JP3619732B2 - 超音波探傷装置および超音波探傷方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、材料中に超音波を送信し、材料中で反射して受信された超音波信号により材料中のきずの有無等を検査する超音波探傷装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二分割の探触子構造を採用した超音波探傷装置が特開平１０−２２１３１６号公報に記載されている。この公報には、被検体の表層部方向へも深部方向へも検査領域を拡大することを目的として、振動子を励振して超音波を発生し、この超音波を被検体に対して送信する送信側ブロックと、前記超音波の被検体からの反射波を振動子で受信する受信側ブロックとで構成される探触子を備えた超音波検査装置において、前記送信側ブロックの振動子を複数の振動子で構成するとともに、前記受信側ブロックの振動子を前記送信側ブロックの前記複数の各振動子の超音波を受信する位置に配置した複数の振動子で構成し、かつ、前記送信側ブロックの各振動子および前記受信側ブロックの各振動子を選択する切換手段を設けた超音波検査装置が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１０−２２１３１６公報号に提案されている超音波検査装置は、高いＳＮ比を得ながら被検体である材料の表層部から深部まで検査領域を拡大できる優れた手段である。ところで、材料にはその底面から発生する割れ状きずを有する場合がある。この割れ状きずはギザギサ状をなして反射面が当然にギザギザとなるために探傷検査にとって高感度に反射信号を得ることが問題となっていた。
【０００４】
本発明は、かかる点に鑑みギザギザ状を呈する割れ状きずなどの複雑な形状をしたきずの探傷を効率的に行うことのできる超音波探傷装置および超音波探傷方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、超音波の送受信をおこなう複数の振動子を配列した２組以上の振動子群と各々の振動子群の間に遮音板を設けた分割型超音波探触子とから構成する電子走査型超音波探傷装置において、超音波を送信する振動子群と超音波を受信する振動子群の切替装置を設け、超音波ビームの送受方向によっていずれか探傷感度の高い方向の反射面による超音波信号により探傷するようにしたものである。
【０００６】
本発明は、具体的には次に掲げる装置および方法を提供する。
【０００７】
本発明は、超音波の送受信を行う複数の振動子を配列した２組以上の振動子群と各々の振動子群の間に遮音板を設けた超音波探触子と、超音波を送信するパルサー部と、反射してきた超音波を受信するレシーバ部から構成する超音波探傷装置において、超音波を送信する振動子群と超音波を受信する振動子群との切替装置を設けた超音波探傷装置を提供する。
【０００８】
本発明は、超音波送受信部と超音波探触子とから構成され、前記超音波探触子は超音波の送受信をそれぞれ行う複数の振動子を少なくとも２組離間配列した振動子群とこれらの振動子群の間に遮音手段とを備え、かつ前記超音波送受信部は超音波を送信するパルサー部と反射してきた超音波を受信するレシーバ部と各振動子を選択する切替手段とを備えた超音波探傷装置において、２組の振動子群を被検材に対して同一方向傾斜配置となし、超音波のビームの屈折進行方向と反射した超音波のビームの受信方向とを前記振動子群の方向に指向するように調整した超音波探傷装置を提供する。
【０００９】
本発明は、更に各振動子群を選択する切替装置を設けた超音波探傷装置を提供する。
【００１０】
本発明によれば、更に超音波のビームの屈折角Ｑｉ（被検材厚垂直方向に対するビームの屈折進行方向角度）および反射した超音波のビームの受信指向角度Ｑｒ（被検材厚垂直方向に対するビームの受信方向角度）は、Ｑｉ＞Ｑｒに設定される。
【００１１】
更にＱｉ＜Ｑｒに設定される。
【００１２】
更にパルサー部またはレシーバ部で超音波信号について遅延時間を変えることによってＱｉまたはＱｒを変える。
【００１３】
