(57)【要約】【課題】簡単な構成でしかも短時間で、溶接部のように音響異方性があって超音波の屈曲や減衰があり、さらに母材部と溶金部の境界から返ってくるエコー等の雑音がある部位に生じた欠陥の長さ、深さを、正確に探傷できる超音波探傷方法及び装置を提供することが課題である。【解決手段】単一の振動子が配列され、超音波を固定角で拡散させて送受信をおこなう第１の超音波探触子と、固定角の集束型で、前記第１の探触子から発せられて反射した超音波を受信する第２の超音波探触子とを一体とした構造体を走査機構に搭載し、被検体を第２の探触子における集束径の半値幅が重なる走査幅で往復動走査させ、第１の探触子が受けた反射超音波で被検体における欠陥の有無と欠陥の長さを、第２の探触子が受けた反射超音波で欠陥の深さを評価して探傷するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の超音波探触子と第２の超音波探触子とを一体とした構造体を走査機構に搭載して用意し、溶接部を含む被検体を超音波探傷する超音波探傷方法において、
前記第１の探触子は単一の振動子が配列され、超音波を固定角で拡散させて送受信をおこない、前記第２の探触子は固定角の集束型で、前記第１の探触子から発せられて反射した超音波を受信し、前記走査機構により前記被検体を、前記第２の探触子における集束径の半値幅が重なる走査幅で往復動走査させ、前記第１の探触子が受けた反射超音波で被検体における欠陥の有無と欠陥の長さを、前記第２の探触子が受けた反射超音波で欠陥の深さを評価して探傷することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項２】
前記第２の探触子を、集束位置を前記被検体表面に対して略高さ方向に変更可能なフェーズドアレイ型とし、高さ方向に集束位置を移動させながら前記走査機構による被検体の往復動走査を行って探傷することを特徴とする請求項１に記載した超音波探傷方法。
【請求項３】
前記第２の探触子として、集束位置を、高さ方向と前記第１の探触子における振動子の配列方向との両方向に変更可能なマトリクスフェーズドアレイ型とし、該第２の探触子における集束位置を、高さ方向に集束径の半値幅だけずらしながら前記第１の探触子における振動子の配列方向へ往復動走査し、かつ、前記走査機構により、前記第１の探触子における振動子径の半値幅で被検体を往復動走査して探傷することを特徴とする請求項１に記載した超音波探傷方法。
【請求項４】
第１の超音波探触子と第２の超音波探触子とを一体とした構造体を走査機構に搭載して用意し、溶接部を含む被検体を超音波探傷する超音波探傷方法において、
前記第１と第２の探触子は超音波の集束位置が前記被検体表面に対して略高さ方向に変更可能なフェーズドアレイ型とし、前記第１の探触子は超音波を送受信し、前記第２の探触子は、前記第１の探触子から送られる超音波の集束点を中心として第２の探触子における前記変更可能な高さ方向の範囲を走査しながら反射超音波を受信し、前記走査機構により被検体を、前記第１と第２の探触子における集束径の半値幅が重なる走査幅で往復動走査させて、前記第１の探触子が受けた反射超音波で被検体における欠陥の有無と欠陥の長さを、前記第２の探触子が受けた反射超音波で欠陥の深さを評価して探傷することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項５】
前記第１と第２の探触子が検出した前記被検体の各走査断面における各集束位置に対する反射超音波データを記憶手段に記憶し、該記憶した受信データから、欠陥の長さ方向における欠陥深さ方向の反射超音波強さが最大となる値を各断面毎に抽出し、該抽出した断面毎の反射超音波強さが最大となる値を重ね合わせて欠陥深さの分布を演算手段により算出し、欠陥深さ分布を算出することを特徴とする請求項４に記載した超音波探傷方法。
【請求項６】
第１の超音波探触子と第２の超音波探触子とを一体とした構造体を走査機構に搭載して用意し、余盛がある溶接部を含む被検体を超音波探傷する超音波探傷方法において、
前記第１の探触子は単一の振動子が配列され、超音波を固定角で拡散させて送受信をおこない、前記第２の探触子は、集束位置を前記被検体表面に対して高さ略方向及び前記第１の探触子における振動子の配列方向の両方向に変更可能なマトリクスフェーズドアレイ型で、前記第１の探触子から発せられて反射した超音波を受信し、前記走査機構は、前記構造体における前記第１の超音波探触子と第２の超音波探触子の配置を前記余盛方向とし、前記第１の探触子における振動子径の半値幅で余盛方向に往復動走査して、前記第１の探触子が受けた反射超音波で被検体における欠陥の有無と欠陥の長さを、前記第２の探触子が受けた反射超音波で欠陥の深さを評価しながら探傷することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項７】
第１の超音波探触子と第２の超音波探触子とを一体とした構造体と、該構造体を搭載し、溶接部を含む被検体を走査する走査機構とからなる超音波探傷装置において、
前記第１の探触子は超音波が固定角で拡散して送受信する単一の振動子が配列され、前記第２の探触子は固定角の集束型で前記第１の探触子から発せられて反射した超音波を受信し、前記走査機構は前記第２の探触子における集束径の半値幅が重なる走査幅で前記被検体を往復動走査して、前記第１の探触子が受信した反射超音波で被検体における欠陥の有無と欠陥の長さを、前記第２の探触子が受信した反射超音波で欠陥の深さをそれぞれ評価する評価回路を備えたことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項８】
前記第２の探触子は、集束位置を前記被検体表面に対して略高さ方向に変更可能なフェーズドアレイ型であり、該第２の探触子における集束位置を高さ方向に変更する各振動子の超音波受信間隔算出用遅延時間算出手段を備えたことを特徴とする請求項７に記載した超音波探傷装置。
【請求項９】
前記第２の探触子を、集束位置が高さ方向と前記第１の探触子における振動子の配列方向の両方向に変更可能なマトリクスフェーズドアレイ型で構成し、該第２の探触子における集束位置を、高さ方向に集束径の半値幅だけずらしながら前記第１の探触子における振動子の配列方向へ往復動走査させる各振動子の超音波受信間隔算出用遅延時間算出手段と、前記第１の探触子が受けた反射超音波で被検体における欠陥の有無と欠陥の長さを、前記第２の探触子が受けた反射超音波で欠陥の深さを評価する評価回路とを備え、前記走査機構は、前記第１の探触子における振動子径の半値幅で被検体を走査して探傷することを特徴とする請求項７に記載した超音波探傷装置。
【請求項１０】
第１の超音波探触子と第２の超音波探触子とを一体とした構造体と、該構造体を搭載し、溶接部を含む被検体を走査する走査機構とからなる超音波探傷装置において、
前記第１と第２の探触子は超音波の集束位置が前記被検体表面に対して略高さ方向に変更可能なフェーズドアレイ型であり、前記第１の探触子は超音波を送受信し、前記第２の探触子は、前記第１の探触子から送られる超音波の集束点を中心として第２の探触子における前記変更可能な高さ方向の範囲を走査しながら反射超音波を受信し、前記走査機構は前記第１と第２の探触子における集束径の半値幅が重なる走査幅で往復動走査して、前記第１と第２の探触子における集束位置を高さ方向に変更する各振動子の超音波発信間隔算出用遅延時間算出手段と、前記第１の探触子が受けた反射超音波で被検体における欠陥の有無と欠陥の長さを、前記第２の探触子が受けた反射超音波で欠陥の深さを評価する評価回路とを備えたことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項１１】
前記第１と第２の探触子が検出した前記被検体の各走査断面における各集束位置に対する反射超音波データを記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶した受信データから、欠陥の長さ方向における欠陥深さ方向の反射超音波強さが最大となる値を各断面毎に抽出し、該抽出した断面毎の反射超音波強さが最大となる値を重ね合わせて欠陥深さの分布を算出する演算手段とを設け、該演算出段により欠陥深さ分布を算出することを特徴とする請求項１０に記載した超音波探傷方法。
【請求項１２】
第１の超音波探触子と第２の超音波探触子とを一体とした構造体と、該構造体を搭載し、余盛がある溶接部を含む被検体を走査する走査機構とからなる超音波探傷装置において、
