JP5738034B2 - 超音波探傷装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体に対して超音波を送信して、被検体中の欠陥を検出する超音波探傷装置に関する。

被検体中の欠陥を非破壊検査する装置として、例えば、超音波探傷装置がある。この超音波探傷装置は、被検体に超音波を送信し、送信された超音波を被検体から受信して、この超音波を解析することで、被検体中の欠陥を検出する装置である。

このような超音波探傷装置としては、例えば、以下の特許文献１に記載のものがある。

この超音波探傷装置は、２つの傾斜探触子と１つの垂直探触子との合計３つの探触子で検知された欠陥データを用いて、演算装置が三次元内の欠陥の向き及び長さを求めるものである。

３つの探触子は、いずれも反射型フェーズドアレイである。３つの探触子は、走査方向に垂直な探傷断面内で互いに異なる向きに超音波を出力できるように配置されている。演算装置は、３つの探触子で検知された欠陥データを合成することで、探傷断面内での欠陥の長さ及び向きを求めている。そして、３つの探触子を目的の走査方向に移動させることで、この走査方向の各位置での探傷断面の欠陥の長さ及び向きから、三次元内での欠陥の向き及び長さを求めている。

特開２００７−４６９１３号公報

上記特許文献１に記載の技術は、確かに、被検体中の欠陥の長さ及び向きを求めることができるものの、３つのフェーズドアレイを必要とするため、装置コストがかさむという問題点がある。

そこで、本発明は、装置コストを抑えつつも、被検体中の欠陥の長さ及び向きを検出することができる超音波探傷装置を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するための発明に係る超音波探傷装置は、
被検体に対して超音波を送信する送信探触子と、該送信探触子が送信して該被検体を透過してきた超音波を受信する受信探触子とを有する探触子ユニットを備えた超音波探傷装置において、前記探触子ユニットの前記送信探触子から前記被検体を介して前記受信探触子が受信する前記超音波の伝播経路を通る前記被検体内の面を探傷断面とし、該探触子ユニットを有すると共に、該探触子ユニットで、互いに異なる方向を向いて交わっている３以上の該探傷断面での超音波探傷を実行する多方向探傷手段と、前記多方向探傷手段が前記被検体の表面に沿った一方向に走査されることにより、前記多方向探傷手段により前記３以上の探傷断面での超音波探傷のそれぞれで欠陥が検出された場合に、各探傷断面での超音波探傷のそれぞれで受信された超音波の強度及び該超音波の強度の前記走査に伴う変化から定まる見掛け上の欠陥長さを用いて、前記３以上の探傷断面のいずれにも垂直な仮想面内方向の該欠陥の向き及び長さを求める演算手段と、を備えていることを特徴とする。

当該超音波探傷装置では、探触子ユニットを構成する送信探触子及び受信探触子のいずれもが、フェーズドアレイではなく、１振動子型超音波探触子であっても、３以上の探傷断面での超音波探傷結果から、３以上の探傷断面のいずれにも垂直な仮想面内方向の欠陥の向き及び長さを求めることができる。よって、当該超音波探傷装置では、装置コストを抑えることができる。

ここで、前記超音波探傷装置において、前記多方向探傷手段は、３以上の前記探触子ユニットと、各探触子ユニットが超音波探傷を実行する前記探傷断面が互いに異なる方向を向いて交わるよう、３以上の該探触子ユニットを相互に連結する連結支持機構と、を有し、３以上の前記探触子ユニットのうち、第一探触子ユニットの探傷断面に対して第三探触子ユニットの探傷断面が９０°の角度で交わり、前記第一探触子ユニットの探傷端面に対して第二探触子ユニットの探傷断面が９０°を除く角度で交わり、前記演算手段は、前記３以上の探触子ユニットのそれぞれで欠陥が検出された場合、前記第一探触子ユニット及び前記第三探触子ユニットで受信された超音波の強度の前記走査に伴う変化から定まる各見かけ上の欠陥長さを用いて、欠陥の前記走査の方向における正側の端と前記欠陥の前記走査の方向における負側の端とのうち、いずれの端が前記第三探触子ユニットの前記受信探触子に対する前記送信探触子側に向いているかを定め、前記第一探触子ユニット及び前記第二探触子ユニットで受信された超音波の強度の前記走査に伴う)変化から定まる各見かけ上の欠陥長さを用いて、前記欠陥の正側の端と負側の端とうち、前記定めた端が前記送信探触子側に向いているとして、前記仮想面内方向の前記欠陥の向き及び長さを求めてもよい。

