JP2001124746A - 超音波検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検体表層部に存在する欠陥と被検体内部に
存在する欠陥を同時に検出可能な超音波検査方法を提供
する。 【解決手段】 中央部に透孔４が開設された音響レンズ
３と、当該音響レンズ３の平面部３ａに設定された平面
形状が円形の振動子２とを備えた超音波プローブ１Ａを
用いる。音響レンズ３の焦点Ｐを被検体１００の表面よ
りやや下方に位置付けた状態で振動子２を起動し、超音
波プローブ１Ａから音響レンズ３によって集束された集
束ビーム１１と音響レンズ３によって集束されない垂直
波１２とを送信する。被検体１００に集束ビーム１１を
入射することによって発生する漏洩波のエコーを振動子
２にて受信し、そのエコーレベルから、被検体表層部の
欠陥探傷を行う。また。被検体１００に垂直波１２を入
射することによって得られる欠陥エコー又は底面エコー
を振動子２にて受信し、そのエコーレベルから、被検体
内部の欠陥探傷を行う。さらに、表面エコーと底面エコ
ーの時間差から、被検体厚さを計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料よりなる
構造物の非破壊検査に適用される超音波検査方法に係
り、特に、被検体表層部の健全性と被検体内部の欠陥検
査とを同時に実行可能な超音波検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、超音波を用いた被検体の欠陥
検査方法としては、被検体に対して無焦点ビームを垂直
に入射する方法と、被検体の表面又は表面直下に焦点を
設定して集束ビームを入射する方法とが知られている。

【０００３】図８は、前者の一例である水浸式垂直超音
波探傷法の説明図である。この図から明らかなように、
本例の超音波検査方法は、被検体１００に対して超音波
プローブ２００から超音波媒質としての水Ｗを介して無
焦点の超音波ビーム２０１を垂直に入射し、図８の右側
に示すように、表面エコーＳ１と底面エコーＢ１とを得
る方法である。この図から明らかなように、被検体１０
０の内部に欠陥１０１が存在すると、表面エコーＳ１と
底面エコーＢ１との間に欠陥エコーＦ１が現れるので、
これを検出することによって、当該欠陥１０１の発生位
置、大きさ及び形状等を求めることができる。

【０００４】図９は、後者に係る超音波検査方法の一例
を示す図であって、特開平４−２５９８５３号公報に記
載されている。本例の超音波検査方法は、周波数が１５
〜５０ＭＨｚで焦点距離が１２．７〜３８．１ｍｍの超
音波プローブ３００を用い、当該超音波プローブ３００
から送信される集束ビームの焦点位置を被検体１００の
表面又はその直下に設定して、超音波検査を実行する。
この方法によると、高周波を用いたことから表面エコー
Ｓ１の幅が短くなると共に、集束ビームを用いたことか
ら超音波ビーム３０１を表面近傍部に存在する微小欠陥
１０２の周辺に集中させることができるので、図９の右
側に示すように、表面エコーＳ１に続いて微小欠陥１０
２からの多重エコー群Ｆｒが観察される。送信エコーＳ
１は短いとはいっても幅を持つため、微小欠陥１０２か
らの第１欠陥エコーを表面エコーＳ１から分離すること
はできないが、その多重エコー群Ｆｒを捕捉することに
より、被検体の表面近傍部に存在する微小欠陥の有無を
把握することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の超音波検査方法のうちの前者は、被検体１００
に対して無焦点の超音波ビーム２０１を入射することか
ら表面エコーＳ１のレベルが非常に大きくなり、そのた
め、被検体１００の表面から１〜２ｍｍ程度の範囲に、
微小欠陥１０２の検出を行うことができない不感帯ＮＢ
を生じるという不都合がある。

【０００６】これに対して、前記した従来の超音波検査
方法のうちの後者は、超音波ビーム３０１の焦点を被検
体１００の表面又はその直下に設定するため、被検体１
００の表面近傍部からの欠陥検出は可能になるが、その
反面、焦点域以外の位置に存在する欠陥、特に、被検体
１００の底面に近い位置にある欠陥１０１の検出能が低
くなるという不都合がある。また、この方法は、例えば
鉄鋼材料中に存在する非金属介在物や溶射皮膜の剥離な
ど、被検体１００の表面に対して平行な方向に延びる比
較的大面積の欠陥については、多重エコー群Ｆｒの検出
が可能であるが、被検体１００の表面に対して垂直方向
に延びる微小欠陥については、多重エコー群Ｆｒを検出
することが難しいという不都合がある。実験によると、
前記公報に記載の方法では、厚さ０．１ｍｍのＷＣ系溶
射皮膜内に存在する幅２〜５μｍの縦方向のクラックを
検出することができなかった。

