TW490559B - Ultrasonic inspection apparatus and ultrasonic detector - Google Patents

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490559 A7 _ B7 五、發明說明（丨） [技術領域] 本發明係關於金屬材料之非破壞性檢查所使用之超音 波檢查裝置’例如，特別是關於適合被檢測表睫全性 之評鑑的超音波檢查裝置。又，本發明係關於被檢測體表 層之非破壞性檢查所使用之超音波探測器，特別是關於適 "'，.-‘乂,1—.·-…〜…卜, 食盤檢測體之劣化度評鑑、被檢測體表層之#性評爹及 被檢測體所產生之缺陷的方向性偵測之超音波探測器。 [習知技術] 以往，例如於日本專利特開平4-238265號公報中所記 載之，使用超音波進行對金屬材料表面所形成;敷層以 非破壞方式加以評鑑的技術較爲人知。 一般而言，對二材料之界面部之密接性進行評鑑，係 採用下述方法，亦即、將聚焦型之超音波探測器與被檢測 體對向配置，將自前述超音波裝置發出之超音波之焦點對 準二材料之界面，以偵測來自界面之回波強度。然而，若 被檢測體係母材表面所形成之噴敷層時，由於噴敷層係0.1 〜0.3mm左右之薄膜，因此自噴敷層側向被檢測體發出超 音波時，事實上是不可能將來自噴敷層表面之回波與來自 界面之回波加以分離，無法評鑑噴敷層對母材之密接性。 例如，對母材表面所形成之厚度爲0.1mm之WC系噴敷層 加以考察時，由於該噴敷層之高頻衰減大、且表面有數μιη 〜數十μηι左右之凹凸，因此僅能適用於頻率爲5〜 20ΜΗζ(週期爲200〜50ns)之超音波的檢查。另一方面，由 4 度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .. -線· 490559 A7 _ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 五、發明說明（/) 於前述噴敷層之縱波音速約爲4200m/s，來自噴敷層表面 之回波與來自界面之回波的時間差僅有47.6ns，因此可明 白無法分離二回波。 因此，前述習知例所記載之噴敷層評鑑方法中，如第 1圖所示，係將母材S!表面形成有噴敷層S2之被檢測體s 與聚焦型超音波探測器101，以對向方式配置於水中（圖中 之符號W，係表示作爲超音波媒介之水），將超音波探測器 1〇1之焦點對準母材S1之底面，自噴敷層S2側將超音波 201送至被檢測體S，藉底面回波之強度判定對母材Sl之 噴敷層S2的密接度。根據該方法，由於界面部之密接度不 良時界面部之超音波的反射量變多、而自母材底面之回波 降低，當界面部之密接度良好時通過母材S!之超音波增加 、而自母材底面之回波增加，因此能判定界面之密接性。 又，使超音波探測器101沿被檢測體S表面進行二維方向 掃瞄，以適當之掃瞄節距取得底面回波強度，藉由C型示 波器圖像化，而能獲得噴敷層S2之密接度分佈。 然而，前述習知例記載之噴敷層評鑑方法，由於係自 噴敷層s2側將超音波201送至被檢測體s，以偵測母材Si 底面回波強度，因此如第2A圖所示，母材Si之厚度越大 、噴敷層S2表面之超音波束的照射徑d越大，而使用缺陷 之偵測能力降低。 此外，前述習知例記載之噴敷層評鑑方法，由於和上 述相同之理由，當使超音波探測器101沿被檢測體S表面 進行二維方向掃瞄時，如第2B圖所示，於超音波束之照 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 祕： 訂： --線· 490559 A7 B7 五、發明說明（λ ) 射範圍自被檢測體s之端部e偏離之較大的區域’產生一 無法進行缺陷檢查之區域。由於被檢測體S之端部e，係 容易產生噴敷層S2之缺陷的位置’是特別重要的檢查位置 ，因此具有此種大的無法進行缺陷檢查之區域’對提升缺 陷檢查之可靠性而言，是非常大的問題。 再者，前述習知例記載之噴敷層評鑑方法’雖係自母 材Si之底面回波強度間接的評鑑母材S1與噴敷層S2間之 密接性的方法，但母材S!之底面回波中，除了顯示噴敷層 S2之密接性的資訊外，亦包含有顯示母材Si內部及底面狀 態之各種的資訊，例如亦包含有底面之凹凸及附著於底面 之鏽等資訊、以及母材內部之缺陷資訊等，因此有無法將 該等資訊與關於噴敷層S2之密接性的資訊加以分離，而無 法正確的進行噴敷層S2i評鑑的問題。 再者，前述習知例記載之噴敷層評鑑方法，由於和上 述相同之理由，當母材S!係以含有鎳之超合金般之超音波 的衰減較大之材料構成時，無法獲得充分、或完全的底面 回波，實用上舞法進行充分的噴敷層之缺陷檢查。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，此處雖係以噴敷層之缺陷檢查爲例加以說明，但 在評鑑被檢測體表層之裂縫的有無、被檢測體表層之應力 分佈、斷裂韌性値、熱脆化或晶粒間隙腐蝕之偵測等，與 被檢測體表層相關之其他健全性時，同樣的都不方便。 又，例如日本專利特開平10-318995號公報所記載般 ，自超音波形式之一種的漏洩彈性表面波之音速變化，以 非破壞性方式評鑑被檢測體表層之應力分佈、斷裂朗性値 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7___ 五、發明說明（IV ) ，以及熱脆化或晶粒間隙腐蝕等之被檢測體之劣化度(以下 ，本說明書中將此等總稱爲「被檢測體之劣化度等」。）的 技術亦爲人知。 第3A圖及第3B圖係顯示習知之適用此種非破壞檢查 之超音波探測器之一例的主要部位截面圖及俯視圖，自該 等圖中可知，超音波探測器1〇1具備有俯視呈圓形之單一 型壓電換能器102、與將自該壓電換能器102傳送來之超 音波加以收歛以射入被檢測體S之凹透鏡型之聲透鏡1〇3 。於壓電換能器102之周圍，爲了抑制過多之振動的產生 ，通常，設有緩衝材l〇la。壓電換能器102，係以表裏二 面設有電極之壓電薄膜構成。另一方面，聲透鏡103係由 鋁等之超音波傳輸速度較大之物質構成，壓電換能器102 之設定面103a形成爲平面狀，與此對向之透鏡曲率面 l〇3b形成爲球面狀。前述壓電換能器1〇2，係以黏著等方 式固定於聲透鏡103之壓電換能器設定面103。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於進行被檢測體之劣化度等之評鑑時，超音波探測器 101係固定於3維方向移動之機械式掃瞄器(圖示省略），在 水中與被檢測體S對向配置。其高度位置，如第3A圖所 示’係以聲透鏡103之焦點P位於被檢測體S表面之略下 方的方式加以調整。圖中之符號ΛΖ，係表示自被檢測體S 表面到焦點P止之散焦量。於此狀態下，自未圖示之控制 部對壓電換能器102之電極供給驅動電壓時，壓電換能器 102即驅動，自該壓電換能器1〇2發出之超音波通過聲透 鏡103及水射入被檢測體S。又，來自被檢測體s之反射 7 490559 A7 B7 五、發明說明（ζ) 波及漏洩波，通過水及聲透鏡103由壓電換能器102加以 接收。 自壓電換能器102發出之超音波中，通過斜角路徑A — 以瑞利(Rayleigh)臨界角0 L射入被檢測體S表面之 斜角射入波，被變換爲漏洩彈性表面波，沿被檢測體S表 面行進。該漏洩彈性表面波，自射入點C傳輸於被檢測體 S表面之間以瑞利臨界角漏洩，於被檢測體表面之0點 漏洩之漏洩波，通過路徑D—E-F由壓電換能器1〇2加以 接收。另一方面，自壓電換能器102發出之超音波中’通 過垂直路徑I射入被檢測體S表面之垂直射入波， 被被檢測體S反射，該反射波(垂直反射波)通過垂直路徑I -H—G由壓電換能器102加以接收。 以壓電換能器102進行之漏洩波與垂直反射波之接收 時序中，有根據自壓電換能器102發出斜角射入波及垂直 射入波後，到壓電換能器102接收漏洩波及垂直反射波爲 止之各波之行程差的時間差，自該時間差△〖、與在超音波 探測器101與被檢測體S間存在之超音波媒體的水中傳輸 之超音波的音速Vw、與聲透鏡103之散焦量ΔΖ，能以下 式算出漏洩彈性表面波之音速Vt，而能自該漏洩彈性表面 波之音速的變化評鑑被檢測體S之劣化度等。 VL=Vw{(At · Vw/AZ)-(At2 · VW2/4AZ2)}-1/2 …⑴ 8 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 訂 -丨線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 一 B7 五、發明說明（y) 第4圖係顯示以壓電換能器102所接收之漏洩波之回 波波形L與垂直反射波之回波波形V。前述時間差At，可 藉測量該漏洩波之回波波形L與垂直反射波之回波波形V 的峰値間之時間差來加以求出。又，亦能藉測定來求出於 水中傳輸之超音波的音速Vw。更進一步的，聲透鏡103之 散焦量ΔΖ，可自被檢測體S之表面位置、與超音波探測 器1〇1之設定位置、以及聲透鏡1〇3之焦點距離求出。 又，作爲求出漏洩彈性表面波之音速VL的方法，除上 述之方法外，雖亦有將來自壓電換能器102之射入波作爲 短脈衝群波(burst wave)以積極的干擾漏洩波與垂直反射波 ，自該干擾波之變化曲線(V(z)曲線）的傾角（dip)週期來求 出之方法，但由於與本發明無直接關係，因此省略其說明 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 附帶一提的，自前述（1)式求出漏洩彈性表面波之音速 VL，以評鑑被檢測體S之劣化度等，其前提須能自壓電換 能器102之接收信號明確的分離出漏洩波之回波波形L與 垂直反射波之回波波形V，而能測量其時間差At。一般來 說，若增大聲透鏡103之散焦量ΔΖ，則漏洩彈性表面波 之傳輸距離即變長，而路徑A->B^C-D^E—F與路徑G -H—I->H—G之行程差變大，如第4圖所示，於時間軸 上漏洩波之回波波形L與垂直反射波之回波波形V分離而 能測定時間差At，但根據本案發明人等之硏究，發現對母 材表面施有例如噴敷層等容易衰減漏洩表面彈性波之外膜 的被檢測體而言，即使對聲透鏡103之散焦量ΛΖ進行種 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（q) 種的變更，亦無法明確的分離漏洩波之回波波形L與垂直 反射波之回波波形V，而無法求出時間差△〖。亦即、本案 發明人等，對母材表面施有由厚度爲0.1mm之WC系噴敷 材料所構成之噴敷層的被檢測體進行實驗的結果，若增大 聲透鏡103之散焦量ΛΖ，則漏洩表面彈性波之衰減變大 使得漏洩波之回波波形L之偵測變的困難，相反的，若減 小聲透鏡103之散焦量AZ，則漏洩波之回波波形L埋入 垂直反射波之回波波形V中無法明確的將二者加以分離， 而無法求出時間差At。 針對前述之結果加以理論分析的話，對前述被檢測體 自熔接厚度(throat thickness、第3A圖之GH間)爲5mm之 鋁製(音速=6400m/s)聲透鏡以散焦量ΛΖ爲0.2mm發出 10MHz之超音波脈衝時，由於在WC系噴敷層中傳輸之漏 洩彈性表面波之音速約爲2300m/s(使用表面拋光之同 種噴敷層預先測量之値），瑞利臨界角爲約41度，因此於 第3A圖所示之路徑中傳輸之垂直射入波 及垂直反射波之傳輸時間爲1〇.〇5μδ。相對於此，於第3A 圖所示之路徑F中傳輸之斜角射入波、 漏洩彈性表面波及漏洩波之傳輸時間爲1〇.1μ8。由於二者 之差爲50ns，僅爲使用頻率之週期（100ns)的一半，因此即 使接收到微弱的漏洩波，亦無法求出時間差At。 此外，自前述（1)式求出漏洩彈性表面波之音速Vl， 以評鑑被檢測體S之劣化度等時，需特定在超音波探測器 101與被檢測體S間存在之水中傳輸之超音波的音速Vw。 10 ϋ張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 祕. · -線· 490559 A7 B7 五、發明說明（<g ) 然而，眾所周知的，於水中傳輸之超音波的音速vw會受 水溫之影響而變化，於通常使用之範圍中1°C之差即會有 數m/s之變化。因此，爲了以（1)式高精度的求出漏洩彈 性表面波之音速VL，需在每一試驗皆測量水溫。是以’習 知之超音波檢查裝置，需要用來測量水溫之溫度傳感器而 使構造複雜化，且必須在每次測定漏洩彈性表面波之音速 Vl時皆經過一測量水溫以求出水之音速的煩瑣之手續。其 結果，欲有效率地進行漏洩彈性表面波之音速VL之測定、 以及被檢測體之劣化度等之檢查等是非常困難的。 又，此處雖係以被檢測體表層之應力分佈、斷裂韌性 値，以及熱脆化或晶粒間隙腐蝕等材料之劣化度爲例加以 說明，但在評鑑被檢測體表層之裂縫的有無、以及被檢測 體表面所設外膜之剝離的有無等，評鑑被檢測體表面之健 全性時，同樣的都不方便。 經濟部智慧財產局員工消費合作社6 又，此處，如前述（1)式所示，雖係以在被檢測體表層 傳輸之漏洩彈性表面波的音速變化來評鑑被檢測體之劣化 度的技術爲例加以說明，但利用漏洩彈性表面波之超音波 檢查方法，除此之外，亦能適用於作爲自被檢測體漏洩之 漏洩波的強度變化來評鑑裂縫的有無、或外膜之剝離的有 無等被檢測體表面之健全性的方法。 亦即、漏洩彈性表面波雖會自被檢測體表面穿透入被 檢測體內部一波長程度，但在對母材之外膜的密接性良好 時，由於穿入被檢測體內部之漏洩彈性表面波對母材之穿 透量較大，因此以壓電換能器接收之漏洩波的強度變低。 L度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 五、發明說明（1 ) 相對於此，對母材之外膜的密接性不良時，由於剝離而在 母材與外膜間產生空氣層，於該空氣層與外膜之界面反射 漏洩彈性表面波，因此漏洩彈性表面波對母材之穿透量較 小，相對來說以壓電換能器接收之漏洩波的強度變大。因 此，能自超音波探測器之漏洩波的接收強度，以演算處理 部判定對母材之外膜之密接性是否良好。 另一方面，若被檢測體表層有裂縫等之缺陷時，由於 被檢測體表層之漏洩彈性表面波的傳輸受裂縫等之妨礙， 因此以壓電換能器接收之漏洩波的強度較低。相對於此， 若被檢測體表層不存在裂縫等之缺陷時，由於被檢測體表 層之漏洩彈性表面波的傳輸不會受裂縫等之妨礙，因此以 壓電換能器接收之漏洩波的強度較高。因此，在此種情形 時，能藉超音波處理部之漏洩波的接收強度，以演算處理 / 部判定在被檢測體表層有無裂縫。 爲評鑑被檢測體表層之健全性，雖不一定要使用能偵 測漏洩波與垂直反射波雙方之超音波探測器，但至少須使 用能明確的偵測出漏洩波之回波波形的超音波探測器。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，根據前述特開平10-318995號公報所記載之技術 ，不僅能適用於自檢測體表層傳輸之漏洩彈性表面波的音 速變化來評鑑被檢測體之劣化度等，亦能適用於作爲自被 檢測體漏洩之漏洩波的強度變化來評鑑裂縫的有無、或外 膜之剝離的有無等被檢測體表面之健全性的方法。 另一方面，作爲偵測被檢測體所產生之裂縫之方向1 生 的技術，較爲人知者有例如特開平11-51911公報所記載之 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

