JP2020159884A - Ultrasonic flaw detector and ultrasonic flaw detection method - Google Patents

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Abstract

To provide an ultrasonic flaw detector and an ultrasonic flaw detection method with which it is possible to ultrasonically detect flaws for a specimen having a concave surface with high flaw detection accuracy.SOLUTION: Provided is an ultrasonic flaw detector for a specimen having a concave surface, comprising: a focused ultrasonic probe for receiving/dispatching an ultrasonic wave; a transmit/receive unit connected to the focused ultrasonic probe, for causing the focused ultrasonic probe to dispatch and transmitting received ultrasonic data; a scan unit for relatively traversing the focused ultrasonic probe across the specimen; and a control unit connected to the transmit/receive unit and scan unit. The control unit sets the position of the focused ultrasonic probe relative to the concave surface so that the ultrasonic wave dispatched from the focused ultrasonic probe has a first focus point at which it converges in front of the concave surface in the ultrasonic wave proceeding direction and has a second focal point at which it converges away from the concave surface.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、凹曲面を有する被検体の超音波探傷装置および超音波探傷方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flaw detection device and an ultrasonic flaw detection method for a subject having a concave curved surface.

被検体である製品や構造物などの製造時検査や供用後の検査において、被検体内部の欠陥の有無を判断するために、超音波やＸ線による非破壊検査が用いられる。内部欠陥が、ボイドのように空間（体積）を有する場合、超音波でもＸ線でも検出可能であるが、亀裂や剥離のように空間がない場合、Ｘ線による検出は困難であることが多い。このため、検出すべき欠陥モードに亀裂や剥離が含まれる場合には、超音波を使用した探傷（超音波探傷）が適用されることが多い。 Non-destructive inspection by ultrasonic waves or X-rays is used to determine the presence or absence of defects inside the subject in the inspection at the time of manufacture of the product or structure to be the subject and the inspection after the operation. When the internal defect has a space (volume) such as a void, it can be detected by ultrasonic waves or X-rays, but when there is no space such as a crack or peeling, it is often difficult to detect by X-rays. .. Therefore, when the defect mode to be detected includes cracks or peeling, flaw detection using ultrasonic waves (ultrasonic flaw detection) is often applied.

超音波探傷は、超音波プローブを被検体に対向して配置し、被検体に伝搬した超音波の応答により欠陥を検知する方法である。超音波探傷には、大きく分けて垂直探傷と斜角探傷の２方式がある。このうち本発明で実行する垂直探傷は、被検体表面に対して略垂直に超音波を伝搬して探傷する方法で、被検体表面が平坦、あるいは、平坦とみなすことができる程度に大きな曲率半径である時（以降、これらを平坦面という場合がある。）、被検体表面に対して平行な剥離や、ボイドのような体積欠陥を検出することを目的に用いられることが多い。一方で、斜角探傷は、被検体表面に対して斜めに超音波を伝搬して探傷する方法で、例えば、溶接部など余盛による影響や、金属結晶粒による散乱・異方性の影響で垂直探傷が適用できない場合に、これらの影響を回避・抑制するため、斜めに超音波を伝搬して亀裂やボイドのような体積欠陥を検出することを目的に用いられることが多い。 Ultrasonic flaw detection is a method in which an ultrasonic probe is placed facing a subject and a defect is detected by the response of ultrasonic waves propagating to the subject. Ultrasonic flaw detection is roughly divided into two types: vertical flaw detection and oblique flaw detection. Of these, the vertical flaw detection performed in the present invention is a method of propagating ultrasonic waves substantially perpendicular to the surface of the subject to detect the flaw, and the surface of the subject is flat or has a large radius of curvature that can be regarded as flat. (Hereinafter, these may be referred to as flat surfaces), it is often used for the purpose of detecting peeling parallel to the surface of the subject and volume defects such as voids. On the other hand, oblique flaw detection is a method of detecting flaws by propagating ultrasonic waves diagonally to the surface of the subject. For example, due to the influence of surplus welds and the influence of scattering and anisotropy due to metal crystal grains. When vertical flaw detection is not applicable, it is often used for the purpose of detecting volume defects such as cracks and voids by propagating ultrasonic waves diagonally in order to avoid or suppress these effects.

上記したように垂直探傷方式による超音波探傷では、多くの場合に被検体表面が平坦面であることを前提としているが、実際問題として、多くの構造物（被検体）には凹凸面が存在する。このうち特に、凹曲面を有する構造物に対する超音波探傷について、過去にさまざまな取り組みや発明がなされている。 As described above, ultrasonic flaw detection by the vertical flaw detection method is based on the premise that the surface of the subject is a flat surface in many cases, but as a practical matter, many structures (subjects) have uneven surfaces. To do. Of these, various efforts and inventions have been made in the past regarding ultrasonic flaw detection for structures having a concave curved surface.

例えば特許文献１では、超音波を送受信可能な素子を、対向する被検体の凹曲面の中心と同一円周上となるように複数備えた超音波プローブを用いて探傷を可能としている。また特許文献２には、被検体の凹曲面の曲率をうまく打ち消すように、拡散型超音波プローブを用いて、一度拡散させた超音波を、探傷面と鋼材の界面での屈折で、凹曲面直下の鋼材内で集束させて探傷する方法が示されている。 For example, in Patent Document 1, flaw detection is possible by using an ultrasonic probe provided with a plurality of elements capable of transmitting and receiving ultrasonic waves so as to be on the same circumference as the center of the concave curved surface of the opposite subject. Further, in Patent Document 2, the ultrasonic wave once diffused by using a diffusion type ultrasonic probe is refracted at the interface between the flaw detection surface and the steel material so as to cancel the curvature of the concave curved surface of the subject well. A method of focusing and detecting flaws in the steel material directly underneath is shown.

特表２０１１−５２９１７７号公報Special Table 2011-528177 特開２０１４−１７８３０２号公報JP-A-2014-178302

特許文献１に記載の超音波探傷技術によれば、特に、配列したすべての素子で超音波を一度に送受信しても、被検体手前で集束した超音波は、被検体の凹曲面の曲率と同一に並んだ素子配列の影響で、そのまま拡散した超音波として被検体内部に伝搬するため、欠陥の検出性は低下するため、凹曲面の内部に存在する欠陥の検出能が低いという問題があった。また、特許文献１に記載の超音波探傷技術に特有の問題として、対向する被検体の凹曲面の中心と同一円周上に１素子ずつ配列した超音波素子から個々に送受信することにより、曲面における超音波プローブの機械的な走査は不要となるが、１素子あたりの面積が小さいため十分な指向性は得られず、欠陥検出能が低く、比較的大きい欠陥しか検出できないという問題があった。加えて、特許文献１に記載の超音波探傷技術は、凹曲面の内部に存在する欠陥の探傷に特化した超音波プローブとなるため、同じ超音波プローブで凹曲面に加え平坦面および凸曲面を有する被検体を探傷することは困難であるという問題も存在する。 According to the ultrasonic flaw detection technique described in Patent Document 1, in particular, even if ultrasonic waves are transmitted and received at once by all the arranged elements, the ultrasonic waves focused in front of the subject have the curvature of the concave curved surface of the subject. Due to the influence of the element arrangement arranged in the same manner, the ultrasonic waves are propagated inside the subject as they are, so that the detectability of defects is lowered, and there is a problem that the detectability of defects existing inside the concave curved surface is low. It was. Further, as a problem peculiar to the ultrasonic flaw detection technique described in Patent Document 1, a curved surface is individually transmitted and received from ultrasonic elements arranged one by one on the same circumference as the center of the concave curved surface of the opposite subject. Although mechanical scanning of the ultrasonic probe in the above is unnecessary, there is a problem that sufficient directivity cannot be obtained because the area per element is small, the defect detection ability is low, and only relatively large defects can be detected. .. In addition, since the ultrasonic flaw detection technique described in Patent Document 1 is an ultrasonic probe specialized for flaw detection of defects existing inside a concave curved surface, the same ultrasonic probe can be used for a flat surface and a convex curved surface in addition to the concave curved surface. There is also the problem that it is difficult to detect a subject with.

この点に関し特許文献２に記載の超音波探傷技術においても、凹曲面を有する被検体の探傷に特化した拡散型超音波プローブを用いるため、この同じ拡散型の超音波プローブをそのまま平坦面で用いれば、当然、超音波が拡散して検出性能が著しく低下する。このように、特許文献１と同じく、特許文献２に記載の超音波探傷技術でも、凹曲面を有する被検体の探傷に特化した超音波プローブを用いるため、平坦面、凸曲面および凹曲面を有する被検体を、同じ超音波プローブで広く探傷することは困難である。 Regarding this point, since the ultrasonic flaw detection technique described in Patent Document 2 also uses a diffusion type ultrasonic probe specialized for flaw detection of a subject having a concave curved surface, the same diffusion type ultrasonic probe can be used as it is on a flat surface. If used, the ultrasonic waves will naturally diffuse and the detection performance will be significantly reduced. As described above, as in Patent Document 1, the ultrasonic flaw detection technique described in Patent Document 2 uses an ultrasonic probe specialized for flaw detection of a subject having a concave curved surface, so that a flat surface, a convex curved surface, and a concave curved surface can be formed. It is difficult to widely detect a subject with the same ultrasonic probe.

ここで、図２１は、被検体６の凹曲面３０へ、平面波を入射した場合の超音波伝搬結果を示す図である。ミクロ的にみれば、図２１に示すように、接触媒質と被検体材質の音響インピーダンスに差があることで、媒質と被検体境界で超音波が屈折し、超音波プローブ由来の集束性と被検体曲率に応じた集束や発散が被検体内部で生じる。このため、平坦面と凹曲面を有する構造物を超音波探傷するには、平坦面では平坦面の、凹曲面では凹曲面の探傷に適した超音波プローブや検査条件を適用する必要がある。 Here, FIG. 21 is a diagram showing the result of ultrasonic wave propagation when a plane wave is incident on the concave curved surface 30 of the subject 6. From a microscopic point of view, as shown in FIG. 21, due to the difference in acoustic impedance between the contact medium and the subject material, ultrasonic waves are refracted at the boundary between the medium and the subject, and the focusing property derived from the ultrasonic probe and the subject are covered. Focusing and divergence according to the curvature of the sample occur inside the subject. Therefore, in order to ultrasonically detect a structure having a flat surface and a concave curved surface, it is necessary to apply an ultrasonic probe and inspection conditions suitable for flaw detection of a flat surface on a flat surface and a concave curved surface on a concave curved surface.

特に、被検体表面が凹曲面の場合、平面型あるいは集束型の超音波プローブを用いて当該凹曲面部を探傷すると、一般的な産業品において、接触媒質の音響インピーダンスは被検体の音響インピーダンスより小さいため、例えば平面波を入射しても、図２１に示した凹曲面３０の曲率によって超音波は集束する。（例えば、水・油など液体の音響インピーダンス＜樹脂の音響インピーダンス＜鉄の音響インピーダンスとなる。）そのため、集束型の超音波プローブを用いても、被検体のごく浅い位置にしか集束せず、深い位置を感度よく探傷することが困難である。さらに、曲率半径が特に小さい（Ｒ５ｍｍ以下）の場合、プローブと被検体表面が物理的に干渉するのを避けなければならず、被検体から離した位置での走査を余儀なくされる。このため、特に曲率の小さい凹曲面を有する構造材内部の小さい欠陥を検出することは難しい。 In particular, when the surface of the subject is a concave curved surface, if the concave curved surface is detected by using a flat or focused ultrasonic probe, the acoustic impedance of the contact medium will be higher than the acoustic impedance of the subject in general industrial products. Since it is small, for example, even if a plane wave is incident, the ultrasonic waves are focused by the curvature of the concave curved surface 30 shown in FIG. (For example, the acoustic impedance of a liquid such as water or oil <the acoustic impedance of the resin <the acoustic impedance of the iron.) Therefore, even if a focusing type ultrasonic probe is used, the sound is focused only at a very shallow position of the subject. It is difficult to detect deep positions with high sensitivity. Further, when the radius of curvature is particularly small (R5 mm or less), it is necessary to avoid physical interference between the probe and the surface of the subject, and scanning is unavoidable at a position away from the subject. For this reason, it is difficult to detect a small defect inside a structural material having a concave curved surface having a particularly small curvature.

以上のように、これまで凹曲面を有する被検体の当該凹曲面の内部に存在する欠陥を高い精度で検出することは困難であると考えられていた。さらに、当該凹曲面に加え、平坦面および凸曲面から成る被検体の平坦面および凸曲面の内部に存在する欠陥を、同一のプローブを使用して高い精度で超音波探傷することは実現困難であると考えられていた。 As described above, it has been considered difficult to detect defects existing inside the concave curved surface of a subject having a concave curved surface with high accuracy. Further, it is difficult to realize ultrasonic flaw detection with high accuracy using the same probe for defects existing inside the flat surface and the convex curved surface of the subject composed of the concave curved surface and the convex curved surface. It was thought to be.

以上のことから本発明においては、凹曲面を有する被検体の当該凹曲面の内部に存在する欠陥を高い精度で検出可能な超音波探傷装置および超音波探傷方法を提供することを第１の目的とする。この第１の目的に加え、本発明においては、上記凹曲面に加え、平坦面および凸曲面を有する被検体を、同一の超音波プローブを使用して高い精度で超音波探傷することができる超音波探傷装置および超音波探傷方法を提供することを第２の目的とする。 From the above, the first object of the present invention is to provide an ultrasonic flaw detection device and an ultrasonic flaw detection method capable of detecting defects existing inside the concave curved surface of a subject having a concave curved surface with high accuracy. And. In addition to this first object, in the present invention, in addition to the concave curved surface, a subject having a flat surface and a convex curved surface can be ultrasonically detected with high accuracy by using the same ultrasonic probe. A second object is to provide an ultrasonic flaw detector and an ultrasonic flaw detector.

上記目的を達成するために本発明は、「凹曲面を有する被検体の超音波探傷装置であって、超音波を受発信する集束型超音波プローブ、集束型超音波プローブに接続され、集束型超音波プローブを発信させるとともに受信した超音波データを送信する送受信部、被検体に対し集束型超音波プローブを相対的に走査する走査部、送受信部および走査部に接続された制御部を有し、制御部は、集束型超音波プローブから発信された超音波が、当該超音波の進行方向において、凹曲面の手前で集束する第１焦点を有するとともに、凹曲面以遠で集束する第２焦点を有するように、凹曲面に対する前記集束型超音波プローブの位置を設定することを特徴とする超音波探傷装置。」としたものである。 In order to achieve the above object, the present invention is "an ultrasonic flaw detector for a subject having a concave curved surface, which is connected to a focusing type ultrasonic probe and a focusing type ultrasonic probe for transmitting and receiving ultrasonic waves, and is a focusing type. It has a transmission / reception unit that transmits an ultrasonic probe and transmits the received ultrasonic data, a scanning unit that scans the focused ultrasonic probe relative to the subject, a transmission / reception unit, and a control unit connected to the scanning unit. , The control unit has a first focus in which the ultrasonic waves transmitted from the focusing type ultrasonic probe are focused in front of the concave curved surface in the traveling direction of the ultrasonic waves, and a second focus is focused beyond the concave curved surface. An ultrasonic flaw detector characterized in that the position of the focused ultrasonic probe is set with respect to a concave curved surface so as to have. "

また、本発明は、「凹曲面を有する被検体の超音波探傷方法であって、集束型超音波プローブから発信された超音波の進行方向において、凹曲面の手前で集束する第１焦点を有するとともに、凹曲面以遠で集束する第２焦点を有するように、凹曲面に対する位置が設定された集束型超音波プローブから凹曲面へ向けて超音波を入射し、被検体から反射した反射波を用いて被検体の探傷を行うことを特徴とする超音波探傷方法。」としたものである。 Further, the present invention is "a method for ultrasonic flaw detection of a subject having a concave curved surface, and has a first focus for focusing in front of the concave curved surface in the traveling direction of ultrasonic waves transmitted from a focusing type ultrasonic probe. At the same time, ultrasonic waves are incident on the concave curved surface from a focused ultrasonic probe whose position with respect to the concave curved surface is set so as to have a second focus focused beyond the concave curved surface, and the reflected wave reflected from the subject is used. This is an ultrasonic flaw detection method characterized by detecting flaws in a subject. "

本発明によれば、凹曲面を有する被検体の当該凹曲面下に存在する欠陥を高い精度で検出可能な超音波探傷装置および超音波探傷方法を提供することができる。さらに、本発明においては、上記凹曲面に加え、平面および凸曲面を有する被検体を、同一の超音波プローブを使用して高い精度で超音波探傷することができる超音波探傷装置および超音波探傷方法を提供することができる。なお、本発明に係る上記以外の好ましい構成およびその作用効果は、以下詳細に説明する。 According to the present invention, it is possible to provide an ultrasonic flaw detection device and an ultrasonic flaw detection method capable of detecting defects existing under the concave curved surface of a subject having a concave curved surface with high accuracy. Further, in the present invention, an ultrasonic flaw detector and an ultrasonic flaw detector capable of ultrasonically detecting a subject having a flat surface and a convex curved surface in addition to the concave curved surface with high accuracy by using the same ultrasonic probe. A method can be provided. In addition, preferable configurations other than the above and the action effect thereof which concerns on this invention are described in detail below.

