(57)【要約】【課題】一対の探触子の中央基準線から外れた箇所を識別性の良い状態で測定するアレイ探触子の測定方法及びその測定装置を提供する。【解決手段】対象物Ａの測定箇所を跨ぐように、複数の振動子１ａを配置した送信側アレイ探触子１と、複数の振動子２ａを配置した受信側アレイ探触子２とを対象物Ａに配置して測定箇所を探傷するアレイ探触子の測定方法であって、  送信側アレイ探触子１における複数の振動子１ａの励起パターンと、受信側アレイ探触子２における複数の振動子２ａの励起パターンとを相違させ、送信側アレイ探触子１と受信側アレイ探触子２との送受信の焦点位置を、送信側アレイ探触子１と受信側アレイ探触子２の中央基準線から外れた位置に設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の測定箇所を跨ぐように、複数の振動子を配置した送信側アレイ探触子と、複数の振動子を配置した受信側アレイ探触子とを対象物に配置して測定箇所を探傷するアレイ探触子の測定方法であって、
前記送信側アレイ探触子における複数の振動子の励起パターンと、受信側アレイ探触子における複数の振動子の励起パターンとを相違させ、送信側アレイ探触子と受信側アレイ探触子との送受信の焦点位置を、送信側アレイ探触子と受信側アレイ探触子の中央基準線から外れた位置に設定することを特徴とするアレイ探触子の測定方法。
【請求項２】
送信側アレイ探触子の励起パターンと受信側アレイ探触子の励起パターンとを交互に切り替え、切り替えに伴って送信側アレイ探触子の励起パターンを他の励起パターンにし、且つ受信側アレイ探触子の励起パターンを別の励起パターンにし、送信側アレイ探触子と受信側アレイ探触子との送受信の焦点位置を、対象物の厚さ方向と異なる他方向へ複数設定することを特徴とする請求項１に記載のアレイ探触子の測定方法。
【請求項３】
複数の振動子を配置した送信側アレイ探触子と、複数の振動子を配置した受信側アレイ探触子と、前記送信側アレイ探触子及び受信側アレイ探触子を制御する探傷装置とを備え、対象物の測定箇所を跨ぐように送信側アレイ探触子と受信側アレイ探触子とを対象物に配置して測定箇所を探傷するアレイ探触子の測定装置であって、
前記探傷装置は、送信側アレイ探触子における複数の振動子の励起パターンと、受信側アレイ探触子における複数の振動子の励起パターンとを相違させ、送信側アレイ探触子と受信側アレイ探触子との送受信の焦点位置を、送信側アレイ探触子と受信側アレイ探触子の中央基準線から外れた位置に設定するように構成されたことを特徴とするアレイ探触子の測定装置。
【請求項４】
探傷装置は、送信側アレイ探触子の励起パターンと受信側アレイ探触子の励起パターンとを交互に切り替え、切り替えに伴って送信側アレイ探触子の励起パターンを他の励起パターンにし、且つ受信側アレイ探触子の励起パターンを別の励起パターンにし、送信側アレイ探触子と受信側アレイ探触子との送受信の焦点位置を、対象物の厚さ方向と異なる他方向へ複数設定するように構成されたことを特徴とする請求項３に記載のアレイ探触子の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接部等の欠陥を検査するアレイ探触子の測定方法及びその測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二つの鋼材を開先部で突き合わせて溶接した溶接部に対し、割れ等のきずや欠陥の有無を検査する手法としては、ＴＯＦＤ（Time of flight Diffraction）法が存在する。
【０００３】
ＴＯＦＤ法は、同一ビーム幅・同一屈折角を持つ一対の探触子を溶接部の両側へ配置し、一方の探触子によって超音波を送信し、他の探触子によって、溶接部のきずや欠陥を介して超音波である回折波を受信し、溶接部の欠陥の深さ等を特定するものであり、検査の際には、一対の探触子を、溶接線の延在方向へ走査して１ストロークで肉厚全体を監視し、溶接部の健全性を検査するようにしている。
