(57)【要約】【課題】水浸法で検査材の内部からの微小な反射波をさらに高い検出能力により探傷することが可能な超音波計測装置を提供することを目的とする。【解決手段】超音波の送受信を送信用振動子と受信用振動子に分割し、送信用振動子と受信用振動子との間に音響隔離面を設置して行なう水浸法による超音波計測装置において、前記音響隔離面の検査材側下端部の先端で生じる反射波が受信用振動子に入らないように音響隔離面の下端部の形状を定める。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信用振動子から検査材に超音波を送信し、前記検査材で反射した超音波を受信する受信用振動子との間に音響隔離板を設置した超音波計測装置において、
前記音響隔離板を、その検査材側先端部で反射する超音波が受信用振動子に入らない形状とすることを特徴とする超音波計測装置。
【請求項２】
前記
音響隔離板の検査材側先端部で、送信用振動子側の面と受信用振動子側の面とのなす角を鋭角とすることを特徴とする請求項１記載の超音波計測装置。
【請求項３】
前記音響隔離板の検査材側先端部で、検査材表面と略平行となる面の厚さを超音波の波長以下とすることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波計測装置。
【請求項４】
前記音響隔離板の内部に空気層を設けることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の超音波計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子を用いて、水媒介を介して検査材内部に超音波を送信し、検査材内部にある欠陥等で反射した微小な超音波を計測するための超音波計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼製品（棒、板、管など）内部の欠陥探傷には、超音波探傷法が使われている。一般に良く知られている超音波探傷方法は垂直パルスエコー法である。この垂直パルスエコー法は一つの超音波探触子と検査材とを油や水で音響結合して、超音波探触子から検査材内部に垂直に超音波を送信して、内部に存在する欠陥で反射したエコーを超音波探触子で受信する方法である。
【０００３】
この方法は、検査材の肉厚の中央部は十分に探傷することができるが、表層部については、直接接触法では送信パルス幅、水を介して探傷する方法では検査材の表面で反射したエコーの幅（表面エコー幅）が不感帯（探傷不可能領域）となって、探傷することができない。そこで以下の方法が提案されている。
【０００４】
（１）非特許文献１に記載の技術
図１は、非特許文献１に記載のいわゆる二振動子垂直探傷法の構造と検査材の欠陥を探傷した際の伝播経路を示す図である。二振動子垂直探触子は、超音波送信用振動子と超音波受信用振動子をコルク等から成る音響隔離板を挟んで並列に配置して、振動子下部に遅延材（シュー）を設ける。検査材と二振動子垂直探触子の間にはわずかな隙間を設け、その隙間に水を満たすことで検査材と分割型探触子とを音響結合させる。
【０００５】
超音波送信用振動子から送信された超音波は、水を介して検査材内部へ入射し、欠陥で反射して超音波受信用振動子に受信される。送信された超音波が水を介して検査材内部へ入射する際、大部分は検査材表面で反射し、散乱する。
【０００６】
検査材の表面で反射、散乱した超音波は超音波送信用振動子と超音波受信用振動子との間にある音響隔離板で遮られ、超音波受信用振動子に直接受信されにくくなる。従って、送信パルス幅、表面エコー幅によって生じる不感帯が小さくなり、検査材表層部の欠陥探傷性能が高くなる。
【０００７】
（２）特許文献１に記載の技術
図２は、特許文献１に記載の技術と欠陥を探傷した際の超音波の伝播経路を示す図である。図２に示した断面図のとおり、二振動子垂直探触子及び探触子ホルダーから構成されており、二振動子垂直探触子の超音波送信用振動子と超音波受信用振動子との間にはゴムから成る音響隔離板がある。
【０００８】
さらに、超音波送信用振動子と超音波受信用振動子との間にある音響隔離板と平面を同じにして、同じゴムから成る音響隔離板が二振動子垂直探触子の下部から検査材側に形成されており、その下端部は探触子ホルダー下端部と同位置となっている。超音波の送受信を行なう振動子と検査材との音響結合には水を用い、そのための局部水浸部が探触子に備わっている。
【０００９】
超音波送信用振動子から送信された超音波は、探触子ホルダー内の局部水浸部に給水された水を介して検査材へ入射し、欠陥で反射して超音波受信用振動子で受信される。このとき、送信された超音波は検査材表面で反射し、散乱するが、音響隔離板に遮られることで超音波受信用振動子には受信さにくくなる。よって、表面エコーの振幅は小さく、表面エコー幅によって生じる不感帯が小さくなるので、検査材表層部の欠陥探傷性能が高くなる。
