JP3341824B2 - 電子走査式超音波探傷装置 - Google Patents
電子走査式超音波探傷装置Info
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- JP3341824B2 JP3341824B2 JP14334698A JP14334698A JP3341824B2 JP 3341824 B2 JP3341824 B2 JP 3341824B2 JP 14334698 A JP14334698 A JP 14334698A JP 14334698 A JP14334698 A JP 14334698A JP 3341824 B2 JP3341824 B2 JP 3341824B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非破壊検査のひと
つである超音波探傷技術に係わり、特に、超音波ビーム
の伝播方向を電気的に変化させる電子走査式超音波探傷
装置に関わる。
つである超音波探傷技術に係わり、特に、超音波ビーム
の伝播方向を電気的に変化させる電子走査式超音波探傷
装置に関わる。
【０００２】
【従来の技術】以下従来の技術を図によって説明する。
図６は、従来から行われている電子走査式超音波探傷装
置の原理図で複数の超音波振動子を平面状に配列したア
レイセンサ10を使用して、発生する超音波の進行波面61
を偏向させ超音波ビーム60を走査させる公知の技術であ
る。
図６は、従来から行われている電子走査式超音波探傷装
置の原理図で複数の超音波振動子を平面状に配列したア
レイセンサ10を使用して、発生する超音波の進行波面61
を偏向させ超音波ビーム60を走査させる公知の技術であ
る。
【０００３】トリガ入力端子22に与えられたトリガ信号
は、それぞれ遅延時間の異なる遅延素子33を経てパルス
電圧発生器40を励起する。パルス電圧発生器40で発生し
たパルスは、遅延素子33によって与えられた時間差をも
って、アレイセンサ10のそれぞれの振動子11を励振し
て、超音波を発生する。各振動子から時間差をもって発
生した超音波は合成されて、特定の方向に伝播する波面
61を形成する。ここで、遅延素子の遅延時間の組み合わ
せを連続的に変化させることによって超音波ビーム60の
伝播方向θを走査させる電子走査が行われる。
は、それぞれ遅延時間の異なる遅延素子33を経てパルス
電圧発生器40を励起する。パルス電圧発生器40で発生し
たパルスは、遅延素子33によって与えられた時間差をも
って、アレイセンサ10のそれぞれの振動子11を励振し
て、超音波を発生する。各振動子から時間差をもって発
生した超音波は合成されて、特定の方向に伝播する波面
61を形成する。ここで、遅延素子の遅延時間の組み合わ
せを連続的に変化させることによって超音波ビーム60の
伝播方向θを走査させる電子走査が行われる。
【０００４】図５がこの電子走査を行う装置の基本構成
図で、制御信号発生器20で発生したトリガ信号は、送信
遅延回路30でそれぞれ遅延時間が異なる複数のトリガ群
に分割されて、パルス発生器40に送られる。パルス発生
器40はそれらのトリガ群に応じたパルス電圧を発生し
て、アレイセンサ10の各振動子11を励振して、試験材料
中に図６の進行波面61が形成され音波の電子走査が行わ
れる。
図で、制御信号発生器20で発生したトリガ信号は、送信
遅延回路30でそれぞれ遅延時間が異なる複数のトリガ群
に分割されて、パルス発生器40に送られる。パルス発生
器40はそれらのトリガ群に応じたパルス電圧を発生し
て、アレイセンサ10の各振動子11を励振して、試験材料
中に図６の進行波面61が形成され音波の電子走査が行わ
れる。
【０００５】試験材料70中のきず等の反射源71で反射し
た超音波は再びアレイセンサ10に到達して、各振動子11
を励起して、電圧に変換され、受信遅延回路31で、送信
遅延回路と反対の長さの遅延を与えられて加算増幅器41
で加算され、一つのパルス信号として、表示装置50に表
示される。掃引信号発生器21では、表示用の時間軸信号
を発生する。
た超音波は再びアレイセンサ10に到達して、各振動子11
を励起して、電圧に変換され、受信遅延回路31で、送信
遅延回路と反対の長さの遅延を与えられて加算増幅器41
で加算され、一つのパルス信号として、表示装置50に表
示される。掃引信号発生器21では、表示用の時間軸信号
を発生する。
【０００６】図７に、従来の電子走査式超音波探傷装置
で使用されている超音波探傷試験の超音波の発信および
受信に使用される振動子の振動様式を示す。この例で
は、振動子１１に電圧を印加することにより、その厚さ
が変化するもので、スイッチ32を切り替えることによっ
て、（b）および（c）に示すように、振動子11は縦振動
を起こす。この振動子11を試験材料に押し付けることに
よって、材料中に縦波あるいは疎密波と呼ばれる超音波
を伝播させる。
で使用されている超音波探傷試験の超音波の発信および
受信に使用される振動子の振動様式を示す。この例で
は、振動子１１に電圧を印加することにより、その厚さ
が変化するもので、スイッチ32を切り替えることによっ
