JP2007114075A - Ultrasonic probe for ultrasonic flaw detector - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic probe capable of converging ultrasonic waves, even to a deep location of an inspection object having surface that is a concave face. <P>SOLUTION: An acoustic lens 103, having a curvature radius of 1/2 to 2/3 of curvature radius of the concave face of the inspection object 102, is interposed between an ultrasonic wave generating or/and receiving element 105 and the inspection object 102, the convergence effect of the ultrasonic waves due to the concave face of the inspection object 102 is reduced by the refraction in the diffusion direction of the ultrasonic waves, when the ultrasonic waves propagate from the acoustic lens 103 to an intermediate medium (contact medium), and the ultrasonic waves are thereby converged, from the concave face to a deep part (about several times of the curvature radius of the concave face) and receive echoes of the ultrasonic waves from a defect 106 located in its deep part, by a reverse propagation route. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波探傷装置の超音波探触子に係わり、特には金属を検査対象とし、検査対象の検査表面が凹曲面である場合の超音波探傷技術に関するものである。   The present invention relates to an ultrasonic probe of an ultrasonic flaw detector, and more particularly to an ultrasonic flaw detection technique in the case where a metal is an inspection object and the inspection surface of the inspection object is a concave curved surface.

金属など縦波と横波の双方の伝播を許す固体の非破壊検査方法として、超音波による手法(超音波探傷法)が従来から一般に用いられている。このうち、特に曲面部の検査方法として、従来、以下のような検査方法が知られている。   As a solid nondestructive inspection method that allows propagation of both longitudinal and transverse waves such as metal, an ultrasonic method (ultrasonic flaw detection method) has been generally used. Among these, the following inspection methods are conventionally known as methods for inspecting curved surfaces.

例えば、超音波探傷に関するJIS規格のひとつである非特許文献1によれば、「探触子は、探傷面の形状に合わせたシューを装着して使用するものとする。」とあるように、検査対象の表面が曲面の場合、シューと呼ばれる音響的なくさび材を使用する方法が一般的である。   For example, according to Non-Patent Document 1, which is one of JIS standards relating to ultrasonic flaw detection, “the probe shall be used with a shoe fitted to the shape of the flaw detection surface”. When the surface to be inspected is a curved surface, a method using an acoustic wedge material called a shoe is generally used.

また、検査対象の表面の曲率半径が大きく、緩い曲面の場合には、非特許文献2によれば、「探傷面の半径が50mm以上1500mm未満で、肉厚対外径比が16%以下の長手継手の溶接部の超音波探傷試験方法」に関して、「探触子の接触面の曲面加工は行わない」とあり、曲率の影響に関しては、屈折角の変化や感度変化に対して補正する方法が記載されている。   Further, in the case of a curved surface having a large curvature radius on the surface to be inspected, according to Non-Patent Document 2, “the length of the flaw detection surface is 50 mm or more and less than 1500 mm and the wall thickness to outer diameter ratio is 16% or less. Regarding the ultrasonic inspection test method for welded parts of joints, it says that “the curved surface of the contact surface of the probe is not processed.” With regard to the influence of curvature, there is a method to correct for changes in refraction angle and sensitivity. Are listed.

上記の方法は、斜め方向に伝播する音波を利用する斜角探傷法に関する記載である。この他に、TOFD法と呼ばれる超音波を利用した非破壊検査方法がある。TOFD法は、検査対象のひびの端部の深さを測定するために広く利用されている手法であり、特許文献1「超音波TOFD法探触子と探傷方法」によれば、検査対象の表面が曲面である場合、「被検体の曲面部と接触する探触子ホルダーの接触面は、被検体の曲面部に沿う形状に形成されている」との記載があり、被検体曲面部の曲率半径と、探触子の接触面の曲率半径が同じ値となっている。   The above-described method is a description relating to an oblique flaw detection method using a sound wave propagating in an oblique direction. In addition, there is a nondestructive inspection method using ultrasonic waves called TOFD method. The TOFD method is a widely used technique for measuring the depth of the end of the crack to be inspected. According to Patent Document 1 “Ultrasonic TOFD probe and flaw detection method”, When the surface is a curved surface, there is a description that “the contact surface of the probe holder that contacts the curved surface portion of the subject is formed in a shape along the curved surface portion of the subject”. The radius of curvature and the radius of curvature of the contact surface of the probe are the same value.

このように、従来の超音波検査装置では、検査対象の表面の曲面形状に、超音波探触子の接触面の曲面を極力一致させて、曲面の接触性を重視する方法や、曲率が大きい場合には、探触子の接触面は平面のままとし、探触子と検査対象の間に、カプラントと呼ばれる接触媒質(水,マシン油,グリセリン、等)を充填することで、超音波の伝播効率を向上させる手法が一般的であった。   As described above, in the conventional ultrasonic inspection apparatus, the curved surface shape of the surface to be inspected is matched as much as possible with the curved surface of the contact surface of the ultrasonic probe, and the method of placing importance on the contact property of the curved surface and the curvature is large. In some cases, the contact surface of the probe remains flat, and a contact medium called water (machine water, machine oil, glycerin, etc.) is filled between the probe and the object to be inspected. A technique for improving propagation efficiency has been common.

特開2004−53462号公報JP 2004-53462 A JIS G 0587 「炭素鋼及び低合金鋼鍛鋼品の超音波探傷方法」の付属書2「鍛鋼品の斜角法による超音波探傷方法」JIS G 0587 “Ultrasonic flaw detection method for carbon steel and low alloy steel forgings” Annex 2 “Ultrasonic flaw detection method for forging steel products by oblique angle method” JIS Z 3060 「鋼溶接部の超音波探傷試験方法」の付属書4「長手継手溶接部の探傷方法」Appendix 4 of JIS Z 3060 "Ultrasonic flaw detection test method for steel welds" "Flaw detection method for welds of long joints"

上述した手法は、検査対象となる金属の表面が、曲率の緩やかな凹面(または凸面)の場合や、検査領域が比較的表面近傍に限定されている場合には有効である。しかし、表面が曲率半径の小さな凹面であり、かつ、検査したい領域が深い場合(例えば、曲率半径と比較して1から数倍程度)には、十分な強度を維持したまま超音波を深い領域まで伝播させることができなかった。   The above-described method is effective when the surface of the metal to be inspected is a concave surface (or convex surface) with a gentle curvature or when the inspection region is relatively limited to the vicinity of the surface. However, when the surface is a concave surface with a small radius of curvature and the region to be inspected is deep (for example, about 1 to several times as large as the radius of curvature), the ultrasonic wave is deepened while maintaining sufficient strength. Could not be propagated.

検査対象が金属のように、比較的音速が速く、密度の大きい物質の場合、凹面に超音波を入射すると、凹面形状が音響レンズの働きをし、超音波がある深さ以上は超音波の強度が弱くなる領域、すなわち、探傷限界領域が存在する。このため、表面が凹面形状である金属の深部の超音波探傷は困難とされてきた。   When the object to be inspected is a material with relatively high speed of sound and high density, such as metal, when the ultrasonic wave is incident on the concave surface, the concave shape acts as an acoustic lens, and the ultrasonic wave exceeds the depth of the ultrasonic wave. There is a region where the strength is weakened, that is, a flaw detection limit region. For this reason, it has been difficult to perform ultrasonic flaw detection in a deep part of a metal having a concave surface.

図3及び図4を用いて例をあげて説明する。図3は、表面が凹面(曲率半径20mm)の検査対象304に対して垂直ビームを発生する超音波探触子302を近づけて探傷した場合の超音波の伝播の様子を解析した結果を、直線(音線)で示した図である。超音波探触子302と検査対象304の間は、中間媒質303として水が充填されているとする。   An example will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows the result of analyzing the propagation of ultrasonic waves when the ultrasonic probe 302 that generates a vertical beam is brought close to the inspection object 304 whose surface is concave (the radius of curvature is 20 mm) and the flaw is analyzed. It is the figure shown by (sound ray). It is assumed that the space between the ultrasonic probe 302 and the inspection object 304 is filled with water as the intermediate medium 303.

図3の結果から、超音波探触子302からまっすぐ送信された超音波が検査対象304の凹面形状により屈折し、検査対象304内の領域305で超音波が集束していることが分かる。この場合の探傷限界領域301は、検査対象304の凹面形状の曲率半径の約
0.3 倍程度になる。なお、検査対象304の縦波音速を5900m/秒、水の縦波音速を1500m/秒とした。
From the result of FIG. 3, it can be seen that the ultrasonic wave transmitted straight from the ultrasonic probe 302 is refracted by the concave shape of the inspection object 304 and the ultrasonic wave is focused in the region 305 in the inspection object 304. In this case, the flaw detection limit region 301 is about 0.3 times the radius of curvature of the concave shape of the inspection object 304. The longitudinal wave sound velocity of the inspection object 304 was 5900 m / second, and the longitudinal wave sound velocity of water was 1500 m / second.

次に、この状況を多少改善したのが図4に示す場合である。図3と図4の違いは、超音波探触子302と検査対象304の間の中間媒質として、合成樹脂製の音響レンズ(シューとも言う)を用いている点である。ここでは、合成樹脂の縦波音速を2700m/秒とした。なお、音響レンズ402は、検査対象304の曲率にぴったり密着しているものとする。   Next, this situation is somewhat improved in the case shown in FIG. The difference between FIG. 3 and FIG. 4 is that an acoustic lens (also referred to as a shoe) made of a synthetic resin is used as an intermediate medium between the ultrasonic probe 302 and the inspection object 304. Here, the longitudinal wave sound velocity of the synthetic resin was set to 2700 m / sec. It is assumed that the acoustic lens 402 is in close contact with the curvature of the inspection object 304.

図4の場合、検査対象(金属)の音速と中間媒質(合成樹脂)の音速の差が、金属と水の音速の差と比べて小さいことから、検査対象表面での屈折が緩やかになり、領域403に超音波が集束し、探傷限界領域401は、中間媒質が水の場合と比較して約2〜3倍程度深くなっていることがわかる。   In the case of FIG. 4, since the difference between the sound speed of the object to be inspected (metal) and the sound speed of the intermediate medium (synthetic resin) is smaller than the difference between the sound speed of metal and water, the refraction on the surface of the object to be inspected becomes gradual. It can be seen that the ultrasonic waves are focused on the region 403, and the flaw detection limit region 401 is about 2 to 3 times deeper than the case where the intermediate medium is water.

なお、この限界領域の範囲は、検査対象表面の曲率半径と、検査対象(金属)と中間媒質の音速比に依存し、検査対象の金属表面の曲率半径をR、金属の縦波音速をV2、中間媒質の音速をV1とすると、探傷限界距離の深さは、音速比γ=V1/V2を用いて、R×γ/1−γとして近似的に評価することができる。γ(水/金属)=1500/5900=0.254の場合、凹面曲率半径Rに対して、0.34×Rが探傷限界深さとなる。また、γ(合成樹脂/金属)=2700/5900=0.458 の場合、探傷限界距離の深さ0.84×Rとなり、図3及び図4の解析結果の傾向とよく一致する。   The range of the limit region depends on the radius of curvature of the surface to be inspected and the sound velocity ratio of the object to be inspected (metal) and the intermediate medium. The radius of curvature of the surface of the metal to be inspected is R and the sound velocity of the longitudinal wave of the metal is V2. When the sound speed of the intermediate medium is V1, the depth of the flaw detection limit distance can be approximately evaluated as R × γ / 1−γ using the sound speed ratio γ = V1 / V2. When γ (water / metal) = 1500/5900 = 0.254, for the concave curvature radius R, 0.34 × R is the flaw detection limit depth. Further, when γ (synthetic resin / metal) = 2700/5900 = 0.458, the depth of the flaw detection limit distance is 0.84 × R, which is in good agreement with the tendency of the analysis results in FIGS.

このように、検査対象304と超音波探触子の音響レンズ402の接触面の曲率を合わせていたために、両者の音速比に依存して決まる探傷限界距離を超える深い領域での超音波探傷が困難であるという課題があった。   As described above, since the curvatures of the contact surfaces of the inspection object 304 and the acoustic lens 402 of the ultrasonic probe are matched, ultrasonic flaw detection is performed in a deep region exceeding the flaw detection limit distance determined depending on the sound speed ratio between the two. There was a problem that it was difficult.

さらに、超音波探触子の接触面を、検査対象304の表面の曲率半径とほぼ同じ値に設定してしまうと、機械加工や溶接加工にともなう検査対象の形状のばらつきがある場合が多く、このような場合には、検査対象との密着性を保つことができず、検査対象への超音波の入射効率が低下するという課題がある。   Furthermore, if the contact surface of the ultrasonic probe is set to a value substantially equal to the radius of curvature of the surface of the inspection object 304, there are many variations in the shape of the inspection object due to machining or welding, In such a case, there is a problem in that the adhesion with the inspection object cannot be maintained, and the incidence efficiency of ultrasonic waves on the inspection object decreases.

そこで、本発明が解決しようとする課題は、検査対象となる凹曲面であり、検査対象の検査領域が、凹曲面の曲率半径よりも深い領域であっても、その検査領域に超音波を集中して伝播させることが可能な超音波探触子を提供することである。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is a concave curved surface to be inspected, and even if the inspection region to be inspected is a region deeper than the radius of curvature of the concave curved surface, the ultrasonic wave is concentrated on the inspection region. It is an object to provide an ultrasonic probe that can be propagated.

