JP2005249484A - 超音波探触子 - Google Patents
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Abstract
【課題】 くさび内の残響を減らして振動子が拾うノイズを低減し、反射源からのエコー信号を明確なものとなし得る測定精度の高い超音波探触子を提供する。
【解決手段】 被検体2の探傷面2aに接して設けられるくさび3と、このくさび3に形成された傾斜面3aに配置され、超音波を被検体2に対して発する振動子4と、この振動子4に設けられ、該振動子4の振動を抑制するダンパ5とを備えた超音波探触子1において、探傷面2aで反射した前記超音波Uの反射波Rを前記振動子4から遠ざけるような形状に前記くさび3を形成し、そのくさびの一部である帰還部6を、ダンパ5に接して設ける。
【選択図】 図1
【解決手段】 被検体2の探傷面2aに接して設けられるくさび3と、このくさび3に形成された傾斜面3aに配置され、超音波を被検体2に対して発する振動子4と、この振動子4に設けられ、該振動子4の振動を抑制するダンパ5とを備えた超音波探触子1において、探傷面2aで反射した前記超音波Uの反射波Rを前記振動子4から遠ざけるような形状に前記くさび3を形成し、そのくさびの一部である帰還部6を、ダンパ5に接して設ける。
【選択図】 図1
Description
本発明は、被検体に超音波を発して内部に傷などの欠陥があるか否かを検出するための超音波探触子に関し、詳細には、くさび内ノイズの低減技術に関する。
例えば、鋼材溶接部における内部欠陥の有無を非破壊検査する方法としては、超音波斜角探傷方法が知られている(例えば、特許文献1、2、3など参照)。この超音波斜角探傷方法は、合成樹脂からなるくさびと、このくさびの斜面に取り付けられた振動子とからなる超音波探触子を使用し、探傷面に対して傾いた角度で進行する超音波を該振動子によって投入し、その投入された超音波の内部欠陥で反射した反射波を受信することにより、被検体における内部欠陥の有無を調べる方法である。
特開平8−184586号公報(第2頁および第3頁、第1図)
特開平10−227775号公報(第3頁および第4頁、第1図および第2図)
特開平11−142379号公報(第3頁および第4頁、第1図〜第3図)
ところで、欠陥の位置を正確に求めるためには、振動子から発せられた超音波を被検体内に所定の探傷屈折角でもって伝播させる必要がある。しかしながら、特許文献1〜3の超音波探触子では、被検体表面における反射波がくさび内で多重反射によって残響するという構造になっているため、振動子がノイズを拾い、反射源からのエコー信号が不明瞭になるという問題がある。
また、残響の影響を取り除くために反射波の当たる面に、吸音材を貼り付けることも考えられるが、この方法では、吸音材の取り付けスペースの確保や吸音材貼り付けに伴うセンサ費用の増大といった問題が生じる。
そこで、本発明は、くさび内の残響を減らして振動子が拾うノイズを低減し、反射源からのエコー信号を明確なものとなし得る測定精度の高い超音波探触子を提供することを目的とする。
本発明の超音波探触子は、被検体の探傷面に接して設けられるくさびと、このくさびに形成された斜面に配置され、超音波を被検体に対して発する振動子と、この振動子に設けられ、該振動子の振動を抑制する振動吸収部材とを備える。そして、この超音波探触子では、探傷面で反射した超音波の反射波を前記振動子から遠ざけるような形状に前記くさびを形成し、そのくさびの一部を、振動吸収部材に接して設けた。
本発明の超音波探触子によれば、くさびの形状を、探傷面で反射した超音波の反射波を振動子から遠ざけるような形状としているので、このくさび形状によって反射波を次第に減衰させることができる。そして、くさびの一部を振動吸収部材に接して設けたので、減衰した反射波をこの振動吸収部材によって吸音させることができ、くさび内ノイズを大幅に低減させることができる。したがって、本発明によれば、反射源からのエコー信号を明確なものとすることができ、正確な内部欠陥を精度良く検出できる。
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
[第1の実施の形態]
図1は第1の実施の形態の超音波探触子の正面図、図2は超音波探触子の変形例を示す正面図である。
図1は第1の実施の形態の超音波探触子の正面図、図2は超音波探触子の変形例を示す正面図である。
第1の実施の形態の超音波探触子1は、図1に示すように、被検体2の探傷面2aに接して設けられるくさび(遅延材)3と、このくさび3に設けられた振動子4と、この振動子4の振動を抑制する振動吸収部材であるダンパ5とから構成される。
