JP2009540311A - アレイ探触子を備える超音波試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、非破壊試験体用超音波試験装置を用いて得られる超音波信号の計算を改善し、それに適する超音波試験装置及び物体の試験方法を提供する。
【解決手段】超音波試験装置は、それぞれが複数の個別のトランスミッタと複数の受信器とを有する、少なくとも２つのアレイ探触子と、ディスプレイを有するモニターとを備える。方法は、アレイ探触子を試験体の接合面上に置くステップと、第１アレイ探触子を用いて試験体内に特定の角度αで超音波パルスを照射するステップと、第１アレイ探触子を用いて超音波信号を受信するステップと、第１照射方向aから欠陥を検出して生成するステップと、試験体の既知の壁厚と第１照射方向aの既知の角度とに基づいて、２つのアレイ探触子に関するいくつかの照射位置及び照射方向（b, c, d）を計算するステップと、照射方向における移動時間及び振幅に基づいて、欠陥の延びを判断するステップとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、試験体の非破壊試験用の超音波試験装置と、超音波試験装置を用いて取得した超音波信号を画像化する方法とに関する。

工作物の非破壊試験用に適した、超音波を用いる試験装置は周知である。非常に一般的な参照として、ドイツ語で書かれたJ. Krautkramer及びH. Krautkramer著「超音波を用いた材料試験」第６版（Werkstoffprufung mit Ultraschall）がある。

より具体的には、高周波の音波パルス（約１〜10MHz）を供給する斜角探触子は、周知である。この音波パルスは、試験用の工作物に超音波照射され、接合面で反射され、一面上の斜角探触子に戻り、工作物の他面にある後壁から少なくとも１度は反射され、工作物の内部に透過する。材料欠陥などの内部の不均一性から音波の反射が発生し、その反射を、斜角探触子が受信し、超音波試験装置が処理する。

通常、超音波試験装置は、パルス反射法で動作する。好ましくは、斜角探触子またはパルサーが、超音波パルスを周期的に照射し、受信機がこれらの照射された超音波のエコー信号を受信する。その他のエコー信号は、工作物から、特に工作物の後壁から発生する。試験法は、接合面がほぼ後壁と平行に延びている工作物に適している限りにおいて、工作物内で超音波パルスが何度か往復する。

斜角探触子は、斜角の高周波音波を利用し、鉛で作製されたベースを通じて動作する。超音波は、部分または全反射が境界面で発生するまで、材料内に入り込んで行く。反射面が超音波の伝搬方向と垂直であれば、超音波は元の方向に反射され、ある伝搬時間の後、斜角探触子に設置された圧電発振器に到達し、圧電発振器は、反射して戻ってきた超音波を、電気パルスに変換する。

斜角探触子は、試験対象領域に隣接して設置され、音波信号が、いわゆる横方向に、関心領域へ向けて超音波照射される。これは、例えば、超音波による溶接線検査などである。

傷のない試験体では、音波は、それぞれ接合面と試験体の後壁との間で反射され、斜角探触子の下から打ち出す方向の特定の角度で、さらに試験体内に伝播する。

溶接線の検査時に、斜角探触子は、最大となる欠陥部のエコーが発生するまで、溶接線に沿って移動する。受信されたエコー信号は、直ちにモニターに表示される。この画像をＡスキャンと呼び、受信されたエコー信号の電圧値を時間軸に対してプロットするものである。パルスが接合面と後壁との間を何度か移動する際に、時間の増加と共に減衰する振幅を有する、等間隔に並んだエコー信号のシーケンスが取得される。音波が接合面から後壁までと後壁から接合面までに戻るまでの距離を意味する個別の往復運動は、それぞれ、行程と呼ばれる。斜角探触子から始まるため、接合面から後壁へ斜めに延びる第１行程が最初に生じる。そして、音波が反射され、後壁から接合面に延びる第２行程が生じる。

試験体の反射物（欠陥部）の位置は、既知のデータ及び測定データを基にして計算される。エコーの振幅は、欠陥のサイズを推定するために使用される。しかしながら、これは、エコーの振幅が音波の伝搬時間より遙かに多くの影響を受けるため、正確ではない。

