(57)【要約】  本件発明のセンサ装置は、対称に配置される一対の超音波透過可能楔状部材（５）と、当該一対の超音波透過可能楔状部材（５）同士を固定連結するための連結部材とを備え、前記超音波透過可能楔状部材（５）の上表面に斜面が形成され、前記斜面に取付孔が形成され、各取付孔にエネルギー変換器（３）がそれぞれ取り付けられ、そのうちの一つのエネルギー変換器（３）が超音波を発生するために用いられ、もう一つのエネルギー変換器（３）が前記エネルギー変換器（３）からの超音波を受け取るために用いられる。また、本件発明の残留応力測定システムは、前記センサ装置と、超音波発信カードと、データ収集カードとを備える。【選択図】図１
2015537220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対称に配置される一対の超音波透過可能楔状部材（５）と、当該一対の超音波透過可能楔状部材（５）同士を固定連結するための連結部材とを備えたセンサ装置であって、
前記超音波透過可能楔状部材（５）の上表面に斜面が形成され、前記斜面に取付孔が形成され、各取付孔にエネルギー変換器（３）がそれぞれ取り付けられ、そのうちの一つのエネルギー変換器（３）が超音波を発生するために用いられ、もう一つのエネルギー変換器（３）が前記エネルギー変換器（３）からの超音波を受信するために用いられる、ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記超音波透過可能楔状部材（５）の底面に下方へ突出する円形凸台（２８）が形成されていることを特徴とするセンサ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のセンサ装置であって、
前記円形凸台（２８）はその下表面の曲率が被測定金属材の表面の曲率と同じになるように形成されていることを特徴とするセンサ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記超音波透過可能楔状部材（５）には、前記取付孔を覆うとともに中心にねじ孔が形成された固定板（４）が固定され、前記エネルギー変換器（３）は前記固定板（４）にねじ構造で連結されていることを特徴とするセンサ装置。
【請求項５】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記一対の超音波透過可能楔状部材（５）の間に、センサ装置を被測定金属材の表面に固定するための磁気ベースが取り付けられていることを特徴とするセンサ装置。
【請求項６】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記取付孔の内壁とエネルギー変換器（３）との間に空洞（９）が形成され、前記空洞（９）内にカプラントが密封されていることを特徴とするセンサ装置。
【請求項７】
請求項６に記載のセンサ装置であって、
前記超音波透過可能楔状部材（５）の側壁に前記空洞（９）内に注油するための穴が形成されていることを特徴とするセンサ装置。
【請求項８】
請求項１に記載のセンサ装置と、超音波発信カードと、データ収集カードとを備えた残留応力測定システムにおいて、超音波発信カードから発生した超音波がセンサ装置を介してデータ収集カードにより受信されることを特徴とする残留応力測定システム。
【請求項９】
請求項８に記載の残留応力測定システムにおいて、
外界温度をリアルタイムに収集するための温度収集カードをさらに備え、外界温度の変化による応力測定誤差を取り除くことを特徴とする残留応力測定システム。
【請求項１０】
請求項８に記載の残留応力測定システムにおいて、
較正装置をさらに備え、
前記較正装置は、曲面に対して表面残留応力測定を行う場合に、３次元ソフトを通じて曲面のシミュレーションモデルを構築した後に、超音波の入射角を較正することによって、励起する臨界屈折縦波の波形を最も強くすることを特徴とする残留応力測定システム。
【請求項１１】
請求項７に記載の残留応力測定システムにおいて、
ステップモータと直線レールとスライダとフレキシブル圧力付加ロッドとをさらに備え、前記センサ装置は前記フレキシブル圧力付加ロッドを介して前記スライダと連結され、前記スライダは前記ステップモータにより駆動されて前記直線レールに沿って移動可能であることを特徴とする残留応力測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明はセンサ装置及び当該センサ装置を備えた残留応力測定システムに関する。本件発明は、超音波縦波（縦波の超音波）を用いて、金属材の表面から所定深度の残留応力を測定する。
