(57)【要約】【課題】  被検査体の欠陥の寸法を詳細に評価することが可能な超音波探傷方法を提供する。【解決手段】  被検査体１０１の内部に超音波検査装置のアレイセンサ１０２から超音波を伝播させて、前記被検査体１０１のき裂等の反射源１０３で反射したエコーの受信信号を取得し、前記受信信号から前記被検査体の前記反射源１０３の寸法を評価する超音波探傷方法において、前記超音波が伝播中にモード変換して前記反射源で反射した結果発生したモード変換エコーの受信信号の信号強度、即ちモード変換エコーの強度１１４と、前記エコーのうち前記モード変換エコーと異なる伝播経路または伝播時間を持つ他のエコーの受信信号の信号強度、例えば縦波直射エコーの強度１１３との信号強度比を求め、前記求めた信号強度比を、予め実験又は計算で求めておいた信号強度比と反射源の寸法を関係付けるグラフ上のマスターカーブ１１６に照らし合わせて前記反射源の寸法を求める。【選択図】図１
2006010314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体の内部に超音波を伝播させて、前記被検査体に存在する反射源で反射した前記超音波のエコーの受信信号を取得し、前記受信信号から前記被検査体の前記反射源の寸法を評価する超音波探傷方法において、
前記超音波が伝播中にモード変換して前記反射源で反射した結果発生したモード変換エコーの受信信号の信号強度と、前記エコーのうち前記モード変換エコーと異なる伝播経路または伝播時間を持つ他のエコーの受信信号の信号強度との比を求め、前記信号強度の比に基づいて前記反射源の寸法を求めることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項２】
請求項１において、前記他のエコーは、前記被検査体の表面に開口しているき裂を前記反射源とし、前記開口部で反射した前記超音波のエコーであることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、前記求められた信号強度の比に対応する前記反射源の寸法を、予め実験または計算によって作成した前記信号強度比と前記反射源の寸法との関係に基づいて求めることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項４】
請求項３において、予め実験または計算によって作成した前記信号強度比と前記反射源の寸法との関係をグラフ上に描いたマスターカーブに表し、前記求められた信号強度の比に対応する前記反射源の寸法を、前記マスターカーブに基づいて求めることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項５】
被検査体の内部に超音波を伝播させて、前記被検査体に存在する反射源で反射した前記超音波のエコーの受信信号を取得し、前記受信信号から前記被検査体の前記反射源の寸法を評価する超音波探傷方法において、
前記超音波が伝播中にモード変換して前記反射源で反射した結果発生したモード変換エコーの受信信号の信号強度を求め、
前記求められた信号強度に対応する前記反射源の寸法を、予め実験または計算によって作成した前記信号強度と前記反射源の寸法との関係に基づいて求めることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項６】
被検査体の内部に超音波を伝播させて、前記被検査体に存在する反射源で反射した前記超音波のエコーの受信信号を取得し、前記受信信号から前記被検査体の前記反射源の寸法を評価する超音波探傷方法において、
前記超音波が伝播中にモード変換して前記反射源で反射した結果発生したモード変換エコーの受信信号の信号強度が極大値となる超音波受信位置と、前記エコーのうち前記モード変換エコーと異なる伝播経路または伝播時間を持つ他のエコーの受信信号の信号強度が極大値となる超音波受信位置との差を求め、前記超音波受信位置の差に基づいて前記反射源の寸法を求めることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項７】
請求項６において、前記超音波受信位置の差に対応する前記反射源の寸法を、予め実験または計算によって求めた前記差と前記反射源の寸法との関係に基づいて求めることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項８】
被検査体の内部に超音波を伝播させて、前記被検査体に存在する反射源で反射した前記超音波のエコーの受信信号を取得し、前記受信信号から前記被検査体の前記反射源の寸法を評価する超音波探傷方法において、
前記超音波が伝播中にモード変換して前記反射源で反射した結果発生したモード変換エコーの受信信号の信号強度が極大値となる超音波受信位置に基づいて前記反射源の寸法を求めることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項９】
請求項８において、前記反射源の寸法を、予め実験または計算によって作成した前記超音波受信位置と欠陥寸法との関係に基づいて求めることを特徴とする超音波探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体内を伝播するモード変換波を利用した超音波探傷技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼材など縦波と横波の双方の伝播を許す固体の非破壊検査方法として、超音波による手法（超音波探傷法）が従来から一般に用いられている。この超音波探傷法のひとつに、モード変換現象を利用したモード変換波法がある。モード変換現象とは、固体内を伝播する超音波の伝播モードが変化する物理現象であり、固体中では、固体表面や境界面における超音波の反射や屈折により、縦波と横波の間で、その伝播モードが相互に変化する。
【０００３】
