JP2018179751A - 超音波検査方法及び超音波検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体の欠陥の存在位置に探触子を配置しなくても、欠陥の位置と程度を検出できる超音波検査方法を提供する。【解決手段】下端部分がコンクリート６に埋設された鋼板４に、超音波の送信探触子１と受信探触子２を、鋼板４の表面に関して互いに同じ側に配置すると共に、互いに同じ方向である下方に傾斜させて配置する。送信探触子１と受信探触子２は、鋼板４に対して空気を介在させて配置し、鋼板４との間で空気を介して超音波の送信及び受信を行う。送信探触子１で４００ｋＨｚの超音波を送信して鋼板４に板波を伝播させ、鋼板４の腐食部５で反射した超音波の反射波を受信探触子２で受信する。板波の反射波で腐食部５の存在が検出された位置で、送信探触子１で７５０ｋＨｚの超音波を送信して鋼板４に表面波を伝播させ、腐食部５で反射した超音波の反射波を受信探触子２で受信し、表面波の反射波に基づいて腐食部５の位置と深さを検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば鋼板の埋設部に発生する腐食の検出に好適な超音波検査方法及び超音波検査装置に関する。

従来、鋼製橋脚や波型鋼板ウェブ桁や照明柱等のように、鋼材がコンクリートや地盤に接する構造では、鋼材のコンクリートや地盤に埋設された部分である地際部に、雨水が滞留して腐食が生じやすい。このような鋼材の地際部分の健全性を評価するため、非破壊検査が行われている。地際部に行われる非破壊検査として、渦電流探傷検査と超音波検査がある。

渦電流探傷検査は、コイルに交流電流を印加したときに生じる変動磁界によって被検体に渦電流を発生させ、渦電流の変化に基づいて傷を検出するものである（例えば、特許文献１参照）。渦電流探傷検査は、検査対象の鋼材に探触子を接触することなく、非接触で連続的に検査を行うことができる。

一方、超音波検査は、被検体に超音波を送信し、その透過波や反射波の有無や強度に基づいて、損傷の有無や位置を検出するものである。超音波の反射波に基づいて、金属柱の地際部の損傷を検出する方法として、金属柱の地上部に探触子を固定し、この探触子から送信した超音波の反射波の強度を、予め準備した試験片における反射波の強度と比較して、地際部の腐食の有無と程度を評価する欠陥評価方法がある（例えば、特許文献２参照）。この欠陥評価方法では、接触媒質を介して探触子を金属柱に固定しており、この探触子から送信されて金属柱を伝播する超音波は、ＳＨ波である。

特開２０００−３１０６１８号公報 特開２０１３−１６０６８３号公報

しかしながら、上記渦電流探傷検査は、探触子を腐食部が存在する位置に通過させる必要があるため、地際部に存在する腐食を検出するためには、鋼材を埋設する地盤やコンクリートを除去する必要がある。したがって、検査に手間がかかる問題がある。また、鋼材と一体化したコンクリートを除去することにより、構造の強度が低下する問題がある。また、検査結果に異常が無い場合であっても、除去したコンクリートを回復するための補修が必要となる問題がある。すなわち、鋼材は非破壊であっても、鋼材に接する部材を破壊する必要があるという問題がある。また、渦電流探傷により腐食の存在を検知できても、腐食の深さを検知することができない。

また、上記超音波を用いた欠陥評価方法は、金属柱に接触触媒を介して探触子を固定するので、超音波の送信方向が固定される。したがって、広範囲の探傷を行うためには、対象範囲において、探触子の固定と、超音波の送信及び受信とを繰り返す必要があり、手間がかかる問題がある。また、上記超音波を用いた欠陥評価方法は、ＳＨ波を金属柱に伝播させるので、超音波の伝播速度が比較的遅く、欠陥の検出に時間がかかる問題がある。

そこで、本発明の課題は、被検体の欠陥の存在位置に探触子を配置しなくても、欠陥の位置と程度を検出できる超音波検査方法を提供することにある。また、被検体への探触子の固定が不要であり、少ない手間で被検体の広範囲の欠陥を迅速に検出できる超音波検査方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の超音波検査方法は、超音波の送信探触子と受信探触子を、被検体の表面の同じ側に、互いに同じ方向に傾斜させて配置する工程と、
上記送信探触子から上記被検体に空気を介して第１の周波数の超音波を入射させ、上記被検体に板波を発生させる工程と、
上記被検体からの超音波を、上記受信探触子により空気を介して受信する工程と、
上記受信探触子が受信した超音波に基づいて、上記被検体の欠陥の有無を判断する工程と、
上記被検体に欠陥が有ると判断されたとき、上記送信探触子から上記被検体に空気を介して第２の周波数の超音波を入射させ、上記被検体に表面波を発生させる工程と、
上記被検体からの超音波を、上記受信探触子により空気を介して受信する工程と、
上記受信探触子が受信した超音波に基づいて、上記被検体の欠陥の位置及び／又は深さを検出する工程と
を備えることを特徴としている。

