JP5886780B2 - 板波検査方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、薄い金属板あるいはその加工製品の検査方法および検査装置に関する。

工業分野における代表的な非破壊検査方法の一つに超音波検査が用いられている。超音波検査は、超音波センサ（探触子）の内部に備わる電気機械変換効率を持つ圧電素子（振動子）に電圧を与えることで超音波を発振し、この振動を検査対象物中に伝搬させ、超音波が物質の境界面などで反射する性質を利用し、その一部の反射波による振動を再び振動子により電圧に変換し、収録、グラフ化、或いは映像化して検査する方法である。

比較的薄い金属板および薄い金属板を加工した製品の製造ラインで超音波探傷を実施して欠陥を検出する場合、超音波の種類として、縦波や横波の他、ガイド波の一種である板波を用いた探傷法が一般に用いられている。金属構造物内部の欠陥検出方法としては、縦波や横波による、垂直あるいは斜角探傷法が一般に用いられてきた。

これらの方法は検査可能な範囲が狭いため、検査領域が広い被検体においては探触子の広範囲な走査が必要となり、検査時間や労力が膨大となる。

これに対し板波は、比較的薄い金属板や、その構造物において、広い範囲を伝搬可能であり、縦波や横波などと比較して伝搬に伴う拡散損失が少ない。そのため、板波による検査手法は鋼板や配管を広域一括で検査できる非破壊検査手法として期待されている。

産業分野においては、例えば燃料輸送配管の長距離区間を一括して検査する装置などが実用化されている。

板波探傷器を用いた超音波探傷装置として、特許文献１に記載された技術がある。特許文献１に記載された技術は、複数種類の検査対象に対してＳＳＰ（分割スペクトル処理）パラメータ記憶しておき、対象が変わる毎にパラメータを変えて検査を行う技術である。

特開２００１―０７４７０３号公報

しかしながら、従来の技術においては、多重反射して伝搬する過程から板波が生成される過程は明確ではないため、入射点近傍からの反射信号が得られた場合、理論計算などを用いて正確な欠陥位置を見積もることが困難であった。

また、検査領域を設定して板波検査を実施する場合、検査領域を適切に設定することが困難であった。

気中において板波検査を実施する場合、金属−空気の音響インピーダンスが大きく違うため、一度被検体へ入射された波のエネルギーは漏洩しにくく、板波として長距離伝搬が可能で広域一括検査を実現すえることができる。

したがって、板波以外の波のエネルギーが十分損失した入射点から十分遠方の領域を用いて検査すれば良い。

ところが、被検体が、段差部やＲ部がある角柱形状物に対して、段差部を跨ぐ探触子の走査や、Ｒ部に探触子を接触する走査が必要な場合、接触子と被検査面との接触性が悪くなり、高精度の探傷検査ができず、検査の自動化も困難である。

接触性の問題を解決するには、水やグリセリンなどの液体中で板波検査することが考えられる。

しかし、水中においては、音響インピーダンスの差が気中と比べて小さいため、波のエネルギーが漏洩し、気中と比べると長距離伝搬が困難となる。したがって、広域を検査するには、入射点近傍の領域を検査領域とする必要がある。

このように、液体中において板波検査を実施する場合、欠陥位置の指示精度が低下する問題に加え、欠陥に対する感度が入射点近傍と遠方で大きく異なるという問題があった。

また、特許文献１に記載の技術を、溶接が施される段差部や板厚が徐々に変化する部位について適用しようとした場合、このような部位はパラメータの計算が困難であり、適用することができなかった。

本発明の目的は、Ｒ部や段差部を有する被検体であっても、長距離検査が可能であり、かつ、検出感度向上が可能な板波検査を実行する板波検査方法および装置を実現することである。

上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成される。

板波探傷検査方法において、被検体の一部と同様な形状及び同様な材質であり、予め定めた位置に反射源が形成された液体中の校正用試験体を、探触子から超音波を送受信させて走査し、上記校正用試験体についての、上記探触子から上記反射源までの超音波の伝搬時間と上記反射源の位置との関係と、上記超音波の伝搬時間と反射強度との関係を算出し、超音波の伝搬時間を欠陥位置へ変換するための第１の補正データと、超音波の伝搬時間と欠陥位置からの反射強度を補正するための第２の補正データとを算出する。