【背景技術】
【０００２】
従来、残留応力測定方法として、主に穿孔法とX線回折法が挙げられる。穿孔法は、測定精度が高いが、被測定材の表面状況を破壊することが前提である。また、穿孔法では、測定を行う前に、被測定材の表面に対して研磨処理を行う必要があり、この研磨処理を行うと、新たな残留応力を発生させてしまう。また、穿孔法では、ひずみゲージの貼り作業を繰り返し行う必要があり、リアルタイムに測定を実現することができない。X線回折法は、非破壊検査技術として応用されているが、人体を放射線で被曝し、測定時間が長く、現場での測定が不可能という欠点がある。
【０００３】
超音波を用いて残留応力測定を行う技術は多く検討されているが、従来技術では、係る装置の構造の設計に欠点を有し、擾乱要素が多く、繰り返しの測定における測定値の一致性が悪く、現場での測定における要求を満たすことができない。臨界屈折縦波（LCR波、Critical Refracted Longitudinal Wave）は、被測定材の表面に沿って伝播するから、表面粗さの影響を受けにくいという特性を有している。臨界屈折縦波を用いて残留応力測定を行う場合に、被測定材の表面に対して特別な処理を行う必要がなく、測定原理が簡単で、表面から波長程度の深さの応力の平均値を測定することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記問題に鑑み、本件発明は、表面粗さの影響を受けにくく、被測定材の表面に対して特別な処理を行う必要がないセンサ装置及び残留応力測定システム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】
【０００５】
本件発明の提供するセンサ装置は、対称に配置される一対の超音波透過可能楔状部材と、当該一対の超音波透過可能楔状部材同士を固定連結するための連結部材とを備えている。前記超音波透過可能楔状部材の上表面に斜面が形成され、前記斜面に取付孔が形成され、各取付孔にエネルギー変換器がそれぞれ取り付けられ、そのうちの一つのエネルギー変換器が超音波を発生するために用いられ、もう一つのエネルギー変換器が前記エネルギー変換器からの超音波を受け取るために用いられる。
【０００６】
本件発明によれば、残留応力値を速やかに且つ確実に測定することができる。操作が簡単で、測定プロセスの信頼性を高めることができる。
【０００７】
前記超音波透過可能楔状部材の底面に下方へ突出する円形凸台が形成されていることが好ましい。
【０００８】
この場合、超音波束のエネルギーに影響をおよぼすことなく、楔状部材と板材との接触面積を小さくして、板材の変形による測定誤差を抑制することができる。
【０００９】
前記円形凸台はその下表面の曲率が被測定金属材の表面の曲率と同じとなるように形成されていることが好ましい。
【００１０】
この場合、本件発明の装置を用いて曲面、特に管状部材の外表面や内表面に対して残留応力測定を行うことができる。
【００１１】
前記取付孔の内壁とエネルギー変換器との間に空洞が形成され、前記空洞内にカプラントが密封されていることが好ましい。
【００１２】
カプラントを密封することによって測定精度を向上することができる。
【００１３】
前記超音波透過可能楔状部材の側壁に前記空洞内に注油するための穴が形成されていることが好ましい。
【００１４】
油が不足した場合に、注射器で空洞内に注油するだけでよく、センサを分解する必要がない。
【００１５】
本件発明の提供する残留応力測定システムは、前記センサ装置と、超音波発信カードと、データ収集カードとを備え、超音波発信カードから発生した超音波がセンサ装置を介してデータ収集カードにより収集される。
【００１６】
応力による音速の変化量がナノ秒レベルで、高周波数データ収集カードはサンプリング周波数が１ＧＨｚのものを使用する。また、超音波発信カードとデータ収集カードとが集積されることによって、残留応力測定システムをより集積化させ、安定性が向上し、システムの外形サイズを大幅に低減し、携帯して移動することが容易になる。
【００１７】
残留応力測定システムは外界温度をリアルタイムに収集するための温度収集カードをさらに備え、外界温度の変化による応力測定誤差を取り除くことが好ましい。
【００１８】
