JPS6168559A - 超音波検査方法および装置 - 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】 この発明は、一般的に超音波検査装置、そして特に、傷
を検査される試」；に沿って転動するもので、複数のＪ
ｆｌ　Ｆｉ波トランスデユーサと、カップリング流体中
に浸漬されるｆｆ’ＪＩ／＜リアとを備える超ｉ′ｆ波
ホイール検出器に関する。

従来技術においては、カップリング流体を満たされると
」（に、検査される試片に沿って転動する超音波音響ホ
イールプローブ（探側）を提供することにより、金属物
体からなる長尺試片を超音波検査するにあたり、問題点
が存在していた。初期のこの種の超音波ホイールプロー
ブの例は、１９７１年１２Ｊ１２１Ｆ１に本出願人に発
行された、米国特許第３，８２８，３７５号明細書に記
載されている。

この引用明細書に記載されている構造は、ホイールを形
成する環状容器内のカップリング流体中に浸されたＩｔ
ａ　音波トランスデユーサを利用している。超音波トラ
ンスデユーサは傾斜移動できるように調整自在に取イ・
１けられて、その＃１１斜を、１７たがって前記ホイー
ルが転動されるべき材料の而に対して垂直な平面に対す
る。超音波エネルギーの投射角を制御できるようになっ
ている。この公知の装置においてはトランスデユーサは
、電気記号を、カップリング流体中を伝搬されると共に
傷を検査される試片へ伝達される音響エネルギーに転換
し、かつ反射音響エネルギーを受信して、それを電気記
号に戻し転換する型式のものである。この種の弔−トラ
ンスデユーサシステムにおける特徴は、受信モードにお
いてトランスデユーサが、かなりの時間を消費すること
で、したがって試片を検査するにあたってのホイールの
能力が減じられることである。これまでの説明から明ら
かなことは、検査の速度は少なくとも２つのトランスデ
ユーサを用い、一方を超音波エネルギーの発信（振）に
、そして他方を反響の受信に利用すりことにより改善さ
れるであろうということである。

しかし、カップリング流体を満たされたホイール内に２
重トランスデユーサを利用する場合は、音響エネルギー
が発信トランスデユーサから受信トランスデユーサへ、
カップリング流体を介して直接伝搬するという内題が存
在する。その結果、検出処理に悪影響をもたらす妨害性
のクロストークが生じることになる。しかし、２重トラ
ンスデユーサシステムは、主励起パルスが伝搬される伝
達軸芯から離れた伝搬軸心１−で、戻り反響が受信され
るという利点を提供している。２重トランスデユーサ型
検査システムは、それぞれ１９７９年８月２８１および
１９７９年１１月２０［１に本出願人に発行された、米
国特許第４，１８５，８４８号および同第４，１７４，
８３６号明細書に記載されている。これら公知のシステ
ムにおいては、発信および受信トランスデユーサ間の間
隔を、それぞれに別の流体カップリングホイールを提供
することにより達成している。このホイールは、ホイー
ル間の間隔を変更することができる調整自在なカップリ
ング構成により、相ｑに結合されている。こうすること
により、２重ホイールシステムは異なる肉厚を有する検
査試片に適合することができる。ホイール相７ｆ間隔は
、肉厚測定トランスデユーサに応答するサーボシステム
により、自動的に調整され得る。明らかなように、この
公知のシステム構成は複雑であると共に、高価である。

したがって、この発明の目的は、安価であると共に、傷
を検査される長尺試片に超音波エネルギーを導入できる
、超音波ホイールプローブを提供することである。

この発明の別の目的は、傷を検査される試片からの超音
波反響エネルギーを受信できる超音波プローブを提供す
ることである。

この発明の別の目的は、発信超音波音響エネルギーが伝
達され、かつその反響が、検査される試片と発信および
受信トランスデユーサとの間に挿入された、限定液体伝
達媒体を介して受信されるようにした超音波プローブを
提供することである。

この発明の別の目的は、液体伝達媒体を介する発信およ
び受信トランスデユーサ間のクロス）−り伝達が防Ｉｆ
ｘされる、液体浸漬ホイールプローブを提供することで
ある。