そして、上記探触子から超音波を送受信させて液体中の被検体を走査し、この被検体についての上記探触子からの超音波の伝搬時間と反射強度との関係を示す被検体データを算出し、上記被検体データを、上記第１の補正データ及び上記第２の補正データを用いて補正する。

板波探傷検査装置において、被検体と、この被検体の一部と同様な形状及び同様な材質であり、予め定めた位置に反射源が形成された校正用試験体を液体中に支持する液体収容槽と、探触子と、探傷子駆動部と、上記探触子の支持ステージと、上記探触子を、回転移動、水平移動及び垂直移動させるステージ制御部とを備える。

さらに、板波探傷検査装置は、上記探傷子駆動部及び上記ステージ制御部の動作を制御し、上記校正用試験体を、探触子により超音波を送受信させて走査させ、上記校正用試験体についての、上記探触子から上記反射源までの超音波の伝搬時間と上記反射源の位置との関係と、上記超音波の伝搬時間と反射強度との関係とを算出し、超音波の伝搬時間を欠陥位置へ変換するための第１の補正データと、超音波の伝搬時間と欠陥位置からの反射強度を補正するための第２の補正データとを算出し、上記探触子から超音波を送受信させて液体中の被検体を走査し、この被検体についての上記探触子からの超音波の伝搬時間と反射強度との関係を示す被検体データを算出し、上記被検体データを、上記第１の補正データ及び上記第２の補正データを用いて補正する演算制御部を備える。

本発明により、Ｒ部や段差部を有する被検体であっても、長距離検査が可能であり、かつ、検出感度向上が可能な板波検査を実行する板波検査方法および装置を実現することができる。

本発明の一実施例による水浸板波検査装置の概略構成図である。 本発明の一実施例における上記検査方法の動作フローチャートである。 本発明の一実施例における校正用試験体、反射源、探触子の位置関係を説明する図である。 本発明の一実施例における校正用試験体の反射源からの信号の波高値と伝搬時間とを示すグラフである。 本発明の一実施例における補正データの作成を示すフローチャートである。 Ｒ部・段差部がある被検体の説明図である。 Ｒ部における反射源の形成を説明する図である。 段差部における反射源の走査方向の例を示す図である。 Ｒ部及び段差部における反射源の走査方向の例を示す図である。 伝搬距離と波高値の関係を表したグラフである。 Ｙ方向距離と感度補正値との関係を示すグラフである。 遠方も検出領域とし、感度補正する場合の感度補正フローチャートである。 板波検査の説明図である。

本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明するが、それに先立ち、板波検査について、以下に説明する。

図１３は、水１００中に設置した薄い平板２００に板波が発生する様子を説明するための模式図である。

図１３において、板波は一般に、超音波を平板に対して一定の角度で入射し、屈折して平板中へ伝わり、平板の表・裏面で反射を繰り返す（多重反射）過程で、波の干渉が生じて発生するものと知られている。板波には、対称波（Symmetric Wave）と非対称波（Asymmetric Wave）との２種類が存在し、それぞれ頭文字をとってＳ波、Ａ波と呼ばれる。

さらに、Ｓ波とＡ波には各種モード（０次、１次、２次・・・）が存在し、Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２・・・（Ｓ波）、Ａ０、Ａ１、Ａ２・・・（Ａ波）として一般に表記される。これら各種モードは、板厚・周波数によって音速が異なる分散性を持つ。

板波は分散性が大きいため、伝搬速度には波の位相の進行速度である位相速度と波束（エネルギー）の進行速度である群速度があり、これらを区別して考える必要がある。どのモードの板波で検査するかを理論的・実験的に考察するためには、音速と周波数の関係を示す分散曲線を求める必要がある。

板波発生に適した入射角を求めるためには、位相速度を用いる。板波発生に適した入射角を求める式は、入射角水中での縦波音速をＶ_Ｗ、被検体への入射角をθ_Ｗ、板波の位相速度をＶ_{Ｐｈａｓｅ}とすると、次式（１）で表すことができる。