【０００４】
なお、本発明と関連性が高いアレイ探触子の測定方法及びその測定装置の先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２００９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＴＯＦＤ法は、一対の探触子の送受信によって生じる最も識別性の良い焦点位置が、一対の探触子の中央に位置する中央基準線上に設定されるため、開先部のように一対の探触子の中央基準線から外れた箇所を識別性の良い状態で測定することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、一対の探触子の中央基準線から外れた箇所を識別性の良い状態で測定するアレイ探触子の測定方法及びその測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のアレイ探触子の測定方法は、対象物の測定箇所を跨ぐように、複数の振動子を配置した送信側アレイ探触子と、複数の振動子を配置した受信側アレイ探触子とを対象物に配置して測定箇所を探傷するアレイ探触子の測定方法であって、前記送信側アレイ探触子における複数の振動子の励起パターンと、受信側アレイ探触子における複数の振動子の励起パターンとを相違させ、送信側アレイ探触子と受信側アレイ探触子との送受信の焦点位置を、送信側アレイ探触子と受信側アレイ探触子の中央基準線から外れた位置に設定することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明のアレイ探触子の測定方法において、送信側アレイ探触子の励起パターンと受信側アレイ探触子の励起パターンとを交互に切り替え、切り替えに伴って送信側アレイ探触子の励起パターンを他の励起パターンにし、且つ受信側アレイ探触子の励起パターンを別の励起パターンにし、送信側アレイ探触子と受信側アレイ探触子との送受信の焦点位置を、対象物の厚さ方向と異なる他方向へ複数設定することが好ましい。
【００１０】
本発明のアレイ探触子の測定装置は、複数の振動子を配置した送信側アレイ探触子と、複数の振動子を配置した受信側アレイ探触子と、前記送信側アレイ探触子及び受信側アレイ探触子を制御する探傷装置とを備え、対象物の測定箇所を跨ぐように送信側アレイ探触子と受信側アレイ探触子とを対象物に配置して測定箇所を探傷するアレイ探触子の測定装置であって、前記探傷装置は、送信側アレイ探触子における複数の振動子の励起パターンと、受信側アレイ探触子における複数の振動子の励起パターンとを相違させ、送信側アレイ探触子と受信側アレイ探触子との送受信の焦点位置を、送信側アレイ探触子と受信側アレイ探触子の中央基準線から外れた位置に設定するように構成されたものである。
【００１１】
本発明のアレイ探触子の測定装置において、探傷装置は、送信側アレイ探触子の励起パターンと受信側アレイ探触子の励起パターンとを交互に切り替え、切り替えに伴って送信側アレイ探触子の励起パターンを他の励起パターンにし、且つ受信側アレイ探触子の励起パターンを別の励起パターンにし、送信側アレイ探触子と受信側アレイ探触子との送受信の焦点位置を、対象物の厚さ方向と異なる他方向へ複数設定するように構成されたことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のアレイ探触子の測定方法及びその測定装置によれば、送信側アレイ探触子における複数の振動子の励起パターンと、受信側アレイ探触子における複数の振動子の励起パターンとを相違させ、送信側アレイ探触子と受信側アレイ探触子との送受信の焦点位置を、送信側アレイ探触子と受信側アレイ探触子の中央基準線から外れた位置に設定するので、開先部のように一対の探触子の中央基準線から外れた箇所を、識別性の良い状態で測定することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を実施する形態例を示すブロック図である。
