JPH06294778A

JPH06294778A - 探傷装置

Info

Publication number: JPH06294778A
Application number: JP5245041A
Authority: JP
Inventors: Yukio Imai; 幸夫今井; Yukiro Sugimoto; 幸郎杉元
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-10-09
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1994-10-21
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: JP2814889B2

Abstract

(57)【要約】【目的】車軸超音波探傷装置の自動化を図るととも
に、探傷結果の再現性を良くする。【構成】探触子ヘッド２ａ，２ｂに、空中超音波探触
子２１、垂直探触子２２、変位センサ２４を配置、探触
子ヘッド２ａ，２ｂの移動量を検出する移動量検出部４
ａ，４ｂを備え、車軸１の端面のセンタ穴、ネジ穴、刻
印の検知を行う。また、超音波探傷装置５の探傷時のゲ
ート設定を順次分割して設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば電車の車軸の
非破壊検査を行う探傷装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１４は、従来のこの種の車軸超音波探
傷装置を示す図である。図において、１は検査対象とな
る電車の車軸、３ａ，３ｂは探触子ヘッド１０ａ，１０
ｂの上下、左右、前後移動及び回転を行う機構装置、５
は上記探触子ヘッド１０ａ，１０ｂに配置されてた探触
子に超音波の送信指示、探触子から入力した反射エコー
を受信する超音波探傷器、６は上記超音波探傷器５の出
力を表示するディスプレイ、８は上記探触子ヘッド、１
０ａ，１０ｂは車軸１の端面の間のギャップに油の充填
を行う給油ユニット、９は上記機構装置３ａ，３ｂ及び
給油ユニット８に動作指令を行うための操作制御部であ
る。

【０００３】図１５は、電車の車軸１の端を拡大した図
であり、図１５（ａ）は車軸の側面図、図１５（ｂ）は
端面から見た図である。図において、Ｎ₀ は車軸を削る
車輪旋盤のセンタ位置決め用のセンタ穴、Ｎ₁ ，Ｎ₂ ，
Ｎ₃ は車軸取付のためのボス止め用のネジ穴、Ｎ₄ は車
軸の番号を示す刻印である。

【０００４】次に動作について説明する。車軸１の端面
に探触子ヘッド１０ａを接触させるため、操作・制御部
９より、探触子ヘッド１０ａを上下に動作させるスイッ
チを押すと、操作・制御部９より機構装置３ａに制御信
号が送られ、機構装置３ａによって探触子ヘッド１０ａ
が上下方向に動作する。探触子ヘッド１０ａへ左右、前
後方向の動作も上下動作と同様に、操作・制御部９よ
り、左右または前後に動作させるスイッチを押すことに
より、機構装置３ａによって探触子ヘッド１０ａが左右
または前後方向に動作する。以上の操作を行うことによ
り、探触子ヘッド１０ａを車軸１の端面の中心に接触さ
せる。探触子ヘッド１０ｂも上記と同様の操作により、
車軸１の端面に接触させる。探触子ヘッド１０ａ，１０
ｂを車軸１の両端面に接触させた後、操作・制御部９よ
り給油の操作を行う。給油操作が行われると、操作・制
御部９より給油ユニット８に制御信号が送られ、機構装
置３ａ，３ｂ、探触子ヘッド１０ａ，１０ｂを経由し
て、車軸１の端面と探触子ヘッド１０ａ，１０ｂの間に
油が充填される。次に、超音波探傷器５を操作し、探触
子ヘッド１０ａに組み込まれた探触子に超音波の送信指
示を行い、その後、探触子ヘッド１０ａに組み込まれた
探触子からの超音波の反射エコーを超音波探傷器５が入
力し、そのエコーは、ディスプレイ６に伝送され、ディ
スプレイ６によって図１１のように表示される。

【０００５】なお、図１６（ａ）は欠陥のない標準波
形、図１６（ｂ）は欠陥のある欠陥波形の例を示す図で
あり、図においてＳは表面エコー、Ｂは底面エコー、Ｆ
は欠陥エコー、Ｈは段差エコーである。

【０００６】次に操作・制御部９により、探触子ヘッド
１０ａを回転させるスイッチを押すと、操作・制御部９
より機構装置３ａに制御信号が送られ、機構装置３ａに
よって探触子ヘッド１０ａが回転動作する。そのとき、
ディスプレイ６に表示される図１６の波形をオペレータ
が目視により見て、図１６（ａ）の標準波形と異なる図
１６（ｂ）に示すような欠陥波形が表れたとき、オペレ
ータは操作・制御部９から探触子ヘッド１０ａの回転動
作を停止させる。停止後、ディスプレイ６に表示されて
いる図１６（ｂ）の波形を見て、欠陥とすべきエコー高
さかを判断し、欠陥と判断した場合は、車軸１の端面か
ら欠陥までの距離をディスプレイ６を見て記録する。ま
た円周方向の位置は、図１５（ｂ）に示す刻印Ｎ₄ の右
側のネジ穴Ｎ₂ を基準として、円周方向何度の位置にあ
るか記録する。

【０００７】ところで車軸１を端面から見たとき、図１
５（ｂ）に示すように、ネジ穴Ｎ₁，Ｎ₂ ，Ｎ₃ があい
ているためその部分を探触子ヘッド１０ａが通過すると
きに図１５の表示波形が乱れるため、その部分について
は、探傷は行わない。また、車軸１の反対側の端面も、
機構装置３ａと探触子ヘッド１０ｂを使用して上記と同
様に探傷を行う。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の車軸超音波探傷
装置は以上のように構成されているので、探触子ヘッド
を車軸の端面の中心に接触させるとき、オペレータが手
動操作で位置合わせするため、位置精度のバラツキが多
く、また、時間がかかるという問題があった。

