(57)【要約】【課題】斜角探触子と被検体の干渉部との干渉を回避しつつ、内部欠陥を高感度に検出することができる超音波検査システムを提供する。【解決手段】超音波検査システムは、溶接境界面１３ａの走査点Ｄ及びその法線ベクトルを含む仮想平面Ｃと下鏡ペタル部１２の外面１２ａとが交差する交差線Ｅ上に送信点Ｐ１及び受信点Ｐ２が位置するように、かつ、ＲＩＰケーシング１５等の干渉部との干渉を回避するように、送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２を配置する探触子移動装置２３を備える。探触子移動装置２３は、溶接部１３の周方向に沿って移動可能とし、その周方向位置での外面１２ａの母線方向Ｋ１に沿って送信用斜角探触子２１を移動させる駆動装置３１Ａと、溶接部１３の周方向に沿って移動可能とし、その周方向位置での外面１２ａの母線方向Ｋ2に沿って受信用斜角探触子２２を移動させる駆動装置３１Ｂとを有する。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円錐又は円錐台の側面形状の被検体の表面に垂直な厚さ方向に対して傾斜した溶接境界面を有する円筒形状の溶接部を検査対象とし、前記被検体の表面上に配置された送信用斜角探触子及び受信用斜角探触子を用い、前記溶接境界面に沿って生じる内部欠陥を検出する超音波検査システムであって、
前記被検体の深さ方向に移動させる前記溶接境界面の走査点に対応して、前記溶接境界面の走査点及びその走査点上の前記溶接境界面の法線ベクトルを含む仮想平面と前記被検体の表面とが交差する交差線上に前記送信用斜角探触子の送信点及び前記受信用斜角探触子の受信点が位置するように、かつ、前記送信用斜角探触子及び前記受信用斜角探触子と前記被検体の干渉部との干渉を回避するように、前記送信用斜角探触子及び前記受信用斜角探触子を配置する探触子移動装置を備え、
前記探触子移動装置は、
前記溶接部の周方向に沿って移動可能とし、その周方向の移動位置での前記被検体の表面の一母線方向に対する、前記被検体の表面の法線軸まわりの前記送信用斜角探触子の首振り角を固定しつつ、前記一母線方向に沿って前記送信用斜角探触子を移動させる第１の駆動装置と、
前記溶接部の周方向に沿って移動可能とし、その周方向の移動位置での前記被検体の表面の他の母線方向に対する、前記被検体の表面の法線軸まわりの前記受信用斜角探触子の首振り角を固定しつつ、前記他の母線方向に沿って前記受信用斜角探触子を移動させる第２の駆動装置とを有し、
前記送信用斜角探触子は、前記仮想平面内の送信経路にて超音波を送信するように、かつ、前記被検体の干渉部との干渉を回避するように、送信屈折角及び前記首振り角が設定され、
前記受信用斜角探触子は、前記仮想平面内の受信経路にて超音波を受信するように、かつ、前記被検体の干渉部との干渉を回避するように、受信屈折角及び前記首振り角が設定されたことを特徴とする超音波検査システム。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波検査システムにおいて、
前記第１の駆動装置は、前記送信用斜角探触子の首振り角を設定変更可能なように構成され、
前記第２の駆動装置は、前記受信用斜角探触子の首振り角を設定変更可能なように構成されたことを特徴とする超音波検査システム。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波検査システムにおいて、
前記第１の駆動装置は、前記溶接部の周方向に沿って移動可能な第１の移動体と、前記第１の移動体に前記被検体の前記表面の母線方向にスライド可能なように設けられ、前記送信用斜角探触子を支持する第１のアームとを有し、
前記第２の駆動装置は、前記溶接部の周方向に沿って移動可能な第２の移動体と、前記第２の移動体に前記被検体の前記表面の母線方向にスライド可能なように設けられ、前記受信用斜角探触子を支持する第２のアームとを有することを特徴とする超音波検査システム。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波検査システムにおいて、
前記第１の駆動装置は、前記溶接部の周方向に沿って移動可能な第１の移動体と、前記第１の移動体に前記被検体の前記表面の母線方向に伸縮可能なように設けられ、前記送信用斜角探触子を支持する第１のアームとを有し、
前記第２の駆動装置は、前記溶接部の周方向に沿って移動可能な第２の移動体と、前記第２の移動体に前記被検体の前記表面の母線方向に伸縮可能なように設けられ、前記受信用斜角探触子を支持する第２のアームとを有することを特徴とする超音波検査システム。
【請求項５】
請求項３に記載の超音波検査システムにおいて、
前記第１及び第２の移動体は、前記溶接部の周方向に沿って延在する軌道レール上を走行可能なように構成されたことを特徴とする超音波検査システム。
【請求項６】
請求項１に記載の超音波検査システムにおいて、
前記仮想平面に対する前記送信用斜角探触子の送信ビーム軸のずれ角が−１０度から１０度までの範囲内に収まるように、前記送信用斜角探触子の前記送信屈折角及び前記首振り角が設定され、
前記仮想平面に対する前記受信用斜角探触子の受信ビーム軸のずれ角が−１０度から１０度までの範囲内に収まるように、前記受信用斜角探触子の前記受信屈折角及び前記首振り角が設定されたことを特徴とする超音波検査システム。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波検査システムにおいて、
