JP2014219390A - フェーズドアレイ溶接検査に関する自動ビーム最適化 - Google Patents

Abstract

【課題】フェーズドアレイ超音波式溶接検査配置に関して最適ビーム数を算定する方法を提供する。【解決手段】この配置は、ある既知の寸法を有する関心対象領域の内部にある溶接１２を検査するためのものであり、この際にその検査配置は溶接から周知のオフセット距離にある。少なくとも１つの素子Ｃの動作によって溶接分析に関する十分な情報データが提供されるようにする選択が行われる。こうした素子は、溶接される材料２６Ｂを基準としたあるウェッジ角度での素子の広がりに対応するような配置の超音波伝達ウェッジに沿って延びている。本方法は、少なくとも１つの素子の選択を得ている計算中で関心対象溶接領域の寸法と検査配置を溶接からオフセットさせる寸法とを利用するステップを含む。【選択図】図３

Description

本発明は溶接の超音波式検査に関し、また具体的には複数の超音波素子から成るアレイを有する超音波探触子による検査を完了させる効率の改善に関する。

２つの部分（例えば、シート部材やパイプ／コンジット区画）を接続する溶接を検査するには多くの場合に超音波探触子が用いられる。各超音波探触子は、複数のトランスジューサ素子を含むことが可能である。各トランスジューサ素子は接続した部分のうちの１つを通りかつ溶接自体の内部まで進むように信号を放出することが可能である。探触子はウェッジを含み、その各々が異なる箇所に来るように複数のトランスジューサ素子がこのウェッジに沿ったアレイの形に配置されている。ウェッジに沿って広がるアレイ内部における各トランスジューサ素子の位置の差によって、各トランスジューサ素子がその各々の信号を導く先にあたる可能な領域に関する対応する差が生じる。

溶接を検査するための探触子を動作させることは、走査（ｓｃａｎ）と呼ぶことが多い。走査を実行するためには、接続した部分のうちの１つの上で溶接から適度な距離に探触子を配置させる。探触子を動作させ（例えば、トランスジューサ信号を放出させ）、さらに溶接を基準として探触子を接続部分に沿って移動させている。

溶接について有用な検査を実施するためには、溶接の各側で少なくとも２回の走査を実行することが一般的である。具体的には各側で２回走査することが、溶接に対する効果的な走査カバー域の提供に役立つ。溶接のルートと溶接のキャップの両方について効果的な走査を受けさせるべきである。

言及したように、アレイ内部の異なるトランスジューサ素子は異なる領域検知を提供することが可能である。したがって、１つまたは複数のトランスジューサ素子を用いることによって溶接ルートの走査を実現でき、かつ１つまたは複数の別のトランスジューサ素子を用いることによって溶接キャップの走査を実現できるようにすることは確かに可能であろう。一般に、溶接ルート及び溶接キャップは走査しようとする同じ関心対象領域内にある。しかし、溶接ルートと溶接キャップのいずれか（例えば、関心対象領域内部にないとき）の走査を実施するためにはトランスジューサ素子のうちの１つまたは幾つかが使用不可能である／必要でない可能性がある。例えば、１つまたは複数のビームが溶接ルート領域または溶接キャップ領域のいずれかを通過しない可能性がある。恐らくはこれらのビームは溶接ルート領域または溶接キャップ領域のいずれか（例えば、関心対象領域内部にない方）の近くまでさえ通っていない。

図１について簡単に見ると、線形のトランスジューサ素子のすべてを動作させる従来の周知の（例えば、以前の）方法／方式について図１に概要を表している。その作業が溶接ルート３０’の調査／分析である場合、トランスジューサビーム３６’のうちの幾つか（例えば、この場合ではその大部分）は有用なデータを提供しないことが理解できよう。図２について簡単に見ると、トランスジューサ素子の動作に関する従来の周知の（例えば、以前の）別の方法／方式について図２に概要を表している。図２は、２つのトランスジューサ素子からの複数のビームを同時に提示するようなセクター型の探触子１１０’の一例を示している。当該トランスジューサ素子／ビームは効率的／効果的な溶接カバー域を提供しないことに留意すべきである。例えば、ビームの大部分は有用な方式で関心対象領域に入らないことに留意すべきである。

各トランスジューサ素子を動作させるにはある最小量のエネルギー及び時間を必要とすることを理解すべきである。さらに各トランスジューサ素子の動作の結果として得られるデータの処理にもある最小量のエネルギー及び時間を必要とすることを理解すべきである。したがって、動作させるトランスジューサ素子の数を全部まで至らせないことで、効率の上昇あるいはエネルギー及び／または時間を得ることが可能である。しかし適正な分析にはさらに、溶接ルートの走査実施に要する１つまたは複数のトランスジューサ素子と溶接キャップの走査実施に要する１つまたは複数の別のトランスジューサ素子とを当然に動作させるべきであることも理解すべきである。したがって本発明者らは、不要なトランスジューサ素子動作／データ処理の回避による効率の改善と適正な分析の実施の両方の要求が存在するものと判断した。

以下の要約は、本明細書で検討するシステム及び／または方法の幾つか態様に関する基本的知識を提供するための簡単な要約を示している。この要約は本明細書で検討するシステム及び／または方法に関する広範な概要ではない。主要な／重要な要素を特定することやこうしたシステム及び／または方法の範囲を叙述することを目的としたものではない。その目的は単に、以降で提示するさらに詳細な説明に対する序として幾つかの考え方を簡略な形態で提示することである。

