(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波ビームを被検部の欠陥に当て、得られた回折波の伝搬時間を測定して欠陥を表示装置に表示するようにしたサイジング用超音波探傷装置において、
可変される探傷角度と深度を変えた焦点位置とが位相整合により制御された、超音波ビームを発する送信用電子スキャンアレイプローブと、被検部の欠陥から発せられた回折波を位相整合して受信する受信用電子スキャンアレイプローブとを所定の間隔を保って配設し、かつ
該所定の間隔を保って前記送信および受信電子スキャンアレイプローブを被検部に沿って平行移動させるスキャナを設け、
検査位置としての送受信焦点位置を順次移動させて欠陥端部を焦点位置として設定するように送信用および受信用電子スキャンコントローラーと、該焦点位置で生じる回折波を取り出すためのゲート信号入力手段を設け、
前記順次移動させたＮ個の焦点位置で得られた超音波波形情報を記憶するＮ焦点メモリを有し、Ｎ焦点メモリに記憶された超音波波形情報に基づいて１ライン超音波波形情報を合成して記憶する１ライン合成焦点メモリを有し、複数個の１ライン合成焦点メモリに記憶された１ライン合成超音波波形情報に基づいて多ライン合成超音波波形情報をフレームメモリに記憶し、
この記憶された多ライン合成超音波波形情報に基づいて欠陥表示を画像化すること
を特徴とするサイジング用超音波探傷装置。
【請求項２】
超音波ビームを被検部の欠陥に当て、得られた回折波の伝搬時間を測定して欠陥を表示するようにしたサイジング探傷方法において、
送信用電子スキャンアレイプローブから探傷角度と深度を可変として焦点位置が位相整合により制御された超音波ビームを被検部の欠陥に送信して、回折波を受信用電子スキャンアレイプローブにより位相整合して受信し、検査位置としての送受信焦点位置を順次移動させて欠陥端部を焦点位置として設定し、該焦点位置で生じる回折波をゲート信号により取り出し、前記順次移動させたＮ個の焦点位置で得られた超音波波形情報を記憶し、Ｎ点の焦点位置についての超音波波形情報に基づいて１ライン伝搬時間を合成して記憶し、複数個の１ライン超音波波形情報を合成して記憶し、この記憶された超音波波形情報に基づいて欠陥を画像表示すること
を特徴とするサイジング用超音波探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用することにより溶接部等の被検体の内部状況を非破壊で検査する電子走査式超音波検査装置および方法に係り、特に、被検体の内部にできた傷の種類と大きさを評価するに好適な電子走査式超音波検査装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１１−１４６１１  号公報には、アークアレイ型の送信アレイ探触子及び受信アレイ探触子と、これらの各アレイ探触子を所要の間隔を保ったまま被検部に沿って平行移動させる機械式スキャナと、前記送信アレイ探触子より指向性の鋭い超音波ビームを扇形に送出し、前記受信アレイ探触子にて検出される被検部からの反射波信号を前記機械式スキャナに付設されたエンコーダにて検出される前記各アレイ探触子の位置信号に応じてフレームメモリ上の所要のアドレスに順次格納する回路部と、前記フレームメモリに格納された反射波信号をリアルタイムで３次元情報による映像として表示する画像表示部とを備え、前記回路部に、セクタスキャン中の各時点における送信アレイ探触子及び受信アレイ探触子のビーム指向領域が交差する位置で超音波ビームを集束するように指向性を調整するための遅延時間調整手段を設けた電子走査式超音波検査装置が記載されている。
【０００３】