前記送信用斜角探触子の前記送信屈折角と前記受信用斜角探触子の前記受信屈折角は、６０度から８０度までの範囲内で設定されたことを特徴とする超音波検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円錐又は円錐台の側面形状の被検体の表面に垂直な厚さ方向に対して傾斜した溶接境界面を有する円筒形状の溶接部を検査対象とし、溶接境界面に沿って生じる内部欠陥を検出する超音波検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントにおける構成機器の保全は正常な運転を維持するために必要であり、非破壊検査技術の果たす役割は重要性が高い。特に原子力プラントでは、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）や再循環系配管などの原子炉一次系機器の健全性確保が重要であり、欠陥が生じやすい溶接部に対し、体積検査として超音波探傷試験（ＵＴ）が実施され、欠陥の検出や大きさの評価を行っている。
【０００３】
検査対象の一例として、原子炉圧力容器の下鏡部の溶接部がある。原子炉圧力容器の下鏡部は、図１及び図２で示すように、球冠状のドーム部１１と、円錐帯状（言い換えれば、円錐台の側面形状）の下鏡ペタル部１２を有し、それらが円筒形状の溶接部１３で接合されている。ドーム部１１には、複数の制御棒駆動機構ハウジング（ＣＲＤハウジング）１４が形成され、下鏡ペタル部１２には、複数のインターナルポンプケーシング（ＲＩＰケーシング）１５が形成されている。
【０００４】
一般的に、供用前検査や供用期間中検査においては、下鏡部の内面側に開口した欠陥（き裂）を検出するため、一探触子法による超音波検査を実施する（例えば特許文献１参照）。具体的には、例えば図３で示すように、ＲＩＰケーシング１５及びその周辺のＲ部１５ａからなる干渉部を回避するように、下鏡ペタル部１２の外面側（図３中下側）に送受信用斜角探触子２０を配置し、送受信用斜角探触子２０から欠陥１６（き裂）の開口近傍に向けて超音波を送信する。そして、欠陥１６と下鏡ペタル部１２の内面からなるコーナーで反射した超音波（コーナーエコー）を送受信用斜角探触子２０で受信する。これにより、下鏡部の内面側（図３中上側）に開口した欠陥１６を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１１５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、製造最終段階の検査などで、溶接部１３の溶接境界面に沿って生じる面状の内部欠陥（詳細には、溶接部１３に内在する割れや溶け込み不良など）を検出するため、下鏡部の深さ方向全体にわたって溶接部１３を検査することが必要な場合がある。
【０００７】
ここで、図４で示す鉛直断面において、下鏡ペタル部１２の表面に垂直な厚さ方向に対して溶接部１３の外周側（図４中右側）の溶接境界面１３ａが傾斜していることから、溶接境界面１３ａに対して法線方向に（すなわち、溶接境界面１３ａに沿って生じた内部欠陥１７に対して垂直方向に）超音波が入射するように、送受信用斜角探触子２０の送受信屈折角を設定することが可能である。これにより、送受信用斜角探触子２０から内部欠陥１７へ超音波を送信するとともに、内部欠陥１７で反射した超音波を送受信用斜角探触子２０で受信することが可能である。また、内部欠陥１７で反射した超音波の振幅、すなわち、送受信用斜角探触子２０で受信する超音波の振幅を高め、内部欠陥１７を高感度に検出することが可能である。
【０００８】
しかしながら、溶接境界面１３ａの走査点（すなわち、内部欠陥１７を検出する点）が下鏡部の内面に近づくほど、溶接境界面１３ａから送受信用斜角探触子２０を遠ざけなければならず（図４中二点鎖線で示す仮想配置を参照）、送受信用斜角探触子２０とＲＩＰケーシング１５等の干渉部が干渉する。そのため、送受信用斜角探触子２０を用いる一探触子法では、例えば図４で示す深さ範囲Ｕにおける内部欠陥１７を検出することが困難となる。
【０００９】
本発明の目的は、斜角探触子と被検体の干渉部との干渉を回避しつつ、内部欠陥を高感度に検出することができる超音波検査システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、円錐又は円錐台の側面形状の被検体の表面に垂直な厚さ方向に対して傾斜した溶接境界面を有する円筒形状の溶接部を検査対象とし、前記被検体の表面上に配置された送信用斜角探触子及び受信用斜角探触子を用い、前記溶接境界面に沿って生じる内部欠陥を検出する超音波検査システムであって、前記被検体の深さ方向に移動させる前記溶接境界面の走査点に対応して、前記溶接境界面の走査点及びその走査点上の前記溶接境界面の法線ベクトルを含む仮想平面と前記被検体の表面とが交差する交差線上に前記送信用斜角探触子の送信点及び前記受信用斜角探触子の受信点が位置するように、かつ、前記送信用斜角探触子及び前記受信用斜角探触子と前記被検体の干渉部との干渉を回避するように、前記送信用斜角探触子及び前記受信用斜角探触子を配置する探触子移動装置を備え、前記探触子移動装置は、前記溶接部の周方向に沿って移動可能とし、その周方向の移動位置での前記被検体の表面の一母線方向に対する、前記被検体の表面の法線軸まわりの前記送信用斜角探触子の首振り角を固定しつつ、前記一母線方向に沿って前記送信用斜角探触子を移動させる第１の駆動装置と、前記溶接部の周方向に沿って移動可能とし、その周方向の移動位置での前記被検体の表面の他の母線方向に対する、前記被検体の表面の法線軸まわりの前記受信用斜角探触子の首振り角を固定しつつ、前記他の母線方向に沿って前記受信用斜角探触子を移動させる第２の駆動装置とを有し、前記送信用斜角探触子は、前記仮想平面内の送信経路にて超音波を送信するように、かつ、前記被検体の干渉部との干渉を回避するように、送信屈折角及び前記首振り角が設定され、前記受信用斜角探触子は、前記仮想平面内の受信経路にて超音波を受信するように、かつ、前記被検体の干渉部との干渉を回避するように、受信屈折角及び前記首振り角が設定される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、斜角探触子と被検体の干渉部との干渉を回避しつつ、内部欠陥を高感度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】被検体の一例である原子炉圧力容器の下鏡部の下面図である。