本発明によれば、超音波の送受信を２組の振動子群で行い、各振動子群を構成する複数の振動子の選択切替えを行い、超音波を一方の振動子群の各振動子にパルサー部から送信し、反射した超音波を他の振動子群の振動子を介してレシーバ部で受信することによって超音波探傷を行う方法において、被検材の傷に指向する超音波のビームの屈折進行方向と反射した超音波のビームの受信方向とは該傷に対し同一側に設定され、超音波のビームの屈折角Ｑｉと反射した超音波のビームの受信指向角度ＱｒはＱｉ≠Ｑｒに設定される。
【００１４】
更に各振動子群の送受信選択を切替えることによって被検材の底面にキザキザ状を呈して存する割れ状きずの反射面の反射効率を変えて探傷することを行う。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施例である二分割型斜角超音波探傷装置の構成を示す図である。本装置は、大きく超音波送受信部１０と超音波探触子２０から構成される。超音波送受信部１０は高電圧を供給する電源部１１と、各振動子をスイッチングして超音波を送信するパルサー部１２と、超音波探触子２０の送受信を切換える送受切替器１３と、受信される超音波信号を合成増幅するレシーバ部１４と、後述する２組の振動子群を切替えてパルサー部は、レシーバ部１４に接続する切替装置（手段）１６と、その信号を表示する表示部１５から構成される。超音波探触子２０は、離間配設した複数の振動子を配列した振動子群Ａ２１と、もう一つの振動子群Ｂ２２と、それらの振動子群を遮音する遮音板２３と、これらをパッケージ化する探触子ケース２４から構成される。
【００１８】
２組の振動子群が被検材に対して同一方向傾斜配置とされた例を示すが、これに限定されない。また、同一方向とはきずに向かって同一方向ということであり、２組の振動子群２１，２２は離間配設されるので屈折角および受信指向角度によって角度は影響を受ける。
【００１９】
次に、本実施形態の動作を説明する。
【００２０】
送受切替器１３によって送信側に選択された振動子群Ａ２１から送信された超音波ビーム３０は、探触子シューＡ２５を介して被検材である材料４０中を進行する。その時の屈折進行方向を示す屈折角θｉ３１（被検材厚垂直方向に対するビームの屈折進行方向角度）はパルサー部１２で設定される遅延時間で任意に変えることができる。進行した超音波ビーム３０は、材料４０中にきず４１があると、そこで反射する。この超音波の反射はきずの大きさ、方向、形状などで反射強度と反射方向が異なる。きずからの反射波３１は材料４０中を進行し、超音波探触子２０の探触子シューＢ２６を介して振動子群Ｂ２２で受信される。受信振動子群Ｂ２２の受信指向角度θｒ３３（被検材厚垂直方向に対するビームの受信方向角度）は、レシーバ部１４で設定される遅延時間で任意に変えることができる。以上のことから、送信振動子群Ａ２１の屈折角θｉ３１と受信振動子群Ｂ２２の受信指向角度θｒ３３を任意に変えられることにより、材料４０の板厚Ｔ４２が変わっても、二分割探傷法において板厚の底面４３から発生する割れ状きず４１を高い感度で検出するために送受信の交軸点３５を底面４３に設定することが、一つの探触子で可能になる。
【００２１】
以上のように、２組の振動子群２１，２２を被検材４０に対して同一方向傾斜配置となし、超音波ビームの屈折進行方向と反射した超音波ビームの受信方向とを振動子群の方向に指向するように調整し、各振動子群２１，２２を選択する切替装置により随時切替えを行って反射信号をレシーバ部１４で受ける。従ってある場合には、
Ｑｉ＞Ｑｒ
に設定され、他の場合には
Ｑｉ＜Ｑｒ
に設定され、割れ状きず４１のきず面に対応した信号が検出されるように調整される。この場合、Ｑｉ≠Ｑｒとなるが、Ｑｉ＝Ｑｒと設定する場合もある。
【００２２】
図２は、上記図１において超音波の送信と受信を切換えた場合の状態を示す図である。超音波ビーム３７は振動子群Ｂ２２から送信され、きずからの反射波３８は振動子群Ａ２１で受信される。この時、きず４１の部位での反射の状態を以下に示す。図３は、上記図１の時の反射であり、超音波ビーム３０がきず４１に対して入射し、きずのミクロの面で反射し超音波ビーム３１の束として反射進行する。この時、きずはギザギザ状を呈するので、きずでの反射効率は超音波３０の方向によってより強く反射のあったγ_ＡＢとなる。図４は、上記図２の時の反射状態であり、超音波ビーム３７の入射に対して超音波ビーム３８が反射し、反射効率は超音波ビーム３７の方向によってより強く反射のあったγ_ＢＡとなる。きず４１の面は微視的に見たときにはギザギザであり、不均一であるためにγ_ＡＢ≠γ_ＢＡとなる。すなわち、超音波ビームの送受方向によっていずれか探傷感度の高い方向が存在する。従って、振動子群Ａと振動子群Ｂを交互に送受信を切換えて探傷することにより常に検出感度の高い超音波探傷検査が可能になる。
