JP2005315583A - Sensor device for ultrasonic inspection - Google Patents

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雅弘 片山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor device for ultrasonic inspection capable of detecting a reflected echo of an ultrasonic wave accurately and efficiently by transmitting/receiving the ultrasonic wave from/by an ultrasonic sensor smoothly, and having improved detection performance and accuracy. <P>SOLUTION: This sensor device for ultrasonic inspection is equipped with the ultrasonic sensor 11 wherein a plurality of piezoelectric elements 22 for transmitting/receiving the ultrasonic wave are arrayed matrically or in an array shape, and a shoe means 21 for holding a liquid medium provided on the sensor surface side of the ultrasonic sensor 11. The shoe means 21 has a cylindrical attachment 40 bonded with a screw to the ultrasonic sensor 11, a holding cap 43 fastened together with the attachment 40 so as to hold a thin film 44 covering the tip aperture of the attachment 40, and a sound propagation liquid medium (water) 47 filled in the attachment 40. The thin film 44 is constituted with flexibility capable of being swelled from an opening part 45 of the holding cap 43. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、検査対象物の内部構造や内部欠陥の状態、接合部の状態を超音波で非破壊検査する超音波探傷技術に係り、特に、検査対象物の内部欠陥や接合部の溶接欠陥の状態を3次元的に可視化する超音波画像化装置に用いられる超音波検査用センサ装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic flaw detection technique that performs nondestructive inspection of the internal structure of an inspection object, the state of internal defects, and the state of joints with ultrasonic waves, and in particular, internal defects of inspection objects and weld defects of joints. The present invention relates to an ultrasonic inspection sensor device used in an ultrasonic imaging apparatus that visualizes a state three-dimensionally.

検査対象物である平板状構造材同士の接合部の溶接状態や内部欠陥の状態を非破壊検査する技術の1つに超音波探傷技術がある。   There is an ultrasonic flaw detection technique as one of the techniques for nondestructive inspection of the welded state and the state of internal defects of the joints between the flat structural members that are inspection objects.

この超音波探傷技術を採用した超音波検査装置として特開2003−149213号公報(特許文献1)および特開2004−53360号公報(特許文献2)に記載されたものがある。   As an ultrasonic inspection apparatus employing this ultrasonic flaw detection technology, there are those described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-149213 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-53360 (Patent Document 2).

これらの超音波検査装置は、多数の圧電素子をマトリクス状に配設した超音波センサとしての超音波トランスジューサを超音波の送受信に用いたものであり、この超音波トランスジューサの圧電素子から発振された超音波を検査対象物の内部に送り、検査対象物内部から反射された反射エコーを超音波トランスジューサで受信し、この受信エコー信号を信号検出回路を経て信号処理部に送り、この信号処理部で並列演算処理を行ない、検査対象物の溶接部を画像化処理している。画像化処理された溶接部の超音波画像は表示装置に表示され、この超音波画像を目視することにより、溶接部の状態や溶接欠陥の状態を非破壊で検査できるようになっている。   These ultrasonic inspection apparatuses use an ultrasonic transducer as an ultrasonic sensor in which a large number of piezoelectric elements are arranged in a matrix for transmission / reception of ultrasonic waves, and are oscillated from the piezoelectric elements of this ultrasonic transducer. Ultrasound is sent inside the inspection object, the reflected echo reflected from the inside of the inspection object is received by the ultrasonic transducer, and this received echo signal is sent to the signal processing part via the signal detection circuit, and this signal processing part Parallel calculation processing is performed, and the welded portion of the inspection object is imaged. The ultrasonic image of the welded portion that has been imaged is displayed on a display device, and by visually observing the ultrasonic image, the state of the welded portion and the state of the weld defect can be inspected nondestructively.

従来の超音波検査装置には、超音波を送受信する圧電素子がマトリクス状あるいは一列のアレイ状に配列された超音波センサが超音波トランスジューサとして用いられており、この超音波センサの発受信面に音響伝播媒体であるシュー材をボルト締めで取付け、このシュー材を検査対象物に密着させて検査対象物への超音波の発信を行なっている。   In a conventional ultrasonic inspection apparatus, an ultrasonic sensor in which piezoelectric elements that transmit and receive ultrasonic waves are arranged in a matrix or in an array of rows is used as an ultrasonic transducer. A shoe material, which is an acoustic propagation medium, is attached by bolting, and the shoe material is brought into close contact with the inspection object to transmit ultrasonic waves to the inspection object.

検査対象物内へ発信させられた超音波は、検査対象物の内部欠陥や境界面で一部が反射して反射エコーとなり、この反射エコーを超音波センサで受信し、超音波センサの各圧電素子を振動させて発生する電気信号を処理して検査対象物内部を3次元画像化を行なっている。   The ultrasonic waves transmitted into the inspection object are partially reflected by internal defects and boundary surfaces of the inspection object to be reflected echoes, which are received by the ultrasonic sensor, and each piezoelectric sensor of the ultrasonic sensor An electric signal generated by vibrating the element is processed to form a three-dimensional image inside the inspection object.

また、超音波センサと検査対象物との間に空気層が存在すると超音波が伝播しなくなるため、超音波センサとシュー材の間およびシュー材と検査対象物の間に、超音波の音響的整合をとるカップラントを塗布あるいは介装している。このカップラントは揮発性の低いゲル状の液体あるいは固体が用いられる。カップラントの塗布あるいは介装部分は、温度差等により気泡が発生し易く、超音波検査装置による検査前に気泡の有無の確認が必要である。気泡が発見された場合にはシュー材を取り外してカップラントを塗りなおしている。
特開2003−149213号公報 特開2004−53360号公報
In addition, if an air layer is present between the ultrasonic sensor and the inspection object, the ultrasonic wave will not propagate, so the ultrasonic acoustic wave between the ultrasonic sensor and the shoe material and between the shoe material and the inspection object. Apply or interpose a matching coupling agent. This coupling agent is a gel-like liquid or solid with low volatility. Bubbles are likely to be generated in the coated or intervening portion of the coupling agent due to a temperature difference or the like, and it is necessary to confirm the presence or absence of bubbles before the inspection by the ultrasonic inspection apparatus. When air bubbles are found, the shoe material is removed and the coupling is reapplied.
JP 2003-149213 A JP 2004-53360 A

従来の超音波検査装置では、超音波センサとシュー材の間に気泡が入り易く、気泡が生じた場合にはその都度締付ボルトを外してシュー材を超音波センサから取外し、カップラントを塗り直す必要があった。   In conventional ultrasonic inspection equipment, bubbles are likely to enter between the ultrasonic sensor and the shoe material. When bubbles are generated, the fastening bolts are removed and the shoe material is removed from the ultrasonic sensor each time, and the coupling is applied. I had to fix it.

また、検査対象物の表面に凹凸がある場合、カップラントだけでその隙間を埋めてシュー材と検査対象物とを密着させるのが困難であった。   Further, when the surface of the inspection object has irregularities, it is difficult to close the gap with only the coupling and to bring the shoe material and the inspection object into close contact with each other.

超音波検査装置において、超音波センサと検査対象物との間に気泡が存在したり、隙間が生じると、超音波センサからの超音波を検査対象物にスムーズに入射させたり、反射エコーを拾うことが困難となり、超音波や反射エコーが正確に伝播されず、検出性能が劣化したり、検査対象物内部の3次元画像化処理が正確にかつスムーズに行なうことができないという課題があった。   In an ultrasonic inspection device, if bubbles exist between the ultrasonic sensor and the inspection object, or if a gap occurs, the ultrasonic wave from the ultrasonic sensor is smoothly incident on the inspection object or a reflected echo is picked up. There is a problem that ultrasonic waves and reflected echoes are not accurately propagated, detection performance is deteriorated, and three-dimensional imaging processing inside the inspection object cannot be performed accurately and smoothly.

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、超音波や反射エコーを正確かつスムーズに伝播させて検出性能を向上させ、検査対象物内部の3次元画像化処理が正確かつ精度よく、効率的に行なうことができる超音波検査用センサ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and propagates ultrasonic waves and reflected echoes accurately and smoothly to improve the detection performance, and the three-dimensional imaging processing inside the inspection object is accurately and accurately performed. An object of the present invention is to provide an ultrasonic inspection sensor device that can be efficiently performed.

また、本発明の他の目的は、シュー手段を超音波センサから簡単かつ容易に着脱でき、作業時間の短縮と、超音波検査を迅速かつ効率的に行なうことができる超音波検査用センサ装置を提供するにある。   Another object of the present invention is to provide an ultrasonic inspection sensor device in which the shoe means can be easily and easily detached from the ultrasonic sensor, the working time can be shortened, and ultrasonic inspection can be performed quickly and efficiently. In offer.

本発明に係る超音波検査用センサ装置は、上述した課題を解決するために、請求項1に記載したように、超音波を送受信させる複数の圧電素子がマトリクス状あるいはアレイ状に配列された超音波センサと、この超音波センサのセンサ面側に設けられた液媒体保持用シュー手段とを備え、上記シュー手段は、超音波センサにねじ結合により着脱自在に設けられる筒状のアタッチメントと、このアタッチメントの先端開口を覆う薄膜を、上記アタッチメントに共締めさせる保持キャップと、前記筒状のアタッチメント内に満たされる音響伝播液媒体とを有し、前記薄膜は保持キャップの開口部より膨出可能で柔軟性を有する構成としたものである。   In order to solve the above-described problems, an ultrasonic inspection sensor device according to the present invention includes an ultrasonic sensor in which a plurality of piezoelectric elements that transmit and receive ultrasonic waves are arranged in a matrix or an array. An ultrasonic sensor, and a liquid medium holding shoe means provided on the sensor surface side of the ultrasonic sensor. The shoe means includes a cylindrical attachment detachably provided to the ultrasonic sensor by screw connection, A holding cap that fastens the thin film covering the opening of the attachment together with the attachment; and an acoustic propagation liquid medium filled in the cylindrical attachment, and the thin film can bulge from the opening of the holding cap. The structure has flexibility.

また、本発明に係る超音波検査用センサ装置は、上述した課題を解決するために、請求項3に記載したように、超音波を送受信させる複数の圧電素子がマトリクス状あるいはアレイ状に配列された超音波センサと、この超音波センサのセンサ面側に設けられた柔軟シュー手段と、この柔軟シュー手段を内包し、上記超音波センサを検査対象物から進退移動自在に保持するセンサ位置調節手段とを備えたものである。   Further, in order to solve the above-described problems, the ultrasonic inspection sensor device according to the present invention includes a plurality of piezoelectric elements that transmit and receive ultrasonic waves arranged in a matrix or an array. Ultrasonic sensor, flexible shoe means provided on the sensor surface side of the ultrasonic sensor, and sensor position adjusting means which includes the flexible shoe means and holds the ultrasonic sensor movably forward and backward from the inspection object It is equipped with.

さらに、本発明に係る超音波検査用センサ装置は、上述した課題を解決するために、請求項5に記載したように、超音波を送受信させる複数の圧電素子がマトリクス状あるいはアレイ状に配列された超音波センサと、この超音波センサのセンサ面側に設けられた液媒体保持用シュー手段と、上記シュー手段に超音波伝播液媒体を供給可能な媒体貯溜槽を備えたセンサホルダとを備えたものである。   Furthermore, in order to solve the above-described problems, the ultrasonic inspection sensor device according to the present invention includes a plurality of piezoelectric elements that transmit and receive ultrasonic waves arranged in a matrix or an array. An ultrasonic sensor, a liquid medium holding shoe means provided on the sensor surface side of the ultrasonic sensor, and a sensor holder including a medium storage tank capable of supplying an ultrasonic propagation liquid medium to the shoe means. It is a thing.

さらにまた、本発明に係る超音波検査用センサ装置は、上述した課題を解決するために、請求項8に記載したように、超音波を送受信させる複数の圧電素子が整列された超音波センサと、この超音波センサのセンサ面側に設けられた水槽型シュー手段とを備え、上記シュー手段は、超音波センサをタンク頂部に保持するタンクと、このタンクの底部開口を液密に覆うように設置される検査対象物とにより超音波伝播液媒体の貯溜槽が構成されたものである。   Furthermore, in order to solve the above-described problems, an ultrasonic inspection sensor device according to the present invention includes an ultrasonic sensor in which a plurality of piezoelectric elements that transmit and receive ultrasonic waves are aligned, as described in claim 8. A tank-type shoe means provided on the sensor surface side of the ultrasonic sensor, wherein the shoe means covers the tank holding the ultrasonic sensor at the top of the tank and the bottom opening of the tank in a liquid-tight manner. A storage tank for the ultrasonic propagation liquid medium is constituted by the inspection object to be installed.

