JP3732491B2

JP3732491B2 - 縦波と横波回折波による超音波探傷方法及び装置

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Publication number: JP3732491B2
Application number: JP2003304128A
Authority: JP
Inventors: 甫羽田野; 秀秋田中; 哲也天野
Original assignee: Japan Steel Works Ltd; JFE Engineering Corp
Current assignee: Japan Steel Works Ltd; JFE Engineering Corp
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2023-08-28
Also published as: JP2005070017A

Description

本発明は、超音波探傷に関し、特に、欠陥の位置を簡便且つ正確に推定することができる超音波探傷方法とその装置に関するものである。

最近、種々の装置や設備の安全性が求められている中で、事故の原因となりかねないきずを非破壊で早く正確に発見することが重要となってきている。非破壊検査法は対象物を破壊することなくきずや物性的特性を調べる方法であり、非破壊検査法の一種である超音波探傷法は、対象物の外部から超音波を入射し、その反射波や透過波、あるいは回折波を受信し分析することにより内部を調べるものである（例えば特許文献１）。

従来の超音波探傷法は、きずなどの欠陥の存在をある程度敏感に検出できたが、欠陥の形状や大きさに関する情報を得ることは難しかった。
そこで、欠陥の寸法をより正確に測定し得る超音波探傷法としてＴＯＦＤ（ＴｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法が期待されている。ＴＯＦＤ法では、一対の送波用探触子と受波用探触子を、対象物の表面に一定距離を隔てて対向して配置し、送波用探触子から対象物中に超音波を放射する。対象物の表面を直接伝わる波（ラテラル波）、そして対象物の底面から反射された底面反射波とともに、対象物中にきずなどの欠陥が存在する場合に欠陥の端部に入射した超音波によって生じる回折波を受波用探触子で受信し、これらの波の伝搬時間を基に欠陥の位置や寸法を測定しようとするものである。従来の超音波探傷試験における欠陥の寸法測定には、デシベルドロップ法、評価レベル法、ＤＧＳ法などが広く用いられてきた。これらの手法は、探触子の移動距離やエコー高さに基づいた評価を行うため、探触子のビームピロフィール、走査ピッチ、あるいは欠陥の傾き角度などによる測定精度への影響が避けられなかった。これに対し、ＴＯＦＤ法は、比較的高精度の測定が可能な超音波の伝搬時間を利用するため、欠陥の寸法測定精度の向上が期待できる。

図６は、従来のＴＯＦＤ法における種々の超音波の伝搬経路の概要を示している。一対の送波用探触子１と受波用探触子２の間で、対象物３に長さＤのスリット状の垂直なきず３０が存在する場合を想定している。このとき受波用探触子２によって、まず対象物３の表面を直接伝わるラテラル波が受信され、続いてきず３０の上端部３０ａ（超音波探触子を配置した表面に近い側のきずの端部）からの上端回折波、そしてきずの下端部３０ｂ（超音波探触子を配置した表面に遠い側のきずの端部）からの下端回折波が受信される。ここで各々の超音波について送波用探触子１から受波用探触子２に至る伝搬時間を測定し、これに対象物における超音波の伝搬速度を乗ずることによって、各々の超音波の送波用探触子１から受波用探触子２に至る伝搬経路長が求められる。しかし、このままではきずの位置３０ａ、３０ｂを決定することができないという問題が生ずる。

図７は、この問題の概要を上端回折波を例として説明したものである。送波用探触子１から受波用探触子２に至る伝搬経路長Ｌｔを互いに同じくするきず３０の上端部３０ａの位置は、図に一部を示すように対象物３内で送波用探触子１の位置と受波用探触子２の位置を焦点とする楕円軌跡上の任意の位置に無数に存在し得る（Ｌｔ＝Ｌ１＋Ｌ２＝Ｌ３＋Ｌ４＝Ｌ５＋Ｌ６＝…）。したがって、きず３０の位置を特定するために例えば、送波用探触子１と受波用探触子２の間隔を一定に保ったまま図の左右方向に探触子を走査し（Ｂ−走査）、回折波の伝搬時間が極小になったときの両探触子の位置の丁度中央にきず３０があるとする方法などが用いられているが、操作が煩雑であるという問題があった。
また、このＢ−走査が困難となるような対象物では、例えば従来の超音波探傷法の一つであるパルス反射法によってきず３０までの距離を測定する必要があった。
特開２０００−１４６９２１号公報

