JPH08304352A - Ｃスキャン超音波探傷方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧延金属板の切出しサンプルのなかの10〜 1
00μm 程度の内部欠陥の検出に用いるのに好適なＣスキ
ャン超音波探傷方法および装置を提供する。 【構成】 液中に浸漬された被検査板13を挟んで、点集
束型の超音波送信子11と点集束型の超音波受信子12とを
対向配置して走査するとともに、超音波送信子11から点
集束した超音波を被検査板13内に略垂直に入射し、超音
波の透過波と、超音波によって生起された内部欠陥から
の反射波とを超音波受信子12で受信し、該受信信号を増
幅した信号から前記内部欠陥からの反射波の信号を抽出
し、該抽出された信号に基づいて内部欠陥を検出するこ
とにより、被検査板13の表面近傍での欠陥を不感帯なし
に検出することを可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｃスキャン超音波探傷
方法および装置に係り、特に圧延金属板の切出しサンプ
ルのなかの10〜 100μm 程度の内部欠陥の検出に用いる
のに好適なＣスキャン超音波探傷方法および装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車、缶などの素材となる薄鋼
板は、軽量化、素材コスト削減のため、薄肉化が進むと
共に、部品点数を削減して製作コストを低減するため、
プレス、絞り等の加工において素材の著しい変形を伴う
強い加工が施されるようになっている。鋼板に強い加工
を施すとき、変形の著しい部分に非金属介在物等からな
る内部欠陥が存在すると割れが発生するが、鋼板の肉厚
が薄いほど内部欠陥による割れの発生は顕著となり、か
つ、割れの原因となる内部欠陥のサイズも微小化する。
また欠陥の形態と割れの発生にも関係があり、欠陥形態
として球状の単体、一方向に伸延した単体、微小球状欠
陥の集合体などがあるが、それぞれによって割れの発生
しやすさには違いがみられる。また、サワーガス用のラ
インパイプに用いられる厚鋼板など使用条件の厳しい製
品も増加し、10μm 程度の大きさの微小介在物でも水素
誘起割れの原因となり有害とされ、欠陥形態によっても
水素誘起割れの発生しやすさは相違する。このようなこ
とから、前記した鋼板では内部欠陥を極力少なくするこ
と、欠陥形態を割れの発生しにくいものとすることが要
求され、製品の内部欠陥の発生レベルおよびその形態を
微小欠陥まで含め評価することが必要になっている。

【０００３】このような鋼板の内部欠陥検出およびその
形態の評価手段として、製品の一部をサンプルとして切
出し、このサンプルのなかの内部欠陥をＣスキャン超音
波探傷装置と称される装置を用いて探傷することが広く
用いられてきた。図９に従来のＣスキャン超音波探傷装
置による探傷法を示す。すなわち、溶媒液中に浸漬され
た被検査板101 の上方の点集束型超音波送受信子102
は、コントローラ114 の信号によって移動する走査装置
104 によって走査され、かつ電気パルス発生器116 から
一定時間間隔で送信される電気パルスを超音波に変換
し、被検査板101 に向けて略垂直に超音波ビーム103 を
送信するとともに、被検査板101 の内部欠陥および表面
からの反射波を受信し、電気信号に変換する。受信され
た信号は受信増幅器111 で増幅され、ゲート回路112 で
欠陥からの反射波が抽出される。抽出された信号はピー
ク値検出回路113 に送られ、ここで欠陥反射波の振幅が
検出され、コントローラ114 に送信される。コントロー
ラ114 は前記欠陥反射波の振幅と前記走査装置104 の位
置信号とを表示器115 に出力し、表示器115 は内部欠陥
の２次元分布図を表示し、このようにして内部欠陥を検
出する。

【０００４】このような１つの点集束型超音波送受信子
102 で被検査板101 に略垂直に超音波を送信し、被検査
板101 からの反射波を受信して欠陥を検出する方法で
は、超音波ビームが表面に入射したとき、大振幅であ
り、かつ、残響がしばらく持続する表面エコーが発生す
るため、表面近傍の欠陥反射波が前記表面エコーあるい
はその残響と重なって存在が識別できなくなり、表面近
傍の欠陥を検出することができないという問題があっ
た。

