JPH02184756A - 水浸表面波用の探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、セラミックス、金属等の表面に水中において
水浸表面波を発生させる探触子に係わり、特に、被検体
の表面に等方性を有する水浸表面波を励起するのに好適
な水浸表面波用の探触子に関する。

〔従来の技術〕

水浸表面波は水中に浸漬された被検体の表面を含む表層
部に存在する欠陥を探傷するのに好適な波動であるが、
従来、水浸表面波を発生させる探触子としては、水中に
おいて平行な平面波を放射する通常の水浸用の垂直探触
子または斜角探触子が使用されており、被検体表面に水
浸表面波が発生するように該表面に対して探触子を一定
の角度だけ傾斜させて超音波ビームを入射している。第
２図にその一例を示す。図において１は水中に浸漬され
た被検体、Ｌａは被検体１の表面、２は同じく水中に浸
漬された前記通常の水浸探触子で、表面１ａに対する垂
直線χより角度θだけ傾斜して超音波を放射するように
保持されている。３は水浸探触子２より被検体表面１ａ
に入射された超音波ビームにより該表面１ａを含む表層
部に励起された水浸表面波である。この場合の角度θは
、水の音速をＶＷ、被検体１に励起される水浸表面波３
の音速をＶ、とすると下式により決まる。

＼そして被検体１の探傷は、水浸表面波３が前記表層部
にランダムに存在する微小欠陥（例えばヘアクラック等
）にできるだけ垂直に入射されるように、表面１ａに対
して上記角度θに保持された水浸探触子２を各種の方向
から走査して行なわれる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記従来の水浸探触子においては、被検体１の表層部に
励起される水浸表面波の伝搬方向が、前記角度θより放
射される超音波ビームの方向と同じ一方向のみであるか
ら、探傷の際、該方向の走査のみでは水浸表面波の伝搬
方向に存在し、且っ伝搬方向に対し直角方向に欠陥の面
が存在する欠陥が主として検出されるにとどまる。した
がって被検体にランダムに存在する欠陥を洩れなく探傷
するためには、該各欠陥の面に垂直方向から入射してで
きるだけ感度よく検出しなければならないから、少なく
とも互いに直角なχ、Ｉの方向から走査する必要がある
。そして欠陥が微小になるにつれて探傷感度も低下して
いくから、これを防止するためには、ＸＹの２方向だけ
でなく前記各欠陥にできるだけ垂直方向から入射される
ように方向の異なる走査方向を増加しなければならなか
った。そのため検査に長時間を要するのみならず、微小
欠陥を洩れなく検出することが困難である問題点を有し
ていた。

本発明は、上記の問題点に鑑み、被検体の表層部にラン
ダムに存在する欠陥を、探触子の保持方向によらずに探
傷できるようにし、検査時間を従来に比べて極端に短縮
することができる水浸表面波用の探触子を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明に係る水浸表面波用の探
触子は、筒形のケース内に、パルス信号の印加により圧
電振動して超音波を発振する振動子と、該振動子に一体
的に取り付けられ該振動子より発振する超音波を水中に
おいて一定の距離に焦点を結ぶように集束し、該表面に
等方性を有して伝搬する水浸表面波を励起する曲率の曲
面に形成した音響レンズとを内股したものである。

そして前記探触子に、前記振動子より音響レンズを介し
て水中に放射される超音波ビームのうち、被検体の表面
にほぼ垂直に入射される範囲の超音波ビームを被検体表
面に入射不能にするマスクを設けることが効果的である
。

