JP2001041942A - Ultrasonic inspection apparatus - Google Patents

Ultrasonic inspection apparatus

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JP2001041942A
JP2001041942A JP11217906A JP21790699A JP2001041942A JP 2001041942 A JP2001041942 A JP 2001041942A JP 11217906 A JP11217906 A JP 11217906A JP 21790699 A JP21790699 A JP 21790699A JP 2001041942 A JP2001041942 A JP 2001041942A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic inspection apparatus by which the sound velocity of leakage surface acoustic waves can be calculated with high accuracy without measur ing a water temperature. SOLUTION: The focus of an acoustic lens 3 is made to agree with the surface of an object S to be inspected (Procedure S1). Ultrasonic waves are transmitted from a vibrator 2, the propagation time tL0 of the ultrasonic waves passing an oblique route is measured, the propagation time tV0 of the ultrasonic waves passing a vertical route is measured. In addition, the output value Z0 of a Z-axis slider 18 to which an ultrasonic probe 1 is attached is read out (Procedure S2). The ultrasonic probe is brought close to the object S, to be inspected, until the leakage surface acoustic waves are detected (Procedures S3, S4). The ultrasonic waves are transmitted from the probe, the propagation time tL1 of the ultrasonic waves passing the oblique route is measured, and the propagation time tV1 of the ultrasonic waves passing the vertical route is measured. In addition, the output value Z1 of the Z-axis slider 18 is read out (Procedure S5). A time difference ΔtL(=tL0-tL1) and a time difference ΔtV (=tV0-tV1) as well as the defocus amount ΔZ(=Z0-Z1) of the acoustic lens 3 are calculated (Procedure S6). On the basis of their calculated values, the sound velocity of the leakage surface acoustic waves is found by using VL=2.ΔZ.(ΔtV2-ΔtL2)-1/2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【発明の属する技術分野】本発明は、被検体の非破壊検
査に適用される超音波検査装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic inspection apparatus applied to a nondestructive inspection of a subject.

【従来の技術】従来より、例えば特開平10−3189
95号公報等に記載されているように、超音波モードの
1つである漏洩弾性表面波の音速変化から、被検体の応
力分布や破壊靭性値、それに熱脆化や粒界腐蝕といった
材料の劣化度を非破壊で評価する技術が知られている。
図13は従来よりこの種の非破壊検査に適用されている
超音波プローブの一例を示す要部断面図及び平面図であ
って、これらの図から明らかなように、本例の超音波プ
ローブ101は、平面形状が円形に形成された単一型の
振動子102と、当該振動子102から送信された超音
波を収束して被検体Sに入射する凹レンズ型の音響レン
ズ103とを備えた構成になっており、振動子102の
周囲には、通常、必要以上の振動の発生を抑制するた
め、ダンパ材101aが設けられる。振動子102は、
表裏両面に電極が設けられた圧電薄膜をもって構成され
る。一方、音響レンズ103は、アルミニウム等の超音
波伝搬速度が大きな物質をもって構成され、振動子10
2の設定面103aが平面状に形成され、これと対向す
るレンズ曲率面103bが球面状に形成されている。前
記振動子102は、接着等の手段によって音響レンズ1
03の振動子設定面103aに固定される。被検体の劣
化度等の評価に際し、超音波プローブ101は、3次元
方向に移動する機械式スキャナ(図示省略)に固定さ
れ、水中で被検体Sと対向に配置される。その高さ位置
は、図13(a)に示すように、被検体Sの表面よりも
やや下方に音響レンズ103の焦点Pがくるように調整
される。図中の符号ΔZは、被検体Sの表面から焦点P
までのデフォーカス量を示している。この状態で、振動
子102の電極に図示しない制御部から駆動電圧を供給
すると、振動子102が駆動し、当該振動子102から
送信された超音波が音響レンズ103及び水を通って被
検体Sに入射する。また、被検体Sからの反射波及び漏
洩波は、水及び音響レンズ103を通って振動子102
に受信される。振動子102から送信された超音波のう
ち、斜角経路A→B→Cを通って被検体Sの表面にレー
リー臨界角θL で入射した斜角入射波は、漏洩弾性表面
波に変換され、被検体Sの表面に沿って進行する。この
漏洩弾性表面波は、入射点Cから被検体Sの表面を伝搬
する間にレーリー臨界角θL で漏洩し、被検体表面のD
点で漏洩した漏洩波は、経路D→E→Fを通って振動子
102に受信される。一方、振動子102から送信され
た超音波のうち、垂直経路G→H→Iを通って被検体S
の表面に入射した垂直入射波は、被検体Sによって反射
され、その反射波(垂直反射波)が垂直経路I→H→G
を通って振動子2に受信される。振動子102による漏
洩波と垂直反射波との受信タイミングには、振動子10
2から斜角入射波及び垂直入射波が送信されてから漏洩
波及び垂直反射波が振動子102に受信されるまでの各
波の行程差に基づく時間差があり、この時間差Δtと、
超音波プローブ101と被検体Sとの間に介在する超音
波媒質である水中を伝搬する超音波の音速VW と、音響
レンズ103のデフォーカス量ΔZとから、次式によっ
て漏洩弾性表面波の音速VL を算出することができ、当
該漏洩弾性表面波の音速VL の変化から被検体Sの劣化
度等を評価することができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-3189
As described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 95, etc., the change in sound velocity of leaky surface acoustic waves, which is one of the ultrasonic modes, is used to determine the stress distribution and fracture toughness of the specimen, as well as materials such as thermal embrittlement and intergranular corrosion. A technique for non-destructively evaluating the degree of deterioration is known.
FIG. 13 is a sectional view and a plan view of an essential part showing an example of an ultrasonic probe conventionally applied to this type of nondestructive inspection. As is clear from these figures, the ultrasonic probe 101 of this example is Has a configuration including a single-type vibrator 102 having a circular planar shape, and a concave lens-type acoustic lens 103 that converges ultrasonic waves transmitted from the vibrator 102 and enters the subject S. In general, a damper member 101a is provided around the vibrator 102 in order to suppress the occurrence of unnecessary vibration. The vibrator 102
It is composed of a piezoelectric thin film provided with electrodes on both front and back surfaces. On the other hand, the acoustic lens 103 is made of a material having a high ultrasonic wave propagation speed, such as aluminum, and
The second setting surface 103a is formed in a flat shape, and the lens curvature surface 103b opposed thereto is formed in a spherical shape. The vibrator 102 is mounted on the acoustic lens 1 by means such as bonding.
03 is fixed to the transducer setting surface 103a. When evaluating the degree of deterioration of the subject, the ultrasonic probe 101 is fixed to a mechanical scanner (not shown) that moves in a three-dimensional direction, and is arranged to face the subject S in water. The height position is adjusted so that the focal point P of the acoustic lens 103 is slightly below the surface of the subject S, as shown in FIG. The symbol ΔZ in the figure indicates the focal point P from the surface of the subject S.
Are shown. In this state, when a drive voltage is supplied from a control unit (not shown) to the electrodes of the vibrator 102, the vibrator 102 is driven, and the ultrasonic waves transmitted from the vibrator 102 pass through the acoustic lens 103 and the water, and the subject S Incident on. Further, the reflected wave and the leaked wave from the subject S pass through the water and the acoustic lens 103, and the vibrator 102
Is received. Among the ultrasonic waves transmitted from the transducer 102, the oblique incident wave incident on the surface of the subject S at the Rayleigh critical angle θ L through the oblique path A → B → C is converted into a leaky surface acoustic wave. Proceed along the surface of the subject S. This leaky surface acoustic wave leaks at the Rayleigh critical angle θ L while propagating from the incident point C to the surface of the subject S, and the D
The leaked wave leaked at the point is received by the vibrator 102 through the route D → E → F. On the other hand, of the ultrasonic waves transmitted from the transducer 102, the subject S passes through the vertical path G → H → I.
The vertical incident wave incident on the surface of is reflected by the subject S, and the reflected wave (vertical reflected wave) is transmitted through the vertical path I → H → G.
And is received by the transducer 2. The receiving timing of the leaked wave and the vertically reflected wave by the vibrator 102
2, there is a time difference based on the stroke difference of each wave from the transmission of the oblique incident wave and the normal incident wave to the reception of the leaky wave and the vertical reflected wave by the vibrator 102, and this time difference Δt;
From the sound velocity V W of the ultrasonic wave propagating in the water, which is an ultrasonic medium interposed between the ultrasonic probe 101 and the subject S, and the defocus amount ΔZ of the acoustic lens 103, The sound velocity VL can be calculated, and the degree of deterioration of the subject S can be evaluated from the change in the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave.

【数1】 図14に、振動子102によって受信された漏洩波のエ
コー波形Lと垂直反射波のエコー波形Vを示す。前記時
間差Δtは、この漏洩波のエコー波形Lと垂直反射波の
エコー波形Vとのピーク間の時間差を計測することによ
って求められる。また、水中を伝達する超音波の音速V
W も、測定により求めることができる。さらに、音響レ
ンズ103のデフォーカス量ΔZは、被検体Sの表面の
位置と、超音波プローブ101の設定位置と、音響レン
ズ103の焦点距離とから求めることができる。なお、
漏洩弾性表面波の音速VL を求める方法としては、上述
の方法のほかに、振動子102からの入射波をバースト
波として漏洩波と垂直反射波とを積極的に干渉させ、そ
の干渉波の変化曲線(V(z)曲線)のディップ周期か
ら求める方法もあるが、本発明とは直接的に関係しない
ので、説明を省略する。
(Equation 1) FIG. 14 shows an echo waveform L of a leaky wave and an echo waveform V of a vertically reflected wave received by the transducer 102. The time difference Δt is obtained by measuring a time difference between the peaks of the echo waveform L of the leaky wave and the echo waveform V of the vertical reflection wave. In addition, the speed of sound V of ultrasonic waves transmitted in water
W can also be determined by measurement. Further, the defocus amount ΔZ of the acoustic lens 103 can be obtained from the position of the surface of the subject S, the set position of the ultrasonic probe 101, and the focal length of the acoustic lens 103. In addition,
As a method of obtaining the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave, in addition to the above-described method, the leak wave and the vertically reflected wave are positively interfered with each other by using the incident wave from the oscillator 102 as a burst wave, and the interference wave Although there is a method of obtaining the change curve (V (z) curve) from the dip cycle, the description is omitted because it is not directly related to the present invention.

【発明が解決しようとする課題】ところで、前出の
(1)式から漏洩弾性表面波の音速VL を求め、被検体
Sの劣化度等を評価するためには、振動子102の受信
信号から漏洩波のエコー波形Lと垂直反射波のエコー波
形Vとを明確に分離でき、その時間差Δtを計れること
が前提となる。一般に、音響レンズ103のデフォーカ
ス量ΔZを大きくすると、漏洩弾性表面波の伝搬距離が
長くなって、経路A→B→C→D→E→Fと経路G→H
→I→H→Gの行程差が大きくなり、図14に示すよう
に時間軸上で漏洩波のエコー波形Lと垂直反射波のエコ
ー波形Vとが分離して時間差Δtの測定が可能になる
が、本願発明者らの研究によると、母材の表面に例えば
溶射皮膜などの漏洩弾性表面波が減衰しやすい被膜が施
された被検体については、音響レンズ103のデフォー
カス量ΔZを種々変更しても漏洩波のエコー波形Lと垂
直反射波のエコー波形Vとを明確に分離できず、時間差
Δtを求めることができないことが判明した。即ち、本
願発明者らは、母材の表面に厚さ0.1mmのWC系溶
射材料からなる溶射皮膜が施された被検体について実験
を行ったところ、音響レンズ103のデフォーカス量Δ
Zを大きくすると漏洩弾性表面波の減衰が大きくなって
漏洩波のエコー波形Lを検出することが困難になり、反
対に、音響レンズ103のデフォーカス量ΔZを小さく
すると垂直反射波のエコー波形Vに漏洩波のエコー波形
Lが埋没して両者を明確に分離することができず、時間
差Δtを求めることができなかった。これについて理論
的な解析を加えると、前記の被検体にのど厚(図13
(a)のGH間)が5mmのアルミニウム製(音速=6
400m/s)の音響レンズからデフォーカス量ΔZを
0.2mmとして10MHzの超音波パルスを送信した
場合、WC系溶射皮膜を伝搬する漏洩弾性表面波の音速
L は約2300m/s(表面を研磨した同種の溶射皮
膜を用いて予め計測した値)であり、レーリー臨界角は
約41度であるので、図13(a)に示した経路G→H
→I→H→Gを伝搬する垂直入射波及び垂直反射波の伝
搬時間が10.05μsであるのに対して、図13
(a)に示した経路A→B→C→D→E→F経路を伝搬
する斜角入射波、漏洩弾性表面波及び漏洩波の伝搬時間
は10.1μsであり、その差が50nsとなって使用
周波数の周期(100ns)の半分しかないので、仮に
微弱な漏洩波が受信されていても、時間差Δtを求める
ことができない。また、前出の(1)式から漏洩弾性表
面波の音速VL を求め、被検体Sの劣化度等を評価する
ためには、超音波プローブ101と被検体Sとの間に介
在される水中を伝搬する超音波の音速VW を特定する必
要があるが、周知のように水中を伝搬する超音波の音速
W は水温によって変化し、通常用いる範囲では1℃の
差で数m/sも変化するので、(1)式により漏洩弾性
表面波の音速VL を精度良く求めるためには、試験毎に
水温を測定する必要がある。このため、従来の超音波検
査装置にあっては、水温を測定するための温度センサが
必要で構造が複雑化すると共に、漏洩弾性表面波の音速
L を測定する毎に水温を測定して水の音速を求めると
いった煩雑な手順を経なくてはならないので、漏洩弾性
表面波の音速VL の測定、ひいては被検体の劣化度等の
検査を効率的に行うことが難しいという不都合がある。
なお、前記においては、被検体の応力分布や破壊靭性値
それに熱脆化や粒界腐蝕といった材料の劣化度を例にと
って説明したが、被検体表面におけるクラックの有無や
被検体表面に設けられた被膜の剥離の有無など、被検体
表面の健全性を評価する場合にも、同様の不都合があ
る。本発明は、かかる従来技術の不備を解決するために
なされたものであって、その課題は、水温を測定するこ
となく漏洩弾性表面波の音速を高精度に算出することが
できる超音波検査装置を提供すること、さらには、漏洩
弾性表面波の減衰が大きい被検体についても水温を測定
することなく漏洩弾性表面波の音速を高精度に算出する
ことができる超音波検査装置を提供することにある。
By the way, in order to obtain the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave from the above equation (1) and to evaluate the degree of deterioration of the subject S, the received signal of the transducer 102 must be determined. It is premised that the echo waveform L of the leaky wave and the echo waveform V of the vertical reflected wave can be clearly separated from each other, and the time difference Δt can be measured. Generally, when the defocus amount ΔZ of the acoustic lens 103 is increased, the propagation distance of the leaky surface acoustic wave is increased, and the path A → B → C → D → E → F and the path G → H
The stroke difference of → I → H → G increases, and as shown in FIG. 14, the echo waveform L of the leaky wave and the echo waveform V of the vertical reflected wave are separated on the time axis, and the time difference Δt can be measured. However, according to a study by the inventors of the present application, for a subject whose base material is coated with a coating such as a sprayed coating that easily attenuates leaky surface acoustic waves, the defocus amount ΔZ of the acoustic lens 103 is variously changed. However, it was found that the echo waveform L of the leaky wave and the echo waveform V of the vertical reflection wave could not be clearly separated, and the time difference Δt could not be obtained. That is, the inventors of the present application performed an experiment on a test object in which a sprayed coating made of a WC-based sprayed material having a thickness of 0.1 mm was applied to the surface of the base material, and found that the defocus amount Δ
When Z is increased, the attenuation of the leaky surface acoustic wave increases, and it becomes difficult to detect the echo waveform L of the leaky wave. Conversely, when the defocus amount ΔZ of the acoustic lens 103 is reduced, the echo waveform V of the vertical reflected wave is reduced. In this case, the echo waveform L of the leaky wave is buried, and the two cannot be clearly separated, and the time difference Δt cannot be obtained. When theoretical analysis is added to this, the above-mentioned subject has a throat thickness (FIG. 13).
(Between GH in (a)) 5 mm aluminum (sound speed = 6)
When a 10 MHz ultrasonic pulse is transmitted from a 400 m / s acoustic lens with a defocus amount ΔZ of 0.2 mm, the sound velocity VL of a leaky surface acoustic wave propagating through the WC-based thermal spray coating is about 2300 m / s (the surface 13 (a), and the Rayleigh critical angle is about 41 degrees. Therefore, the path G → H shown in FIG.
While the propagation time of a vertically incident wave and a vertically reflected wave propagating in → I → H → G is 10.05 μs, FIG.
The propagation time of the oblique incident wave, the leaky surface acoustic wave and the leaky wave propagating along the route A → B → C → D → E → F shown in FIG. 10A is 10.1 μs, and the difference is 50 ns. Therefore, even if a weak leaky wave is received, the time difference Δt cannot be obtained even if only half of the period of the used frequency (100 ns) is used. Further, in order to obtain the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave from the above equation (1) and to evaluate the degree of deterioration of the subject S, for example, an intervening probe is provided between the ultrasonic probe 101 and the subject S. It is necessary to specify the sound velocity V W of the ultrasonic wave propagating in water, but as is well known, the sound velocity V W of the ultrasonic wave propagating in water changes depending on the water temperature. Since s also changes, it is necessary to measure the water temperature for each test in order to accurately determine the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave by the equation (1). For this reason, in the conventional ultrasonic inspection apparatus, a temperature sensor for measuring the water temperature is required, which complicates the structure and measures the water temperature every time the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave is measured. Since it is necessary to go through a complicated procedure such as finding the sound velocity of water, there is a disadvantage that it is difficult to efficiently measure the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave, and furthermore, to inspect the degree of deterioration of the subject.
In the above description, the stress distribution and fracture toughness value of the test object and the degree of deterioration of the material such as thermal embrittlement and intergranular corrosion have been described as examples. Similar inconveniences arise when assessing the soundness of the surface of the subject, such as the presence or absence of peeling of the coating. The present invention has been made in order to solve the deficiencies of the related art, and an object thereof is to provide an ultrasonic inspection apparatus capable of calculating the sound velocity of a leaky surface acoustic wave with high accuracy without measuring the water temperature. Further, to provide an ultrasonic inspection apparatus capable of calculating the sound velocity of the leaky surface acoustic wave with high accuracy without measuring the water temperature even for a subject having a large leaky surface acoustic wave attenuation. is there.

