JP2020201065A - Ultrasonic inspection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面波を用いて被検体の表層の探傷を行う超音波検査装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic inspection apparatus that detects flaws on the surface layer of a subject using surface waves.
超音波を用いて被検体の探傷を行う超音波検査装置が知られている。超音波には、被検体の体積中を伝播する体積波(縦波、横波)以外に、被検体の表面に沿って伝播する表面波(レイリー波)がある。表面波は、被検体の表面が曲面である場合も、被検体の表面に沿って伝播するものであり、その音速は横波音速の90%程度である。 An ultrasonic inspection device that detects a subject using ultrasonic waves is known. In addition to volume waves (longitudinal waves and transverse waves) propagating in the volume of a subject, ultrasonic waves include surface waves (Rayleigh waves) propagating along the surface of the subject. The surface wave propagates along the surface of the subject even when the surface of the subject is a curved surface, and its sound velocity is about 90% of the transverse wave sound velocity.
非特許文献1は、表面波を用いて被検体の表層の探傷を行う超音波検査装置を開示する。非特許文献1の超音波検査装置は、一列に配置された複数の圧電素子を有するアレイ探触子と、複数の圧電素子が被検体の表面に対し傾斜するようにアレイ探触子を支持するウェッジと、複数の圧電素子からの複数の超音波の送信タイミングを制御して、複数の超音波からなる合成波の伝播方向を可変するセクタ走査を実行する制御装置とを備える。
Non-Patent
この超音波検査装置では、合成波がウェッジを介し被検体の表面に入射して表面波にモード変換し、表面波が被検体の表面に沿って伝播する。被検体の表層にきずが存在する場合、きずで反射された反射波がウェッジを介しアレイ探触子で受信される。これにより、被検体の表層のきずを検出する。セクタ走査を実行することにより、探触子を移動させる機械走査を実行する場合と比べ、短時間で広範囲の探傷を行うことができる。 In this ultrasonic inspection device, a synthetic wave is incident on the surface of a subject through a wedge and mode-converted into a surface wave, and the surface wave propagates along the surface of the subject. If there is a flaw on the surface of the subject, the reflected wave reflected by the flaw is received by the array probe through the wedge. As a result, scratches on the surface layer of the subject are detected. By executing the sector scan, it is possible to perform a wide range of flaw detection in a short time as compared with the case of performing a mechanical scan in which the probe is moved.
しかしながら、上記従来技術では、合成波の伝播方向に応じて、被検体の表面に対する合成波の入射角が変化する。合成波の伝播方向によっては、合成波の入射角が表面波の臨界角から大きく離れるため、表面波の強度が低減し、検出感度が低減する。また、表面波の強度がばらつくため、検出感度がばらつく。 However, in the above-mentioned conventional technique, the incident angle of the synthetic wave with respect to the surface of the subject changes according to the propagation direction of the synthetic wave. Depending on the propagation direction of the composite wave, the incident angle of the composite wave is far from the critical angle of the surface wave, so that the intensity of the surface wave is reduced and the detection sensitivity is reduced. In addition, since the intensity of surface waves varies, the detection sensitivity also varies.
本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、その目的は、短時間で広範囲の探傷を行うことができ、且つ、検出感度の向上を図ることができる超音波検査装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above matters, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic inspection apparatus capable of performing a wide range of flaw detection in a short time and improving the detection sensitivity. It is in.
上記目的を達成するために、本発明は、一列に配置された複数の圧電素子を有するアレイ探触子と、前記複数の圧電素子が被検体の表面に対し傾斜するように前記アレイ探触子を支持するウェッジと、前記複数の圧電素子からの複数の超音波の送信タイミングを制御して、前記複数の超音波からなる合成波の伝播方向を可変するセクタ走査を実行する制御装置とを備え、前記合成波が前記ウェッジを介し前記被検体の表面に入射して表面波にモード変換し、前記表面波が前記被検体の表面に沿って伝播する超音波検査装置において、前記ウェッジは、前記合成波の伝播方向にかかわらず、前記被検体の表面に対する合成波の入射角が所定値となるように、前記圧電素子の配列方向に垂直な前記ウェッジの各断面における前記圧電素子側の一辺と前記被検体側の一辺との相対角が、前記圧電素子の配列方向における前記各断面の位置に応じて変化する。 In order to achieve the above object, the present invention comprises an array probe having a plurality of piezoelectric elements arranged in a row and the array probe so that the plurality of piezoelectric elements are inclined with respect to the surface of a subject. A wedge that supports the above, and a control device that controls the transmission timing of a plurality of ultrasonic waves from the plurality of piezoelectric elements to perform sector scanning that changes the propagation direction of the composite wave composed of the plurality of ultrasonic waves. In an ultrasonic inspection device in which the synthetic wave is incident on the surface of the subject through the wedge and mode-converted into a surface wave, and the surface wave propagates along the surface of the subject, the wedge is the said. Regardless of the propagation direction of the composite wave, with one side of the wedge on each cross section perpendicular to the arrangement direction of the piezoelectric element so that the incident angle of the composite wave with respect to the surface of the subject becomes a predetermined value. The relative angle with one side of the subject side changes according to the position of each cross section in the arrangement direction of the piezoelectric element.
