JP2612890B2 - 超音波探傷方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は鋼管等の被検査体に内在する欠陥を、高感
度，高精度で容易に検出し得るようにした超音波探傷方
法に関するものである。

（従来の技術） 鋼管等の被検査体に内在する欠陥の種別判定を行なう
ことを目的とし、平面状の欠陥の傾きを検出する方法と
しては、直接接触法を例にとると、従来では屈折角の異
なる複数個の探触子を用いて、欠陥の反射指向性の差に
よって生ずるエコー高さの変化を検出するという方法が
提案されている。これは、欠陥に入射する超音波ビーム
が欠陥の面に対して垂直に近い程、反射して探触子に戻
ってくる超音波が大きくなることを利用したものであ
る。すなわち、屈折角の異なる探触子による探傷結果を
比較することにより、欠陥の反射指向性、ひいては欠陥
の傾きを検出する方法である。また、水浸法によって上
述と同様のことを行なう場合には、探触子の位置，姿勢
を調整することによって屈折角を変化させることができ
るため、必ずしも屈折角毎に複数個の振動子は必要では
ない。

一方、高感度で探傷を行なうためには、欠陥の位置に
焦点を結ばせることが有効であるが、直径接触法の場合
には、欠陥の位置に応じた焦点距離を有する探触子を用
いることでそれが可能となる。また、水浸法の場合に
は、探触子の位置，姿勢を変えることで欠陥の位置に焦
点を結ばせることが可能な場合もあるため、欠陥の位置
に応じて探触子を代える必要は必ずしもない。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような各方法では次のような問題
がある。

（ａ）平面状の欠陥の傾きを精度よく検出するために
は、直接接触法の場合には、精度に応じた十分な数の探
触子を用意し、それぞれについて測定を行なわなければ
ならない。また、水浸法の場合には、探触子の位置，姿
勢を複雑に調整しなければならない。

（ｂ）欠陥の検出感度を上げるために超音波ビームを集
束させる時には、直接接触法の場合には、欠陥位置に応
じた焦点距離を有する探触子を使用しなければならな
い。また、水浸法の場合には、探触子を適当な位置，姿
勢にする必要がある。

（ｃ）以上のように、探傷が複雑なものとなるばかりで
なく、手間，時間がかかる等、走査性および信頼性の面
で問題がある。

本発明の目的は、鋼管等の被検査体に内在する平面状
欠陥の傾きの検出を、高感度かつ高精度でしかも焦点位
置を一定としたまま容易に行なうことが可能な超音波探
傷方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明では、ｎ個の振動
子を直線状に配置してなるアレイ探触子のｉ番目から
（ｉ＋ｋ−１）番目までのｋ（ｋ＜ｎ）個の相隣る１群
の振動子を相対的に時間をずらせて駆動することにより
超音波ビームを目標点に集束させ、かつｉを既定数ずつ
変化させて超音波探傷を行なう方法において、超音波ビ
ームの焦点束を設定し、ｉを変化させた場合の各群の超
音波ビーム集束の目標点を、全て設定された超音波ビー
ム集束点に一致させて探傷を行なうようにしている。

（作用） 本発明においては、被検査体に内在する欠陥に対し、
いろいろの角度から超音波ビームを照射することにより
探傷を行なっている。従って、アレイ探触子の位置設定
精度に起因する測定誤差を生ずることなく、かつ瞬時に
ビーム入射角を連続可変することを可能とし、ビーム入
射角に対する欠陥波挙動の微差を精度よく検出し、欠陥
種別の判定を行なうことができる。

本発明の要旨は、被検査体に内在する欠陥に対し、い
ろいろの角度から超音波ビームを照射して探傷を行なう
ことにあり、アレイ探触子の各振動子の送受遅延時間の
組合せによって、これを実現しようとするものである。

ここで、ｎ個の振動子を直線状に配置してなるアレイ
探触子の各振動子の送受遅延時間の設定は、次のように
して行なうものである。すなわち、第３図に示す如く欠
陥の座標を（xd,yd）、ｉ番目の振動子の座標を（xi,y
i）（但し、ｉ＝１、2,……,n）、ｉ番目の振動子と欠
陥との距離をli、音速をｖとすると、各振動子の送受遅
延時間τｉは、 となる。