【図２】励起パターンの変換前の制御を示す概念図である。
【図３】励起パターンの変換後の制御を示す概念図である。
【図４】比較試験において試験体の条件を示す正面図である。
【図５】比較試験において焦点位置を一対の探触子の中央基準線に設定した場合の概念図である。
【図６】比較試験において焦点位置を試験体の厚さ方向で送信側アレイ探触子と受信側アレイ探触子の中央基準線に沿って設定した場合の概念図である。
【図７】比較試験において焦点位置を送信側アレイ探触子と受信側アレイ探触子の中央基準線から外れた位置に設定した場合の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態例を図１〜図７を参照して説明する。
【００１５】
実施の形態例のアレイ探触子の測定装置は、複数の振動子１ａを配置した送信側アレイ探触子１と、複数の振動子２ａを配置した受信側アレイ探触子２とを備えている。
【００１６】
送信側アレイ探触子１は、複数の振動子１ａを所定の角度に設定するように、鋼材等の対象物Ａの表面に配置し得る送信側クサビ３を備えている。又、受信側アレイ探触子２は、同様に複数の振動子２ａを所定の角度に設定し得るように、鋼材等の対象物Ａの表面に配置し得る受信側クサビ４を備えている。ここで送信側アレイ探触子１が受信用の探触子の役割を果すと共に受信側アレイ探触子２が送信用の探触子の役割を果たすようにしても良い。
【００１７】
送信側クサビ３及び受信側クサビ４には、両者の間隔を調整し得る連結部５が備えられており、連結部５には、溶接部の延在方向に沿って走査する場合に対応して送信側アレイ探触子１及び受信側アレイ探触子２の移動量を計測し得るエンコーダ６が接続されている。ここで連結部５の構成は、送信側アレイ探触子１及び受信側アレイ探触子２の間隔を任意の距離に保てるならば、特に制限されるものでない。又、エンコーダ６は移動量を計測し得るならば他の位置に取り付けても良い。
【００１８】
送信側アレイ探触子１、受信側アレイ探触子２、エンコーダ６は、探傷装置７に接続されており、探傷装置７は、送信側アレイ探触子１及び受信側アレイ探触子２からのデータを収集するデータ収集部８と、データ収集部８に接続され且つ送信側アレイ探触子１の動子１ａに励起パターンを送る送信側制御部９と、データ収集部８に接続され且つ受信側アレイ探触子２の振動子２ａに励起パターンを送る受信側制御部１０とを備えている。又、探傷装置７の外部には、分析用コンピュータ１１が接続されていると共に、測定結果を表示する画像表示器１２が配置されている。更に探傷装置７のデータ収集部８にはエンコーダ６からの信号が入力されるようになっている。ここで励起パターンの修正は、送信側制御部９、受信側制御部１０、及び分析用コンピュータ１１で行っており、励起パターン等の情報は、分析用コンピュータ１１から入力されるようになっている。なお探傷装置７には、送信側制御部９及び受信側制御部１０の他に送受信の制御部を増やしても良い。
【００１９】
以下本発明を実施する形態例の作用を説明する。
【００２０】
鋼材等の対象物Ａの溶接部等の測定箇所を検査する際には、準備段階として対象物Ａの測定箇所を跨ぐように送信側アレイ探触子１と受信側アレイ探触子２とを測定箇所の両側位置で対象物Ａの表面に配置する。
【００２１】
