置にくらべ探傷に要する作業や労力が極めて少なくて済む。しかも、自動走査を行うことから、従来の手動走査よりも精度の高い検査結果が得られやすい。
【００１５】
しかも、探触子ホルダユニットは一つばかりとは限らず、例えばアレイ探触子ホルダユニットやＴＯＦＤ探触子ホルダユニットなど、必要に応じて複数種類の探触子ホルダユニットを併設することも可能である。こうした場合、種類の異なる探触子による同時探傷もできることから、単一の探触子でき裂欠陥を探傷するよりもさらに高い精度の検査を実施することが可能となる。
【００１６】
請求項２に記載の自動超音波探傷装置によると、管状構造物を軌道タイミングベルト上で駆動タイミングプーリを回転させることにより、この軌道タイミングベルトに沿って駆動ユニットを移動させることができる。しかも、駆動タイミングプーリは軌道タイミングベルトに噛み合っていることからプーリとベルトとの間での滑りを生じさせることなく移動することができるため、精度の高い走査を実施することが可能となっている。
【００１７】
また、請求項３に記載の自動超音波探傷装置によると、連結部材の周方向長さが適宜変更可能であることから、サイズの異なる管状構造物を検査対象とする場合にも本装置を適用することが可能となり汎用性が増す。したがって、これによれば単一の自動超音波探傷装置によって様々なサイズの管状構造物を検査することが可能となり簡便である。
【００１８】
さらに、請求項４に記載の自動超音波探傷装置によると、自動超音波探傷装置をよりスムーズに回転させることが可能となる。すなわち、探触子ホルダユニットにおける動作抵抗がもっとも大きい場合、このように駆動ユニットと対向する位置に配置することによって抵抗を極力少なくすることが可能となる。加えて、このように探触子ホルダユニットを対向配置した場合には、自動超音波探傷装置の正回転時と逆回転とにおける動作抵抗の差を極力少なくすることも期待できる。また、他のユニットと比較して探触子ホルダユニットの重量が嵩張っている場合であれば、同様に重量の嵩張りやすい駆動ユニットと対向させることによって自動超音波探傷装置の全体的な重量バランスがとりやすくなるという利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１に本発明の一実施形態を示す。本発明にかかる管状構造物用の自動超音波探傷装置１は、検査対象である管状構造物２の外周に沿って周方向へ移動可能であるとともにこの管状構造物２に生じているき裂欠陥を探触する超音波探触子（以下、プローブとも呼ぶ）４４，５７，５８を搭載した探触子ホルダユニット４，５と、管状構造物の外周に沿って周方向へ移動可能であり尚かつ移動のための駆動源１１を備えた駆動ユニット３と、該駆動ユニット３と探触子ホルダユニット４，５との間に介在する同じく管状構造物２の外周に沿って周方向へ移動可能なガイド台車ユニット６と、該ガイド台車ユニット６、探触子ホルダユニット４，５および駆動ユニット３の間の少なくともいずれかの個所に介在し隣り合うユニットどうしを連結する連結部材７と、管状構造物２の周方向に伸縮可能な装置締付部材８とを備えているものである。また、この自動超音波探傷装置１においては探触子ホルダユニット４，５、駆動ユニット３、ガイド台車ユニット６、連結部材７および装置締付部材８が管状構造物２の周方向に連結されて環状であり、これらが管状構造物２の外周に沿って周囲を周方向に走行しこの走行時あるいは停止時に管状構造物２のき裂欠陥の自動探傷を行うようになっている（図１等参照）。
【００２１】
ここで、本実施形態における管状構造物２は例えば経年火力発電所の高温蒸気配管などといった配管などの管状物全般であって、溶接熱影響部をはじめ、スラグ巻き込みや溶け込み不良などに起因して構造材料自体、中でもとくに当該構造物の溶接部に生ずるき裂欠陥を含んでいるおそれがあるものである。
【００２２】
駆動ユニット３は、環状に構成された自動超音波探傷装置１を管状構造物２の周面に沿って周方向に回転させるための駆動装置として設けられている。駆動装置の具体的構成には種々のものが考えうるが、例えば本実施形態においては管状構造物２の周面に周回する歯付きの軌道タイミングベルト９を設けておくとともに、これに噛み合う歯付きの駆動タイミングプーリ１０をこの軌道タイミングベルト上で回転させることによって駆動ユニット３を周方向に移動させることとしている（図１、図２参照）。軌道タイミングベルト９はその外周側に歯を備えた歯付きベルトであって、管状構造物２の外周を周回するように設置され、駆動タイミングプーリ１０の軌道となって駆動ユニット３をガイドする（図２等参照）。
【００２３】
以下に、本実施形態における駆動ユニット３の構造について説明する（図３〜図９参照）。
【００２４】