また、超音波ビームの照射は、次のようにして行なう
ものである。すなわち、第４図に示す如くｎ個の振動子
のうち、ｋ（ｋ＜ｎ）個の相隣る１群の振動子を用いて
１本の超音波ビームを構成する。そして、駆動する振動
子を順次１つずつずらしていくことにより、全部で（ｎ
−ｋ＋１）本の超音波ビーム（B₁,B₂,……,Bn−k1）を
作ることができる。これらの超音波ビームは全て欠陥位
置に集束しており、欠陥に対する入射角が異なってい
る。従って、超音波ビームを第５図（ａ）〜（ｃ）の如
くB₁からBn−k1へと走査していくことにより、欠陥位置
に超音波ビームを集束させたまま欠陥に対する入射角を
変化させることができる。なお、第４図にも示されて通
り、送受遅延時間は各振動子に対してそれぞれ１つ設定
すればよく、超音波ビームによって変える必要はない。

（実施例） 以下、上述のような考え方に基づく本発明の一実施例
について図面を参照して説明する。

第１図は、本発明による超音波探傷方法を適用した装
置の全体構成例を示すものである。なお第１図では、水
浸法によって探傷を行なう装置を例として示している。

第１図において、微小振動子を所定ピッチで例えば
（ｎ＝）64個直線状に配置してなるアレイ探触子１と鋼
管２とは、音の伝播を容易とするために例えば水３で音
響的に結合されている。アレイ探触子１からの超音波ビ
ーム４は、後述する装置により、鋼管２に内在する欠陥
５に対していろいろの角度で入射し、欠陥５の位置で集
束するように制御される。

一方、アレイ探触子１からの超音波ビーム４の照射を
制御する装置は、アレイ探触子１の各振動子のオン／オ
フ制御を行なう送受信制御器６と、超音波送信パルスを
発生する送信器群７と、各振動子の受信エコーを選択し
て受信する受信器群８と、欠陥の位置に応じた送受遅延
時間の設定を送受信の都度各振動子に与える遅延時間制
御器９と、送受遅延時間に従って受信エコーの位相制御
を行ないこれを加算して合成する遅延加算器10と、合成
された受信エコーを増幅する増幅器11と、増幅された受
信エコーを波形表示する波形表示器12と、複数の受信エ
コーから得られる欠陥の種別情報を判別処理する信号処
理器13と、処理結果を表示する表示器14とから構成され
ている。

かかる構成において、鋼管２を超音波探傷する場合に
は、アレイ探触子１を構成する各振動子は、送受信時，
送信器群７および受信器群８の構成要素である送信器お
よび受信器と１対１で接続される。送信と受信は、送受
信制御器６により選択された振動子群にて、遅延時間制
御器９により設定された送受遅延時間で行なわれる。各
振動子で受信されたエコーは、遅延時間制御器９により
設定されるタイミングだけ位相を調整して遅延加算器10
で合成される。この合成されたエコー信号は増幅器11で
増幅され、波形表示器12に波形表示される。一方、各入
射角毎に得られる受信エコーは信号処理器13に入力さ
れ、超音波ビーム４の入射角とエコー信号との関係から
欠陥５の指向性が求められ、表示器14に表示される。こ
の場合、送受遅延時間は１つの振動子について１つ設定
すればよく、超音波ビーム４の入射角を変えるのはどの
振動子を駆動するかを選択（送受信制御器６で行なう）
するのみでよい。

第２図は、駆動する振動子の選択と送受遅延時間との
関係を模式的に示したものである。各振動子（図示CH.N
o.1つに対して振動子が１つ対応）に送受遅延時間を与
えて送信を行なうと、各振動子から発する超音波の位相
は欠陥５の位置で一致する。よって、送受遅延時間を変
えれば、鋼管２の任意の位置で位相を一致させることが
できる。ここで、アレイ探触子１を例えば端から16個ず
つ選択して送受し、これを１振動子ずつずらして順次切
換ながら電子的に走査すると、鋼管２中の特定の位置に
異なる方向から、特定位置に集束した超音波ビーム４を
（ｎ−ｋ＋１＝）49本入射させることができる。但し、
ｎは振動子の数（ここでは64）、ｋは超音波ビーム１本
の送受に使用する振動子の数（ここでは16）である。

すなわち、各振動子の送受遅延時間は、全振動子を一
度に駆動した場合に、欠陥の存在する位置に超音波ビー
ム４が集束するように設定される。この際、送受遅延時
間は１つの振動子について１つ設定すればよく、超音波
ビーム４の入射角を変えるのは、どの振動子を駆動する
かを選択するのみでよい。換言すれば、全振動子１組の
送受遅延時間を設定し、全体（ｎ個）のうちｋ個ずつ駆
動することによって、欠陥５に対する超音波ビーム４の
入射角を、アレイ探触子１を固定したまま，かつ欠陥存
在位置に集束した状態で、電子的に走査することができ
る。そして、欠陥はその形状等に応じてそれぞれ異なる
指向性を有しており、上述のように欠陥に対する超音波
ビーム４の入射角を走査することにより、欠陥に対応す
る独自のパターンが得られ、欠陥の種別判定を行なうこ
とができる。