上記構成によれば、超音波の送信探触子と受信探触子を、被検体の表面の同じ側に、互いに同じ方向に傾斜させて配置するので、送信探触子から送信された超音波が被検体を伝播する方向に存在する欠陥を、この欠陥で反射された反射波に基づいて検出できる。したがって、被検体の欠陥の存在位置に探触子を配置しなくても、被検体の欠陥を検出することができる。また、本発明によれば、送信探触子と受信探触子を、被検体との間に空気を介在させて配置するので、接触触媒で探触子を被検体に固定する従来の欠陥評価方法よりも、送信探触子及び受信探触子の配置の手間を大幅に削減できる。また、被検体の表面に板波を伝播させ、被検体からの超音波に基づいて欠陥の有無を判断する。欠陥が有ると判断されたとき、送信探触子から超音波を送信して被検体に表面波を伝播させ、被検体からの超音波に基づいて欠陥の位置及び／又は深さを検出する。これにより、全ての位置で表面波を発生させて欠陥を検出するよりも、迅速かつ効率的に、欠陥の位置及び／深さを検出することができる。ここで、第１の周波数は、被検体に板波を発生させる周波数であり、被検体の板厚と超音波の入射角度に基づいて定められる。また、第２の周波数は、被検体に表面波を発生させる周波数であり、超音波の入射角度に基づいて定められる。

一実施形態の超音波検査方法は、上記被検体が他の材料と接触する接触部を有し、この接触部に生じた欠陥を検出する。

上記実施形態によれば、被検体の表面の同じ側に、互いに同じ方向に傾斜させて配置された送信探触子と受信探触子により、超音波の伝播方向に存在する欠陥を検出できる。したがって、被検体の接触部以外の部分に配置した送信探触子及び受信探触子により、接触部の欠陥を検出することができる。すなわち、他の材料の存在により、この材料に接触されて直接観察できない位置にある被検体の欠陥を、接触部以外の部分に配置した送信探触子及び受信探触子により、非破壊で検出することができる。

一実施形態の超音波検査方法は、上記第１の周波数が３００〜５００ｋＨｚであり、上記第２の周波数が６００〜１０００ｋＨｚである。

上記実施形態によれば、３００〜５００ｋＨｚの周波数の超音波により被検体に板波を形成することができ、６００〜１０００ｋＨｚの周波数の超音波により被検体に表面波を形成することができる。特に、板波を形成する第１の周波数は４００ｋＨｚが好ましく、表面波を形成する第２の周波数は７５０ｋＨｚが好ましい。

一実施形態の超音波検査方法は、予め上記被検体と実質的に同じ材料に模擬欠陥を形成した試験体に板波を発生させたときの受信探触子の受信結果を収集しておき、この試験体の受信結果と、上記被検体に板波を発生させたときの受信探触子の受信結果とを比較することにより、上記被検体の欠陥の有無を推定する。

上記実施形態によれば、予め、検査対象の被検体と実質的に同じ材料に模擬欠陥を形成した試験体を準備し、この試験体に板波を発生させたときの受信探触子の受信結果を収集しておく。この試験体の受信結果は、例えば試験体に設定した座標に関する超音波の振幅や波高値や音圧の分布を採用することができる。この試験体の受信結果と、被検体に板波を発生させたときの受信探触子の受信結果とを比較し、試験体の模擬欠陥の有無に基づいて、被検体の欠陥の有無を推定することができる。

一実施形態の超音波検査方法は、予め上記被検体と実質的に同じ材料に模擬欠陥を形成した試験体に表面波を発生させたときの受信探触子の受信結果を収集しておき、この試験体の受信結果と、上記被検体に表面波を発生させたときの受信探触子の受信結果とを比較することにより、上記被検体の欠陥の位置及び／又は深さを推定する。

上記実施形態によれば、予め、検査対象の被検体と実質的に同じ材料に模擬欠陥を形成した試験体を準備し、この試験体に表面波を発生させたときの受信探触子の受信結果を収集しておく。この試験体の受信結果は、例えば試験体に設定した座標に関する超音波の振幅や波高値や音圧の分布を採用することができる。この試験体の受信結果と、被検体に表面波を発生させたときの受信探触子の受信結果とを比較し、試験体の模擬欠陥の位置及び／又は深さに基づいて、被検体の欠陥の位置及び／又は深さを推定することができる。

