JP2009244060A - 超音波探傷方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】傾斜きずを手動で探傷する際に、管状被探傷材の肉厚方向についての傾斜きずの位置や、傾斜きずの傾斜角度を容易に評価できる超音波探傷方法及び装置等を提供する。
【解決手段】本発明に係る超音波探傷装置１００は、所定の環状の曲面に沿って配列された複数の振動子１１を備える超音波探触子１と、複数の振動子の内、少なくとも２つ以上の振動子を選択して、管状被探傷材Ｐに対して超音波を送受信させる送受信制御手段２と、前記選択した振動子から送受信する超音波の伝搬方向に対応付けて、当該振動子で受信した探傷波形を放射状に表示する探傷波形表示手段３とを備える。探傷波形表示手段３は、探傷波形に含まれる管状被探傷材への超音波の入射点での反射エコーに相当する時点を始点Ｓとして、探傷波形を放射状に表示すると共に、始点Ｓを中心として、管状被探傷材Ｐの内面及び／又は外面での反射エコーに相当する時点を示す円Ｃ１、Ｃ２を表示する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、鋼管などの管状の被探傷材に存在するきずを超音波を用いて探傷するための超音波探傷方法及び超音波探傷装置に関する。特に、本発明は、管状被探傷材の軸方向に対して種々の傾斜角度を有するきず（傾斜きず）を手動で探傷する際に、管状被探傷材の肉厚方向についての傾斜きずの位置や、傾斜きずの傾斜角度を容易に評価できる超音波探傷方法及び装置、並びに、手動で探傷する際に、管状被探傷材に対する超音波探触子の姿勢が変化せず、信頼性の高い探傷結果を得ることを可能とする超音波探傷装置に関する。

近年、管に対する高品質化要求が高まるにつれて、管の非破壊検査基準が厳格化される傾向にある。

例えば、代表的な管である継目無管は、ビレットをピアサーによって穿孔して中空シェルを形成し、この中空シェルをマンドレルミル等によって圧延することにより製造される。この継目無管には、軸方向に対して種々の傾斜角度を有するきず（以下、適宜「傾斜きず」という）が存在する。

この傾斜きずは、ビレットに元々存在する縦割れきずが上記製造工程において軸方向に変形を受けることによって発生したり、或いは、中空シェルのパスセンターを維持するためのガイドシューの案内面に存在するきずが転写することによって発生するといわれている。従って、傾斜きずの継目無管の軸方向に対する傾斜角度は、継目無管の管径やその発生原因の相違によって変化する。すなわち、継目無管には、種々の傾斜角度を有する傾斜きずが存在する。

継目無管の使用環境は年々厳しくなる傾向にあるため、その高品質化が要求され、上記傾斜きずを精度良く検出することも厳しく要求されている。

ところで、従来より、継目無管に存在する傾斜きずを探傷するための種々の方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、検出対象とする傾斜きずの位置及び傾斜角度に応じて超音波探触子を適宜の位置及び傾斜角度で配置することにより、傾斜きずを探傷する方法が提案されている。

しかしながら、特許文献１に記載の方法は、検出対象とする傾斜きずの傾斜角度に応じて、超音波探触子の傾斜角度をその都度変更する必要があるため、極めて手間が掛かるという問題がある。また、前述のように継目無管に存在する種々の傾斜角度を有する傾斜きずを一回の探傷作業で検出するには、多数の超音波探触子を準備してそれぞれ異なる傾斜角度で配置する必要がある。つまり、超音波探触子の配置設定や校正等が煩雑であると共に、大型の装置が必須であることやコスト高騰を招くという問題がある。

上記特許文献１に記載の方法における問題点を解決するべく、特許文献２には、複数の振動子（超音波送受信用素子）を一列に配列したアレイ型超音波探触子を適用した探傷方法が提案されている。より具体的には、前記振動子の配列方向を管の軸方向に一致させると共に、超音波探触子を管の軸心から偏芯させて配置することにより、管内に横波超音波を伝搬させる。そして、各振動子による超音波の送受信タイミングを電気的に制御する電子走査によって、超音波探触子で送受信する超音波の傾斜角度（管の軸方向に対する傾斜角度）を変更することにより、種々の傾斜角度を有する傾斜きずを探傷する方法である。

しかしながら、特許文献２に記載の方法には、主として以下のような２つの課題（第１の課題及び第２の課題）が存在する。

＜第１の課題＞
特許文献２に記載の方法では、たとえ同じ大きさの傾斜きずであっても、傾斜きずの傾斜角度に応じて、傾斜きずからの反射エコーの強度が異なってしまう。これは、たとえ傾斜きずの延びる方向と超音波探触子から送信された超音波の伝搬方向（超音波の入射点を含む管の接平面の法線方向から見た伝搬方向）とが直交するように、各傾斜きずの傾斜角度に応じて電子走査で超音波の傾斜角度を変更したとしても、各傾斜きずの傾斜角度に応じて（超音波の伝搬方向に応じて）、外面屈折角（管の外面に存在する外面きずへの入射角）及び内面屈折角（管の内面に存在する内面きずへの入射角）が変化することが原因である。傾斜きずの傾斜角度に応じて、傾斜きずからの反射エコーの強度が異なれば、有害なきずを見逃したり、検出不要な微小きずを過検出することにつながる虞がある。

＜第２の課題＞
特許文献２に記載のアレイ型超音波探触子の各振動子による超音波の送受信タイミングを電気的に制御する電子走査によって、超音波探触子で送受信する超音波の傾斜角度を変更する場合、管の特定部位において、検出対象とする傾斜きずの傾斜角度に応じた回数分だけ電子走査を繰り返す必要がある。すなわち、例えば３つの異なる傾斜角度をそれぞれ有する傾斜きずを検出するには、管の特定部位において３回の電子走査を繰り返す必要があり、一方向の傾斜角度を有するきずを検出する場合に比べて、探傷効率が１／３に低下することになる。このように、特許文献２に記載の方法には、検出対象とする傾斜きずの傾斜角度の数に応じて探傷効率が低下するという問題がある。

一方、特許文献３には、種々の傾斜角度を有する傾斜きずを探傷するために、マトリックス状に配列された振動子群を用いて、任意の方向に超音波を入射させる方法が提案されている。より具体的には、振動子群の中から任意の振動子を適数個選択し、その送受信タイミング（駆動時間）を電気的に制御する電子走査によって、超音波の入射方向を任意に変更する。そして、超音波の入射方向を変更するパターンを予めプログラムとして貯えるということが開示されている。

しかし、特許文献３は、前述した各傾斜きずの傾斜角度に応じて反射エコーの強度が変化してしまうという第１の課題には言及しておらず、さらにその課題を解決するために、如何なる変更パターンで超音波の入射方向を変更すればよいかという点についても、何ら開示されていない。また、前述した特許文献２に記載された方法についての第２の課題と同様の課題を有する。つまり、検出対象とする傾斜きずの傾斜角度に応じた回数分だけ電子走査を繰り返す必要があるため、探傷効率が低下するという問題がある。

