JP2021135107A - Ultrasonic probe, ultrasonic probe design method, and ultrasonic flaw detection scanner - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、超音波探触子、超音波探触子の設計方法、及び超音波探傷スキャナに関する。 The present disclosure relates to an ultrasonic probe, a method for designing an ultrasonic probe, and an ultrasonic flaw detector scanner.
検査対象物を非破壊で検査する装置として、検査対象物の表面に超音波探触子を接触させた状態で、検査対象物の内部に超音波を伝搬させ、欠陥からの散乱波を受信し、欠陥の位置や大きさを推定する超音波探傷装置が知られている。
また、超音波探傷方法として、複雑な表面形状を認識して、この情報に基づいて、超音波の励振条件を補正して検査対象物の内部の検査(イメージング)を行うアダプティフェーズドアレイ超音波探傷技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
As a device for non-destructive inspection of the inspection target, the ultrasonic wave is propagated inside the inspection target with the ultrasonic probe in contact with the surface of the inspection target, and the scattered wave from the defect is received. , Ultrasonic flaw detectors that estimate the position and size of defects are known.
In addition, as an ultrasonic flaw detection method, adaptive phased array ultrasonic waves that recognize complex surface shapes, correct the excitation conditions of ultrasonic waves based on this information, and inspect (imaging) the inside of the inspection object. A flaw detection technique is known (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1には、全波形サンプリング処理技術を用いて、一度の探傷で複雑な形状とされた表面からの超音波信号を高精度化するとともに、GPGPU(General−Purpose Computing On Graphics Processing Unit)用いて演算処理する超音波検査方法、及び超音波検査装置が開示されている。
In
上記特許文献1に開示された超音波検査方法、及び超音波検査装置を用いることで、高速・高精度の検査を実現可能となる。
ところで、実際のプラントで超音波検査装置を用いる場合、超音波検査装置を構成する超音波探触子を狭い隙間に挿入させて検査する必要がある。この場合、該隙間に挿入可能な高さの低い超音波探触子を用いる必要がある。
しかしながら、特許文献1には、超音波探触子の高さを低くするための構造について何ら開示されていない。
By using the ultrasonic inspection method and the ultrasonic inspection device disclosed in
By the way, when an ultrasonic inspection device is used in an actual plant, it is necessary to insert an ultrasonic probe constituting the ultrasonic inspection device into a narrow gap for inspection. In this case, it is necessary to use an ultrasonic probe having a low height that can be inserted into the gap.
However,
そこで、本開示は、高さを低くすることの可能な超音波探触子、超音波探触子の設計方法、及び超音波探傷スキャナを提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present disclosure to provide an ultrasonic probe capable of lowering the height, a method for designing an ultrasonic probe, and an ultrasonic flaw detector scanner.
上記課題を解決するために、本開示に係る超音波探触子は、検査対象物の表面形状を認識し、前記表面形状に関する情報に基づいて、超音波の励振条件を補正して、前記検査対象物の内部の検査を行う際に使用する超音波探触子であって、前記超音波を送受信する複数の圧電素子、及び前記検査対象物の表面と向かいう合うセンサ面を有し、前記複数の圧電素子が互いに間隔をあけて、前記圧電素子の幅方向及び長さ方向に配置されたアレイセンサと、前記アレイセンサが配置される一面を含み、前記複数の圧電素子から発生する振動エネルギーを吸収可能な軟質材料で構成されたダンパ部材と、を備える。 In order to solve the above problems, the ultrasonic probe according to the present disclosure recognizes the surface shape of the object to be inspected, corrects the ultrasonic excitation conditions based on the information on the surface shape, and performs the inspection. An ultrasonic probe used for inspecting the inside of an object, which has a plurality of piezoelectric elements for transmitting and receiving the ultrasonic waves and a sensor surface facing the surface of the object to be inspected. Vibration energy generated from the plurality of piezoelectric elements including an array sensor in which a plurality of piezoelectric elements are arranged in the width direction and the length direction of the piezoelectric element at intervals from each other and one surface on which the array sensor is arranged. It is provided with a damper member made of a soft material capable of absorbing the material.
本開示によれば、超音波探触子の高さを低くすることができる。 According to the present disclosure, the height of the ultrasonic probe can be lowered.
<第1の実施形態>
図1〜図5を参照して、第1の実施形態に係る超音波探触子10について説明する。図1、図2、及び図5に示すY方向は、圧電素子17の幅方向を示している。図1、図3、及び図4に示すZ方向は、Y方向に対して直交する超音波探触子10の厚さ方向を示している。図2〜図5に示すX方向は、Y方向及びZ方向に対して直交する圧電素子17の長さ方向を示している。
図3及び図4において、M1はダンパ部材12の厚さ(以下、「厚さM1」という)、M2は圧電素子17の厚さ(以下、「厚さM2」という)、Hは圧電素子17の厚さM2及びダンパ部材12の厚さM1で決まる超音波探触子10の高さ(以下、「高さH」という)をそれぞれ示している。
なお、ダンパ部材12厚さM1は、X方向において異なる厚さとされている。
<First Embodiment>
The
In FIGS. 3 and 4, M1 is the thickness of the damper member 12 (hereinafter, referred to as “thickness M1”), M2 is the thickness of the piezoelectric element 17 (hereinafter, referred to as “thickness M2”), and H is the
The
(超音波探触子の全体構成)
超音波探触子10は、検査対象物の表面形状を認識し、表面形状に関する情報に基づいて、超音波の励振条件を補正して、管状部材1の内部の検査を行う際に使用する探触子である。
超音波探触子10は、ダンパ部材12と、アレイセンサ13と、軟質フィルム15と、を有する。
(Overall configuration of ultrasonic probe)
The
The
(ダンパ部材の構成)
ダンパ部材12は、Z方向に配置された一面12a及び他面12bを有する。
一面12aは、アレイセンサ13が配置される側に配置されている。一面12aは、検査対象物を検査する際、検査対象部の表面と向かい合う面である。一面12aは、センサ載置面12aaと、非センサ載置面12abと、を有する。
(Structure of damper member)
The
One
センサ載置面12aaは、アレイセンサ13が配置される面である。センサ載置面12aaの周囲は、非センサ載置面12abにより囲まれている。センサ載置面12aaは、非センサ載置面12abよりも他面12b側に配置され、かつ他面12b側に凹んだ凹曲面とされている。
非センサ載置面12abは、センサ載置面12aaの周囲を囲む平面とされている。非センサ載置面12abは、Z方向に対して直交する面である。
他面12bは、一面12aの反対側に配置されている。他面12bは、平面とされている。
The sensor mounting surface 12aa is a surface on which the
The non-sensor mounting surface 12ab is a flat surface surrounding the sensor mounting surface 12aa. The non-sensor mounting surface 12ab is a surface orthogonal to the Z direction.
The
ダンパ部材12は、アレイセンサ13を構成する複数の圧電素子17から発生する振動エネルギーを吸収可能な軟質材料で構成されている。
このような軟質材料としては、例えば、ゴム、樹脂などの高分子材料、またはこれらに金属粉末、樹脂粉末等の添加剤を加えた不均質材等を用いることが可能である。
ダンパ部材12の厚さM1は、硬度を低くすることで、より薄くすることが可能である。
ダンパ部材12を構成する軟質材料は、超音波探触子10をどの程度の隙間に挿入させて使用するかによって適宜選択することができる。即ち、ダンパ部材12の硬度は、挿入すべき隙間の高さと、探触に必要となる振動エネルギーの大きさによって決定される。
上記軟質材料を用いることで、例えば、ダンパ部材12の厚さM1を5mm以下(例えば、2〜3mm程度)まで薄くすることが可能となる。
The
As such a soft material, for example, a polymer material such as rubber or resin, or an inhomogeneous material to which an additive such as metal powder or resin powder is added can be used.
