CN117110439A - 超声波检查装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超声波检查装置，对于具有曲面形状的检查对象物也能够适用。超声波检查装置具备发送探头及接收探头。发送探头具有：第一接触部，具有与曲面进行线接触的第一凸圆筒面；发送元件，朝向第一凸圆筒面送出超声波。接收探头具有：第二接触部，具有与曲面进行线接触的第二凸圆筒面；接收元件，接收从第二凸圆筒面入射的超声波。发送元件沿着与第一发送侧虚拟线正交的第一安装面设置，该第一发送侧虚拟线通过第一接触位置，并以第一基准虚拟线为基准向与接收探头相反的一侧倾斜。接收元件沿着与第二接收侧虚拟线正交的第二安装面设置，该第二接收侧虚拟线通过第二接触位置，并以第二基准虚拟线为基准而向与发送探头相反的一侧倾斜。

Description

超声波检查装置

技术领域

本发明涉及超声波检查装置。

背景技术

例如作为检查金属制部件的疲劳度等的方法，已知有超声波法及X射线衍射法。关于X射线衍射法，存在作业资格的限制及测定环境的限制，超声波法的便利性更高。

在超声波法中，对于测试品，反复进行赋予负载而进行的耐久试验和基于超声波的参数的测定，每次，求出参数与疲劳度的关系，作成将它们汇总的数据库。并且，在实际的运用中，例如测定回收的实际制品的参数，参照所述数据库，确认该实际制品的疲劳度。

专利文献1公开了超声波检查装置。该超声波检查装置具备发送探头及接收探头。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2015-206782号公报

发明内容

【发明要解决的课题】

通常，在超声波检查装置中，使发送探头及接收探头分别与检查对象物的平面接触。如图6所示，发送探头91及接收探头92分别具有与检查对象物100接触的接触部93，但是该接触部93具有与检查对象物100接触的接触面94为矩形的块形状。因此，在检查对象物100具有凹曲面99的情况下，当使接触部93接触时进行角触抵，在接触面94与凹曲面99之间产生间隙，变得不能测定。

例如，圆筒滚子轴承具备的外圈在其内周侧具有成为凹曲面形状的滚道面。使发送探头及接收探头与这样的滚道面接触来进行外圈的疲劳度的检查的情况在图6所示的超声波检查装置中不可能。

因此，在本公开中，目的在于提供一种对于具有曲面形状的检查对象物也能够适用的超声波检查装置。

【用于解决课题的方案】

本公开的超声波检查装置是具备发送探头及接收探头且用于使所述发送探头及接收探头与检查对象物具有的凹或凸的曲面接触而进行超声波检查的装置，其中，

所述发送探头具有：

第一接触部，具有第一凸圆筒面，该第一凸圆筒面与所述曲面进行线接触；及

发送元件，设置于所述第一接触部的一部分，并朝向所述第一凸圆筒面送出超声波，

所述接收探头具有：

第二接触部，具有第二凸圆筒面，该第二凸圆筒面与所述曲面进行线接触；及

接收元件，设置于所述第二接触部的一部分，并接收从所述第二凸圆筒面入射的超声波，

所述发送元件沿着与第一发送侧虚拟线正交的第一安装面设置，所述第一发送侧虚拟线通过下述定义的第一接触位置，并以下述定义的第一基准虚拟线为基准向与所述接收探头相反的一侧倾斜，

所述接收元件沿着与第二接收侧虚拟线正交的第二安装面设置，所述第二接收侧虚拟线通过下述定义的第二接触位置，并以下述定义的第二基准虚拟线为基准向与所述发送探头相反的一侧倾斜，

第一接触位置：所述第一凸圆筒面与所述曲面进行线接触的位置，

第二接触位置：所述第二凸圆筒面与所述曲面进行线接触的位置，

第一基准虚拟线：通过所述曲面的中心和所述第一接触位置的虚拟线，

第二基准虚拟线：通过所述曲面的中心和所述第二接触位置的虚拟线。

将超声波从发送探头向检查对象物的入射角度设定为规定角度，由此该超声波在检查对象物的表层传播。需要说明的是，所述规定角度根据检查对象物的材质和发送探头中的与该检查对象物接触的部分的材质来确定。