ｓｉｎθ_Ｗ＝ｓｉｎ^−１（Ｖ_Ｗ／Ｖ_{Ｐｈａｓｅ}） ・・・ （１）

このため、板波検査を実施するためには、ポリスチレン、ポリイミドなどで製作されるくさび（ウェッジ、シュー）と呼ばれる振動子を配置する台座や、水などの接触媒質を使用し、振動子を被検体に対して適切な角度に傾けて配置する必要がある。

例えば、３ｍｍ厚さ程度のジルカロイ薄板構造物を水没させて板波検査する場合、例えばＡ１モード板波の位相速度が約２３６０ｍ／ｓ、水中音速が室温（２０°Ｃ）で約１４８０ｍ／ｓである。この音速を式（１）に代入すると、入射角θ_Ｗは３８．８°となり、被検体に対し、約３９°振動子を傾けると良いことが分かる。

板波検査では、信号位置（欠陥指示位置）と実欠陥位置のずれが問題であり、接触媒質の音速の反映の難しさとされている（参考：円管周方向に伝搬するガイド波による配管等の非破壊評価、永溝久志 三菱化学エンジニアリング（株）村瀬守正 名古屋工業大学大学院工学研究科 非破壊検査第５２巻１２号（２００３））。

接触媒質の音速が正確に分かっていたとしても、板波は薄い被検体表面での波の多重反射・波の干渉により生成されるものであるから、入射点近傍における音速の反映が非常に難しい。

音速が明確に分かる接触媒質である水を例に、水中でのジルカロイ薄板構造物に対する板波検査について考える。水中音速Ｃは、温度（Ｔ）に依存し、次式（２）を用いて精度良く求めることが可能である（参考: N. Bilaniuk and G.S.K.Wong (1993)、Speed of sound in pure water as a function of temperature, J. Acoust. Aoc. Am. 93(3) pp 1609-1612）。

Ｃ（Ｔ）＝１．４０２３８７４４＊１０^３+ ５．０３８３６１７１＊Ｔ− ５．８１１７２９１６＊１０^−２＊Ｔ^２＋３．３４６３８１１７＊１０^−４＊ Ｔ^３−１．４８２５９６７２＊１０^−６＊Ｔ^４＋３.１６５８５０２０＊１０^−９＊Ｔ^５
（Ｒａｎｇｅ ｏｆ ｖａｌｉｄｉｔｙ： ０−１００°ａｔ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ） ・・・ （２）

板波検査として検査結果を表示する場合、上記式（２）を用いて水中音速を１４８２ｍ／ｓ（水温を２０°Ｃとした）、板波の音速を群速度の２３３０ｍ／ｓ（位相速度は２３６０ｍ／ｓ）と設定すればよい。しかしながら、超音波は広がり（サイドローブを含む）を持って水中を伝搬しており、位相速度と横波音速（２３５０ｍ／ｓ）がほぼ同じであるため、探触子位置が同じであっても、入射点位置から比較的近い領域においては反射効率の影響で入射角にして約３６〜３７°、屈折角にして約７０〜７５°の横波が多重反射として比較的強く伝搬する。また、横波臨界角３９．０°に近いため、表面波も発生する。

このため、横波の多重反射による検出波形成分は、被検体表面に伝搬速度ベクトルを射影すれば、音速が２３５０×ｓｉｎ７０°ｍ／ｓ＝２２０８から２３５０×ｓｉｎ７５°＝２２７０ｍ／ｓの板波、表面波による検出波形成分は、２３５０×０．９＝２２１５ｍ／ｓの板波であるかのように見える。

また、入射角３６〜３７°の時の水中伝搬距離は、板波を発生させるための入射角３９°の場合の水中伝搬距離と異なる。

以上、被検体を伝搬する横波、表面波、板波の群速度の相違や、水中伝搬距離の差異により、多重反射による検査では、板波検査として設定した値からずれが生じることが分かる。

そこで、本発明においては、上記のようなずれが生じることを考慮して、検出した欠陥位置を補正して、遠方においても欠陥位置検出精度を向上可能な構成としている。

以下、本発明の実施例について説明する。なお、簡単のため、使用する液体は、水として、説明する。

図１は、本発明の一実施例による水浸板波検査装置の概略構成図である。図１において、本発明の一実施例における水浸板波検査装置は、補正用データを作成するために用意した校正用試験体１と、被検体１０を水中に配置するための水槽２と、超音波を送受信する探触子３と、探触子３に電圧を与えるための探傷装置（探触子駆動部）４とを備えている。