て、（b）および（c）に示すように、振動子11は縦振動
を起こす。この振動子11を試験材料に押し付けることに
よって、材料中に縦波あるいは疎密波と呼ばれる超音波
を伝播させる。
【０００７】図６で説明した従来の電子走査式超音波探
傷装置は、この縦振動型の振動子が使用されている。そ
のために、超音波を電子走査させたときに図８に示すよ
うに、縦波65と横波64の二つの振動様式の音波が発生
し、それらの音波の音速が異なるために、一つの反射源
から二つの反射波が発生する結果となり、種々の対策が
必要であった。また、横波が発生しない角度の領域があ
り、この手法の適用上大きな制約になっていた。
傷装置は、この縦振動型の振動子が使用されている。そ
のために、超音波を電子走査させたときに図８に示すよ
うに、縦波65と横波64の二つの振動様式の音波が発生
し、それらの音波の音速が異なるために、一つの反射源
から二つの反射波が発生する結果となり、種々の対策が
必要であった。また、横波が発生しない角度の領域があ
り、この手法の適用上大きな制約になっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、つぎの課題
を解決することを目的とする。 （１）縦波と横波の混在を排して、全屈折角にわたって
横波の単一モードを実現する。 （２）横波の欠落領域（横波が発生しない領域）を解消
する。 （３）全屈折角範囲に亘って、超音波の強度のバラツキ
を抑制する。
を解決することを目的とする。 （１）縦波と横波の混在を排して、全屈折角にわたって
横波の単一モードを実現する。 （２）横波の欠落領域（横波が発生しない領域）を解消
する。 （３）全屈折角範囲に亘って、超音波の強度のバラツキ
を抑制する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、複数の矩形超音波振動子を平面状に配列
して構成した超音波探触子の各振動子を励振させる時刻
を少しづつずらすことによって、発生する超音波ビーム
の伝播方向を連続的に変化させる電子走査式超音波探傷
装置において、前記超音波探触子を滑り振動型振動子で
構成したことを特徴とする。
に、本発明は、複数の矩形超音波振動子を平面状に配列
して構成した超音波探触子の各振動子を励振させる時刻
を少しづつずらすことによって、発生する超音波ビーム
の伝播方向を連続的に変化させる電子走査式超音波探傷
装置において、前記超音波探触子を滑り振動型振動子で
構成したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の、電子走査式超音波探傷
用アレイセンサの一実施例を図１に示す。図１の（ａ）
はアレイセンサの正面図、（ｂ）は側面図である。な
お、本発明のアレイセンサは、図５に示した電子走査式
超音波探傷装置に組み込んで使用できるが、この電子走
査式超音波探傷装置の説明は、重複するので省略する。
用アレイセンサの一実施例を図１に示す。図１の（ａ）
はアレイセンサの正面図、（ｂ）は側面図である。な
お、本発明のアレイセンサは、図５に示した電子走査式
超音波探傷装置に組み込んで使用できるが、この電子走
査式超音波探傷装置の説明は、重複するので省略する。
【００１１】図１において、滑り型振動子111を平面状
に配列してアレイセンサ10を形成している。振動子111
はその両面に電極（図示してない）が貼付してあり、こ
の電極に接続されたリード線101が外部に導かれてお
り、超音波送信時は励振用のパルス電圧が供給され、超
音波受信時は励起した電圧が外部に出力される。
に配列してアレイセンサ10を形成している。振動子111
はその両面に電極（図示してない）が貼付してあり、こ
の電極に接続されたリード線101が外部に導かれてお
り、超音波送信時は励振用のパルス電圧が供給され、超
音波受信時は励起した電圧が外部に出力される。
【００１２】図２は、図１の実施例における振動子の振
動様式を示す回路図及び動作説明図である。本発明で使
用される振動子111の振動様式を示す。振動子111に電圧
を印加すると、滑り（剪断）変形を起こし、図2（ｂ）
および（c）のようにスイッチ32を切り替えることによ
って滑り振動を発生する。この振動子111を試験材料に
押し付けることによって、材料中に横波を伝播させるこ
とができる。
動様式を示す回路図及び動作説明図である。本発明で使
用される振動子111の振動様式を示す。振動子111に電圧
を印加すると、滑り（剪断）変形を起こし、図2（ｂ）
および（c）のようにスイッチ32を切り替えることによ
って滑り振動を発生する。この振動子111を試験材料に
押し付けることによって、材料中に横波を伝播させるこ
とができる。
【００１３】図３は本発明のアレイセンサを製作するに
先立って、アレイセンサ10を構成する単一の滑り型振動
子111が形成する音場を測定したものである。滑り型振
動子は、振動子の中心軸対称に音場の広がりがあり、隣
接する振動子による音場との干渉が期待でき、電子走査
が可能であることを示している。
先立って、アレイセンサ10を構成する単一の滑り型振動
子111が形成する音場を測定したものである。滑り型振