また、本発明に係る超音波検査用センサ装置は、上述した課題を解決するために、請求項10に記載したように、超音波を送受信させる複数の圧電素子をマトリクス状あるいはアレイ状に配列された超音波センサと、この超音波センサのセンサ面側に設けられたシュー手段と、このシュー手段を超音波センサに脱着自在にワンタッチで取付可能なワンタッチ式取付手段とを有し、上記ワンタッチ式取付手段により、前記シュー手段を超音波センサに密着保持させたものである。   Further, in order to solve the above-described problem, the ultrasonic inspection sensor device according to the present invention includes a plurality of piezoelectric elements that transmit and receive ultrasonic waves arranged in a matrix or an array. An ultrasonic sensor, a shoe means provided on the sensor surface side of the ultrasonic sensor, and a one-touch type attaching means capable of detachably attaching the shoe means to the ultrasonic sensor with one touch. The shoe means is held in close contact with the ultrasonic sensor by the attaching means.

本発明に係る超音波検査用センサ装置は、超音波センサから円滑かつスムーズに超音波を発受信させて超音波の反射エコーを正確かつ効率的に検出でき、検出性能および精度の向上が図れ、この反射エコーの電気信号を精度よく検出して、検査対象物内部を高解像度で精度のよい3次元超音波画像化処理が可能となり、検査対象物内部の非破壊による超音波検査を正確に、精度よく、効率的に行なうことができる。   The ultrasonic inspection sensor device according to the present invention can detect ultrasonic reflection echoes accurately and efficiently by transmitting and receiving ultrasonic waves smoothly and smoothly from the ultrasonic sensor, and can improve detection performance and accuracy. By accurately detecting the electrical signal of this reflected echo, the inside of the inspection object can be processed with high resolution and high precision 3D ultrasonic imaging, and the ultrasonic inspection by the non-destructive inside of the inspection object can be accurately performed. Accurate and efficient.

また、この超音波検査用センサ装置によれば、超音波センサのシュー手段を簡単かつ容易に着脱させることができ、作業時間の短縮が図れる一方、検査対象物が曲面を有しても、正確にかつスムーズに密着させることができ、超音波検査を迅速かつ効率的に行なうことができる。   Further, according to this ultrasonic inspection sensor device, the shoe means of the ultrasonic sensor can be easily and easily attached and detached, and the working time can be shortened. In addition, the ultrasonic inspection can be performed quickly and efficiently.

本発明に係る超音波検査用センサ装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。   An embodiment of a sensor device for ultrasonic inspection according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明に係る超音波検査用センサ装置を備えた3次元超音波検査装置の一実施形態を示す構成図である。   FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a three-dimensional ultrasonic inspection apparatus provided with the ultrasonic inspection sensor device according to the present invention.

3次元超音波検査装置10は、検査対象物の内部構造や欠陥形状を精細に画像化できる超音波カメラとして機能する。3次元超音波検査装置10は、超音波振動と電気信号を相互変換させ、所要周波数の超音波を送受信させる超音波トランスジューサ11と、この超音波トランスジューサ11を駆動させる駆動信号を発生させる信号発生部12と、信号発生部12からの駆動信号を選択し、超音波トランスジューサ11の圧電素子を選択的に駆動させる駆動素子選択部13と、超音波トランスジューサ11から発振される超音波を検査対象物14の検査部である接合部15に照射し、この接合部15からの反射エコーの信号を超音波トランスジューサ11を介して検出する信号検出回路16と、この信号検出回路16で検出された反射エコーの電気信号を並列演算処理して3次元(3D)超音波画像を生成させる信号処理部17と、この信号処理部17で処理された超音波探傷画像のデータ処理を行ない高解像度の3次元超音波探傷画像を得て、接合部15の状態および溶接欠陥16の状態を自動的に精度よく判定し、判定結果を表示させる表示処理装置18とを備える。   The three-dimensional ultrasonic inspection apparatus 10 functions as an ultrasonic camera that can finely image the internal structure and defect shape of an inspection object. The three-dimensional ultrasonic inspection apparatus 10 includes an ultrasonic transducer 11 that mutually converts ultrasonic vibrations and electrical signals and transmits / receives ultrasonic waves of a required frequency, and a signal generator that generates a drive signal that drives the ultrasonic transducer 11. 12, a drive signal from the signal generation unit 12, a drive element selection unit 13 that selectively drives the piezoelectric elements of the ultrasonic transducer 11, and an ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic transducer 11, the inspection object 14 And a signal detection circuit 16 that detects the reflected echo signal from the joint 15 via the ultrasonic transducer 11 and the reflected echo detected by the signal detection circuit 16. A signal processing unit 17 for generating a three-dimensional (3D) ultrasonic image by parallel processing of electrical signals, and processing by the signal processing unit 17 Display processing for processing data of the ultrasonic flaw detection image obtained to obtain a high-resolution three-dimensional ultrasonic flaw detection image, automatically determining the state of the joint 15 and the state of the welding defect 16 with high accuracy, and displaying the determination result And a processing device 18.

また、3次元超音波検査装置10は、検査対象物14の内部構造を高感度・高解像度の3次元超音波画像として迅速に検査でき、1画像当り1秒乃至数10秒の高速検査が可能であり、超音波検査用センサ装置20を備える。この超音波検査用センサ装置20は、超音波を送受信させる超音波センサとしての超音波トランスジューサ11を備え、この超音波トランスジューサ11のセンサ面である発受信面に液媒体保持用シュー手段としての音響伝播媒体21が密着せしめられる。   The three-dimensional ultrasonic inspection apparatus 10 can quickly inspect the internal structure of the inspection object 14 as a high-sensitivity, high-resolution three-dimensional ultrasonic image, and can perform a high-speed inspection of 1 to several tens of seconds per image. The ultrasonic inspection sensor device 20 is provided. This ultrasonic inspection sensor device 20 includes an ultrasonic transducer 11 as an ultrasonic sensor for transmitting and receiving ultrasonic waves, and an acoustic wave as a liquid medium holding shoe means on a transmitting and receiving surface which is a sensor surface of the ultrasonic transducer 11. The propagation medium 21 is brought into close contact.

この3次元超音波検査装置10は、自動車業界、航空業界、鉄道業界の溶接部の保全状態や溶接欠陥有無の探傷やプラント業界や造船業界の溶接部の状態観察に応用することができる。   This three-dimensional ultrasonic inspection apparatus 10 can be applied to the inspection state of welded parts in the automobile industry, aviation industry, and railway industry, flaw detection for the presence or absence of weld defects, and state observation of welded parts in the plant industry and shipbuilding industry.

超音波トランスジューサ11は、圧電振動子等の多数の圧電素子22をm行n列のマトリクス状に整列配置させたマトリクスセンサからなる超音波センサとして構成している。この超音波センサ11を備えた超音波カメラ(3次元超音波検査装置10)により、数千乃至数万の反射エコーの超音波波形を瞬時に収集し、画像合成処理により、検査対象物14の内部構造、接合部15の状態や溶接欠陥の有無や状態を高速で画像化処理することができる。   The ultrasonic transducer 11 is configured as an ultrasonic sensor including a matrix sensor in which a large number of piezoelectric elements 22 such as piezoelectric vibrators are arranged in a matrix of m rows and n columns. By using an ultrasonic camera (three-dimensional ultrasonic inspection apparatus 10) equipped with this ultrasonic sensor 11, ultrasonic waveforms of thousands to tens of thousands of reflected echoes are instantaneously collected, and image inspection processing of the inspection object 14 is performed. The internal structure, the state of the joint 15 and the presence / absence or state of a welding defect can be imaged at high speed.

超音波トランスジューサ11の各圧電素子22には、信号発生部12で発生した駆動信号が駆動素子選択部13により選択されて加えられる。駆動素子選択部13の選択により各圧電素子22の駆動順序が1個ずつあるいは複数個ずつ決定され、各圧電素子22は所要の駆動タイミングで駆動される。圧電素子22はマトリクス状に配設される代りに、一列にあるいは十字のライン状に配列させ、アレイセンサを構成してもよい。超音波トランスジューサ11を構成する超音波センサは、マトリクスセンサであっても、アレイセンサであってもよい。   A drive signal generated by the signal generator 12 is selected and applied to each piezoelectric element 22 of the ultrasonic transducer 11 by the drive element selector 13. The driving order of each piezoelectric element 22 is determined one by one or a plurality by the selection of the driving element selection unit 13, and each piezoelectric element 22 is driven at a required driving timing. Instead of being arranged in a matrix, the piezoelectric elements 22 may be arranged in a line or a cross line to constitute an array sensor. The ultrasonic sensor constituting the ultrasonic transducer 11 may be a matrix sensor or an array sensor.

超音波トランスジューサ11は超音波のセンサ面である発受信面、具体的には、検査対象物14側に液体あるいは固体の音響伝播媒体21がシュー材として密着される。音響伝播媒体21と検査対象物14との間には超音波の音響的整合をとるカップラント24が必要に応じて設けられる。カップラント24には、揮発性の低いゲル状の液体あるいは固体で形成される。   The ultrasonic transducer 11 has a transmitting / receiving surface which is an ultrasonic sensor surface, specifically, a liquid or solid acoustic propagation medium 21 in close contact as a shoe material on the inspection object 14 side. Between the acoustic propagation medium 21 and the inspection object 14, a coupling 24 that achieves acoustic matching of ultrasonic waves is provided as necessary. The coupling 24 is formed of a gel-like liquid or solid with low volatility.

また、シュー材としての音響伝播媒体21は全体的にボックス状となり、その開口面積は、検査対象物14の検査領域(ターゲット領域)である接合部15の大きさに応じて形成され、音響伝播媒体21の高さは、圧電素子22から発振される超音波の発振角度(拡がり角度)により決定される。   The acoustic propagation medium 21 as a shoe material has a box-like shape as a whole, and the opening area thereof is formed according to the size of the joint 15 that is the inspection region (target region) of the inspection object 14, and the acoustic propagation. The height of the medium 21 is determined by the oscillation angle (spreading angle) of the ultrasonic wave oscillated from the piezoelectric element 22.

検査対象物14は、例えばスポット溶接にて接合された2枚の板状構造物14a,14bを対象とし、この板状構造物14a,14bのスポット溶接部は、3次元超音波検査装置10により超音波を用いて非破壊にて内部検査される。検査対象物14は、3枚以上の板状構造物を重ね合せて溶接したものを用いてもよい。検査対象物14は、金属材料であっても、樹脂材料であっても被検体であってもよい。   The inspection object 14 is, for example, two plate-like structures 14a and 14b joined by spot welding, and the spot welded portions of the plate-like structures 14a and 14b are formed by the three-dimensional ultrasonic inspection apparatus 10. Internally inspected non-destructively using ultrasound. The inspection object 14 may be one in which three or more plate-like structures are overlapped and welded. The inspection object 14 may be a metal material, a resin material, or a subject.

検査対象物14である2枚の板状構造物14a,14bを重ね合せてスポット溶接により接合すると、板状構造物14は接合部15の外表面に溶接用電極による打痕部としての凹部25が形成され、接合部15の厚さTは、凹部25の形成分だけ、接合部15周りの非接合部26より小さくなる。   When the two plate-like structures 14a and 14b, which are the inspection object 14, are overlapped and joined by spot welding, the plate-like structure 14 is formed on the outer surface of the joint 15 with a recess 25 as a dent portion by a welding electrode. Is formed, and the thickness T of the joint portion 15 is smaller than the non-joint portion 26 around the joint portion 15 by the formation of the recess 25.

なお、符号27は、接合部15の溶接凝固部であり、符号28は、接合部15に生じたブローホール等の溶接欠陥を示す。   Reference numeral 27 denotes a welded solidified portion of the joint portion 15, and reference numeral 28 denotes a welding defect such as a blow hole generated in the joint portion 15.