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
達成するため、超音波プローブ及び当該超音波プローブ
を被検体に対して移送する機械式スキャナを有する超音
波走査部と、当該超音波走査部の駆動部と、当該駆動部
を介して前記超音波走査部を制御し、所望の超音波検査
を実行する演算処理部とを備えた超音波検査装置におい
て、前記超音波プローブの焦点を前記被検体の第1の深
さ位置に設定して超音波を送信したときの斜角入射波及
び漏洩弾性表面波並びに漏洩波の伝搬時間と前記超音波
プローブの焦点を前記被検体の第2の深さ位置に設定し
て超音波を送信したときの斜角入射波及び漏洩弾性表面
波並びに漏洩波の伝搬時間との差分、及び前記超音波プ
ローブの焦点を前記被検体の第1の深さ位置に設定して
超音波を送信したときの垂直入射波及び垂直反射波の伝
搬時間と前記超音波プローブの焦点を前記被検体の第2
の深さ位置に設定して超音波を送信したときの垂直入射
波及び垂直反射波の伝搬時間との差分を元に、前記演算
処理部にて漏洩弾性表面波の音速を算出するという構成
にした。前記構成の超音波検査装置において、前記第1
の深さ位置は前記被検体の表面とすることができ、前記
第2の深さ位置は前記超音波プローブから送信される超
音波によって前記被検体に漏洩弾性表面波が発生する位
置とすることができる。図11に示すように音響レンズ
3の焦点位置を被検体Sの表面に合致させたときに経路
A→B→C→D→E→Fを通る超音波の伝搬時間t
L0と、図3に示すように音響レンズ3の焦点位置を被検
体Sの表面から内側にずらしたときに経路A→B→C→
D→E→Fを通る超音波の伝搬時間tL1との時間差Δt
L は、音響レンズ3のデフォーカス量をΔZ、レーリー
臨界角をθL 、水の音速をVW 、漏洩弾性表面波の音速
をVL としたとき、
According to the present invention, there is provided an ultrasonic scanning section having an ultrasonic probe and a mechanical scanner for transferring the ultrasonic probe to a subject. In an ultrasonic inspection apparatus including a driving unit of an ultrasonic scanning unit and an arithmetic processing unit that controls the ultrasonic scanning unit via the driving unit and performs a desired ultrasonic inspection, a focus of the ultrasonic probe Is set to the first depth position of the subject, and the transmission time of the oblique incident wave and the leaky surface acoustic wave when the ultrasound is transmitted and the propagation time of the leaky wave and the focal point of the ultrasound probe are set to the second position of the subject. The difference between the oblique incident wave and the leaky surface acoustic wave and the propagation time of the leaky wave when the ultrasonic wave is set at the depth position of 2, and the focus of the ultrasonic probe are set to the first position of the subject. Ultrasound was transmitted at the depth position Kino second focal point of the subject of the propagation time of the vertical incident wave and vertical reflected wave and the ultrasonic probe
Based on the difference between the propagation time of the vertically incident wave and the vertically reflected wave when transmitting the ultrasonic wave at the depth position, the arithmetic processing unit calculates the sound velocity of the leaky surface acoustic wave. did. In the ultrasonic inspection apparatus having the above configuration, the first
The depth position may be a surface of the subject, and the second depth position may be a position where a leaky surface acoustic wave is generated in the subject by ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic probe. Can be. As shown in FIG. 11, when the focal position of the acoustic lens 3 matches the surface of the subject S, the propagation time t of the ultrasonic wave passing through the path A → B → C → D → E → F
L0 and the path A → B → C → when the focal position of the acoustic lens 3 is shifted inward from the surface of the subject S as shown in FIG.
The time difference Δt from the propagation time t L1 of the ultrasonic wave passing through D → E → F
L is, when the defocus amount of the acoustic lens 3 is ΔZ, the Rayleigh critical angle is θ L , the sound velocity of water is V W , and the sound velocity of the leaky surface acoustic wave is VL ,

【数2】 で表され、スネルの法則からVW=VLsinθLである
ことを利用して(2)式からθL を消去すると、下記の
(3)式が得られる。
(Equation 2) The following equation (3) is obtained by eliminating θ L from equation (2) using the fact that V W = V L sin θ L according to Snell's law.

【数3】 一方、音響レンズ3の焦点位置を被検体Sの表面に合致
させたときに経路G→I→Gを通る超音波の伝搬時間t
V0と音響レンズ3の焦点位置を被検体Sの表面からずら
したときに経路G→I→Gを通る超音波の伝搬時間tV1
との時間差ΔtV は、下記の(4)式で表される。
(Equation 3) On the other hand, when the focal position of the acoustic lens 3 matches the surface of the subject S, the propagation time t of the ultrasonic wave passing through the route G → I → G
When V0 and the focal position of the acoustic lens 3 are shifted from the surface of the subject S, the propagation time t V1 of the ultrasonic wave passing through the path G → I → G
Time difference Delta] t V with is expressed by the following equation (4).

【数4】 この(4)式から、水の音速VW は、下記の(5)式で
求められる。
(Equation 4) From this equation (4), the sound velocity V W of the water is obtained by the following equation (5).

【数5】 ここで、(5)式を(3)式に代入すれば、水の音速V
W を変数に含まない漏洩弾性表面波の音速VL を求める
下記の(6)式を得ることができる。
(Equation 5) Here, if the equation (5) is substituted into the equation (3), the sound velocity V of the water
The following equation (6) for obtaining the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave that does not include W as a variable can be obtained.

【数6】 したがって、超音波プローブの焦点を被検体Sの表面に
合致して測定した斜角入射波及び漏洩弾性表面波並びに
漏洩波の伝搬時間と超音波プローブの焦点を被検体の内
部に設定して測定した斜角入射波及び漏洩弾性表面波並
びに漏洩波の伝搬時間との差分ΔtL 、超音波プローブ
の焦点を被検体Sの表面に合致して測定した垂直入射波
及び垂直反射波の伝搬時間と超音波プローブの焦点を被
検体の内部に設定して測定した垂直入射波及び垂直反射
波の伝搬時間との差分ΔtV 及び音響レンズ3のデフォ
ーカス量をΔZとから漏洩弾性表面波の音速を算出する
ことができ、超音波検査装置の構成の簡略化と演算の効
率化を図ることができる。なお、超音波プローブとして
は、前出の図13に示すように、垂直入射波及び垂直反
射波の伝搬経路(G→H及びH→G)における超音波の
伝搬速度と斜角入射波及び漏洩波の伝搬経路(A→B及
びE→F)における超音波の伝搬速度とが同じである均
質な音響レンズ103を備えたものを用いることもでき
るし、例えば図3に示すように、垂直入射波及び垂直反
射波の伝搬経路(G→I及びI→G)における超音波の
伝搬速度と斜角入射波及び漏洩波の伝搬経路(A→B及
びE→F)における超音波の伝搬速度とが異なる音響レ
ンズ3を備えたものを用いることもできる。図13の超
音波プローブは、漏洩弾性表面波の減衰が小さく、垂直
反射波のエコー波形Vと漏洩波のエコー波形Lとが時間
軸上で分離できて、(6)式における時間差ΔtL 及び
ΔtV の算出が可能な被検体の検査に適用される。これ
に対して、図3に例示する超音波プローブは、この種の
被検体のみならず、例えば溶射皮膜が形成された被検体
のように、漏洩弾性表面波の減衰が大きいために、図1
0の超音波プローブでは垂直反射波のエコー波形Vと漏
洩波のエコー波形Lとが時間軸上で分離できず、したが
って(6)式における時間差ΔtL 及びΔtVを算出す
ることができない被検体の検査にも適用することができ
る。なお、音響レンズの垂直入射波及び垂直反射波の伝
搬経路における超音波の伝搬速度と、音響レンズの斜角
入射波及び漏洩波の伝搬経路における超音波の伝搬速度
とを異ならせる手段としては、(a)音響レンズの垂直
入射波及び垂直反射波の伝搬経路に、振動子の設定面か
らそれと対向するレンズ曲率面まで貫通する透孔を開設
する、(b)音響レンズのレンズ曲率面にくぼみを形成
する、(c)音響レンズに開設された透孔内、若しくは
音響レンズの振動子設定面又はレンズ曲率面に形成され
たくぼみ内に、当該音響レンズを構成する素材よりも超
音波の伝搬速度が遅い素材からなる充填物を充填する、
(d)音響レンズに開設された透孔内、若しくは音響レ
ンズの振動子設定面又はレンズ曲率面に形成されたくぼ
み内に、当該音響レンズを構成する素材よりも超音波の
伝搬速度が速い素材からなる充填物を充填する、といっ
た手段がある。なお、前記(c)の具体例としては、ア
ルミニウムからなる音響レンズの透孔内又はくぼみ内に
樹脂を充填したものを挙げることができる。また、前記
(d)の具体例としては、樹脂からなる音響レンズの透
孔内又はくぼみ内にアルミニウムの円筒体を圧入する
か、アルミニウムからなる心材の周囲に樹脂をアウトサ
ートモールドして音響レンズとしたものを挙げることが
できる。音響レンズ及び振動子の形状については何ら制
限があるものではなく、曲率面が球面状に形成された凹
レンズに平面形状が円形に形成された単一型の振動子を
備えることもできるし、シリンドリカルレンズに単一型
又はアレイ型の振動子を備えることもできる。音響レン
ズの垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路における超音
波の伝搬速度と、音響レンズの斜角入射波及び漏洩波の
伝搬経路における超音波の伝搬速度とを異ならせると、
漏洩弾性表面波の減衰が大きいためにデフォーカス量Δ
Zを大きくできない場合にも、振動子による垂直反射波
の受信タイミングと漏洩波の受信タイミングとをずらす
ことができるので、垂直反射波のエコー波形Vと漏洩波
のエコー波形Lとを時間軸上で明確に分離できるように
なり、各エコーの伝搬時間を求めることが可能になる。
したがって、前出の(6)式を用いて漏洩弾性表面波の
音速VL が簡便に求められる。よって、このことから、
母材の表面に溶射皮膜などの漏洩弾性表面波を減衰しや
すい被膜が施された被検体についても、その応力分布や
破壊靭性値それに熱脆化や粒界腐蝕といった材料の劣化
度、並びに被検体表面におけるクラックの有無や被検体
表面に設けられた被膜の剥離の有無といった被検体の健
全性を非破壊で評価することができる。
(Equation 6) Therefore, the oblique incident wave and the leaked surface acoustic wave, which are measured with the focus of the ultrasonic probe coincident with the surface of the subject S, and the propagation time of the leaky wave, and the focus of the ultrasonic probe are set inside the subject and measured. The difference Δt L between the oblique incident wave and the leaked surface acoustic wave and the propagation time of the leaked wave, the propagation time of the vertically incident wave and the vertically reflected wave measured by matching the focal point of the ultrasonic probe to the surface of the subject S. The sound velocity of the leaky surface acoustic wave is calculated from the difference Δt V between the propagation time of the vertical incident wave and the vertical reflected wave measured by setting the focus of the ultrasonic probe inside the subject and the defocus amount of the acoustic lens 3 from ΔZ. The calculation can be performed, and the configuration of the ultrasonic inspection apparatus can be simplified and the efficiency of the calculation can be increased. In addition, as shown in FIG. 13 described above, as the ultrasonic probe, the propagation speed of the ultrasonic wave in the propagation path (G → H and H → G) of the vertically incident wave and the vertically reflected wave, the oblique incident wave, and the leakage A device having a uniform acoustic lens 103 having the same ultrasonic wave propagation velocity in the wave propagation path (A → B and E → F) can be used. For example, as shown in FIG. The propagation speed of the ultrasonic wave in the propagation path of the wave and the vertically reflected wave (G → I and I → G) and the propagation velocity of the ultrasonic wave in the propagation path of the oblique incident wave and the leaky wave (A → B and E → F) However, it is also possible to use a lens provided with an acoustic lens 3 having a different shape. In the ultrasonic probe of FIG. 13, the attenuation of the leaky surface acoustic wave is small, the echo waveform V of the vertically reflected wave and the echo waveform L of the leaky wave can be separated on the time axis, and the time difference Δt L in the equation (6) and The present invention is applied to an examination of a subject in which Δt V can be calculated. On the other hand, the ultrasonic probe illustrated in FIG. 3 has a large attenuation of the leaky surface acoustic wave as well as this type of subject, for example, a subject on which a thermal spray coating is formed.
With the ultrasonic probe of 0, the echo waveform V of the vertically reflected wave and the echo waveform L of the leaky wave cannot be separated on the time axis, and therefore, the time difference Δt L and Δt V in the equation (6) cannot be calculated. It can also be applied to inspections. As means for making the propagation speed of the ultrasonic wave in the propagation path of the normal incident wave and the vertically reflected wave of the acoustic lens different from the propagation speed of the ultrasonic wave in the propagation path of the oblique incident wave and the leaky wave of the acoustic lens, (A) A through hole is formed in a propagation path of a normal incident wave and a vertical reflected wave of the acoustic lens from a setting surface of the vibrator to a lens curvature surface facing the setting surface. (B) A depression in a lens curvature surface of the acoustic lens. (C) Propagation of ultrasonic waves in a through-hole formed in the acoustic lens, or in a recess formed in the vibrator setting surface or lens curvature surface of the acoustic lens, as compared with the material constituting the acoustic lens. Filling a filling made of slow material,
(D) A material having a higher ultrasonic wave propagation speed than a material constituting the acoustic lens in a through-hole formed in the acoustic lens, or in a recess formed in a vibrator setting surface or a lens curvature surface of the acoustic lens. Means for filling a filling consisting of As a specific example of the above (c), an acoustic lens made of aluminum in which a resin is filled in a through hole or a hollow can be cited. Further, as a specific example of the above (d), an acoustic cylindrical lens is press-fitted into a through hole or a hollow of an acoustic lens made of resin, or resin is outsert molded around a core material made of aluminum to form an acoustic lens. Can be mentioned. There is no limitation on the shapes of the acoustic lens and the vibrator, and a concave-type lens having a spherical curvature surface and a single-type vibrator having a circular planar shape can be provided. The lens may be provided with a single type or array type transducer. When the propagation speed of the ultrasonic wave in the propagation path of the normal incident wave and the vertically reflected wave of the acoustic lens and the propagation speed of the ultrasonic wave in the propagation path of the oblique incident wave and the leaky wave of the acoustic lens are different,
Defocus amount Δ due to large attenuation of leaky surface acoustic waves
Even when Z cannot be increased, the reception timing of the vertically reflected wave and the reception timing of the leaked wave by the vibrator can be shifted, so that the echo waveform V of the vertically reflected wave and the echo waveform L of the leaked wave are plotted on the time axis. Thus, it is possible to clearly separate the signals, and it is possible to obtain the propagation time of each echo.
Therefore, the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave can be easily obtained by using the above equation (6). So from this,
For specimens with a coating that easily attenuates leaky surface acoustic waves such as thermal spray coating on the surface of the base metal, the stress distribution, fracture toughness, material degradation such as thermal embrittlement and intergranular corrosion, Non-destructive evaluation of the soundness of the subject such as the presence or absence of cracks on the surface of the sample and the presence or absence of peeling of the coating provided on the surface of the sample can be performed.