【０００７】本発明は、かかる従来技術の不備を解消す
るためになされたものであって、その目的は、被検体の
表層部に存在する微小欠陥と被検体の内部に存在する欠
陥を同時に検出可能で、しかも被検体の表層部に存在す
る微小欠陥については欠陥の大きさや向きに関わりなく
高精度に検出することができる超音波検査方法を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の目的を
達成するため、振動子と、被検体への垂直入射波及び斜
角入射波の伝搬経路並びに前記被検体からの垂直反射波
及び漏洩波の伝搬経路を有し、かつ前記垂直入射波及び
垂直反射波の伝搬経路における超音波の伝搬速度が前記
斜角入射波及び漏洩波の伝搬経路における超音波の伝搬
速度よりも遅い音響レンズとを備えた超音波プローブを
用い、前記漏洩波の受信信号を基に前記被検体表層部の
健全性を評価すると共に、前記垂直反射波の受信信号を
基に前記被検体表層部以外の欠陥検査及び／又は前記被
検体の厚さ計測を行うという構成にした。

【０００９】前記構成の超音波プローブを用いると、垂
直入射波及び垂直反射波の伝搬経路における超音波の伝
搬速度が前記斜角入射波及び漏洩波の伝搬経路における
超音波の伝搬速度よりも遅いので、図２（ｂ）に示すよ
うに、垂直入射波による表面エコーＳ１と漏洩波のエコ
ーＬ１とが時間軸上で分離し、かつ漏洩波のエコーＬ１
の方が表面エコーＳ１よりも先行した受信信号が得られ
る。したがって、漏洩波のエコーレベルから被検体１０
０の表層部に存在する微小欠陥１０２を検出できると共
に、被検体１００の内部に欠陥１０１が存在する場合に
は、表面エコーＳ１と底面エコーＢ１との間に欠陥エコ
ーＦ１が現れるので、これを検出することによって、当
該欠陥１０１の発生位置、大きさ及び形状等を求めるこ
とができる。さらに、表面エコーＳ１と底面エコーＢ１
の時間差から、被検体１００の厚さを計測することがで
きる。

【００１０】前記被検体１００の表層部に存在する微小
欠陥１０２の検出は、以下のようにして行われる。即
ち、図１に示すように、超音波プローブ１Ａから送信さ
れた超音波のうち、斜角経路Ａ→Ｂ→Ｃを通って被検体
１００の表面にレーリー臨界角θL で入射した斜角入射
波は、漏洩弾性表面波に変換され、被検体１００の表面
に沿って進行する。この漏洩弾性表面波は、入射点Ｃか
ら被検体１００の表面を伝搬する間にレーリー臨界角θ
L で漏洩し、被検体１００表面のＤ点で漏洩した漏洩波
は、経路Ｄ→Ｅ→Ｆを通って振動子２に受信される。

【００１１】ここで、被検体１００の表層にクラック等
の欠陥が存在すると、被検体１００の表層における漏洩
弾性表面波の伝搬がクラック等によって妨げられるため
に、振動子２にて受信される漏洩波のレベルが低くな
る。これに対して、被検体１００の表層にクラック等の
欠陥が存在しない場合には、被検体１００の表層におけ
る漏洩弾性表面波の伝搬がクラック等によって妨げられ
ないため、振動子２にて受信される漏洩波のレベルが高
くなる。したがって、超音波プローブ１Ａにおける漏洩
波の受信レベルより被検体１００の表層に生じたクラッ
クの有無を判定することができる。

【００１２】また、漏洩弾性表面波は、被検体１００の
表面から１波長程度、被検体１００の内部に浸透すると
されている。このため、母材の表面に設けられた溶射皮
膜等の被膜に剥離を生じた場合には、母材と被膜との間
に空気層ができるため、漏洩弾性表面波が母材の内部に
浸透せず、その減衰が小さくなるために、振動子２にて
受信される漏洩波のレベルが高くなる。これに対して、
被膜に剥離が生じていない場合には、漏洩弾性表面波が
母材の内部に１波長程度浸透し、その減衰が大きくなる
ため、振動子２にて受信される漏洩波のレベルが低くな
る。したがって、超音波プローブ１Ａにおける漏洩波の
受信レベルより被膜に生じた剥離の有無を判定すること
ができる。