前記第１の探触子は超音波が固定角で拡散して送受信する単一の振動子が配列され、前記第２の探触子は、集束位置を前記被検体表面に対して高さ略方向及び前記第１の探触子における振動子の配列方向の両方向に変更可能で、前記第１の探触子から発せられて反射した超音波を受信するマトリクスフェーズドアレイ型であり、前記走査機構は、前記構造体における前記第１の超音波探触子と第２の超音波探触子の配置を前記余盛方向として、前記第１の探触子における振動子径の半値幅で余盛方向に往復動走査し、前記第２の探触子における集束位置を、高さ方向に集束径の半値幅だけずらしながら前記第１の探触子における振動子の配列方向へ往復動走査させる各振動子の超音波受信間隔算出用遅延時間算出手段と、前記第１の探触子が受けた反射超音波で被検体における欠陥の有無と欠陥の長さを、前記第２の探触子が受けた反射超音波で欠陥の深さを評価する評価回路とを備えた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】
本発明は超音波探傷方法及び装置に係り、特に、被検体の溶接部に存在する欠陥を検出する超音波探傷方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼構造物の溶接部には各種の欠陥が発生する可能性がある。すなわち、機械的な応力や熱応力などがこういった鋼構造物にかかる場合、溶接部に歪みが生じて亀裂が生じ、また、溶接時に欠陥が有った場合、こういった応力によってその亀裂が広がってゆく可能性がある。
【０００３】
こういった物体内部、又はアクセスできない物体内面の傷やき裂等の欠陥の非破壊検査試験方法としては従来から、放射線透過法や超音波探傷法が用いられてきたが、放射線透過法は試験実施者に対する安全性を配慮する必要があり、また試験結果の表示に時間がかかるなどの問題点があった。
【０００４】
一方、超音波探傷法（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｅｓｔｉｎｇ：ＵＴ）は、試験結果を即時に表示をすることができ、欠陥が検知された際に即座に対処できる可能性があるなど、効率よく試験を行うことが可能であるため、溶接欠陥や亀裂の検知を行う各種の非破壊検査方法では広く用いられている。
【０００５】
この超音波探傷法では、物体の表面に配置したプローブ（探触子）内の振動子にパルス電圧を印加して超音波を発生させ、物体の表面から被検体の内部又は被検体内面に向けて照射して、反射してきた超音波をプローブで受信して解析することで、欠陥の大きさ、種類、位置等の状態を判断する。
【０００６】
こういったプローブとしては、例えば振動子を一列に配列したアレイ型プローブ、特許文献１に示されているように振動子をマトリクス状に配列したマトリクスプローブ、さらにアレイ型では超音波が拡散していくため、特許文献２に示されているように振動子を湾曲させて超音波が１点に集中するよう構成したポイントフォーカス型アレイプローブ、同様に特許文献３に示されているようにマトリクスを構成する振動子を湾曲させてポイントフォーカス型としたポイントフォーカス型マトリクスプローブなどがある。
【０００７】
しかしながら溶接部、特に、ステンレスあるいはインコネル合金溶接部では、材料特性で音速が変わるために超音波の屈曲、減衰があり、また、母材部と溶金部の境界から返ってくるエコーと欠陥から返ってくるエコーの判別が困難であるため、欠陥そのものの検出、および欠陥深さサイジングが難しいという問題がある。
【０００８】
そのためこういった部位では、例えば図７（Ａ）、（Ｃ）に欠陥８１を長さ方向から見た断面図を、図７（Ｂ）、（Ｄ）に欠陥を長さ方向に対して直角の方向から見た断面図を示したように、超音波ビームの拡がりが拡散するタイプの通常型超音波探触子８０を用い、き裂（欠陥）の根元部の角部からのエコーの有無を広範囲に検査して欠陥８１の検出と長さの検査を行い、超音波ビームが任意の点に集束するタイプのポイントフォーカス型（集束型）探触子８５でき裂先端からの微弱なエコーの有無を検査して欠陥８１の深さ検査を実施する、ということが行われている（以下従来技術と称す）。なおこの図８で、８２は溶接部を示し、８３は通常型超音波探触子８０の走査順序を、８６はポイントフォーカス型（集束型）超音波探触子８５の走査順序を示す。
【０００９】
また、欠陥深さ検査には図８に示したように、９０と９１で示した２個の探触子を用い、溶接部８２のき裂８１の先端からのエコーを捉えるようにした超音波探傷装置装置もある。
【００１０】
すなわち、例えば特許文献４には、溶接部の探傷を行うため、探傷角度と深度を変えて焦点距離を制御しながら超音波を発する探触子と、受信用探触子とを所定の間隔を保って配設し、検査位置としての焦点位置を順次移動させて欠陥端部を焦点位置として探傷する探傷装置が示されている。
【００１１】
さらに特許文献５には、欠陥に近い位置に受信探触子を、受信探触子の位置にくらべて相対的に前記欠陥に遠い位置に送信探触子として可変角超音波探触子を置き、送信探触子から被検査体表面への超音波入射点を変化させ、溶接部の探傷を行う超音波探傷装置が示されている。
【００１２】
また、特許文献６には、アレイ構造とした超音波探触子が出力する超音波の送出タイミングを順次遅延させ、送出する超音波ビームを収束させるとともにスキャニングさせ、受信側も同様の構成として、受信側超音波探触部の反射超音波の受信のタイミングを送信側超音波探触部と同期させて順次遅延させることで、送信側超音波探触部が送出した超音波ビームを受信探触子で同時に受信するようにした超音波探傷装置が示されている。
【００１３】
【特許文献１】特開昭５９−１３７８６２号公報
【特許文献２】特開平１０−１８５８８１号公報
【特許文献３】特開２００４−３４０８０９号公報
【特許文献４】特開２００１−２２８１２８号公報
【特許文献５】特開平１１−２４８６９０号公報
【特許文献６】特開２００１−２２８１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、前記従来技術では、探触子が異なるために欠陥検出と欠陥深さ検査を別々に２度行う必要があり、探傷に時間がかかっていた。また、特許文献４乃至６に示された技術では、前記したように溶接部、特に、ステンレスあるいはインコネル合金の溶接部では、材料特性で音速が変わるために超音波の屈曲、減衰があり、また、母材部と溶金部の境界から返ってくるエコーと欠陥から返ってくるエコーの判別が困難で、欠陥そのものの検出、および欠陥深さサイジングが難しいという問題がある。
【００１５】
特に、特許文献６のように、２個の点収束型フェーズドアレイ探触子を同期させて用いる場合、送信超音波を所望の集束点に集束するよう制御しても、音響異方性のため音波が曲がって集束性が悪くなり、所望の場所とは異なった位置に集束して深さが正確に検査できない、といった問題もある。
【００１６】
そのため本発明においては、簡単な構成でしかも短時間で、溶接部のように音響異方性があって超音波の屈曲や減衰があり、さらに母材部と溶金部の境界から返ってくるエコー等の雑音がある部位に生じた欠陥の長さ、深さを、正確に探傷できる超音波探傷方法及び装置を提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため本発明になる超音波探傷方法は、
第１の超音波探触子と第２の超音波探触子とを一体とした構造体を走査機構に搭載して用意し、溶接部を含む被検体を超音波探傷する超音波探傷方法において、
前記第１の探触子は単一の振動子が配列され、超音波を固定角で拡散させて送受信をおこない、前記第２の探触子は固定角の集束型で、前記第１の探触子から発せられて反射した超音波を受信し、前記走査機構により前記被検体を、前記第２の探触子における集束径の半値幅が重なる走査幅で往復動走査させ、前記第１の探触子が受けた反射超音波で被検体における欠陥の有無と欠陥の長さを、前記第２の探触子が受けた反射超音波で欠陥の深さを評価して探傷することを特徴とする。
【００１８】
また、この超音波探傷方法を実施する装置は、
第１の超音波探触子と第２の超音波探触子とを一体とした構造体と、該構造体を搭載し、溶接部を含む被検体を走査する走査機構とからなる超音波探傷装置において、
