JP2007170877A - 超音波探傷方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体にある角度を持って貫通させた管の溶接部のように、肉盛型状が複雑となっている部位の探傷を正確に行えるようにした超音波探傷方法及び装置を提供することが課題である。
【解決手段】探触子１と被検体５及び管２との間隔をそれぞれ略一定に保ちながら、探触子１における振動子の配列方向を前記管２の管軸を中心とする半径方向とし、予め前記複数の振動子のそれぞれから発した超音波により前記被検体５の表面形状の情報を取得して記憶手段に記憶させ、該記憶した被検体５の表面形状に基づき、複数の振動子のそれぞれから被検体５に向けて発せられる超音波の遅延時間を制御して、被検体５の内部の所定位置に超音波を収束させ、管２の周方向に探傷をおこなうようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は超音波探傷方法及び装置に係り、特に、被検体の溶接部に存在する欠陥を検出する超音波探傷方法及び装置に関するものである。

鋼構造物の溶接部には各種の欠陥が発生する可能性がある。すなわち、機械的な応力や熱応力などがこういった鋼構造物にかかる場合、溶接部に歪みが生じて疲労亀裂が生じ、また、溶接時に欠陥が有った場合、こういった応力によってその亀裂が広がってゆく可能性がある。

こういった物体内部、又はアクセスできない物体内面の傷やき裂等の欠陥の非破壊検査試験方法としては従来から、放射線透過法や超音波探傷法が用いられてきたが、放射線透過法は試験実施者に対する安全性を配慮する必要があり、また試験結果の表示に時間がかかるなどの問題点があった。

一方、超音波探傷法（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｅｓｔｉｎｇ：ＵＴ）は、試験結果を即時に表示をすることができ、欠陥が検知された際に即座に対処できる可能性があるなど、効率よく試験を行うことが可能であるため、溶接欠陥や疲労亀裂の検知を行う各種の非破壊検査方法では広く用いられている。

この超音波探傷法では、物体の表面に配置したプローブ（探触子）内の振動子にパルス電圧を印加して超音波を発生させ、物体の表面から被検体の内部又は被検体内面に向けて照射して、反射してきた超音波をプローブで受信して解析することで、欠陥の大きさ、種類、位置等の状態を判断する。

こういったプローブとしては、例えば振動子を一列に配列したアレイ型プローブ、特許文献１に示されているように振動子をマトリクス状に配列したマトリクスプローブ、さらにアレイ型では超音波が拡散していくため、特許文献２に示されているように振動子を湾曲させて超音波が１点に集中するよう構成したポイントフォーカス型アレイプローブ、同様に特許文献３に示されているようにマトリクスを構成する振動子を湾曲させてポイントフォーカス型としたポイントフォーカス型マトリクスプローブなどがある。

ただ、この超音波探傷法では、プローブ（探触子）と被検体の間に空気があると超音波が被検体に到達しないが、こういった溶接部表面には通常凹凸があるため、一般的にはカプラントとして水や油を使う水浸法によりプローブと被検体表面の間の空間を埋め、探傷することが行われている。しかしながら、例えば鋼板に管を貫通させて溶接したような場合、その周囲に肉盛りが生じて検査部位が平面でなくなり、形状が複雑に変化して、例え水浸法でも検査が困難という問題があった。これは、特に図１５に示したように、鋼板８０にある角度を持って管８１を貫通させたような場合、管の周囲の溶接による肉盛型状は管と鋼板が接触する位置によって例えば８２、８３のように異なるため、さらに困難となって従来では、こういった部位の超音波探傷法による検査は行われていなかった。

すなわちこういった超音波探傷法では、リニアに配列した振動子やマトリクス状に配列した振動子により発生する超音波に時間差を持たせ、特定位置に収束させてその反射波を見るようにしているが、例えば図１６（Ａ）に７１で示した部位のように表面形状が一定でないと、被検体に進入した超音波の屈折方向が意図した方向と異なることになり、ビームが広がってしまったり望むところに収束しなくなる、といった問題が生じる。そのため特許文献４に示され、図１５（Ｂ）に考え方を示したように、鋼板７０の探傷部位７３の表面形状に合わせて振動子により発生する超音波に時間差を持たせ、それによって一点に収束させるなどのことを行う超音波探傷装置も存在する。

すなわちこの特許文献４に示された超音波探傷装置は、従来の超音波探傷では、正面に反射体があることを前提に超音波を垂直方向に送信し、特定の焦点深度の画像化を行っているため、表面が曲面形状の検査対象の場合には、焦点がばらけてしまって高精度な画像化が不可能であったため、マトリクス状の探触子を用い、往復超音波伝播時間データに基づき、検査対象の表面形状及び内部状態を画像合成して探傷するようにしたものである。

また、例えば特許文献５には、プローブ（探触子）を行列状に配置したタンデムマルチアレイ探触子１０を備えて構成し、超音波を送信する探触子と反射した超音波を受信する探触子を異ならせ、３次元形状欠陥や探傷面に傾きを有する面状欠陥により生ずる、３次元的に広範囲に散乱するエコーを取得できるようにした超音波タンデムマルチアレイ探傷装置が示されている。

特開昭５９−１３７８６２号公報 特開平１０−１８５８８１号公報 特開２００４−３４０８０９号公報 特開２００５−２４１６１１号公報 特開２００５−９９２８号公報

しかしながら、特許文献４に示された超音波探傷装置も、予め検査対象の表面形状を画像合成し、それによって焦点のばらけを防いで超音波探傷を行ってはいるが、前記したような鋼板にある角度を持って貫通させた管の溶接部のように、肉盛型状が複雑となっている部位の探傷については示唆されていない。

また、特許文献５に示された超音波タンデムマルチアレイ探傷装置は、球状またはほぼ球状の空洞（ブローホール）のような３次元的な体積を有する欠陥を探傷することを目的としたものであり、前記したような鋼板にある角度を持って貫通させた管の溶接部のように、肉盛型状が複雑となっている部位の探傷については示唆されていない。

そのため本発明においては、被検体にある角度を持って貫通させた管の溶接部のように、肉盛型状が複雑となっている部位の探傷を正確に行えるようにした超音波探傷方法及び装置を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明における超音波探傷方法は、
管を貫通させて溶接した被検体に、超音波を出射する複数の振動子を配列した探触子を対向させ、水浸法を用いて超音波探傷を行う超音波探傷方法であって、
前記探触子と前記被検体及び管との間隔をそれぞれ略一定に保ちながら前記探触子における振動子の配列方向を前記管の管軸を中心とする半径方向とし、予め前記複数の振動子のそれぞれから発した超音波により前記被検体表面形状の情報を取得して記憶手段に記憶させ、該記憶した前記被検体表面形状に基づき、前記複数の振動子のそれぞれから被検体に向けて発せられる超音波の遅延時間を制御して前記被検体内部の所定位置に超音波を収束させ、前記管の周方向に探傷をおこなうことを特徴とする。

