(57)【要約】【課題】超音波センサからの超音波伝播経路を精度よく求めることが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】複数の超音波素子が配置された超音波アレイセンサを用いる。超音波アレイセンサから発信された超音波の伝播経路を求めるのに必要な情報をコンピュータに入力する入力ステップ１０１と、超音波アレイセンサを用いて検査対象物に超音波探傷を実施する探傷ステップ１０２と、超音波素子ごとの超音波の伝播経路を求める第１の経路計算ステップ１０３と、超音波アレイセンサからの超音波の伝播経路を求める第２の経路計算ステップ１０４、１０５を備える。第２の経路計算ステップ１０４、１０５では、超音波素子ごとの超音波の伝播経路を用いて、超音波アレイセンサの超音波発信位置を求め、超音波アレイセンサからの超音波の伝播経路として、超音波発信位置からの超音波の伝播経路を求める。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超音波素子が配置された超音波アレイセンサを用い、
前記超音波アレイセンサから発信された超音波の伝播経路を求めるのに必要な情報をコンピュータに入力する入力ステップと、
前記超音波アレイセンサを用いて検査対象物に超音波探傷を実施する探傷ステップと、
前記コンピュータが、前記超音波素子ごとの超音波の伝播経路を求める第１の経路計算ステップと、
前記コンピュータが、前記超音波アレイセンサからの超音波の伝播経路を求める第２の経路計算ステップと、を備え、
前記第２の経路計算ステップでは、前記コンピュータが、
前記第１の経路計算ステップで求めた前記超音波素子ごとの超音波の伝播経路を用いて、前記超音波アレイセンサの超音波発信位置を求め、
前記超音波アレイセンサからの超音波の伝播経路として、前記超音波発信位置からの超音波の伝播経路を求める、
ことを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項２】
前記第２の経路計算ステップでは、前記コンピュータが、
前記第１の経路計算ステップで求めた前記超音波素子ごとの超音波の伝播経路における、超音波が前記検査対象物に入射する角度である屈折角を求め、
前記屈折角が予め定めた範囲内にある前記超音波素子の群を求め、
求めた前記超音波素子の群の中心を前記超音波発信位置とする、
請求項１に記載の超音波探傷方法。
【請求項３】
前記屈折角の前記予め定めた範囲は、前記超音波素子から発信された超音波が垂直偏波横波の場合には３５°以上かつ５５°以下であり、前記超音波素子から発信された超音波が縦波の場合には−６５°以上かつ６５°以下である、
請求項２に記載の超音波探傷方法。
【請求項４】
前記第２の経路計算ステップでは、前記コンピュータが、
前記第１の経路計算ステップで求めた前記超音波素子ごとの超音波の伝播経路を用いて、前記超音波アレイセンサから前記検査対象物に入射する超音波の入射強度についての、前記超音波アレイセンサの重心位置を求め、
求めた前記重心位置を前記超音波発信位置とする、
請求項１に記載の超音波探傷方法。
【請求項５】
前記入力ステップでは、前記情報として、少なくとも、前記超音波アレイセンサの位置、前記超音波素子の配列、前記超音波素子のサイズ、前記検査対象物の超音波探傷を行う位置、及び前記検査対象物の内部での超音波の音速を入力する、
請求項１、２、及び４のいずれか１項に記載の超音波探傷方法。
【請求項６】
前記探傷ステップは、前記入力ステップ、前記第１の経路計算ステップ、及び前記第２の経路計算ステップのうちいずれか１つのステップの後に実施する、
請求項１、２、及び４のいずれか１項に記載の超音波探傷方法。
【請求項７】
前記コンピュータが、前記第２の経路計算ステップで求めた前記超音波発信位置からの超音波の伝播経路と、前記探傷ステップで得られた超音波の反射強度とを表示する表示ステップをさらに備える、
請求項１、２、及び４のいずれか１項に記載の超音波探傷方法。
【請求項８】
前記探傷ステップで得られた超音波の反射波を用いて、前記検査対象物上における前記超音波アレイセンサの位置を三角測量の原理で求める位置測定ステップをさらに備える、
請求項１、２、及び４のいずれか１項に記載の超音波探傷方法。
【請求項９】
検査対象物に超音波探傷を実施する超音波アレイセンサに接続可能なコンピュータを備え、前記超音波アレイセンサは、複数の超音波素子が配置されており、
前記コンピュータは、前記超音波アレイセンサから発信された超音波の伝播経路を求めるのに必要な情報を入力する入力部と、前記超音波アレイセンサからの超音波の伝播経路を求める解析部と、を備え、
前記解析部は、