本実施形態の駆動ユニット３は、上述した軌道タイミングベルト９に沿って管状構造物２上を周方向に移動するユニットであり、駆動源（以下、−本実施形態において「駆動用モータ」という）１１、ロータリエンコーダ１２、複数のタイミングプーリ１３，１５，１７、これら各種部材を収容したフレーム（本実施形態では右フレーム３１と左フレーム３２を図示している）、このフレームの底部に設けられたキャスター（車輪）４２、上述した駆動タイミングプーリ１０などを備えている（図３等参照）。駆動ユニット３の右フレーム３１および左フレーム３２にはそれぞれブラケット３３，３４が設けられている（図３、図４参照）。これらブラケット３３，３４には連結用孔３３ａ，３４ａを利用してそれぞれに連結部材（以下、「連結プレート」という）７を連結することができるようになっている（図１、図６参照）。さらに、これらブラケット３３，３４の底面側にはキャスター４２が取り付けられるようになっている（図３等参照）。
【００２５】
駆動用モータ１１はこの駆動ユニット３を駆動し、ひいては環状の自動超音波探傷装置１を管状構造物２の周りで自動回転させるための駆動源であり、本実施形態では上述した左右のフレーム３１，３２の間であってユニットの上部付近となる位置に、モータ回転軸が管状構造物２の長軸方向（以下、長手方向ともいう）と一致するように配置されている（図８、図９参照）。本実施形態ではこの駆動用モータ１１としてギヤードステッピングモータを使用しているが、これは一例に過ぎず他のモータ、例えば５相パルスモータのようなモータやこれら以外の通常のモータなどを使用することもできることはいうまでもない。駆動用モータ１１の本体には電源コード１１ａが接続されており、この電源コード１１ａを通じてモータ本体への給電が行われる。また、駆動用モータ１１の回転軸の背面側端部（駆動タイミングプーリ１０とは逆の側）にはロータリエンコーダ１２が設置されており、回転軸の回転量および回転速度が検出できるようになっている（図８等参照）。一方、駆動用モータ１１の回転軸の正面側端部には駆動力を伝達するためのタイミングプーリ１３が設けられ、さらにこのタイミングプーリ１３にはタイミングベルト１４が巻き掛けられている（図８、図９参照）。このタイミングベルト１４は、右フレーム３１に支持されているさらに別のタイミングプーリ１５に巻き掛けられている（図７参照）。本実施形態の場合、このタイミングプーリ１５は駆動用モータ１１の斜め下方に設置されているため、タイミングベルト１４は両タイミングプーリ１３，１５間で斜めに巻き掛けられた状態となっている（図４参照）。また、このタイミングプーリ１５と、出力軸１８に固着されているタイミングプーリ１７との間にはさらに別のタイミングベルト１６が巻き掛けられている（図７、図１７参照）。出力軸１８は駆動タイミングプーリ１０に回転を伝達するために設けられている軸で、正面側の軸端にこの駆動タイミングプーリ１０が固着されている（図８参照）。
【００２６】
また、駆動タイミングプーリ１０は、管状構造物２の径方向の位置が変えられるように設けられていることが好ましい。検査対象である管状構造物２の径が変われば曲率も変化することになり、曲率に応じて駆動タイミングプーリ１０の適正位置も変わってくるが、このように位置変更が可能であれば管状構造物２のサイズに応じて位置調整することが可能となる。例えば本実施形態においては、タイミングプーリ１５と同一の軸を中心に揺動可能な２本の揺動アーム１９，２０をこのタイミングプーリ１５を挟むようにして配置し、さらにそれぞれの先端部分にベアリング２１，２２を設け、上述した出力軸１８をこれら揺動アーム１９，２０で回転可能な状態で揺動可能に支持することによって出力軸１８および駆動タイミングプーリ１０の径方向位置を変えられるようにしている（図３、図７参照）。ちなみに、本実施形態のように出力軸１８を途中で軸径が変化する段付き軸とし、この段付き部分にベアリング２１，２２を配置すればこれらベアリング２１，２２がストッパとしても機能し、出力軸１８が軸方向にずれるのを防止できるという利点がある（図８参照）。
【００２７】
また、図３に示しているように、これら揺動アーム１９．２０の少なくとも一方は、引っ張りコイルばね２３によって上方向（径方向外側）に向け常時引っ張り付勢されている（図３参照）。さらに、揺動アーム１９．２０の一方（例えば揺動アーム１９）に突き当たることによって揺動可能範囲を制限するストッパ２４も設けられている（図３、図８参照）。このストッパ２４は、つまみ２５を回ることによってその下端位置を上下させることが可能なもので、揺動アーム１９への突き当て位置を適宜変えることによって出力軸１８および駆動タイミングプーリ１０の径方向位置を調節することが可能となっている（図３、図８参照）。
【００２８】
なお、駆動タイミングプーリ１０とベアリング２１との間にはカラー２６が設けられている（図８参照）。さらに、出力軸１８の正面側軸端には、駆動タイミングプーリ１０の抜けを防止する例えば金属製のワッシャ２７が取り付けられている（図８参照）。
