JP4121462B2

JP4121462B2 - Ultrasonic flaw detector

Info

Publication number: JP4121462B2
Application number: JP2004003018A
Authority: JP
Inventors: 豊鈴木; 由博道口; 哲也松井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-01-08
Filing date: 2004-01-08
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2024-01-08
Also published as: JP2005195495A

Description

本発明は、フェーズドアレイ方式の超音波探傷装置に係り、特に、複雑な曲面を持つ被検査体の探傷に好適な超音波探傷装置に関する。 The present invention relates to a phased array type ultrasonic flaw detection apparatus, and more particularly to an ultrasonic flaw detection apparatus suitable for flaw detection of a test object having a complicated curved surface.

超音波探傷装置は、非破壊検査技法の利点を活かし、近年、その適用範囲は拡大の一途を辿っており、原子炉構造体の検査などに広く適用されているが、ここで、このような超音波探傷装置の一種に、いわゆるフェーズドアレイ方式の超音波探傷装置がある。 Ultrasonic flaw detectors take advantage of non-destructive inspection techniques, and in recent years, the scope of their application has been steadily expanding and widely applied to the inspection of nuclear reactor structures. One type of ultrasonic flaw detector is a so-called phased array type ultrasonic flaw detector.

ここで、このフェーズドアレイ方式とは、超音波探傷装置において、複数の超音波素子を配列したアレイセンサを用い、各超音波素子から探傷目標点までの超音波の到達時間を各々算出し、探傷目標点に対する到達時間が一致するように各超音波素子からの超音波の発信時間を調整して、各超音波素子から発射された超音波が１点に収束させるようにした方式のことである。 Here, this phased array method uses an array sensor in which a plurality of ultrasonic elements are arranged in an ultrasonic flaw detector, calculates the arrival time of ultrasonic waves from each ultrasonic element to the flaw detection target point, and performs flaw detection. This is a method in which the ultrasonic wave emission time from each ultrasonic element is adjusted so that the arrival times for the target points coincide with each other so that the ultrasonic waves emitted from each ultrasonic element converge to one point. .

そして、このように特定部位に超音波を収束させるようにした場合、反射波の強度が高まるので、超音波探傷感度が向上し、且つ、探傷精度の向上が得られるが、この場合は、超音波センサが被検査物体の表面に充分にフィッティング(密着適合)していることが精度保持の重要な要件になる。 When the ultrasonic wave is converged on the specific part in this way, the intensity of the reflected wave is increased, so that the ultrasonic flaw detection sensitivity is improved and the flaw detection accuracy is improved. An important requirement for maintaining accuracy is that the acoustic wave sensor is sufficiently fitted (closely fitted) to the surface of the object to be inspected.

しかし、このとき検査対象によっては被検査体の表面が複雑な曲面を持っている場合がある。そこで、複数の超音波素子を相互にバネで連結することにより、超音波センサにフレキシビリティ(屈曲自在な性質)を持たせ、複雑な曲面を持つ狭隘部にも容易に密着できるようにした超音波探傷装置が、従来技術として知られている(例えば、非特許文献１参照。)。 However, at this time, depending on the inspection object, the surface of the object to be inspected may have a complicated curved surface. Therefore, by connecting multiple ultrasonic elements to each other with a spring, the ultrasonic sensor has flexibility (flexible nature) and can be easily attached to narrow parts with complex curved surfaces. An acoustic flaw detector is known as a prior art (see, for example, Non-Patent Document 1).

ここで、この従来技術に係る超音波探傷装置では、バネを押すことにより超音波センサの有効長と屈伸性を調節し、超音波センサを曲面にフィッティングさせているが、このとき、更に超音波センサの背面の離れた位置からマイクロ波を発信させ、これを超音波センサ上に設けたアンテナで受信し、このときのマイクロ波の送受信に要した時間から、被検査物体の曲面に密着させた超音波センサの形状を測定するようになっている。 Here, in the ultrasonic flaw detector according to this prior art, the effective length and the bending / extension property of the ultrasonic sensor are adjusted by pushing the spring, and the ultrasonic sensor is fitted to the curved surface. Microwaves were transmitted from a remote location on the back of the sensor, received by the antenna provided on the ultrasonic sensor, and then brought into close contact with the curved surface of the object to be inspected from the time required for transmission / reception of the microwaves. The shape of the ultrasonic sensor is measured.

そして、このようにして得た形状データに基づいて、各超音波素子から探傷目標点までの超音波の到達時間を各々算出し、到達時間が一致するように各超音波素子からの超音波の発信時間を調整することにより、各超音波素子から発射された超音波を１点に収束させている。 Then, based on the shape data obtained in this way, the ultrasonic arrival time from each ultrasonic element to the flaw detection target point is calculated, and the ultrasonic wave from each ultrasonic element is matched so that the arrival times match. By adjusting the transmission time, the ultrasonic waves emitted from each ultrasonic element are converged to one point.

なお、一般的な超音波探傷装置については、例えば、非特許文献２に記載がある。
「Adaptive Inspection of Components of Complex Geometry with a Flexible Array Probe」 (米非破壊検査協会ホームページ http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn637/idn637.htm 2001年) 「非破壊検査便覧」(株)日本非破壊検査協会日刊工業新聞社１９９２ A general ultrasonic flaw detector is described in Non-Patent Document 2, for example.
"Adaptive Inspection of Components of Complex Geometry with a Flexible Array Probe" (Non-Destructive Inspection Association website http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn637/idn637.htm 2001) "Nondestructive Inspection Handbook" Japan Nondestructive Inspection Association Nikkan Kogyo Shimbun 1992

上記従来技術は、マイクロ波の送受信時間により超音波センサの形状を測定しているため、形状測定精度の確保に、５０ｍｍ程度の大きさのマイクロ波送信器(アンテナ)を固定のための保持具を必要とする。このため、保持具の寸法以下の幅の狭隘部への適用が難しいという問題を有する。 In the above prior art, since the shape of the ultrasonic sensor is measured based on the microwave transmission / reception time, a holder for fixing a microwave transmitter (antenna) having a size of about 50 mm to ensure the shape measurement accuracy. Need. For this reason, there is a problem that it is difficult to apply to a narrow portion having a width equal to or smaller than the size of the holder.

本発明の目的は、複雑な曲面を持つ被検査物体の狭隘部にも的確に対応できるようにした超音波探傷装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an ultrasonic flaw detector capable of accurately dealing with a narrow portion of an object to be inspected having a complicated curved surface.

上記目的は、屈曲性を有する超音波アレイセンサを用い、フェーズドアレイ方式により超音波探傷を行なう超音波探傷装置において、前記超音波アレイセンサとして樹脂中に圧電素子を埋め込んで屈曲性を持たせたコンポジット超音波素子を用い、当該コンポジット超音波素子に、樹脂中にピエゾ素子を埋め込んだピエゾフィルムを張り合わせ、前記超音波アレイセンサが被検査体の探傷面に位置決めされたとき、前記ピエゾフィルムの変形により出力される電圧に基づいて前記超音波アレイセンサの形状を測定する手段を設け、該手段による形状測定結果に基づいて、前記フェーズドアレイ方式による超音波探傷が行なわれるようにして達成される。
The above object is to provide an ultrasonic flaw detection apparatus that performs ultrasonic flaw detection by a phased array method using a flexible ultrasonic array sensor, and has a flexibility by embedding a piezoelectric element in the resin as the ultrasonic array sensor . When a composite ultrasonic element is used and a piezoelectric film in which a piezoelectric element is embedded in a resin is bonded to the composite ultrasonic element, and the ultrasonic array sensor is positioned on the flaw detection surface of the inspection object, the piezoelectric film is deformed. This is achieved by providing means for measuring the shape of the ultrasonic array sensor based on the voltage output from the above, and performing the ultrasonic flaw detection by the phased array method based on the shape measurement result by the means.

このとき、前記ピエゾフィルムが、変形に対して出力電圧が大きなピエゾ素子を埋め込んだピエゾフィルムと、圧力に対して出力電圧が大きなピエゾ素子を埋め込んだピエゾフィルムに分けられていることによっても上記目的を達成することができ、更にこのとき、前記超音波アレイセンサが、内圧に応じて形状が制御される袋状の部材に保持されているようにしても良い。
At this time, the Piezofiru beam comprises a piezo film output voltage with respect to variations embedded large piezoelectric element, the object by the output voltage with respect to the pressure is divided into the piezoelectric film embedded large piezoelectric element Further, at this time, the ultrasonic array sensor may be held by a bag-shaped member whose shape is controlled according to the internal pressure.

また、このとき、前記超音波アレイセンサが、格納容器の中で１次元方向に可動する複数の固定棒の一方の端部に固定された複数の超音波素子で構成され、前記ピエゾフィルムが、前記固定棒の他方の端部と前記格納容器の底部の間にバネを介して重ね合わされているようにしても上記目的を達成することができる。 Further, at this time, the ultrasonic array sensor is composed of a plurality of ultrasonic elements fixed to one end of a plurality of fixed rods movable in a one-dimensional direction in the storage container, and the piezoelectric film is The above object can also be achieved by overlapping the other end of the fixing rod and the bottom of the storage container via a spring.

本発明によれば、屈伸性を備えた超音波センサの形状が、超音波センサ上に設けた形状測定装置により測定できるので、被検査物体の狭隘部で曲面になっている部分でも容易にフェーズドアレイ方式による超音波探傷を行なうことができる。 According to the present invention, since the shape of an ultrasonic sensor having flexibility can be measured by a shape measuring device provided on the ultrasonic sensor, even a portion that is a curved surface in a narrow portion of an object to be inspected can be easily phased. Ultrasonic flaw detection by an array method can be performed.

以下、本発明による超音波探傷装置について、図示の幾つかの実施の形態により、順次詳細に説明する。 Hereinafter, an ultrasonic flaw detector according to the present invention will be sequentially described in detail according to some illustrated embodiments.

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波探傷装置の構成図で、図において、１は超音波センサ、２は形状測定装置で、これらは、詳しくは後述するが、互いに張り合わせた状態に作られている。次に、３はバルーンで、このバルーン３は、自動車に使用されているタイヤのチューブと同様な屈曲性(屈曲自在な性質)に富んだ素材で所定の大きさの袋状に作られた風船の一種で、その表面に超音波センサ１と形状測定装置２が保持されている。 <First Embodiment>
FIG. 1 is a configuration diagram of an ultrasonic flaw detector according to a first embodiment of the present invention. In FIG. It is made in the state. Next, 3 is a balloon, and this balloon 3 is a balloon made of a material having high flexibility (flexible nature) similar to a tire tube used in an automobile and made in a bag shape of a predetermined size. The ultrasonic sensor 1 and the shape measuring device 2 are held on the surface.

次に、４は超音波探傷装置本体で、５はバルーン制御装置であり、ここで、超音波探傷装置本体４は、これも詳しくは後述するが、ＣＰＵを中心とする情報処理システムで構成され、主として超音波探傷に必要とされる各種の制御を司り、バルーン制御装置５も、同様にＣＰＵを中心とする情報処理システムで構成され、これは、主としてバルーン３の位置決め制御を司るもので、これらの間は信号線６、７、８で接続されている。 Next, 4 is an ultrasonic flaw detector main body, and 5 is a balloon control device. Here, the ultrasonic flaw detector main body 4 is configured by an information processing system centered on a CPU, which will be described later in detail. In addition, it mainly controls various controls required for ultrasonic flaw detection, and the balloon control device 5 is also configured by an information processing system centered on the CPU, which mainly controls the positioning control of the balloon 3, These are connected by signal lines 6, 7 and 8.

