(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冶金製品を非破壊検査するための装置であって、
お互いに独立して動作することができ、２次元パターンで分布している複数の基本変換器を備えた超音波センサ、
時間的励起法則を計算し、ある見通し線において超音波のバーストに対応する少なくとも一つの時間的励起法則により各基本変換器を励起することが可能な第１電子部品、及び
各基本変換器により捕捉された信号の少なくとも一部分を処理する第２電子部品、を備え
各々の前記時間的励起法則は、超音波センサからの距離の増加に伴い、対応するバーストは見通し線の周囲に通常発散する超音波ビームを生成するように設定され、
前記時間的励起法則の少なくとも幾つかは、パターンの対称軸に関し互いに対称に配置された基本変換器を同時に励起する同一のサブ法則を含む、前記装置。
【請求項２】
請求項１の装置であって、各時間的励起法則は、前記基本変換器の少なくとも一つの各サブセットを励起するための少なくとも一つの時間サブ法則を含む、前記装置。
【請求項３】
請求項２の装置であって、前記基本変換器の各サブセットは前記パターンの各部分に対応する、前記装置。
【請求項４】
請求項３の装置であって、前記パターンの前記部分は、全体として前記パターンの区分されたある部分に対応する、前記装置。
【請求項５】
請求項２乃至４の何れか１項の装置であって、前記対応するサブセットの前記基本変換器の励起が、超音波の各第１次ビームを生成し、超音波の前記通常発散するビームは、サブセットの基本変換器からの超音波の各第１次ビームから得られるように、各サブ法則が設定される、前記装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項の装置であって、前記対応する基本変換器の励起が一以上の第１次ビームを生成し、超音波の前記通常発散するビームは、超音波の一以上の第１次ビームから得られるように、各時間的励起法則が設定される、前記装置。
【請求項７】
請求項６の装置であって、各第１次ビームは、超音波センサから離れるにつれて見通し線の周りに発散する各方向に延びる、前記装置。
【請求項８】
請求項６又は７の装置であって、各第１次ビームは実質的に焦点を定める必要がない、前記装置。
【請求項９】
請求項６又は７の装置であって、各第１次ビームは見通し線においてデフォーカスされている、前記装置。
【請求項１０】
請求項６又は７の装置であって、各時間的励起法則は、対応する基本変換器の励起が見通し線において、超音波の単一のデフォーカスされている第１次ビームを生成する様に設定されている、前記装置。
【請求項１１】
請求項６乃至１０の何れか１項の装置であって、前記第１次ビームは、検査されるべき冶金製品のターゲット表面と出会い、このターゲット表面は各貫通領域において見通し線に対応し、前記第１次ビームは互いに隣接するターゲット表面の各貫通領域に貫通する、前記装置。
【請求項１２】
請求項５乃至１１の何れか１項の装置であって、前記第１次ビームは、前記見通し線の何れの側にも実質的に同じ角度で傾斜して各方向に延びる、前記装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか１項の装置であって、各見通し線は前記パターンの対称軸に対応する、前記装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか１項の装置であって、前記パターンは正方形又は長方形形状のアレイに対応する、前記装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか１項の装置であって、前記複数の基本変換器が超音波センサの活性表面に分布されており、各見通し線は、パターンの中央位置において前記活性表面の垂線方向に対して傾斜している、前記装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５の何れか１項の装置であって、前記複数の基本変換器が超音波センサの活性表面に分布されており、前記見通し線は、少なくともパターンの中央位置において前記活性表面の垂線方向である、前記装置。
【請求項１７】
請求項４の装置であって、前記パターンの区分は、前記見通し線に対応する前記パターンの対称軸に対応する、前記装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１７の何れか１項の装置であって、前記見通し線は、互いに対して傾斜しており、各基本変換器からの超音波のビームの伝搬方向が、対応する見通し線に対して、この線の一方の側又は他方の側に、所定の傾斜角度を形成するようにされている、前記装置。
【請求項１９】
冶金製品を非破壊検査する方法であって、
Ａ．お互いに独立して動作することができ、２次元パターンで分布している複数の基本変換器を備えた超音波センサを提供すること；
Ｂ．時間的励起法則を計算し、超音波センサから離れるにつれ、見通し線の周囲に通常発散するビームに対応する超音波のバーストを生成するために、各基本変換器を励起し、この各基本変換器は見通し線において超音波のバーストに対応する少なくとも一つの時間的励起法則に対応して励起され、前記時間的励起法則の少なくとも幾つかは、パターンの対称軸に関し互いに対称に配置された基本変換器を同時に励起する同一のサブ法則を含み、；及び
Ｃ．超音波のバーストに応答して、各基本変換器により捕捉された信号の少なくとも一部分を処理すること、を含む、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冶金製品、特に長いプロフィールを有する冶金製品、典型的には数メートルから数十メートルの長さの範囲の冶金製品の非破壊検査の分野に関する。
本発明をより良く理解するためには、冶金製品の例としては、一般的に管状の製品との関連、特に管について説明する。しかし、本発明は、より広い範囲で適用されることを意図するものである。
【０００２】
長い管が広く使用されている。使用される分野の例としては、ボイラー管が使用される電力生産、管が掘削、抽出、輸送（ラインパイプ）に使用される石油とガスの生産、土木建築における建設用機械、または自動車や航空セクタにおける使用を上げることができる。
冶金製品の多くの場合と同様に、管は、例えば、鋼に含まれる材料、または材料が存在しないことによる、その製造にリンクされた欠陥の影響を受けやすい。
一般に、鋼マトリックス内での不均質性の存在はどの様なものでも、稼働中の管の機械的強度を損ない易いという欠陥と見做される。
【０００３】
このため、金属管は製造後すぐに検査され、そこに存在する欠陥を検出するのみならず、適当な場合には、これらの欠陥について、特に、大きさ、深さ、位置、性質、またはその方向についての危険性プロフィールの評価をすることにより使用に関する情報が決定される。
【０００４】
管をバッチで製造する際には、可能な限りできるだけ多くの管を確実に検査することが望ましい。例えば、本出願人のような、この分野における指導者的立場の者は、生産された各管を個別に検査する。管の検査は、より従来型の成形工程と同じ位置づけの製造工程であることを示す。
【０００５】
管の検査は生産速度に影響するので、実施される検査方法は、経済的かつ迅速なものでなければならないし、信頼度の高いものである必要がある。
実際に自動化された検査方法も検討されている。
具体的には、超音波を用いた検査技術が用いられている。超音波が放射され、得られたエコーについて、管の形状が原因であるとすることができないものを探すことが検討される。
【０００６】
材料の存在または不存在により波動伝播媒体に変化が起こるため、その理由によりそれらに超音波が当たった際にエコーが生じる。欠陥があった場合生成されるエコーの強度は、超音波がそれに当たる角度に依存する。管内の超音波の任意の伝搬方向において、相応する方向に配向されている欠陥、すなわち、伝播の方向に垂直なものが主に検出されるが、その角度は、１または２度のオーダーの一定の許容範囲を持つ。実際には、欠陥は純粋に縦または横方向ではなく、多かれ少なかれ、これらの方向の一つまたは他の方向においてエコーが反映される。例えば、対応する方向を持つバーストに対応して規定されたしきい値以上の強度を有するエコーが生成される場合には、欠陥は、縦方向と認められる。
【０００７】
このしきい値は、正規化された位置（深さと方向）及び寸法を持つノッチを使用してキャリブレーションすることにより固定される。欠陥の方向は、その最大の反射面と同一視することができる。検査の継続時間は、主として超音波が管を通過し往復するために必要な時間に依存し、そしてある程度、捕捉された戻り信号を処理する時間に依存する。
【０００８】
生産速度と安全にリンクされている要求に対応するためには、超音波バーストの数を制限して、ある傾きに起因する欠陥のみを探すことが標準的になっている。従来は、その目的は、最も広い傾きを持つ欠陥を検出することであり、一般的に管母線に平行な方向の欠陥を検出することである。
【０００９】
当該技術分野における最近の発展では、許容可能な検査速度を維持するために、バースト数を制限しながら、異なる方向を持つ欠陥も検出することができる検査方法を指向している。
【背景技術】
【００１０】
