JP2012185062A

JP2012185062A - 超音波斜角探傷方法及び超音波斜角探傷装置

Info

Publication number: JP2012185062A
Application number: JP2011048980A
Authority: JP
Inventors: Kohei Matsuda; 皓平松田; Satoru Kureishi; 哲暮石; Hirotsugu Toe; 博継戸江
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2031-03-07
Also published as: JP5641435B2

Abstract

【課題】被探傷材の端部の未探傷領域を容易に少なくすることができる超音波斜角探傷方法を提供する。
【解決手段】超音波斜角探傷方法は、探傷ゲートを予め設定する探傷ゲート設定ステップと、超音波探触子から鋼管の端面までの距離を計測する端面距離計測ステップと、超音波探触子２が送信した超音波が、鋼管の厚み方向の内面、外面、端面、内面の順である第１伝搬経路等の順に反射した後、超音波探触子に受信されるか否かを判断する第１判断ステップと、第１判断ステップにおいて超音波が超音波探触子に受信されると判断したときは、超音波が第１伝搬経路等の順に反射した後に超音波探触子に受信されるまでの時間である端面反射伝搬時間を算出し、探傷ゲート設定ステップで設定された探傷ゲートの終了時点を、超音波の送信時点を起点として端面反射伝搬時間が経過する時点に変更する探傷ゲート変更ステップとを含む。
【選択図】図７

Description

本発明は、超音波斜角探傷方法及び超音波斜角探傷装置に関する。特に、被探傷材の端部の未探傷領域を少なくすることができる超音波斜角探傷方法及び超音波斜角探傷装置に関する。

従来から、鋼材等の被探傷材のきずを検出する方法の一つとして、超音波斜角探傷方法が用いられている。この超音波斜角探傷方法においては、探傷の対象とするきずからの反射エコーを検出するために探傷ゲートを設けており、探傷ゲートに入らない反射エコーを探傷の対象外として除外している。
超音波斜角探傷においては、一般的に被探傷材の厚み方向の一方の面と、他方の面と、被探傷材中とのそれぞれのきずを、送信した同一の超音波による反射エコーから検出できるように探傷ゲートが設定される。このような探傷ゲートの設定方法を、図１を参照して説明する。図１は、超音波斜角探傷を行っているときの被探傷材の部分断面図であり、図１（ａ）は、一方の面に設けられたノッチを探傷しているときの被探傷材の部分断面図であり、図１（ｂ）は、他方の面に設けられたノッチを探傷しているときの被探傷材の部分断面図である。

被探傷材１０１の厚み方向の一方の面１０２にノッチ１０３を設け、他方の面１０４にノッチ１０５を設け、一方の面１０２側に設置した超音波探触子１０６（以下、探触子ともいう）から超音波斜角探傷を行う。
探触子１０６から送信した超音波が、他方の面１０４で反射してから一方の面１０２のノッチ１０３で反射し、更に他方の面１０４で反射してから探触子１０６で受信される。そして、超音波の送信時点から、ノッチ１０３からの反射エコーを受信する時点までの時間（以下、一方面ノッチ時間という）を計測する。
また、探触子１０６から送信した超音波が、他方の面のノッチ１０５で反射し、反射エコーとして探触子１０６で受信される。そして、超音波の送信時点から、ノッチ１０５からの反射エコーを受信する時点までの時間（以下、他方面ノッチ時間という）を計測する。
そして、送信時点を起点として他方面ノッチ時間が経過する時点よりも少し早い時点を探傷ゲートの開始時点とし、一方面ノッチ時間が経過する時点よりも少し遅い時点を探傷ゲートの終了時点とする。開始時点と終了時点との間に検出された反射エコーをきずからの反射エコーの候補とし、更に候補とした反射エコーの中から所定のエコー強度を越えるエコーをきずからの反射エコーとして検出する。
このようにして、探傷ゲートを設定することにより、被探傷材１０１の一方の面１０２と、他方の面１０４と、被探傷材中とのきずを検出することができる。

しかしながら、被探傷材の端部においては、超音波を端面に向けて送信すると端面からの反射エコー（以下、端面からの反射エコーを端面エコーともいう）が探傷ゲート内に入る場合があり、きずからの反射エコーを認識するのが困難になる。図２に、端面エコーが探傷ゲート内に入るときの被探傷材１０１の部分断面図を示す。図３に、そのときの反射エコーのＡスコープ表示の模式図を示す。図３において、横軸が伝搬時間を示し、縦軸がエコー強度を示す。
図２に示す例では、探触子１０６の中央から送信された超音波が他方の面１０４、端面１０７、一方の面１０２、他方の面１０４の順に反射して探触子１０６で受信される。このときの超音波の伝搬経路の長さは、図１（ａ）に示されるような、探傷ゲートを設定するために一方の面１０２に設けられたノッチ１０３を探傷するときの超音波の伝搬経路と比べ、被探傷材１０１中の伝搬経路の長さは同じである。しかしながら、図２に示される探触子１０６と被探傷材１０１との間の伝搬経路の長さは、図１（ａ）に示される伝搬経路よりも短い。従って、端面エコーは、図３に示すように探傷ゲートに入ってしまう。
端面エコーは、一般的にエコー強度が大きいので、きずからの反射エコーを検出するために設定されたエコー強度のしきい値Ｚを越えてしまい、きずからの反射エコーであると誤認識される虞がある。このために、このときの探触子１０６の位置よりも端面側では、超音波斜角探傷を行うことができず、このときの超音波の伝搬経路よりも端面側の領域（図２の斜線部分）は、未探傷領域１０８になるという問題がある。未探傷領域１０８が発生すると、その領域を他の探傷方法で探傷したり切り下げたりしなければならないので、手間が掛かったり歩留まりが低下する。

