(57)【要約】【課題】散乱波の発生及び受信を低減することができる、超音波探傷方法及び超音波探傷装置を提供する。【解決手段】ＦＲＰ製部品１の表面に形成された凹凸部１２に対応する形状を有し表面に超音波を送信するための走査面２２を有するとともに、ＦＲＰ製部品１と同一又は近似する音響インピーダンスを有する複数のＦＲＰシート２１をＦＲＰ製部品１の積層方向と同じ方向に積層して形成した検査用治具２を用意し、検査用治具２を凹凸部１２に固定した後、検査用治具２を介して超音波をＦＲＰ製部品１に向けて送信し、ＦＲＰ製部品１を透過した超音波を送信面積よりも小さい受信面積で受信するようにした。【選択図】図１
2016070852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＦＲＰシートを積層して形成されたＦＲＰ製部品に超音波を透過させて欠陥の有無を検査する超音波探傷方法において、
前記ＦＲＰ製部品の表面に形成された凹凸部に対応する形状を有し表面に超音波を送信するための走査面を有するとともに、前記ＦＲＰ製部品と同一又は近似する音響インピーダンスを有する複数のＦＲＰシートにより形成した検査用治具を用意し、
該検査用治具を前記凹凸部に固定した後、前記検査用治具を介して超音波を前記ＦＲＰ製部品に向けて送信し、前記ＦＲＰ製部品を透過した超音波を送信面積よりも小さい受信面積で受信するようにした、
ことを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項２】
受信した超音波を画像処理して超音波を受信できなかった部分の面積を測定することによって欠陥であるか否か評価する、ことを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷方法。
【請求項３】
前記ＦＲＰ製部品が湾曲部を有する場合に、受信した超音波の強度が一定の数値となるように補正した後、前記ＦＲＰ製部品の欠陥の有無を判定する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波探傷方法。
【請求項４】
前記ＦＲＰ製部品の超音波探傷を水中で行う、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の超音波探傷方法。
【請求項５】
複数のＦＲＰシートを積層して形成されたＦＲＰ製部品に超音波を透過させて欠陥の有無を検査する超音波探傷装置において、
前記ＦＲＰ製部品の表面に形成された凹凸部に対応する形状を有し表面に前記超音波を送信するための走査面を有するとともに、前記ＦＲＰ製部品と同一又は近似する音響インピーダンスを有する複数のＦＲＰシートにより形成した検査用治具と、
前記超音波を前記ＦＲＰ製部品に向けて送信する送信用プローブと、
前記ＦＲＰ製部品を透過した超音波を受信する受信用プローブと、を有し、
前記受信用プローブの受信面積は、前記送信用プローブの送信面積よりも小さく形成されている、
ことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項６】
前記検査用治具を形成する前記ＦＲＰシートは、前記ＦＲＰ製部品の積層方向と同じ方向に積層されている、ことを特徴とする請求項５に記載の超音波探傷装置。
【請求項７】
前記ＦＲＰ製部品、前記検査用治具、前記送信用プローブ及び前記受信用プローブを水中に沈めて超音波探傷可能な水槽を有する、ことを特徴とする請求項５に記載に超音波探傷装置。
【請求項８】
前記ＦＲＰ製部品及び前記検査用治具を支持するワーク支持手段と、前記送信用プローブ及び前記受信用プローブを支持するプローブ支持手段と、を備え、前記水槽に対して、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する三軸直交座標を設定し、前記ワーク支持手段及び前記プローブ支持手段を用いて、少なくともＹ軸方向及びＺ軸方向の位置調整を行うようにした、ことを特徴とする請求項７に記載に超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探傷方法及び超音波探傷装置に関し、特に、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastic）製部品の検査に適した超音波探傷方法及び超音波探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽量かつ高強度である炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastic）は、例えば、機体、ファンケース、ファンブレード、ベーン、モータケース、ノズル、コーン等、航空宇宙分野の種々の部品に適用されている。ＣＦＲＰは、強化材に炭素繊維を用いた繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の一種である。