一態様では本発明は、フェーズドアレイ超音波式溶接検査配置の素子に関する最適ビーム数を算定する方法を提供する。この配置は、周知の寸法を有する関心対象領域の内部にあると共にその検査配置が溶接からある周知のオフセット距離にあるような溶接を検査するためのものである。少なくとも１つの素子の動作によって溶接分析のための十分な情報データが提供されるように選択がなされる。溶接される材料を基準としてあるウェッジ角度にある素子範囲に対応するような配置の超音波伝達ウェッジに沿って素子が広がっている。本方法は、少なくとも１つの素子の選択が得られるようにその計算の中で関心対象溶接領域の寸法と検査配置を溶接からオフセットさせる寸法とを利用することを含む。

本発明に関する上述の態様及び別の態様は、添付の図面を参照しながら以下の説明を読むことにより本発明に関する当業者には明らかとなろう。

関心対象領域の内部にある溶接のルート部分の分析を得るのに要する数と比べてより多くの数のトランスジューサ素子を動作させている従来技術方式の概要図である。 関心対象領域の内部にある溶接のルート部分と溶接のキャップ部分の分析を得るのに要する数と比べてより多くの数のトランスジューサ素子を動作させている別の従来技術方式の別の概要図である。 本発明の一態様による溶接により接続した２つの材料部分の上に配置させた例示的な超音波探触子を表すと共に、効率の改善を可能にするように選択的な信号放出をさせる少なくとも１つの素子の選択による接続部分／溶接内への信号の放出を表した概要図である。 関心対象領域内部の溶接のルート部分の分析を効率よく得るために必要な数だけのトランスジューサ素子を動作させる方式を表した図１と同様の概要図である。 図３の探触子の内部で使用可能な修正型ウェッジの概要図である。 図３の探触子の内部で使用可能な別の修正型ウェッジの概要図である。 溶接により接続した材料部分の上に配置させた別の例示的超音波探触子で探触子にセクター走査を提供させているところを表した概要図である。 関心対象領域内部の溶接のルート部分と溶接のキャップ部分の分析を効率よく得るために必要な数だけのトランスジューサ素子を動作させる方式を表した図２と同様の概要図である。

本発明の１つまたは複数の態様が組み込まれた例示の実施形態について図面によって説明し例証することにする。図示したこれらの例は、本発明に対する全般的な制限を意図していない。例えば本発明の１つまたは複数の態様は別の実施形態で利用することが可能である。さらに本明細書では単に便宜を目的としてある種の用語法を用いており、これを本発明に対する限定ととるべきではない。さらにまた図面において、同じ要素を示すために同じ参照番号を利用している。

２つの例示の材料部分１６Ａ、１６Ｂを接続する例示の溶接１２を検査するために超音波探触子１０を用いている。接続部分１６Ａ、１６Ｂは必ずしも本発明に対する具体的な限定でないことを理解すべきである。したがって接続部分は様々とすることが可能である。接続部分の幾つか例には、シート部材やパイプ／コンジット区画が含まれる。接続されたこの２つの材料部分１６Ａ、１６Ｂも様々とすることが可能である。接続部分１６Ａ、１６Ｂの材料の例には様々な金属が含まれ、鉄系金属、アルミニウム系の材料その他を含むことができる。接続された各部分（例えば、１６Ａ、１６Ｂ）は、近位（例えば、図面で上側に示す）表面２０及び遠位（例えば、図面で下側に示す）表面２２を含む。図示した例において接続された２つの部分１６Ａ、１６Ｂ（またしたがって、表面２０、２２）は平面である。しかし幾らかの曲率が存在し得ることを理解すべきである。

２つの接続部分１６Ａ、１６Ｂを接続する溶接１２によってこの２つの部分が一体に固定されており、またこの溶接は事前に完了している（すなわち、溶接が固化している）。溶接１２は、必ずしも本発明に対する具体的な限定でないような様々な特性を有することがある。例えば溶接１２は、複合材料（複数のこともある）に関連した様々な形状及び材料特性を有することがある。この複合材料は、接続部分１６Ａ、１６Ｂの材料に依存することがある。したがって溶接材料は、鉄系やアルミニウム系の材料その他を含む金属組成物を含むことがある。

溶接１２は、接続部分１６Ａ、１６Ｂの隣接するエッジ２４Ａ、２４Ｂに沿って延びている。図面内において溶接１２は、図の面に対する横断性（例えば、直交性）でこれに入る方向と出る方向に延びている。したがって図面では溶接１２を断面で示している。したがって溶接１２は長さを有する（すなわち、図の面から離れるように直交性に延びる）と共に、溶接線と呼ぶことが可能である。図面の中に示した例示の溶接１２の生成過程（すなわち、溶接過程）の間に溶接材料が被着されている。さらに、接続部分１６Ａ、１６Ｂの材料２６Ａ、２６Ｂのある部分は溶接生成過程の間に熱が加えられることによって変化する。こうした変化は溶解や部分溶解を含むことができる。この領域を熱影響領域と呼ぶことが可能である。したがってこの例示の溶接は、接続部分１６Ａ、１６Ｂの遠位側２２に隣接して配置される溶接ルート３０と、接続部分の近位側２０に隣接して配置される溶接キャップ３２と、を含む。

接続部分１６Ａ、１６Ｂ及び溶接１２は、図面に登場させるにあたり断面としていることに留意すべきである。しかし本発明の態様を例証している図面内にはビーム、経路、寸法、その他（以下で説明する）を表す多くの線を示しているため、明瞭にするため接続部分１６Ａ、１６Ｂ及び溶接１２についての典型的な断面のハッチ表示を省略していることも理解されたい。

