(57)【要約】  【課題】  アレイ探触子を用いて、メインビームのみからなる超音波を発生させ、画像を用いて欠陥を明瞭に識別することが可能な表示方法を提供することにある。  【解決手段】  複数個の超音波発生素子２０１の中心間距離である素子ピッチＰを、これら超音波発生素子２０１から発生される縦波成分の波長の４分の１を越え、２分の１未満にしたアレイ探触子１０１を使用し、検査対象の縦波による板厚往復伝播時間と横波による板厚往復伝播時間の和に相当する時間までの受信信号を表示するようにしたもの。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の圧電素子の配列からなるアレイセンサを用い、フェーズドアレイ方式により動作する超音波探傷方法において、
前記複数個の圧電素子の中心間距離が、検査対象内での超音波の縦波成分の波長の４分の１の長さを越え、２分の１の長さ未満に収められていることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波検査方法において、
超音波の縦波が前記検査対象の板厚方向に往復伝播する時間と、横波が板厚方向に往復伝播する時間の和に相当する時間以上の期間、前記アレイセンサによる受信信号を表示させることを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波検査方法において、
超音波の縦波が前記検査対象の板厚方向に往復伝播する時間の２倍に相当する時間を越え、縦波が板厚方向に往復伝播する時間と横波が板厚方向に往復伝播する時間の和に相当する時間までの間に表示される信号の有無により検査対象の健全性を評価することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項４】
請求項２に記載の超音波検査方法において、
超音波の縦波が前記検査対象の板厚方向に片道伝播する時間と横波による板厚方向の片道伝播する時間の和に相当する時間を越え、縦波が板厚方向に片道伝播する時間の３倍と横波が板厚方向に片道伝播する時間の和に相当する時間までの間に表示される信号の有無により検査対象の健全性を評価することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項５】
複数個の圧電素子の配列からなるアレイセンサを用い、フェーズドアレイ方式により動作する超音波探傷装置において、
前記アレイセンサが、
前記複数個の圧電素子の中心間距離を、検査対象内での超音波の縦波成分の波長の４分の１の長さを越え、２分の１の長さ未満に収まっているアレイセンサで構成されていることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波検査装置において、
超音波の縦波が前記検査対象の板厚方向に往復伝播する時間と、横波が板厚方向に往復伝播する時間の和に相当する時間以上の期間、前記アレイセンサによる受信信号を表示させる表示部が設けられていることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波検査装置において、
超音波の縦波が前記検査対象の板厚方向に往復伝播する時間の２倍に相当する時間を越え、縦波が板厚方向に往復伝播する時間と横波が板厚方向に往復伝播する時間の和に相当する時間までの間、前記アレイセンサによる受信信号を表示させる表示部が設けられていることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項８】
請求項６に記載の超音波検査装置において、
超音波の縦波が前記検査対象の板厚方向に片道伝播する時間と横波による板厚方向の片道伝播する時間の和に相当する時間を越え、縦波が板厚方向に片道伝播する時間の３倍と横波が板厚方向に片道伝播する時間の和に相当する時間までの間、前記アレイセンサによる受信信号を表示させる表示部が設けられていることを特徴とする超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体を検査対象とする超音波探傷技術に係り、特に、アレイセンサを用いてフェーズドアレイ方式により超音波探傷を行なう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が、この超音波探傷法の一種に、いわゆるフェーズドアレイ方式の超音波探傷法がある。
【０００３】
ここで、このフェーズドアレイ方式とは、電子走査方式又は電子スキャン方式とも呼ばれるので、例えば圧電素子からなる複数の超音波発生素子をアレイ状に配置した探触子、いわゆるアレイ探触子を用い、超音波発生の契機となる電気信号を、このアレイ探触子の各素子毎に所定の時間だけ遅延させて与え、各素子から発生した超音波が重ね合わされ、合成波を形成することで、被検査体への超音波の送信角度と受信角度、送信位置と受信位置、或いは合成波が干渉して互いにエネルギーを強め合う位置、つまり焦点位置などの条件が電気的な制御により高速で変化させることができるようにした超音波探傷法のことである。
【０００４】
このようにアレイ探触子を用いて探傷条件を電気的に走査する理由は、広い検査範囲にわたって超音波の送受信角度位置や焦点を自由に変化させられるからであり、そうすることにより、被検査体の内部或いは表面の反射源(欠陥等)からの反射波をより強く受信できる角度や位置、焦点を選択することで、反射源である欠陥が見付け易くできるからである。
【０００５】
これに対して、従来から広く用いられている１つの超音波探触子(但し、送信と受信で素子を分ける場合は、送受信で各１つの合計２つの場合もある)を用いた超音波探傷法の場合、探触子の条件(送受信角度、送受信位置、焦点位置)も一つの値しか持つことができないため、探傷条件ごとに別の探触子を準備する必要があった。
【０００６】
ここで、上記のアレイ探触子を用いたフェーズドアレイ法の場合でも、従来は通常の探触子の機能拡張を狙ったものがほとんどで、このため、フェーズドアレイ法により検査対象の健全性を評価する場合においても、通常の探触子による探傷法と同様、横波又は縦波を検査対象に斜め方向に伝播させ、欠陥等の反射源で反射された波を受信することで健全性を評価する、いわゆる斜角探傷法が主として用いられている。
【０００７】
ここで、この斜角探傷法では、送信に使用される波と被検査体中を伝播する波、それに受信に使用される波の３者とも、伝播モード(縦波か横波)は常に一定であることが特徴といえる。例えば、縦波斜角探傷法では、送信した縦波が欠陥などの反射源で反射し、その反射波を再び探触子で同じく縦波として受信している。
【０００８】
一方、固定角を利用した探傷法として、斜角探傷法以外に、欠陥などの反射源の有無を判断する２次クリーピング波法や、欠陥のおおまかな寸法評価が可能なモード変換波法がある。
【０００９】
これらの手法は、縦波斜角法の信頼性向上に寄与する機能を持つ。例えば、検査対象の検査領域内の欠陥を斜角法で探傷する場合、検査対象の形状変化部分(例えば、溶接や機械加工による変形など)からの反射波が得られることがあるが、この場合、形状変化部分による反射波と欠陥からの反射波の識別が困難になる可能性がある。
【００１０】
このようなとき、２次クリーピング波やモード変換波を併用してやれば、反射波の識別性が向上し、従って、斜角法による探傷結果の信頼性向上に寄与できることになる。
【００１１】
ところで、前記手法で利用される２次クリーピング波やモード変換波は、斜角探傷法の場合とは異なり、送信に使用した波と伝播中の波、それに受信される波は、伝播モードが必ずしも一致していない。例えば、２次クリーピング波法では、縦波(角度約７０度)の探触子から縦波と同時に発生する横波(角度約３０度)の超音波が利用されている。
