(57)【要約】 【課題】  超音波探傷プローブと超音波探傷装置の本体との接続を簡易にし、プローブから手を離さずに機器の設定操作を行うことができる超音波探傷装置を提供する。【解決手段】  超音波探傷プローブは、送信された超音波が通る超音波探傷プローブ内の領域の音響インピーダンスを変化させるための２つの部材１６ａおよび１６ｂを備えている。ウェッジ１２と大きく異なる音響インピーダンスを有する部材１６ｂがウェッジ１２内に位置しているときには、ウェッジ１２と被検体との接触面で反射された超音波は、部材１６ｂによってそのほとんどが反射される。この反射波が検出されると、機器の設定に係る所定の処理が行われる。【選択図】    図３
2006329870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の送受信を行う超音波探傷プローブを備えた超音波探傷装置において、
送信された前記超音波が通る前記超音波探傷プローブ内の領域の音響インピーダンスを変化させる音響インピーダンス変更手段と、
前記音響インピーダンス変更手段によって音響インピーダンスが変化した領域からの反射波を検出する検出手段と、
を備え、前記検出手段によって前記反射波が検出された場合に、所定の処理を行うことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項２】
送信された前記超音波が通る前記超音波探傷プローブ内の領域には貫通穴が形成されており、
前記音響インピーダンス変更手段は、前記貫通穴への挿入方向に沿って、音響インピーダンスの異なる２つの部材が結合しており、前記貫通穴への挿入距離が変更可能とされている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を被検体に入射し、被検体内部を通って反射または透過した超音波を観測することにより、被検体の内部を検査するための超音波探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波探傷の作業中、検査者は一方の手でプローブ（超音波探傷プローブ）を掴んで被検体（検査物、被検査体、試験体）上を走査し、他方の手で被検体を保持するというように、基本的に両手を使っていることが多い。超音波探傷装置に表示される探傷波形を詳細に観察するため、表示された探傷波形のフリーズ等の操作をするためには、検査者は一旦プローブから手を離し、超音波探傷装置本体に手を伸ばすことがある。その行為によって、プローブが揺れ、探傷波形がぶれて、波形品質が落ちることがある。また、作業者が神経を使い、肉体的に疲れる原因となっている。そこで、通常は超音波探傷装置のリモート機能を使い、プローブに取り付けられたスイッチを操作することによって、手をプローブから離さずに機器の設定操作をプローブの手元で行うことが可能となっている（例えば特許文献１および特許文献２参照）。
【０００３】
図７は従来の超音波探傷装置の外観を示しており、図８は従来の超音波探傷装置の内部構成を示している。超音波プローブ４（超音波探傷プローブ）には、検査者が操作するスイッチ４０が設けられている。圧電素子４１は超音波を送信し、被検体に入射すると共に、被検体の内部を通った超音波を受信する。超音波プローブ４のコネクタ４２には本体の超音波探傷器５との接続用のケーブル６が接続されている。ケーブル６は、スイッチ４０からの信号を超音波探傷器５へ伝送するスイッチケーブル６０と、圧電素子４１を駆動するための駆動信号、および圧電素子４１から出力された受信信号を伝送する駆動ケーブル６１とからなる。スイッチケーブル６０は、スイッチケーブルコネクタ５０を介して、駆動ケーブル６１は、駆動ケーブルコネクタ５１を介して超音波探傷器５に接続されている。
【０００４】
検査者がフリーズ等の指示を入力する場合、スイッチ４０が押下される。すると、超音波探傷器５内部のスイッチ監視回路５２は、スイッチ４０が押下されたことを検出し、信号処理回路５３へ、フリーズ等の指示を示す信号を出力する。この信号に基づいて信号処理回路５３が所定の処理を行うことによって、検査者が所望の操作を行うことが可能となっている。
【特許文献１】特開平９−５６７１６号公報