一方、超音波トランスジューサ11に駆動信号を作用させる信号発生部12は、圧電素子22の圧電体を駆動させて超音波を発生させるべく、外部電圧の印加により、パルス状あるいは連続した駆動信号を発生させる。発生した駆動信号は駆動素子選択部13により駆動させるm行n列目の圧電振動子22mnが選択されると、選択された圧電振動子22mnに駆動信号が所要のタイミングで作用せしめられる。駆動素子選択部13は、駆動すべき1つまたは複数の圧電振動子22mnを所要のタイミングで順次選択しており、選択された圧電振動子22mnに信号発生部12からの駆動信号が加えられると、圧電振動子22mnが駆動され、超音波Uを発振させるようになっている。   On the other hand, the signal generator 12 that applies a drive signal to the ultrasonic transducer 11 generates a pulsed or continuous drive signal by applying an external voltage to drive the piezoelectric body of the piezoelectric element 22 to generate an ultrasonic wave. Let When the piezoelectric transducer 22mn in the m-th row and the n-th column to be driven by the drive element selection unit 13 is selected from the generated drive signal, the drive signal is applied to the selected piezoelectric transducer 22mn at a required timing. The drive element selection unit 13 sequentially selects one or more piezoelectric vibrators 22mn to be driven at a required timing, and when a drive signal from the signal generation unit 12 is applied to the selected piezoelectric vibrators 22mn. The piezoelectric vibrator 22mn is driven to oscillate the ultrasonic wave U.

超音波トランスジューサ11の各圧電素子22から順次発振された超音波は、シュー材としての音響伝播媒体21を通り、カップラント24を経て検査対象物14の内部に入射され、検査対象物14の検査領域15(非接合部26、溶接凝固部27、ブローホール等の溶接欠陥部28、底面29)に達し、各境界層で反射する。   The ultrasonic waves sequentially oscillated from the piezoelectric elements 22 of the ultrasonic transducer 11 pass through the acoustic propagation medium 21 as a shoe material, enter the inside of the inspection object 14 through the coupling 24, and inspect the inspection object 14. The region 15 (the non-joined portion 26, the weld solidified portion 27, the weld defect portion 28 such as a blowhole, and the bottom surface 29) is reached and reflected by each boundary layer.

検査対象物14の底面29、非接合部26、溶接凝固部27、溶接欠陥部28の各境界層で反射した超音波の反射エコーは、検査対象物14から音響伝播媒体23を経て超音波センサである超音波トランスジューサ11の各圧電素子22に時間差をもってそれぞれ受信され、各圧電素子22を振動させて電気信号に変換せしめられる。反射エコーの電気信号は、続いて信号検出回路16に入力され、ここで反射エコーの電気信号が圧電素子22毎に検出される。   The reflected echoes of the ultrasonic waves reflected from the boundary layers of the bottom surface 29, the non-joint portion 26, the weld solidification portion 27, and the weld defect portion 28 of the inspection object 14 are transmitted from the inspection object 14 through the acoustic propagation medium 23 to the ultrasonic sensor. Each piezoelectric element 22 of the ultrasonic transducer 11 is received with a time difference, and each piezoelectric element 22 is vibrated and converted into an electric signal. The electrical signal of the reflected echo is then input to the signal detection circuit 16 where the electrical signal of the reflected echo is detected for each piezoelectric element 22.

この3次元超音波検査装置10は、超音波トランスジューサ11の各圧電素子22のうち、駆動素子選択部13で選択されたm行n列目の圧電素子22mnに駆動信号が加えられると、この圧電素子22mnが作動して超音波Uを発振させる。この発振した超音波Uは音響伝播媒体21や必要に応じて設けられるカップラント24を経て検査対象物14の接合部15である検査領域に照射される。検査対象物14の検査領域15に照射された超音波Uは、検査領域15の密度的境界層から一部が反射して反射エコーとなり、この反射エコーは、カップラント24、音響伝播媒体21を通ってマトリクスセンサ(超音波トランスジューサ11)に戻され、各圧電素子22に時間差を持ってそれぞれ受信される。各圧電素子22による圧電変換により、反射エコーは電気信号となって信号検出回路16に送られ、検出される。   When a driving signal is applied to the piezoelectric element 22 mn of the m-th row and the n-th column selected by the driving element selection unit 13 among the piezoelectric elements 22 of the ultrasonic transducer 11, the three-dimensional ultrasonic inspection apparatus 10 receives this piezoelectric element. The element 22mn operates to oscillate the ultrasonic wave U. The oscillated ultrasonic wave U is applied to the inspection region which is the joint 15 of the inspection object 14 through the acoustic propagation medium 21 and a coupling 24 provided as necessary. A part of the ultrasonic wave U irradiated to the inspection region 15 of the inspection object 14 is reflected from the density boundary layer of the inspection region 15 to be a reflection echo. The reflection echo is transmitted through the coupling 24 and the acoustic propagation medium 21. Then, it returns to the matrix sensor (ultrasonic transducer 11) and is received by each piezoelectric element 22 with a time difference. Due to the piezoelectric conversion by each piezoelectric element 22, the reflected echo is converted into an electric signal and sent to the signal detection circuit 16 for detection.

超音波トランスジューサ11は、各圧電素子22に、駆動信号選択部13で駆動信号を順次作用させることにより、各圧電素子22は、所要のタイミングで順次駆動され、各圧電素子22から発振された超音波の反射エコーを、超音波センサであるマトリクスセンサ11でそれぞれ2次元的に受信する。超音波センサ11は圧電素子22のm行n列が、例えば10×10個であるとすると、100個の圧電素子22がマトリクス状に配設され、各圧電素子22mnが駆動素子選択部13により順次駆動される。各圧電素子22に駆動信号が順次加えられるとその駆動タイミングで各圧電素子22から超音波Uが順次発振せしめられる。各圧電素子22から順次発振された超音波の反射エコーを超音波センサであるマトリクスセンサ11で順次受信し、その受信信号である反射エコーの電気信号をその都度信号検出回路16に送るようになっている。   The ultrasonic transducer 11 causes the piezoelectric elements 22 to sequentially act on the piezoelectric elements 22 by the drive signal selection unit 13, so that the piezoelectric elements 22 are sequentially driven at a required timing and are oscillated from the piezoelectric elements 22. The reflected echoes of the sound waves are received two-dimensionally by the matrix sensor 11 that is an ultrasonic sensor. In the ultrasonic sensor 11, assuming that the m rows and n columns of the piezoelectric elements 22 are, for example, 10 × 10, 100 piezoelectric elements 22 are arranged in a matrix, and each piezoelectric element 22 mn is moved by the drive element selection unit 13. Driven sequentially. When a drive signal is sequentially applied to each piezoelectric element 22, ultrasonic waves U are sequentially oscillated from each piezoelectric element 22 at the drive timing. The reflected echoes of the ultrasonic waves sequentially oscillated from the piezoelectric elements 22 are sequentially received by the matrix sensor 11 that is an ultrasonic sensor, and the electrical signals of the reflected echoes that are the received signals are sent to the signal detection circuit 16 each time. ing.

このため、信号検出回路16には、超音波トランスジューサ11の作動によりマトリクス状配列の個々の圧電素子22から発振された超音波の反射エコーをマトリクスセンサ11で2次元的に受信する。マトリクスセンサ11は超音波を発振する個々の超音波振動子20mn分の反射エコーをそれぞれ受信し、反射エコーの電気信号として信号検出回路16に送られ、この信号検出回路16を経て信号処理部17に送られる。   For this reason, the signal detection circuit 16 receives two-dimensionally the reflected echoes of the ultrasonic waves oscillated from the individual piezoelectric elements 22 in a matrix arrangement by the operation of the ultrasonic transducer 11. The matrix sensor 11 receives reflected echoes for 20 mn of individual ultrasonic transducers that oscillate ultrasonic waves, and sends them to the signal detection circuit 16 as electrical signals of the reflected echoes. The signal processing unit 17 passes through this signal detection circuit 16. Sent to.

信号検出回路16は、マトリクスセンサ11で発生する反射エコーの電気信号を検出するものである。検出された電気信号のうち、検査に必要な複数のものは、信号処理部17内の増幅器31a,31b,…,31iにそれぞれ導かれる。   The signal detection circuit 16 detects an electrical signal of a reflected echo generated by the matrix sensor 11. Among the detected electrical signals, a plurality of necessary electrical signals are led to amplifiers 31a, 31b,..., 31i in the signal processing unit 17, respectively.

増幅器31a,31b,…,31iは、導かれた反射エコーの電気信号を、信号処理可能なデシベル(dB)値に、約10000倍程度それぞれ増幅し、これをA/D変換器32a,32b,…,32iにそれぞれ供給している。A/D変換器32a,32b,…,32iは、導かれた電気信号をA/D変換し、これを並列プロセッサ33a,33b,…,33iにそれぞれ導くものである。   The amplifiers 31a, 31b,..., 31i amplify the guided reflected echo electrical signals to a decibel (dB) value capable of signal processing by about 10,000 times, respectively, and A / D converters 32a, 32b, ..., 32i, respectively. The A / D converters 32a, 32b,..., 32i perform A / D conversion on the derived electrical signals and guide them to the parallel processors 33a, 33b,.

信号処理部17内の並列プロセッサ33は、A/D変換器32a,32b,…,32iから導かれたディジタル信号を並列的にかつ迅速に演算処理し、それぞれ、検査領域(画像化領域)に区画された各メッシュからの反射強度を特定するものである。特定されたメッシュ毎の反射強度は、統合プロセッサである3次元画像生成部34により統合されて3次元画像化情報(データ)となり、表示処理装置18に送られる。表示処理装置18は、導かれた3次元画像化データを中間データ処理部35、および底面部データ処理部36をデータ処理し、検査対象物14の検査領域(測定部)15の良否を判定部37で判断する一方、この良否判断結果や3次元画像生成部35からの3次元超音波画像を超音波探傷画像として表示部38に表示させるようになっている。   The parallel processor 33 in the signal processing unit 17 performs arithmetic processing on the digital signals derived from the A / D converters 32a, 32b,..., 32i in parallel and quickly, and each of them is applied to the inspection area (imaging area). The reflection intensity from each sectioned mesh is specified. The identified reflection intensity for each mesh is integrated by the three-dimensional image generation unit 34 that is an integrated processor to become three-dimensional imaging information (data), and is sent to the display processing device 18. The display processing device 18 processes the derived three-dimensional imaging data in the intermediate data processing unit 35 and the bottom surface data processing unit 36, and determines whether the inspection area (measurement unit) 15 of the inspection object 14 is good or bad. On the other hand, the quality determination result and the three-dimensional ultrasonic image from the three-dimensional image generation unit 35 are displayed on the display unit 38 as an ultrasonic flaw detection image.

信号処理部17の並列プロセッサ33と3次元(3D)画像生成部34は、A/D変換器32a,32b,…,32iから導かれたディジタル信号を検査領域のメッシュ毎に処理し検査対象物14の接合部15の状態を可視化する3次元超音波画像化データIを生成するものである。信号検出回路16により検出された反射エコーの電気信号から開口合成処理により、検査対象物14の内部に設定された3次元画像化領域内の各メッシュに対応させて3次元画像化データを生成する。   The parallel processor 33 and the three-dimensional (3D) image generation unit 34 of the signal processing unit 17 process the digital signal derived from the A / D converters 32a, 32b,. The three-dimensional ultrasonic imaging data I for visualizing the state of the 14 joint portions 15 is generated. Three-dimensional imaging data is generated corresponding to each mesh in the three-dimensional imaging region set in the inspection object 14 by aperture synthesis processing from the electrical signal of the reflected echo detected by the signal detection circuit 16. .