五、發明說明（β) 使用線聚焦（line-focus)型超音波收發信器’以偵測軋製金 屬板內部所產生之沿軋製方向延伸之非金屬夾雜物的技術 。根據該公報所記載之技術，雖能高精度的偵測軋製金屬 板中存在之如非金屬夾雜物般具有方向性的缺陷，傳卻無 法進行被檢測體之劣化度評鑑或被蹲測體表面之健全性 鑑，使被檢測體之超音波檢查效率化。此外，由於前述習y 知例之超音波探測器裝置，係使用線聚焦型超音波收發信 器，因此亦#裝置大型化及複雜化之問題。 [發明之揭示] 本發明之目的，在提供一無論母材之厚度或底面狀態 及材料種類等，皆能以高精度評鑑包括被檢測體之端部@ 被檢測體表層之健全性之超音波檢查裝置。 本發明之另一目的，在提供一不需測量水溫而能高精 度的算出漏洩彈性表面波之音速的超音波檢查裝置，更進 一步的’提供一種對漏洩彈性表面波之衰減大的被檢測體 ，亦能不需測量水溫而能高精度的算出漏洩彈性表面波之 音速的超音波檢查裝置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之再一目的，係提供一種利用傳輸於被檢測體 表層之漏洩彈性表面波，來評鑑被檢測體之劣化度或健全 性之超音波檢查裝置所能適用之超音波探測器。 本發明之再一目的，係提供一種能進行被檢測體之劣 化度評鑑與被檢測體表層部之健全性評鑑與缺陷之方向性 的偵測’能謀求超音波檢查之高效率化與高精度化之超音 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（l\ ) 波探測器。 本發明之再一目的，係提供一種能偵測被檢測體之表 層、內部或底面存在之缺陷方向性的小型、且構造簡單之 超音波探測器。 根據本發明，由於在超音波掃瞄部具備一超音波探測 器，以進行斜角射入波之發射來勵起對被檢測體之漏洩彈 性表面波以及接收來自被檢測體的漏洩波，自該超音波探 測器所接收之漏洩波的接收強度評鑑被檢測體表層之健全 性，因此無論被檢測體之厚度或被檢測體之底面狀態及被 檢測體之內部狀態等，皆能以高精度評鑑包括被檢測體之 端部的被檢測體表層之健全性。 此外，根據本發明，由於係將超音波探測器之焦點與 被檢測體表面一致所測定之斜角射入波、漏洩彈性表面波 及漏洩波之傳輸時間，與將超音波探測器之焦點設定於被 檢測體內部所測定之斜角射入波、漏洩彈性表面波以及漏 洩波之傳輸時間的差，以及將超音波探測器之焦點與被檢 測體表面一致所測定之垂直射入波及垂直反射波之傳輸時 間，與將超音波探測器之焦點設定於被檢測體內部所測定 之垂直射入波及垂直反射波之傳輸時間的差還原，來算出 漏洩彈性表面波之音速，因此不須在每次檢查時測量水溫 而能省略溫度傳感器，故能謀求超音波檢查裝置之構成的 簡略化與演算之效率化。 又，本發明之聚焦型超音波探測器，具備壓電換能器 設定面形成爲平面狀之平面型超音波探測器，與安裝於該 14 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) #: . •線. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 Α7 _ - Β7 五、發明說明（Ί 平面型超音波探測器之前端部、將自前述壓電換能器發出 之超音波加以聚焦之聲透鏡，其特徵在於： 作爲聲透鏡，係使用朝向被檢測體之垂直射入波及來 自被檢測體之垂直反射波之傳輸路徑中的超音波之傳輸速 度’與朝向被檢測體之斜角射入波及來自被檢測體之漏洩 波之傳輸路徑中的超音波之傳輸速度不同者，因此即使在 無法使散焦量ΔΖ變大之情形時，亦能將壓電換能器之垂 直反射波之接收時序與漏洩波之接收時序予以錯開，而求 出各回波波形之接收的時間差At。因此，針對母材表面施 有噴敷層等之漏洩彈性表面波L易衰減之外膜的被檢測體 ，亦能以非破壞方式評鑑其劣化度，且由於能正確的求出 漏洩波之接收強度，因此亦能以非破壞方式評鑑被檢測體 表層之健全性。 又，根據本發明，於前述同樣之聚焦型超音波探測器 中，作爲前述聲透鏡，由於係使用具有朝向被檢測體之斜 角射入波及來自被檢測體之漏洩波的傳輸路徑，但不具有 朝向被檢測體之垂直射入波及來自被檢測體之垂直反射波 的傳輸路徑者，因此能正確的求出漏洩波之接收強度，以 評鑑被檢測體表層之健全性。 又，根據本發明，作爲聲透鏡，由於係使用透鏡曲率 面形成爲球面狀之凹透鏡，因此能將自平面型超音波探測 器輸出之超音波以點狀集中於被檢測體之表層部份，以進 ί了局精度之檢查。 又，根據本發明，作爲聲透鏡，由於係使用柱面透鏡 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 59 A7 Β7 五、發明說明 ，因此能將自平面型超音波探測器輸出之超音波以線狀集 中於被檢測體之表層部份，以高效率的進行高精度之檢查 0 又’根據本發明，由於係將聲透鏡以能裝拆之方式安 裝於平面型超音波裝置之前端部，因此能將規格不同之各 種平面型超音波裝置與聲透鏡加以組合，來獲得各種規格 之聚焦型超音波探測器，由於能以較少之構件數實行各種 超音波檢查，因此能降低超音波檢查之整體成本。又，由 於係以裝拆可能之方式結合平面型超音波探測器與聲透鏡 ，因此能於水中進行聚焦型超音波探討器之組裝，不會在 平面型超音波裝置與聲透鏡存在氣泡，而能提高檢查結果 的可靠性。此外，由於不需用以除去氣泡的步驟，自此點 亦能謀求檢查成本之降低。 又，根據本發明，由於於係取代使用組合平面型超音 波裝置與聲透鏡之構成，而採用壓電換能器設定面形成爲 球面狀之超音波探測器，於該壓電換能器設定面所設置之 壓電換能器之表面中央部，裝備一較該壓電換能器更爲小 型之超音波遮蔽構件，因此能謀求超音波探測器之構成的 簡略化。 又，由於將聲透鏡中朝向被檢測體之斜角射入波及來 自被檢測體之漏洩波之傳輸路徑的一部份加以遮斷，因此 能對自超音波探測器射入被檢測體之斜角射入波及自被檢 測體射入超音波探測器之漏洩波賦予方向性，而能提升漏 洩波之偵測信號的S/N，提高線狀或面狀缺陷之偵測精度 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -νό Γ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490559 A7 B7 五 、發明說明（\0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

又，根據本發明，於前述同樣之聚焦型超音波探測器 中，作爲前述聲透鏡，由於係使用具有朝向被檢測體之斜 角射入波及來自被檢測體之漏洩波的傳輸路徑，但不具有 朝向被檢測體之垂直射入波及來自被檢測體之垂直反射波 的傳輸路徑者，因此能正確的求出漏洩波之接收強度，以 評鑑被檢測體表層之健全性。 本發明之超音波檢查裝置，具備有透過水等之超音波 媒體於被檢測體之表面於二維方向掃瞄超音波的超音波掃 瞄部，該超音波掃瞄部的驅動部，透過該驅動部控制前述 超音波掃瞄部、以實施被檢測體之缺陷檢查的演算處理部 ，其特徵在於： 於前述超音波掃瞄部具有一超音波探測器，以進行斜 角射入波之發射來勵起對前述被檢測體之漏洩彈性表面波 以及接收來自前述被檢測體的漏洩波，自該超音波探測器 所接收之前述漏洩波的接收強度、以前述演算處理部評鑑 前述被檢測體表層之健全性。 如第5A圖所示，自超音波探測器pi發出之超音波中 ，通過斜角路徑A^B-C以瑞利臨界角0 l射入被檢測體 S表面之斜角射入波，被變換爲漏洩彈性表面波，沿被檢 測體S表面行進。該漏洩彈性表面波，自射入點C傳輸於 噴敷層S2表面之間以瑞利臨界角0 l漏洩，於被檢測體表 面之D點漏洩之漏洩波，通過路徑d~^E—F由壓電換能器 2加以接收。又，漏洩彈性表面波，被認爲會自被檢測體S 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 請 先 閱 讀 背

I 填 書譬 訂 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（) 表面(本例中，爲噴敷層s2表面)穿透入被檢測體s內部一 波長程度。 當對母材Si之噴敷層s2的密接性良好時，由於穿Λ 被檢測體s內部之漏洩彈性表面波對母材s!之穿透量較大 ，因此以壓電換能器2接收之漏洩波的強度變低。相對方令 此，對母材Si之噴敷層s2的密接性不良時，由於剝離而 在母材Si與噴敷層s2間產生空氣層，於該空氣層與噴敷 層s2之界面反射漏洩彈性表面波，因此漏洩彈性表面波對 母材S!之穿透量較小，相對來說以壓電換能器2接收之漏 洩波的強度變大。因此，能自超音波探測器1之漏洩波的 接收強度，以演算處理部判定對母材Si之噴敷層s2之密 接性是否良好。 另一方面，就沒有噴敷層等之外膜的被檢測體而言’ 若被檢測體S表層有裂縫等之缺陷時，由於被檢測體S表 層之漏洩彈性表面波的傳輸受裂縫等之妨礙，因此以壓電 換能器2接收之漏洩波的強度較低。相對於此，若被檢'測 體S表層不存在裂縫等之缺陷時，由於被檢測體S表層0 漏洩彈性表面波的傳輸不會受裂縫等之妨礙，因此以壓電 換能器2接收之漏洩波的強度較高。因此，在此種情形時 ，亦能根據超音波探測器P1之漏洩波的接收強度，以演算： 處理部判定在被檢測體S之健全性。作爲前述超音波探測 器P1，只要是能進行勵起對被檢測體之漏洩彈性表面波之 斜角射入波的發射，與來自被檢測體之漏洩波之接收者即 可。 18 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) #· 訂-_ -丨線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 _ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（J) 又，爲達成前述課題，本發明之超音波檢查裝置，具 備有：將超音波探測器及具有將該超音波探測器送至被檢 測體之機械式掃瞄器的超音波掃瞄部，該超音波掃瞄部的 驅動部，透過該驅動部控制前述超音波掃瞄部、以實施期 望之超音波檢查的演算處理部，其特徵在於： 係將前述超音波探測器之焦點設定於前述被檢測體之 第1深度位置發出超音波時之斜角射入波、漏洩彈性表面 波及漏洩波之傳輸時間，與將前述超音波探測器之焦點設 定於前述被檢測體之第2深度位置發出超音波時之斜角射 入波、漏洩彈性表面波以及漏洩波之傳輸時間的差，以及 將前述超音波探測器之焦點設定於前述被檢測體之第1深 度位置發出超音波時之垂直射入波及垂直反射波之傳輸時 間’與將前述超音波探測器之焦點設定於前述被檢測體之 第2深度位置發出超音波時之垂直射入波及垂直反射波之 傳輸時間的差還原，以前述演算處理部算出漏洩彈性表面 波之音速。 前述構成之超音波裝置，能將前述第1深度位置設爲 前述被檢測體之表面，將前述第2深度位置設爲藉前述超 音波探測器發出之超音波，而於前述被檢測體產生漏洩彈 性表面波之位置。 例如，如後述之第23圖所示，使聲透鏡3之焦點位置 與被檢測體S之表面一致時通過路徑A->B—C—(D)E->F 之超音波的傳輸時間k〇,與後述第21A圖所示般使聲透 鏡3之焦點位置與被檢測體S之表面向內側錯開時通過路 19 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