The thickness M1 of the
The soft material constituting the
By using the soft material, for example, the thickness M1 of the
ダンパ部材12は、圧電素子17を励起させる際、例えば、ダンピングにより1波〜3波のスパイク波形が形成されるような硬度とすることが好ましい。
When the
(ダンパ部材の効果)
このように、複数の圧電素子17から発生する振動エネルギーを吸収可能な軟質材料を用いてダンパ部材12を構成することで、単位体積当たりのダンピング量を増大させることが可能となる。
これにより、ダンパ部材12の厚さM1を薄くすることが可能となるので、圧電素子17の厚さM2及びダンパ部材12の厚さM1で決まる超音波探触子10の高さHを低くすることができる。
(Effect of damper member)
As described above, by constructing the
As a result, the thickness M1 of the
また、圧電素子17を励起させる際、ダンピングにより1波〜3波のスパイク波形が形成されるような硬度とすることで、励起波形幅を小さくすることが可能となる。
これにより、超音波探触子10を配置させる隙間が狭く、検査対象物の表面とセンサ面とが非常に近い場合でも検査対象物の表面を精度良く認識することができる。
Further, when the
As a result, the gap for arranging the
(アレイセンサの構成)
アレイセンサ13は、複数の圧電素子17と、センサ面13aと、を有する。
複数の圧電素子17は、ダンパ部材12のセンサ載置面12aaに設けられている。複数の圧電素子17は、検査対象物に対して超音波を送受信する。複数の圧電素子17は、互いに間隔をあけて、圧電素子17の幅方向(Y方向)及び長さ方向(X方向)に配置されている。
複数の圧電素子17は、それぞれ検査対象物の表面と向かい合う送受信面17aを有する。
複数の圧電素子17は、厚さM2を薄くするとともに、欠陥の探傷に必要なエネルギー(具体的には、音場エネルギー)及び周波数を得ることが可能な幅及び長さとされている。
なお、「音場エネルギー」とは、検査対象物内の音波が存在する領域のエネルギーのことをいう。
(Array sensor configuration)
The
The plurality of
Each of the plurality of
The plurality of
The "sound field energy" refers to the energy in the region where the sound wave exists in the inspection object.
圧電素子17の固有周波数は、例えば、欠陥の探傷に必要な周波数よりも高くすることが好ましい。
圧電素子17の固有周波数は、ダンパ部材12の影響を受けて低下してしまう。そこで、圧電素子17の固有周波数を欠陥の探傷に必要な周波数よりも高くすることで、超音波探触子10の周波数を欠陥の探傷に必要な周波数にすることができる。
The natural frequency of the
The intrinsic frequency of the
また、複数の圧電素子17として、例えば、低周波数帯の波(例えば、5MHz)と高周波帯の波(例えば、10MHz)とを含む波形の超音波を送受信可能な素子を用いることが好ましい。この場合、複数の圧電素子17は、低周波数帯の波によって生成されるグレーチングローブの発生を抑制可能な範囲で大きなピッチP1,P2で配置させるとよい。
Further, as the plurality of
このようなピッチP1,P2で配置された複数の圧電素子17を有することで、グレーチングローブの発生を抑制した上で一度の計測で検査対象物の表面の検査に必要な探傷範囲を確保することができる。
By having a plurality of
(複数の圧電素子の効果)
このように、圧電素子17の厚さM2を薄くすることで、圧電素子17の厚さM2とダンパ部材12の厚さM1との合計である超音波探触子10の高さHを低くすることができる。
ところで、単に圧電素子17の厚さM2を薄くすると、欠陥の探傷に必要なエネルギー(音場エネルギー)及び周波数を得ることが難しくなり、欠陥の探傷を精度良く行うことが困難となる。
(Effect of multiple piezoelectric elements)
By reducing the thickness M2 of the
By the way, if the thickness M2 of the
しかし、上記のように、圧電素子17の幅及び長さを欠陥の探傷に必要なエネルギー(音場エネルギー)及び周波数を得ることが可能な大きさとする(即ち、圧電素子17の幅及び長さを大きくする)ことで、欠陥の探傷を精度良く行うことができる。
However, as described above, the width and length of the
センサ面13aは、凹曲面とされたセンサ載置面12aaに配置された複数の圧電素子17の送受信面17aにより構成されている。センサ面13aは、圧電素子17の長さ方向(X方向)における曲率を変えることで構成された凹曲面とされている。
The
(センサ面を凹曲面とする効果)
このように、センサ面13aを凹曲面とすることで、検査対象物の任意の一断面に超音波を収束させることが可能となるので、任意の一断面における分解能を向上させることができ、かつ任意の一断面における傷の検出感度を向上させることができる。
(Effect of making the sensor surface a concave curved surface)
By making the
(軟質フィルムの構成)
軟質フィルム15は、センサ面13aを覆うように設けられている。軟質フィルム15としては、例えば、高分子材料を薄く引き伸ばしたものを用いることが可能であり、適用する周波数によって材質や厚さを変更することが可能である。また、軟質フィルム15としては、例えば、第2の実施形態で説明する軟質媒体37,55,57,59,61の音速と音速が等しい材料を用いることが好ましい。
(Composition of soft film)
The
(軟質フィルムの効果)
ところで、検査対象物の表面に複数の圧電素子17からなるアレイセンサ13を配置させる場合、上述した軟質材料よりなるダンパ部材12を用いると、ダンパ部材12が柔らかいため、圧電素子17と検査対象物の表面との間に隙間が形成されて、欠陥の探傷の精度が大きく低下する可能性がある。
そこで、センサ面13aを覆う軟質フィルム15を設けることで、圧電素子17と検査対象物の表面との間に隙間が形成されることを抑制可能となるので、欠陥の探傷の精度良く行うことができる。
(Effect of soft film)
By the way, when the
Therefore, by providing the
上記構成とされた超音波探触子10では、超音波探触子10を挿入させる隙間の高さに応じて、ダンパ部材12の軟質材料を選択してダンパ部材12の厚さM1を薄くして、超音波探触子10の高さHを低くする。そして、さらに、超音波探触子10の高さHを低くしたい場合には、複数の圧電素子17の厚さM2を薄くする。
In the
(第1の実施形態の超音波探触子の効果)
上述したように、複数の圧電素子17から発生する振動エネルギーを吸収可能な軟質材料を用いてダンパ部材12を構成することで、単位体積当たりのダンピング量を増大させることが可能となる。
これにより、ダンパ部材12の厚さM1を薄くすることが可能となるので、圧電素子17の厚さM2及びダンパ部材12の厚さM1で決まる超音波探触子10の高さHを低くすることができる。
(Effect of ultrasonic probe of the first embodiment)
As described above, by constructing the
As a result, the thickness M1 of the
(超音波探触子の設計方法)
ここで、超音波探触子10の設計方法について説明する。
超音波探触子10の設計方法は、第1〜第3のステップを有する。
第1のステップでは、検査対象物の探傷のために超音波探触子10に許容される高さと、検査対象物の探傷のために必要な振動エネルギーの大きさと、に基づいてダンパ部材12の高さ及び硬度を決定する。
(Design method of ultrasonic probe)
Here, a method of designing the
The method for designing the
In the first step, the
次いで、第2のステップでは、第1のステップにより決定されたダンパ部材12の高さと検査対象物の探傷のために必要な振動エネルギーの大きさとに基づいて圧電素子17の幅及び長さを決定する。
Next, in the second step, the width and length of the
第3のステップでは、第1のステップにより決定されたダンパ部材12の硬度に基づいて、圧電素子17の固有周波数を決定する。
In the third step, the intrinsic frequency of the
(超音波探触子の設計方法の効果)
上述した第1のステップを用いて、ダンパ部材12の高さ及び硬度を決定することで、超音波探触子10の高さを超音波探触子10が挿入される隙間の高さよりも低くすることが可能となるので、検査対象物の探傷を実施することができる。
また、上述した第2のステップを有することで、超音波探触子10の高さをさらに低くすることが可能となるため、より狭い隙間に超音波探触子10を挿入することができる。
さらに、上述した第3のステップを有することで、超音波探触子10の周波数を探傷に必要な周波数とすることができる。
(Effect of ultrasonic probe design method)
By determining the height and hardness of the
Further, by having the second step described above, the height of the
Further, by having the above-mentioned third step, the frequency of the
(超音波探触子を用いた超音波探傷方法)
ここで、上述した超音波探触子10を用いた超音波探傷方法について説明する。
まず、検査対象物の探傷対象箇所に軟質媒体を設置し、当該軟質媒体に超音波探触子10を接触させる。この状態で複数の圧電素子17に所定の信号を出力することで、超音波信号によるスキャンを行う。
(Ultrasonic flaw detection method using ultrasonic probe)
Here, an ultrasonic flaw detection method using the above-mentioned
First, a soft medium is installed at a flaw detection target portion of the inspection target object, and the
超音波信号のスキャン結果は、図示しないコンピュータに入力される。コンピュータは、フィルタ処理によりスキャン結果から低周波数帯(例えば、5MHz)に係る超音波の反射波を抽出する。 The scan result of the ultrasonic signal is input to a computer (not shown). The computer extracts the reflected wave of ultrasonic waves in the low frequency band (for example, 5 MHz) from the scan result by filtering.