溶接（例えば、溶接１２）は受容可能レベルの構造統合性その他を有するのが典型的である。したがって本発明の一態様では、溶接１２は超音波探触子１０を用いて検査される。具体的に図示した例では探触子１０は、溶接１２の検査中に探触子を溶接を基準として（すなわち、溶接線からある距離間隔をとりかつ溶接線方向と実質的に平行に）移動させながら動作させている。この動作のことは走査と呼ぶことが多い。走査を実行するために探触子１０は、接続部分１６Ａ、１６Ｂのうちの１つ（例えば、１６Ａ）の上に溶接１２からある適度な距離だけ離して配置させている。探触子１０を動作させると共に、探触子を溶接１２に対して接続部分と平行に移動させている。

溶接１２に対する有用な検査を実施するには、溶接１２の各側で１回として少なくとも２回の走査を実行するのが一般的である。具体的には、２つの側に対して２回の走査を行うことによって溶接１２に関する効果的な走査カバー域の提供に役立つ。

探触子１０の詳細について見るとこの超音波探触子は、線形マトリックスアレイの形として複数の超音波トランスジューサ素子Ｃを含む。図３では単に、複数の素子Ｃの考え方を示すためにトランスジューサ素子Ｃをある例示の数だけ図示しているだけであり、図示したこの数は限定と見なすべきでないことを理解すべきである。さらに、複数のトランスジューサ素子Ｃの具体的な細部は様々となり得る。例えばこの複数のトランスジューサ素子Ｃは、データ処理用構成要素その他と接続させた電源に適宜接続させることがある。さらにトランスジューサ素子に関する物理的な構成（例えば、複数のトランスジューサ素子の広がり／間隔）も様々とすることが可能であり、したがってこれが必ずしも本発明に対する具体的な限定とならない。

各トランスジューサ素子Ｃは、接続部分１６Ａ、１６Ｂの材料と溶接１２の材料を通って進むことが可能な超音波信号（例えば、超音波ビーム）３６（幾つかの例示のビームを図３に示すが、これらは本発明に対する限定を示す意図ではない）を放出することができる。様々な表面境界面によってまた欠陥（例えば、不完全部、変形部、空隙、不純物その他）を含む表面境界面を提供する溶接の特性によってこの信号は、探触子のトランスジューサ素子の方向に反射して（エコーとなって）戻される可能性がある。

反射された信号は、溶接に関する判定を行うために分析することが可能である。この反射信号データ分析は様々な技法を介して実施可能であり、したがってこの分析は必ずしも本発明に対する具体的な限定とならない。トランスジューサ素子Ｃへのパワー供給／動作を含むこうした探触子１０の動作並びにトランスジューサ素子から導出される信号／データの処理については周知であり、また様々とすることが可能である。さらにトランスジューサ素子から導出された信号／データを受け取り／処理し溶接の様々な特性を決定するために、トランスジューサ素子から導出された信号／データを受け取り／処理し、欠陥（例えば、不完全部、変形部、空隙、不純物その他）を含む溶接の様々な特性を決定するために、探触子に対して様々な構成要素／デバイスを動作可能に接続させることが可能である。こうした構成要素／デバイス並びにこうした受け取り／処理は周知でありまた様々とすることが可能である。したがってこうした具体的内容は必ずしも本発明に対する限定とならない。

この例示の探触子１０の具体的な構造を見ると、線形アレイの形に超音波トランスジューサ素子Ｃを配列させている。参考としてこの線形アレイは溶接１２の範囲に対して横断方向に（例えば、直交するように）延びている。溶接１２が図の面に対して直交する方向に（例えば、図の面に入る方向や面から出てくる方向に）延びていることを想起されたい。したがってこの線形アレイは図の面の域内で延びている。

探触子１０はウェッジ４０を含む。ウェッジ４０は超音波伝達材料から製作される。ウェッジ４０は、接続部分のうちの１つ（例えば、１６Ａ）の近接表面２０に当てて配置させるための第１の側４２を有する。言及したように、図示した例示の接続部分（１６Ａ、１６Ｂ）は平坦であり、したがってウェッジ４０の第１の側４２は、接続部分１６Ａの平坦部に対して相手方となるような補間的な実質的に平坦な面を有する。第１の側４２の補間的な輪郭を介して接続部分の異なる輪郭を対応させることが可能である。図示した例の第２の側４４は第１の側４２と直交すると共に、同じく実質的に平坦である。しかし別の構成も可能であることが企図される。第３の側４６は、斜辺と呼ぶことが可能であり、第１の側４２に対して（またしたがって、接続部分（例えば、１６Ａ）の平坦部に対して）ある角度をもって延びている。この斜辺は、あるウェッジ角度Ｗ_Aで延びている。斜辺４６は必ずしも完全に第１及び第２の側４２、４４まで延びる必要はないこと、並びに図示した例は斜辺４６が完全に第１及び第２の側まで延びていないように切り詰めていることが企図される。