くさび3は、振動子4から発せられた超音波Uを探傷面2aに対して斜めに伝播させるための傾斜面3aを有し、この傾斜面3aに振動子4を配置させている。かかるくさび3は、探傷面2aで反射した前記超音波Uの反射波Rを振動子4から遠ざけるような形状としている。具体的には、くさび3は、振動子4を配置させる傾斜面3aと、探傷面2aに設置される載置面3bと、探傷面2aで反射した反射波Rが当たる垂直面3cと、この垂直面3cで反射した反射波Rが当たる水平面3dと、この水平面3dで反射した反射波Rを後述するダンパ5へと導く帰還部6とを有している。
つまり、くさび3の形状は、傾斜面3aに配置された振動子4から発せられた超音波Uを所定の傾斜角度で被検体2の探傷面2aに伝播させ、その探傷面2aで反射した反射波Rを振動子4から遠ざけるように垂直面3c及び水平面3dで反射させた後、振動子4の上に設けたダンパ5に帰還させるような形態とされている。例えば、くさび3は、ポリスチレン樹脂などからなり、金型成形によって前記した形態に形成される。
振動子4は、超音波Uを発する素子で、例えば1−3複合圧電材料である1−3コンポジットやニオブ酸鉛系磁器などからなる。この振動子4は、くさび3の傾斜面3aに取り付けられ、被検体2の探傷面2aに対して斜めに超音波Uを伝播させる。
ダンパ5は、本来、振動子4の横方向の振動を抑制させる働きをするもので、前記振動子4の上に設けられる。また、このダンパ5は、探傷面2aで反射した反射波Rを前記したくさび3の形状によって振動子4から遠ざけるように反射させた反射波Rを帰還部6によって帰還させ、その帰還部6に接触させたダンパ5によって吸音させる、いわゆる吸音材として機能する。かかるダンパ5は、帰還部6をその側面5aに接触させていることから従来から使用されるダンパ5よりもその高さを高くしている。かかるダンパ5としては、振動吸収性に優れることから、例えばタングステン入りエポキシ樹脂から形成される。
以上のように構成された超音波探触子1によれば、探傷面2aで反射した超音波Uの残響する反射波Rを振動子4から遠ざけるような形状にくさび3を形成し、そのくさび3の一部(帰還部6)を、ダンパ5の側面5aに接して設けたので、くさび3内の残響する反射波Rをくさび形状で逃がして減衰させ、その減衰した反射波Rを帰還部6にてダンパ5へと導いて吸音させることができる。したがって、くさび3内のノイズを大幅に低減させることができ、そのノイズを振動子4が拾うことが無いことから、被検体2からの音波受信を明確なものとすることができる。
なお、図2に示すように、探傷面2aで反射した超音波Uの残響する反射波Rを振動子4から次第に遠ざけるように先端部を上方に向けて尖らせたくさび3としただけでは、残響する反射波Rを減衰させることはできるものの吸音効果は小さい。そこで、減衰させた反射波Rを帰還部6を介してダンパ5で吸収させることによって、吸音効果を増大させることが可能となる。
また、第1の実施の形態の超音波探触子1によれば、くさび3に吸音材を貼り付ける方法に比べて全体を小型化することができると共に、ダンパ5を吸音材として利用することからコストも安価なものとなる。
次に、下記仕様の超音波探触子1にてくさび内ノイズ検証実験を行った。図3(A)は第1の実施の形態の超音波探触子1による伝播時間に対する超音波反射波強度の電圧変化を示す図であり、図3(B)は帰還部をダンパに接触させない従来構造の超音波探触子による伝播時間に対する超音波反射波強度の電圧変化を示す図である。
振動子4には、直径8mm(Φ8)の1−3複合圧電材料である1−3コンポジット(音響整合層付)を用いた。くさび3には、超音波入射点をセンターとし、20mm角のポリスチレンを使用した。ダンパ5には、タングステン入りエポキシ樹脂(横振動除去コイル付)を使用した。
図3から明らかなように、従来構造ではノイズが数ヶ所(図3(B)の破線で囲む部分)に発生しているが、第1の実施の形態の超音波探触子1では、ノイズが大幅に低減されていることが判る。この実験結果から判るように、第1の実施の形態の超音波探触子1を採用すれば、くさび3内の残響するノイズを低減させることができる。
[第2の実施の形態]
図4は第2の実施の形態の超音波探触子の正面図、図5は第2の実施の形態の超音波探触子におけるくさびに複数個の穴を形成した面を示すくさびの右側面図である。
図4は第2の実施の形態の超音波探触子の正面図、図5は第2の実施の形態の超音波探触子におけるくさびに複数個の穴を形成した面を示すくさびの右側面図である。
