JPH0368863A - 超音波探傷装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波探傷装置に係り、特に、複雑な表面形
状の被検体を自動超音波探傷するのに好適な超音波探傷
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

鯖密な探傷を目的とする超音波探傷の一方法として、水
中に被検体を沈め、その水中で超音波探触子により被検
体の表面を走査して探傷する水浸自動探傷法がある。

水浸自動探傷法においては、傷（欠陥）の大きさおよび
位置を正確に知るために、超音波探触子と被検体との距
離を一定に保ち、しかも超音波ビームの中心軸の方向を
被検体の表面の法線方向に一致させておく必要がある。

なお、この穐の装置として関連するものには、例えば、
日本機械学会誌ｖｏ１２．９０．４８２６゜ｐ５〜９記
載の技術、特開昭６１−２４０１５８号公報、特開昭５
５−１８３７６号公報、時開ｎ（＋５８−３４７８１号
公報記載の技術が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕 上記第１の従来技術（日本機械学会誌）は１表面が平面
である被検体の探傷は可能であるが、表面が曲面である
被検体に対しては、超音波探触子が送信する超音波ビー
ムの中心軸の方向を被検体の表面の法線方向に一致させ
ることが困難なため、探傷が不可能であった。

また、第２の従来技術（特開昭６１−２４０１５８号公
報）の法線方向制御においては、探触子を被検体表面の
法線方向に一致させるだけの制御を行なっている。した
がって、法線方向制御のために探触子を振ると、超音波
ビームの当たっている位置がずれ、探傷しようとしてい
る位置に超音波ビームを正確に当てることができないと
いう問題があった。

この第２の従来技術では、法線方向制御用超音波発信探
触子と探傷用探触子とに同じ探触子を使用している。一
般に探触子の種類は非常に多く。

それぞれの特性が異なっている。このため、探傷に適し
た探触子を用いると、この探触子に合わせて法線方向制
御に用いる４個の超音波受信探触子を選択する必要があ
り、高価な装置となってしまうという問題もあった。

さらに、第３の従来技術（特開昭５５−１８３７６号公
報）においては、法線方向検出値に基づいて、自動作業
機械の各軸を動作させながら作業実施機構部を回動させ
、同一作業点を維持したまま作業実施機構部を所定の姿
勢に制御しており。

第２の従来技術のような問題はない。ところが、作業点
回りの作業実施機構部と被作業対象物との相対位置から
法線方向を検出しており１作業点における正確な法線方
向を検出できないという問題があった。

第４の従来技術（特開昭５５−３４７８１号公報）にお
いても、ワークと手首先端に取付けたセンサとの相対位
置情報から法線方向を演算するものであり、センサのね
らい点における正確な法線方向を検出できないという問
題があった。

本発明の目的は、安価な装置構成で、曲面を有する被検
体の正確な探傷が可能な超音波探傷袋ｙｔを提供するこ
とである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成すねために、表面が必ずしも
平面でない被検体に超音波を発信し被検体からの反射波
を受信する超音波探触子とこの超音波探触子の位置決め
手段とを有する超音波探傷装置において、前記超音波探
触子の走査方向に対する被検体表面の法線方向の成分を
検出する第１法線方向検出装置と、前記超音波探触子の
走査方向に直角な方向に対する被検体表面の法線方向の
成分を検出する第２法線方向検出装置と、前記超音波探
触子と被検体との距離を検出する距離検出装置と、前記
超音波探触子の位置および姿勢を変える複数軸の軸駆動
装置と、前記第１法線方向制御装置と第２法線方向制御
装置と距離検出装置との検出信号に基づいて前記複数の
軸駆動装置を制御し超音波探触子の超音波ビームの中心
軸を被検体表面の法線方向に一致させる制御装置とを備
えた超音波探傷装置を提案するものである。

〔作用〕

上記手段を備えた本発明の超音波探傷装置において、距
離検出装置は、距離検出センサの信号がら超音波探触子
と被検体表面との距離を演算し。

制御装置に出力する。制御装置は、入力装置から与えら
れた条件に基づいて、まず、被検体表面の法線方向変化
がなく、かつ上下動軸であるＺ軸のアーム方向と同じで
あると想定して、探触子が所定の移動経路を通るように
、複数軸のうちｘ、ｙ。

Ｚ軸の指令値を時々刻々演算する。そして、第１の法線
方向検出装置で走査方向における超音波探触子の中心軸
と被検体表面の法線方向とのずれを検出し、このずれ量
がＯになるように複数軸のひとつであるα軸を動作させ
る。