また、この超音波探傷方法を実施する超音波探傷装置は、
管を貫通させて溶接した被検体に対向させ、超音波を出射する複数の振動子を配列した探触子を有して水浸法により超音波探傷を行う超音波探傷装置であって、
前記被検体及び管との間隔をそれぞれ略一定に保ちながら前記管軸を中心に回転可能としたスキャナと、前記管の管軸を中心とする半径方向が前記探触子における振動子の配列方向となるよう前記スキャナに設置した探触子と、前記探触子を構成する各々の振動子に超音波を供給する送信制御手段と、前記被検体から反射してきた超音波を前記探触子を介して受け取る受信制御手段と、該受信制御手段が受信した反射超音波から被検体表面形状を算出する計算手段と、該計算手段の算出した表面形状を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された被検体表面形状をもとに、前記各振動子から出射した超音波が被検体内部の所定位置に収束するように個々の振動子の超音波出射遅延時間を算出する遅延計算手段と、該遅延計算手段が前記被検体表面形状をもとに算出した超音波の遅延時間を前記送信制御手段に与え、前記各振動子から出射した超音波を被検体内部の所定位置に収束させて探傷をおこなわせる超音波探傷器制御手段とを備えたことを特徴とする。

このように超音波探傷方法及び装置を構成することにより、前記した鋼板にある角度を持って管を貫通させたような場合でも、探触子と被検体、及び管との間隔が一定のまま、探触子の振動子の配列方向が管の管軸を中心とする半径方向として探傷を行うことができ、さらに、予め管の周囲の肉盛り状況、すなわち被検体の表面形状を算出して探傷を行うことで、例え管の周囲の溶接による肉盛型状が管と鋼板が接触する位置によって異なっても、複数の振動子から発せられる超音波は正確に所定位置に収束させることができるから、正確な探傷をおこなうことができる。

そして、前記管における全周の被検体表面形状の情報を予め取得して記憶手段に記憶させた後、該記憶結果を参照して被検体の探傷を行なうことで、効率的に探傷を進めることができる。

さらに、前記被検体の表面形状情報の取得を、前記複数の振動子のそれぞれから被検体に向けて発せられる超音波の遅延時間を制御して前記被検体表面に収束させておこなうことで、被検体表面形状をより正確に取得でき、探傷をより正確に行うことができる。

そしてその被検体表面形状情報の取得は、前記被検体表面形状情報を予め被検体の設計情報から取得し、該設計情報から算出した前記探触子と被検体の位置関係に基づき、前記被検体表面に各振動子からの超音波を収束させるよう各振動子の遅延時間を制御し、この方法を実施するため、前記被検体の設計情報記憶手段を備え、前記超音波探傷器制御手段は、前記設計情報記憶手段に記憶された被検体の表面情報をもとに前記遅延計算手段に前記各振動子から出射した超音波を被検体表面に収束させる遅延時間を算出させ、該算出結果を前記送信制御手段に送って前記各振動子から出射した超音波を被検体表面に収束させて表面形状を前記計算手段に算出させるようにすることで、被検体表面形状情報の取得を容易に行うことができる。

また、前記管が前記被検体と所定角度を有して貫通している場合、前記探触子と被検体及び管との間隔をそれぞれ略一定に保ちながら、前記被検体平面における前記管の全周にわたり、前記探触子から発した超音波が特定角度で前記被検体に送り込まれるようにして探傷をおこない、この方法を実施するため、前記スキャナは、前記超音波が、前記被検体平面に対して特定角度を保ちながら前記被検体に送り込まれるよう前記探触子を保持し、前記管の周囲を回転できるよう構成することで、鋼板にある角度を持って管を貫通させたような場合でも、探触子から発せられる超音波は常に被検体に対して特定角度で入射し、複数の振動子から発せられる超音波は正確に所定位置に収束させることができるから、正確な探傷をおこなうことができる。

そして、前記スキャナは、前記探触子における振動子の配列方向を中心として前記探触子を回転可能に保持し、前記探触子から発する超音波の前記被検体平面に対する進入角度を変更可能に構成していることで、超音波が被検体表面に対して垂直に進入する場合は管の周方向の傷しか探傷できないが、このように探触子から発する超音波の進入角度を変更できるようにして、ある角度を持たせて超音波を被検体表面に進入させることで、管軸から半径方向の傷も探傷することができ、より探傷確度が向上する。

さらに、前記探触子を複数備え、それぞれの探触子が発した超音波の前記被検体平面に対する進入角度を異ならせて探傷するよう、前記探触子を複数備え、それぞれの探触子が発した超音波の前記被検体平面に対する進入角度を異ならせるよう各探触子を前記スキャナに設けることで、管に対して周方向の傷も半径方向の傷も一度の探傷で発見することができ、より探傷確度を向上させることができる。

そして、前記探触子として、リニアアレイ型探触子を用いたり、前記探触子として、ポイントフォーカス型探触子を用いることが本発明の有効な実施形態であり、ポイントフォーカス型探触子を用いることで、超音波を周方向にも収束させることができるから、より探傷精度を向上させることができる。

また、前記探触子として、マトリックスアレイ型探触子を用い、さらに、前記マトリックスアレイ型探触子は、各探傷位置で前記マトリックスアレイ型探触子の周囲３６０度方向に向けて各振動子から出射した超音波を収束させるよう前記遅延時間を制御して探傷することで、マトリックスアレイ型探触子は管の周方向、半径方向両方の探傷を行うことが可能であり、より探傷精度を向上させることができる。

そして、前記探触子を２つ設け、一の探触子の超音波出射面を前記被検体平面側に、他の探触子の超音波出射面を前記管の周面側に向けて設置することで、溶接によって管の周囲に肉盛りがされている場合、探触子における振動子の配列方向を前記管の管軸を中心とする半径方向とするとこの管の周囲の肉盛部の探傷が難しいが、このように超音波出射面を管の周面側に向けることでこの部分の探傷も充分行うことができ、より探傷精度を向上させることができる。

以上記載のごとく本発明になる超音波探傷方法及び装置は、従来困難であった被検体にある角度を持って貫通させた管の溶接部のように、肉盛型状が複雑となっている部位の探傷を精度良く正確に行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明になる超音波探傷方法及び装置の各実施形態を模式的に示した図であり、図１（Ａ）は鋼板などの被検体３にほぼ垂直に管２を貫通させてほぼ平面となっている４で示した部位で溶接し、管２の周囲を、複数の振動子で構成される探触子（以下、プローブと称する場合もある）１を、管２の管軸を中心とする半径方向が複数の振動子の配列方向となるようにしながら回転させて探傷する場合、図１（Ｂ）は被検体５と管２の溶接部に肉盛６がある場合で、（Ａ）の場合と同様、探触子１を、管２の管軸を中心とする半径方向が複数の振動子の配列方向となるようにすると共に、肉盛が厚くなる方に傾斜させながら回転させて探傷する場合、図１（Ｃ）は管２が被検体７と所定角度を有して貫通している場合で、探触子１と被検体７、及び管２との間隔をそれぞれ略一定に保ちながら探触子１における振動子の配列方向を管２の管軸を中心とする半径方向として回転させ、探傷する場合、図１（Ｄ）は探触子１から発せられる超音波が特定角度で被検体の溶接部位８に送り込まれるようにした場合、図１（Ｅ）は複数の探触子１、９、１０を備え、それぞれの探触子１、９、１０が発した超音波の被検体の溶接部８に対する進入角度を異ならせて探傷するようにした場合、図１（Ｆ）はマトリクス型探触子１１を用いて探傷する場合、図１（Ｇ）はマトリクス型探触子１１を用い、さらにマトリクス型探触子１１のそれぞれの探傷部位で３６０度方向を１度に探傷する場合、図１（Ｈ）は２つ探触子１、１２を用い、探触子１は超音波出射面を被検体７の平面側に、他の探触子１２は超音波出射面を管２の周面側に向けて探傷する場合である。

