JP2001228126A - 超音波探傷装置 - Google Patents
超音波探傷装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 欠陥の上下端の回折波を利用して欠陥深さを
検出する超音波探傷において大きな振幅の回折波を得る
ことができる超音波探傷装置を提供する。 【解決手段】 アレイ構造とした超音波探触子１２の集
合体で送信側超音波探触部１１を構成し、この超音波探
触部１１の各超音波探触子１２が出力する超音波の送出
のタイミングを順次遅延させることにより超音波探触部
１１から送出する超音波ビームＢ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１５の各超音波探触子１６による超音波の受
信のタイミングを送信側超音波探触部１１と同期させて
順次遅延させることにより送信側超音波探触部１１が送
出した超音波ビームＢを各超音波探触子１６で同時に受
信するようにしたものである。
検出する超音波探傷において大きな振幅の回折波を得る
ことができる超音波探傷装置を提供する。 【解決手段】 アレイ構造とした超音波探触子１２の集
合体で送信側超音波探触部１１を構成し、この超音波探
触部１１の各超音波探触子１２が出力する超音波の送出
のタイミングを順次遅延させることにより超音波探触部
１１から送出する超音波ビームＢ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１５の各超音波探触子１６による超音波の受
信のタイミングを送信側超音波探触部１１と同期させて
順次遅延させることにより送信側超音波探触部１１が送
出した超音波ビームＢを各超音波探触子１６で同時に受
信するようにしたものである。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波探傷装置に関
し、特に亀裂端部の回折波を利用してこの回折波の伝搬
時間により探傷を行う場合に用いて有用なものである。 【０００２】 【従来の技術】鋼板等の被検体の内部の亀裂等の欠陥を
回折波を利用して探傷する方法としてＴＯＦＤ（Ｔｉｍ
ｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法
が知られている。このＴＯＦＤ法を図３に基づき説明す
る。同図に示すように、送信側超音波探触部１は、１個
の超音波探触子２を有しており、この超音波探触子２が
シュー３に固定されて所定の入射角で被検体４の内部に
向けて超音波を送出するようになっている。受信側超音
波探触部５は、送信側超音波探触部１と同様に１個の超
音波探触子６を有しており、この超音波探触子６がシュ
ー７に固定されて、被検体４の内部を伝搬した超音波を
受信するようになっている。超音波探触子２から送出し
た超音波は被検体４内を拡散して伝搬するが、被検体４
の内部に欠陥８がある場合、その上端及び下端に対応し
て回折波が発生する。 【０００３】すなわち、このとき受信側超音波探触部５
で受信する超音波の波形は、図４に示すような波形とな
る。図４中、横軸が時間、縦軸が超音波信号の振幅であ
り、Ｐ1 が被検体４の表面に沿って伝搬した表面波（直
進波）、Ｐ2 が被検体４の底面で反射した底面反射波、
Ｐ3 が欠陥８の上端に対応する回折波及びＰ4 が欠陥８
の下端に対応する反射波である。 【０００４】したがって、図３に示す欠陥深さＤは、欠
陥上端ｄ1 及び欠陥下端ｄ2 の位置に基づき次式（１）
により求めることができる。 【０００５】 【数１】 【０００６】上記ＴＯＦＤ法おいては、図３に示すよう
に、欠陥８を挟んだ両側に超音波探触子２、６を配置す
ることが当該探傷のための必須条件となるが、欠陥８の
上端及び下端の回折波Ｐ3 及び回折波Ｐ4 の伝搬時間に
より、欠陥８の形状及び傾き等に影響されることなく、
高精度の欠陥深さＤの検出が可能になる。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】ところが、上記ＴＯＦ
Ｄ法では、回折波Ｐ3 、Ｐ4 を利用して欠陥８の検出を
行っているのに対し、超音波の送信に拡散波を利用して
いるので、欠陥８の全体に一度に超音波を当てることは
できるが、その分回折波Ｐ3 、Ｐ4 の振幅は小さくな
る。このため、回折波Ｐ3 、Ｐ4 を良好に検出すること
が困難になる場合がある。 【０００８】本願発明は、上記従来技術に鑑み、欠陥の
上下端の回折波を利用して欠陥深さを検出する超音波探
傷において大きな振幅の回折波を得ることができる超音
波探傷装置を提供することを目的とする。 【０００９】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は、次の点を特徴とする。 【００１０】１） 送信側超音波探触部から送出した超
音波を被検体を介して受信側超音波探触部で受信し、こ
の受信した超音波の波形に基づき被検体の内部の欠陥を
探傷する超音波探傷装置において、複数の素子を並べて
アレイ構造とした超音波探触子の集合体で送信側超音波
探触部を構成し、この送信側超音波探触部の各超音波探
触子が出力する超音波の送出のタイミングを順次遅延さ
せることにより送信側超音波探触部から送出する超音波
ビームを収束させるとともにスキャニングさせること。
本発明によれば、被検体の内部の欠陥の上下端における
回折波の振幅を大きくすることができるとともに、被検
体の深さ方向の全域に亘り超音波ビームを振ることがで
きる。 【００１１】２） 送信側超音波探触部から送出した超
音波を被検体を介して受信側超音波探触部で受信し、こ
の受信した超音波の波形に基づき被検体の内部の欠陥を
探傷する超音波探傷装置において、複数の素子を並べて