一実施形態の超音波検査方法は、上記送信探触子及び受信探触子を、上記被検体の主要面に沿って、この主要面の法線方向から観て上記送信探触子の超音波の送信方向と直角の方向に移動させ、移動途中の複数個所で順次超音波の送信と受信を行う。

上記実施形態によれば、送信探触子及び受信探触子を、上記被検体の主要面に沿って、この主要面の法線方向から観て上記送信探触子の超音波の送信方向と直角の方向に移動させ、移動途中の複数個所で順次超音波の送信と受信を行うことにより、上記被検体の主要面を走査することができる。したがって、被検体の検査を効率的に行うことができる。特に、上記被検体に板波を伝播させて走査することにより、迅速かつ効率的に欠陥の有無を検出できる。ここで、上記主要面の法線方向から観て送信探触子の超音波の送信方向は鉛直方向であり、上記送信探触子及び受信探触子を移動する方向は水平方向であるのが好ましい。また、上記被検体の主要面は、被検体が平坦な板である場合、この板の表面であり、被検体が波板である場合、この波板の峰を含んで形成される面である。

本発明の超音波検査装置は、上記超音波検査方法を実行するための超音波検査装置であって、
送信探触子を、被検体に対する傾斜角度を調節可能かつ交換可能に保持する送信探触子保持体と、
受信探触子を、被検体に対する傾斜角度を調節可能かつ交換可能に保持する受信探触子保持体と、
上記被検体に板波と表面波を選択的に発生させるように上記送信探触子を駆動する送信探触子駆動部と、
上記送信探触子保持体及び受信探触子保持体が取り付けられたケーシングと、
上記ケーシングを、上記被検体の主要面に沿って、この主要面の法線方向から観て上記送信探触子の超音波の送信方向と直角の方向に移動させる移動部と
を備えることを特徴としている。

上記実施形態によれば、送信探触子が、送信探触子保持体により、被検体に対する傾斜角度が調節可能かつ交換可能に保持される。また、受信探触子が、受信探触子保持体により、被検体に対する傾斜角度が調節可能かつ交換可能に保持される。上記送信探触子保持体で保持された送信探触子の角度を所定の角度に設定すると共に、送信探触子駆動部により、被検体に板波と表面波を選択的に発生させるように送信探触子を駆動することにより、被検体の厚み等の条件に応じて、被検体に板波と表面を選択的に発生させることができる。また、上記送信探触子保持体及び受信探触子保持体が取り付けられたケーシングを、移動部により、被検体の主要面に沿って、この主要面の法線方向から観て上記送信探触子の超音波の送信方向と直角の方向に移動させることにより、上記被検体の主要面を走査することができる。したがって、被検体の検査を効率的に行うことができる。特に、上記被検体に板波を発生させて走査することにより、迅速かつ効率的に欠陥の有無を検出できる。ここで、上記主要面の法線方向から観て送信探触子の超音波の送信方向は鉛直方向であり、上記送信探触子及び受信探触子を移動する方向は水平方向であるのが好ましい。また、上記被検体の主要面は、被検体が平坦な板である場合、この板の表面であり、被検体が波板である場合、この波板の峰を含んで形成される面である。

本発明の実施形態の超音波検査方法を説明する模式図である。 実施形態の超音波検査装置を示す側面図である。 実施形態の超音波検査装置を示す背面図である。 超音波検査装置が備える送信探触子保持体と受信探触子保持体を示す断面図である。 実施形態の超音波検査装置を示すブロック図である。 超音波検査装置で被検体を検査する様子を示す図である。 被検体に表面波を生成したときの超音波の波高値の分布を示す画像である。 試験体を示す断面図である。 試験体を示す正面図である。 試験体に表面波を生成したときの超音波の波高値の分布を示す画像である。

以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態の超音波検査方法を説明する模式図である。実施形態の超音波検査方法として、コンクリート６に下端部分が埋設された被検体としての鋼板４について、地際部を含む埋設部分に生じた腐食５の位置と深さを非破壊で検出する場合について説明する。

本実施形態の超音波検査方法では、鋼板４のコンクリート６の表面から所定の高さに、超音波の送信探触子１と受信探触子２を配置する。送信探触子１と受信探触子２を、鋼板４の表面に関して互いに同じ側に配置すると共に、互いに同じ方向である下方に傾斜させて配置する。送信探触子１と受信探触子２は、鋼板４に対して空気を介在させて配置し、送信探触子１及び受信探触子２と鋼板４との間で空気を介して超音波の送信及び受信を行う。送信探触子１及び受信探触子２は、鋼板４との間で空気を介して送信及び受信する超音波により探傷を行う所謂空中超音波探傷を行う。送信探触子１は、駆動信号を受け、所定の周波数の矩形波で形成されたバースト波の超音波を、符号Ａで示すように送信する。

