JPH04283661A - 超音波探傷方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は摩擦圧接面といった接合
面上の傷有無を超音波探査する方法に関するものである
。

【０００２】

【従来の技術】超音波探傷方法としては特開昭６２−７
０７５４号公報、特開昭６２−８２３５１号公報及び特
開昭６３−５８２５４号公報に開示されるものがある。 特開昭６２−７０７５４号公報の方法では、正常と見な
される接合面からの超音波反射波の検出値を予め基準値
として設定しておき、この基準値と検査対象接合面から
の反射波検出値との比較に基づいて検査対象接合面にお
ける傷有無判定が行われている。

【０００３】特開昭６２−８２３５１号公報では、溶接
線に沿って超音波探傷走査を行なって傷有無を検出し、
傷有を検出した場合には傷有部位を溶接線と直交する方
向へ超音波探傷走査を行なうという２段階走査方式が採
用されている。最初の超音波探傷は単なる傷有無検出の
ために比較的粗く行われ、傷有発見後の超音波探傷は傷
の形状、大きさの検出のために精密に行われる。従って
、このような２段階走査方式では最初の超音波探傷の走
査速度を大きくすることによって探傷時間の短縮化を図
ることができる。

【０００４】特開昭６３−５８２５４号公報では、接合
面と超音波探触子との距離を切り換え変位し、単なる傷
有無検出の場合には接合面における超音波ビーム径を大
きくし、傷有検出後の傷の形状、大きさ等の精密検査の
場合には接合面における超音波ビーム径を絞る２段階探
傷方式が採用されている。この探傷方式においても最初
の超音波探傷の走査速度を大きくすることによって探傷
時間の短縮化を図ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】超音波探傷では粗くあ
るいは精密に行なうにしてもその探傷時間は探査領域の
大きさ程度に左右され、本来必要とされる探傷領域以外
の領域をも探傷することは大きな時間的損失に繋がる。 そのため、探傷不要な領域を可及的に除外した探傷開始
位置を特定することは探傷時間の短縮化を図る上で重要
であるが、前記各従来公報のいずれにおいてもこのよう
な探傷開始位置の特定方法は何ら開示されていない。そ
のため、必要な探傷領域を洩れなく探傷するために実際
の探傷領域を探傷必要領域よりも大きく設定せざるを得
ず、効果的な探傷時間短縮を達成することができない。

【０００６】本発明は実際の探傷領域から探傷不要領域
を極力排除するための探傷開始位置特定を可能とする超
音波探傷方法を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのために第１の発明で
は、接合面を識別し得るように超音波探傷装置の接合面
識別用ゲインを設定すると共に、該接合面識別用ゲイン
を用いた接合面の探査情報に基づいて接合面の境界を特
定し、接合面上の探傷を行なうために超音波探傷装置の
ゲインを探傷用ゲインに再設定し、該探傷用ゲインを用
いた接合面の探傷を前記境界から行なうようにした。

【０００８】第２の発明では、接合面を識別し得るよう
に超音波探傷装置の接合面識別用ゲインを設定し、該接
合面識別用ゲインを用いた接合面の探査情報に基づいて
超音波探触子の位置を把握すると共に、この位置把握結
果に基づいて超音波探触子の探傷開始位置を特定し、接
合面上の探傷を行なうために超音波探傷装置のゲインを
探傷用ゲインに再設定すると共に、前記特定された探傷
開始位置へ超音波探触子を移動し、探傷用ゲインを用い
た接合面の探傷を前記探傷開始位置から行なうようにし
た。

【０００９】

【作用】正常と見なされる接合面を超音波探査で識別し
得るゲイン設定状態では、探触子が接合面を探査し得る
位置にあれば接合面からの反射波を拾うことができる。 従って、超音波走査経路が接合面の境界を通過すること
によって接合面の境界が把握され、この境界把握によっ
て探傷時間短縮をもたらすための探傷開始位置の特定が
行われる。