欠陥部または不連続のサイズを概算する方法は周知である。これらの方法では、モデル反射物（円板、筒状反射物）のサイズ（直径）を推定するものである。そのため、取得したサイズは、欠陥の実際のサイズと同一ではなく、円板または横穴の同一の直径と見なされる。円板状の反射物が使用されている場合、置換反射物のサイズのより短い設定が一般的に受容されるようになってきている。実際の欠陥部のサイズが置換反射物のサイズと一致しないことは、自然欠陥により反射された音波成分が、さらに欠陥部の形、配向、及び表面の特徴に影響を受けるためである。さらに欠陥部を検査することは難しく、手動で超音波試験を行うことも実際的でないため、多くの仕様及びガイドラインにおいて、欠陥部を特定する基準は、ある種の置換反射物に関連づけられる。これは、オペレーターが発見した欠陥部が、試験体の規定及び制限の規定値（特定規制）として表されるサイズと比べて、同一かまたは置換反射物のサイズより大きいかを確認することを意味する。オペレーターは、さらに、ここでは詳細に述べないが、特定された欠陥部の長さ、エコーダイナミクスなどに関する詳細な検査を行わなければならない。

特に、斜角探触子で試験が行う場合、例えば、最悪のケースとして、欠陥部が亀裂で、音波の経路に対して平行になっているとすると、音波がその欠陥部を外れる可能性があるという問題がある。一方で、音波が欠陥部に当たると、反射し、信号が特定される。置換反射物のサイズを基に、モニターに非常に小さく表れる欠陥部を取得する。音波経路の方向へ比較的大きく延びている欠陥部は、明確に表れない。

試験体の形状は、試験体が断面図として表される場合、特に明確となる。試験体の壁厚が既知であれば、このことは可能である。音波は斜角探触子から照射され、それが試験体内に伝搬する伝搬角は既知であるため、試験体を通る音波の軌道を画像化することができる。

独国特許出願公開第１０２５９６５８号には、斜角探触子の手段で検知した欠陥のディスプレイ上における画像化が改善される手段による方法が開示されている。測定結果は、いわゆるＡスキャンの画像でなく、またはＡスキャンの画像だけでなく、その代わりに、試験体形状がディスプレイに示される。試験体への照射が、２つの方向から、方法における２つのステップで行うため、この画像化は可能である。参考基準法を用いて、いわゆる光学的に重ね合わされた断面の画像を正確にスキャンして、検知された欠陥部を、直接画像化する。この方法の欠点は、最初の試験の後、結果を最初に保存しなければならない。次いで、別の方向から別の試験を実行し、それらの結果を結合する。この方法により、ディスプレイ上の結像は確かに改善されるが、時間と仕事量に関して多大なコストを伴う。また、いわゆる欠陥の画像生成は、２つの方向から別々に行い、そのために時間がかかり、いつも最適な結果を導出するとは限らない。

上記のようなことを鑑みて、本発明がなされた。非破壊試験体用超音波試験装置を用いて得られる超音波信号の計算を改善することを目的とする。例えば、欠陥部が平面的なものか或いは立体的なものかなど、欠陥部の位置確認と種類とに関する計算は、出来る限り正確でなければならない。試験の運用は、既存の試験方法より早くて簡単でなければならない。さらに、適正な超音波試験装置及び物体を試験する方法を提供する。

本発明では、請求項１の特徴を有する手段と、請求項１０の特徴を有する超音波親権装置とにより、上記目的を達成する。

欠陥部の用語は、文字通りに理解されるだけでなく、意味的には不連続という意味で理解されるだけでなく、重要な信号という意味としても理解されるべきである。また、本発明は、試験体において、関連性のある場所を見つけ出すことも包含している。

本発明は、２つのアレイ探触子を使用する。原理的には、アレイは多くの個別の素子に分割される単一のオシレーターである。典型的な素子は、0.5mmから約2.5mmの範囲の幅を有するものであり、その他の大きさも当然ながら可能である。アレイの用語も、同心円状の形をした個別の素子に分割される、円形オシレーターまたは素子を意味する、環状アンテナアレイと呼ばれるものも包含する。

