JP2017090201A - 空中超音波探傷装置および空中超音波探傷システム - Google Patents

Abstract

【課題】構造物の外壁を被検体としたときの高い超音波探傷精度を有する空中超音波探傷システムを実現する。【解決手段】連続する所定個数の負の矩形波からなる矩形波バースト信号を振動子で超音波に変換して超音波Ｖ透過法による入射角により被検体に空気を介して対向配設された送信超音波探触子に印加する。構造物の外壁である被検体に空気を介して対向配設され受信超音波探触子で被検体を伝搬した超音波を超音波Ｖ透過法による入射角により信号に変換する。この信号の信号レベルに基づき被検体の欠陥の有無を判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、空中超音波探傷装置および超音波探傷システムに関わり、特に被検体に対して非接触で超音波探傷を実施できる空中超音波探傷装置および空中超音波探傷システムに関する。

従来行われている構造物の外壁調査の手法として、人手による打音検査が挙げられる。打音検査では、作業者が専用のハンマーで外壁を叩き、出た音の違いを作業者の耳（感覚）で聞き分けることで外壁内の剥離などの異常の有無を判断している。そのため、検査を行う人間によって実際の異常の有無と判断の結果とで差異が生じることが多々あり、信頼性に欠ける。

この打音検査に代わる外壁調査の手法として、超音波探傷手法が挙げられる。
一般的に、超音波探傷手法においては、超音波探傷装置内に組込まれたパルス発生回路で発生したパルス信号を、信号ケーブルを介して被検体の表面に接触させた超音波探触子に組込まれた振動子に印加する。振動子が振動して、この超音波探触子から被検体に超音波パルスが印加される。この超音波パルスが、被検体内を伝搬する過程で、被検体内に存在する欠陥に当接すると、この欠陥で反射されて超音波エコーとして、元来た経路を逆進して超音波探触子に入射する。超音波探触子に組込まれた振動子にて、この超音波エコーは電気信号であるエコー信号に変換されて信号ケーブルを介して装置内に組込まれた受信回路へ入力される。そして、受信回路で受信されたエコー信号に基づいて、欠陥の有無、欠陥規模を解析、判断している。

特開平６−３３１６０９号公報

超音波探傷試験III 非破壊検査協会発行 pp24-25(2004年)

このような従来の超音波探傷手法においては、被検体に対して効率的に超音波を印加するために、超音波探触子を被検体の表面に水や油等の接触媒質を介して接触させる必要がある。したがって、被検体が上記のように構造物の外壁である場合は、超音波探触子を接触媒質を介して接触させることができないので、超音波探傷を精度よく実施できない問題がある。

本発明このような事情に鑑みてなされたものであり、構造物の外壁を被検体としたときの高い超音波探傷精度を実現できる空中超音波探傷装置および空中超音波探傷システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の空中超音波探傷装置は、連続する所定個数の負の矩形波からなる矩形波バースト信号を作成して出力する信号発生部と、前記矩形波バースト信号における矩形波の数、矩形波の電圧、及び矩形波のパルス幅を、構造物の外壁である被検体の材質、前記被検体の寸法形状に応じて設定する測定条件設定部と、前記被検体に空気を介して対向配設され、前記信号発生部から出力された矩形波バースト信号を振動子で超音波に変換して超音波Ｖ透過法に基づいた入射角により前記被検体に傾斜方向に印加する送信超音波探触子と、前記被検体に空気を介して対向配設され、前記被検体に印加され当該被検体を伝搬して当該被検体で反射した超音波を傾斜方向で受けて振動子で電気信号に変換して出力する受信超音波探触子と、この受信超音波探触子から出力された電気信号を受信する受信部と、この受信部で受信された電気信号の信号レベルに基づき前記被検体の欠陥の有無を判定する欠陥判定部と、前記受信部で受信された電気信号を周波数変換する周波数変換部と、前記信号発生部から出力された矩形波バースト信号、前記受信された電気信号、及び前記周波数変換部で周波数変換された電気信号を表示する表示部とを備え、前記送信超音波探触子及び前記受信超音波探触子は、前記振動子の超音波の送受信側に取付られた前面板の材料として、多孔性構造を有した樹脂材料を採用し、前記測定条件設定部は、前記矩形波のパルス幅の変更に合わせて、前記周波数変換部における変換周波数範囲を設定する。

