(57)【要約】【課題】検査に支障を来たす余分なエコー波を発生させることなく、欠陥からの反射波のみを明確にモニタに映し出させ、超音波探傷による欠陥の検査を容易に行う。【解決手段】被検査物の表面に接触させ、超音波を前記被検査物に入射させて、この被検査物から反射された前記超音波を受信して、前記被検査物に存在する欠陥を検査する超音波探触子１に関して、伝搬方向に対して直交し、前記被検査物の表面と平行な方向に変位する前記超音波としてのＳＨ波を発する発信素子５と、前記発信素子５から発せられ、前記被検査物から反射された前記ＳＨ波を受信する、前記発信素子５とは別体として設けられた受信素子６とを備える。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物の表面に接触させ、超音波を前記被検査物に入射させて、この被検査物から反射された前記超音波を受信することで、前記被検査物に存在する欠陥を検査する超音波探触子であって、
伝搬方向に対して直交し、かつ、前記被検査物の表面と平行な方向に変位する前記超音波としてのＳＨ波を発する発信素子と、
前記発信素子から発せられて前記被検査物から反射された前記ＳＨ波を受信する、前記発信素子とは別体として設けられた受信素子と、
を備えたことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記発信素子と前記受信素子とは、仕切りを隔てて１つのケーシングに内蔵されたことを特徴とする請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記発信素子と前記受信素子とは前記仕切を隔てて並列に配置されると共に、前記発信素子の発信面と、前記受信素子の受信面とが同方向に向けられていることを特徴とする請求項２に記載の超音波探触子。
【請求項４】
被検査物の表面に超音波探触子を接触させ、この超音波探触子から超音波を前記被検査物に入射させ、前記被検査物から反射された前記超音波を受信して、前記被検査物に存在する欠陥を検査する超音波探傷方法であって、
前記超音波を発する発信素子と、前記被検査物から反射された前記超音波を受信する受信素子とを別体に設け、
伝搬方向に対して直交し、かつ、前記被検査物の表面と平行な方向に変位する前記超音波としてのＳＨ波を、前記発信素子から前記被検査物に入射させ、この被検査物から反射された前記ＳＨ波を前記受信素子で受信することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項５】
前記発信素子を内蔵した入射探触子と、前記受信素子を内蔵する前記入射探触子とは別個に設けられた受信探触子とを、前記被検査物の所定の位置でその表面にそれぞれ接触させ、
前記入射探触子から前記ＳＨ波を被検査物に入射させ、この被検査物から反射された前記ＳＨ波を前記受信探触子で受信することを特徴とする請求項４に記載の超音波探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検査物に超音波を入射させ、この被検査物から反射した超音波を受信することで欠陥を検査する超音波探触子及び超音波探傷方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、被検査物を破壊することなく、被検査物に存在する欠陥を検査する非破壊検査方法として超音波探傷方法が知られている。この超音波探傷方法に使用される探触子の一つに、ＳＶ波を被検査物に入射させるＳＶ探触子がある。このＳＶ探触子は、ＳＶ波の伝搬方向に対し直交し、かつ、被検査物の表面に対して直交する方向に変位する超音波を発信素子から発信し、ＳＶ探触子と被検査物の接触面でこの超音波を被検査物の表面と平行な方向に変位の向きを変換させて被検査物に入射させている。しかしながら、ＳＶ波は、被検査物に入射された後も、被検査物内で反射されると、さらにモード変換されやすいという欠点がある。このため、ＳＶ探触子を使用した超音波探傷では、紛らわしいエコー波が発生してしまい、被検査物から反射されたＳＶ波を再びＳＶ探触子で受信すると、欠陥から反射されたＳＶ波だけでなく複数のエコー波も受信してしまう。受信したＳＶ波の波形をモニタに映し出すと、欠陥からの反射波の中に複数のエコー波が混在し、欠陥からの反射波の見分けが極めて困難となる。このような不都合を回避するために、ＳＨ波を被検査物に入射させるＳＨ探触子も従来から使用されていた。
【０００３】
図７及び図８に示すように、このＳＨ探触子７０は、ケーシング７１の内部に一つの振動素子７２を設け、この振動素子７２からＳＨ波を発信させる探触子である。ＳＨ探触子７０は、ＳＨ波の伝搬方向に対して直交し、かつ、被検査物Ａの表面と平行な方向に変位する超音波を振動素子７２から発信し、モード変換することなくそのまま被検査物Ａに超音波を入射させる探触子である。
