JP2020098167A - Ultrasonic wave flaw sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検査材に対して超音波探傷を行う超音波探傷センサに関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic flaw detection sensor that performs ultrasonic flaw detection on a material to be inspected.
従来から、超音波を用いて被検査材に存在する欠陥の探傷を行う超音波探傷装置（超音波探傷センサ）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的に、特許文献１には、超音波探傷を行うために、ウェッジ（超音波伝搬部材）を介してリニアアレイプローブ（超音波探触子）から被検査材に向けて超音波を送信する際に、リニアアレイプローブから出力されるグレーティングローブがノイズの原因となることから、ウェッジの短辺側の面に当該グレーティングローブを減衰させるための吸音部を設ける技術が記載されている。さらに、特許文献１には、より効率的にグレーティングローブを減衰させるために、吸音部と接する面であるウェッジの短辺側の面における形状を山谷が繰り返された形状とする技術も記載されている。 Conventionally, an ultrasonic flaw detection device (ultrasonic flaw detection sensor) that performs flaw detection on a defect existing in a material to be inspected by using ultrasonic waves has been proposed (for example, see Patent Document 1). Specifically, in Patent Document 1, in order to perform ultrasonic flaw detection, ultrasonic waves are transmitted from a linear array probe (ultrasonic probe) to a material to be inspected via a wedge (ultrasonic wave propagation member). At this time, since the grating lobe output from the linear array probe causes noise, there is described a technique of providing a sound absorbing portion for attenuating the grating lobe on the short side surface of the wedge. Furthermore, in Patent Document 1, in order to more efficiently attenuate the grating lobes, there is also described a technique in which the shape of the surface on the short side of the wedge that is in contact with the sound absorbing portion has a shape in which peaks and valleys are repeated. There is.
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、超音波探触子から出力されるグレーティングローブの抑制を目的とした技術であり、例えば超音波伝搬部材の内部で発生する疑似超音波の抑制をも考慮した技術等ではないため、超音波探傷に係るノイズを低減するという観点では不十分であった。 However, the technique described in Patent Document 1 is a technique for suppressing the grating lobe output from the ultrasonic probe, and also considers suppressing the pseudo ultrasonic wave generated inside the ultrasonic wave propagation member, for example. However, it is not sufficient from the viewpoint of reducing noise related to ultrasonic flaw detection.
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、超音波探傷に係るノイズの低減機能の向上を実現する超音波探傷センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic flaw detection sensor that realizes an improvement in the noise reduction function related to ultrasonic flaw detection.
本発明の超音波探触子は、被検査材に対して超音波探傷を行う超音波探傷センサであって、前記被検査材に超音波を送信し、前記被検査材からの超音波を受信する超音波探触子と、前記超音波探触子と前記被検査材との間に介在し、前記超音波を伝搬させる超音波伝搬部材と、を有し、前記超音波伝搬部材には、前記被検査材と対向する第１面に対して平行である断面の外周を構成する全ての第２面に、複数の溝が設けられている。 The ultrasonic probe of the present invention is an ultrasonic flaw detection sensor that performs ultrasonic flaw detection on a material to be inspected, and transmits ultrasonic waves to the material to be inspected and receives ultrasonic waves from the material to be inspected. An ultrasonic probe, which is interposed between the ultrasonic probe and the material to be inspected, and has an ultrasonic wave propagation member for propagating the ultrasonic wave, and the ultrasonic wave propagation member, A plurality of grooves are provided on all the second surfaces forming the outer periphery of the cross section parallel to the first surface facing the material to be inspected.
本発明によれば、超音波探傷に係るノイズの低減機能を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the noise reduction function related to ultrasonic flaw detection.
以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。なお、以下に示す本発明の各実施形態では、本発明における被検査材として、横断面が矩形の角鋳片を適用した例について説明を行うが、本発明においてはこの角鋳片に限定されるものではなく、超音波を用いて欠陥を探傷できる鋼材等であれば適用可能である。 Hereinafter, modes (embodiments) for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment of the present invention described below, as the material to be inspected in the present invention, an example in which a rectangular slab having a rectangular cross section is applied will be described, but the present invention is not limited to this slab. The present invention is not limited to this, and any steel material or the like that can detect defects by using ultrasonic waves can be applied.
本発明の実施形態の説明を行う前に、まず、本発明の実施形態が想定している超音波探傷に係る一般的な技術について説明を行う。 Before describing the embodiments of the present invention, first, a general technique relating to ultrasonic flaw detection assumed in the embodiments of the present invention will be described.
図１は、本発明の実施形態が想定している超音波探傷に係る一般的な技術を説明するための図である。 FIG. 1 is a diagram for explaining a general technique relating to ultrasonic flaw detection assumed in the embodiment of the present invention.
図１には、左側に、超音波探傷を行う対象である被検査材２００と、被検査材２００との間で超音波を送受信する超音波探触子３１０と、超音波探触子３１０と被検査材２００との間に介在し、当該超音波を伝搬させる超音波伝搬部材３２０を図示している。また、図１では、超音波探触子３１０と被検査材２００との間における超音波の伝搬効率を考慮して、超音波伝搬部材３２０と被検査材２００との間に水などの接触媒質２１０を介在させている。 In FIG. 1, on the left side, an inspected material 200 to be subjected to ultrasonic flaw detection, an ultrasonic probe 310 that transmits and receives ultrasonic waves to and from the inspected material 200, and an ultrasonic probe 310. An ultrasonic wave propagation member 320 that is interposed between the material to be inspected 200 and propagates the ultrasonic wave is illustrated. In addition, in FIG. 1, in consideration of the propagation efficiency of ultrasonic waves between the ultrasonic probe 310 and the material 200 to be inspected, a contact medium such as water is provided between the ultrasonic wave propagation member 320 and the material 200 to be inspected. 210 is interposed.
この図１に示すように、超音波探触子３１０と被検査材２００との間に超音波伝搬部材３２０を介在させると、超音波探触子３１０と被検査材２００との間（おおまかに言えば、超音波伝搬部材３２０の高さＷｈ）を超音波が往復する。そのため、超音波探傷中には、例えば、図１の右側に示すように、上から下に向かう方向に経過時間ｔをとると、超音波探触子３１０で受信される超音波としては、被検査材の上面（「表面」と称してもよい）２００ａで反射した反射超音波である上面反射エコーＳ1及びその多重エコーＳ2や、被検査材の下面（「底面」と称してもよい）２００ｂで反射した反射超音波である下面反射エコーＢ1等が想定される。一般的には、超音波探傷における欠陥の誤検出等を回避するために、図１の右側に示すように、上面反射エコーＳ1と下面反射エコーＢ1と間に多重エコーＳ2が出現しないように（即ち、多重エコーＳ2が下面反射エコーＢ1よりも遅い時間に出現するように）、超音波伝搬部材３２０の高さＷｈを決定する。 As shown in FIG. 1, when the ultrasonic wave propagation member 320 is interposed between the ultrasonic probe 310 and the material 200 to be inspected, between the ultrasonic probe 310 and the material 200 to be inspected (roughly). In other words, the ultrasonic waves reciprocate through the height Wh of the ultrasonic wave propagation member 320. Therefore, during the ultrasonic flaw detection, for example, as shown on the right side of FIG. 1, when the elapsed time t is taken in the direction from the upper side to the lower side, the ultrasonic wave received by the ultrasonic probe 310 is not detected. The upper surface reflection echo S 1 and its multiple echo S 2 which are reflected ultrasonic waves reflected by the upper surface (may be referred to as “front surface”) 200a of the inspection material, and the lower surface of the inspection material (may be referred to as “bottom surface”). ) A lower surface reflection echo B 1 or the like, which is a reflected ultrasonic wave reflected at 200b, is assumed. Generally, in order to avoid erroneous detection of defects in ultrasonic flaw detection, as shown on the right side of FIG. 1, the multiple echo S 2 does not appear between the upper surface reflection echo S 1 and the lower surface reflection echo B 1. As described above (that is, the multiple echo S 2 appears at a time later than the lower surface reflection echo B 1 ), the height Wh of the ultrasonic wave propagation member 320 is determined.
