JP6973713B2 - 探傷装置 - Google Patents
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Description
上記探触子は、駆動信号に応じて超音波を生成するとともに、上記超音波が対象物としての管にて反射されることにより到来する反射波としての超音波に応じて検出信号を生成する、少なくとも1つの圧電素子を有する。
上記制御回路は、上記駆動信号を上記探触子に供給するとともに、上記探触子からの上記検出信号に基づいて上記対象物の欠陥を検出する。
上記探触子は、音響レンズを有する。上記音響レンズは、互いに対向する第1端面及び第2端面を有する。上記音響レンズの第1端面は、上記少なくとも1つの圧電素子が有する第3端面と接する。上記音響レンズの第2端面は、媒体を介して上記管の外表面と接する。上記音響レンズ及び上記少なくとも1つの圧電素子は、上記管の外表面に直交し且つ上記超音波の焦点位置を通る直線に対して斜めの角度から上記管に上記超音波を照射可能な形状を有する。
(概要)
第1実施形態の探傷装置は、探触子と、制御回路と、を備える。
探触子は、駆動信号に応じて超音波を生成するとともに、超音波が対象物にて反射されることにより到来する反射波としての超音波に応じて検出信号を生成する、少なくとも1つの圧電素子を有する。制御回路は、駆動信号を探触子に供給するとともに、探触子からの検出信号に基づいて対象物の欠陥を検出する。対象物は、溶接により形成されるとともに内表面及び外表面を有する管である。
第3端面は、第2端面が管の外表面と媒体を介して接している状態において、管のうちの外表面と内表面との間の焦点位置と、第3端面と、の間を超音波が伝搬するために要する伝搬時間が、第3端面内の任意の位置間で互いに一致する形状を有する。
以下、図2乃至図10に表されるように、X軸、Y軸及びZ軸を有する右手系の直交座標系を用いて、第1実施形態の探傷装置1を説明する。
図2に表されるように、探傷装置1は、探触子10と、駆動装置20と、支持体30と、媒体保持装置40と、制御回路50と、を備える。
パルサ部51は、中心周波数が所定の送信周波数に一致する超音波を探触子10が生成するための駆動信号を探触子10に供給する。中心周波数は、超音波が有する周波数の帯域の中心の周波数である。本例では、駆動信号は、スパイク状のパルス波である。なお、駆動信号は、矩形状のパルス波、又は、ステップ状のパルス波であってもよい。また、駆動信号は、バースト波であってもよい。本例では、送信周波数は、略10MHzの周波数(例えば、10MHz)である。なお、送信周波数は、5MHz乃至15MHzの周波数であってもよい。
図4は、探触子10の斜視図である。図5は、探触子10をZ軸の正方向にて見た図(換言すると、底面図)である。図6は、図5のI−I線により表される平面により切断された探触子10の断面をX軸の負方向にて見た図である。図7は、探触子10をY軸の正方向にて見た図(換言すると、左側面図)である。図8は、探触子10をY軸の負方向にて見た図(換言すると、右側面図)である。
図4乃至図7に表されるように、第1圧電素子14のうちの、Z軸の負方向側の端面は、曲面を形成する。第1圧電素子14の形状については、後述する。
上述したように、駆動制御部53は、探触子10の位置(換言すると、焦点位置FP)を、走査領域に含まれる複数の位置に順次に変更することにより走査領域を走査するように駆動装置20を制御する。パルサ部51は、探触子10の位置が変更される毎に、探触子10が超音波を生成するように駆動信号を探触子10へ供給する。
次に、探傷装置1の動作について説明する。
先ず、探傷装置1のユーザは、支持体30を管OBの外表面WOに固定する。これにより、支持体30は、探触子10のうちのZ軸の負方向側の端面EF0と、管OBの外表面WOと、の間の距離が、予め定められたギャップ距離に一致するように駆動装置20を支持する。
なお、図13に係る管OBにおける第2角度γは、10度であり、且つ、図13に係る探触子10における第1角度θは、30度である。
10 探触子
11 筐体
11a 収容空間
11a1 第1部分空間
11a2 第2部分空間
12 音響隔離体
13 第1バッキング体
14 第1圧電素子
15 第1音響レンズ
16 第2バッキング体
17 第2圧電素子
18 第2音響レンズ