【非特許文献１】社団法人  日本鉄鋼協会、鋼板の超音波探傷方法、ｐ48
【特許文献１】特開平５−１６４７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述の従来技術には、以下にあげる問題がある。
【００１１】
（１）非特許文献１に記載の技術
二振動子垂直探触子で探傷する際、検査材表面とシューとの間での超音波が反射するようになって、乱反射が生じる。水ギャップ距離（二振動子垂直探触子と検査体との距離）が増すと水ギャップ内での乱反射が増大し、超音波受信用震動子に受信され信号対ノイズ比が低下する。これを避けるため、水ギャップ距離は約0.5mm程度と極めて小さくする必要がある。このため、検査材の表面の凹凸との衝突による故障や、熱間材の探傷ではシューの破損といった問題がある。
【００１２】
（２）特許文献１に記載の技術
特許文献１に記載の技術であれば、シューと検査材表面との距離を十分に離すことができるので、シューと検査材表面と凹凸との衝突による故障や破損といった問題は解決されている。
【００１３】
しかし、特許文献１に記載の技術で探傷した場合、音響隔離板の下端部と検査材表面との間で乱反射が生じる。音響隔離板と下端部との距離が増すと乱反射も増大し、この乱反射が超音波受信用振動子で受信され、信号対ノイズ比が低下する問題がある。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、水浸法で検査材の内部からの微小な反射波をさらに高い検出能力により探傷することが可能な超音波計測方法及び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】
【００１５】
本発明の請求項１に係る発明は、送信用振動子から検査材に超音波を送信し、前記検査材で反射した超音波を受信する受信用振動子との間に音響隔離板を設置した超音波計測装置において、前記音響隔離板を、その検査材側先端部で反射する超音波が受信用振動子に入らない形状とすることを特徴とする超音波計測装置である。
【００１６】
また本発明の請求項２に係る発明は、前記音響隔離板の検査材側先端部で、送信用振動子側の面と受信用振動子側の面とのなす角を鋭角とすることを特徴とする請求項１記載の超音波計測装置である。
【００１７】
また本発明の請求項３に係る発明は、前記音響隔離板の検査材側先端部で、検査材表面と略平行となる面の厚さを超音波の波長以下とすることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波計測装置
である。
【００１８】
また本発明の請求項４に係る発明は、前記音響隔離板の内部に空気層を設けることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の超音波計測装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明を適用すれば、検査材の表面と音響隔離板との間で生じる乱反射が超音波受信用振動子に入らなくなり、検査材内部からの微小な反射波を高い感度で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】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態について、以下に図面を参照しながら具体的に説明を行う。図３は、本発明を実施するための装置概要を示す図である。図中、１は検査材、２は超音波送信用振動子、３は超音波受信用振動子、４は音響隔離板、５は局部水浸部、および６は探触子ホルダーをそれぞれ表す。
【００２１】
本発明は探触子ホルダー６、超音波送信用振動子２、超音波受信用振動子３、音響隔離板４、局部水浸部５で構成される。超音波送信用振動子２から超音波を検査材１に送信し、検査材の表面や内部で反射される超音波を超音波受信用振動子３にて受信する。その際、検査材４を経由せず、直接、送信用振動子から受信用振動子に到達する送信波や、検査材内部の欠陥を検出する際に、検査材表面での反射される不要な反射波を、受信用振動子で受信しないように、送信用振動子２と受信用振動子２との間に音響隔離板４を挟み、超音波の送信と受信を音響的に分割して配置する。なお、音響隔離板４の材質としては、アクリル樹脂系の材質からなることが好ましい。
【００２２】
図４は、音響隔離板の下端部先端（検査材側先端）の形状例を示す図である。検査材表面と音響隔離板との間で生じる反射波が、受信用探触子に入らないように形状を定めるようにする。そのためには、音響隔離板の先端部において、送信用振動子側の面と受信振動子側の面とのなす角度φを鋭角とする。また、先端部において検査材に対向する検査材表面に略平行となる面の厚さを超音波の波長以下とする。それを実現するための形状例を以下に説明する。
【００２３】