【００１３】かように、本発明によれば、欠陥の形状や
向きに関係なく、被検体の表層部に発生した欠陥を高精
度に検出することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】まず、本発明に係る超音波検査方
法に適用される超音波プローブの一例を、図１に基づい
て説明する。図１は本例に係る超音波プローブの要部断
面図及び平面図である。

【００１５】図１（ａ），（ｂ）から明らかなように、
本例の超音波プローブ１Ａは、平面形状が円形に形成さ
れた単一型の振動子２と、当該振動子２から送信された
超音波を収束して被検体１００に入射する凹レンズ型の
音響レンズ３とを備えた構成になっており、音響レンズ
３の中央部には、振動子２が設定される平面部３ａから
レンズ曲率面３ｂまで貫通する透孔４が開設されてい
る。振動子２は、上下面にそれぞれ上部電極２Ｕと下部
電極２Ｌが設けられた圧電薄膜をもって構成される。一
方、音響レンズ３は、アルミニウム等の超音波伝搬速度
が大きな物質をもって構成され、振動子対向面が平面状
に、レンズ曲率面が球面状に形成されている。なお、前
記超音波プローブ１Ａの上部電極２Ｕ側には、必要以上
の振動の発生を抑制するためのダンパ材が取り付けられ
ることがあり、また下部電極２Ｌ側には、振動子２の保
護板が取り付けられることもある。また、透孔４の直径
は、経路Ｇ→（Ｈ）→Ｉで示される垂直入射波を用いて
被検体１００内部の探傷を行うことから、経路Ａ→Ｂ→
Ｃで示される斜角入射波及び経路Ｄ→Ｅ→Ｆで示される
漏洩波の伝搬を阻害しない範囲内で可能な限り大きくす
る方が好ましい。

【００１６】次に、本構成の超音波プローブ１Ａを用い
た超音波検査方法を、図１及び図２に基づいて説明す
る。

【００１７】まず、図１（ａ）に示すように、超音波プ
ローブ１Ａと被検体１００とを水中Ｗにおいて対向に配
置し、超音波プローブ１Ａより送信される斜角入射波の
焦点Ｐを、被検体１００の表面からΔＺだけ下げた位置
に設定する。ΔＺは、被検体１００の表面に漏洩弾性表
面波を生じさせるに必要な集束ビームのデフォーカス量
であって、最も好ましくは、超音波プローブ１Ａにおい
て受信される漏洩波が最大になる量に設定されるが、必
ずしもこれに限定されるものではなく、超音波プローブ
１Ａで漏洩波が受信される量に設定すれば足りる。

【００１８】なお、デフォーカス量ΔＺの調整は、超音
波プローブ１Ａを被検体１００に接近する方向又は被検
体１００から離隔する方向に移動しつつ超音波プローブ
１Ａより超音波を送信し、被検体１００からの表面反射
波のレベル変化を監視することによって超音波ビームの
焦点Ｐが被検体１００の表面に合致する位置を割り出
し、次いで、所望のデフォーカス量ΔＺだけ超音波プロ
ーブ１Ａを被検体１００に接近させることにより行うこ
とができる。即ち、振動子２を起動すると、超音波プロ
ーブ１Ａからは、図１（ａ）及び図２に示すように、音
響レンズ３によって集束された集束ビーム１１と、音響
レンズ３によって集束されない無焦点ビーム（垂直波）
１２とが送信される。そして、集束ビーム１１の焦点Ｐ
が被検体１００の表面に合致した場合に、被検体１００
からの表面反射波が最も大きくなるので、これを監視す
ることによって、集束ビーム１１の焦点Ｐが被検体１０
０の表面に合致した位置を把握することができ、この位
置から所望のデフォーカス量ΔＺだけ超音波プローブ１
Ａを被検体１００に接近させることによって、超音波プ
ローブ１Ａのデフォーカス量ΔＺを所定の値に設定する
ことができる。