3次元画像生成部34は、超音波センサである超音波トランスジューサ11から見て正面(X−Y平面)の方向と、この正面と直交する2つの側面(Y−Z平面)、(Z−X平面)に対して垂直な方向の合計3つの方向から3次元画像化データIを透視すると共に、それぞれ3方向の3次元画像化データIのうち透視方向に重なった画像化データのうち最も値の大きいデータを平面に投影することで各方向から透視して3枚の平面(2次元)画像を生成する。3次元画像生成部34により生成された3次元画像化データIは、表示処理装置18に出力される。   The three-dimensional image generation unit 34 has a direction in the front (XY plane) when viewed from the ultrasonic transducer 11 that is an ultrasonic sensor, and two side surfaces (YZ plane) orthogonal to the front, (ZX The three-dimensional imaging data I is seen through from a total of three directions perpendicular to the plane), and the three-dimensional imaging data I in each of the three directions has the highest value among the imaging data overlapping in the perspective direction. By projecting large data onto a plane, three plane (two-dimensional) images are generated through each direction. The three-dimensional imaging data I generated by the three-dimensional image generation unit 34 is output to the display processing device 18.

表示処理装置18の中間部データ処理部35は3次元画像化データIの強度分布から2枚の板状構造物14a,14bの接合部15付近の中間層領域の透過正面画像を抽出して接合部15の接合状態を検出し、底面部データ処理部36は3次元画像化データIの強度分布から底面部29の透過正面画像を抽出して溶融凝固部27の大きさを検出し、判定部37は中間部データ処理部35と底面部データ処理部36から得られた結果を比較・判定する。表示部38は中間部データ処理部35と底面部データ処理部36と判定部37とから得られたそれぞれの比較判定結果と3次元画像生成部34からの3次元画像化データIを表示する。   The intermediate data processing unit 35 of the display processing device 18 extracts a transmission front image of the intermediate layer area in the vicinity of the joint 15 of the two plate-like structures 14a and 14b from the intensity distribution of the three-dimensional imaging data I and joins them. The joining state of the part 15 is detected, and the bottom part data processing part 36 extracts the transmission front image of the bottom part 29 from the intensity distribution of the three-dimensional imaging data I to detect the size of the melt-solidified part 27, and the judging part 37 compares and determines the results obtained from the intermediate data processing unit 35 and the bottom surface data processing unit 36. The display unit 38 displays the comparison determination results obtained from the intermediate data processing unit 35, the bottom surface data processing unit 36, and the determination unit 37 and the three-dimensional imaging data I from the three-dimensional image generation unit 34.

表示処理装置18の中間部データ処理部35は、信号処理部17から生成された3次元画像化データIから接合部15の中間層である中間接合部の3次元画像化データIを抽出し、中間接合面の透過平面画像を生成するとともに板状構造物14aの板厚tを測定する。   The intermediate data processing unit 35 of the display processing device 18 extracts the three-dimensional imaging data I of the intermediate joint that is the intermediate layer of the joint 15 from the three-dimensional imaging data I generated from the signal processing unit 17, A transmission plane image of the intermediate joint surface is generated, and the plate thickness t of the plate-like structure 14a is measured.

また、中間部データ処理部35は、生成された中間接合面の透過平面画像から中間接合部の中心位置と接合部15の大きさと位置やブローホール等の溶接欠陥28の大きさと位置を測定する。   Further, the intermediate part data processing unit 35 measures the center position of the intermediate joint part, the size and position of the joint part 15 and the size and position of the welding defect 28 such as a blow hole from the generated transmission plane image of the intermediate joint surface. .

一方、表示処理装置18の底面部データ処理部36は、信号処理部17から生成された3次元画像化データIから検査対象物14の底面29の透過平面画像を生成するとともに接合部15の厚さTを測定する。   On the other hand, the bottom surface data processing unit 36 of the display processing device 18 generates a transmission plane image of the bottom surface 29 of the inspection object 14 from the three-dimensional imaging data I generated from the signal processing unit 17 and the thickness of the joint 15. Measure T.

さらに、底面部データ処理部36は、検査対象物14の底面29の透過平面画像と、中間部データ処理部35から取り込んだ中間接合部の中心位置から溶融凝固部27の大きさと位置を測定する。   Further, the bottom surface data processing unit 36 measures the size and position of the melted and solidified portion 27 from the transmission plane image of the bottom surface 29 of the inspection object 14 and the center position of the intermediate joint captured from the intermediate data processing unit 35. .

また、表示処理装置18の判定部37は中間部データ処理部35から取り込んだ板状構造物14aの板厚tから最低限必要とされる溶融凝固部27の大きさを演算し、この溶融凝固部27を求めた判定基準を設定すると共に、底面部データ処理部36から取り込んだ溶融凝固部27の大きさと位置を設定した判定基準値と比較照合し、良否判定を行なう。   Further, the determination unit 37 of the display processing device 18 calculates the minimum size of the melted and solidified part 27 required from the plate thickness t of the plate-like structure 14a taken in from the intermediate part data processing unit 35, and this melted and solidified part. The determination criterion for obtaining the portion 27 is set, and comparison with the determination reference value in which the size and position of the melted and solidified portion 27 taken in from the bottom surface data processing portion 36 is compared and collated to perform pass / fail determination.

表示部38は中間部データ処理部35で使用した中間接合面の透過平面画像やこれから測定した中間接合部の中心位置と接合部15の大きさと位置や、ブローホール等の溶接欠陥28の大きさと位置、また、底面部データ処理部36で使用した底面29の透過平面画像や測定した溶融凝固部の大きさと位置、さらに、判定部37で設定した判定基準値と良否判定結果を表示する。   The display unit 38 is a transmission plane image of the intermediate joint surface used in the intermediate part data processing unit 35, the center position of the intermediate joint part measured from now on, the size and position of the joint part 15, and the size of the welding defect 28 such as a blow hole. The position, the transmission plane image of the bottom surface 29 used in the bottom surface data processing unit 36, the size and position of the measured melted and solidified portion, and the determination reference value set by the determination unit 37 and the quality determination result are displayed.

ところで、この3次元超音波検査装置10に用いられる超音波検査用センサ装置20は、図2の第1実施例に示すように構成される。   Incidentally, the ultrasonic inspection sensor device 20 used in the three-dimensional ultrasonic inspection device 10 is configured as shown in the first embodiment of FIG.

超音波検査用センサ装置20は、超音波を送受信する多数の圧電素子22を整列配置させた超音波センサ11と、この超音波センサ11のセンサ面である超音波発受信面側に設けられた液媒体保持用シュー手段21とを備える。超音波センサ11は、超音波トランスジューサを構成している。超音波センサ11は多数の圧電素子22をm行n列に配設したマトリクスセンサであっても、複数の圧電素子22を一列にあるいは十字形に列状に配設したアレイセンサでもよい。   The ultrasonic inspection sensor device 20 is provided on the ultrasonic sensor 11 in which a large number of piezoelectric elements 22 that transmit and receive ultrasonic waves are arranged and arranged on the ultrasonic wave transmitting / receiving surface side that is the sensor surface of the ultrasonic sensor 11. Liquid medium holding shoe means 21. The ultrasonic sensor 11 constitutes an ultrasonic transducer. The ultrasonic sensor 11 may be a matrix sensor in which a large number of piezoelectric elements 22 are arranged in m rows and n columns, or an array sensor in which a plurality of piezoelectric elements 22 are arranged in a row or in a cross shape.

超音波センサ11は外観が円柱状あるいは円筒状に構成され、この超音波センサ11に液媒体保持用シュー手段21を構成する筒状のアタッチメント40が着脱可能にねじ結合されて一体化されOリング等の液密手段41により液密に保持される。図2ではアタッチメント40を超音波センサ11に外嵌させた例を示したが、アタッチメント40を超音波センサ11に内側から嵌合させる構成としてもよい。   The external appearance of the ultrasonic sensor 11 is formed in a columnar shape or a cylindrical shape, and a cylindrical attachment 40 constituting the liquid medium holding shoe means 21 is detachably screwed to the ultrasonic sensor 11 and integrated into an O-ring. It is kept liquid-tight by the liquid-tight means 41 such as. Although FIG. 2 shows an example in which the attachment 40 is externally fitted to the ultrasonic sensor 11, the attachment 40 may be fitted to the ultrasonic sensor 11 from the inside.

筒状のアタッチメント40の先端側には保持キャップ43がねじ結合により着脱自在に設けられ、この保持キャップ43によりアタッチメント40の先端開口を覆う薄膜44が液密に保持される。保持キャップ43には、薄膜44を露出させる開口部45がキャップ頂部に形成されており、薄膜44はアタッチメント40と保持キャップ43に挟まれて固定保持される。保持キャップ43を締付けることにより、薄膜44も締付けられ、保持キャップ43の締付操作により、薄膜44もアタッチメント40に共締めされる。   A holding cap 43 is detachably provided on the distal end side of the cylindrical attachment 40 by screw connection, and the thin film 44 covering the distal end opening of the attachment 40 is liquid-tightly held by the holding cap 43. The holding cap 43 is formed with an opening 45 for exposing the thin film 44 at the top of the cap. The thin film 44 is sandwiched and held between the attachment 40 and the holding cap 43. By tightening the holding cap 43, the thin film 44 is also tightened, and by tightening the holding cap 43, the thin film 44 is also fastened together with the attachment 40.

薄膜44をアタッチメント40に液密に装着するために、アタッチメント40と保持キャップ43の間にOリング等の液密手段45が介在される。液密手段45の取付位置は種々の変形例が考えられる。薄膜44を装着したアタッチメント40内に超音波伝播液媒質として水47が充填され、満たされて液媒体保持用シュー手段21が構成される。   In order to liquid-tightly attach the thin film 44 to the attachment 40, a liquid-tight means 45 such as an O-ring is interposed between the attachment 40 and the holding cap 43. Various modifications of the mounting position of the liquid-tight means 45 are conceivable. The attachment 40 to which the thin film 44 is attached is filled with water 47 as an ultrasonic propagation liquid medium, and the liquid medium holding shoe means 21 is configured by being filled.

このシュー手段21の薄膜44は、ゴム材料あるいは樹脂材料でソフト媒質として製造され、薄膜44内を伝播する超音波波長λの1/4以下の膜厚、例えば数μm〜数10μm程度、に形成される。薄膜44の膜厚を1/4波長λ以下で、例えば数10μm以下とすることにより、薄膜44を透過する超音波の波形変形や散乱、多重反射による検出性能の劣化を防ぐことができる。   The thin film 44 of the shoe means 21 is manufactured as a soft medium with a rubber material or a resin material, and is formed to have a film thickness of ¼ or less of the ultrasonic wavelength λ propagating in the thin film 44, for example, about several μm to several tens μm. Is done. By setting the film thickness of the thin film 44 to ¼ wavelength λ or less, for example, several tens of μm or less, it is possible to prevent detection performance deterioration due to waveform deformation, scattering, and multiple reflection of ultrasonic waves transmitted through the thin film 44.

そして、アタッチメント40の一側に超音波センサ11が、その他側に薄膜44を液密にそれぞれ設け、アタッチメント40内を水で満たすことにより、超音波検査用センサ装置20が構成される。   Then, the ultrasonic sensor 11 is provided on one side of the attachment 40, the thin film 44 is provided in a liquid-tight manner on the other side, and the inside of the attachment 40 is filled with water, whereby the ultrasonic inspection sensor device 20 is configured.

超音波検査用センサ装置20は、超音波センサ11にアタッチメント40をねじ結合で取付け、このアタッチメント40に薄膜44を押えて保持する保持キャップ43を設けることにより構成され、アタッチメント40内に水47を満たす前には、超音波センサ11の超音波発受信面と薄膜44とは平行に保たれる。   The ultrasonic inspection sensor device 20 is configured by attaching the attachment 40 to the ultrasonic sensor 11 by screw connection, and providing the attachment 40 with a holding cap 43 that holds and holds the thin film 44, and water 47 is contained in the attachment 40. Before filling, the ultrasonic wave emitting / receiving surface of the ultrasonic sensor 11 and the thin film 44 are kept parallel.

超音波検査用センサ装置20の組付け手順は、アタッチメント40を超音波センサ11に軽くねじ込み、超音波センサ11を下向きにしてアタッチメント40内を水47で満たす。   The procedure for assembling the ultrasonic inspection sensor device 20 is to lightly screw the attachment 40 into the ultrasonic sensor 11 and fill the attachment 40 with water 47 with the ultrasonic sensor 11 facing downward.