受信探触子２は、鋼板４の端部で反射した超音波の反射波や、鋼板４の欠陥としての腐食部５で反射した超音波の反射波を、符号Ｂで示すように受信する。送信探触子１及び受信探触子２は、鋼板４に対して同じ方向を向いて配置されているので、鋼板４の送信探触子１及び受信探触子２の配置位置よりも鋼板４の延在方向に位置する腐食部５を、この腐食部５での反射波に基づいて検出することができる。また、鋼板４の腐食部５がコンクリート６内に存在しても、送信探触子１から鋼板４の延在方向に進行する超音波の反射波によって、問題無く腐食部５を検出できる。

本実施形態の超音波検査方法は、鋼板４に板波と表面波との２種類の超音波を伝播させて、腐食部５の位置及び深さを検出する。まず、送信探触子１から鋼板４に超音波を送信して板波を生成し、この板波の反射波を受信探触子２で受信し、受信探触子２の受信結果に基づいて、鋼板４の欠陥の有無を検出する。板波は、平板や棒状の材料を伝播するガイド波であり、複数のモードが重畳して伝播する超音波である。板波は、鋼板４の板厚に応じて、超音波の入射角度と、周波数を所定の値に調節することにより、鋼板４に生成することができる。鋼板４に板波を生成する周波数が、本発明の第１の周波数である。送信探触子１が送信する第１の周波数は、３００〜５００ｋＨｚが好ましく、４００ｋＨｚが特に好ましい。送信探触子１は、鋼板４の側面視において下方に傾斜した方向に超音波を送信し、これにより、鋼板４を鉛直下方に進行する板波を生成させる。鋼板４に板波を伝播させると、受信探触子２により、腐食部５で反射した反射波と、鋼板４の下端で反射した反射波とが受信される。上記腐食部５による反射波と、鋼板４の下端の反射波の伝達時間の差により、鋼板４の下端よりも送信探触子１側に存在する腐食部５等の欠陥を検出することができる。

板波によって欠陥の存在が検出されると、この欠陥が検出された位置で、鋼板４に表面波を進行させて欠陥の位置と深さを検出する。すなわち、板波用の送信探触子１を表面波用の送信探触子１に交換すると共に、板波用の受信探触子２を表面波用の受信探触子２に交換する。交換した表面波用の送信探触子１から鋼板４に超音波を送信して表面波を生成し、この表面波の反射波を受信探触子２で受信し、受信探触子２の受信結果に基づいて、鋼板４の欠陥の位置や深さを検出する。表面波は、被検体の表面部分を伝播する超音波であり、伝播する側の表面に存在する欠陥で反射した反射波に基づいて、欠陥の位置と深さを、板波よりも精度良く検出することができる。表面波は、超音波の入射角度と、周波数を所定の値に調節することにより、鋼板４に生成することができる。鋼板４に表面波を生成する周波数が、本発明の第２の周波数である。送信探触子１が送信する第２の周波数は、６００〜１０００ｋＨｚが好ましく、７５０ｋＨｚが特に好ましい。

本実施形態の超音波検査方法は、鋼板４を板波により一次検査を行い、この一次検査で欠陥が検出された位置で、表面波により二次検査を行って欠陥の詳細を検出する。一次検査は、鋼板４の超音波の入射位置から鉛直下方に超音波を伝播させて入射位置の下方の欠陥の有無を検出する工程を、送信探触子１及び受信探触子２の水平方向への移動と交互に繰り返すことにより、鋼板４を走査する。すなわち、超音波の板波を鉛直方向に送信及び受信する工程と、送信探触子１及び受信探触子２を超音波の送信方向と直角の水平方向へ移動する工程とを繰り返して、鋼板４の走査を行う。板波は、鋼板４の送信探触子１が存在する表側面に存在する欠陥と、裏側面に存在する欠陥のいずれによっても反射するので、鋼板４の表側面で走査すれば、両面の欠陥を検出することができる。一方、表面波は鋼板４の一方の面の欠陥しか検出できないが、一次検査により板波で欠陥が検出された位置に限定すれば、二次検査により表面波で表側面と裏側面との両方を検査しても、表面波で全ての表側面と裏側面を検査するよりも、少ない手間で欠陥の位置と深さを検出することができる。

また、板波による一次検査を行った後、一次検査で欠陥が検出された位置に限定して二次検査を行うので、伝播速度が比較的早い板波で鋼板４の全体を検査し、これにより限定された部分を、伝播速度が比較的遅い表面波で検査することになる。したがって、全てを表面波で検査するよりも短い時間で、全てを表面波で検査した場合と同等の精度の検査が可能である。

