JPH11512183A

JPH11512183A - 細長い構成品の超音波非破壊検査装置

Info

Publication number: JPH11512183A
Application number: JP9510898A
Authority: JP
Inventors: オリヴィエールブラート; クリストフデーアン; ギュイロームピエール
Original assignee: フラマトーム
Priority date: 1995-09-08
Filing date: 1996-08-28
Publication date: 1999-10-19
Also published as: TW336996B; EP0848815B1; EP0848815A1; DE69602205D1; CN1199464A; DE69602205T2; FR2738636B1; WO1997009614A1; ATE179253T1; FR2738636A1; CA2228675A1

Abstract

(57)【要約】トランスデューサ（５）の支持は、トランスデューサの能動表面の少なくとも１方向に圧電素子（６）が並列配置された能動表面からなる。超音波を反射する表面（７’）を有するミラー（７）が、トランスデューサ（５）の能動表面の方向に向けられている。反射表面（７’）は、各圧電素子（６）からの超音波を細長い物品（２）の表面の連続的帯域に伝送し、物品（２）の表面により反射された超音波を圧電素子に向かって戻すような方向に向けられている。トランスデューサ（５）とミラー（７）の間の距離を軸方向に調節できるように、トランスデューサはミラーに接続されている。本発明は、詳細には、外側又は内側からのチューブの検査に、より詳細には、原子炉の蒸気発生器管又は燃料アセンブリの被覆管の検査に適用される。

Description

【発明の詳細な説明】細長い構成品の超音波非破壊検査装置本発明は、多素子超音波トランスデューサ及びミラーを含んだ、横断面がほぼ一定の細長い構成品の非破壊検査装置に関する。フランス出願書第２，６７０，８９８号は、熱交換器チューブ、形鋼又はレールのような横断面がほぼ一定の細長い構成品の非破壊検査装置を開示している。かかる検査装置は、検査対象の細長い構成品の表面の形状に対応した形状の能動表面を有する超音波トランスデューサを含んでおり、この能動表面は細長い構成品の表面に対向して配置されており、トランスデューサは検査対象の構成品の縦方向に沿って動かされる。複数の圧電素子がトランスデューサの能動表面上に隣接して固定されており、励起手段が圧電素子に接続されており、干渉性超音波ビームを放射及び受信時に強め、検査対象の細長い構成品の周方向走査を行うために駆動される。検査対象の構成品の方向に干渉性超音波ビームを発生させるために、トランデューサの並列圧電素子のグループが相対振幅及び相対位相で励起される。超音波は検査対象の構成品により圧電素子に戻される。受信グループの圧電素子に達した超音波信号はこのグループの各素子により独立の電気信号に変換される。相対増幅及び相対位相偏位がこれらの信号の各々に割当てられる。得られた信号は加算され、細長い構成品の欠陥を検出し、位置を特定することを可能にする収集・解析手段により解析される。放射についても、受信についても、同じグループの圧電素子により、又は重合いの有無にかかわらず隣接する圧電素子の異なるグループにより、又は異なる、離れ離れの圧電素子のグループにより行うことができる。装置の感度を高めるために、トランスデューサの能動表面は、検査対象の構成品の方向を向いた凹形表面を有しており、圧電素子はトランスデューサの能動表面の軸方向の湾曲母線に沿って配置されている。従って、圧電素子から発生した超音波ビームは検査対象の細長い構成品の軸方向に集束する。かかる装置により、非常に高い精度で検査を行うことが可能であり、例えば、チューブ又は形鋼のような、細長い構成品の表面全体にわたって小さな欠陥を検出することが可能になる。さらに、検査はただ単にトランスデューサを検査対象の構成品の縦方向に動かすことにより行われ、細長い構成品の縦軸のまわりでトランスデューサを回転させる必要はない。構成品の周方向走査は、トランスデューサの並列配置圧電素子のグループに逐次電力を供給することにより、完全に電子的に行われる。完全に電子的な手段により、細長い構成品を一定の深さまで走査することも可能である。しかし、検査対象の構成品の縦方向への集束を実現するためには、圧電素子をトランスデューサの能動表面の湾曲母線に沿って配置することが必要である。従って、かかる装置は、回転運動部及びトランスデューサを回転させるためのモータ手段を含まないという利点を有する。しかし、この公知の装置の場合、圧電素子を備えたトランスデューサの表面を検査対象の構成品の横断面の形状に調和させなければならない。従って、検査対象の製品又は物品の各々に適合した多素子トランスデューサを設計し、セットアップすることが必要になる。その結果、形状の異なる多数の構成品の検査に適した装置を製造するための設計、開発及び製造コストが高くなることもある。トランスデューサ及びミラーを含み、トランスデューサから発生した超音波ビームを検査対象の表面に向けるためにミラーを使用する超音波検査装置も公知である。細長い構成品の表面を検査する場合、構成品の表面の周方向走査は、トランスデューサを回転させることにより行ってもよいし、ミラーだけを回転させることにより行ってもよい。両方の場合とも、装置の両部分の一方を回転させるための機械的手段が必要である。この場合、電子走査の使用時に実現される検査精度及び速度という利点が得られなくなる。さらに、超音波トランスデューサとミラーを組合わせた公知の非破壊検査装置は、例えば、様々な直径及び様々な厚さを有するパイプのような、サイズの異なる構成品の検査に適するようには設計されていない。