さらに、水浸板波検査装置は、探触子３を支持し、探触子３の姿勢を制御・保持・走査するための回転ステージ５及びＸＹＺステージ６と、これら回転ステージ５及びＸＹＺステージ６の動作制御を行うステージ制御装置７と、探傷装置４およびステージ制御装置７に命令を与え、また、得られた波形データの結果を表示・補正・収録するＰＣ（パーソナルコンピュータ（演算制御部））８とを備えている。なお、回転ステージ５及びＸＹＺステージ６を纏めて支持ステージとする。

被検体１０は、水槽（液体収容槽）内の水中で被検体用治具１１ａ、１１ｂに支持される。そして、被検体姿勢制御装置１７が被検体用治具１１ａ、１１ｂを動作させることにより、被検体１０の姿勢が制御される。

板波の位相速度は、被検体１０の板厚および密度によって異なるため、校正用試験体１には被検体１０とほぼ同一の板厚及び密度を有するものを用意する。また、補正用データを簡便に作成するために、例えば板波の伝搬方向をＹ方向とすると、反射源からの反射波は丁度−Ｙ方向となるように校正用試験体１を配備する。反射源としては、校正用試験体１の端部を平坦に加工したものや、円形の貫通穴が好適である。

探触子３は、単一の振動子を有する探触子を用いても良いし、単一の振動子を有する探触子を複数用いても良いし、複数の振動子を有するアレイ探触子を用いても良い。探傷装置４は、使用する探触子３に合わせて選定する。

ＸＹＺステージ６は、主に探触子３の中心位置と校正用試験体１および被検体１０までのＺ方向（垂直方向）距離（水高さ）を定め、その水高さを保ちながら図１に示すＸＹ方向（水平方向）へ走査するための移動機構である。

回転ステージ５は主として、図１に示すＹＺ面内で回転し、校正用試験体１や被検体１０の表面に対して探触子３を一定の角度で傾けて配置するためのものである。回転ステージ５には、板波の伝搬方向を変えるために、ＸＹ面内で回転する機能があっても良い。水温が大きく変わる環境下にある場合は、温度計９を備えても良い。被検体１０の姿勢を変える必要がない場合は、被検体姿勢制御装置１７は省略することも可能である。

次に、図１に示した水浸板波検査装置を用いて、欠陥位置精度と遠方における検出感度が向上した板波検査を実施するための検査方法を説明する。

図２は、本発明の一実施例における上記検査方法の動作フローチャートである。

図２のステップＳ０００で、校正用試験体１の表面と被検体１０の表面とがＸＹ平面（水平面）と平行になるように配置し、検査を開始する。

次に、ステップＳ００１で、校正用試験体１の上部へ探触子３を移動し、ステップＳ００２で、校正用試験体１の表面からの反射波が最大値を示すように回転ステージ５を調整する。

そして、ステップＳ００３で、板厚、周波数、密度を入力値として計算した被検体中の板波の位相速度から導いた板波発生入射角θ_ＷだけＸＺ面内で回転ステージ５回転させる（入射角をθ_Ｗとする）。

次に、ステップＳ００４で校正試験体１の反射源に対して、少なくとも一軸方向に探触子３から超音波を送受信させて走査し、ステップＳ００５で反射源までの伝播時間と反射強度を求め、ステップＳ００６で伝搬時間を実欠陥位置へ変換するための補正データを作成する。そして、ステップＳ００７で伝搬時間と反射源からの反射波の強度を補正するための補正データを作成する。

続いて、ステップＳ００８で、被検体１０の上部の検査開始位置へ探触子３を移動し、ステップＳ００９で被検体１０の検査領域と並行に探触子３を走査し、被検体１０についての超音波の伝搬時間と反射波との関係を示す検査データを取得し、取得したデータに対して、上記校正用試験体１を使用して得られた超音波の伝搬時間と欠陥位置の関係及び超音波の伝搬時間と反射源強度（検出感度）の関係を用いて補正処理を行う。そして、ステップＳ０１０で、入力した走査範囲を完了したか否かを判定し、走査が完了していない場合、ステップＳ００９に戻り、再度探触子３を走査する。ステップＳ０１０で、入力した走査範囲を完了した場合、探傷結果をＰＣ８の表示部（ディスプレイ）に表示し、ステップＳ０１１にて検査を完了する。