米国特許ＵＳ５，４７３，９４３は、検査される管の周りに配置された９の超音波センサ又は変換器を含む超音波検査装置を開示している。このタイプの装置は、互いに９つの異なる方向の欠陥を検出するために使用することができる。検査することができる方向の数は、センサの数によって制限されることになる。さらに、この装置は、管の狭い領域を検査するためにのみ使用することができ、そのため、センサに対して管は非常にゆっくりと前進させる必要がある、または、センサの数を増やす必要があることを意味する。前進速度が遅いことは生産性の要求と両立しないし、またセンサーの数を増加させることはコスト及び調整の問題を生じる。
【００１１】
最近のいくつかの発展の例では、「フェーズドアレイ」センサ、また「多素子線形変換器」として知られている超音波センサを用いている。これらのセンサは、主方向にセンサの作動面上に分布した圧電素子の形の電気音響変換器を複数備えている。一例として、これらの変換器は、互いに位置合わせされ、時には「変換器バー」（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ  ｂａｒ）として知られるものを形成しているように配置されてもよい。このタイプの分布によるセンサは、「一次元」であると言われる。
【００１２】
これらの変換器は、生成される超音波を結合して波の偏向ビームとするように次々に順次励起され、偏向ビームは焦点を形成（センサの前で焦点を形成）するが、これは、管を、対応する方向に配向される欠陥の存在について検査することができることを意味する。一次元フェーズドアレイ型センサを備える超音波検査装置も知られており、その装置では基本変換器が検査される管の周りに分布している。このタイプの装置は、ほぼ全ての傾きを持つ欠陥を検出するために使用することができるが、管の限られた部分にのみに限定される。
【００１３】
非常に小さい長手方向の広がりを持つゾーンのみを一度に検査することができるので、管は低い全進速度で運転されなければならない。その結果、検査の時間が長すぎて産業上の応用には向かない。また、その装置は、検査される管の直径ごとに異なるセンサを必要とする。ＷＯ２００３／０５０５２７は、一次元フェーズドアレイタイプのセンサが使用される、冶金製品のための非破壊検査装置を開示する。
【００１４】
各変換器素子は一度励起され、そして処理回路は、当該技術分野においてバーストとして知られている、この単一の放射に対する管の全体的な応答を解析する。管の横方向のバーストから開始して、この方向に直交して存在する欠陥の存在のみならず、この直交方向に対してプラス、マイナス１０°の傾きの範囲内の欠陥の存在を決定することが可能である。実際には、３つのセンサが使用される。このうち２つのセンサは縦方向に配向された欠陥、又はこの縦方向に対してプラス２０°〜マイナス２０°の範囲内の傾きを持っている欠陥の検出のための専用のセンサーであり、他の一つは管の横方向に配向された欠陥を検出する及び／又はその管の厚さを測定ための補助的なセンサである。この装置は広く満足して受け入れられている。これは、限られた数の向きに配向される欠陥の存在に関して、管を検査するために使用することができる。
【００１５】
任意の配向を有する欠陥の存在に関して管を検査するためには、センサの数を増やしたり、または、各回毎に異なる方向を標的とするために、管に対してセンサの方向を多数回変えることが必要となる。
【発明の概要】
【００１６】
出願人は、既存の状態を改善しようと努めてきた。
冶金製品を検査するための提案される装置は、お互いに独立して動作することができ、２次元パターンで分布している複数の基本変換器を備えた超音波センサ、ある見通し線（ｌｉｎｅ  ｏｆ  ｓｉｇｈｔ）において超音波のバーストに対応する少なくとも一つの時間的法則により各々の基本変換器を励起することが可能な第１電子部品、及び各基本変換器により捕捉された信号の少なくとも一つの部分を処理することができる第２電子部品を備えたタイプのものである。
【００１７】
各時間的法則は、超音波センサからの距離の増加に伴い、対応するバーストは通常見通し線の周囲に発散する超音波ビームを生成するように設定される。
冶金製品を検査するための提案される方法は、お互いに独立して動作することができ、２次元パターンに従って分布している複数の基本変換器を備えた超音波センサを提供する工程、超音波センサからの距離の増加に伴い、通常見通し線の周りに発散するビームに対応する超音波のバーストを生成するために、各基本変換器を励磁する工程、及び超音波バーストに応答して、各々の基本変換器により捕捉される信号の少なくとも一部を処理する工程を含む。
【００１８】
超音波ビームが偏向され、検査見通し線に集束することを求める従来の方法および装置とは対照的に、提案された装置は、見通し線の周りに拡散する超音波のビームを放射する。特定のラインを見るバーストでは、管のより広範なゾーンがこのバーストに起因する超音波により覆われる。このより広範な超音波の照射ゾーンは、従来の装置に比べて、見通し線に関してより大きな傾きを持つ欠陥を検出するために使用することができる。
提案された装置は、良好な検査速度を保持しながら、限られた回数励起された、単一のセンサにより任意の傾きの欠陥を検出するために用いることができる。具体的には、単一のセンサ及び限られた数のバーストにより、横方向の欠陥を検出することが可能であり、これはまた、「周囲方向」と呼ばれる、すなわち、管の母線に直交して延びる欠陥、この母線に沿って延びる長手方向の欠陥、及び検査される管の母線と任意の角度をなす欠陥を検出することができる。生産性の増大及び信頼性が高い。
【００１９】
本発明の他の特徴および有利な点は、以下の詳細な説明および添付図面を検討することによりから明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は管用非破壊検査装置の概略正面図である。
【図２】図２は図１の装置の側面図を示す。
【図３】図３は図１の装置で使用する、電子音響センサの正面図を示す。
【図４】図４は図３のセンサのＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図を示す。
【図５】図５は、図３の電気音響センサーのための電子部品を制御及び処理するブロック図を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、空間内の超音波ビームのバースト方向を示す略図を表す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、基本変換器の配列（アレイ）を示す略図を表す。
【図７】図７Ａおよび７Ｂは、それぞれ、多要素マトリクス電気音響センサの第１および第２の遅延テーブル表す。
【図８】図８は、検査される管に対する作業位置にある基本変換器のある配列及び、本発明の第一の実施形態の第１の変形例による、縦バーストのためのこれらの変換器に適用される遅延値を示す棒図形の斜視図を示す。
【図９Ａ】図９Ａは、図８の表と図形を分離して斜視図で示したものである。
【図１０】図１０Ａは、図９Ａの棒図の側面図を表す。
【図１１】図１１Ａは、図９Ａの棒図の正面図を表す。
【図１２】図１２は、図８に類似している横方向のバーストの図である。
【図１３】図１３Ａは、図８に類似している斜めのバーストの図である。
【図１４】図１４は、異なる視角から見た、図１３Ａの表及び図形を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図１０Ｂ、１１Ｂ及び１３Ｂは、図９Ａ、図１０Ａ、図１１Ａおよび１３Ａにそれぞれ類似しており、第一の実施形態の第２の変形例である。
【図１５−１６】図１５および図１６は、図７Ａ及び図７Ｂに類似しているが異なる励起条件を示す。
【図１７】図１７、図１８Ａおよび１８Ｂは、参照装置の照射レイアウト、本願発明の第１の実施形態に係る装置及び本発明の第２の実施の形態に係る装置のための超音波照射レイアウトを各々示す。附属書Ａ．１は、本発明の第１の実施形態の第１変形例に対応する遅延値を表の形式で示す。附属書Ａ．２は、本発明の第１の実施形態の第２変形例に対応する遅延値を表の形式で示す。附属書Ａ．３は、異なるバースト方向の遅延値の転置法を表の形式で示す。附属書Ａ．４は、本発明の第２の実施の形態に対応する遅延値を表の形式で示す。附属書Ａ．５には、電子音響センサの基本変換器のためのアドレス指定マトリクスである。図面及び附属書は特定の性質の要素を含む。したがって、それらは単に本発明の説明としての役割を果たすだけでなく、必要に応じて、それを定義するのに役立つものである。
【発明の詳細な説明】
【００２１】
ここで図１及び２を参照する。
超音波検査装置は、検査される金属管３を支持するベンチ１、管３の外周面に対して適用され制御および処理用電子機器６に接続される超音波センサ５、を含む。
超音波センサ５は、当技術分野で変換器として知られていることもある。検査のため、センサ５及び管３は、互いに相対的に螺旋状に配置される。管３は、その長手方向の軸に対応する軸の周りに螺旋状運動によりベンチ１に対して移動され、一方センサ５はベンチ１に関してその位置が保持される。ベンチ１は、管３の長手方向軸に対して傾斜した回転ローラを備えてもよい。ある変形例では、管３は、ベンチ１に対してのみ回転移動させてもよく、一方センサ５はベンチ１の長手方向にスライドする。センサ５は、ベンチ１に対して移動可能な台車に搭載してもよい。さらに他の変形例によれば、センサ５は管３の周りを回転してもよく、管３はベンチ１に対して平行移動させても良い。