コンピュータは、抽出した低周波数帯に係る反射波に基づいて検査対象物の表面形状を特定する。なお、低周波数帯に係る超音波は、相対的に広範囲に伝播するため、低周波数帯に係る反射波を用いることで比較的広範囲にわたって表面形状を特定することができる。
次に、コンピュータは、フィルタ処理によりスキャン結果から高周波数帯(例えば、10MHz)に係る超音波の反射波を抽出する。
The computer identifies the surface shape of the inspection object based on the extracted low frequency band reflected wave. Since the ultrasonic waves related to the low frequency band propagate in a relatively wide range, the surface shape can be specified over a relatively wide range by using the reflected waves related to the low frequency band.
Next, the computer extracts the reflected wave of the ultrasonic wave related to the high frequency band (for example, 10 MHz) from the scan result by the filtering process.
なお、圧電素子17のピッチは、低周波数帯の波においてグレーチングローブの発生を抑制するように設定されているため、高周波数帯の波においてはグレーチングローブが生じ得る。一方で、高周波数帯の波は検査対象物の表面で反射し、アレイセンサ13に戻らないため、グレーチングローブを無視することができる。
Since the pitch of the
コンピュータは、特定した検査対象物の表面形状と、軟質媒体内の高周波数帯の超音波の伝播速度と、検査対象物内の高周波数帯の超音波の伝播速度とに基づいて、検査対象物内を複数の領域に分割したときの各領域について、高周波数帯の超音波の伝播時間を計算する。
コンピュータは、抽出した高周波数帯の反射波と各領域の伝播時間とに基づいて、反射が生じた領域を特定する。コンピュータは、特定した領域に欠陥が存在すると判定する。
The computer determines the inspection object based on the surface shape of the identified inspection object, the propagation velocity of high frequency band ultrasonic waves in the soft medium, and the propagation velocity of high frequency band ultrasonic waves in the inspection object. The propagation time of ultrasonic waves in the high frequency band is calculated for each region when the inside is divided into a plurality of regions.
The computer identifies the region where the reflection occurs based on the extracted high frequency band reflected wave and the propagation time of each region. The computer determines that a defect is present in the identified area.
(超音波探傷方法の効果)
上述した超音波探傷方法を実施することで、狭い隙間に挿入された超音波探触子10を用いて、検査対象物の探傷結果を短時間で、かつ高精度に得ることができる。
(Effect of ultrasonic flaw detection method)
By carrying out the ultrasonic flaw detection method described above, the flaw detection result of the inspection object can be obtained in a short time and with high accuracy by using the
<第2の実施形態>
図6〜図9を参照して、第2の実施形態に係る超音波探傷スキャナ30について説明する。図6、図8、及び図9では、超音波探傷スキャナ30とともに、超音波探傷スキャナ30の構成要素ではない検査対象物である管状部材1も併せて図示する。
なお、第2の実施形態では、一例として、一対の配管2を溶接することで形成された溶接部3を検査する場合を例に挙げて以下の説明を行う。管状部材1は、強磁性体を有する金属材料で構成されており、一対の配管2と溶接部3と、表面1a(一対の配管2及び溶接部3からなる構造体の表面)と、を有する。
<Second embodiment>
The ultrasonic
In the second embodiment, the following description will be given by taking as an example a case of inspecting a welded
(超音波探傷スキャナの全体構成)
超音波探傷スキャナ30は、超音波探触子31と、探触支持部材33と、媒体保持部35と、軟質媒体37と、保持回動機構39と、ロータリーエンコーダ41と、を有する。
(Overall configuration of ultrasonic flaw detection scanner)
The ultrasonic
(超音波探触子の構成)
超音波探触子31は、管状部材1に超音波を送信し、欠陥で反射された超音波を受信する。超音波探触子31は、探触支持部材33に取り付けられている。
超音波探触子31は、センサ保持部45と、アレイセンサ46と、を有する。センサ保持部45は、管状部材1の表面1aと向かい合う面45aを有する。
(Structure of ultrasonic probe)
The
The
アレイセンサ46は、X方向及びY方向に間隔をあけて配置された複数の素子で構成されている。アレイセンサ46は、センサ保持部45の面45a側に設けられている。
アレイセンサ46は、管状部材1の表面1aと向かい合うセンサ面46aを有する。
超音波探触子31としては、例えば、薄型化されていないリニアアレイプローブを用いることが可能である。
なお、超音波探触子31として、第1の実施形態で説明した超音波探触子10を用いてもよい。即ち、超音波探触子31は、適宜選択することが可能である。
The
The
As the
As the
(探触支持部材の構成)
探触支持部材33は、支持部材本体48と、突出部51,52と、を有する。
支持部材本体48は、Y方向を長さ方向とする板状の部材である。支持部材本体48は、探触支持部材33の外面33aの一部を構成する外面48aと、内面48bと、開口部48Aと、を有する。
外面48aは、平面とされている。外面48aには、超音波探触子31が取り付けられている。
内面48bは、外面48aの反対側に配置されている。内面48bは、管状部材1の表面1aと向かい合う平面である。
開口部48Aは、外面48aから内面48bに向かう方向(Z方向)に支持部材本体48を貫通して形成されている。開口部48Aは、支持部材本体48に取り付けられた超音波探触子31を構成するアレイセンサ46のセンサ面46a及びセンサ面46aの周囲に位置する面45aを露出することが可能な大きさとされている。
開口部48Aの形状は、例えば、Z方向から視て矩形とすることが可能である。
(Structure of tactile support member)
The
The support member
The
The
The
The shape of the
突出部51は、X方向一方側に位置する支持部材本体48の一方の端部から支持部材本体48に対して傾斜した状態で斜め下方に突出している。突出部51は、Y方向に間隔をあけて2つ設けられている。
The protruding
突出部52は、X方向他方側に位置する支持部材本体48の他方の端部から支持部材本体48に対して傾斜した状態で斜め下方に突出している。突出部51は、Y方向に間隔をあけて2つ設けられている。
The protruding
(媒体保持部の構成)
媒体保持部35は、支持部材本体48の内面48bに設けられた筒状の部材である。
管状部材1の表面1a側に位置する媒体保持部35の端面は、表面1aに沿う形状とされており、管状部材1の検査を行う際、表面1aに押し付けられる。
媒体保持部35は、Z方向において、開口部48Aと管状部材1の表面1aとを連通させ、軟質媒体37を収容する媒体収容空間35Aを有する。
(Structure of medium holding unit)
The
The end surface of the
The
このような媒体保持部35を有することで、超音波探傷スキャナ30を管状部材1の表面1aに沿って周方向に回動さえた場合でも超音波探傷スキャナ30と管状部材1との間から軟質媒体37が漏れ出ることを抑制できる。
By having such a
なお、媒体保持部35は、軟質媒体37の粘度に応じて、設けるか否かを適宜選択することが可能である。
媒体保持部35が不要な場合、媒体保持部35内に収容された軟質媒体37は、アレイセンサ46のセンサ面46aと管状部材1の表面1aとの間に配置される。
It should be noted that the
When the
(軟質媒体の構成)
軟質媒体37は、開口部48A及び媒体収容空間35Aを充填するように配置されている。軟質媒体37は、第1の軟質媒体37Aと、第2の軟質媒体37Bと、を有する。
(Composition of soft medium)
The
第1の軟質媒体37Aは、Z方向において、第2の軟質媒体37Bを介してセンサ面46aと向かい合うとともに、表面1aのうち、溶接部3の表面を覆うように配置されている。第1の軟質媒体37Aとしては、例えば、水やグリセリンペースト等を用いることが可能である。
The first
第2の軟質媒体37Bは、第1の軟質媒体37A及び超音波探傷スキャナ30の内面との間に設けられており、第1の軟質媒体37Aを囲むように配置されている。
第2の軟質媒体としては、例えば、ゲルやプラスチック等を用いることが可能である。
The second
As the second soft medium, for example, gel, plastic, or the like can be used.
