(57)【要約】【課題】  高い集束効果が得られる範囲（音圧大の領域）を更に広くすることができるフェーズドアレイ超音波探傷方式の超音波探傷装置を提供する。【解決手段】  複数の振動子１５を円弧状など配列してなる振動子群１６を第１の楔１７に取り付けた構成であって、且つ、第１の楔の超音波出射面１７ａが円弧状の凹面形状となっているフェーズドアレイ探触子１１と、フェーズドアレイ探触子と被検体１８との間に設置され、第１の楔の超音波出射面に接する超音波入射面２０ａが、第１の楔の超音波出射面の円弧状の凹面形状に合わせた円弧状の凸面形状となっている第２の楔２０と、フェーズドアレイ探触子を第２の楔の超音波入射面に沿って移動させたときの被検体に対するフェーズドアレイ探触子の角度を検知する角度検知手段とを有する構成とする。或いは、複数の振動子を円弧状に配列してなる振動子群を部分的に駆動するようにしてもよい。【選択図】        図１
2006194591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の振動子を円弧状又は直線状に配列してなる振動子群を第１の楔に取り付けた構成であって、且つ、前記第１の楔の超音波出射面が円弧状の凹面形状となっているフェーズドアレイ探触子と、
前記フェーズドアレイ探触子と被検体との間に設置され、前記第１の楔の超音波出射面に接する超音波入射面が、前記第１の楔の超音波出射面の円弧状の凹面形状に合わせた円弧状の凸面形状となっている第２の楔と、
前記フェーズドアレイ探触子を前記第２の楔の超音波入射面に沿って移動させたときの前記被検体に対する前記フェーズドアレイ探触子の角度を検知する角度検知手段とを有することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波探傷装置において、
前記フェーズドアレイ探触子は、前記振動子群に代えて、径の異なる複数の円形振動子を同心円状に配列してなる円形振動子群を前記第１の楔に取り付けてなるものであることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項３】
請求項１又は２の何れか１項に記載の超音波探傷装置において、
前記角度検知手段は、
前記フェーズドアレイ探触子を前記第２の楔の超音波入射面に沿って移動させたときの前記フェーズドアレイ探触子の移動距離を求める移動距離検知手段と、
この移動距離検知手段の移動距離検知信号に基づいて前記フェーズドアレイ探触子の角度を算出する角度算出手段とを有してなるものであることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波探傷装置において、
前記移動距離検知手段は、
前記フェーズドアレイ探触子に回転可能に取り付けられ、前記フェーズドアレイ探触子が前記第２の楔の超音波入射面に沿って移動するのにともなって前記第２の楔の超音波入射面上を転動する車輪と、
この車輪の回転を検知するエンコーダと、
このエンコーダの回転検知信号を処理して前記フェーズドアレイ探触子の移動距離を求めるエンコーダ出力装置とを有してなるものであることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項５】
複数の振動子を円弧状に配列してなる振動子群を楔に取り付けた構成のフェーズドアレイ探触子と、
前記振動子群を部分的に振動させて超音波を発信させ、且つ、この振動させる部分を変更可能な振動子駆動手段とを有することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波探傷装置において、
前記フェーズドアレイ探触子と被検体との間に他の楔を介設したことを特徴とする超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は配管や容器などの被検体の欠陥を検査するフェーズドアレイ超音波探傷方式の超音波探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＳＵＳの配管や容器などの被検体の溶接部などを検査するには、フェーズドアレイ超音波（ＵＴ）探傷法が有効とされている。本手法は超音波ビームを集束することができる、可変角（屈折角）探傷が可能である、などのメリットを有している。
【０００３】
図６（ａ）はフェーズドアレイ超音波探傷を行う従来の超音波探傷装置の要部構成図（正面図）、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ方向矢視図（側面図）である。図６（ａ）に示すように本超音波探傷装置は、複数の振動子（圧電素子）２を円弧状に配列してなる振動子群３を楔４に取り付けた構成のフェーズドアレイ探触子１を有している。振動子群３は楔４の超音波出射面４ａと反対側に凸の円弧状となっており、且つ、同超音波出射面４ａに対して傾斜した状態で取り付けられている。
【０００４】
