(57)【要約】【課題】簡単な構成で表面エコーの多重反射を低減させることにより、繰り返し送信周期を短縮し、欠陥検出性能を落とすことなく探傷速度を向上させることを目的とする。【解決手段】平面部２１０を有する試験体２００を検査する超音波探傷装置１００において、試験体２００の平面部２１０と対向する対向面部１２１であって平面部２１０に対して垂直に超音波を発信する対向面部１２１を有する探触子１２０と、平面部２１０に対して対向面部１２１が傾斜した状態で探触子１２０を保持する探触子保持部１３０とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験体を検査する超音波探傷装置において、
前記試験体と対向する対向面部を有し、前記対向面部から斜めの方向に超音波を発信する探触子を備え、
前記探触子は、
前記対向面部から発信した超音波が前記試験体で反射した反射波を、前記対向面部により受信し、受信した前記反射波を前記対向面部から発信した超音波の向きとは異なる向きに反射させる超音波探傷装置。
【請求項２】
前記試験体は、平面部を有し、
前記対向面部は、
前記試験体の前記平面部と対向すると共に、前記平面部に対して垂直に超音波を発信し、
前記超音波探傷装置は、
前記平面部に対して前記対向面部が傾斜した状態で前記探触子を保持する探触子保持部を備えた請求項１に記載の超音波探傷装置。
【請求項３】
前記対向面部は、
前記平面部に対して垂直に発信した超音波が前記平面部で反射した平面部反射波を受信し、受信した前記平面部反射波を、前記平面部に対して垂直に発信した超音波の向きとは異なる向きに反射させる請求項２に記載の超音波探傷装置。
【請求項４】
前記対向面部は、
傾斜する方向に沿って複数の超音波送受信素子が配列されたアレイ状超音波送受信素子を有し、
前記アレイ状超音波送受信素子は、前記平面部に対して垂直に超音波を発信する請求項２または３に記載の超音波探傷装置。
【請求項５】
前記超音波探傷装置は、
前記複数の超音波送受信素子の各超音波送受信素子に遅延時間を与えて超音波を発信させる送受信回路を有する超音波探傷器を備えた請求項４に記載の超音波探傷装置。
【請求項６】
前記送受信回路は、
前記複数の超音波送受信素子の各々が受信した反射波を表す受信信号を受信し、受信した前記受信信号に前記遅延時間を付加し、前記遅延時間が付加された受信信号を合成する合成処理を実行する請求項５に記載の超音波探傷装置。
【請求項７】
前記超音波探傷装置は、
前記試験体を搬送方向に搬送する搬送ローラを備え、
前記対向面部は、
搬送方向の断面視において前記平面部に対して傾斜している請求項２から６のいずれか１項に記載の超音波探傷装置。
【請求項８】
前記超音波探傷装置は、水が溜められた水槽を有し、
前記試験体と前記対向面部とは、
前記水槽に溜められた水に浸されている請求項１から７のいずれか１項に記載の超音波探傷装置。
【請求項９】
平面部を有する試験体を検査する超音波探傷装置の探触子において、
前記試験体の前記平面部と対向し、前記平面部に対して垂直に超音波を送信する対向面部であって、前記平面部に対して傾斜した状態で保持された対向面部を備える探触子。
【請求項１０】
試験体を検査する試験体探傷方法において、
前記試験体と対向する対向面部を有する探触子から、前記対向面部から斜めの方向に超音波を発信し、
前記対向面部から発信した超音波が前記試験体で反射した反射波を前記対向面部により受信し、受信した前記反射波を前記対向面部から発信した超音波の向きとは異なる向きに反射させる超音波探傷方法。
【請求項１１】
前記試験体が有する平面部に対して前記対向面部が傾斜した状態で前記探触子を保持し、
前記対向面部から前記平面部に対して垂直に超音波を発信する請求項１０に記載の超音波探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の検査に用いられる超音波探傷装置、探触子及び超音波探傷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
角鋼、丸鋼、平鋼等の様々な特殊鋼製品では、厳密な製品検査が必要とされる。これらの特殊鋼製品における内部欠陥の有無、位置、及び形状を把握するために、超音波探傷が広く用いられている。
超音波探傷においては探傷速度と欠陥検出性能との両立が課題となっている。
