JP2016042039A - 超音波探傷方法および超音波探傷装置 - Google Patents

超音波探傷方法および超音波探傷装置 Download PDF

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Abstract

【課題】非接触式の超音波探傷においてノイズ反射波の影響を受けない正確な欠陥検出を行う。
【解決手段】被検体1の一方の面に空気層を介して超音波発振器2を対向させるとともに、前記被検体の他方の面に空気層を介して超音波受振器3を対向させ、前記超音波発振器2から発振された発振波が前記被検体を透過した透過波を前記超音波受振器3で受振し、この際の透過波の強度検知を前記透過波の到達からノイズ反射波が到達する時以前までの間に制限して、検知時間内に受振された透過波の強度より前記被検体内の欠陥の有無を判定する。
【選択図】図1

Description

本発明は超音波探傷方法および超音波探傷装置に関し、特に水や油等の接触媒質を使用しない非接触式の超音波探傷に関するものである。
被検体内に生じた欠陥を超音波で検出する超音波探傷においては、超音波を被検体内に効率的に入射させあるいは被検体内から効率的に出射させるために、超音波発振器や超音波受振器と被検体表面との間に通常は水や油等の接触媒質を介在させる。しかし、高温の被検体や高速移動する被検体等では接触媒質を介在させることが難しく、上記発振器や受振器を被検体から離間させてこれらの間に空気層を介在させた、いわゆる非接触式の超音波探傷を行う必要がある。
なお、特許文献1には、非接触式の超音波探傷において、空気層で超音波が減衰することによる探傷精度の低下を防止する工夫が開示されている。
特開2008−128965
しかし、発明者等の知見によれば、非接触式の超音波探傷において、通常使用されている超音波を焦点へ収束させるようにしたフォーカスプローブ等を用いると、往々にして欠陥の有無が正確に判定できないことがあった。
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、非接触式の超音波探傷において正確な欠陥検出ができる超音波探傷方法および超音波探傷方法を提供することを目的とする。
非接触式超音波探傷において欠陥の有無が正確に判定できない理由について鋭意検討を加えた結果、発明者等は以下の理由を見出した。すなわち、空気層での音速が被検体内の音速に比して非常に遅いことによって、スネルの法則により、入射角が小さい場合でも被検体内で超音波は大きく屈折する。この際、縦波はその屈折角が速やかに臨界角以上となって被検体の表面でその殆どが反射するが、被検体への入射時に生じる横波は反射することなく屈折波となって被検体の側面等で反射し、この反射波(ノイズ反射波)が被検体内を透過する透過波に干渉することによって、欠陥の有無の判定を行うに際して誤判定を招くのである。
本発明は以上の知見に基づいてなされたもので、本第1発明の超音波探傷方法では、被検体の一方の面に空気層を介して超音波発振器を対向させるとともに、前記被検体の他方の面に空気層を介して超音波受振器を対向させ、前記超音波発振器から発振された発振波が前記被検体を透過した透過波を前記超音波受振器で受振し、この際の透過波の強度検知を前記透過波の到達からノイズ反射波が到達する時以前までの間に制限して、検知時間内に受振された透過波の強度より前記被検体内の欠陥の有無を判定する。
本第1発明においては、透過波の強度検知をする時間を、透過波の到達からノイズ反射波が到達する時以前までの間に制限しているから、透過波にノイズ反射波が干渉する前に透過波の強度検知が行われる。したがって、透過波に対するノイズ反射波の影響が排除されて、透過波の強度より正確に被検体内の欠陥の有無を判定することができる。
本第2発明の超音波探傷装置では、被検体の一方の面に空気層を介して対向して設けられ、前記被検体に向けてバースト超音波を発振波として発振する超音波発振器と、前記被検体の他方の面に空気層を介して対向して設けられ、前記被検体を透過した前記発振波を透過波として受振する超音波受振器と、透過波の強度検知を前記透過波の到達からノイズ反射波が到達する時以前までの間に制限する検知制限手段と、検知時間内に受振された透過波の強度より前記被検体内の欠陥の有無を判定する判定手段とを備える。
本第2発明によっても本第1発明と同様の作用効果を得ることができる。
以上のように、本発明によれば、非接触式の超音波探傷においてノイズ反射波の影響を受けない正確な欠陥検出をすることができる。
本発明の一実施形態を説明する概略断面図である。 透過波の進行経路を示すシミュレーションモデルを示す図である。 ノイズ反射波の進行経路を示すシミュレーションモデルを示す図である。 本発明の強度検知時間を設定した受振波形の一例を示す図である。 超音波探傷の走査経路を示す被検体の概略平面図である。 本発明の強度検知時間で得られる透過波の強度分布を示す図である。 従来の強度検知時間を設定した受振波形の一例を示す図である。 従来の強度検知時間で得られる透過波の強度分布を示す図である。
なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。
図1には非接触式超音波探傷によって被検体内の欠陥検出を行う場合の例を示す。図1において、一定厚の板状の被検体1に対し、一方の板面1aには間隔をおいて超音波発振器2を対向させ、被検体1の他方の板面1bには間隔をおいて超音波受振器3を対向させてある。したがって、超音波発振器2から発振された超音波(図中の太矢印)は空気層を経て被検体1の板面1aから被検体1内に入射し、被検体1内を透過して板面1bから出射して空気層を経て超音波受振器3に受振される。被検体1内に欠陥があると、超音波受振器3で受振される透過波の強度が低下するため、これを検出することで欠陥の有無を判定できる。
このような非接触式超音波探傷のシミュレーションモデルを図2、図3で考える。図2、図3において、超音波発振器2はその発振面2aが発振超音波を収束させるような曲率半径Rの円弧面となっている。超音波受振器3もその受振面3aが上記発振面2aと同様の円弧面となっている。
超音波発振器2の発振面2aの中心部から縦波として出射された超音波は図2の太矢印で示すように、距離Aの空気層を経て幅2Xの被検体1の一方の面1aの中央にほぼ垂直に入射し(入射角ゼロ)縦波のまま厚さYの被検体1内を透過する。縦波の透過波は被検体1の他方の面1bの中央から再び距離Aの空気層を経て超音波受振器3に入射する。
超音波発振器2の発振面2aの中心部から離れた端部から,縦波として出射された超音波は図3の太矢印で示すように、距離L1の空気層を経て被検体1の一方の面1aに入射角θ1で入射し、ここで屈折角θ2の横波屈折波を生じる。横波屈折波は被検体1内で距離L2を伝達して被検体1の側面に達しここで反射されて、ノイズ反射波として被検体1内で距離L3を伝達して図2に示した透過波に合流しこれに干渉した後、距離Aの空気層を経て超音波受振器3に入射する。
上記距離L1、L2、L3はそれぞれ以下のように算出される。
L1=(R−(R−A)/cosθ1
L2=(X+(R−A)*tanθ1)/sinθ2
L3=((Y−(X+(R−A)*tanθ1))/tanθ2)/cosθ2
ここで、C=340m/sとし、上記被検体をアクリル樹脂とすると、Ct=2730m/s、Cs=1430m/sである。また、図2、図3における各部の値を、R=40mm、2X=30mm、Y=30mm、A=25mm、θ1=10.2°、θ2=47.59°とする。さらに、超音波として330KHzで6波のバースト波を使用し、その持続時間は18.2μsである。
そこで、上記バースト超音波の縦波が超音波発振器2から出射して図2の経路を経て透過波として超音波受振器3に入射している間に、図3の経路を経てノイズ反射波が超音波受振器3に入射するか否かを以下に計算する。
図2の経路を透過波が超音波受振器に入射するまでの時間t1は下式(1)で算出される。
t1=A/C+Y/Ct+A/C=156.76(μs)…(1)
これにバースト超音波の6波分の持続時間を考慮すると、図2の経路を経て透過波が超音波受振器に入射している時間は、超音波発振器からの出射後156.76(μs)から174.94(μs)の間である。
これに対してノイズ反射波が図3の経路を経て超音波受振器に到達入射するまでの時間t2は下式(2)で算出される。
t2=L1/C+L2/Cs+L3/Cs+A/C=170.21(μs)…(2)
これによると、図3の経路を辿るノイズ反射波は、透過波の超音波受振器3への入射中にその4.4波目辺りで到達し入射することになり、透過波とノイズ反射波が干渉して強め合い、あるいは弱め合って透過波の強度が変動して、欠陥の有無の判定を誤る可能性がある。
そこで、本実施形態では、透過波の強度を検知する時間を、透過波の到達からノイズ反射波が到達する時以前までの間に制限する。すなわち、図4に示すように、透過波の強度検知時間td1をノイズ反射波の影響を受けない透過波の先頭部(例えば透過波4波分)のみに限定する。なお、透過波の先頭部で十分な透過波強度を得るために受振感度は大きくしておく。このような設定で、図5にその平面図を示すように、被検体である矩形のアクリル板1の板面に対して上述したように超音波発振器2と超音波受振器3を対向させて、図中の矢印で示すように板面全体を走査すると、欠陥のないアクリル板では、透過波の強度分布は図6に示すように一様なものとなる。なお、図6中の濃淡は透過波の強弱を示している。ただしアクリル板周縁部の濃い部分は透過波強度が低い部分である。
これに対して従来のように、透過波の強度検知時間td2を長く設定した場合(図7)には、ノイズ反射波が干渉することによって、欠陥のないアクリル板の板面全体を上記と同様に走査しても、透過波の強度分布は図8に示すように局所的に大きく変動し、欠陥の有無の判定が正確に行えない。なお、図8中の濃淡は透過波の強弱を示している。ただしアクリル板周縁部の濃い部分は透過波強度が低い部分である。
1…被検体、2…超音波発振器、3…超音波受振器。