本発明の基本構成は、超音波を送信する素子と、検査対象の凹曲面部へ前記超音波を伝播させる音響レンズと、前記検査対象からの前記超音波のエコーを前記音響レンズを経由して受信する素子とを備えた超音波探傷装置の超音波探触子において、前記凹曲面部に対面する前記音響レンズの面が、前記凹曲面部の曲率半径よりも小さい曲率半径の凸曲面の形状を有し、前記音響レンズの材質は、超音波の縦波音速が前記検査対象内の縦波音速よりも遅く且つ前記超音波探触子と前記検査対象との間の中間媒質内の超音波の縦波音速より早い材質によって構成されていることを特徴とした超音波探傷装置の超音波探触子である。   The basic configuration of the present invention includes an element that transmits ultrasonic waves, an acoustic lens that propagates the ultrasonic waves to the concave curved surface portion to be inspected, and an echo of the ultrasonic waves from the inspection object via the acoustic lens. In the ultrasonic probe of an ultrasonic flaw detector provided with a receiving element, the surface of the acoustic lens facing the concave curved surface portion has a shape of a convex curved surface having a curvature radius smaller than the curvature radius of the concave curved surface portion. And the acoustic lens is made of ultrasonic waves in an intermediate medium between the ultrasonic probe and the inspection object, and the longitudinal wave sound speed of the ultrasonic wave is slower than the longitudinal wave sound speed in the inspection object. This is an ultrasonic probe of an ultrasonic flaw detector characterized by being made of a material faster than the longitudinal wave sound velocity.

このような超音波探触子は超音波探傷器に接続して用いられ、超音波探傷器から電気的信号を超音波を送信する素子に与えると、超音波を送信する素子が電気信号を超音波振動に変換して超音波が音響レンズ内に送信され、その超音波が音響レンズ内から中間媒質へ伝播する際に屈折して超音波が拡散方向に中間媒質内を伝播し、中間媒質から検査対象内に超音波が入射する際に超音波が屈折して集束方向に検査対象内を伝播する。このように、検査対象に超音波が伝播する直前に超音波が一旦拡散するので、超音波が一旦拡散過程を経ない場合に比べて検査対象のより深い位置に超音波が集束する。その超音波の集束する領域に超音波の反射源がある場合には、超音波が反射源で反射してエコーとして超音波のエコーを受信する手段に戻ってきて受信されて、電気的信号に変換されて超音波探傷器に入力され、反射源の存否などの検査結果が超音波探傷器で得られる。   Such an ultrasonic probe is used by being connected to an ultrasonic flaw detector. When an electric signal is applied from an ultrasonic flaw detector to an element that transmits ultrasonic waves, the element that transmits ultrasonic waves transmits an electric signal. Converted into sonic vibration, ultrasonic waves are transmitted into the acoustic lens, the ultrasonic waves are refracted when propagating from the acoustic lens to the intermediate medium, and the ultrasonic waves propagate in the intermediate medium in the diffusion direction. When an ultrasonic wave enters the inspection object, the ultrasonic wave is refracted and propagates through the inspection object in the focusing direction. In this manner, since the ultrasonic wave is once diffused immediately before the ultrasonic wave propagates to the inspection object, the ultrasonic wave is focused at a deeper position of the inspection object than when the ultrasonic wave does not go through the diffusion process. When there is an ultrasonic reflection source in the region where the ultrasonic waves are focused, the ultrasonic wave is reflected by the reflection source and returned to the means for receiving the ultrasonic echo as an echo, and is received as an electrical signal. It is converted and input to the ultrasonic flaw detector, and inspection results such as the presence or absence of a reflection source are obtained with the ultrasonic flaw detector.

このような基本構成に以下に述べる要件を加得ることであっても良い。即ち、
(1)超音波を発信する手段及び受信する手段として採用した超音波発生用及び受信用の素子と、音響レンズが検査対象となる凹曲面の曲率半径の2分の1から3分の2の範囲の曲率半径を有する凸型の音響レンズであること。
(2)超音波を発信する手段及び受信する手段として採用した超音波発生用及び受信用の素子として、少なくとも1方向に配列された複数個の振動子から構成される振動子列からなる、2個以上のアレイセンサを有すること。
(3)前記音響レンズの内部に、発信された超音波と受信したエコーとの音響の伝播領域を音響的に遮る遮蔽板を有すること。
(4)音響レンズとして、縦波音速が2400m/秒から2900m/秒である媒質を用いること。
The following requirements may be added to such a basic configuration. That is,
(1) One to two thirds of the curvature radius of the concave curved surface to be inspected by the ultrasonic lens and the ultrasonic wave generation and reception elements adopted as the means for transmitting and receiving the ultrasonic wave A convex acoustic lens having a radius of curvature in the range.
(2) An ultrasonic wave generation and reception element employed as a means for transmitting and receiving ultrasonic waves is composed of a vibrator array composed of a plurality of vibrators arranged in at least one direction. Have at least one array sensor.
(3) A shielding plate that acoustically blocks an acoustic propagation region between the transmitted ultrasonic wave and the received echo is provided inside the acoustic lens.
(4) A medium having a longitudinal wave velocity of 2400 m / sec to 2900 m / sec is used as the acoustic lens.

本発明の他の基本構成は、超音波を送信する素子と、検査対象の凹曲面部へ前記超音波を伝播させる音響レンズと、前記検査対象からの前記超音波のエコーを前記音響レンズを経由して受信する素子とを備え、前記凹曲面部に対面する前記音響レンズの面が、凸曲面の形状を有した超音波探傷装置の超音波探触子において、前記凸曲面の突出方向と同方向に突出する曲率を付けて前記超音波を送信する素子と前記エコーを受信する素子とが配置されている超音波探傷装置の超音波探触子である。   Another basic configuration of the present invention includes an element for transmitting an ultrasonic wave, an acoustic lens for propagating the ultrasonic wave to a concave curved surface part to be inspected, and an echo of the ultrasonic wave from the inspection object via the acoustic lens. In the ultrasonic probe of the ultrasonic flaw detector, the surface of the acoustic lens facing the concave curved surface portion has the shape of a convex curved surface, the same as the protruding direction of the convex curved surface. An ultrasonic probe of an ultrasonic flaw detector in which an element for transmitting the ultrasonic wave with a curvature protruding in a direction and an element for receiving the echo are arranged.

このような超音波探触子にあっても、超音波探傷器に接続して用いられ、超音波探傷器から電気的信号を超音波を送信する素子に与えると、超音波を送信する素子が電気信号を超音波振動に変換して超音波が音響レンズ内に拡散方向に送信され、音響レンズ内に超音波が拡散方向に伝播して、後に検査対象内を伝播する際に集束方向へ伝播するから、超音波が一旦拡散過程を経ない場合に比べて検査対象のより深い位置に超音波が集束する。その超音波の集束する領域に超音波の反射源がある場合には、超音波が反射源で反射してエコーとして超音波のエコーを受信する手段に戻ってきて受信されて、電気的信号に変換されて超音波探傷器に入力され、反射源の存否などの検査結果が超音波探傷器で得られる。   Even in such an ultrasonic probe, when an electrical signal is applied from an ultrasonic flaw detector to an element that transmits ultrasonic waves, the element that transmits ultrasonic waves is used. The electrical signal is converted into ultrasonic vibration, and the ultrasonic wave is transmitted into the acoustic lens in the diffusion direction. The ultrasonic wave propagates in the acoustic lens in the diffusion direction, and then propagates in the focusing direction when propagating through the inspection object. Therefore, compared with the case where the ultrasonic wave does not go through the diffusion process, the ultrasonic wave is focused at a deeper position of the inspection object. When there is an ultrasonic reflection source in the region where the ultrasonic waves are focused, the ultrasonic wave is reflected by the reflection source and returned to the means for receiving the ultrasonic echo as an echo, and is received as an electrical signal. It is converted and input to the ultrasonic flaw detector, and inspection results such as the presence or absence of a reflection source are obtained with the ultrasonic flaw detector.

このような他の基本構成に以下に述べる要件を加得ることであっても良い。即ち、
(5)検査対象となる凹曲面の曲率半径に沿う曲率半径を有する凸型の音響レンズと、検査対象となる凹曲面の曲率半径の3倍より大きい曲率半径を有する凸型の形状の超音波発生用または/及び受信用の素子を備えること。
(6)(5)に記載の超音波探触子は、超音波発生用または/及び受信用の素子として、少なくとも1方向に配列された複数個の振動子から構成される振動子列からなる、アレイセンサを有することができる。
(7)(6)に記載の超音波探触子は、前記アレイセンサを構成する複数個の振動子に関して、その断面形状が台形であることを特徴とすることができる。
The requirement described below may be added to such other basic configuration. That is,
(5) A convex acoustic lens having a radius of curvature along the radius of curvature of the concave curved surface to be inspected, and a convex ultrasonic wave having a radius of curvature larger than three times the radius of curvature of the concave curved surface to be inspected Provide generating and / or receiving elements.
(6) The ultrasonic probe according to (5) includes a transducer array composed of a plurality of transducers arranged in at least one direction as an element for generating and / or receiving ultrasound. Can have an array sensor.
(7) The ultrasonic probe according to (6) may be characterized in that the cross-sectional shape of a plurality of transducers constituting the array sensor is a trapezoid.

以上説明したように、本発明によれば、検査対象の表面が凹曲面であり、かつ、検査したい領域が深い場合(例えば、曲率半径と比較して1から数倍程度)においても、超音波を深い領域で集束できるように伝播させることができ、凹曲面の深い部分での超音波探傷を可能にすることができる。   As described above, according to the present invention, even when the surface to be inspected is a concave curved surface and the region to be inspected is deep (for example, about 1 to several times the radius of curvature), ultrasonic waves Can be propagated so as to be focused in a deep region, and ultrasonic flaw detection can be performed in a deep portion of a concave curved surface.

本発明の実施例では、凹面形状の金属材料を検査対象として検査対象の傷の有無を検査する場合について、音響レンズの材質(媒質)は、縦波音速が約2400m/秒から2900m/秒であるアクリル,ポリスチレン,ポリイミド等といった合成樹脂製のものであり、検査対象となる金属は、縦波音速が約5900m/秒であり、水やグリセリン等の縦波音速が約1500m/秒である中間媒質を介して、超音波探傷を実施するものとして以下に説明する。   In the embodiment of the present invention, in the case of inspecting the presence or absence of scratches to be inspected using a concave metal material, the acoustic lens material (medium) has a longitudinal wave sound velocity of about 2400 m / sec to 2900 m / sec. It is made of a synthetic resin such as acrylic, polystyrene, polyimide, etc., and the metal to be inspected has a longitudinal wave sound velocity of about 5900 m / second, and a middle wave whose longitudinal wave sound velocity of water or glycerin is about 1500 m / second. In the following, it is assumed that ultrasonic flaw detection is performed through a medium.

超音波探触子は超音波探傷器に接続して用いられ、超音波探傷器から電気的信号を超音波を送信する手段に与えると、超音波を送信する素子と、検査対象の凹曲面部へ前記超音波を伝播させる音響レンズと、前記検査対象からの前記超音波のエコーを前記音響レンズを経由して受信する素子とを備えた超音波探傷装置の超音波探触子において、前記凹曲面部に対面する前記音響レンズの面が、前記凹曲面部の曲率半径よりも小さい曲率半径の凸曲面の形状を有し、前記音響レンズの材質は、超音波の縦波音速が前記検査対象内の縦波音速よりも遅く且つ前記超音波探触子と前記検査対象との間の中間媒質内の超音波の縦波音速より早い材質によって構成されている。   The ultrasonic probe is used by being connected to an ultrasonic flaw detector. When an electric signal is applied from the ultrasonic flaw detector to a means for transmitting ultrasonic waves, an element for transmitting ultrasonic waves and a concave curved surface portion to be inspected are used. In the ultrasonic probe of an ultrasonic flaw detector, comprising: an acoustic lens for propagating the ultrasonic wave to the element; and an element for receiving the ultrasonic echo from the inspection object via the acoustic lens. The surface of the acoustic lens that faces the curved surface portion has a convex curved surface shape with a radius of curvature smaller than the radius of curvature of the concave curved surface portion, and the acoustic lens is made of ultrasonic longitudinal wave sound velocity as the inspection object. It is made of a material that is slower than the longitudinal longitudinal sound velocity and faster than the longitudinal acoustic velocity of the ultrasonic wave in the intermediate medium between the ultrasonic probe and the inspection object.

超音波を送信する素子が超音波探傷器から電気信号を受けると、その素子が電気信号を超音波振動に変換して超音波が音響レンズ内に送信され、音響レンズ内から中間媒質へ超音波が伝播すると拡散方向に伝播し、その後に中間媒質から検査対象内に超音波が伝播すると集束方向に伝播する。そのため、検査対象に超音波が伝播する直前に超音波が一旦拡散するので、超音波が一旦拡散過程を経ない場合に比べて検査対象のより深い位置に超音波が集束する。その超音波の集束する領域に超音波の反射源がある場合には、超音波が反射源で反射してエコーとして超音波のエコーを受信する手段に戻ってきて受信されて、エコーを受信する手段が受信したエコーを電気的信号に変換して超音波探傷器に入力し、反射源で反射した波形を含む受信波形が超音波探傷器の表示装置に表示され反射源の存否などの検査結果が判断できるにいたる。   When an element that transmits ultrasonic waves receives an electrical signal from an ultrasonic flaw detector, the element converts the electrical signal into ultrasonic vibrations, and the ultrasonic waves are transmitted into the acoustic lens. Propagates in the diffusion direction, and then propagates in the focusing direction when ultrasonic waves propagate from the intermediate medium into the object to be examined. Therefore, since the ultrasonic wave is once diffused immediately before the ultrasonic wave propagates to the inspection object, the ultrasonic wave is focused at a deeper position of the inspection object as compared with the case where the ultrasonic wave does not go through the diffusion process once. When there is an ultrasonic reflection source in the region where the ultrasonic waves are focused, the ultrasonic wave is reflected by the reflection source and returned to the means for receiving the ultrasonic echo as an echo, and is received. The echo received by the means is converted into an electrical signal and input to the ultrasonic flaw detector, and the received waveform including the waveform reflected by the reflection source is displayed on the display device of the ultrasonic flaw detector, and the presence or absence of the reflection source is inspected. Can be judged.