また、端面近傍のきずを探傷する超音波斜角探傷方法として、例えば、特許文献１に記載されたようにアレイ探触子を用いる方法が知られている。しかしながら、特許文献１に記載された方法においては、端面エコーが入らないように探傷ゲートを設定しなければならないが、その設定方法は明示されていない。アレイ探触子の位置によって端面エコーが検出される時点が変化するので、人が反射エコーの波形を見て設定するのであれば、探傷ゲートを設定するのに大変な手間が必要となる。

特開２００５−２０１８００号公報

本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するためになされたものであり、被探傷材の端部の未探傷領域を容易に少なくすることができる超音波斜角探傷方法及び超音波斜角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、本発明者は、探傷ゲートの設定方法について検討した。その結果、探触子から被探傷材の端面までの距離を測定し、測定した距離に基づいて探傷ゲートを設定することにより端面エコーを探傷ゲートから除外し、未探傷領域を少なくすることができるという知見を得た。

本発明は、上記の本発明者の知見に基づき完成されたものである。すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、超音波を被探傷材の厚み方向の一方の面から該被探傷材中に送信し、探傷ゲート内に入る反射エコーによって該被探傷材のきずを検出する超音波斜角探傷方法であって、前記探傷ゲートを予め設定する探傷ゲート設定ステップと、前記被探傷材の厚み方向の前記一方の面側に配置され前記超音波を送信する超音波探触子から、該超音波の送信方向にある該被探傷材の端面までの距離を計測する端面距離計測ステップと、前記端面距離計測ステップによって計測された距離に基づいて、前記超音波探触子が送信した超音波が、前記被探傷材の厚み方向の他方の面、前記一方の面、前記端面、該他方の面の順である第１伝搬経路の順に反射した後、又は該他方の面、該一方の面と該端面とが交差する隅部、該他方の面の順である第２伝搬経路の順に反射した後、又は該他方の面、該端面、該一方の面、該他方の面の順である第３伝搬経路の順に反射した後に反射エコーとして該超音波探触子に受信されるか否かを判断する第１判断ステップと、前記第１判断ステップにおいて前記超音波が前記超音波探触子に受信されると判断したときは、該超音波の送信時点から、該超音波が前記第１伝搬経路の順、又は前記第２伝搬経路の順、又は前記第３伝搬経路の順に反射した後に該超音波探触子に受信されるまでの時間である端面反射伝搬時間を前記端面距離計測ステップによって計測された距離に基づいて算出し、前記探傷ゲート設定ステップで設定された前記探傷ゲートの終了時点を、予め設定した時点から、該超音波の送信時点を起点として前記端面反射伝搬時間が経過する時点に変更する探傷ゲート変更ステップとを含むことを特徴とする超音波斜角探傷方法を提供する。
なお、本発明に係る超音波斜角探傷方法においては、探傷ゲートの開始時点と終了時点との間に検出された反射エコーをきずからの反射エコーの候補とする。
また、超音波が超音波探触子に受信されるとは、超音波探触子のいずれかの部分に超音波が受信されることをいい、また超音波が超音波探触子に受信されないとは、超音波探触子のいずれの部分にも超音波が受信されないことをいう。

本発明によれば、第１判断ステップにおいて第１伝搬経路の順、第２伝搬経路の順、又は第３伝搬経路の順に反射した超音波が超音波探触子に受信されると判断したときは、超音波の送信時点を起点として端面反射伝搬時間が経過する時点を探傷ゲートの終了時点とする。
このように、端面反射伝搬時間が経過する時点を探傷ゲートの終了時点とするので、端面エコーが探傷ゲートに入らなくなり超音波探傷を行うことができる。
また、端面反射伝搬時間を、超音波探触子から被探傷材の端面までの距離に基づいて算出するので、容易に端面反射伝搬時間を得ることができる。
このために、探触子が、第１伝搬経路の順、第２伝搬経路の順、又は第３伝搬経路の順に反射した超音波を受信する位置にあっても、容易に未探傷領域を少なくすることができる。

好ましくは、前記第１判断ステップにおいて前記超音波が前記超音波探触子に受信されないと判断したときに、前記端面距離計測ステップによって計測された距離に基づいて、前記超音波探触子が送信した超音波が、前記被探傷材の前記他方の面、前記端面の順に反射した後、又は該他方の面と該端面とが交差する隅部に反射した後、又は該端面、該他方の面の順に反射した後に反射エコーとして該超音波探触子に受信されるか否かを判断する第２判断ステップとを更に含み、前記第２判断ステップにおいて前記超音波が反射エコーとして前記超音波探触子に受信されると判断したときは超音波斜角探傷を中止する。

本発明では、上述したように、第１伝搬経路等を経由した超音波が探傷ゲートに入っても、探傷ゲートの終了時点を変更することにより、端面エコーをきずからの反射エコーであると誤認識することがない。しかしながら、探触子が、更に端面に近づくと、送信された超音波が他方の面と端面とを反射して探触子に受信されるようになり、端面エコーが探傷ゲートに入る場合がある。
図４に、そのようなときの被探傷材１０１の部分断面図の例を示す。図４に示す例では、探触子１０６の中央から送信された超音波が他方の面１０４、端面１０７の順に反射して探触子１０６で受信される。このときの超音波の伝搬経路は、図１（ｂ）に示されるような、超音波が他方の面１０４に設けられたノッチ１０５を反射してから受信されるまでの伝搬経路よりも、探触子１０６と被探傷材１０１との間の伝搬経路において長くなる。従って、端面エコーは、図５に示すように探傷ゲートに入ってしまう。そうすると、端面エコーは、一般的にエコー強度が大きいので、きずからの反射エコーを検出するために設定されたエコー強度のしきい値Ｚを越えてしまい、きずからの反射エコーであると誤認識される虞がある。
この場合に、探傷ゲートの終了時点を、端面エコーを受信する時点に変更することが考えられる。しかしながら、この場合の端面エコーは、探傷ゲートの開始時点の近傍に発生するので、探傷ゲートの時間が短くなり、超音波探傷を実質的に行うことができない。
従って、第２判断ステップにおいて他方の面１０４、端面１０７の順に反射した超音波、又は他方の面１０４と端面１０７とが交差する隅部を反射した超音波、又は端面１０７、他方の面１０４の順に反射した超音波が探触子１０６に受信されると判断したときは、探傷を中止する。
超音波探触子１０６から被探傷材１０１の端面１０７までの距離によって、超音波斜角探傷を中止する判断が行えるので、無駄な超音波斜角探傷を行わなくてよい。