本発明においては、構造物の外壁を被検体としたときの高い超音波探傷精度を実現できる。

本発明の一実施形態に係わる空中超音波探傷システムの概略構成を示す図。 同空中超音波探傷システムに組込まれた信号発生部の回路図。 同信号発生部に組込まれたゲート信号発生回路の詳細構成を示すブロック図。 同信号発生部の動作を示すタイムチャート。 矩形波バースト信号を示す図。 超音波探触子の断面図。 表示部に表示された各信号の波形図。 表示部に表示された受信信号を示す図。 同じく表示部に表示された受信信号を示す図。 波数と受信信号レベルとの関係を示す図。 超音波Ｖ透過法による測定の一例を示す図。 超音波Ｖ透過法による超音波入射角度と屈折角度の一例を示す図。 本発明の一実施形態に係わる空中超音波探傷システムに適用される、超音波Ｖ透過法による検査治具の一例を示す図。 本発明の一実施形態に係わる空中超音波探傷システムによる、超音波Ｖ透過法による被検体の健全部と剥離部の波形比較の一例を示す図。 本発明の一実施形態に係わる空中超音波探傷システムによる、超音波Ｖ透過法による被検体の健全部と塗膜浮き部の波形比較の一例を示す図。 本発明の一実施形態に係わる空中超音波探傷システムによる、Ｖ透過法による被検体の健全部とひび割れ部の波形比較の一例を示す図。

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明の一実施形態に係わる空中超音波測定システムの概略構成を示す模式図である。この実施形態の空中超音波測定システムは、大きく分けて、図５に示す矩形波バースト信号ａを出力するとともに受信信号ｂを入力するパルス送受信器１０と、矩形波バースト信号ａを受けて、空気を介して被検体へ超音波パルスを印加する送信超音波探触子１２と、被検体内を透過または被検体で反射した超音波パルスを空気を介して受けて受信信号ｂを出力する受信超音波探触子１３と、受信した受信信号ｂに基づいて被検体内の欠陥の有無を判定するとともに、パルス送受信器１０に各種設定を行う探傷制御解析器１４とで構成されている。

矩形波バースト信号は、従来の一つ（１周期分）のサイン波からなるパルス信号ではなくて、例えば、図５に示すように、連続する所定個数の負の矩形波からなる矩形波バースト信号である。

このように、送信超音波探触子内の振動子に印加するパルス信号を連続する所定個数の負の矩形波からなる矩形波バースト信号とすることによって、振動子における電気信号の超音波への高い変換効率を実現できる。

具体的には、送信超音波探触子内の振動子に印加される矩形波バースト信号における一つの矩形波の有する電気エネルギＷは、矩形波におけるパルス幅（Ｔ／２）に電圧Ｖ_Hを乗算した矩形波の面積Ｓ_Aに相当する。この矩形波の面積Ｓ_Aは従来の一つ（１周期分）のサイン波からなるパルス信号の面積に比較して格段に大きい。

さらに、図５に示すように、矩形波バースト信号は連続する所定個数の負の矩形波で構成している。連続する負の矩形波の周期Ｔを振動子の厚みの１倍又は整数倍に設定することによって、厚みで定まる共振周波数を有する振動子を共振振動状態とすることができる。

このように、連続する所定個数の負の矩形波で構成された矩形波バースト信号を印加した場合における振動子から出力される超音波パルスのレベルは、一つのサイン波からなるパルス信号を振動子に印加した場合における振動子から出力される超音波パルスのレベルに比較して格段に大きくなる。

パルス送受信器１０内には、矩形波バースト信号ａを作成する信号発生部１５、信号発生部１５から出力された矩形波バースト信号ａを信号ケーブル１７を介して送信超音波探触子１２へ送信する送信部１６、受信超音波探触子１３から信号ケーブル１８を介して受信信号ｂを受信する受信部１９、受信した受信信号ｂを増幅して探傷制御解析器１４へ送出する増幅部２０が設けられている。

例えば市販のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等で形成された探傷制御解析器１４内には、欠陥判定部２１、周波数変換部（ＦＦＴ）２２、表示部２３、測定条件設定部２４、及びキーボードやマウス等からなる操作部２５等が設けられている。

欠陥判定部２１は、パルス送受信器１０の増幅部２０から出力された増幅後の受信信号ｂ₁の信号レベル（実際には、信号発生部１５から出力された矩形波バースト信号ａの信号レベルとの比）に基づいて被検体内の欠陥の有無を判定して判定結果を表示部２３に表示出力する。

具体的には、欠陥が存在すれば、被検体内を伝搬する超音波パルスｃの経路が変化するので、被検体内を伝搬した超音波パルスのレベルが変化し、受信信号ｂ₁の信号レベルが所定条件にあるとき欠陥有りと判定する。

周波数変換部（ＦＦＴ）２２は、パルス送受信器１０の増幅部２０から出力された増幅後の受信信号ｂ₁を測定条件設定部２４で指定された周波数範囲（ｆ₁〜ｆ₂）で高速フーリエ変換を行い、周波数変換された受信信号ｂ₂として表示部２３に表示出力する。