このように本発明の実施例では、超音波の集束位置を検査対象の深い位置に出来る超音波探触子を提供できる。   As described above, the embodiment of the present invention can provide an ultrasonic probe capable of setting the ultrasonic focusing position to a deep position to be inspected.

このような基本構成に前述の要件(1)〜(4)が加わることにより、加えられた要件ごとに以下のような特徴的作用効果が加えられる。即ち、
前記した(1)の要件を採用した超音波探触子によれば、超音波発生用素子から送信された超音波は、金属内部に伝播する前に、音響レンズの中を伝播する。音響レンズの媒質として、縦波音速は、通常水(1500m/秒)より速く、金属(5900m/秒)より遅く設定されているため材料を使用するものとする。例えば、(4)の要件に記載したように、音響レンズを伝播する縦波音速として、約2400m/秒から2900m/秒となるような媒質、例えば、アクリル,ポリスチレン,ポリイミド等といった合成樹脂製の音響レンズを用いることができる。
By adding the above-described requirements (1) to (4) to such a basic configuration, the following characteristic operational effects are added for each added requirement. That is,
According to the ultrasonic probe adopting the requirement (1) described above, the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic wave generating element propagates through the acoustic lens before propagating into the metal. As the acoustic lens medium, the longitudinal wave sound velocity is normally set to be faster than water (1500 m / sec) and slower than metal (5900 m / sec), so that a material is used. For example, as described in the requirement (4), the longitudinal wave sound velocity propagating through the acoustic lens is a medium having a speed of about 2400 m / sec to 2900 m / sec, such as a synthetic resin such as acrylic, polystyrene, polyimide, or the like. An acoustic lens can be used.

音響レンズ内を伝播する超音波は、音響レンズから中間媒質に、すなわち、音速の速い媒質から遅い媒質へ入射する際に、凸面型の音響レンズ表面の凸面形状による屈折現象により、超音波の進行方向は拡散方向に変化する。   The ultrasonic wave propagating in the acoustic lens propagates from the acoustic lens to the intermediate medium, that is, when the ultrasonic wave enters the slow medium from the medium with a high speed of sound, due to the refraction phenomenon due to the convex shape of the surface of the convex acoustic lens. The direction changes to the diffusion direction.

さらに、中間媒質から検査対象である金属材料に、すなわち、音速の遅い媒質から速い媒質へ、超音波が入射する際に、金属表面の凸面形状による音波の屈折現象により、超音波の進行方向は集束方向に変化する。   Furthermore, when ultrasonic waves are incident on the metal material to be inspected from the intermediate medium, that is, from the medium having a low sound speed to the medium having a high speed, the ultrasonic wave travels in the direction of the ultrasonic wave due to the refraction phenomenon of the sound wave due to the convex shape of the metal surface. It changes in the focusing direction.

このとき、音響レンズによる拡散の効果と、金属表面による集束の効果では、一般に金属表面による集束効果の方が強い影響を持っている。(1)の要件を採用した超音波探触子においては、音響レンズの曲率半径を、金属表面の曲率半径より小さい値(金属表面の曲率半径の2分の1から3分の2)に設定することで、従来の密着した音響レンズと比較して、より強い拡散効果を得ることができ、金属表面での強い拡散効果を緩和することができる。また、金属表面と比較して、小さな曲率半径を設定しているために、金属表面の曲率半径に数ミリから10ミリ程度のバラツキがある場合でも、探触子を曲面に押し付けることが可能となり、超音波の検査対象に対する入出効率が向上する。   At this time, in general, the focusing effect by the metal surface has a stronger influence on the diffusion effect by the acoustic lens and the focusing effect by the metal surface. In the ultrasonic probe adopting the requirement (1), the radius of curvature of the acoustic lens is set to a value smaller than the radius of curvature of the metal surface (1/2 to 2/3 of the radius of curvature of the metal surface). As a result, a stronger diffusing effect can be obtained as compared with a conventional close-contact acoustic lens, and the strong diffusing effect on the metal surface can be mitigated. In addition, since the radius of curvature is set smaller than that of the metal surface, the probe can be pressed against the curved surface even when the radius of curvature of the metal surface varies from several millimeters to 10 millimeters. The entrance / exit efficiency with respect to the ultrasonic inspection object is improved.

図21を用いて音響レンズによる集束効果を説明する。図21には、既に説明したように、検査対象となる曲率(半径20mm)と同じ曲率半径を持つ中間媒質の場合(図4と同じ)と、曲率半径がやや小さい場合(半径15mmと設定)について、図3及び図4と同様に、超音波の伝播を解析によりを示した。金属表面の曲率半径より音響レンズの曲率半径を小さくすることで、音響レンズから水へ送信された超音波が一旦拡散し、その後、金属に入射される際に、集束して、結果的に、音響レンズの曲率半径が金属表面の曲率半径と等しい場合(図21の上図の401)より深い位置2101まで超音波が届いていることが確認できる。   The focusing effect by the acoustic lens will be described with reference to FIG. In FIG. 21, as already described, in the case of an intermediate medium having the same curvature radius as the curvature to be inspected (radius of 20 mm) (same as in FIG. 4), the curvature radius is slightly small (set to a radius of 15 mm). As with FIGS. 3 and 4, the propagation of ultrasonic waves was shown by analysis. By making the curvature radius of the acoustic lens smaller than the curvature radius of the metal surface, the ultrasonic wave transmitted from the acoustic lens to the water once diffuses and then converges when incident on the metal. When the radius of curvature of the acoustic lens is equal to the radius of curvature of the metal surface (401 in the upper diagram of FIG. 21), it can be confirmed that the ultrasonic wave has reached a position 2101 deeper.

また、前記した(2)の要件を採用した超音波探触子によれば、金属表面にばらつきがある場合に、アレイセンサの特性を活かして、当該金属表面の曲率半径に対応した最適な集束超音波を形成することができる。   Further, according to the ultrasonic probe adopting the requirement (2) described above, when there is a variation in the metal surface, the optimum focusing corresponding to the radius of curvature of the metal surface is made by utilizing the characteristics of the array sensor. Ultrasound can be formed.

ここで、アレイセンサとは、フェーズドアレイ方式の超音波探傷法に用いられる、超音波発生及び受信用のセンサである。また、フェーズドアレイ方式とは、電子走査方式又は電子スキャン方式とも呼ばれるので、例えば圧電素子からなる複数の超音波発生素子をアレイ状に配置した超音波探触子(アレイセンサまたはアレイ探触子)を用い、超音波発生の契機となる電気信号を、このアレイセンサの各素子に所定の時間だけ遅延させて与え、各素子から発生した超音波が重ね合わされ、合成波を形成することで、被検査体への超音波の送信角度と受信角度,送信位置と受信位置、或いは合成波が干渉して互いにエネルギーを強め合う位置、つまり焦点位置などの条件が電気的な制御により高速で変化させることができるようにした超音波探傷法のことである。ここでは、各素子に与える超音波発生または/及び受信のタイミングのことを、以下、遅延時間パターンと呼ぶこととする。   Here, the array sensor is a sensor for generating and receiving ultrasonic waves used in a phased array type ultrasonic flaw detection method. The phased array method is also called an electronic scanning method or an electronic scanning method. For example, an ultrasonic probe (array sensor or array probe) in which a plurality of ultrasonic generating elements made of piezoelectric elements are arranged in an array. Is applied to each element of the array sensor with a predetermined time delay, and the ultrasonic waves generated from each element are superimposed to form a composite wave. Conditions such as the transmission angle and reception angle of ultrasonic waves to the inspection object, the transmission position and reception position, or the position where the combined wave interferes and strengthens each other, that is, the focal position, are changed at high speed by electrical control. It is an ultrasonic flaw detection method that can be used. Here, the timing of ultrasonic wave generation and / or reception given to each element is hereinafter referred to as a delay time pattern.

このようにアレイセンサを用いることで、検査対象の曲率半径がばらつく場合に、(1)に記載したように、音響レンズの曲率半径を金属表面の曲率半径より小さくすることで得られる接触性に加えて、アレイセンサを構成する各素子に与える遅延時間パターンを電子的に変化させることで、ばらつきのある検査対象の曲率半径に対応して、発散効果を制御することができ、ばらつきの影響に応じて、金属表面による強い集束効果を打消した発散超音波ビームを送信することが可能となる。   By using the array sensor in this way, when the curvature radius of the inspection object varies, as described in (1), the contact property obtained by making the curvature radius of the acoustic lens smaller than the curvature radius of the metal surface can be obtained. In addition, by electronically changing the delay time pattern applied to each element that constitutes the array sensor, the divergence effect can be controlled in accordance with the radius of curvature of the inspection object having a variation, which is influenced by the variation. Accordingly, it is possible to transmit a divergent ultrasonic beam in which the strong focusing effect by the metal surface is canceled.

また、(3)の用件を採用した探触子によれば、音響レンズ内で超音波が多重反射することで発生するノイズを抑制することができる。   Moreover, according to the probe which employ | adopted the requirement of (3), the noise which generate | occur | produces when an ultrasonic wave carries out multiple reflection within an acoustic lens can be suppressed.

超音波発生素子と音響レンズが接触する構造であるため、音響レンズと中間媒質との境界層による反射により、音響レンズ内に超音波の多重反射が残響のように残り、強いノイズ信号となる可能性が懸念される。このノイズを避けるためには、超音波発生用の素子と、超音波受信用の素子を物理的に分離することに加えて、音響レンズ内に遮音板(材料は、例えばコルクやゴム性の遮音)を設けることで、受信用の素子に音響レンズ内の多重反射ノイズが混入することをさけることができる。   Since the ultrasonic generator and acoustic lens are in contact with each other, reflection from the boundary layer between the acoustic lens and the intermediate medium causes multiple reflections of ultrasonic waves to remain in the acoustic lens as reverberation, resulting in a strong noise signal. There is concern about sex. In order to avoid this noise, in addition to physically separating the element for generating ultrasonic waves and the element for receiving ultrasonic waves, a sound insulating plate (the material is, for example, cork or rubber sound insulating) ), It is possible to avoid the multiple reflection noise in the acoustic lens from being mixed into the receiving element.

本発明の他の実施例による超音波探触子では、超音波を送信する素子と、検査対象の凹曲面部へ前記超音波を伝播させる音響レンズと、前記検査対象からの前記超音波のエコーを前記音響レンズを経由して受信する素子とを備え、前記凹曲面部に対面する前記音響レンズの面が、凸曲面の形状を有した超音波探傷装置の超音波探触子において、前記凸曲面の突出方向と同方向に突出する曲率を付けて前記超音波を送信する素子と前記エコーを受信する素子とが配置されている。   In an ultrasonic probe according to another embodiment of the present invention, an element that transmits ultrasonic waves, an acoustic lens that propagates the ultrasonic waves to the concave curved surface portion of the inspection object, and an echo of the ultrasonic waves from the inspection object In the ultrasonic probe of the ultrasonic flaw detector, wherein the surface of the acoustic lens facing the concave curved surface portion has a convex curved surface shape. An element that transmits the ultrasonic wave with a curvature protruding in the same direction as the protruding direction of the curved surface and an element that receives the echo are disposed.

このような超音波探触子にあっても、超音波探傷器に接続して用いられ、超音波探傷器から電気的信号を超音波を送信する素子に与えると、超音波を送信する素子が電気信号を超音波振動に変換して超音波が音響レンズ内に拡散方向に送信され、音響レンズ内に超音波が拡散方向に伝播して、後に検査対象内を伝播する際に集束方向へ伝播するから、超音波が一旦拡散過程を経ない場合に比べて検査対象のより深い位置に超音波が集束する。その超音波の集束する領域に超音波の反射源がある場合には、超音波が反射源で反射してエコーとして超音波のエコーを受信する手段に戻ってきて受信されて、電気的信号に変換されて超音波探傷器に入力され、反射源の存否などの検査結果が超音波探傷器で得られる。ここで、音響レンズの媒質として、縦波音速は、通常水(1500m/秒)より速く、検査対象の金属(5900m/秒)より遅く設定されている材料を使用するものとする。   Even in such an ultrasonic probe, when an electrical signal is applied from an ultrasonic flaw detector to an element that transmits ultrasonic waves, the element that transmits ultrasonic waves is used. The electrical signal is converted into ultrasonic vibration, and the ultrasonic wave is transmitted into the acoustic lens in the diffusion direction. The ultrasonic wave propagates in the acoustic lens in the diffusion direction, and then propagates in the focusing direction when propagating through the inspection object. Therefore, compared with the case where the ultrasonic wave does not go through the diffusion process, the ultrasonic wave is focused at a deeper position of the inspection object. When there is an ultrasonic reflection source in the region where the ultrasonic waves are focused, the ultrasonic wave is reflected by the reflection source and returned to the means for receiving the ultrasonic echo as an echo, and is received as an electrical signal. It is converted and input to the ultrasonic flaw detector, and inspection results such as the presence or absence of a reflection source are obtained with the ultrasonic flaw detector. Here, as a medium of the acoustic lens, a material whose longitudinal wave sound speed is set to be faster than that of water (1500 m / sec) and slower than that of a metal to be inspected (5900 m / sec) is used.

このような他の基本構成に上述の(5)(6)(7)の要件を加えることであっても良い。   It is also possible to add the above requirements (5), (6) and (7) to such other basic configurations.

音響レンズ内を伝播する超音波は、音響レンズから中間媒質に、すなわち、音速の速い媒質から遅い媒質へ入射する際に、凸面型の音響レンズ表面の凸面形状による屈折現象により、超音波の進行方向は拡散方向に変化する。   The ultrasonic wave propagating in the acoustic lens propagates from the acoustic lens to the intermediate medium, that is, when the ultrasonic wave enters the slow medium from the medium with a high speed of sound, due to the refraction phenomenon due to the convex shape of the surface of the convex acoustic lens. The direction changes to the diffusion direction.

