特許 7631087 探傷装置及び探傷検査方法

(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】2025-02-07

(45)【発行日】2025-02-18

(54)【発明の名称】探傷装置及び探傷検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/265 20060101AFI20250210BHJP

   G01N 27/9013 20210101ALI20250210BHJP

【ＦＩ】

G01N29/265

G01N27/9013

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021080866

(22)【出願日】2021-05-12

(65)【公開番号】P2022174859

(43)【公開日】2022-11-25

【審査請求日】2024-03-04

(73)【特許権者】

【識別番号】594126159

【氏名又は名称】神鋼検査サービス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100137143

【弁理士】

【氏名又は名称】玉串 幸久

(72)【発明者】

【氏名】松岡 良春

【審査官】小澤 瞬

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１７４８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－３０２６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１６３５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－１１８７４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０３７８６５７７（ＥＰ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／０５１１４８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／７２ － Ｇ０１Ｎ ２７／９０９３

Ｇ０１Ｎ ２９／００ － Ｇ０１Ｎ ２９／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検査対象物の表面を走査しながら探傷検査を行う探傷装置であって、
前記検査対象物の前記表面に向けられる端面を有する探傷プローブと、
前記探傷プローブの前記端面を前記検査対象物の前記表面に対向させて前記探傷プローブを保持するとともに、前記検査対象物の前記表面に沿う所定の走査方向と前記検査対象物の前記表面に対して直交する方向とにおいて前記探傷プローブを移動可能に構成されたマニピュレータと、
前記探傷プローブが前記検査対象物から受ける反力及びトルクを検出する検出部と、
前記走査方向に前記探傷プローブが移動するように前記マニピュレータを制御する制御部と、
前記検査対象物の前記表面に対する走査が行われている間における前記探傷プローブの位置の履歴データを格納するように構成された記憶部と、を備え、
前記制御部は、
前記マニピュレータを制御して前記探傷プローブを前記走査方向に移動させている間において、前記検出部によって検出された前記反力が所定の閾値範囲内の大きさになるように前記検査対象物の前記表面に対して直交する方向における前記探傷プローブの位置を調整するとともに、前記検出部によって検出された前記トルクが所定のトルク閾値の範囲内になるように前記探傷プローブを傾動させて前記探傷プローブの姿勢を調整するように、前記マニピュレータを制御し、且つ、
前記検出部によって検出された前記反力が前記閾値範囲から外れた場合、又は、前記トルクが前記トルク閾値を上回った場合には、前記検査対象物に対する走査に異常が生じたと判定し、前記異常が生じたまま前記検査対象物に対する走査が続行されることを防ぐための所定の異常時制御を実行するように構成されており、
前記異常時制御において、前記制御部は、前記マニピュレータを停止させた後に、前記マニピュレータの停止前の前記探傷プローブの位置に前記探傷プローブを戻すように前記マニピュレータを前記履歴データに基づいて制御するとともに、前記マニピュレータの停止前の位置に戻された前記探傷プローブを、前記マニピュレータの停止前の前記探傷プローブの移動速度よりも低い速度で、前記マニピュレータが停止したときの前記探傷プローブの位置に向けて移動させて前記検査対象物を走査するように前記マニピュレータを制御する、探傷装置。

【請求項2】

検査対象物の表面を走査しながら探傷検査を行う探傷装置であって、
前記検査対象物の前記表面に向けられる端面を有する探傷プローブと、
前記探傷プローブの前記端面を前記検査対象物の前記表面に対向させて前記探傷プローブを保持するとともに、前記検査対象物の前記表面に沿う所定の走査方向と前記検査対象物の前記表面に対して直交する方向とにおいて前記探傷プローブを移動可能に構成されたマニピュレータと、
前記探傷プローブが前記検査対象物から受ける反力、トルク及び前記探傷プローブの前記端面に作用する摩擦力を検出する検出部と、
前記走査方向に前記探傷プローブが移動するように前記マニピュレータを制御する制御部と、
前記検査対象物の前記表面に対する走査が行われている間における前記探傷プローブの位置の履歴データを格納するように構成された記憶部と、を備え、
前記制御部は、
前記マニピュレータを制御して前記探傷プローブを前記走査方向に移動させている間において、前記検出部によって検出された前記反力が所定の閾値範囲内の大きさになるように前記検査対象物の前記表面に対して直交する方向における前記探傷プローブの位置を調整するとともに、前記検出部によって検出された前記トルクが所定のトルク閾値の範囲内になるように前記探傷プローブを傾動させて前記探傷プローブの姿勢を調整するように、前記マニピュレータを制御し、且つ、
前記検出部によって検出された前記摩擦力が所定の摩擦閾値を上回った場合には、前記検査対象物に対する走査に異常が生じたと判定し、前記異常が生じたまま前記検査対象物に対する走査が続行されることを防ぐための所定の異常時制御を実行するように構成されており、
前記異常時制御において、前記制御部は、前記マニピュレータを停止させた後に、前記マニピュレータの停止前の前記探傷プローブの位置に前記探傷プローブを戻すように前記マニピュレータを前記履歴データに基づいて制御するとともに、前記マニピュレータの停止前の位置に戻された前記探傷プローブを、前記マニピュレータの停止前の前記探傷プローブの移動速度よりも低い速度で、前記マニピュレータが停止したときの前記探傷プローブの位置に向けて移動させて前記検査対象物を走査するように前記マニピュレータを制御する、探傷装置。

【請求項3】

前記探傷プローブは、前記端面から超音波を出射するとともに、前記検査対象物の前記表面に塗布された接触媒質を介して前記端面において超音波エコーを受信するように構成されている、請求項１又は２に記載の探傷装置。

【請求項4】

前記探傷プローブは、内蔵したコイルに電流を流すことにより前記検査対象物の前記表面に渦電流を生じさせるように構成されている、請求項１又は２に記載の探傷装置。

【請求項5】

探傷プローブの端面を検査対象物の表面に沿って移動させつつ前記検査対象物を走査して探傷を行う探傷検査方法であって、
前記検査対象物の前記表面に前記探傷プローブの前記端面を対向させた状態で、前記検査対象物の前記表面に沿う所定の走査方向に前記探傷プローブを移動しながら、前記探傷プローブが前記検査対象物から受ける反力及びトルクを検出することと、
前記走査方向に前記探傷プローブを移動している間において、前記検出された反力が所定の閾値範囲内の大きさになるように前記検査対象物の前記表面に対して直交する方向に前記探傷プローブの位置を調整するとともに、前記検出されたトルクが所定のトルク閾値の範囲内になるように前記探傷プローブを傾動させて前記探傷プローブの姿勢を調整することと、
前記検査対象物の前記表面に対する走査が行われている間における前記探傷プローブの位置の履歴データを記憶部に格納することと、
前記検出された反力が前記閾値範囲から外れた場合、又は、前記トルクが前記トルク閾値を上回った場合には、前記検査対象物に対する走査に異常が生じたと判定し、前記異常が生じたまま前記検査対象物に対する走査が続行されることを防ぐための所定の異常時制御を実行することと、
前記異常時制御において、
前記探傷プローブを停止した後に、前記履歴データに基づいて、前記探傷プローブの停止前の前記探傷プローブの位置に前記探傷プローブを戻すことと、
停止前の位置に戻された前記探傷プローブを、前記探傷プローブが停止した位置に向けて移動することと、を備えており、
前記探傷プローブが停止した位置に向けて移動するときの前記探傷プローブの移動速度は、前記探傷プローブを停止する前における前記探傷プローブの移動速度よりも小さい、探傷検査方法。