【０００４】
このＳＨ探触子７０には、ケーシング７１の後部から延びるケーブル７３が設けられ、このケーブル７３内の素線７４が振動素子７２に接続されている。このＳＨ探触子７０を使用して検査を行う場合、一般には、ケーブル７３に発信機７６と受信機７７とを接続し、発信機７７で振動素子７２にＳＨ波を発生させる一方、当該ＳＨ探触子７０が受信した被検査物Ａからの反射波を、受信機７７で所定の信号に変換する。そして、ＳＨ探触子７０が受信し、受信機７７が変換した信号の波形を、受信機７７に接続されたモニタ７８に映し出すことで行われる。
【０００５】
なお、このようなＳＨ探触子を使用した探傷方法に関する先行技術文献は既に公開されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２２１３０９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような、ＳＨ探触子７０を使用した超音波探傷では、ＳＶ探触子を使用した超音波探傷に比べ、被検査物Ａ内で発生するエコー波が少ない分だけ、ノイズの少ない波形がモニタ７８に映し出される。しかし、従来のＳＨ探触子７０を使用した超音波探傷であっても、ＳＨ探触子７０内で発生するエコー波が大きく、モニタ７８には、図９に示すように、多数のエコー波８０が映し出され、欠陥からの反射波８１を識別することが困難で、欠陥を発見することに支障をきたしていた。
【０００８】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、検査に支障をきたす余分なエコー波を発生させることなく、欠陥からの反射波のみを明確にモニタに映し出させ、容易に欠陥の検査を行うことができる超音波探触子及び超音波探傷方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記課題を解決するために、被検査物の表面に接触させ、超音波を前記被検査物に入射させて、この被検査物から反射された前記超音波を受信することで前記被検査物に存在する欠陥を検査する超音波探触子であって、伝搬方向に対して直交し、かつ、前記被検査物の表面と平行な方向に変位する前記超音波としてのＳＨ波を発する発信素子と、前記発信素子から発せられて前記被検査物から反射された前記ＳＨ波を受信する、前記発信素子とは別体として設けられた受信素子とを備えた超音波探触子を採用した。
【００１０】
本発明によれば、超音波を受信する受信素子を発信素子とは別体として設けているので、受信素子は、超音波を発信する発信素子の影響を直接受けることがない。このため、受信素子が受信した超音波をモニタに映し出した場合、余分なノイズ波が映し出されることがなく、極めて容易に欠陥部からの反射波の波形を識別することができる。また、本発明ではＳＨ波を被検査物に入射している。ＳＨ波は被検査物に入射される際、及び被検査物の内部でモード変換を起こすことない。このため、余分なエコー波が発生することがない。
【００１１】
ここで用いられるＳＨ波の変位方向についてさらに詳述すると、粒子の振動方向が超音波の伝搬方向に対して直交して、かつ、前記被検査物の表面と平行をなす方向をいう。
【００１２】
なお、上記超音波探触子として、前記発信素子と前記受信素子とを、仕切りを隔てて１つのケーシングに内蔵することで、一つの超音波探触子を使用するだけで超音波探傷を行うことができる。また、発信素子と受信素子とを仕切で隔て配置することで、発信素子から発せられた超音波の影響を受信素子が直接受けることはない。
【００１３】
また、本発明では上記超音波探触子において、前記発信素子と前記受信素子とは前記仕切を隔てて並列に配置されると共に、前記発信素子の発信面と、前記受信素子の受信面とが同方向に向けられていることを特徴としている。
【００１４】
このように発信素子と受信素子とを並列に配置することで、入射経路と反射経路の距離を等しくし、被検査物に存在する欠陥部の位置を正確に特定できる。また、発信面と受信面とを同一の方向に向けて配置することで発信素子から被検査物に入射され、被検査物内で反射された超音波を確実に受信素子が受信する。
【００１５】
また、本発明では上記課題を解決するために、被検査物の表面に超音波探触子を接触させ、この超音波探触子から超音波を前記被検査物に入射させ、前記被検査物から反射された前記超音波を受信して、前記被検査物に存在する欠陥を検査する超音波探傷方法であって、前記超音波を発する発信素子と、前記被検査物から反射された前記超音波を受信する受信素子とを別体に設け、伝搬方向に対して直交し、かつ、前記被検査物の表面と平行な方向に変位する前記超音波としてのＳＨ波を、前記発信素子から前記被検査物に入射させ、この被検査物から反射された前記ＳＨ波を前記受信素子で受信する超音波探傷方法で被検査物に存在する欠陥を検査する。