さらに、中間媒質から検査対象である金属材料に、すなわち、音速の遅い媒質から速い媒質へ、超音波が入射する際に、金属表面の凸面形状による音波の屈折現象により、超音波の進行方向は集束方向に変化する。   Furthermore, when ultrasonic waves are incident on the metal material to be inspected from the intermediate medium, that is, from the medium having a low sound speed to the medium having a high speed, the ultrasonic wave travels in the direction of the ultrasonic wave due to the refraction phenomenon of the sound wave due to the convex shape of the metal surface. It changes in the focusing direction.

このとき、音響レンズによる拡散の効果と、金属表面による集束の効果では、一般に金属表面による集束効果の方が強い影響を持っている。(5)の要件を加えた超音波探触子においては、音響レンズの曲率半径は、金属表面の曲率半径と同等の値に設定されており、十分な拡散効果を得ることはできない。そこで、超音波を発生または/及び受信する素子自体に、凸面の曲率(検査対象の金属表面の曲率半径の3倍より大きい曲率半径)を付与することで、金属表面に密着状態を維持したまま、超音波のより強い拡散効果を得ることができ、金属表面での強い集束効果を緩和することができる。   At this time, in general, the focusing effect by the metal surface has a stronger influence on the diffusion effect by the acoustic lens and the focusing effect by the metal surface. In the ultrasonic probe to which the requirement (5) is added, the curvature radius of the acoustic lens is set to a value equivalent to the curvature radius of the metal surface, and a sufficient diffusion effect cannot be obtained. Therefore, by providing a convex curvature (a radius of curvature larger than three times the radius of curvature of the metal surface to be inspected) to the element that generates or / and receives ultrasonic waves, the state of adhesion to the metal surface is maintained. Further, a stronger diffusion effect of ultrasonic waves can be obtained, and a strong focusing effect on the metal surface can be mitigated.

また、前記した(6)の要件を加えた超音波探触子によれば、ばらつきの範囲内で想定される金属表面の凹面曲率半径のうち、最小値に併せて形状を決めておくことで、金属表面にばらつきがある場合に、アレイセンサの特性を活かして、検査対象の金属表面の曲率半径に対応した最適な集束超音波を形成することができる。   Moreover, according to the ultrasonic probe to which the requirement (6) described above is added, by determining the shape according to the minimum value of the concave curvature radii of the metal surface assumed within the range of variation. When there is a variation in the metal surface, the optimum focused ultrasonic wave corresponding to the radius of curvature of the metal surface to be inspected can be formed by utilizing the characteristics of the array sensor.

また、前記した(7)の要件を加えた超音波探触子によれば、音響レンズ内のような曲面上にアレイセンサを形成する場合、素子の断面形状を台形状にすることで、各素子の形状追従性が向上する。   Further, according to the ultrasonic probe to which the requirement (7) described above is added, when the array sensor is formed on a curved surface such as in an acoustic lens, the cross-sectional shape of the element is changed to a trapezoidal shape. The shape following property of the element is improved.

形状追従性の向上は、例えば、以下のような場合に非常に有効である。検査対象となる曲面の曲率半径が多数種類ある場合に、曲率半径の異なる音響レンズを複数個準備し、該音響レンズに、アレイセンサを密着させて使用することで、様々な曲率半径に対応した曲面用超音波探触子として使用することができる。このとき、アレイセンサは、曲率の異なる面への密着と剥離を繰り返すことになるため、アレイセンサを構成する素子の状面(凹面に接触しない側)に切れ込みを設け、曲面への追従性を向上し、信頼性の高い超音波探触子を構成することが可能となる。   The improvement in shape followability is very effective in the following cases, for example. When there are many kinds of curvature radii of the curved surface to be inspected, multiple acoustic lenses with different curvature radii are prepared, and the array sensor is used in close contact with the acoustic lens, thereby supporting various curvature radii. It can be used as an ultrasonic probe for curved surfaces. At this time, since the array sensor repeats adhesion and peeling to surfaces having different curvatures, a cut is provided on the surface of the element constituting the array sensor (the side that does not contact the concave surface) to provide followability to a curved surface. An improved and highly reliable ultrasonic probe can be configured.

以下、本発明による超音波探傷方法及び装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。また、検査対象を金属とし、その金属の検査表面が曲率半径として数十から百ミリ程度の凹曲面で、板厚数十から百ミリ程度の母材及び溶接部の検査を対象として想定している。   Hereinafter, an ultrasonic flaw detection method and apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. In addition, assuming that the inspection object is a metal, the inspection surface of the metal is a concave curved surface with a radius of curvature of several tens to one hundred millimeters, and the inspection of the base material and welded part with a thickness of several tens to one hundred millimeters is assumed. Yes.

図1は本発明の第1の実施形態で、図示のように、この実施対象である検査対象102に対して、超音波を入射する超音波探触子101を押し付けて探傷する。検査すべき欠陥は、例えば、曲面側に開口したひび104や、欠陥106のように、内在する欠陥等である。超音波探触子101内の素子105は、印加された電気信号で超音波を発生する送信用素子及び超音波を受信して電気信号を発生する受信用素子(両素子は同等なのでいずれも105と符番して説明する)及び音響レンズ103から構成される。送信用素子と受信用素子を一つの素子で兼用させ、超音波の発生時と超音波エコーの受信時に切り替えて用いるように超音波探傷器でコントロールしてもよく、この場合には超音波探触子には送受信に兼用する一個の素子が装備される。   FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, an ultrasonic probe 101 to which an ultrasonic wave is incident is pressed against an inspection object 102 that is the object of the inspection to detect flaws. The defect to be inspected is, for example, an inherent defect such as a crack 104 opened on the curved surface side or a defect 106. The element 105 in the ultrasonic probe 101 includes a transmitting element that generates an ultrasonic wave by an applied electric signal and a receiving element that generates an electric signal by receiving an ultrasonic wave (both elements are equivalent to 105). And an acoustic lens 103. The transmitting element and the receiving element may be used as a single element, and may be controlled by an ultrasonic flaw detector so as to switch between the generation of ultrasonic waves and the reception of ultrasonic echoes. The touch element is equipped with one element that is used for both transmission and reception.

実施形態の適用先は、凹曲面を有する金属(例えば、ステンレス鋼)及びその溶接部の超音波検査であり、検査対象102の曲面は、局所的には、円筒面の一部または球面の一部から形成されているとみなせるものとする。また、図1では、曲面側に開口するひび
104を示したが、必ずしも曲面部に開口していないひびに対しても同様に適用することが可能である。
The application destination of the embodiment is ultrasonic inspection of a metal (for example, stainless steel) having a concave curved surface and a welded portion thereof, and the curved surface of the inspection object 102 is locally a part of a cylindrical surface or a spherical surface. It can be considered that it is formed from parts. Further, FIG. 1 shows the crack 104 that opens to the curved surface side, but the present invention can be similarly applied to a crack that does not necessarily open to the curved surface portion.

検査対象102と超音波探触子の間には、音響の伝播をよくするために、中間媒質として、水やグリセリンといった接触媒質(または、カプラントとも呼ばれる)が塗布または充填されているものとする。   It is assumed that a contact medium such as water or glycerin (or also called coplant) is applied or filled between the inspection object 102 and the ultrasonic probe as an intermediate medium in order to improve acoustic propagation. .

音響レンズ103は、検査対象102と接触媒質との中間の特性を持つものが利用される。例えば、アクリル,ポリスチレン,ポリイミドといった合成樹脂を用いる。これらの材料は、縦波の伝播速度が、2400m/秒から2900m/秒であり、検査対象102と接触媒質との中間の音速となっている。   An acoustic lens 103 having an intermediate characteristic between the inspection object 102 and the contact medium is used. For example, a synthetic resin such as acrylic, polystyrene, or polyimide is used. These materials have a longitudinal wave propagation speed of 2400 m / sec to 2900 m / sec, which is an intermediate sound speed between the inspection object 102 and the contact medium.

音響レンズの曲率半径の最適値は、検査対象102の曲率半径と、音響レンズの媒質の縦波音速,中間媒質の縦波音速,検査対象102の縦波音速の音速比に依存する。例えば、音響レンズの音速が2700m/秒、中間媒質の音速が1500m/秒、検査対象102の音速が5900m/秒の場合、曲率半径Rに対する最適な音響レンズの曲率半径は、
0.6×Rと近似的に評価することができる。ここで、検査対象表面の曲率半径Rと、最適な音響レンズの曲率半径の比を最適値因子と呼ぶことにする。
The optimum value of the radius of curvature of the acoustic lens depends on the radius of curvature of the inspection object 102 and the sound wave ratio of the longitudinal wave sound velocity of the medium of the acoustic lens, the longitudinal wave sound velocity of the intermediate medium, and the longitudinal wave sound velocity of the inspection object 102. For example, when the sound speed of the acoustic lens is 2700 m / second, the sound speed of the intermediate medium is 1500 m / second, and the sound speed of the inspection object 102 is 5900 m / second, the optimal curvature radius of the acoustic lens with respect to the curvature radius R is
It can be approximately evaluated as 0.6 × R. Here, the ratio between the curvature radius R of the surface to be inspected and the optimal curvature radius of the acoustic lens is referred to as an optimum value factor.

ここで、「最適」とは、検査対象102の凹面による集束効果を、音響レンズの凸面による発散効果が打消す条件を満たす場合を意味しており、音響レンズの曲率半径が、最適値より大きい場合は、音響レンズによる拡散効果が弱まるために、検査対象102表面での集束効果が打ち勝ち、所望の深さに比べて浅い位置に焦点が形成される現象が発生する。   Here, “optimum” means that the focusing effect due to the concave surface of the inspection object 102 satisfies the condition that the divergence effect due to the convex surface of the acoustic lens cancels out, and the radius of curvature of the acoustic lens is larger than the optimal value. In this case, since the diffusion effect by the acoustic lens is weakened, the focusing effect on the surface of the inspection object 102 is overcome, and a phenomenon in which a focal point is formed at a position shallower than a desired depth occurs.

逆に、音響レンズの曲率半径が、最適値より小さい場合には、音響レンズによる拡散効果が、検査対象102表面による集束効果より勝るために、検査対象102内部での発散音場が形成されることになる。   On the contrary, when the radius of curvature of the acoustic lens is smaller than the optimum value, the diffusion effect by the acoustic lens is superior to the focusing effect by the surface of the inspection object 102, so that a divergent sound field is formed inside the inspection object 102. It will be.

図2に、音響レンズの音速を横軸に、最適値因子を縦軸にして、検査対象となる金属の音速を5500m/秒及び6000m/秒の場合の解析結果をグラフで示す。音響レンズの音速が2400m/秒から2900m/秒の間にある場合に、ステンレス鋼などの金属材料の代表的な縦波音速値(5500〜6000m/秒)に対して、検査対象表面の曲率半径Rと、最適な音響レンズの曲率半径の比を最適値因子は、2分の1から3分の2の範囲に入っており、音響レンズの曲率半径が、上記の値近傍にある場合には、検査対象表面の集束効果と音響レンズによる拡散効果が相殺し、検査対象の深い部分まで効率的に超音波が入射することが確認できる。   FIG. 2 is a graph showing the analysis results when the acoustic velocity of the acoustic lens is on the horizontal axis, the optimum value factor is on the vertical axis, and the acoustic velocity of the metal to be inspected is 5500 m / sec and 6000 m / sec. When the sound speed of the acoustic lens is between 2400 m / sec and 2900 m / sec, the curvature radius of the surface to be inspected with respect to a typical longitudinal wave sound velocity value (5500 to 6000 m / sec) of a metal material such as stainless steel. The optimal value factor for the ratio of R and the optimal radius of curvature of the acoustic lens is in the range of 1/2 to 2/3, and when the radius of curvature of the acoustic lens is in the vicinity of the above value, Thus, it can be confirmed that the focusing effect on the surface to be inspected and the diffusion effect by the acoustic lens cancel each other, and that the ultrasonic wave is efficiently incident to the deep part of the object to be inspected.

このようなことは、超音波発生または/及び受信用素子105として、通常の圧電素子を用いても得ることができ、深い部分まで超音波を集束させることは可能である。しかし、音響レンズ内の多重反射エコーの低減によるSN比改善と、検査対象の曲率半径の変化への追従のためには、超音波探触子を構成する超音波発生または/及び受信用素子105として、図5A及び図5Bに示すような、アレイセンサを用いてもよい。   Such a thing can be obtained even if a normal piezoelectric element is used as the ultrasonic wave generation / reception element 105, and the ultrasonic wave can be focused to a deep part. However, in order to improve the S / N ratio by reducing the multiple reflection echoes in the acoustic lens and to follow the change in the radius of curvature of the inspection object, the ultrasonic wave generation / reception element 105 constituting the ultrasonic probe is used. As an example, an array sensor as shown in FIGS. 5A and 5B may be used.

アレイセンサを有する超音波探触子501には、アレイセンサを構成する複数の素子
502が1次元または2次元的に配置されている。
In the ultrasonic probe 501 having an array sensor, a plurality of elements 502 constituting the array sensor are arranged one-dimensionally or two-dimensionally.

図6を用いて、アレイセンサの特徴を説明する。アレイセンサは、超音波を送受信することのできる圧電素子の小片から構成され、超音波探傷器からの制御によって各素子において超音波を発生させるタイミングに対して遅延時間を与えることで、各素子から発生する超音波の干渉の状況を変化させることで、集束,平行,発散といった、さまざまな音場を形成することができる。   The features of the array sensor will be described with reference to FIG. The array sensor is composed of small pieces of piezoelectric elements that can transmit and receive ultrasonic waves, and by giving a delay time to the timing of generating ultrasonic waves in each element by control from an ultrasonic flaw detector, By changing the state of interference of the generated ultrasonic waves, various sound fields such as focusing, paralleling, and divergence can be formed.