このとき信号線６は超音波センサ１と超音波探傷装置本体４の間を接続し、信号線７は形状測定装置２と超音波探傷装置本体４の間を接続する。そして、信号線８は超音波探傷装置本体４とバルーン制御装置５の間を接続している。 At this time, the signal line 6 connects between the ultrasonic sensor 1 and the ultrasonic flaw detector main body 4, and the signal line 7 connects between the shape measuring device 2 and the ultrasonic flaw detector main body 4. The signal line 8 connects between the ultrasonic flaw detector main body 4 and the balloon control device 5.

次に、９は圧縮空気供給ラインで、屈伸性を有する樹脂製のチューブなどで構成され、バルーン３の中に圧縮空気を供給する働きをし、２６は固定軸で、バルーン３を保持する働きをする。但し、この固定軸２６は、バルーン３を保持し、固定した状態にするという点で固定軸と呼ばれているが、それ自体は、後述するように、アクチュエータにより回転可能に保持されている。 Next, 9 is a compressed air supply line, which is composed of a resin tube having flexibility and the like, and serves to supply compressed air into the balloon 3, and 26 is a fixed shaft that serves to hold the balloon 3. do. However, the fixed shaft 26 is called a fixed shaft in that the balloon 3 is held and fixed, but the fixed shaft 26 itself is rotatably held by an actuator as will be described later.

図２は、超音波センサ１と形状測定装置２、及びバルーン３の詳細で、図示のように、超音波センサ１と形状測定装置２はバルーン３の表面に保持され、バルーン３は固定軸２６の端部にあるバルーンの回転ステージ２７に取付けてある。このとき、バルーン３と形状測定装置２、それに形状測定装置２と超音波センサ１は、各々接着剤により貼着固定され、更に回転ステージ２７には、圧縮空気供給ライン９の端部がねじ、接着剤、クランプ等を用いて固定されていて、この圧縮空気供給ライン９の端部がバルーン３の中に連通されている。 FIG. 2 shows details of the ultrasonic sensor 1, the shape measuring device 2, and the balloon 3. As shown, the ultrasonic sensor 1 and the shape measuring device 2 are held on the surface of the balloon 3, and the balloon 3 is fixed to the fixed shaft 26. It is attached to a balloon rotation stage 27 at the end of the balloon. At this time, the balloon 3 and the shape measuring device 2, and the shape measuring device 2 and the ultrasonic sensor 1 are each adhered and fixed by an adhesive, and the rotary stage 27 has a screw at the end of the compressed air supply line 9, It is fixed using an adhesive, a clamp, or the like, and the end of the compressed air supply line 9 is communicated with the balloon 3.

次に、図３と図４は超音波センサ１の詳細で、これらの図において、保護フィルム１１は屈伸性を有する樹脂で作られ、この屈伸性を有する樹脂中にピエゾ素子を埋設して屈曲性を持たせた複数個のコンポジット超音波素子１２により構成されている。 Next, FIGS. 3 and 4 show details of the ultrasonic sensor 1. In these drawings, the protective film 11 is made of a resin having bendability and is bent by embedding a piezoelectric element in the resin having this bendability. It is composed of a plurality of composite ultrasonic elements 12 having the property.

各超音波素子１２は、図示のようように直方体として作られ、保護フィルム１１の中に一方向に並べて１次元アレイ型に配置されている。このときセンサの側面から、各超音波素子１２の信号線６を引出し、超音波素子駆動のための入力電圧と超音波検出時の出力電圧が、超音波探傷装置本体４の間でやり取りできるようにする。ここで、アレイ型のセンサを用いた場合は、周知のように、時間差を設けて超音波の発信と受信を同一の素子で行なうため、信号線６は発信と受信に共用される。 Each ultrasonic element 12 is formed as a rectangular parallelepiped as shown in the figure, and is arranged in one direction in the protective film 11 and arranged in a one-dimensional array type. At this time, the signal line 6 of each ultrasonic element 12 is drawn from the side of the sensor so that the input voltage for driving the ultrasonic element and the output voltage at the time of ultrasonic detection can be exchanged between the ultrasonic flaw detector main body 4. To. Here, when an array type sensor is used, as is well known, since the transmission and reception of ultrasonic waves are performed by the same element with a time difference, the signal line 6 is commonly used for transmission and reception.

次に、図５と図６は形状測定装置２の詳細で、図示のように、圧力に対する出力電圧が大きな長方形のピエゾ素子を複数個、一方向に並べて１次元アレイ型に配置したピエゾフィルムＡ１３と、変形に対する出力電圧が大きな長方形のピエゾ素子を複数個、一方向に並べて１次元アレイ型に配置したピエゾフィルムＢ１４で構成されている。 Next, FIGS. 5 and 6 show details of the shape measuring apparatus 2. As shown in the drawing, a plurality of rectangular piezo elements having a large output voltage with respect to pressure are arranged in one direction and arranged in a one-dimensional array type. And a piezoelectric film B14 in which a plurality of rectangular piezoelectric elements having a large output voltage against deformation are arranged in one direction and arranged in a one-dimensional array type.

このとき、いずれのピエゾフィルムも表面を屈伸性を有する樹脂からなる絶縁体で被覆し、各ピエゾフィルムが超音波素子１２(図３、図４)と平行となるように配置する。ここで、ピエゾフィルム間の固定は接着剤により行なうが、保護フィルム中にピエゾフィルムを埋設する構造としてもよい。 At this time, the surface of each piezo film is covered with an insulator made of a resin having stretchability, and each piezo film is arranged so as to be parallel to the ultrasonic element 12 (FIGS. 3 and 4). Here, the fixing between the piezoelectric films is performed by an adhesive, but a structure in which the piezoelectric films are embedded in the protective film may be employed.

そして、各ピエゾフィルムに接続してある信号線７を夫々のピエゾフィルムＡ１３とピエゾフィルムＢ１４の側面から取り出し、加圧や変形に伴って発生される出力電圧が超音波探傷装置本体４に伝送できるようにする。 Then, the signal line 7 connected to each piezo film is taken out from the side surfaces of the piezo film A13 and the piezo film B14, and the output voltage generated by the pressurization and deformation can be transmitted to the ultrasonic flaw detector main body 4. Like that.

次に、図７はバルーン制御装置５の詳細で、これは、図示のように、固定軸２６とバルーン回転ステージ２７に加え、更にバルーン制御コンピュータ３１を備え、これにより固定軸回転アクチュエータ３２と固定軸回転ステージ３３、Ｚ軸アクチュエータ３４、Ｚ軸ステージ３５、Ｘ軸アクチュエータ３６、Ｘ軸ステージ３７、Ｙ軸アクチュエータ３８、Ｙ軸ステージ３９、バルーン回転アクチュエータ４０、空気ボンベ４２、電動の減圧弁４３、それに電動の加圧弁４４が制御されるようになっている。 Next, FIG. 7 shows details of the balloon control device 5, which includes a balloon control computer 31 in addition to the fixed shaft 26 and the balloon rotation stage 27, as shown in the figure, and thereby fixed to the fixed shaft rotation actuator 32. Axis rotation stage 33, Z axis actuator 34, Z axis stage 35, X axis actuator 36, X axis stage 37, Y axis actuator 38, Y axis stage 39, balloon rotation actuator 40, air cylinder 42, electric pressure reducing valve 43, In addition, an electric pressurizing valve 44 is controlled.

このため、バルーン制御コンピュータ３１とＸ軸アクチュエータ３６の間は信号線６３により接続され、以下、同じくバルーン制御コンピュータ３１とＹ軸アクチュエータ３８の間は信号線６４で、同じくバルーン制御コンピュータ３１とＺ軸アクチュエータ３４の間は信号線６５で、同じくバルーン制御コンピュータ３１と固定軸回転アクチュエータ３２の間は信号線６６で、同じくバルーン制御コンピュータ３１とバルーン回転アクチュエータ４０の間は信号線６７で、同じくバルーン制御コンピュータ３１と加圧弁４４の間は信号線６８で、同じくバルーン制御コンピュータ３１と減圧弁４３の間は信号線６９で、夫々接続されている。 For this reason, the balloon control computer 31 and the X-axis actuator 36 are connected by a signal line 63. Hereinafter, the balloon control computer 31 and the Y-axis actuator 38 are also connected by a signal line 64. A signal line 65 is connected between the actuators 34, a signal line 66 is also connected between the balloon control computer 31 and the fixed axis rotation actuator 32, and a signal line 67 is also connected between the balloon control computer 31 and the balloon rotation actuator 40. A signal line 68 is connected between the computer 31 and the pressurizing valve 44, and a signal line 69 is also connected between the balloon control computer 31 and the pressure reducing valve 43.

従って、この実施形態では、バルーン３に対して、Ｚ軸アクチュエータ３４とＹ軸アクチュエータ３８、それにＸ軸アクチュエータ３６による３軸の平行移動と、固定軸回転アクチュエータ３２とバルーン回転アクチュエータ４０による２軸の回転を行い、バルーン３に取付けてある超音波センサ１と形状測定装置２を検査対象(被検査体)近接させ、超音波探傷を行なうようになっている。 Therefore, in this embodiment, the three-axis translation by the Z-axis actuator 34 and the Y-axis actuator 38 and the X-axis actuator 36 with respect to the balloon 3, and the two-axis by the fixed-axis rotation actuator 32 and the balloon rotation actuator 40. The ultrasonic sensor 1 and the shape measuring apparatus 2 attached to the balloon 3 are rotated and brought close to the inspection object (inspected object) to perform ultrasonic flaw detection.

次に、図８は超音波探傷装置本体４及びバルーン制御装置５の詳細と、それらによる信号の授受の状況を表わした図で、ここで、まず、検査対象の探傷すべき位置を表わす情報と超音波探傷条件はキーボード４６、或いは記録メディア４７から超音波探傷装置本体４に入力される。このときの記録メディア４７には、フロッピー(登録商標)、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、磁気テープの中から少なくとも１種が用意され、入力された情報はインプットポート４８を経由してＣＰＵ５１に伝達される。 Next, FIG. 8 is a diagram showing the details of the ultrasonic flaw detector main body 4 and the balloon control device 5 and the state of signal transmission / reception by them. The ultrasonic flaw detection conditions are input to the ultrasonic flaw detector main body 4 from the keyboard 46 or the recording medium 47. At this time, at least one of floppy (registered trademark), CD-ROM, DVD-ROM, MO, and magnetic tape is prepared as the recording medium 47, and the input information is sent to the CPU 51 via the input port 48. Is transmitted to.