【０００５】また、Ｃスキャン超音波探傷方法あるいは
装置に関する従来技術としては、高周波の超音波を用い
る特開昭59−17153 号公報や特開平５−333000号公報な
どが挙げられる。前者は30〜100MHz、後者は15〜50MHz
の何れも高周波の超音波を用いビーム径を小さくするこ
とにより、分解能を向上させ、内部欠陥の検出能を向上
させたものである。また、後者は、超音波周波数、焦点
距離および被検査板と焦点位置との関係を最適化するこ
とにより、表面近傍に存在する微小欠陥の検出を確実に
し、探傷結果の定量的評価を可能としたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭59−17
153 号や特開平５−333000号に記載のように、高周波の
超音波を用い焦点のビーム径を小さくすると、一方で
は、焦点深度が低下することが一般に知られている（例
えば、R.Saglio et al "THE USE OF FOCUSED PROBES FO
R DETECTION, IMAGING, AND SIZING OF FLAWS", in Pro
c. First Intrenational Symposium on Ultrasonic Mat
erials Characterization-Gaithersburg Md.(1978)参
照）。

【０００７】なお、焦点深度とは、例えば、送受信する
超音波ビームの中心軸上での音圧が、焦点位置の音圧に
比べ−６dB以内である範囲の長さのことであり、焦点深
度が大きいほど被検査板の板厚の方向に広い範囲にわた
って内部欠陥を検出することが可能である。前記文献に
よれば、超音波の周波数をｆ、速度をＣ、超音波送受信
子に内蔵されている振動子の径をＤ、焦点距離をＦとし
たとき、焦点位置での超音波ビーム径ｄおよび焦点深度
Ｌはそれぞれ(1) ，(2) 式のように表される。

【０００８】 ｄ＝（Ｃ／ｆ）×（Ｆ／Ｄ） …………………(1) Ｌ＝（Ｃ／ｆ）×（Ｆ／Ｄ）² …………………(2) (1) 式から、焦点位置での超音波ビーム径ｄを小さくす
るために、周波数ｆを高くすると、(2) 式より焦点深度
Ｌが小さくなることがわかる。このため、高周波超音波
を用いた探傷では、被検査板の板厚方向の全断面を均一
な感度で探傷することが難しく、焦点位置以外の深さに
存在する欠陥の検出能は大きく低下し、検出洩れが多発
する欠点がある。このため欠陥を板厚方向にわたり洩れ
なく検出するためには、焦点位置を変更して、必要回数
探傷を実施し直す必要があり、探傷に時間がかかる欠点
があった。

【０００９】また、前出特開平５−333000号では、表面
直下の不感帯が低減されているとはいえ、皆無とは言え
ず、垂直探傷法によるＣスキャン超音波探傷には依然と
して表面近傍に存在する微小欠陥が検出できないという
問題が残されている。ところで、本発明者らは、上記問
題点を解消すべく、既に特願平６−7176号において、被
検査板を挟んでラインフォーカス型超音波送信センサと
１次元アレー型超音波センサとを対向配置し、該送信セ
ンサから帯状超音波ビームを被検査板に向けてほぼ垂直
に送信し、被検査板に入射した超音波によって生起され
た内部欠陥からの反射波を前記１次元アレー型超音波受
信センサによって受信し、受信された超音波を増幅し、
反射波のみを抽出した後に所定の振幅に達した反射波の
有無を検出することを特徴とする超音波探傷方法および
装置を提案し、これによって表面直下での不感帯なし
に、全厚にわたり一度に一定幅の線状の領域を探傷する
ことが可能になった。

【００１０】しかしながら、この方法では、微小な欠陥
までその有無は明瞭にわかるものの、送受信する超音波
が２次元的に集束していないため、幅方向の分解能が低
く、欠陥の形態までは判別できない問題があった。この
発明は、前記従来技術の問題点を解消すべくなされたも
ので、Ｃスキャン超音波探傷において、被検査板の表面
近くでの不感帯がなく、１回の走査で板厚方向全断面の
探傷ができ、微細な内部欠陥の形態まで検出することが
可能なＣスキャン超音波探傷方法および装置を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、液中に浸漬さ
れた被検査板を挟んで、点集束型の超音波送信子と点集
束型の超音波受信子とを対向配置して走査するととも
に、前記超音波送信子から点集束した超音波を被検査板
内に略垂直に入射し、前記超音波の透過波と、前記超音
波によって生起された内部欠陥からの反射波とを前記超
音波受信子で受信し、該受信信号を増幅した信号から前
記内部欠陥からの反射波の信号を抽出し、該抽出された
信号に基づいて被検査板の内部欠陥を検出することを特
徴とするＣスキャン超音波探傷方法である。