図２は、本発明の実施形態が想定している超音波探傷方法を説明するための図である。この図２において、図１に示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。 FIG. 2 is a diagram for explaining the ultrasonic flaw detection method assumed in the embodiment of the present invention. In FIG. 2, the same components as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図２では、図１に示す超音波探触子３１０及び超音波伝搬部材３２０に加えて、これらを図２に示す走行方向に移動させるための移動機構３３０を有して構成された超音波探傷センサ３００を示している。また、図２に示す超音波伝搬部材３２０において、超音波探触子３１０が設置される側の面を上面３２０ａとし、被検査材の上面２００ａと対向する面を下面３２０ｂとし、超音波探傷センサ３００が走行方向に走行する際に前に位置する面及び後に位置する面をそれぞれ前面３２０ｃ及び後面３２０ｄとし、超音波探傷センサ３００が走行方向に走行する際に超音波探傷センサ３００の側面となる面をそれぞれ左側面３２０ｅ及び右側面３２０ｆとする。 In FIG. 2, in addition to the ultrasonic probe 310 and the ultrasonic propagation member 320 shown in FIG. 1, an ultrasonic flaw detector configured to have a moving mechanism 330 for moving these in the traveling direction shown in FIG. A sensor 300 is shown. In the ultrasonic wave propagation member 320 shown in FIG. 2, the surface on which the ultrasonic wave probe 310 is installed is the upper surface 320a, and the surface facing the upper surface 200a of the material to be inspected is the lower surface 320b. The front surface and the rear surface when the 300 travels in the traveling direction are the front surface 320c and the rear surface 320d, respectively, and are the side surfaces of the ultrasonic flaw detection sensor 300 when the ultrasonic testing sensor 300 travels in the traveling direction. The surfaces are a left side surface 320e and a right side surface 320f, respectively.
また、図２に示す被検査材２００において、図１に示す被検査材の上面２００ａ及び下面２００ｂに加えて、超音波伝搬部材の左側面３２０ｅに対応する面を左側面２００ｅとし、超音波伝搬部材の右側面３２０ｆに対応する面を右側面２００ｆとする。 In addition, in the inspected material 200 shown in FIG. 2, in addition to the upper surface 200a and the lower surface 200b of the inspected material shown in FIG. 1, a surface corresponding to the left side surface 320e of the ultrasonic wave propagation member is a left side surface 200e. A surface corresponding to the right side surface 320f of the member is referred to as a right side surface 200f.
また、図２では、超音波探傷センサ３００の走行方向をＸ方向とし、Ｘ方向と直交する水平方向をＹ方向とし、Ｘ方向と直交する鉛直方向をＺ方向とする。そして、本明細書では、説明を分かりやすくするために、被検査材の上面２００ａ及び下面２００ｂ、並びに、超音波伝搬部材の上面３２０ａ及び下面３２０ｂは、ＸＹ平面と平行な面とし、また、超音波伝搬部材の前面３２０ｃ及び後面３２０ｄは、ＹＺ平面と平行な面とし、また、被検査材の左側面２００ｅ及び右側面２００ｆ、並びに、超音波伝搬部材の左側面３２０ｅ及び右側面３２０ｆは、ＸＺ平面と平行な面とする。なお、ここで説明したＸＹＺ座標系並びに被検査材２００及び超音波伝搬部材３２０の各面における定義は、飽くまでも一例であり、本発明においてはこの定義に限定されるものではない。 In FIG. 2, the traveling direction of the ultrasonic flaw detection sensor 300 is the X direction, the horizontal direction orthogonal to the X direction is the Y direction, and the vertical direction orthogonal to the X direction is the Z direction. Then, in the present specification, in order to make the description easy to understand, the upper surface 200a and the lower surface 200b of the material to be inspected, and the upper surface 320a and the lower surface 320b of the ultrasonic wave propagating member are planes parallel to the XY plane. The front surface 320c and the rear surface 320d of the sound wave propagating member are surfaces parallel to the YZ plane, and the left side surface 200e and the right side surface 200f of the inspection target material, and the left side surface 320e and the right side surface 320f of the ultrasonic wave propagating member are XZ. A plane parallel to the plane. The definitions in the XYZ coordinate system and the respective surfaces of the material 200 to be inspected and the ultrasonic wave propagation member 320 described here are merely examples, and the present invention is not limited to these definitions.
移動機構３３０は、超音波伝搬部材の下面３２０ｂと被検査材の上面２００ａの傾き及びその間隔が一定となるようにする機能も具備しており、図２に示す例では、超音波伝搬部材の前面３２０ｃと下面３２０ｂとの境界部分、及び、超音波伝搬部材の後面３２０ｄと下面３２０ｂとの境界部分に、それぞれ２つずつ設けられている。また、図２では不図示であるが、超音波伝搬部材の下面３２０ｂと被検査材の上面２００ａとの間に、図１に示す接触媒質２１０を介在させることも考えられる。 The moving mechanism 330 also has a function of keeping the inclination and the distance between the lower surface 320b of the ultrasonic wave propagation member and the upper surface 200a of the inspection object constant, and in the example shown in FIG. Two each are provided at the boundary between the front surface 320c and the lower surface 320b and at the boundary between the rear surface 320d and the lower surface 320b of the ultrasonic wave propagation member. Although not shown in FIG. 2, it is also possible to interpose the contact medium 210 shown in FIG. 1 between the lower surface 320b of the ultrasonic wave propagation member and the upper surface 200a of the material to be inspected.
そして、この図２に示すように移動機構３３０を走行方向に移動させながら、超音波探触子３１０から超音波伝搬部材３２０を介して被検査材の上面２００ａに向けて超音波を送信することによって、被検査材２００の所定領域における超音波探傷を行うことができる。なお、被検査材の上面２００ａのみならず、被検査材の下面２００ｂ、左側面２００ｅ及び右側面２００ｆについても、超音波探傷センサ３００を載置して超音波探傷を行うことも考えられる。また、ここでは、移動機構３３０が被検査材２００上を走行する構成を例示したが、例えば、その逆に移動機構３３０が走行方向に拘束されており、その下を被検査材２００が走行する構成であってもよい。 Then, as shown in FIG. 2, while moving the moving mechanism 330 in the traveling direction, ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic probe 310 to the upper surface 200a of the inspection target material via the ultrasonic wave propagation member 320. Thus, ultrasonic flaw detection can be performed in a predetermined area of the inspection object 200. In addition to the upper surface 200a of the inspected material, the ultrasonic flaw detection sensor 300 may be placed on the lower surface 200b, the left side surface 200e, and the right side surface 200f of the inspected material to perform ultrasonic flaw detection. In addition, here, the configuration in which the moving mechanism 330 travels on the material 200 to be inspected is illustrated, but, for example, on the contrary, the moving mechanism 330 is restrained in the traveling direction, and the material 200 to be inspected travels thereunder. It may be configured.
図３は、本発明の実施形態が想定している超音波探傷方法を説明するための図である。この図３において、図１及び図２に示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。 FIG. 3 is a diagram for explaining an ultrasonic flaw detection method assumed in the embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same components as those shown in FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
具体的に、図３は、超音波探傷において、超音波探触子３１０におけるＸＺ平面と平行な面の幅Ｗ1と、超音波伝搬部材３２０においてＸＺ平面と平行な面である左側面３２０ｅの幅Ｗ2との関係を説明するための図である。具体的に、図３（ａ）は、超音波探触子３１０の幅Ｗ1に対して超音波伝搬部材の左側面３２０ｅの幅Ｗ2-1が著しく大きい場合の超音波探傷の様子を示しており、また、図３（ｂ）は、超音波探触子３１０の幅Ｗ1に対して超音波伝搬部材の左側面３２０ｅの幅Ｗ2-2が略同じ場合の超音波探傷の様子を示している。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）では、超音波探傷センサ３００が被検査材２００の最端部の位置を超音波探傷する様子を示している。 Specifically, FIG. 3 shows the width W 1 of the surface of the ultrasonic probe 310 parallel to the XZ plane and the left side surface 320e of the ultrasonic wave propagation member 320 parallel to the XZ plane in the ultrasonic flaw detection. it is a diagram for explaining a relationship between the width W 2. Specifically, FIG. 3A shows a state of ultrasonic flaw detection when the width W 2-1 of the left side surface 320e of the ultrasonic wave propagation member is significantly larger than the width W 1 of the ultrasonic probe 310. 3B shows the state of ultrasonic flaw detection when the width W 2-2 of the left side surface 320e of the ultrasonic wave propagation member is substantially the same as the width W 1 of the ultrasonic probe 310. Shows. 3A and 3B show a state in which the ultrasonic flaw detection sensor 300 performs ultrasonic flaw detection on the position of the outermost end of the material 200 to be inspected.