さらにマスクは、上記音響レンズの曲面の中央部に取り
付けることが好ましい。

〔作用〕

上記構成からなる水浸表面波用の探触子にパルス信号が
印加されると、振動子は圧電振動して超音波を発振し、
該超音波は振動子と一体的に取り付けられている音響レ
ンズを介して水中に放射される。この場合、超音波を水
中に放射する音響レンズの曲面は、超音波ビームを水中
において一定距離に焦点を結ぶように集束させ、かつ超
音波ビームが被検体の表面に到達した場合に該表面に水
浸表面波を励起させる曲率に形成されているから、超音
波が該表面に垂直に入射するように保持することにより
、上記被検体の表面に励起した水浸表面波は、入射点す
なわち焦点を中心として該焦点から被検体の表面に等方
性を有して伝搬される。

伝搬した水浸表面波は、被検体の表層部に欠陥が存在し
ている場合は該欠陥から反射しその反射波が探触子に欠
陥エコーとして受信され、欠陥が存在していない場合は
反射波が発生せずエコーは受信されない。上記した状態
に探触子を保持して被検体表面を一定のピッチでχ及び
１方向に走査することにより、ランダムな方向に存在す
る欠陥であっても走査している間にはどこかで探触子が
欠陥の面に正対するときがあるので、洩れなく探傷する
ことが可能になる。

また、探触子に、被検体の表面にほぼ垂直に入射される
範囲の超音波ビームを被検体表面に入射不能にするマス
クを設けることにより、被検体表面において水浸表面波
を励起することなく該表面にて直接反射して探触子に受
信される入射角範囲の超音波ビームの入射を遮断しＳＮ
比を向上させることができる。そしてマスクを、レンズ
曲面に対応した大きさに設定してレンズ曲面の中央部に
取り付けることにより、上記被検体表面にて直接反射し
て探触子に受信される範囲の超音波ビームの入射の遮断
が一層効果的に行われる。

〔実施例〕

実施例について第１図を参照して説明する。図中第２図
と同符号のものは同じものを示す。図において４は円筒
または角筒からなる筒形のケース、５はケース４内に内
設された振動子で、本実施例の場合、円板状の電歪形の
振動子が使用されている。６は振動子５に一体的に取り
付けられた平凹形の音響レンズで、振動子５より発振す
る超音波ビームを水中において一定の距離だけ離れた焦
点Ｆに集束する。レンズ作用をする曲面６ａは、被検体
表面１ａに焦点Ｆが結ばれた際１表面１ａに焦点Ｆを中
心として等方性を有する水浸表面波３を励起する曲率に
形成されている。７は振動子５の背面に振動子５の保持
体を兼ねて取り付けられているダンパ、８は振動子５と
図示しない探傷器とを電気的に接続するケーブル、９は
音響レンズ６の曲面６ａの中央部に取り付けたマスク（
コリメータ）で、振動子５より音響レンズ６を介して水
中に放射される超音波ビームのうち、被検体表面１ａに
ほぼ垂直に入射される範囲の超音波ビームを表面１ａに
入射できないように遮断するものである。Ｐは上記ケー
ス４．振動子５．音響レンズ６゜ダンパ７、ケーブル８
およびマスク９よりなる水浸表面波用の探触子で、探傷
時に被検体表面１ａに垂直に対向させて保持され、被検
体１とともに水中に浸漬される。

振動子５にパルス信号を印加すると、振動子５は圧電振
動して超音波を発振し１発振された超音波は、音響レン
ズ６を介して水中に放射され曲面６ａのレンズ作用によ
り焦点Ｆに集束する。その際、該表面１ａにおいて焦点
Ｆを中心として水浸表面波３が励起され、励起された水
浸表面波３は、前記した曲率の曲面６ａよりの入射角度
により焦点Ｆから表面１ａに等方性を有して伝搬される
。