また、前記課題を解決するため、本発明は、被探傷材の厚み方向の一方の面側に配置され超音波を該被探傷材に向けて送信すると共に該被探傷材からの反射エコーを受信する超音波探触子と、前記超音波探触子の超音波の送信及び反射エコーの受信を制御すると共に該超音波探触子から前記反射エコーに相当する電気信号を受信し、該電気信号と探傷ゲートとに基づいて被探傷材のきずを検出する探傷器と、前記探傷器に、予め前記探傷ゲートを設定するゲート設定部と、前記超音波探触子から、前記超音波の送信方向にある前記該被探傷材の端面までの距離を計測する端面距離計測部とを備え、前記ゲート設定部は、前記端面距離計測部によって計測された距離に基づいて、前記超音波探触子が送信した超音波が、前記被探傷材の厚み方向の他方の面、前記一方の面、前記端面、該他方の面の順である第１伝搬経路の順に反射した後、又は該他方の面、該一方の面と該端面とが交差する隅部、該他方の面の順である第２伝搬経路の順に反射した後、又は該他方の面、該端面、該一方の面、該他方の面の順である第３伝搬経路の順に反射した後に反射エコーとして該超音波探触子に受信されるか否かを判断する第１判断を行い、該第１判断において前記超音波が前記超音波探触子に受信されると判断したときは、該超音波の送信時点から、該超音波が前記第１伝搬経路の順、又は前記第２伝搬経路の順、又は前記第３伝搬経路の順に反射した後に該超音波探触子に受信されるまでの時間である端面反射伝搬時間を前記端面距離計測ステップによって計測された距離に基づいて算出し、前記探傷ゲートの終了時点を、予め定めた時点から、該超音波の送信時点を起点として前記端面反射伝搬時間が経過する時点に変更することを特徴とする超音波斜角探傷装置を提供する。

好ましくは、前記ゲート設定部は、前記第１判断において前記超音波が前記超音波探触子に受信されないと判断したときに、前記端面距離計測部によって計測された距離に基づいて、前記超音波探触子が送信した超音波が、前記被探傷材の前記他方の面、前記端面の順に反射した後、又は該他方の面と該端面とが交差する隅部に反射した後、又は該端面、該他方の面の順に反射した後に反射エコーとして該超音波探触子に受信されるか否かを判断する第２判断を行い、前記探傷器は、前記ゲート設定部が、前記第２判断において、前記超音波が反射エコーとして前記超音波探触子に受信されると判断したときに、超音波探傷を中止する。
なお、探傷器が超音波探傷を中止することには、超音波探触子の超音波の送受信を停止すること、及び超音波の送受信を停止するための情報を発すること等を含む。超音波の送受信を停止することには、具体的には、超音波の送受信自体を停止すること、及び受信した反射エコーの電気信号への処理を停止すること等を含む。超音波の送受信を停止するための情報を発することには、具体的には、音声、及び表示によって警告を発すること等を含む。

本発明によれば、探触子が、第１伝搬経路、第２伝搬経路、又は第３伝搬経路を経由した超音波を受信する位置にあっても、端面エコーが探傷ゲート内に入らないので、未探傷領域を少なくすることができる。

図１は、超音波斜角探傷を行っているときの被探傷材の部分断面図であり、図１（ａ）は、一方の面に設けられたノッチを探傷しているときの被探傷材の部分断面図であり、図１（ｂ）は、他方の面に設けられたノッチを探傷しているときの被探傷材の部分断面図である。図２は、端面エコーが探傷ゲート内に入るときの被探傷材の部分断面図である。図３は、図２の状態のときの反射エコーのＡスコープ表示の模式図である。図４は、送信された超音波が他方の面と端面とを反射して探触子に受信されるときの被探傷材の部分断面図の例である。図５は、図４の状態のときの反射エコーのＡスコープ表示の模式図である。図６は、第１実施形態に係る超音波斜角探傷方法に用いる超音波斜角探傷装置の構成図である。図７は、第１実施形態に係る超音波斜角探傷方法のフロー図である。図８は、探傷ゲートを設定するときの鋼管の部分断面図であり、図８（ａ）は、探傷ゲートの終了時点を設定するときの鋼管の部分断面図であり、図８（ｂ）は、探傷ゲートの開始時点を設定するときの鋼管の部分断面図である。図９は、超音波探触子の位置を示す図であり、図９（ａ）は、距離Ｌが式（１）の右辺の式の値と同じになるときの超音波探触子の位置を示す図であり、図９（ｂ）は、距離Ｌが式（１）の左辺の式の値と同じになるときの超音波探触子の位置を示す図であり、図９（ｃ）は、距離Ｌが式（１）の左辺の式の値と右辺の式の値の間の値になるときの超音波探触子の位置を示す図である。図１０は、超音波探触子が図９（ｂ）に示される位置にあるときの反射エコーのＡスコープ表示の模式図である。図１１は、伝搬経路の計算式の説明図であり、図１１（ａ）は、図９（ａ）で示した伝搬経路に計算式を記入した説明図であり、図１１（ｂ）は、図９（ｂ）で示した伝搬経路に計算式を記入した説明図である。図１２は、第２実施形態に係る超音波斜角探傷方法のフロー図である。図１３は、超音波探触子の位置を示す図であり、図１３（ａ）は、距離Ｌが式（５）の右辺の式の値と同じになるときの超音波探触子の位置を示す図であり、図１３（ｂ）は、距離Ｌが式（５）の左辺の式の値と同じになるときの超音波探触子の位置を示す図であり、図１３（ｃ）は、距離Ｌが式（５）の左辺の式の値と右辺の式の値の間の値になるときの超音波探触子の位置を示す図である。図１４は、超音波探触子が図１３（ａ）に示される位置にあるときの反射エコーのＡスコープ表示の模式図である。図１５は、超音波探触子の中央から鋼管の端面までの距離を変化させたときの算出された端面反射伝搬時間Ｔと、実際に端面エコーが検出されるまでの時間とを示す図である。