したがって、表示部２３には、図７（ａ）に示す矩形波バースト信号ａ、図７（ｂ）に示す増幅後の受信信号ｂ₁、図７（ｃ）に示す周波数変換された受信信号ｂ₂が表示される。よって、探傷実施者は探傷結果の詳細を検証できる。

測定条件設定部２４は、図２に示すように、操作部２５を介して探傷実施者が操作入力した図５に示す矩形波バースト信号ａにおける電圧Ｖ_H、周波数ｆ、波数Ｎ、開始信号Ｓの測定条件をパルス送受信器１０の信号発生部１５へ送出する。さらに、測定条件設定部２４は、指定した周波数ｆに対応する周波数範囲（ｆ₁〜ｆ₂）を周波数変換部（ＦＦＴ）２２へ設定する。

具体的には、電圧Ｖ_Hは、図５に示す矩形波バースト信号ａにおける負の矩形波４０の電圧である。周波数ｆは、図６に示す送信超音波探触子１２及び受信超音波探触子１３内の振動子４２に印加する矩形波バースト信号ａにおける連続する負の矩形波４０の周期Ｔに対応する周波数ｆ（＝１／２πＴ）に設定される。また、波数Ｎは、矩形波バースト信号ａにおける連続する負の矩形波４０の数に設定する。さらに、開始信号Ｓは、被検体に対して、矩形波バースト信号ａを所定周期Ｔ_Sで繰返し印加する場合における矩形波バースト信号ａの出力タイミングと出力周期Ｔ_Sを指定する。

図２は矩形波バースト信号ａを発生する信号発生部１５の詳細回路図である。高電圧発生回路２６は、測定条件設定部２４から指定された電圧Ｖ_Hに等しい、例えば、６００Ｖ（ボルト）の直流高電圧Ｅ_Hを出力する。この高電圧発生回路２６の高電圧出力端子と接地間には２つのスイッチング素子２７ａ、２７ｂの直列回路が介挿されている。

高電圧発生回路２６の高電圧出力端子とスイッチング素子２７ａ、２７ｂの中間点３３との間に電源供給抵抗２８（Ｒｓ）が接続され、スイッチング素子２７ａ、２７ｂの中間点３３と信号発生部１５の（＋）側出力端子３１ａとの間にカップリングコンデンサ２９（Ｃｃ）が介挿され、信号発生部１５の（＋）側出力端子３１ａと接地間にダンピング抵抗３０（Ｒｄ）が接続されている。

信号発生部１５の（＋）側出力端子３１ａと接地側出力端子３１ｂとの間に、図５に示す矩形波バースト信号ａが出力される。各スイッチング素子２７ａ、２７ｂはゲート信号発生回路３２から出力されるゲート信号ｇ₁、ｇ₂にて通電制御される。

図３は、ゲート信号発生回路３２の詳細構成を示すブロック図である。正弦波発振回路３４は、時刻ｘ₁にて測定条件設定部２４から開始信号Ｓが入力すると、図４のタイムチャートに示すように、測定条件設定部２４から指定された周波数ｆ（周期Ｔ）を有する正弦波信号ｈを発振して出力開始する。

正弦波発振回路３４から出力された正弦波信号ｈは、次の２値化回路３５で（＋）部分をＨ（ハイ）レベルとし、（―）部分をＬ（ロー）レベルとする２値化信号ｊに変換される。２値化回路３５から出力された２値化信号ｊは一方のゲート回路３６、及びパルス数カウンタ３９へ入力される。さらに、２値化回路３５から出力された２値化信号ｊは反転回路３７で、ＨレベルとＬレベルとにレベル変換されて、反転２値化信号ｋとして他方のゲート回路３８へ入力される。

パルス数カウンタ３９には、測定条件設定部２４から波数Ｎ（実施形態においては、Ｎ＝２）が設定されている。そして、パルス数カウンタ３９は、時刻ｘ₁にて測定条件設定部２４から開始信号Ｓが入力すると、図４のタイムチャートに示すように、２値化回路３５から出力された２値化信号ｊのパルス数の計数を開始し、時刻ｘ₂にて、計数値が、測定条件設定部２４から設定された波数Ｎに達すると、計数を終了し、計数値を「０」にクリアする。そして、パルス数カウンタ３９は、時刻ｘ₁から時刻ｘ₂までの計数期間中においてＨレベルとなるゲート信号ｍを各ゲート回路３６、３８へ送出する。