また、本実施形態の超音波検査方法は、送信探触子１と受信探触子２を、鋼板４との間に空気を介在させて配置するので、接触触媒で探触子を鋼板４に固定する必要が無い。したがって、送信探触子１から超音波を鉛直方向に伝播させて受信探触子２で反射波を受信する工程と、送信探触子１及び受信探触子２を水平方向に移動させる工程の繰り返しを少ない手間で行うことができる。その結果、送信探触子１及び受信探触子２による鋼板４の走査を容易に行うことができる。

図２は、実施形態の超音波検査装置を示す側面図であり、図３は、実施形態の超音波検査装置を示す正面図である。本実施形態の超音波検査装置は、上記超音波検査方法を実施するためのものである。この超音波検査装置１０は、超音波を送信する送信探触子１と、超音波を受信する受信探触子２と、送信探触子１及び受信探触子２を収容するケーシング１１と、ケーシング１１の下端に設けられた車輪１２と、ケーシング１１を移動させる力を付与するためのハンドル１３と、ケーシング１１の姿勢を表示する水準器１５を備える。また、被検体である鋼板４に磁力で固定される固定部２１と、この固定部２１によって支持されるレール２０と、このレール２０に嵌合した状態でレール２０に沿ってガイドされる被ガイド部１８と、この被ガイド部１８とケーシング１１の上部の間を連結するリンク１７を備える。リンク１７は、レール２０と直角を成す平面内にケーシング１１を揺動可能に、被ガイド部１８とケーシング１１との間を連結している。上記レール２０と被ガイド部１８と車輪１２により、本発明の移動部を構成している。

図４は、ケーシング１１内に収容される送信探触子１及び受信探触子２と、これらの送信探触子１及び受信探触子２を保持する保持体を示す断面図である。この保持体は、送信探触子保持体と受信探触子保持体とを兼ねている。この保持体は、送信探触子１及び受信探触子２を、超音波を送受信可能に収容する保持枠２５と、この保持枠２５内に設けられて送信探触子１と受信探触子２の間で超音波を遮蔽する遮蔽壁２６を有する。保持枠２５は、超音波検査装置１０のケーシング１１に設けられた開口と連なり、送信探触子１及び受信探触子２により送受信される超音波が通過する開口と、この開口に連なって送信探触子１及び受信探触子２を収容する収容室を有する。保持枠２５の側部には、送信探触子１と受信探触子２を夫々固定するためのネジ穴が設けられている。このネジ穴は、送信探触子１と受信探触子２の夫々に対応して側面に２個ずつ設けられており、２個のうちの一方のネジ穴は、挿通するネジの位置が調節可能な長孔に形成されている。この長孔に挿通するネジの位置を調節して送信探触子１と受信探触子２に夫々螺合し、締結することにより、送信探触子１と受信探触子２の傾斜角度が調節可能になっている。これにより、送信探触子１からの超音波の水平方向に対する出射角度θ_１と、受信探触子２への超音波の水平方向に対する入射角度θ_２が、夫々調節可能になっている。保持枠２５内の送信探触子１を収容する部分と、受信探触子２を収容する部分の間に、遮蔽壁２６が設けられており、送信探触子１から送信した超音波が受信探触子２へ直接伝達することを防止している。

図５は、実施形態の超音波検査装置を示すブロック図である。超音波検査装置１０は、送信探触子１を駆動するための矩形波のバースト信号を発生する信号発生部３１と、信号発生部３１を制御する処理装置３２と、送信探触子１が送信する超音波を設定する入力を操作者から受ける入力部３３を備える。上記信号発生部３１及び処理装置３２により、送信探触子１を駆動する送信探触子駆動部を構成している。この信号発生部３１及び処理装置３２を含んで構成される送信探触子駆動部は、板波を発生させる送信探触子１と、表面波を発生させる送信探触子１のいずれも駆動可能に形成されている。すなわち、送信探触子１を交換して設定が行われることにより、板波と表面波を選択的に送信可能に形成されている。また、送信探触子１の交換に対応して、受信探触子２も板波用と表面波用に交換することにより、板波と表面波を選択的に受信可能に形成されている。また、受信探触子２が受信した超音波を増幅するアンプ３４と、増幅された超音波の受信信号をデジタル化するＡ／Ｄコンバータ３５を備える。Ａ／Ｄコンバータ３５でデジタル化された超音波の受信信号は、処理装置３２により記憶装置３７に記憶される。記憶装置３７に記憶された超音波の受信信号は、解析プログラムがインストールされたコンピュータに読み込まれ、解析が行われて、波高値分布等の解析結果画像が表示装置に出力される。