ＴＯＦＤ（ＴＩＭＥ  ＯＦ  ＦＬＩＧＨＴ  ＤＥＦＦＲＡＣＴＩＯＮ）法を用いたサイジング用超音波探傷装置について説明する。尚、ＴＯＦＤ法は、英国の規格ＢＳ７７０６（１９９３）に規定されている。送信用固定角探触子より超音波を発信し、欠陥よりの回折波を受信用固定角探触子で受信する。送受信探触子を一定間隔に保持しながら、制御装置の制御により探触子全体を水平方向Ｘに移動させるスキャナからの位置信号と、超音波探傷器からの超音波信号とをそれぞれ入力し、ＴＯＦＤ処理を行う、データ収録処理装置にて構成される。データ収録処理装置では、横軸に探触子の移動距離、縦軸に超音波の伝搬時間を表示し、回折波の表示を確認して、欠陥の寸法を求める。このＴＯＦＤの手法は、サイジングしようとする欠陥に対し、超音波を適切に入射、回折波を受信することが必要で、一般的には、４５度〜５５度方向より超音波を入射し、反対の４５度〜５５度方向から受信することが必要となる。送受信用探触子は、通常の探触子よりビームの広がりを大きくして、欠陥各所からの回折波を得る様にしているが、サイジングしようとしている欠陥の深さ，形状によってはビームの広がり等により、欠陥端部からの回折波が得られない場合がある、回折波が得にくい欠陥についてはその都度、最適な探傷角度の探触子を選択交換することが必要となっていた。又、ビームの広がりにより、回折波そのものの強度が弱くなることもあり、欠陥検出性の低下要因ともなっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＴＯＦＤ法による探傷時に、探傷角度の選定のための時間を少なくし、欠陥の深さ，被検査体の板厚が変っても、簡単な設定で、探触子の交換が不要で、かつ欠陥の検出性を向上したＴＯＦＤ法の探傷法が採用できる超音波探傷装置および方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、超音波ビームを被検部の欠陥に当て、得られた回折波の伝搬時間を測定して欠陥を表示するようにしたサイジング探傷方法において、
送信用電子スキャンアレイプローブから探傷角度と深度を可変として焦点位置が位相整合により制御された超音波ビームを被検部の欠陥に送信して、回折波を受信用電子スキャンアレイプローブにより位相整合して受信し、検査位置としての送受信焦点位置を順次移動させて欠陥端部を焦点位置として設定し、該焦点位置での回折波の強度を強め、Ｎ個の焦点位置で得られた超音波波形情報を記憶し、Ｎ点の焦点位置についての超音波波形情報に基づいて１ライン超音波波形情報を合成して記憶し、複数個の１ライン超音波波形情報を合成して記憶し、この記憶された超音波波形情報に基づいて欠陥を示す超音波波形情報を画像表示するようにした。
【０００６】
本発明は、具体的には、超音波ビームを被検部の欠陥に当て、得られた回折波の伝搬時間を測定して欠陥を表示装置に表示するようにしたサイジング用超音波探傷装置において、可変される探傷角度と深度を変えた焦点位置とが位相整合により制御された、超音波ビームを発する送信用電子スキャンアレイプローブと、被検部の欠陥から発せられた回折波を位相整合して受信する受信用電子スキャンアレイプローブとを所定の間隔を保って配設し、かつ該所定の間隔を保って前記送信および受信電子スキャンアレイプローブを被検部に沿って平行移動させるスキャナを設け、Ｎ個の焦点位置で得られた超音波波形情報を記憶するＮ焦点メモリを有し、Ｎ焦点メモリに記憶された超音波波形情報に基づいて１ライン超音波波形情報を合成した情報を記憶する１ライン合成焦点メモリを有し、複数個の１ライン合成焦点メモリに記憶された１ライン合成超音波波形情報に基づいて多ライン合成超音波波形情報をフレームメモリに記憶し、この記憶された多ライン合成超音波波形情報に基づいて欠陥表示超音波波形情報を濃淡として画像化するサイジング用超音波探傷装置を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる一実施例を図面に基づいて説明する。
【０００８】
図１は本発明の一実施例の概略構成を示す。探触子に電子スキャンプローブ１（１ａ，１ｂ）を使用する。電子スキャンプローブ１ａから超音波を被検査体６に発信し、欠陥７（７ａ，７ｂ）よりの回折波を電子スキャンプローブ１ｂで受信する。電子スキャンプローブ１ａ，１ｂを一定間隔に保持しながら、制御装置４の制御により電子スキャンプローブ１ａ，１ｂを探触子スキャナ３により水平方向Ｘに移動させ、探傷子スキャナ３からの位置信号をデータ収録処理装置５に入力する。電子スキャンコントローラ２により超音波の送受信をコントロールで増幅し、回折されて受信された超音波信号をデータ収録処理装置５に入力する。データ収録処理装置５は得られた信号を使用し、後述するようにしてＴＯＦＤ処理を行い、横軸に探触子である電子スキャンプローブ１ａ，１ｂの移動距離、縦軸に超音波の伝搬時間を画像装置の画面に表示し、欠陥の位置，寸法を求める。