図２は本発明になる実施例１の超音波探傷装置のブロック図、図３は実施例１の超音波探傷方法のフロー図、図４は探触子の一振動子から被検体内部の特定位置へ超音波を収束させる位置関係を示した図、図５はそのフロー図、図６はリニア探傷における各振動子の遅延時間を求めるためのフロー図である。

本発明になる実施例１の超音波探傷方法及び装置は、図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示したように、鋼板などの被検体３、５、７に管２を貫通させて４、６、８で示した位置で溶接した部位の探傷を、複数の振動子を一列に配列したアレイ型の探触子（以下、プローブと称する場合もある）、またはポイントフォーカス型の振動子を一列に配列したアレイ型の探触子１で行うためのものであり、管２の管軸を中心とする半径方向が探触子１を構成する振動子の配列方向となるようにし、水浸法を用いて管２の周りに探触子１を回転させて探傷するものである。

その探傷を実施するため、探触子１と被検体３、５、７との間隔、及び探触子１と管２との間隔をそれぞれ略一定に保ちながら前記管２の軸を中心に回転可能としたスキャナを用意し、探触子１を構成する振動子が、常に管２の軸を中心とする半径方向となるようスキャナに取り付け、管２の周りを所定角度毎に探傷してゆく。そのためスキャナは、例えばロボット等に用いられる６軸で制御するマニュピレータのようなものを用いて構成する。

また、探傷に当たっては、管２を被検体３、５、７に貫通させて溶接する際の設計資料や、探触子１から発して被検体３、５、７の表面から反射してきた超音波により、探触子１から被検体３、５、７の表面までの距離を算出して表面形状情報を取得し、その表面形状情報に基づいて各振動子から発する超音波が被検体３、５、７内の所定位置に収束するよう、それぞれの振動子から発する超音波の遅延時間を算出して探傷を実施する。

図２に於いて１はプローブ（探触子）、２１は前記したスキャナを含む制御装置、２２は超音波探傷器の制御回路、２３は被検体３、５、７に管２を貫通させて溶接する際の設計資料などの対象部位表面情報データ、２４はプローブ（探触子）１から発して被検体３、５、７の表面から反射してきた超音波により、探触子１から被検体３、５、７の表面までの距離を表面形状情報として記憶する形状メモリ、２５は前記した探触子１と被検体３、５、７との間隔、及び探触子１と管２との間隔をそれぞれ略一定に保ちながら、前記管２の軸を中心に回転可能とした周方向スキャナ、２６はスキャナ制御装置、２７はプローブ（探触子）１の位置を算出するプローブ位置計算回路、２８はプローブ（探触子）１の各振動子から発する超音波が被検体３、５、７内の所定位置に収束するよう、各振動子から発する超音波の遅延時間を算出する遅延計算回路、２９はプローブ（探触子）１を構成する各々の振動子に超音波を供給する送信制御回路、３０は被検体３、５、７から反射してきた超音波をプローブ（探触子）１から受け取る受信制御回路、３１は受信した波形のメモリ、３２は波形メモリ３１に記憶された波形から被検体３、５、７内部の探傷結果をモニタ３３やデータ記録装置３４に表示させるためのデータ表示計算回路である。

この動作を図３ののフロー図に従って説明すると、まず、前記したようにプローブ（探触子）１と被検体３、５、７との間隔、及び探触子１と管２との間隔を、それぞれ略一定に保ちながら前記管２の軸を中心に回転可能としたスキャナにプローブ（探触子）１を取り付ける。そして、ステップＳ１０で制御装置２１からの指令で処理がスタートすると、超音波探傷器制御回路２２は、まずステップＳ１１で、スキャナ制御装置２６に指示して周方向スキャナ２５を駆動し、プローブ（探触子）１を最初の探傷位置に位置させる。

そして次のステップＳ１２で、スキャナ制御装置２６から送られる駆動結果の信号によりプローブ位置計算回路２７は、周方向スキャナ２５に搭載されたプローブ（探触子）１の位置データと、形状メモリからプローブ（探触子）１の位置に対応した表面形状データを、遅延時間を計算する遅延計算回路２８に読み込む。

すると遅延計算回路２８は、これらのデータを基に、ステップＳ１３においてプローブ（探触子）１を構成する各振動子から発する超音波が、被検体３、５、７内部の決められた深さに収束するよう、被検体３、５、７の表面の凹凸を考慮して、スネルの法則によって遅延時間を算出する。

今、図４に示したように、プローブ（探触子）１における素子位置として示した座標（Ｅｘ、Ｅｙ）の振動子が、被検体５における境界位置として示した座標（Ｂｘ、Ｂｙ）に超音波を発し、収束位置として示した座標（Ｆｘ、Ｆｙ）に到達するまでの伝搬時間ｔは、カプラントとしての水や油中の音速をＶｗ、被検体５中の音速をＶｍとすると、

となる。また、スネルの法則は、境界位置への超音波の入射角をθ_１、境界位置までのカプラント中の音速をｖ_１、被検体５中の音速をｖ_２、屈折角をθ_２とすると、
ｓｉｎθ_１／ｖ_１＝ｓｉｎθ_２／ｖ_２ …………………………（２）
となる。

この式（１）、式（２）と、前記した周方向スキャナ２５に搭載されたプローブ（探触子）１の位置データと、形状メモリからプローブ（探触子）１の位置に対応した表面形状データをもとに、プローブ（探触子）１を構成する各振動子から発する超音波が、被検体５内部の決められた座標（Ｆｘ、Ｆｙ）に収束させるための遅延時間の算出を行うフローが図５、図６である。

図５のフロー図のステップＳ２０で処理がスタートすると、まず、ステップＳ２１で、前記した周方向スキャナ２５に搭載されたプローブ（探触子）１の位置データと、形状メモリ２４からの被検体５に管２を貫通させて溶接する際のＣＡＤデータなどの設計資料に基づくプローブ（探触子）１の位置に対応した表面形状データによって、境界位置（Ｂｘ、Ｂｙ）が算出される。また、ステップＳ２２で、同じくＣＡＤデータなどの設計資料に基づいてこの境界位置（Ｂｘ、Ｂｙ）における入射超音波に対する角度が算出される。

そして次のステップＳ２３で、前記（２）式のスネルの法則を用いて被検体５へ入射した超音波の屈折角度が求められ、続いてステップＳ２４で屈折ビームの収束位置（Ｆｘ、Ｆｙ）までの距離が求められる。また、この求めた距離が、収束位置（Ｆｘ、Ｆｙ）からずれている場合、さらにステップＳ２５で収束位置（Ｆｘ、Ｆｙ）までの距離が最小になるよう境界位置（Ｂｘ、Ｂｙ）を変化させて、所定の収束位置（Ｆｘ、Ｆｙ）となるようにし、ステップＳ２６で求まった境界位置（Ｂｘ、Ｂｙ）により式（１）を用い、素子位置座標（Ｅｘ、Ｅｙ）から所定の収束位置座標（Ｆｘ、Ｆｙ）までの超音波の伝搬時間ｔを算出する。