前記超音波素子ごとの超音波の伝播経路を求め、
前記超音波素子ごとの超音波の伝播経路を用いて、前記超音波アレイセンサの超音波発信位置を求め、
前記超音波発信位置からの超音波の伝播経路を求める、ように構成されている、
ことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項１０】
前記解析部は、
前記超音波素子ごとの超音波の伝播経路における、超音波が前記検査対象物に入射する角度である屈折角を求め、
前記屈折角が予め定めた範囲内にある前記超音波素子の群を求め、
求めた前記超音波素子の群の中心を前記超音波発信位置とする、
請求項９に記載の超音波探傷装置。
【請求項１１】
前記屈折角の前記予め定めた範囲は、前記超音波素子から発信された超音波が垂直偏波横波の場合には３５°以上かつ５５°以下であり、前記超音波素子から発信された超音波が縦波の場合には−６５°以上かつ６５°以下である、
請求項１０に記載の超音波探傷装置。
【請求項１２】
前記解析部は、
前記超音波素子ごとの超音波の伝播経路を用いて、前記超音波アレイセンサから前記検査対象物に入射する超音波の入射強度についての、前記超音波アレイセンサの重心位置を求め、
求めた前記重心位置を前記超音波発信位置とする、
請求項９に記載の超音波探傷装置。
【請求項１３】
前記コンピュータは、表示部と接続され、前記超音波発信位置からの超音波の伝播経路と、前記検査対象物に実施した超音波探傷で得られた超音波の反射強度とを、前記表示部に表示する、
請求項９、１０、及び１２のいずれか１項に記載の超音波探傷装置。
【請求項１４】
前記解析部は、前記超音波アレイセンサが前記検査対象物に発信した超音波の反射波を用いて、前記検査対象物上における前記超音波アレイセンサの位置を三角測量の原理で求める、
請求項９、１０、及び１２のいずれか１項に記載の超音波探傷装置。
【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超音波探傷装置に関し、特にアレイセンサを用いた超音波探傷方法及び超音波探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波探傷装置は、超音波を用いて検査対象物の欠陥の有無を検査する装置であり、例えば、蒸気タービンのロータの動翼を検査するのに使用される。
【０００３】
図１は、蒸気タービンのロータの動翼を示す模式図である。図１には、一例として、フォーク型の動翼３０を示している。動翼３０は、ロータのディスク３１と組み合わされて蒸気タービンを構成する。ディスク３１は、回転軸の外周側に取り付けられた円盤状の部材であり、ディスクフォークと、ピン穴を有している。なお、図１は、ディスク３１の一部のみを示しており、ディスク３１の断面形状を示している。動翼３０は、ロータのディスク３１の植込部と係合するように設けられた複数のフォーク部３２を備えている。フォーク部３２は、ロータのディスク３１の植込部のディスクフォークの間隔に対応する間隔で配置されている。図１には、フォーク部３２の拡大図も示す。
【０００４】
ディスク３１のピン穴は、動翼３０をディスク３１に固定するためのピン３３が挿入されるものである。このピン穴は、動翼３０に設けられたピン穴３４と中心と直径が同一となるよう製作されている。フォーク部３２は、軸方向の一端に平面部３５を備える。
【０００５】
蒸気タービンの回転により、ピン穴３４に応力がかかるため、ピン穴３４は、検査が必要である。図１に示したフォーク部３２では、径方向に３つあるピン穴３４が検査箇所である。
【０００６】
図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃは、動翼３０のピン穴３４を超音波探傷する方法の概念図である。図２Ａは、フォーク部３２の一部の側面図であり、フォーク部３２のピン穴３４と平面部３５を示す。図２Ｂは、図２Ａに示したフォーク部３２を図２Ａの右方から見た断面図である。図２Ｃは、フォーク部３２の断面図である。超音波センサ２（例えば、複数の超音波素子を備えるアレイセンサ）は、フォーク部３２の平面部３５に設置される。
【０００７】
超音波センサ２は、複数の超音波素子を備えている。各超音波素子から発信された超音波は、合成波面を形成する。この合成波面により超音波ビームが形成され、超音波センサ２は、この超音波ビームで超音波探傷を実施する。以下では、この超音波ビームのことを「超音波センサから発信された超音波」や「超音波センサからの超音波」等と呼ぶ。
【０００８】
