JP2006313115A - 超音波探傷方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波探傷において、、探傷用の超音波の強度を正確に監視、得られたきずに関するデータの補正等を行い、高精度な超音波探傷を行うことができる方法及び装置を提供する。
【解決手段】 検査対象物１００表面に直接又は接触媒質を介して配設した複数の垂直縦波振動子１により、検査対象物１００に応力を加えて検査対象物１００内に入射縦波１１１Ａ及び入射横波１１１Ｂを同時又は非同時に発生させ、超音波の反射により得られるエコーのうち、反射縦波１１２Ａ及び反射横波１１２Ｂの、一方の成分に基づく信号を探傷用信号とし、他方の成分に基づく信号をカップリング監視信号とする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、非破壊検査技術に関し、特に超音波探傷を行う方法及び装置に関するものである。

物体の健全性を評価するためには、外部の欠陥だけでなく物体内部の欠陥の有無等を判断する必要があり、そのためには非破壊検査が不可欠である。その非破壊検査技術の一つとして超音波探傷がある。超音波探傷では、検査対象物内部に超音波を発生させ、欠陥や介在物等での反射波を検出したり、検査対象物内部を透過してきた超音波の減衰量を測定したりすることで、その健全性を評価する。

一般の超音波探傷では、超音波を発生させるための探触子と検査対象物との間に設ける接触媒質等の状態、検査対象物の表面状態、探触子を検査対象物に押し付ける力、探触子の接触面と検査対象物の間隔等、外乱の影響により、検査対象物内部に発生する超音波の強度が変動する。場合によっては検査対象物内部に超音波が発生しない状況も生じることがある。

このようなことが起こると、反射した超音波（以下、エコーという）のエコー高さや減衰の程度にもばらつきが生じ、結果として探傷結果のばらつきの原因となってしまう。したがって、より高精度な超音波探傷を実現するためには、上記のような外乱による超音波強度の変動が測定に影響しないようにすることが望ましい。ここで、検査対象物に超音波が発生しているかどうかを監視する方法としては透過方式、底面エコー方式、林状エコー方式のようなカップリング（音響結合）チェックがある。

一方、エコーの強度を監視に基づいて、エコーを受信して得られる信号の感度を補正する方法もある（特許文献１参照）。この方法は、検査対象物内を透過した超音波を監視し、目標感度との差異に応じて感度を自動調整する方法及び装置に関するものである。
特開平６−１０９７１２号公報

超音波探傷では、エコーの強度（エコー高さ）によりきずの判別を行うため、きず以外の要因でエコー高さが変化すると、きずの見落としや過大評価につながり、探傷性能が悪化する。したがって、検査対象物内で発生又は反射した超音波の監視、調整等を行うための超音波（エコー）の強度監視は探傷性能向上につながる。

このような超音波の強度を監視する場合、実際に探傷に用いられている成分（モード）の強度が正確に把握できれば最も都合がよい。しかしながら、一般的に、探傷に用いているモードの強度を把握することは困難である。例えば横波斜角探傷では、反射源から反射した横波成分を用いることになるが、一般には反射源の形状などが不明であるため、強度を正確に把握することは困難である。また、透過した横波成分を用いてもよいが、きずによる反射があると正確な強度が得られない。

そこで、本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、超音波探傷（特に斜角探傷）において、探傷用の超音波の強度を正確に監視、得られたきずに関するデータの補正等を行い、高精度な超音波探傷を行うことができる方法及び装置を提供するものである。

本発明に係る超音波探傷方法は、検査対象物表面に直接又は接触媒質を介して配設した複数の振動子により、検査対象物に応力を加えて検査対象物内に超音波の縦波成分及び横波成分を同時又は非同時に発生させ、超音波の反射により得られるエコーのうち、エコーの縦波成分及び横波成分の、一方の成分に基づく信号を探傷用信号とし、他方の成分に基づく信号を超音波監視信号とする。

また、本発明に係る超音波探傷方法は、検査対象物表面に直接又は接触媒質を介して配設した複数の振動子により、検査対象物に応力を加えて検査対象物内に超音波の縦波成分及び横波成分を同時又は非同時に発生させ、超音波の反射により得られるエコーのうち、エコーの縦波成分及び横波成分の、一方の成分に基づく信号を探傷用信号とし、他方の成分に基づいて検査対象物の厚さを測定する。

また、本発明に係る超音波探傷方法は、検査対象物表面に直接又は接触媒質を介して配設した複数の振動子により、検査対象物に応力を加えて検査対象物内に超音波の縦波成分及び横波成分を同時又は非同時に発生させ、超音波の反射により得られるエコーのうち、エコーの縦波成分及び横波成分の、一方の成分に基づく信号を探傷用信号とし、他方の成分に基づく信号を超音波監視信号とするとともに、他方の成分に基づいて検査対象物の厚さを測定する。

また、本発明に係る超音波探傷方法は、超音波監視信号に基づいてカップリングチェックを行う。

また、本発明に係る超音波探傷方法は、超音波監視信号に基づいて、検査対象物に加える応力の調整、探傷用信号の受信感度調整及び／又は感度補正を行う。

また、本発明に係る超音波探傷方法は、既知の検査対象物内の超音波速度から検査対象物の厚さを算出又は測定による検査対象物の厚さに基づいて検査対象物内の超音波速度を算出し、検査対象物の厚さ及び／又は超音波速度に基づいて、探傷用信号に基づくエコーの判別及び／又は探傷によるきずに関するデータの補正を行う。