【００１２】
ここで、図４を用いて２次クリーピング波法における超音波伝播の概要を説明する。いま、探触子から横波成分４０１が発射されたとすると、この横波成分４０１は被検査体の底面で反射した際に横波から縦波４０２に伝播モードが変化(モード変換という)し、反射源である欠陥４０３の開口部で反射する。
【００１３】
そして、この欠陥開口部付近で反射した縦波４０４は、被検査体の底面近傍を伝播するが、この伝播中、横波にモード変換するため、横波成分４０５が再び探触子に戻り、欠陥開口部からの反射波として受信される。
【００１４】
このように、２次クリーピング波法では、欠陥の開口部付近での反射波が受信でき、このため欠陥の有無の判定に効果的になるのである。
【００１５】
また、このようにモード変換を利用した、いわゆるモード変換波法では、縦波(角度６０度)の探触子から縦波と同時に発生する横波(角度約２８度)の超音波を利用している。
【００１６】
そこで、このモード変換波法における超音波伝播の概要について、図５を用いて説明する。まず、探触子から発生した横波成分５０１は、被検査体底面で反射する際に、横波から縦波５０２へと伝播モードが変化する。
【００１７】
ここで、図５Ａに示す反射源５０２がある程度の高さを持つ欠陥であった場合、欠陥の先端、或いは先端に至る途中の面で反射が起きる。そして、この欠陥で反射した縦波成
分５０４は、そのまま被検査体中を伝播して探触子に戻り、欠陥からの反射波として受信される。
【００１８】
しかし、図５Ｂに示す反射源５０７の高さが比較的小さい場合には、被検査体底面で
横波５０５からモード変換した縦波５０６が欠陥の先端に届かないために、探触子に戻る超音波は現われない。このように、モード変換波法では、欠陥がある程度の高さ(板厚の３分の１程度)を有するか否かが、反射波の有無に対応するため、欠陥のおおまかな高さ寸法測定に効果的である。
【００１９】
しかし、上述の２手法は、縦軸に超音波の受信強度、横軸に検査体内部の伝播距離(又は伝播時間)を取ったＡスコープと呼ばれる波形により判断しているので、図４、図５に示した検査体内部における複雑な伝播径路の由来を解明し、欠陥の有無または概略の寸法を判断するのは極めて困難であり、また、熟練を要するものであった。
【００２０】
ところで、アレイ探触子を用いて、上述の２次クリーピング波法やモード変換波法を実現するためには、アレイ探触子から縦波と横波の両方を所望の方向に発生させる必要がある。
【００２１】
しかしながら、従来のアレイ探触子では、所望の角度方向以外にも超音波が輻射してしまう現象が発生し、受信される超音波がどのような伝播径路を経たものかを識別することが困難であり、アレイ探触子を用いての上記手法の実現は困難であった。
【００２２】
また、従来のフェーズドアレイ法では、直接検査体に接触させる縦波用のアレイ探触子、いわゆる直接接触式のアレイ探触子と、楔(ウェッジ、シュー)と呼ばれるくさび状の中間媒質を用いて縦波と横波の両方に対応した、いわゆる楔有りアレイ探触子の２種が主に用いられてきた。そこで、以下、それぞれのアレイ探触子の特徴と課題について説明する。
【００２３】
ここで、前者の直接接触式のアレイ探触子は、検査対象に直接接触または平行に配置して使用する縦波用のアレイ探触子であり、これは、圧電素子などの超音波発生素子をアレイ状に一列に配置し、被検査体内部に垂直(角度０度)から角度４５度(ないしは角度６０度)まで超音波の送信または受信の角度を電子的に変化させるものである。
【００２４】
この場合、アレイ探触子を構成している個々夫々の超音波発生素子から、検査対象に垂直方向の成分を持つ縦波が発生する。そこで、これらの各素子に対して、例えば(数１)式で表される遅延時間を与えることで、角度θ方向に伝播する縦波を合成することができる(例えば、非特許文献１参照。)。
【００２５】
(数１)
τi＝(ｉ−１)Ｐ・sinθ／ｃ ……(1)
ｉ：素子に対する通し番号
τi：ｉ番目の素子に与える遅延時間
ｃ：検査対象(固体)中の縦波の音速(伝播速度)
Ｐ：素子ピッチ
θ：超音波の入射角(入射方向)
【００２６】
そして、このとき、想定した角度θ方向に伝播する超音波(メインビームという)以外に、別の角度φにも超音波が合成されてしまう現象が発生することも知られている。
【００２７】
そこで、この所望の伝播方向(角度)θに対して、メインビーム以外の超音波(グレーティングローブという)を発生させないようにするには、(数１)式中の素子ピッチＰの値を、(数２)式で表される値以下に設定する必要がある。
【００２８】
(数２)
Ｐ＝λ／(１＋|sinθ|)    ……(2)
λ：検査対象(固体)中の縦波の波長
【００２９】
このとき、超音波の入射角θの最大値は９０度であるため、(数２)式から、縦波を用いる場合の素子ギャップの最小値は、波長λの２分の１となる。
【００３０】
この直接接触式のアレイ探触子によれば、縦波をグレーティングローブ無しに広い角度に送信することは可能であるが、このとき横波成分にはグレーティングが発生し、このため、アレイ探触子により上述の２次クリーピング波法やモード変換波法を実現する際の妨げとなる。
【００３１】
このとき、アレイ探触子を構成する各圧電素子から同時に発生する横波成分に着目し、横波と同時発生する縦波成分をノイズとして扱い、低減するようにして、アレイ探触子によっても横波斜角探傷が行えるようにした方法及び装置が提案されている(例えば、特許文献１参照。)。
【００３２】
しかし、この提案に係る方法及び装置も、アレイ探触子から同時に発生する縦波と横波の両方を活用する２次クリーピング波法やモード変換波法に関しては開示がない。
【００３３】
次に、後者の楔有りアレイ探触子は、検査対象に対して、もう一つの媒質を間に配置させ、アレイセンサを傾斜させて使用するものであり、このとき検査対象とアレイセンサの間に配置される媒質としては、代表的なものに水や合成樹脂(アクリル、ポリスチレン、ポリイミドなど)があり、これらは、上記したように、楔(ウェッジ、シュー)と呼ばれている。
【００３４】
そして、この楔を用いることにより、楔に対する超音波の入射角が小さくても、超音波の屈折現象により、検査対象内部に入射する屈折角としては大きな角度を得ることができる(例えば、非特許文献２参照)。
【００３５】
ここで、(数３)式に楔に対する入射角θ'と検査体中の屈折角θの関係式を示す。
【００３６】
(数３)
θ'＝sin-1(sinθ×Ｖ'／Ｖ)
θ'：楔に対する縦波の入射角度
θ：に入射される超音波の屈折角
Ｖ'：楔中の縦波音速
Ｖ：検査対象(固体)中の縦波音速
【００３７】
例えば、音速約１５００ｍ／秒の水から縦波 約５９００ｍ／秒、横波 約３０００ｍ／秒の鋼(鉄)に超音波を入射する場合、検査対象に入射角度７０度の横波を得るには、水に対して約１４度の角度で超音波を入射すればよいが、このとき、鋼の内部には、角度が約２９度の横波も同時に発生してしまう。
【００３８】
このため、楔内部の多重反射波がノイズ信号として探触子で受信されることになり、欠陥からの反射波の識別を妨げる可能性がある。
【非特許文献１】社団法人 日本電子機械工業会編                    「改訂 医用超音波機器ハンドブック」１９９７年
【非特許文献２】日本学術振興会製鋼第１９委員会編                    「改訂 超音波探傷法」昭和４９年
【特許文献１】特開２００１−２５５３０８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３９】
