JPH0161181B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、金属、非金属材料の欠陥の探傷を超
音波により行う超音波探傷方法および装置に関す
るものである。

〔発明の技術的背景〕

構造物に内部欠陥があると、その欠陥部分に過
大な荷重が作用した場合、欠陥部分が大きく成長
して構造物の破損など重大事故の原因となる。従
つて、内部欠陥の探傷を行つて事前にこれの発見
に務める。内部欠陥探傷においては欠陥の形状及
び寸法の測定は重要な項目である。

従来、構造物の内部欠陥探傷には、超音波ビー
ムを欠陥部に入射させ、欠陥部での反射エコーを
受波するために、送信用斜角探触子を手動走査さ
せながら、受信用斜角探触子を手動走査させ、欠
陥部からの反射エコーを高感度で検出し、前記両
探触子の相対位置から欠陥の傾き角を推定する方
法がとられており、かなりの時間が費やされてい
た。

さらに、従来の方法では、使用する斜角探触子
の超音波ビーム入射角が任意に選定し得ないた
め、被検体の形状によつては、欠陥の傾き角に応
じた適正な入射角と探触子位置を選定できなかつ
たため、推定精度も十分ではなかつた。

また、特開昭57−6377号公報には、配列型トラ
ンスジユーサ（探触子）の各エレメント振動子
（超音波振動子）から発生するパルス超音波の発
生タイミングを調整することによつて特定の方
向・場所に超音波を集中的に放射し、かつ各エレ
メント振動子の受信信号の位相を整合して加算す
ることによつて上記特定の方向・場所から到来す
る超音波のみを感度良く受信する超音波探査装置
が開示されている。この超音波探査装置によれ
ば、配列型トランスジユーサを固定した状態で探
査対象物の位置、形状、寸法等の測定を行なうこ
とが可能であるが、探査対象物が構造物等の内部
の欠陥部である場合にはその欠陥部の傾き角の検
出を精度良く行なうことはできない。

更に、欠陥部での反射波を探触子によつて受波
する場合には欠陥部と受信走査方向とが垂直にな
つたときに受波レベルが最大となることを利用
し、上述した特開昭57−6377号公報に開示された
技術で欠陥部の走査を行ない、その受波レベルが
最大となる走査方向から欠陥部の傾き角を推定す
ることが考えられる。しかしこの方法であると、
送波方向と受波方向と同一としているために欠陥
部での反射の状況を単一条件でしか検出できず、
反射波の検出精度が低く、高精度に欠陥部の傾き
角が推定できない。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情を考慮してなされたも
のであり、その目的とするところは、欠陥部での
反射波を高精度に検出することにより高精度に欠
陥部の傾き角の推定を行なうことができる超音波
探傷方法および装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

すなわち、本発明は上記目的を達成するため、
超音波探傷において、電子走査用アレイ型探触子
を送受信用探触子として使用し、例えば探触子を
被検体表面上で任意に移動させて、あるいは定位
置で扇形走査を行なうことにより欠陥部を検知し
たのち、この検知した欠陥部に向けて前記探触子
から平行な超音波ビームを偏向させて入射し、欠
陥からの反射波を扇形走査させて受信し、その受
信レベルが最大のところを検出することにより、
欠陥部の傾き角を推定するようにする。

即ち、本発明は、アレイ型探触子を送受信用探
触子として用い、このアレイ型探触子の励振を制
御して電子走査法により内部欠陥に超音波平行ビ
ームを入射し、これにより前記内部欠陥から反射
される反射波は、欠陥の傾きの法線に対して入射
角と等しい反射角で法線の反対側に強く反射され
るが、一部の反射波成分は欠陥面で種々の方向に
散乱する点に着目し、反射波として入射波と同一
の経路を通過するものに注目している。即ち、内
部欠陥に対し平行ビームを送信し、受信は扇形走
査により行つて前記一部反射波の受波方向を電子
走査法により扇形走査させて受信して各超音波振
動子の加算波形の最高感度となる時、すなわち受
波レベルが最大となるときの前記扇形走査の走査
方向より内部欠陥の傾き角の推定を行なうように
する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照し
ながら説明する。

本発明は電子スキヤン（電子走査）方式の超音
波装置を用い、探傷を行うものである。ここで電
子走査方式とは複数の超音波振動子を並列に配設
した超音波探触子を用い、リニア電子スキヤン・
モードであれば前記超音波振動子を複数素子で１
単位としてこの１単位の超音波振動子について励
振を行い、超音波発振を行う。

そして、例えば順次１振動子分ずつピツチをず
らして励振してゆくことにより、超音波ビームの
発振位置を電子的にずらしてゆくものである。

そして、超音波ビームがビームとして収束する
ように励振される超音波振動子はビームの中心側
に位置するものと側方に位置するものでは励振の
タイミングをずらし、これによつて生ずる超音波
振動子の各発生超音波の位相差を利用して放射さ
れる超音波を集束させる。（これを電子フオーカ
スと云う）。

