JP2008122350A - 超音波探傷装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】閉口欠陥検出確率を向上できる超音波探傷装置及び方法を提供することにある。
【解決手段】超音波探傷器２は、検査対象物３０に配置した超音波センサ３を用いて、探傷する。検査対象物３０を冷却する冷却素子４と、前記検査対象物を加熱する複数の加熱素子５（５Ａ１，５Ａ２，５Ｂ１，５Ｂ２）を備える。パソコン１は、冷却素子４を制御するとともに、超音波探傷信号をモニタしながら、複数の加熱素子５の内の任意の加熱素子を用いて検査対象物３０を加熱することで、欠陥に生じる熱応力分布を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波探傷装置及び方法に係り、特に、閉口欠陥の検査に好適な超音波探傷装置及び方法に関する。

検査対象物に超音波を送信し、欠陥からの反射波を計測することで欠陥の有無を判断する検査方法を超音波探傷方法（ＵＴ；Ultrasonic Testing）という。この探傷方法では、一般に、圧縮応力がかかって閉じた欠陥（閉口欠陥）は、反射波が発生しないため検出できないものである。

それに対して、閉口欠陥の超音波探傷方法として、冷却ＵＴが知られている（例えば、非特許文献１参照）。冷却ＵＴでは、検査対象を冷却することで熱応力を発生させ、閉口欠陥を開口させて探傷可能としている。

"Technique for NDE of Closed Crack"， M. A. S. Akanda and M. Saka, Journal of Nondestructive Evaluation, 23 (2), (2004), p.37

しかしながら、欠陥形状に応じて欠陥を開口させるための冷却場所が変化するため、従来の冷却ＵＴはＵＴが困難となる場合があった。例えば、閉口欠陥の亀裂の開口面を冷却した場合は、冷却により開口部が広がり反射波強度が増加する。それに対して、閉口欠陥の亀裂の開口面の裏側から冷却した場合は、冷却により欠陥が閉じる方向へ検査対象が収縮するため、超音波探傷信号強度が低下する。

また、凹部を持つ第１の平板と凸部を持つ第２の平板を組み合わせ、両平板の組み合わせ部を貫通する穴にピンを通し、ピンの両端をかしめて平板どうしを固定した構造体において、このピンに閉口欠陥が生じることがある。この場合、ピンを冷却すると第１，第２の平板も冷却され、欠陥が圧着されて閉口欠陥を検出できないケースが生じる。

この理由について、図１２〜図１４を用いて簡単に説明する。図１２に示すように、冷却ＵＴでは、検査対象を冷却することで熱応力を発生させ、閉口欠陥を開口させて探傷する。ここで、冷却ＵＴでは、欠陥形状に応じて欠陥を開口させるための冷却場所が変化する。図１３（Ａ）に示すように、亀裂開口部が閉じていて亀裂先端が開いている形状の亀裂の場合、開口面を冷却することで、欠陥の閉口部が冷却による収縮で開口し、ＵＴ信号強度が強くなる。また、図１３（Ｂ）に示すように、図１３（Ｂ）と同じ亀裂を、欠陥開口面の裏側から冷却した場合、冷却に伴い欠陥が閉じる方向へ検査対象が収縮するため、超音波探傷信号強度が低下する。図１４は、凹部を持つ第１の平板と凸部を持つ第２の平板を組み合わせ、両平板の組み合わせ部を貫通する穴にピンを通し、ピンの両端をかしめて平板どうしを固定した構造体であり、ピンに閉口欠陥が生じることがある。この場合、ピンを冷却すると同時に平板も冷却され、ピンの収縮で開口方向の応力Ｔ１が発生し、一方、平板の収縮で閉口方向の応力Ｔ２が発生し、欠陥が圧着されて閉口欠陥を検出できないケースが生じる。

本発明の目的は、閉口欠陥検出確率を向上できる超音波探傷装置及び方法を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、検査対象物に配置した超音波センサを用いて、探傷する超音波探傷器と、前記検査対象物を冷却する冷却素子と、前記冷却素子による検査対象物の冷却を制御する制御手段とを有する超音波探傷装置であって、前記検査対象物に配置された複数の加熱素子を備え、前記制御手段は、前記冷却素子を制御するとともに、前記複数の加熱素子の内の任意の加熱素子を用いて前記検査対象物を加熱することで、欠陥に生じる熱応力分布を制御するようにしたものである。
かかる構成により、閉口欠陥検出確率を向上できるものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、上記超音波探傷器によって得られる超音波探傷信号強度をモニタしながら、前記冷却素子と前記加熱素子を制御するようにしたものである。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記制御手段は、上記超音波信号強度を増加させるように、前記冷却素子と前記加熱素子を制御するようにしたものである。