上記従来技術は、アレイ探触子を用いて所望の方向以外の超音波(グレーティングローブ)のないメインビームのみからなる超音波を発生させる点に配慮がされておらず、２次クリーピング波法やモード変換波法の実現に問題があった。
【００４０】
また、上記従来技術は、欠陥からの反射波の識別について配慮がされておらず、２次クリーピング波またはモード変換波を、画像を用いて明瞭に識別する点に問題があった、
本発明の目的は、アレイ探触子を用いても、横波と縦波の両方に対して、所望の方向以外の超音波(グレーティングローブ)のないメインビームのみからなる超音波を発生させることができるようにした超音波探傷方法及び装置を提供することにある。
【００４１】
また、本発明の他の目的は、検査体中を複雑な径路で伝播する２次クリーピング波またはモード変換波が画像を用いて明瞭に識別することができるようにした超音波探傷方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４２】
上記目的は、複数個の圧電素子の配列からなるアレイセンサを用い、フェーズドアレイ方式により超音波探傷を行うに際して、前記複数個の圧電素子の中心間距離が、検査対象内での超音波の縦波成分の波長の４分の１の長さを越え、２分の１の長さ未満に収められているようにして達成される。
【００４３】
このとき、超音波の縦波が前記検査対象の板厚方向に往復伝播する時間と、横波が板厚方向に往復伝播する時間の和に相当する時間以上の期間、前記アレイセンサによる受信信号を表示させることによっても上記目的を達成することができる。
【００４４】
更に、ここで、超音波の縦波が前記検査対象の板厚方向に往復伝播する時間の２倍に相当する時間を越え、縦波が板厚方向に往復伝播する時間と横波が板厚方向に往復伝播する時間の和に相当する時間までの間に表示される信号の有無により検査対象の健全性を評価するようにしてもよく、或いは、ここで、超音波の縦波が前記検査対象の板厚方向に片道伝播する時間と横波による板厚方向の片道伝播する時間の和に相当する時間を越え、縦波が板厚方向に片道伝播する時間の３倍と横波が板厚方向に片道伝播する時間の和に相当する時間までの間に表示される信号の有無により検査対象の健全性を評価するようにしてもよい。
【００４５】
前記した手段によれば、圧電素子と圧電素子の中心間距離が、圧電素子から発生される縦波成分の波長の４分の１以上２分の１以下である探触子を使用すれば、アレイ探触子を用いても、横波と縦波の両方に対して、所望の方向以外の超音波(グレーティングローブ)のないメインビームのみからなる超音波を発生させることができる。
【００４６】
このとき、検査対象の縦波による板厚往復伝播時間と横波による板厚伝播時間の和に相当する時間までの受信信号を表示し、検査対象の縦波による板厚往復伝播時間の２倍に相当する時間から、縦波による板厚往復伝播時間と横波による板厚伝播時間の和に相当する時間に表示される信号の有無により、アレイ探触子による２次クリーピング波の有無の判定が可能となり、欠陥の有無を画像により判断することができる。
【００４７】
更に、このとき、検査対象の縦波による板厚片道伝播時間と横波による板厚片道伝播時間の和に相当する時間から、縦波による板厚往復伝播時間の２倍に相当する時間に表示される信号の有無により、アレイ探触子によるモード変換波の有無の判定が可能となり、欠陥のおおまかな高さ測定を画像により判断することができる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によれば、縦波及び横波を伝えることが可能な固体を含む検査対象において、横波と縦波の両方に対して、所望の方向以外の超音波(グレーティングローブ)のないメインビームのみからなる超音波を、アレイ探触子を用いて発生させることができる。
【００４９】
また、本発明によれば、複雑な伝播径路を持つ２次クリーピング波やモード変換波に対しても、伝播時間によって定められた領域内の表示信号の有無を判断することにより、画像から明瞭に識別に２次クリーピング波やモード変換波の識別が可能になり、欠陥有無の判定やおおまかな欠陥高さ寸法評価をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、本発明による超音波探傷方法及び装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００５１】
・第１の実施形態
図１は本発明の第１の実施形態で、図示のように、この実施形態は、検査対象である被検査体１００と、これに超音波を入射するアレイ探触子１０１、送受信部１０２、受信信号を表示する表示部１０３で構成されている。なお、この実施形態の適用対象は、図示のように、配管などの管状体であり、被検査体１００は配管の軸方向断面を示しているが、本実施形態に記載の方法及び装置は、平板形状の検査対象にも同様に適用することが可能である。
【００５２】
アレイ探触子１０１は被検査体１００の探傷面に設定され、送受信部１０２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１００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１０２に入力する。
【００５３】
送受信部１０２は、計算機１０２Ａと遅延時間制御部１０２Ｂ、パルサー１０２Ｃ、レシーバ１０２Ｄ、データ収録部１０２Ｅを備え、パルサー１０２Ｃが駆動信号をアレイ探触子１０１に供給し、これによりアレイ探触子１０１から入力される受信信号をレシーバ１０２Ｄが処理するようになっている。
【００５４】
ここで、計算機１０２Ａは、遅延時間制御部１０２Ｂ、パルサー１０２Ｃ、レシーバ１０２Ｄ、それにデータ収録部１０２Ｅを制御して、必要な動作が得られるようにする。
【００５５】
そこで、まず、遅延時間制御部１０２Ｂは、パルサー１０２Ｃから出力される駆動信号のタイミングを制御すると共に、レシーバ１０２Ｄによる受信信号の入力タイミングを制御し、これによりフェーズドアレイ方式によるアレイ探触子１０１の動作が得られるようにする。
【００５６】
そして、データ収録部１０２Ｅは、レシーバ１０２Ｄから供給される受信信号を処理し、表示部１０３に供給する働きをするが、ここで、表示部１０３の動作については、後で詳述する。
【００５７】
次に、アレイ探触子１０１の詳細について図２により説明する。ここで、この図２はアレイ探触子１０１の最も基本的な構成を模式図で示したもので、図示のように、このアレイ探触子１０１は、基本的には複数個の超音波発生素子２０１で構成されている。
【００５８】
そして、この実施形態では、この超音波発生素子２０１の一例としてＰＺＴ圧電セラミックスの細棒を高分子材の中に埋めこんだ複合圧電体(コンポジットともいう)を用いているが、このとき、このアレイ探触子１０１の性能を左右するパラメータの一つに素子ピッチＰがある。
【００５９】
この素子ピッチＰは、超音波発生素子２０１の素子幅Ｗと、素子間のギャップＧを加えた値であり、アレイ探触子から発生するメインビームやグレーティングローブの発生を決定する主要な因子の一つである。
【００６０】
背景技術で記述したように、従来技術では、縦波の発生を目的としているため、それに使用する超音波発生素子については、各素子から発生する超音波を合成して形成される縦波成分に主として注目しており、このため、縦波成分に対して、所望の入射方向と異なる波(グレーティングローブ)が発生しないようにするため、素子ピッチを２分の１波長とすることが実施されてきた。
【００６１】
ここで、図３により素子ピッチの働きについて説明すると、まず、ここでは一例として、２４個の素子からなるアレイ探触子を用い、鋼の中で角度６０度方向の縦波成分からなる超音波を得る場合について計算した結果を示す。