好ましくは、ステップＳ０００で、Ｚ方向における校正用試験体１の表面と被検体１０の表面との位置関係が同じになるように配置する。Ｚ方向における位置関係が異なる場合には、ステップＳ０００で、Ｚ方向（水高さ）の差異を入力情報とし、水高さが同じとなるように探触子３を配置、走査すると良い。

ステップＳ００３において、回転ステージ５を回転させる際、例えば図１に示す状況において、Ｙ軸方向に板波を伝搬する際には、反時計回りにθ_Ｗだけ、−Ｙ方向に板波を伝搬する際には時計回りにθ_Ｗだけ回転すれば良い。また、水温変動がある場合には、温度計９から読み取った値を用いて水中音速を求め、波発生入射角θ_Ｗを求めてＸＺ面内で回転ステージ５を回転させると良い。回転ステージ５のθ_Ｗの角度については、反射源からの反射波強度により角度を微調整しても良い。

次に、図２に示したステップＳ００６、Ｓ００７における補正データの作成について、詳細に説明する。ここでは、図３に示すような、位置が予め定められた複数の反射源（ＦＨ１、ＦＨ２、ＦＨ３、ＦＨ４・・・）を備えた校正試験体１を用いた簡便な校正方法を例として説明する。

この校正試験体１用いて、水高さ一定にＸ軸方向に探触子３を走査すれば、図３、図４に示すように、距離Ｘ０だけ走査したところで、１つ目の反射源ＦＨ１からの反射信号が得られ、さらに距離Ｘ１だけ走査したところで２つ目の反射源ＦＨ２からの反射信号が得られる。さらに距離Ｘ２だけ走査したところで３つ目の反射源ＦＨ３からの反射信号が異なる路程で得られる。

これらの反射信号を用いた補正データの作成ステップとしては、ＹＷ（超音波発生点から校正試験体１までのＹ方向距離）＝ＷＨ（超音波発生点から校正試験体１までのＺ方向距離（水高さ））×ｔａｎθ_Ｗであるから、ＦＨ１までの距離ＹＴが分かっていれば、補正データを作成することができる。

つまり、図５に示した補正データのフローにおけるステップＳ１００で、補正データ作成開始し、ステップＳ１０１で、伝搬時間ＹＯＮ（Ｎ＝１、２、３、・・・）と実欠陥位置ＹＷ＋ＹＴ＋ＹＮ（Ｎ＝１、２、３、・・・）との関係（時間、距離）を求める。

具体的には、（ＹＯ１、ＹＷ＋ＹＴ）、（ＹＯ２、ＹＷ＋ＹＴ＋Ｙ１）、（ＹＯ３、ＹＷ＋ＹＴ＋Ｙ１＋Ｙ２）、・・・をグラフ上にプロットして、フィッティングし、伝搬時間と欠陥位置との関係を求めると良い。

次に、ステップＳ１０２において、伝搬時間ＹＯＮ（Ｎ＝１、２、３、・・・）と反射信号の高さ（波高値）ＯＩＮ（Ｎ＝１、２、３、・・・）との関係（伝搬時間、波高値）を求める。

具体的には、（ＹＯ１、ＩＯ１）、（ＹＯ２、ＩＯ２）、（ＹＯ３、ＩＯ３）、・・・をグラフ上にプロットして、フィッティングし、伝搬時間と波高値（検出感度）との関係を求めると良い。

次に、ステップＳ１０３において、ステップＳ１０２で求めた伝搬時間と検出感度との関係を、伝搬時間と信号増幅率との関係に変換する。

次に、ステップＳ１０４で、上記２つの関係（伝搬時間と欠陥位置との関係、伝搬時間と信号増幅率との関係）を用いて、被検体１０の検査後、欠陥検出データ表示時あるいは、データ収録後、データを補正し、終了する。

