(57)【要約】【課題】探触子を被検査面の形状に沿って好適に移動させることで、被検査体の内部を精度良く探傷することができる可搬式の超音波探傷装置等を提供する。【解決手段】外板面と内周面との間に形成されるチャンファ面を有する板材に対して、チャンファ面に沿って移動させながら、チャンファ面に超音波を照射して、板材の内部を探傷する可搬式の超音波探傷装置１であって、装置フレーム２０と、チャンファ面に超音波を照射すると共に反射した超音波を受信する探触子２１と、探触子２１が固定され、チャンファ面と接触可能なウェッジ２２と、装置フレーム２０に対して、ウェッジ２２をスライド方向に移動させるスライド機構２４と、スライド方向において、ウェッジ２２とチャンファ面とが近づく方向に付勢するばね部材２５と、装置フレーム２０に設けられ、内周面に接触する転接面を有する可動ローラ２６及び一対の固定ローラ２７と、を備える。【選択図】図３
2015081864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と第２面との間に形成される被検査面を有する被検査体に対して、前記被検査面に沿って移動させながら、前記被検査面に超音波を照射して、前記被検査体の内部を探傷する可搬式の超音波探傷装置であって、
装置フレームと、
前記被検査面に超音波を照射すると共に反射した超音波を受信する探触子と、
前記探触子が固定され、前記被検査面と接触可能なウェッジと、
前記装置フレームに対して、前記ウェッジをスライド方向に移動させるスライド機構と、
前記スライド方向において、前記ウェッジと前記被検査面とが近づく方向に付勢する付勢部材と、
前記装置フレームに設けられ、前記第２面に接触する第２接触面を有する案内部材と、を備えることを特徴とする可搬式の超音波探傷装置。
【請求項２】
前記装置フレームに対して、前記ウェッジと共に前記スライド方向に移動し、前記第１面に接触する第１接触面を有するウェッジガイドを、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の可搬式の超音波探傷装置。
【請求項３】
前記ウェッジガイドは、前記ウェッジを挟んで、前記第１接触面内における前記スライド方向に直交する直交方向の両側に延在して設けられていることを特徴とする請求項２に記載の可搬式の超音波探傷装置。
【請求項４】
前記被検査体は、貫通穴が形成された板材であり、
前記第１面は、前記板材の板面であり、
前記第２面は、前記貫通穴の内周面であり、
前記被検査面は、前記貫通穴の周縁を面取りすることで形成されるチャンファ面であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の可搬式の超音波探傷装置。
【請求項５】
前記被検査体は、複合材料であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の可搬式の超音波探傷装置。
【請求項６】
前記案内部材は、前記装置フレームに取り付けられ、前記第２面に転接する前記第２接触面としての転接面を有する転接部材であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の可搬式の超音波探傷装置。
【請求項７】
前記転接部材は、
前記装置フレームに設けられ、回転軸が前記スライド方向と同方向に移動する可動ローラと、
前記装置フレームに設けられ、回転軸が固定されると共に、前記可動ローラの回転軸を挟んで、径方向の両側に設けられる一対の固定ローラと、を有することを特徴とする請求項６に記載の可搬式の超音波探傷装置。
【請求項８】
前記転接部材に接続され、前記転接部材の回転位置を検出可能な回転位置検出器を、さらに備えることを特徴とする請求項６または７に記載の可搬式の超音波探傷装置。
【請求項９】
前記ウェッジは、前記被検査体の前記被検査面に接触する検査面を有し、
前記ウェッジの前記検査面に対して窪んで形成され、前記探触子と前記被検査面との間に介在させる伝播媒質を溜める媒質貯留部を、さらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の可搬式の超音波探傷装置。
【請求項１０】
前記探触子は、超音波を送受信する超音波素子を、前記第１面と前記第２面とを結ぶ方向に並べたアレイ型探触子であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の可搬式の超音波探傷装置。
【請求項１１】
前記探触子は、前記被検査面から前記第１面に亘って超音波を照射すると共に、前記被検査面に照射される超音波の音速、前記被検査面に照射されて前記被検査体の内部を伝播する前記超音波の音速、及び前記被検査面における屈折角に基づいて、前記被検査面の入射角が算出され、算出された入射角となるように前記被検査面に超音波を照射することを特徴とする請求項１０に記載の可搬式の超音波探傷装置。
【請求項１２】
前記探触子の姿勢を検出する姿勢検出器と、
前記姿勢検出器の検出結果に基づいて、前記被検査体の前記被検査面に対する前記探触子の姿勢が探傷検査に適していない旨を報知する報知器と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の可搬式の超音波探傷装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の超音波探傷装置を用いて、前記被検査面を有する前記被検査体の内部を探傷する超音波探傷方法であって、
前記案内部材の前記第２接触面を前記被検査体の前記第２面に接触させ、前記ウェッジを前記被検査体の前記被検査面に接触させると共に、前記ウェッジに対して前記付勢部材による付勢力を付与する接触工程と、