Claims (2)

  1. 被検体の一方の面に空気層を介して超音波発振器を対向させるとともに、前記被検体の他方の面に空気層を介して超音波受振器を対向させ、前記超音波発振器から発振された発振波が前記被検体を透過した透過波を前記超音波受振器で受振し、この際の透過波の強度検知を前記透過波の到達からノイズ反射波が到達する時以前までの間に制限して、検知時間内に受振された透過波の強度より前記被検体内の欠陥の有無を判定することを特徴とする超音波探傷方法。
  2. 被検体の一方の面に空気層を介して対向して設けられ、前記被検体に向けてバースト超音波を発振波として発振する超音波発振器と、前記被検体の他方の面に空気層を介して対向して設けられ、前記被検体を透過した前記発振波を透過波として受振する超音波受振器と、透過波の強度検知を前記透過波の到達からノイズ反射波が到達する時以前までの間に制限する検知制限手段と、検知時間内に受振された透過波の強度より前記被検体内の欠陥の有無を判定する判定手段とを備える超音波探傷装置。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5824908A (en) * 1994-12-12 1998-10-20 Queen's University At Kingston Non-contact characterization and inspection of materials using wideband air coupled ultrasound
JP2002296249A (ja) * 2001-03-29 2002-10-09 Kawasaki Steel Corp 内部欠陥検出方法
JP2008128965A (ja) * 2006-11-24 2008-06-05 Japan Probe Kk 空中超音波探傷システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5824908A (en) * 1994-12-12 1998-10-20 Queen's University At Kingston Non-contact characterization and inspection of materials using wideband air coupled ultrasound
JP2002296249A (ja) * 2001-03-29 2002-10-09 Kawasaki Steel Corp 内部欠陥検出方法
JP2008128965A (ja) * 2006-11-24 2008-06-05 Japan Probe Kk 空中超音波探傷システム

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