従って、本発明の目的は、多素子超音波トランスデューサと、超音波を反射するためのミラーを含んだ、横断面がほぼ一定の細長い構成品の超音波非破壊検査装置を提供することにあり、トランスデューサは、細長い構成品の少なくとも一部に対向してのび、その少なくとも１方向に圧電素子が並列配置されている少なくとも１つの能動表面を有する支持と、圧電素子に接続されており、細長い構成品の少なくとも１方向において干渉性ビームを強め、電子的走査を行うために駆動される、超音波を放射するためにトランスデューサを励起する手段と、トランスデューサからの電圧を収集及び解析するための手段を含んでおり、ミラーは、各圧電素子からの超音波を細長い構成品の表面の連続的帯域に伝達し、細長い構成品の表面により反射された超音波を圧電素子に戻す方向を向いたトランスデューサ表面の反対方向に超音波を反射する表面を有しており、この検査装置の場合、軸対称形又は非対称形のこともある横断面及び寸法の異なる細長い構成品の検査に、多額の費用をかけずに簡単に適応させることが可能である。この目的のために、トランスデューサの支持は、共通軸方向におけるトランスデューサとミラーの距離が調節可能な方法でミラーに接続されている。本発明への理解を深めるために、添付図面に言及しながら、外側及び内側からのチューブの検査や様々な形状の形材の検査に使用される本発明による装置の若干の実施の形態の非制限的実例により説明を行う。第１図は、外側からのチューブの検査に使用される本発明による装置の軸方向平面についての略断面図である。第２図は、内側からのチューブの検査に使用される本発明による装置の軸方向平面についての略断面図である。第３Ａ図は、外側からのチューブの検査に使用され、直線平面能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明及び５つの代替形態の１つによる装置の断面図である。第３Ｂ図は、外側からのチューブの検査に使用され、直線平面能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明及び５つの代替形態の１つによる装置の断面図である。第３Ｃ図は、外側からのチューブの検査に使用され、直線平面能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明及び５つの代替形態の１つによる装置の断面図である。第３Ｄ図は、外側からのチューブの検査に使用され、直線平面能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明及び５つの代替形態の１つによる装置の断面図である。第３Ｅ図は、外側からのチューブの検査に使用され、直線平面能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明及び５つの代替形態の１つによる装置の断面図である。第３Ｆ図は、異なる入射角を有する２つのビームの使用により外側からのチューブの検査を可能にする本発明及び第６の代替形態による装置の軸方向断面図である。第４Ａ図は、外側からのチューブの検査に使用され、直線又は湾曲母線を有する軸対称形能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明及び６つの代替形態の１つによる装置の断面図である。第４Ｂ図は、外側からのチューブの検査に使用され、直線又は湾曲母線を有する軸対称形能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明及び６つの代替形態の１つによる装置の断面図である。第４Ｃ図は、外側からのチューブの検査に使用され、直線又は湾曲母線を有する軸対称形能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明及び６つの代替形態の１つによる装置の断面図である。第４Ｄ図は、外側からのチューブの検査に使用され、直線又は湾曲母線を有する軸対称形能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明及び６つの代替形態の１つによる装置の断面図である。第４Ｅ図は、外側からのチューブの検査に使用され、直線又は湾曲母線を有する軸対称形能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明及び６つの代替形態の１つによる装置の断面図である。第４Ｆ図は、外側からのチューブの検査に使用され、直線又は湾曲母線を有する軸対称形能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明及び６つの代替形態の１つによる装置の断面図である。第５Ａ図は、第３Ａ図の５−５についての図と同様な、本発明によるトランスデューサの２つの実施の形態の１つの横断面図である。第５Ｂ図は、第３Ａ図の５−５についての図と同様な、本発明によるトランスデューサの２つの実施の形態の１つの横断面図である。第６Ａ図は、内側からのチューブの検査に使用され、直線平面能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明及び５つの代替形態の１つによる装置の軸方向断面図である。第６Ｂ図は、内側からのチューブの検査に使用され、直線平面能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明及び５つの代替形態の１つによる装置の軸方向断面図である。第６Ｃ図は、内側からのチューブの検査に使用され、直線平面能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明及び５つの代替形態の１つによる装置の軸方向断面図である。