CN110770578B - 相控阵探伤装置和方法 - Google Patents

Abstract

发明探针（10）的多个超声波振子（12）（片段（15））以同心圆状分离，且在与通过圆的中心的基准线L正交的列上分离，相对于基准线L处于线对称。发明探针（10）的检测面（14）为直径D的圆形，具有分割成相对于基准线L对称的多个圆弧状部分的多个片段（15）。进而，具备控制装置（20），其具有以相同条件控制线对称的成对的超声波振子（12）的多个控制频道（21）。

Description

相控阵探伤装置和方法

技术领域

本发明关于具有以圆状依次激励多个元件的功能和以行列状依次激励多个元件的功能，并能通过使两个功能同时作用而例如使超声波波束以圆形聚焦、使超声波波束向任意方向前进的相控阵（Phased Array）探伤装置和采用该装置的超声波探伤方法。

背景技术

相控阵探头由多个振子构成，通过独立控制各振子收发超声波的定时（相位）并形成合成后的超声波波阵面，进行超声波波束的控制。

现有的相控阵探头大致区分为线阵探头、矩阵（Matrix Array）探头及环阵（Annular Array）探头。

线阵探头是将方形振子沿一个方向分割为长条状的探针，矩阵探头是将方形振子沿纵横两个方向分割的探针，环阵探头是将圆形振子分割为同心圆状的探针。这些探头各自有优缺点且分别使用。

环阵探头例如公开于专利文献1、2中。另外，矩阵探头例如公开专利文献3中。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6－38298号公报；

专利文献2：日本特开2009－105762号公报；

专利文献3：日本特表2016－501375号公报。

发明内容

发明要解决的课题

线阵探头能够以电子方式将超声波波束（以下仅称为“波束”）的前进方向改变为分割后的分割线的正交方向，或者使波束聚焦在任意深度，但是无法在与之正交方向上控制波束。为此，例如想要使波束宽度较窄地聚焦而改善伤痕的尺寸测定精度，也只能在一个方向上聚焦，测定精度的改善被限制在一个方向上。

另一方面，依据环状的环阵探头，能够将超声波波束较细地聚焦成圆状，因此，例如在伤痕的尺寸测定中也期待能够改善纵横任一方向的测定精度。然而，环阵探头无法自由控制波束的前进方向。

依据矩阵探头，在纵横任一方向上都具有分割面，因此也能够像环阵探头那样将超声波波束聚焦成圆形，且也能够使超声波波束沿任意方向前进。

然而，在矩阵探头的情况下，独立控制各振子收发超声波的定时（相位）的控制装置的控制频道（以下，仅称为“频道”）会变多。

例如，在现状常用的64频道的控制装置的情况下，矩阵探头的元件数最多为8×8＝64个、纵向及横向的分割面数较少、噪声级（noise level）会过大。

而且增加控制装置的频道数，则有必要重新开发控制装置的硬件及软件，因此需要过大的费用和时间。

本发明为了解决上述的问题点而构思。即，本发明的目的在于提供相控阵探伤装置和方法，以不增加控制装置的频道数，而具有以圆状依次激励多个元件的功能和以行列状依次激励多个元件的功能，并能通过使两个功能同时作用而例如使超声波波束以圆形聚焦以及向任意方向前进，且能够减小噪声级。

用于解决课题的方案

依据本发明，提供相控阵探伤装置，具备：相控阵探头，具有多个超声波振子，该多个超声波振子以同心圆状分离，且在与通过圆的中心的基准线正交的列上分离，相对于所述基准线处于线对称；以及控制装置，具有以相同条件控制所述线对称的成对的所述超声波振子的多个控制频道。

另外依据本发明，提供相控阵探伤方法，其采用上述相控阵探伤装置，以相同条件控制相对于所述基准线线对称的成对的所述超声波振子。

发明效果

依据本发明，多个超声波振子以同心圆状分离，所以能够以相同条件控制同心圆状的多个超声波振子而使各超声波波束聚焦成圆形。

另外在与基准线正交的列上分离，所以通过在基准线方向上控制多个超声波振子每一个的相位差，能够使超声波波束在沿着基准线的方向前进，或者形成沿基准线方向聚焦的线状的聚焦波束。