また、本発明に係る超音波探傷方法は、超音波監視信号及び検査対象物の厚さに基づいて、検査対象物に加える応力の調整、探傷用信号の受信感度調整及び／又は感度補正を行うとともに、エコーがきずによるものかどうかの判別、探傷によるきずに関するデータの補正及び／又は超音波の速度演算を行う。

また、本発明に係る超音波探傷方法は、エコーの横波成分に基づく信号を探傷用信号とする。

また、本発明に係る超音波探傷方法は、振動子のうち、１又は複数の振動子を送受波兼用の振動子とする。

また、本発明に係る超音波探傷装置は、検査対象物表面に直接又は接触媒質を介して配設され、それぞれの位置で応力を加えて検査対象物内に超音波の縦波成分及び横波成分を同時又は非同時に発生させ、超音波の反射により得られるエコーの縦波成分及び横波成分に基づく応力を信号に変換する、送受波兼用の複数の振動子と、複数の振動子の各振動子が検査対象物に加える応力のタイミングを調整する送信用遅延時間制御装置と、複数の振動子が受けた応力に基づく信号のタイミングを調整する受信用遅延時間制御装置と、受信用遅延時間制御装置が調整した信号を合成した信号に基づいて、エコーの縦波成分と横波成分とに分けた信号のうち、一方の信号を探傷用信号として探傷用信号に基づくデータ処理を行い、他方の信号を超音波監視信号として超音波監視信号に基づくデータ処理を行うデータ処理装置とを備える。

また、本発明に係る超音波探傷装置は、各振動子が検査対象物に加える応力の強度を調整する送信電力重み付け装置と、各振動子が受けた応力に基づく各信号の増幅率を調整する受信増幅率重み付け装置とを備える。

また、本発明に係る超音波探傷装置は、送受波兼用の複数の振動子の代わりに、検査対象物に応力を加える送信用の複数の振動子と、エコーの縦波成分及び横波成分に基づく応力を受けて信号に変換する受信用の複数の振動子とを備える。

また、本発明に係る超音波探傷装置は、複数の振動子をアレイ状に並べて構成したアレイ探触子を用いる。

また、本発明に係る超音波探傷装置のデータ処理装置は、他方の成分に基づく信号を超音波監視信号として処理する代わりに又は超音波監視信号として処理するとともに、検査対象物の厚さを測定する処理を行う。

また、本発明に係る超音波探傷装置のデータ処理装置は、測定した検査対象物の厚さに基づいて、検査対象物内の超音波速度を算出し、エコーがきずによるものかどうかの判別及び／又は算出した検査対象物内のきずに関するデータの補正をする。

また、本発明に係る超音波探傷装置のデータ処理装置は、超音波監視信号に基づいてカップリングチェック処理を行う。

また、本発明に係る超音波探傷装置のデータ処理装置は、超音波監視信号に基づいて、検査対象物に加える応力の調整処理、探傷用信号の受信感度調整処理、感度調補正処理及び／又は探傷用信号の補正処理を行う。

また、本発明に係る超音波探傷装置は、横波成分を探傷用信号として処理する。

本発明によれば、検査対象物表面に配設した複数の振動子により、検査対象物に応力を加えて検査対象物内に超音波の縦波成分及び横波成分を同時又は非同時に発生させ、超音波の反射により得られるエコーのうち、エコーの縦波成分及び横波成分の、一方の成分に基づく信号を探傷用信号とし、他方の成分に基づく信号を超音波監視信号とするようにしたので、例えば探傷に用いる超音波の成分の強度監視が困難であったとしても、同じ条件、信号により得られた他の成分に基づいて強度監視を行うことができ、探傷性能を向上させることができる。

そして、超音波監視信号に基づいて、検査対象物に加える応力をカップリングチェックにより監視して、遅延時間制御、強度の重み付け等、探傷に最適な調整をすることができる。同様に、応力を受けた側においても、遅延時間制御、強度の重み付け等、エコーに基づく探傷用信号の受信感度調整（探傷前及び／又は探傷中の感度の変更）及び／又は感度補正（探傷後の探傷データに対する感度の変更）を最適に行うことができる。さらに、きずの位置、寸法等のきずに関するデータの補正、エコー判別を行い、探傷性能を向上させ、より精度の高い探傷を行うことができる。

また、超音波監視信号により検査対象物の厚さを測定するようにしたので、精度の高い厚さ測定を行うことができる。さらに検査対象物内の超音波速度もより正確に算出し把握することもできる。また、横波成分を探傷用信号としたので、斜角探傷及び厚さ測定をそれぞれの成分で有効に行うことができる。

また、本発明は、応力を加える位置と受ける位置とが同じである送受波兼用の振動子、複数の振動子をアレイ状に並べた場合に最も効果が発揮される。

実施の形態１．
図１は検査対象物内に発生した超音波を表す図である。例えば複数の振動子（圧電素子。ここでは垂直縦波振動子とする）により検査対象物表面に応力（ここでは垂直応力）を加える（与える）と、検査対象物内に発生する超音波（以下、入射信号という）には、縦波成分（以下、入射縦波という）だけではなく、横波成分（以下、入射横波という）も同時に発生する。これは、固体物のある面の一部分に（時間的に変化する）垂直応力（成分）を加えると粗密波である縦波成分が発生するが、さらに、垂直応力が加わった部分と加わらなかった部分との境界でせん断応力が生じることで横波成分も発生するからである。そして、入射信号の各成分が何らかの原因（例えばきず、検査対象物の底面等）で反射したエコーにも縦波成分（以下、反射縦波という）と横波成分（以下、反射縦波という）とが含まれる（以下、このエコーを信号として扱い、反射信号とする）。