因此，根据本公开的超声波检查装置，发送探头的第一凸圆筒面与检查对象物的曲面进行线接触，从发送元件送出的超声波从第一接触位置向所述曲面入射。通过如上所述设置发送元件，能够将第一接触位置处的超声波的入射方向与该第一接触位置处的所述曲面的法线所成的角度设定为所述规定角度，从发送探头送出的超声波在检查对象物的表层传播。

接收探头的第二凸圆筒面与所述曲面进行线接触，在所述表层传播的超声波从第二接触位置向第二接触部入射。通过如上所述设置接收元件，能够使接收元件位于沿着该入射的角度的线的前方，接收元件能够检测所述超声波。

通过以上，对于具有曲面形状的检查对象物也能够检查。

优选的是，所述第一凸圆筒面中的沿着所述第一凸圆筒面的周向而位于中央的位置成为所述第一接触位置，所述第二凸圆筒面中的沿着所述第二凸圆筒面的周向而位于中央的位置成为所述第二接触位置。根据该结构，容易知晓对于检查对象物的曲面的第一接触部及第二接触部各自的接触位置，检查的作业性提高。

优选的是，所述超声波检查装置具备连结部，该连结部将所述发送探头与所述接收探头连结，所述连结部以能够调整所述发送探头与所述接收探头之间的间隔的方式安装有所述发送探头和所述接收探头。根据该结构，能够对应于检查对象物的曲面的形状，使第一接触部及第二接触部以适当的姿势与该曲面进行线接触。

在所述的情况下，更优选的是，所述连结部能够以使所述发送探头与所述接收探头之间的间隔恒定的方式保持所述发送探头和所述接收探头。根据该结构，如果多个检查对象物具有的曲面的形状相同，则反复的检查容易，作业性提高。

【发明效果】

根据本公开的超声波检查装置，对于具有曲面形状的检查对象物也能够检查。

附图说明

图1是表示本发明的超声波检查装置的一例的示意图。

图2是沿着作为检查对象物的外圈的轴向观察的发送探头的剖视图。

图3是图2的III向视的图。

图4是将接收探头放大表示的剖视图。

图5是表示本发明的超声波检查装置的另一方式的示意图。

图6是表示以往的超声波检查装置的说明图。

【标号说明】

7 检查对象物

8 外圈

8a 滚道面

9 内圈

9a 滚道面

10 超声波检查装置

11 发送探头

12 接收探头

13 第一接触部

14 第一凸圆筒面

15 第一安装面

16 发送元件

23 第二接触部

24 第二凸圆筒面

25 第二安装面

26 接收元件

30 连结部

C 中心

L10 第一基准虚拟线

L11 第一发送侧虚拟线

L20 第二基准虚拟线

L21 第二接收侧虚拟线

具体实施方式

图1是表示本发明的超声波检查装置的一例的示意图。图1所示的超声波检查装置10是用于非破坏地检查金属制的检查对象物7的疲劳度等其内部的状态的装置。超声波检查装置10是基于在检查对象物7的表层中传播的超声波的速度对检查对象物7的状态进行检查的基于表面SH波法的检查装置。需要说明的是，所述表层是检查对象物7的表面的附近区域，例如，是距所述表面比2～3毫米浅的范围的区域。

在本实施方式中，将滚动轴承的滚道圈设为检查对象物7。该滚道圈为金属制，是环状的构件。具体而言，在图1所示的方式中，检查对象物7是滚子轴承的外圈8。在该外圈8的内周设置滚道面8a。滚道面8a与作为滚动体的圆筒滚子进行滚动接触。使后述的发送探头11及接收探头12与该滚道面8a接触。外圈8的滚道面8a为圆筒面，如图1所示，具有凹曲面。需要说明的是，滚动轴承可以是圆锥滚子轴承，在该情况下，成为检查对象物7的外圈8的滚道面8a是沿着圆锥面的面，具有凹曲面。