进而，由于多个控制频道以相同条件控制线对称的成对的超声波振子，所以不用增加控制装置的频道数而能够增加沿着基准线的超声波振子的个数，由此能够减小噪声级。

附图说明

图1是依据本发明的相控阵探伤装置的整体结构图。

图2是图1的A－A向视图，是示出发明探针的第1实施方式的图。

图3是本发明的相控阵探伤方法的说明图。

图4是示出发明探针的第2实施方式的与图2同样的图。

图5是示出发明探针10的第3实施方式的与图2同样的图。

图6是图5的发明探针10的控制方法的说明图。

图7A是采用第2实施方式的发明探针，检查具有圆筒形的外表面的试验对象的情况下的示意侧视图。

图7B是通过图7A的X轴的截面图。

图8示出相对于图7A和图7B，在具有斜向倾斜的表面的楔体（中间构件2）上搭载本发明的探头10并使超声波倾斜于试验对象的轴向入射的斜角探伤的例子。

图9是分割数为8分割的情况下的、通过线性探针、环形探针及矩阵探针的模拟求出的波束轮廓的比较图。

图10是分割数为4～32分割的情况下的、宽度方向的回波高度的比较图。

图11是振子的分割数和旁瓣噪声级的关系图。

图12是振子的分割数和超声波波束S的波束宽度的关系图。

图13是矩阵探针和发明探针的第1、2实施方式的波束轮廓的比较图。

图14是端部的回波级（echo level）和波束宽度的关系图。

图15是利用线性探针、矩阵探针及发明探针进行的探伤试验结果的比较图。

图16是发明探针、环形探针及矩阵探针对具有圆筒形的外表面的试验对象进行的探伤试验结果的比较图。

图17是制作的发明探针的外形图。

图18是制作的发明探针的超声波振子的配置图。

图19A是示出制作的发明探针的试验条件的说明图。

图19B是伤痕的说明图。

图20是缺陷平面上的C扫描图像。

图21是扫描方向上的峰值图。

图22是与扫描方向正交的方向上的峰值图。

图23A是示出探头的构造例的截面图。

图23B是示出探头的其他构造例的截面图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的优选实施方式进行说明。此外各图中，对于共同的部分标注相同的标号，并省略重复的说明。

图1是依据本发明的相控阵探伤装置100的整体结构图。

该图中，相控阵探伤装置100具备相控阵探头10及控制装置20。此外，“1”是试验对象TP的表面（试验对象表面）。

以下，仅将本发明的相控阵探头10简称为“探头10”或“发明探针10”。

相控阵探头10（发明探针10）具有独立激励的多个超声波振子12。

图23A是示出探头10的构造例的截面图。

在多个超声波振子12为1块压电元件9（压电陶瓷或石英等）的情况下，要设置独立激励的区域，需要先将多个超声波振子12进行分离，以使特定区域（激励区域B）上的振动不会波及到其他区域。

即，在探头10的检测面14安装1块共同电极C，相反侧的电极（分割电极A）被分割，以仅对既定区域（激励区域B）施加电压。另外，以在激励区域B产生的振动不会传播到其他区域的方式，在压电元件9配合分割电极A的分割而设置尽可能深的槽8a，从而分割成多个超声波振子12。

具体而言，最好在1块压电元件9的两侧安装电极A、C，最后从检测面14的相反侧配合电极A和压电元件9而以尽可能深的槽8a进行分离，从而作为多个超声波振子12。

图23B是示出探头10的其他构造例的截面图。

如该图所示，探头10优选为排列被分割成较小的格子状或圆柱状的较小的压电元件9，并在间隙8b填充环氧树脂等的复合型。

复合型中，通过在检测面14安装1块共同电极C，并在相反侧设置激励的区域的多个分割电极A，能够形成独立激励的多个超声波振子12的激励区域B。

即，在图23B中，只有被通电的分割电极A和检测面14的共同电极C夹持的微小的压电元件9被激励，其振动不会对其他压电元件9产生影响。

依据该构造，如果利用例如电镀技术形成单面的分割电极A，则也能够进行复杂的多个振动区域的分割。即，仅将与检测面14相反侧的电极进行分割，就能够将一块复合型的压电元件9分割成多个超声波振子12。