本発明に係る超音波探傷装置の具体的な構成事例を示す図。The figure which shows the specific configuration example of the ultrasonic flaw detection apparatus which concerns on this invention. 超音波プローブと被検体の配置関係の一例の拡大図。An enlarged view of an example of the arrangement relationship between the ultrasonic probe and the subject. 図１の超音波探傷装置の制御軸を示す図。The figure which shows the control axis of the ultrasonic flaw detector of FIG. 被検体の凹曲面の内部を探傷する場合の、超音波プローブの位置決めの基本的な考え方を説明するための図。The figure for demonstrating the basic concept of positioning of an ultrasonic probe when detecting the inside of the concave curved surface of a subject. 特許文献１における超音波プローブと被検体の位置関係を示す図。The figure which shows the positional relationship between an ultrasonic probe and a subject in Patent Document 1. FIG. 本発明に係る超音波探傷の処理の流れを示すフロー図。The flow chart which shows the flow of the process of ultrasonic flaw detection which concerns on this invention. 図１に示す走査軌道プランニング部における超音波プローブの走査プラン作成の流れを示すフロー図。FIG. 5 is a flow chart showing a flow of creating a scanning plan for an ultrasonic probe in the scanning trajectory planning unit shown in FIG. 被検体の形状が球面状でない場合を示す図。The figure which shows the case where the shape of a subject is not spherical. 図１の検査条件データベースに保存される被検体に係るデータの一例を示す図。The figure which shows an example of the data which concerns on a subject stored in the inspection condition database of FIG. 凹曲面を有する被検体に対して図５に示す従来の配置関係における場合に超音波プローブが描く軌跡を示す図。The figure which shows the trajectory drawn by the ultrasonic probe in the case of the conventional arrangement relation shown in FIG. 5 with respect to the subject which has a concave curved surface. 凹曲面を有する被検体に対して図４に示す本発明の配置関係における場合に超音波プローブが描く軌跡を示す図。The figure which shows the trajectory drawn by the ultrasonic probe in the case of the arrangement relation of this invention shown in FIG. 4 with respect to the subject which has a concave curved surface. 凹曲面を有する被検体に対して図４に示す本発明の配置関係における場合に超音波プローブが描く軌跡を示す図。The figure which shows the trajectory drawn by the ultrasonic probe in the case of the arrangement relation of this invention shown in FIG. 4 with respect to the subject which has a concave curved surface. 図１２の順序で移動させたときの受信波形を描画した図。The figure which drew the received waveform when it moved in the order of FIG. 図１１の順序で移動させたときの画素表示の際に、画像化範囲の順序が一部反転して表示させることを表す図。FIG. 5 is a diagram showing that the order of the imaging range is partially reversed when displaying pixels when they are moved in the order shown in FIG. 図１２の順序で移動させたときの画素表示の際に、画像化範囲の順序が一部反転して表示させることを表す図。FIG. 5 is a diagram showing that the order of the imaging range is partially reversed when displaying pixels when they are moved in the order shown in FIG. 本発明に係る超音波探傷装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the ultrasonic flaw detector which concerns on this invention. 図１６の超音波探傷装置において、発信された超音波の伝搬経路を示す図。The figure which shows the propagation path of the transmitted ultrasonic wave in the ultrasonic flaw detector of FIG. 図１６の超音波探傷装置において得られた、被検体からの反射波を示す図である。It is a figure which shows the reflected wave from the subject obtained by the ultrasonic flaw detector of FIG. 図１６の超音波探傷装置に集束型超音波プローブ適用し、垂直探傷法による平坦面の超音波探傷事例を示す図。FIG. 6 is a diagram showing an example of ultrasonic flaw detection on a flat surface by a vertical flaw detection method in which a focused ultrasonic probe is applied to the ultrasonic flaw detector of FIG. 図１６の超音波探傷装置に集束型超音波プローブを適用し、垂直探傷法による凹曲面の超音波探傷事例を示す図。It is a figure which shows the ultrasonic flaw detection example of the concave curved surface by the vertical flaw detection method by applying the focusing type ultrasonic probe to the ultrasonic flaw detector of FIG. 被検体の凹曲面に対し、平面波を入射した場合の超音波伝搬結果を示す図。The figure which shows the ultrasonic wave propagation result when the plane wave is incident on the concave curved surface of a subject. 本発明の実証試験に用いた試験片の例を示す図。The figure which shows the example of the test piece used for the verification test of this invention. 図４の状態でプローブを配置して得た本発明手法による測定結果を示す図。The figure which shows the measurement result by the method of this invention obtained by arranging a probe in the state of FIG. 図２３の有効な中央部分での結果を評価した結果を示す図。The figure which shows the result of having evaluated the result in the effective central part of FIG.

［超音波探傷装置］
本発明に係る超音波探傷装置は、図１に示すように、凹曲面３０を有する被検体６の超音波探傷装置１であって、超音波を受発信する集束型超音波プローブＰ、集束型超音波プローブＰに接続され、集束型超音波プローブＰを発信させるとともに受信した超音波データを送信する送受信部３、被検体６に対し集束型超音波プローブＰを相対的に走査する走査部４、送受信部３および走査部４に接続された制御部２を有し、制御部２は、集束型超音波プローブＰから発信された超音波が、超音波の進行方向において、凹曲面３０の手前で集束する第１焦点Ｍ１を有するとともに、凹曲面３０以遠で集束する第２焦点Ｍ２を有するように、凹曲面３０に対する集束型超音波プローブＰの位置を設定することを特徴とする超音波探傷装置、いわゆる２重焦点法を適用した超音波探傷装置である。 [Ultrasonic flaw detector]
As shown in FIG. 1, the ultrasonic flaw detector according to the present invention is an ultrasonic flaw detector 1 for a subject 6 having a concave curved surface 30, and is a focusing type ultrasonic probe P for receiving and transmitting ultrasonic waves, and a focusing type. A transmission / reception unit 3 connected to the ultrasonic probe P to transmit the focused ultrasonic probe P and transmit the received ultrasonic data, and a scanning unit 4 that scans the focused ultrasonic probe P relative to the subject 6. The control unit 2 has a control unit 2 connected to a transmission / reception unit 3 and a scanning unit 4, in which the ultrasonic waves transmitted from the focusing type ultrasonic probe P are in front of the concave curved surface 30 in the traveling direction of the ultrasonic waves. Ultrasonic flaw detection characterized in that the position of the focusing type ultrasonic probe P with respect to the concave curved surface 30 is set so as to have a first focal point M1 focused on the concave curved surface 30 and a second focal point M2 focused on the concave curved surface 30 or more. The device is an ultrasonic flaw detector to which the so-called double focus method is applied.

以下、上記本発明について、その一実施形態に基づき図面を用いて詳細に説明するが、本発明の理解を容易にするため、本発明の具体的な実施形態の説明を行う前に、その構成の基礎的事項をまとめて説明しておく。図１６に示すように、本発明に係る超音波探傷装置１では、被検体６の内部の剥離やボイドなどの欠陥を垂直探傷法で検出する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings based on the embodiment, but in order to facilitate understanding of the present invention, the present invention will be described before the specific embodiments of the present invention are described. I will explain the basic matters of. As shown in FIG. 16, in the ultrasonic flaw detector 1 according to the present invention, defects such as peeling and voids inside the subject 6 are detected by a vertical flaw detection method.

図１６の超音波探傷装置１は、集束型の超音波プローブＰ、送受信部３、走査部４および表示装置も含めて構成される制御部２などで構成されており、接触媒質である例えば水中あるいは油中に設置した被検体６に対して超音波プローブＰから超音波を照射し、その反射波を制御部２で解析し、被検体６の内部状態を判定する。なお被検体６への超音波照射は、被検体表面を基準位置（Ｚ＝０）とする焦点制御がされるため、超音波プローブＰは、例えばＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸による３次元位置に制御される。これらの位置制御は制御部２により実施される。 The ultrasonic flaw detection device 1 of FIG. 16 is composed of a focusing type ultrasonic probe P, a transmission / reception unit 3, a scanning unit 4, a control unit 2 including a display device, and the like, and is a contact medium such as underwater. Alternatively, the subject 6 placed in the oil is irradiated with ultrasonic waves from the ultrasonic probe P, and the reflected wave is analyzed by the control unit 2 to determine the internal state of the subject 6. Since the ultrasonic irradiation of the subject 6 is focused with the surface of the subject as the reference position (Z = 0), the ultrasonic probe P has, for example, a three-dimensional position along the X-axis, Y-axis, and Z-axis. Is controlled by. These position controls are performed by the control unit 2.

図１７は、超音波の伝搬経路を示す図である。図１７では、被検体６の内部に剥離やボイドなどの欠陥が存在しない場合の伝搬経路を（ａ）に、剥離がある場合の伝搬経路を（ｂ）に、ボイドがある場合の伝搬経路を（ｃ）に例示しており、欠陥がない場合には被検体の表面及び底面で反射しているが、欠陥がある場合には表面及び欠陥部位からの反射となっている。 FIG. 17 is a diagram showing a propagation path of ultrasonic waves. In FIG. 17, the propagation path when there is no defect such as peeling or void inside the subject 6 is shown in (a), the propagation path when there is peeling is shown in (b), and the propagation path when there is a void is shown. As illustrated in (c), when there is no defect, it is reflected on the surface and bottom surface of the subject, but when there is a defect, it is reflected from the surface and the defective part.

図１８は、被検体からの反射波を示す図である。垂直探傷法では、被検体内部に伝搬した超音波は、図１７の（ａ）に示すように内部に欠陥がなく健全な個所であれば、図１８の（ａ）に示すように超音波は被検体の底面など被検体形状に起因した反射波を定常的に検知することになる。図示の例では、表面からの反射波である表面エコー、底面からの反射波である底面エコー、底面からの反射波である底面多重エコー、表面からの反射波である表面多重エコーの時間的順序で反射波が得られる。 FIG. 18 is a diagram showing a reflected wave from a subject. In the vertical flaw detection method, if the ultrasonic wave propagated inside the subject is a healthy place with no internal defects as shown in FIG. 17 (a), the ultrasonic wave is as shown in FIG. 18 (a). Reflected waves caused by the shape of the subject, such as the bottom surface of the subject, are constantly detected. In the illustrated example, the temporal order of the surface echo which is the reflected wave from the surface, the bottom echo which is the reflected wave from the bottom surface, the bottom surface multiple echo which is the reflected wave from the bottom surface, and the surface multiple echo which is the reflected wave from the surface. The reflected wave is obtained with.

これに対し図１７の（ｂ）や（ｃ）に示すように内部に欠陥があると、図１８の（ｂ）や（ｃ）に示すように欠陥位置で反射し再び超音波プローブに反射波として戻っている。図示の例では、表面からの反射波である表面エコー、欠陥（剥離あるいはボイド）からの反射波、欠陥からの多重エコー、表面からの表面多重エコーの時間的順序で反射波が得られる。この結果、表面エコーや底面エコー以外の位置に反射信号が現れることで、欠陥を検知することができる。あるいは、底面エコーが検知できるはずの伝搬時間／距離の位置に、欠陥で反射が生じて、底面まで十分に超音波が伝搬せず、底面エコーが健全な部分と比較して弱くなる、あるいは、底面エコーが出現すべき位置で出現しないことを評価することで欠陥を検知することができる。 On the other hand, if there is an internal defect as shown in FIGS. 17 (b) and 17 (c), it is reflected at the defect position as shown in FIGS. 18 (b) and (c), and the reflected wave is reflected by the ultrasonic probe again. Is back as. In the illustrated example, the reflected wave is obtained in the temporal order of the surface echo which is the reflected wave from the surface, the reflected wave from the defect (peeling or void), the multiple echo from the defect, and the surface multiple echo from the surface. As a result, the defect can be detected by the reflected signal appearing at a position other than the surface echo and the bottom echo. Alternatively, at the position of the propagation time / distance where the bottom echo should be detected, reflection occurs due to a defect, the ultrasonic wave does not propagate sufficiently to the bottom, and the bottom echo becomes weaker than the sound part, or Defects can be detected by evaluating that the bottom echo does not appear at the position where it should appear.

垂直探傷法に用いる超音波プローブには、素子に曲率のないフラットな超音波プローブか、素子に曲率を設けた集束型の超音波プロ―ブを用いる。比較的小さいボイドや剥離を検出するには、後者の超音波が被検体内部で焦点を形成できるような集束型の超音波プローブを用いて探傷することが多い。また、超音波プローブＰには、超音波の伝搬方向が固定された単一型と、焦点位置を電子走査することができるアレイ型がある。単一型の場合は、素子自体に曲率を付与するか、音響レンズを付けることにより、超音波の集束性が決まる。アレイ型の場合は、複数の素子に与えるパルス電圧のタイミングをコントロールすることにより、超音波の集束性を制御できる。本発明は、複数の素子を有する超音波アレイプローブにも適用できるが、以下、本発明の理解を容易にするため、単一の素子を有する集束型の超音波プローブを用いることを前提に記述する。 As the ultrasonic probe used in the vertical flaw detection method, a flat ultrasonic probe having no curvature in the element or a focused ultrasonic probe having a curvature in the element is used. In order to detect relatively small voids and exfoliation, the latter ultrasonic waves are often detected using a focused ultrasonic probe that can form a focal point inside the subject. Further, the ultrasonic probe P includes a single type in which the propagation direction of ultrasonic waves is fixed and an array type in which the focal position can be electronically scanned. In the case of a single type, the focusing property of ultrasonic waves is determined by giving a curvature to the element itself or attaching an acoustic lens. In the case of the array type, the focusing property of ultrasonic waves can be controlled by controlling the timing of pulse voltages applied to a plurality of elements. The present invention can be applied to an ultrasonic array probe having a plurality of elements, but the following description is made on the premise that a focused ultrasonic probe having a single element is used in order to facilitate understanding of the present invention. To do.

図１９は、集束型の超音波プローブを用いた垂直探傷法による平坦面の超音波探傷事例を示す図である。図１９に示すように、被検体が平坦面だけで構成された構造物であれば、基本的には図１７に示すように、超音波プローブの高さ方向の位置を、被検体６の内部で超音波の焦点が形成できる適切な位置（通常は、図１６に示すＺ＝０の基準位置より下方のマイナス側）に調整し、超音波プローブＰの向きと被検体６との距離を一定にしたまま、超音波プローブＰを平面的に（ＸＹ平面で）走査し、走査範囲で取得した波形のうち、定常的に出る形状エコー（ここでは表面エコー）にトリガをかけて、平板の被検体の厚さ方向（Ｚ軸）と直交する平面ごとの（ゲートごとの）スライス画像を出力することで、欠陥の有無を評価することができる。 FIG. 19 is a diagram showing an example of ultrasonic flaw detection on a flat surface by a vertical flaw detection method using a focusing type ultrasonic probe. As shown in FIG. 19, if the subject is a structure composed of only a flat surface, basically, as shown in FIG. 17, the position of the ultrasonic probe in the height direction is set inside the subject 6. Adjust to an appropriate position (usually the minus side below the reference position of Z = 0 shown in FIG. 16) where the focal point of the ultrasonic wave can be formed, and keep the direction of the ultrasonic probe P and the distance between the subject 6 constant. The ultrasonic probe P is scanned in a plane (in the XY plane), and the shape echo (here, the surface echo) that constantly appears among the waveforms acquired in the scanning range is triggered to cover the flat plate. The presence or absence of defects can be evaluated by outputting a slice image (for each gate) for each plane orthogonal to the thickness direction (Z axis) of the sample.