【図２】図１中断面II−IIによる下鏡部の鉛直断面図である。
【図３】原子炉圧力容器の下鏡部の内面側に開口した欠陥を検出する一探触子法を説明するための下鏡部の鉛直断面図である。
【図４】原子炉圧力容器の下鏡部の溶接部に生じた内部欠陥を検出する一探触子法を説明するための下鏡部の鉛直断面図である。
【図５】本発明の一実施形態における送信用斜角探触子及び受信用斜角探触子の配置を表す下鏡部の下面図である。
【図６】図５中断面VI−VIによる下鏡部の鉛直断面に、送信用斜角探触子、受信用斜角探触子、並びに超音波の送信経路及び受信経路を投影して表す図である。
【図７】本発明の一実施形態における超音波検査システムの構成を表すブロック図である。
【図８】比較例における探触子移動装置の構造を表す下鏡部の下面図である。
【図９】図８中断面IX−IXによる下鏡部の鉛直断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態における探触子移動装置の構造を表す下鏡部の下面図であり、溶接境界面の走査点が比較的深い場合を示す。
【図１１】図１０中断面XI−XIによる下鏡部の鉛直断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態における探触子移動装置の構造を表す下鏡部の下面図であり、溶接境界面の走査点が比較的浅い場合を示す。
【図１３】図１２中断面XIII−XIIIによる下鏡部の鉛直断面図である。
【図１４】送信用斜角探触子の送信点の位置に対応する下鏡ペタル部の外面の母線方向における鉛直断面図であって、送信用斜角探触子の首振り角と見かけの送信屈折角の関係を説明するための図である。
【図１５】送信用斜角探触子の首振り角と水平面に対する送信方向ベクトルのずれ角との関係の具体例を示す図である。
【図１６】水平面における送信用斜角探触子の送信点、受信用斜角探触子の受信点、ＲＩＰケーシングの中心軸、及び下鏡部の中心軸の位置関係を表す図である。
【図１７】溶接境界面の走査点の深さに応じて変化する、ＲＩＰケーシングの中心軸と送信用斜角探触子の送信点の間の距離の具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の検査対象として、上述した原子炉圧力容器の下鏡部の溶接部１３を例にとり、溶接部１３の外周側の溶接境界面１３ａに沿って生じる面状の内部欠陥１７を検出する超音波検査方法について説明する。なお、図１〜図４を用いて説明した部分と同一の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。
【００１４】
送受信用斜角探触子２０を用いる一探触子法では、例えば図４で示す深さ範囲Ｕにおける内部欠陥１７を検出することが困難である。そのため、本発明は、送信用斜角探触子と受信用斜角探触子を用いる二探触子法を実施する。
【００１５】
図５は、本発明の一実施形態における送信用斜角探触子と受信用斜角探触子の配置を表す下鏡部の下面図であり、図６中矢印Ｖ方向から見た図に相当する。図６は、図５中断面VI−VIによる下鏡部の鉛直断面に、送信用斜角探触子、受信用斜角探触子、並びに超音波の送信経路及び受信経路を水平方向に投影して表す図である。
【００１６】
送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２は、下鏡ペタル部１２の外面（表面）１２ａ上に、ＲＩＰケーシング１５及びその周辺のＲ部１５ａからなる干渉部を回避するように、干渉部を挟んでハの字状に配置する。詳しく説明すると、溶接境界面１３ａの走査点Ｄを下鏡部の深さ方向に移動させており、この溶接境界面１３ａの走査点Ｄに対応して、溶接境界面１３ａの走査点Ｄ及びその走査点Ｄ上の溶接境界面１３ａの法線ベクトルを含む仮想平面Ｃ（本実施形態では、水平面。後述の図１４参照）と下鏡ペタル部１２の外面１２ａとが交差する交差線Ｅ（本実施形態では、円）上に送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ１及び受信用斜角探触子２２の受信点Ｐ２が位置するように、かつ、送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２と下鏡ペタル部１２の干渉部との干渉を回避するように、送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２を配置する。
【００１７】
また、仮想平面Ｃ内の送信経路Ｓ１にて超音波を送信するように、かつ、送信用斜角探触子２１と下鏡ペタル部１２の干渉部との干渉を回避するように、送信用斜角探触子２１の送信屈折角θ１等を設定している（詳細は後述）。また、仮想平面Ｃ内の受信経路Ｓ２にて超音波を受信するように、かつ、受信用斜角探触子２２と下鏡ペタル部１２の干渉部との干渉を回避するように、受信用斜角探触子２２の受信屈折角θ２等を設定している（詳細は後述）。
【００１８】
これにより、溶接境界面１３ａに沿って生じた内部欠陥１７に対して垂直な仮想平面Ｃ内を超音波が伝播することになり、内部欠陥１７で反射した超音波の振幅、すなわち、受信用斜角探触子２２で受信する超音波の振幅を高めることができる。したがって、内部欠陥１７を高感度に検出することができる。また、斜角探触子２１，２２と下鏡ペタル部１２の干渉部との干渉を回避することができる。
