(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-12
(45)【発行日】2022-12-20
(54)【発明の名称】車輪の製造方法、超音波探傷検査装置及び超音波探傷検査方法
(51)【国際特許分類】
G01N 29/04 20060101AFI20221213BHJP
G01M 17/10 20060101ALI20221213BHJP
B21K 1/28 20060101ALI20221213BHJP
【ＦＩ】
G01N29/04
G01M17/10
B21K1/28
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2021502137
(86)(22)【出願日】2020-02-20
(86)【国際出願番号】 JP2020006806
(87)【国際公開番号】W WO2020171169
(87)【国際公開日】2020-08-27
【審査請求日】2021-06-23
(31)【優先権主張番号】P 2019029809
(32)【優先日】2019-02-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100090273
【弁理士】
【氏名又は名称】國分 孝悦
(72)【発明者】
【氏名】服部 智大
【審査官】越柴 洋哉
(56)【参考文献】
【文献】特開２００３－０４８４０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／０２７２０９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－０４４５８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０４６９１３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２９／００ － Ｇ０１Ｎ ２９／５２
Ｇ０１Ｍ １７／１０
Ｂ２１Ｋ １／２８
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１のビレットを切断し、切断面を底面とした円柱の形状を有する第２のビレットから車輪を製造する車輪の製造方法であって、
前記第１のビレットを切断し、切断面を底面とした円柱の形状を有する前記第２のビレットを取得する切断工程と、
前記底面から、前記第２のビレットに対して超音波探傷検査を行う第１の超音波探傷検査工程と、
前記第２のビレットを車輪の形状に加工して、車輪形状加工品を製造する加工工程と、
前記車輪形状加工品に対して超音波探傷検査を行う第２の超音波探傷検査工程と、
前記車輪形状加工品から、前記第１の超音波探傷検査工程において超音波探傷検査の不感帯に相当する領域を含む部分を切削する切削工程と、
を有する、車輪の製造方法。
【請求項2】
第１のビレットを切断し、切断面を底面とした円柱の形状を有する第２のビレットから車輪を製造する車輪の製造方法であって、
前記第１のビレットを切断し、切断面を底面とした円柱の形状を有する前記第２のビレットを取得する切断工程と、
前記第２のビレットの内部の領域であって前記底面から所定距離離れた第１領域を探傷するアレイ探触子と、前記第２のビレットの内部の領域であって前記第１領域よりも前記底面に近い第２領域を探傷する垂直探触子と、を用いて、超音波探傷検査を行う第１の超音波探傷検査工程と、
前記第２のビレットを車輪の形状に加工して、車輪形状加工品を製造する加工工程と、
前記車輪形状加工品に対して超音波探傷検査を行う第２の超音波探傷検査工程と、
を有する、車輪の製造方法。
【請求項3】
前記第１の超音波探傷検査工程は、前記底面のうちの第１の底面から、前記第１の底面に対向する位置に配置された前記アレイ探触子及び前記垂直探触子を用いて超音波探傷検査を行い、
前記底面のうちの前記第１の底面とは異なる第２の底面から、前記第２の底面に対向する位置に配置された前記アレイ探触子及び前記垂直探触子を用いて超音波探傷検査を行う、請求項２に記載の車輪の製造方法。
【請求項4】
切断面を底面とした円柱の形状を有するビレットに対して超音波探傷検査を行い、前記ビレットの欠陥の有無を判定する超音波探傷検査装置であって、
前記ビレットに対して、前記底面から超音波を送信し受信することで、前記ビレットの内部の領域であって前記底面から所定距離離れた第１領域を探傷するアレイ探触子と、
前記ビレットに対して、前記底面から超音波を送信し受信することで、前記ビレットの内部の領域であって前記第１領域よりも前記底面に近い第２領域を探傷する垂直探触子と、
前記アレイ探触子及び前記垂直探触子で受信した超音波に基づいて、前記ビレットの欠陥の有無を判定する探傷処理部と、
を有し、
前記垂直探触子は、前記アレイ探触子から送信される超音波よりも周波数が高い超音波を送信および受信する、超音波探傷検査装置。
【請求項5】
前記ビレットの側面と接触して、前記ビレットを円周方向に回転させる回転機構部を有し、前記アレイ探触子及び前記垂直探触子は、
前記回転機構部によって前記円周方向に回転している前記ビレットを探傷する、請求項４に記載の超音波探傷検査装置。
【請求項6】
前記底面のうちの第１の底面から、前記第１の底面に対向する位置に配置された前記アレイ探触子及び前記垂直探触子を用いて超音波探傷検査を行い、
前記底面のうちの前記第１の底面とは異なる第２の底面から、前記第２の底面に対向する位置に配置された前記アレイ探触子及び前記垂直探触子を用いて超音波探傷検査を行う、請求項４又は５に記載の超音波探傷検査装置。
【請求項7】
切断面を底面とした円柱の形状を有するビレットに対して超音波探傷検査を行い、前記ビレットの欠陥の有無を判定する超音波探傷検査方法であって、前記ビレットの内部の領域であって前記底面から所定距離離れた第１領域を探傷するアレイ探触子と、前記ビレットの内部の領域であって前記第１領域よりも前記底面に近い第２領域を探傷する垂直探触子とを用いて、前記ビレットに対して、前記底面から超音波を送信し受信する送受信ステップと、
前記アレイ探触子及び前記垂直探触子で受信した超音波に基づいて、前記ビレットの欠陥の有無を判定する探傷処理ステップと、
を有し、
前記垂直探触子は、前記アレイ探触子から送信される超音波よりも周波数が高い超音波を送信および受信する、超音波探傷検査方法。
【請求項8】
回転機構部を用い、前記ビレットの側面と接触して、前記ビレットを円周方向に回転させる回転ステップを有し、
前記アレイ探触子及び前記垂直探触子は、
前記回転機構部によって前記円周方向に回転している前記ビレットを探傷する、請求項７に記載の超音波探傷検査方法。
【請求項9】
前記底面のうちの第１の底面から、前記第１の底面に対向する位置に配置された前記アレイ探触子及び前記垂直探触子を用いて超音波探傷検査を行い、
前記底面のうちの前記第１の底面とは異なる第２の底面から、前記第２の底面に対向する位置に配置された前記アレイ探触子及び前記垂直探触子を用いて超音波探傷検査を行う、請求項７又は８に記載の超音波探傷検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半製品である円柱の形状を有するビレットに対して、超音波探傷検査を行う超音波探傷検査装置及び超音波探傷検査方法、並びに、当該ビレットを車輪の形状に加工する車輪の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、半製品であるビレットを加工して車輪などの製品を製造する際に、その製品の品質を保証するための検査が行われている。例えば、特許文献１では、車輪形状に加工された車輪形状加工品に対して、超音波探傷検査を行う技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第２０１２／１７６６１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述した特許文献１に記載の技術では、車輪形状加工品に対して超音波探傷検査を行って車輪製品の品質を保証しているが、そもそも、欠陥を具備するビレットをもとに車輪製品を製造しても、車輪製品の検査では不良品となるため、欠陥を具備するビレットをもとに車輪製品を製造することは無駄な作業となってしまう。また、このような無駄な作業が生じると、車輪製品の製造コストの上昇を招くことにもなる。
【0005】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、半製品であるビレットを加工して車輪製品を製造する際に、無駄な作業を低減して製造コストの改善を実現する仕組みを提供することを第１の目的とする。
