JPH0157735B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は構造部材の内部欠陥、不連続形状部等
を開口合成方式の超音波探傷法で探傷する超音波
探傷装置に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

開口合成方式の超音波探傷法は第１図に示すよ
うに構造部材等の被検査体１の表面より、超音波
送受信用の単一振動子の探触子２にて被検査体１
の内部に向けて超音波ビームを広範囲な角度方向
に入射させ、同時に広範囲な角度方向から反射さ
れて来る内部欠陥３などからの超音波反射波を検
出し、これら検出反射波と超音波送受信用の探触
子２の移動位置検出信号により、探触子２の被検
査体１の表面上の移動範囲について被検査体１の
内部欠陥３からの反射波のビーム路程時間ｔから
内部欠陥３の検出を行うものである。

この方法の特徴は超音波ビームを被検査体１の
内部に向範囲に入射させ、この入射超音波ビーム
の材料内からの反射波を広範囲に検出するところ
にある。

一方、一般に被検査体の内部欠陥は超音波入射
波に対し、反射指向性を有しているため、任意の
方向からの超音波を入射方向に効率良く反射でき
ない場合が多い。

例えば溶接欠陥などにおいて生ずる割れ状の欠
陥等は強い反射指向性を有する。従つて、この方
法では超音波の送受信時の指向性が広く、且つ高
感度で送受信することが重要な要件とされる。

しかしながら、従来の開口合成方式の超音波探
傷装置においては第２図ａに示すように従来超音
波探触子２の指向角θを広くし、１回の超音波送
受信で広範囲な領域からの反射波を検出している
ため、各所にある内部欠陥３ａ，３ｂ，３ｃ及び
３ｄからの超音波反射波Ｅの検出信号レベルは第
２図ｂにSa，Sb，Sc，Sdで示す如く小さく、各
内部欠陥３ａ，〜３ｄからの超音波反射波の受信
信号は十分高いＳ／Ｎ比で検出することはできな
い。

これは超音波の送受波時の指向性を広くしてい
るため、各内部欠陥への送受波信号レベルが低下
することが大きな原因の一つとなつている。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みて成されたもので開口
合成方式の超音波探傷において超音波送波を高レ
ベルで実施し、被検査体内の所望探傷領域からの
反射波を高感度で検出することにより、被検査体
内の内部欠陥等の反射指向性の影響の少い高精度
な探傷を可能とし、また、探触子を移動させるこ
となく異なる位置での超音波受信信号を検出でき
る開口合成方式による超音波探傷装置を提供する
ことを目的とする。

〔発明の概要〕

即ち、本発明は上記目的を達成するため、超音
波の送受信を行う多数の振動子を並設して配設し
たアレイ型の探触子を用い、隣接するいくつかの
振動子を位相制御により励振し、電子走査による
セクタスキヤンの場合のように電子的に超音波を
ビーム状に絞り、これを扇状に首振り走査させて
超音波を送信すると共に受信は特定の単の振動子
で行い、セクタスキヤンによる超音波ビームの各
方向毎の受信信号を順次、加算合成して検出信号
とするようにし、各方向毎の超音波ビームはレベ
ルが高く、従つて内部欠陥からの超音波反射波の
検出出力を高レベル、高感度で得られるようにす
ると共に、励振する振動子群を選択することによ
り探触子の位置を動かすことなく超音波の送信位
置を変えることができるようにするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例について第３図〜第７
図を参照しながら説明する。

第３図は本発明の構成例を示したブロツク図で
ある。

本発明において第１の特徴とするところは超音
波送受信用の探触子として例えば超音波送受を行
う複数の振動子を直線状に並設配設したアレイ型
探触子を用いることであり、超音波の送信には電
子走査と同様に例えば隣接する複数の振動子を位
相制御により励振させて任意の方向及び範囲を超
音波走査し、また、受信には任意の一つの振動子
を用いて開口合成法による超音波探傷を行うよう
にした点にある。