【００１９】このようにして超音波プローブ１Ａと被検
体１００とが水中において対向に配置され、かつデフォ
ーカス量ΔＺの設定が終了した状態においては、図１
（ａ）に示すように、振動子２の斜角経路Ａ→Ｂ→Ｃ及
びＤ→Ｅ→Ｆと被検体１００との間には、超音波の伝搬
速度が高い音響レンズ３（アルミニウム製の場合、音速
＝約６４００ｍ／ｓ）と超音波の伝搬速度が低い水（音
速＝約１５００ｍ／ｓ）とが介在するのに対して、振動
子２の垂直経路Ｇ→（Ｈ）→Ｉ及びＩ→（Ｈ）→Ｇと被
検体１００との間には、超音波の伝搬速度が低い水のみ
が介在することになるので、経路Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→
Ｆを通る斜角入射波、漏洩弾性表面波及び漏洩波の伝搬
時間よりも経路Ｇ→（Ｈ）→Ｉ→（Ｈ）→Ｇを通る垂直
入射波及び垂直表面反射波の伝搬時間の方が長くなり、
図２（ｂ）に示すように、垂直波１２による表面エコー
Ｓ１と漏洩波のエコーＬ１とが時間軸上で分離し、かつ
漏洩波のエコーＬ１の方が表面エコーＳ１よりも先行し
た受信信号が得られる。

【００２０】一例として、被検体の表面に厚さ０．１ｍ
ｍのＷＣ系溶射皮膜が施された鋼材被検体とレンズのど
厚（図１（ａ）のＧＨ間）が５ｍｍのアルミニウム製
（音速＝６４００ｍ／ｓ）の音響レンズとを用い、デフ
ォーカス量ΔＺを０．２ｍｍ、使用周波数を１０ＭＨ
ｚ、ＷＣ系溶射皮膜を伝搬する漏洩弾性表面波の音速を
２３００ｍ／ｓ（表面を研磨した同種の溶射皮膜を用い
て予め計測した値）、レーリー臨界角を４１度として垂
直波による表面エコーＳ１と漏洩波のエコーＬ１の時間
差を求めると、経路Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆを伝搬する
超音波の伝搬時間が約１０μｓであるのに対して、経路
Ｇ→（Ｈ）→Ｉ→（Ｈ）→Ｇを伝搬する超音波の伝搬時
間は約１５μｓであり、その差が５μｓ（使用周波数の
周期の５０倍）となって、両エコー波形を時間軸上で明
確に分離できることが判る。なお、前例においては、使
用周波数を１０ＭＨｚとしたが、５〜２０ＭＨｚの範囲
で変更した場合にも同様の結果が得られた。

【００２１】これに対して、透孔４を有しない音響レン
ズ３を備えた超音波プローブを用いた場合には、振動子
２の斜角経路Ａ→Ｂ→Ｃ及びＤ→Ｅ→Ｆと被検体１００
との間にも、また振動子２の垂直経路Ｇ→Ｈ→Ｉ及びＩ
→Ｈ→Ｇと被検体１００との間にも超音波の伝搬速度が
高いアルミニウム製の音響レンズ３と超音波の伝搬速度
が低い水とが介在するので、経路Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→
Ｆを通る斜角入射波、漏洩弾性表面波及び漏洩波の伝搬
時間と経路Ｇ→Ｈ→Ｉ→Ｈ→Ｇを通る垂直入射波及び垂
直表面反射波の伝搬時間とがほぼ同じになって、垂直波
による表面エコーに漏洩波のエコーが埋没して両エコー
波形を分離できず、漏洩波のエコーレベルを求めること
ができない。

【００２２】即ち、透孔４を有する音響レンズ３を備え
た超音波プローブ１Ａを用いた場合と同一の条件下で、
両エコー波形の伝搬時間の差を求めると、経路Ｇ→Ｈ→
Ｉ→Ｈ→Ｇを伝搬する垂直表面反射波の伝搬時間が１
０．０５μｓであるのに対して、経路Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→
Ｅ→Ｆ経路を伝搬する斜角入射波、漏洩弾性表面波及び
漏洩波の伝搬時間は１０．１μｓであり、その差が５０
ｎｓとなって使用周波数の周期（１００ｎｓ）の半分し
かないので、漏洩波のエコーＬ１が受信されていても、
垂直波による表面エコーＳ１に漏洩波のエコーＬ１が埋
没してしまい、漏洩波のエコーレベルを求めることがで
きない。

【００２３】したがって、図１の超音波プローブ１Ａを
用いると、漏洩波の受信信号を基にした被検体１００の
表層部の検査と、垂直反射波の受信信号を基にした被検
体１００の内部の検査と、同じく垂直反射波の受信信号
を基にした被検体１００の厚さ計測とが可能になる。