上記のような従来技術の問題に鑑み、本発明者らは、特許文献４に記載の超音波探傷方法を提案している。

具体的には、特許文献４には、複数の振動子を備えた超音波探触子を管状の被探傷材に対向配置するステップと、前記管状被探傷材内での超音波の伝搬方向が複数の異なる伝搬方向となるように、前記複数の振動子の中から適宜の振動子を選択して超音波を送受信させるステップとを含み、前記複数の伝搬方向についての超音波の外面屈折角θｒがそれぞれ略同等となるように、及び／又は、前記複数の伝搬方向についての超音波の内面屈折角θｋがそれぞれ略同等となるように、前記超音波探触子による探傷条件を設定することを特徴とする超音波探傷方法が提案されている（特許文献の請求項１等）。
そして、前記超音波探触子は、所定の回転楕円体を、当該回転楕円体の中心を通らず且つ当該回転楕円体の中心を挟まずに対向し、なお且つ当該回転楕円体の回転軸に直交する２つの平行な平面で切断して得られる環状の曲面に沿って配列された複数の振動子を備え、前記超音波探触子を前記管状被探傷材に対向配置するステップでは、前記超音波探触子の長径方向が前記管状被探傷材の軸方向に沿い、前記超音波探触子の短径方向が前記管状被探傷材の周方向に沿い、なお且つ前記回転楕円体の中心が前記管状被探傷材の軸心に正対するように配置し、前記複数の伝搬方向についての超音波の外面屈折角θｒがそれぞれ略同等となるように、及び／又は、前記複数の伝搬方向についての超音波の内面屈折角θｋが略同等となるように、前記環状の曲面の形状を決定することが記載されている（特許文献４の請求項５等）。

特許文献４に記載の方法によれば、複数の超音波の伝搬方向にそれぞれ直交する方向に延びる複数の傾斜きずを高精度に探傷することが可能である。また、複数の異なる伝搬方向に超音波を略同時に送受信することにより、複数のきずを高速に探傷することが可能である。

管の一連の製造工程中に検査するインライン検査では、予め定めた所定寸法以上のきずが存在するか否かを高速に評価すれば良いため、本発明者らが特許文献４で提案した超音波探傷方法を適用すれば十分である。

一方、インライン検査で「きず有り」と判断された管については、再検査する必要がある。この再検査では、有資格検査員が手動で探傷することにより、きずの有無はもちろんのこと、管の肉厚方向についてのきずの位置（内面、外面、肉厚中央部など）や、傾斜きずの傾斜角度を詳細に評価する必要がある。

上記の再検査の際、検査員がきずの位置や傾斜角度を容易に評価できることが望まれるが、特許文献４には、この点についての解決手段が提案されていない。また、手動で超音波探触子を走査する際に、管状被探傷材に対する超音波探触子の姿勢が変化せず、信頼性の高い探傷結果が得られることが望まれるが、特許文献４には、この点についての解決手段も提案されていない。
特開昭５５−１１６２５１号公報 特開昭６１−２２３５５３号公報 特開昭５９−１６３５６３号公報 国際公開第２００７／０２４０００号パンフレット

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、管状被探傷材の軸方向に対して種々の傾斜角度を有するきず（傾斜きず）を手動で探傷する際に、管状被探傷材の肉厚方向についての傾斜きずの位置や、傾斜きずの傾斜角度を容易に評価できる超音波探傷方法及び装置、並びに、手動で探傷する際に、管状被探傷材に対する超音波探触子の姿勢が変化せず、信頼性の高い探傷結果を得ることを可能とする超音波探傷装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る超音波探傷方法は、以下の（１）〜（３）のステップを含む。
（１）所定の回転楕円体の中心を通らず、且つ当該回転楕円体の中心を挟まずに対向し、なお且つ当該回転楕円体の回転軸に直交する２つの平行な平面で当該回転楕円体を切断して得られる環状の曲面に沿って配列された複数の振動子を備えた超音波探触子を、該超音波探触子の長径方向が管状の被探傷材の軸方向に沿い、前記超音波探触子の短径方向が前記管状被探傷材の周方向に沿い、なお且つ前記回転楕円体の中心が前記管状被探傷材の軸心に正対するように、前記管状被探傷材に対向配置するステップ。
（２）前記管状被探傷材内での超音波の伝搬方向が複数の異なる伝搬方向となるように、前記複数の振動子の中から適宜の振動子を選択して超音波を送受信させるステップ。
（３）前記選択した振動子から送受信する超音波の伝搬方向に対応付けて、当該振動子で受信した探傷波形を放射状に表示するステップ。
そして、前記複数の伝搬方向についての超音波の外面屈折角がそれぞれ略同等となるように、及び／又は、前記複数の伝搬方向についての超音波の内面屈折角が略同等となるように、前記環状の曲面の形状を決定することを特徴とする。

本発明によれば、所定の回転楕円体の中心を通らず、且つ当該回転楕円体の中心を挟まずに対向し、なお且つ当該回転楕円体の回転軸に直交する２つの平行な平面で当該回転楕円体を切断して得られる環状の曲面に沿って配列された複数の振動子を備えた超音波探触子を用いるため、各振動子から送信された超音波は、回転楕円体の中心に向かって伝搬される。そして、本発明によれば、超音波探触子の長径方向が管状被探傷材の軸方向に沿い、超音波探触子の短径方向が管状被探傷材の周方向に沿い、なお且つ回転楕円体の中心が管状被探傷材の軸心に正対するように、超音波探触子を管状被探傷材に対して対向配置するため、回転楕円体の中心から見た各振動子の仰角は、各振動子の配列された位置によって異なり、各振動子から送信された超音波の管状被探傷材への入射角も異なることになる。従って、超音波探触子の形状（環状の曲面の形状）を適切に設定すれば、各振動子から送信される超音波の伝搬方向を検出対象とするきずの延びる方向に直交させると同時に、外面屈折角及び／又は内面屈折角を略同等にすることができる。

複数の伝搬方向についての超音波の外面屈折角がそれぞれ略同等となるように、環状の曲面の形状を決定した場合には、複数の伝搬方向の何れにも関わらず、外面きずについて略同等の反射エコーの強度を得ることができる。また、複数の伝搬方向についての超音波の内面屈折角がそれぞれ略同等となるように、環状の曲面の形状を決定した場合には、複数の伝搬方向の何れにも関わらず、内面きずについて略同等の反射エコーの強度を得ることができる。さらに、複数の伝搬方向についての超音波の外面屈折角及び内面屈折角の双方がそれぞれ略同等となるように、環状の曲面の形状を決定した場合には、複数の伝搬方向の何れにも関わらず、外面きず及び内面きずについて略同等の反射エコーの強度を得ることができる。従って、複数の伝搬方向にそれぞれ直交する方向に延びる複数のきず（外面きず及び／又は内面きず）を高精度に探傷することが可能である。

また、本発明によれば、選択した振動子から送受信する超音波の伝搬方向に対応付けて、当該振動子で受信した探傷波形を放射状に表示するため、表示された傾斜きずからの反射エコーが含まれる探傷波形の方向を目視することにより、当該傾斜きずの傾斜角度（当該表示された探傷波形の方向と直交する方向が傾斜角度に相当する）を容易に評価することが可能である。

さらには、放射状に表示された探傷波形の何れの時点に傾斜きずからの反射エコーが含まれるかを目視することにより、管状被探傷材の肉厚方向についての当該傾斜きずの位置（内面、外面、肉厚中央部など）を容易に評価することが可能である。

以上のように、本発明に係る超音波探傷方法によれば、管状被探傷材の軸方向に対して種々の傾斜角度を有する傾斜きずを高精度に探傷可能であると共に、管状被探傷材の肉厚方向についての傾斜きずの位置や、傾斜きずの傾斜角度を容易に評価可能である。