20 駆動装置
30 支持体
40 媒体保持装置
50 制御回路
51 パルサ部
52 レシーバ部
53 駆動制御部
BM 母材部
CA 中心軸
EF0 端面
EF1 音響レンズの第1端面
EF2 音響レンズの第2端面
EF3 圧電素子の第3端面
FP 焦点位置
HZ 熱影響部
MD 媒体
OB 管
RL1 第1参照直線
RL2 第2参照直線
RP1 第1基準位置
RP2 第2基準位置
SL 基準直線
WI 内表面
WM 溶接金属部
WO 外表面
θ 第1角度
γ 第2角度
Claims (13)
- 中空の円柱形状であるとともに、中心軸に平行な直線に沿って溶接されることにより形成された管の欠陥を検出する探傷装置であって、
駆動信号に応じて超音波を生成するとともに、前記超音波が前記管にて反射されることにより到来する反射波としての超音波に応じて検出信号を生成する、少なくとも1つの圧電素子を有する探触子と、
前記駆動信号を前記探触子に供給するとともに、前記探触子からの前記検出信号に基づいて前記管の欠陥を検出する制御回路と、
前記探触子の、前記管の外表面に平行な方向における位置を所定のピッチ距離毎に変更可能な位置変更部と、
を備え、
前記探触子は、音響レンズを有し、
前記音響レンズは、互いに対向する第1端面及び第2端面を有し、
前記第1端面は、前記少なくとも1つの圧電素子が有する第3端面と接し、
前記第2端面は、媒体を介して前記管の外表面と接し、
前記音響レンズ及び前記少なくとも1つの圧電素子は、前記第3端面内の所定の基準位置と前記超音波の焦点位置との間を前記超音波が伝搬する経路のうちの、前記管の外表面と内表面との間の部分と、前記管の外表面に直交し且つ前記超音波の焦点位置を通る直線と、により、前記管の中心軸に直交する平面において形成される第1角度が15度乃至70度の角度であるように、前記管に前記超音波を照射可能な形状を有し、
前記制御回路は、前記焦点位置が互いに異なる複数の位置のそれぞれに一致するように前記探触子が移動することにより生成された、前記複数の位置のそれぞれに対する前記反射波の強度が、所定の閾値以上である場合、当該強度を第1強度に補正し、一方、前記反射波の強度が前記閾値よりも小さい場合、当該強度を第2強度に補正するとともに、前記補正された強度が前記第1強度である領域の数を検出し、前記領域の数に基づいて前記欠陥を検出する、探傷装置。 - 中空の円柱形状であるとともに、中心軸に平行な直線に沿って溶接されることにより形成された管の欠陥を検出する探傷装置であって、
駆動信号に応じて超音波を生成するとともに、前記超音波が前記管にて反射されることにより到来する反射波としての超音波に応じて検出信号を生成する、少なくとも1つの圧電素子を有する探触子と、
前記駆動信号を前記探触子に供給するとともに、前記探触子からの前記検出信号に基づいて前記管の欠陥を検出する制御回路と、
前記探触子の、前記管の外表面に平行な方向における位置を所定のピッチ距離毎に変更可能な位置変更部と、
を備え、
前記探触子は、音響レンズを有し、
前記音響レンズは、互いに対向する第1端面及び第2端面を有し、
前記第1端面は、前記少なくとも1つの圧電素子が有する第3端面と接し、
前記第2端面は、媒体を介して前記管の外表面と接し、
前記音響レンズ及び前記少なくとも1つの圧電素子は、前記第3端面内の所定の基準位置と前記超音波の焦点位置との間を前記超音波が伝搬する経路のうちの、前記管の外表面と内表面との間の部分と、前記管の外表面に直交し且つ前記超音波の焦点位置を通る直線と、により、前記管の中心軸に直交する平面において形成される第1角度が15度乃至70度の角度であるように、前記管に前記超音波を照射可能な形状を有し、
前記制御回路は、前記焦点位置が互いに異なる複数の位置のそれぞれに一致するように前記探触子が移動することにより生成された、前記複数の位置のそれぞれに対する前記反射波の強度が、所定の閾値以上である場合、当該強度を第1強度に補正し、一方、前記反射波の強度が前記閾値よりも小さい場合、当該強度を第2強度に補正するとともに、前記補正された強度が前記第1強度である領域の面積を検出し、前記面積に基づいて前記欠陥を検出する、探傷装置。 - 中空の円柱形状であるとともに、中心軸に平行な直線に沿って溶接されることにより形成された管の欠陥を検出する探傷装置であって、
