JPH0440360A - 複合材の超音波探傷方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、航空、宇宙用の複合材料部品の超音波探傷方
法に係り、特に結合部が曲率面で形成された複合材にお
ける曲率面の超音波探傷方法に関する。

（従来の技術） 一般に、複合材部材の超音波探傷検査は、透過法あるい
は反射法により実施されている。

透過法は、第９図に示すように、被検査品１の両側に、
送信プローブ２および受信プローブ３をそれぞれセット
し、送信プローブ２から超音波４を入射させ、被検査品
１を透過した超音波４を受信プローブ３で受信する方法
であり、被検査品１の中に、デラミネーション等の欠陥
５が存在すると、受信プローブ３で受信する超音波４の
エネルギが散乱減少することを利用するものである。

また、反射法は、第１０図に示すように、被検査品１の
片側に、送信／受信プローブ６をセットし、超音波４を
入射させた際に、被検査品１の中にデラミネーション等
の欠陥５が存在すると、超音波４が欠陥５から反射して
くることを利用して欠陥５の大きさ等を検出する方法で
ある。

ところで、複合材の超音波探傷では、第１１図に示すよ
うに、拡がりのある被検査品１の板面にそって、プロー
ブ２．３を図中符号７で示す走査軌跡のように走査し、
検査位置に対応する受信信号のレベルを階調分けして表
示するＣコープ画像が汎く使われており、単純なフラッ
トパネルの探傷では、例えば実公昭５６−２２２０号公
報および特開昭６２−１４４０６４号公報に示されてい
るように、従来から行なわれている。

（発明が解決しようとする課題） 前記従来の超音波探傷方法は、フラット部の探傷を目的
としたものであるため、これをフラット以外の曲率部に
適用した場合には、以下のような問題がある。

すなわち、曲率部内に入射した超音波は、三次元的に屈
折するので、送信／受信プローブの位置決めが困難であ
る。

また、プローブ位置は、曲率部の形状に従って超音波の
伝播経路を予測して決められるが、この経路は、曲率部
の形状変動や複合材の変形等により変化するため、例え
ば大形のストリンガパネルでは、その全域に亘って安定
した探傷を行なうことが、実用上不可能である。

また、曲率部全域は、超音波ビーム１本ではカバーでき
ないため、複数のビームの利用が必要であるが、１本の
ビームの送受信さえ安定して行なえない状況では、曲率
部全域の検査は不可能である。

さらに、受信プローブは指向性を有するため、プローブ
とビームの向きにより、検出感度が大きく変動し、精度
の高い超音波探傷は不可能である。

本発明は、上記した点に鑑みてなされたもので、高精度
で安定した曲率部の検査が可能な複合材の超音波探傷方
法を提供することを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明は、前記目的を達成する手段として、結合部が曲
率面で形成された複合材の前記曲率面の左右方向に複数
の微小振動子を並設したアレイプローブと、送波時に前
記振動子をパルスで励振するタイミングを電子的に制御
するとともに受波時に振動子の信号を位相加算して複数
の超音波ビームの送受信を行なう電子走査手段と、前記
アレイプローブの曲率面に沿った長手方向位置を検出す
る位置検出手段と、超音波ビームの受信信号を処理する
受信信号処理手段とを備え、前記電子走査手段により、
超音波ビームを電子的に偏向するとともに、所定の超音
波ビームとエコーが最大になるようアレイプローブを位
置決め後超音波ビームのみを曲率面の左右方向に移動さ
せ、かつアレイプローブを曲率面の長手方向に移動させ
て位置検出手段で位置を検出し、その位置信号と前記受
信信号処理手段からの信号とに基づき、受信信号を画像
化し表示するようにしたことを特徴とする。

（作　用） 本発明に係る複合材の超音波探傷方法においては、複合
材の曲率部の左右方向に複数の微小振動子を並設したア
レイプローブから、電子走査手段により制御された、複
数の超音波ビームが送信される。そのため、その走査範
囲内で複合材の位置や曲率面の形状等に変動があっても
、超音波ビームは有効に送信される。

また、超音波ビームの受信に際しても、電子走査手段に
よって送信同様に制御された超音波ビーム走査が可能で
あり、様々な要因により超音波ビームの経路が乱されて
も確実に受信できるため、安定した探傷が可能である。

さらに、電子走査手段により、曲率面の形状に合わせた
指向性を有する超音波ビームの送受信が可能となるとと
もに、送受信プローブの指向特性を制御することも可能
であるので、曲率部の広い範囲の検査を高粘度で行なう
ことが可能である。