【００２２】
センサ５と管３との間に相対的な螺旋運動がおきることは、管３の周囲と比べてより小さい寸法の一つのセンサ５を用いて管３の全体を検査することができることを意味する。代替的に、より多くのセンサを提供して、管３の周囲にリング状に配置することもでき、そして一連のバースト放射を実施して、それにより管がセンサ５に対してスライドする場合検査対象範囲を確実に覆うことができる。
【００２３】
結合媒体又はカプラーは、例えば、ゲルの形態でセンサ５及び管３の外周面との間に挿入してもよい。ある変形例では、装置は、その中で管３とセンサ５が浸漬される水または他の液体結合媒体で満たされた箱を含むものであってもよい。
ここで図３及び図４を参照する。
【００２４】
それらは「モザイク」タイプのセンサ７を示し、図１及び図２の装置においてセンサ５として使用することができる。モザイクセンサは、当該技術分野では「多素子変換器」として知られていることもある。センサ７は、圧電材料から形成された複数のバー９を含み、この場合、アレイとして規則的に分布される。
【００２５】
図示されるように、センサ７は、一般に「多素子アレイ変換器」として技術分野で知られているものに相当する。バー９は電気的に不活性なポリマー材料から形成されるマトリックス１１中に埋め込まれている。バー９は、電気的に及び音響的にお互いから独立している。各バー９は、超音波パルスを発生させるために個別に励起することができるが、これらのパルスは隣接するバー９に到達することはない。各バー９は、このように他のバー９とは独立に機能することができる基本変換器を形成する。センサ７は、均質な、バルク圧電材料で構成されていない放射面を有しており、したがって、それは従来のセンサとは異なっている。
【００２６】
対照的に、センサ７の放射面は、ポリマーマトリックスと圧電材料から形成された複数の要素を含む複合材料から生成される。
【００２７】
ここでセンサ７は、一辺に８つのバー９を持つ、正方形パターンにより規則的に分布した６４のバー９を備える。ここでは各バー９は、その一辺が１ミリメートルより小さく、０．１ミリメートルより大きい辺の正方形断面を有している。その分離の間隔は、隣接するバー９に向く側面で１ミリメートルの１０分の１のレベルである。正方形のパターンは、二次元パターンの一例に過ぎない。多素子センサは、その基本変換器が超音波を放射及び受信するために動作するセンサの活性表面上で、互いに異なる二つの方向に分布されたとき、２次元パターンを有すると言われている。より一般的には、本発明は、任意の２次元パターンを用いて実施することができる。
【００２８】
各バー９は、その独自の電気ケーブル１３に取り付けられ、電気ケーブルは制御および処理のための電子機器に接続されている。電気ケーブル１３は、図４の参照１５で示すブロックによって表される覆い（ｓｈｅａｔｈ）の中に集めて収められる。
センサ７は、シース１５が接続されており、バー９を収納するケーシング１７を備える。ケーシング１７は各バー９の活性表面と接触しているアダプテーション層１９によって閉じられている。バー９は、それをアースするためにアダプテーション層１９と接触している面と対向する面によって金属板２１と接触している。
【００２９】
ケーシング１７中の自由なスペースとして残っている部分はパッキン２３が充填される。図５は、上述したタイプのセンサ７であっても良い超音波センサのための操作電子機器２５の例を示す図である。
【００３０】
操作電子機器２５は、当該センサの各基本変換器２９に個々に接続された励磁回路２７を含む。この場合、基本変換器２９は、一辺に８つの変換器を持つ正方形の配列（アレイ）に対応するパターンで分配されている。図５では、基本変換器Ｃｉ，  ｊは表のその位置（ｉ行目、ｊ列）でマークされている。
【００３１】
図面を簡略にするために、図５の励磁回路２７は、各列の単一の基本変換器Ｃｉ，  ｊのみに接続されている。実際には、励磁回路２７は、個々に各基本変換器Ｃｉ，  ｊに接続されている。操作電子機器２５は、また、基本変換器２９により捕捉された波から得られる信号を記録及び処理することが可能な捕捉回路３１を備える。
【００３２】
各基本変換器Ｃｉ，  ｊは、個々に、当該変換器Ｃｉ，  ｊの出力信号Ｓｉ，  ｊ（ｔ）をサンプル収集するそれぞれのアナログ  −  デジタル変換器３３に接続されており、そして少なくとも所定の時間にわたって、得られたデジタル表示のＳｉ，  ｊ，  ｋをメモリ３５に供給する。メモリ３５の内容物は、処理ユニット３７、例えばマイクロプロセッサを用いて処理することができる。
【００３３】
図面を簡略にするために、図５のアナログ‐デジタル変換器３３は、それぞれ各行の単一の圧電素子Ｃｉ，  ｊにのみに接続されている。  実際には、各アナログ  −  デジタル変換器３３は、個々にその行の全ての基本変換器Ｃｉ、ｊに接続されている。
【００３４】
基本変換器２９は個別に及び順次励起される。「バースト」は、各基本変換器Ｃｉ，  ｊに一連のパルスを放射させるようにすることから成るプロセスに使用される用語である。バーストは、各基本変換器Ｃｉ，  ｊのために、基本変換器Ｃｉ，  ｊのセットに共通している時間基準に関する各遅延ｔｉ，ｊを決定する時間的励起法則を実施することに対応する。
励起されたら、基本変換器は共同して超音波のビームを生成する。
【００３５】
特定の方向を見出すために、励起法則が計算される。それは基本変換器２９は共に、この特定の方向またはバーストの方向に伝播する超音波のビームを生成することを意味する。
本発明の第１の実施形態によれば、主平面がフラットな場合、バーストの方向はセンサの活性表面の主平面の法線に対して、またはそれが湾曲しているときは、この表面の中央領域の法線に対して傾斜している。
超音波ビームは偏向ビームとみなすことができる。このビームは、見通し線の囲りに発散する。
【００３６】
本発明の第２の実施形態によれば、主平面がフラットな場合、バーストの方向はセンサの活性表面の主平面の法線に対して、またはそれが湾曲しているときは、実質的にこの表面の中央領域の法線に対応する。超音波ビームは発散する。特に、このビームはデフォーカスされている。
【００３７】
ここで、図６Ａを参照する。
図６Ａは、一般的に平坦で、正方形状であり幾何学中心がＳである多素子センサＣを表す。超音波ビームの伝搬の方向Ｄ、これは、またここで一次の方向と呼ばれるが、以下のパラメータにより定義することができる：
・第１の角度α、または「偏向角」は、この伝播の方向が、センサＣの主平面の法線Ｎとなす角度（多素子センサがフラットでないとき、このセンサの中央領域の法線が考えられる）；
・第２の角度、「傾斜の角度」または略称を「傾斜」と呼ばれるが、伝播Ｄの方向が基準方向Ｒとなす角度であり、この後者はセンサＣにリンクされ、そしてその幾何学配置において、センサＣの法線Ｎに対して直交する平面Ｐにある。
【００３８】
センサＣは、好ましくは、検査される管に対して、センサＣの主平面が管の接線方向に向く、または換言すれば、このセンサＣの主平面の法線Ｎが、その幾何学的中心Ｓにおいて、当該管の半径と一致するように位置が決められるのが良い。伝搬Ｄの方向におけるバーストは、管において対応する方向に配向される欠陥を検出するために使用することができる、すなわち、伝搬Ｄの方向の傾斜に対応する方向に垂直である、またはこの垂直方向とある角度をなす方向である。本発明によれば、検査に使用される超音波ビームは、略伝搬Ｄの方向に発散する。
【００３９】
ここで、図６Ｂを参照する。
図６Ｂは正方形のパターンで分布した基本変換器のアレイ４１を強調したものである。本発明を限定することなく、このアレイ４１は８×８の基本変換器を備えることを示す。パターンは、パターンの辺の中間点垂直線にそれぞれ対応する第１の対称軸ｘ及び第２の対称軸ｙをそれぞれ持っている。好ましくは、超音波センサは、検査される管に対して、パターンの第１の対称軸ｘまたは第２の対称軸ｙが、管の長手方向に対応するように位置決めされる。  
【００４０】
通例では、図６Ｂにおいて、センサは、第１の対称軸ｘが検査される管の横方向に対応する。第１の対称軸ｘは、傾斜角θの測定のための基準方向の役割をする。超音波センサと管のこの相対的な位置関係では、アレイ４１の第２の対称軸ｙは管の長手方向に対応する。本発明の第１実施形態においては、少なくとも一つのバーストが、傾斜の特定方向に向けて実施され、その方向は検出される欠陥の方向に対応する。
【００４１】
本発明の第１実施形態における有利な発展形態においては、超音波バーストは、センサ４１の第１の対称軸ｘの方向に関して測定された、それぞれの傾斜角ｉ（ｉ＝  １、２は、．．．  ｎ）の値で互いに異なる、いくつかのバースト方向のそれぞれに向かうように意図される。傾斜角ｉは、２ラジアン（３６０°）の角度セクタが、通常の方法でカバーされるように決定される。したがって、管は、管内のこれらの欠陥の方向に関係なく、欠陥の存在に関して検査することができる。さらにより有利な発展形態では、それぞれ傾斜角ｉ（ｉ  ＝１、２、．．．８）の値が互いに異なっている８個の連続した超音波バーストが実施される。
次の表に種々のバーストの特徴を纏めた。
【００４２】
【表１】
0006348508.tif 000002
【００４３】