一般に、垂直縦波振動子による垂直応力に基づく探傷は、縦波垂直探傷を目的として行われ、また、基本的には入射縦波の強度（大きさ）が大きいため、検査対象物内に発生する入射横波は着目されていなかった。しかし、複数の垂直縦波振動子が垂直応力を加える時間差を制御し、探傷等、その目的に使用したい成分（モード）について、波の位相を調整することで、入射横波についても、超音波探傷に適用できる強度で検査対象物内に発生させることができる（前述のように応力を加えると検査対象物内に入射縦波及び入射横波が同時に発生する。ここでは単に発生するだけでなく、意図的に強度を制御した入射縦波及び／又は入射横波を発生させることができるものとする。意図的に強度を制御した入射縦波、入射横波は同時又は非同時に発生させることができる）。

そこで、本実施の形態は、振動子（垂直縦波振動子）を用いた超音波探傷装置において、超音波の縦波成分と横波成分の両方を積極的に利用しようとするものである。そして、一方の成分に基づいて得られる信号を探傷用信号とし、他方の成分に基づいて得られる信号を超音波監視信号とする。同じ機器設定条件下、さらには探傷と同じ超音波の信号（入射信号、反射信号）から得られる超音波監視信号の強度は、その発生原理から探傷用信号の強度と互いに比例関係にあり、密接に関係する。したがって、超音波監視信号を処理することにより、探傷用信号の強度監視を行い、探傷結果（きずに関するデータ）の補正等に用いることで探傷性能、精度を向上することができる。

さらに、超音波監視信号をカップリング監視信号としてカップリングチェックを行い、また、信号の受信感度調整、感度補正、探傷結果の補正等を行う。カップリングチェックとは、探傷を行うための入射信号が検査対象物内で発生しているかどうかをチェックするものである。例えば、エコーの横波成分を探傷用の信号とする場合、検査対象物にきずがなく、信号が得られなかったとしても、検査対象物底面で反射したエコーの縦波成分が得られれば、カップリングがうまく行われていることになる。そのため、エコーがない場合はきずが存在しない場合としてきずの見落としをなくすことができる。さらに従来は探傷用とカップリングチェック用に個別の振動子を必要としたが、本発明では両者用を兼用するので、探傷用信号のより実際に即したカップリングチェックが可能になる。また、ここでは、感度調整とは探傷前又は探傷中に感度の調整を行うことを意味するものとする。一方、感度補正とは探傷後の探傷データに対し感度に関する変更を行うことを意味するものとする。

さらに本実施の形態では、他方の成分に基づいて得られる超音波監視信号に基づいて、検査対象物の厚さを測定する。超音波探傷、特に斜角探傷では、きずの位置を正確に特定するために検査対象物の厚さが正確であることが重要である。例えば溶接部では、開先あわせや溶接ビードの整形のためグラインを使用して研削することも多く、厚さが微妙に変化していることが多い。そこで、実際の探傷の際に検査対象物の厚さを測定し、探傷によって得られるきずの位置の精度を高める。

同じ機器の設定条件下で得られた超音波監視信号により、カップリングチェック、検査対象物厚さ測定をはじめとし、きずの位置等、探傷により得られたきずに関するデータの補正、反射信号による信号の受信感度調整等ができ、探傷の精度を高めることができる。さらに、設定条件だけでなく、探傷と同じ信号（入射信号、反射信号）を利用して、データ補正、感度調整の即座のフィードバック等をすることができ、さらに精度を高めることができる。

しかも、斜角探傷の場合、通常、くさび（探触子シューをくさび代わりにもちいることもある）を必要とするが、これらを用いることなく斜角探傷を行うことができる。そのため、くさび内およびその境界での超音波の減衰や反射の問題が生じなくなる。さらに、くさび等を設けるスペースを必要とせず、装置の小型化、省スペース環境下等で探傷を行うことができる。

本実施の形態では、斜角探傷を行うものとして、反射横波を探傷用信号として用い、反射縦波を超音波監視信号として用いるものとする。例えば、入射横波は入射縦波よりも進行する角度（以下、入射角度という。入射による反射角度も同じである）が大きく、一回反射による反射信号を利用した斜角探傷（一回反射法）に適しているからである。一方、入射縦波は、基本的には検査対象物表面から垂直方向に向かって進行し、底面で反射した反射縦波が信号として戻るので、検査対象物の厚さを精度よく測定できる等、探傷以外の測定にも適しているからである。また、検査対象物を例えば溶接された鋼板（固体）とし、主に溶接部分の探傷を行うものとする。