さらに、本発明は、半製品である円柱の形状を有するビレットに対して、超音波探傷検査を行う際に、超音波探傷検査を高精度で行える仕組みを提供することを第２の目的とする。
さらに、本発明は、半製品である円柱の形状を有するビレットに対して、超音波探傷検査を行う際に、超音波探傷検査を高精度で行える仕組みを提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の車輪の製造方法は、第１のビレットを切断し、切断面を底面とした円柱の形状を有する第２のビレットから車輪を製造する車輪の製造方法であって、前記第１のビレットを切断し、切断面を底面とした円柱の形状を有する前記第２のビレットを取得する切断工程と、前記底面から、前記第２のビレットに対して超音波探傷検査を行う第１の超音波探傷検査工程と、前記第２のビレットを車輪の形状に加工して、車輪形状加工品を製造する加工工程と、前記車輪形状加工品に対して超音波探傷検査を行う第２の超音波探傷検査工程と、前記車輪形状加工品から、前記第１の超音波探傷検査工程において超音波探傷検査の不感帯に相当する領域を含む部分を切削する切削工程と、を有する。
本発明の車輪の製造方法における他の態様は、第１のビレットを切断し、切断面を底面とした円柱の形状を有する第２のビレットから車輪を製造する車輪の製造方法であって、前記第１のビレットを切断し、切断面を底面とした円柱の形状を有する前記第２のビレットを取得する切断工程と、前記第２のビレットの内部の領域であって前記底面から所定距離離れた第１領域を探傷するアレイ探触子と、前記第２のビレットの内部の領域であって前記第１領域よりも前記底面に近い第２領域を探傷する垂直探触子と、を用いて、超音波探傷検査を行う第１の超音波探傷検査工程と、前記第２のビレットを車輪の形状に加工して、車輪形状加工品を製造する加工工程と、前記車輪形状加工品に対して超音波探傷検査を行う第２の超音波探傷検査工程と、を有する。
本発明の車輪の製造方法における他の態様は、第１のビレットを切断し、切断面を底面とした円柱の形状を有する第２のビレットから車輪を製造する車輪の製造方法であって、前記第１のビレットを切断し、切断面を底面とした円柱の形状を有する前記第２のビレットを取得する切断工程と、前記第２のビレットの内部の領域であって前記底面から所定距離離れた第１領域を探傷するアレイ探触子と、前記第２のビレットの内部の領域であって前記第１領域よりも前記底面に近い第２領域を探傷する垂直探触子と、を用いて、超音波探傷検査を行う第１の超音波探傷検査工程と、前記第２のビレットを車輪の形状に加工して、車輪形状加工品を製造する加工工程と、前記車輪形状加工品に対して超音波探傷検査を行う第２の超音波探傷検査工程と、を有する。
【0007】
本発明の超音波探傷検査装置は、切断面を底面とした円柱の形状を有するビレットに対して超音波探傷検査を行い、前記ビレットの欠陥の有無を判定する超音波探傷検査装置であって、前記ビレットに対して、前記底面から超音波を送信し受信することで、前記ビレットの内部の領域であって前記底面から所定距離離れた第１領域を探傷するアレイ探触子と、前記ビレットに対して、前記底面から超音波を送信し受信することで、前記ビレットの内部の領域であって前記第１領域よりも前記底面に近い第２領域を探傷する垂直探触子と、前記アレイ探触子及び前記垂直探触子で受信した超音波に基づいて、前記ビレットの欠陥の有無を判定する探傷処理部と、を有し、前記垂直探触子は、前記アレイ探触子から送信される超音波よりも周波数が高い超音波を送信および受信する。
【0008】
本発明の超音波探傷検査方法は、切断面を底面とした円柱の形状を有するビレットに対して超音波探傷検査を行い、前記ビレットの欠陥の有無を判定する超音波探傷検査方法であって、前記ビレットの内部の領域であって前記底面から所定距離離れた第１領域を探傷するアレイ探触子と、前記ビレットの内部の領域であって前記第１領域よりも前記底面に近い第２領域を探傷する垂直探触子とを用いて、前記ビレットに対して、前記底面から超音波を送信し受信する送受信ステップと、前記アレイ探触子及び前記垂直探触子で受信した超音波に基づいて、前記ビレットの欠陥の有無を判定する探傷処理ステップと、を有し、前記垂直探触子は、前記アレイ探触子から送信される超音波よりも周波数が高い超音波を送信および受信する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、半製品であるビレットを加工して車輪製品を製造する際に、無駄な作業を低減して製造コストの改善を実現することができる。
さらに、本発明によれば、半製品である円柱の形状を有するビレットに対して、超音波探傷検査を行う際に、超音波探傷検査を高精度で行うことができる。
さらに、本発明によれば、半製品である円柱の形状を有するビレットに対して、超音波探傷検査を行う際に、超音波探傷検査を高精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。
【0012】
図１は、本発明の実施形態に係る車輪の製造方法における処理手順の一例を示す模式図である。
【0013】
まず、図１の工程Ｋ１では、用意した素材ビレット２１０（第１のビレット）から、円柱の形状を有するビレットである丸ビレット２２０（第２のビレット）を切断する。
【0014】
【0015】
図１に示す素材ビレット２１０は、図２Ａに示すように、円柱の形状を有するビレットであり、当該円柱における２つの底面２１１及び２１２と側面２１３を有して構成されている。ここで、素材ビレット２１０の底面２１１及び底面２１２は、例えば、他の素材ビレットとの切断面である。そして、本実施形態における切断工程Ｋ１では、高速丸鋸切断機を用いて、図２Ａに示す素材ビレット２１０の側面２１３の切断位置２１６で切断し、図２Ｂに示す丸ビレット２２０を取得する。ここで、図２Ａに示す例では、４つの丸ビレット２２０が切断によって取得されることになる。１つの丸ビレット２２０は、図２Ｂに示すように、素材ビレット２１０の側面２１３よりも幅の狭い円柱の形状を有するビレットであり、当該円柱における２つの底面２２１及び２２２と側面２１３よりも幅の狭い側面２２３を有して構成されている。ここで、図２Ｂに示す丸ビレット２２０は、第１の底面２２１及び第２の底面２２２が切断面となるが、高速丸鋸切断機を用いて切断を行ったため、第１の底面２２１及び第２の底面２２２を平坦な面とすることができ、その結果、図１に示す次工程の第１の超音波探傷検査工程Ｋ２を精度良く行うことが可能となる。
【0016】
【0017】
そして、本実施形態における切断工程Ｋ１が終了すると、続いて、図１の工程Ｋ２では、丸ビレット２２０－１に対して、超音波探傷検査を行う。この際、本実施形態においては、例えば、図１の切断工程Ｋ１から第１の超音波探傷検査工程Ｋ２までの搬送は、図２Ｂに示す丸ビレット２２０の側面２２３を搬送用ローラーに接触させて載置し、搬送用ローラーを回転させることで丸ビレット２２０を搬送する形態をとり得る。
【0018】
図１に示す第１の超音波探傷検査工程Ｋ２の詳細について、図３Ａ～図６Ｃを用いて説明する。
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の実施形態に係る超音波探傷検査装置１００の概略構成の第１例を示す図である。具体的に、図３Ａは、本実施形態に係る超音波探傷検査装置１００の全体的な概略構成の第１例を示し、また、図３Ｂは、図３Ａに示す全体的な概略構成のうちの一部の構成を向きを変えて図示したものである。そして、本実施形態においては、図３Ａに示す第１例に係る超音波探傷検査装置１００を「超音波探傷検査装置１００－１」として記載する。
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の実施形態に係る超音波探傷検査装置１００の概略構成の第１例を示す図である。具体的に、図３Ａは、本実施形態に係る超音波探傷検査装置１００の全体的な概略構成の第１例を示し、また、図３Ｂは、図３Ａに示す全体的な概略構成のうちの一部の構成を向きを変えて図示したものである。そして、本実施形態においては、図３Ａに示す第１例に係る超音波探傷検査装置１００を「超音波探傷検査装置１００－１」として記載する。
【0019】
超音波探傷検査装置１００－１は、図３Ａに示すように、超音波探触子１１０、制御・処理部１２０、回転機構部１３０、入力部１４０、及び、表示部１５０を有して構成されている。図３Ａに示す例では、超音波探触子１１０、回転機構部１３０及び丸ビレット２２０（丸ビレット２２０－１）は、水槽の水中の所定位置に配置されている。ここで、丸ビレット２２０は、水槽の下面に配置されている回転機構部１３０の上に、側面２２３を接触させて載置されている。なお、図３Ａでは、丸ビレット２２０の第１の底面２２１及び第２の底面２２２をＸＺ面とし、第１の底面２２１及び第２の底面２２２と直交する丸ビレット２２０の厚み方向をＹ方向とするＸＹＺ座標系を図示している。