アレイ構造とした超音波探触子の集合体で受信側超音波
探触部を構成し、この送信側超音波探触部の各超音波探
触子による超音波の受信のタイミングを順次遅延させる
ことにより送信側超音波探触部が送出して拡散した超音
波ビームを各超音波探触子により実効的に収束させ且つ
スキャニングさせて受信するようにしたこと。本発明に
よれば、被検体の内部の欠陥の上下端における回折波の
振幅を大きくすることができるとともに、被検体の深さ
方向の全域に亘り超音波ビームを振ることができる。 【００１２】３） 送信側超音波探触部から送出した超
音波を被検体を介して受信側超音波探触部で受信し、こ
の受信した超音波の波形に基づき被検体の内部の欠陥を
探傷する超音波探傷装置において、複数の素子を並べて
アレイ構造とした超音波探触子の集合体で送信側超音波
探触部を構成し、この送信側超音波探触部の各超音波探
触子が出力する超音波の送出のタイミングを順次遅延さ
せることにより送信側超音波探触部から送出する超音波
ビームを収束させるとともにスキャニングさせ、さらに
送信側と同様のアレイ構造とした超音波探触子の集合体
で受信側超音波探触部を構成し、この超音波探触部の各
超音波探触子による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により送
信側超音波探触部が送出した超音波ビームを各超音波探
触子により実効的に収束させ且つスキャニングさせて受
信するようにしたこと。本発明によれば、被検体の内部
の欠陥の上下端における回折波の振幅を大きくすること
ができるとともに、被検体の深さ方向の全域に亘り超音
波ビームを振ることができる。ここで、収束させた超音
波ビームによる回折波は、これを実効的に収束させて受
信しているので上記〔請求項１〕及び〔請求項２〕に記
載する発明に較べより大きな振幅の回折波を受信するこ
とができる。 【００１３】４） 上記１）乃至３）に記載する何れか
１つの超音波探傷装置において、超音波探触部を構成す
る超音波探触子の一部を表面波の送信用及び／又は受信
用とし、且つ超音波探触部のシューの先端部をその周囲
の部材と異なる材料で形成することにより被検体の表面
を伝搬する表面波を送信及び／又は受信するようにした
こと。本発明によれば、上記欠陥の深さを特定する際に
基準となる表面波を良好に得ることができる。 【００１４】５） 送信側超音波探触部から送出した超
音波を被検体を介して受信側超音波探触部で受信し、こ
の受信した超音波の波形に基づき被検体の内部の欠陥を
探傷する超音波探傷方法において、複数の素子を並べて
アレイ構造とした超音波探触子の集合体で送信側超音波
探触部を構成し、この送信側超音波探触部の各超音波探
触子が出力する超音波の送出のタイミングを順次遅延さ
せることにより送信側超音波探触部から送出する超音波
ビームを収束させるとともに、超音波ビームの被検体に
対する中心の入射角度が常に４５°になるように超音波
探触子を選択して超音波ビームを送出させるようにした
こと。本発明によれば、被検体の深さ方向の各位置に４
５°で入射する超音波ビームを照射することができる。 【００１５】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。 【００１６】図１は本発明の実施の形態に係る超音波探
触子を概念的に示す説明図である。なお、図中、図３と
同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略す
る。図１に示すように、送信側超音波探触部１１は、複
数の素子を並べてアレイ構造とした超音波探触子１２の
集合体をシュー１３で支持してなる。受信側超音波探触
部１５も、送信側超音波探触部１１と同様に複数の素子
を並べてアレイ構造とした超音波探触子１６の集合体を
シュー１７で支持してなる。ここで、送信側超音波探触
部１１は、その各超音波探触子１２が出力する超音波の
送出のタイミングを順次遅延させることにより超音波探
触部から送出する超音波ビームＢを収束させるとともに
スキャニングさせる。すなわち、図中のＢ1 、Ｂ2 、Ｂ
3 に示すように収束させ、且つＢ1 からＢ3 の方向、ま
たＢ3 からＢ1 の方向へとスキャニングするようになっ
ている。一方、受信側超音波探触部１５は、その各超音
波探触子１６による超音波ビームＢの受信のタイミング
を送信側の対応する超音波探触子１２と同期させて順次
遅延させることにより送信側超音波探触部１１が送出し
た超音波ビームＢを実効的に収束させ且つスキャニング
させて受信するようになっている。かくして、欠陥８の
上下端からは収束した超音波ビームＢに基づく回折波Ｐ
3 、Ｐ4 が得られる。かかる回折波Ｐ3 、Ｐ4 は拡散す
るが、受信側超音波探触部１５では、このときの超音波
ビームを実効的に収束させ、且つスキャニングさせて受
信することができる。各超音波探触子１６は送信側の対
応する超音波探触子１２と同期させ、各超音波探触子１
６による超音波ビームＢの受信のタイミングを順次遅延
させて受信しているからである。 【００１７】欠陥８の深さを特定するためには基準とな
る位置が必要になる。この基準位置には通常、被検体４
の表面が利用される。そこで、被検体４の表面に沿って
伝搬する表面波Ｐ1 を作ってやる必要がある。本形態で
は、送信側及び受信側超音波探触部１１、１５を構成す
る超音波探触子１２、１６の一部を表面波Ｐ1 の送受信
用とし、且つ送信用及び受信用超音波探触部１１、１５
のシュー１３、１７の先端部をその周囲の部材と異なる
材料で形成してある。さらに詳言すると、シュー１３、
１７の相対向する先端部１３ａ、１７ａは、その周囲の
材質よりも音速が速い材質のもので形成してあり、超音