【００２９】
一方、出力軸１８の背面側軸端にはベアリング２９を介してローラ２８が取り付けられている（図８参照）。このローラ２８は管状構造物２の周面上を転がりながら移動できるように設けられているもので、周面に対して出力軸１８が常に平行となるように、駆動タイミングプーリ１０よりも少し大径（より具体的には軌道タイミングベルト９の厚みの分だけ大きく）形成されている（図７、図８参照）。また、ベアリング２２とベアリング２９との間には、ローラ２８が揺動アーム２０に接触するのを防止するカラー３０が介在している（図８参照）。
【００３０】
タイミングプーリ１５の周辺の構造についても以下に説明しておく。本実施形態の場合、右フレーム３１に２つの支持ブラケット３５，３６を長手方向に並べて設置し、これら支持ブラケット３５，３６によって支持軸３７を支持している（図７、図９参照）。この支持軸３７の中央には上述したタイミングプーリ１５が回転可能な状態で支持され、さらに、支持軸３７の両端部分にはそれぞれ上述した揺動アーム１９，２０が支持されている。また、この支持軸３７自体も、各支持ブラケット３５，３６との間にベアリング３８，３９が介在することによって支持ブラケット３５，３６に対し回転可能となっている。さらにこの支持軸３７の周面であってタイミングプーリ１５の一端側（例えば背面側）には止め輪４０、他端側（例えば正面側）には例えば樹脂製のワッシャ４１がそれぞれ取り付けられている（図９参照）。
【００３１】
また、この駆動ユニット３の底部にはキャスター４２が設けられている。例えば本実施形態では、右左のフレーム３１，３２に取り付けられたブラケット３３，３４を利用して４つのキャスター４２をこの駆動ユニット３のほぼ四隅に配置して取り付けている。
【００３２】
以上のような駆動ユニット３においては、駆動用モータ１１を動作させることにより、駆動用モータ１１→タイミングプーリ１３→タイミングベルト１４→タイミングプーリ１５→タイミングベルト１６→タイミングプーリ１７→出力軸１８→駆動タイミングプーリ１０というように回転が伝達されて駆動タイミングプーリ１０が回転する。駆動タイミングプーリ１０が軌道タイミングベルト９上で回転すると、周方向への力が作用して駆動ユニット３が管状構造物２の外周面に沿って移動し回転することになる。
【００３３】
なお、各タイミングプーリ１３，１５，１７と、これらに巻き掛けられるタイミングベルト１４，１６のそれぞれを歯付きとすれば、プーリとベルト間における滑りを防止できるという点で好ましい。例えば本実施形態では、タイミングプーリ１５等を歯付きプーリとし、尚かつタイミングベルト１４等の内周にも歯（図示省略）を設けてこれらを噛み合わせ、動作中に滑りが生じないようにしている（図７等参照）。
【００３４】
次に、検査用のプローブ（検査用探触子）を装着するための装着ユニット（アレイ探触子ホルダユニット４、ＴＯＦＤ探触子ホルダユニット５）について説明する。
【００３５】
アレイ探触子ホルダユニット４は、アレイ探触子４４を使い、パルス電圧のタイミングをずらすことによって超音波ビームの方向を変化させ焦点深度を変えて探傷するための装置である。例えば本実施形態においては、互いに平行な一対の丸棒からなるガイド軸４５がこのアレイ探触子ホルダユニット４に設けられ、このガイド軸４５に沿ってアレイ探触子４４がリニアに移動できるようになっている。この場合のガイド軸４５は長手方向（管状構造物２の軸方向）に沿って設けられていることから、本実施形態のアレイ探触子４は長手方向に移動可能となっている。したがって、上述した駆動ユニット３によってこのアレイ探触子ホルダユニット４を周方向に移動させ、停止させた後、アレイ探触子４４を長手方向に移動させて超音波探傷を行うことが可能となっている。アレイ探触子４４のうちガイド軸４５が通過する被ガイド孔の部分にはブシュ５１が設けられ、さらに止め輪５２が取り付けられている（図１４参照）。アレイ探触子４４による探傷結果はケーブル４４ａを通じて送信される。
【００３６】
駆動用モータ４６は、このアレイ探触子ホルダユニット４におけるプローブつまりアレイ探触子４４を長手方向（管状構造物２の軸方向）に移動させるための駆動源である。例えば本実施形態では、この駆動用モータ４６をアレイ探触子ホルダユニット４の前面近傍に横向きに（つまりモータ回転軸が長手方向と直交するように）配置している（図１１参照）。また、本実施形態ではこの駆動用モータ４６としてギヤードステッピングモータを使用しているがこれは一例に過ぎず他のモータを使用することもできることは駆動ユニット３の場合と同様である。駆動用モータ４６の回転軸の端部（例えば図１２において向かって右側の端部）にはロータリエンコーダ４７が接続されており、モータ回転軸の回転量および回転速度が検出できるようになっている（図１１、図１２参照）。ロータリエンコーダ４７は右フレーム５２に例えばねじ止めされるなどして取り付けられている。また、本実施形態ではモータ回転軸とこのロータリエンコーダ４７とをカップリング４８によってガイド軸４５を跨ぐようにして接続している（図１１参照）。