【０００９】また、手動操作、目視により探傷結果を判
断、記録を行っているため、同じ車軸を何回か探傷した
場合に、探傷結果の再現性が悪くなる。また、目視によ
る判断のため、オペレータによる欠陥の判断に熟練を要
するなどの問題点があった。

【００１０】また、軸に付いている段差などから反射し
てくる超音波エコーを欠陥と誤って判断してしまうこと
があるという問題があった。

【００１１】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、検査を自動化するととも
に、探傷結果の再現性が良いことと及びオペレータの欠
陥判断に熟練を要しない検査のできる探傷装置を得るこ
とを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係る探傷装置
は車軸の端面に形成されたセンタ穴に対応して設けら
れ、上記端面の中心を検知するための第１のセンサ、上
記車軸取付穴に対応しかつ上記第１のセンサを中心とす
る同心円上に配置された欠陥検知のための第２のセン
サ、および上記端面に形成された刻印に対応し、かつ上
記第１、第２のセンサと一定の位置関係を持つ刻印検知
用の第３のセンサとを有し、上記端面に対向して配置さ
れるセンサヘッドと、上記第１のセンサを、上記端面に
対し、そのセンタ穴を横切りかつ互いに交差する第１、
第２の直線方向に移動させ、また第２および第３のセン
サを上記端面に対し、そのセンタ穴を中心とする円方向
に回転させるように上記センサヘッドを可動させる可動
手段と、上記第１のセンサが上記第１の直線方向に沿っ
て上記センタ穴を横切るように上記端面上を移動したと
きに上記第１のセンサで得られる移動距離ごとの信号レ
ベルに基づいて、上記第１の直線の第２の直線との交点
を示す第１のセンサの任意位置から停止位置までの移動
距離の中心位置Ａ₁ を求めるとともに、その停止位置か
ら上記中心位置Ａ₁ までのもどり量Ｆ₁ を求める手段、
上記第１のセンサが上記第２の直線方向に沿って上記セ
ンタ穴を横切るように上記端面上を移動したときに、上
記第１のセンサで得られる移動距離ごとの信号レベルに
基づいて車軸の端面の中心を示す第１のセンサの任意位
置から停止位置までの移動距離の中心位置Ａ₂ を求める
とともにその停止位置から上記中心位置Ａ₂ までのもど
り量Ｆ₂ を求める手段、上記第１のセンサが中心位置Ａ
₂ に位置し、かつ上記センサヘッドが車軸の端面に対接
した状態で上記センサヘッドが回転しているときに上記
第２のセンサで得られる回転角度毎の信号レベルに基づ
いて上記第２のセンサが通過した車軸取付穴の中心位置
Ａ₃ を求めるとともに上記第２のセンサの停止位置から
中心位置Ａ₃ までのもどり量を求める手段、上記センサ
ヘッドが回転動作中に第３のセンサで得られる信号によ
り上記刻印を検知するとともに、その刻印の検知位置の
上記中心位置Ａ₃ とのなす角度θを求める手段、上記中
心位置Ａ₃ と上記角度θとにより上記車軸取付穴の真の
原点を求める手段とを有する演算手段と、上記中心位置
Ａ₃ を探傷開始の仮原点として記憶し、かつ上記真の原
点を記憶する記憶手段と、上記演算手段および記憶手段
の出力を受けて上記可動手段を制御する制御手段と、上
記第１、第２および第３のセンサの出力信号を処理する
処理手段とを具備したものである。

【００１３】またこの発明に係る探傷装置は、車軸探傷
時、探傷ゲートを初めは探傷範囲全体に設定し、そのゲ
ート内の最大のエコーを検出し、次のゲート設定位置を
上記最大エコーの前後に設定して、それぞれのゲート内
の最大エコーを検出し、以後ゲートの設定位置を順次細
分化して傷を検出するようにしたものである。

【００１４】またこの発明に係る探傷装置は、両方の第
２センサで得られた超音波反射エコーが、軸の軸長上同
じ位置であったとき欠陥とするようにしたものである。

【００１５】またこの発明に係る探傷装置は、第２のセ
ンサが３６０゜回転する間において、所定の回転角度ご
とに得られる第２のセンサの軸長上の同一距離における
超音波反射エコーの数が基準値よりも多く発生する場合
は欠陥として扱わないようにしたものである。

【００１６】

【作用】この発明において、第１のセンサを第１、第２
の直線に沿って移動させることにより得られる第１のセ
ンサのエコーレベルに基づいて車軸の端面の中心を検出
する。その検出された端面の中心に第１のセンサを位置
させ、かつセンサヘッドを車軸の端面に対接させた状態
でセンサヘッドを回転させることにより得られる第２の
センサのエコーレベルに基づいて車軸取付穴の中心を検
出する。第３のセンサはセンサヘッドの回転動作中に刻
印を検知し、その刻印の検知により車軸取付穴の真の原
点を求める。

【００１７】また、車軸探傷時、疵検出ゲート設定方法
を、初めは探傷範囲全体に設定し、そのゲート内の最大
のエコーを検出し、次にゲート設定位置を上記最大エコ
ーの前後に設定し、それぞれのゲート内の最大エコーを
検出する。以後ゲート位置を順次細分化して最大エコー
を検出することにより、探傷範囲内で大きなエコーから
順番に検出ができる。

【００１８】また、一方の第２センサで検知した超音波
エコーと、反対側の第２センサで検知した超音波エコー
が軸内の位置が一致した場合、それは同じ欠陥からのエ
コーと判断するが、位置が一致しない場合は欠陥からの
エコーではなく、虚エコーと判断することができる。