図２Ａ〜図２Ｃに示すように、フォーク部３２の平面部３５に超音波センサ２を設置し、電子走査により超音波を走査し、フォーク部３２の内部で超音波を反射させることで探傷したい位置（探傷位置）に超音波を入射させて探傷する。図２Ａ〜図２Ｃには、超音波センサ２からの超音波の伝播経路（以下「超音波伝播経路」とも称する。）３６を示す。探傷方法としては、フェーズドアレイ法や開口合成法等が用いられる。
【０００９】
特許文献１には、従来の超音波探傷の方法と装置の例が記載されている。従来は、超音波センサからの超音波（超音波ビーム）は、超音波センサの中心（全ての超音波素子の幾何学的な中心）から発信されるものとみなしており、超音波が超音波センサの中心位置から発信されて探傷位置に入射すると考えた場合の探傷結果を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１３−７９９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、従来の超音波探傷の方法と装置では、超音波センサ（以下、「センサ」とも称する。）の中心位置から発信された超音波（超音波ビーム）が探傷位置に入射したと仮定し、センサの中心位置からの超音波伝播経路を求めている。
【００１２】
しかし、実際の超音波探傷では、検査対象物の形状（例えば、穴、凹部、及び凸部）でさえぎられるため、一部の超音波素子（以下、「素子」とも称する。）から発信された超音波が探傷位置に入射しないことがある。例えば、図２Ａ〜図２Ｃに示した伝播経路３６で伝播する超音波は、探傷位置に入射するが、図２Ｃに示した伝播経路３６ａで伝播する超音波は、フォーク部３２の形状でさえぎられて探傷位置に入射しない。また、センサの位置を固定して広範囲に超音波を走査する場合、探傷条件によっては入射効率が低い屈折角を持つ素子がある。
【００１３】
従来は、探傷位置に入射しない又は入射効率が低い超音波素子も含めて超音波伝播経路を求めているので、実際の超音波伝播経路とは異なる伝播経路が求められることがある。従って、従来の超音波探傷の方法と装置で求めた伝播経路の誤差は、大きくなることがあり、探傷位置を正確に求めることができず、検査したい位置を探傷できない可能性が生じる。
【００１４】
本発明は、超音波センサからの超音波伝播経路を精度よく求めることが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】
【００１５】
本発明による超音波探傷方法は、次のような特徴を備える。複数の超音波素子が配置された超音波アレイセンサを用い、前記超音波アレイセンサから発信された超音波の伝播経路を求めるのに必要な情報をコンピュータに入力する入力ステップと、前記超音波アレイセンサを用いて検査対象物に超音波探傷を実施する探傷ステップと、前記コンピュータが、前記超音波素子ごとの超音波の伝播経路を求める第１の経路計算ステップと、前記コンピュータが、前記超音波アレイセンサからの超音波の伝播経路を求める第２の経路計算ステップとを備える。前記第２の経路計算ステップでは、前記コンピュータが、前記第１の経路計算ステップで求めた前記超音波素子ごとの超音波の伝播経路を用いて、前記超音波アレイセンサの超音波の発信位置を求め、前記超音波アレイセンサからの超音波の伝播経路として、前記超音波発信位置からの超音波の伝播経路を求める。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、超音波センサからの超音波伝播経路を精度よく求めることが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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】蒸気タービンのロータのフォーク型動翼を示す模式図。
【図２Ａ】動翼のフォーク部のピン穴を超音波探傷する方法の概念図であり、フォーク部の一部の側面図。
【図２Ｂ】動翼のフォーク部のピン穴を超音波探傷する方法の概念図であり、図２Ａに示したフォーク部を図２Ａの右方から見た断面図。
【図２Ｃ】動翼のフォーク部のピン穴を超音波探傷する方法の概念図であり、フォーク部の断面図。
【図３Ａ】屈折角θが３５°以上かつ５５°以下の場合の超音波伝播経路を示す図。
【図３Ｂ】屈折角θが５５°より大きい場合の超音波伝播経路を示す図。
【図３Ｃ】屈折角θが３５°より小さい場合の超音波伝播経路を示す図。
【図４Ａ】超音波伝播経路を求める方法を説明するための体系の例を示す図。
【図４Ｂ】探傷距離が１５ｍｍの場合の、アレイセンサを構成する超音波素子ごとの屈折角を示す図。
【図４Ｃ】探傷距離が３０ｍｍの場合の、アレイセンサを構成する超音波素子ごとの屈折角を示す図。
