JPH09145697A - 複合型探触子装置 - Google Patents

複合型探触子装置

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JPH09145697A JP7307867A JP30786795A JPH09145697A JP H09145697 A JPH09145697 A JP H09145697A JP 7307867 A JP7307867 A JP 7307867A JP 30786795 A JP30786795 A JP 30786795A JP H09145697 A JPH09145697 A JP H09145697A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は鋼管や鋼板の内部欠陥を高性能で
効率良く探傷するための感度変動が小さくて、広い探傷
カバー範囲を有する複合型探触子を提供することを目的
としている。 【解決手段】 送信振動子ＷＴの両側に複数のチドリ状
に配置された受信振動子ＰＲ１〜ＰＲ４を有し、送信振
動子の長さ寸法ｌＴは測定範囲の全領域で近距離音場と
なる寸法とし、送信振動子の幅寸法ＷＴは測定範囲の全
領域で遠距離音場となる寸法とし、上記送受信振動子は
電極が分割された共通な圧電板から構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は鋼板や鋼管等の内
部欠陥を超音波探傷検査に使用する複合探触子装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は特許公報（昭５８−３３５０１）
に記載された従来の複合垂直探触子を使用した超音波探
傷装置の説明図である。図４においてＴはパルス送信器
であり、ＰＴは送信振動子、ＰＲ１〜ＰＲ３は受信振動
子、ＤＴは送信遅延材、ＤＲは受信遅延材、ＳＰは送受
超音波分離板、ＴＰは被検材、ＲＳは受信入力切替器、
Ｒは受信増幅器、Ｆは被検材内部の欠陥、ｌＴは送信振
動子寸法、点線１は送信振動子から受信振動子に伝搬す
る欠陥超音波エコー経路を示す。
【０００３】従来の超音波探傷装置では１ケの送信振動
子ＰＴと平行に複数個の受信振動子ＰＲ１〜ＰＲ３を配
置しており、送信振動子ＰＴはパルス送信器Ｔで発生す
る周期的なパルス電気出力の給電で周期的な超音波減衰
振動を発生する。被検材ＴＰ中を伝搬する送信超音波ビ
ームは送信振動子寸法ｌＴ方向の範囲で寸法ｌＴ幅より
やや狭い範囲となり、点線１に示す様に送信遅延材ＤＴ
を介し被検材ＴＰに伝搬し被検材内部の欠陥Ｆで反射し
て受信遅延材ＤＲを経由して受信振動子ＰＲ１〜ＰＲ３
に受信され圧電変換により電気信号に変換されて受信入
力切替器ＲＳを経て受信増幅器Ｒに受信され、この欠陥
Ｆエコーレベルで欠陥寸法が測定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この従来技術による探
傷装置での欠陥エコーレベルは、欠陥Ｆの振動子幅方向
位置が受信振動子ＰＲ１〜ＰＲ３の内最も伝搬距離の近
い振動子で高い感度で受信されるが、欠陥Ｆ位置が受信
振動子ＰＲ１とＰＲ２の中間にある場合、欠陥Ｆエコー
は受信振動子ＰＲ１とＰＲ２に分散して受信されるた
め、感度が低下し複合振動子間で均一な感度を確保出来
なくなる。この対策として、配置が連続する受信振動子
ＰＲ１とＰＲ２の２ケを受信入力切替器ＲＳで両者とも
同時にＯＮとし並列に受信することで解決できるが、受
信する振動子幅が２倍になるため感度低下を起こすとと
もに、受信入力切替器ＰＲの回路損失の増大により欠陥
検出性能も低下する。又、この方法では、例えば振動子
ＰＲ１とＰＲ２の受信周期に振動子ＰＲ２とＰＲ３を受
信すると中間の振動子ＰＲ２が重複し、均一な感度特性
が得られないため、２種の信号を時分割で受信すること
