JP2008292385A

JP2008292385A - 超音波検査の感度補正方法

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Publication number: JP2008292385A
Application number: JP2007140038A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Otani; 靖弘大谷
Original assignee: JFE Engineering Corp; JFE Koken Co Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp; JFE Koken Co Ltd
Priority date: 2007-05-28
Filing date: 2007-05-28
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2027-05-28
Also published as: JP4784556B2

Abstract

【課題】超音波を用いて被検査物の欠陥を検査する際の、測定環境に起因する受信感度の差異を補正する。
【解決手段】評価基準を定めることを目的とした評価基準用試験片の計測において、基準反射源と探触子の間に較正用探触子を配置し、基準反射源の計測と併せて較正用探触子での受信波形も計測しておき、被検査物の欠陥を検査する際には、被検査物の検査部位と探触子の間に較正用探触子を配置し、かつ、探触子と較正用探触子の位置が、前記評価基準用試験片上における探触子と較正用探触子の位置が一致するように配置位置を調整するとともに、前記評価基準用試験片上における取付状態と同じ取付状態で較正用探触子を取り付け、前記評価基準用試験片を用いて測定した較正用探触子の受信波形と、被検査物の欠陥を検査する際に測定した較正用探触子の受信波形とを比較し、その比較結果により探触子の受信感度を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を用いて被検査物の欠陥を検査する際に、測定環境に応じて超音波の受信感度を補正する方法に関するものである。

従来、超音波を用いた腐食検査に関し、『ラック上の薄肉鋼管外表面に発生する腐食を、ラック外から良好に検査する。』ことを目的とした技術として、『ラック３の近傍で、薄肉鋼管の露出外表面から、ＳＨ波探触子５より、ラック隠蔽部位にＳＨ波を伝播させ、この部位から反射して来るＳＨ波を、そのＳＨ波探触子５により受信し、反射信号に基づいて腐食を検査する。』というものが提案されている（特許文献１）。

また、『管体が橋脚や橋台等を貫通することにより、目視等の検査が不可能な部位に発生することがある腐食や傷を高精度に検出するとともに、腐食や傷の深さの評価精度を向上させる。』ことを目的とした技術として、『橋梁の橋桁下部に架設された配管１が橋台２を貫通して充填材３によって隠されて目視等できない測定部位１ａに対して特殊ＳＨ波探触子５から局部ねじり波を伝播させて板厚全てを振動させる。この隠されて目視等できない測定部位１ａから反射してくる反射波を特殊ＳＨ波探触子５で受信し、受信した反射波の受信信号の変化により測定部位１ａの腐食等を検出する。』というものが提案されている（特許文献２）。

特開２００２−２４３７０４号公報（要約）特開２００５−８３９０７号公報（要約）

一般に、超音波を用いた欠陥検査では、被検査物と同種の材質等からなり、基準とする反射源が施された試験片を用い、感度の較正や欠陥の評価基準の作成をあらかじめ行う。
この場合、被検査物の欠陥を検査する際には、検査時の計測結果と、評価基準を作成した試験片上での計測結果とを対比して、欠陥の判定を行うことになる。

ここで、上記特許文献１や特許文献２に記載の技術で用いられているＳＨ（ＳｈｅａｒＨｏｒｉｚｏｎｔａｌ）波は進行方向に対して水平方向に振動する超音波であり、被検査物に伝達させるには、このせん断方向の振動を被検査物との接触面から伝える必要がある。そのため、探触子と被検査物の接触面に用いる接触媒質は、一般的なものより粘性が高い専用のものを用いる必要がある。これは、試験片上でＳＨ波を発生させる際と、検査時にＳＨ波を発生させる際とで共通である。

上記のようなＳＨ波の発生手法の特性により、発生させるＳＨ波、およびその受信感度は、接触媒質の粘性の変化、被検査物の表面状態、探触子の取付状態、などの測定環境によって大きく異なる可能性がある。また、同一の被検査物であっても、計測点を変更する際に感度が変化してしまう可能性がある。
したがって、試験片を用いて受信波形を測定した際の受信感度と、検査時の受信感度とでは、前提となる測定環境が異なるため、較正処理が必要となる。

