JPH04221758A - ボルト用超音波検査装置とボルト用超音波検査プローブの運転方法 - Google Patents
ボルト用超音波検査装置とボルト用超音波検査プローブの運転方法Info
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- JPH04221758A JPH04221758A JP3074714A JP7471491A JPH04221758A JP H04221758 A JPH04221758 A JP H04221758A JP 3074714 A JP3074714 A JP 3074714A JP 7471491 A JP7471491 A JP 7471491A JP H04221758 A JPH04221758 A JP H04221758A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、パルス・エコー法に
基づきボルトを超音波検査するための超音波検査プロー
ブとその運転方法とに関する。
基づきボルトを超音波検査するための超音波検査プロー
ブとその運転方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】ボルト結合部の強度及び信頼性をチェッ
クする際に、組み込まれた状態でボルトの非破壊材料検
査を実施することが多くの場合必要となる。これは例え
ば原子力設備において、定期的に安全上重要な設備部分
の固定ボルトを検査しなければならないような場合であ
る。この種のボルトは例えば原子炉の炉圧力容器の中で
炉心構造物を炉心バッフル内に取り付けている炉心バッ
フルボルトである。これらのボルトは水中に置かれ特に
応力腐食割れの危険にさらされる。
クする際に、組み込まれた状態でボルトの非破壊材料検
査を実施することが多くの場合必要となる。これは例え
ば原子力設備において、定期的に安全上重要な設備部分
の固定ボルトを検査しなければならないような場合であ
る。この種のボルトは例えば原子炉の炉圧力容器の中で
炉心構造物を炉心バッフル内に取り付けている炉心バッ
フルボルトである。これらのボルトは水中に置かれ特に
応力腐食割れの危険にさらされる。
【０００３】これらのボルトの検査のために一般にパル
ス・エコー法に従って働く超音波検査法が用いられる。 このために超音波変換器を備えた超音波検査プローブが
ボルトの頭部上に載せられＡモード画像を撮影される。 公知の検査プローブは送信器兼受信器として運転される
単一の超音波変換器、又は一方が送信器としてだけ用い
られ他方が受信器としてだけ用いられる二つの超音波変
換器を備える。これらの公知の検査プローブはただ一つ
の検査目的、例えばボルト軸線に直角にかつボルト軸部
の範囲に延びる亀裂面の形の欠陥の検出しか対象として
いない。ボルトの他の範囲の欠陥又はボルト軸線に対し
別の方向を向いた欠陥は、この種の検査プローブによれ
ば十分には検出できない。従ってすべての欠陥を確実に
立証できるために、複数の種々の検査プローブの使用が
必要となる。その場合には所要時間が大きくなり、従っ
て原子力設備内での作業員の放射線被爆が相応に大きく
なる。
ス・エコー法に従って働く超音波検査法が用いられる。 このために超音波変換器を備えた超音波検査プローブが
ボルトの頭部上に載せられＡモード画像を撮影される。 公知の検査プローブは送信器兼受信器として運転される
単一の超音波変換器、又は一方が送信器としてだけ用い
られ他方が受信器としてだけ用いられる二つの超音波変
換器を備える。これらの公知の検査プローブはただ一つ
の検査目的、例えばボルト軸線に直角にかつボルト軸部
の範囲に延びる亀裂面の形の欠陥の検出しか対象として
いない。ボルトの他の範囲の欠陥又はボルト軸線に対し
別の方向を向いた欠陥は、この種の検査プローブによれ
ば十分には検出できない。従ってすべての欠陥を確実に
立証できるために、複数の種々の検査プローブの使用が
必要となる。その場合には所要時間が大きくなり、従っ
て原子力設備内での作業員の放射線被爆が相応に大きく
なる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、こ
れらの欠点がほぼ避けられるような超音波検査プローブ
を提供することにある。更にボルト内の欠陥の位置及び
構造のできるだけ正確な解析を可能にするような、超音
波検査プローブのための運転方法を提案しようとするも
のである。
れらの欠点がほぼ避けられるような超音波検査プローブ
を提供することにある。更にボルト内の欠陥の位置及び
構造のできるだけ正確な解析を可能にするような、超音
波検査プローブのための運転方法を提案しようとするも
のである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】これらの課題はこの発明
に基づき請求項１又は１３に記載の特徴により解決され
る。すなわちこの発明に基づく超音波検査プローブは、
ａ）複数の超音波変換器を有する超音波変換器装置を備
え、 ｂ）超音波変換器が送信器としてもまた受信器としても
運転可能であり、 ｃ）超音波変換器がそれぞれ固体材料から成る結合体に
音響的に結合され、 ｄ）結合体が超音波変換器とはそれぞれ反対側に検査す
べきボルトの頭部の表面形状に適合する自由な結合面を
備え、 ｅ）超音波検査プローブをボルト頭部上で心出しする装