この図３（ａ）及び図３（ｂ）において、超音波探触子３１０から送信された超音波を超音波３０１として図示している。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）において、この超音波３０１が到達しない被検査材２００の領域を不感帯領域３０２として図示している。この場合、図３（ｂ）に示すように、超音波伝搬部材の左側面３２０ｅの幅Ｗ2-2は、超音波探触子３１０のエネルギーを最大限に活用するために超音波探触子３１０の幅Ｗ1以上とすることが要求されるが、その一方で、不感帯領域３０２を小さくするために極力小さくすることが望ましいといえる。 In FIGS. 3A and 3B, the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic probe 310 is illustrated as the ultrasonic wave 301. In addition, in FIGS. 3A and 3B, a region of the material 200 to be inspected that the ultrasonic wave 301 does not reach is illustrated as a dead zone region 302. In this case, as shown in FIG. 3B, the width W 2-2 of the left side surface 320e of the ultrasonic wave propagation member is set so that the energy of the ultrasonic wave probe 310 is maximized. Although the width W 1 of 310 is required to be equal to or larger than the width W 1 , it can be said that it is desirable to reduce the dead zone region 302 as small as possible.
図４は、比較例に係る超音波探傷センサを用いて超音波探傷を行った場合の様子を示す図である。この図４において、図１〜図３に示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。 FIG. 4 is a diagram showing a state in which ultrasonic flaw detection is performed using the ultrasonic flaw detection sensor according to the comparative example. 4, the same components as those shown in FIGS. 1 to 3 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
具体的に、図４（ａ）は、比較例に係る超音波探傷センサにおいてＸＹ平面と平行な断面の模式図であり、また、図４（ｂ）は、比較例に係る超音波探傷センサにおいてＹＺ平面と平行な断面の模式図である。 Specifically, FIG. 4A is a schematic view of a cross section parallel to the XY plane in the ultrasonic flaw detection sensor according to the comparative example, and FIG. 4B is a schematic view of the ultrasonic flaw detection sensor according to the comparative example. It is a schematic diagram of the cross section parallel to a YZ plane.
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、比較例に係る超音波探傷センサは、図１〜図３に示す超音波探触子３１０に対応する超音波探触子４１０、図１〜図３に示す超音波伝搬部材３２０に対応する超音波伝搬部材４２０、及び、超音波伝搬部材４２０の側面の外側に設けられた吸収部材４３０を有して構成されている。なお、この図４に示す比較例に係る超音波探傷センサでは、超音波伝搬部材４２０において、図２に示す超音波伝搬部材３２０の各面３２０ａ〜３２０ｆのそれぞれに対応する各面４２０ａ〜４２０ｆを具備しているものとする。 As shown in FIGS. 4A and 4B, the ultrasonic flaw detection sensor according to the comparative example has an ultrasonic probe 410 corresponding to the ultrasonic probe 310 shown in FIGS. The ultrasonic wave propagating member 420 corresponds to the ultrasonic wave propagating member 320 shown in FIGS. 1 to 3, and an absorbing member 430 provided outside the side surface of the ultrasonic wave propagating member 420. In the ultrasonic flaw detection sensor according to the comparative example shown in FIG. 4, in the ultrasonic wave propagation member 420, the respective surfaces 420a to 420f corresponding to the respective surfaces 320a to 320f of the ultrasonic wave propagation member 320 shown in FIG. It shall be provided.
また、比較例に係る超音波探傷センサでは、超音波探触子４１０として、複数の超音波振動子４１１をＹ方向に配列したアレイ探触子を用いて、送信する超音波４０１の角度が任意に変更可能となっている。また、比較例に係る超音波探傷センサでは、図４（ｂ）において矢印で示すように、斜めに進行するように制御された超音波４０１が超音波伝搬部材の下面４２０ｂで反射し、その後、超音波伝搬部材４２０の短辺側の面である左側面４２０ｅ及び右側面４２０ｆで再び反射して超音波探触子４１０に向かう反射エコーが、ノイズとなるのを抑制するため、超音波伝搬部材４２０の左側面４２０ｅ及び右側面４２０ｆに当該反射エコーを乱反射させて減衰させるための溝４２１を設けている。さらに、比較例に係る超音波探傷センサでは、上述した吸収部材４３０を超音波伝搬部材４２０の左側面４２０ｅ及び右側面４２０ｆの外側に設けて、当該反射エコーを吸収して減衰させるようにしている。 Further, in the ultrasonic flaw detection sensor according to the comparative example, an array probe having a plurality of ultrasonic transducers 411 arranged in the Y direction is used as the ultrasonic probe 410, and the angle of the ultrasonic wave 401 to be transmitted is arbitrary. It can be changed to. Further, in the ultrasonic flaw detection sensor according to the comparative example, as shown by the arrow in FIG. 4B, the ultrasonic wave 401 controlled to travel obliquely is reflected by the lower surface 420b of the ultrasonic wave propagation member, and then, The ultrasonic wave propagating member 420 prevents the reflected echoes reflected by the left side surface 420e and the right side surface 420f, which are the surfaces on the short side of the ultrasonic wave propagating member 420, from returning to the ultrasonic probe 410 to become noise. The left side surface 420e and the right side surface 420f of the groove 420 are provided with a groove 421 for diffusely reflecting and attenuating the reflected echo. Further, in the ultrasonic flaw detection sensor according to the comparative example, the absorbing member 430 described above is provided outside the left side surface 420e and the right side surface 420f of the ultrasonic wave propagating member 420 so as to absorb and attenuate the reflected echo. ..
そして、本発明者は、この比較例に係る超音波探傷センサを用いて、図４（ｂ）に示す被検査材の左側面２００ｅの近傍に人工欠陥（２ｍｍ程度のスリット）２０１を形成した被検査材２００の超音波探傷を行った。また、図４（ｂ）では、ＹＺ面に平行な被検査材２００の面を面２００ｄとして図示している。 Then, the present inventor uses the ultrasonic flaw detection sensor according to the comparative example to form an artificial defect (slit of about 2 mm) 201 in the vicinity of the left side surface 200e of the inspection object shown in FIG. 4B. Ultrasonic flaw detection of the inspection material 200 was performed. Further, in FIG. 4B, the surface of the inspected material 200 parallel to the YZ plane is shown as a surface 200d.
図５は、図４に示す比較例に係る超音波探傷センサを用いて被検査材２００の超音波探傷を行った結果を示す図である。
具体的に、図５には、図４（ｂ）に示す被検査材２００の探傷範囲における探傷結果を示している。また、図５に結果を示す超音波探傷では、超音波４０１のほぼ中心に人工欠陥２０１が位置するように超音波探触子４１０の超音波４０１における送受信の遅延時間を設定した。また、超音波探触子４１０における超音波のモードは、縦波を使用した。即ち、送受信の遅延時間は、図４（ｂ）に示す超音波伝搬部材４２０及び被検査材２００ともに縦波音速を用いて計算した。
FIG. 5 is a diagram showing a result of ultrasonic flaw detection of the material 200 to be inspected using the ultrasonic flaw detection sensor according to the comparative example shown in FIG.
Specifically, FIG. 5 shows a flaw detection result in the flaw detection range of the inspected material 200 shown in FIG. 4B. Further, in the ultrasonic flaw detection whose results are shown in FIG. 5, the transmission/reception delay time of the ultrasonic probe 410 in the ultrasonic wave 401 is set so that the artificial defect 201 is located substantially at the center of the ultrasonic wave 401. In addition, a longitudinal wave was used as an ultrasonic wave mode in the ultrasonic probe 410. That is, the transmission/reception delay time was calculated using the longitudinal wave sound velocity for both the ultrasonic wave propagation member 420 and the inspected material 200 shown in FIG. 4B.
