JPH11344474A - 円筒状形状部品の液浸超音波探傷検査方法 - Google Patents

円筒状形状部品の液浸超音波探傷検査方法

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JPH11344474A
JPH11344474A JP11125517A JP12551799A JPH11344474A JP H11344474 A JPH11344474 A JP H11344474A JP 11125517 A JP11125517 A JP 11125517A JP 12551799 A JP12551799 A JP 12551799A JP H11344474 A JPH11344474 A JP H11344474A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な形状と構造を有する部品の探傷検査を
可能にし、部品の体積の探傷検査が、一定でできるだけ
高い探知感度レベルで最短時間で行う液浸超音波探傷検
査方法を提供する。 【解決手段】 円筒状形状部品の液浸超音波探傷検査方
法は、部品中に集束された超音波を放出する多素子変換
器を使用することからなり、集束は多回路制御電子装置
を用いて、それぞれ電子集束モード及び時間反転集束モ
ードと呼ばれる２つの異なるモードに従って実施され、
問題の解析ゾーンの深さに応じて選択される。時間反転
集束モードは、円筒状部品の長軸の周りに位置する最も
深い深さで場所を突き止められる中央ゾーンを探傷検査
するために選ばれる。電子集束モードは、円筒状部品の
中央ゾーンと周辺ゾーンとの間に位置する深さで場所を
突き止められる中間ゾーンを探傷検査するために選ばれ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、円筒状形状部品の
液浸超音波探傷検査方法に関する。本発明は特に、航空
学への適用における、チタンビレットなどのビレット体
積における内部欠陥の探知に関する。
【０００２】
【従来の技術】伝播または反射で機能する超音波による
多くの部品探傷検査装置が存在する。部品の超音波探傷
検査は、部品の様々な深さにおける欠陥を探知するため
の複数の固定集束式の基本音響変換器を使用して、実施
することができる。各変換器は、探傷検査すべき部品の
所定の深さに集束された超音波束を放出する。変換器
は、円筒状部品の表面から中央まで全体積を探傷検査で
きるようにする、深度の大きな焦点域を有する。
【０００３】部品の超音波探傷検査もやはり、各変換器
によって送出される信号に様々な遅延時間を適用して集
束が得られる、多くの電子集束式変換器素子を含む音響
プローブを使用して実施することができる。変換器網を
源としてまたは受信機として使用して、部品の深度の画
像を実現することに対する主な困難は、材料の微細構造
における反射によるエコーが、欠陥に起因する起りうる
エコーと比べて大きいこと、及びこれらのエコーが識別
すべき欠陥エコーを覆い隠すことに由来する。この問題
はさらに、部品が複雑な形状及び／または不均質な構造
を有する場合に悪化し、これは特にチタンビレットの場
合に起こる。
【０００４】この問題を解決するには、時間反転とも言
われる位相共役式超音波増幅と呼ばれる技術を使用する
ことが知られている。この方法は、集束されていないか
または僅かに集束された超音波束を送信し、また場所を
突き止めるべき欠陥によって送られるエコーを受信した
後に、このエコー信号を、その時間配分とその形状の時
間反転の後に再放出することからなる。この方法の回転
部品の超音波探傷検査への適用例が、フランス特許第２
６９８１７０号に記載されている。この方法は、チタン
部品などの不均質構造の部品における、起りうる欠陥上
に最適の集束を実現することを可能にするが、超音波束
の集束を実現するためには多くの時間を必要とするとい
う大きな不都合があり、このことは、電子集束を使用す
る従来の方法と比べて、部品の探傷検査時間を大幅に増
加させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、知ら
れている超音波探傷検査法の不都合を改善し、チタンビ
レットなどの複雑な形状と内部構造とを有する部品の探
傷検査を可能にする、液浸超音波探傷検査方法を実現し
て、部品の体積の探傷検査が、一定でできるだけ高い探
知感度レベルにおいて最短時間で行われることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このために、本発明によ