この表では、バーストのランクは単なる指標に過ぎない。重要なこと８バーストの各終わりに、２ラジアンの角度セクタ全てがカバーされていることである。バーストが実行される順序は、あまり重要ではない。これは、本発明によれば、主に管に対して超音波センサの向きを変更することなく超音波ビームの伝播方向を変更することが可能であるという事実に起因する。それぞれの時間的励起法則は、特定の見通し線Ｄｉ、ｉ：  ＝１、．．．  ８、又はバーストの方向に、得られる超音波ビームを伝播させる各バーストに、対応している。
【００４４】
本発明の第１の実施の形態の第１変形例によれば、各時間励起法則は、少なくとも二つのサブ法則を含み、それぞれのサブ法則は、アレイ４１の各サブセットの変換器に適用されるそれぞれの遅延値を規定するので、対応するサブセットの基本変換器は、伝播の各方向に超音波の一次ビームを生成し、この一次ビームの各伝播の方向は、超音波センサから離れるにつれ、互いに対して及び発生するビームのバースト方向Ｄに関して発散する。
【００４５】
この第１変形例の第１の形式では、一次ビームは集束されていない、すなわち、
それは焦点がなく、直線的でもなく又は反転焦点（ｉｎｖｅｒｓｅ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ）を持つものでもない（反転焦点は「デフォーカス」として知られることもある）。
【００４６】
ある例として、一次ビームは、センサを検査される管から隔てる距離を比べて遠方焦点を有してもよい。ある例として、各一次ビームは、その焦点はセンサから１メートル以上の遠い焦点を持ち、このセンサは、管からの距離が３０〜４０ミリメートルの範囲である。
この第１変形例の第２の形式では、一次ビームは、それぞれデフォーカスされている、すなわち、それらは反転焦点（ｉｎｖｅｒｓｅ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ）を持っている。
焦点は、超音波の経路に対して超音波センサの後ろにある。
【００４７】
一次ビームの放射の各方向は、伝播方向のいずれかの側にそれぞれの角度を形成する。サブ法則は、対応する一次ビームが、検査される管のターゲット面に出会う様に設定されており、このターゲット面は、各々が隣接しているこの面の、２つのそれぞれの貫通領域において見通し線に対応する。
【００４８】
第１実施形態のこの第１の変形例は、偏向し発散される超音波ビームを放射することに対応する。このビームは、多方向ビームの放射、特に２方向からのビームの放射による。このサブビームは集束しないまたは遠い焦点を持つ。
基本変換器の対応するサブセットでは、一次ビームと呼ばれるビームを生成するが、各サブ法則は、その伝搬方向は見通し線Ｄｉ、ｉ：  ＝１．．．．８に対して、この線の一方の側又は他方の側に、傾斜角度βを形成する様に設定される。
【００４９】
各一次ビームの伝播方向は、得られるビームの伝搬方向Ｄｉ、ｉ：  ＝１．．．．８の傾斜ｉ、ｉ：  ＝１、．．．８に傾斜角度βを加え又は差引することによって得られる角度で傾斜した方向である。各一次ビームは見通し線Ｄｉに対して偏向し及び発散する。
【００５０】
非集束ビームでは、種々の基本変換器によって生成される超音波は、互いに主に平行に伝播する。非集束一次ビームを得るために、線形法則に従う遅延値が、基本変換器の対応するサブセットに適用される。一次ビームに起因する超音波のビームは、超音波センサから離れるにつれてバースト方向Ｄｉ、ｉ：  ＝１．．．．８の周りに発散する。
【００５１】
本発明の第１の実施形態の第２変形例によれば、それぞれの時間励起法則は、アレイ４１の変換器の少なくとも一部に適用される遅延値を規定するが、それは、これらの基本変換器が、バースト方向Ｄｉに対応して放射方向または一次方向に延びる超音波の一次ビームを共同して生成し、超音波センサから離れるにつれてこのバースト方向の周りに発散する様な方法による。
【００５２】
第１の実施の形態のこの第２の変形例は、センサの主平面の法線Ｎに対して偏向される超音波の発散ビームの放射に相当する。発散ビームは発散角を有する。この角度の値は実験により、必要に応じて、得られるビームを視覚化するために使用することができるシミュレーションにより決定することができる。
【００５３】
実際には、発散角の値は、良好な検出品質を維持しながら、可能な限り最大の角度セクタをカバーするのに使用することができるものが求められる。
これは、任意の傾きの欠陥の存在について、管を検査するために必要なバーストの数を制限する。一例として、４０°の角度セクタをカバーするものが望ましい。一例として、発散角の値２２．５°が使用されてもよい。
【００５４】
まず、第１変形例の場合には、第１方向Ｄ１にバーストを生成するために使用することができる時間励起法則を構築することが重要である。
第１の対称軸ｘの一方の側（図６Ｂの左側）に位置するアレイ４１基本変換器は、第１のサブセットを形成し、方向Ｄ１の傾斜について−βの角度で傾斜している非集束超音波ビームを共同で生成する。第一の対称軸ｘの他方側（図６Ｂの右側）に位置する基本変換器は第２のサブセットを形成し、この傾斜に対して＋βの角度で傾斜している超音波非集束ビームを共同で生成する。二つの一次ビームは、方向Ｄ１に集まりあるビームとなる、すなわち、これのビームはお互いに重なり又は方向Ｄ１に併合され、方向Ｄ１におけるエネルギーの伝達を確実にするので、結果として得られるビームは、管の表面で方向（Ｄ１  −  β）と（Ｄ１＋β）の間でエネルギー的に均質なものとなる。その結果、管の表面、または照射ゾーンに広い焦点を得るので、バースト方向の傾斜に対応する方向に対してかなり急傾斜を持つ欠陥を探し出すために使用することができる。
【００５５】
ここで、図７Ａを参照する。
表７０は、アレイ４１の各基本変換器値に適用される遅延値を一般的に表す。
アレイ４１の各基本変換器Ｃｉ  ｊに適用される遅延値Ｂｉ，ｊは表７０の行ｉ、列ｊに見いだされる。
【００５６】
ここで、図７Ｂを参照する。
表７１は表７０に類似している。表７１は、第１の方向Ｄ１にバーストを生成するために適用される遅延値を一般的に示す。
【００５７】
サブセットのうちの一つの変換器に適用される遅延は、そのサブセットの軸がその対称性により、アレイ４１の第１の対称軸ｘに対応するものである、他のサブセットの変換器に適用される遅延から推定される。変換器Ｃｉ，  ｊに適用される遅延の値Ｂｉ，ｊは、変換器Ｃｉ，ｎ−ｊ＋１に適用される遅延の値Ｂｉ，  ｎ−ｊ＋１に等しく、整数ｎは、アレイ４１の行の基本変換器の数（この場合は、ｎ＝８）に対応する。一例として、基本変換器Ｃ２，３に適用される遅延の値Ｂ２，３は、基本変換器Ｃ２，６に適用される値Ｂ２，６に等しい。言い換えれば、同じ時間励起サブ法則は、アレイ４１の基本変換器の二つのサブセットの各々に適用される。基本変換器のサブセットでは、遅延値のセットＢｉ，  ｊであって、ｉ：＝１〜８及びｊ：＝１〜４は、当業者に知られている超音波の伝播と干渉を計算するための法則を適用することによって計算することができる。この計算は、特にスプレッドシートを用いて手動で、または、ＥＸＴＥＮＤＥ社によって配布されている、例えば、「ＣＩＶＡ」として知られているタイプの特定のソフトウェアを使用して行うことができる。
【００５８】
附属書Ａ．３の表は転置法を示しており、この転置法は第１方向Ｄ１におけるバーストについて得られた遅延値から始まり、センサの対称性の理由により、第５方向Ｄ５のバーストのための遅延値を推定するために使用することができる。
【００５９】
第５方向Ｄ５におけるバーストの基本変換器Ｃｉ  ｊに適用される遅延値は、附属書Ａ．３に示された変換によって、Ｄ１におけるバーストのために計算された値から推定される。
第３方向Ｄ３におけるバーストのための基本変換器に適用される遅延値は、第１方向Ｄ１に対して実施されたものと類似の方法で計算される。第２の対称軸ｙの一方の側に位置しているアレイ４１の基本変換器（図６Ｂの頂部にある）は第１のサブセットを形成し、Ｄ３の傾斜に関して−βの角度で傾斜している超音波の非集束ビームを共同して生成する。第２の対称軸ｙの他方の側に位置している基本変換器（図６Ｂの底部にある）は第２のサブセットを形成し、この傾斜に対して＋βの角度で傾斜している超音波の非集束ビームを共同して生成する。
【００６０】
二つの一次ビームは、方向Ｄ３におけるエネルギーの伝達を確実にするために、方向Ｄ３に集まり、ある一つのビームとなるので、結果として得られるビームは、管の表面で方向（Ｄ３  −  β）と（Ｄ３＋β）の間でエネルギー的に均質なものである。
その結果、管の表面、または照射ゾーンに広い焦点を得るので、バースト方向の傾斜に対応する方向に対してかなり急傾斜を持つ欠陥を探し出すために使用することができる。附属書Ａ．３は、第７方向Ｄ７（第１の対称軸ｘにおいて）の遅延値は、対称性によって方向Ｄ３の遅延値から推定することができることを示す。
【００６１】
方向Ｄ２でバーストを検討することにする。
方向Ｄ２に対応するパターンの対角線の一方の側に位置しているアレイ４１の基本変換器（図６Ｂの頂部にある）は第１のサブセットを形成し、Ｄ２の傾斜に関して−βの角度で傾斜している非集束超音波ビームを共同して生成する。
【００６２】
この対角線の他方の側に位置している基本変換器（図６Ｂの底部にある）は第２のサブセットを形成し、この傾斜に対して＋βの角度で傾斜している超音波の非集束ビームを共同して生成する。二つの一次ビームは、方向Ｄ２に集まるので、結果として得られるビームは、管の表面で方向（Ｄ２  −  β）と（Ｄ２＋β）の間でエネルギー的に均質なものである。