【００３７】
さらに、モータ回転軸の他方の端部（例えば図１２において向かって左側の端部）には駆動力を伝達するためのタイミングプーリ４９が設けられ、さらにこのタイミングプーリ４９にはタイミングベルト５０が巻き掛けられている（図１０〜図１２参照）。このタイミングベルト５０は、長手方向背面側に設けられたアイドラプーリ５６にも巻き掛けられてベルト部分がガイド軸４５と平行となるように張られ、さらに、その途中にアレイ探触子４４が止め付けられることによってこのアレイ探触子４４と同量動くようになっている（図１０、図１１参照）。したがって本実施形態のアレイ探触子ホルダユニット４においては、駆動用モータ４６を駆動することによりタイミングベルト５０を送り、これに止め付けられているアレイ探触子４４をガイド軸４５に沿って長手方向へと移動させることができる。また、駆動用モータ４６を逆転させればアレイ探触子４４を逆方向に移動させることができる。
【００３８】
また、アレイ探触子ホルダユニット４の右左のフレーム５２，５３にはそれぞれブラケット５４，５５が設けられている（図１１、図１２等参照）。これらブラケット５４，５５には連結用孔５４ａ，５５ａを利用してそれぞれに連結プレート７を連結することができるようになっている（図１参照）。さらに、これらブラケット５４，５５の底面側にはキャスター４２が取り付けられている（図１３等参照）。
【００３９】
続いてＴＯＦＤ探触子ホルダユニット５について説明する（図１６〜図１９参照）。ＴＯＦＤ探触子ホルダユニット５は、探傷体である構造物材料中におけるき裂欠陥の位置を同定するための装置であり、一方は送信用プローブ、もう一方は受信用プローブとして機能する一対のＴＯＦＤ探触子５７，５８を備えている。また、本実施形態においては互いに平行な一対の丸棒からなるガイド軸５９がこのＴＯＦＤ探触子ホルダユニット５に設けられており、このガイド軸５９に沿ってＴＯＦＤ探触子５７，５８の両方または一方がリニアに移動できるようになっている（図１７参照）。この場合のガイド軸５９は長手方向（管状構造物２の軸方向）に沿って設けられていることから、本実施形態のＴＯＦＤ探触子５７，５８は長手方向に移動可能となっている。したがって、上述した駆動ユニット３によってこのＴＯＦＤ探触子ホルダユニット５を周方向に移動させ、停止させた後、ＴＯＦＤ探触子５７，５８を長手方向に移動させて超音波探傷を行うことが可能となっている。また、ＴＯＦＤ探触子５７，５８の近傍にはガイド軸５９と平行となるようにスケールプレート６０が設けられている（図１７参照）。例えば本実施形態のスケールプレート６０は長手方向の中央位置の目盛りが０であり、この中央位置からＴＯＦＤ探触子５７，５８までの距離がわかるようになっている。
【００４０】
また、ＴＯＦＤ探触子ホルダユニット５の右左のフレーム６１，６２にはそれぞれブラケット６３，６４が設けられている（図１５〜図１８参照）。これらブラケット６３，６４には連結用孔６３ａ，６４ａを利用してそれぞれに連結プレート７を連結することができるようになっている（図１参照）。さらに、これらブラケット６３，６４の底面側にはキャスター４２が取り付けられている（図１５等参照）。
【００４１】
ガイド台車ユニット６は、上述した駆動ユニット３、アレイ探触子ホルダユニット４、ＴＯＦＤ探触子ホルダユニット５あるいは連結プレート７と連結されて環状の自動超音波探傷装置１を構成する部材である。例えば本実施形態におけるガイド台車ユニット６は、矩形のプレートと、このプレート底面の四隅に配置されたキャスター４２とで構成されている（図１、図２参照）。このガイド台車ユニット６のサイズおよび設置数は他の装置（駆動ユニット３、アレイ探触子ホルダユニット４、ＴＯＦＤ探触子ホルダユニット５など）や検査対象となる管状構造物２のサイズなどに応じて変更することが可能であるが、一例として本実施形態での態様を説明するとここでは３台のガイド台車ユニット６を用意し、キャスター４２を備えた６台のユニット（すなわち１台の駆動ユニット３、１台のアレイ探触子ホルダユニット４、１台のＴＯＦＤ探触子ホルダユニット５、３台のガイド台車ユニット６）を６０度おきの等間隔で配置することとしている（図１参照）。このように各ユニット３〜６を等間隔に配置した場合にはキャスター４２の転がり抵抗が適度に分散されることになり、これら各ユニット３〜６を管状構造物２の周囲でよりスムーズに回転させることが可能になるという点で好ましい。
【００４２】