（４）また、上記目的を達成するために、本発明は、検査対象物を冷却する冷却素子により冷却しながら、前記検査対象物に配置した超音波センサを用いて、前記検査対象物を探傷する超音波探傷方法であって、複数の加熱素子の内の任意の加熱素子を用いて前記検査対象物を加熱することで、欠陥に生じる熱応力分布を制御しながら、探傷するようにしたものである。
かかる方法により、閉口欠陥検出確率を向上できるものとなる。

（５）また、上記目的を達成するために、本発明は、検査対象物に配置した超音波センサを用いて、探傷する超音波探傷器と、前記検査対象物を冷却する冷却素子と、前記冷却素子による検査対象物の冷却を制御する制御手段とを有する超音波探傷装置であって、前記冷却素子は、複数個備えられ、前記制御手段は、前記複数の冷却素子の内の任意の冷却素子を用いて前記検査対象物を冷却することで、欠陥に生じる熱応力分布を制御するようにしたものである。
かかる構成により、閉口欠陥検出確率を向上できるものとなる。

（６）上記（５）において、好ましくは、前記制御手段は、上記超音波探傷器によって得られる超音波探傷信号強度をモニタしながら、前記冷却素子を制御するようにしたものである。

（７）上記（６）において、好ましくは、前記制御手段は、上記超音波信号強度を増加させるように、前記冷却素子を制御するようにしたものである。

（８）また、上記目的を達成するために、本発明は、検査対象物を冷却する冷却素子により冷却しながら、前記検査対象物に配置した超音波センサを用いて、前記検査対象物を探傷する超音波探傷方法であって、複数の冷却素子の内の任意の冷却素子を用いて前記検査対象物を冷却することで、欠陥に生じる熱応力分布を制御しながら、探傷するようにしたものである。
かかる方法により、閉口欠陥検出確率を向上できるものとなる。

本発明によれば、閉口欠陥検出確率を向上できるものとなる。

以下、図１〜図５を用いて、本発明の第１の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置の全体構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置の全体構成を示すブロック図である。

検査対象物３０は、凹部を持つ第１の平板３０Ａと、凸部を持つ第２の平板３０Ｂを組み合わせ、両平板の組み合わせ部を貫通する穴にピン３０Ｃを通した構造体である。ピン３０Ｃの両端をかしめて、平板どうしを固定している。ここで、ピン３０Ｃの中央部付近に、閉口欠陥３０ＬＤが生じているとする。

本実施形態の閉口欠陥超音波探傷装置は、パソコン１と、超音波探傷器２と、超音波（ＵＴ）センサ３と、冷却素子４と、複数の加熱素子５Ａ１，５Ａ２，５Ａ３，５Ａ４，５Ｂ１，５Ｂ２，５Ｂ３，５Ｂ４と、ＤＡコンバータ６と、から構成される。

ＵＴセンサ３は、ピン３０Ｃの上端面に固定される。ＵＴセンサ３としては、ＰＺＴ、ＬｉＮｂＯ３、ＰＶＤＦ等の圧電素子を超音波の送受信に利用したものを用いる。ＵＴセンサ３は、磁石，吸盤等によって固定される。

冷却素子４は、ピン３０Ｃの下端面に固定される。すなわち、ＵＴセンサ３とは、ピン３０Ｃの反対側の端部に固定される。冷却素子４としては、ペルチェ素子を用いる。冷却素子４は、磁石，吸盤等によって固定される。

複数の加熱素子の内、加熱素子５Ａ１，５Ａ２，５Ａ３，５Ａ４は、ＵＴセンサ３が配置される側の平面であって、ＵＴセンサ３の周囲に、リング状になるように等間隔で固定される。加熱素子５Ｂ１，５Ｂ２，５Ｂ３，５Ｂ４は、冷却素子４が配置される側の平面であって、冷却素子４の周囲に、リング状になるように等間隔で固定される。加熱素子５としては、電熱線、ＲＦヒータ、ペルチェ素子等が用いられる。加熱素子５は、磁石，吸盤等によって固定される。