【００１６】
本発明によれば、発信素子と受信素子と別体に設けているので、被検査物から反射された超音波を受信するにあたり、超音波の発信時の影響を受信素子が受けることがない。また、超音波としてＳＨ波を採用したことで、受信素子が余分なエコー波を受信することがない。即ち、ＳＨ波は被検査物の表面から入射されるときだけでなく、被検査物の内部で反射される際にも、モード変換されることがない。このため、モード変換による余分なエコー波が生じることがない。受信素子が受信したＳＨ波をモニタに映し出すとエコーによるノイズはモニタに表れず、欠陥からの反射のみを明確にモニタに映し出すことができる。なお、このＳＨ波の変位する方向に関しても、粒子の振動方向が超音波の伝搬方向に対して直交して、かつ、前記被検査物の表面と平行をなす方向である。
【００１７】
また、本発明では上記超音波探傷方法において、前記発信素子を内蔵した入射探触子と、前記受信素子を内蔵する前記入射探触子とは別個に設けられた受信探触子とを前記被検査物の所定の位置でその表面にそれぞれ接触させ、前記入射探触子から前記ＳＨ波を被検査物に入射させ、この被検査物から反射された前記ＳＨ波を前記受信探触子で受信している。
【００１８】
かかる超音波探傷方法によれば、ＳＨ波を発生する通常の超音波探触子を使用することができる。通常の超音波探触子を２個用意し、その一方に発信機を、他方に受信機をそれぞれ接続すればよい。これにより、受信探触子は入射探触子の影響を直接受けることがなく、ノイズのない波形をモニタに映し出すことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１及び図２は、本発明の一実施形態にかかる超音波探触子１を示している。この超音波探触子１は、その外殻をなす箱状のケーシング２を有し、ケーシング２の内部はその幅方向の中心で仕切３によって左右の２つの部屋１Ａ，１Ｂに区分けされている。ケーシング２は、アルミニウム、銅、その他の導電金属によって、その上面が密閉され、下面が開放されるように形成されている。このケーシング２内に形成された各部屋１Ａ，１Ｂには、介在部材であるクサビ部材４と、このクサビ部材４の上面４ｂに貼り付けられた振動素子５，６とがそれぞれ内蔵されている。２つの振動素子５，６のうち、図１の上側の部屋１Ａに設けられた振動素子５が超音波を発信する発信素子５であり、下側の部屋１Ｂに設けられた振動素子６が超音波を受信する受信素子６である。
【００２１】
各部屋１Ａ，１Ｂに設けられたクサビ部材４は、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂で形成され、超音波を透過させている。これらクサビ部材４の下面４ａは被検査物Ａの表面と密接に接触するように平坦にそれぞれ形成されている一方、これらの上面４ｂは超音波探触子１の後部側が下側に向けて傾く傾斜面として形成されている。なお、両クサビ部材４の上面４ｂは、同一の傾斜角を成している。
【００２２】
一方、発信素子５及び受信素子６は、水晶，圧電セラミックス材料等により形成されており、所定の軸方向に圧縮と引張の力が交互に加えられると電圧が発生する圧電効果を奏する。また、発信素子５及び受信素子６は、所定の軸方向に正負の電圧が印加されると伸縮により電圧を発生する逆圧電効果を奏する。発信素子５は、逆圧電効果を利用することで超音波を発生させる一方、受信素子６は圧電効果を利用して受信した超音波に対応した電圧を発生させている。これら、発信素子５と受信素子６とは、同一の傾斜角をなすクサビ部材４の上面４ｂに貼り付けられることにより、発信面５ａである発信素子５の下面と、受信面６ａである受信素子６の下面とが同一の方向に向けられている。
【００２３】
また、ケーシング２の後端上部には面取りされて角の落ちた部分が形成され、この部分に、筒状の挿入部１０が、各部屋１Ａ，１Ｂに対応する位置で斜め上方に向けて突出している。そして、被覆層１２を有するケーブル１１の先端部分が各挿入部１０から各部屋１Ａ，１Ｂに挿入され、各ケーブル１１の被覆層１２にカバーされた素線１３が発信素子５と受信素子６とにそれぞれ接続されている。
【００２４】