図２は本発明の実施の形態１に係る超音波探傷装置の構成例を表す図である。図２において、複数（図２では＃１〜＃ｎのｎ個）の送受波兼用の垂直縦波振動子１は、検査対象物１００の表面に直接、又は例えば検査対象物１００表面をより平滑にする等のために用いられるマシン油等の接触媒質（図示せず）を介して、例えば所定の間隔にアレイ状に配設されている。各垂直縦波振動子１は、電圧として印加される電気信号に基づいてそれぞれの配設位置で励振（通常は一定周期毎のバースト波等の繰り返し励振）し、検査対象物１００に垂直応力を加える。そして、検査対象物１００内に、例えばビーム状の入射信号１１１（入射縦波１１１Ａ、入射横波１１１Ｂ）を発生（入射）させる。また、検査対象物１００内からの反射信号１１２（反射縦波１１２Ａ、反射横波１１２Ｂ）に基づく検査対象物１００の垂直応力をそれぞれの配設位置で受け、電気信号に変換して受信用遅延時間制御装置２１に送信する。ここで例えばすべての垂直縦波振動子１が垂直応力を受けなければならないわけではない。なお、超音波自動探傷装置の場合は、例えば各垂直縦波振動子１を検査対象物１００にならわせて移動させる走査装置（図示せず）が備えられている場合もある。

送信用遅延時間制御装置１１及び受信用遅延時間制御装置２１は、それぞれ各垂直縦波振動子１に対応した遅延時間可変素子を有している。送信用遅延時間制御装置１１は、垂直縦波振動子１毎に電気信号を遅延させて送信し、各垂直縦波振動子１を励振させるタイミングを制御する。一方、受信用遅延時間制御装置２１も、各垂直縦波振動子１からの電気信号を遅延させ、受信増幅率重み付けレシーバ群２２の各レシーバ素子に送信するタイミングを制御する。各遅延時間可変素子による遅延時間は任意であるが、斜角探傷等を行う場合には、基本的に各垂直縦波振動子１の配設位置に基づいて規則的に遅延制御される。各垂直縦波振動子１の遅延時間を制御することにより、検査対象物１００内の入射縦波１１１Ａと入射横波１１１Ｂの強度、入射角度を調整し、くさび等を用いた斜角探傷と同じ探傷を行うことができる。

送信電力重み付けパルサ群１２は、各垂直縦波振動子１に対応した複数のパルサ素子を有している。そして、各垂直縦波振動子１が検査対象物１００に与える垂直応力の強度を調整するために、各垂直縦波振動子１に送信する電気信号の送信電力（電圧）を制御する。ここで、複数の垂直縦波振動子１全体の送信電力分布が、所望の分布となるように配設位置に合わせて送信電力の重み付けが行われる。例えば振動子＃１と＃ｎの間の中心部で最大、＃１及び＃ｎ（両端部分）では最小となるような送信電力分布とすれば、任意の指向性パターン（ビーム）を有する入射信号１１１とすることができる。ここで、以下、送信用遅延時間制御装置１１及び送信電力重み付けパルサ群１２の組み合わせを送波制御手段１０とする。

また、受信増幅率重み付けレシーバ群２２は、各垂直縦波振動子１に対応した複数のレシーバ素子を有している。そして、受信用遅延時間制御装置２１を介して各垂直縦波振動子１から送信されたそれぞれの電気信号を増幅させる。各レシーバ素子の信号増幅率（ゲイン）は任意に設定できるが、通常、送信電力重み付けパルサ群１２の送信電力分布と同様の分布となるように重み付けが行われる。そして、受信増幅率重み付けレシーバ群２２は各レシーバ素子が増幅した電気信号を合成する。以下、受信用遅延時間制御装置２１及び受信増幅率重み付けレシーバ群２２の組み合わせを受波制御手段２０とする。

受信増幅率重み付けレシーバ群２２が合成した信号は、反射縦波１１２Ａと反射横波１１２Ｂの両方の成分が含まれた電気信号となるが、一般に縦波成分と横波成分とでは固体内での超音波速度（音速）が異なる。そこで、反射縦波１１２Ａと反射横波１１２Ｂとが、例えば時間的に分解できれば、合成された電気信号から探傷用信号と超音波監視信号とを区別することができ、同じ条件で発した同じ入力信号から探傷用信号と超音波監視信号とを得ることができる。

超音波探傷器３０は、超音波制御装置３１、データ処理装置３２及び指令装置３３で構成されている。超音波制御装置３１は、上述した送波制御装置１０、受波制御装置２０を制御することで、各垂直縦波振動子１を介して検査対象物１００内に発生させる入射信号１１１、反射信号１１２を調整するための制御を行う。具体的には、例えば、
（１）入射信号１１１において、所望する成分（モード）を所望の入射角度で検査対象物１００内に発生させるために、送信用遅延時間制御装置１１の各遅延時間可変素子による電気信号の遅延時間を決定し、位相制御等を行う。
（２）入射信号１１１（反射信号１１２）、探傷用信号、超音波監視信号が所望の強度、分布の信号となるように、各パルサ素子による送信電力、レシーバ素子による受信増幅率の決定及び制御を行う。
（３）検査対象物１００の探傷部位の形状により，超音波監視信号を得るのに最適な又は検査対象物１００の厚さを測定するのに最適な送信用遅延時間制御装置１１、受信用遅延時間制御装置２１の各遅延時間可変素子による遅延時間の設定及び制御を行う。

超音波制御装置３１が、以上のような遅延時間及び重み付けの制御を行うことにより、本実施の形態では、くさび、探触子シュー等を用いなくても、これらを用いた場合と同様の探傷条件になるように設定し、入射横波１１１Ｂを所望の入射角度で発生させ、斜角探傷を行うことができる。さらに、入射角度を少しずつ変更させ、所定のセクタ範囲を走査するセクタスキャンによる探傷を行わせることもできる。