言 Γ ί 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（4) 徑A->B->C-D—E->F之超音波的傳輸速度tL1的時間差 △ ti，在將聲透鏡3之散焦量設爲ΛΖ、瑞利臨界角爲Θ L 、水之音速爲Vw、漏洩彈性表面波之音速爲時，係以 tL=tL〇— tLl =2{(ΔΖ//cos 0 L · Vw) — ΔΖ · tan Θ l/Vl}} …(2) 上式表示，根據斯奈爾法則（Snell’s law)利用 Vw=VLsiri0L之關係，以(2)消去^時，即獲得下述(3)式 VL=(l/Vw2-AtL2/4 · ΔΖ2)-1/2 …(3) 另一方面，使聲透鏡3之焦點位置與被檢測體S之表 面一致時通過路徑G—I—G之超音波的傳輸時間tvo與與 將聲透鏡3之焦點位置與被檢測體S之表面錯開時通過路 徑G—I—G之超音波的傳輸速度tL1的時間差Atv，以下述 之(4)式表示。 △ tv =tv〇 — tvi =2χΔΖ// Vw …(4) 根據此式，水之音速Vw可以下式(5)求出。 Vw=2 · ΔΖ · (Aty2—AtL2)//Vw" 1/2 …（5) 此處，若將式(5)代入式(3)的話，即能獲得求出水之音 速Vw不包含於變數中的漏洩彈性表面波之音速¥1^的(6)式 〇 Vl=2 · ΔΖ · (Atv2-AtL2)~1/2 …（6) 因此’能算出將超音波探測器之焦點對焦於被檢測體 S之表面所測定之斜角射入波、漏洩彈性表面波及漏洩波 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐^ " (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # ;線· 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（J) 之傳輸時間，與將超音波探測器之焦點設定於被檢測體S 內部所測定之斜角射入波、漏洩彈性表面波以及漏洩波之 傳輸時間的差，以及將超音波探測器之焦點對焦於被 檢測體S之表面所測定之垂直射入波及垂直反射波之傳輸 時間，與將超音波探測器之焦點設定於被檢測體S內部所 測定之垂直射入波及垂直反射波之傳輸時間的差AW，以 及自聲透鏡3之散焦量ΛΖ算出漏洩彈性表面波之音速， 謀求超音波檢查裝置構成之簡略化與演算之效率化。 又，作爲超音波探測器，如後述之第12A圖所示，可 使用具備有垂直射入波及垂直反射波之傳輸路徑(G-Η及 H->G)之超音波的傳輸速度與斜角射入波及漏洩波之傳輸 路徑(A—B及E—F)之超音波的傳輸速度相同之均質的聲 透鏡103者，亦可使用如後述之第21A圖所示，具備有垂 直射入波及垂直反射波之傳輸路徑(G-I及I—G)之超音波 的傳輸速度與斜角射入波及漏洩波之傳輸路徑(A—B及E —F)之超音波的傳輸速度不同的聲透鏡103者。 第12A圖之超音波探測器，漏洩彈性表面波之衰減小 ，垂直反射波之回波波形V與漏洩玻之回波波形L能在時 間軸上分離，可適用能算出(6)式中之時間差AtL及八~的 被檢測體之檢查。相對於此，第21A圖所例示之超音波探 測器，不僅能適用於此種被檢測體，亦能適用於例如形成 有噴敷層之被檢測體般，由於漏洩彈性表面波之衰減大， 以後述第22圖之超音波探測器無法將垂直反射波之回波波 形V與漏洩玻之回波波形L在時間軸上分離，因此亦能適 21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # _ 線· 490559 A7 B7 五、發明說明（q) 用於無法算出(6)式中之時間差及Atv的被檢測體之檢 查。 又’作爲使聲透鏡之垂直射入波及垂直反射波之傳輸 路徑之超音波的傳輸速度，與聲透鏡之斜角射入波及漏洩 波之傳輸路徑之超音波的傳輸速度不同之方法，有下列數 種： 於聲透鏡之垂直射入波及垂直反射波之傳輸路徑上， 開設自壓電換能器之設定面貫穿至與其對向之透鏡曲率面 的穿透孔。 於聲透鏡之曲率面上形成一凹部。 於聲透鏡上所開設之穿透孔內，或者於聲透鏡之壓電 換能器之設定面或曲率面上所形成之凹部內，塡充較構成 該聲透鏡之材料的超音波之傳輸速度爲慢之材料所構成的 塡充物。 於聲透鏡上所開設之穿透孔內，或者於聲透鏡之壓電 換能器之設定面或曲率面上所形成之凹部內，塡充較構成 該聲透鏡之材料的超音波之傳輸速度爲快之材料所構成的 塡充物。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，作爲前述(C)之具體例，有在由鋁所構成之聲透鏡 之穿透孔內或凹部內塡充樹脂者。又，作爲前述(d)之具體 例，有在由樹脂所構成之聲透鏡之穿透孔內或凹部內壓入 鋁的圓筒體、或在由鋁所構成之芯材的周圍將樹脂外插模 製以作爲聲透鏡者。 聲透鏡及壓電換能器形狀之無任何限制，可在曲率面 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 五、發明說明（7,） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 形成爲球面狀之凹透鏡上具備俯視成圓形之單一型壓電換 能器，亦可在柱面透鏡上具備單一型或串聯型之壓電換能 器。 當將聲透鏡之垂直射入波及垂直反射波之傳輸路徑之 超音波的傳輸速度，與聲透鏡之斜角射入波及漏洩波之傳 輸路徑之超音波的傳輸速度不同時，由於在因漏洩彈性波 之衰減大而無法使散焦量ΛΖ較大時，能將壓電換能器所 接收之垂直反射波的接收時序與漏洩波之接收時序加以錯 開，因此能在時間軸上明確的分離垂直反射波之回波波形 V與漏洩波之回波波形L，而求出各回波之傳輸時間。因 此，使用前述(6)式能簡便的求出漏洩彈性表面波之音速VL 。據此，對母材表面施有噴敷層等容易衰減漏洩表面彈性 波之外膜的被檢測體而言，亦能以非破壞性評鑑其應力分 佈或斷裂韌性値，以及熱脆化或晶粒間隙腐蝕等材料之劣 化度、以及被檢測體表面有無裂縫或被檢測體表面所設外 膜之剝離的有無等被檢測體表面之健全性。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之聚焦型超音波探測器，具備壓電換能器形成 爲平面狀的平面型超音波探測器，及安裝於該平面型超音 波探測器之前端部、將前述壓電換能器所發出之超音波加 以聚焦的聲透鏡，其特徵在於： 前述聲透鏡，係使用朝向被檢測體之垂直射入波及來 自被檢測體之垂直反射波之傳輸路徑中的超音波之傳輸速 度，與朝向被檢測體之斜角射入波及來自被檢測體之漏洩 波之傳輸路徑中的超音波之傳輸速度不同者。 23 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 五、發明說明（y() 作爲使聲透鏡之垂直射入波及垂直反射波之傳輸路徑 之超音波的傳輸速度，與聲透鏡之斜角射入波及漏洩波之 傳輸路徑之超音波的傳輸速度不同之方法’有前述(a)〜（d) 之方法。 若使聲透鏡之垂直射入波及垂直反射波之傳輸路徑之 超音波的傳輸速度，與聲透鏡之斜角射入波及漏洩波之傳 輸路徑之超音波的傳輸速度不同時，由於即使在無法使散 焦量ΔΖ變大之情形時，亦能將壓電換能器之垂直反射波 之接收時序與漏洩波之接收時序予以錯開，因此能將垂直 反射波之回波波形V與漏洩波之回波波形L在時間軸上明 確的加以分離，而求出各回波波形之接收的時間差△(。承 上所述，由於能求出漏洩彈性表面波之音速VL，因此對母 材表面施有噴敷層等之漏洩彈性表面波L易衰減之外膜的 被檢測體而言，亦能以非破壞方式評鑑其劣化度。又，由 於能將垂直反射波之回波波形V與漏洩玻之回波波形L在 時間軸上明確的加以分離，而正確的求出漏洩波之接收強 度，因此亦能以非破壞方式評鑑被檢測表層之健全性。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，本發明之聚焦型超音波探測器，具備壓電換能器 形成爲平面狀的平面型超音波探測器，及安裝於該平面型 超音波探測器之前端部、將前述壓電換能器所發出之超音 波加以聚焦的聲透鏡，其特徵在於： 前述聲透鏡，係使用具有朝向被檢測體之斜角射入波 及來自被檢測體之漏洩波的傳輸路徑，但不具有朝向被檢 測體之垂直射入波及來自被檢測體之垂直反射波的傳輸路 24 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ' ' "" 490559 A7 B7 五、發明說明（户ο 徑者。 去除朝向被檢測體之垂直射入波及來自被檢測體之垂 直反射波之傳輸路徑的方法，有下列數種_· (e) 作爲聲透鏡，使用壓電換能器對向面之中央部形成 有凹部者，於前述平面型超音波探測器之壓電換能器之設 定面與前述凹部所構成的空間內封入空氣。 (f) 於聲透鏡之壓電換能器對向面，設置較前述平面型 超音波探測器所具備之壓電換能器更小型之超音波遮蔽構 件。 如上述般，若使用一具備聲透鏡之超音波探測器(其聲 透鏡係具有朝向被檢測體之斜角射入波及來自被檢測體之 漏洩波之傳輸路徑、但不具有朝向被檢測體之垂直射入波 及來自被檢測體之垂直反射波之傳輸路徑者），雖然無法獲 得垂直反射波之回波波形V以求出時間差At，但由於能正 確的求出漏洩波之接收強度，因此能評鑑被檢測體表層之 健全性。 又，針對聲透鏡之形狀並無任何限制，可使用曲率面 形成爲球面狀之凹透鏡，亦可使用柱面透鏡。 使用凹透鏡之情形時，由於能將超音波以點狀射入被 檢測體，因此能實施高精度之超音波檢查。另一方面，使 用柱面透鏡之情形時，由於能將超音波以線狀射入被檢測 體，因此能以高效率實施高精度之超音波檢查。 又，可將聲透鏡以一體不可分割之方式安裝於平面型 超音波探測器之前端部，亦可將聲透鏡以可裝拆之方式安 25 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 讀 事 項 再 填 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490559 A7 B7 五、發明說明（y)) 裝於平面型超音波探測器之前端部。 將聲透鏡以能裝拆之方式安裝於平面型超音波裝置之 前端部時，由於能將規格不同之各種平面型超音波裝置與 聲透鏡加以組合，來獲得各種規格之聚焦型超音波探測器 ，由於能以較少之構件數實行各種超音波檢查，因此能降 低超音波檢查之整體成本。又，由於係以裝拆可能之方式 結合平面型超音波探測器與聲透鏡，因此能於水中進行聚 焦型超音波探討器之組裝，不會在平面型超音波裝置與聲 透鏡存在氣泡，而能提高檢查結果的可靠性。此外，由於 不需用以除去氣泡的步驟，自此點亦能謀求檢查成本之降 低。 又，本發明爲達成前述課題，係取代使用組合平面型 超音波裝置與聲透鏡之構成，而採用壓電換能器設定面形 成爲球面狀之超音波探測器，於該壓電換能器設定面所設 置之壓電換能器之表面中央部，裝備一較該壓電換能器更 爲小型之超音波遮蔽構件。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 使用此超音波探測器時，雖然無法獲得垂直反射波之 回波波形V以求出時間差At，但由於能正確的求出漏洩波 之接收強度，因此能評鑑被檢測體表層之健全性。 又，本發明之聚焦型超音波探測器，具備壓電換能器 形成爲平面狀的平面型超音波探測器，及安裝於該平面型 超音波探測器之前端部、將前述壓電換能器所發出之超音 波加以聚焦的聲透鏡，其特徵在於： 作爲前述聲透鏡，係使用朝向被檢測體之垂直射入波 26 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) ---- 490559 A7 B7 五、發明說明（4 ) 及來自被檢測體之垂直反射波之傳輸路徑中的超音波之傳 輸速度，與朝向被檢測體之斜角射入波及來自被檢測體之 漏洩波之傳輸路徑中的超音波之傳輸速度不同，且朝向被 檢測體之斜角射入波及來自被檢測體之漏洩波之傳輸路徑 的一部份加以遮斷者。 作爲使朝向被檢測體之垂直射入波及來自被檢測體之 垂直反射波之傳輸路徑中的超音波之傳輸速度，與朝向被 檢測體之斜角射入波及來自被檢測體之漏洩波之傳輸路徑 中的超音波之傳輸速度不同，且將被檢測體之斜角射入波 及來自被檢測體之漏洩波之傳輸路徑的一部份加以遮斷之 方法，有下列數種： (g) 作爲聲透鏡，使用在壓電換能器中央部開設貫通至 透鏡曲率面之穿透孔，且前述透鏡曲率面形成有寬度較前 述穿透孔之直徑爲窄的狹縫者。 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 (h) 作爲聲透鏡，使用在壓電換能器中央部開設貫通 至透鏡曲率面之穿透孔，且前述透鏡曲率面形成有寬度較 前述穿透孔之直徑爲窄的狹縫者，並於前述穿透孔及狹縫 內，塡充超音波之傳輸速度與構成聲透鏡之材料不同之材 料所構成的塡充物。 ⑴作爲聲透鏡，使用於透鏡曲率面中央部形成有凹部 ，且該透鏡曲率面上形成有其寬度較該凹部之直徑窄的狹 縫。 ⑴作爲聲透鏡，使用於透鏡曲率面中央部形成有凹部 ’且該透鏡曲率面上形成有其寬度較該凹部之直徑窄的狹 27 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（/ί) 縫，並於前述凹部及狹縫內，塡充超音波之傳輸速度與構 成聲透鏡之材料不同之材料所構成的塡充物。 又，作爲前述(h)、⑴中之塡充物，可使用超音波之傳 輸速度較構成聲透鏡之材料爲慢者，亦可使用較構成聲透 鏡之材料爲快者。作爲前者之具體例，有在由鋁所構成之 聲透鏡之穿透孔內或凹部內塡充樹脂者。又，作爲後者之 具體例，有在由樹脂所構成之聲透鏡之穿透孔內或凹部內 壓入鋁的圓筒體、或在由鋁所構成之芯材的周圍將樹脂外 插模製以作爲聲透鏡者。 若使聲透鏡之垂直射入波及垂直反射波之傳輸路徑之 超音波的傳輸速度，與聲透鏡之斜角射入波及漏洩波之傳 輸路徑之超音波的傳輸速度不同時，對母材表面施有噴敷 層等之漏洩彈性表面波L易衰減之外膜的被檢測體而言， 亦能以非破壞方式評鑑其劣化度之理由與前述者相同。又 ，由於能將垂直反射波之回波波形V與漏洩玻之回波波形 L在時間軸上明確的加以分離，而正確的求出漏洩波之接 收強度，因此亦能以非破壞方式評鑑被檢測表層之健全性 的理由亦與前述者相同。 另一方面，若將被檢測體之斜角射入波及來自被檢測 體之漏洩波之傳輸路徑的一部份加以遮斷的話，由於能對 自超音波探測器射入被檢測體之斜角射入波及自被檢測體 射入超音波探測器之漏洩波賦予方向性，因此能提升漏洩 波之偵測信號的S/N(雜訊比），提高線狀或面狀缺陷之偵 測精度。 28

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（A ) 又，本發明之聚焦型超音波探測器，具備壓電換能器 形成爲平面狀的平面型超音波探測器，及安裝於該平面型 超音波探測器之前端部、將前述壓電換能器所發出之超音 波加以聚焦的聲透鏡，其特徵在於： 作爲前述聲透鏡，係使用具有朝向被檢測體之斜角射 入波及來自被檢測體之漏洩波的傳輸路徑，但不具有朝向 被檢測體之垂直射入波及來自被檢測體之垂直反射波的傳 輸路徑，且朝向被檢測體之斜角射入波及來自被檢測體之 漏洩波之傳輸路徑的一部份加以遮斷者。 作爲除去朝向被檢測體之垂直射入波及來自被檢測體 之垂直反射波的傳輸路徑，且將被檢測體之斜角射入波及 來自被檢測體之漏洩波之傳輸路徑的一部份加以遮斷之方 法，有下列數種： (k)作爲聲透鏡，使用壓電換能器對向面之中央部形成 有凹部、且於該壓電換能器對向面之直徑方向形成有其寬 度較該凹部之直徑爲窄的狹縫，並於前述凹部及狹縫與前 述平面型超音波探測器所構成的空間內封入超音波遮蔽構 件，或封入作爲超音波遮蔽構件之空氣。 ⑴作爲聲透鏡，於壓電換能器之對向面，設置覆蓋前 述壓電換能器之中央部與直徑方面之一部份的超音波遮蔽 構件。 如上所述，若使用具備有朝向被檢測體之斜角射入波 及來自被檢測體之漏洩波的傳輸路徑，但不具有朝向被檢 測體之垂直射入波及來自被檢測體之垂直反射波的傳輸路 29 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) #_ 訂： -線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 Α7 Β7 五、發明說明（/]) 徑之聲透鏡的超音波探測器的話，雖然無法獲得垂直反射 波之回波波形V以求出時間差Λί，但由於能正確的求出漏 洩波之接收強度，因此能評鑑被檢測體表層之健全性。此 外，與前述相同的，若將被檢測體之斜角射入波及來自被 檢測體之漏洩波之傳輸路徑的一部份加以遮斷的話，由於 能對自超音波探測器射入被檢測體之斜角射入波及自被檢 測體射入超音波探測器之漏洩波賦予方向性，因此能提升 漏洩波之偵測信號的S/N，提高線狀或面狀缺陷之偵測精 度。 又，作爲前述各構成之聲透鏡，爲了能將超音波以點 狀射入被檢測體，以實施高精度之超音波檢查，因此最好 是能使用透鏡曲率面係形成爲球面狀之凹透鏡。 更進一步的，本發明之超音波探測器，具備壓電換能 器之設定面形成爲平面狀的平面型超音波探測器，及安裝 於該平面型超音波探測器之前端部的聲透鏡，其特徵在於 參 作爲前述聲透鏡，係使用超音波之傳輸路徑的一部份 被遮蔽者。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如上述般，若使用具備超音波之傳輸路徑的一部份被 遮蔽之聲透鏡的話，由於能對自超音波探測器射入被檢測 體之斜角射入波及自被檢測體射入超音波探測器之漏洩波 賦予方向性，因此能提升漏洩波之偵測信號的S/N，提高 線狀或面狀缺陷之偵測精度。 又，作爲將超音波之傳輸路徑的一部份加以遮蔽之方 30 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（β ) 法，可使用在聲透鏡之超音波收發面形成狹縫之方法。 又，聲透鏡之超音波收發面，可使之爲凹狀之透鏡曲 率面，亦可形成爲平面狀。當在超音波收發面形成凹狀之 透鏡曲率面時，由於能將壓電換能器所發出之超音波聚焦 成點狀，因此能進行高精度之超音波檢查。另一方面’若 將超音波收發面形成爲平面狀時，由於能將壓電換能器所 發出之超音波一次射入被檢測體之廣範圍中，因此能進行 高效率之超音波檢查。 前述各構成之超音波探測器，可將聲透鏡以一體不可 分割之方式安裝於平面型超音波探測器之前端部，亦可將 聲透鏡以可裝拆之方式安裝於平面型超音波探測器之前端 部。當將聲透鏡以能裝拆之方式安裝於平面型超音波裝置 之前端部時，可預先於聲透鏡與平面型超音波探測器上刻 設相互嚙合之螺紋，將該等螺紋螺合以結合成能裝拆，亦 可於聲透鏡側面部所形成之螺孔中螺合小螺釘，藉該小螺 釘將平面型超音波探測器固定成能裝拆。 當將聲透鏡以能裝拆之方式安裝於平面型超音波探測 器之前端部時，由於能將規格不同之各種平面型超音波裝 置與聲透鏡加以組合，來獲得各種規格之聚焦型超音波探 測器，因此能以較少之構件數實行各種超音波檢查，而能 降低超音波檢查之整體成本。又，由於係以裝拆可能之方 式結合平面型超音波探測器與聲透鏡，因此能於水中進行 聚焦型超音波探討器之組裝，不會在平面型超音波裝置與 聲透鏡間存在氣泡，而能提高檢查結果的可靠性。此外， 31 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 祕 -------訂---------線— —0, 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明 由於不需用以除去氣泡的步驟，自此點亦能謀求檢查成本 之降低。 [圖示之簡單說明] 第1圖係顯示習知噴敷層之超音波檢查方法的說明圖 〇 第2A圖及第2B圖係顯示習知技術之不完整的說明圖 〇 第3A圖及第3B圖係顯示適用於習知此種非破壞檢查 之超音波探測器之一例的主要部位截面圖及俯視圖。 第4圖係顯示以壓電換能器接收之漏洩波的回波與垂 直反射波的回波之圖。 第5A圖及第5B圖係本發明之原理及第1實施例之超 音波探測器之第1例的主要部位截面圖及俯視圖。 第6圖係顯示第1實施例之超音波探測器之構成的方 塊圖。 第7圖係顯示第1實施例之超音波探測器之超音波掃 瞄部之構成的立體圖。 第8圖係顯示第1實施例之超音波探測器之向Z方向 之定位方法的圖。 第9圖係顯示第1實施例之超音波檢查方法之處理順 序的流程圖。 第10A及第10B圖係顯示以第1實施例之超音波探測 器所獲得之漏洩波之C型圖像數據的圖。 32