動子は、振動子の中心軸対称に音場の広がりがあり、隣
接する振動子による音場との干渉が期待でき、電子走査
が可能であることを示している。
【００１４】本発明による滑り型振動子111を備えたア
レイセンサ10を、図５の電子走査式超音波探傷装置に接
続して、電子走査を試みた。この時、滑り振動111によ
り発生する横波と、従来の縦型振動子が発生する縦波で
は音速が異なるため、送信遅延回路30および受信遅延回
路31の遅延時間はそれに見合った変更を施してある。
レイセンサ10を、図５の電子走査式超音波探傷装置に接
続して、電子走査を試みた。この時、滑り振動111によ
り発生する横波と、従来の縦型振動子が発生する縦波で
は音速が異なるため、送信遅延回路30および受信遅延回
路31の遅延時間はそれに見合った変更を施してある。
【００１５】図４は、本発明による電子走査式超音波探
傷装置による音場を示すもので、超音波が発生している
全角度に亘って横波の単一モードを実現している。図８
に示した従来の縦振動型振動子による音場に比較して、
本発明の滑り型振動子111による音場は、音速の異なる
縦波65の発生が無いこと、および±30度に及ぶ横波64の
欠落部分が解消されていることがわかる。
傷装置による音場を示すもので、超音波が発生している
全角度に亘って横波の単一モードを実現している。図８
に示した従来の縦振動型振動子による音場に比較して、
本発明の滑り型振動子111による音場は、音速の異なる
縦波65の発生が無いこと、および±30度に及ぶ横波64の
欠落部分が解消されていることがわかる。
【００１６】また、固体材料中を伝播する横波には、そ
の振動方向によって別けられる２種類 の振動様式があ
る。つまり図９（ａ）、（ｂ）に示すように、超音波探
触子１２による音場には、ひとつは、振動方向が試験面
に交差するように振動する垂直横波（SV波）62と試験面
に平行に振動する水平横波（SH波）63がある。従来方式
の、縦波からのモード変換によって発生する横波は垂直
横波に限られていた。本発明による滑り型振動子によれ
ば、水平横波（SH波）63を発生させることが出来るの
で、垂直横波（SV波）に比較して境界面で反射するとき
のモード変換がすくないという水平横波（SH波）探傷に
有効な手段を提供できる。
の振動方向によって別けられる２種類 の振動様式があ
る。つまり図９（ａ）、（ｂ）に示すように、超音波探
触子１２による音場には、ひとつは、振動方向が試験面
に交差するように振動する垂直横波（SV波）62と試験面
に平行に振動する水平横波（SH波）63がある。従来方式
の、縦波からのモード変換によって発生する横波は垂直
横波に限られていた。本発明による滑り型振動子によれ
ば、水平横波（SH波）63を発生させることが出来るの
で、垂直横波（SV波）に比較して境界面で反射するとき
のモード変換がすくないという水平横波（SH波）探傷に
有効な手段を提供できる。
【００１７】また、本実施例では、振動子を平面状に配
列したアレイセンサを使用したが、円筒面状に配列し
て、各振動子を切り替えることによって角度走査するこ
とも可能であり、電子走査に併せて、超音波ビームを収
束させることも可能である。
列したアレイセンサを使用したが、円筒面状に配列し
て、各振動子を切り替えることによって角度走査するこ
とも可能であり、電子走査に併せて、超音波ビームを収
束させることも可能である。
【００１８】
【発明の効果】このように、本発明によれば、従来の縦
振動型振動子を使用した電子走査式超音波探傷装置では
発生できなかった約±３０°の屈折角の範囲で安定した
横波を発生させることが可能になり、適用範囲の広い、
有効な超音波探傷実現することができる。
振動型振動子を使用した電子走査式超音波探傷装置では
発生できなかった約±３０°の屈折角の範囲で安定した
横波を発生させることが可能になり、適用範囲の広い、
有効な超音波探傷実現することができる。
【００１９】すなわち、縦波と横波の混在を排して、全
屈折角にわたって横波の単一モードを実現できる。ま
た、横波の欠落領域（横波が発生しない領域）を解消で
き、全屈折角範囲に亘って、超音波の強度のバラツキを
抑制することができる。
屈折角にわたって横波の単一モードを実現できる。ま
た、横波の欠落領域（横波が発生しない領域）を解消で
き、全屈折角範囲に亘って、超音波の強度のバラツキを
抑制することができる。
【００２０】さらに、垂直横波（SV波）に比較して、境
界面で反射するときのモード変換がすくないという水平
横波（SH波）探傷に有効な手段を提供することができ
る。
界面で反射するときのモード変換がすくないという水平
横波（SH波）探傷に有効な手段を提供することができ
る。
【図１】本発明によるアレイセンサの実施例を示す図で
あり、（ａ）はアレイセンサの正面図、（ｂ）は側面図
である。
あり、（ａ）はアレイセンサの正面図、（ｂ）は側面図
である。
【図２】図１の実施例における振動子の振動様式を示す
回路図及び動作説明図である。
回路図及び動作説明図である。
【図３】図１のアレイセンサにおける単一の滑り振動子
が形成する音場分布を示す特性図である。
が形成する音場分布を示す特性図である。