なお、本発明において、「環状の曲面に沿って配列された複数の振動子」とは、環状の曲面の一部と形状が合致するように各振動子（各振動子の振動面）が曲面に形成されている場合の他、各振動子（各振動子の振動面）が平面状に形成され且つそれぞれ環状の曲面と接するように配列されている場合も含む意味として使用している。
「回転楕円体の中心が管状被探傷材の軸心に正対する」とは、回転楕円体の中心を通り且つ前記２つの平行な平面に直交する直線（回転楕円体の回転軸に相当する）が管状被探傷材の軸心を通る意味として使用している。
「回転楕円体」とは、長径と短径とが等しい球体をも含む用語として使用している。
「超音波の伝搬方向」とは、超音波の入射点を含む管状被探傷材の接平面の法線方向から見た超音波の伝搬方向を意味する。
「外面屈折角」とは、管状被探傷材Ｐの超音波伝搬面において、管状被探傷材Ｐ内に入射した超音波Ｕ（超音波ビームの中心線）が管状被探傷材Ｐの外面に到達した点Ｂにおける管状被探傷材Ｐの法線Ｌ１と前記超音波Ｕ（超音波ビームの中心線）との成す角度θｒを意味する（図２（ｄ）参照）。
「内面屈折角」とは、管状被探傷材Ｐの超音波伝搬面において、管状被探傷材Ｐ内に入射した超音波Ｕ（超音波ビームの中心線）が管状被探傷材Ｐの内面に到達した点Ａにおける管状被探傷材Ｐの法線Ｌ２と前記超音波Ｕ（超音波ビームの中心線）との成す角度θｋを意味する（図２（ｄ）参照）。
「複数の伝搬方向についての超音波の外面屈折角（又は内面屈折角）がそれぞれ略同等」とは、外面屈折角（又は内面屈折角）の変動範囲が１０°以内であることを意味する。

前記探傷波形を放射状に表示するステップでは、前記探傷波形に含まれる前記管状被探傷材への超音波の入射点での反射エコーに相当する時点を始点として、前記探傷波形を放射状に表示すると共に、前記始点を中心として、前記管状被探傷材の内面及び／又は外面での反射エコーに相当する時点を示す円を表示することが好ましい。

斯かる好ましい構成によれば、探傷波形を放射状に表示すると共に、管状被探傷材の内面及び／又は外面での反射エコーに相当する時点を示す円を表示するため、放射状に表示された探傷波形の何れの時点に傾斜きずからの反射エコーが含まれるかを上記表示された円と共に目視することにより（傾斜きずからの反射エコーが含まれる時点と円との位置関係を評価することにより）、管状被探傷材の肉厚方向についての当該傾斜きずの位置をより一層容易に評価することが可能である。

また、前記課題を解決するため、本発明は、所定の回転楕円体の中心を通らず、且つ当該回転楕円体の中心を挟まずに対向し、なお且つ当該回転楕円体の回転軸に直交する２つの平行な平面で当該回転楕円体を切断して得られる環状の曲面に沿って配列された複数の振動子を備え、その長径方向が管状の被探傷材の軸方向に沿い、その短径方向が前記管状被探傷材の周方向に沿い、なお且つ前記回転楕円体の中心が前記管状被探傷材の軸心に正対するように、前記管状被探傷材に対向配置された超音波探触子と、前記複数の振動子の内、少なくとも２つ以上の振動子を選択して、前記管状被探傷材に対して超音波を送受信させる送受信制御手段と、前記選択した振動子から送受信する超音波の伝搬方向に対応付けて、当該振動子で受信した探傷波形を放射状に表示する探傷波形表示手段とを備えることを特徴とする超音波探傷装置としても提供される。

前記探傷波形表示手段は、前記探傷波形に含まれる前記管状被探傷材への超音波の入射点での反射エコーに相当する時点を始点として、前記探傷波形を放射状に表示すると共に、前記始点を中心として、前記管状被探傷材の内面及び／又は外面での反射エコーに相当する時点を示す円を表示することが好ましい。

さらに、前記課題を解決するため、本発明は、管状の被探傷材を超音波探傷するための超音波探傷装置であって、超音波探触子と、前記超音波探触子を挟んで前記管状被探傷材の軸方向に沿って配置され、前記超音波探触子に連結された一対の追従機構と、前記超音波探触子及び前記追従機構を挟んで前記管状被探傷材の周方向に沿って配置され、前記超音波探触子に連結された、互いの間隔を調整可能な一対のアーム機構とを備え、前記追従機構は、前記管状被探傷材の外面に接触して転動する少なくとも一つの転動ローラを具備し、前記アーム機構は、前記超音波探触子の中心を挟んで配置され、前記管状被探傷材の外面に接触して転動する少なくとも一対の転動ローラを具備することを特徴とする超音波探傷装置としても提供される。

本発明に係る超音波探傷装置は、超音波探触子を挟んで管状被探傷材の軸方向に沿って配置され、超音波探触子に連結された一対の追従機構を備える。この追従機構は、管状被探傷材の外面に接触して転動する少なくとも一つの転動ローラを具備する。従って、超音波探触子は、一対の追従機構がそれぞれ具備する少なくとも一つの転動ローラ（従って、少なくとも２つの転動ローラ）を介して、管状被探傷材の外面に載置され、転動ローラを転動させることにより、管状被探傷材の外面上を走査可能である。

そして、本発明に係る超音波探傷装置は、超音波探触子及び追従機構を挟んで管状被探傷材の周方向に沿って配置され、超音波探触子に連結された、互いの間隔を調整可能な一対のアーム機構を備える。このアーム機構は、超音波探触子の中心を挟んで配置され、管状被探傷材の外面に接触して転動する少なくとも一対の転動ローラを具備する。従って、一対のアーム機構の間隔を調整して、当該一対のアーム機構で管状被探傷材を周方向から挟み込むことにより、当該一対のアーム機構に連結された超音波探触子の管状被探傷材に対する姿勢を一定に保持することが可能である。そして、一対のアーム機構で管状被探傷材を周方向から挟み込んだ状態であっても、各アーム機構は転動ローラを具備するため、転動ローラを転動させることにより、管状被探傷材の外面に沿って超音波探触子を走査可能である。

以上のように、本発明に係る超音波探傷装置によれば、管状被探傷材に対する超音波探触子の姿勢が変化せず、信頼性の高い探傷結果を得ることが可能である。

上記の超音波探傷装置は、超音波探触子が、前述したように、環状の曲面に沿って配列された複数の振動子を備えた構成である場合に特に有用である。すなわち、前記超音波探触子は、所定の回転楕円体の中心を通らず、且つ当該回転楕円体の中心を挟まずに対向し、なお且つ当該回転楕円体の回転軸に直交する２つの平行な平面で当該回転楕円体を切断して得られる環状の曲面に沿って配列された複数の振動子を備え、その長径方向が前記管状被探傷材の軸方向に沿い、その短径方向が前記管状被探傷材の周方向に沿い、なお且つ前記回転楕円体の中心が前記管状被探傷材の軸心に正対するように、前記管状被探傷材に対向配置される。そして、前記超音波探傷装置は、前記複数の振動子の内、少なくとも２つ以上の振動子を選択して、前記管状被探傷材に対して超音波を送受信させる送受信制御手段を備えることが好ましい。

斯かる好ましい構成によれば、傾斜きずを高精度に探傷可能であると共に、管状被探傷材に対する超音波探触子の姿勢が変化せず、信頼性の高い探傷結果を得ることが可能である。