になるが、この方法は欠陥Ｆエコー採取周期の増大を伴
い、被検材ＴＰが高速で移動する鉄鋼ラインの自動探傷
装置の場合、欠陥Ｆデータを採取するピッチを粗くする
か、走査速度の低速化を意味し、欠陥検出性能の低下や
欠陥検出感度のバラツキ増大、処理能力の低下を生ずる
こととなる。即ち、従来方式では１ケの複合探触子で感
度が均一な広い有効ビーム幅を確保することが困難であ
るため、広いビーム幅を確保するには複数の探触子が必
要であった。
【０００５】この複数の探触子は寸法上からビーム幅方
向で同一線上には配置できず、送受振動子方向に探触子
寸法以上の間隔を取ったチドリ配置となるが、このこと
は探触子保持装置の寸法重量の増大を伴うとともに、鉄
鋼ラインの厚板自動探傷装置の様に探触子保持装置が被
検材ＴＰの上下ぶれに追従動作しながら探傷する装置の
場合、チドリ配置の探触子の両方とも被検材ＴＰの端ま
で走査することが困難となり、板端の未探傷範囲の増大
や探触子走査装置の複雑化によるコスト増大等の課題が
あった。
【０００６】この発明は、これらの課題を解決するため
になされたものであり、広い有効ビーム幅で性能劣化が
少なく一列配置できる複合型探触子装置を得ることを目
的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の複合型探触子
装置は、中央に送信振動子を配置し、上記送信振動子の
両側にチドリ状に受信振動子を配置し、上記チドリ状の
受信振動子はお互いに重複する部分を有する配置とした
ものである。
【０００８】この発明の複合型探触子装置は、中央に配
置された送信振動子の送受分割と平行な方向では被検材
中で近距離音場となるような寸法とし、送受分割と直角
な方向では被検材中で遠距離音場となるような寸法にし
たものである。
【０００９】この発明の複合型探触子装置は、送受信の
それぞれの振動子を共通な圧電板上で電極のみを分割さ
せて形成したものである。
【００１０】この発明の複合型探触子装置は、送信振動
子と受信振動子の送受分割面で、被検材表面に対向する
面に送受超音波分割板を設けたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１を示す複
合型探触子装置の振動子配置を示す図、図２（ａ）は複
合型探触子装置の送受分割方向に平行な断面図、図２
（ｂ）は送受分割方向に直角な断面図、図２（ｃ）はチ
ドリ状に配置された受信振動子により形成される超音波
の受信パターン図である。図において２は探触子ケー
ス、３は送信振動子ＰＴから送信される超音波ビーム、
４は受信振動子ＰＲ１〜ＰＲ４の超音波ビーム、５は送
信の超音波ビーム３と受信振動子４の超音波ビームが重
なり合う受信可能領域、６は共通な圧電板、ＰＴは送信
振動子、ＰＲ１〜ＰＲ４は受信振動子、ＴＰは被検材、
Ｓは被検材ＴＰの表面、Ｂは被検材ＴＰの底面、ｌＴは
送受分割方向と平行な送信振動子の長さ寸法、ｌＲ１〜
ｌＲ４は受信振動子ＰＲ１〜ＰＲ４にそれぞれ対応した
送受分割方向に平行な受信振動子の長さ寸法、Δｌはチ
ドリ状に配置された受信振動子ＰＲ１とＰＲ２、受信振
動子ＰＲ２とＰＲ３、及び受信振動子ＰＲ３とＰＲ４が
それぞれ重複する寸法、ＷＴは送受分割方向と直角方向
における送信振動子の幅寸法、ＷＲは送受分割方向と直
角方向における受信振動子の幅寸法、ＷＴＲは送信振動
子ＰＴと受信振動子ＰＲ１、ＰＲ３、及び受信振動子Ｐ
Ｒ２、ＰＲ４間の間隔、ＢＷ１〜ＢＷ４はそれぞれチド
リ状に配置された受信振動子ＰＲ１〜ＰＲ４で形成され
る超音波の受信パターンである。
【００１２】上記のように構成された複合型探触子装置
においては送信振動子ＰＴの長さ寸法ｌＴ方向の有効ビ
ーム幅は、被検材ＴＰの最大厚さよりも近距離音場限界
距離（Ｘ0 ＝ｌＴ2 ／４／λ ここでλは波長）の方が
大きくなるように送信振動子の長さｌＴが決定されてい
るため、有効ビーム幅は送信振動子ＰＴの長さ寸法ｌＴ