前記第１の探触子は超音波が固定角で拡散して送受信する単一の振動子が配列され、前記第２の探触子は固定角の集束型で前記第１の探触子から発せられて反射した超音波を受信し、前記走査機構は前記第２の探触子における集束径の半値幅が重なる走査幅で前記被検体を往復動走査して、前記第１の探触子が受信した反射超音波で被検体における欠陥の有無と欠陥の長さを、前記第２の探触子が受信した反射超音波で欠陥の深さをそれぞれ評価する評価回路を備えたことを特徴とする。
【００１９】
このようにすることにより、超音波が拡散する探触子では広範囲に超音波が拡散するから確実に欠陥の有無と欠陥長さを探傷でき、また、この広範囲に広がった超音波が欠陥で反射した超音波を固定角の集束型探触子で受けることで、例えば溶接部のように音響異方性があって超音波の屈曲や減衰があり、さらに母材部と溶金部の境界から返ってくるエコー等の雑音があっても、それらに影響されずに欠陥の深さを正確に探傷でき、かつ、欠陥の有無と長さ、欠陥の深さを一度で検査するから短時間で探傷できる超音波探傷方法及び装置を提供することができる。
【００２０】
そして、前記第２の探触子を、集束位置を前記被検体表面に対して略高さ方向に変更可能なフェーズドアレイ型とし、高さ方向に集束位置を移動させながら前記走査機構による被検体の往復動走査を行って探傷し、そのために、前記第２の探触子は、集束位置を前記被検体表面に対して略高さ方向に変更可能なフェーズドアレイ型であり、該第２の探触子における集束位置を高さ方向に変更する各振動子の超音波受信間隔算出用遅延時間算出手段を備えることで、受信探触子の集束位置を高さ方向に制御できるため、欠陥先端からのエコー検出精度が向上し、欠陥深さの測定精度を向上できる。
【００２１】
また、前記第２の探触子として、集束位置を、高さ方向と前記第１の探触子における振動子の配列方向との両方向に変更可能なマトリクスフェーズドアレイ型とし、該第２の探触子における集束位置を、高さ方向に集束径の半値幅だけずらしながら前記第１の探触子における振動子の配列方向へ往復動走査し、かつ、前記走査機構により、前記第１の探触子における振動子径の半値幅で被検体を往復動走査して探傷し、そのために、前記第２の探触子を、集束位置が高さ方向と前記第１の探触子における振動子の配列方向の両方向に変更可能なマトリクスフェーズドアレイ型で構成し、該第２の探触子における集束位置を、高さ方向に集束径の半値幅だけずらしながら前記第１の探触子における振動子の配列方向へ往復動走査させる各振動子の超音波受信間隔算出用遅延時間算出手段と、前記第１の探触子が受けた反射超音波で被検体における欠陥の有無と欠陥の長さを、前記第２の探触子が受けた反射超音波で欠陥の深さを評価する評価回路とを備え、前記走査機構は、前記第１の探触子における振動子径の半値幅で被検体を走査して探傷するようにしたことで、マトリクスフェーズドアレイ型の探触子は集束位置を広範囲に変化させて欠陥先端からのエコーの有無を精査できるため、欠陥深さの測定精度のさらなる向上と、マトリクスフェーズドアレイ型の探触子の電子走査が高速なため、走査機構が第１の探触子における振動子径の半値幅で被検体を走査することと相俟って、高速な探傷が可能となる。
【００２２】
また、上記課題を解決するため本発明になる超音波探傷方法は、
第１の超音波探触子と第２の超音波探触子とを一体とした構造体を走査機構に搭載して用意し、溶接部を含む被検体を超音波探傷する超音波探傷方法において、
前記第１と第２の探触子は超音波の集束位置が前記被検体表面に対して略高さ方向に変更可能なフェーズドアレイ型とし、前記第１の探触子は超音波を送受信し、前記第２の探触子は、前記第１の探触子から送られる超音波の集束点を中心として第２の探触子における前記変更可能な高さ方向の範囲を走査しながら反射超音波を受信し、前記走査機構により被検体を、前記第１と第２の探触子における集束径の半値幅が重なる走査幅で往復動走査させて、前記第１の探触子が受けた反射超音波で被検体における欠陥の有無と欠陥の長さを、前記第２の探触子が受けた反射超音波で欠陥の深さを評価して探傷することを特徴とする。
【００２３】
そして、この超音波探傷方法を実施する装置は、
第１の超音波探触子と第２の超音波探触子とを一体とした構造体と、該構造体を搭載し、溶接部を含む被検体を走査する走査機構とからなる超音波探傷装置において、
前記第１と第２の探触子は超音波の集束位置が前記被検体表面に対して略高さ方向に変更可能なフェーズドアレイ型であり、前記第１の探触子は超音波を送受信し、前記第２の探触子は、前記第１の探触子から送られる超音波の集束点を中心として第２の探触子における前記変更可能な高さ方向の範囲を走査しながら反射超音波を受信し、前記走査機構は前記第１と第２の探触子における集束径の半値幅が重なる走査幅で往復動走査して、前記第１と第２の探触子における集束位置を高さ方向に変更する各振動子の超音波発信間隔算出用遅延時間算出手段と、前記第１の探触子が受けた反射超音波で被検体における欠陥の有無と欠陥の長さを、前記第２の探触子が受けた反射超音波で欠陥の深さを評価する評価回路とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
このように、第１と第２の探触子として、超音波の集束位置が前記被検体表面に対して略高さ方向に変更可能なフェーズドアレイ型を用いることで、第１の探触子による送信超音波の集束と、第２の探触子による、第１の探触子から送られる超音波の集束点を中心とした高さ方向の走査によって、例え溶接部のように音響異方性があって超音波の屈曲や減衰があり、さらに母材部と溶金部の境界から返ってくるエコー等の雑音があっても、それらに影響されずに欠陥の深さを正確に高精度で探傷でき、かつ、欠陥の有無と長さ、欠陥の深さを一度で検査するから短時間で探傷できる、超音波探傷方法及び装置を提供することができる。
【００２５】
ただ、この場合は、受信データが点集束の精査結果であるためデータ量が膨大となるが、前記第１と第２の探触子が検出した前記被検体の各走査断面における各集束位置に対する反射超音波データを記憶手段に記憶し、該記憶した受信データから、欠陥の長さ方向における欠陥深さ方向の反射超音波強さが最大となる値を各断面毎に抽出し、該抽出した断面毎の反射超音波強さが最大となる値を重ね合わせて欠陥深さの分布を演算手段により算出し、欠陥深さ分布を算出し、そのために、前記第１と第２の探触子が検出した前記被検体の各走査断面における各集束位置に対する反射超音波データを記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶した受信データから、欠陥の長さ方向における欠陥深さ方向の反射超音波強さが最大となる値を各断面毎に抽出し、該抽出した断面毎の反射超音波強さが最大となる値を重ね合わせて欠陥深さの分布を算出する演算手段とを設け、該演算出段により欠陥深さ分布を算出することで、例え膨大なデータであっても高速に処理することができ、欠陥深さの評価の高速化を達成することができる。
【００２６】
また、上記課題を解決するため本発明になる超音波探傷方法は、
第１の超音波探触子と第２の超音波探触子とを一体とした構造体を走査機構に搭載して用意し、余盛がある溶接部を含む被検体を超音波探傷する超音波探傷方法において、
前記第１の探触子は単一の振動子が配列され、超音波を固定角で拡散させて送受信をおこない、前記第２の探触子は、集束位置を前記被検体表面に対して高さ略方向及び前記第１の探触子における振動子の配列方向の両方向に変更可能なマトリクスフェーズドアレイ型で、前記第１の探触子から発せられて反射した超音波を受信し、前記走査機構は、前記構造体における前記第１の超音波探触子と第２の超音波探触子の配置を前記余盛方向とし、前記第１の探触子における振動子径の半値幅で余盛方向に往復動走査して、前記第１の探触子が受けた反射超音波で被検体における欠陥の有無と欠陥の長さを、前記第２の探触子が受けた反射超音波で欠陥の深さを評価しながら探傷することを特徴とする。
【００２７】
そして、この超音波探傷方法を実施する装置は、
第１の超音波探触子と第２の超音波探触子とを一体とした構造体と、該構造体を搭載し、余盛がある溶接部を含む被検体を走査する走査機構とからなる超音波探傷装置において、