波ビームＢの一部が臨界入射角を越えて表面波Ｐ1 とな
るようにするとともに、この表面波Ｐ1 が入力されるよ
うにしている。 【００１８】かくして、本形態に係る超音波探触装置に
よれば、従来技術に係るＴＯＦＤ法と同様の原理で欠陥
深さＤを検出することができる。このとき、本形態では
送信側超音波探触部１１から送出する超音波ビームを収
束させているので、その分欠陥８の上下端に基づく回折
波Ｐ3 、Ｐ4 の振幅も大きなものが得られる。しかも、
この回折波Ｐ3 、Ｐ4 は受信側超音波探触部１５で収束
させて検出しているので、検出される超音波ビームの振
幅も大きなものとなる。一方、送信側超音波探触部１１
から送出する超音波ビームは順次移動することができる
ので、被検体８の厚さ方向にスキャンすることができ
る。また、これに同期するよう受信側超音波探触部１５
で受信する超音波ビームもスキャンすることができるの
で、被検体４の厚さ方向の全域に亘る欠陥８の探傷を行
うことができる。 【００１９】なお、上記実施の形態においては、送信側
の超音波探触子１２及び受信側の超音波探触子１６の何
れも超音波ビームＢが収束するよう超音波を送出及び受
信するとともに、何れもスキャニングするように形成し
たが、これに限るものではない。受信側で得られる回折
波Ｐ3 、Ｐ4 の振幅は若干小さくなるが、送信側の超音
波探触子１２のみを、超音波ビームＢが収束するよう送
出するとともにスキャニングするようにしても良い。こ
のとき、受信側では拡散波を受信する。また、受信側の
超音波探触子１６のみを、超音波ビームＢを収束させて
受信するとともにスキャニングするようにしても良い。
このとき、送信側では拡散波を送出する。 【００２０】図２は本発明の他の実施の形態を概念的に
示す説明図である。同図に示すように、本形態は、複数
の素子を並べてアレイ構造とした超音波探触子２２の集
合体で送信側超音波探触部２１を構成するとともに、同
様の超音波探触子２６の集合体で受信側超音波探触部２
５を構成している。これらの超音波探触子２２は、図１
に示す実施の形態における超音波探触子１２と同様に、
超音波の送出タイミングを順次遅延させることにより超
音波ビームＢを収束させ、且つスキャンさせるように構
成してあり、同時に超音波探触子２６も、図１に示す上
記実施の形態における超音波探触子１６と同様に、超音
波の受信タイミングを順次遅延させることにより超音波
ビームＢを収束させ、且つスキャンして受信するように
構成してある。本形態では、さらに超音波ビームＢを送
出し、且つこれを受信する超音波探触子２２、２６を選
択的に動作させるようになっている。超音波探触子２
２、２６を選択的に動作させることにより、超音波ビー
ムＢの被検体４に対する中心の入射角度が常に４５°に
なるようにしている。すなわち、複数個の超音波探触子
２２が送出する超音波ビームＢ1 、Ｂ2 、Ｂ3 、Ｂ4 、
Ｂ5 は、複数の超音波探触子２２による超音波の送出の
タイミングを順次遅延させることにより収束させている
が、このときの各超音波ビームＢ1 乃至Ｂ5 の中心線Ｌ
1 、Ｌ2 、Ｌ3、Ｌ4 、Ｌ5 は、被検体４の表面に対し
て４５°の入射角度で入射するように動作させる超音波
探触子２２のグループを選択している。このグループは
超音波ビームＢを照射すべき被検体４の深さにより、す
なわち超音波ビームＢの路程により一義的に決定され
る。したがって、路程に対応させて超音波を送出する超
音波探触子２２を順次切り換えることにより、被検体４
の深さ方向に超音波ビームＢ1 乃至Ｂ5 を移動させなが
らこの深さ方向に関して常に入射角が４５°となる超音
波を送出することができる。したがって、被検体４内
に、例えば図２に示すような欠陥８が存在する場合、こ
の欠陥８の長手方向に超音波ビームＢ1 乃至Ｂ5を移動
させながら、この欠陥８に対し、常に４５°の入射角の
超音波ビームＢを照射することができる。ちなみに、こ
のように４５°で入射した超音波ビームＢが最も効率が
良い。すなわち、欠陥８の上下端部における回折波
Ｐ3 、Ｐ4 の振幅が最も大きくなる。 【００２１】なお、上記実施の形態において、先ず図１
に示す実施の形態と同様の手法により欠陥８のだいたい
の深さ（上下端）を求め、次にこの深さ部分に４５°で
入射する超音波ビームＢを送出するように駆動する超音
波探触子２２のグループを選択してやれば欠陥８の上下
端に発生する回折波Ｐ3 、Ｐ4 の振幅を最大にすること
ができる。 【００２２】 【発明の効果】以上実施の形態とともに詳細に説明した
通り、〔請求項１〕に記載する発明は、送信側超音波探
触部から送出した超音波を被検体を介して受信側超音波
探触部で受信し、この受信した超音波の波形に基づき被
検体の内部の欠陥を探傷する超音波探傷装置において、
複数の素子を並べてアレイ構造とした超音波探触子の集
合体で送信側超音波探触部を構成し、この送信側超音波
探触部の各超音波探触子が出力する超音波の送出のタイ
ミングを順次遅延させることにより送信側超音波探触部
から送出する超音波ビームを収束させるとともにスキャ
ニングさせるので、被検体の内部の欠陥の上下端におけ
る回折波の振幅を大きくすることができるとともに、被
検体の深さ方向の全域に亘り超音波ビームを振ることが
できる。この結果、上記回折波に基づき検出する上記欠
陥の深さをより高精度に検出することができる。 【００２３】〔請求項２〕に記載する発明は、送信側超
音波探触部から送出した超音波を被検体を介して受信側
超音波探触部で受信し、この受信した超音波の波形に基
づき被検体の内部の欠陥を探傷する超音波探傷装置にお
いて、複数の素子を並べてアレイ構造とした超音波探触
子の集合体で受信側超音波探触部を構成し、この送信側
超音波探触部の各超音波探触子による超音波の受信のタ