ここで、図10〜図14を参照して、軟質媒体の他の例について説明する。図11〜図14において、図9に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。 Here, another example of the soft medium will be described with reference to FIGS. 10 to 14. In FIGS. 11 to 14, the same components as those of the structure shown in FIG. 9 are designated by the same reference numerals.
図10に示すように、1種類の軟質媒体55を用いて、開口部48A及び媒体収容空間35Aを充填してもよい。この場合、軟質媒体55としては、例えば、ゲル等を用いることができる。
As shown in FIG. 10, one type of soft medium 55 may be used to fill the
また、図11に示すように、第1の軟質媒体37Aの周囲全体、及び媒体収容空間35Aが露出する管状部材1の表面1a全体を覆うように第2の軟質媒体37Bを配置させることで軟質媒体57を構成してもよい。
Further, as shown in FIG. 11, the second
また、図12に示すように、管状部材1の表面1aから離れた位置において、センサ面46aと接触するように第1の軟質媒体37Aを配置させ、管状部材1の表面1aと接触し、かつ第1の軟質媒体37Aを囲むように第2の軟質媒体59Aを配置させることで軟質媒体59を構成してもよい。
この場合、第2の軟質媒体59Aとしては、例えば、ゲル等を用いることができる。
Further, as shown in FIG. 12, at a position away from the
In this case, as the second
また、図13に示すように、センサ面46aとセンサ面46aと向かい合う表面1aとの間に、センサ面46a及び表面1aと接触するように第1の軟質媒体37Aを配置させ、第1の軟質媒体37Aの外側に第1の軟質媒体37Aと接触する筒状の第2の軟質媒体37Bを配置させることで、軟質媒体37を構成してもよい。
Further, as shown in FIG. 13, a first
また、図14に示すように、図9に示す第1の軟質媒体37Aに替えて第1の軟質媒体61Aを用いるとともに、図9に示す第2の軟質媒体37Bに替えて第2の軟質媒体61Bを用いることで、軟質媒体61を構成してもよい。
第1の軟質媒体61Aとしては、例えば、ゲル等を用いることが可能である。第1の軟質媒体61Aとしてゲルを用いる場合、第2の軟質媒体61Bとしては、例えば、プラスチックを用いることが可能である。
Further, as shown in FIG. 14, the first
As the first
上述したように、開口部48A及び媒体収容空間35Aを充填する軟質媒体は、適宜選択することが可能である。
なお、本開示における「軟質媒体」とは、水、グリセリン等のアルコール、高分子材料、ガラス等、またはそれらの混合物からなる媒体であり、任意の形状に合わせて変化させて任意の空間を充填させることが可能な媒体のことをいう。
As described above, the soft medium that fills the
The "soft medium" in the present disclosure is a medium composed of water, alcohol such as glycerin, polymer material, glass, etc., or a mixture thereof, and is changed according to an arbitrary shape to fill an arbitrary space. It is a medium that can be made to grow.
(軟質媒体の効果)
上記構成とされた軟質媒体37,55,57,59,61を備えることで、センサ面46aと管状部材1の表面1aとの間に隙間が形成されることを抑制可能となるので、高精度な検査を行うことができる。
(Effect of soft medium)
By providing the
(保持回動機構の構成)
保持回動機構39は、複数の板ばね71と、複数の連結板72と、複数の軸受部73と、複数のボール75と、を有する。
板ばね71は、各突出部51,52に対してそれぞれ2つずつ設けられている。複数の板ばね71の一方の端部は、ボルトにより、各突出部51,52に固定されている。
板ばね71は、管状部材1の表面1aに向かう方向に外力を加えられると、湾曲に変形して管状部材1の周方向に延び(図6参照)、該外力が無くなると復元力により元の状態に戻り、一方向に延びる(図8参照)。
(Structure of holding rotation mechanism)
The holding
Two
When an external force is applied in the direction toward the
連結板72は、同一の突出部51,52に設けられた2つの板ばね71の中間位置をY方向に連結するための部材である。連結板72は、2つの板ばね71に対してボルトで固定されている。
The connecting
軸受部73は、複数の板ばね71、及び複数の連結板72にそれぞれ設けられている。軸受部73は、各板ばね71に対して、それぞれ複数(図6の場合、一例として、3つ)設けられている。複数の軸受部73は、管状部材1の表面1aと向かい合う側に位置する板ばね71の面に配置されている。
軸受部73は、各連結板72に対して、それぞれ1つ設けられている。軸受部73は、管状部材1の表面1aと向かい合う側に位置する連結板72の面に配置されている。
The bearing
One
ボール75は、各軸受部73に対してそれぞれ設けられている。ボール75は、回転可能な状態で軸受部73に支持されている。複数のボール75は、磁石で構成されている。
複数のボール75は、複数の板ばね71が管状部材1側に湾曲変形させられた際、管状部材1の表面1aと接触するとともに、強磁性体を有する金属材料で構成された管状部材1の表面1aにくっつく。
The
When the plurality of
この状態において、超音波探触子31、探触支持部材33と、媒体保持部35、及び軟質媒体37からなる構造体が管状部材1の表面1aに固定される。
また、ボール75が軸受部に回転可能な状態で支持されているため、超音波探触子31、探触支持部材33と、媒体保持部35、及び軟質媒体37からなる構造体を管状部材1の周方向に回動させることが可能な構成とされている。
In this state, the structure including the
Further, since the
(保持回動機構の効果)
このような構成とされた複数の板ばね71、複数の軸受部73、及び複数のボール75を用いて保持回動機構39を構成することで、超音波探触子31、探触支持部材33、媒体保持部35、及び軟質媒体37からなる構造体を管状部材1の表面1aの所定位置に保持することができるとともに、該構造体を管状部材1の周方向に回動させることができる。
(Effect of holding rotation mechanism)
The
(ロータリーエンコーダの構成)
ロータリーエンコーダ41は、探触支持部材33に設けられている。ロータリーエンコーダ41は、管状部材1の周方向における超音波探触子31の移動距離を計測する。
(Rotary encoder configuration)
The
(ロータリーエンコーダの効果)
このような構成とされたロータリーエンコーダ41を備えることで、管状部材1の周方向における超音波探触子31の移動距離を計測することができる。
(Effect of rotary encoder)
By providing the
なお、第2の実施形態では、一例として、探触支持部材33にロータリーエンコーダ41を固定した場合を例に挙げて説明したが、例えば、磁石等を用いてロータリーエンコーダ41を管状部材1に固定し、超音波探傷スキャナ30の外面または側面とロータリー計測軸とを接触させる構成としてもよい。
In the second embodiment, as an example, the case where the
(第2の実施形態の超音波探傷スキャナの効果)
第2の実施形態の超音波探傷スキャナ30によれば、探触支持部材33に形成された開口部48A、及び媒体保持部35の媒体収容空間35Aを充填するとともに、管状部材1の表面1a及びセンサ面46aと接触する軟質媒体37を備えることで、センサ面46aから管状部材1の表面1aまでの間に隙間が形成されることを抑制可能となるので、高精度な検査を行うことができる。
(Effect of ultrasonic flaw detection scanner of the second embodiment)
According to the ultrasonic
また、上記構成とされた保持回動機構39を備えることで、超音波探触子31、探触支持部材33、媒体保持部35、及び軟質媒体37からなる構造体を異なる外径とされた管状部材1に取り付けることができるとともに、管状部材1の周方向の検査を行うことができる。
Further, by providing the
<第3の実施形態>
図15を参照して、第3の実施形態に係る超音波探傷スキャナ80について説明する。図15において、図6〜図9に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