代表的な超音波探傷法のひとつである斜角探傷法では、使用する超音波の伝播モードを、縦波または横波のどちらかに一方に限定し、固体中に斜め方向に超音波を入射し、反射源（欠陥等）からの反射波を受信することで、欠陥の有無や欠陥の寸法を評価する手法である。これに対し、モード変換波法では、固体中を伝播する過程で、固体の表面や欠陥等の反射源での反射によってモード変換された波（モード変換波）を受信することで、欠陥のおおまかな寸法を評価する手法である。
【０００４】
非特許文献１によると、モード変換波を利用した探傷例として、２次クリーピング波法とモード変換波法の組合せによって、ひびの概算高さを評価する方法が紹介されている。ここで、２次クリーピング波法とは、探触子から横波が約３０度で入射した際に検査対象の底面における超音波のモード変換により発生する縦波の２次クリーピング波を用いる方法である。２次クリーピング波は、底面の上を沿うように伝播するために、検査対象底面側の形状変化（例えば、溶接の裏波等）の影響を受けずに、ひび割れのような面状の欠陥のみを捉えることができるため、ひびの有無を確認することができる。
【０００５】
また、モード変換波法とは、横波（約３０度）が底面でモード変換するときに２次クリーピング波とともに発生する約６０〜７０度の縦波（モード変換波）を用いる方法である。底面で発生したモード変換波は、ひびが深い場合に、ひびの上方で反射して探触子に戻る波の有無から、ひびが浅いか深いかの概略を確認する手法である。
【０００６】
【非特許文献１】日刊工業出版株式会社の出版に係る雑誌名「配管技術」２００４年Vol.４６，Ｎo.４，第５３頁〜第５７頁に掲載の論文名「原子力発電所における配管のひび割れ検査法」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
背景技術で述べた２手法を組合せることで、反射波の出現パターンにより、ひびの有無及び概略高さを以下の３パターンに分類することができる。
（ａ）２次クリーピング波が受信されない場合はひびなし。
（ｂ）２次クリーピング波が受信され、モード変換波が受信されない場合は、浅いひび
（板厚の約３分の１未満）。
（ｃ）２次クリーピング波とモード変換波が受信される場合は、深いひび（板厚の約３分の１以上）。
【０００８】
このように、従来の手法を組合わせると、欠陥の高さに関して、波形の出現パターンの有無により、欠陥の高さが板厚の３分の１より大きいか小さいかの評価をすることができる。
【０００９】
このような手法では、欠陥の高さを２値的な評価（板厚の約３分の１より大か小か）をすることは可能であったが、より詳細な寸法評価を評価することができなかった。
【００１０】
一方、超音波には指向性と呼ばれる広がりがあるために、実際に受信されるモード変換波は、欠陥が高くなるにつれて、徐々にその強度を増していく傾向がある。そこで、詳細な寸法評価をするには、モード変換波の強度に注目すればよいことになる。
【００１１】
しかしながら、実際の検査では、以下のような要因により、超音波の受信強度の再現性や安定性に問題がある。
【００１２】
（１）被検査体となる固体によって伝播中の超音波の減衰が異なっているために、エコー      の強度が影響を受ける可能性がある。
（２）被検査体となる固体の表面粗さや形状等の影響により、超音波センサと被検査体の      接触性が一定にならず、信号強度にばらつきが生じる。
（３）被検査体となる欠陥等の反射源の表面粗さや形状によって欠陥からの反射率が変化      するために、エコー強度が影響を受ける可能性がある。
【００１３】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、上記のような強度を変化させる影響を低減して、欠陥の寸法をより詳細に評価することが可能な探傷方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するために、本発明は、被検査体の内部に超音波を送信し、前記被検査体の内部または表面の反射源からのエコーを受信し、前記エコーから被検査体の内部または表面の欠陥の有無または欠陥の寸法を評価する超音波探傷方法において、前記被検査体を伝播中に縦波と横波のモード変換が生じたエコー（以下、モード変換エコー）の強度、または、モード変換エコーの強度と、前記反射源からのエコーのうち前記エコーと異なる伝播経路または伝播時間を持つエコーとの信号強度の比から、欠陥寸法または欠陥の有無を評価することを特徴とする超音波探傷方法を採用したものである。
【００１５】
前記超音波探傷方法を採用するに際しては、以下の要素を付加することができる。
（１）モード変換エコーと、被検査体の反射源の開口部からのエコーの、信号強度の比か      ら、欠陥寸法を評価すること。
（２）モード変換エコーと、前記モード変換エコーと異なる伝播経路または伝播時間を持      つエコーに関して、予め実験または計算によって作成した前記強度（もしくは、そ      の比）と欠陥寸法との関係のマスターカーブと比較することによって欠陥寸法を評      価すること。
【００１６】
前記課題を解決するための他の手段として、本発明は、被検査体の内部に超音波を送信し、前記被検査体の内部または表面の反射源からのエコーを受信し、前記エコーから被検査体の内部または表面の欠陥の有無または欠陥の寸法を評価する超音波探傷方法において、被検査体を伝播中に縦波と横波のモード変換が生じたエコー（モード変換エコー）の強度が極大値となる超音波受信位置、または、モード変換エコーが最大となる超音波受信位置と、前記反射源からのエコーのうち前記エコーと異なる伝播経路または伝播時間を持つエコーの強度が極大値となる超音波受信位置との、超音波受信位置の差から、欠陥寸法または欠陥の有無を評価することを特徴とする超音波探傷方法を採用したものである。
【００１７】
前記超音波探傷方法を採用するに際しては、以下の要素を付加することができる。