（実施例） 以下、本発明実施例の一例を図案を参照して説明する。

第１図は、本発明に係る複合材の超音波探傷方法を実施
するための装置の一例を示すもので、図中、符号１１は
微小振動子を複数（通常は３２または６４）並設したア
レイプローブであり、このアレイプローブ１１は、透過
法の場合には、第２図に示すように送信アレイプローブ
１２と受信アレイプローブ１３とから構成され、また透
過反射法の場合には、第３図に示すように送受信アレイ
プローブ１４と反射板１５とから構成されている。

そして、このアレイプローブ１１は、微小振動の並設方
向が、複合材１６の曲率面１７の左右方向に一致するよ
うに配されている。

前記アレイプローブ１１には、第１図に示すように、送
信器群１９、受信器群２０、送受信制御器２１、遅延時
間制御器２２、遅延加算器２３および増幅器２４を有す
る電子走査手段１８が接続されており、この電子走査手
段１８により、アレイプローブ１１を介し複数の超音波
ビームの送受信が行なわれるようになっている。

すなわち、前記送受信制御器２１は、アレイプローブ１
１の微小振動子の０Ｎ１０ＦＦを制御するようになって
いるとともに、前記遅延時間制御器２２は、選択した微
小振動子の駆動タイミングを制御するようになっており
、これらの制御は、送信／受信それぞれ独立して行なえ
るようになっている。また、微小振動子に受信された超
音波信号は、遅延加算器２３により、遅延時間制御され
た後加算され、さらに増幅器２４を介し受信信号として
出力されるようになっている。そしてこの受信信号は、
信号処理器２５によりＡ／Ｂスコープ画像化され、Ａ／
Ｂスコープ表示器２６に表示されるとともに、映像処理
器２７に入力されるようになっている。

この映像処理器２７にはまた、前記アレイプローブ１１
の曲率面１７に対する長手方向位置を検出する位置検出
器２８からの信号が入力されるようになっており、映像
処理器２７は、これら両信号に基づき受信信号を影像化
し、表示器２９に表示するようになっている。

第２図に示す透過法を用いた超音波探傷方法においては
、複合材１６の曲率面１７の位置が、実線位置から破線
位置のように変動しても超音波ビーム３０が曲率面１７
の左右方向に走査されるので、いずれかのビーム３０を
曲率面１７の中央に入射させることができ、また受信す
ることができる。

また、第３図に示す透過反射法を用いた超音波探傷方法
においては、複合材１６の曲率面１７に普通に超音波ビ
ーム３０の透過が生じるように、曲率面１７の広い範囲
に亘って、複数の超音波ビーム３０が順次走査される。

したがって、従来より単に広い領域が検査できるばかり
でなく、走査に従った欠陥位置の判定、形状および寸法
の評価も行なうことができる。曲率面１７の形状は、予
め判っているので、超音波ビーム３０の伝播経路は、超
音波ビーム３０を、電子走査手段１８により電子的に偏
向することにより、形状に合わせて制御することができ
る。

実際の大形ストリンガパネルにおいては、パネルの変形
等により超音波ビームの入射位置が変動する。これは、
主にパネル全体の変形による。

方、曲率面１７自体は金型で成形されており、その形状
は一定している。したがって、曲率面１７仝体の位置ず
れが問題となるが、第４図の破線位置を実線位置まで超
音波ビーム３０を移動させることで追従可能となる。

これは、任意の超音波ビーム３０について、反射板１５
からのエコーが最大になるよう、超音波ビーム群を、送
受信アレイプローブ１４に対して左右に移動させればよ
い。これは、前記電子走査手段１８により変更可能であ
る。

また、実際の探傷では、アレイプローブ１１が指向性を
有するため、超音波ビーム３０の偏向角の絶対値が最小
となるよう、アレイプローブ１１自体を一定角度傾ける
方がよい。その角度は、運営約１０°程度である。

なお、前記方法は、反射板１５を用いた透過反対決に限
らず、反射板１５を受信用アレイプローブに代え、透過
法により探傷を行なっても同様の効果が得られる。

また、第５図に示すように、反射板１５をシングルプロ
ーブ３１に代え、電子走査される複数の超音波ビーム３
０が、すべてシングルプローブ３１にくるように送信ビ
ームを制御することも可能であり、この場合にも同様の
効果が期待できる。

第６図は、駆動する振動子の選択と送受遅延時間との関
係を模式的に示すものであり、各振動子（図示ＣＨ、Ｎ
　Ｏ、１つに対して振動子が１つ対応）に送受遅延時間
を与えて送信を行なうと、各振動子から発する超音波の
位相は、検査すべき複合材１６内の焦点で一致する。

したがって、送受遅延時間を変えれば、複合材１６の任
意の位置で位相を一致させることができる。これにより
、超音波ビーム３０の偏向と集束とが可能となる。

ここで、例えばアレイプローブ１１を端から１６個ずつ
選択して送受し、これを１振動子ずつずらして順次切換
えながら電子的に走査すると、複合材１６中に異なる方
向から、特定位置に集束シタ超音波ビーム３０を（ｎ−
に＋１−）４９本人射させることができる。ただし、ｎ
は振動子の数（ここでは６４）　、ｋは超音波ビーム１
本の送受に使用する振動子の数（ここでは１６）である
。