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 Α7 Β7 五、發明說明（τΤ ) 第11圖係顯示以第1、第2、第3及第4實施例之超 音波探測器所接收之漏洩波及垂直反射波之回波的圖。 第12A圖及第12B圖係第1實施例之比較例及第2實 施例之比較例的超音波探測器之主要部位截面圖及俯視圖 〇 第13圖係第1實施例之超音波探測器之第2例及第 11實施例之超音波探測器的主要部位截面圖。 第14A圖、第14B圖及第14C圖係第1實施例之超音 波探測器之第3例之超音波探測器的主要部位截面圖。 第15A圖及第15B圖係第1實施例之超音波探測器之 第4例之超音波探測器之俯視的主要部位立體圖及仰視的 主要部位立體圖。 第16圖係第1實施例之超音波探測器之第5例之超音 波探測器之俯視的主要部位立體圖。 第17A圖及第17B圖係第1實施例之超音波探測器之 第6例的主要部位截面圖及俯視圖。 第18A圖及第18B圖係第1實施例之超音波探測器之 第7例的主要部位截面圖及俯視圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第1QA圖及第19B圖係第1實施例之超音波探測器之 第8例的主要部位截面圖及俯視圖。 第20A圖及第20B圖係第1實施例之超音波探測器之 第9例的主要部位截面圖及俯視圖。 第21A圖及第21B圖係第2實施例之超音波探測器之 第1例的主要部位截面圖及俯視圖。 33 國家標準（CNS)A4規格⑵Q χ 297公爱） - 490559 A7 B7 五、發明說明（y) 第22圖係第1實施例之第2例之超音波探測器的主要 部位截面圖。 第23圖係顯示將聲透鏡之焦點對焦於被檢測體表面時 之狀態的說明圖。 第24圖顯示超音波檢查方法之處理順序的流程圖。 第25A圖及第25B圖係第3實施例之第1例之超音波 探測器的主要部位截面圖及俯視圖。 第26圖係第3實施例之第2例之超音波探測器的主要 部位截面圖。 第27A圖、第27B圖及第27C圖係第3實施例之第3 例之超音波探測器的主要部位截面圖。 第28A圖及第28B圖係第3實施例之第4例之超音波 探測器之俯視的立體圖及仰視的立體圖。 第29圖係第3實施例之第4例之超音波探測器之自平 面側所視的立體圖。 第30圖係第3實施例之第6例之超音波探測器的主要 部位截面圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第31A圖及第31B圖係第3實施例之第7例之超音波 探測器的主要部位截面圖及俯視圖。 第32圖係第3實施例之第8例之超音波探測器的主要 部位截面圖。 第33圖係第3實施例之第9例之超音波探測器的立體 圖。 第34A圖及第34B圖係第3實施例之第10例之超音 34 張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 ___ B7 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 五、發明說明（ 波探測器的主要部位截面圖及俯視圖。 第35A圖及第35B圖係第3實施例之第u例之超音 波探測器的主要部位截面圖及俯視圖。 第36A圖及第36B圖係第4實施例之第1例之超音波 探測器的主要部位截面圖及俯視圖。 第37圖係顯示平面型超音波探測器與聲透鏡之結合方 式之其他例的截面圖。 第38A及第38B圖係顯示第4實施例之第1例中之漏 洩波的C型示波器圖像例。 第39A圖及第39B圖係第4實施例之第2例之超音波 探測器的主要部位截面圖及俯視圖。 第40A圖及第40B圖係第4實施例之第3例之超音波 探測器的主要部位截面圖及俯視圖。 第41A圖及第41B圖係第4實施例之第4例之超音波 探測器的主要部位截面圖及俯視圖。 第42A圖及第42B圖係第4實施例之第5例之超音波 探測器的主要部位截面圖及俯視圖。 第43圖係第4實施例之第6例之超音波探測器的俯視 圖。 第44A圖及第44B圖係第4實施例之第7例之超音波 探測器的主要部位截面圖及俯視圖。 [符號說明] 1、101、P1〜P30 超音波探測器 35 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # . -丨線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 明說 明發 五 ( 、aUL、abcdga 222233333344 5 6 7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 abol23456 7 7 1 11 1 1 1 1 11 壓電換能器 壓電換能器 上部電極 下部電極 聲透鏡 設定面 透鏡曲率面 凹部 母螺紋 壓電換能器對向面 穿透孔 狹縫 凹部 塡充物 超音波遮蔽構件 壓電換能器設定面 公螺紋 超音波操作部 水槽 機械式掃瞄器 Y軸導件 Y軸滑件 X軸導件 X軸滑件 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（刀七) 17 18 20 21 22 23 30 31 32 33 34 35 36

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△ Z Z軸導件 Z軸滑件 驅動部

脈衝產生/接收器 A/D變換器 馬達驅動器 演算處理部 CPU 輸入機構 觸發器 馬達控制器 第1記憶體 定時器 第2記憶體 顯示部 超音波 射入點 被檢測體 母材 噴敷層 照射徑 端部 焦點 散焦 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（y) △teL L V Ml 〜M3 VL Vw W [發明之最佳實施形態] 1 ·第1實施例 1.1整體構成 首先，根據第6及第7圖，說明本發明之超音波檢查 裝置之整體構成。第6圖係顯示超音波檢查裝置之構成的 方塊圖，第7圖係顯示超音波檢查裝置中之超音波掃瞄部 之部份截面的立體圖。 如該等圖所示，本例之超音波檢查裝置主要係由：使 超音波沿被檢測體S表面進行二維方向掃瞄的超音波掃瞄 部10，該超音波掃瞄部10的驅動部20，透過該驅動部20 控制前述超音波掃瞄部10、以適當之掃瞄節距將所獲得之 洩洩波的接收強度C型示波器圖像化以求出噴敷層S2之密 接性分佈或裂縫等被檢測體表層之健全性的演算處理部30 ，以及顯示超音波檢查結果之C型示波器圖像的顯示部40 所構成。 38 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 時間差 臨界角 漏洩波之回波波形 垂直反射波之回波波形 馬達 漏洩彈性表面波之音速 超音波之音速 水 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨線· 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 五、發明說明) 超音波掃瞄部10，如第7圖所示，具備有：超音波探 測器1，用以收納該超音波探測器1及被檢測體S、儲存有 水W的水槽11，將超音波探測器1驅動於三維方向之機 械式掃瞄器12。機械式掃瞄器12，具有：沿水槽11相互 平行之二邊、配置於Y-Y方向的一對Y軸導件13，藉該 Y軸導件13導引於Y-Y方向的Y軸滑件14，固定於該Y 軸滑件14兩端、配置於X-X方向的X軸導件15，藉該X 軸導件15導引於X-X方向的X軸滑件16，垂直固定於該 X軸滑件16的Z軸導件17，以及保持前述超音波探測器1 、藉前述Z軸導件17導向於Z-Z方向的Z軸滑件18。前 述各滑件14、16、18係由三個馬達Ml〜M3加以驅動。 該等馬達中，裝備有旋轉編碼器等之位置信號輸出裝置， 各滑件14、16、18之座標信號能以演算處理部30加以偵 測出。 作爲超音波探測器1，係使用能進行斜角射入波之發 射來勵起對被檢測體S之漏洩彈性表面波以及接收來自被 檢測體的漏洩波、且能以壓電換能器僅接收漏洩波之回波 波形，或使用能將以壓電換能器偵測之漏洩波之回波波形 與垂直反射波之回波波形在時間軸上加以分離者。超音波 探測器1之具體的構成，於後詳細說明。 驅動部20，具備有：進行以超音波探測器1所作之超 音波發信及以超音波探測器1所作之超音波接收的脈衝產 生/接收器21，將該脈衝產生/接收器21之接收信號變 換爲數位信號之A/D變換器22，以及用以驅動前述機械 39 本"^長尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f

490559 A7 B7 五、發明說明（4) 式掃瞄器12上所裝備之三個馬達M1〜M3的馬達驅動器 23 ° 又，演算處理部30，具備有：CPU31，鍵盤及滑鼠等 的輸入機構32，以該輸入機構32之指令所驅動的觸發器 33及馬達控制器34，將被A/D變換之接收信號透過馬達 驅動器23及馬達控制器34與馬達Ml〜M3所獲得之座標 信號一起加以儲存的第1記憶體35，藉來自觸發器33之 信號起動以設定CPU31信號處理之閘門(gate)的定時器36 ，以及記憶CPU31之信號處理順序的第2記億體37。 1.2檢查方法 以下，參照第6〜第9圖，說明使用以上述方式構成 之超音波檢查裝置的超音波檢查方法之一例。第8圖係顯 示超音波探測器1朝Z方向之定位方法的說明圖，第9圖 係顯示超音波檢查方法之處理順序的流程圖。 首先，於第9圖之步驟S1中，操作輸入機構32，驅 動機械式掃瞄器12所裝備之馬達Ml、M2，進行相對於水 槽11內所設定之被檢測體S的超音波探測器1之X-Y方 向的定位。此時，超音波探測器1之X-Y座標，係透過馬 達驅動器23及馬達控制器34記憶於第1記憶體35，特定 超音波探測器1之現在位置。 接著，移至步驟S2，操作輸入機構32以驅動裝備於 機械式掃瞄器12之馬達M3，藉將安裝於機械式掃瞄器12 之Z軸滑件18的超音波探測器1移向Z方向，如第8圖 40 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------牡·^丨I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .. --線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490559 A7 B7 五、發明說明（於） 中之虛線所示，使聲透鏡3之焦點自被檢測體S表面向下 方移動所期望之散焦量ΛΖ。亦即、如第8圖之虛線所示 ，由於當聲透鏡3之焦點與被檢測體S表面一致時漏洩波 之回波強度爲最大，因此使超音波探測器1向Z方向持續 移動，以連續的偵測漏洩波之回波強度，即能使聲透鏡3 之焦點與被檢測體S表面一致，藉使超音波探測器1自該 位置下降所期望之散焦量ΛΖ，即能將聲透鏡3之焦點對 焦於既定位置。此一操作，能根據演算處理部30所具備之 第2記憶體37中所記憶之程式，自動的進行。 又，雖然散焦量ΔΖ越大，垂直反射波之偵測時序與 漏洩波之偵測時序會錯開而漏洩波之偵測越爲容易，但相 反的，由於噴敷層S2使漏洩彈性表面波之衰減變大導致漏 洩波強度降低，考慮二者之上述關係，當膜厚爲0.1mm之 噴敷層時，將散焦量ΔΖ設定爲0.2mm左右較佳。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 接著，移至步驟S3，操作輸入機構32於期望之範圍 內使超音波探測器1向X-Y方向進行二維方向掃瞄，以期 望之掃瞄節距將漏洩波之回波像與超音波探測器1之座標 信號一起記憶於演算處理部30所具備之第1記憶體35中 。此一操作，亦能根據演算處理部30所具備之第2記憶體 37中所記憶之程式，自動的進行。 最後，移至步驟S4，將第1記憶體35中所儲存之數 據依序取至CPU31中加以C型波器圖像化，將其結果顯示 於顯示部40。此一操作，亦能根據演算處理部30所具備 之第2記憶體37中所記憶之程式，自動的進行。 41 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） "" 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（vl) 於第10A圖及第10B圖中，顯示以本實施例之裝置所 獲得之漏洩波的C型示波器圖像。第l〇A圖係自形成噴敷 層s2之被檢測體所獲得之漏洩波的C型示波器圖像(該被 檢測體僅有中央部未實施噴敷層S2形成前作爲對母材 必然須實施之前處理的噴吹處理），第10B圖係自於母材 8!表面正常的形成噴敷層S2、於噴敷層S2形成後施有彎曲 應力之被檢測體所獲得之漏洩波的C型示波器圖像。 由第10A圖之例中可知，未實施噴吹處理之母材中 央部的漏洩波之回波強度明顯的較周圍之正常部份爲高， 藉本實施例之裝置能非常淸楚的將噴敷層S2之剝離或密接 性不足的情形加以影像化。又，由第10B圖之例中可知， 於母材S:中央部出現漏洩波之回波強度明顯的較周圍之正 常部份爲低的條狀回波像，以肉眼無法觀察到的微小(寬度 2〜5μηι)裂縫亦能淸楚的加以影像化。此外，在任一情形 中，皆能實施至被檢測體S之端部e(參照第8圖)爲止的缺 陷檢查。 又，作爲超音波探測器1，使用雖然能進行斜角射入 波之發射來勵起對被檢測體S之漏洩彈性表面波以及接收 來自被檢測體的漏洩波、但卻無法將以壓電換能器偵測之 漏洩波之回波波形與垂直反射波之回波波形在時間軸上加 以分離者進行相同之檢查時，正常部份與缺陷部之回波強 度之差較小，缺陷之偵測非常困難。 1.3超音波探測器 42 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 祕· _ --線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（认〇) 以下，就本發明之超音波檢查裝置所具備之超音波探 測器的實施例加以說明。 1.3.1超音波探測器之第1例 以下，參照超音波探測器之主要部位截面圖及俯視圖 的第5A圖及第5B圖，說明本發明之超音波檢查裝置所具 備之超音波探測器。 自第5A圖及第5B圖中明顯可知，本例之超音波探測 器P1，具備有：俯視呈圓形之單一型壓電換能器2，與將 前述壓電換能器2所發出之超音波加以聚焦以射入被檢測 體S之凹透鏡型的聲透鏡3，於聲透鏡3之中央部，開設 有自安裝接收面之平面部(設定面)3a貫通至透鏡曲率面3b 的穿透孔4。壓電換能器2，係以上下面分別設有上部電極 2U與下部電極2L之壓電薄膜來構成。另一方面，聲透鏡 3，係以鋁等之超音波傳輸速度較大之物質來構成，其壓電 換能器對向面形成爲平面狀、透鏡曲率面則形成爲球面狀 〇 又，於前述超音波探測器P1之上部電極2U側，有時 會安裝用以抑制產生所需以上振動的緩衝材，又，於下部 電極2L側，有時亦會安裝壓電換能器2之保護板。又， 穿透孔4之直徑，雖然設定於以路徑G->H^I所示之垂直 射入波、以及以路徑I—H-G所示之垂直反射波的傳輸範 圍以上即可，但爲了極力抑制雜訊之接收，最好是能在不 妨礙以路徑ΑθΒ-C所示之斜角射入波、以及以路徑D— 43

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 _ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（w ) E-F所示之漏洩波之傳輸的範圍內盡可能的予以加大° 如前所述，超音波探測器在進行被檢測體S之評鑑時 ，係與被檢測體S —起配置於水中。因此，若使用聲透鏡 3之中央部開設有穿透孔4之本實施的超音波探測器P1時 ，如第5A圖所示，壓電換能器2之斜角路徑A·—B-C及 D-E—F與被檢測體S之間，存在超音波之傳輸速度較高 之鋁製聲透鏡3(音速=約6400m/s)與超音波之傳輸速度較 低之水（19°C時約爲1480m/s、28°C時約爲1500m/s)，相對 於此，由於壓電換能器2之垂直路徑G—(Η)—I及I—(Η) -G與被檢測體S之間，存在超音波之傳輸速度較低之水 ’因此與通過路徑A->B—C—D->E~>F斜角射入波、漏拽 彈性表面波及漏洩波的傳輸時間相較，通過路徑G->(H)4 I-(H)-G之垂直射入波及垂直反射波的傳輸時間較長， 如第11圖之壓電換能器所接收之漏洩波及垂直反射波之回 波波形所示般，能獲得垂直反射波之回波波形V與漏洩波 之回波波形L分離，且漏洩波之回波波形L較表面反射波 之回波波形V爲前之接收信號。因此，能自漏洩波之回波 波形L求出其強度(振幅），進而能根據此値判定噴敷層s2 對母材S1之密接度的良否及裂縫之有無等。 作爲其一例，使用母材表面施有厚度爲0.1mm之WC 系噴敷層之被檢測體與透鏡之熔接厚度(第5A圖之GH間) 爲5mm之鋁製(音速=約6400m/s)聲透鏡3，並設散焦量 △ Z爲0.2mm、使用頻率爲10MHz、於WC系噴敷層中傳 輸之漏洩彈性表面波之音速爲2300m/s(使用表面拋光之同 44 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) % · -線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（w〆） 種噴敷層預先測量之値）、瑞利臨界角爲41度，求垂直反 射波之回波波形V與漏洩波之回波波形L的時間差時，於 路徑A^B—C->D~^E—F中傳輸之超音波的傳輸時間約爲 1〇μ8，相對於此，於路徑G—(H)—I—(H)—G中傳輸之超 音波的傳輸時間約爲15μ8，二者之差爲5μ8(爲使用頻率之 週期的50倍），而明確獲知可在時間軸上將二回波波形加 以分離。又，前例中，雖將使用頻率設爲10MHz，但在5 〜20MHz之範圍中變化時亦獲得了相同之結果。 相對於此，如第12A圖及第12B圖所示，在使用具備 不具有穿透孔4之聲透鏡3的超音波探測器101時，由於 在壓電換能器2之斜角路徑A—B->C及D—E—F與被檢 測體S之間，又，在壓電換能器2之垂直路徑G—(Η)—I 及I->(H)—G與被檢測體S之間，亦存在超音波之傳輸速 度較高之鋁製聲透鏡3與超音波之傳輸速度較低之水’因 此通過路徑A—B—C^D^E—F斜角射入波、漏洩彈性表 面波及漏洩波的傳輸時間相較與通過路徑I—(H) -G之垂直射入波及垂直反射波的傳輸時間大致相同’漏 洩波之回波波形L埋入垂直反射波之回波波形V而無法將 二波波形加以分離，無法求出漏洩波之回波強度。 亦即，在與實施形態相同之條件下，求二回波波形傳 輸時間之差時，於第12A圖所示之路徑 中傳輸之垂直射入波及垂直反射波的傳輸時間爲1〇·05Ρ’ 相對於此，於第12Α圖所示之路徑A—B—C—D—E—F中 傳輸之斜角射入波、漏洩彈性表面波及漏洩波的傳輸時間 45 請 先 閱 讀 背

I 填二I# 頁 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（的） 爲1〇·1μ8，由於二者之差爲50ns，僅爲使用頻率之週期 (100ns)的一半，因此即使接收到微弱的漏洩波，漏洩波之 回波波形L亦將回埋入垂直反射波之回波波形V，而無法 求出漏洩波之回波強度。 1.3.2超音波探測器之第2例 第2例之超音波探測器P2，如第13圖所示，其特徵 在於：取代聲透鏡3之中央部(垂直射入波及垂直反射波之 傳輸路徑)開設一穿透孔4之構成，而於聲透鏡3之透鏡曲 率面3b中央部形成一凹部5。 使用此超音波探測器1時，亦和前述第1例之超音波 探測器伺樣的，由於能相對通過路徑 之超音波的傳輸時間使通過路徑G^I^G之超音波的傳輸 時間較遲，因此能將垂直反射波之回波波形V與漏洩波之 回波波形L加以分離。此外，第13圖之聲透鏡3，由於壓 電換能器設定面3a係關閉，因此亦具有能容易且確實的進 行壓電換能器2之設定的效果。 1·3·3超音波探測器之第3例 第14Α圖、第14Β圖及第14C圖係顯示超音波探測器 之第3例的主要部位截面圖。此第3例之超音波探測器Ρ3 ，其特徵在於：取代聲透鏡3之中央部僅開設穿透孔4或 形成凹部5之構成，而於開設之穿透孔4內或形成之凹部 5內’塡充超音波之傳輸速度與構成聲透鏡3之材料相異 46 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Γ 良 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559