前記第１の探触子は超音波が固定角で拡散して送受信する単一の振動子が配列され、前記第２の探触子は、集束位置を前記被検体表面に対して高さ略方向及び前記第１の探触子における振動子の配列方向の両方向に変更可能で、前記第１の探触子から発せられて反射した超音波を受信するマトリクスフェーズドアレイ型であり、前記走査機構は、前記構造体における前記第１の超音波探触子と第２の超音波探触子の配置を前記余盛方向として、前記第１の探触子における振動子径の半値幅で余盛方向に往復動走査し、前記第２の探触子における集束位置を、高さ方向に集束径の半値幅だけずらしながら前記第１の探触子における振動子の配列方向へ往復動走査させる各振動子の超音波受信間隔算出用遅延時間算出手段と、前記第１の探触子が受けた反射超音波で被検体における欠陥の有無と欠陥の長さを、前記第２の探触子が受けた反射超音波で欠陥の深さを評価する評価回路とを備えたことを特徴とする。
【００２８】
溶接部に余盛があると、第１の超音波探触子と第２の超音波探触子とを一体とした場合は余盛部に構造体が乗り上げてしまうために走査ができない。また、例え探触子が乗り上げても、走査機構による走査だけは可能であったとしても、超音波探傷用の超音波は空気中を伝わらないため、余盛部分の探傷が難しくなるが、このように超音波が固定角で拡散する第１の探触子と、マトリクスフェーズドアレイ型の第２の探触子を余盛方向に配置することでそういった問題が生ぜず、かつ、マトリクスフェーズドアレイ型の探触子は集束位置を広範囲に変化させて欠陥先端からのエコーの有無を精査できるため、欠陥の深さの測定精度が良く、また、探触子の電子走査が高速なため、走査機構が第１の探触子における振動子径の半値幅で被検体を走査することと相俟って、高速な探傷が可能となる。
【発明の効果】
【００２９】
以上記載のごとく本発明になる超音波探傷方法及び装置は、非常に簡単な構成で、しかも短時間で、溶接部のように音響異方性があって超音波の屈曲や減衰があり、さらに母材部と溶金部の境界から返ってくるエコー等の雑音がある部位に生じた欠陥の長さ、深さを、高精度で探傷することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本発明になる超音波探傷装置の実施例１の概略構成図であり、（Ａ）は使用する探触子とその超音波の広がりを説明するための図、（Ｂ）は探傷実施のための構成ブロック図である。
【００３２】
図中、１は超音波が３で示したように、固定角で拡散しながら送受信を行う単一の振動子が配列された第１の探触子たる通常の探触子、２は８で示したように固定角の例えば４で示した位置を集束位置とし、前記第１の探触子１から発せられて反射してきた超音波を受信する第２の探触子、５は被検体に設けられた溶接部の断面で、溶接部５は図上、図面に垂直な方向に走っている。６は母材部と溶接部５に跨って生じた欠陥、７は第１の探触子１から第２の探触子２の収束位置４へ向かい、第２の探触子２によって受信される反射超音波、９は第１の探触子１から発して第１の探触子１へ戻る超音波、１０は探傷制御装置、１１は超音波送信回路、１２は反射超音波受信回路、１３は反射超音波から欠陥を抽出する反射超音波の評価回路、１４は第１の探触子１と第２の探触子２を一体とした構造体を、図１（Ａ）に１６で示したように第２の探触子２における集束径の半値幅Ｒが重なる程度の走査幅で、被検体を往復動走査するための走査機構である。
【００３３】
この実施例１の超音波探傷装置は、固定角で拡散しながら超音波３の送受信を行う単一の振動子が配列された探触子１と、固定角の例えば４で示した位置を集束位置とした第２の探触子２とを一体とした構造体を、被検体を往復動走査する走査機構１４に搭載し、１６で示したように第２の探触子２における集束径の半値幅Ｒが重なる程度の走査幅で往復動しながら探触子１と探触子２で被検体を走査して、探傷するものである。
【００３４】
すなわち、欠陥の大きさや長さは、集束型の探触子で検査すると精度は高くなるが集束径が非常に小さいために時間がかかる。そのため、単に欠陥があることや、その欠陥がどの程度の長さを持つかは拡散型の第１の探触子１で検査する方が効率がよい。しかし、５のような溶接部を持つ被検体では、前記したようにこの溶接部５の存在によって音響異方性が生じ、超音波が屈曲したり減衰したり、さらに母材部と溶金部５の境界からエコーが返って雑音となるなど、深さ方向の探傷はこの拡散型の探触子１では難しい。
【００３５】
しかし、第１の探触子１と第２の探触子２とが溶接部５を跨いで相対し、また深さ方向の探傷に、このように固定角の集束型の第２の探触子２を使うことで、例え溶接部５の存在によって第１の探触子１から発した超音波が屈曲や減衰、母材部と溶接部５との境界からのエコーなどがあっても、第１の探触子１の探傷結果と合わせることでこういった探傷を困難にする要因に影響を受けることなく、正確な探傷を行うことができると共に、一度の探傷で欠陥のすべての検査ができるから、探傷を短時間で行える超音波探傷方法及び装置を提供することができる。
【００３６】
次に図１（Ｂ）を用いてこの実施例１の超音波探傷装置の動作を説明すると、探傷制御装置１０は、第１の探触子１と第２の探触子２とが搭載された構造体を、走査機構１４によって第２の探触子２における集束径の半値幅が重なる程度の走査幅で被検体を往復動走査させながら、超音波送信回路１１に、第１の探触子１を構成する振動子に超音波を送るよう指示する。
【００３７】
そのため第１の探触子１からは図１（Ａ）に３で示したように拡散する超音波が発射され、被検体内部に例えば９、７のように入ってゆく。いま、図１（Ｂ）に示したように、構造体を構成する第１の探触子１と第２の探触子２とが、被検体における溶接部５を跨ぐように位置している場合、第１の探触子１から発した超音波３は、図１（Ｂ）に９で示したように被検体の底面や欠陥６などで反射して第１の探触子１に戻ったり、また、７で示した経路に発した超音波は欠陥６の角部で反射され、８の経路で第２の探触子２に達する。
【００３８】
そのため探傷制御装置１０は、反射超音波受信回路１２にこれら反射超音波を受信した第１の探触子１と第２の探触子２からの信号を取得させ、そのデータを評価回路１３に送る。この評価回路１３は、第１の探触子１と第２の探触子２からの信号により、それぞれの超音波の発射から受信までの時間長さを算出し、それによって第１の探触子１から発した超音波がどの深さから反射してきたものであるかを評価する。
【００３９】
そしてその評価結果を基に、まず、第１の探触子１からの反射信号の中の９で示したような底面からの反射波を除き、それよりも短時間で反射してきた超音波により、被検体における欠陥６、または母材部と溶接部５との境界からの反射超音波を抽出する。また、第２の探触子２が反射超音波を受信しているかどうかを確認し、受信していない場合は、探傷制御装置１０が前記したように第２の探触子２における集束径の半値幅Ｒが重なる程度の走査幅で、１６で示したように被検体を往復動させながら走査を続けるよう走査機構１４に指示する。
【００４０】
そして、第２の探触子２が反射超音波を受信している場合、評価回路１３は、探傷制御装置１０を介して送られてくる走査機構１４からの信号により、第１の探触子１と第２の探触子２の位置を確認し、また、第１の探触子１が欠陥６からの反射超音波を受信しているかどうかを確認して、これらの情報から、第２の探触子２が受信した反射超音波が欠陥６からのものかどうかを評価する。
【００４１】
そして、第１の探触子１が欠陥６からの反射超音波を受信していると評価された場合はその位置により、第２の探触子２が受信した反射超音波は欠陥６からのものと判断でき、評価回路１３は、それによってこの値を欠陥６の深さと評価する。
【００４２】
このようにすることにより、第２の探触子２による受信ビーム径が小さいために集束効果が生じ、前記したように溶接部のような音響異方性があって超音波の屈曲や減衰があり、さらに母材部と溶金部の境界から返ってくるエコー等の雑音があっても、それらに影響されずに欠陥からの反射超音波を識別できて深さを正確に評価でき、かつ、欠陥の有無と長さ、欠陥の深さを一度で検査するから短時間で探傷できる超音波探傷方法及び装置を提供することができる。
【００４３】
なお、この図１に示した実施例で用いた第２の探触子２としての固定角の集束型探触子は、欠陥６の角部の深さがちょうど集束位置にある場合は深さ方向のサイジングが正確にできるが、それ以外の深さでは集束位置から離れるに従って確度が落ちていく。そのため、第２の探触子として、集束位置を高さ方向（被検体表面に対して略高さ方向）に変更可能なフェーズドアレイ型探触子を用いると、こういった問題が解決できる。それを示したのが図２である。
【００４４】