【００１９】
ここで、仮想平面Ｃ内の送信経路Ｓ１と受信経路Ｓ２の間の角度を開き角γとする（図５参照）。また、送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ１における下鏡ペタル部１２の外面１２ａの法線軸まわりで、下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向と送信用斜角探触子２１の向きの間の角度を首振り角σ１とする（後述の図１４参照）。同様に、受信用斜角探触子２２の受信点Ｐ２における下鏡ペタル部１２の外面１２ａの法線軸まわりで、下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向と受信用斜角探触子２２の向きの間の角度を首振り角σ２とする。
【００２０】
また、送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ１に対応する下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向を仮想平面Ｃに投影し、この投影した母線方向と送信経路Ｓ１の間の角度を見かけの首振り角ρ１とする（後述の図１０及び図１６参照）。同様に、受信用斜角探触子２２の受信点Ｐ２に対応する下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向を仮想平面Ｃに投影し、この投影した母線方向と受信経路Ｓ２の間の角度を見かけの首振り角ρ２とする（後述の図１０参照）。下鏡ペタル部１２の外面１２ａの傾斜角β等の条件が同じであれば、送信用斜角探触子２１の首振り角σ１と見かけの首振り角ρ１は一対一の関係にあり、受信用斜角探触子２２の首振り角σ２と見かけの首振り角ρ２は一対一の関係にある。
【００２１】
上述した超音波検査方法を実施するための超音波検査システムについて説明する。図７は、本発明の一実施形態における超音波検査システムの構成を表すブロック図である。
【００２２】
本実施形態の超音波検査システムは、上述した送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２と、下鏡ペタル部１２の外面１２ａに沿って送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２を移動させる探触子移動装置２３と、送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２による超音波の送受信を制御する送受信装置２４と、探触子移動装置２３及び送受信装置２４を制御する制御装置２５と、各種の演算処理を実行する計算装置２６と、各種のデータを記録する記憶装置２７と、各種の情報を画面表示する表示装置２８と、各種の条件を入力するとともに、各種の操作を実行するための入力装置２９とを備えている。なお、計算装置２６はコンピュータや電子部品を搭載した基板等で構成され、記憶装置２７はハードディスクやランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等で構成されている。また、表示装置２８はディスプレイ等で構成され、入力装置２９はマウスやキーボード、タッチパネルやボタン等で構成されている。
【００２３】
制御装置２５は、走査点Ｄの周方向位置及び深さに係わる指令を、探触子移動装置２３に出力する。探触子移動装置２３は、制御装置２５からの指令に応じて、溶接境界面１３ａの走査点Ｄ及びその走査点Ｄ上の溶接境界面１３ａの法線ベクトルを含む仮想平面Ｃと下鏡ペタル部１２の外面１２ａとが交差する交差線Ｅ上に送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ１及び受信用斜角探触子２２の受信点Ｐ２が位置するように、かつ、送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２と下鏡ペタル部１２の干渉部との干渉を回避するように、送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２を配置するようになっている。
【００２４】
送受信装置２４は、送信用斜角探触子２１で受信した超音波の波形データ等からなる探傷結果を取得する。記憶装置２７は、送受信装置２４で取得した探傷結果を、溶接境界面１３ａの走査点Ｄの周方向位置及び深さと関連付けて記憶する。表示装置２８は、送受信装置２４で取得した探傷結果又は記憶装置２７で記憶した探傷結果を、溶接境界面１３ａの走査点Ｄの周方向位置及び深さと関連付けて表示するようになっている。
【００２５】
本実施形態の探触子移動装置２３の構造及び作用効果を、比較例と比較しながら説明する。
【００２６】
図８は、比較例における探触子移動装置の構造を表す下鏡部の下面図である。図９は、図８中断面IX−IXによる下鏡部の鉛直断面図である。
【００２７】
比較例の探触子移動装置５０は、溶接境界面１３ａの走査点Ｄを下鏡部の深さ方向に移動させる場合に、上述した開き角γ（図５参照）を一定に保つという観点から、送信経路Ｓ1に沿って送信用斜角探触子２１を移動させ、受信経路Ｓ２に沿って受信用斜角探触子２２を移動させるように構成されている。
【００２８】
具体的に説明すると、探触子移動装置５０は、溶接部１３の周方向に沿って延在する円環状の軌道レール５１と、軌道レール５１上を走行可能な移動体５２と、移動体５２から送信経路Ｓ1に沿って延在する固定アーム５３Ａと、固定アーム５３Ａに沿って移動可能とし、送信用斜角探触子２１を支持する探触子支持装置５４Ａと、移動体５２から受信経路Ｓ２に沿って延在する固定アーム５３Ｂと、固定アーム５３Ｂに沿って移動可能とし、受信用斜角探触子２２を支持する探触子支持装置５４Ｂとを有している。そして、走査点Ｄの周方向位置に係わる指令に応じて、軌道レール５１の延在方向における移動体５２の位置を制御する。また、走査点Ｄの深さに係わる指令に応じて、固定アーム５３Ａの延在方向における探触子支持装置５４Ａの位置（ひいては、送信用斜角探触子２１の位置）を制御するとともに、固定アーム５３Ｂの延在方向における探触子支持装置５４Ｂの位置（ひいては、受信用斜角探触子２２の位置）を制御するようになっている。
