フェーズドアレイ超音波探傷方法
【課題】焦点数を低減することにより、データ処理時間を短縮したフェーズドアレイ型超音波探傷システムを提供する。
【解決手段】並列配置した複数の超音波素子からなるセンサを用いるフェーズドアレイ型超音波探傷方法において、検査対象にセンサを用いて超音波を送受信して検査対象の形状を検知する形状測定ステップと、検査対象の脆弱性に関する情報と形状測定ステップによる形状の情報とから、超音波探傷領域を決定する超音波探傷領域決定ステップと、超音波探傷領域決定ステップで定めた検査対象内の超音波探傷領域に向けて、センサを用いてフェーズドアレイ型超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有する。
【解決手段】並列配置した複数の超音波素子からなるセンサを用いるフェーズドアレイ型超音波探傷方法において、検査対象にセンサを用いて超音波を送受信して検査対象の形状を検知する形状測定ステップと、検査対象の脆弱性に関する情報と形状測定ステップによる形状の情報とから、超音波探傷領域を決定する超音波探傷領域決定ステップと、超音波探傷領域決定ステップで定めた検査対象内の超音波探傷領域に向けて、センサを用いてフェーズドアレイ型超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェーズドアレイ超音波探傷方法に係り、特に探傷及びデータ処理時間を短縮しながら、高精度を保つことができる探傷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレイ超音波探傷とは、図１２に示すように並列配置した複数の超音波素子３１からなるセンサ１（以下、アレイセンサと称する）を用い、各超音波素子３１から焦点３６の位置に同時に超音波が到達するよう発信開始時間差を調整して超音波を送信し、焦点位置の音圧を高めて探傷する超音波探傷方法である。この手法によれば、焦点位置を走査することで、広範囲を一括探傷することが可能である。
【０００３】
この探傷方法は図１３に示すように、アレイセンサ１の設置に際し、想定した設置位置、設置角（点線）が、実際の設置の際に実線のように誤差が生じた場合にも必要検査範囲を探傷するため、実際の探傷においては、図１４に示すように必要検査範囲よりも広い範囲を走査して探傷している。つまり、センサ１から検査対象２に超音波を照射するに際し、本来はＡの範囲を走査すべきところ、設置位置の誤差を見込んで、より広いＢの範囲を走査している。このため、データの取得点数が多くなり処理時間が増加するという問題がある。
【０００４】
また、図１５に示すようにアレイセンサ１の設置位置が、点線から実線の位置にずれた場合には、本来範囲Ａに焦点を合わすべきところ、焦点がＣにずれるため、探傷精度が低下するという問題がある。
【０００５】
これらの問題のうち、焦点のずれに対応するため、非特許文献１のように、１回目の探傷で測定部位の形状を測定し、その形状に合わせて焦点距離を調整するという技術が知られている。
【０００６】
また、特許文献１のように、探傷結果において反射強度が強い距離に焦点を合わせ再探傷するという焦点距離の調整に関する特許が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−７５７１８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】三菱重工業技報Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．１（２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上の特許文献あるいは、非特許文献では、図１４、図１５で説明した焦点距離調整の目的で、探傷を２回に分けて実行することが知られている。
【００１０】
然るに、これら特許文献あるいは、非特許文献では、必要範囲よりも広範囲を探傷することによる焦点数の増加で生じるデータ処理時間の増加の問題については、検討されていない。広範囲を探傷する場合、図１２で述べたように特定焦点に向けて探傷を実行し、次に特定焦点位置を走査することになるが、この場合の焦点数が多いほど、探傷に要する時間、及びその後のデータ処理時間が増大するという問題について検討されていない。
【００１１】
本発明は、フェーズドアレイ超音波探傷における探傷及びデータ処理時間短縮のため、焦点数を低減しながら、高精度を保つことができるフェーズドアレイ超音波探傷方法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】
【００１２】
アレイセンサを用いる本発明のフェーズドアレイ超音波探傷方法では、検査対象にアレイセンサを用いて超音波を送受信して検査対象の形状を検知する形状測定ステップと、検査対象の脆弱性に関する情報と形状測定ステップで取得した形状の情報とから、超音波探傷領域を決定する超音波探傷領域決定ステップと、超音波探傷領域決定ステップで定めた検査対象内の超音波探傷領域に向けて、アレイセンサを用いてフェーズドアレイ超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有する。
【００１３】
また、検査対象の脆弱性に関する情報は、検査対象内の応力とするのがよい。
【００１４】
また、検査対象には応力検知手段が取り付けられ、超音波探傷領域決定ステップの実行前に、応力検知手段から検査対象の各部応力が入手するのがよい。
【００１５】
また、検査対象の脆弱性に関する情報は、検査対象の損傷事例のデータとするのがよい。
【００１６】
また、検査対象の脆弱性に関する情報は、検査対象の強度と供用中の応力の解析結果のデータとするのがよい。
【００１７】
また、形状測定ステップの探傷は、広範囲を粗い走査間隔で行う粗探傷であり、超音波探傷領域決定ステップの探傷は超音波探傷領域を緻密な走査間隔で探傷する精密探傷とするのがよい。
【００１８】
また、アレイセンサを構成する超音波素子間の超音波発信開始時間差を決定するために、探傷開始前に計算した超音波の送信角と伝播距離に応じた超音波発信開始時間差をデータベースとして保有し、超音波探傷領域決定ステップで決定した超音波探傷領域に対する超音波の送信角と伝播距離に対応させて決定するのがよい。
【００１９】
アレイセンサを用いる本発明のフェーズドアレイ超音波探傷方法では、検査対象の応力を測定する応力測定ステップ、検査対象にセンサを用いて超音波を送受信して検査対象の形状を検知する形状測定ステップと、応力測定ステップでの応力測定結果と、形状測定ステップで得られた形状測定結果に基づいて計算した検査対象の強度を比較して、応力が強度を超えた範囲を超音波探傷位置と決定する超音波探傷領域決定ステップと、超音波探傷領域決定ステップで定めた検査対象内の超音波探傷領域に向けて、アレイセンサを用いてフェーズドアレイ超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有する。
【００２０】
アレイセンサを用いる本発明のフェーズドアレイ超音波探傷方法では、検査対象の損傷事例あるいは応力解析結果のデータベースを保有し、検査対象に前記センサを用いて超音波を送受信して検査対象の形状を検知する形状測定ステップと、データベースの損傷事例あるいは応力解析結果と、形状測定ステップによる形状測定結果とから、損傷事例がある部位あるいは応力が強度を越える部位を超音波探傷位置と決定する超音波探傷領域決定ステップと、超音波探傷領域決定ステップで定めた検査対象内の超音波探傷領域に向けてアレイセンサを用いてフェーズドアレイ超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、形状測定で精密探傷範囲を必要範囲に限定できるので、焦点数が低減されてデータ処理時間が短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】フェーズドアレイ超音波探傷実施手順のフローチャートを示す図。
【図２】超音波探傷システムの構成図。
【図３】超音波探傷で使用するアレイセンサの構成図。
【図４】フェーズドアレイ超音波探傷を行う方法を示す図。
【図５】素子位置に対する超音波発振開始時間差ｄｔ［ｓ］の分布例を示す図。
【図６】超音波探傷システムの具体的な装置構成を示す図。
【図７ａ】走査範囲尤度±５°の時の必要走査範囲と焦点数の関係を示す図。
【図７ｂ】走査範囲尤度±１０°の時の必要走査範囲と焦点数の関係を示す図。
【図８】形状測定ステップと超音波探傷ステップの相違を示す図。
【図９】第２の実施形態での超音波探傷システムの構成図。
【図１０】第２の実施形態での超音波探傷システムの具体的な装置構成を示す図。
【図１１】第２の実施形態でのフローチャートを示す図。
【図１２】フェーズドアレイ超音波探傷方法の概念を示す図。
【図１３】センサ設置位置に伴う誤差を表す概念を示す図。
【図１４】センサ設置位置の誤差に対応するための現状の対策を示す図。