置が設けられていることを特徴とする。
に基づき請求項１又は１３に記載の特徴により解決され
る。すなわちこの発明に基づく超音波検査プローブは、
ａ）複数の超音波変換器を有する超音波変換器装置を備
え、 ｂ）超音波変換器が送信器としてもまた受信器としても
運転可能であり、 ｃ）超音波変換器がそれぞれ固体材料から成る結合体に
音響的に結合され、 ｄ）結合体が超音波変換器とはそれぞれ反対側に検査す
べきボルトの頭部の表面形状に適合する自由な結合面を
備え、 ｅ）超音波検査プローブをボルト頭部上で心出しする装
置が設けられていることを特徴とする。
【０００６】
【作用効果】この発明に基づき結合面をボルト頭部の表
面形状に適合させることにより及びボルト頭部の心出し
装置により、反射が少なくかつ測定条件に関して再現可
能なボルトへの超音波の入力が可能となる。
面形状に適合させることにより及びボルト頭部の心出し
装置により、反射が少なくかつ測定条件に関して再現可
能なボルトへの超音波の入力が可能となる。
【０００７】超音波検査プローブ中には複数の超音波変
換器を備える超音波変換器装置が設けられ、これらの超
音波変換器は送信器としてもまた受信器としても運転可
能であり、そのほかに超音波検査プローブを交換する必
要がなく種々の検査目的を達成することができる。二つ
の超音波変換器を備えたこの発明に基づく超音波検査プ
ローブの場合複数の運転モードが生じ、これらのモード
のうち構造の対称性に応じて複数のものが音響的にすな
わちエコー線図から導出可能な測定結果について等価と
なり得る。例えば、それぞれ一方の超音波変換器が送信
器として運転され他方の超音波変換器が受信器として運
転されるような二つの運転モードは音響的に等価である
。またそれぞれ一方の超音波変換器が送信器並びに受信
器として働くが他方の超音波変換器が働かないときには
、二つの別の運転モードが生じる。更に四つの運転状態
（送信器、受信器、送信器兼受信器としてそれぞれ働く
かまたは働かない）が二つの超音波変換器に割り当てら
れるときには、組み合わせの法則から生じる別の運転モ
ードを考えることができる。その場合には二つの超音波
変換器を備える超音波検査プローブに対しては測定技術
的に有利な三つの運転モードが生じ、これらのモードは
それにより遂行可能な検査目的について明らかに区別さ
れる。すなわち一方の超音波変換器が送信器として運転
され他方の超音波変換器が受信器として運転されるよう
な第１の運転モードは、主としてボルト軸部中の及びボ
ルト底近傍の欠陥の立証のために適しており、またそれ
ぞれただ一つの超音波変換器が働くような他の二つの運
転モードは、主としてボルト頭部とボルト軸部との移行
域中の欠陥の検出に適している。
換器を備える超音波変換器装置が設けられ、これらの超
音波変換器は送信器としてもまた受信器としても運転可
能であり、そのほかに超音波検査プローブを交換する必
要がなく種々の検査目的を達成することができる。二つ
の超音波変換器を備えたこの発明に基づく超音波検査プ
ローブの場合複数の運転モードが生じ、これらのモード
のうち構造の対称性に応じて複数のものが音響的にすな
わちエコー線図から導出可能な測定結果について等価と
なり得る。例えば、それぞれ一方の超音波変換器が送信
器として運転され他方の超音波変換器が受信器として運
転されるような二つの運転モードは音響的に等価である
。またそれぞれ一方の超音波変換器が送信器並びに受信
器として働くが他方の超音波変換器が働かないときには
、二つの別の運転モードが生じる。更に四つの運転状態
（送信器、受信器、送信器兼受信器としてそれぞれ働く
かまたは働かない）が二つの超音波変換器に割り当てら
れるときには、組み合わせの法則から生じる別の運転モ
ードを考えることができる。その場合には二つの超音波
変換器を備える超音波検査プローブに対しては測定技術
的に有利な三つの運転モードが生じ、これらのモードは
それにより遂行可能な検査目的について明らかに区別さ
れる。すなわち一方の超音波変換器が送信器として運転
され他方の超音波変換器が受信器として運転されるよう
な第１の運転モードは、主としてボルト軸部中の及びボ
ルト底近傍の欠陥の立証のために適しており、またそれ
ぞれただ一つの超音波変換器が働くような他の二つの運
転モードは、主としてボルト頭部とボルト軸部との移行
域中の欠陥の検出に適している。
【０００８】有利な実施態様では、超音波変換器は直接
のクロストークを抑制する音響的分離層によりそれぞれ
相互に分離されている。
のクロストークを抑制する音響的分離層によりそれぞれ
相互に分離されている。
【０００９】結合体はプラスチック特にポリメタクリル
酸メチルＰＭＭＡから成るのが有利であり、結合体の超
音波変換器と反対側の自由な結合面はボルト頭部の表面
形状に適合する。
酸メチルＰＭＭＡから成るのが有利であり、結合体の超
音波変換器と反対側の自由な結合面はボルト頭部の表面
形状に適合する。
【００１０】超音波変換器は対称軸線を有するケース中
に配置され、このケースはその開口の範囲に超音波検査
プローブをボルト頭部上で心出しする装置を備える。す
りわり付きボルトの検査のための超音波検査プローブの
場合にはケースが設けられ、このケースはボルト頭部上
に挿着でき、その開口の範囲にすりわりに対し所定の位
置のときだけ挿着を可能にする案内装置を備える。特に
すりわりに挿入された回り止めピンにより回り止めされ