本発明によれば、短時間で広範囲の探傷を行うことができ、且つ、検出感度の向上を図ることができる。 According to the present invention, a wide range of flaw detection can be performed in a short time, and the detection sensitivity can be improved.
本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態における超音波検査装置の構成を表す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an ultrasonic inspection device according to the present embodiment.
本実施形態の超音波検査装置は、表面波を用いて被検体20(詳細には、例えば鋼材などの固体)の表層の探傷を行うものである。この超音波検査装置は、一列に配置された複数の圧電素子1を有するアレイ探触子2と、複数の圧電素子1が被検体20の表面に対し傾斜するようにアレイ探触子2を支持するウェッジ3と、制御装置4と、計算機5と、表示装置6とを備えている。計算機5は、コンピュータ等で構成され、表示装置6は、ディスプレイ等で構成されている。
The ultrasonic inspection apparatus of this embodiment uses surface waves to detect flaws on the surface layer of a subject 20 (specifically, a solid such as a steel material). This ultrasonic inspection device supports an
複数の圧電素子1は、後述する制御装置4のパルサ7からの複数の駆動信号によって発振し、複数の超音波を送信し、それらが合成されて合成波となる。この合成波がウェッジ3を介し被検体20の表面に入射して表面波にモード変換し、表面波が被検体20の表面に沿って伝播する。なお、ウェッジ3は、例えばアクリル、ポリスチレン、又はポリイミドなどの樹脂材で形成され、ウェッジ3と被検体20の表面の間は、例えば水などの液体で満たされている。
The plurality of
図1で示すように被検体20の表層にきず21が存在する場合、きず21で反射された反射波がウェッジ3を介し圧電素子1で受信される。圧電素子1は、受信した反射波を波形信号に変換し、後述する制御装置4のレシーバ8へ出力する。
When the
制御装置4は、パルサ7、レシーバ8、遅延制御部9、及びデータ収録部10を有している。遅延制御部9は、プログラムに従って処理を実行するプロセッサ等で構成され、データ収録部10は、メモリ等で構成されている。遅延制御部9は、計算機5からの指令に応じて、合成波の伝播方向に対応する遅延パターンをパルサ7及びレシーバ8へ出力する。
The control device 4 includes a
パルサ7は、遅延パターンに基づき、複数の圧電素子1へそれぞれ出力する複数の駆動信号の出力タイミングを制御する。これにより、合成波の伝播方向を可変するセクタ走査を実行する。
The
レシーバ8は、遅延パターンに基づき、圧電素子1からの波形信号の入力タイミングを調整すると共に、波形信号を合成する。これにより、合成波の伝播方向に対応するように反射波の伝播方向を調整する。
The
レシーバで合成された波形信号は、アナログ−デジタル変換器(図示せず)で波形データに変換されて、データ収録部10で収録される。データ収録部10は、遅延パターン(又はこれに対応する合成波及び表面波の伝播方向の情報)と関連付けて、波形データを収録する。波形データは、受信時間と信号強度の組合せからなる。
The waveform signal synthesized by the receiver is converted into waveform data by an analog-digital converter (not shown) and recorded by the
計算機5は、データ収録部10で収録された波形データとこれに対応する合成波及び表面波の伝播方向の情報に基づいて、探傷画像を作成する。詳細には、合成波及び表面波の伝播方向の情報と受信時間に基づいて反射位置を仮想し、この反射位置に応じて画素の位置を選択すると共に、信号強度に応じて画素の色相、彩度、又は明度を可変して、探傷画像を作成する。
The