そこで、ＣＰＵ５１は、更にＲＡＭ４９、ＲＯＭ５０、それにＨＤＤ５２などに格納されたセンサの位置と計測対象の形状データに基づいて、超音波センサ１の移動情報を算出する。そして、算出された移動情報は、アウトプットポート５３から信号線８を介してバルーン制御装置５のバルーン制御コンピュータ３１側に伝送され、インプットポート５６を介してＣＰＵ５９に伝達される。 Therefore, the CPU 51 further calculates movement information of the ultrasonic sensor 1 based on the sensor position and the measurement target shape data stored in the RAM 49, the ROM 50, the HDD 52, and the like. The calculated movement information is transmitted from the output port 53 to the balloon control computer 31 side of the balloon control device 5 through the signal line 8 and is transmitted to the CPU 59 through the input port 56.

そこで、バルーン制御コンピュータ３１側のＣＰＵ５９は、ＲＡＭ５７とＲＯＭ５８、それにＨＤＤ６０に格納されているアクチュエータ制御データに基づき、各アクチュエータの駆動電圧と電圧印加時間を算出する。そして、算出された結果は、アウトプットポート６１を経由してＤ／Ａコンバータ６２に伝達され、ここで、デジタル信号をアクチュエータ駆動用のアナログ信号からなる電力出力に変換する。 Therefore, the CPU 59 on the balloon control computer 31 side calculates the drive voltage and voltage application time of each actuator based on the actuator control data stored in the RAM 57 and the ROM 58 and the HDD 60. The calculated result is transmitted to the D / A converter 62 via the output port 61, where the digital signal is converted into a power output composed of an analog signal for driving the actuator.

そして、この電力出力は、Ｘ軸アクチュエータ３６には信号線６３を介して、Ｙ軸アクチュエータ３８には信号線６４を介して、Ｚ軸アクチュエータ３４には信号線６５を介して、固定軸回転アクチュエータ３２には信号線６６を介して、バルーン回転アクチュエータ４０には信号線６７を介して、電動加圧弁４４には信号線６８を介して、それに電動減圧弁４３には信号線６９を介して、夫々伝達され、この結果、超音波センサ１と形状測定装置２が計測対象の探傷部位に密着固定されることになる。 This power output is supplied to the X-axis actuator 36 via the signal line 63, to the Y-axis actuator 38 via the signal line 64, and to the Z-axis actuator 34 via the signal line 65 to the fixed axis rotary actuator. 32 through a signal line 66, the balloon rotation actuator 40 through a signal line 67, the electric pressurization valve 44 through a signal line 68, and the electric pressure reducing valve 43 through a signal line 69, As a result, the ultrasonic sensor 1 and the shape measuring device 2 are tightly fixed to the flaw detection site to be measured.

一方、こうして超音波センサ１と形状測定装置２が計測対象に位置決め固定されると、形状測定装置２から信号線７とＡ／Ｄコンバータ４５、それにインプットポート４８を介して、形状測定データがＣＰＵ５１に伝達される。そこで、ＣＰＵ５１は、この形状測定データに基づいて超音波発信条件を算出し、それをアウトプットポート５３を介してＤ／Ａコンバータ５４に供給する。 On the other hand, when the ultrasonic sensor 1 and the shape measuring device 2 are positioned and fixed to the measurement object in this way, the shape measurement data is transferred from the shape measuring device 2 via the signal line 7, the A / D converter 45, and the input port 48 to the CPU 51. Is transmitted to. Therefore, the CPU 51 calculates ultrasonic transmission conditions based on this shape measurement data, and supplies it to the D / A converter 54 via the output port 53.

Ｄ／Ａコンバータ５４では、供給された超音波発信条件を超音波センサ駆動用の電気出力に変換し、信号線６を介して超音波素子１２(図３、図４)に供給し、超音波センサ１から超音波を発信させ、検査対象内に伝播させる。そして、検査対象から反射波が現われたら、それを超音波素子１２で受信し、受信信号を信号線６とＡ／Ｄコンバータ４５とインプットポート４８を介してＣＰＵ５１に入力する。 The D / A converter 54 converts the supplied ultrasonic transmission condition into an electrical output for driving the ultrasonic sensor, and supplies the ultrasonic output to the ultrasonic element 12 (FIGS. 3 and 4) via the signal line 6. An ultrasonic wave is transmitted from the sensor 1 and propagated in the inspection object. When a reflected wave appears from the inspection target, it is received by the ultrasonic element 12 and the received signal is input to the CPU 51 via the signal line 6, the A / D converter 45 and the input port 48.

そこで、ＣＰＵ５１は、受信した反射波の波形から探傷結果を算出し、この探傷結果をアウトプットポート５３とＤ／Ａコンバータ５４を介してモニタ５５に供給し、探傷結果を波形として表示させるのである。 Therefore, the CPU 51 calculates a flaw detection result from the received reflected wave waveform, supplies the flaw detection result to the monitor 55 via the output port 53 and the D / A converter 54, and displays the flaw detection result as a waveform. .

このときの計測対象に対する超音波センサ１と形状測定装置２の位置決め固定方法について、図９により説明すると、まず、検査対象１０の探傷部分に超音波センサ１を近接させる。そして、加圧弁４４を開き、バルーン３に空気ボンベ４２から圧縮空気を供給し、その内圧を上昇させてバルーン３を拡張させ、超音波センサ１と形状測定装置２を検査対象１０の探傷部分の上面に押し付け、密着固定させるのである。 The positioning and fixing method of the ultrasonic sensor 1 and the shape measuring apparatus 2 with respect to the measurement target at this time will be described with reference to FIG. Then, the pressurizing valve 44 is opened, compressed air is supplied from the air cylinder 42 to the balloon 3, the internal pressure is increased to expand the balloon 3, and the ultrasonic sensor 1 and the shape measuring device 2 are connected to the flaw detection portion of the inspection object 10. It is pressed against the top surface and fixed in close contact.

ここで、バルーン３は、形状がかなりの範囲に渡って柔軟に変化でき、検査対象１０の表面形状がどのようになっていても、超音波センサ１と形状測定装置２を常に均一に検査対象１０の表面に密着させることができる。 Here, the shape of the balloon 3 can be changed flexibly over a considerable range, and the ultrasonic sensor 1 and the shape measuring device 2 are always uniformly inspected regardless of the surface shape of the inspection object 10. 10 surfaces.

このとき、形状測定装置２のピエゾフィルム１３、１４が加圧され変形を受けるので、これらのピエゾフィルムＡ１３、ピエゾフィルムＢ１４から電圧が発生される。そこで、この電圧を信号線７とＡ／Ｄコンバータ４５、それにインプットボード４８を介してＣＰＵ５１に取込み、そのデータに基づいて超音波センサ１の形状を算定するのである。 At this time, since the piezo films 13 and 14 of the shape measuring apparatus 2 are pressurized and deformed, a voltage is generated from these piezo films A13 and B14. Therefore, this voltage is taken into the CPU 51 via the signal line 7, the A / D converter 45 and the input board 48, and the shape of the ultrasonic sensor 1 is calculated based on the data.

次に、この第１の実施形態による超音波探傷動作について、図１０の処理フローにより説明する。 Next, the ultrasonic flaw detection operation according to the first embodiment will be described with reference to the processing flow of FIG.

(ステップ７２)
キーボード４６、記録メディア４７のうちの１つ以上の装置を使用し、検査対象１０の超音波探傷位置座標データと超音波発信パルス時間幅及び超音波素子の駆動電圧、超音波収束点を入力する。 (Step 72)
One or more devices of the keyboard 46 and the recording medium 47 are used to input the ultrasonic flaw detection position coordinate data, the ultrasonic transmission pulse time width of the inspection object 10, the driving voltage of the ultrasonic element, and the ultrasonic convergence point. .

(ステップ７６)
ＣＰＵ５９で各アクチュエータの駆動電圧と駆動時間を計算し、バルーン３を移動させる。この計算は、ＲＡＭ５７とＲＯＭ５８、それにＨＤＤ６０のいずれか１つ以上の記憶媒体に、予め各移動ステージと各回転ステージの駆動速度と駆動電圧の関係を記憶させておき、そのデータに基づいて行なう。 (Step 76)
The CPU 59 calculates the driving voltage and driving time of each actuator, and moves the balloon 3. This calculation is performed on the basis of data stored in advance in the RAM 57, the ROM 58, and the HDD 60 in one or more storage media, the relationship between the driving speed and driving voltage of each moving stage and each rotating stage.

(ステップ７７)
検査対象１０の検査部位にバルーン３を近接させた後、電動加圧弁４４を開き、バルーン３を拡張させ、形状測定装置２と超音波センサ１を検査対象１０の表面に密着させ、固定した状態にする。 (Step 77)
After bringing the balloon 3 close to the inspection site of the inspection object 10, the electric pressurizing valve 44 is opened, the balloon 3 is expanded, and the shape measuring device 2 and the ultrasonic sensor 1 are brought into close contact with the surface of the inspection object 10 and fixed. To.

(ステップ７８)
形状測定装置２が検査対象１０に密着され、固定された際、ピエゾフィルム１３、１４から出力される電圧を、信号線７を介して超音波探傷装置本体４に取込み、ＣＰＵ５１に入力する。 (Step 78)
When the shape measuring apparatus 2 is brought into close contact with the inspection object 10 and fixed, the voltage output from the piezo films 13 and 14 is taken into the ultrasonic flaw detector main body 4 via the signal line 7 and input to the CPU 51.

(ステップ７９)
ＣＰＵ５１は、ステップ７８で取得したピエゾフィルムの出力電圧信号に基づき、以下のようにして探傷部の形状を算出する。 (Step 79)
Based on the output voltage signal of the piezo film acquired in step 78, the CPU 51 calculates the shape of the flaw detection part as follows.

まず、ピエゾフィルムＡ１３ピエゾフィルムＢ１４の曲率と圧力に対する出力電圧の時間積分値の依存性は、夫々図２３と図２４に記述されているようになっている。ここで、まず、図２３の曲線２２はピエゾフィルムＡの出力電圧の時間積分値の曲率依存性で、曲線２３はピエゾフィルムＢの出力電圧時間積分値の曲率依存性であり、次に、図２４の曲線２４はピエゾフィルムＡの出力電圧時間積分値の圧力依存性で、曲線２５はピエゾフィルムＢの出力電圧時間積分値の圧力依存性である。 First, the dependence of the time integral value of the output voltage on the curvature and pressure of the piezo film A13 and the piezo film B14 is described in FIGS. 23 and 24, respectively. First, the curve 22 in FIG. 23 is the curvature dependence of the time integral value of the output voltage of the piezo film A, the curve 23 is the curvature dependence of the output voltage time integral value of the piezo film B, Curve 24 is the pressure dependence of the output voltage time integral value of piezo film A, and curve 25 is the pressure dependence of the output voltage time integral value of piezo film B.

そして、これらの曲線に示すとおり、ピエゾフィルムＡとピエゾフィルムＢは、変形と加圧に対して異なる出力特性を持つので、次の(1)式で記述される連立方程式により、変形による電圧と圧力による電圧が分離されることになる。 As shown in these curves, since the piezo film A and the piezo film B have different output characteristics with respect to deformation and pressurization, the voltage due to the deformation can be expressed by the simultaneous equations described by the following equation (1). The voltage due to pressure will be separated.