【００１９】また、第２センサが３６０゜回転する間に
おいて、ある第２センサで検知した超音波エコーがある
同一距離で、ある回数以上発生する場合は、段差などか
らの虚エコーであるものとして欠陥としては扱わないよ
うにできる。

【００２０】

【実施例】

実施例１．図１は、この発明の一実施例を示す図であ
る。図において、１は検査対象となる電車の車軸、２
ａ，２ｂは超音波の送受波を行う探触子、空中超音波探
触子、変位センサを配置した探触子ヘッド、３ａ，３ｂ
は上記探触子ヘッド２ａ，２ｂの上下、左右、前後移動
及び回転を行う機構装置、４ａ，４ｂは、上記探触子ヘ
ッド２ａ，２ｂの移動動作時の移動量を検出する移動量
検出部、５は上記探触子ヘッド２ａ，２ｂに配置された
垂直、斜角探触子、空中超音波探触子に超音波の送信指
示、探触子から入力した反射エコーを受信し、また変位
センサのデータ入力を行う超音波探傷器、６は上記超音
波探傷器５の出力を表示するディスプレイ、７は、上記
超音波探傷器５の探傷データを入力し、そのデータのグ
ラフ表示や印字、超音波探傷器５への車軸の長さやゲー
ト位置等の各パラメータの設定を行うデータ処理部、８
は上記探触子ヘッド２ａ，２ｂと車軸１の端面の間のギ
ャップに油の充填を行う給油ユニット、９は上記機構装
置３ａ，３ｂ及び給油ユニット８に動作指令を行い、ま
た移動量検出部４ａ，４ｂから探触子ヘッド２ａ，２ｂ
の移動量を入力する操作・制御部、５ａは上記操作・制
御部９から移動量検出部４ａ，４ｂが検出した移動量を
入力し、機構装置４ａ，４ｂの戻り量を計算する演算部
である。

【００２１】図２は、探触子ヘッド２ａ，２ｂの詳細を
示す図である。図において、２１は空中で距離の測定を
行い、探触子ヘッド２ａ，２ｂと車軸１の端面の距離測
定および図１０（ｂ）に示すセンタ穴Ｎ₀ を検知するた
めの第１のセンサの空中超音波探触子、２２は垂直探傷
および図１０（ｂ）に示すネジ穴Ｎ₁ ，Ｎ₂ ，Ｎ₃ を検
知する第２のセンサの垂直探触子、２３は斜角探傷を行
う第２センサの斜角探触子、２４は図１０（ｂ）に示す
刻印を検知する第３のセンサの変位センサである。な
お、空中超音波探触子２１、垂直探触子２２、斜角探触
子２３および変位センサ２４はそれぞれ図１０（ｂ）に
示す車軸の端面に形成されたセンタ穴Ｎ₀ 、ネジ穴Ｎ
₁ ，Ｎ₂ ，Ｎ₃ および刻印Ｎ₄ に対応して設けられ、ま
た上記Ｎ₀ ，Ｎ₁ ，Ｎ₂ ，Ｎ₃ ，Ｎ₄ は互いに一定の関
係をもって形成されている。従って、空中超音波探触子
２１はセンタ穴Ｎ₀ に対応し、垂直探触子２２と斜角探
触子２３は空中超音波探触子２１を中心とする同心円上
に設けられ、さらに変位センサ２４は上記探触子２１，
２２，２３と一定の位置関係をもって探触子ヘッドに設
けられている。

【００２２】次に動作について図３に示すフローチャー
トで説明する。図において、まず、ステップ３１で探傷
に必要な各パラメータ設定を行う。ステップ３１の各パ
ラメータ設定は、データ処理部７を操作し、検査する車
軸１の軸長や、探傷に必要なゲート位置等の各パラメー
タを設定する。設定が終了するとデータ処理部７から超
音波探傷器５へ上記設定データが転送され、超音波探傷
器５は探傷開始待ち状態となる。

【００２３】次に、操作・制御部９により探傷開始スイ
ッチを押すことにより機構装置３ａに動作指令を出力す
る。操作・制御部９が動作指令を出力するとステップ３
２で車軸のセンタ穴検知を行う。機構装置３ａは、探触
子ヘッド２ａを、初め図４に示すように車軸１の端面に
対し、センタ穴Ｎ₀ を横切る第１の直線Ｌ₁ 方向に移動
を開始する。なお、探触子ヘッド２ａは、初期位置とし
て、左右方向（センタ穴Ｎ₀ を横切り、かつ第１の直線
と直交する第２の直線Ｌ₂ の方向）は、図１０（ｂ）の
センタ穴Ｎ₀ のほぼ中心に、上下（第１の直線Ｌ₁ ）方
向は、車軸１の高さ方向の最大値より上に、車軸１の端
面との間は、一定距離あけた位置に予め設定しておく。
開始と同時に操作・制御部９より超音波探傷器５に空中
超音波開始信号が、出力され、超音波探傷器５は、空中
超音波探触子２１へ超音波の送信指示および反射エコー
の入力を行う。このとき、探触子ヘッド２ａの移動量
は、移動量検出部４ａにより検出され、操作・制御部９
を経由して、演算部５ａへ出力される。超音波探傷器５
は、探触子ヘッド２ａの第１の直線Ｌ₁ 移動時、一定距
離毎に、空中超音波探触子２１からの反射エコーを記録
する。操作・制御部９は、車軸１の高さ方向の最大位置
から最少位置へ探触子ヘッド２ａを移動させると停止指
令を機構装置３ａに出力するとともに、超音波探傷器５
へ空中計測終了信号を出力する。これにより、探触子ヘ
ッド２ａは移動を停止する。