この発明の別の目的は、液体伝達媒体が変形自在な容器
内に限定され、この容器が傷を検査される試片の輪郭の
変化に応じて変形されるようにした、浸漬型超音波プロ
ーブを提供することである。

この発明の別の目的は、液体媒体を介する発信および受
信トランスデユーサ間のクロストーク伝達が、変形自在
な容器の変形にもかかわらず防止される、浸漬型ホイー
ルプローブを提供することである。

この発明の別の目的は、トランスデユーサと、傷を検査
される試片の表面との間の距離の変化がモニター監視さ
れるようにした、流体充満音響ホイールプローブを提供
することである。

この発明の別の目的は、傷を検査される試片に対するト
ランスデユーサの向きが、種々の肉厚の試片の検査を可
能にするために調整自在にされているホイールプローブ
を提供することである。

この発明の別の目的は、戻り反響が、原発釘軸芯とは異
なる伝搬軸芯に沿って、伝達媒体中を伝播されるように
した、超音波音響プローブを提供ｌ することである。

この発明の別の目的は、公知の超音波プローブより検査
速度が増加されている音響検査装置を提供することであ
る。

この発明の別の目的は、発信および受信トランスデユー
サを、検査Ｓれる試片内で傷の存在が予期される深さに
焦点を結ぶように方向づけできるようにした、超音波ホ
イールプローブを提供することである。

この発明の別の目的は、検査される試片の表面からの正
常反響を、トランスデユーサと前記表面との間の距離を
決定するためにモニター監視するようにした、音響プロ
ーブシステムを提供することである。

この発明の別の目的は、傷を検査される試片からの表面
反響に応答する電子ゲートシステムを提供することであ
る。

この発明の別の目的は、複数のトランスデユーサ間にお
ける信号対雑音比が高い超音波音響プロニブを提供する
ことである。

さらにこの発明の目的は、別々の発信および受信トラン
スデユーサを備える超音波音響ホイールプローブを提供
することである。

また、この発明の目的は、傷を検査される試片に乾式〒
接続され得る超音波音響ホイールプローブ装置を提供す
ることである。

前述ならびに他の目的はこの発明により、すなわち１回
転軸心の回りに回転すると共に、検査される試片上を転
動する実質的に環状の外面を有する容器を備える型式の
、超音波検査ホイールプローブを提供するこの発明によ
り達成される。この容器には、少なくとも一部分が回転
軸心−Ｌに配置されたヨ゛−りが設けられていると共に
、超音波音響エネルギーを伝搬するカップリング流体を
満たされている。この発明において、超音波検査ホイー
ルプローブにはそれぞれ、カップリング流体を通して音
響エネルギーを発信し、かつ超音波音響エネルギニの反
響を受信する、第１および第２トランスデユーサ要素を
備えている０発信トランスデユーサは音響超音波エネル
ギーをカツプリング流体、容器の外面を通し、傷を検査
される試片内へ伝搬させる。音響バリアが発信および受
信トランスデユーサ間に挿入され、かつカップリング流
体内に浸漬されて、受信および発信トランスデユーサを
隔離している。

この発明の好ましい実施例においては、音響バリアは容
器の環状内面へ実質的に延びるようにヨークに取付けら
れて、トランスデユーサを相互にほぼ完全に密閉してい
る。しかし、音響バリアは弾性摺動構成によりヨークに
装着されていて、容器の回転軸心と音響バリアの最外部
分との間の距離が、減少できるようになっている。この
点は、容器が検査される試片の表面に沿って転動する時
の容器の変形に適応するのに必要である。したがって、
検査される試片の輪郭が、容器またはホイールの総体的
に環状の外面の変形を必要とする場合は、この変形に適
応するように音響バリアがいくらか引込められる。しか
し、この引込め操作中、音響バリアは発信および受信ト
ランスデユーサ間の所定整合状態に維持される。音響バ
リアの大部分の面が環状容器の半径と一致することが好
ましい。