特に、材料に対して垂直に超音波を入射する垂直探傷では、探触子と材料表面との間の多重反射による表面エコーの減衰を待つ必要がある。このため、垂直探傷では繰り返し送信周期が長くなる。すなわち、垂直探傷では、探傷速度を低速化せざるを得ない。
【０００３】
特許文献１では、丸棒又は管材を垂直に探傷する超音波探触子において、周方向に曲率を有するアタッチメントを具備することによりゴーストエコーを防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２６０５３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、アタッチメントを必要とするため、部品数が増加し、製造コストが高くなるという課題がある。また、アタッチメントにより探触子が送受信する超音波が減衰され、欠陥検出性能が低減するという課題がある。
【０００６】
本発明は、簡単な構成で表面エコーの多重反射を低減させることにより、繰り返し送信周期を短縮し、欠陥検出性能を落とすことなく探傷速度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る超音波探傷装置は、試験体を検査する超音波探傷装置において、
前記試験体と対向する対向面部を有し、前記対向面部から斜めの方向に超音波を発信する探触子を備え、
前記探触子は、
前記対向面部から発信した超音波が前記試験体で反射した反射波を、前記対向面部により受信し、受信した前記反射波を前記対向面部から発信した超音波の向きとは異なる向きに反射させる。
【０００８】
前記試験体は、平面部を有し、
前記対向面部は、
前記試験体の前記平面部と対向すると共に、前記平面部に対して垂直に超音波を発信し、
前記超音波探傷装置は、
前記平面部に対して前記対向面部が傾斜した状態で前記探触子を保持する探触子保持部を備えている。
【０００９】
前記対向面部は、
前記平面部に対して垂直に発信した超音波が前記平面部で反射した平面部反射波を受信し、受信した前記平面部反射波を、前記平面部に対して垂直に発信した超音波の向きとは異なる向きに反射させる。
【００１０】
前記対向面部は、
傾斜する方向に沿って複数の超音波送受信素子が配列されたアレイ状超音波送受信素子を有し、
前記アレイ状超音波送受信素子は、前記平面部に対して垂直に超音波を発信する。
【００１１】
前記超音波探傷装置は、
前記複数の超音波送受信素子の各超音波送受信素子に遅延時間を与えて超音波を発信させる送受信回路を有する超音波探傷器を備えている。
【００１２】
前記送受信回路は、
前記複数の超音波送受信素子の各々が受信した反射波を表す受信信号を受信し、受信した前記受信信号に前記遅延時間を付加し、前記遅延時間が付加された受信信号を合成する合成処理を実行する。
【００１３】
前記超音波探傷装置は、
前記試験体を搬送方向に搬送する搬送ローラを備え、
前記対向面部は、
搬送方向の断面視において前記平面部に対して傾斜している。
【００１４】
前記超音波探傷装置は、水が溜められた水槽を有し、
前記試験体と前記対向面部とは、前記水槽に溜められた水に浸されている。
【００１５】
本発明に係る探触子は、平面部を有する試験体を検査する超音波探傷装置の探触子において、
前記試験体の前記平面部と対向し、前記平面部に対して垂直に超音波を送信する対向面部であって、前記平面部に対して傾斜した状態で保持された対向面部を備える。
【００１６】
本発明に係る試験体探傷方法は、試験体を検査する試験体探傷方法において、
前記試験体と対向する対向面部を有する探触子により、前記対向面部から斜めの方向に超音波を発信し、
前記対向面部から発信した超音波が前記試験体で反射した反射波を前記対向面部により受信し、受信した前記反射波を前記対向面部から発信した超音波の向きとは異なる向きに反射させる。
【００１７】
前記試験体探傷方法は、
前記試験体が有する平面部に対して前記対向面部が傾斜した状態で前記探触子を保持し、前記対向面部から前記平面部に対して垂直に超音波を発信する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る超音波探傷装置によれば、試験体と対向する対向面部を有する探触子により、対向面部から斜めの方向に超音波を発信し、対向面部から発信した超音波が試験体で反射した反射波を受信し、受信した反射波を対向面部から発信した超音波の向きとは異なる向きに反射させるので、簡単な構成で欠陥検出性能を落とすことなく探傷速度を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１に係る超音波探傷装置１００を示す模式図。