【００２４】演算部５ａは、超音波探傷器５が測定した
探触子ヘッド２ａの移動距離毎のエコー高さから車軸１
の端面の上下方向の中心位置すなわち第１の直線Ｌ₁ の
第２の直線Ｌ₂ との交点を示す空中超音波探触子の移動
開始から停止までの移動距離の中心位置Ａ₁ を計算し、
探触子ヘッド２ａのその停止位置から中心位置Ａ₂ まで
の戻る量Ｆ₁ を計算して、操作・制御部９に出力する。
操作・制御部９は、その戻り量Ｆ₁ を機構装置３ａに出
力し、機構装置３ａによって探触子ヘッド２ａが車軸端
面の上下方向の中心位置に移動する。

【００２５】中心位置Ａ₁ を求める方法を図５により説
明する。図において、横軸は、演算部５ａが入力した探
触子ヘッド２ａの移動距離、縦軸は移動距離毎に対する
超音波探傷器５が入力した空中超音波探触子２１からの
エコー高さである。このエコー高さは、センタ穴Ｎ₀ 以
外の位置は、車軸１の端面が平たなため高く安定してい
るが、センタ穴Ｎ₀ を通過するとき、図１０の車軸側面
から見た図１０（ａ）に示すようにセンタ穴Ｎ₀ が斜め
にあいているため、反射エコーは小さくなる。演算部５
ａは、この小さくなった距離をセンタ穴判定レベルによ
って計算し、センタ穴判定レベルより小さくなる初めの
距離５１と大きくなる距離５２を求め、距離５１と距離
５２の中心である距離５３を求める。更に、移動停止位
置から距離５３までの距離を求めて、戻り量Ｆ₁ とし
て、操作・制御部９に出力する。操作・制御部９は演算
部５ａの出力を受けて探触子ヘッド２ａを探触子２１が
中心位置Ａ₁ に位置するように第１の直線Ｌ₁ 上を移動
させた後、第２の直線Ｌ₂ の移動開始位置に、探触子ヘ
ッド２ａを移動させる、探触子ヘッド２ａにおける第２
の直線Ｌ₂ の移動開始から停止までの動作および第２の
直線Ｌ₂ の停止位置から中心位置Ｆ₂ までの動作は上記
第１の直線Ｌ₁ 方向の動作と同様に行われ、探触子ヘッ
ド２ａが端面の中心位置Ｆ₂ に移動する。操作・制御部
９は探触子ヘッド２ａの中心位置Ｆ₂ への移動完了後機
構装置３ａに探触子ヘッド２ａを前進させ車軸１の端面
に接触させ停止させる。このときの前進距離は、超音波
探傷器５が空中超音波探触子２１からの反射エコーから
求めた探触子ヘッド２ａと車軸１の端面までの距離であ
る。探触子ヘッド２ａが車軸１の端面に接触し、停止す
ると次に、図３のステップ３３に示すようにネジ穴検知
を行う。

【００２６】操作・制御部９より、給油ユニット８に給
油の制御信号が出力され、機構装置３ａ、探触子ヘッド
２ａを経由して、車軸１の端面と探触子ヘッド２ａのギ
ャップに油が充填される。一定時間後、操作・制御部９
より、機構装置３ａに探触子ヘッド２ａの回転動作指令
が出力され、機構装置３ａによって探触子ヘッドが図６
に示すようにＡ₂ を中心に時計方向に回転動作を開始す
る。開始と同時に操作・制御部９より超音波探傷器５に
探傷開始信号が出力され、超音波探傷器５は、垂直探触
子２２へ超音波の送信指示および反射エコーの入力を行
う。このとき、探触子ヘッド２ａの回転量は、移動量検
出部４ａにより検出され、操作・制御部９を経由して、
演算部５ａに出力される。

【００２７】超音波探傷器５は、探触子ヘッド２ａの回
転時、一定角度毎に、垂直探触子２２からの反射エコー
（底面エコー）を記録する。操作・制御部９は、ネジ穴
Ｎ₁，Ｎ₂ ，Ｎ₃ の間隔が１２０゜のため、確実に１コ
検出できるだけの角度（１５０゜）回転させると、停止
指示を機構装置３ａに出力するとともに、超音波探傷器
５へ探傷終了信号を出力する。これにより、探触子ヘッ
ド２ａは回転を停止する。演算部５ａは、超音波探傷器
５が測定した探触子ヘッド２ａの回転角度毎のエコー高
さから、車軸１の端面の通過したネジ穴の中心位置Ａ₃
を計算し、探触子ヘッド２ａが車軸１の端面のネジ穴の
中心位置Ａ₃ まで戻る量（角度）Ｆ₃ を計算して、操作
・制御部９に出力する。操作・制御部９は、その戻り量
を機構装置３ａに出力し、機構装置３ａによって探触子
ヘッド２ａがネジ穴の中心位置に移動する。

【００２８】ネジ穴の中心を求める方法を図７により説
明する。図７において、横軸は演算部５ａが入力した探
触子ヘッド２ａの回転角度、縦軸は回転角度毎に対する
超音波探傷器５が入力した垂直探触子２２からのエコー
高さである。このエコー高さは、ネジ穴Ｎ₁ ，Ｎ₂ ，Ｎ
₃ 以外の位置は、車軸１の端面が平たなため高く安定し
ているが、ネジ穴Ｎ₁ ，Ｎ₂ ，Ｎ₃ を通過するとき、図
１０の車軸側面から見た図１０（ａ）に示すようにネジ
穴部分が空洞になっているため、超音波が入らず、反射
エコーは小さくなる。演算部５ａは、この小さくなった
角度をネジ穴判定レベルによって計算し、ネジ穴判定レ
ベルより小さくなる初めの角度７１と大きくなる角度７
２を求め、角度７１と角度７２の中心である角度７３を
求める。更に、回転停止から角度７３までの角度を求め
て戻り量Ｆ₃ として、操作・制御部９に出力する。