一方のゲート回路３６はパルス数カウンタ３９からのゲート信号ｍがＨレベル期間において、２値化回路３５から出力された２値化信号ｊを通過して、ゲート信号ｇ₁として、図２のスイッチング素子２７ａのゲート端子へ印加する。同様に、他方のゲート回路３８はパルス数カウンタ３９からのゲート信号ｍがＨレベル期間において、反転回路３７から出力された反転２値化信号ｋを通過して、ゲート信号ｇ₂として、図２のスイッチング素子２７ｂのゲート端子へ印加する。

その結果、スイッチング素子２７ａ、２７ｂの中間点３３の電圧信号ｎは、図４のタイムチャートに示すように、ゲート信号ｇ₁がＨレベル期間においては、スイッチング素子２７ａが導通し、スイッチング素子２７ｂが遮断されているので、直流高電圧Ｅ_Hに等しい電圧Ｖ_Hとなる。また、ゲート信号ｇ₂がＨレベル期間においては、スイッチング素子２７ｂが導通し、スイッチング素子２７ａが遮断されているので、接地（アース）電位（０Ｖ（ボルト）となる。

この中間点３３の電圧信号ｎは、電源供給抵抗２８（Ｒ_ｓ）、カップリングコンデンサ２９（Ｃｃ）、ダンピング抵抗３０（Ｒ_ｄ）にて、スイッチング素子２７ａの通電期間における極性が反転されて、図４のタイムチャートに示す、連続する２個（Ｎ＝２）の負の矩形波４０からなる矩形波バースト信号ａが、出力端子３１ａ、３１ｂ間から出力される。

したがって、信号発生部１５から出力される図５に示す矩形波バースト信号ａにおける負の矩形波４０の電圧Ｖ_Hは、高電圧発生回路２６から出力される６００Ｖ（ボルト）の直流高電圧Ｅ_Hとなる。

このように、探傷実施者は、操作部２５から測定条件設定部２４に、矩形波バースト信号ａにおける、負の矩形波４０の電圧Ｖ_H、負の矩形波４０の波数Ｎ、負の矩形波４０の周期Ｔ（矩形波４０のパルス幅Ｔ／２）、矩形波バースト信号ａの送信周期Ｔ_S等の測定条件を任意に設定可能である。

信号発生部１５から出力された矩形波バースト信号ａは、送信部１６にて、信号ケーブル１７を介して送信超音波探触子１２へ送信される。送信超音波探触子１２と受信超音波探触子１３とは被検体に対して例えば１０ｍｍ等の空気の層を介して対向配設されている。

送信超音波探触子１２と受信超音波探触子１３とを、傾斜方向によらずに被検体を挟むように配設した場合、送信超音波探触子１２の振動子４２は、矩形波バースト信号ａが印加されると超音波パルスｃを接触媒質である空気を介して被検体へ入射する。超音波パルスｃは被検体内を伝搬して反対面から出射する。被検体から出射された超音波パルスは受信超音波探触子１３の振動子４２にて透過光信号に変換されて信号ケーブル１８を介してパルス送受信器１０の受信部１９へ入力する。

また、送信超音波探触子１２と受信超音波探触子１３とを傾斜させて被検体の同一面に対向配設した場合、送信超音波探触子１２の振動子４２は、矩形波バースト信号ａが印加されると超音波パルスｃを接触媒質である空気を介して被検体へ入射する。超音波パルスｃは被検体内を伝搬する。被検体を伝搬して被検体内で反射して入射面と同じ面から出射された超音波パルス（超音波エコー）は受信超音波探触子１３の振動子４２にて受信信号（エコー信号）に変換されて信号ケーブル１８を介してパルス送受信器１０の受信部１９へ入力する。

そして、送信超音波探触子１２と受信超音波探触子１３とは同一構成であり、図６に示すように、下端開口４４を有する金属製の筒状のケース４３の下端開口４４近傍に振動子４２が配設されている。この振動子４２の下方、すなわち、超音波パルスの入出力側に前面板４５が貼付けられている。

そして、この実施形態の送信超音波探触子１２及び受信超音波探触子１３においては、振動子４２及び前面板４５の音響インピーダンスを、被検体に当接して使用する接触型超音波探触子に比較して低く設定されている。具体的には、前面板４５の材料を従来のセラミックス系から樹脂系に変更することによって、音響インピーダンスＺを低下して、空気の音響インピーダンスに近づけている。また、前面板４５の材料として、比重が例えば０．７〜０．８程度の多孔性構造を有した樹脂材料を採用することができる。

その結果、各超音波探触子と空気と接続部分における超音波の透過率が向上して、超音波パルスのレベル低下が防止される。さらに、受信超音波探触子１３においては、超音波パルスが効率的に振動子４２に入射されるので、受信超音波探触子１３から出力される受信信号の信号レベルの低下を抑制できる。