【０００３】
かかるＦＲＰ製部品は、例えば、特許文献１に記載されたように、ＦＲＰシートを所定の形状に裁断し、該裁断シートを積層して加熱・加圧することにより所望の形状に形成されることがある。この加熱・加圧成形方法では、成形時にＦＲＰシートに亀裂が生じたり、ＦＲＰシートの積層体の一部が剥離したり、ＦＲＰシートの積層体の隙間にボイド（空気）が入り込んだりする場合がある。これらの欠陥は、ＦＲＰ製部品の強度を低下させたり、寿命を短くしたりすることとなるため、超音波探傷等の非破壊検査を行うことが一般的である。なお、ＦＲＰシートには、補強繊維からなるシート状補強基材にマトリックス樹脂を含浸したシート状の中間材料であるプリプレグも含まれる。
【０００４】
ここで、特許文献２には、表面に凹凸部を有する被検査物の欠陥を高精度に検出する超音波探傷法であって、該被検査物の検査表面が平坦となるように、音響インピーダンスの値が該被検査物と同一または近似する導波物質によって、該検査表面を覆うことを特徴とする欠陥を高精度に検出する超音波探傷法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１８７３９７号公報
【特許文献２】特開平９−１３３６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したＦＲＰ製部品においても、表面に凹凸部を有することがあり、特許文献２に記載された超音波探傷法を適用することも一考である。しかしながら、ＦＲＰシートの積層体により形成されたＦＲＰ製部品は、表面の凹凸部において、反射波、屈折波、表面波、横波等（以下、単に「散乱波」と呼ぶ。）を生じ、積層界面においても散乱波を生じることから、ＦＲＰ製部品の内部に欠陥が生じていたとしても、欠陥を回避したり回折したりした超音波（送信波）を受信して、誤判定してしまう可能性がある。したがって、ＦＲＰ製部品の積層体に対して、できるだけ垂直に超音波を送信して散乱波の発生を低減するとともに、発生した散乱波の受信を低減する必要がある。
【０００７】
本発明は、上述した問題点に鑑みて創案されたものであり、散乱波の発生及び受信を低減することができる、超音波探傷方法及び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】
【０００８】
本発明によれば、複数のＦＲＰシートを積層して形成されたＦＲＰ製部品に超音波を透過させて欠陥の有無を検査する超音波探傷方法において、前記ＦＲＰ製部品の表面に形成された凹凸部に対応する形状を有し表面に超音波を送信するための走査面を有するとともに、前記ＦＲＰ製部品と同一又は近似する音響インピーダンスを有する複数のＦＲＰシートにより形成した検査用治具を用意し、該検査用治具を前記凹凸部に固定した後、前記検査用治具を介して超音波を前記ＦＲＰ製部品に向けて送信し、前記ＦＲＰ製部品を透過した超音波を送信面積よりも小さい受信面積で受信するようにした、ことを特徴とする超音波探傷方法が提供される。
【０００９】
受信した超音波を画像処理して超音波を受信できなかった部分の面積を測定することによって欠陥であるか否か評価するようにしてもよい。また、前記ＦＲＰ製部品が湾曲部を有する場合に、受信した超音波の強度が一定の数値となるように補正した後、前記ＦＲＰ製部品の欠陥の有無を判定するようにしてもよい。また、前記ＦＲＰ製部品の超音波探傷を水中で行うようにしてもよい。
【００１０】
また、本発明によれば、複数のＦＲＰシートを積層して形成されたＦＲＰ製部品に超音波を透過させて欠陥の有無を検査する超音波探傷装置において、前記ＦＲＰ製部品の表面に形成された凹凸部に対応する形状を有し表面に前記超音波を送信するための走査面を有するとともに、前記ＦＲＰ製部品と同一又は近似する音響インピーダンスを有する複数のＦＲＰシートにより形成した検査用治具と、前記超音波を前記ＦＲＰ製部品に向けて送信する送信用プローブと、前記ＦＲＰ製部品を透過した超音波を受信する受信用プローブと、を有し、前記受信用プローブの受信面積は、前記送信用プローブの送信面積よりも小さく形成されている、ことを特徴とする超音波探傷装置が提供される。
【００１１】