ウェッジ４０の斜辺４６上にトランスジューサ素子Ｃのアレイを配置させる際に、アレイが溶接１２の向かって横方向に延びるに従ってアレイがある角度で垂直方向で上にかつ接続部分（例えば、１６Ａ）から離れるように延びるようにしている。したがってこの複数のトランスジューサ素子Ｃは、各素子が異なる箇所に来るようにしてウェッジ４０に沿ってアレイの形に配置させている。ウェッジ４０に沿って延びるアレイ内部における各トランスジューサ素子Ｃの箇所の違いによって、各トランスジューサ素子がそのそれぞれの信号を導く先にあたる有効領域の対応する違いにがもたらされる（例えば、図３参照）。具体的にはアレイ内部にあるトランスジューサ素子Ｃの各々は、異なる箇所でウェッジに入り、このため異なる箇所で接続部分（例えば、１６Ａ）に入るようなそれぞれの信号を放出している。言及したように、異なるトランスジューサ素子Ｃからのある例示ビーム３６を図３の接続部分１６Ａ及び溶接１２の内部に示している。ウェッジ４０を通過するビームは明瞭にするため図３には示していないこと、またさらに起こり得る全ビームのうちの一部を図示していないことを理解すべきである。提示した例の中の複数のビーム（図３）は、トランスジューサ素子Ｃのアレイから進み出る際に互いに平行に進むように向けられていることに留意すべきである。

各ビームが異なる箇所でウェッジに入るために異なる箇所で接続部分（例えば、１６Ａ）に入るという点に戻ると、この違いによって異なるトランスジューサ素子ビーム３６による異なる箇所での「検知」（例えば、調査、チェック、その他）が可能となる（この異なる箇所には、溶接を包含させてもまたさせなくともよい可能な異なる箇所や、具体的には溶接の異なる部分を包含し得る異なる箇所を含む）。溶接のすべての部分（すなわち、溶接ルート３０及び溶接キャップ３２を含む）に対して効果的かつ効率的に走査及び分析する能力があると有益である。したがって論理的には、異なるトランスジューサ素子Ｃと対応する異なるビーム３６とを利用することによってこの有益な機能を実施することが可能である。さらに、ある種のビームは溶接領域のいかなる部分も通過せずこのために溶接／溶接領域に関する情報を検出／提供する能力を有しないため、単にトランスジューサ素子／ビームをすべて利用することは若干非効率であることに留意すべきである。

一般に調査／分析を要する領域は、溶接自体と、周囲領域のうち接続部分１６Ａ、１６Ｂの熱影響領域（例えば、溶解／部分溶解域）を含む少なくともある最小部と、である。当然の帰結として接続部分１６Ａ、１６Ｂのうちの少なくとも一部（またその大部分（例えば、あるまとまり）の可能性が高い）は調査／分析の必要がない。調査／分析を要する領域（すなわち、溶接領域とある周囲領域）のことを関心対象領域（図３の中でＡＯＩで示す）と呼ぶ。調査／分析を要する関心対象領域のサイズは溶接サイズ、溶接種別、接続部分１６Ａ、１６Ｂの厚さなどの幾つかの要因に依存する可能性がある。

こうした領域で必要な調査／分析を提供するためにトランスジューサ素子Ｃのうちの幾つかだけを動作させ／利用することによって、コスト効率や時間効率などの効率を得ることができる。具体的には、トランスジューサ素子Ｃの動作及びトランスジューサ素子からのデータの処理にはエネルギーと時間の両方が必要となる。動作させるトランスジューサ素子Ｃの数及び／または処理するデータの量／ボリュームを少なくすることによって節約を得ることができる。しかし溶接に対する効果的な走査のためには、最小のかつ正しく位置させた数のトランスジューサ素子Ｃを動作させ、これからのデータを処理すべきであることを理解されたい。

再度図３を見ると、図示した例の中にはトランスジューサ素子Ｃからのビーム３６の幾つかだけしか表していないことに留意すべきである。図示したトランスジューサビーム３６がトランスジューサ素子Ｃのアレイから出力され得る可能なトランスジューサビームの必ずしも全部ではないことを理解すべきである。図示したトランスジューサビーム３６は単に本発明の一態様の例証に役立つような対応する部分だけである。

図示したトランスジューサビーム３６は、接続部分（例えば、１６Ａ）の中を２つの脚部Ｌ１、Ｌ２（各脚部は、表面２０、２２の間を延びかつ反射点で終わっている）に沿って進む。しかし第１のトランスジューサビーム部分組３６Ａは関心対象領域（ＡＯＩ）内まで進む一方、第２のビーム部分組３６Ｂはこのように関心対象領域内まで進まない。第１のビーム部分組３６Ａは溶接調査／分析に関する有用なデータを提供する可能性が高いが、第２のビーム部分組３６Ｂは溶接調査／分析に関する有用なデータを提供しない可能性が高い。したがって本発明の一態様では第２の部分組のビーム３６Ｂは、対応するトランスジューサ素子を動作させずかつ／または第２の部分組のビームに関連するデータが処理されないように区分けすることが可能である。トランスジューサ素子の動作及び／または対応するデータ分析の量を低減すなわち減少させるためのこの区分けは図２と３の比較から容易に理解できよう。

図１と図４を比較して見ると、同様の構造／特徴を表すために同様の参照番号を用いていること（ただし、図１については符号（’）を付加している）ことを理解すべきである。図１及び４に関するさらなる検討に進む前に、図３と比較した場合に図１及び４にはさらに若干異なる探触子１０’と、若干異なる接続部分及び溶接１６Ａ’、１６Ｂ’、１２’と、溶接に対する探触子の若干異なる相対的な位置決めと、が表されていることを理解されたい。これら若干の多様性は、当該の違いが可能であることを強調するためのものである。

ここでその比較に進むと、図１に示したこれまでの方式はトランスジューサビーム３６’のうちの幾つか（例えば、この場合では大部分）が有用なデータを提供しないような態様を示していたことを想起されたい。区別するために図４を見ると、本発明の一態様に従って選択した群（３６Ａ’で示す）は溶接ルート３０’に関する有用なデータを提供している。本発明は、具体的なある領域（例えば、関心対象領域または関心対象領域の特定の部分）に進むことになるビームの数の計算に関する態様を含む。当然の帰結として本発明は、当該領域（例えば、関心対象領域または関心対象領域の特定の部分）に進むことがないビームの数の計算に関する態様を含む。

