JP2020187077A - Scanning tool for phased array ultrasonic flaw detection - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、橋桁に設けられたフィンガージョイントのき裂を超音波探傷するために用いられるフェーズドアレイ超音波探傷用走査治具に関するものである。 The present invention relates to a phased array ultrasonic flaw detection scanning jig used for ultrasonic flaw detection of a finger joint provided in a bridge girder.
橋梁桁端部には、温度変化等に伴う橋桁の長さ方向の伸縮を吸収するために、伸縮装置が設置されている。伸縮装置の種類のひとつにフィンガージョイントがある。図１に示すように、フィンガージョイントはフェイスプレート３と呼ばれる櫛形に加工した一対の平板が互いに隙間を持って噛み合うように組み合わせた装置である。 An expansion / contraction device is installed at the end of the bridge girder in order to absorb expansion and contraction in the length direction of the bridge girder due to temperature changes and the like. There is a finger joint as one of the types of expansion and contraction devices. As shown in FIG. 1, a finger joint is a device called a face plate 3 in which a pair of comb-shaped flat plates are combined so as to mesh with each other with a gap.
橋梁が長大化するとその伸縮量も大きくなるため、図１に示すように、フィンガー１の長さも長くなる。フィンガージョイントの多くは鋼鉄製であり、雨天時にその上を走行するタイヤがスリップしないようにフィンガー１及びフェイスプレート３の表面には、水切り溝２が形成されているものがある。またフェイスプレート３の下面には路幅方向に延びるウエブプレート４が溶接されている。 As the length of the bridge increases, the amount of expansion and contraction also increases, so that the length of the finger 1 also increases, as shown in FIG. Most of the finger joints are made of steel, and some of the finger 1 and the face plate 3 have a drain groove 2 formed on the surface of the finger 1 and the face plate 3 so that the tire traveling on the finger joint does not slip in rainy weather. A web plate 4 extending in the road width direction is welded to the lower surface of the face plate 3.
フィンガージョイントはその上を車両が走行する度に曲げ応力を受けるため、長年使用するとフィンガー１の基部に疲労によりき裂５が発生し、そのまま放置するとフィンガー１が折損する可能性がある。き裂５の発生部位は、図１に示す通り主として圧縮応力が集中し易いフィンガー１の基部の下面であり、目視検査することは困難な部位である。 Since the finger joint receives bending stress each time the vehicle travels on it, cracks 5 are generated at the base of the finger 1 due to fatigue when used for many years, and the finger 1 may be broken if left as it is. As shown in FIG. 1, the crack 5 generation site is mainly the lower surface of the base portion of the finger 1 where compressive stress is easily concentrated, and is a site that is difficult to visually inspect.
そこで特許文献１に示されるように、フィンガージョイントが発生する音波波形データからき裂の有無を検出するフィンガージョイントの検査方法が開発されている。この特許文献１には、車両がフィンガージョイント上を走行したときの振動を利用する方法と、フィンガージョイントの路面側から打撃を加えた時の振動を利用する方法とが記載されている。しかし何れもフィンガージョイントの側方に設置したマイクロフォンにより取得した音波波形データからき裂の方向を求める方法であるから、き裂の発生部位を正確に特定することは容易ではないという問題がある。 Therefore, as shown in Patent Document 1, a method for inspecting a finger joint for detecting the presence or absence of a crack from sound wave waveform data generated by the finger joint has been developed. Patent Document 1 describes a method of utilizing vibration when a vehicle travels on a finger joint and a method of utilizing vibration when a hit is applied from the road surface side of the finger joint. However, since all of them are methods of obtaining the crack direction from the sound wave waveform data acquired by the microphone installed on the side of the finger joint, there is a problem that it is not easy to accurately identify the crack occurrence site.