前記検査用治具を形成する前記ＦＲＰシートは、前記ＦＲＰ製部品の積層方向と同じ方向に積層されていてもよい。前記超音波探傷装置は、前記ＦＲＰ製部品、前記検査用治具、前記送信用プローブ及び前記受信用プローブを水中に沈めて超音波探傷可能な水槽を有していてもよい。また、前記ＦＲＰ製部品及び前記検査用治具を支持するワーク支持手段と、前記送信用プローブ及び前記受信用プローブを支持するプローブ支持手段と、を備え、前記水槽に対して、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する三軸直交座標を設定し、前記ワーク支持手段及び前記プローブ支持手段を用いて、少なくともＹ軸方向及びＺ軸方向の位置調整を行うようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る超音波探傷方法及び超音波探傷装置によれば、ＦＲＰ製部品と同一又は近似する音響インピーダンスを有する複数のＦＲＰシートにより形成した検査用治具を用いたことにより、検査用治具とＦＲＰ製部品との境界面における散乱波の発生を低減することができる。また、かかる境界面における散乱波の発生を低減したことにより、ＦＲＰ製部品の積層界面において生じる散乱波の発生も低減することができる。さらに、超音波の受信面積を送信面積よりも小さくしたことにより、直進する超音波を効率よく受信することができ、斜めに進行する散乱波の受信を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一実施形態に係る超音波探傷方法の検査用治具を示す部品展開図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る超音波探傷方法の原理を示す説明図であり、（ａ）は欠陥がある部分を検査する場合、（ｂ）は欠陥のない部分を検査する場合、を示している。
【図３】本発明の第一実施形態に係る超音波探傷方法の走査方法を示す説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図、を示している。
【図４】本発明の第一実施形態に係る超音波探傷方法におけるデータ処理方法を示す説明図であり、（ａ）はＦＲＰ製部品が湾曲している場合、（ｂ）は受信データに歪みが生じている場合、（ｃ）は受信データが密集している場合、を示している。
【図５】本発明の他の実施形態にかかる超音波探傷方法を示す縦断面図であり、（ａ）は第二実施形態、（ｂ）は第三実施形態、を示している。
【図６】本発明の実施形態に係る超音波探傷装置を示す全体概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図１〜図６を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係る超音波探傷方法の検査用治具を示す部品展開図である。図２は、本発明の第一実施形態に係る超音波探傷方法の原理を示す説明図であり、（ａ）は欠陥がある部分を検査する場合、（ｂ）は欠陥のない部分を検査する場合、を示している。図３は、本発明の第一実施形態に係る超音波探傷方法の走査方法を示す説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図、を示している。
【００１５】
本発明の第一実施形態に係る超音波探傷方法は、複数のＦＲＰシート１１を積層して形成されたＦＲＰ製部品１に超音波を透過させて欠陥Ａの有無を検査する超音波探傷方法であって、ＦＲＰ製部品１の表面に形成された凹凸部１２に対応する形状を有し表面に超音波を送信するための走査面２２を有するとともに、ＦＲＰ製部品１と同一又は近似する音響インピーダンスを有する複数のＦＲＰシート２１により形成した検査用治具２を用意し、検査用治具２を凹凸部１２に固定した後、検査用治具２を介して超音波をＦＲＰ製部品１に向けて送信し、ＦＲＰ製部品１を透過した超音波を送信面積よりも小さい受信面積で受信するようにしたものである。
【００１６】
ＦＲＰ製部品１は、例えば、軽量かつ高強度なＣＦＲＰにより形成された、機体、ファンケース、ファンブレード、ベーン、モータケース、ノズル、コーン等の部品である。これらの部品は、航空宇宙分野の種々の部品に適用されることが多いが、航空宇宙分野の部品に限定されるものではない。また、ＣＦＲＰは、ＦＲＰの一種であり、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、ケプラ繊維強化プラスチック（ＫＦＲＰ）、ダイニーマ繊維強化プラスチック（ＤＦＲＰ）等の他のＦＲＰであってもよい。ＦＲＰ製部品１とは、ＦＲＰにより形成された部品を意味しているが、部品そのものが単独で取引可能な製品である場合も含む趣旨である。
【００１７】
また、ＦＲＰ製部品１は、例えば、特許文献１（特開平５−１８７３９７号公報）に記載されたように、ＦＲＰシートを所定の形状に裁断し、該裁断シートを積層して加熱・加圧することにより所望の形状に形成される。この加熱・加圧成形方法では、成形時にＦＲＰシートに亀裂が生じたり、ＦＲＰシートの積層体の一部が剥離したり、ＦＲＰシートの積層体の隙間にボイド（空気）が入り込んだりする場合がある。これらの欠陥は、ＦＲＰ製部品の強度を低下させたり、寿命を短くしたりすることとなる。