当該超音波探傷装置では、３以上の探触子ユニットで被検体を一回走査することで、探傷断面に垂直な仮想面内方向の欠陥の向き及び長さを得ることができる。

また、前記超音波探傷装置において、前記多方向探傷手段は、前記探触子ユニットと、該探触子ユニットにとっての前記探傷断面に沿い且つ前記送信探触子と前記受信探触子との間の中間を通る回転軸回りに該探触子ユニットを回転可能に支持する支持機構と、を有し、 前記演算手段は、前記多方向探傷手段が前記被検体の表面に沿った一方向に走査されることにより、欠陥が検出された場合、該欠陥の位置で前記探触子ユニットを回転させて、各回転角で受信された超音波の強度のうちで最小の強度の回転角を用いて、前記仮想面内方向の前記欠陥の向きを求め、該最小の欠陥長さの回転角と異なる回転角にセットされた前記探触子ユニットを有する前記多方向探傷手段を前記一方向に走査することにより、前記探触子ユニットで受信された超音波の強度の前記走査に伴う変化から定まる見掛け上の欠陥長さと該欠陥の向きとを用いて、前記仮想面内方向の前記欠陥の長さを求めてもよい。

当該超音波探傷装置では、１つの探触子ユニットで、しかもこの探触子ユニットを構成する送信探触子及び受信探触子のいずれもが、フェーズドアレイではなく、１振動子型超音波探触子であっても、探傷断面に垂直な仮想面内方向の欠陥の向き及び長さを求めることができる。よって、当該超音波探傷装置では、より装置コストを抑えることができる。

さらに、当該超音波探傷装置では、探触子ユニットの回転角から欠陥の向きを得ているので、欠陥の向きを求めるための演算負荷を軽減することができる。

また、前記超音波探傷装置において、前記探触子ユニットの前記回転軸回りの回転角を検知する回転角センサを備え、前記演算手段は、前記探触子ユニットにより受信された各回転角での超音波の強度を該回転角と対応付けて記憶する記憶部と、該記憶部から該記憶部に記憶されている超音波の強度のうちで最小の強度に対応付けられている回転角を抽出してもよい。

当該超音波探傷装置では、欠陥の向きに対応する探傷子ユニットの回転角を自動的に取得することができる。

本発明では、探触子ユニットを構成する送信探触子及び受信探触子のいずれもが、フェーズドアレイではなく、１振動子型超音波探触子であっても、３以上の探傷断面での超音波探傷結果から、３以上の探傷断面のいずれにも垂直な仮想面内方向の欠陥の向き及び長さを求めることができる。

よって、本発明によれば、装置コストを抑えることができる。

本発明に係る第一実施形態における超音波探傷装置の構成を示す説明図である。 図１におけるII−II線断面図である。 本発明に係る第一実施形態における各探触子ユニットからの出力と被検体中の欠陥との関係を示す説明図である。 本発明に係る第一実施形態における各探触子ユニットからの出力で認識される見掛け上の欠陥長さと、探傷断面に垂直な仮想面内での欠陥の向き及び長さとの関係を示す説明図である。 本発明に係る第二実施形態における超音波探傷装置の構成を示す説明図である。 図５におけるＶI−ＶI線断面図である。 本発明に係る第二実施形態における超音波探傷装置の回転中の探触子ユニットを示す説明図である。 本発明に係る第二実施形態における探触子ユニットからの出力で認識される見掛け上の欠陥長さと、探傷断面に垂直な仮想面内での欠陥の向き及び長さとの関係を示す説明図である。

以下、本発明に係る超音波探傷装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

「第一実施形態」
まず、図１〜図４を参照して、超音波探傷装置の第一実施形態について説明する。

本実施形態の超音波探傷装置は、図２に示すように、被検体１に対して超音波Ｕを送信する送信探触子１１と、送信探触子１１が送信して被検体１を透過してきた超音波Ｕを受信する受信探触子１２とを有する探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃを備えている。これら送信探触子１１及び受信探触子１２は、いずれも、フェーズドアレイではなく、１振動子型超音波探触子である。

送信探触子１１及び受信探触子１２は、いずれも、探触子本体１３と、探触子本体１３と被検体１との間に配置されるシュー１４と、を有している。シュー１４は、その側面形状が例えば直角三角形状を成し、被検体１の表面に対して探触子本体１３の表面を傾斜させて、探触子本体１３による超音波の送受信の向きに対して、被検体１への超音波の入出力の向きを変えている。なお、ここでは、探触子本体１３とシュー１４とを別体であるが、探触子本体１３とシュー１４とは一体であってもよい。