【００１０】一対の棒材の端面同士を摩擦圧接した接合
面の探傷では、探触子が接合面を探査し得る位置にあれ
ば接合面と探触子との位置関係が棒材の径及び超音波入
射角に基づいて把握することができ、この位置関係把握
結果に基づいて接合面の周縁位置、即ち接合面の境界を
算出特定することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図１〜
図３及び図５〜図８に基づいて説明する。１は支持基台
であり、支持基台１の一側部にはワーク回転装置２が組
み込まれていると共に、他側部にはタレット往復台３が
設置されている。タレット往復台３はハンドル４の回動
操作によってワーク回転装置２に対する接離方向へ位置
調整可能である。摩擦圧接された丸棒状のワークＷはワ
ーク回転装置２のチャック２ａとタレット往復台３上の
タレット３ａとの間に回転中心の芯出しをして架設支持
され、ワーク回転装置２の作動によってワークＷがチャ
ック２ａとタレット３ａとの間で回転する。

【００１２】ワーク回転装置２側には制御コンピュータ
Ｃ１　が組み込まれており、ワーク回転装置２が制御コ
ンピュータＣ１　の指令制御を受ける。又、ワーク回転
装置２側には操作器１８が組付けられており、制御コン
ピュータＣ１　は操作器１８の入力操作によって設定さ
れる回転速度でもってワーク回転装置２をフィードバッ
ク制御する。

【００１３】ワーク回転装置２の組み込み部とタレット
往復台３の設置部との間にはねじ軸５が回転不能に架設
支持されており、ねじ軸５の側方にはガイドレール６が
並設されている。ねじ軸５には補助台７が螺合支持され
ていると共に、ガイドレール６にスライド可能に嵌合支
持されている。補助台７にはモータ８が取り付けられて
おり、補助台７がモータ８の作動によってねじ軸５との
螺合位置を変えながらガイドレール６上をスライド変位
可能である。

【００１４】補助台７上にはモータ９が装着されており
、その駆動ねじ９ａには取り付けブラケット１０が螺合
支持されている。取り付けブラケット１０には発信側超
音波探触子１１Ａ及び受信側超音波探触子１１Ｂが取り
付けられており、発信側超音波探触子１１Ａからの超音
波ビームが受信側超音波探触子１１Ｂによって受信され
る。図２に矢印Ｐで示すように超音波ビームはワークＷ
の中心軸Ｑに対して角度θをなすように設定されており
、ワークＷの半径方向への両超音波探触子１１Ａ，１１
Ｂの間隔がワークＷの径Ｄに設定されている。

【００１５】支持基台１の近くにはオイルタンク１２が
設置されており、オイルタンク１２には２本のオイル供
給チューブ１３，１４が電磁弁１５，１６を介して接続
されている。一方の供給チューブ１３は発信側超音波探
触子１１Ａに接続されており、他方の供給チューブ１４
は受信側超音波探触子１１Ｂに接続されている。両チュ
ーブ１３，１４から供給されるオイルは超音波探触子１
１Ａ，１１ＢとワークＷ周面との空隙を充填し、空気層
の存在による超音波探傷誤検出を防止する。超音波探触
子１１Ａ，１１ＢとワークＷ周面との間から洩れ出るオ
イルは支持基台１に設けられた回収層１ａに滴下回収さ
れる。

【００１６】支持基台１の近くには制御装置１７が設置
されており、その前面には操作器１７ａ及び表示装置１
７ｂが組付けられている。制御装置１７内の制御コンピ
ュータＣ２　は図５に示すように制御コンピュータＣ１
　と接続しており、両制御コンピュータＣ１　，Ｃ２　
間の情報伝達が図６〜図８のフローチャートで示す超音
波探傷プロクラムに基づいて遂行される。

【００１７】制御コンピュータＣ１　は探傷プログラム
及び操作器１８の入力操作によって設定されるワーク回
転装置２の回転速度情報に基づいてワーク回転装置２を
制御する。モータ８，９、超音波探触子１１Ａ，１１Ｂ
及び電磁弁１５，１６は制御コンピュータＣ２　に接続
されており、制御コンピュータＣ２　は探傷プログラム
、超音波ビームの入射角θ、ワーク径Ｄ、ワークＷを伝
搬する音速情報及びモータ８，９の回転速度情報に基づ
いてモータ８，９及び電磁弁１５，１６を制御する。入
射角θ、ワーク径Ｄ、ワークＷを伝搬する音速情報及び
モータ８，９の回転速度情報は操作器１７ａの入力操作
によって制御コンピュータＣ２　に入力設定される。