【００２９】探触子ヘッド２ａがネジ穴の中心Ａ₃ に停
止すると、この位置を探傷開始の仮原点として操作・制
御部９および超音波探傷器５は記憶する。反対側の探触
子ヘッド２ｂは、ネジ穴検出した反対側の車軸１の端面
の同じ位置にネジ穴があいているため、操作・制御部９
により、機構装置３ｂに、前記仮原点位置への回転動作
指令が出力され、機構位置３ｂによって探触子ヘッド３
ｂが仮原点位置へ回転する。

【００３０】探触子ヘッド２ｂが回転し、仮原点停止位
置Ａ₃ に停止すると図３に示すように探傷３４を開始す
る。操作・制御部９は、機構装置３ａ，３ｂに探触子ヘ
ッド２ａ，２ｂを一定角度（例えば３０゜）回転させる
回転動作指令を出力し、機構装置３ａ，３ｂによって、
探触子ヘッド２ａ，２ｂそれぞれが一定角度回転する。
一定角度回転し、探触子ヘッド２ａ，２ｂが停止する
と、操作・制御部９は超音波探傷器５へ、探傷開始信号
を出力する。超音波探傷器５は、その探傷開始信号によ
って探傷を開始する。

【００３１】探傷の方法を図８により説明する。超音波
探傷器５は最初の探傷ゲート位置を探傷ゲート１に示す
ように探傷範囲全体に設定する。設定されたゲート内の
最大エコーである欠陥１を検出し、その欠陥１の車軸１
の端面からの軸長方向の距離と、軸周方向の角度を超音
波探傷器５が記憶する。次に、探傷ゲート位置を探傷ゲ
ート２に示すように欠陥１を外した前の位置に設定し、
そのゲート内の最大エコーである欠陥２を検出し、欠陥
１と同様にその位置を記憶する。その次に、探傷ゲート
位置を探傷ゲート３に示すように欠陥１を外した後の位
置に設定し、そのゲート内の最大エコーである欠陥３を
検出し、欠陥１、欠陥２と同様にその位置を記憶する。
以後、探傷ゲート位置を順次細分化し、それぞれのゲー
ト内の最大エコーを検出し、記憶する。上記を繰り返し
行い検出された欠陥が一定個数または、欠陥のエコー高
さが一定レベル以下になったとき、超音波探傷器５は探
傷中断信号を操作・制御部９に出力する。このとき垂直
探触子２２、斜角探触子２３は、それぞれ目的の探傷範
囲を順番に行う。また、探触子がネジ穴の場所にある場
合は、探傷を行わない。また、そのネジ穴のある位置の
角度を記憶する。

【００３２】操作・制御部９は、超音波探傷器５からの
探傷中断信号により、機構装置３ａ，３ｂに探触子ヘッ
ド２ａ，２ｂを一定角度回転させる回転動作指令を出力
し、機構装置３ａ，３ｂによって、探触子ヘッド２ａ，
２ｂがそれぞれ一定角度回転し、停止する。停止後前記
と同様に探傷が行われる。以後、それを繰り返し行い、
軸周方向全ての探傷が行われると、操作・制御部９よ
り、超音波探傷器５に探傷終了信号が出力されるととも
に、機構装置３ａ，３ｂに探触子ヘッド２ａ，２ｂを原
点位置に復帰させる制御信号を出力し、機構装置３ａ，
３ｂにより、探触子ヘッド２ａ，２ｂを原点位置に移
動、停止させる。また給油ユニットに対し、給油停止信
号が出力され、給油が停止する。超音波探傷器５は、探
傷終了信号により、記憶していた探傷結果をデータ処理
部７に転送する。また、図３に示すように刻印検知３５
を探傷３４と平行して行う。探触子ヘッド２ａが回転動
作中に、変位センサ２４によって、寸法測定結果を入力
し、車軸１の端面にある図６に示す刻印部分を検知し
て、刻印位置のある角度θを検知する。その刻印のある
角度と、記憶しているネジ穴位置の角度により、図６に
示すように刻印のある位置の次のネジ穴が真の原点であ
ることを、探傷結果とともにデータ処理部７に転送す
る。

【００３３】真の原点Ａ₄ （例えば刻印の左のネジ穴）
を求める理由は、車軸１を置く位置がかわっても、原点
は１ケ所となるように探傷の再現性を良くするためであ
る。

【００３４】データ処理部７は、超音波探傷器５の入力
した探傷結果の欠陥判定方法について、図９に示す探傷
データで説明する。図において、Ｓａは探触子ヘッド２
ａに取り付けられた垂直探触子２２や斜角探触子２３の
受信する表面エコー、Ｆａは送信信号Ｔａによって得ら
れる欠陥Ｆからの反射エコー、Ｈａは段差などから反射
してくる虚エコー、Ｄａは表面エコーＳａと反射エコー
Ｆａとの間の距離である。またＳｂは探触子ヘッド２ａ
に取り付けられた垂直探触子２２や斜角探触子２３の受
信する表面エコー、Ｆｂは送信信号Ｔｂによって得られ
る欠陥Ｆからの反射エコー、Ｈｂは段差などから反射し
てくる虚エコー、Ｄｂは表面エコーＳｂと反射エコーＦ
ｂとの間の距離である。