在图1中，相邻的超声波振子12之间设置有间隙11，以分别独立工作。间隙11相当于图23A中的槽8a、或图23B中的间隙8b。

间隙11的大小（间隙宽度）在后述的例子中为0.05mm。

另外发明探针10具有发送、接收超声波波束S的检测面14。

此外，该例子中，检测面14与试验对象TP的表面（试验对象表面1）直接相接，但是也可以在其间设置中间构件2（参照图7B、图8）。

控制装置20控制多个超声波振子12，并通过各超声波振子12发送、接收超声波波束S。超声波波束S的振动频率在后述的例子中为能够在钢中使用的5MHz。

在图1中，相控阵探伤装置100还具备显示装置22及图像处理装置24。

显示装置22是显示器装置，显示用发明探针10接收的超声波波束S的探伤波形等。

图像处理装置24例如从探伤波形中抽取异物（例如龟裂）的衍射波，以几何学方式求出异物的大小。

在图1中，本发明设想了如下情况，即试验对象TP为铁钢制的压力容器或厚壁配管，作为检测对象的伤痕M处于距离试验对象表面1为深度x的位置。这样的检查对象相当于原子能或锅炉的压力容器或配管。

如上述，例如，在现状常用的64频道的控制装置20的情况下，矩阵探头的元件数最多为8×8＝64个，在纵向及横向使用的元件数被限制，从而存在超声波波束S变得难以控制的缺点。

特别是，在使波束聚焦到距离试验对象表面1较深的位置时整个振子的大小会变大，限制分割数的影响变得显著。

例如，能够使超声波波束S聚焦的范围（距离试验对象表面1为深度x）为近距离声场内，由下式（1）表示，振子越大越能得到聚焦的效果。

x＜D²/4λ ･･･（1）

D：分割的振子的公称直径，λ：波长。

在此公称直径D是指相当于振子的面积的圆的直径。

即，要为钢中纵波且使超声波波束S聚焦在深度100mm的附近时需要分割最小24mm的振子（使用在钢中能够使用的5MHz），要更有效地进行时优选分割35mm左右的元件。

因此，需要增大分割的振子的公称直径D。

图2是图1的A－A向视图，并且是示出发明探针10的第1实施方式的图。

该图中，多个超声波振子12被分离成以中心O为中心的同心圆状，且彼此分离地位于圆周方向。另外各超声波振子12在与通过同心圆的中心O的基准线L正交的方向上在列上分离，相对于基准线L处于线对称。

“同心圆”并不局限于完整的同心圆，例如也可为椭圆的同心圆。

基准线L在该例子中是图中的Y轴。

超声波振子12的输出与其大小成比例。另外线对称的超声波振子12的大小形成为相同。

在图2中，发明探针10的检测面14为直径D的圆形，具有被分割为相对于基准线L对称的多个圆弧状部分的多个片段（segment）15。片段15相当于上述的1个超声波振子12。

片段15在该例子中由中心的圆形部分和其他的圆弧状部分构成。此外，片段15的形状并不局限于该例子，也可为其他形状。

另外，相邻的片段15之间的间隙11的大小（间隙宽度）优选恒定，但也可以变化。以下，在间隙宽度恒定或接近恒定的情况下，将片段间的间隙11称为分割线16。

片段15的分割线16在该例子中由多个圆形分割线16a和多个直线分割线16b构成。

在图2中，直线分割线16b互相平行，与通过圆形的中心O的基准线L正交，且与圆形分割线16a的两端相接。在该情况下，直线分割线16b通过基准线L和圆形分割线16a的交点，并且是互相平行的直线。

圆形分割线16a在该例子中为5个，将检测面14的圆形分割成6个圆环状部分（环状部分）。直线分割线16b在该例子中为10个，将环状部分分割成61个圆弧状部分（包括中央的一个圆）。以下，将图2的分割称为“6环、11行分割”。