【請求項6】

探傷プローブの端面を検査対象物の表面に沿って移動させつつ前記検査対象物を走査して探傷を行う探傷検査方法であって、
前記検査対象物の前記表面に前記探傷プローブの前記端面を対向させた状態で、前記検査対象物の前記表面に沿う所定の走査方向に前記探傷プローブを移動しながら、前記探傷プローブが前記検査対象物から受ける反力、トルク及び前記探傷プローブの前記端面に作用する摩擦力を検出することと、
前記走査方向に前記探傷プローブを移動している間において、前記検出された反力が所定の閾値範囲内の大きさになるように前記検査対象物の前記表面に対して直交する方向に前記探傷プローブの位置を調整するとともに、前記検出されたトルクが所定のトルク閾値の範囲内になるように前記探傷プローブを傾動させて前記探傷プローブの姿勢を調整することと、
前記検査対象物の前記表面に対する走査が行われている間における前記探傷プローブの位置の履歴データを記憶部に格納することと、
前記摩擦力が所定の摩擦閾値を上回った場合には、前記検査対象物に対する走査に異常が生じたと判定し、前記異常が生じたまま前記検査対象物に対する走査が続行されることを防ぐための所定の異常時制御を実行することと、
前記異常時制御において、
前記探傷プローブを停止した後に、前記履歴データに基づいて、前記探傷プローブの停止前の前記探傷プローブの位置に前記探傷プローブを戻すことと、
停止前の位置に戻された前記探傷プローブを、前記探傷プローブが停止した位置に向けて移動することと、を備えており、
前記探傷プローブが停止した位置に向けて移動するときの前記探傷プローブの移動速度は、前記探傷プローブを停止する前における前記探傷プローブの移動速度よりも小さい、探傷検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、探傷検査を行う探傷装置及び探傷検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

検査対象物に対して探傷検査を行う方法として、超音波エコーを用いて探傷を行う方法（超音波探傷）と渦電流を用いて探傷を行う方法（渦電流探傷）とが知られている。

【0003】

超音波探傷による探傷装置が、特許文献１に開示されている。特許文献１では、可動アームを用いて超音波センサを動かしながら、超音波エコーのデータを取得するとともに、超音波センサの位置のデータ及び超音波エコーのデータを互いに関連付けて記憶する。そして、記憶されたデータに基づいて、検査対象物の傷や欠陥の位置を検出する。

【0004】

渦電流探傷では、コイルを内蔵した探傷プローブの端面が検査対象物の表面に面接触されることにより、コイルは、検査対象物の表面に近接した状態に保たれる。この状態で、コイルに電流を流すと、検査対象物の表面に渦電流が流れる。

【0005】

探傷プローブの端面と検査対象物との面接触状態を維持したまま、探傷プローブは、検査対象物の表面に沿って移動される。この移動の間において、渦電流の変化がモニタされ、渦電流に変化が生じた場合には、この変化が生じた位置において傷が存在していると判定することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第５４９５５６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

超音波探傷において、検査対象物の表面のうねりなどの表面形状情報を探傷検査前に取得すれば（いわゆるティーチング作業）、探傷プローブの位置及び姿勢を検査対象物の表面の形状に合わせて設定可能である。しかしながら、探傷プローブの走査経路全体に亘って表面形状情報を取得することの労力は多大である。

【0008】

渦電流探傷では、渦電流が探傷プローブと検査対象物の表面との接触状態に影響されることから、探傷プローブの端面全体が面接触した状態を維持することが必要とされる。探傷プローブの端面の一部又は全体が検査対象物の表面から離れた状態（リフトオフが増大した状態）になれば、渦電流は小さくなる。渦電流が小さくなっている状態では、渦電流の変化も小さくなり、探傷精度が悪化する。このような状態で検査対象物に対する走査がなされないように、従来の渦電流探傷においても、探傷プローブの走査経路全体に亘って表面形状情報を取得するために多大な労力を要するティーチング作業がなされている。

【0009】

本発明は、ティーチング作業の手間を減らし且つ検査対象物の表面に探傷プローブの端面を沿わせながら検査対象物の表面を走査することを可能にする探傷装置及び探傷検査方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一局面に係る探傷装置は、検査対象物の表面を走査しながら探傷検査を行うように構成されている。探傷装置は、前記検査対象物の前記表面に向けられる端面を有する探傷プローブと、前記探傷プローブの前記端面を前記検査対象物の前記表面に対向させて前記探傷プローブを保持するとともに、前記検査対象物の前記表面に沿う所定の走査方向と前記検査対象物の前記表面に対して直交する方向とにおいて前記探傷プローブを移動可能に構成されたマニピュレータと、前記探傷プローブが前記検査対象物から受ける反力及びトルクを検出する検出部と、前記走査方向に前記探傷プローブが移動するように前記マニピュレータを制御する制御部と、前記検査対象物の前記表面に対する走査が行われている間における前記探傷プローブの位置の履歴データを格納するように構成された記憶部と、を備えている。前記制御部は、前記マニピュレータを制御して前記探傷プローブを前記走査方向に移動させている間において、前記検出部によって検出された前記反力が所定の閾値範囲内の大きさになるように前記検査対象物の前記表面に対して直交する方向における前記探傷プローブの位置を調整するとともに、前記検出部によって検出された前記トルクが所定のトルク閾値の範囲内になるように前記探傷プローブを傾動させて前記探傷プローブの姿勢を調整するように、前記マニピュレータを制御し、且つ、前記検出部によって検出された前記反力が前記閾値範囲から外れた場合、又は、前記トルクが前記トルク閾値を上回った場合には、前記検査対象物に対する走査に異常が生じたと判定し、前記異常が生じたまま前記検査対象物に対する走査が続行されることを防ぐための所定の異常時制御を実行するように構成されている。前記異常時制御において、前記制御部は、前記マニピュレータを停止させた後に、前記マニピュレータの停止前の前記探傷プローブの位置に前記探傷プローブを戻すように前記マニピュレータを前記履歴データに基づいて制御するとともに、前記マニピュレータの停止前の位置に戻された前記探傷プローブを、前記マニピュレータの停止前の前記探傷プローブの移動速度よりも低い速度で、前記マニピュレータが停止したときの前記探傷プローブの位置に向けて移動させて前記検査対象物を走査するように前記マニピュレータを制御する。

【0011】

上述の構成によれば、探傷プローブは、検査対象物の表面に対向するようにマニピュレータによって保持されている。この保持状態で、制御部がマニピュレータを制御すると、探傷プローブは、検査対象物の表面に沿って移動する。

【0012】

この間、検出部は、探傷プローブに作用する検査対象物からの反力を検出する。この反力は、検査対象物の表面にうねりや粗度の変化が生じていれば増減する。反力が減少した場合、検査対象物の表面のうねりにより、探傷プローブの端面が検査対象物の表面から離れつつある状態が想定される。このような場合、制御部は、反力が閾値範囲内の大きさになるように、検査対象物の表面に対して直交する方向において探傷プローブの位置の調整を行うので、探傷プローブが検査対象物の表面から離れてしまうことを防止することができる。

【0013】

逆に、反力が増加した場合、検査対象物の表面のうねりにより、探傷プローブの端面が検査対象物の表面に接近しつつある状態が想定される。このような場合、制御部は、反力が閾値範囲内の大きさになるように、検査対象物の表面に対して直交する方向において探傷プローブの位置の調整を行うので、探傷プローブにかかる負荷は過度に大きくならない。