被検体１は、２つの被接合部材２を突き合わせ溶接したもので、本実施形態の超音波探傷装置は、この被検体１中の溶接部３の欠陥４を有無、欠陥４の向き及び長さを検出する。

本実施形態の超音波探傷装置は、図１及び図２に示すように、３つの探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、３つの探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃを相互に連結する連結支持機構２０と、各探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃを駆動制御すると共に各探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの受信探触子１２が受信した超音波を解析して欠陥４の有無、欠陥４の向き及び長さを検出するコントローラ４０と、を備えている。

連結支持機構２０は、探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃを構成する送信探触子１１と受信探触子１２とを連結するための連結ロッド２１と、送信探触子１１及び受信探触子１２を連結ロッド２１に取り付けるための取付具２４と、探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃ毎の連結ロッド２１相互を連結する連結軸２８と、探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃ毎の連結ロッド２１が固定される支持枠３０と、を有している。

３つの探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃ毎の連結ロッド２１、つまり３つの連結ロッド２１は、それぞれの長手方向の中央で互いに重なって連結軸２８で連結されている。３つの連結ロッド２１のうち、第一連結ロッド２１ａに対して第二連結ロッド２１ｂが時計回り方向に４５°の角度を成し、第一連結ロッド２１ａに対して第三連結ロッド２１ｃが時計回り方向に９０°の角度を成すよう、支持枠３０に固定されている。第一連結ロッド２１ａに対して、反時計回り方向に４５°の角度を成す方向は、本実施形態の超音波探傷装置にとっての走査方向Ｓを成す。本実施形態では、この走査方向Ｓを基準した場合、時計回り方向に、第一連結ロッド２１ａが４５°の角度を成し、第二連結ロッド２１ｂが９０°の角度を成し、第三連結ロッドが２１ｃは１３５°の角度を成している。なお、以下では、第一連結ロッド２１ａに取り付けられている探触子ユニット１０ａを第一探触子ユニット、第二連結ロッド２１ｂに取り付けられている探触子ユニット１０ｂを第二探触子ユニット、第三連結ロッド２１ｃに取り付けられている探触子ユニット１０ｃを第三探触子ユニットとする。

各連結ロッド２１の両端部側には、連結軸２８が延びる方向に貫通し且つ連結ロッド２１の長手方向に延びる長孔２２が形成されている。

取付具２４（図２）は、送信探触子１１及び受信探触子１２の探触子本体１３に固定されている取付座２５と、取付座２５に取り付けられている連結ピン２６と、連結ピン２６の端部に捻じ込まれている留めボルト２７と、を有している。連結ピン２６は、連結ロッド２１の長孔２２に挿通されている。送信探触子１１及び受信探触子１２は、連結ロッド２１に対して、連結ピン２６と共に連結ロッド２１の長孔２２が延びている方向に相対移動させることができる。一方で、送信探触子１１及び受信探触子１２、さらに連結ピン２６は、留めボルト２７が連結ピン２６に捻じ込まれると、連結ロッド２１に対する相対移動が拘束される。このため、各探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの送信探触子１１及び受信探触子１２を連結ロッド２１に対して移動させることで、送信探触子１１と受信探触子１２との間の間隔を変えることができると共に、送信探触子１１と受信探触子１２とを目的の間隔で連結ロッド２１に固定することができる。

本実施形態では、送信探触子１１から被検体１を介して受信探触子１２が受信する超音波の伝播経路を通る被検体１内の面を探傷断面Ｐとし、３つの探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃ毎に超音波探傷装置にとっての探傷断面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が設定されている。３つの探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃ毎の探傷断面Ｐは、互いに異なる方向を向いて交わっており、各探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの探傷断面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、各探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃが取り付けられている連結ロッド２１ａ，２１ｂ，２１ｃが延びている方向に平行である。このため、第一探触子ユニット１０ａにとっての探傷断面Ｐ１は、走査方向Ｓに対して時計回り方向に４５°の角度を成し、第二探触子ユニット１０ｂにとっての探傷断面Ｐ２は、走査方向Ｓに対して時計回り方向に９０°を成し、第三探触子ユニット１０ｃにとっての探傷断面Ｐ３は、走査方向Ｓに対して時計回り方向に１３５°の角度を成している。

コントローラ４０は、探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃを駆動制御するための駆動制御回路４１と、この駆動制御回路４１に対して指示を与えると共に、探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの受信探触子１２が受信した超音波を解析して欠陥４の有無、欠陥４の向き及び長さを検出するＣＰＵ４２と、各種データ等を表示するディスプレイ４３と、メモリ４４とを有している。メモリ４４には、受信探触子１２が受信した超音波を解析して欠陥４の有無を検出するためや、欠陥４の向き及び長さを検出するためのプログラムが予め記憶されている。