（１）モード変換エコーの強度が極大値となる超音波受信位置と、前記モード変換エコー      と異なる伝播経路または伝播時間を持つエコーの強度が極大値となる超音波受信位      置の差に関して、予め実験または計算によって作成した前記超音波受信位置の差と      欠陥寸法との関係のマスターカーブと比較することによって、欠陥寸法を評価する      こと。
（２）モード変換エコーの強度が極大値となる超音波受信位置に関して、予め実験または      計算によって作成した前記超音波受信位置と欠陥寸法との関係のマスターカーブと      比較することによって、欠陥寸法を評価すること。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、伝播中に縦波と横波のモード変換が生じたエコー(モード変換エコー)の受信信号や受信位置により、被検査体の欠陥寸法を詳細に評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明による超音波探傷方法について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は本発明の第１の実施形態で、図示のように、被検査体である被検査体１０１と、これに超音波を入射するアレイ探触子（以下、アレイセンサともいう。）１０２，送受信部１１１，受信信号を表示する表示部１１２から構成されている。
【００２１】
アレイ探触子１０２は、被検査体１０１の探傷面（表面など）に設置され、送受信部
１１１から供給される駆動信号により超音波を発生し、これを被検査体１０１内に伝播させ、これにより現れる反射波を検出し、受信信号を送受信部１１１に入力する。
【００２２】
送受信部１１１は、受信信号を表示部１１２に供給し、表示部１１２は受信信号を表示する。波形の表示に際して、信号の時間（または時間に音速を乗算して距離に換算した路程）及び信号の強度が含まれていることとする。例えば、超音波探傷で一般に用いられている表示方法、例えば、Ａスキャン（横軸に時間または路程、縦軸に信号の強度），Ｂスキャン（横軸に超音波受信位置、縦軸に時間または路程）などを用いる。
【００２３】
第１の実施例では、超音波を発生させる探触子として、図６，図７に示すように、複数の方向に超音波を送信可能なアレイ探触子を用いることとする。図６及び図７に示したアレイ探触子６０１は、複数個の素子６０２から構成される。素子６０２は超音波を発生する機能を持った圧電素子であり、各素子での超音波送受信のタイミングを制御することで、所望する方向の超音波を送受信することができる。縦波または横波成分を発生させる方法として、図６に示すように、各素子から発生する超音波の発生タイミングを調整する手法と、図７に示すように、くざび材７０１と被検査体１０１の境界面での屈折を利用する手法のどちらを用いてもよい。
【００２４】
第１の実施例では、アレイ探触子を１箇所に固定する場合を考える。アレイ探触子102を被検査体１０１の表面に設置する。そのとき受信される代表的な超音波の伝播経路を、図１（Ａ）〜（Ｃ）に示す。図１（Ａ）は欠陥等の反射源１０３の開口部近傍に縦波成分１２０が入射され、再び縦波成分１０４としてアレイ探触子１０２で受信される経路である。図１（Ｂ）は、アレイ探触子１０２で発生した横波成分１０５が被検査体１０１の底面で横波から縦波へモード変換を起こし、縦波成分１０６（モード変換波）となって反射源で反射され、縦波成分１０７としてアレイ探触子１０２で受信される場合である。図
１（Ｃ）は、アレイ探触子１０２で発生した横波成分１０８が被検査体１０１の底面で横波から縦波へモード変換を起こし、被検査体１０１の底面近傍を沿って伝播する縦波成分１０９(２次クリーピング波)となって欠陥の開口部近傍で反射され、再び縦波成分１１０となり、伝播中に再び横波成分１１７にモード変換された成分がアレイ探触子１０２に受信される場合である。
【００２５】
これら３種類の伝播経路を持つ超音波を、以下、図１(Ａ)を縦波直射エコー、図１(Ｂ)をモード変換エコー、図１（Ｃ）を２次クリーピングエコーと記述する。
【００２６】
縦波直射エコー，モード変換エコー，２次クリーピングエコーは、それぞれ、伝播経路が異なるだけでなく、伝播時間も大きく異なっている。横波の固体中の音速は、縦波に比べて約半分と遅いために、伝播経路において、横波として伝播する経路が長いほど、伝播時間も長くなる。縦波直射エコーは、往復ともに縦波であるため、伝播時間はもっとも短く、モード変換エコーは、縦波直射エコーの約１.５ 倍弱、２次クリーピングエコーは、縦波直射エコーの約２倍弱の伝播時間となる。
【００２７】
図１に、これら３種類の超音波の受信信号１１８を、模式的に示す。信号の表示方法として、Ａスキャン方式（横軸に時間、または、時間と音速から距離に換算した路程。縦軸に信号の強度）を採用した例である。伝播時間（または路程）の異なる、３つの信号が受信される。ここで、縦波直射エコーの強度１１３，モード変換エコーの強度１１４，２次クリーピングエコーの強度１１５に注目して反射源である欠陥の寸法を評価する。
【００２８】
評価方法の流れを図８にフローチャートで示す。まず、欠陥などの反射源からのエコーの有無を確認する（Ｓ８０１）。反射源からのエコーが無ければ、欠陥なし、と判断される（Ｓ８０２）。エコーがあった場合、縦波直射エコーとして、例えば、縦波４５度成分のエコーが極大値となるように探触子位置を設定する（Ｓ８０３）。次に、入射方向として縦波６０度〜９０度近傍、伝播時間（または路程）として、縦波直射エコーの約２倍程度の信号（２次クリーピングエコー）の有無と信号強度を確認する（Ｓ８０４）。同様に、入射方向として、縦波６０度近傍，伝播時間（または路程）として、縦波直射エコーの約１.５ 倍程度の信号（モード変換エコー）の有無と信号強度を確認する（Ｓ８０５）。
【００２９】