鋼管には、傾きのある面状の欠陥や不純物等の混入に
よる指向性のない欠陥が生ずることがある。この場合、
面状か否か、あるいは面状欠陥の傾きが判別できれば、
鋼管の製造工程の改善等に活用することができ極めて有
用である。この点、上述した本実施例の超音波探傷方法
によれば、鋼管２の欠陥５に対して、いろいろの角度か
ら超音波ビーム４を連続的に入射させることができるた
め、例えば面状欠陥については面と垂直な方向から超音
波ビーム４が入射した時に反射エコーは最も大きくな
り、また指向性の弱い欠陥では超音波ビーム４の入射角
が変わっても反射エコーの強さは余り変わらない等、欠
陥の特性に応じたエコー分布を測定することができ、こ
れから欠陥の種別判定が可能となる。これにより、欠陥
の大きさが異なっても、また複雑な形状の欠陥であって
も、エコー分布が異なれば、欠陥の種別判定が可能であ
ることは明らかである。

上述したように、本実施例の超音波探傷方法における
超音波ビームの照射制御は、被検査体である鋼管２中の
任意の位置について柔軟に適用できるため、高精度で高
感度な探傷を実現することが可能となる。また、探傷を
行ないたい特定の位置に対して、超音波ビーム４をいろ
いろの異なる角度でかつ集束して入射することができ、
さらに機械的手段によらず電子的に走査できるため、欠
陥固有の特性である指向性に関する情報を容易に精度よ
く得ることができ、欠陥の種別判定が可能となる。すな
わち、超音波ビームの焦点位置を一定（焦点位置固定）
として、欠陥に対する超音波ビームの入射角を走査する
ことで、平面状欠陥の傾きの検出を容易にし、欠陥の傾
きに関する情報を得ることが可能となる。

尚、上記実施例では水浸法による探傷装置に本発明を
適用した場合を述べたが、この他に例えば第６図に示す
ような直線接触法による探傷装置、あるいは第７図に示
すようなシューを用いた斜角法による探傷装置に本発明
を適用しても、前述と同様の作用効果が得られるもので
ある。

また、被検査体の形状が変わっても、本発明の手法を
同様に適用できることは明らかである。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、ｎ個の振動子を
直線状に配置してなるアレイ探触子のｉ番目から（ｉ＋
ｋ−１）番目までのｋ（ｋ＜ｎ）個の相隣る１群の振動
子を相対的に時間をずらせて駆動することにより超音波
ビームを目標点に集束させ、かつｉを既定数ずつ変化さ
せて超音波探傷を行なう方法において、超音波ビームの
集束点を設定し、ｉを変化させた場合の各群の超音波ビ
ーム集束の目標点を、全て設定された超音波ビーム集束
点に一致させて探傷を行なうようにしたので、鋼管等の
被検査体に内在する平面状欠陥の傾きの検出を、高感度
かつ高精度でしかも焦点位置を一定としたまま容易に行
なうことが可能な超音波探傷方法が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波探傷方法を適用した装置の一実
施例を示す全体構成図、第２図は同実施例における駆動
振動子の選択と送受遅延時間との関係を示す模式図、第
３図乃至第５図は本発明の考え方を説明するための概念
図、第６図および第７図は本発明の他の実施例を示す概
要図である。 １……アレイ探触子、２……鋼管、３……水、４……超
音波ビーム、５……欠陥、６……送受信制御器、７……
送信器群、８……受信器群、９……遅延時間制御器、10
……遅延加算器、11……増幅器、12……波形表示器、13
……信号処理器、14……表示器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉木 清英 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東 芝府中工場内 (72)発明者 小菅 英男 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東 芝府中工場内 (56)参考文献 特開 昭51−24055（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ｎ個の振動子を直線状に配置してなるアレ
   イ探触子のｉ番目から（ｉ＋ｋ−１）番目までのｋ（ｋ
   ＞ｎ）個の相隣る１群の振動子を相対的に時間をずらせ
   て駆動することにより超音波ビームを目標点に集束さ
   せ、かつ前記ｉを既定数ずつ変化させて超音波探傷を行
   なう方法において、 前記超音波ビームの集束点を設定し、 前記ｉを変化させた場合の各群の超音波ビーム集束の目
   標点を、全て前記設定された超音波ビーム集束点に一致
   させて探傷を行なうようにしたことを特徴とする超音波
   探傷方法。