小型のオシレーターをいくつか使用することで、音束の動的集束及び旋回運動を取得することができる。さらに、より小型の素子は、励起エネルギーも小さくなるため、音波伝送は特に効果的である。受信機として、それら小型の素子は、励起される量も少ないため、非常に効率的な反応を示す。大型のオシレーターは、大型平面スキャンを行えるが、非常に小さな範囲（小さな広がり）で扇型に拡がっているため、欠陥部の発見が制限される。それに対して、小型のオシレーターは、さらに大きな広がり角度を有している。

さらに、動的に可変の超音波束の生成機能と、それにより仮想探触子が可能となる機能は、アレイ探触子の使用に有利である。そのため、どの伝搬角度も、個別のオシレーターの特徴の音束内で調整できる。

いわゆるフェーズドアレイ探触子は、個別の素子を時間内に異なる場所で励起し、その結果として、互いに対して遅延して照射する音波ローブにより特徴付けられる波面が形成される。この波面は、従来の斜角探触子の音場に類似している。様々な遅延時間により、異なる音場を生成することができる。

本発明では、音束の旋回運動は、音波ビームを動的に集束するために、試験の枠組み内において使用される。個々の素子の作動を対応して選択することができ、それと同時にパルスを遅延することができる電子ユニットにより、これを実現する。原則として、焦点は、試験体をすり抜けて移動される。音束の動的な集束及び旋回運動は、結果として、集中されると同時にある角度で衝突する音束となる。

本発明では、再編成されたオシレーター群が交互に作動される直線スキャンが使用可能である。そのため、スキャニング効果が生じる。試験体内を移動する音波ローブの幅とサンプリングレートとは、同時に作動される個々の素子の数と、パルスからパルスへの補正とにより固定される。

有利な点として、試験領域に対して２つの方向から伝搬できるように２つのアレイ探触子を使用するパルスエコー法を用いる材料試験がある。試験体の接合面上において、アレイ探触子を、例えば、溶接線の一面に設置し、もう一方のアレイ探触子を、反対面に設置することができる。２つのアレイ探触子は、両者ともに溶接線内にそれぞれ別々に超音波を伝搬させる。両方のアレイ探触子またはパルサー及び受信器は、超音波信号を送受信できる。それによる問題は、２つのアレイ探触子を、それぞれ互いに較正する必要があり、例えば、２つのアレイ探触子間の距離やアレイ探触子内の個々のオシレーター素子間の距離などがある。この距離、試験体のゲイン、及び超音波の伝搬角度が既知の場合、試験中にアレイ探触子間の距離が制御可能である。これは、アレイ探触子から別のアレイ探触子への音波の到達時間（Ｖ字型の音波伝送）により、計算される。

仮想探触子は、電子的に、例えば、アレイ探触子内に左から右に設置されることで、音束が溶接線の全体積の大部分をカバーする。まず、１つのアレイ探触子のみで超音波の照射を行う。欠陥または不連続が探知された場合、エコーディスプレイは、仮想探触子の電子的変位により、増大または最大化される。それにより、超音波が、欠陥に、直接的にまたは後壁で反射した後に間接的に当たる。欠陥からの信号を最適化した後、壁厚及び超音波の照射角度が既知である場合、超音波が照射される少なくともさらに３つの位置が計算可能であり、それに応じて交互に仮想探触子を作動させることができる。例えば、２つのアレイ探触子が超音波を照射する場合に、超音波が照射される３つの位置が取得される。欠陥への、２つの直接的な音波経路と、後壁から反射された音波経路である、２つの間接的な音波経路とが取得される。８つの測定値、すなわち４つの移動時間の値と４つの振幅値とを、４つの照射値から導き出すことまたは取得することができる。本発明では、原理的に、様々な照射角度により、さらに、移動時間及び振幅値を生成及び計算も可能である。

置換反射物のサイズは、参考基準法またはDGS法（距離、ゲイン、サイズ）と呼ばれる方法により、振幅値から求めることができる。

本発明の主要な利点は、欠陥が平面的かまたは立体的かどうかが分かることである。例えば、立体的な欠陥である場合、４つのエコーディスプレイは、ほぼ同程度の振幅を有する。平面的な欠陥である場合は、それに反して、２つの振幅は、残りの２つの振幅に比較して非常に高くなる。