在图2中，在片段15的内侧记载的“数字”为片段号码I。片段号码I（＝1～61）在各片段15中被标注为不同号码。

其结果，检测面14具有用圆形分割线16a和直线分割线16b分割的61个片段15。

控制装置20具有多个控制频道21。各控制频道21以相同条件控制线对称的成对的超声波振子12。

多个（该例子中为61）控制频道21分别控制片段号码I（＝1～61）的片段15的超声波振子12。

本发明的相控阵探伤方法采用上述的相控阵探伤装置100，以相同相位同时激励相对于基准线L线对称的成对的超声波振子12。

图4是示出发明探针10的第2实施方式的与图2同样的图。

该图中，与第1实施方式同样，直线分割线16b与通过圆形的中心的基准线L正交，且与圆形分割线16a的两端相接。

圆形分割线16a在该例子中为7个，将检测面14的圆形分割成8个圆环状部分（环状部分）。直线分割线16b在该例子中为14个，将环状部分分割成多个（113个）圆弧状部分（包括中央的一个圆）。以下，将图4的分割称为“8环、15行分割”。

在图4中，例如，片段号码I为10、11、12、14和15的片段15，相对于Y轴处于线对称，通过相同控制频道21以相同条件进行控制。

相对于Y轴处于线对称的位置的其他成对的超声波振子12也同样。

其他构成与第1实施方式同样。

图5是示出发明探针10的第3实施方式的与图4同样的图。

圆形分割线16a在该例子中为7个，将检测面14的圆形分割成8个圆环状部分（环状部分）。直线分割线16b在该例子中为多个（112个），将环状部分分割成多个（113个）圆弧状部分（包括中央的一个圆）。

在图5中，在片段15的内侧记载的“数字”是片段号码I。片段号码I（＝1～64）对相对于Y轴处于线对称的成对的片段15标注相同的号码。

即，该例子中检测面14对位于Y轴上的15个片段15标注不同的片段号码I，而对相对于Y轴处于线对称的1对片段15分别标注相同的片段号码I。

其结果，检测面14具有用圆形分割线16a和直线分割线16b分割的113个片段15。

图6是图5的发明探针10的控制方法的说明图。

第3实施方式中，直线分割线16b为半径方向的线，不与基准线L正交，且不与圆形分割线16a的两端相接，在这一点上与第1、第2实施方式不同。

然而，如图6所示，通过以相同条件控制位于与X轴（与基准线L正交）平行的直线上（例如L1、L2）的多个片段15，能够得到与第1、第2实施方式同样的同等效果。

图3是本发明的相控阵探伤方法的说明图，利用图5所示的实施方式3进行说明。

该图示出用于使超声波波束S聚焦或者倾斜（或者改变前进方向）的延迟规则的例子。延迟规则是指激励各元件（微小振子）的时间的规则。

此外，图3（A）（B）（C）中的（a）为从横向观察的图，（b）为三轴显示的图。

图3（A）是用于利用本发明的探头10聚焦到正下方30mm的位置的延迟规则。振子的上侧的柱状图就是延迟时间。为了聚焦于正下方，从外侧的环起依次激励，最后激励中央部的元件，从而能够在既定深度位置上对齐相位并聚焦。

图3（B）示出前进方向倾斜10度的情况下的延迟规则。从与波束的斜率相反侧的元件起依次激励，最后激励倾斜波束的一侧的元件。在本发明中，除了环状的分割之外还伴随着线性的分割，能够用该线性的分割使超声波波束S倾斜。

另一方面，在图3（C）示出本发明的具有任意斜率而使超声波波束S聚焦于任意深度的延迟规则，是图3（A）和图3（B）的延迟规则的合成。即，本发明结合了环状的分割和线性的分割，且同时激励左右对称的元件，从而能够以最少元件数自由调整倾斜和聚焦位置。

通过上述的结构，如图3（A）所示，以相同条件控制圆状的多个超声波振子12（片段15），从而与现有的环阵探头同样，能够使各个超声波波束S聚焦成圆形。

另外，如图3（B）所示，通过在基准线上设置延迟规则，并以从各元件下引到基准线的垂线的交点位置的延迟时间激励元件，从而能够使超声波波束S在沿着基准线L的方向前进。另外，能够形成沿基准线方向聚焦成线状的波束。即，图6所示的L1的59、45、33、23、15、9的元件、及L2的61、47、35、25的元件被同时激励。此外“沿着基准线L的方向”能够通过使发明探针10以中心O为中心进行旋转来自由设定。