ているすりわり付きボルトに対しては、超音波検査プロ
ーブのケースが開口の範囲に相向かい合う空所を備える
。超音波変換器は対称軸線を含む対称面に対し鏡面対称
に配置されるのが有利であり、その際この対称軸線が頭
部上へ挿着後に少なくともほぼすりわりの中心面と一致
するように、案内装置により固定される。
に配置され、このケースはその開口の範囲に超音波検査
プローブをボルト頭部上で心出しする装置を備える。す
りわり付きボルトの検査のための超音波検査プローブの
場合にはケースが設けられ、このケースはボルト頭部上
に挿着でき、その開口の範囲にすりわりに対し所定の位
置のときだけ挿着を可能にする案内装置を備える。特に
すりわりに挿入された回り止めピンにより回り止めされ
ているすりわり付きボルトに対しては、超音波検査プロ
ーブのケースが開口の範囲に相向かい合う空所を備える
。超音波変換器は対称軸線を含む対称面に対し鏡面対称
に配置されるのが有利であり、その際この対称軸線が頭
部上へ挿着後に少なくともほぼすりわりの中心面と一致
するように、案内装置により固定される。
【００１１】この発明に基づく超音波検査プローブの別
の有利な実施態様では、それぞれ一方の空所から反対側
の空所へ延びる対称面上に音響的分離層が設けられ、そ
の幅はほぼすりわりの幅に等しい。
の有利な実施態様では、それぞれ一方の空所から反対側
の空所へ延びる対称面上に音響的分離層が設けられ、そ
の幅はほぼすりわりの幅に等しい。
【００１２】超音波変換器は減衰体中に埋め込まれるの
が有利である。検査体への音波入射強度を高めるために
超音波変換器は整合層を備え、この整合層の音響インピ
ーダンスは結合体の音響インピーダンスと超音波変換器
の音響インピーダンスとの幾何平均に等しい。この整合
層はλ／４の厚さとするのが有利である。
が有利である。検査体への音波入射強度を高めるために
超音波変換器は整合層を備え、この整合層の音響インピ
ーダンスは結合体の音響インピーダンスと超音波変換器
の音響インピーダンスとの幾何平均に等しい。この整合
層はλ／４の厚さとするのが有利である。
【００１３】超音波検査プローブの特に有利な実施態様
では四つの超音波変換器が設けられ、これらの超音波変
換器が分離層により形成される面に対し鏡面対称に配置
されるのが有利である。この種の検査プローブによれば
比較的わずかな検査費用で、ボルト中に生じる欠陥を確
実に位置決めし特徴づけることができる。
では四つの超音波変換器が設けられ、これらの超音波変
換器が分離層により形成される面に対し鏡面対称に配置
されるのが有利である。この種の検査プローブによれば
比較的わずかな検査費用で、ボルト中に生じる欠陥を確
実に位置決めし特徴づけることができる。
【００１４】ボルト中の材料欠陥を位置決めし特徴づけ
るために、結合面をボルト頭部の表面上に載せて心出し
されたこの発明に基づく超音波検査プローブの場合には
複数の測定段階が用いられ、これらの段階ではそれぞれ
異なる超音波変換器が送信モード及び／又は受信モード
で運転される。超音波検査プローブの運転モードに応じ
て種々の検査の重点を設定することができる。これらの
検査の重点は種々の欠陥の形及び欠陥の箇所に関する。 ボルト頭部中の欠陥の場合には、超音波検査プローブの
変換器のうちのそれぞれ一つの変換器だけを送信器兼受
信器として運転するのが有利である。ボルト頭部とボル
ト軸部との間の移行域中の欠陥を特徴づけるためには、
一つの超音波変換器が送信器として運転され別の超音波
変換器が受信器として運転されるような運転モードが適
している。ねじ部中の又はボルト底近傍の欠陥の立証の
ためには、それぞれ一方の二つの超音波変換器が送信器
として運転され他方の二つの超音波変換器が受信器とし
て運転されるような運転モードが特に有利である。
るために、結合面をボルト頭部の表面上に載せて心出し
されたこの発明に基づく超音波検査プローブの場合には
複数の測定段階が用いられ、これらの段階ではそれぞれ
異なる超音波変換器が送信モード及び／又は受信モード
で運転される。超音波検査プローブの運転モードに応じ
て種々の検査の重点を設定することができる。これらの
検査の重点は種々の欠陥の形及び欠陥の箇所に関する。 ボルト頭部中の欠陥の場合には、超音波検査プローブの
変換器のうちのそれぞれ一つの変換器だけを送信器兼受
信器として運転するのが有利である。ボルト頭部とボル
ト軸部との間の移行域中の欠陥を特徴づけるためには、
一つの超音波変換器が送信器として運転され別の超音波
変換器が受信器として運転されるような運転モードが適
している。ねじ部中の又はボルト底近傍の欠陥の立証の
ためには、それぞれ一方の二つの超音波変換器が送信器
として運転され他方の二つの超音波変換器が受信器とし
て運転されるような運転モードが特に有利である。
【００１５】
【実施例】次にこの発明に基づく超音波検査プローブの
複数の実施例及び運転方法を示す図面により、この発明
を詳細に説明する。
複数の実施例及び運転方法を示す図面により、この発明
を詳細に説明する。
【００１６】図１に示すように超音波検査プローブは少
なくとも二つの超音波変換器２ａ、２ｂを備える。超音
波変換器は圧電性材料、例えば圧電性水晶望ましくは圧
電セラミックから成る。超音波変換器２ａ、２ｂは図示
されていない電極を備え、これらの電極にはリード線が
接触させられている。音波出射面３ａ、又は３ｂには超
音波変換器２ａ、２ｂがそれぞれ整合層４ａ又は４ｂを