この計算では、利用される探触子（例えば、１０または１０’）に関する多くの特徴及び変数を考慮に入れることが可能である。例えばその探触子は、「切り取りのある（ｃｌｉｐｐｅｄ）」前縁５０（図５参照）を含むウェッジを有することがある。具体的には、ウェッジのうち表面２０に隣接しかつ溶接１２の最も近くにある隅が、オープン領域すなわち「切り離しを受けた」領域５２を設けるように取り除かれている。こうした切り取りのある前縁５０によれば、盛り上がり部分（例えば、溶接クラウン（ｃｒｏｗｎ））との不利な接触を回避しながら、溶接に対して相対的にごく近くに（例えば、直ぐ隣り合って）探触子を配置させることが可能である。しかしこうした切り取りのある前縁５０によって、トランスジューサビームがその中を通り抜けられない水平距離Ｇを有する前部ギャップが提供される。可能な別の例示の特徴としてトランスジューサは、超音波ビームがその中を通過しないように減衰させる別の材料から製作された前部材料セグメント６０を含んだウェッジを有することがある（図６参照）。こうした材料セグメント６０は、超音波ビーム反射を制御するために使用することが可能である。こうした前部材料セグメント６０は距離Ｄを有することが可能である。

調査／分析を実施させるためのトランスジューサ素子／対応するビームの部分組群を決定／選択するために考慮に入れることが可能な探触子のさらに別の特徴として、探触子を走査型探触子１１０（図７）とすることがある。この走査型探触子はまたセクター型と呼ぶことも可能である。図７は、具体的なあるセクター型トランスジューサ素子Ｃ_sがそのビームをその範囲内に導くことが可能な先となるような例示の範囲を表している。具体的には図７において、当該トランスジューサ素子Ｃ_sから進む破線はトランスジューサ素子から法線方向（すなわち、垂直方向）を示している。参照番号１３６Ａで示したビーム経路は、最遠の走査到達に沿った第１の例示のビーム経路を示している。１３６Ｚで示したビーム経路は、最遠の走査到達に沿った例示の最終ビーム経路を示している。最も遠くに達する２つのビーム経路１３６Ａ、１３６Ｚが接続部分１６Ａ内への異なる入射点を有すること、並びにこれら最遠到達の２つのビーム経路１３６Ａ、１３６Ｚの間でビームを移動すなわち走査させたときにビームが時々刻々と変化する経路を有することになることが理解できよう。さらに図７を見ると、接続部分１６Ａを通過するビームの経路もこれにしたがって変化することになることが理解できよう。またさらには、セクター型探触子１１０のこれ以外のトランスジューサ素子からのその他のビームについてもビーム経路の同様の変動が生じることになる。

図２と図８を比較して見ると、同様の構造／特徴を表すために同様の参照番号を用いていること（ただし、図２については符号（’）を付加していること）を理解すべきである。図２の中で、特定のトランスジューサ素子／ビームは溶接領域の効率的／効果的なカバー域を提供していない。例えば、ビームのうちのかなりの部分が有用な方式で関心対象領域に入っていないことに留意すべきである。図８は本発明の一態様による一例を提供しており、溶接領域の効率的／効果的なカバー域にあたる２つのトランスジューサ素子からのビームを提示している。あるトランスジューサ素子のビームは溶接ルート３０’に関するカバー域を効率的／効果的に提供しており、また別のトランスジューサ素子からのビームは溶接キャップ３２’に関するカバー域を効率的／効果的に提供していることに留意されたい。

言及したように異なるトランスジューサ素子によって異なる領域検知を提供することができる。したがって本発明の一態様では、１つのトランスジューサ素子あるいは小さなトランスジューサ素子群を溶接ルートの走査の実施に使用することが可能であり、また別のトランスジューサ素子あるいは小さなトランスジューサ素子群を溶接キャップの走査の実施に使用することが可能である。効率を高めた別の態様として、所望の走査を提供し得ないそれ以外の／残りのトランスジューサ素子をアイドリング状態にするか、さもなければ動作から除外することが可能である。しかし、適正に実施させるトランスジューサ素子（複数のこともある）がどれになるかを最初から知ることができないため、本発明の一態様ではしたがってこれに関する決定を行うことになる。

アレイのうちの利用する／利用しないトランスジューサ素子に関する選択は、本発明による処理法によって提供される。こうした処理法を実行するための例示の一連のアルゴリズムの１つを提供する。別のアルゴリズムも可能であると共に、これも本発明の趣旨域内にあると考えるべきであることを理解すべきである。

一般に本明細書では例示の処理法の１つを提示していることを理解すべきである。この処理法は変形形態とすることができること、また別のその他の処理法も利用可能であることを理解すべきである。こうした変形形態や別の形態も本発明の趣旨域内にあると考えるべきであることを理解すべきである。したがって本例を、本発明の限定境界と見なすべきではない。理解を容易にするために、以下に用語説明を示すことにする。この用語説明は本発明を逸脱することなく変更することも可能であることを理解すべきである。