【図１５】センサ設置位置誤差で、焦点がずれることを示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
【実施例】
【００２４】
図２は、本発明において採用し得る超音波探傷システムの構成図である。本実施形態における超音波探傷システムは、アレイセンサ１、フェーズドアレイ超音波探傷装（以下、超音波探傷装置と称す）８、データ処理兼超音波探傷条件決定用のパソコン９、応力測定装置１０より構成される。なお、応力測定装置１０としては、ひずみゲージ、Ｘ線回折装置、光弾性応力測定装置、赤外線応力測定装置、中性子回折装置等を用いることができる。
【００２５】
このうち、アレイセンサ１は、図３に示すように、直方体の超音波素子３１を２方向に配列し、保護ケース３４に収納したものである。アレイセンサ１を構成する個々の超音波素子３１は、検査対象に対面する底面に設けられた電極３２と、各超音波素子３１の上面に設けられた電極３２Ｂに電圧を印加する信号線（図示せず）と、電極３２Ｂ上に設けられ、発振した超音波のエネルギーを吸収するダンパー３３を備えている。ダンパー３３は、超音波発振時の残振を減らすので、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。
【００２６】
また、超音波素子３１の材料としては、ＰＺＴ（圧電セラミック：（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３））、ＬｉＮｂＯ３、ＰＶＤＦ（高分子圧電素子：Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）等の圧電素子を使用できる。また、電極３２と電極３２Ｂとしては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の導電性の高い金属を、信号線としては銅線を、ダンパー３４としてはＨｆ、Ｗ、Ｔａ等の重金属を樹脂に混合したものを用いることが好ましい。また、保護ケース３４は、樹脂、金属のうち１つ以上の材質からなるものを成型して用いることが好ましい。
【００２７】
図４は、アレイセンサ１を用いて超音波探傷を行う方法を示す図である。この図に示すように、超音波探傷を行う際には、アレイセンサ１内に平行配置した複数の超音波素子３１から焦点３６に同時に超音波が届くように、各超音波素子３１における超音波発振開始時間を調整する。
【００２８】
ここで、超音波素子３１と焦点３６との最大距離をｍａｘ（Ｌ）［ｍ］、図中左からｉ番目の超音波素子３１と焦点３６との距離をＬｉ［ｍ］、超音波の伝搬速度（音速）をＶ［ｍ／ｓ］、ｉ番目の超音波素子３１のＸ座標をｘｉ［ｍ］、ｉ番目の超音波素子３１のＹ座標をｙｉ［ｍ］、焦点３６のＸ座標をｘｆ［ｍ］、焦点３６のＹ座標をｙｆ［ｍ］とする。
【００２９】
このとき、ｉ番目の超音波素子３１と焦点３６との距離Ｌｉ［ｍ］、及び各超音波素子３１の超音波発振開始時間差ｄｔ［ｓ］（以下、超音波発振開始時間差を遅延時間と記す）は、次式（１）、（２）で表される。
【００３０】
【数１】
【００３１】
【数２】
図５は、横軸に複数で構成されるアレイセンサ１の各素子の位置をとり、縦軸に遅延時間ｄｔ［ｓ］を示した図である。この図の例では、８個の素子から構成される素子列を、３列設置した例であり、２列目、５番の位置の素子に最も近い位置に焦点を置くときの時間差を表している。
【００３２】
具体的には、この図は、超音波素子３１の総数が２４個、Ｖ＝５７８０［ｍ／ｓ］、ｘｉ＝（０．５ｉ−０．２５）×１０−３［ｍｍ］、ｙｉ＝０［ｍ］、ｘｆ＝０［ｍ］、ｙｆ＝３×１０−２［ｍ］のときの遅延時間ｄｔ［ｓ］を示している。
【００３３】
この図に示すように、焦点から遠い超音波素子を早く発振させると、各素子から焦点への超音波到達時間が揃うので信号強度を強くすることができる。
【００３４】
図６は、図２に示した超音波探傷装置８と、パソコン９の具体的な装置構成を示している。本発明では、この超音波探傷システムを用いて、図１に示すフェーズドアレイ超音波探傷方法のフローチャートに従い、超音波探傷を実行する。
【００３５】
まず、フローチャートの概略について説明する。このステップは、応力測定ステップＳ１０１、形状測定ステップＳ１０２、超音波探傷領域決定ステップＳ１０３、超音波探傷ステップＳ１０４の４ステップに大別される。このうち、応力測定ステップＳ１０１と形状測定ステップＳ１０２は、超音波探傷領域決定ステップＳ１０３において、探傷領域を決定するために使用される。従って、探傷領域を決定するために必要な応力あるいは形状のデータが、事前に準備されて保持されている場合には、このステップを省略することができる。また、応力と形状は、探傷領域を決定するときに使用するが、実行順序は任意であってもよいので、応力測定ステップＳ１０１と形状測定ステップＳ１０２の順番を入れ替えることができる。
【００３６】
以下、図６の装置を使用して、図１のフローチャートの全てのステップを順次実行する時の手順について説明する。
【００３７】
最初に、応力測定ステップＳ１０１について説明する。
【００３８】
まず、ステップＳ１０１ａにおいて、図６の装置を用いて、パソコン９のキーボード２６から応力測定開始信号を入力する。応力測定開始信号は、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してＣＰＵ２１に伝達される。
【００３９】
ステップＳ１０１ｂにおいて、ＣＰＵ２１は応力測定開始信号を認識し、この応力測定開始信号を、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介して応力測定装置１０に伝達し、応力測定装置１０を動作させて検査対象２の応力分布を測定する。
【００４０】
ステップＳ１０１ｃにおいて、測定結果はパソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してＣＰＵ２１に伝達され、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２２、あるいはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２３のいずれか１つ以上の記憶装置に記憶される。
【００４１】
ステップＳ１０２においては、超音波探傷装置８を利用した形状測定を実施する。
【００４２】
ステップＳ１０２ａでは、アレイセンサ１からの超音波信号を受信し、記憶する。このステップは、パソコン９のキーボード２６から形状測定開始信号の入力により開始される。この形状測定開始信号は、ＣＰＵ２１、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介して、超音波探傷装置８に伝達される。超音波探傷装置８においては、Ｄ／Ａコンバータ３０を介して、アレイセンサ１に電圧を印加して超音波を図１１に示したように走査する。この結果、検査対象内で生じる反射波をアレイセンサ１で受信して、Ａ／Ｄコンバータ２９、超音波探傷装置８のＩ／Ｏポート、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してＣＰＵ２１に伝達し、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち１つ以上の記憶装置に記憶させる。ステップＳ１０２ａでは、上記した超音波信号の受信、記憶までを実行する。
【００４３】
ステップＳ１０２ｂでは、こうして取得した反射波の発生方向と発生距離から、ＣＰＵ２１で反射源の位置を図形として再構成する。
【００４４】
又、ステップＳ１０２ｃでは、その結果としての形状を、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してモニタ２８に表示する。
【００４５】
なお、形状測定における超音波発信条件は、後述の本発明の効果において述べる。また、応力測定ステップと形状測定ステップは実施順序を交換してもよい。
【００４６】
ステップＳ１０３においては、超音波探傷領域を決定する。
【００４７】
まず、ステップＳ１０３ａにおいて、ステップＳ１０２で取得した検査対象の形状から、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）２４に格納した強度解析プログラムを用いてＣＰＵ２１で検査対象の強度を解析し、破損しない応力値を求める。
【００４８】
次にステップＳ１０３ｂにおいては、この強度計算結果と、ステップＳ１０１で測定した応力値をＣＰＵ２１で比較し、応力測定値が破損強度の計算値を超えている領域を超音波探傷領域と決定する。
【００４９】
最後に、ステップＳ１０４では、以上の結果に基づいて決定された位置に対して、超音波探傷を実行する。
【００５０】
まず、ステップＳ１０４ａにおいて、ステップＳ１０３で決定した超音波探傷領域への超音波の入射角と伝播距離から、ＣＰＵ２１で各素子３１の遅延時間を計算する。
【００５１】