被検体５の探傷検査を行う際、フェーズドアレイ探触子１は被検体５の表面（超音波入射面）５ａ上に配置されて楔４の超音波出射面４ａが被検体５の超音波入射面５ａに接する。なお、被検体５の超音波入射面５ａには水やグリセリンなどの接触媒質が塗布される。図示しない探傷器から電圧を印加して振動子群３の各振動子２を駆動（振動）して超音波を発信させると、この超音波ビーム６は被検体５に入射され、且つ、振動子２が円弧状に配列されているため正面からみて図６（ａ）のように被検体５内で集束する。また、各振動子２の形状も円弧状となっているため、超音波ビーム６は図６（ｂ）に示すように側面からみても被検体５内で集束する。そして、この超音波ビーム６の集束位置は図示しない探傷器で各振動子２のディレイ時間（励起時間）を調整することによって適宜変更することができる。即ち、所定の探傷角度範囲で超音波ビーム６を振らせることができる。
【０００５】
なお、フェーズドアレイ探触子を有する超音波探傷装置の従来例としては下記の特許文献１，２が挙げられる。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２２９８７９号公報
【特許文献２】特開平１１−１６０２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、フェーズドアレイ探触子１は、振動子群３が円弧状で曲率が一定であるため、音圧の高い範囲が限定される。即ち、超音波ビーム６の集束効果が高い領域が制限される。例えば図６（ａ）に示す領域Ｒ１は超音波ビーム６の集束効果が大きい領域（音圧大の領域）となるが、領域Ｒ２は超音波ビーム６の集束効果が小さい領域（音圧小の領域）となり、高い集束効果が得られる範囲（領域）が狭い。そこで、被検体の探傷検査精度を更に向上させるためには、高い集束効果が得られる範囲（音圧大の領域）を更に広くする必要がある。
【０００８】
従って本発明は上記の事情に鑑み、高い集束効果が得られる範囲（音圧大の領域）を更に広くすることができるフェーズドアレイ超音波探傷方式の超音波探傷装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する第１発明の超音波探傷装置は、複数の振動子を円弧状又は直線状に配列してなる振動子群を第１の楔に取り付けた構成であって、且つ、前記第１の楔の超音波出射面が円弧状の凹面形状となっているフェーズドアレイ探触子と、
前記フェーズドアレイ探触子と被検体との間に設置され、前記第１の楔の超音波出射面に接する超音波入射面が、前記第１の楔の超音波出射面の円弧状の凹面形状に合わせた円弧状の凸面形状となっている第２の楔と、
前記フェーズドアレイ探触子を前記第２の楔の超音波入射面に沿って円弧状に移動させたときの前記被検体に対する前記フェーズドアレイ探触子の角度を検知する角度検知手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、第２発明の超音波探傷装置は、第１発明の超音波探傷装置において、
前記フェーズドアレイ探触子は、前記振動子群に代えて、径の異なる複数の円形振動子を同心円状に配列してなる円形振動子群を前記第１の楔に取り付けてなるものであることを特徴とする。
【００１１】
また、第３発明の超音波探傷装置は、第１又は第２発明の超音波探傷装置において、
前記角度検知手段は、
前記フェーズドアレイ探触子を前記第２の楔の超音波入射面に沿って移動させたときの前記フェーズドアレイ探触子の移動距離を求める移動距離検知手段と、
この移動距離検知手段の移動距離検知信号に基づいて前記フェーズドアレイ探触子の角度を算出する角度算出手段とを有してなるものであることを特徴とする。
【００１２】
また、第４発明の超音波探傷装置は、第３発明の超音波探傷装置において、
前記移動距離検知手段は、
前記フェーズドアレイ探触子に回転可能に取り付けられ、前記フェーズドアレイ探触子が前記第２の楔の超音波入射面に沿って移動するのにともなって前記第２の楔の超音波入射面上を転動する車輪と、
この車輪の回転を検知するエンコーダと、
このエンコーダの回転検知信号を処理して前記フェーズドアレイ探触子の移動距離を求めるエンコーダ出力装置とを有してなるものであることを特徴とする。
【００１３】
また、第５発明の超音波探傷装置は、複数の振動子を円弧状に配列してなる振動子群を楔に取り付けた構成のフェーズドアレイ探触子と、
前記振動子群を部分的に振動させて超音波を発信させ、且つ、この振動させる部分を変更可能な振動子駆動手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
また、第６発明の超音波探傷装置は、第５発明の超音波探傷装置において、