この発明の実施例において、発信および受信トランスデ
ユーサは、検査される試片内の実質的に予め決定できる
深さに焦点を結ぶことができるように、容器内に角度を
なして配置することができる。各トランスデユーサは音
響エネル、ギーの伝搬軸心を有すると共に、音響バリア
の各側部における各トランスデユーサの軸心が、音響／
ヘリアの主要面に対して総体的に平行であるような型式
のものであることが好ましい。したがって、発信された
音響エネルギーは音響バリアの主要面に対して、その−
側において実質的に平行な方向でカップリング流体中を
伝搬され、この発信された音響エネルギーは試片へ入り
、音響バリアの地側に沿って受信トランスデユーサへ反
射して戻される。好ましい実施例においては、各トラン
スデユーサは、選択的に音響エネルギーを発信または受
信でき、したがってホイールプローブは特別の走行方向
に限定されない型式のものとぎれる。

この発明の非常に有利な実施例においては、発信および
受信の両機能を有する第３トランスデユーサが設けられ
る。第３トランスデ゛ユーサはその音響エネルギーを、
音響バリアの主面に平行かつ実質的に一致する方向にお
いて、直接音響バリアの背部へ戻すように構成Ｘれてい
る。したがって、音響バリアからこの第３トランスデユ
ーサへの反射は、容器の環状外面の変形にしたがって引
込み、かつ伸張される音響バリアの位置に応答すること
になる。したがって、音響バリアの位置がモニター監視
できる。

この発明においては、フィードバックトリガー回路が第
３トランスデユーサに接続されて、検査される試片内の
傷からの反響を受けることを期待できる接続時間を限定
するようにされる。この機能は、フィードバックトリガ
ー回路に応答するゲート回路により実施されると共に、
境界または接触面反射からの反響パルスの整合一致を排
除するように構成される。このような自己調整システム
により、試片の臨界セグメントが高い測定信頼性をもっ
て検査できる。

この発明は単位構成の発信および受信トランスデユーサ
に限定ξれるわけでなく、この種の各ト　　　　　　　
Ｃランスデューサを列をなして配置される複数のトラン
スデユーサに置換することが可能である。このような列
をなすトランスデユーサは、検査の適用範囲にわたって
延びるように配置される。このように列をなして、各ト
ランスデユーサを個々に角度を決めることができるよう
に配置することにより、異なる輪郭を有する種々の材料
が検査できる、という能力が得られる。さらに、別個の
トランスデユーサまたは列をなすトランスデユーサと組
合わせて、発信および受信機能をもたらすために、シリ
コンゴムまたは低デューロメータ硬度ポリウレタンのよ
うを、適切なトランスデユーサホイール膜材料を選定す
ることにより、人工反響と競う必要なしに、高い発信能
力の利用が可能になり、したがって、材料の乾式カップ
リング検査が可能になる。したがってこの発明は、ガス
輸送パイブラインの超音波検査が、パイプライン内に何
ら流体を導入する必要なく達成できるという重要な利点
を有している。したがって、内部に何ら流体を導入する
ことなくガスのパイプラインを検査するという要求は満
足ｙれる。

この発明は図面を参照する以下の詳細な説明から、容易
に理解されるであろう。

第１図に、この発明の原理により構成されたホイールプ
ローブ装置１曳の断側面図である。この図に示されるよ
うに、ホイール膜材料１２は、この図において点として
示される回転軸２１の回りに同心に、トランスデユーサ
装Ｍｔ舌を包囲するように配置されている。

ホイール膜材ネ１１２は、実施例によってはシリコンゴ
ムまたは低デューロメータ硬度ポリウレタンから形成さ
れると共に、後述のように外部カッ、プリング流体を必
要としないで、検査される試片に音響的に連結されてい
る。ホイール膜材料１２は環状輪郭を有していて、内部
にカップリング波体１３を含有する空間を画定している
。好ましい実施例においては、ホイール膜材ネ４内の総
容積ははカップリング流体を充填されており、したがっ
てトランスデユーサ装置２０は、カップリング流体中に
浸漬されている。

トランスデユーサ装置７勇は、それぞれ第１および第２
トランスデユーサ２２および２３を有するように図示さ
れている。この実施例において、それぞれ第１および第
２トランスデユーサは、超音波音響エネルギーを発信す
るために、電気エネルギーを超音波音響エネルギーに変
換できると共に、超音波音響エネルギーを受信してそれ
を電気エネルギーに変換できる型式のものである。この
種のトランスデユーサは公知の型式のものであり、ここ
では詳細な説明は省略する。