【図４】本発明の電子走査式超音波探傷装置による横波
の音場分布を示す特性図である。
の音場分布を示す特性図である。
【図５】従来の電子走査式超音波探傷装置のブロック図
である。
である。
【図６】従来の電子走査式超音波探傷の原理図である
【図７】従来の電子走査式超音波探傷装置における振動
子の振動様式を示す回路図及び動作説明図である。
子の振動様式を示す回路図及び動作説明図である。
【図８】従来の電子走査式超音波探傷装置の音場分布の
例を示す特性図である。
例を示す特性図である。
【図９】固体材料中を伝播する波のモードを示す図であ
る。
る。
10…アレイセンサ、11…振動子、12…超音波探触子、20
…制御信号発生器、21…掃引信号発生器、22…トリガ入
力端子、30…送信遅延回路、31…受信遅延回路、32…切
り替えスイッチ、33…遅延素子、40…パルス電圧発生
器、42…直流電源、50…表示装置、60…超音波ビーム、
61…超音波の進行波面、62…垂直横波(SV波)、63…水平
横波（SH波）、64…横波（SV）成分、 65…縦波成分、
70…試験材料、71…反射源、101…リード線、111…滑り
振動子
…制御信号発生器、21…掃引信号発生器、22…トリガ入
力端子、30…送信遅延回路、31…受信遅延回路、32…切
り替えスイッチ、33…遅延素子、40…パルス電圧発生
器、42…直流電源、50…表示装置、60…超音波ビーム、
61…超音波の進行波面、62…垂直横波(SV波)、63…水平
横波（SH波）、64…横波（SV）成分、 65…縦波成分、
70…試験材料、71…反射源、101…リード線、111…滑り
振動子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−66159（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−62188（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−261151（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−181900（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28 H04R 17/00 332
Claims (1)
- 【請求項１】複数の矩形超音波振動子を平面状に配列し
て構成した超音波探触子の各振動子を励振させる時刻を
少しづつずらすことによって、発生する超音波ビームの
伝播方向を連続的に変化させる電子走査式超音波探傷装
置において、前記超音波探触子を滑り振動型振動子で構
成したことを特徴とする電子走査式超音波探傷装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14334698A JP3341824B2 (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 電子走査式超音波探傷装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14334698A JP3341824B2 (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 電子走査式超音波探傷装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11337540A JPH11337540A (ja) | 1999-12-10 |
| JP3341824B2 true JP3341824B2 (ja) | 2002-11-05 |
Family
ID=15336663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14334698A Expired - Fee Related JP3341824B2 (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 電子走査式超音波探傷装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3341824B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4602421B2 (ja) * | 2008-01-16 | 2010-12-22 | 株式会社東芝 | 超音波探傷装置 |
| JP5213611B2 (ja) * | 2008-09-26 | 2013-06-19 | 株式会社日立製作所 | 超音波探傷装置及び超音波探傷方法 |
-
1998
- 1998-05-25 JP JP14334698A patent/JP3341824B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11337540A (ja) | 1999-12-10 |
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