最後に、これらの信号の強度を比較して(Ｓ８０６)、欠陥の寸法を評価する(Ｓ８０７)。信号強度の比較の例として、図９に、縦波６０度によるモード変換エコーと縦波６０度による２次クリーピングエコーの信号強度比と、欠陥寸法（板厚と比をとって％表示した板厚％で表示）の関係を示す。また、図１０に、縦波６０度によるモード変換エコーと縦波４５度による縦波直射エコーの信号強度比と、欠陥寸法の関係を示す。図９及び図１０のデータは、実験によって信号強度比と欠陥寸法の関係を調べたマスターカーブである。ここで、図９及び図１０の横軸として、欠陥寸法を板厚で割りパーセント表示をした単位（板厚％）を使用したが、被検査体の板厚がほぼ一定の場合は、板厚そのものを横軸としてよい。また、図９及び図１０の縦軸として、信号強度の比をリニアスケールで表示としたが、例えば、デシベル等のログスケールで表示してもよい。
【００３０】
いずれの場合も、欠陥寸法が大きくなるにつれて、信号強度比が大きくなっていることがわかる。これらのマスターカーブ１１６と、測定によって得られた信号強度比を比較することによって、欠陥寸法を間接的に推定することができる。また、本実施例において、マスターカーブ１１６を記憶するための、記憶部１１９を備えていてもよい。
【００３１】
図１８を用いて、強度比に関するマスターカーブとの比較によって欠陥寸法を評価する方法を説明する。強度比の測定値１８０１をマスターカーブ１８０１ａのグラフを描いた座標系のＹ軸上に置く（Ｓ１８０１）。次に、そのＹの値とマスターカーブ１８０１ａの交点１８０３を求める（Ｓ１８０２）。交点１８０３から垂線を下ろす（Ｓ１８０３）。最後に、Ｘ軸との交点１８０４を、欠陥寸法の評価値とする（Ｓ１８０４）。
【００３２】
また、図１９のように、マスターカーブがひとつの曲線とならずに、誤差を含む場合も考えられる。例えば、事前に平板に付与した放電加工スリット等の寸法が分かっている試験体を用いた測定や数値計算によってマスターカーブ１９０１を作成し、その後、破壊試験等によって、実際の測定結果１９０５が順次得られていく場合、破壊試験による新規の測定結果１９０５はマスターカーブ１９０１から誤差が生じることが考えられる。この場合、例えば、破壊試験結果の誤差の標準偏差や平均値等の統計量を用いて、誤差を考慮したマスターカーブ１９０６を作成することで、誤差範囲や確率を加味して、欠陥寸法を評価することができる。
【００３３】
図１９を用いて、評価手順の例を以下に説明する。まず、強度比の測定結果１８０１をマスターカーブのグラフを描いた座標軸のＹ軸上に置く（Ｓ１９０１）。次に、そのＹ軸上の値とマスターカーブの交点１９０３を求める（Ｓ１９０２）。さらに、マスターカーブの誤差曲線１９０６との交点を求める（Ｓ１９０３）。交点１９０３から垂線を下ろす（Ｓ１９０４）。最後に、Ｘ軸との交点のうち、マスターカーブからの垂線によるものを、欠陥寸法の評価値の平均値１９０４とし、マスターカーブの誤差曲線からの垂線によるものを、欠陥寸法の評価値の誤差範囲１９０７とする（Ｓ１９０５）。このようにすれば、欠陥寸法評価に関する誤差を評価することができる。また、マスターカーブの誤差曲線として、標準偏差を用いることで、欠陥寸法の確率的な評価（例えば、ある誤差範囲内に真値が入る確率を評価する、等）が可能となる。
【００３４】
なお、図９，図１０に示したようなマスターカーブは、被検査体を細かい空間メッシュに細分化して弾性方程式を解く手法（例えば、差分法や有限要素法）や、音の進行を直線で模擬するレイトレース法（光線追跡法）と呼ばれる手法を用いた超音波伝播を数値計算することによっても、得ることができる。
【００３５】
このように、実施例１では、超音波を送信するセンサとして、複数の方向に超音波を送信することが可能なアレイ探触子を利用し、アレイ探触子の位置を固定してエコーを受信し、縦波直射エコー，モード変換エコー，２次クリーピングエコーの信号強度を比によって比較することで、欠陥寸法を評価することができる。
【００３６】
実施例１では、アレイ探触子の位置を縦波４５度による縦波直射エコーが極大となる位置にアレイ探触子の位置を固定したが、例えば、縦波４０度による縦波直射エコーが極大になる位置に固定する、あるいは、縦波６０度によるモード変換エコーが極大となる位置に固定するなどしてもよい。探触子位置を固定するにあたって、超音波の角度やエコーの種類は限定しない。
【実施例２】
【００３７】
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。第２の実施形態では、縦波及び横波の伝播方向がそれぞれ１方向に固定されている探触子を１箇所に固定する場合である。
【００３８】
図２は本発明の第２の実施形態で、図示のように、被検査体である被検査体１０１と、これに超音波を入射する探触子２０１，送受信部１１１，受信信号を表示する表示部112から構成されている。
【００３９】
本実施例では、縦波の伝播方向として少なくとも１方向、横波の伝播方向として少なくとも１方向であれば十分であるため、探触子２０１として、実施例１と同様にアレイ探触子（図６，図７）の他に、図５に示す縦波斜角探触子を用いてもよい。
【００４０】
図５に示した斜角探触子５０１は、ＰＺＴ等の圧電素子を振動子５０１，音の屈折により所望の方向へ音波を送信することを可能とするためのくさび材５０２（例えば、ポリイミド等の合成樹脂製），くさび材内部で多重反射する超音波を吸収するためのダンパ材
５０３、から構成されており、被検査体１０１とくさび材５０２の音速及び密度が異なるために、両者の境界面で超音波の屈折が起き、ある特定の方向に伝播する縦波成分５０５と、特定の方向に伝播する横波成分５０６とが発生する。
【００４１】
なお、超音波には、指向性と呼ばれる伝播方向の広がりがあるために、幾何学的には伝播方向が多少異なる波であっても、探触子２０１を一箇所に固定しても、複数個の伝播経路を持った超音波を受信することが可能である。
【００４２】
第２の実施例においても、３種類のエコーに注目する。探触子２０１を被検査体１０１の表面のある一箇所に設置し、その探触子位置で受信される代表的な超音波信号を、図２（Ａ）〜（Ｃ）として示す。受信信号は、実施例１と同様であり、図２（Ａ）は縦波直射エコー、図２（Ｂ）はモード変換エコー、図２（Ｃ）は２次クリーピングエコーを表す。
【００４３】