また、もう一つの特徴は超音波の送波方向を前
記アレイ型探触子を励振する超音波送信用パルス
を前記各振動子に遅延させて送信することによつ
て電子走査型の超音波探傷法と同様に位相制御さ
せ、任意に制御し得るようにした点にある。

第３図の構成について説明すると３１は多数の
振動子３１₁〜３１_oを直線的に所定のピツチで並
設配設して成るアレイ型の探触子であり、また、
３２は送信器群で、超音波ビームの送波方向を設
定する送波方向設定器３３からの信号に基づいた
遅延時間制御器３４からの信号により設定方向に
超音波をビーム状に絞つて送波させるべく前記振
動子３１₁〜３１_oにパルスを送ることができる。

即ち、送波方向設定器３３は探触子３１のどの
位置よりどの方向に超音波ビームを送信するかを
設定すると共にその設定内容に応じた信号を出力
するものであり、超音波ビームの送信位置のシフ
トと各送信位置でのセクタスキヤン等の設定も行
える。

また、送信器群３３は各振動子３１₁〜３１_oに
対応して各々の振動子３１₁〜３１_oに各別に励振
用のパルスを与えるものであり、また、遅延時間
制御器３４は送波方向設定器３３の出力信号に応
じてその送波方向に超音波ビームを送波できるよ
う励振すべき隣接する所定数の一組の振動子の
各々の励振タイミングに見合う遅延時間を制御す
るものである。

従つて、送信器群３２は振動子３１₁〜３１_oの
数分の送信器で構成されているものであれば送信
位置に対応する前記一組分の振動子群に前記遅延
時間制御器３４の出力が入力されるよう機能し、
また、前記一組分の振動子数に対応する送信器数
で構成されていて超音波ビームの送信位置に対応
する振動子群を選択接続する構成のものであれば
所定の送信器に対して遅延時間制御器３４の所定
の出力を対応させて与えるような構成としてあ
る。

３５は受信器で探触子３１の任意に選定された
振動子３１₁により受波された超音波反射波の受
信信号を受けてこれを増幅する。３６は加算器で
あり、送波方向設定器３３の信号により送波方向
が変わる毎に超音波送波時点を基準に受信器３５
より出力される受信信号波形を書き込み、波形加
算を可能としたものである。

なお、加算器３６における遅延時間制御器３４
からの信号は各送波方向における送波タイミング
の基準等として用いられる。

本発明の構成例においては加算器３６は受信信
号波形を高速でデイジタル化し、デイジタル量で
加算するようにするが、他の加算方式で受信信号
を加算させるようにしても良い。また、加算器３
６で加算された受信信号群は所望の超音波送波方
向の変更による走査範囲ろ走査が終了した時点で
加算波形が出力されると共に加算器３６の内容が
クリアされるものである。

また、出力された加算波形は通常の開口合成方
式の超音波探傷法と同様に処理されるものであ
り、探触子３１の位置および受信用振動子３１₁
の位置とともに被検査体内の反射源の位置、形状
等を演算処理し、例えば画像表示させることを可
能としている。

次に上記構成の本装置の動作について説明す
る。

本装置においては超音波の送波方向を電子走査
法と同様な原理によつて任意に選定し得るため、
設定される送波方向に高レベルの超音波を送波し
得る。

即ち、送波方向設定器３３より所望の送波方向
を得るための信号を発生させると、この信号は遅
延時間制御器３４に与えられ、遅延時間制御器３
４は該送波方向を得るために前記一組分の振動子
の各々に与えるべき各遅延時間の遅延をもつて該
各々の振動子に対応する送信器群３２の送信器に
出力を与える。

一方、送信位置を示す信号が送波方向設定器３
３より出力されるため、送信位置に対応する一組
分の振動子に励振パルスが与えられるべく送信器
群３２の選択が成されているから、遅延時間制御
器３４の各出力は対応する送信器に入力され、こ
こで該出力に対応する遅延時間をもつて各送信器
から対応する振動子に励振パルスが与えられ、振
動子は励振される。

