JPH05180812A - 超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】アスファルト舗装路やコンクリート舗装路等の
土木構造物を低周波超音波を用いて非破壊検査する土木
構造物の超音波探傷装置に関し、雑音エコーの影響を低
減すると共に検査対象物に超音波エネルギーを効率よく
供給して感度を高める。 【構成】ゴムタイヤ３の媒質液９内に鉛直下方に向けて
送信用超音波探触子１１と受信用超音波探触子１２を配
置し、検査対象物１５上でゴムタイヤ３を転動しながら
検査対象物１５を非破壊検査する装置につき、送信用及
び受信用超音波探触子の放射および受信側の各々に、放
射面及び受信面からタイヤ内面底部の近傍までに至る音
響導波路１８，１９を設ける。更に、音響導波路１８，
１９は金属製の導波管の内周および外周の各々に独立気
泡スポンジ、発泡スチロール等の水に比較して音響イン
ピーダンスの極めて小さい材料を設けた構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アスファルト舗装路や
コンクリート舗装路等の土木構造物を低周波超音波を用
いて非破壊検査する土木構造物の超音波探傷装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、アスファルト舗装道路等の非破壊
検査に用いられる超音波探傷装置は、検査対象物との間
に水、グリセリン等を介在させて送信用超音波探触子と
受信用超音波探触子を所定間隔を隔てて配置し、超音波
受信波形をオシロスコープで観測して、空洞等の欠陥が
存在するか否かの内部状態の推定を行っている。

【０００３】しかし、スポット的な非破壊検査では内部
欠陥を十分に捕えることができず、測定点を変えるため
の作業が繁雑であることから、本願発明者等にあって
は、図４に示すように、ゴムタイヤ３の内部に媒質液と
して例えば水を充満し、その中に送信用超音波探触子１
１と受信用超音波探触子１２を設けたタイヤ探触子２を
使用し、タイヤ探触子２を検査対象物１５としてのアフ
ァルト舗装路等の検査面１６上を転動しながら内部の状
態を非破壊検査する超音波探傷装置を提案している（特
願平３−２４２９４５号） このようなタイヤ探触子を用いた超音波探傷装置によれ
ば、検査対象となるアスファルト舗装道路の上にタイヤ
探触子を走行させることで、ＣＲＴ画面上に横軸を走行
距離とした断層像が連続的に表示され、空洞等の内部の
欠陥を確実に発見することができる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】しかしながら、タイヤ探
触子を用いた土木構造物の超音波探傷装置にあっては、
次の２つの問題があった。まず第１の問題点は次のよう
になる。土木構造物を対象としたタイヤ探触子に使用さ
れたる送信用および受信用の超音波探触子１１，１２の
音響放射面の大きさは、一般に直径２０ｍｍ程度の円で
ある。また土木構造物の分野で使用する超音波の周波数
としては、１００ＫＨｚ以下の低周波が適している。

【０００５】このときタイヤ内の水の音速は約１５００
ｍ／ｓであるので、例えば使用する超音波の周波数を３
０ＫＨｚとすると、水中における超音波の波長は約５０
ｍｍである。このような状況では直径２０ｍｍの円形音
響放射面を有する超音波探触子の指向性はほぼ無指向性
とみなすことができる。即ち、送信用超音波探触子１１
から放射された超音波は全方向に等振幅で伝搬する。同
様に受信用超音波探触子１２は全て方向から到達する超
音波を同じ重みで受信してしまう。

【０００６】このため図４に示すように、検査対象物１
５を非破壊検査するために積極的に送受信しているメイ
ンの超音波伝搬経路以外に、経路による送信用超音
波探触子１１から受信用超音波探触子１２への直接波、
また経路のタイヤ内反射の伝搬経路による雑音エコー
が存在し、これらの不要エコーによって例えばメインの
検査対象物の厚さ情報を含んだ信号エコーが干渉を受
け、測定精度が著しく劣化したり、測定が不能になると
いう問題があった。

【０００７】また従来の第２の問題点は次のようにな
る。従来のタイヤ探触子２で使用している超音波探触子
は前述したように無指向性であり、放射された超音波は
全方向に拡散され、検査面１６に対するタイヤ設置面側
のタイヤ底面に到達して非破壊検査のために有効に使わ
れる超音波のエネルギーは放射された全エネルギーの極
く一部に過ぎない。即ち、従来装置では超音波の拡散減
衰が大きく、十分な受信信号レベルを確保できなくなる
という問題があった。