ステップＳ１０４ｂでは、パソコン９のＩ／Ｏポート２５、超音波探傷装置８のＩ／Ｏポート２５、Ｄ／Ａコンバータ３０を介して、アレイセンサ１に電圧を印加して、各素子に対して各遅延時間に基づいて、超音波を送信せしめる。また、検査対象内で生じる反射波をアレイセンサ１で受信して、Ａ／Ｄコンバータ２９、超音波探傷装置８のＩ／Ｏポート２５、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してＣＰＵ２１に伝達し、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち１つ以上の記憶装置に記憶させる。
【００５２】
最後にステップＳ１０４ｃにおいて、ＣＰＵ２１で反射波の発生方向と発生角から反射源の検査対象内における位置を評価し、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してモニタ２８に表示する。
【００５３】
以上、図１のフローチャートに示す手順について説明したが、ここで形状測定ステップＳ１０２と、超音波探傷ステップＳ１０４において、超音波探傷を実行している。このうち、形状測定ステップＳ１０２での探傷は、広範囲の被検査対象の形状測定を主目的とした粗探傷とするのに対し、超音波探傷ステップＳ１０４での探傷は検査必要部の精密探傷である。
【００５４】
図８の左側に形状測定ステップＳ１０２での探傷の様子で、検査必要部１００の位置が不明なので、検査必要部１００を含む広い範囲の形状を粗探傷で測定する。図８の右側に示す超音波探傷ステップＳ１０４の探傷では、検査必要部１００の位置が特定されている超音波探傷領域を精密探傷する。ちなみに、従来手法では検査必要部１００の位置が特定されていない状態で、つまり左側の粗探傷範囲を精密探傷していた。
【００５５】
また、本発明のステップＳ１０３において超音波探傷領域を決定するが、これは、検査対象２内の強度的な脆弱部位を特定したものである。強度的な脆弱部位を特定するための手法として図１の実施例では、強度計算結果と、ステップＳ１０１で測定した応力値を比較し、応力測定値が破損強度の計算値を超えている領域を強度的な脆弱部位と決定したものである。
【００５６】
本発明においては、以上のようにして探傷領域を決定して探傷を実行するが、本発明の焦点数低減効果を、図７の必要焦点数の走査角依存性を用いて説明する。
【００５７】
まず、従来法の焦点数Ｄは、
（必要検査部位を探傷するための走査角Ｅ＋センサ設置位置誤差許容のための走査角の尤度Ｆ）÷（探傷のための走査角間隔Ｇ）
として求められる。
【００５８】
これに対し、本実施例における焦点数Ｄは、
（必要検査部位を探傷するための走査角Ｅ＋センサ設置位置誤差許容のための走査角の尤度Ｆ）÷（形状測定のための走査角間隔Ｈ）＋（必要走査角Ｉ）÷（探傷のための走査角間隔Ｇ）
として求められる。
【００５９】
一般的な探傷のための走査角間隔Ｇは０．５°、形状測定のための走査角間隔Ｈは５°である。また、一般的な探傷に用いられている必要検査部位を探傷するための走査角Ｅは５〜５０°、センサ設置位置誤差許容のための走査角の尤度Ｆは±５〜１０°である。この走査角間隔における従来法と本発明の焦点数は図７に示すとおりとなる。図７ａはセンサ設置位置誤差許容のための走査角の尤度Ｆが±５°の場合、図７ｂはセンサ設置位置誤差許容のための走査角の尤度Ｆが±１０°の場合の、必要検査部位を探傷するための焦点数の走査角依存性を表す。図中の実線は本発明、破線は従来法の焦点数であり、全範囲において本実施例の焦点数は、従来の探傷手法と比べて少なくなる。超音波探傷データの処理時間は焦点数に比例するため、焦点数の減少に伴ってデータ処理時間が短縮される。
【００６０】
本発明は以上説明したように構成されているので、センサ設置位置の誤差を許容するための精密超音波探傷範囲の尤度が、必要がなくなるため、焦点数が削減されてデータ処理が高速化される。
【００６１】
次に、本発明の第２の実施の形態を、図面を用いて説明する。ここで使用する超音波探傷システムの構成図は、図２に代えて図９のように構成し、超音波探傷システムの具体的な装置構成は、図６に代えて図１０のように構成し、さらにフェーズドアレイ超音波探傷実施手順のフローチャートは図１に代えて図１１のように構成する。
【００６２】
まず、図９と図１０に示す超音波探傷システムとその具体的な装置構成の図２、図６と異なる点は、応力測定装置１０の代わりに、検査対象２の損傷事例のデータベース、あるいは検査対象の強度と供用中の応力の解析結果のデータベースのうち１つ以上のデータベース（以下、ＤＢと称す）７を設けた点である。
【００６３】
この結果、図１１のフローチャートには、応力測定のステップＳ１０１が存在せず、ステップＳ２０１の形状測定ステップから開始される。このフローチャートの概略について説明する。このステップは、形状測定ステップＳ２０１、超音波探傷領域決定ステップＳ２０２、超音波探傷ステップＳ２０３の３ステップに大別される。
【００６４】
図１０の具体的な装置構成、および図１１のフローチャートを用いて、焦点数を低減するフェーズドアレイ超音波探傷方法を説明する。この場合には、形状測定ステップＳ２０１から開始される。
【００６５】
最初のステップＳ２０１ａは、図１０のキーボード２６から測定開始信号を入力し、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してＣＰＵ２１に伝達し、ＣＰＵ２１がこれを認識して形状測定を開始するところから始まる。形状測定開始信号入力に伴い、ＣＰＵ２１、パソコンのＩ／Ｏポート２５、超音波探傷装置８のＩ／Ｏポート２５、Ｄ／Ａコンバータ３０を介して、アレイセンサ１に電圧を印加して超音波を送信する。この結果、検査対象２内で生じる反射波をアレイセンサ１で受信して、Ａ／Ｄコンバータ２９、超音波探傷装置８のＩ／Ｏポート２５、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してＣＰＵ２１に伝達し、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち１つ以上の記憶装置に記憶させる。
【００６６】
ステップＳ２０１ｂでは、こうして取得した反射波の発生方向と発生距離から、ＣＰＵ２１で反射源の位置を図形として再構成する。
【００６７】
ステップＳ２０１ｃでは、この形状測定結果を、ＤＶＤ、ブルーレイディスク等の記録メディア２７から入力した検査対象形状のデジタル情報（ＣＡＤ情報）と照合することにより、形状測定精度を向上する。
【００６８】
超音波探傷に用いられる超音波の波長は０．２〜２ｍｍ程度であるため、この波長以上の形状測定精度は得られない。そこで、ＣＰＵ２１で超音波探傷機を利用して得られた形状情報と、ＣＡＤ情報の合致点の乖離が最小となるように検査対象の形状の輪郭を修正することにより、形状測定精度を向上する。
【００６９】
ステップＳ２０１ｄにおいて、この形状照合結果をＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち１つ以上の記憶装置に記憶させるとともに、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してモニタ２８に表示する。このＣＡＤ情報を利用した形状測定精度向上手法は、図１の実施例で用いてもよい。
【００７０】
次に、ステップＳ２０２では、超音波探傷領域を決定する。
【００７１】
ここでは、まずステップＳ２０２ａにおいて、ステップＳ２０１で測定した検査対象形状と、ＤＢ７に格納した検査対象における損傷発生箇所あるいは応力が強度を越える箇所をＣＰＵ２１で照合し、損傷発生箇所あるいは応力が強度を越える箇所を超音波探傷領域として決定する。
【００７２】
そして、ステップＳ２０２ｂでは、精密探傷箇所はステップ２０１で測定した検査対象形状とともにパソコンのＩ／Ｏポートを介してモニタに表示する。
【００７３】
最後にステップＳ２０３では、超音波探傷を実行する。
【００７４】
最初のステップＳ２０３ａにおいては、精密探傷の遅延時間は、探傷開始前にＣＰＵ２１で計算してＨＤＤ２２に記憶しておいた超音波の送信角と伝播距離に応じた遅延時間をデータベースとし、ステップＳ２０２で決定した超音波探傷領域における超音波の送信角と伝播距離に対応させてＣＰＵ２１で決定する。
【００７５】
なお、遅延時間はステップＳ２０２の後に、第１の実施の形態と同様に超音波の送信角と伝播距離に基づいて計算してもよい。また、第１の実施形態において、第２の実施形態と同様に事前に計算した遅延時間をデータベースとして超音波探傷の遅延時間を決定してもよい。
【００７６】
ステップＳ２０３ｂでは、そうして決定した遅延時間に基づいてパソコン９のＩ／Ｏポート２５、超音波探傷装置８のＩ／Ｏポート２５、Ｄ／Ａコンバータ３０を介し、アレイセンサ１に電圧を印加して超音波を送信する。ついで、検査対象２内で生じる反射波をアレイセンサ１で受信して、Ａ／Ｄコンバータ２９、超音波探傷装置８のＩ／Ｏポート２５、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してＣＰＵ２１に伝達し、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち１つ以上の記憶装置に記憶させる。