イミングを順次遅延させることにより送信側超音波探触
部が送出して拡散した超音波ビームを各超音波探触子に
より実効的に収束させ且つスキャニングさせて受信する
ようにしたので、被検体の内部の欠陥の上下端における
回折波の振幅を大きくすることができるとともに、被検
体の深さ方向の全域に亘り超音波ビームを振ることがで
きる。この結果、上記回折波に基づき検出する上記欠陥
の深さをより高精度に検出することができる。 【００２４】〔請求項３〕に記載する発明は、送信側超
音波探触部から送出した超音波を被検体を介して受信側
超音波探触部で受信し、この受信した超音波の波形に基
づき被検体の内部の欠陥を探傷する超音波探傷装置にお
いて、複数の素子を並べてアレイ構造とした超音波探触
子の集合体で送信側超音波探触部を構成し、この送信側
超音波探触部の各超音波探触子が出力する超音波の送出
のタイミングを順次遅延させることにより送信側超音波
探触部から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、さらに送信側と同様のアレイ構造と
した超音波探触子の集合体で受信側超音波探触部を構成
し、この超音波探触部の各超音波探触子による超音波の
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
次遅延させることにより送信側超音波探触部が送出した
超音波ビームを各超音波探触子により実効的に収束させ
且つスキャニングさせて受信するようにしたので、被検
体の内部の欠陥の上下端における回折波の振幅を大きく
することができるとともに、被検体の深さ方向の全域に
亘り超音波ビームを振ることができる。ここで、収束さ
せた超音波ビームによる回折波は、これを実効的に収束
させて受信しているので、上記〔請求項１〕及び〔請求
項２〕に記載する発明に較べより大きな振幅の回折波を
受信することができる。この結果、上記回折波に基づき
検出する上記欠陥の深さを最も高精度に検出することが
できる。 【００２５】〔請求項４〕に記載する発明は、〔請求項
１〕乃至〔請求項３〕に記載する何れか１つの超音波探
傷装置において、超音波探触部を構成する超音波探触子
の一部を表面波の送信用及び／又は受信用とし、且つ超
音波探触部のシューの先端部をその周囲の部材と異なる
材料で形成することにより被検体の表面を伝搬する表面
波を送信及び／又は受信するようにしたので、上記欠陥
の深さを特定する際に基準となる表面波を良好に得るこ
とができる。この結果、上記回折波に基づき検出する上
記欠陥の深さを良好に特定するのに役立つ。 【００２６】〔請求項５〕に記載する発明は、送信側超
音波探触部から送出した超音波を被検体を介して受信側
超音波探触部で受信し、この受信した超音波の波形に基
づき被検体の内部の欠陥を探傷する超音波探傷方法にお
いて、複数の素子を並べてアレイ構造とした超音波探触
子の集合体で送信側超音波探触部を構成し、この送信側
超音波探触部の各超音波探触子が出力する超音波の送出
のタイミングを順次遅延させることにより送信側超音波
探触部から送出する超音波ビームを収束させるととも
に、超音波ビームの被検体に対する中心の入射角度が常
に４５°になるように超音波探触子を選択して超音波ビ
ームを送出させるようにしたので、被検体の深さ方向の
各位置に４５°で入射する超音波ビームを照射すること
ができる。かくして、上記欠陥の上下端にも４５°で入
射する超音波ビームを照射することができ、最も振幅が
大きい回折波を得ることができる。この結果、上記回折
波に基づき検出する上記欠陥の深さを高精度に検出し得
る。
し、特に亀裂端部の回折波を利用してこの回折波の伝搬
時間により探傷を行う場合に用いて有用なものである。 【０００２】 【従来の技術】鋼板等の被検体の内部の亀裂等の欠陥を
回折波を利用して探傷する方法としてＴＯＦＤ（Ｔｉｍ
ｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法
が知られている。このＴＯＦＤ法を図３に基づき説明す
る。同図に示すように、送信側超音波探触部１は、１個
の超音波探触子２を有しており、この超音波探触子２が
シュー３に固定されて所定の入射角で被検体４の内部に
向けて超音波を送出するようになっている。受信側超音
波探触部５は、送信側超音波探触部１と同様に１個の超
音波探触子６を有しており、この超音波探触子６がシュ
ー７に固定されて、被検体４の内部を伝搬した超音波を
受信するようになっている。超音波探触子２から送出し
た超音波は被検体４内を拡散して伝搬するが、被検体４
の内部に欠陥８がある場合、その上端及び下端に対応し
て回折波が発生する。 【０００３】すなわち、このとき受信側超音波探触部５
で受信する超音波の波形は、図４に示すような波形とな
る。図４中、横軸が時間、縦軸が超音波信号の振幅であ
り、Ｐ1 が被検体４の表面に沿って伝搬した表面波（直
進波）、Ｐ2 が被検体４の底面で反射した底面反射波、
Ｐ3 が欠陥８の上端に対応する回折波及びＰ4 が欠陥８
の下端に対応する反射波である。 【０００４】したがって、図３に示す欠陥深さＤは、欠
陥上端ｄ1 及び欠陥下端ｄ2 の位置に基づき次式（１）
により求めることができる。 【０００５】 【数１】 【０００６】上記ＴＯＦＤ法おいては、図３に示すよう
に、欠陥８を挟んだ両側に超音波探触子２、６を配置す
ることが当該探傷のための必須条件となるが、欠陥８の
上端及び下端の回折波Ｐ3 及び回折波Ｐ4 の伝搬時間に
より、欠陥８の形状及び傾き等に影響されることなく、
高精度の欠陥深さＤの検出が可能になる。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】ところが、上記ＴＯＦ