この図２において、（Ａ）は使用する探触子とその超音波の広がりを説明するための図、（Ｂ）は探傷実施のための構成ブロック図である。図中、図１と同様な構成要素には同一番号が付してあり、１は第１の探触子たる前記図１の場合と同じ通常の探触子、２０は第１の探触子１から発せられて反射してきた超音波を、２１で示したように集束位置を高さ方向に変更可能に２２のように集めるフェーズドアレイ型の第２の探触子、５は被検体に設けられた溶接部の断面で、溶接部５は図上、図面に垂直な方向に走っている。６は母材部と溶接部５に跨って生じた欠陥、７は第１の探触子１から第２の探触子２０の収束位置２１へ向かい、第２の探触子２０によって受信される反射超音波、９は第１の探触子１から発して被検体の底面から反射し、第１の探触子１へ戻る超音波、２３は探傷制御装置、２４は超音波送信回路、２５は反射超音波受信回路、２６は反射超音波から欠陥を抽出する反射超音波の評価回路、２７は第１の探触子１と第２の探触子２０を一体とした構造体を、図２（Ａ）に２９で示したように第２の探触子２０における集束径の半値幅Ｒ１が重なる程度の走査幅で、被検体を往復動走査するための走査機構、２８は第２の探触子２の集束位置を２１のように変更するため、超音波受信間隔を遅延させるための超音波受信間隔算出用遅延時間算出回路である。
【００４５】
この図２に示した超音波探傷装置は、固定角で拡散しながら超音波３の送受信を行う単一の振動子が配列された探触子１と、集束位置を２１で示したように高さ方向（被検体の表面に略垂直な方向）に変更可能なフェーズドアレイ型の第２の探触子２０とを一体とした構造体を、被検体を往復動走査する走査機構２７に搭載し、２９で示したように第２の探触子２０における集束径の半値幅Ｒ１が重なる程度の走査幅で往復動しながら探触子１と探触子２０で被検体を走査して、探傷するものである。
【００４６】
このように、第２の探触子２０として集束位置を２１で示した高さ方向に変更可能なフェーズドアレイ型の探触子を用いることで、図１に示した実施例における欠陥６の深さが集束位置から離れるに従って確度が落ちていくという問題は、第２の探触子２０の集束位置を高さ方向に変更して探傷することで解消され、高精度に深さのサイジングができる。また前記したように、溶接部５の存在によって超音波が屈曲や減衰し、母材部と溶接部５との境界からのエコーなどがあっても、こういった探傷を困難にする要因に影響を受けることなく、正確な探傷を行うことができると共に、一度の探傷で欠陥のすべての検査ができ、探傷を短時間で行える超音波探傷方法及び装置を提供することができる。
【００４７】
次に図２（Ｂ）を用いてこの超音波探傷装置の動作を説明すると、探傷制御装置２３は、第１の探触子１と第２の探触子２０とが搭載された構造体を、２９で示したように走査機構２７によって第２の探触子２０における集束径の半値幅Ｒ１が重なる走査幅で被検体を往復動走査させながら、超音波送信回路２４に、第１の探触子１を構成する振動子に超音波を送るよう指示する。
【００４８】
そのため第１の探触子１からは図２（Ａ）に３で示したように拡散する超音波が発射され、被検体内部に例えば図２（Ｂ）に９、７で示したように入ってゆく。いま、構造体を構成する第１の探触子１と第２の探触子２０とが、図２（Ｂ）に示したように被検体における溶接部５を跨ぐように位置している場合、第１の探触子１から発した超音波３は、図２（Ｂ）に９で示したように被検体の底面や欠陥６などで反射して第１の探触子１に戻ったり、また、７で示した経路に発した超音波は欠陥６の角部で反射され、２２の経路で第２の探触子２０に達する。
【００４９】
そのため探傷制御装置２３は、反射超音波受信回路２５にこれら反射超音波を受信した第１の探触子１と第２の探触子２０からの信号を取得させ、そのデータを評価回路２６に送るが、このとき遅延時間算出回路２８は、反射超音波受信回路２５に、第２の探触子２０の集束位置を高さ方向に変更させるための超音波受信遅延時間を算出して与え、それによって第２の探触子２０における集束位置は、図２（Ａ）に２１で示したように高さ方向に変化する。従って、第２の探触子２０からの反射超音波の受信信号は、図２（Ｂ）に６で示した欠陥の角部が集束位置となったときに一番強くなる。
【００５０】
そのため、第１の探触子１と第２の探触子２０から反射超音波受信回路２５を介して反射超音波データを受け取った評価回路２６は、それぞれの超音波の発射から受信までの時間長さを算出し、それによって第１の探触子１から発した超音波がどの深さから反射してきたものであるかを評価する。
【００５１】
そしてその評価結果を基に、まず、第１の探触子１からの反射信号の中の９で示したような底面からの反射波を除き、それよりも短時間で反射してきた超音波により、被検体における欠陥６、または母材部と溶接部５との境界からの反射超音波を抽出する。また、第２の探触子２０が反射超音波を受信しているかどうかを確認し、受信していない場合は第２の探触子２０の集束位置の高さ方向の変更による走査が終了した後、探傷制御装置２３が前記したように第２の探触子２０における集束径の半値幅Ｒ１が重なる程度の走査幅で、２９で示したように被検体を往復動させながら走査を続けるよう走査機構２７に指示する。
【００５２】
そして、第２の探触子２０が反射超音波を受信している場合、評価回路２６は、探傷制御装置２３を介して送られてくる走査機構２７からの信号により、第１の探触子１と第２の探触子２０の位置を確認し、また、第１の探触子１が欠陥６からの反射超音波を受信しているかどうかを確認して、これらの情報から、第２の探触子２０が受信した反射超音波が欠陥６からのものかどうかを評価する。
【００５３】
すなわち、第１の探触子１が欠陥６からの反射超音波を受信していると評価された場合は、その位置により、第２の探触子２０が受信した反射超音波は欠陥６からのものと判断でき、評価回路２６は、第２の探触子２０の集束位置の高さ方向の変更によって生じる反射超音波の大きさの変化により、最も反射超音波が大きくなった位置を欠陥６の深さと評価する。
【００５４】
このようにすることにより、第２の探触子２０による受信ビーム径が小さいために集束効果が生じ、前記したように溶接部のような音響異方性があって超音波の屈曲や減衰があり、さらに母材部と溶金部の境界から返ってくるエコー等の雑音があっても、それらに影響されずに欠陥６からの反射超音波を識別できる。さらに、第２の探触子２０の集束位置の高さ方向の変更で欠陥６の深さを正確に評価でき、かつ、欠陥の有無と長さ、欠陥の深さを一度で検査するから短時間で探傷できる超音波探傷方法及び装置を提供することができる。
【００５５】
しかしながら、以上説明してきた図１、図２に示した実施例では、第２の探触子２、２０の集束径が小さいため、走査機構１４、２７による被検体の走査は、第２の探触子２、２０の集束径の半値幅が重なる程度の走査幅という非常に小さな幅での走査となり、走査に時間がかかっていた。そのため、第２の探触子として、集束位置を高さ方向（被検体表面に対して略垂直方向）と、第１の探触子における振動子の配列方向との両方向に変更可能なマトリクスフェーズドアレイ型探触子を用い、この問題を解決したのが図３である。
【００５６】
この図３において、（Ａ）は使用する探触子とその超音波の広がりを説明するための図、（Ｂ）は探傷実施のための構成ブロック図である。図中、図１、図２と同様な構成要素には同一番号が付してあり、１は第１の探触子たる前記図１、図２の場合と同じ通常の探触子、３０は第１の探触子１から発せられて反射してきた超音波を、集束位置３１を高さ方向と第１の探触子１における振動子の配列方向との両方向に３３のように変更しながら３２のように集めるマトリクスフェーズドアレイ型の第２の探触子、５は被検体に設けられた溶接部の断面で、溶接部５は図上、図面に垂直な方向に走っている。６は母材部と溶接部５に跨って生じた欠陥、７は第１の探触子１から第２の探触子３０の収束位置３１へ向かい、第２の探触子３０によって受信される反射超音波、９は第１の探触子１から発して被検体の底面から反射し、第１の探触子１へ戻る超音波、３４は探傷制御装置、３５は超音波送信回路、３６は反射超音波受信回路、３７は反射超音波から欠陥を抽出する反射超音波の評価回路、３８は第１の探触子１と第２の探触子３０を一体とした構造体を、図３（Ａ）に３０１で示したように第１の探触子１における振動子径の半値幅Ｒ２で被検体を往復動走査するための走査機構、３９は第２の探触子３０の集束位置を３３のように変更するため、第２の探触子３０を構成する振動子の受信間隔を遅延させるための遅延時間算出回路である。
【００５７】