備える。その際これらの整合層４ａ、４ｂの音響インピ
ーダンスは、圧電振動子材料の音響インピーダンスと結
合体６ａ、６ｂの音響インピーダンスとの幾何平均にほ
ぼ等しいのが有利である。整合層はほぼλ／４の厚さと
するのが有利である。結合体６ａ、６ｂは固体、望まし
くはプラスチック特にポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭ
Ａ）から成る。ＰＭＭＡから成る結合体６ａ、６ｂ及び
圧電振動子材料を備えた超音波変換器２ａ又は２ｂに対
しては、整合層４ａ、４ｂとしてガラス状材料が特に適
している。
なくとも二つの超音波変換器２ａ、２ｂを備える。超音
波変換器は圧電性材料、例えば圧電性水晶望ましくは圧
電セラミックから成る。超音波変換器２ａ、２ｂは図示
されていない電極を備え、これらの電極にはリード線が
接触させられている。音波出射面３ａ、又は３ｂには超
音波変換器２ａ、２ｂがそれぞれ整合層４ａ又は４ｂを
備える。その際これらの整合層４ａ、４ｂの音響インピ
ーダンスは、圧電振動子材料の音響インピーダンスと結
合体６ａ、６ｂの音響インピーダンスとの幾何平均にほ
ぼ等しいのが有利である。整合層はほぼλ／４の厚さと
するのが有利である。結合体６ａ、６ｂは固体、望まし
くはプラスチック特にポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭ
Ａ）から成る。ＰＭＭＡから成る結合体６ａ、６ｂ及び
圧電振動子材料を備えた超音波変換器２ａ又は２ｂに対
しては、整合層４ａ、４ｂとしてガラス状材料が特に適
している。
【００１７】結合体６ａ、６ｂは遮音性材料、例えばコ
ルクから成る分離層１０により相互に分離されている。 この分離層１０により両超音波変換器２ａと２ｂの間の
直接の音響的クロストークが抑制される。
ルクから成る分離層１０により相互に分離されている。 この分離層１０により両超音波変換器２ａと２ｂの間の
直接の音響的クロストークが抑制される。
【００１８】結合体６ａ、６ｂは超音波変換器２ａ、２
ｂとそれぞれ反対側の結合面６１ａ又は６１ｂとして働
く表面に、検査すべきボルト、図の実施例では平らな表
面２１ａ、２１ｂを備えるすりわり付きボルト２０のボ
ルト頭部の表面形状に適合する。
ｂとそれぞれ反対側の結合面６１ａ又は６１ｂとして働
く表面に、検査すべきボルト、図の実施例では平らな表
面２１ａ、２１ｂを備えるすりわり付きボルト２０のボ
ルト頭部の表面形状に適合する。
【００１９】超音波変換器２ａ、２ｂは減衰体８ａ又は
８ｂ中に埋め込まれている。減衰体８ａ、８ｂはエポキ
シ樹脂、酸化チタン（ＴｉＯ２ ）及びゴム粉末の混合
体から成るのが有利である。
８ｂ中に埋め込まれている。減衰体８ａ、８ｂはエポキ
シ樹脂、酸化チタン（ＴｉＯ２ ）及びゴム粉末の混合
体から成るのが有利である。
【００２０】超音波検査プローブは図示の有利な実施例
では円筒形ケース１２を有し、このケースの一方の端面
は蓋１６により閉鎖され、超音波変換器２ａ、２ｂ用リ
ード線のための孔１８を有する。円筒形ケースの反対側
の端面は開放されている。ケース１２はその開口の範囲
で結合面６１ａ、６１ｂを越えて突出しているので、超
音波検査プローブをすりわり付きボルト２０の円筒形頭
部２１上に載せた場合に自動的に心出しされ、それによ
りボルト軸線２６が超音波検査プローブの開口を貫く対
称軸線１３と一致する。ケース１２の形は検査すべきボ
ルト２０の頭部の形に相応するのが有利である。円筒形
の頭部を備えたボルト２０の例では、ケース１２が開口
の範囲に中空円筒形の形状を有するのが有利である。し
かし心出しは別のケース形状例えば等辺多角形によって
も達成することができる。
では円筒形ケース１２を有し、このケースの一方の端面
は蓋１６により閉鎖され、超音波変換器２ａ、２ｂ用リ
ード線のための孔１８を有する。円筒形ケースの反対側
の端面は開放されている。ケース１２はその開口の範囲
で結合面６１ａ、６１ｂを越えて突出しているので、超
音波検査プローブをすりわり付きボルト２０の円筒形頭
部２１上に載せた場合に自動的に心出しされ、それによ
りボルト軸線２６が超音波検査プローブの開口を貫く対
称軸線１３と一致する。ケース１２の形は検査すべきボ
ルト２０の頭部の形に相応するのが有利である。円筒形
の頭部を備えたボルト２０の例では、ケース１２が開口
の範囲に中空円筒形の形状を有するのが有利である。し
かし心出しは別のケース形状例えば等辺多角形によって
も達成することができる。
【００２１】図の実施例ではすりわり２２中に回り止め
ピン２４が挿入されているすりわり付きボルト２０が示
され、このピンはボルト頭部２１の端面から突出してい
る。超音波検査プローブのケース１２はその開口の範囲
に二つの空所１４を備え、これらの空所は分離層１０と
整列している。これらの空所１４により、超音波検査プ
ローブをすりわり付きボルト２０上に載せた場合に、分
離層１０が常に回り止めピン２４に対し平行に並ぶこと
になる。
ピン２４が挿入されているすりわり付きボルト２０が示
され、このピンはボルト頭部２１の端面から突出してい
る。超音波検査プローブのケース１２はその開口の範囲
に二つの空所１４を備え、これらの空所は分離層１０と
整列している。これらの空所１４により、超音波検査プ
ローブをすりわり付きボルト２０上に載せた場合に、分