【００１８】
本発明は、この加熱・成形方法により成形されたＦＲＰ製部品１に対して超音波を送信して欠陥Ａの有無を検査する超音波探傷方法に関するものである。なお、ＦＲＰシート１１を積層して形成されたＦＲＰ製部品１については、図２（ａ）及び（ｂ）に示した縦断面図を参照されたい。また、本発明において、ＦＲＰシート１１には、補強繊維からなるシート状補強基材にマトリックス樹脂を含浸したシート状の中間材料であるプリプレグも含まれる。
【００１９】
ここで、図１に示したＦＲＰ製部品１は、一例として、ベーン（例えば、ＳＧＶ）の場合を図示している。図示したベーンは、両端がジェットエンジンのコア部とファンケースに固定されるベーンであり、整流機能を有するとともに、ジェットエンジンの強度部品としても機能する。かかるベーンは、図１に示したように、翼面の両端部に流路方向に沿って凹凸部１２が形成されている。この凹凸部１２は、ウェッジ（Ｗｅｄｇｅ）と呼ばれることもある。そして、ベーンは、凹凸部１２を両側から挟持することにより、コア部やファンケースに固定される。凹凸部１２は、翼面から突出した形状を有していれば、台形形状であってもよいし、曲面形状であってもよいし、矩形形状であってもよい。
【００２０】
検査用治具２は、凹凸部１２を覆い隠す部品である。凹凸部１２は、上述したように、ＦＲＰ製部品１の検査面（例えば、ベーンの翼面）から突出した部分であり、凹凸部１２の傾斜面や湾曲面において、超音波が反射したり屈折したりしやすいことから、超音波を直進させることが困難であり、検査精度が低下しやすい。
【００２１】
そこで、本発明では、この凹凸部１２に密着する溝部２３を有する検査用治具２を用いて平滑な走査面２２を形成している。なお、図１において、説明の便宜上、ベーンの上部に形成された凹凸部１２に検査用治具２を取り付ける場合を図示しており、ベーンの下部に形成された凹凸部１２に固定される検査用治具２については図を省略してある。
【００２２】
具体的には、検査用治具２は、ベーンの腹側と背側とに二分割されたブロック体２ａ，２ｂにより構成されており、両端をボルト・ナット等の締結具２４により結合し固定できるように構成されている。このとき、ベーンの腹側及び背側の凹凸部１２は、ブロック体２ａ，２ｂに形成された溝部２３内に密着するように配置される。
【００２３】
また、かかる検査用治具２（ブロック体２ａ，２ｂ）は、例えば、ＦＲＰ製部品１と同一又は近似する音響インピーダンスを有する複数のＦＲＰシート２１をＦＲＰ製部品１の積層方向と同じ方向に積層して形成される。かかる構成により、検査用治具２（ブロック体２ａ，２ｂ）とＦＲＰ製部品１との境界面における散乱波の発生を効果的に低減することができる。
【００２４】
例えば、ＦＲＰ製部品１の音響インピーダンスが５．０×１０−６（ｋｇ／ｍ２ｓ）程度の場合に、検査用治具２の音響インピーダンスが３．４×１０−６（ｋｇ／ｍ２ｓ）程度の場合であっても、超音波探傷の検査に使用し得ることが確認できていることから、検査用治具２の音響インピーダンスは、ＦＲＰ製部品１の音響インピーダンスに対して、±４０％の範囲内、好ましくは±３０％の範囲内であればよい。すなわち、本実施形態において、「音響インピーダンスが近似する」とは、音響インピーダンスの差分が±３０〜４０％程度の範囲まで許容可能であることを意味している。
【００２５】
ブロック体２ａ，２ｂの表面（走査面２２）は、例えば、図示したように、ベーンの翼面と略同一の曲率を有する曲面に形成するようにしてもよいし、平面状に形成するようにしてもよい。ブロック体２ａ，２ｂの表面（走査面２２）は、超音波を送信する送信用プローブ及び超音波を受信する受信用プローブを、密着させた状態又は一定距離だけ離隔させた状態で、走査しやすい曲面又は平面に形成されていればよい。
【００２６】
例えば、ブロック体２ａ，２ｂの表面（走査面２２）をベーンの翼面と略同一の曲率を有する曲面に形成した場合には、翼型中心線（Ｃａｍｂｅｒ  Ｌｉｎｅ）に沿って超音波を走査させることができ、翼型中心線（Ｃａｍｂｅｒ  Ｌｉｎｅ）に沿って欠陥を検出することができる。また、ブロック体２ａ，２ｂの表面（走査面２２）を平面状に形成した場合には、ＦＲＰ製部品１（ベーン）を構成するＦＲＰシート１１の積層方向に対して垂直に超音波を送信することができ、積層界面における超音波の散乱波の発生をより低減することができる。
【００２７】
なお、上述した説明では、ＦＲＰ製部品１の凹凸部１２が突出した部分（ウェッジ）であり、検査用治具２がこの突出した部分を受ける溝部２３である場合について説明したが、ＦＲＰ製部品１が溝部（凹凸部１２）を有し、検査用治具２がこの溝部を受ける突出した部分を有していてもよい。
【００２８】