このため実際の現場では、車両等の通行を規制したうえで、作業員が各フィンガー１に超音波探触子を順次押し当てながら反射波形を観察し、き裂を検出する方法が実施されている。この方法によれば、き裂の発生部位をより正確に求めることができる。しかしその検査の正確性は、作業員の技量に大きく依存するという問題がある。また、フィンガージョイントは道路等の幅全体に設けられ、フィンガーの総本数は非常に多いため全体を検査するために多くの時間がかかり、長時間にわたり車両等の通行を規制しなければならないという問題がある。 For this reason, at the actual site, after restricting the passage of vehicles and the like, a method is implemented in which a worker observes a reflected waveform while sequentially pressing an ultrasonic probe against each finger 1 to detect a crack. There is. According to this method, the crack occurrence site can be determined more accurately. However, there is a problem that the accuracy of the inspection largely depends on the skill of the worker. In addition, finger joints are provided over the entire width of roads, etc., and since the total number of fingers is very large, it takes a lot of time to inspect the whole, and it is necessary to regulate the passage of vehicles, etc. for a long time. There is.
従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、フィンガージョイントのき裂を、短時間で精度よく探傷することができる技術を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to provide a technique capable of accurately detecting a crack in a finger joint in a short time.
上記した課題を解決するためになされた本発明は、橋梁桁端部に設けられたフィンガージョイントのき裂を超音波探傷する治具であって、フィンガージョイントの基部に設置されたラック上を、路幅方向に自走する走行台車と、この走行台車の左右両側に搭載されたソリ型プローブホルダと、これらのソリ型プローブホルダに保持されたフェーズドアレイ超音波探触子とからなり、前記ソリ型プローブホルダはその底面に、フィンガージョイント上を滑動可能なソリを備えたものであることを特徴とするものである。 The present invention, which has been made to solve the above-mentioned problems, is a jig for ultrasonically detecting cracks in a finger joint provided at the end of a bridge girder, and is provided on a rack installed at the base of the finger joint. It consists of a traveling carriage that runs on its own in the road width direction, a sled-type probe holder mounted on both the left and right sides of the traveling carriage, and a phased array ultrasonic probe held by these sled-type probe holders. The mold probe holder is characterized in that its bottom surface is provided with a sled that can slide on a finger joint.
なお、前記フェーズドアレイ超音波探触子の一方は、フィンガージョイントに形成された水切り溝を避けて接触し、フィンガージョイントの基部を探傷するものであることが好ましい。また前記ソリは、フィンガージョイントのピッチよりも長い一対のソリであることが好ましい。 It is preferable that one of the phased array ultrasonic probes is in contact with the finger joint while avoiding the drain groove formed in the finger joint to detect the base portion of the finger joint. Further, the sleds are preferably a pair of sleds longer than the pitch of the finger joints.
本発明の治具によれば、フィンガージョイントの基部に設置されたラック上で走行台車を連続的に走行させながら、走行台車の左右両側に搭載されたソリ型プローブホルダに保持されたフェーズドアレイ超音波探触子により、フィンガー基部をフィンガー側と控え側の両側から超音波探傷を行い、き裂の有無を短時間で精度よく検出することができる。特に本発明では探傷角度や集束深さを電子的に制御することにより広い範囲を効率よく探傷できるフェーズドアレイ超音波探触子を用いたので、探触子を連続的に移動させながら探傷することができ、従来のように探触子を手動で操作しながら探傷する方法よりも、短時間で探傷を完了することができる。 According to the jig of the present invention, the phased array is held by the warp type probe holders mounted on the left and right sides of the traveling carriage while continuously traveling the traveling carriage on the rack installed at the base of the finger joint. With the sound wave probe, the finger base can be ultrasonically detected from both the finger side and the back side, and the presence or absence of cracks can be detected accurately in a short time. In particular, in the present invention, a phased array ultrasonic probe that can efficiently detect a wide range by electronically controlling the flaw detection angle and the focusing depth is used, so that flaw detection is performed while continuously moving the probe. The flaw detection can be completed in a shorter time than the conventional method of manually operating the probe to detect a flaw.