なお、被検体６と超音波プローブＰの間は、気体の場合もあるが、音響インピーダンス（音速と密度の積）を考慮して水や油などの液中や、あるいは、水や油を塗布したウェッジを用いて被検体に直接接触し、超音波を被検体内部へ伝搬させている。また、平坦面であれば、超音波プローブと被検体の間をほぼ接触した状態で走査することもできる。しかし、被検体には当然、平坦面だけでなく曲面を有する構造物が多くある。 The space between the subject 6 and the ultrasonic probe P may be a gas, but in consideration of acoustic impedance (product of sound velocity and density), water or oil may be applied in a liquid such as water or oil. The wedge is used to directly contact the subject and propagate the ultrasonic waves into the subject. Further, if it is a flat surface, scanning can be performed in a state where the ultrasonic probe and the subject are in substantially contact with each other. However, naturally, many of the subjects have structures having not only a flat surface but also a curved surface.

図２０は、集束型の超音波プローブを用いた垂直探傷法による凹曲面３０の超音波探傷事例を示す図である。被検体６が凹曲面３０を有する場合に垂直探傷法を適用するには、マクロ的にみれば屈折の影響を受けないように、図２０に図示のように、超音波プローブＰから発信された超音波の進行方向と、当該超音波が入射される凹曲面３０の点における法線とが一致するように、超音波プローブＰをＹＺ面内でθ軸に沿いに回転しながら走査して探傷することが基本である。 FIG. 20 is a diagram showing an example of ultrasonic flaw detection of a concave curved surface 30 by a vertical flaw detection method using a focusing type ultrasonic probe. In order to apply the vertical flaw detection method when the subject 6 has a concave curved surface 30, it is transmitted from the ultrasonic probe P as shown in FIG. 20 so as not to be affected by refraction from a macroscopic point of view. The ultrasonic probe P is scanned while rotating along the θ axis in the YZ plane so that the traveling direction of the ultrasonic wave and the normal at the point of the concave curved surface 30 on which the ultrasonic wave is incident coincide with each other to detect flaws. It is basic to do.

なお、被検体６は３次元形状をしているため、実際の探傷では、後述する図３に示すような直線軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸および回転軸であるθ軸およびφ軸の５軸で、超音波プローブＰの位置および姿勢を制御する必要がある。以下の説明では、本発明の理解を容易にするため、特に断りの無い限り、超音波プローブＰの位置ならびに姿勢を、Ｙ軸、Ｚ軸およびθ軸に沿い制御するものとする。 Since the subject 6 has a three-dimensional shape, in actual flaw detection, the X-axis, Y-axis, Z-axis, and the θ-axis and φ-axis, which are linear axes as shown in FIG. It is necessary to control the position and orientation of the ultrasonic probe P with the five axes of. In the following description, in order to facilitate understanding of the present invention, the position and orientation of the ultrasonic probe P shall be controlled along the Y-axis, Z-axis and θ-axis unless otherwise specified.

以上説明した超音波プローブを用いた超音波探傷における基礎的事項を参考にしながら、本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置の詳細な構成と測定原理について、図１から図５を用いて説明する。 With reference to the basic matters in ultrasonic flaw detection using the ultrasonic probe described above, the detailed configuration and measurement principle of the ultrasonic flaw detector according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5. explain.

２重焦点法を適用した図１に示す好ましい実施形態である超音波探傷装置１において、制御部２は、探傷用データが格納された記憶部２ｂと、記憶部２ｂに格納された探傷用データに基づき集束型超音波プローブＰの走査用軌道データを演算し、走査部４へ送信する走査軌道プランニング部２ａとを有し、記憶部２ｂに格納された探傷用データに基づき算出した発信用データを送受信部３へ送信するとともに送受信部３から受信した超音波データを処理して記憶部２ｂへ送信するよう構成されている。また、走査軌道プランニング部２ａで演算された走査用軌道データは、少なくとも、超音波の進行方向における集束型超音波プローブＰの位置を指示するプローブ位置指示データを含み、プローブ位置指示データは、超音波の進行方向において、第１焦点Ｍ１が前記凹曲面３０外で集束する位置に設定され、第２焦点Ｍ２が前記凹曲面３０以遠で集束する位置に設定されるデータであるように構成されている。 In the ultrasonic flaw detection device 1 which is a preferred embodiment shown in FIG. 1 to which the double focus method is applied, the control unit 2 has a storage unit 2b in which the flaw detection data is stored and a flaw detection data stored in the storage unit 2b. It has a scanning trajectory planning unit 2a that calculates scanning trajectory data of the focused ultrasonic probe P and transmits it to the scanning unit 4, and transmission data calculated based on the flaw detection data stored in the storage unit 2b. Is transmitted to the transmission / reception unit 3, and the ultrasonic data received from the transmission / reception unit 3 is processed and transmitted to the storage unit 2b. Further, the scanning trajectory data calculated by the scanning trajectory planning unit 2a includes at least probe position indicating data indicating the position of the focused ultrasonic probe P in the traveling direction of ultrasonic waves, and the probe position indicating data is super The data is configured such that the first focus M1 is set at a position to focus outside the concave curved surface 30 and the second focal point M2 is set at a position to focus beyond the concave curved surface 30 in the traveling direction of the ultrasonic wave. There is.

図１は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置１の具体的な構成事例を示している。本実施形態の超音波探傷装置１は、この機能を大別して示すと集束型の超音波プローブＰ、走査部４、送受信部３および表示部２ｄと入力部２Ｉを含むコンピュータで構成された制御部２からなる。このうち集束型の超音波プローブＰは以下のようなものである。なお、超音波プローブＰは、被検体６に向けて超音波を照射し、その反射波を受信するものであるので、超音波プローブＰと、固定治具（図示せず）により固定された被検体６により計測部５を構成しているということができる。 FIG. 1 shows a specific configuration example of the ultrasonic flaw detector 1 according to the embodiment of the present invention. The ultrasonic flaw detection device 1 of the present embodiment can be roughly classified into a control unit composed of a computer including a focusing type ultrasonic probe P, a scanning unit 4, a transmission / reception unit 3, a display unit 2d, and an input unit 2I. It consists of two. Of these, the focusing type ultrasonic probe P is as follows. Since the ultrasonic probe P irradiates the subject 6 with ultrasonic waves and receives the reflected waves, the ultrasonic probe P is fixed by a fixing jig (not shown). It can be said that the sample 6 constitutes the measurement unit 5.

＜集束型超音波プローブ＞
超音波プローブＰとしては、超音波の進行方向において所定の位置（焦点距離）で超音波が集束する焦点（この焦点が、後述する第１焦点となる。）を形成する集束型の超音波プローブを用いる。ここで、集束型の超音波プローブとは、上記したように単一素子の単一型の超音波プローブでもよいし、複数の素子を備えたアレイ型超音波プローブでもよい。なお、超音波プローブＰと被検体６の間には、油などの液体、空気などの気体、ポリスチレンなどの固体でもよいが、検出性、走査性および保守性などを考慮し、以下、水で満たされているものとする。 <Focus type ultrasonic probe>
The ultrasonic probe P is a focusing type ultrasonic probe that forms a focal point (this focal point becomes the first focal point described later) in which the ultrasonic waves are focused at a predetermined position (focal length) in the traveling direction of the ultrasonic waves. Is used. Here, the focusing type ultrasonic probe may be a single element single type ultrasonic probe as described above, or an array type ultrasonic probe provided with a plurality of elements. A liquid such as oil, a gas such as air, or a solid such as polystyrene may be used between the ultrasonic probe P and the subject 6, but in consideration of detectability, scannability, maintainability, etc., water is used below. It shall be satisfied.

＜走査部＞
走査部４は、スキャナ４ａとスキャナ制御部４ｂからなる。スキャナ４ａは超音波プローブＰおよび被検体６の少なくとも一方を、制御軸に沿い移動させる。上記スキャナ４ａを制御するスキャナ制御部４ｂは、後述する記憶部２ｂに格納された走査用軌道データに基づき、定められたタイミングおよび範囲でスキャナ４ａを動作せしめ、超音波プローブＰまたは被検体６を移動させ、超音波プローブＰと被検体６の相対的な位置関係を変えることができる。 <Scanning unit>
The scanning unit 4 includes a scanner 4a and a scanner control unit 4b. The scanner 4a moves at least one of the ultrasonic probe P and the subject 6 along the control axis. The scanner control unit 4b that controls the scanner 4a operates the scanner 4a within a predetermined timing and range based on the scanning trajectory data stored in the storage unit 2b described later, and causes the ultrasonic probe P or the subject 6 to operate. It can be moved to change the relative positional relationship between the ultrasonic probe P and the subject 6.

図３は、図１に示した超音波探傷装置１の制御軸（走査軸）を示す図である。本実施形態の超音波探傷装置は、超音波プローブＰの位置を原点０とし、制御軸として原点Ｏを通り、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を有しており、上記したスキャナ制御部により、超音波プローブＰをＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各制御軸に沿い３次元的に位置および速度を制御しつつ移動せしめることができる。加えて、本実施形態の超音波探傷装置は、その制御軸として、ＸＹ平面内での原点Ｏ周りの回転軸であるθ軸およびＹＺ平面内での原点Ｏ周りの回転軸であるφ軸を備えており、凹曲面の形状に沿い超音波プローブＰの首振り制御を可能ならしめている。なお、図１では２次元で説明すべく、Ｙ軸、Ｚ軸およびθ軸（図示せず）で位置特定する。また、図３はＺ軸の方向に被検体を配置した垂直探傷を意図した配置を示している。 FIG. 3 is a diagram showing a control axis (scanning axis) of the ultrasonic flaw detector 1 shown in FIG. The ultrasonic flaw detector of the present embodiment has the position of the ultrasonic probe P as the origin 0, passes through the origin O as a control axis, and has an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis orthogonal to each other. The unit allows the ultrasonic probe P to be moved along the X-axis, Y-axis, and Z-axis control axes while controlling the position and speed three-dimensionally. In addition, the ultrasonic flaw detector of the present embodiment uses the θ axis, which is the rotation axis around the origin O in the XY plane, and the φ axis, which is the rotation axis around the origin O in the YZ plane, as its control axes. It is provided and enables the swing control of the ultrasonic probe P along the shape of the concave curved surface. In FIG. 1, the positions are specified on the Y-axis, Z-axis, and θ-axis (not shown) for two-dimensional explanation. Further, FIG. 3 shows an arrangement intended for vertical flaw detection in which the subject is arranged in the direction of the Z axis.

＜送受信部＞
図１に示す送受信部３は、パルサ・レシーバ３ａと送受信制御部３ｂにより構成されている。このうちパルサ・レシーバ３ａは、超音波プローブＰに内蔵された圧電素子にパルス電圧を印加し超音波を発振するための送信部（パルサ）と、被検体６から反射された超音波を圧電素子で受けて発生した電気信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換などして波形データとして取得し、後述する制御部２の受信波形メモリ２ｃへ転送する受信部（レシーバ）で構成される。なお、図１では、パルサ・レシーバ３ａは送信部（パルサ）と受信部（レシーバ）が一体に形成されている。 <Transmission / reception unit>
The transmission / reception unit 3 shown in FIG. 1 is composed of a pulsar receiver 3a and a transmission / reception control unit 3b. Of these, the pulsar receiver 3a is a transmitter (pulsar) for applying a pulse voltage to the piezoelectric element built in the ultrasonic probe P to oscillate ultrasonic waves, and a piezoelectric element for ultrasonic waves reflected from the subject 6. It is composed of a receiving unit (receiver) that amplifies the electric signal received and generated in the above, acquires it as waveform data by A / D conversion, and transfers it to the receiving waveform memory 2c of the control unit 2 described later. In FIG. 1, the palsa receiver 3a has a transmitting unit (pulsa) and a receiving unit (receiver) integrally formed.

送受信制御部３ｂは、制御部２から与えられた条件に従って発信する超音波を制御し、また受信した受信波を適宜処理して制御部２に送信する。具体的には、送受信制御部３ｂは、入力部２Ｉから入力され記憶部２ｂに保存された送信パルス電圧の電圧、パルス幅、繰り返し周波数、増幅値、サンプリング周波数、データ保存タイミングなどのデータを読み込み、これらのデータに基づいてパルサ・レシーバ３ａを制御する機能を有する。 The transmission / reception control unit 3b controls the ultrasonic waves transmitted according to the conditions given by the control unit 2, and appropriately processes the received received waves to transmit them to the control unit 2. Specifically, the transmission / reception control unit 3b reads data such as the voltage, pulse width, repetition frequency, amplification value, sampling frequency, and data storage timing of the transmission pulse voltage input from the input unit 2I and stored in the storage unit 2b. , Has a function of controlling the pulsar receiver 3a based on these data.

上記のように送受信部３は、超音波の送受信条件、例えば、送信パルス電圧の電圧、パルス幅、繰り返し周波数、増幅値、データ保存タイミングなどの値に基づいて、超音波プローブＰからの超音波の発振および受信を制御することができる。 As described above, the transmission / reception unit 3 receives ultrasonic waves from the ultrasonic probe P based on ultrasonic transmission / reception conditions, for example, values such as transmission pulse voltage, pulse width, repetition frequency, amplification value, and data storage timing. Oscillation and reception can be controlled.

＜制御部＞
制御部２は、検査条件データベース等の探傷用データが格納された記憶部２ｂ、受信波形メモリ２ｃおよび走査軌道プランニング部２ａからなる。なお、制御部２は、上記した送受信制御部３ｂの機能を含む形で構成されていてもよい。 <Control unit>
The control unit 2 includes a storage unit 2b in which flaw detection data such as an inspection condition database is stored, a reception waveform memory 2c, and a scanning trajectory planning unit 2a. The control unit 2 may be configured to include the functions of the transmission / reception control unit 3b described above.

＜記憶部、受信波形メモリ＞
記憶部２ｂ内に格納された探傷用データである検査条件データベースには、超音波プローブＰや被検体６の寸法などの仕様（プローブ仕様、被検体仕様）、超音波の送受信条件、走査用軌道データ、表示（ゲート）条件、例外条件など、超音波探傷時における検査条件に係るデータが保存されている。また、受信波形メモリ２ｃには、送受信制御部３ｂを経て超音波プローブＰから送信された受信波形データが格納されている。 <Storage unit, received waveform memory>
The inspection condition database, which is the flaw detection data stored in the storage unit 2b, contains specifications such as the dimensions of the ultrasonic probe P and the subject 6 (probe specifications, subject specifications), ultrasonic transmission / reception conditions, and scanning trajectory. Data related to inspection conditions at the time of ultrasonic flaw detection, such as data, display (gate) conditions, and exception conditions, are stored. Further, the reception waveform memory 2c stores the reception waveform data transmitted from the ultrasonic probe P via the transmission / reception control unit 3b.