図6(A)は発散音場に対する遅延時間のパターンと音場の例(2MHz,1mm×24素子の1次元配列アレイセンサのセンサ面の法線方向を含む断面図)を、図6(B)はフラット、図6(C)は発散の計算例をそれぞれ示している。素子からの超音波発生のタイミング(遅延時間)のパターンを変化させることで、集束から発散まで音場が変化していることが分かる。   FIG. 6A shows an example of a delay time pattern and a sound field with respect to a diverging sound field (a cross-sectional view including a normal direction of a sensor surface of a one-dimensional array sensor of 2 MHz, 1 mm × 24 elements), and FIG. ) Is a flat, and FIG. 6C shows a calculation example of divergence. It can be seen that the sound field changes from focusing to divergence by changing the pattern of the timing (delay time) of ultrasonic generation from the element.

例えば、1次元的に素子502を配置する場合、音響レンズの向きとの関係により、以下の2つの組合せが考えられる。組合せ1は、アレイセンサを構成する素子の素子配列方向と音響レンズ103の軸方向が図26Aのように平行の場合、組合せ2は、アレイセンサを構成する素子の素子配列方向と音響レンズ103の軸方向が図26Bのように直交の場合である。   For example, when the element 502 is arranged one-dimensionally, the following two combinations are conceivable depending on the relationship with the direction of the acoustic lens. In the combination 1, the element arrangement direction of the elements constituting the array sensor and the axial direction of the acoustic lens 103 are parallel as shown in FIG. 26A, and in the combination 2, the element arrangement direction of the elements constituting the array sensor and the acoustic lens 103 This is a case where the axial directions are orthogonal as shown in FIG. 26B.

組合せ1の場合は、アレイセンサを構成する素子の配列方向が、音響レンズの軸方向となっているため、アレイセンサによる音場は、各素子に与える遅延時間のパターンに関係なく、音響レンズの曲率半径のみの影響を受けることになる。   In the case of the combination 1, since the arrangement direction of the elements constituting the array sensor is the axial direction of the acoustic lens, the sound field by the array sensor is not related to the delay time pattern given to each element. It will be affected only by the radius of curvature.

このため、音響レンズの軸方向に垂直な断面図(図5A)上では、1つの素子のみが表現される。このため、音響レンズの効果を説明する場合、パターン1の場合は、超音波探触子101がアレイ構造ではない場合の説明と同様とみなすことができるので、特に断りのない場合、通常のセンサ(アレイ構造ではないセンサ)の説明(図1,図2,図21A)と、「組合せ1」のアレイセンサの説明は、共通と見なすことができる。   For this reason, only one element is represented on the cross-sectional view (FIG. 5A) perpendicular to the axial direction of the acoustic lens. For this reason, in the case of explaining the effect of the acoustic lens, in the case of the pattern 1, it can be regarded as the same as the explanation in the case where the ultrasonic probe 101 does not have an array structure. The description (FIGS. 1, 2 and 21A) of (sensors not having an array structure) and the description of the “combination 1” array sensor can be regarded as common.

逆に、組合せ2の場合は、アレイセンサの素子配列の方向に音響レンズの曲率がついているので、各素子に与える遅延時間のパターンにより、アレイセンサによる音場が変化することになる。   On the other hand, in the case of the combination 2, since the curvature of the acoustic lens is attached in the direction of the element arrangement of the array sensor, the sound field by the array sensor changes depending on the delay time pattern given to each element.

具体的なアレイセンサの構造(素子と音響レンズの配置)を図7から図12を用いて説明する。図7及び図8は、上述の「組合せ2」のアレイセンサの場合に相当し、音響レンズの軸方向と素子の配列方向が直交している場合である。   A specific array sensor structure (arrangement of elements and acoustic lenses) will be described with reference to FIGS. 7 and 8 correspond to the case of the above-described “combination 2” array sensor, in which the axial direction of the acoustic lens and the arrangement direction of the elements are orthogonal to each other.

図7は、遮音板703をはさんで、アレイセンサ群701とアレイセンサ群702が左右に配置されており、図8は、遮音板803をはさんで、アレイセンサ群801とアレイセンサ群802が上下に配置されている場合である。これらのタイプのアレイセンサは、例えば、検査対象102に対して水平方向に入った欠陥704の検査に適している。   In FIG. 7, the array sensor group 701 and the array sensor group 702 are arranged on the left and right with the sound insulation plate 703 interposed therebetween. FIG. 8 shows the array sensor group 801 and the array sensor group 802 with the sound insulation plate 803 interposed therebetween. Is arranged vertically. These types of array sensors are suitable, for example, for inspecting a defect 704 that enters the inspection object 102 in the horizontal direction.

一方、図9及び図10に示すアレイセンサの場合は、上述の「組合せ1」のアレイセンサの場合に相当し、音響レンズの軸方向と素子配列の方向が平行である場合である。図9は、遮音板903をはさんで、アレイセンサ群901とアレイセンサ群902が左右に配置されており、図10は、遮音板1003をはさんで、アレイセンサ群1001とアレイセンサ群1002が上下に配置されている場合である。これらのタイプのセンサは、例えば、検査対象102に対して、垂直方向に入った欠陥904の検査に適している。   On the other hand, the array sensor shown in FIGS. 9 and 10 corresponds to the above-described “combination 1” array sensor, and is the case where the axial direction of the acoustic lens and the direction of the element arrangement are parallel. In FIG. 9, the array sensor group 901 and the array sensor group 902 are arranged on the left and right with the sound insulation plate 903 interposed therebetween, and FIG. 10 shows the array sensor group 1001 and the array sensor group 1002 with the sound insulation plate 1003 interposed therebetween. Is arranged vertically. These types of sensors are suitable, for example, for inspecting a defect 904 entering the vertical direction with respect to the inspection object 102.

検査対象の曲率半径に変化が見られる場合、図7及び図8に示したアレイセンサの場合は、音響レンズの曲率のある側に素子が配列されているため、図6に示したような遅延時間の制御により、検査対象内部に送信される超音波の集束または発散の程度を電子的に制御することができるため、検査対象の曲率半径に追従することが容易である。   When there is a change in the radius of curvature of the inspection object, in the case of the array sensor shown in FIGS. 7 and 8, since the elements are arranged on the curvature side of the acoustic lens, the delay as shown in FIG. By controlling the time, it is possible to electronically control the degree of convergence or divergence of the ultrasonic wave transmitted to the inside of the inspection object, so that it is easy to follow the curvature radius of the inspection object.

しかし、図9及び図10に示したアレイセンサは、音響レンズの曲率がある側には、素子が配列されていないために、検査対象面の曲率変化への対応が困難となる。   However, in the array sensor shown in FIGS. 9 and 10, since the elements are not arranged on the side where the curvature of the acoustic lens is present, it becomes difficult to cope with the curvature change of the inspection target surface.

そこで、図9及び図10に示したアレイセンサの改良案を図11及び図12に示す。図9のアレイセンサ群901及びアレイセンサ群902を、さらに3列に分割し、アレイセンサ群1101及びアレイセンサ群1102(図11)とする。また、図10に示すアレイセンサ群1001及びアレイセンサ群1002も同様に、3列に分割し、アレイセンサ群1201及びアレイセンサ群1202(図12)とする。このようにアレイセンサを構成する素子を2次元的に配置することで、音響レンズの曲率を設けた側に対しても、素子が配列されるため、遅延時間の電子的な制御によって、検査対象の曲率半径の変化に対応した最適な集束または発散音場を形成することが可能となる。   Therefore, an improvement plan of the array sensor shown in FIGS. 9 and 10 is shown in FIGS. The array sensor group 901 and the array sensor group 902 in FIG. 9 are further divided into three columns to form an array sensor group 1101 and an array sensor group 1102 (FIG. 11). Similarly, the array sensor group 1001 and the array sensor group 1002 shown in FIG. 10 are also divided into three columns to form an array sensor group 1201 and an array sensor group 1202 (FIG. 12). Since the elements constituting the array sensor are arranged two-dimensionally, the elements are arranged even on the side where the curvature of the acoustic lens is provided, so that the inspection object is controlled by electronic control of the delay time. It is possible to form an optimum focused or diverging sound field corresponding to a change in the radius of curvature of

いずれのアレイセンサにおいても、二群のアレイセンサ群の一群が超音波発生用(送信用ともいう)に他の一群が超音波受信用に利用される。アレイセンサ群が一群しかない場合には、一群中の選択した複数の素子を超音波発生用に他に選択した複数の素子を受信用に用いることであっても良い。   In any array sensor, one group of two array sensor groups is used for ultrasonic wave generation (also referred to as transmission) and the other group is used for ultrasonic wave reception. When there is only one array sensor group, a plurality of selected elements in the group may be used for reception in addition to a plurality of elements selected for ultrasonic generation.

図19及び図20を用いて、アレイセンサを有する超音波探触子501の内部構造を簡単に説明する。図19及び図20は、前述の図7及び図8に該当するが、音響レンズや遮音板の配置が異なるのみで、図9及び図10の場合も同様の内部構造である。   The internal structure of the ultrasonic probe 501 having an array sensor will be briefly described with reference to FIGS. 19 and 20. 19 and 20 correspond to FIGS. 7 and 8 described above, but only the arrangement of the acoustic lens and the sound insulating plate is different, and the same internal structure is used in FIGS. 9 and 10.

アレイセンサ501の内部には、送受信のための素子502と、素子の振動する時間を適切に制限するためのバッキング層1902,送受信効率を調整するための整合層1903,音響レンズ103から構成されており、音響レンズ103を外部に露出している以外、その他の部分はケース1901に収納されている。これら各部は接着やネジなどで一体に結合されている。   The array sensor 501 includes an element 502 for transmission / reception, a backing layer 1902 for appropriately limiting the vibration time of the element, a matching layer 1903 for adjusting transmission / reception efficiency, and the acoustic lens 103. The other parts are housed in a case 1901 except that the acoustic lens 103 is exposed to the outside. These parts are integrally coupled by bonding or screws.

超音波の送信とエコーの受信に対して、それぞれ別のアレイセンサ群を用いる場合には、図7から図12において、音響レンズに音響の伝播を阻止する遮音板を設けるのと同様に(後述)、送受信アレイセンサ群の間の音響的なクロストークを防ぐために、アレイセンサ内部において、図20のように遮音板2001を設けてもよい。   When separate array sensor groups are used for transmission of ultrasonic waves and reception of echoes, in FIG. 7 to FIG. 12, the acoustic lens is provided with a sound insulating plate for preventing acoustic propagation (described later). In order to prevent acoustic crosstalk between the transmitting and receiving array sensor groups, a sound insulating plate 2001 may be provided inside the array sensor as shown in FIG.

次に、図21Aから図21Cを用いて音響レンズによる集束効果を説明する。図21Aは、超音波探触子101として、従来のセンサ(アレイ構造ではないセンサ)である場合、及び「組合せ1」のアレイセンサの場合の説明図である。図21B及び図21Cは、
「組合せ2」のアレイセンサの場合の説明図である。
Next, the focusing effect by the acoustic lens will be described with reference to FIGS. 21A to 21C. FIG. 21A is an explanatory diagram of a case where the ultrasonic probe 101 is a conventional sensor (a sensor not having an array structure) and an array sensor of “combination 1”. FIG. 21B and FIG.
It is explanatory drawing in the case of the array sensor of "combination 2".

図21Aには、既に説明したように、検査対象となる曲率(半径20mm)と同じ曲率半径を持つ中間媒質の場合(図4と同じ)と、曲率半径がやや小さい場合(半径15mmと設定)について、図3及び図4と同様に、超音波の伝播を解析によりを示した。金属表面の曲率半径より音響レンズの曲率半径を小さくすること(図21A(B))で、音響レンズから水へ送信された超音波が一旦拡散し、その後、金属に入射される際に、集束して、結果的に、音響レンズの曲率半径が金属表面の曲率半径と等しい場合(図21Aの位置401)より深い位置2101に超音波が集束した領域が届いていることが確認できる。   In FIG. 21A, as already described, in the case of an intermediate medium having the same curvature radius as the curvature to be inspected (radius of 20 mm) (same as in FIG. 4), the curvature radius is slightly small (set to a radius of 15 mm). As with FIGS. 3 and 4, the propagation of ultrasonic waves was shown by analysis. By making the curvature radius of the acoustic lens smaller than the curvature radius of the metal surface (FIG. 21A (B)), the ultrasonic wave transmitted from the acoustic lens to water is once diffused and then focused when entering the metal. As a result, it can be confirmed that the region where the ultrasonic waves are focused reaches a deeper position 2101 than when the radius of curvature of the acoustic lens is equal to the radius of curvature of the metal surface (position 401 in FIG. 21A).

図21Bには、検査対象となる曲率(半径20mm)と音響レンズの曲率半径が近い値
(半径18mm)の場合において、アレイセンサ2105によって形成される音場を3パターン変化させた場合の検査対象(金属)中での焦点音場を解析した結果である。
FIG. 21B shows an inspection target when the sound field formed by the array sensor 2105 is changed in three patterns when the curvature to be inspected (radius 20 mm) and the curvature radius of the acoustic lens are close to each other (radius 18 mm). It is the result of analyzing the focal sound field in (metal).

アレイセンサを構成する各素子に与える遅延時間を変化させることで、金属中の焦点距離が変化していることが確認できる。例えば、図21B(A)はアレイセンサにより集束音場を形成した場合、図21B(C)はアレイセンサにより発散音場を形成した場合の結果をそれぞれ表す。図21B(B)のフラット(非集束)な音場における金属中の超音波の集束の焦点の深さの位置2103と比較して、集束音場を設定した場合(A)の金属中の超音波の集束の焦点の深さの位置2102は浅めに、発散音場を設定した場合(C)の超音波の集束の焦点の深さの位置2104は深めに、それぞれ変化していることがわかる。   It can be confirmed that the focal length in the metal is changed by changing the delay time given to each element constituting the array sensor. For example, FIG. 21B (A) shows a result when a focused sound field is formed by an array sensor, and FIG. 21B (C) shows a result when a divergent sound field is formed by an array sensor. When the focused sound field is set compared to the position 2103 of the focal depth of the focus of the ultrasonic wave in the metal in the flat (unfocused) sound field of FIG. 21B (B), the super in the metal in (A). It can be seen that the position 2102 of the focal depth of the acoustic wave is shallower, and the focal position 2104 of the focal point of the ultrasonic wave when the divergent sound field is set is changed deeper. .