なお、本実施形態において、多方向探傷手段は、３つの探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、これらを相互に連結する連結支持機構２０とを有して構成されている。また、演算手段は、このプログラムが記憶されているメモリ４４と、このプログラムを実行するＣＰＵ４２とを有して構成されている。

次に、以上で説明した本実施形態の超音波探傷装置の取扱い方及び動作について説明する。

まず、被検体１の厚さを考慮して、各探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの送信探触子１１から被検体１へ送信された超音波が被検体１の裏面で反射して受信探触子１２で受信されるよう、各探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの送信探触子１１と受信探触子１２との間隔を調整する。なお、各探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの送信探触子１１と受信探触子１２との間隔は、探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃ相互で同じである。

次に、被検体１の表面上に、３つの探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及びこの３つの探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃを相互に連結する連結支持機構２０を置く。この際、図１に示すように、連結支持機構２０の連結軸２８が被検体１の溶接部３上に位置し、超音波探傷装置にとっての走査方向Ｓが溶接部３の長手方向に平行になるよう、３つの探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び連結支持機構２０を被検体１の表面上にセットする。

次に、コントローラ４０により各探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃを駆動してから、３つの探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び連結支持機構２０を走査方向Ｓに移動させる、つまり被検体１の溶接部３に沿って移動させる。

３つの探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの移動により、コントローラ４０のＣＰＵ４２は、駆動制御回路４１を介して、各探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃから図３に示す出力を受け付ける。なお、図３中のグラフで横軸は走査方向Ｓでの探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの位置を示し、縦軸は探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの受信探触子１２が受信した超音波エコーの信号強度を示す。超音波エコーの信号強度は、欠損がある場合に低下する。このため、演算手段を構成するＣＰＵ４２は、各探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃからの当該探触子ユニットの位置に応じた超音波エコーの信号強度を解析して、信号強度が低くなり始めた探触子ユニットの位置から信号強度が再び元のレベルに戻った探触子ユニットの位置までの長さを、当該探触子ユニットにより検知された見掛け上の欠陥長さであると認識する。

ここで、仮に、探触子ユニットが第一探触子ユニット１０ａと第二探触子ユニット１０ｂの２つのみであるとする。この場合、図３に示すように、第一探触子ユニット１０ａの出力中で信号強度が低下している区間Ｓ１と第二探触子ユニット１０ｂの出力中で信号強度が低下している区間Ｓ２とが重なり合う領域Ａ中に欠陥４が存在することになる。しかしながら、この領域Ａにより特定される欠陥４は、第一探触子ユニット１０ａからの出力で信号強度が低くなり始めた位置に対応する欠陥４の端が、（−）走査方向Ｓ側の欠陥の端ｅ１である可能性と（＋）走査方向Ｓ側の欠陥の端ｅ２である可能性とがあり、欠陥４の向きを特定できない。このため、本実施形態では、欠陥４の向きを特定するために３つの探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃを設けている。

演算手段を構成するＣＰＵ４２は、各探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃからの出力を受け付けると、まず、前述したように、各探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの出力から、探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの出力毎の見掛け上の欠陥長さを認識する。

次に、ＣＰＵ４２は、第一探触子ユニット１０ａの出力から認識された欠陥４の見掛け上の長さＬ１と第三探触子ユニット１０ｃの出力から認識された欠陥４の見掛け上の長さＬ３との大小関係を比較し、Ｌ１＞Ｌ３であると判断した場合、この欠陥４は、（＋）走査方向Ｓ側の欠陥４の端が送信探触子１１側（図３及び４中の上側）に位置する向きを向いているとして、図４に示すように、走査方向Ｓに平行な仮想線を基準にして半時計回り方向の角度θを用いて欠陥４の向きを定める。

この際、ＣＰＵ４２は、第一探触子ユニット１０ａの出力から認識された欠陥４の見掛け上の長さＬ１と第二探触子ユニット１０ｂの出力から認識された欠陥４の見掛け上の長さＬ２とを、以下の（数１）に代入して、欠陥４の向きθを求める。
ｔａｎθ＝（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ２ ・・・・・・・・・・・（数１）

次に、ＣＰＵ４２は、欠陥４の向きθと第二探触子ユニット１０ｂの出力から認識された欠陥４の見掛け上の長さＬ２とを、以下の（数２）に代入して、欠陥４の長さＬ０を求める。
Ｌ０＝Ｌ２／ｃｏｓθ ・・・・・・・・・・・・・・・・（数２）

そして、ＣＰＵ４２は、求めた欠陥４の向きθ及び長さＬ０をディスプレイ４３に出力させる。なお、ここで求められ欠陥４の向きθ及び長さＬ０は、いずれも、３つの探傷断面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に対して垂直な仮想面、つまり被検体１の表面に平行な面内での欠陥４の向き及び長さである。