【特許文献２】特開平１１−５６８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来は、プローブにスイッチを設け、超音波探傷装置をリモート操作することによって、検査者がプローブから手を離さずに機器の設定操作を行うことが可能となっているが、探傷信号用のケーブルとスイッチ操作の信号用のケーブルの２種類のケーブルが必要となる。このため、ケーブルの取り回し（取り扱い）が悪くなったり、ケーブルの断線の可能性が増えたりという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、超音波探傷プローブと超音波探傷装置の本体との接続を簡易にし、プローブから手を離さずに機器の設定操作を行うことができる超音波探傷装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、超音波の送受信を行う超音波探傷プローブを備えた超音波探傷装置において、送信された前記超音波が通る前記超音波探傷プローブ内の領域の音響インピーダンスを変化させる音響インピーダンス変更手段と、前記音響インピーダンス変更手段によって音響インピーダンスが変化した領域からの反射波を検出する検出手段とを備え、前記検出手段によって前記反射波が検出された場合に、所定の処理を行うことを特徴とする超音波探傷装置である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波探傷装置において、送信された前記超音波が通る前記超音波探傷プローブ内の領域には貫通穴が形成されており、前記音響インピーダンス変更手段は、前記貫通穴への挿入方向に沿って、音響インピーダンスの異なる２つの部材が結合しており、前記貫通穴への挿入距離が変更可能とされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、超音波が通る領域の音響インピーダンスを変更可能とし、超音波探傷プローブ内からの反射波が検出された際に、超音波探傷装置が所定の処理を行うので、探傷信号用の１種類のケーブルのみを用意すればよく、超音波探傷プローブと超音波探傷装置の本体との接続を簡易にし、プローブから手を離さずに機器の設定操作を行うことができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照し、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置の外観を示している。超音波プローブ１（超音波探傷プローブ）は超音波を送信し、被検体（試験片）に入射すると共に、被検体の内部を通った超音波を受信する。一例として、本実施形態の超音波プローブ１は、被検体に斜め方向に超音波を入射する斜角探傷用プローブであるとする。超音波プローブ１の側面には、機器に対する所定の設定操作を行う場合に押下されるスイッチ１０（音響インピーダンス変更手段）が設けられている。
【００１１】
超音波プローブ１と本体の超音波探傷器２は、ケーブル３によって接続されている。ケーブル３は、超音波プローブ１内部に設けられた圧電素子を駆動するための信号を伝送する。ケーブル３は、超音波プローブ１に設けられたコネクタ１１に挿通されると共に、超音波探傷器２に設けられたコネクタ２０に挿通されている。
【００１２】
従来、斜角探傷用プローブ内には超音波ビームを屈折するためのウェッジが設けられている（図９参照）。ウェッジは、超音波を伝送しやすいポリスチレン等の樹脂からなる。ウェッジには、圧電素子が取り付けられている面と、消音用ダンパーが取り付けられている面とがある。圧電素子から発せられた超音波は、ウェッジから被検体に伝搬する際に、主に探傷のために使用される屈折波と、ウェッジ内で反射され、探傷には不要である反射波とに分かれる。不要な反射波を吸収して消音するため、ダンパーがウェッジに貼り付けられている。
【００１３】
図２（ａ）および（ｂ）に示されるように、本実施形態の超音波プローブ１の内部にはウェッジ１２が設けられている。ウェッジ１２には圧電素子１３およびダンパー１４が設けられている。圧電素子１３は、超音波を送信し、被検体に入射すると共に、被検体の内部を通った超音波を受信する。すなわち、圧電素子１３は、ケーブル３を介して超音波探傷器５から入力された電圧信号を超音波に変換すると共に、被検体から入射した超音波の振動を電圧信号に変換し、ケーブル３を介して超音波探傷器５へ出力する。ダンパー１４は不要な反射波を吸収する。
【００１４】
圧電素子１３から送信された超音波が、被検体に入射するまでに通るウェッジ１２内の、ダンパー１４によって消音される音軸の途中には貫通穴１５（貫通孔）が設けられている。図３に示されるように貫通穴１５には、音響的結合が得られるよう、貫通穴１５とほぼ同じ直径の部材１６（音響インピーダンス変更手段）が挿入可能となっている。部材１６は、超音波が通る領域の音響インピーダンスを変化させるためのものであり、貫通穴１５の挿入方向（部材１６の軸方向）に沿って直列に結合され、音響インピーダンスの異なる２つの部材１６ａおよび１６ｂからなる。
【００１５】
部材１６ａは、ウェッジ１２と同じ音響インピーダンスを有する材料からなり、部材１６ｂは、ウェッジ１２と大きく異なる音響インピーダンスを有する材料（例えばＡｌやＦｅ等の金属材料）からなる。部材１６ａおよび１６ｂのそれぞれの軸方向の長さは、貫通穴１５の長さとほぼ同じとなっている。部材１６ｂはスイッチ１０に結合しており、部材１６ａによって貫通穴１５の大部分が占有されるように、ばね１７によってスイッチ１０とウェッジ１２の間隔が保持されている。すなわち、通常は部材１６ａが貫通穴１５に挿入された状態で、部材１６がばね１７によって係止されている（図２（ａ）、図３（ａ））。