この効果を利用することで、検査対象となる金属表面の曲率半径にばらつきがある場合においても、アレイセンサ2105によって形成する音場を変化させることで、検査対象中での焦点深さを一定に制御することができる。   By utilizing this effect, even when there is a variation in the radius of curvature of the metal surface to be inspected, the focal depth in the inspection object can be kept constant by changing the sound field formed by the array sensor 2105. Can be controlled.

例として、図21Cに、音響レンズの曲率半径が近い値(半径15mm)で固定し、検査対象となる曲率を半径16,20,25mmと変化させた場合に、金属中の焦点音場がほぼ一定値となる解析結果を示した。図21C(A)に示す、金属表面の曲率20mmでアレイセンサによる音場がフラットの場合を基準として考える。金属表面の曲率半径が25mmの場合(図21C(B))、曲率半径が大きくなったために金属表面における集束効果も低下する。そのため、図21C(A)に示した焦点深さ2106とほぼ同じ深さに焦点を結ばせるためには、アレイセンサ2105によって形成される音場を集束音場とする必要がある。   As an example, in FIG. 21C, when the curvature radius of the acoustic lens is fixed at a close value (radius 15 mm) and the curvature to be inspected is changed to radii 16, 20, and 25 mm, the focal sound field in the metal is almost the same. The result of the analysis is a constant value. Let us consider the case shown in FIG. 21C (A) where the metal field has a curvature of 20 mm and the sound field by the array sensor is flat. When the radius of curvature of the metal surface is 25 mm (FIG. 21C (B)), the focusing effect on the metal surface is reduced because the radius of curvature is increased. Therefore, in order to focus at a depth substantially the same as the focal depth 2106 shown in FIG. 21C (A), the sound field formed by the array sensor 2105 needs to be a focused sound field.

逆に、金属表面の曲率半径が16mmの場合(図21C(C))、曲率半径が小さくなったために金属表面における集束効果が強くなる。そのため、図21C(A)に示した焦点深さ2106とほぼ同じ深さに焦点を結ばせるためには、アレイセンサ2105によって形成される音場を発散音場とする必要がある。   Conversely, when the radius of curvature of the metal surface is 16 mm (FIG. 21C (C)), the focusing effect on the metal surface becomes stronger because the radius of curvature is reduced. Therefore, in order to focus at substantially the same depth as the focal depth 2106 shown in FIG. 21C (A), the sound field formed by the array sensor 2105 needs to be a divergent sound field.

このように、前述のアレイセンサ配置と音響レンズの「組合せ2」の場合には、アレイセンサによって形成される音場を変化させることで、検査対象となる金属表面の曲率半径にばらつきが生じる場合においても、焦点深さを所望の値に一定に保つことができる。   As described above, in the case of “combination 2” of the array sensor arrangement and the acoustic lens described above, when the sound field formed by the array sensor is changed, the curvature radius of the metal surface to be inspected varies. In this case, the depth of focus can be kept constant at a desired value.

次に、図22及び図23を用いて、本実施例に記載の超音波探触子を原子力発電プラントの原子炉内構造物の検査装置として使用する場合を以下に説明する。原子力発電プラントの原子炉建屋内のオペレーションフロア2201上の作業台車2202から原子炉圧力容器内の炉水2206に、検査装置用マスト2210が作業台車2202上の上下移動機構2203からワイヤ2205で吊って降ろされる。   Next, with reference to FIGS. 22 and 23, the case where the ultrasonic probe described in the present embodiment is used as an inspecting device for a reactor internal structure of a nuclear power plant will be described below. The inspection apparatus mast 2210 is suspended from the work carriage 2202 on the operation floor 2201 in the reactor building of the nuclear power plant by the wire 2205 from the vertical movement mechanism 2203 on the work carriage 2202 to the reactor water 2206 in the reactor pressure vessel. Be taken down.

炉水2206中に降ろされたマスト2210は、原子炉圧力容器内の上部格子板2220及び炉心支持板2221を通過し、CRDハウジング2301に着座させる。マスト2210には多関節マニピュレータ2302が据え付けられていて、前記多関節マニピュレータ2302の先端に超音波探触子101を含む検査ヘッド2303が装着されている。   The mast 2210 lowered in the reactor water 2206 passes through the upper lattice plate 2220 and the core support plate 2221 in the reactor pressure vessel and is seated on the CRD housing 2301. An articulated manipulator 2302 is installed on the mast 2210, and an inspection head 2303 including the ultrasonic probe 101 is attached to the tip of the articulated manipulator 2302.

超音波探触子101及びマニピュレータ2302の信号ケーブル,動力ケーブル及び高水圧ケーブルは、マスト2210の上部より一括してケーブル及びホース2304として束ねられ、オペレーションフロア2201まで引き伸ばされ、コントローラ2207に接続される。   The signal cable, power cable, and high water pressure cable of the ultrasonic probe 101 and the manipulator 2302 are bundled together as a cable and a hose 2304 from the upper part of the mast 2210, extended to the operation floor 2201, and connected to the controller 2207. .

マニピュレータ2302の基部2305は、マスト2210に取付けられ、上下及び回転運動が可能な構造である。マニピュレータ2302は、複数個の屈曲間接2306及び回転間接2307から構成されている。マニピュレータ2302の先端には、ハンド部
2308があり、超音波探触子101,探触子押し付け機構2309,探触子走査機構
2310からなる検査ヘッド2303を把持することができる。
A base 2305 of the manipulator 2302 is attached to the mast 2210 and has a structure capable of vertical and rotational movement. The manipulator 2302 includes a plurality of bending indirects 2306 and rotating indirects 2307. A hand unit 2308 is provided at the tip of the manipulator 2302, and an inspection head 2303 including the ultrasonic probe 101, a probe pressing mechanism 2309, and a probe scanning mechanism 2310 can be gripped.

超音波探触子101は、探触子押し付け機構2309によって、CRDスタブ溶接部の曲面に追従しながら、走査機構2310によって移動し、当該溶接部のひび104の超音波検査を実施することができる。   The ultrasonic probe 101 can be moved by the scanning mechanism 2310 while following the curved surface of the CRD stub welded portion by the probe pressing mechanism 2309 and can perform ultrasonic inspection of the crack 104 of the welded portion. .

マスト2210の回転,多関節マニピュレータ2302の制御,検査ヘッド2303
(探触子走査及び押し付け)等の動作は、オペレーションフロア2201上の検査装置コントローラ2207で制御し、制御信号は信号ケーブル2208を用いて伝送される。検査ヘッド2303に内蔵された超音波探触子101は、超音波探傷器2209で制御(及び収録)され、送受信信号は信号ケーブル2208を用いて相互に伝送される構成となっている。
Rotation of mast 2210, control of articulated manipulator 2302, inspection head 2303
Operations such as (probe scanning and pressing) are controlled by an inspection apparatus controller 2207 on the operation floor 2201, and a control signal is transmitted using a signal cable 2208. The ultrasonic probe 101 built in the inspection head 2303 is controlled (and recorded) by an ultrasonic flaw detector 2209, and transmission / reception signals are transmitted to each other using a signal cable 2208.

なお、図22及び図23に記載の検査装置の構成例は、第2の実施例においても同様の構成を適用することができる。   The configuration example of the inspection apparatus illustrated in FIGS. 22 and 23 can be applied to the same configuration in the second embodiment.

図13は本発明の第2の実施形態で、図示のように、曲面を有する検査対象102に対して、超音波を入射する超音波探触子1301を押し付けて探傷する。検査すべき欠陥は、第1の実施例と同様で、曲面側に開口したひび104や、検査対象に内在する欠陥106等である。   FIG. 13 shows a second embodiment of the present invention, and as shown in the figure, an ultrasonic probe 1301 for applying ultrasonic waves is pressed against an inspection target 102 having a curved surface to detect flaws. The defects to be inspected are the same as in the first embodiment, such as the crack 104 opened on the curved surface side, the defect 106 inherent in the inspection object, and the like.

超音波探触子1301は、送信用または/及び受信用素子1302及び音響レンズ1303から構成される。   The ultrasonic probe 1301 includes a transmitting or receiving element 1302 and an acoustic lens 1303.

検査対象102と超音波探触子1301の間には、音響の伝播をよくするために、中間媒質として、水やグリセリンといった接触媒質(または、カプラントとも呼ばれる)が塗布または充填されているものとする。   Between the inspection object 102 and the ultrasonic probe 1301, a contact medium (also called water or glycerin) such as water or glycerin is applied or filled as an intermediate medium in order to improve sound propagation. To do.

音響レンズ103は、検査対象102と接触媒質との中間の特性を持つものが利用される。例えば、アクリル,ポリスチレン,ポリイミドといった合成樹脂を用いる。これらの材料は、縦波の伝播速度が、2400m/秒から2900m/秒であり、検査対象102と接触媒質との中間の音速となっている。   An acoustic lens 103 having an intermediate characteristic between the inspection object 102 and the contact medium is used. For example, a synthetic resin such as acrylic, polystyrene, or polyimide is used. These materials have a longitudinal wave propagation speed of 2400 m / sec to 2900 m / sec, which is an intermediate sound speed between the inspection object 102 and the contact medium.

第2の実施例では、音響レンズの曲率半径は、検査対象102の曲率半径に沿ってよいとする。この場合、第1の実施例で述べたように、音響レンズの曲率半径が、最適値となる曲率半径より大きくなるために、音響レンズによる拡散効果が弱まり、検査対象102表面での集束効果が打ち勝ち、所望の深さに比べて浅い位置に焦点が形成される現象が発生する。   In the second embodiment, it is assumed that the curvature radius of the acoustic lens may be along the curvature radius of the inspection object 102. In this case, as described in the first embodiment, since the radius of curvature of the acoustic lens is larger than the curvature radius that is the optimum value, the diffusion effect by the acoustic lens is weakened, and the focusing effect on the surface of the inspection object 102 is reduced. A phenomenon occurs in which the focal point is formed at a position shallower than the desired depth.

この現象を回避し、検査対象の深い部分まで効率的に超音波を伝播させるために、超音波発生または/及び受信用の素子1302に凸型の形状を設けることにする。素子1302を凸型にすることで、音響レンズによる拡散効果と、素子の形状による拡散効果が加算され、検査対象102の凹面による集束効果を相殺し、検査対象102の深部まで超音波を伝えることができるようになる。   In order to avoid this phenomenon and to efficiently propagate the ultrasonic wave to a deep part to be inspected, the ultrasonic wave generation / reception element 1302 is provided with a convex shape. By making the element 1302 convex, the diffusion effect due to the acoustic lens and the diffusion effect due to the shape of the element are added, canceling the focusing effect due to the concave surface of the inspection object 102, and transmitting ultrasonic waves to the deep part of the inspection object 102 Will be able to.

図14及び図15を用いて、音響レンズに付与すべき曲率と、素子に付与すべき曲率の関係について説明する。図14及び図15は、横軸に、音響レンズの曲率半径(Rシュー)と検査対象の曲率半径(R鋼)の比をとり、縦軸に、素子の曲率半径(R素子)と検査対象の曲率半径(R鋼)の比をとったものである。図14は、音響レンズの縦波音速が2400m/秒の場合であり、図15は、2900m/秒の場合である。   The relationship between the curvature to be applied to the acoustic lens and the curvature to be applied to the element will be described with reference to FIGS. 14 and 15, the horizontal axis represents the ratio of the curvature radius of the acoustic lens (R shoe) and the curvature radius of the inspection object (R steel), and the vertical axis represents the curvature radius of the element (R element) and the inspection object. The ratio of the radius of curvature (R steel) is taken. FIG. 14 shows a case where the longitudinal sound velocity of the acoustic lens is 2400 m / second, and FIG. 15 shows a case where it is 2900 m / second.

検査対象の曲面と超音波探触子との密着性を向上させる、または、第1の実施例で推奨される最適値として決定される音響レンズの曲率半径よりも大きな曲率半径をもつ音響レンズを用いて、凹面を探傷する場合、Rセンサ/R鋼の値は、第1の実施例での最適値に該当する、約0.6から、完全密着を意味する1.0までの間をとることができる。   An acoustic lens having a radius of curvature larger than the radius of curvature of the acoustic lens determined as the optimum value recommended in the first embodiment is improved or the adhesion between the curved surface to be inspected and the ultrasonic probe is improved. When the flaw detection is used, the value of the R sensor / R steel ranges from about 0.6 corresponding to the optimum value in the first embodiment to 1.0 which means complete adhesion. be able to.

最適値より小さな曲率半径の音響レンズは、検査対象内部で発散音場を形成するために、検査対象内部での超音波の強度が低下するためにさけるべきであり、音響レンズの曲率半径が検査対象の曲率半径を超えることは接触性の観点から、物理的に困難である。   An acoustic lens with a radius of curvature smaller than the optimum value should be avoided because the intensity of the ultrasonic wave inside the test object is reduced in order to form a divergent sound field inside the test object. It is physically difficult to exceed the radius of curvature of the object from the viewpoint of contact.

