JP2008070283A

JP2008070283A - 超音波ガイド波非破壊検査方法および装置

Info

Publication number: JP2008070283A
Application number: JP2006250358A
Authority: JP
Inventors: Hideo Nishino; 秀郎西野
Original assignee: University of Tokushima NUC
Current assignee: University of Tokushima NUC
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2008-03-27

Abstract

【課題】
長尺で断面形状が略一定である構造材の任意の部位に対して、微小欠陥の検出や、減衰が大きいために計測が困難であった材料や環境での計測を可能とする、超音波ガイド波非破壊検査方法および装置を提供する。
【解決手段】
検査対象領域外であって、送信機と受信機との、いずれか一方または両方の近傍に設けた反射領域により、反射前の超音波ガイド波と反射後の超音波ガイド波とが干渉により強めあうことを利用し、従来と同じ出力条件でありながら、超音波ガイド波の送信効率や受信効率を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を用いて検査対象物の状態を検査する非破壊検査方法および装置に関し、より詳しくは、パイプや鉄道レールやＬ字鋼、Ｈ鋼など、長尺で断面形状が略一定である構造物内を伝搬する超音波ガイド波を用いる非破壊検査方法および装置に関する。

建築物の柱や梁、配管などは、使用時に欠陥品が混入しないよう検査するため、また、経年による劣化などを診断するため、超音波を用いた非破壊検査によって、亀裂の有無や管材の減肉などを確認している。とくに近年では、長距離区間を一度に走査するために、長尺で断面形状が略一定である構造材内を伝搬する、ガイド波と呼ばれる超音波のモードを利用する方法が開発されている。（例えば特許文献１参照。）

しかしながら、実際の建築物においては、構造材どうしが固定され、床や壁に接触し、さらには埋設されていたりするので、長距離区間を一度に走査するには超音波ガイド波の減衰が問題となる。

これに対して、例えば、非特許文献１では、長尺構造材の中央部の検査を行うにあたり、端部近傍に超音波ガイド波の送信機を設けると、端部側に進行した超音波ガイド波が端部で反射した後に中央側に折り返し、送信機から中央側に進行した超音波ガイド波との間で干渉が発生することによって、より大きな振幅をもった超音波ガイド波を用いて、長尺構造材の中央部の検査を行う方法が報告されている。しかし、この方法は構造材の端部に限定されるため、実際の構造物を対象とすることが困難であり、少なくとも一部を解体する必要があった。
特開２００４−３０１５４０号公報山崎友裕、「ガイド波用電磁超音波センサによるワイヤ、パイプ、薄板の非破壊評価」、非破壊検査、社団法人非破壊検査協会、２００５年、ｖｏｌ．５４、Ｎｏ．１１、ｐ．６０６−６１１

本発明者は、上記問題点を解消するために、鋭意研究を重ね、長尺構造材の任意の部位に音響インピーダンスの異なる領域を作製することにより、超音波ガイド波を反射させることに着目し、本発明に到達した。すなわち、本発明の目的は、長尺で断面形状が略一定である構造材の任意の部位に対して、高い送信効率および受信効率をもつ超音波ガイド波により走査を行い得ることを特徴とする、超音波ガイド波非破壊検査方法および装置を提供することである。

前述した目的を達成するために、本発明にかかる超音波ガイド波非破壊検査方法は、超音波ガイド波を用いて検査対象物の状態を検査する非破壊検査方法において、送信機から検査対象領域に対して超音波ガイド波を送信し、該送信機から送信され該検査対象領域を走査した超音波ガイド波を受信機にて受信するものであって、該検査対象領域外であって、該送信機と該受信機との、いずれか一方または両方の近傍に設けた反射領域により、反射前の超音波ガイド波と反射後の超音波ガイド波とが干渉により強めあうことを特徴としている。

また、本発明にかかる超音波ガイド波非破壊検査方法は、前記送信機の近傍に前記反射領域を設けることにより、前記検査対象領域において、該送信機から該検査対象領域に向けて進行する超音波ガイド波と、該送信機から該反射領域に向けて進行し、該反射領域による反射後に該検査対象領域に向けて進行する超音波ガイド波と、が干渉により強めあい、送信効率が向上することを特徴としている。これにより、従来と同じ条件で送信された超音波ガイド波であっても、より大きな振幅をもった超音波ガイド波によって検査対象領域を走査することができ、感度の高い検査が可能となる。

また、本発明にかかる超音波ガイド波非破壊検査方法は、前記受信機の近傍に前記反射領域を設けることにより、該受信機において、前記検査対象領域を走査し、該受信機に受信される超音波ガイド波と、該検査対象領域を走査し、一度は該受信機を透過し、該反射領域による反射後に該受信機に受信される超音波ガイド波と、が干渉により強めあい、受信効率が向上することを特徴としている。これにより、従来と同じ条件で検査対象領域を走査した超音波ガイド波であっても増幅して受信することができ、感度の高い検査が可能となる。