次に、上記構成の超音波検査装置１０により、下端がコンクリート６に埋め込まれた鋼板４の地際部の検査を行う場合について説明する。まず、図６に示すように、鋼板４の主要面である表面に、固定部２１でレール２０を固定する。レール２０は、コンクリート６の表面に対して平行になるように固定する。続いて、一次検査を行うため、板波を生成するための送信探触子１を保持枠２５に取り付ける。このとき、送信探触子１の取り付け角度を、鋼板４の厚みと送信する超音波の周波数に基づいて調節する。また、受信探触子２を保持枠２５に取り付け、取り付け角度を調節する。続いて、送信探触子１が送信する周波数を、入力部３３で入力して設定する。一次検査の場合、送信周波数は、例えば４００ｋＨｚに設定する。

こうして一次検査の準備が完了すると、超音波検査装置１０の被ガイド部１８をレール２０に嵌合させて、超音波検査装置１０をレール２０の一端側に配置する。続いて、入力部３３に一次検査の開始を入力し、操作者がハンドル１３を把持して超音波検査装置１０をレール２０に沿って移動させる。操作者は、水準器１５を確認してケーシング１１を水平に保持しながら、超音波検査装置１０を移動させる。超音波検査装置１０の移動方向は、矢印Ｄで示すように、鋼板４の表面の法線方向から観た送信探触子１の超音波の送信方向である矢印Ａ１の方向に対して直角の方向である。入力部３３に一次検査の開始が入力されると、処理装置３２の制御により、信号発生部３１から駆動信号が送信探触子１に出力され、これに応じて送信探触子１が４００ｋＨｚの矩形波からなるバースト波の超音波を送信する。送信探触子１から送信された超音波は、所定の傾斜角度で鋼板４に入力され、鋼板４に板波が伝播する。この板波の鋼板４の下端や欠陥で反射された反射波が、受信探触子２で受信され、アンプ３４で増幅されてＡ／Ｄコンバータ３５でデジタル信号に変換され、記憶装置３７に記憶される。受信探触子２の受信信号は、超音波検査装置１０の位置情報に関連付けられて記憶される。超音波検査装置１０の位置情報は、車輪１２の回転数や被ガイド部１８の位置検出情報等によって特定される。超音波検査装置１０をレール２０に沿って移動させながら、送信探触子１の超音波の送信と受信探触子２の反射波の受信を繰り返して行うことにより、鋼板４の主要面を走査する。超音波検査装置１０がレール２０の他端に達すると、操作者はハンドル１３による超音波検査装置１０の移動を終了し、入力部３３で一次検査の終了を入力する。

一次検査が終了すると、受信探触子２の受信信号を記憶装置３７からコンピュータに読み出し、コンピュータで受信信号を解析して、欠陥としての腐食の有無を検出する。図７は、一次検査による検査結果を示す画像である。図７は、鋼板４の走査範囲において受信された超音波の波高値の分布を、色調により示す画像である。受信された超音波の波高値は、送信された超音波の波高値に対する割合（％）によって表されており、色調に対応する波高値の割合の値を、図７の上部に凡例として記載している。図７において、横軸は鋼板４の水平方向位置であり、原点はレール２０の一端であって、図６における鋼板４の水平方向の左端を示す。縦軸は鋼板４の鉛直方向位置であり、原点は鋼板４の下端を示す。波高値分布によれば、鋼板４の下端から約５０ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲に、送信波に対する受信波の波高値が５０％以上の部分が存在し、これにより、鋼板４の腐食の存在が想定される。

板波の反射波による欠陥の検出は、位置や深さの検出精度が比較的低いので、一次検査で厚みの減少が検出された部分について、欠陥の位置及び深さを高い精度で特定するため、表面波による二次検査を行う。まず、表面波を生成するための送信探触子１及び受信探触子２を保持枠２５に取り付け、送信探触子１の取り付け角度を、鋼板４の厚みと送信する超音波の周波数に基づいて調節する。続いて、送信探触子１が送信する周波数を、入力部３３により、鋼板４に表面波を生成する値に設定する。例えば、送信周波数を７５０ｋＨｚに設定する。そして、二次検査の対象範囲として、鋼板４の厚みの減少が検出された範囲を設定する。