以上説明したように、従来のＴＯＦＤ法では、きずなどの欠陥の位置を特定するためには、前記Ｂ−走査といわれる煩雑な操作が必要であり、また、Ｂ−走査が困難となるような対象物ではパルス反射法などの従来の超音波探傷法との組み合わせが必要であった。
本発明の目的は、このような煩雑な方法を用いないで、きずなどの欠陥位置の推定を簡便且つ精確に行い得る方法とその装置を提供することにある。

上記課題を解決するため第１の発明の縦波と横波回折波による超音波探傷方法は、対となる送波用探触子と受波用探触子を、対象物の表面に一定距離を隔てて配置し、前記送波用探触子から対象物中に超音波を放射し、該対象物中に欠陥が存在する場合に欠陥の端部に入射した超音波によって生じる回折波を前記受波用探触子で受波することによって超音波探傷を行う超音波探傷方法において、
前記受波用探触子を用いて前記回折波の縦波成分と横波成分を各々検出し、検出された前記縦波成分と前記横波成分の到達時刻差に基づいて、該回折波を生じた欠陥端部から受波用探触子に至る距離を推定することを特徴とする。

また、第２の発明の縦波と横波回折波による超音波探傷方法は、第１の発明において、回折波を生じた欠陥端部と受波用探触子の間の距離Ｌを、次式によって推定することを特徴とする。

ただし、△Ｔは回折波の縦波成分と横波成分の受波用探触子への到達時刻差、ＣｌとＣｓは各々対象物における縦波と横波の伝搬速度である。

さらに、第３の発明の縦波と横波回折波による超音波探傷方法は、第１または第２の発明において、欠陥端部で生じた回折波の縦波成分の受波時刻と送波用探触子における送波時刻との時刻差と、該対象物における縦波の伝搬速度に基づいて、送波用探触子から欠陥端部を経て受波用探触子に至る伝搬経路の全長を求め、該全長から前記距離Ｌを減じることにより送波用探触子から欠陥端部までの距離を求め、該送波用探触子から欠陥端部までの距離と、前記距離Ｌと、送波用探触子と受波用探触子間の距離とから、欠陥端部の位置を推定することを特徴とする。

さらに、第４の発明の縦波と横波回折波による超音波探傷方法は、受波用探触子として、複数の探触子を配列したアレイ探触子を用い、第１のステップで、該アレイ探触子で回折波を受波して、前記第１〜３のいずれかの発明の方法によって欠陥端部と受波用探触子の間の前記距離Ｌあるいは欠陥端部の前記位置を推定し、第２のステップで、該アレイ探触子を先のステップで推定された欠陥端部までの距離Ｌあるいは欠陥端部の位置に焦点を結ぶように動作させ、さらに第３のステップで前記ステップ１と同様の手順によって焦点を結んだ状態のアレイ探触子によって前記回折波を受波して欠陥端部と受波用探触子の間の前記距離Ｌあるいは欠陥端部の前記位置を再度推定することを特徴とする。

さらに、第５の発明の縦波と横波回折波による超音波探傷方法は、請求項４に記載の方法において、アレイ探触子を構成する複数の探触子の各々の受波信号を前記第３のステップまで記憶・保持することによって、前記第３のステップで前記回折波の受波を省略して欠陥端部と受波用探触子の間の前記距離Ｌあるいは欠陥端部の前記位置を再度推定することを特徴とする。

さらに、第６の発明の縦波と横波回折波による超音波探傷方法は、前記第３〜５のいずれかの発明の方法によって前記欠陥の端部として上端部と下端部の位置をそれぞれ推定し、推定された該上下端部の位置に基づき欠陥の形状を推定することを特徴とする。

さらに、第７の発明の縦波と横波回折波による超音波探傷装置は、対象物中に縦波の超音波を放射する送波用探触子と、該対象物中の欠陥端部から発生した回折波の縦波成分および横波成分を受波する受波用探触子と、少なくとも前記回折波の縦波成分と横波成分の到達時刻を測定可能な時刻測定手段とを備えたことを特徴とする。