【００１２】なお、前記内部欠陥からの反射波の信号
を、超音波の透過波が前記超音波受信子に到達する時間
をτ₀ とし、該超音波が被検査板の厚さ方向に伝播する
のに要する時間をτ₁ とするとき、（τ₀ ＋τ₁ ）以後
で、かつ（τ₀ ＋２×τ₁ ）以前の受信信号から抽出す
るのがよい。また、前記内部欠陥からの反射波の信号
を、被検査板の厚さ方向に１回伝播した透過波の信号よ
りも後で、被検査板の厚さ内を１回伝播し、さらに厚さ
内を１往復した透過波の信号よりも前の受信信号から抽
出してもよい。

【００１３】さらに、前記超音波送信子と前記超音波受
信子の焦点距離を比較し、該焦点距離が異なる場合は大
きい方の焦点距離をＦ_L とし、または前記焦点距離が等
しい場合はその焦点距離をＦ_L とし、被検査板の板厚を
ｔとしたとき、前記超音波送信子と前記超音波受信子と
の間の距離Ｌ_S が下記式を満足するように両者を配置す
るのがよい。

【００１４】Ｌ_S ≦Ｆ_L −｛（Ｃ_M ／Ｃ_L ）−１｝×ｔ
＋Ｆ_L ×５／38 ただし、Ｃ_M ；被検査材中での超音波の伝播速度、
Ｃ_L ；液中での超音波の伝播速度。また、本発明は、被
検査板の表面に超音波を略垂直に送信する点集束型の超
音波送信子と、被検査板を挟んで前記点集束型超音波送
信子と対向する位置に配置し、超音波の反射波と、超音
波によって生起された内部欠陥からの反射波とを受信す
る点集束型の超音波受信子と、前記超音波送信子と前記
超音波受信子とを被検査板を挟んで支持する支持アーム
と、該支持アームを走査する走査装置と、電気パルスを
発生する電気パルス発生装置と、受信信号を増幅する増
幅装置と、増幅された信号から内部欠陥からの反射波を
抽出するゲート手段と、を備えたことを特徴とするＣス
キャン超音波探傷装置である。

【００１５】

【作用】本発明によれば、液中に浸漬された被検査板を
挟んで、点集束型の超音波送信子と点集束型の超音波受
信子とを対向配置して走査するとともに、前記超音波送
信子から点集束した超音波を被検査板内に略垂直に入射
し、前記超音波の透過波と、前記超音波によって生起さ
れた内部欠陥からの反射波とを前記超音波受信子で受信
し、該受信信号を増幅した信号から前記内部欠陥からの
反射波の信号を抽出し、該抽出された信号に基づいて被
検査板の内部欠陥を検出するようにしたので、被検査板
表裏面近傍での内部欠陥であっても不感帯なく、全断面
にわたり均一な感度で検出することが可能である。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて詳細に説
明する。図１は本発明の一実施例の構成を示す一部斜視
図を含むブロック線図である。図１において、11は点集
束型超音波送信子（以下、単に超音波送信子という）、
12は点集束型超音波受信子（以下、単に超音波受信子と
いう）で、被検査板13を挟んで対向配置される。14は超
音波送信子11、超音波受信子12を支持するコの字状の支
持アームである。なお、超音波送信子11および超音波受
信子12と被検査板13との間には、超音波伝播媒質として
好適に使用される水が介在されている。15は支持アーム
14を走査する走査装置である。

【００１７】16は内蔵したクロック回路（図示せず）か
ら、一定の時間間隔で電気パルスを超音波送信子11に内
蔵した圧電振動子（図示せず）に送信する電気パルス発
生器である。17は超音波受信子12からの信号を受信する
受信増幅器、18はゲート回路、19はピーク値検出回路、
20はコントローラ、21は表示器である。超音波送信子11
は、電気パルス発生器16から一定の時間間隔で送信され
た電気パルスを超音波に変換し、水を介して被検査板13
に略垂直に超音波送信ビーム11Ａを送信する。超音波受
信子12は、被検査板13に入射した超音波によって生起さ
れた内部欠陥からの反射波を含む超音波受信ビーム12Ａ
を水を介して受信する。そして、支持アーム14はコント
ローラ20からの信号で駆動される走査装置15によって走
査され、これによって対向配置された超音波送信子11と
超音波受信子12を被検査板13の面を方形走査し、その内
部欠陥を探傷する。