【図２】実施の形態１に係る超音波探傷器１１０のブロック構成図。
【図３】比較例を示す図であり、（ａ）は比較例における表面エコーの発生を示す模式図、（ｂ）は比較例における表面エコーの減衰の様子を示すグラフ。
【図４】比較例を示す図であり、（ａ）は比較例における超音波探傷の様子を示す模式図、（ｂ）は比較例における繰り返し送信周期を示すグラフ。
【図５】実施の形態１に係る超音波探傷装置１００を示す図であり、（ａ）は超音波探傷装置１００における表面エコーの発生を示す模式図、（ｂ）は超音波探傷装置１００における表面エコーの減衰の様子を示すグラフ。
【図６】実施の形態１に係る超音波探傷装置１００を示す図であり、（ａ）は超音波探傷装置１００における超音波探傷の様子を示す模式図、（ｂ）は超音波探傷装置１００における繰り返し送信周期を示すグラフ。
【図７】実施の形態１に係る超音波探傷装置１００において、探触子１２０の平面部２１０に対する角度と残留エコー低減効果との関係の例を示すグラフ。
【図８】実施の形態１に係る超音波探傷装置１００の表面エコーの減衰の他の例を示す模式図。
【図９】実施の形態１に係る超音波探傷方法を斜角探傷に適用した場合を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、実施の形態の説明において、上、下、左、右、前、後、表、裏といった方向あるいは位置が示されている場合、それらの表記は、説明の便宜上、そのように記載しているだけであって、装置、器具、部品等の配置や向き等を限定するものではない。
【００２１】
実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１は、本実施の形態に係る超音波探傷装置１００を示す模式図である。
図２は、本実施の形態に係る超音波探傷器１１０のブロック構成を示す図である。
図１及び図２を用いて、超音波探傷装置１００の構成について説明する。
【００２２】
図１に示すように、超音波探傷装置１００は、平面部２１０を有する試験体２００を検査する。
超音波探傷装置１００は、超音波探傷器１１０、探触子１２０、探触子保持部１３０、水槽１４０、搬送ローラ１５０、伝送路１６０を備える。
【００２３】
＜試験体２００及び搬送ローラ１５０＞
超音波探傷装置１００は、搬送ローラ１５０により搬送方向に搬送される試験体２００を検査する。
本実施の形態では、搬送ローラ１５０により、図１における後ろから前に向かう方向に試験体２００が搬送されるものとする。以下において、試験体２００が搬送される方向を搬送方向Ｐ１とする（図４の（ａ）参照）。
図１は、超音波探傷装置１００における搬送方向Ｐ１の断面視の模式図である。
【００２４】
試験体２００は、具体的には、角鋼あるいは平鋼等である。試験体２００は、平面部２１０を有する材料であれば角鋼あるいは平鋼でなくてもよく、丸鋼あるいは管材などでもよい。また、試験体２００は、超音波探傷の検査対象となるものであればよく、鋼材でなくても構わない。
【００２５】
搬送ローラ１５０は、試験体２００の平面部２１０を探触子１２０に対向させた状態で、試験体２００を搬送方向Ｐ１に搬送する。
【００２６】
＜探触子１２０＞
探触子１２０は、試験体２００と対向する対向面部１２１を有し、対向面部１２１から斜めの方向に超音波を発信する。
探触子１２０は、対向面部１２１から発信した超音波が試験体２００で反射した反射波を、対向面部１２１により受信し、受信した反射波を、対向面部１２１から発信した超音波の向きとは異なる向きに反射させる。
【００２７】
なお、本実施の形態では、探触子１２０は、試験体２００の平面部２１０と対向する対向面部１２１であって平面部２１０に対して垂直に超音波を送信する対向面部１２１を有する。
対向面部１２１は、平面部２１０に対して垂直に超音波を発信すると共に、試験体２００からの反射波を受信する。対向面部１２１は、試験体２００の表面である平面部２１０で反射した反射波、試験体２００の内部のキズ等で反射した反射波、あるいは試験体２００の底面で反射した反射波を受信する。平面部２１０で反射した反射波は表面エコーとも称される。
【００２８】
図１に示すように、対向面部１２１は、搬送方向Ｐ１の断面視において平面部２１０に対して傾斜している。
対向面部１２１は、傾斜する方向に沿って複数の超音波送受信素子１２２１ａ〜１２２１ｎが配列されたアレイ状超音波送受信素子１２２を有する。