【０００８】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、雑音エコーの影響を低減すると共に
検査対象物との間で超音波エネルギーを効率よく送受し
て感度を高めるようにした土木構造物の超音波探傷装置
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は次のように構成する。まず本発明は、ゴムタイ
ヤの媒質液内に鉛直下方に向けて送信用超音波探触子と
受信用超音波探触子を配置し、検査対象物上でゴムタイ
ヤを転動しながら内蔵した送信用超音波探触子と受信用
超音波探触子により検査対象物を非破壊検査する土木構
造物の超音波探傷装置を対象とする。

【００１０】このような超音波探傷装置につき本発明に
あっては、送信用及び受信用超音波探触子の放射面側お
よび受信面側の各々に、放射面及び受信面からタイヤ内
面底部の近傍までに至る音響導波路を設けたことを特徴
とする。この音響導波路は金属製の導波管の内周および
外周の各々に独立気泡スポンジまたは発泡スチロールな
どの水に比較して音響インピーダンスの極めて小さい物
質の層を設けたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】このような本発明の超音波探傷装置によれば、
タイヤ探触子内に設けた送信用及び受信用の超音波探触
子の放射側及び受信側の各々に音響導波路が設けられて
いるため、音響導波路を通って放射された超音波エネル
ギーを検査面側のタイヤ底部に集中的に供給することが
でき、直接波の回り込みやタイヤ内部での反射による雑
音エコーを効果的に低減できる。

【００１２】また超音波は全て音響導波路に閉じ込めら
れて伝搬するため、伝搬中における超音波エネルギーの
拡散減衰を無視できる程度に低減でき、大幅な感度の増
加が期待できる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示した実施例構成
図である。図１において、１は装置本体であり、装置本
体１の内部にタイヤ探触子２を回転自在に設けている。
タイヤ探触子２は硬質ウレタンゴムで作られたゴムタイ
ヤ３と、ゴムタイヤ３の検査対象物１５に対するタイヤ
接地面となる外周面にゲルシート４を装着している。

【００１４】ゲルシート４は例えば特開平１−３０４１
０９号に開示された高分子ゲル状弾性体を使用すること
ができ、検査面１６がアスファルトやコンクリート等の
凹凸の激しい検査面であってもゲルシート４の柔軟性に
よって検査面に十分に密着する馴染み状態が得られ、測
定感度を大幅に向上できる。ゴムタイヤ３の両側には軸
受部５が装着され、ベアリング６を介して装置本体１に
固定した探触子取付軸７に回転自在に装着している。ま
た、ベアリング６の内側にはオイルシール８が設けら
れ、タイヤ内に充満した水等の媒質液９が外部に漏れな
いようにしている。

【００１５】探触子取付軸７の中央部には台座１０が取
り付けられ、台座１０の下部に送信用超音波探触子１１
と受信用超音波探触子１２をタイヤが接地する検査面１
６に向かう鉛直下方に向けて装着している。送信用及び
受信用超音波探触子１１，１２からは信号線１３，１４
が引き出され、図示しない送信回路及び受信回路に接続
される。

【００１６】送信用超音波探触子１１及び受信用超音波
探触子１２としては、検査対象物１５がアスファルトや
コンクリート等の減衰の大きい土木構造物であることか
ら、非破壊検査に使用する超音波の周波数は例えば３０
ｋＨｚと十分に低く、低周波専用の超音波探触子を使用
している。また、この実施例にあっては、送信用及び受
信用超音波探触子１１，１２は検査面１６に対し垂直に
超音波を送受するように設けられており、垂直探傷法に
によって検査対象物１５の非破壊検査を行う。

【００１７】更に、本発明にあっては送信用超音波探触
子１１に音響導波路１８を設けると共に受信用超音波探
触子１２にも音響導波路１９を設けている。音響導波路
１８，１９は図２の断面図に示すようにアルミニウムで
作られた導波管２０を使用しており、更に導波管２０の
内側に独立気泡スポンジ２１を設け、外側についても独
立気泡スポンジ２２を設けている。

【００１８】この音響導波路１８，１９は送信用及び受
信用の超音波探触子１１，１２の音響放射面及び音響受
信面から検査対象物１５に対する接地面のタイヤ底部近
傍まで垂直方向の伝搬経路を覆って配置されている。こ
のような送信用及び受信用超音波探触子１１，１２の取
付方向は図１のＡ−Ａ断面を示した図３から更に明らか
なように、検査面１６に対し音響導波路１９の設置方向
は垂直に位置している。

【００１９】更に装置本体１には左右に補助車輪１７が
設けられており、装置本体１の安定した走行を可能とし
ている。次に図１の実施例の作用を説明すると、本発明
で用いるタイヤ探触子２にあっては、送信用超音波探触
子１１及び受信用超音波探触子１２から鉛直方向にタイ
ヤ底部の近傍まで到達する音響導波路１８，１９を設け
ているため、送信用超音波探触子１１から放射された超
音波は全方向に拡散されることなく音響導波路１８に沿
ってタイヤ底部まで導かれ、検査対象物１５の厚さ方向
に効率良く放射される。