【0020】
図３Ａに示す超音波探触子１１０は、丸ビレット２２０を構成する２つの底面２２１及び２２２のうちの１つの底面である第１の底面２２１に超音波を送信し、当該送信を行った第１の底面２２１からの超音波を受信する探触子である。図３Ａに示す例では、超音波探触子１１０は、第１の底面２２１と対向する所定位置にそれぞれ固定されて配置されたアレイ探触子１１１及び複数の垂直探触子１１２を含み構成されている。
【0021】
図３Ｂは、図３Ａに示す丸ビレット２２０の第１の底面２２１を向きを変えて上面に図示し、丸ビレット２２０の第１の底面２２１と図３Ａに示す超音波探触子１１０に含まれるアレイ探触子１１１及び垂直探触子１１２との関係を示す図である。この際、丸ビレット２２０の第１の底面２２１とアレイ探触子１１１及び垂直探触子１１２との間には、超音波を伝搬させる媒質として水が介在している。図３Ｂでは、図３Ａに示す複数の垂直探触子１１２のうちの１つの垂直探触子１１２を代表して図示するとともに、図３Ａに示すＸＹＺ座標系に対応するＸＹＺ座標系を図示している。また、図３Ｂでは、丸ビレット２２０の第１の底面２２１と第２の底面２２２との間であって丸ビレット２２０のＹ方向の長さで定められる丸ビレット２２０の厚みＬ１を図示している。アレイ探触子１１１は、Ｘ方向に配列した複数の超音波振動子１１１１を備えて形成されており、第１の底面２２１と当該アレイ探触子１１１との間で、丸ビレットの内部の領域であって第１の底面２２１から所定距離ｄ１（ｄ１＜Ｌ１）離れた第１領域４０１の欠陥の有無を探傷処理部１２２が判定するための超音波を送信及び受信する探触子である。具体的に、アレイ探触子１１１は、第１領域４０１を探傷するために、第１の底面２２１に超音波４１１を送信し、第１の底面２２１から超音波４１２を受信する。垂直探触子１１２は、第１の底面２２１と当該垂直探触子１１２との間で、丸ビレットの内部の領域であって第１領域４０１よりも第１の底面２２１に近い第２領域４０２の欠陥の有無を探傷処理部１２２が判定するための超音波を送信及び受信する探触子である。具体的に、垂直探触子１１２は、第２領域４０２を探傷するために、第１の底面２２１に超音波４２１を送信し、第１の底面２２１から超音波４２２を受信する。本実施形態では、例えば、アレイ探触子１１１から送信する超音波４１１の周波数よりも垂直探触子１１２から送信する超音波４２１の周波数を高く設定することにより、探傷処理部１２２は、垂直探触子１１２が受信した超音波４２２に基づいて第１領域４０１よりも第１の底面２２１に近い第２領域４０２の欠陥の有無を判定できる。また、例えば、垂直探触子１１２から送信する超音波４２１の周波数よりもアレイ探触子１１１から送信する超音波４１１の周波数を低く設定することにより、探傷処理部１２２は、アレイ探触子１１１が受信した超音波４１２をもとに生成した開口合成像に基づいて第２領域４０２よりも第１の底面２２１から遠い（第２の底面２２２に近い）第１領域４０１の欠陥の有無を判定できる。なお、本実施形態においては、例えば、アレイ探触子１１１から送信する超音波４１１の周波数及び垂直探触子１１２から送信する超音波４２１の周波数を調整することによって、アレイ探触子１１１が探傷する第１領域４０１と垂直探触子１１２が探傷する第２領域４０２とを一部重複させるようにしてもよい。また、図３Ａ及び図３Ｂに示す例では、超音波探触子１１０として、アレイ探触子１１１及び垂直探触子１１２を設ける例について説明を行ったが、本実施形態においてはこれに限定されるものではなく、例えば丸ビレット２２０の厚みＬ１が小さい場合には、一方の探触子のみ設ける態様も、本実施形態に適用可能である。
【0022】
制御・処理部１２０は、超音波探傷検査装置１００－１の動作を統括的に制御するとともに、各種の処理を行う。この制御・処理部１２０は、図３Ａに示すように、制御部１２１、探傷処理部１２２、及び、記憶部１２３を有して構成されている。
【0023】
制御部１２１は、超音波探傷検査装置１００－１における各種の制御を行う。制御部１２１は、例えば、入力部１４０から超音波探傷検査を実行する旨の情報が入力されると、回転機構部１３０を制御して丸ビレット２２０の回転を開始し、その後、アレイ探触子１１１の超音波振動子１１１１及び垂直探触子１１２のそれぞれを制御して丸ビレット２２０の探傷を行うための超音波の送受信を行わせる。また、制御部１２１は、例えば、アレイ探触子１１１及び垂直探触子１１２による探傷の結果を表示部１５０に表示する制御を行う。さらに、制御部１２１は、例えば、入力部１４０から超音波探傷検査を終了する旨の情報が入力されると、回転機構部１３０を制御して丸ビレット２２０の回転を停止する。
【0024】
探傷処理部１２２は、アレイ探触子１１１で受信した超音波４１２、及び、垂直探触子１１２で受信した超音波４２２に基づいて、丸ビレット２２０の欠陥の有無を判定する探傷処理を行う。具体的に、本実施形態においては、探傷処理部１２２は、アレイ探触子１１１で受信した超音波４１２に基づいて丸ビレット２２０の内部における第１領域４０１の探傷処理を行い、また、垂直探触子１１２で受信した超音波４２２に基づいて丸ビレット２２０の内部における第２領域４０２の探傷処理を行う。
【0025】
記憶部１２３は、制御・処理部１２０において各種の制御及び処理を実行する際に用いるプログラムや情報を予め記憶しているとともに、制御・処理部１２０において各種の制御及び処理を実行することによって得られた情報等を記憶する。
【0026】
回転機構部１３０は、丸ビレット２２０の側面２２３と接触しており、制御・処理部１２０の制御に基づいて、丸ビレット２２０を円周方向に回転させる。図３Ａでは、回転機構部１３０が、丸ビレット２２０の円周方向として丸ビレット２２０を図中の矢印の方向に回転させる例を示している。
【0027】
入力部１４０は、制御・処理部１２０に対して、各種の情報を入力する。
【0028】
表示部１５０は、制御・処理部１２０の制御に基づいて、各種の画像や各種の情報を表示する。
【0029】
次に、超音波探傷検査方法の処理手順について説明する。
図４は、図１の第１の超音波探傷検査工程Ｋ２において、本発明の実施形態に係る超音波探傷検査装置１００による超音波探傷検査方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、以下に記載する図４のフローチャートの説明においては、図３Ａ及び図３Ｂに示す超音波探傷検査装置１００－１の各構成部を用いた説明を行う。
図４は、図１の第１の超音波探傷検査工程Ｋ２において、本発明の実施形態に係る超音波探傷検査装置１００による超音波探傷検査方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、以下に記載する図４のフローチャートの説明においては、図３Ａ及び図３Ｂに示す超音波探傷検査装置１００－１の各構成部を用いた説明を行う。
【0030】
例えば、入力部１４０から丸ビレット２２０（丸ビレット２２０－１）の超音波探傷検査を実行する旨の情報が入力されると、まず、図４のステップＳ１０１において、制御部１２１は、回転機構部１３０を制御して丸ビレット２２０を円周方向に回転させる。例えば、ここでは、図３Ａにおいて矢印の方向に丸ビレット２２０を回転させる。
【0031】
続いて、図４のステップＳ１０２において、アレイ探触子１１１は、制御部１２１の制御に基づいて、丸ビレット２２０の第１の底面２２１に超音波４１１を送信し、また、第１の底面２２１からの超音波４１２を受信する。具体的には、アレイ探触子１１１のそれぞれの超音波振動子１１１１は、制御部１２１の制御に基づいて、丸ビレット２２０の第１の底面２２１に超音波４１１を送信し、また、第１の底面２２１からの超音波４１２を受信する。図５は、図４のステップＳ１０２及びＳ１０３の処理を説明するための図である。図４のステップＳ１０２では、アレイ探触子１１１の超音波振動子１１１１は、図５に示す丸ビレット２２０の任意の断面５０１の第１領域４０１を探傷するための超音波を送信及び受信する。具体的に、図５に示す任意の断面５０１は、図３Ａに示す丸ビレット２２０においてＹ方向に沿って形成され、例えば、アレイ探触子１１１が丸ビレット２２０の０°の位置に対向している場合には、丸ビレット２２０の０°の位置における断面に相当する。そして、アレイ探触子１１１の超音波振動子１１１１が、円周方向に回転している丸ビレット２２０の一周分の各断面に対して超音波の送受信を終了すると、制御部１２１は、アレイ探触子１１１の超音波振動子１１１１による超音波の送受信を停止する制御を行った後に、図４のステップＳ１０３に進む。