より若干狭い幅で被検材ＴＰの表面Ｓから底面Ｂまでの
範囲においてほぼ平行なビームを形成する。上記送信振
動子ＰＴの両側には受信振動子ＰＲ１〜ＰＲ４の長さ寸
法ｌＲ１〜ｌＲ４の１０〜２０％程度の範囲でお互いに
重複する部分Δｌを有しながらチドリ状に並んだ受信振
動子ＰＲ１〜ＰＲ４が配置されているため、送受分割方
向と平行な方向でそれぞれの受信振動子ＰＲ１〜ＰＲ４
が形成するビームパターンＢＷ１〜ＢＷ４間には隙間が
生じない均一な特性が得られる。また、送受分割方向に
直角な方向では送信振動子ＰＴからの超音波ビーム３と
受信振動子ＰＲ１〜ＰＲ４の超音波ビーム４が被検材Ｔ
Ｐ中で十分に重なり合うように送信振動子の幅寸法ＷＴ
と受信振動子の幅寸法ＷＲと送受信振動子の間隔ＷＴＲ
が設定｛ＷＴＲ≦２×ｔａｎ（送受信振動子寸法の指向
角）×圧電板から被検材表面までの距離｝されているた
め、受信可能領域５は被検材ＴＰの表面Ｓから底面Ｂに
わたって広く確保されている。
【００１３】また、送信振動子ＰＴと受信振動子ＰＲ１
〜ＰＲ４は一個ずつ独立した部品ではなく、共通な圧電
板６で構成され、上記圧電板６上の電極をそれぞれ分割
することで形成されて探触子ケース２に収納されている
ため、構成要素部品はリード線の引き出しを除いて一般
的な一振動子型探触子と同一にできる。
【００１４】なお従来技術の複合探触子は、超音波の漏
込み防止のため超音波遅延材ＤＴ、ＤＲを送受超音波分
離板ＳＰで分離する必要があり、この分離板ＳＰが被検
材ＴＰ表面から０．５ｍｍ以下と近接して配置する必要
があるため、被検材ＴＰ表面の突起や異物との接触で破
損や摩耗を生じ探傷性能の劣化を起こす欠点があり、保
守点検も繁雑であったが、この発明の実施の形態１では
送受超音波分離板ＳＰを必要としないので、前記欠点を
解消することができる。
【００１５】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２を示す複合型探触子装置の断面図である。図におい
て２は探触子ケース、３は送信振動子ＰＴから送信され
る超音波ビーム、４は受信振動子ＰＲ１〜ＰＲ４の超音
波ビーム、５は送信の超音波ビーム３と受信振動子４の
超音波ビームが重なり合う受信可能領域、７は送信振動
子ＰＴと受信振動子ＰＲ１〜ＰＲ４の分割面に設けられ
た送受超音波分離板、ＰＴは送信振動子、ＰＲ１〜ＰＲ
４は受信振動子、ＴＰは被検材、Ｓは被検材ＴＰの表
面、Ｂは被検材ＴＰの底面である。
【００１６】上記のように構成された複合型探触子装置
においては送信振動子ＰＴと送信振動子ＰＴの両側に配
置された受信振動子ＰＲ１、ＰＲ３、及び受信振動子Ｐ
Ｒ２、ＰＲ４のそれぞれの分割面で、かつ被検材ＴＰの
表面Ｓに対向する面に送受超音波分離板７が設けられて
いるため、送信振動子ＰＴから送信された超音波ビーム
３が被検材ＴＰの表面Ｓに到達して、超音波ビーム３の
一部は被検材ＴＰの表面Ｓで反射して受信振動子ＰＲ１
〜ＰＲ４に受信される。この時に被検材ＴＰの表面Ｓに
到達した超音波ビーム３の音圧の強い成分は受信振動子
ＰＲ１〜ＰＲ４に反射するときに送受超音波分離板７に
遮られる。その結果、受信振動子ＰＲ１〜ＰＲ４に到達
する被検材ＴＰの表面Ｓから反射した超音波ビームは音
圧の弱い成分だけとなり、表面エコーが小さくなる。
【００１７】
【発明の効果】この発明は送信振動子の両側にチドリ状
に受信振動子を配置し、かつ、チドリ配列の受信振動子
がお互いに重複する部分を有しながら配置されているた
め、送受分割と平行な方向における各受信振動子が形成
するビームパターン間に隙間が生じない均一なビーム特
性が得られ、その結果、送信振動子の有効ビーム幅内に
存在する欠陥を確実に検出できるようになる。また、送
受分割方向と直角な方向におけるチドリ配置の受信振動
子間隔が狭いため、被検材の先後端における未探傷領域
を小さくできる。