図２に、これら３種類の超音波の受信信号２０２を、模式的に示す。信号の表示方法として、Ａスキャン方式を採用した例である。送信している超音波は縦波と横波それぞれ１方向であるために、１つの受信波形内の異なる伝播時間（または路程）位置に、３つのピーク信号が受信される。ここで、縦波直射エコーの強度２０３，モード変換エコーの強度２０４，２次クリーピングエコーの強度２０５に注目して反射源である欠陥の寸法を評価する。
【００４４】
評価方法の流れを図１１にフローチャートで示す。ここでは、例として縦波６０度の縦波斜角探触子を使用する場合を考える。まず、欠陥などの反射源からのエコーの有無を確認する（Ｓ１１０１）。反射源からのエコーが無ければ、欠陥なし、と判断される
（Ｓ１１０２）。エコーがあった場合、縦波直射エコーとして、縦波６０度成分の縦波直射エコーが極大値となるように探触子位置を設定する（Ｓ１１０３）。次に、縦波直射エコーの約２倍程度の信号（２次クリーピングエコー）の有無と信号強度を確認する
（Ｓ１１０４）。同様に、伝播時間（または路程）として、縦波直射エコーの約１.５ 倍程度の信号（モード変換エコー）の有無と信号強度を確認する（Ｓ１１０５）。
【００４５】
最後に、これらの信号の強度を比較して（Ｓ１１０６）、欠陥の寸法を評価する
（Ｓ１１０７）。実施例１と同様に、信号強度と欠陥寸法のマスターカーブ２０６と比較することで欠陥寸法を評価することが可能である。このとき、例えば、モード変換エコーと２次クリーピングエコーの強度比と欠陥寸法の関係を利用する。また、本実施例において、マスターカーブ２０６を記憶するための、記憶部１１９を備えていてもよい。
【００４６】
なお、強度比に関するマスターカーブを用いて欠陥寸法を評価方法として、例えば、実施例１と同様に、図１８または図１９に示すフローチャートによる手順を用いる。また、欠陥の有無を判定する方法として、実施例１と同様に、図２０または図２１に示す関係図を用いる。
【００４７】
このように、実施例２では、超音波を送信するセンサとして、少なくとも１つの方向に縦波超音波を送信することが可能な探触子を利用し、探触子の位置を固定してエコーを受信し、縦波直射エコー，モード変換エコー，２次クリーピングエコーの信号強度を比較することで、欠陥寸法を評価することができる。
【００４８】
本実施例では、探触子として縦波６０度の斜角探触子を利用したが、例えば、縦波７０度の縦波斜角探触子を利用して、強度を比較してもよい。
【実施例３】
【００４９】
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。第３の実施形態では、探触子の位置を１箇所に固定しないで強度比により欠陥寸法を評価する場合である。
【００５０】
図３は本発明の第３の実施形態で、図示のように、被検査体である被検査体１０１と、これに超音波を入射する探触子２０１と、送受信部１１１，受信信号を表示する表示部
１１２から構成されている。
【００５１】
本実施例では、縦波の伝播方向として少なくとも１方向、横波の伝播方向として少なくとも１方向であれば十分であるため、探触子２０１として、実施例２と同様にアレイ探触子（図６，図７）または縦波斜角探触子（図５）のいずれを使用してもよい。
【００５２】
第３の実施例においても、上記の実施例と同様に、３種類のエコーに注目する。探触子２０１を被検査体１０１の表面に設置し、探触子位置を移動させながら、縦波直射エコー，モード変換エコー，２次クリーピングエコーの信号の強度を確認し、それぞれの信号強度が極大値となる探触子の位置を把握する。それぞれの超音波信号及び探触子位置を、図３（Ａ）〜（Ｃ）及び図４（Ａ）〜（Ｃ）に模式的に示す。受信信号は、第１及び第２の実施例と同様であり、図３及び図４中の（Ａ）は縦波直射エコー、図３及び図４中の(Ｂ)はモード変換エコー、図３及び図４中の（Ｃ）は２次クリーピングエコーを表す。
【００５３】
図３に、これら３種類の超音波の受信信号３０４を、模式的に示す。信号の表示方法として、Ａスキャン方式を採用した例である。伝播時間（または路程）の異なる、３つの信号が受信される。ここで、縦波直射エコーの強度３０１，モード変換エコーの強度３０２，２次クリーピングエコーの強度３０３に注目して反射源である欠陥の寸法を評価する。
【００５４】
信号強度比に注目して欠陥寸法を評価する方法の例を図１２及び図１３にフローチャートで示す。図１２はアレイ探触子により複数の方向に伝播する超音波を用いる場合である。まず、欠陥などの反射源からのエコーの有無を確認する（Ｓ１２０１）。反射源からのエコーが無ければ、欠陥なし、と判断される（Ｓ１２０２）。エコーがあった場合、縦波直射エコーとして、例えば、縦波４５度成分のエコーが極大値となるように探触子位置を設定する（Ｓ１２０３）。次に、入射方向として例えば縦波７０度近傍、伝播時間（または路程）として、縦波直射エコーの約２倍程度の信号（２次クリーピングエコー）の有無を確認し、信号強度が極大となる位置に探触子を移動し信号強度を確認する(Ｓ１２０４)。同様に、入射方向として、縦波６０度近傍、伝播時間（または路程）として、縦波直射エコーの約１.５ 倍程度の信号（モード変換エコー）の有無を確認し、信号強度が極大となる位置に探触子を移動し、信号強度を確認する（Ｓ１２０５）。
【００５５】
最後に、これらの信号の強度を比により比較して（Ｓ１２０６）、欠陥の寸法を評価する（Ｓ１２０７）。
【００５６】
図１３は、少なくとも１方向に縦波が伝播する探触子を用いる場合である。ここでは、縦波６０度の縦波斜角探触子を例としてあげた。図１２に示したフローチャートと同様に、縦波６０度における、縦波直射エコー，モード変換エコー，２次クリーピングエコーに注目して欠陥寸法を評価する。
【００５７】