【００２４】まず、漏洩波の受信信号を基にした被検体
１００の表層部の検査方法について説明すると、前記し
たように、超音波プローブ１Ａから送信された超音波の
うち、斜角経路Ａ→Ｂ→Ｃを通って被検体１００の表面
にレーリー臨界角θL で入射した斜角入射波は、漏洩弾
性表面波に変換され、被検体１００の表面に沿って進行
する。この漏洩弾性表面波は、入射点Ｃから被検体１０
０の表面を伝搬する間にレーリー臨界角θL で漏洩し、
被検体１００表面のＤ点で漏洩した漏洩波は、経路Ｄ→
Ｅ→Ｆを通って振動子２に受信される。

【００２５】ここで、被検体１００の表層にクラック等
の欠陥が存在すると、被検体１００の表層における漏洩
弾性表面波の伝搬がクラック等によって妨げられるため
に、振動子２にて受信される漏洩波のレベルが低くな
る。これに対して、被検体１００の表層にクラック等の
欠陥が存在しない場合には、被検体１００の表層におけ
る漏洩弾性表面波の伝搬がクラック等によって妨げられ
ないため、振動子２にて受信される漏洩波のレベルが高
くなる。したがって、超音波プローブ１Ａにおける漏洩
波の受信レベルより被検体１００の表層に生じたクラッ
クの有無を判定することができる。

【００２６】図３に、前記超音波プローブ１Ａを用いて
被検体上を走査し、得られた漏洩波のレベルを映像化し
たＣスコープ画像の第１例を示す。被検体としては、鋼
材の表面にＷＣ系サーメット材料を用いて厚さが０．１
ｍｍの溶射皮膜を形成し、皮膜形成後に曲げ応力を負荷
したものを用いた。図３から明らかなように、画像の中
央部に漏洩波のエコーレベルが周囲の正常部分に比べて
明らかに低い縦縞像が現れた。この部位を走査型電子顕
微鏡（ＳＥＭ）で拡大観察した結果の一部を図４に示
す。この観察結果から幅２〜５μｍの縦方向のクラック
であることが判明し、従来法では検出が難しい方向の微
小欠陥が検出可能であることを確認した。

【００２７】また、漏洩弾性表面波は、被検体１００の
表面から１波長程度、被検体１００の内部に浸透すると
されている。このため、母材の表面に設けられた溶射皮
膜等の被膜に剥離を生じた場合には、母材と被膜との間
に空気層ができるため、漏洩弾性表面波が母材の内部に
浸透せず、その減衰が小さくなるために、振動子２にて
受信される漏洩波のレベルが高くなる。これに対して、
被膜に剥離が生じていない場合には、漏洩弾性表面波が
母材の内部に１波長程度浸透し、その減衰が大きくなる
ため、振動子２にて受信される漏洩波のレベルが低くな
る。したがって、超音波プローブ１Ａにおける漏洩波の
受信レベルより被膜に生じた剥離の有無をも判定するこ
とができる。

【００２８】図５に、漏洩波のレベルを映像化したＣス
コープ画像の第２例を示す。被検体としては、溶射皮膜
の形成前に母材に当然施されるべき前処理としてのブラ
スト処理を中央部にのみ施さないで、母材である鋼材の
表面にＷＣ系サーメット材料からなる溶射皮膜が０．１
ｍｍの厚さに形成されたものを用いた。図５から明らか
なように、ブラスト処理が施されなかった母材の中央部
における漏洩波のエコーレベルが周囲の正常部分に比べ
て明らかに高くなっており、本発明に係る超音波検査方
法にて溶射皮膜の剥離若しくは密着不足を鮮明に映像化
できることが判る。

【００２９】かように、本発明の超音波検査方法による
と、漏洩波のレベルを検出することによって、欠陥の種
類や形状それに被検体の表面に対する向きに関係なく、
欠陥の有無、形状及びサイズ等を特定することができる
ので、被検体表層部の健全性を幅広く判定することがで
きる。