また、超音波探触子の超音波ビームが当たっている被検
体表面からの情報により走査方向に直角の方向における
超音波探触子の中心軸と被検体表面の法線のずれ量を検
出し、このずれ量がＯになるように複数軸のひとつであ
るβ軸を動作させる。

そしてα、β軸が動作しても超音波探触子の超音波ビー
ムが被検体表面の同じ位置に当たるように、先に演算し
たｘ、ｙ、ｚ軸の指令値を補正する。

さらに、Ｚ軸に関しては、設定した３１′！離と距離検
出装置の出力値との差をとり、Ｚ軸の指令値を補正する
。そして、これらの補正したＸ、Ｙ、Ｚ軸の指令値どお
りになるようにｘ、ｙ、ｚ軸の駆動装置を制御する。

本発明装置は、以上のように作動するので、複雑な曲面
をイｆする被検体を正確に探傷でき、しかも安価である
。

〔実施例〕

次に、図面を参照して、本発明の各実施例を説明する。

第１図は、本発明による超音波探傷装置の第１実施例の
全体構成を示すブロック図、第２図および第３図は第１
図装置の手首部の詳細を示す図、第４図は第１図装置の
各探触子等の配置を示す図、第５図は距離検出装置の構
成の一例を示すブロック図、第６図は第１図装置におけ
る第１法線方向検出装置の受信波の強度特性を示す図、
第７図は制御装置が想定した超音波探触子の移動経路の
一例を示す図、第８図は距離検出時における超音波探触
予算の位置関係を示す図である。なお、第１〜４図にお
いて、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の方向は実線矢印で示すとおりであ
り、第２図はＸ軸方向の側面図。

第３図はＹ軸方向の側面図である。

第１図〜４図において、１は探傷するための超音波探触
子、２は超音波探触子１の走査方向（Ｘ方向）に対する
被検体５の表面の法線方向を検出する第１法線方向制御
装置である。第１法線方向制御装ｖ１２は、超音波探触
子ｌに対して角度δ。

傾いて第１ブラケツト３により結合された超音波発信探
触子２ａと、この超音波発信探触子２ａに対し角度δ２
傾いて第１ブラケツト３により結合された超音波受信探
触子２ｂ、２ｃとからなる。

４は超音波探触子１の走査方向とは「（角な方向（Ｙ方
向）に対する被検体５の表面の法線方向を検出する第２
法線方向検出装置であり、超音波探触子１に対し図示し
ない角度δ３傾いて第１ブラケツト３により結合された
超音波発受信探触子４ａと、その超音波発受信探触子４
ａに対して角度δ４傾いて第１ブラケツト３により結合
された超音波受信探触子４ｂ、４ｃとからなる。

５は複雑な表面形状をもつ被検体、６はα軸用の駆動装
置である。駆動装置６は、例えば電気モータで、この駆
動装置を動作させると、超音波探触子１と第１．第２法
線方向検出装置２，４とを取り付けた第１ブラケツト３
は、α軸回りに回転する。７はβ軸用の駆動装置であり
、駆動装置７を動作させると、第１ブラケツト３はＦ＠
回りに回転する。８は駆動装［６を取り付けた第２ブラ
ケツト、９はＺ軸子−１１，１０はＺＳｔ＋用の駆動装
置であり、駆動装置Ｓ’？　ｌ　Ｏを動作させると、Ｚ
軸アーム９はＺ軸方向すなわち上下方向に移動する。

１１は第３ブラケツトである。第３ブラケツト１１をＸ
、Ｙ、Ｚ軸方向に移動させる駆動装置も備えているが、
ここでは図示しない。

工２は超音波探触子１の走査範囲を指定する入力装置、
１３は記録装置、１４は超音波探触子１と被検体５との
距離を検出する距離検出装置、１５は制御装置、１６〜
２０はそれぞれ複数の各軸の駆動装置用の増幅器９例え
ばサーボ増幅器である。

２１〜２５は各駆動装置に内蔵された泣訴または角度検
出器２例えばポテンショメータからの信号である。２６
〜３０は制御装置１１５からの指令値、３１は超音波探
触子１の超音波信号、３２は第１法線方向検出装置２か
らの信号であり、第２図および第３図の実施例において
は受信探触子２ｂ〜２Ｃの超音波信号である。なお、発
信探触子２ａ用の発信器は図示していない、３３は第２
法線方向検出装置１４からの信号であり、第２図および
第３図の実施例においては超音波発受信探触子４ａおよ
び超音波受信探触子４ｂ、４ｃの超音波信号であり、超
音波発受信探触子４ａの信号は距離検出装置１４へ入力
されている。