そのため、選択された前記一組分の振動子は
各々励振パルスの入力タイミングで励振され、そ
の結果、該一組分の各々の振動子からは位相制御
された超音波が送信され、各超音波は相互に干渉
して超音波ビームとなり、前記設定方向に送信さ
れる。

従つて、本装置においては送波方向設定器３３
をセクタスキヤンとなるように設定し、第４図ａ
に示すように超音波ビームUBを扇状に首振り走
査させてセクタスキヤンを行う。

そして、第４図ｂに示すようにこのセクタスキ
ヤンの範囲内の超音波反射波UEを探触子３１の
任意に選択された振動子を利用して受信し、受信
器３５を介して加算器３６に与え、ここに記憶さ
せる。

これはセクタスキヤンにおける各送波方向毎に
行われ、従つて加算器３６には次々に受信される
受信信号が加算されて記憶されてゆくことにな
る。

そのため、一つの位置でのセクタスキヤンが終
了した時点では加算された受信信号波形はこのセ
クタスキヤンによる扇状の走査範囲の各送波方向
からの全反射波を受信したと同じ効果を持つ信号
波形を有することになる。

一つのセクタスキヤンが終了すると加算器３６
の内容は出力され、またクリアされる。

以上のルーチンを第４図ｃにフローチヤートと
して示しておく。

第５図は本発明装置による被検査体１内の内部
欠陥探傷の一例を示す図であり、ａ図に示すよう
に被検査体１の表面に探触器３１を接触して設
け、探触器３１の所定位置より超音波ビームUB
をセクタスキヤンさせながら送波する。

今、被検査体１内に３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄで
示す如く内部欠陥が存在したとすると、超音波ビ
ームのスキヤンに伴い第５図ｂの〔１〕に示す如
く欠陥の存在しない方向では強い反射波のない雑
音成分主体の反射波が、また、欠陥の存在する方
向では欠陥部分からの強い反射を伴う〔２〕，
〔３〕，〔４〕の如き反射波が逐次検出される。こ
こでSaは内部欠陥３ａから、また、Sbは内部欠
陥３ｂから、Scは内部欠陥３ｃから、Sdは内部
欠陥３ｄから反射される反射波を示している。

従つて、セクタスキヤンが行われるにしたが
い、超音波ビーム送波方向に対する反射波が順に
検出され、加算器３６に距離との対応のもとに加
算記憶され、セクタスキヤン終了時にこの加算記
憶内容が出力される。

このような方式によれば送波時の超音波ビーム
は特定の方向となるためその送波方向の超音波ビ
ームは高レベルとなり、従つて送波方向にある内
部欠陥からの反射波も雑音成分に対して高いレベ
ルとなる。

更に各送波方向毎の反射波が加算器３６によつ
て順次加算されると雑音成分のようなランダムな
位相を有する信号はさらに低減されて欠陥部分か
らの受信信号だけが高感度に検出された加算波形
となる。従つて、Ｓ／Ｎ比の良い反射波の受信信
号が得られる。

また、本発明の変形例として第６図に示すよう
に複数個の振動子３１₁〜３１_oについてそれぞれ
受信器３５₁〜３５_oおよび加算器３６₁〜３６_oを
設け、超音波ビームのセクタスキヤンに伴い各々
の振動子３１₁〜３１_oで反射波の受信を行えば同
時に多数の受信位置での加算波形を得ることがで
きる。探傷を早く行うことができる。

また、第３図〜第５図にて説明した実施例では
受信は探触子の任意の一振動子を選定して行うよ
うにしたが、第７図ａ，ｂ，ｃに示すように超音
波ビームUBの送信はUB_tの如く定位置でセクタ
状に行い、受信用の振動子は逐次変えてその位置
での反射波UB_rを受信するようにし、各受信位置
での受信信号の加算信号波形それぜれ得るように
することもできる。

これにより探触子３１を移動させることなく多
くの検出位置からの加算信号波形を得ることがで
きるようになるため、探傷速度が向上する他、受
信用振動子の位置が高精度で与えられるため、受
信信号の演算処理なども容易となり、処理精度も
向上する。