校正用試験体１に単一の反射源を形成しておき、板波伝搬方向と同方向に探触子３を走査し、上記２つの関係を求めることも可能である。しかし、ある反射源に対し、探触子３を板波伝搬方向と同じＹ軸方向に走査してこれらの関係を求める場合、例えば、検査領域内に曲がり部や段差があると、適用が困難である。また、検出感度の補正においても、ＸＹ平面における探触子３の向きが少しでも異なる場合、遠方で大きくずれることとなる。

したがって、校正用試験体１には、複数の反射源を形成する必要がある。

探触子３に最も近い反射源ＦＨ１の距離（ＹＷ＋ＹＴ）は、検査したい領域の開始位置かその手前が好適である。ＹＴの距離としては、校正用試験体１の板厚をＺＴとして、ＹＴ≧ＺＴ×ｔａｎ７０°×２が良い。例えば、ＺＴ＝３ｍｍの場合、ＹＴ≧１６．４となる。これは、７０度入射成分の裏面表面で１回ずつ、２回以上反射することを想定したものであり、このような距離をとることで、多重反射と板波を両方効率よく使って検査することが可能になる。

また、他の一つの反射源ＦＨ３は、好ましくは検査したい領域の最終位置かそれ以遠が好適である。ＦＨ１とＦＨ３との中間に位置するＦＨ２や、ＦＨ３以遠に位置するＦＨ４は、より補正を高精度化したい場合に有効であり、Ｘ軸方向に適切な距離ＸＮをとって配置すると良い。

また、図６、図７に示すような、平面部１３a、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、溶接部（段差部）１２、Ｒ部１６を有する角柱形状をした薄板金属構造物１４について、平面部１３ａ〜１３ｄ、１５ａ〜１５ｄのみならず、Ｒ部１６、溶接部（段差部）１２を検査する場合を説明する。

溶接部１２は、板厚Ａｍｍの第１の角柱部１４ａと、第１の角柱部１４ｂより板厚が小である第２の角柱部（板厚Ｂｍｍ）とを互いに接続する部分であって、この接続部１２の外側表面は、第１の角柱部１４ａから第２の角柱部１４ｂに向かって傾斜する形状となっており、板厚が傾斜状に減少する形状である。上述したように、Ｓ波、Ａ波の各種モードは、板厚によって音速が異なる分散性を有する。板厚が傾斜状に変化する場合は、音速の計算が困難である。

このため、被検体１０の一部（Ｒ部と溶接部とを含む）と同様な形状、同様な材質の校正用試験体１（薄板金属構造物１４）の溶接部１２の所定の位置に反射源ＦＨａ、ＦＨｂ、ＦＨｃを形成し、Ｒ部１６の所定の位置に反射源ＦＨ１、ＦＨ２、ＦＨ３を形成する。

溶接部１２においては、反射源ＦＨａ、ＦＨｃを溶接部１２の両側（傾斜部の始点付近の平坦部と終点付近の平坦部）に形成し、反射源ＦＨｂをＦＨａとＦＨｃとの中間位置に形成する。また、Ｒ部１６においては、ＦＨ２をＲ部の中央部に形成し、ＦＨ１、ＦＨ３は、ＦＨ２の両側に形成する。図示した例では、ＦＨａ〜ＦＨｃ、ＦＨ１〜ＦＨ３は貫通穴である。

段差部１２については、図８に示すように、段差部１２をまたぐように形成した反射源ＦＨａとＦＨｃは、形成された位置の板厚が互いに異なるので、ＦＨａ→ＦＨｂ→ＦＨｃと、ＦＨｃ→ＦＨｂ→ＦＨａとの２つの順序で走査し、検査を実施するため、二方向から補正データを作成することが好ましい。

図９は、Ｒ部（曲面部）１６、溶接部（段差部）１２における探触子３の走査方向の一例を示す図である。

図９の丸１、丸２は、溶接部１２に対する校正用試験体１の周方向の走査線を示し、丸３、丸４は、溶接部１２に対する校正用試験体１の軸方向の走査線を示す。そして、丸５、丸６は、Ｒ部１６に対する校正用試験体１の軸方向の走査線を示す。