【図４Ｄ】探傷距離が５０ｍｍの場合の、アレイセンサを構成する超音波素子ごとの屈折角を示す図。
【図４Ｅ】探傷距離Ｄｘが５０ｍｍの場合に、超音波の入射効率が高い素子の素子群の中心から探傷位置までの超音波伝播経路を示す図。
【図５】本発明の実施例１による超音波探傷装置の構成を示すブロック図。
【図６】本発明の実施例１による超音波探傷方法のフロー図。
【図７】超音波伝播経路の表示例。
【図８】本発明の実施例２による超音波探傷方法のフロー図。
【図９】本発明の実施例２での、センサの入射強度重心の計算方法の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明による超音波探傷方法及び超音波探傷装置では、超音波センサ（センサ）を用いて超音波探傷を行い、従来の方法と装置に比べ、センサからの超音波伝播経路を精度よく求めることができる。以下、本発明の実施例による超音波探傷方法及び超音波探傷装置を、図面を用いて説明する。なお、センサは、複数の超音波素子（素子）が並んで配置された超音波アレイセンサであり、例えば、素子がリニア状に並んだリニアアレイセンサ、素子がマトリクス状に並んだマトリクスアレイセンサ、及び素子が円形状に並んだアニュラーアレイセンサ等を用いることができる。
【００１９】
初めに、従来の超音波探傷方法と超音波探傷装置において、求めた超音波伝播経路に誤差が含まれる理由を詳しく説明する。上述したように、従来は、センサの中心位置（全ての超音波素子の幾何学的な中心位置）から発信された超音波が探傷位置に入射したとして、センサからの超音波伝播経路を求めている。
【００２０】
図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃは、超音波探傷において、センサ２からの超音波伝播経路に誤差が含まれる原因を説明する図である。検査対象物４には、シュー３が設置される。センサ２は、複数の素子１を備え、シュー３に載置される。シュー３は、検査対象物４に接する底面と、上面である斜面とを備え、斜面にセンサ２が載置される。すなわち、センサ２の素子１は、シュー３の斜面に沿って配列される。
【００２１】
図３Ａ〜図３Ｃには、超音波が屈折角θでセンサ２から検査対象物４の探傷位置７に入射した場合の、超音波伝播経路８ａ〜８ｃをそれぞれ示す。屈折角θは、超音波の検査対象物４への入射角度（超音波の伝播方向）である。検査対象物４のセンサ設置面の法線に対する超音波進行方向の角度を、屈折角θと定義する。なお、垂直偏波横波の場合には、屈折角θが３５°以上かつ５５°以下であれば、超音波の入射効率が高い（探傷に寄与する）ことが知られている。
【００２２】
図３Ａには、センサ２の全ての超音波素子から発信された超音波の屈折角θが３５°以上かつ５５°以下の場合の、超音波伝播経路８ａを示している。この場合、センサ２の中心位置から発信されたとして求めた超音波伝播経路８ａは、実際の超音波の伝播経路との誤差が小さい。
【００２３】
図３Ｂには、センサ２の中心位置から発信された超音波の屈折角θが５５°より大きい場合の、超音波伝播経路８ｂを示している。この例では、シュー３の斜面の上端近傍にある超音波素子から発信された超音波（伝播経路を実線で示している）は、屈折角が３５°以上かつ５５°以下であり入射効率が高い。
【００２４】
図３Ｃには、センサ２の中心位置から発信された超音波の屈折角θが３５°より小さい場合の、超音波伝播経路８ｃを示している。この例では、シュー３の斜面の下端近傍にある超音波素子から発信された超音波（伝播経路を実線で示している）は、屈折角が３５°以上かつ５５°以下であり入射効率が高い。
【００２５】
図３Ｂ及び図３Ｃの場合には、センサ２の中心位置から発信された超音波は入射効率が低い。従って、センサ２の中心位置からの超音波伝播経路の誤差は大きい。
【００２６】
従来の超音波探傷方法と超音波探傷装置では、センサ２の中心位置から発信された超音波が検査対象物４に入射するとして、センサ２から探傷位置７までの超音波伝播経路を求めていた。このため、超音波の屈折角が５５°より大きい素子１がある場合、あるいは３５°より小さい素子１がある場合には、求めた超音波伝播経路と実際の超音波伝播経路とが異なり、求めた超音波伝播距離の誤差が大きくなることがある。この結果、探傷した位置を正確に求めることができず、検査したい位置を探傷できない可能性が生じる。
【００２７】
本発明による超音波探傷方法と超音波探傷装置では、センサ２から発信された超音波伝播経路を精度よく求めることができる。
【００２８】