その結果、管の表面、または照射ゾーンに広い焦点を得るので、バースト方向の傾斜に対応する方向に対してかなり急傾斜を持つ欠陥を探し出すために使用することができる。
【００６３】
附属書Ａ．３は，  対称性によって、Ｄ２方向でのバーストの遅延値から第４方向Ｄ４（第２の対称軸ｙにおいて；また、附属書Ａ．１．４にも示すように）の遅延値を推定することが可能であることを示す。次に第６方向Ｄ６の遅延値が、方向Ｄ４に対応する遅延値から始めて、第一の軸ｘについての対称性により、推定することが可能であることを示す。第８方向Ｄ８のバーストの遅延値は、第１の軸ｘの周りの対称性により、方向Ｄ２に対応する遅延値から推定され、または第２の軸ｙに関する対称性により方向Ｄ６に対応する遅延値から推定される。
【００６４】
附属書Ａ．５は、正方形のパターンに従って分配された要素のアドレス指定マトリクスを示す図であり、このアドレス指定マトリクスは、例えば、アレイ４１の基本変換器のために使用することができる。アドレスとして、数字１または最小アドレス値は、正方形パターンの隅部に配置された基本変換器に割り当てられる。
要素番号１は、附属書Ａ．５の表の行Ｌ１の列Ｃ１である。
【００６５】
数字６４、または最大アドレス値は、変換器１に直径方向に対向している基本変換器のアドレスに割り当てられている。この要素は、附属書Ａ．５の表の行Ｌ８の列Ｃ８に見出される。最小のアドレスを持つ要素から、最大のアドレスを持つ要素へ、互いにアドレス値を増加させることにより順序付けられ、そしてこの順序で行に、そして、同じ行の列に配置されている。
【００６６】
つまり、パターンの同じ行の変換器は互いに続くアドレス値を持っている。
附属書Ａ．５の表では、アドレス値は範囲１から６４の連続した整数である。
図８は、検査される管の部分８２に対する作業位置にある多素子センサの部分８０を示す。部分８０は、例えば、図６Ｂのアレイ４１に類似する、正方形パターンを形成する基本変換器のアレイに対応する。管の長手方向は基準Ｙを有する。部分８０の主平面に対して垂直な方向は、管の半径方向であり、Ｚで表される。
【００６７】
Ｙ方向とＺで規定される平面に垂直な方向はＸで示される。パターンの辺の中間点垂直面に対応するパターンの対称軸ＹおよびＸが、Ｙ方向とＸにそれぞれ一致する様に、部分８０は管の部分８２に対して配置される。ある一例として、部分８０の基本変換器は、附属書Ａ．５に関して上述したアドレス指定マトリクスに従って編成される。管のＸ方向が要素４及び５を分離する第１の対称軸ｘに対応し、他方Ｙ方向は要素２５及び３３を分離する第２の対称軸に対応するように、部分８０は管の部分８２に対して配置される。要素１から８は、図８に矢印で示されるこの方向の意味でＹ方向に配置されている。
言い換えると、部分８０の第１の対称軸ｘは、管の部分８２の横Ｘ方向に配置されており、第２の対称軸ｙは、管の長手Ｙ方向に配置されている。
【００６８】
附属書Ａ．１．１は、管の部分８２の横Ｘ方向、すなわち、図６Ｂの方向Ｄ１にバーストを生成するために、部分８０の基本変換器に適用される遅延値の例を表の形式で表す。附属書Ａ．１．１の表では、基本変換器は、附属書Ａ．５で定義されたアドレス指定マトリクスに従って配置されている。要素ｉに適用される遅延値は、附属書Ａ．５の表のアドレスｉと同じ位置（行、列）の附属書Ａ．１．１の表に見出すことができる。一例として、附属書Ａ．５の表の列Ｃ４と行Ｌ４の交点にある要素２８に適用される遅延は、３６９ナノ秒であり、これは附属書Ａ．１．１の表の列Ｃ４と行Ｌ４の交点に見つけることができる。図９Ａ、１０Ａおよび１１Ａは、そのベースが部分８０と一致する二次元の棒図形８４の形式での、附属書Ａ．１．１の遅延値を表す。
【００６９】
図の各バーまたは棒は、そのベースと一致するそれぞれの基本変換器の遅延を表す。
Ｚ方向への伸張の形で表現された棒の高さは、問題の基本変換器に適用される遅延値に比例している。図１０Ａは右から見た図形８４を示す、すなわち、ＸＺ方向の平面、および垂直方向Ｙの投影図である。その図において、基本変換器８、１６、２４、３２、４０、４８、５６及び６４を区別することができる。適用される遅延値は、正方形のパターンの第１の側に近い変換器８から、この第１の側に対向する変換器６４に直線的に増大する。適用された遅延でのこの直線的な変化を図１０Ａに直線８６で図形により示す。附属書Ａ．１．１は、同じ線形増加法則がＸ方向の基本変換器、すなわち、附属書Ａ．１．１の表の列Ｃ１からＣ８の各要素に適用されることを示す。
【００７０】
図１１Ａは、正面からの図形８４を示す、すなわち、Ｙ方向、Ｚ方向の平面及びＸ方向に対する垂直な方向への投影図である。基本変換器１、２、３、４、５、６、７、８、及び部分８０の各変換器に適用される遅延値を個々に見ることができる。
【００７１】
同一の遅延値は、Ｘ方向に延びる部分８０の中間点垂直面に対して対称に配置された基本変換器に適用される。つまり、この中間点垂直面は部分８０を、２つの遅延サブ法則が適用される基本変換器を二つのサブセットに分ける。
【００７２】
第１の遅延サブ法則は、具体的には変換器１から４までにおいて、図１１Ａのこの中間点垂直面の左にある基本変換器に適用され、第２の遅延サブ法則は、特に変換器５〜８において、この中間点垂直面の右側にある基本変換器に適用される。適用される遅延値は、正方形パターンの第２の側の近くにある変換器１から、第１の側の中間点垂直面に近い変換器４まで、直線的に減少する。
【００７３】
適用される遅延のこの直線的な変化を図１１Ａ上の直線８８により図形で示す。
附属書Ａ．１．１は、同じ直線的な減少法則が、中間点垂直面の同じこちら側にある、Ｙ方向での基本変換器、すなわち、附属書Ａ．１．１の表の、列Ｃ１からＣ４の交点に位置する各行Ｌ１〜Ｌ８の各要素に適用されることを示す。
【００７４】
適用される遅延値は、第１の側の中間点垂直面に近い変換器５から、第２の側に対向する変換器８まで直線的に増大する。
適用される遅延値のこの直線的な変化を図１１Ａ上の直線９０により図形に示す。
直線８８と９０は、正方形パターンの第１の側の中間点垂直面を含む平面Ｘ，  Ｚに関して対称的である。附属書Ａ．１．１は、同じ増大する直線的法則が、中間点垂直面の同じこちら側にある、Ｙ方向に各位置合わせされている基本変換器、すなわち、附属書Ａ．１．１の表の、列Ｃ５からＣ８の交点に位置する各ラインＬ１〜Ｌ８の各要素に適用されることを示す。
【００７５】
上に述べた遅延値に応じて一旦順次励起されると、二つのサブセットの各々の基本変換器は、共同してそれぞれの超音波ビームを生成する。それぞれ生成される２つのビームは、それぞれ２つの方向、すなわち、図１１Ａに示す参照９２及び９４に延び、各ビームは、得られるビームの放射方向、これは図１１Ａに９６で示される方向であるが、に対して同じ角度で絶対値として、傾斜する。
【００７６】
これらの二つのビームのそれぞれは、第一次ビームと見做すことができるが、部分８０から離れるにつれて見通し線から発散する。
【００７７】
図１２は、図８に類似しており、管の長手方向へのバーストの場合、すなわち、管のＹ方向、すなわち、図６Ａの方向Ｄ３の方向に関するものである。図１２は、棒図１２０の形式による、部分８０の基本変換器に適用される遅延値を示している。
多素子センサの部分８０は図８の部分と同様の方法で、検査される管の部分８２に対して動作状態にある。図８の位置と比べて、部分８０は長手Ｙ方向に、及び／又は、例えば、管とセンサの間の相対的な螺旋運動による理由により、管が部分８２の中心軸に対して角度を持って配置されていたこともある。
【００７８】
附属書Ａ．１．２は、遅延値が附属書Ａ．５に関して、上述したアドレス指定マトリクスに従って編成されたとき、部分８０の基本変換器に適用される遅延値を示す。
同じ線形増加法則が、Ｙ方向に位置合せされた基本変換器、附属書Ａ．１．２の表の行Ｌ１〜Ｌ８のそれぞれの要素に適用される。適用される遅延値は、Ｙ方向に垂直な正方形のパターンのある一方の側に近い変換器からこの側に対向する変換器まで直線的に増大する。これらの値は四捨五入しているため、アレイの遅延は厳密な直線的な変化から逸脱することがある。この分野で従来使用される装置の、５ナノ秒のオーダーである解像度を考慮すると、これらの四捨五入による丸み処理は実際には欠陥の検出に影響を及ぼさない。同一の遅延値が、Ｙ方向に延びる部分８０の中間点垂直面に対して対称に配置された基本変換器に適用される。同様の線形減少法則が、中間点垂直面の同じ側に配置されている、Ｘ方向に各位置合わせされている基本変換器、すなわち、附属書Ａ．１．２の表における、
行Ｌ１から  Ｌ４の交点に位置する各列Ｃ１  からＣ８の要素に適用される。
【００７９】
各回毎に、適用される遅延値は、Ｘ方向に垂直な正方形のパターンのある一方の側に最も近い変換器から、第二の側の中間点垂直面に最も近い変換器に向けて直線的に減少する。同様の線形増加法は、中間点垂直面の同じ側に位置するＸ方向に各位置合わせされている基本変換器に、すなわち、附属書Ａ．１．２の表における、行Ｌ５から  Ｌ８の交点に位置する各列Ｃ１  からＣ８の要素に適用される。
【００８０】
各回毎に、適用される遅延値は、第二の側の中間点垂直面に最も近い変換器から第１の側に対向する変換器に向けて直線的に増大する。