信号強度の比較の例を、図１４，図１５に、探触子位置の比較の例を示す。図１４は、縦波６０度によるモード変換エコーと２次クリーピングエコーの信号強度比と、欠陥寸法（板厚と比をとって％表示した板厚％で表示）の関係を示したものである。ここでは、２次クリーピング波を受信する角度として、縦波６０度と縦波７０度の例を示した。また、図１５に、縦波６０度によるモード変換エコーと縦波４５度による縦波直射エコーの信号強度比と、欠陥寸法の関係を示す。いずれの場合も、欠陥寸法が大きくなるにつれて、信号強度比が大きくなっていることがわかる。これらのマスターカーブ（３０５）と、測定によって得られた信号強度比を比較することによって、欠陥寸法を間接的に推定することができる。なお、強度比に関するマスターカーブにより欠陥寸法を評価方法として、例えば、実施例１と同様に、図１８または図１９に示すフローチャートによる手順を用いる。
【００５８】
このように、実施例３では、信号強度が極大値となるように、探触子の位置を移動させてエコーを受信し、縦波直射エコー，モード変換エコー，２次クリーピングエコーの信号強度を比によって比較することで、欠陥寸法を評価することができる。
【実施例４】
【００５９】
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。第４の実施形態は、第１，第２，第３の実施例の特別な場合である。
【００６０】
実施例１から３では、縦波直射エコー，モード変換エコー，２次クリーピングエコーの信号強度のうち、例えば、モード変換エコーの信号強度を縦波直射エコーの信号強度で除算した比や、モード変換エコーの信号強度を２次クリーピング波の信号強度で除算した比を利用して、欠陥の寸法を評価する例を説明した。
【００６１】
しかしながら、被検査体１０１にアレイセンサ１０２または探触子２０１を接触させる面が平滑で接触性をさまたげない場合や、被検査体の形状が平板である場合など、信号強度にばらつきを与える要因が小さい場合には、信号強度の表面粗さ等によるばらつきが小さくなる。特に、縦波直射エコーや２次クリーピングエコーに関しては、超音波が反射源１０３において反射する領域が、反射源の開口部近傍に限定されているため、開口部から上の部分、すなわち、反射源の先端部分の位置に依らず、その信号強度はほぼ一定になる。
【００６２】
例として、図２３に、縦波４５度の縦波直射エコー，縦波６０度のモード変換エコー，縦波７０度の２次クリーピングエコーに関して、それぞれの信号強度と欠陥寸法（板厚で除算して板厚％で表示）の関係をグラフに示す。縦波直射エコーと２次クリーピングエコーでは、欠陥寸法に依存せず、ほぼ一定値となっているのに対し、モード変換エコーでは、欠陥寸法が大きくなるにつれて信号強度が大きくなっており、明瞭な相関関係があることが分かる。
【００６３】
このように、被検査体の探傷状況が良好でばらつきの小さい場合には、モード変換エコーの強度単独でも、欠陥寸法との間に明瞭な相関関係を認めることができる。この場合には、実施例１または実施例２において、強度比を用いるべきところを、モード変換エコーの強度を用いて欠陥の寸法を評価することができる。
【実施例５】
【００６４】
次に、本発明の第５の実施形態を説明する。第５の実施形態では、探触子の位置を１箇所に固定しないで超音波受信位置の差により欠陥寸法を評価する場合である。
【００６５】
図４は本発明の第５の実施形態で、図示のように、被検査体である被検査体１０１と、これに超音波を入射する探触子２０１と、送受信部１１１，受信信号を表示する表示部
１１２から構成されている。
【００６６】
本実施例では、縦波の伝播方向として少なくとも１方向、横波の伝播方向として少なくとも１方向であれば十分であるため、探触子２０１として、実施例２と同様にアレイ探触子（図６，図７）または縦波斜角探触子（図５）のいずれを使用してもよい。
【００６７】
第５の実施例においても、３種類のエコーに注目する。探触子２０１を被検査体１０１の表面に設置し、探触子位置を移動させながら、縦波直射エコー，モード変換エコー，２次クリーピングエコーの信号の強度を確認し、それぞれの信号強度が極大値となる探触子の位置を把握する。それぞれの超音波信号及び探触子位置を、図３（Ａ）〜（Ｃ）及び図４（Ａ）〜（Ｃ）に模式的に示す。受信信号は、第１及び第２の実施例と同様であり、図３及び図４（Ａ）は縦波直射エコー、図３及び図４（Ｂ）はモード変換エコー、図３及び図４（Ｃ）は２次クリーピングエコーを表す。
【００６８】
図４に、これら３種類の超音波の受信信号３０４を、模式的に示す。信号の表示方法として、Ａスキャン方式を採用した例である。伝播時間（または路程）の異なる、３つの信号が受信される。ここで、縦波直射エコーの強度３０１，モード変換エコーの強度３０２，２次クリーピングエコーの強度３０３に注目して反射源である欠陥の寸法を評価する。
【００６９】
欠陥寸法と超音波送信位置（または探触子位置）の差に注目して欠陥寸法を評価する方法の流れの例を図２５及び図２６にフローチャートで示す。図２５はアレイ探触子により複数の方向に伝播する超音波を用いる場合である。まず、欠陥などの反射源からのエコーの有無を確認する（Ｓ２５０１）。反射源からのエコーが無ければ、欠陥なし、と判断される（Ｓ２５０２）。エコーがあった場合、縦波直射エコーとして、例えば、縦波４５度成分のエコーが極大値となるように探触子位置を設定する（Ｓ２５０３）。次に、入射方向として例えば縦波７０度近傍、伝播時間（または路程）として、縦波直射エコーの約２倍程度の信号（２次クリーピングエコー）の有無を確認し、信号強度が極大となる位置に探触子を移動し探触子位置を確認する（Ｓ２５０４）。同様に、入射方向として、縦波
６０度近傍、伝播時間（または路程）として、縦波直射エコーの約１.５ 倍程度の信号
（モード変換エコー）の有無を確認し、信号強度が極大となる位置に探触子を移動し、探触子位置を確認する（Ｓ２５０５）。
【００７０】
最後に、これらの信号の探触子位置を差により比較して（Ｓ２５０６）、欠陥の寸法を評価する（Ｓ２５０７）。
【００７１】
図２６は、少なくとも１方向に縦波が伝播する探触子を用いる場合である。ここでは、縦波６０度の縦波斜角探触子を例としてあげた。図２５に示したフローチャートと同様に、縦波６０度における、縦波直射エコー，モード変換エコー，２次クリーピングエコーに注目して欠陥寸法を評価する。