対向面部１２１は、平面部２１０に対してθ°傾斜した状態である。すなわち、アレイ状超音波送受信素子１２２は、平面部２１０に対してθ°傾斜した状態で複数の超音波送受信素子１２２１ａ〜１２２１ｎが配列されている。
探触子１２０は、対向面部１２１に配列されたアレイ状超音波送受信素子１２２を有するアレイ探触子あるいはフェイズドアレイ探触子とも称される。
【００２９】
＜探触子保持部１３０＞
探触子保持部１３０は、平面部２１０に対して対向面部１２１が傾斜した状態で探触子１２０を保持する。
図１に示すように、探触子保持部１３０は、対向面部１２１が平面部２１０に対してθ°傾斜した状態で探触子１２０を固定する。探触子保持部１３０は、対向面部１２１が平面部２１０に対して傾斜した状態で探触子１２０を固定することができれば、どのような構成でも構わない。
探触子保持部１３０の具体例としては、探触子保持部１３０は、探触子１２０の対向面部１２１を露出させる孔を有し、孔から露出した対向面部１２１を傾斜させた状態で、探触子１２０を固定部材により孔の縁部に固定する構成としてもよい。固定部材はネジでもよいし、嵌め合い構造による固定でもよい。また、探触子１２０は、孔の縁部に引っ掛かるつば部１２３を有し、孔の縁部とつば部との間にスペーサを挟んで、対向面部１２１を傾斜させてもよい。
【００３０】
＜超音波探傷器１１０＞
超音波探傷器１１０は、伝送路１６０を介して探触子１２０と接続されている。
超音波探傷器１１０は、伝送路１６０を介して、探触子１２０からの超音波の発信を制御する。また、超音波探傷器１１０は、伝送路１６０を介して、探触子１２０が受信した反射波を表す受信信号を受信する。
【００３１】
超音波探傷器１１０は、複数の超音波送受信素子１２２１ａ〜１２２１ｎの各超音波送受信素子に遅延時間Ｔａ〜Ｔｎを与えて超音波を発信させる送受信回路１１０１を有する。送受信回路１１０１は、複数の超音波送受信素子１２２１ａ〜１２２１ｎの超音波送受信素子毎に具備される。すなわち、超音波探傷器１１０は、複数の超音波送受信素子１２２１ａ〜１２２１ｎの各々に対応する送受信回路１１０１ａ〜１１０１ｎを有する。
【００３２】
送受信回路１１０１ａ〜１１０１ｎの各々は、複数の超音波送受信素子１２２１ａ〜１２２１ｎの各々が受信した反射波を表す受信信号を受信し、受信した受信信号に遅延時間Ｔを付加し、遅延時間Ｔが付加された受信信号を合成する合成処理を実行する。
【００３３】
超音波探傷器１１０は、上述した送受信回路１１０１ａ〜１１０１ｎ、加算部１１７、ＣＰＵ１１８を備える。
送受信回路１１０１ａ〜１１０１ｎは、それぞれ超音波送受信素子１２２１ａ〜１２２１ｎに接続される。
以下の説明において、送受信回路１１０１と記載した場合には、送受信回路１１０１ａ〜１１０１ｎの各々あるいは全てを指すものとする。また、超音波送受信素子１２２１と記載した場合には、超音波送受信素子１２２１ａ〜１２２１ｎの各々あるいは全てを指すものとする。
【００３４】
超音波探傷器１１０は、複数の超音波送受信素子１２２１ａ〜１２２１ｎの超音波送受信素子毎に遅延時間Ｔａ〜Ｔｎを与えて超音波を発信させる送信部１１１ａ〜１１１ｎを有する。
【００３５】
図２に示すように、送受信回路１１０１ａは、送信部１１１ａ、送信遅延部１１２ａ、受信部１１３ａ、受信アンプ１１４ａ、Ａ／Ｄ変換部１１５ａ、受信遅延部１１６ａを備える。送受信回路１１０１ｂ〜１１０１ｎのそれぞれについても同様であり、符号に添え字を付すことにより送受信回路１１０１ｂ〜１１０１ｎを区別するものとする。
【００３６】
送信遅延部１１２ａ〜１１２ｎの各々は、送信部１１１ａ〜１１１ｎの各々に遅延時間Ｔａ〜Ｔｎの各々を出力する。
送信部１１１ａ〜１１１ｎの各々は、送信遅延部１１２ａ〜１１２ｎの各々から遅延時間を取得する。送信部１１１ａ〜１１１ｎの各々は、取得した遅延時間だけ遅延させて、超音波送受信素子１２２１ａ〜１２２１ｎの各々から超音波を発信させる。
このように、複数の超音波送受信素子１２２１ａ〜１２２１ｎ毎に遅延時間を与えて超音波を発信することにより、対向面部１２１に配置されたアレイ状超音波送受信素子１２２から、試験体２００の平面部２１０に対して垂直に超音波を入射することができる。すなわち、探触子１２０は、対向面部１２１から斜めの方向に超音波を発信することができる。
【００３７】
受信部１１３ａ〜１１３ｎの各々は、超音波送受信素子１２２１ａ〜１２２１ｎの各々が受信した超音波を表す受信信号を取得する。