【００７７】
また、ステップＳ２０３ｃでは、ＣＰＵ２１で反射波の発生方向と発生角にもとづいて検査対象内における反射源の位置を特定し、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してモニタ２８に表示する。
【００７８】
以上、図１１のフローチャートに示す手順について説明したが、ここで形状測定ステップＳ２０１と、超音波探傷ステップＳ２０３において、超音波探傷を実行している。このうち、形状測定ステップＳ２０１での探傷は、検査対象の形状を測定する粗探傷とし、超音波探傷ステップＳ２０３での探傷は、探傷領域を限定した精密探傷とする。
【００７９】
先に図８を用いて説明した粗探傷と精密探傷の関係は、図１１のフローチャートの場合にも当てはまる。図８の左側が形状測定ステップＳ２０１での探傷の様子を示しており、図８の右側が超音波探傷ステップＳ２０３での探傷の様子を示していると考えればよい。
【００８０】
また、本発明のステップＳ２０２において超音波探傷領域を決定するが、これも、検査対象２内の強度的な脆弱部位を特定したものである。強度的な脆弱部位を特定するための手法として図１１の実施例では、過去の損傷事例・応力解析結果などのデータベースを用いて、強度的な脆弱部位を決定したものである。つまり、図１０の実施例では、検査対象の脆弱性に関する情報として、過去の損傷事例・応力解析結果などに着目したものである。
【００８１】
本発明は以上説明したように構成されているので、センサ設置位置の誤差を許容するための超音波走査範囲の尤度が必要なくなるため、図７に示した様に焦点数が削減されてデータ処理が高速化される。また、フェーズドアレイ超音波探傷による形状測定結果をＣＡＤ情報と照合することにより形状測定精度を向上するため、探傷の信頼性が向上される。また、応力解析、遅延時間解析をおこなわないため、総検査時間がさらに短縮される。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明におけるフェーズドアレイ超音波探傷方法は、広範囲を高速で探傷することが可能であるため、従来の検査対象のみならず、放射線や高温等のために検査時間が制約されるに検査対象にも適用することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１：フェーズドアレイ超音波探傷センサ（アレイセンサ）
２：検査対象
７：データベース（ＤＢ）
８：フェーズドアレイ超音波探傷装置（超音波探傷装置）
９：パソコン
１０：応力分布測定装置
２１：ＣＰＵ
２２：ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）
２３：ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
２４：リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）
２５：Ｉ／Ｏポート
２６：キーボード
２７：記録メディア
２８：モニタ
２９：Ａ／Ｄコンバータ
３０：Ｄ／Ａコンバータ
３１：超音波素子
３２、３２Ｂ：電極
３３：ダンパー
３４：保護ケース
３６：焦点
１００：検査必要部
Ｓ１０１：応力測定ステップ
Ｓ１０１ａ：応力測定開始信号入力ステップ
Ｓ１０１ｂ：応力測定ステップ
Ｓ１０１ｃ：応力測定結果記録ステップ
Ｓ１０２：形状測定ステップ
Ｓ１０２ａ：超音波送受信ステップ
Ｓ１０２ｂ：形状評価ステップ
Ｓ１０２ｃ：形状測定結果表示ステップ
Ｓ１０３：超音波探傷領域決定ステップ
Ｓ１０３ａ：検査対象強度解析ステップ
Ｓ１０３ｂ：超音波探傷領域決定ステップ
Ｓ１０４：超音波探傷ステップ
Ｓ１０４ａ：遅延時間解析ステップ
Ｓ１０４ｂ：超音波探傷ステップ
Ｓ１０４ｃ：探傷結果処理・表示ステップ
Ｓ２０１：形状測定ステップ
Ｓ２０１ａ：超音波送受信ステップ
Ｓ２０１ｂ：形状評価ステップ
Ｓ２０１ｃ：形状測定結果−ＣＡＤ情報照合ステップ
Ｓ２０１ｄ：形状測定結果表示ステップ
Ｓ２０２：超音波探傷領域決定ステップ
Ｓ２０２ａ：損傷事例あるいは応力解析結果と検査対象形状の照合ステップ
Ｓ２０２ｂ：超音波探傷領域表示ステップ
Ｓ２０３：超音波探傷ステップ
Ｓ２０３ａ：遅延時間決定ステップ
Ｓ２０３ｂ：超音波探傷ステップ
Ｓ２０３ｃ：探傷結果処理・表示ステップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェーズドアレイ超音波探傷方法に係り、特に探傷及びデータ処理時間を短縮しながら、高精度を保つことができる探傷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレイ超音波探傷とは、図１２に示すように並列配置した複数の超音波素子３１からなるセンサ１（以下、アレイセンサと称する）を用い、各超音波素子３１から焦点３６の位置に同時に超音波が到達するよう発信開始時間差を調整して超音波を送信し、焦点位置の音圧を高めて探傷する超音波探傷方法である。この手法によれば、焦点位置を走査することで、広範囲を一括探傷することが可能である。
【０００３】
この探傷方法は図１３に示すように、アレイセンサ１の設置に際し、想定した設置位置、設置角（点線）が、実際の設置の際に実線のように誤差が生じた場合にも必要検査範囲を探傷するため、実際の探傷においては、図１４に示すように必要検査範囲よりも広い範囲を走査して探傷している。つまり、センサ１から検査対象２に超音波を照射するに際し、本来はＡの範囲を走査すべきところ、設置位置の誤差を見込んで、より広いＢの範囲を走査している。このため、データの取得点数が多くなり処理時間が増加するという問題がある。
【０００４】
また、図１５に示すようにアレイセンサ１の設置位置が、点線から実線の位置にずれた場合には、本来範囲Ａに焦点を合わすべきところ、焦点がＣにずれるため、探傷精度が低下するという問題がある。
【０００５】
これらの問題のうち、焦点のずれに対応するため、非特許文献１のように、１回目の探傷で測定部位の形状を測定し、その形状に合わせて焦点距離を調整するという技術が知られている。
【０００６】
また、特許文献１のように、探傷結果において反射強度が強い距離に焦点を合わせ再探傷するという焦点距離の調整に関する特許が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−７５７１８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】三菱重工業技報Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．１（２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上の特許文献あるいは、非特許文献では、図１４、図１５で説明した焦点距離調整の目的で、探傷を２回に分けて実行することが知られている。
【００１０】
然るに、これら特許文献あるいは、非特許文献では、必要範囲よりも広範囲を探傷することによる焦点数の増加で生じるデータ処理時間の増加の問題については、検討されていない。広範囲を探傷する場合、図１２で述べたように特定焦点に向けて探傷を実行し、次に特定焦点位置を走査することになるが、この場合の焦点数が多いほど、探傷に要する時間、及びその後のデータ処理時間が増大するという問題について検討されていない。
【００１１】
本発明は、フェーズドアレイ超音波探傷における探傷及びデータ処理時間短縮のため、焦点数を低減しながら、高精度を保つことができるフェーズドアレイ超音波探傷方法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】
【００１２】
アレイセンサを用いる本発明のフェーズドアレイ超音波探傷方法では、検査対象にアレイセンサを用いて超音波を送受信して検査対象の形状を検知する形状測定ステップと、検査対象の脆弱性に関する情報と形状測定ステップで取得した形状の情報とから、超音波探傷領域を決定する超音波探傷領域決定ステップと、超音波探傷領域決定ステップで定めた検査対象内の超音波探傷領域に向けて、アレイセンサを用いてフェーズドアレイ超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有する。
【００１３】
また、検査対象の脆弱性に関する情報は、検査対象内の応力とするのがよい。
【００１４】
また、検査対象には応力検知手段が取り付けられ、超音波探傷領域決定ステップの実行前に、応力検知手段から検査対象の各部応力が入手するのがよい。
【００１５】
また、検査対象の脆弱性に関する情報は、検査対象の損傷事例のデータとするのがよい。
【００１６】