【００３０】次に、垂直波による被検体内部の探傷法
を、図２を参照して説明する。前述のように、中央部に
透孔４が開設された音響レンズ３を備えた超音波プロー
ブ１Ａを用いて被検体の超音波探傷を行うと、超音波プ
ローブ１Ａからは被検体１００の表面に漏洩弾性表面波
を励起させる集束ビーム１１と被検体１００に垂直に入
射される垂直波１２とが送信され、しかも、図２（ｂ）
に示すように、漏洩波のエコーＬ１と垂直波１２による
表面エコーＳ１とを時間軸上で明確に分離することがで
きるので、超音波プローブ１Ａから送信される垂直波１
２を利用することにより、図８に示した従来の垂直探傷
法と同様の方法で、被検体内部の探傷が可能となる。即
ち、内部欠陥１０１が存在する場合には、被検体１００
の内部に進入した垂直波１２が当該内部欠陥１０１にて
反射されることによって生じる欠陥エコーＦ１が、表面
エコーＳ１と底面エコーＢ１との間に現れるので、垂直
波１２の受信信号を基に被検体１００の内部の欠陥の有
無及び当該欠陥の大きさや種類等を検出することができ
る。

【００３１】かように、本発明に係る超音波検査装置に
よれば、漏洩波のエコーＬ１を基に被検体表層部の健全
性を判定できるばかりでなく、垂直波１２による欠陥エ
コーＦ１を基に被検体内部の探傷を行うことができる。

【００３２】なお、欠陥の有無を映像化する場合は、対
象となるエコーが現れる時間域にゲートを設ける必要が
ある。ゲートの設定方法としては、図２（ｃ）に示すよ
うに、漏洩波のエコーＬ１の現れる時間域にゲートＧ１
を設けて漏洩波のエコーＬ１の最大エコー高さを抽出す
ると共に、欠陥エコーＦ１が現れる時間域、具体的には
表面エコーＳ１以降で底面エコーＢ１以前の範囲にゲー
トＧ２を設けて欠陥エコーＦ１の最大エコー高さを抽出
する方法と、図２（ｄ）に示すように、漏洩波のエコー
Ｌ１の現れる時間域にゲートＧ１を設けて漏洩波のエコ
ーＬ１の最大エコー高さを抽出すると共に、底面エコー
Ｂ１が現れる時間域にゲートＧ３を設けて底面エコーＢ
１の最大エコー高さを抽出する方法とがある。図２
（ｄ）の方法は、内部欠陥１０１が存在する場合には、
被検体１００の底面にまで到達する超音波エネルギーが
減少するために底面エコーＢ１のレベルが低くなること
を利用して、内部欠陥１０１の有無を検出する。また、
底面部に欠陥が有る場合も、底面エコーＢ１のレベルが
低くなることから、底面エコーレベルを監視することに
より、内部と底面部の欠陥の有無を知ることができる。

【００３３】ゲート回路の構成は、それぞれゲートＧ１
及びゲートＧ２（又はＧ３）に相当するゲートを形成す
る２つのゲート回路を備えてもよいし、１つのゲート回
路でゲートＧ１とゲートＧ２（又はＧ３）を時間的に交
互に形成してもよい。

【００３４】さらに、本発明の超音波検査方法による
と、垂直波を利用することにより、被検体の厚み計測を
行うこともできる。具体的には、表面エコーＳ１と底面
エコーＢ１との時間差をｔ、被検体の厚さをＬ、被検体
中を伝搬する超音波の音速をＶとしたとき、被検体の厚
さＬは、Ｌ＝Ｖ・ｔ／２で表すことができるので、超音
波プローブにて表面エコーＳ１と底面エコーＢ１との時
間差ｔを求め、上記の演算を行うことによって、被検体
の厚さＬを算出することができる。

【００３５】以上説明したように、本発明によると、漏
洩波のエコーＬ１を基にした被検体表層域の欠陥探傷
と、欠陥エコーＦ１又は底面エコーＢ１を基にした被検
体内部及び底面部の欠陥探傷と、表面エコーＳ１と底面
エコーＢ１の時間差を基にした被検体の厚さ計測とを行
うことができる。実際の実施に際しては、必ずしもこれ
らの各欠陥探傷と厚さ計測の全てを同時に行う必要はな
く、超音波検査の目的に合わせて、被検体表層域の欠陥
探傷と被検体内部及び底面部の欠陥探傷のみを行うこと
もできるし、被検体表層域の欠陥探傷と被検体の厚さ計
測のみを行うこともできる。被検体の欠陥検査のみなら
ず、被検体の欠陥検査と被検体の厚さ計測とを同時に行
えるようにすると、例えば化学プラント等で使用される
パイプ類など、使用条件が厳しい部材の表面劣化状態と
減肉状態を同時に検査することができるので、信頼性の
高い検査を高能率に行うことができる。