さらに、第８の発明の縦波と横波回折波による超音波探傷装置は、第７の発明において、前記到達時刻測定手段によって得られる縦波成分と横波成分の到達時刻差と、予め設定された対象物中の縦波および横波の伝搬速度とによって、前記欠陥端部から前記受波用探触子までの距離Ｌを算出する演算部を設けたことを特徴とする。

さらに、第９の発明の縦波と横波回折波による超音波探傷装置は、第７または第８の発明において、前記回折波の縦波成分と横波成分を各々検出する受波用探触子が、可変角の斜角探触子であることを特徴とする。

さらに、第１０の発明の縦波と横波回折波による超音波探傷装置は、第７または第８の発明において、前記回折波の縦波成分と横波成分を受波する受波用探触子が、複数の探触子を配列したアレイ探触子であることを特徴とする。

さらに、第１１の発明の縦波と横波回折波による超音波探傷装置は、第７または第８の発明において、前記アレイ探触子を構成する複数の探触子のそれぞれの受波信号が対象物中の設定位置を焦点とするように合成する受波信号焦点処理手段を備えることを特徴とする。

さらに、第１２の発明の縦波と横波回折波による超音波探傷装置は、第１０または第１１の発明において、前記アレイ探触子を構成する複数の探触子のそれぞれの受波信号を、前記回折波の縦波成分の探傷屈折角になるように合成して該縦波成分を検出するとともに、前記アレイ探触子を構成する複数の探触子のそれぞれの受波信号を、前記回折波の横波成分の探傷屈折角になるように合成して該横波成分を検出する受波信号処理手段を備えることを特徴とする。

本発明者は、ＴＯＦＤ法において、対象物中の欠陥端部に入射した超音波縦波によって、縦波の回折波とともに横波の回折波が生じ、該対象物中を伝搬して受波用探触子に達することを見い出し、本発明を完成するに至ったものである。
ここで回折波を生じた欠陥端部から受波用探触子に至る距離をＬとすると、回折波の縦波成分と回折波の横波成分が、それぞれ該距離Ｌを伝搬するのに要する時間Ｔｌ（縦波成分）、Ｔｓ（横波成分）は、次の数２式および数３式で与えられる。

ただし、ＣｌとＣｓは各々対象物における縦波と横波の伝搬速度である。回折波の縦波成分と横波成分の受波用探触子への到達時刻差を△Ｔ（＝Ｔｓ−Ｔｌ）とすると、次式によって回折波を生じた欠陥端部から受波用探触子に至る距離Ｌを推定することができる。

送波用探触子と受波用探触子の間の距離はラテラル波の送波用探触子から受波用探触子に至る伝搬時間、もしくは探触子同士の距離の実測により決定することができる。また、送波用探触子から回折波を生じた欠陥端部を経て受波用探触子に至る前記距離Ｌを含む伝搬経路の全長は、回折波の縦波成分の受波時刻と送波用探触子における送波時刻との時刻差と、対象物における縦波の伝搬速度とに基づいて求めることができる。通常は、前記全長は、上記時刻差に伝搬速度を乗ずることによって得られる。したがって、送波用探触子、受波用探触子、そして回折波を生じた欠陥端部によって形成される三角形の３辺の各々の長さが決定されることになり欠陥端部の位置が推定できる。さらに、前記測定を欠陥上端部で生じる上端回折波と欠陥下端部で生じる下端回折波の各々について行うことにより、欠陥の上端と下端の位置を簡便且つ精確に推定し、該推定結果に基づき欠陥長さなどの形状を推定することができる。

