(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
探触子駆動装置からの駆動信号に基づいて超音波を空気中に送信してその超音波を試験体の裏面に対して入射角が臨界角以下の斜に照射する集束型探触子と、
前記超音波が入射する前記試験体の裏面の反対側である表面に対し可視光のレーザービームを照射するレーザー発振器と、
前記集束型探触子を機械的に首振り走査させて前記試験体の裏面の所定の範囲にわたって走査するように前記超音波の伝搬していく方向を変える走査機構部と、
前記可視光のレーザービームの伝搬方向を変えて、前記超音波が入射する前記試験体の裏面の反対側である表面に対し可視光のレーザービームを照射するように前記試験体の表面の所定の範囲にわたって電気的に走査させるレーザービーム走査機構部と、
前記試験体の裏面に対して入射角が臨界角以下の斜に照射された超音波の一部が前記試験体中に屈折して透過し、前記試験体中を伝搬して前記試験体の表面まで達し、前記試験体の表面を振動させ、その振動を計測するレーザー変位計と
を備えたことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項２】
集束型探触子により、探触子駆動装置からの駆動信号に基づいて超音波を空気中に送信してその超音波を試験体の裏面に対して入射角が臨界角以下の斜に照射する送信ステップと、
レーザー発振器により、前記超音波が入射する前記試験体の裏面の反対側である表面に対し可視光のレーザービームを照射する照射ステップと、
走査機構部により、前記集束型探触子を機械的に首振り走査させて前記試験体の裏面の所定の範囲にわたって走査するように前記超音波の伝搬していく方向を変える探触子走査ステップと、
レーザービーム走査機構部により、前記可視光のレーザービームの伝搬方向を変えて、前記超音波が入射する前記試験体の裏面の反対側である表面に対し可視光のレーザービームを照射するように前記試験体の表面の所定の範囲にわたって電気的に走査させるレーザービーム走査ステップと、
レーザー変位計により、前記試験体の裏面に対して入射角が臨界角以下の斜に照射された超音波の一部が前記試験体中に屈折して透過し、前記試験体中を伝搬して前記試験体の表面まで達し、前記試験体の表面を振動させ、その振動を計測する計測ステップと
を含むことを特徴とする超音波探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、固体中の傷を非破壊で検査する超音波探傷装置及び超音波探傷方法に関するものである。特に、空気中に超音波を伝搬させることにより、探触子と試験体とを非接触で検査する超音波探傷装置及び超音波探傷方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の非接触探傷法については、例えば、「検査技術」、２０００年６月号、第４６頁〜第５０頁（以下、「文献A」と略称する。）に記述されている。
【０００３】
従来の超音波探傷装置について図面を参照しながら説明する。図５は、上記文献Ａから引用した従来の空中超音波探傷法を説明するための図である。
【０００４】
図５において、１は送信用の探触子、５は試験体、１１は受信用の探触子である。
【０００５】
つぎに、従来の超音波探傷装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【０００６】
図５には図示されていないが、送信用探触子１には、探触子ケーブルを介して探触子を駆動するための駆動装置が接続されており、この駆動装置からの信号によって送信用探触子１が駆動され、空気中に超音波が発せられる。
【０００７】
この超音波の多くのエネルギーは、試験体５の表面で反射されるが、一部は試験体５中へ透過する。この透過した超音波は、試験体５中に傷がない場合には試験体５を透過し、再び空中へ伝搬した後、受信用探触子１１で受信される。
【０００８】
一方、試験体５中に傷があり、この傷が超音波の伝搬路上にある場合には、傷で超音波が反射されるので、受信用探触子１１まで超音波は到達せず、受信されない。
【０００９】
すなわち、送信用探触子１と受信用探触子１１を所定の範囲で走査し、超音波が受信されると傷が無いと判断し、超音波が受信されなければ、その部分に傷が有ると判断する。
【００１０】
なお、送信を超音波で行い、受信をレーザー変位計で行う探傷法は、例えば特開昭６１−１６９７５９号公報にも記述されている。しかし、この公報で記述されている方法は、広い範囲を探傷する場合につての記述はなく、走査方法についての記述もない。
【００１１】
また、特開昭６４−２６１４７号公報には、パルスレーザーを用いて試験体中に超音波を発生させ、受信をレーザーを用いて行う方法が示されているが、この公報においても、広い範囲を探傷する場合につての記述はなく、走査方法についての記述もない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の超音波探傷装置では、広い範囲を検査する場合、送信用探触子１と受信用探触子１１を同時に走査する必要があり、また、探触子の走査には時間がかかるという問題点があった。