另外此时，如图3（C）所示，通过在图3（A）的聚焦成圆状的延迟规则加进图3（B）所示的沿着L线的方向的延迟规则，例如，还能够使沿着基准线L前进的超声波波束S聚焦成圆状。

图7A是采用第2实施方式的发明探针10，检查具有圆筒形的外表面的试验对象TP的情况下的示意侧视图。另外，图7B是通过图7A的Y轴的截面图。

另外，图8示出相对于使超声波垂直入射于试验片时的图7A和图7B，在具有斜向倾斜的表面的楔体（中间构件2）上搭载本发明的探头10并使超声波倾斜于试验对象TP的轴向入射的斜角探伤的例子。

在本发明的方法中，如图7A所示，对于具有圆筒形的外表面的试验对象TP，在从试验对象TP的外侧向圆筒形的中心线进行的垂直探伤中，使与试验对象TP接触的检测面14与外表面接触，且使基准线L朝向与圆筒形的轴向正交的圆周方向，对试验对象TP进行探伤检查。

该例子中，发明探针10的检测面14为平面，试验对象TP的外表面为圆弧面。因此，在图7B和图8中，在发明探针10的检测面14与试验对象TP的外表面之间夹着中间构件2。中间构件2的材质一般由丙烯树脂等的树脂作成。

此外，在图7A和图7B中，也可以不采用中间构件2，而以水或甘油为接触介质的直接接触方式使用，另外，也可以以在水中使探头和试验对象TP隔开距离进行探伤的水浸探伤法使用。

在图8中，中间构件2采用具有倾斜面的由丙烯树脂等树脂制作的楔体。楔体的倾斜面朝向轴向设置，发明探针10以基准线L朝向与圆筒形的轴向正交的圆周方向地设置在倾斜面上。由此，超声波沿着轴向对试验对象进行超声波沿倾斜向入射试验对象的轴向的斜角探伤。中间构件2的圆筒形试验对象侧的表面既可以平坦也可为配合圆筒形的曲率的曲率面。另外，在此描述了中间构件2采用楔体，并在楔体上设置本发明探针的情况，但是也可为使发明探针10和楔体成为一体的相控阵探伤用的斜角探头。

另外，优选圆形分割线16a为7个以上、直线分割线16b为14个以上、超声波振子12为64个以上。

依据上述的本发明的实施方式，多个超声波振子12以同心圆状分离，且在与通过圆的中心的基准线L正交的列上分离，相对于基准线L以线对称排列。通过该构成，以相同条件控制同心圆上的多个超声波振子12，与环阵探头同样，能够使各超声波波束S聚焦成圆形。

关于圆柱试验对象，在从图7B的截面观看时超声波入射试验对象TP的界面为圆，但是从侧面观看时为直线。若从侧面观察形成于试验对象内部的超声波波束S，则能够与平板的内部的波束轮廓同样地聚焦。然而，在截面上观察时，超声波波束S在圆状的试验对象界面折射，且由于试验对象TP的声速一般快于中间构件2的声速，所以试验对象内部的超声波波束S扩散，结果聚焦的位置与侧面的情况显著不同，无法聚焦成圆状而检查精度变差。

本发明的探头除了用环状分割的元件使超声波波束S聚焦成圆状的功能之外，还具有将延迟规则设置在基准线L的直线上而将超声波波束S控制为直线状的功能。即，将圆周方向的聚焦效果进一步提高波束在截面上的圆状的界面扩散的量，从而在截面方向上使从侧面观看的超声波波束S的聚焦更加接近同等，能够得到接近圆状的聚焦效果。

进而，多个控制频道21以相同条件控制线对称的成对的超声波振子12，因此不用增加控制装置20的频道数，而能够增加沿着基准线L的超声波振子12的个数，由此能够减小噪声级。

以下，将本发明的实施例1～3与现有例进行比较，并基于模拟结果进行说明。

[实施例1]

