(57)【要約】【課題】感度を高めることができる超音波探傷プローブ並びにそれを用いた超音波探傷方法及び超音波探傷システムを提供する。【解決手段】超音波探傷プローブ１は、超音波を送受信する超音波探傷センサ３と、センサ３と検査対象物６の間に介在するフレキシブルシュー４と、センサ３の周囲に設けられた複数のアクチュエータ５とを有している。複数のアクチュエータ５は、センサ３から検査対象物６に当接するアクチュエータ５の先端部までの距離をそれぞれ可変とし、これによって検査対象物６に対するセンサ３の主音軸の屈折角を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する超音波探傷センサと、
前記センサと検査対象物の間に介在するフレキシブルシューと、
前記センサの周囲に設けられた複数のアクチュエータ又は複数のネジとを有し、
前記複数のアクチュエータ又は前記複数のネジは、前記センサから前記検査対象物に当接する前記アクチュエータの当接部又は前記ネジの当接部までの距離をそれぞれ可変とし、これによって前記検査対象物に対する前記センサの主音軸の屈折角を調整することを特徴とする超音波探傷プローブ。
【請求項２】
請求項１に記載の前記複数のアクチュエータを有する超音波探傷プローブを用いた超音波探傷方法であって、
前記検査対象物の検査領域に対する前記センサの位置を取得し、
前記センサの位置に基づき、前記検査対象物の検査領域に主音軸を向けるための前記センサの目標傾き角を演算し、
前記センサの目標傾き角に基づいて前記複数のアクチュエータを駆動制御することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波探傷方法において、
前記センサの主音軸の屈折角を演算して表示し、
表示された主音軸の屈折角が１５度未満となるように前記プローブの位置を調整することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項４】
請求項１に記載の前記複数のネジを有する超音波探傷プローブを用いた超音波探傷方法であって、
前記検査対象物に対する前記センサの位置を取得し、
前記検査対象物の検査領域と共に主音軸を画像表示し、
前記検査対象物の検査領域に主音軸を向けるように、前記複数のネジを手動操作することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波探傷方法において、
表示された主音軸の屈折角が１５度未満となるように前記プローブの位置を調整することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項６】
請求項１に記載の前記複数のアクチュエータを有する超音波探傷プローブを備えた超音波探傷システムであって、
前記検査対象物の検査領域に対する前記センサの位置を取得するセンサ位置取得処理、前記センサの位置に基づき、前記検査対象物の検査領域に主音軸を向けるための前記センサの目標傾き角を演算する目標傾き角演算処理、及び前記センサの目標傾き角に基づいて前記複数のアクチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御処理を行う制御装置を備えたことを特徴とする超音波探傷システム。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波探傷システムにおいて、
前記制御装置は、前記センサの主音軸の屈折角を演算して表示する表示処理を行うことを特徴とする超音波探傷システム。
【請求項８】
請求項１に記載の前記複数のネジを有する超音波探傷プローブを備えた超音波探傷システムであって、
前記検査対象物に対する前記センサの位置を取得するセンサ位置取得処理、及び前記検査対象物の検査領域と共に主音軸を画像表示する表示処理を行う制御装置を備えたことを特徴とする超音波探傷システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブルシューを備えた超音波探傷プローブ、並びにそれを用いた超音波探傷方法及び超音波探傷システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１及び２は、検査対象物の表面が曲面等である場合に用いる超音波探傷プローブを開示している。
【０００３】
特許文献１に記載の超音波探傷プローブは、超音波センサ（探触子）と、検査対象物の表面とほぼ同じ曲率の曲面部を有するシュー（クサビ）とを備えている。そして、シューの曲面部を検査対象物の表面に当接させ、シューを介してセンサから検査対象物に超音波を送信するとともに、シューを介して検査対象物からの反射波をセンサで受信するようになっている。そのため、検査対象物の表面形状に応じてシューを変更しなければならず、準備時間を要する。
【０００４】
一方、特許文献２に記載の超音波探傷プローブは、柔軟性と弾力性を兼ね備えたゲル材料で形成されたシュー（媒質体）、いわゆるフレキシブルシューを採用している。これにより、検査対象物の表面形状に追従可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１８３４４５号公報（図６及び図７参照）
【特許文献２】特開２０１２−１７３２５９号公報（図１参照）