また、ＣＰＵ４２は、第一探触子ユニット１０ａの出力から認識された欠陥４の見掛け上の長さＬ１と第三探触子ユニット１０ｃの出力から認識された欠陥４の見掛け上の長さＬ３との大小関係を比較した結果、Ｌ１≦Ｌ３であると判断した場合、この欠陥４は、（−）走査方向Ｓ側の欠陥４の端が送信探触子１１側（図４中の上側）に位置する向きを向いているとして、走査方向Ｓに平行な仮想線を基準にして時計回り方向の角度θ’を用いて欠陥４の向きを定める。

この際、ＣＰＵ４２は、第一探触子ユニット１０ａの出力から認識された欠陥４の見掛け上の長さＬ１と第二探触子ユニット１０ｂの出力から認識された欠陥４の見掛け上の長さＬ２とを、以下の（数１ａ）に代入して欠陥４の向きθ’を求める。
ｔａｎθ’＝（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ２ ・・・・・・・・・・・（数１ａ）

次に、ＣＰＵ４２は、欠陥４の向きθ’と第二探触子ユニット１０ｂの出力から認識された欠陥４の見掛け上の長さＬ２とを、以下の（数２ａ）に代入して、欠陥４の長さＬ０を求める。
Ｌ０＝Ｌ２／ｃｏｓθ’ ・・・・・・・・・・・・・・・・（数２ａ）

そして、ＣＰＵ４２は、求めた欠陥４の向きθ’及び長さＬ０をディスプレイ４３に出力させる。

以上にように、本実施形態では、被検体１中の欠陥４の向き及び長さを検出することができる。しかも、本実施形態では、３つの探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃを用いているものの、各探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃを構成する送信探触子１１及び受信探触子１２は、いずれも、フェーズドアレイではなく、１振動子型超音波探触子であるため、装置コストを抑えることができる。

なお、本実施形態では、探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃ毎の連結ロッド２１と、取付具２４と、各連結ロッド２１相互を連結する連結軸２８と、各連結ロッド２１が固定される支持枠３０とを有して、連結支持機構２０を構成しているが、連結支持機構２０は、探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃ毎の探傷断面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が互いに異なる方向を向いて交わるよう、３つの探触子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃを相互に連結することができれば、如何なる機構であってもよい。

「第二実施形態」
次に、図５〜図８を参照して、超音波探傷装置の第二実施形態について説明する。

本実施形態の超音波探傷装置は、図５及び図６に示すように、１つの探触子ユニット１０と、この探触子ユニット１０にとっての探傷断面Ｐに沿い且つ送信探触子１１と受信探触子１２との間の中間を通る回転軸回りに探触子ユニット１０を回転可能に支持する支持機構２０ａと、探触子ユニット１０の回転角を検知する回転角センサ３９と、コントローラ４０ａとを備えている。

本実施形態の探触子ユニット１０は、第一実施形態の探触子ユニットと同じである。

支持機構２０ａは、探触子ユニット１０を構成する送信探触子１１と受信探触子１２とを連結するための連結ロッド２９と、送信探触子１１及び受信探触子１２を連結ロッド２９の取り付けるための取付具２４と、探触子ユニット１０の回転中心となる回転軸２８ａと、連結ロッド２９、回転軸２８ａ及び回転角センサ３９を支持する支持枠３０と、を有している。

連結ロッド２９の長手方向の中心には、回転軸２８ａが設けられている。また、連結ロッド２９の長手方向の両端部側には、第一実施形態の連結ロッド２１と同様、回転軸２８ａが伸びている方向に貫通し且つ連結ロッド２９の長手方向に延びる長孔２２が形成されている。

取付具２４は、第一実施形態の取付具２４と同様、送信探触子１１及び受信探触子１２の探触子本体１３に固定されている取付座２５と、取付座２５に取り付けられている連結ピン２６と、連結ピン２６の端部に捻じ込まれている留めボルト２７と、を有している。

支持枠３０ａは、矩形状の枠本体３１と、枠本体３１で互いに向かい合っている一対の枠梁相互を連結する連結梁３２とを有している。連結ロッド２９の中心に設けられている回転軸２８ａは、この連結梁３２の長手方向の中心に回転可能に取り付けられている。回転角センサ３９は、この連結梁３２上であって回転軸２８ａと対向する位置に固定されている。