＜走査軌道プランニング部＞
走査軌道プランニング部２ａは、記憶部２ｂに格納された探傷用データに基づき超音波プローブＰの走査用軌道データを演算し、走査部４へ送信する部位である。すなわち、走査軌道プランニング部２ａは、記憶部２ｂの検査条件データベースに格納された、被検体６の外形や寸法のデータと、超音波プローブＰの焦点距離および外形データと、超音波が伝搬する媒質および被検体６の音速データ等に基づき超音波プローブＰの走査用軌道データを演算し、作成する機能を有する。このため走査軌道プランニング部２ａは、被検体６の外形データや寸法データが保存された被検体データ保存部２ａ１と、凹曲面３０を有する被検体６の凹曲面３０の内部の探傷するため凹曲面３０の形状を考慮した走査用軌道データを算出するプローブ位置算出部２ａ２とを備えている。この被検体データ保存部２ａ１とプローブ位置算出部２ａ２が連携して超音波プローブＰの走査用軌道データを作成する。 <Scanning trajectory planning section>
The scanning trajectory planning unit 2a is a portion that calculates the scanning trajectory data of the ultrasonic probe P based on the flaw detection data stored in the storage unit 2b and transmits the scanning trajectory data to the scanning unit 4. That is, the scanning trajectory planning unit 2a contains data on the outer shape and dimensions of the subject 6 stored in the inspection condition database of the storage unit 2b, the focal distance and outer shape data of the ultrasonic probe P, and the medium through which the ultrasonic waves propagate. It also has a function of calculating and creating scanning trajectory data of the ultrasonic probe P based on the sound velocity data of the subject 6. Therefore, the scanning trajectory planning unit 2a detects the inside of the concave surface 30 of the subject 6 having the concave surface 30 and the object data storage unit 2a1 in which the external shape data and the dimensional data of the subject 6 are stored. It is provided with a probe position calculation unit 2a2 for calculating scanning trajectory data in consideration of the shape of 30. The subject data storage unit 2a1 and the probe position calculation unit 2a2 cooperate to create scanning trajectory data for the ultrasonic probe P.

ここで、被検体の表面が平坦面のみで構成されている場合には、超音波プローブＰの走査軌道としては、図１９に示したようにジグザグ走査などの単純な平面軌道とすればよく、平面軌道の場合には、平坦面に対する超音波プローブＰの高さ方向の位置を決定した後、走査パターンと走査範囲と走査ピッチさえ入力すれば一意に決めることができる。 Here, when the surface of the subject is composed of only a flat surface, the scanning trajectory of the ultrasonic probe P may be a simple planar trajectory such as zigzag scanning as shown in FIG. In the case of a flat orbit, it can be uniquely determined by inputting the scanning pattern, the scanning range, and the scanning pitch after determining the position of the ultrasonic probe P with respect to the flat surface in the height direction.

一方で、本発明の対象である被検体６は凹曲面３０を有するため、当該凹曲面３０の内部の探傷を行う場合には、走査軌道プランニング部２ａで、予め凹曲面３０に対する超音波プローブＰの位置、姿勢、走査軌道および走査ピッチなどの走査用軌道データを決定し、記憶部２ｂに検査条件データベースの一部として保存しておく。保存した走査用軌道データを走査部４のスキャナ制御部４ｂが読み込み、スキャナ４ａを動作せしめることで、走査用軌道データに従いスキャナ４ａが移動する。 On the other hand, since the subject 6 which is the object of the present invention has the concave curved surface 30, when the inside of the concave curved surface 30 is to be detected, the scanning trajectory planning unit 2a uses the ultrasonic probe P for the concave curved surface 30 in advance. The scanning trajectory data such as the position, the posture, the scanning trajectory, and the scanning pitch are determined and stored in the storage unit 2b as a part of the inspection condition database. The scanner control unit 4b of the scanning unit 4 reads the stored scanning trajectory data and operates the scanner 4a, so that the scanner 4a moves according to the scanning trajectory data.

＜入力部、表示部＞
入力部２Ｉは、キーボード、マウス、タッチパネルなどの手段を用いて入力する一般的な入力機器からなり、表示部２Ｄは、超音波の送受信の制御や収録条件に必要な値の他、計測した生波形、処理した後の波形、画像再構成結果などを表示する機能を有する。 <Input section, display section>
The input unit 2I is composed of a general input device for inputting by means such as a keyboard, a mouse, and a touch panel, and the display unit 2D is a measured raw value in addition to the values necessary for controlling the transmission and reception of ultrasonic waves and recording conditions. It has a function to display the waveform, the waveform after processing, the image reconstruction result, and the like.

＜測定原理＞
本発明に係る超音波探傷装置の凹曲面内部の探傷する場合の測定原理について、以下詳述する。まず、図１に示す被検体６を探傷するための水距離（超音波プローブＰの表面と被検体６の表面までの水の層の厚さ）に関して説明する。 <Measurement principle>
The measurement principle for flaw detection inside the concave curved surface of the ultrasonic flaw detector according to the present invention will be described in detail below. First, the water distance (thickness of the water layer between the surface of the ultrasonic probe P and the surface of the subject 6) for detecting the flaw of the subject 6 shown in FIG. 1 will be described.

超音波探傷を行うにあたり、被検体表面からの反射波の多重エコ−が、被検体から得られる反射波と重ならないよう、超音波プローブ表面と被検体表面を往復する時間から再度超音波プローブ表面から被検体表面を往復する時間の間に、被検体内部を往復できるように設定することは必須である。 When performing ultrasonic flaw detection, the ultrasonic probe surface is reciprocated from the time it takes to reciprocate between the ultrasonic probe surface and the subject surface so that the multiple eco of the reflected wave from the subject surface does not overlap with the reflected wave obtained from the subject. It is indispensable to set so that the inside of the subject can be reciprocated during the time to reciprocate from the surface of the subject.

この場合に、水距離をＬｗ、水音速をＶｗ、被検体厚さをＴ、被検体音速をＶｃとすれば、水距離の条件は、（１）式で表すことができる。 In this case, if the water distance is L w , the water sound velocity is V w , the subject thickness is T, and the subject sound velocity is V c , the condition of the water distance can be expressed by the equation (1).

Figure 2020159884
Figure 2020159884

被検体表面が平板かあるいは平板とみなせるような大きな曲率半径の場合（つまり平坦面の場合）に、集束型の超音波プローブを用いる場合には、焦点位置を被検体内部の探傷すべき深さ位置となるように設定する。 When the surface of the subject has a flat plate or a large radius of curvature that can be regarded as a flat plate (that is, a flat surface), and when using a focused ultrasonic probe, the focal position should be the depth to be detected inside the subject. Set to be the position.

平板形状の被検体内部の探傷すべき深さ位置をＴｚとすれば、水距離の条件は、（２）式で表すことができる。なお（２）式においてＦは、集束型の超音波プローブの焦点距離である。 If the depth position to flaw in the subject of the flat plate shape as T z, the condition of the water distance can be expressed by equation (2). In Eq. (2), F is the focal length of the focusing type ultrasonic probe.

Figure 2020159884
Figure 2020159884

（１）式と（２）式から、被検体表面が平坦面であれば適切な集束型の超音波プローブの焦点距離の目安として（３）式で示す集束型の超音波プローブを選定すると良いことがわかる。 From Eqs. (1) and (2), if the surface of the subject is a flat surface, it is advisable to select the focusing type ultrasonic probe shown in Eq. (3) as a guideline for the focal length of an appropriate focusing type ultrasonic probe. You can see that.

Figure 2020159884
Figure 2020159884

しかし、凹曲面の内部を探傷する場合においては、凹曲面の曲率が影響するため、（２）式や（３）式は成立しない。以下、２重焦点法を適用した、凹曲面の内部を探傷する場合の測定原理について説明する。 However, when the inside of the concave curved surface is detected, the curvature of the concave curved surface affects it, so that the equations (2) and (3) do not hold. Hereinafter, the measurement principle for detecting the inside of a concave curved surface to which the double focus method is applied will be described.

図４は、本発明における、被検体６の凹曲面３０の内部を探傷する場合の、超音波プローブＰの位置決めの基本的な考え方を説明するための図である。図４においては、超音波プローブＰの開口中心をＯとし、超音波プローブ６の開口方向をＹ軸とする。また超音波プローブＰから発信された超音波のうち中心Ｏから凹曲面３０へ向かう超音波（以下、この超音波を中心軸音波という場合がある。）Ｌ１が送信される方向をＺ軸とする。このＺ軸は、被検体６の凹部において中心軸音波Ｌ１が入射する点（以下、この点を探傷点という場合がある。）３１の法線方向と一致している。つまり、超音波プローブＰの中心軸は、凹曲面３０の探傷点３１における法線と略一致している必要がある。このような位置および姿勢となるよう超音波プローブＰを制御するため、上記記憶部２ｂに保存された走査用軌道データは、図３に示したＸ軸、Ｙ軸、θ軸およびφ軸の制御軸ごとに設定されており、当該走査用軌道データに従い超音波プローブＰは移動される。 FIG. 4 is a diagram for explaining a basic concept of positioning of the ultrasonic probe P when detecting the inside of the concave curved surface 30 of the subject 6 in the present invention. In FIG. 4, the opening center of the ultrasonic probe P is O, and the opening direction of the ultrasonic probe 6 is the Y axis. Further, among the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic probe P, the direction in which the ultrasonic wave from the center O toward the concave curved surface 30 (hereinafter, this ultrasonic wave may be referred to as a central axis sound wave) L1 is transmitted is defined as the Z axis. .. This Z-axis coincides with the normal direction of the point (hereinafter, this point may be referred to as a flaw detection point) 31 on which the central axis sound wave L1 is incident in the recess of the subject 6. That is, the central axis of the ultrasonic probe P needs to substantially coincide with the normal at the flaw detection point 31 of the concave curved surface 30. In order to control the ultrasonic probe P so as to have such a position and orientation, the scanning trajectory data stored in the storage unit 2b controls the X-axis, Y-axis, θ-axis, and φ-axis shown in FIG. It is set for each axis, and the ultrasonic probe P is moved according to the scanning trajectory data.

図４に示すように、超音波プローブＰの中心ＯのＺ軸上の位置がＺ＝０とすると、Ｚ軸上の位置はＺ＝Ｆ＋αとなる。ここで、前式のうちＦは、超音波プローブＰの中心Ｏから第１焦点Ｍ１までの距離（以下、第１の距離という場合がある。）であり、αは、当該第１焦点Ｍ１から探傷点３１の点までの距離（以下、第２の距離という場合がある。）である。ここで、上記式Ｚ＝Ｆ＋αのうち、第１の距離Ｆは、超音波プローブＰに固有の焦点距離で決まる値である。そして、後述するように第１の距離Ｆと第２の距離αの値が最適化された超音波プローブＰを選択することにより、図４に示すように、超音波の進行方向において凹曲面３０以遠で集束する第２焦点Ｍ２が形成される。すなわち、図４に示すように、中心軸音波Ｌ１は、光線モデルで考えると凹曲面３０でも屈折せず、Ｚ軸に沿い被検体６の内部を直進する。一方で、Ｙ軸において超音波プローブの外側の端から発信されて凹曲面３０へ向かう超音波（以下、この超音波を外周軸音波という場合がある。）Ｌ２は、凹曲面３０へ入射する前に形成される第１焦点Ｍ１を通り、その後凹曲面３０へ入射し、凹曲面３０で屈折して、被検体６の内部を伝搬する。そして、被検体６内を直進する中心軸音波Ｌ１と、凹曲面３０で屈折を生じて伝搬した外周軸音波Ｌ２により、超音波の進行方向において凹曲面３０以遠で集束する第２焦点Ｍ２が形成されるのである。 As shown in FIG. 4, assuming that the position of the center O of the ultrasonic probe P on the Z axis is Z = 0, the position on the Z axis is Z = F + α. Here, in the above equation, F is the distance from the center O of the ultrasonic probe P to the first focal point M1 (hereinafter, may be referred to as the first focal point), and α is from the first focal point M1. This is the distance to the flaw detection point 31 (hereinafter, may be referred to as a second distance). Here, in the above equation Z = F + α, the first distance F is a value determined by the focal length peculiar to the ultrasonic probe P. Then, as will be described later, by selecting the ultrasonic probe P in which the values of the first distance F and the second distance α are optimized, as shown in FIG. 4, the concave curved surface 30 is formed in the traveling direction of the ultrasonic waves. A second focal point M2 that focuses beyond is formed. That is, as shown in FIG. 4, the central axis sound wave L1 does not refract even on the concave curved surface 30 when considered in the light ray model, and travels straight inside the subject 6 along the Z axis. On the other hand, the ultrasonic wave (hereinafter, this ultrasonic wave may be referred to as an outer peripheral axial sound wave) L2 transmitted from the outer end of the ultrasonic probe on the Y axis and directed to the concave curved surface 30 is before being incident on the concave curved surface 30. It passes through the first focal point M1 formed on the surface, then enters the concave curved surface 30, is refracted by the concave curved surface 30, and propagates inside the subject 6. Then, the central axial sound wave L1 traveling straight in the subject 6 and the outer peripheral axial sound wave L2 that is refracted and propagated on the concave curved surface 30 form a second focal point M2 that focuses beyond the concave curved surface 30 in the traveling direction of the ultrasonic wave. It will be done.

ここで、一定の曲率を有する凹曲面３０は、一種の音響レンズとしてみなすことができ、上記のような超音波の集束現象は、近軸近似で成立するＡＢＣＤ行列を活用することができる。近軸近似は、超音波プローブＰから出た超音波が被検体６にほぼ垂直に入射するときにのみ成立する近似である。図４で示すような体系では、ＡＢＣＤ行列を活用した下記（４）式を解くことにより、超音波の集束状態を評価し、上記第１の距離Ｆおよび第２の距離αの値、つまり超音波の送信方向における凹曲面３０と超音波プローブＰとの距離が算出され、凹曲面３０に対する超音波プローブＰのＺ軸方向の位置が、上記走査用軌道データに含まれるプローブ位置指示データとして記憶部に保存される。 Here, the concave curved surface 30 having a constant curvature can be regarded as a kind of acoustic lens, and the ABCD matrix established by paraxial approximation can be utilized for the ultrasonic focusing phenomenon as described above. The paraxial approximation is an approximation that holds only when the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic probe P are incident on the subject 6 substantially perpendicularly. In the system as shown in FIG. 4, the focused state of ultrasonic waves is evaluated by solving the following equation (4) utilizing the ABCD matrix, and the values of the first distance F and the second distance α, that is, the super The distance between the concave curved surface 30 and the ultrasonic probe P in the sound transmission direction is calculated, and the position of the ultrasonic probe P with respect to the concave curved surface 30 in the Z-axis direction is stored as probe position indicating data included in the scanning trajectory data. It is saved in the department.

Figure 2020159884
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上記（４）式において、右辺のｙには、図４に示すプローブ開口（素子サイズ）ｄを基準とした値を与えればよく、ここでは、ｙ＝ｄ／２とする。ｕは、ｕ＝−ｄ／２Ｆ（ｕ＜０）で、プローブ開口の最端部から放射される音線の傾きを与える。ｙ´は、凹曲面３０へ入射直後の中心音軸からのずれであり、ｕ´は、被検体入射直後の傾きである。また、ｎは、ｖ１を超音波プローブＰから凹曲面３０までの媒質音速、ｖ２を被検体６中の音速として、ｎ＝ｖ２／ｖ１である。Ｒは、凹曲面の場合には負の値の曲率半径を、凸曲面の場合には正の値を与える。α（第２の距離）は、上記したとおり超音波プローブＰの焦点（第１焦点）Ｍ１から探傷点３１までの距離である。 In the above equation (4), a value based on the probe opening (element size) d shown in FIG. 4 may be given to y on the right side, and here, y = d / 2. u gives u = −d / 2F (u <0) and gives the slope of the sound line radiated from the end of the probe opening. y'is the deviation from the central sound axis immediately after the incident on the concave curved surface 30, and u'is the inclination immediately after the subject is incident. Further, n is the medium sound velocity of v 1 from the ultrasonic probe P to the concave surface 30, v 2 as the speed of sound in the object 6 is n = v 2 / v 1. R gives a negative value of radius of curvature in the case of a concave curved surface and a positive value in the case of a convex curved surface. α (second distance) is the distance from the focal point (first focal point) M1 of the ultrasonic probe P to the flaw detection point 31 as described above.