また、検査対象の脆弱性に関する情報は、検査対象の強度と供用中の応力の解析結果のデータとするのがよい。
【００１７】
また、形状測定ステップの探傷は、広範囲を粗い走査間隔で行う粗探傷であり、超音波探傷領域決定ステップの探傷は超音波探傷領域を緻密な走査間隔で探傷する精密探傷とするのがよい。
【００１８】
また、アレイセンサを構成する超音波素子間の超音波発信開始時間差を決定するために、探傷開始前に計算した超音波の送信角と伝播距離に応じた超音波発信開始時間差をデータベースとして保有し、超音波探傷領域決定ステップで決定した超音波探傷領域に対する超音波の送信角と伝播距離に対応させて決定するのがよい。
【００１９】
アレイセンサを用いる本発明のフェーズドアレイ超音波探傷方法では、検査対象の応力を測定する応力測定ステップ、検査対象にセンサを用いて超音波を送受信して検査対象の形状を検知する形状測定ステップと、応力測定ステップでの応力測定結果と、形状測定ステップで得られた形状測定結果に基づいて計算した検査対象の強度を比較して、応力が強度を超えた範囲を超音波探傷位置と決定する超音波探傷領域決定ステップと、超音波探傷領域決定ステップで定めた検査対象内の超音波探傷領域に向けて、アレイセンサを用いてフェーズドアレイ超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有する。
【００２０】
アレイセンサを用いる本発明のフェーズドアレイ超音波探傷方法では、検査対象の損傷事例あるいは応力解析結果のデータベースを保有し、検査対象に前記センサを用いて超音波を送受信して検査対象の形状を検知する形状測定ステップと、データベースの損傷事例あるいは応力解析結果と、形状測定ステップによる形状測定結果とから、損傷事例がある部位あるいは応力が強度を越える部位を超音波探傷位置と決定する超音波探傷領域決定ステップと、超音波探傷領域決定ステップで定めた検査対象内の超音波探傷領域に向けてアレイセンサを用いてフェーズドアレイ超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、形状測定で精密探傷範囲を必要範囲に限定できるので、焦点数が低減されてデータ処理時間が短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】フェーズドアレイ超音波探傷実施手順のフローチャートを示す図。
【図２】超音波探傷システムの構成図。
【図３】超音波探傷で使用するアレイセンサの構成図。
【図４】フェーズドアレイ超音波探傷を行う方法を示す図。
【図５】素子位置に対する超音波発振開始時間差ｄｔ［ｓ］の分布例を示す図。
【図６】超音波探傷システムの具体的な装置構成を示す図。
【図７ａ】走査範囲尤度±５°の時の必要走査範囲と焦点数の関係を示す図。
【図７ｂ】走査範囲尤度±１０°の時の必要走査範囲と焦点数の関係を示す図。
【図８】形状測定ステップと超音波探傷ステップの相違を示す図。
【図９】第２の実施形態での超音波探傷システムの構成図。
【図１０】第２の実施形態での超音波探傷システムの具体的な装置構成を示す図。
【図１１】第２の実施形態でのフローチャートを示す図。
【図１２】フェーズドアレイ超音波探傷方法の概念を示す図。
【図１３】センサ設置位置に伴う誤差を表す概念を示す図。
【図１４】センサ設置位置の誤差に対応するための現状の対策を示す図。
【図１５】センサ設置位置誤差で、焦点がずれることを示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
【実施例】
【００２４】
図２は、本発明において採用し得る超音波探傷システムの構成図である。本実施形態における超音波探傷システムは、アレイセンサ１、フェーズドアレイ超音波探傷装（以下、超音波探傷装置と称す）８、データ処理兼超音波探傷条件決定用のパソコン９、応力測定装置１０より構成される。なお、応力測定装置１０としては、ひずみゲージ、Ｘ線回折装置、光弾性応力測定装置、赤外線応力測定装置、中性子回折装置等を用いることができる。
【００２５】
このうち、アレイセンサ１は、図３に示すように、直方体の超音波素子３１を２方向に配列し、保護ケース３４に収納したものである。アレイセンサ１を構成する個々の超音波素子３１は、検査対象に対面する底面に設けられた電極３２と、各超音波素子３１の上面に設けられた電極３２Ｂに電圧を印加する信号線（図示せず）と、電極３２Ｂ上に設けられ、発振した超音波のエネルギーを吸収するダンパー３３を備えている。ダンパー３３は、超音波発振時の残振を減らすので、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。
【００２６】
また、超音波素子３１の材料としては、ＰＺＴ（圧電セラミック：（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３））、ＬｉＮｂＯ３、ＰＶＤＦ（高分子圧電素子：Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）等の圧電素子を使用できる。また、電極３２と電極３２Ｂとしては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の導電性の高い金属を、信号線としては銅線を、ダンパー３４としてはＨｆ、Ｗ、Ｔａ等の重金属を樹脂に混合したものを用いることが好ましい。また、保護ケース３４は、樹脂、金属のうち１つ以上の材質からなるものを成型して用いることが好ましい。
【００２７】
図４は、アレイセンサ１を用いて超音波探傷を行う方法を示す図である。この図に示すように、超音波探傷を行う際には、アレイセンサ１内に平行配置した複数の超音波素子３１から焦点３６に同時に超音波が届くように、各超音波素子３１における超音波発振開始時間を調整する。
【００２８】
ここで、超音波素子３１と焦点３６との最大距離をｍａｘ（Ｌ）［ｍ］、図中左からｉ番目の超音波素子３１と焦点３６との距離をＬｉ［ｍ］、超音波の伝搬速度（音速）をＶ［ｍ／ｓ］、ｉ番目の超音波素子３１のＸ座標をｘｉ［ｍ］、ｉ番目の超音波素子３１のＹ座標をｙｉ［ｍ］、焦点３６のＸ座標をｘｆ［ｍ］、焦点３６のＹ座標をｙｆ［ｍ］とする。
【００２９】
このとき、ｉ番目の超音波素子３１と焦点３６との距離Ｌｉ［ｍ］、及び各超音波素子３１の超音波発振開始時間差ｄｔ［ｓ］（以下、超音波発振開始時間差を遅延時間と記す）は、次式（１）、（２）で表される。
【００３０】
【数１】
【００３１】
【数２】
図５は、横軸に複数で構成されるアレイセンサ１の各素子の位置をとり、縦軸に遅延時間ｄｔ［ｓ］を示した図である。この図の例では、８個の素子から構成される素子列を、３列設置した例であり、２列目、５番の位置の素子に最も近い位置に焦点を置くときの時間差を表している。
【００３２】
具体的には、この図は、超音波素子３１の総数が２４個、Ｖ＝５７８０［ｍ／ｓ］、ｘｉ＝（０．５ｉ−０．２５）×１０−３［ｍｍ］、ｙｉ＝０［ｍ］、ｘｆ＝０［ｍ］、ｙｆ＝３×１０−２［ｍ］のときの遅延時間ｄｔ［ｓ］を示している。
【００３３】
この図に示すように、焦点から遠い超音波素子を早く発振させると、各素子から焦点への超音波到達時間が揃うので信号強度を強くすることができる。
【００３４】
図６は、図２に示した超音波探傷装置８と、パソコン９の具体的な装置構成を示している。本発明では、この超音波探傷システムを用いて、図１に示すフェーズドアレイ超音波探傷方法のフローチャートに従い、超音波探傷を実行する。
【００３５】
まず、フローチャートの概略について説明する。このステップは、応力測定ステップＳ１０１、形状測定ステップＳ１０２、超音波探傷領域決定ステップＳ１０３、超音波探傷ステップＳ１０４の４ステップに大別される。このうち、応力測定ステップＳ１０１と形状測定ステップＳ１０２は、超音波探傷領域決定ステップＳ１０３において、探傷領域を決定するために使用される。従って、探傷領域を決定するために必要な応力あるいは形状のデータが、事前に準備されて保持されている場合には、このステップを省略することができる。また、応力と形状は、探傷領域を決定するときに使用するが、実行順序は任意であってもよいので、応力測定ステップＳ１０１と形状測定ステップＳ１０２の順番を入れ替えることができる。
【００３６】
以下、図６の装置を使用して、図１のフローチャートの全てのステップを順次実行する時の手順について説明する。
【００３７】
最初に、応力測定ステップＳ１０１について説明する。
【００３８】
まず、ステップＳ１０１ａにおいて、図６の装置を用いて、パソコン９のキーボード２６から応力測定開始信号を入力する。応力測定開始信号は、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してＣＰＵ２１に伝達される。
【００３９】
ステップＳ１０１ｂにおいて、ＣＰＵ２１は応力測定開始信号を認識し、この応力測定開始信号を、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介して応力測定装置１０に伝達し、応力測定装置１０を動作させて検査対象２の応力分布を測定する。