ｆ(ｘ)＋ｇ(ｐ)＝ＶＡ、ｆ'(ｘ)＋ｇ'(ｐ)＝ＶＢ …………(1)
ここで、ｆ(ｘ)は曲線２２で記述される電圧の積分値、ｘは曲率、ｇ(ｐ)は曲線２４で記述される電圧の積分値、ｐは圧力、ＶＡはピエゾフィルムＡ１３から出力される電圧積分値、ｆ'(ｘ)は曲線２３で記述される電圧の積分値、ｇ'(ｐ)は曲線２５で記述される電圧の積分値、そして、ＶＢはピエゾフィルムＢ１４から出力される電圧積分値である。 f (x) + g (p) = VA, f ′ (x) + g ′ (p) = VB (1)
Here, f (x) is the integrated value of the voltage described by the curve 22, x is the curvature, g (p) is the integrated value of the voltage described by the curve 24, p is the pressure, and VA is output from the piezo film A13. Voltage integral value f ′ (x) is the integral value of the voltage described by the curve 23, g ′ (p) is the integral value of the voltage described by the curve 25, and VB is output from the piezo film B14. This is the integrated voltage value.

このため、曲率に応じた出力電圧を評価することができる。そして、このことにより曲率が求まり、この曲率から、次の(2)式により、２点間の相対位置が計算されることになる。 For this reason, the output voltage according to a curvature can be evaluated. Thus, the curvature is obtained, and the relative position between the two points is calculated from the curvature by the following equation (2).

ΔＸ＝(Ｒsin(π×Ｌ／Ｒ)、Ｒ(１−cos(π×Ｌ／Ｒ)) ……(2)
ここで、ΔＸは２点間の相対位置、Ｒは曲率、Ｌはピエゾフィルムの幅を夫々表わし、従って、これらの計算により、ピエゾフィルムの出力電圧から探傷部の形状が評価されることになる。 ΔX = (Rsin (π × L / R), R (1-cos (π × L / R)) (2)
Here, ΔX represents the relative position between the two points, R represents the curvature, and L represents the width of the piezo film. Therefore, by these calculations, the shape of the flaw detection portion is evaluated from the output voltage of the piezo film. .

(ステップ８０)
形状測定データと亀裂測定点の入力データに基づいて、超音波発信条件を計算する。すなわち、超音波収束点を(ｘ０、ｙ０)、形状測定データに基づくｉ番目の超音波素子の位置を(ｘｉ、ｙｉ)とすると、超音波発信時間は、次の(3)式と(4)式で記述される。 (Step 80)
Ultrasonic transmission conditions are calculated based on the shape measurement data and the input data of the crack measurement points. That is, when the ultrasonic convergence point is (x0, y0) and the position of the i-th ultrasonic element based on the shape measurement data is (xi, yi), the ultrasonic wave transmission time is expressed by the following equations (3) and (4 ) Expression.

Ｔｉ＝[√{(xi−ｘ０)²＋(ｙｉ−ｙ０)²}]÷Ｖ …… ……(3)
ｔｉ＝Ｍａｘ(Ｔｉ)−ｔｉ …… ……(4)
ここで、Ｔｉはｉ番目の超音波素子から超音波収束点までに超音波が到達するのに必要な時間、Ｖは超音波の伝播速度、ｔｉは超音波発信開始時間、Ｍａｘ(Ｔｉ)はＴｉの最大値を表わす。 Ti = [√ {(xi−x0) ² + (yi−y0) ² }] ÷ V (3)
ti = Max (Ti) -ti ............ (4)
Here, Ti is the time required for the ultrasonic wave to reach the ultrasonic convergence point from the i-th ultrasonic element, V is the ultrasonic wave propagation speed, ti is the ultrasonic wave transmission start time, and Max (Ti) is Represents the maximum value of Ti.

(ステップ８１)
ステップ８０の計算結果に基づいて、超音波センサ１の超音波素子をフェーズドアレイ方式で駆動し、超音波を発信させる。 (Step 81)
Based on the calculation result of step 80, the ultrasonic element of the ultrasonic sensor 1 is driven by the phased array method to emit ultrasonic waves.

(ステップ８２)
ここで、検査対象１０に亀裂が存在した場合、その亀裂で超音波が反射され、反射波が現われるので、それを超音波センサ１の超音波素子により受信する。 (Step 82)
Here, when a crack exists in the inspection object 10, an ultrasonic wave is reflected by the crack and a reflected wave appears, and this is received by the ultrasonic element of the ultrasonic sensor 1.

(ステップ８３)
受信された超音波の反射波に基づいて、ＣＰＵ５１により亀裂位置を計算する。このとき、亀裂位置は、次の(5)式と(6)式の連立方程式の解として計算される。 (Step 83)
The crack position is calculated by the CPU 51 based on the received reflected wave of the ultrasonic wave. At this time, the crack position is calculated as a solution of simultaneous equations of the following equations (5) and (6).

ｙｃ−ｙｊ＝(ｙｊ−ｙ０)×(ｘｃ−ｘｊ)÷(ｘｊ−ｘ０) ……(5)
(Ｖ×Δｔ)²＝(ｘｃ−ｘｊ)²＋(ｙｃ−ｙｊ)² …… ……(6)
ここで、ｙｃは亀裂のｙ座標、ｙｊは超音波センサの中点のｙ座標、ｘｃは亀裂のｘ座標、ｘｊは超音波センサの中点のｘ座標、Δｔは超音波送信後に受信までに要した時間を表わす。 yc−yj = (yj−y0) × (xc−xj) ÷ (xj−x0) (5)
(V × Δt) ² = (xc−xj) ² + (yc−yj) ² (6)
Here, yc is the y-coordinate of the crack, yj is the y-coordinate of the midpoint of the ultrasonic sensor, xc is the x-coordinate of the crack, xj is the x-coordinate of the midpoint of the ultrasonic sensor, and Δt is received after transmission of the ultrasonic wave. Represents the time required.

(ステップ８４)
亀裂位置の計算結果をモニタ５５に供給し、亀裂を画像として表示させる。そして、この後、検査対象１０の探傷条件を変えながら順次、超音波探傷を進めることになる。 (Step 84)
The calculation result of the crack position is supplied to the monitor 55, and the crack is displayed as an image. Thereafter, ultrasonic flaw detection is sequentially advanced while changing flaw detection conditions of the inspection object 10.

なお、このような超音波探傷装置による超音波探傷動作については、例えば
に記載されているように、よく知られているので、説明は割愛する。 As for the ultrasonic flaw detection operation by such an ultrasonic flaw detector, for example,
The description is omitted because it is well known.

従って、以上の実施形態によれば、超音波センサ１に、形状測定装置２がほとんど一体化されていて、しかも屈曲性に富んでいるので、上記したバルーン３の働きと相俟って、検査対象１０の表面に柔軟に適応し、超音波センサ１と形状測定装置２を確実に密着させることができる。 Therefore, according to the above embodiment, since the shape measuring device 2 is almost integrated with the ultrasonic sensor 1 and is flexible, the inspection is combined with the function of the balloon 3 described above. The ultrasonic sensor 1 and the shape measuring apparatus 2 can be securely adhered to each other by adapting flexibly to the surface of the object 10.

そして、この結果、この実施形態によれば、曲面を持った検査対象に対しても、超音波の送信と受信が効率良く行なわれるようになり、高い感度が得られることから、探傷精度が向上する。また、このとき超音波センサ１と形状測定装置２は、検査対象１０に応じて任意の大きさに作ることができるので、狭隘部の曲面に対しても精度良く超音波探傷を行なうことができる。 As a result, according to this embodiment, ultrasonic inspection and transmission can be efficiently performed even on an inspection target having a curved surface, and high sensitivity is obtained, so that flaw detection accuracy is improved. To do. At this time, since the ultrasonic sensor 1 and the shape measuring device 2 can be made to have an arbitrary size according to the inspection object 10, ultrasonic flaw detection can be performed with high accuracy even on a curved surface of a narrow portion. .

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。ここで、この第２の実施形態の場合は、超音波センサと形状測定装置の構成が上記した第１の実施形態の場合と異なっているが、この点を除けば、図１〜図２と、図７〜図８で説明した第１の実施形態と同じ装置構成になっている。 <Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Here, in the case of the second embodiment, the configurations of the ultrasonic sensor and the shape measuring device are different from those of the first embodiment described above. Except for this point, FIGS. The apparatus configuration is the same as that of the first embodiment described with reference to FIGS.

そこで、以下、この第２の実施形態について、超音波センサと形状測定装置の構成と動作に重点をおいて説明する。 Therefore, hereinafter, the second embodiment will be described with emphasis on the configuration and operation of the ultrasonic sensor and the shape measuring apparatus.

まず、図１１と図１２により、超音波センサについて説明すると、この超音波センサ１は、図示のように、屈曲性を有する保護フィルム１１と、屈伸性を有する樹脂中にピエゾ素子を埋設して屈曲性を持たせたコンポジット超音波素子１２により構成されているが、このとき、各コンポジット超音波素子１２の形状を直方体とし、これらを保護フィルム１１の中に行方向と列方向に沿って２次元アレイ型に配列したものである。 First, an ultrasonic sensor will be described with reference to FIGS. 11 and 12. As shown in the drawing, the ultrasonic sensor 1 includes a flexible protective film 11 and a piezoelectric element embedded in a flexible resin. The composite ultrasonic element 12 is made flexible. At this time, the shape of each composite ultrasonic element 12 is a rectangular parallelepiped, and these are formed in the protective film 11 along the row direction and the column direction. It is arranged in a dimensional array type.

そして、各コンポジット超音波素子１２に接続されている信号線６を超音波センサ１の側面から取り出し、この信号線６を介することにより、超音波素子駆動のための入力電圧と超音波検出時の出力電圧の授受が、超音波探傷装置本体４と超音波センサ１の間で行なえるようにする。 Then, the signal line 6 connected to each composite ultrasonic element 12 is taken out from the side surface of the ultrasonic sensor 1, and through this signal line 6, the input voltage for driving the ultrasonic element and the ultrasonic detection time are detected. The output voltage can be exchanged between the ultrasonic flaw detector main body 4 and the ultrasonic sensor 1.

次に、図１３と図１４により、形状測定装置について説明すると、この形状測定装置２も、圧力に対して出力電圧が大きなピエゾフィルムＡ１３と、変形に対して出力電圧が大きなピエゾフィルムＢ１４により構成されている。 Next, the shape measuring device will be described with reference to FIGS. 13 and 14. This shape measuring device 2 is also composed of a piezo film A13 having a large output voltage with respect to pressure and a piezo film B14 having a large output voltage against deformation. Has been.

そして、まず、ピエゾフィルムＡ１３は、長方形のピエゾフィルムを、図示のように、複数個、上段と下段に分け、相互に直交させて格子型に配置したものであり、次に、ピエゾフィルムＢ１４は、正方形のピエゾフィルムを、図示のように、複数個、格子の各点に配置したものである。 First, the piezo film A13 is formed by dividing a plurality of rectangular piezo films into an upper stage and a lower stage as shown in the figure and arranging them in a lattice shape orthogonal to each other. Next, the piezo film B14 is As shown in the figure, a plurality of square piezo films are arranged at each point of the lattice.