さらに好ましくは、前記超音波探傷装置は、前記選択した振動子から送受信する超音波の伝搬方向に対応付けて、当該振動子で受信した探傷波形を放射状に表示する探傷波形表示手段を備える。

斯かる好ましい構成によれば、管状被探傷材の肉厚方向についての傾斜きずの位置や、傾斜きずの傾斜角度を容易に評価できるという更なる利点が得られる。

前記探傷波形表示手段は、前記探傷波形に含まれる前記管状被探傷材への超音波の入射点での反射エコーに相当する時点を始点として、前記探傷波形を放射状に表示すると共に、前記始点を中心として、前記管状被探傷材の内面及び／又は外面での反射エコーに相当する時点を示す円を表示することが好ましい。

斯かる好ましい構成によれば、管状被探傷材の肉厚方向についての傾斜きずの位置をより一層容易に評価することが可能である。

本発明によれば、管状被探傷材の軸方向に対して種々の傾斜角度を有する傾斜きずを手動で探傷する際に、管状被探傷材の肉厚方向についての傾斜きずの位置や、傾斜きずの傾斜角度を容易に評価可能である。また、手動で探傷する際に、管状被探傷材に対する超音波探触子の姿勢が変化せず、信頼性の高い探傷結果を得ることが可能である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係る超音波探傷方法及び装置の一実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示す模式図である。図１（ａ）は斜視図を、図１（ｂ）は平面図を、図１（ｃ）は側面図を、図１（ｄ）は説明図を示す。図２は、図１に示す超音波探傷装置における超音波の伝搬挙動を示す説明図である。図２（ａ）は斜視図を、図２（ｂ）は管周方向断面図を、図２（ｃ）は平面図を、図２（ｄ）は超音波伝搬面（図２（ｂ）に示す点Ｏ、点Ａ及び点Ｂを含む面）に沿った断面図を示す。
図１に示すように、本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、管Ｐを超音波探傷するための超音波探傷装置であって、超音波探触子１と、超音波探触子１による超音波の送受信を制御する送受信制御手段２と、超音波探触子１で受信した探傷波形を表示する探傷波形表示手段３とを備えている。また、本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、超音波探触子１を管Ｐの外面上で走査させるための機構部４（図１には図示せず）を具備する。

超音波探触子１は、環状の曲面に沿って配列された複数の振動子１１を備える。前記環状の曲面は、所定の回転楕円体Ｍを、当該回転楕円体Ｍの中心Ｏを通らず、且つ当該回転楕円体Ｍの中心Ｏを挟まずに対向し、なお且つ当該回転楕円体Ｍの回転軸に直交する２つの平行な平面Ｓ１及びＳ２で切断して得られる曲面である（図１（ｃ）、図１（ｄ）参照）。そして、超音波探触子１は、その長径方向（図１（ｂ）に示すｘ方向）が管Ｐの軸方向に沿い、短径方向（図１（ｂ）に示すｙ方向）が管Ｐの周方向に沿い、なお且つ前記回転楕円体Ｍの中心Ｏが管Ｐの軸心に正対するように管Ｐに対向配置される。

本実施形態に係る送受信制御手段２は、送信回路と、受信回路と、制御回路とを具備する。前記送信回路は、各振動子１１にそれぞれ接続され各振動子１１から超音波を送信させるためのパルス信号を供給するパルサーと、各パルサーから各振動子１１に供給するパルス信号の遅延時間を設定するための遅延回路Ａとを具備する。前記受信回路は、各振動子１１にそれぞれ接続され各振動子１１で受信した探傷波形を増幅するためのレシーバと、各レシーバで増幅された探傷波形の遅延時間を設定するための遅延回路Ｂとを具備する。前記制御回路は、配列された複数の振動子１１の内、超音波を送受信する振動子１１を選択すると共に、当該選択した各振動子１１についての遅延回路Ａ又は遅延回路Ｂで設定される遅延時間を決定するように動作する。
以上の構成を有する送受信制御手段２は、複数の振動子１１の内、少なくとも２つ以上の振動子１１を選択して、該選択した振動子１１から管Ｐに対して超音波を送受信させるように動作する。

以下、図２を参照して、超音波探触子１の形状（環状の曲面の形状）を決定する具体的方法について説明する。超音波探触子１の形状を決定する際には、図２に示すように、前記回転楕円体Ｍの中心Ｏが管Ｐの外面近傍に位置する（従って、各振動子１１から送信された超音波が前記中心Ｏを入射点として管Ｐに入射する）ように超音波探触子１を配置した状態を考える。

図２に示すように、超音波探触子１を構成する各振動子１１から送信された超音波は、管Ｐの外面における点Ｏ（回転楕円体の中心Ｏ）から入射した後、管Ｐの内面における点Ａで反射し、管Ｐの外面における点Ｂに到達する。そして、点Ｏから入射した超音波の伝搬方向（入射点Ｏを含む管Ｐの接平面の法線方向から見た伝搬方向）と、入射点Ｏを通る管Ｐの周方向接線Ｌとの成す角度（伝搬角度）をγ（以下、適宜「伝搬方向γ」ともいう）とし、点Ｂにおける外面屈折角（図２（ｄ）に示す超音波伝搬面において、管Ｐの点Ｂにおける法線Ｌ１と超音波ビームＵとの成す角度）をθｒとし、点Ａにおける内面屈折角（図２（ｄ）に示す超音波伝搬面において、管Ｐの点Ａにおける法線Ｌ２と超音波ビームＵとの成す角度）をθｋとする。また、管Ｐへの超音波の入射角（図２（ｄ）に示す超音波伝搬面において、管Ｐの入射点Ｏにおける法線Ｌ３と入射する超音波ビームＵとの成す角度）をθｗとし、管Ｐでの超音波の屈折角（図２（ｄ）に示す超音波伝搬面において、管Ｐの入射点Ｏにおける法線Ｌ３と入射後の超音波ビームＵとの成す角度）をθｓとする。

入射角θｗで管Ｐに入射した超音波は、幾何光学的な伝搬挙動を示す。すなわち、入射角θｗで管Ｐに入射した超音波は、スネルの法則に従って決定される屈折角θｓで管Ｐ内に伝搬することになる。そして、幾何学的に導出されるように、外面屈折角θｒは、屈折角θｓと等しくなる。つまり、下記の式（７）が成立する。
ここで、上記式（７）において、Ｖｓは管Ｐ中を伝搬する超音波の伝搬速度を、Ｖｉは超音波探触子１Ａと管Ｐとの間に充填する接触媒質における超音波の伝搬速度を意味する。

一方、内面屈折角θｋは、特許文献４にも記載のように、入射角θｗ、伝搬角度γ及び管Ｐの肉厚対外径比ｔ／Ｄの関数となる。そして、超音波の伝搬方向γが管Ｐの軸方向に一致する（すなわち、伝搬角度γ＝９０°）ときに最小値となって、外面屈折角θｒ（＝屈折角θｓ）と等しくなり、超音波の伝搬方向γが管Ｐの周方向に一致する（すなわち、伝搬角度γ＝０°）ときに最大値となって、以下の式（８）で表される。

