JPS62192654A - 超音波ビ−ム送受信制御方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波フェイズドアレイ装置による超音波探
傷の際の超音波ビーム送受信制御方法に関する。

〔従来の技術〕

第２図は、一般に使用されている超音波フェイズドアレ
イ装置の構成例を示すものであり、その構成及び動作は
、例えば特開昭５７−１４７０５３に開示されている。

第２図において、幅の狭い短冊形の振動子５＋１５２１
　・・・・・・５Ｎを並べたアレイ形プローブ６と、そ
の各振動子５１．５２．・・・・・・５Ｎに夫々付随し
たＮ個の超音波送信器７１，７２゜・・・・・・７Ｎを
含むパルサー８と、Ｎ個の超音波受信器９＋、９２．・
・・・・・９Ｎを含むレシーバ−１０とが結合されてい
る。コンピューター１１の指令により、送信制御部１２
で、超音波ビームの送信に使用する超音波送信器と振動
子を選択し、それぞれの遅延時間を制御し、超音波ビー
ムを送信する。

受信々号は、受信制御部１３で選択された振動子と超音
波受信器で振動子別に受信され、増幅後、Ａ／Ｄ変換器
１４において、受信制御部１３からの信号によりデジタ
ル変換開始時間をずらしながらデジタル化され、加算器
１５に入力される。加算器１５において、全信号を加算
し、一つの超音波送受信方向に関する探傷が完了する。

結果は表示装置１６に出力される。従って、遅延時間設
定により、任意の方向に超音波ビームを偏向でき、任意
の位置に超音波ビームを集束できる。また、プローブを
走査せずに（機械的に移動させずに）超音波ビームの走
査ができる。このような走査法を一般に電子走査法とい
うが、この電子走査法には超音波送受信用の複数個の振
動子ブロックを順次切り換えながら超音波ビームを被検
査体上で直線上に走査させるリニア走査法と、複数個の
振動子ブロックによる超音波送受信タイミングを順次変
更しながら超音波ビームを被検査体内部に扇形上に走査
させるセクタ走査法とがある。このような電子走査法に
よれば、超音波走査断面の断層像を得ることができる。

リニア走査法による断層像の表し方を次に説明する。

第３図は、リニア走査法の説明図であり、アレイ形プロ
ーブ６を構成する振動子の総数が３２（ＩＭ、１つの超
音波ビームを送信するための振動子の個数が８個の場合
である。まず、振動子５１〜５Ｂを１組としたブロック
から超音波ビーム１８＋を送信し、接触媒質を介し被検
査体１７に入射し、欠陥からの反射エコーを同じ振動子
５１〜５８で受信する。次に、振動子を１個ずらし振動
子５２〜５９を１組としたブロックから超音波ビーム１
８２を送信し、振動子５２〜５９で受信する。さらに、
振動子を１個づつずらしながら同様の探傷を行い、最後
に、振動子５２５〜５３２を１組としたブロックから超
音波ビーム１８２５を送信し、振動子５２５〜５３２で
受信する。このリニア走査に用いた全ての超音波ビーム
について得られた欠陥反射エコーの伝播時間により被検
査体内の欠陥位置がわかり、その位置に欠陥反射エコー
高さに対応した結果を表示すれば、断層像が得られるわ
けである。第４図（ａ）に示すように被検査体１７に欠
陥１９．２０があるような場合、第４図（ｂ）のように
、走査線２１上に欠陥の断層像が得られる。

上述の如く、断層像を得るためには、多数の超音波ビー
ムを送受信しなければならない。従って、静止していた
り、ゆっくり動く被検査体を探傷する場合や、被検査体
の探傷すべき範囲がアレイ形プローブから近い場合（超
音波を送信してから受信するまでの時間が短い場合）は
問題ないが、一定時間内に多数の被検査体を検査するた
め、被検査体あるいはアレイ形プローブを高速に移動さ
せて探傷する場合において、その探傷範囲がアレイ形プ
ローブから遠くに及ぶときは、断層像を得るために必要
な本数の超音波ビームの送受信が時間的に不可能になり
、断層像が得られなくなってしまう。

（発明が解決しようとする問題点） そこで、本発明は、アレイ形プローブから遠く離れたと
ころの部分的な探傷範囲の断層像を、電子走査で描く際
に、超音波ビームの送受信を高速に行えるような方法を
提供するものである。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明は、例えば、鋼管溶接部のオンライン斜角探傷の
ように、溶接部という部分的な探傷範囲を離れた場所に
あるプローブで高速に探傷する場合に適用するものであ
る。そこで、以下、鋼管溶接部の斜角探傷を例にとって
説明を行う。

第１図（ａｌはアレイ形プローブ６のリニア走査による
鋼管溶接部上半分の斜角探傷を示す図、第１図（ｂｌは
従来法の超音波送受信タイミングを示すタイムチャート
、第１図（Ｃ）は本発明による超音波送受信タイミング
を示すタイムチャートである。

従来法では、撮動子５Ｉ〜５＠を１組としたプロ“ツク
から超音波ビーム３１を鋼管■に送信し、その後、超音
波ビーム３Ｉが溶接部２に達し、アレイ形プローブ６に
戻ってきて受信されるまでの時間か、それ以上の時間待
った後、振動子５２〜５９を１組としたブロックから超
音波ビーム３２を送信し、超音波ビーム３２の溶接部ま
での往復時間か、それ以上の時間待った後、振動子５３
〜５１０を１組としたブロックから超音波ビーム３３を
送信する。以下、同様に、超音波の送受信を繰り返し、
最後に、超音波ビーム３Ｎを送受信する。