このとき、いずれのピエゾフィルムも表面を絶縁体で被覆し、屈伸性を有する樹脂製の保護フィルム１１の中にピエゾフィルムが埋設された構造とする。そして、ピエゾフィルムＡ１３では、その側面から信号線７を取り出し、ピエゾフィルムＢ１４では、その上面から信号線７を取り出し、これにより変形や加圧に伴う出力電圧が超音波探傷装置本体４に入力できるようにしてある。 At this time, each piezo film has a structure in which the surface is covered with an insulator and the piezo film is embedded in a protective film 11 made of a resin having bendability. In the piezo film A13, the signal line 7 is taken out from the side surface, and in the piezo film B14, the signal line 7 is taken out from the upper surface, so that an output voltage accompanying deformation or pressurization can be input to the ultrasonic flaw detector main body 4. It is like that.

次に、第２の実施形態による超音波探傷動作について、図１５のフロー図により説明する。なお、この第２の実施形態でも、既に説明した通り、超音波探傷装置としての構成は図１〜図２と図７〜図８で説明した第１の実施形態と同じであり、従って、この図１５のフロー図も、第１の実施形態の場合のフロー図である図１０と基本的には同じで、異なっているのはステップ７９とステップ８０、それにステップ８３における計算方法だけであるが、ここでは、一応、全ステップについて説明する。 Next, an ultrasonic flaw detection operation according to the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. In the second embodiment, as already described, the configuration of the ultrasonic flaw detector is the same as that of the first embodiment described with reference to FIGS. 1 to 2 and FIGS. The flow chart of FIG. 15 is basically the same as FIG. 10 which is the flow chart in the case of the first embodiment, and only the calculation method in steps 79 and 80 and step 83 is different. Here, all steps will be described for the time being.

(ステップ７２)
キーボード４６、記録メディア４７のうちの１つ以上の装置を使用し、監査対象１０の超音波探傷位置座標データと超音波発信パルス時間幅及び超音波素子の駆動電圧、超音波収束点を入力する。 (Step 72)
Using one or more devices of the keyboard 46 and the recording medium 47, the ultrasonic flaw detection position coordinate data, the ultrasonic transmission pulse time width, the ultrasonic element drive voltage, and the ultrasonic convergence point of the inspection object 10 are input. .

まず、ピエゾフィルムＡ１３とピエゾフィルムＢ１４の出力電圧から、第１の実施形態のときと同様に、(1)式を用いてピエゾフィルムの曲率を導出する。そして、この曲率から、次の(7)式により、２点間の相対位置が計算される。 First, the curvature of the piezo film is derived from the output voltages of the piezo film A13 and the piezo film B14 using the equation (1), as in the first embodiment. From this curvature, the relative position between the two points is calculated by the following equation (7).

ΔＸ１＝(Ｒ１sin(π×Ｌ１／Ｒ１)、Ｒ１(１−cos(π×Ｌ１／Ｒ１)、０)
ΔＸ２＝(Ｒ２sin(π×Ｌ２／Ｒ２)、０、Ｒ２(１−cos(π×L２／R２))
…………(7)
ここで、ΔＸ１は、上段のピエゾフィルムＡの長軸方向の２点間の相対位置、Ｒ１は上段のピエゾフィルムＡで測定された曲率、Ｌ１は上段のピエゾフィルムＡの長軸方向の長さ、ΔＸ２は下段のピエゾフィルムＡの長軸方向の２点間の相対位置、Ｒ２は下段のピエゾフィルムＡで測定された曲率、Ｌ２は下段のピエゾフィルムＡの長軸方向の長さを表わす。 ΔX1 = (R1sin (π × L1 / R1), R1 (1-cos (π × L1 / R1), 0)
ΔX2 = (R2sin (π × L2 / R2), 0, R2 (1-cos (π × L2 / R2))
………… (7)
Here, ΔX1 is a relative position between two points in the major axis direction of the upper piezo film A, R1 is a curvature measured by the upper piezo film A, and L1 is a length in the major axis direction of the upper piezo film A. , ΔX2 is a relative position between two points in the major axis direction of the lower piezo film A, R2 is a curvature measured by the lower piezo film A, and L2 is a length in the major axis direction of the lower piezo film A.

(ステップ８０)
形状測定データと亀裂測定点の入力データに基づいて、超音波発信条件を計算する。すなわち、超音波収束点を(ｘ０、ｙ０、ｚ０)、形状測定データに基づくｉ番目の超音波素子の位置を(ｘｉ、ｙｉ、ｚｉ)とすると、超音波発信時間は、次の(8)式と(9)式で記述される。 (Step 80)
Ultrasonic transmission conditions are calculated based on the shape measurement data and the input data of the crack measurement points. That is, if the ultrasonic convergence point is (x0, y0, z0) and the position of the i-th ultrasonic element based on the shape measurement data is (xi, yi, zi), the ultrasonic wave transmission time is the following (8) It is described by equation (9).

Ｔｉ＝[((ｘｉ−ｘ０)²＋(ｙｉ−ｙ０)²＋(ｚｉ−ｚ０)²)]^0.5÷Ｖ
…………(8)
ｔｉ＝Ｍａｘ(Ｔｉ)−Tｉ ………… …………(9)
ここで、Ｔｉはｉ番目の超音波素子から超音波収束点までに超音波が到達するのに必要な時間、Ｖは超音波の伝播速度、ｔｉは超音波発信開始時間、Ｍａｘ(Ｔｉ)はＴｉの最大値を表わす。 Ti = [((xi−x0) ² + (yi−y0) ² + (zi−z0) ² )] ^0.5 ÷ V
………… (8)
ti = Max (Ti) −Ti ……………… (9)
Here, Ti is the time required for the ultrasonic wave to reach the ultrasonic convergence point from the i-th ultrasonic element, V is the ultrasonic wave propagation speed, ti is the ultrasonic wave transmission start time, and Max (Ti) is Represents the maximum value of Ti.

(ステップ８３)
受信された超音波の反射波に基づいて、ＣＰＵ５１により亀裂位置を計算する。このとき、亀裂位置は、次の(10)式と(11)式で記述される連立方程式の解として算出される。 (Step 83)
The crack position is calculated by the CPU 51 based on the received reflected wave of the ultrasonic wave. At this time, the crack position is calculated as a solution of simultaneous equations described by the following equations (10) and (11).

(ｙ０−ｙｊ)×(ｘｃ−ｘｊ)÷(ｘ０−ｘｊ)＝
(ｚ０−ｚｊ)×(ｙｃ−ｙｊ)÷(ｙ０−ｙｊ)＝
(ｙ０−ｙｊ)×(ｚｃ−ｚｊ)÷(ｚ０−ｚｊ) ………… …………(10)
(Ｖ×Δｔ)²＝(ｘｃ−ｘｊ)²＋(ｙｃ−ｙｊ)²＋(ｚｃ−ｚｊ)² ……(11)
ここで、(ｘｃ、ｙｃ、ｚｃ)は亀裂の座標、(ｘｊ、ｙｊ、ｚｊ)は超音波センサの中点の座標を表わす。 (y0−yj) × (xc−xj) ÷ (x0−xj) =
(z0−zj) × (yc−yj) ÷ (y0−yj) =
(y0−yj) × (zc−zj) ÷ (z0−zj) ……………… (10)
(V × Δt) ² = (xc−xj) ² + (yc−yj) ² + (zc−zj) ² (11)
Here, (xc, yc, zc) represents the coordinates of the crack, and (xj, yj, zj) represents the coordinates of the midpoint of the ultrasonic sensor.

なお、このような超音波探傷装置による超音波探傷動作については、前記の
に記載のように、よく知られているので、説明は割愛する。 Note that the ultrasonic flaw detection operation by such an ultrasonic flaw detector is as described above.
The description is omitted because it is well known.

従って、以上の実施形態によれば、超音波センサ１に、形状測定装置２がほとんど一体化されていて、しかも屈曲性に富んでいるので、上記したバルーン３の働きと相俟って、検査対象１０の表面に柔軟に順応し、超音波センサ１と形状測定装置２を確実に密着させることができる。 Therefore, according to the above embodiment, since the shape measuring device 2 is almost integrated with the ultrasonic sensor 1 and is flexible, the inspection is combined with the function of the balloon 3 described above. The ultrasonic sensor 1 and the shape measuring device 2 can be securely adhered to each other by adapting flexibly to the surface of the object 10.

そして、この結果、この第２の実施形態によれば、曲面を持った検査対象に対しても、超音波の送信と受信が効率良く行なわれるようになり、高い感度が得られることから、探傷精度が向上する。また、このとき超音波センサ１と形状測定装置２は、検査対象１０に応じて任意の大きさに作ることができるので、狭隘部の曲面に対しても精度良く超音波探傷を行なうことができる。 As a result, according to the second embodiment, the ultrasonic wave can be efficiently transmitted and received even for an inspection object having a curved surface, and high sensitivity can be obtained. Accuracy is improved. At this time, since the ultrasonic sensor 1 and the shape measuring device 2 can be made to have an arbitrary size according to the inspection object 10, ultrasonic flaw detection can be performed with high accuracy even on a curved surface of a narrow portion. .

しかも、この第２の実施形態によれば、２軸の曲率が同時に測定できるので、探傷面が鞍形など、３次曲面を持つ検査対象の超音波探傷において、精度良く超音波探傷を行なうことができる。 In addition, according to the second embodiment, since the biaxial curvature can be measured simultaneously, the ultrasonic flaw detection can be performed with high accuracy in the ultrasonic flaw detection of the inspection target having a cubic curved surface such as a saddle-shaped flaw. Can do.

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。ここで、この第３の実施形態は、第１と第２の実施形態におけるバルーンに代えてバネを用い、これにより超音波センサの密着が得られるようにしたものである。 <Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. Here, in the third embodiment, a spring is used in place of the balloon in the first and second embodiments, whereby the close contact of the ultrasonic sensor is obtained.

図１６は、この第３の実施形態に係る超音波探傷装置の構成図で、この場合、まず超音波センサ１と形状測定装置２、それに超音波探傷装置本体４を備えている点は、第１と第２の実施形態の場合と同じである。 FIG. 16 is a configuration diagram of the ultrasonic flaw detector according to the third embodiment. In this case, the ultrasonic sensor 1, the shape measuring device 2, and the ultrasonic flaw detector main body 4 are provided first. This is the same as in the first and second embodiments.

そして、この図１６において、まず、１８は駆動装置で、超音波センサ１と形状測定装置２を移動させる働きをする。次に、２８は固定軸で、超音波センサ１と形状測定装置２を駆動装置１８に保持させる働きをする。但し、この固定軸２８も、超音波センサ１と形状測定装置２を保持し固定した状態にするという点で固定軸と呼ばれているのであって、それ自体は、後述するように、アクチュエータにより３軸方向に移動可能に保持されている。 In FIG. 16, first, reference numeral 18 denotes a driving device that moves the ultrasonic sensor 1 and the shape measuring device 2. Next, reference numeral 28 denotes a fixed shaft that serves to hold the ultrasonic sensor 1 and the shape measuring device 2 on the driving device 18. However, this fixed shaft 28 is also called a fixed shaft in that the ultrasonic sensor 1 and the shape measuring device 2 are held and fixed, and as such will be described later by an actuator. It is held so as to be movable in three axis directions.