離層１０が常に回り止めピン２４に対し平行に並ぶこと
になる。
【００２２】超音波変換器２ａ、２ｂは、分離面１０に
対し平行に延びかつ対称軸線１３を含む対称面に対し鏡
面対称に配置されている。そしてすりわり付きボルト２
０への音波入射が、それぞれすりわり２２及び回り止め
ピン２４により分離されたボルト頭部２１の両円セグメ
ント形表面上に限定されて行われる。
対し平行に延びかつ対称軸線１３を含む対称面に対し鏡
面対称に配置されている。そしてすりわり付きボルト２
０への音波入射が、それぞれすりわり２２及び回り止め
ピン２４により分離されたボルト頭部２１の両円セグメ
ント形表面上に限定されて行われる。
【００２３】分離層１０は少なくともすりわり２２と同
じ幅を有するのが有利であり、回り止めピン２４の収容
のために結合体６ａ又は６ｂの結合面６１ａ、６１ｂに
比べて後退させられている。
じ幅を有するのが有利であり、回り止めピン２４の収容
のために結合体６ａ又は６ｂの結合面６１ａ、６１ｂに
比べて後退させられている。
【００２４】超音波変換器２ａ又は２ｂの出射面３ａ、
３ｂの法線は、図の実施例では対称軸線１３及び結合面
６１ａ又は６１ｂの表面法線に対して傾いている。結合
体６ａ又は６ｂの超音波変換器２ａ、２ｂにそれぞれ向
かう側の表面は、結合面６１ａ又は６１ｂに対して同様
に相応に傾いている。この傾斜角は例えば約４〜８°で
あり、検査目的並びにボルトの幾何学的形状に関係する
。図の実施例に示すボルトにとっては、超音波変換器２
ａ、２ｂは放射される音波が対称軸線１３へ向かう方向
へ伝播するように対称軸線１３に対して傾いているのが
有利である。
３ｂの法線は、図の実施例では対称軸線１３及び結合面
６１ａ又は６１ｂの表面法線に対して傾いている。結合
体６ａ又は６ｂの超音波変換器２ａ、２ｂにそれぞれ向
かう側の表面は、結合面６１ａ又は６１ｂに対して同様
に相応に傾いている。この傾斜角は例えば約４〜８°で
あり、検査目的並びにボルトの幾何学的形状に関係する
。図の実施例に示すボルトにとっては、超音波変換器２
ａ、２ｂは放射される音波が対称軸線１３へ向かう方向
へ伝播するように対称軸線１３に対して傾いているのが
有利である。
【００２５】図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す図２の有利な
実施例の場合には、円セグメント形断面を有する超音波
変換器２ａ、２ｂが設けられている。それによりすりわ
り付きボルトの頭部の同様に円セグメント形表面への特
に良好な適合が保証される。
実施例の場合には、円セグメント形断面を有する超音波
変換器２ａ、２ｂが設けられている。それによりすりわ
り付きボルトの頭部の同様に円セグメント形表面への特
に良好な適合が保証される。
【００２６】図３に示す特に有利な実施例では、それぞ
れ減衰体８ａ、８ｂ、８ｃ又は８ｄ中に埋め込まれ分離
層１０、１０ｂｃ及び１０ａｄにより相互に音響的に減
結合された四つの超音波変換器２ａ〜２ｄが設けられて
いる。これらの分離層１０、１０ａｄ、１０ｂｃの中心
面は対称軸線１３と一致する直線上で交差する。超音波
変換器２ａ〜２ｄは図に示すように分離層により形成さ
れるこれらの面に対し鏡面対称に配置されるのが有利で
ある。この形状特徴を備えた超音波検査プローブは、ボ
ルト頭部の任意の外周位置及びボルト頭部とボルト軸部
との間の移行域に存在する欠陥を検出するのに特に適し
ている。
れ減衰体８ａ、８ｂ、８ｃ又は８ｄ中に埋め込まれ分離
層１０、１０ｂｃ及び１０ａｄにより相互に音響的に減
結合された四つの超音波変換器２ａ〜２ｄが設けられて
いる。これらの分離層１０、１０ａｄ、１０ｂｃの中心
面は対称軸線１３と一致する直線上で交差する。超音波
変換器２ａ〜２ｄは図に示すように分離層により形成さ
れるこれらの面に対し鏡面対称に配置されるのが有利で
ある。この形状特徴を備えた超音波検査プローブは、ボ
ルト頭部の任意の外周位置及びボルト頭部とボルト軸部
との間の移行域に存在する欠陥を検出するのに特に適し
ている。
【００２７】図４に示す実施例では、球形底面３２を備
えた六角孔付きボルト３０のための超音波検査プローブ
に、同様に球形表面の形状を有する結合面６２が設けら
れている。この結合面６２は個々の超音波変換器２ａ、
２ｂに付設された結合体の図示されていない表面により
形成されている。超音波検査プローブを球形底３２上に
中空空間無しに形状結合的に載せることができるように
するために、分離層１０、１０ｂｃ、１０ａｄの端面も
開口の範囲で六角孔付きボルト３０の表面形状に適合さ
せられている。超音波変換器２ａ、２ｂは望ましくは外
に向かって傾けられ、それにより検査プローブを六角孔
付きボルト３０上に載せた場合に音波放射がボルトの軸
部外面に向かう方向へ行われる。それにより頭部／軸部
移行域及びボルト外面の範囲の欠陥を一層良好に検出す
ることができる。その際傾斜は、超音波変換器２ａ又は
２ｂの中心からそれぞれ出る表面法線が結合面６２をほ
ぼ直角に貫くように選択されるのが有利である。
えた六角孔付きボルト３０のための超音波検査プローブ
に、同様に球形表面の形状を有する結合面６２が設けら
れている。この結合面６２は個々の超音波変換器２ａ、
２ｂに付設された結合体の図示されていない表面により
形成されている。超音波検査プローブを球形底３２上に
中空空間無しに形状結合的に載せることができるように