さらに、パソコン１と超音波探傷器２の間は信号線１０１によって接続され、超音波探傷器２とＵＴセンサ３の間は信号線１０２によって接続され、パソコン１とＤＡコンバータ６の間は信号線１０３によって接続され、ＤＡコンバータ６と加熱素子５の間は電力線１０４によって接続され、冷却素子４とＤＡコンバータ６の間は電力線１０５によって接続される。信号線１０１，１０１，１０３、電力線１０４，１０５としては、絶縁被覆した銅線を用いる。

次に、図２を用いて、本実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法の内容を示すフローチャートである。

ステップＳ１０において、パソコン１は、ＤＡコンバータ６を介して冷却素子４を動作させ、そのときの超音波探傷信号をＵＴセンサ３により測定し、超音波探傷器２を介してパソコン１に取り込む。

次に、ステップＳ２０において、パソコン１は、複数の加熱素子５の内、１つの加熱素子を動作させた場合の超音波探傷信号を測定し、動作させる加熱素子を順次変更していきながら超音波探傷信号を測定する。

ステップＳ２０で欠陥信号が検出された場合、ステップＳ３０において、パソコン１は、動作時に欠陥信号が取得された加熱素子と同時に他の加熱素子を動作させた場合の欠陥信号強度の変化を測定する。

ステップＳ２０で欠陥信号が検出されなかった場合、ステップＳ４０において、パソコン１は、２つ以上の加熱素子を同時に動作させて超音波探傷信号を測定する。

ステップＳ４０によって欠陥信号が検出されなかった場合には、ステップＳ５０において、探傷を終了する。

一方、ステップＳ３０の処理後あるいはステップＳ４０で信号が検出された場合は、ステップＳ６０において、パソコン１は、欠陥信号強度が最大となる加熱素子動作状態で超音波探傷信号を測定する。

次に、図３を用いて、本実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置における信号伝達経路について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置における信号伝達経路を示すフロー図である。

本実施形態では、パソコン１のキーボード２６から検査開始の信号を入力し、パソコン１のＩ／Ｏポート２５を介してパソコン１のＣＰＵ２１に伝達する。パソコン１のＣＰＵ２１で検査開始信号を受信後、検査開始信号をパソコン１のＩ／Ｏポート２５、超音波探傷器２のＩ／Ｏポート２５Ａを介して超音波探傷器２のＣＰＵ２１Ａに伝達する。超音波探傷器２のＣＰＵ２１Ａで探傷開始信号に基づき、超音波探傷器２のＩ／Ｏポート２５Ａ、ＤＡコンバータ６Ａを介してＵＴセンサ４に電圧を印加して超音波を送信する。

検査対象物３０の内部を伝播して反射された超音波は、ＵＴセンサ４で電圧に変換して、ＡＤコンバータ２９、超音波探傷器２のＩ／Ｏポート２５Ａを介して超音波探傷器１のＣＰＵ２１Ａに伝達する。超音波探傷器２のＣＰＵ２１Ａに伝達された超音波探傷信号は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２２Ａ、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）２３Ａ、リードオンリーメモリー（ＲＯＭ）２４Ａのうち１つ以上の記憶装置に記録する。また、記録と同時に、超音波探傷器２のＩ／Ｏポート２５Ａ、パソコン１のＩ／Ｏポート２５を介してパソコン１のＣＰＵ２１に伝達する。パソコン１のＣＰＵ２１では、超音波探傷信号強度の経時変化をパソコン１のＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３、ＲＯＭ２４のうち１つ以上の記録装置に記録するとともに、パソコン１のＩ／Ｏポート２５を介してモニタ２８に表示する。

超音波探傷信号取得開始と同時に、パソコン１のＣＰＵ２１から冷却素子４への電力供給信号をパソコン１のＩ／Ｏポート２５を介してＤＡコンバータ６に伝達し、ＤＡコンバータ６から冷却素子４の駆動電力を供給する。