【００１６】
検査者は、スイッチ１０を介して部材１６を押すことができ、検査者によってスイッチ１０が押下された場合には、スイッチ１０と連動してばね１７が縮み、部材１６ａがウェッジ１２から外部へ押出される方向へ、部材１６が貫通穴１５に沿って移動する。押下量に応じて、貫通穴１５への部材１６の挿入距離が変更可能である。この結果、ウェッジ１２とは大きく音響インピーダンスが異なる部材１６ｂがウェッジ１２内に位置するようになる（図２（ｂ）、図３（ｂ））。検査者がスイッチ１０から手を離すと、部材１６は、ばね１７によって、部材１６ｂがウェッジ１２から外部へ押出される方向へ付勢され、元の位置に戻る。
【００１７】
ウェッジ１２と同じ音響インピーダンスを有する部材１６ｂがウェッジ１２内に位置しているときには、わずかな反射波が形成されるが、ほとんどの超音波はウェッジ１２を透過してしまい、ダンパー１４が設けられた面まで到達し、ダンパー１４によって消音されてしまう。一方、ウェッジ１２とは大きく音響インピーダンスが異なる部材１６ｂがウェッジ１２内に位置しているときには、ウェッジ１２と被検体との接触面で反射された超音波は、部材１６ｂによってそのほとんどが反射され、ウェッジ１２と被検体との接触面で反射され、圧電素子１３が設けられた面に到達する。
【００１８】
超音波が送信されてから戻ってくるまでの伝播時間が計算で分かること、および被検体内からの反射波に基づいた探傷信号が戻ってくる期間とは異なる期間内に部材１６ｂからの反射波が戻ってくることから、部材１６ｂからの反射波を容易に判別することができる。そこで、本実施形態の超音波探傷装置は、部材１６ｂからの反射波の戻ってくる期間内で所定の振幅以上の反射波をゲート機能で検出できるようになっている。ゲート機能で反射波が検出された場合、検査者が、予め設定した機能（フリーズ等）を要求したことになり、超音波探傷装置はフリーズ等に必要な所定の処理を行う。
【００１９】
図４は、本実施形態による超音波探傷装置の内部構成を示している。超音波探傷器２内にはパルサー／レシーバ２１、信号処理回路２２、およびゲート回路２３（検出手段）が設けられている。パルサー／レシーバ２１は、圧電素子１３を駆動するための電圧信号を出力する。この電圧信号は、ケーブル３を介して超音波プローブ１に入力され、圧電素子１３に印加される。圧電素子１３は電圧信号を超音波に変換し、送信する。被検体あるいは部材１６ｂからの反射波は圧電素子１３に入射し、圧電素子１３は超音波の振動を電圧信号に変換して出力する。この電圧信号は、ケーブル３を介して超音波探傷器２のパルサー／レシーバ２１に入力される。
【００２０】
パルサー／レシーバ２１に入力された電圧信号は信号処理回路２２およびゲート回路２３へ出力される。信号処理回路２２は、被検体内部からの反射波に基づいた探傷信号に対して、増幅処理、フィルタ処理、ピークホールド処理等の処理を行う。ゲート回路２３は、部材１６ｂからの反射波を検出する回路であり、部材１６ｂからの反射波に基づいた所定電圧値以上の信号を所定期間内に検出した場合に、所定の操作が指示されたことを示す信号を信号処理回路２２へ出力する。信号処理回路２２は、この信号に基づいて、予め設定されたフリーズ等の所定の処理を行う。予め設定可能な機能として、フリーズ以外にゲインアップ、ゲインダウン、ゲート条件設定等がある。
【００２１】
図５に示されるように、送信パルス１０１が圧電素子１３に印加された後、被検体内部の欠陥部で反射された超音波に基づいた欠陥エコー１０３が検出される。検査者がスイッチ１０を押下し、部材１６ｂが貫通穴１５に挿入された場合には、欠陥エコー１０３が検出されるよりも前に、部材１６ｂからの反射波に基づいたエコー１０２が、ゲート回路２３によって検出される。
【００２２】
図６は、超音波探傷装置内の回路構成を示している。なお、図６においては、所定操作を検出するための構成のみが示されており、他の構成は省略されている。送信パルス発生器２０１〜要求処理レジスタ２１０は超音波探傷器２に設けられている。送信パルス発生器２０１は送信タイミング信号を発生する。圧電素子駆動部２０２は、パルス入力をトリガとして、圧電素子１３を振動駆動して超音波発生動作を行わせるための電圧信号を発生し、圧電素子１３へ出力する。圧電素子１３は、この電圧信号に基づいて超音波を発生する。圧電素子１３によって受信された反射波は電圧信号に変換される。
【００２３】