図３に示すように、この超音波探触子１には発信機２０と受信機２１とが接続され、受信機２１にはさらにモニタ２２が接続されている。発信素子５は、ケーブル１１を介して発信機２０に接続されている一方、受信素子６はケーブル１１を介して受信機２１とモニタ２２が直列に接続されている。発信機２０は、所定の電圧を発信素子５に印加させ、逆光電効果を利用して発信素子５から超音波を発信させている。一方、受信機２１は受信素子６が受信した超音波を光電効果を利用して所定の電気信号に変換させており、超音波に対応する電気信号をモニタ２２に送信している。モニタ２２は、送られた電気信号に対応する波形を映し出すもので、この実施形態では、受信素子６が受信した超音波に対応する波形を映し出している。
【００２５】
かかる超音波探触子１は以下に説明するように作用して、被検査物Ａに存在する欠陥を検査する。
【００２６】
超音波探触子１は、発信機２０により電圧が印加され、内蔵された発信素子５が超音波としてのＳＨ波を発信する。ＳＨ波は、粒子の振動方向が、伝搬方向に対して直交して、かつ、被検査物Ａの表面と平行をなす方向に変位する超音波であり、被検査物Ａの内部でモード変換を起こすことなく進行する。発信素子５から発せられたＳＨ波は、その伝搬方向に対して直交し、かつ、被検査物Ａの表面と平行な方向に変位しながら、被検査物Ａとのクサビ部材４の下面４ａに向けてクサビ部材４の内部を直進する。クサビ部材４の下面４ａと被検査物Ａとの接触面に到達したＳＨ波は、その伝搬方向が所定の角度だけ被検査物Ａの表面側に屈折して被検査物Ａ内に入射される。なお、ＳＨ波の変位方向は、被検査物Ａに入射する際にも変換されることなく、ＳＨ波はその伝搬方向に対して直交する方向で、かつ、当該超音波探触子１の幅方向に変位した状態が維持される。
【００２７】
被検査物Ａに入射されたＳＨ波は、そのまま、被検査物Ａの裏面まで進行する。しかし、被検査物Ａに内部クラック等の欠陥部Ｂが存在する場合、ＳＨ波は、被検査物Ａの裏面まで到達せず、この欠陥部Ｂ分で反射される。なお、ＳＨ波は、欠陥部Ｂで反射する際にもモード変換することなく、その変位の方向が超音波探触子１の幅方向に維持される。そして、欠陥部Ｂで反射されたＳＨ波は、再び超音波探触子１に入射される。
【００２８】
この超音波探触子１では、欠陥部Ｂで反射されたＳＨ波を、発信素子５の内蔵された部屋１Ａに隣接する、受信素子６の内蔵された部屋１Ｂに進入させている。受信素子６の内蔵された部屋１Ｂに進入したＳＨ波は、クサビ部材４を通過し、クサビ部材４の上面４ｂに設けられた受信素子６で受信される。ＳＨ波を受信した受信素子６は、ＳＨ波の変位方向に伸縮され、圧電効果によってその伸縮量に対応する電圧を発生する。この電圧がケーブル１１を介して受信機２１に送信され、受信機２１が受信した電圧信号に対応する波形信号をモニタ２２に送っている。この信号に基づいて、モニタ２２には、所定の波形が映し出される。
【００２９】
図４は、モニタ２２に映し出された波形を示している。このグラフの横軸２５は、超音波探触子１の接触部から欠陥部Ｂまでの距離を表し、縦軸２６は反射率を表している。グラフの左側に欠陥部Ｂからの反射波３０が示されれば、それだけ接触部から欠陥部Ｂまでの距離が短く、グラフの右側に反射波３０が示されれば、欠陥部Ｂまでの距離が長い。また、モニタ２２に表れる反射波３０の高さが高いほど、欠陥部Ｂが大きく、より多くのＳＨ波が反射されたことを表している。
【００３０】
この図４から明らかなように、モニタ２２にはノイズ波が表れること無く、欠陥からの反射波３０のみが明確に示されている。超音波探触子１は、ＳＨ波を発信しているので、被検査物Ａの内部でモード変換を起こさない。したがって、超音波探触子１は、モード変換による無駄なエコー波を受信しない。また、当該超音波探触子１では、発信素子５と受信素子６とを別体として設けるとともに、発信素子５と受信素子６とを仕切３で隔ててケーシング２に内蔵させているので、超音波探触子１の内部で無駄なエコー波が発生することがない。このような原理により、当該超音波探触子１を使用して超音波探傷を行った場合、モニタ２２には無駄なノイズが表れず、欠陥部Ｂからの反射波３０のみが明確に映し出される。なお、この超音波探触子１では、振動素子を発信素子５と受信素子６とに分けているため、グラフの左端部には、発信パルスによる波形が表れていない。
【００３１】
以上、１つのケーシングに発信素子と受信素子とを内蔵させた探触子を使用して超音波探傷を行う実施形態について説明したが、以下のように超音波探傷を行っても容易に欠陥部を発見することができる。
【００３２】
図５及び図６は、ケーシング４１，５１の内部に振動素子４３，５３を一つのみ内蔵した超音波探触子４０，５０を２つ使用して超音波探傷を行っている実施の形態をそれぞれ示している。各超音波探触子４０，５０は、ケーシング４１，５１にクサビ部材４２，５２と、振動素子４３，５３とを内蔵しており、振動素子４３，５３にはケーブル６０，６０の素線（不図示）が接続されている。この実施形態では、一方の超音波探触子に電圧を印加する発信機（不図示）を接続し、ＳＨ波を被検査物Ａに入射させる入射探触子４０として使用する。他方の超音波探触子には、受信機（不図示）及びモニタ（不図示）を接続し、受信探触子５０として使用している。