【００２９】
図９で示すように、走査点Ｄを鉛直方向に投影した下鏡ペタル部１２の外面１２ａ上の起点をＦとすれば、固定アーム５３Ａは、下鏡ペタル部１２の外面１２ａの起点Ｆにおける接平面Ｇに対して平行となるように延在する。そして、固定アーム５３Ａの延在方向における下鏡ペタル部１２の外面１２ａの輪郭が曲線となるから、固定アーム５３Ａの延在方向における送信用斜角探触子２１の位置に応じて、固定アーム５３Ａと下鏡ペタル部１２の外面１２ａの間隔が変化する。そのため、探触子支持装置５４Ａは、送信用斜角探触子２１を下鏡ペタル部１２の外面１２ａに押付ける押付け機構５５が必要となる。また、固定アーム５３Ａの延在方向における送信用斜角探触子２１の位置に応じて、下鏡ペタル部１２の外面１２ａの法線方向が変化する（例えば図９中の法線方向Ｈａ，Ｈｂ参照）。すなわち、固定アーム５３Ａの延在方向に垂直な方向Ｉと下鏡ペタル部１２の外面１２ａの法線方向との間の角度が変化する（例えば図９中の角度Ｊａ，Ｊｂ参照）。そのため、送信用斜角探触子２１と下鏡ペタル部１２の外面１２ａとの接触性の観点から、送信用斜角探触子２１の姿勢を下鏡ペタル部１２の外面１２ａに追従させるジンバル機構５６が必要となる。
【００３０】
同様の理由から、探触子支持装置５４Ｂは、受信用斜角探触子２２を下鏡ペタル部１２の外面１２ａに押付ける押付け機構５５や、受信用斜角探触子２２の姿勢を下鏡ペタル部１２の外面１２ａに追従させるジンバル機構５６が必要となる。したがって、比較例の探触子移動装置５０は、複雑化及び大型化する。
【００３１】
さらに、ジンバル機構５６の存在により、送信用斜角探触子２１の姿勢及び受信用斜角探触子２２の姿勢が変化するため、送信用斜角探触子２１の送信方向及び受信用斜角探触子２２の受信方向が変化して、検出感度が低下する可能性がある。そこで、送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２として、複数の超音波振動子を有するアレイ探触子を採用し、固定アーム５３Ａの延在方向における送信用斜角探触子２１の位置に応じて送信用斜角探触子２１の送信屈折角（図９中θ１ａ，θ１ｂで示す。但し、θ１ａ≠θ１ｂ）を可変制御するとともに、固定アーム５３Ｂの延在方向における受信用斜角探触子２２の位置に応じて受信用斜角探触子２２の受信屈折角を可変制御することが考えられる（公知のフェーズドアレイ法）。しかし、この場合、システム全体（特に、探触子及び送受信装置）が高コスト化及び大型化する。また、アレイ探触子を採用しても、押付け機構５５やジンバル機構５６の存在により、探触子の位置や姿勢に複雑な影響を与えるため、設計上の留意事項が多い。
【００３２】
図１０は、本実施形態における探触子移動装置２３の構造を表す下鏡部の下面図であり、図１１は、図１０中断面XI−XIによる下鏡部の鉛直断面図である。これら図１０及び図１１は、溶接境界面１３ａの走査点Ｄが比較的深い場合を示す。図１２は、本実施形態における探触子移動装置２３の構造を表す下鏡部の下面図であり、図１３は、図１２中断面XIII−XIIIによる下鏡部の鉛直断面図である。これら図１２及び図１３は、溶接境界面１３ａの走査点Ｄが比較的浅い場合を示す。なお、図１１及び図１３においては、断面XI−XI又は断面XIII−XIIIに送信経路Ｓ１を投影した場合の見かけの送信屈折角θ１’を示す。
【００３３】
本実施形態の探触子移動装置２３は、溶接境界面１３ａの走査点Ｄを下鏡部の深さ方向に移動させる場合に、送信用斜角探触子２１の首振り角σ１及び受信用斜角探触子２２の首振り角σ２を一定に保つという観点から、溶接部１３の周方向に沿って延在する円環状の軌道レール３０と、この軌道レール３０に沿って移動する駆動装置３１Ａ，３１Ｂを有している。駆動装置３１Ａは、その周方向の移動位置での下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ１に対する送信用斜角探触子２１の首振り角σ１（ひいては、見かけの首振り角ρ１）を固定しつつ、母線方向Ｋ１に沿って送信用斜角探触子２１を移動させるように構成されている。駆動装置３１Ｂは、その周方向の移動位置での下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ２に対する受信用斜角探触子２２の首振り角σ２（ひいては、見かけの首振り角ρ２）を固定しつつ、母線方向Ｋ２に沿って受信用斜角探触子２２を移動させるように構成されている。
【００３４】
具体的に説明すると、駆動装置３１Ａは、軌道レール３０上を走行可能な移動体３２Ａと、移動体３２Ａの周方向位置での下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ１にスライド可能なように移動体３２Ａに設けられたアーム３３Ａとを有している。アーム３３Ａは、軌道レール３０とは反対側の端部に設けられた首振り角調整機構３４Ａを有し、この首振り角調整機構３４Ａを介し送信用斜角探触子２１を支持している。駆動装置３１Ｂは、軌道レール３０上を走行可能な移動体３２Ｂと、移動体３２Ｂの周方向位置での下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ２にスライド可能なように移動体３２Ｂに設けられたアーム３３Ｂとを有している。アーム３３Ｂは、軌道レール３０とは反対側の端部に設けられた首振り角調整機構３４Ｂを有し、この首振り角調整機構３４Ｂを介し受信用斜角探触子２２を支持している。首振り角調整機構３４Ａ，３４Ｂは、例えば被検体の構造寸法に応じて送信用斜角探触子２１の首振り角σ１及び受信用斜角探触子２２の首振り角σ２をそれぞれ設定変更するためのものであり、手動調整の回転ステージ等で構成されている。