データ処理装置３２は、監視処理手段３２Ａ、探傷処理手段３２Ｂ及び記憶手段３２Ｃで構成され、受信増幅率重み付けレシーバ群２２から送られる合成信号をデータとして処理する。監視処理手段３２Ａは、受信増幅率重み付けレシーバ群２２からの信号から超音波監視信号を収録処理する。収録処理については、例えば収録開始から、ある時間幅及びエコー高さ（電力）幅のカップリング監視用の収録ゲートを設定する。そして、例えばゲート内に最初にエコーとしてあらわれた信号を超音波監視信号として収録する、ゲート内にエコーとしてあわられた全部の信号を超音波監視信号として収録する等の方法がある。そして、収録処理した結果等を、指令装置３３の表示手段３３Ｃに表示させる。

また、超音波監視信号をカップリング監視信号としてカップリングチェック処理を行う。そして、所定のレベルの信号が得られ、カップリングが正常であるかどうかを判断する。正常でなければ、検査対象物１００に加える垂直応力の補正量を演算する。そして、指令装置３３を介して超音波制御装置３１に指令信号を送信し、送波制御手段１０に対し、入射信号１１１の強度（検査対象物１００に加える垂直応力）の調整、補正を行わせる。さらに、超音波監視信号に基づいて受信感度調整、補正処理を行う。例えば受信用遅延時間制御装置２１による遅延時間、受信増幅率重み付けレシーバ群２２の各レシーバ素子の感度補正量を演算し、受波制御手段２０に対し、反射信号１１２に基づく電気信号の増幅等の受信感度調整、感度補正等を行わせる。補正処理については、例えば、感度の調整時に超音波監視信号のレベル（エコー高さ）を確認する又は感度調整後、実際の検査対象物１００で超音波監視信号のレベルを確認する。そして、探傷時に超音波監視信号のエコー高さが確認レベルになるような感度補正量を算出し、調整、補正を行う。具体的には、探傷時の超音波監視信号の強度と感度を確認した際の超音波監視信号との差を求め、その差に応じて感度の調整等を行う。なお、オペレータが表示手段３３Ｃに表示された結果に基づいてカップリングチェック、感度調整、感度補正等を行ってもよい。

さらに、本実施の形態では、監視処理手段３２Ａは検査対象物１００の厚さを測定する。例えば固体の縦波成分、横波成分の超音波速度が既知であれば、入射信号１１１と検査対象物１００の底面で反射した反射信号１１２との時間差により、検査対象物１００の厚さを演算測定することができる。また、逆に厚さが既知であるならば、検査対象物内の入射信号１１１、反射信号１１２（超音波）の縦波成分、横波成分の超音波速度を算出することができる。本実施の形態で行っている一回反射法による斜角探傷では、きず１０１の位置（深さ）は、検査対象物１００の厚さ、入射信号１１１、反射信号１１２のビーム路程（時間差）、入射（反射）角度により算出するので、正確な厚さを測定できれば、きず１０１の位置の精度が向上する。そして、以上のような処理を行って得られたデータ（以下、監視データという）を記憶手段３２Ｃに記憶させる。

探傷処理手段３２Ｂは、受信増幅率重み付けレシーバ群２２を介して送信される探傷用信号を収録処理する。収録処理については、カップリング監視用の収録ゲートと同様に、探傷用の収録ゲートを設定し、例えばゲート内に最初に現れた信号を探傷用信号として収録する、ゲート内の複数の信号を探傷用信号として収録する等の方法がある。ここで、自動探傷装置の場合には、例えば代表となる垂直縦波振動子１の位置、セクタスキャンを行っている場合は入射角度等に関するデータを、処理を行って得られたデータ（以下、探傷データという）と関連づけて記憶手段３２Ｃに記憶させる。以上のような収録処理を行った結果等を、指令装置３３の表示手段３３Ｃに表示させる。

また、探傷用信号によって得られた、入射信号１１１と反射信号１１２との時間差等に基づいて、きず１０１等の位置、寸法（大きさ）等、検査対象物内のきず１０１に関する演算（測定）、演算によって得られた探傷データの補正処理を行う。補正処理は、監視処理手段３２Ａが処理等を行った監視データに基づいて行う。

図３は鋼板の溶接部分を表す図である。探傷処理手段３２Ｂは、さらに、収録した探傷用信号がきず１０１によるものであるかどうかを判別するエコー判別処理を行うこともある。例えば、鋼板（検査対象物１００）の溶接において、溶接ビード１１０の形状によっては、溶接ビード１１０による反射信号１１２に基づく垂直応力を垂直縦波振動子１が受ける場合もある。裏側にできた溶接ビードは、一般的に垂直縦波振動子１からみると板裏面（板厚）よりも深い（遠い）位置にある。一方、検査対象物１００内のきず１０１が板厚を越えることはないので、演算によって得られた位置が板厚よりも深ければきず１０１ではないと判別することができる。このようなエコー判別処理を行うことで探傷の精度を向上させることができる。そして、以上のような処理による探傷データを記憶手段３２Ｃに記憶（記録）させる。