五、發明說明 之材料所構成的塡充物6。第ΜΑ圖係顯示於聲透鏡3之 中央部開設之穿透孔4內塡充塡充物6之情形，第14β圖 則係顯示於聲透鏡3之平面部(壓電換能器設定面)3a上所 形成之凹部5內塡充塡充物6之情形。 構成聲透鏡3材料與塡充物6，其超音波之傳輸速度 的差越大越佳’在聲透鏡3係以鋁(音速=640〇m/s)構成日^ ’作爲塡充物6以丙烯系樹脂等之樹脂材料(音速=25〇〇〜 2500m/s)較爲合適，相反的，當聲透鏡3係以樹脂材料構 成時，作爲塡充物6以鋁較爲合適。當使用樹脂來作爲塡 充物6時，藉於開設之穿透孔4內或形成之凹部5內澆灌 作爲塡充物之樹脂，即能製造聲透鏡3。又，使用固體來 作爲塡充物6時，藉於開設之穿透孔4內或形成之凹部5 內壓入作爲塡充物之固體，亦能製造聲透鏡3。再者，當 聲透鏡3係以樹脂材料構成時，藉在鋁等之塡充物6的周 圍將樹脂外插成形，亦能製造出期望之聲透鏡3。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 當然，在塡充其超音波之傳輸速度較構成聲透鏡3之 材料爲低之塡充物6時，與通過路徑A->B-C->D—E-F 之超音波的傳輸時間相較，通過路徑G->I-G之超音波的 傳輸時間相對較遲，因此如前述第11圖所示，漏洩波之回 波波形L成爲較垂直反射波之回波波形V先行的狀態，反 之，若塡充其超音波之傳輸速度較構成聲透鏡3之材料爲 高之塡充物ό時，與通過路徑之超音 波的傳輸時間相較，通過路徑之超音波的傳輸時 間相對較快，因此如第4圖所示，垂直反射波之回波波形 47 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 五、發明說明（β) V成爲較漏洩波之回波波形L先行的狀態。 本例之超音波探測器，由於係將聲透鏡3的垂直射入 波及垂直反射波之傳輸路徑G—I及I—G、與斜角射入波 及漏洩波之傳輸路徑A—B-C及D^E-F以音速不同之 材料構成，因此通過各路徑之超音波之傳輸時間的差變大 ，而能將垂直反射波之回波波形V與漏洩波之回波波形L 加以分離，且由於聲透鏡3之壓電換能器設定面爲關閉之 狀態，因此能容易且確實的進行壓電換能器2之設定。 1.3.4超音波探測器之第4例 第15A圖及15B圖係顯示第4例之超音波探測器之俯 視的主要部位立體圖及仰視的主要部位立體圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第4例之超音波探測器P4，如第15A所示，其特徵在 於：作爲聲透鏡3係使用柱面透鏡，且壓電換能器2係具 備有複數個壓電換能器2a〜2ri相鄰、排列於一方向之串聯 型壓電換能器。於該柱面透鏡之底面的垂直射入波及垂直 反射波之傳輸路徑上，如第15B圖所示，開設有穿透孔4 。又，取代於柱面透鏡之底面開設穿透孔4之構成，亦可 採用形成凹部之構成，再者，當然亦可於開設之穿透孔或 形成之凹部內，塡充超音波之傳輸速度與斜角射入波及漏 洩波之傳輸路徑相異之塡充物。 本例之超音波探測器P4，由於作爲聲透鏡3係使用柱 面透鏡，且作爲壓電換能器2係具備串聯型壓電換能器， 因此能對被檢測體S表面以面狀進行循跡，與圓筒型之聲 48 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） " 490559 Α7 _ Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（一） 透鏡具備單一型之壓電換能器的情形相較，能提高被檢測 體s之檢查效率。 1.3.5超音波探測器之第5例 第16圖係第5例之超音波探測器之俯視主要部份立體 圖。 第5例之超音波探測器P5，如第16圖所示，其特徵 在於：作爲聲透鏡3係使用柱面透鏡，且壓電換能器2係 具備單一型之壓電換能器。於該柱面透鏡之底面的垂直射 入波及垂直反射波之傳輸路徑上，與第15B圖所示者相同 的，開設有穿透孔4。當然，亦可取代於柱面透鏡之底面 開設穿透孔4而形成凹部，或者於開設之穿透孔或形成之 凹部內，塡充超音波之傳輸速度與斜角射入波及漏洩波之 傳輸路徑相異之塡充物。 本例之超音波探測器P5，由於作爲聲透鏡3係使用柱 面透鏡，且作爲壓電換能器2係具備單一型之壓電換能器 ，因此能將超音波以線狀照射於被檢測體S表面，與圓筒 型之聲透鏡具備單一型之壓電換能器的情形相較，能提高 被檢測體S之檢查效率。 1·3·6超音波探測器之第6例 第6例之超音波探測器Ρ6，如第17Α圖及第17Β圖 所示，其特徵在於：取代具備俯視呈圓形之壓電換能器2 ，係具備俯視呈環狀壓電換能器2。此時，可將構成壓電 49 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) #· •線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公t ) 490559 A7 B7 五、發明說明（q) --------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 換能器2之壓電薄膜的形狀本身形成爲環狀，亦可在將壓 電薄膜形成爲圓形的狀態下，將該壓電薄膜表裏二面所設 置之電極中之任一方形成爲環狀。壓電換能器2之內徑及 外徑，係調整爲能透過聲透鏡3發出能於被檢測體S表面 勵起漏拽彈性表面波的斜角射入波，但不對被檢測體S發 出垂直射入波的大小。其餘部份，由於與第1例之超音波 探測器P1相同，因此省略說明。使用本例之超音波探測器 時，與使用第1〜第4例之超音波探測器PI、P2、P3、P4 之情形不同的，由於不接收垂直反射波，而僅接收漏洩波 ，因此漏洩波強度之偵測更爲容易。 1.3.7超音波探測器之第7例 -線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第7例之超音波探測器P7，如第18A圖及第18B圖 所示，其特徵在於：藉由在俯視呈圓形之壓電換能器2之 中央部前方配置較此直徑爲小之超音波遮蔽構件7，來限 制垂直射入波及垂直反射波，而僅能進行斜角射入波及漏 洩波之傳輸。此時，壓電換能器2之內徑及外徑，亦係調 整爲能透過聲透鏡3發出能於被檢測體S表面勵起漏洩彈 性表面波的斜角射入波，但不對被檢測體S發出垂直射入 波的大小。其餘部份，由於與第6例之超音波探測器P6相 同，因此省略說明。使用本例之超音波探測器P7時，亦能 獲得與使用第6例之超音波探測器P6時相同的效果。 1.3.8超音波探測器之第8例 50 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（矽） 第8例之超音波探測器P8，其特徵在於：取代將壓電 換能器2之收發信面安裝於聲透鏡3之構成’如第19A BI 及第19B圖所示，係在以緩衝材等構成之探測器本體lx 上形成相當於透鏡曲率面之球面部la’於該球面部la安 裝環狀之壓電換能器2的背面側(反發信面），並以保護材8 覆蓋壓電換能器2表面。其餘部份，由於與第6例之超音 波探測器P6相同’因此省略說明。 本例之超音波探測器P8，除具有與第6例之超音波探 測器P6相同的效果，由於能省略聲透鏡3，因此能謀求超 音波探測器之小型化與低成本化。 1.3.9超音波探測器之第9例 第9例之超音波探測器P9，如第20A圖及第20B圖 所示，其特徵在於：在以緩衝材等構成之探測器本體lx上 形成相當於透鏡曲率面之球面部la，於該球面部la安裝 俯視呈圓形之壓電換能器2的背面側，於其中心部設置較 壓電換能器2直徑爲小之超音波遮蔽構件7，並以保護材8 覆蓋此等壓電換能器2及超音波遮蔽構件7的表面。其餘 部份’由於與第6例之超音波探測器P6相同，因此省略說 明。 本例之超音波探測器P9，具有與第6例之超音波探測 器P6相同的效果。 又’本實施例，雖係以噴敷層之超音波檢查爲例加以 說明’但除此之外，在被檢測體表層之裂縫的有無、被檢 51 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # .' -線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 __ B7 五、發明說明（k|) 測體表層之應力分佈、斷裂韌性値，以及熱脆化或晶粒間 隙腐蝕之偵測等評鑑被檢測體表層之健全性時，亦能以相 同之方法加以實施。 2 ·第2實施例 2.1整體構成 本第2實施例之整體構成，由於係與根據第6圖及第 7圖所說明之第1實施例相同，因此省略其說明。又，以 下之說明中，與第1實施例相等之各部係賦予相同之符號 來加以說明。 2.2超音波探測器 以下，就本第2實施例之超音波檢查裝置所裝備之超 音波探測器的構成加以說明。 2.2.1超音波探測器之第1例 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第21A圖及第21B圖係顯示本發明之第2實施例之超 音波探測器所裝備之超音波探測器之第1例的主要部位截 面圖及俯視圖。 自第21A圖及第21B圖中明顯可知，本例之超音波探 測器Pl〇，其基本構成與第3A圖及第3B圖所示之習知例 之超音波探測器101相同，具備：俯視呈圓形之單一型壓 電換能器2，與將前述壓電換能器2所發出之超音波加以 聚焦以射入被檢測體S之圓筒型的聲透鏡3。本例之超音 52 1本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐) " "" 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（p ) 波探測器Pio，其特徵在於：作爲聲透鏡3，係於其中央部 開設一自安裝壓電換能器2之收•發信面的平面部3a貫通 至透逕曲率面3b的穿透孔4。穿透孔4之直徑，雖然設定 於垂直射入波及垂直反射波的傳輸範圍以上即足夠，但爲 了極力抑制雜訊之接收，最好是能在不妨礙斜角射入波及 漏洩波之傳輸的範圍內盡可能的予以加大。其餘部份，係 與習知例之超音波探測器1〇1之構成相同。 如前所述，超音波探測器在進行被檢測體S之評鑑時 ，係與被檢測體S —起配置於水中。因此，若使用聲透鏡 3之中央部開設有穿透孔4之本實施例的超音波探測器P10 時，如第21A圖所示，壓電換能器2之斜角路徑A->B—C 及D—E—F與被檢測體S之間，存在超音波之傳輸速度較 高之鋁製聲透鏡3(音速=約6400m/s)與超音波之傳輸速度 較低之水（19°C時約爲1480m/s、26°C時約爲1500m/s)，相 對於此，由於壓電換能器2之垂直路徑G—I及Ι^-G與被 檢測體S之間，僅存在超音波之傳輸速度較低之水，因此 與通過路徑A~>B—C—D-E-F之斜角射入波、漏洩彈性 表面波及漏洩波的傳輸時間相較，通過路徑G—I—G之垂 直射入波及垂直反射波的傳輸時間較長，如第11圖所示’ 能獲得垂直反射波之回波波形V與漏洩波之回波波形L分 離，且漏洩波之回波波形L較表面反射波之回波波形V爲 前之接收信號。因此，能求出漏洩波之回波波形L與表面 反射波之回波波形V的時間差At，而能自前述之式(6)求 出漏洩彈性表面波之音速VL，故能自該漏洩彈性表面波之 53 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # 訂·. -線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（γ|) 音速變化，例如以非破壞之方式評鑑被檢測體表層S之應 力分佈、斷裂韌性値，以及熱脆化或晶粒間隙腐蝕等材料 之劣化度，及被檢測體表層之裂縫的有無或被檢測體表層 所設之外膜有無剝離等被檢測體表面之健全性。 與前述相同的，使用母材表面施有厚度爲0.1mm之 WC系噴敷層之被檢測體與透鏡之熔接厚度爲5mm之鋁製 聲透鏡，並設散焦量ΔΖ爲〇.2mm、使用頻率爲10MHz、 漏洩彈性表面波之音速VL爲2300m/s、瑞利臨界角爲41 度，求垂直波V與漏洩波彈性表面波L的時間差時， 於路徑A-B->C—D->E-F中傳輸之超音波的傳輸時間約 爲lOps，相對於此，於路徑G—I—G中傳輸之超音波的傳 輸時間約爲15ps，二者之差爲5μ8(爲使用頻率之週期的50 倍），而明確獲知在具有噴敷層之被檢測體中亦能將二波加 以分離。 又，前例中，雖將使用頻率設爲10MHz，但在5〜 20MHz之範圍中變化時亦獲得了相同之結果。 2.2.2超音波探測器之第2例 第2實施例之超音波探測器之第2例，其構成與前述 第12A圖及第12B圖所示之主要部份位截面圖相同。此超 音波探測器P10，與習知例所示之超音波探測器爲同一構 成，其特徵在於：作爲聲透鏡3，係使用垂直射入波及垂 直反射波之傳輸路徑上未設置穿透孔或凹部，且未設置塡 充物，全體之構成爲均一者。 54 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

490559 A7 B7 五、發明說明（$/) 當使用本例之超音波探測器P10時，雖無法將垂直反 射波之回波波形v與漏洩波之回波波形L加以分離’但對 漏洩彈性表面波之衰減較小之被檢測體而言’不需進行水 溫之測定即能實施期望之超音波檢查。 2.2.3超音波探測器之第3例 第22圖係第3例之超音波探測器的主要部位截面圖。 第3例之超音波探測器P11，其特徵在於：不設置聲 透鏡，而於探測器本體la上所形成之凹面lb安裝俯視呈 圓形之壓電換能器2之背面側。 使用本例之超音波探測器P11時，亦和使用前述超音 波探測器P10同樣的，雖無法將垂直反射波之回波波形V 與漏洩波之回波波形L加以分離，但對漏洩彈性表面波之 衰減較小之被檢測體而言，不需進行水溫之測定即能實施 期望之超音波檢查。 2.3檢查方法 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本實施例之檢查方法，其特徵在於：不需進行水溫之 測定，即能算出漏洩彈性表面波之音速Vc第23圖係顯 示將聲透鏡之焦點對焦於被檢測體表面時之超音波探測器 之配置的說明圖，第24圖係顯示超音波檢查方法之處理順 序的流程圖。第24圖所示之超音波檢查方法之處理順序， 係記憶於第6圖所示之第2記憶體37中。 首先，於步驟S1中，驅動機械式掃瞄器12之Z軸滑 55 7¾尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 五、發明說明（与}) 件18，以使超音波探測器P10向接近被檢測體S之方向或 離開被檢測體S之方向移動，如第23圖所示，將聲透鏡3 之焦點對齊於被檢測體S之表面。當聲透鏡3之焦點被對 齊於被檢測體S之表面時，由於漏洩波之回波強度爲最大 ，因此可知已將聲透鏡3之焦點對齊於被檢測體S之表面 〇 步驟S2中，自壓電換能器2發出超音波，以測量通 過第21A圖所示之路徑A—B->C(D)-E->F之超音波的傳 輸時間ko、與通過路徑G->I-G之超音波的傳輸時間tvo 。又，進行Z軸滑件18之輸出値Z〇的讀取。 其次，於步驟S3、S4中，使超音波探測器P10接近 被檢測體S直到偵測出漏洩彈性表面波。超音波探測器 P10之停止位置，並不一定需要是漏洩波之回波強度爲最 大的位置，在能偵測出漏洩彈性表面波之範圍內可任意加 以設定。當偵測出漏洩彈性表面波時，超音波探測器P10 即位於第21A圖所示之位置，聲透鏡3之焦點位置，即自 被檢測體S之表面以散焦量ΔΖ向內側。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於步驟S5中，自壓電換能器2發出超音波，以測量 通過路徑A—B^C—D->E—F之超音波的傳輸時間tLi、 與通過路徑G—I—G之超音波的傳輸時間tvl。又，進行Z 軸滑件18之輸出値Zi的讀取。 接著，移至步驟S6，算出以步驟S2所測量之通過路 徑A—B—C(D)—E—F之超音波的傳輸時間tL〇與以步驟 S5所測量之通過路徑D—E—F之超音波的傳 56 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 五、發明說明（ 輸時間tL1的時間差△tLhtLO—tL1)、以步驟S2所測量之通 過路徑G—I—G之超音波的傳輸時間tvo與以步驟S5所測 量之通過路徑G-I->G之超音波的傳輸時間tvl的時間差 △ tv(=tvo — tvl)、及以步驟S2所測量之Z軸滑件18之輸 出値Z0與以步驟S5所測量之Z軸滑件18之輸出値Z1的 差，亦即算出聲透鏡3之散焦量ΔΖρΖο —Z〇。 最後，根據此等算出値，使用式(6)求出漏洩彈性表面 波之音速VL。 由於式(1 2 3 4)不包含水之音速Vw，因此根據該式進行演 算的話，即能不測定水之音速Vw而算出漏洩彈性表面波 之音速VL。又，此處雖省略了說明，但實施此檢查方法時 ，當然係適當的驅動機械式掃瞄器12之Y軸滑件14及/ 或X軸滑件16，沿被檢測體S之表面進行超音波探測器1 之掃瞄。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，第24圖之超音波檢查方法中，雖係以步驟S1將 聲透鏡3之焦點對齊於被檢測體S之表面，但此一步驟並 非一定須將聲透鏡3之焦點對齊於被檢測體s之表面否則 即無法實行所需之超音波檢查’亦可使聲透鏡3之焦點位 於較被檢測體S表面之略微靠內側處。此時，於步驟s3、 S4中，聲透鏡3之焦點位置，係較以步驟S1所設定之聲 透鏡3之焦點位置更爲向被檢測體$之內側移動。 1 ·第3實施例 2 3.1整體構成 3 57 4 >紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐3^--- 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ο 本第3實施例之整體構成，由於係與參照第6圖及第 7圖所說明之第1實施例相同，因此省略其重複說明。此 實施例中，演算處理部30，係透過驅動部20控制超音波 掃瞄部10,自超音波之接收波形以演算求出被檢測體之應 力分佈、斷裂韌性値及劣化度等之期望的檢查結果。以下 ，與第1實施例相等之各部係賦予相同之符號來加以說明 〇 如前所述，超音波探測器在進行被檢測體S之評鑑時 ，係與被檢測體S —起配置於水中。因此，若使用聲透鏡 3之中央部開設有穿透孔4之本實施形態例的超音波探測 器Ρ11時，如第25Α圖所示，壓電換能器2之斜角路徑A C及D-E—F與被檢測體S之間，存在超音波之傳 輸速度較高之鋁製聲透鏡3(音速=約6400m/s)與超音波之 傳輸速度較低之水（19°C時約爲1480m/s、26°C時約爲 1500m/s)，相對於此，由於壓電換能器2之垂直路徑G—I 及I—G與被檢測體S之間，僅存在超音波之傳輸速度較 低之水，因此與通過路徑A-B—C-D->E->F斜角射入波 、漏洩彈性表面波及漏洩波的傳輸時間相較，通過路徑G — I—G之垂直射入波及垂直反射波的傳輸時間較長。據此 ，如第11圖所示，能獲得垂直反射波之回波波形V與漏 洩波之回波波形L分離，且漏洩波之回波波形L較表面反 射波之回波波形V爲前之接收信號。因此’能求出漏洩波 之回波波形L與表面反射波之回波波形V的時間差Λΐ， 而能求出漏洩彈性表面波之音速VL。其結果’能自該漏洩 58