受信増幅部２０３は、反射波に基づいた電圧信号を増幅して出力する。ゲート電圧発生器２０４は、所定操作を検出するためのしきい値電圧となるゲート電圧を発生する。比較器２０５は、受信増幅部２０３によって増幅された電圧と、ゲート電圧発生器２０４によって発生されたゲート電圧とを比較し、比較結果に基づいて、ＨｉまたはＬｏｗレベルの信号を出力する。例えば、受信増幅部２０３によって増幅された電圧がゲート電圧よりも高い場合には、比較器２０５はＨｉレベルの信号を出力し、ゲート電圧よりも低い場合には、比較器２０５はＬｏｗレベルの信号を出力する。ディレイカウンタ２０６は、所定の遅延を与えるためのカウントを行う。このディレイカウンタ２０６は、送信パルス発生器２０１からのパルスに同期してカウントを開始し、所定のカウントが終了した後、パルス信号をＷＩＤＴＨカウンタ２０７へ出力する。
【００２４】
ＷＩＤＴＨカウンタ２０７は、このパルス信号をトリガとしてカウントを開始し、所定のカウントが終了するまでの間、Ｈｉレベルの信号を出力する。ＷＩＤＴＨカウンタ２０７は、カウントを行っていない間はＬｏｗレベルの信号を出力する。比較器２０５およびＷＩＤＴＨカウンタ２０７から出力された信号はＡＮＤゲート２０８に入力される。ＡＮＤゲート２０８は、２つの信号の積をとった信号を出力する。この結果、所定の期間内にゲート電圧以上の電圧が検出された場合に、ＡＮＤゲート２０８からＨｉレベルの信号が出力され、ＣＰＵ２０９のＩＮＴ端子に割り込み信号として入力される。ＣＰＵ２０９は、割り込み信号を検出した際に、要求処理レジスタ２１０を参照し、要求処理レジスタ２１０に予め書き込まれている処理の内容に従って、フリーズ等の所定の処理を行う。
【００２５】
上述したように、本実施形態によれば、超音波探傷プローブ内に音響インピーダンスの異なる２つの部材を挿入し、超音波が通る領域の音響インピーダンスを変更可能としたので、被検体内部からの反射波が検出される期間とは異なる期間に超音波探傷プローブ内からの反射波が検出される。この反射波が検出された際に、超音波探傷装置が所定の処理を行うので、検査者はプローブから手を離さずに機器の設定操作を行うことができる。また、探傷信号用の１種類のケーブルのみが用いられるので、超音波探傷プローブと超音波探傷装置の本体との接続を簡易にすることができ、ケーブルの取り回しがよくなる。
【００２６】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を垂直探傷用プローブに適用してもよく、斜角探傷用プローブと同様の構造および原理によって、同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態による超音波探傷装置の外観を示す外観図である。
【図２】本発明の一実施形態による超音波探傷装置が備える超音波探傷プローブの構造を示す模式断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による超音波探傷装置が備える超音波探傷プローブの構造を示す模式断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による超音波探傷装置の内部構成を示す概略構成図である。
【図５】本発明の一実施形態による超音波探傷装置において処理される信号の波形を示す参考図である。
【図６】本発明の一実施形態による超音波探傷装置の回路構成を示すブロック図である。
【図７】従来の超音波探傷装置の外観を示す外観図である。
【図８】従来の超音波探傷装置の内部構成を示す概略構成図である。
【図９】従来の超音波探傷装置が備える超音波探傷プローブの構造を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１，４・・・超音波プローブ、２，５・・・超音波探傷器、３，６・・・ケーブル、１０，４０・・・スイッチ、１１，２０，４２，５０，５１・・・コネクタ、１２・・・ウェッジ、１３，４１・・・圧電素子、１４・・・ダンパー、１５・・・貫通穴、１６，１６ａ，１６ｂ・・・部材、１７・・・ばね、２１・・・パルサー／レシーバ、２２，５３・・・信号所理回路、２３・・・ゲート回路、５２・・・スイッチ監視回路、６０・・・スイッチケーブル、６１・・・駆動ケーブル、２０１・・・送信パルス発生器、２０２・・・圧電素子駆動部、２０３・・・受信増幅部、２０４・・・ゲート電圧発生器、２０５・・・比較器、２０６・・・ディレイカウンタ、２０７・・・ＷＩＤＴＨカウンタ、２０８・・・ＡＮＤゲート、２０９・・・ＣＰＵ、２１０・・・要求処理レジスタ
【図１】
2006329870.tif 000003
【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】
2006329870.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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