【００１８】チャック２ａとタレット３ａとの間にワー
クＷを装着した後、操作器１７ａ上のスイッチ１７ｃを
ＯＮ操作すればモータ８が正転作動し、超音波探触子１
１Ａ，１１Ｂが図１の実線で示す待機位置から鎖線で示
す探傷位置へ前進する。図２に示すように超音波探触子
１１Ａが接合面Ｓの右側、超音波探触子１１Ｂが接合面
Ｓの左側に位置するように補助台７の初期位置Ｘ１　が
予め設定されており、探傷位置上の超音波探触子１１Ａ
から発信される超音波ビームＰは接合面Ｓと交差する。

【００１９】超音波探触子１１Ａ，１１Ｂが探傷位置に
配置された後、電磁弁１５，１６が励磁され、供給チュ
ーブ１３，１４からオイルが供給される。このオイル供
給状態のもとに超音波探触子１１Ａが発振し、超音波ビ
ームＰが投射される。超音波ビームＰは接合面Ｓを通過
し、超音波探触子１１Ｂによって受信される。制御コン
ピュータＣ２　はこの検出情報を表示装置１７ｂに出力
表示する。作業者がこの表示情報に基づいて操作器１７
ａによってゲインの入力操作を行えば、制御コンピュー
タＣ２　は入力されたゲインＧ１　を設定する。このゲ
インＧ１　は接合面Ｓを識別し得るレベルでもって設定
される。

【００２０】ゲインＧ１　の設定後、操作器１７ａ上の
スタートスイッチ１７ｄをＯＮ操作すれば、制御コンピ
ュータＣ２　は超音波探触子１１Ｂからの検出情報に基
づいて図２に示す距離Ｌ１　，Ｌ２　，Ｌ３　を算出す
る。距離Ｌ１　は超音波ビームＰと接合面Ｓとの交点と
、超音波探触子１１Ａとの距離を表し、距離Ｌ２　，Ｌ
３　は接合面Ｓを超音波探傷するための超音波探触子１
１Ａ，１１Ｂの移動距離を表す。

【００２１】距離Ｌ１　は接合面識別用ゲインＧ１　で
もって得られる接合面検出波の時間情報及び前記音速情
報に基づいて算出される。距離Ｌ２　は次式（１）によ
って算出される。 　　　　Ｌ２　＝Ｄ／　ｔａｎθ−Ｌ１　・　　ｃｏｓ
θ＋δ　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）距離
Ｌ３　は次式（２）によって算出される。

【００２２】 　　　　Ｌ３　＝Ｌ２　＋（Ｌ１　・　　ｃｏｓθ−Ｄ
／２　ｔａｎθ）＋δ　　・・・（２）距離Ｌ１　，Ｌ
２　，Ｌ３　の算出後、モータ８が高速で正転作動し、
超音波探触子１１Ａ，１１Ｂが図２の初期位置Ｘ１　か
ら算出された距離Ｌ２　だけ移動する。超音波探触子１
１Ａ，１１Ｂはこの移動によって図３の位置Ｘ２　へ速
やかに到達停止する。

【００２３】超音波探触子１１Ａ，１１Ｂが距離Ｌ２　
だけ移動して停止した後、ゲインの再設定を行なうが、
このゲインＧ２　は接合面Ｓ上の探傷を行ない得るレベ
ルに設定される。探傷用ゲインＧ２　の設定後、スター
トスイッチ１７ｄをＯＮ操作すればワーク回転装置２が
作動すると共に、モータ８が低速で逆転作動し、超音波
探触子１１Ａ，１１Ｂが図３の実線位置から左側に向け
て距離Ｌ３　だけ低速移動する。この低速移動によって
超音波ビームＰが中心軸Ｑを中心に回転する接合面Ｓを
走査してゆき、探傷用ゲインＧ２　を用いた探傷情報が
表示装置１７ｂ上に出力表示される。即ち、図３の超音
波探触子１１Ａ，１１Ｂの位置Ｘ２　は探傷開始位置と
なる。作業者は表示装置１７ｂ上に出力表示される探傷
情報に基づいて品質判定を行えばよい。超音波探触子１
１Ａ，１１Ｂはこの移動によって図３の左側の鎖線位置
へ到達停止し、ワーク回転装置２も作動停止する。即ち
、位置Ｘ３　は探傷終了位置となる。