［用語説明］
Ｎ０＝探触子のアレイ内部にあるトランスジューサ素子の総数
Ｐａｒｔ Ｅｎｔｒｙ Ｐｏｉｎｔ＝最遠ビームの入射点（セクタータイプの場合のみ）
Ｎｏｍｉｎａｌ Ｐｏｉｎｔ＝ビームが法線方向に（例えば、トランスジューサ素子アレイと垂直に）進んだとしたときに接続部分にビームが入る点（セクタータイプの場合のみ）
Ｉ＝入射角度
ＷＡ＝ウェッジ角度（接続部分（すなわち、溶接部分）の上側表面とトランスジューサアレイの間の角度であってこれらの間に介在させたウェッジにより規定される角度）
ＢＡ＝ビームが接続部分に入る際のビーム角度
Ｚ₀＝垂直方向ウェッジオフセット（溶接材料から探触子素子までの垂直方向距離）
Ｘ₀＝水平方向ウェッジオフセット（ウェッジのうち溶接の最も近くにあるエッジから中心素子までの水平方向距離）
ＶＷ＝ウェッジ速度（ウェッジ内部における超音波ビームの周知の速度）
ＶＳ＝材料速度（接続部分の材料内部における超音波ビームの周知の速度）
ＴＺ＝材料厚さ（溶接を受けた接続部分の垂直方向厚）
Ｌｅｇ＝接続部分の内部におけるビームのバウンド回数／反射回数
Ｐｉｔｃｈ＝隣接する２つの探触子素子間の中心対中心距離
ＨＡＺ＝母材金属上の熱影響部（溶接準備時に溶融金属から熱伝達を受ける部分）の母材金属水平方向幅
ＸＬＩＭＩＴ＝溶接キャップの幅の半分（ＯｖｅｒｃａｐＷｉｄｔｈ／２）
ＰＰＬ＝溶接中心線からウェッジのエッジまでの水平方向オフセット（ＰｒｏｂｅＰｏｓｉｔｉｏｎＬｅｆｔ）
ＩＮＤＥＸＳＴＡＲＴ＝ＨＡＺの外側エッジ（分散母材金属）から溶接の近接側における関心対象領域（ＡＯＩ）のエッジまでの水平方向寸法
ＩＮＤＥＸＳＴＯＰ＝ＨＡＺの外側エッジ（分散母材金属）から溶接の遠方側における関心対象領域（ＡＯＩ）のエッジまでの水平方向寸法
［例示の処理ステップ］
［ビーム座標の計算］
この計算は、水平方向及び深度方向の軸に関する探触子射出点と部品入射点の値を導き出すための計算である。これらの座標はその屈折角に応じて各ビームごとに様々な値となる。したがって任意のビーム角に関する式は以下のように与えられる。ビーム角その他のパラメータを適当に代入して正しい値が得られる。
［部品入射点（Ｐａｒｔ Ｅｎｔｒｙ Ｐｏｉｎｔ）の計算］
・Ｐａｒｔ Ｅｎｔｒｙ Ｐｏｉｎｔ Ｄｅｐｔｈ＝０ｍｍ
・Ｐａｒｔ Ｅｎｔｒｙ Ｐｏｉｎｔ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌは、次の４つのステップによって算定しなければならない。

ステップ１：法線方向入射点（Ｎｏｍｉｎａｌ Ｅｎｔｒｙ Ｐｏｉｎｔ）の計算
Ｎｏｍｉｎａｌ Ｐｏｉｎｔ（単位：ｍｍ）＝Ｚ₀＊Ｔａｎ（Ｗ_A）
ステップ２：入射角度（Ｉ）に関する計算
入射角度（単位：度）＝ａｒｃｓｉｎｅ［ｓｉｎ（最高ビーム角度）＊（Ｖ_W／Ｖ_S）］
ステップ３：ビーム入射点（Ｂｅａｍ Ｅｎｔｒｙ Ｐｏｉｎｔ）の計算
Ｂｅａｍ Ｅｎｔｒｙ Ｐｏｉｎｔ（単位：ｍｍ）＝Ｚ₀＊Ｔａｎ（入射角度）
ステップ４：水平方向部品入射点（Ｐａｒｔ Ｅｎｔｒｙ Ｐｏｉｎｔ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）の計算
Ｐａｒｔ Ｅｎｔｒｙ Ｐｏｉｎｔ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ＝Ｂｅａｍ Ｅｎｔｒｙ Ｐｏｉｎｔ−Ｎｏｍｉｎａｌ Ｐｏｉｎｔ
［探触子射出点（Ｐｒｏｂｅ Ｅｘｉｔ Ｐｏｉｎｔ）の計算］
・Ｐｒｏｂｅ Ｅｘｉｔ Ｐｏｉｎｔ Ｄｅｐｔｈ＝−［ウェッジオフセットＺ］
・Ｐｒｏｂｅ Ｅｘｉｔ Ｐｏｉｎｔ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ＝−［（ウェッジオフセットＺ）＊ｔａｎ（ウェッジ角度））］
ビーム座標はＰａｒｔ Ｅｎｔｒｙ Ｐｏｉｎｔ Ｄｅｐｔｈ及びＰａｒｔ Ｅｎｔｒｙ Ｐｏｉｎｔ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌに基づく。

上記の計算はセクター型に特異的であり、また線形走査型では必ずしも上記の計算すべての利用を要しないことを理解すべきである。計算過程全体はしたがって、走査型その他に応じて幾つかのパラメータ／計算ステップが未決であるという理解の元で進めることができる。
したがって以下の計算により進められる：
ｃｌｓＰａｓｓ．ＳｔａｒｔＡｎｇｌｅ＝ｃｌｓＰａｓｓ．ＳｅｃｔｏｒＳｃａｎＡｎｇｌｅＳｔａｒｔ（角度値の設定に使用）；
ＩＬｉｓｔ＜ＢｅａｍＣｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ＞ｂｅａｍＣｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ＝ＢｅａｍＣｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ．ＧｅｔＢｅａｍＣｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ（ｃｌｓＰａｓｓ，Ｘ₀，Ｗ_A，ＢＡ，Ｖ_W，Ｔ_Z，Ｎ₀，Ｐｉｔｃｈ）；