【００３５】
そして、制御装置２５からの走査点Ｄの周方向位置に係わる指令に応じて、軌道レール３０の延在方向における移動体３２Ａの位置及び移動体３２Ｂの位置を制御する。また、制御装置２５からの走査点Ｄの深さに係わる指令に応じて、移動体３２Ａの位置と、移動体３２Ａに対するアーム３３Ａのスライド位置（ひいては、アーム３３Ａの延在方向における送信用斜角探触子２１の位置）を制御するとともに、移動体３２Ｂの位置と、移動体３２Ｂに対するアーム３３Ｂのスライド位置（ひいては、アーム３３Ｂの延在方向における受信用斜角探触子２２の位置）を制御するようになっている。
【００３６】
このように構成された本実施形態の探触子移動装置２３では、アーム３３Ａの延在方向における下鏡ペタル部１２の外面１２ａの輪郭が直線となるから、アーム３３Ａの延在方向における送信用斜角探触子２１の位置にかかわらず、アーム３３Ａと下鏡ペタル部１２の外面１２ａの間隔が同じである。そのため、比較例とは異なり、送信用斜角探触子２１を下鏡ペタル部１２の外面１２ａに押付ける押付け機構５５が不要である。また、アーム３３Ａの延在方向における送信用斜角探触子２１の位置にかかわらず、下鏡ペタル部１２の外面１２ａの法線方向Ｈとアーム３３Ａの延在方向に垂直な方向Ｉが同じである。そのため、比較例とは異なり、ジンバル機構５６を設けなくとも、送信用斜角探触子２１と下鏡ペタル部１２の外面１２ａとの接触性を確保することができる。
【００３７】
同様の理由から、受信用斜角探触子２２を下鏡ペタル部１２の外面１２ａに押付ける押付け機構５５や、受信用斜角探触子２２の姿勢を下鏡ペタル部１２の外面１２ａに追従させるジンバル機構５６が不要である。したがって、探触子移動装置２３の簡素化及び小型化を図ることができる。また、ジンバル機構５６が存在しないので、アレイ探触子を採用しなくとも、検出感度を高めることができる。
【００３８】
また、本実施形態の探触子移動装置２３では、アーム３３Ａ，３３Ｂが下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ１，Ｋ２にスライド可能な構造であるから、アーム３３Ａ，３３ＢとＲＩＰケーシング１５等の干渉部との干渉を回避しつつ、干渉部より溶接部１３側に斜角探触子２１，２２を配置することができる。これにより、検査可能範囲を広げることができる。さらに、本実施形態の探触子移動装置２３では、首振り角調整機構３４Ａ，３４Ｂを有していることから、例えば図４で示す範囲Ｕ以外の浅い範囲に対して、一探触子法を実施することも可能である。そのため、装置を交換することなく、一探触子法を実施することができ、検査時間の短縮を図ることができる。
【００３９】
次に、本実施形態の探傷条件について説明する。本実施形態では、上述した仮想平面Ｃ（水平面）内の送信経路Ｓ１にて超音波を送信するように、かつ、送信用斜角探触子２１と下鏡ペタル部１２の干渉部との干渉を回避するように、送信用斜角探触子２１の送信屈折角θ１及び首振り角σ１が設定（固定）されている。また、仮想平面Ｃ内の受信経路Ｓ２にて超音波を受信するように、かつ、受信用斜角探触子２２と下鏡ペタル部１２の干渉部との干渉を回避するように、受信用斜角探触子２２の受信屈折角θ２及び首振り角σ２が設定（固定）されている。
【００４０】
まず、仮想平面Ｃ内の送信経路Ｓ１にて超音波を送信するように、送信用斜角探触子２１の送信屈折角θ１及び首振り角σ１を設定している点を説明する。図１４は、送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ１の位置に対応する下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ１における鉛直断面図であって、送信用斜角探触子２１の首振り角σ１と見かけの送信屈折角θ１’の関係を説明するための図である。
【００４１】
図１４で示すように、仮に、送信用斜角探触子２１の首振り角σ１を０度に設定した場合、見かけの送信屈折角θ１’と実際の送信屈折角θ１は同じになる。このとき、送信用斜角探触子２１の送信屈折角θ１（本実施形態では、６０度〜８０度の範囲内で、例えば７０度）が下鏡ペタル部１２の外面１２ａの傾斜角β（例えば５７度）より大きければ、仮想平面Ｃに対して送信方向ベクトルｕ０が図１４中下側に逸れてしまう。そして、送信用斜角探触子２１の首振り角σ１を０度より大きくしていけば、見かけの送信屈折角θ１’が小さくなり、仮想平面Ｃに対する送信方向ベクトルｕのずれ角ε１を０度とすることができる。
【００４２】
送信用斜角探触子２１の向きを表すベクトルａは、送信用斜角探触子２１の首振り角σ１及び下鏡ペタル部１２の外面１２ａの傾斜角βを変数として、下記の式（１）で表される。式（１）中のＴはベクトルの転置記号である。
【００４３】
【数１】
2018194528.tif 000003
【００４４】
送信方向ベクトルｕは、送信用斜角探触子２１の送信屈折角θ１を変数として、下鏡ペタル部１２の外面１２ａの法線ベクトルｎとベクトルａから、下記の式（２）で表される。
【００４５】
【数２】
2018194528.tif 000004
【００４６】
送信方向ベクトルｕの鉛直成分ｕｚがゼロとなれば、仮想平面Ｃに対する送信方向ベクトルｕのずれ角ε１が０度となるから、下記の式（３）で示す理想的な首振り角σ１の演算式を導き出すことができる。すなわち、ずれ角ε１＝０度としたときの理想的な首振り角σ１は、下鏡ペタル部１２の外面１２ａの傾斜角βと送信用斜角探触子２１の送信屈折角θ１から算出して設定することができる。