【００３６】なお、前記実施形態例においては、中央部
に透孔４が開設された音響レンズ３を備えた超音波プロ
ーブ１Ａを用いたが、超音波プローブについては、被検
体への垂直入射波及び斜角入射波の伝搬経路並びに被検
体からの垂直反射波及び漏洩波の伝搬経路を有し、かつ
垂直入射波及び垂直反射波の伝搬経路における超音波の
伝搬速度が斜角入射波及び漏洩波の伝搬経路における超
音波の伝搬速度よりも遅い音響レンズとを備えていれば
足りるのであって、本発明の要旨が、前記構成の超音波
プローブ１Ａに限定されるものではない。以下に、本発
明の超音波検査方法に適用可能な他の超音波プローブを
列挙する。

【００３７】（１）図６に示す超音波プローブ１Ｂは、
音響レンズ３の中央部（垂直入射波及び垂直表面反射波
の伝搬経路）に透孔４を開設する構成に代えて、音響レ
ンズ３のレンズ曲率面３ｂの中央部にくぼみ５を形成し
たことを特徴とする。

【００３８】この超音波プローブ１Ｂを用いた場合に
も、図１の超音波プローブ１Ａを用いた場合と同様に、
経路Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆを通る超音波の伝搬時間よ
りも経路Ｇ→Ｉ→Ｇを伝搬する超音波の伝搬時間を相対
的に遅らせることができるので、垂直波による表面エコ
ーと漏洩波のエコーの分離が可能になる。その他、図６
の超音波プローブ１Ｂは、音響レンズ３の振動子設定面
３ａが閉じているので、振動子２の設定を容易かつ確実
に行うことができるという効果もある。

【００３９】（２）図７に示す超音波プローブ１Ｃは、
音響レンズ３の中央部に単に透孔４を開設するかくぼみ
５を形成する構成に代えて、開設された透孔４内又は形
成されたくぼみ５内に音響レンズ３を構成する素材より
も超音波の伝搬速度が遅い素材からなる充填物６を充填
したことを特徴とする。

【００４０】図７（ａ）は音響レンズ３の中央部に開設
された透孔４内に充填物６を充填した場合、図７（ｂ）
は音響レンズ３の平面部（振動子設定面）３ａに形成さ
れたくぼみ５内に充填物６を充填した場合、図７（ｃ）
は音響レンズ３のレンズ曲率面３ｂに形成されたくぼみ
５内に充填物６を充填した場合を示している。

【００４１】音響レンズ３を構成する素材と充填物６と
は、超音波の伝搬速度の差が大きいほど好ましく、音響
レンズ３がアルミニウム（音速＝６４００ｍ／ｓ）をも
って構成される場合には、充填物６としてはアクリル樹
脂等の樹脂材料（音速＝２０００〜２５００ｍ／ｓ）が
好適に用いられる。充填物６として樹脂を用いる場合に
は、開設された透孔４又は形成されたくぼみ５内に充填
物である樹脂をポッティングすることによって音響レン
ズ３を製造することができる。また、充填物６として固
体を用いる場合には、開設された透孔４又は形成された
くぼみ５内に充填物である固体を圧入することによって
も、所要の音響レンズ３を製造することができる。

【００４２】本例の超音波プローブは、音響レンズ３に
おける垂直入射波及び垂直表面反射波の伝搬経路Ｇ→Ｉ
及びＩ→Ｇと斜角入射波及び漏洩波の伝搬経路Ａ→Ｂ→
Ｃ及びＤ→Ｅ→Ｆとを音速が異なる素材で構成したの
で、各経路を通る超音波の伝搬時間の差が大きくなっ
て、垂直波による表面エコーと漏洩波のエコーの分離が
可能になると共に、音響レンズ３の振動子設定面が閉じ
た形になるので、振動子２の設定を容易かつ確実に行う
ことができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
漏洩波のエコーを基にした被検体表層域の欠陥探傷と、
欠陥エコー又は底面エコーを基にした被検体内部及び底
面部の欠陥探傷とを同時に行うことができるので、これ
らの各欠陥探傷を別個にしか実行できない従来方法に比
べて、被検体の検査精度及び検査能率を格段に向上する
ことができる。また、本発明によると、被検体の欠陥探
傷と被検体の厚さ計測とを同時に行うことができるの
で、これらを別個にしか実行できない従来方法に比べ
て、被検体の検査精度及び検査能率を格段に向上するこ
とができる。さらに、本発明によると、漏洩波のエコー
を基にした被検体表層域の欠陥探傷を行うので、被検体
の表層域に存在する欠陥の種類や大きさそれに被検体表
面に対する向き等に関係なく欠陥を高精度に検出するこ
とができ、信頼性の高い欠陥探傷を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例に係る超音波探傷方法に適用される
超音波プローブの要部断面図及び平面図である。