第５図は、距離検出装置］−４の構成の一例を示すブロ
ック図である。

距離検出装置１４は、超音波発受信探触子４ａに超音波
信号を送信する送信器３４と、被検体５から反射してく
る超音波信号を受信する受信器３５と、計時回路３６と
からなる。計時回路３６は、送信器３４からの送信信号
と被検体Ｓの表面からの超音波反射信号との時間間隔を
４１つ定し、制御装置１５に出力する。なお、この時間
間隔をｔ、とじ、水中の音速をＶとすると、発受信探触
子４ａと被検体５の表面との距離ｍは、ｖｔ、／２　　
　　　　　　　　　　　　・・・・・・　（１）で求め
られる。

第６図は、第１法線方向検出装置２の受信波の強度特性
の一例を示したものである。横軸は超音波探触子１の超
音波ビームの中心軸と被検体５の法線方向のα軸回りの
ずれΔ１、縦軸は受信波の強度であり、Ａが超音波受信
探触子２ｂの特性、Ｂ超音波受信探触子２ｃの特性であ
る。なお、第２法線方向装置４に関しても、超音波探触
子１の超音波ビームの中心軸と被検体５の法線方向のβ
軸回りのずれΔ２に対、して、超音波受信探触子４ｂ、
４ｃの強度は第６図と同様の特性を示す。

次に、制御装置１５の制御内容について説明する。まず
、制御装置！１１５では、第７図に示すように、被検体
５が平面でかつ法線方向が一定である物体と想定して、
超音波探触子１が第７図に示す経路を通るように、Ｘ、
Ｙ、Ｚ軸（距離）の指令値ｘ、、　ｙｏ、　ｚ、を時々
刻々と演算する。そして、実際の被検体５が、第７図の
ようにＺ軸に直角な平面の被検体の場合は、超音波探触
子１の超音波ビームの中心軸と被検体の法線方向とのα
軸回りのずれΔ１およびβ軸回りのずれΔ２がＯとなる
。

これに対して、被検体５が仔意の法線方向を有する複雑
な形状の物体である場合は、ずれΔ、およびΔ２がＯ以
外となる。そこで、超音波受信探触子２ｂ、２ｅの受信
波の強度差が常に０になるように、α軸用の駆動装置６
を駆動する。また、超音波受信探触子４ｂ、４ｃの受信
波の強度差が常にＯになるように、β軸用駆動装置７を
駆動する。

このように制御すると、超音波探触子１の超音波ビーム
の中心軸と被検体５の表面の法線方向とが一致すること
になる。

ただし、このままでは、超音波ビームが被検体５の表面
に当たる軌跡が直線でなくなる。そこで、駆動装置６，
７により駆動されたα、β軸の角度α、βに基づき、α
、β軸の回転によって被検体５の表面に当たる超音波ビ
ームの位］〆ｔがＸ、Ｙ。

Ｘ軸方向にどの程度ずれたかを演算する。そのずれ量を
ΔＸ、ΔＹ、Δｚ１とすると、 ΔＸ＝ｆよ（α、β）　　　　　　・・・（２）ΔＹ＝
ｆ、（α、β）　　　　　　　　・・・　（３）ΔＺ１
＝ｆ３　（α、β）　　　　　　　　・・・　（４）の
関係があるので演算可能である。また、Ｚ軸に関しては
、第７図の想定位置に対して被検体５の上下方向のずれ
も考慮に入れる。

そのずれ量は次のようにして求める。第８図は、距離検
出時の超音波探触子１と、超音波発受信探触子４ａと、
被検体５との位置関係を示したものである。点Ｐは、超
音波探触子１の超音波ビームと超音波発受信探触子４ａ
の超音波ビームとが交差する位置であり、超音波探触子
１と被検体５との距離は点Ｐが被検体表面上に位置する
ように制御される。距離検出装置１４の出力値（超音波
発受信探触子４ａと被検体５の間の距ｔｉｌｌ）をＱｌ
とすると、超音波探触子１と被検体５の間の距離Ｑは次
のように演算される。

Ｑ　＝　Ｑ　、ｃｏｓδ、＋Ｑａ　　　　　　　　”’
　（ｓ）したがって、超音波探触子１の上下方向のずれ
量は、設定した超音波探触子１と被検体５の表面との距
離Ｑ　ｒｅｆと、式（５）により計算した値ａとの差を
とり、その差の値をΔＺ２とする。