【００６２】
まず、図３Ａは、従来のアレイ探触子で用いられてきた２分の１波長のピッチのメインビーム及びグレーティングローブを示したもので、次に図３Ｂは、素子ピッチを波長の４分の１と細かくした場合で、図３Ｃが本発明で提案する素子ピッチが３分の１波長の場合である。
【００６３】
これらの図から、従来の素子ピッチ(２分の１波長)及び本発明の場合の素子ピッチ(３分の１波長)は、縦波成分に関しては、共に所望する角度６０度方向にメインビームが発生しており、この点では問題がない。
【００６４】
しかし、ここで縦波と同時に発生する横波成分に注目すると、横波のメインビームは、本来は約２９度の角度方向にだけ発生する筈であるが、図３Ａの従来の素子ピッチの場合、角度がマイナス４０度方向に、更にもう一本、別の横波成分(グレーティングローブ)が発生してしまうことが判る。
【００６５】
一方、図３Ｃの本発明における素子ピッチ(３分の１波長)の場合、横波に関してもメインビームしか発生しておらず、この点でも、本発明の場合は問題ないことが判る。
【００６６】
ここで、図３Ｂに示すように、素子ピッチを３分の１波長よりも更に細かくした場合でも、縦波横波共にグレーティングローブは発生しないので、これでも特に問題が無いように思えるが、しかし、この図３Ｂの場合、縦波成分に注目すると、角度６０度方向に伝播するメインビームの半値幅(以下、指向角と呼ぶ)が、図３Ｃの場合に比較して広がっていて、約２０度の角度に大きくなっているので、受信された信号がどの方向から反射してきたのかの同定が困難になるという問題が生じてしまう。
【００６７】
従って、アレイ探触子を用い、縦波成分と横波成分の両方の超音波成分を発生させるようにした２次クリーピング波法やモード変換波法を実現するためには、縦波と横波の双方に関してメインビームだけを発生させる必要があり、しかも、このとき指向角を一定の範囲に抑え、反射波の発生した方向が同定できるようにしなければならないことが判る。
【００６８】
そこで、本発明では、素子ピッチＰの決定のための基準となる素子ピッチとして、縦波を角度９０度方向に伝播するとき横波角度(横波臨界角)の範囲内において縦波と横波の双方に関してグレーティングローブが発生しない値、すなわち、次の(数４)で与えられる素子ピッチＰ０を採用したのである。
(数４)
Ｐ０＝λ／(１＋(Ｖ／Ｖs))
λ：検査対象(固体)中の波長
Ｖ：検査対象(固体)中の縦波音速
Ｖs：検査対象(固体)中の横波音速
【００６９】
ここで、一般に固体中の縦波音速(Ｖ)と横波音速(Ｖs)について、それらの比(音速比という)Ｖ／Ｖs を比較すると、図６に示すように、多くの固体において、音速比(Ｖ／Ｖs)の値が２の近傍にあることが判る(非特許文献２参照)。
【００７０】
そこで、数４の結果を一般化し、最適な素子ピッチとして、本発明では、縦波音速の３分の１波長近傍(４分の１波長から２分の１波長まで)を最適値とした。
【００７１】
例えば、被検査体の音速が縦波６０００ｍ／秒で、このときに使用する超音波の周波数が２ＭＨｚの場合、本発明の実施形態では、最適な素子ピッチＰとして、例えば、３分の１波長の値である１．０ｍｍが選定される。
【００７２】
そして、このとき、素子幅ＷとギャップＧとして、例えばＷ＝０．９ｍｍ、Ｇ＝０．１ｍｍを選定すれば、グレーティングローブの発生しない縦波と横波の超音波が送受信できることになる。
【００７３】
次に、本発明の実施形態による探傷結果の表示方法について説明する。ここで、まず、２次クリーピング波やモード変換波は、縦波よりも音速の遅い横波成分が被検査体を伝播する特徴を持つ。
【００７４】
このため、２次クリーピング波やモード変換波は、縦波のみの伝播を取り扱う通常の縦波斜角探傷法の場合と比較して、反射波が探触子に受信するまでにより多くの伝播時間を必要とする。
【００７５】
ここで、まず、図７は、縦波斜角法で広く用いられている角度４５度方向送受(信縦波４５度斜角法)の場合の伝播径路の概要を示したもので、この場合、探触子から送信された縦波成分７０１は、反射源７０２に当って、反射源の開口部又は先端部で反射し、再び縦波成分７０３として探触子に戻り、信号として受信される。
【００７６】
この図７に示した縦波４５度斜角法と比較して、本発明の実施形態による２次クリーピング波法やモード変換波法における伝播径路は、図４及び図５で説明したように、複雑且つ長距離になっており、従って、これらの反射波を表示するには、或る一定の長さの伝播時間に相当する間、反射波を表示している必要がある。
【００７７】
ここで、この実施形態では、波形表示のための伝播時間を決定する基準として、被検査体の多重底面反射波の時間を利用している。そこで、図８に、超音波の入射角度を電気的に走査するフェーズドアレイ法を用いて平板形状の試験体底面の多重反射波を映像化した例と、それら多重反射の伝播径路を模式的に示す。
【００７８】
被検査体の表面にアレイ探触子を設置すると、表面と底面の間で多重反射が発生する。それらの反射波のうち、伝播時間の短いイベント順に整理すると、図８Ａから図８Ｅに示すようになる。実際に、これら５つのイベントに由来する多重底面反射波は、図８Ｆに示すように、アレイ探触子による探傷結果の画像例でも受信されている(図８Ｆの楕円(1)〜(5)内の黒く表示した部分参照)。
【００７９】
そこで、本発明の実施形態では、特に次に列挙する５種の時間に注目することにより２次クリーピング波及びモード変換波の識別性の向上が得られるようにしたものである。
【００８０】
ｉ．縦波による板厚往復伝播時間に相当する第１底面反射波の時間
(図８Ａに相当)
ii．縦波による板厚片道伝播時間と横波による板厚片道伝播時間の
和に相当する時間(図８Ｂに相当)
iii．検査対象の縦波による板厚往復伝播時間の２倍に相当する第２
底面反射波の時間(図８Ｃに相当)
iv．縦波による板厚片道伝播時間の３倍と横波による板厚片道伝播
時間の和に相当する時間(図８Ｄに相当)
ｖ．縦波による板厚往復伝播時間と横波による板厚往復伝播時間の
和に相当する時間(図８Ｅに相当)
ここで、図１のデータ表示部１０３に示した線分１１０は縦波による往復伝播時間(第１底面反射波)に相当する時間(図８Ａに相当)、すなわち試験体底面を示す。同様に、線分１１１は図８Ｂに相当する時間、線分１１２は図８Ｃに相当する時間、線分１１３は図８Ｄに相当する時間、そして線分１１４は図８Ｅに相当する時間に、夫々対応する。
【００８１】
本発明の表示方法に関しては、図１の実施形態に示すように、多重底面反射波の時間(又は音速を乗算して距離に換算したもの)に対応した線分を表示してもよいし、図８に示すように、多重反射波の時間(又は音速を乗算して距離に換算したもの)に対応した同心円で表示してもよく、更には、これらの併用でもよい。
【００８２】
次に、図９により、本発明の実施形態による具体的な波形識別方法について詳細に説明する。ここでは一例として、被検査体の底面に開口した欠陥がある場合の超音波探傷を想定し、ここで欠陥と思われる反射波(以下、インジケーションと呼ぶ)が得られた場合、図９Ａのエリアに対して、図９Ｂのフローチャートに従って欠陥か否かを判断する。
【００８３】
まず、通常の斜角探傷でインジケーションの有無を確認し(Ｓ９０４)、次いで縦波斜角法の角度を４５度近傍に設定するか、若しくは縦波斜角法によるインジケーションが図９Ａのエリア９０１近傍に表示されるように、探触子位置を調整する(Ｓ９０５)。
【００８４】
続いて２次クリーピング波による反射波の有無を確認すためにエリア９０３内における反射波の有無を確認し(Ｓ９０６)、最後にモード変換波による反射波の有無を確認するため、エリア９０２内における反射波の有無を確認するのである(Ｓ９０７)。