超声波检查装置10具备发送探头11及接收探头12。本实施方式的超声波检查装置10具备连结部30，该连结部30将发送探头11与接收探头12连结。超声波检查装置10具备脉冲产生器51、放大器52及运算部53。脉冲产生器51为了使发送探头11的发送元件16产生超声波而将电气信号向发送元件16赋予。放大器52具有电路而构成，取得接收探头12的接收元件26接收到的作为超声波的信号的接收信号并放大。运算部53具有CPU而构成，通过运算来取得超声波的速度作为与放大的接收信号对应的大小的参数。这样，超声波检查装置10是使发送探头11及接收探头12与作为检查对象物7的外圈8具有的凹曲面接触而进行超声波检查用的装置。

〔关于发送探头11〕

发送探头11具有第一主体部17、第一接触部13及发送元件16。第一主体部17例如由金属制的框体构成。在第一主体部17安装后述的连结部30具有的第一臂31。在第一主体部17固定第一接触部13。第一接触部13具有与滚道面8a进行线接触的第一凸圆筒面14。发送元件16设置于第一接触部13的一部分，朝向第一凸圆筒面14送出超声波。图2是将发送探头11放大表示的剖视图。图2是沿着作为检查对象物7的外圈8的轴向观察的发送探头11的剖视图。图3是图2的III向视的图。

第一接触部13只要是超声波传播介质即可，在本实施方式中，第一接触部13为树脂制。第一接触部13具有半圆柱形状，第一凸圆筒面14为半圆筒面形状。需要说明的是，第一接触部13可以不是角度180度的严格的半圆柱的形状。即，第一凸圆筒面14可以不是角度180度的严格的半圆筒的形状。例如，第一凸圆筒面14可以是沿着角度160度的范围的圆筒的形状。第一接触部13是实心的构件，在与第一凸圆筒面14不同的面安装发送元件16。

第一主体部17为空心的构件，但是在安装有发送元件16的第一接触部13与第一主体部17成为一体的状态下，向第一主体部17内填充熔融树脂，使该熔融树脂固化。需要说明的是，与发送元件16连结的引线向第一主体部17之外引出。

发送元件16是在一般的超声波检查装置中使用的元件，例如，是由平板状的压电元件构成的超声波探头。发送元件16能够输出横波的超声波。当从脉冲产生器51向发送元件16施加规定电压的脉冲电压时，从发送元件16的平面16a输出规定频率的超声波。被输出的超声波从第一接触部13向外部送出。

发送元件16为平板状。从发送元件16的超声波的输出方向成为与发送元件16的平面16a正交的方向。发送元件16以超声波的输出方向通过第一凸圆筒面14上的一点的方式安装于第一接触部13。所述一点成为第一凸圆筒面14与滚道面8a接触的第一接触位置P1。由于第一凸圆筒面14与滚道面8a进行线接触，因此第一接触位置P1包含于该线接触的范围。在本实施方式中，第一凸圆筒面14中的沿着第一凸圆筒面14的周向而位于中央的位置成为第一接触位置P1。

从发送元件16输出的超声波包含与发送元件16的成为输出面的平面16a平行地振动并向第一接触位置P1入射的振动成分以及沿着与该振动方向垂直的垂直方向振动并向第一接触位置P1入射的振动成分。

从发送元件16的超声波的输出方向不是第一接触位置P1处的与第一凸圆筒面14的第一切线Q1平行的方向，也不是垂直的方向，而成为向该第一切线Q1倾斜的方向。即，在第一接触位置P1处，来自发送元件16的超声波从与第一切线Q1既不平行也不垂直的倾斜方向入射到滚道面8a。从发送元件16输出的超声波从第一接触位置P1向外部送出。

在此，从发送探头11向检查对象物7的超声波的入射角度设定为规定角度，由此该超声波在检查对象物7的表层传播。需要说明的是，所述规定角度根据检查对象物7的材质和发送探头11中的与该检查对象物7接触的部分的材质来确定。

为了如上所述使超声波在外圈8的表层传播，发送元件16成为如下那样的配置地设置于第一接触部13。

即，发送元件16沿着与第一发送侧虚拟线L11正交的第一安装面15设置。所述第一发送侧虚拟线L11是通过第一接触位置P1的虚拟线，且是以下述定义的第一基准虚拟线L10为基准向与接收探头12相反的一侧倾斜的虚拟线。