また、この実施形態の送信超音波探触子１２及び受信超音波探触子１３においては、振動子４２の上側に接触型超音波探触子で設けられていたアクリル製のダンパ部材を除去している。

次に、このように構成された空中超音波探傷システムを用いて、種々の資料（被検体に代わる試験部材）に対する探傷試験結果を図面を用いて説明する。
図８（ａ）〜（ｄ）は、送信超音波探触子１２及び受信超音波探触子１３を、欠陥が存在しない厚さ５０ｍｍのＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）の資料（被検体）に垂直にこの資料（被検体）を挟むように配設した場合において、図５の矩形波バースト信号ａにおける波数ＮをＮ＝１〜Ｎ＝８まで変化させた場合におけるＮ＝１、Ｎ＝２、Ｎ＝６、Ｎ＝８における受信部１９で受信して増幅部２０で増幅して、表示部２３に表示された受信信号ｂ₁の波形図である。

なお、パルス幅Ｔで特定される周波数ｆは３３０ｋHz固定である。また、矩形波バースト信号ａにおける矩形波４０の電圧Ｖ_Hは２００Ｖ（ボルト）で、振動子４２の公称周波数ｆ₀は４００ｋＨｚである。

また、図１０は、上述した実験で得られた、矩形波バースト信号ａにおける波数Ｎと図８の受信信号ｂ₁の信号レベル（振幅値）との関係を示す特性図である。この特性図でも明らかなように、矩形波バースト信号ａにおける波数Ｎを増加することにより、受信信号ｂ₁の信号レベルが大きくなることが実証された。なお、過度に波数Ｎを増加すると、探傷の分解能が低下する。すなわち、微細な欠陥を検出するのか、大まかな欠陥を検出するのか、等の欠陥探傷の目的に応じてその被検体の材質に応じて波数Ｎを設定する。

図９（ａ）〜（ｄ）は、図８に示した実験条件と同一条件で実験し、図５の矩形波バースト信号ａにおけるパルス幅Ｔで特定される周波数ｆを３００ｋＨｚ、３３０ｋＨｚ、３５０ｋＨｚ、４００ｋＨｚと変化させた場合における受信部１９で受信して増幅部２０で増幅して、表示部２３に表示された受信信号ｂ₁の波形図である。なお、端数ＮはＮ＝６に固定である。

図９（ａ）〜（ｄ）の実験結果に示されるように、矩形波バースト信号ａの周波数ｆを振動子４２の公称周波数ｆ₀（＝４００ｋＨｚ）に一致させたとしても、受信信号ｂ₁の信号レベルが必ずしも上昇するのではない。このことは、超音波パルスｃが伝搬する被検体の材質（共振周波数）に影響を受けるからである。

したがって、被検体の材質に応じて、矩形波バースト信号ａにおける周波数ｆを最適周波数に選択設定することによって、受信信号ｂ₁の信号レベルを上昇できる。

このように、測定条件設定部２４で、矩形波バースト信号ａの電圧Ｖ_Hを６００Ｖ程度の高圧に設定し、端数Ｎ及び周波数ｆを被検体に応じて適宜設定することにより、超音波パルスが空気中を伝搬することに起因するレベル低下を補い、結果として高い超音波探傷精度を得ることができた。

次に、本発明の一実施形態に係わる空中超音波探傷システムを超音波Ｖ透過法による測定に適用する例について説明する。
図１１は、超音波Ｖ透過法による測定の一例を示す図である。
図１１に示すように、超音波Ｖ透過法による測定を行う場合、送信超音波探触子１２と受信超音波探触子１３とを傾斜させて被検体の同一面に空気を介して対向配設する。ここでは、被検体は、構造物の外壁であり、表面からみて塗装・タイル６１、モルタル（mortar）６２、コンクリート６３が積層されてなる。また、ここでは、モルタル６２とコンクリート６３と境界面の一部に剥離部６４が生じているとし、この剥離部６４を超音波Ｖ透過法により測定することができる。

また、送信超音波探触子１２からの被検体に印加される超音波パルスと受信超音波探触子１３が受ける超音波パルスとの干渉を防ぐために、送信超音波探触子１２と受信超音波探触子１３との間にはしきり板４１が配設される。

図１２は、超音波Ｖ透過法による超音波入射角度と屈折角度の一例を示す図である。
図１２に示すように、超音波が媒質Ａと媒質Ｂの境界面に入射角α（超音波の進行方向と境界面の垂線との間の角度）により入射波Ｗ１１として入射され、この境界面で反射した超音波が反射角β（＝入射角α）により反射波Ｗ２１として反射する場合、入射角αは、スネルの法則に基づき、以下の式（１）により決定される。