また高速道路等の場合、フィンガージョイントのフィンガーは路幅方向に１００ｍｍ前後のピッチで設けられており探傷面が不連続となっているため、フェーズドアレイ超音波探触子を路幅方向に連続的に移動させることは容易ではない。しかし本発明では、底面にフィンガージョイント上を滑動可能なソリを備えたソリ型プローブホルダにフェーズドアレイ超音波探触子を保持させたので、フェーズドアレイ超音波探触子をフィンガー上で路幅方向に支障なく移動させることが可能である。 Further, in the case of a highway or the like, the fingers of the finger joint are provided at a pitch of about 100 mm in the road width direction, and the flaw detection surface is discontinuous, so that the phased array ultrasonic probe is continuous in the road width direction. It is not easy to move to. However, in the present invention, since the phased array ultrasonic probe is held by the sled type probe holder having a sled that can slide on the finger joint on the bottom surface, the phased array ultrasonic probe is moved on the finger in the path width direction. It is possible to move it without any trouble.
以下に本発明の実施形態を説明する。
図２は本発明の実施形態を示す斜視図、図３はその平面図、図４はその正面図である。これらの図において、１０はフィンガージョイントの基部に設置されたラックである。ラック１０は路幅方向に直線的に延びるもので、その上面は路面、すなわちフェイスプレート３の上面よりも少し高い位置にある。ラック１０は探傷作業時にフェイスプレート３に取り付けられるものであり、作業終了後には取り外される。フェイスプレート３は鋼鉄製であるから、ラック１０は磁石を利用して簡便に脱着できる構造とすることが好ましい。またラック１０は長手方向に分割しておき、路幅に応じて適当本数を接続して用いることが好ましい。
An embodiment of the present invention will be described below.
FIG. 2 is a perspective view showing an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a plan view thereof, and FIG. 4 is a front view thereof. In these figures, 10 is a rack installed at the base of the finger joint. The rack 10 extends linearly in the road width direction, and its upper surface is located slightly higher than the road surface, that is, the upper surface of the face plate 3. The rack 10 is attached to the face plate 3 during the flaw detection work, and is removed after the work is completed. Since the face plate 3 is made of steel, it is preferable that the rack 10 has a structure that can be easily attached and detached by using a magnet. Further, it is preferable that the rack 10 is divided in the longitudinal direction and an appropriate number of racks 10 are connected according to the road width.
１１はこのラック１０の上に置かれて自走する走行台車である。走行台車１１は片側に走行用モータ１２を備え、この走行用モータ１２により駆動されるピニオン１３をラック１０の上面に噛み合わせることにより、ラック１０上を自走することができる。走行台車１１の走行位置は走行用モータ１２の反対側に設けられたエンコーダ１４により検出され、図示を略したケーブルを通じて計測装置に入力される。この構成により、走行台車１１の現在位置を常に正確に把握することができる。なお走行台車１１の下面にはラック１０の側面を挟むように逆Ｕ字状のガイド１５が設けられ、走行台車１１がラック１０から外れないようにガイドしている。 Reference numeral 11 denotes a traveling carriage that is placed on the rack 10 and runs on its own. The traveling carriage 11 is provided with a traveling motor 12 on one side, and by engaging the pinion 13 driven by the traveling motor 12 with the upper surface of the rack 10, the traveling carriage 11 can self-propell on the rack 10. The traveling position of the traveling carriage 11 is detected by an encoder 14 provided on the opposite side of the traveling motor 12, and is input to the measuring device through a cable (not shown). With this configuration, the current position of the traveling carriage 11 can always be accurately grasped. An inverted U-shaped guide 15 is provided on the lower surface of the traveling carriage 11 so as to sandwich the side surface of the rack 10, and guides the traveling carriage 11 so as not to come off the rack 10.
この走行台車１１の中央には垂直壁１６が形成されており、この垂直壁１６を貫通して２本のレール１７が平行に設けられている。これらのレール１７はラック１０に対して直角方向、すなわち道路の長手方向に延びており、これらのレール１７の各端部は連結部材１８により連結されている。 A vertical wall 16 is formed in the center of the traveling carriage 11, and two rails 17 are provided in parallel through the vertical wall 16. These rails 17 extend in the direction perpendicular to the rack 10, that is, in the longitudinal direction of the road, and each end of these rails 17 is connected by a connecting member 18.