この点に関し、上記特許文献１では、検査範囲を挟むようにして送信探触子５ａと受信探触子５ｂを配置し（図１）、検査範囲を透過して伝搬した超音波を受信し、検査や較正用信号として用いている。
しかし、この手法では、検査範囲の両側に探触子を設置するスペースを確保する必要があるため、検査設備のサイズがその分大きくなる等の観点から課題がある。また、検査範囲を透過する過程で、信号値を変化させる他の要素の影響が入り込むため、測定環境の較正用信号として用いるには必ずしも適切でない。

なお、上記特許文献２に関しては、感度補正に関して特段の記載はなく、従来手法と同様の課題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、超音波を用いて被検査物の欠陥を検査する際の、測定環境に起因する受信感度の差異を補正することを目的とする。

本発明に係る超音波検査の感度補正方法は、超音波を用いて被検査物の欠陥を検査する際の受信感度を補正する方法であって、評価基準を定めることを目的とした評価基準用試験片の計測において、基準反射源と探触子の間に較正用探触子を配置し、基準反射源の計測と併せて較正用探触子での受信波形も計測しておき、被検査物の欠陥を検査する際には、被検査物の検査部位と探触子の間に較正用探触子を配置し、かつ、探触子と較正用探触子の位置が、前記評価基準用試験片上における探触子と較正用探触子の位置が一致するように配置位置を調整するとともに、前記評価基準用試験片上における取付状態と同じ取付状態で較正用探触子を取り付け、前記評価基準用試験片を用いて測定した較正用探触子の受信波形と、被検査物の欠陥を検査する際に測定した較正用探触子の受信波形とを比較し、その比較結果により探触子の受信感度を補正するものである。

また、本発明に係る超音波検査の感度補正方法は、前記評価基準用試験片を用いて測定した較正用探触子の受信波形のピーク値と、被検査物の欠陥を検査する際に測定した較正用探触子の受信波形のピーク値との比に基づき、被検査物の欠陥を検査する際の探触子の受信感度を補正するものである。

また、本発明に係る超音波検査の感度補正方法において、前記探触子が用いる超音波は、伝搬方向に対して水平方向に振動する横波である。

本発明に係る超音波検査の感度補正方法によれば、測定環境に起因して受信感度が変動しても、較正用探触子の受信波形に基づき受信感度を補正することができるので、測定環境によらず一定の受信感度で検査を実施することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波検査の感度補正方法を実施する様子を説明するものである。ここでは腐食検査を例に取り説明する。

図１（ａ）において、１０は腐食の評価基準を作成するための試験片、２０ａは計測用探触子、３０ａは較正用探触子、４０は評価基準用反射源である。
計測用探触子２０ａは、図１（ａ）の矢印で示す方向に超音波を送信し、評価基準用反射源４０で反射した超音波を受信して、その波形を計測することができる。
また、計測用探触子２０ａで送信した超音波は、直接較正用探触子３０ａでも受信する。

図１（ｂ）において、５０は腐食を検査する対象である被検査物、６０は検査範囲に存在する腐食である。計測用探触子２０ｂ、較正用探触子３０ｂの役割は、図１（ａ）の計測用探触子２０ａ、較正用探触子３０ａと同様である。

図１の各探触子等を用いた感度補正の手順の詳細は、後述する。

図２は、横波の種類について説明するものである。
超音波を用いた検査では、一般的に伝搬媒質の形状を考慮しない縦波または横波が用いられる。縦波は振動が波の進行方向に対して平行、横波は振動が波の進行方向に対して垂直である。

横波は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、さらに（ａ）ＳＶ波（ＳＶ：ＳｈｅａｒＶｅｒｔｉｃａｌ）、（ｂ）ＳＨ波（ＳＨ：ＳｈｅａｒＨｏｒｉｚｏｎｔａｌ）の２種類に分けられる。
ＳＶ波は、振動が波の進行方向に対して垂直で、かつ上下方向に振動する波である。
ＳＨ波は、振動が波の進行方向に対して垂直で、かつ水平方向に振動する波である。

ＳＶ波は、縦波をモード変換させて発生させる。即ち、伝搬媒質を叩くようにして発生させるのに対し、ＳＨ波は、伝搬媒質を擦るようにして発生させる。
即ち、ＳＨ波を発生させる際には、伝搬媒質（通常は被検査物と同一、以後同様）に接触媒質（常温ゲル状の物質が一般的）を塗布して探触子を密着させ、振動子で探触子を振動させて、被検査物と探触子を擦り合わせるようにする。