【0032】
図４のステップＳ１０３に進むと、複数の垂直探触子１１２は、それぞれ、制御部１２１の制御に基づいて、丸ビレット２２０の第１の底面２２１に超音波４２１を送信し、また、第１の底面２２１からの超音波４２２を受信する。この際、それぞれの垂直探触子１１２は、図５に示すように、丸ビレット２２０の任意の断面５０１の領域であって第１領域４０１よりも第１の底面２２１に近い第２領域４０２を探傷するための超音波を送信及び受信する。そして、それぞれの垂直探触子１１２が、円周方向に回転している丸ビレット２２０の一周分の各断面に対して超音波の送受信を終了すると、制御部１２１は、それぞれの垂直探触子１１２による超音波の送受信を停止する制御を行った後に、図４のステップＳ１０４に進む。
【0033】
図４のステップＳ１０４に進むと、探傷処理部１２２は、ステップＳ１０２で受信した超音波４１２に基づいて丸ビレット２２０の一周分の各断面における第１領域４０１の探傷処理（欠陥の有無を判定する）を行うとともに、それぞれの垂直探触子１１２で受信した超音波４２２に基づいて丸ビレット２２０の一周分の各断面における第２領域４０２の探傷処理を行う。
【0034】
図６Ａ～図６Ｃは、図４のステップＳ１０４において、図４のステップＳ１０２でアレイ探触子１１１の超音波振動子１１１１が受信した超音波４１２に基づき探傷処理部１２２が行う探傷処理を説明するための図である。図６Ｂ及び図６Ｃにおいて、図３Ａ及び図３Ｂに示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。
まず、図６Ａにおいて、太線で示す波形６１０は、アレイ探触子１１１の超音波振動子１１１１が受信した超音波４１２の波形の一例を模式的に示したものである。より具体的に、図６Ａに示す波形６１０は、図５に示す丸ビレット２２０の任意の断面５０１（例えば、丸ビレット２２０の０°の位置における断面）において、アレイ探触子１１１の超音波振動子１１１１が受信した超音波４１２の波形の一例を模式的に示したものである。この図６Ａでは、アレイ探触子１１１の超音波振動子１１１１から送信された超音波４１１が第１の底面２２１で反射した超音波４１２を表面反射エコー６１１として図示している。
そして、探傷処理部１２２は、ステップＳ１０２において、丸ビレット２２０の各断面についてアレイ探触子１１１の超音波振動子１１１１が受信した超音波４１２の信号をもとに、開口合成法を用いた処理を行って、図６Ｂに示す開口合成像６２０を生成する。この図６Ｂに示す開口合成像６２０の画素の濃度は、開口合成法による超音波波形の振幅の合計値の大きさに依存する。ここで、図６Ｃに示すように、開口合成像６２０のうち、上方に位置する第２領域４０２については、不感帯となることから開口合成像６２０に基づいて欠陥の有無を判定することができない。なお、図６Ｃに示す開口合成像６２０のうち、第２領域４０２の範囲は、事前に決定しておくことが好ましい。具体的に、例えば、第２領域４０２の範囲は、Ｙ方向の異なる深さ位置に形成された複数の欠陥を備えた試験体（検査対象となる丸ビレット２２０と同種であって同一形状のもの）をアレイ探触子１１１によって探傷することで決定することができる。より具体的には、Ｙ方向の異なる深さ位置に形成された複数の欠陥を備えた試験体に対して、アレイ探触子１１１の超音波振動子１１１１が超音波を送受信し、探傷処理部１２２が開口合成像を生成する。そして、探傷処理部１２２は、生成した開口合成像をもとに欠陥が検出できなくなるＹ方向の深さ位置を特定し、当該特定したＹ方向の深さ位置と丸ビレット２２０の第１の底面２２１とで囲まれた領域を第２領域４０２（不感帯）として決定する。なお、本実施形態においては、この第２領域４０２については、後述するように、垂直探触子１１２が受信した超音波４２２に基づいて探傷処理部１２２が欠陥の有無を判定する。
ここまでは、丸ビレット２２０の各断面における欠陥の有無の判定方法について説明をしたが、丸ビレット２２０の周方向の全体における欠陥の有無の判定方法については、以下のようになる。具体的に、図５において、点線で示した境界線５０２よりも丸ビレット２２０の第１の底面２２１側（アレイ探触子１１１が配置されている側）に位置する第２領域４０２の欠陥の有無は、垂直探触子１１２が受信した超音波４２２に基づいて探傷処理部１２２が判定する。また、図５において、点線で示した境界線５０２よりも丸ビレット２２０の第２の底面２２２側（アレイ探触子１１１が配置されていない側）に位置する第１領域４０１の欠陥の有無は、アレイ探触子１１１の超音波振動子１１１１が受信した超音波４１２にもとに生成された開口合成像に基づいて探傷処理部１２２が判定する。
次に、図６Ｃを用いて、開口合成像６２０をもとに第１領域４０１の欠陥の有無の判定方法について説明する。探傷処理部１２２は、開口合成像６２０の第１領域４０１のうち、例えば、画素の濃度が所定の閾値を超える濃い部分に欠陥があると判定する。具体的に、図６Ｃに示す例では、深さ位置１００ｍｍの領域に画素の濃度が所定の閾値を超える濃い部分が存在するため、探傷処理部１２２は、深さ位置１００ｍｍの領域に欠陥があると判定する。
また、本発明者は、この開口合成法を用いた処理に使用する受信波形を得る際に、アレイ探触子１１１として、複数の超音波振動子１１１１によって、丸ビレット２２０の深部に対して或る角度方向に絞った超音波４１１を送信し、丸ビレット２２０の内部に高エネルギーの超音波を伝搬させるべく、いわゆるフェイズドアレイ法を適用することで、欠陥の検出精度が向上するという知見を得ている。
まず、図６Ａにおいて、太線で示す波形６１０は、アレイ探触子１１１の超音波振動子１１１１が受信した超音波４１２の波形の一例を模式的に示したものである。より具体的に、図６Ａに示す波形６１０は、図５に示す丸ビレット２２０の任意の断面５０１（例えば、丸ビレット２２０の０°の位置における断面）において、アレイ探触子１１１の超音波振動子１１１１が受信した超音波４１２の波形の一例を模式的に示したものである。この図６Ａでは、アレイ探触子１１１の超音波振動子１１１１から送信された超音波４１１が第１の底面２２１で反射した超音波４１２を表面反射エコー６１１として図示している。
そして、探傷処理部１２２は、ステップＳ１０２において、丸ビレット２２０の各断面についてアレイ探触子１１１の超音波振動子１１１１が受信した超音波４１２の信号をもとに、開口合成法を用いた処理を行って、図６Ｂに示す開口合成像６２０を生成する。この図６Ｂに示す開口合成像６２０の画素の濃度は、開口合成法による超音波波形の振幅の合計値の大きさに依存する。ここで、図６Ｃに示すように、開口合成像６２０のうち、上方に位置する第２領域４０２については、不感帯となることから開口合成像６２０に基づいて欠陥の有無を判定することができない。なお、図６Ｃに示す開口合成像６２０のうち、第２領域４０２の範囲は、事前に決定しておくことが好ましい。具体的に、例えば、第２領域４０２の範囲は、Ｙ方向の異なる深さ位置に形成された複数の欠陥を備えた試験体（検査対象となる丸ビレット２２０と同種であって同一形状のもの）をアレイ探触子１１１によって探傷することで決定することができる。より具体的には、Ｙ方向の異なる深さ位置に形成された複数の欠陥を備えた試験体に対して、アレイ探触子１１１の超音波振動子１１１１が超音波を送受信し、探傷処理部１２２が開口合成像を生成する。そして、探傷処理部１２２は、生成した開口合成像をもとに欠陥が検出できなくなるＹ方向の深さ位置を特定し、当該特定したＹ方向の深さ位置と丸ビレット２２０の第１の底面２２１とで囲まれた領域を第２領域４０２（不感帯）として決定する。なお、本実施形態においては、この第２領域４０２については、後述するように、垂直探触子１１２が受信した超音波４２２に基づいて探傷処理部１２２が欠陥の有無を判定する。
ここまでは、丸ビレット２２０の各断面における欠陥の有無の判定方法について説明をしたが、丸ビレット２２０の周方向の全体における欠陥の有無の判定方法については、以下のようになる。具体的に、図５において、点線で示した境界線５０２よりも丸ビレット２２０の第１の底面２２１側（アレイ探触子１１１が配置されている側）に位置する第２領域４０２の欠陥の有無は、垂直探触子１１２が受信した超音波４２２に基づいて探傷処理部１２２が判定する。また、図５において、点線で示した境界線５０２よりも丸ビレット２２０の第２の底面２２２側（アレイ探触子１１１が配置されていない側）に位置する第１領域４０１の欠陥の有無は、アレイ探触子１１１の超音波振動子１１１１が受信した超音波４１２にもとに生成された開口合成像に基づいて探傷処理部１２２が判定する。