表示装置6は、例えば図2で示すように、データ収録部10で収録された波形データを表示する。これにより、検査員がきずの有無や位置を評価することが可能である。また、表示装置6は、例えば図3で示すように、計算機5で作成された探傷画像を表示する。これにより、検査員がきずの寸法や性状を評価することが可能である。
The
本実施形態では、セクタ走査(すなわち、電子走査)を実行することにより、探触子を移動させる機械走査を実行する場合と比べ、短時間で広範囲の探傷を行うことができる。すなわち、アレイ探触子2を移動させなくとも、例えば図1で示す検査範囲22を探傷することができる。
In the present embodiment, by executing sector scanning (that is, electronic scanning), a wide range of flaw detection can be performed in a short time as compared with the case of performing mechanical scanning in which the probe is moved. That is, the
ここで、本実施形態においては、複数の圧電素子1の中心を合成波の仮想起点P(後述の図4、図5(a)、及び図6参照)とし、この合成波の仮想起点Pを通って圧電素子1の配列方向に延在する軸をX1軸(後述の図4及び図6参照)と定義する。合成波の仮想起点Pを通って圧電素子1の法線方向に延在する軸をZ1軸(後述の図5(a)及び図6参照)と定義する。セクタ走査とは、ウェッジ3中の合成波の伝播方向を走査面(X1−Z1平面)に沿って可変するものであり、走査面に垂直な軸をY1軸(後述の図4及び図5(a)参照)と定義する。
Here, in the present embodiment, the center of the plurality of
また、被検体20の表面とZ1軸が交わる交点を原点O(図1及び後述の図13参照)と定義する。被検体20の表面上で原点Oを通って圧電素子1の配列方向に平行な軸をX2軸(図1及び後述の図13参照)と定義する。被検体20の表面上で原点Oを通って圧電素子1の配列方向(言い換えれば、X2軸)に垂直な軸をY2軸(図1及び後述の図13参照)と定義する。原点Oを通って被検体20の表面(言い換えれば、X2−Y2平面)に垂直な軸をZ2軸(図1及び後述の図13参照)と定義する。
Also defines the surface and the Z 1 axis origin intersections intersects O of the object 20 (see FIG. 1 and described later Figure 13). Is defined as X 2 axis an axis parallel to the array direction of the
次に、本実施形態の要部であるウェッジ3の構造を説明する。
Next, the structure of the
図4は、本実施形態におけるウェッジ3の構造を表す上面図である。図5(a)、図5(b)、図5(c)、及び図6は、本実施形態におけるウェッジ3の構造を表す断面図である。図5(a)は、図4中断面A−Aによる断面図、図5(b)は、図4中断面B−Bによる断面図、図5(c)は、図4中断面C−Cによる断面図、図6は、図4中断面D−Dによる断面図である。
FIG. 4 is a top view showing the structure of the
本実施形態のウェッジ3は、アレイ探触子2を支持する平面(以降、適宜、上面という)と、その反対側(すなわち、被検体20側)に形成された特殊な曲面(以降、適宜、底面という)とを有しており、圧電素子1の配列方向(言い換えれば、X1軸)に垂直な各断面における圧電素子1側の一辺(以降、適宜、上辺という)と被検体20側の一辺(以降、適宜、底辺という)との相対角が、圧電素子1の配列方向における各断面の位置に応じて変化する。
The
詳しく説明すると、圧電素子1の配列方向に垂直なウェッジ3の断面のうち、複数の圧電素子1の中心(言い換えれば、X1=0)に位置する断面を基準断面と定義すれば、本実施形態では、図5(a)で示すように、基準断面における上辺E0と底辺F0との相対角β0は、ゼロである。
More specifically, among the cross sections of the