この図３に示した超音波探傷装置は、固定角で拡散しながら超音波３の送受信を行う単一の振動子が配列された探触子１と、集束位置を３３で示したように、高さ方向（被検体の表面に略垂直な方向）に集束径の半値幅だけずらしながら、第１の探触子１における振動子径の半値幅を往復動走査するようにしたマトリクスフェーズドアレイ型の第２の探触子３０とを一体とした構造体を、被検体を往復動走査する走査機構３８に搭載し、第１の探触子１における振動子径の半値幅Ｒ２の走査幅で、３０１で示したように往復動しながら探触子１と探触子３０で被検体を走査し、探傷するものである。
【００５８】
このように、第２の探触子３０として集束位置を、３３で示したように高さ方向と第１の探触子１における振動子の配列方向の両方に変更可能なマトリクスフェーズドアレイ型の探触子を用いることで、図１、図２に示した被検体の走査に時間がかかる問題を解決でき、また前記したように、溶接部５の存在によって超音波が屈曲や減衰し、母材部と溶接部５との境界からのエコーなどがあっても、こういった探傷を困難にする要因に影響を受けることなく、正確な探傷を行うことができると共に、一度の探傷で欠陥のすべての検査ができ、かつ、走査機構３８による走査幅が第１の探触子１における振動子径の半値幅となって大きくなるから、探傷を短時間で行える超音波探傷方法及び装置を提供することができる。
【００５９】
次に図３（Ｂ）を用いてこの超音波探傷装置の動作を説明すると、探傷制御装置３４は、第１の探触子１と第２の探触子３０とが搭載された構造体を、３０１で示したように走査機構３８によって第１の探触子１における振動子径の半値幅Ｒ２の走査幅で被検体を往復動走査させながら、超音波送信回路３５に、第１の探触子１を構成する振動子に超音波を送るよう指示する。
【００６０】
そのため、第１の探触子１からは図３（Ａ）に３で示したように拡散する超音波が発射され、被検体内部に例えば図３（Ｂ）に９、７で示したように入ってゆく。いま、構造体を構成する第１の探触子１と第２の探触子３０とが、図３（Ｂ）に示したように被検体における溶接部５を跨ぐように位置している場合、第１の探触子１から発した超音波３は、図３（Ｂ）に９で示したように被検体の底面や欠陥６などで反射して第１の探触子１に戻ったり、また、７で示した経路に発した超音波は欠陥６の角部で反射され、３２の経路で第２の探触子３０に達する。
【００６１】
そのため探傷制御装置３４は、反射超音波受信回路３６にこれら反射超音波を受信した第１の探触子１と第２の探触子３０からの信号を取得させ、そのデータを評価回路３７に送るが、このとき遅延時間算出回路３９は、反射超音波受信回路３６に、第２の探触子３０の集束位置を、高さ方向に集束径の半値幅が重なる程度だけずらしながら、第１の探触子１における振動子径の半値幅を往復動走査させるための遅延時間を算出して与え、それによって第２の探触子２０における集束位置は、図３（Ａ）に３３で示したように高さ方向と第１の探触子１における振動子の配列方向に変化してゆく。従って、第２の探触子３０からの反射超音波の受信信号は、図３（Ｂ）に６で示した欠陥の、図上高さ方向にある角部が集束位置となったときに一番強くなる。
【００６２】
そのため、第１の探触子１と第２の探触子３０から反射超音波受信回路３６を介して反射超音波データを受け取った評価回路３７は、それぞれの超音波の発射から受信までの時間長さを算出し、それによって第１の探触子１から発した超音波がどの深さから反射してきたものであるかを評価する。
【００６３】
そしてその評価結果を基に、まず、第１の探触子１からの反射信号の中の９で示したような底面からの反射波を除き、それよりも短時間で反射してきた超音波により、被検体における欠陥６、または母材部と溶接部５との境界からの反射超音波を抽出する。また、第２の探触子３０が反射超音波を受信しているかどうかを確認し、受信していない場合は第２の探触子３０の集束位置の高さ方向と第１の探触子１における振動子の配列方向の変更による３３のような走査が終了した後、探傷制御装置３４が前記したように第１の探触子１における振動子径の半値幅Ｒ２の走査幅で、３０１で示したように被検体を往復動させながら走査を続けるよう走査機構３８に指示する。
【００６４】
そして、第２の探触子３０が反射超音波を受信している場合、評価回路３７は、探傷制御装置３４を介して送られてくる走査機構３８からの信号により、第１の探触子１と第２の探触子１、３０の位置を確認し、また、第１の探触子１が欠陥６からの反射超音波を受信しているかどうかを確認して、これらの情報から、第２の探触子３０が受信した反射超音波が欠陥６からのものかどうかを評価する。
【００６５】
すなわち、第１の探触子１が欠陥６からの反射超音波を受信していると評価された場合は、その位置により、第２の探触子３０が受信した反射超音波は欠陥６からのものと判断でき、評価回路３７は、第２の探触子３０の集束位置の高さ方向と第１の探触子１における振動子の配列方向の変更によって生じる反射超音波の大きさの変化により、最も反射超音波が大きくなった位置を欠陥６の深さと評価する。
【００６６】
このようにすることにより、第２の探触子３０による受信ビーム径が小さいために集束効果が生じ、前記したように溶接部のような音響異方性があって超音波の屈曲や減衰があり、さらに母材部と溶金部の境界から返ってくるエコー等の雑音があっても、それらに影響されずに欠陥６からの反射超音波を識別でき、さらに、第２の探触子３０の集束位置の高さ方向と第１の探触子１における振動子の配列方向の変更で欠陥６の深さを正確に評価でき、かつ、欠陥の有無と長さ、欠陥の深さを一度で検査すると共に、走査機構３８による走査幅が第１の探触子１における振動子径の半値幅となって大きくなるから、短時間で探傷できる超音波探傷方法及び装置を提供することができる。
【実施例２】
【００６７】
図４は、本発明になる超音波探傷方法及び装置の実施例２の、（Ａ）は使用する探触子とその超音波の広がりを説明するための図、（Ｂ）は探傷実施のための構成ブロック図である。以上説明してきた図１、図２、図３に示した実施例１では、第１の探触子１として、超音波を固定角で拡散させて送受信をおこなう探触子を用いていたが、この実施例２では、第１と第２の探触子として、図２の実施例で説明した第２の探触子２０と同様、超音波の集束位置を高さ方向に変更しながら送受信できる、フェーズドアレイ型の探触子を用いたものである。
【００６８】
そして、第２の探触子による集束位置を、第１の探触子から送られる超音波の集束点を中心とした高さ方向に走査することで、第１の探触子による送信超音波の集束と、第２の探触子による高さ方向の走査によって、前記したように例え溶接部のように音響異方性があって超音波の屈曲や減衰があるため超音波の集束位置が変わったり、さらに母材部と溶金部の境界から返ってくるエコー等の雑音があっても、それらに影響されずに欠陥の深さを正確に高精度で探傷でき、かつ、欠陥の有無と長さ、欠陥の深さを一度で検査するから短時間で探傷できる、超音波探傷方法及び装置を提供することができる。
【００６９】
但し、このように第１と第２の探触子を両方とも集束型とした場合、精度は高くなるが集まるデータは膨大なものになり、演算時間も多くなる。そのため、この実施例４では、第１と第２の探触子が検出した被検体の各走査断面における各集束位置に対する反射超音波データを記憶手段に記憶し、記憶した受信データから、欠陥の長さ方向における欠陥深さ方向の反射超音波強さが最大となる値を各断面毎に抽出し、その抽出した断面毎の反射超音波強さが最大となる値を重ね合わせて欠陥深さの分布を演算手段により算出することで、欠陥深さ分布を表示できるようにし、こういった問題をも解決できるようにしたものである。
【００７０】
この図４において、図中、図１、図２、図３と同様な構成要素には同一番号が付してあり、４０は送信した４１のような超音波における高さ方向の集束位置を５３のように変更できる集束型の第１の探触子、４２は第１の探触子４０から発せられて反射してきた超音波を、高さ方向の集束位置を５２のように第１の探触子４０による集束位置を中心に変更しながら、４３のように集める集束型の第２の探触子、５は被検体に設けられた溶接部の断面で、溶接部５は図上、図面に垂直な方向に走っている。６は母材部と溶接部５に跨って生じた欠陥、４１は第１の探触子４０の収束位置へ向かう超音波、４３は第２の探触子４２によって受信される反射超音波、４４は探傷制御装置、４５は超音波送信回路、４６は反射超音波受信回路、４７は第１の探触子４０と第２の探触子４２とを一体とした構造体を、図４（Ａ）に５２で示したように、第１または第２の探触子４０、４２における集束径の半値幅Ｒ３で被検体を往復動走査できるようにする走査機構、４８は第２の探触子４２の集束位置を５２のように変更するため、第２の探触子４２の受信間隔を遅延させるための遅延時間算出回路、４９は反射超音波受信回路４６が受信した反射超音波データを記憶する受信データ記憶装置、５０は演算回路、５１は表示装置である。