前記ウェッジ及び前記案内部材を前記被検査体に接触させた状態で、前記ウェッジを前記被検査面に沿って移動させる移動工程と、を備えることを特徴とする超音波探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査体に超音波を照射して、被検査体の内部を探傷する可搬式の超音波探傷装置及びこれを用いた超音波探傷方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波探傷装置として、第１の探触子と第２の探触子とを、３軸の駆動軸を有するスキャナで走査して、四角柱体の接合部を検査する超音波探傷装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この超音波探傷装置において、探触子は、四角柱体の外表面に、超音波を照射している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−４６９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、超音波が照射される被検査体の被検査面としては、特許文献１に示す四角柱体の平坦な外表面のほか、貫通穴の周縁部に形成される湾曲面となるチャンファ面等がある。特許文献１では、四角柱体の外側にスキャナが取り付けられているものの、被検査面が湾曲面である場合には、スキャナを取り付けることが困難となる。また、湾曲面となる被検査面は、探傷位置によって曲率半径が異なる場合があるため、スキャナを取り付けたとしても、湾曲面の曲率半径に応じて探触子の位置を適宜修正する必要があり、探傷検査作業が煩雑となる。
【０００５】
この場合、可搬式の超音波探傷装置を用いて、湾曲面となる被検査面に超音波を照射することが考えられる。しかしながら、被検査面に対する探触子の位置を固定することができないため、被検査面に沿って探触子を移動させると、被検査面と探触子との位置関係を保つことが困難となり、被検査面への超音波の照射角度が異なってしまう。このため、被検査面に対する超音波の照射条件が異なることにより、被検査体の内部を精度良く探傷することが困難となってしまう。特に、被検査体が音響異方性を有する材料である場合、超音波の照射角度が僅かに異なるだけで、被検査体の内部に伝播する超音波の音速が変化してしまい、探傷検査によって得られる検査結果に誤差が生ずる可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明は、被検査体と探触子との位置関係を維持しつつ、探触子を被検査面の形状に沿って好適に移動させることにより、被検査体の内部を精度良く探傷することができる可搬式の超音波探傷装置及び超音波探傷方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の可搬式の超音波探傷装置は、第１面と第２面との間に形成される被検査面を有する被検査体に対して、前記被検査面に沿って移動させながら、前記被検査面に超音波を照射して、前記被検査体の内部を探傷する可搬式の超音波探傷装置であって、装置フレームと、前記被検査面に超音波を照射すると共に反射した超音波を受信する探触子と、前記探触子が固定され、前記被検査面と接触可能なウェッジと、前記装置フレームに対して、前記ウェッジをスライド方向に移動させるスライド機構と、前記スライド方向において、前記ウェッジと前記被検査面とが近づく方向に付勢する付勢部材と、前記装置フレームに設けられ、前記第２面に接触する第２接触面を有する案内部材と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、案内部材を被検査体の第２面に接触させ、ウェッジを被検査体の被検査面に接触させると共に、ウェッジに対して付勢部材による付勢力を付与することができる。このため、被検査面にウェッジを接触させた状態を維持できることから、案内部材を被検査体に接触させた状態で、ウェッジを被検査面に沿って移動させた場合であっても、被検査体の被検査面と、ウェッジに固定される探触子との位置関係を維持することができる。これにより、被検査面の形状に沿って探触子を好適に移動させることができるため、被検査体の内部を精度良く探傷することが可能となる。
【０００９】
また、前記装置フレームに対して、前記ウェッジと共に前記スライド方向に移動し、前記第１面に接触する第１接触面を有するウェッジガイドを、さらに備えることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、被検査体の第１面にウェッジガイドを接触させることができるため、第１面に直交する方向において、超音波探傷装置１を位置規制することができる。このため、ウェッジガイドを被検査体の第１面に接触させることで、ウェッジを被検査面に沿って移動させた場合であっても、被検査面と探触子との位置関係をより好適に維持することができる。
【００１１】
また、前記ウェッジガイドは、前記ウェッジを挟んで、前記第１接触面内における前記スライド方向に直交する直交方向の両側に延在して設けられていることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、ウェッジガイドを、ウェッジの両側に広がる幅広の形状とすることができるため、被検査体の第１面とウェッジガイドの第１接触面との接触面積を大きくすることができる。このため、被検査体とウェッジガイドとを安定させて接触させることができることから、ウェッジを被検査面に沿って安定させて移動させることができる。
【００１３】
また、前記被検査体は、貫通穴が形成された板材であり、前記第１面は、前記板材の板面であり、前記第２面は、前記貫通穴の内周面であり、前記被検査面は、前記貫通穴の周縁を面取りすることで形成されるチャンファ面であることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、貫通穴の周縁部に形成されるチャンファ面下の被検査体の内部を精度良く探傷することができる。
【００１５】
また、前記被検査体は、複合材料であることが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、音響異方性を有する材料である複合材料に対して、探触子から照射される超音波の照射角度が、超音波探傷に適した照射角度となるように、探触子と被検査体の被検査面との位置関係を維持することができる。このため、被検査体が複合材料である場合、特に有用である。なお、複合材料としては、例えば、ＣＦＲＰ等の繊維強化プラスチックである。
【００１７】
