(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面波発信用の電磁超音波探触子と表面波受信用の電磁超音波探触子とを被検査材料の表面に短距離を隔てて設け、該表面波発信用の電磁超音波探触子により発信され該短距離を伝播してきた直達表面波と表面欠陥あるいは表面近くの内部欠陥から反射されてきた欠陥表面波の両方を該表面波受信用の電磁超音波探触子により受信し、増幅し、ＡＤ変換器によりディジタル化した後に該直達表面波と該欠陥表面波との相互相関関数を算出することによりランダムノイズに埋もれた欠陥表面波を抽出することを特徴とする電磁超音波検査方法
【請求項２】
板波発信用の電磁超音波探触子と板波受信用の電磁超音波探触子とを被検査材料の表面に短距離を隔てて設け、該板波発信用の電磁超音波探触子により発信され該短距離を伝播してきた直達板波と表面欠陥あるいは表面近くの内部欠陥から反射されてきた欠陥板波の両方を板波受信用の電磁超音波探触子により受信し、増幅し、ＡＤ変換器によりディジタル化した後に該直達板波と該欠陥板波との相互相関関数を算出することによりランダムノイズに埋もれた欠陥板波を抽出することを特徴とする電磁超音波検査方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波の表面波あるいは板波を用いて材料の表面あるいは表面近くの内部の欠陥を探るための検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、製鉄所でつくられる厚鋼板等の材料の表層部を検査するために超音波の表面波がよく用いられている。例えば特開平６−３３１６０３公報には可変角振動子を内部に備えたタイヤ探触子による表面欠陥検査法が開示されている。しかしこの方法ではタイヤ探触子中の可変角振動子から発せられる超音波を材料の表面に伝えるために、タイヤ探触子を水等の媒体液を介して材料表面に接触させ、タイヤ探触子と材料表面との音響的結合を確立させる必要がある。この場合に使用される水等の媒体液はタイヤ探触子周辺のみにとどまっているとは限らず、材料表面を流れて表面波の伝播路にまで広がることがあり、表面波はこの水等の媒体液を表面欠陥と区別できずに誤検出してしまうという問題があった。
【０００３】
また、薄鋼板等の材料の表層部を検査するために超音波の板波がよく用いられているがこれに用いるタイヤ探触子に関しても同じ問題があった。
【０００４】
このような問題点を解決する方法として水等の媒体液を使用する必要がなく材料に非接触で超音波を発受信できる電磁超音波法（ＥＭＡＴ）が発明され、特開平７−７７４６５公報や「超音波ハンドブック」（出版社：丸善、刊行年月：平成１１年８月）の第３章第４節に開示されている。しかしながら電磁超音波法は原理的に電気・音響エネルギー変換効率が低いために超音波を発受信する効率が悪く、これを補うために小さな超音波信号を増幅するための増幅率の大きな増幅器を使用する必要がある。増幅率の大きな増幅器は微小なランダムノイズも同時に増幅してしまうため、目的とする表面欠陥あるいは表面近くの内部欠陥から反射されてきた小さな超音波信号はランダムノイズに埋もれてしまう傾向があり誤検出の最大の原因となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、表面欠陥あるいは表面近くの内部欠陥から反射されてきたランダムノイズに埋もれた小さな超音波信号を抽出することのできる電磁超音波検査方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【問題を解決する手段】
表面波による検査に関する前記課題を解決する手段は、表面波発信用の電磁超音波探触子と表面波受信用の電磁超音波探触子とを被検査材料の表面に短距離を隔てて設け、該表面波発信用の電磁超音波探触子により発信され該短距離を伝播してきた直達表面波と表面欠陥あるいは表面近くの内部欠陥から反射されてきた欠陥表面波の両方を該表面波受信用の電磁超音波探触子により受信し、増幅し、ＡＤ変換器によりディジタル化した後に該直達表面波と該欠陥表面波との相互相関関数を算出することによりランダムノイズに埋もれた欠陥表面波を抽出するものである。
【０００７】