【発明の実施の形態】まず、本発明に係る超音波検査装
置の全体構成を、図1及び図2に基づいて説明する。図
1は超音波検査装置のブロック図、図2は超音波検査装
置における超音波プローブ設定部の一部断面した斜視図
である。これらの図に示すように、本例の超音波検査装
置は、被検体Sの表面に沿って超音波を二次元走査する
超音波走査部10と、当該超音波走査部10の駆動部2
0と、当該駆動部20を介して前記超音波走査部10を
制御し、超音波の受信波形から被検体の応力分布や破壊
靭性値それに劣化度等の所望の検査結果を演算によって
求める演算処理部30と、当該演算処理部30にて得ら
れた超音波検査結果を表示する表示部40とから主に構
成されている。超音波走査部10は、図2に示すよう
に、超音波プローブ1と、当該超音波プローブ1及び被
検体Sを収納する水Wが貯えられた水槽11と、超音波
プローブ1を三次元方向に駆動する機械式スキャナ12
とからなる。機械式スキャナ12は、水槽11の相平行
な2辺に沿ってY−Y方向に配置された一対のY軸ガイ
ド13と、当該Y軸ガイド13によってY−Y方向に案
内されるY軸スライダ14と、当該Y軸スライダ14に
両端が固定され、X−X方向に配置されたX軸ガイド1
5と、当該X軸ガイド15によってX−X方向に案内さ
れるX軸スライダ16と、当該X軸スライダ16に垂直
に固定されたZ軸ガイド17と、前記超音波プローブ1
を保持し、前記Z軸ガイド17によってZ−Z方向に案
内されるZ軸スライダ18を有しており、前記各スライ
ダ14,16,18は、図1に示す3つのモータM1〜
M3によって駆動される。これらの各モータには、ロー
タリーエンコーダ等の位置信号出力装置が備えられてお
り、各スライダ14,16,18の座標信号を演算処理
部30にて検出できるようになっている。駆動部20に
は、超音波プローブ1からの超音波の発信と超音波プロ
ーブ1による超音波の受信とを行うパルサー/レシーバ
ー21と、当該パルサー/レシーバー21の受信信号を
デジタル変換するA/D変換器22と、前記機械式スキ
ャナ12に備えられた3つのモータM1〜M3を駆動す
るモータドライバ23とが備えられている。また、演算
処理部30には、CPU31と、キーボードやマウス等
の入力手段32と、当該入力手段32からの指令によっ
て駆動するトリガー33及びモータコントローラ34
と、A/D変換された受信信号をモータドライバ23及
びモータコントローラ34を介してモータ(M1〜M
3)から取り込まれた座標信号と共に蓄積する第1のメ
モリ35と、トリガー33からの信号によって起動され
CPU31による信号処理のゲートを設定するタイマー
36と、CPU31による信号処理の手順を記憶した第
2のメモリ37とが備えられている。したがって、本例
の超音波検査装置は、入力手段32を操作することによ
って機械式スキャナ12に備えられたモータM1〜M3
を駆動することができ、水槽11内に設定された被検体
Sに対する超音波プローブ1の位置決めを行うことがで
きる。このときの超音波プローブ1の座標信号は、モー
タドライバ23及びモータコントローラ34を介して第
1のメモリ35に取り込まれる。この状態から、入力手
段32を操作することによって、パルサー/レシーバー
21及びモータコントローラ34を駆動することがで
き、超音波プローブ1を被検体Sの表面に沿って二次元
的に移動しつつ、超音波プローブ1からの超音波の送信
と超音波プローブ1による超音波の受信とを行うことが
できる。超音波プローブ1によって受信された超音波
は、A/D変換器22によってA/D変換され、モータ
ドライバ23及びモータコントローラ34を介してモー
タM1〜M3より取り込まれた座標信号と共に第1のメ
モリ35に蓄積される。CPU31は、タイマー36に
設定されたゲートごとに第1のメモリ35に蓄積された
信号を取り込んで、第2のメモリ37に記憶された信号
処理手順に基づいてその信号処理を行い、その処理結果
を表示装置40に色調表示する。以下、本発明の超音波
検査装置に備えられる超音波プローブの構成について説
明する。 〈超音波プローブの第1例〉まず、本発明の超音波検査
装置に備えられる超音波プローブの第1例を、図3及び
図4に基づいて説明する。図3(a),(b)は本発明
の超音波検査装置に備えられる超音波プローブの第1例
を示す要部断面図及び平面図、図4は振動子によって受
信される漏洩波及び垂直反射波のエコー波形図である。
図3(a),(b)から明らかなように、本例の超音波
プローブ1Aは、従来例に係る超音波プローブ101と
基本的構成は同じであり、平面形状が円形に形成された
単一型の振動子2と、当該振動子2から送信された超音
波を収束して被検体Sに入射する円筒型の音響レンズ3
とを備えた構成になっている。本例の超音波プローブ1
Aは、音響レンズ3として、その中央部に、振動子2の
設定面3aからレンズ曲率面3bまで貫通する透孔4を
開設したことを特徴とする。透孔4の直径は、垂直入射
波及び垂直反射波の伝搬範囲以上に設定すれば足りる
が、雑音の受信を極力抑制するため、斜角入射波及び漏
洩波の伝搬を阻害しない範囲内で可能な限り大きくする
方が好ましい。その他については、従来例に係る超音波
プローブ101と同じであるので、重複を避けるために
説明を省略する。前記したように、超音波プローブは、
被検体Sの評価に際して、被検体Sと共に水中に配置さ
れる。したがって、音響レンズ3の中央部に透孔4が開
設された本実施形態例の超音波プローブ1Aを用いる
と、図3(a)に示すように、振動子2の斜角経路A→
B→C及びD→E→Fと被検体Sとの間には、超音波の
伝搬速度が高いアルミニウム製の音響レンズ3(音速=
約6400m/s)と超音波の伝搬速度が低い水(19
℃で約1480m/s、26℃で約1500m/s)と
が介在するのに対して、振動子2の垂直経路G→I及び
I→Gと被検体Sとの間には、超音波の伝搬速度が低い
水のみが介在することになるので、経路A→B→C→D
→E→Fを通る斜角入射波、漏洩弾性表面波及び漏洩波
の伝搬時間よりも経路G→I→Gを通る垂直入射波及び
垂直反射波の伝搬時間の方が長くなり、図4に示すよう
に、垂直反射波のエコー波形Vと漏洩波のエコー波形L
とが分離し、かつ漏洩波のエコー波形Lの方が表面反射
波のエコー波形Vよりも先行した受信信号が得られる。
したがって、漏洩波のエコー波形Lと表面反射波のエコ
ー波形Vとの時間差Δtを求めることができ、前出の
(6)式から漏洩弾性表面波の音速VL を求めることが
できるので、当該漏洩弾性表面波の音速変化から例えば
被検体Sの応力分布や破壊靭性値それに熱脆化や粒界腐
蝕といった材料の劣化度、並びに被検体表面におけるク
ラックの有無や被検体表面に設けられた被膜の剥離の有
無といった被検体表面の健全性を非破壊で評価すること
ができる。前記と同様に、母材の表面に厚さ0.1mm
のWC系溶射皮膜が施された被検体とレンズのど厚が5
mmのアルミニウム製音響レンズを用い、デフォーカス
量ΔZを0.2mm、使用周波数を10MHz、漏洩弾
性表面波の音速VL を2300m/s、レーリー臨界角
を41度として垂直波Vと漏洩弾性表面波Lの時間差Δ
tを求めると、経路A→B→C→D→E→Fを伝搬する
超音波の伝搬時間が約10μsであるのに対して、経路
G→I→Gを伝搬する超音波の伝搬時間は約15μsで
あり、その差が5μs(使用周波数の周期の50倍)と
なって、溶射被膜を有する被検体においても両波を分離
できることが判る。なお、前例においては、使用周波数
を10MHzとしたが、5〜20MHzの範囲で変更し
た場合にも同様の結果が得られた。 〈超音波プローブの第2例〉次に、本発明の超音波検査
装置に備えられる超音波プローブの第2例を、図5に基
づいて説明する。図5は第2例に係る超音波プローブの
要部断面図である。第2例の超音波プローブ1Bは、音
響レンズ3の中央部(垂直入射波及び垂直反射波の伝搬
経路)に透孔4を開設する構成に代えて、音響レンズ3
のレンズ曲率面3bの中央部にくぼみ5を形成したこと
を特徴とする。この超音波プローブ1Bを用いた場合に
も、第1例に係る超音波プローブ1Aと同様に、経路A
→B→C→D→E→Fを通る超音波の伝搬時間よりも経
路G→I→Gを伝搬する超音波の伝搬時間を相対的に遅
らせることができるので、垂直反射波のエコー波形Vと
漏洩波のエコー波形Lの分離が可能になる。また、本例
の音響レンズ3は、振動子設定面3aが閉じているの
で、振動子2の設定を容易かつ確実に行うことができる
という効果もある。 〈超音波プローブの第3例〉次に、本発明の超音波検査
装置に備えられる超音波プローブの第3例を、図6に基
づいて説明する。図6は第3例に係る超音波プローブの
要部断面図である。第3例の超音波プローブ1Cは、音
響レンズ3の中央部に単に透孔4を開設するかくぼみ5
を形成する構成に代えて、開設された透孔4内又は形成
されたくぼみ5内に音響レンズ3を構成する素材とは超
音波の伝搬速度が異なる素材からなる充填物6を充填し
たことを特徴とする。図6(a)は音響レンズ3の中央
部に開設された透孔4内に充填物6を充填した場合、図
6(b)は音響レンズ3の振動子設定面3aに形成され
たくぼみ5内に充填物6を充填した場合、図6(c)は
音響レンズ3のレンズ曲率面3bに形成されたくぼみ5
内に充填物6を充填した場合を示している。音響レンズ
3を構成する素材と充填物6とは、超音波の伝搬速度の
差が大きいほど好ましく、音響レンズ3がアルミニウム
(音速=6400m/s)をもって構成される場合に
は、充填物6としてはアクリル樹脂等の樹脂材料(音速
=2000〜2500m/s)が好適に用いられ、反対
に音響レンズ3が樹脂材料をもって構成される場合に
は、充填物6としてはアルミニウムが好適に用いられ
る。充填部6として樹脂を用いる場合には、開設された
透孔4又は形成されたくぼみ5内に充填物である樹脂を
ポッティングすることによって音響レンズ3を製造する
ことができる。また、充填部6として固体を用いる場合
には、開設された透孔4又は形成されたくぼみ5内に充
填物である固体を圧入することによっても音響レンズ3
を製造することができる。さらに、音響レンズ3が樹脂
材料から構成される場合には、アルミニウム等の充填物
6の周囲に樹脂をアウトサート成形することによっても
所望の音響レンズ3を製造することができる。勿論、音
響レンズ3を構成する素材よりも超音波の伝搬速度が低
い充填物6を充填した場合には、経路A→B→C→D→
E→Fを通る超音波の伝搬時間よりも経路G→I→Gを
伝搬する超音波の伝搬時間が相対的に遅くなって、図4
に示すように漏洩波のエコー波形Lの方が垂直反射波の
エコー波形Vより先行した形になり、逆に、音響レンズ
3を構成する素材よりも超音波の伝搬速度が高い充填物
6を充填した場合には、経路A→B→C→D→E→Fを
通る超音波の伝搬時間よりも経路G→I→Gを伝搬する
超音波の伝搬時間が相対的に速くなって、図11に示す
ように垂直反射波のエコー波形Vの方が漏洩波のエコー
波形Lより先行した形になる。本例の超音波プローブ1
Cは、音響レンズ3における垂直入射波及び垂直反射波
の伝搬経路G→I及びI→Gと斜角入射波及び漏洩波の
伝搬経路A→B→C及びD→E→Fとを音速が異なる素
材で構成したので、各経路を通る超音波の伝搬時間の差
が大きくなって、垂直反射波のエコー波形Vと漏洩波の
エコー波形Lの分離が可能になると共に、音響レンズ3
の振動子設定面が閉じた形になるので、振動子2の設定
を容易かつ確実に行うことができる。 〈超音波プローブの第4例〉次に、本発明の超音波検査
装置に備えられる超音波プローブの第4例を、図7
(a),(b)に基づいて説明する。図7(a),
(b)は第4例に係る超音波プローブの平面方向から見
た要部斜視図及び底面方向から見た要部斜視図である。
第4例の超音波プローブ1Dは、図7(a)に示すよう
に、音響レンズ3としてシリンドリカルレンズを用いる
と共に、振動子2として複数個の振動子2a〜2nが隣
接して一方向に配列されたアレイ型の振動子を備えたこ
とを特徴とする。このシリンドリカルレンズの底面の垂
直入射波及び垂直反射波の伝搬経路には、図7(b)に
示すように、透孔4が開設されている。なお、シリンド
リカルレンズの底面に透孔4を開設する構成に代えてく
ぼみを形成することも可能であり、さらには、開設され
た透孔又は形成されたくぼみ内に、斜角入射波及び漏洩
波の伝搬経路とは超音波の伝搬速度が異なる充填物を充
填することも勿論可能である。本例の超音波プローブ1
Dは、音響レンズ3としてシリンドリカルレンズを用い
ると共に、振動子2としてアレイ型の振動子を備えたの
で、被検体Sの表面を面状にトレースすることができ、
円筒形の音響レンズに平面形状が円形の単一型の振動子
を備えた場合に比べて、被検体Sの検査効率を高めるこ
とができる。 〈超音波プローブの第5例〉次に、本発明の超音波検査
装置に備えられる超音波プローブの第5例を、図8に基
づいて説明する。図8は第5例に係る超音波プローブの
平面方向から見た要部斜視図である。第5例の超音波プ
ローブ1Eは、図8に示すように、音響レンズ3として
シリンドリカルレンズを用いると共に、振動子2として
単一型の振動子を備えたことを特徴とする。このシリン
ドリカルレンズの底面の垂直入射波及び垂直反射波の伝
搬経路には、図7(b)に示したと同様に、透孔4が開
設される。勿論、シリンドリカルレンズの底面に透孔4
を開設する構成に代えてくぼみを形成することも、開設
された透孔又は形成されたくぼみ内に、斜角入射波及び
漏洩波の伝搬経路とは超音波の伝搬速度が異なる充填物
を充填することも可能である。本例の超音波プローブ1
Dは、音響レンズ3としてシリンドリカルレンズを用い
ると共に、振動子2として単一型の振動子を備えたの
で、被検体Sの表面に超音波ビームを線状に照射するこ
とができるので、円筒形の音響レンズに平面形状が円形
の単一型の振動子を備えた場合に比べて、被検体Sの検
査効率を高めることができる。 〈超音波プローブの第6例〉次に、本発明の超音波検査
装置に備えられる超音波プローブの第6例を、図9に基
づいて説明する。図9は第6例に係る超音波プローブの
要部断面図である。第6例の超音波プローブ1Fは、従
来例に掲げた超音波プローブ101と同一構成であっ
て、音響レンズ3として、垂直入射波及び垂直反射波の
伝搬経路に透孔やくぼみ、それに充填物が設けられてお
らず、全体が均質に構成されていることを特徴とする。
本例の超音波プローブ1Fを用いた場合には、垂直反射
波のエコー波形Vと漏洩波のエコー波形Lとを分離でき
ないため、例えば溶射被膜が設けられた被検体のよう
に、漏洩弾性表面波の減衰が大きい被検体には適用が困
難であるが、漏洩弾性表面波の減衰が小さい被検体につ
いては、水温の測定を行うことなく、所望の超音波検査
を実行することができる。 〈超音波プローブの第7例〉次に、本発明の超音波検査
装置に備えられる超音波プローブの第7例を、図10に
基づいて説明する。図10は第7例に係る超音波プロー
ブの要部断面図である。第7例の超音波プローブ1G
は、音響レンズを備えず、プローブ本体1aに形成され
た凹面1bに平面形状が円形に形成された振動子2を設
定したことを特徴とする。本例の超音波プローブ1を用
いた場合にも、第5例に係る超音波プローブ1を用いた
場合と同様に、垂直反射波のエコー波形Vと漏洩波のエ
コー波形Lとを分離できず、例えば溶射被膜が設けられ
た被検体のように漏洩弾性表面波の減衰が大きい被検体
には適用が困難であるが、漏洩弾性表面波の減衰が小さ
い被検体については、水温の測定を行うことなく、所望
の超音波検査を実行することができる。以下、本発明に
係る超音波検査装置を用いた超音波検査方法の一例を、
前出の図3(a)並びに図11及び図12に基づいて説
明する。この検査方法は、水温の測定を行うことなく、
漏洩弾性表面波の音速VL を算出できるようにしたこと
を特徴とする。図11は音響レンズの焦点を被検体の表
面に合致した場合における超音波プローブの配置を示す
説明図であり、図12は超音波検査方法の手順を示すフ
ローチャートである。図12に示した超音波検査方法の
手順は、図1に示した第2のメモリ37に記憶される。
まず、手順S1で、機械式スキャナ12のZ軸スライダ
18を駆動して超音波プローブ1を被検体Sに接近する
方向又は被検体Sから離隔する方向に移動し、図11に
示すように、音響レンズ3の焦点を被検体Sの表面に合
致させる。音響レンズ3の焦点が被検体Sの表面に合致
すると、漏洩波のエコーレベルが最大になるので、音響
レンズ3の焦点が被検体Sの表面に合致したことを知る
ことができる。手順S2で、振動子2から超音波を送信
し、経路A→B→C(D)→E→Fを通る超音波の伝搬
時間tL0と、経路G→I→Gを通る超音波の伝搬時間t
V0を計測する。また、Z軸スライダ18の出力値Z0
読み込みを行う。次に、手順S3,S4で、漏洩弾性表
面波を検出するまで超音波プローブ1を被検体Sに接近
させる。超音波プローブ1の停止位置は、必ずしも漏洩
弾性表面波のエコーレベルが最大になる位置とする必要
はなく、漏洩弾性表面波を検出できる範囲内で任意に設
定できる。漏洩弾性表面波が検出されたとき、超音波プ
ローブ1は、図3(a)に示す位置になり、音響レンズ
3の焦点位置は、被検体Sの表面からデフォーカス量Δ
Zだけ内側になる。手順S5で、振動子2から超音波を
送信し、経路A→B→C→D→E→Fを通る超音波の伝
搬時間tL1と、経路G→I→Gを通る超音波の伝搬時間
V1を計測する。また、Z軸スライダ18の出力値Z1
の読み込みを行う。次いで手順S6に移行し、手順S2
で計測された経路A→B→C(D)→E→Fを通る超音
波の伝搬時間tL0と手順S5で計測された経路A→B→
C→D→E→Fを通る超音波の伝搬時間tL1との時間差
ΔtL(=tL0−tL1)、手順S2で計測された経路G
→I→Gを通る超音波の伝搬時間tV0と手順S5で計測
された経路G→I→Gを通る超音波の伝搬時間tV1との
時間差ΔtV(=tV0−tV1)及び手順S2で計測され
たZ軸スライダ18の出力値Z0 と手順S5で計測され
たZ軸スライダ18の出力値Z1 の差、即ち音響レンズ
3のデフォーカス量ΔZ(=Z0−Z1)を算出する。最
後に、これらの算出値から、前出の(6)式を用いて漏
洩弾性表面波の音速VL を求める。(6)式は水の音速
W を変数に含まないので、この式に基づけば、水の音
速VW を測定することなく漏洩弾性表面波の音速VL
算出することができる。なお、上記においては説明を省
略したが、上記の検査方法を実行するに際しては、機械
式スキャナ12のY軸スライダ14及び/又はX軸スラ
イダ16を適宜駆動して、被検体Sの表面に沿って超音
波プローブ1を走査することはもちろんである。なお、
図12の超音波検査方法においては、手順S1で音響レ
ンズ3の焦点を被検体Sの表面に合致させたが、この手
順において音響レンズ3の焦点を被検体Sの表面に完全
に合致させなければ所要の超音波検査を実行できないと
いうものではなく、音響レンズ3の焦点を被検体Sの表
面よりやや内側に位置付けることもできる。この場合に
は、手順S3,S4において、音響レンズ3の焦点位置
が、手順S1で設定された音響レンズ3の焦点位置より
もさらに被検体Sの内側に移動される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, an overall configuration of an ultrasonic inspection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic inspection apparatus, and FIG. 2 is a partially sectional perspective view of an ultrasonic probe setting unit in the ultrasonic inspection apparatus. As shown in these drawings, the ultrasonic inspection apparatus of the present example includes an ultrasonic scanning unit 10 that two-dimensionally scans an ultrasonic wave along the surface of a subject S, and a driving unit 2 of the ultrasonic scanning unit 10.
0, the ultrasonic scanning unit 10 is controlled via the driving unit 20 to calculate desired test results such as a stress distribution, a fracture toughness value, and a degree of deterioration of the subject from the reception waveform of the ultrasonic wave. It mainly comprises a unit 30 and a display unit 40 for displaying the results of the ultrasonic inspection obtained by the arithmetic processing unit 30. As shown in FIG. 2, the ultrasonic scanning unit 10 includes an ultrasonic probe 1, a water tank 11 that stores the ultrasonic probe 1 and water W that stores the subject S, and the ultrasonic probe 1 in a three-dimensional direction. Driven mechanical scanner 12
Consists of The mechanical scanner 12 includes a pair of Y-axis guides 13 arranged along two parallel sides of the water tank 11 in the Y-Y direction, and a Y-axis slider guided by the Y-axis guides 13 in the Y-Y direction. 14 and an X-axis guide 1 fixed at both ends to the Y-axis slider 14 and arranged in the XX direction.
5, an X-axis slider 16 guided in the X-X direction by the X-axis guide 15, a Z-axis guide 17 fixed vertically to the X-axis slider 16, and the ultrasonic probe 1
And a Z-axis slider 18 guided in the Z-Z direction by the Z-axis guide 17. Each of the sliders 14, 16, 18 has three motors M 1 to M 1 shown in FIG.
Driven by M3. Each of these motors is provided with a position signal output device such as a rotary encoder, and the arithmetic processing unit 30 can detect coordinate signals of the sliders 14, 16, and 18. The driving unit 20 includes a pulsar / receiver 21 for transmitting an ultrasonic wave from the ultrasonic probe 1 and receiving an ultrasonic wave by the ultrasonic probe 1, and an A / D for digitally converting a reception signal of the pulsar / receiver 21. A converter 22 and a motor driver 23 for driving three motors M1 to M3 provided in the mechanical scanner 12 are provided. The arithmetic processing unit 30 includes a CPU 31, input means 32 such as a keyboard and a mouse, a trigger 33 driven by a command from the input means 32, and a motor controller 34.
And the A / D-converted received signals are transmitted to the motors (M1 to M1) via the motor driver 23 and the motor controller 34.
3) a first memory 35 that stores together with the coordinate signals taken in from the memory, a timer 36 that is activated by a signal from the trigger 33 to set a gate for signal processing by the CPU 31, and a second memory that stores the procedure of signal processing by the CPU 31. Memory 37 is provided. Therefore, the ultrasonic inspection apparatus of the present example operates the motors M1 to M3 provided in the mechanical scanner 12 by operating the input unit 32.
Can be driven, and the ultrasonic probe 1 can be positioned with respect to the subject S set in the water tank 11. The coordinate signal of the ultrasonic probe 1 at this time is taken into the first memory 35 via the motor driver 23 and the motor controller 34. By operating the input means 32 from this state, the pulsar / receiver 21 and the motor controller 34 can be driven, and the ultrasonic probe 1 is moved two-dimensionally along the surface of the subject S, The transmission of the ultrasonic wave from the ultrasonic probe 1 and the reception of the ultrasonic wave by the ultrasonic probe 1 can be performed. Ultrasonic waves received by the ultrasonic probe 1 are A / D converted by the A / D converter 22 and are stored in the first memory together with coordinate signals taken in from the motors M1 to M3 via the motor driver 23 and the motor controller 34. 35. The CPU 31 fetches the signal stored in the first memory 35 for each gate set in the timer 36, performs the signal processing based on the signal processing procedure stored in the second memory 37, and executes the processing result. Is displayed on the display device 40 in color tone. Hereinafter, the configuration of the ultrasonic probe provided in the ultrasonic inspection apparatus of the present invention will be described. <First Example of Ultrasonic Probe> First, a first example of an ultrasonic probe provided in the ultrasonic inspection apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A and 3B are a sectional view and a plan view of a main part showing a first example of an ultrasonic probe provided in the ultrasonic inspection apparatus of the present invention, and FIG. It is an echo waveform diagram of a reflected wave.
As is clear from FIGS. 3A and 3B, the ultrasonic probe 1A of the present example has the same basic configuration as the ultrasonic probe 101 according to the conventional example, and has a simple planar shape circular. One type of vibrator 2 and a cylindrical acoustic lens 3 that converges the ultrasonic wave transmitted from the vibrator 2 and enters the subject S
It is configured to have: Ultrasonic probe 1 of this example
A is characterized in that a through hole 4 penetrating from the setting surface 3a of the vibrator 2 to the lens curvature surface 3b is formed in the center of the acoustic lens 3 as the acoustic lens 3. It is sufficient if the diameter of the through hole 4 is set to be equal to or larger than the propagation range of the vertically incident wave and the vertically reflected wave. However, in order to suppress the reception of noise as much as possible, it is possible to prevent the propagation of the obliquely incident wave and the leaky wave. It is preferable to make it as large as possible. Other components are the same as those of the ultrasonic probe 101 according to the conventional example, and therefore, description thereof will be omitted to avoid duplication. As described above, the ultrasonic probe is
When the subject S is evaluated, the subject S is placed in water together with the subject S. Therefore, when the ultrasonic probe 1A of the present embodiment in which the through hole 4 is formed in the center of the acoustic lens 3 is used, as shown in FIG.
Between the B → C and D → E → F and the subject S, an aluminum acoustic lens 3 (sound velocity =
Water (about 6400 m / s) having a low ultrasonic wave propagation velocity (19
C., about 1480 m / s at 26 ° C., and about 1500 m / s at 26 ° C., whereas ultrasonic waves are transmitted between the vertical path G → I and I → G of the vibrator 2 and the subject S. Route A → B → C → D
→ The propagation time of the vertical incident wave and the vertical reflected wave passing through the route G → I → G is longer than the propagation time of the oblique incident wave, leaky surface acoustic wave and leaky wave passing through E → F. As shown, an echo waveform V of a vertically reflected wave and an echo waveform L of a leaky wave are shown.
And a received signal in which the echo waveform L of the leaky wave precedes the echo waveform V of the surface reflected wave.
Accordingly, the time difference Δt between the echo waveform L of the leaky wave and the echo waveform V of the surface reflected wave can be obtained, and the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave can be obtained from the above equation (6). From the change in sound speed of the leaky surface acoustic wave, for example, the stress distribution and fracture toughness of the specimen S, the degree of deterioration of the material such as thermal embrittlement and intergranular corrosion, the presence or absence of cracks on the specimen surface, and the coating provided on the specimen surface The non-destructive evaluation of the soundness of the surface of the subject such as the presence or absence of peeling of the sample As described above, the thickness of the base material is 0.1 mm.
Thickness of the specimen and lens with WC sprayed coating of 5
mm aluminum acoustic lens, defocus amount ΔZ is 0.2 mm, operating frequency is 10 MHz, sound velocity VL of leaky surface acoustic wave is 2300 m / s, Rayleigh critical angle is 41 degrees, vertical wave V and leaky elastic surface Time difference Δ of wave L
When t is obtained, while the propagation time of the ultrasonic wave propagating along the route A → B → C → D → E → F is about 10 μs, the propagation time of the ultrasonic wave propagating along the route G → I → G is It is about 15 μs, and the difference is 5 μs (50 times the period of the used frequency), and it can be seen that both waves can be separated even in the test object having the thermal spray coating. In addition, in the previous example, the used frequency was set to 10 MHz, but similar results were obtained when the frequency was changed in the range of 5 to 20 MHz. <Second Example of Ultrasonic Probe> Next, a second example of the ultrasonic probe provided in the ultrasonic inspection apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a sectional view of a main part of an ultrasonic probe according to a second example. The ultrasonic probe 1B of the second example has an acoustic lens 3 instead of a configuration in which a through-hole 4 is formed in the center of the acoustic lens 3 (propagation path of a vertically incident wave and a vertically reflected wave).
A concave portion 5 is formed at the center of the lens curvature surface 3b. In the case where the ultrasonic probe 1B is used, similarly to the ultrasonic probe 1A according to the first example, the path A
→ B → C → D → E → F Since the propagation time of the ultrasonic wave propagating through the path G → I → G can be relatively delayed from the propagation time of the ultrasonic wave passing through F, the echo waveform V of the vertical reflected wave can be obtained. And the echo waveform L of the leaky wave can be separated. Further, the acoustic lens 3 of the present embodiment has an effect that the vibrator 2 can be easily and reliably set because the vibrator setting surface 3a is closed. <Third Example of Ultrasonic Probe> Next, a third example of the ultrasonic probe provided in the ultrasonic inspection apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a sectional view of a main part of an ultrasonic probe according to a third example. The ultrasonic probe 1 </ b> C of the third example is formed by simply forming a through hole 4 in the center of the acoustic lens 3.
In place of the configuration in which the material is used, the filling material 6 made of a material having a different ultrasonic wave propagation speed from the material forming the acoustic lens 3 is filled in the opened through hole 4 or the formed recess 5. Features. FIG. 6A shows a case where the filler 6 is filled in the through hole 4 formed in the center of the acoustic lens 3, and FIG. 6B shows a depression 5 formed on the vibrator setting surface 3 a of the acoustic lens 3. FIG. 6 (c) shows a depression 5 formed in the lens curvature surface 3b of the acoustic lens 3 when the filling material 6 is filled therein.
The figure shows a case where the filling material 6 is filled in the inside. The material of the acoustic lens 3 and the filling 6 are preferably as large as the difference in the propagation speed of the ultrasonic wave. When the acoustic lens 3 is made of aluminum (sound speed = 6400 m / s), the filling 6 is used. Is preferably made of a resin material such as an acrylic resin (sound speed = 2000 to 2500 m / s). Conversely, when the acoustic lens 3 is made of a resin material, aluminum is preferably used as the filler 6. When a resin is used as the filling portion 6, the acoustic lens 3 can be manufactured by potting the resin as the filling material into the opened through hole 4 or the formed recess 5. In the case where a solid is used as the filling portion 6, the acoustic lens 3 can also be formed by press-fitting a solid as a filling material into the opened through hole 4 or the formed recess 5.
Can be manufactured. Further, when the acoustic lens 3 is made of a resin material, a desired acoustic lens 3 can be manufactured by outsert molding a resin around a filler 6 such as aluminum. Of course, when the filling material 6 whose ultrasonic wave propagation speed is lower than the material forming the acoustic lens 3 is filled, the route A → B → C → D →
The propagation time of the ultrasonic wave propagating along the route G → I → G is relatively slower than the propagation time of the ultrasonic wave passing through E → F, and FIG.
As shown in the figure, the echo waveform L of the leaky wave has a shape preceding the echo waveform V of the vertically reflected wave, and conversely, the filling material 6 having a higher ultrasonic wave propagation speed than the material forming the acoustic lens 3 is used. In the case of filling, the propagation time of the ultrasonic wave propagating along the route G → I → G becomes relatively faster than the propagation time of the ultrasonic wave passing through the route A → B → C → D → E → F. As shown in FIG. 11, the echo waveform V of the vertically reflected wave has a shape preceding the echo waveform L of the leaky wave. Ultrasonic probe 1 of this example
C has a sound velocity between the propagation paths G → I and I → G of the vertically incident wave and the vertically reflected wave in the acoustic lens 3 and the propagation paths A → B → C and D → E → F of the obliquely incident wave and the leaky wave. Since they are made of different materials, the difference between the propagation times of the ultrasonic waves passing through the respective paths becomes large, so that the echo waveform V of the vertically reflected wave and the echo waveform L of the leaky wave can be separated, and the acoustic lens 3
Since the vibrator setting surface is closed, the vibrator 2 can be set easily and reliably. <Fourth Example of Ultrasonic Probe> Next, a fourth example of the ultrasonic probe provided in the ultrasonic inspection apparatus of the present invention is shown in FIG.
A description will be given based on (a) and (b). FIG. 7 (a),
(B) is the principal part perspective view seen from the plane direction of the ultrasonic probe concerning a 4th example, and the principal part perspective view seen from the bottom direction.
As shown in FIG. 7A, the ultrasonic probe 1D of the fourth example uses a cylindrical lens as the acoustic lens 3 and a plurality of transducers 2a to 2n are adjacently arranged in one direction as the transducer 2. An array-type transducer is provided. As shown in FIG. 7B, a through hole 4 is formed in the propagation path of the vertically incident wave and the vertically reflected wave on the bottom surface of the cylindrical lens. In addition, it is also possible to form a depression instead of the configuration in which the through hole 4 is formed in the bottom surface of the cylindrical lens, and further, the oblique incident wave and the leakage wave are formed in the formed through hole or the formed depression. Of course, it is also possible to fill the filler with a different propagation speed of the ultrasonic wave from the propagation path. Ultrasonic probe 1 of this example
D uses a cylindrical lens as the acoustic lens 3 and an array-type vibrator as the vibrator 2, so that the surface of the subject S can be traced in a plane.
Inspection efficiency of the subject S can be increased as compared with a case where a cylindrical acoustic lens is provided with a single-type vibrator having a circular planar shape. <Fifth Example of Ultrasonic Probe> Next, a fifth example of the ultrasonic probe provided in the ultrasonic inspection apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a perspective view of a main part of an ultrasonic probe according to a fifth example viewed from a plane direction. As shown in FIG. 8, the ultrasonic probe 1E of the fifth example is characterized in that a cylindrical lens is used as the acoustic lens 3 and a single-type vibrator is provided as the vibrator 2. As shown in FIG. 7B, a through hole 4 is formed in the propagation path of the vertically incident wave and the vertically reflected wave on the bottom surface of the cylindrical lens. Of course, a through hole 4 is provided on the bottom of the cylindrical lens.
Instead of forming a recess, a recess may be formed by filling the opened through-hole or formed recess with a filling material having a different propagation speed of ultrasonic waves from the propagation path of the oblique incident wave and the leaky wave. It is also possible. Ultrasonic probe 1 of this example
D uses a cylindrical lens as the acoustic lens 3 and a single-type vibrator as the vibrator 2, so that the surface of the subject S can be irradiated with an ultrasonic beam in a linear manner. Inspection efficiency of the subject S can be improved as compared with the case where the acoustic lens of the above is provided with a single-type vibrator having a circular planar shape. <Sixth Example of Ultrasonic Probe> Next, a sixth example of the ultrasonic probe provided in the ultrasonic inspection apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a sectional view of a main part of an ultrasonic probe according to a sixth example. The ultrasonic probe 1F of the sixth example has the same configuration as the ultrasonic probe 101 described in the conventional example, and as the acoustic lens 3, a through-hole or a hollow is formed in a propagation path of a vertically incident wave and a vertically reflected wave, and a filling material is provided. Is not provided, and the whole is configured homogeneously.
When the ultrasonic probe 1F of this example is used, the echo waveform V of the vertically reflected wave and the echo waveform L of the leaky wave cannot be separated, so that, for example, a leaky elastic surface such as an object provided with a thermal spray coating is provided. Although it is difficult to apply the method to a subject having a large attenuation of a wave, it is possible to perform a desired ultrasonic inspection without measuring a water temperature for a subject having a small attenuation of a leaky surface acoustic wave. <Seventh Example of Ultrasonic Probe> Next, a seventh example of the ultrasonic probe provided in the ultrasonic inspection apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a sectional view of a main part of an ultrasonic probe according to a seventh example. Ultrasound probe 1G of seventh example
Is characterized in that a vibrator 2 having a circular planar shape on a concave surface 1b formed on a probe main body 1a is provided without an acoustic lens. Even when the ultrasonic probe 1 of the present example is used, the echo waveform V of the vertically reflected wave and the echo waveform L of the leaky wave cannot be separated as in the case of using the ultrasonic probe 1 according to the fifth example. For example, it is difficult to apply to a subject having a large leaky surface acoustic wave attenuation such as a subject provided with a thermal spray coating, but for a subject having a small leaky surface acoustic wave attenuation, the water temperature is measured. A desired ultrasonic inspection can be performed without any need. Hereinafter, an example of an ultrasonic inspection method using the ultrasonic inspection apparatus according to the present invention,
This will be described with reference to FIG. 3A and FIGS. This test method does not measure the water temperature,
The sound velocity VL of a leaky surface acoustic wave can be calculated. FIG. 11 is an explanatory diagram showing the arrangement of the ultrasonic probe when the focal point of the acoustic lens coincides with the surface of the subject, and FIG. 12 is a flowchart showing the procedure of the ultrasonic inspection method. The procedure of the ultrasonic inspection method shown in FIG. 12 is stored in the second memory 37 shown in FIG.
First, in step S1, the Z-axis slider 18 of the mechanical scanner 12 is driven to move the ultrasonic probe 1 in a direction to approach the subject S or in a direction away from the subject S, as shown in FIG. The focal point of the acoustic lens 3 is matched with the surface of the subject S. When the focus of the acoustic lens 3 matches the surface of the subject S, the echo level of the leaked wave becomes maximum, so that it can be known that the focus of the acoustic lens 3 matches the surface of the subject S. In step S2, an ultrasonic wave is transmitted from the transducer 2, and a propagation time t L0 of the ultrasonic wave passing through the route A → B → C (D) → E → F and a propagation of the ultrasonic wave passing through the route G → I → G. Time t
Measure V0 . Further, the output value Z 0 of the Z-axis slider 18 is read. Next, in steps S3 and S4, the ultrasonic probe 1 is brought close to the subject S until a leaked surface acoustic wave is detected. The stop position of the ultrasonic probe 1 does not necessarily need to be a position where the echo level of the leaky surface acoustic wave is maximized, and can be set arbitrarily within a range where the leaky surface acoustic wave can be detected. When a leaky surface acoustic wave is detected, the ultrasonic probe 1 is at the position shown in FIG. 3A, and the focal position of the acoustic lens 3 is shifted from the surface of the subject S by the defocus amount Δ
Only Z is inside. In step S5, an ultrasonic wave is transmitted from the transducer 2, and the propagation time t L1 of the ultrasonic wave passing through the path A → B → C → D → E → F and the propagation time of the ultrasonic wave passing through the path G → I → G Measure t V1 . Also, the output value Z 1 of the Z-axis slider 18
To read Next, the process proceeds to step S6, and step S2
The propagation time t L0 of the ultrasonic wave passing through the route A → B → C (D) → E → F measured in step A and the route A → B → measured in step S5
The time difference Δt L (= t L0 −t L1 ) from the propagation time t L1 of the ultrasonic wave passing through C → D → E → F, and the path G measured in step S2
The time difference Δt V between the propagation time t V0 of the ultrasonic wave passing through I → G and the propagation time t V1 of the ultrasonic wave passing through the path G → I → G measured in step S5 (= t V0 −t V1 ) and the procedure The difference between the output value Z 0 of the Z-axis slider 18 measured in S2 and the output value Z 1 of the Z-axis slider 18 measured in step S5, that is, the defocus amount ΔZ of the acoustic lens 3 (= Z 0 −Z 1 ). Is calculated. Finally, from these calculated values, the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave is obtained by using the above equation (6). Since the equation (6) does not include the sound velocity V W of the water as a variable, the sound velocity V L of the leaky surface acoustic wave can be calculated based on this equation without measuring the sound velocity V W of the water. Although the description is omitted in the above description, when the above-described inspection method is performed, the Y-axis slider 14 and / or the X-axis slider 16 of the mechanical scanner 12 are appropriately driven to move along the surface of the subject S. Needless to say, the ultrasonic probe 1 is scanned. In addition,
In the ultrasonic inspection method of FIG. 12, the focus of the acoustic lens 3 is matched with the surface of the subject S in step S1, but the focus of the acoustic lens 3 must be completely matched with the surface of the subject S in this procedure. This does not mean that the required ultrasonic inspection cannot be performed, and the focal point of the acoustic lens 3 can be positioned slightly inside the surface of the subject S. In this case, in steps S3 and S4, the focal position of the acoustic lens 3 is moved further inside the subject S than the focal position of the acoustic lens 3 set in step S1.