ここで、図２（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ、本実施形態に係る超音波探傷方法の原理について説明する。図２（ａ）及び（ｂ）に示したように、ＦＲＰ製部品１（ベーン）は、複数のＦＲＰシート１１により形成されており、両面に凹凸部１２を有している。この凹凸部１２も複数のＦＲＰシート１１により形成されている。なお、凹凸部１２は片面にのみ形成されていてもよい。
【００２９】
凹凸部１２を含む翼面の表面には、検査用治具２（ブロック体２ａ，２ｂ）が密着するように取り付けられている。この検査用治具２（ブロック体２ａ，２ｂ）もＦＲＰ製部品１（ベーン）と同様に複数のＦＲＰシート２１により形成されている。このＦＲＰシート２１（プリプレグを含む）は、ＦＲＰ製部品１を形成するＦＲＰシート１１と同一のものを使用することにより、ＦＲＰ製部品１と同一の音響インピーダンスを有する検査用治具２を容易に形成することができる。なお、ＦＲＰシート２１は、必ずしもＦＲＰシート１１と同一である必要はなく、近似する音響インピーダンスを有するものであれば使用可能である。
【００３０】
超音波探傷装置は、上述した検査用治具２に加え、超音波をＦＲＰ製部品１に向けて送信する送信用プローブ３と、ＦＲＰ製部品１を透過した超音波を受信する受信用プローブ４と、を有し、受信用プローブ４の受信面積４ｓは、送信用プローブ３の送信面積３ｓよりも小さく形成されている。また、超音波探傷装置は、図示しないが、従来の超音波探傷装置と同様に、超音波の発振信号を送信用プローブ３に送信したり、受信用プローブ４が受信した超音波を電気信号に変換したり、超音波の送信から受信までに要した時間を計測したりする信号処理部と、超音波の受信波形を表示する表示部と、を有している。
【００３１】
図２（ａ）に示したように、検査用治具２の一方（ここでは、ブロック体２ａ）の走査面２２に送信用プローブ３を配置し、検査用治具２の他方（ここでは、ブロック体２ｂ）の走査面２２に受信用プローブ４を送信用プローブ３と同軸上に配置する。送信用プローブ３から送信された超音波は、検査用治具２（ブロック体２ａ）内を進行し、検査用治具２とＦＲＰ製部品１との境界面に到達すると、図中に破線矢印で示したように、凹凸部１２の傾斜面で反射波や屈折波等の散乱波を生じる。
【００３２】
ただし、本実施形態では、検査用治具２とＦＲＰ製部品１との音響インピーダンスが同一又は近似していることから、この散乱波の発生を最小限に低減することができる。したがって、図中に太線矢印で示したように、超音波の大部分はそのまま直進することとなる。
【００３３】
また、ＦＲＰ製部品１の表面や凹凸部１２の平面部のように、超音波の進行方向と略直交する平面では散乱波の発生が少なく、大部分の超音波がそのまま直進する。また、上述したように境界面における散乱波の発生を低減したことにより、ＦＲＰ製部品１の積層界面に斜めに進行することによって生じる二次的な散乱波の発生も低減することができる。
【００３４】
いま、図中に黒色で塗り潰した箇所に欠陥Ａが存在したとする。この欠陥Ａに衝突する超音波は、反射波となって直進が阻害される。また、欠陥Ａの両端近傍に送信される超音波は、図中に破線矢印で示したように、回折波を生じて欠陥Ａの背後に斜めに進行する。
【００３５】
そして、反対側の検査用治具２とＦＲＰ製部品１との境界面に到達した超音波は、同様に、平面部では直進し、傾斜部では散乱波を生じる。ここで、受信用プローブ４の受信面積４ｓは、送信用プローブ３の送信面積３ｓよりも小さく形成されていることから、反射波、屈折波、回折波等のように、超音波の進行方向に対して交差する方向に進行する超音波は、受信用プローブ４での受信量が低減され、受信用プローブ４の受信面積４ｓに直進してくる超音波を効率よく受信することができる。
【００３６】
したがって、図２（ａ）に示した状態では、欠陥Ａによって受信用プローブ４の受信面積４ｓに向かって直進する超音波は、その大部分が反射波となって直進が阻害されることから、受信用プローブ４における超音波の受信量は少なく、欠陥Ａの存在を明確に認識することができる。
【００３７】
また、図２（ｂ）に示したように、欠陥Ａが存在しない部分に超音波を送信した場合には、検査用治具２とＦＲＰ製部品１との境界面で散乱波を生じるものの、主たる超音波は直進し、受信用プローブ４における超音波の受信量は、図２（ａ）に示した場合と比較して多くなる。したがって、超音波の受信量又はそれを電気信号に変換した受信強度の大小によって、欠陥Ａの有無を容易に判定することができる。
【００３８】
受信用プローブ４の受信面積４ｓを送信用プローブ３の送信面積３ｓに対して、どの程度小さくするかは、ＦＲＰ製部品１の大きさ（すなわち、検査範囲の広さ）、ＦＲＰ製部品１の厚さ（すなわち、送信用プローブ３と受信用プローブ４との距離）、超音波の送信量や周波数等の関係によって設定される。
【００３９】