また、前記案内部材は、前記装置フレームに取り付けられ、前記第２面に転接する前記第２接触面としての転接面を有する転接部材であることが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、案内部材を転接部材とすることができるため、ウェッジを被検査面に沿って移動させる場合、被検査体の第２面と転接部材の転接面との接触抵抗を小さくすることができ、第２面における移動をスムーズに行うことができる。なお、転接部材としては、第２面に線接触する円柱形状のローラであってもよいし、第２面に点接触するボールローラであってもよい。
【００１９】
また、前記転接部材は、前記装置フレームに設けられ、回転軸が前記スライド方向と同方向に移動する可動ローラと、前記装置フレームに設けられ、回転軸が固定されると共に、前記可動ローラの回転軸を挟んで、径方向の両側に設けられる一対の固定ローラと、を有することが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、被検査体の第２面が、曲率半径の異なる湾曲面である場合、一対の固定ローラの間にある可動ローラが、曲率半径に応じてスライド方向に移動することで、湾曲面となる第２面に沿って、可動ローラ及び一対の固定ローラを好適に移動させることができる。
【００２１】
また、前記転接部材に接続され、前記転接部材の回転位置を検出可能な回転位置検出器を、さらに備えることが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、転接部材に回転位置検出器を接続することで、回転位置検出器により検出した回転位置と、回転位置における探触子による探傷結果とを対応付けることができる。このため、探触子の探傷結果を、被検査面に沿って移動するウェッジの移動方向に展開してマッピングすることが可能となる。なお、探触子が単一の超音波素子で構成される場合には、移動方向に延びる線状のマップが生成され、探触子が複数の超音波素子で構成されるアレイ型のものである場合には、アレイ方向及び移動方向に延びる面状のマップが生成される。なお、回転位置検出器としては、例えば、ロータリーエンコーダが用いられる。
【００２３】
また、前記ウェッジは、前記被検査体の前記被検査面に接触する検査面を有し、前記ウェッジの前記検査面に対して窪んで形成され、前記探触子と前記被検査面との間に介在させる伝播媒質を溜める媒質貯留部を、さらに備えることが好ましい。
【００２４】
この構成によれば、ウェッジの検査面に対して媒質貯留部を窪ませて形成することができる。このため、媒体貯留部に伝播媒質を溜めることで、探触子と被検査体の被検査面との間に、隙間なく伝播媒質を介在させることができる。このため、探触子と被検査面との間に形成される隙間による音速の変化を抑制することができ、音速変化による探傷精度の低下を抑制することができる。なお、伝播媒質としては、例えば、水である。
【００２５】
また、前記探触子は、超音波を送受信する超音波素子を、前記第１面と前記第２面とを結ぶ方向に並べたアレイ型探触子であることが好ましい。
【００２６】
この構成によれば、アレイ型探触子を用いて、被検査面の幅方向に亘って超音波を照射することができる。このため、被検査面に沿ってウェッジを移動させることにより、被検査面下の被検査体の内部を効率良く探傷することができ、探傷検査作業を簡易なものにすることができる。
【００２７】
また、前記探触子は、前記被検査面から前記第１面に亘って超音波を照射すると共に、前記被検査面に照射される超音波の音速、前記被検査面に照射されて前記被検査体の内部を伝播する前記超音波の音速、及び前記被検査面における屈折角に基づいて、前記被検査面の入射角が算出され、算出された入射角となるように前記被検査面に超音波を照射することが好ましい。
【００２８】
この構成によれば、探触子と被検査体の被検査面とがなす角度と、探触子と被検査体の第１面とがなす角度とが異なる角度となる。このとき、第１面に照射される超音波の音速（例えば、伝播媒質の超音波の音速）と第１面に照射されて被検査体の内部を伝播する超音波の音速とは異なる音速となり、同様に、被検査面に照射される超音波の音速（例えば、伝播媒質の超音波の音速）と被検査面に照射されて被検査体の内部を伝播する超音波の音速とは異なる音速となる。このため、探触子は、伝播媒質の超音波の音速、被検査体の内部の超音波の音速及び屈折角から、スネルの法則に基づいて入射角θが計算され、入射角θとなるように超音波を照射することができる。よって、伝播媒質と被検査体との屈折率による音速の変化を考慮して、探触子を取り付けることができるため、被検査面下の被検査体の内部を精度良く探傷することができる。
【００２９】
また、前記探触子の姿勢を検出する姿勢検出器と、前記姿勢検出器の検出結果に基づいて、前記被検査体の前記被検査面に対する前記探触子の姿勢が探傷検査に適していない旨を報知する報知器と、をさらに備えることが好ましい。
【００３０】
この構成によれば、探触子の姿勢が探傷検査に適していない場合、その旨を報知器により検査員に報知することができる。これにより、探傷検査に適していない姿勢で、探傷検査を行うことを抑制することができるため、探傷検査を適切に行うことができる。なお、姿勢検出器としては、例えば、加速度センサまたはジャイロセンサ等であり、検出する探触子の姿勢に応じて、２軸のものを用いてもよいし、３軸のものを用いてもよい。被検査面に対する探触子の姿勢としては、例えば、被検査面に直交する軸を中心にして、被検査面に対する探触子のロール方向（回転方向）における姿勢である。また、検査面に対する探触子の姿勢としては、例えば、被検査面に対する探触子のアングル方向（傾き方向）における姿勢である。また、報知器としては、例えば、ランプまたはスピーカ等のいずれを用いてもよい。さらに、姿勢検出器の検出結果に応じて、探触子（ウェッジ）の姿勢を、自動または手動で調整する構成としてもよい。
【００３１】
本発明の超音波探傷方法は、上記の超音波探傷装置を用いて、前記被検査面を有する前記被検査体の内部を探傷する超音波探傷方法であって、前記案内部材の前記第２接触面を前記被検査体の前記第２面に接触させ、前記ウェッジを前記被検査体の前記被検査面に接触させると共に、前記ウェッジに対して前記付勢部材による付勢力を付与する接触工程と、前記ウェッジ及び前記案内部材を前記被検査体に接触させた状態で、前記ウェッジを前記被検査面に沿って移動させる移動工程と、を備えることを特徴とする。