この場合、残留応力測定システムを用いて複雑な環境下で測定を行うことを可能とし、残留応力測定システムの適用範囲が拡大する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】測定装置のハードウェア構成を示す概略図である。
【図２】金属材表面付近の残留応力を測定するシステムの構造を示す概略図である。
【図３】磁気吸着式の超音波斜め入射センサ装置の構造を示す概略図である。
【図４】アクリル楔状部材の概略斜視図である。
【図５】強力な磁気ベースの構造を示す概念図である。
【図６】管状部材の外表面の応力を測定する装置の構造を示す概略図である。
【図７】管状部材の内表面の応力を測定する装置の構造を示す概略図である。
【図８】接触式で超音波により非破壊で検査する直線自動走査装置の構造を示す概略図である。
【図９】フレキシブル圧力付加ロッドの要部の構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に本件発明の実施形態を詳細に説明する。下記の各実施例に対する説明において、同一の部材は同一の符号で示されているが、図面が概略的なものであるので、各実施例における部材の形状及び構造などは同じ比率で描かれていないことがある。特別な説明がなければ、図面に示されている構造のすべては本件発明の実施例に適用されるものである。また、ある実施例において説明された構造はその後の実施例において同じ構造である場合はその説明を省略する。
【００２１】
超音波縦波が第１の臨界角で入射されると、サンプルの表面に臨界屈折縦波（LCR波、Critical Refracted Longitudinal Wave）が発生する。この臨界屈折縦波の超音波速度の変化量と応力の変化量とは音弾性原理に基づく算式で規定される。超音波速度の変化量を精確に測定することによって、被測定領域における応力の大きさと方向を知ることができる。
【００２２】
（実施例１）
金属材の表面付近の残留応力測定システムはハードウェアとソフトウェアという両主要部分及び補助装置を備える。図１に示されるように、本件発明の残留応力測定装置は、コンピューターをベースとして構成されており、主に、超音波励起・受信探触子（プローブ）と、超音波発信カード（装置）、データ収集カード（装置）、コンピューターシステム、信号線などを備えている。温度差が大きい場合に、アクリル楔状部材５（超音波透過可能楔状部材）と端部固定板２が熱膨張冷収縮による変形が発生する。そこで、温度収集カードを設け、ソフトウェアの制御によって外界温度をリアルタイムに測定し（図１の白抜矢印を参照）、温度変化による残留応力測定システムの機械部分の変形がもたらす超音波速度への影響を排除することを可能とし、残留応力測定システムを用いて複雑な環境下で測定を行うことを可能とし、残留応力測定システムの応用範囲を拡大することができる。応力による音速の変化量がナノ秒レベルで、サンプリング周波数が１ＧＨｚとなる高周波数データ収集カードを使用している。また、超音波発信カードとデータ収集カードとが集積されることによって、残留応力測定システムをより集積化させ、安定性が向上し、システムの外形サイズを大幅に低減し、容易に携帯して移動することができる。
【００２３】
図１において、超音波発信カードからデータ収集カードまでの矢印は伝搬経路を示している。図２は残留応力測定システムのセンサ（超音波を一回発信、受信するためのもの）を説明する概略図である。測定を実際に行う場合には、板材が小さな変形を生じて、変形部分におけるカップリング（結合）状態が劣化し、音速の測定時の誤差が大きくなる。そこで、超音波束の伝播方向上に、アクリル楔状部材５の底部（下面）に円形の凸台２８を形成する。凸台２８の面積を超音波束が底面に投影される面積よりやや大きくすることによって、超音波束のエネルギーに影響を及ぼすことなく、楔状部材と板材との接触面積を小さくでき、板材の変形による測定誤差を抑制することができる。また、円形の凸台２８は、その軸線がエネルギー変換器３（超音波を発信、受信するためのもの）の軸線と交点を結ぶように構成されるのが好ましい。円形の凸台２８の代わりに、円形以外の形状を有する凸台を形成することもできる。
【００２４】