したがって、Ｆ＋αは、凹曲面３０の探傷点３１から超音波プローブＰまでの距離に相当する。（４）式を解けば、超音波プローブＰの端から発信されたが凹曲面３０に入射し、屈折した後の外周軸音波Ｌ２の音線の傾きや、中心軸音波Ｌ１との交点を求め、近似的に被検体６へ入射した後の超音波の集束位置、つまり第２焦点Ｍ２の位置を特定することができる。 Therefore, F + α corresponds to the distance from the flaw detection point 31 of the concave curved surface 30 to the ultrasonic probe P. By solving Eq. (4), the inclination of the sound line of the outer peripheral acoustic wave L2 and the intersection with the central axial sound wave L1 after being incident on the concave curved surface 30 and refracted from the end of the ultrasonic probe P can be obtained. Approximately, the focused position of the ultrasonic wave after being incident on the subject 6, that is, the position of the second focal point M2 can be specified.

以上のように、凹曲面３０の内部の探傷を行う際には、超音波プローブＰの中心軸が、凹曲面３０の探傷点３１における法線と略一致させるとともに、超音波の進行方向において、第１焦点Ｍ１が凹曲面３０外で集束する位置に設定させ、第２焦点Ｍ２が凹曲面３０以遠で集束する位置に設定させる必要がある。したがって、図１に示す走査軌道プランニング部２ａのプローブ位置算出部２ａ２は、上記測定原理に基づきプローブ位置指示データを含む走査用軌道データを作成し、記憶部２ｂに保存する。そして、走査部４のスキャナ制御部４ｂは、記憶部２ｂに保存された走査用軌道データを読み込み、スキャナ４ａを動作せしめることにより、超音波プローブＰは、上記走査用軌道データに従いその位置が制御されつつ移動される。 As described above, when performing flaw detection inside the concave curved surface 30, the central axis of the ultrasonic probe P substantially coincides with the normal at the flaw detection point 31 of the concave curved surface 30, and in the traveling direction of the ultrasonic waves, It is necessary to set the position where the first focus M1 is focused outside the concave curved surface 30 and the position where the second focal point M2 is focused beyond the concave curved surface 30. Therefore, the probe position calculation unit 2a2 of the scanning trajectory planning unit 2a shown in FIG. 1 creates scanning trajectory data including the probe position indicating data based on the above measurement principle, and stores the scanning trajectory data in the storage unit 2b. Then, the scanner control unit 4b of the scanning unit 4 reads the scanning trajectory data stored in the storage unit 2b and operates the scanner 4a, so that the position of the ultrasonic probe P is controlled according to the scanning trajectory data. It is moved while being done.

なお、上記式（４）によれば、凹曲面３０を有する被検体６の探傷において、第２の距離αが凹曲面３０の曲率Ｒの絶対値よりも大きく（α＞Ｒ）、探傷点３１からＦ＋α離れた距離に超音波プローブＰを配置して探傷することとなり、これが、本発明の一つの特徴となる。別な言い方をすると、本発明は、超音波の進行方向において、超音波プローブＰの第１焦点Ｍ１よりも遠方位置に被検体６を配置し、第１焦点Ｍ１において収束した後の超音波により探傷を行うものである。 According to the above equation (4), in the flaw detection of the subject 6 having the concave curved surface 30, the second distance α is larger than the absolute value of the curvature R of the concave curved surface 30 (α> R), and the flaw detection point 31 The ultrasonic probe P is placed at a distance of F + α from the surface to detect flaws, which is one of the features of the present invention. In other words, in the present invention, the subject 6 is placed at a position farther than the first focal point M1 of the ultrasonic probe P in the traveling direction of the ultrasonic wave, and the ultrasonic wave after converging at the first focal point M1 is used. It is for flaw detection.

例えば、φ１０ｍｍ、焦点距離２５ｍｍ（Ｆ＝２５）の超音波プローブＰを用いて、音速１５００ｍ／ｓの水から、Ｒ１０の凹曲面を有する音速３０００ｍ／ｓの樹脂材へ入射することを考える。この場合、ｙ＝５、ｕ＝−０．２、ｎ＝２、Ｒ＝−１０となる。これらの数値を（４）に代入すれば、（５）式となる。 For example, it is considered that water having a sound velocity of 1500 m / s is incident on a resin material having a concave curved surface of R10 and having a sound velocity of 3000 m / s by using an ultrasonic probe P having a diameter of 10 mm and a focal length of 25 mm (F = 25). In this case, y = 5, u = −0.2, n = 2, R = -10. Substituting these numerical values into (4) gives Eq. (5).

Figure 2020159884
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この場合、図４に示す凹曲面３０へ入射した後、超音波が拡散せず、超音波の進行方向において、凹曲面３０以遠で集束させるためには、傾きｕ’が正になる必要があり、第２の距離αを２０ｍｍ以上とする必要がある。従って、第１の距離Ｆは超音波プローブＰに固有の焦点距離２５ｍｍであるので、Ｆ＋αは４５ｍｍ以上となる。つまり、上記した条件下では、凹曲面３０から超音波プローブＰをその焦点距離の２倍程度離す方が、被検体６の検出性が向上する。この点、本発明における超音波プローブＰの配置方法は、従来の超音波プローブの配置方法とは大きく異なることがわかる。 In this case, after the ultrasonic wave is incident on the concave curved surface 30 shown in FIG. 4, the ultrasonic wave does not diffuse, and the inclination u'needs to be positive in order to focus beyond the concave curved surface 30 in the traveling direction of the ultrasonic wave. , The second distance α needs to be 20 mm or more. Therefore, since the first distance F is the focal length 25 mm peculiar to the ultrasonic probe P, F + α is 45 mm or more. That is, under the above-mentioned conditions, the detectability of the subject 6 is improved when the ultrasonic probe P is separated from the concave curved surface 30 by about twice the focal length thereof. In this respect, it can be seen that the method of arranging the ultrasonic probe P in the present invention is significantly different from the method of arranging the conventional ultrasonic probe.

なお、（４）式の行列計算をすると（６）式となり、結局のところｙ＞０、ｕ＜０、Ｒ＜０、ｎ＞１のとき（７）式であり、かつ（８）式であることから、Ｒが負であることを考慮し、（９）式であれば収束に向かうことになる。 When the matrix calculation of the equation (4) is performed, the equation (6) is obtained. After all, when y> 0, u <0, R <0, n> 1, the equation (7) is obtained, and the equation (8) is used. Therefore, considering that R is negative, if Eq. (9) is used, convergence will occur.

Figure 2020159884
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Figure 2020159884
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結局求めたいものは、超音波プローブＰと凹曲面３０の間の距離Ｆ＋αであるので、（１０）式となる。 In the end, what we want to find is the distance F + α between the ultrasonic probe P and the concave curved surface 30, so equation (10) is obtained.

Figure 2020159884
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凹曲面３０から入射した後の超音波が集束に向かうのであれば当然検出性能は、拡散ビームよりも向上する。すなわち、図４に示す第２焦点Ｍ２は、超音波の進行方向において凹曲面３０以遠に存在すればよく、必ずしも被検体６の内部に存在する必要はない。 If the ultrasonic waves after being incident from the concave curved surface 30 are directed toward focusing, the detection performance is naturally improved as compared with the diffused beam. That is, the second focal point M2 shown in FIG. 4 need only exist beyond the concave curved surface 30 in the traveling direction of the ultrasonic wave, and does not necessarily have to exist inside the subject 6.

本発明は、上記のように図４に示した被検体６の有する凹曲面３０との位置関係を特徴とする超音波探傷を実現するものである。ここで、理解のため、対比的に特許文献１に記載の超音波探傷の場合における、被検体６の有する凹曲面３０と超音波プローブＰとの位置関係を図５に示す。特許文献１に記載のように超音波プローブＰを配置すると、図５に示すように、ｕ’＝ｕとなる、すなわち、上記（８）式の右辺＞０を＝ｕで置き換えた場合に求められる、Ｆ＋α＝Ｆ＋Ｒの場合であり（α＝Ｒ）、超音波プローブＰの固有の焦点である第１焦点Ｍ１と凹曲面３０の曲率中心Ｏ２とが一致する。この場合には、中心軸音波Ｌ１はもとより、外周軸音波Ｌ２も凹曲面３０に入射した後に屈折せず、そのまま被検体６の内部を直進するため、超音波の進行方向において凹曲面３０以遠に、図４に示した第２焦点Ｍ２を形成せず、高い検出精度で凹曲面３０の内部の探傷を行うことができない。 The present invention realizes ultrasonic flaw detection characterized by the positional relationship with the concave curved surface 30 of the subject 6 shown in FIG. 4 as described above. Here, for understanding, FIG. 5 shows the positional relationship between the concave curved surface 30 of the subject 6 and the ultrasonic probe P in the case of the ultrasonic flaw detection described in Patent Document 1 in comparison. When the ultrasonic probe P is arranged as described in Patent Document 1, u'= u, that is, when the right side> 0 of the above equation (8) is replaced with = u, as shown in FIG. In the case of F + α = F + R (α = R), the first focal point M1 which is the unique focal point of the ultrasonic probe P and the curvature center O2 of the concave curved surface 30 coincide with each other. In this case, not only the central axial sound wave L1 but also the outer peripheral axial sound wave L2 is not refracted after being incident on the concave curved surface 30, and goes straight inside the subject 6 as it is, so that the ultrasonic wave travels beyond the concave curved surface 30. The second focal point M2 shown in FIG. 4 is not formed, and the inside of the concave curved surface 30 cannot be detected with high detection accuracy.

上記測定原理に基づき走査軌道プランニング部で作成された走査用軌道データに従い移動する超音波プローブが描く特徴的な軌跡について図１０から図１５を用いて説明する。ここでは、図５に示すように凹曲面３０を有する被検体６に対して従来の配置関係における場合に超音波プローブＰが描く軌跡と、図４に示す本発明の配置関係における場合に超音波プローブＰが描く軌跡とを対比して説明する。図１０は、凹曲面３０を有する被検体６に対して図５に示す従来の配置関係における場合に超音波プローブＰが描く軌跡を示す図である。従来の配置関係によれば、超音波プローブＰは被検体６の凹曲面に沿って一定距離を保ちながら移動し、被検体６の表面形状に沿った軌跡となる。 The characteristic trajectory drawn by the ultrasonic probe moving according to the scanning trajectory data created by the scanning trajectory planning unit based on the above measurement principle will be described with reference to FIGS. 10 to 15. Here, as shown in FIG. 5, the trajectory drawn by the ultrasonic probe P in the case of the conventional arrangement relationship with respect to the subject 6 having the concave curved surface 30, and the ultrasonic wave in the case of the arrangement relationship of the present invention shown in FIG. This will be described in comparison with the trajectory drawn by the probe P. FIG. 10 is a diagram showing a locus drawn by the ultrasonic probe P in the case of the conventional arrangement relationship shown in FIG. 5 with respect to the subject 6 having the concave curved surface 30. According to the conventional arrangement relationship, the ultrasonic probe P moves along the concave curved surface of the subject 6 while maintaining a constant distance, and becomes a locus along the surface shape of the subject 6.

図１１および図１２は、凹曲面３０を有する被検体６に対して図４に示す本発明の配置関係における場合に超音波プローブＰが描く軌跡の一例を示す図である。本発明の配置関係によれば、被検体６の平坦面における軌跡は図１０と同じであり一定距離を保ちながら移動するが、凹曲面３０を照射するときには、超音波プローブＰと凹曲面３０との距離が（Ｆ＋α）となるよう超音波プローブＰが移動した軌跡を描くことになる。図４参照し記述しているように第２の距離α＞凹曲面の曲率半径Ｒであるので、超音波プローブＰは一度被検体６（凹曲面３０）から遠ざかり、凹曲面３０で定まる円周上の軌跡を描くことになる。図１１の場合の超音波プローブＰの移動順序は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇの順序に移動したものである。 11 and 12 are diagrams showing an example of the trajectory drawn by the ultrasonic probe P in the case of the arrangement relationship of the present invention shown in FIG. 4 with respect to the subject 6 having the concave curved surface 30. According to the arrangement relationship of the present invention, the locus of the subject 6 on the flat surface is the same as that of FIG. 10 and moves while maintaining a constant distance, but when irradiating the concave curved surface 30, the ultrasonic probe P and the concave curved surface 30 are used. The trajectory of the movement of the ultrasonic probe P is drawn so that the distance between the two is (F + α). As described with reference to FIG. 4, since the second distance α> the radius of curvature R of the concave curved surface, the ultrasonic probe P once moves away from the subject 6 (concave curved surface 30), and the circumference determined by the concave curved surface 30. It will draw the upper trajectory. The moving order of the ultrasonic probe P in the case of FIG. 11 is that of moving in the order of A, B, C, D, E, F, and G.

超音波プローブＰの移動順序は上記に限定されず、図１２に示すように、Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｄ、Ｃ、Ｆ、Ｇの順序に移動させてもよい。 The movement order of the ultrasonic probe P is not limited to the above, and as shown in FIG. 12, the ultrasonic probe P may be moved in the order of A, B, E, D, C, F, and G.

図１３は、図１２の順序で移動させたときの受信波形を描画した図であり、移動順序Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｄ、Ｃ、Ｆ、Ｇの各位置における受信波形を評価ゲート内の強度を式相変化として表示するものである。 FIG. 13 is a diagram depicting the received waveform when the waveforms are moved in the order shown in FIG. 12, and the intensity of the received waveforms at each position of the movement order A, B, E, D, C, F, and G is evaluated. Is displayed as the equation phase change.

図１４は、図１１の順序で移動させたときの式相変換された画素の表示の際に、画像化範囲の順序が一部反転して最終的にＡ、Ｂ、Ｅ、Ｄ、Ｃ、Ｆ、Ｇの順序になるように表示させることを表している。 In FIG. 14, when the expression-phase-converted pixels are displayed when they are moved in the order shown in FIG. 11, the order of the imaging range is partially reversed, and finally A, B, E, D, C, It indicates that the display is performed in the order of F and G.

図１５は、図１２の順序で移動させたときの式相変換された画素の表示の際に、Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｄ、Ｃ、Ｆ、Ｇの順序で画像化範囲が順次塗りつぶされていくことを表している。 In FIG. 15, the imaging range is sequentially filled in the order of A, B, E, D, C, F, and G when the phase-converted pixels are displayed when they are moved in the order of FIG. It represents going.

上記したように、本実施形態の超音波探傷装置によれば、図１に示すように、上記（４）式や（１０）式に基づき演算するプローブ位置算出部２ａ２を走査軌道プランニング部２ａに備えることにより、集束型の超音波プローブＰを用いた凹曲面６の内部の探傷においても、高いＳＮ比で精度よく探傷を実施することが可能になる。また、被検体６が平坦面を有する場合も、上記（２）式に従って、平坦面に対する超音波プローブＰの位置（距離）を変えるだけで、同一の超音波プローブＰで平坦面の内部の探傷を行うことができ、平端面および凹曲面を有する被検体でも同一の超音波プローブＰで探傷を実施することが可能になる。 As described above, according to the ultrasonic flaw detection device of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the probe position calculation unit 2a2 calculated based on the above equations (4) and (10) is used as the scanning trajectory planning unit 2a. By providing this, even in the case of flaw detection inside the concave curved surface 6 using the focusing type ultrasonic probe P, it is possible to perform flaw detection with high SN ratio and accuracy. Further, even when the subject 6 has a flat surface, the same ultrasonic probe P can be used to detect flaws inside the flat surface simply by changing the position (distance) of the ultrasonic probe P with respect to the flat surface according to the above equation (2). It is possible to perform flaw detection with the same ultrasonic probe P even for a subject having a flat end surface and a concave curved surface.

なお、本実施形態のプローブ位置算出部２ａ２は、集束型の超音波プローブＰを用いた垂直探傷において、被検体６の凹曲面３０に対する超音波プローブＰの位置の算出方法としてＡＢＣＤ行列を用いて算出するように構成されているが、例えば、ＣＡＤによる作図などでも同様の算出が可能である。 The probe position calculation unit 2a2 of the present embodiment uses an ABCD matrix as a method of calculating the position of the ultrasonic probe P with respect to the concave curved surface 30 of the subject 6 in vertical flaw detection using the focusing type ultrasonic probe P. Although it is configured to calculate, the same calculation can be performed by, for example, drawing by CAD.