振幅の計算に加えて、移動時間の計算は、Ｖ字型の攪乱されない透過送信に関する全体の移動時間と、Ｖ字型の透過送信に属する移動時間の合計とを比較することで、サイズを得るために用いることができる。これら２つの値の差は、対応する照射方向に、反射物の伸長を生じる。また、この伸長は、Ｖ字型の完全な透過送信の移動時間と移動時間の合計との差に起因する。

本発明によると、記載された方法は、試験体の断面内のすべての欠陥部及び不連続部に対して繰り返される。必要に応じて、試験は、実際の欠陥部のサイズの検知をさらに向上させるために、照射角度に応じて繰り返されることも可能である。完全な計測を行うためには、Ｖ字型の透過送信は、２つのアレイ探触子の間の連結を制御する時間間隔で実行されるべきである。

記載された方法は、例えば、溶接線の跡に沿うような、溶接線や長手方向に沿う単一の欠陥部も試験可能なように、隣接する範囲で対応する周波数で繰り返される。本発明によると、アレイ探触子を溶接線または欠陥部とほとんど平行に移動させることができる。照射位置は、溶接線と交わる方向と、溶接線と平行する方向との両方に移動可能である。アレイ探触子が対応するサイズを有していれば、機械的にアレイ探触子を移動させずに、非常に大きな面や長さを試験することができる。

本発明によると、２つのアレイ探触子は、機械的に連接されている。これら２つのアレイ探触子間が変更可能である場合、または機械的な連接で長さが調整可能である場合、本発明は特に利点を有する。機械的な連接は、２つのアレイ探触子間の距離を読み取り可能な目盛りを備える。

利点としては、それぞれのアレイ探触子に関する２つの受信領域を備えるフレームのようなものからなる。これらの２つの受信領域は、機械的な連接により連接され、互いに向かってまたは互いに離れるように移動可能である。特に、有利な変形の実施形態では、２つの受信領域間の距離は、常に電子的に計算され、さらに処理して計算するために、電子ユニットに送信される。そのため、一方のアレイ探触子から他方のアレイ探触子への音波遅延と、電子的な距離制御とにより、二重制御が得られる。この音波経路は、Ｖ字経路と呼ばれる。

本発明によると、フレーム状の機械的な連接は、探触子の接合面上の光の不規則な反射を一定にするように、フレキシブルに構成してある。

２方向からの照射は、傾斜に位置する欠陥が伝搬方向である２方向で素早く判定され得ることに関しても影響する。２つのアレイ探触子のデータは、電子ユニットで受信され、直ちに処理される。そのため、それと同時に、欠陥に対する２つの画像が生成され、それらは直ちに上下に設置されて、直接オペレーターにより増大可能である。また、本発明の方法は、非常に効果的であり、また高速である。

測定結果は、それにより、Ａスキャンと呼ばれるようなものに、画像化されるのではなく、または画像化されるだけでなく、試験体の形状もディスプレイに表示される。試験体の形状は、試験体の断面が表示される場合、特に明確となる。試験体の壁厚が既知である場合、このことは可能である。試験体に照射される音波の照射角度が既知であるため、音波が試験体を伝搬する経路を画像化することも可能である。検査を行う関連領域の範囲が、断面画像に含有させることができる場合、この画像は、特定の情報をもたらす。このことは、溶接線を検査している場合に、特に有益でかつ簡便である。また、溶接線を通してその両端が接合された２つの鉄板が、断面図として示される画像を所得する。DGS法または参照基準法により、及び／または計算された音波経路の違いから欠陥の伸長を計算することにより、検知された欠陥は直接、断面図において、実際の大きさで表示される。

また、アレイ探触子から試験体へ、音波がどの経路及びどの行程を経るか、またはどの場所で音波が欠陥に当たるか明確である。このようなシステムの前提条件は、もう既に説明済みだが、照射角度及び試験体の壁厚が既知であることである。この情報から、各行程の音波経路と、その結果としてある行程から次の行程への移行、または接合面からまたは後壁からの音波の反射が生じる地点は、簡単に計算できる。