指標としては、受信用プローブ４の受信面積４ｓは、送信用プローブ３の送信面積３ｓに対して、概ね１０〜５０％の大きさに設定することが好ましいが、この範囲に限定されるものではない。例えば、送信用プローブ３及び受信用プローブ４が円形であるとすれば、受信用プローブ４の半径は、送信用プローブ３の半径に対して１／３〜２／３の範囲内で設定することができる。
【００４０】
また、ＦＲＰ製部品１の全体を超音波探傷検査する場合には、図３（ａ）及び（ｂ）に示したように、送信用プローブ３及び受信用プローブ４をＦＲＰ製部品１及び検査用治具２の表面で走査させる必要がある。図示しないが、送信用プローブ３及び受信用プローブ４は、例えば、ＸＹＺの三軸方向に駆動可能なマニピュレータやアクチュエータにより走査される。なお、検査範囲が狭い場合には、送信用プローブ３及び受信用プローブ４は、手動で走査するようにしてもよい。
【００４１】
図３（ａ）に示したように、送信用プローブ３及び受信用プローブ４は、同期させながら、例えば、水平方向に走査した後、上下方向に少しずつ移動し、蛇行させるようにして検査範囲の全体を走査する。ここでは、送信用プローブ３及び受信用プローブ４を上から下に走査させる場合を図示したが、下から上に走査させるようにしてもよい。また、図示しないが、送信用プローブ３及び受信用プローブ４は、上下方向に走査した後、水平方向に少しずつ移動して蛇行させるようにしてもよいし、斜め方向に走査させるようにしてもよい。
【００４２】
図３（ｂ）に示したように、検査用治具２を取り付けた部分とＦＲＰ製部品１の表面との間に段差がある場合には、送信用プローブ３及び受信用プローブ４を検査用治具２の走査面２２及びＦＲＰ製部品１の表面に接触させたり、一定距離だけ離隔させたりするように、検査箇所によって、送信用プローブ３と受信用プローブ４との間の距離を調整するようにしてもよい。
【００４３】
また、送信用プローブ３及び受信用プローブ４を常に同軸上に配置した場合には、検査範囲の端部や段差部の角部では、受信用プローブ４を検査範囲に走査させることができない可能性がある。この場合、送信用プローブ３及び受信用プローブ４の同期を解除し、送信用プローブ３の位置を固定したまま受信用プローブ４のみを送信用プローブ３の送信面積３ｓの範囲内で移動させるようにしてもよい。
【００４４】
なお、受信用プローブ４を走査できない範囲が微小で超音波探傷検査として無視できる程度である場合には、受信用プローブ４を走査させる必要はない。また、可能であれば、送信用プローブ３及び受信用プローブ４を同軸上に配置したまま、送信用プローブ３を検査範囲からはみ出した状態で受信用プローブ４を検査範囲内で走査させるようにしてもよい。
【００４５】
ここで、本発明の第一実施形態に係る超音波探傷方法におけるデータ処理方法の一例について、図４（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ説明する。ここで、図４は、本発明の第一実施形態に係る超音波探傷方法のデータ処理方法を示す説明図であり、（ａ）はＦＲＰ製部品が湾曲している場合、（ｂ）は受信データに歪みが生じている場合、（ｃ）は受信データが密集している場合、を示している。なお、図４（ａ）において、Ｘ軸は検査位置、Ｙ軸は超音波の受信量を電気信号に変換した際の受信強度を示している。
【００４６】
図４（ａ）に示したように、ＦＲＰ製部品１が、上に凸となるように湾曲している場合、超音波の受信強度は、図示したように、下に凸となる曲線ｆ（ｘ）として表示される。このように、検査位置によって受信強度の大きさが異なる場合、受信強度が低い場所では欠陥の有無を判定し難くなる可能性がある。そこで、本実施形態では、受信強度ｆ（ｘ）に対して変換式ｇ（ｘ）を算出し、超音波の受信強度が一定の数値αとなるように補正することが好ましい。
【００４７】
すなわち、本実施形態では、ＦＲＰ製部品１が湾曲部を有する場合に、受信した超音波の強度が一定の数値αとなるように補正した後、ＦＲＰ製部品１の欠陥の有無を判定するようにしている。かかる補正により、ＦＲＰ製部品１の形状によって受信強度が低い箇所が存在する場合であっても、欠陥の有無を判定しやすくすることができる。なお、受信強度ｆ（ｘ）の補正は、検査範囲の走査終了後に一括して処理してもよいし、超音波を受信しながら処理するようにしてもよい。
【００４８】
ところで、ＦＲＰ製部品１の欠陥は、受信用プローブ４の受信面積４ｓよりも大きい場合がある。この場合、受信用プローブ４の超音波の受信強度が０に近い数値となる。そこで、本実施形態では、受信強度をモニタ等の表示部に表示した際における暗部の面積を評価し、所定の基準値と照らし合わせて欠陥か否か判断することが好ましい。すなわち、本実施形態では、受信した超音波を画像処理して超音波を受信できなかった部分の面積を測定することによって欠陥であるか否か評価している。かかるデータ処理によって、欠陥の判定を容易に判定することができる。