するために、分離層１０、１０ｂｃ、１０ａｄの端面も
開口の範囲で六角孔付きボルト３０の表面形状に適合さ
せられている。超音波変換器２ａ、２ｂは望ましくは外
に向かって傾けられ、それにより検査プローブを六角孔
付きボルト３０上に載せた場合に音波放射がボルトの軸
部外面に向かう方向へ行われる。それにより頭部／軸部
移行域及びボルト外面の範囲の欠陥を一層良好に検出す
ることができる。その際傾斜は、超音波変換器２ａ又は
２ｂの中心からそれぞれ出る表面法線が結合面６２をほ
ぼ直角に貫くように選択されるのが有利である。
【００２８】図４のＶ−Ｖ断面を示す図５によれば、ケ
ース１２１の側壁がボルト頭部の形状に適合しているの
で、球形底上に載せた場合に自動的に心出しが行われる
。四つの超音波変換器２ａ〜２ｄが設けられ、これらの
変換器が音響分離層１０、１０ｂｃ、１０ａｄにより相
互に分離されるのが有利である。
ース１２１の側壁がボルト頭部の形状に適合しているの
で、球形底上に載せた場合に自動的に心出しが行われる
。四つの超音波変換器２ａ〜２ｄが設けられ、これらの
変換器が音響分離層１０、１０ｂｃ、１０ａｄにより相
互に分離されるのが有利である。
【００２９】図６によれば、すりわり付きボルト２０が
ボルト頭部２１とボルト軸部２３との間の移行域に欠陥
個所４０を有する。この欠陥個所４０はすりわり付きボ
ルト２０の縁から始まりボルト軸線２６に対し垂直に向
き円セグメント形の形状を有する亀裂面であり、円セグ
メントの弦はボルトすりわり２２に対して平行に延びて
いる。すりわり付きボルト２０上に載せられた検査プロ
ーブは符号２ａｄ、２ｂｃを付けられた斜線により略示
されている。付属の運転モードはボルトの下方に描かれ
た断面により示されている。ハッチングで示された超音
波変換器２ａはこの運転モードでは受信器として働き、
黒塗りの超音波変換器２ｄは送信器として働く。両超音
波変換器２ｃ、２ｂはこのモードでは作動しない。超音
波変換器２ｄから放射される超音波と超音波変換器２ａ
により受信される超音波とは図中で矢印により示されて
いる。超音波変換器２ａにより受信される信号が時間に
関して記入された付属のエコー線図は、欠陥個所４０で
の第１回目又は第２回目の反射により生じる二つのエコ
ー信号Ｅ１、Ｅ２を含む。図６のエコー線図中に示され
た破線は欠陥の無いボルトのエコー線図に相応する。
ボルト頭部２１とボルト軸部２３との間の移行域に欠陥
個所４０を有する。この欠陥個所４０はすりわり付きボ
ルト２０の縁から始まりボルト軸線２６に対し垂直に向
き円セグメント形の形状を有する亀裂面であり、円セグ
メントの弦はボルトすりわり２２に対して平行に延びて
いる。すりわり付きボルト２０上に載せられた検査プロ
ーブは符号２ａｄ、２ｂｃを付けられた斜線により略示
されている。付属の運転モードはボルトの下方に描かれ
た断面により示されている。ハッチングで示された超音
波変換器２ａはこの運転モードでは受信器として働き、
黒塗りの超音波変換器２ｄは送信器として働く。両超音
波変換器２ｃ、２ｂはこのモードでは作動しない。超音
波変換器２ｄから放射される超音波と超音波変換器２ａ
により受信される超音波とは図中で矢印により示されて
いる。超音波変換器２ａにより受信される信号が時間に
関して記入された付属のエコー線図は、欠陥個所４０で
の第１回目又は第２回目の反射により生じる二つのエコ
ー信号Ｅ１、Ｅ２を含む。図６のエコー線図中に示され
た破線は欠陥の無いボルトのエコー線図に相応する。
【００３０】図７には、同様に面状の欠陥個所４２がボ
ルト頭部２１とボルト軸部２３との間の移行域に示され
、この欠陥個所はボルト軸線２６に対し傾いた方向を有
する。図６に示す運転モードで測定すればこの種の欠陥
は検出が困難である。それゆえに図７で示すように、対
角線上に向かい合う二つの超音波変換器２ｂ、２ｄが送
信器又は受信器として働くような運転モードが用いられ
る。超音波変換器２ｂからボルト中へ入力された超音波
は妨げられることなくボルト底２７へ到達し底で反射さ
れそして欠陥個所４２により遮蔽されるので、超音波は
超音波変換器２ｄにより受信することができない。図７
に示すエコー線図から、欠陥の無いボルトの場合には超
音波変換器２ｄにより破線で記入されたエコー信号Ｒが
受信されるということが分かる。欠陥個所４２が存在す
る場合には、エコー信号Ｒの代わりに明らかに減少した
エコー信号Ｒ１が生じるにすぎない。
ルト頭部２１とボルト軸部２３との間の移行域に示され
、この欠陥個所はボルト軸線２６に対し傾いた方向を有
する。図６に示す運転モードで測定すればこの種の欠陥
は検出が困難である。それゆえに図７で示すように、対
角線上に向かい合う二つの超音波変換器２ｂ、２ｄが送
信器又は受信器として働くような運転モードが用いられ
る。超音波変換器２ｂからボルト中へ入力された超音波
は妨げられることなくボルト底２７へ到達し底で反射さ
れそして欠陥個所４２により遮蔽されるので、超音波は
超音波変換器２ｄにより受信することができない。図７
に示すエコー線図から、欠陥の無いボルトの場合には超
音波変換器２ｄにより破線で記入されたエコー信号Ｒが
受信されるということが分かる。欠陥個所４２が存在す
る場合には、エコー信号Ｒの代わりに明らかに減少した
エコー信号Ｒ１が生じるにすぎない。
【００３１】図８に示す実施例では、平らな円セグメン
ト形欠陥個所４４がボルト頭部２１とボルト軸部２３と