前記フェーズドアレイ探触子と被検体との間に他の楔を介設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明の超音波探傷装置によれば、複数の振動子を円弧状又は直線状に配列してなる振動子群を第１の楔に取り付けた構成であって、且つ、前記第１の楔の超音波出射面が円弧状の凹面形状となっているフェーズドアレイ探触子と、前記フェーズドアレイ探触子と被検体との間に設置され、前記第１の楔の超音波出射面に接する超音波入射面が、前記第１の楔の超音波出射面の円弧状の凹面形状に合わせた円弧状の凸面形状となっている第２の楔と、前記フェーズドアレイ探触子を前記第２の楔の超音波入射面に沿って移動させたときの前記被検体に対する前記フェーズドアレイ探触子の角度を検知する角度検知手段とを有することを特徴とするため、フェーズドアレイ探触子を第２の楔の超音波入射面に沿って移動（スライド）させることにより、被検体に対するフェーズドアレイ探触子の角度を任意に変更することができ、且つ、このときのフェーズドアレイ探触子の角度を角度検知手段によって検知することができるため、高い集束効果が得られる範囲（音圧大の領域）を、従来のフェーズドアレイ超音波探傷方式の超音波探傷装置に比べて、更に広くすることができる。このため、被検体の探傷検査精度を更に向上させることができる。
【００１６】
第２発明の超音波探傷装置によれば、フェーズドアレイ探触子は、径の異なる複数の円形振動子を同心円状に配列してなる円形振動子群を第１の楔に取り付けてなるものであることを特徴とするため、円弧状の振動子群を用いる場合に比べて、被検体の板厚方向において高い集束効果が得られる範囲（音圧大の領域）を拡大することができるため、被検体の板厚方向での欠陥検出性能が向上する。
【００１７】
第３発明の超音波探傷装置によれば、角度検知手段は、フェーズドアレイ探触子を第２の楔の超音波入射面に沿って移動させたときの前記フェーズドアレイ探触子の移動距離を求める移動距離検知手段と、この移動距離検知手段の移動距離検知信号に基づいてフェーズドアレイ探触子の角度を算出する角度算出手段とを有してなるものであることを特徴とするため、フェーズドアレイ探触子の角度を容易に求めることができる。
【００１８】
第４発明の超音波探傷装置によれば、移動距離検知手段は、フェーズドアレイ探触子に回転可能に取り付けられ、前記フェーズドアレイ探触子が第２の楔の超音波入射面に沿って移動するのにともなって前記第２の楔の超音波入射面上を転動する車輪と、この車輪の回転を検知するエンコーダと、このエンコーダの回転検知信号を処理して前記フェーズドアレイ探触子の移動距離を求めるエンコーダ出力装置とを有してなるものであることを特徴とするため、簡易な構成で容易にフェーズドアレイ探触子の移動距離を求めることができる。
【００１９】
第５発明の超音波探傷装置によれば、複数の振動子を円弧状に配列してなる振動子群を楔に取り付けた構成のフェーズドアレイ探触子と、前記振動子群を部分的に振動させて超音波を発信させ、且つ、この振動させる部分を変更可能な振動子駆動手段とを有することを特徴とするため、機械的なスライド機構などを用いることなく、高い集束効果が得られる範囲（音圧大の領域）を、従来のフェーズドアレイ超音波探傷方式の超音波探傷装置に比べて、更に広くすることができ、被検体の探傷検査精度を更に向上させることができる。
【００２０】
第６発明の超音波探傷装置によれば、フェーズドアレイ探触子と被検体との間に他の楔を介設したことを特徴とするため、この付加した他の楔を適宜選択して用いることにより、高い集束効果が得られる範囲（音圧大の領域）を被検体の板厚方向などに更に拡大することができて、被検体の探傷検査精度が更に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づき、詳細に説明する。
【００２２】
＜実施の形態例１＞
図１（ａ）は本発明の実施の形態例１に係る超音波探傷装置の構成図、図１（ｂ）は前記超音波探傷装置の振動子群の斜視図である。
【００２３】
図１（ａ）に示すように、本実施の形態例１のフェーズドアレイ超音波探傷方式の超音波探傷装置はフェーズドアレイ探触子１１、探傷器１２、エンコーダ１３、エンコーダ出力装置１４などを有している。フェーズドアレイ探触子１１は複数の振動子（圧電素子）１５を円弧状に配列してなる振動子群１６を、第１の楔１７に取り付けた構成となっている。振動子群１６は第１の楔１７の超音波出射面１７ａと反対側に凸の円弧状となっており、且つ、同超音波出射面１７ａに対して傾斜した状態で取り付けられている。また、図１（ｂ）に示すように、各振動子１５の形状も円弧状となっている。
【００２４】
そして、図１（ａ）に示すように、第１の楔１７の超音波出射面１７ａは円弧状の凹面形状となっている。また、第１の楔１７には車輪１９が回転可能に取り付けられ、且つ、車輪１９の回転を検出するエンコーダ１３も取り付けられている。
【００２５】