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 五、發明說明（吵） 彈性表面波之音速變化，例如以非破壞之方式評鑑被檢測 體表層S之應力分佈、斷裂韌性値，以及熱脆化或晶粒間 隙腐飩等材料之劣化度，及被檢測體表層之裂縫的有無或 被檢測體表層所設之外膜有無剝離等被檢測體表面之健全 性。 3.2超音波探測器 以下，就本第3實施例之超音波探測器加以說明。 3.2.1超音波探測器之第1例 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第25A圖及第25B圖係顯示本發明之第3實施例之第 1例之超音波探測器的主要部位截面圖及俯視圖。本例之 超音波探測器P12，具備：與壓電換能器2之收·發信面 形成爲同一面之端面(設定面)7a形成爲平面狀、被設定成 與聲透鏡3之安裝面3a相抵接之平面型超音波探測器7， 前述壓電換能器設定面7a所安裝之俯視成圓形之單一型壓 電換能器2 ’與將前述壓電換能器2所發出之超音波加以 聚焦以射入被檢測體S之凹型的聲透鏡3。本例之超音波 探測器P12，其特徵在於：作爲聲透鏡3，係於其中央部開 設一自麼電換能器對向面3g貫通至透鏡曲率面3b之穿透 孔4。穿透孔4之直徑，雖然設定於垂直射入波及垂直反 射波的傳輸範圍以上即足夠，但爲了極力抑制雜訊之接收 ，最好®能在不妨礙斜角射入波及漏洩波之傳輸的範圍內 盡可能的予以加大。壓電換能器2，係以表裏二面設有電 59 1本紙張尺度適用準（CNS)A4規格⑽x 297公餐） 490559 A7 B7 五、發明說明（Ιή ) 極之壓電薄膜構成、以黏著等方式固定以使之與前述壓電 換能器設定面7a形成爲同一面。另一方面，聲透鏡3係由 鋁等之超音波傳輸速度較大之物質構成，壓電換能器對向 面3g形成爲平面狀，與此對向之透鏡曲率面3b則形成爲 球面狀。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 此例亦與前述第2實施例之第1例相同的，超音波探 測器在進行被檢測體S之評鑑時，係與被檢測體S —起配 置於水中。因此，若使用聲透鏡3之中央部開設有穿透孔 4之本實施形態例的超音波探測器P12時，如第25A圖所 示，壓電換能器2之斜角路徑A-B-C及D—E—F與被 檢測體S之間，存在超音波之傳輸速度較高之鋁製聲透鏡 3(音速=約6400m/s)與超音波之傳輸速度較低之水(19°C時 約爲1480m/s、26°C時約爲1500m/s)，相對於此，由於壓 電換能器2之垂直路徑G—I及I—G與被檢測體S之間， 僅存在超音波之傳輸速度較低之水，因此與通過路徑A— B-C—D—E—F斜角射入波、漏洩彈性表面波及漏洩波的 傳輸時間相較，通過路徑G-I-G之垂直射入波及垂直反 射波的傳輸時間較長，如第11圖所示，能獲得垂直反射波 之回波波形V與漏洩波之回波波形L分離，且漏洩波之回 波波形L較表面反射波之回波波形V爲前之接收信號。因 此，能求出漏洩波之回波波形L與表面反射波之回波波形 V的時間差At，進而能求出漏洩彈性表面波之音速， 故能自該漏洩彈性表面波之音速變化，例如以非破壞之方 式評鑑被檢測體表層S之應力分佈、斷裂韌性値，以及熱 60 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 五、發明說明（0) 脆化或晶粒間隙腐鈾等材料之劣化度，及被檢測體表層之 裂縫的有無或被檢測體表層所設之外膜有無剝離等被檢測 體表面之健全性。 與前述相同的，使用母材表面施有厚度爲之 WC系噴敷層之被檢測體與透鏡之熔接厚度(開設穿透孔4 前之GH間的距離)爲5mm之鋁製聲透鏡，並設散焦量ΛΖ 爲0.2mm、使用頻率爲10MHz、漏洩彈性表面波之音速VL 爲2300m/s、瑞利臨界角爲41度，求垂直波V與漏洩波彈 性表面波L的時間差At時，於路徑A—B—C—D->E—F 中傳輸之超音波的傳輸時間約爲lOps，相對於此，於路徑 G中傳輸之超音波的傳輸時間約爲15|Lls，二者之差 爲5μ<爲使用頻率之週期的50倍），而明確獲知在具有噴 敷層之被檢測體中亦能將二波加以分離。 又，前例中，雖將使用頻率設爲10MHz，但在5〜 20MHz之範圍中變化時亦獲得了相同之結果。 3.2.2超音波探測器之第2例 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第26圖係第2例之超音波探測器的主要部位截面圖。 此第2例之超音波探測器P13，其特徵在於：於平面型超 音波探測器7上配置壓電換能器2，取代在聲透鏡3之中 央部（垂直射入波及垂直反射波之傳輸路徑）開設穿透孔之 構成，而於聲透鏡3之透鏡曲率面3b之中央部形成凹部5 。凹部5之直徑，雖然設定於垂直射入波及垂直反射波的 傳輸範圍以上即足夠，但爲了極力抑制雜訊之接收，最好 61 張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） " 490559 A7 B7 五、發明說明（q) 是能在不妨礙斜角射入波及漏洩波之傳輸的範圍內盡可能 的予以加大。 使用此超音波探測器P13時，亦與前述第1例之超音 波探測器P12相同的，由於能相對通過路徑ΑθΒ—C—D -E—F之超音波的傳輸時間使通過路徑G-I-G之超音 波的傳輸時間較遲，因此能將垂直反射波之回波波形V與 漏洩波之回波波形L加以分離，以進行被檢測體之劣化度 等及被檢測體表層之健全性的評鑑。 3.2.3超音波探測器之第3例 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第27A圖、第27B圖及第27C圖係第3例之超音波探 測器的主要部位截面圖。第3例之超音波探測器P14，其 特徵在於：於平面型超音波探測器7上配置壓電換能器2 ，取代在聲透鏡3之中央部(垂直射入波及垂直反射波之傳 輸路徑)僅開設穿透孔4或形成凹部5之構成，而於開設之 穿透孔4內或形成之凹部5內，塡充超音波之傳輸速度與 構成聲透鏡3之材料相異之材料所構成的塡充物6。第 27A圖係顯示於聲透鏡3之中央部開設之穿透孔4內塡充 塡充物6之情形，第27B圖則係顯示於聲透鏡3之壓電換 能器對向面3a上所形成之凹部5內塡充塡充物6之情形。 其餘部份之構成，則與第1例及第2例之超音波探測器相 同。構成聲透鏡3之材料與塡充物6，係與前述第1實施 例之第3例相同。 本例之超音波探測器P14,由於係將聲透鏡3的垂直 射入波及垂直反射波之傳輸路徑G->I及I~-G、與斜角射 62 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 五、發明說明（)^ ) 入波及漏拽波之傳輸路徑及D—E—F以音速不 同之材料構成，因此通過各路徑之超音波之傳輸時間的差 變大，而能將垂直反射波之回波波形V與漏洩波之回波波 形L加以分離，，以進行被檢測體之劣化度等及被檢測體 表層之健全性的評鑑。 3.2.4超音波探測器之第4例 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第28A圖及第28B圖係第4例之超音波探測器之俯視 的主要部位立體圖及仰視的主要部位立體圖。第4例之超 音波探測器P15，如第28A圖所示，其特徵在於：於平面 型超音波探測器7上配置壓電換能器2，作爲聲透鏡3係 使用柱面透鏡，且壓電換能器2具備有複數個壓電換能器 2a〜2n係相鄰、排列於一方向之串聯型壓電換能器。於該 柱面透鏡之底面的垂直射入波及垂直反射波之傳輸路徑上 ，如第28B圖所示，開設有穿透孔4。穿透孔4之大小， 爲垂直射入波及垂直反射波的傳輸範圍以上，但爲了極力 抑制雜訊之接收，最好是能在不妨礙斜角射入波及漏洩波 之傳輸的範圍內盡可能的予以加大。又，取代於柱面透鏡 之底面開設穿透孔4之構成，亦可採用形成凹部之構成， 再者，當然亦可於開設之穿透孔或形成之凹部內，塡充超 音波之傳輸速度與斜角射入波及漏洩波之傳輸路徑相異之 塡充物。 本例之超音波探測器P15，由於作爲聲透鏡3係使用 柱面透鏡，且作爲壓電換能器2係具備串聯型壓電換能器 63 本&張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） " "" 490559 A7 B7 五、發明說明（v| ) ，因此能對被檢測體s表面以面狀進行循跡，與圓筒型之 聲透鏡具備單一型之壓電換能器的情形相較，能提高被檢 測體S之檢查效率。 3.2.5超音波探測器之第5例 第29圖係第5例之超音波探測器之俯視主要部份立體 圖。第5例之超音波探測器P16，如第29圖所示，其特徵 在於：於平面型超音波探測器7上配置壓電換能器2，作 爲聲透鏡3係使用柱面透鏡，且壓電換能器2係具備單一 型之壓電換能器。於該柱面透鏡之底面的垂直射入波及垂 直反射波之傳輸路徑上，與第28B圖所示者相同的，開設 有穿透孔4。當然，亦可取代於柱面透鏡之底面開設穿透 孔4而形成凹部，或者於開設之穿透孔或形成之凹部內， 塡充超音波之傳輸速度與斜角射入波及漏洩波之傳輸路徑 相異之塡充物。其餘部份，由於係與第4例之超音波探測 器相同，因此省略其說明。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本例之超音波探測器P16,由於作爲聲透鏡3係使用 柱面透鏡，且作爲壓電換能器2係具備單一型之壓電換能 器，因此能將超音波以線狀照射於被檢測體S表面，與圓 筒型之聲透鏡具備單一型之壓電換能器的情形相較，能提 高被檢測體S之檢查效率。 3.2.6超音波探測器之第6例 第30圖係第6例之超音波探測器的主要部位截面圖。 64 冢紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 五、發明說明（v〆） 第6例之超音波探測器P17，如第30圖所示，其特徵在於 :於平面型超音波探測器7上配置壓電換能器2，於聲透 鏡3之壓電換能器對向面3g之中央部(垂直射入波及垂直 反射波的傳輸路徑)形成凹部5，以該凹部5與前述平面型 超音波探測器7所具備之壓電換能器2之表面所構成之空 間內封入超音波遮蔽構件8、或封入作爲超音波遮蔽體之 空氣。凹部5之直徑，爲垂直射入波及垂直反射波的傳輸 範圍以上，但爲了極力抑制雜訊之接收，最好是能在不妨 礙斜角射入波及漏洩波之傳輸的範圍內盡可能的予以加大 〇 使用此超音波探測器P17時，由於朝向檢測體s之垂 直射入波的傳輸及來自被檢測體S之垂直反射波的傳輸， 受到超音波遮蔽構件8或作爲超音波遮蔽體之空氣的限制 ，因此無法獲得垂直反射波回波波形V，而無法求出時間 差At，但由於設有斜角射入波的傳輸路徑與漏洩波的傳輸 路徑，因此能偵測出漏洩波之接收強度，進而能自該漏洩 波之接收強度評鑑被檢測體表層之健全性。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3·2·7超音波探測器之第7例 第31Α圖及第31Β圖係第7例之超音波探測器的主要 部位截面圖及俯視圖。第7例之超音波探測器Ρ18，如第 31Α圖及第31Β圖所示，其特徵在於··不於聲透鏡3上形 成穿透孔或凹部，而於透視鏡曲率面3b之中央部(垂直射 入波及垂直反射波之傳輸路徑)設置較前述平面型超音波探 65 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 五、發明說明（b l) 測器7所具備之壓電換能器2直徑爲小之超音波遮蔽構件 8。超音波遮蔽構件8之直徑，爲垂直射入波及垂直反射波 的傳輸範圍以上，但爲了極力抑制雜訊之接收，最好是能 在不妨礙斜角射入波及漏洩波之傳輸的範圍內盡可能的予 以加大。 使用本例之超音波探測器P18時，同樣的雖然朝向檢 測體S之垂直射入波的傳輸及來自被檢測體S之垂直反射 波的傳輸受到超音波遮蔽構件8的限制，但由於設有斜角 射入波的傳輸路徑與漏洩波的傳輸路徑，因此能偵測出漏 洩波之接收強度，進而能自該漏洩波之接收強度評鑑被檢 測體表層之健全性。 又，前述第6例及第7例中，雖係使用俯視呈圓形者 作爲壓電換能器2,於其對向面之中央部配置超音波遮蔽 構件8、或形成作爲超音波遮蔽體之空氣層的構成，但取 代此一構成，將壓電換能器2形成爲環狀，以限制朝向檢 測體S之垂直射入波的傳輸及來自被檢測體S之垂直反射 波的傳輸亦可。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 3·2·8超音波探測器之第8例 第32圖係第8例之超音波探測器的主要部位截面圖。 由第32圖中可知，本例之超音波探測器Ρ19，其特徵在於 :於平面型超音波探測器7的外周面刻設公螺紋7b，且在 聲透鏡3之上半部所形成之凹部3c的內周面刻設能與前述 公螺紋7b螺合之母螺紋3d，藉螺合該二螺紋7b、3d，來 66 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 五、發明說明（ 將聲透鏡3以能裝拆之方式固定於平面型超音波探測器7 之前端部。 前述凹部3c之底面係形成爲平面狀，以能密接於平面 型超音波探測器7之前端部。又，於該聲透鏡3之中央部( 垂直射入波及垂直反射波之傳輸路徑），開設有自凹部3c 貫通至透鏡曲率面3b之穿透孔4。 本例之超音波探測器P19，除能發揮與第3實施例之 第1例之超音波探測器P12相同的效果外，由於係在平面 型超音波探測器7之前端部將聲透視鏡13安裝成能裝拆， 因此能將規格不同之各種平面型超音波裝置7與聲透鏡3 加以組合，來獲得各種規格之聚焦型超音波探測器，因此 能以較少之構件數實行各種超音波檢查，而能降低超音波 檢查之整體成本。又，由於係以裝拆可能之方式結合平面 型超音波探測器7與聲透鏡3，因此能於水中進行聚焦型 超音波探討器之組裝，不會在平面型超音波裝置7與聲透 鏡3間存在氣泡，而能提高檢查結果的可靠性。此外，由 於不需用以除去氣泡的步驟，自此點亦能謀求檢查成本之 降低。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又’本例之超音波探測器P19，作爲聲透鏡3，雖係 使用在垂直射入波及垂直反射波之傳輸路徑上開設有自凹 部3c之底面貫通至透鏡曲率面3b之穿透孔4者，但亦可 使用形成有凹部5來取代開設穿透孔4者，或者與第3例 之超音波探測器P14同樣的，使用在穿透孔4或凹部5內 塡充有塡充物6者。再者，亦可與第6例之超音波探測器 67 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21Q X 297公釐) "" 490559 A7 B7 五、發明說明（f<) p17或第7例之超音波探測器P18同樣的，使用於既定部 份設置有超音波遮蔽構件8(包含空氣)者。 3·2·9超音波探測器之第9例 第33圖係第9例之超音波探測器的主要部位截面圖。 由第33圖中可知，本例之超音波探測器Ρ20，其特徵在於 :於聲透鏡3之側面，開設貫通至凹部3c的螺孔3e，藉 螺合於該螺孔3e之小螺釘3f，鎖緊插入凹部3c內之平面 型超音波探測器7的前端部。本例之超音波探測器P20， 亦具有與第8例之超音波探測器P19相同的效果。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，前述構成，不僅能適用於在具備串聯型壓電換能 器之平面型超音波探測器上裝著柱面透鏡型之聲透鏡的情 形中，當然亦能適甩於在具備單一型壓電換能器之平面型 超音波探測器上裝著柱面透鏡型之聲透鏡的情形中。此外 ’第8例中，雖係在平面型超音波探測器7的外周面刻設 公螺紋7b，且在聲透鏡3之凹部3c的內周面刻設母螺紋 3d，藉螺合該二螺紋7b、3d，來將聲透鏡3固定於平面型 超音波探測器7之前端部，但取代上述構成，將平面型超 音波探測器7的外周面與聲透鏡3之凹部內周面作成平滑 面，將插入聲透鏡3之凹部3c之平面型超音波探測器7的 前端部外周面，以自聲透鏡3之外部貫通之小螺釘加以固 定亦可。 3.2.10超音波探測器之第1〇例 第34A圖及第34B圖係第10例之超音波探測器的主 68 本紙張尺度適用士國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） " 490559 A7 __B7 五、發明說明（1Λ ) 要部位截面圖及俯視圖。第10例之超音波探測器P21，如 第34A圖及第34B圖所示，其特徵在於：取代在平面型超 音波探測器7的前端部裝著聲透鏡3之構成，而在探測器 本體上形成之球面狀壓電換能器2的安裝面(設定面)7c上 安裝環狀壓電換能器2的背面側，並以保護材9覆蓋該壓 電換能器2表面。 本例之超音波探測器P21，除具有與第6例之超音波 探測器P17及第7例之超音波探測器P18相同的效果外， 由於能省略聲透鏡3，因此能謀求超音波探測器之小型化 3·2·11超音波探測器之第11例 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第35Α圖及第35Β圖係第11例之超音波探測器的主 要部位截面圖及俯視圖。第11例之超音波探測器Ρ22，如 第35Α圖及第35Β圖所示，其特徵在於··在探測器本體上 形成之球面狀壓電換能器2的安裝面(設定面)7C上安裝俯 視呈圓形之壓電換能器2的背面側，於其中心部設置較此 之直徑爲小的超音波遮蔽構件8，並以保護材9覆蓋此等 壓電換能器2及超音波遮蔽構件8的表面。 本例之超音波探測器P22，具有與第10例之超音波探 測器P21相同的效果。 3.3檢查方法 本第3實施例，由於與第2實施例中參照第23圖及第 69 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 五、發明說明（q ) 24圖所說明之檢查方法相同，因此省略其說明。又’第24 圖之流程圖之步驟S7中導出VL的方法，係與顯示前述式 (2)〜式(5)所說明之方法相同。 第3實施例中，採用前述之檢查方法時，由於係自被 檢測體S之表面側對作爲檢查部位之被檢測體S之表層部 份射入超音波，因此與被檢測體S之厚度、被檢測體S之 內部狀態及被檢測體S之底面狀態無關的，恆能進行高精 度之缺陷檢查。此外，由於和上述相同之理由，故能進行 至被檢測體S之端部的超音波檢查，而進行可靠性較高之 缺陷檢查。 4 ·第4實施例 4.1整體構成 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 由於本實施例之整體構成，與參照第6圖及第7圖所 說明之第1實施例相同，因此省略重複之說明。本實施例 中，演算處理部30，係透過驅動部20來控制超音波掃猫 部10,自超音波之接收波形以演算求出被檢測體之應力分 佈、斷裂韌性値以及劣化度等之期望的檢查結果。以下， 與第1實施例相同之各部位係賦予同符號來加以說明。 4.2超音波探測器 以下，就第4實施例之超音波探測器加以說明。 4.2.1超音波探測器之第1例 70 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490559 A7 B7 五、發明說明（β ) 第36A圖及第36B圖係第1例之超音波探測器的主要 部位截面圖及俯視圖。第37圖係顯示平面型超音波探測器 與聲透鏡之結合方式之其他例的截面圖，第38A及第38B 圖係顯示第1例之超音波探測器之效果之漏洩波的C型示 波器圖像例。 由第36A圖及第36B圖可知，本例之超音波探測器 P23，具備有：具有與壓電換能器2之收•發信面形成爲同 一面之端面(設定面)7a的平面型超音波探測器7，前述壓 電換能器設定面7a所安裝之俯視呈圓形之單一型壓電換能 器2，以及將自該壓電換能器2所發出之超音波加以聚焦 、以射入被檢測體S之凹型的聲透鏡3。本例之超音波探 測器P23，其特徵在於：作爲聲透鏡3，係於其中央部開設 一自壓電換能器對向面3g貫通至透鏡曲率面3b之穿透孔 4，且將通過該穿透孔4之中心、向聲透鏡3之直徑方向延 伸之狹縫4a，形成於自聲透鏡3之端面直到壓電換能器對 向面3g之位置。 壓電換能器2,係以表裏二面設有電極之壓電薄膜構 成、以黏著等方式固定於前述壓電換能器設定面7a。另一 方面，聲透鏡3係由鋁等之超音波傳輸速度較大之物質構 成爲凹型透鏡，壓電換能器對向面3g形成爲平面狀，與此 對向之透鏡曲率面3b則形成爲球面狀。穿透孔4之直徑， 雖然設定於垂直射入波及垂直反射波的傳輸範圍以上即足 夠，但爲了極力抑制雜訊之接收，最好是能在不妨礙斜角 射入波及漏洩波之傳輸的範圍內盡可能的予以加大。此外 71