【００４７】
【数３】
2018194528.tif 000005
【００４８】
図１５は、送信用斜角探触子２１の首振り角σ１と仮想平面Ｃ（水平面）に対する送信方向ベクトルｕのずれ角ε１との関係の具体例を示す図である。この具体例は、傾斜角β＝５７度、送信屈折角θ１＝７０度の場合であり、ずれ角ε１＝０度としたときの理想的な首振り角σ１＝５５．９度となる。この首振り角σ１は、溶接境界面１３の走査点Ｄの深さに依存せず、固定することができる。
【００４９】
上記と同様の方法により、仮想平面Ｃ内の受信経路Ｓ２にて超音波を受信するように、受信用斜角探触子２２の送信屈折角θ２及び首振り角σ２を設定することができる。なお、本実施形態では、受信用斜角探触子２２の受信屈折角θ２は、６０度〜８０度の範囲内であって、送信用斜角探触子２１の送信屈折角θ１と同じ値に設定されている。また、受信用斜角探触子２２の首振り角σ２は、仮想平面Ｃに対する受信方向ベクトルのずれ角ε２＝０度としたときの理想的な首振り角であって、送信用斜角探触子２１の首振り角σ１と同じ値に設定されている。
【００５０】
次に、送信用斜角探触子２１と下鏡ペタル部１２の干渉部との干渉を回避するように、送信用斜角探触子２１の送信屈折角θ１及び首振り角σ１を設定している点を捕捉説明する。図１６は、仮想平面Ｃ（水平面）における送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ１、受信用斜角探触子２２の受信点Ｐ２、ＲＩＰケーシング１５の中心軸Ｏｒ、及び下鏡部の中心軸Ｏの位置関係を表す図である。
【００５１】
ＲＩＰケーシング１５及びその周辺のＲ部１５ａからなる干渉部に対する送信用斜角探触子２１の干渉の有無を判定するため、図１６で示すように、ＲＩＰケーシング１５の中心軸Ｏｒを中心として干渉半径ＲＩを有する円形状の干渉領域４０を想定する。干渉半径Ｒは、ＲＩＰケーシング１５の半径と、Ｒ部１５ａの最大幅と、送信点Ｐ1を中心として送信用斜角探触子２１に外接する仮想円の半径との総和である。
【００５２】
図１６で示す溶接境界面１３ａの周方向範囲Ｖ（詳細には、下鏡部の中心軸Ｏを通って円形状の干渉領域４０に外接する二つの直線で挟まれる範囲）では、溶接境界面１３ａの走査点Ｄの深さによって、一探触子法の適用が困難となり、二探触子法を適用する。そして、溶接境界面１３ａの周方向範囲Ｖにおいて、送信用斜角探触子２１と下鏡ペタル部１２の干渉部との干渉を回避するためには、送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ1とＲＩＰケーシング１５の中心軸Ｏｒの間の距離が干渉半径ＲＩを上回る必要がある。溶接境界面１３ａの周方向範囲Ｖの中央に走査点Ｄが位置する場合より、溶接境界面１３ａの周方向範囲Ｖの端部に走査点Ｄが位置する場合のほうが、送信斜角探触子２１の送信点Ｐ1とＲＩＰケーシング１５の中心軸Ｏｒの間の距離が短くなる。そのため、後者の場合に、送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ1とＲＩＰケーシング１５の中心軸Ｏｒの間の距離が干渉半径ＲＩを上回るどうかを確認する必要がある。
【００５３】
送信用斜角探触子２１と下鏡ペタル部１２の干渉部との干渉を回避するためには、送信用斜角探触子２１の首振り角σ１を大きくして、図１６で示す見かけの首振り角ρ１を大きくすればよい。見かけの首振り角ρ１は、下記の式（４）で表されるものであり、送信用斜角探触子２１の送信屈折角θ１が比較的大きければ（本実施形態では、上述したように６０度から８０度の範囲内であり）、見かけの首振り角ρ１も大きくなる。
【００５４】
【数４】
2018194528.tif 000006
【００５５】
そして、この見かけの首振り角ρ１に基づき、余弦定理や正弦定理による幾何学的な解析を実施すれば、溶接境界面１３ａの走査点Ｄの深さに対応する送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ1の位置を演算することができ、さらに、送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ1とＲＩＰケーシング１５の中心軸Ｏｒの間の距離を演算することができる。
【００５６】
図１７は、溶接境界面１３ａの周方向範囲Ｖの端部に走査点Ｄが位置する場合で、走査点Ｄの深さに応じて変化する、送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ1とＲＩＰケーシング１５の中心軸Ｏｒの間の距離の具体例を示す図である。この具体例は、傾斜角β＝５７度、送信屈折角θ１＝７０度、首振り角σ１＝５５．９度、下鏡部の中心軸Ｏと溶接境界面１３ａの間の距離Ｒｄ＝２５００ｍｍ、下鏡部の中心軸ＯとＲＩＰケーシング１５の中心軸Ｏｒの間の距離Ｒｒ＝３０００ｍｍ、干渉半径ＲＩ＝２５０ｍｍの場合である。溶接境界面１３ａの走査点Ｄの深さが１３５ｍｍ程度であるときに、送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ1とＲＩＰケーシング１５の中心軸Ｏｒの間の距離が最小値となるものの、干渉半径ＲＩを上回っている。したがって、送信用斜角探触子２１と下鏡ペタル部１２の干渉部との干渉を回避するように、送信用斜角探触子２１の送信屈折角θ１及び首振り角σ１を設定している点を確認することができる。
【００５７】
上記と同様の方法により、受信用斜角探触子２２と下鏡ペタル部１２の干渉部との干渉を回避するように、受信用斜角探触子２２の受信屈折角θ２及び首振り角σ２を設定している点を確認することができる。