また、フェーズドアレイ探触子１１を用いてＳＵＳなどの配管、容器、板材などの被検体１８の探傷検査を行う際には、第２の楔２０が、フェーズドアレイ探触子１１（第１の楔１７）と被検体１８の表面（超音波入射面）１８ａとの間に設置される。なお、このとき第２の楔２０の超音波入射面２０ａや被検体１８の超音波入射面１８ａには水やグリセリンなどの接触媒質が塗布される。第２の楔２０は第１の楔１３と同じ材質のものが望ましいが、必ずしもこれに限定するものではなく、第１の楔１７と異なる材質のものでもよい。第２の楔２０は、裏面（超音波出射面）２０ｂが、被検体１８の超音波入射面１８ａに合わせた形状（図示例では平坦な形状）となっている一方、表面（第１の楔１７の超音波出射面１７ａに接する超音波入射面）２０ａが、第１の楔１７の超音波出射面１７ａの円弧状の凹面形状に合わせた円弧状の凸面形状となっている。また、車輪１９の外周面１９ａも、第２の楔２０の超音波入射面２０ａに接している。
【００２６】
従って、フェーズドアレイ探触子１１（第１の楔１７）は矢印Ｃのように第２の楔２０の超音波入射面２０ａに沿って移動（スライド）することができ、且つ、このフェーズドアレイ探触子１１（第１の楔１７）の移動にともなって車輪１９が第２の楔２０の超音波入射面２０ａ上を矢印Ｂのように転動し、このときの車輪１９の回転をエンコーダ１３によって検出することができる。なお、車輪１９はタイヤ（ゴム）を装着することなどにより、第２の楔２０の超音波入射面２０ａとの間の摩擦力を大きくして同超音波入射面２０ａ上を滑らずに確実に転動するようにすることが望ましい。このことは第２の楔２０の超音波入射面２０ａに水やグリセリンなどの接触媒質を塗布する場合に特に有効である。
【００２７】
エンコーダ１３の回転検出信号（パルス信号）はエンコーダ出力装置１４へ送出される。エンコーダ出力装置１４ではエンコーダ１３から送られてくる回転検出信号に基づいてフェーズドアレイ探触子１１の移動距離を算出する。即ち、車輪１９、エンコーダ１３及びエンコーダ出力装置１４は移動距離検知手段を構成している。この場合、フェーズドアレイ探触子１１を最初に第２の楔２０の超音波入射面２０ａ上に設置したときの当該超音波入射面２０ａ上の位置を初期位置として、探傷検査員がキーボードなどの入力装置でエンコーダ出力装置１４へ入力しておき、エンコーダ出力装置１４ではエンコーダ１３の回転検出信号に基づいて当該初期位置からのフェーズドアレイ探触子１１の移動距離を求める。エンコーダ出力装置１４で求めた移動距離の信号は探傷器１２へ送出される。
【００２８】
探傷器１２は入出力情報（データ）の入出力制御や信号処理などを行うための計算機（パーソナルコンピュータ）２１と、ディレイ時間設定装置２２と、パルサ・レシーバ２３とを備えている。エンコーダ出力装置１４から送られてくる移動距離信号は計算機２１に取り込まれる。そして、計算機２１では前記移動距離信号、即ちフェーズドアレイ探触子１１の移動距離に基づいて下式（１）により、フェーズドアレイ探触子１１（振動子群１６）の角度、即ち被検体１８の超音波入射面１８ａに対するフェーズドアレイ探触子１１（振動子群１６）の角度（超音波入射角）を算出する。
角度＝移動距離÷曲率半径      ・・・（１）
【００２９】
上式（１）において曲率半径は第２の楔２０の超音波入射面２０ａの曲率半径であり、探傷検査員がキーボードなどの入力装置で予め計算機２１に入力しておく。また、上式（１）で得られる角度はフェーズドアレイ探触子１１が移動する前の位置からの相対的な角度であるため、探傷検査員はフェーズドアレイ探触子１１を最初に第２の楔２０の超音波入射面２０ａ上に設置したときのフェーズドアレイ探触子１１（振動子群１６）の基準（初期）の角度（被検体１８の超音波入射面１８ａに対する絶対的な角度）を、適宜の角度計測器を用いて計測し、前記入力装置で予め計算機２１に入力しておく。従って、計算機２１では、この絶対的な基準の角度と、上式（１）で算出した相対的な角度とに基づいてフェーズドアレイ探触子１１（振動子群１６）の絶対的な角度（被検体１８の超音波入射面１８ａに対する絶対的な角度）を算出する。この角度算出手段としての計算機２１と、前述の移動距離検知手段としての車輪１９、エンコーダ１３及びエンコーダ出力装置１４とは角度検知手段を構成している。
【００３０】
また、その他、超音波のフォーカス計算に必要な入力情報（入力パラメータ）も、探傷検査員が前記入力装置で計算機２１に入力する。この入力情報（入力パラメータ）としては被検体の板厚、探傷ピッチ、探傷角度範囲、探触子高さ（第２の楔２０の板厚によって決まる被検体表面からの探触子の高さ）などがある。そして、計算機２１ではこの入力情報（入力パラメータ）と、算出したフェーズドアレイ探触子１１（振動子群１６）の角度（超音波入射角）とを初期値データとして用いて、計算機２１にインストールされている公知のフォーカス計算ソフトを実行することにより超音波の集束計算（フォーカス計算）を実施し、所望の探傷条件で探傷を行う。
【００３１】
