(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液中に浸漬された被検査板を挟んで、点集束型の超音波送信子と点集束型の超音波受信子とを対向配置して走査するとともに、
前記超音波送信子から点集束した超音波を被検査板内に略垂直に入射し、
前記超音波が内部欠陥の上側で反射して被検査板の表面に向かい、表面で反射して、裏面から液中に伝播し受信される反射波と、前記超音波が最初に被検査板の裏面で反射し、内部欠陥に向かい、内部欠陥の下側で反射した後、裏面から液中に伝播し受信される反射波の両方を前記超音波受信子で受信し、
該受信信号を増幅した信号から前記内部欠陥からの両方の反射波の信号を抽出し、
該抽出された信号に基づいて被検査板の内部欠陥を検出することを特徴とするＣスキャン超音波探傷方法。
【請求項２】
前記内部欠陥からの反射波の信号を、超音波の透過波が前記超音波受信子に到達する時刻をτ0 とし、直接透過波の到達から該透過波の残響が終了するまでの時間をτD とし、該超音波が被検査板の厚さ方向に伝播するのに要する時間をτ1 としたとき、時刻（τ0 ＋τD ）以後で、かつ（τ0 ＋２×τ1 ）以前の受信信号から抽出することを特徴とする請求項１記載のＣスキャン超音波探傷方法。
【請求項３】
前記超音波送信子と前記超音波受信子の焦点距離を比較し、該焦点距離が異なる場合は大きい方の焦点距離をＦL とし、または前記焦点距離が等しい場合はその焦点距離をＦL とし、被検査板の板厚をｔとしたとき、前記超音波送信子と前記超音波受信子との間の距離ＬS が下記式を満足するように両者を配置することを特徴とする請求項１または２記載のＣスキャン超音波探傷方法。
ＬS ≦ＦL −｛（ＣM ／ＣL ）−１｝×ｔ＋ＦL ×５／38
ただし、ＣM ；被検査材中での超音波の伝播速度、ＣL ；液中での超音波の伝播速度。
【請求項４】
被検査板の表面に超音波を略垂直に送信する点集束型の超音波送信子と、
被検査板を挟んで前記点集束型超音波送信子と対向する位置に配置し、前記超音波が内部欠陥の上側で反射して被検査板の表面に向かい、表面で反射して、裏面から液中に伝播し受信される反射波と、前記超音波が最初に被検査板の裏面で反射し、内部欠陥に向かい、内部欠陥の下側で反射した後、裏面から液中に伝播し受信される反射波の両方を受信する点集束型の超音波受信子と、
前記超音波送信子と前記超音波受信子とを被検査板を挟んで支持する支持アームと、
該支持アームを走査する走査装置と、
前記超音波送信子に内蔵された圧電振動子に送信する電気パルスを発生する電気パルス発生装置と、
受信信号を増幅する増幅装置と、
増幅された信号から内部欠陥からの両方の反射波の信号を抽出するゲート手段と、
を備えたことを特徴とするＣスキャン超音波探傷装置。
【請求項５】
前記ゲート手段は、前記内部欠陥からの反射波の信号を、超音波の透過波が前記超音波受信子に到達する時刻をτ0 とし、直接透過波の到達から該透過波の残響が終了するまでの時間をτD とし、該超音波が被検査板の厚さ方向に伝播するのに要する時間をτ1 としたとき、時刻（τ0 ＋τD ）以後で、かつ（τ0 ＋２×τ1 ）以前の受信信号から抽出するように設定され、
前記超音波送信子と前記超音波受信子との間の距離ＬS は、前記超音波送信子と前記超音波受信子の焦点距離を比較して、該焦点距離が異なる場合は大きい方の焦点距離をＦL とし、または前記焦点距離が等しい場合はその焦点距離をＦL とし、被検査板の板厚をｔとして、下記式を満足するように両者を配置することを特徴とする請求項４記載のＣスキャン超音波探傷装置。
ＬS ≦ＦL −｛（ＣM ／ＣL ）−１｝×ｔ＋ＦL ×５／38