【００８５】
そして、これらＳ９０４、Ｓ９０６、Ｓ９０７のいずれかのステップにおいて信号有りと判断された場合は、そのインジケーションは欠陥に由来する可能性があると判断するのである。
【００８６】
ここで、インジケーションの欠陥判定の具体的な説明に先立って、まず、図９Ｂの各ステップにおいて信号が出現するエリア、すなわち図９Ｂのエリア９０１、９０２、９０３の特徴について詳細に説明する。
【００８７】
＜エリア９０１＞
まず、斜角４５度のエコーの伝播距離は、コサイン４５度の逆数に底面の値を乗算した値となる。このとき、図６に示したように、固体中の縦波音速と横波音速の比(Ｖ／Ｖs)が約２であることから、多重反射波(1)の伝播時間は、底面の約１．５倍となる。
【００８８】
ここで、両者の伝播時間がほぼ一致することから、縦波４５度近傍で受信される反射波は、多重反射波(2)と４５度の方向の直線が交差するエリア９０１の近傍に表示されることとなる。
【００８９】
＜エリア９０３＞
まず、２次クリーピング波による欠陥有無の判定を行うにあたって、縦波斜角探傷法において、図７に示す角度θが４５度近傍になる位置にアレイ探触子が設置されているとする。
【００９０】
次に、図４における２次クリーピング波の径路４０１、４０２、４０４、４０５の往復伝播時間の和と多重底面反射波を比較して図１０、図１１、図１２にグラフで示す。このとき、まず図１０は縦波音速と横波音速の音速比(Ｖ／Ｖs)が２の場合、次に図１１は音速比(Ｖ／Ｖs)が１．５の場合、それに図１２は音速比(Ｖ／Ｖs)が２．５の場合であり、夫々縦波音速は５９００ｍ／秒で固定し、横波音速のみを音速比によって変化させている。
【００９１】
そうすると、これら図１０と図１１、それに図１２の各グラフからも、縦波音速と横波音速の比(Ｖ／Ｖs)が２±０．５の範囲にある一般的な固体に対して、縦波斜角法の探傷角度θが４５度から約５度程度変化しても、２次クリーピング波による往復伝播時間は、縦波による板厚往復伝播時間及び横波による板厚往復伝播時間の和に相当する時間(図８Ｅに相当)と、検査対象の縦波による板厚往復伝播時間の２倍に相当する時間(図８Ｃに相当)の間に存在することが判る。
【００９２】
そして、このことから、これらの伝播時間(図８Ｃと図８Ｅ)と２次クリーピング波の探傷角度(７０度から９０度)に囲まれた領域であるエリア９０３内に、２次クリーピング波による反射波が表示され、そのエリア内の信号の有無から、欠陥の有無を判断することができる。
【００９３】
＜エリア９０２＞
まず、モード変換波による欠陥有無の判定を行うにあたって、縦波斜角探傷において図７に示す角度θが４５度近傍になる位置にアレイ探触子が設置されているとする。
【００９４】
次に、図５Ａ及び図５Ｂの径路５０１、５０２、５０４におけるモード変換波の往復伝播時間の和と多重底面反射波を比較して、図１３、図１４、図１５にグラフで示す。このとき、まず図１３は縦波と横波の音速比(Ｖ／Ｖs)が２の場合、次に図１４は音速比(Ｖ／Ｖs)が１．５の場合、そして図１５は音速比(Ｖ／Ｖs)が２．５の場合であり、夫々縦波音速は５９００ｍ／秒で固定し、横波音速のみを音速比によって変化させている。
【００９５】
そうすると、これら図１３と図１４、それに図１５からも、縦波と横波の音速比(Ｖ／Ｖs)が２±０．５の範囲にある一般的な固体に対して、縦波斜角法の探傷角度θが４５度から約５度程度変化しても、モード変換波による往復伝播時間は、縦波による板厚片道伝播時間の３倍及び横波による板厚片道伝播時間の和(図８Ｄに相当)と、縦波及び横波による板厚片道伝播時間の和(図８Ｂに相当)の間に存在することが判る。
【００９６】
このことから、これらの伝播時間(図８Ｂと図８Ｄ)とモード変換波の探傷角度(６０度近傍)に囲まれた領域であるエリア９０２内に、モード変換波による反射波が表示され、そのエリア内の信号の有無から、欠陥のおおよその高さを判断することができる。
【００９７】
ここで、図１６は、モード変換波が受信される場合の欠陥高さをグラフで示した図で、この場合、縦波音速と横波音速の音速比(Ｖ／Ｖs)の値(２．０±０．５)によって、若干の変化はみられるが、板厚の約３分の１以上の高さを持つ欠陥の場合にモード変換波が得られることが判る。
【００９８】
なお、図１６では、縦波音速は５９００ｍ／秒で固定し、横波音速のみを音速比によって変化させた。
【００９９】
次に、この実施形態による欠陥判定の具体的な欠陥判定方法について、図２５、図２６、図２７、図３１、図３２に示した超音波探傷結果表示画面を用いて説明する。ここでは、図１に示したように、アレイ探触子を被検査体に設置して探傷する場合を想定し、このとき予想される欠陥は、被検査体の底面側に開口するものとする。
【０１００】
そうすると、まず、表示画面には、図２５に示すように、被検査体の表面と超音波の入射角度、それに伝播時間に対応した扇形で示された信号表示領域２５０１が表示される。例えば、入射角度としては、マイナス５度からプラス８５度が設定され、伝播時間として、検査対象の縦波による板厚往復伝播時間と横波による板厚伝播時間の和に相当する時間が設定される。
【０１０１】
そして、この信号表示領域２５０１には、被検査体の表面と底面の間で発生する多重反射によって受信される信号が多重底面反射波の信号群２５０２として表示されるが、このとき、探傷結果は大きく３つにグループ分けされる。
【０１０２】
第１は、図２７に示すように、まず縦波斜角法(４５度近傍)によるインジケーションが図９で説明したエリア９０１に表示され、次に２次クリーピング波によるインジケーションは同じく図９で説明したエリア９０３に表示され、そしてモード変換波によるインジケーションがやはり図９で説明したエリア９０２(図９参照)に表示される場合である。
【０１０３】
この場合は、縦波斜角と２次クリーピング波の両方でインジケーションが得られているために、欠陥が発生すると予想される箇所からの反射波は、欠陥によるものと判断される。また、更にモード変換波も受信されていることから、その欠陥の高さは板厚の約３分の１以上もあり、従って、比較的大きなひびであると判断される。
【０１０４】
第２は、図２６に示すように、エリア９０１(図９)とエリア９０３(図９)の両方にインジケーションが得られ、エリア９０２にはインジケーションが得られない場合である。
【０１０５】
この場合は、縦波斜角と２次クリーピング波の両方でインジケーションが得られているために、このときのインジケーションは欠陥によるものと判断される。
【０１０６】
しかし、モード変換波による反射波がエリア９０２に受信されていないことから、このときの欠陥は、その高さが板厚の約３分の１に満たない、比較的小さなひびであると判断される。
【０１０７】
第３は、図２５に示すように、縦波斜角によるインジケーションがエリア９０１(図９)だけに表示される場合で、この場合は、縦波斜角により何らかのインジケーションが得られているため、欠陥が発生すると予想される箇所に何らかの反射源があることが予想されるが、その反射源は欠陥ではないと判断される。
【０１０８】
このときの欠陥以外の反射源としては、例えば、被検査体底面の溶接による形状変化や加工跡などが考えられる。
【０１０９】
ここで、この第３の場合の被検査体底面の状況の例を図３３と図３４を用いて説明する。いま、第１の場合や第２の場合のように、非検査体底面に欠陥が存在する場合、図３３に示すように、縦波斜角成分と２次クリーピング波成分の両方の反射波が得られる。
【０１１０】
しかし、非検査体底面に溶接部の垂れ込み(溶接裏波と呼ばれる)形状変化部が存在した場合は、図３４に示すように、縦波斜角成分によるインジケーションは受信されるが、試験体底面から垂直に進展する割れ状の形状の反射源は存在しない。
【０１１１】
このため、溶接部の垂れ込み形状変化部など欠陥以外の反射源では２次クリーピング波成分による反射は起きず、従って、２次クリーピング波やモード変換波によるインジケーションが現れないのである。
【０１１２】
一方、欠陥有りと判断された場合は、図３１に示すように、エリア９０１に表示された縦波斜角による反射波により、欠陥の先端部のエコー３１０２と欠陥の開口部のエコー３１０１から、欠陥の高さ評価を実施してもよい。
【０１１３】
ここで、この実施形態による超音波探傷結果の表示方法によって、上記した本発明の実施形態による最適な素子ピッチを適用しなかった場合の超音波探傷結果の表示画面例について、図３２により説明する。
【０１１４】
この場合、縦波と横波を所定の角度に送信することが可能な素子ピッチを持っていないので、グレーティングローブ現象が発生し、例えば、多重底面反射波の信号が、図３２に示すように、所望する角度とは異なる角度の部分に表示されてしまう。
【０１１５】
そうすると、このグレーティング現象による信号がノイズ成分となり、ぞれぞれのエリア９０１、９０２、９０３内の信号の有無の判定を阻害する可能性が生じてしまう。
【０１１６】
従って、この実施形態によれば、グレーティングローブの低減と、縦波と横波の両方に対してメインビームの送信を可能にするための最適な素子ピッチを備えたアレイ探触子を用い、検査対象の縦波による板厚往復伝播時間と横波による板厚伝播時間の和に相当する時間までの受信信号を表示し、前記受信信号のうち、特に、５つの多重底面反射波(図８Ａ〜図８Ｅ)と超音波の入射角度に注目することで、アレイ探触子を用いても、通常の斜角探傷法に加えて、２次クリーピング波法やモード変換波法を実現でき、より信頼性の高い超音波探傷方法と装置を提供することができる。
【０１１７】
なお、図１や図８Ａ〜図８Ｆなどにおいては、多重底面反射波の時間に、超音波探傷に用いるアレイ探触子の多重底面反射波から直接得る方法を採用しているが、本発明の実施形態としては、これ以外にも、垂直方向に超音波を入射する探触子を利用して多重反射波の時間を計測し、その値を用いて実施してもよい。
【０１１８】
一方、検査対象の縦波音速と横波音速及び板厚が既知である場合は、板厚を音速で除算するとで、計算により多重反射波の時間を求めてもよく、反対に検査対象の横波音速が不明である場合は、概算値として縦波音速の２分の１の値を用いてよい。
【０１１９】
・第２の実施形態
次に、本発明の第２の実施形態として、被検査体表面に開口した欠陥がある場合に好適な超音波探傷について説明すると、まず、この場合でも、超音波探傷に用いるアレイ探触子及び装置構成は既に説明した第１の実施形態と同じである。
【０１２０】
そこで、ここでは探傷結果の表示と波形の識別に重点をおいて詳細に説明すると、まず、図１７と図１８は、縦波斜角法により被検査体の開口面側の欠陥を探傷する場合の伝播径路の概要について示したもので、このとき図１７は欠陥高さが比較的小さい場合で、図１８は欠陥高さが比較的大きい場合である。
【０１２１】
そして、図１７の欠陥高さが小さい場合、探触子から送信された縦波成分１７０１は、反射源となる欠陥１７０２の開口部近傍で反射し、そのまま縦波成分１７０３が探触子に戻り、信号として受信される。
【０１２２】
このときの縦波成分(１７０１及び１７０３)は、入射角度１７０４が約７０度から９０度の方向に伝播し、１次クリーピング波とも呼ばれる。
【０１２３】
また、図１８の欠陥高さが大きい場合、探触子から送信された縦波成分１８０１は、反射源１８０２の先端部近傍で反射し、やはり縦波成分１８０３が探触子に戻り、信号として受信される。このときの縦波成分(１８０１及び１８０３)の入射角度１８０４は、６０度近傍(４５度から７０度程度)となる。
【０１２４】
次に、図１９は、モード変換波法により欠陥の開口面側から探傷する場合の伝播径路の概要を示したもので、この場合、基本的には、図５で説明した、底面側に開口している欠陥の探傷の場合と同様で、探触子から発生した横波成分１９０１は、被検査体底面で反射する際、横波から縦波１９０２に伝播モードが変化する。
【０１２５】
このとき反射源がある程度の高さを有する欠陥１９０３であった場合、図１９Ａに示すように、欠陥１９０３の先端、或いは先端に至る途中の面の何れかに縦波１９０２が到達し、ここで反射した縦波成分１９０４がそのまま被検査体中を伝播して探触子に戻り、欠陥からの反射波として受信される。
【０１２６】
しかし、反射源の高さが比較的小さい場合、つまり図１９Ｂに示す欠陥１９０７であった場合には、被検査体の底面で横波１９０５からモード変換波した縦波１９０６が、欠陥１９０７の先端に届かないため、探触子に戻る超音波は発生しない。
【０１２７】
このように、欠陥開口面側から探傷する場合、モード変換波法によれば、欠陥が非常に高い場合(板厚の３分の２程度)を有するか否か評価することができる。
【０１２８】
次に、図２０、図２８、図２９、図３０を用いて、欠陥の開口面側から探傷する場合の具体的な波形識別方法について詳細に説明すると、欠陥と思われる反射波(同じく以下、インジケーションと呼ぶ)が得られた場合、図２０に記載したフローチャートに従って、欠陥か否かを判断する。
【０１２９】
この図２０では、一例として、被検査体の表面に開口した欠陥がある場合の超音波探傷を想定し、ここで欠陥と思われる反射波(以下、インジケーションと呼ぶ)が得られた場合、図２０Ａのエリアに対して、図２０Ｂのフローチャートに従って欠陥か否かを判断する。
【０１３０】
まず、通常の斜角探傷法によりインジケーションの有無を確認する(Ｓ２００４)。このとき、上述したように、欠陥の高さに応じて欠陥先端近傍の反射波又は欠陥開口部近傍の反射波と推定される反射波が得られる。
【０１３１】
次に、欠陥先端部からと推定されるインジケーションがエリア２００１近傍に表示されるように、又は開口部からと思われるインジケーションがエリア２００３近傍に表示されるように、探触子位置を調整する(Ｓ２００５)。
【０１３２】
最後にモード変換波による反射波の有無を確認するため、エリア２００２内における反射波の有無を確認する(Ｓ２００６)。そして、処理Ｓ２００４と処理Ｓ２００６の何れかのステップで信号有りと判断された場合は、そのインジケーションは、欠陥に由来する可能性があると判断する。
【０１３３】
ここで、これらインジケーションによる欠陥判定について説明するのであるが、その具体的な説明に先立って、この図２０の各ステップにおいて、信号が出現するエリア２００１、２００２、２００３の特徴について説明する。
【０１３４】
ここで、図２１から図２３は、縦波斜角探傷法による欠陥先端からの反射波の伝播時間の和、つまり図１７の径路１７０１、１７０３の和と、１次クリーピング波法による欠陥開口面からの反射波の伝播時間の和、つまり図１８の径路１８０１、１８０３の和と、モード変換波法による往復伝播時間の和、つまり図１９Ａの径路１９０１、１９０２、１９０４の和と、多重底面反射波による伝播時間を、夫々グラフで示したものである。
【０１３５】
なお、図２１は縦波音速と横波音速の音速比(Ｖ／Ｖs)が２の場合、図２２は音速比(Ｖ／Ｖs)が１．５の場合、そして図２３は音速比(Ｖ／Ｖs)が２．５の場合の結果であり、夫々縦波音速は５９００ｍ／秒で固定し、横波音速のみを音速比によって変化させている。
【０１３６】
＜エリア２００１＞
図２１、図２２、図２３に示すように、縦波音速と横波音速の音速比(Ｖ／Ｖs)が一般的な固体(２±０．５)を対象とした場合において、開口面側から欠陥を探傷する場合の斜角探傷法によるエコーの伝播時間は、図１７に示す伝播経路をとる、１次クリーピング波(縦波７０度から９０度)による欠陥開口部からの反射波の伝播時間(２１０２、２２０２、２３０２)と、図１８に示す伝播経路をとる、欠陥先端からの反射波の伝播時間(２１０１、２２０１、２３０１)となり、これらは、ほぼ試験体の第１底面反射波(図８Ａ相当)近傍に表示されることが判る。
【０１３７】
特に、モード変換波で重要な縦波６０度の場合においても、この関係は満たされていることが確認でき、このことから、縦波斜角法による反射波のうち、１次クリーピング波による欠陥開口部からの反射波は縦波による板厚往復伝播時間(図８Ａ)と、屈折角７０度から９０度近傍の領域の重なるエリア２００３の近傍に表示され、縦波斜角による欠陥先端部からの反射波は、板厚往復伝播時間(図８Ａ)と屈折角６０度近傍の領域の重なるエリア２００１の近傍に表示されることとなる。
【０１３８】
＜エリア２００２＞
モード変換波による欠陥有無の判定を行うにあたって、縦波斜角探傷法によるインジケーションがエリア２００１又は２００１近傍に表示されているものとする。
【０１３９】
図２１、図２２、図２３から明らかなように、縦波音速と横波音速の比(Ｖ／Ｖs)が２±０．５の範囲にある一般的な固体に対して、欠陥先端からの反射波を受信する縦波斜角法の探傷角度が６０度から約５度程度変化しても、モード変換波による往復伝播時間(２１０３、２２０３、２３０３)は、縦波による板厚片道伝播時間の３倍と横波による板厚片道伝播時間の和(図８Ｄに相当)と、縦波及び横波による板厚片道伝播時間の和(図８Ｂに相当)の間に存在することが判る。
【０１４０】
このことから、これらの伝播時間(図８Ｂと図８Ｄ)とモード変換波の探傷角度(６０度近傍)に囲まれた領域であるエリア２００２内に、モード変換波による反射波が表示され、そのエリア内の信号の有無から、欠陥のおおよその高さを判断することができる。
【０１４１】
ここで、モード変換波が受信される場合の欠陥高さを、図２４にグラフで示す。縦波音速と横波音速の音速比(Ｖ／Ｖs)の値(２．０±０．５)によって、若干の変化はみられるが、板厚の約３分の２以上の高さを持つ欠陥の場合には、モード変換波が得られることが判る。なお、図２４は、縦波音速は５９００ｍ／秒で固定し、横波音速のみを音速比(Ｖ／Ｖs)によって変化させた結果である。
【０１４２】
次に、欠陥判定の具体的な欠陥判定方法について、図２８、図２９、図３０に示した超音波探傷結果表示画面を用いて説明する。
【０１４３】
図１で説明したアレイセンサ(探触子)を被検査体に設置して探傷する場合を想定し、このとき予想される欠陥は、被検査体の表面側に開口しているものとする。
【０１４４】
そうすると、表示画面には、図２８に示すように、被検査体の表面と超音波の入射角度と伝播時間に対応した扇形で示された信号表示領域２８０１が表示される。
【０１４５】
このとき、入射角度としては、例えばマイナス５度からプラス８５度が設定され、伝播時間としては、検査対象の縦波による板厚往復伝播時間と横波による板厚伝播時間の和に相当する時間が設定される。
【０１４６】
この信号表示領域２８０１には、被検査体の表面と底面の間で発生する多重反射によって受信される信号が多重底面反射波の信号群２８０２として表示される。そして、この場合、探傷結果は大きく３つにグループ分けされる。
【０１４７】
まず、第１のグループの場合は、図３０に示すように、縦波斜角法(７０度から９０度近傍)による欠陥開口部近傍からと想定されるインジケーションはエリア２００１に表示され、縦波斜角による欠陥先端部近傍からと想定されるインジケーションはエリア２００３に表示され、さらにモード変換波によるインジケーションはエリア２００２に表示される場合である。
【０１４８】
この場合は、縦波斜角で開口部近傍と想定されるインジケーションが得られているので、欠陥が発生すると予想される箇所からの反射波は、欠陥によるものと判断される。モード変換波によるインジケーションが受信されていることから、表面から板厚の約３分の２以上あるかなり大きなひびであると判断される。
【０１４９】
ここで、縦波斜角で欠陥先端部と想定されるインジケーションから推定される欠陥深さとモード変換波による推定値(板厚の約３分の２以上)の両者が一致していれば、縦波斜角での先端近傍からのエコーにより、欠陥高さの寸法評価をする。
【０１５０】
もしも、両者が一致していない場合は、欠陥先端からと想定されるエコーが実際は欠陥先端を捉えていない可能性が考えられるため、再度詳細に探傷を行う必要がある。
【０１５１】
次に、第２のグループの場合は、図２９に示すように、エリア２００１とエリア２００３の両方にインジケーションが得られ、エリア２００２にはインジケーションが得られない場合である。
【０１５２】
この場合は、縦波斜角で欠陥開口部と想定されるインジケーションが得られているために、インジケーションは欠陥によるものと判断され、しかもモード変換波による反射波がエリア２００２に受信されていないことから、その高さは板厚の約３分の２に満たない、比較的小さなひびであると判断される。
【０１５３】
ここで、縦波斜角で欠陥先端部と想定されるインジケーションから推定される欠陥深さとモード変換波による推定値(板厚の約３分の２未満)の両者が一致していれば、縦波斜角での先端近傍からのエコーにより欠陥高さの寸法評価をする。
【０１５４】
もしも、両者が一致していない場合は、欠陥先端からと想定されるエコーが実際は欠陥先端を捉えていない可能性も考えられるため、再度詳細に探傷を行う必要がある。
【０１５５】
更に、第３のグループの場合は、図２８に示すように、縦波斜角によるインジケーションがエリア２００１にだけ表示される場合である。
【０１５６】
ここで、このような欠陥の開口面側からの探傷の場合、超音波以外の別の手法、例えば、液体浸透探傷法、渦電流探傷法、肉眼やカメラによる目視検査などにより開口部の位置が測定可能な場合が多い。
【０１５７】
そこで、これら他の手法による欠陥位置と超音波による位置が一致した場合は、エリア２００１に表示されるインジケーションは欠陥の開口部近傍からの反射波であると判断できる。
【０１５８】
しかして、他の手法の結果と矛盾する場合は、開口部の反射波でない可能性があり、再探傷が必要となるが、ここで、他の手法と一致していた場合は、縦波斜角で欠陥先端部による反射波も受信されず、モード変換波による反射波も受信されていないことから、板厚の約３分の１未満の比較的小さい欠陥であると判断される。
【０１５９】
この第３のグループの場合において説明した、エリア２００１に表示されるエコーと他の手法による欠陥位置の比較については、可能であれば、第１と第２のグループの場合も同様に実施し、互いの結果が矛盾しないことを確認する方が望ましい。
【０１６０】
なお、欠陥有りと判断された場合は、図３１に示すように、エリア９０１に表示された縦波斜角による反射波により、欠陥の先端部のエコー３１０２と欠陥の開口部のエコー３１０１から、欠陥の高さ評価を実施してもよい。
【０１６１】
なお、ここでも、グレーティングローブの低減に最適な素子ピッチを持ったアレイ探触子を用いない場合には、エリア(２００１、２００２、２００３)内での信号の有無判定が阻害される可能性があることは、第１の実施形態の場合と同様である。
【０１６２】
このように、以上の実施形態によれば、欠陥の開口面側からの探傷の場合においても、グレーティングローブを低減した最適な素子ピッチを持つ、縦波と横波の両方に対してメインビームを送信可能なアレイ探触子を用いて、検査対象の縦波による板厚往復伝播時間と横波による板厚伝播時間の和に相当する時間までの受信信号を表示し、前記受信信号のうち、特に５つの多重底面反射波(図８Ａ〜Ｅ)及び超音波の入射角度に注目することで、アレイ探触子を用いても、通常の斜角探傷法に加えて、モード変換波法を実現でき、より信頼性の高い超音波探傷方法または装置を提供することができる。