なお、第２図においては透過法を用いる場合を、また第
３図においては透過反射法を用いる場合をそれぞれ示し
たが、第２図を透過反射法とし、第３図を透過法として
もよい。

すなわち、第２図において、送信アレイプローブ１２を
反射板とし、受信アレイプローブ１３を送受信アレイプ
ローブとすれば、透過反射法を用したことになり、また
第３図において、送受信アレイプローブ１４を送信アレ
イプローブとし、反射板１５を受信アレイプローブとす
れば、透過法を用いたことになる。

また、相反定理に従い、超音波ビーム３０の方向を反対
にするために、送信アレイプローブ１２と受信アレイプ
ローブ１３、あるいは送受信アレイプローブ１４と反射
板１５の位置を、第２図および第３図の場合と逆にして
もよく、同様の効果が期待できる。

また、第７図に示すように、超音波ビーム３０の反射を
伴なう透過に適用してもよく、この場合にも同様の効果
が期待できる。

また、複合材１６の曲率面１７は、第８図（ａ）に示す
Ｔ型構造の場合に限らず、第８図（ｂ）に示すようにチ
ャンネル型構造の場合、第８図（ｃ）に示すようにサイ
ン桁構造の場合、第８図（ｄ）に示すようにＴ型りロス
部の場合、第８図（ｅ）に示すようにＸ型クロス部の場
合にも、同様に適用でき、同様の効果が期待できる。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、曲率面の探傷が可
能となり、また曲率面の広い範囲に亘って高精度の探傷
が可能となる。また探傷感度の変動の大きな要因となる
プローブの傾きの影響を減少させることができる。

一般に、複合材は、航空、宇宙機器等に採用され、適用
範囲も、二次構造部材から一次構造部材へと拡大されつ
つあり、これに伴ない複合材１に対する強度的信頼性の
要求は、これまで以上に増大している。また、構造様式
も、ストリンガパネルのように、複雑な構造となってき
ており、従来の超音波探傷方法では、非破壊検査の適用
困難な部位が増加している。

したがって、従来方法では実用的に困難であった部位を
超音波探傷できる本発明の効果はきわめて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施の一例に係る複合材の超音波探傷方
法を実施するための装置を示すブロック図、第２図は透
過法を用いた探傷方法を示す説明図、第３図は透過反射
法を用いた探傷方法を示す説明図、第４図は透過反射法
を用いた探傷方法において曲率面の位置ずれがある場合
の修正方法を示す説明図、第５図透過反射法を用いた探
傷方法にやいて反射板をシングルプローブに代えて透過
法とした例を示す説明図、第６図は電子走査手段により
複数の超音波ビームを生成する方法を示す説明図、第７
図は超音波ビームの反射に伴なう透過に適用した場合を
示す説明図、第８図（ａ）〜（ｅ）は曲率面の異なる態
様をそれぞれ示す説明図、第９図は透過法を用いた従来
の超音波探傷方法を示す説明図、第１０図は反射法を用
いた従来の超音波探傷方法を示す説明図、第１１図は広
がりのある領域を探傷するためのプローブの走査方法の
一例を示す説明図である。 １１・・・アレイプローブ、１６・・・複合材、１７・
・・曲率面、１８・・・電子走査手段、２１・・・送受
信制御器、２２・・・遅延時間制御器、２３・・・遅延
加算器、２５・・・信号処理器、２６・・・Ａ／Ｂスコ
ープ表示器、２７・・・映像処理器、２８・・・位置検
出器、２９・・・表示器、３０・・・超音波ビーム。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 結合部が曲率面で形成された複合材の前記曲率面の左右
   方向に複数の微小振動子を並設したアレイプローブと、
   送波時に前記振動子をパルスで励振するタイミングを電
   子的に制御するとともに受波時に振動子の信号を位相加
   算して複数の超音波ビームの送受信を行なう電子走査手
   段と、前記アレイプローブの曲率面長手方向位置を検出
   する位置検出手段と、超音波ビームの受信信号を処理す
   る受信信号処理手段とを備え、前記電子走査手段により
   、超音波ビームを電子的に偏向するとともに、所定の超
   音波ビームのエコーが最大になるよう超音波ビームを曲
   率面の左右方向に移動させ、かつアレイプローブを曲率
   面の長手方向に移動させて位置検出手段で位置を検出し
   、その位置信号と前記受信信号処理手段からの信号に基
   づき、受信信号を画像化し表示することを特徴とする複
   合材の超音波探傷方法。