ただし、ＣM ；被検査材中での超音波の伝播速度、ＣL ；液中での超音波の伝播速度。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、Ｃスキャン超音波探傷方法および装置に係り、特に圧延金属板の切出しサンプルのなかの10〜 100μm 程度の内部欠陥の検出に用いるのに好適なＣスキャン超音波探傷方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車、缶などの素材となる薄鋼板は、軽量化、素材コスト削減のため、薄肉化が進むと共に、部品点数を削減して製作コストを低減するため、プレス、絞り等の加工において素材の著しい変形を伴う強い加工が施されるようになっている。鋼板に強い加工を施すとき、変形の著しい部分に非金属介在物等からなる内部欠陥が存在すると割れが発生するが、鋼板の肉厚が薄いほど内部欠陥による割れの発生は顕著となり、かつ、割れの原因となる内部欠陥のサイズも微小化する。また欠陥の形態と割れの発生にも関係があり、欠陥形態として球状の単体、一方向に伸延した単体、微小球状欠陥の集合体などがあるが、それぞれによって割れの発生しやすさには違いがみられる。また、サワーガス用のラインパイプに用いられる厚鋼板など使用条件の厳しい製品も増加し、10μm 程度の大きさの微小介在物でも水素誘起割れの原因となり有害とされ、欠陥形態によっても水素誘起割れの発生しやすさは相違する。このようなことから、前記した鋼板では内部欠陥を極力少なくすること、欠陥形態を割れの発生しにくいものとすることが要求され、製品の内部欠陥の発生レベルおよびその形態を微小欠陥まで含め評価することが必要になっている。
【０００３】
このような鋼板の内部欠陥検出およびその形態の評価手段として、製品の一部をサンプルとして切出し、このサンプルのなかの内部欠陥をＣスキャン超音波探傷装置と称される装置を用いて探傷することが広く用いられてきた。図９に従来のＣスキャン超音波探傷装置による探傷法を示す。
すなわち、溶媒液中に浸漬された被検査板101 の上方の点集束型超音波送受信子102 は、コントローラ114 の信号によって移動する走査装置104 によって走査され、かつ電気パルス発生器116 から一定時間間隔で送信される電気パルスを超音波に変換し、被検査板101 に向けて略垂直に超音波ビーム103 を送信するとともに、被検査板101 の内部欠陥および表面からの反射波を受信し、電気信号に変換する。受信された信号は受信増幅器111 で増幅され、ゲート回路112 で欠陥からの反射波が抽出される。抽出された信号はピーク値検出回路113 に送られ、ここで欠陥反射波の振幅が検出され、コントローラ114 に送信される。コントローラ114 は前記欠陥反射波の振幅と前記走査装置104 の位置信号とを表示器115 に出力し、表示器115 は内部欠陥の２次元分布図を表示し、このようにして内部欠陥を検出する。
【０００４】
このような１つの点集束型超音波送受信子102 で被検査板101 に略垂直に超音波を送信し、被検査板101 からの反射波を受信して欠陥を検出する方法では、超音波ビームが表面に入射したとき、大振幅であり、かつ、残響がしばらく持続する表面エコーが発生するため、表面近傍の欠陥反射波が前記表面エコーあるいはその残響と重なって存在が識別できなくなり、表面近傍の欠陥を検出することができないという問題があった。
【０００５】
また、Ｃスキャン超音波探傷方法あるいは装置に関する従来技術としては、高周波の超音波を用いる特開昭59−17153 号公報や特開平５−333000号公報などが挙げられる。前者は30〜100MHz、後者は15〜50MHz の何れも高周波の超音波を用いビーム径を小さくすることにより、分解能を向上させ、内部欠陥の検出能を向上させたものである。また、後者は、超音波周波数、焦点距離および被検査板と焦点位置との関係を最適化することにより、表面近傍に存在する微小欠陥の検出を確実にし、探傷結果の定量的評価を可能としたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開昭59−17153 号や特開平５−333000号に記載のように、高周波の超音波を用い焦点のビーム径を小さくすると、一方では、焦点深度が低下することが一般に知られている（例えば、R.Saglio et al "THE USE OF FOCUSED PROBES FOR DETECTION, IMAGING, AND SIZING OF FLAWS", in Proc. First Intrenational Symposium on Ultrasonic Materials Characterization-Gaithersburg Md.(1978)参照）。