また、圧電素子1の配列方向に垂直なウェッジ3の断面のうち、基準断面とは異なる断面を他の断面と定義すれば、本実施形態では、他の断面における上辺と底辺との相対角は、基準断面から他の断面までの距離(言い換えれば、X1座標の絶対値)が大きくなるほど、大きくなる。すなわち、図5(b)で示す他の断面における上辺E1と底辺F1との相対角β1は、相対角β0より大きい。図5(c)で示す他の断面における上辺E2と底辺F2との相対角β2は、相対角β1より大きい。なお、ウェッジ3の断面の上辺と底辺との相対角が大きくなることは、ウェッジ3の断面の下辺と被検体20の表面との相対角が小さくなることを意味する。
Further, if the cross section of the
なお、ウェッジ3は、基準断面を中心として線対称な構造となっている。また、図6で示すように、X1軸及びZ1軸を含むウェッジ3の断面において、ウェッジ3の厚みd(以降、基準厚みという)が一定である。
The
本実施形態では、上述したウェッジ3の構造により、合成波の伝播方向にかかわらず、被検体20の表面に対する合成波の入射角γが所定値(詳細には、表面波の臨界角γRが好ましいものの、表面波の臨界角γR±合成波の指向角の範囲内で設定された所定値でもよい)となる。これにより、検出感度の向上を図ることができる。この作用効果を、非特許文献1に記載の従来技術と比較しながら説明する。
In the present embodiment, due to the structure of the
図7は、従来技術におけるアレイ探触子2及びウェッジ100の配置を表すと共に、被検体20の表面に入射する合成波の入射点を示す平面図である。図8は、図7中断面VIII−VIIIによる断面図であって、圧電素子1の法線方向(言い換えれば、Z1方向)に伝播して被検体20の表面に入射する合成波の入射角を示す。図9は、図7中断面IX−IXによる断面図であって、圧電素子1の法線方向に対し傾斜した方向に伝播して被検体20の表面に入射する合成波の入射角を示す。図10は、本実施形態におけるアレイ探触子2及びウェッジ3の配置を表すと共に、被検体20の表面に入射する合成波の入射点を示す平面図である。図11は、図10中断面XI−XIによる断面図であって、圧電素子1の法線方向に伝播して被検体20の表面に入射する合成波の入射角を示す。図12は、図10中断面XII−XIIによる断面図であって、圧電素子1の法線方向に対し傾斜した方向に伝播して被検体20の表面に入射する合成波の入射角を示す。なお、図7及び図10においては、便宜上、圧電素子1の図示を省略している。また、図9及び図12においては、便宜上、圧電素子1、アレイ探触子2、及びウェッジ3の図示を省略している。また、図12においては、便宜上、合成波の仮想起点P及びウェッジ3中の合成波を断面に投影したものを示す。
FIG. 7 is a plan view showing the arrangement of the
従来技術では、ウェッジ100は、圧電素子1が被検体20の表面に対し傾斜角αで傾斜するようにアレイ探触子2を支持する平面(上面)と、その反対側に形成された平面(底面)とを有している。そして、圧電素子1の配列方向(言い換えれば、X1軸)に垂直なウェッジ100の各断面における圧電素子1側の一辺(上辺)と被検体20側の一辺(下辺)との相対角が、圧電素子1の配列方向における各断面の位置にかかわらず、同じである。また、ウェッジ100の底面は、被検体20の表面に接触している。そのため、図7で示すように、被検体20の表面に対する合成波の入射点G1,G2は、被検体20の表面(X2−Y2平面)と走査面(X1−Z1平面)が交わる直線(X2軸)上に位置する。
In the prior art, the
従来技術では、図8で示すように、合成波の伝播方向が圧電素子1の法線方向である場合、被検体20の表面に対する合成波の入射角γ1は、上述した傾斜角αと等しくなる。合成波の入射角γ1が表面波の臨界角γRであれば、表面波の強度を高めることができる。
In the prior art, as shown in FIG. 8, when the propagation direction of the synthetic wave is the normal direction of the
しかし、図9で示すように、合成波の伝播方向が圧電素子1の法線方向に対し傾斜した方向である場合、被検体20の表面に対する合成波の入射角γ2は、入射角γ1より大きくなる。これは、被検体20の表面に垂直な方向におけるウェッジ100中の合成波の伝播距離が前者の場合と同じであるものの、被検体20の表面に平行な方向におけるウェッジ100中の合成波の伝播距離が前者の場合より長くなるからである(図示のように、I2>I1)。そして、合成波の伝播方向によっては、合成波の入射角γ2が表面波の臨界角γRから大きく離れるため、表面波の強度が低減し、検出感度が低減する。また、表面波の強度がばらつくため、検出感度がばらつく。