また、図15では、超音波探傷スキャナ80とともに、超音波探傷スキャナ80の構成要素ではない検査対象物である管状部材1も併せて図示する。
<Third embodiment>
The ultrasonic
Further, in FIG. 15, together with the ultrasonic
(超音波探傷スキャナの全体構成)
超音波探傷スキャナ80は、第2の実施形態の超音波探傷スキャナ30を構成する保持回動機構39に替えて、保持回動機構81を備えるとともに、一対の支持機構82をさらに備えること以外は、超音波探傷スキャナ30と同様な構成されている。
(Overall configuration of ultrasonic flaw detection scanner)
The ultrasonic
(保持回動機構の構成)
保持回動機構81は、複数(図15の場合、一例として4つ)のチェーン85と、複数のローラ87と、複数の軸部89と、を有する。
チェーン85は、X方向に位置する探触支持部材33の両端部にそれぞれ2つずつ設けられている。各チェーン85の一方の端部は、探触支持部材33に固定されている。
複数のチェーン85は、保持回動機構81が管状部材1に超音波探触子31を取り付けた状態において、管状部材1の周方向に延びている。
(Structure of holding rotation mechanism)
The holding
Two
The plurality of
ローラ87は、各チェーン85の間に配置されている。ローラ87は、チェーン85が延びる方向に間隔をあけて複数配置されている。
軸部89は、Y方向に延びており、各チェーン85に間隔をあけて複数設けられている。軸部89は、Y方向にローラ87を貫通しており、回動可能な状態でローラ87を支持している。
The
A plurality of
複数のローラ87は、磁石で構成されている。複数のローラ87は、管状部材1の表面1aと接触することで、管状部材1の表面1aの周方向に沿うように配置されたチェーン85を管状部材1に固定する。
この状態において、超音波探触子31、探触支持部材33と、媒体保持部35、及び軟質媒体からなる構造体が管状部材1の表面1aに固定される。
また、軸部89によりローラ87が回転可能な状態で支持されているため、超音波探触子31、探触支持部材33と、媒体保持部35、及び軟質媒体からなる構造体を管状部材1の周方向に回動させることが可能となる。
The plurality of
In this state, the structure composed of the
Further, since the
(保持回動機構の効果)
このような構成とされた複数のチェーン85、複数のローラ87、及び複数の軸部89を用いて保持回動機構81を構成することで、超音波探触子31、探触支持部材33、及び軟質媒体37からなる構造体の管状部材1に対する位置を規制することができるとともに、該構造体を管状部材1の周方向に回動させることができる。
(Effect of holding rotation mechanism)
By constructing the holding
一対の支持機構82は、支持部材本体48の内面48bから管状部材1の表面1aに向かう方向に延びており、管状部材1の表面1aと接触している。一対の支持機構82は、媒体保持部35を挟んで、Y方向に配置されている。
The pair of
(第3の実施形態の超音波探傷スキャナの効果)
上記構成とされた第3の実施形態の超音波探傷スキャナ80は、先に説明した第2の実施形態の超音波探傷スキャナ80と同様な効果を得ることができる。
(Effect of ultrasonic flaw detection scanner of the third embodiment)
The ultrasonic
以上、本開示の好ましい実施形態について詳述したが、本開示はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present disclosure have been described in detail above, the present disclosure is not limited to such specific embodiments, and various aspects are within the scope of the gist of the present disclosure described in the claims. It can be transformed and changed.
なお、第2の実施形態では、保持回動機構の一例として、複数の板ばね71、複数の軸受部73、及び複数のボール75により構成された保持回動機構39を例に挙げて説明し、第3の実施形態では、保持回動機構の一例として、複数のチェーン85、複数のローラ87、及び複数の軸部89により構成された保持回動機構81を例に挙げて説明した。
しかし、上記保持回動機構39,81は、一例であり、保持回動機構の構成は、これらに限定されない。
In the second embodiment, as an example of the holding rotation mechanism, a holding
However, the holding and
保持回動機構としては、管状部材1の周方向に延びる部分を有し、超音波探触子31、探触支持部材33、及び軟質媒体37からなる構造体を管状部材1に保持するとともに、該構造体を管状部材1の周方向に回動させることが可能で、かつ管状部材1の表面1aから管状部材1の内側に向かう方向に押し付け力を発生させることが可能な物であればよい。
保持回動機構の他の例としては、例えば、マジックハンドやマジックテープ(登録商標)等の簡便な構成のものを用いてもよい。
The holding and rotating mechanism has a portion extending in the circumferential direction of the
As another example of the holding rotation mechanism, for example, a simple structure such as a magic hand or a magic tape (registered trademark) may be used.
<付記>
各実施形態に記載の超音波探触子10、超音波探触子の設計方法、及び超音波探傷スキャナ30,80は、例えば、以下のように把握される。
<Additional notes>
The
(1)第1の態様に係る超音波探触子10は、検査対象物(管状部材1)の表面1a形状を認識し、前記表面1a形状に関する情報に基づいて、超音波の励振条件を補正して、前記検査対象物(管状部材1)の内部の検査を行う際に使用する超音波探触子10であって、前記超音波を送受信する複数の圧電素子17、及び前記検査対象物(管状部材1)の表面1aと向かいう合うセンサ面13aを有し、前記複数の圧電素子17が互いに間隔をあけて、前記圧電素子17の幅方向(Y方向)及び長さ方向(X方向)に配置されたアレイセンサ13と、前記アレイセンサ13が配置される一面12aを含み、前記複数の圧電素子17から発生する振動エネルギーを吸収可能な軟質材料で構成されたダンパ部材12と、を備える。
(1) The
このように、複数の圧電素子17から発生する振動エネルギーを吸収可能な軟質材料を用いてダンパ部材12を構成することで、単位体積当たりのダンピング量を増大させることが可能となる。
これにより、ダンパ部材12の厚さM1を薄くすることが可能となるので、圧電素子17の厚さM2及びダンパ部材12の厚さM1で決まる超音波探触子10の高さHを低くすることができる。
As described above, by constructing the
As a result, the thickness M1 of the
(2)第2の態様に係る超音波探触子10は、(1)の超音波探触子10であって、前記複数の圧電素子17の厚さM1を薄くするとともに、前記圧電素子17の幅及び長さを欠陥の探傷に必要なエネルギー及び周波数を得ることが可能な大きさとしてもよい。
(2) The
このように、圧電素子17の厚さM2を薄くすることで、圧電素子17の厚さM2とダンパ部材12の厚さM1との合計である超音波探触子10の高さHを低くすることができる。
ところで、単に圧電素子17の厚さM2を薄くすると、欠陥の探傷に必要なエネルギー(音場エネルギー)及び周波数を得ることが難しくなり、欠陥の探傷を精度良く行うことが困難となる。
しかし、上記のように、圧電素子17の幅及び長さを欠陥の探傷に必要なエネルギー(音場エネルギー)及び周波数を得ることが可能な大きさとする(即ち、圧電素子17の幅及び長さを大きくする)ことで、欠陥の探傷を精度良く行うことができる。
By reducing the thickness M2 of the
By the way, if the thickness M2 of the
However, as described above, the width and length of the
(3)第3の態様に係る超音波探触子10は、(1)または(2)の超音波探触子10であって、前記圧電素子の固有周波数は、前記周波数よりも高くてもよい。
(3) The
圧電素子17の固有周波数は、ダンパ部材12の影響を受けて低下してしまう。そこで、圧電素子17の固有周波数を欠陥の探傷に必要な周波数よりも高くすることで、超音波探触子10の周波数を欠陥の探傷に必要な周波数にすることができる。
The intrinsic frequency of the