また、記憶手段３２Ｃは監視処理手段３２Ａ及び探傷処理手段３２Ｂがそれぞれ収録処理等し、処理した結果のカップリングデータ及び探傷データを記憶する。

指令装置３３は、指令処理手段３３Ａ、入力手段３３Ｂ、表示手段３３Ｃで構成されている。指令処理手段３３Ａは、入力手段３３Ｂから入力されるオペレータの指令、設定条件等に基づく処理を行う。また、超音波制御装置３１、データ処理装置３２に指令信号を超音波制御装置３１、データ処理装置３２に発信し、各装置を制御する。例えば超音波制御装置３１、データ処理装置３２から送信される信号（データ）とオペレータの設定条件とに基づく判断処理を行って指令信号を送信し、装置の制御を行う。

また、超音波制御装置３１、データ処理装置３２から送信される信号（データ）を処理し、表示信号を表示手段３３Ｃに送信して、探傷、カップリング監視、オペレータからの指令等に関する文字、画像等を表示させる。特に本実施の形態では、データ処理装置からの信号に基づいて、監視処理手段３２Ａ、探傷処理手段３２Ｂが収録処理等して得られた、カップリングチェック画像、Ｂスコープ画像、Ｃスコープ画像等を表示することができる。

本実施の形態では、超音波探傷器３０を構成する各装置は、例えばＣＰＵ（Central Prosessing Unit ）を中心としたコンピュータ等の制御演算処理装置で構成されている。そして、各装置における処理手順をあらかじめプログラム化しておき、そのプログラムを各制御演算処理装置が実行することで、各装置は処理を実現される。なお、本実施の形態では、超音波探傷器３０を構成する超音波制御装置３１、データ処理装置３２、指令装置３３を３つの装置で構成しているが、これには限定されない。例えば、それぞれの装置が行う処理をプログラムとして、ある制御処理装置（超音波探傷器３０）内に記憶し、その制御処理装置が各プログラムを実行して、すべての処理を行うようにしてもよい。

上述したように、本実施の形態の超音波探傷装置では、探傷に用いる時と同じ反射信号の他方の成分を用いて、強度監視、カップリングチェック、感度調整、補正等を行うことができる。ここで、探傷時においては、各装置は基本的にきずによる反射信号に基づく信号が最もよく得られるように設定等がなされている。例えば検査対象物１００の厚さの測定は、必ずしも探傷時と同じ信号の超音波監視信号でなくてもよいので、探傷の前後に厚さ測定等を行うために設定した、探傷とは別の超音波監視信号により、検査対象物１００の厚さの測定を行ってもよい。

以上のように、第１の実施の形態によれば、複数の垂直縦波振動子１により、検査対象物１００に送波制御手段１０によりそれぞれ制御された電力、タイミングで垂直応力を加えて検査対象物１００内に入射信号１１１（入射縦波１１１Ａ、入射横波１１１Ｂ）を発生させ、その反射信号１１２（反射縦波１１２Ａ、反射横波１１２Ｂ）に基づいて、受波制御手段２０により得られる電気信号から分けた、反射横波１１２Ｂに基づく信号を探傷用信号とし、反射縦波１１２Ａに基づく信号を超音波監視信号とするようにしたので、反射横波１１２Ｂによる強度監視が困難であっても、同じ条件、信号により得られた反射縦波１１２Ａの超音波監視信号により強度監視を行うことができる。そのため、検査対象物１００に加える垂直応力を調整するための送波制御手段１０の電力分布又はタイミングの調整、受波制御手段２０の感度調整、感度補正等により、探傷に適した機器の設定を行い、探傷に適した探傷用信号を得ることができる。また、超音波監視信号を処理し、きず１０１の位置、寸法等の探傷データの補正、エコー判別等を行うことにより、探傷性能を向上させ、より精度の高い探傷を行うことができる。

また、底面からのエコーによる反射縦波１１２Ａに基づく超音波監視信号により検査対象物１００の厚さを測定するようにしたので、精度の高い厚さ測定を行うことができる。さらに検査対象物１００内の超音波速度もより正確に算出し把握することもできる。また、本実施の形態では、反射横波１１２Ｂに基づく信号を探傷用信号とし、反射縦波１１２Ａに基づく信号を超音波監視信号とするようにしたので、斜角探傷及び厚さ測定をそれぞれの成分で有効に行うことができる。

実施形態２．
図４は本発明の実施の形態２に係る超音波探傷装置の構成図である。図４において、図２と同じ符号を付しているものは、実施の形態１で説明したことと同様の動作を行うので説明を省略する。図４において、２１Ａ、２１Ｂは、それぞれ縦波受信用遅延時間制御装置、横波受信用遅延時間制御装置である。また、２２Ａ、２２Ｂは、縦波受信増幅率重み付けレシーバ群、横波受信増幅率重み付けレシーバ群である。本実施の形態は、縦波受信用遅延時間制御装置２１Ａと縦波受信増幅率重み付けレシーバ群２２Ａ、横波受信用遅延時間制御装置２１Ｂと横波受信増幅率重み付けレシーバ群２２Ｂとで、反射縦波用、反射横波成分用の遅延時間及び重み付けをそれぞれ分けて制御するようにしたものである。

縦波受信増幅率重み付けレシーバ群２２Ａからの信号は、監視処理手段３２Ａで実施の形態１で説明したことと同様の収録処理等がなされる。また、横波受信増幅率重み付けレシーバ群２２Ｂからの信号も探傷処理手段３２Ｂで収録処理等がなされる。反射縦波用、反射横波用に分けて遅延時間及び重み付けを制御することで、それぞれの成分の感度を独立して制御、管理することができる。