【００１８】受信増幅器17で増幅された受信信号はゲー
ト回路18で、内部欠陥からの反射波を前記受信信号から
抽出する。この抽出された信号はピーク値検出回路19に
送信され、ピーク値検出回路19では前記反射波の振幅を
検出して、アナログ量またはデイジタル量としてコント
ローラ20に出力する。コントローラ20は前記反射波の振
幅と走査装置15の位置信号とを表示器21に出力し、内部
欠陥の２次元分布図を作成する。

【００１９】ここで、ゲート回路18の機能について、図
２を用いて詳しく説明する。まず、被検査板13の厚みを
ｔとし、内部欠陥22が被検査板13の表面13ａの近く、す
なわち表面13ａからの距離ｄがｔ／２以下に存在する場
合を例にすると、超音波送信子11から送信された超音波
送信ビーム11Ａは、液中を伝播して被検査板13の表面13
ａに達すると、被検査板13の内部に入射してその内部に
伝播する。

【００２０】このとき、被検査板13の内部に伝播した超
音波はその一部が直進し、直接透過波30として超音波受
信子12で受信される。また、内部欠陥22が超音波の伝播
経路に存在すると、最初にこの内部欠陥22の上側で１回
反射して表面13ａに向かい、表面13ａで反射して、被検
査板13の厚さｔ内を 0.5往復伝播し、裏面13ｂから液中
に伝播し受信される反射波31と、最初に被検査板の厚さ
ｔ内を 0.5往復伝播し裏面13ｂで反射し、内部欠陥22に
向かい、内部欠陥22の下側で１回反射した後、裏面13ｂ
から液中に伝播し受信される反射波32とが生起される。

【００２１】なお、これらの反射波31および32は、さら
に裏面13ｂで１回以上反射し、被検査板13の厚さｔ内を
１往復以上して、超音波受信子12に受信される反射波が
生起されるが、ここでは図示を省略した。このように、
本発明は受信し増幅した信号から、前記した内部欠陥か
らの反射波の信号を抽出して、それに基づき内部欠陥を
検出する。内部欠陥22が被検査板13の表面13ａからの距
離ｄがｔ／２以下に存在する場合は、反射波32が反射波
31よりも遅れて超音波受信子12に到達する。

【００２２】さらに、超音波受信子12で受信される信号
の時間的推移を図３で説明する。この図において、τ₀
は被検査板13の厚さｔ内を 0.5往復伝播した直接透過波
30が超音波受信子12に到達した時刻、τ₁ は超音波が被
検査板13の厚さｔ内を 0.5往復伝播するのに要する時間
である。なお、33は被検査板13の厚さｔ内を0.5 往復伝
播し、さらに被検査板13を１往復した透過波の信号であ
る。

【００２３】このように、反射波32の伝播距離が反射波
31の伝播距離よりも大きいために、反射波32が反射波31
よりも遅れて受信される。この図より、内部欠陥22によ
る反射波32は、被検査板13の厚さｔ内を 0.5往復伝播し
た前記直接透過波30が超音波受信子12に到達した時刻τ
₀ から超音波が被検査板13の厚さｔ内を0.5 往復伝播す
るのに要する時間τ₁ 経過した以後であって、直接透過
波30による不感帯領域から外れたところに現れ、かつ時
刻τ₀ から（２×τ₁ ）経過以前であって、透過波33よ
りも早い時間に現れる。また、内部欠陥22の位置が表面
13ａに近くなるほどτ₂ （τ₂ は超音波が被検査板13中
の内部欠陥22までの距離ｄを１往復する、すなわち距離
２ｄだけ伝播するのに要する時間）が小さくなるが、透
過波33よりも早い時間に現れる。そのため、内部欠陥22
が表面13ａの直下に存在しても、内部欠陥22による反射
波32を明瞭に識別して抽出できるので、これを抽出して
内部欠陥22を検出するのが好ましい。