以上説明したように、本発明の縦波と横波回折波による超音波探傷方法によれば、きずの端部で生じる回折波の縦波成分と横波成分とをそれぞれ検出し、その到達時刻差を得ることで、受波側ときずなどの欠陥との距離を簡便且つ精確に推定することが可能になる。
また、上記で推定された距離と、探触子間の距離と、送波側から欠陥までの距離を用いることで欠陥の位置を精確に推定することができる。
さらに、本発明の縦波と横波回折波による超音波探傷装置によれば、対象物中に縦波の超音波を放射する送波用探触子と、該対象物中の欠陥端部から発生した回折波の縦波成分および横波成分を受波する受波用探触子と、少なくとも前記回折波の縦波成分と横波成分の到達時刻を測定可能な時刻測定手段とを備えるので、縦波成分と横波成分の到達時刻差を得て上記距離の推定を確実に行うことができる。また、上記時刻測定手段によって送波時刻を取得し、縦波の到達時刻とによって送波側から欠陥までの距離を求めることができる。さらに、時刻測定手段によって送波時刻とラテラル波の到達時間を取得して送受波用探触子の距離を求めることができる。これらの距離は、前記したように欠陥端部の位置を算出する際に用いることができる。

また、受波用探触子としてアレイ探触子を用い、前記アレイ探触子を構成する複数の探触子のそれぞれの受波信号を、受波信号処理手段によって前記回折波の縦波成分の探傷屈折角になるように合成して該縦波成分を検出するとともに、前記アレイ探触子を構成する複数の探触子のそれぞれの受波信号を、前記回折波の横波成分の探傷屈折角になるように合成して該横波成分を検出すれば、例えば１回の測定によって縦波と横波とを効率よく検出してきずの位置を精確に求めることが可能になる。

以下に、本発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。
図１は、本発明の超音波探傷装置の概略図であり、送波用探触子１と受波用探触子２とを備えている。この実施形態においては、受波用探触子２として、垂直縦波探触子を複数配列したアレイ探触子を用いる。

前記送波用探触子１は、制御・データ処理部１０の送波信号発生部１２に接続され、受波用探触子２は、受波信号合成部１３に接続されている。上記送波信号発生部１２と受波信号合成部１３は、制御・データ処理部１０の制御部１１に接続され、送波および受波の制御がなされる。また該制御部１１には、制御・データ処理部１０において、演算部１４と時刻測定手段としてのタイマ１５とが接続されている。また制御部１１には、制御・データ処理部１０外の表示部２０に接続されている。
表示部２０では、受波信号に基づいて受波波形や必要な情報の表示が可能であり、ＣＲＴ、ＬＣＤ等の適宜の表示装置を用いることができる。また、表示部２０をタッチパネルによって構成し、ユーザによる入力を可能にするものであってもよい。

次に、上記超音波探傷装置の動作について説明する。
制御部１１の動作によって送波信号発生部１２を制御して送波用信号を生成し、該信号を送波用探触子１に入力して、該送波用探触子１から対象物３に対し所望の超音波を放射する。対象物３にきず３０が存在すると、対象物３内を伝搬する超音波によって前記で説明したようにこのきず３０の端部（例えば３０ａ）で回折波が生じ、回折波の縦波および横波が受波用探触子２の各垂直縦波探触子で受波され、各受波信号が受波信号合成部１３に入力される。受波信号合成部１３では、各受波信号に時間差を設ける遅延処理や異なる重み付けで合波することで、各受波信号が対象物内の所定位置を焦点とするように集束処理をしたり、各受波信号が所定の屈折角方向に斜角して入射されたように斜角処理を行うことができる。したがって、本発明の受波信号合成部１３は、本発明の受波信号焦点処理手段または受波信号処理手段として機能することができる。

また、上記受波信号合成部１３では、アレイ探触子を構成する複数の垂直縦波探触子のそれぞれの受波信号を、適切な縦波の探傷屈折角になる時間差を設けて合成して回折波の縦波成分を検出し、また、適切な横波の探傷屈折角になる時間差を設けて合成して回折波の横波成分を検出することによって、１回の測定で回折波の縦波成分と横波成分の両者を検出することができる。

受波信号合成部１３で検出された縦波成分と横波成分とは、それぞれ制御部１１を介して表示部２０において到達時刻と関連付けて波形として表示することができる。到達時刻は、制御部１１に接続されたタイマ１５によって取得することができる。対象物３にきず３０がある場合、前述したようにきず３０の端部３０ａで回折波が生じ、回折波の縦波および横波が受波用探触子２で受波される。回折波の縦波と横波の到達時刻は、制御部１１において受波信号のパターン認識などによって取得することができ、また、表示部２０に表示された波形から目視によって取得することもでき、これらの到達時刻によって回折波の縦波と横波の到達時刻差が算出される。該算出は、ユーザによって行ってもよく、また、制御部１１に接続した演算部１４によって行うようにしてもよい。