また、本発明にかかる超音波ガイド波非破壊検査方法は、前記反射領域が、音響インピーダンスの異なる領域を作製することにより、超音波ガイド波を反射することを特徴としている。

また、本発明にかかる超音波ガイド波非破壊検査装置は、超音波ガイド波を用いて検査対象物の状態を検査する非破壊検査装置において、検査対象領域に対して超音波ガイド波を送信する送信機と、該送信機から送信され該検査対象領域を走査した超音波ガイド波を受信する受信機と、を備え、さらに、該検査対象領域外であって、該送信機と該受信機との、いずれか一方または両方の近傍に反射領域を設けることを特徴としている。

また、本発明にかかる超音波ガイド波非破壊検査装置は、前記反射領域の設置位置が、走査に用いる超音波ガイド波の波長を基準とし、反射前の超音波ガイド波と反射後の超音波ガイド波とが干渉により強めあう距離であることを特徴としている。

また、本発明にかかる超音波ガイド波非破壊検査装置は、前記反射領域が、検査対象物に構造物を付加することにより、音響インピーダンスの変化を誘発した領域であることを特徴としている。

また、本発明にかかる超音波ガイド波非破壊検査装置は、前記反射領域が、検査対象物に圧力を加えることにより、音響インピーダンスの変化を誘発した領域であることを特徴としている。

本発明によれば、超音波ガイド波の送信効率や受信効率を向上させることが可能であり、これまで不可能であった微小欠陥の検出や、減衰が大きいために困難であった材料や計測環境での計測が可能となる。さらに、構造材の端部を利用する方法と異なり、任意の部位に設置が可能なため、実際の構造物を対象として、部分的な解体も必要とせずに計測が可能である。

以下、本発明に係る超音波ガイド波非破壊検査方法および装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、これらは具体的に説明するための事例であり、以下の内容に限定されるものではない。

図１（ａ）に示す模式図は、送信機と受信機とに挟まれた領域を検査対象領域とする形式の超音波ガイド波非破壊検査方法において、検査対象領域外であって、送信機の近傍に反射領域を設けた例を示している。

この形式では図１（ｂ）に示すように、送信機から検査対象領域に向けて進行する超音波ガイド波（波Ａ）と、送信機から反射領域に向けて進行し、反射領域による反射後に検査対象領域に向けて進行する超音波ガイド波（波Ｂ）と、が干渉により強めあい、送信効率が向上する。

図２（ａ）に示す模式図は、送信機と受信機とに挟まれた領域を検査対象領域とする形式の超音波ガイド波非破壊検査方法において、検査対象領域外であって、受信機の近傍に反射領域を設けた例を示している。

この形式では図２（ｂ）に示すように、検査対象領域を走査してきて、受信機に受信される超音波ガイド波（波Ｃ）と、同じく検査対象領域を走査してきて、一度は受信機を透過し、反射後に受信される超音波ガイド波（波Ｄ）と、が干渉により強めあい、受信効率が向上する。

また、図３（ａ）に示す模式図のように、送信機と受信機との両方の近傍に反射領域を設けても良い。この形式では、図１（ｂ），図２（ｂ）に示した両方の効果が相乗し、図３（ｂ）に示すように、受信機で検出される超音波ガイド波は、送信機から一方向に伝搬する出力に対して明らかに大きくなり、さらに高い感度での検査が可能となる。

また、超音波ガイド波非破壊検査方法には、亀裂や断面形状の変形による反射を観測するため、図４に示すように受信機と送信機とが近接している形式も存在する。図４においては受信機の左側が検査対象領域であり、送信機の右側に反射領域を設けることができる。なお、送信機と、受信機と、反射領域との距離を適切に配置することによって、図３に示す形式と同様に、送信効率と受信効率との両方を向上させることができる。

反射領域の位置は、超音波ガイド波の波長をλとすると、反射領域が応力自由端の場合にはｎλ／２、応力固定端の場合には（２ｎ−１）λ／４とすることにより（ｎは自然数）、反射前の超音波ガイド波と反射後の超音波ガイド波とが干渉により強めあう。

反射領域としては、検査対象物に取り付けることにより、音響インピーダンスの異なる領域を作製する構造物であればよく、とくに限定されるものではない。例えば、鋼製のホースバンドを締めつけることにより、反射領域として機能させることが可能である。また、ホースバンドと検査対象物の間に鉛などの比較的柔らかく密度の大きな材料を挟むことで、音響インピーダンスを増大させる方法や、モルタルなどを設置硬化させて反射領域とする方法、あるいは逆に検査対象物の一部を削り取る方法が例示される。ホースバンドではなく、万力やシャコ万力等で検査対象物の一部を締めつけるだけでも音響インピーダンスの変化を誘発し、反射領域としての効果は発揮される。