【００４０】
ステップＳ１０１ｃにおいて、測定結果はパソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してＣＰＵ２１に伝達され、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２２、あるいはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２３のいずれか１つ以上の記憶装置に記憶される。
【００４１】
ステップＳ１０２においては、超音波探傷装置８を利用した形状測定を実施する。
【００４２】
ステップＳ１０２ａでは、アレイセンサ１からの超音波信号を受信し、記憶する。このステップは、パソコン９のキーボード２６から形状測定開始信号の入力により開始される。この形状測定開始信号は、ＣＰＵ２１、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介して、超音波探傷装置８に伝達される。超音波探傷装置８においては、Ｄ／Ａコンバータ３０を介して、アレイセンサ１に電圧を印加して超音波を図１１に示したように走査する。この結果、検査対象内で生じる反射波をアレイセンサ１で受信して、Ａ／Ｄコンバータ２９、超音波探傷装置８のＩ／Ｏポート、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してＣＰＵ２１に伝達し、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち１つ以上の記憶装置に記憶させる。ステップＳ１０２ａでは、上記した超音波信号の受信、記憶までを実行する。
【００４３】
ステップＳ１０２ｂでは、こうして取得した反射波の発生方向と発生距離から、ＣＰＵ２１で反射源の位置を図形として再構成する。
【００４４】
又、ステップＳ１０２ｃでは、その結果としての形状を、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してモニタ２８に表示する。
【００４５】
なお、形状測定における超音波発信条件は、後述の本発明の効果において述べる。また、応力測定ステップと形状測定ステップは実施順序を交換してもよい。
【００４６】
ステップＳ１０３においては、超音波探傷領域を決定する。
【００４７】
まず、ステップＳ１０３ａにおいて、ステップＳ１０２で取得した検査対象の形状から、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）２４に格納した強度解析プログラムを用いてＣＰＵ２１で検査対象の強度を解析し、破損しない応力値を求める。
【００４８】
次にステップＳ１０３ｂにおいては、この強度計算結果と、ステップＳ１０１で測定した応力値をＣＰＵ２１で比較し、応力測定値が破損強度の計算値を超えている領域を超音波探傷領域と決定する。
【００４９】
最後に、ステップＳ１０４では、以上の結果に基づいて決定された位置に対して、超音波探傷を実行する。
【００５０】
まず、ステップＳ１０４ａにおいて、ステップＳ１０３で決定した超音波探傷領域への超音波の入射角と伝播距離から、ＣＰＵ２１で各素子３１の遅延時間を計算する。
【００５１】
ステップＳ１０４ｂでは、パソコン９のＩ／Ｏポート２５、超音波探傷装置８のＩ／Ｏポート２５、Ｄ／Ａコンバータ３０を介して、アレイセンサ１に電圧を印加して、各素子に対して各遅延時間に基づいて、超音波を送信せしめる。また、検査対象内で生じる反射波をアレイセンサ１で受信して、Ａ／Ｄコンバータ２９、超音波探傷装置８のＩ／Ｏポート２５、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してＣＰＵ２１に伝達し、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち１つ以上の記憶装置に記憶させる。
【００５２】
最後にステップＳ１０４ｃにおいて、ＣＰＵ２１で反射波の発生方向と発生角から反射源の検査対象内における位置を評価し、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してモニタ２８に表示する。
【００５３】
以上、図１のフローチャートに示す手順について説明したが、ここで形状測定ステップＳ１０２と、超音波探傷ステップＳ１０４において、超音波探傷を実行している。このうち、形状測定ステップＳ１０２での探傷は、広範囲の被検査対象の形状測定を主目的とした粗探傷とするのに対し、超音波探傷ステップＳ１０４での探傷は検査必要部の精密探傷である。
【００５４】
図８の左側に形状測定ステップＳ１０２での探傷の様子で、検査必要部１００の位置が不明なので、検査必要部１００を含む広い範囲の形状を粗探傷で測定する。図８の右側に示す超音波探傷ステップＳ１０４の探傷では、検査必要部１００の位置が特定されている超音波探傷領域を精密探傷する。ちなみに、従来手法では検査必要部１００の位置が特定されていない状態で、つまり左側の粗探傷範囲を精密探傷していた。
【００５５】
また、本発明のステップＳ１０３において超音波探傷領域を決定するが、これは、検査対象２内の強度的な脆弱部位を特定したものである。強度的な脆弱部位を特定するための手法として図１の実施例では、強度計算結果と、ステップＳ１０１で測定した応力値を比較し、応力測定値が破損強度の計算値を超えている領域を強度的な脆弱部位と決定したものである。
【００５６】
本発明においては、以上のようにして探傷領域を決定して探傷を実行するが、本発明の焦点数低減効果を、図７の必要焦点数の走査角依存性を用いて説明する。
【００５７】
まず、従来法の焦点数Ｄは、
（必要検査部位を探傷するための走査角Ｅ＋センサ設置位置誤差許容のための走査角の尤度Ｆ）÷（探傷のための走査角間隔Ｇ）
として求められる。
【００５８】
これに対し、本実施例における焦点数Ｄは、
（必要検査部位を探傷するための走査角Ｅ＋センサ設置位置誤差許容のための走査角の尤度Ｆ）÷（形状測定のための走査角間隔Ｈ）＋（必要走査角Ｉ）÷（探傷のための走査角間隔Ｇ）
として求められる。
【００５９】
一般的な探傷のための走査角間隔Ｇは０．５°、形状測定のための走査角間隔Ｈは５°である。また、一般的な探傷に用いられている必要検査部位を探傷するための走査角Ｅは５〜５０°、センサ設置位置誤差許容のための走査角の尤度Ｆは±５〜１０°である。この走査角間隔における従来法と本発明の焦点数は図７に示すとおりとなる。図７ａはセンサ設置位置誤差許容のための走査角の尤度Ｆが±５°の場合、図７ｂはセンサ設置位置誤差許容のための走査角の尤度Ｆが±１０°の場合の、必要検査部位を探傷するための焦点数の走査角依存性を表す。図中の実線は本発明、破線は従来法の焦点数であり、全範囲において本実施例の焦点数は、従来の探傷手法と比べて少なくなる。超音波探傷データの処理時間は焦点数に比例するため、焦点数の減少に伴ってデータ処理時間が短縮される。
【００６０】
本発明は以上説明したように構成されているので、センサ設置位置の誤差を許容するための精密超音波探傷範囲の尤度が、必要がなくなるため、焦点数が削減されてデータ処理が高速化される。
【００６１】
次に、本発明の第２の実施の形態を、図面を用いて説明する。ここで使用する超音波探傷システムの構成図は、図２に代えて図９のように構成し、超音波探傷システムの具体的な装置構成は、図６に代えて図１０のように構成し、さらにフェーズドアレイ超音波探傷実施手順のフローチャートは図１に代えて図１１のように構成する。
【００６２】
まず、図９と図１０に示す超音波探傷システムとその具体的な装置構成の図２、図６と異なる点は、応力測定装置１０の代わりに、検査対象２の損傷事例のデータベース、あるいは検査対象の強度と供用中の応力の解析結果のデータベースのうち１つ以上のデータベース（以下、ＤＢと称す）７を設けた点である。
【００６３】
この結果、図１１のフローチャートには、応力測定のステップＳ１０１が存在せず、ステップＳ２０１の形状測定ステップから開始される。このフローチャートの概略について説明する。このステップは、形状測定ステップＳ２０１、超音波探傷領域決定ステップＳ２０２、超音波探傷ステップＳ２０３の３ステップに大別される。
【００６４】
図１０の具体的な装置構成、および図１１のフローチャートを用いて、焦点数を低減するフェーズドアレイ超音波探傷方法を説明する。この場合には、形状測定ステップＳ２０１から開始される。
【００６５】