【００２４】内部欠陥22による反射波32の現れる時間τ
は下記式(3) で表される。 （τ₀ ＋τ₁ ）≦τ≦（τ₀ ＋２×τ₁ ） ………………(3) なお、直接透過波30の到達から該透過波の残響が終了す
るまでの時間をτ_D （図３参照）としたとき、時刻（τ
₀ ＋τ_D ）以後で、かつ、（τ₀ ＋２×τ₁ ）以前に受
信した信号を抽出するようにすれば、反射波31および32
の両方を検出することが可能である。

【００２５】以上の説明は、内部欠陥が表面の近くに存
在する場合についてであるが、次に裏面13ｂの近く、す
なわち、表面13ａからの距離ｄがｔ／２以上の位置に存
在する場合について説明する。この場合、図２と異なり
内部欠陥22による反射波31の伝播距離が反射波32の伝播
距離よりも大きくなるので、反射波31が遅れて受信され
る。この反射波31が前述したと同様に、直接透過波30に
よる不感帯領域から外れたところに現れ、また、透過波
33よりも早い時間に現れる。そのため、内部欠陥22が裏
面13ｂの直下に存在しても、内部欠陥22による反射波31
を明瞭に識別して抽出できるので、内部欠陥22が検出で
きて好ましい。

【００２６】これまで説明したように、被検査板13を
0.5往復伝播した直接透過波30と、さらに被検査板13を
１往復伝播した透過波33との間に現れる伝播距離が長い
方の内部欠陥からの反射波を抽出するのが、ノイズとな
る雑エコー成分が小さいのでより好ましいが、超音波が
被検査板13を 0.5往復伝播し、さらに被検査板13を１往
復以上の整数回往復伝播した透過波と該透過波よりもさ
らに被検査板13を１往復伝播した透過波との間に現れる
伝播距離が長い方の内部欠陥からの反射波を抽出するよ
うにしてもよい。

【００２７】本発明では２次元的に集束した点集束型の
超音波送信子と点集束型の超音波受信子を用い、超音波
送信子と超音波受信子を被検査板に対して相対的に走査
しているので、幅方向の分解能が高く、内部欠陥の形態
を検出することが可能となった。さらに、本発明は図４
に示すように、超音波送信子11からの超音波送信ビーム
11Ａが超音波受信子12の表面で焦点Ｆを結ぶようにし、
かつ、超音波受信子12の超音波受信ビーム12Ａの焦点Ｇ
は超音波送信子11の表面となるようにするとよい。この
ようにすると、超音波送信子11から送信される超音波送
信ビーム11Ａの強度は、被検査板13の表面に近いほど低
くなるので、そこに存在する内部欠陥からの反射波の強
度は小さくなるが、一方、超音波受信子12の受信効率は
焦点Ｆに近い方が大きいので、被検査板13の表面に近い
ほど大きくなる。そのため、超音波受信子12で受信され
た内部欠陥からの反射波の強度は両者の効果が相殺し
て、内部欠陥の存在する位置が変化してもほぼ一定とす
ることができ、厚さ方向にわたって均一な感度とするこ
とができるからである。

【００２８】図５は、本発明法と従来法で人工欠陥を検
出した結果を示したものである。すなわち、本発明法は
前出図４に示したような焦点Ｆ，Ｇが結ぶように配置し
た周波数25MHz 、水中焦点距離38mmの超音波送信子11お
よび超音波受信子12を用いて測定したものであり、また
従来法は前出図９に示したように、一方向から一つの点
集束型の周波数25MHz 、水中焦点距離38mmの超音波送受
信子で超音波を送信し、受信する方法で測定したもので
ある。なお、人工欠陥は板厚5.5mm の被検査板13に、表
面からの距離を変化させて、厚さ方向と直角に0.2 mmφ
の横ドリル孔を開けて製作したものである。