ディレイ時間設定装置２２では、前記入力装置から計算機２１を介してディレイ時間設定装置２２に入力された前記探傷角度範囲（超音波ビームを振らす範囲）に基づいて、振動子群１６の各振動子１５のディレイ時間を設定する。即ち、パルサ・レシーバ２３から各振動子１５へパルス電圧を印加して各振動子１５を励起（振動）させることにより、各振動子１５が超音波を発信するタイミング（各振動子１５から発信する超音波の位相）を設定する。パルサ・レシーバ２３では、ディレイ時間設定装置２２で設定されたディレイ時間に基づくタイミングで各振動子１５を順次駆動（各振動子１５に順次パルス電圧を印加）して超音波（超音波ビーム２５）を発信させる（パルサ機能）。
【００３２】
その後、振動子群１６（振動子１５）から発信した超音波（超音波ビーム２５）の反射エコーが、第２の楔２０及び第１の楔１７を介して振動子群１６（振動子１５）で検知され、この検知信号（探傷信号）がパルサ・レシーバ３３によって受信される（レシーバ機能）。パルサ・レシーバ３３で受信した探傷信号は計算機２１へ送出され、計算機２１ではこの探傷信号を信号処理して探傷データを生成する。
【００３３】
この場合、振動子群１６から発信された超音波ビーム２５は、振動子群１６が複数の振動子１５を円弧状に配列したものであるため、前記探傷角度範囲に基づいて設定された前記ディレイ時間によって決まる被検体１８内の領域（前記探傷角度範囲の領域）の各部に集束する。即ち、超音波ビーム２５が振られて前記領域の各部の音圧が大きくなる。なお振動子群１６は複数の振動子１５を円弧状に配列しただけではなく、各振動子１５の形状も円弧状となっているため、振動子群１６から発信した超音波ビーム２５は図１（ｂ）に示すように正面からみても側面からみても集束する。
【００３４】
そして、フェーズドアレイ探触子１１を第２の楔２０の超音波入射面２０ａに沿って移動（スライド）させれば、超音波ビーム２５が集束して音圧大となる領域（集束効果大の領域）を変更することができる。例えば、フェーズドアレイ探触子１１を図１（ａ）に実線で示すような第２の楔２０の超音波入射面２０ａ上の位置に移動させたときには、領域Ｒ１１が音圧大（集束効果大）の領域となり、フェーズドアレイ探触子１１を図１（ａ）に一点鎖線で示すような第２の楔２０の超音波入射面２０ａ上の位置に移動させたときには、領域Ｒ１２が音圧大（集束効果大）の領域となる。
【００３５】
以上のように、本実施の形態例１の超音波探傷装置によれば、複数の振動子１５を円弧状に配列してなる振動子群１６を第１の楔１７に取り付けた構成であって、且つ、第１の楔１７の超音波出射面１７ａが円弧状の凹面形状となっているフェーズドアレイ探触子１１と、フェーズドアレイ探触子１１と被検体１８との間に設置され、第１の楔１７の超音波出射面１７ａに接する超音波入射面２０ａが、第１の楔１７の超音波出射面１７ａの円弧状の凹面形状に合わせた円弧状の凸面形状となっている第２の楔２０と、フェーズドアレイ探触子１１を第２の楔２０の超音波入射面２０ａに沿って移動（スライド）させたときの被検体１１に対するフェーズドアレイ探触子１１（振動子群１６）の角度を検知する角度検知手段とを有することを特徴とするため、フェーズドアレイ探触子１１を第２の楔２０の超音波入射面２０ａに沿って移動させることにより、被検体１１に対するフェーズドアレイ探触子１１（振動子群１６）の角度を任意に変更することができ、且つ、このときのフェーズドアレイ探触子１１の角度を角度検知手段によって検知することができるため、高い集束効果が得られる範囲（音圧大の領域）を、従来のフェーズドアレイ超音波探傷方式の超音波探傷装置に比べて、更に広くすることができる。従って、被検体１８の探傷検査精度（溶接部などにおける欠陥（傷）の深さ（長さ）のサイジング精度など）を更に向上させることができる。
【００３６】
また、前記角度検知手段は、フェーズドアレイ探触子１１を第２の楔２０の超音波入射面２０ａに沿って移動させたときのフェーズドアレイ探触子１１の移動距離を求める移動距離検知手段と、この移動距離検知手段の移動距離検知信号に基づいてフェーズドアレイ探触子１１の角度を算出する角度算出手段とを有してなるものであることを特徴とするため、フェーズドアレイ探触子１１の角度を容易に求めることができる。
【００３７】
また、前記移動距離検知手段は、フェーズドアレイ探触子１１に回転可能に取り付けられ、フェーズドアレイ探触子１１が第２の楔２０の超音波入射面２０ａに沿って移動するのにともなって第２の楔２０の超音波入射面２０ａ上を転動する車輪１９と、この車輪１９の回転を検知するエンコーダ１３と、このエンコーダ１３の回転検知信号を処理してフェーズドアレイ探触子１１の移動距離を求めるエンコーダ出力装置１４とを有してなるものであることを特徴とするため、簡易な構成で容易にフェーズドアレイ探触子１１の移動距離を求めることができる。
【００３８】
なお、上記では複数の振動子１５を円弧状に配列した振動子群１６を用いた場合について説明したが、これに限定するものではなく、本発明は複数の振動子１５を直線状に配列した振動子群を用いた場合にも適用することができる。この場合にも、高い集束効果が得られる範囲（音圧大の領域）を、従来のフェーズドアレイ超音波探傷方式の超音波探傷装置に比べて、更に広くすることができて、被検体の探傷検査精度を更に向上させることができる、という効果を得ることができる。