(4)第4の態様に係る超音波探触子10は、(1)から(3)のうち、いずれか一項記載の超音波探触子10であって、前記ダンパ部材は、前記圧電素子を励起させる際、ダンピングにより1波〜3波のスパイク波形が形成される硬度とされていてもよい。
(4) The
このように、圧電素子17を励起させる際、ダンパ部材12の硬度を1波〜3波のスパイク波形を形成することの可能な硬さとすることで、励起波形幅を小さくすることが可能となる。
これにより、超音波探触子10を配置させる隙間が狭く、検査対象物(管状部材1)の表面1aとセンサ面13aとが非常に近い場合でも検査対象物(管状部材1)の表面1aを精度良く認識することができる。
In this way, when the
As a result, the gap for arranging the
(5)第5の態様に係る超音波探触子10は、(1)から(3)のうち、いずれか一項記載の超音波探触子10であって、前記センサ面13aは、前記圧電素子17の長さ方向(X方向)における曲率を変えることで構成された凹曲面であってもよい。
(5) The
このように、センサ面13aを凹曲面とすることで、検査対象物(管状部材1)の任意の一断面に超音波を収束させることが可能となるので、任意の一断面における分解能を向上させることができ、かつ任意の一断面における傷の検出感度を向上させることができる。
By making the
(6)第6の態様に係る超音波探触子10は、(1)から(5)のうち、いずれか一項記載の超音波探触子10であって、前記複数の圧電素子17は、それぞれ低周波数帯から高周波帯の超音波を送受信する素子であって、前記複数の圧電素子17は、グレーチングローブの発生を抑制可能な範囲で大きなピッチP1,P2で配置されていてもよい。
(6) The
上記ピッチP1,P2で配置された複数の圧電素子17を有することで、グレーチングローブの発生を抑制した上で一度の計測で検査対象物(管状部材1)の表面1aの検査に必要な探傷範囲を確保することができる。
By having a plurality of
(7)第7の態様に係る超音波探傷スキャナ30,80は、(1)から(6)のうち、いずれか一項記載の超音波探触子10と、前記超音波探触子10が取り付けられる外面48a、前記検査対象物である管状部材1の表面1aと向き合う内面48b、及び前記外面48aから前記内面48bに向かう方向に貫通し、前記センサ面13aを露出させる開口部48Aを有し、前記管状部材1の表面1aから離れて配置される探触支持部材33と、前記探触支持部材33と前記管状部材1の表面1aとの間、及び前記開口部48Aを充填するとともに、前記管状部材1の表面1aと接触する軟質媒体37,55,57,59,61と、前記管状部材1の周方向に延びる部分を有し、前記超音波探触子10、前記探触支持部材33、及び前記軟質媒体37,55,57,59,61からなる構造体を前記管状部材1に保持するとともに、前記構造体を前記周方向に回動させる保持回動機構39と、を備え、前記保持回動機構39は、前記管状部材1の表面1aから前記管状部材1の内側に向かう方向に押し付け力を発生させる。
(7) In the
上記構成とされた軟質媒体37,55,57,59,61を備えることで、センサ面13aから管状部材1の表面1aまでの間に隙間が形成されることを抑制可能となるので、高精度な検査を行うことができる。
また、上記構成とされた保持回動機構39を備えることで、超音波探触子10、軟質媒体37,55,57,59,61、及び探触支持部材33からなる構造体を異なる外径とされた管状部材1に取り付けることができるとともに、管状部材1の周方向の検査を行うことができる。
By providing the
Further, by providing the
(8)第8の態様に係る超音波探傷スキャナ30,80は、(7)の超音波探傷スキャナ30,80あって、前記超音波探触子10は、前記センサ面13aに設けられ、前記軟質媒体37,55,57,59,61と接触する軟質フィルム15を備えており、前記軟質フィルム15は、前記軟質媒体37,55,57,59,61の音速と等しい音速とされた材料で構成されていてもよい。
(8) The
このように、軟質媒体37,55,57,59,61の音速と等しい音速とされた材料で軟質フィルム15を構成することで、軟質フィルム15と軟質媒体37,55,57,59,61との界面において、界面エコーが発生することを抑制できる。
また、センサ面13aに軟質フィルム15を設けることで、圧電素子17と管状部材1の表面1aとの間に隙間が形成されることを抑制可能となるので、欠陥の探傷の精度良く行うことができる。
In this way, by constructing the
Further, by providing the
(9)第9の態様に係る超音波探傷スキャナ30は、(7)または(8)の超音波探傷スキャナ30あって、前記管状部材1は、強磁性体を有する金属材料で構成されており、前記保持回動機構39は、一方の端部が前記探触支持部材33と接続され、前記管状部材1の周方向に延びる複数の板ばね71と、前記管状部材1の表面1aと向かい合う前記複数の板ばね71の面に設けられ、前記周方向に間隔をあけて配置された複数の軸受部73と、前記軸受部73に回転可能に支持され、前記管状部材1と接触する磁石からなるボール75と、を有してもよい。
(9) The ultrasonic
このような構成とされた複数の板ばね71、複数の軸受部73、及び複数のボール75を用いて保持回動機構39を構成することで、超音波探触子31、探触支持部材33、及び軟質媒体37からなる構造体の管状部材1の表面1aに対する位置を規制することができるとともに、該構造体を管状部材1の周方向に回動させることができる。
The
(10)第10の態様に係る超音波探傷スキャナ80は、(7)または(8)の超音波探傷スキャナ80あって、前記管状部材1は、強磁性体を有する金属材料で構成されており、前記保持回動機構81は、一方の端部が前記探触支持部材33と接続され、前記管状部材1の周方向に延びる複数のチェーン85と、前記チェーン85に設けられ、前記チェーン85の長さ方向に間隔をあけて配置され、前記管状部材1の表面1aと接触した状態で前記周方向に回転可能な複数のローラ87と、を有し、前記複数のローラ87は、磁石で構成されており、前記管状部材1と接触してもよい。
(10) The ultrasonic
このような構成とされた複数のチェーン85、及び複数のローラ87を用いて保持回動機構81を構成することで、超音波探触子31、探触支持部材33、及び軟質媒体37からなる構造体の管状部材1に対する位置を規制することができるとともに、該構造体を管状部材1の周方向に回動させることができる。
By forming the holding
(11)第11の態様に係る超音波探傷スキャナ30,80は、(7)から(10)のうち、いずれか一項記載の超音波探傷スキャナ30,80あって、前記探触支持部材33の内面48bに設けられ、前記開口部48Aを囲むとともに、前記管状部材1の表面1aに当接され、前記探触支持部材33と前記管状部材1の表面1aとの間に配置された前記軟質媒体37,55,57,59,61を保持する媒体保持部35を備えてもよい。
(11) The ultrasonic
このような構成とされた媒体保持部35を有することで、媒体保持部35により軟質媒体37,55,57,59,61を保持して、軟質媒体37,55,57,59,61が漏れ出ることを抑制した上で、上記構造体を周方向に回動させて、管状部材1の周方向の検査を行うことができる。
By having the medium holding
(12)第12の態様に係る超音波探傷スキャナ30,80は、(7)から(11)のうち、いずれか一項記載の超音波探傷スキャナ30,80あって、前記管状部材1の周方向における前記超音波探触子31の移動距離を計測するロータリーエンコーダ41をさらに備えてもよい。
(12) The ultrasonic
このような構成とされたロータリーエンコーダ41を備えることで、管状部材1の周方向における超音波探触子31の移動距離を計測することができる。
By providing the
(13)第13の態様に係る超音波探触子10の設計方法は、ダンパ部材12と、前記ダンパ部材12の一面に設けられ、複数の圧電素子17が幅方向および長さ方向に配置されたアレイセンサ13と、を備える超音波探触子10の設計方法であって、検査対象物の探傷のために前記超音波探触子10に許容される高さと、前記検査対象物の探傷のために必要な振動エネルギーの大きさと、に基づいて前記ダンパ部材12の高さ及び硬度を決定する第1のステップを有する。
(13) The method for designing the
このような方法を用いて、ダンパ部材12の高さ及び硬度を決定することで、超音波探触子10の高さを超音波探触子10が挿入される隙間の高さよりも低くすることが可能となるので、検査対象物の探傷を実施することができる。
By determining the height and hardness of the
(14)第14の態様に係る超音波探触子10の設計方法は、(13)記載の超音波探触子10の設計方法であって、前記第1のステップにより決定された前記ダンパ部材12の高さと前記検査対象物の探傷のために必要な前記振動エネルギーの大きさとに基づいて前記圧電素子17の幅及び長さを決定する第2のステップをさらに有してもよい。
(14) The method for designing the
このような第2のステップを有することで、超音波探触子10の高さをさらに低くすることが可能となるため、より狭い隙間に超音波探触子10を挿入することができる。
By having such a second step, the height of the