【００５８】
なお、上記一実施形態においては、ずれ角ε１＝０度としたときの理想的な首振り角σ１と、ずれ角ε２＝０度としたときの理想的な首振り角σ２を設定する場合を例にとって説明したが、これに限られず、超音波ビームの広がりの範囲内であれば、ずれ角ε１又はε２の条件を変更してもよい。超音波ビームの半角は、探触子の大きさや屈折角によって異なるものの、一般的に１０度未満である。そのため、仮想平面Ｃに対する送信用斜角探触子２１の送信ビーム軸のずれ角ε１や、仮想平面Ｃに対する受信用斜角探触子２２の受信ビーム軸のずれ角ε２は、−１０度から１０度までの範囲内であれば許容してもよい。したがって、例えば上述の図１４で示すように傾斜角β＝５７度、送信屈折角θ１＝７０度である場合、送信用斜角探触子２１の首振り角σ１は、２６度から７７度までの範囲内であれば許容してもよい。同様に、例えば傾斜角β＝５７度、受信屈折角θ２＝７０度である場合、受信用斜角探触子２１の首振り角σ２は、２６度から７７度までの範囲内であれば許容してもよい。
【００５９】
また、上記一実施形態において、探触子移動装置２３のアーム３３Ａは、移動体３２Ａの周方向位置での下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ１にスライド可能なように移動体３２Ａに設けられ、アーム３３Ｂは、移動体３２Ｂの周方向位置での下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ２にスライド可能なように移動体３２Ｂに設けられた場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。アーム３３Ａは、例えばエアシリンダ等であって、移動体３２Ａの周方向位置での下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ１に伸縮可能なように移動体３２Ａに設けられてもよい。また、アーム３３Ｂは、例えばエアシリンダ等であって、移動体３２Ｂの周方向位置での下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ２に伸縮可能なように移動体３２Ｂに設けられてもよい。このような変形例では、ドーム部１１側に干渉物が存在する場合（具体的には、例えば供用期間中検査等で、ＣＲＤハウジング１４に挿入された制御棒駆動機構が存在する場合）でも、その干渉物とアーム３３Ａ，３３Ｂとの干渉を回避することができる。
【００６０】
また、上記一実施形態において、探触子移動装置２３の移動体３２Ａ，３２Ｂは、溶接部１３の周方向に沿って延在する軌道レール３０上を走行可能なように構成された場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、移動体３２Ａ，３２Ｂは、溶接部１３の周方向に沿って移動可能なように構成されていればよく、例えば、下鏡部の外面に吸着して走行するための磁気車輪を有していてもよい。このような変形例においても、上記一実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
また、上記一実施形態において、送信用斜角探触子２１の首振り角σ１を設定変更可能な首振り角調整機構３４Ａと、受信用斜角探触子２２の首振り角σ２を設定変更可能な首振り角調整機構３４Ｂを有する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、構造寸法が異なる複数の被検体に適用できるという効果が得られないものの、首振り角調整機構３４Ａ，３４Ｂを有しなくともよい。
【００６２】
なお、以上においては、本発明の検査対象として、原子炉圧力容器の下鏡部の溶接部１３を例にとって説明したが、これに限られず、円錐台（又は円錐）の側面形状の被検体の表面に垂直な厚さ方向に対して傾斜した溶接境界面を有する円筒形状の溶接部であればよい。
【符号の説明】
【００６３】
１２              下鏡ペタル部
１２ａ            外面（表面）
１３              溶接部
１３ａ            溶接境界面
１５              ＲＩＰケーシング
１５ａ            Ｒ部
１７              内部欠陥
２１              送信用斜角探触子
２２              受信用斜角探触子
２３              探触子移動装置
３０              軌道レール
３１Ａ，３１Ｂ    駆動装置
３２Ａ，３２Ｂ    移動体
３３Ａ，３３Ｂ    アーム
３４Ａ，３４Ｂ    首振り角調整機構
【図１】
2018194528.tif 000007
【図２】
2018194528.tif 000008
【図３】
2018194528.tif 000009
【図４】
2018194528.tif 000010
【図５】
2018194528.tif 000011
【図６】
2018194528.tif 000012
【図７】
2018194528.tif 000013
【図８】
2018194528.tif 000014
【図９】
2018194528.tif 000015
【図１０】
2018194528.tif 000016
【図１１】
2018194528.tif 000017
【図１２】
2018194528.tif 000018
【図１３】
2018194528.tif 000019
【図１４】
2018194528.tif 000020
【図１５】
2018194528.tif 000021
【図１６】
2018194528.tif 000022
【図１７】
2018194528.tif 000023