ここで、超音波センサ１と超音波探傷装置本体４の間を接続している信号線６と、形状測定装置２と超音波探傷装置本体４の間を接続している信号線７は、第１と第２の実施形態の場合と同じであるが、信号線１５は、駆動装置１８と超音波探傷装置本体４の間を接続している導線である。 Here, the signal line 6 connecting the ultrasonic sensor 1 and the ultrasonic flaw detector main body 4 and the signal line 7 connecting the shape measuring apparatus 2 and the ultrasonic flaw detector main body 4 are Although it is the same as the case of 1 and 2nd Embodiment, the signal wire | line 15 is a conducting wire which connects between the drive device 18 and the ultrasonic flaw detector main body 4. FIG.

次に、図１７は、この第３の実施形態において、固定軸２８に対する超音波センサ１と形状測定装置２の取付け状況を表わした図で、固定軸２８の端部に回転ステージ７０を設け、これに超音波センサ１と形状測定装置２を取付けてある。このときの取付けには、例えば回転ステージ７０の取付け面に雌ねじ孔をきり、ねじ締めにより行なうようにすればよい。 Next, FIG. 17 is a diagram showing the mounting state of the ultrasonic sensor 1 and the shape measuring device 2 with respect to the fixed shaft 28 in the third embodiment, and a rotary stage 70 is provided at the end of the fixed shaft 28. The ultrasonic sensor 1 and the shape measuring device 2 are attached to this. The attachment at this time may be performed, for example, by drilling a female screw hole on the attachment surface of the rotary stage 70 and tightening the screw.

次に、図１８は、この第３の実施形態における超音波センサ１と形状測定装置２の断面図で、ここで、コンポジット超音波素子１２は、屈伸性を有する樹脂中にピエゾ素子を埋設して屈曲性を持たせたもので、図示のように、複数個使用され、これらは、複数本の固定棒２１の先端(この図では下端)に各々取付けてある。このとき、この固定棒２１は、金属、セラミック、或いは樹脂で作られている。 Next, FIG. 18 is a cross-sectional view of the ultrasonic sensor 1 and the shape measuring apparatus 2 in the third embodiment. Here, the composite ultrasonic element 12 has a piezoelectric element embedded in a resin having flexibility. As shown in the figure, a plurality of them are used, and a plurality of them are attached to the tips (lower ends in this figure) of the plurality of fixing rods 21, respectively. At this time, the fixing rod 21 is made of metal, ceramic, or resin.

一方、１９は容器で、図示のように、固定棒２１の各々を収容するための複数の孔が形成してあり、ここに固定棒２１を収容させることにより、各固定棒２１が、図では上下方向に移動することができるようにして、容器１９に保持されることになる。このとき、この容器１９も金属、セラミック、或いは樹脂で作られている。 On the other hand, 19 is a container, and a plurality of holes for accommodating each of the fixing rods 21 are formed as shown in the figure. By accommodating the fixing rods 21 therein, each fixing rod 21 is The container 19 is held so that it can move in the vertical direction. At this time, the container 19 is also made of metal, ceramic, or resin.

次に、２０はバネで、金属製のコイルスプリングからなり、図示のように、容器１９に形成してある孔の中で、固定棒２１のコンポジット超音波素子１２が取付けられている方の端部とは反対側の端部(この図では上端)と孔の底部の間に挿入されている。 Next, reference numeral 20 denotes a spring, which is a metal coil spring. As shown in the figure, in the hole formed in the container 19, the end of the fixing rod 21 on which the composite ultrasonic element 12 is attached. It is inserted between the end opposite to the portion (the upper end in this figure) and the bottom of the hole.

このとき、バネ２０の上端には、セラミック製或いは樹脂製のバネ押さえジグ３０が設けてあり、更に、このバネ押さえジグ３０と、容器１９の孔の上端部の間にピエゾフィルムＢ１４が挿入してあり、ここで、各ピエゾフィルムＢ１４から容器１９の外に信号線７が取り出されている。 At this time, a spring pressing jig 30 made of ceramic or resin is provided at the upper end of the spring 20, and the piezo film B 14 is inserted between the spring pressing jig 30 and the upper end of the hole of the container 19. Here, the signal line 7 is taken out of the container 19 from each piezo film B14.

次に、図１９は、駆動装置１８の詳細構成図で、ここで、まず固定軸回転アクチュエータ３２は固定軸回転ステージ３３を回動させる働きをし、次にＺ軸アクチュエータ３４はＺ軸ステージ３５を駆動し、固定軸２６をＺ方向(図では上下方向)に移動させる働きをする。また、Ｘ軸アクチュエータ３６はＸ軸ステージ３７を駆動して、固定軸２６をＸ方向(図では左右方向)に移動させる働きをし、次にＹ軸アクチュエータ３８はＹ軸ステージ３９を駆動して、固定軸２６をＹ方向(図では紙面に対して垂直方向)に移動させる働きをする。 Next, FIG. 19 is a detailed configuration diagram of the drive device 18. First, the fixed axis rotary actuator 32 functions to rotate the fixed axis rotary stage 33, and then the Z axis actuator 34 is the Z axis stage 35. Is driven to move the fixed shaft 26 in the Z direction (vertical direction in the figure). The X-axis actuator 36 drives the X-axis stage 37 to move the fixed shaft 26 in the X direction (left and right in the figure), and then the Y-axis actuator 38 drives the Y-axis stage 39. The fixed shaft 26 is moved in the Y direction (in the drawing, the direction perpendicular to the paper surface).

このとき、固定軸２６の一方の端部には、図１７で説明したように、超音波センサ回転ステージ７０が取付けてあるが、これに超音波センサ回転アクチュエータ７１が設けてあり、これにより、超音波センサ１と形状測定装置２の傾きが変えられるように構成してある。 At this time, as described with reference to FIG. 17, the ultrasonic sensor rotary stage 70 is attached to one end of the fixed shaft 26, and an ultrasonic sensor rotary actuator 71 is provided on the ultrasonic sensor rotary stage 71. The inclination of the ultrasonic sensor 1 and the shape measuring device 2 is configured to be changed.

ここで、Ｄ／Ａコンバータ６２は、後述するように、信号線８を介して超音波探傷装置本体４に接続され、超音波探傷装置本体４から供給されるデジタル制御信号をアナログ信号に変換し、各アクチュエータに供給する働きをするもので、このため、Ｘ軸アクチュエータ３６には信号線６３を介して接続され、Ｙ軸アクチュエータ３８には信号線６４を介して接続され、Ｚ軸アクチュエータ３４には信号線６５を介して接続され、固定軸回転アクチュエータ３２には信号線６６を介して接続され、更に超音波センサ回転回転アクチュエータ７１には信号線６７を介して接続されている。 Here, as will be described later, the D / A converter 62 is connected to the ultrasonic flaw detector main body 4 via the signal line 8 and converts a digital control signal supplied from the ultrasonic flaw detector main body 4 into an analog signal. The X-axis actuator 36 is connected via the signal line 63, the Y-axis actuator 38 is connected via the signal line 64, and the Z-axis actuator 34 is connected to the Z-axis actuator 34. Are connected via a signal line 65, connected to the fixed shaft rotary actuator 32 via a signal line 66, and further connected to the ultrasonic sensor rotary rotary actuator 71 via a signal line 67.

従って、この第３の実施形態では、アクチュエータを用いて、３軸の平行移動と２軸の回転を行い、計測対象に超音波センサと形状測定装置を密着させるように構成されていることになる。 Therefore, in the third embodiment, the actuator is used to perform three-axis translation and two-axis rotation so that the ultrasonic sensor and the shape measuring device are brought into close contact with the measurement target. .

次に、図２０は、この第３の実施形態における超音波探傷装置本体４及び駆動装置１８と、それらによる信号の授受の状況を表わした図で、ここでも、まず、検査対象の探傷すべき位置を表わす情報と超音波探傷条件がキーボード４６、或いは記録メディア４７から超音波探傷装置本体４に入力される。 Next, FIG. 20 is a diagram showing the ultrasonic flaw detector main body 4 and the drive device 18 in the third embodiment, and the state of signal transmission / reception by them. Information representing the position and ultrasonic flaw detection conditions are input to the ultrasonic flaw detector main body 4 from the keyboard 46 or the recording medium 47.

このときの記録メディア４７には、フロッピー(登録商標)、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、磁気テープの中から少なくとも１種が用意され、入力された情報はインプットポート４８を経由してＣＰＵ５１に伝達される。 At this time, at least one of floppy (registered trademark), CD-ROM, DVD-ROM, MO, and magnetic tape is prepared as the recording medium 47, and the input information is sent to the CPU 51 via the input port 48. Is transmitted to.

そこで、ＣＰＵ５１は、更にＲＡＭ４９、ＲＯＭ５０、それにＨＤＤ５２などに格納されたセンサの位置と計測対象の形状データに基づいて、超音波センサ１の移動情報を算出する。そして、算出された移動情報は、アウトプットポート５３から信号線８を介してバ駆動装置５側に伝送され、Ｄ／Ａコンバータ６２に供給される。 Therefore, the CPU 51 further calculates movement information of the ultrasonic sensor 1 based on the sensor position and the measurement target shape data stored in the RAM 49, the ROM 50, the HDD 52, and the like. The calculated movement information is transmitted from the output port 53 to the bar driving device 5 via the signal line 8 and supplied to the D / A converter 62.

そして、このＤ／Ａコンバータ６２で、各アクチュエータ駆動用の出力指令値を電気出力に変換し、Ｘ軸アクチュエータ３６には信号線６３を介して、Ｙ軸アクチュエータ３８には信号線６４を介して、Ｚ軸アクチュエータ３４には信号線６３を介して、固定軸回転アクチュエータ３２には信号線６６を介して、そして超音波センサ回転アクチュエータ７１には信号線６７を介して、夫々伝達され、この結果、超音波センサ１と形状測定装置２が計測対象の探傷部位に密着固定されることになる。 The D / A converter 62 converts the output command value for driving each actuator into an electrical output, and the X-axis actuator 36 via the signal line 63 and the Y-axis actuator 38 via the signal line 64. The Z-axis actuator 34 is transmitted via a signal line 63, the fixed-axis rotary actuator 32 is transmitted via a signal line 66, and the ultrasonic sensor rotary actuator 71 is transmitted via a signal line 67. Then, the ultrasonic sensor 1 and the shape measuring device 2 are closely fixed to the flaw detection site to be measured.

一方、こうして超音波センサ１と形状測定装置２が計測対象に固定されると、形状測定装置２から信号線７とＡ／Ｄコンバータ４５、それにインプットポート４８を介して、形状測定データがＣＰＵ５１に伝達される。そこで、ＣＰＵ５１は、この形状測定データに基づいて超音波発信条件を算出し、それをアウトプットポート５３を介してＤ／Ａコンバータ５４に供給する。 On the other hand, when the ultrasonic sensor 1 and the shape measuring apparatus 2 are fixed to the measurement object in this way, the shape measurement data is transferred from the shape measuring apparatus 2 to the CPU 51 via the signal line 7, the A / D converter 45, and the input port 48. Communicated. Therefore, the CPU 51 calculates ultrasonic transmission conditions based on this shape measurement data, and supplies it to the D / A converter 54 via the output port 53.