第６Ｄ図は、内側からのチューブの検査に使用され、直線平面能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明及び５つの代替形態の１つによる装置の軸方向断面図である。第６Ｅ図は、内側からのチューブの検査に使用され、直線平面能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明及び５つの代替形態の１つによる装置の軸方向断面図である。第６Ｆ図は、異なる入射角を有する２つのビームの使用により内側からのチューブの検査を可能にする本発明及び第６の代替形態による装置の軸方向断面図である。第７Ａ図は、第６Ａ図の７−７についての図と同様な、本発明によるトランスデューサの２つの実施の形態の１つの横断面図である。第７Ｂ図は、第６Ａ図の７−７についての図と同様な、本発明によるトランスデューサの２つの実施の形態の１つの横断面図である。第８Ａ図は、内側からのチューブの検査に使用され、直線又は湾曲母線を有する軸対称形能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明による装置の断面図である。第８Ｂ図は、内側からのチューブの検査に使用され、直線又は湾曲母線を有する軸対称形能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明による装置の断面図である。第８Ｃ図は、内側からのチューブの検査に使用され、直線又は湾曲母線を有する軸対称形能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明による装置の断面図である。第８Ｄ図は、内側からのチューブの検査に使用され、直線又は湾曲母線を有する軸対称形能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明による装置の断面図である。第８Ｅ図は、内側からのチューブの検査に使用され、直線又は湾曲母線を有する軸対称形能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明による装置の断面図である。第８Ｆ図は、内側からのチューブの検査に使用され、直線又は湾曲母線を有する軸対称形能動表面を有するトランスデューサを含んだ本発明による装置の断面図である。第９図は、レールの検査に使用できる本発明による装置のトランスデューサの第１０図の線９−９についての図である。第１０図は、レールを検査するための装置の第９図の１０に沿ってミラーを備えたトランスデューサの断面図である。第１１図は、湾曲薄板の検査に使用できる本発明による装置の斜視図である。第１図は、一般的に照合番号１が付けてあるプローブを示したものであり、このプローブは、例えば、外径が約２０mmの蒸気発生器管又は外径が約１０mmの燃料棒被覆のような、チューブ２を外側から検査するために使用することができる。検査プローブ１は支持３を含んでおり、支持３は例えばチューブ状にすることができ、その内部には、リングの形状を有することができる２つのガイドエレメント４ａ及び４ｂが固定され、これらのガイドエレメントの内径が検査対象のチューブ２の外径よりも若干大きくしてあるか、又は、これらのガイドエレメントが変形できるようにしてあり、その結果、隙間なしのガイドを行いつつ、その内径が検査対象のチューブの外径の若干の変動には適応することができる。従って、直径が完全に一定ではないチューブ又は直径が若干異なるチューブを検査するためにプローブを使用することが可能である。プローブ１のチューブ状体３の内部には、環状のトランスデューサ支持５も配置されており、この支持５の上には、圧電素子６と、圧電素子６から発生した超音波ビームをチューブ２の外側表面に、さらには逆にチューブ２から素子６に戻すことが可能な環状のミラー７が固定されている。プローブ本体３の上に固定されているのは、一対の導体９によりトランスデューサ支持５の圧電素子６に接続された電子モジュール１０であり、圧電素子６に逐次的に電流を供給し、圧電素子６からの電流の連続的測定を回復する。電子モジュールは、図示せぬ制御ユニットの測定値の使用及び表示のための手段に接続されている。モータ手段又は手動によりチューブ２をその全長にわたって検査するために、矢印８又は８’により示したように、本発明による検査プローブ１をチューブの軸方向に動かすこともできるし、あるいは又、チューブ２をプローブ１に関してその軸方向に動かすこともできる。第２図は、内側からのチューブの検査に使用できる本発明による装置の検査プローブ１１を示したものである。プローブ１１は、剛性ロッド又は可撓性ケーブル製のどちらでもよいプローブ支持１３を含んでおり、このプローブ支持１３には、チューブ１２の内径よりも外径が若干小さい２つのガイドディスク１４ａ及び１４ｂが係合している。これらのガイドディスクは、１本のチューブ又はチューブ毎の内径の若干の変動を受入れつつプローブを隙間なしで位置決めすることを可能にするように変形することができる。プローブ支持１３の支持１４ａ及び１４ｂの間には、圧電素子１６及びミラー１７を備えたトランスデューサ支持１５も係合しており、ミラー１７の反射表面は、検査作業中にはチューブ１２の軸と一致する支持１３の軸に関して軸対称形である形状を有する。トランスデューサ１５の圧電素子１６は、一対の導体１９により、プローブ支持１３の上に固定すること、又はチューブ１２の外側に静止するように配置することができる電子モジュール２０に接続されている。電子モジュール２０は、トランスデューサ１５により供給された測定値の記録及び表示のための手段を含む制御ステーションの処理ユニットに接続されているか、又は組込まれている。第３Ａ図は、第１図に示した検査プローブと同一のものでもよく、外側からのチューブ２の検査を可能にする本発明による検査プローブのトランスデューサ５及びミラー７ａを示したものである。