次に、図６Ｃを用いて、開口合成像６２０をもとに第１領域４０１の欠陥の有無の判定方法について説明する。探傷処理部１２２は、開口合成像６２０の第１領域４０１のうち、例えば、画素の濃度が所定の閾値を超える濃い部分に欠陥があると判定する。具体的に、図６Ｃに示す例では、深さ位置１００ｍｍの領域に画素の濃度が所定の閾値を超える濃い部分が存在するため、探傷処理部１２２は、深さ位置１００ｍｍの領域に欠陥があると判定する。
また、本発明者は、この開口合成法を用いた処理に使用する受信波形を得る際に、アレイ探触子１１１として、複数の超音波振動子１１１１によって、丸ビレット２２０の深部に対して或る角度方向に絞った超音波４１１を送信し、丸ビレット２２０の内部に高エネルギーの超音波を伝搬させるべく、いわゆるフェイズドアレイ法を適用することで、欠陥の検出精度が向上するという知見を得ている。
【0035】
図７は、図４のステップＳ１０４において、図４のステップＳ１０３で垂直探触子１１２が受信した超音波４２２に基づき探傷処理部１２２が行う探傷処理を説明するための図である。なお、ここでは、複数の垂直探触子１１２のうちの１つの垂直探触子１１２を代表して説明を行う。
図７において、太線で示す波形７１０は、垂直探触子１１２が受信した超音波４２２の波形の一例を模式的に示したものである。より具体的に、図７に示す波形７１０は、図５に示す丸ビレット２２０の任意の断面５０１（例えば、丸ビレット２２０の０°の位置における断面）において、垂直探触子１１２が受信した超音波４２２の波形の一例を模式的に示したものである。この図７では、垂直探触子１１２から送信された超音波４２１が第１の底面２２１で反射した超音波４２２を表面反射エコー７１１として図示している。探傷処理部１２２は、例えば、この表面反射エコー７１１を検出するための閾値Ｔｈ１を設定しており、図７に示す例では、表面反射エコー７１１が閾値Ｔｈ１以上となる時刻ｔ１を表面反射エコー７１１の受信時刻として設定する例を示している。ここで、探傷処理部１２２は、例えば、表面反射エコー７１１が収まり安定するまでの時間ｔ２を予め設定している。また、探傷処理部１２２は、例えば、垂直探触子１１２から送信された超音波４２１が丸ビレット２２０の第２領域４０２をＹ方向に所定距離ｄ１伝搬する時間（超音波４２１が丸ビレット２２０の第２領域４０２を伝搬する速度と所定距離ｄ１とに基づき算出される時間）に基づき得られる時間ｔ４を予め設定している。ここで、時間ｔ４は、例えば、丸ビレット２２０の内部を伝搬する超音波の往復分を考慮した時間として設定され得る。そして、探傷処理部１２２は、例えば、時刻ｔ１から時間ｔ２が経過した時点である時刻ｔ３から、時間ｔ４が経過した時点である時刻ｔ５までの期間に、第２領域４０２において傷などの欠陥を検出するための閾値Ｔｈ２を設定する。そして、探傷処理部１２２は、この時刻ｔ３から時刻ｔ５までの期間に、例えば、図７に点線で示すような閾値Ｔｈ２以上となる欠陥反射エコー７１２が存在する場合には、探傷処理の結果として第２領域４０２に欠陥があると判定する。また、探傷処理部１２２は、第２領域４０２に欠陥があると判定した場合には、さらに、例えば、欠陥反射エコー７１２が閾値Ｔｈ２以上となる時刻に基づき、第１の底面２２１からの欠陥の深さ位置を算出し、この算出した欠陥の深さ位置も探傷処理の結果として含め得る。また、探傷処理部１２２は、時刻ｔ３から時刻ｔ５までの期間に、例えば、図７に点線で示すような閾値Ｔｈ２以上となる欠陥反射エコー７１２が存在しない場合には、探傷処理の結果として第２領域４０２に欠陥が無いと判定する。
なお、垂直探触子１１２が送信する超音波４２１の周波数は、垂直探触子１１２によって送信される超音波４２１が丸ビレット２２０の第２領域４０２の全体をできるだけ探傷できるように設定されている。この際、本実施形態では、上述したように、アレイ探触子１１１から送信する超音波４１１の周波数よりも高周波数の超音波４２１を垂直探触子１１２から送信するようにしているため、表面反射エコー７１１の時間的な広がりを抑制することが可能であり、その結果、表面反射エコー７１１と第１の底面２２１の付近に存在する欠陥からの欠陥反射エコー７１２とを分離しやすくできる。即ち、表面反射エコー７１１による第１の底面２２１の付近における不感帯を低減することができる。ここで、図３Ａ及び図３Ｂに示す超音波探傷検査装置１００－１においては、例えば図７の時刻ｔ１から時刻ｔ３までの時間ｔ２に相当する、第１の底面２２１からＹ方向に一定範囲の領域では、垂直探触子１１２を用いた探傷処理（欠陥の有無を判定する）を行えない不感帯となる。そのため、図３Ａ及び図３Ｂに示す超音波探傷検査装置１００－１では、この垂直探触子１１２を用いた探傷処理を行えない不感帯を、丸ビレット２２０（丸ビレット２２０－１）の第１の底面２２１からＹ方向に深さ「Ｐ」（Ｐは、任意の正数）ｍｍまでの領域と定義する。
図７において、太線で示す波形７１０は、垂直探触子１１２が受信した超音波４２２の波形の一例を模式的に示したものである。より具体的に、図７に示す波形７１０は、図５に示す丸ビレット２２０の任意の断面５０１（例えば、丸ビレット２２０の０°の位置における断面）において、垂直探触子１１２が受信した超音波４２２の波形の一例を模式的に示したものである。この図７では、垂直探触子１１２から送信された超音波４２１が第１の底面２２１で反射した超音波４２２を表面反射エコー７１１として図示している。探傷処理部１２２は、例えば、この表面反射エコー７１１を検出するための閾値Ｔｈ１を設定しており、図７に示す例では、表面反射エコー７１１が閾値Ｔｈ１以上となる時刻ｔ１を表面反射エコー７１１の受信時刻として設定する例を示している。ここで、探傷処理部１２２は、例えば、表面反射エコー７１１が収まり安定するまでの時間ｔ２を予め設定している。また、探傷処理部１２２は、例えば、垂直探触子１１２から送信された超音波４２１が丸ビレット２２０の第２領域４０２をＹ方向に所定距離ｄ１伝搬する時間（超音波４２１が丸ビレット２２０の第２領域４０２を伝搬する速度と所定距離ｄ１とに基づき算出される時間）に基づき得られる時間ｔ４を予め設定している。ここで、時間ｔ４は、例えば、丸ビレット２２０の内部を伝搬する超音波の往復分を考慮した時間として設定され得る。そして、探傷処理部１２２は、例えば、時刻ｔ１から時間ｔ２が経過した時点である時刻ｔ３から、時間ｔ４が経過した時点である時刻ｔ５までの期間に、第２領域４０２において傷などの欠陥を検出するための閾値Ｔｈ２を設定する。そして、探傷処理部１２２は、この時刻ｔ３から時刻ｔ５までの期間に、例えば、図７に点線で示すような閾値Ｔｈ２以上となる欠陥反射エコー７１２が存在する場合には、探傷処理の結果として第２領域４０２に欠陥があると判定する。また、探傷処理部１２２は、第２領域４０２に欠陥があると判定した場合には、さらに、例えば、欠陥反射エコー７１２が閾値Ｔｈ２以上となる時刻に基づき、第１の底面２２１からの欠陥の深さ位置を算出し、この算出した欠陥の深さ位置も探傷処理の結果として含め得る。また、探傷処理部１２２は、時刻ｔ３から時刻ｔ５までの期間に、例えば、図７に点線で示すような閾値Ｔｈ２以上となる欠陥反射エコー７１２が存在しない場合には、探傷処理の結果として第２領域４０２に欠陥が無いと判定する。
なお、垂直探触子１１２が送信する超音波４２１の周波数は、垂直探触子１１２によって送信される超音波４２１が丸ビレット２２０の第２領域４０２の全体をできるだけ探傷できるように設定されている。この際、本実施形態では、上述したように、アレイ探触子１１１から送信する超音波４１１の周波数よりも高周波数の超音波４２１を垂直探触子１１２から送信するようにしているため、表面反射エコー７１１の時間的な広がりを抑制することが可能であり、その結果、表面反射エコー７１１と第１の底面２２１の付近に存在する欠陥からの欠陥反射エコー７１２とを分離しやすくできる。即ち、表面反射エコー７１１による第１の底面２２１の付近における不感帯を低減することができる。ここで、図３Ａ及び図３Ｂに示す超音波探傷検査装置１００－１においては、例えば図７の時刻ｔ１から時刻ｔ３までの時間ｔ２に相当する、第１の底面２２１からＹ方向に一定範囲の領域では、垂直探触子１１２を用いた探傷処理（欠陥の有無を判定する）を行えない不感帯となる。そのため、図３Ａ及び図３Ｂに示す超音波探傷検査装置１００－１では、この垂直探触子１１２を用いた探傷処理を行えない不感帯を、丸ビレット２２０（丸ビレット２２０－１）の第１の底面２２１からＹ方向に深さ「Ｐ」（Ｐは、任意の正数）ｍｍまでの領域と定義する。
【0036】
ここで、再び、図４の説明に戻る。