図５は検査対象物１００の一例を表す図である。例えば、図５のように、検査対象物１００の底面がテーパ状になっている場合、底面からの反射縦波による垂直応力を受けるタイミングが各縦波垂直振動子１により異なる。このような場合でも、反射縦波の遅延時間及び重み付けを独立して制御できれば、例えば超音波監視信号を得るためにテーパの角度αに応じた遅延時間を設定することができ、精度よく超音波監視信号の収録処理等を行うことができる。

ここで、超音波監視信号を得るのに、すべての縦波垂直振動子１からの信号が必ず必要なわけではないので、超音波監視信号とする方の成分に係る受信用遅延時間制御装置及び受信増幅率重み付けレシーバ群の遅延時間可変素子、レシーバ素子を減らしてもよい。

実施形態３．
図６は本発明の実施の形態３に係る超音波探傷装置の構成図である。図６において、図２と同じ符号を付しているものは、実施の形態１で説明したことと同様の動作、処理を行うので説明を省略する。図６において、１Ａ、１Ｂは、それぞれ送信用縦波垂直振動子、受信用縦波垂直振動子である。

上述の実施の形態では、送受波兼用のｎ個の垂直縦波振動子１を用いていたが、例えば斜角探傷の場合、きず１０１の形状等によっては入射信号１１１とは別の方向に信号が反射する場合がある。そこで、垂直応力を加える位置と受ける位置とをそれぞれ独立させるために、本実施の形態では送信用縦波垂直振動子１Ａと受信用縦波垂直振動子１Ｂとを設けた。最適な探傷用信号を得るための送信用縦波垂直振動子１Ａと受信用縦波垂直振動子１Ｂとの位置関係の設定は難しいが、異なった方向に反射した反射信号に基づいて探傷を行うことができる。振動子が設けられる位置がそれぞれ別であるため、送波制御手段１０、受波制御手段２０の遅延時間、重み付けも異なる。例えば、送波制御手段１０においては、入射信号１１１の入射角度が所望の角度方向となるように遅延時間制御される。一方、受波制御手段２０においては、合成した信号が最大となるように遅延時間が制御される。また、透過法等によりエコーの横波成分でもカップリングチェック等を行うことができる。

実施形態４．
図７は本発明の実施の形態４に係るアレイ探触子２等の構成図である。図７（ａ）のように、本実施の形態では、複数の垂直縦波振動子１をアレイ状に並べて一体化して構成したアレイ探触子２を用いて垂直応力を加え又は受けるものとする。また、上述した実施の形態３のように、送信用、受信用に分けられている場合には、送信用、受信用にそれぞれアレイ探触子を用意し、探傷等を行う。このとき、送信用、受信用ともに同じ屈折角の斜角探触子を用いてもよい。

また、上述したように、原理的には探触子シューを設ける必要はないが、図７（ｂ）に示すように、例えば垂直縦波振動子１（アレイ探触子２）と検査対象物１００とが接触してきずがつかないように、これらを保護等するために探触子シュー３を用いてもよい。

実施形態５．
上述の実施の形態は、超音波探傷について説明したが、本方法等の適用はこれに限定するものではない。例えば、音波をはじめとする弾性波により、固体内の異物、変性箇所の検出等にも適用することができる。

検査対象物内に発生した超音波を表す図である。 本発明の実施の形態１に係る超音波探傷装置の構成例を表す図である。 鋼板の溶接部分を表す図である。 本発明の実施の形態２に係る超音波探傷装置の構成図である。 検査対象物１００の一例を表す図である。 本発明の実施の形態３に係る超音波探傷装置の構成図である。 本発明の実施の形態４に係るアレイ探触子２等の構成図である。

符号の説明

１ 垂直縦波振動子
２ アレイ探触子
３ 探触子シュー
１Ａ 送信用縦波垂直振動子
１Ｂ 受信用縦波垂直振動子
１０ 送波制御手段
１１ 送信用遅延時間制御装置
１２ 送信電力重み付けパルサ群
２０ 受波制御手段
２１ 受信用遅延時間制御装置
２１Ａ 縦波受信用遅延時間制御装置
２１Ｂ 横波受信用遅延時間制御装置
２２ 受信増幅率重み付けレシーバ群
２２Ａ 縦波受信増幅率重み付けレシーバ群
２２Ｂ 横波受信増幅率重み付けレシーバ群
３０ 超音波探傷器
３１ 超音波制御装置
３２ データ処理装置
３２Ａ 監視処理手段
３２Ｂ 探傷処理手段
３２Ｃ 記憶手段
３３ 指令装置
３３Ａ 指令処理手段
３３Ｂ 入力手段
３３Ｃ 表示手段
１００ 検査対象物
１０１ きず
１１０ 溶接ビード
１１１ 入射信号
１１１Ａ 入射縦波
１１１Ｂ 入射横波
１１２ 反射信号
１１２Ａ 反射縦波
１１２Ｂ 反射横波

Claims (18)