【００３２】
この構成によれば、接触工程において、被検査体の第２面に案内部材を接触させ、ウェッジを被検査体の被検査面に接触させると共に、ウェッジに対して付勢部材による付勢力を付与することができる。そして、移動工程において、ウェッジ及び案内部材を被検査体に接触させた状態で、ウェッジを被検査面に沿って移動させることができる。これにより、ウェッジを被検査面に沿って移動させた場合であっても、被検査体の被検査面と、ウェッジに固定される探触子との位置関係を維持することができる。これにより、被検査面の形状に沿って探触子を好適に移動させることができるため、被検査体の内部を精度良く探傷することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本実施例に係る可搬式の超音波探傷装置の検査対象となる被検査体の断面図である。
【図２】図２は、本実施例に係る可搬式の超音波探傷装置の検査対象となる被検査体の平面図である。
【図３】図３は、本実施例に係る可搬式の超音波探傷装置の斜視図である。
【図４】図４は、超音波の音速補正に関する説明図である。
【図５】図５は、本実施例に係る可搬式の超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法のフローチャートである。
【図６】図６は、変形例に係る可搬式の超音波探傷装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００３５】
図１は、本実施例に係る可搬式の超音波探傷装置の検査対象となる被検査体の断面図である。図２は、本実施例に係る可搬式の超音波探傷装置の検査対象となる被検査体の平面図である。図３は、本実施例に係る可搬式の超音波探傷装置の斜視図である。図４は、超音波の音速補正に関する説明図である。図５は、本実施例に係る可搬式の超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法のフローチャートである。
【００３６】
本実施例の可搬式の超音波探傷装置１は、被検査体の被検査面に沿って超音波探触子２１（以下、単に探触子という）を移動させながら、探触子２１から被検査面に超音波を照射して、被検査面下の被検査体の内部を探傷し検査するものである。まず、図１及び図２を参照し、検査対象となる被検査体について説明する。
【００３７】
被検査体は、貫通穴６が形成される板材５であり、板材５は、複合材料を用いて構成されている。複合材料としては、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastic）が用いられる。なお、本実施例では、被検査体を、ＣＦＲＰを用いて構成したが、他の繊維強化プラスチックを用いてもよいし、アルミ合金等の金属材料を用いてもよく、特に限定されない。また、本実施例では、被検査体を板材としたが、形状も特に限定されない。
【００３８】
ここで、複合材料は、音響異方性を有する材料となっており、板材５の内部を伝播する超音波の音速が、伝播方向（照射方向）によって異なるものとなっている。このため、音響異方性を有する材料を用いて板材５を構成する場合、板材５に照射される超音波の照射方向が異なると、探傷検査により得られる検査結果の誤差が大きくなることから、板材５に照射される超音波の照射方向は、一定の照射方向とすることが好ましい。
【００３９】
この板材５は、例えば、航空機の主翼に適用され、その上方の面が内板面１２となっており、その下方の面が外板面１１となっている。板材５に形成される貫通穴６は、人が出入りするアクセスホールとして使用される。図２に示すように、貫通穴６は、平面視において楕円形状となっていることから、貫通穴６の内周面１３は、曲率半径の異なる湾曲面となっている。なお、図１に示すように、板材５の断面において、板材５の外板面１１と貫通穴６の内周面１３とは、直角に交差する面となる。また、この貫通穴６の周縁部には、面取りされることでチャンファ面１０が形成される。
【００４０】
チャンファ面１０は、外板面１１と内周面１３との間に形成されており、平面視において楕円形状に形成されている。ここで、外板面１１と内周面１３とを結ぶ方向を、チャンファ面１０の幅方向とし、チャンファ面１０が延在する方向を長さ方向とする。このとき、幅方向と長さ方向とは、チャンファ面１０内において直交する。また、チャンファ面１０と外板面１１とが為す角度を、傾斜角度とする。
【００４１】
次に、図３を参照して、超音波探傷装置１について説明する。図３に示す超音波探傷装置１は可搬式の装置となっている。超音波探傷装置１は、検査員によって把持され、チャンファ面１０の長さ方向に沿って移動させられることで、チャンファ面１０下の板材５の内部を探傷する。つまり、板材５のチャンファ面１０が、被検査面となっている。
【００４２】
図３に示すように、超音波探傷装置１は、装置フレーム２０と、探触子２１と、ウェッジ２２と、ウェッジガイド２３と、スライド機構２４と、ばね部材（付勢部材）２５と、可動ローラ２６と、一対の固定ローラ２７と、エンコーダ（回転位置検出器）２８と、ハンドル２９と、制御部３０と、を備えている。
【００４３】
装置フレーム２０は、下部フレーム３５と、上部フレーム３６と、下部フレーム３５と上部フレーム３６とを接続する側部フレーム３７とを有している。ここで、下部フレーム３５と上部フレーム３６とを結ぶ方向を上下方向とする。下部フレーム３５は、下板３５ａを含み、この下板３５ａにスライド機構２４が設けられる。側部フレーム３７は、その下方側が下部フレーム３５に接続され、下部フレーム３５から上部フレーム３６へ向かって立設している。側部フレーム３７は、側板３７ａを含み、側板３７ａにばね部材２５の一端が接続される。上部フレーム３６には、側部フレーム３７の上方側が接続される。上部フレーム３６は、上板３６ａを含み、この上板３６ａに可動ローラ２６、一対の固定ローラ２７、エンコーダ２８及びハンドル２９が設けられる。
【００４４】