However, as shown in FIG. 9, when the propagation direction of the composite wave is inclined with respect to the normal direction of the
これに対し、本実施形態では、ウェッジ3は、圧電素子1が被検体20の表面に対し傾斜角αで傾斜するようにアレイ探触子2を支持する平面(上面)と、その反対側に形成された特殊な曲面(底面)とを有している。そして、圧電素子1の配列方向に垂直なウェッジ100の各断面における圧電素子1側の一辺(上辺)と被検体20側の一辺(下辺)との相対角が、圧電素子1の配列方向における各断面の位置に応じて変化する。また、ウェッジ3の底面と被検体20の表面の間は、液体で満たされている。そのため、図10で示すように、被検体20の表面に対する合成波の入射点G3,G4は、被検体20の表面(X2−Y2平面)と走査面(X1−Z1平面)が交わる直線(X2軸)上でなく、円弧上に位置する。
On the other hand, in the present embodiment, the
本実施形態では、ウェッジ3の基準断面における上辺と底辺との相対角は、ゼロである。それ故、図11で示すように、合成波の伝播方向が圧電素子1の法線方向である場合、合成波は、ウェッジ3の底面の出射点H3から出射する際に屈折されない。そして、被検体20の表面に対する合成波の入射角γ3は、傾斜角αと等しくなる。合成波の入射角γ3が表面波の臨界角であれば、表面波の強度を高めることができる。
In the present embodiment, the relative angle between the top side and the bottom side in the reference cross section of the
一方、ウェッジ3の他の断面における上辺と底辺との相対角は、基準断面から他の断面までの距離が大きくなるほど、大きくなっている。それ故、図12で示すように、合成波の伝播方向が圧電素子1の法線方向に対し傾斜した方向である場合、合成波は、ウェッジ3の底面の出射点H4から出射する際に、ウェッジ3の底面の形状の影響を受けて、走査面(X1−Z1平面)から外れるように屈折される。そして、被検体20の表面に対する合成波の入射角γ4は、入射角γ3と等しくなる。これは、被検体20の表面に垂直な方向における液体中の合成波の伝播距離だけでなく、被検体20の表面に平行な方向における液体中の合成波の伝播距離も前者の場合と等しくなるからである(図示のように、I4=I3)。そして、合成波の伝播方向にかかわらず、合成波の入射角が所定値(本実施形態では、傾斜角αと同じであって、例えば表面波の臨界角)となるため、表面波の強度を高めることができる。また、表面波の強度のばらつきを抑えることができる。したがって、検出感度の向上を図ることができる。
On the other hand, the relative angle between the upper side and the bottom side in the other cross section of the
次に、本実施形態の角度パラメータの具体例について説明する。 Next, a specific example of the angle parameter of the present embodiment will be described.
上述した通り、本実施形態のウェッジ3の上面の傾斜角α(言い換えれば、ウェッジ3の各断面の上辺の傾斜角α)は、被検体20の表面に対する合成波の入射角γと同じである。そのため、傾斜角αは、下記の式(1)で計算される表面波の臨界角γRに設定することが好ましい。式中のCLは液体中の縦波音速、CRは被検体20中の表面波音速である。例えばウェッジ3と被検体20の表面の間の液体が水であれば、液体中の縦波音速CLは1.48km/sである。例えば被検体20が鋼材であれば、被検体20中の横波音速が3.23km/sであり、表面波音速が横波音速の約0.9倍であるから、被検体20中の表面波音速CRは2.91km/sである。この場合、表面波の臨界角γRは30.6度となる。したがって、傾斜角αは、30.6度に設定することが好ましい。
γR=sin−1(CL/CR) ・・・(1)
As described above, the inclination angle α of the upper surface of the
γ R = sin -1 ( CL / CR ) ・ ・ ・ (1)