（第１実施形態）
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る超音波斜角探傷方法について被探傷材が鋼管の場合を例として説明する。図６は、超音波斜角探傷方法に用いる超音波斜角探傷装置の構成図である。
超音波斜角探傷装置１は、鋼管１０（被探傷材）の外面側に設置されている。超音波斜角探傷装置１は、超音波探触子２（以下、探触子ともいう）と、探傷器３と、ゲート設定部３１と、端面距離計測部４とを備えている。
超音波探触子２は、超音波を送信すると共に反射エコーを受信する。また、超音波探触子２は、鋼管１０の軸方向及び周方向に相対移動できるように構成されている。超音波探触子２は、例えば、移動ステージ（図示せず）に設置されており、鋼管１０の軸方向に移動することができる。また、鋼管１０は、例えば、鋼管１０を周方向に回転させる回転駆動部（図示せず）に載置されており、鋼管１０が回転することによって超音波探触子２が鋼管１０の周方向に相対移動する。
探傷器３は、超音波探触子２が行う超音波の送信及び反射エコーの受信を制御すると共に超音波探触子２から反射エコーに相当する電気信号を受信し、電気信号と探傷ゲートとに基づいて鋼管１０のきずを検出する。
端面距離計測部４は、超音波探触子２の寸法の中央から、超音波の送信方向にある鋼管１０の端面までの距離を計測する。端面距離計測部４は、例えばレーザー距離計４１と、レーザー距離計４１からのレーザー光を受けるターゲット４２とを具備し、レーザー距離計４１からターゲット４２までの距離を計測する。レーザー距離計４１は、超音波探触子２に固定されており、超音波探触子２と共に鋼管１０の軸方向に相対移動する。ターゲット４２は、鋼管１０の軸方向において鋼管１０の端面と同一位置になるように設けられている。従って、レーザー距離計４１によってターゲット４２までの距離を測定すれば、超音波探触子２の中央から鋼管１０の端面までの距離が測定される。
レーザー距離計４１は、超音波探触子２から鋼管１０の端面までの距離に応じた電気信号を探傷器３に送信する。
なお、端面距離計測部４は、この構成に限られず、超音波探触子２から鋼管１０の端面までの距離を計測するならば、どのような構成でもよい。
例えば、移動ステージの駆動モータにエンコーダを取り付ける。そして、超音波探触子２の基準位置を決め、その基準位置における超音波探触子２から鋼管１０の端面までの距離と、超音波探触子２が基準位置から移動したときのエンコーダの計測値とから、超音波探触子２から鋼管１０の端面までの距離を計測する。
また、鋼管１０を軸方向に搬送する搬送ローラを具備する搬送装置を設け、搬送ローラにエンコーダを取り付ける。鋼管１０の基準位置を決め、その基準位置における超音波探触子２から鋼管１０の端面までの距離と、鋼管１０が基準位置から移動したときのエンコーダの計測値とから、超音波探触子２から鋼管１０の端面までの距離を計測する。

ゲート設定部３１は、超音波探触子２から鋼管１０の端面までの距離等に基づいて、探傷器３に探傷ゲートを設定する。
また、鋼管１０と超音波探触子２との間には接触媒質が供給され、超音波が鋼管１０と超音波探触子２との間を伝搬するようにされている。

次に、超音波斜角探傷を行う方法について図７を参照して説明する。図７は、超音波斜角探傷方法のフロー図である。
ゲート設定部３１は、予め探傷ゲートを設定する（探傷ゲート設定ステップ）。
探傷ゲートの設定方法を、図８を参照して説明する。図８は、探傷ゲートを設定するときの鋼管１０の部分断面図であり、図８（ａ）は、探傷ゲートの終了時点を設定するときの鋼管１０の部分断面図であり、図８（ｂ）は、探傷ゲートの開始時点を設定するときの鋼管１０の部分断面図である。
鋼管１０の外面１２（一方の面）にノッチ１３を設け、内面１４（他方の面）にノッチ１５を設け、外面１２側に設置した超音波探触子２から超音波斜角探傷を行う。
超音波探触子２の中央から送信した超音波が、内面のノッチ１５で反射し、反射エコーとして超音波探触子２で受信される。そして、超音波の送信時点から、ノッチ１５からの反射エコーを検出する時点までの時間（以下、内面ノッチ時間という）を計測する。
また、超音波探触子２の寸法の中央から送信した超音波が、内面１４で反射してから外面１２のノッチ１３で反射し、更に内面１４で反射してから超音波探触子２で受信される。そして、超音波の送信時点から、ノッチ１３からの反射エコーを検出する時点までの時間（以下、外面ノッチ時間という）を計測する。
そして、送信時点を起点として内面ノッチ時間が経過する時点よりも少し早い時点を探傷ゲートの開始時点とし、外面ノッチ時間が経過する時点よりも少し遅い時点を探傷ゲートの終了時点として、ゲート設定部３１に入力する。ゲート設定部３１は、こうして入力された開始時点と終了時点から探傷ゲートを決定し、探傷器３に設定する。
探傷器３は、探傷ゲートの開始時点と終了時点との間に検出された反射エコーをきずからの反射エコーの候補とし、更に候補とした反射エコーの中から所定のエコー強度を越えるエコーをきずからの反射エコーとして検出する。
なお、ゲート設定部３１は、超音波斜角探傷方法のフローにおいて、探傷ゲート設定ステップに戻る度に、上述したように決定した探傷ゲートを探傷器３に設定する。