そして分析用コンピュータ１１に探傷条件を入力し、探傷装置７へ情報を反映させる。次にデータ収集部８より送信側制御部９に信号を送り、送信側制御部９で励起パターンを制御し、送信側アレイ探触子１の振動子１ａに電子パルスを与えて対象物Ａに超音波を伝搬させる。この時、測定箇所にきずや欠陥がある場合には超音波の反射が起こり、受信側アレイ探触子２の振動子２ａでは、きず等を含めた信号を受信し、受信側制御部１０により受信した信号のパターンを制御して信号をデータ収集部８に送る。その後、データ収集部８で収集した信号及びエンコーダ６からの信号を分析用コンピュータ１１に送り、分析用コンピュータ１１によってデータを分析し、超音波の画像を画像表示装置１２に表示させる。
【００２２】
以下、送信側アレイ探触子１及び受信側アレイ探触子２による焦点位置を、対象物Ａの厚さ方向で送信側アレイ探触子１と受信側アレイ探触子２との中央基準線に沿って設定する場合と、焦点位置を、送信側アレイ探触子１と受信側アレイ探触子２の中央基準線から外れた箇所に設定する場合とを説明する。
【００２３】
焦点位置を、対象物Ａの厚さ方向で送信側アレイ探触子１と受信側アレイ探触子２との中央基準線に沿って設定する場合には、データ収集部８から送信側制御部９に対して送信側アレイ探触子１へ所定の送信側励起パターンを送るように指令を出し、同時にデータ収集部８から受信側制御部１０に対して受信側アレイ探触子２の複数の振動子２ａへ所定の受信側励起パターンを送るように指令を出す。
【００２４】
そして図２に示す如く送信側アレイ探触子１に送る送信側励起パターンと、受信側アレイ探触子２に送る受信側励起パターンとを所定のタイミングで交互に切り替え、切り替えに伴って送信側アレイ探触子１及び受信側アレイ探触子２の励起パターンを他の励起パターンに変更する。具体的に送信側アレイ探触子１では、切り替えに伴って、第一番目の送信側励起パターンから、第二番目の送信側励起パターン、第三番目の送信側励起パターンへと、順に第ｎ番目の送信側励起パターン（図２では第七番目の送信側励起パターンを示す）まで変換し、その後、最初の第一番目の送信側励起パターンへ戻し、切り替え及び変換を連続的に繰り返す。又、受信側アレイ探触子２では、切り替えに伴って、第一番目の受信側励起パターンから、第二番目の受信側励起パターン、第三番目の受信側励起パターンへと、順に第ｎ番目の受信側励起パターン（図２では第七番目の受信側励起パターンを示す）まで変換し、その後、最初の第一番目の受信側励起パターンへ戻し、切り替え及び変換を連続的に繰り返す。
【００２５】
続いて送信側アレイ探触子１、受信側アレイ探触子２は、入力された送信側励起パターン、受信側励起パターンにより屈折角度及び焦点位置を調整し、焦点位置を、対象物Ａの厚さ方向で送信側アレイ探触子１と受信側アレイ探触子２との中央基準線に沿って複数点設定し、測定する。ここで送信側励起パターンには、送信側アレイ探触子１の複数の振動子１ａに対応した情報が入力されており、受信側励起パターンにも、同様に受信側アレイ探触子２の複数の振動子２ａに対応した情報が入力されている。又、図２の送信側励起パターン及び受信側励起パターンは、横軸に、複数の振動子のうち該当する振動子１ａ，２ａを示し、縦軸に、振動子の励起タイミング（タイムディレイ）を示している。更に図２の送信側励起パターンと送信側励起パターンは同じものであり（図２では左右対称）、焦点位置を、対象物Ａの厚さ方向で送信側アレイ探触子１と受信側アレイ探触子２との中央基準線に沿って七点設定している。なお焦点位置の個数は特に制限されるものではない。
【００２６】
一方、焦点位置を、送信側アレイ探触子１と受信側アレイ探触子２の中央基準線から外れた箇所に設定する場合には、データ収集部８から送信側制御部９に対して送信側アレイ探触子１へ他の送信側励起パターンを送るように指令を出し、同時にデータ収集部８から受信側制御部１０に対して受信側アレイ探触子２の複数の振動子２ａへ他の受信側励起パターンを送るように指令を出す。
【００２７】