連結プレート（連結部材）７は、上述した各ユニット３〜６どうしを連結するための部材である（図１、図２参照）。自動超音波探傷装置１を構成するにあたっては上述した各ユニット３〜６を直接連結することもできるが、本実施形態においては各ユニット３〜６の間にこの連結プレート７を介在させて環状の自動超音波探傷装置１を構成することとしている。このように各ユニット３〜６間に連結プレート７を介在させた場合、その分だけ可動点（連結点）が多くなることから、管状構造物２の周面に沿った形状の自動超音波探傷装置１を構成することが可能となる。また、必要に応じてこの連結プレート７（または上述のガイド台車ユニット６でもよい）を着脱し、あるいは連結プレート７等のサイズ（より具体的には、周方向の長さ）を変更することによってサイズの異なる管状構造物２にも容易に適用できるという観点でも連結プレート７を介在させることは好ましく、これによって自動超音波探傷装置１を適用するにあたっての柔軟性が増し、適用範囲が広がるといえる。さらには、他のユニット３〜６のサイズや重量を考慮し、必要に応じて個々の連結プレート７の長さを異ならせるようにしてもよい。ここで具体例を挙げて説明しておくと、本実施形態では、外形610mmの環状構造物２に対して５個ある連結プレート７の長さをアレイ探触子ホルダユニット４から反時計回り順にそれぞれ160mm、190mm、170mm、170mm、190mmというように異ならせている（図１参照）。例えばアレイ探触子ホルダユニット４やＴＯＦＤ探触子ホルダユニット５がそれぞれの探触子（アレイ探触子４４、ＴＯＦＤ探触子５７，５８）を管状構造物２の外周面に接触させながら動作するような場合、このように各連結プレート７のサイズを適宜変更することとし、摺動抵抗も考慮にいれて全体としての重量バランスをとれば、自動超音波探傷装置１がよりスムーズに動作することが可能となる。
【００４３】
また、本実施形態の連結プレート７は蝶番取付用の連結用孔７ａを備えており、この連結用孔７ａに取り付けた連結用治具４３を介して隣り合う各ユニット３〜６と連結される構造となっている。連結用治具４３は折り曲げ自在なものあるいは折り曲げ自在な程度の柔軟性を備えるものであり、これによってサイズの異なる管状構造物２への適用が可能となっている。例えば本実施形態においてはこの連結用治具４３として蝶番を利用することとしているが、もちろんこれ以外の治具を利用しても構わない。また、本実施形態では、この連結プレート７を各ユニット３〜６の間に等間隔となるように配置することとしている。ただし、これら連結プレート７のうちの一つは装置締付部材８に置き換え、自動超音波探傷装置１の周回長さを調整できる構造としている（図１参照）。なお、上述の説明では「連結プレート」という名称で説明しているが、これは部材が板状であることに起因する便宜的な名称であって連結部材の好適な一例に過ぎない。したがって、例えば棒状の部材であっても上述の場合と同様に機能する限りは本発明でいう「連結部材」に該当する。
【００４４】
装置締付部材８は、環状に構成された自動超音波探傷装置１の途中に設けられ、適度に締め付けることによって周回長さを調整するための部材である（図１参照）。装置締付部材８の具体的構造は適度に周回長さを変更できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば本実施形態では周方向に４枚のプレート状部材８ａ〜８ｄを連ねるとともにそのうちの中央寄り２枚８ｂ，８ｃを逆Ｖ字状に折り曲げ、これら折り曲げた２枚のプレート状部材８ｂ，８ｃを調整用ボルト８ｅで貫く構造としている（図１参照）。また、詳しくは図示していないが、この調整用ボルト８ｅを受ける２つのナットはプレート状部材８ｂ，８ｃに対して回転可能に取り付けておき、プレート状部材８ｂ，８ｃの角度が変わっても常に調整用ボルト８ｅの軸方向を向く構造としている。いうまでもないが、２つのナットは、互いに逆方向の雌ねじが切られたものか、あるいはいずれか一方が雌ねじの切られてなくてボルトの回転のみ許容するものとなっている。
【００４５】
軌道タイミングベルト９は、上述したようにその外周側に歯を備えた歯付きベルトであって、管状構造物２の外周を周回するように設置されて駆動タイミングプーリ１０の軌道となるものである。例えば本実施形態においては強化ゴムからなる可撓性の軌道タイミングベルト９を採用し、これを管状構造物２の外周に巻き付けるようにしている（図１、図２参照）。ベルト自体は、山部分と谷部分が周期的に繰り返される凹凸形状とされることによって歯を備えた構造となっている（図２０参照）。また、この軌道タイミングベルト９の終端部にはラチェット機構を内蔵したベルト巻込用タイミングプーリ７１が取り付けられている。このベルト巻込用タイミングプーリ７１の外周面には、凹凸形状とされた軌道タイミングベルト９と噛み合い引っ掛けるための凸部が形成されている（図２１、図２２参照）。