次に、薄膜44をアタッチメント40の先端開口を覆うように被せ、アタッチメント40に載せた上から保持キャップ43を被せてアタッチメント40にねじ込み固定させる。保持キャップ43のねじ込みにより、薄膜44は保持キャップ43とアタッチメント40との間に液密に挟持され、共締めされる。   Next, the thin film 44 is covered so as to cover the opening of the tip of the attachment 40, and the holding cap 43 is placed on the attachment 40 from above and fixed to the attachment 40 by screwing. By screwing the holding cap 43, the thin film 44 is sandwiched between the holding cap 43 and the attachment 40 in a liquid-tight manner and fastened together.

最後に、保持キャップ43で薄膜44を挟持させた状態で、アタッチメント40を超音波センサ11にねじ込む。このアタッチメント40のねじ込みにより、アタッチメント40内の水圧が上昇し、薄膜44が保持キャップ43の開口部45から膨出するように膨らむ。   Finally, the attachment 40 is screwed into the ultrasonic sensor 11 with the thin film 44 held between the holding caps 43. Due to the screwing of the attachment 40, the water pressure in the attachment 40 increases, and the thin film 44 swells so as to swell from the opening 45 of the holding cap 43.

薄膜44の膨出作用により、検査対象物14の表面形状が完全な平面状でなく、凹凸面等の曲面が存在しても、薄膜44が検査対象物14の表面形状に倣うため、検査対象物14の表面に薄膜44が効率よく有効的に密着せしめられる。   Due to the bulging action of the thin film 44, the surface shape of the inspection object 14 is not completely flat, and even if a curved surface such as an uneven surface exists, the thin film 44 follows the surface shape of the inspection object 14, so that the inspection object 14 The thin film 44 is effectively and effectively adhered to the surface of the object 14.

このため、超音波検査用センサ装置20では、超音波センサ11と薄膜44の間に水47を満たすことにより、従来のシュー材やカップラントが不要となる。検査対象物14の検査領域(超音波入射部分)の表面が完全な平面でない場合でも、超音波による画像処理が可能となる。   For this reason, in the ultrasonic inspection sensor device 20, the water 47 is filled between the ultrasonic sensor 11 and the thin film 44, thereby eliminating the need for a conventional shoe material or coupling agent. Even when the surface of the inspection region (ultrasonic incident portion) of the inspection object 14 is not a perfect plane, image processing using ultrasonic waves is possible.

なお、検査対象物14の検査領域表面に凹凸が存在する場合には、検査対象物14とシュー手段21の薄膜44との間に、揮発性の低いゲル状のカップラントを塗布してもよい。   In the case where there are irregularities on the surface of the inspection area of the inspection object 14, a low-volatile gel coupling agent may be applied between the inspection object 14 and the thin film 44 of the shoe means 21. .

符号48は超音波センサ11に接続された電気ケーブルあるいは信号ケーブルであり、超音波センサ11の各圧電素子22に駆動信号を送信したり、超音波センサ11で受信した反射エコーの電気信号を信号検出回路に送るようになっている。   Reference numeral 48 denotes an electric cable or a signal cable connected to the ultrasonic sensor 11, which transmits a drive signal to each piezoelectric element 22 of the ultrasonic sensor 11 or receives an electric signal of a reflected echo received by the ultrasonic sensor 11. It is sent to the detection circuit.

図3は、3次元超音波検査装置に備えられる超音波検査用センサ装置の第2実施形態を示すものである。   FIG. 3 shows a second embodiment of the ultrasonic inspection sensor device provided in the three-dimensional ultrasonic inspection device.

図3に示された超音波検査用センサ装置20Aを説明するに当り、第1実施例の超音波検査用センサ装置20と同じ構成のものは同一符号を付して説明を省略する。   In the description of the ultrasonic inspection sensor device 20A shown in FIG. 3, the same components as those of the ultrasonic inspection sensor device 20 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

第2実施例に示された超音波検査用センサ装置20Aは、多数の圧電素子22をマトリクス状あるいはアレイ状に整列配置させた超音波センサ11と、この超音波センサ11の超音波発受信面側に密着された柔軟シュー手段50と、超音波センサ11を検査対象物14に進退自在に微調整する昇降手段としてのセンサ位置調節手段51とを有する。   The ultrasonic inspection sensor device 20A shown in the second embodiment includes an ultrasonic sensor 11 in which a large number of piezoelectric elements 22 are arranged in a matrix or array, and an ultrasonic transmission / reception surface of the ultrasonic sensor 11. A flexible shoe means 50 closely attached to the side, and a sensor position adjusting means 51 as an elevating means for finely adjusting the ultrasonic sensor 11 so as to advance and retreat with respect to the inspection object 14 are provided.

超音波センサ11は、図2に示された超音波トランスジューサと同様、マトリクスセンサあるいはアレイセンサで構成される。   The ultrasonic sensor 11 is composed of a matrix sensor or an array sensor, like the ultrasonic transducer shown in FIG.

超音波センサ11の超音波発受信面に設けられる柔軟シュー手段50は、軟質性シュー材52で構成される。軟質性シュー材52の表面には、超音波センサ11と検査対象物14のそれぞれの間に揮発性の低いゲル状のカップラントが塗布される。   The flexible shoe means 50 provided on the ultrasonic wave transmitting / receiving surface of the ultrasonic sensor 11 is composed of a soft shoe material 52. On the surface of the soft shoe material 52, a low-volatility gel-like coupling agent is applied between the ultrasonic sensor 11 and the inspection object 14.

軟質性シュー材51は、シリコンゴムやポリスチレン等の軟質樹脂材料で形成される。柔軟シュー材50を軟質性シュー部材52で構成すると、軟質性シュー部材52をボルト等で直接固定させることができる。この超音波検査用センサ装置20Aでは、柔軟シュー手段50を保持治具であるセンサ位置調節手段51に内包させることで、柔軟シュー手段50をシュー形状を一定に保った不動の状態に保持することができる。   The soft shoe material 51 is formed of a soft resin material such as silicon rubber or polystyrene. When the flexible shoe material 50 is composed of the soft shoe member 52, the soft shoe member 52 can be directly fixed with a bolt or the like. In this ultrasonic inspection sensor device 20A, the flexible shoe means 50 is contained in the sensor position adjusting means 51, which is a holding jig, so that the flexible shoe means 50 is held in an immobile state with the shoe shape kept constant. Can do.

また、超音波センサ11を検査対象物14に進退させるセンサ位置調節手段51は、超音波センサ11を外側から保持するフレーム状の保持枠53とこの保持枠53の四隅部付近にボス部54を介してねじ結合された支持調節ボルトとしての脚ボルト55とを有する。脚ボルト55は、保持枠53に3本以上、例えば4本設けられる。   The sensor position adjusting means 51 for moving the ultrasonic sensor 11 back and forth with respect to the inspection object 14 includes a frame-shaped holding frame 53 that holds the ultrasonic sensor 11 from the outside, and bosses 54 near the four corners of the holding frame 53. And a leg bolt 55 as a support adjusting bolt screwed together. Three or more, for example, four leg bolts 55 are provided on the holding frame 53.

そして、脚ボルト55を検査対象物14に押圧しながらボルトヘッド56をボルト軸線廻りに回動操作させることで、保持枠53を検査対象物14に微調節可能に進退(昇降)させ、その進退状態に保持させることができる。脚ボルト55はボルトヘッド56を図示しない駆動モータに連結させ、各駆動モータのモータ駆動を図示しないコントローラで個別あるいは全体的に駆動制御することにより、自動操作させることができる。   Then, by rotating the bolt head 56 around the bolt axis while pressing the leg bolt 55 against the inspection object 14, the holding frame 53 is moved back and forth (lifted / lowered) with respect to the inspection object 14 so as to be finely adjusted. Can be kept in a state. The leg bolt 55 can be automatically operated by connecting the bolt head 56 to a drive motor (not shown) and controlling the drive of each drive motor individually or entirely by a controller (not shown).

この超音波検査用センサ装置20Aはセンサ位置調節手段51の脚ボルト55を検査対象物14に押し付けながらボルト軸線廻りに回動させることで、超音波センサ11と検査対象物14との平行度や距離(間隔)を微調整でき、検査対象物14や超音波センサ11と柔軟性シュー部材52との密着性、密着面積を調整することができる。   The ultrasonic inspection sensor device 20A rotates the leg bolt 55 of the sensor position adjusting means 51 around the bolt axis while pressing the leg bolt 55 against the inspection target 14, thereby allowing the degree of parallelism between the ultrasonic sensor 11 and the inspection target 14 to be increased. The distance (interval) can be finely adjusted, and the adhesion and adhesion area between the inspection object 14 and the ultrasonic sensor 11 and the flexible shoe member 52 can be adjusted.

軟質性シュー手段50は、シリコンゴム等の材質の軟質性シュー部材52に代えてゴムや樹脂からなる薄膜間に水等の液媒質を充填させた柔軟シュー部材としてもよい。   The soft shoe means 50 may be a flexible shoe member in which a liquid medium such as water is filled between thin films made of rubber or resin instead of the soft shoe member 52 made of silicon rubber or the like.

軟質性シュー部材52は、センサ位置調節手段51の3本以上、例えば4本の脚ボルト55と超音波センサ11と検査対象物14との間に挟まれるために固定され、外力が作用しない限り不動状態に安定的に保持される。このため、超音波センサ11と検査対象物14との位置関係は一定となる。   The soft shoe member 52 is fixed to be sandwiched between three or more of the sensor position adjusting means 51, for example, the four leg bolts 55, the ultrasonic sensor 11, and the inspection object 14, and unless an external force is applied. It is stably held in an immobile state. For this reason, the positional relationship between the ultrasonic sensor 11 and the inspection object 14 is constant.

図3に示された超音波検査用センサ装置20Aは、超音波センサ11の超音波発受信面側に柔軟シュー手段50として軟質性シュー部材52を用いたため、検査対象物14の表面が平面でなく、曲面の場合でも、軟質性シュー部材52を検査対象物14に安定的に密着させることができ、間に空気層を作ることがなく、超音波Uを検査対象物14に安定的かつスムーズに入射させることができる。   The ultrasonic inspection sensor device 20A shown in FIG. 3 uses the flexible shoe member 52 as the flexible shoe means 50 on the ultrasonic wave transmitting / receiving surface side of the ultrasonic sensor 11, so that the surface of the inspection object 14 is flat. In addition, even in the case of a curved surface, the flexible shoe member 52 can be stably adhered to the inspection object 14, and an ultrasonic layer U can be stably and smoothly applied to the inspection object 14 without forming an air layer therebetween. Can be made incident.

図4は、超音波検査用センサ装置の第3実施例を示すものである。   FIG. 4 shows a third embodiment of the sensor device for ultrasonic inspection.

第1実施例および第2実施例で説明した超音波検査用センサ装置と同じ構成のものは同一符号を付して説明を省略する。   Components having the same configurations as those of the ultrasonic inspection sensor device described in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

第3実施例に示された超音波検査用センサ装置20Bは、多数の圧電素子22をマトリクス状あるいはアレイ状に整列配置させた超音波センサ11と、この超音波センサ11のセンサ面である超音波発受信面に、音響伝播媒体である水を蓄積可能に保持する媒体蓄積(液媒体保持)用シュー手段60と、超音波センサ11の周囲に配置され、媒体蓄積用シュー手段60に超音波伝播液媒体としての水を供給可能な貯溜槽である水槽61を備えたセンサホルダ62とを有する。   The ultrasonic inspection sensor device 20B shown in the third embodiment includes an ultrasonic sensor 11 in which a large number of piezoelectric elements 22 are arranged in a matrix or array, and an ultrasonic sensor surface of the ultrasonic sensor 11. A medium accumulation (liquid medium retention) shoe means 60 for holding water, which is an acoustic propagation medium, so as to be able to accumulate, is disposed on the acoustic wave transmitting / receiving surface, and an ultrasonic wave is disposed on the medium accumulation shoe means 60 around the ultrasonic sensor 11. And a sensor holder 62 having a water tank 61 that is a storage tank capable of supplying water as a propagating liquid medium.