図９に示すようにして探触子３を走査することによって、位置精度、感度が十分良い水浸板波検査を実施することが可能となる。

図１０は、伝搬距離と波高値の関係を表したグラフであり、縦軸は波高値（％）、横軸はＹ方向の距離を示す。図１０において、超音波の入射点近傍では、多重反射などの影響が強くあらわれ、振幅が大きく変動するのに対し、複数回反射したと考えられる距離ＹＲ以遠においては板波成分が主となり、漏洩減衰と伝搬する方向と直交する方向に波が広がる拡散減衰の二つの要因でなだらかに減衰していく。

超音波の入射点近傍では比較的検出感度が高いため、欠陥の有無を判別するに当たっては、検出感度が問題になることはあまりない。入射点近傍の感度補正を精度よく実施したい場合は、校正試験体１に多数の反射源を設ければ良いことは自明である。

検出感度が低下する遠方も検査領域として用いる場合、感度補正を実施する必要がある。この時、十分遠方の板波領域における減衰定数を求め、その逆数を感度補正値として用いると良い。

図１１は、Ｙ方向距離と感度補正値との関係を示すグラフであり、縦軸は感度補正値（％）、横軸はＹ方向の距離を示す。図１１において、ＹＲ以遠では、指数関数的な補正係数となり、遠方において感度補正した場合、ノイズが増幅されるケースがある。

このため、遠方も検出領域とし、感度補正する場合は、図３に示す探傷子３のＸ軸方向の初期位置において、図２に示したステップＳ００４の動作にバックグラウンドデータ（被検体に欠陥が無い場合に得られるデータ）を収録するステップＳ００４Ａを追加する。そして、図２のステップＳ００９とステップＳ０１０との間に図１２に示すステップＳ２００〜Ｓ２０４を加入する。

つまり、ステップＳ２００で、検査において収録したデータに感度補正を開始し、ステップＳ２０１で伝搬時間と信号増幅率との関係を用いて収録データを補正する。そして、ステップＳ２０２で校正用試験体１のバックグラウンドデータを伝搬時間と信号増幅率との関係を用いて補正し、ステップＳ２０３で補正後の収録データと補正後のバックグラウンドデータとの差分をとる。差分をとって、大きな差を生じている部分に欠陥が存在すると判断することができる。ステップＳ２０４でＰＣ８のディスプレイに上記差分結果を表示する。そして、図２のステップＳ０１０に進む。

このように、校正用試験体１のバックウランドデータを収録しておけば、被検体１０の遠方を検出領域とする場合にも、検出感度を向上することができる。

以上のように、本発明によれば、被検体１０と同様な形状、同様な材質を有する校正用試験体１を用いて、Ｒ部（曲面部）や段差部における超音波の上記探触子から欠陥位置までの伝搬時間と欠陥位置の関係及び超音波の上記伝搬時間と検出感度の関係を算出し、算出した上記関係を用いて、被検体１０を検査して得られたデータを補正するように構成したので、Ｒ部や段差部を有する被検体であっても、長距離検査が可能であり、かつ、検出感度向上が可能な板波検査を実行する水浸板波検査方法および装置を実現することができる。

本発明は、板波検査であり、板厚が薄い、例えば５ｍｍ以下の被検体に適用することが好ましい。

また、校正用試験体１は、被検体１０と同形状、同材質が好ましいが、寸法は被検体１０より小さく、Ｒ部、溶接部を含む一部とすることができる。

１・・・校正用試験体、２・・・水槽、３・・・探傷子、４・・・探傷装置、５・・・回転ステージ、６・・・ＸＹＺステージ、７・・・ステージ制御装置、８・・・パーソナルコンピュータ（演算制御部）、９・・・温度計、１０・・・被検体、１１ａ、１１ｂ・・・被検体用治具、１２・・・溶接部（段差部）、１３ａ〜１３ｄ、１５ａ〜１５ｄ・・・平板部、１４・・・薄板金属構造物、１４ａ・・・第１の角柱部、１４ｂ・・・第２の角柱部、１６・・・Ｒ部（曲面部）

Claims (10)