アレイ探触子2から被検体20の表面に向かって伝播する合成波は、空間的に広がるため、指向角(広がり角)を有する。そのため、被検体20の表面に対する合成波の入射角γは、表面波の臨界角γR±合成波の指向角の範囲内で設定された所定値でもよい。したがって、傾斜角αは、約28度〜約33度の範囲内で設定された所定値に設定してもよい。
The synthetic wave propagating from the
ウェッジ3の各断面の上辺と底辺との相対角βについて、図13及び図14を用いて説明する。図13は、本実施形態におけるウェッジ3中の合成波の伝播方向ベクトルrW、液体中の合成波の伝播方向ベクトルrL、及び被検体20中の表面波の伝播方向ベクトルrRを表す斜視図である。図14は、図13中断面XIV−XIV(詳細には、ウェッジ3の底面から出射する合成波の出射点H5を含み且つX1軸に垂直な断面)による断面図であって、合成波の出射点H5の位置によるウェッジ3の底面の法線ベクトルnWを、ウェッジ3中の合成波の伝播方向ベクトルrW及び液体中の合成波の伝播方向ベクトルrLと共に表す。なお、図14においては、便宜上、合成波の伝播方向ベクトルrW、rLを断面に投影したものを示す。また、各ベクトルは、長さが1である単位ベクトルである。
The relative angle β between the upper side and the bottom side of each cross section of the
被検体20中の表面波の伝播方向ベクトルrRは、被検体20の表面の入射点G6を起点としたベクトルであり、X2−Y2平面(被検体20の表面)に存在する。被検体20中の表面波の伝播方位角ρは、Y2軸に対する表面波の伝播方向ベクトルrRの角度である。
Propagation direction vector r R of the surface waves in the
ウェッジ3中の合成波の伝播方向ベクトルrWは、合成波の仮想起点Pを起点としたベクトルであり、X1−Z1平面(走査面)に存在する。ウェッジ3中の合成波の伝播方位角φは、Z1軸に対する合成波の伝播方向ベクトルrWの角度である。
Propagation direction vector r W of the composite wave in the
ウェッジ3の底面の出射点H5は、X1軸に平行な直線(Z1=d)に存在する。液体中の合成波の伝播方向ベクトルrLは、ウェッジ3の底面の出射点H5を起点としたベクトルであり、下記記の式(2)(詳細には、スネルの法則を3次元に拡張した光線屈折式)で与えられる関係を満たす。式中のCWは、ウェッジ3中の縦波音速である。
nW×rL=(CL/CW)・(nW×rW) ・・・(2)
The exit point H 5 on the bottom surface of the
n W × r L = ( CL / C W ) ・ (n W × r W ) ・ ・ ・ (2)
上記の式(2)を変形すると、ウェッジ3中の合成波の伝播方位角φ、ウェッジ3の断面の上辺と底辺との相対角β、ウェッジ3の基準厚さd、ウェッジ3中の縦波音速CW、液体中の縦波音速CLを変数として、液体中の合成波の伝播方向ベクトルrLのX2方向成分rLx、Y2方向成分rLy、及びZ2方向成分rLzを計算する、下記の式(3)を導き出せる。式中のTは、転置記号である。
rL(φ,β,d,CW,CL)=(rLx,rLy,rLz)T ・・・(3)
When the above equation (2) is modified, the propagation direction angle φ of the composite wave in the
r L (φ, β, d , C W, C L) = (r Lx, r Ly, r Lz) T ··· (3)
一方、被検体20の表面に対する合成波の入射角γは、液体中の合成波の伝播方向ベクトルrLのZ2方向成分rLzから計算することが可能である(下記の式(4)参照)。
γ=cos−1(rLz) ・・・(4)
On the other hand, the incident angle γ of the synthetic wave with respect to the surface of the subject 20 can be calculated from the Z 2- direction component r Lz of the propagation direction vector r L of the synthetic wave in the liquid (see the following equation (4)). ).