【００３５】図９に示す探傷データの欠陥判定方法を図
１０、図１１に示すフローチャートで説明する。図１０
において、ステップＳ１で軸周上同一角度の探傷結果で
ある図９の欠陥Ｆからの反射エコーＦａ，Ｆｂおよび表
面エコーＳａ，Ｓｂと反射エコーＦａ，Ｆｂとの距離Ｄ
ａ，Ｄｂを入力し、ステップＳ２で距離Ｄａ，Ｄｂを加
算する。次にステップＳ３で上記ステップＳ２の加算結
果が軸長とほぼ等しいか比較し、ほぼ等しければステッ
プＳ４で反射エコーＦａ，Ｆｂを欠陥と判定する。

【００３６】一方、段差などからの虚エコーＨａ，Ｈｂ
は探触子ヘッド２ａ，２ｂが軸周上を一定角度毎に探傷
したとき、常に検出されることが多いため、その欠陥判
定方法を図１１に示すフローチャートで説明する。図に
おいて、ステップＳ５でほぼ同一距離の探傷データを入
力し、ステップＳ６でその距離の探傷データが軸周上を
一定角度毎に測定したｎ回分のうちｍ回以上発生したか
判断し、ｍ回以上発生した場合は欠陥として扱わず、ｍ
回未満のとき、ステップＳ４で欠陥と判定する。データ
処理部７は、上記欠陥判定結果のグラフ表示や印字を行
う。

【００３７】次に探触子ヘッド２ａ，２ｂの移動方法を
以下に説明する。図１２は探触子ヘッド２ａ，２ｂの左
右の移動を行う機構部を示す図である。図において、図
１２（ａ）は平面図、図１２（ｂ）は中央部断面図を示
す図であり、５０は機構部のベース、５１はパルス数を
入力すると、それに対応したパルス数分だけ回転するパ
ルスモーター、５２はパルスモーター５１の回転により
回転するボールスクリュウ（ネジ）、５３はボールスク
リュウ５２の回転により直線移動を行う移動テーブル、
５４は移動テーブル移動時の案内軸、５５は移動テーブ
ル５３と案内軸５４の間のボールベアリング、５６はボ
ールスクリュウ（ネジ）５２の回転を直線移動に変える
ための移動テーブルに取り付けたボールスクリュウ（軸
受）である。

【００３８】探触子ヘッド２ａ，２ｂの上下、左右、前
後の移動を行うために、操作・制御部９より移動すべき
距離に対応したパルス数をパルスモーター５１に入力す
る。パルスモーター５１はそれに対応したパルス数分だ
け回転し、ボールスクリュウ（ネジ）５２を回転させ
る。ボールスクリュウ（ネジ）５２の回転が、ボールス
クリュウ（軸受）５６により移動テーブル５３を直線移
動に変えて探触子ヘッド２ａ，２ｂを移動する。なお、
探触子ヘッド２ａ，２ｂの上下、前後の移動は図１２と
同様の構成の機構部によりなされている。

【００３９】図１３は探触子ヘッド２ａ，２ｂの回転を
行う機構部を示す図である。図において、図１３（ａ）
は平面図、図１３（ｂ）は中央断面を示す図であり、６
０は機構部のベース、６１はパルス数を入力すると、そ
れに対応したパルス数分だけ回転するパルスモーター、
６２はパルスモーター６１の回転により回転するウォー
ムギヤー、６３はウォームギヤーの回転により回転する
回転テーブル、６４はウォームギヤー６２の回転を回転
テーブル６３に伝えるウォームホイール、６５はベース
６０に取り付けた軸、６６はベース６０と回転テーブル
６３の間の軸受けである。

【００４０】探触子ヘッド２ａ，２ｂの回転を行うため
に、操作・制御部９より回転すべき角度に対応したパル
ス数をパルスモーター６１に入力する。パルスモーター
６１はそれに対応したパルス数分だけ回転し、ウォーム
ギヤー６２を回転させる。ウォームギヤー６２の回転が
ウォームホイール６４により回転テーブル６３を回転さ
せ探触子ヘッド２ａ，２ｂを回転させる。なお、ベース
６０は図１２の移動テーブル（例えば左右に移動のテー
ブル）に設けられる。

【００４１】なお上記実施例では、軸として電車の車軸
を超音波を用いて探傷する装置を例に上げて説明した
が、この発明は電車の車軸以外の軸にも適用でき、また
その探傷方法は超音波に限るものではない。

【００４２】また、車軸の端面は実施例ではセンタ穴Ｎ
₀ 、ネジ穴Ｎ₁ 〜Ｎ₃ 、刻印Ｎ₄ を形成したものを例に
上げて説明したが、センタ穴Ｎ₀ のみ有するもの、ある
いはセンタ穴Ｎ₀ 、ネジ穴Ｎ₁ 〜Ｎ₃ を有するものでも
適用できることは言うまでもない。

【００４３】さらに、第１のセンサとして空中超音波探
触子、第２のセンサとして垂直、斜角探触子、第３のセ
ンサとして変位センサを用いたが、この発明はこれに限
定されるものではない。

【００４４】また、車軸端面に有する車軸情報を示す刻
印などの表示部を例えば撮像手段により読取り車軸毎の
探傷データなどを管理できるようにしても良い。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、軸端
面にあるセンタ穴の中心を自動的に検知してセンサヘッ
ドを軸端面に接触するように構成したので、接触時の位
置精度が高くでき、また時間も短縮できる効果がある。

【００４６】また、軸端面のセンタ穴を中心として同心
円上に有する取付穴や軸情報を示す表示部を検知できる
ように構成したので軸端面の検査を自動化できる効果が
ある。

【００４７】また、探傷方法を、欠陥の大きいものから
順番に検出し、自動判定できるように構成したので探傷
時間を短縮でき、探傷結果の再現性も良くなるという効
果がある。

【００４８】また、軸の両端面から探傷するにあたっ
て、欠陥までの距離を両側のセンサどうしで加算し、そ
の和と軸の全長との合理性をチェックするようにしたの
で、欠陥を確実に検出できるという効果がある。