【発明の効果】本発明の超音波検査装置は、超音波プロ
ーブの焦点を被検体の表面に合致して測定した斜角入射
波及び漏洩弾性表面波並びに漏洩波の伝搬時間と超音波
プローブの焦点を被検体の内部に設定して測定した斜角
入射波及び漏洩弾性表面波並びに漏洩波の伝搬時間との
差分と、超音波プローブの焦点を被検体の表面に合致し
て測定した垂直入射波及び垂直反射波の伝搬時間と超音
波プローブの焦点を被検体の内部に設定して測定した垂
直入射波及び垂直反射波の伝搬時間との差分を元にして
漏洩弾性表面波の音速を算出するので、検査ごとに水温
を測定する必要がなく温度センサを省略できることか
ら、超音波検査装置の構成の簡略化と演算の効率化とを
図ることができる。
According to the ultrasonic inspection apparatus of the present invention, the oblique incident wave, the leaky surface acoustic wave, the propagation time of the leaky wave, and the propagation time of the ultrasonic probe measured with the focus of the ultrasonic probe coincident with the surface of the subject are measured. The difference between the oblique incident wave, the leaky surface acoustic wave, and the propagation time of the leaky wave measured with the focus set inside the subject, and the normal incidence measured with the focus of the ultrasonic probe matched to the surface of the subject Calculates the sound velocity of leaky surface acoustic waves based on the difference between the propagation times of waves and vertically reflected waves and the propagation times of vertically incident waves and vertically reflected waves measured with the focus of the ultrasonic probe set inside the subject. Therefore, it is not necessary to measure the water temperature for each test, and the temperature sensor can be omitted, so that the configuration of the ultrasonic inspection apparatus can be simplified and the calculation can be performed more efficiently.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】超音波検査装置のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic inspection apparatus.

【図2】超音波検査装置における超音波走査部の構成図
である。
FIG. 2 is a configuration diagram of an ultrasonic scanning unit in the ultrasonic inspection apparatus.

【図3】第1実施形態例に係る超音波プローブの要部断
面図及び平面図である。
FIG. 3 is a sectional view and a plan view of a main part of the ultrasonic probe according to the first embodiment.

【図4】振動子によって受信される漏洩波及び垂直反射
波のエコー波形である。
FIG. 4 is an echo waveform of a leaky wave and a vertically reflected wave received by a vibrator.

【図5】第2実施形態例に係る超音波プローブの要部断
面図である。
FIG. 5 is a sectional view of a main part of an ultrasonic probe according to a second embodiment.

【図6】第3実施形態例に係る超音波プローブの要部断
面図である。
FIG. 6 is a sectional view of a main part of an ultrasonic probe according to a third embodiment.

【図7】第4実施形態例に係る超音波プローブの平面方
向から見た要部斜視図及び底面方向から見た要部斜視図
である。
FIGS. 7A and 7B are a perspective view of a main part viewed from a plane direction and a perspective view of a main part viewed from a bottom direction of an ultrasonic probe according to a fourth embodiment.

【図8】第5実施形態例に係る超音波プローブの要部斜
視図である。
FIG. 8 is a perspective view of a main part of an ultrasonic probe according to a fifth embodiment.

【図9】第6実施形態例に係る超音波プローブの要部断
面図である。
FIG. 9 is a sectional view of an essential part of an ultrasonic probe according to a sixth embodiment.

【図10】第7実施形態例に係る超音波プローブの要部
断面図である。
FIG. 10 is a sectional view of an essential part of an ultrasonic probe according to a seventh embodiment.

【図11】音響レンズの焦点を被検体の表面に合致した
場合の説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram when the focal point of the acoustic lens matches the surface of the subject.

【図12】超音波検査方法の手順を示すフローチャート
である。
FIG. 12 is a flowchart illustrating a procedure of an ultrasonic inspection method.

【図13】従来より知られている超音波プローブの要部
断面図及び平面図である。
FIG. 13 is a sectional view and a plan view of a main part of a conventionally known ultrasonic probe.

【図14】振動子によって受信される漏洩波及び垂直反
射波のエコー波形である。
FIG. 14 is an echo waveform of a leaky wave and a vertically reflected wave received by the vibrator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 超音波プローブ 1A 実施の第1例に係る超音波プローブ 1B 実施の第2例に係る超音波プローブ 1C 実施の第3例に係る超音波プローブ 1D 実施の第4例に係る超音波プローブ 1E 実施の第5例に係る超音波プローブ 1F 実施の第6例に係る超音波プローブ 1G 実施の第7例に係る超音波プローブ 2 振動子 3 音響レンズ 3a 振動子設定面 3b レンズ曲率面 4 透孔 5 くぼみ 6 充填物 REFERENCE SIGNS LIST 1 ultrasonic probe 1A ultrasonic probe according to first example of implementation 1B ultrasonic probe according to second example of implementation 1C ultrasonic probe according to third example of implementation 1D ultrasonic probe according to fourth example of implementation 1E implementation Ultrasonic probe according to the fifth example 1F Ultrasonic probe according to the sixth example 1G Ultrasonic probe according to the seventh example 2 Vibrator 3 Acoustic lens 3a Vibrator setting surface 3b Lens curvature surface 4 Through hole 5 Hollow 6 filling

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成11年8月3日(1999.8.3)[Submission date] August 3, 1999 (1999.8.3)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【書類名】 明細書[Document Name] Statement

【発明の名称】 超音波検査装置[Title of the Invention] Ultrasonic inspection device

【特許請求の範囲】[Claims]

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被検体の非破壊検
査に適用される超音波検査装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic inspection apparatus applied to a nondestructive inspection of a subject.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、例えば特開平10−3189
95号公報等に記載されているように、超音波モードの
1つである漏洩弾性表面波の音速変化から、被検体の応
力分布や破壊靭性値、それに熱脆化や粒界腐蝕といった
材料の劣化度を非破壊で評価する技術が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-3189
As described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 95, etc., the change in sound velocity of leaky surface acoustic waves, which is one of the ultrasonic modes, is used to determine the stress distribution and fracture toughness of the specimen, as well as materials such as thermal embrittlement and intergranular corrosion. A technique for non-destructively evaluating the degree of deterioration is known.

【0003】図13は従来よりこの種の非破壊検査に適
用されている超音波プローブの一例を示す要部断面図及
び平面図であって、これらの図から明らかなように、本
例の超音波プローブ101は、平面形状が円形に形成さ
れた単一型の振動子102と、当該振動子102から送
信された超音波を収束して被検体Sに入射する凹レンズ
型の音響レンズ103とを備えた構成になっており、振
動子102の周囲には、通常、必要以上の振動の発生を
抑制するため、ダンパ材101aが設けられる。振動子
102は、表裏両面に電極が設けられた圧電薄膜をもっ
て構成される。一方、音響レンズ103は、アルミニウ
ム等の超音波伝搬速度が大きな物質をもって構成され、
振動子102の設定面103aが平面状に形成され、こ
れと対向するレンズ曲率面103bが球面状に形成され
ている。前記振動子102は、接着等の手段によって音
響レンズ103の振動子設定面103aに固定される。
FIG. 13 is a sectional view and a plan view of an essential part showing an example of an ultrasonic probe conventionally applied to this type of nondestructive inspection. The acoustic probe 101 includes a single-type vibrator 102 having a circular planar shape, and a concave lens-type acoustic lens 103 that converges the ultrasonic wave transmitted from the vibrator 102 and enters the subject S. In general, a damper material 101a is provided around the vibrator 102 in order to suppress the occurrence of unnecessary vibration. The vibrator 102 is configured by a piezoelectric thin film having electrodes provided on both front and back surfaces. On the other hand, the acoustic lens 103 is made of a material having a high ultrasonic wave propagation speed such as aluminum,
A setting surface 103a of the vibrator 102 is formed in a planar shape, and a lens curvature surface 103b opposed thereto is formed in a spherical shape. The vibrator 102 is fixed to the vibrator setting surface 103a of the acoustic lens 103 by means such as bonding.