冷却開始後に、パソコン１のＣＰＵ２１から１つの加熱素子５へパソコン１のＩ／Ｏポート２５とＤＡコンバータ６を介して電力を供給する。加熱素子５の動作位置や動作数を変化させた時の超音波探傷信号変化を、超音波探傷器２のＨＤＤ２２Ａ、ＲＡＭ２３Ａ、ＲＯＭ２４Ａのうち１つ以上の記録装置と、パソコン１のＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３、ＲＯＭ２４のうち１つ以上の記録装置に記録する。また、パソコン１のＣＰＵ２１では、超音波探傷信号強度とともに、動作させた加熱素子、動作開始時間及び動作終了時間を、パソコンのＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３、ＲＯＭ２４のうち１つ以上の記録装置に記録する。

ここで、図４及び図５を用いて、本実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置における必要冷却温度について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置における必要冷却温度の評価体系図である。図５は、本発明の第１の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置における必要冷却温度の説明図である。

図１〜図３にて説明した超音波探傷方法の必要冷却温度幅ΔＴは、以下の式（１）〜式（３）で与えられる。

ΔＴ＞［（Ｔ０−（Ｔ１−Ｔ２））・ｋｓ・Ｌ］÷［１０−６＋Ｐ／ｋｍ−（Ｔ２−Ｔ０）・ｋｓ・Ｌ］ …（１）

Ｔ１＝Ｔ０−（１−ｋ１）・Ｒ１／Ｃ１＋（１−ｋ２）・Ｒ２／Ｃ１ …（２）

Ｔ２＝Ｔ０−（ｋ１）・Ｒ１／Ｃ２＋ｋ２・Ｒ２／Ｃ２ …（３）

ここで、
Ｔ０：超音波探傷開始前の検査対象の温度［Ｋ］
Ｔ１：超音波探傷開始後のピンの温度［Ｋ］
Ｔ２：超音波探傷開始後の平板の温度［Ｋ］
ｋｓ：線膨張係数［％／Ｋ］
Ｌ：ピンの長さ［ｍ］
１０−６：超音波探傷に必要な欠陥開口幅［ｍ］
ｋｍ：弾性係数［Ｐａ］
Ｐ：閉口欠陥の圧縮応力［Ｐａ］
ｋ１：ピンから平板への熱伝達係数［Ｊ／ｓ］
Ｒ１：冷却容量［Ｊ／ｓ］
Ｃ１：ピンの熱容量［Ｊ／Ｋ］
ｋ２：加熱素子がある部位からピンへの熱伝達係数［Ｊ／ｓ］
Ｒ２：加熱入熱速度［Ｊ／ｓ］
Ｃ２：平板の熱容量［Ｊ／Ｋ］
である。

本実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置における必要冷却温度の評価体系は、図４に示すようにしている。すなわち、図４（Ａ）の斜視図に示すように、検査対象物３０は、凹部を持つ第１の平板３０Ａと、凸部を持つ第２の平板３０Ｂを組み合わせ、両平板の組み合わせ部を貫通する穴にピン３０Ｃを通した構造体である。ピン３０Ｃの中央部付近に、閉口欠陥３０ＬＤが生じているとする。検査対象物３０は、各辺の長さ１００ｍｍの立方体形状としている。

図４（Ｂ）は、検査対象物３０の上面を示している。中央部のピンの上面にはＵＴセンサ３が固定される。ＵＴセンサ３を中心とする半径６０ｍｍの円周上には、加熱素子５Ａ１，５Ａ２，５Ａ３，５Ａ４，５Ａ５，５Ａ６，５Ａ７，５Ａ８が等間隔で固定される。

図４（Ｃ）は、検査対象物３０の下面を示している。中央部のピンの下面には冷却素子４が固定される。冷却素子４を中心とする半径６０ｍｍの円周上には、加熱素子５Ｂ１，５Ｂ２，５Ｂ３，５Ｂ４，５Ｂ５，５Ｂ６，５Ｂ７，５Ｂ８が等間隔で固定される。

図４に示す体系での必要冷却温度の加熱入熱速度依存性は、式（１）〜式（３）に以下の数値を代入することで求められる。
炭素鋼ピンサイズ：１０ｍｍφ×１００ｍｍ
炭素鋼板サイズ：１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍ
初期温度：２０℃
ｋｓ＝１．２×１０−３％／℃
ｋｍ＝２×１０１１Ｎ／ｍ２
Ｐ＝１５０×１０６Ｐａ
Ｃ１＝２８Ｊ／℃
Ｃ２＝３．６ｋＪ／℃
ｋ１＝３．１×１０−２Ｊ／Ｋ
ｋ２＝３．１×１０−２Ｊ／Ｋ
Ｒ１＝０．３Ｊ／ｓ
求められた必要冷却温度の加熱入熱速度依存性は、図５に示すようになる。図５において、横軸は加熱入熱速度Ｒ２を示し、縦軸は必要冷却温度Ｔ１を示している。このように、超音波探傷信号強度を基準に冷却素子と加熱素子を動作させることで閉口欠陥の開口のためのピンの必要冷却温度が上昇する。