媒体蓄積用シュー手段60は、超音波センサ11のセンサ面(超音波発受信面)側に設けられるスポンジ状あるいはポーラス状の柔軟なシュー部材63を有し、このシュー部材63は、超音波センサ11と検査対象物14との間で充分な量の水(超音波伝播液媒体)を蓄えられることが可能な大きさの蓄積スペースを有する。   The medium storage shoe means 60 includes a sponge-like or porous flexible shoe member 63 provided on the sensor surface (ultrasonic wave transmitting / receiving surface) side of the ultrasonic sensor 11, and the shoe member 63 is an ultrasonic sensor. 11 and an inspection object 14 have a storage space large enough to store a sufficient amount of water (ultrasonic propagation liquid medium).

このため、超音波センサ11にシュー部材63を取付けた際には、シュー部材63は水槽61との連結部である支持部より検査対象物14側に大きく膨出している。   For this reason, when the shoe member 63 is attached to the ultrasonic sensor 11, the shoe member 63 bulges largely toward the object 14 to be inspected from the support portion that is a connecting portion with the water tank 61.

また、シュー部材63は、トーラス状あるいはスリーブ状の水槽61に包まれるように支持される。貯溜槽である水槽61にはタンク内の空気を抜くエアー抜き弁64がタンク頂部に設けられる。水槽61はそのスリーブ状あるいはスカート状のタンクガイド65がスポンジ状あるいはポーラス状の柔軟なシュー部材63の周側面を覆っている。水槽61は超音波センサ11と一体的に構成され、柔軟なシュー部材63に含まれる水の過不足を調節し、常に水を充満させている。   The shoe member 63 is supported so as to be wrapped in a torus-shaped or sleeve-shaped water tank 61. The water tank 61 as a storage tank is provided with an air vent valve 64 for venting the air in the tank at the top of the tank. In the water tank 61, a sleeve-like or skirt-like tank guide 65 covers the peripheral side surface of a sponge-like or porous-like flexible shoe member 63. The water tank 61 is configured integrally with the ultrasonic sensor 11, adjusts the excess or deficiency of water contained in the flexible shoe member 63, and is always filled with water.

柔軟なシュー部材63に水を常時充満させることで超音波Uの良好な伝播を維持することができる。   Good propagation of the ultrasonic wave U can be maintained by always filling the flexible shoe member 63 with water.

さらに、柔軟なスポンジ状あるいはポーラス状のシュー部材61は、検査対象物14の表面の曲面形状にも密着させることができ、柔軟なシュー部材61に供給された水が、検査対象物14と柔軟なシュー部材61の間に満たされることにより、検査対象物14の内部への超音波の透過と、検査対象物14の内部欠陥等の境界層から反射された超音波の反射エコーの透過を効率よく行なうことが可能となる。   Furthermore, the flexible sponge-like or porous shoe member 61 can be brought into close contact with the curved surface shape of the surface of the inspection object 14, and the water supplied to the flexible shoe member 61 is soft with the inspection object 14. By being filled between the shoe members 61, the transmission of ultrasonic waves into the inspection object 14 and the transmission of reflected echoes of ultrasonic waves reflected from boundary layers such as internal defects of the inspection object 14 are efficient. It can be done well.

このため、超音波センサ11のセンサ面である超音波発受信面は、柔軟なシュー部材62と直接接するように、水槽61がシュー部材62頂部に連通している。水槽61を保持するセンサホルダ62の検査対象物14への取付部(設置部)66も、柔軟なシュー部材63と検査対象物14が直接接するように形成される。   For this reason, the water tank 61 communicates with the top of the shoe member 62 so that the ultrasonic wave transmitting / receiving surface which is the sensor surface of the ultrasonic sensor 11 is in direct contact with the flexible shoe member 62. An attachment portion (installation portion) 66 of the sensor holder 62 holding the water tank 61 to the inspection object 14 is also formed so that the flexible shoe member 63 and the inspection object 14 are in direct contact with each other.

センサホルダ62の取付部66は、超音波センサ11の超音波発受信面と平行に形成され、かつ超音波センサ11の超音波発受信面と検査対象物11の検査表面も平行になるように構成される。   The mounting portion 66 of the sensor holder 62 is formed in parallel with the ultrasonic wave transmitting / receiving surface of the ultrasonic sensor 11, and the ultrasonic wave generating / receiving surface of the ultrasonic sensor 11 and the inspection surface of the inspection object 11 are also parallel to each other. Composed.

次に、超音波検査用センサ装置20Bの組立手順および作用を説明する。   Next, the assembly procedure and operation of the ultrasonic inspection sensor device 20B will be described.

超音波検査用センサ装置20Bは、超音波センサ11に柔軟なシュー部材63を取付け、このシュー部材63を検査対象物14に当接させる前に、シュー部材63に水を充分に含ませておく。   In the ultrasonic inspection sensor device 20B, a flexible shoe member 63 is attached to the ultrasonic sensor 11, and before the shoe member 63 is brought into contact with the inspection object 14, water is sufficiently contained in the shoe member 63. .

超音波センサ11を検査対象物14上に設置すると、柔軟なシュー部材63が検査対象物14の表面形状になじみ、検査対象物14と超音波センサ11の間を水で満たされたシュー部材63が押圧変形された分だけ、シュー部材63内の水が水槽61側に流れ込む。   When the ultrasonic sensor 11 is placed on the inspection object 14, the flexible shoe member 63 is adapted to the surface shape of the inspection object 14, and the shoe member 63 is filled with water between the inspection object 14 and the ultrasonic sensor 11. The water in the shoe member 63 flows into the water tank 61 as much as the pressure is deformed.

また、水槽61は柔軟なシュー部材63から上方に向かう流路構造に形成されるため、超音波センサ11と検査対象物14との間でシュー部材63内に発生した気泡は水槽61の方へ案内される。   Further, since the water tank 61 is formed in a flow path structure that extends upward from the flexible shoe member 63, bubbles generated in the shoe member 63 between the ultrasonic sensor 11 and the inspection object 14 are directed toward the water tank 61. Guided.

超音波センサ11を検査対象物14に当てたとき、水槽63内に流入した水と気泡のため、水槽63内の圧力が増加するが、この圧力増加は、エアー抜き弁64を開放させることで抑制することができる。エアー抜き弁64は、水槽61内が大気圧と等しくなったところで閉じられる。   When the ultrasonic sensor 11 is applied to the inspection object 14, the pressure in the water tank 63 increases due to the water and bubbles that flow into the water tank 63. This increase in pressure is caused by opening the air vent valve 64. Can be suppressed. The air vent valve 64 is closed when the inside of the water tank 61 becomes equal to the atmospheric pressure.

この超音波検査用センサ装置20Bは、超音波センサ11と検査対象物14との間に、水で満たされた柔軟なシュー部材63を設け、柔軟なシュー部材63に保持された水が満たされた状態で超音波検査作用が行なわれ、超音波による検査対象物14の内部検査が行なわれ、この内部検査には超音波センサ11から超音波を発振させて画像処理が行なわれる。   In this ultrasonic inspection sensor device 20B, a flexible shoe member 63 filled with water is provided between the ultrasonic sensor 11 and the inspection object 14, and the water held by the flexible shoe member 63 is filled. In this state, an ultrasonic inspection action is performed, and an internal inspection of the inspection object 14 is performed using ultrasonic waves. In this internal inspection, ultrasonic waves are oscillated from the ultrasonic sensor 11 and image processing is performed.

超音波検査用センサ装置20Bの作動により、検査対象物14の検査領域の内部構造の超音波検査作用が終了すると、超音波センサ11は次の検査領域に移動せしめられる。この超音波センサ11を移動させる際は、超音波センサ11を検査対象物14から離し、次の検査対象箇所に移動させた後、超音波検査用センサ装置20Bを押し付けることで連続した画像処理を行なうことができる。この超音波検査用センサ装置20Bでは、水を満たした柔軟なシュー部材を設けたので、カップラントを塗布する必要がなく、カップラントは不要である。   When the ultrasonic inspection operation of the internal structure of the inspection region of the inspection object 14 is finished by the operation of the ultrasonic inspection sensor device 20B, the ultrasonic sensor 11 is moved to the next inspection region. When the ultrasonic sensor 11 is moved, the ultrasonic sensor 11 is moved away from the inspection object 14 and moved to the next inspection target location, and then the ultrasonic inspection sensor device 20B is pressed to perform continuous image processing. Can be done. In this ultrasonic inspection sensor device 20B, since the flexible shoe member filled with water is provided, it is not necessary to apply the coupling agent, and the coupling agent is unnecessary.

この超音波検査用センサ装置20Bは、超音波センサ11の超音波発受信面側に取付けられた柔軟なスポンジ状シュー部材52を用いることにより、複数の検査対象箇所の画像処理を行なう場合でも、超音波センサ11のシュー部材63を検査対象物14に押し当てるだけで、連続的に超音波検査作用を行なうことができ、連続した超音波画像処理が可能となる。   This ultrasonic inspection sensor device 20B uses a flexible sponge-like shoe member 52 attached to the ultrasonic wave emitting / receiving surface side of the ultrasonic sensor 11, so that even when performing image processing of a plurality of inspection target portions, By simply pressing the shoe member 63 of the ultrasonic sensor 11 against the object 14 to be inspected, an ultrasonic inspection action can be performed continuously, and continuous ultrasonic image processing becomes possible.

図5は、超音波検査用センサ装置の第4実施例を簡素化して説明する構成図である。   FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a fourth embodiment of the ultrasonic inspection sensor device in a simplified manner.

この実施例に示された超音波検査用センサ装置20Cは、多数の圧電素子22をマトリクス状あるいはアレイ状に整列配置させた超音波センサ11と、この超音波センサ11のセンサ面である超音波発受信面側に設けられた水槽型シュー手段70とを有する。超音波センサ11は第1実施例乃至第4実施例に用いられる超音波センサと異ならない。   The ultrasonic inspection sensor device 20C shown in this embodiment includes an ultrasonic sensor 11 in which a large number of piezoelectric elements 22 are arranged in a matrix or array, and an ultrasonic wave that is a sensor surface of the ultrasonic sensor 11. And water tank type shoe means 70 provided on the transmitting and receiving surface side. The ultrasonic sensor 11 is not different from the ultrasonic sensors used in the first to fourth embodiments.

水槽型シュー手段70は、超音波センサ11の外周面に液密に取付けられるスカート状あるいはスリーブ状のタンク71を備え、このタンク71が検査対象物14の測定領域に液密に装着される。タンク71が検査対象物14上に液密に装着された状態でタンク71内部に音響伝播液媒体としての水72が充填されて水槽が構成される。   The aquarium shoe means 70 includes a skirt-like or sleeve-like tank 71 that is liquid-tightly attached to the outer peripheral surface of the ultrasonic sensor 11, and this tank 71 is liquid-tightly attached to the measurement region of the inspection object 14. In a state where the tank 71 is liquid-tightly mounted on the inspection object 14, the tank 71 is filled with water 72 as an acoustic propagation liquid medium to form a water tank.

タンク71を検査対象物14に液密に装着するため、タンク71の設置面にOリング等の液密手段73が設けられる。液密手段73に代えてタンク71の設置面に吸盤を設け、この吸盤によりタンク液密構造を構成してもよい。また、タンク71を超音波センサ11に液密に取付けるためにOリング等の液密手段73を同様に設けてもよい。   In order to attach the tank 71 to the inspection object 14 in a liquid-tight manner, a liquid-tight means 73 such as an O-ring is provided on the installation surface of the tank 71. Instead of the liquid-tight means 73, a suction cup may be provided on the installation surface of the tank 71, and the tank liquid-tight structure may be configured by this suction cup. Further, in order to attach the tank 71 to the ultrasonic sensor 11 in a liquid-tight manner, a liquid-tight means 73 such as an O-ring may be similarly provided.