以下では、垂直偏波横波を用いて超音波探傷を行う例について説明する。上述したように、垂直偏波横波は、屈折角θが３５°以上かつ５５°以下であれば入射効率が高いことが知られている。なお、本発明による超音波探傷方法と超音波探傷装置は、縦波の超音波を用いて超音波探傷を行うこともできる。縦波の超音波では、屈折角θが−６５°以上かつ６５°以下であれば入射効率が高いことが知られている。
【００２９】
また、以下の実施例では、一例として、センサ２としてリニアアレイセンサを用いる。
【実施例１】
【００３０】
本発明の実施例１による超音波探傷方法と超音波探傷装置を説明する。本実施例では、センサ２の素子１のうち、屈折角θが３５°以上かつ５５°以下となる超音波を発信する素子、すなわち超音波の入射効率が高い素子を求め、求めた素子の素子群の中心（幾何学的な中心）をセンサ２から超音波が発信される位置（センサ２の超音波の発信位置）とし、この発信位置からの超音波伝播経路を求める。
【００３１】
図４Ａ〜図４Ｅは、実施例１において、超音波伝播経路を求める方法を説明するための図である。
【００３２】
図４Ａは、超音波伝播経路９ａを求める方法を説明するための体系の例を示す図である。センサ２は、３０個の素子１を備え、シュー３に載置される。センサ２内の素子１のピッチは、０．６４ｍｍである。素子１には、シュー３の斜面の下端から上端（図４Ａの左から右）に向かって１から３０までの番号が付けられている。検査対象物４は、蒸気タービンのロータが備える動翼３０のフォーク部３２を模擬したものであり、高さ（厚さ）Ｈが３０ｍｍである。シュー３は、シュー角（シュー３の傾斜角度、すなわち斜面の底面に対する角度）が２７°であり、センサ２を載置したときのセンサ２の中心における高さが１２．７ｍｍである。シュー３の斜面の下端から探傷位置７までの、シュー３の底面に平行な方向の距離を「探傷距離Ｄｘ」と称する。
【００３３】
素子１は、全ての素子１の素子群の中心がセンサ２の中心に位置するように、センサ２の内部に配置される。各素子１の位置（座標）は、センサ２の中心の位置（座標）、シュー角、センサ２の中心におけるシュー３の高さ、及びセンサ２内の素子１の配列とサイズから求めることができる。
【００３４】
図４Ｂ〜図４Ｄは、センサ２を構成する素子１ごとの屈折角θを示す図であり、図４Ｂは探傷距離Ｄｘが１５ｍｍの場合を、図４Ｃは探傷距離Ｄｘが３０ｍｍの場合を、図４Ｄは探傷距離Ｄｘが５０ｍｍの場合を、それぞれ示している。図４Ｂ〜図４Ｄにおいて、横軸は素子１の番号を表し、縦軸は屈折角θを表す。図４Ｂ〜図４Ｄのグラフは、各素子１の位置（座標）、探傷位置７の座標、シュー角、検査対象物４の高さ（厚さ）Ｈ、シュー３の内部での超音波の音速、及び検査対象物４の内部での超音波の音速を用いて、超音波伝播経路９ａと屈折角θを求めることにより、求めることができる。
【００３５】
図４Ｂに示すように、探傷距離Ｄｘが１５ｍｍの場合には、番号１〜５の素子１は、屈折角θが３５°以上かつ５５°以下であり、発信する超音波の入射効率が高い。図４Ｃに示すように、探傷距離Ｄｘが３０ｍｍの場合には、番号１〜２９の素子１は、屈折角θが３５°以上かつ５５°以下であり、発信する超音波の入射効率が高い。図４Ｄに示すように、探傷距離Ｄｘが５０ｍｍの場合には、番号１７〜３０の素子１は、屈折角θが３５°以上かつ５５°以下であり、発信する超音波の入射効率が高い。
【００３６】
図４Ｂ〜図４Ｄから、探傷距離Ｄｘに応じて、入射効率の高い素子１の位置（番号）が変化することがわかる。
【００３７】
図４Ｅは、探傷距離Ｄｘが５０ｍｍの場合に、超音波の入射効率が高い素子１の素子群の中心から探傷位置７までの超音波伝播経路９を示す図である。探傷距離Ｄｘが５０ｍｍの場合には、番号１７〜３０の素子１が超音波の入射効率が高い素子１である。従って、探傷距離Ｄｘが５０ｍｍの場合、超音波は、伝播経路９に沿って探傷位置７まで到達すると考えられる。
【００３８】
図４Ｅには、従来の方法で求めた超音波伝播経路９ｂも示す。従来は、センサ２の中心位置、すなわち全ての素子１の素子群の中心から探傷位置７までの超音波伝播経路９ｂを求めている。このため、探傷距離Ｄｘによっては、実際の超音波伝播経路９（入射効率が高い素子１からの伝播経路９）と異なる伝播経路を求めており、探傷した位置を正確に求めるのが困難である。
【００３９】
本実施例では、入射効率が高い素子１の素子群の中心から探傷位置７までの超音波伝播経路を求める。このため、探傷距離Ｄｘによらず、実際の超音波伝播経路を求めることができ、探傷した位置を正確に求めることができる。以下、図５及び図６を用いて、本実施例における超音波伝播経路を求める方法を説明する。
【００４０】