そして。

Ｘ＝Ｘ、＋ΔＸ　　　　　　　　　　・・・（６）Ｙ＝
Ｙ、＋ΔＹ　　　　　　　　　　・・・（７）２＝２．
＋Δｚ、＋Δｚ２　　　　　・　（８）を演算し、得ら
れた値Ｘ、Ｙ、Ｚを指令値として、各軸をサーボ制御す
る。

記録装置１３は超音波探触子１の受信波とＸ。

Ｙ軸の位置指令信号Ｘ。、Ｙｏとを用いて被検体５の欠
陥分布を記録する。

なお、本実施例においては、超音波探触子の走査方向に
対する被検体表面の法線方向を検出する第１法線方向検
出装置２も超音波探触子１の超音波ビームが当たってい
る被検体５の表面からの情報を用いているが、超音波探
触子１と探触子４ａ〜４ｃの主軸を平行にして（δ３＝
Ｏ）もよい。

次に、第９図〜第１１図を参照して、本発明の第２実施
例を説明する。

第９図は１本発明の第２実施例における超音波探傷装置
の手首部のＸ軸方向の側面図、第１０図は、そのＹ＠力
方向側面図、第１１図は、第９図の装置の各探触予算の
配置を示す図である。第２〜４図と同一符号のものは、
第１実施例と同等部分であるから１、その説明を省略す
る。また、図示以外の超音波探傷装置の構成は第１同と
同等である。

第９図および第１０図において、４０は法線方向検出装
置であり、超音波探触子１の走査方向（Ｘ方向）に対す
る被検体５の表面の法線方向を検出する第１法線方向検
出装置４０ａと、超音波探触子の走査方向と直角な方向
（Ｙ方向）に対する被検体５の表面の法線方向を検出す
る第２法線方向検出装置４０ｂ、４０ｃとからなる。な
お、４０ａは雨検出装置の一部を兼ねている。第１法線
方向検出装置４０ａは、超音波発受信探触子であり、超
音波探触子１に対して角度δ、傾いて第１ブラケツト３
Ａにより結合されている。また。

超音波発受信探触子４０ａの信号は距離検出装置１４に
導かれ、超音波発受信探触子４０ａと被検体５との間の
距離を測定し、制御装置１５に出方され、受信波信号も
制御装置１１７１５に出力される。

さらに、第２法線方向検出装［４０ｂ、４０ｃは、超音
波受信探触子であり、超音波発受信探触子４０ａに対し
て角度δ６傾いて第１ブラケツト３Ａにより結合されて
いる。

次に、第１法線方向検出装置４０ａを用いて超音波探触
子１の走査方向（Ｘ方向）に対する被検体５の表面の法
線方向検出方法について説明する。

まず、ある時点において距離検出装６１４の出力値であ
る超音波発受信探触子４０ａと被検体５の表面との距離
から式（５）を用いて超音波探触子１と被検体５との距
離ａを演算する。ただし、式（５）において、δ３をδ
、に置き換える。

次に、Ｘ方向にある一定距離移動し、そのときの距ＩＱ
を演算する。そして、前回の距１ａＱど今回のｉｌｔ！
離およびｘ、ｙ、ｚ、α、β軸の変拉または角度の値か
ら被検体５の表面の接線方向を求める。この接線に対す
る垂線の方向が法線方向となる。

第２法線方向検出装置４０ａ〜４０ｃの検出原理は第１
実施例で述べたのと全く同じである。

以上述べた法線方向検出方法および先の第１実施例で示
した法線方向制御によるｘ、ｙ、ｚ軸のずれ補正等の制
御方法を用いることにより、複雑な曲面を有する物体の
超音波探傷が可能となる。

第９図および第１０図の実施例では、超音波探触子１の
走査方向に対する被検体表面の法線方向の検出精度は高
精度とならないが、走査方向に直角な方向に対する法線
方向の検出精度は高粘度であるので、良好な探傷結果が
得られる。

次に第１２〜１４図を参照して、本発明の第３実施例を
説明する。

第１２図は１本発明の第３実施例における超音波探傷装
置の手首部のＸ軸方向側面図、第１３図は、そのＹ軸方
向の側面図、第１４図は、第１２図装置の各探触子等の
配置説明図である。