最初のステップＳ２０１ａは、図１０のキーボード２６から測定開始信号を入力し、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してＣＰＵ２１に伝達し、ＣＰＵ２１がこれを認識して形状測定を開始するところから始まる。形状測定開始信号入力に伴い、ＣＰＵ２１、パソコンのＩ／Ｏポート２５、超音波探傷装置８のＩ／Ｏポート２５、Ｄ／Ａコンバータ３０を介して、アレイセンサ１に電圧を印加して超音波を送信する。この結果、検査対象２内で生じる反射波をアレイセンサ１で受信して、Ａ／Ｄコンバータ２９、超音波探傷装置８のＩ／Ｏポート２５、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してＣＰＵ２１に伝達し、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち１つ以上の記憶装置に記憶させる。
【００６６】
ステップＳ２０１ｂでは、こうして取得した反射波の発生方向と発生距離から、ＣＰＵ２１で反射源の位置を図形として再構成する。
【００６７】
ステップＳ２０１ｃでは、この形状測定結果を、ＤＶＤ、ブルーレイディスク等の記録メディア２７から入力した検査対象形状のデジタル情報（ＣＡＤ情報）と照合することにより、形状測定精度を向上する。
【００６８】
超音波探傷に用いられる超音波の波長は０．２〜２ｍｍ程度であるため、この波長以上の形状測定精度は得られない。そこで、ＣＰＵ２１で超音波探傷機を利用して得られた形状情報と、ＣＡＤ情報の合致点の乖離が最小となるように検査対象の形状の輪郭を修正することにより、形状測定精度を向上する。
【００６９】
ステップＳ２０１ｄにおいて、この形状照合結果をＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち１つ以上の記憶装置に記憶させるとともに、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してモニタ２８に表示する。このＣＡＤ情報を利用した形状測定精度向上手法は、図１の実施例で用いてもよい。
【００７０】
次に、ステップＳ２０２では、超音波探傷領域を決定する。
【００７１】
ここでは、まずステップＳ２０２ａにおいて、ステップＳ２０１で測定した検査対象形状と、ＤＢ７に格納した検査対象における損傷発生箇所あるいは応力が強度を越える箇所をＣＰＵ２１で照合し、損傷発生箇所あるいは応力が強度を越える箇所を超音波探傷領域として決定する。
【００７２】
そして、ステップＳ２０２ｂでは、精密探傷箇所はステップ２０１で測定した検査対象形状とともにパソコンのＩ／Ｏポートを介してモニタに表示する。
【００７３】
最後にステップＳ２０３では、超音波探傷を実行する。
【００７４】
最初のステップＳ２０３ａにおいては、精密探傷の遅延時間は、探傷開始前にＣＰＵ２１で計算してＨＤＤ２２に記憶しておいた超音波の送信角と伝播距離に応じた遅延時間をデータベースとし、ステップＳ２０２で決定した超音波探傷領域における超音波の送信角と伝播距離に対応させてＣＰＵ２１で決定する。
【００７５】
なお、遅延時間はステップＳ２０２の後に、第１の実施の形態と同様に超音波の送信角と伝播距離に基づいて計算してもよい。また、第１の実施形態において、第２の実施形態と同様に事前に計算した遅延時間をデータベースとして超音波探傷の遅延時間を決定してもよい。
【００７６】
ステップＳ２０３ｂでは、そうして決定した遅延時間に基づいてパソコン９のＩ／Ｏポート２５、超音波探傷装置８のＩ／Ｏポート２５、Ｄ／Ａコンバータ３０を介し、アレイセンサ１に電圧を印加して超音波を送信する。ついで、検査対象２内で生じる反射波をアレイセンサ１で受信して、Ａ／Ｄコンバータ２９、超音波探傷装置８のＩ／Ｏポート２５、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してＣＰＵ２１に伝達し、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち１つ以上の記憶装置に記憶させる。
【００７７】
また、ステップＳ２０３ｃでは、ＣＰＵ２１で反射波の発生方向と発生角にもとづいて検査対象内における反射源の位置を特定し、パソコン９のＩ／Ｏポート２５を介してモニタ２８に表示する。
【００７８】
以上、図１１のフローチャートに示す手順について説明したが、ここで形状測定ステップＳ２０１と、超音波探傷ステップＳ２０３において、超音波探傷を実行している。このうち、形状測定ステップＳ２０１での探傷は、検査対象の形状を測定する粗探傷とし、超音波探傷ステップＳ２０３での探傷は、探傷領域を限定した精密探傷とする。
【００７９】
先に図８を用いて説明した粗探傷と精密探傷の関係は、図１１のフローチャートの場合にも当てはまる。図８の左側が形状測定ステップＳ２０１での探傷の様子を示しており、図８の右側が超音波探傷ステップＳ２０３での探傷の様子を示していると考えればよい。
【００８０】
また、本発明のステップＳ２０２において超音波探傷領域を決定するが、これも、検査対象２内の強度的な脆弱部位を特定したものである。強度的な脆弱部位を特定するための手法として図１１の実施例では、過去の損傷事例・応力解析結果などのデータベースを用いて、強度的な脆弱部位を決定したものである。つまり、図１０の実施例では、検査対象の脆弱性に関する情報として、過去の損傷事例・応力解析結果などに着目したものである。
【００８１】
本発明は以上説明したように構成されているので、センサ設置位置の誤差を許容するための超音波走査範囲の尤度が必要なくなるため、図７に示した様に焦点数が削減されてデータ処理が高速化される。また、フェーズドアレイ超音波探傷による形状測定結果をＣＡＤ情報と照合することにより形状測定精度を向上するため、探傷の信頼性が向上される。また、応力解析、遅延時間解析をおこなわないため、総検査時間がさらに短縮される。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明におけるフェーズドアレイ超音波探傷方法は、広範囲を高速で探傷することが可能であるため、従来の検査対象のみならず、放射線や高温等のために検査時間が制約されるに検査対象にも適用することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１：フェーズドアレイ超音波探傷センサ（アレイセンサ）
２：検査対象
７：データベース（ＤＢ）
８：フェーズドアレイ超音波探傷装置（超音波探傷装置）
９：パソコン
１０：応力分布測定装置
２１：ＣＰＵ
２２：ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）
２３：ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
２４：リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）
２５：Ｉ／Ｏポート
２６：キーボード
２７：記録メディア
２８：モニタ
２９：Ａ／Ｄコンバータ
３０：Ｄ／Ａコンバータ
３１：超音波素子
３２、３２Ｂ：電極
３３：ダンパー
３４：保護ケース
３６：焦点
１００：検査必要部
Ｓ１０１：応力測定ステップ
Ｓ１０１ａ：応力測定開始信号入力ステップ
Ｓ１０１ｂ：応力測定ステップ
Ｓ１０１ｃ：応力測定結果記録ステップ
Ｓ１０２：形状測定ステップ
Ｓ１０２ａ：超音波送受信ステップ
Ｓ１０２ｂ：形状評価ステップ
Ｓ１０２ｃ：形状測定結果表示ステップ
Ｓ１０３：超音波探傷領域決定ステップ
Ｓ１０３ａ：検査対象強度解析ステップ
Ｓ１０３ｂ：超音波探傷領域決定ステップ
Ｓ１０４：超音波探傷ステップ
Ｓ１０４ａ：遅延時間解析ステップ
Ｓ１０４ｂ：超音波探傷ステップ
Ｓ１０４ｃ：探傷結果処理・表示ステップ
Ｓ２０１：形状測定ステップ
Ｓ２０１ａ：超音波送受信ステップ
Ｓ２０１ｂ：形状評価ステップ
Ｓ２０１ｃ：形状測定結果−ＣＡＤ情報照合ステップ
Ｓ２０１ｄ：形状測定結果表示ステップ
Ｓ２０２：超音波探傷領域決定ステップ
Ｓ２０２ａ：損傷事例あるいは応力解析結果と検査対象形状の照合ステップ
Ｓ２０２ｂ：超音波探傷領域表示ステップ
Ｓ２０３：超音波探傷ステップ
Ｓ２０３ａ：遅延時間決定ステップ
Ｓ２０３ｂ：超音波探傷ステップ
Ｓ２０３ｃ：探傷結果処理・表示ステップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列配置した複数の超音波素子からなるセンサを用いるフェーズドアレイ超音波探傷方法において、
検査対象に前記センサを用いて超音波を送受信して検査対象の形状を検知する形状測定ステップと、前記検査対象の脆弱性に関する情報と前記形状測定ステップによる形状の情報とから、超音波探傷領域を決定する超音波探傷領域決定ステップと、該超音波探傷領域決定ステップで定めた前記検査対象内の超音波探傷領域に向けて、前記センサを用いてフェーズドアレイ超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有することを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。
【請求項２】
第１項記載のフェーズドアレイ超音波探傷方法において、
前記検査対象の脆弱性に関する情報とは、前記検査対象内の応力とされることを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。