第１図はさらに音響バリア３０を示しており、このバリ
ア３０は回転軸２１に対して実質的平径方向に配置され
ると共に、第１および第２のトランスデユーサ２２およ
び２３間に挿入されている。音響バリアはトランスデユ
ーサ装置ス」のヨーク３２に装着されている。音響バリ
アをヨークに連結するためにこの実施例に利用される特
別の取付は構成は、第２図により後で議論することにす
る。

第１図さらに第３トランスデユーサ３４を示しており、
これは音響バリア３０と回転軸２１の中間に配置されて
いる。第３トランスデユーサ３４は、音響エネルギーを
発信および受信できる型式のものであると共に、バリア
取付は部材３５から、の反射を受信するように構成され
ている。後述のように、音響バリア３０および関連する
バリア取すＩけ部材３５は、回転軸２１に関して半径方
向に可動である。この動きは第３トランスデユーサ３４
によりモニター監視されて、電気信号が、音響バリアの
半径方向位置註応答して、したがって後述のように、ト
ランスデユーサ２２および２３と、検査される試片（こ
の図には示されない）の表面との間の距離に応答して発
信される。

第２図は、　Ｔｌ−ｌｌ１９に沿う第１図の実施例の断
面図で蔦る。第２図に示されるように、トランスデユー
サ装置Ｕの音響バリア３０は、この実施例においてはね
じである一対の連結装置４０によす、バリア取付は部材
３５に連結されている０図示のように、連結装置４０は
バリア取伺は部材３５に埋込まれている。バリア取付は
部材３５の器室はスプリング４１を収容しており、スプ
リング４１はバリア取付は部材をヨーク３２から下方へ
強制している。しかし、ヨークからのバリア取付は部材
３５の完全な分離は一対のシャフト４３により防１１−
され、このシャフト４３はヨークを通過して延びると共
に、その上端部にナツト４５が設けられている。

シャフト４３は、ヨーク３２を貫通する孔４７を通して
摺動する。複数のベアリング４８により、音響バリア３
０が実質的に半径方向の整合が維持された状態で、孔４
７を通してシャフト４３が直線走行することが可能にな
る。ナツト４５がシャフト４３から緩まないために、ナ
ツトには１１二めねじ５０が設けられている。各ナツト
４５はシャフト４３に沿って、回転軸２１と音響バリア
３０の最下部領域との間に所定距離が設けられるよう外
位置に固定される。しかし、この距離は弾性スプリング
４１を圧縮するのに十分な力を適用することにより、短
かくされる。このような音響バリアの移動中、シャフト
４３とベアリング４８との関連により、所定の整合状態
が維持される。

第３図は第１および２図の実施例の断面図で、ホイール
膜材料１２がその最下部領域において、検査される試片
６０との関連により変形された状態を示している。試片
６０とホイール膜材寧１が関連する領域６１におけるホ
イール膜材ネ４１２の変形により、音響バリア３０にＬ
向きの力が適用されて、回転軸２１と音響バリア３０最
下部領域との間の距離が減少される。このような力が適
用されることにより、バリア取付は部材３５が第３トラ
ンスデユーサ３４に接近し、ナツト４５がヨーク３２か
ら上昇される。したがって、音響バリア３０の最下部領
域は、ホイール膜材料１２の変形に従動する。

第３図に示されるように、第１トランスデユーサ２２は
超音波音響エネルギービーム７０を、実質的に伝搬軸心
７１に沿って発信する。超音波音響エネルギービーム７
０は試片６０の表面６３に一当たり、屈折される。この
ビームは試片中を、背面６４に到達するまで伝搬し、そ
こで反響ビーム７３として実質的に伝１１ｌ軸心７４に
沿って反射される。この発明の好ましい実施例において
は、トランスデユーサ２２および２３は、Ｉ・ランスデ
ューサを傾剥きせて、超音波音響エネルギービームおよ
び反響ビームが所望方向に存在できるようにする装置（
図示しない）により、ヨーり３２に装置１されている。