これらのレール１７上には、ソリ型プローブホルダ１９が搭載されている。ソリ型プローブホルダ１９は垂直壁１６を挟んで両側に対称的に配置されており、ソリ型プローブホルダ１９の外側部材２０には２本のレール１７が貫通している。このためソリ型プローブホルダ１９を２本のレール１７上でスライドさせ、固定ねじ２１を締めることによって、任意位置で固定することができる。 A sled-type probe holder 19 is mounted on these rails 17. The sled-type probe holder 19 is symmetrically arranged on both sides of the vertical wall 16, and two rails 17 penetrate through the outer member 20 of the sled-type probe holder 19. Therefore, the sled type probe holder 19 can be fixed at an arbitrary position by sliding it on the two rails 17 and tightening the fixing screw 21.
ソリ型プローブホルダ１９の外側部材２０の下方部分には無底で四角枠状のホルダ部２２が設けられており、その内部にフェーズドアレイ超音波探触子２３が保持されている。フェーズドアレイ超音波探触子２３は固定ねじ２４によりホルダ部２２内に固定されているが、固定ノブ２５を操作することによって固定したり、フリーとすることができる。フェーズドアレイ超音波探触子２３は四角枠状のホルダ部２２に保持された状態で、フィンガージョイントに接触することができる。 A bottomless, square frame-shaped holder portion 22 is provided in the lower portion of the outer member 20 of the sled type probe holder 19, and a phased array ultrasonic probe 23 is held inside the holder portion 22. The phased array ultrasonic probe 23 is fixed in the holder portion 22 by the fixing screw 24, but can be fixed or freed by operating the fixing knob 25. The phased array ultrasonic probe 23 can come into contact with the finger joint while being held by the square frame-shaped holder portion 22.
本発明で用いたフェーズドアレイ超音波探触子２３は、多数枚の振動子を積層し、各振動子の作動を電子的に制御することにより、探傷角度や超音波の集束深さを自由に制御できるようにしたものである。従来の単一振動子の探触子であるとその探傷角度や集束深さは一定であるから、探触子を手動で操作して反射波形からき裂の位置を特定する必要があったが、フェーズドアレイ超音波探触子２３は数百〜数千回/秒という高速度で走査することができるので、移動させながらその周囲全体を精度よく探傷することができるものである。 The phased array ultrasonic probe 23 used in the present invention stacks a large number of oscillators and electronically controls the operation of each oscillator to freely adjust the flaw detection angle and the ultrasonic focusing depth. It is made to be controllable. With a conventional single oscillator probe, the flaw detection angle and focusing depth are constant, so it was necessary to manually operate the probe to identify the crack position from the reflected waveform. Since the phased array ultrasonic probe 23 can scan at a high speed of several hundred to several thousand times / second, it is possible to accurately detect the entire surroundings while moving the probe 23.
図３に示されるように、ソリ型プローブホルダ１９の底面には、フィンガージョイント上を滑動可能なソリ２６が設けられている。この実施形態ではソリ２６は各フェーズドアレイ超音波探触子２３の両側に取り付けられており、図６に示すようにその長さはフィンガー１のピッチよりも長く、ピッチの2倍程度とすることが好ましい。四角枠状のホルダ２２に保持されたフェーズドアレイ超音波探触子２３は、これらのソリ２６の間からフィンガージョイントの表面に接触し、超音波探傷を行う。 As shown in FIG. 3, a sled 26 that can slide on the finger joint is provided on the bottom surface of the sled type probe holder 19. In this embodiment, the sleds 26 are attached to both sides of each phased array ultrasonic probe 23, and as shown in FIG. 6, the length thereof is longer than the pitch of the finger 1 and is about twice the pitch. Is preferable. The phased array ultrasonic probe 23 held in the square frame-shaped holder 22 comes into contact with the surface of the finger joint from between these sleds 26 to perform ultrasonic flaw detection.
なおフェーズドアレイ超音波探触子２３の下面には図示を略したパイプを通じて水が供給され、フェーズドアレイ超音波探触子２３とフィンガージョイントとの間に水膜を形成するようになっている。 Water is supplied to the lower surface of the phased array ultrasonic probe 23 through a pipe (not shown), and a water film is formed between the phased array ultrasonic probe 23 and the finger joint.