図４で述べたように本発明によれば、被検体６の有する凹曲面３０に対して離れた位置に超音波プローブＰを配置できるようになる。このため、超音波プローブＰの走査性が向上する。すなわち、図２に示すように、従来であればプローブ開口が小さい外形を破線で示す超音波プローブＰを近接して設置する必要があったが、本発明では距離を大きくとることができることから、遠方からプローブ開口が大きい外形を実線で示す超音波プローブＰによる探傷が可能となる。被検体の凹曲面の曲率半径が小さく、超音波プローブを被検体表面に近接配置できない狭隘部においても、超音波プローブを被検体表面から遠ざけて探傷するため、比較的大きな振動子を有する超音波プローブを用いることが可能となり、高感度化できる。本発明によれば、さらに、集束型の超音波プローブＰを使用しているので、平面、凹曲面および凸曲面から成る被検体に対して、検査現場で一般的に用いられる簡便な超音波探傷装置を実現することができる。 As described in FIG. 4, according to the present invention, the ultrasonic probe P can be arranged at a position away from the concave curved surface 30 of the subject 6. Therefore, the scannability of the ultrasonic probe P is improved. That is, as shown in FIG. 2, conventionally, it was necessary to install the ultrasonic probe P having a small probe opening in close proximity to the outer shape indicated by a broken line, but in the present invention, a large distance can be obtained. It is possible to detect flaws with the ultrasonic probe P, which shows the outer shape with a large probe opening from a distance with a solid line. Even in a narrow area where the radius of curvature of the concave curved surface of the subject is small and the ultrasonic probe cannot be placed close to the surface of the subject, the ultrasonic probe is moved away from the surface of the subject to detect flaws, so ultrasonic waves with a relatively large oscillator It becomes possible to use a probe, and high sensitivity can be achieved. According to the present invention, since the focusing type ultrasonic probe P is used, a simple ultrasonic flaw detection commonly used in the inspection site is applied to a subject composed of a flat surface, a concave curved surface and a convex curved surface. The device can be realized.

なお、上記したように被検体の凹曲面が単純な球面状ではなく、図８に示すように検査範囲に複数の凹曲面（第１凹曲面３０Ａ、第２凹曲面３０Ｂ）が存在する場合がある。この場合、図１に示す記憶部２ｂは、検査範囲における被検体６の表面の形状データを有し、走査軌道プランニング部２ａのプローブ位置算出部２ａ２は、記憶部２ｂに格納された形状データに基づき、図５に示す検査範囲に存在する凹曲面３０Ａ、３０Ｂのうち最も小さい曲率半径を有する第１凹曲面３０Ａを抽出し、抽出された凹曲面の曲率半径に基づき前記プローブ位置指示データを算出することが望ましい。 As described above, the concave curved surface of the subject is not a simple spherical surface, and as shown in FIG. 8, there may be a plurality of concave curved surfaces (first concave curved surface 30A, second concave curved surface 30B) in the inspection range. is there. In this case, the storage unit 2b shown in FIG. 1 has the shape data of the surface of the subject 6 in the inspection range, and the probe position calculation unit 2a2 of the scanning trajectory planning unit 2a is stored in the shape data stored in the storage unit 2b. Based on this, the first concave curved surface 30A having the smallest radius of curvature among the concave curved surfaces 30A and 30B existing in the inspection range shown in FIG. 5 is extracted, and the probe position indication data is calculated based on the extracted radius of curvature of the concave curved surface. It is desirable to do.

さらに、被検体の材質が、例えば結晶性金属や炭素繊維材（ＣＦＲＰ）のように音響異方性を有する材質の場合には、上記した（４）式のＡＢＣＤ行列に基づきプローブ位置指示データが算出できない場合がある。すなわち、被検体６が音響異方性材である場合は、上記（４）式の右辺にあるｎに被検体音速ｖ２が含まれており、ｖ２求めるべきｙ’に依存する。このため、正確にｙ’を評価するには、単純に（４）式を適用することはできない。そのような場合には、図１に示す記憶部２ｂに、事前に設定したプローブ位置指示データを格納し、走査軌道プランニング部２ａは、記憶部２ｂに格納されたプローブ位置指示データを読み込み、プローブ位置指示データを含む走査用軌道データを作成することが好ましい。 Further, when the material of the subject is a material having acoustic anisotropy such as a crystalline metal or a carbon fiber material (CFRP), the probe position indication data is obtained based on the ABCD matrix of the above equation (4). It may not be possible to calculate. That is, the subject 6 when an acoustic anisotropy material, dependent on the (4) includes a subject sound velocity v 2 to n in the right-hand side of the equation, v 2 y to be obtained '. Therefore, in order to evaluate y'accurately, equation (4) cannot be simply applied. In such a case, the storage unit 2b shown in FIG. 1 stores the probe position indication data set in advance, and the scanning trajectory planning unit 2a reads the probe position indication data stored in the storage unit 2b to read the probe. It is preferable to create scanning trajectory data including position indication data.

また、音響異方性がさほど強くない場合には、平均音速が適用できるので、媒質音速を代替すれば良い。一方で、上記のように音響異方性が強く、平均音速が適用できない場合には、図９のようなデータテーブルを図１に示す記憶部２ｂに保存しておき、走査軌道プラニング部２ａにおける走査用軌道データ作成時に参照するよう、制御部２を構成すればよい。図９では、図１の記憶部２ｂに格納される探傷データである検査条件データベースに保存されるデータの一例を示している。図９に示すように、被検体６の材質、曲率半径、厚さ、使用するのに好適な超音波プロ―ブＰの番号、曲率半径αなどを記憶しておくとよい。 Further, when the acoustic anisotropy is not so strong, the average sound velocity can be applied, so that the medium sound velocity may be substituted. On the other hand, when the acoustic anisotropy is strong and the average sound velocity cannot be applied as described above, the data table as shown in FIG. 9 is stored in the storage unit 2b shown in FIG. 1, and the scanning trajectory planning unit 2a is used. The control unit 2 may be configured so as to be referred to when the scanning trajectory data is created. FIG. 9 shows an example of data stored in the inspection condition database, which is flaw detection data stored in the storage unit 2b of FIG. As shown in FIG. 9, it is preferable to store the material, radius of curvature, thickness, number of ultrasonic probe P suitable for use, radius of curvature α, and the like of the subject 6.

さらに、図１に示す制御部２は、送受信部３から受信した超音波データのうち底面エコーの強弱に基づき欠陥の存在を判別するよう構成されていることが望ましい。被検体の表面と裏面とがおおむね平行で、表面から入射した超音波が裏面で反射し、再び超音波プローブで受信できる場合には、図１９で示した表面エコーをトリガとして時間ゲートを底面エコーにかけ、底面エコーの強弱により被検体６の内部に欠陥があるかどうかを判断することができる。
［超音波探傷方法］
上記構成の超音波探傷装置の動作（超音波探傷方法）について説明する。本発明に係る超音波探傷方法は、図４に示すように、凹曲面３０を有する被検体６の超音波探傷方法であって、集束型超音波プローブＰから発信された超音波の進行方向において、凹曲面３０の手前で集束する第１焦点を有するとともに、凹曲面３０以遠で集束する第２焦点を有するように、凹曲面３０に対する位置が設定された集束型超音波プローブＰから凹曲面３０へ向けて超音波を入射し、被検体６から反射した反射波を用いて被検体の探傷を行うことを特徴とする超音波探傷方法、いわゆる２重焦点法を適用した超音波探傷方法である。以下、上記超音波探傷方法を実現する超音波探傷装置の処理の流れについて、図６および図７を用いて説明する。 Further, it is desirable that the control unit 2 shown in FIG. 1 is configured to determine the existence of defects based on the strength of the bottom echo in the ultrasonic data received from the transmission / reception unit 3. When the front surface and the back surface of the subject are approximately parallel and the ultrasonic waves incident from the front surface are reflected by the back surface and can be received again by the ultrasonic probe, the surface echo shown in FIG. 19 is used as a trigger to echo the bottom surface of the time gate. It is possible to determine whether or not there is a defect inside the subject 6 based on the strength of the bottom surface echo.
[Ultrasonic flaw detection method]
The operation (ultrasonic flaw detection method) of the ultrasonic flaw detector having the above configuration will be described. As shown in FIG. 4, the ultrasonic flaw detection method according to the present invention is an ultrasonic flaw detection method for a subject 6 having a concave curved surface 30, in the traveling direction of ultrasonic waves transmitted from a focused ultrasonic probe P. , The concave curved surface 30 from the focusing type ultrasonic probe P whose position with respect to the concave curved surface 30 is set so as to have a first focus for focusing in front of the concave curved surface 30 and a second focus for focusing beyond the concave curved surface 30. It is an ultrasonic flaw detection method to which a so-called double focus method is applied, which is characterized in that ultrasonic waves are incident toward the subject and the subject is detected by using the reflected wave reflected from the subject 6. .. Hereinafter, the processing flow of the ultrasonic flaw detector that realizes the ultrasonic flaw detection method will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

図６は、上記構成の超音波探傷装置による超音波探傷の処理の流れを示すフロー図である。 FIG. 6 is a flow chart showing a flow of ultrasonic flaw detection processing by the ultrasonic flaw detector having the above configuration.

図６のフローに従い、処理ステップＳ００１で、探傷を開始する。処理ステップＳ００２で、制御部は、記憶部に保存された検査条件データベースから検査条件を読み出す。検査条件としては、送受信の設定条件として、超音波プローブに印加する電圧波形、送受信を繰り返すための繰り返し周波数、受信波形のピーク強度を抽出するための時間ゲート、必要に応じ周波数フィルタがある。また、超音波プローブの走査用軌道データとしては、図３に示したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θ軸およびφ軸の各軸方向の走査軌跡（範囲）、走査ピッチおよび走査速度がある。 According to the flow of FIG. 6, flaw detection is started in processing step S001. In process step S002, the control unit reads out the inspection conditions from the inspection condition database stored in the storage unit. The inspection conditions include a voltage waveform applied to the ultrasonic probe, a repetition frequency for repeating transmission and reception, a time gate for extracting the peak intensity of the reception waveform, and a frequency filter if necessary, as setting conditions for transmission and reception. Further, the scanning trajectory data of the ultrasonic probe includes scanning loci (range), scanning pitch and scanning speed in each of the X-axis, Y-axis, Z-axis, θ-axis and φ-axis directions shown in FIG. ..

図６に示す処理ステップＳ００３で、スキャナ制御部は、スキャナを動作せしめることにより超音波プローブの位置を初期位置にセットし、処理ステップＳ００４で、読みだした検査条件に基づき、送受信制御部でパルサ・レシーバを制御して超音波の送受信を行い、受信した超音波データの受信波形メモリへの保存を開始する。処理ステップＳ００５で、スキャナ制御部は、記憶部に保存さえた走査用軌道データを読み込み、当該走査用軌道データに従ってスキャナを動作せしめることにより超音波プローブの位置を移動させ、処理ステップＳ００６で、超音波プローブは、超音波を送受信し、受信波形メモリは受信した超音波の波形を保存し、その後、処理ステップＳ００７で、制御部２は、指定した探傷範囲を全てカバーしたか判断する。制御部２が、指定した探傷範囲をカバーできていないと判断した場合には、上記処理ステップＳ００５〜処理ステップＳ００７を繰り返し、カバーできていると判断した場合には、処理ステップＳ００８で探傷を終了する。 In the processing step S003 shown in FIG. 6, the scanner control unit sets the position of the ultrasonic probe to the initial position by operating the scanner, and in the processing step S004, the transmission / reception control unit performs a pulsar based on the read inspection conditions. -Control the receiver to send and receive ultrasonic waves, and start saving the received ultrasonic data in the received waveform memory. In processing step S005, the scanner control unit reads the scanning trajectory data stored in the storage unit, moves the position of the ultrasonic probe by operating the scanner according to the scanning trajectory data, and in processing step S006, super The ultrasonic probe transmits and receives ultrasonic waves, the received waveform memory stores the waveform of the received ultrasonic waves, and then in the processing step S007, the control unit 2 determines whether or not the entire designated flaw detection range is covered. If the control unit 2 determines that the specified flaw detection range cannot be covered, the above processing steps S005 to S007 are repeated, and if it is determined that the flaw detection range can be covered, the flaw detection is completed in the processing step S008. To do.

図６に示した処理フローに対し、本発明の特徴的な点は、先述したように、集束型超音波プローブＰから発信された超音波の進行方向において、凹曲面の手前で集束する第１焦点を有するとともに、凹曲面以遠で集束する第２焦点を有するように、凹曲面に対する位置が設定された集束型超音波プローブＰから凹曲面へ向けて超音波を入射し、被検体から反射した反射波を用いて被検体の探傷を行う探傷方法にあり、処理ステップＳ００２において読み込まれる走査用軌道データにより当該探傷方法を実現している。走査用軌道データは、走査軌道プランニング部で作成されているので、図７を用いて、超音波プローブＰの走査用軌道データの作成フローを説明する。 With respect to the processing flow shown in FIG. 6, the characteristic point of the present invention is that, as described above, the first focused ultrasonic wave is focused in front of the concave curved surface in the traveling direction of the ultrasonic wave transmitted from the focused ultrasonic probe P. Ultrasonic waves were incident from the focusing type ultrasonic probe P whose position with respect to the concave curved surface was set so as to have a focal point and a second focal point focused beyond the concave curved surface, and reflected from the subject. There is a flaw detection method for detecting a subject using a reflected wave, and the flaw detection method is realized by the scanning trajectory data read in the processing step S002. Since the scanning trajectory data is created by the scanning trajectory planning unit, the flow of creating the scanning trajectory data of the ultrasonic probe P will be described with reference to FIG. 7.

図７は、走査軌道プランニング部における超音波プローブＰの走査用軌道データ作成の流れを示すフロー図である。図７の最初の処理ステップＳ１０１で、走査軌道プランニング部は、走査用軌道データの作成を開始する。処理ステップＳ１０２で、走査用軌道データの算出条件として、前述のように、超音波プローブ内部の素子サイズ、焦点位置、媒質音速、被検体音速、被検体形状、検査範囲等のデータを入力し、記憶部２ｂに保存する。なお、この処理ステップＳ１０２は、処理ステップＳ１０１以前に、事前に行っておいてもよい。そして、処理ステップＳ１０３で、走査軌道プランニング部は、記憶部に保存された上記被検体形状や検査範囲等のデータを読み込む。 FIG. 7 is a flow chart showing a flow of creating scanning trajectory data for the ultrasonic probe P in the scanning trajectory planning unit. In the first processing step S101 of FIG. 7, the scanning trajectory planning unit starts creating scanning trajectory data. In the processing step S102, as the calculation condition of the scanning trajectory data, as described above, data such as the element size, the focal position, the medium sound velocity, the subject sound velocity, the subject shape, and the inspection range inside the ultrasonic probe are input. It is stored in the storage unit 2b. The processing step S102 may be performed in advance before the processing step S101. Then, in the processing step S103, the scanning trajectory planning unit reads the data such as the subject shape and the inspection range stored in the storage unit.