【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、上記従来技術には次のような改善の余地があった。特許文献２に記載のように、フレキシブルシューを採用すれば、検査対象物の表面形状に追従可能であるという利点を有するものの、検査対象物に対するセンサの傾き角が変化しやすくなる。すなわち、主音軸の向き（詳細には、超音波の入射強度が強い方向）が変化しやすくなる。したがって、主音軸の向きが検査対象物の検査領域と合致せず、検出強度（感度）が低下する可能性がある。
【０００７】
本発明の目的は、感度を高めることができる超音波探傷プローブ並びにそれを用いた超音波探傷方法及び超音波探傷システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の超音波探傷プローブは、超音波を送受信する超音波探傷センサと、前記センサと検査対象物の間に介在するフレキシブルシューと、前記センサの周囲に設けられた複数のアクチュエータ又は複数のネジとを有し、前記複数のアクチュエータ又は前記複数のネジは、前記センサから前記検査対象物に当接する前記アクチュエータの当接部又は前記ネジの当接部までの距離をそれぞれ可変とし、これによって前記検査対象物に対する前記センサの主音軸の屈折角を調整する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、センサの主音軸の向きを検査対象物の検査領域と合致するように調整することができ、感度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態における超音波探傷プローブの概略構造を表す側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における超音波探傷プローブの概略構造を表す上面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における超音波探傷システムの信号伝達を表すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における超音波探傷方法の手順を表すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるコンピュータの位置取得処理及び目標傾き角演算処理を説明するための図である。
【図６】主音軸の屈折角と送受信強度の関係を表す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における超音波探傷プローブの概略構造を表す側面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における超音波探傷プローブの概略構造を表す上面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における超音波探傷システムの信号伝達を表すブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態における超音波探傷方法の手順を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本実施形態における超音波探傷プローブの概略構造を表す側面図であり、図２は、上面図である。
【００１３】
本実施形態の超音波探傷プローブ１は、ジグ２に固定された超音波探傷センサ３と、ジグ２に固定されてセンサ３の超音波送受信側（図１（ａ）及び図１（ｂ）中下側）に配置されたフレキシブルシュー４と、ジグ２に固定されてセンサ３の周囲に配置された複数（本実施形態では４つ）のアクチュエータ５とを備えている。
【００１４】
そして、ブローブ１を検査対象物６の表面に押し当てれば、複数のアクチュエータ５の先端部が検査対象物６の表面に当接するとともに、フレキシブルシュー４が検査対象物６の表面に当接する。このとき、フレキシブルシュー４は、検査対象物６の表面形状に追従する。
【００１５】
複数のアクチュエータ５は、それぞれ伸縮してセンサ３から先端部までの距離を可変可能としており、検査対象物６に対するセンサ３の傾き角を調整可能としている。これにより、例えば図１（ａ）で示すようにプローブ１を設置して主音軸の向き（詳細には、超音波の入射強度が強い方向）が検査対象物６の検査領域と合致しない場合でも、図１（ｂ）で示すようにセンサ３の傾き角を調整して、主音軸の向きを検査対象物６の検査領域と合致させることができる。したがって、感度を高めることができる。
【００１６】
次に、上述した超音波探傷プローブ１を用いた超音波探傷システム及び超音波探傷方法について説明する。
【００１７】
図３は、本実施形態における超音波探傷システムの信号伝達を表すブロック図である。
【００１８】
本実施形態の超音波探傷システムは、超音波探傷プローブ１と、コンピュータ（制御装置）７と、超音波探傷装置８とを備えている。
【００１９】
コンピュータ７は、ＣＰＵ（演算部）９、ＨＤＤ（ハードディスク）１０、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１１、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）１２、Ｉ／Ｏポート（入出力ポート）１３、キーボード１４、記録メディア１５、モニタ１６、及びＤ／Ａコンバータ１７を備えている。記録メディアとしては、ＤＶＤやブルーレイ等を用いる。ＨＤＤとしては、磁気記憶媒体やＳＳＤ等を用いる。