また、予め対象物における縦波の伝搬速度Ｃｌと横波の伝搬速度Ｃｓとを把握しておく。
これらは、試験片などを用いて予め測定した結果を用いたり、既知のデータを用いたりすることができる。これらの伝搬速度は、制御・データ処理部１０にＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等の適宜の記憶部（図示しない）を設け、この記憶部に設定データとして保存しておき、必要に応じて読み出して演算処理等に用いることもできる。

上記した縦波および横波の到達時刻差ΔＴと、伝搬速度Ｃｌ、Ｃｓとによって、前記した数４式を用いてきず３０の端部３０ａから受波用探触子２に至る距離Ｌを算出することができる。該距離の算出は、ユーザによって行ってもよく、また、制御部１１に接続した演算部１４によって行うようにしてもよい。上記算出によってきず３０の端部３０ａから受波用探触子２に至る距離Ｌを推定することができる。

また、受波用探触子２では、送波用探触子１からの超音波放射時刻と、縦波の到達時刻とから、縦波が送波用探触子１で放射され、きず３０の端部３０ａを介して受波用探触子２に至るまでの伝搬経路における伝搬時間を知ることができる。なお、上記放射時刻と到達時刻は、制御部１１の動作に基づいてタイマ１５から取得することができる。上記伝搬時刻と上記した縦波の伝搬速度Ｃｌとによって、上記伝搬経路長を知ることができるので、送波用探触子１からきず３０の端部３０ａに至る距離Ｌ０が求められる。一方、対象物３の表面に設置された送波用探触子１と受波用探触子２の間の距離Ｘは、両探触子間の距離を実測したり、両探触子間を伝搬するラテラル波の伝搬経路長（伝搬時間×伝搬速度）を算出したりすることにより得られる。そして上記距離Ｘ、Ｌ０、Ｌによって、きずの端部の位置（例えば対象物表面からの距離Ｙを含む）を求めることができる。

上記では、きず３０の端部３０ａについて位置を求める方法について説明したが、きず３０の他端部３０ｂについても同様に位置を求めることができ、両端部を求めることできずの形状（長さＤ、傾斜方向等）の評価も可能になる。

また、上記によってきず３０の端部の距離や位置を求めた際に、受波用探触子２が該距離や該位置に焦点を結ぶような時間差を設けて、アレイ探触子を構成する複数の垂直縦波探触子のそれぞれの受波信号を合成することができる。そしてこのように焦点を設定した後に、再度超音波探傷を行って回折波の縦波、横波を受波して再度上記距離や位置の算出を行うことできずの位置や形状評価をより精確に行うことができる。また、焦点設定→距離、位置の再推定は必要に応じて繰り返し行ってもよい。

なお上述したように、焦点を設定した後に再度超音波探傷を行って距離、位置の再推定を行うこともできるが、受波信号合成部１３に適宜の記憶手段（例えばＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤなど）からなる波形記憶部（図示しない）を設けることによって、アレイ探触子を構成する複数の垂直縦波探触子のそれぞれの受波信号を記憶・保持することができるので、一回目に超音波探傷を行ったときに記憶したそれぞれの該受波信号に基づいて、再度超音波探傷を行うことなく焦点設定→距離、位置の再推定を繰り返すこともできる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明として、受波用探触子としては上記アレイ探触子の他に、各々適切な探傷屈折角を有する縦波斜角探触子と横波斜角探触子を用い、縦波斜角探触子によって欠陥端部で生じる回折波の縦波成分を検出し、横波斜角探触子によって回折波の横波成分を検出するものとしてもよい。

また本発明の他の実施形態においては、受波用探触子として、探傷屈折角が可変できる可変角の斜角探触子を用い、該探触子の角度を適切な縦波の探傷屈折角に設定して回折波の縦波成分を検出し、また、該探触子の角度を適切な横波の探傷屈折角に設定して回折波の横波成分を検出するものとしてもよい。