【００４９】
また、超音波の指向性が低い場合には、図４（ｂ）に示したように、実際は円形の欠陥Ａが楕円形の欠陥Ａ′のように表示される場合がある。この場合、欠陥Ａの大きさの判断を誤る可能性がある。そこで、使用する超音波探傷装置による変形度を試験やシミュレータにより算出しておき、受信データの変形度を補正するようにしてもよい。かかるデータ処理によって、欠陥の大きさや形状をより正確に判定することができる。
【００５０】
また、検査環境や機器の精度によっては、図４（ｃ）に示したように、受信強度をモニタ等の表示部に表示した際に暗部が点在する場合がある。この場合、一定の距離範囲内に存在する暗部は同一の対象物を示しているものとして、その外形に含まれる部分の全体を暗部として表示するようにしてもよい。そして、この補正後の暗部が、所定の面積よりも大きい場合には、欠陥Ａとして判定される。
【００５１】
次に、本発明の他の実施形態にかかる超音波探傷方法について、図５（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ説明する。ここで、図５は、本発明の他の実施形態にかかる超音波探傷方法を示す縦断面図であり、（ａ）は第二実施形態、（ｂ）は第三実施形態、を示している。図５（ａ）及び（ｂ）は、図３（ｂ）と同様に縦断面図を図示している。
【００５２】
図５（ａ）に示した第二実施形態は、送信用プローブ３及び受信用プローブ４を上下方向に走査させる場合に、検査用治具２の走査面２２を基準にして送信用プローブ３と受信用プローブ４との間の距離を一定に保持したまま走査させるようにしたものである。かかる実施形態のように、ＦＲＰ製部品１の表面から一定の距離だけ離隔した位置から超音波を送受信するようにしてもよい。
【００５３】
図５（ｂ）に示した第三実施形態は、検査用治具２をＦＲＰ製部品１の略全面を覆うように形成したものである。例えば、ＦＲＰ製部品１の表面の略全面に凹凸部１２が形成されている場合や、ＦＲＰ製部品１が小さくて凹凸部１２のみを覆う検査用治具２を製作することが困難な場合には、ＦＲＰ製部品１の略全面を検査用治具２で覆うようにしてもよい。
【００５４】
次に、本発明の実施形態に係る超音波探傷装置について、図６を参照しつつ説明する。ここで、図６は、本発明の実施形態に係る超音波探傷装置を示す全体概略構成図である。なお、上述した超音波探傷方法の説明と同一の構成部品については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００５５】
本発明の実施形態に係る超音波探傷装置は、ＦＲＰ製部品１に取り付けられる検査用治具２と、ＦＲＰ製部品１の超音波探傷を行う送信用プローブ３及び受信用プローブ４と、これらの構成部品（ＦＲＰ製部品１、検査用治具２、送信用プローブ３及び受信用プローブ４）を水中に沈めて超音波探傷可能な水槽５と、ＦＲＰ製部品１及び検査用治具２を支持するワーク支持手段６と、送信用プローブ３及び受信用プローブ４を支持するプローブ支持手段７と、を備えている。ここで、水槽５に対して、Ｘ軸（紙面の左右方向）、Ｙ軸（紙面の表裏方向）及びＺ軸（紙面の上下方向）を有する三軸直交座標を設定する。
【００５６】
水槽５は、少なくとも、ＦＲＰ製部品１、検査用治具２、送信用プローブ３及び受信用プローブ４を水中に沈めることができ、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の位置調整が可能な大きさであればよい。水槽５内には、水又は超音波探傷に適した薬液が充填されている。水槽５の上部は開放されていてもよいし、密閉されていてもよい。このように、ＦＲＰ製部品１の超音波探傷を水中で行うことにより、プローブ間における超音波の散乱や減衰を抑制することができ、送信用プローブ３及び受信用プローブ４を検査用治具２から離隔した状態でＦＲＰ製部品１の超音波探傷を行うことができる。
【００５７】
ワーク支持手段６は、例えば、検査用治具２の一部を把持するワーク把持手段６１と、ワーク把持手段６１をＺ軸方向に移動させるＺ軸位置調整手段６２と、ワーク把持手段６１をＸ軸方向に移動させるＸ軸位置調整手段６３と、を備えている。ワーク把持手段６１は、例えば、検査用治具２の一部を把持するヘッダ６１ａと、ヘッダ６１ａを支持するクランク形状のアーム６１ｂと、を有している。なお、アーム６１ｂの形状は単なる一例であり、図示した形状に限定されるものではない。また、Ｘ軸位置調整手段６３は、必要に応じて省略することができる。
【００５８】