図５に示す超音波探傷結果では、人工欠陥２０１からの反射超音波である人工欠陥エコーのエコー強度は十分に大きいものの、探傷範囲において、この人工欠陥エコーのエコー強度に匹敵する疑似エコーが観測され、超音波探傷に係る検出性能が著しく低下する結果となった。より具体的に、図５に示す超音波探傷結果では、人工欠陥エコーのエコー強度を１００％とすると、この人工欠陥エコーよりもエコー強度が大きい（即ち、エコー強度が１００％よりも大きい）疑似エコーが観測された。 In the ultrasonic flaw detection result shown in FIG. 5, although the echo intensity of the artificial defect echo, which is the reflected ultrasonic wave from the artificial defect 201, is sufficiently large, a pseudo echo comparable to the echo intensity of the artificial defect echo is observed in the flaw detection range. As a result, the detection performance related to ultrasonic flaw detection is significantly reduced. More specifically, in the ultrasonic flaw detection result shown in FIG. 5, assuming that the echo intensity of the artificial defect echo is 100%, the echo intensity is higher than that of the artificial defect echo (that is, the echo intensity is higher than 100%). Echo was observed.
この図５に示す疑似エコーは、図４（ｂ）に示す超音波４０１の路程において、人工欠陥２０１に至る途中で発生しているため、本発明者は、この疑似エコーが超音波伝搬部材４２０の内部で発生しているのではないかと考えた。そこで、本発明者は、上述した図５に示す結果についてノイズである疑似エコーの発生メカニズムを解明するために、数値解析を用いて超音波伝搬部材（この数値解析では、短辺側の面である側面に溝４２１を設けない図１〜図３に示す「超音波伝搬部材３２０」を使用）の内部における超音波伝搬の挙動を調査するシミュレーションを行った。 Since the pseudo echo shown in FIG. 5 is generated on the way to the artificial defect 201 in the path of the ultrasonic wave 401 shown in FIG. 4B, the inventor of the present invention has generated the pseudo echo. I wondered if it was happening inside. Therefore, in order to clarify the generation mechanism of the pseudo echo that is noise in the result shown in FIG. A simulation was conducted to investigate the behavior of ultrasonic wave propagation inside the "ultrasonic wave propagation member 320" shown in FIGS. 1 to 3 in which a groove 421 is not provided on a side surface.
図６は、図５に示す疑似エコーの発生メカニズムを解明するために、数値解析を用いて超音波伝搬部材３２０の内部における超音波の伝搬挙動を調査するシミュレーションの結果を示す図である。この図６において、図２に示す超音波伝搬部材３２０の各面と同様の面には、同じ符号を付している。即ち、図６（ａ）〜図６（ｄ）では、上側に超音波伝搬部材の上面３２０ａをとり、下側に超音波伝搬部材の下面３２０ｂをとり、左側に超音波伝搬部材の前面３２０ｃをとり、右側に超音波伝搬部材の後面３２０ｄをとり、正面に被検査材の左側面２００ｅ（被検査材の右側面２００ｆとしてもよい）をとった図を示している。 FIG. 6 is a diagram showing the results of a simulation for investigating the propagation behavior of ultrasonic waves inside the ultrasonic wave propagation member 320 using numerical analysis in order to clarify the mechanism of generation of the pseudo echo shown in FIG. 6, the same reference numerals are given to the same surfaces as the respective surfaces of the ultrasonic wave propagation member 320 shown in FIG. That is, in FIGS. 6A to 6D, the upper surface 320a of the ultrasonic wave propagating member is on the upper side, the lower surface 320b of the ultrasonic wave propagating member is on the lower side, and the front surface 320c of the ultrasonic wave propagating member is on the left side. In the figure, the rear surface 320d of the ultrasonic wave propagating member is shown on the right side, and the left side surface 200e of the inspection object (or the right side surface 200f of the inspection object) may be taken on the front side.
この図６に示す結果から、図５に示す疑似エコーの発生は、超音波伝搬部材３２０の長辺側の面である超音波伝搬部材３２０の前面３２０ｃや後面３２０ｄにおいて、送信した縦波の超音波がモード変換することによって発生したものであることが分かった。以下に、詳しく説明する。 From the results shown in FIG. 6, the occurrence of the pseudo echo shown in FIG. 5 is caused by the transmission of longitudinal waves on the front surface 320c or the rear surface 320d of the ultrasonic wave propagation member 320, which is the long side surface of the ultrasonic wave propagation member 320. It was found that the sound waves were generated by mode conversion. The details will be described below.
不図示の超音波探触子から超音波伝搬部材の上面３２０ａに向けて縦波の超音波を送信すると、図６（ａ）に示すように、超音波伝搬部材３２０の内部を縦波の超音波６１０が伝搬する。なお、図６（ａ）には、超音波伝搬部材３２０の内部で発生した横波の超音波６２０を図示している。 When a longitudinal ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic probe (not shown) toward the upper surface 320a of the ultrasonic wave propagating member, as shown in FIG. The sound wave 610 propagates. It should be noted that FIG. 6A shows a transverse ultrasonic wave 620 generated inside the ultrasonic wave propagation member 320.
その後、図６（ａ）に示す縦波の超音波６１０等の超音波が、超音波伝搬部材の下面３２０ｂ側に伝搬した様子を図６（ｂ）に示す。この際、図６（ｂ）に示す主成分の縦波の超音波６１０が、超音波伝搬部材３２０の後面３２０ｄで横波にモード変換（Ｌ→ＬＴ）して横波の超音波６３０が生じるとともに、超音波伝搬部材３２０の前面３２０ｃで横波にモード変換（Ｌ→ＬＴ'）して横波の超音波６４０が生じる様子が観測された。これは、領域６０２に示す、スネルの法則から計算される縦波入射角（ｄｅｇ）と横波反射角（ｄｅｇ）との関係から検証した。即ち、図６（ｂ）に示す基準線６０１に対する縦波の超音波６１０の進行方向６１１に係る縦波入射角をほぼ９０°とみなすと、横波の超音波６３０の進行方向６３１に係る横波反射角はおよそ３０°となり、これは図６（ｂ）に示す波面の角度関係と良く一致しているからである。 Then, FIG. 6B shows a state in which ultrasonic waves such as the longitudinal ultrasonic waves 610 shown in FIG. 6A propagate to the lower surface 320b side of the ultrasonic wave propagation member. At this time, the longitudinal ultrasonic wave 610 shown in FIG. 6B is mode-converted (L→LT) into a transverse wave on the rear surface 320d of the ultrasonic wave propagation member 320, and a transverse ultrasonic wave 630 is generated. It was observed that the ultrasonic wave 640 of the transverse wave was generated by mode conversion (L→LT′) to the transverse wave on the front surface 320c of the ultrasonic wave propagation member 320. This was verified from the relationship between the longitudinal wave incident angle (deg) and the transverse wave reflection angle (deg) calculated from Snell's law shown in the region 602. That is, assuming that the longitudinal wave incident angle in the traveling direction 611 of the longitudinal ultrasonic wave 610 with respect to the reference line 601 shown in FIG. 6B is approximately 90°, the transverse wave reflection in the traveling direction 631 of the transverse ultrasonic wave 630 is reflected. The angle is about 30° because this is in good agreement with the angular relationship of the wavefront shown in FIG.