第2の実施の形態の超音波探触子1は、図4に示すように、被検体2の探傷面2aに接して設けられるくさび3と、このくさび3に形成された斜面3aに配置され、超音波Uを被検体2に対して発する振動子4と、この振動子4に設けられ、該振動子4の振動を抑制する振動吸収部材であるダンパ5とから構成される。
この第2の実施の形態では、第1の実施の形態のように探傷面2aで反射した超音波Uの反射波Rを振動子4から遠ざけるような形状とするのではなく、従来形状と同じ外形状のくさび3を使用し、そのくさび3の任意の面(反射波Rが直接当たる面)に複数個の穴7を形成することにより、穴7間へ進入した音波を多重反射により減衰・拡散させる構造としたものである。第1の実施の形態と同一構成部分に関しては、説明が重複するため、その説明は省略する。
この第2の実施の形態の超音波探触子1では、振動子4を配置させる傾斜面3aと、探傷面2aに設置される載置面3bと、探傷面2aで反射した反射波Rが直接当たる垂直面3cと、載置面3bと平行な上面である水平面3dとを備えた、いわゆる変形した台形状とされている。
前記傾斜面3aの上には、振動子4が設けられると共に、この振動子4の上にダンパ5が載置される。ここでのダンパ5は、振動子4の横方向の振動を抑制する本来の働きをする。
探傷面2aで反射した反射波Rが直接当たる垂直面3cには、図4及び図5に示すように、例えばドリルなどによって前記傾斜面3aに向かって水平な複数個の穴7を形成してある。この第2の実施の形態では、載置面3bからその中央高さ位置までの領域には、略同じ深さの円形状をなす穴7を形成し、その中央高さ位置から上面の水平面3dまでの領域には、上方に行くに従って次第に穴の深さを深くした円形状の穴7を形成している。
また、この第2の実施の形態では、ほぼ同一線上に形成した3つの穴7と4つの穴7を、垂直面3cの高さ方向に交互に所定間隔を置いて形成している。つまり、この垂直面3cの下端から上端に亘って下から3つの穴7、4つの穴7、3つの穴7、4つの穴7・・・・として複数個の深さの異なる穴7が形成されている。
このように構成した超音波探触子1では、探傷面2aで反射した超音波Uの残響する反射波Rは、各穴7間に進入し多重反射されることにより減衰されると共に散乱する。この多重反射による減衰・散乱によって効率的にくさび3内の残響する反射波Rを減衰させることができ、くさび内ノイズを低減させることができる。したがって、被検体2からの音波受信を明確なものとすることができる。
また、この第2の実施の形態の超音波探触子1では、くさび3に穴開け加工を施すだけの単純な構造であるので、くさび3をコンパクト且つ安価に製造することができる。
次に、下記仕様の超音波探触子1にてくさび内ノイズ検証実験を行った。図6(A)は第2の実施の形態の超音波探触子1による伝播時間に対する超音波反射波強度の電圧変化を示す図であり、図6(B)は帰還部をダンパに接触させない従来構造の超音波探触子による伝播時間に対する超音波反射波強度の電圧変化を示す図である。
振動子4には、直径7.5mm(Φ7.5、R形状フォーカスなし)のニオブ酸鉛系磁器(音響整合層付)を用いた。くさび3には、超音波入射点をセンターとし、20mm角のポリスチレンを使用した。ダンパ5には、タングステン入りエポキシ樹脂(横振動除去コイル付)を使用した。
図6から明らかなように、従来構造ではノイズが全体的(図6(B)の破線で囲む部分)に発生しているが、第2の実施の形態の超音波探触子1では、ノイズが大幅に低減されていることが判る。この実験結果から判るように、第2の実施の形態の超音波探触子1を採用すれば、吸音材をくさび3に貼り付けたのと同様の効果があり、くさび3内の残響するノイズを低減させることができる。
[その他の実施の形態]
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。
例えば、くさび3の垂直面3cに形成した穴7の深さや間隔或いは断面形状は、前記した第2の実施の形態のものに制限されることなく種々の変更が可能である。かかる穴7の深さ、間隔又は断面形状に関しては、振動子4から射出する超音波Uの周波数や入射角などに応じて決めるようにすることが望ましい。
図7は、穴7の形状を四角、丸、星形にした例である。これらの断面形状の違いにより、反射波Rの吸収性に違いが表れ、その中で吸収・散乱にとって最適な断面形状を採用する。
図8は、穴7の間隔Lを表す例である。振動子4から射出された超音波Uの周波数が大きいときは、穴7の間隔Lを大きくした方が反射波Rが穴7の間に入り込み易く、逆に、周波数が小さいときは、穴7の間隔Lを小さくした方がよい。
