JPS593256A - アレイ型探触子 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、金属材料、非金属材料およびこれらの材料で
構成される構造物の内部欠陥および不連続形状部の検査
を電子走査型超音波探傷法で探傷する時に使用されるア
レイ型探触子の改良に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

電子走査型超音波探傷法は複数個の超音波Ｗを配列した
プレイ型探触子を用い、 各振動子による超音波送信および超音波受信タイミング
を電子的に制御することによって、超音波ビームを任意
の方向に偏向させたリ、集束させたりすることを可能と
するものである。

このため、一般に電子走査型超音波探傷法によれば、被
検査物の形状に合せて、超音波ビームの送受信を行うこ
とが可能であり、超音波探傷精度も大幅に向上するもの
である。

しかしながら、一般にアレイ型探触子は複数の超音波振
動子を密に一方向に並べて配列した構造であるため、超
音波の送受を行ダう探触面側は平らであり、そのため被
検査物の探触子接触面の形状が曲面形状となっている場
合にはアレイ型探触子の探触面全面を一様に被検査物に
接触させることは困難である。とくに、厚板材を電子走
査法によって探傷する場合で、厚板部に超音波ビームを
斜めに入射させ、かつ超音波集束させ石には、所望探傷
領域が、超音波ビーム偏向方向に投影されたアレイ型探
触子開口寸法と使用した超音波の周波数および被探傷物
の音速によって決定される近距離音場限界距離以内にあ
ることが必要となること及び超音波ビームの集束点での
指向性向上のためにはアレイ型探触子の寸法はどうして
も大きくとらなければならなくなり、高価でしかも一層
、アレイ型探触子の曲面形状被検査物への一様な接触が
困難となって探傷精度が悪くなる。

このため、従来、プレイ型探触子の超音波送受面にアク
リル樹脂、又は金属、非金属材のシューを取付け、他端
面な被検査物の曲面形状に合せて加二［シ、被検査物と
の音響的結合の改良を計ったり、水又は油などの液体を
介して被検査物との超音波送受信効率の向上を計ってい
る。

しかしながら、これらの方法によれば、被検査物の形状
毎にシューな用意する必要があり、収 また被検査物の形清か随時変化すると追従して常時安定
な音響的結合を取ることが困難である。

さらに、水または油などの液体を介した、所謂る水浸探
傷法によっても、常に安全な前記液体の確保を行うには
複雑な治具が必要となり、特にアレイ型探触子を広範囲
に移動させながら探傷するには一層困難を生じていた。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、キ２ 探触面を被検査物の形状にかかわり容易に密着し得るア
レイ型探触子を提供することを目的としている。

〔発明の概要〕

即ち、本発明は上記目的を達成するため、複数の超音波
振動子を並設して成り、これら各超音振動子の送受信タ
イミングを制御することにより超音波ビームを任意に偏
向、集束させる電子走査型超音波探傷法に使用されるア
レイ型探触子において、複数の超音波振動子を密に並設
した複数の超音波振動子組を粗に並べ、これら各超音波
振動子粗間はそれぞれ連結材で折曲変形可能に連結した
構成として、探触子の開口寸法を少ない超音波振動子数
で大きくとることができるようにし、超音波ビームの集
束点での指向性の向上を図って探傷精度の向上を図るこ
とができるようにし、また探触子は連結材により折曲変
形可能として曲面形状の構造部利であっても探触子を全
体的に接触させることができるようにする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明のアレイ型探触子の構成例を示すもので
あり、（８３図は全体図、（ｂ１図は超音波振動子組の
単体を示す図である。第１図において１はアレイ型探触
子であり、このアレイ型探触子１は、並列されるＮ個の
超音波振動子組２（１）〜、１　（Ｎｌによって構成さ
れており、前記各組はそれぞれ前記並列方向に順に並設
されたＭ個の超音波振動子＆（１１，・・・３　（ＭＪ
から構成される。

ここで、前記各超音波振動子組！（１３，・・・２（刈
は、第１図（ｂ）の如くそれぞれ超音波振動子Ｊ（Ｉｌ
ｌ・・・３に）を保護し、かつ被検査物４との音響的結
合を良好とするためのコーテイング材５と、振動子の送
受信面と裏面側に振動子からの音と吸収させるためのダ
ンピング材６が付けられている。　？さらに、各超音波
振動子組２（カ、・・・２（Ｎ）の間には可撓性を有す
る連結棒７が取り付けられている。前記連結棒７は、各
超音波振動子線Ｘ（１）。

・・・２（Ｎ）間の距離を一定に保つとともに、各超音
波振動子線が組配列方向に自由に相対位置変位を生じる
ような構成を有している。すなわち、本発明の実施例で
は連結棒７の両端側にそれぞれ回転自在のヒンジ８を設
けて超音波振動子線と結合させているが、前記連結棒７
の代りに可撓性のあるバネ材もしくはゴム材を用いるこ
とも可能である。