图9是分割数为8分割的情况下的、线阵探头、环阵探头及矩阵探头的波束轮廓的比较图。各图中，上图示出试验对象内的超声波波束S的聚焦状态，下图示出上图中超声波波束S最聚焦的位置（最大回波位置）上的宽度方向的回波强度（波束强度）。

以下，将线阵探头简称为“线性探针”，将环阵探头简称为“环形探针”，将矩阵探头简称为“矩阵探针”。

该图中，关于各振子的大小，在线性探针和矩阵探针的情况下，分割了35×35mm的方形振子，在环形探针的情况下分割了35mm直径的圆形振子。另外，使间隙11的大小（间隙宽度）恒定为0.05mm，并将聚焦点设定在100mm深度的位置。

图10是分割数为4～32分割的情况下的、宽度方向的回波高度的比较图。此外，矩阵探针的最大分割数为8×8＝64分割，因此仅示出4、6、8分割。

由图9、图10的波束轮廓的比较可知：若分割数较少，且各个元件（上述的片段15）的大小变大，则超声波波束S的聚焦性变差。另外，可知在所得到的波束轮廓中，结果上，在使用于测定的聚焦的超声波波束S的周边被认为是旁瓣的波束变强，由主瓣和旁瓣捕获伤痕M，或者无法分离主瓣和旁瓣而测定精度变差。

图11是振子的分割数与75mm深度上的旁瓣噪声级的关系图。

该图是比较图9、图10的波束轮廓的结果。

由图11可知：要使旁瓣噪声级为10％以下，在环形探针的情况下需要4分割以上，在线性探针的情况下需要11分割以上。由此，在图3的环的分割数为5个即6环11行分割中，能够使旁瓣噪声级为10％以下。另外，可知8×8的64频道的通常的矩阵探针无法达成10％以下。

[实施例2]

图12是振子的分割数与超声波波束S的波束宽度的关系图。

该图是以声压最集中的位置上的、最大声压的1/2以上的波束宽度求出。

由图12可知：当振子的分割数变少时波束宽度急剧变大，超声波波束S的集中性变差。

另外由该图可知：在环阵的情况下为8环以上，在线阵的情况下为13分割以上，从而能够将波束控制在最小波束宽度的5％的范围。即，能够用图4及图5的实施例2及3的8环15行分割达成。

由上述的实施例1、2明确了以下的内容。

（1）如图2和图4所示，发明探针10的检测面14优选通过同心圆状的圆形分割线16a（还包括中央的圆及椭圆环）和互相平行的直线分割线16b来进行分割。

（2）另外，优选在同心圆状的圆形分割线16a的间隙位置，使互相平行的直线分割线16b一致。

通过（1）、（2）的构成，能够将检测面14在同心圆上且在与通过中心的基准线正交的方向上分离，能容易分割成相对于基准线L处于线对称的片段15。另外在该情况下，能够使相邻的片段15之间的间隙11的大小（间隙宽度）恒定或维持在接近恒定的宽度，并能有效利用除间隙11以外的检测面14的整个表面。

（3）优选包括中央的圆在内的、利用圆形分割线16a进行的分割数为6个以上，利用直线分割线16b进行的分割数为11个以上。

通过该结构，在使发明探针10与环阵探头同样，使超声波波束S聚焦成圆形的情况下，能够将图11中的旁瓣噪声级抑制为3～4％的较低的值。

另外，在使发明探针10与线阵探头同样，使超声波波束S沿着基准线L朝任意方向前进的情况下，能够将图12中的超声波波束S的波束宽度抑制为4.3～4.4mm的较低的值。

（4）优选通过圆的中心O，夹着基准线L处于线对称的成对的超声波振子12同时激励。

（5）优选发明探针10采用厚壁的圆柱或配管的情况下，使基准线L（Y轴）的方向朝向与圆柱或配管的轴向正交的方向而进行探伤。

通过（4）、（5）的结构，对从截面方向观看时的入射到试验对象的波束轮廓，校正超声波波束入射试验对象时的圆形界面的影响，接近与从侧面观看的平滑面同样的波束轮廓而能够改善探伤精度。

（6）另外在该情况下，最好使利用圆形分割线16a进行的分割数为8、利用直线分割线16b进行的分割数为15，并以相同控制频道21控制相对于基准线L处于线对称的成对的片段15。