駆動信号に応じて超音波を生成するとともに、前記超音波が前記管にて反射されることにより到来する反射波としての超音波に応じて検出信号を生成する、少なくとも1つの圧電素子を有する探触子と、
前記駆動信号を前記探触子に供給するとともに、前記探触子からの前記検出信号に基づいて前記管の欠陥を検出する制御回路と、
前記探触子の、前記管の外表面に平行な方向における位置を所定のピッチ距離毎に変更可能な位置変更部と、
を備え、
前記探触子は、音響レンズを有し、
前記音響レンズは、互いに対向する第1端面及び第2端面を有し、
前記第1端面は、前記少なくとも1つの圧電素子が有する第3端面と接し、
前記第2端面は、媒体を介して前記管の外表面と接し、
前記音響レンズ及び前記少なくとも1つの圧電素子は、前記第3端面内の所定の基準位置と前記超音波の焦点位置との間を前記超音波が伝搬する経路のうちの、前記管の外表面と内表面との間の部分と、前記管の外表面に直交し且つ前記超音波の焦点位置を通る直線と、により、前記管の中心軸に直交する平面において形成される第1角度が15度乃至70度の角度であるように、前記管に前記超音波を照射可能な形状を有し、
前記制御回路は、前記焦点位置が互いに異なる複数の位置のそれぞれに一致するように前記探触子が移動することにより生成された、前記複数の位置のそれぞれに対する前記反射波の強度が、所定の閾値以上である場合、当該強度を第1強度に補正し、一方、前記反射波の強度が前記閾値よりも小さい場合、当該強度を第2強度に補正し、前記補正された強度に基づいて前記欠陥を検出し、
前記閾値は、前記複数の位置のうちの、前記反射波の強度が前記閾値以上である位置の数を、前記複数の位置の総数により除した値が、所定の目標値に一致するように決定される、探傷装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の探傷装置であって、
前記超音波は、中心の周波数が略10MHzである帯域を有する、探傷装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の探傷装置であって、
前記第1角度は、略45度である、探傷装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の探傷装置であって、
前記焦点位置と前記管の外表面との間の距離は、略30mmである、探傷装置。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の探傷装置であって、
前記第2端面は、平面である、探傷装置。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の探傷装置であって、
前記ピッチ距離は、略1μmである、探傷装置。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の探傷装置であって、
前記少なくとも1つの圧電素子は、前記超音波を生成する第1圧電素子と、前記検出信号を生成する第2圧電素子と、を含む、探傷装置。 - 請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の探傷装置であって、
前記少なくとも1つの圧電素子は、0−3型のコンポジット圧電体を含む、探傷装置。 - 中空の円柱形状であるとともに、中心軸に平行な直線に沿って溶接されることにより形成された管の欠陥を検出する探傷方法であって、
少なくとも1つの圧電素子と音響レンズとを有し、前記音響レンズが、互いに対向する第1端面及び第2端面を有し、前記第1端面が、前記少なくとも1つの圧電素子が有する第3端面と接する探触子を、前記第2端面が、媒体を介して前記管の外表面と接するように配置し、
前記探触子の、前記管の外表面に平行な方向における位置を所定のピッチ距離毎に変更しながら検出工程を実行する、
ことを含み、
前記検出工程は、
前記探触子に駆動信号を供給し、
前記探触子が前記駆動信号に応じて前記管に超音波を照射し、
前記超音波が前記管にて反射されることにより到来する反射波としての超音波に応じて、前記探触子が検出信号を生成し、
前記検出信号に基づいて前記管の欠陥を検出する、
ことを含み、
前記第3端面内の所定の基準位置と前記照射された超音波の焦点位置との間を前記照射された超音波が伝搬する経路のうちの、前記管の外表面と内表面との間の部分と、前記管の外表面に直交し且つ前記焦点位置を通る直線と、により、前記管の中心軸に直交する平面において形成される第1角度は、15度乃至70度の角度であり、
