JPS6027963Y2

JPS6027963Y2 - 探触子回転形超音波探傷装置

Info

Publication number: JPS6027963Y2
Application number: JP6961281U
Authority: JP
Inventors: 英爾山本; 智明植竹; 良平茂木; 秀夫小林
Original assignee: 株式会社トキメック
Priority date: 1981-05-14
Filing date: 1981-05-14
Publication date: 1985-08-23
Also published as: JPS56172759U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は探触子回転形超音波探傷装置に関する。

中実または中空の棒状被探傷材の超音波探傷を行なう場
合、被探傷材と探触子とを前者の軸線方行に相対的に移
動させるとともに、両者を上記軸線周りに相対的に回転
させることにより全面連続探傷を行なうことが多い。

探触子を回転させずに被探傷材を回転させる場合には、
探傷装置としては通常のものをほぼそのまま用い得るが
、被探傷材が大形になるとその駆動装置が大形かつ高価
となるばかりでなく、半径方向の変位、変形等の影響に
より回転させること自体が困難になる場合が少なくない
。

したがって、近来は探触子を回転させるようにしたもの
が多用される傾向にある。

しか腰回転する探触子と静止状態にある探傷装置本体と
を結合するためにスリップリングおよびブラシ等を有す
る接触形の結合手段を用いた場合には、エコー信号が相
互接触部における接触抵抗の変動や、複数の探触子を用
いる場合にこれら相互間における信号漏洩を含む外来雑
音の影響等による障害を受けや易いため探傷信頼度の低
下を免れ得す、かつ相互接触部が磨耗し易いので保守に
手数を要するばかりでなく一般に高速回転に適さないた
め探傷所要時間が長くなる。

このような欠点を解決するため電磁誘導による非接触形
の結合手段を用いたものも知られている。

このものは、被探傷材の外囲面に巻回された回転コイル
と固定コイルを同心かつ軸方向に相互に近接して備えて
おり、回転コイルはこれが接続された探触子と共に回転
子に取着され、固定コイルは固定子に取着されるととも
に探傷装置本体に接続されている。

このような電磁誘導形の結合手段においては、両コイル
の結合損失が一般に大きく、かつ被探傷材の外径が大き
くなるほど、また周波数が低くなるほど増大する傾向が
あり、さらに被探傷材の材質による影響を除去するため
の手段を必要とし、構造上外来雑音に対する効果的な遮
蔽が困難である上に遮蔽によって結合損失が増大するた
め外来雑音の影響を受は易く、しかも構造が複雑で高価
となるという難点がある。

本考案は上記事情に基づいてなされたもので、探触子と
探傷装置本体とを静電容量形の結合手段を介して結合す
ることにより上述のような問題点をすべて解決し、結合
損失が少なくかつ安定しており、本質的に被探傷材の材
質や形状、寸法等による影響を受けることがなく、外来
雑音による影響を排除して大きなＳ／Ｎ比が得られ、し
かも構造が簡単で耐久性に富む非接触形の結合手段を備
えた、高信頼性を有する探触子回転形超音波探傷装置を
提供しようとするものである。

以下、本考案を図示の一実施例について説明する。

第１図において、たとえば管状をなす被探傷材１が図示
しない移走機構により軸線方向に所定速度で移送されて
いるものとする。

被探傷材１の移送路に臨んで設けられた基台２には固定
子本体３が取付けられている。

この固定子本体３は、被探傷材１の軸線方向に間隔的に
配設された１対の環状フランジ４，４を有するとともに
、適宜の軸受機構５，５を介して回転子本体６を回転自
在に支持している。

この回転子本体６はほぼ円筒状をなし、その中空部を遊
貫する被探傷材１とほぼ同心をなすように位置されると
ともに、図示しない適宜の駆動機構により所定速度で所
定方向に回転駆動されるように構成されている。

回転子本体６には適宜の支持機構７を介して単数または
複数（図は３つの場合）の探触子８・・・が取付けられ
ている。

これら探触子訃・・は通常のものと同様なものであって
よく、その型式、数およびこれらの組合わせは必要に応
じて適宜に選択される。

また支持機構７は、探触子８・・・を個別および（また
は）同時に半径方向に進退させ、被探傷材１との間に所
望の間隔を設定し得るように構成されている。

要すれば、被探傷材１と各探触子８・・・との音響結合
を良好に保つために、これら両者の相互対向部にたとえ
ば水などのような接触媒質を供給する適宜の手段（図示
略）が設けられ、かつこの接触媒質が流出しても作動に
悪影響を及ぼすことがないように構成されている。