る探傷検査方法は、部品中に集束された超音波を放出す
る多素子変換器を使用することからなり、集束は多回路
制御電子装置を用いて２つの異なるモードに従って実施
され、２つの異なるモードは、それぞれ電子集束モード
及び時間反転による集束モードと呼ばれ、問題の解析ゾ
ーンの深さに応じて選択される。
【０００７】時間反転による集束モードは、円筒状部品
の長軸の周りに位置する最も深い深さで場所を突き止め
られる中央ゾーンを探傷検査するために選ばれる。
【０００８】電子集束モードは、円筒状部品の中央ゾー
ンと周辺ゾーンとの間に位置する深さで場所を突き止め
られる中間ゾーンを探傷検査するために選ばれる。
【０００９】本発明によれば、中央縦軸を有する複雑な
形状を有する部品の液浸超音波探傷検査法は、部品の回
転中に、ビレットの様々な深さに位置する解析対象ゾー
ン中に集束される超音波を放出することからなり、集束
は２つの異なる集束モードに従って多素子変換器を用い
て実施され、解析対象ゾーンの深さに応じてどちらかが
選択される。
【００１０】本発明のその他の特徴と利点は、限定され
ない例として挙げ、添付の図面の関連して行う説明の後
で明白になろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による、チタンビ
レットなどの回転部品の超音波による探傷検査装置の縦
断面を示す。
【００１２】この装置は、音響結合液を満たしたタンク
１を有し、この液面は、オーバーフローシステム（図示
せず）などによって一定に維持される。簡単にするため
に、供給管と排出管は省かれている。タンク１の内部に
は、探傷検査すべき部品２及び超音波変換器３が浸され
ている。駆動ローラ４が、軸ＸＸ’に沿って回転部品２
の厳密なセンタリングを保証する。変換器３は、支持物
６によって軸ＸＸ’に厳密に垂直に維持され、支持物６
の特に高さがさらに調節可能になっている。その上、知
られているように、この装置は、所定の角速度で部品２
を回転させるための図示されていない手段、及び変換器
を長手方向に移動させるための手段７、８を含む。
【００１３】変換器３は、前に説明したような、ある型
によって形成された圧電板で構成された多素子の送信／
受信変換器である。
【００１４】液浸タンク１の使用は多くの利点を有し、
特に変換器と探傷検査対象部品との接触がないように
し、結合は、場合によっては油などの界面活性剤を加え
た水によって保証される。しかしながら、この完全な液
浸は本発明の範囲内では強制的なものではなく、探傷検
査は、結合薄膜を使用して変換器を探傷検査対象部品に
対して単に置くだけで、確実に行うことができる。
【００１５】使用される測定原理は、超音波の列Ｅを放
出し、これは探傷検査対象部品２を貫通し、探傷検査対
象部品の厚み中に欠陥９が存在する場合には、一部Ｒが
反射するということに基づく。連続する超音波列の放出
周波数は、測定の反復周波数と呼ばれる。部品は回転し
ながら、回転部品２の探傷検査は連続して実施される。
【００１６】探傷検査は、変換器３を少しずつ長手方向
に移動させることにより、順次スライス毎に実施され
る。
【００１７】図２は、探傷検査すべきビレットの一スラ
イスの部分横断面図を示す。
【００１８】各ビレットスライスは、異なるビレット深
さに位置する環状リングに分割され、各環状リングはそ
れ自体また、規則的に区画された連続する扇形部に分割
される。各扇形部は解析ゾーンを構成する。図２には６
つの環状リングが示されている。第１環状リングは、ビ
レットの周辺ゾーンに該当するもので、これは、各々所
定の深さに集束される小型の１つまたは複数の単要素変
換器によって、知られているように探傷検査される。
【００１９】続く２つの環状リングは、それぞれ平均深
さＰ１、Ｐ２の中間ゾーンＦＥ１、ＦＥ２に該当する。
最後の３つの環状リングは、それぞれ深さＰ３、Ｐ４、
Ｐ５の最深ゾーンＲＴ１、ＲＴ２、ＲＴ３に該当する。
【００２０】ビレットの超音波探傷検査法は、部品中に
集束される超音波を放出し、この集束を探傷検査対象部
品のゾーンの深さに応じて選択される２つの異なるモー
ドによって実施することからなる。
【００２１】中間の深さＰ１、Ｐ２に位置するゾーンＦ
Ｅ１、ＦＥ２を探傷検査するためには、電子集束モード
を使用する。さらに深いゾーンＲＴ１、ＲＴ２、ＲＴ３
を探傷検査するためには、時間反転による集束モードを
使用する。
【００２２】電子集束モードでは、集束は、変換器を構
成する圧電板の各々に所定の時間遅延を与えることによ
って行われる。変換器は電子装置によって操作され、遅
延は、モデル化ソフトウェアなどによって検査着手の前