本発明はまた第２図に示す如く構成しても良い。即ち、
連結棒７の長さを伸縮可能とするため、第２図（ａＪ、
（ｂ月二示すように、連結棒７には７９７１部９を設け
て伸縮自在な構成としてあり、このシリンダ部９を伸ば
すことにより第２図（ａＪの如く超音波振動子線の分布
を粗くして見かけの超音波探触子開口寸法を大きくした
り、またシリンダ部９を用いて連結棒７を縮めることに
より探触子開口寸法を第２図（ｂＪの如く小さくしたり
することを可能としている。ここで、シリンダ部９には
空気又は液体シリンダを用いることができる。また、シ
リン／の代りに、ネジ付き棒を付け、パルスモータ等で
回転させて連結棒の長さを自在に変えることができるよ
うにすれば各振動子線間の距離を電子的にコントロール
することも可能である。この場合には、各紐間の相対距
離を自在に与え、前記相対距離に応じて各超音波振動子
への超音波送受時間タイミングを制御させることも可能
である。

次に上記構成の本装置の作用について、第３図を参照し
ながら説明する。第３図（ａ）は、１つのアレイ型探触
子２（ｉＪを拡大した図で２Ａはその開口寸法、即ち、
探触子の送受面の持つ幅である。

通常、アレイ型探触子２　（ＩＩを構成する超音波振動
子、９（１１，，９（２）Ｉ・・・３（的の間隔ｄは、
下式に示すように、電子走査法により超音波ビームＵＢ
を所望の方向θ。（尚、ＵＢＩｎは主ビーム方向を示す
）へ偏向させる場合に、所望方向以外への超音波発生、
即ちグレーティングロブ（Ｊの発生を防止するため制限
を受ける。

ここで、λは使用する超音波振動子の周波数と、被検査
物の音速によって定まる超音波の波長である。

したがって、一般にアレイ型探触子の振動子配列間隔ｄ
は十分大きく取ることはできない。

すなわち、超音波振動子の幅寸法すも必然的にｄより小
さくアレイ型探触子の開口寸法２人を大きくするには、
多数の超音波振動子を配列する必要がある。

一方、グレーティングロブＧＥの発生は、−超音波振動
子からの音場指向性が小さく、被検査物４の内部で音が
広範囲に広がることによって生じるものであり、音場指
向性の強い場合にはグレーティングロブＧＪの発生も抑
制される。

本発明のアレイ型探触子によれば、各超音波振動子線２
（ＩＪ、２（２Ｊ、・・・２（Ｎ）による超音波ビーム
ＵＢは第３図（ｂｌに示す如く各々電子走査法によって
強い指向性を与えることが可能であり、このため、各超
音波振動子紐間のグレーティングロブ発生を抑制するこ
とができる。また、超音波振動子線ｚＱ）、　！（２Ｊ
、・・・２（ロ）による各々の超音波ビームＵＢを第３
図（ｂＪの如く１つの所望の探傷領域ＴＧに集束させる
べく、超音波送受信を制御することによって所望領域Ｔ
Ｇでの良好な超音波音場が生じるものである。したがっ
て、これにより従来のアレイ型探触子に比べ、探触子構
成振動子数を少なくして、探触子開口寸法２人を大きく
することが可能となる。

この探触子開口寸法２人を大きくすることによる効果は
、一つには、超音波集束させた時の集束強度Ｄ　＝　Ａ
ｍ／λＦが向上し、さらに、集束点近傍での指向角β＝
ｇｉｎ−”（λ／２Ａ）が小さくなるため、超音波ビー
ムの検出能と分解能の向上をもたらすものである。なお
、Ｆは超音波集束距離である。

本発明の他の特徴は第４図に示すように、各超音波振動
子線２（１）〜２（Ｎ）が、とンジ８の効果によって、
平らでない被検査物４であってもその表面形状に合わせ
それぞれ被検査物４に接触させることができることであ
る。従って、この場合、各超音波振動子Ａ６．２　（１
１、・・・、２　（Ｎｌは向きがばらばらとなるがいず
れの振動子線も被検査物４に接触させることができるの
で、あらかじめ、被検査物４の探触子接触面形状を知っ
ていれば、本発明のアレイ型探触子の配置位置に応じて
、各振動子線２（ト）、・・・２（Ｎ）の各振動子ｓ　
（１１ｅ・・・３に）による超音波液送受信時のタイミ
ングを制御することにより、所望の方向および領域ＴＧ
に超音波ビーム偏向および集束させて超音波探傷するこ
とが可能となるものである。

さらに、本発明の特徴とするところは、第２因の構成と
することにより各超音波振動子組Ｘ（Ｘ＞＊・・・２　
（ＮＪの相対距離間隔を自在に変更し得るところにある
。このようにすることができる利点は次の通りである。

即ち、第５図（ａ）　、　（ｂＪに示すように、近距離
および遠距離を探傷する場合に同一の超音波ビーム幅ａ
を与える場合には、探触子１の開口寸法２人は次式によ
って与えられる。