Rセンサ/R鋼の値が0.6から1.0までの間を変化する場合、素子の曲率は以下のような考えに基づいて決定される。すなわち、第1の実施例での推奨値は、音響レンズが検査対象の曲率の約0.6 倍であり、センサに対しては曲率がない(フラット)場合に相当する。このときの発散音場と等価とみなせるような拘束条件を与えて、音響レンズの曲率を変化させたときの、素子の曲率を解析的に求めることで、素子の曲率の最適値を評価することができる。   When the value of the R sensor / R steel varies between 0.6 and 1.0, the curvature of the element is determined based on the following idea. That is, the recommended value in the first embodiment corresponds to the case where the acoustic lens has a curvature of about 0.6 times the curvature of the inspection object and the sensor has no curvature (flat). To evaluate the optimum value of the curvature of the element by analytically obtaining the curvature of the element when the curvature of the acoustic lens is changed by giving a constraint condition that can be regarded as equivalent to the diverging sound field at this time Can do.

例えば、音響レンズの曲率と検査対象の凹面の曲率半径の比が約0.6 の場合、図14及び図15の両方において、素子の曲率と検査対象面の曲率の比が+∞に発散していることがわかる。これは、素子がフラットであることに対応している。音響レンズの曲率に関する比(グラフの横軸)を0.6から少しずつ1.0に向けて大きくしていくと、素子の曲率半径に関する比(グラフの縦軸)が、+∞から徐々に小さな値となり、音響レンズの曲率の比が1.0 となり検査対象の曲率半径と一致したときに、素子の曲率半径は、検査対象の凹面の曲率半径の約3〜4倍になることが分かる。   For example, when the ratio between the curvature of the acoustic lens and the radius of curvature of the concave surface to be inspected is about 0.6, the ratio of the curvature of the element and the curvature of the inspection target surface diverges to + ∞ in both FIGS. You can see that This corresponds to the fact that the element is flat. As the ratio of the curvature of the acoustic lens (the horizontal axis of the graph) is gradually increased from 0.6 toward 1.0, the ratio of the curvature radius of the element (the vertical axis of the graph) gradually increases from + ∞. When the ratio of the curvature of the acoustic lens becomes 1.0 and coincides with the curvature radius of the inspection object, the curvature radius of the element is about 3 to 4 times the curvature radius of the concave surface of the inspection object. .

この解析結果から、音響レンズが曲率半径に沿う場合には、素子の曲率半径として、検査対象の凹面の曲率半径の3倍よりも大きな曲率半径を設定することで、検査対象内部で効率的な超音波を深部まで入射することが可能となることが分かる。   From this analysis result, when the acoustic lens follows the radius of curvature, the curvature radius of the element is set to a radius of curvature larger than three times the radius of curvature of the concave surface to be inspected. It can be seen that the ultrasonic wave can be incident to a deep part.

なお、検査対象の曲率半径にばらつきが存在する場合には、接触性の観点から、想定されるもっとも小さい曲率半径を基準にとり、素子及び音響レンズの曲率半径を求めることで、ばらつきに対応することが可能となる。   If there is a variation in the radius of curvature of the inspection object, from the point of view of contactability, taking the smallest possible radius of curvature as a reference, the curvature radius of the element and the acoustic lens should be determined to deal with the variation. Is possible.

第2の実施例においても、第1の実施例と同様に、超音波探触子を構成する超音波発生または/及び受信用素子105として、アレイセンサを構成する素子を1次元または2次元的に配置することができる。   Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the elements constituting the array sensor are one-dimensional or two-dimensional as the ultrasonic generation / reception elements 105 constituting the ultrasonic probe. Can be arranged.

ここで、第2の実施例においても、第1の実施例で記載したように、アレイセンサの配置と音響レンズの配置に関して、以下の2つの組合せを考えることができる。組合せ1は、素子配列方向と音響レンズの軸方向が平行の場合、組合せ2は、素子配列方向と音響レンズの軸方向が直交の場合である。   Here, also in the second embodiment, as described in the first embodiment, the following two combinations can be considered regarding the arrangement of the array sensor and the arrangement of the acoustic lens. Combination 1 is when the element arrangement direction and the axial direction of the acoustic lens are parallel, and combination 2 is when the element arrangement direction and the axial direction of the acoustic lens are orthogonal.

組合せ1の場合は、アレイセンサを構成する素子の方向が、音響レンズの軸方向となっているため、アレイセンサによる音場は、各素子に与える遅延時間のパターンに関係なく、音響レンズの曲率半径のみの影響を受けることになる。このため、音響レンズの軸方向に垂直な断面図上では、1つの素子のみが表現され、図13のように表示される。このため、通常のセンサ(アレイ構造ではないセンサ)の説明(図13,図14,図15)と、「組合せ1」のアレイセンサの説明は、共通と見なすことができる。   In the case of the combination 1, since the direction of the elements constituting the array sensor is the axial direction of the acoustic lens, the sound field generated by the array sensor has the curvature of the acoustic lens regardless of the delay time pattern applied to each element. It will be affected only by the radius. For this reason, on the cross-sectional view perpendicular to the axial direction of the acoustic lens, only one element is represented and displayed as shown in FIG. For this reason, the description (FIGS. 13, 14, and 15) of the normal sensor (sensor not having the array structure) and the description of the array sensor of “combination 1” can be regarded as common.

逆に、組合せ2の場合は、アレイセンサの素子配列の方向に音響レンズの曲率がついているので、各素子に与える遅延時間のパターンにより、アレイセンサによる音場が変化することになる。このため、音響レンズの軸方向に垂直な断面図上では、1つの素子のみが表現され、図16のように表示される。   On the other hand, in the case of the combination 2, since the curvature of the acoustic lens is attached in the direction of the element arrangement of the array sensor, the sound field by the array sensor changes depending on the delay time pattern given to each element. For this reason, on the cross-sectional view perpendicular to the axial direction of the acoustic lens, only one element is represented and displayed as shown in FIG.

図16は、音響レンズの軸方向と直交する方向に1次元的に素子を配列した場合の例である。超音波探触子を構成する超音波発生または/及び受信用素子105として、図16に示すアレイセンサ1602を用いる場合、実施例1と同様に、図6に示すように、各素子から超音波が発生するタイミング(遅延時間)を変化させることで、フラット,集束,発散の程度を変化させたさまざまな音場を形成することができ、検査対象の凹面の曲率半径の変化に応じた集束あるいは発散音場を電子的に合成することができる。   FIG. 16 shows an example in which elements are arranged one-dimensionally in a direction orthogonal to the axial direction of the acoustic lens. When the array sensor 1602 shown in FIG. 16 is used as the ultrasonic wave generation / reception element 105 constituting the ultrasonic probe, as shown in FIG. By changing the timing (delay time) that occurs, various sound fields with varying degrees of flatness, convergence, and divergence can be formed, focusing or changing according to the change in the radius of curvature of the concave surface to be inspected. The diverging sound field can be synthesized electronically.

また、第2の実施例による超音波探触子では、検査対象の曲率半径の変化に対応するために、音響レンズ1303に関して、曲率半径の異なる音響レンズ(1603または
1604)に対して、アレイセンサを形成する素子群1605を共通化させて、曲率の異なる音響レンズにアレイセンサを接触させて使用することで、多数の曲率半径に対応した超音波探触子とすることができる。
Further, in the ultrasonic probe according to the second embodiment, in order to cope with the change in the radius of curvature of the inspection object, the acoustic sensor 1303 is compared with the acoustic lens (1603 or 1604) having a different radius of curvature. By using the element group 1605 forming the common and using the acoustic sensor having a different curvature in contact with the array sensor, an ultrasonic probe corresponding to a large number of curvature radii can be obtained.

ここで、曲率のことなる音響レンズに接触させるアレイセンサの素子の構造を、図17及び図18を用いて説明する。図17は1次元的に素子を配列させた場合であり、図18は2次元的に素子を配列させた場合である。いずれの場合も、素子を凹面に接触させる場合(図17の1703)に、素子の上下の曲率の違いにより、たわみ量に差が生じて、素子の破壊や断線などを起す可能性が懸念される。   Here, the structure of the element of the array sensor brought into contact with the acoustic lens having a different curvature will be described with reference to FIGS. FIG. 17 shows a case where elements are arranged one-dimensionally, and FIG. 18 shows a case where elements are arranged two-dimensionally. In any case, there is a concern that when the element is brought into contact with the concave surface (1703 in FIG. 17), a difference in the amount of deflection occurs due to the difference in curvature between the top and bottom of the element, which may cause destruction or disconnection of the element. The

そこで、凹面に密着させるアレイセンサを構成する素子(図17の1701及び図18の1801)に関して、各素子に切れ込みを設けて、断面形状が台形形状になるようにすることで、凹面での密着性を向上することができる。   Therefore, with respect to the elements constituting the array sensor (1701 in FIG. 17 and 1801 in FIG. 18) that are in close contact with the concave surface, each element is cut so that the cross-sectional shape becomes a trapezoidal shape. Can be improved.

図24(AからC)を用いて、図17に示した1次元的に素子を配列する場合の製造手順について説明する。まず、超音波素子を適切な間隔に設置し、その周辺に合成樹脂を流し込み、シート状のフレキシブルアレイ用超音波素子を製作する(図24A)。次に、1次元配置になるように、当該素子に切れ込みを入れ(図24B)、完成する(図24C)。   A manufacturing procedure in the case where the elements are arranged one-dimensionally as shown in FIG. 17 will be described with reference to FIG. 24 (A to C). First, ultrasonic elements are installed at appropriate intervals, and synthetic resin is poured into the periphery of the ultrasonic elements to produce a sheet-like ultrasonic element for a flexible array (FIG. 24A). Next, the element is cut so as to have a one-dimensional arrangement (FIG. 24B) and completed (FIG. 24C).

また、図18に示した2次元的に素子を配列する場合の製造手順について、図25(AからC)を用いて説明する。まず、最終的な2次元的に配列された台形形状部をくり貫いた型に超音波素子を配置する(図25A)。次に、その型に合成樹脂を流し込み(図25B)、型から取り出して完成する(図25C)。   A manufacturing procedure in the case of arranging the elements two-dimensionally as shown in FIG. 18 will be described with reference to FIGS. 25 (A to C). First, an ultrasonic element is arranged in a mold that is cut through a final two-dimensionally arranged trapezoidal shape portion (FIG. 25A). Next, a synthetic resin is poured into the mold (FIG. 25B) and removed from the mold to complete (FIG. 25C).

このような第2実施例の超音波探触子も、第1実施例と同様に超音波探傷器2209で制御(及び収録)され、送受信信号は信号ケーブル2208を用いて相互に伝送される構成となっている。   The ultrasonic probe of the second embodiment is also controlled (and recorded) by the ultrasonic flaw detector 2209 as in the first embodiment, and the transmission / reception signals are transmitted to each other using the signal cable 2208. It has become.

この発明は、超音波を用いた非破壊検査を行うために超音波探傷器に接続して用いられる超音波探触子に採用される。   The present invention is employed in an ultrasonic probe that is used by being connected to an ultrasonic flaw detector in order to perform nondestructive inspection using ultrasonic waves.