本実施形態では、図２に示したように、冷却素子を動作させた後、１つの加熱素子を動作させ、そのときの欠陥信号の有無、さらに、複数の加熱素子を動作させたときの欠陥信号の有無を確認しながら、動作させる加熱素子を変えて、温度分布を制御している。すなわち、本実施形態では、超音波探傷信号をモニタしながら加熱素子の動作条件を制御するよう構成されているので、温度分布すなわち熱応力分布を超音波探傷信号強度に基づいて制御することが可能であり、閉口欠陥の検出確率を向上することができる。

次に、図６〜図１１を用いて、本発明の第２の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図６を用いて、本実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置の全体構成について説明する。
図６は、本発明の第２の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置の全体構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

ＵＴセンサ３Ａは、検査対象物３０Ａの上端面に固定される。ＵＴセンサ３Ａとしては、アレイセンサを用いている。なお、ＵＴセンサ３Ａの詳細構成については、図７を用いて後述する。ＵＴセンサ３Ａは、磁石，吸盤等によって固定される。

複数の冷却素子４が、検査対象物３０Ａの上面と下面にそれぞれ複数個ずつ固定される。すなわち、冷却素子４Ａ１，４Ａ２，４Ａ３，４Ａ４は、検査対象物３０Ａの下面側，すなわち、ＵＴセンサ３Ａが固定される面と反対側に固定される。また、冷却素子４Ｂ１，４Ｂ２，４Ｂ３，４Ｂ４は、検査対象物３０Ａの上面側，すなわち、ＵＴセンサ３Ａが固定される面と同一面側に固定される。冷却素子４は、磁石，吸盤等によって固定される。

次に、図７を用いて、本実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置に用いるＵＴセンサ３Ａの構成について説明する。
図７は、本発明の第２の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置に用いるＵＴセンサの構成を示す斜視図である。

ＵＴセンサ３Ａは、直方体の超音波素子７を平行に複数個配置し、保護ケース９に格納したアレイセンサである。超音波素子７の両端には電極１０をもうけ、超音波探傷器２とＵＴセンサの信号線１０２により接続する。また、検査対象と接触する部位と反対側の端に超音波発振後の超音波素子の振動を低減するダンパー８を設ける。超音波素子７には、第１の実施形態と同様に、ＰＺＴ、ＬｉＮｂＯ３、ＰＶＤＦ等の圧電素子を用いる。電極１０には、銀、金、銅等の導電性が高い金属を用いる。ダンパー８には、Ｔａ、Ｗ、Ｈｆ等の重金属と樹脂を混合したものを用いる。保護ケース９は、金属ないし樹脂を材料として成形する。

次に、図８及び図９を用いて、本実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置に用いるＵＴセンサ３Ａによる超音波探傷方法の原理について説明する。
図８及び図９は、本発明の第２の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置に用いるＵＴセンサによる超音波探傷方法の原理説明図である。

本実施形態のＵＴセンサ３Ａでは、平行配置した各超音波素子７−１，７−２，７−３，７−４，…，７−ｉ，…から収束点に同時に超音波が届くように、以下の式（４），式（５）を用いて得られる超音波発振開始時間差ｄｔを調整する。

ｄｔ＝（ｍａｘ（Ｌ）−Ｌｉ）÷Ｖ …（４）

Ｌｉ＝（（ｘｉ−ｘｆ）２＋（ｙｉ−ｙｆ）２）１／２ …（５）

ここで、
ｍａｘ（Ｌ）：素子と収束点との最大距離［ｍ］
Ｌｉ：ｉ番目の素子と収束点との距離［ｍ］
Ｖ：音速［ｍ／ｓ］
ｘｉ：ｉ番目の素子のｘ座標［ｍ］
ｘｆ：収束点のｘ座標［ｍ］
ｙｉ：ｉ番目の素子のｙ座標［ｍ］
ｙｆ：収束点のｙ座標［ｍ］
である。