この伝搬時間ｔの算出を、探触子１を構成する振動子全てについて行い、次に探触子１を構成する振動子から発する超音波が所定の収束位置（Ｆｘ、Ｆｙ）へ収束するための発信タイミング（遅延時間）を算出する。そのフロー図が図６に示したフロー図である。

この図６において、ステップＳ３０で処理がスタートすると、最初にステップＳ３１で素子数（振動子数）ｉが１にセットされる。そして次のステップＳ３２で、ｉ番目から（ｉ＋ｓ−１）番目の素子（振動子）を使用するとセットされ、ステップＳ３３で、この使用する素子における基準位置とする素子の座標（通常は使用する素子の真ん中の素子のＸ、Ｙ座標）が決定される。そしてステップＳ３４で、前記図５のステップＳ２２、２３で求めた境界位置（Ｂｘ、Ｂｙ）における入射超音波に対する角度、被検体５へ入射した超音波の屈折角度（収束角度・深さ）をもとに、収束位置のＸ、Ｙ座標が計算される。

また、図５に示したフローに従って、ステップＳ３５で基準の位置から収束位置（Ｆｘ、Ｆｙ）までの伝搬時間ｔ_ｂが計算され、ステップＳ３６でｊにｉが代入される。そしてステップＳ３７で素子ｊから収束位置までの時間ｔ_ｊが計算され、ステップＳ３８で素子ｊのｉ番目の探傷の遅延時間（ｔ_ｂ−ｔ_ｊ）が算出される。

こうして素子ｊの遅延時間が算出されると、次のステップＳ３９でｊがインクリメントされ、ステップＳ４０でｊが（ｉ＋ｓ）より大きいか否かが判断されて、等しいか小さければステップＳ３７に戻って同じ処理が繰り返され、大きければステップＳ４１に進んで今度はｉがインクリメントされる。そしてステップＳ４２でｉが（Ｎ−ｓ＋１）より大きいか否かが判断されて、等しいか小さければステップＳ３２に戻って同じ処理が繰り返され、大きければステップＳ４３に進んで終了して図３のステップＳ１４に戻る。

再度図３を参照して、こうして遅延計算回路２８で算出された遅延時間は、ステップＳ１４で超音波探傷器制御回路２２によって送信制御回路２９に送られ、送信制御回路２９は、この遅延時間に従ってプローブ１の振動子から超音波を被検体５に送り、反射されてきた超音波をプローブ１で受けて受信制御回路３０に送る。反射超音波を受けた受信制御回路３０は、その信号を波形メモリ３１に記憶し、次のステップＳ１５で駆動素子を１つずらし、ステップＳ１６でプローブ１における端の素子まで行ったか否かを判断する。

そして、プローブ１における端の素子まで行っていない場合はステップＳ１２に戻って以上の処理を繰り返し、端の素子まで行っている場合はステップＳ１７に行って、超音波探傷器制御回路２２がスキャナ制御装置２６に指示して周方向スキャナ２５を駆動し、所定角度だけプローブを移動させる。さらにステップＳ１８で管２の周囲を一周したかどうかが判断され、１周していない場合はステップＳ１２に戻って同じ処理を繰り返し、１周した場合はステップＳ１９で終了する。

このようにすることにより、被検体にある角度を持って貫通させた管の溶接部のように、肉盛型状が複雑となっていても、回転だけという簡単な走査で短時間に、かつ、正確に探傷する事ができる。なお、以上説明してきた探傷方法は、図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のいずれの状態の溶接部であっても適用可能であり、従来は困難であった図１（Ｃ）のように、被検体７にある角度を持って貫通させた管２の溶接部８の探傷を行う場合に特に有効である。

また、以上の説明では、形状メモリ２４に記憶している被検体５の表面形状は、被検体５に管２を貫通させて溶接する際のＣＡＤデータなどの設計資料に基づくと説明してきたが、こういった設計データなどを用いずに、超音波探傷によって被検体５の表面形状そのものの情報を取得し、それによって以上説明してきた探傷における被検体５の表面形状データとしても良い。

すなわち、被検体５に管２を貫通させて溶接する際のＣＡＤデータなどの設計資料を用いる場合、図３におけるステップＳ１２で読み込んだ、周方向スキャナ２５に搭載されたプローブ（探触子）１の位置データと、形状メモリから読み込んだプローブ（探触子）１の位置に対応した表面形状データとにより、前記図６のフローによって被検体５の表面にプローブ１から発する超音波を収束させるようにし、それによって被検体５の表面状態を詳細に調査して結果を図２の形状メモリ２４に格納し、その詳細表面状態情報によって図３におけるステップＳ１２以後の処理を行うようにする。このようにすることにより、被検体５のより詳細な表面状態情報を得ることができ、さらに正確な探傷を行うことができる。

また、こういった設計情報が得られない場合は、プローブ１を構成する各振動子から遅延させずに被検体５に超音波を送り、被検体５の表面からの反射時間を測定して個々の振動子に対応した位置の表面形状を調査しても良い。この場合、調査を２段階にして、最初にプローブ１を構成する各振動子から遅延させずに被検体５に超音波を送って表面形状を調査し、その結果に基づき、前記図６のフローによって被検体５の表面にプローブ１から発する超音波を収束させるようにし、それによって被検体５の表面状態を詳細に調査して結果を図２の形状メモリ２４に格納し、その詳細表面状態情報によって図３におけるステップＳ１２以後の処理を行うようにしても良い。このようにすることにより、より簡単に被検体５のより詳細な表面状態情報を得ることができ、さらに正確な探傷を行うことができる。

また、以上の説明ではプローブ１として、複数の振動子を一列に配列したリニアアレイ型の探触子を用いる場合を想定して説明してきたが、リニアアレイ型の探触子は超音波の収束は半径方向のみであり、周方向には収束できない。そのため、前記特許文献２に示されているような、振動子を湾曲させて超音波が１点に集中するよう構成したポイントフォーカス型アレイプローブを用いると、超音波が周方向にも集束し、さらに探傷精度を向上させることができる。

以上が本発明になる実施例１の超音波探傷方法及び装置であるが、以下、図７、図８を用い、本発明になる実施例２の超音波探傷方法及び装置を説明する。

以上説明してきた実施例１の超音波探傷方法及び装置では、探触子１から発する超音波を、管２の周方向に対しては、被検体５に対して垂直に入射する場合を想定して説明してきた。しかしながらこのように、被検体５に対して超音波を垂直に入射させた場合、管２における周方向の傷しか探傷できない。すなわち、探触子１における振動子は、前記したように管２の管軸を中心とする半径方向に配列しているから、被検体５に対して超音波を垂直に入射させた場合、探触子１から発した超音波は管２の管軸を通って振動子の配列方向に延びる平面内に発せられ、その平面を横切る傷、すなわち管２の周方向の傷しか探傷できない。

そのため本発明になる実施例２の超音波探傷方法及び装置においては、図１（Ｄ）に示したように、前記したスキャナに、探触子１における振動子の配列方向を中心として回転可能に保持できる機構を付加し、それによって、探触子１と被検体５及び管２との間隔をそれぞれ略一定に保ちながら、被検体５の平面における管２の全周にわたり、探触子１から発した超音波が特定角度で被検体５に送り込まれるようにしたものである。