【0004】被検体の劣化度等の評価に際し、超音波プ
ローブ101は、3次元方向に移動する機械式スキャナ
(図示省略)に固定され、水中で被検体Sと対向に配置
される。その高さ位置は、図13(a)に示すように、
被検体Sの表面よりもやや下方に音響レンズ103の焦
点Pがくるように調整される。図中の符号ΔZは、被検
体Sの表面から焦点Pまでのデフォーカス量を示してい
る。この状態で、振動子102の電極に図示しない制御
部から駆動電圧を供給すると、振動子102が駆動し、
当該振動子102から送信された超音波が音響レンズ1
03及び水を通って被検体Sに入射する。また、被検体
Sからの反射波及び漏洩波は、水及び音響レンズ103
を通って振動子102に受信される。
When evaluating the degree of deterioration of a subject, the ultrasonic probe 101 is fixed to a mechanical scanner (not shown) that moves in a three-dimensional direction, and is arranged in water to face the subject S. The height position is as shown in FIG.
The focal point P of the acoustic lens 103 is adjusted to be slightly below the surface of the subject S. The symbol ΔZ in the figure indicates the defocus amount from the surface of the subject S to the focal point P. In this state, when a drive voltage is supplied from a control unit (not shown) to the electrodes of the vibrator 102, the vibrator 102 is driven,
The ultrasonic wave transmitted from the transducer 102 is transmitted to the acoustic lens 1
03 and water and enter the subject S. Further, the reflected wave and the leaked wave from the subject S
And is received by the vibrator 102.

【0005】振動子102から送信された超音波のう
ち、斜角経路A→B→Cを通って被検体Sの表面にレー
リー臨界角θL で入射した斜角入射波は、漏洩弾性表面
波に変換され、被検体Sの表面に沿って進行する。この
漏洩弾性表面波は、入射点Cから被検体Sの表面を伝搬
する間にレーリー臨界角θL で漏洩し、被検体表面のD
点で漏洩した漏洩波は、経路D→E→Fを通って振動子
102に受信される。一方、振動子102から送信され
た超音波のうち、垂直経路G→H→Iを通って被検体S
の表面に入射した垂直入射波は、被検体Sによって反射
され、その反射波(垂直反射波)が垂直経路I→H→G
を通って振動子2に受信される。
[0005] Among the ultrasonic waves transmitted from the transducer 102, the oblique incident wave incident on the surface of the subject S at a Rayleigh critical angle θ L through the oblique path A → B → C is a leaky surface acoustic wave. And travels along the surface of the subject S. This leaky surface acoustic wave leaks at the Rayleigh critical angle θ L while propagating from the incident point C to the surface of the subject S, and the D
The leaked wave leaked at the point is received by the vibrator 102 through the route D → E → F. On the other hand, of the ultrasonic waves transmitted from the transducer 102, the subject S passes through the vertical path G → H → I.
The vertical incident wave incident on the surface of is reflected by the subject S, and the reflected wave (vertical reflected wave) is transmitted through the vertical path I → H → G.
And is received by the transducer 2.

【0006】振動子102による漏洩波と垂直反射波と
の受信タイミングには、振動子102から斜角入射波及
び垂直入射波が送信されてから漏洩波及び垂直反射波が
振動子102に受信されるまでの各波の行程差に基づく
時間差があり、この時間差Δtと、超音波プローブ10
1と被検体Sとの間に介在する超音波媒質である水中を
伝搬する超音波の音速VW と、音響レンズ103のデフ
ォーカス量ΔZとから、次式によって漏洩弾性表面波の
音速VL を算出することができ、当該漏洩弾性表面波の
音速VL の変化から被検体Sの劣化度等を評価すること
ができる。
At the reception timing of the leaked wave and the vertically reflected wave by the oscillator 102, the oblique incident wave and the vertically incident wave are transmitted from the oscillator 102, and then the leaked wave and the vertically reflected wave are received by the oscillator 102. There is a time difference based on the stroke difference of each wave until the time difference Δt and the ultrasonic probe 10
From the sound velocity V W of the ultrasonic wave propagating in the water, which is the ultrasonic medium interposed between the sample surface 1 and the subject S, and the defocus amount ΔZ of the acoustic lens 103, the sound velocity V L of the leaky surface acoustic wave is calculated by the following equation. Can be calculated, and the degree of deterioration or the like of the subject S can be evaluated from the change in the sound speed VL of the leaky surface acoustic wave.

【0007】[0007]

【数1】 (Equation 1)

【0008】図14に、振動子102によって受信され
た漏洩波のエコー波形Lと垂直反射波のエコー波形Vを
示す。前記時間差Δtは、この漏洩波のエコー波形Lと
垂直反射波のエコー波形Vとのピーク間の時間差を計測
することによって求められる。また、水中を伝達する超
音波の音速VW も、測定により求めることができる。さ
らに、音響レンズ103のデフォーカス量ΔZは、被検
体Sの表面の位置と、超音波プローブ101の設定位置
と、音響レンズ103の焦点距離とから求めることがで
きる。
FIG. 14 shows an echo waveform L of a leaky wave and an echo waveform V of a vertically reflected wave received by the vibrator 102. The time difference Δt is obtained by measuring a time difference between the peaks of the echo waveform L of the leaky wave and the echo waveform V of the vertical reflection wave. Further, the sound speed V W of the ultrasonic wave transmitted in water can also be obtained by measurement. Further, the defocus amount ΔZ of the acoustic lens 103 can be obtained from the position of the surface of the subject S, the set position of the ultrasonic probe 101, and the focal length of the acoustic lens 103.

【0009】なお、漏洩弾性表面波の音速VL を求める
方法としては、上述の方法のほかに、振動子102から
の入射波をバースト波として漏洩波と垂直反射波とを積
極的に干渉させ、その干渉波の変化曲線(V(z)曲
線)のディップ周期から求める方法もあるが、本発明と
は直接的に関係しないので、説明を省略する。
As a method for obtaining the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave, in addition to the above-described method, the leaky wave and the vertically reflected wave are positively interfered with each other by using the incident wave from the vibrator 102 as a burst wave. There is also a method of obtaining from the dip period of the variation curve (V (z) curve) of the interference wave, but the description is omitted because it is not directly related to the present invention.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前出の
(1)式から漏洩弾性表面波の音速VL を求め、被検体
Sの劣化度等を評価するためには、振動子102の受信
信号から漏洩波のエコー波形Lと垂直反射波のエコー波
形Vとを明確に分離でき、その時間差Δtを計れること
が前提となる。一般に、音響レンズ103のデフォーカ
ス量ΔZを大きくすると、漏洩弾性表面波の伝搬距離が
長くなって、経路A→B→C→D→E→Fと経路G→H
→I→H→Gの行程差が大きくなり、図14に示すよう
に時間軸上で漏洩波のエコー波形Lと垂直反射波のエコ
ー波形Vとが分離して時間差Δtの測定が可能になる
が、本願発明者らの研究によると、母材の表面に例えば
溶射皮膜などの漏洩弾性表面波が減衰しやすい被膜が施
された被検体については、音響レンズ103のデフォー
カス量ΔZを種々変更しても漏洩波のエコー波形Lと垂
直反射波のエコー波形Vとを明確に分離できず、時間差
Δtを求めることができないことが判明した。即ち、本
願発明者らは、母材の表面に厚さ0.1mmのWC系溶
射材料からなる溶射皮膜が施された被検体について実験
を行ったところ、音響レンズ103のデフォーカス量Δ
Zを大きくすると漏洩弾性表面波の減衰が大きくなって
漏洩波のエコー波形Lを検出することが困難になり、反
対に、音響レンズ103のデフォーカス量ΔZを小さく
すると垂直反射波のエコー波形Vに漏洩波のエコー波形
Lが埋没して両者を明確に分離することができず、時間
差Δtを求めることができなかった。
By the way, in order to obtain the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave from the above equation (1) and to evaluate the degree of deterioration of the subject S, the received signal of the transducer 102 must be determined. It is premised that the echo waveform L of the leaky wave and the echo waveform V of the vertical reflected wave can be clearly separated from each other, and the time difference Δt can be measured. Generally, when the defocus amount ΔZ of the acoustic lens 103 is increased, the propagation distance of the leaky surface acoustic wave is increased, and the path A → B → C → D → E → F and the path G → H
The stroke difference of → I → H → G increases, and as shown in FIG. 14, the echo waveform L of the leaky wave and the echo waveform V of the vertical reflected wave are separated on the time axis, and the time difference Δt can be measured. However, according to a study by the inventors of the present application, for a subject whose base material is coated with a coating such as a sprayed coating that easily attenuates leaky surface acoustic waves, the defocus amount ΔZ of the acoustic lens 103 is variously changed. However, it was found that the echo waveform L of the leaky wave and the echo waveform V of the vertical reflection wave could not be clearly separated, and the time difference Δt could not be obtained. That is, the inventors of the present application performed an experiment on a test object in which a sprayed coating made of a WC-based sprayed material having a thickness of 0.1 mm was applied to the surface of the base material, and found that the defocus amount Δ
When Z is increased, the attenuation of the leaky surface acoustic wave increases, and it becomes difficult to detect the echo waveform L of the leaky wave. Conversely, when the defocus amount ΔZ of the acoustic lens 103 is reduced, the echo waveform V of the vertical reflected wave is reduced. In this case, the echo waveform L of the leaky wave is buried, and the two cannot be clearly separated, and the time difference Δt cannot be obtained.

【0011】これについて理論的な解析を加えると、前
記の被検体にのど厚(図13(a)のGH間)が5mm
のアルミニウム製(音速=6400m/s)の音響レン
ズからデフォーカス量ΔZを0.2mmとして10MH
zの超音波パルスを送信した場合、WC系溶射皮膜を伝
搬する漏洩弾性表面波の音速VL は約2300m/s
(表面を研磨した同種の溶射皮膜を用いて予め計測した
値)であり、レーリー臨界角は約41度であるので、図
13(a)に示した経路G→H→I→H→Gを伝搬する
垂直入射波及び垂直反射波の伝搬時間が10.05μs
であるのに対して、図13(a)に示した経路A→B→
C→D→E→F経路を伝搬する斜角入射波、漏洩弾性表
面波及び漏洩波の伝搬時間は10.1μsであり、その
差が50nsとなって使用周波数の周期(100ns)
の半分しかないので、仮に微弱な漏洩波が受信されてい
ても、時間差Δtを求めることができない。
When a theoretical analysis is added to this, the thickness of the throat (between GH in FIG. 13A) is 5 mm
From an aluminum (acoustic velocity = 6400 m / s) acoustic lens with a defocus amount ΔZ of 0.2 mm and 10 MHZ
When the ultrasonic pulse of z is transmitted, the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave propagating through the WC sprayed coating is about 2300 m / s.
(Value measured in advance using the same kind of thermal sprayed coating whose surface has been polished), and the Rayleigh critical angle is about 41 degrees, so the path G → H → I → H → G shown in FIG. Propagation time of propagating normal incident wave and vertical reflected wave is 10.05μs
In contrast, the route A → B → shown in FIG.
The propagation time of the oblique incident wave, the leaky surface acoustic wave and the leaky wave propagating in the C → D → E → F path is 10.1 μs, and the difference is 50 ns, and the period of the used frequency (100 ns)
, The time difference Δt cannot be determined even if a weak leaky wave is received.

【0012】また、前出の(1)式から漏洩弾性表面波
の音速VL を求め、被検体Sの劣化度等を評価するため
には、超音波プローブ101と被検体Sとの間に介在さ
れる水中を伝搬する超音波の音速VW を特定する必要が
あるが、周知のように水中を伝搬する超音波の音速VW
は水温によって変化し、通常用いる範囲では1℃の差で
数m/sも変化するので、(1)式により漏洩弾性表面
波の音速VL を精度良く求めるためには、試験毎に水温
を測定する必要がある。このため、従来の超音波検査装
置にあっては、水温を測定するための温度センサが必要
で構造が複雑化すると共に、漏洩弾性表面波の音速VL
を測定する毎に水温を測定して水の音速を求めるといっ
た煩雑な手順を経なくてはならないので、漏洩弾性表面
波の音速VL の測定、ひいては被検体の劣化度等の検査
を効率的に行うことが難しいという不都合がある。
Further, in order to obtain the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave from the above equation (1), and to evaluate the degree of deterioration of the subject S, the distance between the ultrasonic probe 101 and the subject S must be determined. It is necessary to specify the sound speed V W of the ultrasonic wave propagating in the intervening water, but as is well known, the sound speed V W of the ultrasonic wave propagating in the water is known.
Varies depending on the water temperature, and varies by several m / s with a difference of 1 ° C. in a normally used range. Therefore, in order to accurately obtain the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave by the equation (1), the water temperature must be changed for each test. Need to measure. For this reason, the conventional ultrasonic inspection apparatus requires a temperature sensor for measuring the water temperature, which complicates the structure and the sound velocity V L of the leaky surface acoustic wave.
Measurement of the water temperature and the sound velocity of the water every time it is measured, it is necessary to efficiently measure the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave and, consequently, to inspect the degree of deterioration of the subject. Is difficult to perform.

【0013】なお、前記においては、被検体の応力分布
や破壊靭性値それに熱脆化や粒界腐蝕といった材料の劣
化度を例にとって説明したが、被検体表面におけるクラ
ックの有無や被検体表面に設けられた被膜の剥離の有無
など、被検体表面の健全性を評価する場合にも、同様の
不都合がある。
In the above description, the stress distribution and fracture toughness of the specimen and the degree of deterioration of the material such as thermal embrittlement and intergranular corrosion have been described as examples. Similar inconveniences arise when evaluating the soundness of the surface of the subject, such as the presence or absence of peeling of the provided coating.

【0014】本発明は、かかる従来技術の不備を解決す
るためになされたものであって、その課題は、水温を測
定することなく漏洩弾性表面波の音速を高精度に算出す
ることができる超音波検査装置を提供すること、さらに
は、漏洩弾性表面波の減衰が大きい被検体についても水
温を測定することなく漏洩弾性表面波の音速を高精度に
算出することができる超音波検査装置を提供することに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned deficiencies of the prior art, and an object thereof is to provide a supersonic wave capable of calculating the sound velocity of a leaky surface acoustic wave with high accuracy without measuring the water temperature. To provide an ultrasonic inspection apparatus, and further to provide an ultrasonic inspection apparatus capable of calculating the sound velocity of a leaky surface acoustic wave with high accuracy without measuring the water temperature even for a subject having a large attenuation of the leaky surface acoustic wave. Is to do.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
達成するため、超音波プローブ及び当該超音波プローブ
を被検体に対して移送する機械式スキャナを有する超音
波走査部と、当該超音波走査部の駆動部と、当該駆動部
を介して前記超音波走査部を制御し、所望の超音波検査
を実行する演算処理部とを備えた超音波検査装置におい
て、前記超音波プローブの焦点を前記被検体の第1の深
さ位置に設定して超音波を送信したときの斜角入射波及
び漏洩弾性表面波並びに漏洩波の伝搬時間と前記超音波
プローブの焦点を前記被検体の第2の深さ位置に設定し
て超音波を送信したときの斜角入射波及び漏洩弾性表面
波並びに漏洩波の伝搬時間との差分、及び前記超音波プ
ローブの焦点を前記被検体の第1の深さ位置に設定して
超音波を送信したときの垂直入射波及び垂直反射波の伝
搬時間と前記超音波プローブの焦点を前記被検体の第2
の深さ位置に設定して超音波を送信したときの垂直入射
波及び垂直反射波の伝搬時間との差分を元に、前記演算
処理部にて漏洩弾性表面波の音速を算出するという構成
にした。
According to the present invention, there is provided an ultrasonic scanning section having an ultrasonic probe and a mechanical scanner for transferring the ultrasonic probe to a subject. In an ultrasonic inspection apparatus including a driving unit of an ultrasonic scanning unit and an arithmetic processing unit that controls the ultrasonic scanning unit via the driving unit and performs a desired ultrasonic inspection, a focus of the ultrasonic probe Is set to the first depth position of the subject, and the transmission time of the oblique incident wave and the leaky surface acoustic wave when the ultrasound is transmitted and the propagation time of the leaky wave and the focal point of the ultrasound probe are set to the second position of the subject. The difference between the oblique incident wave and the leaky surface acoustic wave and the propagation time of the leaky wave when the ultrasonic wave is set at the depth position of 2, and the focus of the ultrasonic probe are set to the first position of the subject. Ultrasound was transmitted at the depth position Kino second focal point of the subject of the propagation time of the vertical incident wave and vertical reflected wave and the ultrasonic probe
Based on the difference between the propagation time of the vertically incident wave and the vertically reflected wave when transmitting the ultrasonic wave at the depth position, the arithmetic processing unit calculates the sound velocity of the leaky surface acoustic wave. did.

【0016】前記構成の超音波検査装置において、前記
第1の深さ位置は前記被検体の表面とすることができ、
前記第2の深さ位置は前記超音波プローブから送信され
る超音波によって前記被検体に漏洩弾性表面波が発生す
る位置とすることができる。
In the ultrasonic inspection apparatus having the above-mentioned configuration, the first depth position may be a surface of the subject,
The second depth position may be a position where a leaked surface acoustic wave is generated in the subject by an ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic probe.

【0017】図11に示すように音響レンズ3の焦点位
置を被検体Sの表面に合致させたときに経路A→B→C
→D→E→Fを通る超音波の伝搬時間tL0と、図3に示
すように音響レンズ3の焦点位置を被検体Sの表面から
内側にずらしたときに経路A→B→C→D→E→Fを通
る超音波の伝搬時間tL1との時間差ΔtL は、音響レン
ズ3のデフォーカス量をΔZ、レーリー臨界角をθL
水の音速をVW 、漏洩弾性表面波の音速をVL としたと
き、
When the focal position of the acoustic lens 3 matches the surface of the subject S as shown in FIG.
The propagation time t L0 of the ultrasonic wave passing through D → E → F and the path A → B → C → D when the focal position of the acoustic lens 3 is shifted inward from the surface of the subject S as shown in FIG. The time difference Δt L from the propagation time t L1 of the ultrasonic wave passing through → E → F is represented by ΔZ for the defocus amount of the acoustic lens 3 and θ L for the Rayleigh critical angle,
When the sound velocity of water is V W and the sound velocity of leaky surface acoustic waves is VL ,

【0018】[0018]

【数2】 (Equation 2)

【0019】で表され、スネルの法則からVW=VLsi
nθLであることを利用して(2)式からθL を消去す
ると、下記の(3)式が得られる。
From the Snell's law, V W = V L si
Eliminating θ L from equation (2) using nθ L yields equation (3) below.

【0020】[0020]

【数3】 (Equation 3)

【0021】一方、音響レンズ3の焦点位置を被検体S
の表面に合致させたときに経路G→I→Gを通る超音波
の伝搬時間tV0と音響レンズ3の焦点位置を被検体Sの
表面からずらしたときに経路G→I→Gを通る超音波の
伝搬時間tV1との時間差ΔtV は、下記の(4)式で表
される。
On the other hand, the focal position of the acoustic lens 3 is set
When the ultrasonic wave propagation time t V0 passing through the path G → I → G is matched with the surface of the subject S, and the focal position of the acoustic lens 3 is shifted from the surface of the subject S, the ultrasonic wave passes through the path G → I → G. The time difference Δt V from the sound wave propagation time t V1 is represented by the following equation (4).

【0022】[0022]

【数4】 (Equation 4)

【0023】この(4)式から、水の音速VW は、下記
の(5)式で求められる。
From the equation (4), the sound velocity V W of the water is obtained by the following equation (5).

【0024】[0024]

【数5】 (Equation 5)

【0025】ここで、(5)式を(3)式に代入すれ
ば、水の音速VW を変数に含まない漏洩弾性表面波の音
速VL を求める下記の(6)式を得ることができる。
Here, if the equation (5) is substituted into the equation (3), the following equation (6) for obtaining the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave which does not include the sound velocity V W of the water as a variable can be obtained. it can.