【請求項３】
第２項記載のフェーズドアレイ超音波探傷方法において、
前記検査対象には応力検知手段が取り付けられ、前記超音波探傷領域決定ステップの実行前に、前記応力検知手段から前記検査対象の各部応力が入手されることを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。
【請求項４】
第１項記載のフェーズドアレイ超音波探傷方法において、
前記検査対象の脆弱性に関する情報とは、前記検査対象の損傷事例のデータとされることを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。
【請求項５】
第１項記載のフェーズドアレイ超音波探傷方法において、
前記検査対象の脆弱性に関する情報とは、前記検査対象の強度と供用中の応力の解析結果のデータとされることを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。
【請求項６】
第１項記載のフェーズドアレイ超音波探傷方法において、
前記形状測定ステップの探傷は前記検査対象の広範囲に向けた粗探傷であり、前記超音波探傷領域決定ステップの探傷は超音波探傷領域に向けた精密探傷とされることを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。
【請求項７】
第１項記載のフェーズドアレイ超音波探傷方法において、
フェーズドアレイ型超音波センサを構成する超音波素子間の超音波発信開始時間差を決定するために、探傷開始前に計算した超音波の送信角と伝播距離に応じた超音波発信開始時間差をデータベースとして保有し、前記超音波探傷領域決定ステップで決定した超音波探傷領域に対する超音波の送信角と伝播距離に対応させて決定することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項８】
並列配置した複数の超音波素子からなるセンサを用いるフェーズドアレイ超音波探傷方法において、
検査対象の応力を測定する応力測定ステップ、前記検査対象に前記センサを用いて超音波を送受信して検査対象の形状を検知する形状測定ステップと、前記応力測定ステップでの応力測定結果と、前記形状測定ステップによる形状測定結果に基づいて計算した検査対象の強度を比較して、応力が強度を超えた範囲を超音波探傷位置と決定する超音波探傷領域決定ステップと、該超音波探傷領域決定ステップで定めた前記検査対象内の超音波探傷領域に向けて、前記センサを用いてフェーズドアレイ超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有することを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。
【請求項９】
並列配置した複数の超音波素子からなるセンサを用いるフェーズドアレイ超音波探傷方法において、
検査対象の損傷事例あるいは応力解析結果のデータベースを保有し、前記検査対象に前記センサを用いて超音波を送受信して検査対象の形状を検知する形状測定ステップと、前記データベースの損傷事例あるいは応力解析結果と、前記形状測定ステップによる形状測定結果とから、損傷事例がある部位あるいは応力が強度を越える部位を超音波探傷位置と決定する超音波探傷領域決定ステップと、該超音波探傷領域決定ステップで定めた前記検査対象内の超音波探傷領域に向けて、前記センサを用いてフェーズドアレイ超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有することを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。
【請求項１】
並列配置した複数の超音波素子からなるセンサを用いるフェーズドアレイ超音波探傷方法において、
検査対象に前記センサを用いて超音波を送受信して検査対象の形状を検知する形状測定ステップと、前記検査対象の脆弱性に関する情報と前記形状測定ステップによる形状の情報とから、超音波探傷領域を決定する超音波探傷領域決定ステップと、該超音波探傷領域決定ステップで定めた前記検査対象内の超音波探傷領域に向けて、前記センサを用いてフェーズドアレイ超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有することを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。
【請求項２】
第１項記載のフェーズドアレイ超音波探傷方法において、
前記検査対象の脆弱性に関する情報とは、前記検査対象内の応力とされることを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。
【請求項３】
第２項記載のフェーズドアレイ超音波探傷方法において、
前記検査対象には応力検知手段が取り付けられ、前記超音波探傷領域決定ステップの実行前に、前記応力検知手段から前記検査対象の各部応力が入手されることを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。
【請求項４】
第１項記載のフェーズドアレイ超音波探傷方法において、
前記検査対象の脆弱性に関する情報とは、前記検査対象の損傷事例のデータとされることを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。
【請求項５】
第１項記載のフェーズドアレイ超音波探傷方法において、
前記検査対象の脆弱性に関する情報とは、前記検査対象の強度と供用中の応力の解析結果のデータとされることを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。
【請求項６】
第１項記載のフェーズドアレイ超音波探傷方法において、
前記形状測定ステップの探傷は前記検査対象の広範囲に向けた粗探傷であり、前記超音波探傷領域決定ステップの探傷は超音波探傷領域に向けた精密探傷とされることを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。
【請求項７】
第１項記載のフェーズドアレイ超音波探傷方法において、
フェーズドアレイ型超音波センサを構成する超音波素子間の超音波発信開始時間差を決定するために、探傷開始前に計算した超音波の送信角と伝播距離に応じた超音波発信開始時間差をデータベースとして保有し、前記超音波探傷領域決定ステップで決定した超音波探傷領域に対する超音波の送信角と伝播距離に対応させて決定することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項８】
並列配置した複数の超音波素子からなるセンサを用いるフェーズドアレイ超音波探傷方法において、
検査対象の応力を測定する応力測定ステップ、前記検査対象に前記センサを用いて超音波を送受信して検査対象の形状を検知する形状測定ステップと、前記応力測定ステップでの応力測定結果と、前記形状測定ステップによる形状測定結果に基づいて計算した検査対象の強度を比較して、応力が強度を超えた範囲を超音波探傷位置と決定する超音波探傷領域決定ステップと、該超音波探傷領域決定ステップで定めた前記検査対象内の超音波探傷領域に向けて、前記センサを用いてフェーズドアレイ超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有することを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。
【請求項９】
並列配置した複数の超音波素子からなるセンサを用いるフェーズドアレイ超音波探傷方法において、
検査対象の損傷事例あるいは応力解析結果のデータベースを保有し、前記検査対象に前記センサを用いて超音波を送受信して検査対象の形状を検知する形状測定ステップと、前記データベースの損傷事例あるいは応力解析結果と、前記形状測定ステップによる形状測定結果とから、損傷事例がある部位あるいは応力が強度を越える部位を超音波探傷位置と決定する超音波探傷領域決定ステップと、該超音波探傷領域決定ステップで定めた前記検査対象内の超音波探傷領域に向けて、前記センサを用いてフェーズドアレイ超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有することを特徴とするフェーズドアレイ超音波探傷方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−２０９１００（Ｐ２０１１−２０９１００Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７６８０３（Ｐ２０１０−７６８０３）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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