受信アンプ１１４ａ〜１１４ｎの各々は、受信部１１３ａ〜１１３ｎの各々から出力された受信信号を増幅する。
Ａ／Ｄ変換部１１５ａ〜１１５ｎの各々は、受信アンプ１１４ａ〜１１４ｎの各々により増幅された受信信号を、デジタル信号に変換する。
受信遅延部１１６ａ〜１１６ｎの各々は、Ａ／Ｄ変換部１１５ａ〜１１５ｎの各々によりデジタル信号に変換された受信信号に、遅延時間を付与して出力する。
加算部１１７は、送受信回路１１０１ａ〜１１０１ｎの各々から出力された受信信号であって受信遅延部１１６ａ〜１１６ｎの各々により遅延時間が付与された複数の受信信号に対して、ＣＰＵ１１８を用いて合成処理を実行する。
【００３８】
以上のように、超音波探傷器１１０は、探触子１２０からの超音波の発信を制御すると共に、探触子１２０が受信した反射波を表す受信信号を受信する。
【００３９】
＜水槽１４０＞
超音波探傷装置１００は、水１４１が溜められた水槽１４０を有する。
試験体２００と対向面部１２１とは、水槽１４０に溜められた水１４１に浸されている。
すなわち、超音波探傷装置１００は、水浸法を用いて超音波探傷を行う。
【００４０】
＊＊＊超音波探傷方法の説明＊＊＊
以下では、本実施の形態に係る超音波探傷と比較例とを比較することにより、本実施の形態に係る超音波探傷方法について説明する。
本実施の形態に係る超音波探傷方法は、試験体２００と対向する対向面部１２１を有する探触子１２０により、対向面部１２１から斜めの方向に超音波を発信する。そして、対向面部１２１から発信した超音波が試験体２００で反射した反射波を対向面部１２１により受信し、受信した反射波を、対向面部１２１から発信した超音波の向きとは異なる向きに反射させる。例えば、受信した反射波を試験体２００以外の方向へ反射させてもよい。
また、本実施の形態に係る超音波探傷方法は、試験体２００が有する平面部２１０に対して対向面部１２１が傾斜した状態で探触子１２０を保持し、対向面部１２１から平面部２１０に対して略垂直に超音波を発信する。
【００４１】
図３は、比較例を示す図であり、（ａ）は比較例における表面エコーの発生を示す模式図、（ｂ）は比較例における表面エコーの減衰の様子をグラフ化した図である。
図４は、比較例を示す図であり、（ａ）は比較例における超音波探傷の様子を示す模式図であり、（ｂ）は比較例における繰り返し送信周期を示すグラフである。
図５は、本実施の形態に係る超音波探傷装置１００を示す図であり、（ａ）は超音波探傷装置１００における表面エコーの発生を示す模式図、（ｂ）は超音波探傷装置１００における表面エコーの減衰の様子をグラフ化した図である。
図６は、本実施の形態に係る超音波探傷装置１００を示す図であり、（ａ）は超音波探傷装置１００における超音波探傷の様子を示す模式図であり、（ｂ）は超音波探傷装置１００における繰り返し送信周期を示すグラフである。
【００４２】
図３の（ａ）に示すように、比較例の探触子５２０は、搬送方向Ｐ１の断面視において、対向面部５２１が試験体２００の平面部２１０と平行になるように配置されている。そのため、探触子５２０から平面部２１０に垂直に入射するように発信された超音波ｕ１は、試験体２００の表面である平面部２１０で略垂直に反射し、その反射波である第１表面エコーｅ１は、対向面部５２１に略垂直に入射される。よって、第１表面エコーｅ１が対向面部５２１で反射した反射波は再び平面部２１０に略垂直に入射し、その反射波が第２表面エコーｅ２として対向面部５２１に略垂直に入射される。同様に、第３表面エコーｅ３が対向面部５２１に略垂直に入射される。
このように、比較例では、対向面部５２１と平面部２１０との間で、表面エコーが互いに略垂直に反射すること繰り返す。
【００４３】
図３の（ｂ）に示すように、表面エコーは徐々に減衰する。しかし、比較例では表面エコーは対向面部５２１と平面部２１０との間を略垂直に反射するため、何度も反射を繰り返し、試験体２００の内部のキズを検出するためのキズ検出閾値の振幅以下に減衰するまで、あるいは表面エコーが消滅するまでには時間がかかる。
【００４４】
図４の（ａ）では、比較例の探触子５２０は、搬送方向Ｐ１の断面視において、対向面部５２１が平面部２１０と平行になるように保持されているものとする。試験体２００は、搬送方向Ｐ１に搬送される。
探触子５２０から超音波ｕ１が発信され、試験体２００の平面部２１０で反射した第１表面エコーｅ１は、対向面部５２１と平面部２１０との間で垂直反射を繰り返す。