また、セクタ電子スキヤン（扇形走査）・モー
ドであれば励振させる１単位の超音波振動子群に
対し、超音波ビームの放射方向が超音波ビーム１
パルス分毎に順次扇状に変るように各振動子の励
振タイミングを方向に応じて変化させてゆく。

このような電子走査方式の超音波装置は励振さ
せた超音波振動子にて超音波エコーを捕え、これ
を電気信号に変換して超音波像を得る。

本発明の一実施例を第１図に示す。第１図は本
発明による電子走査型超音波探傷装置の構成を示
すブロツク図であり、図中１は超音波を送受する
超音波振動子を複数個並設した構成の送受波用ア
レイ型探触子１であり、この送受波用アレイ型探
触子１の各超音波振動子は超音波励振用の超音波
発信器群２と超音波の反射波を受信出力をそれぞ
れ増幅する超音波受信器群３に電気的に結合され
ている。ここで、超音波発信器群２を構成する超
音波発信器および超音波受信器群３を構成する超
音波受信器は、それぞれ送・受波用アレイ探触子
内の超音波振動子数に対応した数だけ用意されて
いる。

前記超音波発信器群２と超音波受信器群３は、
時々刻々変える超音波送受信用の超音波振動子群
の選定と各超音波振動子への超音波発信時間タイ
ミングおよび超音波受信時間タイミングを制御
し、超音波のビーム方向を決定する遅延時間制御
器４に結合されている。とくに、受信時において
は、前記遅延時間制御器４の信号に応じて、各超
音波振動子からの受信号超音波波形を遅延し、各
超音波振動子が検出する同一方向、同一の深さ位
置からの信号を加算できるようにして扇形走査に
よる受信をできるようにしたことおよびこの加算
した波形を記憶することを可能とした遅延加算器
５により、加算超音波波形を得ることを可能とし
ている。

さらに、扇形走査させて得られた波形の中で、
最大レベルの加算波形を検出して取り出し、検波
増幅器６で検波および増幅させたのち画像表示装
置例えばブラウン管７に加算波形を表示させると
ともに、検波増幅器６で所定の超音波ビーム路程
範囲にゲートを付して従来同様の使用法をも可能
にしている。

また、８は信号処理器であり、この信号処理器
８は、超音波の音速、遅延時間から欠陥の傾き角
を演算し、それらの結果を表示器９に表示するこ
とを可能としている。尚、Ａは被検体、TGは欠
陥部である。

次に、本発明の作用例を第２図を参照して説明
する。第２図において、本発明の装置によれば、
遅延時間制御器４により駆動させるべき一群の超
音波振動子の各々の動作タイミングを電子走査の
モードに応じて制御し、これによつて超音波発信
器群２の各発信器及び超音波受信群３の各受信器
を制御して各超音波振動子の送受信タイミングを
制御することにより、超音波送信方向を任意に電
子走査させることを可能としているため、探触子
１を被検体面上で任意に移動させて、欠陥部TG
を検知したのち、欠陥部TGに対して超音波ビー
ムを任意の角度で送波することができる。また、
受波時には各超音波振動子の受信信号をそれぞれ
送波時と異なる適宜な遅延時間を与えて遅延させ
同一方向・同一深さから得た受信信号が同一タイ
ミングで得られるようにしてこれを加算すること
により送波時のビーム方向と異なる方向にビーム
を電子走査したことと同様な効果が得られ、送受
の走査モードをそれぞれ異なるものとすることが
できる。

従つて本装置ではある傾きをもつた欠陥部TG
に対して、探触子１の各振動子から超音波の平行
ビームUBtを欠陥部TGに入射させ、欠陥部TG
からの平行ビームの反射波を受信時に扇形走査
Ssさせて受信する。即ち、遅延加算器５にて各
振動子の出力する各受信出力をそれぞれ各振動子
位置に対応して遅延させて同一深さからの信号が
加算できるようにして加算し、これにより１つの
波形にすることによつて、検波増幅器６で最適加
算波形を検波、増幅して、ブラウン管７に表示さ
せる。

ブラウン管７上において、前記扇形走査により
欠陥から受信した超音波ビームの加算波形のレベ
ルが最大となるようにしたときの遅延時間は、欠
陥部TGからの受波面に垂直になるように扇形走
査して受信したときの遅延時間と一致しており、
従つて欠陥の像または欠陥からの超音波反射波の
信号レベルの最大レベルを検出してそのときの前
記遅延時間のデータと超音波の音速データを信号
処理器８に与えて、この信号処理器８に第１式を
演算させ、その演算値から欠陥部TGの傾き角α
を得て表示器９に表示させる。

本発明によれば、このときの欠陥の傾き角α
は、第３図に基づいて考察すると次式で与えられ
る。

α＝cos^-1ｃ・Δt／ａ ……(1) ここで、αは欠陥TGの傾き角、ａは受波した
任意の振動子間の距離、ｃは被検体Ａ中の超音波
の音速、Δtは上記扇形走査によつて求められた
加算波形のレベルが最大となる時の反射エコーの
前記任意の振動子間における到達時間差即ち前記
遅延時間である。