このようにすることにより、被検体５への超音波の入射角度は任意の特定角度とすることができ、それによって、管２の管軸を通って振動子の配列方向に延びる平面だけでなく、探触子１の傾斜角度に応じた管２の管軸を中心とする半径方向の傷も探傷することができ、それだけ探傷範囲が広くなって探傷による欠陥の検出性能を向上させることができる。

このような考え方に従って構成した実施例２の超音波探傷装置のブロック図が図７であり、そのフロー図が図８である。この図７、図８において、前記図２と同じ構成要素と前記図３と同じ処理には同一番号、或いは同一ステップ番号が付してあり、図７において、３５はプローブ１における振動子の配列方向を中心としてプローブ１回転させた回転角度の計算回路、３６は周方向スキャナ２５に設けたプローブ１における、振動子の配列方向を中心としてプローブ１を回転可能に保持できる機構としての回転スキャナである。

まず、前記実施例１の場合と同様、プローブ（探触子）１と被検体３、５、７との間隔、及び探触子１と管２との間隔を、それぞれ略一定に保ちながら前記管２の軸を中心に回転可能としたスキャナにプローブ（探触子）１を取り付ける。そして、図８におけるステップＳ１０で制御装置２１からの指令で処理がスタートすると、超音波探傷器制御回路２２は、まずステップＳ１１で、スキャナ制御装置２６に指示して周方向スキャナ２５を駆動し、プローブ（探触子）１を最初の探傷位置に位置させる。

そして次のステップＳ５０で、プローブ１の位置データと形状メモリ２４から被検体５の表面状態情報が回転角度計算回路３５に送られ、ステップＳ５１で、この回転角度計算回路３５によって被検体５への超音波の入射角（周方向）が所定角度になるよう、プローブ１の振動子の配列方向中心からの入射角に基づいてプローブ１の回転角度を計算する。そしてステップＳ５２で、この計算結果がスキャナ制御装置２６に送られ、回転スキャナ３６が駆動されて、計算された回転角度に従ってプローブ１が回転されて保持される。

以下の動作は前記図３で説明した実施例１の処理フローと同じであり、次のステップＳ１２で、スキャナ制御装置２６から送られる駆動結果の信号によりプローブ位置計算回路２７は、周方向スキャナ２５に搭載されたプローブ（探触子）１の位置データと、形状メモリからプローブ（探触子）１の位置に対応した表面形状データを、遅延時間を計算する遅延計算回路２８に読み込む。

そして遅延計算回路２８は、これらのデータを基に、ステップＳ１３においてプローブ（探触子）１を構成する各振動子から発する超音波が、被検体３、５、７内部の決められた深さに収束するよう、被検体３、５、７の表面の凹凸を考慮して、前記図５、図６に示したフロー図に従い、スネルの法則によって遅延時間を算出する。

そして遅延計算回路２８で算出された遅延時間は、ステップＳ１４で超音波探傷器制御回路２７によって送信制御回路２９に送られ、送信制御回路２９は、この遅延時間に従ってプローブ１の振動子から超音波を被検体５に送り、反射されてきた超音波をプローブ１で受けて受信制御回路３０に送る。反射超音波を受けた受信制御回路３０は、その信号を波形メモリ３１に記憶し、以下は前記図３のステップＳ１５に行き、駆動素子を１つずらし、ステップＳ１６でプローブ１における端の素子まで行ったか否かを判断する。

そして、プローブ１における端の素子まで行っていない場合はステップＳ１２に戻って以上の処理を繰り返し、端の素子まで行っている場合はステップＳ１７に行って超音波探傷器制御回路２７は、スキャナ制御装置２６に指示して周方向スキャナ２５を駆動して所定角度だけプローブを移動させる。そして、ステップＳ１８で管２の周囲を一周したかどうかが判断され、１周していない場合はステップＳ１２に戻って同じ処理を繰り返し、１周した場合はステップＳ１９で終了する。

このようにすることにより、管２の管軸を通って振動子の配列方向に延びる平面だけでなく、探触子１の傾斜角度に応じた管２の管軸を中心とする半径方向の傷も探傷することができ、それだけ探傷範囲が広くなって探傷による欠陥の検出性を向上させることができる。

なお、前記したように形状メモリ２４に記憶している被検体５の表面形状を、被検体５に管２を貫通させて溶接する際のＣＡＤデータなどの設計資料に基づくだけでなく、超音波探傷によって被検体５の表面形状そのものの情報を取得し、それによって以上説明してきた探傷における被検体５の表面形状データとしても良いことはもちろんである。また、プローブ１として、ポイントフォーカス型アレイプローブを用いると、超音波が周方向にも集束し、さらに探傷精度を向上させられることも前記と同様である。

以上が本発明になる実施例２の超音波探傷方法及び装置であるが、以下、図９、図１０を用い、本発明になる実施例３の超音波探傷方法及び装置を説明する。

以上説明してきた実施例１、実施例２の超音波探傷方法及び装置では、探触子１を１つだけ用い、探触子１から発する超音波を被検体５に対して垂直に入射する（実施例１）、或いは、探触子１を振動子の配列方向を中心として回転させ、探触子１から発した超音波が特定角度で被検体５に送り込まれるようにした（実施例２）が、この実施例３では、図１（Ｅ）に示したように、探触子を１、９、１０のように複数用い、それぞれの探触子から被検体５へ入射する超音波の入射角を異ならせ、１回の探傷で、管２の管軸を通って振動子の配列方向に延びる平面だけでなく、探触子９、１０の傾斜角度に応じた管２の管軸を中心とする周方向の傷も探傷することができるようにして、広い探傷範囲を探傷できるようにしたものである。

このような考え方に従って構成した実施例３の超音波探傷装置のブロック図が図９であり、そのフロー図が図１０である。この図９、図１０において、前記図２、図７と同じ構成要素と前記図３、図８と同じ処理には同一番号、或いは同一ステップ番号が付してあり、図９において、４０、４１、４２は図１（Ｅ）に１、９、１０として示したプローブに対応したプローブであり、４３、４４、４５は、前記図７に３６として示した周方向スキャナ２５に設けた回転スキャナと同様、各プローブ４０、４１、４２における振動子の配列方向を中心としてプローブ４０、４１、４２を特定角度で保持する回転スキャナ、４６はプローブ４０、４１、４２のうちで、検出された傷に最も適したプローブを選択する最適プローブ選択回路である。

まず、前記実施例１の場合と同様、プローブ（探触子）４０、４１、４２と被検体３、５、７との間隔、及び探触子４０、４１、４２と管２との間隔を、それぞれ略一定に保ちながら前記管２の軸を中心に回転可能としたスキャナにプローブ（探触子）４０、４１、４２をそれぞれ特定角度で取り付ける。そして、図１０におけるステップＳ１０で制御装置２１からの指令で処理がスタートすると、超音波探傷器制御回路２２は、まずステップＳ１１で、スキャナ制御装置２６に指示して周方向スキャナ２５を駆動し、プローブ（探触子）４０、４１、４２を最初の探傷位置に位置させる。

そして次のステップＳ５５で、各プローブ４０、４１、４２の位置データと形状メモリ２４から被検体５の表面状態情報が最適プローブ選択回路４６に送られ、ステップＳ５６で、この最適プローブ選択回路４６は、それぞれのプローブ４０、４１、４２における超音波の被検体５への入射角（周方向）を計算し、入射角が一番理想的なプローブを選択する。