第３Ａ図、第５Ａ図、第５Ｂ図から分かるように、トランスデューサ支持５は、ミラー７ａの反射面７’の方向に向けられた環状平面表面を含む横断面がほぼ正方形のリングの形状を有し、その表面上には圧電素子６が並列固定されている。圧電素子６は、３６０°／ｎに等しい角度を間に形成する２つの側面を有しており、ここに、ｎは支持５の環状表面上に周方向に並列配置されたトランスデューサ６の数であり、小さな圧電プレート６の側面は支持５の半径方向に沿う方向に向けられている。電子手段によるチューブの走査の際の解像度を非常に高いものにするためには、チューブ２の外側表面を完全に囲むことを目的とした支持５の表面上に並列配置した数１０又は数１００の圧電素子を使用することが可能である。第５Ｂ図に示したように、圧電素子６’をトランスデューサ支持の能動表面上の周方向だけではなく半径方向の並列位置にも配置することが可能である。この配置により、圧電素子の（半径方向及び周方向）切断線に対して垂直な２つの方向への可変集束及び偏向が実現される。特に、電子制御手段により半径方向及び軸方向平面における超音波ビームの入射角を変えることが可能である。圧電素子６（又は６’）は、トランスデューサ支持５を貫通している給電導体及び測定信号収集導体に接続されている。ミラー７ａは環状であり、ミラーの軸を形成する軸を有する円錐台形状の反射表面７’ａを備えている。トランスデューサ５及びミラー７ａは、両方が相互にしっかりと保持され、ミラー７ａの軸が環状トランスデューサ支持５の軸と一致するような方法で、同じ支持上に固定されている。反射表面７’ａは、圧電素子６を備えたトランスデューサ５の平面環状表面に方向に向けられている。軸方向におけるトランスデューサ５とミラー７ａの反射表面７’ａの距離を調節できるような方法で、トランスデューサ５及びミラー７ａを取付けることが可能である。従って、圧電素子とチューブ２の外側表面の間における超音波ビームの移動距離を調節することと、従って、同じ装置であっても、軸方向におけるトランスデューサとミラーの間の簡単な相対運動という手段により様々な直径及び／又は様々な厚さのチューブに適応することが可能である。圧電素子６を励起させる場合、そのための電力は、第５Ａ図及び第５Ｂ図に矢印２２により示したように、トランスデューサ５の周方向に連続又は不連続の圧電素子６のグループにより逐次的に供給され、２１ａのような超音波ビームは連続圧電素子６の各々によりミラー７ａの反射表面７’ａに向かって放射される。圧電素子を励起させ、チューブのまわりの１つ以上の螺旋（例えば、２、３又は４つの螺旋）が描かれるようにチューブと検査装置を相対運動させることが可能である。例えば、より詳細な解析を欠陥が検出された帯域において行うために、走査条件を変更することにより、チューブの１つの帯域に複数の連続的な通路を作ることが可能である。２１ａのような超音波ビームの各々はミラー７ａの表面７’ａにより検査対象のチューブ２の外側表面に向かって反射される。超音波ビームは、反射表面７’ａからの反射の後に、チューブ２の壁により圧電素子に戻される。圧電素子により供給される測定電圧は収集され、チューブ２の壁の中における欠陥の存在の可能性を検出するために解析される。電力をトランスデューサ５の圧電素子６のグループに連続的に供給することにより、ミラー７ａと整列して垂直に配置された帯域においては、周方向に、さらには、１つ以上の螺旋に沿って、チューブ２を走査することが可能である。プローブをチューブの軸方向に動かすことにより、チューブの外側表面全体を走査することが可能である。プローブと検査対象のチューブ２の外側表面の間には、継手流体が保持されている。トランスデューサ５とミラー７ａの距離を変えることにより、継手流体の中における超音波ビームの移動長さを変えることが可能である。従って、全体が平面の圧電素子が固定してある能動表面を有し、それにより製造が大幅に簡素化されたトランスデューサを使用することにより、周方向電子走査によるチューブの検査が可能である。この結果は、例えば円錐形表面のような、軸対称形表面の形状を有する反射表面を備えたミラーを使用することにより得られる。ミラー７ａの反射表面７’ａの母線は、検査中には、チューブの軸方向に対応するトランスデューサの軸方向とともに角度α_aを形成する。角度α_aは、ビーム２１が垂直入射するように選ばれる、つまり、ビームはチューブ２の外側表面に対して半径方向に入射する。角度α_aは一般的に４５°である。反射表面の母線と軸方向との角度αを変えることにより、チューブ２の半径方向以外の方向からチューブ２の外側表面に入射する超音波ビームを得ることも可能である。第３Ｂ図では、ミラー７ｂは、ミラー及びプローブの軸方向と角度α_bを形成する母線を有する反射表面７’ｂを備えており、角度α_bは、測定中のプローブの軸方向運動が、プローブの前方にミラーがくるような方向のものであると仮定すれば、超音波ビーム２１ｂが垂直方向に関して前方にチューブ２の外部表面に入射するような角度である。対照的に、第３Ｃ図では、ミラー７ｃは、ビーム２１ｃがチューブの半径方向に関して後部に入射するように、トランスデューサの軸方向と角度α_cを形成する母線を有する円錐台形状の反射表面７’ｃを備えている。従って、特定のタイプの探索を最適化するように、チューブの壁への超音波ビームの入射角を調節することが可能である。第３Ａ、第３Ｂ、第３Ｃ図の実施の形態の場合、超音波ビームは、ミラーの表面の形状のためにチューブ２の軸方向には集束しない平行なビームである。第３Ｄ図は、チューブ２の外側表面の方向を向いた凹面を有する凹トロイド形状の反射表面７’ｄを有するミラー７ｄを含んでいる。超音波ビーム２１ｄはその後、軸方向に集束する形で、ミラーの反射表面７ｄとチューブ２の外側表面の間に集中する。第３Ｅ図では、ミラー７ｅは、プローブの軸に関して軸対称形の反射表面７’ ｅを有しており、この表面は凸形で、チューブ２の外側表面の方向を向いている。