そこで、Ｄ／Ａコンバータ５４は、供給された超音波発信条件を超音波センサ駆動用の電気出力に変換し、信号線６を介して超音波素子１２(図１８)に供給し、超音波センサ１から超音波を発信させ、検査対象内に伝播させる。そして、検査対象から反射波が現われたら、それを超音波素子１２で受信し、受信信号を信号線６とＡ／Ｄコンバータ４５とインプットポート４８を介してＣＰＵ５１に入力する。 Therefore, the D / A converter 54 converts the supplied ultrasonic transmission condition into an electric output for driving the ultrasonic sensor, and supplies the ultrasonic output to the ultrasonic element 12 (FIG. 18) via the signal line 6. Ultrasonic waves are transmitted from 1 and propagated in the inspection object. When a reflected wave appears from the inspection target, it is received by the ultrasonic element 12 and the received signal is input to the CPU 51 via the signal line 6, the A / D converter 45 and the input port 48.

そこで、ＣＰＵ５１は、受信した反射波の波形から探傷結果を算出し、この探傷結果をアウトプットポート５３とＤ／Ａコンバータ５４を介してモニタ５５に供給し、探傷結果を２次元画像あるいは３次元画像として表示させるのである。 Therefore, the CPU 51 calculates the flaw detection result from the waveform of the received reflected wave, supplies the flaw detection result to the monitor 55 via the output port 53 and the D / A converter 54, and the flaw detection result is displayed as a two-dimensional image or a three-dimensional image. It is displayed as an image.

次に、このときの計測対象に対する超音波センサ１と形状測定装置２の固定方法について、図２１により説明すると、いま、ここで超音波センサ１を検査対象１０に接近させ、超音波素子１２を検査対象１０の探傷面に接触した後、更に接近させたとする。 Next, a method of fixing the ultrasonic sensor 1 and the shape measuring apparatus 2 to the measurement target at this time will be described with reference to FIG. 21. Now, the ultrasonic sensor 1 is brought close to the inspection target 10 and the ultrasonic element 12 is moved. It is assumed that after contacting the flaw detection surface of the inspection object 10, the inspection object 10 is further approached.

そうすると、超音波素子１２が検査対象１０の探傷面により押し止められるので、超音波素子１２の各々の固定棒２１が各バネ２０の弾性に抗して押され、探傷面の形状に応じて容器１９の孔の中に押し込まれ、この結果、図示のように、超音波素子１２の全てが探傷面に接触し、密着した状態にすることができる。 Then, since the ultrasonic element 12 is held down by the flaw detection surface of the inspection object 10, each fixing rod 21 of the ultrasonic element 12 is pushed against the elasticity of each spring 20, and a container is formed according to the shape of the flaw detection surface. As a result, the ultrasonic element 12 can be brought into contact with the flaw detection surface and brought into close contact with each other as shown in the figure.

このとき、バネ２０が縮むため、バネ押さえジグ３０を介してピエゾフィルムＢ１４に押圧力が働き、変形量に応じた電圧がピエゾフィルムＢ１４から出力されるのである。 At this time, since the spring 20 contracts, a pressing force acts on the piezo film B14 via the spring pressing jig 30, and a voltage corresponding to the deformation amount is output from the piezo film B14.

次に、この第３の実施形態による超音波探傷動作について、図２２のフロー図により説明する。なお、この第３の実施形態も、超音波探傷装置としての構成は図１〜図２と図７〜図８で説明した第１の実施形態と同じであり、従って、この図２２のフロー図も、第１の実施形態の場合のフロー図である図１０と基本的には同じで、異なっているのはステップ８６の処理と、ステップ７９、ステップ８０、それにステップ８３における計算方法けであるが、ここでも、一応、図２２の全ステップについて説明する。 Next, the ultrasonic flaw detection operation according to the third embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The configuration of the ultrasonic flaw detector also in the third embodiment is the same as that of the first embodiment described with reference to FIGS. 1 to 2 and FIGS. 7 to 8. Therefore, the flowchart of FIG. 10 is basically the same as FIG. 10 which is a flowchart in the case of the first embodiment, but is different from the processing in step 86 and the calculation method in step 79, step 80, and step 83. However, once again, all steps in FIG. 22 will be described.

(ステップ８６)
ＣＰＵ５９で各アクチュエータの駆動電圧と駆動時間を計算し、超音波センサ１を移動させる。この計算は、ＲＡＭ５７とＲＯＭ５８、それにＨＤＤ６０のいずれか１つ以上の記憶媒体に、予め各移動ステージと各回転ステージの駆動速度と駆動電圧の関係を記憶させておき、そのデータに基づいて行なう。 (Step 86)
The CPU 59 calculates the driving voltage and driving time of each actuator, and moves the ultrasonic sensor 1. This calculation is performed on the basis of data stored in advance in the RAM 57, the ROM 58, and the HDD 60 in one or more storage media, the relationship between the driving speed and driving voltage of each moving stage and each rotating stage.

そして、検査部位に超音波センサ１を近接させた後、各アクチュエータを駆動して形状測定装置２と超音波センサ１を検査対象１０の探傷面に位置決め固定する。 Then, after the ultrasonic sensor 1 is brought close to the inspection site, each actuator is driven to position and fix the shape measuring device 2 and the ultrasonic sensor 1 to the flaw detection surface of the inspection object 10.

(ステップ７８)
形状測定装置２が検査対象１０に密着され、固定された際、ピエゾフィルムＢ１４から出力される電圧を、信号線７を介して超音波探傷装置本体４に取込み、ＣＰＵ５１に入力する。 (Step 78)
When the shape measuring apparatus 2 is brought into close contact with the inspection object 10 and fixed, the voltage output from the piezo film B14 is taken into the ultrasonic flaw detector main body 4 via the signal line 7 and input to the CPU 51.

(ステップ７９)
ＣＰＵ５１は、ステップ７８で取得したピエゾフィルムの出力電圧信号に基づき、以下のようにして探傷部の形状を算出する。ピエゾフィルムＢ１４の出力電圧ｖｐを(11)式に当て嵌め、バネの変形量を求める。 (Step 79)
Based on the output voltage signal of the piezo film acquired in step 78, the CPU 51 calculates the shape of the flaw detection part as follows. The output voltage vp of the piezo film B14 is applied to the equation (11) to determine the amount of spring deformation.

ｖｐ＝ｋΔｘ÷Ｓ
ここで、ｋは定数、Δｘはバネ２０の変形量、Ｓはバネ押さえジグ３０の断面積を表わす。このとき、超音波素子の移動方向は、図１８と図１９から明らかなように、１次元に制限されているので、(11)式から求められる１次元上の変形量を知ることにより、各超音波素子間の相対位置、すなわち計測対象の形状が算出評価される。 vp = kΔx ÷ S
Here, k represents a constant, Δx represents the amount of deformation of the spring 20, and S represents the cross-sectional area of the spring pressing jig 30. At this time, since the moving direction of the ultrasonic element is limited to one dimension as is apparent from FIGS. 18 and 19, by knowing the one-dimensional deformation amount obtained from the equation (11), The relative position between the ultrasonic elements, that is, the shape of the measurement target is calculated and evaluated.

従って、この第３の実施形態によっても、超音波センサ１に、形状測定装置２が一体化されている上、超音波素子１２が検査対象１０の表面に個々に順応するので、超音波センサ１と形状測定装置２を確実に密着させることができる。 Therefore, also according to the third embodiment, since the shape measuring device 2 is integrated with the ultrasonic sensor 1 and the ultrasonic element 12 individually adapts to the surface of the inspection object 10, the ultrasonic sensor 1. And the shape measuring device 2 can be reliably adhered.

そして、この結果、この第３の実施形態によっても、曲面を持った検査対象に対して超音波の送信と受信が効率良く行なわれるようになり、高い感度が得られることから、探傷精度が向上する。また、このとき超音波センサ１と形状測定装置２は、検査対象１０に応じて任意の大きさに作ることができるので、狭隘部の曲面に対しても精度良く超音波探傷を行なうことができる。 As a result, according to the third embodiment as well, ultrasonic wave transmission and reception are efficiently performed on an inspection target having a curved surface, and high sensitivity is obtained, so that flaw detection accuracy is improved. To do. At this time, since the ultrasonic sensor 1 and the shape measuring device 2 can be made to have an arbitrary size according to the inspection object 10, ultrasonic flaw detection can be performed with high accuracy even on a curved surface of a narrow portion. .

以上、説明したように、本発明の実施形態によれば、狭隘部の曲面にも柔軟に追従して曲面形状を測定することができるので、原子力発電プラントの炉底部や、発電機のタービンブレード、車両の車軸等に適用して、高精度の超音波探傷を行なうことができる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, the curved surface shape can be measured flexibly following the curved surface of the narrow portion, so that the bottom of the nuclear power plant or the turbine blade of the generator can be measured. Application to a vehicle axle or the like enables high-accuracy ultrasonic flaw detection.