コントローラ４０ａは、第一実施形態と同様、駆動制御回路４１とＣＰＵ４２とディスプレイ４３とメモリ４４とを有している。本実施形態の駆動制御回路４１は、探触子ユニット１０の送信探触子１１及び受信探触子１２を駆動制御すると共に、回転角センサ３９を駆動制御する。また、本実施形態のメモリ４４には、受信探触子１２が受信した超音波を解析して欠陥４の有無を検出するためや、欠陥４の向き及び長さを検出するためのプログラムが予め記憶されている。本実施形態は、第一実施形態と異なり、回転角センサ３９からの出力及び１つの探触子ユニット１０からの出力に基づいて被検体１中の欠陥４の有無や、欠陥４の向き及び長さを検出するものであるため、このプログラムは、第一実施形態のプログラムと異なっている。

なお、本実施形態において、多方向探傷手段は、１つの探触子ユニット１０と、これを回転可能に支持する支持機構２０ａとを有して構成されている。また、演算手段は、このプログラムが記憶されているメモリ４４と、このプログラムを実行するＣＰＵ４２とを有して構成されている。

次に、以上で説明した本実施形態の超音波探傷装置の取扱い方及び動作について説明する。

本実施形態においても、まず、探触子ユニット１０の送信探触子１１から被検体１へ送信された超音波が被検体１の裏面で反射して受信探触子１２で受信されるよう、探触子ユニット１０の送信探触子１１と受信探触子１２との間隔を調整する。

次に、被検体１の表面上に、探触子ユニット１０及びこの探触子ユニット１０を支持する支持機構２０ａを置く。この際、図５に示すように、支持機構２０ａの回転軸２８ａが被検体１の溶接部３上に位置し、探触子ユニット１０にとっての探傷断面Ｐが溶接部３の長手方向に対して例えば垂直になるよう、言い換えると、探触子ユニット１０を構成する送信探触子１１と受信探触子１２とを結ぶ線分が溶接部３の長手方向に対して例えば垂直になるよう、探触子ユニット１０及び支持機構２０ａを被検体１の表面上にセットする。

次に、コントローラ４０ａにより探触子ユニット１０を駆動してから、探触子ユニット１０及び支持機構２０ａを被検体１の溶接部３に沿って移動させる。本実施形態では、この移動方向が被検体１に対する超音波探傷装置の走査方向Ｓである。

コントローラ４０ａのＣＰＵ４２は、探触子ユニット１０の移動過程で、駆動制御回路４１を介して、探触子ユニット１０の出力を受け付ける。ＣＰＵ４２は、探触子ユニット１０からの出力を受け付けると、超音波エコーの信号強度が低下している区間があるか否かを判断し、超音波エコーの信号強度が低下している区間がある場合には、被検体１中に欠陥４が存在する旨と共に、走査方向Ｓでの欠陥４が存在している位置、つまり走査方向Ｓでの超音波エコーの信号強度が低下している区間をディスプレイ４３に表示させる。なお、ここでは、被検体１中に欠陥４が存在する旨及び欠陥４が存在している位置をディスプレイ４３に表示させているが、単に、探触子ユニット１０からの出力をそのままディスプレイ４３に表示されるようにしてもよい。この場合、この超音波探傷装置を扱っている取扱者がディスプレイ４３の表示内容から、被検体１中に欠陥４が存在するか否か、欠陥４が存在する場合にはこの欠陥４が存在している位置を把握する必要がある。

次に、図７に示すように、支持機構２０ａの回転軸２８ａが被検体１の溶接部３上であって、ディスプレイ４３に表示された欠陥４が存在している位置に位置するよう、探触子ユニット１０及び支持機構２０ａを被検体１の表面上に改めてセットする。

そして、支持機構２０ａの回転軸２８ａを中心として、探触子ユニット１０を少なくとも１８０°回転させる。コントローラ４０ａのＣＰＵ４２は、探触子ユニット１０の回転過程で、駆動制御回路４１を介して、探触子ユニット１０からの出力及び回転角センサ３９からの出力を受け付け、両出力を対応付けてメモリ４４に記憶する。つまり、ＣＰＵ４２は、探触子ユニット１０からの出力を探触子ユニット１０の回転角と対応付けてメモリ４４に記憶する。なお、探触子ユニット１０の移動方向である走査方向Ｓを基準として、探触子ユニット１０を時計回り方向に回転させた場合には、走査方向Ｓを基準として時計回り方向の角度が探触子ユニット１０の回転角となり、走査方向Ｓを基準として、探触子ユニット１０を反時計回り方向に回転させた場合には、走査方向Ｓを基準として反時計回り方向の角度が探触子ユニット１０の回転角となる。

ＣＰＵ４２は、次に、メモリ４４に記憶されている回転角毎の探触子ユニット１０からの出力のうちで、超音波エコーの信号強度が最小の出力を定め、この出力に対応付けられている回転角を抽出し、この回転角を欠陥４の向きとしてメモリ４４に記憶すると共にディスプレイ４３に表示させる。