【0014】

検査対象物の表面と探傷プローブの端面とが互いに平行な関係にあれば、反力は、探傷プローブの端面全体に亘って略均一に作用し得る。しかしながら、検査対象物の表面にうねりが生じていた場合、検査対象物の表面と探傷プローブの端面とが互いに平行でなくなり、端面において他の部分よりも強い反力を受ける部分が生じうる。たとえば、端面の前側部分が強い反力を受ければ、検出部は、探傷プローブを後方に傾動させるようなトルクを検出し得る。したがって、検出部が反力及びトルクを検出することにより、検査対象物の表面と探傷プローブの端面とが互いに平行になっているか否かが分かる。反力が調整されている場合において、検査対象物の表面と探傷プローブの端面とが非平行状態になったときに得られるトルクの値がトルク閾値として設定されれば、制御部の制御によって、探傷プローブの姿勢は、検査対象物の表面と探傷プローブの端面とが略平行な状態となるように調整され得る。すなわち、制御部は、検出部によって検出されたトルクが所定のトルク閾値の範囲内になるように探傷プローブを傾動させて探傷プローブの姿勢を調整するので、検査対象物の表面と探傷プローブの端面とが略平行な状態で互いに接触し得る。すなわち、探傷プローブの端面は、検査対象物の表面と面接触し得る。したがって、探傷プローブの傾動姿勢を制御部に事前に覚えさせるティーチング作業が不要になる。反力が閾値範囲から外れた場合、探傷プローブと検査対象物との面接触状態が失われていたり、探傷プローブが検査対象物に過度に強い力で押し付けられていたりする可能性がある。また、検出部によって検出されたトルクが、トルク閾値を超えるほど大きければ、探傷プローブが大きく傾動し、探傷プローブの端面の一部が、検査対象物の表面から離れてしまっていることが想定される。このような状態のまま、検査対象物に対する走査が続行されることを防止するために、制御部は、異常時制御を実行する。異常時制御において、制御部は、マニピュレータを停止する。その後、制御部は、探傷プローブがマニピュレータの停止前の位置に戻るようにマニピュレータを制御することができる。探傷プローブの位置を戻した後、制御部は、マニピュレータが停止したときの探傷プローブの位置に向けて探傷プローブを移動させて検査対象物を走査するようにマニピュレータを制御する。このときの探傷プローブの移動速度は、マニピュレータの停止前における探傷プローブの移動速度よりも低くなっているので、制御部の制御は、検査対象物の表面のうねりに追従しやすくなる。すなわち、制御部は、このうねりに合わせて、検査対象物の表面に対して直交する方向における探傷プローブの位置が変わるようにマニピュレータを制御することにより、反力を閾値範囲内に保つとともに摩擦力を摩擦閾値以下に保ちやすくなる。また、探傷プローブが低い移動速度で移動した場合には、トルク閾値よりも大きなトルクを生じさせた原因物（たとえば、検査対象物の表面上の微小突起）に探傷プローブが接触しても、この原因物から探傷プローブが受ける力が小さくなる。すなわち、検出部により検出されるトルクは、トルク閾値を上回りにくくなる。したがって、マニピュレータが停止した位置においても探傷プローブと検査対象物の表面との間の面接触状態を維持することが可能になる。この結果、マニピュレータを一旦停止させた後に、検査対象物に対する走査を再開及び継続することができる。
本発明の他の局面に係る探傷装置は、検査対象物の表面を走査しながら探傷検査を行うように構成されている。探傷装置は、前記検査対象物の前記表面に向けられる端面を有する探傷プローブと、前記探傷プローブの前記端面を前記検査対象物の前記表面に対向させて前記探傷プローブを保持するとともに、前記検査対象物の前記表面に沿う所定の走査方向と前記検査対象物の前記表面に対して直交する方向とにおいて前記探傷プローブを移動可能に構成されたマニピュレータと、前記探傷プローブが前記検査対象物から受ける反力、トルク及び前記探傷プローブの前記端面に作用する摩擦力を検出する検出部と、前記走査方向に前記探傷プローブが移動するように前記マニピュレータを制御する制御部と、前記検査対象物の前記表面に対する走査が行われている間における前記探傷プローブの位置の履歴データを格納するように構成された記憶部と、を備えている。前記制御部は、前記マニピュレータを制御して前記探傷プローブを前記走査方向に移動させている間において、前記検出部によって検出された前記反力が所定の閾値範囲内の大きさになるように前記検査対象物の前記表面に対して直交する方向における前記探傷プローブの位置を調整するとともに、前記検出部によって検出された前記トルクが所定のトルク閾値の範囲内になるように前記探傷プローブを傾動させて前記探傷プローブの姿勢を調整するように、前記マニピュレータを制御し、且つ、前記検出部によって検出された前記摩擦力が所定の摩擦閾値を上回った場合には、前記検査対象物に対する走査に異常が生じたと判定し、前記異常が生じたまま前記検査対象物に対する走査が続行されることを防ぐための所定の異常時制御を実行するように構成されている。前記異常時制御において、前記制御部は、前記マニピュレータを停止させた後に、前記マニピュレータの停止前の前記探傷プローブの位置に前記探傷プローブを戻すように前記マニピュレータを前記履歴データに基づいて制御するとともに、前記マニピュレータの停止前の位置に戻された前記探傷プローブを、前記マニピュレータの停止前の前記探傷プローブの移動速度よりも低い速度で、前記マニピュレータが停止したときの前記探傷プローブの位置に向けて移動させて前記検査対象物を走査するように前記マニピュレータを制御する。

【0015】

上述の構成に関して、前記探傷プローブは、前記端面から超音波を出射するとともに、前記検査対象物の前記表面に塗布された接触媒質を介して前記端面において超音波エコーを受信するように構成されていてもよい。

【0016】

上述の構成に関して、前記探傷プローブは、内蔵したコイルに電流を流すことにより検査対象物の表面に渦電流を生じさせるように構成されていてもよい。

【0017】

上述の構成によれば、探傷プローブの傾動姿勢を制御部に事前に覚えさせるティーチング作業が行われなくとも、探傷プローブは、検査対象物の表面形状に合わせて傾動しながら検査対象物を走査することができる。すなわち、探傷プローブの端面全体が面接触した状態を維持したまま、探傷プローブは、検査対象物の表面に沿って移動することができる。この結果、超音波探傷が行われるときには、探傷プローブと検査対象物との間に空気層が形成されず、当該空気層に妨げられることなく、超音波を出射し、超音波エコーを、接触媒質を通じて受信することができる。また、渦電流探傷が行われるときには、渦電流は、検査対象物の表面に対する探傷プローブの離接の影響を受けにくくなり、検査対象物に対する探傷を精度よく行うことができる。

【0029】

本発明の他の局面に係る探傷検査方法は、探傷プローブの端面を検査対象物の表面に沿って移動させつつ前記検査対象物を走査して探傷を行うために利用可能である。探傷検査方法は、前記検査対象物の前記表面に前記探傷プローブの前記端面を対向させた状態で、前記検査対象物の前記表面に沿う所定の走査方向に前記探傷プローブを移動しながら、前記探傷プローブが前記検査対象物から受ける反力及びトルクを検出することと、前記走査方向に前記探傷プローブを移動している間において、前記検出された反力が所定の閾値範囲内の大きさになるように前記検査対象物の前記表面に対して直交する方向に前記探傷プローブの位置を調整するとともに、前記検出された反力が所定のトルク閾値の範囲内になるように前記探傷プローブを傾動させて前記探傷プローブの姿勢を調整することと、前記検査対象物の前記表面に対する走査が行われている間における前記探傷プローブの位置の履歴データを記憶部に格納することと、前記検出された反力が前記閾値範囲から外れた場合、又は、前記トルクが前記トルク閾値を上回った場合には、前記検査対象物に対する走査に異常が生じたと判定し、前記異常が生じたまま前記検査対象物に対する走査が続行されることを防ぐための所定の異常時制御を実行することと、前記異常時制御において、前記探傷プローブを停止した後に、前記履歴データに基づいて、前記探傷プローブの停止前の前記探傷プローブの位置に前記探傷プローブを戻すことと、停止前の位置に戻された前記探傷プローブを、前記探傷プローブが停止した位置に向けて移動することと、を備えている。前記探傷プローブが停止した位置に向けて移動するときの前記探傷プローブの移動速度は、前記探傷プローブを停止する前における前記探傷プローブの移動速度よりも小さい。
本発明の更に他の局面に係る探傷検査方法は、探傷プローブの端面を検査対象物の表面に沿って移動させつつ前記検査対象物を走査して探傷を行うために利用可能である。探傷検査方法は、前記検査対象物の前記表面に前記探傷プローブの前記端面を対向させた状態で、前記検査対象物の前記表面に沿う所定の走査方向に前記探傷プローブを移動しながら、前記探傷プローブが前記検査対象物から受ける反力、トルク及び前記探傷プローブの前記端面に作用する摩擦力を検出することと、前記走査方向に前記探傷プローブを移動している間において、前記検出された反力が所定の閾値範囲内の大きさになるように前記検査対象物の前記表面に対して直交する方向に前記探傷プローブの位置を調整するとともに、前記検出されたトルクが所定のトルク閾値の範囲内になるように前記探傷プローブを傾動させて前記探傷プローブの姿勢を調整することと、前記検査対象物の前記表面に対する走査が行われている間における前記探傷プローブの位置の履歴データを記憶部に格納することと、前記摩擦力が所定の摩擦閾値を上回った場合には、前記検査対象物に対する走査に異常が生じたと判定し、前記異常が生じたまま前記検査対象物に対する走査が続行されることを防ぐための所定の異常時制御を実行することと、前記異常時制御において、前記探傷プローブを停止した後に、前記履歴データに基づいて、前記探傷プローブの停止前の前記探傷プローブの位置に前記探傷プローブを戻すことと、停止前の位置に戻された前記探傷プローブを、前記探傷プローブが停止した位置に向けて移動することと、を備えている。前記探傷プローブが停止した位置に向けて移動するときの前記探傷プローブの移動速度は、前記探傷プローブを停止する前における前記探傷プローブの移動速度よりも小さい。