その後、図６（ｂ）に示す縦波の超音波６１０並びに横波の超音波６３０及び６４０等が超音波伝搬部材の下面３２０ｂ側に伝搬し、縦波の超音波６１０が超音波伝搬部材の下面３２０ｂで反射して超音波伝搬部材の上面３２０ａ側に伝搬した様子を図６（ｃ）に示す。この図６（ｃ）では、縦波の超音波６１０の進行方向６１１、横波の超音波６３０の進行方向６３１、横波の超音波６４０の進行方向６４１を矢印で示している。そして、この図６（ｃ）では、図６（ｂ）に示す横波の超音波６３０が、超音波伝搬部材３２０の前面３２０ｃで縦波にモード変換（ＬＴ→ＬＴＬ）して縦波の超音波６５０が生じ、また、図６（ｂ）に示す横波の超音波６４０が、超音波伝搬部材３２０の後面３２０ｄで縦波にモード変換（ＬＴ'→ＬＴ'Ｌ）して縦波の超音波６６０が生じる様子が観測された。これは、図６（ｂ）で説明した関係と相反関係にあるものである。 After that, the longitudinal ultrasonic waves 610 and the transverse ultrasonic waves 630 and 640 shown in FIG. 6B propagate to the lower surface 320b side of the ultrasonic wave propagation member, and the longitudinal ultrasonic waves 610 lower surface of the ultrasonic wave propagation member. FIG. 6C shows how the ultrasonic wave is reflected by 320b and propagated to the upper surface 320a side of the ultrasonic wave propagation member. In FIG. 6C, the traveling direction 611 of the longitudinal ultrasonic wave 610, the traveling direction 631 of the transverse ultrasonic wave 630, and the traveling direction 641 of the transverse ultrasonic wave 640 are indicated by arrows. In FIG. 6C, the transverse ultrasonic wave 630 shown in FIG. 6B is longitudinally converted into a longitudinal wave by performing mode conversion (LT→LTL) into a longitudinal wave on the front surface 320c of the ultrasonic wave propagation member 320. 650 occurs, and the transverse ultrasonic wave 640 shown in FIG. 6B is converted into a longitudinal wave mode (LT′→LT′L) on the rear surface 320 d of the ultrasonic wave propagation member 320, and a longitudinal ultrasonic wave 660 is generated. Was observed. This is in a reciprocal relationship with the relationship described with reference to FIG.
その後、図６（ｃ）に示す縦波の超音波６１０、６５０及び６６０等が超音波伝搬部材３２０の内部を伝搬した様子を図６（ｄ）に示す。この図６（ｄ）では、縦波の超音波６１０の進行方向６１１、縦波の超音波６５０の進行方向６５１、縦波の超音波６６０の進行方向６６１を矢印で示している。即ち、図６（ｄ）では、図６（ｃ）に示す縦波の超音波６１０が超音波伝搬部材の上面３２０ａ側に更に伝搬し、また、図６（ｃ）に示す縦波の超音波６５０及び６６０が超音波伝搬部材の下面３２０ｂで反射して超音波伝搬部材の上面３２０ａ側に伝搬した様子を示している。そして、この図６（ｄ）に示す場合、超音波伝搬部材の上面３２０ａの上方に位置する超音波探触子（不図示）では、超音波探傷に係る正規の超音波である縦波の超音波６１０に加えて、超音波伝搬部材の前面３２０ｃ及び後面３２０ｄで発生した超音波探傷に係る疑似超音波である縦波の超音波６５０及び６６０も検出されることになる。そして、本発明者は、この疑似超音波である縦波の超音波６５０及び６６０が、図５に示すノイズである疑似エコーに相当するものであると考えた。 After that, a state in which the longitudinal ultrasonic waves 610, 650, 660 and the like shown in FIG. 6C propagate inside the ultrasonic wave propagation member 320 is shown in FIG. 6D. In FIG. 6D, arrows indicate the traveling direction 611 of the longitudinal ultrasonic wave 610, the traveling direction 651 of the longitudinal ultrasonic wave 650, and the traveling direction 661 of the longitudinal ultrasonic wave 660. That is, in FIG. 6D, the longitudinal ultrasonic wave 610 shown in FIG. 6C further propagates to the upper surface 320a side of the ultrasonic wave propagation member, and the longitudinal ultrasonic wave shown in FIG. It shows how 650 and 660 are reflected by the lower surface 320b of the ultrasonic wave propagation member and propagated to the upper surface 320a side of the ultrasonic wave propagation member. Then, in the case shown in FIG. 6D, in the ultrasonic probe (not shown) located above the upper surface 320a of the ultrasonic wave propagation member, the ultrasonic wave of the longitudinal wave which is the normal ultrasonic wave related to the ultrasonic flaw detection is detected. In addition to the sound wave 610, longitudinal ultrasonic waves 650 and 660 that are pseudo ultrasonic waves related to ultrasonic flaw detection generated on the front surface 320c and the rear surface 320d of the ultrasonic wave propagation member are also detected. Then, the present inventor considered that the longitudinal ultrasonic waves 650 and 660 which are the pseudo ultrasonic waves correspond to the pseudo echo which is the noise shown in FIG.
そして、本発明者は、この図６を用いて説明したシミュレーションの結果を踏まえて、超音波探傷に係るノイズの低減機能の向上を実現すべく、以下に示す本発明の実施形態を想到した。 Then, based on the results of the simulation described with reference to FIG. 6, the present inventor has conceived the following embodiment of the present invention in order to realize the improvement of the noise reduction function related to ultrasonic flaw detection.
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described.
図７は、本発明の第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１の概略構成の一例を示す図である。この図７では、図２〜図４で定義したＸＹＺ座標系と同様のＸＹＺ座標系を図示している。 FIG. 7: is a figure which shows an example of schematic structure of the ultrasonic flaw detection sensor 100-1 which concerns on the 1st Embodiment of this invention. In FIG. 7, an XYZ coordinate system similar to the XYZ coordinate system defined in FIGS. 2 to 4 is illustrated.
具体的に、図７（ａ）は、第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１においてＸＹ平面と平行な断面の模式図であり、また、図７（ｂ）は、第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１においてＹＺ平面と平行な断面の模式図である。また、図７に示す第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１は、図２に示す被検査材２００に対して超音波探傷を行う超音波探傷センサである。 Specifically, FIG. 7A is a schematic diagram of a cross section parallel to the XY plane in the ultrasonic flaw detection sensor 100-1 according to the first embodiment, and FIG. 7B is the first diagram. It is a schematic diagram of the cross section parallel to a YZ plane in the ultrasonic flaw detection sensor 100-1 which concerns on embodiment. Further, the ultrasonic flaw detection sensor 100-1 according to the first embodiment shown in FIG. 7 is an ultrasonic flaw detection sensor that performs ultrasonic flaw detection on the inspection target material 200 shown in FIG.
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１は、超音波探触子１１０、超音波伝搬部材１２０、及び、吸収部材１３０を有して構成されている。なお、この図７に示す第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１では、超音波伝搬部材１２０において、図２に示す超音波伝搬部材３２０の各面３２０ａ〜３２０ｆのそれぞれに対応する各面１２０ａ〜１２０ｆを具備しているものとする。即ち、図７には、超音波伝搬部材の上面１２０ａ、超音波伝搬部材の下面１２０ｂ、超音波伝搬部材の前面１２０ｃ、超音波伝搬部材の後面１２０ｄ、超音波伝搬部材の左側面１２０ｅ、及び、超音波伝搬部材の右側面１２０ｆが示されているものとする。この図７において、図７（ｂ）に示す超音波伝搬部材の下面１２０ｂは、被検査材２００と対向する第１面に相当する。また、図７（ａ）に示す超音波伝搬部材１２０の断面は、第１面である超音波伝搬部材の下面１２０ｂに対して平行である断面に相当する。また、図７（ａ）に示す超音波伝搬部材の前面１２０ｃ、後面１２０ｄ、左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆは、それぞれ、図７（ａ）に示す超音波伝搬部材１２０の断面の外周を構成する第２面に相当する。 As illustrated in FIGS. 7A and 7B, the ultrasonic flaw detection sensor 100-1 according to the first embodiment includes an ultrasonic probe 110, an ultrasonic propagation member 120, and an absorption member 130. Is configured. In the ultrasonic flaw detection sensor 100-1 according to the first embodiment shown in FIG. 7, the ultrasonic wave propagation member 120 corresponds to each of the surfaces 320a to 320f of the ultrasonic wave propagation member 320 shown in FIG. It is assumed that each of the surfaces 120a to 120f is provided. That is, in FIG. 7, the upper surface 120a of the ultrasonic wave propagation member, the lower surface 120b of the ultrasonic wave propagation member, the front surface 120c of the ultrasonic wave propagation member, the rear surface 120d of the ultrasonic wave propagation member, the left side surface 120e of the ultrasonic wave propagation member, and It is assumed that the right side surface 120f of the ultrasonic wave propagation member is shown. In FIG. 7, the lower surface 120b of the ultrasonic wave propagation member shown in FIG. 7B corresponds to the first surface facing the inspected material 200. The cross section of the ultrasonic wave propagation member 120 shown in FIG. 7A corresponds to a cross section parallel to the lower surface 120b of the ultrasonic wave propagation member which is the first surface. The front surface 120c, the rear surface 120d, the left side surface 120e, and the right side surface 120f of the ultrasonic wave propagating member shown in FIG. 7A respectively constitute the outer circumference of the cross section of the ultrasonic wave propagating member 120 shown in FIG. 7A. It corresponds to the second surface.