【００７２】
図１６，図１７に、探触子位置の比較の例を示す。図１６は、縦波６０度によるモード変換エコーと縦波６０度による２次クリーピングエコーの探触子位置の差と、欠陥寸法
（板厚％で表示）の関係を示したものである。また、図１７に、縦波６０度によるモード変換エコーと縦波４５度による縦波直射エコーの探触子位置の差と、欠陥寸法の関係を示す。いずれの場合も、欠陥寸法が大きくなるにつれて、探触子位置の差が大きくなっていることがわかる。これらのマスターカーブ（４０４）と、測定によって得られた信号強度比を比較することによって、欠陥寸法を間接的に推定することができる。
【００７３】
図２２を用いて、超音波受信位置の差に関するマスターカーブを用いて欠陥寸法を評価方法のフローを説明する。信号強度が極大値となる超音波受信位置（または探触子位置）の差の測定値２２０１をマスターカーブ２２０１ａのグラフを描いた座標系のＹ軸上に置く（Ｓ２２０１）。次に、そのＹの値とマスターカーブ２２０１ａの交点２２０３を求める（Ｓ２２０２）。交点２２０３から垂線を下ろす（Ｓ２２０３）。最後に、Ｘ軸との交点２２０４を、欠陥寸法の評価値とする（Ｓ２２０４）。
【００７４】
なお、図１６及び図１７のデータは、実験によって超音波受信位置(探触子位置)と欠陥寸法の関係を調べたマスターカーブであるが、実施例１と同様に、数値計算によってマスターカーブを求めてもよい。また、本実施例において、マスターカーブ(３０５，４０４)を記憶するための、記憶部１１９を備えていてもよい。
【００７５】
このように、実施例５では、信号強度が極大値となるように、探触子の位置を移動させてエコーを受信し、縦波直射エコー，モード変換エコー，２次クリーピングエコーの探触子位置を差によって比較することで、欠陥寸法を評価することができる。
【実施例６】
【００７６】
次に、本発明の第６の実施形態を説明する。第６の実施形態は、第５の実施例の特別な場合である。
【００７７】
実施例５では、縦波直射エコー，モード変換エコー，２次クリーピングエコーの信号強度のうち、例えば、モード変換エコーの信号強度が極大値となる超音波受信位置と縦波直射エコーの信号強度が極大値となる超音波受信位置の差や、モード変換エコーの信号強度が極大値となる超音波受信位置と２次クリーピング波の信号強度が極大値となる超音波受信位置の差を利用して、欠陥の寸法を評価する例を説明した。
【００７８】
しかしながら、被検査体の形状が平板である場合などのように、欠陥等の反射源からの信号にばらつきを与える影響が小さい場合には、縦波直射エコーや２次クリーピングエコーに関しては、その信号強度が極大となる超音波受信位置が、欠陥の深さによらずほぼ一定となる。
【００７９】
例として、図２４に、縦波４５度の縦波直射エコー，縦波６０度のモード変換エコー，縦波７０度の２次クリーピングエコーに関して、それぞれの信号強度が極大値となる超音波受信位置（探触子位置）と欠陥寸法（板厚で除算して板厚％で表示）の関係をグラフに示す。縦波直射エコーと２次クリーピングエコーでは、欠陥寸法に依存せず、ほぼ一定値となっているのに対し、モード変換エコーでは、欠陥寸法が大きくなるにつれて超音波受信位置が大きくなっており、明瞭な相関関係があることが分かる。
【００８０】
このように、被検査体の探傷状況が良好で、超音波受信位置のばらつきが小さい場合には、モード変換エコーの信号強度が極大となる超音波受信位置単独でも、欠陥寸法との間に明瞭な相関関係を認めることができる。この場合には、実施例４において、超音波受信位置の差を用いるべきところを、モード変換エコーの信号強度が極大となる超音波受信位置を用いて欠陥の寸法を評価することができる。
【実施例７】
【００８１】
次に、本発明の第７の実施形態を説明する。第７の実施形態では、欠陥寸法の評価に加えて、欠陥の有無を評価する場合である。
【００８２】
図２７に欠陥の無い場合に発生する超音波信号の例を示す。これまでの実施例で説明した代表的な信号である、縦波直射エコー，モード変換エコー，２次クリーピングエコーは、本来、欠陥のある場合にのみ発生する信号であるが、例えば、図２７に示すように、被検査体１０１の底面近傍に局所的な形状変形部２７０１が存在する場合、これらの信号に類似した擬似的なエコーが発生する場合がある。
【００８３】
図２７（Ａ）は、形状変化部２７０１に送信された縦波成分が縦波成分として反射され探触子２７０２で受信される疑似的な縦波直射エコー２７０３である。図２７（Ｂ）は、探触子２７０２から送信された横波成分が被検査体１０１の底面で縦波成分にモード変換し、形状変化部２７０１で縦波成分として反射され探触子２７０２で受信される、疑似的なモード変換エコーである。図２７（Ｃ）は、探触子２７０２から送信された横波成分が被検査体１０１の底面で縦波成分にモード変換し、形状変化部２７０１で横波成分として反射され探触子２７０２で受信される、疑似的な２次クリーピングエコーである。ここで、これらの信号が疑似的であるとは、超音波の送受信角度及び伝播時間が本来のエコーと類似しているという点を指している。
【００８４】
超音波検査において、欠陥との判断が困難となるような形状変化部は、例えば、溶接や加工の際に生じる局所的な凹凸などであり、その寸法は数ミリ程度である。通常、超音波検査に用いられる超音波の波長は、サブミリから数ミリ程度であるために、波長に比べこれらの形状変化部が小さいために、擬似エコーの強度は欠陥に起因する本来のエコーと比べて非常に弱くなる傾向がある。なお、数センチ程度の、波長と比較して大きな形状変化部が存在した場合は、形状変化そのものを計測することが可能となるため、超音波検査のあい路とはならない。
【００８５】
また、横波からモード変換した波のうち、表面に沿って伝播する成分は、伝播しながら連続的に横波成分にモード変換をするために、伝播距離が長い程、そのエネルギーロスが大きくなる。そのため、図２７の（Ｂ）及び（Ｃ）に示した擬似エコーの信号強度が極大となる探触子位置では、伝播経路のうち、エネルギーロスの大きい縦波成分（２７０６及び２７０７）の伝播距離は極端に短くなっていると考えられる。このことから、擬似エコーが受信される場合の超音波受信位置は、欠陥に起因する本来のエコーと比べて、非常に反射源に近くなる傾向がある。