また、軌道タイミングベルト９を送り込んでベルト巻込用タイミングプーリ７１に噛み合わせるためのガイドアダプタ７２がこのベルト巻込用タイミングプーリ７１の外周面と向かい合うように設けられている（図２０参照）。ベルト巻込用タイミングプーリ７１の側部には、このベルト巻込用タイミングプーリ７１自体を回転させるためのベルト締付用レンチ孔７３が設けられている。したがって、まず軌道タイミングベルト９の終端をベルト巻込用タイミングプーリ７１とガイドアダプタ７２との間に差し入れ、ベルト締付用レンチ孔７３に差し込んだレンチでベルト巻込用タイミングプーリ７１を回転させることにより軌道タイミングベルト９を徐々に巻き取り、当該軌道タイミングベルト９を管状構造物２の外周に密着した状態で巻き付けることができる。この場合、ベルト巻込用タイミングプーリ７１はラチェット機構によって一方向にのみ回転可能となっているために、いったん軌道タイミングベルト９を締め付けたら当該ラチェット機構を解除しない限りはベルトが弛まない構造となっている。なお、ベルト巻込用タイミングプーリ７１とガイドアダプタ７２はその両側のフレーム７４によって支持された構造となっている（図２２参照）。また、ベルト巻込用タイミングプーリ７１の端部に軌道タイミングベルト９を取り付けるにあたっては、その間に付勢部材を介在させておくことが好ましい。例えば本実施形態では軌道タイミングベルト９の終端部にベルト取付金具７５を取り付け、ベルト取付金具７５には圧縮コイルばね７６ａを内蔵している付勢部材７６を取り付け、この付勢部材７６をフレーム７４に接続する構造としている（図２０、図２１参照）。この場合の付勢部材７６は軌道タイミングベルト９を引っ張り付勢することから、管状構造物２の外周に巻き付けた軌道タイミングベルト９がその後に弛緩するのを防止するように作用する。また、軌道タイミングベルト９を管状構造物２の外周に巻き付ける際にあっては、ベルト巻込用タイミングプーリ７１を多く回転させて軌道タイミングベルト９を強めに巻き込んだとしても、圧縮コイルばね７６ａが圧縮されて付勢部材７６の長さが周方向に延びることによって軌道タイミングベルト９に無理な力がかからないように機能する。なお、フレーム７４の底面には管状構造物２と接触してベルト巻込用タイミングプーリ７１が動かないように固定するためのコンタクトブラケット７７が設けられている（図２０、図２２参照）。
【００４６】
以上はラチェット機構付きのベルト巻込用タイミングプーリ７１を採用した場合であるがこれ以外の機構として例えばアジャスト付きのファスナー７８を採用することもできる（図２３、図２４参照）。すなわち、軌道タイミングベルト９の一端にフック付きの締結部材７９を取り付けるとともに、他端にはこのフック付き締結部材７９に引っ掛かる係止部材８０を備えたアジャストファスナー７８を取り付け、ハンドル８１のてこ作用を利用して軌道タイミングベルト９を管状構造物２の外周に密着させて巻き付けるようにすることもできる。
【００４７】
以上の各部材によって構成される本実施形態の自動超音波探傷装置１によれば、検査対象たる管状構造物２のき裂欠陥を自動探傷することができる。すなわち、まず管状構造物２の周囲に軌道タイミングベルト９を設置し、さらに環状の自動超音波探傷装置１を管状構造物２の外周に取り付けた後、装置締付部材８によって自動超音波探傷装置１の周回長さを調整し、各ユニット３〜６のキャスター４２、およびアレイ探触子４４とＴＯＦＤ探触子５７を管状構造物２の外周面に密着させる（図１参照）。また、駆動ユニット３の駆動タイミングプーリ１０を軌道タイミングベルト９に噛み合わせておく（図２参照）。設置後、駆動用モータ１１を動作させると自動超音波探傷装置１が管状構造物２の周囲を回転して自動探傷を始める。また、この自動超音波探傷装置１を管状構造物２に着脱する場合には、一般には２人程度の作業者がいれば簡便に着脱することができるし、１人であっても、自動超音波探傷装置１を管状構造物２の上部から巻き回すようにして取り付けたりあるいはこれとは逆の動作で取り外すことは可能である。
【００４８】
ちなみに、上述した各ユニット３〜６の配置（連結の順番）については特に限定されることはなく、どのような連結順としても自動探傷を実施することは可能であるが、例えば、本実施形態のように駆動ユニット３とアレイ探触子ホルダユニット４とを対向配置すること（１８０°離れた位置に配置すること）は好ましいといえる（図１参照）。例えば各ユニット３〜６のうちアレイ探触子ホルダユニット４の動作時の接触抵抗が最大である場合、このように対向配置すれば、自動超音波探傷装置１の周方向の重量が適度に分散され、駆動ユニット３にかかる重量負荷が少なくて済むため回転動作をよりスムーズにすることが可能となる。あるいは、特に図示していないが、駆動ユニット３、アレイ探触子ホルダユニット４、ＴＯＦＤ探触子ホルダユニット５といった比較的重量のあるユニットを１２０°おきに等間隔となるように配置し、自動超音波探傷装置１の全体的な重量バランスをとることも好ましいといえる。