【0026】[0026]

【数6】 (Equation 6)

【0027】したがって、超音波プローブの焦点を被検
体Sの表面に合致して測定した斜角入射波及び漏洩弾性
表面波並びに漏洩波の伝搬時間と超音波プローブの焦点
を被検体の内部に設定して測定した斜角入射波及び漏洩
弾性表面波並びに漏洩波の伝搬時間との差分ΔtL 、超
音波プローブの焦点を被検体Sの表面に合致して測定し
た垂直入射波及び垂直反射波の伝搬時間と超音波プロー
ブの焦点を被検体の内部に設定して測定した垂直入射波
及び垂直反射波の伝搬時間との差分ΔtV 及び音響レン
ズ3のデフォーカス量をΔZとから漏洩弾性表面波の音
速を算出することができ、超音波検査装置の構成の簡略
化と演算の効率化を図ることができる。
Accordingly, the oblique incident wave and the leaked surface acoustic wave and the propagation time of the leaked wave and the focal point of the ultrasonic probe, which are measured with the focus of the ultrasonic probe coincident with the surface of the subject S, are set inside the subject. And the difference Δt L between the oblique incident wave and the leaky surface acoustic wave and the propagation time of the leaky wave measured, and the normal incident wave and the vertical reflected wave measured by adjusting the focus of the ultrasonic probe to the surface of the subject S. The difference Δt V between the propagation time and the propagation time of the vertically incident wave and the vertically reflected wave measured by setting the focal point of the ultrasonic probe inside the subject and the defocus amount of the acoustic lens 3 from the ΔZ Can be calculated, and the configuration of the ultrasonic inspection apparatus can be simplified and the calculation can be performed more efficiently.

【0028】なお、超音波プローブとしては、前出の図
13に示すように、垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経
路(G→H及びH→G)における超音波の伝搬速度と斜
角入射波及び漏洩波の伝搬経路(A→B及びE→F)に
おける超音波の伝搬速度とが同じである均質な音響レン
ズ103を備えたものを用いることもできるし、例えば
図3に示すように、垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経
路(G→I及びI→G)における超音波の伝搬速度と斜
角入射波及び漏洩波の伝搬経路(A→B及びE→F)に
おける超音波の伝搬速度とが異なる音響レンズ3を備え
たものを用いることもできる。
As the ultrasonic probe, as shown in FIG. 13 described above, the propagation speed of the ultrasonic wave in the propagation path (G → H and H → G) of the vertically incident wave and the vertically reflected wave and the oblique incidence One having a uniform acoustic lens 103 having the same ultrasonic wave propagation velocity in the propagation path of the wave and the leaky wave (A → B and E → F) can be used. For example, as shown in FIG. , The propagation velocity of the ultrasonic wave in the propagation path (G → I and I → G) of the vertically incident wave and the vertically reflected wave, and the propagation velocity of the ultrasonic wave in the propagation path (A → B and E → F) of the oblique incident wave and the leaky wave A lens provided with an acoustic lens 3 having a different propagation speed can also be used.

【0029】図13の超音波プローブは、漏洩弾性表面
波の減衰が小さく、垂直反射波のエコー波形Vと漏洩波
のエコー波形Lとが時間軸上で分離できて、(6)式に
おける時間差ΔtL 及びΔtV の算出が可能な被検体の
検査に適用される。これに対して、図3に例示する超音
波プローブは、この種の被検体のみならず、例えば溶射
皮膜が形成された被検体のように、漏洩弾性表面波の減
衰が大きいために、図10の超音波プローブでは垂直反
射波のエコー波形Vと漏洩波のエコー波形Lとが時間軸
上で分離できず、したがって(6)式における時間差Δ
L 及びΔtVを算出することができない被検体の検査
にも適用することができる。
In the ultrasonic probe shown in FIG. 13, the attenuation of the leaky surface acoustic wave is small, and the echo waveform V of the vertically reflected wave and the echo waveform L of the leaky wave can be separated on the time axis. The present invention is applied to an examination of a subject in which Δt L and Δt V can be calculated. On the other hand, the ultrasonic probe illustrated in FIG. 3 has a large attenuation of the leaky surface acoustic wave as well as this type of subject, for example, a subject on which a thermal spray coating is formed. In the ultrasonic probe of the above, the echo waveform V of the vertically reflected wave and the echo waveform L of the leaky wave cannot be separated on the time axis, and therefore, the time difference Δ
The present invention can also be applied to an examination of a subject for which t L and Δt V cannot be calculated.

【0030】なお、音響レンズの垂直入射波及び垂直反
射波の伝搬経路における超音波の伝搬速度と、音響レン
ズの斜角入射波及び漏洩波の伝搬経路における超音波の
伝搬速度とを異ならせる手段としては、(a)音響レン
ズの垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路に、振動子の
設定面からそれと対向するレンズ曲率面まで貫通する透
孔を開設する、(b)音響レンズのレンズ曲率面にくぼ
みを形成する、(c)音響レンズに開設された透孔内、
若しくは音響レンズの振動子設定面又はレンズ曲率面に
形成されたくぼみ内に、当該音響レンズを構成する素材
よりも超音波の伝搬速度が遅い素材からなる充填物を充
填する、(d)音響レンズに開設された透孔内、若しく
は音響レンズの振動子設定面又はレンズ曲率面に形成さ
れたくぼみ内に、当該音響レンズを構成する素材よりも
超音波の伝搬速度が速い素材からなる充填物を充填す
る、といった手段がある。
Means for making the propagation speed of the ultrasonic wave in the propagation path of the vertical incident wave and the vertically reflected wave of the acoustic lens different from the propagation velocity of the ultrasonic wave in the propagation path of the oblique incident wave and the leaky wave of the acoustic lens. (A) a through hole is formed in the propagation path of a normal incident wave and a vertical reflected wave of the acoustic lens from a setting surface of the vibrator to a lens curvature surface opposed thereto, and (b) a lens curvature of the acoustic lens. (C) in a through-hole formed in the acoustic lens,
Alternatively, a filling made of a material whose ultrasonic wave propagation speed is lower than that of the material forming the acoustic lens is filled in a recess formed on the transducer setting surface or the lens curvature surface of the acoustic lens. In the through-hole opened in, or in the recess formed in the vibrator setting surface or lens curvature surface of the acoustic lens, a filler made of a material having a higher ultrasonic wave propagation speed than the material constituting the acoustic lens is filled. There is a means of filling.

【0031】なお、前記(c)の具体例としては、アル
ミニウムからなる音響レンズの透孔内又はくぼみ内に樹
脂を充填したものを挙げることができる。また、前記
(d)の具体例としては、樹脂からなる音響レンズの透
孔内又はくぼみ内にアルミニウムの円筒体を圧入する
か、アルミニウムからなる心材の周囲に樹脂をアウトサ
ートモールドして音響レンズとしたものを挙げることが
できる。
As a specific example of the above (c), an acoustic lens made of aluminum in which a resin is filled in a through hole or a hollow can be cited. Further, as a specific example of the above (d), an acoustic cylindrical lens is press-fitted into a through hole or a hollow of an acoustic lens made of resin, or resin is outsert molded around a core material made of aluminum to form an acoustic lens. Can be mentioned.

【0032】音響レンズ及び振動子の形状については何
ら制限があるものではなく、曲率面が球面状に形成され
た凹レンズに平面形状が円形に形成された単一型の振動
子を備えることもできるし、シリンドリカルレンズに単
一型又はアレイ型の振動子を備えることもできる。
The shapes of the acoustic lens and the vibrator are not limited at all, and a single-type vibrator having a circular planar shape formed on a concave lens having a spherical curvature surface may be provided. However, the cylindrical lens may be provided with a single or array type transducer.

【0033】音響レンズの垂直入射波及び垂直反射波の
伝搬経路における超音波の伝搬速度と、音響レンズの斜
角入射波及び漏洩波の伝搬経路における超音波の伝搬速
度とを異ならせると、漏洩弾性表面波の減衰が大きいた
めにデフォーカス量ΔZを大きくできない場合にも、振
動子による垂直反射波の受信タイミングと漏洩波の受信
タイミングとをずらすことができるので、垂直反射波の
エコー波形Vと漏洩波のエコー波形Lとを時間軸上で明
確に分離できるようになり、各エコーの伝搬時間を求め
ることが可能になる。したがって、前出の(6)式を用
いて漏洩弾性表面波の音速VL が簡便に求められる。よ
って、このことから、母材の表面に溶射皮膜などの漏洩
弾性表面波を減衰しやすい被膜が施された被検体につい
ても、その応力分布や破壊靭性値それに熱脆化や粒界腐
蝕といった材料の劣化度、並びに被検体表面におけるク
ラックの有無や被検体表面に設けられた被膜の剥離の有
無といった被検体の健全性を非破壊で評価することがで
きる。
If the propagation speed of the ultrasonic wave in the propagation path of the normal incident wave and the vertically reflected wave of the acoustic lens differs from the propagation speed of the ultrasonic wave in the propagation path of the oblique incident wave and the leaky wave of the acoustic lens, the leakage Even when the amount of defocus ΔZ cannot be increased due to the large attenuation of the surface acoustic wave, the reception timing of the vertical reflected wave and the reception timing of the leaky wave by the vibrator can be shifted, so that the echo waveform V of the vertical reflected wave And the echo waveform L of the leaky wave can be clearly separated on the time axis, and the propagation time of each echo can be obtained. Therefore, the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave can be easily obtained by using the above equation (6). Therefore, from this fact, even for specimens with a coating that easily attenuates leaky surface acoustic waves such as a thermal spray coating on the surface of the base material, the stress distribution, fracture toughness, thermal embrittlement and intergranular corrosion The non-destructive evaluation of the degree of deterioration of the specimen, the presence or absence of cracks on the specimen surface, and the presence or absence of peeling of the coating provided on the specimen surface can be performed without destruction.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】まず、本発明に係る超音波検査装
置の全体構成を、図1及び図2に基づいて説明する。図
1は超音波検査装置のブロック図、図2は超音波検査装
置における超音波プローブ設定部の一部断面した斜視図
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, an overall configuration of an ultrasonic inspection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic inspection apparatus, and FIG. 2 is a partially sectional perspective view of an ultrasonic probe setting unit in the ultrasonic inspection apparatus.

【0035】これらの図に示すように、本例の超音波検
査装置は、被検体Sの表面に沿って超音波を二次元走査
する超音波走査部10と、当該超音波走査部10の駆動
部20と、当該駆動部20を介して前記超音波走査部1
0を制御し、超音波の受信波形から被検体の応力分布や
破壊靭性値それに劣化度等の所望の検査結果を演算によ
って求める演算処理部30と、当該演算処理部30にて
得られた超音波検査結果を表示する表示部40とから主
に構成されている。
As shown in these figures, the ultrasonic inspection apparatus according to the present embodiment includes an ultrasonic scanning unit 10 for two-dimensionally scanning an ultrasonic wave along the surface of a subject S, and a drive of the ultrasonic scanning unit 10. Unit 20 and the ultrasonic scanning unit 1 via the driving unit 20
0, an arithmetic processing unit 30 that obtains desired inspection results such as stress distribution, fracture toughness value, and degree of deterioration of the subject from the received waveform of the ultrasonic wave by calculation, It mainly comprises a display unit 40 for displaying the results of the ultrasonic inspection.

【0036】超音波走査部10は、図2に示すように、
超音波プローブ1と、当該超音波プローブ1及び被検体
Sを収納する水Wが貯えられた水槽11と、超音波プロ
ーブ1を三次元方向に駆動する機械式スキャナ12とか
らなる。機械式スキャナ12は、水槽11の相平行な2
辺に沿ってY−Y方向に配置された一対のY軸ガイド1
3と、当該Y軸ガイド13によってY−Y方向に案内さ
れるY軸スライダ14と、当該Y軸スライダ14に両端
が固定され、X−X方向に配置されたX軸ガイド15
と、当該X軸ガイド15によってX−X方向に案内され
るX軸スライダ16と、当該X軸スライダ16に垂直に
固定されたZ軸ガイド17と、前記超音波プローブ1を
保持し、前記Z軸ガイド17によってZ−Z方向に案内
されるZ軸スライダ18を有しており、前記各スライダ
14,16,18は、図1に示す3つのモータM1〜M
3によって駆動される。これらの各モータには、ロータ
リーエンコーダ等の位置信号出力装置が備えられてお
り、各スライダ14,16,18の座標信号を演算処理
部30にて検出できるようになっている。
As shown in FIG. 2, the ultrasonic scanning unit 10
The ultrasonic probe 1 includes a water tank 11 in which water W that stores the ultrasonic probe 1 and the subject S is stored, and a mechanical scanner 12 that drives the ultrasonic probe 1 in a three-dimensional direction. The mechanical scanner 12 is provided with two parallel
A pair of Y-axis guides 1 arranged in the YY direction along the side
3, a Y-axis slider 14 guided by the Y-axis guide 13 in the Y-Y direction, and an X-axis guide 15 fixed at both ends to the Y-axis slider 14 and arranged in the XX direction.
An X-axis slider 16 guided in the X-X direction by the X-axis guide 15, a Z-axis guide 17 fixed perpendicular to the X-axis slider 16, and the ultrasonic probe 1, It has a Z-axis slider 18 guided in a Z-Z direction by a shaft guide 17, and each of the sliders 14, 16, 18 has three motors M1 to M shown in FIG.
3 driven. Each of these motors is provided with a position signal output device such as a rotary encoder, and the arithmetic processing unit 30 can detect coordinate signals of the sliders 14, 16, and 18.

【0037】駆動部20には、超音波プローブ1からの
超音波の発信と超音波プローブ1による超音波の受信と
を行うパルサー/レシーバー21と、当該パルサー/レ
シーバー21の受信信号をデジタル変換するA/D変換
器22と、前記機械式スキャナ12に備えられた3つの
モータM1〜M3を駆動するモータドライバ23とが備
えられている。
The driving unit 20 includes a pulsar / receiver 21 for transmitting an ultrasonic wave from the ultrasonic probe 1 and receiving an ultrasonic wave by the ultrasonic probe 1, and digitally converts a signal received by the pulsar / receiver 21. An A / D converter 22 and a motor driver 23 for driving three motors M1 to M3 provided in the mechanical scanner 12 are provided.

【0038】また、演算処理部30には、CPU31
と、キーボードやマウス等の入力手段32と、当該入力
手段32からの指令によって駆動するトリガー33及び
モータコントローラ34と、A/D変換された受信信号
をモータドライバ23及びモータコントローラ34を介
してモータ(M1〜M3)から取り込まれた座標信号と
共に蓄積する第1のメモリ35と、トリガー33からの
信号によって起動されCPU31による信号処理のゲー
トを設定するタイマー36と、CPU31による信号処
理の手順を記憶した第2のメモリ37とが備えられてい
る。
The arithmetic processing unit 30 includes a CPU 31
Input means 32 such as a keyboard and a mouse; a trigger 33 and a motor controller 34 driven by a command from the input means 32; and an A / D-converted received signal transmitted to the motor via the motor driver 23 and the motor controller 34. A first memory 35 that accumulates together with the coordinate signals fetched from (M1 to M3), a timer 36 that is activated by a signal from the trigger 33 to set a gate for signal processing by the CPU 31, and stores a procedure of signal processing by the CPU 31. The second memory 37 is provided.

【0039】したがって、本例の超音波検査装置は、入
力手段32を操作することによって機械式スキャナ12
に備えられたモータM1〜M3を駆動することができ、
水槽11内に設定された被検体Sに対する超音波プロー
ブ1の位置決めを行うことができる。このときの超音波
プローブ1の座標信号は、モータドライバ23及びモー
タコントローラ34を介して第1のメモリ35に取り込
まれる。この状態から、入力手段32を操作することに
よって、パルサー/レシーバー21及びモータコントロ
ーラ34を駆動することができ、超音波プローブ1を被
検体Sの表面に沿って二次元的に移動しつつ、超音波プ
ローブ1からの超音波の送信と超音波プローブ1による
超音波の受信とを行うことができる。超音波プローブ1
によって受信された超音波は、A/D変換器22によっ
てA/D変換され、モータドライバ23及びモータコン
トローラ34を介してモータM1〜M3より取り込まれ
た座標信号と共に第1のメモリ35に蓄積される。CP
U31は、タイマー36に設定されたゲートごとに第1
のメモリ35に蓄積された信号を取り込んで、第2のメ
モリ37に記憶された信号処理手順に基づいてその信号
処理を行い、その処理結果を表示装置40に色調表示す
る。
Accordingly, the ultrasonic inspection apparatus of this embodiment operates the mechanical scanner 12 by operating the input means 32.
Can drive the motors M1 to M3 provided in the
The ultrasonic probe 1 can be positioned with respect to the subject S set in the water tank 11. The coordinate signal of the ultrasonic probe 1 at this time is taken into the first memory 35 via the motor driver 23 and the motor controller 34. By operating the input means 32 from this state, the pulsar / receiver 21 and the motor controller 34 can be driven, and the ultrasonic probe 1 is moved two-dimensionally along the surface of the subject S, The transmission of the ultrasonic wave from the ultrasonic probe 1 and the reception of the ultrasonic wave by the ultrasonic probe 1 can be performed. Ultrasonic probe 1
The ultrasonic wave received by the A / D converter 22 is A / D converted by the A / D converter 22 and is stored in the first memory 35 together with coordinate signals taken in from the motors M1 to M3 via the motor driver 23 and the motor controller 34. You. CP
U31 is the first for each gate set in the timer 36.
The signal stored in the memory 35 is fetched, the signal processing is performed based on the signal processing procedure stored in the second memory 37, and the processing result is displayed on the display device 40 in color tone.

【0040】以下、本発明の超音波検査装置に備えられ
る超音波プローブの構成について説明する。
Hereinafter, the configuration of an ultrasonic probe provided in the ultrasonic inspection apparatus of the present invention will be described.

【0041】〈超音波プローブの第1例〉まず、本発明
の超音波検査装置に備えられる超音波プローブの第1例
を、図3及び図4に基づいて説明する。図3(a),
(b)は本発明の超音波検査装置に備えられる超音波プ
ローブの第1例を示す要部断面図及び平面図、図4は振
動子によって受信される漏洩波及び垂直反射波のエコー
波形図である。
<First Example of Ultrasonic Probe> First, a first example of an ultrasonic probe provided in the ultrasonic inspection apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 (a),
FIG. 4B is a sectional view and a plan view of a main part showing a first example of an ultrasonic probe provided in the ultrasonic inspection apparatus of the present invention. FIG. It is.

【0042】図3(a),(b)から明らかなように、
本例の超音波プローブ1Aは、従来例に係る超音波プロ
ーブ101と基本的構成は同じであり、平面形状が円形
に形成された単一型の振動子2と、当該振動子2から送
信された超音波を収束して被検体Sに入射する円筒型の
音響レンズ3とを備えた構成になっている。本例の超音
波プローブ1Aは、音響レンズ3として、その中央部
に、振動子2の設定面3aからレンズ曲率面3bまで貫
通する透孔4を開設したことを特徴とする。透孔4の直
径は、垂直入射波及び垂直反射波の伝搬範囲以上に設定
すれば足りるが、雑音の受信を極力抑制するため、斜角
入射波及び漏洩波の伝搬を阻害しない範囲内で可能な限
り大きくする方が好ましい。その他については、従来例
に係る超音波プローブ101と同じであるので、重複を
避けるために説明を省略する。
As is apparent from FIGS. 3A and 3B,
The ultrasonic probe 1A of the present example has the same basic configuration as the ultrasonic probe 101 according to the conventional example, and is a single-type vibrator 2 having a circular planar shape and transmitted from the vibrator 2. And a cylindrical acoustic lens 3 for converging the ultrasonic waves and entering the subject S. The ultrasonic probe 1A of this example is characterized in that a through hole 4 is formed in the center of the acoustic lens 3 so as to penetrate from the setting surface 3a of the vibrator 2 to the lens curvature surface 3b. It is sufficient if the diameter of the through hole 4 is set to be equal to or larger than the propagation range of the vertically incident wave and the vertically reflected wave. However, in order to suppress the reception of noise as much as possible, it is possible to prevent the propagation of the obliquely incident wave and the leaky wave. It is preferable to make it as large as possible. Other components are the same as those of the ultrasonic probe 101 according to the conventional example, and therefore, description thereof will be omitted to avoid duplication.