上に述べた遅延値に応じて一旦順次励起されると、二つのサブセットの各々の基本変換器は、共同してそれぞれの超音波ビームを生成する。このように生成された２つのビームは、それぞれ２つの方向に延び、各ビームは、得られるビームの放射方向に対して、管の長手方向のバーストの場合のように、同じ角度で絶対値として傾斜する。これらの２つの第一次ビームは、部分８０から離れるにつれて見通し線から逸れる。
【００８１】
ここで図１３Ａおよび図１４を参照する。
図１４は、図８に類似しており、「傾斜」バーストとして知られているバーストの場合に関するものであり、すなわち、このバーストは、平面Ｘ、Ｙ内の管の軸に対して４５°傾斜した方向であり、すなわち、図６ＢのＤ２方向を持つ。
図１４は、棒図形１３０の形の部分８０の基本変換器に適用される遅延値を示す。
図１３Ａは異なる視角から見た図形１３０を示す。多素子センサの部分８０は、図８と同様の方法で検査される管の部分８２に対して作業位置にある。
【００８２】
図８の位置と比べて、部分８０は長手Ｙ方向に、及び／又は、例えば、管とセンサの間の相対的な螺旋運動による理由により、管の部分８２の中心軸に対して角度を持って配置されることもある。附属書Ａ．１．３は、遅延値が附属書Ａ．５に記載の、上述のアドレス指定マトリクスに従って編成されたときの、部分８０の基本変換器に適用される遅延値を示す。それぞれの線形増加法は、Ｙ方向の各位置合わせの基本変換器、すなわち、附属書Ａ．１．３の表の行Ｌ１〜Ｌ８のそれぞれの要素に適用される。毎回、適用される遅延値は、正方形パターンの第２の側に近い変換器から、この第２の側とは反対側の変換器に向けて直線的に増加する。
【００８３】
各線形増加法則は、Ｘ方向の基本変換器、すなわち、附属書Ａ．１．２の表の列Ｃ１〜Ｃ８のそれぞれの要素に適用される。毎回、適用される遅延値は、正方形パターンの第１の側に近い変換器から、この第１の側とは反対側の変換器に向けて直線的に増加する。上に述べた遅延値に応じて一旦順次励起されると、二つのサブセットの各々の基本変換器は、正方形のパターンの対角線により互いに分離されているが、共同してそれぞれの超音波のビームを生成する。この様にそれぞれ生成される２つのビームは、それぞれ２つの方向に延び、各ビームは得られるビームの放射方向に対して、同じ角度で絶対値として傾斜する。
【００８４】
これらの二つの第一次ビームのそれぞれは、部分８０から離れるにつれて見通し線から発散する。より一般的に、ここで、第１変形例の場合として、例えば、第２方向Ｄ２の例では、斜めのバーストを可能にするために時間的励起法則の構築に焦点を当てる。バースト方向Ｄ２はアレイ４１の対称軸に対応する、つまり、正方形パターンの対角線の一つである。この対角線は、基本変換器の二つのサブセット、下位のサブセットと上のサブセットを規定する。検査される管の湾曲のために、第１のサブセットに適用される遅延値は、第２のサブセットの対称変換器に適用されるものとは異なる。
【００８５】
再び図７Ａを参照する。
まず、アレイ４１のＣｉ，ｊの基本変換器のセットに適用される第１の遅延値、Ｂｉ，  ｊは、これらが共に、方向Ｄ２−βに偏向する超音波の非集束ビームを放射するよう様に計算される。これらの値は、表７０に一般的な方法で示されている。
【００８６】
ここで図１５を参照する。
次に、アレイ４１のＣｉ，  ｊの基本変換器のセットに適用される第２の遅延値、Ａｉ，  ｊは、これらが共同して、方向Ｄ２＋βに偏向する超音波の非集束ビームを放射するよう様に計算される。これらの値は、表７３に一般的な方法で示されている。ここで図１６を参照する。
次に、放射方向Ｄ２＋βとＤ２−βの一つが、アレイ４１のパターンの対角線として選択される、すなわち、対角線の変換器Ｃｉ，  ｊに最終的に起因し、そこではこれらは、第１の遅延値Ｂｉ，ｉまたは第２の遅延値Ａｉ，ｉのいずれかである。
【００８７】
慣例により、変換器への遅延を最大にする値は、この対角線の端部のそれぞれにある値であるとして選択される。一例として、図１６の表７２の場合、この基準は表７３の値Ａ８，１とＡ１，８によって検証され、表７０の値Ｂ８，１及びＢ１，８により検証されるものではないと想定される。
なぜなら、要素Ａに対応する方向のエネルギー要求がより高く、この方向のより弱い応答にリンクしており、この弱さは管の形状に由来する。他のコーナーに対応する遅延値の法則は、この例の場合、第２の値Ａ１，１と第１の値Ｂ８，８に保存される。
【００８８】
第２の遅延値Ａｉ，ｊは、最終遅延値として、アレイ４１の上部部分の要素Ｃｉ，ｊに起因する。アレイ４１の下側部分の要素Ｃｉ，ｊの最終的遅延値は、第１の遅延値Ｂｉ，ｊから開始する線形補間によって推定される。最初に、値が決定されるアレイの部分に対応するコーナーの遅延値は、線形補間により列及び対応する行の遅延値を計算するために使用される。
【００８９】
したがって、それぞれの場合に、補間は対角線について決定された値及び行または列の端の値との間で行われる。換言すると、対角線に対応したアレイの半数の値は保持され、一方他の遅延値は、最初に得られた値から開始する線形補間することによってわずかに修飾される。
【００９０】
本発明の第２の変形例において基本変換器に適用される遅延値を表す図９Ｂ、１０Ｂ、１１Ｂ及び１３Ｂを参照する。この第２の変形例によれば、基本変換器は共同して、センサの主平面の法線に対して偏向されたデフォーカス一次ビームを生成する。
【００９１】
遅延法則を計算するために、ある発散ビームは、反転焦点（ｉｎｖｅｒｔｅｄ  ｆｏｃｕｓ）、すなわち、超音波のバースト方向に多素子センサの背後に位置する仮想焦点（ｖｉｒｔｕａｌ  ｆｏｃａｌ  ｐｏｉｎｔ）を有する反転焦点を持つビームであっても良いと考えられる。
【００９２】
結果のデフォーカスビームを得るために、放物線法則に従う遅延値が、好ましくは、センサの基本変換器の少なくとも幾つかに適用されるのがよい。
【００９３】
ある変形例では、これらの遅延値は、放物線法則に近い法則か得られ、例えば、これは複数の線形法則であり、各法則が同じ放物線の一部に近いものとなる。
その主方向の傾斜に加えて、発散及び偏向ビームは、偏向角α及びビームの開口部の角度値、または発散角の値によって定義されてもよい。偏向角αの値は、検査される管の直径、及び管からセンサを隔てる距離の関数として決定される。
【００９４】
これは、方向Ｄ１、Ｄ２およびＤ３での各バーストにより異なる。他の方向のバーストの場合、偏向角αの値は、センサのパターンの対称性から推定される。発散角の値は、見通し線にかかわらず、バーストのセットについて同じであってもよい。品質および／または定まっている迅速度の基準と両立するある発散の最大角度が求められる。一例として、発散角の値は、生産のための要件によりバーストの数が固定されると言う事実に由来することもある。これは、発散角の値に最小値を生じさせる。また、発散角の値は、検出することができることを望む欠陥のサイズにリンクされた品質基準から導出することができる。これは、発散角の値の最大値を限定する。大半のアプリケーションでは、発散角の値は、これらの基準を最もよく満たすように選択される。
【００９５】
これらのパラメータは、連続的する検査によって、またはシミュレーションによって、各その方向および深さが、管において調査される欠陥に対応する、標準ノッチについて、決定することができる。
一例として、２２．５°を発散角の値として用いてもよい。
【００９６】
図９Ｂ、１０Ｂおよび１１Ｂは、図９Ａ、１０Ａおよび１１Ａに類似している。これらの図は、管の部分８２の横方向Ｘにバーストを生成するために、センサの部分８０の基本変換器に適用される遅延値の例を、棒図形１４０の形で、示す。変換器は、附属書Ａ．５に応じて対処される。遅延値は、附属書Ａ．２．１の表に示される。
図１０Ｂは、右から見た図形１４０、すなわち方向Ｘ、Ｚの平面及び垂直方向Ｙに投影されたものを示す。基本変換器８、１６、２４、３２、４０、４８、５６と６４を識別することができる。適用される遅延値は、正方形パターンの第１の側に近い変換器８から、この第１の側の反対側の変換器６４に向けて放物線状に増大する。
【００９７】
適用される遅延におけるこの放物線状の変化は、図１０Ｂの放物線１４２の一部を示している。附属書Ａ．２．１は、同じ増加法則が、Ｘ方向の基本変換器、すなわち、
附属書Ａ．２．１の表の列Ｃ１  からＣ８の各要素に適用されていることを示す。
【００９８】
図１１Ｂは、図形１４０の正面視図、すなわち、Ｙ、Ｚ方向の平面およびＸ方向の反対向きの法線方向に投影したものを示している。基本変換器１、２、３、４、５、６、７及び８が、部分８０の基本変換器に適用される遅延値と共に、識別することができる。
【００９９】
同一の遅延値は、Ｘ方向に延びる部分８０の中間点垂直面に関して対称に配置された基本変換器に適用される。中間点垂直面は、部分８０を２つの遅延サブ法則がそれぞれ適用される２つのサブセットの基本変換器に区分する。
【０１００】
第１の遅延サブ法則はこの中間点垂直面の一方の側に位置する基本変換器、特に、図１１Ｂにおいて中間点垂直面左側に位置する１から４の変換器に適用される。
第２の遅延サブ法則は中間点垂直面の他方の側に位置する基本変換器、特に、図１１Ｂにおいて中間点垂直面右側に位置する５から８の変換器に適用される。
【０１０１】