【発明の効果】

【0035】

上述の探傷装置は、ティーチング作業を減らし且つ検査対象物の表面に探傷プローブの端面を沿わせながら検査対象物の表面を走査することを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】超音波探傷を行う探傷装置の概略図である。

【図2】探傷装置の制御方法の概略的なフローチャートである。

【図3】平坦な面を走査する探傷プローブの概略図である。

【図4】探傷プローブが走査方向に移動するにつれて探傷プローブの端面との距離が小さくなるように傾斜した面に差し掛かった探傷プローブの概略図である。

【図5】探傷プローブが走査方向に移動するにつれて探傷プローブの端面との距離が大きくなるように傾斜した面に差し掛かった探傷プローブの概略図である。

【図6】障害物が存在している面を走査する探傷プローブの概略図である。

【図7】探傷装置の制御方法の概略的なフローチャートである。

【図8】渦電流探傷を行う探傷装置の探傷プローブの概略図である。

【図9】渦電流の変化を表す概略図である。

【図10】Ｙ－Ｚ平面上で検査対象物を走査するマニピュレータの概略図である。

【図11】曲面上での走査方向及び探傷プローブの位置調整方向の関係を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の探傷装置１００の概略図である。図１を参照して、探傷装置１００が説明される。

【0038】

探傷装置１００は、直接接触法による超音波探傷を行うように構成されている。直接接触法による超音波探傷では、探傷検査に利用される超音波及び超音波エコーを効率よく伝播させるために、接触媒質２２０の層が、検査対象物２１０の表面に略一様な厚さで形成される。接触媒質２２０としては、空気よりも大きな音響インピーダンスを有する材料（たとえば、グリセリン、モータオイルやマシンオイル）が用いられる。探傷装置１００は、検査対象物２１０の表面を走査しながら、接触媒質２２０を通じて超音波を出射することにより得られた超音波エコーを受信して探傷検査を行うように構成されている。

【0039】

探傷装置１００は、マニピュレータ１１１（６軸の多関節アームロボット）と、制御部１１２と、探傷プローブ１２０と、検出部１３０と、記憶部１４０と、を備えている。探傷装置１００は、制御部１１２でマニピュレータ１１１を制御し、マニピュレータ１１１によって保持された探傷プローブ１２０を所定の走査経路に沿って移動させるように構成されている。検出部１３０及び記憶部１４０は、制御部１１２による制御に利用される。

【0040】

マニピュレータ１１１は、第１軸１５１～第６軸１５６を有しており、第１軸１５１～第６軸１５６回りに各アームを回転可能に構成されている。

【0041】

マニピュレータ１１１は、ベース取付面１１５を有する土台１１３に取り付けられている。マニピュレータ１１１の先端は、探傷プローブ１２０及び検出部１３０を取り付けるためのメカニカルインターフェース１１６として構成されている。土台１１３のベース取付面１１５には、ベース座標系（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる右手直交座標系）の座標原点が設定されている。Ｘ軸及びＹ軸は、水平に延びる軸である。本実施形態では、検査対象物２１０は、その走査面がＸ－Ｙ平面に沿うように配置され、Ｘ－Ｙ平面内で走査が行われる。Ｚ軸は、垂直に延びる軸であり、Ｘ軸及びＹ軸に対して直角の方向に延びている。ベース座標系は固定された座標系であり、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の向きは、マニピュレータ１１１の動きにかかわらず一定である。

【0042】

マニピュレータ１１１は、メカニカルインターフェース１１６で探傷プローブ１２０及び検出部１３０を保持するとともに、ベース座標系のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に探傷プローブ１２０及び検出部１３０を移動可能に構成されている。マニピュレータ１１１のメカニカルインターフェース１１６には、ツール座標系（ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸からなる右手直交座標系）の座標原点が設定されている。ツール座標系のｘ軸及びｙ軸は、メカニカルインターフェース１１６の面に沿う方向に設定されている。ｚ軸は、メカニカルインターフェース１１６の面に垂直な方向に設定されている。ツール座標系の座標原点は、メカニカルインターフェース１１６とともにベース座標系のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動し得る。

【0043】

メカニカルインターフェース１１６、ひいては、メカニカルインターフェース１１６に取り付けられた探傷プローブ１２０及び検出部１３０の向きは、第１軸１５１～第６軸１５６回りのマニピュレータ１１１の回転動作により変わる。メカニカルインターフェース１１６の向きが変われば、ツール座標系のｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の向きは、メカニカルインターフェース１１６の向きの変化に合わせて変わる。

【0044】

探傷プローブ１２０は、端面１２１から超音波を出射するとともに端面１２１において検査対象物２１０からの超音波エコーを受信するように構成されている。探傷プローブ１２０は、端面１２１がツール座標系のｚ軸方向において検査対象物２１０に対向するようにマニピュレータ１１１のメカニカルインターフェース１１６に取り付けられている。

【0045】

探傷プローブ１２０は、データ収集装置（図示せず）に電気的に接続され、データ収集装置の制御下で超音波の出射を開始するように構成されていてもよい。また、探傷プローブ１２０は、受信した超音波エコーに基づき探傷信号（超音波エコーの強度信号）をデータ収集装置に出力するように構成されてもよい。

【0046】

検出部１３０は、検査対象物２１０から探傷プローブ１２０が受ける力を検出するようにマニピュレータ１１１のメカニカルインターフェース１１６に取り付けられている。詳細には、検出部１３０は、以下に示す力を検出するように構成されている。なお、検出部１３０が検出する力の向きは、ツール座標系にしたがう。検出部１３０は、たとえば、６軸の力覚センサを用いて構成されてもよい。
・検査対象物２１０から探傷プローブ１２０が受ける反力Ｆｚ（図１では、ツール座標系のｚ軸において負の方向に作用する力）。
・探傷プローブ１２０の端面１２１に作用する摩擦力Ｆｘ，Ｆｙ。
・ツール座標系のｘ軸周りに探傷プローブ１２０に作用するトルクＴｘ。
・ツール座標系のｙ軸周りに探傷プローブ１２０に作用するトルクＴｙ。

【0047】

検出部１３０は、検出された反力Ｆｚ、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙ及びトルクＴｘ，Ｔｙを表す信号を制御部１１２に出力するように構成されている。なお、検出部１３０は、探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０の表面から離れた状態である場合、略ゼロの値を反力Ｆｚとして出力するように構成されている。反力Ｆｚの値が大きくなれば大きくなるほど、探傷プローブ１２０の端面１２１は、強い力で検査対象物２１０の表面に押し付けられている。

【0048】

制御部１１２は、マニピュレータ１１１に電気的に接続され、マニピュレータ１１１を制御するように構成されている。具体的には、制御部１１２に対して、ベース座標系を用いて検査対象物２１０に対する走査経路が予め設定される。制御部１１２は、この走査経路を沿って探傷プローブ１２０がベース座標系のＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に移動するようにマニピュレータ１１１を制御する。また、制御部１１２は、探傷プローブ１２０の移動速度についてマニピュレータ１１１に指示を与えるように構成されている。

【0049】

加えて、制御部１１２は、検出部１３０に電気的に接続され、検出部１３０からの信号に応じてベース座標系のＺ軸方向における探傷プローブ１２０の位置が変わるようにマニピュレータ１１１を制御したり、マニピュレータ１１１を停止させたりする。検出部１３０からの信号に基づく制御部１１２によるマニピュレータ１１１への制御は、別途詳述される。

【0050】

また、制御部１１２は、記憶部１４０にも電気的に接続され、探傷プローブ１２０が移動している間におけるベース座標系のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸上の探傷プローブ１２０の位置のデータ及びＺ軸周りのマニピュレータ１１１の回転位置のデータを出力する。これらのデータは、記憶部１４０に履歴データとして格納され、マニピュレータ１１１の停止後における制御に利用される。マニピュレータ１１１の停止後における制御は、別途詳述される。

【0051】

探傷装置１００の動作を以下に説明する。なお、ここでは、ベース座標系のＸ－Ｙ平面内でＸ軸方向及びＹ軸方向において走査を行う場合について説明する。

【0052】

まず、検査対象物２１０に対する探傷検査のための準備がなされる（ステップＳ１０５：探傷準備）。探傷準備において、探傷プローブ１２０がマニピュレータ１１１に取り付けられる。この時点では、探傷プローブ１２０の端面１２１は、検査対象物２１０の表面から離間した位置（図１において、ベース座標系のＺ軸の正の方向に離間した位置）にある。この状態で、制御部１１２は、探傷プローブ１２０の位置がベース座標系のＸ軸方向及びＹ軸方向において走査開始位置に一致するようにマニピュレータ１１１を制御する。