以下、本発明の実施例について説明する。図１において、試験体である対象物３は、長さＤ＝５ｍｍの垂直なスリットきず３０を有し、該きず３０の上端部３０ａが対象物３の表面からＹ＝１０ｍｍの位置にあるものを用いた。また、送波用に探傷屈折角６０°の縦波斜角探触子を用い、受波用には上記実施形態に記載のアレイ探触子を用いた。図２と図３は、送波用探触子１と受波用探触子２との間の距離Ｘを４０ｍｍとして、きず３０の位置が両者の探触子の位置の中央になるように設定したときの受波信号波形である。図２は、縦波の探傷屈折角が６０°になるように、アレイ探触子を構成する複数の垂直縦波探触子のそれぞれの受波信号を合成した例であり、図３は、横波の探傷屈折角が６０°になるように、アレイ探触子を構成する複数の垂直縦波探触子のそれぞれの受波信号を合成した例である。これらの検出信号波形から、きず３０の上端部３０ａで生じる回折波の縦波成分と横波成分の受波用探触子２への到達時刻差が△Ｔ＝３．１（μｓ）であることが測定され、前記数４式に基づいて、きず３０の上端部３０ａと受波用探触子２との間の距離Ｌを計算するとＬ＝２２．４（ｍｍ）となり、実際の距離と一致し、精確に推定することができた。ただし、この試験体における縦波の伝搬速度はＣｌ＝５，９００（ｍ／ｓ）、ならびに横波の伝搬速度はＣｓ＝３，２５０（ｍ／ｓ）とした。

図４と図５は、上記送波用探触子１を固定したまま受波用探触子２を移動して両者間の距離Ｘを４８ｍｍにしたときの受波信号波形である。図４は、縦波の探傷屈折角が６０°になるように、アレイ探触子を構成する複数の垂直縦波探触子のそれぞれの受波信号を合成した例であり、図５は、横波の探傷屈折角が６０°になるように、アレイ探触子を構成する複数の垂直縦波探触子のそれぞれの受波信号を合成した例である。これらの検出信号波形から、きず３０の上端部３０ａで生じる回折波の縦波成分と横波成分の受波用探触子２への到達時刻差が△Ｔ＝４．１（μｓ）であることが測定され、前記数４式に基づいて、きず３０の上端部３０ａと受波用探触子２との間の距離Ｌを計算するとＬ＝２９．６（ｍｍ）となり、実際の距離と一致し、精確に推定することができた。
上記実施例のように送受波用探触子の距離を変えて受波用探触子ときず端部との距離を測定することで、きずの位置を推定することも可能である。

本発明の一実施形態における超音波探傷装置を示す図である。本発明の超音波探傷による送受波用探触子間距離４０ｍｍにおける縦波受波信号を示す図である。同じく、送受波用探触子間距離４０ｍｍにおける横波受波信号を示す図である。同じく、送受波用探触子間距離４８ｍｍにおける縦波受波信号を示す図である。同じく、送受波用探触子間距離４８ｍｍにおける横波受波信号を示す図である。従来のＴＯＦＤ法における超音波の伝搬経路の概要を示す説明図である。同じく、同一の伝搬経路長（伝搬時間）となる、きず端部の位置の概要を示す説明図である。

符号の説明

１送波用探触子
２受波用探触子
３対象物
３０きず
３０ａ上端部
３０ｂ下端部

Claims

対となる送波用探触子と受波用探触子を、対象物の表面に一定距離を隔てて配置し、前記送波用探触子から対象物中に超音波を放射し、該対象物中に欠陥が存在する場合に欠陥の端部に入射した超音波によって生じる回折波を前記受波用探触子で受波することによって超音波探傷を行う超音波探傷方法において、
前記受波用探触子を用いて前記回折波の縦波成分と横波成分を各々検出し、検出された前記縦波成分と前記横波成分の到達時刻差に基づいて、該回折波を生じた欠陥端部から受波用探触子に至る距離を推定することを特徴とする縦波と横波回折波による超音波探傷方法。
回折波を生じた欠陥端部と受波用探触子の間の距離Ｌを、次式によって推定することを特徴とする請求項１記載の縦波と横波回折波による超音波探傷方法。