【0043】前記したように、超音波プローブは、被検
体Sの評価に際して、被検体Sと共に水中に配置され
る。したがって、音響レンズ3の中央部に透孔4が開設
された本実施形態例の超音波プローブ1Aを用いると、
図3(a)に示すように、振動子2の斜角経路A→B→
C及びD→E→Fと被検体Sとの間には、超音波の伝搬
速度が高いアルミニウム製の音響レンズ3(音速=約6
400m/s)と超音波の伝搬速度が低い水(19℃で
約1480m/s、26℃で約1500m/s)とが介
在するのに対して、振動子2の垂直経路G→I及びI→
Gと被検体Sとの間には、超音波の伝搬速度が低い水の
みが介在することになるので、経路A→B→C→D→E
→Fを通る斜角入射波、漏洩弾性表面波及び漏洩波の伝
搬時間よりも経路G→I→Gを通る垂直入射波及び垂直
反射波の伝搬時間の方が長くなり、図4に示すように、
垂直反射波のエコー波形Vと漏洩波のエコー波形Lとが
分離し、かつ漏洩波のエコー波形Lの方が表面反射波の
エコー波形Vよりも先行した受信信号が得られる。した
がって、漏洩波のエコー波形Lと表面反射波のエコー波
形Vとの時間差Δtを求めることができ、前出の(6)
式から漏洩弾性表面波の音速VL を求めることができる
ので、当該漏洩弾性表面波の音速変化から例えば被検体
Sの応力分布や破壊靭性値それに熱脆化や粒界腐蝕とい
った材料の劣化度、並びに被検体表面におけるクラック
の有無や被検体表面に設けられた被膜の剥離の有無とい
った被検体表面の健全性を非破壊で評価することができ
る。
As described above, the ultrasonic probe is placed in the water together with the subject S when the subject S is evaluated. Therefore, when the ultrasonic probe 1A of the present embodiment in which the through hole 4 is opened in the center of the acoustic lens 3 is used,
As shown in FIG. 3A, the oblique path A → B →
C and D → E → F and the subject S, an aluminum acoustic lens 3 (sound speed = about 6) having a high ultrasonic wave propagation speed.
400 m / s) and water having a low ultrasonic propagation speed (about 1480 m / s at 19 ° C. and about 1500 m / s at 26 ° C.), whereas the vertical paths G → I and I →
Since only water having a low ultrasonic wave propagation speed is interposed between G and the subject S, the route A → B → C → D → E
→ The propagation time of the normal incident wave and the vertical reflected wave passing through the route G → I → G is longer than the propagation time of the oblique incident wave, leaky surface acoustic wave and leaky wave passing through F, as shown in FIG. To
An echo waveform V of the vertically reflected wave and an echo waveform L of the leaky wave are separated, and a received signal in which the echo waveform L of the leaky wave precedes the echo waveform V of the surface reflected wave is obtained. Therefore, the time difference Δt between the echo waveform L of the leaky wave and the echo waveform V of the surface reflected wave can be obtained, and the above (6)
Since the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave can be obtained from the equation, for example, the stress distribution and fracture toughness value of the specimen S and the degree of deterioration of the material such as thermal embrittlement and intergranular corrosion can be obtained from the change in sound speed of the leaky surface acoustic wave. In addition, the soundness of the surface of the subject, such as the presence or absence of cracks on the surface of the subject and the presence or absence of peeling of the coating provided on the surface of the subject, can be evaluated nondestructively.

【0044】前記と同様に、母材の表面に厚さ0.1m
mのWC系溶射皮膜が施された被検体とレンズのど厚が
5mmのアルミニウム製音響レンズを用い、デフォーカ
ス量ΔZを0.2mm、使用周波数を10MHz、漏洩
弾性表面波の音速VL を2300m/s、レーリー臨界
角を41度として垂直波Vと漏洩弾性表面波Lの時間差
Δtを求めると、経路A→B→C→D→E→Fを伝搬す
る超音波の伝搬時間が約10μsであるのに対して、経
路G→I→Gを伝搬する超音波の伝搬時間は約15μs
であり、その差が5μs(使用周波数の周期の50倍)
となって、溶射被膜を有する被検体においても両波を分
離できることが判る。
As described above, the surface of the base material has a thickness of 0.1 m.
m and a lens having a throat thickness of 5 mm, an aluminum acoustic lens having a thickness of 5 mm, a defocus amount ΔZ of 0.2 mm, an operating frequency of 10 MHz, and a sound velocity VL of a leaky surface acoustic wave of 2300 m. / S, the Rayleigh critical angle is 41 degrees, and the time difference Δt between the vertical wave V and the leaky surface acoustic wave L is obtained. The propagation time of the ultrasonic wave propagating along the route A → B → C → D → E → F is about 10 μs. On the other hand, the propagation time of the ultrasonic wave propagating along the route G → I → G is about 15 μs.
And the difference is 5 μs (50 times the period of the used frequency)
Thus, it can be seen that both waves can be separated even in a test object having a thermal spray coating.

【0045】なお、前例においては、使用周波数を10
MHzとしたが、5〜20MHzの範囲で変更した場合
にも同様の結果が得られた。
In the previous example, the frequency used was 10
MHz, but similar results were obtained when the frequency was changed in the range of 5 to 20 MHz.

【0046】〈超音波プローブの第2例〉次に、本発明
の超音波検査装置に備えられる超音波プローブの第2例
を、図5に基づいて説明する。図5は第2例に係る超音
波プローブの要部断面図である。
<Second Example of Ultrasonic Probe> Next, a second example of the ultrasonic probe provided in the ultrasonic inspection apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a sectional view of a main part of an ultrasonic probe according to a second example.

【0047】第2例の超音波プローブ1Bは、音響レン
ズ3の中央部(垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路)
に透孔4を開設する構成に代えて、音響レンズ3のレン
ズ曲率面3bの中央部にくぼみ5を形成したことを特徴
とする。
The ultrasonic probe 1B of the second example has a central portion of the acoustic lens 3 (propagation path of a vertically incident wave and a vertically reflected wave).
Instead of the configuration in which the through hole 4 is formed, a recess 5 is formed at the center of the lens curvature surface 3b of the acoustic lens 3.

【0048】この超音波プローブ1Bを用いた場合に
も、第1例に係る超音波プローブ1Aと同様に、経路A
→B→C→D→E→Fを通る超音波の伝搬時間よりも経
路G→I→Gを伝搬する超音波の伝搬時間を相対的に遅
らせることができるので、垂直反射波のエコー波形Vと
漏洩波のエコー波形Lの分離が可能になる。また、本例
の音響レンズ3は、振動子設定面3aが閉じているの
で、振動子2の設定を容易かつ確実に行うことができる
という効果もある。
When the ultrasonic probe 1B is used, similarly to the ultrasonic probe 1A according to the first example, the path A
→ B → C → D → E → F Since the propagation time of the ultrasonic wave propagating through the path G → I → G can be relatively delayed from the propagation time of the ultrasonic wave passing through F, the echo waveform V of the vertical reflected wave can be obtained. And the echo waveform L of the leaky wave can be separated. Further, the acoustic lens 3 of the present embodiment has an effect that the vibrator 2 can be easily and reliably set because the vibrator setting surface 3a is closed.

【0049】〈超音波プローブの第3例〉次に、本発明
の超音波検査装置に備えられる超音波プローブの第3例
を、図6に基づいて説明する。図6は第3例に係る超音
波プローブの要部断面図である。
<Third Example of Ultrasonic Probe> Next, a third example of the ultrasonic probe provided in the ultrasonic inspection apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a sectional view of a main part of an ultrasonic probe according to a third example.

【0050】第3例の超音波プローブ1Cは、音響レン
ズ3の中央部に単に透孔4を開設するかくぼみ5を形成
する構成に代えて、開設された透孔4内又は形成された
くぼみ5内に音響レンズ3を構成する素材とは超音波の
伝搬速度が異なる素材からなる充填物6を充填したこと
を特徴とする。図6(a)は音響レンズ3の中央部に開
設された透孔4内に充填物6を充填した場合、図6
(b)は音響レンズ3の振動子設定面3aに形成された
くぼみ5内に充填物6を充填した場合、図6(c)は音
響レンズ3のレンズ曲率面3bに形成されたくぼみ5内
に充填物6を充填した場合を示している。
The ultrasonic probe 1C of the third example is different from the configuration in which the hollow 5 for simply forming the through hole 4 is formed in the center portion of the acoustic lens 3 in the inside of the opened through hole 4 or the formed hollow. 5 is characterized by being filled with a filling material 6 made of a material having a different ultrasonic wave propagation speed from the material constituting the acoustic lens 3. FIG. 6A shows a case where the filler 6 is filled in the through hole 4 formed in the center of the acoustic lens 3.
FIG. 6B shows a case where the filler 6 is filled in the recess 5 formed on the transducer setting surface 3 a of the acoustic lens 3. FIG. 6C shows the inside of the recess 5 formed on the lens curvature surface 3 b of the acoustic lens 3. Shows a case in which the filling material 6 is filled.

【0051】音響レンズ3を構成する素材と充填物6と
は、超音波の伝搬速度の差が大きいほど好ましく、音響
レンズ3がアルミニウム(音速=6400m/s)をも
って構成される場合には、充填物6としてはアクリル樹
脂等の樹脂材料(音速=2000〜2500m/s)が
好適に用いられ、反対に音響レンズ3が樹脂材料をもっ
て構成される場合には、充填物6としてはアルミニウム
が好適に用いられる。充填部6として樹脂を用いる場合
には、開設された透孔4又は形成されたくぼみ5内に充
填物である樹脂をポッティングすることによって音響レ
ンズ3を製造することができる。また、充填部6として
固体を用いる場合には、開設された透孔4又は形成され
たくぼみ5内に充填物である固体を圧入することによっ
ても音響レンズ3を製造することができる。さらに、音
響レンズ3が樹脂材料から構成される場合には、アルミ
ニウム等の充填物6の周囲に樹脂をアウトサート成形す
ることによっても所望の音響レンズ3を製造することが
できる。
The material constituting the acoustic lens 3 and the filler 6 are preferably as large as the difference in the propagation speed of the ultrasonic wave. If the acoustic lens 3 is made of aluminum (sound speed = 6400 m / s), A resin material such as an acrylic resin (sound speed = 2000 to 2500 m / s) is preferably used as the material 6, and conversely, when the acoustic lens 3 is made of a resin material, aluminum is preferably used as the filler 6. Used. When a resin is used as the filling portion 6, the acoustic lens 3 can be manufactured by potting the resin as the filling material into the opened through hole 4 or the formed recess 5. When a solid is used as the filling portion 6, the acoustic lens 3 can also be manufactured by press-fitting a solid as a filling material into the opened through hole 4 or the formed recess 5. Further, when the acoustic lens 3 is made of a resin material, a desired acoustic lens 3 can be manufactured by outsert molding a resin around a filler 6 such as aluminum.

【0052】勿論、音響レンズ3を構成する素材よりも
超音波の伝搬速度が低い充填物6を充填した場合には、
経路A→B→C→D→E→Fを通る超音波の伝搬時間よ
りも経路G→I→Gを伝搬する超音波の伝搬時間が相対
的に遅くなって、図4に示すように漏洩波のエコー波形
Lの方が垂直反射波のエコー波形Vより先行した形にな
り、逆に、音響レンズ3を構成する素材よりも超音波の
伝搬速度が高い充填物6を充填した場合には、経路A→
B→C→D→E→Fを通る超音波の伝搬時間よりも経路
G→I→Gを伝搬する超音波の伝搬時間が相対的に速く
なって、図14に示すように垂直反射波のエコー波形V
の方が漏洩波のエコー波形Lより先行した形になる。
Of course, when the filling material 6 whose ultrasonic wave propagation speed is lower than that of the material forming the acoustic lens 3 is filled,
The propagation time of the ultrasonic wave propagating through the route G → I → G is relatively slower than the propagation time of the ultrasonic wave passing through the route A → B → C → D → E → F, and as shown in FIG. When the echo waveform L of the wave has a shape preceding the echo waveform V of the vertically reflected wave, and conversely, when the filling material 6 having a higher ultrasonic wave propagation speed than the material forming the acoustic lens 3 is filled, , Route A →
The propagation time of the ultrasonic wave propagating through the route G → I → G becomes relatively faster than the propagation time of the ultrasonic wave passing through B → C → D → E → F, and as shown in FIG. Echo waveform V
Has a shape preceding the echo waveform L of the leaky wave.

【0053】本例の超音波プローブ1Cは、音響レンズ
3における垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路G→I
及びI→Gと斜角入射波及び漏洩波の伝搬経路A→B→
C及びD→E→Fとを音速が異なる素材で構成したの
で、各経路を通る超音波の伝搬時間の差が大きくなっ
て、垂直反射波のエコー波形Vと漏洩波のエコー波形L
の分離が可能になると共に、音響レンズ3の振動子設定
面が閉じた形になるので、振動子2の設定を容易かつ確
実に行うことができる。
The ultrasonic probe 1C of the present example has a propagation path G → I of a vertical incident wave and a vertical reflected wave in the acoustic lens 3.
And I → G and propagation path A → B → of oblique incident wave and leaky wave
Since C and D → E → F are made of materials having different sound velocities, the difference between the propagation times of the ultrasonic waves passing through the respective paths becomes large, and the echo waveform V of the vertically reflected wave and the echo waveform L of the leaky wave become large.
Can be separated, and the vibrator setting surface of the acoustic lens 3 has a closed shape, so that the vibrator 2 can be set easily and reliably.

【0054】〈超音波プローブの第4例〉次に、本発明
の超音波検査装置に備えられる超音波プローブの第4例
を、図7(a),(b)に基づいて説明する。図7
(a),(b)は第4例に係る超音波プローブの平面方
向から見た要部斜視図及び底面方向から見た要部斜視図
である。
<Fourth Example of Ultrasonic Probe> Next, a fourth example of the ultrasonic probe provided in the ultrasonic inspection apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 (a) and 7 (b). FIG.
(A), (b) is the principal part perspective view seen from the plane direction of the ultrasonic probe which concerns on the 4th example, and the principal part perspective view seen from the bottom face direction.

【0055】第4例の超音波プローブ1Dは、図7
(a)に示すように、音響レンズ3としてシリンドリカ
ルレンズを用いると共に、振動子2として複数個の振動
子2a〜2nが隣接して一方向に配列されたアレイ型の
振動子を備えたことを特徴とする。このシリンドリカル
レンズの底面の垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路に
は、図7(b)に示すように、透孔4が開設されてい
る。なお、シリンドリカルレンズの底面に透孔4を開設
する構成に代えてくぼみを形成することも可能であり、
さらには、開設された透孔又は形成されたくぼみ内に、
斜角入射波及び漏洩波の伝搬経路とは超音波の伝搬速度
が異なる充填物を充填することも勿論可能である。
The ultrasonic probe 1D of the fourth example is shown in FIG.
As shown in FIG. 1A, a cylindrical lens is used as the acoustic lens 3, and an array type vibrator in which a plurality of vibrators 2a to 2n are adjacently arranged in one direction is provided as the vibrator 2. Features. As shown in FIG. 7B, a through hole 4 is formed in the propagation path of the vertically incident wave and the vertically reflected wave on the bottom surface of the cylindrical lens. In addition, it is also possible to form a depression instead of the configuration in which the through hole 4 is formed in the bottom surface of the cylindrical lens,
Furthermore, in the opened through-hole or formed hollow,
Of course, it is also possible to fill the filling material having a different propagation speed of the ultrasonic wave from the propagation path of the oblique incident wave and the leaky wave.

【0056】本例の超音波プローブ1Dは、音響レンズ
3としてシリンドリカルレンズを用いると共に、振動子
2としてアレイ型の振動子を備えたので、被検体Sの表
面を面状にトレースすることができ、円筒形の音響レン
ズに平面形状が円形の単一型の振動子を備えた場合に比
べて、被検体Sの検査効率を高めることができる。
The ultrasonic probe 1D of this embodiment uses a cylindrical lens as the acoustic lens 3 and an array type vibrator as the vibrator 2, so that the surface of the subject S can be traced in a plane. As compared with the case where a cylindrical acoustic lens is provided with a single-type vibrator having a circular planar shape, the inspection efficiency of the subject S can be improved.

【0057】〈超音波プローブの第5例〉次に、本発明
の超音波検査装置に備えられる超音波プローブの第5例
を、図8に基づいて説明する。図8は第5例に係る超音
波プローブの平面方向から見た要部斜視図である。
<Fifth Example of Ultrasonic Probe> Next, a fifth example of the ultrasonic probe provided in the ultrasonic inspection apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a perspective view of a main part of an ultrasonic probe according to a fifth example viewed from a plane direction.

【0058】第5例の超音波プローブ1Eは、図8に示
すように、音響レンズ3としてシリンドリカルレンズを
用いると共に、振動子2として単一型の振動子を備えた
ことを特徴とする。このシリンドリカルレンズの底面の
垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路には、図7(b)
に示したと同様に、透孔4が開設される。勿論、シリン
ドリカルレンズの底面に透孔4を開設する構成に代えて
くぼみを形成することも、開設された透孔又は形成され
たくぼみ内に、斜角入射波及び漏洩波の伝搬経路とは超
音波の伝搬速度が異なる充填物を充填することも可能で
ある。
As shown in FIG. 8, the ultrasonic probe 1E according to the fifth example is characterized in that a cylindrical lens is used as the acoustic lens 3 and a single-type vibrator is provided as the vibrator 2. FIG. 7B shows a propagation path of a vertical incident wave and a vertical reflected wave on the bottom surface of the cylindrical lens.
In the same manner as shown in FIG. Of course, instead of the configuration in which the through-hole 4 is formed in the bottom surface of the cylindrical lens, a depression may be formed, and the propagation path of the oblique incident wave and the leaky wave in the opened through-hole or the formed depression may be superfluous. It is also possible to fill the filling with different sound wave propagation speeds.

【0059】本例の超音波プローブ1Dは、音響レンズ
3としてシリンドリカルレンズを用いると共に、振動子
2として単一型の振動子を備えたので、被検体Sの表面
に超音波ビームを線状に照射することができるので、円
筒形の音響レンズに平面形状が円形の単一型の振動子を
備えた場合に比べて、被検体Sの検査効率を高めること
ができる。
The ultrasonic probe 1D of this embodiment uses a cylindrical lens as the acoustic lens 3 and a single type of vibrator as the vibrator 2, so that the ultrasonic beam is linearly applied to the surface of the subject S. Since the irradiation can be performed, the inspection efficiency of the subject S can be increased as compared with a case where the cylindrical acoustic lens is provided with a single-type vibrator having a circular planar shape.

【0060】〈超音波プローブの第6例〉次に、本発明
の超音波検査装置に備えられる超音波プローブの第6例
を、図9に基づいて説明する。図9は第6例に係る超音
波プローブの要部断面図である。
<Sixth Example of Ultrasonic Probe> Next, a sixth example of the ultrasonic probe provided in the ultrasonic inspection apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a sectional view of a main part of an ultrasonic probe according to a sixth example.

【0061】第6例の超音波プローブ1Fは、従来例に
掲げた超音波プローブ101と同一構成であって、音響
レンズ3として、垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路
に透孔やくぼみ、それに充填物が設けられておらず、全
体が均質に構成されていることを特徴とする。
The ultrasonic probe 1F of the sixth example has the same configuration as the ultrasonic probe 101 of the conventional example. The acoustic lens 3 has through holes and dents in the propagation paths of the vertically incident wave and the vertically reflected wave. It is characterized in that it is not provided with a filling material and is entirely homogeneous.

【0062】本例の超音波プローブ1Fを用いた場合に
は、垂直反射波のエコー波形Vと漏洩波のエコー波形L
とを分離できないが、漏洩弾性表面波の減衰が小さい被
検体については、水温の測定を行うことなく、所望の超
音波検査を実行することができる。
When the ultrasonic probe 1F of this embodiment is used, an echo waveform V of a vertically reflected wave and an echo waveform L of a leaky wave are used.
Preparative separation can a bur, the subject attenuation is small LSAW is not possible to measure the water temperature, it is possible to perform the desired ultrasound.

【0063】〈超音波プローブの第7例〉次に、本発明
の超音波検査装置に備えられる超音波プローブの第7例
を、図10に基づいて説明する。図10は第7例に係る
超音波プローブの要部断面図である。
<Seventh Example of Ultrasonic Probe> Next, a seventh example of the ultrasonic probe provided in the ultrasonic inspection apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a sectional view of a main part of an ultrasonic probe according to a seventh example.

【0064】第7例の超音波プローブ1Gは、音響レン
ズを備えず、プローブ本体1aに形成された凹面1bに
平面形状が円形に形成された振動子2を設定したことを
特徴とする。
The ultrasonic probe 1G of the seventh example is characterized in that the transducer 2 is not provided with an acoustic lens, but is provided with a vibrator 2 having a circular planar shape formed on a concave surface 1b formed on the probe main body 1a.