このようなＳＨ波の発生手法に起因して、ＳＨ波およびその受信感度は、接触媒質の粘性の変化、被検査物の表面状態、探触子の取付状態、などの測定環境によって大きく異なる可能性がある。また、同一の被検査物であっても、計測点を変更する際に感度が変化してしまう可能性がある。
例えば、接触媒質の粘性は、気温や湿度によって変化する。また、被検査物の表面状態は、検査の度に、また被検査物によって異なるのが通常である。さらには、探触子の取付状態は、例えば探触子を被検査物に押さえつける際の力加減などで容易に変化する。

受信感度（受信波形の波の高さ）は、欠陥の大きさ等の判定のために重要であるため、受信感度が変化することは、欠陥検査に対する影響が大きい。したがって、試験片１０を用いて受信波形を測定した際の受信感度と、検査時の受信感度とでは、前提となる環境が異なるため、較正処理が必要となる。

次に、図１で説明した構成の下で、受信感度の補正を行う手順について、ステップ毎に説明する。

（１）図１（ａ）で説明した評価基準用の試験片１０を準備し、計測用探触子２０ａを配置する。試験片１０には、欠陥による超音波の反射を模擬的に再現するための、評価基準用反射源４０を設けておく。

（２）計測用探触子２０ａと評価基準用反射源４０の間に、較正用探触子３０ａを配置する。較正用探触子３０ａは、適当な固定方法で試験片１０に固定する。

（３）計測用探触子２０ａから試験片１０にＳＨ波を送信し、評価基準用反射源４０で反射した超音波を計測用探触子２０ａで受信する。この際、計測用探触子２０ａから送信されたＳＨ波を較正用探触子３０ａでも受信しておく。

（４）較正用探触子３０ａにおける透過波のピーク値を取得して、これを後の実計測時の基準として用いる。詳細は後述する。
なお、ここでいう透過波とは、計測用探触子２０ａから較正用探触子３０ａに直接入射した超音波のことである。較正用の超音波が試験片１０や被検査物を伝搬する距離は短くなるが、その方が探触子の接触状況の影響のみを確認するには適していると考えられるため、このような手法を用いている。

（５）腐食検査を行う際（実計測時）は、計測用探触子２０ｂと較正用探触子３０ｂの距離が試験片１０における計測と同一になるように配置する。

（６）なお、較正用探触子３０ｂを被検査物に固定する際の取付状態は、試験片１０上における較正用探触子３０ａの取付状態と同一にする。

（７）計測用探触子２０ｂから検査範囲に向けてＳＨ波を入射する。腐食６０で反射した超音波を、計測用探触子２０ｂで受信する。併せて、計測用探触子２０ｂから送信されたＳＨ波を較正用探触子３０ｂで受信する。
（８）較正用探触子３０ｂにおける透過波の受信レベルを測定し、ピーク値を取得する。

（９）試験片１０上で測定した際の較正用探触子３０ａにおける受信ピーク値と、実計測時の較正用探触子３０ｂにおける受信ピーク値とを比較する。その比較結果に基づき、計測用探触子２０ｂにおける受信レベルを補正することができる。
補正方法は、例えば試験片１０上での受信ピーク値と実計測時の受信ピーク値の比に基づく方法、差分に基づく方法、などが考えられる。例えば比に基づき補正する場合は、その比の値を計測用探触子２０ｂにおける受信レベルに乗算して、受信レベルを補正する。

以上の（１）〜（９）で述べたような手順によれば、計測用探触子２０ｂの取付状態等の測定環境が、試験片１０上における計測用探触子２０ａの取付状態等の測定環境と異なっていても、較正用探触子３０ａの受信ピーク値と較正用探触子３０ｂの受信ピーク値を比較することにより、計測用探触子２０ｂの受信レベルを補正することができる。
したがって、計測用探触子２０ｂにおいて、測定環境によらず正確な受信レベルが得られるので、その受信レベルに基づき、腐食６０の大きさ等の状態を正確に把握することができる。

また、試験片１０上における較正用探触子３０ａの測定値は、値のみ取得しておけば後の感度補正処理を実行可能であるので、実計測を行う場所に試験片１０を都度持っていく必要がなく、携帯する測定機器等を軽量化することができ、検査員の便宜に資する。