そして図３に示す如く送信側アレイ探触子１に送る送信側励起パターンと、受信側アレイ探触子２に送る受信側励起パターンとを所定のタイミングで交互に切り替え、切り替えに伴って送信側アレイ探触子１及び受信側アレイ探触子２の励起パターンを互いに異なる励起パターンに変換する。具体的に送信側アレイ探触子１では、切り替えに伴って、第一番目の送信側励起パターンから、他の第二番目の送信側励起パターン、更に他の第三番目の送信側励起パターンへと、順に異なる第ｎ番目の送信側励起パターン（図３では第七番目の送信側励起パターンを示す）まで変換し、その後、最初の第一番目の送信側励起パターンへ戻し、切り替え及び変換を連続的に繰り返す。又、受信側アレイ探触子２では、切り替えに伴って、第一番目の受信側励起パターンから、別の第二番目の受信側励起パターン、更に別の第三番目の受信側励起パターンへと、順に異なる第ｎ番目の受信側励起パターン（図３では第七番目の受信側励起パターンを示す）まで変換し、その後、最初の第一番目の受信側励起パターンへ戻し、切り替え及び変換を連続的に繰り返す。
【００２８】
続いて送信側アレイ探触子１、受信側アレイ探触子２は、入力された送信側励起パターン、受信側励起パターンにより屈折角度及び焦点位置を調整し、焦点位置が対象物Ａの厚さ方向と異なる他方向の線上に位置するように、焦点位置を、送信側アレイ探触子１と受信側アレイ探触子２との中央基準線から外れた箇所に複数点設定する。ここで送信側励起パターンには、送信側アレイ探触子１の複数の振動子１ａに対応した情報が入力されており、受信側励起パターンにも、同様に受信側アレイ探触子２の複数の振動子２ａに対応した情報が入力されている。又、図３の送信側励起パターン及び受信側励起パターンは、横軸に、複数の振動子のうち対応する振動子１ａ，２ａを示し、縦軸に、振動子の励起タイミングを示している。更に図３の送信側励起パターンと送信側励起パターンは、互いに異なる励起タイミングで設定され（図３では第二番目以降の送信側励起パターンと受信側励起パターンから相違）、焦点位置を、対象物Ａの厚さ方向で送信側アレイ探触子１と受信側アレイ探触子２との中央基準線下端から送信側アレイ探触子１側へ向かって斜めに七点設定している。なお焦点位置の個数は特に制限されるものではない。更に開先部のように測定箇所が判明している場合には、焦点位置を開先に合わせるように励起タイミングを予め設定することが好ましい。
【００２９】
以下、対象物Ａの欠陥を斜めの線上に四点形成した図４に示す試験体Ｓを用いて、従来例の場合（従来のＴＯＦＤ法）と、焦点位置を、対象物Ａの厚さ方向で送信側アレイ探触子１と受信側アレイ探触子２との中央基準線に沿って設定する場合（アレイＴＯＦＤ法）と、焦点位置を、送信側アレイ探触子１と受信側アレイ探触子２の中央基準線から外れた箇所に設定する場合（本発明の実施例である励振制御のアレイＴＯＦＤ法）とについて、反射エコーのビームの広がりを画像化して探傷の検出性を比較し、その試験条件及び結果を示す。
【００３０】
試験体Ｓは、鋼材の正面（厚さ方向）において、欠陥が上下の中央基準線に対して約２５°の角度で左上斜め方向の線上に位置するように、一定の間隔を介して下から順に第一穴、第二穴、第三穴、第四穴を設けており、第一穴、第二穴、第三穴、第四穴は、横穴（紙面の表面から裏側へ向かう方向）として深さ３０ｍｍ、径φ１．０ｍｍで形成されている。
【００３１】
試験の基本条件は、夫々、探傷感度が出力部の表示器（ＣＲＴ）上で８０％になるように設定している。又、探傷方向は、第一穴〜第四穴を跨ぐように送信側探触子及び受信側探触子を配置し、±５０ｍｍの範囲で左右方向に走査した。
【００３２】
従来例の場合（従来のＴＯＦＤ法）は、探触子周波数を５ＭＨｚ、探触子寸法を０.２５インチ、屈折角を５５度、探触子間隔を８５ｍｍ、フォーカスポイントを上から３０ｍｍの位置、感度を６６ｄＢ、デジタル周波数を５０ＭＨｚ、電圧を１１５Ｖ、パルス幅を１００ｎｓに設定し、図５に示す画像データを得た。その結果、表示器上に示す探傷感度（ＣＲＴ％）は、第一穴、第二穴、第三穴、第四穴に対し、順に５０％、４０％、５５％、４０％になった（図５では画像の数値）。