【００４９】また、センサヘッドが１回転する間に、軸
周上の同一距離上に、超音波反射エコーが一定回数以上
発生するかどうか判断するようにして段差などからの虚
エコーかどうか判断するようにしたので、誤検出の少な
い安定した探傷ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による車軸超音波探傷装置
を示す図である。

【図２】この発明の探触子ヘッドの探触子の配置を示す
図である。

【図３】この発明のフローチャートを示す図である。

【図４】車軸端面のセンタ穴検出時の探触子ヘッドの移
動を示す図である。

【図５】車軸端面のセンタ穴検出の方法を示す図であ
る。

【図６】車軸端面のネジ穴検出時の探触子ヘッドの移動
方法を示す図である。

【図７】車軸端面のネジ穴の検出の方法を示す図であ
る。

【図８】探傷時のゲート設定を示す図である。

【図９】車軸の探傷データの一例を示す図である。

【図１０】欠陥判定方法のフローチャートを示す図であ
る。

【図１１】虚エコーなどの欠陥判定方法のフローチャー
トを示す図である。

【図１２】探触子ヘッドの左右の移動を行う機構部を示
す図である。

【図１３】探触子ヘッドの回転を行うための機構部を示
す図である。

【図１４】従来の車軸超音波探傷装置を示す図である。

【図１５】車軸の端面の拡大した図である。

【図１６】ディスプレイに表示された超音波エコーを示
す図である。

【符号の説明】

１車軸２ａ探触子ヘッド２ｂ探触子ヘッド３ａ機構装置３ｂ機構装置４ａ移動量検出部４ｂ移動量検出部５超音波探傷器５ａ演算部６ディスプレイ７データ処理部８給油ユニット９操作・制御部９Ａ車軸側面９Ｂ車軸端面１０Ａ標準波形１０Ｂ欠陥波形１０ａ探触子ヘッド１０ｂ探触子ヘッド２１空中超音波探触子２２垂直探触子２３斜角探触子２４変位センサ３１各パラメータ設定３２センサ穴検知３３ネジ穴検知３４探傷３５刻印検知５０ベース５１パルスモーター５１距離５２ボールスクリュウ（ネジ）５２距離５３移動テーブル５３中心距離５４案内軸５５ボールベアリング５６ボールスクリュウ（軸受）６０ベース６１パルスモーター６２ウォームギヤ６３回転テーブル６４ウォームホイール６５軸６６軸受７１角度７２角度７３中心角度Ｎ₀ センタ穴Ｎ₁ ネジ穴Ｎ₂ ネジ穴Ｎ₃ ネジ穴Ｎ₄ 刻印Ｓ表面エコーＨ段差エコーＢ底面エコーＦ欠陥エコー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】センタ穴が形成された端面を有する軸を
探傷する探傷装置において、上記センタ穴に対応して設
けられ、上記端面の中心を検知するための第１のセン
サ、上記第１のセンサよりも外側に配置された欠陥検知
のための第２のセンサとを有し、上記端面に対向して配
置されるセンサヘッドと、上記第１のセンサを、上記端
面に対し、そのセンタ穴を横切りかつ互いに交差する第
１、第２の直線方向に移動させ、また第２のセンサを上
記端面に対しそのセンタ穴を中心とする同心円方向に回
転させるように上記センサヘッドを可動させる可動手段
と、上記第１のセンサが、上記第１の直線方向に沿って
上記センタ穴を横切るように上記端面上を移動したとき
に、上記第１のセンサで得られるセンサヘッドの移動距
離に対応した信号レベルに基づき第１の直線の第２の直
線との交点を示す第１のセンサの移動開始位置から停止
位置までの移動距離の中心位置Ａ₁ を求めるとともに、
その停止位置から中心位置Ａ₁ までのもどり量Ｆ₁ を求
める手段、上記第１のセンサが上記第２の直線方向に沿
って上記センタ穴を横切るように上記端面上を移動した
ときに、上記第１のセンサで得られた移動距離に対応し
た信号レベルに基づいて軸の端面の中心を示す第１のセ
ンサの移動開始位置から停止位置までの移動距離の中心
位置Ａ₂ を求めるとともに上記第１のセンサの停止位置
から上記中心位置Ａ₂ までのもどり量Ｆ₂ を求める手段
とを有する演算手段と、この演算手段の出力を受けて上
記可動手段を制御する制御手段と、上記第１のセンサが
上記中心位置Ａ₂ の位置に対応し、かつ上記センサヘッ
ドが軸の端面に対接した状態で上記センサヘッドが回転
したときに得られる上記第２のセンサの探傷信号を処理
する手段とを具備したことを特徴とする探傷装置。
【請求項２】センタ穴、このセンタ穴を中心とした同
心円上に位置する取付穴が形成されたが端面を有する軸
を探傷する探傷装置において、上記センタ穴に対応して
設けられ、上記端面の中心を検知するための第１のセン
サ、上記軸取付穴に対応しかつ上記第１のセンサよりも
外側に配置された取付穴及び欠陥検知のための第２のセ
ンサとを有し、上記端面に対向して配置されるセンサヘ
ッドと、上記第１のセンサを、上記端面に対し、そのセ
ンタ穴を横切りかつ互いに交差する第１、第２の直線方
向に移動させ、また第２のセンサを上記端面に対し、そ
のセンタ穴を中心とする同心円方向に回転させるように
上記センサヘッドを可動させる可動手段と、上記第１の
センサが上記第１の直線方向に沿って上記センタ穴を横
切るように上記端面上を移動したときに上記第１のセン
サで得られる移動距離に対応したエコーレベルに基づい
て、上記第１の直線の第２の直線との交点を示す、第１
のセンサの任意位置から停止位置までの移動距離の中心
位置Ａ₁ を求めるとともに、その停止位置から上記中心