Ｄ法では、回折波Ｐ3 、Ｐ4 を利用して欠陥８の検出を
行っているのに対し、超音波の送信に拡散波を利用して
いるので、欠陥８の全体に一度に超音波を当てることは
できるが、その分回折波Ｐ3 、Ｐ4 の振幅は小さくな
る。このため、回折波Ｐ3 、Ｐ4 を良好に検出すること
が困難になる場合がある。 【０００８】本願発明は、上記従来技術に鑑み、欠陥の
上下端の回折波を利用して欠陥深さを検出する超音波探
傷において大きな振幅の回折波を得ることができる超音
波探傷装置を提供することを目的とする。 【０００９】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は、次の点を特徴とする。 【００１０】１） 送信側超音波探触部から送出した超
音波を被検体を介して受信側超音波探触部で受信し、こ
の受信した超音波の波形に基づき被検体の内部の欠陥を
探傷する超音波探傷装置において、複数の素子を並べて
アレイ構造とした超音波探触子の集合体で送信側超音波
探触部を構成し、この送信側超音波探触部の各超音波探
触子が出力する超音波の送出のタイミングを順次遅延さ
せることにより送信側超音波探触部から送出する超音波
ビームを収束させるとともにスキャニングさせること。
本発明によれば、被検体の内部の欠陥の上下端における
回折波の振幅を大きくすることができるとともに、被検
体の深さ方向の全域に亘り超音波ビームを振ることがで
きる。 【００１１】２） 送信側超音波探触部から送出した超
音波を被検体を介して受信側超音波探触部で受信し、こ
の受信した超音波の波形に基づき被検体の内部の欠陥を
探傷する超音波探傷装置において、複数の素子を並べて
アレイ構造とした超音波探触子の集合体で受信側超音波
探触部を構成し、この送信側超音波探触部の各超音波探
触子による超音波の受信のタイミングを順次遅延させる
ことにより送信側超音波探触部が送出して拡散した超音
波ビームを各超音波探触子により実効的に収束させ且つ
スキャニングさせて受信するようにしたこと。本発明に
よれば、被検体の内部の欠陥の上下端における回折波の
振幅を大きくすることができるとともに、被検体の深さ
方向の全域に亘り超音波ビームを振ることができる。 【００１２】３） 送信側超音波探触部から送出した超
音波を被検体を介して受信側超音波探触部で受信し、こ
の受信した超音波の波形に基づき被検体の内部の欠陥を
探傷する超音波探傷装置において、複数の素子を並べて
アレイ構造とした超音波探触子の集合体で送信側超音波
探触部を構成し、この送信側超音波探触部の各超音波探
触子が出力する超音波の送出のタイミングを順次遅延さ
せることにより送信側超音波探触部から送出する超音波
ビームを収束させるとともにスキャニングさせ、さらに
送信側と同様のアレイ構造とした超音波探触子の集合体
で受信側超音波探触部を構成し、この超音波探触部の各
超音波探触子による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により送
信側超音波探触部が送出した超音波ビームを各超音波探
触子により実効的に収束させ且つスキャニングさせて受
信するようにしたこと。本発明によれば、被検体の内部
の欠陥の上下端における回折波の振幅を大きくすること
ができるとともに、被検体の深さ方向の全域に亘り超音
波ビームを振ることができる。ここで、収束させた超音
波ビームによる回折波は、これを実効的に収束させて受
信しているので上記〔請求項１〕及び〔請求項２〕に記
載する発明に較べより大きな振幅の回折波を受信するこ
とができる。 【００１３】４） 上記１）乃至３）に記載する何れか
１つの超音波探傷装置において、超音波探触部を構成す
る超音波探触子の一部を表面波の送信用及び／又は受信
用とし、且つ超音波探触部のシューの先端部をその周囲
の部材と異なる材料で形成することにより被検体の表面
を伝搬する表面波を送信及び／又は受信するようにした
こと。本発明によれば、上記欠陥の深さを特定する際に
基準となる表面波を良好に得ることができる。 【００１４】５） 送信側超音波探触部から送出した超
音波を被検体を介して受信側超音波探触部で受信し、こ
の受信した超音波の波形に基づき被検体の内部の欠陥を
探傷する超音波探傷方法において、複数の素子を並べて
アレイ構造とした超音波探触子の集合体で送信側超音波
探触部を構成し、この送信側超音波探触部の各超音波探
触子が出力する超音波の送出のタイミングを順次遅延さ
せることにより送信側超音波探触部から送出する超音波
ビームを収束させるとともに、超音波ビームの被検体に
対する中心の入射角度が常に４５°になるように超音波
探触子を選択して超音波ビームを送出させるようにした
こと。本発明によれば、被検体の深さ方向の各位置に４
５°で入射する超音波ビームを照射することができる。 【００１５】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。 【００１６】図１は本発明の実施の形態に係る超音波探
触子を概念的に示す説明図である。なお、図中、図３と
同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略す
る。図１に示すように、送信側超音波探触部１１は、複
数の素子を並べてアレイ構造とした超音波探触子１２の
集合体をシュー１３で支持してなる。受信側超音波探触
部１５も、送信側超音波探触部１１と同様に複数の素子
を並べてアレイ構造とした超音波探触子１６の集合体を
シュー１７で支持してなる。ここで、送信側超音波探触
部１１は、その各超音波探触子１２が出力する超音波の
送出のタイミングを順次遅延させることにより超音波探
触部から送出する超音波ビームＢを収束させるとともに