α＝ｓｉｎ^−１｛（Ｃ_１／Ｃ_２）ｓｉｎ（θ）｝ …式（１）
Ｃ_１：媒質Ａでの超音波の音速
Ｃ_２：入射波媒質Ａと媒質Ｂの境界面から媒質Ｂ内へ伝搬した屈折波Ｗ２２の音速
θ：屈折波の屈折角（屈折波の進行方向と境界面の垂線との間の角度）
媒質Ａがモルタル６２で媒質Ｂがコンクリート６３であり、モルタル６２内に横波を４５度の角度で伝搬させ、図１１に示すように、空気に対する外壁が塗装・タイル６１、モルタル６２、コンクリート６３の順で積層されている場合で、外壁に対する送信超音波探触子１２からの超音波の角度を求めることについて記載する。

この角度を求めるためには、上記のモルタル６２内の超音波の任意の角度を、上層の塗装・タイル６１とモルタル６２との境界面（境界面Ａ）で屈折してモルタル６２内に伝搬する超音波の屈折角に置き換え、この屈折角と上記の式（１）に基づいて、塗装・タイル６１から境界面Ａへ伝搬する超音波の入射角（塗装・タイル６１内の超音波の角度）を求める。

さらに、この入射角を、上層の空気と塗装・タイル６１との境界面（境界面Ｂ）で屈折して塗装・タイル６１内に伝搬する超音波の屈折角に置き換え、この屈折角と上記の式（１）に基づいて、空気から境界面Ｂへ伝搬する超音波の入射角（送信超音波探触子１２から空気を介した塗装・タイル６１への超音波の入射角）を求める。

例えば、外壁のモルタル（媒質Ａに対応）とコンクリート（媒質Ｂに対応）との境界面での剥離を検査する条件の一例としては以下の条件が挙げられる。この条件は、超音波の周波数を２００ｋＨｚとし、媒質Ｂ内に横波を約４５度の角度で伝搬させる場合の条件である。

（１）媒質Ａと媒質Ｂの境界面への入射角：６．５度（５．５〜７．５度の間でもよい）
（２）送信超音波探触子１２と受信超音波探触子１３との間の距離ｄ：５０ｍｍ
（３）各種探触子と外壁表面との間の距離ｈ：２０ｍｍ
これらの条件を成立させるための検査治具について以下で説明する。
図１３は、本発明の一実施形態に係わる空中超音波探傷システムに適用される、超音波Ｖ透過法による検査治具の一例を示す図である。
検査治具は、下端部にキャスター７３が取り付けられた２本のボルト７１のそれぞれの上端部付近が、このボルト７１の外径に内径をあわせた円筒部材７２に挿入され、これらの円筒部材７２を所定の距離を空け、円筒部材７２が被検体の表面に対して垂直に位置し、かつ、円筒部材７２同士が所定の距離を空けて平行に位置するように、バー７４により接続される。ボルト７１には図示しないナットが取り付け可能であり、このナットの取り付け位置を調整することで、ボルト７１に対する円筒部材７２の高さを調整可能である。

また、円筒部材７２には、これらの円筒部材７２の長手方向に垂直になるように、かつ、円筒部材７２同士の間からみてそれぞれの円筒部材７２の外側に突出するようにガイドレール７５が取り付けられる。このガイドレール７５には検査治具を持ち運ぶための持ち手７７が取り付けられる。

このガイドレール７５における、円筒部材７２同士の間からみて１つ目の円筒部材７２の外側に突出する部分には、送信超音波探触子１２を取り付けるためのアーム７６ａがガイドレール７５に沿って摺動可能に取り付けられる。このアーム７６ａには、送信超音波探触子１２が、この送信超音波探触子１２から被検体への超音波の入射角を調整可能に取り付けられる。

また、このガイドレール７５における、円筒部材７２同士の間からみて２つ目の円筒部材７２の外側に突出する部分には、受信超音波探触子１３を取り付けるためのアーム７６ｂがガイドレール７５に沿って摺動可能に取り付けられる。このアーム７６ｂには、受信超音波探触子１３が、被検体と受信超音波探触子１３との間の角度を調整可能に取り付けられる。

ガイドレール７５に沿って送信超音波探触子１２側のアーム７６ａと受信超音波探触子１３側のアーム７６ｂを摺動させることで、送信超音波探触子１２と受信超音波探触子１３との間の距離を調整可能である。

図１４は、本発明の一実施形態に係わる空中超音波探傷システムによる、超音波Ｖ透過法による被検体の健全部と剥離部の波形比較の一例を示す図である。
この波形比較において、物質間の音響インピーダンス差が大きい程、その２種の物質の境界面において反射する超音波は大きくなる。例えば、空気、塗装・タイル６１、モルタル６２、コンクリート６３の音響インピーダンスは、空気が最も低く、塗装・タイル６１、モルタル６２、コンクリート６３の順で高い。