【０００９】
電子スキャンコントローラ２により探傷角度と焦点距離とを位相整合により制御を行う。これによって、欠陥７に対し、指向のあるビームから最適なビームを選択して電子スキャンプローブ１ａ，１ｂにより超音波を発信し、回折波を受信することができる。固定角探触子によっては回折波の受信が困難である欠陥７ａについても順次探傷角度を変更可能であるので最適な探傷角度で最適な送受信が可能になる。
【００１０】
この場合、被検査体６の深さ方向に順次焦点を合わせ欠陥の端部に超音波を収束し、合わせた焦点における回折波の伝搬時間（伝搬路程ともいう。）でＴＯＦＤ処理を実施することで回折波を確実に捉えることができる。
【００１１】
図２に電子スキャンプローブの焦点の設定方法を示す。送信用電子スキャンプローブ１ａと受信用電子スキャンプローブ１ｂの間で一般的には、送受信の中間位置の検査対象の欠陥のあるライン１０ａ上を順次、焦点位置として、送受信の超音波特性を設定していくことにより、欠陥７ａ，７ｂに焦点が移動し、これにより、欠陥端部からの回折波の強度を強めることができる。
【００１２】
図３は、上記の焦点が移動にともなって得られる超音波波形を示しており、焦点が合った部分の焦点範囲１０ｄ，１０ｅのエコーを選択することができる。
【００１３】
図４は、実施例の構成をブロックで示す。図において電子スキャンコントローラ２によって送信遅延制御回路２１，受信遅延制御回路２２を制御し、パルサ回路切換器２３から遅延された信号を電子スキャンプローブ１ａの各超音波振動素子から被検査体６に発信する。回折波は電子スキャンプローブ１ｂの各超音波振動素子によって受信され、プリアンプ切換器２４を介して受信遅延回路２５に送られる。スキャンごとに回折された信号は加算器２６で加算され、Ａ／Ｄ変換器２７でＡ／Ｄ変換されて焦点メモリ２８に送られる。焦点メモリ２８は１焦点メモリからＮ焦点メモリまでのＮ個から構成され、１つの焦点に合わせた欠陥ライン１０ａ上の受信信号が記憶される。ここで焦点への集束方法について説明する。
【００１４】
まず図５に超音波を任意の点に集束する方法を示す。
【００１５】
検査対象（鋼材）の任意の深さに超音波を集束送信するには、円弧状に配列した振動子素子群の中の、任意の索子群（同図では７素子／群）によって行う。各素子から超音波を同時に送信すると超音波の干渉により点線で示されるごとく伝搬し、各素子を配列した円弧ａ−ａ′面の曲率中心０ａに焦点を結ぶことになる。即ち、索子毎に設けたディレイラインによる遅延時間（Δｔ）を与えることにより、送信パルスにΔｔ分の時間遅れが発生し、このため各素子で送信される超音波はあたかも円弧ｂ−ｂ′面上から送信されたごとく伝搬し、反射体０ｂ点で集束する。受信側は、同図（ａ）の受信において、超音波が０′点で反射し、受信側の各索子で時間差（位相差）をもって受信する。そこで、送信時と同様の遅延時間を設定することにより各受信信号の位相が揃えられ、加算器によって一つの信号に合成される。これにより、該焦点位置での回折波の強度を強めることが可能となる。
【００１６】
次に、超音波の入射角度の制御の方法を図６に示す。
【００１７】
図６に示すように振動子索子群の中から、常に超音波束に必要な素子数を１組として例えば、（１），（２），（３）と１素子毎順次シフトさせれば超音波の入射角が素子の配列ピッチに対応してθｉｐ，２θｉｐ，３θｉｐ…と変化する。従って被検査体中には、入射角に基づいた屈折角で回折した超音波が入射する。
【００１８】
以上のように電子スキャン法は、振動子索子群に遅延時間を与えることで超音波を被検査体の任意の位置に集束させ、送受信する素子群を順次切換えることによって、任意の角度（可変角）による探傷が可能となる。
【００１９】