水槽シュー手段70のタンク71はタンク側面に給水口74と排水口75が設けられ、循環型液媒体(水)供給手段76が設けられる。循環型水供給手段76は排出口75から流入口74に至る閉じた液媒体(水)ループ77を有し、この水ループ77の途中に制御装置78にて作動制御されているポンプ79が設けられる。符号80はポンプ79吸込側の液媒体供給管(給水管)に設けられた供給弁であり、符号81はポンプ吸込側の水ループ77から分岐されたドレン配管に設けられたドレン弁である。   The tank 71 of the water tank shoe means 70 is provided with a water supply port 74 and a drain port 75 on the side of the tank, and a circulation type liquid medium (water) supply means 76 is provided. The circulation type water supply means 76 has a closed liquid medium (water) loop 77 extending from the discharge port 75 to the inflow port 74, and a pump 79 whose operation is controlled by a control device 78 is provided in the middle of the water loop 77. It is done. Reference numeral 80 denotes a supply valve provided in the liquid medium supply pipe (water supply pipe) on the suction side of the pump 79, and reference numeral 81 denotes a drain valve provided in a drain pipe branched from the water loop 77 on the pump suction side.

また、水槽シュー手段70のタンク頂部には超音波センサ11の超音波発受信面がタンク内に突出するように設けられており、この超音波発受信面より上方に形成されたエアー抜きポート83にエアー抜き配管84が接続され、このエアー抜き配管84にエアー抜き弁85が設けられる。   Further, an ultrasonic wave transmitting / receiving surface of the ultrasonic sensor 11 is provided at the top of the tank of the water tank shoe means 70 so as to protrude into the tank, and an air vent port 83 formed above the ultrasonic wave transmitting / receiving surface. An air vent pipe 84 is connected to the air vent pipe 84, and an air vent valve 85 is provided in the air vent pipe 84.

この超音波検査用センサ装置20Cにおいては、超音波センサ11の超音波発受信面とタンク71の検査対象物14への取付部(設置部)が平行に形成される。これにより、超音波センサ11の前面(超音波発受信面)と検査対象物14との距離および平行度を維持することができる。   In this ultrasonic inspection sensor device 20C, the ultrasonic wave transmitting / receiving surface of the ultrasonic sensor 11 and the attachment portion (installation portion) of the tank 71 to the inspection object 14 are formed in parallel. Thereby, the distance and parallelism of the front surface (ultrasonic wave transmission / reception surface) of the ultrasonic sensor 11 and the test object 14 can be maintained.

また、タンク71は全部が開放されており、超音波センサ11を取付けたタンク71を検査対象物14上に設置したとき、タンク71内の水72が検査対象物14や超音波センサ11の超音波発受信面と直接接触しており、タンク71内の水72は、液密手段73,73により水槽に水が満たされた場合にも、水槽より漏出しないようになっている。   Further, the tank 71 is entirely open, and when the tank 71 to which the ultrasonic sensor 11 is attached is installed on the inspection object 14, the water 72 in the tank 71 causes the ultrasonic waves of the inspection object 14 and the ultrasonic sensor 11 to be superposed. The water 72 in the tank 71 does not leak out from the water tank even when the water tank is filled with the liquid-tight means 73, 73.

この超音波検査用センサ装置20Cにおいては、超音波センサ11に水槽を構成するタンク71が取付けられており、タンク71と一体となった超音波センサ11を検査対象物14に押し付けることにより、水槽が構成され、タンク71内に水が送り込まれても、水漏れを防いでいる。   In this ultrasonic inspection sensor device 20C, a tank 71 constituting a water tank is attached to the ultrasonic sensor 11, and the ultrasonic sensor 11 integrated with the tank 71 is pressed against the inspection object 14, thereby Even if water is sent into the tank 71, water leakage is prevented.

水槽を構成するタンク付きの超音波センサ11を検査対象物14の検査領域に設置して上から押さえつけ、タンク71のエアー抜き弁85を開放させる。この弁開放状態でドレンバルブ81を閉じ、ポンプ給水弁80を開放させて水ループ77を流れる水を注入する。ポンプ給水口から水ループ77に案内される水を注入しながら、制御装置78によりポンプ79の運転を制御する。   The ultrasonic sensor 11 with a tank constituting the water tank is installed in the inspection area of the inspection object 14 and pressed from above, and the air vent valve 85 of the tank 71 is opened. In this valve open state, the drain valve 81 is closed, the pump water supply valve 80 is opened, and water flowing through the water loop 77 is injected. The operation of the pump 79 is controlled by the control device 78 while injecting water guided to the water loop 77 from the pump water supply port.

ポンプ79を運転させ、超音波センサ11の超音波発受信部と検査対象物14の間が水72で満たされ、かつタンク71内の水77から気泡が無くなったことを確認してエアー抜き弁84を閉じ、ポンプ79の作動を停止させる。   The pump 79 is operated, and it is confirmed that the space between the ultrasonic transmission / reception unit of the ultrasonic sensor 11 and the inspection target 14 is filled with water 72 and that air bubbles are eliminated from the water 77 in the tank 71. 84 is closed and the operation of the pump 79 is stopped.

タンク71と検査対象物14の表面とにより構成される水槽内が水で満たされてから、超音波検査用センサ装置20Cを起動させる。超音波検査用センサ装置20Cの作動により、超音波センサ11の各圧電素子22から超音波を発受信させ、検査対象物14の内部構造を超音波で検査し、画像処理が行なわれる。   After the water tank constituted by the tank 71 and the surface of the inspection object 14 is filled with water, the ultrasonic inspection sensor device 20C is activated. By the operation of the ultrasonic inspection sensor device 20C, ultrasonic waves are transmitted and received from each piezoelectric element 22 of the ultrasonic sensor 11, the internal structure of the inspection object 14 is inspected with ultrasonic waves, and image processing is performed.

その際、超音波センサ11の超音波発受信部とタンク71の検査対象物14の取付部が平行に構成されるため、従来のブロック状平行平面のシュー部材を用いた時と同様に、超音波は検査対象物14に垂直に入射せしめられる。   At that time, since the ultrasonic transmission / reception part of the ultrasonic sensor 11 and the attachment part of the inspection object 14 of the tank 71 are configured in parallel, as in the case of using a shoe member having a block-like parallel flat surface, The sound wave is incident on the inspection object 14 perpendicularly.

超音波センサ11からの超音波を検査対象物14に入射させ、その反射エコーを超音波センサ11で受信して反射エコーの電気信号を処理する超音波検査による画像処理が終了したら、水ループ77のドレンバルブ81と水槽のエアー抜き弁85を開放し、ポンプ79を作動させ、水槽や水ループ77内の水を抜く水の抜出処理を行なう。   When the ultrasonic wave from the ultrasonic sensor 11 is incident on the inspection object 14, the reflected echo is received by the ultrasonic sensor 11, and the image processing by the ultrasonic inspection for processing the electrical signal of the reflected echo is completed, the water loop 77 is completed. The drain valve 81 and the water vent valve 85 of the water tank are opened, the pump 79 is operated, and the water is drained to drain the water in the water tank and the water loop 77.

水抜出処理が終了したら、次の検査対象箇所に移動し、ここで超音波検査による超音波画像を得るようにしている。   When the water extraction process is completed, the process moves to the next inspection target location, where an ultrasonic image is obtained by ultrasonic inspection.

この超音波検査用センサ装置20Cによれば、超音波センサ11に取付けられた水槽にポンプ79内作動により、水を満たすことにより、従来のブロック状シュー部材およびカップラントが不要となる。水槽を構成するタンク71は検査対象物側に開口しているので、水槽に水72を満たせば、超音波伝播特性の良い水72は、検査対象物14の検査領域の表面と直接接触するため、検査対象物14の表面が完全な平面でない場合にも、カップラントを用いることなく、超音波による画像処理が可能となる。   According to the ultrasonic inspection sensor device 20C, the water tank attached to the ultrasonic sensor 11 is filled with water by the operation in the pump 79, so that the conventional block-like shoe member and the coupling become unnecessary. Since the tank 71 constituting the water tank is open to the inspection object side, if the water tank is filled with the water 72, the water 72 having good ultrasonic propagation characteristics is in direct contact with the surface of the inspection area of the inspection object 14. Even when the surface of the inspection object 14 is not a perfect plane, image processing using ultrasonic waves can be performed without using a coupling agent.

図6は、超音波検査用センサ装置の第5実施例を示す簡略的な構成図である。   FIG. 6 is a simplified configuration diagram showing a fifth embodiment of the ultrasonic inspection sensor device.

第5実施例に示された超音波検査用センサ装置20Dは、多数の圧電素子22をマトリクス状あるいはアレイ状に整列配置された超音波センサ11と、この超音波センサ11の超音波発受信面側に密着されるブロック状のシュー部材90で形成されたシュー手段91と、このシュー手段91を超音波センサ11の超音波発受信面側に着脱自在に取付けるワンタッチ式の取付手段92とを有する。シュー手段91のシュー部材90は、強化ポリスチレン、エポキシ樹脂、セラミック等の音響伝播特性の優れた材料で、超音波発受信面とその反対側の面が平行となる平行平面形状に形成される。   The ultrasonic inspection sensor device 20D shown in the fifth embodiment includes an ultrasonic sensor 11 in which a large number of piezoelectric elements 22 are arranged in a matrix or array, and an ultrasonic transmission / reception surface of the ultrasonic sensor 11. Shoe means 91 formed by a block-like shoe member 90 closely attached to the side, and one-touch type attachment means 92 for detachably attaching the shoe means 91 to the ultrasonic wave transmitting / receiving surface side of the ultrasonic sensor 11. . The shoe member 90 of the shoe means 91 is made of a material having excellent acoustic propagation characteristics such as reinforced polystyrene, epoxy resin, ceramic, etc., and is formed in a parallel plane shape in which the ultrasonic wave transmitting / receiving surface and the opposite surface are parallel to each other.

ワンタッチ式の取付手段92はシュー部材91の対向する両側壁に外側から取付けられる取付具94と、この取付具94に回動自在に支持されたロック部材95と、このロック部材95の自由端側に設けられた係合フック96を超音波センサ11の係合孔97側にばね付勢するスプリング手段98とを有する。ロック部材95の係合フック96を係合孔97に係合させることにより、ロック部材95は固定され、シュー部材91は超音波センサ11の超音波発受信面に接触するように、ワンタッチで取付け固定される。超音波センサ11に形成される係合孔97に代えて係合フック96と係合可能な固定具を超音波センサ11に取付けてもよい。   The one-touch type attachment means 92 includes an attachment 94 that is attached to the opposite side walls of the shoe member 91 from the outside, a lock member 95 that is rotatably supported by the attachment 94, and a free end side of the lock member 95. Spring means 98 for urging the engagement hook 96 provided on the side toward the engagement hole 97 of the ultrasonic sensor 11. By engaging the engagement hook 96 of the lock member 95 with the engagement hole 97, the lock member 95 is fixed, and the shoe member 91 is attached with one touch so as to contact the ultrasonic wave transmitting / receiving surface of the ultrasonic sensor 11. Fixed. Instead of the engagement hole 97 formed in the ultrasonic sensor 11, a fixture that can engage with the engagement hook 96 may be attached to the ultrasonic sensor 11.

この超音波検査用センサ装置20Dは、ブロック状で平行平面を有するシュー部材90を超音波センサ11にワンタッチ式取付手段92で着脱自在に取付けることにより、ワンタッチ式取付手段92により、シュー手段91であるシュー部材90を簡単にワンタッチで着脱させることができる。   The ultrasonic inspection sensor device 20D is configured such that a shoe member 90 having a block shape and a parallel plane is detachably attached to the ultrasonic sensor 11 by a one-touch attachment means 92. A certain shoe member 90 can be easily attached and detached with one touch.

この超音波検査用センサ装置20Dによれば、シュー手段91をワンタッチで取外しすることができ、シュー部材90と超音波センサ11のセンサ面や検査対象物の表面に、仮に万一気泡が入っても、シュー手段91を超音波センサ11から取り外し、シュー手段91のシュー部材90表面に揮発性の低いグル状カップラントを塗布することで、気泡が入らないよいに調整することが容易にできる。   According to this ultrasonic inspection sensor device 20D, the shoe means 91 can be removed with a single touch, and bubbles should temporarily enter the sensor surface of the shoe member 90 and the ultrasonic sensor 11 and the surface of the inspection object. However, by removing the shoe means 91 from the ultrasonic sensor 11 and applying a low-volatility glue-like coupling agent to the surface of the shoe member 90 of the shoe means 91, it is easy to make adjustments so that bubbles do not enter.