板波による探傷に関する前記課題を解決する手段は、板波発信用の電磁超音波探触子と板波受信用の電磁超音波探触子とを被検査材料の表面に短距離を隔てて設け、該板波発信用の電磁超音波探触子により発信され該短距離を伝播してきた直達板波と表面欠陥あるいは表面近くの内部欠陥から反射されてきた欠陥板波の両方を板波受信用の電磁超音波探触子により受信し、増幅し、ＡＤ変換器によりディジタル化した後に該直達板波と該欠陥板波との相互相関関数を算出することによりランダムノイズに埋もれた欠陥板波を抽出するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。図１は発明の実施の１例である電磁超音波検査装置の概要を示す概要図である。図１において、１は被検査体である厚鋼板、２は表面欠陥、３はパルス送信器、４は表面波発信用の電磁超音波探触子、５は表面波発信用の電磁超音波探触子４から短い距離（８ｃｍ）に設けられた表面波受信用の電磁超音波探触子、６は増幅器、７はＡＤ変換器、８はデータ蓄積器、９は演算器、１０は出力装置である。データ蓄積器８はコンピューターのＩＣメモリで構成されるが、ＩＣメモリのかわりにコンピューターのハードディスクでもよい。
１１の波形矢印は表面波発信用の電磁超音波探触子４により発信された表面波が鋼材表面を伝播し、表面欠陥２に反射されてもどっていく様子を表している。図２（ａ）は表面波発信用の電磁超音波探触子４の下面図、図２（ｂ）は表面波発信用の電磁超音波探触子４と被検体である厚鋼板１との関係を示した図である。図３（ａ）は表面波受信用の電磁超音波探触子５の下面図、図３（ｂ）は表面波受信用の電磁超音波探触子５と被検体である厚鋼板１との関係を示した図である。１２、１４は永久磁石、１３、１５は往復する繰り返し線路を有するコイルである。図２、図３では永久磁石を使用しているが電磁石を使用してもよい。図２、図３からわかるように表面波発信用の電磁超音波探触子４と表面波受信用の電磁超音波探触子５とは全く同じ構造を有している。このような構造の電磁超音波探触子が表面波を発信し、また受信できることは特開平７−７７４６５公報の図９、図１０に開示されているように一般によく知られているが以下に簡単にその原理を説明する。図２の表面波発信用の電磁超音波探触子４のコイル１３にパルス送信器３より送信電流を流すと電磁誘導により厚鋼板１の表面に渦電流が流れる。この渦電流と永久磁石１２により発している磁界との間のローレンツ力や厚鋼板１の持つ磁歪効果によって表面波が発信される。図３の表面波受信用の電磁超音波探触子の直下を表面波が通過すると発信とは全く逆の物理的過程によりコイル１５に電気信号を発生し表面波が受信されることなる。
【０００９】
実施の他の例としては図２、図３に示す電磁超音波探触子のかわりに、「超音波便覧」（出版社：丸善、刊行年月：平成１１年８月）の第３章第４節図３．９．１  に開示されている材料表面に平行な磁界成分を有するマグネットを使用したタイプのＬａｍｂ波用の電磁超音波探触子と同じ構造のものを用いても表面波を発受信できるのでこれを使用してもよいし、特開２０００−１８７０２２公報の図１に開示されている表面にＳＨ波を発受信するタイプの電磁超音波探触子を使用してもよい。
【００１０】
パルス送信器３は周波数が１ＭＨｚ、波数が１０、繰り返し周波数が４００Ｈｚであるバースト波電流を表面波発信用の電磁超音波探触子４に送信する。すると上に述べた原理により厚鋼板１の表面に表面波が発信される。この表面波は図１において、まず右方へ伝播して表面波発信用の電磁超音波探触子４より８ｃｍの距離に設けられた表面波受信用の電磁超音波探触子５により直達表面波として受信され、さらに右方へ伝播して表面波発信用の電磁超音波探触子４より２８ｃｍの距離にある表面欠陥２により反射されて左方へ伝播し表面波受信用の電磁超音波探触子５により欠陥表面波として受信される。増幅器６は直達表面波、欠陥表面波を増幅する。
【００１１】
図４には表面欠陥２が十分大きい（長さ３．５ｃｍ、深さ１ｍｍ）場合に、こうして増幅されたままの、即ち相互相関関数を算出していない従来の方法による表面波信号の例を示している。横軸は時間、縦軸は表面波信号の大きさである。図４において１６は超音波発信のためのバースト波電流によって空間を隔てた電磁的誘導により発生した電気信号である。１７は直達表面波、１８は欠陥表面波、１９はランダムノイズである。この場合は表面欠陥２が十分大きい（長さ３．５ｃｍ、深さ１ｍｍ）ので欠陥表面波１８も大きく、図４に示すように明瞭に受信されるため問題はない。
【００１２】
図５には表面欠陥２が小さい（長さ１．５ｃｍ、深さ０．３ｍｍ）場合に、増幅されたままの、即ち相互相関関数を算出していない従来の方法による表面波信号の例を示している。図５において１６は超音波発信のためのバースト波電流によって空間を隔てた電磁的誘導により発生した電気信号である。１７は直達表面波、１９はランダムノイズである。この場合には直達表面波１７は明瞭に検出されているが欠陥表面波はランダムノイズ１９に埋もれてしまい識別することが不可能であることがわかる。すなわち図５によれば表面欠陥２が小さい（長さ１．５ｃｍ、深さ０．３ｍｍ）場合は受信された欠陥表面波も小さいためにランダムノイズに埋もれてしまい、欠陥表面波として識別することは不可能となることがわかる。