【0053】

その後、制御部１１２は、探傷プローブ１２０が検査対象物２１０に接近するようにマニピュレータ１１１を制御する（図１において、ベース座標系のＺ軸の負の方向）。このとき、制御部１１２は、検出部１３０が検出する反力Ｆｚに基づいて、探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０に接触したか否かを判定する。すなわち、探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０から離れていれば、検出部１３０が検出する反力Ｆｚは、略ゼロの値になる。一方、探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０に接触すれば、検出部１３０が検出する反力Ｆｚは、ある程度大きな値になる。したがって、制御部１１２は、検出部１３０が検出する反力Ｆｚに基づいて、探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０に接触したか否かを判定することができる。

【0054】

探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０に接触しているとの判定結果が得られた場合において、制御部１１２は、検出部１３０が検出するトルクＴｘ，Ｔｙに基づいて、端面１２１が検査対象物２１０に対して面接触しているか否かを判定する。すなわち、探傷プローブ１２０の端面１２１において、一部が検査対象物２１０に接触しており、残りの部分が検査対象物２１０から離れていれば、検出部１３０が検出するトルクＴｘ，Ｔｙのうち少なくとも一方は、大きな値になる。一方、探傷プローブ１２０の端面１２１が全体的に検査対象物２１０に接触していれば、検出部１３０が検出するトルクＴｘ，Ｔｙは、ゼロ又はゼロに近い値になる。したがって、検出部１３０が検出するトルクＴｘ，Ｔｙに対して、検出部１３０の検出誤差を考慮して、ゼロに近いトルク閾値を設定すれば、探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０に面接触しているか否かが分かる。すなわち、検出部１３０が検出するトルクＴｘ，Ｔｙがともに、このように設定されたトルク閾値以下であれば、探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０に対して面接触しているものとして、マニピュレータ１１１に対する制御が実行され得る。

【0055】

逆に、検出部１３０が検出するトルクＴｘ，Ｔｙのうち少なくとも一方が、トルク閾値を上回っていれば、探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０に対して面接触していないものとして、マニピュレータ１１１に対する制御が実行され得る。詳細には、トルクＴｘ，Ｔｙのうち少なくとも一方が、トルク閾値を上回っていれば、制御部１１２は、トルクＴｘ，Ｔｙの両方が、トルク閾値以下になるように、マニピュレータ１１１の第１軸１５１～第６軸１５６の軸回りにおけるアームの位置を調整する。このような制御は、マニピュレータ１１１の力と位置を同時に制御する方式、たとえば、ハイブリッド制御方式又はコンプライアンス制御方式により実現可能である。

【0056】

上述の制御により、探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０に面接触した状態が得られると、制御部１１２は、検出部１３０が検出する反力Ｆｚが所定の目標値に達しているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。この目標値は、検査対象物２１０に対する走査の間において、探傷プローブ１２０が検査対象物２１０から過度に強い力を受けないように設定されている。

【0057】

検出部１３０が検出する反力Ｆｚが目標値に達していなければ（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、制御部１１２は、マニピュレータ１１１に検査対象物２１０への探傷プローブ１２０の接近を継続させる。検出部１３０よって検出された反力Ｆｚが目標値に達すると（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、検査対象物２１０に対する走査が開始される。検査対象物２１０に対する走査の間、探傷プローブ１２０は、端面１２１から超音波を出射し、検査対象物２１０からの超音波エコーを端面１２１で受信する。

【0058】

検査対象物２１０に対する走査が開始されると、制御部１１２は、探傷プローブ１２０が所定の第１速度で所定の距離だけ走査経路に沿って移動するようにマニピュレータ１１１を制御する（ステップＳ１１５）。この間、制御部１１２は、検出部１３０が検出した反力Ｆｚ、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙ及びトルクＴｘ，Ｔｙをモニタし、所定の判定処理を行う（ステップＳ１２０）。

【0059】

この判定処理において、反力Ｆｚに対して設定された所定の閾値範囲、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙに対して設定された所定の摩擦閾値及び上述のトルク閾値が利用される。なお、摩擦閾値は、探傷プローブ１２０の端面１２１全体が検査対象物２１０の表面に面接触していることを保証できるような大きさに設定されている。また、反力Ｆｚに対する閾値範囲の下限値は、探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０の表面に接触していることを保証できるような値に設定されている。閾値範囲の上限値は、探傷プローブ１２０が許容できる反力Ｆｚより低い値に設定されている。詳細には、閾値範囲は、検査対象物２１０の表面上の接触媒質２２０の所定の膜厚が得られれば、反力Ｆｚが下限値と上限値との間に収まるように設定されている。なお、上述の目標値は、閾値範囲内の大きさに設定されている。

【0060】

制御部１１２は、検出部１３０が検出した摩擦力Ｆｘ，Ｆｙ及びトルクＴｘ，Ｔｙを、摩擦閾値及びトルク閾値と比較する（ステップＳ１２０）。検出部１３０が検出した摩擦力Ｆｘ，Ｆｙ及びトルクＴｘ，Ｔｙのいずれもが摩擦閾値及びトルク閾値以下であれば、制御部１１２は、探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０の表面に面接触した状態を維持していると判定する。

【0061】

制御部１１２は、検出部１３０が検出した反力Ｆｚが上述の閾値範囲に収まるようにベース座標系のＺ軸方向における探傷プローブ１２０の位置をマニピュレータ１１１に調整させる。詳細には、制御部１１２は、検出部１３０が検出する反力Ｆｚが上述の目標値に近づくようにベース座標系のＺ軸方向における探傷プローブ１２０の位置をマニピュレータ１１１に調整させる。

【0062】

検出部１３０が検出する反力Ｆｚは、検査対象物２１０の表面の形状に影響される。検査対象物２１０の表面が、図３に示すように、探傷プローブ１２０の走査方向（ベース座標系におけるＸ軸及びＹ軸方向）に対して平行であれば、検出部１３０が検出する反力Ｆｚの変動は小さく、目標値に近い値を継続的に取り得る。

【0063】

一方、検査対象物２１０の表面にうねりが生じていれば、検出部１３０が検出する反力Ｆｚは、検査対象物２１０の表面が探傷プローブ１２０の走査方向（ベース座標系におけるＸ軸及びＹ軸方向）に対して平行であるときよりも大きく変動する。

【0064】

たとえば、検査対象物２１０の表面にうねりが生じている場合として、図４に示すような表面形状が考えられる。図４において、検査対象物２１０の表面には、探傷プローブ１２０がベース座標系のＸ軸において正の方向に移動するにつれて探傷プローブ１２０の端面１２１と検査対象物２１０の表面との間の距離が小さくなるような勾配が生じている。探傷プローブ１２０がこの勾配部分に差し掛かれば、検出部１３０が検出する反力Ｆｚ及び摩擦力Ｆｘが増加する。この状態において、反力Ｆｚを下げて目標値に近づけるために、制御部１１２は、ベース座標系のＺ軸において正の方向に探傷プローブ１２０を動かす。これにより、反力Ｆｚは低下するので、摩擦力Ｆｘも小さくなる。

【0065】

反力Ｆｚを低下させた後においても、検査対象物２１０の表面の勾配部分では、探傷プローブ１２０の端面１２１にかかる反力Ｆｚが不均一になっている可能性がある。すなわち、検査対象物２１０の表面の勾配部分では、探傷プローブ１２０の端面１２１において、走査方向における前側部分は、後側部分よりも強い反力を受け得る。このような反力の状態が生じた場合、検出部１３０は、トルク閾値を上回るトルクＴｙを検出し得る。この場合には、制御部１１２は、検出部１３０が検出するトルクＴｙがトルク閾値以下になるまで、マニピュレータ１１１の第１軸１５１～第６軸１５６の軸回りにおけるアームの位置を調整する。この結果、探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０の表面に沿うように、探傷プローブ１２０は、走査方向において後方に傾動する。