に決定される。遅延はまた、自動集束による校正の時の
学習によっても得ることができ、自動集束は、探傷検査
対象ビレットについて行われるべき最良の遅延則を決定
するために基準欠陥を含む部品に適用された、自動集束
モードまたは時間遅延モードで実施することができる。
また遅延則を、回路に従って振幅変調することができる
（１つの回路は１つの圧電板に接続されている）。
【００２３】自動集束モードと時間反転モードとは、周
囲媒質の音響インピーダンスとは異なる音響インピーダ
ンスを示す欠陥について、自動集束を実施する方法であ
る。自動集束モードにおいて行われる校正は、標準部品
の解析ゾーンに向けて非集束超音波束を放出すること、
及び問題の反射する基準欠陥に関連する時間遅延を推定
するために、各回路において受信されたエコー信号の最
大値を決定することからなる。こうして決定された遅延
則は、標準反射物の深さのためにのみ、そして焦点スポ
ット領域深さの限界においてのみ有効である。探傷検査
対象部品のあらゆる深さをカバーする様々な深さに位置
する標準反射物について、同じ操作を実施することが必
要である。遅延則全体は記憶されて、部品の検査段階で
使用される。
【００２４】時間反転モードで実施される校正は、複数
のステップを含んでいる。第１ステップは、非集束また
は僅かに集束された超音波束を、標準部品の最初の解析
ゾーンに向けて放出することからなる。第２ステップ
は、基準欠陥と周囲媒質とによって送り返される第１エ
コー信号を受信すること、及び各圧電板にエコー信号の
時間における形状と位置を記憶することからなり、第３
ステップでは、これらの信号を同じ解析ゾーンに逆時間
順に再放出し、受信される最後の信号は再放出される最
初の信号である。最も強い反射率の欠陥エコーが、周囲
媒質のエコーに対して増幅されるように、第２ステップ
と第３ステップを繰り返すことが可能である。次に、探
知された基準欠陥の反射に対応する信号の最大値が決定
され、基準欠陥に関連する時間遅延が推定される。自動
集束のためと同様に、探傷検査対象部品のあらゆる厚さ
をカバーする様々な深さに位置する標準反射物につい
て、同じ操作を実施することが必要である。この学習段
階で得られた遅延則全体は記憶されて、部品の検査段階
で使用される。
【００２５】ビレットの最深ゾーンの探傷検査は時間反
転モードですべて行われる。校正を行うための上記の探
傷検査法を、標準部品をビレットに代えて、ビレットに
ついて使用するか、またはその時、学習によって標準に
ついて得られた遅延則全体を、時間反転シーケンスのビ
レットへの第１発射として使用する。
【００２６】電子集束モードにおける各超音波放出、ま
たは時間反転モードにおける連続３放出の各シーケンス
が、ビレットの所定の扇形部中に集束され、集束点は、
超音波伝播軸に沿って延びて中央部に円筒状の形を有す
る焦点スポットによって囲まれている。
【００２７】焦点スポットの一例を図３に示す。周囲方
向における２つの隣接扇形部の間のビレットのａで示さ
れた進行ピッチは、２つの隣接扇形部の照射に該当する
焦点スポットの横断オーバーラップがあるように、焦点
スポットのφｅｆｆｉｃａｃｅで示す有効直径よりも小
さい。焦点スポットの有効直径は、その中央円筒形部分
における、超音波伝播軸に垂直の中央平面に沿った、焦
点スポットの最大直径として規定される。
【００２８】例えば、進行ピッチを焦点スポットの直径
の７０％に選択することができる。
【００２９】検査される全体積において同じレベルの欠
陥探知感度を維持するために、２つの放出の間、または
２つの隣接扇形部における２つの放出シーケンスの間の
ビレットの進行ピッチは、検査される深さがどんなであ
ってもほとんど同じである。
【００３０】該当する扇形部αｐは、深さＰによって変
わる。すなわち
【００３１】
【数１】 （ただしＲはビレットの半径である）。深度が増すと扇
形部は増す。これは探傷検査される深度が増すと、必要
な超音波放出の回数は減ることを意味する。
【００３２】図４は、ビレットの様々なゾーンにおける
ビレットスライスのための、超音波放出の経時記録の例
である。
【００３３】１つのビレットスライスは、ビレットのた
だ一回転の間に検査される。従って、１つのビレットス
ライスに該当する体積の探傷検査に必要な全ての超音波
放出を、一回転で実施しなければならない。
【００３４】ビレットの一回転について、放出される超
音波の集束は、探傷検査すべきゾーンの深度に応じて、
電子集束モードに従ってＦＥ１、ＦＥ２が行われるか、
または時間反転モードに従ってＲＴ１、ＲＴ２、ＲＴ３