(15)第15の態様に係る超音波探触子10の設計方法は、(13)または(14)記載の超音波探触子10の設計方法であって、前記第1のステップにより決定された前記ダンパ部材12の硬度に基づいて前記圧電素子17の固有周波数を決定する第3のステップをさらに有してもよい。
(15) The method for designing the
このような第3のステップを有することで、超音波探触子10の周波数を探傷に必要な周波数とすることができる。
By having such a third step, the frequency of the
(16)第16の態様に係る超音波探傷スキャナ30,80は、検査対象物(管状部材1)に超音波を送信し、欠陥で反射された前記超音波を受信するアレイセンサ46を有する超音波探触子31と、前記超音波探触子31が取り付けられる外面48a、前記検査対象物である管状部材1の表面1aと向き合う内面48b、及び前記外面48aから前記内面48bに向かう方向に貫通し、前記アレイセンサ46のセンサ面46aを露出させる開口部48Aを有し、前記管状部材1の表面1aから離れて配置される探触支持部材33と、前記探触支持部材33と前記管状部材1の表面1aとの間、及び前記開口部48Aを充填するとともに、前記管状部材1の表面1aと接触する軟質媒体37,55,57,59,61と、前記管状部材1の周方向に延びる部分を有し、前記超音波探触子31、前記探触支持部材33、及び前記軟質媒体37,55,57,59,61からなる構造体を前記管状部材1に保持するとともに、前記構造体を前記周方向に回動させる保持回動機構39,81と、を備え、前記保持回動機構39,81は、前記管状部材1の表面1aから前記管状部材1の内側に向かう方向に押し付け力を発生させる。
(16) The ultrasonic
上記構成とされた軟質媒体を備えることで、センサ面46aと管状部材1の表面1aとの間に隙間が形成されることを抑制可能となるので、高精度な検査を行うことができる。
また、上記構成とされた保持回動機構39,81を備えることで、超音波探触子31、軟質媒体37,55,57,59,61、及び探触支持部材33からなる構造体を異なる外径とされた管状部材1に取り付けることができるとともに、管状部材1の周方向の検査を行うことができる。
By providing the soft medium having the above configuration, it is possible to suppress the formation of a gap between the
Further, by providing the holding and
(17)第17の態様に係る超音波探傷スキャナ30,80は、(16)の超音波探傷スキャナ30,80あって、前記管状部材1は、強磁性体を有する金属材料で構成されており、前記保持回動機構39は、一方の端部が前記探触支持部材33と接続され、前記管状部材1の周方向に延びる板ばね71と、前記管状部材1の表面1aと向かい合う前記板ばね71の面に設けられ、前記周方向に間隔をあけて配置された複数の軸受部73と、前記軸受部73に回転可能に支持され、前記管状部材1と接触する磁石からなるボール75と、を有してもよい。
(17) The ultrasonic
このような構成とされた板ばね71、複数の軸受部73、及び複数のボール75を用いて保持回動機構39を構成することで、超音波探触子31、探触支持部材33、及び軟質媒体37,55,57,59,61からなる構造体を管状部材1に保持することができるとともに、該構造体を管状部材1の周方向に回動させることができる。
By configuring the holding
(18)第18の態様に係る超音波探傷スキャナ80は、(16)の超音波探傷スキャナ80あって、前記管状部材1は、強磁性体を有する金属材料で構成されており、前記保持回動機構81は、一方の端部が前記探触支持部材33と接続され、前記管状部材1の周方向に延びるチェーン85と、前記チェーン85に設けられ、前記チェーン85の長さ方向に間隔をあけて配置され、前記管状部材1の表面1aと接触した状態で前記周方向に回転可能な複数のローラ87と、を有し、前記複数のローラ87は、前記管状部材1と接触する磁石からなってもよい。
(18) The ultrasonic
このような構成とされたチェーン85、及び複数のローラ87を用いて保持回動機構81を構成することで、超音波探触子31、探触支持部材33、及び軟質媒体37,55,57,59,61からなる構造体を管状部材1に保持することができるとともに、該構造体を管状部材1の周方向に回動させることができる。
By constructing the holding
(19)第19の態様に係る超音波探傷スキャナ30,80は、(16)から(18)のうち、いずれか一項記載の超音波探傷スキャナ30,80あって、前記探触支持部材33の内面48bに設けられ、前記開口部48Aを囲むとともに、前記管状部材1の表面1aに当接され、前記探触支持部材33と前記管状部材1の表面1aとの間に配置された前記軟質媒体37,55,57,59,61を保持する媒体保持部35を備えてもよい。
(19) The ultrasonic
このような構成とされた媒体保持部35を有することで、媒体保持部35により軟質媒体37,55,57,59,61を保持させて、軟質媒体37,55,57,59,61が漏れ出ることを抑制した上で、上記構造体を周方向に回動させて、管状部材1の周方向の検査を行うことができる。
By having the medium holding
(20)第20の態様に係る超音波探傷スキャナ30,80は、(16)から(19)のうち、いずれか一項記載の超音波探傷スキャナ30,80であって、前記管状部材1の周方向における前記超音波探触子31の移動距離を計測するロータリーエンコーダ41をさらに備えてもよい。
(20) The ultrasonic
このような構成とされたロータリーエンコーダ41を備えることで、管状部材1の周方向における超音波探触子31の移動距離を計測することができる。
By providing the
1…管状部材
1a…表面
2…配管
3…溶接部
10,31…超音波探触子
12…ダンパ部材
12a…一面
12aa…センサ載置面
12ab…非センサ載置面
12b…他面
13,46…アレイセンサ
13a,46a…センサ面
15…軟質フィルム
17…圧電素子
17a…送受信面
30,80…超音波探傷スキャナ
33…探触支持部材
33a、48a…外面
35…媒体保持部
35A…媒体収容空間
37,55,57,59,61…軟質媒体
37A,61A…第1の軟質媒体
37B,59A,61B…第2の軟質媒体
39,81…保持回動機構
41…ロータリーエンコーダ
45…センサ保持部
45a…面
48…支持部材本体
48A…開口部
48b…内面
51,52…突出部
71…板ばね
72…連結板
73…軸受部
75…ボール
82…支持機構
85…チェーン
87…ローラ
89…軸部
H…高さ
M1,M2…厚さ
P1,P2…ピッチ
1 ...
Claims (20)
前記超音波を送受信する複数の圧電素子、及び前記検査対象物の表面と向かいう合うセンサ面を有し、前記複数の圧電素子が互いに間隔をあけて、前記圧電素子の幅方向及び長さ方向に配置されたアレイセンサと、
前記アレイセンサが配置される一面を含み、前記複数の圧電素子から発生する振動エネルギーを吸収可能な軟質材料で構成されたダンパ部材と、
を備える超音波探触子。 It is an ultrasonic probe used when recognizing the surface shape of the object to be inspected, correcting the excitation condition of ultrasonic waves based on the information on the surface shape, and inspecting the inside of the object to be inspected. hand,
It has a plurality of piezoelectric elements for transmitting and receiving ultrasonic waves, and a sensor surface facing the surface of the inspection object, and the plurality of piezoelectric elements are spaced apart from each other in the width direction and the length direction of the piezoelectric element. Array sensors placed in and
A damper member including one surface on which the array sensor is arranged and made of a soft material capable of absorbing vibration energy generated from the plurality of piezoelectric elements, and a damper member.
Ultrasonic probe equipped with.
前記複数の圧電素子は、グレーチングローブの発生を抑制可能な範囲で大きなピッチで配置されている請求項1から5のうち、いずれか一項記載の超音波探触子。 The plurality of piezoelectric elements are elements that transmit and receive ultrasonic waves in the low frequency band to the high frequency band, respectively.