の間の移行域の範囲に示され、この欠陥個所はボルト軸
線２６に対し直角な方向を有し、欠陥個所の弦はボルト
すりわり２２に対し直角に延びる。この種の形の欠陥を
検出するために、分離層１０に関し相互に向かい合うそ
れぞれ二つの超音波変換器２ｃ、２ｄを送信器として用
い、残りの二つの超音波変換器２ａ、２ｂを受信器とし
て用いるのが合目的である。図８に示すエコー線図から
は、この場合にも欠陥の無いボルトの場合ならば現れる
エコー信号Ｒが超音波送信器２ｃ、２ｄにより放出され
た超音波の遮蔽により抑制されるので、ボルト底２７か
ら反射されたエコー信号Ｒ２が明らかに減少するという
ことが分かる。
ト形欠陥個所４４がボルト頭部２１とボルト軸部２３と
の間の移行域の範囲に示され、この欠陥個所はボルト軸
線２６に対し直角な方向を有し、欠陥個所の弦はボルト
すりわり２２に対し直角に延びる。この種の形の欠陥を
検出するために、分離層１０に関し相互に向かい合うそ
れぞれ二つの超音波変換器２ｃ、２ｄを送信器として用
い、残りの二つの超音波変換器２ａ、２ｂを受信器とし
て用いるのが合目的である。図８に示すエコー線図から
は、この場合にも欠陥の無いボルトの場合ならば現れる
エコー信号Ｒが超音波送信器２ｃ、２ｄにより放出され
た超音波の遮蔽により抑制されるので、ボルト底２７か
ら反射されたエコー信号Ｒ２が明らかに減少するという
ことが分かる。
【００３２】図９は、ボルト軸線２６に対し垂直な方向
を有しボルト軸部２３の中央に存在する円セグメント形
亀裂面４６を有するすりわり付きボルト２０を示し、こ
の亀裂面の弦はボルトすりわり２２に対し平行に延びる
。この種の欠陥個所４６の検出のために、それぞれ二つ
の超音波変換器２ａ、２ｄを送信器として用い、二つの
超音波変換器２ｂ、２ｃを受信器として用いるのが有利
である。送信器として働く超音波変換器２ａと２ｄ並び
に受信器として働く超音波変換器２ｂと２ｃは、ボルト
すりわり２２に平行に延びる分離層１０により相互に分
離されている。図９に示された相応のエコー線図は欠陥
個所４６で生じるエコーパルスＥ３を示す。そのほかに
ボルト底２７により反射されたエコー信号Ｒ３が生じ、
このエコー信号は欠陥の無いボルトの場合に測定される
エコー信号Ｒに比べて明らかに減少している。
を有しボルト軸部２３の中央に存在する円セグメント形
亀裂面４６を有するすりわり付きボルト２０を示し、こ
の亀裂面の弦はボルトすりわり２２に対し平行に延びる
。この種の欠陥個所４６の検出のために、それぞれ二つ
の超音波変換器２ａ、２ｄを送信器として用い、二つの
超音波変換器２ｂ、２ｃを受信器として用いるのが有利
である。送信器として働く超音波変換器２ａと２ｄ並び
に受信器として働く超音波変換器２ｂと２ｃは、ボルト
すりわり２２に平行に延びる分離層１０により相互に分
離されている。図９に示された相応のエコー線図は欠陥
個所４６で生じるエコーパルスＥ３を示す。そのほかに
ボルト底２７により反射されたエコー信号Ｒ３が生じ、
このエコー信号は欠陥の無いボルトの場合に測定される
エコー信号Ｒに比べて明らかに減少している。
【００３３】図１０には図９と同じ形の欠陥個所４８が
示され、この欠陥個所はねじ部２５中に存在する。超音
波検査プローブの有利な運転モードは図９に示す実施例
の運転モードに相応する。ボルト底２７から反射された
エコー信号Ｒの前に、欠陥の無いボルトの場合には観察
されないエコー信号Ｅ４が生じる。
示され、この欠陥個所はねじ部２５中に存在する。超音
波検査プローブの有利な運転モードは図９に示す実施例
の運転モードに相応する。ボルト底２７から反射された
エコー信号Ｒの前に、欠陥の無いボルトの場合には観察
されないエコー信号Ｅ４が生じる。
【００３４】この発明に基づく超音波検査プローブの図
６ないし図１０に示す運転モードは運転可能性の選択の
限界を示すわけではない。むしろこれらの実施例では、
複数の可能な運転モードによりボルト中に生じる大抵の
種類の欠陥の確実な測定と特徴づけとが可能であること
を示そうとしたにすぎない。
６ないし図１０に示す運転モードは運転可能性の選択の
限界を示すわけではない。むしろこれらの実施例では、
複数の可能な運転モードによりボルト中に生じる大抵の
種類の欠陥の確実な測定と特徴づけとが可能であること
を示そうとしたにすぎない。
【図１】この発明に基づく超音波検査プローブの一実施
例と検査すべきボルトとを示す縦断面図である。
例と検査すべきボルトとを示す縦断面図である。
【図２】図１に示すプローブの切断線ＩＩ−ＩＩによる
断面図である。
断面図である。
【図３】図１に示すプローブの変形例の断面図である。
【図４】この発明に基づく超音波プローブの別の実施例
と検査すべきボルトとを示す縦断面図である。
と検査すべきボルトとを示す縦断面図である。
【図５】図４に示すプローブの切断線Ｖ−Ｖによる断面
図である。
図である。
【図６】この発明に基づく超音波プローブの一つの運転
方法の説明図である。
方法の説明図である。
【図７】この発明に基づく超音波プローブの異なる運転
方法の説明図である。
方法の説明図である。
【図８】この発明に基づく超音波プローブの異なる運転
方法の説明図である。
方法の説明図である。
【図９】この発明に基づく超音波プローブの異なる運転
方法の説明図である。
方法の説明図である。
【図１０】この発明に基づく超音波プローブの異なる運
転方法の説明図である。
転方法の説明図である。