本発明の第1実施例に係る超音波探触子の探傷作業中の概念図である。It is a conceptual diagram in the time of a flaw detection operation | work of the ultrasonic probe which concerns on 1st Example of this invention. 本発明の実施例に用いる音響レンズの最適値因子に関するグラフ図である。It is a graph regarding the optimal value factor of the acoustic lens used for the Example of this invention. 従来例による検査対象表面の凹面による超音波の集束効果を表した説明図である。It is explanatory drawing showing the focusing effect of the ultrasonic wave by the concave surface of the test object surface by a prior art example. 検査対象表面の凹面による超音波の集束効果を表した他の説明図である。It is another explanatory drawing showing the focusing effect of the ultrasonic wave by the concave surface of the inspection object surface. 本発明の実施例による超音波探触子中のアレイ素子と検査対象の凹曲面と音響レンズとの関係を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the relationship between the array element in the ultrasonic probe by the Example of this invention, the concave curved surface of test object, and an acoustic lens. 本発明の実施例による超音波探触子中のアレイ素子と検査対象の凹曲面と音響レンズとの他の関係を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the other relationship between the array element in the ultrasonic probe by the Example of this invention, the concave curved surface of test object, and an acoustic lens. 本発明の実施例におけるアレイ素子の配列方向一端からの各素子の位置(1ミリピッチで24個の素子を配列して採用した場合)と超音波発生の遅延時間との関係による各音場の例示と、各音場での超音波の伝播を可視化して示した図である。Example of each sound field according to the relationship between the position of each element from one end in the arrangement direction of the array element in the embodiment of the present invention (when 24 elements are arranged at 1 mm pitch) and the delay time of ultrasonic generation It is the figure which visualized and showed the propagation of the ultrasonic wave in each sound field. 本発明の実施例に採用できるアレイセンサの素子の配列と音響レンズ等との配置を示した図である。It is the figure which showed the arrangement | sequence of the element of an array sensor employable in the Example of this invention, and arrangement | positioning with an acoustic lens. 本発明の実施例に採用できるアレイセンサの素子の他の配列と音響レンズ等との配置を示した図である。It is the figure which showed arrangement | positioning with the other arrangement | sequence of the element of the array sensor employable in the Example of this invention, and an acoustic lens. 本発明の実施例に採用できるアレイセンサの素子のさらに他の配列と音響レンズ等との配置を示した図である。It is the figure which showed arrangement | positioning with other arrangement | sequence of an element of the array sensor employable in the Example of this invention, and an acoustic lens. 本発明の実施例に採用できるアレイセンサの素子の配列と音響レンズ等とのさらに一層他の配置を示した図である。It is the figure which showed further arrangement | positioning with the arrangement | sequence of the element of the array sensor employable in the Example of this invention, and an acoustic lens. 本発明の実施例に採用できるアレイセンサの素子の直交両方向への配列と音響レンズ等との配置を示した図である。It is the figure which showed the arrangement | positioning in the orthogonal | vertical both directions of the element of the array sensor employable for the Example of this invention, and arrangement | positioning with an acoustic lens. 本発明の実施例に採用できるアレイセンサの素子の直交両方向への他の配列と音響レンズ等との配置を示した図である。It is the figure which showed arrangement | positioning with the other arrangement | sequence in the orthogonal | vertical both directions of the element of the array sensor employable in the Example of this invention, and an acoustic lens. 本発明の第2実施例に係る超音波探触子の探傷作業中の概念図である。It is a conceptual diagram in the time of a flaw detection operation | work of the ultrasonic probe which concerns on 2nd Example of this invention. 本発明の第2実施例における超音波探触子のシューとセンサの曲率の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the shoe of an ultrasonic probe and the curvature of a sensor in the 2nd example of the present invention. 本発明の第2実施例における音響レンズの音速が図14の場合と異なる状況下での超音波探触子のシューとセンサの曲率の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the curvature of the shoe of an ultrasonic probe, and a sensor in the situation where the speed of sound of the acoustic lens in 2nd Example of this invention differs from the case of FIG. 本発明の第2の実施例における超音波の音場の調整を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining adjustment of the sound field of the ultrasonic wave in the 2nd Example of this invention. 本発明の第2の実施例で採用できる台形断面を有する素子の説明図である。It is explanatory drawing of the element which has a trapezoid cross section employable with the 2nd Example of this invention. 本発明の第2の実施例で採用できる直交二方向の断面が台形である素子の説明図である。It is explanatory drawing of the element whose cross section of two orthogonal directions which can be employ | adopted by the 2nd Example of this invention is trapezoid. 本発明の実施例における超音波探触子の内部構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the internal structure of the ultrasonic probe in the Example of this invention. 本発明の実施例における超音波探触子の内部構造の他の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the internal structure of the ultrasonic probe in the Example of this invention. 超音波探触子の音響レンズの曲率と検査対象の曲面の曲率との関係で変化する超音波の集束位置の深さの変化を表した説明図である。It is explanatory drawing showing the change of the depth of the focus position of an ultrasonic wave which changes with the relationship between the curvature of the acoustic lens of an ultrasonic probe, and the curvature of the curved surface to be examined. 超音波探触子の音響レンズ内の超音波の各音場に対応する超音波の集束位置の深さの変化を表した説明図である。It is explanatory drawing showing the change of the depth of the focal position of the ultrasonic wave corresponding to each sound field of the ultrasonic wave in the acoustic lens of an ultrasonic probe. 超音波探触子の音響レンズの曲率半径の変化に対応した超音波の集束位置の深さの変化を表した説明図である。It is explanatory drawing showing the change of the depth of the focal position of an ultrasonic wave corresponding to the change of the curvature radius of the acoustic lens of an ultrasonic probe. 本発明の超音波探触子を用いた原子炉炉内検査装置で検査作業を行っている状況を示した原子炉圧力容器とその周辺部分の縦断面図である。It is the longitudinal cross-sectional view of the reactor pressure vessel and the peripheral part which showed the condition which is performing the test | inspection operation | work with the in-reactor inspection apparatus using the ultrasonic probe of this invention. 図22の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of FIG. 本発明における第2の実施例で採用できる断面が台形の超音波素子の製作過程の内の前半を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the first half in the manufacturing process of the trapezoidal ultrasonic element which can be employ | adopted by the 2nd Example in this invention. 本発明における第2の実施例で採用できる断面が台形の超音波素子の製作過程の内の中盤の状況を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the condition of the middle stage in the manufacturing process of the trapezoidal ultrasonic element which can be employ | adopted by the 2nd Example in this invention. 本発明における第2の実施例で採用できる断面が台形の超音波素子の製作過程の終盤を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the last stage of the manufacture process of the ultrasonic element whose cross section is employable in the 2nd Example in this invention. 本発明における第2の実施例で採用できる直行する二方向の断面が台形の超音波素子の製作過程の前半を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the first half of the manufacturing process of the orthogonal | vertical two-way cross section trapezoidal ultrasonic element which can be employ | adopted with the 2nd Example in this invention. 本発明における第2の実施例で採用できる直行する二方向の断面が台形の超音波素子の製作過程の中盤を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the middle stage of the manufacture process of the orthogonal | vertical two-way cross section which can be employ | adopted with the 2nd Example in this invention, and a trapezoidal ultrasonic element. 本発明における第2の実施例で採用できる直行する二方向の断面が台形の超音波素子の製作過程の終盤を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the final stage of the manufacturing process of the orthogonal | vertical two-way cross section which can be employ | adopted with the 2nd Example in this invention, and a trapezoid. 本発明におけるアレイセンサと音響レンズの配置の組合せを示す説明図にして、音響レンズの軸方向がアレイセンサの素子の配列方向と一致している例を示すものである。It is explanatory drawing which shows the combination of arrangement | positioning of the array sensor and acoustic lens in this invention, and shows the example in which the axial direction of an acoustic lens corresponds with the arrangement direction of the element of an array sensor. 本発明におけるアレイセンサと音響レンズの配置の組合せを示す説明図にして、音響レンズの軸方向がアレイセンサの素子の配列方向と直交している例を示すものである。It is explanatory drawing which shows the combination of arrangement | positioning of the array sensor and acoustic lens in this invention, and shows the example in which the axial direction of an acoustic lens is orthogonal to the arrangement direction of the element of an array sensor.

符号の説明Explanation of symbols

101…超音波探触子、102…検査対象、103…音響レンズ、104…ひび、105…超音波発生または/及び受信用素子、106…欠陥。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Ultrasonic probe, 102 ... Inspection object, 103 ... Acoustic lens, 104 ... Crack, 105 ... Element for ultrasonic generation or / and reception, 106 ... Defect.

Claims (16)

超音波を送信する素子と、検査対象の凹曲面部へ前記超音波を伝播させる音響レンズと、前記検査対象からの前記超音波のエコーを前記音響レンズを経由して受信する素子とを備えた超音波探傷装置の超音波探触子において、
前記凹曲面部に対面する前記音響レンズの面が、前記凹曲面部の曲率半径よりも小さい曲率半径の凸曲面の形状を有し、
前記音響レンズの材質は、超音波の縦波音速が前記検査対象内の縦波音速よりも遅く且つ前記超音波探触子と前記検査対象との間の中間媒質内の超音波の縦波音速より早い材質によって構成されていることを特徴とした超音波探傷装置の超音波探触子。
An element for transmitting ultrasonic waves, an acoustic lens for propagating the ultrasonic waves to the concave curved surface portion to be inspected, and an element for receiving echoes of the ultrasonic waves from the inspection object via the acoustic lens In the ultrasonic probe of the ultrasonic flaw detector,
The surface of the acoustic lens facing the concave curved surface portion has a shape of a convex curved surface having a radius of curvature smaller than the radius of curvature of the concave curved surface portion,
The material of the acoustic lens is that the ultrasonic longitudinal wave velocity is slower than the longitudinal wave velocity in the inspection object, and the ultrasonic longitudinal wave velocity in the intermediate medium between the ultrasonic probe and the inspection object. An ultrasonic probe of an ultrasonic flaw detector characterized by being composed of an earlier material.
請求項1において、前記凸曲面の形状は、前記凹曲面部の曲率半径の2分の1から3分の2の範囲の曲率半径を有する凸曲面の形状を備えることを特徴とする超音波探傷装置の超音波探触子。   2. The ultrasonic flaw detection according to claim 1, wherein the shape of the convex curved surface is a convex curved surface having a curvature radius in a range of one-half to two-thirds of the curvature radius of the concave curved surface portion. The ultrasound probe of the device. 請求項1又は請求項2において、前記超音波を送信する素子と前記エコーを受信する素子とがアレイセンサであることを特徴とする超音波探傷装置の超音波探触子。   The ultrasonic probe of the ultrasonic flaw detector according to claim 1 or 2, wherein the element that transmits the ultrasonic wave and the element that receives the echo are array sensors. 請求項3において、前記アレイセンサは送信用と受信用とを備え、前記送受用各アレイセンサの素子の配列の方向が前記音響レンズの軸方向に向けられていることを特徴とする超音波探傷装置の超音波探触子。   4. The ultrasonic flaw detection apparatus according to claim 3, wherein the array sensor includes a transmitter and a receiver, and an array direction of elements of the array sensors for transmission / reception is directed to an axial direction of the acoustic lens. The ultrasound probe of the device. 請求項3において、前記アレイセンサは送信用と受信用とを備え、前記送受用各アレイセンサの素子の配列の方向が前記音響レンズの軸方向と直交する方向に向けられていることを特徴とする超音波探傷装置の超音波探触子。   4. The array sensor according to claim 3, wherein the array sensor includes a transmitter and a receiver, and an array direction of elements of the array sensors for transmission / reception is directed in a direction orthogonal to an axial direction of the acoustic lens. An ultrasonic probe for an ultrasonic flaw detector. 請求項3又は請求項4又は請求項5において、前記送受用各アレイセンサの素子は、前記音響レンズの軸方向及び前記軸方向と直交する他の方向との両方向に配列されていることを特徴とする超音波探傷装置の超音波探触子。   6. The element of each of the array sensors for transmission / reception according to claim 3, wherein the elements of each array sensor for transmission / reception are arranged in both directions of an axial direction of the acoustic lens and another direction orthogonal to the axial direction. An ultrasonic probe for an ultrasonic flaw detector. 請求項1から請求項6までのいずれか一項において、前記音響レンズの内部に、送信された前記超音波と受信された前記エコーとの伝播経路を隔てる配置で、音響の伝播を遮る遮蔽板を有することを特徴とする超音波探傷装置の超音波探触子。   The shielding plate according to any one of claims 1 to 6, wherein the acoustic lens is disposed inside the acoustic lens so as to separate a propagation path between the transmitted ultrasonic wave and the received echo. An ultrasonic probe of an ultrasonic flaw detector characterized by comprising: 超音波を送信する素子と、検査対象の凹曲面部へ前記超音波を伝播させる音響レンズと、前記検査対象からの前記超音波のエコーを前記音響レンズを経由して受信する素子とを備え、前記凹曲面部に対面する前記音響レンズの面が、凸曲面の形状を有した超音波探傷装置の超音波探触子において、
前記凸曲面の突出方向と同方向に突出する曲率を付けて前記超音波を送信する素子と前記エコーを受信する素子とが配置されている超音波探傷装置の超音波探触子。
An element that transmits ultrasonic waves, an acoustic lens that propagates the ultrasonic waves to the concave curved surface portion of the inspection object, and an element that receives the ultrasonic echoes from the inspection object via the acoustic lens, In the ultrasonic probe of the ultrasonic flaw detector, the surface of the acoustic lens facing the concave curved surface portion has a convex curved shape,
An ultrasonic probe of an ultrasonic flaw detector, in which an element that transmits the ultrasonic wave and a element that receives the echo are provided with a curvature that protrudes in the same direction as the protruding direction of the convex curved surface.
請求項8において、前記音響レンズの凸曲面の曲率半径と前記検査対象の凹曲面部の曲率半径とが同じ曲率半径を有する超音波探傷装置の超音波探触子。   9. The ultrasonic probe according to claim 8, wherein the curvature radius of the convex curved surface of the acoustic lens and the curvature radius of the concave curved surface portion to be inspected have the same curvature radius. 請求項8又は請求項9において、前記検査対象の凹曲面部の曲率半径の3倍より大きい曲率にて前記超音波を送信する素子が配置されている超音波探傷装置の超音波探触子。   The ultrasonic probe of an ultrasonic flaw detector according to claim 8 or 9, wherein an element for transmitting the ultrasonic wave with a curvature larger than three times the radius of curvature of the concave curved surface portion to be inspected is arranged. 請求項10において、前記超音波を送信する素子と前記エコーを受信する素子とがアレイセンサであることを特徴とする超音波探傷装置の超音波探触子。   The ultrasonic probe of an ultrasonic flaw detector according to claim 10, wherein the element that transmits the ultrasonic wave and the element that receives the echo are array sensors. 請求項11において、前記アレイセンサの素子の配列の方向が前記音響レンズの軸方向に向けられていることを特徴とする超音波探傷装置の超音波探触子。   12. The ultrasonic probe of an ultrasonic flaw detector according to claim 11, wherein the direction of the array of elements of the array sensor is oriented in the axial direction of the acoustic lens. 請求項11において、前記アレイセンサの素子の配列の方向が前記音響レンズの軸方向と直行する他の方向に向けられていることを特徴とする超音波探傷装置の超音波探触子。   12. The ultrasonic probe of an ultrasonic flaw detector according to claim 11, wherein the direction of the array of elements of the array sensor is directed to another direction orthogonal to the axial direction of the acoustic lens. 請求項11において、前記アレイセンサの素子の配列の方向が前記音響レンズの軸方向と、前記軸方向と直交する他の方向との両方向に配列されていることを特徴とする超音波探傷装置の超音波探触子。   12. The ultrasonic flaw detector according to claim 11, wherein the array sensor elements are arrayed in both directions of an axial direction of the acoustic lens and another direction orthogonal to the axial direction. Ultrasonic probe. 請求項11から請求項14までのいずれか一項において、前記素子の断面形状が、前記音響レンズの曲率半径の中心側で辺が短くその反対側の辺が長くされている台形であることを特徴とする超音波探傷装置の超音波探触子。   15. The cross-sectional shape of the element according to claim 11, wherein the cross-sectional shape of the element is a trapezoid in which a side is short and a side opposite to the central side of the radius of curvature of the acoustic lens is long. The ultrasonic probe of the ultrasonic flaw detector characterized by the above. 請求項15において、前記断面と直交する他の断面の形状も、前記音響レンズの曲率半径の中心側で辺が短くその反対側の辺が長くされている台形であることを特徴とする超音波探傷装置の超音波探触子。
The ultrasonic wave according to claim 15, wherein the shape of another cross section orthogonal to the cross section is a trapezoid in which a side is short and a side opposite to the central side of the radius of curvature of the acoustic lens is long. Ultrasonic probe for flaw detector.
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