【００８６】
これらの、擬似エコーの持つ特徴に注目することで、欠陥の有無を評価することが可能となる。評価方法の例を図２０及び図２１を用いて説明する。図２０は横軸に欠陥寸法、縦軸に強度比をとったマスターカーブを模式的に示した図である。実施例１でも述べたように、破壊試験等により得られる測定データは、マスターカーブに対して誤差（統計的なばらつき）を持つことが考えられる。欠陥のある場合の測定結果２００４と欠陥のない場合の測定結果２００５は、擬似エコーの強度が弱くなる特徴があることから、ある強度比未満の信号は欠陥ではなく形状変化部による擬似エコーと判断できるしきい値２００３を設定することができる。
【００８７】
また、モード変換エコーに対する擬似エコー及び２次クリーピングに対する擬似エコーは、ともに本来のエコーと比べ信号強度が弱くなる傾向にあることから、図２１に示す様に、横軸にモード変換エコーの信号強度、縦軸に２次クリーピング波の信号強度をとり、測定値をプロットしたグラフを用いても欠陥の有無を判定することができる。図２１に示した方法の場合には、モード変換波と２次クリーピング波のそれぞれに対してしきい値
２１０１及び２１０２が設定でき、それらのしきい値未満の測定値が得られた場合は欠陥無しと判断することができる。
【００８８】
図２０及び図２１は、エコー及び擬似エコーの強度に注目した評価方法であるが、擬似エコーは探触子位置が近く（即ち、小さく）なる傾向を持つために、図２０の縦軸として、信号強度が極大となる超音波受信位置（探触子位置）の差としたグラフを用いても、欠陥の有無を区別するためのしきい値が設定でき、欠陥の有無を評価することができる。また、図２１の横軸としてモード変換エコーが極大値となる超音波受信位置、縦軸として２次クリーピング波が極大となる超音波受信位置としたグラフを用いても、欠陥の有無を識別するしきい値を設定でき、欠陥の有無を評価することができる。
【００８９】
このように、縦波直射エコー，モード変換エコー，２次クリーピングエコー、及び、それらの擬似エコーの信号強度（またはその比）や信号強度が極大となる超音波受信位置
（またはその差）に注目することで、擬似エコーと本来のエコーを識別することで、欠陥の有無を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第１実施例に係る超音波探傷方法の概念図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る超音波探傷方法の概念図である。
【図３】本発明の第３実施例に係る超音波探傷方法の概念図である。
【図４】本発明の第５実施例に係る超音波探傷方法の概念図である。
【図５】本発明の実施例に係る縦波斜角探触子における超音波の縦波及び横波成分の主軸方向を矢印で示した図である。
【図６】本発明の実施例に係るアレイ探触子における超音波の縦波及び横波成分の主軸方向を矢印で示した図である。
【図７】本発明の実施例に係るアレイ探触子における超音波の縦波及び横波成分の主軸方向を矢印で示した図である。
【図８】本発明の第１実施例に係る探傷方法のフローチャートである。
【図９】超音波エコーの受信信号の信号強度と欠陥寸法の関係を示すグラフ図である。
【図１０】超音波エコーの受信信号の信号強度と欠陥寸法の関係を示すグラフ図である。
【図１１】本発明の第２実施例に係る探傷方法のフローチャートである。
【図１２】本発明の第３実施例に係る探傷方法のフローチャートである。
【図１３】本発明の第３実施例に係るもう一つの探傷方法のフローチャートである。
【図１４】超音波エコーの受信信号の信号強度比と欠陥寸法の関係を示すグラフ図である。
【図１５】超音波エコーの受信信号の信号強度比と欠陥寸法の関係を示すもう一つのグラフ図である。
【図１６】探触子位置の差と欠陥寸法の関係を示すグラフ図である。
【図１７】探触子位置の差と欠陥寸法の関係を示すもう一つのグラフ図である。
【図１８】超音波エコーの受信信号の強度比に関するマスターカーブから欠陥の寸法を評価する方法を説明する説明図である。
【図１９】超音波エコーの受信信号の強度比に関するマスターカーブから欠陥の寸法を評価するもう一つの方法を説明するための説明図である。
【図２０】本発明の第７実施例に係る欠陥の有無を評価する方法を説明するための説明図である。
【図２１】本発明の第７実施例に係る欠陥の有無を評価するもう一つの方法を説明するための説明図である。
【図２２】探触子位置の差に関するマスターカーブから欠陥の寸法を評価する方法を説明するための説明図である。
【図２３】本発明の第３実施例に係わる信号強度と欠陥寸法の関係を示すグラフ図である。
【図２４】本発明の第６実施例に係わる探触子位置と欠陥寸法の関係を示すグラフ図である。
【図２５】本発明の第５実施例に係る探傷方法のフローチャートである。
【図２６】本発明の第５実施例に係るもう一つの探傷方法のフローチャートである。
【図２７】本発明の第７実施例に係る擬似エコーを説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０１…被検査体、１０２…アレイセンサ、１０４，１０６，１０９，１１０，１２０…縦波成分、１０５，１１７…横波成分、１１１…送受信部、１１２…表示部、１１３…縦波直射エコーの強度、１１４…モード変換エコーの強度、１１５…２次クリーピングエコーの強度、１１６…マスターカーブ、２０１…探触子。
【図１】
2006010314.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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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