【００２０】
超音波探傷装置８は、Ｉ／Ｏポート１８、Ｄ／Ａコンバータ１９、及びＡ／Ｄコンバータ２０を備えている。
【００２１】
超音波探傷を行う場合に、コンピュータ７のＣＰＵ９から、Ｉ／Ｏポート１３を介して超音波探傷装置８に指示信号を伝送する。超音波探傷装置８のＤ／Ａコンバータ１９は、Ｉ／Ｏポート１８を介して入力された指示信号に応じ、プローブ１のセンサ３に電圧を印加して超音波を送信させる。そして、プローブ１のセンサ３は、検査対象物６の内部で反射された反射波（エコー）を受信して、その信号を超音波探傷装置８に伝送する。超音波探傷装置８のＡ／Ｄコンバータ２０は、センサ３からの信号をデータ化し、Ｉ／Ｏポート１８を介してコンピュータ７に伝送する。コンピュータ７のＣＰＵ９で、Ｉ／Ｏポート１３を介して入力されたデータに対し所定の処理を行い、ＲＡＭ１１及びＨＤＤ１０のうちの少なくとも１つに記録する。また、Ｉ／Ｏポート１３を介してモニタ１６に探傷結果を表示させる。
【００２２】
図４は、本実施形態における超音波探傷方法の手順を表すフローチャートである。
【００２３】
ステップ１０１にて、キーボード１４及び記録メディア１５のうちの少なくとも１つを用いて、探傷条件を入力する。探傷条件としては、シュー４の音速、検査対象物６の音速、検査対象物６の形状データ、及び検査対象物６の検査領域の位置等がある。入力された探傷条件は、コンピュータ７のＩ／Ｏポート１３を介してＣＰＵ９に伝達され、ＲＡＭ１１及びＨＤＤ１０のうちの少なくとも１つに記録される。そして、後述するＣＰＵ９の演算処理等に用いられる。
【００２４】
ステップ１０２に進み、プローブ１を検査対象物６の表面に設置する。ステップ１０３に進み、検査対象物６の形状に依存した反射波（形状エコー）を得るための超音波探傷を行って、検査対象物６の検査領域に対するセンサ３の位置を取得する（センサ位置取得処理）。本実施形態では、センサ３は、一次元又は二次元に配列された複数の圧電素子を有するアレイセンサであり、フェイズドアレイ法又は開口合成法による超音波探傷を行う。これにより、例えば図５（ａ）で示すように、検査対象物６の角部で反射した形状エコーをセンサ３で受信する。コンピュータ７のＣＰＵ９で、センサ３の形状エコー検出距離と屈折角に基づき、センサ３と検査対象物６の角部との相対位置を演算する。具体例の一つとして、形状エコーの入射角θ１を取得し、さらにスネルの法則を用いて屈折角θ２を演算する。そして、下記の式（１）を用い、検査対象物６の表面に沿った方向（図５（ａ）中左右方向）におけるセンサ３と検査対象物６の角部との距離Ｌ１を演算する。なお、ｔ０は、複数のアクチュエータ５の伸縮量によって決まるフレキシブルシュー４の厚みであって、その初期値である。ｄ１は、検査対象物６の角部の深さである。
【００２５】
Ｌ１＝（ｔ０×tanθ１+ｄ１×tanθ２）・・・（１）
【００２６】
また、コンピュータ７のＣＰＵ９で、検査対象物６の形状データと照合して検査対象物６の角部の位置を取得し、検査対象物６の表面に沿った方向における検査対象物６の角部と検査領域との距離Ｌ２を演算する。そして、検査対象物６の表面に沿った方向におけるセンサ３と検査対象物６の検査領域との距離ΔＬ（＝Ｌ１−Ｌ２）を演算する。
【００２７】
ステップ１０４に進み、コンピュータ７のＣＰＵ９で、ステップ１０３で取得したセンサ３の位置（詳細には、センサ３と検査対象物６の検査領域との距離ΔＬ）に基づき、検査対象物６の検査領域に主音軸を向けるためのセンサ３の目標傾き角を演算する（目標傾き角演算処理）。詳しく説明すると、例えば図５（ｂ）で示すように、検査対象物６の検査領域に主音軸を向けたときの主音軸の入射角をφ１、主音軸の屈折角をφ２とすると、下記の式（２）が成立する。ここで、ｔは、複数のアクチュエータ５の伸縮量によって決まるフレキシブルシュー４の厚み、ｄ２は、検査対象物６の検査領域の深さである。
【００２８】
ΔＬ＝ｔ×tanφ１+ｄ２×tanφ２・・・（２）
【００２９】
この式（２）を用いて、主音軸の入射角φ１すなわちセンサ３の目標傾き角を演算する。また、この演算過程で求められた主音軸の屈折角を、モニタ１６に表示する（表示処理）。また、主音軸の屈折角は探傷像上に表示してもよい。図６で示すように、主音軸の屈折角が１５度以上になると、送受信強度が著しく低下するため、表示された主音軸の屈折角が１５度以上の場合、ステップ１０３に戻って、プローブ１の位置を調整し、上記と同様の手順で主音軸の屈折角を調整する。
【００３０】
ステップ１０５に進み、コンピュータ７のＣＰＵ９で、センサ３の目標傾き角に基づいてアクチュエータ５の駆動量を演算し、その演算結果に基づき、Ｄ／Ａコンバータ１７を介してアクチュエータ５に電力を供給する（アクチュエータ制御処理）。これにより、センサ３の傾き角を調整して、検査対象物６の検査領域に主音軸を向ける。ステップ１０６に進み、検査対象物６を検査するための超音波探傷を行う。
【００３１】
以上のような本実施形態においては、センサ３の主音軸の向きを検査対象物６の検査領域と合致するように調整することができ、感度を高めることができる。
【００３２】
本発明の第２の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態において、上記第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。