【００２３】
以上のように、微視的に見ればギザギザである割れ状のきずを高い検出性で探傷可能となる。また、いろいろな形状をしている材料中のきずを、送受信の超音波ビームを任意に変えることにより高感度の探傷が可能である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、超音波の送受信をおこなう複数の振動子を配列した２組以上の振動子群と各々の振動子群の間に遮音板を設けた分割型超音波探触子と、超音波を送信するパルサーと、反射してきた超音波を受信するレシーバから構成する電子走査型超音波探傷装置において、超音波を送信する振動子群と超音波を受信する振動子群を切替えて使用するようにしたので、微視的に見ればギザギザである被検材の底面にある割れ状のきずを高い検出性で探傷可能となる。また、いろいろな形状をしている材料中のきずを、送受信の超音波ビームを任意に変えることにより高感度の探傷が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である二分割型斜角超音波探傷装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施例である二分割型斜角超音波探傷装置の送受切替動作図である。
【図３】きずによる超音波の反射状態図である。
【図４】送受切替後のきずによる超音波の反射状態図である。
【図５】本発明のもう一つの実施例である固定角度受信と電子走査式多角度発振による探傷方式動作図である。
【符号の説明】
１０…超音波送受信部、１１…電源部、１２…パルサー部、１３…送受切替器、１４…レシーバ部、１５…表示部、１６…切替装置、２０…超音波探触子、２１…振動子群Ａ、２２…振動子群Ｂ、２３…遮音板、２４…探触子ケース、２５…探触子シューＡ、２６…探触子シューＢ、３０…振動子群Ａからの送信超音波ビーム、３１…振動子群Ｂへの受信超音波ビーム、３２…屈折角、３３…受信指向角、３５…交軸点、３７…振動子群Ｂからの送信超音波ビーム、３８…振動子群Ａへの受信超音波ビーム、４０…材料、４１…きず、４２…材料の板厚、４３…材料の底面、５０…材料内部のきず。

Claims (2)

1. 超音波送受信部と超音波探触子とから構成され、前記超音波探触子は超音波の送受信をそれぞれ行う複数の振動子を少なくとも２組離間配列した振動子群とこれらの振動子群の間に遮音手段とを備え、かつ前記超音波送受信部は超音波を送信するパルサー部と反射してきた超音波を受信するレシーバ部と各振動子群の送受信を切替える切替装置を備えた超音波探傷装置において、
   ２組の振動子群を被検材に対して同一方向傾斜配置となし、超音波のビームの屈折進行方向と反射した超音波のビームの受信方向とが被検材の底面で交差するように調整し、
   前記切替装置により、各振動子群の一方を送信側としたときに他方側を受信側とするとともに、各振動子群の送受信の役割を切替える構成とされ、
   被検材の底面にある傷に指向する超音波のビームの屈折進行方向と反射した超音波のビームの受信方向とは該傷に対し同一側に設定され、
   被検材の底面にある傷に指向する超音波のビームの屈折角Ｑｉと当該傷から反射した超音波のビームの受信指向角度Ｑｒは
   Ｑｉ≠Ｑｒに設定されること
   を特徴とする超音波探傷装置。
2. 請求項１に記載の超音波探傷装置を用いて、
   一方の振動子群からパルサー部の遅延時間を変更することにより複数の角度に超音波のビームを発振して、これらの反射した超音波ビームを他方の振動子群で変更された遅延時間をレシーバ部に与えることにより受信し、探傷することを特徴とする超音波探傷方法。

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