次に、超音波探触子２を、探傷を行う箇所に移動させて探傷を行う（探傷ステップ）。本実施形態では、超音波探触子２を鋼管１０の軸方向に相対移動させながら、後続する各ステップを実施している。
続いて、レーザー距離計４１は、超音波探触子２から鋼管１０の端面１６までの距離Ｌを測定し、ゲート設定部３１に入力する（端面距離計測ステップ）。
反射エコーを検出するまで、探傷ステップと端面距離計測ステップとを繰り返す。
反射エコーが検出されると（検出ステップ）、ゲート設定部３１は、送信した超音波が、内面１４、外面１２、端面１６、内面１４の順である第１伝搬経路の順に反射した後、又は、内面１４、外面１２と端面１６とが交差する隅部、内面１４の順である第２伝搬経路の順に反射した後、又は内面１４、端面１６、外面１２、内面１４の順である第３伝搬経路の順に反射した後に反射エコーとして超音波探触子２に受信されるか否かを判断する第１判断を行う（第１判断ステップ）。このとき、どのような反射エコーを検出しても第１判断を行うのでなく、例えば所定の強度以上の反射エコーを検出したときに第１判断を行うようにしてもよい。
この第１判断は、超音波探触子２から鋼管１０の端面１６までの距離Ｌに基づいて行う。
具体的には、距離Ｌを用いて超音波の伝搬経路を幾何学的に推定し、超音波が超音波探触子２に受信されるか否かを判断する。
より具体的には、探触子の寸法（径）の中央から鋼管（被探傷材）の端面までの距離Ｌ、超音波の鋼管（被探傷材）への入射角θ、超音波の鋼管（被探傷材）中での屈折角α、探触子の寸法（径）の中央から鋼管（被探傷材）の外面（一方の面）までの距離ｄ、探触子の寸法（径）Ｄ、鋼管（被探傷材）の肉厚Ｗ、の値を用いた下記の式（１）が成立すれば、超音波が超音波探触子２に受信されると判断する。

なお、探触子の中央から鋼管の端面までの距離Ｌ以外の各記号の値は、事前に調べてゲート設定部３１に設定しておく。

距離Ｌが式（１）の右辺の式の値と同じになるときの超音波探触子２の位置を図９（ａ）に示す。端面１６に近い側の超音波探触子２の端から送信された超音波が第２伝搬経路を経由して前記端に受信される。
距離Ｌが式（１）の左辺の式の値と同じになるときの超音波探触子２の位置を図９（ｂ）に示す。端面１６から遠い側の超音波探触子２の端から送信された超音波が第２伝搬経路を経由して前記端に受信される。
距離Ｌが式（１）の左辺の式の値と右辺の式の値の間の値になるときの超音波探触子２の位置を図９（ｃ）に示す。超音波探触子２から送信された超音波が第１伝搬経路、第２伝搬経路、又は第３伝搬経路を経由して超音波探触子２に受信される。
超音波探触子２が、図９（ａ）と図９（ｂ）とで示されるそれぞれの位置と、図９（ａ）と図９（ｂ）とで示されるそれぞれの位置の間の位置にあるときに、式（１）が成立する。
このように、第１判断を、実際の反射エコーを見て行うのでなく、距離Ｌを用いて幾何学的に判断するので、容易に行うことができる。

図１０は、超音波探触子２が図９（ｂ）に示される位置にあるときの反射エコーのＡスコープ表示の模式図である。図９（ｂ）に示される超音波の伝搬経路の長さは、図８（ａ）に示す探傷ゲートの終了時点を設定するときの超音波の伝搬経路と比べ、鋼管１０中の伝搬経路の長さは同じである。しかしながら、図９（ｂ）に示される超音波探触子２と鋼管１０との間の伝搬経路の長さは、図８（ａ）に示される伝搬経路よりも短い。従って、図９（ｂ）に示される端面エコーは、図１０に示されるように予め定めた探傷ゲートに入ってしまう。
端面エコーは、一般的にエコー強度が大きいので、きずからの反射エコーを検出するために設定されたエコー強度のしきい値Ｚを越えてしまい、きずからの反射エコーであると誤認識される虞がある。

そこで、ゲート設定部３１は、超音波が、第１伝搬経路、第２伝搬経路、又は第３伝搬経路を経由して超音波探触子２に受信されると判断すると、超音波の送信時点から、超音波探触子２に受信されるまでの時間である端面反射伝搬時間Ｔを超音波探触子２から鋼管１０の端面１６までの距離Ｌに基づいて算出する。
具体的には、距離Ｌを用いて超音波の伝搬経路を幾何学的に推定し、推定した伝搬経路の長さから端面反射伝搬時間Ｔを算出する。
より具体的には、探触子の寸法（径）の中央から鋼管（被探傷材）の端面までの距離Ｌ、超音波の鋼管（被探傷材）への入射角θ、超音波の鋼管（被探傷材）中での屈折角α、探触子の寸法（径）の中央から鋼管（被探傷材）の外面（一方の面）までの距離ｄ、鋼管（被探傷材）の肉厚Ｗ、接触媒質中の音速Ｃ_１、鋼（被探傷材）中の音速Ｃ_２、の値を用いた下記の式（２）、（３）、及び（４）によって端面反射伝搬時間Ｔを算出する。
そして、探傷ゲートの終了時点を、予め定めた時点から、超音波の送信時点を起点として端面反射伝搬時間Ｔが経過する時点に変更する（探傷ゲート変更ステップ）。