図９は、式（４），式（５）を用いて求められる超音波発振開始時間差の例を示している。この例では、
Ｖ＝５７８０［ｍ／ｓ］
ｘｉ＝（０．５×ｉ−０．２５）×１０−３［ｍｍ］
ｘｆ＝０［ｍ］
ｙｉ＝０［ｍ］
ｙｆ＝３×１０−２［ｍ］
として、超音波素子７の素子数２０個の場合の、センサの素子間の超音波発振開始時間差を求めている。図９に示すように、収束点から遠い素子を早く発振させることにより、各素子からの収束点への超音波到達時間をそろえ、信号強度を強くすることができる。

次に、図１０を用いて、本実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法について説明する。
図１０は、本発明の第２の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法の内容を示すフローチャートである。

ステップＳ１１０において、パソコン１は、ＤＡコンバータ６を介して冷却素子４Ａ１，４Ａ２，４Ａ３，４Ａ４，４Ｂ１，４Ｂ２，４Ｂ３，４Ｂ４１つづつ順次動作させ、そのときの超音波探傷信号をＵＴセンサ３Ａにより測定し、超音波探傷器２を介してパソコン１に取り込む。そして、そのときの欠陥信号の有無を調べる。

ステップＳ１００で欠陥信号が検出された場合、ステップＳ１１０において、パソコン１は、動作時に欠陥信号が測定された冷却素子とその周りの冷却素子を同時に動作させたときの超音波探傷信号を測定する。

ステップＳ１００で欠陥信号が検出されなかった場合、ステップＳ１２０において、パソコン１は、２つ以上の冷却素子を同時に動作させて超音波探傷信号を測定する。

ステップＳ１２０によって欠陥信号が検出されなかった場合には、ステップＳ１３０において、探傷を終了する。

一方、ステップＳ１１０の処理後あるいはステップＳ１２０で信号が検出された場合は、ステップＳ１４０において、パソコン１は、欠陥信号強度が最大となる加熱素子動作状態で超音波探傷信号を測定する。

次に、図１１を用いて、本実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置における信号伝達経路について説明する。
図１１は、本発明の第２の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置における信号伝達経路を示すフロー図である。

本実施形態では、パソコン１のキーボード２６から検査開始の信号を入力し、パソコン１のＩ／Ｏポート２５を介してパソコン１のＣＰＵ２１に伝達する。パソコン１のＣＰＵ２１で検査開始信号を受信後、検査開始信号をパソコン１のＩ／Ｏポート２５、超音波探傷器２のＩ／Ｏポート２５Ａを介して超音波探傷器２のＣＰＵ２１Ａに伝達する。超音波探傷器２のＣＰＵ２１Ａで探傷開始信号にもとづき、超音波探傷器２のＩ／Ｏポート２５Ａ、ＤＡコンバータ６Ａを介してＵＴセンサ４に電圧を印加して超音波を送信する。

検査対象物３０の内部を伝播して反射された超音波は、ＵＴセンサ４で電圧に変換して、ＡＤコンバータ２９、超音波探傷器２のＩ／Ｏポート２５Ａを介して超音波探傷器１のＣＰＵ２１Ａに伝達する。超音波探傷器２のＣＰＵ２１Ａに伝達された超音波探傷信号は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２２Ａ、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）２３Ａ、リードオンリーメモリー（ＲＯＭ）２４Ａのうち１つ以上の記憶装置に記録する。また、記録と同時に、超音波探傷器２のＩ／Ｏポート２５Ａ、パソコン１のＩ／Ｏポート２５を介してパソコン１のＣＰＵ２１に伝達する。パソコン１のＣＰＵ２１では、超音波探傷信号強度の経時変化をパソコン１のＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３、ＲＯＭ２４のうち１つ以上の記録装置に記録するとともに、パソコン１のＩ／Ｏポート２５を介してモニタ２８に表示する。

超音波探傷信号取得開始と同時に、パソコン１のＣＰＵ２１から冷却素子４への電力供給信号をパソコン１のＩ／Ｏポート２５を介してＤＡコンバータ６に伝達し、ＤＡコンバータ６から冷却素子４の駆動電力を供給する。パソコン１のＣＰＵ２１では超音波探傷信号とともに、動作させた冷却素子の冷却出力と冷却時間を、パソコン１のＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３、ＲＯＭ２４のうち１つ以上の記録装置に記録する。