前記検出工程は、前記焦点位置が互いに異なる複数の位置のそれぞれに一致するように前記探触子が移動することにより生成された、前記複数の位置のそれぞれに対する前記反射波の強度が、所定の閾値以上である場合、当該強度を第1強度に補正し、一方、前記反射波の強度が前記閾値よりも小さい場合、当該強度を第2強度に補正するとともに、前記補正された強度が前記第1強度である領域の数を検出し、前記領域の数に基づいて前記欠陥を検出する、ことを含む、探傷方法。 - 中空の円柱形状であるとともに、中心軸に平行な直線に沿って溶接されることにより形成された管の欠陥を検出する探傷方法であって、
少なくとも1つの圧電素子と音響レンズとを有し、前記音響レンズが、互いに対向する第1端面及び第2端面を有し、前記第1端面が、前記少なくとも1つの圧電素子が有する第3端面と接する探触子を、前記第2端面が、媒体を介して前記管の外表面と接するように配置し、
前記探触子の、前記管の外表面に平行な方向における位置を所定のピッチ距離毎に変更しながら検出工程を実行する、
ことを含み、
前記検出工程は、
前記探触子に駆動信号を供給し、
前記探触子が前記駆動信号に応じて前記管に超音波を照射し、
前記超音波が前記管にて反射されることにより到来する反射波としての超音波に応じて、前記探触子が検出信号を生成し、
前記検出信号に基づいて前記管の欠陥を検出する、
ことを含み、
前記第3端面内の所定の基準位置と前記照射された超音波の焦点位置との間を前記照射された超音波が伝搬する経路のうちの、前記管の外表面と内表面との間の部分と、前記管の外表面に直交し且つ前記焦点位置を通る直線と、により、前記管の中心軸に直交する平面において形成される第1角度は、15度乃至70度の角度であり、
前記検出工程は、前記焦点位置が互いに異なる複数の位置のそれぞれに一致するように前記探触子が移動することにより生成された、前記複数の位置のそれぞれに対する前記反射波の強度が、所定の閾値以上である場合、当該強度を第1強度に補正し、一方、前記反射波の強度が前記閾値よりも小さい場合、当該強度を第2強度に補正するとともに、前記補正された強度が前記第1強度である領域の面積を検出し、前記面積に基づいて前記欠陥を検出する、ことを含む、探傷方法。 - 中空の円柱形状であるとともに、中心軸に平行な直線に沿って溶接されることにより形成された管の欠陥を検出する探傷方法であって、
少なくとも1つの圧電素子と音響レンズとを有し、前記音響レンズが、互いに対向する第1端面及び第2端面を有し、前記第1端面が、前記少なくとも1つの圧電素子が有する第3端面と接する探触子を、前記第2端面が、媒体を介して前記管の外表面と接するように配置し、
前記探触子の、前記管の外表面に平行な方向における位置を所定のピッチ距離毎に変更しながら検出工程を実行する、
ことを含み、
前記検出工程は、
前記探触子に駆動信号を供給し、
前記探触子が前記駆動信号に応じて前記管に超音波を照射し、
前記超音波が前記管にて反射されることにより到来する反射波としての超音波に応じて、前記探触子が検出信号を生成し、
前記検出信号に基づいて前記管の欠陥を検出する、
ことを含み、
前記第3端面内の所定の基準位置と前記照射された超音波の焦点位置との間を前記照射された超音波が伝搬する経路のうちの、前記管の外表面と内表面との間の部分と、前記管の外表面に直交し且つ前記焦点位置を通る直線と、により、前記管の中心軸に直交する平面において形成される第1角度は、15度乃至70度の角度であり、
前記検出工程は、前記焦点位置が互いに異なる複数の位置のそれぞれに一致するように前記探触子が移動することにより生成された、前記複数の位置のそれぞれに対する前記反射波の強度が、所定の閾値以上である場合、当該強度を第1強度に補正し、一方、前記反射波の強度が前記閾値よりも小さい場合、当該強度を第2強度に補正し、前記補正された強度に基づいて前記欠陥を検出することを含み、
前記閾値は、前記複数の位置のうちの、前記反射波の強度が前記閾値以上である位置の数を、前記複数の位置の総数により除した値が、所定の目標値に一致するように決定される、探傷方法。
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