【００４９】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態ではアレイ探触子ホルダユニット４とＴＯＦＤ探触子ホルダユニット５とを備えることによりフェーズドアレイ法（ＰＡ法）とＴＯＦＤ法の両方を実施しうる自動超音波探傷装置１について説明したが、この他にも、クリーピング波プローブ、通常の単一振動子の縦波や横波の斜角プローブなどを用い、ＴＯＦＤ法、端部エコー法、タンデム探傷法、ピッチキャッチなどを同時に利用して探傷を行うこともできる。ちなみに、タンデム探傷法とは、探傷面に垂直な欠陥を検出するために２個の斜角探触子を前後に配置して一方を送信用、他方を受信用にして行う探傷法のことである。また、クリーピング波プローブとは、横波（クリーピング波と同時に発生する波）が配管等の底面で反射するとき生ずる２次クリーピング波を利用し、配管内表面に開口した欠陥などの検出を行うための探触子である。
【００５０】
また、本実施形態ではアレイ探触子ホルダユニット４とＴＯＦＤ探触子ホルダユニット５の２種類の探触子ホルダユニットを備えた自動超音波探傷装置１について説明したが、これは好適な形態の一例に過ぎず、例えば、アレイ探触子ホルダユニット４とＴＯＦＤ探触子ホルダユニット５のいずれか一方のみを備えた自動超音波探傷装置１であっても管状構造物２のき裂欠陥を自動探傷可能であることはいうまでもない。要は、種類の異なる探触子ホルダユニットを備えていれば探傷精度の向上が望めるという点で好ましいが、単一の探触子ホルダユニットであってもき裂結果の探傷を行うことは十分に可能である。
【００５１】
さらに、本実施形態ではアレイ探触子ホルダユニット４とＴＯＦＤ探触子ホルダユニット５をそれぞれ１個ずつ（１基ずつ）備えた自動超音波探傷装置１について説明したが、必要に応じてこれら探触子ホルダユニットを増設することももちろん可能である。例えばある個所のガイド台車ユニット６を取り外して代わりにアレイ探触子ホルダユニット４を設置すれば複数のアレイ探触子４４を備えた自動超音波探傷装置１とすることができる。また、ＴＯＦＤ探触子ホルダユニット５についても同様である。
【００５２】
また、上述した実施形態では、各連結プレート７のサイズを適宜変更して装置全体の重量バランスをとればスムーズな動作が可能になることについて説明したが、ここでいう連結プレート７のサイズ変更には、もともとサイズの異なる複数種の連結プレート７を取り揃えておいて必要部分のみ取り替えることが含まれるし、連結プレート７自体を伸縮させて長さを変更することも含まれる。ここで後者の一例について説明しておくと、以下のように、プレート本体部分が２枚のプレート状部材（ガイドプレート６５、スライドプレート６６）を重ね合わせて構成し、一方を無段階にスライドさせて全長を変更可能にしたものを挙げることができる（図２５〜図２７参照）。ガイドプレート６５の両側６５ａを折り曲げておけばもう一方のプレート状部材であるスライドプレート６６の動きを制限して一方向にのみ相対移動可能とすることができる（図２７参照）。また、プレート状部材の一方（例えばガイドプレート材６５）には移動方向に沿った長孔６７が、他方のプレート状部材（例えばスライドプレート６６）には丸孔６８がそれぞれ設けられるとともに、これら長孔６７と丸孔６８の両方をロックハンドル６９のねじ部６９ａが貫通している（図２５等参照）。さらにロックハンドル６９のねじ部６９ａにはナット部材７０が取り付けられ、ロックハンドル６９とともにガイドプレート６５およびスライドプレート６６を挟み込むようになっている（図２６等参照）。以上のようなスライド式の連結プレート７によれば、普段はロックハンドル６９とナット部材７０とでガイドプレート６５およびスライドプレート６６を締め付けてロックしておく一方で、必要時のみロックハンドル６９を回転させて緩め、スライドプレート６６を任意量スライドさせて連結プレート７の長さを自在に変えることが可能となっている（図２５等参照）。しかも無段階調整可能であり、微量な調整が可能となっているために管状構造物２の外径が微妙に異なるような場合にも対応することができる。
【００５３】