【００３９】
ところで、本実施の形態例１の超音波探傷装置では第２の楔２０や車輪１９などからなる機械的なスライド機構を必要とするため、装置構成の複雑さなどを招くことになる。そこで、次の実施の形態例２では機械的なスライド機構を必要としない超音波探傷装置について説明する。
【００４０】
＜実施の形態例２＞
図２（ａ）は本発明の実施の形態例２に係る超音波探傷装置の構成図、図２（ｂ）は前記超音波探傷装置の振動子群の斜視図である。
【００４１】
図２（ａ）に示すように、本実施の形態例２のフェーズドアレイ超音波探傷方式の超音波探傷装置はフェーズドアレイ探触子３１、探傷器３２を有している。フェーズドアレイ探触子３１は複数の（上記実施の形態例１の振動子群１６などに比べて多数の）振動子（圧電素子）３３を円弧状に配列してなる振動子群３４を、楔３５に取り付けた構成となっている。振動子群３４は楔３５の超音波出射面３５ａと反対側に凸の円弧状となっており、且つ、同超音波出射面３５ａに対して傾斜した状態で取り付けられている。また、図２（ｂ）に示すように、各振動子３３の形状も円弧状となっている。
【００４２】
フェーズドアレイ探触子３１を用いてＳＵＳなどの配管、容器、板材などの被検体３６の探傷検査を行う際には、図２（ａ）に示すようにフェーズドアレイ探触子３１を被検体３６の表面（超音波入射面）３６ａ上に設置する。即ち、フェーズドアレイ探触子３１の楔３５の超音波出射面３５ａと被検体３６の超音波入射面３６ａとを接触させる。なお、このとき被検体３６の超音波入射面３６ａには水やグリセリンなどの接触媒質が塗布される。
【００４３】
探傷器３２は入出力情報（データ）の入出力制御や信号処理などを行うための計算機（パーソナルコンピュータ）３７と、ディレイ時間設定装置３８と、パルサ・レシーバ３９とを備えている。これらの計算機３７、ディレイ時間設定装置３８及びパルサ・レシーバ３９は振動子駆動手段を構成している。
【００４４】
そして、計算機３７には、探傷検査員がキーボードなどの入力装置で予め振動子群３４の駆動部（振動部）を指定するための駆動部指定データ、即ち振動子群３４を構成する複数（多数）の振動子３３のうちの何れの部分の複数の振動子３３を振動させるかを指定するためのデータを入力する。勿論、この入力する駆動部指定データは探傷検査員が任意に変更できる。また、その他、超音波のフォーカス計算に必要な入力情報（入力パラメータ）も、探傷検査員が前記入力装置で計算機３７に入力しておく。この入力情報（入力パラメータ）としては被検体の板厚、探傷ピッチ、探傷角度範囲、探触子高さ（被検体表面からの高さであり、フェーズドアレイ探触子３１と被検体３６との間に他の楔を介設する場合には当該楔の板厚も考慮した高さとなる：後述の実施の形態例４を参照）などがある。そして、計算機３７ではこの入力情報（入力パラメータ）や、前記駆動部指定データを初期値データとして用いて、計算機２１にインストールされている公知のフォーカス計算ソフトを実行することにより超音波の集束計算（フォーカス計算）を実施し、所望の探傷条件で探傷を行う。
【００４５】
ディレイ時間設定装置３８では、前記入力装置から計算機３７を介してディレイ時間設定装置２２に入力された前記探傷角度範囲（超音波ビームを振らす範囲）と、前記駆動部指定データとに基づいて、振動子群３４を構成する振動子３３のうちの当該指定振動子３３のディレイ時間を設定する。即ち、各指定振動子３３へパルサ・レシーバ３９からパルス電圧を印加して各指定振動子３３を励起（振動）させることにより、各指定振動子３３が超音波を発信するタイミング（各指定振動子３３から発信する超音波の位相）を設定する。パルサ・レシーバ３９では、ディレイ時間設定装置３８で設定されたディレイ時間に基づくタイミングで各指定振動子３３を順次駆動（各指定振動子３３に順次パルス電圧を印加）して超音波（超音波ビーム４０）を発信させる（パルサ機能）。
【００４６】
その後、振動子群３４（指定振動子３３）から発信した超音波（超音波ビーム４０）の反射エコーが、楔３５を介して振動子群３４（指定振動子３３）で検知され、この検知信号（探傷信号）が、パルサ・レシーバ３９によって受信される（レシーバ機能）。パルサ・レシーバ３９で受信した探傷信号は計算機３７へ送出され、計算機３７ではこの探傷信号を処理して探傷データを生成する。
【００４７】
この場合、振動子群３４（指定振動子３３）から発信された超音波ビーム４０は、振動子群３４が多数の振動子３３を円弧状に配列したものであり、従って当然、指定振動子３３も円弧状に配列されているため、前記探傷角度範囲に基づいて設定された前記ディレイ時間によって決まる被検体３６内の領域（前記探傷角度範囲の領域）の各部に集束する。即ち、超音波ビーム４０が振られて前記領域の各部の音圧が大きくなる。なお、振動子群３４は複数の振動子３３を円弧状に配列しただけではなく、各振動子３３の形状も円弧状となっているため、振動子群３４（指定振動子３３）から発信した超音波ビーム４０は図２（ｂ）に示すように正面からみても側面からみても集束する。