図２に示されるように、エネルギー変換器３はねじで固定板４に固定され、固定板４はボルトでアクリル楔状部材５に固定されている。アクリル楔状部材５の斜面に取付孔が形成され、当該取付孔に、前記斜面と直交する状態でエネルギー変換器３が取り付けられている。二つのエネルギー変換器３のうち、一つは超音波を発生するためのもの（Ｔ）で、もう一つは超音波を受信するためのもの（Ｒ）である。エネルギー変換器３の底端とアクリル楔状部材５との間はカプラントによってカップリング（結合）されている。カプラントとは、センサ装置と被測定部材の表面との間に添加された超音波透過可能な媒体であり、その一例としてグリセリンが挙げられ、その主な働きはセンサ装置と被測定部材の表面との間における空気を排出することによって、超音波を効率よく被測定部材内に伝達し、探測面における超音波の音響透過率を充分に確保して、測定の目的を達成することである。また、カプラントは、一定の流動性を有するため、摩擦を低減し、直接接触の方式で測定を行う場合に、センサ装置の被測定部材に対する移動を潤滑する働きを有している。
【００２５】
また、図３に示されるように、アクリル楔状部材５の斜面にねじ構造が形成され、超音波エネルギー変換器３がこのねじ構造を介してアクリル楔状部材５に固定されてもよい。アクリル楔状部材５は楔のような形状を有し、図４に示されるように、互いに平行な上面と底面（下面）とを備え、上面と底面との間を連結する連結面は上面及び底面に直交する三つの垂直面と一つの斜面からなる。図２、３に示されるように、楔状部材の両側（斜面に隣接する側面）にそれぞれ端部固定板１が設けられており、二つのアクリル楔状部材５同士が、各斜面が反対を向いて配置されるように上方固定板２によって連結されており、装置全体としてはこれらの三つの固定板によって一定の間隔に保たれている。
【００２６】
携帯型制御装置の制御によって超音波発信カードから電気パルスを発信し、超音波エネルギー変換器を励起させて、超音波エネルギー変換器から超音波縦波を発信し、超音波縦波が試料の表面で屈折して臨界屈折縦波が発生し、受信用エネルギー変換器により受信された超音波信号がデータ収集カードにより収集され、携帯型制御装置が、データ収集カードが収集した離散信号と温度収集カードにより収集された外界温度を示す外界温度信号とを総合的に分析して、信頼性の高い応力分析結果を得る。
【００２７】
ＶＣ＋＋言語を用いて、制御のプログラムや、補間（interpolation）演算プログラムや、相互相関演算アルゴリズムなどを作成することにより、金属材表面付近の残留応力を測定できる残留応力測定システムのソフトウェアを作成することができる。較正装置を設けることによって、曲面の表面に対して残留応力測定を行う場合に、３次元ソフト（３Ｄ-ＣＡＤ）によって曲面のシミュレーションモデルを構築した後に、励起する臨界屈折縦波の波形が最も強くなるように超音波の入射角を較正することができる。ソフトウェアによって超音波信号の励起・受信、信号の処理・分析・記憶を制御する。それにより、残留応力値を速やか且つ正確に判断し、操作の利便性を向上し、測定プロセスの信頼性を高めることができる。
【００２８】
本件発明は以下の点で有利である。ＶＣ＋＋言語でソフトウェアを作成し、当該ソフトウェアを主に超音波信号の励起・受信、信号の処理・分析・記憶を制御するためのものとすることで、ヒューマン・マシン・インターフェース（ＨＭＩ）の操作を簡単かつ直感的なものとすることができ、応力を測定する前に表面を研磨する必要がなく、現場で速やかに非破壊で応力値の測定を行うことができる。
【００２９】
本件発明は、超音波縦波を用いて測定を行い、金属材の表面から所定深度の残留応力を測定することができる。エネルギー変換器が送信する周波数（単位：ＭＨｚ）を調整することによって、前記所定深度（単位：ｍｍ）を制御することができる。具体的には以下の通りである。
【００３０】
周波数：１ＭＨｚ、２.５ＭＨｚ、５ＭＨｚ、７.５ＭＨｚ、１０ＭＨｚ、１５ＭＨｚ
【００３１】
被測定材が鋼である場合、上記周波数に対応する深度は、５.９０ｍｍ、２.３６ｍｍ、１.２０ｍｍ、０.７９ｍｍ、０.３９ｍｍ、０.５９ｍｍである。被測定材がアルミニウムである場合、上記周波数に対応する深度は、６.４０ｍｍ、２.５６ｍｍ、１.２８ｍｍ、０.８５ｍｍ、０.６４ｍｍ、０.４３ｍｍである。被測定材が銅である場合、上記周波数に対応する深度は、４.７０ｍｍ、１.８８ｍｍ、０.９４ｍｍ、０.６３ｍｍ、０.４７ｍｍ、０.３１ｍｍである。
【００３２】
（実施例２）