第一基准虚拟线L10：通过滚道面8a的中心C和第一接触位置P1的虚拟线。

需要说明的是，第一接触位置P1如上所述是第一凸圆筒面14与滚道面8a进行线接触的位置。

第一安装面15为平面，设置于第一接触部13的一部分。在第一安装面15紧贴地安装发送元件16的平面16a。

通过这样设置发送元件16，能够将第一接触位置P1处的超声波的入射方向与该第一接触位置P1的滚道面8a的第一法线Q11所成的角度设定为所述规定角度。其结果是，从发送探头11送出的超声波在外圈8的表层传播。

〔关于接收探头12〕

如图1所示，接收探头12具有第二主体部27、第二接触部23及接收元件26。第二主体部27由例如金属制的框体构成。在第二主体部27安装后述的连结部30具有的第二臂32。在第二主体部27固定第二接触部23。第二接触部23具有与滚道面8a进行线接触的第二凸圆筒面24。第二接触部23在与第一接触部13分离的位置与滚道面8a接触。接收元件26设置于第二接触部23的一部分，接收从第二凸圆筒面24入射的超声波。图4是将接收探头12放大表示的剖视图。

第二接触部23只要是超声波传播介质即可，在本实施方式中，第二接触部23为树脂制。第二接触部23具有半圆柱形状，第二凸圆筒面24为半圆筒面形状。需要说明的是，第二接触部23可以不是角度180度的严格的半圆柱的形状。即，第二凸圆筒面24可以不是角度180度的严格的半圆筒的形状。例如，第二凸圆筒面24可以是沿着角度160度的范围的圆筒的形状。第二接触部23是实心的构件，在与第二凸圆筒面24不同的面安装接收元件26。

第二主体部27是空心的构件，但是在安装有接收元件26的第二接触部23与第二主体部27成为一体的状态下，向第二主体部27内填充熔融树脂，使该熔融树脂固化。需要说明的是，与接收元件26连结的引线被向第二主体部27之外引出。

接收元件26是在一般的超声波检查装置中使用的元件，例如，是通过平板状的压电元件构成的超声波探头。接收元件26通过接收向第二接触部23入射的超声波而产生规定的电压。接收元件26为平板状。接收元件26具有与发送元件16同样的结构，但是具有至少接收SH波的横波检测用的压电元件而构成。接收元件26接收超声波，产生与其强度对应的电压，将其作为接收信号向放大器52输出。

接收元件26中的超声波的接收方向成为与接收元件26的平面26a正交的方向。以超声波的接收方向成为从第二凸圆筒面24上的一点朝向接收元件26的方向的方式，将接收元件26安装于第二接触部23。所述一点成为第二凸圆筒面24与滚道面8a接触的第二接触位置P2。第二凸圆筒面24与滚道面8a进行线接触，因此第二接触位置P2包含于该线接触的范围。在本实施方式中，第二凸圆筒面24中的沿着第二凸圆筒面24的周向而位于中央的位置成为第二接触位置P2。

接收元件26中的超声波的接收方向既不是第二接触位置P2处的与第二凸圆筒面24的第二切线Q2平行的方向，也不是垂直的方向，而成为向该第二切线Q2倾斜的方向。从发送元件16输出且在外圈8的表层传播的超声波从第二接触位置P2向第二接触部23入射。通过使第二接触部23在第二接触位置P2与滚道面8a接触，在第二接触位置P2向第二接触部23入射的超声波沿着与第二切线Q1既不平行也不垂直的倾斜方向传递。

从滚道面8a向第二接触部23的超声波的入射角度根据检查对象物7的材质和发送探头11中的与该检查对象物7接触的部分的材质来确定。

如上所述接收元件26接收从外圈8向第二接触部23入射的超声波，即，第二接触位置P2处的向第二接触部23的入射方向与接收元件26的接收方向一致，因此接收元件26成为如下那样的配置地设置于第二接触部23。

即，接收元件26沿着与第二接收侧虚拟线L21正交的第二安装面25设置。所述第二接收侧虚拟线L21是通过第二接触位置P2的虚拟线，且是以下述定义的第二基准虚拟线L20为基准向与发送探头11相反的一侧倾斜的虚拟线。