第１２図および第１３図で、第２〜４図と同一符号のも
のは先の実施例と同等部分であるから、その説明を省略
する。また、図示以外の超音波探傷装置の構成は第１図
と同等である。

第１２図および第１３図において、４１は超音波探触子
ｌの走査方向と直角な方向（Ｙ方向）に対する被検体５
の表面の法線方向を検出する第２法線方向検出装置で、
超音波発受信探触子４１ａと超音波受信探触子４１ｂ、
４１．ｃとからなり、超音波発受信探触子４１ａは、超
音波探触子ｌに対して角度δ、傾いて第１ブラケツト３
Ｂにより結合されている。

また、超音波受信探触子４１ｂ、４１ｃは、超音波発受
信探触子４１ａに対して角度δ８傾いて第１ブラケツト
３Ｂにより結合されている。

４２は超音波発受信探触子であり、超音波発受信探触子
４１ａとともに第１法線方向検出装置を構成している。

超音波発受信探触子４２は、超音波探触子１と平行に第
１ブラケツト３Ｂにより結合されている。

また、超音波発受信探触子４２の信号は、距離検出装置
１４に導かれ、超音波発受信探触子４２と被検体５の表
面との距離を測定し、制御装［１５に出力される。

超音波発受信探触子４１ａの信号は、第９図の第２実施
例の４０ａの場合と同様に、距離検出装置１４に導かれ
、超音波発受信探触子４１ａと被検体５の表面との距離
を測定し、制御装置１５に出力され、受信波信号も制御
装置１５に出力される。

超音波探触子１の走査方向（Ｘ方向）に対する被検体５
の表面の法線方向検出方法および制御方法について説明
する。距離検出装置１４の出力値である超音波発受４４
探触子４１ａと被検体５の表面との距離から式（５）を
用いて超音波探触子１と被検体５の表面との距離Ｑを演
算する。ただし。

式（５）においてδ、と５７に置き換える。そして、こ
の演算した距離氾と、超音波発受信探触子４２の信号か
ら得られる同探触子４２と被検体５の表面との距離を比
較し、両距離信号の値が一致するようにα軸用の駆動装
置６を駆動する。

第２法線検出装置の各探触子４１ａ〜４１ｃの検出原理
は、第１実施例で述べたものと全く同じである。

以上述べた法線方向検出方法と制御方法および第１の実
施例で述べた法線方向制御によるＸ、Ｙ。

Ｚ軸のずれ補正等の制御方法を用いることにより、曲面
を有する物体の超音波探傷が可能となる。

次に第１５図〜第１８図を参照して、本発明の第４実施
例を説明する。

第１５図は、本発明の第４実施例における超音波探傷装
置の手首部のＸ軸方向の側面図、第１６図は、そのＹ軸
方向の側面図、第１７図は、第１５図装置の各探触子等
の配置説明図、第１８図は第１５図装置における第２法
線方向検出装置の受信波の強度特性を示す線図である。

第１５図で、第２図と同一符号のものは先の実施例と同
等部分であるから、その説明を省略する。また、図示以
外の超音波探傷装置の構成は第１図と同等である。

第１５図および第１６図において、４；３は超音波探触
子１の走査方向（Ｘ方向）に対する被検体５の表面の法
線方向を検出する第１法線方向検帛装置で、２個の超音
波発受信探触子４３ａと４３ｂとからなり、この超音波
発受信探触子４３ａ。

４３ｂは超音波探触子１と平行で、かつ超音波探触子１
から同距離ｎ、だけ離れて第１ブラケツト３ｃにより結
合されている。

また、超音波発受信探触子４３ａ、４３ｂの信号は、距
離検出装置１４に導かれ、それぞれの超音波発受信探触
子４３ａ、４３ｂと被検体５の表面との距離を測定し、
制御装置１５に出力される。

４４は超音波探触子１の走査方向と直角な方向（Ｘ方向
）に対する被検体５の表面の法線方向を検出する第２法
線検出装置で、超音波探触子１に対して角度δ、傾いて
第１ブラケツト３Ｃにより結合されている超音波発受信
探触子である。

その信号は、第９図の第２実施例の４０ａの場合と同様
に、距離検出装置１４に導かれ、超音波発受信探触子４
４と被検体５の表面との距離を測定し、制御装置１５に
出力され、受信波信号も制御装置１５に出力される。

超音波探触子１の走査方向（Ｘ方向）に対する被検体５
の表面の法線方向検出と制御方法について説明する。超
音波発受信探触子４３ａ、４３ｂと被検体５の表面との
距離を比較し、両距離信号の値が一致するようにα軸用
のｙｌＡ！！ｌＩ装置６を駆動する。