【0066】

図４の勾配とは逆の勾配が生じている場合が、図５に示されている。すなわち、図５の検査対象物２１０の表面には、探傷プローブ１２０がベース座標系のＸ軸において正の方向に移動するにつれて探傷プローブ１２０の端面１２１と検査対象物２１０の表面との間の距離が大きくなるような勾配が生じている。この勾配部分に探傷プローブ１２０が差し掛かれば、反力Ｆｚ及び摩擦力Ｆｘは減少する。この場合、制御部１１２は、ベース座標系のＺ軸において負の方向に探傷プローブ１２０を動かす。これにより、反力Ｆｚは増加し、目標値に近づく。

【0067】

このとき、探傷プローブ１２０の端面１２１のうち走査方向における後側部分のみが検査対象物２１０に当接し、前側部分が検査対象物２１０から離れた状態になっていることが想定される。この場合、検出部１３０は、トルク閾値を上回るトルクＴｙを検出し得る。検出部１３０がトルク閾値を上回るトルクＴｙを検出した場合には、制御部１１２は、検出部１３０が検出するトルクＴｙがトルク閾値以下になるまで、マニピュレータ１１１の第１軸１５１～第６軸１５６の軸回りにおけるアームの位置を調整する。この結果、探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０の表面に沿うように、探傷プローブ１２０は、走査方向において前方に傾動する。

【0068】

探傷プローブ１２０が所定の距離だけ移動している間において（ステップＳ１１５）、制御部１１２は、上述の判定処理（ステップＳ１２０）を行いながら、マニピュレータ１１１を制御し、ベース座標系のＺ軸方向における探傷プローブ１２０の位置調整を行う。この判定処理において、以下の条件全てが成立していれば、制御部１１２は、探傷プローブ１２０が所定の距離だけ移動している間における走査は正常であると判定する（ステップＳ１２０：Ｙｅｓ）。
・反力Ｆｚが閾値範囲に収まっている。
・摩擦力Ｆｘ，Ｆｙが摩擦閾値以下である。
・トルクＴｘ，Ｔｙがトルク閾値以下である。

【0069】

走査が正常であるとの判定結果が得られた場合、探傷プローブ１２０のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸上の探傷プローブ１２０の位置及びＺ軸周りのマニピュレータ１１１の回転位置のデータが制御部１１２から記憶部１４０に出力される（ステップＳ１３０）。制御部１１２から記憶部１４０に出力されたデータは、記憶部１４０に履歴データとして記憶される。

【0070】

履歴データが記憶部１４０に格納された後、制御部１１２は、探傷プローブ１２０が走査終了位置に到達したか否かを判定する（ステップＳ１３５）。探傷プローブ１２０が走査終了位置に到達していれば（ステップＳ１３５：Ｙｅｓ）、探傷検査は終了する。探傷プローブ１２０が走査終了位置に到達していなければ（ステップＳ１３５：Ｎｏ）、制御部１１２は、探傷プローブ１２０の移動（すなわち、検査対象物２１０に対する走査）を継続する（ステップＳ１１５）。この場合、制御部１１２は、ステップＳ１１５～ステップＳ１３５の処理ループを繰り返しながら、マニピュレータ１１１を制御し、探傷プローブ１２０による検査対象物２１０の表面に対する走査を継続する。この間、記憶部１４０には履歴データが蓄積され、探傷プローブ１２０が走査経路上のどの位置まで正常に検査対象物２１０を走査していたかが記録される。

【0071】

探傷プローブ１２０が所定の距離だけ走査を行っている間、探傷プローブ１２０の位置調整が行われているが、反力Ｆｚが閾値範囲から外れたり、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙ及びトルクＴｘ，Ｔｙが摩擦閾値及びトルク閾値を超えたりすることが起こり得る。

【0072】

反力Ｆｚが閾値範囲から外れる場合として（ステップＳ１２０：Ｎｏ）、制御部１１２による制御が反力Ｆｚの変動に追従できていない場合があり得る。すなわち、反力Ｆｚの検出の後に探傷プローブ１２０の位置調整がなされるので、反力Ｆｚの検出と探傷プローブ１２０の位置調整との間にはタイムラグが生ずる。このタイムラグの間に、反力Ｆｚが閾値範囲から外れてしまうことが想定される。

【0073】

たとえば、図４に示す勾配が急であれば、反力Ｆｚが閾値範囲の上限値を超えてしまうことが考えられる。また、図５に示す勾配が急であれば、反力Ｆｚが閾値範囲の下限値を下回ることが考えられる。反力Ｆｚが閾値範囲から外れた場合には（ステップＳ１２０：Ｎｏ）、制御部１１２は、検査対象物２１０に対する走査に異常が生じていると判定し、異常が生じたまま走査が継続されることを防ぐための異常時制御を実行する。本実施形態では、制御部１１２は、異常時制御においてマニピュレータ１１１を停止する（ステップＳ１２５）。

【0074】

反力Ｆｚを増加させるような勾配が検査対象物２１０に生じている場合、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙも増加する。探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０の表面に面接触している状態であっても、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙが摩擦閾値を上回るほど大きければ、探傷プローブ１２０がその後大きく傾動し、端面１２１の一部が検査対象物２１０の表面から離れてしまうことが予測される。このため、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙが摩擦閾値よりも大きくなった場合にも、制御部１１２は、検査対象物２１０に対する走査に異常が生じていると判定し、異常が生じたまま走査が継続されることを防ぐための異常時制御を実行する。

【0075】

一方、探傷プローブ１２０の移動に対して障害となる障害物が検査対象物２１０の表面に生じていれば（図６を参照）、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙの増加が探傷プローブ１２０の大きな傾動の予兆として現れることなく、探傷プローブ１２０が傾動することがある。探傷プローブ１２０の移動に対して障害となる障害物として、図６には、検査対象物２１０の表面から突出した微小突起が示されており、図６の探傷プローブ１２０は、ベース座標系のＸ軸方向に移動してこの微小突起に接触した状態である。

【0076】

探傷プローブ１２０がベース座標系のＸ軸方向に移動して微小突起に接触することにより探傷プローブ１２０が傾動した場合には、検出部１３０は、探傷プローブ１２０が微小突起に接触する前よりも大きなトルクＴｙを検出する。このような場合、トルクＴｙの変化は、摩擦力Ｆｘの変化よりも顕著に現れると考えられる。したがって、探傷プローブ１２０が実際に傾動した場合には、トルクＴｘ，Ｔｙを用いた判定処理（ステップＳ１２０）は、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙを用いた判定処理よりも、探傷プローブ１２０の傾動状態を精度よく判定できると考えられる。

【0077】

トルクＴｘ，Ｔｙがトルク閾値よりも大きければ（ステップＳ１２０：Ｎｏ）、探傷プローブ１２０を保持したマニピュレータ１１１の先端部分１１８の傾動により、探傷プローブ１２０の端面１２１の一部が検査対象物２１０の表面から離間した状態になった可能性がある。このような状態で検査対象物２１０に対する走査が続行されるのを防ぐために、制御部１１２は、上述の異常時制御（マニピュレータ１１１の停止制御）を実行する（ステップＳ１２５）。

【0078】

マニピュレータ１１１の停止制御（ステップＳ１２５）が行われた場合、停止制御の後において、記憶部１４０に格納された履歴データを利用して、検査対象物２１０に対する走査を再開させるための制御が行われる。なお、ステップＳ１１５～ステップＳ１３５の処理ループが繰り返される結果、履歴データには、停止制御の直前におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸上の探傷プローブ１２０の位置及びＺ軸周りにおけるマニピュレータ１１１の回転位置の情報が含まれている。

【0079】

制御部１１２は、マニピュレータ１１１を停止した後（ステップＳ１２５）、記憶部１４０の履歴データに基づき、探傷プローブ１２０が直前の位置に戻るようにマニピュレータ１１１を制御する（ステップＳ１４０）。この制御により、探傷プローブ１２０は、マニピュレータ１１１の停止（ステップＳ１２５）の直前に記憶部１４０に格納された履歴データが示す位置に戻る。すなわち、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸上の探傷プローブ１２０の位置及びＺ軸周りのマニピュレータ１１１の回転位置は、異常時制御（ステップＳ１２５）の直前の状態に戻る。

【0080】

探傷プローブ１２０を異常時制御（ステップＳ１２５）の直前の状態に戻した後、制御部１１２は、ステップＳ１１５の第１速度よりも低い第２速度で探傷プローブ１２０が走査経路に沿って移動するようにマニピュレータ１１１を制御する（ステップＳ１４５）。この結果、探傷プローブ１２０は、マニピュレータ１１１が停止したときにおける停止位置に向けて比較的低い速度で検査対象物２１０を走査する（ステップＳ１４５）。