第二基准虚拟线L20：通过滚道面8a的中心C和第二接触位置P2的虚拟线。

需要说明的是，第二接触位置P2如上所述是第二凸圆筒面24与滚道面8a进行线接触的位置。

第二安装面25是平面，设置于第二接触部23的一部分。在第二安装面25紧贴地安装接收元件26的平面26a。

这样，接收探头12的第二凸圆筒面24与滚道面8a进行线接触，在外圈8的表层传播的超声波从第二接触位置P2向第二接触部23入射。通过如上所述设置接收元件26，能够使接收元件26位于沿着该入射的角度的线的前头，接收元件26能够检测超声波。

如以上所述，根据本实施方式的超声波检查装置10，对于具有曲面形状的外圈8也能够检查。

〔关于连结部30〕

如上所述，超声波检查装置10具备连结部30，该连结部30将发送探头11与接收探头12连结。连结部30具有基体33、第一臂31及第二臂32。在第一臂31的一方的端部安装发送探头11，第一臂31的另一方的端部支承于基体33。在第二臂32的一方的端部安装接收探头12，第二臂32的另一方的端部支承于基体33。

基体33将第一臂31及第二臂32支承为能够摆动。其摆动的方向是发送探头11与接收探头12接近及分离的方向。即，连结部30以能够调整发送探头11与接收探头12之间的间隔的方式安装有发送探头11和接收探头12。通过该结构，能够对应于滚道面8a的形状使第一接触部13及第二接触部23以适当的姿势与滚道面8a线接触。特别是能够容易使第一凸圆筒面14及第二凸圆筒面24在第一接触位置P1及第二接触位置P2与滚道面8a接触。

基体33能够将第一臂31支承为能够摆动，并在规定的位置将第一臂31限制成不能摆动。例如，虽然未图示，但是通过锁紧螺栓的紧固而第一臂31相对于基体33不能摆动，通过松缓锁紧螺栓而第一臂31能够摆动。关于第二臂32也同样，基体33能够将第二臂32支承为能够摆动，并在规定的位置将第二臂32限制成不能摆动。通过以上所述，连结部30能够以使发送探头11与接收探头12之间的间隔恒定的那个是保持发送探头11和接收探头12。通过该结构，如果作为检查的对象的外圈8为多个，这些外圈8的滚道面8a的形状相同，则能够反复检查，作业性提高。

〔检查对象物7为内圈9的情况〕

图5是表示本发明的超声波检查装置的另一方式的示意图。在图5所示的超声波检查装置10中，与图1所示的方式相比，在检查对象物7为滚动轴承的滚道圈这一点上相同，但是不同于图1所示的外圈8，是滚子轴承的内圈9。在该内圈9的外周设置滚道面9a。作为滚动体的圆筒滚子与滚道面9a滚动接触。使发送探头11及接收探头12与该滚道面9a接触。内圈9的滚道面9a为圆筒面，如图5所示，具有凸曲面。需要说明的是，滚子轴承可以是圆锥滚子轴承，在该情况下，成为检查对象物7的内圈9的滚道面9a是圆锥面，具有凸曲面。

图5所示的超声波检查装置10具备发送探头11及接收探头12，使发送探头11及接收探头12与检查对象物7具有的凸曲面接触而进行超声波检查。

发送探头11具有第一接触部13和发送元件16。第一接触部13具有与滚道面9a进行线接触的第一凸圆筒面14。发送元件16设置于第一接触部13的一部分，朝向第一凸圆筒面14送出超声波。

接收探头12具有第二接触部23和接收元件26。第二接触部23具有与滚道面9a进行线接触的第二凸圆筒面24。接收元件26设置于第二接触部23的一部分，接收从第二凸圆筒面24入射的超声波。

发送元件16沿着与第一发送侧虚拟线L11正交的第一安装面15设置。第一发送侧虚拟线L11是通过第一接触位置P1的虚拟线，且是以下述定义的第一基准虚拟线L10为基准向与接收探头12相反的一侧倾斜的虚拟线。

第一基准虚拟线L10：通过滚道面9a的中心C和第一接触位置P1的虚拟线。

需要说明的是，第一接触位置P1是第一凸圆筒面14与滚道面9a进行线接触的位置。

接收元件26沿着与第二接收侧虚拟线L21正交的第二安装面25设置。第二接收侧虚拟线L21是通过第二接触位置P2的虚拟线，且是以下述定义的第二基准虚拟线L20为基准向与发送探头11相反的一侧倾斜的虚拟线。