通过同时激励夹着基准线L处于线对称的超声波振子12，能够以64个控制频道21控制用圆形分割线16a和直线分割线16b分割的113个片段15。由此，能够使波束的聚焦效果为最佳波束宽度的5％以内。

[实施例3]

图13是矩阵探针与发明探针10的第1、2实施方式的波束轮廓的比较图。

该图中，（A）是将35×35mm的方形振子分割为8列8行的矩阵探针。另外，（B）是35mm直径的圆形振子的6环、11行分割的发明探针10（第1实施方式），（C）是35mm直径的圆形振子的8环、15行分割的发明探针10（第2实施方式）。

另外，各图中，（a）是将纵波折射角设定为5.7度、并设定为深度100mm、距离10mm的情况，（b）是将纵波折射角设定为11.3度、并设定为深度100mm、距离20mm的情况。

图14是从图13得到的、端部的回波级和波束宽度的关系图。

由该图可知：利用第1、2实施方式的发明探针10的波束宽度，与现有方法（矩阵探针）相比变小。

图15是在70mm深度的位置具有20×20mm的平板伤痕和3mm直径的球状伤痕的情况下的、利用线性探针、矩阵探针及发明探针10进行的探伤试验结果的比较图。

由该图可知：与线性探针、矩阵探针相比较，利用发明探针10能够以更高精度检测平板伤痕及球状伤痕。

图16是利用发明探针10、环形探针及矩阵探针对具有圆筒形的外表面的试验对象TP进行的探伤试验结果的比较图。

该图中，（A）是发明探针10的第3实施方式的以8环分割为113个圆弧状元件，（B）是环形探针的32分割，（C）是矩阵探针的8×8分割。

另外，各图中，（a）是轴向截面，（b）是轴正交方向截面。

由该图可知：与环形探针及矩阵探针相比较，利用发明探针10能够使波束在轴向截面及轴正交方向截面双方上聚焦，并能以更高的精度检测伤痕。

特别是，在环阵探头的情况下，采用被分割成圆状的振子，可知在平滑面的90度正交的截面上的波束的聚焦特性是同等的，但是在圆柱试验对象的真正试验的情况下，特别是在轴正交截面中，波束会以波束入射的界面上的圆状的曲率明显扩散而不会聚焦，并可知显著损害测定精度。相对于此，本发明的探伤中，特别是将圆周方向的曲率部分沿与基准线正交的方向为列地进行分割，并沿基准线方向设置延迟规则而校正曲率的影响，因此可知在轴向截面以及轴正交方向截面中都能良好地聚焦，且能以圆状聚焦而显著改善检查精度。

制作上述的本发明的装置并进行试验。

[实施例4]

（制作的发明探针10）

表1是制作的发明探针10的规格。

[表1]

外形尺寸	54mm直径、35mm长度
		外壳材质	SUS
频率	5MHz
		振子材质	复合材料
振子直径（D）	34.4mm
		总元件数	8环×15行＝113个元件
频道数	64Ch（左右对称元件短路）
		1ch的元件宽度（b）	2.2mm
间距	2.3mm
		间隙（G）	0.1mm

图17是制作的发明探针10的外形图。该图中，（A）是俯视图，（B）是侧视图，（C）是仰视图。

图18是制作的发明探针10的超声波振子12的配置图。

该图中，超声波振子12的配置与图4相同，是“8环、15行分割”。另外，检测面14的直径D为34.4mm，片段15的宽度b为2.2mm，间隙11的大小（间隙宽度G）为0.1mm。

（试验条件）

图19A是示出制作的发明探针10的试验条件的说明图。

试验所使用的试验对象TP为宽度（W＝100mm）、长度（L＝160mm）、高度（H＝120mm）的钢制块。与试验对象TP的上表面（试验对象表面1）对置地在下表面加工45°的倾斜面，在该倾斜面的中央加工了模擬缺陷（伤痕M）。

图19B是伤痕M的说明图。关于伤痕M，在以虚线表示的30mm直径的圆内侧以十字状设置了9处5mm间距、1mm直径的圆孔。以下，将具有伤痕M的平面倾斜面3称为“缺陷平面3”。