図４の（ｂ）では、第１表面エコーｅ１が反射を繰り返し、次の超音波を発信することができる振幅のキズ検出閾値以下になるまでにＮ回の反射が必要である様子を示している。
このように、比較例では、繰り返し送信周期が長くなるため、探傷速度を遅くせざるを得ない。
【００４５】
図５の（ａ）に示すように、本実施の形態に係る探触子１２０は、搬送方向Ｐ１の断面視において、対向面部１２１が試験体２００の平面部２１０に対してθ°傾斜するように配置されている。そのため、対向面部１２１は、平面部２１０に対して垂直に発信した超音波Ｕ１が平面部２１０で反射した平面部反射波Ｅ１を受信し、受信した平面部反射波Ｅ１を、平面部２１０に対して垂直に発信した超音波Ｕ１の向きとは異なる向きに反射させる。
平面部反射波Ｅ１は第１表面エコーである。
【００４６】
以下に、本実施の形態に係る対向面部１２１と平面部２１０との間の表面エコーの反射の状態の一例について説明する。
（１）図５の（ａ）に示すように、超音波Ｕ１が、探触子１２０から平面部２１０に垂直に入射するように発信される。すなわち、探触子１２０は、対向面部１２１から斜めの方向に超音波Ｕ１を発信して、平面部２１０に垂直に入射させる。このとき、超音波Ｕ１の平面部２１０への入射角は０°である。
（２）超音波Ｕ１は、試験体２００の表面である平面部２１０で反射し、その反射波である平面部反射波Ｅ１（第１表面エコー）は、対向面部１２１に入射される。対向面部１２１は平面部２１０に対してθ°傾斜しているので、平面部反射波Ｅ１は対向面部１２１に対して略θ°の入射角で入射される。
（３）平面部反射波Ｅ１が対向面部１２１で反射した反射波を反射波Ｒ１とする。反射波Ｒ１は、対向面部１２１から平面部２１０に対して、反射角略θ°で発信される。対向面部１２１は平面部２１０に対してθ°傾斜しているので、反射波Ｒ１は平面部２１０に対して（１）の入射角よりも大きい入射角で到達する。このときの入射角は、例えば略２θ°である。
（４）反射波Ｒ１が平面部２１０で反射した第２表面エコーＥ２は、対向面部１２１は平面部２１０に対してθ°傾斜しているので、対向面部１２１に対して（２）の入射角より大きい入射角で入射される。例えば略３θ°の入射角で入射される。
（５）第２表面エコーＥ２が対向面部１２１で反射した反射波を反射波Ｒ２とする。反射波Ｒ２は、対向面部１２１から平面部２１０に対して、反射角略３θ°で発信される。対向面部１２１は平面部２１０に対してθ°傾斜しているので、反射波Ｒ２は平面部２１０に対して（３）の入射角より大きい入射角で入射される。図５の（ａ）に示すように、反射波Ｒ２が平面部２１０で反射した反射波は対向面部１２１には到達しない。よって、ここで表面エコーが消滅する。
【００４７】
このように、本実施の形態に係る超音波探傷装置１００では、対向面部１２１と平面部２１０との間の表面エコーは、徐々に入射角が広くなりながら反射を繰り返すため、短い時間で表面エコーの反射が消滅する。
なお、上述した表面エコーの入射角及び反射角の具体例については一例であり、対向面部１２１及び平面部２１０の状態あるいは材質によっては、上述のような値にならない場合がある。しかし、対向面部１２１と平面部２１０との間の表面エコーは、徐々に入射角が広がりつつ、対向面部１２１と平面部２１０との間で反射を繰り返す。
【００４８】
図５の（ｂ）に示すように、表面エコーである平面部反射波Ｅ１及び第２表面エコーＥ２は、徐々に減衰する。平面部反射波Ｅ１及び第２表面エコーＥ２は、対向面部１２１と平面部２１０との間を、徐々に入射角を大きくしつつ斜めに反射していくため、数回反射を繰り返したところで消滅する。よって、短い時間で表面エコーを消滅させることができる。
図５の（ｂ）は、超音波Ｕ１が平面部２１０で２回反射した後に表面エコーが消滅した様子を表している。
【００４９】
図６の（ａ）では探触子１２０は、搬送方向Ｐ１の断面視において、対向面部１２１が試験体２００の平面部２１０に対してθ°傾斜するように保持されているものとする。試験体２００は、搬送方向Ｐ１に搬送される。
探触子１２０から超音波Ｕ１が発信され、試験体２００の平面部２１０で反射した平面部反射波Ｅ１は、対向面部５２１と平面部２１０との間で反射を繰り返す。このとき、反射波は、対向面部５２１と平面部２１０とのそれぞれにおいて、徐々に入射角が大きくなっていく。
図６の（ｂ）では、探触子１２０から発信された超音波Ｕ１の表面エコーが２回で消滅する様子を示している。超音波探傷装置１００は、表面エコーが消滅すると次の超音波Ｕ１を発信する。