２ａ〜２ｄ 超音波変換器
３ａ、３ｂ 音波出射面
４ａ、４ｂ 整合層
６ａ、６ｂ 結合体
８ａ、８ｂ 減衰体
１０ 分離層
１２ ケース
１３ 対称軸線
１４ 案内装置（空所）
２０ すりわり付きボルト
２１ 頭部
２２ すりわり
２４ 回り止めピン
６１ａ、６１ｂ 結合面
Claims (16)
- 【請求項１】 ａ）複数の超音波変換器（２ａ、２ｂ
）を有する超音波変換器装置を備え、 ｂ）超音波変換器（２ａ、２ｂ）が送信器としてもまた
受信器としても運転可能であり、 ｃ）超音波変換器（２ａ、２ｂ）がそれぞれ固体材料か
ら成る結合体（６ａ又は６ｂ）に音響的に結合され、ｄ
）結合体（６ａ、６ｂ）が超音波変換器（２ａ、２ｂ）
とはそれぞれ反対側に検査すべきボルト（２０）の頭部
（２１）の表面形状に適合する自由な結合面（６１ａ、
６１ｂ）を備え、 ｅ）超音波検査プローブをボルト頭部（２１）上で心出
しする装置が設けられていることを特徴とするボルト用
超音波検査プローブ。 - 【請求項２】 超音波変換器（２ａ、２ｂ）が直接の
クロストークを抑制する音響的分離層（１０）によりそ
れぞれ相互に分離されていることを特徴とする請求項１
記載の超音波検査プローブ。 - 【請求項３】 超音波変換器（２ａ、２ｂ）がケース
（１２）内に配置され、このケースが音波出射兼音波入
射のための開口を備えかつこの開口を貫く対称軸線（１
３）を有し、その際ケース（１２）がその開口の範囲に
超音波検査プローブをボルト頭部（２１）上で心出しす
る装置を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の
超音波検査プローブ。 - 【請求項４】 すりわり付きボルト（２０）の超音波
検査のためにケース（１２）を備え、このケースはすり
わり付きボルト（２０）の頭部（２１）上に挿着でき、
ケースの開口の範囲に案内装置（１４）を備え、この案
内装置がすりわり（２２）に対する所定の位置でだけ頭
部（２１）上への挿着を可能にすることを特徴とする請
求項３記載の超音波検査プローブ。 - 【請求項５】 すりわり（２２）中に挿入された回り
止めピン（２４）を有するボルトの超音波検査のために
ケース（１２）が開口の範囲に相向かい合う空所（１４
）を備えることを特徴とする請求項４記載の超音波検査
プローブ。 - 【請求項６】 超音波変換器が対称軸線（１３）を含
む対称面に対し鏡面対称な配置で設けられ、その際対称
面が頭部（２１）上へ挿着した後に少なくともほぼすり
わり（２２）の中心面と一致するように案内装置（１４
）により固定されることを特徴とする請求項４又は５記
載の超音波検査プローブ。 - 【請求項７】 二つの向かい合う空所（１４）により
固定された対称面上にそれぞれ一つの音響的分離層（１
０）が延び、その幅がほぼすりわり（２２）の幅に等し
いことを特徴とする請求項６記載の超音波検査プローブ
。 - 【請求項８】 超音波変換器装置が四つの超音波変換
器（２ａ〜２ｄ）を備えることを特徴とする請求項１な
いし７の一つに記載の超音波検査プローブ。 - 【請求項９】 超音波変換器（２ａ、２ｂ）の音波出
射面（３ａ、３ｂ）が対称軸線（１３）に対し傾いてい
ることを特徴とする請求項１ないし８の一つに記載の超
音波検査プローブ。 - 【請求項１０】 超音波変換器（２ａ、２ｂ）が減衰
体（８ａ又は８ｂ）中に埋め込まれていることを特徴と
する請求項１ないし９の一つに記載の超音波検査プロー
ブ。 - 【請求項１１】 超音波変換器（２ａ、２ｂ）がその
出射面（３ａ、３ｂ）に整合層（４ａ、４ｂ）を備える
ことを特徴とする請求項１０記載の超音波検査プローブ
。 - 【請求項１２】 λ／４の厚さの整合層（４ａ、４ｂ
）が設けられることを特徴とする請求項１１記載の超音
波検査プローブ。 - 【請求項１３】 複数の超音波変換器（２ａ、２ｂ）
を備えた超音波変換器装置を内蔵し、これらの超音波変
換器が送信器としてもまた受信器としても運転可能であ
り、これらの変換器には固体材料から成る各一つの結合
体（６ａ、６ｂ）が付設され、この結合体が超音波変換
器（２ａ、２ｂ）とそれぞれ反対側にボルト頭部（２１
）の表面形状に適合する自由な結合面（６１ａ、６１ｂ
）を備えるようにした超音波検査プローブの運転方法に
おいて、下記の方法段階すなわち、 ａ）超音波検査プローブの結合面（６１ａ、６１ｂ）が
ボルト頭部（２１）の表面上に載せられて心出しされ、
ｂ）ボルト内の材料欠陥の位置決め及び特徴づけのため
に、それぞれ異なる超音波変換器が送信モード及び／又
は受信モードで運転される複数の測定段階が用いられる
ことを特徴とするボルト用超音波検査プローブの運転方
法。 - 【請求項１４】 ただ一つの超音波変換器が送信器兼
受信器として運転される測定段階が用いられることを特
徴とする請求項１３記載の方法。 - 【請求項１５】 一つの超音波変換器が送信器として
運転され、別の超音波変換器が受信器として運転される
測定段階が用いられることを特徴とする請求項１３記載
の方法。 - 【請求項１６】 少なくとも四つの超音波変換器を備
える超音波検査プローブの場合に、それぞれ一方の二つ
の超音波変換器が送信器として運転され、他方の超音波
変換器が受信器として運転される測定段階が用いられる
ことを特徴とする請求項１３記載の方法。
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