適用される遅延値は、正方形のパターンの一方の側に近い変換器１からこちらの側から離れた変換器８に掛けて放物線法則に従う。適用される遅延のこの変化は、図１１Ｂの放物線１４４の一部として図形で示される。遅延値は変換器１から４に向けて減少する。附属書Ａ．２．１は、同じ放物線状の減少法則が、中間点垂直面と同じ側に位置するＹ方向の基本変換器、すなわち、附属書Ａ．２．１の表１において、列Ｃ１からＣ４の交点に位置する各行Ｌ１〜Ｌ８の要素に適用されることを示す。適用される遅延値は、中間点垂直面に近い変換器５から８に向けて増大する。附属書Ａ．２．１は、同じ放物線状の増大法則が、中間点垂直面の同じ側に位置するＹ方向の基本変換器、すなわち、附属書Ａ．２．１の表１において、列Ｃ５からＣ８の交点に位置する各行Ｌ１〜Ｌ８の要素に適用されることを示す。
【０１０２】
上に述べた遅延値に応じて一旦順次励起されると、二つのサブセットの各々の基本変換器は、Ｘ方向に延びて、センサの部分８０から距離が増すにつれて拡散する超音波ビームを共同して生成する。附属書Ａ．２．２の表は、Ｙ方向に延びる超音波の発散ビームを共同して生成するために、基本変換器に適用することができる遅延値を示す。同一の遅延値は、Ｘ方向に配置された部分８０の中間点垂直面に対して対称に配置された基本変換器に適用される。この中間点垂直面は、部分８０を２つの遅延サブ法則がそれぞれ適用される２つの基本変換器のサブセットに分ける。
【０１０３】
図１３Ｂは、図１３Ａに類似しており、「傾斜した」と呼ばれるバーストの場合、すなわち、平面Ｘ、Ｙの管の軸に対して４５°傾斜した方向、すなわち、
図６ＢのＤ２の方向の場合に関する。図１３Ｂは、棒図形１５０の形式の部分８０の基本変換器に適用される遅延値を示している。多素子センサの部分８０は、図８の部分８０と同様の方法で、検査される管の部分８２に対して作業位置にある。
【０１０４】
図８の位置と比較して、例えば、管とセンサとの間の相対的な螺旋運動のために、部分８０は長手方向Ｙに、及び／又は管の部分８２の中心軸に対して角度が変位されてもよい。
【０１０５】
附属書Ａ．２．３は、それらが附属書Ａ．５に関連して上述したアドレス指定マトリックスに従って編成されたときに、部分８０の各基本変換器に適用される遅延値を示している。それぞれの放物線状の増加法則が、Ｙ方向の各基本変換器、すなわち附属書Ａ．２．３の表の行Ｌ１〜Ｌ８のそれぞれの要素に適用される。毎回、適用される遅延値は、正方形パターンのある一方の側に近い変換器から、Ｘ方向に関して反対側の変換器に向けて放物線状に増加する。それぞれの放物線状の増加法則が、Ｘ方向の基本変換器、すなわち附属書Ａ．２．３の表の列Ｃ１〜Ｃ８のそれぞれの要素に適用される。毎回、適用される遅延値は、正方形パターンのある一方の側に近い変換器から、Ｙ方向に関して反対側の変換器に向けて放物線状に増加する。上に述べた遅延値に応じて一旦順次励起されると、二つのサブセットの各々の基本変換器は、正方形パターンの対角線により互いに分離されているが、Ｄ２方向に延びそしてセンサから離れるにつれてこの方向に関して拡散する超音波ビームを共同して生成する。
第１変形例に関連して上述したものと類似の方法により、他のバースト方向について計算された法則からある遅延法則を推定するために、センサパターンの様々な対称性を用いることが可能である。
【０１０６】
ここで本発明の第２の実施の形態について検討する。第２の実施の形態においては、基本変換器が共同して、センサの主平面に垂直な方向に延びる、発散非偏向ビームを生成する。この第２の実施形態では、超音波の単一のバーストが実行される。発散ビームは、ビームの開口角度または発散角度によって定義することができる。
【０１０７】
本実施形態では、アレイ４１のパターンの第１の対称軸ｘと第２の対称軸ｙは、同じ遅延サブ法則が各回、適用される４つのサブセット基本変換器を規定する。
附属書Ａ．４の表は、センサの活性表面の法線方向に対して発散しそして非偏向であるビームを生成するために、基本変換器に適用される遅延値の例を示す。
【０１０８】
この場合、この発散するビームは、デフォーカスされた一次ビームから得られる。各回、遅延値は第１の対称軸ｘと第２の対称軸ｙからの距離と共に増大する。明確な方向に順次バーストを実行するために使用することができる本発明の第１の実施形態の２つの変更例について記述した。
【０１０９】
これらのバーストの各々において、検査される管の広い部分が「超音波照射」され、その結果発散ビームを生成する。管の広い部分は、バーストに起因する超音波によってカバーされる。結果として得られるビームの偏向は、管に関して、対応する方向での欠陥の存在を検出するために使用することができる。
【０１１０】
第１の変形例では、発散され及び偏向されたビームは、サブセットの基本変換器によってそれぞれ生成された、少なくとも２つの非集束性（ｎｏｎ−ｆｏｃｕｓｅｄ）及び偏向した各一次ビームから得られる。
【０１１１】
第二の変形例では、発散され及び偏向されたビームは、少なくとも一つの発散され、偏向された一次ビームから得られる。
【０１１２】
その傾きに関係なく、欠陥の存在を検出するために、単一のバーストを生成するために使用することができる第二の実施形態について説明した。
【０１１３】
ここでも、ビームの発散する性質は、検査される管の広い部分が超音波照射されうることを意味する。各毎回、センサの対称性が、基本変換器のサブセットに適用される遅延サブ法則を計算するために使用される。バーストに応答して受信された超音波は、その中に、欠陥または不完全さが存在することにより生じるエコーを検出するために処理される。本発明の第１の発展形態では、受信された超音波を処理することには、バースト中に超音波を放射するのに役立った遅延法則の「逆」（ｉｎｖｅｒｓｅ）と呼ばれる遅延法則を適用することを含む。
【０１１４】
すなわち、受信された超音波の処理には、特定の遅延値Ｒｉ，  ｊをセンサの各基本変換器Ｃｉ，ｊで受信した信号に適用することを含む。受信されたＲｉ，  ｊ上の遅延値は、照射する基本変換器Ｃｉ，ｊに適用される遅延値Ｅｉ，ｊから、次式を用いて計算される：
Ｒｉ，ｊ  ＝  ｍａｘ（Ｅｉ，ｊ）  −  Ｅｉ，ｊ
ｍａｘ（Ｅｉ，ｊ）は、センサの基本変換器Ｅｉ，ｊに適用される最大遅延値を表す。
逆遅延法則の計算は、放射遅延法則の計算を可能にするソフトウェアを使用して、スプレッドシートを使用してまたは手動により行うことができる。
【０１１５】
このように、検査された管の部分では、バーストの方向に対応する方法に配向された欠陥や不完全性が主に検出される。また、この方向に対して僅かに傾斜しているその中の欠陥を検出することも可能であるが、一般に雑音に対して小さい信号比を有する、一次ビームの開口によって制限を受ける。
【０１１６】
有利なことには第２の発展形態では、受信した超音波の処理は、ＷＯ０３／０５０５２７から知られる技術を適用することを含む。各バーストでは、受信された信号は、いくつかの逆遅延法則を適用することによって処理され、その各法則は一次ビームに含まれる傾斜値に対応する。これらの逆遅延法則は、従来、ＷＯ０３／０５０５２７から知られている技術を使用して計算される。
【０１１７】
例としては、種々の傾斜値は、５°の値によって互いに区別される。管の検査された部分において、あるバーストの結果、このバーストに起因する一次ビームに含まれる、異なる傾斜で配向された欠陥が検出され、それぞれの場合において、実質的に同一の信号対ノイズ比である。この第二の発展形態では、その方向が、バーストに対応する超音波ビームの開口部に含まれると共に、このビームの主方向の傾斜との関係については傾斜している欠陥は、ノイズに対する信号比がより良好なものとして検出される。言い換えれば、この第二の発展形態では、微細な欠陥の検出をするように改良されている。つまり、装置は、この場合良好な分解能を有している。
【０１１８】
一例として、４０°の開口角度を有する放射ビームであり、各５°の傾きに対応する遅延の法則が適用されると、ビームの主方向に対して０°、５°、１０°、１５°、２０°傾斜している欠陥が特に効果的に検出される。
【０１１９】
ここで、図１７，  １８Ａ  及び１８Ｂを参照する。
これらの図は、「照射」（ｉｎｓｏｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）ゾーンとして知られている領域、すなわち、欠陥の全ての可能な方向を検査するために使用される超音波ビームの一つの少なくとも一部が当たる領域を表わす。
これらの図は、シミュレーションから得られる。
【０１２０】
図１７は基準の構成に対応している。この構成では、７２バーストが実施され、各回毎に、前のバーストに対して５°の傾斜を有する方向に、バースト放射が行われた。図１７は、最大エネルギーが集中している照射ゾーンである、‐６デシベルでの照射ゾーン１７０、または焦点ゾーンを示す。ゾーン１７０は、楕円リング状であり、実質的に均質である。照射ゾーン１７０は約５０ミリメートルｘ３０ミリメートルのサイズである。図１８Ａは、後処理中に「ペイントブラシ」技術が適用される場合の第１の実施形態の第１変形例に従った構成に対応する。
パラメータβは１５°である。図１８Ａの結果を得るためにわずか８バーストが必要であった。振幅は全ての見通し線に対して実質的に均質である。図１８Ａは、ほとんど楕円形のリングと見える照射ゾーン１８０を示す。
照射ゾーン１８０は、約５０ミリメートルｘ３５ミリメートルのサイズであり、これは図１７の基準ゾーンに非常に近い。