【0065】本例の超音波プローブ1を用いた場合に
も、第5例に係る超音波プローブ1Fを用いた場合と同
様に、垂直反射波のエコー波形Vと漏洩波のエコー波形
Lとを分離できないが、漏洩弾性表面波の減衰が小さい
被検体については、水温の測定を行うことなく、所望の
超音波検査を実行することができる。
In the case where the ultrasonic probe 1 of this embodiment is used, the echo waveform V of the vertically reflected wave and the echo waveform L of the leaky wave are also determined similarly to the case where the ultrasonic probe 1F of the fifth embodiment is used. For a subject that can not be separated but has a small attenuation of leaky surface acoustic waves, a desired ultrasonic inspection can be performed without measuring the water temperature.

【0066】以下、本発明に係る超音波検査装置を用い
た超音波検査方法の一例を、前出の図3(a)並びに図
11及び図12に基づいて説明する。この検査方法は、
水温の測定を行うことなく、漏洩弾性表面波の音速VL
を算出できるようにしたことを特徴とする。図11は音
響レンズの焦点を被検体の表面に合致した場合における
超音波プローブの配置を示す説明図であり、図12は超
音波検査方法の手順を示すフローチャートである。図1
2に示した超音波検査方法の手順は、図1に示した第2
のメモリ37に記憶される。
Hereinafter, an example of an ultrasonic inspection method using the ultrasonic inspection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. 3A, FIG. 11 and FIG. This inspection method
Without measuring the water temperature, the sound velocity V L of the leaky surface acoustic wave
Can be calculated. FIG. 11 is an explanatory diagram showing the arrangement of the ultrasonic probe when the focal point of the acoustic lens coincides with the surface of the subject, and FIG. 12 is a flowchart showing the procedure of the ultrasonic inspection method. FIG.
The procedure of the ultrasonic inspection method shown in FIG.
Is stored in the memory 37.

【0067】まず、手順S1で、機械式スキャナ12の
Z軸スライダ18を駆動して超音波プローブ1を被検体
Sに接近する方向又は被検体Sから離隔する方向に移動
し、図11に示すように、音響レンズ3の焦点を被検体
Sの表面に合致させる。音響レンズ3の焦点が被検体S
の表面に合致すると、漏洩波のエコーレベルが最大にな
るので、音響レンズ3の焦点が被検体Sの表面に合致し
たことを知ることができる。
First, in step S1, the Z-axis slider 18 of the mechanical scanner 12 is driven to move the ultrasonic probe 1 in a direction to approach the subject S or in a direction away from the subject S, as shown in FIG. In this way, the focal point of the acoustic lens 3 is matched with the surface of the subject S. The focus of the acoustic lens 3 is the subject S
Since the echo level of the leaked wave becomes maximum when the surface of the subject S is matched, it is possible to know that the focal point of the acoustic lens 3 matches the surface of the subject S.

【0068】手順S2で、振動子2から超音波を送信
し、経路A→B→C(D)→E→Fを通る超音波の伝搬
時間tL0と、経路G→I→Gを通る超音波の伝搬時間t
V0を計測する。また、Z軸スライダ18の出力値Z0
読み込みを行う。
In step S2, an ultrasonic wave is transmitted from the vibrator 2, and the propagation time t L0 of the ultrasonic wave passing through the path A → B → C (D) → E → F and the ultrasonic wave passing through the path G → I → G Sound propagation time t
Measure V0 . Further, the output value Z 0 of the Z-axis slider 18 is read.

【0069】次に、手順S3,S4で、漏洩弾性表面波
を検出するまで超音波プローブ1を被検体Sに接近させ
る。超音波プローブ1の停止位置は、必ずしも漏洩弾性
表面波のエコーレベルが最大になる位置とする必要はな
く、漏洩弾性表面波を検出できる範囲内で任意に設定で
きる。漏洩弾性表面波が検出されたとき、超音波プロー
ブ1は、図3(a)に示す位置になり、音響レンズ3の
焦点位置は、被検体Sの表面からデフォーカス量ΔZだ
け内側になる。
Next, in steps S3 and S4, the ultrasonic probe 1 is brought close to the subject S until a leaky surface acoustic wave is detected. The stop position of the ultrasonic probe 1 does not necessarily need to be a position where the echo level of the leaky surface acoustic wave is maximized, and can be set arbitrarily within a range where the leaky surface acoustic wave can be detected. When a leaky surface acoustic wave is detected, the ultrasonic probe 1 is at the position shown in FIG. 3A, and the focal position of the acoustic lens 3 is inside the surface of the subject S by the defocus amount ΔZ.

【0070】手順S5で、振動子2から超音波を送信
し、経路A→B→C→D→E→Fを通る超音波の伝搬時
間tL1と、経路G→I→Gを通る超音波の伝搬時間tV1
を計測する。また、Z軸スライダ18の出力値Z1 の読
み込みを行う。
In step S5, an ultrasonic wave is transmitted from the vibrator 2, and the propagation time t L1 of the ultrasonic wave passing through the path A → B → C → D → E → F and the ultrasonic wave passing through the path G → I → G Propagation time t V1
Is measured. Further, it reads the output value Z 1 of the Z-axis slider 18.

【0071】次いで手順S6に移行し、手順S2で計測
された経路A→B→C(D)→E→Fを通る超音波の伝
搬時間tL0と手順S5で計測された経路A→B→C→D
→E→Fを通る超音波の伝搬時間tL1との時間差ΔtL
(=tL0−tL1)、手順S2で計測された経路G→I→
Gを通る超音波の伝搬時間tV0と手順S5で計測された
経路G→I→Gを通る超音波の伝搬時間tV1との時間差
ΔtV(=tV0−tV1)及び手順S2で計測されたZ軸
スライダ18の出力値Z0 と手順S5で計測されたZ軸
スライダ18の出力値Z1 の差、即ち音響レンズ3のデ
フォーカス量ΔZ(=Z0−Z1)を算出する。
Then, the process proceeds to step S6, where the propagation time t L0 of the ultrasonic wave passing through the route A → B → C (D) → E → F measured in step S2 and the route A → B → measured in step S5. C → D
→ E → Time difference Δt L from ultrasonic wave propagation time t L1 passing through F
(= T L0 −t L1 ), the route G → I → measured in step S2
The time difference Δt V (= t V0 −t V1 ) between the propagation time t V0 of the ultrasonic wave passing through G and the propagation time t V1 of the ultrasonic wave passing through the path G → I → G measured in step S5 and measured in step S2 The difference between the output value Z 0 of the Z-axis slider 18 thus obtained and the output value Z 1 of the Z-axis slider 18 measured in step S5, that is, the defocus amount ΔZ (= Z 0 −Z 1 ) of the acoustic lens 3 is calculated. .

【0072】最後に、これらの算出値から、前出の
(6)式を用いて漏洩弾性表面波の音速VL を求める。
Finally, from these calculated values, the sound velocity VL of the leaky surface acoustic wave is obtained by using the above equation (6).

【0073】(6)式は水の音速VW を変数に含まない
ので、この式に基づけば、水の音速VW を測定すること
なく漏洩弾性表面波の音速VL を算出することができ
る。なお、上記においては説明を省略したが、上記の検
査方法を実行するに際しては、機械式スキャナ12のY
軸スライダ14及び/又はX軸スライダ16を適宜駆動
して、被検体Sの表面に沿って超音波プローブ1を走査
することはもちろんである。
Since equation (6) does not include the sound velocity V W of water as a variable, the sound velocity V L of leaky surface acoustic waves can be calculated without measuring the sound velocity V W of water based on this equation. . Although the description is omitted in the above description, when the above-described inspection method is performed, the Y
It goes without saying that the ultrasonic probe 1 is scanned along the surface of the subject S by appropriately driving the axis slider 14 and / or the X-axis slider 16.

【0074】なお、図12の超音波検査方法において
は、手順S1で音響レンズ3の焦点を被検体Sの表面に
合致させたが、この手順において音響レンズ3の焦点を
被検体Sの表面に完全に合致させなければ所要の超音波
検査を実行できないというものではなく、音響レンズ3
の焦点を被検体Sの表面よりやや内側に位置付けること
もできる。この場合には、手順S3,S4において、音
響レンズ3の焦点位置が、手順S1で設定された音響レ
ンズ3の焦点位置よりもさらに被検体Sの内側に移動さ
れる。
In the ultrasonic inspection method shown in FIG. 12, the focus of the acoustic lens 3 is matched with the surface of the subject S in step S1, but the focus of the acoustic lens 3 is set on the surface of the subject S in this procedure. It is not that the required ultrasonic inspection cannot be performed unless they completely match.
May be positioned slightly inside the surface of the subject S. In this case, in steps S3 and S4, the focal position of the acoustic lens 3 is moved further inside the subject S than the focal position of the acoustic lens 3 set in step S1.

【0075】[0075]

【発明の効果】本発明の超音波検査装置は、超音波プロ
ーブの焦点を被検体の表面に合致して測定した斜角入射
波及び漏洩弾性表面波並びに漏洩波の伝搬時間と超音波
プローブの焦点を被検体の内部に設定して測定した斜角
入射波及び漏洩弾性表面波並びに漏洩波の伝搬時間との
差分と、超音波プローブの焦点を被検体の表面に合致し
て測定した垂直入射波及び垂直反射波の伝搬時間と超音
波プローブの焦点を被検体の内部に設定して測定した垂
直入射波及び垂直反射波の伝搬時間との差分を元にして
漏洩弾性表面波の音速を算出するので、検査ごとに水温
を測定する必要がなく温度センサを省略できることか
ら、超音波検査装置の構成の簡略化と演算の効率化とを
図ることができる。
According to the ultrasonic inspection apparatus of the present invention, the oblique incident wave, the leaky surface acoustic wave, the propagation time of the leaky wave, and the propagation time of the ultrasonic probe measured with the focus of the ultrasonic probe coincident with the surface of the subject are measured. The difference between the oblique incident wave, the leaky surface acoustic wave, and the propagation time of the leaky wave measured with the focus set inside the subject, and the normal incidence measured with the focus of the ultrasonic probe matched to the surface of the subject Calculates the sound velocity of leaky surface acoustic waves based on the difference between the propagation times of waves and vertically reflected waves and the propagation times of vertically incident waves and vertically reflected waves measured with the focus of the ultrasonic probe set inside the subject. Therefore, it is not necessary to measure the water temperature for each test, and the temperature sensor can be omitted, so that the configuration of the ultrasonic inspection apparatus can be simplified and the calculation can be performed more efficiently.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】超音波検査装置のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic inspection apparatus.

【図2】超音波検査装置における超音波走査部の構成図
である。
FIG. 2 is a configuration diagram of an ultrasonic scanning unit in the ultrasonic inspection apparatus.

【図3】第1実施形態例に係る超音波プローブの要部断
面図及び平面図である。
FIG. 3 is a sectional view and a plan view of a main part of the ultrasonic probe according to the first embodiment.

【図4】振動子によって受信される漏洩波及び垂直反射
波のエコー波形である。
FIG. 4 is an echo waveform of a leaky wave and a vertically reflected wave received by a vibrator.

【図5】第2実施形態例に係る超音波プローブの要部断
面図である。
FIG. 5 is a sectional view of a main part of an ultrasonic probe according to a second embodiment.

【図6】第3実施形態例に係る超音波プローブの要部断
面図である。
FIG. 6 is a sectional view of a main part of an ultrasonic probe according to a third embodiment.

【図7】第4実施形態例に係る超音波プローブの平面方
向から見た要部斜視図及び底面方向から見た要部斜視図
である。
FIGS. 7A and 7B are a perspective view of a main part viewed from a plane direction and a perspective view of a main part viewed from a bottom direction of an ultrasonic probe according to a fourth embodiment.

【図8】第5実施形態例に係る超音波プローブの要部斜
視図である。
FIG. 8 is a perspective view of a main part of an ultrasonic probe according to a fifth embodiment.

【図9】第6実施形態例に係る超音波プローブの要部断
面図である。
FIG. 9 is a sectional view of an essential part of an ultrasonic probe according to a sixth embodiment.

【図10】第7実施形態例に係る超音波プローブの要部
断面図である。
FIG. 10 is a sectional view of an essential part of an ultrasonic probe according to a seventh embodiment.

【図11】音響レンズの焦点を被検体の表面に合致した
場合の説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram when the focal point of the acoustic lens matches the surface of the subject.

【図12】超音波検査方法の手順を示すフローチャート
である。
FIG. 12 is a flowchart illustrating a procedure of an ultrasonic inspection method.

【図13】従来より知られている超音波プローブの要部
断面図及び平面図である。
FIG. 13 is a sectional view and a plan view of a main part of a conventionally known ultrasonic probe.

【図14】振動子によって受信される漏洩波及び垂直反
射波のエコー波形である。
FIG. 14 is an echo waveform of a leaky wave and a vertically reflected wave received by the vibrator.

【符号の説明】 1 超音波プローブ 1A 実施の第1例に係る超音波プローブ 1B 実施の第2例に係る超音波プローブ 1C 実施の第3例に係る超音波プローブ 1D 実施の第4例に係る超音波プローブ 1E 実施の第5例に係る超音波プローブ 1F 実施の第6例に係る超音波プローブ 1G 実施の第7例に係る超音波プローブ 2 振動子 3 音響レンズ 3a 振動子設定面 3b レンズ曲率面 4 透孔 5 くぼみ 6 充填物[Description of Signs] 1 Ultrasonic probe 1A Ultrasonic probe according to first example of implementation 1B Ultrasound probe according to second example of implementation 1C Ultrasound probe according to third example of implementation 1D According to fourth example of implementation Ultrasonic probe 1E Ultrasonic probe according to fifth embodiment 1F Ultrasonic probe according to sixth embodiment 1G Ultrasonic probe according to seventh embodiment 2 Vibrator 3 Acoustic lens 3a Vibrator setting surface 3b Lens curvature Surface 4 through-hole 5 hollow 6 filling

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図10[Correction target item name] FIG.

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図10】 FIG. 10

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図13[Correction target item name] FIG.

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図13】 FIG. 13

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超音波プローブ及び当該超音波プローブ
を被検体に対して移送する機械式スキャナを有する超音
波走査部と、当該超音波走査部の駆動部と、当該駆動部
を介して前記超音波走査部を制御し、所望の超音波検査
を実行する演算処理部とを備えた超音波検査装置におい
て、前記超音波プローブの焦点を前記被検体の第1の深
さ位置に設定して超音波を送信したときの斜角入射波及
び漏洩弾性表面波並びに漏洩波の伝搬時間と前記超音波
プローブの焦点を前記被検体の第2の深さ位置に設定し
て超音波を送信したときの斜角入射波及び漏洩弾性表面
波並びに漏洩波の伝搬時間との差分、及び前記超音波プ
ローブの焦点を前記被検体の第1の深さ位置に設定して
超音波を送信したときの垂直入射波及び垂直反射波の伝
搬時間と前記超音波プローブの焦点を前記被検体の第2
の深さ位置に設定して超音波を送信したときの垂直入射
波及び垂直反射波の伝搬時間との差分を元に、前記演算
処理部にて漏洩弾性表面波の音速を算出することを特徴
とする超音波検査装置。
An ultrasonic scanning unit having an ultrasonic probe and a mechanical scanner for transferring the ultrasonic probe to a subject; a driving unit of the ultrasonic scanning unit; and the ultrasonic scanning unit via the driving unit. An ultrasonic inspection apparatus having an arithmetic processing unit that controls an ultrasonic wave scanning unit and performs a desired ultrasonic inspection, wherein the ultrasonic probe is set at a first depth position of the subject, The oblique incident wave and the leaky surface acoustic wave when transmitting the acoustic wave and the propagation time of the leaky wave and the ultrasonic probe when transmitting the ultrasonic wave with the focal point of the ultrasonic probe set to the second depth position of the subject The difference between the oblique incident wave, the leaky surface acoustic wave, and the propagation time of the leaky wave, and the normal incidence when the ultrasonic probe is set at the first depth position of the subject and the ultrasonic wave is transmitted. Time of Wave and Vertically Reflected Wave and the Ultrasonic Wave Move the focus of the probe to the second
Based on the difference between the propagation time of the vertically incident wave and the vertically reflected wave when transmitting the ultrasonic wave at the depth position, calculating the sound velocity of the leaky surface acoustic wave in the arithmetic processing unit. Ultrasonic inspection equipment.
【請求項2】 請求項1に記載の超音波検査装置におい
て、前記第1の深さ位置が前記被検体の表面であり、前
記第2の深さ位置が前記超音波プローブから送信される
超音波によって前記被検体に漏洩弾性表面波が発生する
位置であることを特徴とする超音波検査装置。
2. The ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, wherein the first depth position is a surface of the subject, and the second depth position is an ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic probe. An ultrasonic inspection apparatus, wherein a position where a leaked surface acoustic wave is generated in the subject by a sound wave is provided.
【請求項3】 請求項1に記載の超音波検査装置におい
て、前記超音波プローブとして、振動子と当該振動子か
ら送信された超音波を収束して被検体に入射する音響レ
ンズとを有し、前記音響レンズの垂直入射波及び垂直反
射波の伝搬経路における超音波の伝搬速度が、前記音響
レンズの斜角入射波及び漏洩波の伝搬経路における超音
波の伝搬速度と異なるように構成されたものを用いたこ
とを特徴とする超音波検査装置。
3. The ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, wherein the ultrasonic probe includes a vibrator and an acoustic lens that converges ultrasonic waves transmitted from the vibrator and enters the object. The ultrasonic wave is configured such that the propagation velocity of the ultrasonic wave in the propagation path of the normal incident wave and the vertical reflection wave of the acoustic lens is different from the propagation velocity of the ultrasonic wave in the propagation path of the oblique incident wave and the leaky wave of the acoustic lens. An ultrasonic inspection apparatus characterized by using:
【請求項4】 請求項3に記載の超音波検査装置におい
て、前記音響レンズとして、垂直入射波及び垂直反射波
の伝搬経路に振動子設定面からこれと対向するレンズ曲
率面まで貫通する透孔を開設するか、前記レンズ曲率面
の垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路にくぼみを形成
したものを用いたことを特徴とする超音波検査装置。
4. The ultrasonic inspection apparatus according to claim 3, wherein the acoustic lens penetrates a propagation path of a vertically incident wave and a vertically reflected wave from a transducer setting surface to a lens curvature surface opposed thereto. An ultrasonic inspection apparatus characterized in that a concave portion is formed in a propagation path of a vertical incident wave and a vertical reflected wave of the lens curvature surface.
【請求項5】 請求項3に記載の超音波検査装置におい
て、前記音響レンズとして、垂直入射波及び垂直反射波
の伝搬経路に振動子設定面からこれと対向するレンズ曲
率面まで貫通する透孔を開設するか、前記振動子設定面
又はレンズ曲率面の垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経
路にくぼみを形成し、これら透孔内又はくぼみ内に当該
音響レンズを構成する素材とは超音波の伝搬速度が異な
る素材からなる充填物を充填したものを用いたことを特
徴とする超音波検査装置。
5. The ultrasonic inspection apparatus according to claim 3, wherein the acoustic lens penetrates a propagation path of a vertically incident wave and a vertically reflected wave from a transducer setting surface to a lens curvature surface opposed thereto. Or a hollow is formed in the propagation path of the normal incident wave and the vertical reflected wave on the transducer setting surface or the lens curvature surface, and the material constituting the acoustic lens in these through holes or the hollow is an ultrasonic wave. An ultrasonic inspection apparatus characterized by using a material filled with a filler made of a material having different propagation speeds.
【請求項6】 請求項3乃至5のいずれかに記載の超音
波検査装置において、前記音響レンズとして、レンズ曲
率面が球面状に形成された凹レンズを用いたことを特徴
とする超音波検査装置。
6. The ultrasonic inspection apparatus according to claim 3, wherein a concave lens having a lens curvature surface formed in a spherical shape is used as the acoustic lens. .
【請求項7】 請求項3乃至5のいずれかに記載の超音
波検査装置において、前記音響レンズとしてシリンドリ
カルレンズを用いたことを特徴とする超音波検査装置。
7. The ultrasonic inspection apparatus according to claim 3, wherein a cylindrical lens is used as the acoustic lens.
【請求項8】 請求項1に記載の超音波検査装置におい
て、前記超音波プローブとして、振動子設定面が球面状
に形成された超音波プローブを用いたことを特徴とする
超音波検査装置。
8. The ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, wherein an ultrasonic probe having a transducer setting surface formed in a spherical shape is used as the ultrasonic probe.
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