このように、本実施の形態に係る超音波探傷装置１００によれば、繰り返し送信周期を短くすることができるため、探傷速度を速くすることができる。
【００５０】
図７は、本実施の形態に係る超音波探傷装置１００において、試験体２００の平面部２１０に対する探触子１２０の対向面部１２１の角度と、残留エコー低減効果との関係の一例を示すグラフである。
図７の例では、探触子１２０の対向面部１２１を傾けない場合、すなわち０°の場合の残留エコーを１とすると、対向面部１２１を１°傾けた場合の残留エコーは略０．４に低減されることを示している。
図７の例では、角度が０°から１°までの間に、残留エコーは１から約０．４まで低減されている。また、角度が１°から３°までの間に、残留エコーは約０．４から約０．２５まで低減されている。角度が３°以上の場合は残留エコーは約０．２５のままである。
探触子１２０の対向面部１２１の平面部２１０に対する角度は、１°から７°が好ましく、２°から６°がより好ましく、３°から４°が特に好ましい。
なお、平面部２１０に対する対向面部１２１の角度は、上記の値に限らない。超音波探傷装置１００の各構成部の大きさ、材質、あるいは超音波探傷装置１００の設置環境等を考慮して、最適な角度が選択されればよい。
【００５１】
＊＊＊実施の形態の効果の説明＊＊＊
以上のように、本実施の形態に係る超音波探傷装置１００によれば、追加の部品を使わずに簡単な構成で反射波が探触子に対して斜めに入射するように構成することができるので、製造コストをかけずに送信周期を短縮することができる。
【００５２】
また、本実施の形態に係る超音波探傷装置１００によれば、探触子が超音波を直接送受信するので、欠陥検出性能を保ちつつ、探傷時間を短縮することができる。また、フェイズドアレイ探触子を用いた場合、斜めに配置させても超音波送受信素子の１素子毎に遅延時間を与えて垂直のビームを出力できるため、垂直探傷における表面エコーの多重反射を短時間で低減させることができる。
【００５３】
また、本実施の形態に係る超音波探傷装置１００によれば、簡単な構成で反射波が探触子に対して斜めに入射するように構成することができる。よって、表面エコーの多重反射を低減させて繰り返し送信周期を短縮することにより、欠陥検出性能を落とすことなく探傷速度を向上させることができる。
【００５４】
また、本実施の形態に係る超音波探傷装置１００によれば、試験体の平面部に対する角度は１°から７°で大きな残留エコー低減効果を得ることができる。このように、探触子を少し傾けるだけで大きな効果を得ることができるので、既にある設備に対して本実施の形態を適用することが容易であると共に、既にある設備に対して本実施の形態を適用しても繰り返し送信周期を短縮し、欠陥検出性能を落とすことなく探傷速度を向上させるという大きな効果を得ることができる。
【００５５】
また、本実施の形態に係る探触子によれば、戻ってくる反射波の再反射を抑圧することができる。
【００５６】
＊＊＊他の構成＊＊＊
図８は、本実施の形態に係る超音波探傷装置１００の表面エコーの減衰の他の例を示す模式図である。
図８に示すように、対向面部１２１は、平面部２１０に対して垂直に発信した超音波Ｕ１が平面部２１０で反射した平面部反射波Ｅ１を受信し、受信した平面部反射波Ｅ１を試験体２００以外の方向に反射させてもよい。このような構成とすることにより、残留エコーがなくなり、欠陥検出性能を落とすことなく探傷速度を大幅に向上させることができる。
【００５７】
試験体２００は、平面部２１０を有する材料であれば角鋼あるいは平鋼でなくてもよい。試験体２００は、丸鋼あるいは管材であってもよく、丸鋼あるいは管材の場合は、搬送方向Ｐ１に延びた表面の一部を平面部２１０とみなして本実施の形態を適用することができる。すなわち、搬送方向Ｐ１の断面視において、丸鋼あるいは管材の外周に接する面を平面部２１０とみなして本実施の形態を適用することができる。なお、試験体２００は、超音波探傷の検査対象となるものであればよく、鋼材でなくても構わない。
【００５８】
図９は、本実施の形態に係る超音波探傷方法を斜角探傷に適用した場合を示す模式図である。図９では、丸鋼などの試験体２００ｄに対して超音波Ｕ２を発信することにより、斜角探傷を行う探触子を示している。
図９に示すように、試験体２００ｄに対して超音波を斜めに発信する場合であっても、試験体２００ｄの外周に接する面Ｓ１に対して略垂直に発信される超音波Ｕ２ｄが生じる場合がある。
【００５９】