こうして二次検査の準備が完了すると、超音波検査装置１０をレール２０に嵌合させ、一次検査で鋼板４の厚みの減少が検出された位置に超音波検査装置１０を配置する。続いて、入力部３３に二次検査の開始を入力し、操作者がハンドル１３を把持して超音波検査装置１０をレール２０に沿って移動させる。二次検査の開始が入力されると、処理装置３２の制御により、信号発生部３１から駆動信号が送信探触子１に出力され、これに応じて送信探触子１が７５０ｋＨｚの矩形波からなるバースト波の超音波を送信する。送信探触子１から送信された超音波は、所定の傾斜角度で鋼板４に入力され、鋼板４に表面波が伝播する。鋼板４に伝播する表面波は、鋼板４の下端や腐食部分で反射され、この反射波が受信探触子２で受信される。受信探触子２が受信した反射波は、アンプ３４で増幅されてＡ／Ｄコンバータ３５でデジタル信号に変換され、記憶装置３７に記憶される。受信探触子２の受信信号は、超音波検査装置１０の位置情報に関連付けられて記憶される。位置情報に基づいて処理装置３２が二次検査の対象範囲の通過を検出すると、送信探触子１からの超音波の送信を停止して二次検査を終了する。なお、超音波の停止は操作者の操作で行ってもよい。

二次検査が終了すると、受信探触子２の受信信号を記憶装置３７からコンピュータに読み出し、コンピュータで受信信号を解析して、欠陥としての腐食の位置と深さを検出する。二次検査の結果は、一次検査と同様に、受信探触子２が受信した超音波の波高値の分布を色調で表した画像で示すのが好ましい。表面波を用いた二次検査により、鋼板４の腐食の位置と深さを精度良く検出することができる。

なお、表面波による二次検査において、鋼板４の一方の面に送信探触子１及び受信探触子２を配置して取得した受信信号で欠陥が検出されない場合、他方の面に送信探触子１及び受信探触子２を配置して受信信号を取得する。これは、板波は鋼板４の全体を伝達するので、両面の欠陥を検出できるが、表面波は鋼板４のいずれか一方の面しか伝達しないので、欠陥の存在する面に送信探触子１及び受信探触子２を配置して超音波を伝播させる必要があるからである。

本実施形態の超音波検査方法において、受信探触子２による受信信号は、反射波の波高値を示しており、この波高値の分布に基づいて、欠陥の有無と位置と深さを検出した。このような受信探触子２の受信結果に基づいて欠陥の有無と位置と深さを検出するために、事前に、試験体を用いて受信結果のキャリブレーションを行う。図８は試験体を示す断面図であり、図９は試験体を示す正面図である。試験体４０は矩形の鋼板で形成され、正面視において下部の中央に、腐食を模した直径がＨの円形の凹部４１が形成されている。この凹部４１は、断面図に示すように最大深さがｄの円弧状の輪郭を有する。この円弧状断面の凹部４１は、健全部との境界の断面が緩やかな角度を成す腐食を模擬することにより、超音波の反射形態が、腐食部分に近くなるように設定している。この凹部４１の下方の両側に、貫通孔４２，４２が設けられており、この貫通孔４２は貫通腐食を模擬している。

図１０は、上記試験体４０を超音波検査装置１０で検査したときの受信探触子２の受信結果を示す図である。この受信結果は、図７と同様に、試験体４０の走査範囲で受信探触子２が受信した反射波の波高値の分布を、色調により示した画像である。図７と同様に、色調に対応する波高値の割合の値を、図１０の上部に凡例として記載している。試験体４０の走査は、試験体４０の上部に、送信探触子１で下側の傾斜方向に向かって超音波を送信しながら、水平方向に超音波検査装置１０を移動させて行った。図１０において、横軸は試験体４０の水平方向位置であり、原点は水平方向の左端を示す。縦軸は試験体４０の鉛直方向位置であり、原点は試験体４０への超音波の入射位置に設定している。縦軸の下端は、試験体４０の下端に対応する。図１０の受信結果に示されるように、受信結果の波高値分布によれば、試験体４０の超音波の入射位置から下方に約１１０ｍｍ〜１７５ｍｍ、かつ、試験体４０の左端から１６０ｍｍ〜１９０ｍｍの範囲に、凹部４１に対応して受信波の波高値が送信波に対して５０％である高波高値領域５１が存在する。これにより、波高値の増大が、深さｄの厚みの減少に対応することが分かる。なお、図１０の受信結果において、５２は試験体４０の下端での反射波に対応する波高値の増加領域であり、５３は貫通孔での反射波に対応する波高値の増加領域である。

このように、本実施形態の超音波検査方法は、欠陥としての腐食を模した試験体４０により、受信探触子２の受信結果のキャリブレーションを行うことにより、腐食の位置と深さを良好な精度で検出することができる。

上記実施形態において、操作者がハンドル１３を把持して超音波検査装置１０を移動させたが、超音波検査装置１０に車輪１２を駆動する駆動装置を設け、処理装置３２で駆動装置を制御して車輪１２を駆動し、超音波検査装置１０を移動させてもよい。