図５は、本実施例による超音波探傷装置の構成を示すブロック図である。図５に示すように、超音波探傷装置１０は、コンピュータ６と超音波探傷ユニット５を備える。コンピュータ６は、探傷制御部１４、データ記録部１５、伝播経路解析部１６、及び伝播経路表示部１７を備え、超音波探傷ユニット５を介してセンサ２に接続可能であり、入力部１９と表示部２０に接続される。入力部１９は、例えばキーボードであり、表示部２０は、例えばモニタである。超音波探傷ユニット５は、パルサ１２、及びレシーバ１３を備える。探傷制御部１４は、パルサ１２に接続され、データ記録部１５は、レシーバ１３に接続される。パルサ１２とレシーバ１３は、センサ２の素子１に接続される。センサ２は、シュー３に載置される。なお、図５では、検査対象物４の図示を省略している。
【００４１】
図６は、本実施例による超音波探傷方法のフロー図である。
【００４２】
ステップ１０１では、超音波探傷条件を、入力部１９からコンピュータ６に入力する。超音波探傷条件としては、検査対象物４の形状と大きさ、シュー３の内部での超音波の音速、検査対象物４の内部での超音波の音速、検査対象物４の超音波探傷を行う位置（探傷位置７の座標）、センサ２の位置、センサ２が備える素子１の配列とサイズ、センサ２内の素子１のピッチ、及びシュー３の形状と大きさ等を、コンピュータ６に入力する。例えば、検査対象物４の大きさとして高さＨを、センサ２の位置としてセンサ２の中心の位置（座標）を、シュー３の形状と大きさとしてシュー角とセンサ２を載置したときのセンサ２の中心における高さとを、それぞれ入力する。必要に応じて、検査体系の大きさのその他の情報を入力する。ステップ１０３とステップ１０５では、入力した超音波探傷条件を利用して、素子１から発信された超音波とセンサ２から発信された超音波伝播経路を求めることができる。
【００４３】
ステップ１０２では、検査対象物４に超音波探傷を実施する。コンピュータ６の探傷制御部１４は、超音波探傷ユニット５に超音波探傷の実施を指示する信号を送信する。超音波探傷ユニット５は、超音波探傷の実施の信号を受信したら、パルサ１２が素子１に電圧を印加する。素子１は、検査対象物４に超音波を入射し、検査対象物４からの反射波を受信して電圧に変換する。超音波探傷ユニット５のレシーバ１３は、素子１が変換した電圧の波形を計測する。コンピュータ６は、レシーバ１３が計測した電圧の波形を超音波探傷ユニット５から受信し、データ記録部１５に記録する。
【００４４】
なお、ステップ１０２は、後述するステップ１０３〜１０５のうちいずれか１つのステップの後に実施してもよい。
【００４５】
ステップ１０３では、コンピュータ６の伝播経路解析部１６が、ステップ１０１で入力した超音波探傷条件を用いて、センサ２の素子１から発信された超音波伝播経路を、素子１ごとに求める。各素子１から発信された超音波伝播経路は、図４Ｂ〜図４Ｄのグラフを求めたときと同様に、各素子１の位置（座標）、探傷位置７の座標、シュー角、検査対象物４の高さＨ、シュー３の内部での超音波の音速、及び検査対象物４の内部での超音波の音速を用いて、求めることができる。各素子１の位置（座標）は、センサ２の中心の位置（座標）、シュー角、センサ２の中心におけるシュー３の高さ、及びセンサ２内の素子１のピッチから求めることができる。
【００４６】
さらに、ステップ１０３では、素子１ごとに、素子１から発信された超音波の屈折角θを求める。屈折角θは、超音波の伝播経路を求める際に、伝播経路とともに求めることができる。
【００４７】
ステップ１０４では、伝播経路解析部１６が、ステップ１０３で求めた屈折角θに基づいて、センサ２の素子１のうち、屈折角θが３５°以上かつ５５°以下である素子１を特定する。
【００４８】
ステップ１０５では、伝播経路解析部１６が、ステップ１０４で求めた入射効率が高い素子１の素子群の中心（幾何学的な中心）を求める。さらに、伝播経路解析部１６は、求めた素子群の中心をセンサ２の超音波の発信位置とみなし、センサ２の超音波の発信位置から探傷位置７までの超音波伝播経路を計算する。センサ２の超音波の発信位置（求めた素子群の中心）から探傷位置７までの超音波伝播経路は、ステップ１０３で素子１から発信された超音波伝播経路を求めた方法と同様にして、求めることができる。
【００４９】
ステップ１０６では、伝播経路表示部１７が、ステップ１０５で求めた超音波伝播経路を、表示部２０に表示する。さらに、伝播経路表示部１７は、ステップ１０２で実施した超音波探傷で得られた超音波の反射強度（検査対象物４からの反射波の強度）を、伝播経路とともに表示部２０に表示する。反射強度は、例えば、強度が高いと赤色で表示し強度が低いと青色で表示する等のように、強度に応じて色が異なる色階調表示をしてもよい。
【００５０】
図７は、ステップ１０６での、超音波伝播経路の表示例である。図７では、センサ２の超音波の発信位置が位置２２ａ、２２ｂ、２２ｃで、探傷位置が位置７ａ、７ｂ、７ｃの場合の例を示している。超音波の伝播経路２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、それぞれ発信位置２２ａ、２２ｂ、２２ｃから探傷位置７ａ、７ｂ、７ｃまでの伝播経路である。
【００５１】
伝播経路２１ａは、入射効率が高い素子群の中心位置が位置２２ａの場合の超音波伝播経路である。伝播経路２１ｂは、入射効率が高い素子群の中心位置が位置２２ｂの場合の超音波伝播経路である。伝播経路２１ｃは、入射効率が高い素子群の中心位置が位置２２ｃの場合の超音波伝播経路である。
【００５２】
領域２４は、伝播経路２１ａを伝播した超音波の反射強度が高い位置、すなわち、伝播経路２１ａを伝播した超音波により得られた反射源の位置を表す。
【００５３】
図７には、従来の方法で求めた超音波伝播経路の例も、破線で表示した。従来の方法では、センサ２の中心位置２６から超音波が発信されるとして超音波伝播経路を求めていたので、伝播経路２１ａ〜２１ｃではなく、伝播経路２３ａ〜２３ｃが求められる。この結果、従来の方法では、求めた探傷位置の誤差が大きい場合がある。例えば、従来の方法で探傷位置７ａへの超音波伝播経路を求めると、領域２４の位置が領域２５の位置として求められる。
【００５４】
図７に示すように、本実施例による超音波探傷方法と超音波探傷装置では、入射効率が高い素子群の中心の位置が探傷位置７ａ、７ｂ、７ｃに応じて変化し、これに伴って超音波の発信の中心位置が位置２２ａ、２２ｂ、２２ｃと変化するので、探傷位置７ａ、７ｂ、７ｃに応じて超音波伝播経路が変化する。このように、本実施例による超音波探傷方法と超音波探傷装置は、従来に比べて、超音波伝播経路を正確に求めることができる。
【００５５】
また、実施例２で述べるステップ２０３の処理を、ステップ１０２〜１０５のうちいずれか１つのステップの後に実施してもよい。ステップ２０３は、超音波を用いて検査対象物４上におけるセンサ２の位置を求めるステップである。ステップ２０３の処理を、例えば、ステップ１０２での超音波探傷で実施することで、センサ２の位置を正確に求めることができる。この結果、ステップ１０６では、測定したセンサ２の位置を用いて、超音波伝播経路をより正確に求めることができる。
【実施例２】
【００５６】
本発明の実施例２による超音波探傷方法と超音波探傷装置を説明する。本実施例では、センサ２から検査対象物４に入射する超音波の入射強度についての、センサ２の重心位置を求め、求めた重心位置をセンサ２の超音波の発信位置とみなし、この発信位置からの超音波伝播経路を求める。以下では、センサ２から検査対象物４に入射する超音波の入射強度についての、センサ２の重心位置のことを、「入射強度重心」と称する。なお、本実施例による超音波探傷装置は、実施例１による超音波探傷装置と同じ構成であるが、以下に説明するように、実行する超音波探傷方法のフローが異なる。
【００５７】
図８は、本実施例による超音波探傷方法のフロー図である。
【００５８】
ステップ２０１は、超音波探傷条件をコンピュータ６に入力するステップである。
【００５９】
ステップ２０２は、検査対象物４に超音波探傷を実施するステップである。
【００６０】
ステップ２０１及び２０２では、それぞれ、実施例１による超音波探傷方法のフロー図（図６）のステップ１０１及び１０２と同様の処理を行うので、これらのステップについての説明を省略する。ただし、ステップ２０１では、各素子１の特性（例えば、超音波の発信強度等）とシュー３と検査対象物４の特性（例えば、超音波の減衰係数等）をコンピュータ６にさらに入力する。
【００６１】
ステップ２０３では、検査対象物４上におけるセンサ２の位置を測定する。具体的には、伝播経路解析部１６は、センサ２の位置を、三角測量の原理を利用して求める。ステップ２０２で検査対象物４の超音波探傷を実施すると、検査対象物４の角部や凹凸部からの反射波（すなわち、検査対象物４の形状エコー）が検出される。伝播経路解析部１６は、複数箇所の形状エコーの屈折角と伝播距離を用いて、センサ２の位置を三角測量の原理で求める。この測定により、センサ２の位置をより正確に求めることができる。
【００６２】
ステップ２０４は、コンピュータ６の伝播経路解析部１６が、素子１ごとに、素子１から発信された超音波伝播経路を求めるステップである。ステップ２０４では、実施例１による超音波探傷方法のフロー図（図６）のステップ１０３と同様の処理を行うので、このステップについての説明を省略する。
【００６３】
ステップ２０５では、伝播経路解析部１６が、入射強度重心Ｓｇを求める。
【００６４】