Ｒ：鋼管中での超音波の伝搬経路長さ
ｒ：探触子と鋼管との間での超音波の伝搬経路長さ

ここでＲ及びｒは、下記の式（３）、（４）で表される。

図１１（ａ）は、図９（ａ）で示した伝搬経路に上記の伝搬経路の計算式を記入した説明図であり、図１１（ｂ）は、図９（ｂ）で示した伝搬経路に、上記の伝搬経路の計算式を記入した説明図である。
なお、Ｃ_１（接触媒質中の音速）及びＣ_２（鋼中の音速）の値については、事前に調べてゲート設定部３１に設定しておく。

このように、端面反射伝搬時間が経過する時点を探傷ゲートの終了時点とするので、端面エコーが探傷ゲートに入らなくなり超音波探傷を行うことができる。
なお、超音波探触子２が図９（ａ）に示される位置にあるときには、図９（ａ）に示される超音波探触子２と鋼管１０との間の伝搬経路の長さは、図８（ａ）に示される伝搬経路よりも長いので、端面エコーは、予め定めた探傷ゲートに入らない。しかしながら、この場合に端面反射伝搬時間が経過する時点を探傷ゲートの終了時点としても何ら不具合はない。

そして、第１判断ステップにおいて超音波が超音波探触子に受信されないと判断した後、又は、探傷ゲート変更ステップの後に探傷ゲートに入った反射エコーがきずからの反射エコーであるか否かの評価を行う（評価ステップ）。この評価は、例えば、エコー強度が予め定めたしきい値より大きいか否かで行い、しきい値より大きければきずからの反射エコーとする。そして、探傷ゲート設定ステップに戻って超音波斜角探傷のフローを繰り返す。
なお、上記実施形態では、超音波探触子２を鋼管１０の軸方向に移動させながら、各ステップを実施したが、探傷を行う位置に超音波探触子２を停止させて、探傷を行うようにしてもよい。

上述した超音波斜角探傷方法のフローでは、評価ステップの後に、探傷ゲート設定ステップに戻っている。
しかしながら、評価ステップの後に、探傷ステップに戻るようにしてもよい。その理由を次に述べる。
超音波探触子２が端面エコーを受信しない位置を移動している場合は、探傷ゲートが変更されないので、探傷ゲート変更ステップに戻って予め設定された探傷ゲートに設定し直す必要はない。
また、探傷ゲート変更ステップで探傷ゲートの終了時点を変更した次のサイクルの探傷ステップ時に、超音波探触子２が端面エコーを受信する位置にあるのならば、その位置に応じた探傷ゲートが設定されるので、探傷ゲート変更ステップに戻って予め設定された探傷ゲートに設定し直す必要はない。
また、探傷ゲート変更ステップで探傷ゲートの終了時点を変更した次のサイクルの探傷ステップ時に、超音波探触子２が鋼管１０の端面１６に近づいて端面エコーを受信しない位置に移動した場合、前の探傷ゲート変更ステップで変更した探傷ゲートが維持されることになる。しかし、超音波探触子２が鋼管１０の端面１６に近づくことにより、探傷を行える領域が、探傷ゲート変更ステップで探傷ゲートを変更した時点よりも狭くなるので、変更した探傷ゲートを維持しても、実際の探傷には何ら問題ない。
また、探傷ゲート変更ステップで探傷ゲートの終了時点を変更した次のサイクルの探傷ステップ時に、超音波探触子２が鋼管１０の端面１６から離れて端面エコーを受信しない位置に移動した場合、図９（ａ）に示される位置に超音波探触子２があるときの探傷ゲートが維持されることになる。予め設定された探傷ゲートよりも終了時点が少し遅くなるが、実際の探傷には何ら問題なく、むしろ探傷する領域が広くなるので好ましい。
従って、評価ステップの後に、探傷ステップに戻るようにしてもよい。
このように、評価ステップの後に探傷ゲート設定ステップに戻ると、予め定めた探傷ゲートに戻す手間がかかるが、評価ステップの後に探傷ステップに戻るようにすることにより、予め定めた探傷ゲートに戻す手間を省くことができる。

このように、探触子が、第１伝搬経路の順、第２伝搬経路の順、又は第３伝搬経路の順に反射した超音波を受信する位置にあっても、端面反射伝搬時間が経過する時点を探傷ゲートの終了時点とするので、端面エコーが探傷ゲートに入らなくなり探傷を行うことができる。
また、第１判断を、実際の反射エコーを見て行うのでなく、距離Ｌを用いて幾何学的に判断するので、容易に行うことができる。
また、端面反射伝搬時間を、超音波探触子から被探傷材の端面までの距離に基づいて容易に算出することができる。
このために、探触子が、第１伝搬経路の順、第２伝搬経路の順、又は第３伝搬経路の順に反射した超音波を受信する位置にあっても、容易に未探傷領域を少なくすることができる。
特に、超音波探触子２を鋼管１０の軸方向に連続的に移動させながら自動で超音波斜角探傷を行う場合でも、超音波探触子から鋼管の端面までの距離に基づいて端面反射伝搬時間を算出し、端面反射伝搬時間が経過する時点を探傷ゲートの終了時点とするので、容易に未探傷領域を少なくすることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態の第１判断ステップの後に更にステップを追加する。図１２は、第２実施形態に係る超音波斜角探傷方法のフロー図である。
本実施形態では、第１判断ステップにおいて超音波が超音波探触子２に受信されないと判断したときに、超音波探触子２が送信した超音波が、鋼管１０の内面１４、端面１６の順に反射した後、又は内面１４と端面１６とが交差する隅部に反射した後、又は端面１６、内面１４の順に反射した後に反射エコーとして超音波探触子２に受信されるか否かを、ゲート設定部３１が、超音波探触子２から鋼管１０の端面１６までの距離Ｌに基づいて判断する（第２判断ステップ）。
具体的には、距離Ｌを用いて超音波の伝搬経路を幾何学的に推定し、超音波が超音波探触子２に受信されるか否かを判断する。
より具体的には、探触子の寸法（径）の中央から鋼管（被探傷材）の端面までの距離Ｌ、超音波の鋼管（被探傷材）への入射角θ、超音波の鋼管（被探傷材）中での屈折角α、探触子の寸法（径）の中央から鋼管（被探傷材）の外面（一方の面）までの距離ｄ、探触子の寸法（径）Ｄ、鋼管（被探傷材）の肉厚Ｗ、の値を用いた下記の式（５）が成立すれば、超音波が超音波探触子２に受信されると判断する。