Ａ＝λＴ　／　（ａ　ｃｏｓ’　θ０）・・・・・・・
・・・・・・・・・・・（２）すなわち、超音波集束を
被検査物４の表面よりＴの深さで、超音波ビームＵＢを
θ。度だけ偏向させて行う場合には、深さＴおよび偏向
角θ。が大きいほど大きな開口寸法２人が必要となるこ
とがわかる。逆に、上式に沿って探触子開口寸法を変更
すれば、被検査物４のすべての領域で同一の超音波音場
特性を得ることができることとなり、したがって、本発
明の第２図の如き、超音波振動子紐間距離可変形構造の
アレイ型探触子により、第２式に従って超音波探触子開
口寸法を設定すれば大幅な探傷精度向上を計ることがで
きる。

なお、本発明の探触子は、超音波振動子数２山が間隔ｄ
をおいて配置されているため、超音波振動子３山が連続
的に配置された場合と探触子１の開口寸法２人は実質的
に一致はしないが実験又は解析的に容易に補正修正でき
るものである。

尚、本発明の実施例においては、アレイ型探触子を一探
触子法として使用する例についてだけ示したが、本発明
のアレイ型探触子を分割型又は二探型探触子として使用
することも可能である。すなわち各超音波振動子組２（
１）〜Ｊ　（Ｎｌのいずれの一つまたは複数個の組を送
信用探触子とし、他の組を受信用探触子として使用する
ものである。

また、本発明の実施例では、各超音波振動子組は同数の
超音波振動子から構成されるものをしたが、必ずしも同
数の超音波振動子でなくてもよい。とくに各組の超音波
振動子数を異ならせ、各々の組をそれぞれ単独の探触子
として扱い、所望の探傷領域でいずれの振動子線からの
超音波ビームも同一の超音波ビーム集束点幅（焦点幅）
ａを持たせるようにすることにより、より探傷精度を向
上させることができる。

なお本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定するこ
となくその要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施
し得るものであり、本発明の応用は基盤目状に配列した
アレイ型振動子および円盤状のアレイ型振動子について
も、同様に適用し得ることは言うまでもない。

以上、本発明のアレイ型探触子によれば、アレイ型探触
子の開口寸法を少ない振動子数で大きく取ることができ
るため、超音波の集束点での指向性を向上させることが
容易となる。

また、本発明のアレイ型探触子は自在に変形し得るため
、曲面形状の構造部材にも容易に一様に接触し得るもの
であり、探傷能力が大幅に向上する。

さらにまた、探触子の開口寸法を自由に変更し得るため
、遠距離から近距離まで所望の超音波ビームで探傷する
ことが可能となり、アレイ型探触子の適用性能が向上す
るものである。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明は複数の超音波振動子を並設
して成り、これら各超音波振動子の送受信タイミ゛ング
を制御することにより超音波ビームを任意に伯向、集束
させる電子走査型超音波探傷法に使用されるアレイ型探
触子において、複数の超音波振動子を密に並設した複数
の超音波振動子数を粗に並べ、これら各超音波振動子紐
間はそれぞれ連結材で折曲変形可能に連結した構成どし
たので、探触子の開口寸法を少ない超音波振動子数で大
きくとることができるため、安価でしかも超音波ビーム
の集束点での指向性を向上させることができ、分解能向
上が図れ、且つグレーティングロブの発生を抑制でさて
探傷精贋の向上を図ることができる他、本装置の探触子
は折曲変形可能であることから曲面形状の構造部材であ
っても探触子を全体的に接触させることができ、探傷が
可能となり、また連結材の長さを可変できるので、探傷
深さに対応した探触子開口寸法とすることができ異なる
深さでも良好な探傷精度が得られるなど優れた特徴を有
するアレイ型探触子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ　（ｂｌは本発明のアレイ型探触子の構成
例を示す図、第２図（ａ）　（ｂＪは本発明のアレイ型
探触子の開口変化状態を示す図、第３図（ａ）（ｂ）は
本発明の詳細な説明するための図、第４図は本発明のア
レイ型探触子の被検査物への接触状態を示す図、第５図
（ａ）　（ｂ）は本発明の詳細な説明する図である。 １・・・アレイ型探触子、２（１１〜２（Ｎ）・・・振
動子組、３（１）〜３に）・・・超音波振動子、４・・
・被検査物、５・・・コーテイング材、６・・・ダンピ
ング材、７・・・連結棒、８・・・ヒンジ、９・・・シ
リンダ。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第３図 （ａ） ２（ｉ） 第４図 第５図 （ａ）　　　　　（ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １１）　　複数の超音波振動子を並設して成り、これら
   各超音波振動子を送受信タイミング制御することにより
   超音波ビームを任意に偏向、集束、させる電子走査型超
   音波探傷法に使用されるアレイ型探触子において、複数
   の超音波振動子を密に並設した複数の超音波振動子組を
   粗に並べ、これら各超音波振動子紐間はそれぞれ連結材
   で折曲変形可能に連結したことを特徴とするアレイ型探
   触子。 （２）連結材は両端側をヒンジにより枢支させる棒状体
   で形成することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のアレイ型探触子。 （３）連結材はバネで形成することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のアレイ型探触子。 （４）連結材はゴム材で形成することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のアレイ型探触子。 （５）連結材は長さを可変調整可能の構成することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のアレイ型探触子。 （６）連結材はシリンダ装置を用い長さを可変調整可能
   に構成することを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
   のプレイ型探触子。