【0081】

探傷プローブ１２０が低速移動している間（ステップＳ１４５）、制御部１１２は、ステップＳ１２０における判定処理と同様の判定処理を行う（ステップＳ１５０）。探傷プローブ１２０が低速移動しているので、上述の停止位置において検査対象物２１０の表面に急激な勾配が生じていたとしても、ベース座標系のＺ軸方向における探傷プローブ１２０の位置制御は、検査対象物２１０の表面の形状変化に追従しやすくなっている。すなわち、反力Ｆｚを閾値範囲内に維持した状態での検査対象物２１０に対する走査状態が得られやすくなっている。また、反力Ｆｚが閾値範囲にあれば、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙも摩擦閾値を下回る値を取りやすくなるので、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙに起因する探傷プローブ１２０の大きな傾動も生じにくくなっている。すなわち、探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０の表面に面接触した状態で検査対象物２１０を走査しやすくなる。

【0082】

また、探傷プローブ１２０が低速移動すると、大きなトルクＴｘ，Ｔｙを生じさせた原因物（たとえば、図６の微小突起）に探傷プローブ１２０が接触したときの力は小さくなる。したがって、探傷プローブ１２０は、トルク閾値を上回るトルクＴｘ，Ｔｙを受けにくくなっている。

【0083】

探傷プローブ１２０が低速移動している間における走査が正常であると制御部１１２が判定すれば（ステップＳ１５０：Ｙｅｓ）、履歴データが記憶部１４０に格納される（ステップＳ１３０）。その後、探傷プローブ１２０が走査終了位置に到達しているか否かの判定処理が行われる（ステップＳ１３５）。探傷プローブ１２０が走査終了位置に到達していなければ（ステップＳ１３５：Ｎｏ）、制御部１１２は、探傷プローブ１２０の移動速度を第１速度に上げて、検査対象物２１０に対する走査を継続する（ステップＳ１１５）。

【0084】

探傷プローブ１２０が第２速度で移動している間、反力Ｆｚが閾値範囲を外れたり、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙ及びトルクＴｘ，Ｔｙが摩擦閾値及びトルク閾値を超えたりすれば（ステップＳ１５０：Ｎｏ）、制御部１１２は、検査対象物２１０に対する走査を終了する。

【0085】

上述の実施形態では、制御部１１２は、検出部１３０が検出するトルクＴｘ，Ｔｙのいずれもがトルク閾値以下になるようにマニピュレータ１１１を制御している。検出部１３０が検出するトルクＴｘ，Ｔｙのうち少なくとも一方は、探傷プローブ１２０の端面１２１のうち一部が残りの部分よりも検査対象物２１０に当たっている状態が生じれば大きくなる。この場合、トルク閾値は、検出部１３０の検出誤差を考慮してゼロに近い値に設定されているので、トルクＴｘ，Ｔｙのうち少なくとも一方は、トルク閾値を上回り得る。このとき、制御部１１２は、検出部１３０が検出するトルクＴｘ，Ｔｙのいずれもがトルク閾値以下になるようにマニピュレータ１１１を制御する。この結果、探傷プローブ１２０は、探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０の表面に沿うような傾動姿勢を取ることができる（倣い動作）。したがって、検査対象物２１０を探傷検査する前の事前情報として、探傷プローブ１２０の傾動姿勢の情報を取得する必要はない。

【0086】

また、ベース座標系のＺ軸方向における探傷プローブ１２０の位置は、検出部１３０が検出した反力Ｆｚに基づいて調整される。したがって、事前情報として、Ｚ軸方向における探傷プローブ１２０の位置の情報を取得する必要はない。よって、検査対象物２１０を探傷検査する前には、検査対象物２１０上の走査経路を設定するための情報（すなわち、ベース座標系のＸ軸及びＹ軸上の探傷プローブ１２０の位置）が制御部１１２内で設定されればよい。言い換えると、探傷プローブ１２０の傾動姿勢及びベース座標系のＺ軸方向における探傷プローブ１２０の位置を走査経路全体に亘って制御部１１２に事前に覚えさせるティーチング作業は必要とされない。

【0087】

上述の実施形態によれば、制御部１１２は、検出部１３０によって検出される反力Ｆｚが閾値範囲に収まるようにベース座標系のＺ軸方向における探傷プローブ１２０の位置を制御している。したがって、検査対象物２１０の表面の形状変化（たとえば、うねり）に当該制御が追従する限り、探傷プローブ１２０の端面１２１を検査対象物２１０の表面に面接触させた状態で検査対象物２１０を走査することができる。

【0088】

たとえば、検査対象物２１０の表面に図４に示すような勾配が生じている場合には、制御部１１２の制御により、探傷プローブ１２０は、検査対象物２１０の表面の傾斜に合わせてベース座標系のＺ軸において正の方向に変位する。この結果、探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０の表面に過度に接近することが防止される。すなわち、探傷プローブ１２０の端面１２１と検査対象物２１０の表面との間の接触媒質２２０の膜厚が過度に小さくなる状態が回避される。

【0089】

逆に、検査対象物２１０の表面に図５に示すような勾配が生じている場合には、制御部１１２の制御により、探傷プローブ１２０は、検査対象物２１０の表面の傾斜に合わせてベース座標系のＺ軸において負の方向に変位する。この結果、探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０の表面から離れることが防止される。すなわち、探傷プローブ１２０の端面１２１と接触媒質２２０との間に空気層が形成されず、空気層に邪魔されることなく、検査対象物２１０に対する探傷検査を行うことが可能になる。

【0090】

検査対象物２１０の表面に生じている勾配が急である場合、検出部１３０が反力Ｆｚを検出してから制御部１１２がこの反力Ｆｚに対応して探傷プローブ１２０の位置を制御するまでの間に、反力Ｆｚが閾値範囲から外れてしまうことが想定される。この場合、制御部１１２は、マニピュレータ１１１を停止させる。したがって、探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０の表面に過度に接近した状態及び探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０の表面に面接触していない状態で探傷検査が続行されることが防止される。

【0091】

制御部１１２は、以下のいずれの場合においても、マニピュレータ１１１を停止し、探傷プローブ１２０の端面１２１の一部が検査対象物２１０の表面に面接触していない状態で探傷検査が続行されることを防止している。
・検出部１３０が摩擦閾値を超える摩擦力Ｆｘ，Ｆｙを検出した場合。
・検出部１３０がトルク閾値を超えるトルクＴｘ，Ｔｙを検出した場合。

【0092】

探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０の表面に面接触した状態であったとしても、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙが摩擦閾値を超えていれば、探傷プローブ１２０がその後大きく傾動し、探傷プローブ１２０の端面１２１の面接触状態がその後失われることが予測される。すなわち、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙをモニタしながら判定処理を行うことにより、探傷プローブ１２０の大きな傾動の予兆を検知し、探傷プローブ１２０の端面１２１の面接触状態を維持した状態で異常時制御を実行することが可能になる。

【0093】

探傷プローブ１２０が傾動した場合には、探傷プローブ１２０の傾動は、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙの変化よりはむしろトルクＴｘ，Ｔｙの変化として顕著に現れやすい。したがって、探傷プローブ１２０が実際に傾動した場合には、トルクＴｘ，Ｔｙを用いた判定処理により、探傷プローブ１２０の傾動状態を精度よく判定可能になる。

【0094】

制御部１１２が、マニピュレータ１１１を停止させたとしても、検査対象物２１０に対する探傷検査が正常に行われていた位置から探傷検査を再開することが、以下に述べるように許容される。探傷検査が正常に行われていた位置の情報は、記憶部１４０に履歴データとして格納されている。したがって、マニピュレータ１１１の停止の直前に記憶部１４０に格納された履歴データに基づき、制御部１１２は、当該履歴データによって表される位置に探傷プローブ１２０が戻るようにマニピュレータ１１１を制御することができる。履歴データが表す直前の位置に探傷プローブ１２０が戻されれば、探傷プローブ１２０は、当該位置における検査対象物２１０からの反力Ｆｚにより、端面１２１が検査対象物２１０の表面に沿うような姿勢を取ることができる。したがって、記憶部１４０は、履歴データとして、探傷プローブ１２０の傾動姿勢を格納する必要はない。