探触子ユニット１０にとっての探傷断面Ｐが欠陥４が延びている方向に沿う方向を向いている場合、このときの探触子ユニット１０からの出力が示す超音波エコーの信号強度は最小になる。このため、本実施形態では、超音波エコーの信号強度が最小のときの回転角を欠陥４の向きとしている。なお、ここでは、ＣＰＵ４２が探触子ユニット１０からの出力と探触子ユニット１０の回転角とを対応付けてメモリ４４に記憶し、このメモリ４４から超音波エコーの信号強度が最小のときの回転角を抽出し、これを欠陥４の向きとしているが、単に、回転中の探触子ユニット１０からの出力をそのままディスプレイ４３に表示されるようにしてもよい。この場合、取扱者は、ディスプレイ４３の表示内容から、超音波エコーの信号強度が最小のときの回転角を欠陥４の向きとして把握する必要がある。

次に、探触子ユニット１０の回転角を超音波エコーの信号強度が最小のときの回転角と異なる角度にして、支持機構２０ａの回転軸２８ａが被検体１の溶接部３上に位置するよう、探触子ユニット１０及び支持機構２０ａを被検体１の表面上に再びセットする。

次に、探触子ユニット１０及び支持機構２０ａを走査方向Ｓに移動させる。

コントローラ４０ａのＣＰＵ４２は、この探触子ユニット１０の移動により、駆動制御回路４１を介して、探触子ユニット１０から図８に示す出力及び回転角センサ３９からの出力を受け付ける。なお、図８中のグラフで横軸は走査方向Ｓでの探触子ユニット１０の位置を示し、縦軸は探触子ユニット１０からの出力である超音波エコーの信号強度を示す。

ＣＰＵ４２は、探触子ユニット１０からの出力及び回転角センサ３９からの出力を受け付けると、この探触子ユニット１０の出力から認識された欠陥４の見掛け上の長さＬ４と、この回転角センサ３９からの出力である回転角θ４と、欠陥４の向きθとから、探傷断面Ｐに対して垂直な仮想面内、つまり被検体１の表面に平行な面内での欠陥４の長さＬ０を求める。

ここで、簡単のため、回転角センサ３９からの出力である回転角θ４は９０°であるとする。この場合、ＣＰＵ４２は、欠陥４の見掛け上の長さＬ４及び欠陥４の向きθを、以下の（数３）に代入して、探傷断面Ｐに対して垂直な仮想面内での欠陥４の長さＬ０を求める。
Ｌ０＝Ｌ４／ｃｏｓθ ・・・・・・・・・・・・・・・・（数３）

なお、最初の走査のとき探触子ユニット１０の回転角が、超音波エコーの信号強度が最小のときの回転角、つまり欠陥４の向きと異なっている場合には、ＣＰＵ４２は、最初の走査のとき探触子ユニット１０の回転角と最初の走査で認識された欠陥４の見掛け上の長さとを用いて、欠陥４の向きを求めた段階で、直ちに、欠陥４の長さを求めてもよい。この場合、二回目の走査は不要になる。

そして、ＣＰＵ４２は、求めた欠陥４の長さＬ０をディスプレイ４３に出力させる。

以上にように、本実施形態では、被検体１中の欠陥４の向き及び長さを検出することができる。また、本実施形態では、探触子ユニット１０の数量が１個であり、しかも、探触子ユニット１０を構成する送信探触子１１及び受信探触が、いずれもフェーズドアレイではなく、１振動子型超音波探触子であるため、第一実施形態よりもさらに装置コストを抑えることができる。

また、本実施形態では、被検体１中の欠陥４の向きを検出するために、ＣＰＵ４２による演算処理が不要になるため、第一実施形態よりもＣＰＵ４２の演算負荷を軽減することができる。

なお、本実施形態では、探触子ユニット１０を構成する送信探触子１１と受信探触子１２とを連結するための連結ロッド２９と、取付具２４と、探触子ユニット１０の回転中心となる回転軸２８ａと、この回転軸２８ａを支持する支持枠３０ａと有して、支持機構２０ａを構成しているが、支持機構２０ａは、探触子ユニット１０にとっての探傷断面Ｐに対して垂直な面内で探触子ユニット１０を回転可能に支持できるものであれば、如何なる機構であってもよい。

また、第一実施形態及び本実施形態では、欠陥長さを演算で求めているが、作図で求めてもよい。この場合、ＣＰＵ４２は、図３や図８に示す図をメモリ４４上に展開する。具体的には、ＣＰＵ４２は、探触子ユニットの出力と、この探触子ユニットの出力に関連付けて探触子ユニットの回転角の平行な線分とをメモリ４４上に展開すると共に、この線分で特定される欠陥４をメモリ４４上展開して、この欠陥４の長さ等を実測して求めることになる。