【図２】実施形態例に係る超音波探傷方法の説明図であ
る。

【図３】実施形態例に係る超音波探傷方法で得られる漏
洩波のＣスコープ画像データの一例を示す図である。

【図４】図３のデータから欠陥が発見された被検体の走
査型電子顕微鏡による表面写真である。

【図５】実施形態例に係る超音波探傷方法で得られる漏
洩波のＣスコープ画像データの他の例を示す図である。

【図６】実施形態例に係る超音波探傷方法に適用される
超音波プローブの他の例を示す要部断面図である。

【図７】実施形態例に係る超音波探傷方法に適用される
超音波プローブのさらに他の例を示す要部断面図であ
る。

【図８】従来より知られている超音波探傷方法の第１例
を示す説明図である。

【図９】従来より知られている超音波探傷方法の第２例
を示す説明図である。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 超音波プローブ ２ 振動子 ３ 音響レンズ ３ａ 平面部（振動子設定面） ３ｂ レンズ曲率面 ４ 透孔 ５ くぼみ ６ 充填物 １００ 被検体 １０１ 内部欠陥 １０２ 表層部欠陥

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G047 AA06 BB01 BB02 BC00 BC02 BC08 BC09 BC18 DA03 DB03 DB14 EA10 FA01 GB11 GB25 GG01 GG30

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動子と音響レンズとを備えた超音波プ
   ローブであって、前記音響レンズが、被検体への垂直入
   射波及び斜角入射波の伝搬経路並びに前記被検体からの
   垂直反射波及び漏洩波の伝搬経路を有し、かつ前記垂直
   入射波及び垂直反射波の伝搬経路における超音波の伝搬
   速度が前記斜角入射波及び漏洩波の伝搬経路における超
   音波の伝搬速度よりも遅くなるように形成された超音波
   プローブを用い、前記漏洩波の受信信号を基に前記被検
   体表層部の健全性を評価すると共に、前記被検体からの
   垂直反射波の受信信号を基に前記被検体表層部以外の健
   全性を評価することを特徴とする超音波検査方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の超音波検査方法におい
   て、前記垂直反射波のうち、前記被検体の表面にて反射
   された垂直表面反射波を除く垂直反射波を選択的に検出
   し、前記被検体表層部以外の欠陥検査を行うことを特徴
   とする超音波検査方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の超音波検査方法におい
   て、前記被検体の内部に存在する欠陥にて反射された垂
   直反射波を選択的に検出し、当該垂直反射波の受信信号
   を基に前記被検体表層部以外の欠陥検査を行うことを特
   徴とする超音波検査方法。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の超音波検査方法におい
   て、前記被検体の底面にて反射された垂直底面反射波を
   選択的に検出し、当該垂直底面反射波の受信信号を基
   に、前記被検体表層部以外の欠陥検査を行うことを特徴
   とする超音波検査方法。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の超音波検査方法におい
   て、前記被検体の表面にて反射された垂直表面反射波と
   前記被検体の底面にて反射された垂直底面反射波との受
   信タイミングの時間差から前記被検体の厚さを計測する
   ことを特徴とする超音波検査方法。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の超音波検査方法におい
   て、前記音響レンズとして、前記垂直入射波及び垂直表
   面反射波の伝搬経路に前記振動子の設定面からこれと対
   向するレンズ曲率面まで貫通する透孔を開設するか、前
   記レンズ曲率面の前記垂直入射波及び垂直表面反射波の
   伝搬経路にくぼみを形成したものを用いることを特徴と
   する超音波検査方法。
7. 【請求項７】 請求項１に記載の超音波検査方法におい
   て、前記音響レンズとして、前記垂直入射波及び垂直表
   面反射波の伝搬経路に前記振動子の設定面からこれと対
   向するレンズ曲率面まで貫通する透孔を開設するか、前
   記振動子の設定面又はレンズ曲率面の前記垂直入射波及
   び垂直表面反射波の伝搬経路にくぼみを形成し、これら
   透孔内又はくぼみ内に前記斜角入射波及び漏洩波の伝搬
   経路を構成する素材とは超音波の伝搬速度が異なる素材
   からなる充填物を充填したものを用いることを特徴とす
   る超音波検査方法。