センサ装置３２は上記と異なる構造を用いることができる。例えば、従来において、超音波斜め入射センサの構造を設計する際に、アクリル楔状部材にボルト又は特別なクリップによって超音波エネルギー変換器を固定することが多い。しかし、このような構造の場合、エネルギー変換器と楔状部材とを結合するたびに、エネルギー変換器を取り外し、カプラントを均一に塗ってから取付を行うので、組立工程に手間がかかる。
【００３３】
本実施例においては、図３に示されるように、センサ装置はアクリル楔状部材５と磁気ベース（磁気力提供可能ベース）７と固定板４とを備える。アクリル楔状部材５の斜面にねじ構造が形成され、超音波エネルギー変換器３がこのねじ構造を通じてアクリル楔状部材５に固定される。アクリル楔状部材５の内部に円柱状の空洞９が形成され、空洞９の直径をエネルギー変換器３の円形の素子の直径よりやや大きくし、例えば４ｍｍだけ大きくする。これにより、空洞９内に十分な油を注入することができ、気泡があった場合でも超音波の入射に影響が生じない。また、油が不足した時、注射器で空洞９内に注油すればよく、センサを分解する必要がない。実施例１と同じように、アクリル楔状部材５と被測定材との接触面積を低減するように、超音波束の入射経路において、円形の凸台２８が形成されている。
【００３４】
アクリル楔状部材５における傾斜角の正確な設計は、臨界屈折縦波を発生させるために大切なことである。傾斜角の設計方法は以下の通りである。
【００３５】
（１）厚さが２０ｍｍの円柱状のアクリル試料を製造し、パルス反射法で底面から反射されたパルスとの時間差を精確に算出して、アクリルにおける超音波速度を算出する。
【００３６】
（２）Ｓｎｅｌｌの法則（即ち、下記の式（１））に基づいて計算する。
【００３７】
【数１】
2015537220.tif 000003
【００３８】
ただし、θ０は入射縦波の境界面の法線に沿う方向の夾角であり、θ１は屈折角の境界面の法線に沿う方向の夾角であり、Ｖ０はアクリルにおける超音波縦波の速度であり、Ｖ１は被測定金属材における超音波縦波の速度である。臨界屈折縦波を発生するための入射夾角の算式は以下のように簡単化されることができる。
【００３９】
【数２】
2015537220.tif 000004
【００４０】
入射夾角θ０はアクリル楔状部材５における傾角の設計値とする。計算から、各被測定材に対応する傾角値の範囲は以下の通りである。 
【００４１】
被測定材が鋼の場合に、対応する傾斜角の範囲は２４〜２７度であり、被測定材がアルミニウムの場合に、対応する傾斜角の範囲は２２〜２５度であり、被測定材が銅の場合に、対応する傾斜角の範囲は３１〜３４度である。
【００４２】
図５は磁気ベースの構造を示す図であり、磁気ベース７と、磁束案内鋼製ブロック１１と、アルミニウム製ブロック１０と磁石１２とを有する。外形が３５ｍｍ×３０ｍｍ×３５ｍｍである磁気ベース７を用意し、磁束案内鋼製ブロック１１は磁石１２（厚さが７ｍｍである強磁性の磁石）とともに磁気ベースハウジング７内にちょうど取り付けられるように、機械加工される。磁気ベースのスイッチ１０によって磁石１２を水平位置に回転させたとき、磁力線が通過して、磁気ベース７が外部へ磁気力を提供し、一方、スイッチ１０を回転操作して磁石１２を垂直位置にしたとき、アルミニウムの磁力遮断作用によって、磁力線が遮断されて、磁気ベース７が外部へ磁気力を提供しなくなる。このとき、アクリル楔状部材５を容易に取り外すことができる。磁気ベース７の底部をアクリル楔状部材５の円形凸台２８の底部より所定距離だけ高くすることによって、アクリル楔状部材５の円形凸台２８と被測定材とを良好に接触させることができる。例えば、０．５ｍｍ高くしてもよい。
【００４３】
磁気ベース７の幅とアクリル楔状部材５の幅が一致しない場合、使用時に磁気力が左右方向に不均一となり、楔状部材が横転する可能性がある。そこで、アクリル楔状部材５と被測定材との接触面に磁気ベース７からの磁気力を均一に作用させるために、磁気ベース７の幅方向の余計な部分をフライス盤で取り除き、磁気ベース７の幅方向のサイズを小さくすることができる。取り除く部分のサイズは例えば２ｍｍである。
【００４４】
アクリル楔状部材５と磁気ベース７と端部固定板１とがボルトで連結される。アクリル楔状部材５の両側にそれぞれ固定板４が設けられる。アクリル楔状部材５の上面と磁気ベース７とが上側固定板２により連結される。上側固定板２は例えば厚さ３ｍｍのステンレス材を加工して形成されている。これにより、固定構造の剛性が向上する。
【００４５】