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 五、發明說明（q) ，狹縫4a之寬度，雖可任意的設定於較穿透孔4之直徑爲 小的範圍，但若設得過小，則自超音波探測器射入被檢測 體之斜角射入波及自被檢測體射入超音波探測器之漏拽波 的方向性即會喪失，而降低線狀或面狀缺陷之偵測精度， 相反的若設得過大，則自超音波探測器射入被檢測體之斜 角射入波及自被檢測體射入超音波探測器之漏洩波的強度 即會降低，而使得線狀或面狀缺陷之偵測精度降低，因此 考慮此等因素，將其設定於線狀或面狀缺陷之偵測精度爲 最高之値。根據實驗，在聲透鏡之焦點距離爲5.7mm、光 圏徑爲8.5mm、穿透孔4之直徑爲5mm之情形下，將狹縫 4a之寬度設定於1〜3mm左右時，獲得了最佳的線狀或面 裝缺陷之偵測精度。又，本例之超音波探測器P23中，聲 透鏡3上所形成之穿透孔4及狹縫4a成爲朝向被檢測體之 垂直射入波及來自被檢測體之垂直反射波的傳輸路徑，其 餘部份則成爲朝向被檢測體之斜角射入波及來自被檢測體 之漏洩波的傳輸路徑。又，朝向被檢測體之斜角射入波及 來自被檢測體之漏洩波之傳輸路徑的一部份，被狹縫4a所 遮斷。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如第36A圖所示，於平面型超音波探測器7的外周面 刻設公螺紋7b，在聲透鏡3之上半部所形成之凹部3c的 內周面刻設有能與前述公螺紋7b螺合之母螺紋3d，藉螺 合該二螺紋7b、3d，來將聲透鏡3以能裝拆之方式固定於 平面型超音波探測器7之前端部。前述凹部3c之底面係形 成爲平面狀，以能密接於平面型超音波探測器7之前端部 72 ^紙張尺^適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（η。） 〇 又，取代此一構成，如第37圖所示，於聲透鏡3之側 面，開設貫通至凹部3c的螺孔3e，藉螺合於該螺孔之 小螺釘3f，鎖緊插入凹部3c內之平面型超音波探測器7之 前端部，以作爲超音波探測器P24亦可。 如前所述，超音波探測器P23、P24在進行被檢測體S 之評鑑時，係與被檢測體S —起配置於水中。因此，若使 用聲透鏡3之中央部開設有穿透孔4之本實施的超音波探 測器P23、P24時，如第36A圖及第37A圖所示，壓電換 能器2之斜角路徑及與被檢測體S之 間，存在超音波之傳輸速度較高之鋁製聲透鏡3(音速=約 6400m/s)與超音波之傳輸速度較低之水（19?C時約爲 1480m/s、26°C時約爲1500m/s)，相對於此，由於壓電換能 器2之垂直路徑G—I及I—G與被檢測體S之間，僅存在 超音波之傳輸速度較低之水，因此與通過路徑 D—E—F之斜角射入波、漏洩彈性表面波及漏洩波的傳輸 時間相較，通過路徑G—I->G之垂直射入波及垂直反射波 的傳輸時間較長，如第11圖所示，能獲得垂直反射波之回 波波形V與漏洩波之回波波形L分離，且漏洩波之回波波 形L較表面反射波之回波波形V爲前之接收信號。因此’ 能求出漏洩波之回波波形L與表面反射波之回波波形V的 時間差At，而能求出漏洩彈性表面波之音速VL，故能自 該漏洩彈性表面波之音速變化，例如以非破壞之方式評鑑 被檢測體表層S之應力分佈、斷裂韌性値，以及熱脆化或 73

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 五、發明說明（y) 晶粒間隙腐蝕等材料之劣化度，及被檢測體表層之裂縫的 有無或被檢測體表層所設之外膜有無剝離等被檢測體表面 之健全性。 針對此點進一步加以詳細說明。與前述同樣的，使用 母材表面施有厚度爲0.1mm之WC系噴敷層之被檢測體與 透鏡之熔接厚度(開設穿透孔4前之GH間的距離)爲5mm 之鋁製聲透鏡3，並設散焦量ΔΖ爲0.2mm、使用頻率爲 10MHz、漏洩彈性表面波之音速Vl爲2300m/s、瑞利臨界 角爲41度，求垂直反射波之回波波形V與漏洩波之回波 波形L的時間差At時，於路徑A—B—C—D->E—F中傳 輸之超音波的傳輸時間約爲1〇μ8，相對於此，於路徑G->I —G中傳輸之超音波的傳輸時間約爲15μ8，二者之差爲 5μ$(爲使用頻率之週期的50倍），而明確獲知可在時間軸 上將二回波波形加以分離。又，前例中，雖將使用頻率設 爲10MHz，但在5〜20MHz之範圍中變化時亦獲得了相同 之結果。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，本實施例之超音波探測器P23、P24，由於在聲透 鏡3之直徑方向設置了狹縫4a，因此斜角射入波之傳輸及 漏洩波之傳輸，僅在狹縫形成部以外的部份進行，在狹縫 形成部不進行斜角射入波之傳輸及漏洩波之傳輸。承上所 述，由於自超音波探測器P23、P24射入被檢測體之斜角 射入波及自被檢測體射入超音波探測器P23、P24之漏拽 波被賦予方向性，因此能提升漏洩波偵測信號之S/N，而 能提高線狀缺陷或面狀缺陷之偵測精度。第38A圖中顯示 74 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 五、發明說明（η：Χ) 使用本實施形態例之超音波探測器Ρ1、將狹縫4a平行朝 向線狀缺陷所偵測出之漏洩波的C型示波器圖像，第38B 圖中則顯示使用僅具有穿透孔4、但不具有狹縫4a之超音 波探測器所偵測出之漏洩波的C型示波器圖像。自該等圖 可知，與使用僅具有穿透孔4、但不具有狹縫4a之超音波 探測器時相較，使用本實施例之超音波探測器P23、P24 時，能更爲淸楚的偵測出線狀缺陷。 再者，實施例之超音波探測器P23、P24，由於係在平 面型超音波探測器7之前端部以能裝拆之方式固定聲透鏡 3，因此能將規格不同之各種平面型超音波裝置7與聲透鏡 3加以組合，來獲得各種規格之聚焦型超音波探測器，因 此能以較少之構件數實行各種超音波檢查，而能降低超音 波檢查之整體成本。又，由於係以裝拆可能之方式結合平 面型超音波探測器7與聲透鏡3，因此能於水中進行聚焦 型超音波探討器之組裝，不會在平面型超音波裝置7與聲 透鏡3間存在氣泡，而能提高檢查結果的可靠性。此外， 由於不需用以除去氣泡的步驟，自此點亦能謀求檢查成本 之降低。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4·2·2超音波探測器之第2例 第39Α圖及第39Β圖係第2例之超音波探測器Ρ25的 主要部位截面圖及俯視圖。第2例之超音波探測器Ρ25， 其特徵在於：取代聲透鏡3之中央部僅開設穿透孔4或形 成狹縫4a之構成，而於開設之穿透孔4內或形成之狹縫 75 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) ~ 490559