第二基准虚拟线L20：通过滚道面9a的中心C和第二接触位置P2的虚拟线。

需要说明的是，第二接触位置P2是第二凸圆筒面24与滚道面8a进行线接触的位置。

在图5所示的实施方式中，也是第一凸圆筒面14中的沿着第一凸圆筒面14的周向而位于中央的位置成为第一接触位置P1。第二凸圆筒面24中的沿着第二凸圆筒面14的周向而位于中央的位置成为第二接触位置P2。

在图5所示的实施方式中，超声波检查装置10也具备连结部30。连结部30以能够调整发送探头11与接收探头12之间的间隔的方式安装有所述发送探头11和接收探头12。此外，该连结部30能够以使发送探头11与接收探头12之间的间隔恒定的方式保持发送探头11和接收探头12。用于实现这样的功能的连结部30的具体的结构与图1所示的方式同样，具有共通的一个基体、第一臂31及第二臂32。

对于图5所示的超声波检查装置10能够适当地适用图1～图4说明的各结构。在图5所示的超声波检查装置10中，关于与图1～图4所示的超声波检查装置10相同的结构，标注相同标号，在此，省略其结构的说明。

〔其他〕

在所述各实施方式中，对于检查对象物7为滚动轴承的滚道圈的情况进行了说明，但是检查对象物7只要是具有凹或凸的曲面的构件即可，可以为滚道圈以外。

连结部30的结构可以为图示的方式以外，除了具有将发送探头11及接收探头12支承为能够摆动的机构以外，也可以具有支承为能够平行移动的机构。

本次公开的实施方式在全部的点上为例示而不受限制。本发明的权利范围没有限定为上述的实施方式，包含与权利要求书记载的结构等同的范围内的全部变更。

Claims (4)

1.一种超声波检查装置，是具备发送探头及接收探头且用于使所述发送探头及接收探头与检查对象物具有的凹或凸的曲面接触而进行超声波检查的装置，其中，

所述发送探头具有：

第一接触部，具有第一凸圆筒面，该第一凸圆筒面与所述曲面进行线接触；及

发送元件，设置于所述第一接触部的一部分，并朝向所述第一凸圆筒面送出超声波，

所述接收探头具有：

第二接触部，具有第二凸圆筒面，该第二凸圆筒面与所述曲面进行线接触；及

接收元件，设置于所述第二接触部的一部分，并接收从所述第二凸圆筒面入射的超声波，

所述发送元件沿着与第一发送侧虚拟线正交的第一安装面设置，所述第一发送侧虚拟线通过下述定义的第一接触位置，并以下述定义的第一基准虚拟线为基准向与所述接收探头相反的一侧倾斜，

所述接收元件沿着与第二接收侧虚拟线正交的第二安装面设置，所述第二接收侧虚拟线通过下述定义的第二接触位置，并以下述定义的第二基准虚拟线为基准向与所述发送探头相反的一侧倾斜，

第一接触位置：所述第一凸圆筒面与所述曲面进行线接触的位置，

第二接触位置：所述第二凸圆筒面与所述曲面进行线接触的位置，

第一基准虚拟线：通过所述曲面的中心和所述第一接触位置的虚拟线，

第二基准虚拟线：通过所述曲面的中心和所述第二接触位置的虚拟线。

2.根据权利要求1所述的超声波检查装置，其中，

所述第一凸圆筒面中的沿着所述第一凸圆筒面的周向而位于中央的位置成为所述第一接触位置，

所述第二凸圆筒面中的沿着所述第二凸圆筒面的周向而位于中央的位置成为所述第二接触位置。

3.根据权利要求1或2所述的超声波检查装置，其中，

所述超声波检查装置具备连结部，该连结部将所述发送探头与所述接收探头连结，

所述连结部以能够调整所述发送探头与所述接收探头之间的间隔的方式安装有所述发送探头和所述接收探头。

4.根据权利要求3所述的超声波检查装置，其中，

所述连结部能够以使所述发送探头与所述接收探头之间的间隔恒定的方式保持所述发送探头和所述接收探头。