【００２０】また、検査対象物１５からタイヤ底部に到
達した非破壊検査情報を含んだ超音波エコーも全方向に
拡散されることなく音響導波路１９に沿って受信用超音
波探触子１２まで到達する。従って、タイヤ探触子２内
の他の部分を超音波が伝搬することがないため、図４に
示したの直接波及びのタイヤ内反射による雑音エコ
ーは存在しない。更に、送信された超音波は全て音響導
波路１８内に閉じ込められて伝搬するので超音波エネル
ギーの拡散減衰は無視できる程度に小さくできる。

【００２１】その結果、例えば長さ１１０ｍｍ、内計２
８ｍｍの音響導波路１８，１９を音響放射面の直径２０
ｍｍの送信用及び受信用超音波探触子１１，１２に使用
した場合には、図４の音響導波路を使用しない場合に比
べ約９０ｄＢの感度増大が実現できた。更に、音響導波
路１８，１９の内面及び外面には図２に示したように独
立気泡スポンジ２１，２２を設け、超音波伝搬時の音響
導波路の振動を抑えて音響導波路自体が２次波源となっ
て雑音エコーを発生するのを防いでいる。

【００２２】即ち、もし音響導波路１８，１９について
独立気泡スポンジ２１，２２を設けずにアルミニウム製
の導波管２０のみとした場合には、音響導波路を超音波
が伝搬するときに音響導波路自体が振動して２次波源と
なり、タイヤ内の音響導波路外部の媒質液９の空間に超
音波を再複写し、雑音エコー等のノイズを発生すること
になる。

【００２３】これに対し本発明にあっては、独立気泡ス
ポンジ２１，２２を導波管２０の内面及び外面に設けた
ことで、伝搬超音波による振動で音響導波路１８，１９
が２次波源となって不要輻射やエコー雑音が生じてしま
うことを確実に防止する。尚、独立気泡スポンジの代わ
りに、発泡スチロール等の水に比較して極めて音響イン
ピーダンスの小さい材料を用いても、全く同様の効果を
得ることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、タイヤ探触子内に設けた送信用及び受信用の超音波
探触子に音響導波路を設けることで検査対象物に対し効
率良く超音波エネルギーを送受することができ、直接波
の回り込みやタイヤ内反射による雑音エコーを効果的に
低減できる。

【００２５】また、超音波は全て音響導波路に閉じ込め
られて伝搬するため、伝搬中における超音波エネルギー
の拡散減衰を無視でき、大幅な感度の増加が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例構成図

【図２】図２の音響導波路の断面図

【図３】図１のＡ−Ａ断面図

【図４】先願のタイヤ探触子の説明図

【符号の説明】

１：装置本体 ２：タイヤ探触子 ３：ゴムタイヤ ４：ゲルシート ５：軸受部 ６：ベアリング ７：探触子取付軸 ８：オイルシール ９：媒質液（水） １０：台座 １１：送信用超音波探触子 １２：受信用超音波探触子 １３，１４：信号線 １５：検査対象物 １６：検査面 １７：補助車輪 １８，１９：音響導波路 ２０：導波管 ２１，２２：独立気泡スポンジ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年１月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、タイヤ
探触子を用いた土木構造物の超音波探傷装置にあって
は、次の２つの問題があった。まず第１の問題点は次の
ようになる。土木構造物を対象としたタイヤ探触子に使
用されたる送信用および受信用の超音波探触子１１，１
２の音響放射面の大きさは、一般に直径２０ｍｍ程度の
円である。また土木構造物の分野で使用する超音波の周
波数としては、１００ＫＨｚ以下の低周波が適してい
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡嶋 洋 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株式 会社トキメック内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ゴムタイヤの媒質液内に鉛直下方に向けて
   送信用超音波探触子と受信用超音波探触子を配置し、検
   査対象物上でゴムタイヤを転動しながら検査対象物を非
   破壊検査する超音波探傷装置に於いて、 前記送信用超音波探触子の放射面側及び受信用超音波探
   触子の受信面側の各々に、放射面及び受信面からタイヤ
   内面底部の近傍までに至る音響導波路を設けたことを特
   徴とする超音波探傷装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の超音波探傷装置に於いて、
   前記音響導波路は金属製の導波管の内周および外周の各
   々に独立気泡スポンジを設けたことを特徴とする超音波
   探傷装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の超音波探傷装置に於いて、
   前記音響導波路は金属製の導波管の内周および外周の各
   々に発泡スチロールを設けたことを特徴とする超音波探
   傷装置。