【００３３】
焦点位置を、対象物Ａの厚さ方向で送信側アレイ探触子１と受信側アレイ探触子２との中央基準線に沿って設定する場合（アレイＴＯＦＤ法）は、探触子周波数を５ＭＨｚ、エレメント数（振動子数）を３２、エレメントピッチを０．５ｍｍ、エレメント幅を１０ｍｍ、チャンネル数（ＣＨ数）を１４、探触子間隔を８２ｍｍ、フォーカスポイントを上から６〜４５ｍｍの複数の位置、感度３９ｄＢ、デジタル周波数を５０ＭＨｚ、電圧を１１５Ｖ、パルス幅を１００ｎｓに設定し、図６に示す画像データを得た。その結果、表示器上に示す探傷感度（ＣＲＴ％）は、第一穴、第二穴、第三穴、第四穴に対し、順に１００％、４０％、２０％、６０％になった（図６では画像の数値）。
【００３４】
焦点位置を、送信側アレイ探触子１と受信側アレイ探触子２の中央基準線から外れた箇所に設定する場合（本発明の実施例である励振制御のアレイＴＯＦＤ法）は、探触子周波数を５ＭＨｚ、エレメント数（振動子数）を３２、エレメントピッチを０．５ｍｍ、エレメント幅を１０ｍｍ、チャンネル数（ＣＨ数）を１４、探触子間隔を８２ｍｍ、フォーカスポイントを上から６〜４５ｍｍの複数の位置、感度３９ｄＢ、デジタル周波数を５０ＭＨｚ、電圧を１１５Ｖ、パルス幅を１００ｎｓに設定し、図７に示す画像データを得た。その結果、表示器上に示す探傷感度（ＣＲＴ％）は、第一穴、第二穴、第三穴、第四穴に対し、順に１００％、８０％、８０％、１００％になった（図７では画像の数値）。
【００３５】
この結果、焦点位置を、送信側アレイ探触子１と受信側アレイ探触子２の中央基準線から外れた箇所に設定する場合（本発明の実施例である励振制御のアレイＴＯＦＤ法）は、焦点位置を、斜め方向の線上に位置する第一穴〜第四穴の位置に近接させるので、最も高い検出能力を得ることが明らかである。
【００３６】
而して、このように実施の形態例によれば、送信側アレイ探触子１における複数の振動子１ａの励起パターンと、受信側アレイ探触子２における複数の振動子２ａの励起パターンとを相違させ、送信側アレイ探触子１と受信側アレイ探触子２との送受信の焦点位置を、送信側アレイ探触子１と受信側アレイ探触子２の中央基準線から外れた位置に設定するので、開先部のように一対の探触子の中央基準線から外れた箇所を、識別性の良い状態で測定することができる。又、送信側アレイ探触子１及び受信側アレイ探触子２を個別の探触子にすることで溶接部の余盛を跨いだ探傷を行うことができる。
【００３７】
実施の形態例において、送信側アレイ探触子１の励起パターンと受信側アレイ探触子２の励起パターンとを交互に切り替え、切り替えに伴って送信側アレイ探触子１の励起パターンを他の励起パターンにし、且つ受信側アレイ探触子２の励起パターンを別の励起パターンにし、送信側アレイ探触子１と受信側アレイ探触子２との送受信の焦点位置を、対象物Ａの厚さ方向と異なる他方向へ複数設定するので、開先部のように一対の探触子の中央基準線から外れた箇所を、識別性の良い状態で一層好適に測定することができる。
【００３８】
尚、本発明のアレイ探触子の測定方法及びその測定装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３９】
１    送信側アレイ探触子
１ａ    振動子
２    受信側アレイ探触子
２ａ    振動子
７    探傷装置
Ａ    対象物
【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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