図４のステップＳ１０４の処理が終了すると、続いて、図４のステップＳ１０５において、表示部１５０は、制御・処理部１２０の制御に基づいて、図４のステップＳ１０４における探傷処理の結果を表示する。この図４のステップＳ１０５では、例えば、欠陥の有無を示す情報と、欠陥がある場合には更にその位置情報を表示する。この際、本実施形態においては、表示部１５０は、丸ビレット２２０の第１領域４０１及び第２領域４０２の各領域ごとに、探傷処理の結果を表示してもよい。この場合、表示部１５０は、例えば、丸ビレット２２０の第１領域４０１における探傷処理の結果として、図６Ｃに示す第１領域４０１の探傷処理の結果に係る情報を表示する形態を採り得る。また、本実施形態においては、表示部１５０は、丸ビレット２２０の第１領域４０１及び第２領域４０２の探傷処理における結果を一緒に表示してもよい。この場合、表示部１５０は、例えば、図６Ｃに示す第１領域４０１の探傷処理の結果に係る情報に加えて、図６Ｃの第２領域４０２に、第２領域４０２の探傷処理の結果に係る情報を表示する形態を採り得る。
図４のステップＳ１０４の処理が終了すると、続いて、図４のステップＳ１０５において、表示部１５０は、制御・処理部１２０の制御に基づいて、図４のステップＳ１０４における探傷処理の結果を表示する。この図４のステップＳ１０５では、例えば、欠陥の有無を示す情報と、欠陥がある場合には更にその位置情報を表示する。この際、本実施形態においては、表示部１５０は、丸ビレット２２０の第１領域４０１及び第２領域４０２の各領域ごとに、探傷処理の結果を表示してもよい。この場合、表示部１５０は、例えば、丸ビレット２２０の第１領域４０１における探傷処理の結果として、図６Ｃに示す第１領域４０１の探傷処理の結果に係る情報を表示する形態を採り得る。また、本実施形態においては、表示部１５０は、丸ビレット２２０の第１領域４０１及び第２領域４０２の探傷処理における結果を一緒に表示してもよい。この場合、表示部１５０は、例えば、図６Ｃに示す第１領域４０１の探傷処理の結果に係る情報に加えて、図６Ｃの第２領域４０２に、第２領域４０２の探傷処理の結果に係る情報を表示する形態を採り得る。
【0037】
続いて、図４のステップＳ１０６において、制御部１２１は、例えば、入力部１４０から入力された情報に基づいて、超音波探傷検査を終了するか否かを判断する。この判断の結果、超音波探傷検査を終了しない場合には（Ｓ１０６／ＮＯ）、図４のステップＳ１０２に戻り、ステップＳ１０２以降の処理を再度行う。
【0038】
一方、図４のステップＳ１０６の判断の結果、超音波探傷検査を終了する場合には（Ｓ１０６／ＹＥＳ）、図４のステップＳ１０７に進む。
図４のステップＳ１０７に進むと、制御部１２１は、回転機構部１３０を制御して丸ビレット２２０の回転を停止させる。そして、図４のステップＳ１０７の処理が終了すると、図４のフローチャートの処理が終了し、その結果、図１の第１の超音波探傷検査工程Ｋ２が終了する。
図４のステップＳ１０７に進むと、制御部１２１は、回転機構部１３０を制御して丸ビレット２２０の回転を停止させる。そして、図４のステップＳ１０７の処理が終了すると、図４のフローチャートの処理が終了し、その結果、図１の第１の超音波探傷検査工程Ｋ２が終了する。
【0039】
なお、図４のフローチャートの処理では、図４のステップＳ１０２においてアレイ探触子１１１が第１の底面２２１との間で超音波を送受信する際に、同時にそれぞれの垂直探触子１１２が第１の底面２２１との間で超音波を送受信するとその影響を受ける場合があり得ることから、図４のステップＳ１０２の処理と図４のステップＳ１０３の処理とを独立した別の処理として行うようにしている。この点、アレイ探触子１１１が第１の底面２２１との間で超音波を送受信することと、それぞれの垂直探触子１１２が第１の底面２２１との間で超音波を送受信することとを同時に行っても、相互の影響を無視できる場合には、図４のステップＳ１０２の処理と図４のステップＳ１０３の処理とを同時に行ってもよい。
【0040】
また、図３Ａ及び図３Ｂに示す第１例に係る超音波探傷検査装置１００－１では、丸ビレット２２０を構成する２つの底面２２１及び２２２のうちの１つの底面である第１の底面２２１に対して、超音波探触子１１０から超音波を送受信する態様であったが、本発明においてはこの態様に限定されるものではない。例えば、丸ビレット２２０を構成する２つの底面２２１及び２２２のうちの両方の底面である第１の底面２２１及び第２の底面２２２に対して、超音波探触子１１０から超音波を送受信する態様も、本発明に含まれるものである。この第１の底面２２１及び第２の底面２２２の両方に対して超音波探触子１１０から超音波を送受信する態様は、例えば、丸ビレット２２０のＹ方向の長さで定められる丸ビレット２２０の厚みが、図３Ａ及び図３Ｂに示す第１例の場合よりも大きい場合に好適な態様であり、この態様を第２例として、図８Ａ及び図８Ｂを用いて以下に説明する。
【0041】
図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の実施形態に係る超音波探傷検査装置１００の概略構成の第２例を示す図である。具体的に、図８Ａは、本実施形態に係る超音波探傷検査装置１００の全体的な概略構成の第２例を示し、また、図８Ｂは、図８Ａに示す全体的な概略構成のうちの一部の構成を向きを変えて図示したものである。そして、本実施形態においては、図８Ａに示す第２例に係る超音波探傷検査装置１００を「超音波探傷検査装置１００－２」として記載する。なお、図８Ａ及び図８Ｂにおいて、図３Ａ及び図３Ｂに示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。
【0042】
超音波探傷検査装置１００－２は、図８Ａに示すように、第１の超音波探触子１１０－１、第２の超音波探触子１１０－２、制御・処理部１２０、回転機構部１３０、入力部１４０、及び、表示部１５０を有して構成されている。
【0043】
図８Ａに示す例では、第１の超音波探触子１１０－１は、図３Ａに示す超音波探触子１１０と同様に、第１の底面２２１と対向する所定位置にそれぞれ固定されて配置されたアレイ探触子１１１及び複数の垂直探触子１１２を含み構成されている。さらに、図８Ａに示す例では、第２の超音波探触子１１０－２は、第２の底面２２２と対向する所定位置にそれぞれ固定されて配置されたアレイ探触子１１３及び複数の垂直探触子１１４を含み構成されている。
【0044】
図８Ｂは、図８Ａに示す丸ビレット２２０の第１の底面２２１を向きを変えて上面に図示し、丸ビレット２２０の第１の底面２２１と図８Ａに示す第１の超音波探触子１１０－１に含まれるアレイ探触子１１１及び垂直探触子１１２との関係、及び、丸ビレット２２０の第２の底面２２２と図８Ａに示す第２の超音波探触子１１０－２に含まれるアレイ探触子１１３及び垂直探触子１１４との関係を示す図である。この際、丸ビレット２２０の第１の底面２２１とアレイ探触子１１１及び垂直探触子１１２との間、及び、丸ビレット２２０の第２の底面２２２とアレイ探触子１１３及び垂直探触子１１４との間には、超音波を伝搬させる媒質として水が介在している。図８Ｂでは、図８Ａに示す複数の垂直探触子１１２のうちの１つの垂直探触子１１２を代表して図示するとともに、図８Ａに示す複数の垂直探触子１１４のうちの１つの垂直探触子１１４を代表して図示している。また、図８Ｂでは、丸ビレット２２０の第１の底面２２１と第２の底面２２２との間であって丸ビレット２２０のＹ方向の長さで定められる丸ビレット２２０の厚みＬ２を図示している。この図８Ｂに示す丸ビレット２２０の厚みＬ２は、図８Ｂに示す丸ビレット２２０の厚みＬ１よりも大きい場合を示している。
【0045】
アレイ探触子１１３は、アレイ探触子１１１と同様に、Ｘ方向に配列した複数の超音波振動子１１３１を備えて形成されており、第２の底面２２２と当該アレイ探触子１１３との間で、丸ビレットの内部の領域であって第２の底面２２２から所定距離ｄ２（ｄ２＜Ｌ２）離れた第１領域４０３を探傷するための超音波を送信及び受信する探触子である。この際、本実施形態においては、所定距離ｄ２は、所定距離ｄ１と同じ値としてもよい。具体的に、アレイ探触子１１３は、第１領域４０３を探傷するために、第２の底面２２２に超音波４３１を送信し、第２の底面２２２から超音波４３２を受信する。垂直探触子１１４は、第２の底面２２２と当該垂直探触子１１４との間で、丸ビレットの内部の領域であって第１領域４０３よりも第２の底面２２２に近い第２領域４０４を探傷するための超音波を送信及び受信する探触子である。具体的に、垂直探触子１１４は、第２領域４０４を探傷するために、第２の底面２２２に超音波４４１を送信し、第２の底面２２２から超音波４２４を受信する。本実施形態では、例えば、アレイ探触子１１３から送信する超音波４３１の周波数よりも垂直探触子１１４から送信する超音波４４１の周波数を高く設定することにより、垂直探触子１１４が第１領域４０３よりも第２の底面２２２に近い第２領域４０４を探傷でき、また、垂直探触子１１４から送信する超音波４４１の周波数よりもアレイ探触子１１３から送信する超音波４３１の周波数を低く設定することにより、アレイ探触子１１３が第２領域４０４よりも第２の底面２２２から遠い（第１の底面２２１に近い）第１領域４０３を探傷できる。なお、本実施形態においては、例えば、アレイ探触子１１３から送信する超音波４３１の周波数及び垂直探触子１１４から送信する超音波４４１の周波数を調整することによって、アレイ探触子１１３が探傷する第１領域４０３と垂直探触子１１４が探傷する第２領域４０４とを一部重複させるようにしてもよく、また、アレイ探触子１１３が探傷する第１領域４０３とアレイ探触子１１１が探傷する第１領域４０１とを一部重複させるようにしてもよい。