超音波ビーム２１ｄはその後、反射表面７’ｅとチューブ２の外側表面の間で発散する。このことは、焦点を拡大するか、又はチューブ２の壁でのビームの集束ずれを起こす効果を有する。従って、本発明による装置により、軸方向における超音波ビームの軸の入射角、及び軸方向におけるビームの集束又は集束ずれの調節が非常に簡単になる。第３Ｆ図は、圧電素子６が固定される平面を有する環状形状のトランスデューサ支持５を示したものである。ミラー７ｆは、プローブの軸方向と異なる角度を形成する母線を有する円錐台形状（又はトロイド形状）の２つの連続部を備えた反射表面７’ｆを有する。この方法により、２つの反射ビーム２１’ｆ及び２１”ｆが、トランスデューサ５から発生した入射ビーム２１ｆから得られる。ビーム２１’ｆはプローブの後部に向けられ、ビーム２１”ｆは前方に向けられている。従って、プローブをチューブ２の軸方向に動かしている間に、異なる入射角を有する２つの超音波ビームによる二重走査が行われ、例えば、様々なタイプの欠陥を同時に探索することが可能になる。第３Ａ図〜第３Ｆ図に示したプローブのセットは、圧電素子が固定される能動表面が平面である同一の超音波トランスデューサ５を含んでおり、超音波ビームは、チューブの表面に関する傾斜角の観点から適応させられるか、又は、トランスデューサと組合わせられたミラーをただ単に交換することにより集束又は集束ずれさせられる。チューブの外部円筒形表面は、形状を適応させることもできる、例えば円錐形又はトロイド形のような、軸対称形表面を有するミラーによる超音波ビームの反射により、トランスデューサの平面能動表面により走査される。圧電素子が固定される軸対称形トランスデューサ能動表面を製造するよりは、例えば円錐形又はトロイド形のような、軸対称形表面を有するミラーを製造する方が技術的には簡単である。しかし、場合によっては、細長い構成品の欠陥の精密なチェックには、母線が直線又はトロイド形の円錐台形能動表面を有するトランスデューサの使用が必要になることがある。この場合、本発明による１つの配置におけるトランスデューサとミラーとの併用も、従来の技術による配置に比べると大きな利点があるが、それは、トランスデューサとミラーの両方を使用することにより、超音波ビームの傾斜角及び／又は集束を調節することが可能であり、それにより、選択肢の数が増加するからである。第４Ａ図、第４Ｂ図、第４Ｃ図、第４Ｅ図、第４Ｆ図は、円錐台形又はトロイド形表面を有し、外側からのチューブ又は中実バーの検査に使用できるトランスデューサを有する本発明による装置を示したものである。第４Ａ図に示した装置は、圧電素子４６が固定される円錐台形能動表面を有する環状支持からなるトランスデューサ４５ａと、トランスデューサ４５ａの能動表面の方向に向けられた円錐台形反射表面を有する環状ミラー４７ａを含んでいる。トランスデューサの能動表面及びミラーの反射表面の母線は、検査中にはチューブ又は中実バー４２の軸４０と一致するトランスデューサ及び環状ミラーに共通の軸に対して垂直な装置の横断面に関して異なる方向に傾斜している。ミラーの反射表面の傾斜角により、超音波ビーム４１ａをチューブ又はバー４２の外側表面にほぼ垂直の入射角で当接させることが可能になる。第４Ｂ図では、トランスデューサ４５ｂも円錐台形能動表面を有し、ミラー４７ｂは円錐台形反射表面を有する。両円錐台形表面の母線は横断面に関して同じ方向に傾斜している。ミラーの反射表面の傾斜角は、超音波ビーム４１ｂがチューブ又はバー４２の外側表面にほぼ垂直の入射角で当接するような角度である。第４Ｃ図では、トランスデューサ４５ｃはトランスデューサ４５ａに類似したものであり、円錐台形能動表面を有する。ミラー４７ｃは凹形反射表面を有する。超音波ビームはミラー４７ｃにより反射され、チューブ又はバー４２の表面に集束させられる。第４Ｄ図では、トランスデューサ４５ｄは円錐台形能動表面を有し、ミラーは凹形反射表面を有する。トランスデューサ４５ｄの凹形能動表面の直線母線は、トランスデューサ４５ｃの能動表面の母線に対して逆方向に傾斜している。超音波ビーム４１ｄはミラー４７ｄにより反射され、チューブ又はバー４２の表面に集束させられる。第４Ｅ図及び第４Ｆ図では、トランスデューサ４５ｅ及び４５ｆは、圧電素子４６ｅ及び４６ｆを備えた凹トロイド形能動表面を有する。ミラー４７ｅ及び４７ｆは環状であり、円錐台形反射表面を有する。トランスデューサ４５ｅの凹トロイド形表面はチューブ又はバー４２の方向に向けられており、ミラー４７ｅによりほぼ垂直方向にバー又はチューブ４２の表面に反射された超音波ビームを集束させる。トランスデューサ４５ｆの凹トロイド形表面はチューブ又はバー４２から離れた方向に向けられており、ミラー４７ｆによりほぼ垂直方向に反射された超音波ビーム４１ｆを集束させる。従って、適当な形状のトランスデューサ又はミラーを使用することにより、入射超音波ビームの集束及び傾斜を調節することが可能である。それに加えて、前記のように、トランスデューサの能動表面とミラーの反射表面の間の距離を調節することにより、継手流体の内部における超音波ビームの移動距離を調節することが可能である。これが可能であることは、まわりに利用可能なスペースがほんの少ししかなく、検査対象の物品の表面とトランスデューサの間に、例えば水の高さのような、十分な高さの継手流体を確立することが不可能な物品の検査の際に特に利点があるかもしれない。例えば、原子炉用の燃料棒又は制御棒アセンブリの検査の場合、棒の間のスペースは狭く、直接入射超音波トランスデューサの採用は不可能である。この場合、超音波を反射するためのミラーを含んだ本発明による装置は、十分な高さの水によりチェックを行うことを可能にする。第６Ａ図及び第７Ａ図は、圧電材料製の小さなプレートの形をした圧電素子１６が並列配置で固定される平面能動表面を備えた環状支持を有する超音波トランスデューサ１５を含んだ本発明による装置の超音波テストプローブを示したものである。