この明細書において後述される方法に従って、オペレーターが行う場合、この画像を基に、特に、そのサイズと方向に関して、欠陥についての関連情報をオペレーターに示す。

発見された欠陥は、２つの置換反射物のサイズまたは音波経路の違いに由来する少なくとも２つの欠陥信号により信号が送信されるで、それにより、オペレーターが、異なる方向にどの程度欠陥が延びているか一見して認識できる。その結果、オペレーターは欠陥の二次元画像を取得する。

欠陥を２方向からだけでなく、いくつかの方向から検査し、その数の画像を重ね合わせる場合、本発明の方法の精度を、向上することができる。

特に、有利な変形の実施形態では、その中に位置する超音波装置、プロセッサ、またはコンピュータは、欠陥の上面図、いわゆる試験体の面の欠陥の画像など、異なる方向から既に取得した欠陥のサイズから計算する。有利なことに、この上面図を、ディスプレイ上に表示することもでき、ディスプレイが２つの画面に分割されているので、それと同時に、断面図も表示することができる。好ましくは、例えば、溶接線などの関連領域は、上面図に直線に示される。試験体の面の欠陥の長さは、それにより、有利なことに、半値法に従って自動的に計算可能である。このために、溶接線に平行な電子的及び／または機械的なアレイ探触子の移動は、探触子の位置を判断するために必要である。

上面図において、欠陥は、好ましくは、一方の軸にミリメートルまたはその他の適した単位で幅をプロットし、もう一方の軸に欠陥の長さをプロットしたx-y図表に示される。本発明によると、尺度は、上面からのこの画像を計算することで、自動的に判断される。

有利なことに、個々の関連する断面図を保存すると、バックグランドでＡスキャンも保存される。

アレイ探触子は、手動及び機械的に両方の方法で、試験体を通過させることができる。別の有利な変形の実施形態は、試験開始時のゼロ点位置を受信するための押しボタンを備えている。これは、試験は試験体の規定位置で開始することを意味し、この位置は、システム内に保存される。その結果、保存されたデータに基づいてアレイ探触子の関連位置をあとで遡って調べることができる。このため、アレイ探触子は、計測開始時に存在した場所に関連する試験体表面上の各位置を示すために用いる手段を備える。これは、例えば、アレイ探触子のハウジングにしっかりと連接されたデジタルカメラを用いて行うことができる。このデジタルカメラは、試験体の表面をカバーするような向きにされ、アクティブな音波素子のビーム中心が表面を通過する場所に最も近い、この表面の画像を供給する。このデジタルカメラの手段を用いて、デジタルカメラのレンズの下それぞれ位置する、すなわち対物面に位置する表面部分の電子画像が撮影される。この部分は、例えば、２×２または４×４など、数mmの大きさが可能である。好ましくは、それぞれの表面部分の画像は、所定の時間間隔でデジタルカメラにより撮影される。これに関連して、同一出願人の独国特許出願第１００５８１７４号を参照できる。

原理的に、三次元で欠陥を画像化することは可能である。特に、アレイ探触子が欠陥に沿って移動される、またはそのような移動がシミュレートされる場合に可能である。

溶接線の形状が既知であり、超音波試験装置内またはコンピュータ内に保存されている場合、考慮されるべき振幅に関連する空間制限値及び制限値の両方が入力可能である。ゼロ点位置は、計測の開始時に判断される場合、溶接線からのアレイ探触子の距離は、行程の長さまたは壁厚及び照射角度に基づいていつでも計算可能である。また、アレイ探触子の位置に関係なく、ダイヤフラム・トラッキングを用いて、モニター上に、溶接線の領域のみを画像化することができる。

記述されたダイヤフラム・トラッキングを用いて、上面図の形式で画像化される欠陥を選択することも可能である。例えば、特定のサイズを有する場合に限り、欠陥を画像化することは理解できることである。欠陥のサイズに関して、考慮されるべき最小及び最大の振幅をダイヤフラムとして入力される。最大振幅の入力することのみも可能であり、最大振幅の半分を超えている場合、欠陥を示すことのみさらに判断される。