従って、例えば第１図（１１）のようなタイムチャート
になる。このような方法では、鋼管１をその長さ方向（
第１図（ａｌの紙面に垂直な方向）に高速で移動させて
探傷する場合には、超音波ビーム３Ｉを送受信してから
、超音波ビーム３Ｎを送受信するまで長い時間を要する
ので、超音波ビーム３１が伝播する断面と超音波ビーム
３Ｎが伝播する断面が大きくずれてしまい、断層像が描
けない。

ところが、超音波ビームを送信してから、その超音波ビ
ームが溶接部２に達する前までの母材部からの反射信号
は、溶接部２を探傷するためには必要ない。そこで、本
発明は、まず超音波ビームを連続的に送信し、最初の超
音波ビームが溶接部に当たって戻って（る時間になった
ところで、今まで送信した超音波ビームの反射信号を受
信し続ける。全送信波を受信した後、再び同様に、送信
・受信をまとめて行い、これを繰り返していく方法であ
る。

以下、第１図（Ｃ１のタイムチャートで説明する。

まず、溶接部２からの反射エコーを受信・記憶する時間
（第１図（Ｃ）中ｔの長さ）間隔で超音波ビーム３１〜
３６を送信し、そこで一時送信を中止し、超音波ビーム
３１〜３５の溶接部２からの反射エコーを順次受信する
。次に同様に、超音波ビーム３７〜３１２の送信、受信
へと移っていくようにし、リニア走査が終了するまでこ
の操作が繰り返されるように超音波ビームの送受信タイ
ミングを制御する。このような方法（超音波ビームの複
数回送信、それらの反射波の受信、の繰り返し）によれ
ば、従来法に比べ、高速で超音波ビームの送受信が可能
となり、今まで断層像が描けなかったものでも、描ける
ようになるわけである。

以上、鋼管溶接部の斜角探傷を例にとって本発明を説明
したが、本発明の方法は、アレイ形プローブから離れた
場所にある部分的な探傷範囲を、高速に探傷しなければ
ならないような場合の超音波ビームてに応用できるもの
である。

〔実施例〕

第２図に示す超音波フェイズドアレイ装置を用いて、本
発明の方法を、１５ｍ／分で搬送する、外径４４インチ
、肉厚３３ｎのＵＯ鋼鋼溶溶接部斜角探傷に通用した場
合の実施例について説明する。

コンピューター１１において、リニア走査に用いる振動
子ブロックを選択し、各ブロックの振動子の送受信遅延
時間を決定し、各ブロックの超音波ビームのビーム路程
を計算し、第５図（ｂ）に示す送受信タイミングを設定
した。第５図（ａ）は従来法のタイムチャートである。

第５図（ｂｌのタイムチャートに基づき、送信制御部１
２、受信制御部１３で制御しながら、アレイ形プローブ
６、パルサー８、レシーバ−１０で超音波の送受信を行
い、受信々号をレシーバ−１０で増幅後、Ａ／Ｄ変換器
１４、加算器１５でデジタル処理を行い、コンピュータ
ー１１、表示装置１６で断層像表示を行った。この方法
では、従来法に比べ約４倍の速度で超音波ビームの送受
信が行え、鋼管長さ方向０．５１１間隔で断層像を描く
ことができた。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、アレイ形プローブから
離れた場所にある部分的な探傷範囲に対し、高速に超音
波の送受信が行える。従って、時間的に間に合わないた
めに、断層像を描くことができなかったものに対しても
断層像が描けるという効果がある。

なお、第３図、第４図の説明では、アレイ形ブーローブ
を構成する振動子の個数を３２個としたが、アレイ形プ
ローブを構成する振動子の個数及び、そのサイズについ
て制約されない。第１図、第３図、第４図の説明では、
リニア走査において、順次走査される超音波ビームを発
する振動子のブロックの個数を８個としたが、これは何
個でもよく、また、超音波ビームを順次走査する際に切
り換える振動子数も、１個づつに限定する必要はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波ビーム送受信制御方法を示す説
明図、第２図は超音波フェイズドアレイ装置のブロック
図、第３図はリニア走査法の説明図、第４図はリニア走
査による断層像の表し方の一例を示す説明図、第５図は
本発明に基づ〈実施例における超音波ビーム送受信タイ
ミングを示すタイムチャートである。 １：鋼管、　　２：鋼管溶接部、　３１．３２゜・・・
・・・、１８１，１８２．・・・・・・：超音波ビーム
、５　＋　ｒ　　Ｊ　２　＋　・・・・・・：振動子、
　６：アレイ形ブロ−ブ、　？＋、７２．・・・・・・
：超音波送信器、８：パルサー、　９１，９２．・・・
・・・：超音波受信器、　　１０ニレシーバー、　　１
１：コンピューター、　１２：送信制御部、　１３；受
信制御部、１４　：　Ａ／Ｄ変換器、　１５：加算器、
　１６：表示装置、　１７；被検査体、１９，２０：欠
陥、　２１：走査線、　２２１，２２２．・・・・・・
：超音波ビーム送信タイミング、　　２３１，２３２゜
・・・・・・：超音波ビーム受信タイミング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超音波フェイズドアレイ装置を構成する振動子の中の複
   数個の振動子ブロックを順次切り換えながら超音波ビー
   ムを走査する方法を用いる超音波探傷において、所定の
   振動子ブロックから超音波ビームを順次送信し、該ビー
   ムの反射波が振動子に戻る直前に送信を中止し、前記フ
   ェイズドアレイ装置を受信側に切り換え反射波を順次受
   信し、以後送信受信操作を反復することを特徴とする超
   音波ビーム送受信制御方法。