以上に説明した構造の治具を用いてフィンガージョイントのき裂を探傷するには、先ず片側のフィンガージョイントのフェイスプレート３の上面にラック１０を設置し、その上に走行台車１１を載せてピニオン１３をラック１０と噛み合わせる。次に走行台車１１のレール１７上でソリ型プローブホルダ１９をスライドさせ、図５、図６に示すように、一方のソリ型プローブホルダ１９に保持させたフェーズドアレイ超音波探触子２３をフィンガー１の基部に最も近い水切り溝を避けた適正な位置に接触させ、他方のソリ型プローブホルダ１９に保持させたフェーズドアレイ超音波探触子２３をフェイスプレート３の上面の適正な位置に接触させる。このように位置を決めた後、固定ねじ２１を締めてフェーズドアレイ超音波探触子２３の位置を固定する。 In order to detect a crack in a finger joint using a jig having the structure described above, first, a rack 10 is installed on the upper surface of the face plate 3 of the finger joint on one side, and a traveling carriage 11 is placed on the rack 10 to perform a pinion. 13 is engaged with the rack 10. Next, the sled-type probe holder 19 is slid on the rail 17 of the traveling bogie 11, and as shown in FIGS. 5 and 6, the phased array ultrasonic probe 23 held by one of the sled-type probe holders 19 is fingered. The phased array ultrasonic probe 23 held in the other sled-type probe holder 19 is brought into contact with the proper position on the upper surface of the face plate 3 while avoiding the drainage groove closest to the base of 1. .. After determining the position in this way, the fixing screw 21 is tightened to fix the position of the phased array ultrasonic probe 23.
その後、走行用モータ１２により走行台車１１を走行させながら２つのフェーズドアレイ超音波探触子２３によりフィンガー１の基部の超音波探傷を行う。図５に示すように、右側（フィンガー側）のフェーズドアレイ超音波探触子２３はウエブプレート４の右側から、左側（控え側）のフェーズドアレイ超音波探触子２３はウエブプレート４の左側から探傷を行う。図５に破線で示した位置が疲労き裂５の好発部位であり、両側からの探傷により確実に検出することが可能となる。特に右側（フィンガー側）のフェーズドアレイ超音波探触子２３は，ウエブプレート４の溶接部からの反射波形の影響を受けることなく探傷を行うことができる。得られた探傷波形は検査装置に送られ、記録される。 After that, while the traveling carriage 11 is driven by the traveling motor 12, the two phased array ultrasonic probes 23 perform ultrasonic flaw detection on the base of the finger 1. As shown in FIG. 5, the phased array ultrasonic probe 23 on the right side (finger side) is from the right side of the web plate 4, and the phased array ultrasonic probe 23 on the left side (reserve side) is from the left side of the web plate 4. Perform flaw detection. The position shown by the broken line in FIG. 5 is the site where the fatigue crack 5 is likely to occur, and it can be reliably detected by flaw detection from both sides. In particular, the phased array ultrasonic probe 23 on the right side (finger side) can perform flaw detection without being affected by the reflected waveform from the welded portion of the web plate 4. The obtained flaw detection waveform is sent to the inspection device and recorded.
本発明の治具によれば、ソリ２６を利用してフェーズドアレイ超音波探触子２３をフィンガー１上で滑らせることができるので、走行台車１１を連続的に走行させながら探傷を行うことができる。前記したように走行台車１１の位置はエンコーダ１４からの信号により正確に検出できるので、フェーズドアレイ超音波探触子２３からの探傷波形に異常があれば、それが何番目のフィンガー１のき裂であるのかを正しく把握することができる。従って従来のようにフィンガー１を手作業で一本ずつ探傷する必要がなくなり、ごく短時間に路幅全体の検査を完了することができる。このため、車両等の通行を規制する時間も従来の数分の一に短縮することができ、また作業員が手作業で探傷を行う必要もないため、作業安全性を高めることも可能となる。 According to the jig of the present invention, since the phased array ultrasonic probe 23 can be slid on the finger 1 by using the sled 26, it is possible to perform flaw detection while continuously traveling the traveling carriage 11. it can. As described above, the position of the traveling carriage 11 can be accurately detected by the signal from the encoder 14, so if there is an abnormality in the flaw detection waveform from the phased array ultrasonic probe 23, it is the crack of the finger 1. It is possible to correctly grasp whether it is. Therefore, it is not necessary to manually detect each finger 1 one by one as in the conventional case, and the inspection of the entire road width can be completed in a very short time. For this reason, the time for restricting the passage of vehicles and the like can be shortened to a fraction of the conventional time, and since it is not necessary for the worker to manually detect the flaw, it is possible to improve the work safety. ..