次に、超音波探触子ｌの走査方向に直角の方向（Ｘ方向
）に対する被検体５の表面の法線方向検出方法と制御方
法について述べる。第１８図は、第２法線方向検出装置
４４の受信波の強度を示したものである。横軸は超音波
探触子１の超音波ビームの中心軸と被検体５の法線方向
のβ軸回りのずれΔ２、縦軸は受信波の強度である。そ
こで。

第２法線方向検出装置４４の受信波の強度が常に第１８
図のＥ、になるようにβ軸用の駆動装置７を駆動する。

以上述べた法線方向検出方法と制御方法および第１実施
例で述べた法線方向制御によって生じるＸ、Ｙ、Ｚ軸の
補正制御等の制御法を用いろことにより、複雑な曲面を
有する物体の超音波探傷が可能となる。

なお、第９図〜第１１図の第２実施例においては、第１
法線方向検出装置４０ａを用いて超音波探触子１の走査
方向（Ｘ方向）に対する被検体５の表面の法線方向を検
出する際に、前記表面の接線方向を求め、この接線に対
する法線方向として求めていたが、これに代えて、第１
８図の考え方を採用することもできる。すなわち、第１
８図を第９図の第１法線方向検出装置４０ａの受信波の
強度を示したものと考えると、横軸は超音波探触子１の
超音波ビームの中心軸と被検体５の法線方向とのα軸間
りのずれΔ５、縦軸は受信波の強度となる。そこで、第
１法線方向検出装誼４０ａの受信波の強度が常に第１８
図のＥｌになるようにα軸用の駆動装置６を駆動すれば
よい。

次に、第１９図〜第２１図を参照して、本発明の第５実
施例を説明する。

第１９図は本発明の第５実施例における超音波探傷装置
の手首部のＸ軸方向の側面図、第２０図はそのＹ軸方向
の側面図、第２工図は第１９図装置の各探触子等の配置
説明図である０図示以外の超音波探傷装置の構成は第１
図と同等である。第１９図および第２０図で、第２図と
同一符号のものは先の実施例と同等部分であるから、そ
の説明を省略する。

第１９図において、４５は超音波探触子１の走査方向（
Ｘ方向）に対する被検体５の表面の法線方向を検出する
第１法線方向検出装置で、超音波探触子１に対して角度
δ１ｏ傾いて第（ブラケット３Ｄにより結合されている
超音波発受信探触子である。

４６は超音波探触子１の走査方向に直角の方向（Ｙ方向
）に対する被検体５の表面を検出する第２法線方向検出
装置で、超音波探触子ｌに対して角度δｔｔｌ’ｉ１い
て第１ブラケツト３Ｄにより結合された超音波発受信探
触子である。その４ｇ号は、第９図の第２実施例の４０
ａの場合と同様に距離検出装置１４に導かれ、超音波発
受信探触子４６と被検体５の表面との距離を測定し、制
御装置１−５に出力され、受信波信号も制御装置１５に
出力される。

本実施例における法線方向の検出方向は、第Ｉ６図の第
４実施例において、超音波探触子１の走査方向に直角の
方向（Ｙ方向）に対する被検体５の表面の法線方向検出
方法と全く同じようにすることもできる。すなわち、第
１法線方向検出装置４５の受信波の強度は常にある一定
値になるようにα軸用の駆動装置６を駆動し、第２法線
方向検出装置４６の受信波の強度が常にある一定値にな
るようにβ軸用の駆動装置７を駆動するものである。

以上述べた法線方向検出方法と制御方法および第１実施
例で述べた法線方向制御によって生じるｘ、ｙ、ｚ軸の
補正制御等の制御方法を用いることにより、複雑な■而
を有する物体の超音波探傷が可能となる。

また、法線方向検出は超音波探触子１の超音波ビームが
当たっている表面の情報を用いているので精度がよい。

さらに、法線方向検出装置および距離検出装置を２個の
超音波探触子で構成でき、安価な装置となる。

次に第２２図〜第２４図を参照して、本発明の第６実施
例を説明する。

第２２図は本発明の第６実施例における超音波探傷装置
の手首部のＸ軸方向の側面図、第２３図はそのＹ軸方向
の側面図、第２４図は第２２同の装置の各探触子等の配
置説明図である。図示以外の超音波探傷装置の構成は第
１図と同等である。