【０００７】
なお、焦点深度とは、例えば、送受信する超音波ビームの中心軸上での音圧が、焦点位置の音圧に比べ−６dB以内である範囲の長さのことであり、焦点深度が大きいほど被検査板の板厚の方向に広い範囲にわたって内部欠陥を検出することが可能である。前記文献によれば、超音波の周波数をｆ、速度をＣ、超音波送受信子に内蔵されている振動子の径をＤ、焦点距離をＦとしたとき、焦点位置での超音波ビーム径ｄおよび焦点深度Ｌはそれぞれ(1) ，(2) 式のように表される。
【０００８】
ｄ＝（Ｃ／ｆ）×（Ｆ／Ｄ）                    …………………(1)
Ｌ＝（Ｃ／ｆ）×（Ｆ／Ｄ）2                   …………………(2)
（１）  式から、焦点位置での超音波ビーム径ｄを小さくするために、周波数ｆを高くすると、(2) 式より焦点深度Ｌが小さくなることがわかる。このため、高周波超音波を用いた探傷では、被検査板の板厚方向の全断面を均一な感度で探傷することが難しく、焦点位置以外の深さに存在する欠陥の検出能は大きく低下し、検出洩れが多発する欠点がある。このため欠陥を板厚方向にわたり洩れなく検出するためには、焦点位置を変更して、必要回数探傷を実施し直す必要があり、探傷に時間がかかる欠点があった。
【０００９】
また、前出特開平５−333000号では、表面直下の不感帯が低減されているとはいえ、皆無とは言えず、垂直探傷法によるＣスキャン超音波探傷には依然として表面近傍に存在する微小欠陥が検出できないという問題が残されている。
ところで、本発明者らは、上記問題点を解消すべく、既に特願平６−7176号において、被検査板を挟んでラインフォーカス型超音波送信センサと１次元アレー型超音波センサとを対向配置し、該送信センサから帯状超音波ビームを被検査板に向けてほぼ垂直に送信し、被検査板に入射した超音波によって生起された内部欠陥からの反射波を前記１次元アレー型超音波受信センサによって受信し、受信された超音波を増幅し、反射波のみを抽出した後に所定の振幅に達した反射波の有無を検出することを特徴とする超音波探傷方法および装置を提案し、これによって表面直下での不感帯なしに、全厚にわたり一度に一定幅の線状の領域を探傷することが可能になった。
【００１０】
しかしながら、この方法では、微小な欠陥までその有無は明瞭にわかるものの、送受信する超音波が２次元的に集束していないため、幅方向の分解能が低く、欠陥の形態までは判別できない問題があった。
この発明は、前記従来技術の問題点を解消すべくなされたもので、Ｃスキャン超音波探傷において、被検査板の表面近くでの不感帯がなく、１回の走査で板厚方向全断面の探傷ができ、微細な内部欠陥の形態まで検出することが可能なＣスキャン超音波探傷方法および装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液中に浸漬された被検査板を挟んで、点集束型の超音波送信子と点集束型の超音波受信子とを対向配置して走査するとともに、前記超音波送信子から点集束した超音波を被検査板内に略垂直に入射し、前記超音波が内部欠陥の上側で反射して被検査板の表面に向かい、表面で反射して、裏面から液中に伝播し受信される反射波と、前記超音波が最初に被検査板の裏面で反射し、内部欠陥に向かい、内部欠陥の下側で反射した後、裏面から液中に伝播し受信される反射波の両方を前記超音波受信子で受信し、該受信信号を増幅した信号から前記内部欠陥からの両方の反射波の信号を抽出し、該抽出された信号に基づいて被検査板の内部欠陥を検出することを特徴とするＣスキャン超音波探傷方法である。
【００１２】
なお、前記内部欠陥からの反射波の信号を、超音波の透過波が前記超音波受信子に到達する時刻をτ0 とし、直接透過波の到達から該透過波の残響が終了するまでの時間をτD とし、該超音波が被検査板の厚さ方向に伝播するのに要する時間をτ1 としたとき、時刻（τ0 ＋τD ）以後で、かつ（τ0 ＋２×τ1 ）以前の受信信号から抽出するのがよい。
【００１３】
さらに、前記超音波送信子と前記超音波受信子の焦点距離を比較し、該焦点距離が異なる場合は大きい方の焦点距離をＦL とし、または前記焦点距離が等しい場合はその焦点距離をＦL とし、被検査板の板厚をｔとしたとき、前記超音波送信子と前記超音波受信子との間の距離ＬS が下記式を満足するように両者を配置するのがよい。