−・般に１．ｔ６１￥波音響エネルギービームは、実質
的にａ響バリア３０の表面に４１行になるように指向さ
れる。Ｊａ＝波音響エネルキービーム７０の、試片６０
の表面６３から反射された部分が、第２トランスデユー
サ２３に到達することは、１“を饗バリア３０の介在に
より防１１−される。

この発明を特定の実施例および適用例により説明１．た
が、特許請求の範囲に記載されたこの発明の範囲内で別
の実施例を構成できることは明らかであろう。さらに、
図面および説明はこの発明の解釈を容易にするためのも
のであり１発明の範囲を限定する意味ではない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の断面図、第２図は第１図
のＩＩ−ＩＩ線に沿う前記実施例の断端面図、第３図は
音響バリアの半径方向移動と超音波エネルギー経路を示
す、第１図の実施例の断側面図である。 １２・参会ホイール膜材料容器、 １３・・・カップリング流体、 ２１・・−Ｈ転軸、 ２２．２３・・・第１．第２のトランスデユーサ装置、 ３０・・・音響バリア装置、 第１区 一■ Ｌ■

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転軸の回りに回転すると共に、検査される試片上
   を転動するための実質的に環状の外面を有する容器を備
   えており、前記容器が、前記回転軸上に少なくとも一部
   配置されたヨークを有すると共に、超音波音響エネルギ
   ーを伝搬するためのカップリング流体を充填されている
   型式の超音波検査装置において、超音波音響エネルギー
   を、前記カップリング流体、前記容器の実質的に環状の
   外面を通し、かつ検査される試片内へ伝搬させ、かつ前
   記伝搬された超音波音響エネルギーの反響を受信する、
   それぞれ第１および第２のトランスデューサ装置；およ
   び 前記第１および第２のトランスデューサ装置間に介在さ
   れると共に、前記カップリング流体中に浸漬されて、前
   記第１のトランスデューサ装置を前記第２のトランスデ
   ューサ装置から音響的に隔離する音響バリア装置を備え
   ている超音波検査装置。 ２、前記音響バリア装置を前記ヨークに固定する取付け
   装置が設けられ、前記音響バリア装置が実質的に前記容
   器の環状内面へ延びており、前記環状内面が前記カップ
   リング流体と連通している、特許請求の範囲第１項に記
   載の超音波検査装置。 ３、前記取付け装置がさらに弾性装置を備えており、こ
   の弾性装置により、前記音響バリア装置の最外部領域を
   実質的に前記容器の環状内面まで延ばすと共に、前記環
   状外面の変形に応じて前記ヨークと、前記音響バリア装
   置の最外部領域との間の距離を減少できるようにした、
   特許請求の範囲第２項に記載の超音波検査装置。 ４、前記ヨークと前記音響バリアの最外部領域との間の
   前記距離が減少するに従い、前記ヨークに対する前記音
   響バリア装置の整合状態を維持する整合装置を備えた、
   特許請求の範囲第３項に記載の超音波検査装置。 ５、前記第１および第２のトランスデューサ装置が、超
   音波音響エネルギーをそれぞれの伝搬軸心に沿って送信
   および受信するように配置されると共に、前記軸心が前
   記音響バリア装置の面に対して実質的に平行にされてい
   る、特許請求の範囲第１項に記載の超音波検査装置。 ８、超音波音響エネルギーを送信すると共に、この送信
   された超音波音響エネルギーの反響を受信する第３のト
   ランスデューサ装置を備えると共に、前記第３のトラン
   スデューサ装置が前記超音波音響エネルギーを、前記音
   響バリア装置を通して延びる軸心に沿って送信するよう
   にされている、特許請求の範囲第３項に記載の超音波検
   査装置。 ７、前記第３のトランスデューサ装置が、前記音響バリ
   ア装置へ超音波音響エネルギーを送信すると共に、そこ
   からの反響を受信して、前記音響バリア装置の位置をモ
   ニター監視するようにした、特許請求の範囲第６項に記
   載の超音波検査装置。 ８、前記第３のトランスデューサ装置が、前記回転軸心