スライド機構２４は、下板３５ａの上方側に設けられ、固定子４１ａ及び可動子４１ｂからなるリニアスライダ４１と、リニアスライダ４１上に設けられるスライド台４２とを有している。リニアスライダ４１は、その固定子４１ａが、下部フレーム３５の下板３５ａに固定され、その可動子４１ｂが、固定子４１ａ上を所定のスライド方向へ移動する。ここで、リニアスライダ４１のスライド方向を前後方向とする。このとき、前後方向と上下方向とは直交する。スライド台４２は、可動子４１ｂ上に設置されている。
【００４５】
ウェッジ２２は、スライド台４２に固定されており、スライド台４２と共に前後方向へ移動する。このウェッジ２２は、その内部に探触子２１が固定されており、その上部に、チャンファ面１０と接触する平坦な検査面４５が形成されている。また、このウェッジ２２の上部には、伝播媒質としての水を溜める水貯留部（媒質貯留部）４６の一部が形成されている。水貯留部４６は、検査面４５に対して窪んで形成されており、ウェッジ２２からウェッジガイド２３に延びて形成されている。この水貯留部４６に溜められた水は、検査面４５とチャンファ面１０とが接触することで、探触子２１とチャンファ面１０との間に介在する。
【００４６】
ウェッジガイド２３は、ウェッジ２２を挟んで、前後方向及び上下方向に直交する左右方向の両側に延在して設けられている。このため、ウェッジガイド２３は、左右方向における幅が、ウェッジ２２の左右方向における幅に比して広く形成されている。ウェッジガイド２３は、方形の板状に形成され、スライド台４２に直接的または間接的に固定されており、スライド台４２及びウェッジ２２と共に前後方向へ移動する。ウェッジガイド２３は、その上部に、外板面１１と接触する平坦な接触面（第１接触面）５１が形成されている。また、このウェッジガイド２３の上部には、上記の水貯留部４６の一部が形成されており、水貯留部４６は、接触面５１に対して窪んで形成されている。
【００４７】
ここで、ウェッジ２２とウェッジガイド２３との位置関係について説明する。ウェッジ２２の検査面４５は、ウェッジガイド２３の接触面５１に対して傾斜しており、ウェッジ２２とウェッジガイド２３との位置関係が固定されている。なお、検査面４５と接触面５１との取付角度は、チャンファ面１０と外板面１１との傾斜角度と同じ角度となるように、ウェッジ２２とウェッジガイド２３との位置関係が固定される。なお、ウェッジ２２の検査面４５とウェッジガイド２３の接触面５１とが為す取付角度は、調整可能となっている。つまり、スライド台４２に対するウェッジ２２の取付位置が調整可能となっており、ウェッジ２２の取付位置を調整することで、取付角度を調整することができる。
【００４８】
なお、板材５のチャンファ面１０と外板面１１との傾斜角度は、一定でない場合がある。この場合、検査面４５と接触面５１との取付角度は、チャンファ面１０と外板面１１との傾斜角度が最も鈍角となる傾斜角度と同じ角度となるように、ウェッジ２２とウェッジガイド２３との位置関係が固定される。
【００４９】
探触子２１は、ウェッジ２２の内部に固定されており、チャンファ面１０へ向けて超音波を照射すると共に、反射した超音波を受信する送受信面５５が形成されている。探触子２１は、送受信面５５に複数の超音波素子５６が並べて設けられるアレイ型の探触子２１となっている。ここで、複数の超音波素子５６が並べられる方向をアレイ方向とする。探触子２１は、その送受信面５５が上方側となるように、また、送受信面５５とチャンファ面１０との間に水貯留部４６に溜められる水が介在するように、ウェッジ２２（に形成される水貯留部４６）の内部に固定される。このため、探触子２１から照射される超音波は、図３の下方から上方へ向けて伝播する。なお、探触子２１は、アレイ方向が前後方向となるように、ウェッジ２２に固定される。
【００５０】
ここで、探触子２１は、アレイ方向における長さが、チャンファ面１０から外板面１１へ至る長さとなっている。このため、探触子２１から照射された超音波は、チャンファ面１０へ照射されると共に、外板面１１に照射される。この探触子２１は、制御部３０に接続されており、制御部３０によって超音波の照射条件等が制御される。
【００５１】
ばね部材２５は、前後方向において、ウェッジ２２の検査面４５と、板材５のチャンファ面１０とが近づく方向へ付勢している。具体的に、ばね部材２５は、例えば、圧縮ばねが用いられ、その一端が側部フレーム３７の側板３７ａに接続され、その他端がウェッジ２２に接続される。そして、ばね部材２５は、前後方向において、装置フレーム２０に対してウェッジ２２が離れる方向に付勢する。
【００５２】
可動ローラ２６は、上部フレーム３６の上板３６ａの下方側に取り付けられており、その回転軸が前後方向に移動可能となっている。また、可動ローラ２６は、円柱形状に形成され、ウェッジ２２の直上に位置しており、板材５に形成される貫通穴６の内周面１３に転接する転接面６１を有している。この可動ローラ２６は、前後方向において、可動ローラ２６の転接面６１と、板材５の内周面１３とが近づく方向に付勢されている。
【００５３】
一対の固定ローラ２７は、可動ローラ２６を挟んで、可動ローラ２６の回転軸の径方向の両側、つまり、左右方向の両側にそれぞれ設けられている。一対の固定ローラ２７は、可動ローラ２６と同様に、上部フレーム３６の上板３６ａの下方側にそれぞれ取り付けられている。このとき、各固定ローラ２７は、上板３６ａに対して、その回転軸が固定されている。各固定ローラ２７は、円柱形状となっており、可動ローラ２６と同様に、板材５に形成される貫通穴６の内周面１３に転接する転接面６２を有している。
【００５４】
エンコーダ２８は、一方の固定ローラ２７の回転軸に接続されており、固定ローラ２７の回転位置を検出可能となっている。このエンコーダ２８は、例えば、ロータリーエンコーダが用いられ、制御部３０に接続されている。エンコーダ２８は、制御部３０へ向けて、固定ローラ２７の回転位置に関するデータを出力する。
【００５５】
ハンドル２９は、上部フレーム３６に取り付けられ、前後方向において、ウェッジ２２の反対側に設けられている。ハンドル２９は、上下方向に延びる棒状に形成されており、検査員によって把持される。
【００５６】