まず、図１４（ａ）に示すように、送信超音波探触子１２から空気、塗装・タイル６１を介して、モルタル６２とコンクリート６３との境界面であってこの境界に面するモルタル６２に剥離が生じていない健全部６５に超音波を伝搬させた場合、この健全部６５での反射波は上記の剥離がある場合の反射波と比較して小さい。
よって、上記の境界面からモルタル６２、塗装・タイル６１、空気を介して受信超音波探触子１３に受信された超音波に基づいて表示部２３に表示される波形Ｓは、図１４（ｃ）に示すように、振幅が比較的小さい波形となる。

これに対し、図１４（ｂ）に示すように、送信超音波探触子１２から空気、塗装・タイル６１を介して、モルタル６２の剥離部６４、つまりモルタル６２とコンクリート６３との境界に面するモルタル６２に剥離が生じている部分に超音波を伝搬させた場合、この超音波は、剥離部６４（モルタル６２とコンクリート６３の境界面付近）で大きく反射するので、この剥離部６４での反射波は上記の剥離がない場合の反射波と比較して大きい。
よって、上記の境界面からモルタル６２、塗装・タイル６１、空気を介して受信超音波探触子１３に受信された超音波に基づいて表示部２３に表示される波形は、図１４（ｄ）に示すように、振幅が比較的大きい波形となる。
これにより、モルタル６２とコンクリート６３との境界に面するモルタル６２に剥離がある場合、これを正しく観測することができる。

図１５は、本発明の一実施形態に係わる空中超音波探傷システムによる、超音波Ｖ透過法による被検体の健全部と塗膜浮き部の波形比較の一例を示す図である。
まず、図１５（ａ）に示すように、塗装・タイル６１おけるモルタル６２との境界付近に塗膜浮き部が生じていない状態で、送信超音波探触子１２から空気、塗装・タイル６１を介して、上記のモルタル６２とコンクリート６３との境界面である健全部６５に向けて超音波を伝搬させた場合、この健全部６５での反射波は、上記の塗膜浮き部がある場合のモルタル６２とコンクリート６３との境界面での反射波と比較して大きい。
よって、モルタル６２とコンクリート６３との境界面で反射してモルタル６２、塗装・タイル６１、空気を介して受信超音波探触子１３に受信された超音波に基づいて表示部２３に表示される波形は、図１５（ｃ）に示すように、振幅が比較的大きい波形となる。

これに対し、図１５（ｂ）に示すように、送信超音波探触子１２から空気、塗装・タイル６１を介して、この塗装・タイル６１とモルタル６２との境界面付近で塗膜浮きが生じている塗膜浮き部８０に向けて超音波を伝搬させた場合、この超音波は、この塗膜浮き部８０（塗装・タイル６１とモルタル６２との境界面付近）で大きく反射するので、この下層に位置するモルタル６２とコンクリート６３との境界面での反射波は上記の健全部６５での反射波と比較して著しく小さい。
よって、上記の塗膜浮き部８０がある状態で、モルタル６２とコンクリート６３との境界面で反射してモルタル６２、塗装・タイル６１、空気を介して受信超音波探触子１３に受信された超音波に基づいて表示部２３に表示される波形は、図１５（ｄ）に示すように、振幅が著しく小さい波形となる。
これにより、塗装・タイル６１とモルタル６２との境界付近に塗膜浮き部がある場合、これを正しく観測することができる。

図１６は、本発明の一実施形態に係わる空中超音波探傷システムによる、超音波Ｖ透過法による被検体の健全部とひび割れ部の波形比較の一例を示す図である。
まず、図１６（ａ）に示すように、送信超音波探触子１２から空気、塗装・タイル６１上記の健全部６５に超音波を伝搬させた場合、この伝搬した超音波は主にモルタル６２とコンクリート６３の境界面から反射し、この反射波は上記のようにモルタル６２にひび割れがある場合と比較して大きい。
よって、モルタル６２とコンクリート６３の境界面からモルタル６２塗装・タイル６１、空気を介して受信超音波探触子１３に受信された超音波に基づいて表示部２３に表示される波形は、図１６（ｃ）に示すように、振幅が比較的大きい波形となる。