【００２９】この図から、本発明法は、従来法に比較し
て反射波の振幅が欠陥の表面からの距離に依らず一定で
あり、格段に優れた焦点深さを有し、厚さ方向にわたっ
て均一な感度で検出できることがわかる。次に、点集束
型の超音波送信子11、点集束型の超音波受信子12および
被検査板13の位置関係について、実験データに基づいて
詳細に説明する。すなわち、図６は、前出図４に示した
ように焦点Ｆ，Ｇが結ぶように超音波送信子11と超音波
受信子12を配置し、そのときの超音波送信子11と超音波
受信子12間の距離をＬ_S とし、厚さｔが4.5mm である被
検査板13を超音波送信子11と超音波受信子12の間で移動
して超音波受信子12と被検査板13の間の距離Ｌ₂ を変化
させたときの、被検査板13の内部欠陥からの反射波の振
幅およびＳ／Ｎを測定したものである。用いた超音波送
信子11および超音波受信子12は周波数25MHz 、水中焦点
距離38mmである。これより、被検査板13は超音波送信子
11と超音波受信子12間のどの位置においても、内部欠陥
による反射波の振幅およびＳ／Ｎはほとんど変化がな
い。すなわち、被検査板13は超音波送信子11と超音波受
信子12間のどの位置においてもよいことがわかる。

【００３０】いま、超音波送信子11と超音波受信子12の
焦点距離が等しい場合、すなわち、前出図４に示したよ
うに、超音波送信ビーム11Ａの焦点Ｆが超音波受信子12
の表面に一致し、超音波受信ビーム12Ａの焦点Ｇが超音
波送信子11の表面と一致するように超音波送信子11と超
音波受信子12を配置したとき、超音波送信子11と超音波
受信子12との間の距離をＬ_S0とすると、この距離Ｌ_S0は
下記(4) 式のように表される。

【００３１】 Ｌ_S0＝Ｆ_L −｛（Ｃ_M ／Ｃ_L ）−１｝×ｔ ………………(4) ただし、Ｆ_L ；点集束型の超音波送信子11の焦点距離、
または点集束型の超音波受信子12の焦点距離、ｔ；被検
査板の板厚、Ｃ_M ；被検査材中での超音波の伝播速度、
Ｃ_L ；液中での超音波の伝播速度である。図７はこのよ
うに超音波送信子11と超音波受信子12の焦点距離が等し
い場合、距離Ｌ_S0を基準距離として、水中で超音波送信
子11と超音波受信子12との間の距離を変化させ、被検査
板の内部欠陥からの反射波の振幅を測定したものであ
る。用いた超音波送信子11および超音波受信子12は周波
数；25MHz 、水中焦点距離；38mmであり、被検査板は板
厚ｔが4.5 mmの薄鋼板を用いた。距離Ｌ_S が基準距離Ｌ
_S0よりも小さいときには反射波の振幅は若干大きいが、
距離Ｌ_S が基準距離Ｌ _S0よりも大きくなると反射波の振
幅は急激に低下することがわかる。反射波の振幅が基準
距離Ｌ_S0の場合よりも３dB以上低下することは、欠陥検
出におけるＳ／Ｎの低下につながり、好ましくないの
で、超音波送信子11と超音波受信子12との間の距離Ｌ_S
(mm)は下記(5) 式を満足することが必要である。

【００３２】 Ｌ_S ≦Ｌ_S0＋Ｆ_L ×５／38 ………………(5) すなわち、 Ｌ_S ≦Ｆ_L −｛（Ｃ_M ／Ｃ_L ）−１｝×ｔ＋Ｆ_L ×５／38 …………(6) として表される。なお、(6) 式のＦ_L の係数５／38は超
音波送信子11および超音波受信子12の焦点距離が38mm以
外の場合も考えて、一般化を図ったものである。

【００３３】次に、超音波送信子11の焦点距離と超音波
受信子12の焦点距離が等しくないときにも、次のように
配置することにより、前出図５および図６に示したもの
と同様の効果を得ることができる。例えば、超音波送信
子11の焦点距離が超音波受信子12の焦点距離よりも大き
いときには、超音波送信ビーム11Ａの焦点Ｆが超音波受
信子12の表面に一致するように超音波送信子11と超音波
受信子12を配置する。このとき、被検査板13を超音波受
信ビーム12Ａの焦点Ｇよりも超音波受信子12に近い位置
におけば、前出図４を用いて説明したものと同様のこと
が成立する。また、超音波受信子12の焦点距離が超音波
送信子11の焦点距離よりも大きいときには、超音波受信
ビーム12Ａの焦点Ｇが超音波送信子11の表面と一致する
ように超音波送信子11と超音波受信子12を配置する。こ
のとき、被検査板13を超音波送信ビーム11Ａの焦点Ｆよ
りも超音波送信子11に近い位置におけば、前出図４を用
いて説明したものと同様のことが成立する。