【0046】
制御部１２１は、アレイ探触子１１１及び垂直探触子１１２のそれぞれに加えて、アレイ探触子１１３及び垂直探触子１１４のそれぞれを制御して、丸ビレット２２０の探傷を行うための超音波の送受信を行わせる。また、制御部１２１は、例えば、アレイ探触子１１１及び垂直探触子１１２による探傷の結果に加えて、アレイ探触子１１３及び垂直探触子１１４による探傷の結果を、表示部１５０に表示する制御を行う。
【0047】
探傷処理部１２２は、アレイ探触子１１１で受信した超音波４１２、及び、垂直探触子１１２で受信した超音波４２２に加えて、アレイ探触子１１３で受信した超音波４３２、及び、垂直探触子１１４で受信した超音波４４２に基づいて、丸ビレット２２０の欠陥の有無を判定する探傷処理を行う。具体的に、本実施形態においては、探傷処理部１２２は、アレイ探触子１１１で受信した超音波４１２に基づいて丸ビレット２２０の内部における第１領域４０１の探傷処理を行い、垂直探触子１１２で受信した超音波４２２に基づいて丸ビレット２２０の内部における第２領域４０２の探傷処理を行うとともに、アレイ探触子１１３で受信した超音波４３２に基づいて丸ビレット２２０の内部における第１領域４０３の探傷処理を行い、また、垂直探触子１１４で受信した超音波４４２に基づいて丸ビレット２２０の内部における第２領域４０４の探傷処理を行う。
【0048】
そして、図８Ａ及び図８Ｂに示す第２例に係る超音波探傷検査装置１００－２においても、図４に示すフローチャートの処理手順を実行し得る。この図８Ａ及び図８Ｂに示す第２例に係る超音波探傷検査装置１００－２では、図４のステップＳ１０２において、アレイ探触子１１１が丸ビレット２２０の第１の底面２２１との間で超音波を送信する際に、アレイ探触子１１３が丸ビレット２２０の第２の底面２２２との間で超音波を送信する態様をとり得る。また、この図８Ａ及び図８Ｂに示す第２例に係る超音波探傷検査装置１００－２では、図４のステップＳ１０３において、それぞれの垂直探触子１１２が丸ビレット２２０の第１の底面２２１との間で超音波を送信する際に、それぞれの垂直探触子１１４が丸ビレット２２０の第２の底面２２２との間で超音波を送信する態様をとり得る。なお、図８Ａ及び図８Ｂに示す超音波探傷検査装置１００－２では、上述した図３Ａ及び図３Ｂに示す超音波探傷検査装置１００－１と同様に、垂直探触子１１２を用いた探傷処理を行えない不感帯を、丸ビレット２２０（丸ビレット２２０－１）の第１の底面２２１からＹ方向に深さ「Ｐ」（Ｐは、任意の正数）ｍｍまでの領域と定義する。同様に、図８Ａ及び図８Ｂに示す超音波探傷検査装置１００－２では、垂直探触子１１４を用いた探傷処理を行えない不感帯を、丸ビレット２２０（丸ビレット２２０－１）の第２の底面２２２からＹ方向に深さ「Ｐ」ｍｍまでの領域と定義する。
【0049】
【0050】
ここで、再び、図１の説明に戻る。
図１に示す第１の超音波探傷検査工程Ｋ２が終了すると、図１の工程Ｋ３に進む。ここで、図１においては、第１の超音波探傷検査工程Ｋ２が終了し、例えば、第１の超音波探傷検査工程Ｋ２で問題が無いと判定された丸ビレット２２０－１を「丸ビレット２２０－２」として記載する。
図１に示す第１の超音波探傷検査工程Ｋ２が終了すると、図１の工程Ｋ３に進む。ここで、図１においては、第１の超音波探傷検査工程Ｋ２が終了し、例えば、第１の超音波探傷検査工程Ｋ２で問題が無いと判定された丸ビレット２２０－１を「丸ビレット２２０－２」として記載する。
【0051】
図１の工程Ｋ３に進むと、丸ビレット２２０－２の計量を行う。この際、例えば、丸ビレット２２０－２の側面２２３を計量器に載置して、丸ビレット２２０－２の計量を行う形態をとり得る。ここで、図１においては、計量工程Ｋ３が終了し、例えば、計量工程Ｋ３で規格範囲内の重さであると判定された丸ビレット２２０－２を「丸ビレット２２０－３」として記載する。
【0052】
続いて、図１の工程Ｋ４では、まず、丸ビレット２２０－３を加熱処理する。この加熱処理では、例えば、図３Ｂに示すように、丸ビレット２２０－３の第１の底面２２１を上面とした配置で加熱炉に入れ、丸ビレット２２０－３を加熱する。その後、加熱炉の外で、丸ビレット２２０－３に付着したスケールをデスケーリングする。次いで、図１の工程Ｋ４では、デスケーリングした丸ビレット２２０－３に対して鍛造及び圧延を行って、丸ビレット２２０－３を車輪形状に加工する。この際、鍛造として、第１の鍛造と第２の鍛造を行う。
【0053】
図９Ａ～図９Ｃは、図１の工程Ｋ４及び工程Ｋ７を説明するための模式図である。具体的に、図９Ａ及び図９Ｂは、図１の工程Ｋ４を説明するための模式図であり、また、図９Ｃは、図１の工程Ｋ７を説明するための模式図である。ここでは、図９Ａを用いて、図１の工程Ｋ４における第１の鍛造と第２の鍛造を説明する。
第１の鍛造では、丸ビレット２２０－３を車輪粗地形状８１０に成形する。そして、第２の鍛造では、車輪粗地形状８１０を車輪形状に成形し、その後、圧延及び回転鍛造により、外径寸法の拡大等を行って、車輪形状加工品２３０－１を製造する。図９Ａに示す車輪形状加工品２３０－１は、穿孔加工領域８２１、ボス部８２２、板部８２３、及び、リム部８２４を有して構成されている。ここで、図１の工程Ｋ４では、第１の超音波探傷検査工程Ｋ２の所要時間を考慮して、上述した一連の処理を１分程度で行うことが好適である。
第１の鍛造では、丸ビレット２２０－３を車輪粗地形状８１０に成形する。そして、第２の鍛造では、車輪粗地形状８１０を車輪形状に成形し、その後、圧延及び回転鍛造により、外径寸法の拡大等を行って、車輪形状加工品２３０－１を製造する。図９Ａに示す車輪形状加工品２３０－１は、穿孔加工領域８２１、ボス部８２２、板部８２３、及び、リム部８２４を有して構成されている。ここで、図１の工程Ｋ４では、第１の超音波探傷検査工程Ｋ２の所要時間を考慮して、上述した一連の処理を１分程度で行うことが好適である。
【0054】
さらに、図１の工程Ｋ４では、図９Ａに示す車輪形状加工品２３０－１に対して、車輪の中心軸の部分を穿孔する加工を行う。ここでは、図９Ｂを用いて、図１の工程Ｋ４における軸穴穿孔加工を説明する。具体的に、図１の工程Ｋ４における軸穴穿孔加工では、図９Ａに示す車輪形状加工品２３０－１の穿孔加工領域８２１に、図９Ｂに示す孔８３１をあけて、車輪形状加工品２３０－２を製造する。以上により、図１の鍛造・圧延・軸穴穿孔加工工程Ｋ４が終了する。
【0055】
続いて、図１の工程Ｋ５では、車輪形状加工品２３０－２を所定時間、自然冷却する徐冷を行う。ここで、図１においては、この徐冷工程Ｋ５が終了した車輪形状加工品２３０－２を「車輪形状加工品２３０－３」として記載する。
【0056】
続いて、図１の工程Ｋ６では、車輪形状加工品２３０－３の車輪踏面部（車輪のレールと接触する部分）のみ焼き入れすべく、加熱処理を行った後、車輪形状加工品２３０－３の車輪踏面部に水焼き入れを行う。その後、焼き戻しを行う。この一連の処理を行う熱処理工程Ｋ６は、車輪踏面部へ圧縮の残留応力を付与すること及び適切な硬さを得るために実施される工程である。ここで、図１においては、この熱処理工程Ｋ６が終了した車輪形状加工品２３０－３を「車輪形状加工品２３０－４」として記載する。
【0057】
続いて、図１の工程Ｋ７では、車輪形状加工品２３０－４に対して、超音波探傷検査を行う。ここでは、図９Ｃを用いて、図１の第２の超音波探傷検査工程Ｋ７を説明する。この第２の超音波探傷検査工程Ｋ７では、例えば、図９Ｃに示すように、ボス部８２２については単一探触子８５０を用いた超音波探傷検査を行い、リム部８２４についてはアレイ探触子８４０を用いた超音波探傷検査を行う。この際、リム部８２４の超音波探傷検査では、リム部８２４の上面８２４１との間で超音波の送受信を行うアレイ探触子８４１と、リム部８２４の側面８２４２との間で超音波の送受信を行うアレイ探触子８４２とを用いて、超音波探傷検査を行う。ここで、図１においては、第２の超音波探傷検査工程Ｋ７が終了し、例えば、第２の超音波探傷検査工程Ｋ７で問題が無いと判定された車輪形状加工品２３０－４を「車輪形状加工品２３０－５」として記載する。