1. 被検体の一部と同形状及び同材質であり、予め定めた位置に反射源が形成された液体中の校正用試験体を、探触子により超音波を送受信させて走査し、
   上記校正用試験体についての、上記探触子から上記反射源までの超音波の伝搬時間と上記反射源の位置との関係と、上記超音波の伝搬時間と反射強度との関係を算出し、超音波の伝搬時間を欠陥位置へ変換するための第１の補正データと、超音波の伝搬時間と欠陥位置からの反射強度を補正するための第２の補正データとを算出し、
   上記探触子から超音波を送受信させて液体中の被検体を走査し、この被検体についての上記探触子からの超音波の伝搬時間と反射強度との関係を示す被検体データを算出し、
   上記被検体データを、上記第１の補正データ及び上記第２の補正データを用いて補正することを特徴とする板波探傷検査方法。
2. 請求項１に記載の板波探傷検査方法において、
   上記校正用試験体には、超音波の伝搬方向に対して位置関係が互いに異なる２以上の反射源が形成されていることを特徴とする板波探傷検査方法。
3. 請求項２に記載の板波探傷検査方法において、
   上記校正用試験体は曲面部を有し、この曲面部を間にして反射源が複数形成されていることを特徴とする板波探傷検査方法。
4. 請求項２に記載の板波探傷検査方法において、
   上記校正用試験体は段差部を有し、この段差部を間にして反射源が複数形成されていることを特徴とする板波探傷検査方法。
5. 請求項１に記載の板波探傷検査方法において、
   上記第１の補正データと第２の補正データとを算出するとともに、上記校正用試験体の上記発生源が形成されていない部分の上記探触子からの位置と上記超音波の反射強度との関係を示すバックグランドデータを取得し、
   上記被検体データを上記第１の補正データ及び上記第２の補正データを用いて補正した後に、上記第２の補正データを用いて上記バックグラウンドデータの反射強度補正し、上記補正された被検体データと、上記反射強度補正されたバックグラウンドデータとの差分を算出し、上記被検体の欠陥の有無を判断することを特徴とする板波探傷検査方法。
6. 被検体と、この被検体の一部と同形状及び同材質であり、予め定めた位置に反射源が形成された校正用試験体を液体中に支持する液体収容槽と、
   超音波を送受信する探触子と、
   上記探触子に電圧を与えて駆動する探傷子駆動部と、
   上記探触子を支持する支持ステージと、
   上記支持ステージを移動させて上記探触子を、回転移動、水平移動及び垂直移動させるステージ制御部と、
   上記探傷子駆動部及び上記ステージ制御部の動作を制御し、上記校正用試験体を、探触子により超音波を送受信させて走査させ、上記校正用試験体についての、上記探触子から上記反射源までの超音波の伝搬時間と上記反射源の位置との関係と、上記超音波の伝搬時間と反射強度との関係とを算出し、超音波の伝搬時間を欠陥位置へ変換するための第１の補正データと、超音波の伝搬時間と欠陥位置からの反射強度を補正するための第２の補正データとを算出し、上記探触子から超音波を送受信させて液体中の被検体を走査し、この被検体についての上記探触子からの超音波の伝搬時間と反射強度との関係を示す被検体データを算出し、上記被検体データを、上記第１の補正データ及び上記第２の補正データを用いて補正する演算制御部と、
   を備えることを特徴とする板波探傷検査装置。
7. 請求項６に記載の板波探傷検査装置において、
   上記校正用試験体には、超音波の伝搬方向に対して位置関係が互いに異なる２以上の反射源が形成されていることを特徴とする板波探傷検査装置。
8. 請求項７に記載の板波探傷検査装置において、
   上記校正用試験体は曲面部を有し、この曲面部を間にして反射源が複数形成されていることを特徴とする板波探傷検査装置。
9. 請求項７に記載の板波探傷検査装置において、
   上記校正用試験体は段差部を有し、この段差部を間にして反射源が複数形成されていることを特徴とする板波探傷検査装置。
10. 請求項６に記載の板波探傷検査装置において、
    上記演算制御部は、
    上記第１の補正データと第２の補正データとを算出するとともに、上記校正用試験体の上記発生源が形成されていない部分の上記探触子からの位置と上記超音波の反射強度との関係を示すバックグランドデータを取得し、
    上記被検体データを上記第１の補正データ及び上記第２の補正データを用いて補正した後に、上記第２の補正データを用いて上記バックグラウンドデータの反射強度補正し、上記補正された被検体データと、上記反射強度補正されたバックグラウンドデータとの差分を算出し、上記被検体の欠陥の有無を判断することを特徴とする板波探傷検査装置。

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