他の機能及び有利な点は、請求項と本発明の実施形態に関する以下の非制限的な説明を、図面を参照としての例としてのみ用いることで、さらに明確となる。

図１は、第１アレイ探触子10と第２アレイ探触子11とを有する超音波測定の仕組みを簡単に説明する断面図である。原理的に、アレイ探触子10, 11の数を増加して使用することができる。アレイ探触子10, 11は、それぞれいくつかのパルサーと受信器とを備え、配線16を通して電子ユニット13に接続されて、その電子ユニット13を通してディスプレイ14を備えるモニター12に接続されている。図に示された代表的な実施形態として、アレイ探触子10, 11間の電子的な接続15があるが、１つ１つがそれぞれ電子ユニット13に接続されることも可能である。配線16の代わりに、別のタイプの接続、例えば無線接続なども、想定可能である。アレイ探触子10, 11を、パルサー及びエミッターを互いに離して設置するように構成することもできる。しかしながら、後に明細書内で触れるフレーム内において、パルサー及びエミッターがアレイ探触子10, 11にあり、エコーパルス法を用いて測定を行うことと仮定する。

電子ユニット13は、送信パルスの照射の制御と受信した超音波信号の計算及び推定を行い、さらにモニター12上に結果を画像化するためのデータも提供する。このため、電子ユニット13は、適切なプロセッサを備える。

試験体18が、溶接線20により第２鉄板に接合された鉄板の一部である簡単な場合では、試験体18は、接合面22、後壁24、及び接合面22に設置されたアレイ探触子10, 11を備える。接合面22と後壁24との間に、照射方向または音波経路a, b, c, dが線（実線または点線）で描かれている。アレイ探触子10, 11から始まり、音波は、まず試験体内に送信パルスの形式で所定の角度αにて斜めに照射されることで第１行程30を形成し、後壁24で反射されて第２行程32を形成し、接合面22に戻り、もう一方のアレイ探触子10または11に戻る。これは単に簡単に説明するための単純な図面であり、技術的な理解につながるものでなく、本発明の本質をより良く図解しようとしたものである。

斜め照射は、例えば、アレイ探触子10, 11を使用することで実現できる。

行程30, 32の長さ、または、１つの行程30, 32から、壁厚34から角度αをなす次の行程への遷移位置を簡単に計算することができる。どの行程30, 32が欠陥36に当たるかが既知である場合、欠陥36がアレイ探触子10または11から離れているおよその距離が、それから推定可能である。欠陥が対応する行程30, 32の経路上に位置することは、少なくとも明らかである。

クラックのような欠陥36に音波が当たる場合、欠陥36の方向に応じて、少なくとも部分的に反射され、エコー信号として受信器に戻ってくる。

有利な点として、取得した測定データは、断面図でディスプレイ14上に画像化される。接合面22及び後壁24と同様に溶接線20も、長さの単位がｘ軸とｙ軸とにそれぞれプロットされる図中の線として示される。

試験体18を試験する際、アレイ探触子10, 11は、まず接合面22上に置かれ、第２アレイ探触子11と特定の角度α（この図では右側）をなして超音波パルスを試験体18内に照射される。音波が欠陥36に当たる場合、最適な欠陥の信号40が生成する。これに関連して、生成するとは、オペレーターが最大の欠陥の信号を見つけてそれを画像化しようとすることを意味する。今回の例では、第２アレイ探触子11の行程aに基づいて生成する。簡単な場合、仮想探触子を電子的に変位することで、生成することができる。

壁厚34及び角度αは既知であるため、その他の照射位置も計算可能であり、それに応じて仮想探触子が交互に作動させられる（行程b, c, d）。

また、８つの計測値、すなわち４つの移動時間と４つの振幅値とを導出できる４つの照射位置が取得される。欠陥36の形状、すなわち立体的か平面的かどうかが、振幅値を直接比較することで推定可能である。また、伸長が、Ｖ字型の完全な透過送信の移動時間と移動時間の合計（この場合bとd）との間の差となるため、４つの移動時間の推定は、サイズを判断するために使用可能である。

置換反射物のサイズは、計測値から及び／または音波経路の差から、DGSまたは参照基準法に従い決められ、第１欠陥信号として、ディスプレイ14に断面図として画像化される。オペレーターが必要な際に電子ユニット13に設けられたデータメモリ内に保存する測定画像が取得される。

コード化して、具体的には色コード化の方法で、取得された振幅の関数として、欠陥の信号を画像化することも、有意義なことである。特定のサイズを超える欠陥36は、例えば、赤色のような、１色で画像化される。