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…探触子ユニット、１１…送信探触子、１２…受信探触子、２０…連結支持機構、２０ａ…支持機構、２１，２９…連結ロッド、２８ａ…回転軸、３０、３０ａ…支持枠、３９…回転角センサ、４０…コントローラ、４１…駆動制御回路、４２…ＣＰＵ、４３…ディスプレイ、４４…メモリ

Claims (4)

1. 被検体に対して超音波を送信する送信探触子と、該送信探触子が送信して該被検体を透過してきた超音波を受信する受信探触子とを有する探触子ユニットを備えた超音波探傷装置において、
   前記探触子ユニットの前記送信探触子から前記被検体を介して前記受信探触子が受信する前記超音波の伝播経路を通る前記被検体内の面を探傷断面とし、該探触子ユニットを有すると共に、該探触子ユニットで、互いに異なる方向を向いて交わっている３以上の該探傷断面での超音波探傷を実行する多方向探傷手段と、
   前記多方向探傷手段が前記被検体の表面に沿った一方向に走査されることにより、前記多方向探傷手段により前記３以上の探傷断面での超音波探傷のそれぞれで欠陥が検出された場合に、各探傷断面での超音波探傷のそれぞれで受信された超音波の強度及び該超音波の強度の前記走査に伴う変化から定まる見掛け上の欠陥長さを用いて、前記３以上の探傷断面のいずれにも垂直な仮想面内方向の該欠陥の向き及び長さを求める演算手段と、
   を備えていることを特徴とする超音波探傷装置。
2. 請求項１に記載の超音波探傷装置において、
   前記多方向探傷手段は、３以上の前記探触子ユニットと、各探触子ユニットが超音波探傷を実行する前記探傷断面が互いに異なる方向を向いて交わるよう、３以上の該探触子ユニットを相互に連結する連結支持機構と、を有し、３以上の前記探触子ユニットのうち、第一探触子ユニットの探傷断面に対して第三探触子ユニットの探傷断面が９０°の角度で交わり、前記第一探触子ユニットの探傷端面に対して第二探触子ユニットの探傷断面が９０°を除く角度で交わり、
   前記演算手段は、前記３以上の探触子ユニットのそれぞれで欠陥が検出された場合、前記第一探触子ユニット及び前記第三探触子ユニットで受信された超音波の強度の前記走査に伴う変化から定まる各見かけ上の欠陥長さを用いて、欠陥の前記走査の方向における正側の端と前記欠陥の前記走査の方向における負側の端とのうち、いずれの端が前記第三探触子ユニットの前記受信探触子に対する前記送信探触子側に向いているかを定め、前記第一探触子ユニット及び前記第二探触子ユニットで受信された超音波の強度の前記走査に伴う(b)変化から定まる各見かけ上の欠陥長さを用いて、前記欠陥の正側の端と負側の端とうち、前記定めた端が前記送信探触子側に向いているとして、前記仮想面内方向の前記欠陥の向き及び長さを求める、
   ことを特徴とする超音波探傷装置。
3. 請求項１に記載の超音波探傷装置において、
   前記多方向探傷手段は、前記探触子ユニットと、該探触子ユニットにとっての前記探傷断面に沿い且つ前記送信探触子と前記受信探触子との間の中間を通る回転軸回りに該探触子ユニットを回転可能に支持する支持機構と、を有し、
   前記演算手段は、前記多方向探傷手段が前記被検体の表面に沿った一方向に走査されることにより、欠陥が検出された場合、該欠陥の位置で前記探触子ユニットを回転させて、各回転角で受信された超音波の強度のうちで最小の強度の回転角を用いて、前記仮想面内方向の前記欠陥の向きを求め、該最小の欠陥長さの回転角と異なる回転角にセットされた前記探触子ユニットを有する前記多方向探傷手段を前記一方向に走査することにより、前記探触子ユニットで受信された超音波の強度の前記走査に伴う変化から定まる見掛け上の欠陥長さと該欠陥の向きとを用いて、前記仮想面内方向の前記欠陥の長さを求める、
   ことを特徴とする超音波探傷装置。
4. 請求項３に記載の超音波探傷装置において、
   前記探触子ユニットの前記回転軸回りの回転角を検知する回転角センサを備え、
   前記演算手段は、前記探触子ユニットにより受信された各回転角での超音波の強度を該回転角と対応付けて記憶する記憶部と、該記憶部から該記憶部に記憶されている超音波の強度のうちで最小の強度に対応付けられている回転角を抽出する、
   ことを特徴とする超音波探傷装置。

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