γ = cos -1 (r Lz ) ・ ・ ・ (4)
したがって、上記の式(3)及び式(4)を用いて、被検体20の表面に対する合成波の入射角γが所定値(本実施形態では、傾斜角αと同じであり、表面波の臨界角γRが好ましいものの、表面波の臨界角γR±合成波の指向角の範囲内で設定された所定値でもよい)となるように、ウェッジ3の各断面の上辺と底辺との相対角βを計算することが可能である。これにより、ウェッジ3の各断面の位置と各断面における上辺と底辺との相対角βとの関係を取得する。その具体例(但し、便宜上、X1軸の正側のみ)を、図15に示す。この具体例では、ウェッジ3がアクリルで形成されており、ウェッジ3と被検体20の表面の間の液体が水であり、被検体20が鋼材である。そして、合成波の入射角γは表面波の臨界角γRであって30.6度であり、ウェッジ3中の縦波音速CWは2.73km/sであり、液体中の縦波音速CLは1.48km/sであり、ウェッジ3の基準厚さdは20mmである。
Therefore, using the above equations (3) and (4), the incident angle γ of the synthetic wave with respect to the surface of the subject 20 is a predetermined value (in the present embodiment, it is the same as the inclination angle α, and the criticality of the surface wave. Although the angle γ R is preferable, the relative angle between the top side and the bottom side of each cross section of the
下記の式(5)で示すように、被検体20中の表面波の伝播方位角ρは、液体中の合成波の伝播方向ベクトルrLのX2方向成分rLx及びY2方向成分rLyから計算することが可能である。これにより、ウェッジ3中の合成波の伝播方位角φと被検体20中の表面波の伝播方位角との関係を取得する。その具体例を、図16に示す(但し、条件は、上記と同じである)。この情報は、探傷画像の作成に利用される。
ρ=tan−1(rLx/rLy) ・・・(5)
As shown by the following equation (5), the propagation azimuth angle ρ of the surface wave in the subject 20 is the X two- direction component r Lx and the Y two- direction component r Ly of the propagation direction vector r L of the synthetic wave in the liquid. It is possible to calculate from. As a result, the relationship between the propagation azimuth φ of the composite wave in the
ρ = tan -1 (r Lx / r Ly ) ・ ・ ・ (5)
1 圧電素子
2 アレイ探触子
3 ウェッジ
4 制御装置
20 被検体
1
Claims (3)
前記複数の圧電素子が被検体の表面に対し傾斜するように前記アレイ探触子を支持するウェッジと、
前記複数の圧電素子からの複数の超音波の送信タイミングを制御して、前記複数の超音波からなる合成波の伝播方向を可変するセクタ走査を実行する制御装置とを備え、
前記合成波が前記ウェッジを介し前記被検体の表面に入射して表面波にモード変換し、前記表面波が前記被検体の表面に沿って伝播する超音波検査装置において、
前記ウェッジは、前記合成波の伝播方向にかかわらず、前記被検体の表面に対する合成波の入射角が所定値となるように、前記圧電素子の配列方向に垂直な前記ウェッジの各断面における前記圧電素子側の一辺と前記被検体側の一辺との相対角が、前記圧電素子の配列方向における前記各断面の位置に応じて変化することを特徴とする超音波検査装置。 An array probe with multiple piezoelectric elements arranged in a row,
A wedge that supports the array probe so that the plurality of piezoelectric elements are inclined with respect to the surface of the subject.
A control device that controls the transmission timing of a plurality of ultrasonic waves from the plurality of piezoelectric elements and executes sector scanning that changes the propagation direction of the composite wave composed of the plurality of ultrasonic waves.
In an ultrasonic inspection apparatus in which the synthetic wave is incident on the surface of the subject through the wedge and mode-converted into a surface wave, and the surface wave propagates along the surface of the subject.
The wedge is the piezoelectric in each cross section of the wedge perpendicular to the arrangement direction of the piezoelectric elements so that the incident angle of the synthetic wave with respect to the surface of the subject becomes a predetermined value regardless of the propagation direction of the synthetic wave. An ultrasonic inspection apparatus characterized in that the relative angle between one side on the element side and one side on the subject side changes according to the position of each cross section in the arrangement direction of the piezoelectric element.
前記ウェッジは、前記圧電素子の配列方向に垂直かつ前記複数の圧電素子の中心に位置する基準断面における前記圧電素子側の一辺と前記被検体側の一辺との相対角が、ゼロであって、前記圧電素子の配列方向に垂直かつ前記基準断面とは異なる他の断面における前記圧電素子側の一辺と前記被検体側の一辺との相対角が、前記基準断面から前記他の断面までの距離が大きくなるほど、大きくなることを特徴とする超音波検査装置。 In the ultrasonic inspection apparatus according to claim 1,
The wedge has a reference cross section perpendicular to the arrangement direction of the piezoelectric elements and located at the center of the plurality of piezoelectric elements, and the relative angle between one side on the piezoelectric element side and one side on the subject side is zero. The relative angle between one side of the piezoelectric element side and one side of the subject side in another cross section that is perpendicular to the arrangement direction of the piezoelectric element and different from the reference cross section is the distance from the reference cross section to the other cross section. An ultrasonic inspection device characterized in that the larger the size, the larger the size.
前記ウェッジと前記被検体の表面の間は液体で満たされたことを特徴とする超音波検査装置。 In the ultrasonic inspection apparatus according to claim 1,
An ultrasonic inspection apparatus characterized in that the space between the wedge and the surface of the subject is filled with a liquid.
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