ここで、管Ｐの肉厚対外径比ｔ／Ｄが数％程度であれば、上記式（８）によって算出される内面屈折角θｋと外面屈折角θｒとの差は１０°程度の範囲内に収まる。従って、管Ｐの軸方向に延びる内面きず（伝搬方向γが管Ｐの周方向に一致する超音波によって検出）を検出する場合の内面屈折角θｋと、管Ｐの周方向に延びる内面きず（伝搬方向γが管Ｐの軸方向に一致する超音波によって検出）を検出する場合の内面屈折角θｋ（＝θｓ）との差が１０°程度の範囲内に収まることになり、両内面きずの検出能に有意差は生じない。しかしながら、管Ｐのｔ／Ｄが１５％以上になると、上記式（８）によって算出される内面屈折角θｋは、外面屈折角θｓに対して２０°以上も大きくなり（すなわち、伝搬方向γを管Ｐの軸方向から周方向に変更することにより、内面屈折角θｋは２０°以上も大きくなり）、管Ｐの軸方向に延びる内面きずの検出能が大きく低下する。同様にして、管Ｐの軸方向と周方向の間の傾斜角度を有する内面きずについても、内面屈折角θｋの増加に伴って検出能が低下する。

以上に説明した内面屈折角θｋの変動に伴うきずの検出能低下を抑制するには、超音波の伝搬方向γに応じて（すなわち、超音波の伝搬方向γに直交するきずの傾斜角度に応じて）、各伝搬方向γに対応する内面屈折角θｋが略一定の値となるように、各伝搬方向γに対応する屈折角θｓを変更（すなわち、入射角θｗを変更）すればよい。

そこで、本実施形態に係る超音波探触子１は、各振動子１１から送信される超音波の伝搬方向γに応じて、各伝搬方向γに対応する内面屈折角θｋが略一定の値となるように、各伝搬方向γに対応する入射角θｗが変化する形状に設計されている。前述のように、超音波探触子１は、環状の曲面に沿って配列された複数の振動子１１を備え、前記環状の曲面は、所定の回転楕円体Ｍを、当該回転楕円体Ｍの中心Ｏを通らず且つ当該回転楕円体Ｍの中心Ｏを挟まずに対向し、なお且つ当該回転楕円体の回転軸に直交する２つの平行な平面Ｓ１及びＳ２（図１（ｃ）、図１（ｄ）参照）で切断して得られる曲面である。これにより、各振動子１１から送信される超音波の伝搬方向γは−１８０°〜１８０°の範囲内にある。また、回転楕円体Ｍの中心Ｏから見た各振動子１１の仰角は、各振動子１１の配列された位置によって異なる。換言すれば、超音波探触子１の長径、短径及び超音波探触子１の前記回転楕円体Ｍの中心Ｏからの距離に応じて各振動子１１の仰角は定まり、各振動子１１の配列された位置に応じて（各振動子１１から送信される超音波の伝搬方向γに応じて）仰角が異なる。この仰角を９０°から減算した角度が入射角θｗに相当する。従って、本実施形態に係る超音波探触子１は、超音波探触子１の長径、短径及び超音波探触子１の前記回転楕円体Ｍの中心Ｏからの距離を適切に設定することにより、各振動子１１から送信される超音波の伝搬方向γに応じて、各伝搬方向γに対応する内面屈折角θｋが略一定の値となるように、各伝搬方向γに対応する入射角θｗが変化する形状に設計される。

より具体的に説明すれば、図１に示すように、超音波探触子１の長径を２ｘ、短径を２ｙ、超音波探触子１の回転楕円体Ｍの中心Ｏからの距離（回転楕円体Ｍの中心Ｏから平面Ｓ１及びＳ２までの平均距離）をｈとしたとき、超音波探触子１の長径部に位置する振動子１１から送信される超音波の入射角θｗ（θｗ１と称する）と、超音波探触子１の短径部に位置する振動子１１から送信される超音波の入射角θｗ（θｗ２と称する）とは、それぞれ以下の式（９）及び（１０）で表される。

そして、上記式（９）及び（１０）で表される入射角θｗ１及びθｗ２が、以下の式（１１）を満足するように、探傷する管Ｐのｔ／Ｄに応じて、超音波探触子１の形状（ｘ、ｙ及びｈ）を決定する。

入射角θｗ１及びθｗ２が上記式（１１）を満足することにより、特許文献４にも記載のように、超音波の伝搬方向γが管Ｐの軸方向に一致する場合（超音波探触子１の長径部に位置する振動子１１から超音波を送信した場合）における内面屈折角θｋと、超音波の伝搬方向γが管Ｐの周方向に一致する場合（超音波探触子１の短径部に位置する振動子１１から超音波を送信した場合）における内面屈折角θｋとが略等しくなる。これにより、超音波の伝搬方向γが管Ｐの軸方向と周方向の間にある場合についても、略等しい内面屈折角θｋが得られる。すなわち、超音波の伝搬方向γが−１８０°〜１８０°の範囲内の何れであっても、略等しい内面屈折角θｋが得られる。

本実施形態に係る超音波探触子１の形状は、以上のようにして決定されるため、各振動子１１から送信される超音波の伝搬方向γを検出対象とするきずの延びる方向に直交させると同時に、内面屈折角θｋを略一定にすることができ、各きずの傾斜角度に関わらずに同等の反射エコー強度を得ることが可能である。このようにして、検出対象とするきずの傾斜角度の数に等しい数の振動子１１を送受信制御手段２によって選択し、当該選択した各振動子１１から超音波を送受信すれば、種々の傾斜角度を有するきずを高精度に探傷することが可能である。

本実施形態に係る超音波探触子１は、前述した形状を決定する際のみならず、実際に探傷する際にも、前記回転楕円体の中心Ｏが管Ｐの外面近傍に位置するように配置することが好ましい。

斯かる好ましい装置により、各振動子１１から送信された超音波の管Ｐへの入射点が略一致する（回転楕円体の中心Ｏが入射点となる）ことになるため、超音波探触子１Ａの形状を決定した際に予定していた通りの超音波の伝搬挙動を得ることができ（超音波の伝搬方向に関わらず内面屈折角θｋが略一定になり）、ひいては種々の傾斜角度を有するきずを高精度に探傷することが可能である。

なお、本実施形態に係る超音波探触子１の形状によれば、内面屈折角θｋを略一定にすることができる一方、外面屈折角θｒは、伝搬方向γに応じて変化することになる。換言すれば、本実施形態に係る超音波探触子１は、種々の傾斜角度を有する内面きずを高精度に探傷する上で好適な形状とされている。これに対して、種々の傾斜角度を有する外面きずを高精度に探傷するには、外面屈折角θｒを各きずの傾斜角度に関わらずに（すなわち、超音波の伝搬方向γに関わらずに）略一定にする必要がある。前述のように、外面屈折角θｒは屈折角θｓと等しいため、斯かる屈折角θｓを伝搬方向γに関わらずに略一定にすれば良く、このためには入射角θｗを伝搬方向γに関わらずに略一定にすれば良い。入射角θｗを超音波の伝搬方向γに関わらずに略一定にするには、超音波探触子の長径（２ｘ）と短径（２ｙ）の長さを略等しい値に設定すれば良い。すなわち、前記回転楕円体を球体とした場合に得られる形状に設定すれば良い。斯かる形状の超音波探触子によれば、外面屈折角ｒを伝搬方向γに関わらず略一定にすることができ、種々の傾斜角度を有する外面きずを高精度に探傷することが可能である。

そして、管Ｐにおけるきずの主たる検出対象が内面きず或いは外面きずのいずれであるかに応じて、各きずを検出するのに好適な超音波探触子の形状を選択すれば良い。或いは、内面きず及び外面きずの双方を同等に検出する必要がある場合には、内面きずを検出するのに好適な式（１１）を満足する超音波探触子の形状（ｘ、ｙ及びｈ）と、外面きずを検出するのに好適なｘ＝ｙを満足する超音波探触子の形状との略中間のｘ、ｙの値を有する形状とすれば良い。