処理ステップＳ１０４で、走査軌道プランニング部は、所定の検査範囲に対し、凹曲面の形状および当該検査範囲に凹曲面を含む場合には、集束型超音波プローブの素子サイズおよびその焦点位置並びに媒質音速、被検体音速、被検体形状および検査範囲の各データを（４）式に記述したＡＢＣＤ行列の所定の項に代入する算出アルゴリズムに基づき超音波プローブＰの走査用軌道データを算出する。処理ステップＳ１０５で、走査軌道プランニング部は、算出した走査用軌道データにより超音波プローブを走査した場合に、検査範囲を走査可能であることを確認する。被検体と干渉なく超音波プローブを走査可能な場合には、処理ステップＳ１０９で、走査軌道プランニング部は、算出した走査用軌道データを記憶部へ保存する。超音波プローブが被検体と干渉する場合には、処理ステップＳ１０６で、走査軌道プランニング部は、例えば記憶部に保存された各種超音波プローブに関するデータテーブル等に基づき適用可能な焦点距離を有する超音波プローブの有無を判断し、適用可能な超音波プローブが有る場合には処理ステップＳ１０４へ戻り再計算する。一方で、適用可能な超音波プローブが無い場合には、走査軌道プランニング部は、処理ステップＳ１０７において手入力で走査用軌道データを設定するよう指示し、手入力された場合には、処理ステップＳ１０９で手入力された走査用軌道データを記憶部へ保存する。一方で、処理ステップＳ１０７において手入力できない場合には、処理ステップＳ１０８において、走査軌道プランニング部は、所定の検査範囲を被検体の探傷部位から除外し、処理ステップＳ１０９に当該検査範囲を除外したことをデータとして保存する。 In the processing step S104, the scanning trajectory planning unit determines the shape of the concave curved surface and, when the inspection range includes the concave curved surface, the element size of the focusing type ultrasonic probe, its focal position, and the speed of sound of the medium with respect to the predetermined inspection range. , The scanning trajectory data of the ultrasonic probe P is calculated based on the calculation algorithm in which each data of the subject sound velocity, the subject shape, and the inspection range is substituted into a predetermined term of the ABCD matrix described in the equation (4). In the processing step S105, the scanning trajectory planning unit confirms that the inspection range can be scanned when the ultrasonic probe is scanned by the calculated scanning trajectory data. When the ultrasonic probe can be scanned without interference with the subject, in the processing step S109, the scanning trajectory planning unit stores the calculated scanning trajectory data in the storage unit. When the ultrasonic probe interferes with the subject, in the processing step S106, the scanning trajectory planning unit is an ultrasonic wave having an applicable focal distance based on, for example, a data table for various ultrasonic probes stored in the storage unit. The presence or absence of the probe is determined, and if there is an applicable ultrasonic probe, the process returns to step S104 and recalculation is performed. On the other hand, if there is no applicable ultrasonic probe, the scanning orbit planning unit instructs the processing step S107 to manually set the scanning orbit data, and if it is manually input, the scanning orbit planning unit in the processing step S109. The scanning trajectory data manually input in step 3 is saved in the storage unit. On the other hand, when the manual input cannot be performed in the processing step S107, the scanning trajectory planning unit excludes the predetermined inspection range from the flaw detection site of the subject in the processing step S108, and excludes the inspection range in the processing step S109. Is saved as data.

上記図７を参照し説明したフローの特に処理ステップＳ１０４（走査用軌道データ作成ステップ）を実行することにより、図４に示すように、好ましい実施形態である本実施形態の超音波探傷方法では、超音波の進行方向において、集束型超音波プローブＰの第１焦点Ｍ１から凹曲面３０までの距離がαであり、凹曲面３０の曲率がＲである場合に、α＞Ｒである超音波探傷方法を具現することができる。 As shown in FIG. 4, the ultrasonic flaw detection method of the present embodiment, which is a preferred embodiment, is performed by executing the processing step S104 (scanning trajectory data creation step) of the flow described with reference to FIG. In the traveling direction of ultrasonic waves, when the distance from the first focal point M1 of the focused ultrasonic probe P to the concave curved surface 30 is α and the curvature of the concave curved surface 30 is R, ultrasonic flaw detection is α> R. The method can be embodied.

なお、本発明に係る超音波探傷方法では、上記したように被検体の凹曲面が単純な球面状ではなく、検査範囲に複数の凹曲面が存在する場合でも、当該複数の凹曲面の内部を探傷することが可能である。すなわち、被検体の検査範囲に複数の凹曲面が存在する場合には、複数の凹曲面のうち最も小さい曲率半径を有する凹曲面の曲率半径に基づき集束型超音波プローブの位置を算出すればよい。以下、検査範囲に複数の凹曲面が存在する場合の探傷方法について図８を用いて説明する。 In the ultrasonic flaw detection method according to the present invention, the concave curved surface of the subject is not a simple spherical surface as described above, and even if there are a plurality of concave curved surfaces in the inspection range, the inside of the plurality of concave curved surfaces can be detected. It is possible to detect flaws. That is, when there are a plurality of concave curved surfaces in the inspection range of the subject, the position of the focused ultrasonic probe may be calculated based on the radius of curvature of the concave curved surface having the smallest radius of curvature among the plurality of concave curved surfaces. .. Hereinafter, a flaw detection method when a plurality of concave curved surfaces are present in the inspection range will be described with reference to FIG.

図８は、被検体６の検査範囲に、２つ（複数）の凹曲面である第１凹曲面３０Ａ、第２凹曲面３０Ｂが存在している場合を示している。このように被検体６の検査範囲に複数の凹曲面が存在する場合には、図７の処理ステップＳ１０４の前に、第１凹曲面３０Ａおよび第２凹曲面３０Ｂの曲率半径を比較し、最も小さな曲率半径を選択するステップを追加するとよい。そして、走査用軌道データを算出する処理ステップＳ１０４では、選択された曲率半径を算出するためのデータとし、当該曲率半径に基づき超音波プローブの位置を算出することが望ましい。例えば、図８の矢印ｈで示した位置が検査範囲である場合において、軸方向にはＲ１０の第１凹曲面３０Ａ、周方向にはＲ１００の第２凸曲面３０Ｂが存在する場合、Ｒ１０である第１凹曲面３０Ａの曲率半径が最も小さく、この曲率半径（ｒ１０）に基づき超音波プローブの位置を算出する。 FIG. 8 shows a case where two (plurality) concave curved surfaces, a first concave curved surface 30A and a second concave curved surface 30B, are present in the inspection range of the subject 6. When a plurality of concave curved surfaces are present in the inspection range of the subject 6 in this way, the radii of curvature of the first concave curved surface 30A and the second concave curved surface 30B are compared before the processing step S104 of FIG. It is advisable to add a step to select a small radius of curvature. Then, in the processing step S104 for calculating the scanning trajectory data, it is desirable to use the data for calculating the selected radius of curvature and calculate the position of the ultrasonic probe based on the radius of curvature. For example, when the position indicated by the arrow h in FIG. 8 is the inspection range, the first concave curved surface 30A of R10 is present in the axial direction, and the second convex curved surface 30B of R100 is present in the circumferential direction, which is R10. The radius of curvature of the first concave curved surface 30A is the smallest, and the position of the ultrasonic probe is calculated based on this radius of curvature (r10).

なお、被検体の材質が結晶性金属や炭素繊維材（ＣＦＲＰ）のように音響異方性を有する材質で、単純にＡＢＣＤ行列から最適値を算出できないケースについて説明する。 A case where the material of the subject is a material having acoustic anisotropy such as a crystalline metal or a carbon fiber material (CFRP) and the optimum value cannot be simply calculated from the ABCD matrix will be described.

例えば、被検体が音響異方性材の場合は、（４）式の右辺にあるｎに被検体音速ｖ２が含まれており、ｖ２求めるべきｙ’に依存する。このため、正確にｙ’を評価するには、単純に（４）式を用いることはできない。 For example, when the subject is an acoustic anisotropy material, the subject sound velocity v 2 is included in n on the right side of equation (4), and v 2 depends on y'to be obtained. Therefore, in order to accurately evaluate y', equation (4) cannot be simply used.

ただし、音響異方性がさほど強くない場合には、平均音速が適用できるので、媒質音速を代替すれば良い。音響異方性が強く、平均音速が適用できない場合には、図９に示すデータテーブルのように特殊ケースとしてデータを記憶部に保存しておき、走査プラン作成時に適宜参照すると良い。図９に示すデータテーブルは、図１の記憶部２ｂの検査条件データベースに保存される被検体６の仕様データ例を示す図である。ここでは、被検体の材質、曲率半径、厚さ、使用するのに好適な超音波プロ―ブの番号、曲率半径などを記憶しておくことが好ましい。 However, when the acoustic anisotropy is not so strong, the average sound velocity can be applied, so the medium sound velocity may be substituted. When the acoustic anisotropy is strong and the average sound velocity cannot be applied, it is preferable to save the data in the storage unit as a special case as shown in the data table shown in FIG. 9 and refer to it as appropriate when creating the scanning plan. The data table shown in FIG. 9 is a diagram showing an example of specification data of the subject 6 stored in the test condition database of the storage unit 2b of FIG. Here, it is preferable to store the material, radius of curvature, thickness, number of ultrasonic probe suitable for use, radius of curvature, and the like.

次に、以上の超音波探傷装置と超音波探傷方法を用いて、被検体の内部を最も効率的に映像化する方法について述べる。 Next, a method for most efficiently visualizing the inside of the subject by using the above ultrasonic flaw detector and ultrasonic flaw detector will be described.

超音波プローブと被検体を相対的に動かしつつ超音波を送受信する際に、被検体の表面曲率半径のうち、小さい曲率半径にあわせて超音波プローブの位置を調整することが重要であるが、特に、被検体の表面と裏面とがおおむね平行で、表面から入射した超音波が裏面で反射し、再び超音波プローブで受信できる場合には、図１９で示した表面エコーをトリガとして時間ゲートを底面エコーにかけて映像化することにより、被検体内部に欠陥があるかどうかを簡単に映像化することができる。
［実施例］
本発明に係る２重焦点法を適用した実施例および適用しなかった比較例について説明する。図２２に、本発明の実施例・比較例に用いた試験片を示すが、図２２（ｂ）に示すように紙面水平方向をｘ軸、上下方向をｙ軸、垂直方向をｚ軸とする。なお、試験片は、繊維含有率が体積率（ＶＦ）で６２％となるよう東レ製Ｔ８００の繊維を紙面水平方向（ｘ軸方向）に配向した繊維強化樹脂で構成されている。図２２（ａ）は試験片の側面図であり、表面からの深さが２ｍｍとなるよう試験片の表面に、ｘ軸（長さ）方向において３０ｍｍのピッチでＲ３，Ｒ１０，Ｒ２０の凹曲面３０を形成している。また、図２２（ｂ）は試験片の底面図および図２２（ｃ）は図２２（ｂ）のＨ−Ｈ断面図である。図２２（ｂ）に示すように、凹曲面３０ごとに、ｙ軸（幅）方向において１０ｍｍピッチで、深さが相違する５個のφ１ｍｍの人工欠陥ｄ１〜ｄ５を形成した。各人工欠陥ｄ１〜ｄ５の試験片底面からのｚ軸（厚さ）方向における深さは、ｄ１：１０ｍｍ、ｄ２：８ｍｍ、ｄ３：６ｍｍ、ｄ４：４ｍｍ、ｄ５：２ｍｍとし、凹曲面３０の底面からの深さが、ｄ１：１ｍｍ、ｄ２：３ｍｍ、ｄ３：５ｍｍ、ｄ４：７ｍｍ、ｄ５：９ｍｍとなるようにした。以下で説明する実施例・比較例では、上記試験片のうち図２２（ａ）において符号Ｉで示すように、Ｒ１０の凹曲面３０の直下に形成された人工欠陥を検出対象とした。実施例・比較例で使用した集束型超音波プローブは、口径がφ１０ｍｍ、焦点距離が２５ｍｍ、公称周波数５ＭＨｚの超音波プローブであった。そして、２重焦点法を適用した実施例では、図４に示すように、焦点距離が２５ｍｍの集束型超音波プローブを、上記説明したように式４に基づき算出された第２の距離αが２０ｍｍとなる位置（α＞Ｒ）、すなわち、凹曲面３０の表面からの位置が４５ｍｍの位置にセットし、第２焦点Ｍ２が試験片内部（凹曲面３０から８ｍｍの深さ）に形成されるようにして探傷を行った。一方で、２重焦点法を適用しなかった比較例では、図５に示すように、集束型超音波プローブの焦点が、凹曲面３０の曲率中心Ｏ２と一致するようにセットし（α＝Ｒ）、探傷を行った。 When transmitting and receiving ultrasonic waves while moving the ultrasonic probe and the subject relatively, it is important to adjust the position of the ultrasonic probe according to the smaller radius of curvature of the surface curvature of the subject. In particular, when the front surface and the back surface of the subject are approximately parallel and the ultrasonic waves incident from the front surface are reflected by the back surface and can be received again by the ultrasonic probe, the time gate is triggered by the surface echo shown in FIG. By visualizing by applying bottom echo, it is possible to easily visualize whether or not there is a defect inside the subject.
[Example]
Examples to which the double focus method according to the present invention is applied and comparative examples to which the double focus method is not applied will be described. FIG. 22 shows the test pieces used in the examples and comparative examples of the present invention. As shown in FIG. 22 (b), the horizontal direction of the paper surface is the x-axis, the vertical direction is the y-axis, and the vertical direction is the z-axis. .. The test piece is made of a fiber-reinforced resin in which the fibers of Toray Industries, Inc. T800 are oriented in the horizontal direction (x-axis direction) of the paper surface so that the fiber content is 62% in volume fraction (VF). FIG. 22A is a side view of the test piece, and is a concave curved surface of R3, R10, and R20 on the surface of the test piece so that the depth from the surface is 2 mm at a pitch of 30 mm in the x-axis (length) direction. 30 is formed. 22 (b) is a bottom view of the test piece, and FIG. 22 (c) is a sectional view taken along the line HH of FIG. 22 (b). As shown in FIG. 22B, five φ1 mm artificial defects d1 to d5 having different depths were formed at a pitch of 10 mm in the y-axis (width) direction for each concave curved surface 30. The depth of each artificial defect d1 to d5 in the z-axis (thickness) direction from the bottom surface of the test piece is d1: 10 mm, d2: 8 mm, d3: 6 mm, d4: 4 mm, d5: 2 mm, and the bottom surface of the concave curved surface 30. The depths from the above were set to d1: 1 mm, d2: 3 mm, d3: 5 mm, d4: 7 mm, and d5: 9 mm. In the examples and comparative examples described below, an artificial defect formed immediately below the concave curved surface 30 of R10 was set as a detection target as shown by reference numeral I in FIG. 22A of the test pieces. The focusing type ultrasonic probe used in Examples and Comparative Examples was an ultrasonic probe having a diameter of φ10 mm, a focal length of 25 mm, and a nominal frequency of 5 MHz. Then, in the embodiment to which the double focus method is applied, as shown in FIG. 4, a focused ultrasonic probe having a focal length of 25 mm has a second distance α calculated based on the equation 4 as described above. The position at 20 mm (α> R), that is, the position of the concave curved surface 30 from the surface is set at 45 mm, and the second focal length M2 is formed inside the test piece (depth of 8 mm from the concave curved surface 30). The flaw was detected in this way. On the other hand, in the comparative example in which the double focus method was not applied, as shown in FIG. 5, the focal point of the focused ultrasonic probe was set so as to coincide with the center of curvature O2 of the concave curved surface 30 (α = R). ), The flaw was detected.