【００１３】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、送信に超音波探触子を用い、受信にレーザー変位計を用い、試験体を広い範囲に渡って検査するために探触子およびレーザービームを走査することによって、受信用探触子の走査の手間を省き、検査時間を短縮することができる超音波探傷装置及び超音波探傷方法を得ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る超音波探傷装置は、探触子駆動装置からの駆動信号に基づいて超音波を空気中に送信してその超音波を試験体の裏面に対して入射角が臨界角以下の斜に照射する集束型探触子と、前記超音波が入射する前記試験体の裏面の反対側である表面に対し可視光のレーザービームを照射するレーザー発振器と、前記集束型探触子を機械的に首振り走査させて前記試験体の裏面の所定の範囲にわたって走査するように前記超音波の伝搬していく方向を変える走査機構部と、前記可視光のレーザービームの伝搬方向を変えて、前記超音波が入射する前記試験体の裏面の反対側である表面に対し可視光のレーザービームを照射するように前記試験体の表面の所定の範囲にわたって電気的に走査させるレーザービーム走査機構部と、前記試験体の裏面に対して入射角が臨界角以下の斜に照射された超音波の一部が前記試験体中に屈折して透過し、前記試験体中を伝搬して前記試験体の表面まで達し、前記試験体の表面を振動させ、その振動を計測するレーザー変位計とを備えたものである。
【００２２】
この発明の請求項２に係る超音波探傷方法は、集束型探触子により、探触子駆動装置からの駆動信号に基づいて超音波を空気中に送信してその超音波を試験体の裏面に対して入射角が臨界角以下の斜に照射する送信ステップと、レーザー発振器により、前記超音波が入射する前記試験体の裏面の反対側である表面に対し可視光のレーザービームを照射する照射ステップと、走査機構部により、前記集束型探触子を機械的に首振り走査させて前記試験体の裏面の所定の範囲にわたって走査するように前記超音波の伝搬していく方向を変える探触子走査ステップと、レーザービーム走査機構部により、前記可視光のレーザービームの伝搬方向を変えて、前記超音波が入射する前記試験体の裏面の反対側である表面に対し可視光のレーザービームを照射するように前記試験体の表面の所定の範囲にわたって電気的に走査させるレーザービーム走査ステップと、レーザー変位計により、前記試験体の裏面に対して入射角が臨界角以下の斜に照射された超音波の一部が前記試験体中に屈折して透過し、前記試験体中を伝搬して前記試験体の表面まで達し、前記試験体の表面を振動させ、その振動を計測する計測ステップとを含むものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る超音波探傷装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る超音波探傷装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００２９】
図１において、１は送信用探触子、２はレーザー発振器、３はレーザービーム、４はレーザー変位計、５は試験体、６は試験体５の送信用探触子１側の面（以下では試験体５の裏面と称する。）、７は試験体５のレーザー発振器２側の面（以下では試験体５の表面と称する。）、８は試験体５中の傷、９は送信用探触子１を走査するための走査機構部である。なお、レーザー発振器２には、図示していないがレーザービーム３を電気的に走査する走査機構部が具備されている。
【００３０】
つぎに、この実施の形態１に係る超音波探傷装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３１】
図２は、この発明の実施の形態１に係る超音波探傷装置の動作状態を示す図である。
【００３２】
図示はしないが、送信用探触子１には探触子駆動装置が探触子ケーブルを介して接続されており、この探触子駆動装置から電気的な駆動信号が送信用探触子１に印加される。送信用探触子１において、この駆動信号により空気中に超音波が発せられ、試験体５の裏面６の方向へ超音波が伝搬していく。
【００３３】
空気中を伝搬し、試験体５の裏面６に到達した超音波のエネルギーの多くは反射されるが、一部は試験体５中に透過する。透過した超音波は、試験体５中を伝搬していく。図１に示すように、試験体５中に傷８が超音波の伝搬路上にあり、傷８の大きさが試験体５中を伝搬する超音波のビーム幅よりも大きい場合、この傷８で超音波は反射される。
【００３４】
一方、レーザー発振器２からは、送信用探触子１で発生した超音波が試験体５中に入射した箇所の反対側の箇所にレーザービーム３が照射されている。傷８で超音波が反射された場合には、超音波は試験体５の表面７に対して何の影響も及ぼさないので、レーザー変位計４では何も計測されない。
【００３５】