尚、第３図中UEは欠陥TGからの反射エコー
であり、UBFは欠陥TGからの反射エコーの反射
波面である。

以上により本装置は探触子を被検体表面に接触
させるだけで欠陥部TGの傾き角を高精度且つ短
時間に推定表示できる。

尚、本発明の装置では、探触子１を任意の位置
に固定して探傷することより、欠陥部TGの傾き
角が推定可能であるため、被検体表面の形状の変
化にも十分対応可能となつている。

ところで、上記した本発明の実施例では、被検
体Ａ上の任意の位置から探触子１を用いて欠陥部
TGの傾き角を推定しているが、第４図に矢印
Ｂ，Ｃで示すように、被検体Ａの表面上で探触子
１を種々の方向に移動させて、前記同様の手法に
より、加算波形のレベルが最大となるところを見
つけて、欠陥部TGの傾き角を推定することも可
能である。

さらに、本発明の実施例では、欠陥部TGに対
して平行ビームUBtで送波し、欠陥部TGから反
射される平行ビームを受信側で扇形走査すること
により受信し、欠陥部TGの傾き角を推定してい
るが、第５図に示すように送信波UBを欠陥部
TGの任意の位置Ｐにフオーカスさせ、欠陥部
TGからの反射波UWを受信側で扇形走査するこ
とより、遅延時間、音速等から欠陥部TGの傾き
角を推定することも可能である。

また、超音波振動子を送信・受信用の２つに分
割して、前記同様の手法を用いて欠陥部TGの傾
き角を推定することも可能である。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば複数の超音
波振動子を並設した電子走査法による超音波ビー
ム送受用の探触子と、この探触子の各超音波振動
子の動作タイミングを遅延制御して超音波平行ビ
ームを被検体内の欠陥部に向けて送波させると共
に受波は各超音波振動子の受信出力を各々遅延さ
せて加算させることにより扇形電子走査により行
わせる制御手段と、受波した超音波の検出出力の
うち被検体内部欠陥部からの検出出力が最大レベ
ルとなる時の前記探触子における予め定めた二点
の超音波振動子の前記受波時の遅延時間差データ
をもとに扇形電子走査による受波時の前記最大レ
ベルとなる電子走査方向を求める手段と、この求
めた電子走査方向を表示する表示手段とより構成
し、被検体内の欠陥部に超音波平行ビームを入射
させた際、前記欠陥部からの反射波は欠陥の傾き
法線に対して入射角と等しく法線の反対側に強く
反射されるが、一部の反射波成分は欠陥面で種々
の方向に散乱すると云う点に着目し、電子走査法
により扇形走査して欠陥部からの反射波として最
大のレベルとなる走査方向の角度より欠陥部の傾
きを知ることができることを利用して前記制御手
段により被検体中の欠陥に対して、任意の位置に
おける接触子から平行ビームを送波し、さらに受
波を扇形走査させて、欠陥の傾き角に応じた最大
検出感度を得ることができるようにし、またこの
ときの傾き角を前記遅延時間のデータより算出表
示するようにしたので欠陥部での超音波の反射状
況を正確にとらえることができ、これにより欠陥
部の傾き角を高精度に推定することが可能な超音
波探傷方法および装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の構成図を示すブロツク
図、第２図は本発明の方法の作用を説明するため
の図、第３図は本発明の装置によつて欠陥の傾き
角を演算できることを説明するための図、第４
図・第５図は本発明の変形例を説明するための図
である。 １……アレイ型探触子、２……超音波発信器
群、３……超音波受信器群、４……遅延時間制御
器、５……遅延加算器、６……検波増幅器、７…
…ブラウン管、８……信号処理器、９……表示
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の超音波振動子を並設した電子走査法に
   よる超音波送受用の探触子を用い、この探触子に
   より被検体内の欠陥部に向けて超音波平行ビーム
   を送波するとともに前記欠陥部からの反射波を扇
   形の電子走査により受波し、この受波した反射波
   の受信信号が最大レベルとなる走査方向より前記
   欠陥部の傾き角を推定することを特徴とする超音
   波探傷方法。 ２ 送波超音波は欠陥部の任意の特定位置でフオ
   ーカスさせることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の超音波探傷方法。 ３ 複数の超音波振動子を並設した電子走査法に
   よる超音波ビーム送受用の探触子と、この探触子
   の各超音波振動子の動作タイミングを遅延制御し
   て超音波平行ビームを被検体内の欠陥部に向けて
   送波させると共に受波は各超音波振動子の受信出
   力を各々遅延させて加算させることにより扇形電
   子走査により行なわせる制御手段と、受波した超
   音波の検出出力のうち被検体内部欠陥部からの検
   出出力が最大レベルとなる時の前記探触子におけ
   る予め定めた二点の超音波振動子の前記受波時の
   遅延時間差データをもとに扇形電子走査による受
   波時の前記最大レベルとなる電子走査方向を求
   め、この求められた電子走査方向から被検体内部
   の欠陥部の傾き角を推定する手段と、この推定し
   た傾き角を表示する表示手段とを備えたことを特
   徴とする超音波探傷装置。