点線の探触子５２０ｄは、本実施の形態と比較するための探触子であり、超音波Ｕ２を対向面部５２１ｄから垂直に発信し、試験体２００ｄに対して斜角探傷を行う。この場合は超音波Ｕ２ｄによる表面エコーが生じる可能性がある。
一方、実線の探触子１２０ｄは、本実施の形態に係る探触子であり、超音波Ｕ２を対向面部５２１ｄから斜め方向に発信し、試験体２００ｄに対して斜角探傷を行う。
本実施の形態に係る探触子１２０ｄのように構成することにより、試験体２００ｄの外周に接する面Ｓ１に略垂直に発信される超音波Ｕ２ｄによる表面エコーを、反射波Ｒ１ｄのように試験体２００ｄ以外の方向に反射させることができる。よって、比較例の探触子５２０ｄを用いた場合より、より大幅に表面エコーを低減させることができる。
【００６０】
また、本実施の形態では、探触子としてフェイズドアレイ探触子を用いて説明したが、アダプティブアレイや多次元アレイの探触子を用いてもよい。
【００６１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この実施の形態のうち、２つ以上を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、この実施の形態のうち、１つを部分的に実施しても構わない。あるいは、この実施の形態のうち、２つ以上を部分的に組み合わせて実施しても構わない。その他、この実施の形態を、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施しても構わない。
【００６２】
本実施の形態で説明したように、超音波のビームを発信する装置において、ビームを発信する対向面部の垂直方向とビームの出力方向とが異なる送受信方法を用いて、対向面部に戻ってくる反射波の再反射を抑圧する方式は、超音波探傷以外にも適用することができる。例えば、上記の方式は、超音波診断、超音波測定、超音波以外の波を使用する探傷、診断、測定、検知に適用しても構わない。
【００６３】
なお、上記の実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物及び用途の範囲を制限することを意図するものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１００  超音波探傷装置、１１０  超音波探傷器、１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｎ  送信部、１１２，１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｎ  送信遅延部、１１３，１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｎ  受信部、１１４，１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｎ  受信アンプ、１１５，１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｎ  Ａ／Ｄ変換部、１１６，１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｎ  受信遅延部、１１７  加算部、１１８  ＣＰＵ、１１０１，１１０１ａ，１１０１ｂ，１１０１ｎ  送受信回路、１２０，１２０ｄ，５２０，５２０ｄ  探触子、１２１，１２１ｄ，５２１，５２１ｄ  対向面部、１２２  アレイ状超音波送受信素子、１２２１，１２２１ａ，１２２１ｂ，１２２１ｎ  超音波送受信素子、１２３  つば部、１３０  探触子保持部、１４０  水槽、１４１  水、１５０  搬送ローラ、１６０  伝送路、２００，２００ｄ  試験体、２１０  平面部、Ｐ１  搬送方向、ｕ１，Ｕ１，Ｕ２，Ｕ２ｄ  超音波、ｅ１  第１表面エコー、ｅ２  第２表面エコー、ｅ３  第３表面エコー、Ｅ１  平面部反射波、Ｅ２  第２表面エコー、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ１ｄ  反射波、Ｓ１  面、Ｔ，Ｔａ，Ｔｎ  遅延時間。
【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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【図９】
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