さらに、第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１は、図７では不図示であるが、図２に示す移動機構３３０を有して構成されている。この場合、超音波伝搬部材の下面１２０ｂと被検査材の上面２００ａとの間に、図１に示す接触媒質２１０を介在させる形態もとり得る。また、必要に応じて、超音波探触子１１０と超音波伝搬部材の上面１２０ａとの間にも、同様の接触媒質２１０を介在させる形態をとり得る。 Further, although not shown in FIG. 7, the ultrasonic flaw detection sensor 100-1 according to the first embodiment has a moving mechanism 330 shown in FIG. In this case, the contact medium 210 shown in FIG. 1 may be interposed between the lower surface 120b of the ultrasonic wave propagation member and the upper surface 200a of the inspected material. Further, if necessary, the same contact medium 210 may be interposed between the ultrasonic probe 110 and the upper surface 120a of the ultrasonic wave propagation member.
超音波探触子１１０は、被検査材２００との間で超音波を送受信する探触子である。より具体的に、超音波探触子１１０は、被検査材２００に向けて超音波を送信し、被検査材２００からの超音波を受信する探触子である。また、本実施形態の超音波探触子１１０は、Ｙ方向に複数の超音波振動子１１１が配列されて構成されたアレイ探触子であり、各超音波振動子１１１を用いて被検査材２００との間で超音波を送受信する。 The ultrasonic probe 110 is a probe that transmits and receives ultrasonic waves to and from the material 200 to be inspected. More specifically, the ultrasonic probe 110 is a probe that transmits ultrasonic waves toward the inspected material 200 and receives ultrasonic waves from the inspected material 200. Further, the ultrasonic probe 110 of the present embodiment is an array probe configured by arranging a plurality of ultrasonic transducers 111 in the Y direction, and a material to be inspected using each ultrasonic transducer 111. It transmits and receives ultrasonic waves to and from 200.
超音波伝搬部材１２０は、超音波探触子１１０と被検査材２００との間に介在し、超音波を伝搬させる部材である。この超音波伝搬部材１２０としては、例えば、送受信する超音波の減衰が小さい材料であるポリスチレンを用いることが好適である。 The ultrasonic wave propagation member 120 is a member that is interposed between the ultrasonic probe 110 and the inspected material 200 and propagates ultrasonic waves. As the ultrasonic wave propagating member 120, for example, it is preferable to use polystyrene which is a material having a small attenuation of ultrasonic waves to be transmitted and received.
また、第１の実施形態では、この超音波伝搬部材１２０に、当該超音波伝搬部材１２０の断面であって被検査材２００（より具体的には、被検査材の上面２００ａ）と対向する超音波伝搬部材の下面１２０ｂに対して平行である複数の断面（例えば、図７（ｂ）に示すＡ−Ａ'断面及びＢ−Ｂ'断面等）において、図７（ａ）に示すように、当該断面の外周の周方向に複数の溝１２１が設けられている。具体的に、図７（ａ）に示す溝１２１としては、Ｖ字形状の溝であるＶ溝が示されている。この場合、本実施形態では、複数の溝１２１は、図７（ａ）に示すＶ溝ピッチ１２１１が２．３ｍｍ程度で、図７（ａ）に示すＶ溝角度１２１２が６０°程度であることが好適であるが、本発明においてはこれらの数値に限定されるものではない。 In addition, in the first embodiment, the ultrasonic wave propagation member 120 has a cross section of the ultrasonic wave propagation member 120 which faces the inspection object 200 (more specifically, the upper surface 200a of the inspection object). In a plurality of cross sections (for example, AA′ cross section and BB′ cross section shown in FIG. 7B) parallel to the lower surface 120b of the sound wave transmitting member, as shown in FIG. A plurality of grooves 121 are provided in the outer circumferential direction of the cross section. Specifically, as the groove 121 shown in FIG. 7A, a V groove that is a V-shaped groove is shown. In this case, in the present embodiment, in the plurality of grooves 121, the V groove pitch 1211 shown in FIG. 7A is about 2.3 mm, and the V groove angle 1212 shown in FIG. 7A is about 60°. Is preferable, but the present invention is not limited to these numerical values.
具体的に、ＸＹ平面と平行である超音波伝搬部材１２０の断面は、図７（ａ）に示すように長方形の形状をしており、複数の溝１２１は、図７（ａ）に示すように長方形の外周を構成する４つの面である、超音波伝搬部材の前面１２０ｃ、超音波伝搬部材の後面１２０ｄ、超音波伝搬部材の左側面１２０ｅ、及び、超音波伝搬部材の右側面１２０ｆのうちの全ての面に、当該長方形の外周の周方向に設けられている。そして、これらの複数の溝１２１は、主として、超音波伝搬部材１２０において、当該４つの面である、超音波伝搬部材の前面１２０ｃ、超音波伝搬部材の後面１２０ｄ、超音波伝搬部材の左側面１２０ｅ、及び、超音波伝搬部材の右側面１２０ｆで発生する疑似超音波を乱反射させて減衰されるために設けたものである。ここでいう疑似超音波は、図６を用いて説明したように、超音波探触子１１０が被検査材２００との間で送受信する超音波が、超音波伝搬部材の前面１２０ｃ、後面１２０ｄ、左側面１２０ｅ及び超音波伝搬部材の右側面１２０ｆのうちの少なくとも１つの面でモード変換することによって発生したものを想定している。 Specifically, the cross section of the ultrasonic wave propagation member 120 that is parallel to the XY plane has a rectangular shape as shown in FIG. 7A, and the plurality of grooves 121 have the shape shown in FIG. 7A. Of the four surfaces forming the outer periphery of the rectangle, the front surface 120c of the ultrasonic wave propagation member, the rear surface 120d of the ultrasonic wave propagation member, the left side surface 120e of the ultrasonic wave propagation member, and the right side surface 120f of the ultrasonic wave propagation member. Are provided on all the surfaces in the circumferential direction of the outer circumference of the rectangle. The plurality of grooves 121 are mainly four surfaces of the ultrasonic wave propagating member 120: the front surface 120c of the ultrasonic wave propagating member, the rear surface 120d of the ultrasonic wave propagating member, and the left side surface 120e of the ultrasonic wave propagating member. , And the pseudo ultrasonic waves generated on the right side surface 120f of the ultrasonic wave propagation member are diffusely reflected and attenuated. As described above with reference to FIG. 6, the pseudo ultrasonic waves referred to here are ultrasonic waves transmitted and received by the ultrasonic probe 110 to and from the material 200 to be inspected. It is assumed to be generated by mode conversion on at least one of the left side surface 120e and the right side surface 120f of the ultrasonic wave propagation member.