【００３３】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本実施形態における超音波探傷プローブの概略構造を表す側面図であり、図８は、上面図である。
【００３４】
本実施形態の超音波探傷プローブ１Ａは、ジグ２Ａに固定された超音波探傷センサ３と、ジグ２Ａに固定されてセンサ３の超音波送受信側（図７（ａ）及び図７（ｂ）中下側）に配置されたフレキシブルシュー４と、ジグ２Ａに形成された複数（本実施形態では４つ）のネジ穴にそれぞれ螺合されてセンサ３の周囲に配置された複数（本実施形態では４つ）のネジ２１とを備えている。
【００３５】
そして、ブローブ１Ａを検査対象物６の表面に押し当てれば、複数のネジ２１の先端部が検査対象物６の表面に当接するとともに、フレキシブルシュー４が検査対象物６の表面に当接する。このとき、フレキシブルシュー４は、検査対象物６の表面形状に追従する。
【００３６】
複数のネジ２１は、それぞれ回転してセンサ３から先端部までの距離を可変可能としており、検査対象物６に対するセンサ３の傾き角を調整可能としている。これにより、例えば図７（ａ）で示すようにプローブ１Ａを設置して主音軸の向きが検査対象物６の検査領域と合致しない場合でも、図７（ｂ）で示すようにセンサ３の傾き角を調整して、主音軸の向きを検査対象物６の検査領域と合致させることができる。したがって、感度を高めることができる。
【００３７】
次に、上述した超音波探傷プローブ１Ａを用いた超音波探傷システム及び超音波探傷方法について説明する。
【００３８】
図９は、本実施形態における超音波探傷システムの信号伝達を表すブロック図である。
【００３９】
本実施形態の超音波探傷システムは、超音波探傷プローブ１Ａと、コンピュータ（制御装置）７Ａと、超音波探傷装置８とを備えている。コンピュータ７Ａは、上記第１の実施形態のコンピュータ７とは異なり、Ｄ／Ａコンバータ１７を備えていない。
【００４０】
図１０は、本実施形態における超音波探傷方法の手順を表すフローチャートである。
【００４１】
ステップ２０１にて、キーボード１４及び記録メディア１５のうちの少なくとも１つを用いて、探傷条件を入力する。探傷条件としては、シュー４の音速、検査対象物６の音速、検査対象物６の形状データ、及び検査対象物６の検査領域の位置等がある。入力された探傷条件は、コンピュータ７ＡのＩ／Ｏポート１３を介してＣＰＵ９に伝達され、ＲＡＭ１１及びＨＤＤ１０のうちの少なくとも１つに記録される。そして、後述するＣＰＵ９の演算処理等に用いられる。
【００４２】
ステップ２０２に進み、プローブ１Ａを検査対象物６の表面に設置する。ステップ２０３に進み、検査対象物６の形状エコーを得るための超音波探傷を行って、検査対象物６に対するセンサ３の位置を取得する（センサ位置取得処理）。センサ位置取得処理の詳細は、第１実施形態のステップ１０３と同様である。
【００４３】
ステップ２０４に進み、コンピュータ７ＡのＣＰＵ９で、センサ３の主音軸の屈折角を演算し、モニタ１６に表示させる（表示処理）。また、主音軸の屈折角は検査領域とともに探傷像上に表示してもよい。
【００４４】
ステップ２０５に進み、モニタ１６の屈折角の表示に基づき、ネジ２１を手動操作してセンサ３の傾き角を調整する。このとき、形状エコーを得るための超音波探傷を行いながら主音軸の屈折角をモニタ１６に表示し、検査対象物６の検査領域に主音軸を向ける。
【００４５】
主音軸の屈折角が１５度以上の場合、ステップ２０２に戻って、プローブ１の位置を調整し、上記同様の手順で屈折角の調整を行う。主音軸の屈折角が１５度未満の場合、ステップ２０６に進み、検査対象物６を検査するための超音波探傷を行う。
【００４６】
以上のような本実施形態においては、センサ３の主音軸の向きを検査対象物６の検査領域と合致するように調整することができ、感度を高めることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１，１Ａ    超音波探傷プローブ
２          ジグ
３          超音波探傷センサ
４          フレキシブルシュー
５          アクチュエータ
６          検査対象物
７，７Ａ    コンピュータ（制御装置）
８          超音波探傷装置
９          ＣＰＵ
１０        ＨＤＤ
１１        ＲＡＭ
１２        ＲＯＭ
１３        Ｉ／Ｏポート
１４        キーボード
１５        記録メディア
１６        モニタ
１７        Ｄ／Ａコンバータ
１８        Ｉ／Ｏポート
１９        Ｄ／Ａコンバータ
２０        Ａ／Ｄコンバータ
２１        ネジ
【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】
2015210172.tif 000009
【図８】
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【図９】
2015210172.tif 000011
【図１０】
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