The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 5, wherein the plurality of piezoelectric elements are arranged at a large pitch within a range in which the generation of grating gloves can be suppressed.
前記超音波探触子が取り付けられる外面、前記検査対象物である管状部材の表面と向き合う内面、及び前記外面から前記内面に向かう方向に貫通し、前記センサ面を露出させる開口部を有し、前記管状部材の表面から離れて配置される探触支持部材と、
前記探触支持部材と前記管状部材の表面との間、及び前記開口部を充填するとともに、前記管状部材の表面と接触する軟質媒体と、
前記管状部材の周方向に延びる部分を有し、前記超音波探触子、前記探触支持部材、及び前記軟質媒体からなる構造体を前記管状部材に保持するとともに、前記構造体を前記周方向に回動させる保持回動機構と、
を備え、
前記保持回動機構は、前記管状部材の表面から前記管状部材の内側に向かう方向に押し付け力を発生させる超音波探傷スキャナ。 The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 6,
It has an outer surface to which the ultrasonic probe is attached, an inner surface facing the surface of the tubular member to be inspected, and an opening that penetrates from the outer surface toward the inner surface to expose the sensor surface. A tactile support member arranged away from the surface of the tubular member, and
A soft medium that fills the opening between the tactile support member and the surface of the tubular member and is in contact with the surface of the tubular member.
The tubular member has a portion extending in the circumferential direction, and the structure composed of the ultrasonic probe, the probe support member, and the soft medium is held by the tubular member, and the structure is held in the circumferential direction. A holding rotation mechanism that rotates to
With
The holding rotation mechanism is an ultrasonic flaw detection scanner that generates a pressing force from the surface of the tubular member toward the inside of the tubular member.
前記軟質フィルムは、前記軟質媒体の音速と等しい音速とされた材料で構成されている請求項7記載の超音波探傷スキャナ。 The ultrasonic probe is provided on the sensor surface and includes a soft film that comes into contact with the soft medium.
The ultrasonic flaw detection scanner according to claim 7, wherein the soft film is made of a material having a sound velocity equal to that of the soft medium.
前記保持回動機構は、一方の端部が前記探触支持部材と接続され、前記管状部材の周方向に延びる複数の板ばねと、
前記管状部材の表面と向かい合う前記複数の板ばねの面に設けられ、前記周方向に間隔をあけて配置された複数の軸受部と、
前記軸受部に回転可能に支持され、前記管状部材と接触する磁石からなるボールと、
を有する請求項7または8記載の超音波探傷スキャナ。 The tubular member is made of a metal material having a ferromagnet.
The holding rotation mechanism includes a plurality of leaf springs having one end connected to the tactile support member and extending in the circumferential direction of the tubular member.
A plurality of bearing portions provided on the surfaces of the plurality of leaf springs facing the surface of the tubular member and arranged at intervals in the circumferential direction.
A ball made of a magnet rotatably supported by the bearing portion and in contact with the tubular member,
7. The ultrasonic flaw detection scanner according to claim 7 or 8.
前記保持回動機構は、一方の端部が前記探触支持部材と接続され、前記管状部材の周方向に延びる複数のチェーンと、
前記チェーンに設けられ、前記チェーンの長さ方向に間隔をあけて配置され、前記管状部材の表面と接触した状態で前記周方向に回転可能な複数のローラと、
を有し、
前記複数のローラは、磁石で構成されており、前記管状部材と接触する請求項7または8記載の超音波探傷スキャナ。 The tubular member is made of a metal material having a ferromagnet.
The holding rotation mechanism includes a plurality of chains having one end connected to the tactile support member and extending in the circumferential direction of the tubular member.
A plurality of rollers provided on the chain, arranged at intervals in the length direction of the chain, and rotatable in the circumferential direction in contact with the surface of the tubular member.
Have,
The ultrasonic flaw detection scanner according to claim 7 or 8, wherein the plurality of rollers are composed of magnets and come into contact with the tubular member.
検査対象物の探傷のために前記超音波探触子に許容される高さと、前記検査対象物の探傷のために必要な振動エネルギーの大きさと、に基づいて前記ダンパ部材の高さ及び硬度を決定する第1のステップを有する超音波探触子の設計方法。 A method for designing an ultrasonic probe including a damper member and an array sensor provided on one surface of the damper member and having a plurality of piezoelectric elements arranged in the width direction and the length direction.
The height and hardness of the damper member are determined based on the height allowed for the ultrasonic probe for flaw detection of the inspection object and the magnitude of vibration energy required for flaw detection of the inspection object. A method of designing an ultrasonic probe having a first step to determine.
前記超音波探触子が取り付けられる外面、前記検査対象物である管状部材の表面と向き合う内面、及び前記外面から前記内面に向かう方向に貫通し、前記アレイセンサのセンサ面を露出させる開口部を有し、前記管状部材の表面から離れて配置される探触支持部材と、
前記探触支持部材と前記管状部材の表面との間、及び前記開口部を充填するとともに、前記管状部材の表面と接触する軟質媒体と、
前記管状部材の周方向に延びる部分を有し、前記超音波探触子、前記探触支持部材、及び前記軟質媒体からなる構造体を前記管状部材に保持するとともに、前記構造体を前記周方向に回動させる保持回動機構と、
を備え、
前記保持回動機構は、前記管状部材の表面から前記管状部材の内側に向かう方向に押し付け力を発生させる超音波探傷スキャナ。 An ultrasonic probe having an array sensor that transmits ultrasonic waves to an object to be inspected and receives the ultrasonic waves reflected by a defect.
An outer surface to which the ultrasonic probe is attached, an inner surface facing the surface of the tubular member to be inspected, and an opening penetrating from the outer surface toward the inner surface to expose the sensor surface of the array sensor. A tactile support member that has and is arranged away from the surface of the tubular member.
A soft medium that fills the opening between the tactile support member and the surface of the tubular member and is in contact with the surface of the tubular member.
The tubular member has a portion extending in the circumferential direction, and the structure composed of the ultrasonic probe, the probe support member, and the soft medium is held by the tubular member, and the structure is held in the circumferential direction. A holding rotation mechanism that rotates to
With
The holding rotation mechanism is an ultrasonic flaw detection scanner that generates a pressing force from the surface of the tubular member toward the inside of the tubular member.
前記保持回動機構は、一方の端部が前記探触支持部材と接続され、前記管状部材の周方向に延びる板ばねと、
前記管状部材の表面と向かい合う前記板ばねの面に設けられ、前記周方向に間隔をあけて配置された複数の軸受部と、
前記軸受部に回転可能に支持され、前記管状部材と接触する磁石からなるボールと、
を有する請求項16記載の超音波探傷スキャナ。 The tubular member is made of a metal material having a ferromagnet.
The holding rotation mechanism includes a leaf spring having one end connected to the tactile support member and extending in the circumferential direction of the tubular member.
A plurality of bearing portions provided on the surface of the leaf spring facing the surface of the tubular member and arranged at intervals in the circumferential direction.
A ball made of a magnet rotatably supported by the bearing portion and in contact with the tubular member,
16. The ultrasonic flaw detection scanner according to claim 16.
前記保持回動機構は、一方の端部が前記探触支持部材と接続され、前記管状部材の周方向に延びるチェーンと、
前記チェーンに設けられ、前記チェーンの長さ方向に間隔をあけて配置され、前記管状部材の表面と接触した状態で前記周方向に回転可能な複数のローラと、
を有し、
前記複数のローラは、前記管状部材と接触する磁石からなる請求項16記載の超音波探傷スキャナ。 The tubular member is made of a metal material having a ferromagnet.
The holding rotation mechanism includes a chain having one end connected to the tactile support member and extending in the circumferential direction of the tubular member.
A plurality of rollers provided on the chain, arranged at intervals in the length direction of the chain, and rotatable in the circumferential direction in contact with the surface of the tubular member.
Have,
The ultrasonic flaw detection scanner according to claim 16, wherein the plurality of rollers are magnets that come into contact with the tubular member.
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