以下の動作は前記図３、図８で説明した実施例１、実施例２の処理フローと同じであり、次のステップＳ１２で、スキャナ制御装置２６から送られる駆動結果の信号によりプローブ位置計算回路２７は、周方向スキャナ２５に搭載されたプローブ（探触子）１の位置データと、形状メモリからプローブ（探触子）１の位置に対応した表面形状データを、遅延時間を計算する遅延計算回路２８に読み込む。

そして遅延計算回路２８は、これらのデータを基に、ステップＳ１３においてプローブ（探触子）１を構成する各振動子から発する超音波が、被検体３、５、７内部の決められた深さに収束するよう、被検体３、５、７の表面の凹凸を考慮して、前記図５、図６に示したフロー図に従い、スネルの法則によって遅延時間を算出する。

そして遅延計算回路２８で算出された遅延時間は、ステップＳ１４で超音波探傷器制御回路２７によって送信制御回路２９に送られ、送信制御回路２９は、この遅延時間に従ってプローブ１の振動子から超音波を被検体５に送り、反射されてきた超音波をプローブ１で受けて受信制御回路３０に送る。反射超音波を受けた受信制御回路３０は、その信号を波形メモリ３１に記憶し、以下は前記図３のステップＳ１５に行き、駆動素子を１つずらし、ステップＳ１６でプローブ１における端の素子まで行ったか否かを判断する。以下の動作は前記と全く同様なので省略する。

このようにすることにより、管２の管軸を通って振動子の配列方向に延びる平面だけでなく、探触子１の傾斜角度に応じた管２の管軸を中心とする周方向の傷も同時に探傷することができ、それだけ探傷範囲が広くなって探傷による欠陥の検出性を向上させることができる。

なお、前記したように形状メモリ２４に記憶している被検体５の表面形状を、被検体５に管２を貫通させて溶接する際のＣＡＤデータなどの設計資料に基づくだけでなく、超音波探傷によって被検体５の表面形状そのものの情報を取得し、それによって以上説明してきた探傷における被検体５の表面形状データとしても良いことはもちろんである。また、プローブ４０、４１、４２として、ポイントフォーカス型アレイプローブを用いると、超音波が周方向にも集束し、さらに探傷精度を向上させることも前記と同様である。

以上が本発明になる実施例３の超音波探傷方法及び装置であるが、以下、図１１、図１２を用い、本発明になる実施例４の超音波探傷方法及び装置を説明する。

以上説明してきた実施例１、実施例２、実施例３の超音波探傷方法及び装置では、探触子１から発する超音波を被検体５に対して垂直に入射する（実施例１）、或いは、探触子１を振動子の配列方向を中心として回転させ、探触子１から発した超音波が特定角度で被検体５に送り込まれるようにする（実施例２）、さらに複数の探触子をそれぞれ被検体５への入射角が異なるように保持し、それによって周方向の傷だけでなく、半径方向の傷も同時に探傷することができるようにした（実施例３）が、これらの方法では、広範囲の探傷を行うためには超音波の被検体５への入射角を異ならせるよう探触子１の角度を変更する、複数の探触子を用いるなど、時間がかかるか、複数の探触子を必要とした。

そのため、この実施例４では、図１（Ｆ）、（Ｇ）に示したように、前記特許文献１に示されているような振動子をマトリクス状に配列したマトリクスプローブ、特許文献３に示されているようにマトリクスを構成する振動子を湾曲させてポイントフォーカス型としたポイントフォーカス型マトリクスプローブなどを用い、管２の１周の探傷で、管２の周方向と管軸に対して半径方向となる傷など、任意角度、深さの探傷を一度で行えるようにしたものである。

そのための実施例４の超音波探傷装置のブロック図が図１１であり、そのフロー図が図１２である。この図１１、図１２において、前記図２、図７、図９と同じ構成要素と前記図３、図８、図１０と同じ処理には同一番号、或いは同一ステップ番号が付してあり、図１１において、５０は図１（Ｆ）、（Ｇ）に１１で示し、前記特許文献１、特許文献３に示されているようにマトリクス型のプローブ、５１はそのプローブ５０から発する超音波を収束させる周方向角度を計算する周方向角度計算回路である。

まず、前記実施例１の場合と同様、プローブ（探触子）５０と被検体３、５、７との間隔、及びプローブ５０と管２との間隔を、それぞれ略一定に保ちながら前記管２の軸を中心に回転可能としたスキャナにプローブ５０を取り付ける。そして、図１２におけるステップＳ６０で制御装置２１からの指令で処理がスタートすると、超音波探傷器制御回路２２は、まずステップＳ６１で、スキャナ制御装置２６に指示して周方向スキャナ２５を駆動し、プローブ５０を最初の探傷位置に位置させる。

そして次のステップＳ６２で、プローブ５０の位置データと形状メモリ２４から被検体５の表面状態情報が周方向角度計算回路５１に送られ、ステップＳ６３で、この周方向角度計算回路５１は、プローブ５０における超音波の被検体５への入射角（周方向）が決められた角度となるよう探傷角度を計算する。すなわち、マトリクス型プローブ５０は振動子がマトリクス状に設けられているため、各振動子の遅延時間を調整することで、任意の方向、位置に超音波を収束させることができる。そのため周方向角度計算回路５１により、プローブ５０の位置データと被検体５の表面状態情報とにより、探傷したい位置、深さに超音波が収束する角度を算出するわけである。

こうして周方向角度計算回路５１により探傷したい位置、深さに超音波が収束する角度が算出されると、ステップＳ６４でその値とプローブ位置データ、表面形状データが遅延計算回路２８によって読み込まれ、ステップＳ６５でプローブ５０を構成する各振動子から発する超音波が、被検体３、５、７内部の決められた深さ、入射角に３次元で収束するよう、被検体３、５、７の表面の凹凸を考慮して、前記図５、図６に示したフロー図に従い、スネルの法則によって遅延時間を算出する。

そして遅延計算回路２８で算出された遅延時間は、ステップＳ６６で超音波探傷器制御回路２７によって送信制御回路２９に送られ、送信制御回路２９は、この遅延時間に従ってプローブ５０の振動子から超音波を被検体５に送り、反射されてきた超音波をプローブ５０で受けて受信制御回路３０に送る。反射超音波を受けた受信制御回路３０は、その信号を波形メモリ３１に記憶し、以下は前記図３のステップＳ１５に行き、駆動素子を１つずらし、ステップＳ１６でプローブ５０における端の素子まで行ったか否かを判断し、さらに全ての行、列の素子から信号が送られたかを判断しながら処理していく。以下の動作は前記と全く同様なので省略する。

このようにすることにより、前記したように管２の１周の探傷で、管２の周方向と管軸に対して半径方向となる探傷を一度で行なうことができ、被検体５の表面の形状に合わせて様々な探傷を行うことができる。

また、以上の説明では、探傷したい特定位置、深さに超音波が収束する角度を算出し、それによってプローブ位置毎に異なった角度で探傷を行う場合を説明してきたが、前記しまた図１（Ｇ）に示したようにマトリクス型プローブは、プローブ周囲３６０度のどの方向にも超音波を収束することが可能であり、その場合の超音波探傷方法及び装置を示したのが図１３のブロック図と、図１４に示したフロー図である。