【0058】
続いて、図１の工程Ｋ８では、車輪形状加工品２３０－５に対して、仕上げ切削を行う。この仕上げ切削工程Ｋ８では、例えば、顧客の要求する寸法に合わせるために、切削機を用いて、車輪形状加工品２３０－５の表面を切削して寸法の調整を行う。本実施形態においては、この仕上げ切削工程Ｋ８では、車輪形状加工品２３０－５の表面の部分であって、第１の超音波探傷検査工程Ｋ２において超音波探傷検査の不感帯に相当する領域を含む部分を切削する。具体的に、第１の超音波探傷検査工程Ｋ２では、上述したように、垂直探触子１１２（或いは、垂直探触子１１４）を用いた探傷処理を行えない不感帯が、丸ビレット２２０の第１の底面２２１（或いは、第２の底面２２２）からＹ方向に深さ「Ｐ」（Ｐは、任意の正数）ｍｍまでの領域となっている。ここで、本実施形態においては、鍛造・圧延・軸穴穿孔加工工程Ｋ４を経て製造された車輪形状加工品２３０では、上述した第１の超音波探傷検査工程Ｋ２の不感帯に相当する領域が、車輪形状加工品２３０の表面から深さ「Ｑ」（Ｑは、任意の正数）ｍｍまでの領域となっているものと定義する。そして、本実施形態においては、仕上げ切削工程Ｋ８では、車輪形状加工品２３０－５の表面から深さ「Ｒ」（Ｒは、Ｑ以上の任意の正数）ｍｍを切削して、第１の超音波探傷検査工程Ｋ２において超音波探傷検査の不感帯に相当する領域を含む部分を切削する。ここで、図１においては、仕上げ切削工程Ｋ８を実施した後の車輪形状加工品２３０－５を「車輪形状加工品２３０－６」として記載する。この車輪形状加工品２３０－６では、仕上げ切削工程Ｋ８による切削によって第１の超音波探傷検査工程Ｋ２の不感帯に相当する領域が除去されているため、高品質な車輪製品を製造することが可能となる。
【0059】
続いて、図１の工程Ｋ９では、車輪形状加工品２３０－６に対して、磁粉探傷検査（マグナ）及び外観検査を行う。このマグナ・外観検査工程Ｋ９は、製品としての品質を保証するために行われる検査である。ここで、図１においては、マグナ・外観検査工程Ｋ９が終了し、例えば、マグナ・外観検査工程Ｋ９で問題が無いと判定された車輪形状加工品２３０－６を「車輪形状加工品２３０－７」として記載する。
【0060】
【0061】
以上説明したように、本発明の実施形態では、図１に示すように、丸ビレット２２０を車輪の形状に加工する鍛造・圧延・軸穴穿孔加工工程Ｋ４の前に、丸ビレット２２０に対して超音波探傷検査を行う第１の超音波探傷検査工程Ｋ２と、を有する車輪の製造方法を提供するものである。
かかる構成によれば、丸ビレット２２０を車輪の形状に加工する前に生じた傷などの欠陥を第１の超音波探傷検査工程Ｋ２において検出することができるため、次工程以降に欠陥を具備する丸ビレット２２０が投入されることを防止できることから、無駄な作業を低減することができ、その結果、製造コストの改善を図ることが可能となる。
かかる構成によれば、丸ビレット２２０を車輪の形状に加工する前に生じた傷などの欠陥を第１の超音波探傷検査工程Ｋ２において検出することができるため、次工程以降に欠陥を具備する丸ビレット２２０が投入されることを防止できることから、無駄な作業を低減することができ、その結果、製造コストの改善を図ることが可能となる。
【0062】
また、本発明の実施形態に係る超音波探傷検査装置１００では、円柱の形状を有する丸ビレット２２０に対して、当該円柱を構成する２つの底面２２１及び２２２のうちの少なくとも１つの底面に超音波を送信し、当該送信を行った底面からの超音波を受信する、少なくとも１つの超音波探触子１１０と、超音波探触子１１０で受信した超音波に基づいて、丸ビレット２２０の欠陥の有無を判定する探傷処理を行う探傷処理部１２２を備えるようにしている。ここで、本発明の実施形態では、超音波の送信を行う底面は、素材ビレット２１０から、丸ビレット２２０－１を切断した際の当該丸ビレット２２０－１の切断面となっている。
かかる構成によれば、切断工程Ｋ１の後すぐに第１の超音波探傷検査工程Ｋ２を行うことになり、このような状況下では切断面である底面にはスケールが発生せず、このようにスケールが発生していない底面に対して探傷検査を行うための超音波を送信することで、超音波探傷検査を効率良く且つ高精度に行うことができる。
かかる構成によれば、切断工程Ｋ１の後すぐに第１の超音波探傷検査工程Ｋ２を行うことになり、このような状況下では切断面である底面にはスケールが発生せず、このようにスケールが発生していない底面に対して探傷検査を行うための超音波を送信することで、超音波探傷検査を効率良く且つ高精度に行うことができる。
【0063】
（その他の実施形態）
なお、上述した本発明の実施形態においては、図３Ａ及び図３Ｂや図８Ａ及び図８Ｂでは、超音波探触子１１０の位置を固定した上で、丸ビレット２２０を回転機構部１３０で回転させて、丸ビレット２２０を超音波探傷する位置を変更する形態を説明したが、本発明においてはこの形態に限定されるものではない。即ち、本発明においては、丸ビレット２２０と超音波探触子１１０との位置関係が相対的に変更できればよく、例えば、丸ビレット２２０を固定し、超音波探触子１１０を回転機構部によって丸ビレット２２０の周方向に沿って移動（回転）させるようにした形態も、本発明に適用可能である。この形態では、超音波探触子１１０を回転移動させることによって、丸ビレット２２０を固定することができるため、例えば丸ビレット２２０が真円ではない場合であっても、丸ビレット２２０の全体を精度良く探傷することができる。
なお、上述した本発明の実施形態においては、図３Ａ及び図３Ｂや図８Ａ及び図８Ｂでは、超音波探触子１１０の位置を固定した上で、丸ビレット２２０を回転機構部１３０で回転させて、丸ビレット２２０を超音波探傷する位置を変更する形態を説明したが、本発明においてはこの形態に限定されるものではない。即ち、本発明においては、丸ビレット２２０と超音波探触子１１０との位置関係が相対的に変更できればよく、例えば、丸ビレット２２０を固定し、超音波探触子１１０を回転機構部によって丸ビレット２２０の周方向に沿って移動（回転）させるようにした形態も、本発明に適用可能である。この形態では、超音波探触子１１０を回転移動させることによって、丸ビレット２２０を固定することができるため、例えば丸ビレット２２０が真円ではない場合であっても、丸ビレット２２０の全体を精度良く探傷することができる。
【0064】
また、上述した本発明の実施形態においては、図８Ａ及び図８Ｂでは、アレイ探触子１１１及び垂直探触子１１２のそれぞれと、アレイ探触子１１３及び垂直探触子１１４のそれぞれとを対向するようにして配置し、各探触子による超音波の送信タイミングを変えて探傷する形態を説明したが、本発明においてはこの形態に限定されるものではない。例えば、アレイ探触子１１１及び垂直探触子１１２のそれぞれと、アレイ探触子１１３及び垂直探触子１１４のそれぞれとを対向しないようにして配置する形態も、本発明に適用することができる。この形態の場合、例えば、アレイ探触子１１１を０°、垂直探触子１１２を１８０°の方向に沿って配置し、アレイ探触子１１３を９０°、垂直探触子１１４を２７０°の方向に沿って配置してもよい。この場合、アレイ探触子１１１によって０°位置で検査し、その後、垂直探触子１１２によって１８０°位置で検査し、次に、アレイ探触子によって９０°位置で検査し、垂直探触子１１４によって２７０°位置で検査する。その後、丸ビレット２２０を周方向に沿って回転させ、再度、それぞれの探触子によって検査を行う。このようにすることで、例えばアレイ探触子１１１によって送信された超音波が、他の探触子によって送信された超音波と干渉することを一層防止することができる。そのため、精度良く超音波探傷検査を行うことができる。
【0065】
また、上述した本発明の実施形態においては、図４のフローチャートの説明では、アレイ探触子１１１を丸ビレット２２０の周方向に１回転させて超音波探傷検査を終了した後に、垂直探触子１１２を丸ビレット２２０の周方向に１回転させて超音波探傷検査を行う形態を説明したが、本発明においてはこの形態に限定されるものではない。例えば、丸ビレット２２０の周方向における或る角度位置でアレイ探触子１１１による超音波探傷検査を行った後に僅かな時間をおいて或る角度位置で垂直探触子１１２による超音波探傷検査を行い、その後、丸ビレット２２０を周方向に僅かに回転させてその位置でアレイ探触子１１１による超音波探傷検査と垂直探触子１１２による超音波探傷検査とを順次行う形態も、本発明に適用可能である。この形態によれば、検査時間の短縮を行うことが可能となる。
【0066】
なお、上述した本発明の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図9C】