   と前記音響バリア装置との間に配置されている、特許請
   求の範囲第７項に記載の超音波検査装置。 ９、フィードバックトリガー装置が前記第３のトランス
   デューサ装置に接続配置されて、検査される試片内の欠
   陥に応答する反響が、前記第２のトランスデューサ装置
   により受信されることが予期される時間を限定するよう
   にした、特許請求の範囲第６項に記載の超音波検査装置
   。 １０、前記フィードバックトリガー装置に応答して、前
   記時間後に受信される反響に応じて信号を発すると共に
   、前記時間前に受信される反響に応じて送信を妨たげる
   第１および第２の送信状態を有するゲート回路装置を備
   えた、特許請求の範囲第９項に記載の超音波検査装置。 １１、前記時間の前に受信される反響に応答する前記信
   号が、検査される試片の面から反応される接触面反響に
   対応するようにした、特許請求の範囲第１０項に記載の
   超音波検査装置。 １２、試片上を転動すると共にカップリング流体を含有
   するホイール状容器を備えると共に、回転軸心付近にヨ
   ークが設けられた超音波ホイールプローブにおいて、 カップリング流体中を伝搬する超音波音響エネルギーを
   送信および受信する複数の超音波トランスデューサ；お
   よび 回転軸に関して実質的に半径方向に延びると共に、前記
   試片の輪郭に応じて前記実質的に半径方向の範囲に沿っ
   て移動自在なバリア装置、を備えている超音波ホイール
   プローブ。 １３、前記バリア装置の前記移動をモニター監視するモ
   ニター装置を備えている、特許請求の範囲第１２項に記
   載の超音波ホイールプローブ。 １４、前記モニター装置が、前記バリア装置に超音波的
   に連通される超音波トランスデューサ装置を備えている
   、特許請求の範囲第１３項に記載の超音波ホイールプロ
   ーブ。 １５、前記バリア装置を前記ヨークに移動自在に連結す
   る取付け装置を備えている、特許請求の範囲第１４項に
   記載の超音波ホイールプローブ。 １６、前記モニター装置と前記バリア装置との間の前記
   超音波連通が、前記取付け装置を介して行なわれるよう
   にした、特許請求の範囲第１５項に記載の超音波ホイー
   ルプローブ。 １７、前記取付け装置が整合装置を備えており、この整
   合装置により、前記バリア装置の方向が実質的に半径方
   向に延びるように維持されている間に、前記バリア装置
   の前記移動が可能にされている、特許請求の範囲第１５
   項に記載の超音波ホイールプローブ。 １８、前記整合装置が、前記ヨークに係合するシャフト
   装置；および前記シャフト装置の軸心方向移動を容易に
   するベアリング装置、を備えている、特許請求の範囲第
   １７項に記載の超音波ホイールプローブ。 １９、前記バリア装置の最大半径方向範囲を限定するた
   め、前記シャフト装置に連結された停止装置を備えてい
   る、特許請求の範囲第１８項に記載の超音波ホイールプ
   ローブ。 ２０、超音波音響エネルギービームをカップリング流体
   を通し、かつ所定の発信径路に沿うと共に試片内へ送信
   し、 反射された超音波音響エネルギービームを所定の反響経
   路に沿って導き、音響バリアを前記所定の送信経路と前
   記所定の反響経路との間に介在させ、かつ前記音響バリ
   アを前記試片の輪郭に応じて所定の移動経路に沿って移
   動すること、からなる試片中の欠陥の検出方法。 ２１、前記所定移動経路に沿う前記音響バリアの前記移
   動をモニター監視する工程を含む、特許請求の範囲第２
   ０項に記載の方法。 ２２、前記モニター監視工程が、実質的に前記所定移動
   経路に沿って前記音響バリアに向けて、別の超音波音響
   エネルギービームを送信する工程からなる、特許請求の
   範囲第２１項に記載の方法。 ２３、実質的に環状で変形自在な膜体を、前記音響バリ
   アと前記試片との間に介在させる工程を含む、特許請求
   の範囲第２０項に記載の方法。 ２４、前記変形自在な膜体を、前記所定の移動経路に対
   して実質的に直交する方向に移動する工程を含む、特許
   請求の範囲第２３項に記載の方法。