【００１４】
ＬS ≦ＦL −｛（ＣM ／ＣL ）−１｝×ｔ＋ＦL ×５／38
ただし、ＣM ；被検査材中での超音波の伝播速度、ＣL ；液中での超音波の伝播速度。
また、本発明は、被検査板の表面に超音波を略垂直に送信する点集束型の超音波送信子と、被検査板を挟んで前記点集束型超音波送信子と対向する位置に配置し、前記超音波が内部欠陥の上側で反射して被検査板の表面に向かい、表面で反射して、裏面から液中に伝播し受信される反射波と、前記超音波が最初に被検査板の裏面で反射し、内部欠陥に向かい、内部欠陥の下側で反射した後、裏面から液中に伝播し受信される反射波の両方を受信する点集束型の超音波受信子と、前記超音波送信子と前記超音波受信子とを被検査板を挟んで支持する支持アームと、該支持アームを走査する走査装置と、前記超音波送信子に内蔵された圧電振動子に送信する電気パルスを発生する電気パルス発生装置と、受信信号を増幅する増幅装置と、増幅された信号から内部欠陥からの両方の反射波の信号を抽出するゲート手段と、を備えたことを特徴とするＣスキャン超音波探傷装置である。
なお、前記ゲート手段は、前記内部欠陥からの反射波の信号を、超音波の透過波が前記超音波受信子に到達する時刻をτ0 とし、直接透過波の到達から該透過波の残響が終了するまでの時間をτD とし、該超音波が被検査板の厚さ方向に伝播するのに要する時間をτ1 としたとき、時刻（τ0 ＋τD ）以後で、かつ（τ0 ＋２×τ1 ）以前の受信信号から抽出するように設定され、前記超音波送信子と前記超音波受信子との間の距離ＬS は、前記超音波送信子と前記超音波受信子の焦点距離を比較して、該焦点距離が異なる場合は大きい方の焦点距離をＦL とし、または前記焦点距離が等しい場合はその焦点距離をＦL とし、被検査板の板厚をｔとして、下記式を満足するように両者を配置するのがよい。
ＬS ≦ＦL −｛（ＣM ／ＣL ）−１｝×ｔ＋ＦL ×５／38
ただし、ＣM ；被検査材中での超音波の伝播速度、ＣL ；液中での超音波の伝播速度。
【００１５】
【作用】
本発明によれば、液中に浸漬された被検査板を挟んで、点集束型の超音波送信子と点集束型の超音波受信子とを対向配置して走査するとともに、前記超音波送信子から点集束した超音波を被検査板内に略垂直に入射し、前記超音波の透過波と、前記超音波によって生起された内部欠陥からの反射波とを前記超音波受信子で受信し、該受信信号を増幅した信号から前記内部欠陥からの反射波の信号を抽出し、該抽出された信号に基づいて被検査板の内部欠陥を検出するようにしたので、被検査板表裏面近傍での内部欠陥であっても不感帯なく、全断面にわたり均一な感度で検出することが可能である。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例の構成を示す一部斜視図を含むブロック線図である。
図１において、11は点集束型超音波送信子（以下、単に超音波送信子という）、12は点集束型超音波受信子（以下、単に超音波受信子という）で、被検査板13を挟んで対向配置される。14は超音波送信子11、超音波受信子12を支持するコの字状の支持アームである。なお、超音波送信子11および超音波受信子12と被検査板13との間には、超音波伝播媒質として好適に使用される水が介在されている。15は支持アーム14を走査する走査装置である。
【００１７】
16は内蔵したクロック回路（図示せず）から、一定の時間間隔で電気パルスを超音波送信子11に内蔵した圧電振動子（図示せず）に送信する電気パルス発生器である。17は超音波受信子12からの信号を受信する受信増幅器、18はゲート回路、19はピーク値検出回路、20はコントローラ、21は表示器である。
超音波送信子11は、電気パルス発生器16から一定の時間間隔で送信された電気パルスを超音波に変換し、水を介して被検査板13に略垂直に超音波送信ビーム11Ａを送信する。超音波受信子12は、被検査板13に入射した超音波によって生起された内部欠陥からの反射波を含む超音波受信ビーム12Ａを水を介して受信する。そして、支持アーム14はコントローラ20からの信号で駆動される走査装置15によって走査され、これによって対向配置された超音波送信子11と超音波受信子12を被検査板13の面を方形走査し、その内部欠陥を探傷する。