【００２４】接合面Ｓの周縁Ｓ１　は接合面Ｓの境界で
あり、ワーク回転装置２によって中心軸Ｑを中心に回転
させられるワークＷの接合面Ｓを探傷するには超音波ビ
ームＰは接合面Ｓ上の中心軸位置Ｑ１　と周縁Ｓ１とを
結ぶ経路、即ちワークＷの半径を走査すればよい。周縁
Ｓ１　を探査するための位置へ図２の位置にある超音波
探触子１１Ａ，１１Ｂを移動する距離Ｌ４　は式（３）
で表される。

【００２５】 Ｌ４　＝Ｄ／　ｔａｎθ−Ｌ１　・　　ｃｏｓθ　　　
　・・・（３）又、周縁Ｓ１　を探査する位置から中心
軸位置Ｑ１　を探査する位置へ超音波探触子１１Ａ，１
１Ｂを移動する距離Ｌ５　は次式（４）で表される。 　　　　Ｌ５　＝（Ｄ／　ｔａｎθ−Ｌ１　・　　ｃｏ
ｓθ）＋（Ｌ１　・　　ｃｏｓθ−Ｄ／２　ｔａｎθ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　・・・（４）即ち、式（１），（
２）のδは超音波ビームＰの必要な走査領域〔Ｓ１　−
Ｑ１　〕を確実に包含するための微小な安全定数である
。

【００２６】接合面Ｓを識別し得るゲインＧ１　の設定
によって図３の探傷開始位置Ｘ２　を特定する探傷方法
によれば、探傷すべき接合面Ｓを超音波ビームＰによっ
て走査する距離は可及的に短縮される。このような走査
距離の短縮は接合面Ｓ以外の探傷不要領域の探傷を可及
的に排除するものであり、実際の探傷時間が探傷開始位
置特定を行わない従来の探傷方法に比して大幅な探傷時
間短縮をもたらす。

【００２７】式（１），（２）では超音波探触子１１Ａ
，１１Ｂの移動距離Ｌ２　，Ｌ３　を算出する上で安全
定数δを採用しているが、距離Ｌ１　の測定精度が十分
に高いものであればδ＝０とすることもでき、この場合
の探傷開始位置Ｘ２　は接合面Ｓの周縁Ｓ１　と見なし
得る。摩擦圧接後のワークＷの周縁Ｓ１　には溶融金属
の盛り上がりによる圧接バリが生じる。この圧接バリは
超音波探傷の妨げとなるために切削除去されるが、同種
材を摩擦圧接したワークＷの接合面Ｓはこの切削のため
に外観から識別できなくなる。従って、ゲインＧ１　の
設定によって接合面Ｓを識別する方法は外観から接合面
Ｓを識別できないワークＷに対して特に有効である。外
観から接合面Ｓを識別できる場合にもワークＷ装着の際
の取り付け位置がばらつくために接合面Ｓの位置は必ず
しも一定ではない。そのため、従来では超音波ビームの
走査範囲に余裕を持たせておく必要があり、探傷時間の
増大を招いていたが、本実施例の方法によれば余分な走
査範囲の設定が不要となる。

【００２８】以上の実施例では探傷開始位置を接合面の
境界としているが、接合面Ｓ上の中心軸位置Ｑ１　を探
傷開始位置とすることもできる。又、前記実施例では超
音波探触子１１Ａ，１１Ｂの初期位置Ｘ１　として超音
波ビームＰが接合面Ｓを通過する位置を前提としている
が、図４に示すように超音波ビームＰが接合面Ｓを通過
しない超音波探触子１１Ａ，１１Ｂの位置Ｘ１　が初期
位置の場合にも、図９〜図１２のフローチャートで示す
探傷プログラムの設定によって接合面Ｓの境界Ｓ１　、
即ち探傷開始位置を特定することができる。