これに対し、図１５（ｂ）に示すように、送信超音波探触子１２から空気を介して、塗装・タイル６１の下層における、ひび割れ８１が生じているモルタル６２に超音波を伝搬させた場合、この伝搬した超音波は、このひび割れ８１で反射してしまうので、モルタル６２とコンクリート６３の境界面からの反射波は上記のひび割れがない場合と比較して著しく小さい。
よって、モルタル６２とコンクリート６３の境界面から塗装・タイル６１、空気を介して受信超音波探触子１３に受信された超音波に基づいて表示部２３に表示される波形は、図１６（ｄ）に示すように、振幅が著しく小さい波形となる。
これにより、モルタル６２にひび割れがある場合、これを正しく観測することができる。

以上のように、本発明では、外壁を被検体とする場合における、この被検体の各種の異常を正しく観測することができるので、構造物の外壁を被検体としたときの高い超音波探傷精度を実現できる。

なお、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

また、各実施形態に記載した手法は、計算機（コンピュータ）に実行させることができるプログラム（ソフトウエア手段）として、例えば磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＭＯ等）、半導体メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等）等の記録媒体に格納し、また通信媒体により伝送して頒布することもできる。なお、媒体側に格納されるプログラムには、計算機に実行させるソフトウエア手段（実行プログラムのみならずテーブルやデータ構造も含む）を計算機内に構成させる設定プログラムをも含む。本装置を実現する計算機は、記録媒体に記録されたプログラムを読み込み、また場合により設定プログラムによりソフトウエア手段を構築し、このソフトウエア手段によって動作が制御されることにより上述した処理を実行する。なお、本明細書でいう記録媒体は、頒布用に限らず、計算機内部あるいはネットワークを介して接続される機器に設けられた磁気ディスクや半導体メモリ等の記憶媒体を含むものである。

１０…パルス送受信器、１２…送信超音波探触子、１３…受信超音波探触子、１４…探傷制御解析器、１５…信号発生部、１６…送信部、１９…受信部、２０…増幅部、２１…欠陥判定部、２２…周波数変換部、２３…表示部、２４…測定条件設定部、２５…操作部、２６…高電圧発生回路、２７ａ，２７ｂ…スイッチング素子、２８…電源供給抵抗、２９…カップリングコンデンサ、３０…ダンピング抵抗、３２…ゲート信号発生回路、４２…振動子、４３…ケース、４５…前面板、６１…塗装・タイル、６２…モルタル、６３…コンクリート、６４…剥離部、６５…健全部、７１…ボルト、７２…円筒部材、７３…キャスター、７４…バー、７５…ガイドレール、７６ａ，７６ｂ…アーム、７７…持ち手、８０…塗膜浮き部、８１…ひび割れ。

Claims (2)

1. 連続する所定個数の負の矩形波からなる矩形波バースト信号を作成して出力する信号発生部と、
   前記矩形波バースト信号における矩形波の数、矩形波の電圧、及び矩形波のパルス幅を、構造物の外壁である被検体の材質、前記被検体の寸法形状に応じて設定する測定条件設定部と、
   前記被検体に空気を介して対向配設され、前記信号発生部から出力された矩形波バースト信号を振動子で超音波に変換して超音波Ｖ透過法に基づいた入射角により前記被検体に傾斜方向に印加する送信超音波探触子と、
   前記被検体に空気を介して対向配設され、前記被検体に印加され当該被検体を伝搬して当該被検体で反射した超音波を傾斜方向で受けて振動子で電気信号に変換して出力する受信超音波探触子と、
   この受信超音波探触子から出力された信号を受信する受信部と、
   この受信部で受信された電気信号の信号レベルに基づき前記被検体の欠陥の有無を判定する欠陥判定部と、
   前記受信部で受信された電気信号を周波数変換する周波数変換部と、
   前記信号発生部から出力された矩形波バースト信号、前記受信された電気信号、及び前記周波数変換部で周波数変換された電気信号を表示する表示部と
   を備え、
   前記送信超音波探触子及び前記受信超音波探触子は、前記振動子の超音波の送受信側に
   取付られた前面板の材料として、多孔性構造を有した樹脂材料を採用し、
   前記測定条件設定部は、前記矩形波のパルス幅の変更に合わせて、前記周波数変換部における変換周波数範囲を設定する、
   ことを特徴とする空中超音波探傷装置。
2. 請求項１に記載の空中超音波探傷装置を有する空中超音波探傷システムであって、
   前記送信超音波探触子と前記受信超音波探触子とを、
   （ａ）前記超音波Ｖ透過法に基づく、前記入射角
   （ｂ）前記超音波Ｖ透過法に基づく、前記送信超音波探触子と前記受信超音波探触子との間の距離
   （ｃ）前記超音波Ｖ透過法に基づく、前記送信超音波探触子と前記被検体との間の距離、および前記受信超音波探触子と前記被検体との間の距離
   のうち少なくとも１つを調整可能に支持する検査治具を備えた
   ことを特徴とする空中超音波探傷システム。