【００１８】
受信増幅器17で増幅された受信信号はゲート回路18で、内部欠陥からの反射波を前記受信信号から抽出する。この抽出された信号はピーク値検出回路19に送信され、ピーク値検出回路19では前記反射波の振幅を検出して、アナログ量またはデイジタル量としてコントローラ20に出力する。コントローラ20は前記反射波の振幅と走査装置15の位置信号とを表示器21に出力し、内部欠陥の２次元分布図を作成する。
【００１９】
ここで、ゲート回路18の機能について、図２を用いて詳しく説明する。
まず、被検査板13の厚みをｔとし、内部欠陥22が被検査板13の表面13ａの近く、すなわち表面13ａからの距離ｄがｔ／２以下に存在する場合を例にすると、超音波送信子11から送信された超音波送信ビーム11Ａは、液中を伝播して被検査板13の表面13ａに達すると、被検査板13の内部に入射してその内部に伝播する。
【００２０】
このとき、被検査板13の内部に伝播した超音波はその一部が直進し、直接透過波30として超音波受信子12で受信される。また、内部欠陥22が超音波の伝播経路に存在すると、最初にこの内部欠陥22の上側で１回反射して表面13ａに向かい、表面13ａで反射して、被検査板13の厚さｔ内を 0.5往復伝播し、裏面13ｂから液中に伝播し受信される反射波31と、最初に被検査板の厚さｔ内を 0.5往復伝播し裏面13ｂで反射し、内部欠陥22に向かい、内部欠陥22の下側で１回反射した後、裏面13ｂから液中に伝播し受信される反射波32とが生起される。
【００２１】
なお、これらの反射波31および32は、さらに裏面13ｂで１回以上反射し、被検査板13の厚さｔ内を１往復以上して、超音波受信子12に受信される反射波が生起されるが、ここでは図示を省略した。このように、本発明は受信し増幅した信号から、前記した内部欠陥からの反射波の信号を抽出して、それに基づき内部欠陥を検出する。内部欠陥22が被検査板13の表面13ａからの距離ｄがｔ／２以下に存在する場合は、反射波32が反射波31よりも遅れて超音波受信子12に到達する。
【００２２】
さらに、超音波受信子12で受信される信号の時間的推移を図３で説明する。この図において、τ0 は被検査板13の厚さｔ内を 0.5往復伝播した直接透過波30が超音波受信子12に到達した時刻、τ1 は超音波が被検査板13の厚さｔ内を 0.5往復伝播するのに要する時間である。なお、33は被検査板13の厚さｔ内を0.5 往復伝播し、さらに被検査板13を１往復した透過波の信号である。
【００２３】
このように、反射波32の伝播距離が反射波31の伝播距離よりも大きいために、反射波32が反射波31よりも遅れて受信される。この図より、内部欠陥22による反射波32は、被検査板13の厚さｔ内を 0.5往復伝播した前記直接透過波30が超音波受信子12に到達した時刻τ0 から超音波が被検査板13の厚さｔ内を0.5 往復伝播するのに要する時間τ1 経過した以後であって、直接透過波30による不感帯領域から外れたところに現れ、かつ時刻τ0 から（２×τ1 ）経過以前であって、透過波33よりも早い時間に現れる。また、内部欠陥22の位置が表面13ａに近くなるほどτ2 （τ2 は超音波が被検査板13中の内部欠陥22までの距離ｄを１往復する、すなわち距離２ｄだけ伝播するのに要する時間）が小さくなるが、透過波33よりも早い時間に現れる。そのため、内部欠陥22が表面13ａの直下に存在しても、内部欠陥22による反射波32を明瞭に識別して抽出できるので、これを抽出して内部欠陥22を検出するのが好ましい。
【００２４】
内部欠陥22による反射波32の現れる時間τは下記式(3) で表される。
（τ0 ＋τ1 ）≦τ≦（τ0 ＋２×τ1 ）          ………………(3)
なお、直接透過波30の到達から該透過波の残響が終了するまでの時間をτD （図３参照）としたとき、時刻（τ0 ＋τD ）以後で、かつ、（τ0 ＋２×τ1 ）以前に受信した信号を抽出するようにすれば、反射波31および32の両方を検出することが可能である。
【００２５】