ただし、△Ｔは回折波の縦波成分と横波成分の受波用探触子への到達時刻差、ＣｌとＣｓは各々対象物における縦波と横波の伝搬速度である。
欠陥端部で生じた回折波の縦波成分の受波時刻と送波用探触子における送波時刻との時刻差と、該対象物における縦波の伝搬速度に基づいて、送波用探触子から欠陥端部を経て受波用探触子に至る伝搬経路の全長を求め、該全長から前記距離Ｌを減じることにより送波用探触子から欠陥端部までの距離を求め、該送波用探触子から欠陥端部までの距離と、前記距離Ｌと、送波用探触子と受波用探触子間の距離とから、欠陥端部の位置を推定することを特徴とする請求項１または２記載の縦波と横波回折波による超音波探傷方法。
受波用探触子として、複数の探触子を配列したアレイ探触子を用い、第１のステップで、該アレイ探触子で回折波を受波して、請求項１〜３のいずれかに記載の方法によって欠陥端部と受波用探触子の間の前記距離Ｌあるいは欠陥端部の前記位置を推定し、第２のステップで、該アレイ探触子を先のステップで推定された欠陥端部までの距離Ｌあるいは欠陥端部の位置に焦点を結ぶように動作させ、さらに第３のステップで前記ステップ１と同様の手順によって焦点を結んだ状態のアレイ探触子によって前記回折波を受波して欠陥端部と受波用探触子の間の前記距離Ｌあるいは欠陥端部の前記位置を再度推定することを特徴とする縦波と横波回折波による超音波探傷方法。
請求項４に記載の方法において、アレイ探触子を構成する複数の探触子の各々の受波信号を前記第３のステップまで記憶・保持することによって、前記第３のステップで前記回折波の受波を省略して欠陥端部と受波用探触子の間の前記距離Ｌあるいは欠陥端部の前記位置を再度推定することを特徴とする縦波と横波回折波による超音波探傷方法。
請求項３〜５のいずれかに記載の方法によって、前記欠陥の端部として上端部と下端部の位置をそれぞれ推定し、推定された該上下端部の位置に基づき欠陥の形状を推定することを特徴とする縦波と横波回折波による超音波探傷方法。
対象物中に縦波の超音波を放射する送波用探触子と、該対象物中の欠陥端部から発生した回折波の縦波成分および横波成分を受波する受波用探触子と、少なくとも前記回折波の縦波成分と横波成分の到達時刻を測定可能な時刻測定手段とを備えたことを特徴とする縦波と横波回折波による超音波探傷装置。
前記時刻測定手段によって得られる縦波成分と横波成分の到達時刻差と、予め設定された対象物中の縦波および横波の伝搬速度とによって、前記欠陥端部から前記受波用探触子までの距離Ｌを算出する演算部を設けたことを特徴とする請求項７記載の縦波と横波回折波による超音波探傷装置。
前記回折波の縦波成分と横波成分を各々受波する受波用探触子が、可変角の斜角探触子であることを特徴とする請求項７または８記載の縦波と横波回折波による超音波探傷装置。
前記回折波の縦波成分と横波成分を受波する受波用探触子が、複数の探触子を配列したアレイ探触子であることを特徴とする請求項７または８記載の縦波と横波回折波による超音波探傷装置。
前記アレイ探触子を構成する複数の探触子のそれぞれの受波信号が対象物中の設定位置を焦点とするように合成する受波信号焦点処理手段を備えることを特徴とする請求項１０記載の縦波と横波回折波による超音波探傷装置。
前記アレイ探触子を構成する複数の探触子のそれぞれの受波信号を、前記回折波の縦波成分の探傷屈折角になるように合成して該縦波成分を検出するとともに、前記アレイ探触子を構成する複数の探触子のそれぞれの受波信号を、前記回折波の横波成分の探傷屈折角になるように合成して該横波成分を検出する受波信号処理手段を備えることを特徴とする請求項１０または１１に記載の縦波と横波回折波による超音波探傷装置。