【００７１】
この図４に示した超音波探傷装置は、図４（Ａ）に示したように、超音波を４１を集束させ、その集束位置を５３のように高さ方向に変更可能として送受信を行うフェーズドアレイ型の第１の探触子４０と、集束位置を５２で示したように高さ方向に変更できる第２のフェーズドアレイ型探触子４２とを一体とした構造体を、被検体を往復動走査する走査機構４７に搭載し、図４（Ａ）に５２で示したように、第１、または第２の探触子４０、４２における集束幅の半値幅Ｒ３が重なる幅で往復動しながら、探触子４０と探触子４２とで被検体を走査して探傷するものである。
【００７２】
このように、第１と第２の探触子４０、４２として、超音波の集束位置が前記被検体表面に対して略高さ方向に変更可能なフェーズドアレイ型を用いることで、第１の探触子４０による送信超音波の集束と、第２の探触子４２による、第１の探触子４０から送られる超音波の集束点を中心とした高さ方向の走査によって、例え溶接部のように音響異方性があって超音波の屈曲や減衰があり、さらに母材部と溶金部の境界から返ってくるエコー等の雑音があっても、それらに影響されずに欠陥の深さを正確に高精度で探傷でき、かつ、欠陥の有無と長さ、欠陥の深さを一度で検査するから短時間で探傷できる、超音波探傷方法及び装置を提供することができる。
【００７３】
次に図４（Ｂ）を用いてこの超音波探傷装置の動作を説明する。探傷制御装置４４は、遅延時間算出回路４８に指示して第１の探触子４０から発する超音波が、高さ方向に５３のように集束位置を移動して被検体を走査するよう遅延時間を算出させ、また、第２の探触子４２が、第１の探触子４０による超音波の集束位置を中心に高さ方向に５２のように集束位置を変更するための遅延時間を算出させる。そしてこれらの遅延時間によって、超音波送信回路４５に第１の探触子４０から超音波を送るよう指示し、被検体を走査させながら、第１と第２の探触子４０、４２が搭載された構造体を、図４（Ａ）に５２で示したように、走査機構４７によって超音波の集束径の半値幅Ｒ３が重なる程度の幅で往復動走査させる。
【００７４】
そのため、第１の探触子４０から発した超音波が、図４（Ａ）、（Ｂ）に４１で示したように被検体内部に入ってゆく。いま、構造体を構成する第１の探触子４０と第２の探触子４２とが、図４（Ｂ）に示したように被検体における溶接部５を跨ぐように位置している場合、第１の探触子４０から発した超音波が、図４（Ｂ）に４１で示した経路に進むと、欠陥６の角部で反射されて４３の経路で第２の探触子４２に達し、同時に経路４１を戻って第１の探触子４０にも達する。
【００７５】
そのため探傷制御装置４４は、被検体を走査している間、反射超音波受信回路４６にこれら反射超音波を受信した第１の探触子４０と第２の探触子４２からの信号を取得させ、そのデータを受信データ記憶装置４９に送って記憶させる。
【００７６】
そして探傷制御装置４４は、このように被検体の走査によって受信データ記憶手段４９に記憶された、反射超音波受信回路４６からの第１の探触子４０と第２の探触子４２からの反射信号を走査断面毎に演算回路５０に読み出し、欠陥の長さ方向における欠陥深さ方向の反射超音波強さが最大となる値を例えば図５（Ａ）のように抽出させる。なお、この図５（Ａ）において、７０は一走査断面を表し、そのなかの＊マークは欠陥深さ方向の反射超音波強さが最大となる値がある位置を示している。
【００７７】
そしてさらに、前記した走査機構３８による、第１または第２の探触子４０、４２における集束幅の半値幅が重なる幅での走査毎に、図５（Ｂ）に示したようにそれぞれの断面７０、７１、７２、……の、欠陥の長さ方向における欠陥深さ方向の反射超音波強さが最大となる値を抽出させる。こうして走査機構３８による走査が終了したら、探傷制御装置４４は演算回路５０に指示して、この図５（Ｂ）に示した各断面７０、７１、７２、……における、反射超音波強さが最大となる値を図５（Ｃ）のように１つの面７５に重ね合わさせ、さらに、その重ね合わせた結果から、図５（Ｄ）に７６で示したように、欠陥深さの分布を算出させて、それを表示装置５１に表示させる。
【００７８】
このように反射超音波データを処理することで、例え膨大なデータであっても高速に処理することができ、欠陥深さの評価の高速化を達成することができる。また、第１と第２の探触子４０、４２として、超音波の集束位置が前記被検体表面に対して略垂直方向に変更可能なフェーズドアレイ型を用いたことで、両探触子のビーム径が小さいために集束効果が生じ、前記したように溶接部のような音響異方性があって超音波の屈曲や減衰があり、さらに母材部と溶金部の境界から返ってくるエコー等の雑音があっても、それらに影響されずに欠陥６からの反射超音波を識別できる。さらに、第２の探触子３０の集束位置を、高さ方向と第１の探触子１における振動子の配列方向との両方に変更できることで、超音波の屈曲があっても第１の探触子４０の集束位置が異なってしまっても欠陥６の深さを正確に評価でき、かつ、欠陥の有無と長さ、欠陥の深さを一度で検査すると共に、走査機構３８による走査幅が第１の探触子１における振動子径の半値幅となって大きくなるから、短時間で探傷できる超音波探傷方法及び装置を提供することができる。
【実施例３】
【００７９】
なお、以上説明してきた実施例では、第１の探触子と第２の探触子が被検体における溶接部と母材部を跨ぐような配置となる場合を説明してきたが、溶接部に被検体表面から盛り上がっている余盛がある場合、第１の超音波探触子と第２の超音波探触子とを一体とした場合は余盛部に構造体が乗り上げてしまうために走査ができない。また、例え探触子が乗り上げても、走査機構による走査だけは可能であったとしても、超音波探傷用の超音波は空気中を伝わらないため、余盛部分の探傷が難しくなる。そのため、この問題を解決したのが図６に示した実施例３である。
【００８０】
この図６に示した実施例３は、構成自体は前記図３に示した第１の探触子として超音波が固定角で拡散して送受信する単一の振動子が配列された探触子を用い、第２の探触子として、集束位置を高さ方向と、第１の探触子における振動子の配列方向との両方向に変更可能なマトリクスフェーズドアレイ型探触子を用いた、超音波探傷装置と全く同じである。
【００８１】
しかしこの実施例３では、構造体に搭載した第１の超音波探触子と第２の超音波探触子との配列方向を、溶接部の余盛方向と一致するようにして、第１の探触子における振動子径の半値幅だけ移動させながら余盛方向に往復動走査して探傷するようにしたものである。
【００８２】
このようにすることにより、例え溶接部に余盛があっても、そういった問題が生ぜず、かつ、マトリクスフェーズドアレイ型の探触子は集束位置を広範囲に変化させて欠陥先端からのエコーの有無を精査できるため、欠陥の検出精度が良く、また、探触子の電子走査が高速なため、走査機構が第１の探触子における振動子径の半値幅で被検体を走査することと相俟って、高速な探傷が可能となる。
【００８３】
そのため図６（Ａ）に、使用する探触子とその超音波の広がりを説明するための図、（Ｂ）に探傷実施のための構成ブロック図を示したように、図中６１で示した第１の探触子から発する超音波を溶接部５内に進入するように広範囲に送信し、第２の探触子６０による集束位置も、溶接部５内に進入するように走査したものである。
【００８４】
図６において、前記図３と同様な構成要素には同一番号が付してあり、６１は超音波が６３で示したように固定角で拡散して送受信する単一の振動子が配列された第１の探触子、６０は第１の探触子６１から発せられて反射してきた超音波を、集束位置６４を高さ方向と第１の探触子６１における振動子の配列方向との両方向に６５のように変更しながら６２のように集めるマトリクスフェーズドアレイ型の第２の探触子、５は被検体に設けられた溶接部の断面で、溶接部５は図上、図面に垂直な方向に走っている。６は母材部と溶接部５に跨って生じた欠陥、６３は第１の探触子６１から第２の探触子６０の収束位置６４へ向かい、６２のように反射して第２の探触子６０によって受信される超音波、６３は第１の探触子６１から発して被検体の底面から反射し、第１の探触子６１へ戻る超音波、３４は探傷制御装置、３５は超音波送信回路、３６は反射超音波受信回路、３７は反射超音波から欠陥を抽出する反射超音波の評価回路、３８は第１の探触子６１と第２の探触子６０を一体とした構造体を、図６（Ａ）に６８で示したように、第１の探触子６１における振動子径の半値幅Ｒ４で被検体を往復動走査するための走査機構、３９は第２の探触子６０の集束位置を６５のように変更するため、第２の探触子６０を構成する振動子の受信間隔を遅延させるための遅延時間算出回路、６６は溶接部５の余盛部である。