図１（ａ）に示す模式図のように、外径５０ｍｍで肉厚が２ｍｍのアルミニウムパイプに、超音波ガイド波用の送信機と受信機とを周方向1周に巻付ける様に設置した。また、図１（ａ）において、送信機の右側、距離３１．２ｍｍの位置に、反射領域として鋼製のホースバンドを設置した。

ここで、送信機から、周波数５０ｋＨｚのＴ（０，１）モードの超音波ガイド波を送信して、受信機で検出した。該モードの超音波ガイド波の伝わる速度は３１２０ｍ／ｓであり、波長は６２．４ｍｍである。

図５に受信機で検出された超音波ガイド波を示す。比較として、送信機から同じ出力条件で送信し、反射領域が存在しない場合に受信機で検出された超音波ガイド波を図６に示す。反射領域を設けたことで、反射領域が存在しない場合と比較して信号振幅が１．６７倍に向上したことが確認できた。

さらに、図３（ａ）に示す模式図のように、送信機側だけではなく、受信機側にも同様の反射領域を設置すると、反射領域が存在しない場合と比較して信号振幅は２．７５倍に向上した（図７参照）。

送信機近傍に反射領域を設けた実施の形態を示す模式図である。受信機近傍に反射領域を設けた実施の形態を示す模式図である。送信機近傍と受信機近傍とに反射領域を設けた実施の形態を示す模式図である。受信機と送信機とが近接している形式において、反射領域を設けた実施の形態を示す模式図である。送信機近傍に反射領域を設けた状態での検出波形を示すグラフである。反射領域を設けない状態での検出波形を示すグラフである。送信機近傍と受信機近傍とに反射領域を設けた状態での検出波形を示すグラフである。

符号の説明

１・・・送信機
２・・・受信機
３・・・反射領域
４・・・検査対象領域

Claims

超音波ガイド波を用いて検査対象物の状態を検査する非破壊検査方法であって、送信機から検査対象領域に対して超音波ガイド波を送信し、該送信機から送信され該検査対象領域を走査した超音波ガイド波を受信機にて受信する非破壊検査方法おいて、該検査対象領域外であって、該送信機と該受信機との、いずれか一方または両方の近傍に設けた反射領域により、反射前の超音波ガイド波と反射後の超音波ガイド波とが干渉により強めあうことを特徴とする、超音波ガイド波非破壊検査方法。
前記送信機の近傍に前記反射領域を設けることにより、前記検査対象領域において、該送信機から該検査対象領域に向けて進行する超音波ガイド波と、該送信機から該反射領域に向けて進行し、該反射領域による反射後に該検査対象領域に向けて進行する超音波ガイド波と、が干渉により強めあい、送信効率が向上することを特徴とする、請求項１に記載の超音波ガイド波非破壊検査方法。
前記受信機の近傍に前記反射領域を設けることにより、該受信機において、前記検査対象領域を走査し、該受信機に受信される超音波ガイド波と、該検査対象領域を走査し、一度は該受信機を透過し、該反射領域による反射後に該受信機に受信される超音波ガイド波と、が干渉により強めあい、受信効率が向上することを特徴とする、請求項１または２に記載の超音波ガイド波非破壊検査方法。
前記反射領域が、音響インピーダンスの異なる領域を作製することにより、超音波ガイド波を反射することを特徴とする、請求項１乃至３に記載の超音波ガイド波非破壊検査方法。
超音波ガイド波を用いて検査対象物の状態を検査する非破壊検査装置において、検査対象領域に対して超音波ガイド波を送信する送信機と、該送信機から送信され該検査対象領域を走査した超音波ガイド波を受信する受信機と、を備え、さらに、該検査対象領域外であって、該送信機と該受信機との、いずれか一方または両方の近傍に反射領域を設けることを特徴とする、超音波ガイド波非破壊検査装置。
前記反射領域の設置位置が、走査に用いる超音波ガイド波の波長を基準とし、反射前の超音波ガイド波と反射後の超音波ガイド波とが干渉により強めあう距離であることを特徴とする、請求項５に記載の超音波ガイド波非破壊検査装置。
前記反射領域が、検査対象物に構造物を付加することにより、音響インピーダンスの変化を誘発した領域であることを特徴とする、請求項５または６に記載の超音波ガイド波非破壊検査装置。
前記反射領域が、検査対象物に圧力を加えることにより、音響インピーダンスの変化を誘発した領域であることを特徴とする、請求項５または６に記載の超音波ガイド波非破壊検査装置。