【００３３】
図５に示す実施形態では、入射探触子４０と受信探触子５０とを隣合わせに配置して被検査物Ａの表面に接触させている。この実施形態の超音波探傷方法によれば、入射探触子４０から被検査物Ａに入射されたＳＨ波が欠陥部Ｂで反射され、反射されたＳＨ波のうち、入射経路とほぼ同経路を戻るＳＨ波が受信探触子５０により受信される。受信されたＳＨ波は、受信探触子５０により電気信号に変換され、受信機を介してモニタにその波形が映し出される。
【００３４】
一方、図６に示す実施の形態では、入射探触子４０と受信探触子５０とを所定の距離だけ隔てて配置し、両者を対向させて被検査物Ａに接触させている。入射探触子４０から入射されたＳＨ波は、被検査物Ａの表面から入射される際にモード変換されずに入射され、被検査物Ａの内部を進行する。そして、被検査物Ａに存在する欠陥部Ｂで、ＳＨ波は反射される。そして、反射波の一部を、入射探触子４０と対向する受信探触子５０が受信する。本実施形態では、鉛直線と入射波のなす角度と、鉛直線と反射なす角度とが同一となるように反射された反射波を受信探触子５０が受信している。
【００３５】
これら図５並びに図６に示す実施の形態についても、被検査物Ａに入射する超音波がＳＨ波であるので、被検査物Ａの内部にてモード変換されることがなく、受信探触子５０が余分なエコー波を受信することがない。また、入射探触子４０と受信探触子５０とを別個に設けているため、相互に干渉し合うことがなく、受信探触子５０の内部で余分なエコー波が発生しない。そのため、モニタには余分なエコーによるノイズ波が映し出されることがなく、欠陥からの反射が明確に表れ、容易に検査を行える。
【００３６】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、発信素子と受信素子とを別体として設けているので、発信素子から発せられるＳＨ波の影響を直に受信素子が受けることがない。また、超音波としてモード変換のないＳＨ波を採用しているので、余分なエコー波が生じることが無い。このため、受信素子が受信したＳＨ波をモニタに映し出した場合、モニタには、ノイズ波がモニタに映し出されることなく、被検査物の欠陥部から反射された反射波を明確に映し出すことができる。これにより、超音波探傷について経験の浅い作業者であっても極めて容易に欠陥を検査することが可能となる。また、検査効率を格段に向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる超音波探触子の一部切り欠き平面図。
【図２】図１に示す超音波探触子の、受信素子が内蔵された部屋の内部構造を示す図。
【図３】図１及び図２に示す超音波探触子を使用して被検査物の欠陥を検査する使用態様を示す説明図。
【図４】モニタに映し出された波形の一例を示す図。
【図５】本発明の別の実施形態にかかる超音波探傷方法で被検査物の欠陥を検査している様子を示す説明図。
【図６】図５に示す実施形態とはさらに別の実施形態にかかる超音波探傷方法で被検査物の欠陥を検査している様子を示す説明図。
【図７】従来から使用されているＳＨ探触子の内部構造の概略及び使用状態を示す図。
【図８】図７に示す従来のＳＨ探触子及びＳＨ探触子が被検査物に照射したＳＨ波の状態を示す説明図。
【図９】図７に示す超音波探傷方法で測定された波形を示す図。
【符号の説明】
１　超音波探触子
２，４１，５１　ケーシング
３　仕切
４，４２，５２　クサビ部材
５　発信素子
６　受信素子
２０　発信機
２１　受信機
２２　モニタ
４０　入射探触子
４３，５３　振動素子
５０　受信探触子
【図１】
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【図２】
2004138389.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004138389.tif 000006
【図５】
2004138389.tif 000007
【図６】
2004138389.tif 000008
【図７】
2004138389.tif 000009
【図８】
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【図９】
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