実施の形態２．
実施の形態１では、ＳＨ波を用いて検査を行う例について説明した。
本発明の実施の形態２では、ガイド波を用いて検査を行う例について説明する。
ガイド波とは、伝搬媒質の形状による影響を利用して特性を持たせた超音波の種類の総称である。ガイド波は、物理的な境界により形成された導波路に沿って伝搬する。

図３は、固体中を伝搬する超音波の種類を示すものである。
縦波と横波、および横波の分類については、実施の形態１で説明した通りである。
一方、ガイド波は、エネルギーの散逸が少なく遠方まで伝搬可能なことから、配管等の欠陥検査手法に用いるものとして、近年注目されている。そこで、伝搬媒質の形状に沿って伝搬するＳＨ波（ＳＨガイド波）を用いて欠陥検査を行うことを考える。

ＳＨガイド波は、伝搬媒質の形状に沿って、板厚全体にわたり水平方向に振動しながら、伝搬していく。
ＳＨガイド波は、遠方まで伝搬可能な特性を有する。例えば１ｍ程度の先にある検査範囲に対してＳＨガイド波を入射してその反射波を受信することで、欠陥検査を行うことが可能である。

ＳＨ波を発生させる際には、実施の形態１で説明したように、測定環境に起因する受信感度の変化が生ずる。そこで、実施の形態１と同様の受信感度補正処理を行うことにより、正確な欠陥検査を行うことができる。

なお、パイプのような円筒状の形状を持つ伝搬媒質に関しても、探触子を接触させた部分を局部的に板とみなし、板材にＳＨガイド波を入射する際と同様の手法で、ＳＨガイド波を伝搬させることができる。
例えば、特許文献２に記載の技術のように、Ｔ（０，１）モード以外のモードが発生しない周波数を選択し、板材にＳＨ０モードのガイド波を伝搬させる際と同じ要領で、パイプにＳＨガイド波を伝搬させる。
この場合も、ＳＨ波を発生させる際に、実施の形態１で説明したような測定環境に起因する受信感度の変化が生ずるので、同様に受信感度補正処理を行うことにより、正確な欠陥検査を行うことができる。

以上の実施の形態１〜２では、腐食６０を超音波で検査する際の感度補正処理について説明したが、検査対象の欠陥は、腐食に限られるものではなく、任意の欠陥について適用が可能である。

また、ＳＨ波を発生させる際に、探触子と被検査物を擦り合わせるため、測定環境に起因する受信感度の変化が生ずることを説明したが、本発明の適用対象は、ＳＨ波に限られるものではなく、同様の原因により測定環境に起因する受信感度の変化が生じ得る他の測定形態についても適用可能である。

実施の形態１に係る超音波検査の感度補正方法を実施する様子を説明するものである。横波の種類について説明するものである。固体中を伝搬する超音波の種類を示すものである。

符号の説明

１０試験片、２０ａ計測用探触子、３０ａ較正用探触子、４０評価基準用反射源、２０ｂ計測用探触子、３０ｂ較正用探触子、５０被検査物、６０腐食。

Claims

超音波を用いて被検査物の欠陥を検査する際の受信感度を補正する方法であって、
評価基準を定めることを目的とした評価基準用試験片の計測において、
基準反射源と探触子の間に較正用探触子を配置し、
基準反射源の計測と併せて較正用探触子での受信波形も計測しておき、
被検査物の欠陥を検査する際には、
被検査物の検査部位と探触子の間に較正用探触子を配置し、
かつ、
探触子と較正用探触子の位置が、
前記評価基準用試験片上における探触子と較正用探触子の位置が一致するように配置位置を調整するとともに、
前記評価基準用試験片上における取付状態と同じ取付状態で較正用探触子を取り付け、
前記評価基準用試験片を用いて測定した較正用探触子の受信波形と、
被検査物の欠陥を検査する際に測定した較正用探触子の受信波形とを比較し、
その比較結果により探触子の受信感度を補正する
ことを特徴とする超音波検査の感度補正方法。
前記評価基準用試験片を用いて測定した較正用探触子の受信波形のピーク値と、
被検査物の欠陥を検査する際に測定した較正用探触子の受信波形のピーク値との比に基づき、
被検査物の欠陥を検査する際の探触子の受信感度を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波検査の感度補正方法。
前記探触子が用いる超音波は、
伝搬方向に対して水平方向に振動する横波である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波検査の感度補正方法。