ｉｎｔ ｎｏＯｆＢｅａｍｓＯｕｔＯｆＡＯＩ＝０（この処理は、関心対象領域の外に来るビームが全くないとの前提で開始される）；
ｄｏｕｂｌｅ ＢＡ＝０；

ｆｏｒ ｉｎｔ ｉ＝０；ｉ＜ｂｅａｍＣｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ．Ｃｏｕｎｔ；ｉ＋＋（単に線形アレイシーケンスとするかセクター型走査に関連する角度ステップによるかのいずれかによって利用可能な様々なビーム全体に進める）
ｉｆ ｃｌｓＰａｓｓ．ＰａｓｓＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄ＝ＰａｓｓＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄ．ＭｕｌｔｉｐｌｅＳｅｃｔｏｒｉａｌＳｃａｎｓ（セクター型走査の場合）
ｉｆ（ｉ＝０），ｔｈｅｎ ＢＡ＝ｃｌｓＰａｓｓ．ＳｅｃｔｏｒＳｃａｎＡｎｇｌｅＳｔａｒｔ
ｅｌｓｅ，ＢＡ＝ＢＡ＋ｃｌｓＰａｓｓ．ＳｅｃｔｏｒＳｃａｎＡｎｇｌｅＳｔｅｐ
ｅｌｓｅ ｉｆ ｃｌｓＰａｓｓ．ＰａｓｓＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄ＝ＰａｓｓＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄ．ＭｕｌｔｉｐｌｅＬｉｎｅａｒＳｃａｎｓ（線形型走査の場合）
ＢＡ＝ｃｌｓＰａｓｓ．ＬｉｎｅａｒＳｃａｎＢｅａｍＡｎｇｌｅ

ｉｆ ｃｌｓＰａｓｓ．ＰａｓｓＴｙｐｅ＝ＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＰａｓｓＴｙｐｅ．Ｌｅｆｔ＿Ｃａｐ｜｜ｃｌｓＰａｓｓ．ＰａｓｓＴｙｐｅ＝ＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＰａｓｓＴｙｐｅ．Ｌｅｆｔ＿ＬｏｗｅｒＣａｐ｜｜ｃｌｓＰａｓｓ．ＰａｓｓＴｙｐｅ＝ＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＰａｓｓＴｙｐｅ．Ｌｅｆｔ＿Ｒｏｏｔ｜｜ｃｌｓＰａｓｓ．ＰａｓｓＴｙｐｅ＝ＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＰａｓｓＴｙｐｅ．Ｌｅｆｔ＿Ｓｉｎｇｌｅ（溶接種別のいずれに関しても左側からのパスの場合）
ｄｏｕｂｌｅ Ｌｅｎｇｔｈ１＝ｃｌｓＰａｓｓ．ＰＰＬ＋Ｘ₀−ＩＮＤＥＸＳＴＡＲＴ−ＸＬＩＭＩＴ−ＨＡＺ−Ｚ₀＊ＴａｎＯｆＤｅｇｒｅｅｓ（ＷＡ）（Ｌｅｎｇｔｈ１に関する計算）
ｄｏｕｂｌｅ Ｌｅｎｇｔｈ２＝ｃｌｓＰａｓｓ．Ｌｅｇ＊Ｔ_Z＊ＴａｎＯｆＤｅｇｒｅｅｓ（ＢＡ）＋ｂｅａｍＣｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ［ｉ］．ＰａｒｔＥｎｔｒｙＰｏｉｎｔＨｏｒｉｚｏｎｔａｌ（Ｌｅｎｇｔｈ２に関する計算）
ｉｆ（Ｌｅｎｇｔｈ２＜Ｌｅｎｇｔｈ１），ｔｈｅｎ Ｂｅａｍ ｉｓ ｏｆ ＡＯＦ，ａｄｄ ｔｏ ｎｏＯｆＢｅａｍｓＯｕｔＯｆＡＯＦ
ｅｌｓｅ ｉｆ（ｃｌｓＰａｓｓ．ＰａｓｓＴｙｐｅ＝ＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＰａｓｓＴｙｐｅ．Ｒｉｇｈｔ＿Ｃａｐ｜｜ｃｌｓＰａｓｓ．ＰａｓｓＴｙｐｅ＝ＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＰａｓｓＴｙｐｅ．Ｒｉｇｈｔ＿ＬｏｗｅｒＣａｐ｜｜ｃｌｓＰａｓｓ．ＰａｓｓＴｙｐｅ＝ＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＰａｓｓＴｙｐｅ．Ｒｉｇｈｔ＿Ｒｏｏｔ｜｜ｃｌｓＰａｓｓ．ＰａｓｓＴｙｐｅ＝ＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＰａｓｓＴｙｐｅ．Ｒｉｇｈｔ＿Ｓｉｎｇｌｅ（溶接種別のいずれに関しても左側からのパスの場合）
ｄｏｕｂｌｅ Ｌｅｎｇｔｈ１＝ｃｌｓＰａｓｓ．ＰｒｏｂｅＰｏｓｉｔｉｏｎＲｉｇｈｔ＋Ｗｅｄｇｅ．ＯｆｆｓｅｔＸ−ＩＮＤＥＸＳＴＯＰ−ＸＬＩＭＩＴ−ＨＡＺ−Ｚ₀＊ＴａｎＯｆＤｅｇｒｅｅｓ（ＷＡ）（Ｌｅｎｇｔｈ１に関する計算）
ｄｏｕｂｌｅ Ｌｅｎｇｔｈ２＝ｃｌｓＰａｓｓ．Ｌｅｇ＊Ｔ_Z＊ＴａｎＯｆＤｅｇｒｅｅｓ（ＢＡ）＋ｂｅａｍＣｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ［ｉ］．ＰａｒｔＥｎｔｒｙＰｏｉｎｔＨｏｒｉｚｏｎｔａｌ（Ｌｅｎｇｔｈ２に関する計算）
ｉｆ（Ｌｅｎｇｔｈ２＜Ｌｅｎｇｔｈ１），ｔｈｅｎ Ｂｅａｍ ｉｓ ｏｆ ＡＯＩ，ａｄｄ ｔｏ ｎｏＯｆＢｅａｍｓＯｕｔＯｆＡＯＩ；