スキャニングさせる。すなわち、図中のＢ1 、Ｂ2 、Ｂ
3 に示すように収束させ、且つＢ1 からＢ3 の方向、ま
たＢ3 からＢ1 の方向へとスキャニングするようになっ
ている。一方、受信側超音波探触部１５は、その各超音
波探触子１６による超音波ビームＢの受信のタイミング
を送信側の対応する超音波探触子１２と同期させて順次
遅延させることにより送信側超音波探触部１１が送出し
た超音波ビームＢを実効的に収束させ且つスキャニング
させて受信するようになっている。かくして、欠陥８の
上下端からは収束した超音波ビームＢに基づく回折波Ｐ
3 、Ｐ4 が得られる。かかる回折波Ｐ3 、Ｐ4 は拡散す
るが、受信側超音波探触部１５では、このときの超音波
ビームを実効的に収束させ、且つスキャニングさせて受
信することができる。各超音波探触子１６は送信側の対
応する超音波探触子１２と同期させ、各超音波探触子１
６による超音波ビームＢの受信のタイミングを順次遅延
させて受信しているからである。 【００１７】欠陥８の深さを特定するためには基準とな
る位置が必要になる。この基準位置には通常、被検体４
の表面が利用される。そこで、被検体４の表面に沿って
伝搬する表面波Ｐ1 を作ってやる必要がある。本形態で
は、送信側及び受信側超音波探触部１１、１５を構成す
る超音波探触子１２、１６の一部を表面波Ｐ1 の送受信
用とし、且つ送信用及び受信用超音波探触部１１、１５
のシュー１３、１７の先端部をその周囲の部材と異なる
材料で形成してある。さらに詳言すると、シュー１３、
１７の相対向する先端部１３ａ、１７ａは、その周囲の
材質よりも音速が速い材質のもので形成してあり、超音
波ビームＢの一部が臨界入射角を越えて表面波Ｐ1 とな
るようにするとともに、この表面波Ｐ1 が入力されるよ
うにしている。 【００１８】かくして、本形態に係る超音波探触装置に
よれば、従来技術に係るＴＯＦＤ法と同様の原理で欠陥
深さＤを検出することができる。このとき、本形態では
送信側超音波探触部１１から送出する超音波ビームを収
束させているので、その分欠陥８の上下端に基づく回折
波Ｐ3 、Ｐ4 の振幅も大きなものが得られる。しかも、
この回折波Ｐ3 、Ｐ4 は受信側超音波探触部１５で収束
させて検出しているので、検出される超音波ビームの振
幅も大きなものとなる。一方、送信側超音波探触部１１
から送出する超音波ビームは順次移動することができる
ので、被検体８の厚さ方向にスキャンすることができ
る。また、これに同期するよう受信側超音波探触部１５
で受信する超音波ビームもスキャンすることができるの
で、被検体４の厚さ方向の全域に亘る欠陥８の探傷を行
うことができる。 【００１９】なお、上記実施の形態においては、送信側
の超音波探触子１２及び受信側の超音波探触子１６の何
れも超音波ビームＢが収束するよう超音波を送出及び受
信するとともに、何れもスキャニングするように形成し
たが、これに限るものではない。受信側で得られる回折
波Ｐ3 、Ｐ4 の振幅は若干小さくなるが、送信側の超音
波探触子１２のみを、超音波ビームＢが収束するよう送
出するとともにスキャニングするようにしても良い。こ
のとき、受信側では拡散波を受信する。また、受信側の
超音波探触子１６のみを、超音波ビームＢを収束させて
受信するとともにスキャニングするようにしても良い。
このとき、送信側では拡散波を送出する。 【００２０】図２は本発明の他の実施の形態を概念的に
示す説明図である。同図に示すように、本形態は、複数
の素子を並べてアレイ構造とした超音波探触子２２の集
合体で送信側超音波探触部２１を構成するとともに、同
様の超音波探触子２６の集合体で受信側超音波探触部２
５を構成している。これらの超音波探触子２２は、図１
に示す実施の形態における超音波探触子１２と同様に、
超音波の送出タイミングを順次遅延させることにより超
音波ビームＢを収束させ、且つスキャンさせるように構
成してあり、同時に超音波探触子２６も、図１に示す上
記実施の形態における超音波探触子１６と同様に、超音
波の受信タイミングを順次遅延させることにより超音波
ビームＢを収束させ、且つスキャンして受信するように
構成してある。本形態では、さらに超音波ビームＢを送
出し、且つこれを受信する超音波探触子２２、２６を選
択的に動作させるようになっている。超音波探触子２
２、２６を選択的に動作させることにより、超音波ビー
ムＢの被検体４に対する中心の入射角度が常に４５°に
なるようにしている。すなわち、複数個の超音波探触子
２２が送出する超音波ビームＢ1 、Ｂ2 、Ｂ3 、Ｂ4 、
Ｂ5 は、複数の超音波探触子２２による超音波の送出の
タイミングを順次遅延させることにより収束させている
が、このときの各超音波ビームＢ1 乃至Ｂ5 の中心線Ｌ
1 、Ｌ2 、Ｌ3、Ｌ4 、Ｌ5 は、被検体４の表面に対し
て４５°の入射角度で入射するように動作させる超音波
探触子２２のグループを選択している。このグループは
超音波ビームＢを照射すべき被検体４の深さにより、す
なわち超音波ビームＢの路程により一義的に決定され
る。したがって、路程に対応させて超音波を送出する超
音波探触子２２を順次切り換えることにより、被検体４
の深さ方向に超音波ビームＢ1 乃至Ｂ5 を移動させなが
らこの深さ方向に関して常に入射角が４５°となる超音
波を送出することができる。したがって、被検体４内
に、例えば図２に示すような欠陥８が存在する場合、こ
の欠陥８の長手方向に超音波ビームＢ1 乃至Ｂ5を移動
させながら、この欠陥８に対し、常に４５°の入射角の
超音波ビームＢを照射することができる。ちなみに、こ
のように４５°で入射した超音波ビームＢが最も効率が
良い。すなわち、欠陥８の上下端部における回折波