示された欠陥の信号は、尺度に対して忠実にディスプレイ14上に表示される。代表的な画像では、音波経路26より音波経路28に対してさらに横方向に延びているようである。推定のために、他の照射角度が使用される場合、欠陥36のさらに正確な画像でさえ取得される。原理的に、照射位置は、２つのアレイ探触子10, 11の方向に、言わば欠陥36に対して横方向に、または、そこに向かう方向或いはそこから離れる方向に沿って変化する。また、照射位置は、手動またはアレイ探触子10, 11のパルサー／受信器の仮想的な変位のどちらかにより、例えば、欠陥36に対して長手方向に変化可能である。

本発明の画像は、欠陥36の方向、サイズ、及び体積に関する非常に正確な見解を、超音波試験装置の使用者またはオペレーターに与え、特に、欠陥が立体的またはクラックのような平面的なものかどうかを示す。

特に、有利な変形の実施形態では、計測画像または推定画像の根拠となるデータが、さらに、上面図で示される。これは、例えば、試験体18と溶接線20ともに、モニター12またはディスプレイ14上に直線で示されることを意味する。欠陥の信号の基となる取得したデータは、試験体18の長手方向面において欠陥36の延長、すなわち断面図38に対して横方向に延びる面がディスプレイ14上に表示される、このような方法で変換される。この画像も、ｘ軸及びｙ軸上の両方に長さの単位を有する図表に示されることで、欠陥36の長さ及び幅が、試験体18の長手方向面において、一目で分かる。

本発明に係る計測データの画像化と平行して、Ａスキャンも生成される。これらのスキャンは、バックグランドで保存されるか、同時にディスプレイ14上に表示されるかのどちらかである。

とにかく、異なる画像、すなわち、断面図38、推定画像44、及び上面図46は、同時にディスプレイ14上に表示可能であるが、オペレーターがこれらの画像を切り替えることも有意義なことである。

本発明の画像化に関する別の有利な点は、検査される試験体18の検査対象領域のみモニター12またはディスプレイ14上に表示される。これは、例えば、検査される溶接線20などである。このため、考慮される振幅に関する空間制限値及び制限値が、超音波試験装置に入力され、前の測定を考慮する。これは、検査される溶接線20の領域及び／または環境及び／または最小制限値を超える信号強度のどちらかの起源である、それらの信号のみ表示されることを意味する。

図３は、例を用いて、本発明の超音波試験装置またはアレイ探触子10, 11の好適な配置を示したものである。フレーム構造40は、２つのアレイ探触子10, 11を収容するための収容領域42を備える。２つの収容領域42も、フレームのような造りで構成され、機械的な連結部44を介して互いに連接されている。さらに２つの収容領域42を互いに接続しているケーブル46が示されている。アレイ探触子10, 11は、収容領域42に挿入され、しっかりと収容領域42に保持される。好ましくは、機械的な連結部44は、収容領域42間の距離が調整可能な調整機器48を備える。さらに、収容領域42間の距離が読み取り可能な目盛り50が設置可能である。収容領域42内において、電源の供給やデータ転送もできるようにした接続部（図示せず）がアレイ探触子10, 11に設けられる。フレーム構造40は、好ましくは、収容領域42のみにおいて、電子ユニット13やコンピュータなどの別の電子装置またはここでは図示されていないモニター12との接続部52を備える。

特に、有利な変形の実施形態では、フレーム構造40またはアレイ探触子10, 11は、手動で、すなわち手によってガイドされるのではなく、その代わりに自動で、試験体18上のトラッキングを行う。本発明の超音波試験装置の設計または本発明の方法は、大量のデータが短時間のうちに収集でき、既に取得済みのデータまたは欠陥の信号に基づいて、後で欠陥を生成可能であるため、非常に有用である。

上記のことから、本発明の装置と、特に本発明の装置を用いて実行される工作物を検査する方法とは、連続測定に適している。連続測定の例は、パイプライン上の溶接線の検査などである。試験装置をまず工作物にまたは複数の工作物に取り付け、次に、連続検査を実行する。