内側からのチューブ１２又は穴の超音波検査に使用するプローブのトランスデューサ１５は、外側からのチューブの検査に使用するトランスデューサと実質的に同一のものでよく、トランスデューサ１５の支持の寸法はチューブの寸法に適応させてあり、特に、環状トランスデューサ支持１５の外径はチューブ１２の内径よりも小さい。第７Ｂ図から分かるように、圧電素子１６’は、トランスデューサの周方向だけではなく、半径方向沿いにも並列配置することができる。このトランスデューサの感知素子の双方向切断（Ｒ、θ）により、集束を変え、圧電素子の切断線に対して垂直な２つの方向に超音波ビームを偏向させることが可能になる。放射時又は受信時に、電子制御装置により入射角を変え、軸方向及び半径方向平面における超音波ビームの集束を調節することが可能である。超音波トランスデューサ１５は、プローブの軸方向に配置されたトランスデューサ及びミラーに共通な支持を通じて、ミラー１７ａに接続されている。ミラー１７ａは、圧電素子１６が固定されるトランスデューサ支持１５の能動表面の方向に向けられた円錐台形反射表面１７’ａを有する。ミラー１７ａの円錐台形反射表面１７’ａの頂点の角度は、トランスデューサの圧電素子１６により軸方向に放射された超音波ビーム２３ａがチューブ１２の半径方向に、つまり、チューブの内側壁に対して垂直な方向に反射されるような角度にしてある。第６Ｂ図は、軸方向にミラー１７ｂの反射表面１７’ｂに当接する超音波ビーム２３ｂがプローブの前部の方向に向けられるような頂角を有する円錐台形表面を備えたミラー１７ｂを含むプローブを示したものである。対照的に、第６Ｃ図は、ビーム２３ｃがプローブの後部に向けて反射されるような頂角を有する円錐台形状の反射表面１７’ｂを備えたミラー１７ｃを含む超音波プローブを示したものである。第６Ｄ図は、超音波ビーム２３ｃが軸方向平面において集束するように、チューブ１２の内側表面の方を向いた凹面を有する凹トロイド形状の反射表面１７’ ｄを備えたミラー１７ｄを含む検査プローブを示したものである。第６Ｅ図は、超音波ビーム２３ｅが反射表面とチューブ１２の内側表面の間で発散するように、チューブ１２の内側表面の方向を向いた凸面を有する凸形形状の軸対称形反射表面１７’ｅを備えたミラー１７ｅを含む検査プローブを示したものである。この場合、軸方向平面におけるビームの集束が実現される。第６Ｆ図は、圧電素子１６が固定される平面能動表面を有するトランスデューサ１５と、異なる頂角を有する円錐台の（又は円環面の一部の）形の２つの連続部を有する反射表面１７’ｆを備えたミラー１７ｆを含む超音波プローブを示したものである。この場合、ミラーの反射表面に入射する超音波ビーム２３ｆは、各々がチューブ１２の内側表面と特定の入射角を形成する２つのビーム２３’ｆ及び２３”ｆに分割される。従って、２つの異なる超音波ビームによる同時走査により検査を行うことが可能であり、例えば、２つのタイプの欠陥を同時に探索ことを可能にする。外側からのチューブ又はバーの検査用のトランデューサの場合と全く同様に、内側からのチューブの検査用の装置の場合にも、トランスデューサの能動表面は平面でもよいし、円錐台形でもトロイド形でもよい。第８Ａ図では、トランスデューサ５５ａは円錐台形能動表面を有し、ミラー５７ａは円錐台形反射表面を有する。圧電素子５６により作出される超音波は、チューブ５２の内側表面に対してほぼ垂直な方向に反射されるビーム５１ａを形成する。トランスデューサ５５ａの能動表面及びミラー５７ａの反射表面は両方とも凸形である。第８Ｂ図に示したテスト装置の場合、トランスデューサ５５Ｂの能動表面は円錐台形かつ凹形であり、一方、ミラー５７ｂの反射表面は円錐台形かつ凸形である。第８Ｃ図のテスト装置は、円錐台形能動表面を有するトランスデューサ５５ｃと、超音波ビーム５１ｃを反射し、チューブ５２の内部表面上に集束させる凹トロイド形反射表面を有するミラー５７ｃを含んでいる。第８Ｄ図では、トランスデューサ５５ｄは凹円錐台形能動表面を有し、ミラー５７ｄは、超音波ビーム５１ｄを反射し、チューブ５２の内部表面上に集束させる凹トロイド形反射表面を有する。第８Ｅ図では、トランスデューサ５５ｅは、圧電素子５６ｅが固定される凹トロイド形状の能動表面を有し、ミラーは円錐台形反射表面を有する。超音波ビーム５１ｅはトランスデューサの能動表面により集束させられ、ミラーによりチューブ５２の内部表面に向かって反射される。第８Ｆ図では、トランスデューサ５５ｆも凹トロイド形状の能動表面を有する。ミラーも円錐台形である。トロイド形トランスデューサ５５ｆの能動表面はチューブ５２の軸５０の方向に向けられており、一方、トランスデューサ５５ｆの能動表面はチューブ５２の内側表面の方向に向けられている。第９図及び第１０図は、レール２４、特に、レールのヘッド２９の帯域の検査を可能にする本発明による検査プローブ３０を示したものである。テストプローブ３０は、ヘッド２９の帯域におけるレールの外側輪郭に対して平行な２つの輪郭により画定された、第９図に見られるような横断面を有する支持を備えた超音波トランスデューサ２５を含む。検査位置においては、トランスデューサ２５は、プローブをレールに沿って難なく動かすことを可能にする一定の隙間を確保した状態で、レールの上部の上方に位置している。トランスデューサの支持２５は、圧電素子２６が並列配置で固定される平面表面を有する。トランスデューサ２５は、図示せぬ支持により、トランスデューサ支持２５の形状とほぼ同一の横断面形状を有するミラー２７に対してしっかりと保持されている。第１０図から分かるように、ミラー２７は、検査中はレールの縦軸に対して平行であるプローブの軸に関して母線が傾斜している反射表面２７’を有する。圧電素子２７から発生した超音波ビーム２８がレールの表面の方向を向くように、レール２７’は傾斜させられ、検査対象のレールの表面の方向に向けられている。