また、図７に示す第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１は、図７（ｂ）に示すように、ＸＹ平面と平行であるＡ−Ａ'断面及びＢ−Ｂ'断面のみならず、超音波伝搬部材の上面１２０ａから超音波伝搬部材の下面１２０ｂに至るＸＹ平面と平行な複数の断面において、それぞれ、図７（ａ）に示す複数の溝１２１が設けられている。即ち、図７に示す例では、図７（ｂ）に示すように、超音波伝搬部材の後面１２０ｄ（前面１２０ｃ、左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆについても同様）には、上面１２０ａと接する部分（超音波探触子１１０側の端部）から下面１２０ｂと接する部分（被検査材２００側の端部）に亘って、複数の溝１２１が設けられている例を示している。なお、本発明においては、この図７に示す形態に限定されるものではなく、超音波伝搬部材の後面１２０ｄ（前面１２０ｃ、左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆについても同様）に設けられている溝１２１が、例えば、Ａ−Ａ'断面とＢ−Ｂ'断面との間で切断されている等、途切れ途切れ（断続的）に形成される形態も、本発明に適用可能である。また、図７に示す形態では、それぞれの溝１２１が一様の深さである溝を図示しているが、異なる深さの溝１２１を形成する形態も、本発明に適用可能である。また、図７に示す形態では、図７（ｂ）に示すＺ方向に沿ってそれぞれの溝１２１を形成する例を示したが、これに換えて、図７（ｂ）に示すＹ方向（更にはＸ方向）に沿ってそれぞれの溝１２１を形成する形態も、同様の効果が期待でき、本発明に適用可能である。さらに、図７（ｂ）に示すＺ方向に沿った溝１２１に加えて、図７（ｂ）に示すＹ方向に沿った溝１２１及び図７（ｂ）に示すＸ方向に沿った溝１２１のそれぞれを形成する形態も、本発明に適用可能である。 Further, the ultrasonic flaw detection sensor 100-1 according to the first embodiment shown in FIG. 7 has only an AA′ cross section and a BB′ cross section that are parallel to the XY plane, as shown in FIG. 7B. Of course, a plurality of grooves 121 shown in FIG. 7A are provided in a plurality of cross sections parallel to the XY plane from the upper surface 120a of the ultrasonic wave propagating member to the lower surface 120b of the ultrasonic wave propagating member. That is, in the example shown in FIG. 7, as shown in FIG. 7B, the rear surface 120d of the ultrasonic wave propagation member (the same applies to the front surface 120c, the left side surface 120e, and the right side surface 120f) is in contact with the upper surface 120a ( An example is shown in which a plurality of grooves 121 are provided from the end portion on the ultrasonic probe 110 side) to the portion in contact with the lower surface 120b (end portion on the inspected material 200 side). Note that the present invention is not limited to the configuration shown in FIG. 7, and the groove 121 provided in the rear surface 120d of the ultrasonic wave propagation member (the same applies to the front surface 120c, the left side surface 120e, and the right side surface 120f). However, for example, a mode of being formed intermittently (intermittently) such as being cut between the AA′ cross section and the BB′ cross section is also applicable to the present invention. Further, in the form shown in FIG. 7, each of the grooves 121 has a uniform depth, but a form in which the grooves 121 having different depths are formed is also applicable to the present invention. Further, in the form shown in FIG. 7, an example in which each groove 121 is formed along the Z direction shown in FIG. 7B has been shown, but instead of this, in the Y direction shown in FIG. 7B (further The same effect can be expected in a form in which each groove 121 is formed along the (X direction), and is applicable to the present invention. Furthermore, in addition to the groove 121 along the Z direction shown in FIG. 7B, the groove 121 along the Y direction shown in FIG. 7B and the groove 121 along the X direction shown in FIG. The form of forming each is also applicable to the present invention.
また、図７に示す第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１は、図６において上述した超音波６５０及び６６０に基づく疑似超音波をより減衰させるために、図７（ａ）に示すように、超音波伝搬部材の左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆであって複数の溝１２１の外側に、当該疑似超音波を吸収して減衰させるための吸収部材１３０を更に有する構成となっている。この吸収部材１３０としては、例えば、タングステン粉末を分散させたエポキシ樹脂（タングステン入りエポキシ樹脂）や、フェライト粉末を充填したゴムを用いることが好適である。また、吸収部材１３０の硬度としては、例えば、硬度０〜５０程度のゲル状ではなく、硬度が５０よりも大きい吸収部材１３０を用いることが好適である。 Further, the ultrasonic flaw detection sensor 100-1 according to the first embodiment shown in FIG. 7 has a structure shown in FIG. 7A in order to further attenuate the pseudo ultrasonic wave based on the ultrasonic waves 650 and 660 described above in FIG. As shown in the figure, the left side surface 120e and the right side surface 120f of the ultrasonic wave propagating member further include an absorbing member 130 outside the plurality of grooves 121 for absorbing and attenuating the pseudo ultrasonic wave. .. As the absorbing member 130, it is preferable to use, for example, an epoxy resin in which tungsten powder is dispersed (tungsten-containing epoxy resin) or a rubber in which ferrite powder is filled. Further, as the hardness of the absorbing member 130, for example, it is preferable to use the absorbing member 130 having a hardness greater than 50 instead of a gel having a hardness of about 0 to 50.
図８は、図７に示す本発明の第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１を用いて被検査材２００の超音波探傷を行った結果を示す図である。この図８に示す超音波探傷の条件は、超音波探傷センサ１００−１の構成以外は、図５に示す超音波探傷の条件と同様である。 FIG. 8: is a figure which shows the result of having performed the ultrasonic flaw detection of the to-be-inspected material 200 using the ultrasonic flaw detection sensor 100-1 which concerns on the 1st Embodiment of this invention shown in FIG. The conditions for ultrasonic flaw detection shown in FIG. 8 are the same as the conditions for ultrasonic flaw detection shown in FIG. 5, except for the configuration of the ultrasonic flaw detection sensor 100-1.
図８に示す超音波探傷結果では、人工欠陥エコーのエコー強度を１００％とすると、この人工欠陥エコーよりもエコー強度が小さい（約７５％）疑似エコーが観測されるのにとどまった。この図８に示す超音波探傷結果は、図５に示す超音波探傷結果と比較して、ノイズである疑似エコーのエコー強度が低減している結果となっている。即ち、第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１によれば、上述した複数の溝１２１（更には、吸収部材１３０）を設けることにより、疑似エコーのエコー強度を低減させることができ、その結果、超音波探傷に係るノイズの低減機能を向上させることが可能である。 In the ultrasonic flaw detection results shown in FIG. 8, assuming that the echo intensity of the artificial defect echo is 100%, a pseudo echo having an echo intensity smaller than that of the artificial defect echo (about 75%) was observed. The ultrasonic flaw detection result shown in FIG. 8 is a result in which the echo intensity of the pseudo echo, which is noise, is reduced as compared with the ultrasonic flaw detection result shown in FIG. That is, according to the ultrasonic flaw detection sensor 100-1 according to the first embodiment, the echo intensity of the pseudo echo can be reduced by providing the plurality of grooves 121 (further, the absorbing member 130) described above. As a result, it is possible to improve the noise reduction function related to ultrasonic flaw detection.
また、以下に、図３を用いて、本発明の第１の実施形態における効果を記載する。
図３（ａ）に示すように、超音波伝搬部材３２０の前面３２０ｃや後面３２０ｄにおいて、送信した縦波の超音波がモード変換することによって発生する疑似エコーを減衰させる方法として、超音波伝搬部材３２０の幅Ｗ2を超音波探触子３１０の幅Ｗ1よりも大きく設定することがある。しかしながら、このようにしてしまうと、不感帯領域３０２が大きくなってしまい、探傷すべき範囲をカバーできなくなる場合がある。これに対して、本実施形態の超音波探傷センサ１００−１では、図７（ａ）に示すように、超音波伝搬部材の左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆに加えて、前面１２０ｃ、後面１２０ｄの全面に全周に亘って溝１２１が形成されており、さらに、超音波伝搬部材の左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆにおける複数の溝１２１の外側に吸収部材１３０を設けることで、疑似エコーを減衰させている。即ち、超音波伝搬部材３２０の幅Ｗ2に依存することなく、疑似エコーを減衰させることが可能となる。そのため、図３（ｂ）に示すように、超音波探触子の幅Ｗ1と超音波伝搬部材の幅Ｗ2とを同程度にした場合であっても、疑似エコーを減衰させることができる。そして、超音波探触子の幅Ｗ1と超音波伝搬部材の幅Ｗ2とを同程度にすることができると、図３（ｂ）に示すように不感帯領域３０２を小さくすることができ、より広範囲の探傷を行うことができる。
In addition, the effects of the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
As shown in FIG. 3A, as a method of attenuating a pseudo echo generated by mode conversion of a transmitted longitudinal ultrasonic wave on the front surface 320c or the rear surface 320d of the ultrasonic wave propagation member 320, an ultrasonic wave propagation member is used. The width W 2 of 320 may be set larger than the width W 1 of the ultrasonic probe 310. However, in this case, the dead zone region 302 becomes large and it may not be possible to cover the range to be flaw-detected. On the other hand, in the ultrasonic flaw detection sensor 100-1 of the present embodiment, as shown in FIG. 7A, in addition to the left side surface 120e and the right side surface 120f of the ultrasonic wave propagation member, the front surface 120c and the rear surface 120d are formed. Grooves 121 are formed on the entire surface over the entire circumference. Further, by providing the absorbing member 130 outside the plurality of grooves 121 on the left side surface 120e and the right side surface 120f of the ultrasonic wave propagation member, the pseudo echo is attenuated. ing. That is, the pseudo echo can be attenuated without depending on the width W 2 of the ultrasonic wave propagation member 320. Therefore, as shown in FIG. 3B, the pseudo echo can be attenuated even when the width W 1 of the ultrasonic probe and the width W 2 of the ultrasonic wave propagating member are made approximately the same. .. Then, if the width W 1 of the ultrasonic probe and the width W 2 of the ultrasonic wave propagating member can be made approximately the same, the dead zone region 302 can be made smaller as shown in FIG. A wider range of flaw detection can be performed.