使用する際には、アクリル楔状部材５の底部にカプラントを塗った後に、センサ装置２３を被測定材の表面に載せ、磁気ベーススイッチ１０を回転して、磁気ベース７が強力な磁気力を発生して当該磁気力によって磁気ベース７を被測定材にしっかり固定する。被測定位置を変更する際には、磁気ベーススイッチ１０を９０度回転するだけで、センサ装置２３を容易に取り外し、他の被測定位置に移動させて測定を行うことができる。
【００４６】
（実施例３）
従来、超音波を用いた残留応力測定は平板を測定対象としているが、管状部材が日常生活によく見られる。管状部材の内表面又は外表面に過大な残留応力が存在している場合に、大きな事故が起きる可能性があるので、管状部材に対する応力測定は徐々に重視されてきている。管状部材のような曲面の表面残留応力を測定する場合に、測定システムの構造を適切に変更する必要がある。
【００４７】
管状部材の内表面又は外表面に対して応力測定を行う場合には、アクリル楔状部材５の底面を機械加工して、その加工した後の曲率を管状部材の曲率と一致させる。あるいは、アクリル楔状部材５の底面に管状部材の曲率と一致する曲率を有する底面接触部材を取り付ける。または、２つのアクリル楔状部材５の間に磁気ベース７を取り付けて、磁気ベース７からの大きな磁気力によって楔状部材５と管状部材との結合を確保する。
【００４８】
測定をする際に、測定システムの位置を調整して、測定システムの両センサの対応する点を結ぶ直線を管状部材の母線と平行にする。
【００４９】
図６は管状部材の外表面残留応力測定システムを示す。外表面残留応力測定システムは、アクリル楔状部材５と超音波エネルギー変換器３と端部固定板１と磁気ベース７とを有する。
【００５０】
図７は管状部材の内表面残留応力測定システムを示す図である。管状部材の内表面残留応力についての測定は外表面残留応力についてのものより複雑で、特に、管状部材の内表面の曲率が大きい場合に、管状部材の内壁に臨界屈折縦波を励起するのが困難である。通常の３５ｍｍ×３０ｍｍ×３５ｍｍの磁気ベースの体積では大きいため、磁気ベースを機械加工することによって、端部固定板１及び楔状部材５の外壁と管状部材の内壁との干渉を防止して、信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【００５１】
板のような部材に対して残留応力測定をする際には、法線方向が板面に垂直する方向となり、素子からのすべての超音波束の入射角度が同じとなる。入射角の理論解析値に基づいて楔状部材を加工した場合に、臨界屈折縦波を発生させることができる。しかし、管状部材の法線は管状部材の表面に垂直であり、円の中心に向かうものであるから、素子から励起された超音波束が楔状部材と管状部材との結合面に入射した際に、超音波束の入射角が位置によって異なるものとなる。管状部材の表面応力を測定するための楔状部材を設計する際には、臨界屈折縦波を励起できる角度範囲が小さいため、３次元ソフトで入射角の理論解析値θｃｒを補正することが必要となり、好ましくは超音波エネルギー変換器の最外縁において励起される超音波束の入射角をθｃｒ±２度の範囲とする。このようにすれば、曲面に臨界屈折縦波を励起することができる。
【００５２】
（実施例４）
従来、残留応力や表面欠陥を測定する超音波非破壊検査の多くが手持ち型の装置で行われるのに対して、本実施例４に係る測定装置は自動的に走査することが可能となる。
【００５３】
図８に示されるように、接触式超音波非破壊検査直線自動走査装置は、主に磁気ベース７とステップモータ（光電式エンコーダ（optical-electricity encoder）を備えるもの）１６とスライダ１９と直線レール２０とフレキシブル圧力付加ロッド２１とセンサ装置２３などにより構成されている。
【００５４】
磁気ベース７の磁気力は十分な程度に設定され、ノブで磁気力の発生と遮断とを切り替えられる。磁気ベース７の底面は被測定部材の表面の曲率に応じて同じ曲率を有する曲面の形状に形成されて、磁気ベース７と被測定部材とをしっかり接触させて、測定システムをより安定化させる。ステップモータ１６は、駆動装置として、直線レール２０に取り付けられたスライダ１９を移動させる。センサ装置２３はスライダ１９とともに移動して、自動的に走査することができる。走査位置情報は光電式エンコーダにより記憶且つフィードバックされる。フレキシブル圧力付加ロッド２１は測定センサに対して一定の圧力を提供して、センサ装置２３と被測定製品の表面との結合をよい状態に維持して、測定結果の信頼性と正確性とを確保する。