また本発明の治具は走行台車１１の両側にフェーズドアレイ超音波探触子２３を備えているので、図７に示すように走行台車１１をラック１０の端部まで走行させた後に、ラックを反対側のフェイスプレート３に平行移動させ、走行台車１１を逆方向に走行させて戻しながら反対側のフィンガー１の基部を探傷させることができる。これにより探傷時間を短縮することが可能となる。 Further, since the jig of the present invention includes phased array ultrasonic probes 23 on both sides of the traveling carriage 11, the rack is moved after the traveling carriage 11 is driven to the end of the rack 10 as shown in FIG. The base of the finger 1 on the opposite side can be detected while being translated to the face plate 3 on the opposite side and the traveling carriage 11 is moved back in the opposite direction. This makes it possible to shorten the flaw detection time.
なお、得られた探傷波形を記録させておき、例えば１年後の探傷波形と比較すれば、特定部位のき裂の進行状況を把握したうえで計画的な補修を行うことも可能となる。 If the obtained flaw detection waveform is recorded and compared with the flaw detection waveform one year later, for example, it is possible to perform planned repair after grasping the progress of cracks in a specific part.
以上に説明したように、本発明のフェーズドアレイ超音波探傷用走査治具によれば、フィンガージョイントのき裂を、短時間で精度よく検出することができるうえ、通行規制時間の短縮と、作業員の安全性の向上を図ることができる。 As described above, according to the phased array ultrasonic flaw detection scanning jig of the present invention, cracks in the finger joint can be detected accurately in a short time, the traffic regulation time can be shortened, and the work can be performed. It is possible to improve the safety of personnel.
１ フィンガー
２ 水切り溝
３ フェイスプレート
４ ウエブプレート
５ き裂
１０ ラック
１１ 走行台車
１２ 走行用モータ
１３ ピニオン
１４ エンコーダ
１５ ガイド
１６ 垂直壁
１７ レール
１８ 連結部材
１９ ソリ型プローブホルダ
２０ 外側部材
２１ 固定ねじ
２２ ホルダ
２３ フェーズドアレイ超音波探触子
２４ 固定ねじ
２５ 固定ノブ
２６ ソリ
1 Finger 2 Draining groove 3 Face plate 4 Web plate 5 Crack 10 Rack 11 Bogie 12 Driving motor 13 Pinion 14 Encoder 15 Guide 16 Vertical wall 17 Rail 18 Connecting member 19 Sole type probe holder 20 Outer member 21 Fixing screw 22 Holder 23 Phased Array Ultrasonic Detector 24 Fixing Screw 25 Fixing Knob 26 Sori
Claims (3)
フィンガージョイントの基部に設置されたラック上を、路幅方向に自走する走行台車と、この走行台車の左右両側に搭載されたソリ型プローブホルダと、これらのソリ型プローブホルダに保持されたフェーズドアレイ超音波探触子とからなり、
前記ソリ型プローブホルダはその底面に、フィンガージョイント上を滑動可能なソリを備えたものであることを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷用走査治具。 It is a jig that ultrasonically detects cracks in the finger joints provided on the bridge girder.
A traveling trolley that self-propells in the road width direction on a rack installed at the base of the finger joint, a sled-type probe holder mounted on both the left and right sides of the traveling trolley, and a phased array held by these sled-type probe holders. Consists of an array ultrasonic probe
The sled-type probe holder is a phased array ultrasonic flaw detection scanning jig characterized in that the sled type probe holder is provided with a sled that can slide on a finger joint on the bottom surface thereof.
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