以下、図３を参照して、探傷波形表示手段３の機能について説明する。
図３は、図１に示す探傷波形表示手段の機能を説明する説明図である。図３（ａ）は選択した振動子と該選択した振動子から送信する超音波の伝搬方向との関係を、図３（ｂ）は選択した振動子で受信する探傷波形例を、図３（ｃ）は探傷波形の表示例を示す。
探傷波形表示手段３は、選択した振動子１１（図３に示す例では、振動子１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）から送受信する超音波の伝搬方向γに対応付けて、当該振動子１１で受信した探傷波形を放射状に表示する。

具体的には、探傷波形表示手段３は、各探傷波形に含まれる管Ｐへの超音波の入射点での反射エコーに相当する時点を始点Ｓとして、各探傷波形を放射状に表示する。より具体的には、探傷波形表示手段３は、送受信制御手段２から出力された各振動子１１Ａ〜１１Ｃで受信した各探傷波形をＡ／Ｄ変換した後、探傷波形の強度に応じた濃淡画像として、探傷波形の強度に応じて色分けしたカラー画像として、或いは、探傷波形を所定のしきい値で２値化した２値化画像として、適宜のモニター等に表示する。

また、探傷波形表示手段３は、上記のようにして探傷波形を放射状に表示すると共に、始点Ｓを中心として、管Ｐの内面及び／又は外面での反射エコーに相当する時点を示す円を表示する。この円の座標は、管Ｐの肉厚、管Ｐでの超音波の屈折角θｓ、及び、管Ｐ中を伝搬する超音波の伝搬速度Ｖｓから算出することが可能である。図３に示す例では、管Ｐに入射した超音波が最初に管Ｐの内面に到達したときの反射エコーに相当する時点（いわゆる０．５スキップ）を示す円Ｃ１と、管Ｐに入射した超音波が管Ｐの内面で反射した後、管Ｐの外面に初めて到達したときの反射エコーに相当する時点（いわゆる１．０スキップ）を示す円Ｃ２とが表示されている。

図４は、本実施形態に係る超音波探傷装置１００を用いて、鋼管に生じている傾斜きずを探傷し、探傷波形表示手段３で探傷波形を表示した例を示す。なお、探傷した鋼管は、外径１７８ｍｍ、肉厚１０ｍｍで、超音波探触子１の形状（環状の曲面の形状）は、内面きずを検出するのに好適な式（１１）を満足する超音波探触子の形状（ｘ、ｙ及びｈ）と、外面きずを検出するのに好適なｘ＝ｙを満足する超音波探触子の形状との略中間のｘ、ｙの値を有する形状とした。図４に示す例では、前述した円Ｃ２と、管Ｐに入射した超音波が管Ｐ内で反射し、２回目に管Ｐの内面に到達したときの反射エコーに相当する時点（いわゆる１．５スキップ）を示す円Ｃ３とを表示している。

図４に示すように、探傷波形表示手段３は、選択した振動子１１から送受信する超音波の伝搬方向γに対応付けて、当該振動子１１で受信した探傷波形を放射状に表示するため、表示された傾斜きずからの反射エコーが含まれる探傷波形の方向を目視することにより、当該傾斜きずの傾斜角度（当該表示された探傷波形の方向と直交する方向が傾斜角度に相当する）を容易に評価することが可能である。図４（ａ）に示す例では、超音波の伝搬角度γが略０°の位置に、この伝搬方向に直交して延びる傾斜きずが存在することを容易に認識可能である。また、図４（ｂ）に示す例では、超音波の伝搬角度γが略３０°の位置に、この伝搬方向に直交して延びる傾斜きずが存在することを容易に認識可能である。

また、図４に示すように、探傷波形表示手段３は、探傷波形を放射状に表示すると共に、管Ｐの内面及び／又は外面での反射エコーに相当する時点を示す円（図４に示す例では、円Ｃ２、Ｃ３）を表示するため、放射状に表示された探傷波形の何れの時点に傾斜きずからの反射エコーが含まれるかを上記表示された円と共に目視することにより、管Ｐの肉厚方向についての当該傾斜きずの位置を容易に評価することが可能である。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す例では、円Ｃ２上に傾斜きずからの反射エコーが存在するため、管Ｐの外面に傾斜きずが存在することを容易に認識可能である。

なお、本実施形態では、図３（ｃ）や図４に示すように、超音波の伝搬方向γ（γ＝−１８０°〜１８０°）に対応付けられた全ての探傷波形を、同一の始点Ｓから放射状に表示する態様について説明した。しかしながら、本発明はこれに限らず、図５に示すように、超音波の伝搬方向γ（γ＝−１８０°〜１８０°）を複数の領域に区分し、各区分毎に、表示上異なる始点Ｓから、探傷波形を放射状に表示させることも可能である。

以下、図６を参照して、超音波探触子１を管Ｐの外面上で走査させるための機構部４について説明する。機構部４は、超音波探触子１を走査して手動で探傷する際に、管Ｐに対する超音波探触子１の姿勢が変化せず、信頼性の高い探傷結果を得られるように構成されている。超音波探触子１の姿勢が変化することにより、例えば、０°の伝搬角度γで超音波を送受信するように設計された振動子１１が、他の伝搬角度γで超音波を送受信することになれば、きずの探傷精度が劣化すると共に、きずの傾斜角度を正確に評価できなくなるからである。

図６は、超音波探傷装置１００が具備する機構部４周辺の概略構成を示す模式図である。図６（ａ）は平面図を、図６（ｂ）は側面図を、図６（ｃ）は裏面図を示す。なお、図６（ｃ）では機構部４のみを図示している。
図６に示すように、本実施形態に係る機構部４は、一対の追従機構４１Ａ、４１Ｂと、一対のアーム機構４２Ａ、４２Ｂとを備える。

一対の追従機構４１Ａ、４１Ｂは、超音波探触子１を挟んで管Ｐの軸方向に沿って配置され、適宜の部材（図示せず）を介して、超音波探触子１に連結されている。追従機構４１Ａ、４１Ｂは、管Ｐの外面に接触して転動する少なくとも一つの転動ローラ４１Ｒを具備する。本実施形態に係る追従機構４１Ａ、４１Ｂは、超音波探触子１の中心（重心）を挟んで配置され、管Ｐの外面に接触して転動する一対の転動ローラ４１Ｒを具備する。本実施形態では、転動ローラ４１Ｒとして、全ての方向に転動可能な球状ベアリングを用いているが、これに限るものではなく、例えば、（株）土佐電子から販売されている２軸方向に転動可能なオムニホイール等を用いることも可能である 。

超音波探触子１は、一対の追従機構４１Ａ、４１Ｂがそれぞれ具備する一対の転動ローラ４１Ｒ（従って、４つの転動ローラ４１Ｒ）を介して、管Ｐの外面に載置され、転動ローラ４１Ｒを転動させることにより、管Ｐの外面と超音波探触子１との距離を一定に保ちながら、管Ｐの外面上を走査可能である。本実施形態では、転動ローラ４１Ｒとして、計４つの転動ローラを用いているが、これに限るものではなく、例えば、各追従機構４１Ａ、４１Ｂが、それぞれ一つの転動ローラ４１Ｒを具備する構成であっても、管Ｐの外面と超音波探触子１との距離を一定に保つことが可能であるため、問題はない。なお、超音波探触子１と追従機構４１Ａ、４１Ｂとは、前述した回転楕円体の中心Ｏの位置が管Ｐの外面近傍となるような位置関係で互いに連結することが好ましい。