また、上記実施形態において、受信探触子２の受信結果として波高値の分布に基づいて欠陥の有無、位置及び深さを検出したが、振幅や音圧の分布に基づいて欠陥の有無、位置及び深さを検出してもよい。

また、上記実施形態において、被検体として鋼板４のコンクリート６で覆われた部分の腐食を検出したが、鋼板の地盤で覆われた部分の腐食や、鋼板の溶接ビードで覆われた部分の欠陥を検出することもできる。また、被検体は、鋼板４のような板状体以外に、波板や、筒状体や、箱状体等でもよい。被検体が波板である場合、波板の峰を含んで形成される面が主要面であり、この主要面と平行の方向に超音波検査装置１０の送信探触子１及び受信探触子２を移動して被検体を走査すればよい。

１ 送信探触子
２ 受信探触子
４ 鋼板
５ 腐食部
６ コンクリート
１０ 超音波検査装置
１１ ケーシング
１２ 車輪
１３ ハンドル
１５ 水準器
１７ リンク
１８ 被ガイド部
２０ レール
２１ 固定部
２５ 保持枠
２６ 遮蔽壁
３１ 信号発生部
３２ 処理装置
３３ 入力部
３４ アンプ
３５ Ａ／Ｄコンバータ
３７ 記憶装置

Claims (7)

1. 超音波の送信探触子と受信探触子を、被検体の表面の同じ側に、互いに同じ方向に傾斜させて配置する工程と、
   上記送信探触子から上記被検体に空気を介して第１の周波数の超音波を入射させ、上記被検体に板波を発生させる工程と、
   上記被検体からの超音波を、上記受信探触子により空気を介して受信する工程と、
   上記受信探触子が受信した超音波に基づいて、上記被検体の欠陥の有無を判断する工程と、
   上記被検体に欠陥が有ると判断されたとき、上記送信探触子から上記被検体に空気を介して第２の周波数の超音波を入射させ、上記被検体に表面波を発生させる工程と、
   上記被検体からの超音波を、上記受信探触子により空気を介して受信する工程と、
   上記受信探触子が受信した超音波に基づいて、上記被検体の欠陥の位置及び／又は深さを検出する工程と
   を備えることを特徴とする超音波検査方法。
2. 請求項１に記載の超音波検査方法において、
   上記被検体が他の材料と接触する接触部を有し、この接触部に生じた欠陥を検出することを特徴とする超音波検査方法。
3. 請求項１に記載の超音波検査方法において、
   上記第１の周波数が３００〜５００ｋＨｚであり、上記第２の周波数が６００〜１０００ｋＨｚであることを特徴とする超音波検査方法。
4. 請求項１に記載の超音波検査方法において、
   予め上記被検体と実質的に同じ材料に模擬欠陥を形成した試験体に板波を発生させたときの受信探触子の受信結果を収集しておき、この試験体の受信結果と、上記被検体に板波を発生させたときの受信探触子の受信結果とを比較することにより、上記被検体の欠陥の有無を推定することを特徴とする超音波検査方法。
5. 請求項１に記載の超音波検査方法において、
   予め上記被検体と実質的に同じ材料に模擬欠陥を形成した試験体に表面波を発生させたときの受信探触子の受信結果を収集しておき、この試験体の受信結果と、上記被検体に表面波を発生させたときの受信探触子の受信結果とを比較することにより、上記被検体の欠陥の位置及び／又は深さを推定することを特徴とする超音波検査方法。
6. 請求項１に記載の超音波検査方法において、
   上記送信探触子及び受信探触子を、上記被検体の主要面に沿って、この主要面の法線方向から観て上記送信探触子の超音波の送信方向と直角の方向に移動させ、移動途中の複数個所で順次超音波の送信と受信を行うことを特徴とする超音波検査方法。
7. 請求項１に記載の超音波検査方法を実行するための超音波検査装置であって、
   送信探触子を、被検体に対する傾斜角度を調節可能かつ交換可能に保持する送信探触子保持体と、
   受信探触子を、被検体に対する傾斜角度を調節可能かつ交換可能に保持する受信探触子保持体と、
   上記被検体に板波と表面波を選択的に発生させるように上記送信探触子を駆動する送信探触子駆動部と、
   上記送信探触子保持体及び受信探触子保持体が取り付けられたケーシングと、
   上記ケーシングを、上記被検体の主要面に沿って、この主要面の法線方向から観て上記送信探触子の超音波の送信方向と直角の方向に移動させる移動部と
   を備えることを特徴とする超音波検査装置。

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