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下に記載する第２の実施形態の説明では、上述した第１の実施形態と共通する事項の説明は省略し、上述した第１の実施形態と異なる事項について説明を行う。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the description of the second embodiment described below, description of items common to the above-described first embodiment will be omitted, and items different from the above-described first embodiment will be described.
図９は、本発明の第２の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−２の概略構成の一例を示す図である。この図９において、図７に示す構成と同様の構成については同じ符号を付しており、その詳細な説明は省略する。また、この図９では、図２〜図４で定義したＸＹＺ座標系と同様のＸＹＺ座標系を図示している。 FIG. 9: is a figure which shows an example of schematic structure of the ultrasonic flaw detection sensor 100-2 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 9, the same components as those shown in FIG. 7 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Further, in FIG. 9, an XYZ coordinate system similar to the XYZ coordinate system defined in FIGS. 2 to 4 is illustrated.
具体的に、図９に示す第２の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−２は、上述した図７に示す第１の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−１に対して、吸収部材１３０を、超音波伝搬部材の左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆの外側だけではなく、音波伝搬部材の上面１２０ａ及び下面１２０ｂの外側にも設けたものである。即ち、第１の実施形態では、超音波伝搬部材の上面１２０ａ、下面１２０ｂ、左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆのうちの一部の面である超音波伝搬部材の左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆにおける複数の溝１２１の外側に吸収部材１３０を設ける形態であったが、第２の実施形態では、超音波伝搬部材の上面１２０ａ、下面１２０ｂ、左側面１２０ｅ及び右側面１２０ｆのうちの全部の面における複数の溝１２１の外側に、吸収部材１３０を設ける形態である。 Specifically, the ultrasonic flaw detection sensor 100-2 according to the second embodiment shown in FIG. 9 is different from the ultrasonic flaw detection sensor 100-1 according to the first embodiment shown in FIG. 130 is provided not only outside the left side surface 120e and the right side surface 120f of the ultrasonic wave propagating member but also outside the upper surface 120a and the lower surface 120b of the sound wave propagating member. That is, in the first embodiment, a plurality of ultrasonic wave propagation members on the left side surface 120e and the right side surface 120f, which are some of the upper surface 120a, the lower surface 120b, the left side surface 120e, and the right side surface 120f. Although the absorbing member 130 is provided on the outer side of the groove 121 of the above, in the second embodiment, a plurality of ultrasonic wave transmitting members are provided on all of the upper surface 120a, the lower surface 120b, the left side surface 120e, and the right side surface 120f. The absorbing member 130 is provided outside the groove 121.
図１０は、図９に示す本発明の第２の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−２を用いて被検査材２００の超音波探傷を行った結果を示す図である。この図１０に示す超音波探傷の条件も、超音波探傷センサ１００−２の構成以外は、図５に示す超音波探傷の条件と同様である。 FIG. 10: is a figure which shows the result of having performed the ultrasonic flaw detection of the to-be-inspected material 200 using the ultrasonic flaw detection sensor 100-2 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention shown in FIG. The conditions for ultrasonic flaw detection shown in FIG. 10 are the same as the conditions for ultrasonic flaw detection shown in FIG. 5, except for the configuration of the ultrasonic flaw detection sensor 100-2.
図１０に示す超音波探傷結果では、人工欠陥エコーのエコー強度を１００％とすると、この人工欠陥エコーよりもエコー強度が著しく小さい（２５％未満）疑似エコーが観測されるのにとどまった。この図１０に示す超音波探傷結果は、図５に示す超音波探傷結果と比較して、ノイズである疑似エコーのエコー強度が大幅に低減している結果となっている。さらに、図１０に示す超音波探傷結果は、図８に示す第１の実施形態における超音波探傷結果と比較しても、ノイズである疑似エコーのエコー強度が更に低減した結果となっている。即ち、第２の実施形態に係る超音波探傷センサ１００−２によれば、上述した複数の溝１２１及び吸収部材１３０を設けることにより、疑似エコーのエコー強度を大幅に低減させることができ、その結果、超音波探傷に係るノイズの低減機能を更に向上させることが可能である。 In the ultrasonic flaw detection results shown in FIG. 10, assuming that the echo intensity of the artificial defect echo is 100%, a pseudo echo whose echo intensity is significantly smaller than the artificial defect echo (less than 25%) is observed. The ultrasonic flaw detection result shown in FIG. 10 is a result in which the echo intensity of the pseudo echo, which is noise, is significantly reduced as compared with the ultrasonic flaw detection result shown in FIG. Further, the ultrasonic flaw detection result shown in FIG. 10 is a result in which the echo intensity of the pseudo echo, which is noise, is further reduced as compared with the ultrasonic flaw detection result in the first embodiment shown in FIG. That is, according to the ultrasonic flaw detection sensor 100-2 according to the second embodiment, by providing the plurality of grooves 121 and the absorbing member 130 described above, the echo intensity of the pseudo echo can be significantly reduced. As a result, it is possible to further improve the noise reduction function related to ultrasonic flaw detection.
なお、上述した本発明の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 It should be noted that the above-described embodiments of the present invention are merely examples of embodying the present invention, and the technical scope of the present invention should not be limitedly interpreted by these. Is. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
１００：超音波探傷センサ、１１０：超音波探触子、１１１：超音波振動子、１２０：超音波伝搬部材、１２０ａ：超音波伝搬部材の上面、１２０ｂ：超音波伝搬部材の下面、１２０ｃ：超音波伝搬部材の前面、１２０ｄ：超音波伝搬部材の後面、１２０ｅ：超音波伝搬部材の左側面、１２０ｆ：超音波伝搬部材の右側面、１２１：溝、１３０：吸収部材、２００：被検査材 100: ultrasonic flaw detection sensor, 110: ultrasonic probe, 111: ultrasonic transducer, 120: ultrasonic propagation member, 120a: upper surface of ultrasonic propagation member, 120b: lower surface of ultrasonic propagation member, 120c: super Front surface of sound wave propagating member, 120d: rear surface of ultrasonic wave propagating member, 120e: left side surface of ultrasonic wave propagating member, 120f: right side surface of ultrasonic wave propagating member, 121: groove, 130: absorbing member, 200: material to be inspected
Claims (8)
前記被検査材に超音波を送信し、前記被検査材からの超音波を受信する超音波探触子と、
前記超音波探触子と前記被検査材との間に介在し、前記超音波を伝搬させる超音波伝搬部材と、
を有し、
前記超音波伝搬部材には、前記被検査材と対向する第１面に対して平行である断面の外周を構成する全ての第２面に、複数の溝が設けられていることを特徴とする超音波探傷センサ。 An ultrasonic flaw detection sensor that performs ultrasonic flaw detection on a material to be inspected,
An ultrasonic probe that transmits ultrasonic waves to the inspection material and receives ultrasonic waves from the inspection material,
An ultrasonic wave propagation member that is interposed between the ultrasonic probe and the material to be inspected and propagates the ultrasonic wave,
Have
The ultrasonic wave propagating member is provided with a plurality of grooves on all the second surfaces constituting the outer periphery of the cross section parallel to the first surface facing the inspected material. Ultrasonic flaw detection sensor.
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