JPH0843368A

JPH0843368A - 超音波探傷装置

Info

Publication number: JPH0843368A
Application number: JP7124931A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Yamashita; 豊山下; Soji Iwazawa; 壮治岩沢; Mikihiko Fukuzawa; 幹彦福沢
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-05-25
Filing date: 1995-05-24
Publication date: 1996-02-16

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】簡単な構造でスキャナ装置の高速駆動が可能で
かつ駆動モータの低負荷運転によりモータの長寿命化を
図れる超音波探傷装置を提供する。【構成】超音波探傷装置は、パルスモータの回転運動を
直動往復運動に変換するカム機構と、直動往復運動を再
度回転運動に変換するロータリスキャナ機構部と、ロー
タリスキャナ機構部を垂直方向に駆動させるスキャニン
グ機構を備えたスキャナ装置と、ロータリスキャナ機構
部のカム機構の直動往復運動と直角の水平方向に駆動さ
せるスキャニング機構を備えたスキャナ装置とから構成
される３軸スキャナ装置と、３軸スキャナ装置を駆動さ
せるドライバ装置と、制御用パソコンと、コントローラ
装置と、位置検出センサの位置パルス信号を処理するパ
ルスカウンタボードと、被検体からの超音波探傷エコー
受信信号を処理する超音波探傷器と、超音波探触子とか
ら構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子部品等の被検体内
の欠陥を超音波を放射して検出する超音波探傷装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波探傷装置は、超音波探触子
（プローブ）を被検体に合わせてＸＹＺ３軸方向に駆動
させるスキャナ装置と、超音波探触子よりの探傷信号を
受けて信号処理を行う超音波探傷器と、スキャナ装置の
各軸駆動モータ及び駆動ドライバ装置を制御するスキャ
ナコントローラ装置と、超音波探傷器の超音波反射エコ
ー信号を表示するオシロスコープと、被検体の探傷デー
タの画像処理を行って画像表示するＣＲＴ装置と、スキ
ャナコントローラ装置の制御を行うパソコン装置及び被
検体を水浸させる水槽等から構成されている。

【０００３】次に、上記のごとき従来の超音波探傷装置
の探傷手順について説明する。まずパソコン装置により
被検体のＸ，Ｙ軸の探傷ストローク及び探傷ピッチを設
定し、自動探傷を実施する。パソコン装置及びコントロ
ーラ装置に内蔵された制御プログラムが実行され、スキ
ャナ装置のプローブ部がＸ軸方向に設定ストローク分動
作し、次にＹ軸方向に設定ピッチ距離分動作し、さらに
Ｘ軸逆方向に設定ストローク分動作する。この動作が繰
り返されＸ，Ｙ軸設定ストローク範囲の動作が終了する
と停止する。この間、Ｘ軸方向にスキャナがピッチ距離
動作する毎に超音波探傷器からの探傷信号をパソコン側
が取り込み、この処理を繰り返してＸ，Ｙ軸ストローク
範囲全部についてパソコンメモリに全データを記録す
る。この探傷データをパソコンの画像処理プログラムに
より画像処理を実行し、ＣＲＴ画面に表示させる。

【０００４】スキャナ装置のメカニカル構造としては、
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸共軸方向に両端軸受け支持したボール
ネジを設け、このボールネジにキャリヤを組み込み、さ
らにボールネジをパルスモータ等の駆動モータにより回
転させることによりキャリヤを軸方向に動作させる構造
となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の超音波探傷装置は、スキャナ装置がメカ構造と
してボールネジ構造となっているため、パルスモータ等
の駆動モータによるボールネジ回転によるキャリヤの動
作速度には限界がある。またＸ軸方向のスキャナ動作に
おいて、キャリヤの往復動作を行う場合、パルスモータ
等の駆動モータを一方向に回転させ駆動停止して、次に
逆方向に回転を行いスキャンストローク距離移動分だけ
回転駆動後に駆動停止し、この繰り返し動作を実行させ
る。

【０００６】上記駆動モータは高速回転でかつ回転、停
止、逆回転、停止、回転という負荷の高い運転を続ける
ため駆動モータ自体が高温となり、スキャナ装置の長期
間の稼働に対して寿命が低下するという欠点があった。
さらに、超音波探傷動作時における探傷速度の高速化の
要求が近年高まっており、従来のボールネジ駆動方式に
よる超音波探傷ではスキャナ走査速度に限界があり、別
方式のスキャナ駆動方式によるスキャニング速度の高速
化が要望されていた。