係る試験片に対し、図１に示すように、水浸式で超音波探傷を行った。探傷は、図２２（ｂ）に示す試験片の左側面から開始し、ｘ軸方向において０．５ｍｍのピッチで、ｙ軸方向に約５０ｍｍ／秒の速度で超音波プローブを走査することにより行った。なお、実施例・比較例ともに、図１１および図１２を参照して説明した凹曲面３０の曲率に倣う、超音波プローブＰの回転移動（首振り）は行わず、超音波プローブＰの移動は、ｘ軸およびｙ軸に沿う水平移動のみとした。実施例による測定結果を図２３（ａ）に、比較例による測定結果を図２３（ｂ）に示す。図２３では、受信した超音波信号（Ａスコープ）においてＳ／Ｎが１．５以上の部分（すなわち、欠陥がある部分）が周囲と比べて相対的に黒色となるようｘｙ平面で示したＢスコープ画像である。上記のとおり、超音波プローブは、水平移動のみ行わせたが、実施例では、比較例に対し人工欠陥ｄ１〜ｄ５を明確にとらえており、本発明に係る２重焦点法を適用した超音波探傷装置および超音波探傷方法が有効なことがわかった。図２４に、図２２（ｂ）に示す人工欠陥ｄ１〜ｄ５の中心線を通るＨ−Ｈ線上の輝度を抽出したグラフを示す。なお、図２４の縦軸は、人工欠陥ｄ１の輝度値を基準（０）として規格化した値を示している。図２４によれば、比較例のノイズレベルがＮ２’であり人工欠陥ｄ５の信号強度であるＳ２よりも超えているのに対し、実施例ではノイズレベルがＮ２まで減少することで、全て飽和した白色（０）を示している。このため，従来法でノイズレベルＮ２’の値でリジェクションをかけると人工欠陥ｄ４や人工欠陥ｄ５からの信号を見逃してしまうが、本手法では、人工欠陥ｄ１から人工欠陥ｄ５まですべての信号を検出できていることが分かる。本発明に係る２重焦点法を適用した超音波探傷装置および超音波探傷方法の有効性が実証された。 As shown in FIG. 1, the test piece was subjected to ultrasonic flaw detection by a water immersion method. The flaw detection is performed by scanning the ultrasonic probe at a pitch of 0.5 mm in the x-axis direction and a speed of about 50 mm / sec in the y-axis direction, starting from the left side surface of the test piece shown in FIG. 22 (b). It was. In both the examples and the comparative examples, the ultrasonic probe P is not rotationally moved (swinged) according to the curvature of the concave curved surface 30 described with reference to FIGS. 11 and 12, and the ultrasonic probe P is not moved. , Only horizontal movement along the x-axis and y-axis. The measurement results according to the examples are shown in FIG. 23 (a), and the measurement results according to the comparative examples are shown in FIG. 23 (b). In FIG. 23, in the received ultrasonic signal (A scope), the portion having an S / N of 1.5 or more (that is, the defective portion) is shown in the xy plane so as to be relatively black compared to the surroundings. It is a scope image. As described above, the ultrasonic probe was moved only horizontally, but in the example, the artificial defects d1 to d5 were clearly captured with respect to the comparative example, and the ultrasonic wave to which the double focus method according to the present invention was applied. It was found that the flaw detector and the ultrasonic flaw detection method are effective. FIG. 24 shows a graph obtained by extracting the brightness on the HH line passing through the center lines of the artificial defects d1 to d5 shown in FIG. 22 (b). The vertical axis of FIG. 24 shows a value standardized with the brightness value of the artificial defect d1 as a reference (0). According to FIG. 24, the noise level of the comparative example is N2', which exceeds the signal strength of S2 of the artificial defect d5, whereas in the example, the noise level is reduced to N2, so that all are saturated. It shows white (0). Therefore, if rejection is applied with the value of the noise level N2'in the conventional method, the signals from the artificial defect d4 and the artificial defect d5 will be overlooked. However, in this method, all the signals from the artificial defect d1 to the artificial defect d5 are detected. It can be seen that it can be detected. The effectiveness of the ultrasonic flaw detector and the ultrasonic flaw detector to which the double focus method according to the present invention is applied has been demonstrated.

１：超音波探傷装置
２：制御部
２ａ：走査軌道プランニング部
２ｂ：記憶部
２ｃ：受信波形メモリ
２ｄ：表示部
２Ｉ：入力部
３：送受信部
３ａ：パルサ・レシーバ
３ｂ：送受信制御部
４：走査部
４ａ：スキャナ
４ｂ：スキャナ制御部
６：被検体
Ｐ：集束型の超音波プローブ 1: Ultrasonic flaw detection device 2: Control unit 2a: Scanning trajectory planning unit 2b: Storage unit 2c: Received waveform memory 2d: Display unit 2I: Input unit 3: Transmission / reception unit 3a: Pulsar receiver 3b: Transmission / reception control unit 4: Scanning Part 4a: Scanner 4b: Scanner control unit 6: Subject P: Focused ultrasonic probe

Claims (12)

凹曲面を有する被検体の超音波探傷装置であって、
超音波を受発信する集束型超音波プローブ、前記集束型超音波プローブに接続され、前記集束型超音波プローブを発信させるとともに受信した超音波データを送信する送受信部、前記被検体に対し前記集束型超音波プローブを相対的に走査する走査部、前記送受信部および前記走査部に接続された制御部を有し、
前記制御部は、前記集束型超音波プローブから発信された超音波が、当該超音波の進行方向において、前記凹曲面の手前で集束する第１焦点を有するとともに、前記凹曲面以遠で集束する第２焦点を有するように、前記凹曲面に対する前記集束型超音波プローブの位置を設定することを特徴とする超音波探傷装置。 An ultrasonic flaw detector for a subject having a concave curved surface.
A focusing type ultrasonic probe that receives and transmits ultrasonic waves, a transmission / reception unit that is connected to the focusing type ultrasonic probe to transmit the focused ultrasonic probe and transmit received ultrasonic data, and the focusing to the subject. It has a scanning unit that relatively scans the type ultrasonic probe, the transmitting / receiving unit, and a control unit connected to the scanning unit.
The control unit has a first focus in which the ultrasonic waves transmitted from the focusing type ultrasonic probe are focused in front of the concave curved surface in the traveling direction of the ultrasonic waves, and are focused beyond the concave curved surface. An ultrasonic flaw detector that sets the position of the focused ultrasonic probe with respect to the concave curved surface so as to have two focal points. 請求項１に記載の超音波探傷装置であって、
前記超音波の進行方向において、前記集束型超音波プローブの第１焦点から前記凹曲面までの距離がαであり、前記凹曲面の曲率がＲである場合に、α＞Ｒであることを特徴とする超音波探傷装置。 The ultrasonic flaw detector according to claim 1.
In the traveling direction of the ultrasonic wave, when the distance from the first focal point of the focused ultrasonic probe to the concave curved surface is α and the curvature of the concave curved surface is R, α> R. Ultrasonic flaw detector. 請求項１または２に記載の超音波探傷装置であって、
前記制御部は、探傷用データが格納された記憶部と、前記記憶部に格納された探傷用データに基づき前記集束型超音波プローブの走査用軌道データを演算し、前記走査部へ送信する走査軌道プランニング部とを有し、前記記憶部に格納された探傷用データに基づき算出した発信用データを前記送受信部へ送信するとともに前記送受信部から受信した超音波データを処理して前記記憶部へ送信し、
前記走査軌道プランニング部で演算された走査用軌道データは、少なくとも、前記超音波の進行方向における前記集束型超音波プローブの位置を指示するプローブ位置指示データを含み、
前記プローブ位置指示データは、前記超音波の進行方向において、前記第１焦点が前記凹曲面外で集束する位置に設定され、前記第２焦点が前記凹曲面以遠で集束する位置に設定されるデータであることを特徴とする超音波探傷装置。 The ultrasonic flaw detector according to claim 1 or 2.
The control unit calculates the scanning trajectory data of the focused ultrasonic probe based on the storage unit in which the flaw detection data is stored and the flaw detection data stored in the storage unit, and transmits the scanning to the scanning unit. It has an orbit planning unit, transmits transmission data calculated based on flaw detection data stored in the storage unit to the transmission / reception unit, and processes ultrasonic data received from the transmission / reception unit to the storage unit. Send and
The scanning trajectory data calculated by the scanning trajectory planning unit includes at least probe position indicating data indicating the position of the focused ultrasonic probe in the traveling direction of the ultrasonic wave.
The probe position indicating data is data in which the first focus is set at a position where the first focus is focused outside the concave curved surface and the second focus is set at a position where the second focus is focused beyond the concave curved surface in the traveling direction of the ultrasonic wave. An ultrasonic flaw detector characterized by being. 請求項３に記載の超音波探傷装置であって、
前記走査軌道プランニング部は、前記記憶部に格納された探傷用データである、前記集束型超音波プローブの素子サイズおよびその焦点位置並びに媒質音速、被検体音速、被検体形状および検査範囲の各データをＡＢＣＤ行列の所定の項に代入し、前記プローブ位置指示データを算出することを特徴とする超音波探傷装置。 The ultrasonic flaw detector according to claim 3.
The scanning trajectory planning unit is data for flaw detection stored in the storage unit, which is the element size of the focused ultrasonic probe, its focal position, and each data of medium sound velocity, subject sound velocity, subject shape, and inspection range. Is substituted into a predetermined term of the ABCD matrix, and the probe position indicating data is calculated. 請求項４に記載の超音波探傷装置であって、
前記記憶部は、前記検査範囲における前記被検体の表面の形状データを有し、
前記走査軌道プランニング部は、前記記憶部に格納された形状データに基づき前記検査範囲に存在する凹曲面のうち最も小さい曲率半径を有する凹曲面を抽出し、抽出された凹曲面の曲率半径に基づき前記プローブ位置指示データを算出することを特徴とする超音波探傷装置。 The ultrasonic flaw detector according to claim 4.
The storage unit has shape data of the surface of the subject in the inspection range.
The scanning trajectory planning unit extracts a concave surface having the smallest radius of curvature among the concave surfaces existing in the inspection range based on the shape data stored in the storage unit, and based on the radius of curvature of the extracted concave surface. An ultrasonic flaw detector for calculating the probe position indicating data. 請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の超音波探傷装置であって、
前記記憶部には、事前に設定した前記プローブ位置指示データが格納されており、前記前記走査軌道プランニング部は、前記記憶部に格納された前記プローブ位置指示データを読み込み、当該プローブ位置指示データを含む走査用軌道データを作成することを特徴とする超音波探傷装置。 The ultrasonic flaw detector according to any one of claims 3 to 5.
The probe position indicating data set in advance is stored in the storage unit, and the scanning trajectory planning unit reads the probe position indicating data stored in the storage unit and reads the probe position indicating data. An ultrasonic flaw detector characterized by creating scanning orbital data including. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超音波探傷装置であって、
前記制御部は、前記送受信部から受信した超音波データのうち底面エコーの強弱に基づき欠陥の存在を判別することを特徴とする超音波探傷装置。 The ultrasonic flaw detector according to any one of claims 1 to 6.
The control unit is an ultrasonic flaw detector that determines the presence or absence of defects based on the strength of bottom echo in the ultrasonic data received from the transmission / reception unit. 凹曲面を有する被検体の超音波探傷方法であって、
集束型超音波プローブから発信された超音波の進行方向において、前記凹曲面の手前で集束する第１焦点を有するとともに、前記凹曲面以遠で集束する第２焦点を有するように、前記凹曲面に対する位置が設定された集束型超音波プローブから前記凹曲面へ向けて超音波を入射し、前記被検体から反射した反射波を用いて被検体の探傷を行うことを特徴とする超音波探傷方法。 An ultrasonic flaw detection method for a subject having a concave curved surface.
With respect to the concave curved surface so as to have a first focus focusing in front of the concave curved surface and a second focal point focused beyond the concave curved surface in the traveling direction of the ultrasonic wave transmitted from the focusing type ultrasonic probe. An ultrasonic flaw detection method characterized in that ultrasonic waves are incident from a focused ultrasonic probe whose position is set toward the concave curved surface, and the subject is detected by using the reflected wave reflected from the subject. 請求項８に記載の超音波探傷方法であって、
前記集束型超音波プローブの素子サイズおよびその焦点位置並びに媒質音速、被検体音速、被検体形状および検査範囲の各データをＡＢＣＤ行列の所定の項に代入し、前記集束型超音波プローブの位置を算出することを特徴とする超音波探傷方法。 The ultrasonic flaw detection method according to claim 8.
The element size of the focused ultrasonic probe, its focal position, and the data of the medium sound velocity, the subject sound velocity, the subject shape, and the inspection range are substituted into predetermined terms of the ABCD matrix, and the position of the focused ultrasonic probe is determined. An ultrasonic flaw detection method characterized by calculation. 請求項９に記載の超音波探傷方法であって、
前記被検体の検査範囲に複数の凹曲面が存在する場合には、前記複数の凹曲面のうち最も小さい曲率半径を有する凹曲面の曲率半径に基づき前記集束型超音波プローブの位置を算出することを特徴とする超音波探傷方法。 The ultrasonic flaw detection method according to claim 9.
When a plurality of concave curved surfaces are present in the inspection range of the subject, the position of the focused ultrasonic probe is calculated based on the radius of curvature of the concave curved surface having the smallest radius of curvature among the plurality of concave curved surfaces. An ultrasonic flaw detection method characterized by. 請求項８から請求項９のいずれか１項に記載の超音波探傷方法であって、
前記超音波の進行方向において、前記集束型超音波プローブの第１焦点から前記凹曲面までの距離がαであり、前記凹曲面の曲率がＲである場合に、α＞Ｒであることを特徴とする超音波探傷方法。 The ultrasonic flaw detection method according to any one of claims 8 to 9.
In the traveling direction of the ultrasonic wave, when the distance from the first focal point of the focused ultrasonic probe to the concave curved surface is α and the curvature of the concave curved surface is R, α> R. Ultrasonic flaw detection method. 請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の超音波探傷方法であって、
前記被検体は、さらに平坦面を有し
前記平坦面の内部を探傷する場合には、超音波の進行方向において、前記第１焦点が前記平坦面以遠に存在するように、前記平坦面に対し垂直な方向における前記集束型超音波プローブと前記被検体間の距離が位置付けられた前記集束型超音波プローブから前記平坦面へ向けて超音波を入射し、前記被検体から反射した反射波を用いて被検体の探傷を行うことを特徴とする超音波探傷方法。 The ultrasonic flaw detection method according to any one of claims 8 to 11.
When the subject has a flat surface and detects the inside of the flat surface, the subject has a flat surface so that the first focus is beyond the flat surface in the traveling direction of ultrasonic waves. Ultrasonic waves are incident on the flat surface from the focused ultrasonic probe in which the distance between the focused ultrasonic probe and the subject is positioned in the vertical direction, and the reflected wave reflected from the subject is used. An ultrasonic flaw detection method characterized by detecting flaws in a subject.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114137088A (en) * 2021-10-28 2022-03-04 航天材料及工艺研究所 Automatic profiling detection system for ultrasonic water spraying penetration of composite material of curved bus revolving body

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5871453A (en) * 1981-10-26 1983-04-28 Hitachi Ltd Ultrasonic image pickup device
JPS6128052A (en) * 1984-07-13 1986-02-07 福井県 Wefting selector of jet loom
JPH1082769A (en) * 1996-09-06 1998-03-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Adjustable focusing probe
JP2001124746A (en) * 1999-10-25 2001-05-11 Hitachi Constr Mach Co Ltd Ultrasonic inspection method
JP2007114075A (en) * 2005-10-21 2007-05-10 Hitachi Ltd Ultrasonic probe for ultrasonic flaw detector
JP2007170877A (en) * 2005-12-19 2007-07-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detector
JP2009128100A (en) * 2007-11-21 2009-06-11 Krautkramer Japan Co Ltd Ultrasonic flaw detection apparatus, its probe holder, and ultrasonic flaw detection method
JP2010281843A (en) * 2010-09-27 2010-12-16 Hitachi Ltd Ultrasonic probe of ultrasonic flaw detector
JP2011529177A (en) * 2008-07-24 2011-12-01 エアバス オペレーションズ リミティド Ultrasonic inspection equipment for curved workpieces
JP2014178302A (en) * 2013-02-14 2014-09-25 Kobe Steel Ltd Ultrasonic probe

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5871453A (en) * 1981-10-26 1983-04-28 Hitachi Ltd Ultrasonic image pickup device
JPS6128052A (en) * 1984-07-13 1986-02-07 福井県 Wefting selector of jet loom
JPH1082769A (en) * 1996-09-06 1998-03-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Adjustable focusing probe
JP2001124746A (en) * 1999-10-25 2001-05-11 Hitachi Constr Mach Co Ltd Ultrasonic inspection method
JP2007114075A (en) * 2005-10-21 2007-05-10 Hitachi Ltd Ultrasonic probe for ultrasonic flaw detector
JP2007170877A (en) * 2005-12-19 2007-07-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detector
JP2009128100A (en) * 2007-11-21 2009-06-11 Krautkramer Japan Co Ltd Ultrasonic flaw detection apparatus, its probe holder, and ultrasonic flaw detection method
JP2011529177A (en) * 2008-07-24 2011-12-01 エアバス オペレーションズ リミティド Ultrasonic inspection equipment for curved workpieces
JP2010281843A (en) * 2010-09-27 2010-12-16 Hitachi Ltd Ultrasonic probe of ultrasonic flaw detector
JP2014178302A (en) * 2013-02-14 2014-09-25 Kobe Steel Ltd Ultrasonic probe

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114137088A (en) * 2021-10-28 2022-03-04 航天材料及工艺研究所 Automatic profiling detection system for ultrasonic water spraying penetration of composite material of curved bus revolving body

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