従って、圧電素子が固定される完全に平面の能動表面を有するトランスデューサを使用することにより、レールのような複雑な形状の形材料を検査することが可能である。第１１図は、湾曲薄板３２の超音波検査を可能にする検査プローブ３１を示したものである。プローブ３１は、トランスデューサ３３と、トランスデューサ３３の支持に対してしっかりと保持されたミラー３４を含んでいる。トランスデューサ３３の支持はほぼ平行六面体であり、圧電素子３５が固定される縦方向平面能動表面を有しており、これらの圧電素子３５はトランスデューサ３３の能動表面上に並列配置される。ミラー３４は、圧電素子３５を有するトランスデューサ３３の能動表面に対向する湾曲反射表面３４’を有しており、湾曲表面３４’は、薄板３２の湾曲に追従するように湾曲した形状を有し、シートの上表面に向かって傾斜している。ミラー３４の反射表面３４’の形状は、トランスデューサ３３の圧電素子３５と薄板の表面の間の超音波ビームの通路が一定になるような形状にしてある。第１１図には、トランスデューサ３３の縦方向に沿って間隔をあけて配置された３つの圧電素子から発生した超音波ビームの３つの通路３６ａ、３６ｂ、３６ｃが示してある。従って、検査対象の薄板の帯域とは無関係に、さらには、トランスデューサ３３の縦方向に、つまり、薄板の横方向に薄板を走査する際に使用される圧電素子とは無関係に、超音波ビーム伝達条件及び検査条件は同一である。薄板は、薄板の縦方向に対応する矢印の方向に動かすことができる。もちろん、トランスデューサ３３及びミラー３４を矢印３７の方向とは反対方向に動かしても同じことである。上記のいずれの場合にも、トランスデューサの能動表面上に配置された圧電素子は、能動表面の一方向又は両方向に並列配置することができる。例えば、圧電素子はトランスデューサの軸のまわりにおいて相互に斜めにオフセットさせ、隣接するように配置し、半径方向においては連続的セグメントに切断することができる。かかる双方向切断により、軸方向及び半径方向平面において超音波ビームを偏向及び集束させることが可能になる。隣接状態に配置され、超音波を放射し、受信する圧電素子は、検査対象の構成品の表面により反射される超音波ビームの外向き・戻り通路上におけるその配置状態に応じて、様々な方法で使用することができる。同じ圧電素子を放射源と受信器の両方として使用することもできるし、隣接する圧電素子の異なるグループを、放射グループと受信グループの重合いの有無にかかわらず、放射源として、受信器として使用することもできる。放射グループと受信グループは共通の素子を含むこともできるし、完全に別々にすることもできる。放射素子グループと受信素子グループが異なる場合、例えば、超音波回折エコーを使用することにより、構成品の表面に近接した帯域の検査の信頼性を高めることができる。本発明は、小さなプレート又は小さなバーの形の圧電素子が固定される平面又は湾曲能動表面を有するトランスデューサを使用することにより、あらゆる形状の形材又は湾曲物品の検査を可能にする。多くの場合、検査対象の物品に向かって超音波ビームを反射するミラーだけを、検査対象の物品の表面の形状に合わせて設計し、製造するだけでよい。前記のように、圧電素子が固定される能動表面を製造するよりは、適応形状を有する反射表面を備えたミラーを製造する方がはるかに簡単である。しかし、例えば円錐台形又はトロイド形のような、湾曲能動表面を有するトランスデューサを、軸対称形状を有する能動表面を備えた湾曲ミラーと組合わせて使用することも可能である。従って、本発明により、ほぼ一定の横断面を有するあらゆる形状の構成品を検査することが可能になる。本発明による装置は、わずかなコストで、多岐にわたる用途に適応させることができる。検査装置のトランスデューサは簡単に製造することができる。トランスデューサの能動表面を結合するために使用される圧電素子は、大規模で比較的安価な大量生産技術を利用できる完全標準形状のものでよい。さらに、形状が単純で、継手流体の内部における超音波ビームの移動距離が調節可能であるので、本発明による検査装置のトランスデューサは簡単に超小型化することができる。従来技術による検査装置のトランスデューサに比べて、使用する圧電素子の数を減らすことが可能であり、それにより、これらのトランスデューサと結合される電子ドライブ及び測定・収集システムを簡素化することが可能になる。本発明は、これまで説明してきた実施の形態に限定されるものではない。従って、横断面の形状がどんなものであれ、外側又は内側から中実又は中空形材を超音波検査するための装置を構想することが可能である。本発明は、例えば、製造終了時における制御棒、蒸気発生器管又は燃料棒被覆のようなチューブ状物品の外側からの検査、又は、直線、湾曲又は螺旋状蒸気発生器管、燃料アセンブリガイドシンブル、容器又は加圧器ノズル、又はその他の容器ヘッド貫通アダプタ又は原子炉の容器ヘッド貫通部のようなチューブ状物品の内側からの検査のような、原子炉で使用される多数の構成品及び部材の検査の分野に適用することができる。原子炉の分野以外では、本発明は、例えば、製造中及び製造終了時における形材の検査、又は鉄道用レールの検査の枠内での、あらゆる横断面形状の形材の検査に適用することができる。本発明は、平面薄板ト、又は、例えば曲げにより成形された薄板の検査にも適用することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ピエールギュイロームフランスエフ−71880 シャトヌワレルワールリューオランプドガンジュ２

Claims