また、上述した実施形態では管状構造物２に軌道タイミングベルト９を巻き付けて周回させ、この軌道タイミングベルト９に沿って駆動ユニット３を移動させるようにしたがこれ以外の態様としてもよく、例えば、管状構造物２が炭素鋼や低合金鋼などからなる管であって磁石が吸着できる場合であれば、キャスター４２として磁性を帯びたものを使用することもできる。こうした場合、磁性を帯びた各キャスター４２が管状構造物２の外周に密着した状態となり、当該外周との間で空回りせずに周方向に移動できる。磁性を帯びたキャスター４２としては、例えば磁石を含むもの、あるいは磁石からなるものなどがある。このような態様とした場合には、駆動ユニット３を上述した実施形態と同様に軌道タイミングベルト９に沿って移動させてもよいし、あるいは、軌道タイミングベルト９を使用せず、この駆動ユニット３をはじめとする各ユニット３〜６を外周に密着させた状態で周方向に移動させることとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態における自動超音波探傷装置の構成を管状構造物の軸方向に沿って示した正面図である。
【図２】図１に示した自動超音波探傷装置の右側面図である。
【図３】図１に示した駆動ユニットを上下反転して示した正面図である。
【図４】図３に示した駆動ユニットにおいて、ケーシング正面側のプレートを取り外した状態を示した図である。
【図５】図３に示した駆動ユニットの左側面図である。
【図６】図５に示した駆動ユニットを真上（管状構造物の径方向外側）から見た場合の形状を示した図（平面図）である。
【図７】図５のVII−VII線における駆動ユニットの断面図である。
【図８】図６のVIII−VIII線における駆動ユニットの断面図である。
【図９】図６のIX−IX線における駆動ユニットの断面図である。
【図１０】図１に示したアレイ探触子ホルダユニットの左側面図である。
【図１１】図１０に示したアレイ探触子ホルダユニットを真上（管状構造物の径方向外側）から見た場合の形状を示した図（平面図）である。
【図１２】図１０のXII−XII線におけるアレイ探触子ホルダユニットの断面図である。
【図１３】図１０のXIII−XIII線におけるアレイ探触子ホルダユニットの断面図である。
【図１４】図１１のXIV−XIV線におけるアレイ探触子ホルダユニットの断面図である。
【図１５】図１に示したＴＯＦＤ探触子ホルダユニットを管状構造物の真上に位置した状態で示した正面図である。
【図１６】図１５に示したＴＯＦＤ探触子ホルダユニットの左側面図である。
【図１７】図１６に示したＴＯＦＤ探触子ホルダユニットを真上（管状構造物の径方向外側）から見た場合の形状を示した図（平面図）である。
【図１８】図１６のXVIII−XVIII線におけるＴＯＦＤ探触子ホルダユニットの断面図である。
【図１９】図１７のXIX−XIX線におけるＴＯＦＤ探触子ホルダユニットの断面図である。
【図２０】軌道タイミングベルトの終端部およびその周辺の構造を示す図である。
【図２１】図２０に示した軌道タイミングベルトの終端部およびその周辺の構造の底面図である。
【図２２】図２０に示した軌道タイミングベルトの終端部およびその周辺の構造の左側面図である。
【図２３】軌道タイミングベルトの終端部およびその周辺の構造の別形態を示す図である。
【図２４】図２３に示した軌道タイミングベルトの終端部およびその周辺の構造の平面図である。
【図２５】連結部材の他の形態を示す平面図である。
【図２６】図２５に示した連結部材のXXVI−XXVI線における断面図である。
【図２７】図２５に示した連結部材の右側面図である。
【図２８】従来における厚肉構造物の超音波探傷の様子を簡単に示す図である。
【図２９】従来の超音波探傷の際に得られる波形の一例を示す図である。
【図３０】従来における厚肉構造物の超音波探傷の様子を簡単に示す図である。
【図３１】プローブを溶接線と平行に長手方向へと直線的に移動させる様子を示す図である。
【図３２】ケーブルを通じて単一のパルスレシーバーにより単一の圧電素子を震わせて超音波を生じさせるというプローブ構造の従来例を示す図である。
【図３３】複数のパルスレシーバーと圧電素子とを１対１に配置しフェーズドアレイの構成例を示す図である。
【図３４】パルス電圧のタイミングをずらすことによって超音波ビームの方向を変化させ、焦点深度を変えて探傷するフェーズドアレイ法を示す図である。
【図３５】図３４において、パルス電圧のタイミングをずらすことによって超音波ビームの方向が変化する仕組みを端的に示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  自動超音波探傷装置
２  管状構造物
３  駆動ユニット
４  アレイ探触子ホルダユニット
５  ＴＯＦＤ探触子ホルダユニット
６  ガイド台車ユニット
７  連結プレート（連結部材）
８  装置締付部材
９  軌道タイミングベルト
１０  駆動タイミングプーリ
１１  駆動用モータ（駆動源）
４４  アレイ探触子（超音波探触子）
５７  ＴＯＦＤ探触子（超音波探触子）
５８  ＴＯＦＤ探触子（超音波探触子）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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