図９は、入射強度重心Ｓｇの計算方法の説明図である。検査対象物４に設置されたシュー３には、実施例１で図４Ａを用いて説明したように、複数の素子１を備えるセンサ２が載置されている。素子１には、シュー３の斜面の下端からｉ番目の素子１の位置をｘ（ｉ）で表し、ｉ番目の素子１から検査対象物４の探傷位置７に入射する超音波の入射強度をＩ（ｉ）で表す。
【００６５】
素子１の位置ｘ（ｉ）は、実施例１で説明したように、センサ２の中心の位置（座標）、シュー角、センサ２の中心におけるシュー３の高さ、及びセンサ２内の素子１の配列とサイズから求めることができる。
【００６６】
素子１の入射強度Ｉ（ｉ）は、ステップ２０１で入力した素子１の特性（超音波の発信強度等）とシュー３と検査対象物４の特性（例えば、超音波の減衰係数等）と、ステップ２０４で求めた超音波伝播経路を用いて求める。
【００６７】
入射強度重心Ｓｇは、素子１の位置ｘ（ｉ）及び入射強度Ｉ（ｉ）を用い、式（１）で計算できる。
Ｓｇ＝Σｘ（ｉ）・Ｉ（ｉ）      （１）
式（１）において、Σは全てのｉ、すなわち全ての素子１についての和を表す。伝播経路解析部１６は、式（１）に基づき、センサ２の入射強度重心Ｓｇを計算する。
【００６８】
図９には、例として、入射強度重心Ｓｇの位置が位置２７ａ、２７ｂ、及び２７ｃの場合に、探傷位置７に入射する超音波伝播経路２８ａ、２８ｂ、及び２８ｃを、それぞれ示した。素子１ごとに超音波の屈折角θと伝播距離を求め、各素子１の探傷位置７への入射強度を求める。
【００６９】
図８に戻って、本実施例による超音波探傷方法のフロー図の説明を続ける。
【００７０】
ステップ２０６では、伝播経路解析部１６が、ステップ２０５で求めた入射強度重心Ｓｇから探傷位置７までの超音波伝播経路を求める。超音波伝播経路は、入射強度重心Ｓｇを超音波の発信位置とみなして、実施例１のステップ１０５と同様の方法で求めることができる。
【００７１】
ステップ２０７では、ステップ２０３で求めたセンサ２の位置を用いることで、超音波伝播経路をより正確に表示部２０に表示できる。
【００７２】
ステップ２０７は、コンピュータ６の伝播経路表示部１７が、ステップ２０５で求めた超音波伝播経路を、表示部２０に表示するステップである。ステップ２０７では、実施例１による超音波探傷方法のフロー図（図６）のステップ１０６と同様の処理を行うので、ステップ２０７についての説明を省略する。
【００７３】
本実施例による超音波探傷方法と超音波探傷装置は、以上説明したように構成されているため、従来に比べて、センサからの超音波伝播経路を精度よく求めることができる。
【００７４】
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１…超音波素子、２…超音波センサ、３…シュー、４…検査対象物、５…超音波探傷ユニット、６…コンピュータ、７、７ａ、７ｂ、７ｃ…探傷位置、８ａ、８ｂ、８ｃ…超音波伝播経路、９、９ａ、９ｂ…超音波伝播経路、１０…超音波探傷装置、１２…パルサ、１３…レシーバ、１４…探傷制御部、１５…データ記録部、１６…伝播経路解析部、１７…伝播経路表示部、１９…入力部、２０…表示部、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…超音波伝播経路、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ…超音波の発信位置、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ…超音波伝播経路、２４、２５…反射強度が高い領域、２６…センサの中心、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ…入射強度重心の位置、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ…超音波伝播経路、３０…動翼、３１…ディスク、３２…フォーク部、３３…ピン、３４…ピン穴、３５…平面部、３６、３６ａ…超音波伝播経路。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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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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【図９】
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