この図１３、図１４において、前記図１１と同じ構成要素と前記図１２と同じ処理には同一番号、或いは同一ステップ番号が付してある。まず、前記実施例１の場合と同様、プローブ（探触子）５０と被検体３、５、７との間隔、及びプローブ５０と管２との間隔を、それぞれ略一定に保ちながら前記管２の軸を中心に回転可能としたスキャナにプローブ５０を取り付ける。そして、図１４におけるステップＳ６０で制御装置２１からの指令で処理がスタートすると、超音波探傷器制御回路２２は、まずステップＳ６１で、スキャナ制御装置２６に指示して周方向スキャナ２５を駆動し、プローブ５０を最初の探傷位置に位置させる。

そして次のステップＳ７０で、プローブ５０の位置データと形状メモリ２４から被検体５の表面状態情報が遅延計算回路２８によって読み込まれ、ステップＳ６５でプローブ５０を構成する各振動子から発する超音波が、被検体３、５、７内部の決められた深さ、入射角に３次元で収束するよう、被検体３、５、７の表面の凹凸を考慮して、前記図５、図６に示したフロー図に従い、スネルの法則によって遅延時間を算出する。

そして遅延計算回路２８で算出された遅延時間は、ステップＳ６６で超音波探傷器制御回路２７によって送信制御回路２９に送られ、送信制御回路２９は、この遅延時間に従ってプローブ５０の振動子から超音波を被検体５に送る。反射されてきた超音波はプローブ５０で受けて受信制御回路３０に送り、この反射超音波を受けた受信制御回路３０は、その信号を波形メモリ３１に記憶する。

そして次のステップＳ６７で、超音波を収束させる方向がＸ度回転させられ、次のステップＳ６８で超音波を収束方向がプローブ５０の周囲３６０度（１周）探傷されたかどうかが判断され、されていない場合はステップＳ７０に戻って同じ処理が繰り返され、１周したら次のステップＳ１７に進む。

そして前記図３の実施例１の場合と同様、超音波探傷器制御回路２７はこのステップＳ１７で、スキャナ制御装置２６に指示して周方向スキャナ２５を駆動して所定角度だけプローブを移動させ、ステップＳ１８で管２の周囲を一周したかどうかが判断されて、１周していない場合はステップＳ１２に戻って同じ処理を繰り返し、１周した場合はステップＳ１９で終了する。

このようにすることにより、前記したように管２の１周の探傷で、管２の周方向と管軸に対して半径方向となる探傷を一度で行なうことができ、被検体５の表面の形状に合わせて様々な探傷を行うことができる。

なお、前記したように形状メモリ２４に記憶している被検体５の表面形状を、被検体５に管２を貫通させて溶接する際のＣＡＤデータなどの設計資料に基づくだけでなく、超音波探傷によって被検体５の表面形状そのものの情報を取得し、それによって以上説明してきた探傷における被検体５の表面形状データとしても良いことはもちろんである。また、プローブ５０として、ポイントフォーカス型マトリクスプローブを用いると、超音波の集束力が増し、さらに探傷精度を向上させることも前記と同様である。

以上、種々述べてきたように、本発明になる超音波探傷方法及び装置の実施例１乃至４によれば、管２の周囲の肉盛したような溶接部でも超音波探傷が可能となるが、以上の実施例では、探触子を被検体５の方に向けていたため、管２の被検体５から上の方まで溶接がなされている場合にその部分の探傷が困難という問題が残る。

そのためこの実施例５では、図１（Ｈ）に示したように探触子を複数設け、一の探触子１を以上説明してきた実施例１乃至４のように被検体５の方に向け、他の探触子１２を管２の方に向けて、これら２つの探触子１、１２を前記したスキャナに搭載し、被検体５と管２の両方の溶接部を同時に探傷するようにしたものである。

駆動回路は、以上説明してきた実施例１乃至４の駆動回路における送信制御回路２９、受信制御回路３０をそれぞれの探触子に対応させて設けるだけで、動作そのものは実施例１乃至４と全く同様であるから説明は省略するが、マトリクス型プローブやポイントフォーカス型プローブを使用したり、リニアアレイ型プローブを複数用いるなどのことはそれらが複数になる、ということ以外は全く同様である。

このようにすることにより、管２の被検体５から上の方まで溶接がなされている場合でも、今まで説明してきたのと全く同様に探傷を行うことができ、傷を見逃すことなく、探傷精度を向上させることができる。

本発明によれば、従来困難であった被検体にある角度を持って貫通させた管の溶接部のように、肉盛型状が複雑となっている部位の探傷を精度良く正確に行うことができ、溶接部に生じた傷による事故を容易に防ぐことができる。

本発明になる超音波探傷方法及び装置の各実施形態を模式的に示した図であり、（Ａ）は鋼板などの被検体３にほぼ垂直に管２を貫通させてほぼ平面となっている４で示した部位で溶接し、管２の周囲を、複数の振動子で構成される探触子（以下、プローブと称する場合もある）１を、管２の管軸を中心とする半径方向が複数の振動子の配列方向となるようにしながら回転させて探傷する場合、（Ｂ）は被検体５と管２の溶接部に肉盛６がある場合で、（Ａ）の場合と同様、探触子１を、管２の管軸を中心とする半径方向が複数の振動子の配列方向となるようにすると共に、肉盛が厚くなる方に傾斜させながら回転させて探傷する場合、（Ｃ）は管２が被検体７と所定角度を有して貫通している場合で、探触子１と被検体７、及び管２との間隔をそれぞれ略一定に保ちながら探触子１における振動子の配列方向を管２の管軸を中心とする半径方向としながら回転させて探傷する場合、（Ｄ）は探触子１から発せられる超音波が特定角度で被検体の溶接部位８に送り込まれるようにした場合、（Ｅ）は複数の探触子１、９、１０を備え、それぞれの探触子１、９、１０が発した超音波の被検体の溶接部８に対する進入角度を異ならせて探傷するようにした場合、（Ｆ）はマトリクス型探触子１１を用いて探傷する場合、（Ｇ）はマトリクス型探触子１１を用い、さらにマトリクス型探触子１１のそれぞれの探傷部位で３６０度方向を１度に探傷する場合、（Ｈ）は２つ探触子１、１２を用い、探触子１は超音波出射面を被検体７の平面側に、他の探触子１２は超音波出射面を管２の周面側に向けて探傷する場合である。 本発明になる実施例１の超音波探傷装置のブロック図である。 本発明になる実施例１の超音波探傷方法のフロー図である。 探触子の一振動子から被検体内部の特定位置へ超音波を収束させる位置関係を示した図である。 探触子の一振動子から被検体内部の特定位置へ超音波を収束させるための伝搬時間算出のフロー図である。 リニア探傷における各振動子の遅延時間を求めるためのフロー図である。 本発明になる実施例の超音波探傷装置のブロック図である。 本発明になる実施例の超音波探傷方法のフロー図である。 本発明になる実施例の超音波探傷装置のブロック図である。 本発明になる実施例の超音波探傷方法のフロー図である。 本発明になる実施例の超音波探傷装置のブロック図である。 本発明になる実施例の超音波探傷方法のフロー図である。 本発明になる実施例の超音波探傷装置のブロック図である。 本発明になる実施例の超音波探傷方法のフロー図である。 鋼板にある角度を持って管を貫通させた場合の管の周囲の溶接による肉盛型状を示した図である。 （Ａ）は表面形状が不定な被検体に進入した超音波の屈折方向が意図した方向と異なることを説明するための図、（Ｂ）は表面形状に合わせて振動子により発生する超音波に時間差を持たせ、それによって一点に収束させることを説明するための図である。