本実施形態に係る追従機構４１Ａ、４１Ｂは、好ましい構成として、一対の転動ローラ４１Ｒの間に永久磁石４１Ｍを具備する。管Ｐが磁性を有する場合には、永久磁石４１Ｍによる吸着力が、超音波探触子１の管Ｐに対する姿勢を一定に保持する上で寄与する。

なお、前述した適宜の部材によって連結された超音波探触子１及び追従機構４１Ａ、４１Ｂは、適宜のフレーム（図示せず）に取り付けられている。好ましくは、超音波探触子１及び追従機構４１Ａ、４１Ｂは、前記フレームに対して、管Ｐの径方向に一体的に移動自在に取り付けられる。

一対のアーム機構４２Ａ、４２Ｂは、平面視で略コの字状に形成され、超音波探触子１及び追従機構４１Ａ、４１Ｂを挟んで管Ｐの周方向に沿って配置され、超音波探触子１に連結されている。具体的には、各アーム機構４２Ａ、４２Ｂの回動中心軸４２１Ａ、４２１Ｂが前述したフレームに回動自在に取り付けられている。このフレームには、前述のように、適宜の部材によって連結された超音波探触子１及び追従機構４１Ａ、４１Ｂが取り付けられている。以上の構成により、一対のアーム機構４２Ａ、４２Ｂは、超音波探触子１に連結される。

一対のアーム機構４２Ａ、４２Ｂは、互いの間隔を調整可能に構成されている。具体的には、各アーム機構４２Ａ、４２Ｂの一端部４２２Ａ、４２２Ｂに、ボールねじ機構４３が取り付けられている。そして、ボールねじ機構４３の調整つまみ４３１を回すことにより、各アーム機構４２Ａ、４２Ｂの一端部４２２Ａ、４２２Ｂが互いに近づいたり離れたりする。これにより、各アーム機構４２Ａ、４２Ｂは、回動中心軸４２１Ａ、４２１Ｂを基準として回動し、各アーム機構４２Ａ、４２Ｂの他端部４２３Ａ、４２３Ｂが互いに近づいたり離れたりする。以上のようにして、一対のアーム機構４２Ａ、４２Ｂは、互いの間隔を調整可能である。

アーム機構４２Ａ、４２Ｂは、超音波探触子１の中心（重心）を挟んで配置され、管Ｐの外面に接触して転動する少なくとも一対（本実施形態では、５つ）の転動ローラ４２Ｒを具備する。転動ローラ４２Ｒは、アーム機構４２Ａ、４２Ｂの他端部４２３Ａ、４２３Ｂに取り付けられている。本実施形態では、転動ローラ４２Ｒとして球状ベアリングを用いているが、これに限るものではない点は、転動ローラ４１Ｒと同様である。また、本実施形態に係るアーム機構４２Ａ、４２Ｂは、追従機構４１Ａ、４１Ｂと同様に、好ましい構成として、中央部に配置された３つの転動ローラ４２Ｒの間に永久磁石４２Ｍを具備する。

以上の構成を有する一対のアーム機構４２Ａ、４２Ｂの間隔を調整して、一対のアーム機構４２Ａ、４２Ｂで管Ｐを周方向から挟み込むことにより、一対のアーム機構４２Ａ、４２Ｂに連結された超音波探触子１の管Ｐに対する姿勢を一定に保持することが可能である。そして、一対のアーム機構４２Ａ、４２Ｂで管Ｐを周方向から挟み込んだ状態であっても、各アーム機構４２Ａ、４２Ｂは転動ローラ４２Ｒを具備するため、転動ローラ４２Ｒを転動させることにより、管Ｐの外面に沿って超音波探触子１を走査可能である。

なお、アーム機構４２Ａ、４２Ｂは、前記フレームに対して、管Ｐの径方向に移動しないように取り付けられている。このため、前述のように、好ましい構成として、超音波探触子１及び追従機構４１Ａ、４１Ｂを、前記フレームに対して、管Ｐの径方向に一体的に移動自在に取り付けた場合には、超音波探触子１及び追従機構４１Ａ、４１Ｂは、アーム機構４２Ａ、４２Ｂに対して、管Ｐの径方向に相対的に移動可能となる。従って、管Ｐの外面が多少変形しており真円ではなくとも、一対のアーム機構４２Ａ、４２Ｂで管Ｐを周方向から挟み込むことによって超音波探触子１の姿勢を一定に保持した状態で、管Ｐの外面に倣って、超音波探触子１及び追従機構４１Ａ、４１Ｂが管Ｐの径方向に移動する。これにより、回転楕円体の中心Ｏの位置が管Ｐの外面近傍となるような位置関係を保持することが可能である。

また、本実施形態に係る機構部４は、超音波探触子１と鋼管Ｐとの間に、水等の液状接触媒質が充填されるように構成されている。或いは、超音波探触子１の下面に、樹脂等で作製した音響くさびが介在する場合には、この音響くさびと鋼管Ｐとの間に、水等の接触媒質が充填されるように構成されている。

以上に説明した機構部４を具備する超音波探傷装置１００によれば、管Ｐに対する超音波探触子１の姿勢が変化せず、信頼性の高い探傷結果を得ることが可能である。

なお、本実施形態に係る機構部４を適用することにより、図７に示すように、管Ｐの端部まで探傷することが可能である。すなわち、一方の追従機構４１Ａが管Ｐの端を超えた状態であっても、一対のアーム機構４２Ａ、４２Ｂと、他方の追従機構４１Ｂとによって、超音波探触子１を管Ｐの外面上に保持できるため、管Ｐの端部まで探傷することが可能である。

以上に説明した超音波探傷装置１００を用いて、鋼管に放電加工したきずを手動探傷した際の探傷再現性を評価した結果を表１に示す。

表１に示すように、良好な再現性できずを検出可能であった。

なお、本実施形態に係る機構部４を適用する超音波探触子としては、図１に示す超音波探触子１に限るものではない。本実施形態に係る機構部４は、例えば、図８に示すように、垂直探傷用の超音波探触子Ａと、斜角探傷用の４つの超音波探触子Ｂ〜Ｅとを具備する超音波探触子１Ａにも好適に用いられる。

図８に示すように、４つの超音波探触子Ｂ〜Ｅは、それらの振動面ＳＢ〜ＳＥが、前述した超音波探触子１の振動子１１と同様に、所定回転楕円体の中心Ｏを通らず、且つ当該回転楕円体の中心Ｏを挟まずに対向し、なお且つ当該回転楕円体の回転軸に直交する２つの平行な平面で切断して得られる環状の曲面に沿うように配置されている。そして、この環状の曲面の形状は、各超音波探触子Ｂ〜Ｅから伝搬する超音波の外面屈折角がそれぞれ略同等となるように、及び／又は、超音波の内面屈折角が略同等となるように、決定されている。

超音波探触子Ａは、その振動面ＳＡが前記回転楕円体の中心Ｏを通り且つ前記２つの平行な平面に直交する直線Ｌ（回転楕円体の回転軸に相当する）に沿うように（図８に示す例では、回転楕円体の中心Ｏの直上に）配置されている。これにより、超音波探触子Ｂ〜Ｅによる斜角探傷と同時に、超音波探触子Ａによる鋼管Ｐの肉厚測定やラミネーションの検出などが可能であるという利点が得られる。