図４（Ａ）の例では、超音波の音響隔離板下端部で反射面積を小さくするために、音響隔離板の下端部先端の形状において、送信用振動子側の面と受信用振動子の面とのなす角を鋭角としている。このときの先端の厚みｄは、反射し難くなるように波長以下とし、波長の2分の1以下であることが好ましい。
【００２４】
また、図４（Ｂ）の例では、音響隔離板の断面形状を受信用振動子側の面は検査材表面に対して略垂直となる角度とし、送信側の下端部先端の面を受信側の面に対して角度φを鋭角にして、音響隔離板下端部先端で生じた反射波が送信側に反射させている。また、これとは逆に、送信用振動子側の面は検査材表面に対して略直交となる角度とし、受信側の面を送信側の面に対して角度φを鋭角とする、音響隔離板の断面形状としても、同様の効果が得られるので、どちらの形状であってもよい。
【００２５】
このように音響隔離板の下端部先端の形状を定めているので、検査材表面で反射したエコーは、音響隔離板の下端先端で反射しても、受信用振動子にはほとんど入らず、信号対ノイズ比を高くすることができる。
【００２６】
さらに、図５は、空気層を内部に設けた音響隔離板の例を示す図である。図中、７は空気層を表す。良く知られているように、空気と固体の音響インピーダンスは大きく異なるので、音響隔離板に入射した超音波は空気層にはほとんど伝わらない。従って、図７に示すようにすること、音響隔離板を透過してしまう超音波エコーを小さくすることができ、信号対ノイズ比を高くすることができる。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の実施例を説明する。図６は、本発明の実施例を示す図であり、図７は、図６に示した実施例での音響隔離板下端部先端の形状を示す図である。図中、８は整流部、９は給水管をそれぞれ表す。
【００２８】
給水管９から給水された水は、整流部８で整流され、局部水浸部５へ流れ込む。超音波送信用振動子２と超音波受信用振動子３には、周波数１ＭＨｚの広帯域コンポジット振動子を用いた。音響隔離板下端部の形状を受信側の面は検査材表面と垂直として、送信側の面を受信側の面に対して、角度φ’が鋭角となるように定め、音響隔離板内部には空気層を持たせている（図７）。
【００２９】
図９は、上述で示した本実施例の探傷条件で行った探傷を説明する図である。φ1mmドリルホールの人工疵を持つ鋼片を探傷した結果を図９（Ａ）に示し、この際に用いた音響隔離板下端部の形状を図９（Ｂ）に示す。図中、厚みｄ＝約0.5mm、角度φ’=約30°、幅（奥行）Ｗ=20mmとし、音響隔離板下端部先端と検査材との距離は5mmとして探傷した。
【００３０】
図８は、従来法で行った探傷を説明する図である。従来法でφ1mmドリルホールの人工疵を持つ鋼片を探傷した結果を図８（Ａ）に示し、このとき、用いた音響隔離板下端部の形状を図８（Ｂ）に示す。図中、ｄ＝2mm、Ｗ=20mmである。音響隔離板下端部先端と検査材との距離は5mmとしている。
図９（Ａ）と図８（Ａ）との対比によって、本発明により音響隔離板下端部と検査材との間で生じる乱反射が抑制され、従来法よりも信号対ノイズ比が優れていることが十分に分かる。また、浅い位置に存在する欠陥の信号は、従来は乱反射によるノイズの強度が欠陥信号以上で、時間的に重なると検出できず、不感帯となっていたが、本発明ではノイズ低減により、浅い位置にある欠陥も検出できるようになり、深さに関する不感帯も減少した。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】二振動子垂直探傷法の構造と検査材の欠陥を探傷した際の伝播経路を示す図である。
【図２】特許文献１に記載の技術と欠陥を探傷した際の超音波の伝播経路を示す図である。
【図３】本発明を実施するための装置概要を示す図である。
【図４】音響隔離板の下端部先端の形状例を示す図である。
【図５】空気層を設けた音響隔離板の例を示す図である
【図６】本発明の実施例を示す図である。
【図７】実施例での音響隔離板下端部先端の形状を示す図である。
【図８】従来法で行った探傷を説明する図である。
【図９】本実施例の探傷条件で行った探傷を説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
１            検査材
２            超音波送信用振動子
３            超音波受信用振動子
４            音響隔離板
５            局部水浸部
６            探触子ホルダー
７            空気層
８            整流部
９            給水管
【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】
2007248427.tif 000008
【図７】
2007248427.tif 000009
【図８】
2007248427.tif 000010
【図９】
2007248427.tif 000011