制御部３０は、探触子２１及びエンコーダ２８に接続され、探触子２１から照射される超音波を制御したり、エンコーダ２８から出力される固定ローラ２７の回転位置に関するデータを取得したりする。具体的に、制御部３０は、探触子２１による探傷を、固定ローラ２７の回転位置に基づいて実行する。また、制御部３０は、固定ローラ２７の所定の回転位置と、チャンファ面１０の探傷の検査結果とを対応付けている。これにより、制御部３０は、チャンファ面１０の幅方向における検査結果を、チャンファ面１０の長さ方向に展開することができる。このため、制御部３０は、チャンファ面１０の探傷の検査結果を、チャンファ面１０の幅方向及び長さ方向に２次元的にマッピングすることが可能となる。
【００５７】
上記のように構成される超音波探傷装置１は、ウェッジガイド２３の接触面５１が、板材５の外板面１１に接触させられ、また、可動ローラ２６及び一対の固定ローラ２７が、貫通穴６の内周面１３に接触させられる。また、超音波探傷装置１は、ウェッジ２２の検査面４５が、板材５のチャンファ面１０に接触させられ、また、ばね部材２５によってチャンファ面１０に対してウェッジ２２が近づく方向に付勢力が付与される。このように接触させることで、超音波探傷装置１の前後方向と、チャンファ面１０の幅方向とが一致し、また、超音波探傷装置１の左右方向と、チャンファ面１０の長さ方向とが一致する。これにより、超音波探傷装置１は、ウェッジガイド２３が板材５の外板面１１に接触することで、板材５に対し上下方向において位置規制される。また、超音波探傷装置１は、可動ローラ２６及び一対の固定ローラ２７が貫通穴６の内周面１３に接触することで、板材５に対し前後方向において位置規制される。
【００５８】
そして、超音波探傷装置１は、上記の接触が維持された状態で、チャンファ面１０の長さ方向に沿って移動させられる。このとき、ウェッジ２２は、ばね部材２５によってチャンファ面１０に近づく方向に付勢力が付与されていることから、チャンファ面１０の形状に追従して移動することができる。また、固定ローラ２７は、貫通穴６の内周面１３に転接することから、制御部３０は、固定ローラ２７に接続されるエンコーダ２８の回転位置に基づく所定のタイミングで、探触子２１による探傷を実行する。そして、制御部３０は、エンコーダ２８により検出される回転位置と、探触子２１による探傷結果とを対応付けて、２次元的にマッピングされた探傷データとして保存する。
【００５９】
また、可動ローラ２６及び一対の固定ローラ２７が内周面１３に沿って転接する際、湾曲する内周面１３の曲率半径が変わった場合であっても、可動ローラ２６は、曲率半径に応じて前後方向に移動することから、可動ローラ２６及び一対の固定ローラ２７は、内周面１３に追従して転接することが可能となる。
【００６０】
次に、図４を参照して、超音波探傷装置１の探触子２１の取付角度について説明する。なお、図４では、図１とは上下方向が反対となっている。上記したように、探触子２１は、板材５のチャンファ面１０から外板面１１に亘って超音波を照射する。
【００６１】
ここで、図４に示すように、探触子２１の送受信面５５から照射される超音波の音速、つまり、伝播媒質としての水を伝播する超音波の音速をＶ１とする。また、板材５の内部を伝播する超音波の音速をＶ２とする。このとき、超音波の音速Ｖ１と超音波の音速Ｖ２とは、異なる速度となっている。また、水から板材５への入射角をθとし、水から板材５への屈折角をβとする。この場合、スネルの法則は、下記する（１）式となる。
ｓｉｎθ／ｓｉｎβ＝Ｖ１／Ｖ２・・・（１）
【００６２】
上記したように、探触子２１の送受信面５５と板材５のチャンファ面１０とがなす角度と、探触子２１の送受信面５５と板材５の外板面１１とがなす角度とは、異なる角度となっている。また、外板面１１と内板面１２とは平行となる一方で、チャンファ面１０と内板面１２とは非平行となっている。このとき、探触子２１の各超音波素子５６から照射された超音波が、板材５の内部を通って内板面１２に照射される往路と、板材５の内板面１２で反射した超音波が、板材５の内部を通って各超音波素子５６に入射する復路とは、同じ経路となっている。以下、外板面１１に照射される超音波と、チャンファ面１０に照射される超音波とについてそれぞれ説明する。
【００６３】
外板面１１に照射される超音波は、外板面１１と内板面１２とが平行である。このとき、超音波の伝播方向を、内板面１２に対して直交する方向に入射させる場合、外板面１１に照射される超音波は、外板面１１に対して直交するように入射させればよい。このため、外板面１１に照射される超音波は、水を伝播する超音波の音速Ｖ１と、板材５の内部を伝播する超音波の音速Ｖ２とが異なる速度であっても、屈折率による音速の変化を考慮する必要はない。
【００６４】
一方で、チャンファ面１０に照射される超音波は、チャンファ面１１と内板面１２とが非平行である。このとき、超音波の伝播方向を、内板面１２に対して直交する方向に入射させる場合、チャンファ面１０に照射される超音波は、水を伝播する超音波の音速Ｖ１と、板材５の内部を伝播する超音波の音速Ｖ２と、水から板材５への屈折角βとを、（１）式に代入することで求められる入射角θとなるように、チャンファ面１０に入射させればよい。このため、チャンファ面１０に照射される超音波は、水を伝播する超音波の音速Ｖ１と、板材５の内部を伝播する超音波の音速Ｖ２とが異なる速度であることに加え、屈折率による音速の変化を考慮する必要がある。
【００６５】
以上から、外板面１１に照射される超音波の音速Ｖ１と、チャンファ面１０に照射される超音波の音速Ｖ１とは、同じ音速となる。一方で、外板面１１に照射される超音波の音速Ｖ１と、外板面１１に照射されて板材５の内部を伝播する超音波の音速Ｖ２は、異なる音速となり、また、チャンファ面１０に照射される超音波の音速Ｖ１と、チャンファ面１０に照射されて板材５の内部を伝播する超音波の音速Ｖ２とは、異なる音速となる。
【００６６】
このため、探触子２１は、外板面１１に照射される超音波Ｖ１と、チャンファ面１０に照射される超音波Ｖ１とが、上記した関係を満たすように、つまり、内板面１２に対して直交する方向に超音波が照射されるように入射角θが計算され、計算された入射角θとなるように取付角度が設定された状態で、超音波を照射させる。そして、制御部３０は、内板面１２から反射した超音波を探触子２１で受信することで、超音波の信号を取得する。