が行われる。探傷検査すべきビレットスライスの全体積
を最適にカバーするために、これら２つのモードが組み
合わせて使用される。
【００３５】この最適化は、一方では、複数の連続する
放出が時間反転モードにおいて必要であることを考慮し
て、他方では、２つの連続する放出の間、または２つの
連続する放出シーケンスの間の周囲方向におけるビレッ
トの進行ピッチを考慮して実施される。
【００３６】ビレットの一回転についての超音波放出回
数ｎは、ビレットの回転速度ωと発射の反復周波数Ｆに
関連する。
【００３７】
【数２】 時間反転モードは複数の連続放出（最も一般的には３放
出）を必要とするので、各放出間で探傷検査されるゾー
ンの移動は限定されることが必要である。
【００３８】この限定された移動に、１つの扇形部が対
応する。
【００３９】
【数３】 図５は、本発明による多回路電子装置におけるｉ番目の
変換器に接続された処理回路の原理概略図である。
【００４０】各回路は、可能な２つの機能動作モードの
１つを選択できるようにする切替スイッチ１０を含む。
位置Ａは電子集束モードを選択しており、位置Ｂは時間
反転モードを選択している。
【００４１】電子集束モードでは、ｉ番目の変換器はパ
ルス発生器１１からパルスを受け取る。放出されたパル
スに加えられた遅延は、メモリ１２によって送られ、メ
モリ１２は内部クロック１４によって操作される。メモ
リ１２の内容は、遅延則がモデル化ソフトウェアによっ
て理論的に決定されて、この場合に遅延はファイル１３
中に保管されること、または遅延則が標準部品の欠陥へ
の自動集束によって決定されて、この場合に遅延は学習
によって得られ、アナログ／ディジタルコンバータ１５
によってディジタル化され、そしてメモリ１６に保管さ
れることに従って、２つの異なった方法で発生可能であ
る。
【００４２】時間反転モードでは、各回路はサンプルリ
ング器１７を含み、このサンプルリング器１７は、タイ
ミング器１８によって決定された時刻と、エコーが変換
器の要素すべてによって受信されるために十分な持続時
間Ｔの間隔中に、クロック１４の周波数で変換器ｉによ
って受信されるアナログ信号のサンプルを供給すること
を目的とする。サンプルリング器１７の次に、アナログ
／ディジタルコンバータ１５が続く。エコーの動態を十
分に示すためには、一般に８ビットの変換で十分であ
る。持続時間Ｔの間に受信されるサンプルのすべてを保
管するために十分な容量の待ち行列（後入れ先出し型）
に構成されたメモリ１６中に、各々が１つのサンプルを
表すバイト（オクテット）が記憶される。従って時間反
転はこの持続時間Ｔについてのみ行われる。
【００４３】タイミング器１８は、パルス発生器１１に
よる励起の後に決定された時間の終りにサンプルリング
の開始を引き起こすように準備されており、このような
予測は、媒質における超音波の伝播速度の知識をもとに
して実施することが容易である。
【００４４】タイミング器１８はまた、エコー終了後の
短い時間の後に、逆転波面の放出を引き起こすように準
備されている。実際に、媒質も対象物の場所も往復の間
に変更されないように短い（例えば数ミリ秒）ことが望
ましい。逆転波面の放出を可能にするために、各回路２
０は、ディジタル／アナログコンバータ１９と、これに
続く利得の高い増幅器２１とを含む。増幅器２１の出力
はそれぞれの変換器ｉに向かう。
【００４５】図６は、本発明による多素子変換器の一例
を示す図である。
【００４６】１から１２１まで番号が付けられた変換器
の素子は、マトリックスとして組織された圧電板であ
る。マトリックスの部材は環状で扇形状である。１２１
個の素子はほぼ同じ大きさである。変換器はビレットの
中心ゾーンに予め集束されるように事前成形し、事前集
束は、フェルマー（Ｆｅｒｍａｔ）の表面によって保証
される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波探傷検査装置の概略縦断面
図である。
【図２】本発明による探傷検査すべきビレットスライス
の部分横断面図である。
【図３】部品の内部に集束する変換器の焦点スポットの
一例を示す図である。
【図４】部品の様々なゾーンにおける、ビレットスライ
スのための超音波放出の経時記録の一例を示す図であ
る。
【図５】本発明による多回路電子装置中の多素子変換器
の一要素に接続された、処理回路の原理概略図である。
【図６】本発明による多素子変換器の一例を示す図であ
る。
【符号の説明】