【００３４】また、超音波送信子11の焦点距離と超音波
受信子12の焦点距離が等しくないときの両者の間隔Ｌ_S
について実験データに基づいて詳細に説明する。いま、
超音波送信子11の焦点距離が超音波受信子12の焦点距離
よりも大きい場合を例にとって説明する。このとき、大
きい方の焦点距離をＦ_L とする。そこで、超音波送信ビ
ーム11Ａの焦点Ｆが超音波受信子12の表面に一致するよ
うに超音波送信子11と超音波受信子12とを配置したと
き、超音波送信子11と超音波受信子12との間の距離をＬ
_S0とすると、この距離Ｌ_S0は下記(7) 式のように表され
る。

【００３５】 Ｌ_S0＝Ｆ_L −｛（Ｃ_M ／Ｃ_L ）−１｝×ｔ ………………(7) 図８はこの距離Ｌ_S0を基準距離として、水中で超音波送
信子11と超音波受信子12との間の距離を変化させ、被検
査板の内部欠陥からの反射波の振幅を測定したものであ
る。用いた超音波送信子11は周波数；25MHz 、水中焦点
距離；38mmであり、超音波受信子12は周波数；25MHz 、
水中焦点距離；25mmである。被検査板は板厚ｔが4.5 mm
の薄鋼板を用いた。

【００３６】前出図７と同様に、距離Ｌ_S が基準距離Ｌ
_S0よりも小さいときには反射波の振幅は若干大きいが、
距離Ｌ_S が基準距離Ｌ_S0よりも大きくなると反射波の振
幅は急激に低下することがわかる。反射波の振幅が基準
距離Ｌ_S0の場合よりも３dB以上低下することは、欠陥検
出におけるＳ／Ｎの低下につながり、好ましくないと判
断されるため、超音波送信子11と超音波受信子12との間
の距離Ｌ_S (mm)は下記(8) 式を満足することが必要であ
る。

【００３７】 Ｌ_S ≦Ｌ_S0＋Ｆ_L ×５／38 ………………(8) すなわち、 Ｌ_S ≦Ｆ_L −｛（Ｃ_M ／Ｃ_L ）−１｝×ｔ＋Ｆ_L ×５／38 …………(9) として表される。なお、(9) 式のＦ_L の係数５／38は超
音波送信子11および超音波受信子12の焦点距離が38mm以
外の場合も考えて、一般化を図ったものである。

【００３８】次に、超音波受信子12の焦点距離が超音波
送信子11の焦点距離が大きい場合について、超音波送信
子11として周波数；25MHz 、水中焦点距離；25mmであ
り、超音波受信子12として周波数；25MHz 、水中焦点距
離；38mmのものを用いて実験を行ったところ、図示は省
略するが、図８とほぼ同等の結果を得ることができた。
したがって、超音波送信子11の焦点距離と超音波受信子
12の焦点距離が等しくないときには、大きい方をＦ_L と
し、超音波送信子11と超音波受信子12との間の距離Ｌ_S
が前出(9) 式となるように、超音波送信子11と超音波受
信子12とを配置すればよい。

【００３９】被検査板13として厚さ1.2 〜5.5 mmの薄鋼
板の欠陥探傷を行う際に、本発明法を適用した。このと
き用いた超音波送信子11としては周波数25MHz 、水中焦
点距離38mmのものを用いて、25MHz の周波数の超音波を
送信し、また超音波受信子12としては周波数25MHz 、水
中焦点距離38mmのものを用いて探傷した。その結果、欠
陥の厚さ方向の位置によらずに、10μm φの超微小欠陥
を検出することができた。

【００４０】なお、上記した本実施例においては、超音
波送信子11と超音波受信子12を支持アーム14で保持する
ことにより被検査板に対して対向配置された前記超音波
送信子と前記超音波受信子を走査するようにしたが、本
発明はこれに限るものではなく、逆に被検査板側を走査
するように構成してもよいことは、言うまでもない。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、圧延金属板等の微細な
介在物などの内部欠陥を表面の不感帯をなくして、全断
面にわたり均一な感度で検出することができ、これによ
って製品の品質管理および品質そのものの向上に寄与す
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す一部斜視図を含
むブロック線図である。