以上の説明は、内部欠陥が表面の近くに存在する場合についてであるが、次に裏面13ｂの近く、すなわち、表面13ａからの距離ｄがｔ／２以上の位置に存在する場合について説明する。この場合、図２と異なり内部欠陥22による反射波31の伝播距離が反射波32の伝播距離よりも大きくなるので、反射波31が遅れて受信される。この反射波31が前述したと同様に、直接透過波30による不感帯領域から外れたところに現れ、また、透過波33よりも早い時間に現れる。そのため、内部欠陥22が裏面13ｂの直下に存在しても、内部欠陥22による反射波31を明瞭に識別して抽出できるので、内部欠陥22が検出できて好ましい。
【００２６】
これまで説明したように、被検査板13を 0.5往復伝播した直接透過波30と、さらに被検査板13を１往復伝播した透過波33との間に現れる伝播距離が長い方の内部欠陥からの反射波を抽出するのが、ノイズとなる雑エコー成分が小さいのでより好ましいが、超音波が被検査板13を 0.5往復伝播し、さらに被検査板13を１往復以上の整数回往復伝播した透過波と該透過波よりもさらに被検査板13を１往復伝播した透過波との間に現れる伝播距離が長い方の内部欠陥からの反射波を抽出するようにしてもよい。
【００２７】
本発明では２次元的に集束した点集束型の超音波送信子と点集束型の超音波受信子を用い、超音波送信子と超音波受信子を被検査板に対して相対的に走査しているので、幅方向の分解能が高く、内部欠陥の形態を検出することが可能となった。
さらに、本発明は図４に示すように、超音波送信子11からの超音波送信ビーム11Ａが超音波受信子12の表面で焦点Ｆを結ぶようにし、かつ、超音波受信子12の超音波受信ビーム12Ａの焦点Ｇは超音波送信子11の表面となるようにするとよい。このようにすると、超音波送信子11から送信される超音波送信ビーム11Ａの強度は、被検査板13の表面に近いほど低くなるので、そこに存在する内部欠陥からの反射波の強度は小さくなるが、一方、超音波受信子12の受信効率は焦点Ｆに近い方が大きいので、被検査板13の表面に近いほど大きくなる。そのため、超音波受信子12で受信された内部欠陥からの反射波の強度は両者の効果が相殺して、内部欠陥の存在する位置が変化してもほぼ一定とすることができ、厚さ方向にわたって均一な感度とすることができるからである。
【００２８】
図５は、本発明法と従来法で人工欠陥を検出した結果を示したものである。すなわち、本発明法は前出図４に示したような焦点Ｆ，Ｇが結ぶように配置した周波数25MHz 、水中焦点距離38mmの超音波送信子11および超音波受信子12を用いて測定したものであり、また従来法は前出図９に示したように、一方向から一つの点集束型の周波数25MHz 、水中焦点距離38mmの超音波送受信子で超音波を送信し、受信する方法で測定したものである。なお、人工欠陥は板厚5.5mm の被検査板13に、表面からの距離を変化させて、厚さ方向と直角に0.2 mmφの横ドリル孔を開けて製作したものである。
【００２９】
この図から、本発明法は、従来法に比較して反射波の振幅が欠陥の表面からの距離に依らず一定であり、格段に優れた焦点深さを有し、厚さ方向にわたって均一な感度で検出できることがわかる。
次に、点集束型の超音波送信子11、点集束型の超音波受信子12および被検査板13の位置関係について、実験データに基づいて詳細に説明する。すなわち、図６は、前出図４に示したように焦点Ｆ，Ｇが結ぶように超音波送信子11と超音波受信子12を配置し、そのときの超音波送信子11と超音波受信子12間の距離をＬS とし、厚さｔが4.5mm である被検査板13を超音波送信子11と超音波受信子12の間で移動して超音波受信子12と被検査板13の間の距離Ｌ2 を変化させたときの、被検査板13の内部欠陥からの反射波の振幅およびＳ／Ｎを測定したものである。用いた超音波送信子11および超音波受信子12は周波数25MHz 、水中焦点距離38mmである。これより、被検査板13は超音波送信子11と超音波受信子12間のどの位置においても、内部欠陥による反射波の振幅およびＳ／Ｎはほとんど変化がない。すなわち、被検査板13は超音波送信子11と超音波受信子12間のどの位置においてもよいことがわかる。
【００３０】