位置Ａ₁ までのもどり量Ｆ₁ を求める手段、上記第１の
センサが上記第２の直線方向に沿って上記センタ穴を横
切るように上記端面上を移動したときに、上記第１のセ
ンサで得られた移動距離に対応した信号レベルに基づい
て軸の端面の中心を示す、第１のセンサの任意位置から
停止位置までの移動距離の中心位置Ａ₂ を求めるととも
にその停止位置から上記中心位置Ａ₂ までのもどり量Ｆ
₂ を求める手段、上記第１のセンサが中心位置Ａ₂ に位
置し、かつ上記センサヘッドが軸の端面に対接した状態
で上記センサヘッドが回転したときに上記第２のセンサ
で得られる回転角度に対応した信号のレベルに基づいて
上記第２のセンサが通過した取付穴の中心位置Ａ₃ を求
めるとともに上記第２のセンサの停止位置から中心位置
Ａ₃ までのもどり量を求める手段とを有する演算手段
と、上記取付穴の中心位置Ａ₃ を探傷開始の仮原点とし
て記憶する記憶手段と、上記演算手段及び記憶手段の出
力を受けて上記可動手段を制御する制御手段と、上記第
１、第２のセンサの出力信号を処理する処理手段とを具
備したことを特徴とする探傷装置。
【請求項３】センタ穴、このセンタ穴を中心とした同
心円上に位置する複数の取付穴、上記センタ穴および上
記取付穴と一定の位置関係を持つ軸の情報を示す表示部
とを有する端面を備えた軸を探傷する探傷装置におい
て、上記センタ穴に対応して設けられ、上記端面の中心
を検知するための第１のセンサ、上記軸取付穴に対応し
かつ上記第１のセンサよりも外側に配置された取付穴及
び欠陥検知のための第２のセンサ、および上記表示部に
対応し、かつ上記第１、第２のセンサと一定の位置関係
を持つ表示部検知用の第３のセンサとを有し、上記端面
に対向して配置されるセンサヘッドと、上記第１のセン
サを、上記端面に対し、そのセンタ穴を横切りかつ互い
に交差する第１、第２の直線方向に移動させ、また第２
および第３のセンサを上記端面に対し、そのセンタ穴を
中心とする同心円方向に回転させるように上記センサヘ
ッドを可動させる可動手段と、上記第１のセンサが上記
第１の直線方向に沿って上記センタ穴を横切るように上
記端面上を移動したときに上記第１のセンサで得られる
移動距離に対応した信号レベルに基づいて、上記第１の
直線の第２の直線との交点を示す、第１のセンサの任意
位置から停止位置までの移動距離の中心位置Ａ₁ を求め
るとともに、その停止位置から上記中心位置Ａ₁ までの
もどり量Ｆ₁ を求める手段、上記第１のセンサが上記第
２の直線方向に沿って上記センタ穴を横切るように上記
端面上を移動したときに、上記第１のセンサで得られる
移動距離に対応した信号レベルに基づいて軸の端面の中
心を示す、第１のセンサの任意位置から停止位置までの
移動距離の中心位置Ａ₂ を求めるとともにその停止位置
から上記中心位置Ａ₂ までのもどり量Ｆ₂を求める手
段、上記第１のセンサが中心位置Ａ₂ に位置し、かつ上
記センサヘッドが軸の端面に対接した状態で上記センサ
ヘッドが回転したときに上記第２のセンサで得られる回
転角度に対応した信号レベルに基づいて上記第２のセン
サが通過した取付穴の中心位置Ａ₃ を求めるとともに上
記第２のセンサの停止位置から中心位置Ａ₃ までのもど
り量を求める手段、上記センサヘッドが回転動作中に第
３のセンサで得られる信号により上記表示部を検知する
とともに、その表示部の検知位置を求める手段、上記中
心位置Ａ₃ と上記表示部の検知位置とにより上記取付穴
の真の原点を求める手段とを有する演算手段と、上記中
心位置Ａ₃ を探傷開始の仮原点として記憶し、かつ上記
真の原点を記憶する記憶手段と、上記演算手段及び記憶
手段の出力を受けて上記可動手段を制御する制御手段
と、上記第１、第２および第３のセンサの出力信号を処
理する処理手段とを具備したことを特徴とする探傷装
置。
【請求項４】軸探傷時、探傷ゲートを初めは探傷範囲
全体に設置し、そのゲート内の最大のエコーを検出し、
次のゲート設定位置を上記最大エコーの前後に設定し
て、それぞれのゲート内の最大エコーを検出し、以後ゲ
ート設定位置を順次細分化して傷を検出するようにした
ことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の探傷装
置。
【請求項５】軸の両端面にそれぞれ上記センサヘッド
を配置したことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載
の探傷装置。
【請求項６】軸の両端面にそれぞれ配置されたセンサ
ヘッドの第２のセンサにより得られた超音波反射エコー
が軸の軸長上同じ位置であったとき欠陥として扱うよう
にしたことを特徴とする請求項５記載の探傷装置。
【請求項７】センサヘッドが３６０゜回転する間にお
いて、所定の回転角度ごとに得られる第２のセンサの軸
長上の同一距離における超音波反射エコーの数が基準値
よりも多く発生する場合には欠陥として扱わないように
したことを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の探傷
装置。
【請求項８】軸は車軸であることを特徴とする請求項
１〜７いずれか記載の探傷装置。
【請求項９】第２のセンサとして垂直探触子および斜
角探触子を用いたことを特徴とする請求項１〜８いずれ
か記載の探傷装置。