【0095】

上述の実施形態に関して、マニピュレータ１１１を停止するか否かの判定（図２のステップＳ１２０及びステップＳ１５０）に、反力Ｆｚ、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙ及びトルクＴｘ，Ｔｙの大きさが用いられている。これらに加えて、制御部１１２は、反力Ｆｚ、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙ及びトルクＴｘ，Ｔｙの大きさの増加率に基づいて、マニピュレータ１１１を停止するか否かを判定してもよい。

【0096】

たとえば、制御部１１２は、反力Ｆｚが閾値範囲内であっても反力Ｆｚの増加率が所定の閾値を超えれば、マニピュレータ１１１を停止させてもよい。このような制御が行われれば、探傷プローブ１２０に過度に大きな負荷が作用する前に、マニピュレータ１１１を停止させることが可能になる。

【0097】

上述の実施形態では、制御部１１２は、異常時制御（ステップＳ１２５）において、マニピュレータ１１１を停止している。代替的に、制御部１１２は、音声や画像といった通知手段により検査対象物２１０に対する走査に異常が生じたことを検査者に知らせ、走査の続行を防いでもよい。

【0098】

上述の実施形態では、探傷プローブ１２０を第２速度で移動しても（ステップＳ１４５）、探傷プローブ１２０の端面１２１の面接触状態が失われていると制御部１１２が判定すれば（ステップＳ１５０：Ｎｏ）、検査対象物２１０の探傷検査を終了している。探傷検査を終了する代わりに、制御部１１２は、第２速度よりも低い第３速度で探傷プローブ１２０を移動させ、反力Ｆｚ、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙ及びトルクＴｘ，Ｔｙに対する判定処理を再度実行してもよい（ステップＳ１５０）。検査対象物２１０の探傷検査を再開させるときの探傷プローブ１２０の移動速度の設定値が複数用意されれば、検査対象物２１０の探傷検査を継続させやすくなる。

【0099】

上述の実施形態では、検出部１３０が摩擦力Ｆｘ，Ｆｙ及びトルクＴｘ，Ｔｙを検出し、これらは、摩擦閾値及びトルク閾値と比較されている。代替的に、検出部１３０は、トルクＴｘ，Ｔｙを検出する一方で、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙを検出しなくてもよい。この場合、図７のステップＳ１２０に示すように、トルクＴｘ，Ｔｙがトルク閾値と比較される一方で、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙは、摩擦閾値と比較されない。図７に示す処理では、探傷プローブ１２０が傾動する前に異常時制御を実行することはできないが、探傷プローブ１２０がトルク閾値よりも大きなトルクＴｘ，Ｔｙで傾動した後に異常時制御を実行することができる。また、摩擦力Ｆｘ，Ｆｙに対する判定処理が行われないので、制御部１１２における判定処理が簡素化される。

【0100】

＜第２実施形態＞
検査対象物２１０の表面に渦電流を生じさせるように探傷プローブ１２０を構成すれば、渦電流の変化を利用して検査対象物２１０の表面上の傷の有無を検出することが可能である。この場合において、マニピュレータ１１１、制御部１１２、検出部１３０及び記憶部１４０は、第１実施形態と同じ構成を有してもよい。また、検査対象物２１０の表面に接触媒質２２０は塗布されない。

【0101】

探傷プローブ１２０は、図８に示すように、コイル１２２を内蔵している。コイル１２２は、ブリッジ回路１２３に接続されている。詳細には、ブリッジ回路１２３は、電源１２４と、インピーダンス部１２５，１２６と、可変インピーダンス部１２７と、検出回路１２８と、を含んでいる。コイル１２２及びインピーダンス部１２５，１２６のインピーダンスは一定である一方で、可変インピーダンス部１２７のインピーダンスは調整可能である。検出回路１２８は、渦電流の変化を検出するために設けられている。検出回路１２８を流れる電流がモニタされ、この電流の変化に基づいて、検査対象物２１０の表面の傷の有無が判定される。

【0102】

探傷プローブ１２０は、図１に示すように、マニピュレータ１１１に取り付けられる。その後、図７に示す手順にしたがって、探傷装置１００が動作する。

【0103】

探傷準備の段階（ステップＳ１０５）において、走査開始位置に探傷プローブ１２０が移動された後、ベース座標系のＺ軸方向における探傷プローブ１２０の位置が、探傷プローブ１２０に作用する反力Ｆｚに基づいて調整される（ステップＳ１１０）。また、制御部１１２は、検出部１３０が検出するトルクＴｘ，Ｔｙに基づき、探傷プローブ１２０の端面１２１が検査対象物２１０に面接触する姿勢が得られるようにマニピュレータ１１１を制御する。

【0104】

その後、コイル１２２に電流が流され、ブリッジ回路１２３の平衡状態が得られるように可変インピーダンス部１２７のインピーダンスが調整される。ブリッジ回路１２３が平衡状態にある場合、検出回路１２８を流れる電流は、略ゼロになっている。なお、走査開始位置において、検査対象物２１０の表面に傷は存在していないものとする。

【0105】

検査対象物２１０の表面に傷がない場合、図９に示すように、検査対象物２１０の表面を流れる渦電流は、略同心円状のパターンとなる。この状態では、ブリッジ回路１２３の平衡状態は保たれ、検出回路１２８には電流は流れない。

【0106】

探傷プローブ１２０が検査対象物２１０の表面に沿って移動され、検査対象物２１０の表面の傷上に到達すると、渦電流の同心円状のパターンが崩れ、ブリッジ回路１２３の平衡状態が失われる。この場合、検出回路１２８に電流が流れる。この電流に基づいて、傷の大きさや深さを判定することが可能である。

【0107】

第１実施形態で説明されたように、検出部１３０の検出結果に基づいて、探傷プローブ１２０の位置調整及び姿勢調整の制御が行われる。したがって、検査対象物２１０に対する走査の間、探傷プローブ１２０の端面１２１全体が検査対象物２１０に面接触した状態が保たれる。この結果、探傷プローブ１２０のリフトオフ変動に起因する渦電流の変動（ひいては、検出回路１２８に流れる電流の大きさの変動）は生じにくくなる。したがって、検査対象物２１０の表面上の傷の有無は精度よく判定され得る。

【0108】

仮に、探傷プローブ１２０において、リフトオフが増大した状態になった場合には、異常時制御が行われる（図７のステップＳ１２５～Ｓ１５０）。異常時制御により、リフトオフの状態で検査対象物２１０に対する走査が続行されることが防止される。すなわち、検査対象物２１０の表面に渦電流が生じていない状態又は検査対象物２１０の表面の渦電流が弱くなっている状態で、検査対象物２１０に対する走査が続行されることが防止される。この結果、探傷装置１００は、検査対象物２１０の表面の傷を見逃しにくくなる。

【0109】

上述の実施形態では、ベース座標系におけるＸ－Ｙ平面上において走査経路が設定されている。代替的に、図１０に示すように、走査経路は、ベース座標系におけるＹ－Ｚ平面上において設定されてもよい。この場合、検査対象物２１０からの反力Ｆｚに基づく探傷プローブ１２０の位置制御（ステップＳ１２０，Ｓ１５０）は、ベース座標系におけるＸ軸方向において行われる。なお、走査経路は、ベース座標系におけるＸ－Ｚ平面上に設定されてもよく、任意の向きの平面に沿って設定されてもよい。

【0110】

上述の実施形態では、走査経路は、検査対象物２１０が有する平坦な面に設定されている。代替的に、走査経路は、検査対象物２１０が有する曲面上に設定されていてもよい。たとえば、図１１に示すように、検査対象物２１０が円柱体であれば、走査経路は、当該円柱体の周面に沿って設定される。

【0111】

この場合、円柱体の周面上の点Ｐにおける探傷プローブ１２０の走査方向は、当該点Ｐ上の接線方向に略一致する。この点Ｐ上において検査対象物２１０からの反力Ｆｚに基づいて探傷プローブ１２０の位置が調整される場合には、マニピュレータ１１１は、点Ｐ上の接線に対して直角の方向（すなわち、法線方向）において探傷プローブ１２０の位置を変更する。

【産業上の利用可能性】

【0112】

上述の実施形態の原理は、探傷検査に好適に利用可能である。

【符号の説明】

【0113】

１００・・・・・探傷装置
１１１・・・・・マニピュレータ
１１２・・・・・制御部
１２０・・・・・探傷プローブ
１２１・・・・・端面
１２２・・・・・コイル
１３０・・・・・検出部
１４０・・・・・記憶部
２１０・・・・・検査対象物
２２０・・・・・接触媒質

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】