本発明に係る超音波探傷装置の第１の実施形態を示す構成図である。1 is a configuration diagram illustrating a first embodiment of an ultrasonic flaw detector according to the present invention. FIG. 本発明に係る超音波探傷装置の第１の実施形態における超音波センサと形状測定装置及びバルーンの制御装置への固定方法の説明図である。It is explanatory drawing of the fixing method to the ultrasonic sensor, the shape measuring apparatus, and the control apparatus of a balloon in 1st Embodiment of the ultrasonic flaw detector which concerns on this invention. 本発明に係る超音波探傷装置の第１の実施形態における超音波センサの立体図である。It is a three-dimensional view of the ultrasonic sensor in the first embodiment of the ultrasonic flaw detector according to the present invention. 本発明に係る超音波探傷装置の第１の実施形態における超音波センサの３面図である。It is a 3rd page figure of the ultrasonic sensor in a 1st embodiment of the ultrasonic inspection equipment concerning the present invention. 本発明に係る超音波探傷装置の第１の実施形態における形状測定装置の立体図である。It is a three-dimensional view of the shape measuring apparatus in 1st Embodiment of the ultrasonic flaw detector which concerns on this invention. 本発明に係る超音波探傷装置の第１の実施形態における形状測定装置の３面図である。It is a 3rd view of the shape measuring apparatus in 1st Embodiment of the ultrasonic flaw detector which concerns on this invention. 本発明に係る超音波探傷装置の第１の実施形態におけるバルーン制御装置の構成図である。It is a block diagram of the balloon control apparatus in 1st Embodiment of the ultrasonic flaw detector which concerns on this invention. 本発明に係る超音波探傷装置の第１の実施形態における信号授受のフロー図である。It is a flowchart of signal transmission / reception in 1st Embodiment of the ultrasonic flaw detector which concerns on this invention. 本発明に係る超音波探傷装置の第１の実施形態における超音波センサと形状測定装置の計測対象への固定方法の説明図である。It is explanatory drawing of the fixing method to the measuring object of the ultrasonic sensor and shape measuring apparatus in 1st Embodiment of the ultrasonic flaw detector which concerns on this invention. 本発明に係る超音波探傷装置の第１の実施形態における超音波探傷のフロー図である。1 is a flow chart of ultrasonic flaw detection in a first embodiment of an ultrasonic flaw detection apparatus according to the present invention. 本発明に係る超音波探傷装置の第２の実施形態における超音波センサの透視図である。It is a perspective view of the ultrasonic sensor in 2nd Embodiment of the ultrasonic flaw detector which concerns on this invention. 本発明に係る超音波探傷装置の第２の実施形態における超音波センサの３面図である。It is a 3rd page figure of the ultrasonic sensor in 2nd Embodiment of the ultrasonic flaw detector which concerns on this invention. 本発明に係る超音波探傷装置の第２の実施形態における形状測定装置の透視図である。It is a perspective view of the shape measuring apparatus in 2nd Embodiment of the ultrasonic flaw detector based on this invention. 本発明に係る超音波探傷装置の第２の実施形態における形状測定装置の３面図である。It is a 3rd view of the shape measuring apparatus in 2nd Embodiment of the ultrasonic flaw detector based on this invention. 本発明に係る超音波探傷装置の第２の実施形態における超音波探傷のフロー図である。It is a flowchart of the ultrasonic flaw detection in 2nd Embodiment of the ultrasonic flaw detector based on this invention. 本発明に係る超音波探傷装置の第３の実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 3rd Embodiment of the ultrasonic flaw detector which concerns on this invention. 本発明に係る超音波探傷装置の第３の実施形態における超音波センサと形状測定装置の駆動装置への固定位置の説明図である。It is explanatory drawing of the fixed position to the drive device of the ultrasonic sensor and shape measuring apparatus in 3rd Embodiment of the ultrasonic flaw detector which concerns on this invention. 本発明に係る超音波探傷装置の第３の実施形態における超音波センサと形状測定装置の断面図である。It is sectional drawing of the ultrasonic sensor and shape measuring apparatus in 3rd Embodiment of the ultrasonic flaw detector which concerns on this invention. 本発明に係る超音波探傷装置の第３の実施形態における駆動装置の構成図である。It is a block diagram of the drive device in 3rd Embodiment of the ultrasonic flaw detector which concerns on this invention. 本発明に係る超音波探傷装置の第３の実施形態における信号授受のフロー図である。It is a flowchart of signal transmission / reception in 3rd Embodiment of the ultrasonic flaw detector which concerns on this invention. 本発明に係る超音波探傷装置の第３の実施形態における超音波センサと形状測定装置の計測対象への固定方法の説明図である。It is explanatory drawing of the fixing method to the measuring object of the ultrasonic sensor and shape measuring apparatus in 3rd Embodiment of the ultrasonic flaw detector which concerns on this invention. 本発明に係る超音波探傷装置の第３の実施形態における超音波探傷のフロー図である。It is a flowchart of the ultrasonic flaw detection in 3rd Embodiment of the ultrasonic flaw detector based on this invention. ピエゾフィルムの出力電圧時間積分値の曲率依存性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the curvature dependence of the output voltage time integral value of a piezo film. ピエゾフィルムの出力電圧時間積分値の圧力依存性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the pressure dependence of the output voltage time integral value of a piezo film.

Explanation of symbols

１：超音波センサ
２：形状測定装置
３：バルーン
４：超音波探傷装置本体
５：バルーン制御装置
６：信号線(超音波センサと超音波探傷装置本体間の導線)
７：信号線(形状測定装置と超音波探傷装置本体間の導線)
８：信号線(超音波探傷装置本体とバルーン制御装置間の導線)
９：圧縮空気供給ライン
１０：計測対象
１１：保護フィルム
１２：超音波素子
１３：ピエゾフィルムＡ
１４：ピエゾフィルムＢ
１５：信号線(超音波探傷装置本体と駆動装置間の導線)
１８：駆動装置
１９：容器
２０：バネ
２１：固定棒
２２：ピエゾフィルムＡの出力電圧積分値の曲率依存性
２３：ピエゾフィルムＢの出力電圧積分値の曲率依存性
２４：ピエゾフィルムＡの出力電圧積分値の圧力依存性
２５：ピエゾフィルムＢの出力電圧積分値の圧力依存性
２６：固定軸(バルーンの固定軸)
２７：回転ステージ(バルーンの回転ステージ)
２８：固定軸(超音波センサと形状測定装置を駆動装置に固定する固定軸)
３０：バネ押さえジグ
３１：バルーン制御コンピュータ
３２：固定軸回転アクチュエータ
３３：固定軸回転ステージ
３４：Ｚ軸アクチュエータ
３５：Ｚ軸ステージ
３６：Ｘ軸アクチュエータ
３７：Ｘ軸ステージ
３８：Ｙ軸アクチュエータ
３９：Ｙ軸ステージ
４０：バルーン回転アクチュエータ
４２：空気ボンベ
４３：減圧弁(電動の減圧弁)
４４：加圧弁(電動の加圧弁)
４５：Ａ／Ｄコンバータ
４６：キーボード(制御装置本体のキーボード)
４７：記録メディア
４８：インプットポート
４９：ＲＡＭ
５０：ＲＯＭ
５１：ＣＰＵ
５２：ＨＤＤ
５３：アウトプットポート
５４：Ｄ／Ａコンバータ
５５：モニタ
５６：インプットポート
５７：ＲＡＭ
５８：ＲＯＭ
５９：ＣＰＵ
６０：ＨＤＤ
６１：アウトプットポート
６２：Ｄ／Ａコンバータ
６３：信号線(バルーン制御コンピュータとＸ軸アクチュエータ間の導線)
６４：信号線(バルーン制御コンピュータとＹ軸アクチュエータ間の導線)
６５：信号線(バルーン制御コンピュータとＺ軸アクチュエータ間の導線)
６６：信号線(バルーン制御コンピュータと固定軸回転アクチュエータ間の導線)
６７：信号線(バルーン制御コンピュータとバルーン回転アクチュエータ間の導線)
６８：信号線(バルーン制御コンピュータと加圧弁間の導線)
６９：信号線(バルーン制御コンピュータと減圧弁間の導線)
７０：超音波センサ回転ステージ
７１：超音波センサ回転アクチュエータ
７２：探傷条件を入力するステップ
７３：バルーンの移動経路を計算するステップ
７４：バルーンの移動の可否を判断するステップ
７５：バルーンの移動不可を表示するステップ
７６：バルーンを移動するステップ
７７：バルーンを拡張するステップ
７８：形状データを取得するステップ、
７９：探傷部の形状を計算するステップ
８０：超音波発信条件を計算するステップ
８１：超音波を発信するステップ
８２：超音波を受信するステップ
８３：探傷結果を計算するステップ
８４：探傷結果を表示するステップ
８６：超音波センサを検査対象に固定するステップ 1: Ultrasonic sensor 2: Shape measuring device 3: Balloon 4: Ultrasonic flaw detector main body 5: Balloon control device 6: Signal line (conductive wire between ultrasonic sensor and ultrasonic flaw detector main body)
7: Signal line (Conductor wire between the shape measuring device and the ultrasonic flaw detector)
8: Signal line (conductive wire between ultrasonic flaw detector main body and balloon control device)
9: Compressed air supply line 10: Measurement object 11: Protective film 12: Ultrasonic element 13: Piezo film A
14: Piezo film B
15: Signal line (conductive wire between ultrasonic flaw detector main body and drive unit)
18: Drive device 19: Container 20: Spring 21: Fixed rod 22: Curvature dependency of output voltage integral value of piezo film A 23: Curvature dependency of output voltage integral value of piezo film B 24: Output voltage of piezo film A Integral value pressure dependence 25: Pressure dependence of piezo film B output voltage integral value 26: Fixed axis (balloon fixed axis)
27: Rotating stage (balloon rotating stage)
28: Fixed shaft (fixed shaft for fixing the ultrasonic sensor and the shape measuring device to the driving device)
30: Spring holding jig 31: Balloon control computer 32: Fixed axis rotary actuator 33: Fixed axis rotary stage 34: Z axis actuator 35: Z axis stage 36: X axis actuator 37: X axis stage 38: Y axis actuator 39: Y Axis stage 40: Balloon rotation actuator 42: Air cylinder 43: Pressure reducing valve (electric pressure reducing valve)
44: Pressurization valve (electric pressurization valve)
45: A / D converter 46: Keyboard (Keyboard of control device main body)
47: Recording medium 48: Input port 49: RAM
50: ROM
51: CPU
52: HDD
53: Output port 54: D / A converter 55: Monitor 56: Input port 57: RAM
58: ROM
59: CPU
60: HDD
61: Output port 62: D / A converter 63: Signal line (conductive wire between balloon control computer and X-axis actuator)
64: signal line (conductor between balloon control computer and Y-axis actuator)
65: signal line (conductor between balloon control computer and Z-axis actuator)
66: signal line (conductor between balloon control computer and fixed axis rotary actuator)
67: Signal line (conductor between balloon control computer and balloon rotation actuator)
68: signal line (conductor between balloon control computer and pressurizing valve)
69: signal line (wire between balloon control computer and pressure reducing valve)
70: Ultrasonic sensor rotary stage 71: Ultrasonic sensor rotary actuator 72: Input flaw detection conditions Step 73: Calculate the movement path of the balloon Step 74: Determine whether the balloon can be moved Step 75: Impair the movement of the balloon Displaying step 76: moving the balloon step 77: expanding the balloon step 78: obtaining the shape data;
79: Calculate the shape of the flaw detection step 80: Calculate the ultrasonic wave transmission condition Step 81: Transmit the ultrasonic wave Step 82: Receive the ultrasonic wave Step 83: Calculate the flaw detection result Step 84: Display the flaw detection result Step 86: Step of fixing the ultrasonic sensor to the inspection object

Claims

In an ultrasonic flaw detection apparatus that performs ultrasonic flaw detection by a phased array method using a flexible ultrasonic array sensor,
As the ultrasonic array sensor , a composite ultrasonic element having a flexibility by embedding a piezoelectric element in a resin is used, and a piezoelectric film in which a piezoelectric element is embedded in the resin is bonded to the composite ultrasonic element.
When the ultrasonic array sensor is positioned on the flaw detection surface of the object to be inspected, a means for measuring the shape of the ultrasonic array sensor based on a voltage output by deformation of the piezo film is provided,
An ultrasonic flaw detection apparatus configured to perform ultrasonic flaw detection by the phased array method based on a shape measurement result by the means.

The ultrasonic flaw detector according to claim 1,
It said Piezofiru arm is,
An ultrasonic flaw detector characterized by being divided into a piezo film embedded with a piezo element having a large output voltage against deformation and a piezo film embedded with a piezo element having a large output voltage against pressure.

The ultrasonic flaw detector according to claim 1,
An ultrasonic flaw detection apparatus, wherein the ultrasonic array sensor is held by a bag-like member whose shape is controlled according to an internal pressure.

The ultrasonic flaw detector according to claim 1,
The ultrasonic array sensor is composed of a plurality of ultrasonic elements fixed to one end of a plurality of fixed rods movable in a one-dimensional direction in the storage container,
The ultrasonic flaw detector, wherein the piezo film is overlapped between the other end of the fixed rod and the bottom of the storage container via a spring.