このように、射出する周波数や入射角などに応じて最適な穴7の深さや間隔或いは断面形状を採用すれば、くさび3内に残響する影響をさらに効果的に低減させることができる。
1…超音波探触子
2…被検体
2a…探傷面
3…くさび
3a…傾斜面(斜面)
3b…載置面
3c…垂直面
3d…水平面
4…振動子
5…ダンパ(振動吸収部材)
6…帰還部(くさびの一部)
7…穴
2…被検体
2a…探傷面
3…くさび
3a…傾斜面(斜面)
3b…載置面
3c…垂直面
3d…水平面
4…振動子
5…ダンパ(振動吸収部材)
6…帰還部(くさびの一部)
7…穴
Claims (3)
- 被検体の探傷面に接して設けられるくさびと、このくさびに形成された斜面に配置され、超音波を被検体に対して発する振動子と、この振動子に設けられ、該振動子の振動を抑制する振動吸収部材とを備えた超音波探触子において、
前記探傷面で反射した前記超音波の反射波を前記振動子から遠ざけるような形状に前記くさびを形成し、そのくさびの一部を、前記振動吸収部材に接して設けた
ことを特徴とする超音波探触子。 - 被検体の探傷面に接して設けられるくさびと、このくさびに形成された斜面に配置され、超音波を被検体に対して発する振動子と、この振動子に設けられ、該振動子の振動を抑制する振動吸収部材とを備えた超音波探触子において、
前記探傷面で反射した反射波が当たる前記くさびの任意の面に、複数個の穴を形成した
ことを特徴とする超音波探触子。 - 請求項2に記載の超音波探触子であって、
前記複数個の穴は、その深さを異にする
ことを特徴とする超音波探触子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004057839A JP2005249484A (ja) | 2004-03-02 | 2004-03-02 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004057839A JP2005249484A (ja) | 2004-03-02 | 2004-03-02 | 超音波探触子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=35030101
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2004057839A Pending JP2005249484A (ja) | 2004-03-02 | 2004-03-02 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2005249484A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012002586A (ja) * | 2010-06-15 | 2012-01-05 | Toshiba Corp | 超音波探触子および超音波探傷方法 |
CN102692454A (zh) * | 2012-06-14 | 2012-09-26 | 南车戚墅堰机车有限公司 | 楔形纵截面焊缝超声波探伤方法 |
CN104226576A (zh) * | 2013-06-18 | 2014-12-24 | 柯宜京 | 一种用于厚度模振动超声换能器的背衬结构体系 |
JP2021021643A (ja) * | 2019-07-29 | 2021-02-18 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | 超音波探触子装置 |
KR102628026B1 (ko) * | 2023-07-28 | 2024-01-23 | 주식회사 인디시스템 | 멀티검사가 가능한 초음파 검사장치 |
-
2004
- 2004-03-02 JP JP2004057839A patent/JP2005249484A/ja active Pending
Cited By (6)
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JP7159127B2 (ja) | 2019-07-29 | 2022-10-24 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | 超音波探触子装置 |
KR102628026B1 (ko) * | 2023-07-28 | 2024-01-23 | 주식회사 인디시스템 | 멀티검사가 가능한 초음파 검사장치 |
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