五、發明說明 4a內’塡充超音波之傳輸速度與構成聲透鏡3之材料相異 之材料所構成的塡充物6。其餘部份，由於係與第丨例之 超音波探測器P23相同，因此省略其說明。 構成聲透鏡3材料與塡充物6，其超音波之傳輸速度 的差越大越佳，在聲透鏡3係以鋁(音速=6400m/s)構成時 ’作爲塡充物6以丙烯系樹脂等之樹脂材料(音速=2〇〇〇〜 3000m/s)較爲合適。相反的，當聲透鏡3係以樹脂材料構 成時’作爲塡充物6以鋁較爲合適。當使用樹脂來作爲塡 充物6時，藉於開設之穿透孔4內或形成之狹縫4a內澆灌 作爲塡充物之樹脂，即能製造聲透鏡3。又，使用固體來 作爲塡充物6時，藉於開設之穿透孔4內或形成之狹縫4a 內壓入作爲塡充物之固體，亦能製造聲透鏡3。再者，當 聲透鏡3係以樹脂材料構成時，藉在鋁等之塡充物6的周 圍將樹脂外插成形，亦能製造出期望之聲透鏡3。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 當然’在塡充其超音波之傳輸速度較構成聲透鏡3之 材料爲低之塡充物6時，與通過路徑E->F 之超音波的傳輸時間相較，通過路徑G^I^G之超音波的 傳輸時間相對較遲，因此如前述第11圖所示，漏洩波之回 波波形L成爲較垂直反射波之回波波形V先行的狀態，反 之’若塡充其超音波之傳輸速度較構成聲透鏡3之材料爲 高之塡充物6時，與通過路徑A—B->C->D—E->F之超音 波的傳輸時間相較，通過路徑G-I^G之超音波的傳輸時 間相對較快，因此如第4圖所示，垂直反射波之回波波形 V成爲較漏洩波之回波波形L先行的狀態。 76 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 五、發明說明（Ά) 本例之超音波探測器Ρ25，由於係將聲透鏡3的垂直 射入波及垂直反射波之傳輸路徑G—I及I—G、與斜角射 入波及漏拽波之傳輸路徑A—B—C及D—E~>F以音速不 同之材料構成，因此通過各路徑之超音波之傳輸時間的差 變大，而能將垂直反射波之回波波形V與漏洩波之回波波 形L加以分離，以進行被檢測體之劣化度等及被檢測體表 層之健全性的評鑑。再者，由於具有狹縫4a，因此能以高 精度進行線狀或面狀缺陷之偵測。 4.2.3超音波探測器之第3例 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第40A圖及第40B圖係第3例之超音波探測器P26的 主要部位截面圖。第3例之超音波探測器P26，如第40A 圖及第40B圖所示，其特徵在於：取代第1例之於聲透鏡 3之中央部開設穿透孔4之構成，於聲透鏡3之透鏡曲率 面3b之中央部形成凹部5。凹部5之直徑，爲垂直射入波 及垂直反射波的傳輸範圍以上，但爲了極力抑制雜訊之接 收，最好是能在不妨礙斜角射入波及漏浅波之傳輸的範圍 內盡可能的予以加大。其餘部份，係形成爲與第1例之超 音波探測器P23相同。 使用此超音波探測器P26時，亦和前述第1例之超音 波探測器P23相同的，由於與通過路徑E-> F之超音波的傳輸時間相較，能使通過路徑G—I-G之超 音波的傳輸時間相對較遲，因此能將垂直反射波之回波波 形V與漏洩波之回波波形L加以分離，以進行被檢測體之 77 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） " 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490559 A7 B7 五、發明說明（ Τ[<) 劣化度等及被檢測體表層之健全性的評鑑。再者，由於具 有狹縫4a，因此能以高精度進行線狀或面狀缺陷之偵測。 4.2.4超音波探器之第4例 第41A圖及第41B圖係第4例之超音波探測器P27的 主要部位截面圖及俯視圖。第4例之超音波探測器P27， 如第41A圖及第41B圖所示，其特徵在於：取代如第3例 之僅在聲透鏡3之中央部形成凹部5及形成狹縫4a之構成 ，而於形成之凹部5及狹縫4a內’塡充超音波之傳輸速度 與構成聲透鏡3之材料相異之材料所構成的塡充物6。其 餘部份，由於係與第2例之超音波探測器P25相同，因此 省略其說明。本例之超音波探測器P27，亦具有與第2例 之超音波探測器P25相同的效果。 4.2.5超音波探測器之第5例 第42A圖及第42B圖係第5例之超音波探測器P28的 主要部位截面圖及俯視圖。本例之超音波探測器P28，如 第42A圖及第42B圖所示，係於聲透鏡3之壓電換能器對 向面3g之中央部形成凹部5，且於該壓電換能器對向面3g 之直徑方向形成其寬度較該凹部5之直徑爲窄之狹縫4a， 於該凹部5與前述平面型超音波探測器7所具備之壓電換 能器2之表面所構成之空間內封入超音波遮蔽構件8、或 封入作爲超音波遮蔽體之空氣。其餘部份，由於係與第3 例之超音波探測器P26相同，因此省略其說明。 使用此超音波探測器P28時，朝向檢測體S之垂直射 78 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 五、發明說明（♦) 入波的傳輸及來自被檢測體S之垂直反射波的傳輸，受到 超音波遮蔽構件8或作爲超音波遮蔽體之空氣的限制，因 此無法獲得垂直反射波回波波形V，而無法求出時間差At ，但由於設有斜角射入波的傳輸路徑與漏洩波的傳輸路徑 ，因此能偵測出漏洩波之接收強度，進而能自該漏洩波之 接收強度評鑑被檢測體表層之健全性。此外，由於具有狹 縫4a，因此能以高精度進行線狀或面狀缺陷之偵測。 4.2.6超音波探測器之第6例 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第43圖係第6例之超音波探測器所具備之聲透鏡自壓 電換能器對向面側所視的俯視圖。第6例之超音波探測器 P29，如第43僵所示，其特徵在於··不在聲透鏡3.上形成 穿透孔4或凹部5，而在壓電換能器對向面3a上，設置覆 蓋其中央部與直徑方向之一部份的超音波遮蔽構件8。覆 蓋壓電換能器對向面3a之中央部的超音波遮蔽構件8之圓 形部8a，係對應第1例之超音波探測器P23中之穿透孔4 者，其直徑，爲了極力抑制雜訊之接收，最好是能在不妨 礙斜角射入波及漏洩波之傳輸的範圍內盡可能的予以加大 。又，覆蓋壓電換能器對向面3a之直徑方向的超音波遮蔽 構件8之突出部8b，係對應第1例之超音波探測器P23中 之狹縫4a者，係形成爲其寬度較前述圓形部8a直徑小、 且能對角入射波及漏洩波賦予方向性之大小。其餘部份， 由於係與第1例之超音波探測器P23相同，因此省略其說 明。 79 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 五、發明說明（ nq) 使用本例之超音波探測器P29時，同樣的由於朝向檢 測體S之垂直射入波的傳輸及來自被檢測體S之垂直反射 波的傳輸，受到超音波遮蔽構件8的限制’但由於設有斜 角射入波的傳輸路徑與漏洩波的傳輸路徑’因此能偵測出 漏洩波之接收強度，進而能自該漏洩波之接收強度評鑑被 檢測體表層之健全性。此外，由於具有狹縫4a，因此能以 高精度進行線狀或面狀缺陷之偵測° 4.2.6.1檢查方法 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本第4實施例，亦由於與第2實施例中參照第23圖及 第24圖所說明之檢查方法相同，因此省略其說明。又’第 24圖之流程圖之步驟S7中導出VL的方法，係與顯示前述 式(2)〜式(6)所說明之方法相同。此實施例，由於係自被檢 測體S之表面側對作爲檢查部位之被檢測體S之表層部份 射入超音波，因此與被檢測體S之厚度、被檢測體S之內 部狀態及被檢測體S之底面狀態無關的，恆能進行高精度 之缺陷檢查。此外，由於和上述相同之理由，故能進行至 被檢測體S之端部的超音波檢查，而進行可靠性較高之缺 陷檢查。 4.2.7超音波探測器之第7例 第44A圖及第44B圖係第7例之超音波探測器P30的 主要部位截面圖及俯視圖。第7例之超音波探測器P30， 如第44A圖及第44B圖所示，其特徵在於··加大透鏡曲率 80 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 490559 A7 B7 五、發明說明（巧0 面3b之曲率以加大聲透鏡3之焦點距離，進一步的將通過 聲透鏡3之中心、向直徑方向延伸之狹縫4a，形成於自聲 透鏡3之端面直到壓電換能器對向面3g之位置。透鏡曲率 面3b之曲率，可視需要設定成任意値，但爲了抑制漏洩彈 性表面波之發生而能高精度的進行被檢測體內部之探傷 (crack detection)，最好是能調整爲不致產生以瑞利臨界角 射入被檢測體之斜角射入波的値。其餘部份，由於係與 第1例之超音波探測器P23相同，因此省略其說明。 本例之超音波探測器P30，如第44A圖所示，藉使聲 透鏡3之焦點f位於距離被檢測體S表層的所需深度，即 能進行被檢測體內部或被檢測底面之探傷。又，當被檢測 體S爲軋製金屬板，探傷對象爲乳製金屬板中存在之非金 屬夾雜物時，係將聲透鏡3上所形成之狹縫4a平行朝向金 屬板之軋製方向來進行超音波探傷。由於軋製金屬板中存 在之非金屬夾雜物，已知會成爲向金屬板之軋製方向延伸 之線狀缺陷，因此藉將狹縫4a之面向調整如上，即能進行 高精度之超音波探傷。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本例之超音波探測器P30，由於在聲透鏡3上形成了 狹縫4a，因此能高精度的進行線狀或面狀缺陷之偵測。又 ，由於將聲透鏡3形成爲凹透鏡狀，因此能將壓電換能器 2所發出之超音波聚焦爲點狀，而能進行高精度之探傷。 此外，由於加大了透鏡曲率面3b之曲率以加大聲透鏡3之 焦點距離，因此不僅是被檢測體S之表層，亦能進行被檢 測體S之內部或底面之探傷。 81 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ~ 490559 A7 _B7___ 五、發明說明（Μ ) 又，前述第7例中，雖係於聲透鏡3之端面(超音波收 •信面）形成透鏡曲率面3b，但可取代此一構成，將聲透 鏡3之端面形成爲平面狀，於該平面狀之端面形成狹縫4a 〇 此時，超音波不致被聚焦爲點狀，而能一次對被檢測 體S之廣範圍照射超音波，因此能提高被檢測體S之檢查 效果，適用於以高速進行之簡單的探傷。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 82 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 、申請專利範圍 1 · 一種超音波檢查裝置，具備有透過水等之超音波媒 體於被檢測體之表面掃瞄超音波的超音波掃瞄部，該超音 波掃瞄部的驅動部，透過該驅動部控制前述超音波掃瞄部 、以實施被檢測體之缺陷檢查的演算處理部，其特徵在於 於前述超音波掃瞄部具有一超音波探測器，以進行斜 角射入波之發射來勵起朝向前述被檢測體之漏洩彈性表面 波以及接收來自前述被檢測體的漏洩波，自該超音波探測 器所接收之前述漏洩波的接收強度、以前述演算處理部評 鑑前述被檢測體表層之健全性。 2 ·如申請專利範圍第1項之超音波檢查裝置，其中前 述超音波探測器具備壓電換能器與聲透鏡，該聲透鏡具有 朝向被檢測體之垂直射入波及斜角射入波的傳輸路徑與來 自被檢測體之垂直反射波及漏洩波的傳輸路徑，前述垂直 射入波及垂直反射波之傳輸路徑中的超音波之傳輸速度， 與前述斜角射入波及漏洩波之傳輸路徑中的超音波之傳輸 速度不同。 3 ·如申請專利範圍第2項之超音波檢查裝置，其中前 述聲透鏡於前述垂直射入波及垂直反射波之傳輸路徑上， 具備有自前述壓電換能器之設定面貫通至與其對向之透鏡 曲率面的穿透孔。 4 ·如申請專利範圍第3項之超音波檢查裝置，其中於 穿透孔內，塡充有較構成前述斜角射入波及漏拽波之傳輸 路徑之材料的超音波之傳輸速度不同之材料所構成的塡充

   297公釐） 本紙張尺度適财_家規格⑽x 六、申請專利範圍 物。 5 ·如申請專利範圍第1項之超音波檢查裝置，其中前 述超音波探測器，係由能對前述被檢測體發出斜角射入波 與接收來自前述被檢測體之漏洩波，但不能對前述被檢測 體發出垂直射入波與接收來自前述被檢測體之垂直反射波 者所構成。 6 ·如申請專利範圍第5項之超音波檢查裝置，其中前 述超音波探測器具備有平面形狀形成爲環狀之壓電換能器 7 ·如申請專利範圍第5項之超音波檢查裝置，其中前 述超音波探測器具備有平面形狀形成爲圓形之壓電換能器 ’與該壓電換能器之收•發信面中央部所配置之超音波遮 蔽構件。 8 · —種超音波檢查裝置，具備有：將超音波探測器及 具有將該超音波探測器送至被檢測體之機械式掃瞄器的超 音波掃瞄部，該超音波掃瞄部的驅動部，透過該驅動部控 制前述超音波掃瞄部、以實施期望之超音波檢查的演算處 理部，其特徵在於： 係將前述超音波探測器之焦點設定於前述被檢測體之 第1深度位置發出超音波時之斜角射入波、漏洩彈性表面 波及漏洩波之傳輸時間，與將前述超音波探測器之焦點設 定於前述被檢測體之第2深度位置發出超音波時之斜角射 入波、漏洩彈性表面波以及漏洩波之傳輸時間的差，以及 將前述超音波探測器之焦點設定於前述被檢測體之第1深 2 、申請專利範圍 度位置發出超音波時之垂直射入波及垂直反射波之傳輸時 間，與將前述超音波探測器之焦點設定於前述被檢測體之 第2深度位置發出超音波時之垂直射入波及垂直反射波之 傳輸時間的差還原，以前述演算處理部算出漏洩彈性表面 波之音速。 9 ·如申請專利範圍第8項之超音波檢查裝置，其中前 述超音波探測器具備有壓電換能器，與將該壓電換能器所 發出之超音波加以聚焦來射入被檢測體之聲透鏡； 前述聲透鏡之垂直射入波及垂直反射波之傳輸路徑中 的超音波之傳輸速度，與前述聲透鏡之斜角射入波及漏洩 波之傳輸路徑中的超音波之傳輸速度不同。 10 ·如申請專利範圍第9項之超音波檢查裝置，其中 前述聲透鏡於前述垂直射入波及垂直反射波之傳輸路徑上 ，具備有自前述壓電換能器之設定面貫通至與其對向之透 鏡曲率面的穿透孔。 11 ·如申請專利範圍第2、3、5及10項中任一項之 超音波檢查裝置，其中聲透鏡係由前述壓電換能器之設定 面形成爲平面狀、且透鏡曲率面形成爲弧面狀之柱面透鏡 所構成。 12 ·如申請專利範圍第8項之超音波檢查裝置，其中 前述超音波探測器之壓電換能器設定面係形成爲球面狀。 13 · —種聚焦型超音波探測器，具備壓電換能器設定 面形成爲平面狀之平面型超音波探測器，與安裝於該平面 型超音波探測器之前端部、將自前述壓電換能器發出之超 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490559 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 音波加以聚焦之聲透鏡，其特徵在於： 前述聲透鏡，其朝向被檢測體之垂直射入波及來自被 檢測體之垂直反射波之傳輸路徑中的超音波之傳輸速度， 與朝向被檢測體之斜角射入波及來自被檢測體之漏洩波之 傳輸路徑中的超音波之傳輸速度不同。 14 ·如申請專利範圍第13項之超音波探測器，其中 前述聲透鏡於前述垂直射入波及垂直反射波之傳輸路徑上 ，具備有自前述壓電換能器之設定面貫通至與其對向之透 鏡曲率面的穿透孔。 15 ·如申請專利範圍第13項之超音波探測器，其中 於穿透孔內，塡充有較構成前述聲透鏡之材料的超音波之 傳輸速度不同之材料所構成的塡充物。 16 · —種聚焦型超音波探測器，具備壓電換能器設定 面形成爲平面狀之平面型超音波探測器，與安裝於該平面 型超音波探測器之前端部、將自前述壓電換能器發出之超 音波加以聚焦之聲透鏡，其特徵在於： 前述聲透鏡，具備有朝向被檢測體之斜角射入波及來 自被檢測體之漏洩波的傳輸路徑，但不具有朝向被檢測體 之垂直射入波及來自被檢測體之垂直反射波的傳輸路徑。 17 ·如申請專利範圍第16項之超音波探測器，其中 於前述聲透鏡之壓電換能器對向面之中央部，配置較前述 平面型超音波探測器所具備之壓電換能器爲小型之超音波 遮蔽構件。 18 ·如申請專利範圍第13或16項之超音波探測器， __ 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) "

   490559 A8 B8 C8 I-—----— D8 —____ 六、申請專利範圍 其中前述聲透鏡係由柱面透鏡所構成。 b ·如申請專利範圍第13或16項之超音波探測器， 其中前述聲透鏡係以能裝拆之方向，安裝於前述平面型超 音波探測器之前端部。 20 ·如申請專利範圍第13或16項之超音波探測器， 其中於球面狀之壓電換能器設定面所設置之壓電換能器之 表面中央部，裝備有較該壓電換能器爲小型之之超音波遮 蔽構件。 21 · —種聚焦型超音波探測器，具備壓電換能器設定 面形成爲平面狀之平面型超音波探測器，與安裝於該平面 型超音波探測器之前端部、將自前述壓電換能器發出之超 音波加以聚焦之聲透鏡，其特徵在於： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 前述聲透鏡，其朝向被檢測體之垂直射入波及來自被 檢測體之垂直反射波之傳輸路徑中的超音波之傳輸速度， 與朝向被檢測體之斜角射入波及來自被檢測體之漏洩波之 傳輸路徑中的超音波之傳輸速度不同，且朝向被檢測體之 斜角射入波及來自被檢測體之漏洩波之傳輸路徑中的一部 ， 份係被遮斷。 22 ·如申請專利範圍第21項之超音波探測器，其中 於前述聲透鏡之壓電換能器對向面之中央部，設有貫通至 透鏡曲率面之穿透孔，且於前述透鏡曲率面形成有其寬度 較前述穿透孔之直徑爲窄的狹縫。 23 · —種聚焦型超音波探測器，具備壓電換能器設定 面形成爲平面狀之平面型超音波探測器，與安裝於該平面 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---- 490559 §88 C8 ____ D8 六、申請專利範圍 型超音波探測器之前端部'將自前述壓電換能器發出之超 音波加以聚焦之聲透鏡’其特徵在於： 前述聲透鏡，具備有朝向被檢測體之斜角射入波及來 自被檢測體之漏洩波的傳輸路徑，但不具有朝向被檢測體 之垂直射入波及來自被檢測體之垂直反射波的傳輸路徑’ 且朝向被檢測體之斜角射入波及來自被檢測體之漏洩波之 傳輸路徑中的一部份係被遮斷。 24 · —種超音波探測器，具備壓電換能器設定面形成 爲平面狀之平面型超音波探測器，與安裝於該平面型超音 波探測器前端部之聲透鏡，其特徵在於： 其中前述聲透鏡之超音波之傳輸路徑中的一部份係被 遮斷。 25 ·如申請專利範圍第24項之超音波探測器’其中 於前述聲透鏡之超音波收·發信面形成有狹縫。 26 ·如申請專利範圍第24項之超音波探測器’其中 前述聲透鏡之超音波收•發信面係形成爲凹狀之透鏡曲率 面0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫 訂 --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 _____6 國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐）