(57)【要約】【課題】  被検査体を透過する超音波の減衰を利用して被検査体内部に存在する欠陥を検出する際において、被検査体内の微小な欠陥でも確実に検出することのできる超音波探傷方法及び超音波探傷装置を提供する。【解決手段】  送信探触子２ａから発射した超音波が被検査体１を透過し受信探触子２ｂに到達する超音波エコー強度１３から被検査体中の欠陥検出を行う超音波探傷方法、又は探触子２から発射した超音波が被検査体１を透過して反射板３で反射し、被検査体１を再度透過して探触子２に到達する超音波エコー強度１３から被検査体中の欠陥検出を行う超音波探傷方法において、被検査体１の一方の端面に反射しさらに他方の端面に反射した後に探触子２に到達した透過エコー（多重反射透過エコー１１）強度の減衰を測定することによって被検査体中の欠陥検出を行う。【選択図】  図１
2005315766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体の一方の側に配置した送信探触子から発射した超音波が被検査体を透過し、被検査体の他方の側に配置した受信探触子で受信し、被検査体を透過する超音波エコー強度から被検査体中の欠陥検出を行う超音波探傷方法において、
被検査体の受信探触子側端面で反射しさらに送信探触子側端面で反射するプロセスを一回又は複数回行った後に、受信探触子に到達した透過エコー（以下「多重反射透過エコー」と呼ぶ。）強度の減衰を測定することによって被検査体中の欠陥検出を行うことを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項２】
被検査体の一方の側に配置した探触子から発射した超音波が被検査体を透過し、被検査体の他方の側に配置した反射板で反射し、被検査体を再度透過して前記探触子に到達する超音波エコー強度から被検査体中の欠陥検出を行う超音波探傷方法において、
被検査体の一方の端面で反射しさらに他方の端面に反射するプロセスを一回又は複数回行った後に、探触子に到達した透過エコー（以下「多重反射透過エコー」と呼ぶ。）強度の減衰を測定することによって被検査体中の欠陥検出を行うことを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項３】
前記多重反射透過エコーを検出するゲートを設けることにより、多重反射透過エコーのエコー強度を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波探傷方法。
【請求項４】
被検査体の一方の側に配置した送信探触子と、被検査体の他方の側に配置した受信探触子と、前記送信探触子から発射して被検査体を透過した超音波を前記受信探触子で受信し、該受信した超音波エコー強度から被検査体中の欠陥検出を行う検出装置とを有する超音波探傷装置において、
該検出装置は被検査体の受信探触子側端面で反射しさらに送信探触子側端面で反射するプロセスを一回又は複数回行った後に、受信探触子に到達した透過エコー（多重反射透過エコー）を検出するゲートを有し、多重反射透過エコー強度の減衰を測定することによって被検査体中の欠陥検出を行うことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項５】
被検査体の一方の側に配置した超音波探触子と、被検査体の他方の側に配置した反射板と、前記超音波探触子から発射して被検査体を透過した超音波を反射板で反射し、被検査体を再度透過して超音波探触子に到達する超音波エコー強度から被検査体中の欠陥検出を行う検出装置とを有する超音波探傷装置において、
該検出装置は被検査体の一方の端面で反射しさらに他方の端面で反射するプロセスを一回又は複数回行った後に、超音波探触子に到達した透過エコー（多重反射透過エコー）を検出するゲートを有し、多重反射透過エコー強度の減衰を測定することによって被検査体中の欠陥検出を行う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、被検査体を透過する超音波の減衰を利用して被検査体内部に存在する欠陥を検出するための超音波探傷方法及び超音波探傷装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波を利用して被検査体内部に存在する欠陥を検出するための超音波探傷方法には、反射法、透過法、共振法などがある。
【０００３】
反射法では、試験材の表面から持続時間の極めて短い超音波パルスを内部に伝わらせ、試験材中の欠陥によって反射されてくる超音波を検出する。このときのエコーの大きさから欠陥の大きさを推定し、また、送信された超音波パルスが受信されるまでの時間を測定して欠陥までの距離を知ることができる。
【０００４】
透過法では、図４（ａ）に示すように、被検査体１の一方の側に配置した送信探触子２ａから発射した超音波が経路５を通って被検査体１を透過し、被検査体１の他方の側に配置した受信探触子２ｂに受信する。図５には、被検査体１の内部に欠陥５が存在する場合において、欠陥５付近において超音波エコー強度がどのように変化するのかを模式的に示している。被検査体１内部の超音波の進路に欠陥５が存在すると、透過する超音波が欠陥５によって減衰するので、図５に示すように欠陥５の位置において超音波エコーの減衰が大きくなる。このように、透過法によると超音波の減衰を利用して被検査体内部に存在する欠陥を検出することができる。
【０００５】
また、特許文献１に記載されたものは、図４（ｃ）に示すように、透過法を用いた超音波探傷方法として、被検査体１の一方の側に配置した探触子２から発射した超音波が被検査体１を透過し、被検査体の他方の側に配置した反射板３で反射し、被検査体１を再度透過して探触子２に到達する超音波エコー強度から被検査体中の欠陥検出を行う超音波探傷方法が記載されている。
【０００６】
透過法には連続波およびパルス波が使用可能であるが、最近はパルス波が多用されている。透過法では、探触子と被検査体間での超音波の安定な伝達が重要であり、被検査体表面が特に良好な場合を除いて、水浸法が用いられることが多い。
【０００７】
【特許文献１】特開平１−２５００５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の透過法による超音波探傷方法においては、図１（ａ）に示すように被検査体１の一方の側に配置した送信探触子２ａから発射した超音波が被検査体１を透過し、そのまま被検査体の他方の側に配置した受信探触子２ｂに受信される透過エコー（以下「第一透過エコー１０」と呼ぶ。）を検出している。あるいは図１（ｂ）に示すように、被検査体の一方の側に配置した探触子２から発射した超音波が被検査体１を透過し、被検査体の他方の側に配置した反射板３で反射し、被検査体１を再度透過してそのまま探触子２に到達する透過エコー（これについても以下同様に「第一透過エコー１０」と呼ぶ。）を検出している。そして、被検査体内に欠陥が存在しないときの第一透過エコーの強度と、被検査体内に欠陥が存在するときの第一透過エコーの強度とを対比し、欠陥が存在しないときのエコー強度との比率が所定の値以下となったときに欠陥ありと判断している。
【０００９】
しかし、被検査体内の微小欠陥については、透過する超音波の減衰も僅かであり、透過法による欠陥検出が困難となることがある。
【００１０】
本発明は、被検査体を透過する超音波の減衰を利用して被検査体内部に存在する欠陥を検出する際において、被検査体内の微小な欠陥でも確実に検出することのできる超音波探傷方法及び超音波探傷装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）被検査体１の一方の側に配置した送信探触子２ａから発射した超音波が被検査体１を透過し、被検査体１の他方の側に配置した受信探触子２ｂに受信し、被検査体を透過する超音波エコー強度１３から被検査体中の欠陥検出を行う超音波探傷方法において、被検査体１の受信探触子側端面６ｂで反射しさらに送信探触子側端面６ａで反射するプロセスを一回又は複数回行った後に、受信探触子２ｂに到達した透過エコー（以下「多重反射透過エコー１１」と呼ぶ。）強度の減衰を測定することによって被検査体中の欠陥検出を行うことを特徴とする超音波探傷方法。
（２）被検査体１の一方の側に配置した探触子２から発射した超音波が被検査体１を透過し、被検査体１の他方の側に配置した反射板３で反射し、被検査体１を再度透過して前記探触子２に到達する超音波エコー強度１３から被検査体中の欠陥検出を行う超音波探傷方法において、被検査体１の一方の端面で反射しさらに他方の端面で反射するプロセスを一回又は複数回行った後に、探触子２に到達した透過エコー（以下「多重反射透過エコー１１」と呼ぶ。）強度の減衰を測定することによって被検査体中の欠陥検出を行うことを特徴とする超音波探傷方法。
（３）多重反射透過エコー１１を検出するゲート２０を設けることにより、多重反射透過エコー１１のエコー強度を測定することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の超音波探傷方法。
【００１２】
（４）被検査体１の一方の側に配置した送信探触子２ａと、被検査体１の他方の側に配置した受信探触子２ｂと、送信探触子２ａから発射して被検査体１を透過した超音波を受信探触子２ｂで受信し、受信した超音波エコー強度１３から被検査体中の欠陥検出を行う検出装置７とを有する超音波探傷装置において、検出装置７は被検査体１の受信探触子側端面６ｂで反射しさらに送信探触子側端面６ａで反射するプロセスを一回又は複数回行った後に、受信探触子２ｂに到達した透過エコー（多重反射透過エコー１１）を検出するゲート２０を有し、多重反射透過エコー強度の減衰を測定することによって被検査体中の欠陥検出を行うことを特徴とする超音波探傷装置。
（５）被検査体１の一方の側に配置した超音波探触子２と、被検査体１の他方の側に配置した反射板３と、超音波探触子２から発射して被検査体１を透過した超音波を反射板３で反射し、被検査体１を再度透過して超音波探触子２に到達する超音波エコー強度１３から被検査体中の欠陥検出を行う検出装置７とを有する超音波探傷装置において、検出装置７は被検査体１の一方の端面で反射しさらに他方の端面で反射するプロセスを一回又は複数回行った後に、超音波探触子２に到達した透過エコー（多重反射透過エコー１１）を検出するゲート２０を有し、多重反射透過エコー強度の減衰を測定することによって被検査体中の欠陥検出を行うことを特徴とする超音波探傷装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、被検査体を透過する超音波の減衰を利用して被検査体内部に存在する欠陥を検出するための超音波探傷方法及び超音波探傷装置において、被検査体の一方の端面に反射しさらに他方の端面に反射した後に探触子に到達した透過エコー（多重反射透過エコー）強度の減衰を測定することによって被検査体中の欠陥検出を行うので、多重反射の結果として対象とする欠陥を超音波が通過する回数が２回増えるので、超音波エコーの減衰程度が増大し、被検査体内の微小な欠陥であっても確実に検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
透過法を用いた超音波探傷方法にについて図４に基づいて説明を行う。第１に、図４（ａ）に示すように、被検査体１の一方の側に配置した送信探触子２ａから発射した超音波が経路５を通って被検査体１を透過し、被検査体１の他方の側に配置した受信探触子２ｂに受信し、被検査体１を透過する超音波エコー強度から被検査体中の欠陥検出を行う方法がある。第２に、図４（ｂ）（ｃ）に示すように、被検査体１の一方の側に配置した探触子２から発射した超音波が被検査体１を透過し、被検査体１の他方の側に配置した反射板３で反射し、被検査体１を再度透過して探触子２に到達する超音波エコー強度から被検査体中の欠陥検出を行う方法とがある。本発明は、そのいずれにおいても適用することが可能である。なお、探触子２の形状については、図４（ｂ）に示すような集束型と図４（ｃ）に示すような非集束型とがあり、そのいずれにおいても本発明を適用することができる。図４（ａ）に示すものについても、非集束型を用いることができる。
【００１５】
図１（ａ）において、被検査体１の一方の側に配置した送信探触子２ａから発射した超音波が被検査体１を透過し、そのまま被検査体１の他方の側に配置した受信探触子２ｂに受信される透過エコー、または図１（ｂ）において、被検査体１の一方の側に配置した探触子２から発射した超音波が被検査体１を透過し、被検査体の他方の側に配置した反射板３で反射し、被検査体１を再度透過してそのまま探触子２に到達する透過エコーを、ここでは第一透過エコー１０と呼ぶ。従来の透過法による超音波探傷においては、この第一透過エコー１０を検出して欠陥検出を行っていた。
【００１６】
図１（ａ）の場合を例にとって説明する。被検査体１の一方の端面６ａから被検査体内に進入した超音波は、被検査体の他方の端面６ｂに到達すると、前記の第一透過エコー１０のようにそのまま被検査体の外部に出て行く波の他に、当該他方の端面６ｂで反射する波も存在する。反射した波は、被検査体の一方の端面６ａまで戻り、そこから被検査体の外部に出て行く波の他に、当該一方の端面６ａで反射する波も存在する。反射した波は、また他方の端面６ｂまで到り、一部はその他方の端面から直進して外部に進行する。このように被検査体内部で多重反射した透過エコーを、ここでは多重反射透過エコー１１と呼ぶ。本発明の透過法による超音波探傷においては、この多重反射透過エコーを検出して欠陥検出を行う点に最大の特徴がある。
【００１７】
透過法のうち、図１（ｂ）のように被検査体の一方の側に配置した探触子２から発射した超音波が被検査体１を透過し、被検査体の他方の側に配置した反射板３で反射し、被検査体１を再度透過してそのまま探触子２に到達する透過法における多重反射は、探触子２から発射された超音波が最初に被検査体を透過する際に多重反射を行った多重反射エコー１１ａと、反射板で反射した超音波が２度目に被検査体を透過する際に多重反射を行った多重反射エコー１１ｂの両方が存在する。この両方の多重反射した透過エコーが、探触子に同時に到達することとなる。従って、この場合には、両方の多重反射したエコーを総称して多重反射透過エコー１１と呼ぶ。
【００１８】
被検査体内の超音波経路５に欠陥４が存在した場合に、透過エコーが欠陥を何回透過するかを考える。従来の透過法で用いていた第一透過エコー１０においては、欠陥部を１回透過するか、反射板３を用いた方式においては欠陥部を２回透過し、その後探触子に到達する。
【００１９】
それに対し、本発明が用いる多重反射透過エコー１１においては、欠陥部を３回透過するか、反射板３を用いた方式においては欠陥部を４回透過する。透過の度に欠陥部において超音波が減衰するため、欠陥部を透過する回数が増えるほど欠陥に起因する減衰の度合が増大する。従って、第一透過エコー１０と比較すると、多重反射透過エコー１１の方が欠陥５に起因する超音波の減衰の度合が大きく、結果として微小な欠陥についても欠陥検出感度が増大することとなる。
【００２０】
図２は、探触子から超音波パルスを発射し、超音波エコーを探触子で受信し、受信した超音波エコー強度の時間推移について、横軸に時間を取り、縦軸にエコー強度をとって図示したものである。図２の上の波形は欠陥なしのとき、下の波形は欠陥有りのときを示している。欠陥なし、欠陥有りいずれも、時間の経過とともにまず第一透過エコー１０のピークが出現し、次いで多重反射透過エコー１１のピーク波形が出現する。その後、被検査体の内部で二往復以上の反射を繰り返した多重反射透過エコー１１（１１２、１１３等）が時間の経過とともに順次出現している。
【００２１】
被検査体内に欠陥が存在しない場合、第一透過エコー１０の振幅をＡ１、多重反射透過エコー１１の振幅をＡ２とする。次いで、被検査体内に欠陥５が存在する場合において、第一透過エコー１０の振幅がＢ１、多重反射透過エコー１１の振幅がＢ２となったとする。第一透過エコー１０を用いる従来の透過法では、Ｂ１／Ａ１を算出する。この値が欠陥５に起因する超音波の減衰である。Ｂ１／Ａ１が所定の閾値以下となった場合に「欠陥有り」とする。多重反射透過エコー１１を用いる本発明においては、Ｂ２／Ａ２を算出し、Ｂ２／Ａ２が所定の閾値以下となった場合を欠陥有りとする。上記説明のように、Ｂ１／Ａ１＞Ｂ２／Ａ２となるので、多重反射透過エコー１１のピークを用いる本発明の方が、第一透過エコー１０を用いる従来法に比較して欠陥検出感度が向上し、従来は検出できなかった微小な欠陥についても検出が可能となる。
【００２２】
以上の説明では、被検査体内を一往復だけ多重反射した多重反射透過エコー１１を用いる場合の説明を行った。被検査体内における多重反射エコーとしては、一往復だけではなく、図１、図２に示す二往復した多重反射透過エコー１１２、図２に示す三往復した多重反射透過エコー１１３なども存在する。このような二往復以上の多重反射透過エコーを用いても、もちろん欠陥検出を行うことができる。
【００２３】
超音波を発信する探触子から超音波パルスを発信してから、受信する探触子で対象とする超音波パルスを受信するまでの時間については、探触子２、被検査体１、反射板３相互間の距離、被検査体１の厚さ、それに被検査体１を浸漬する溶媒および被検査体１の音速によって定まる。これは、最初に到着する第一透過エコー１０、次いで到着する多重反射透過エコーそれぞれについて定まる。また、多重反射透過エコーについても、まず一往復多重反射のエコー１１が到着し、次いで二往復多重反射の透過エコー１１などが順次到着する。
【００２４】
本発明においては、多重反射透過エコー１１を計測対象のエコーとしているので、多重反射透過エコー１１が到着する時間帯のみを検出対象とする。このため、図３にゲート信号２０として記載しているように、検出対象の多重反射透過エコー１１が到着する時間帯に信号が発生するゲート信号２０を発生させ、ゲート信号２０が発生している時間帯のみにおいてエコー高さを検出する。これにより、正確に対象とする超音波パルスのピークのみを検出することが可能となる。なお、第一透過エコー１０を検出対象とする従来法においては、図３にゲート信号２０ａとして記載したようなゲート信号を用いていた。
【００２５】
本発明の超音波探傷装置においては、受信した超音波エコー強度から被検査体中の欠陥検出を行う検出装置７を有し、検出装置７は多重反射透過エコー１１を検出するために上記のようなゲート２０を有し、多重反射透過エコー強度の減衰を測定することによって被検査体中の欠陥検出を行う。
【実施例】
【００２６】
図４（ｃ）に示すような透過型の超音波探傷装置を用い、本発明を適用した。超音波探傷装置は、非集束型（フラット）で直径が６ｍｍの探触子２を用い、超音波の周波数は５ＭＨｚとし、反射板３として板厚１０ｍｍのステンレス鋼板を用い、探触子２と反射板３との間隔を７０ｍｍとした。探触子２と反射板３とを含む装置を水中に設置し、探触子２と反射板３との間に被検査体１を配置して探傷を行う。
【００２７】
被検査体１として板厚５ｍｍの鋼板を用い、鋼板の内部に直径０．５ｍｍの横穴を形成し、この横穴を擬似的な欠陥５として扱うこととした。
【００２８】
受信した超音波透過エコーのエコー強度の時間変化を図６に示す。図６（ａ）は欠陥５が存在しない場所を探傷した結果、図６（ｂ）は欠陥５が存在する場所を探傷した結果である。エコー強度１３の時間変化において、欠陥なし、欠陥有りいずれも、まず第一透過エコー１０のピークが現れ、次いで被検査体１内を一往復した多重反射透過エコー１１のピークが現れ、その後、二往復した多重反射透過エコー１１２、三往復した多重反射透過エコー１１３などが順次出現する。
【００２９】
欠陥なしにおいて、第一透過エコー１０の振幅Ａ１＝０．７９Ｖ、多重反射透過エコー１１の振幅Ａ２＝０．３７Ｖであった。次いで、欠陥有りにおいて、第一透過エコー１０の振幅Ｂ１＝０．９９Ｖ、多重反射透過エコー１１の振幅Ｂ２＝０．４２Ｖであった。
【００３０】
第一透過エコー１０を用いる従来法においては、エコー強度比Ｂ／Ａ＝０．４６であるのに対し、多重反射透過エコー１１を用いる本発明法においては、エコー強度比Ｂ／Ａ＝０．４２となり、本発明法の方が欠陥に起因する減衰が大きくなっていることがわかる。
【００３１】
以上のとおり、被検査体を透過する超音波の減衰を利用して被検査体内部に存在する欠陥を検出するための超音波探傷方法及び超音波探傷装置において、本発明は多重反射透過エコーを用いる結果として、欠陥の検出精度が向上していることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】透過法による超音波探傷方法において、第一次透過エコー、多重反射透過エコーの超音波経路を説明するための概念図である。
【図２】超音波透過エコー強度の時間変化を示す図であり、欠陥なし、欠陥有りそれぞれについて、透過エコーピークの出現状況を示す図である。
【図３】多重反射透過エコーピークを検出するためのゲートについて説明する図である。
【図４】透過法による超音波探傷方法を説明する概念図である。
【図５】被検査体の欠陥存在部で透過エコー強度が減衰する様子を示す概念図である。
【図６】実施例において、欠陥なし、欠陥有りそれぞれについて超音波透過エコー強度の時間変化を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  被検査体
２  探触子
２ａ  送信探触子
２ｂ  受信探触子
３  反射板
４  欠陥
５  超音波経路
６  端面
７  検出装置
１０  第１透過エコー
１１  多重反射透過エコー
１３  エコー強度
２０  ゲート
【図１】
2005315766.tif 000003
【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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