いま、超音波送信子11と超音波受信子12の焦点距離が等しい場合、すなわち、前出図４に示したように、超音波送信ビーム11Ａの焦点Ｆが超音波受信子12の表面に一致し、超音波受信ビーム12Ａの焦点Ｇが超音波送信子11の表面と一致するように超音波送信子11と超音波受信子12を配置したとき、超音波送信子11と超音波受信子12との間の距離をＬS0とすると、この距離ＬS0は下記(4) 式のように表される。
【００３１】
ＬS0＝ＦL −｛（ＣM ／ＣL ）−１｝×ｔ            ………………(4)
ただし、ＦL ；点集束型の超音波送信子11の焦点距離、または点集束型の超音波受信子12の焦点距離、ｔ；被検査板の板厚、ＣM ；被検査材中での超音波の伝播速度、ＣL ；液中での超音波の伝播速度である。
図７はこのように超音波送信子11と超音波受信子12の焦点距離が等しい場合、距離ＬS0を基準距離として、水中で超音波送信子11と超音波受信子12との間の距離を変化させ、被検査板の内部欠陥からの反射波の振幅を測定したものである。用いた超音波送信子11および超音波受信子12は周波数；25MHz 、水中焦点距離；38mmであり、被検査板は板厚ｔが4.5 mmの薄鋼板を用いた。距離ＬS が基準距離ＬS0よりも小さいときには反射波の振幅は若干大きいが、距離ＬS が基準距離ＬS0よりも大きくなると反射波の振幅は急激に低下することがわかる。反射波の振幅が基準距離ＬS0の場合よりも３dB以上低下することは、欠陥検出におけるＳ／Ｎの低下につながり、好ましくないので、超音波送信子11と超音波受信子12との間の距離ＬS (mm)は下記(5) 式を満足することが必要である。
【００３２】
ＬS ≦ＬS0＋ＦL ×５／38                          ………………(5)
すなわち、
ＬS ≦ＦL −｛（ＣM ／ＣL ）−１｝×ｔ＋ＦL ×５／38  …………(6)
として表される。
なお、(6) 式のＦL の係数５／38は超音波送信子11および超音波受信子12の焦点距離が38mm以外の場合も考えて、一般化を図ったものである。
【００３３】
次に、超音波送信子11の焦点距離と超音波受信子12の焦点距離が等しくないときにも、次のように配置することにより、前出図５および図６に示したものと同様の効果を得ることができる。例えば、超音波送信子11の焦点距離が超音波受信子12の焦点距離よりも大きいときには、超音波送信ビーム11Ａの焦点Ｆが超音波受信子12の表面に一致するように超音波送信子11と超音波受信子12を配置する。このとき、被検査板13を超音波受信ビーム12Ａの焦点Ｇよりも超音波受信子12に近い位置におけば、前出図４を用いて説明したものと同様のことが成立する。また、超音波受信子12の焦点距離が超音波送信子11の焦点距離よりも大きいときには、超音波受信ビーム12Ａの焦点Ｇが超音波送信子11の表面と一致するように超音波送信子11と超音波受信子12を配置する。このとき、被検査板13を超音波送信ビーム11Ａの焦点Ｆよりも超音波送信子11に近い位置におけば、前出図４を用いて説明したものと同様のことが成立する。
【００３４】
また、超音波送信子11の焦点距離と超音波受信子12の焦点距離が等しくないときの両者の間隔ＬS について実験データに基づいて詳細に説明する。いま、超音波送信子11の焦点距離が超音波受信子12の焦点距離よりも大きい場合を例にとって説明する。このとき、大きい方の焦点距離をＦL とする。
そこで、超音波送信ビーム11Ａの焦点Ｆが超音波受信子12の表面に一致するように超音波送信子11と超音波受信子12とを配置したとき、超音波送信子11と超音波受信子12との間の距離をＬS0とすると、この距離ＬS0は下記(7) 式のように表される。
【００３５】
ＬS0＝ＦL −｛（ＣM ／ＣL ）−１｝×ｔ            ………………(7)
図８はこの距離ＬS0を基準距離として、水中で超音波送信子11と超音波受信子12との間の距離を変化させ、被検査板の内部欠陥からの反射波の振幅を測定したものである。用いた超音波送信子11は周波数；25MHz 、水中焦点距離；38mmであり、超音波受信子12は周波数；25MHz 、水中焦点距離；25mmである。被検査板は板厚ｔが4.5 mmの薄鋼板を用いた。
【００３６】