続いて、図２に示すように、走査機構部９により送信用探触子１を試験体５の裏面６に沿った方向に走査する。送信用探触子１が傷８のない場所に到達すると、試験体５中を伝搬した超音波は試験体５の表面７まで到達する。そして、試験体５の表面７を振動させる。
【００３６】
一方、レーザー発振器２に具備されている電気的な走査機構部により、レーザービーム３の伝搬方向を変え、送信用探触子１で発生した超音波が試験体５中に入射した場所の反対側の面にレーザービーム３を照射するようにする。この場合、試験体５の表面７が振動しているため、レーザー変位計４により試験体５の表面７の振動を計測することができる。
【００３７】
走査機構部９により送信用探触子１を走査し、レーザー発振器２に具備されている走査機構部によりレーザービーム３を走査し、試験体５の表面７の振動分布を計測すると、傷８がある場所では振動が計測されないので、傷８を検出することができる。また、送信用探触子１とレーザービーム３を広い範囲にわたって走査すれば、傷８がある場所を特定できる。このようにして、試験体５を検査することができる。
【００３８】
以上説明した構成および動作で試験体５の検査を行うと、次のような効果がある。すなわち、機械的な走査は超音波を発生させる送信用探触子１だけであるので、従来のように送信と受信を探触子で行う構成の装置よりも走査が簡単になり、大きな試験体を検査する場合、検査時間を大幅に短縮することができる。
【００３９】
また、送信用探触子１として、集束型探触子を用い、試験体５中に大きな超音波を発生させれば、ＳＮ比が向上するという効果がある。
【００４０】
さらに、レーザービーム３を可視光にすれば、試験体５の表面７上のどこを検査しているのかが目で見えるので、装置のセッティングを迅速に行うことができる。その結果、検査時間をさらに短縮することができるという効果が得られる。
【００４１】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る超音波探傷装置について図面を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態２に係る超音波探傷装置の構成を示す図である。
【００４２】
図３において、基本構成は上記実施の形態１と同じであるが、送信用探触子１の走査機構部９の動作が異なる。
【００４３】
つぎに、この実施の形態２に係る超音波探傷装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００４４】
上記実施の形態１と異なり、走査機構部９を用いて送信用探触子１を首振り走査させる。
【００４５】
この走査により、送信用探触子１から発せられた超音波は試験体５の裏面６に対して斜に入射するが、入射角が臨界角以下であれば超音波の一部は試験体５中に屈折して透過し、試験体５中を伝搬する。
【００４６】
伝搬路上に傷８がなければ、超音波は試験体５の表面７まで達し、試験体５の表面７を振動させる。この振動を、実施の形態１と同様に、レーザー変位計４で計測すれば、傷８の有無および傷８の位置を求めることができる。
【００４７】
なお、試験体５の裏面６に対して斜に超音波を入射する場合、試験体５中には縦波と横波が伝搬するが、どちらの波を用いて検査を行っても構わない。
【００４８】
このように送信用探触子１の走査を首振り走査とすれば、走査機構部９の大きさを図３に示すように小さくできるので、実施の形態１で示した効果に加え、狭い場所でも検査ができるという効果がある。
【００４９】
また、実施の形態１と同様に、送信用探触子１として、集束型探触子を用い、試験体５中に大きな超音波を発生させれば、ＳＮ比が向上するという効果がある。
【００５０】
さらに、レーザービーム３を可視光にすれば、試験体５の表面７上のどこを検査しているのかが目で見えるので、装置のセッティングを迅速に行うことができる。その結果、検査時間をさらに短縮することができるという効果が得られる。
【００５１】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る超音波探傷装置について図面を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態３に係る超音波探傷装置の構成を示す図である。
【００５２】
図４において、構成は殆ど上記実施の形態１および２と同じだが、送信用探触子１および走査機構部９の構成および動作が異なる。送信用探触子１はアレイになっており、チャンネル毎に駆動できる構成となっている。また、各チャンネルを別個に駆動するための制御装置１０が送信用探触子１に接続されている。
【００５３】
つぎに、この実施の形態３に係る超音波探傷装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００５４】
制御装置１０から、送信用探触子１の各チャンネルを別個に駆動する信号が印加される。この制御装置１０により、各チャンネルを駆動するタイミングを制御することによって、送信用探触子１から発せられる超音波の伝搬方向を変える。すなわち、フェーズドアレイのように送信用探触子１を電気的に走査する。
【００５５】