距離Ｌが式（５）の右辺の式の値と同じになるときの超音波探触子２の位置を図１３（ａ）に示す。端面１６に近い側の超音波探触子２の端から送信された超音波が内面１４と端面１６とが交差する隅部に反射した後に前記端に受信される。

距離Ｌが式（５）の左辺の式の値と同じになるときの超音波探触子２の位置を図１３（ｂ）に示す。端面１６から遠い側の超音波探触子２の端から送信された超音波が内面１４と端面１６とが交差する隅部に反射した後に前記端に受信される。
距離Ｌが式（５）の左辺の式の値と右辺の式の値の間の値になるときの超音波探触子２の位置を図１３（ｃ）に示す。超音波探触子２から送信された超音波が、鋼管１０の内面１４、端面１６の順に反射した後、又は内面１４と端面１６とが交差する隅部に反射した後、又は端面１６、内面１４の順に反射した後に反射エコーとして超音波探触子２に受信される。
超音波探触子２が、図１３（ａ）と図１３（ｂ）で示されるそれぞれの位置と、図１３（ａ）と図１３（ｂ）で示されるそれぞれの位置の間の位置にあるときに、距離Ｌが式（５）の条件を満足する。

図１４は、超音波探触子２が図１３（ａ）に示される位置にあるときの反射エコーのＡスコープ表示の模式図である。図１３（ａ）に示される超音波の伝搬経路の長さは、図８（ｂ）に示す、探傷ゲートの開始時点を設定するときの超音波の伝搬経路と比べ、鋼管１０中の伝搬経路の長さは同じである。しかしながら、図１３（ａ）に示される超音波探触子２と鋼管１０との間の伝搬経路の長さは、図８（ｂ）に示される伝搬経路よりも長い。従って、図１３（ａ）に示される端面エコーは、図１４に示すように予め定めた探傷ゲートに入ってしまう。
そうすると、端面エコーは、一般的にエコー強度が大きいので、きずからの反射エコーを検出するために設定されたエコー強度のしきい値Ｚを越えてしまい、きずからの反射エコーであると誤認識される虞がある。
この場合に、探傷ゲートの終了時点を、端面エコーを受信する時点に変更することが考えられる。しかしながら、この場合の端面エコーは、探傷ゲートの開始時点の近傍に発生するので、探傷ゲートの時間が短くなり、超音波探傷を実質的に行うことができない。

また、超音波探触子２が図１３（ｂ）に示される位置にあるときの反射エコーの伝搬経路の長さは、図８（ｂ）に示される探傷ゲートの開始時点を設定するときの超音波の伝搬経路と比べ短い。従って、内面１４にきずが有っても、きずからの反射エコーが探傷ゲートに入らないので、探傷を行うことができない。

従って、第２判断ステップにおいて、超音波探触子２から送信した超音波が、鋼管１０の内面１４、端面１６の順に反射した後、又は内面１４と端面１６とが交差する隅部に反射した後、又は端面１６、内面１４の順に反射した後に超音波探触子２に受信されるとゲート設定部３１が判断したときは（例えば図１３（ｃ）に示すような状態）、探傷器３は探傷を中止する（中止ステップ）。また、第２判断ステップにおいて、超音波探触子２から送信した超音波が、超音波探触子２に受信されないとゲート設定部３１が判断したときは、探傷器３は第１実施形態と同様に反射エコーの評価を行う（評価ステップ）。
超音波探触子２から鋼管１０の端面１６までの距離によって、超音波斜角探傷を中止する判断が行えるので、無駄な超音波斜角探傷を無くすことができる。
なお、探傷器３が超音波探傷を中止することには、超音波探触子の超音波の送受信を停止すること、及び超音波の送受信を停止するための情報を発すること等を含む。超音波の送受信を停止することには、具体的には、超音波の送受信自体を停止すること、及び受信した反射エコーの電気信号への処理を停止すること等を含む。超音波の送受信を停止するための情報を発することには、具体的には、音声、及び表示によって警告を発すること等を含む。

（実施例）
第１実施形態において、端面反射伝搬時間Ｔを算出しているが、算出された時間が正しいか否かを検証した。
図１５に、超音波探触子２の中央から鋼管１０の端面までの距離を変化させたときの算出された端面反射伝搬時間Ｔと、実際に端面エコーが検出されるまでの時間とを示す。
また、第１及び第２実施形態では言及していないが、超音波が鋼管１０の内面と端面とを反射してから超音波探触子２に受信されるまでを算出した時間と、実際に鋼管１０の内面と端面とを経由した端面エコーが検出されるまでの時間とを示す。
このときの、各条件を示す。
α（超音波の鋼管中での屈折角）＝４７．３°
θ（超音波の鋼管への入射角）＝１９°
Ｃ_１（接触媒質中音速）＝１５３０ｍ／ｓｅｃ
Ｃ_２（鋼中音速）＝３２３０ｍ／ｓｅｃ
ｄ（探触子の中央から鋼管の外面までの距離）＝２０ｍｍ
Ｄ（探触子の径）＝１５．８ｍｍ
Ｗ（鋼管の肉厚）＝２０．４ｍｍ
図１５に示すように実測値と計算値とは、良く合致している。
従って、算出した端面反射伝搬時間Ｔを探傷ゲートの終了時点とすることにより、端面エコーが探傷ゲートに入らなくなる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、第１判断や第２判断をゲート設定部が行わずに人が行ってもよい。また、超音波探触子の管軸方向や管周方向の移動を人が行ってもよい。