【００６７】
次に、図５を参照して、上記した可搬式の超音波探傷装置１を用いた超音波探傷方法について説明する。なお、可搬式の超音波探傷装置１を用いた探傷の検査は、板材５の製造時であってもよいし、板材５の納入後における定期点検時であってもよい。
【００６８】
先ず、板材５のチャンファ面１０における探傷を行う場合、可搬式の超音波探傷装置１は、検査員によってハンドル２９が把持される。この状態で、超音波探傷装置１は、検査員によって操作されることで、ウェッジガイド２３が、板材５の外板面１１に接触させられ、また、可動ローラ２６及び一対の固定ローラ２７が、貫通穴６の内周面１３に接触させられる。ここで、各ローラ２６，２７を内周面１３に接触させるとき、超音波探傷装置１は、前後方向において、ウェッジ２２がチャンファ面１０に近づく方向へ移動させられる。すると、超音波探傷装置１のウェッジ２２は、チャンファ面１０に接触し、この後、前後方向において、ばね部材２５の付勢力に抗して、装置フレーム２０に近づく方向へ移動する。これによって、ウェッジ２２は、チャンファ面１０に対して接触した状態となり、また、ウェッジ２２は、ばね部材２５による付勢力が付与された状態となる。これにより、可搬式の超音波探傷装置１は、ウェッジガイド２３が板材５の外板面１１に接触し、可動ローラ２６及び一対の固定ローラ２７が貫通穴６の内周面１３に接触し、ウェッジ２２が板材５のチャンファ面１０に接触する（ステップＳ１：接触工程）。このように接触させることで、超音波探傷装置１の前後方向と、チャンファ面１０の幅方向とが一致し、また、超音波探傷装置１の左右方向と、チャンファ面１０の長さ方向とが一致する。
【００６９】
続いて、可搬式の超音波探傷装置１は、板材５への接触状態を維持しつつ、チャンファ面１０の長さ方向に沿って、つまり、超音波探傷装置１の左右方向に、検査員によって移動させられる（ステップＳ２：移動工程）。このため、ウェッジガイド２３は、板材５の外板面１１に摺接し、ウェッジ２２は、板材５のチャンファ面１０に摺接し、可動ローラ２６及び一対の固定ローラ２７は、貫通穴６の内周面１３に転接する。そして、超音波探傷装置１は、超音波探傷装置１の移動と連動して、探触子２１によりチャンファ面１０下における板材５の内部を探傷する。
【００７０】
超音波探傷装置１の長さ方向における移動時において、チャンファ面１０の幅方向（超音波探傷装置１の前後方向）に超音波探傷装置１が移動したり、チャンファ面１０が幅方向において位置が変化したりする場合がある。この場合、ウェッジ２２は、ばね部材２５により付勢されているため、チャンファ面１０との接触を維持できる。これにより、ウェッジ２２は、チャンファ面１０の形状に追従して移動することができる。
【００７１】
以上のように、本実施例の構成によれば、貫通穴６の内周面１３に可動ローラ２６及び一対の固定ローラ２７を接触させ、ウェッジ２２を板材５のチャンファ面１０に接触させると共に、ウェッジ２２に対してばね部材２５による付勢力を付与することができる。このため、チャンファ面１０にウェッジ２２を接触させた状態を維持できることから、可動ローラ２６及び一対の固定ローラ２７を板材５に接触させた状態で、ウェッジ２２をチャンファ面１０に沿って移動させた場合であっても、板材５のチャンファ面１０と、ウェッジ２２に固定される探触子２１との位置関係を維持することができる。これにより、チャンファ面１０の形状に沿って探触子２１を好適に移動させることができるため、板材５の内部を精度良く探傷することが可能となる。
【００７２】
また、本実施例の構成によれば、板材５の外板面１１にウェッジガイド２３を接触させることができるため、図３に示す上下方向において、超音波探傷装置１を位置規制することができる。このため、ウェッジガイド２３を板材５の外板面１１に接触させることで、ウェッジ２２をチャンファ面１０に沿って移動させた場合であっても、上下方向において、板材５のチャンファ面１０と探触子２１の送受信面５５との位置関係をより好適に維持することができる。
【００７３】
また、本実施例の構成によれば、ウェッジガイド２３を、ウェッジ２２の両側に広がる幅広の形状とすることができるため、板材５の外板面１１とウェッジガイド２３の接触面５１との接触面積を大きくすることができる。このため、板材５とウェッジガイド２３とを安定させて接触させることができることから、ウェッジ２２をチャンファ面１０に沿って安定させて移動させることができる。
【００７４】
また、本実施例の構成によれば、板材５の貫通穴６の周縁部に形成されるチャンファ面１０を被検査面としているため、チャンファ面１０下の板材５の内部を精度良く探傷することができる。
【００７５】
また、本実施例の構成によれば、複合材料を用いて板材５を構成していることから、音響異方性を有する材料であっても、チャンファ面１０下の板材５の内部を精度良く探傷することができる。
【００７６】
また、本実施例の構成によれば、板材５の貫通穴６の内周面１３に、可動ローラ２６及び一対の固定ローラ２７を転接させることで、超音波探傷装置１の移動時における接触抵抗を小さくすることができるため、内周面１３における移動をスムーズに行うことができる。
【００７７】
また、本実施例の構成によれば、貫通穴６の内周面１３が、曲率半径の異なる湾曲面であっても、一対の固定ローラ２７の間にある可動ローラ２６が、曲率半径に応じて前後方向に移動することで、内周面１３に沿って、可動ローラ２６及び一対の固定ローラ２７を好適に移動させることができる。
【００７８】
また、本実施例の構成によれば、固定ローラ２７にエンコーダ２８を接続することで、エンコーダ２８により検出した回転位置と、回転位置における探触子２１による探傷結果とを対応付けることができる。このため、探触子２１の探傷結果を、チャンファ面１０の長さ方向に展開してマッピングすることができる。なお、本実施例では、探触子２１が複数の超音波素子５６で構成されるアレイ型のものであったため、チャンファ面１０の幅方向及び長さ方向に展開した２次元的なマップが生成されたが、探触子２１が単一の超音波素子５６で構成される場合には、チャンファ面１０の長さ方向に延びる線状のマップが生成される。