【図２】欠陥からの反射波の伝播経路と位置関係を示す
説明図である。

【図３】受信される超音波信号と時間の関係を示す説明
図である。

【図４】送信子と受信子の超音波ビームの焦点を示す説
明図である。

【図５】欠陥の表面からの距離と反射波の振幅の関係を
示す特性図である。

【図６】内部欠陥からの反射波の振幅およびＳ／Ｎを示
す特性図である。

【図７】内部欠陥からの反射波の振幅を示す特性図であ
る。

【図８】内部欠陥からの反射波の振幅を示す特性図であ
る。

【図９】従来例の構成を示す一部斜視図を含むブロック
線図である。

【符号の説明】

11 超音波送信子（点集束型超音波送信子） 11Ａ 超音波送信ビーム 12 超音波受信子（点集束型超音波受信子） 12Ａ 超音波受信ビーム 13 被検査板 13ａ 表面 13ｂ 裏面 14 支持アーム 15 走査装置 16 電気パルス発生器 17 受信増幅器 18 ゲート回路 19 ピーク値検出回路 20 コントローラ 21 表示器 22 内部欠陥 30 直接透過波 31, 32 反射波 33 透過波

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液中に浸漬された被検査板を挟んで、点
   集束型の超音波送信子と点集束型の超音波受信子とを対
   向配置して走査するとともに、 前記超音波送信子から点集束した超音波を被検査板内に
   略垂直に入射し、 前記超音波の透過波と、前記超音波によって生起された
   内部欠陥からの反射波とを前記超音波受信子で受信し、 該受信信号を増幅した信号から前記内部欠陥からの反射
   波の信号を抽出し、 該抽出された信号に基づいて被検査板の内部欠陥を検出
   することを特徴とするＣスキャン超音波探傷方法。
2. 【請求項２】 前記内部欠陥からの反射波の信号を、超
   音波の透過波が前記超音波受信子に到達する時間をτ₀
   とし、該超音波が被検査板の厚さ方向に伝播するのに要
   する時間をτ₁ とするとき、（τ₀ ＋τ₁ ）以後で、か
   つ（τ₀ ＋２×τ₁ ）以前の受信信号から抽出すること
   を特徴とする請求項１記載のＣスキャン超音波探傷方
   法。
3. 【請求項３】 前記内部欠陥からの反射波の信号を、被
   検査板の厚さ方向に１回伝播した透過波の信号よりも後
   で、被検査板の厚さ内を１回伝播し、さらに厚さ内を１
   往復した透過波の信号よりも前の受信信号から抽出する
   ことを特徴とする請求項１または２記載のＣスキャン超
   音波探傷方法。
4. 【請求項４】 前記超音波送信子と前記超音波受信子の
   焦点距離を比較し、該焦点距離が異なる場合は大きい方
   の焦点距離をＦ_L とし、または前記焦点距離が等しい場
   合はその焦点距離をＦ_L とし、被検査板の板厚をｔとし
   たとき、前記超音波送信子と前記超音波受信子との間の
   距離Ｌ_S が下記式を満足するように両者を配置すること
   を特徴とする請求項１、２または３のいずれか記載のＣ
   スキャン超音波探傷方法。 Ｌ_S ≦Ｆ_L −｛（Ｃ_M ／Ｃ_L ）−１｝×ｔ＋Ｆ_L ×５／
   38 ただし、Ｃ_M ；被検査材中での超音波の伝播速度、
   Ｃ_L ；液中での超音波の伝播速度。
5. 【請求項５】 被検査板の表面に超音波を略垂直に送
   信する点集束型の超音波送信子と、 被検査板を挟んで前記点集束型超音波送信子と対向する
   位置に配置し、超音波の反射波と、超音波によって生起
   された内部欠陥からの反射波とを受信する点集束型の超
   音波受信子と、 前記超音波送信子と前記超音波受信子とを被検査板を挟
   んで支持する支持アームと、 該支持アームを走査する走査装置と、 電気パルスを発生する電気パルス発生装置と、 受信信号を増幅する増幅装置と、 増幅された信号から内部欠陥からの反射波を抽出するゲ
   ート手段と、を備えたことを特徴とするＣスキャン超音
   波探傷装置。