1. 検査対象物表面に直接又は接触媒質を介して配設した複数の振動子により、前記検査対象物に応力を加えて検査対象物内に超音波の縦波成分及び横波成分を同時又は非同時に発生させ、前記超音波の反射により得られるエコーのうち、前記エコーの縦波成分及び横波成分の、一方の成分に基づく信号を探傷用信号とし、他方の成分に基づく信号を超音波監視信号とすることを特徴とする超音波探傷方法。
2. 検査対象物表面に直接又は接触媒質を介して配設した複数の振動子により、前記検査対象物に応力を加えて検査対象物内に超音波の縦波成分及び横波成分を同時又は非同時に発生させ、前記超音波の反射により得られるエコーのうち、前記エコーの縦波成分及び横波成分の、一方の成分に基づく信号を探傷用信号とし、他方の成分に基づいて前記検査対象物の厚さを測定することを特徴とする超音波探傷方法。
3. 検査対象物表面に直接又は接触媒質を介して配設した複数の振動子により、前記検査対象物に応力を加えて検査対象物内に超音波の縦波成分及び横波成分を同時又は非同時に発生させ、前記超音波の反射により得られるエコーのうち、前記エコーの縦波成分及び横波成分の、一方の成分に基づく信号を探傷用信号とし、他方の成分に基づく信号を超音波監視信号とするとともに、前記他方の成分に基づいて前記検査対象物の厚さを測定することを特徴とする超音波探傷方法。
4. 前記超音波監視信号に基づいてカップリングチェックを行うことを特徴とする請求項１又は３記載の超音波探傷方法。
5. 前記超音波監視信号に基づいて、前記検査対象物に加える応力の調整、前記探傷用信号の受信感度調整及び／又は感度補正を行うことを特徴とする請求項１又は３記載の超音波探傷方法。
6. 既知の前記検査対象物内の超音波速度から検査対象物の厚さを算出又は前記測定による前記検査対象物の厚さに基づいて前記検査対象物内の超音波速度を算出し、前記検査対象物の厚さ及び／又は超音波速度に基づいて、前記探傷用信号に基づくエコーの判別及び／又は探傷によるきずに関するデータの補正を行うことを特徴とする請求項２記載の超音波探傷方法。
7. 前記超音波監視信号及び前記検査対象物の厚さに基づいて、前記検査対象物に加える応力の調整、前記探傷用信号の受信感度調整及び／又は感度補正を行うとともに、前記エコーがきずによるものかどうかの判別、探傷によるきずに関するデータの補正及び／又は前記超音波の速度演算を行うことを特徴とする請求項３記載の超音波探傷方法。
8. 前記エコーの横波成分に基づく信号を前記探傷用信号とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の超音波探傷方法。
9. 前記振動子のうち、１又は複数の振動子を送受波兼用の振動子とすることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の超音波探傷方法。
10. 検査対象物表面に直接又は接触媒質を介して配設され、それぞれの位置で応力を加えて前記検査対象物内に超音波の縦波成分及び横波成分を同時又は非同時に発生させ、前記超音波の反射により得られるエコーの縦波成分及び横波成分に基づく応力を信号に変換する、送受波兼用の複数の振動子と、
    該複数の振動子の各振動子が前記検査対象物に加える応力のタイミングを調整する送信用遅延時間制御装置と、
    前記複数の振動子が受けた応力に基づく信号のタイミングを調整する受信用遅延時間制御装置と、
    該受信用遅延時間制御装置が調整した信号を合成した信号に基づいて、前記エコーの前記縦波成分と前記横波成分とに分けた信号のうち、一方の信号を探傷用信号として前記探傷用信号に基づくデータ処理を行い、他方の信号を超音波監視信号として前記超音波監視信号に基づくデータ処理を行うデータ処理装置と
    を備えることを特徴とする超音波探傷装置。
11. 各振動子が前記検査対象物に加える応力の強度を調整する送信電力重み付け装置と、
    各振動子が受けた応力に基づく各信号の増幅率を調整する受信増幅率重み付け装置と
    を備えることを特徴とする請求項１０記載の超音波探傷装置。
12. 前記送受波兼用の複数の振動子の代わりに、前記検査対象物に応力を加える送信用の複数の振動子と、
    前記エコーの縦波成分及び横波成分に基づく応力を受けて信号に変換する受信用の複数の振動子と
    を備えることを特徴とする請求項１０又は１１記載の超音波探傷装置。
13. 前記複数の振動子をアレイ状に並べて構成したアレイ探触子を用いることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の超音波探傷装置。
14. 前記データ処理装置は、前記他方の成分に基づく信号を前記超音波監視信号として処理する代わりに又は前記超音波監視信号として処理するとともに、前記検査対象物の厚さを測定する処理を行うことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載の超音波探傷装置。
15. 前記データ処理装置は、測定した前記検査対象物の厚さに基づいて、前記検査対象物内の超音波速度を算出し、
    前記エコーがきずによるものかどうかの判別及び／又は算出した前記検査対象物内のきずに関するデータの補正をすることを特徴とする請求項１４記載の超音波探傷装置。
16. 前記データ処理装置は、前記超音波監視信号に基づいてカップリングチェック処理を行うことを特徴とする請求項１０〜１５のいずれかに記載の超音波探傷装置。
17. 前記データ処理装置は、前記超音波監視信号に基づいて、前記検査対象物に加える応力の調整処理、前記探傷用信号の受信感度調整処理、感度調補正処理及び／又は前記探傷用信号の補正処理を行うことを特徴とする請求項１０〜１５のいずれかに記載の超音波探傷装置。
18. 前記横波成分を前記探傷用信号として処理することを特徴とする請求項１０〜１７のいずれかに記載の超音波探傷装置。
    

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