【００２９】この探傷プログラムでは超音波ビームＰが
接合面Ｓを通過するような超音波探触子１１Ａ，１１Ｂ
の初期位置の場合には前記実施例と同様の探傷開始位置
特定が直ちに行われるが、超音波探触子１１Ａ，１１Ｂ
の初期位置Ｘ１　が図４の場合には図１２のステップが
介在する。即ち、超音波ビームＰが接合面Ｓを通過しな
い場合にはモータ９が作動し、超音波探触子１１Ａ，１
１Ｂが初期位置Ｘ１　から左方あるいは右方へ移動する
。超音波探触子１１Ａ，１１Ｂが所定時間内に接合面Ｓ
を検出する位置に来た場合にはモータ９の作動が停止し
、前記実施例と同様の探傷開始位置特定が行われる。

【００３０】超音波探触子１１Ａ，１１Ｂが所定時間内
に接合面Ｓを検出する位置に来ない場合にはモータ９が
逆作動し、超音波探触子１１Ａ，１１Ｂが逆方向へ移動
する。所定時間は超音波探触子１１Ａ，１１Ｂが初期位
置Ｘ１　から接合面Ｓを検出し得る位置へ到達するのに
十分な値に設定されている。モータ９の逆作動によって
超音波探触子１１Ａ，１１Ｂが接合面Ｓを検出する位置
に来た場合にはモータ９の作動が停止し、前記実施例と
同様の探傷開始位置特定が行われる。

【００３１】又、本発明では接合面識別用ゲインＧ１　
の設定のもとに超音波ビームの走査を行ない、探傷開始
位置の算出特定を行なうことなく接合面の境界を走査通
過する際の探査変動に基づいて接合面の境界を特定する
ようにした実施例も可能である。さらに本発明は反射式
超音波探傷方式にも適用したり、溶接接続の探傷に対し
ても本発明の適用が可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明は、接合面を
識別し得るように設定されたゲインを用いた接合面の探
査情報に基づいて探傷開始位置を特定するようにしたの
で、探傷不要領域を実際の探傷から可及的に排除するこ
とができ、探傷時間の短縮化を図り得るという優れた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を表す斜視図である。

【図２】超音波探触子が接合面を検出し得る初期位置に
ある状態を示す要部拡大正面図である。

【図３】超音波探触子が探触開始位置に移動した状態を
示す要部拡大正面図である。

【図４】超音波探触子が接合面を検出しない初期位置に
ある状態を示す要部拡大正面図である。

【図５】電気回路ブロック図である。

【図６】第１実施例の探傷プログラムを表すフローチャ
ートである。

【図７】第１実施例の探傷プログラムを表すフローチャ
ートである。

【図８】第１実施例の探傷プログラムを表すフローチャ
ートである。

【図９】第２実施例の探傷プログラムを表すフローチャ
ートである。

【図１０】第２実施例の探傷プログラムを表すフローチ
ャートである。

【図１１】第２実施例の探傷プログラムを表すフローチ
ャートである。

【図１２】第２実施例の探傷プログラムを表すフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１１Ａ，１１Ｂ…超音波探触子、Ｓ…接合面、Ｓ１　…
境界となる周縁、Ｘ２　…探傷開始位置、Ｇ１　…接合
面識別用ゲイン、Ｇ２　…探傷用ゲイン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】接合面を識別し得るように超音波探傷装置
   の接合面識別用ゲインを設定すると共に、該接合面識別
   用ゲインを用いた接合面の探査情報に基づいて接合面の
   境界を特定し、接合面上の探傷を行なうために超音波探
   傷装置のゲインを探傷用ゲインに再設定し、該探傷用ゲ
   インを用いた接合面の探傷を前記境界から行なう超音波
   探傷方法。
2. 【請求項２】接合面を識別し得るように超音波探傷装置
   の接合面識別用ゲインを設定し、該接合面識別用ゲイン
   を用いた接合面の探査情報に基づいて超音波探触子の位
   置を把握すると共に、この位置把握結果に基づいて超音
   波探触子の探傷開始位置を特定し、接合面上の探傷を行
   なうために超音波探傷装置のゲインを探傷用ゲインに再
   設定すると共に、前記特定された探傷開始位置へ超音波
   探触子を移動し、探傷用ゲインを用いた接合面の探傷を
   前記探傷開始位置から行なう超音波探傷方法。