本発明に係る超音波検査用センサ装置を備えた3次元超音波検査装置の一実施形態を示す構成図。The block diagram which shows one Embodiment of the three-dimensional ultrasonic inspection apparatus provided with the sensor apparatus for ultrasonic inspection which concerns on this invention. 本発明に係る超音波検査用センサ装置の第1実施例を簡略的に示す構成図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The block diagram which shows simply 1st Example of the sensor apparatus for ultrasonic inspection which concerns on this invention. 本発明に係る超音波検査用センサ装置の第2実施例を簡略的に示す構成図。The block diagram which shows simply 2nd Example of the sensor apparatus for ultrasonic inspection which concerns on this invention. 本発明に係る超音波検査用センサ装置の第3実施例を簡略的に示す構成図。The block diagram which shows simply 3rd Example of the sensor apparatus for ultrasonic inspection which concerns on this invention. 本発明に係る超音波検査用センサ装置の第4実施例を簡略的に示す構成図。The block diagram which shows simply the 4th Example of the sensor apparatus for ultrasonic inspection which concerns on this invention. 本発明に係る超音波検査用センサ装置の第5実施例を簡略的に示す構成図。The block diagram which shows simply the 5th Example of the sensor apparatus for ultrasonic inspection which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 3次元超音波検査装置
11 超音波トランスジューサ(超音波センサ)
12 信号発生部
13 駆動素子選択部
14 検査対象物(被検体)
15 接合部(検査部)
16 信号検出回路
17 信号処理部
18 表示処理装置
20,20A,20B,20C,20D 超音波検査用センサ装置
21 音響伝播媒体(液媒体保持用シュー手段)
22(22mn) 圧電素子(圧電振動子)
25 凹部
26 非接合部
27 溶接凝固部
28 溶接欠陥(ブローホール)
29 底面
31a,31b,…,31i 増幅器
32a,32b,…,32i A/D変換器
33 並列ブロック
34 3次元画像形成部(統括プロセッサ)
35 中間部データ処理部
36 底面部データ処理部
37 良否判定部
38 表示部
40 アタッチメント
41,46 液密手段
43 保持キャップ
44 薄膜
45 開口部
47 水(音響伝播液媒体)
48 電気ケーブル(信号ケーブル)
50 柔軟シュー手段
51 センサ位置調節手段(昇降手段)
52 軟質性シュー部材
53 保持枠
54 ボス部
55 脚ボルト(支持調節ボルト)
56 ボルトヘッド
60 液媒体蓄積(液媒体保持)用シュー手段
61 水槽
62 センサホルダ
63 柔軟なシュー部材
64 エア抜き弁
65 タンクガイド
70 水槽シュー手段
71 タンク
72 水
73 液密手段
74 注入口
75 排出口
76 循環型水(液媒体)供給手段
77 水ループ
78 制御装置
79 ポンプ
83 エアー抜きポート
84 エアー抜き配管
85 エアー抜き弁
90 シュー部材
91 シュー手段
92 ワンタッチ式取付手段
94 取付具
95 ロック部材
96 係合フック
97 係合孔(固定具)
10 3D Ultrasonic Inspection Equipment 11 Ultrasonic Transducer (Ultrasonic Sensor)
12 Signal generator 13 Drive element selector 14 Test object (subject)
15 Joint (Inspection)
16 Signal Detection Circuit 17 Signal Processing Unit 18 Display Processing Device 20, 20A, 20B, 20C, 20D Ultrasonic Inspection Sensor Device 21 Acoustic Propagation Medium (Liquid Medium Holding Shoe Means)
22 (22mn) Piezoelectric element (piezoelectric vibrator)
25 Concave portion 26 Non-joined portion 27 Weld solidified portion 28 Weld defect (blow hole)
29 Bottom surface 31a, 31b, ..., 31i Amplifier 32a, 32b, ..., 32i A / D converter 33 Parallel block 34 Three-dimensional image forming unit (overall processor)
35 Intermediate data processing unit 36 Bottom surface data processing unit 37 Pass / fail judgment unit 38 Display unit 40 Attachment 41, 46 Liquid tight means 43 Holding cap 44 Thin film 45 Opening 47 Water (acoustic propagation liquid medium)
48 Electric cable (signal cable)
50 Flexible shoe means 51 Sensor position adjusting means (lifting means)
52 Soft shoe member 53 Holding frame 54 Boss portion 55 Leg bolt (support adjustment bolt)
56 Bolt head 60 Liquid medium storage (liquid medium holding) shoe means 61 Water tank 62 Sensor holder 63 Flexible shoe member 64 Air vent valve 65 Tank guide 70 Water tank shoe means 71 Tank 72 Water 73 Liquid tightness means 74 Inlet 75 Outlet 76 Circulating water (liquid medium) supplying means 77 Water loop 78 Control device 79 Pump 83 Air venting port 84 Air venting pipe 85 Air venting valve 90 Shoe member 91 Shoe means 92 One-touch type attaching means 94 Mounting tool 95 Locking member 96 Engagement Hook 97 engagement hole (fixing tool)

Claims (10)

超音波を送受信させる複数の圧電素子がマトリクス状あるいはアレイ状に配列された超音波センサと、
この超音波センサのセンサ面側に設けられた液媒体保持用シュー手段とを備え、
上記シュー手段は、超音波センサにねじ結合により着脱自在に設けられる筒状のアタッチメントと、
このアタッチメントの先端開口を覆う薄膜を、上記アタッチメントに共締めさせる保持キャップと、
前記筒状のアタッチメント内に満たされる音響伝播液媒体とを有し、
前記薄膜は保持キャップの開口部より膨出可能で柔軟性を有する構成としたことを特徴とする超音波検査用センサ装置。
An ultrasonic sensor in which a plurality of piezoelectric elements for transmitting and receiving ultrasonic waves are arranged in a matrix or array; and
A liquid medium holding shoe means provided on the sensor surface side of the ultrasonic sensor,
The shoe means includes a cylindrical attachment that is detachably attached to the ultrasonic sensor by screw connection;
A holding cap for fastening the thin film covering the tip opening of the attachment together with the attachment;
An acoustic propagation liquid medium filled in the cylindrical attachment;
A sensor device for ultrasonic inspection, characterized in that the thin film is swellable from an opening of a holding cap and has flexibility.
前記音響伝播液媒体は水であり、前記薄膜は、薄膜内を伝播する超音波の波長λの1/4以下の膜厚に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の超音波検査用センサ装置。 2. The ultrasonic inspection according to claim 1, wherein the acoustic propagation liquid medium is water, and the thin film is formed to have a film thickness equal to or less than ¼ of a wavelength λ of ultrasonic waves propagating in the thin film. Sensor device. 超音波を送受信させる複数の圧電素子がマトリクス状あるいはアレイ状に配列された超音波センサと、
この超音波センサのセンサ面側に設けられた柔軟シュー手段と、
この柔軟シュー手段を内包し、上記超音波センサを検査対象物から進退移動自在に保持するセンサ位置調節手段とを備えたことを特徴とする超音波検査用センサ装置。
An ultrasonic sensor in which a plurality of piezoelectric elements for transmitting and receiving ultrasonic waves are arranged in a matrix or array; and
Flexible shoe means provided on the sensor surface side of the ultrasonic sensor;
A sensor apparatus for ultrasonic inspection, comprising: a flexible shoe means; and sensor position adjusting means for holding the ultrasonic sensor movably forward and backward from an inspection object.
前記柔軟シュー手段は、超音波伝播特性に優れたシリコンゴム等の軟質性シュー部材を有する一方、
前記センサ位置調節手段は、超音波センサを保持する保持枠と、
上記超音波センサの周辺の少なくとも3箇所で上記保持枠にそれぞれねじ結合された支持調節ボルトとを有し、
上記支持調節ボルトをボルト軸線廻りに回動させることで超音波センサの位置調節を自在としたことを特徴とする請求項3に記載の超音波検査用センサ装置。
While the flexible shoe means has a soft shoe member such as silicon rubber excellent in ultrasonic propagation characteristics,
The sensor position adjusting means includes a holding frame that holds an ultrasonic sensor;
Supporting adjustment bolts screwed to the holding frame at at least three locations around the ultrasonic sensor,
4. The ultrasonic inspection sensor device according to claim 3, wherein the position of the ultrasonic sensor can be freely adjusted by rotating the support adjusting bolt around a bolt axis.
超音波を送受信させる複数の圧電素子がマトリクス状あるいはアレイ状に配列された超音波センサと、
この超音波センサのセンサ面側に設けられた液媒体保持用シュー手段と、
上記シュー手段に超音波伝播液媒体を供給可能な媒体貯溜槽を備えたセンサホルダとを備えたことを特徴とする超音波検査用センサ装置。
An ultrasonic sensor in which a plurality of piezoelectric elements for transmitting and receiving ultrasonic waves are arranged in a matrix or array; and
A liquid medium holding shoe means provided on the sensor surface side of the ultrasonic sensor;
A sensor apparatus for ultrasonic inspection, comprising: a sensor holder including a medium storage tank capable of supplying an ultrasonic propagation liquid medium to the shoe means.
前記液媒体保持用シュー手段は、スポンジ状あるいはポーラス状の柔軟なシュー部材と、
このシュー部材に液媒体貯溜槽から自然落下により注入されて蓄積保持される超音波伝播液媒体とを有することを特徴とする請求項5に記載の超音波検査用センサ装置。
The liquid medium holding shoe means includes a sponge-like or porous flexible shoe member,
The ultrasonic inspection sensor device according to claim 5, further comprising an ultrasonic wave propagation liquid medium that is injected into the shoe member from the liquid medium storage tank by natural dropping and accumulated and held.
前記貯溜槽には、頂部にエアー抜き弁が設けられる一方、柔軟なシュー部材の周側面を覆うスリーブ状あるいはスカート状のタンクガイドが備えられた請求項5に記載の超音波検査用センサ装置。 The ultrasonic inspection sensor device according to claim 5, wherein the storage tank is provided with an air vent valve at the top, and a sleeve-shaped or skirt-shaped tank guide that covers a peripheral side surface of the flexible shoe member. 超音波を送受信させる複数の圧電素子が整列された超音波センサと、
この超音波センサのセンサ面側に設けられた水槽型シュー手段とを備え、
上記シュー手段は、超音波センサをタンク頂部に保持するタンクと、
このタンクの底部開口を液密に覆うように設置される検査対象物とにより超音波伝播液媒体の貯溜槽が構成されたことを特徴とする超音波検査用センサ装置。
An ultrasonic sensor in which a plurality of piezoelectric elements for transmitting and receiving ultrasonic waves are aligned;
Water tank type shoe means provided on the sensor surface side of this ultrasonic sensor,
The shoe means includes a tank that holds the ultrasonic sensor on the top of the tank;
An ultrasonic inspection sensor device, wherein a storage tank for an ultrasonic propagation liquid medium is configured by an inspection object installed so as to liquid-tightly cover a bottom opening of the tank.
前記水槽型シュー手段は、タンク内の超音波伝播液媒体を循環させる循環型液媒体供給手段と、
上記タンク頂部側からエアーを抜出するエアー抜出弁とを備えたことを特徴とする請求項8に記載の超音波検査用センサ装置。
The water tank type shoe means includes a circulation type liquid medium supply means for circulating the ultrasonic wave propagation liquid medium in the tank,
The ultrasonic inspection sensor device according to claim 8, further comprising an air extraction valve for extracting air from the tank top side.
超音波を送受信させる複数の圧電素子をマトリクス状あるいはアレイ状に配列された超音波センサと、
この超音波センサのセンサ面側に設けられたシュー手段と、
このシュー手段を超音波センサに脱着自在にワンタッチで取付可能なワンタッチ式取付手段とを有し、
上記ワンタッチ式取付手段により、前記シュー手段を超音波センサに密着保持させたことを特徴とする超音波検査用センサ装置。
An ultrasonic sensor in which a plurality of piezoelectric elements that transmit and receive ultrasonic waves are arranged in a matrix or array; and
Shoe means provided on the sensor surface side of the ultrasonic sensor;
One-touch type attachment means that can be attached to the ultrasonic sensor with a single touch so as to be detachable,
An ultrasonic inspection sensor device, wherein the shoe means is held in close contact with an ultrasonic sensor by the one-touch attachment means.
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