１・・・超音波斜角探傷装置
２・・・超音波探触子
３・・・探傷器
４・・・端面距離計測部
１０・・・鋼管（被探傷材）
１２・・・外面（一方の面）
１４・・・内面（他方の面）
１６・・・端面
３１・・・ゲート設定部
１０１・・・被探傷材
１０２・・・一方の面
１０４・・・他方の面
１０７・・・端面

Claims

超音波を被探傷材の厚み方向の一方の面から該被探傷材中に送信し、探傷ゲート内に入る反射エコーによって該被探傷材のきずを検出する超音波斜角探傷方法であって、
前記探傷ゲートを予め設定する探傷ゲート設定ステップと、
前記被探傷材の厚み方向の前記一方の面側に配置され前記超音波を送信する超音波探触子から、該超音波の送信方向にある該被探傷材の端面までの距離を計測する端面距離計測ステップと、
前記端面距離計測ステップによって計測された距離に基づいて、前記超音波探触子が送信した超音波が、前記被探傷材の厚み方向の他方の面、前記一方の面、前記端面、該他方の面の順である第１伝搬経路の順に反射した後、又は該他方の面、該一方の面と該端面とが交差する隅部、該他方の面の順である第２伝搬経路の順に反射した後、又は該他方の面、該端面、該一方の面、該他方の面の順である第３伝搬経路の順に反射した後に反射エコーとして該超音波探触子に受信されるか否かを判断する第１判断ステップと、
前記第１判断ステップにおいて前記超音波が前記超音波探触子に受信されると判断したときは、該超音波の送信時点から、該超音波が前記第１伝搬経路の順、又は前記第２伝搬経路の順、又は前記第３伝搬経路の順に反射した後に該超音波探触子に受信されるまでの時間である端面反射伝搬時間を前記端面距離計測ステップによって計測された距離に基づいて算出し、前記探傷ゲート設定ステップで設定された前記探傷ゲートの終了時点を、予め設定した時点から、該超音波の送信時点を起点として前記端面反射伝搬時間が経過する時点に変更する探傷ゲート変更ステップとを含むことを特徴とする超音波斜角探傷方法。
前記第１判断ステップにおいて前記超音波が前記超音波探触子に受信されないと判断したときに、前記端面距離計測ステップによって計測された距離に基づいて、前記超音波探触子が送信した超音波が、前記被探傷材の前記他方の面、前記端面の順に反射した後、又は該他方の面と該端面とが交差する隅部に反射した後、又は該端面、該他方の面の順に反射した後に反射エコーとして該超音波探触子に受信されるか否かを判断する第２判断ステップとを更に含み、
前記第２判断ステップにおいて前記超音波が反射エコーとして前記超音波探触子に受信されると判断したときは超音波斜角探傷を中止することを特徴とする請求項１に記載の超音波斜角探傷方法。
被探傷材の厚み方向の一方の面側に配置され超音波を該被探傷材に向けて送信すると共に該被探傷材からの反射エコーを受信する超音波探触子と、
前記超音波探触子の超音波の送信及び反射エコーの受信を制御すると共に該超音波探触子から前記反射エコーに相当する電気信号を受信し、該電気信号と探傷ゲートとに基づいて被探傷材のきずを検出する探傷器と、
前記探傷器に、予め前記探傷ゲートを設定するゲート設定部と、
前記超音波探触子から、前記超音波の送信方向にある前記該被探傷材の端面までの距離を計測する端面距離計測部とを備え、
前記ゲート設定部は、前記端面距離計測部によって計測された距離に基づいて、前記超音波探触子が送信した超音波が、前記被探傷材の厚み方向の他方の面、前記一方の面、前記端面、該他方の面の順である第１伝搬経路の順に反射した後、又は該他方の面、該一方の面と該端面とが交差する隅部、該他方の面の順である第２伝搬経路の順に反射した後、又は該他方の面、該端面、該一方の面、該他方の面の順である第３伝搬経路の順に反射した後に反射エコーとして該超音波探触子に受信されるか否かを判断する第１判断を行い、該第１判断において前記超音波が前記超音波探触子に受信されると判断したときは、該超音波の送信時点から、該超音波が前記第１伝搬経路の順、又は前記第２伝搬経路の順、又は前記第３伝搬経路の順に反射した後に該超音波探触子に受信されるまでの時間である端面反射伝搬時間を前記端面距離計測ステップによって計測された距離に基づいて算出し、前記探傷ゲートの終了時点を、予め定めた時点から、該超音波の送信時点を起点として前記端面反射伝搬時間が経過する時点に変更することを特徴とする超音波斜角探傷装置。
前記ゲート設定部は、前記第１判断において前記超音波が前記超音波探触子に受信されないと判断したときに、前記端面距離計測部によって計測された距離に基づいて、前記超音波探触子が送信した超音波が、前記被探傷材の前記他方の面、前記端面の順に反射した後、又は該他方の面と該端面とが交差する隅部に反射した後、又は該端面、該他方の面の順に反射した後に反射エコーとして該超音波探触子に受信されるか否かを判断する第２判断を行い、
前記探傷器は、前記ゲート設定部が、前記第２判断において、前記超音波が反射エコーとして前記超音波探触子に受信されると判断したときに、超音波探傷を中止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。