第２２図および第２３図で、第２図と同一符号のものは
先の実施例と同等の部分であるから、その説明を省略す
る。

第２２図および第２３図において、４７は第■。

第２法線方向検出装置を兼ねた超音波発受信探触子で、
超音波探触子１に対し角度６．２傾いて第１ブラケツト
３Ｅにより結合されており、その信号は、第９図の第２
実施例の４０ａの場合と同様に距離検出装置１４に導か
れ、超音波発受信探触子４７と被検体５の表面との駈離
を８１１１定し、制御装置１５に出力され、受信波信号
も制御装置１５に出力される。

第２２図の第６実施例における超音波探触子１の走査方
向（Ｘ方向）に対する被検体５の表面の法線方向検出と
制御は、探触子１を距離検出用素子として兼用し実行す
る。第２２図のＸ方向で所定移動距離だけ離れた位置に
おける前回の距離検出値Ｔ、１と今回の距離検出値Ｌ２
との差により、両側定点を結ぶ「（線を近似的な接線と
して求め、この接線に対する重線を法線と定め、超音波
探触子１の方向を制御する。

一方、第２３図に示した走査方向と直角な方向（Ｙ方向
）に対する被検体５の法線方向検出と制御には、第９図
または第１６図の方法を採用する。

以上述べた法線方向検出方法と制御方法および第１の実
施例で述べた法線方向制御によって生じるｘ、ｙ、ｚ軸
の補正制御等の制御方法を用いることにより、複雑な曲
面を有する物体の超音波探傷が可能となる。

また、法線方向検出装置および距離検出装置を１個の超
音波探触子で構成でき、非常に安価な装置となる。

なお、上記各実施例では、距離のみ測定する装置も超音
波探触子を用いたが、距離が検出できればどのような装
置を用いてもよい。

また、超音波探触子１のみを一ヒ下方向に駆動する駆動
装置を設け、超音波探触子１として焦点型探触子を用い
て、その焦点型探触子を少しずつ移動させて探傷すれば
、いわゆるＢスコープ法の探傷や３次元の欠陥探傷が可
能となるが、これらの方法にも本発明は有効である。