更に本発明の装置により超音波送波時の振動子
群を任意に選定することにより被検査体への超音
波入射点を随時変更させたり、超音波ビームを必
要に応じて集束させたりすることなどが可能であ
り、被検査体の形状や寸法に応じたより高精度な
探傷が可能である。

なお、超音波送波方向によつて超音波ビーム入
射点が移動する場合にも受信用振動子を適宜、超
音波ビーム入射点対応の振動子に選定したり、受
信用振動子位置と超音波ビーム入射点位置の相対
距離を用いて演算するなどすれば、信号処理して
欠陥位置を高精度に検出することが容易となる。

また、送信用振動子群内に受信用振動子が含ま
れないようにして送受を全く別個に行うようにす
ることも可能である。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明は超音波の送受信を
行う多数の振動子を並設したアレイ型の探触子
と、この探触子の複数の振動子を位相制御して励
振し超音波ビームを電子走査により多方向に送波
させる装置と、前記振動子のうち任意のものを選
定し、その選定した振動子を受信用に使用すると
共にこの振動子の前記超音波ビーム送波方向毎の
受信信号を加算して合成する装置とを具備し、超
音波ビームを多方向に順次送波してその反射波は
任意の一つの振動子で検出し、超音波ビームの各
送波方向毎の受信信号を順次加算合成することに
より開口合成法による超音波受信信号を得るよう
にしたので、超音波はビーム状として送波される
から超音波ビームのレベルは高くなり、従つて欠
陥部分からの反射波も雑音成分に比べて高レベル
となる他、超音波ビームは電子走査により多方向
に順次送波されるので、広範囲の探傷が可能とな
り、従つて、従来困難であつた微小欠陥の検出が
超音波の減衰の大きい材料の探傷も十分に可能と
なり、また、欠陥等の超音波反射源が反射指向性
を有し、特定角度からの超音波に対してのみ正規
に反射するような場合でも超音波の送波位置を励
振すべき振動子群の選定によつて任意に変え、こ
れによつて高感度で探傷することができると共に
本装置では各送波方向の超音波ビーム毎の反射波
を順次加算して合成するようにしているため、ラ
ンダムな雑音成分は低減され、反射源からの信号
を高感度で検出でき、また受信用の振動子を任意
に選択できるため、探触子を移動させることなく
多くの位置で各々検出した受信信号の各々の加算
合成信号を得ることができるため、開口合成のた
めの探触子移動回数が低減でき、探傷を早く実施
することができ、また、探触子は移動させなくと
も済むことから位置精度も良くなり、探傷精度も
高くなるなどの特徴を有する超音波探傷装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を説明するための図、第２図
ａ，ｂは従来方式による探傷の様子とその検出し
た受信信号を示す図、第３図は本発明の一実施例
を示すブロツク図、第４図ａ，ｂ，ｃ，は本発明
装置の送受波の様子と動作のフローチヤートを示
す図、第５図ａ，ｂは本発明装置による探傷の様
子と各送波方向毎の受信波形及びその加算合成波
形を示す図、第６図は本発明の変形例を示すブロ
ツク図、第７図ａ，ｂ，ｃは超音波の送波位置を
一定としてセクタスキヤンを行わせ、受信位置の
み逐次変更する一例を説明するための図である。 １…被検査体、３１…探触子、３１₁〜３１_o…
振動子、３２…送信器群、３３…送波方向設定
器、３４…遅延時間制御器、３５，３５₁〜３５_o
…受信器、３６，３６₁〜３６_o…加算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 超音波の送受信を行なう多数の振動子を並設
   したアレイ型の探触子と、この探触子の複数の振
   動子を位相制御して超音波ビームを被検査体に対
   し多方向へ順次送波する装置と、前記各振動子の
   うち任意の一つの振動子を選定してこの振動子を
   受波用とし、前記多方向へ順次送波された各超音
   波ビームの前記被検査体による反射波を前記受波
   用の振動子で位相制御せずに各々受波し、その各
   受信信号を相互に加算合成して探傷のための信号
   処理に供する装置とを具備したことを特徴とする
   超音波探傷装置。