符号の説明

１ アレイ型の探触子（プローブ）
２ 管
３、５、７ 被検体
４、６、８ 溶接部位
９、１０ アレイ型の探触子（プローブ）
１１ マトリクス型探触子（プローブ）
１２ アレイ型の探触子（プローブ）
２１ 制御装置
２２ 超音波探傷器制御回路
２３ 対象部位表面情報データ
２４ 形状メモリ
２５ 周方向スキャナ
２６ スキャナ制御装置
２７ プローブ位置計算回路
２８ 遅延計算回路
２９ 送信制御回路
３０ 受信制御回路
３１ 波形メモリ
３２ データ表示計算回路
３３ モニタ
３４ データ記録装置
３５ 回転角度計算回路
３６ 回転スキャナ
４０、４１、４２
４３、４４、４５
４６ 最適プローブ選択回路
５０ マトリクス型プローブ
５１ 周方向角度計算回路

Claims (21)

1. 管を貫通させて溶接した被検体に、超音波を出射する複数の振動子を配列した探触子を対向させ、水浸法を用いて超音波探傷を行う超音波探傷方法であって、
   前記探触子と、前記被検体及び管との間隔をそれぞれ略一定に保ちながら前記探触子における振動子の配列方向を前記管の管軸を中心とする半径方向とし、予め前記複数の振動子のそれぞれから発した超音波により前記被検体表面形状の情報を取得して記憶手段に記憶させ、該記憶した前記被検体表面形状に基づき、前記管の周方向に所定角度毎に前記複数の振動子のそれぞれから被検体に向けて発せられる超音波の遅延時間を制御して、前記被検体内部の所定位置に超音波を収束させて探傷をおこなうことを特徴とする超音波探傷方法。
2. 前記管における全周の被検体表面形状の情報を予め取得して記憶手段に記憶させた後、該記憶結果を参照して被検体の探傷を行うことを特徴とする請求項１に記載した超音波探傷方法。
3. 前記被検体の表面形状情報の取得を、前記複数の振動子のそれぞれから被検体に向けて発せられる超音波の遅延時間を制御して前記被検体表面に収束させておこなうことを特徴とする請求項１または２に記載した超音波探傷方法。
4. 前記被検体表面形状情報を予め被検体の設計情報から取得し、該設計情報から算出した前記探触子と被検体の位置関係に基づき、前記被検体表面に各振動子からの超音波を収束させるよう各振動子の遅延時間を制御することを特徴とする請求項３に記載した超音波探傷方法。
5. 前記管が前記被検体と所定角度を有して貫通している場合、前記探触子と被検体及び管との間隔をそれぞれ略一定に保ちながら、前記被検体平面における前記管の全周にわたり、前記探触子から発した超音波が特定角度で前記被検体に送り込まれるようにして探傷をおこなうことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載した超音波探傷方法。
6. 前記探触子を複数備え、それぞれの探触子が発した超音波の前記被検体平面に対する進入角度を異ならせて探傷するようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載した超音波探傷方法。
7. 前記探触子として、リニアアレイ型探触子を用いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載した超音波探傷方法。
8. 前記探触子として、ポイントフォーカス型探触子を用いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載した超音波探傷方法。
9. 前記探触子として、マトリックスアレイ型探触子を用いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載した超音波探傷方法。
10. 前記マトリックスアレイ型探触子は、各探傷位置で前記マトリックスアレイ型探触子の周囲３６０度方向に向けて各振動子から出射した超音波を収束させるよう前記遅延時間を制御して探傷することを特徴とする請求項９に記載した超音波探傷方法。
11. 前記探触子を２つ設け、一の探触子の超音波出射面を前記被検体平面側に、他の探触子の超音波出射面を前記管の周面側に向けて設置したことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載した超音波探傷方法。
12. 管を貫通させて溶接した被検体に対向させ、超音波を出射する複数の振動子を配列した探触子を有して水浸法により超音波探傷を行う超音波探傷装置であって、
    前記被検体及び管との間隔をそれぞれ略一定に保ちながら前記管軸を中心に回転可能としたスキャナと、前記管の管軸を中心とする半径方向が前記探触子における振動子の配列方向となるよう前記スキャナに設置した探触子と、前記探触子を構成する各々の振動子に超音波を供給する送信制御手段と、前記被検体から反射してきた超音波を前記探触子を介して受け取る受信制御手段と、該受信制御手段が受信した反射超音波から被検体表面形状を算出する計算手段と、該計算手段の算出した表面形状を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された被検体表面形状をもとに、前記各振動子から出射した超音波が被検体内部の所定位置に収束するように個々の振動子の超音波出射遅延時間を算出する遅延計算手段と、該遅延計算手段が前記被検体表面形状をもとに算出した超音波の遅延時間を前記送信制御手段に与え、前記各振動子から出射した超音波を被検体内部の所定位置に収束させて探傷をおこなわせる超音波探傷器制御手段とを備えたことを特徴とする超音波探傷装置。
13. 前記被検体の設計情報記憶手段を備え、前記超音波探傷器制御手段は、前記設計情報記憶手段に記憶された被検体の表面情報をもとに前記遅延計算手段に前記各振動子から出射した超音波を被検体表面に収束させる遅延時間を算出させ、該算出結果を前記送信制御手段に送って前記各振動子から出射した超音波を被検体表面に収束させて表面形状を前記計算手段に算出させることを特徴とする請求項１２に記載した超音波探傷装置。
14. 前記スキャナは、前記超音波が、前記被検体平面に対して特定角度を保ちながら前記被検体に送り込まれるよう前記探触子を保持し、前記管の周囲を回転できるよう構成されていることを特徴とする請求項１２または１３に記載した超音波探傷装置。
15. 前記スキャナは、前記探触子における振動子の配列方向を中心として前記探触子を回転可能に保持し、前記探触子から発する超音波の前記被検体平面に対する進入角度を変更可能に構成していることを特徴とする請求項１４に記載した超音波探傷装置。
16. 前記探触子を複数備え、それぞれの探触子が発した超音波の前記被検体平面に対する進入角度を異ならせるよう各探触子を前記スキャナに設けたことを特徴とする請求項１４に記載した超音波探傷装置。
17. 前記探触子として、リニアアレイ型探触子を用いることを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれかに記載した超音波探傷装置。
18. 前記探触子として、ポイントフォーカス型探触子を用いることを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれかに記載した超音波探傷装置。
19. 前記探触子として、マトリックスアレイ型探触子を用いることを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれかに記載した超音波探傷装置。
20. 前記超音波探傷器制御手段は前記被検体表面形状をもとに、各探傷位置で前記マトリックスアレイ型探触子の周囲３６０度方向に向けて各振動子から出射した超音波を収束させる遅延時間を前記遅延計算手段に算出させ、各探傷位置で周囲３６０度方向を探傷するよう制御することを特徴とする請求項１９に記載した超音波探傷装置。
21. 前記探触子を２つ設け、一の探触子の超音波出射面を前記被検体平面側に、他の探触子の超音波出射面を前記管の周面側に向けて設置したことを特徴とする請求項１２乃至２０のいずれかに記載した超音波探傷方法。

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