【０００７】本発明は、上記従来技術の欠点を解決する
ためになされたもので、その目的は簡単な構造でスキャ
ナ装置の高速駆動が可能な超音波探傷装置を提供するこ
とにある。また、本発明の他の目的は、駆動モータの低
負荷運転によりモータの長寿命化を図ることができ、生
産性の高い超音波探傷装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の超音波探傷装置は、パルスモー
タ等の駆動モータの回転運動を直動往復運動に変換する
カム機構と、この直動往復運動を再度ロータリエンコー
ダ等の位置検出センサの回転運動に変換するロータリス
キャナ機構部と、前記ロータリスキャナ機構部を垂直方
向に駆動させるスキャニング機構を備えたスキャナ装置
と、前記ロータリスキャナ機構部のカム機構の直動往復
運動と直角の水平方向に駆動させるスキャニング機構を
備えたスキャナ装置とから構成される３軸スキャナ装置
と、前記３軸スキャナ装置を駆動させるドライバ装置
と、前記ドライバ装置の制御を行う制御用パソコンと、
前記ドライバ装置の駆動制御を行うコントローラ装置
と、前記ロータリエンコーダ等の位置検出センサの位置
パルス信号を処理するパルスカウンタボードと、被検体
からの超音波探傷エコー受信信号を処理する超音波探傷
器と、超音波探触子とから構成され、前記超音波探触子
を前記ロータリエンコーダ機構部のカム機構部に取り付
け、前記３軸スキャナ装置の平面２軸のスキャニングを
行うことにより被検体の超音波探傷を行うことを特徴と
する。

【０００９】本発明の請求項２は、請求項１記載の超音
波探傷装置において、ロータリスキャナ機構部の駆動モ
ータの回転力伝達を２個のベルトプーリとタイミングベ
ルトにより伝達する伝達機構を備え、回転運動を超音波
探触子の直動往復運動に変換することを特徴とする。

【００１０】本発明の請求項３は、請求項１記載の超音
波探傷装置において、カム機構部の回転半径を調節可能
とすると共に超音波探触子の直動往復範囲を調節可能と
する調節機構を備え、超音波探傷エリアの幅範囲を任意
に調節可能とすることを特徴とする。

【００１１】本発明の請求項４は、請求項１記載の超音
波探傷装置において、前記ロータリスキャナ機構部を垂
直方向に駆動させるスキャニング機構を備えた２軸のス
キャナ装置と、前記ロータリスキャナ機構部の超音波探
触子の直動往復方向と直角の水平方向に超音波探傷の被
検体を一定速度で移動させる１軸の被検体移動ベルト駆
動機構を備えたことを特徴とする。

【００１２】本発明の請求項５は、るスキャニング機構
を備えたスキャナ装置に、水平方向に駆動するスキャニ
ング機構を備えたスキャナ装置にこの水平方向と直角の
水平方向を駆動方向とするロータリスキャナ機構部を備
えた２軸スキャナ装置を組み付けた３軸スキャナ装置を
備えたことを特徴とする。

【００１３】本発明の請求項６は、請求項１記載の超音
波探傷装置において、カム機構部の超音波探触子を垂直
方向にネジ等により固定位置を調節するロータリスキャ
ナ機構部を固定支持治具に固定した１軸のロータリスキ
ャナ機構部と、前記ロータリスキャナ機構部のカム機構
の直動往復方向と直角の水平方向に超音波探傷の被検体
を一定速度で移動させる被検体移動ベルト駆動機構とを
備えたことを特徴とする。

【００１４】本発明の請求項７は、請求項１記載の超音
波探傷装置において、ロータリスキャナ機構部の駆動モ
ータの回転力伝達をだ円形プーリから円形プーリへタイ
ミングベルトにより伝達する伝達機構を備え、だ円運動
から円運動への回転力伝達の変換により超音波探触子の
直動往復方向の最高速度を低下させることを特徴とす
る。

【００１５】

【作用】予め、制御用パソコンにより被検体の超音波探
傷のＸ軸及びＹ軸方向の探傷ピッチ並びに探傷エリア寸
法を入力し、この探傷ピッチ及び探傷エリアで超音波探
傷作業が可能なように、水平２軸方向のスキャニング駆
動速度及び範囲の演算処理を行い、制御パソコンからの
駆動モータ駆動指令によりコントローラ装置及びドライ
バ装置を駆動させる。この駆動によりロータリスキャナ
機構部の直動往復運動及びそれと直角水平方向のスキャ
ナ装置の一定速度の駆動を行う。その際、ロータリエン
コーダ等の位置検出センサからのスキャナ位置パルス信
号をパルスカウンタボードが受信し、信号処理を行う。
さらに制御用パソコンがパルスカウンタボードからの信
号を受け、ロータリスキャナ位置のデータ処理を行う。
この位置情報により制御用パソコンが探傷ピッチ点毎の
超音波探傷データの取り込み処理を実施する。この時、
超音波探傷器は超音波探触子からの探傷エコー信号を受
信しており、さらにこの信号を超音波探傷データに変換
処理している。被検体の探傷作業終了後に、制御パソコ
ンにより採取した超音波探傷データの画像処理を行い、
ＣＲＴ画面上に探傷画像表示を行う。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図１は本発明の第１実施例（請求項１対応）に係る
超音波探傷装置のロータリスキャナ機構部の構成図、図
２は図１のロータリスキャナ機構部を水平方向からみた
構成図、図３は図１のロータリスキャナ機構部を上方か
らみた構成図（請求項２対応）、図４は本発明の第１実
施例の超音波探傷装置の斜視図（請求項３対応）であ
る。

【００１７】まず、本実施例の構成を図１〜図４につい
て説明する。パルスモータ等の駆動モータ１の駆動モー
タシャフトとダンパーホイールシャフト３とは、駆動モ
ータカップリング２により結合されている。ダンパーホ
イールシャフト３とダンパーホイール５とは一体構造と
なっており、ダンパーホイールシャフト３はカップリン
グケーシング１１に一体化された駆動モータ軸受け４
ａ、４ｂに支持されている。ダンパーホイール５の周辺
部位置には回転自在のローラ構造となったカムフロー６
が取り付けられている。カムフロー６のローラ部は、カ
ムフローガイドレール７の直線溝部を往復動作可能とな
っている。カムフローガイドレール７の底面には、２個
のボールスプライン８ａ，８ｂが固定されている。

【００１８】また、駆動部ケーシング１２に一体化され
た検出部フレーム１０の内部には、２本のボールスプラ
インガイドピン９が回動自在なようにこのピンの両端を
駆動部ケーシング１２の壁面部に支持されている。さら
に、２個のボールスプライン８ａ，８ｂは、ボールスプ
ラインガイドピン９の軸方向に動作自在なようにボール
スプラインガイドピン９に支持されている。また、一方
のボールスプライン８ａにはプローブ固定治具１３が固
定されており、このプローブ固定治具１３の先端にはプ
ローブ１４が取り付けられている。カップリングケーシ
ング１１は、駆動部ケーシング１２に一体化されてい
る。

【００１９】一方、ロータリエンコーダ１５のシャフト
とエンコーダシャフト１７とは、エンコーダカップリン
グ１６で結合されており、エンコーダシャフト１７はエ
ンコーダフレーム２５に固定されたエンコーダ軸受１８
に支持されている。エンコーダフレーム２５は駆動部ケ
ーシング１２に一体化されている。エンコーダシャフト
１７の先端部にはエンコーダプーリ２０が取り付けられ
ている。駆動部ケーシング１２の壁面に両端を固定した
ベルトプーリ支持板２２に回転自在なように２個のベル
トプーリ２３ａ，２３ｂが支持され、この２個のベルト
プーリ２３ａ，２３ｂ及びエンコーダプーリ２０の外周
にはタイミングベルト等のベルト２１が図示のように連
結している。さらに、ベルト２１の１箇所はボールスプ
ライン８ｂの一端に取り付けられたベルト固定具１９と
結合されており、これによりボールスプラン８ｂとベル
ト２１とは一体構造となっている。

【００２０】次に、上記ロータリスキャナ機構部２６を
ＸＹＺ３軸スキャナ装置に組み付けた本実施例の超音波
探傷装置を図４の斜視図により説明する。図に示すよう
に、Ｚ軸スキャナ３０は、主にＺ軸駆動モータ２７、Ｚ
軸ボールネジ２８及びＺ軸キャリヤ２９より構成されて
いる。同様にＹ軸スキャナ３４は、主にＹ軸駆動モータ
３１、Ｙ軸ボールネジ３２及びＹ軸キャリヤ３３より構
成されている。Ｚ軸スキャナ３０はＹ軸スキャナ３４の
Ｙ軸キャリヤ３３に組み付けられ固定されている。この
Ｙ軸及びＺ軸スキャナ機構は、従来技術で説明した構造
と全く同様である。ただ従来技術ではＺ軸キャリヤ２９
にＸ軸スキャナ装置が組み付けられているが、本実施例
ではＸ軸スキャナ装置に代わりロータリスキャナ機構部
２６をＺ軸キャリヤ２９に組み付けた構造となってい
る。

【００２１】次に、本実施例の作用を図１〜図３により
説明する。まず、ロータリスキャナ機構部２６の作用を
説明する。駆動モータ１が回転動作すると、駆動モータ
カップリング２を介してダンパーホイールシャフト３と
一体となったダンパーホイール円板５が回転運動を行
い、ダンパーホイール円板５の周部分に設けられたカム
フロー６もダンパーホイール円板５の回転と同時に回転
運動を行う。この時、２本のボールスプラインガイドピ
ン９の軸方向に動作自在として組み込まれた２個のボー
ルスプライン８ａ，８ｂと一体構造となっているカムフ
ローガイドレール７の溝部には、カムフロー６が挿入さ
れた構造となっているため、ダンパーホイール円板５の
回転によりカムフロー６は円運動を行い、カムフローガ
イドレール７の溝部を全幅にわたり往復運動をする。そ
の際、カムフロー６はローラ構造となっているため、こ
の溝部の往復移動運動において適宜ローラが回転して
も、この溝部壁面との摩擦は発生しないため円滑な往復
運動、すなわちモータの回転運動はカム機構により直動
往復運動に変換される。

【００２２】また、この時同時にカムフロー６の円運動
によるカムフローガイドレール７の溝部の往復運動に伴
いカムフローガイドレール７及び一体となった２個のボ
ールスプライン８ａ，８ｂが、２本のボールスプライン
ガイドピン９に沿って軸方向に往復運動を行う。この
時、回転運動を直動往復運動に変換する機構のため、カ
ムフロー６の往復運動範囲及びカムフローガイドレール
７及び一体となった２個のボールスプライン８ａ，８ｂ
の往復運動範囲は、ダンパーホイール５の回転でのカム
フロー６の回転直径となる。

【００２３】このように、駆動モータ１の回転によりボ
ールスプラインガイドピン９の軸方向に、カムフローガ
イドレール７と一体となった２個のボールスプライン８
ａ，８ｂが直動往復運動を行う。この時、同時に１個の
ボールスプライン８ａに固定されたプローブ固定治具１
３と一体となったプローブ１４も直動往復運動を行う。
ここで、カムフロー６の回転直径、すなわちプローブ１
４の直動往復範囲は、図５に示すようにダンパーホイー
ル５に取り付けたカムフロー６の固定位置調整により調
節することが可能である。すなわち、ダンパーホイール
５上に設けられたカムフロー調整溝３５に沿ってカムフ
ロー６を移動させ、カムフロー固定ネジ３６により固定
することによりダンパーホイール５の任意の半径位置に
カムフロー６を固定することができる。これにより、カ
ムフロー６の回転直径が図示のカムフロー固定調整範囲
において調整でき、このことよりプローブ１４の直動往
復運動範囲も前記調整範囲内で任意に調整可能となる。

【００２４】一方、ロータリエンコーダ１５について
は、ボールスプライン８ａ，８ｂがボールスプラインガ
イドピン９に沿い軸方向に直動往復運動を行うことによ
り、一方のボールスプライン８ｂと一体となったベルト
固定具１９に固定されたベルト２１がボールスプライン
８ｂの往復運動とともに直動往復運動を行う。このベル
ト２１の直動往復運動が２個のベルトプーリ２３ａ，２
３ｂに伝達されて回転を行い、同時にエンコーダプーリ
２０へもベルト２１の伝達が行われ、前記３個のプーリ
の往復回転運動が行われる。この往復回転範囲はベルト
２１の直動往復範囲により一律に決まるものである。エ
ンコーダプーリ２０の往復回転運動がエンコーダプーリ
２０に一体となったエンコーダシャフト１７の回転とな
り、さらにエンコーダカップリング１６を介してロータ
リエンコーダ１５のシャフトの回転に伝達され、ロータ
リエンコーダ１５のパルスのカウントが行われる。

【００２５】次に、図４に示すＸＹＺ３軸スキャナ装置
のＺ軸スキャナに、ロータリスキャナ機構部を組み付け
た場合のシステムの制御方法を図７の制御ブロック図に
ついて説明する。

【００２６】まず、制御用パソコン３９がコントローラ
ユニット４０へ駆動指令信号を送信する。コントローラ
ユニット４０では、この駆動指令信号に従いドライバユ
ニット４１へ駆動モータ４２の駆動命令を出力する。ド
ライバユニット４１は、この駆動命令に従い駆動モータ
４２へ駆動電圧値を出力し、スキャナ装置の駆動モータ
が動作し、スキャナ装置の駆動が行われる。同時に、ロ
ータリスキャナ機構部においては、駆動モータの回転と
同時にロータリエンコーダ３７が回転運動を行い、この
ロータリエンコーダ３７から送信されるパルス信号をパ
ルスカウンタボード３８が受信する。このパルスカウン
タボード３８で処理されたパルスカウントデータは、ロ
ータリスキャナの位置データ、すなわち超音波探傷プロ
ーブの位置データとして制御用パソコン３９へ送信され
る。超音波探傷プローブ位置データを受信した制御用パ
ソコン３９は、予めパソコンに入力設定された探傷ピッ
チ点毎に超音波探傷器４３より超音波探傷時の探傷デー
タを採取する処理を行う。探傷データは、探傷プローブ
４４より超音波探傷器４３へ送信された探傷信号を探傷
データに変換処理する。

【００２７】本実施例におけるロータリスキャナ機構部
の駆動モータの駆動方法としては常時一定速度の回転を
行うように制御する。これにより、図４のロータリスキ
ャナ機構部の探傷プローブ１４は、Ｘ軸方向に直動往復
運動を行う。さらに、図４のＹ軸スキャナ３４の制御方
法としては、Ｙ軸キャリヤ３３に固定されたＺ軸スキャ
ナ３０及びＺ軸スキャナに固定されたロータリスキャナ
機構部２６を、常時一定速度でＹ軸の軸方向へ動作させ
る制御を行う。Ｚ軸スキャナ３０による制御としては、
探傷プローブ１４のＺ軸方向の被検体への超音波探傷焦
点合わせを予め行う関係上、自動制御は行わず手動制御
等によりＺ軸駆動モータを動作させ、Ｚ軸方向の焦点合
わせ作業後の自動探傷作業時には制御は行わない。

【００２８】ところで、ロータリスキャナ機構部２６の
パルスモータ等の駆動モータ１を定速回転で駆動した場
合、ボールスプライン８ａ，８ｂの直動往復運動の速度
分布は図６に示すように正弦波分布となる。さらに、ロ
ータリエンコーダ１５のエンコーダプーリ２０の回転速
度も、ボールスプライン８ａ，８ｂの直動往復運動の正
弦波速度分布に合った正弦波分布となる。

【００２９】従来のＸＹＺ３軸スキャナ方式の場合、例
えばＸ軸スキャナのストローク運動における速度は一定
速度であるから、スキャンピッチ分を動作する一定時間
毎の探傷データの取り込みを行う制御をパソコンが実行
することで、一定ピッチ間隔の探傷データ採取が可能で
あった。しかし、本実施例のロータリスキャン方式で
は、Ｘ軸方向のスキャナ速度が一定ではなく前記したよ
うに正弦波速度分布となる。このため、探傷データの採
取としてはロータリエンコーダ１５からのパルスカウン
ト信号を図７に示すパルカウンタボード３８が受け、さ
らに制御用パソコン３９により受信パルスのカウントを
行うことによりボールスプライン８ａ，８ｂの直動往復
運動の位置を割り出し、このスキャナ動作の位置データ
によりスキャンピッチ間隔の探傷データ採取を行う。

【００３０】さらに、上記制御方法における本実施例の
超音波探傷操作時の探傷プローブの動作軌跡を図８につ
いて説明する。Ｙ軸スキャナ進行方向のＹ軸スキャナ速
度を調整することにより図示のＹ軸ピッチが変動する。
Ｙ軸スキャナ速度を速くすればＹ軸ピッチが大きくな
り、Ｙ軸スキャナ速度を遅くするとＹ軸ピッチが小さく
なる。これは、最初にパソコンより入力設定したＹ軸ピ
ッチ値に応じてパソコンの計算処理によりＹ軸スキャナ
速度を算出することにより制御することができる。

【００３１】また、別の制御方法としてはロータリスキ
ャナ機構部の直動往復運動において、スキャナが往復ス
トロークの片端に達したときにＹ軸スキャナをスキャン
ピッチ分だけ動作させ、またスキャナがストロークの他
端に達したときにＹ軸スキャナをスキャンピッチ分だけ
動作させるものもある。この時のスキャナ装置の探傷プ
ローブ部の動作軌跡を図９に示す。

【００３２】次に、上記した本発明の制御方法を具体的
な数値を用いて説明する。まず、ロータリスキャナ駆動
モータが１５００ｒｐｍで回転し、その回転半径を２．
５ｃｍとする。この時ロータリスキャナの座標位置を
ｘ，回転半径をｂ，回転角速度をω，時間をｔとし、座
標ｘを下式で表すものとする。ｘ＝ｂ（１−ｃｏｓωｔ）この時、スキャナ速度は、ｔで微分し下式となる。ｖ＝ｄｘ／ｄｔ＝ｂωｓｉｎωｔ

【００３３】また、最高速度ｖ_max＝ｂωより、上記条
件でスキャナ速度を計算するとｖ_max＝２．５×１０^-2（ｍ）×３．１４×２ ×（１５００（ｒｐｍ）／６０（ｓ／ｍｉｎ））＝３．９３（ｍ／ｓ）となり、３．９３ｍ／ｓがスキャナ最高速度となる。

【００３４】一般に、パソコンのデータ処理速度よりも
超音波探傷器のデータ処理速度の方が遅い傾向があるの
で、ロータリスキャナ機構部のスキャニング速度の限界
は、超音波探傷器のデータ処理能力に依存するといえ
る。ここで、超音波探傷器のデータ処理能力を１０００
０ｄａｔａ／ｓ、限界探傷ピッチをｘｍｍとすると、ｘ（ｍｍ）＝（３．９３（ｍ／ｓ）×１０³）／（１００００（ｄａｔａ／ｓ））＝０．３９３（ｍｍ）≒０．４（ｍｍ）これにより探傷可能な最小探傷ピッチは、約０．４（ｍ
ｍ）となる。

【００３５】一般に、ボールネジ駆動方式のスキャナ装
置のスキャニング走査の最高速度は約５００ｍｍ／ｓで
あるから、本発明のロータリスキャナ機構部によるスキ
ャン方式によれば、超音波探傷器のデータ処理性能の限
界までスキャナ走査速度を高速化することができる。前
記の具体例で言えば、０．４ｍｍスキャニングピッチを
探傷条件とした場合には、スキャナ走査速度は、４（ｍ
／ｓ）／０．５（ｍ／ｓ）＝８となるから約８倍に高速
化することが可能となる。

【００３６】以上説明したように、本実施例によるスキ
ャナ装置により超音波探傷を実行すれば、探傷データ処
理において超音波探傷器のデータ処理能力の限界までス
キャナ走査速度の高速化を図ることができ、従来のボー
ルネジ駆動方式のスキャナ装置のスキャニング走査速度
の数倍の高速化が図れる。また、同時に駆動モータにつ
いては一方向の一定速度連続回転で運転されるため、従
来のスキャナ装置の駆動モータの回転、停止、逆回転、
停止、回転を繰り返す方式に比較して、負荷的に低負荷
となるため駆動モータの超寿命化を図ることができる。

【００３７】次に、本発明の他の実施例を図を参照して
説明する。図１０は本発明の他の実施例１（請求項４対
応）の斜視図である。同図に示すように、本実施例では
ロータリスキャナ機構部２６の走査方向をＹ軸方向と
し、Ｘ軸方向に被検体４５を移動させる被検体移動ベル
ト４７を設けている。Ｙ軸のロータリスキャナ機構部２
６のプローブ１３の直動往復運動及びＸ軸方向の被検体
移動ベルト４７の移動により被検体４５の探傷を実行す
るものである。

【００３８】図１１は本発明の他の実施例２の（請求項
５対応）斜視図である。本実施例ではＸＹＺ３軸スキャ
ナ装置において、Ｙ軸にロータリスキャナ機構部２６を
組み込み、Ｘ軸スキャナ装置４８でロータリスキャナ機
構部２６を動作させ、探傷を実施する方式である。

【００３９】図１２は本発明の他の実施例３（請求項６
対応）の斜視図である。本実施例ではロータリスキャナ
機構部２６をロータリスキャナ機構固定治具４９に固定
し、ロータリスキャナ機構部２６はＹ軸方向に駆動し、
Ｚ軸方向のプローブ焦点合わせは、プローブ固定治具１
３をネジ調整等の方法によりＺ軸方向固定位置の調整に
より行い、Ｘ軸方向に被検体移動ベルト４７等の方法に
より被検体４５を移動させ、探傷を実施する方式であ
る。

【００４０】図１３は本発明の他の実施例４（請求項７
対応）の超音波探傷装置に係わるロータリスキャナ機構
部の構成図、図１４は図１３を水平方向からみた図であ
る。なお、本実施例では既に説明した図１の実施例のロ
ータリスキャナ機構部と異なる部分についてのみ説明
し、同一部分には同一符号を付して重複説明は省略す
る。

【００４１】図１３及び１４において、駆動モータ１の
シャフトには駆動モータプーリ５１が組み付けられてお
り、駆動モータプーリ５１の片端のシャフトは、カップ
リングケーシング１１に組み込まれた２個の駆動モータ
軸受４ａ，４ｂにより支持されている。一方、ダンパー
ホイール５のシャフトは、２個のダンパーホイール軸受
５４ａ，５４ｂ及びプーリ軸受５３により支持されてお
り、ダンパーホイール５のシャフトには、ダンパーホイ
ールプーリ５０が組み付けられている。ダンパーホイー
ルプーリ５０と駆動モータプーリ５１とはタイミングベ
ルト５２により連結されている。

【００４２】次に、図１５により２個のプーリ５０，５
１と、タイミングベルト５２との連結について説明する
と、ダンパーホイールプーリ５０は円形のプーリである
が、駆動モータプーリ５１はだ円形をしている。そし
て、この２個のプーリのタイミングベルト溝部周長は等
しくしてある。したがって、駆動モータプーリ５１が１
回転すると、タイミングベルト５２の動力伝達によりダ
ンパーホイールプーリ５０も１回転する。

【００４３】ここで、本実施例の作用を図１６〜図１８
により説明する。駆動モータプーリ５１が図１６に示す
位置にある時、カムフロー６も図示の位置にセットされ
るように調整する。この位置は、検出部フレーム１０と
一体化されたボールスプライン８ａ，８ｂが、ボールス
プラインガイドピン９ａ，９ｂに沿って軸方向に往復運
動をする際に、検出部フレーム１０が片端の位置にある
ことを示す。この位置よりさらに駆動モータプーリ５１
が９０°回転した場合、図１７に示すように検出部フレ
ーム１０は往復運動の中心位置に来る。このように駆動
モータ１の回転運動により駆動モータプーリ５１が回転
し、図１６に示す位置から駆動モータプーリ５１が１回
転すると、タイミングベルト５２の動力伝達によりダン
パーホイールプーリ５０を１回転するため検出部フレー
ム１０は１往復し図に示す同じ片端位置へ戻ってくる。

【００４４】さらに、検出部フレーム１０の往復運動の
速度について調べると、だ円形の駆動モータプーリ５１
の回転をタイミンベルト５２の動力伝達により円形のダ
ンパーホイールプーリ５０へ伝達する場合、駆動モータ
１が定速回転を行う場合、図１６に示す位置にだ円の駆
動モータプーリ５１があると、ダンパーホイールプーリ
５０の回転速度は最大となり、また、図１７に示す位置
に駆動モータプーリ５１があると、ダンパーホイールプ
ーリ５０の回転速度は最小となることが分かる。このよ
うに、だ円形の駆動モータプーリ５１が１回転する場
合、ダンパーホイールプーリ５０は高速→低速→高速の
回転速度の周期分布を持つことになる。

【００４５】さらに図１６の場合、検出部フレーム１０
は往復運動の片端位置にあり、ダンパーホイールプーリ
５０の回転速度が最大となることよりこの位置の前後に
おいて、検出部フレーム１０の往復運動の動作速度は、
図１の実施例における動作速度よりも高速になる。また
図１７の場合、検出部フレーム１０は往復運動の中心位
置にあり、ダンパーホイールプーリ５０の回転速度が最
低となることより、検出部フレーム１０の往復運動の動
作速度は、図１の実施例における動作速度よりも低速に
なる。そして図１６において、プローブ１４を固定した
プローブ固定治具１３はボールスプライン８ｂに一体と
なっているため、検出部フレーム１０と同じ往復動作を
行う、このためプローブ１４の１往復動作時の動作速度
分布を、図１の実施例における動作速度分布と比較する
と、図１８に示すように相違することとなる。

【００４６】すなわち、図１８の速度分布図において、
点線は図１の実施例のプローブ速度分布であり、実線は
本実施例（図１３）におけるプローブ速度分布である。
この図から、図１の実施例（点線）は正弦波の速度分布
であるのに対して、本実施例（実線）は速度の立上がり
が早く、高速領域が長く、速度の立下がりも早いという
特徴がある。

【００４７】次に、本実施例の効果を以下に記す。一般
に、水浸法により超音波探傷を行う場合、水槽内にプロ
ーブ１４を水没させ超音波探傷を行う。この時、本実施
例の如く、高速にプローブを往復動作させた場合、速度
が高速化されるに従いプローブの水に対するキャビテー
ションが発生し、プローブ直下に泡が発生し超音波探傷
が困難になる。あるいは、プローブが高速動作をする場
合、超音波探傷器または計算機のデータ処理速度性能の
限界により探傷データ処理が不可能となる。このように
プローブを高速動作させる場合、速度の上限には限界が
ある。

【００４８】図１８の速度分布図によれば、駆動モータ
の同じ回転速度の場合、図１の実施例のプローブ速度分
布と、本実施例のプローブ速度分布を比較すると、１往
復運動の周期が同じで本実施例のプローブ最高速度は、
図１の実施例のプローブ最高速度よりも低く押さえられ
る。ここで、本実施例のプローブ最高速度を、図１の実
施例のプローブ最高速度と同じにすることを試みた場
合、図１の実施例の往復運動の周期よりも、さらに周期
を短くすることができる。このことより、本実施例によ
れば、図１の実施例と比較し、一定時間内のプローブの
往復運動回数を多くすることが可能となり、さらに超音
波探傷時間の短縮を図ることができるため、超音波探傷
作業のさらなる効率化が図れる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のロータリ
スキャナ機構部を組み付けたスキャナ装置を備えた超音
波探傷装置を用いて超音波探傷作業を実施すると、従来
のボールネジ駆動方式によるスキャナ装置のスキャナ走
査速度の数倍の速度による超音波探傷が実現でき、生産
性の大幅な向上が可能となり、またスキャナ駆動モータ
も従来の駆動モータに比較して超寿命化を図ることがで
きる、という優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の超音波探傷装置に係わる
ロータリスキャナ機構部の構成図。

【図２】図１のロータリスキャナ機構部を水平方向から
みた構成図。

【図３】図１のロータリスキャナ機構部を上方からみた
構成図。

【図４】本発明の第１実施例の斜視図。

【図５】同図（ａ）は図１のダンパーホイールの平面
図、同図（ｂ）は同図（ａ）の側面図、同図（ｃ）は同
図（ａ）のＡ−Ａ断面図。

【図６】図１のロータリスキャナ機構部の直動往復運動
速度分布を説明する図。

【図７】図４の制御機器及び制御方法を説明するブロッ
ク構成図。

【図８】図７による制御方法による探傷プローブ軌跡を
説明するための図。

【図９】本発明の他の制御方法による探傷プローブ軌跡
を説明するための図。

【図１０】本発明の他の実施例１の斜視図。

【図１１】本発明の他の実施例２の斜視図。

【図１２】本発明の他の実施例３の斜視図。

【図１３】本発明の他の実施例４の超音波探傷装置に係
わるロータリスキャナ機構部の構成図。

【図１４】図１３のロータリスキャナ機構部を水平方向
からみた図。

【図１５】図１３のロータリスキャナ機構部における２
個のプーリとタイミングベルトとの連結を説明するため
の図。

【図１６】図１５のプーリとタイミングベルトの動作を
説明するための図。

【図１７】図１６の位置からプーリが９０℃移動した状
態を示した図。

【図１８】図１と図１３の実施例のプローブ速度分布を
比較した速度分布図。

【符号の説明】

１…駆動モータ、２…駆動モータカップリング、３…ダ
ンパーホイールシャフト、４ａ，４ｂ…駆動モータ軸
受、５…ダンパーホイール、６…カムフロー、７…カム
フローガイドレール、８ａ，８ｂ…ボールスプライン、
９ａ，９ｂ…ボールスプラインガイドピン、１０…検出
部フレーム、１１…カップリングケーシング、１２…駆
動部ケーシング、１３…プローブ固定治具、１４…プロ
ーブ、１５…ロータリーエンコーダ、１６…エンコーダ
カップリング、１７…エンコーダシャフト、１８…エン
コーダ軸受、１９…ベルト固定具、２０…エンコーダプ
ーリ、２１…ベルト、２２…ベルトプーリ支持板、２３
ａ，２３ｂ…ベルトプーリ、２５…エンコーダフレー
ム、２６…ロータリスキャナ機構部、２７…Ｚ軸駆動モ
ータ、２８…Ｚ軸ボールネジ、２９…Ｚ軸キャリヤ、３
０…Ｚ軸スキャナ、３１…Ｙ軸駆動モータ、３２…Ｙ軸
ボールネジ、３３…Ｙ軸キャリヤ、３４…Ｙ軸スキャ
ナ、３５…カムフロー調整溝、３６…カムフロー固定ネ
ジ、３７…ロータリエンコーダ、３８…パルスカウンタ
ボード、３９…制御用パソコン、４０…コントローラユ
ニット、４１…ドライバユニット、４２…駆動モータ、
４３…超音波探傷器、４４…探傷プローブ、４５…被検
体、４６…探傷ポイント、４７…被検体移動ベルト、４
８…Ｘ軸スキャナ、４９…ロータリスキャナ機構固定治
具、５０…ダンパーホイールプーリ、５１…駆動モータ
プーリ、５２…タイミングベルト、５３…プーリ軸受、
５４ａ，５４ｂ…ダンパーホイール軸受。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルスモータ等の駆動モータの回転運動
を直動往復運動に変換するカム機構と、この直動往復運
動を再度ロータリエンコーダ等の位置検出センサの回転
運動に変換するロータリスキャナ機構部と、前記ロータ
リスキャナ機構部を垂直方向に駆動させるスキャニング
機構を備えたスキャナ装置と、前記ロータリスキャナ機
構部のカム機構の直動往復運動と直角の水平方向に駆動
させるスキャニング機構を備えたスキャナ装置とから構
成される３軸スキャナ装置と、前記３軸スキャナ装置を
駆動させるドライバ装置と、前記ドライバ装置の制御を
行う制御用パソコンと、前記ドライバ装置の駆動制御を
行うコントローラ装置と、前記ロータリエンコーダ等の
位置検出センサの位置パルス信号を処理するパルスカウ
ンタボードと、被検体からの超音波探傷エコー受信信号
を処理する超音波探傷器と、超音波探触子とから構成さ
れ、前記超音波探触子を前記ロータリエンコーダ機構部
のカム機構部に取り付け、前記３軸スキャナ装置の平面
２軸のスキャニングを行うことにより被検体の超音波探
傷を行うことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項２】請求項１記載の超音波探傷装置におい
て、ロータリスキャナ機構部の駆動モータの回転力伝達
を２個のベルトプーリとタイミングベルトにより伝達す
る伝達機構を備え、回転運動を超音波探触子の直動往復
運動に変換することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項３】請求項１記載の超音波探傷装置におい
て、カム機構部の回転半径を調節可能とすると共に超音
波探触子の直動往復範囲を調節可能とする調節機構を備
え、超音波探傷エリアの幅範囲を任意に調節可能とする
ことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項４】請求項１記載の超音波探傷装置におい
て、前記ロータリスキャナ機構部を垂直方向に駆動させ
るスキャニング機構を備えた２軸のスキャナ装置と、前
記ロータリスキャナ機構部の超音波探触子の直動往復方
向と直角の水平方向に超音波探傷の被検体を一定速度で
移動させる１軸の被検体移動ベルト駆動機構を備えたこ
とを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項５】請求項１記載の超音波探傷装置におい
て、垂直方向に駆動するスキャニング機構を備えたスキ
ャナ装置に、水平方向に駆動するスキャニング機構を備
えたスキャナ装置にこの水平方向と直角の水平方向を駆
動方向とするロータリスキャナ機構部を備えた２軸スキ
ャナ装置を組み付けた３軸スキャナ装置を備えたことを
特徴とする超音波探傷装置。
【請求項６】請求項１記載の超音波探傷装置におい
て、カム機構部の超音波探触子を垂直方向にネジ等によ
り固定位置を調節するロータリスキャナ機構部を固定支
持治具に固定した１軸のロータリスキャナ機構部と、前
記ロータリスキャナ機構部のカム機構の直動往復方向と
直角の水平方向に超音波探傷の被検体を一定速度で移動
させる被検体移動ベルト駆動機構とを備えたことを特徴
とする超音波探傷装置。
【請求項７】請求項１記載の超音波探傷装置におい
て、ロータリスキャナ機構部の駆動モータの回転力伝達
をだ円形プーリから円形プーリへタイミングベルトによ
り伝達する伝達機構を備え、だ円運動から円運動への回
転力伝達の変換により超音波探触子の直動往復方向の最
高速度を低下させることを特徴とする超音波探傷装置。