【０１６３】
なお、図１又は図２０などで示した多重底面反射波の時間については、上記した超音波探傷に用いるアレイ探触子の多重底面反射波から直接得る方法に限らず、それ以外にも別に垂直方向に超音波を入射する探触子を利用して多重反射波の時間を計測し、その値を用いてもよい。
【０１６４】
また、検査対象の縦波音速と横波音速及び板厚が既知である場合は、板厚を音速で除算するという計算により多重反射波の時間を求めてもよい。
【０１６５】
一方、検査対象の横波音速が不明である場合は、概算値として縦波音速の２分の１の値を用いてよい。
【図面の簡単な説明】
【０１６６】
【図１】本発明による超音波探傷方法及び装置の第１の実施形態を説明するための装置構成図である。
【図２】本発明による超音波探傷方法及び装置における超音波探触子の第１の実施形態を示す構成図である。
【図３Ａ】超音波探触子から発生する縦波及び横波のメインビームとグレーティングローブを説明するための特性図である。
【図３Ｂ】超音波探触子から発生する縦波及び横波のメインビームとグレーティングローブを説明するための特性図である。
【図３Ｃ】超音波探触子から発生する縦波及び横波のメインビームとグレーティングローブを説明するための特性図である。
【図４】２次クリーピング波法の説明図である。
【図５Ａ】モード変換波法の説明図である。
【図５Ｂ】モード変換波法の説明図である。
【図６】固体の音速及び音速比を説明するための特性図である。
【図７】斜角探傷法の説明図である。
【図８Ａ】検査対象の多重底面反射波と表示画像の説明図である。
【図８Ｂ】検査対象の多重底面反射波と表示画像の説明図である。
【図８Ｃ】検査対象の多重底面反射波と表示画像の説明図である。
【図８Ｄ】検査対象の多重底面反射波と表示画像の説明図である。
【図８Ｅ】検査対象の多重底面反射波と表示画像の説明図である。
【図８Ｆ】検査対象の多重底面反射波と表示画像の説明図である。
【図９Ａ】本発明の第１の実施形態における表示方法の説明図である。
【図９Ｂ】本発明の第１の実施形態における表示方法の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の第１の実施形態における２次クリーピング波による反射波の伝播時間の説明図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態における２次クリーピング波による反射波の伝播時間の説明図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態における２次クリーピング波による反射波の伝播時間の説明図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態におけるモード変換波による反射波の伝播時間の説明図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態におけるモード変換波による反射波の伝播時間の説明図である。
【図１５】本発明の第１の実施形態におけるモード変換波による反射波の伝播時間の説明図である。
【図１６Ａ】本発明の第１の実施形態におけるモード変換波が受信される場合の欠陥高さの説明図である。
【図１６Ｂ】本発明の第１の実施形態におけるモード変換波が受信される場合の欠陥高さの説明図である。
【図１６Ｃ】本発明の第１の実施形態におけるモード変換波が受信される場合の欠陥高さの説明図である。
【図１７】欠陥の開口面側からの縦波斜角探傷の説明図である。
【図１８】欠陥の開口面側からの縦波斜角探傷の説明図である。
【図１９Ａ】本発明の第２の実施形態におけるモード変換波による反射波の伝播時間の説明図である。
【図１９Ｂ】本発明の第２の実施形態におけるモード変換波による反射波の伝播時間の説明図である。
【図２０Ａ】本発明の第２の実施形態における表示方法の説明図である。
【図２０Ｂ】本発明の第２の実施形態における表示方法の動作を説明するためのフローチャートである。
【図２１】本発明の第２の実施形態におけるモード変換波による反射波の伝播時間の説明図である。
【図２２】本発明の第２の実施形態におけるモード変換波による反射波の伝播時間の説明図である。
【図２３】本発明の第２の実施形態におけるモード変換波による反射波の伝播時間の説明図である。
【図２４Ａ】本発明の第２の実施形態におけるモード変換波が受信される場合の欠陥高さの説明図である。
【図２４Ｂ】本発明の第２の実施形態におけるモード変換波が受信される場合の欠陥高さの説明図である。
【図２４Ｃ】本発明の第２の実施形態におけるモード変換波が受信される場合の欠陥高さの説明図である。
【図２５】本発明の第１の実施形態において縦波斜角による反射波が表示される場合の探傷表示画面の一例を示す説明図である。
【図２６】本発明の第１の実施形態において縦波斜角及び２次クリーピング波による反射波が表示される場合の探傷表示画面の一例を示す説明図である。
【図２７】本発明の第１の実施形態において縦波斜角と２次クリーピング波及びモード変換波による反射波が表示される場合の探傷表示画面の一例を示す説明図である。
【図２８】本発明の第２の実施形態において縦波斜角による欠陥開口部近傍からの反射波が表示される場合の探傷表示画面の一例を示す説明図である。
【図２９】本発明の第２の実施形態において縦波斜角による欠陥開口部及び欠陥先端部近傍からの反射波が表示される場合の探傷表示画面の一例を示す説明図である。
【図３０】本発明の第２の実施形態において縦波斜角による欠陥開口部及び欠陥先端部近傍からの反射波及びモード変換波が表示される場合の探傷表示画面の一例を示す説明図である。
【図３１】本発明の第１の実施形態において縦波斜角による欠陥開口部及び欠陥先端部の反射波で欠陥高さをサイジングするための説明図である。
【図３２】素子ピッチが大きい場合における探傷画面の一例を示す説明図である。
【図３３】本発明の第１の実施形態において被検査体底面に欠陥がある場合の反射波の説明図である。
【図３４】本発明の第１の実施形態において被検査体底面に形状変化部がある場合の反射波の説明図である。
【符号の説明】
【０１６７】
１０１：アレイ探触子
１０２：送受信部
１０３：データ表示部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
2005274557.tif 000009
【図５Ｂ】
2005274557.tif 000010
【図６】
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【図７】
2005274557.tif 000012
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2005274557.tif 000014
【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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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１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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