以上説明した本発明装置を用いることにより、法線方向
制御用の装置と探触用の探触子とを区別し、探傷に最適
な探触子を選択できる。

また、超音波探触子１の走査方向と直角な方向に対する
被検体の表面の法線方向検出は、超音波探触子の超音波
ビームが当たっている表面の情報によっているので、法
線方向検出精度が良く、被検体の探傷が正確になる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、複雑な曲面を有する被検体を正確に探
傷できる安価な超音波探傷装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波探傷装置の第Ｉ実施例の全
体構成を示すブロック図、第２図および第３図はそれぞ
れ第１図の手首部の詳細を示す側面図、第４図は第１図
装置の各探触子等の配置を示す図、第５図は距離検出装
置の構成の一例を示すブロック図、第６図は第１図装置
における第１法線方向検出装置の受信波の強度特性の一
例を示す図、第７（３）は制御ＶｉＰ！が患定した超音
波探触子の移動経路の一例を示す図、第８図は距離検出
時における超音波探触子等の位１ｄ関係を示す図、第９
図および第１０図は本発明による第２実施例における超
音波探傷装置の手首部の側面図、第Ｉ１図は第９図装置
の各探触子等の配置を示す図、第１２図および第１３図
は本発明による第３実施例における超音波探傷装置の手
首部の側面図、第１４図は第１２図装置の各探触子等の
配置αを示す図、第１５図および第１６図は本発明によ
る第４実施例における超音波探傷装置の手首部の側面図
、第１７図は第１５図装置の各探触子等の配置を示す図
、第１８図は第１５図装置における第２法線方向検出装
置の受信波の強度特性を示す図、第１９図および第２０
図は本発明による第５実施例における超音波探傷装置の
手首部の側面図、第２１図は第１９図装置の各探触子等
の配置を示す図、第２２図および第２３図は本発明によ
る第６実施例における超音波探傷装置の手首部の側面図
、第２４図は第２２図装置の各探触子等の配置を示す図
である。 １・・・超音波探触子、　２，４０ａ、４２，４３゜４
５・・・第１法線方向検出装置、　４，４０　ｂ、４０
ｃ、４１，４４．４６・・・第２法線方向検出装置、５
・・・被検体、　６・・・α軸用駆動装置、　７・・・
β軸用駆動装置、　　１０・・・Ｚ軸周駆動装置、　　
１２・・・入力装置、　　１４・・・距離検出装置、　
１５・・・制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面が必ずしも平面でない被検体に超音波を発信し
   被検体からの反射波を受信する超音波探触子と当該超音
   波探触子の位置決め手段とを有する超音波探傷装置にお
   いて、 前記超音波探触子の走査方向に対する被検体表面の法線
   方向の成分を検出する第１法線方向検出装置と、 前記超音波探触子の走査方向に直角な方向に対する被検
   体表面の法線方向の成分を検出する第２法線方向検出装
   置と、 前記超音波探触子と被検体との距離を検出する距離検出
   装置と、 前記超音波探触子の位置および姿勢を変える複数軸の軸
   駆動装置と、 前記第１法線方向制御装置と第２法線方向制御装置と距
   離検出装置との検出信号に基づいて前記複数の軸駆動装
   置を制御し前記超音波探触子の超音波ビームの中心軸を
   前記被検体表面の法線方向に一致させる制御装置とを備
   えた ことを特徴とする超音波探傷装置。 ２、前記第１法線方向制御装置および第２法線方向制御
   装置の少なくともいずれか一方が、前記超音波探触子に
   対して走査方向の面内において所定の角度（０度を含む
   ）をもって結合された超音波発信探触子と、当該超音波
   発信探触子の両側に所定の角度傾いて結合された２つの
   超音波受信探触子とからなり、 前記制御装置が、前記両側の２つの超音波受信探触子の
   出力が一致する方向を前記被検体表面における法線方向
   と定める手段を含む請求項１に記載の超音波探傷装置。 ３、前記第１法線方向制御装置および第２法線方向制御
   装置の少なくともいずれか一方が、前記超音波探触子に
   対して走査方向の面内において所定の角度（０度を含む
   ）をもって結合された超音波発受信探触子からなり、 前記制御装置が、前記超音波発受信探触子の走査方向へ
   の所定距離移動前後の２点における検出信号に基づき２
   点間の接線を求め、当該接線に対する垂線の方向を法線
   方向と定める手段を含む請求項１に記載の超音波探傷装
   置。 ４、前記第１法線方向制御装置および第２法線方向制御
   装置の少なくともいずれか一方が、前記超音波探触子に
   対して走査方向の面内において所定の角度（０度を含む
   ）をもって結合された超音波発受信探触子と、前記超音
   波探触子を間に挟んで前記超音波発信探触子と反対側の
   走査線上に前記超音波探触子と平行に結合された超音波
   発受信探触子とからなり、 前記制御装置が、前記超音波発受信探触子の検出信号に
   よる被検体の検出距離と前記平行に結合された超音波発
   受信探触子から前記距離検出装置を介して得られる被検
   体の検出距離とに基づき法線方向を定める手段を含む請
   求項１に記載の超音波探傷装置。 ５、前記第１法線方向制御装置および第２法線方向制御
   装置の少なくともいずれか一方が、前記超音波探触子に
   対して平行にかつ当該超音波探触子から同距離だけ走査
   方向に離れて結合された２つの超音波発受信探触子から
   なり、 前記制御装置が、前記２つの超音波発受信探触子から前
   記距離検出装置を介して得られる被検体の２つの検出距
   離が一致する方向を法線方向と定める手段を含む請求項
   １に記載の超音波探傷装置。 ６、前記第１法線方向制御装置および第２法線方向制御
   装置の少なくともいずれか一方が、前記超音波探触子に
   対して走査方向において所定の角度をもって結合された
   超音波発受信探触子からなり、 前記制御装置が、前記超音波発受信探触子の受信波が所
   定の一定強度となる方向を前記被検体表面の走査方向に
   おける法線方向と定める手段を含む請求項１に記載の超
   音波探傷装置。 ７、前記第１法線方向制御装置および第２法線方向制御
   装置の少なくともいずれか一方が、前記超音波探触子か
   らなり、 前記制御装置が、前記超音波探触子が走査方向に所定距
   離移動した前後の位置における当該超音波探触子から得
   られる距離検出値の差により両位置の測定点を結ぶ直線
   を近似的な接線として求め、この接線に対する垂線の方
   向を法線方向と定める手段を含む請求項１に記載の超音
   波探傷装置。 ８、前記制御装置が、前記走査方向および当該走査方向
   に直角な方向における法線制御によるＸ、Ｙ、Ｚ軸方向
   のずれを求め、前記各軸駆動装置に補正させる手段を含
   む請求項１〜７のいずれか一項に記載の超音波探傷装置
   。