【００４８】
そして、駆動部指定データを変更して、振動子群３４の駆動部（振動部）を変更すれば、超音波ビーム４０が集束して音圧大となる領域（集束効果大の領域）を変更することができる。例えば、図２（ａ）に示すように振動子群３４を構成する振動子３３のうちの一部Ｓ１を駆動部として指定したときには、領域Ｒ２１が音圧大（集束効果大）の領域となり、振動子群３４を構成する振動子３３のうちの他の一部Ｓ２を駆動部として指定したときには、領域Ｒ２２が音圧大（集束効果大）の領域となる。つまり、振動子群３４は円弧状であるため、駆動部Ｓ１と駆動部Ｓ２とでは被検体３６に対する角度が異なることになり、高い集束効果が得られる範囲が異なる。
【００４９】
以上のように、本実施の形態例２の超音波探傷装置によれば、複数（多数）の振動子３３を円弧状に配列してなる振動子群３４を楔３５に取り付けた構成のフェーズドアレイ探触子３１と、振動子群３４を部分的に振動させて超音波を発信させ、且つ、この振動させる部分を変更可能な振動子駆動手段（探傷器３２：計算機３７、ディレイ時間設定装置３８、パルサ・レシーバ３９）とを有することを特徴とするため、機械的なスライド機構などを用いることなく、高い集束効果が得られる範囲（音圧大の領域）を、従来のフェーズドアレイ超音波探傷方式の超音波探傷装置に比べて、更に広くすることができ、被検体３６の探傷検査精度（溶接部などにおける欠陥（傷）の深さ（長さ）のサイジング精度など）を更に向上させることができる。また、付加的な部分（エンコーダ１３、エンコーダ出力装置１４など）を取り除くことが可能となり、走査性の向上にもつながる。
【００５０】
＜実施の形態例３＞
図３（ａ）は本発明の実施の形態例３に係る超音波探傷装置の構成図、図３（ｂ）は前記超音波探傷装置の円形振動子群の平面図、図３（ｃ）は前記円形振動子群の正面図である。なお、図３において上記実施の形態例１（図１）と同様の部分には同一の符号を付している。
【００５１】
図３（ａ）に示すように、本実施の形態例３のフェーズドアレイ超音波探傷方式の超音波探傷装置では、フェーズドアレイ探触子１１が、上記実施の形態例１（図１参照）におけるフェーズドアレイ探触子１１の振動子群１６に代えて、円形振動子群５１を第１の楔２０に取り付けた構成となっている。図３（ｂ）に示すように、円形振動子群５１は径の異なる複数の円形振動子５２を同心円状に配列してなるものである。また、図３（ｂ）に示すように、円形振動子群５１（円形振動子５２）は、正面からみると平板状のものである。
【００５２】
従って、図４に示すように円弧状の振動子１５の場合には、振動子１５の曲率半径に応じて超音波ビーム２５が絞られることから、音圧の分布も制限されてしまい、振動子１５の曲率半径付近の領域Ｒ４１では音圧が大きくなるが、前記曲率半径から遠い領域Ｒ４２では音圧が急激に小さくなるのに対し、円形振動子群５１（円形振動子５２）の場合には正面視が平板状であることから、図３（ｃ）に示すように各円形振動子５２から発信される超音波がほぼ平行な分布となるため（図中の点線）、深さ方向での音圧の大きな領域Ｒ３１が長くなるため、深さ方向で、長距離にわたって超音波ビーム５３の集束効果を向上させることができる。
【００５３】
なお、その他の構成は上記実施の形態例１と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
【００５４】
以上のように、本実施の形態例３の超音波探傷装置によれば、フェーズドアレイ探触子１１は、径の異なる複数の円形振動子５２を同心円状に配列してなる円形振動子群５１を第１の楔１７に取り付けてなるものであることを特徴とするため、円弧状の振動子群１６を用いる場合に比べて、被検体１８の板厚方向において高い集束効果が得られる範囲（音圧大の領域）を拡大することができるため、被検体１８の板厚方向での欠陥検出性能が向上する。
【００５５】
＜実施の形態例４＞
図５は本発明の実施の形態例４に係る超音波探傷装置の構成図である。なお、図５において上記実施の形態例２（図２）と同様の部分には同一の符号を付している。
【００５６】
図５に示すように、本実施の形態例４のフェーズドアレイ超音波探傷方式の超音波探傷装置では、楔６１を付加している。この楔６１はフェーズドアレイ探触子３１と被検体３６との間に介設される。即ち、フェーズドアレイ探触子３１の楔３５の超音波出射面３５ａと、付加した楔６１の表面（超音波入射面）６１ａとが接し、被検体３６の超音波入射面３６ａと、付加した楔６１の裏面（超音波出射面）６１ｂとが接している。なお、楔６１の超音波入射面６１ａや被検体３６の超音波入射面３６ａには水やグリセリンなどの接触媒質が塗布される。