電子スキャンコントローラ２には、検査位置として焦点位置を順次移動させて欠陥端部を焦点位置として設定する焦点設定位置設定手段と、および該焦点位置での回折波の強度を強める回折波強度設定手段とを設ける。
【００２０】
図４に戻って、焦点メモリ２８のＮ個の焦点メモリに記憶された伝搬時間情報に基づいて１ライン伝搬時間合成がなされる。
【００２１】
図７に示すように、この焦点範囲で得られるエコーをＴＯＦＤ処理画面状で順次１０ｄ，１０ｅと合成していくことにより、従来のＴＯＦＤ法にて得られる超音波ビームの広がりにより伝搬時間の変化図形が深さ毎に超音波ビームの強度が強まった形で、同様に得ることができ、欠陥検出性の向上したＴＯＦＤ法を使用したサイジング用超音波探傷装置を実現できる。
【００２２】
Ｎ焦点メモリに記憶された超音波波形情報に基づいて１ライン合成焦点メモリ２９に１ライン超音波波形情報を記憶する。この１ライン合成焦点メモリは複数個設けられており、複数個の１ライン合成焦点メモリ２９に記憶された１ライン合成超音波波形情報と、探触子スキャナ３の水平方向移動量Ｘに基づいて多ライン合成超音波波形をフレームメモリ３０に記憶する。この多ライン合成は、電子スキャンコントローラ２によって探触子スキャナ３の水平方向への移動指令が与えられ、その座標位置が座標発生回路３２により計測される。この記憶された多ライン合成超音波波形情報に基づいて欠陥表示超音波波形情報を画像化信号を作り、この信号によって画像部３１（画像装置の表示部）に欠陥の表示を行う。
【００２３】
図８に１ライン伝搬時間を合成するステップを示す。欠陥を７ａ，欠陥検査ライン１０ａ，欠陥下端をＰ２，上端をＢ３，底面をＰ１，表面をＰ４で示す。（イ）に示すように、Ｐ１に焦点を設定したときには、Ｐ１に大きな回折波信号が現われ、この信号はゲート信号Ｐ１１として入力される。順次焦点を上に持って来て、（ロ）に示すように、Ｐ２に焦点を設定したときに、回折波信号は回折強度が強められ、Ｐ２に大きな回折波信号が現われる。この焦点位置の超音波波形をゲート信号Ｐ２１により抽出すれば、回折強度が強められた超音波だけ取り出すことができる。
【００２４】
更に焦点が上にあげられて（ハ）に示すように、Ｐ３に焦点を設定したときに、Ｐ３に大きな回折波信号が現われる。この時、ゲート信号Ｐ３１により回折強度が強められた超音波波形だけを取り出すことができる。焦点が表面に設定されるとゲート信号Ｐ４１により表面の超音波波形を取り出すことができる。
【００２５】
このようにして作られた回折信号を合成して（ホ）に示すような１ライン超音波波形が作られ、１ライン焦点合成メモリ２９に記憶される。記憶された後の処理は前述した通りである。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、１組の電子スキャンアレイプローブを用いることにより、異なる深さの欠陥のサイジングを最適な角度で、ＴＯＦＤ法を用いて探傷することができる。また、焦点を移動させることにより欠陥端部からの回折波を強め、欠陥検出性を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す電子スキャンプローブを使用したＴＯＦＤ法によるサイジング装置の概略構成図。
【図２】焦点移動説明図。
【図３】焦点移動時の焦点範囲と検出エコー説明図。
【図４】本発明の実施例を示すブロック図。
【図５】ビーム集束説明図。
【図６】電子スキャン扇形走査説明図。
【図７】焦点移動時のＴＯＦＤ画面表示方法説明図。
【図８】１ライン超音波波形合成ステップ図。
【符号の説明】
１ａ…送信用電子スキャンプローブ、１ｂ…受信用電子スキャンプローブ、２…電子スキャンコントローラ、３…探触子スキャナ、４…制御装置、５…データ収録処理装置、６…被検査体、７ａ，７ｂ…欠陥、８…超音波探傷器、９ａ…送信用固定角探触子、９ｂ…受信用固定角探触子、１０ａ…欠陥検査ライン、１０ｂ，１０ｃ…収束超音波ビーム、１０ｄ，１０ｅ…焦点範囲。
【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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