【０１２１】
図１８Ｂは、後処理中に、いわゆる「ペイントブラシ」技術を適用した場合の、第２の実施の形態に係る構成に対応する。
ビームは、２５ミリメートルでデフォーカスされている。図１８Ｂは、外観が楕円形である照射ゾーン１８５を示す。デシベルゾーン１８５のサイズは、８０ミリメートルｘ６０ミリメートルであり、これは図１７の基準ゾーンに近い。−６デシベルでのゾーンは、第一の実施形態の場合よりも広い。このゾーンは、管の検査のためにあまり有用ではないが、楕円の中心部もまた超音波照射される。
【０１２２】
図１８Ａと比較すると、図１８Ｂは、すべての検査方向についてエネルギーが実質的に同一レベルにあることに対応して、より均一な照射ゾーン１８５を示している。図１８Ｂと比較すると、図１８Ａは、超音波照射されていない楕円の中心ゾーンを示すが、これは信号対ノイズ比がより良好であることを意味する。しかし、第２の実施形態では、より速い検査が可能である。
【０１２３】
第一の実施形態の第２変形例に対応する照射図が示されていない。
このような図形は、図１７、図１８Ａおよび図１８Ｂに示されたものよりも広い楕円照射ゾーンを有している。これは、信号対ノイズ比が劣り、相対的にエネルギー損失が生じた結果である。
【０１２４】
しかし、その図形では、見通し線においてより大きな均一性を有しており、そのため検査が容易になる。
特に、種々の見通し線の間のエネルギー差を補償する必要はない。
当該技術分野で使用される通常の前進速度を維持しつつ、出願人は、管を検査して、わずか８バーストでどのような方向にも配向された欠陥についてもその存在を良好に検出することに成功した。生産速度と両立する速度において、任意の傾きの欠陥の存在に関して、管を検査するために使用することができる装置について記述した。
【０１２５】
この速度の増大は、異なる方向に対する２つの連続するバースト間に、管に対してセンサを再配置することは効果がないという事実に主に起因している。
【０１２６】
当該装置は、各見通し線に対して、超音波のビームが正方形の多素子センサのそれぞれの部分によって生成され、そのビームは見通し線に対して分散し、そしてそれらが検査される管の外面に当たるように接合される。この装置は、正方形パターンを有するセンサに限定されるものではない。これは、基本変換器が長方形形状に構成されたセンサについて同等な方法で使用することができる。
【０１２７】
センサはまた、基本変換器が円形に分布している形で使用することができる。この場合、各発散ビームを生じるパターンの部分は、パターンの角度セクタに対応する。一例として、連続するバーストは「ＣＩＶＡ」として知られているものと類似のソフトウェアを使用して計算することができる遅延法則により、様々なセクタで生成されうる。本発明はまた、特に、記載された装置が各Ｄ１からＤ８方向への放射に繰り返して使用される、長尺の冶金製品、特に管を検査するための方法としてもみることができる。
【０１２８】
また、本発明は、超音波のバーストが超音波センサを用いて見通し線内で生成される、冶金製品を検査するための方法として見ることができ、超音波センサは互いに独立して動作可能な複数の基本変換器を備え、そして基本変換器に時間励起法則（ｔｅｍｐｏｒａｌ  ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｌａｗ）を適用することにより２次元パターンに従い分布しており、この時間励起法は複数の基本変換器のサブセットの少なくとも１つのそれぞれを順次励起する、１以上のサブ法則を含み、各サブ法則は、対応するサブセットの基本変換器の励起が超音波の各第一次ビームを生成するように設定されており、一以上のサブ法則は、前記バーストがサブセットの基本変換器の一次超音波の各ビームから得られる超音波のビームに対応するように設定されており、前記得られるビームは、超音波センサから離れるにつれて見通し線の周りに拡散する。
【０１２９】
２０°の角度βの値は、特に、方向Ｄ１におけるバーストにおいて、一例として記述された。この角度の値は、基本変換器のサイズの関数として適合させることができる。例えば、変換器のサイズを小さくした場合、この角度の値を増加させることができる。
【０１３０】
本発明の一態様によれば、サブ法則は、前記パターンの優先方向に対して互いに対称に配置された基本変換器を同時に励起することができるように適用される。正方形パターンの対称軸は優先方向として説明したが、本発明は、この特定の実施例に限定されるものではない。形状の異なるパターンが、それぞれこれらのパターンの対応する優先方向を有している。一例として、変換器素子が、角度セクタに構成され、ラジアル方向に対して対称的に配置される、例えば、お互いに対して１２０°で傾斜しているパターンは、これらのラジアル方向を優先方向として持っている。より具体的には、正方形の８素子ｘ８素子パターンによって分布している６４素子を含むマトリックス形状の超音波センサについて記載されている。本発明は、この数の要素、またはこの特定のパターンに限定されない。
【０１３１】
各回において、超音波バーストは、管の長手部分について、の欠陥の存在を検査するために使用することができる。この管の全長を検査するために、管と超音波センサは互いに位置を変位させることができる。本発明のある発展形態においては、超音波センサは、検査される管の長手方向に順次配置されたものを使用することが可能である。センサと管の各相対位置に関して、センサを互いに対し同時に操作することにより、この管のより長い部分を検査することができる。さらに別の発展形態では、パターンが基本サブパターンに分解され、各サブパターンは、単離された超音波センサのように、他のサブパターンと同時に作動される、多素子アレイ超音波センサを使用することが可能である。これは、検査される管のより長い部分が検査されることを意味する。一例として、このタイプの超音波センサは、矩形８素子ｘ３２素子パターンによりに分布された２５６素子を含むことができる。
【０１３２】
パターンの長辺が、管の長さに対応するようにこのセンサを配置することにより、実質的に、８多素子正方形センサーは、それぞれ、８素子ｘ８素子の正方形であるが、管の長さに沿って配置される。そして、これらの８のセンサは、各バーストについて、管の長い範囲を検査するために同時に作動させることができた。
【０１３３】
本発明は、一例としてのみ示した、上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到することができる任意の変形例を包含する。
【０１３４】
附属書Ａ．１：第１の実施形態の第１の変形例に対応する遅延値（ナノ秒）
【０１３５】
附属書Ａ．１．１．：Ｄ１方向のバースト
0006348508.tif 000003
【０１３６】
附属書Ａ．１．２．：Ｄ３方向のバースト
0006348508.tif 000004
【０１３７】
附属書Ａ．１．３．：Ｄ２方向のバースト
0006348508.tif 000005
【０１３８】
附属書Ａ．１．４．：Ｄ４方向のバースト
0006348508.tif 000006
【０１３９】
附属書Ａ．２：第１の実施形態の第２の変形例に対応する遅延値（ナノ秒）
【０１４０】
附属書Ａ．２．１．：Ｄ１方向のバースト
0006348508.tif 000007
【０１４１】
附属書Ａ．２．２．：Ｄ３方向のバースト
0006348508.tif 000008
【０１４２】
附属書Ａ．２．３．：Ｄ２方向のバースト
0006348508.tif 000009
【０１４３】
附属書Ａ．３：遅延値のための転置法則
0006348508.tif 000010
【０１４４】
附属書Ａ．４：第２の実施形態に対応する遅延値（ナノ秒）
0006348508.tif 000011
【０１４５】
附属書Ａ．５：センサの基本変換器のアドレス指定マトリクス
0006348508.tif 000012
【図１】
0006348508.tif 000013
【図２】
0006348508.tif 000014
【図３】
0006348508.tif 000015
【図４】
0006348508.tif 000016
【図５】
0006348508.tif 000017
【図６Ａ】
0006348508.tif 000018
【図６Ｂ】
0006348508.tif 000019
【図７】
0006348508.tif 000020
【図８】
0006348508.tif 000021
【図９Ａ】
0006348508.tif 000022
【図９Ｂ】
0006348508.tif 000023
【図１０Ａ】
0006348508.tif 000024
【図１０Ｂ】
0006348508.tif 000025
【図１１Ａ】
0006348508.tif 000026
【図１１Ｂ】
0006348508.tif 000027
【図１２】
0006348508.tif 000028
【図１３Ａ】
0006348508.tif 000029
【図１３Ｂ】
0006348508.tif 000030
【図１４】
0006348508.tif 000031
【図１５】
0006348508.tif 000032
【図１６】
0006348508.tif 000033
【図１７】
0006348508.tif 000034
【図１８】
0006348508.tif 000035