【特許請求の範囲】１．多素子トランスデューサ（５、１５、２５、３３）と、超音波を戻すためのミラー（７、１７、２７、３４）を含み、トランスデューサが、細長い構成品の少なくとも一部に対向してのび、その少なくとも１方向に圧電素子（６、１６、２６、３５）が並列配置された少なくとも１つの能動表面を有する支持と、圧電素子（６、１６、２６、３５）に接続されており、細長い構成品（２、１２、２４、３２）の少なくとも１方向において干渉性ビームを強め、電子的走査を行うために駆動される、超音波を放射するためにトランスデューサ（５、１５、２５、３３）を励起する手段と、トランスデューサ（５、１５、２５、３３）からの電圧を収集及び解析するための手段を含んでおり、ミラー（７、１７、２７、３４）が、各圧電素子（６、１６、２６、３５）からの超音波を細長い構成品の表面の連続的帯域に伝達し、細長い構成品（２、１２、２４、３２、４２、５２）の表面により反射された超音波を圧電素子（６、１６、２６、４６、５６）に戻す方向を向いたトランスデューサ表面の反対方向に超音波を反射する表面を有している、横断面がほぼ一定の細長い構成品の超音波非破壊検査装置において、トランスデューサ（５、１５、２５、３３）の支持が、共通軸方向におけるトランスデューサとミラーの距離が調節可能な方法でミラー（７、１７、２７、３４）に接続されていることを特徴とする超音波非破壊検査装置。２．トランスデューサ（５、１５、２５、３５）の支持の能動表面が平面表面であることを特徴とする請求の範囲１に記載の検査装置。３．トランスデューサ（４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅ、５５ｆ）の支持の能動表面が軸対称形湾曲表面であることを特徴とする請求の範囲１に記載の検査装置。４．トランスデューサ（４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅ）の能動表面が、直線母線を有する円錐台形状の表面であることを特徴とする請求の範囲３に記載の検査装置。５．トランスデューサ（４５ｅ、４５ｆ、５５ｅ、５５ｆ）の能動表面がトロイド形状の表面であることを特徴とする請求の範囲３に記載の検査装置。６．ミラー（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、４７ａ、．．．、４７ｆ、５７ａ、．．．．、５７ｆ）の反射表面及びトランスデューサ（５、１５、２５、４５ａ、．．．、４５ｆ、５５ａ、．．．５５ｆ）の能動表面が軸対称形であることを特徴とする請求の範囲１〜５のいずれか一項に記載の検査装置。７．ミラー（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、４７ａ、４７ｂ、４７ｅ、４７ｆ、５７ａ、５７ｂ、５７ｅ、５７ｆ）の反射表面が円錐台形状を有することを特徴とする請求の範囲６に記載の装置。８．ミラー（７ｄ、７ｅ、１７ｄ、１７ｅ、４７ｃ、４７ｄ、５７ｃ、５７ｄ）の反射表面が凹又は凸トロイド形状を有することを特徴とする請求の範囲６に記載の装置。９．ミラー（７ｆ、１７ｆ）の反射表面が、異なる方向を有する２つのビーム（２１’ｆ、２１”ｆ、２３’ｆ、２３”ｆ）のビームの形で超音波ビームが反射されるように、軸方向に異なる少なくとも２つの連続部を含んでいることを特徴とする請求の範囲１に記載の装置。 10．トランスデューサの支持及びミラーが環状形状を有することを特徴とする請求の範囲１〜９のいずれか一項に記載の装置。 11．トランスデューサ（３３）のいずれかの圧電素子（３５）と検査対象の物品の表面の間の超音波ビームの通路が一定の長さになるように、ミラー（３４）が、検査対象の物品（３２）の表面の形状の関数として定義された反射表面（３４ ’）を含んでいることを特徴とする請求の範囲１に記載の装置。 12．圧電素子（６、１６、２６、３５、６’、１６’、４６’、５６）がトランスデューサの能動表面の２方向に並列配置されていることを特徴とする請求の範囲１〜１１のいずれか一項に記載の装置。 13．トランスデューサの能動表面が軸対称形状を有する場合、圧電素子（６、１６’）がトランスデューサの能動表面の周方向及び半径方向に並列配置されていることを特徴とする請求の範囲１２に記載の装置。 14．圧電素子のグループから発生し、細長い物品の表面により反射された超音波が、超音波発信器と受信器の両方を構成する圧電素子のグループに戻されることを特徴とする請求の範囲１〜１３のいずれか一項に記載の装置。 15．トランスデューサの能動表面上の第１グループの隣接した圧電素子のから発生し、細長い物体の表面により反射された超音波が、第１グループの圧電素子とは異なる、トランスデューサの能動表面上に配置された第２グループの隣接した圧電素子に戻されることを特徴とする請求の範囲１〜１３のいずれか一項に記載の装置。 16．第１及び第２グループの圧電素子が共通の圧電素子を含んでいることを特徴とする請求の範囲１５に記載の装置。 17．第１グループ及び第２グループの隣接した圧電素子が共通の圧電素子を含んでいないことを特徴とする請求の範囲１５に記載の装置。 18．外側からのチューブ（２、４２）の検査のための請求の範囲１〜１７のいずれか一項に記載の検査装置の使用。 19．内側からのチューブ（１２、５２）の検査のための請求の範囲１〜１７のいずれか一項に記載の検査装置の使用。 20．形材の検査のための請求の範囲１〜１７のいずれか一項に記載の検査装置の使用。 21．形材がレールであることを特徴とする請求の範囲２０に記載の検査装置の使用。 22．金属薄板（３２）の検査のための請求の範囲１〜１７のいずれか一項に記載の検査装置の使用。 23．金属薄板（３２）が湾曲薄板であることを特徴とする請求の範囲２２に記載の検査装置の使用。 24．検査装置とチューブ（２、４２、１２、５２）がチューブの軸の方向に相対運動させらることと、その軸としてチューブの軸を有する１つ以上の螺旋に沿ってチューブ（２、４２、１２、５２）の走査が行われるように、検査装置のトランスデューサの励起装置が駆動されることを特徴とする請求の範囲１８及び１９のいずれか一項に記載の使用。