１ タンク ２ 回転部品 ３ 超音波変換器 ４ 駆動ローラ ６ 支持物 ７、８ 移動手段 ９ 欠陥 １０ 切替スイッチ １１ パルス発生器 １２ メモリ １３ ファイル １４ 内部クロック １５ アナログ／ディジタルコンバータ １６ メモリ １７ サンプルリング器 １８ タイミング器 １９ ディジタル／アナログコンバータ ２０ 回路 ２１ 増幅器 Ａ、Ｂ 切替スイッチの位置 ＦＥ 中間ゾーン Ｐ 深さ Ｒ ビレットの半径 ＲＴ 最深ゾーン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アレキザンドル・マテイアス・フインク フランス国、92190・ムドン、リユ・エド ウアール・ラフイエール・16 (72)発明者 ジエラール・イブ・マンジユネ フランス国、91860・エピネ・スー・セナ ール、リユ・アツシユ・ドウ・バルザツ ク・13 (72)発明者 ベロニツク・ミエツト フランス国、75011・パリ、ブルバール・ リシヤール・ルノワール・105 (72)発明者 フランソワ・ジヤン・ビユ フランス国、91400・オルセー、リユ・ド ウ・ラ・フエルム・11

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 縦中央軸を有する複雑な形状の部品の液
    浸超音波探傷検査方法であって、部品の回転中に、ビレ
    ットの様々な深さに位置する解析対象ゾーン中に集束さ
    れる超音波を放出することからなり、集束は、同じ多素
    子変換器を用いて２つの異なる集束モードに従って実施
    され、解析対象ゾーンの深さに応じてどちらかのモード
    が選択されることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 縦中央軸の周りの円筒状部品の中心部に
    位置する中央ゾーンを探傷検査するには、時間反転集束
    モードが選ばれ、円筒状部品の中央ゾーンと周辺ゾーン
    との間に位置する中間ゾーンを探傷検査するには、電子
    集束モードが選ばれ、探傷検査すべき部品の全体積を最
    適にカバーするために、これら２つの集束モードが、時
    間内で組み合わされて使用されることを特徴とする請求
    項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 電子集束モードでは、様々な超音波放出
    回路に、所定の時間遅延を加えることによって集束が実
    施されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 時間遅延が、モデル化ソフトウェアによ
    って予め決定されることを特徴とする請求項３に記載の
    方法。
  5. 【請求項５】 時間遅延が、標準部品の様々な深さにあ
    る基準欠陥を含む標準部品に加えられる自動集束プロセ
    スによって、校正時に予め決定されることを特徴とする
    請求項３に記載の方法。
  6. 【請求項６】 自動集束プロセスが、標準部品の解析ゾ
    ーンに向けて非集束超音波束を放出すること、基準欠陥
    によって反射されたエコーを受信すること、受信したエ
    コーの最大値と受信したエコーの最大値に関連する時間
    遅延とを検出すること、及びこれらの時間遅延を記憶す
    ることからなることを特徴とする請求項５に記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 自動集束プロセスが、基準欠陥を含む標
    準部品に加えられる時間反転集束プロセスであり、各解
    析ゾーンにおいて超音波信号の放出と受信との複数回の
    繰返しを必要とすることを特徴とする請求項５に記載の
    方法。
  8. 【請求項８】 部品が連続するスライスごとに解析さ
    れ、各スライスが環状リングに分割され、各環状リング
    は扇形部に分割され、各扇形部が１つの解析ゾーンを構
    成することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項
    に記載の方法。
  9. 【請求項９】 各スライスが、部品の一回転中に解析さ
    れることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 連続する２つの扇形部の解析が、解析
    ゾーンの深さがどうであれ、部品の所定のほぼ一定の前
    進ピッチの周方向移動によって実施されることを特徴と
    する請求項８に記載の方法。
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