【００７９】
また、本実施例の構成によれば、ウェッジ２２の検査面４５に対して水貯留部４６を窪ませて形成することができる。このため、探触子２１の送受信面５５と板材５のチャンファ面１０との間に、伝播媒質としての水を介在させることができる。このため、ウェッジ２２と板材５との間に隙間が形成されることがないことから、隙間による音速の変化を抑制することができ、音速変化による探傷精度の低下を抑制することができる。
【００８０】
また、本実施例の構成によれば、複数の超音波素子５６を並べたアレイ型の探触子２１を用いて、チャンファ面１０の幅方向に亘って超音波を照射することができる。このため、チャンファ面１０に沿ってウェッジ２２を長さ方向に移動させることにより、チャンファ面１０下の板材５の内部を効率良く探傷することができ、探傷検査作業を簡易なものにすることができる。
【００８１】
また、本実施例の構成によれば、探触子２１が、チャンファ面１０から外板面１１に亘って超音波を照射する場合、探触子２１の送受信面５５と板材５のチャンファ面１０とがなす角度と、探触子２１の送受信面５５と板材５の外板面１１とがなす角度とが異なる角度となる。このとき、外板面１１に照射される超音波の音速Ｖ１と外板面１１に照射されて板材５の内部を伝播する超音波の音速Ｖ２とは異なる音速となり、同様に、チャンファ面１０に照射される超音波の音速Ｖ１とチャンファ面１０に照射されて板材５の内部を伝播する超音波の音速Ｖ２とは異なる音速となる。このため、探触子２１は、伝播媒質（水）の超音波の音速Ｖ１、板材５の超音波の音速Ｖ２及び屈折角βから、（１）式に基づいて入射角θを計算し、入射角θとなるように超音波を照射することができる。よって、本実施例では、水と板材５との屈折率による音速の変化を考慮して、探触子２１を取り付けることができるため、チャンファ面１０下の板材５の内部を精度良く探傷することができる。
【００８２】
なお、本実施例では、楕円形状となるチャンファ面１０を被検査面として超音波探傷装置１による探傷を行ったが、被検査面の形状については、特に限定されない。チャンファ面１０は、円形状に形成されていてもよいし、所定の方向に直線状に延在して形成されていてもよい。
【００８３】
また、本実施例では、貫通穴６の内周面１３に転接する部材として、各ローラ２６，２７を適用したが、この構成に限定されない。例えば、貫通穴６の内周面１３に転接する部材として、ボールローラを適用してもよい。また、各ローラ２６，２７に代えて、貫通穴６の内周面１３に摺接する部材を用いてもよく、内周面１３に線接触または点接触する摺接部材を適用してもよい。
【００８４】
また、本実施例では、伝播媒質として水を適用したが、水に代えて、板材５を構成する複合材料に近い音速の伝播媒質を適用してもよい。この場合、外板面１１及びチャンファ面１０における屈折率による音速の変化を考慮する必要がない。
【００８５】
また、本実施例の超音波探傷装置１を、図６に示す変形例としてもよい。図６は、変形例に係る可搬式の超音波探傷装置の斜視図である。図６に示すように、変形例の超音波探傷装置１は、本実施例の構成に加えて、姿勢検出器７１と、報知器７２とをさらに備えている。
【００８６】
姿勢検出器７１は、ウェッジ２２に取り付けられ、探触子２１の姿勢を検出する。この姿勢検出器７１は、制御部３０に接続されている。姿勢検出器７１は、例えば、加速度センサまたはジャイロセンサ等が用いられており、検出する探触子２１の姿勢に応じて、２軸のものを用いてもよいし、３軸のものを用いてもよい。姿勢検出器７１は、探触子２１の姿勢を検出すると、その検出結果を制御部３０へ向けて出力する。
【００８７】
報知器７２は、板材５のチャンファ面１０と、探触子２１の送受信面５５との位置関係が、探傷検査に適していない位置関係である場合に、警告を発するものである。ここで、探傷検査に適していない位置関係としては、板材５のチャンファ面１０に対して、探触子２１の送受信面５５が、チャンファ面１０に直交する軸を中心にして、回転方向（ロール方向）に位置ずれする位置関係である。また、探傷検査に適していない位置関係としては、板材５のチャンファ面１０と、探触子２１の送受信面５５とがなす角度が、予め設定される所定の角度よりも大きくなって傾き方向（アングル方向）に位置ずれする位置関係である。この報知器７２は、制御部３０に接続されている。また、報知器７２は、例えば、ランプまたはスピーカ等が用いられている。
【００８８】
制御部３０は、姿勢検出器７１の検出結果に基づいて、探触子２１の姿勢が、ロール方向またはアングル方向に位置ずれしていると判定すると、報知器７２を作動させて、検査員に警告を発する。
【００８９】
以上のように、変形例の構成によれば、探触子２１の姿勢が探傷検査に適していない場合、その旨を報知器７２により検査員に報知することができる。これにより、探傷検査に適していない姿勢で、探傷検査を行うことを抑制することができるため、探傷検査を適切に行うことができる。なお、姿勢検出器７１の検出結果に応じて、探触子２１（またはウェッジ２２）の姿勢を、自動または手動で調整する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１  超音波探傷装置
５  板材
６  貫通穴
１０  チャンファ面
１１  外板面
１２  内板面
１３  内周面
２０  装置フレーム
２１  探触子
２２  ウェッジ
２３  ウェッジガイド
２４  スライド機構
２５  ばね部材
２６  可動ローラ
２７  固定ローラ
２８  エンコーダ
２９  ハンドル
３０  制御部
４１  リニアスライダ
４２  スライド台
４５  検査面
４６  水貯留部
５１  接触面
５５  送受信面
５６  超音波素子
７１  姿勢検出器
７２  報知器
【図１】
2015081864.tif 000003
【図２】
2015081864.tif 000004
【図３】
2015081864.tif 000005
【図４】
2015081864.tif 000006
【図５】
2015081864.tif 000007
【図６】
2015081864.tif 000008