图19A中，在45度横波折射角的楔体2安装发明探针10并从试验对象表面1实施探伤试验。此时，扫描方向设为与图19A的纸面正交的方向（宽度方向）。

另外，作为比较例，采用32频道的线阵探头（现有探针）实施了同样的探伤试验。

（试验结果）

图20是缺陷平面上的C扫描图像，（A）是发明探针10的图像，（B）是现有探针的图像。C扫描图像是指从上部投影并观看的图像。

在图20中，横轴为扫描距离（mm），纵轴为偏向角度（Angle：°）。在该试验中，进行超声波探伤时沿前后方向改变聚焦位置，偏向角度以中心为0°而在±7.5°的范围。

由图20可知：与现有探针的图像相比较，发明探针10的图像清楚地检测出模擬缺陷。

图21是扫描方向上的峰值图，图22是与扫描方向正交的方向（图19A中左右方向）上的峰值图。在图21、图22中，（A）是发明探针10的图像，（B）是现有探针的图像。

在图21中，横轴是扫描距离（mm），纵轴是波束强度（％）。在图22中，横轴是偏向角度（°），纵轴是波束强度（％）。波束强度最大值设为100％。

由图21和图22也可知：与现有探针的图像相比较，发明探针10的图像以较高的精度检测出模擬缺陷。

此外，本发明并不局限于上述的实施方式，在不脱离本发明的要点的范围内能够进行各种变更这一点无需赘述。

标号说明

A 分割电极；B 激励区域；C 共同电极；D 分割的振子的尺寸（检测面的直径）；I片段号码；L 基准线；M 伤痕；O 中心；S 超声波波束；TP 试验对象；x 深度；1 试验对象表面；2 中间构件（楔体）；3 缺陷平面；8a 槽；8b 间隙；9 压电元件；10 相控阵探头（探头、发明探针）；11 间隙；12 超声波振子；14 检测面；15 片段；16 分割线；16a 圆形分割线；16b直线分割线；20 控制装置；21 控制频道；22 显示装置；24 图像处理装置；100 相控阵探伤装置。

Claims (6)

1.一种相控阵探伤装置，具备：

相控阵探头，具有多个超声波振子，该多个超声波振子以同心圆状分离，且被与通过圆的中心的基准线正交的直线分割线分离，相对于所述基准线处于线对称；以及

控制装置，具有以相同条件控制所述线对称的成对的所述超声波振子的多个控制频道，

所述多个超声波振子以同心圆状排列，并且以与所述基准线正交的列状排列，

所述多个超声波振子的分割线由多个圆形分割线和多个直线分割线构成，所述多个直线分割线互相平行，与所述基准线正交，且与所述圆形分割线的两端相接，并且所述直线分割线通过所述基准线和所述圆形分割线的交点，

各控制频道分别以相同的控制频道用相同相位同时激励相对于所述基准线处于线对称的两个所述超声波振子。

2.如权利要求1所述的相控阵探伤装置，其中，

所述相控阵探头具有发送、接收超声波波束的圆形的检测面。

3.如权利要求1所述的相控阵探伤装置，其中，

所述圆形分割线为5个以上。

4.一种相控阵探伤方法，其中，

采用权利要求1所述的相控阵探伤装置，

以相同条件控制同心圆状的多个超声波振子而使各超声波波束聚焦成圆形，及/或在所述基准线的方向上控制多个超声波振子每一个的相位差，使超声波波束在沿着所述基准线的方向前进，或者形成沿所述基准线的方向聚焦的线状的聚焦波束，

各控制频道分别以相同相位同时激励相对于所述基准线处于线对称的两个所述超声波振子。

5.如权利要求4所述的相控阵探伤方法，其中，

在对于具有圆筒形的外表面的试验对象，从所述试验对象的外侧朝向所述圆筒形的中心线进行的垂直探伤及轴向的斜角探伤中，使所述基准线朝向与所述圆筒形的轴向正交的圆周方向而对所述试验对象进行探伤检查。

6.如权利要求4所述的相控阵探伤方法，其中，

圆形分割线为7个以上，直线分割线为14个以上，所述超声波振子为64个以上。