【００５５】
図９に示されるように、フレキシブル圧力付加ロッド２１は主にスリーブ２５とばね２６とバッフル２７と支持部材２９とで構成されている。ばね２６はフレキシブル圧力付加ロッド２１に対して圧力を提供して、センサ装置２３と被測定製品の表面とをしっかり接触させて、凸凹を有する表面に対して測定する場合でも、センサ装置２３は圧力の作用によって被測定表面に良好に結合することができる。
【００５６】
ステップモータ１６を駆動部とし、当該ステップモータ１６の作動速度を調整することによって走査の速度を制御し、走査位置情報は光電式エンコーダにより記憶且つフィードバックされ、位置トリガを実現し、走査の精度を向上する。エンコーダの分解能は少なくとも０.１ｍｍである。測定装置２３を軽量化するために、直線レール２０はアルミニウム合金で製造され、レールのサイズは約４０ｍｍ×２０ｍｍ×５００ｍｍである。スライダ１９はフレキシブル圧力付加ロッド２１を介してセンサ装置２３と連結される。センサ装置２３は一回発信すると一回受信するタイプである、残留応力測定センサであってもよく、表面欠陥測定センサであってもよく、また、ＴＯＦＤ測定センサであってもよい。
【００５７】
測定の要求に応じた適切なセンサ装置２３がフレキシブル圧力付加ロッド２１に取り付けられる。直線溶接部に対して残留応力測定や表面欠陥測定を行う場合には、センサ装置２３は直線溶接線と平行に配置される。走査する際に、磁気ベース７が直線溶接部２２に吸着させ、磁気ベース７のノブをＯＮ位置に回転させると、センサ装置２３が被測定領域に強固に吸着し、かつ直線レール２０が直線溶接部２２と平行に保持される。直線溶接部の内部欠陥の測定を行なう際には、センサ装置２３は直線溶接部２２に対して垂直に配置され、発信用センサと受信用センサが直線溶接部の両側にそれぞれ配置される。ソフトウェアによってステップモータの走行速度と走行距離とを制御し、走査間隔を設定し、センサ装置２３が設定位置まで移動した際に、エンコーダからトリガ信号を発信して情報収集システムが現在位置における超音波信号を収集し始めるとともに、対応するデータ処理を行い、自動的な操作を実現する。
【００５８】
直線溶接部の自動走査装置は走査プロセスの自動化を実現することができ、その走査速度を調節可能とし、等速度で走査することができる。走査の精確な位置情報がエンコーダにより記憶され、欠陥の位置を精確に求めることができる。磁気吸着技術を用いることによって、センサ装置２３を被測定領域に利便性よく吸着させることができ、磁気ベース７の磁気力の作用の有無を人為的に制御することができる。異なるセンサ装置を用いることによって、板材と曲面の溶接部材に対する溶接残留応力測定、表面欠陥測定及び溶接部内部欠陥測定をそれぞれ実現することができ、適応性が向上する。
【００５９】
上記実施例の構造は本件発明を限定するものではなく、ある一つの実施例において説明した構造について、その作用に影響がなければ、他の実施例に応用することができる。例えば、実施例１において、アクリル楔状部材５の斜面にねじ構造が形成され、超音波エネルギー変換器３がねじ構造を介してアクリル楔状部材５に固定されてもよく、即ち、実施例２における連結方式を用いてもよい。同様に、実施例２において実施例１のような連結方式を用いてもよい。また、超音波透過可能楔部材はアクリル以外の材料で製造されてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１、端部固定板；２、上側固定板；３エネルギー変換器；４、固定板；５、アクリル楔状部材（超音波透過可能楔状部材）；６、磁気ベーススイッチ；７、磁気ベース；８、側壁注油孔；９、円柱状空洞；１０、アルミニウム製ブロック；１１、透磁鋼製ブロック；１２、磁石；１４、支柱；１５、固定用ブロック；１６、ステップモータ；１７、溶接鋼板；１８、固定装置；１９、スライダ；２０、直線レール；２１、フレキシブル圧力付加ロッド；２２、直線溶接部；２３、センサ装置；２４、連結ブロック；２５、スリーブ；２６、ばね；２７、バッフル；２８、円形凸台；２９、支持部材。
【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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【国際調査報告】
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