【００１３】
本発明の発明者は、まず直達表面波１７と表面欠陥から反射された欠陥表面波１８を拡大して詳しく調査した結果、両者は大きさは異なるが形は非常に似ていることを見出した。さらにこのことを利用し、直達表面波とランダムノイズに埋もれた欠陥表面波との相互相関関数を算出することにより欠陥表面波を明瞭に抽出されることを見出したわけである。すなわち図１において増幅器６により増幅された超音波信号をＡＤ変換器７によりディジタル化しこれをデータ蓄積器８に蓄積する。演算器８は蓄積されたデータから直達表面波と欠陥表面波との相互相関関数を次の式により算出する。
0003581931.tif 000002
ここでＡ（ｉ×Δｔ）は、直達表面波がΔｔの時間間隔でディジタル化されてできたｉ番目のディジタル値を、Ｂ（（ｉ−ｊ）×Δｔ）は欠陥表面波がΔｔの時間間隔でディジタル化されてできた（ｉ−ｊ）番目のディジタル値を表す。Ｃ（ｊ×Δｔ）は算出された相互相関関数のｊ番目のディジタル値である。こうして算出された相互相関関数を図６に示す。図６において２０は相互相関関数を算出した結果小さくなったランダムノイズであり、２１は相互相関関数を算出した結果明瞭に現れた欠陥表面波である。こうして、図５ではランダムノイズに埋もれ識別することのできなかった欠陥表面波が、相互相関関数を算出することにより図６に示すように欠陥表面波２１が明瞭に識別できるようになったことがわかる。
【００１４】
演算器８の演算速度が十分大きい場合には、繰り返し発信されるバースト波電流の合間に演算を完了できるので、その場合にはデータ蓄積器８を必要としない。また繰り返して受信される超音波信号の１回毎に相互相関関数を算出するかわりに、繰り返して受信される超音波信号の複数回の加算平均を算出して信号対雑音比を改善してから相互相関関数を算出すれば所要時間は長くはなるがさらに効果が大きくなることは言うまでもない。  対象となる欠陥は表面欠陥とは限らず表面近くの内部欠陥でもこの方法は適用できる。被検査材料は厚鋼板とは限らずアルミニウム合金、銅等の導電性材料ならどのような材料の検査にも適用できる。  また表面波用の電磁超音波探触子と同じ構造を有する板波（Ｌａｍｂ波およびＳＨ板波）用の電磁超音波探触子による板状の導電性材料の板波（Ｌａｍｂ波およびＳＨ板波）による検査にもこの方法は適用できる。
【００１５】
【発明の効果】
相互相関関数を算出することにより、表面欠陥あるいは表面近くの内部欠陥から反射されてきたランダムノイズに埋もれた小さな欠陥表面波信号あるいは欠陥板波信号を抽出することのできる電磁超音波検査方法を実現することができ、その結果欠陥の誤検出が皆無となり信頼性も飛躍的に向上する。従前の超音波検査のように接触媒質を使用する必要もなく、その結果検査コストの大幅な削減が可能となる。本発明はこのように優れた実用的効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の相互相関法を用いた電磁超音波検査方法を説明するための電磁超音波検査装置の概要図である。
【図２】表面波発信用の電磁超音波探触子を説明するための図である。
【図３】表面波受信用の電磁超音波探触子を説明するための図である。
【図４】従来の方法で大きな表面欠陥を有する厚鋼板を検査した結果を表す図である。
【図５】従来の方法で小さな表面欠陥を有する厚鋼板を検査した結果を表す図である。
【図６】本発明の相互相関法を用いた電磁超音波検査方法で小さな表面欠陥を有する厚鋼板を検査した結果を表す図である。
【符号の説明】
１  厚鋼板
２  表面欠陥
３  パルス送信器
４  表面波発信用の電磁超音波探触子
５  表面波受信用の電磁超音波探触子
６  増幅器
７  ＡＤ変換器
８  データ蓄積器
９  演算器
１０  出力装置
１１  表面波伝播の経路
１２  永久磁石
１３  コイル
１４  永久磁石
１５  コイル
１６  空間を隔てた電磁的誘導による電気信号
１７  直達表面波
１８  欠陥表面波
１９  ランダムノイズ
２０  相互相関関数を算出した結果小さくなったランダムノイズ
２１  相互相関関数を算出した結果明瞭に現れた欠陥表面波
【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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