【００１８】この発明は送信振動子の送受分割方向と平
行な方向における振動子長さを測定範囲の全範囲で近距
離音場となるようにしているため、送信の超音波ビーム
は超音波伝搬距離方向においてほぼ振動子の長さ寸法に
等しい広い平行ビームを形成でき、送受分割方向と直角
な方向の振動子の幅寸法は測定範囲の全範囲で遠距離音
場となるようにしているため、送信振動子の両側に配置
された受信振動子に十分な感度で受信でき、送信振動子
と受信振動子の幅寸法と送信振動子と受信振動子の間隔
の最適化により、送受超音波分離板がない条件でも二振
動子探触子の特徴である表面エコーの低減が実現でき、
かつ、長期間性能劣化しない探触子が得られる。
【００１９】この発明は共通の圧電板を用いて送信振動
子、及び受信振動子を電極部だけで分割させているた
め、お互いの振動子の位置決めの組立て上の工夫や、振
動子をダイシングソー等の加工機で精密加工する必要も
ないので、安価で、かつ特性の安定した探触子装置を提
供できる。
【００２０】この発明は送信振動子と送信振動子の両側
に配置された受信振動子との送受分割面で被検材の表面
に対向する面に送受超音波分離板を設けているため、探
傷図形上の表面エコーレベルを低減でき、その結果、被
検材の表面近傍に対する欠陥検出能が向上した探触子装
置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による複合型探触子
装置の振動子配置を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による複合型探触子
装置の断面と受信パターンを示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態２を示す複合型探触子
装置の構成図である。
【図４】 従来の複合垂直探触子を用いた超音波探傷装
置を示す図である。
【符号の説明】
６ 共通の圧電板、７ 送受超音波分離板、ＰＴ 送信
振動子、ＰＲ１ 受信振動子、ＰＲ２ 受信振動子、Ｐ
Ｒ３ 受信振動子、ＰＲ４ 受信振動子、ｌＴ送信振動
子の長さ寸法、ＷＴ 送信振動子の幅寸法、Δｌ 受信
振動子の重複部分。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波を送信する１ケ以上の送信振動子
    と、送受分割方向と直角方向で交互にチドリ状に配置さ
    れ、かつ、上記チドリ配置が重複する部分を有して送信
    振動子の両側に配置された２ケ以上の受信振動子とを備
    えたことを特徴とする複合型探触子装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の複合型探触子において、
    送受信分割方向と平行な方向においては被検材の測定範
    囲内が近距離音場領域となり、送受信分割方向と直角方
    向においては被検材の測定範囲内が遠距離音場領域とな
    るような寸法の送信振動子を有したことを特徴とする複
    合型探触子装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の複合型探触子において、
    共通な圧電板上で電極分割でそれぞれの送受信振動子を
    形成したことを特徴とする複合型探触子装置。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の複合型探触子において、
    送信振動子の両側に重複する部分を有してチドリ配置さ
    れる２ケ以上の受信振動子と、お互いの送信振動子と受
    信振動子との送受分割面で被検材の表面に対向する面に
    送受超音波分離板をそれぞれ設けたことを特徴とする複
    合型探触子装置。
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