前出図７と同様に、距離ＬS が基準距離ＬS0よりも小さいときには反射波の振幅は若干大きいが、距離ＬS が基準距離ＬS0よりも大きくなると反射波の振幅は急激に低下することがわかる。反射波の振幅が基準距離ＬS0の場合よりも３dB以上低下することは、欠陥検出におけるＳ／Ｎの低下につながり、好ましくないと判断されるため、超音波送信子11と超音波受信子12との間の距離ＬS (mm)は下記(8) 式を満足することが必要である。
【００３７】
ＬS ≦ＬS0＋ＦL ×５／38                          ………………(8)
すなわち、
ＬS ≦ＦL −｛（ＣM ／ＣL ）−１｝×ｔ＋ＦL ×５／38  …………(9)
として表される。
なお、(9) 式のＦL の係数５／38は超音波送信子11および超音波受信子12の焦点距離が38mm以外の場合も考えて、一般化を図ったものである。
【００３８】
次に、超音波受信子12の焦点距離が超音波送信子11の焦点距離が大きい場合について、超音波送信子11として周波数；25MHz 、水中焦点距離；25mmであり、超音波受信子12として周波数；25MHz 、水中焦点距離；38mmのものを用いて実験を行ったところ、図示は省略するが、図８とほぼ同等の結果を得ることができた。したがって、超音波送信子11の焦点距離と超音波受信子12の焦点距離が等しくないときには、大きい方をＦL とし、超音波送信子11と超音波受信子12との間の距離ＬS が前出(9) 式となるように、超音波送信子11と超音波受信子12とを配置すればよい。
【００３９】
被検査板13として厚さ1.2 〜5.5 mmの薄鋼板の欠陥探傷を行う際に、本発明法を適用した。このとき用いた超音波送信子11としては周波数25MHz 、水中焦点距離38mmのものを用いて、25MHz の周波数の超音波を送信し、また超音波受信子12としては周波数25MHz 、水中焦点距離38mmのものを用いて探傷した。その結果、欠陥の厚さ方向の位置によらずに、10μm φの超微小欠陥を検出することができた。
【００４０】
なお、上記した本実施例においては、超音波送信子11と超音波受信子12を支持アーム14で保持することにより被検査板に対して対向配置された前記超音波送信子と前記超音波受信子を走査するようにしたが、本発明はこれに限るものではなく、逆に被検査板側を走査するように構成してもよいことは、言うまでもない。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、圧延金属板等の微細な介在物などの内部欠陥を表面の不感帯をなくして、全断面にわたり均一な感度で検出することができ、これによって製品の品質管理および品質そのものの向上に寄与することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の構成を示す一部斜視図を含むブロック線図である。
【図２】欠陥からの反射波の伝播経路と位置関係を示す説明図である。
【図３】受信される超音波信号と時間の関係を示す説明図である。
【図４】送信子と受信子の超音波ビームの焦点を示す説明図である。
【図５】欠陥の表面からの距離と反射波の振幅の関係を示す特性図である。
【図６】内部欠陥からの反射波の振幅およびＳ／Ｎを示す特性図である。
【図７】内部欠陥からの反射波の振幅を示す特性図である。
【図８】内部欠陥からの反射波の振幅を示す特性図である。
【図９】従来例の構成を示す一部斜視図を含むブロック線図である。
【符号の説明】
11  超音波送信子（点集束型超音波送信子）
11Ａ  超音波送信ビーム
12  超音波受信子（点集束型超音波受信子）
12Ａ  超音波受信ビーム
13  被検査板
13ａ  表面
13ｂ  裏面
14  支持アーム
15  走査装置
16  電気パルス発生器
17  受信増幅器
18  ゲート回路
19  ピーク値検出回路
20  コントローラ
21  表示器
22  内部欠陥
30  直接透過波
31, 32  反射波
33  透過波
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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