なお、上記固定子本体３、回転子本体６および支持機構
７の各部の構成、これら相互間における関連機構、支持
機構７と探触子８との相互関連機構、ならびに探触子８
の配置（軸方向および周方向における相対的位置）等は
、図示例に限られず任意に設定してよい。

上記固定子本体３および固定子本体６の相互対向部には
、探触子８・・・にそれぞれ対応する結合手段１０・・
・が設けられている。

すなわち、図示例において固定子本体３はそのフランジ
４，４間に位置して軸方向に積層された複数（３つ）の
第１の保持部材１１・・・を備え、また回転子本体６は
その外周部に位置して軸方向に積層された複数（３つ）
の第２の保持部材１２・・・を備えている。

これら第１および第２の保持部材１１・・・および１２
・・・は、たとえばエポキシまたはアセトアルデヒドな
どのような高絶縁抵抗を有する硬質合成樹脂材料から円
環状に形成され、かつ断面形状はいずれか一方（図示例
では第１の保持部材１１）が凸字状をなすとともに他方
（同じく第２の保持部材１２）が凹字状をな腰前者の凸
部１３が後者の凹部１４に小間隙１５を存して挿入され
ている。

第２図に拡大して示すように、第１の保持部材１１の凸
部１３には、その軸方向両面に位置して円環状の電極１
６ａ、１６ａが固着されるとともに内端部に位置して円
筒状の電極１６ｂが固着されており、これら電極１６ａ
、１６ａ、１６ｂは破線で示すように相互に短絡されて
第１の電極１６を構成している。

また、第２の保持部材１２の凹部１４には、上記電極１
６ａ、１６ａとそれぞれ軸方向に対向する円環状の電極
１７ａ、１７ａが固着されるとともに上記電極１６ｂと
半径方向に対。

向する円筒状の電極１７ｂが固着されており、これら電
極１７ａ、１７ａ、１７ｂは破線で示すように相互に短
絡されて第２の電極１７を構成している。

これら第１および第２の電極１６および１７は、それぞ
れが一体に形成されていてもよく、相互の対向面積およ
び間隔ならびに相互間における媒質の誘電率等によって
定まる静電容量を有するコンデンサＣ８（第３図参照）
を形成し、固定子本体３に設けられた第１の電極１６に
接続された接続端２０と、第２の電極１７に一方の電極
が接続された探触子８とを静電容量結合するように構成
されている。

上記コンデンサＣ８の静電容量は、後述するようにほぼ
５００ｐＦ程度ないしはこれより大きいことが望ましい
ので、両電極１６，１７の対向面積がなるべく大きく、
かつ対向間隔がなるべく小さくなるように形成されてい
る。

また、両電極１６．１７間に充填される誘電媒質は空気
またはその他のガス体であることが望ましい。

要すればシリコン油などの液状媒質を用いてもよいが、
回転子本体６が高速回転をなす場合には結合度が不均一
になるなど、遠心力の影響が表われるので注意を要する
。

また両電極１６．１７の少なくともいずれか一方を高誘
電率の固体媒質で被覆するようにしてもよい。

上記第１の保持部材１１は、その外周部を被覆する円筒
状の遮蔽体１８ａと、軸方向両端面を被覆する円環状の
遮蔽体１８ｂ、１８ｂと、軸方向両端部内周面を被覆す
る円筒状の遮蔽体１８Ｃ９１８ｃとを備えている。

これら遮蔽体１８ａ、１８ｂ、１８ｃは相互に連接され
て第１の遮蔽体１８を構成し、適宜の手段により接地さ
れている。

また第２の保持部材１２は、その内周部を被覆する円筒
状の遮蔽体１９ａと、軸方向両端面を被覆する円環状の
遮蔽体１９ｂ、１９ｂと、軸方向両端部外周面を被覆す
る円筒状の遮蔽体１９ｃとを備えている。

これら遮蔽体１９ａ、１９ｂ、１９Ｃは相互に連接され
て第２の遮蔽体１９を構成し、極室の手段により接地さ
れるとともに、探触子８の他方の電極に接地されている
。

これら第１、第２の遮蔽体１８．１９は、隣接する他の
第１、第２の保持部材１１．１２におけるものと別個に
設けても、または図示のように一部を共通に設けてもい
ずれであってもよい。

これらのいずれの場合にも、遮蔽体１８．１９は結合手
段１０・・・をこれら相互間における漏洩信号を含むす
べての外来雑音から遮蔽し得るように構成されている。

上記接続端２０は、第３図Ａに示すように同軸ケーブル
２１を介して探傷装置本体の送受信端２２に接続される
。

送受信端２２は抵抗Ｒ□を介して接地されるとともにコ
ンデンサＣ１を介して５ＣＲ２３に導かれている。

電源端２４に直流電圧（５００〜１０００Ｖ程度）を印
加して抵ｆ２を介してコンデンサＣ１を充電しておき、
制御端２５にトリガ電圧を印加することにより５ＣＲ２
３を介してコンデンサＣ１を放電させると、抵抗Ｒ１に
生ずる衝撃電圧がコンデンサＣｏを介して探触子８の振
動子８ａに印加され、振動子８６の振動に基づく超音波
が被探傷材１に入射される。

被探傷材１の欠陥部等から反射された超音波が探触子８
に入射されると振動子８ａの振動に基づく発生電圧がコ
ンデンサＣＯを介して抵抗Ｒ１に印加され、送受信端２
２からエコー信号として取出され受信部に導かれる。

上記トリガ電圧は所定の繰返し周期（１ｍｓ程度）で連
続的に印加され、かつ被探傷材１が軸線方向に所定速度
で移動されるとともに、回転子本体６が所定速度で回転
駆動されているので、探触子８・・・の走査軌跡が螺旋
状をなし、被探傷材１に対して実質的に連続した全面探
傷が行なわれる。

上述のように複数の探触子８・・・が並設されている場
合には、各探触子ことに第３図Ａに示すように接続する
。

また、これら探触子８・・・のうちに発信専用のものと
受信専用のものとが混在している場合には、発信専用の
探触子については同図Ａに示すように接続し、かつ送受
信端２２を受信部に接続する代りに、受信専用の探触子
を同図Ｂに示すように接続する。

すなわち、受信専用の探触子に対応する接続端２０を同
軸ケーブル２１を介して受信端２６に接続し、その発生
電圧が抵抗Ｒ３に印加され、エコー信号が受信部の増幅
器２７に導かれるようにする。

なお、探触子８が複合形のものであって送信用および受
信用の振動子を備えている場合には、これら各振動子ご
とに上述同様それぞれの回路に接続される。

上述のように構成された装置にわいて、結合手段１０と
して用いられるコンデンサＣｏの静電容量に対するエコ
ー信号の相対感度特性（直接結合形−たとえばコンデン
サＣＯの両電極１６．１７を短絡した状態−における感
度との比較特性）を第４図Ａに例示する。

図は、振動子８ａとして直径２蝕、共振周波数約５ＭＨ
ｚのジルコン・チタン酸鉛磁器を用いた場合であって、
コンデンサＣ。

の静電容量がほぼ５００〜１０″ｐＦ程度であれば相対
感度がほぼ−１〜−３ｄＢ程度であることを示している
。

またエコー信号の波形は直接結合の場合と同等であって
、静電容量形の結合手段１０を用いたことに基因する何
等の歪も認められなかった。

また共振周波数が約２ＭＨ２（たとえば結晶粒の粗い被
探傷材の場合などに用いられる）の振動子を用いた場合
にもほぼ同様の結果が得られた。

これに対腰本考案者等が従来の電磁誘導形の結合手段を
有するものについて上述と同一条件の下に実験したとこ
ろによれば、同図Ｂに示すように固定コイルおよび回転
コイルの各インダクタンスＬがほぼ２ｆｆＩＨであると
き最高感度（はぼ−５５ｄＢ）を示し、Ｌ：１．５〜３
ｍＨノ範囲ではほぼ−５５〜−７０ｃｉＢ程度であって
、本考案に比し結合損失が著しく大きく、特に周波数が
低いほど甚しいことが認められた。

しかも、この種の従来装置においては上述したように構
造上の制約から１組をなす固定コイルと回転コイルとを
電磁誘導に対し効果的に遮蔽することがきわめて困難で
あり、かつ遮蔽を重視すれば結合度が劣化する傾向があ
るためＳ／Ｎ比がきわめて小さい。

したがって、上述のように相対感度が小さいことと相ま
って、特に小欠陥の検出が困難であり、探傷信頼性に劣
るものであることが認められた。

本考案においては、結合手段１０を構成するコンデンサ
Ｃｏを電磁的および静電的にほぼ完全に遮蔽し得るので
、結合手段相互間における漏洩信号およびその他の外来
雑音を効果的に抑制ないし排除することができ、したが
って大きなＳ／Ｎ比が得られ、高い探傷信頼性を得るこ
とができた。

さらに、本考案においては静電容量形の結合手段１０を
用いたので、上述のように実質的に完全な遮蔽を行ない
得ることと相まって、被探傷材の材質および寸法等によ
り結合度が影響されることが全くない。

しかも結合手段１０は軸方向に対向する電極１６ａ、１
７ｂを設けたので外径および長さが小さくても大きな結
合度が得られ、構造が簡単かつ小形であるから容易かつ
安価に製造することができ、かつ耐久性にも優れている
。

なお、本考案は上記実施例のみに限定されるものではな
い。

たとえば、上記保持部材１１．１２を上述のように絶縁
材料から形成する代りに、それぞれの全部または一部を
金属材料から形成するとともに、これらとそれぞれ絶縁
して上記電極１６．１７を取付けるようにしてもよい。

このように構成することにより上記遮蔽体１８ａ〜１８
ｃ、１９ａ〜１９ｃ等の全部または一部の代用となし得
るが、これらのいずれの場合にも第１の電極１６と第１
の遮蔽体１８との間、および第２の電極１７と第２の遮
蔽体１９との間におけるそれぞれの静電容量が過大にな
らぬように、かつそれぞれの漏洩抵抗が充分大きくなる
ようにしなければならない。

また、第１の保持部材１１における凸部１３および第２
の保持部材１２における凹部１４は、それぞれ複数づつ
設けるようにしてもよく、これらの相互対向部間におけ
る小間隙１５がほぼ一定であれば、断面形状を任意に設
定してよい。

さらに、第１の保持部材１１と第２の保持部材１２とは
、図示のように半径方向に相対向位置させる代りに、た
とえば軸方向に相対向位置させるようにしてもよい。

また、被探傷材１を軸方向に移動する代りに、基台２を
探傷装置本体とともに軸方向に移動させるようにしても
よく、その細氷考案の要旨とするところの範囲内で種種
の変更をなし得ることはいうまでもない。

本考案によれば、上述したように探触子を支持する回転
子と探傷装置本体に接続される接続端を取着した固定子
との軸方向相互対向部に位置して上記探触子と接続端と
を非接触結合する静電容量形の結合手段と、上記固定子
および回転子の少なくともいずれか一方に設けられ上記
結合手段を電気的に遮蔽する遮蔽体とを具備するように
したので、結合損失が少なくかつ安定しており、本質的
に被探傷材の材質や形状、寸法等による影響を受けるこ
とがなく、外来雑音による影響を排除して大きなＳ／Ｎ
比が得られ、しかも構造が簡単で耐久性に富む非接触形
の結合手段を備えた、高信頼性を有する探触子回転形超
音波探傷装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す切欠正面図、第２図は
同例の要部を拡大して示す断面図、第３図ＡおよびＢは
同例における各部の接続状態を例示する回路図、第４図
Ａは同例の特性を例示する線図、同図Ｂは従来装置の特
性を例示する線図である。１・・・被探傷材、３・・・固定子本体、６・・・回転
子本体、８・・・探触子、１０・・・結合手段、１１．
１２・・・保持部材、１６．１７・・・電極、１８．１
９・・・遮蔽体、２０・・・接続端、２２・・・送受信
端。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

探触子を被探傷材と対向して支持する回転子と、探傷装
置本体に接続される接続端を取着した固定子とを有する
ものにおいて、上記回転子と固定子との軸方向相互対向
部に設けられ上記接触子と接続端とを非接触結合する静
電容量形の結合手段と、上記固定子および回転子の少な
くともいずれか一方に設けられ上記結合手段を電気的に
遮蔽する遮蔽体とを具備することを特徴とする探触子回
転形超音波探傷装置。