Ｚ軸位置調整手段６２は、例えば、Ｘ軸位置調整手段６３（Ｘ軸位置調整手段６３を省略した場合には単なる支持部材）に支持された電動モータにより構成される。この電動モータにワーク把持手段６１のアーム６１ｂが接続されており、電動モータを中心にしてワーク把持手段６１をＺ軸方向に回動させることができる。ここで、ＦＲＰ製部品１がベーンのように湾曲している場合には、この湾曲に沿ってＦＲＰ製部品１を移動することができるように、アーム６１ｂの形状や長さが設定される。なお、ＦＲＰ製部品１が直線形状の部品である場合には、Ｚ軸位置調整手段６２としてアーム６１ｂを上下方向に移動可能な機構（例えば、ラック・ピニオン機構、直動アクチュエータ等）を採用するようにすればよい。
【００５９】
Ｘ軸位置調整手段６３は、例えば、Ｚ軸位置調整手段６２を支持する支持部材６３ａと、支持部材６３ａをＸ軸方向に移動させるボールネジ機構６３ｂと、を有している。なお、ボールネジ機構６３ｂは、支持部材６３ａをＸ軸方向に移動させる機構の単なる一例であり、直動アクチュエータやラック・ピニオン機構等に変更してもよい。ボールネジ機構６３ｂを作動させることにより、支持部材６３ａをＸ軸方向に移動させることができ、ワーク支持手段６を介して、ＦＲＰ製部品１及び検査用治具２をＸ軸方向に移動させることができる。
【００６０】
プローブ支持手段７は、例えば、送信用プローブ３及び受信用プローブ４が接続されたプローブ支持アーム７１と、プローブ支持アーム７１をＹ軸方向に移動させるＹ軸位置調整手段７２と、を備えている。プローブ支持アーム７１は、図示したように、ＦＲＰ製部品１を跨ぐように形成されており、ＦＲＰ製部品１の一方の面に送信用プローブ３を配置し、他方の面に受信用プローブ４を配置することができるように構成されている。
【００６１】
Ｙ軸位置調整手段７２は、例えば、プローブ支持アーム７１に接続された台車７２ａと、台車７２ａを支持するレール７２ｂと、を備えている。台車７２ａは、ボールネジ機構等の駆動手段によりレール７２ｂ上を走行可能に構成されている。レール７２ｂは、超音波探傷装置の全体を構成するフレーム（図示せず）に設置されていてもよいし、床や柱等の他の構造部材に設置されていてもよい。台車７２ａには、送信用プローブ３及び受信用プローブ４の制御部や信号処理部が搭載されていてもよい。
【００６２】
上述した超音波探傷装置によれば、ワーク支持手段６及びプローブ支持手段７により、ＦＲＰ製部品１、検査用治具２、送信用プローブ３及び受信用プローブ４を水中に沈めた状態で超音波探傷を行うことができる。また、上述した超音波探傷装置では、ワーク支持手段６及びプローブ支持手段７を用いて、少なくともＹ軸方向及びＺ軸方向の位置調整を行うようにしている。
【００６３】
したがって、ワーク支持手段６及びプローブ支持手段７を操作することにより、ＦＲＰ製部品１及び検査用治具２の表面（走査面２２）に沿って、送信用プローブ３及び受信用プローブ４をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向に相対的に移動させることができ、種々の走査方法に対応させることができる。また、この相対的な移動に対して、ＦＲＰ製部品１及び検査用治具２側と送信用プローブ３及び受信用プローブ４側とに駆動手段を分離したことにより、複雑な動きであっても簡便な構成で容易に対応させることができる。
【００６４】
なお、図示した実施形態では、ワーク支持手段６によりＸ軸及びＺ軸の位置調整を行い、プローブ支持手段７によりＹ軸方向の位置調整を行っているが、かかる構成に限定されるものではなく、ＦＲＰ製部品１や検査用治具２の形状によって、ワーク支持手段６及びプローブ支持手段７の位置調整する方向を適宜入れ替えるようにしてもよい。例えば、図示しないが、ワーク支持手段６によりＹ軸の位置調整を行い、プローブ支持手段７によりＺ軸方向の位置調整を行うようにしてもよい。
【００６５】
本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００６６】
１  ＦＲＰ製部品
２  検査用治具
２ａ，２ｂ  ブロック体
３  送信用プローブ
３ｓ  送信面積
４  受信用プローブ
４ｓ  受信面積
５  水槽
６  ワーク支持手段
７  プローブ支持手段
１１  ＦＲＰシート
１２  凹凸部
２１  ＦＲＰシート
２２  走査面
２３  溝部
２４  締結具
６１  ワーク把持手段
６１ａ  ヘッダ
６１ｂ  アーム
６２  Ｚ軸位置調整手段
６３  Ｘ軸位置調整手段
６３ａ  支持部材
６３ｂ  ボールネジ機構
７１  プローブ支持アーム
７２  Ｙ軸位置調整手段
７２ａ  台車
７２ｂ  レール
【図１】
2016070852.tif 000003
【図２】
2016070852.tif 000004
【図３】
2016070852.tif 000005
【図４】
2016070852.tif 000006
【図５】
2016070852.tif 000007
【図６】
2016070852.tif 000008