Ｐ3 、Ｐ4 の振幅が最も大きくなる。 【００２１】なお、上記実施の形態において、先ず図１
に示す実施の形態と同様の手法により欠陥８のだいたい
の深さ（上下端）を求め、次にこの深さ部分に４５°で
入射する超音波ビームＢを送出するように駆動する超音
波探触子２２のグループを選択してやれば欠陥８の上下
端に発生する回折波Ｐ3 、Ｐ4 の振幅を最大にすること
ができる。 【００２２】 【発明の効果】以上実施の形態とともに詳細に説明した
通り、〔請求項１〕に記載する発明は、送信側超音波探
触部から送出した超音波を被検体を介して受信側超音波
探触部で受信し、この受信した超音波の波形に基づき被
検体の内部の欠陥を探傷する超音波探傷装置において、
複数の素子を並べてアレイ構造とした超音波探触子の集
合体で送信側超音波探触部を構成し、この送信側超音波
探触部の各超音波探触子が出力する超音波の送出のタイ
ミングを順次遅延させることにより送信側超音波探触部
から送出する超音波ビームを収束させるとともにスキャ
ニングさせるので、被検体の内部の欠陥の上下端におけ
る回折波の振幅を大きくすることができるとともに、被
検体の深さ方向の全域に亘り超音波ビームを振ることが
できる。この結果、上記回折波に基づき検出する上記欠
陥の深さをより高精度に検出することができる。 【００２３】〔請求項２〕に記載する発明は、送信側超
音波探触部から送出した超音波を被検体を介して受信側
超音波探触部で受信し、この受信した超音波の波形に基
づき被検体の内部の欠陥を探傷する超音波探傷装置にお
いて、複数の素子を並べてアレイ構造とした超音波探触
子の集合体で受信側超音波探触部を構成し、この送信側
超音波探触部の各超音波探触子による超音波の受信のタ
イミングを順次遅延させることにより送信側超音波探触
部が送出して拡散した超音波ビームを各超音波探触子に
より実効的に収束させ且つスキャニングさせて受信する
ようにしたので、被検体の内部の欠陥の上下端における
回折波の振幅を大きくすることができるとともに、被検
体の深さ方向の全域に亘り超音波ビームを振ることがで
きる。この結果、上記回折波に基づき検出する上記欠陥
の深さをより高精度に検出することができる。 【００２４】〔請求項３〕に記載する発明は、送信側超
音波探触部から送出した超音波を被検体を介して受信側
超音波探触部で受信し、この受信した超音波の波形に基
づき被検体の内部の欠陥を探傷する超音波探傷装置にお
いて、複数の素子を並べてアレイ構造とした超音波探触
子の集合体で送信側超音波探触部を構成し、この送信側
超音波探触部の各超音波探触子が出力する超音波の送出
のタイミングを順次遅延させることにより送信側超音波
探触部から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、さらに送信側と同様のアレイ構造と
した超音波探触子の集合体で受信側超音波探触部を構成
し、この超音波探触部の各超音波探触子による超音波の
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
次遅延させることにより送信側超音波探触部が送出した
超音波ビームを各超音波探触子により実効的に収束させ
且つスキャニングさせて受信するようにしたので、被検
体の内部の欠陥の上下端における回折波の振幅を大きく
することができるとともに、被検体の深さ方向の全域に
亘り超音波ビームを振ることができる。ここで、収束さ
せた超音波ビームによる回折波は、これを実効的に収束
させて受信しているので、上記〔請求項１〕及び〔請求
項２〕に記載する発明に較べより大きな振幅の回折波を
受信することができる。この結果、上記回折波に基づき
検出する上記欠陥の深さを最も高精度に検出することが
できる。 【００２５】〔請求項４〕に記載する発明は、〔請求項
１〕乃至〔請求項３〕に記載する何れか１つの超音波探
傷装置において、超音波探触部を構成する超音波探触子
の一部を表面波の送信用及び／又は受信用とし、且つ超
音波探触部のシューの先端部をその周囲の部材と異なる
材料で形成することにより被検体の表面を伝搬する表面
波を送信及び／又は受信するようにしたので、上記欠陥
の深さを特定する際に基準となる表面波を良好に得るこ
とができる。この結果、上記回折波に基づき検出する上
記欠陥の深さを良好に特定するのに役立つ。 【００２６】〔請求項５〕に記載する発明は、送信側超
音波探触部から送出した超音波を被検体を介して受信側
超音波探触部で受信し、この受信した超音波の波形に基
づき被検体の内部の欠陥を探傷する超音波探傷方法にお
いて、複数の素子を並べてアレイ構造とした超音波探触
子の集合体で送信側超音波探触部を構成し、この送信側
超音波探触部の各超音波探触子が出力する超音波の送出
のタイミングを順次遅延させることにより送信側超音波
探触部から送出する超音波ビームを収束させるととも
に、超音波ビームの被検体に対する中心の入射角度が常
に４５°になるように超音波探触子を選択して超音波ビ
ームを送出させるようにしたので、被検体の深さ方向の
各位置に４５°で入射する超音波ビームを照射すること
ができる。かくして、上記欠陥の上下端にも４５°で入
射する超音波ビームを照射することができ、最も振幅が
大きい回折波を得ることができる。この結果、上記回折
波に基づき検出する上記欠陥の深さを高精度に検出し得
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る超音波探傷装置を概
念的に示す説明図である。 【図２】本発明の他の実施の形態に係る超音波探傷装置
を概念的に示す説明図である。 【図３】従来技術に係るＴＯＦＤ法を説明するための説
明図である。 【図４】図３に示すＴＯＦＤ法における超音波信号と欠