送信用探触子１から発せられた超音波は試験体５の裏面６に対して斜に入射するが、入射角が臨界角以下であれば超音波の一部は試験体５中に屈折して透過し、試験体５中を伝搬する。
【００５６】
伝搬路上に傷８がなければ、超音波は試験体５の表面７まで達し、試験体５の表面７を振動させる。この振動を、実施の形態１と同様に、レーザー変位計４で計測すれば、傷８の有無および傷８の位置を求めることができる。
【００５７】
なお、試験体５の裏面６に対して斜に超音波を入射する場合、試験体５中には縦波と横波が伝搬するが、どちらの波を用いて検査を行っても構わない。
【００５８】
このように送信用探触子１の走査を電気的に走査すれば、機械的に走査するよりもさらに検査時間を短縮できるという効果がある。また、走査機構部９を必要としないので、実施の形態１で示した効果に加え、狭い場所でも検査ができるという効果がある。
【００５９】
また、制御装置１０により、送信用探触子１の各チャンネルを駆動するタイミングを制御することによって、超音波の伝搬方向を変えるだけでなく、超音波を集束すれば、試験体５中に大きな超音波を発生させることができる。その結果、ＳＮ比が向上するという効果がある。
【００６０】
さらに、レーザービーム３を可視光にすれば、試験体５の表面７上のどこを検査しているのかが目で見えるので、装置のセッティングを迅速に行うことができる。その結果、検査時間をさらに短縮することができるという効果が得られる。
【００６２】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る超音波探傷装置は、以上説明したとおり、探触子駆動装置からの駆動信号に基づいて超音波を空気中に送信してその超音波を試験体の裏面に対して入射角が臨界角以下の斜に照射する集束型探触子と、前記超音波が入射する前記試験体の裏面の反対側である表面に対し可視光のレーザービームを照射するレーザー発振器と、前記集束型探触子を機械的に首振り走査させて前記試験体の裏面の所定の範囲にわたって走査するように前記超音波の伝搬していく方向を変える走査機構部と、前記可視光のレーザービームの伝搬方向を変えて、前記超音波が入射する前記試験体の裏面の反対側である表面に対し可視光のレーザービームを照射するように前記試験体の表面の所定の範囲にわたって電気的に走査させるレーザービーム走査機構部と、前記試験体の裏面に対して入射角が臨界角以下の斜に照射された超音波の一部が前記試験体中に屈折して透過し、前記試験体中を伝搬して前記試験体の表面まで達し、前記試験体の表面を振動させ、その振動を計測するレーザー変位計とを備えたので、走査が簡単になり、大きな試験体を検査する場合、検査時間を大幅に短縮することができ、狭い場所でも検査ができるという効果を奏する。
【００７０】
この発明の請求項２に係る超音波探傷方法は、以上説明したとおり、集束型探触子により、探触子駆動装置からの駆動信号に基づいて超音波を空気中に送信してその超音波を試験体の裏面に対して入射角が臨界角以下の斜に照射する送信ステップと、レーザー発振器により、前記超音波が入射する前記試験体の裏面の反対側である表面に対し可視光のレーザービームを照射する照射ステップと、走査機構部により、前記集束型探触子を機械的に首振り走査させて前記試験体の裏面の所定の範囲にわたって走査するように前記超音波の伝搬していく方向を変える探触子走査ステップと、レーザービーム走査機構部により、前記可視光のレーザービームの伝搬方向を変えて、前記超音波が入射する前記試験体の裏面の反対側である表面に対し可視光のレーザービームを照射するように前記試験体の表面の所定の範囲にわたって電気的に走査させるレーザービーム走査ステップと、レーザー変位計により、前記試験体の裏面に対して入射角が臨界角以下の斜に照射された超音波の一部が前記試験体中に屈折して透過し、前記試験体中を伝搬して前記試験体の表面まで達し、前記試験体の表面を振動させ、その振動を計測する計測ステップとを含むので、走査が簡単になり、大きな試験体を検査する場合、検査時間を大幅に短縮することができ、狭い場所でも検査ができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る超音波探傷装置の構成を示す図である。
【図２】  この発明の実施の形態１に係る超音波探傷装置の動作状態を示す図である。
【図３】  この発明の実施の形態２に係る超音波探傷装置の構成を示す図である。
【図４】  この発明の実施の形態３に係る超音波探傷装置の構成を示す図である。
【図５】  従来の超音波探傷装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  送信用探触子、２  レーザー発振器、３  レーザービーム、４  レーザー変位計、５  試験体、６  裏面、７  表面、８  傷、９  走査機構部、１０  制御装置。
【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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