以上説明したように、本実施形態では、超音波探傷信号をモニタしながら冷却素子の動作条件を制御するよう構成されているので、温度分布すなわち熱応力分布を超音波探傷信号強度に基づいて制御することが可能であるため、閉口欠陥の検出確率が向上される。

本発明の第１の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法の内容を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置における信号伝達経路を示すフロー図である。 本発明の第１の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置における必要冷却温度の評価体系図である。 本発明の第１の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置における必要冷却温度の説明図である。 本発明の第２の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置に用いるＵＴセンサの構成を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置に用いるＵＴセンサによる超音波探傷方法の原理説明図である。 本発明の第２の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置に用いるＵＴセンサによる超音波探傷方法の原理説明図である。 本発明の第２の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置を用いた超音波探傷方法の内容を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態による閉口欠陥超音波探傷装置における信号伝達経路を示すフロー図である。 冷却ＵＴの測定原理の説明図である。 冷却ＵＴの測定原理の説明図である。 ピン結合構造体における閉口欠陥を検出できないケースの説明図である。

符号の説明

１…パソコン
２…超音波探傷器
３，３Ａ…ＵＴセンサ
４…ＤＡコンバータ
５…冷却素子
６…加熱素子
７…超音波素子
８…ダンパー
９…保護ケース
１０…電極
２１…ＣＰＵ
２２…ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）
２３…ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）
２４…リードオンリーメモリー（ＲＯＭ）
２５…Ｉ／Ｏポート
２６…キーボード
２８…モニタ
２９…ＡＤコンバータ

Claims (8)

1. 検査対象物に配置した超音波センサを用いて、探傷する超音波探傷器と、前記検査対象物を冷却する冷却素子と、前記冷却素子による検査対象物の冷却を制御する制御手段とを有する超音波探傷装置であって、
   前記検査対象物に配置された複数の加熱素子を備え、
   前記制御手段は、前記冷却素子を制御するとともに、前記複数の加熱素子の内の任意の加熱素子を用いて前記検査対象物を加熱することで、欠陥に生じる熱応力分布を制御することを特徴とする超音波探傷装置。
2. 請求項１記載の超音波探傷装置において、
   前記制御手段は、上記超音波探傷器によって得られる超音波探傷信号強度をモニタしながら、前記冷却素子と前記加熱素子を制御することを特徴とする超音波探傷装置。
3. 請求項２記載の超音波探傷装置において、
   前記制御手段は、上記超音波信号強度を増加させるように、前記冷却素子と前記加熱素子を制御することを特徴とする超音波探傷装置。
4. 検査対象物を冷却する冷却素子により冷却しながら、前記検査対象物に配置した超音波センサを用いて、前記検査対象物を探傷する超音波探傷方法であって、
   複数の加熱素子の内の任意の加熱素子を用いて前記検査対象物を加熱することで、欠陥に生じる熱応力分布を制御しながら、探傷することを特徴とする超音波探傷方法。
5. 検査対象物に配置した超音波センサを用いて、探傷する超音波探傷器と、前記検査対象物を冷却する冷却素子と、前記冷却素子による検査対象物の冷却を制御する制御手段とを有する超音波探傷装置であって、
   前記冷却素子は、複数個備えられ、
   前記制御手段は、前記複数の冷却素子の内の任意の冷却素子を用いて前記検査対象物を冷却することで、欠陥に生じる熱応力分布を制御することを特徴とする超音波探傷装置。
6. 請求項５記載の超音波探傷装置において、
   前記制御手段は、上記超音波探傷器によって得られる超音波探傷信号強度をモニタしながら、前記冷却素子を制御することを特徴とする超音波探傷装置。
7. 請求項６記載の超音波探傷装置において、
   前記制御手段は、上記超音波信号強度を増加させるように、前記冷却素子を制御することを特徴とする超音波探傷装置。
8. 検査対象物を冷却する冷却素子により冷却しながら、前記検査対象物に配置した超音波センサを用いて、前記検査対象物を探傷する超音波探傷方法であって、
   複数の冷却素子の内の任意の冷却素子を用いて前記検査対象物を冷却することで、欠陥に生じる熱応力分布を制御しながら、探傷することを特徴とする超音波探傷方法。

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