ｎｏＯｆＢｅａｍｓＯｕｔＯｆＡＯＩを返す（関心対象領域の外側にあるビームの数の指標を返す、したがって効率を上げるために動作の省略が可能なトランスジューサ素子を指示する）。

したがって技術的効果は、効率を上げるためにその動作を省略可能なトランスジューサ素子を決定する方法を提供できることである。省略される動作の例としては、（１）ビームの放出もさせないようにしてトランスジューサ素子のうちの幾つかを動作させないこと、並びに（２）トランスジューサ素子のうちの幾つかから取得したデータを利用しないことが含まれる。こうした動作の省略によって、動作コスト及び動作時間について節約が提供される。本発明に従った処理法は計算デバイス及び／またはコンピュータの支援を得て実行可能であることを理解すべきである。もちろん最も基本的な形態では、本処理法はこうしたデバイスの支援を得ずに実行可能である。しかし、こうしたデバイスを使用すること自体は効率の向上を提供することになる。

本発明の一例について上述の例示の実施形態を参照しながら説明してきた。本明細書を読みかつ理解することにより他の者による修正形態及び代替形態が得られよう。本発明の１つまたは複数の態様を組み込んだ例示の実施形態は、添付の特許請求の範囲の趣旨域内に来るようなこうした修正形態及び代替形態をすべて含むように意図したものである。

１０ 超音波探触子
１０’ 探触子
１２ 溶接
１２’ 溶接
１６Ａ 接続部分
１６Ａ’ 接続部分
１６Ｂ 接続部分
１６Ｂ’ 接続部分
２０ 近位側
２２ 遠位側
２４Ａ エッジ
２４Ｂ エッジ
２６Ａ 材料
２６Ｂ 材料
３０ 溶接ルート
３０’ 溶接ルート
３２ 溶接キャップ
３２’ 溶接キャップ
３６ 超音波ビーム
３６’ トランスジューサビーム
３６Ａ 第１のビーム部分組
３６Ｂ 第２のビーム部分組
４０ ウェッジ
４２ 第１の側
４４ 第２の側
４６ 斜辺
５０ 前縁
５２ オープン領域
６０ 材料セグメント
１１０ 走査型探触子
１１０’ 探触子
１３６Ａ ビーム経路
１３６Ｚ ビーム経路
Ｃ 超音波トランスジューサ素子
Ｃ_s セクター型トランスジューサ素子
Ｇ 水平距離

Claims (10)

1. 周知の寸法を有する関心対象領域の内部にある溶接を検査するフェーズドアレイ超音波式溶接検査配置であって該溶接から周知のオフセット距離とさせた検査配置に関する最適ビーム数を、その少なくとも１つの素子の動作によって溶接分析に関する十分な情報データが得られるように算定する方法であって、溶接される材料を基準としたあるウェッジ角度の素子の広がりに対応するような配置の超音波伝達ウェッジに沿って該素子が延びていると共に、該方法は、
   少なくとも１つの素子の選択を得ている計算中で関心対象溶接領域の寸法と検査配置を溶接からオフセットさせる寸法とを利用するステップを含む方法。
2. 前記計算は、溶接分析に関する十分な情報データを提供する少なくとも１つの素子の選択域内に後続の素子を含めるべきか否かをその各ステップが判定している後続計算ステップの反復を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つの素子の選択は複数の素子の選択を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記溶接は溶接ルート及び溶接キャップを含み、前記少なくとも１つの素子の選択は溶接ルート分析に関する十分な情報データを提供する少なくとも１つの素子の選択と溶接キャップ分析に関する十分な情報データを提供する少なくとも１つの別の素子の選択とを含む、請求項３に記載の方法。
5. 線形走査素子のアレイを有する検査配置で利用される請求項１に記載の方法。
6. セクタ走査素子のアレイを有する検査配置で利用される請求項１に記載の方法。
7. 前記素子は溶接される材料を基準としたあるウェッジ角度での素子の広がりに対応するような配置の超音波伝達ウェッジに沿って延びていると共に、少なくとも１つの素子の選択を得ている計算中で該ウェッジ角度を利用するステップを含む請求項１に記載の方法。
8. 前記計算は、溶接のキャップの寸法を利用することを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記計算は、溶接による熱影響を受けた溶接材料の寸法を利用することを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記計算は、溶接材料内にビームを進める角度を利用することを含む、請求項１に記載の方法。