以上に説明した超音波探触子１Ａについても、その姿勢が変化することにより、例えば、０°の伝搬角度γで超音波を送受信するように設計された超音波探触子Ｂが、他の伝搬角度γで超音波を送受信することになれば、きずの探傷精度が劣化すると共に、きずの傾斜角度を正確に評価できなくなる。しかしながら、本実施形態に係る機構部４を備えることにより、管Ｐに対する超音波探触子１Ａの姿勢が変化せず、信頼性の高い探傷結果を得ることが可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示す模式図である。図１（ａ）は斜視図を、図１（ｂ）は平面図を、図１（ｃ）は側面図を、図１（ｄ）は説明図を示す。 図２は、図１に示す超音波探傷装置における超音波の伝搬挙動を示す説明図である。図２（ａ）は斜視図を、図２（ｂ）は管周方向断面図を、図２（ｃ）は平面図を、図２（ｄ）は超音波伝搬面（図２（ｂ）に示す点Ｏ、点Ａ及び点Ｂを含む面）に沿った断面図を示す。 図３は、図１に示す探傷波形表示手段の機能を説明する説明図である。図３（ａ）は選択した振動子と該選択した振動子から送信する超音波の伝搬方向との関係を、図３（ｂ）は選択した振動子で受信する探傷波形例を、図３（ｃ）は探傷波形の表示例を示す。 図４は、図１に示す超音波探傷装置を用いて、鋼管に生じている傾斜きずを探傷し、探傷波形表示手段で探傷波形を表示した例を示す。 図５は、図１に示す探傷波形表示手段による探傷波形の他の表示例を示す。 図６は、図１に示す超音波探傷装置が具備する機構部周辺の概略構成を示す模式図である。図６（ａ）は平面図を、図６（ｂ）は側面図を、図６（ｃ）は裏面図を示す。 図７は、図６に示す超音波探傷装置によって管端部を探傷する様子を説明する正面図である。 図８は、図６に示す機構部を適用した他の超音波探傷装置の概略構成を示す模式図である。図８（ａ）は平面図を、図８（ｂ）は側面図を、図８（ｃ）は正面図を示す。

符号の説明

１・・・超音波探触子
２・・・送受信制御手段
３・・・探傷波形表示手段
４・・・機構部
１１・・・振動子
１００・・・超音波探傷装置
Ｐ・・・管状被探傷材（管）

Claims (8)

1. 所定の回転楕円体の中心を通らず、且つ当該回転楕円体の中心を挟まずに対向し、なお且つ当該回転楕円体の回転軸に直交する２つの平行な平面で当該回転楕円体を切断して得られる環状の曲面に沿って配列された複数の振動子を備えた超音波探触子を、該超音波探触子の長径方向が管状の被探傷材の軸方向に沿い、前記超音波探触子の短径方向が前記管状被探傷材の周方向に沿い、なお且つ前記回転楕円体の中心が前記管状被探傷材の軸心に正対するように、前記管状被探傷材に対向配置するステップと、
   前記管状被探傷材内での超音波の伝搬方向が複数の異なる伝搬方向となるように、前記複数の振動子の中から適宜の振動子を選択して超音波を送受信させるステップと、
   前記選択した振動子から送受信する超音波の伝搬方向に対応付けて、当該振動子で受信した探傷波形を放射状に表示するステップとを含み、
   前記複数の伝搬方向についての超音波の外面屈折角がそれぞれ略同等となるように、及び／又は、前記複数の伝搬方向についての超音波の内面屈折角が略同等となるように、前記環状の曲面の形状を決定することを特徴とする超音波探傷方法。
2. 前記探傷波形を放射状に表示するステップでは、前記探傷波形に含まれる前記管状被探傷材への超音波の入射点での反射エコーに相当する時点を始点として、前記探傷波形を放射状に表示すると共に、前記始点を中心として、前記管状被探傷材の内面及び／又は外面での反射エコーに相当する時点を示す円を表示することを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷方法。
3. 所定の回転楕円体の中心を通らず、且つ当該回転楕円体の中心を挟まずに対向し、なお且つ当該回転楕円体の回転軸に直交する２つの平行な平面で当該回転楕円体を切断して得られる環状の曲面に沿って配列された複数の振動子を備え、その長径方向が管状の被探傷材の軸方向に沿い、その短径方向が前記管状被探傷材の周方向に沿い、なお且つ前記回転楕円体の中心が前記管状被探傷材の軸心に正対するように、前記管状被探傷材に対向配置された超音波探触子と、
   前記複数の振動子の内、少なくとも２つ以上の振動子を選択して、前記管状被探傷材に対して超音波を送受信させる送受信制御手段と、
   前記選択した振動子から送受信する超音波の伝搬方向に対応付けて、当該振動子で受信した探傷波形を放射状に表示する探傷波形表示手段とを備えることを特徴とする超音波探傷装置。
4. 前記探傷波形表示手段は、前記探傷波形に含まれる前記管状被探傷材への超音波の入射点での反射エコーに相当する時点を始点として、前記探傷波形を放射状に表示すると共に、前記始点を中心として、前記管状被探傷材の内面及び／又は外面での反射エコーに相当する時点を示す円を表示することを特徴とする請求項３に記載の超音波探傷装置。
5. 管状の被探傷材を超音波探傷するための超音波探傷装置であって、
   超音波探触子と、
   前記超音波探触子を挟んで前記管状被探傷材の軸方向に沿って配置され、前記超音波探触子に連結された一対の追従機構と、
   前記超音波探触子及び前記追従機構を挟んで前記管状被探傷材の周方向に沿って配置され、前記超音波探触子に連結された、互いの間隔を調整可能な一対のアーム機構とを備え、
   前記追従機構は、前記管状被探傷材の外面に接触して転動する少なくとも一つの転動ローラを具備し、
   前記アーム機構は、前記超音波探触子の中心を挟んで配置され、前記管状被探傷材の外面に接触して転動する少なくとも一対の転動ローラを具備することを特徴とする超音波探傷装置。
6. 前記超音波探触子は、所定の回転楕円体の中心を通らず、且つ当該回転楕円体の中心を挟まずに対向し、なお且つ当該回転楕円体の回転軸に直交する２つの平行な平面で当該回転楕円体を切断して得られる環状の曲面に沿って配列された複数の振動子を備え、その長径方向が前記管状被探傷材の軸方向に沿い、その短径方向が前記管状被探傷材の周方向に沿い、なお且つ前記回転楕円体の中心が前記管状被探傷材の軸心に正対するように、前記管状被探傷材に対向配置され、
   前記複数の振動子の内、少なくとも２つ以上の振動子を選択して、前記管状被探傷材に対して超音波を送受信させる送受信制御手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の超音波探傷装置。
7. 前記選択した振動子から送受信する超音波の伝搬方向に対応付けて、当該振動子で受信した探傷波形を放射状に表示する探傷波形表示手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の超音波探傷装置。
8. 前記探傷波形表示手段は、前記探傷波形に含まれる前記管状被探傷材への超音波の入射点での反射エコーに相当する時点を始点として、前記探傷波形を放射状に表示すると共に、前記始点を中心として、前記管状被探傷材の内面及び／又は外面での反射エコーに相当する時点を示す円を表示することを特徴とする請求項７に記載の超音波探傷装置。