このため、探触子Ｐを一定のピッチで表面ｌａ上をχ、
ｙ方向１こ走査することにより、被検体１の表層部に欠
陥が存在する場合にはその欠陥の向きに１度は垂直な表
面波が入射するので欠陥から垂直に反射した反射波の欠
陥エコーを検出することができる。上記水浸表面波３の
等方性を有して伝搬される性質は、ランダムに存在する
欠陥に対して水浸表面波３を必ず垂直方向から入射し、
確実にその反射波の欠陥エコーを検出するから、存在す
る欠陥がたとえ微小であってもその欠陥から受信し得る
最高級の感度にて洩れなく検出することを可能にし、さ
らに上記性質は、被検体表面１ａ上の走査を一定のピッ
チでχおよび１方向からの走査で済ませられるから、従
来の複数入射角度方向からχ、およびｙ方向に走査して
いた探傷に比べて検査時間を１７２ないし数分の１に短
縮することが可能になる。

ところで、探傷中、探触子Ｐより放射される超音波ビー
ムは被検体表面１ａにおける焦点Ｆに集束されるが、被
検体表面１ａに対して垂直に近い角度で放射される範囲
がある。そしてこの範囲の超音波ビームは、表面１ａに
て反射しほとんど減衰することとなく探触子Ｐに受信さ
れるため、微小欠陥からの微弱な水浸表面波３のエコー
の検出を妨害することがある。マスク９は、この妨害の
発生を抑えるために設けられるが、前記の如く探触子Ｐ
より放射される超音波ビームのうち表面１ａに対して垂
直に近い角度で放射される範囲の超音波ビームを放射す
ることができないように遮断するとともに、焦点Ｆを中
心として表面　１ａに水浸表面波３を励起する角度で入
射する範囲の超音波ビームが放射されるように寸法が決
められる。

上記マスク９を設けることにより検出する欠陥エコーの
ＳＮ比を大きく向上させることができ、微小欠陥の検出
を確実に行うことができるようになる。なお、マスク９
を設ける位置は、前記した表面１ａに対して垂直に近い
角度で入射される範囲の超音波ビームを入射不能に遮断
することができればどこでもよいが、図示の如く音響レ
ンズ６の曲面６ａの中央部に取り付けることにより、簡
単な構成でしかも前記遮断を確実にすることができるの
で、またマスク９の寸法調整を容易に行うことができる
効果も有する。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に記載するような効果を奏する。

音響レンズが、該音響レンズの曲面により超音波ビーム
を集束して被検体表面に焦点を結ばせた際、被検体表面
に焦点を中心として等方性を有して伝搬する水浸表面波
を励起するように形成されているので、被検体の表層部
にランダムに存在する欠陥を、微小な欠陥であってもχ
およびν方向の１回のみの走査で探傷することができる
ので、検査時間を従来に比べて大幅に短縮することがで
きる。

そして、探触子にマスクを設けて、被検体表面にほぼ垂
直に入射される範囲の超音波ビームを遮断することによ
り、検出する欠陥エコーのＳＮ比を向上させることがで
き、微小欠陥の検出を確実かつ容易にすることができる
。

また、マスクを音響レンズの曲面に取り付けることによ
り、簡単な構成で確実に臆断することが可能で、またマ
スク寸法の調整も容易にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる水浸表面波用の探触子の全体断
面図とその使用状態の一例を示す図である。 第２図は従来の水浸表面波の発生要領説明図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．筒形のケース内に、パルス信号の印加により圧電振
   動して超音波を発振する振動子と、該振動子に一体的に
   取り付けられ該振動子より発振する超音波を水中におい
   て一定の距離に焦点を結ぶように集束し、かつ該焦点が
   被検体の表面に一致した際、該表面に前記焦点を中心と
   して等方性を有して伝搬する水浸表面波を励起する曲率
   の曲面に形成した音響レンズとを内設してなる水浸表面
   波用の探触子。
2. ２．前記探触子に、前記振動子より音響レンズを介して
   水中に放射される超音波ビームのうち、被検体の表面に
   ほぼ垂直に入射される範囲の超音波ビームを被検体表面
   に入射不能にするマスクを設けた請求項１記載の水浸表
   面波用の探触子。
3. ３．マスクを音響レンズの曲面の中央部に取り付けた請
   求項２記載の水浸表面波用の探触子。