例のみを目的として本発明の説明がされており、超音波試験装置の構造は、大幅に異なることもある。また、異なる構造のタイプのアレイ探触子10, 11が使用されることもある。試験体18に応じて、別の方向から試験を繰り返すことは、有意義なことである。平面的な試験体18の場合、接合面22の逆に位置する面は、例えば、接合面22として使用されることもある。

２つのアレイ探触子から照射され、試験体内を透過する超音波信号の音波経路の略図である。 本発明に係る平面図の例を用いて、取得した測定データを画像化した図である。 本発明に係る超音波試験装置の実施形態の図である。

符号の説明

10, 11 アレイ探触子
12 モニター
12 ディスプレイ
13 電子ユニット
18 試験体
20 溶接線
22 接合面
24 後壁
34 壁厚
36 欠陥
38 断面図

Claims (15)

1. 非破壊試験体18用超音波試験装置を用いて取得された超音波信号を画像化する方法であって、
   少なくとも１つの第１アレイ探触子10と少なくとも１つの第２アレイ探触子11とを備え、いくつかのパルサーがそれぞれ送信パルスを生成し、いくつかの受信器がそれぞれ超音波信号を受信する、前記超音波試験装置を用いて、
   前記アレイ探触子10, 11を前記試験体18の接合面22上に配置するステップと、
   前記第１アレイ探触子10を用いて前記試験体18内に特定の角度αで超音波パルスを照射するステップと、
   前記第１アレイ探触子10を用いて超音波信号を受信するステップと、
   第１照射方向aから欠陥部36を検出して生成するステップと、
   前記試験体18の既知の壁厚34と前記第１照射方向aの既知の角度とに基づいて、２つの前記アレイ探触子10, 11に関するいくつかの照射位置及び照射方向（b, c, d）を計算するステップと、
   照射方向における移動時間及び照射方向（b, c, d）の振幅に基づいて、欠陥部の延びを判断するステップとを備えることを特徴とする方法。
2. 前記欠陥36は、少なくとも４つの照射位置から照射され、４つの移動時間と４つの振幅値とが推定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 超音波エネルギーが前記欠陥部36内に追加照射位置から注入されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記欠陥部36に対して横切る前記照射位置は変化することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記欠陥部36に対して軸方向となる前記照射位置は変化することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 前記欠陥部36は、モニター12のディスプレイ14上の推定画像において、尺度に忠実に画像化されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記推定画像は、断面画像38を有し、前記試験体18の少なくとも１つの接合面22及び後壁24が認識できることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 溶接線20が検査される時に、前記溶接線も示されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 前記斜角アレイ探触子10の各位置は、前記試験体18の表面において、絶えず取得されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 少なくとも１つの第１アレイ探触子10と、少なくとも１つの第２アレイ探触子11とが、それぞれ、送信パルスを生成するいくつかの個別のパルサーと、超音波信号を受信するいくつかの受信器とを備え、
    前記アレイ探触子10, 11に接続される電子ユニットは、プロセッサを備え、前記プロセッサは、送信パルスの照射の制御、受信された前記超音波信号の計算及び推定、及び結果を画像化するためのデータを提供することも行うことを特徴とする非破壊試験体18用の超音波試験装置。
11. ２つの前記アレイ探触子10, 11が、互いに機械的に連接されていることを特徴とする請求項10に記載の非破壊試験体18用の超音波試験装置。
12. ２つの前記アレイ探触子10, 11が、互いに機械的に、前記アレイ探触子間の距離が変更可能なように連接されていることを特徴とする請求項11に記載の非破壊試験体18用の超音波試験装置。
13. ２つの前記アレイ探触子10, 11が、フレーム体40に設置されていることを特徴とする請求項11または12にそれぞれ記載の非破壊試験体18用の超音波試験装置。
14. ２つの前記アレイ探触子10, 11間の距離データが、絶えず電子的に取得され、取得された前記距離データがさらなる計算用に前記電子ユニット13に送信されることを特徴とする請求項11〜13にそれぞれ記載の非破壊試験体18用の超音波試験装置。
15. 前記アレイ探触子は、前記斜角アレイ探触子10の各位置データを、前記試験体18の表面において、絶えず取得するために使用する手段38に、堅固に接続されていることを特徴とする請求項10〜14にそれぞれ記載の非破壊試験体18用の超音波試験装置。
    

Images