陥の深さの関係を示す波形図である。 【符号の説明】 ４ 被検体 ８ 欠陥 １１ 送信側超音波探触部 １２ 超音波探触子 １３ シュー １３ａ 先端部 １５ 受信側超音波探触部 １６ 超音波探触子 １７ シュー １７ａ 先端部 ２１ 送信側超音波探触部 ２２ 超音波探触子 ２５ 受信側超音波探触部 ２６ 超音波探触子
念的に示す説明図である。 【図２】本発明の他の実施の形態に係る超音波探傷装置
を概念的に示す説明図である。 【図３】従来技術に係るＴＯＦＤ法を説明するための説
明図である。 【図４】図３に示すＴＯＦＤ法における超音波信号と欠
陥の深さの関係を示す波形図である。 【符号の説明】 ４ 被検体 ８ 欠陥 １１ 送信側超音波探触部 １２ 超音波探触子 １３ シュー １３ａ 先端部 １５ 受信側超音波探触部 １６ 超音波探触子 １７ シュー １７ａ 先端部 ２１ 送信側超音波探触部 ２２ 超音波探触子 ２５ 受信側超音波探触部 ２６ 超音波探触子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 多田 義久
兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１
号 三菱重工業株式会社神戸造船所内
Ｆターム(参考） 2G047 AA05 BB02 BC10 CA01 DB02
EA05 GB02 GB03
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 送信側超音波探触部から送出した超音波
を被検体を介して受信側超音波探触部で受信し、この受
信した超音波の波形に基づき被検体の内部の欠陥を探傷
する超音波探傷装置において、 複数の素子を並べてアレイ構造とした超音波探触子の集
合体で送信側超音波探触部を構成し、この送信側超音波
探触部の各超音波探触子が出力する超音波の送出のタイ
ミングを順次遅延させることにより送信側超音波探触部
から送出する超音波ビームを収束させるとともにスキャ
ニングさせることを特徴とする超音波探傷装置。 【請求項２】 送信側超音波探触部から送出した超音波
を被検体を介して受信側超音波探触部で受信し、この受
信した超音波の波形に基づき被検体の内部の欠陥を探傷
する超音波探傷装置において、 複数の素子を並べてアレイ構造とした超音波探触子の集
合体で受信側超音波探触部を構成し、この送信側超音波
探触部の各超音波探触子による超音波の受信のタイミン
グを順次遅延させることにより送信側超音波探触部が送
出して拡散した超音波ビームを各超音波探触子により実
効的に収束させ且つスキャニングさせて受信するように
したことを特徴とする超音波探傷装置。 【請求項３】 送信側超音波探触部から送出した超音波
を被検体を介して受信側超音波探触部で受信し、この受
信した超音波の波形に基づき被検体の内部の欠陥を探傷
する超音波探傷装置において、 複数の素子を並べてアレイ構造とした超音波探触子の集
合体で送信側超音波探触部を構成し、この送信側超音波
探触部の各超音波探触子が出力する超音波の送出のタイ
ミングを順次遅延させることにより送信側超音波探触部
から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、さらに送信側と同様のアレイ構造とした超
音波探触子の集合体で受信側超音波探触部を構成し、こ
の超音波探触部の各超音波探触子による超音波の受信の
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
させることにより送信側超音波探触部が送出した超音波
ビームを各超音波探触子により実効的に収束させ且つス
キャニングさせて受信するようにしたことを特徴とする
超音波探傷装置。 【請求項４】 〔請求項１〕乃至〔請求項３〕に記載す
る何れか１つの超音波探傷装置において、 超音波探触部を構成する超音波探触子の一部を表面波の
送信用及び／又は受信用とし、且つ超音波探触部のシュ
ーの先端部をその周囲の部材と異なる材料で形成するこ
とにより被検体の表面を伝搬する表面波を送信及び／又
は受信するようにしたことを特徴とする超音波探傷装
置。 【請求項５】 送信側超音波探触部から送出した超音波
を被検体を介して受信側超音波探触部で受信し、この受
信した超音波の波形に基づき被検体の内部の欠陥を探傷
する超音波探傷方法において、 複数の素子を並べてアレイ構造とした超音波探触子の集
合体で送信側超音波探触部を構成し、この送信側超音波
探触部の各超音波探触子が出力する超音波の送出のタイ
ミングを順次遅延させることにより送信側超音波探触部
から送出する超音波ビームを収束させるとともに、超音
波ビームの被検体に対する中心の入射角度が常に４５°
になるように超音波探触子を選択して超音波ビームを送
出させるようにしたことを特徴とする超音波探傷装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000034888A JP2001228126A (ja) | 2000-02-14 | 2000-02-14 | 超音波探傷装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000034888A JP2001228126A (ja) | 2000-02-14 | 2000-02-14 | 超音波探傷装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001228126A true JP2001228126A (ja) | 2001-08-24 |
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