【００５７】
そして、探傷器３２の計算機３７には、超音波のフォーカス計算に必要な入力情報（入力パラメータ）うち、探触子高さについてはフェーズドアレイ探触子３１の楔３５の板厚だけでなく、付加した楔６１の板厚も考慮した値も入力する。この場合、探触子高さに関連する楔６１の板厚としては、楔６１の実際の板厚ｔと、楔６１の材料の音速Ｖと、フェーズドアレイ探触子３１の楔３５の材料の音速Ｖ0とから、下式（２）に基づいて算出する換算板厚ｔ’を用いる。なお、付加する楔６１は、所望の位置に超音波ビーム４０を集束させることができるように板厚ｔの異なるものや、材質（音速Ｖ）の異なるものを適宜選択して用いる。
ｔ’＝ｔ×Ｖ／Ｖ0      ・・・（２）
【００５８】
この付加した楔６１の換算板厚ｔ’も含めて超音波のフォーカス計算に必要な入力情報（入力パラメータ）、即ち被検体の板厚、探傷ピッチ、探傷角度範囲、探触子高さ（換算板厚に関連）等を、探傷検査員がキーボードなどの入力装置で計算機３７に入力する。そして、計算機３７ではこの入力情報（入力パラメータ）を初期値データとして用いて、計算機３７にインストールされている公知のフォーカス計算ソフトを実行することにより超音波の集束計算（フォーカス計算）を実施し、所望の探傷条件で探傷を行う。
【００５９】
なお、その他の構成は上記実施の形態例２と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
【００６０】
以上のように、本実施の形態例４の超音波探傷装置によれば、フェーズドアレイ探触子３１と被検体３６との間に他の楔６１を介設したことを特徴とするため、この付加した他の楔６１を適宜選択して用いることにより、高い集束効果が得られる範囲（音圧大の領域）を被検体３６の板厚方向などに更に拡大することができて、被検体３６の探傷検査精度が更に向上する。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は配管や容器などの被検体の欠陥を検査するフェーズドアレイ超音波探傷方式の超音波探傷装置に関するものであり、特に超音波ビームの高い集束効果が得られる範囲（音圧大の領域）を更に広くして、より精度の高い超音波探傷を行う場合に適用して有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態例１に係る超音波探傷装置の構成図、（ｂ）は前記超音波探傷装置の振動子群の斜視図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態例２に係る超音波探傷装置の構成図、（ｂ）は前記超音波探傷装置の振動子群の斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明の実施の形態例３に係る超音波探傷装置の構成図、（ｂ）は前記超音波探傷装置の円形振動子群の平面図、（ｃ）は前記円形振動子群の正面図である。
【図４】円弧状の振動子の場合の高い集束効果が得られる範囲（音圧大の領域）の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態例４に係る超音波探傷装置の構成図である。
【図６】（ａ）はフェーズドアレイ超音波探傷を行う従来の超音波探傷装置の要部構成図（正面図）、（ｂ）は（ａ）のＡ方向矢視図（側面図）である。
【符号の説明】
【００６３】
１１  フェーズドアレイ探触子
１２  探傷器
１３  エンコーダ
１４  エンコーダ出力装置
１５  振動子
１６  振動子群
１７  第１の楔
１７ａ  超音波出射面
１８  被検体
１８ａ  超音波入射面
１９  車輪
１９ａ  外周面
２０  第２の楔
２０ａ  超音波入射面
２０ｂ  超音波出射面
２１  計算機
２２  ディレイ時間設定装置
２３  パルサ・レシーバ
２５  超音波ビーム
３１  フェーズドアレイ探触子
３２  探傷器
３３  振動子
３４  振動子群
３５  楔
３５ａ  超音波出射面
３６  被検体
３６ａ  超音波入射面
３７  計算機
３８  ディレイ時間設定装置
３９  パルサ・レシーバ
４０  超音波ビーム
５１  円形振動子
５２  円形振動子群
５３  超音波ビーム
６１  楔
６１ａ  超音波入射面
６２ｂ  超音波出射面
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ５１，Ｒ５２  Ｒ６１，Ｒ６２  音圧大（集束効果大）の領域
【図１】
2006194591.tif 000003
【図２】
2006194591.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006194591.tif 000006
【図５】
2006194591.tif 000007
【図６】
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