【００８５】
この図６に示した超音波探傷装置は、前記したように、第１の超音波探触子６１と第２の超音波探触子６０との配列方向を、溶接部５の余盛６６の方向と一致するようにして、第１の探触子６１における振動子径の半値幅Ｒ４だけ移動させながら図６（Ａ）に６８で示したように、余盛方向に往復動走査して探傷する以外は、前記図３で説明した超音波探傷装置と同じである。
【００８６】
そのため、図６（Ｂ）を用いてこの超音波探傷装置の動作を簡単に説明すると、探傷制御装置３４は、第１の探触子６１と第２の探触子６０とが搭載された構造体を、走査機構３８によって第１の探触子６１における振動子径の半値幅の走査幅で被検体を往復動走査させながら、超音波送信回路３５に、第１の探触子１を構成する振動子に超音波を送るよう指示する。
【００８７】
そのため、第１の探触子１からは図６（Ａ）に６３で示したように拡散する超音波が発射され、被検体内部に例えば図６（Ｂ）に６３で示したように入ってゆく。この実施例３では、構造体を構成する第１の探触子６１と第２の探触子６０とが、図６（Ｂ）に示したように被検体における溶接部５の余盛部方向と同じ方向に位置しているから、第１の探触子６１から発した超音波６３は、被検体の底面で反射されて第１の探触子６１で受信される超音波と、溶接部５側に向かって欠陥６の角部で反射し、第１の探触子６１と第２の探触子６０の両方で受信されるものが存在する。
【００８８】
そのため探傷制御装置３４は、反射超音波受信回路３６にこれら反射超音波を受信した第１の探触子１と第２の探触子３０からの信号を取得させ、そのデータを評価回路３７に送るが、このとき遅延時間算出回路３９は、反射超音波受信回路３６に、第２の探触子６０の集束位置を、高さ方向に集束径の半値幅だけずらしながら、第１の探触子６１における振動子径の半値幅を往復動走査させるための遅延時間を算出して与え、それによって第２の探触子６０における集束位置は、図６（Ａ）に６５で示したように高さ方向と第１の探触子６１における振動子の配列方向に変化してゆく。従って、第２の探触子６０からの反射超音波の受信信号は、図６（Ｂ）に６で示した欠陥の、図上垂直方向にある角部が集束位置となったときに一番強くなる。
【００８９】
そのため、第１の探触子６１と第２の探触子６０から反射超音波受信回路３６を介して反射超音波データを受け取った評価回路３７は、それぞれの超音波の発射から受信までの時間長さを算出し、それによって第１の探触子６１から発した超音波がどの深さから反射してきたものであるかを評価する。
【００９０】
そしてその評価結果を基に、まず、第１の探触子６１からの反射信号の中の底面からの反射波を除き、それよりも短時間で反射してきた超音波により、被検体における欠陥６、または母材部と溶接部５との境界からの反射超音波を抽出する。また、第２の探触子６０が反射超音波を受信しているかどうかを確認し、受信していない場合は第２の探触子６０の集束位置の高さ方向と第１の探触子６１における振動子の配列方向の変更による５５のような走査が終了した後、探傷制御装置３４が前記したように第１の探触子６１における振動子径の半値幅Ｒ４の走査幅で、被検体を図６（Ａ）に６８で示したように、往復動させながら走査を続けるよう走査機構３８に指示する。
【００９１】
そして、第２の探触子３０が反射超音波を受信している場合、評価回路３７は、探傷制御装置３４を介して送られてくる走査機構３８からの信号により、第１の探触子１と第２の探触子６０、６１の位置を確認し、また、第１の探触子６１が欠陥６からの反射超音波を受信しているかどうかを確認して、これらの情報から、第２の探触子６０が受信した反射超音波が欠陥６からのものかどうかを評価する。
【００９２】
すなわち、第１の探触子６１が欠陥６からの反射超音波を受信していると評価された場合は、その位置により、第２の探触子６０が受信した反射超音波は欠陥６からのものと判断でき、評価回路３７は、第２の探触子６０の集束位置の高さ方向と第１の探触子６１における振動子の配列方向の変更によって生じる反射超音波の大きさの変化により、最も反射超音波が大きくなった位置を欠陥６の深さと評価する。
【００９３】
このようにすることにより、第２の探触子６０による受信ビーム径が小さいために集束効果が生じ、前記したように溶接部のような音響異方性があって超音波の屈曲や減衰があり、さらに母材部と溶金部の境界から返ってくるエコー等の雑音があっても、それらに影響されずに欠陥６からの反射超音波を識別できる。また、溶接部５に余盛があっても、第１の超音波探触子６１と第２の超音波探触子６０とが余盛方向に配置されているから、こういった余盛に邪魔されることなく探傷することが可能であり、さらに、第２の探触子６０の集束位置を、高さ方向と第１の探触子６１における振動子の配列方向に変更することで欠陥６の深さを正確に評価でき、かつ、欠陥の有無と長さ、欠陥の深さを一度で検査すると共に、走査機構３８による走査幅が第１の探触子６１における振動子径の半値幅Ｒ４となって大きくなるから、短時間で探傷できる超音波探傷方法及び装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
以上種々述べてきたように本発明によれば、簡単な構成でしかも短時間で、溶接部のように音響異方性があって超音波の屈曲や減衰があり、さらに母材部と溶金部の境界から返ってくるエコー等の雑音がある部位に生じた欠陥の長さ、深さを、正確に探傷できる超音波探傷方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明になる超音波探傷装置の実施例１の概略構成図で、（Ａ）は使用する探触子とその超音波の広がりを説明するための図、（Ｂ）は探傷実施のための構成ブロック図である。
【図２】本発明になる超音波探傷装置の実施例１の第１変形例概略構成図で、（Ａ）は使用する探触子とその超音波の広がりを説明するための図、（Ｂ）は探傷実施のための構成ブロック図である。
【図３】本発明になる超音波探傷装置の実施例１の第２変形例概略構成図で、（Ａ）は使用する探触子とその超音波の広がりを説明するための図、（Ｂ）は探傷実施のための構成ブロック図である。
【図４】本発明になる超音波探傷装置の実施例２の概略構成図で、（Ａ）は使用する探触子とその超音波の広がりを説明するための図、（Ｂ）は探傷実施のための構成ブロック図である。
【図５】実施例２の超音波探傷装置により受信した反射超音波から被検体の欠陥を抽出する方法を説明するための図である。
【図６】溶接部に余盛があっても探傷が可能な本発明になる超音波探傷装置の実施例３の概略構成図で、（Ａ）は使用する探触子とその超音波の広がりを説明するための図、（Ｂ）は探傷実施のための構成ブロック図である。
【図７】従来の探傷方法を説明するための図で、（Ａ）、（Ｃ）に欠陥を長さ方向から見た断面図を、（Ｂ）、（Ｄ）に欠陥を長さ方向に対して直角の方向から見た断面図である。
【図８】超音波探傷用探触子を２つ用いた従来の探傷方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９６】
１  第１の探触子
２  第２の探触子
３  第１の探触子による超音波の拡散範囲
４  集束位置
５  溶接部
６  欠陥
７  第２の探触子の収束位置４へ向う超音波
８  第２の探触子の集束範囲
９  第１の探触子１へ戻る超音波
１０  探傷制御装置
１１  超音波送信回路
１２  反射超音波受信回路
１３  評価回路
１４  走査機構
【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】
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【図７】
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【図８】
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