表面亀裂深さの超音波計測方法と装置
【課題】部材表面に開口した亀裂の深さが１ｍｍ未満である微小亀裂であっても、その表面亀裂深さを正確に計測することができる表面亀裂深さの超音波計測方法と装置を提供する。
【解決手段】被検査物６の表面に接触媒体１１を塗布し、かつ表面亀裂１の内部に接触媒体を充填し、表面亀裂１の幅方向に設定された走査線２に沿って斜角探触子１０を走査し、接触媒体１１を介して被検査物６及び表面亀裂１の内部に超音波４を発信し、その反射波１５を受信し、反射波１５を被検査物６の表面で反射された表面エコー１５ａと、接触媒体１１内での表面亀裂１の下端からの媒体内エコー１５ｂとに区分し、表面エコー１５ａと媒体内エコー１５ｂから表面亀裂１の深さｄを計算する。
【解決手段】被検査物６の表面に接触媒体１１を塗布し、かつ表面亀裂１の内部に接触媒体を充填し、表面亀裂１の幅方向に設定された走査線２に沿って斜角探触子１０を走査し、接触媒体１１を介して被検査物６及び表面亀裂１の内部に超音波４を発信し、その反射波１５を受信し、反射波１５を被検査物６の表面で反射された表面エコー１５ａと、接触媒体１１内での表面亀裂１の下端からの媒体内エコー１５ｂとに区分し、表面エコー１５ａと媒体内エコー１５ｂから表面亀裂１の深さｄを計算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いた表面亀裂深さの超音波計測方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラの伝熱管などの部材表面に、熱応力や熱疲労により微小な表面亀裂が発生することがある。これらの表面亀裂の深さは、部材の残存寿命等を判断するために、特に重要である。そこで、超音波を用いた表面亀裂深さの計測手段が、例えば特許文献１，２に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−３０４１５９号公報、「亀裂深さの測定方法」
【特許文献２】特開平２−６７４７号公報、「超音波亀裂測定装置」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超音波を用いた表面亀裂深さの計測手段として、従来、端部エコー法とＴＯＦＤ法が知られている。
【０００５】
図１は従来の端部エコー法の説明図である。
端部エコー法では、（Ａ）に示すように、表面亀裂１の深さを測定するには、亀裂１を通る位置で亀裂１の直交方向の走査線２に沿って探触子３を走査して行う。
（Ｂ）（Ｃ）に示すように、探触子３の位置Ａにおいては、超音波ビーム４ａは亀裂１に入射しないので、探傷波形としては、探触子３が励起されたときの振動波形である送信パルス５のみが現れる。なお、送信パルス５には、探触子３と試験片６の界面での反射波などのノイズが重なっている。
（Ｂ）（Ｄ）に示すように、探触子３の位置Ｂにおいては、超音波ビーム４ｂは、亀裂下端１ａを捉え、下端１ａで散乱波が生じて端部エコー（下端エコー７）を受信できる。
一方、（Ｂ）（Ｅ）に示すように、探触子３の位置Ｃにおいては、超音波ビーム４ｃにより、亀裂１の上端１ｂの開口部からの散乱波（上端エコー８）が発生する。一般には、この上端エコー８は送信パルス５に隠れて観察しにくい場合が多い。送信パルス５の発生を極力抑えることで、下端エコー７と上端エコー８を特定できれば、この２つの端部エコー７，８の伝搬時間差Δｔから次式（１）により亀裂１の深さｄを求めることができる。
ｄ＝Δｔ・ｖ・ｃｏｓθ／２・・・（１）
ここで、ｖは超音波の音速、θは探触子の屈折角である。
【０００６】
なお、上端エコー８がパルス波５に隠れて観察できない場合には、試験片表面にあたる上端位置の時間軸上の位置を予め求めておくこともできる。しかし、亀裂１の深さが小さい場合には、図１中の探触子位置Ｂ，Ｃの間隔がきわめて接近して、下端エコー７も送信パルス５に重なり識別できなくなると共に、Δｔも小さくなり、両者の時間差を測定することが困難になる。
具体的に言えば、屈折角４５度の横波斜角探触子（横波音速；３２３０ｍ／ｓｅｃ．）で０．２ｍｍの深さｄの亀裂を測定する場合では、Δｔは０．１７５μｓｅｃ．となり、一般に用いられる５ＭＨｚの波長０．２μｓｅｃより小さくなり、２つの波形（下端エコー７と上端エコー８）の分離が困難になることがわかる。
そのため、この計測手段は、測定精度に優れているが、反面微小な表面亀裂の深さ測定は困難である欠点があった。
【０００７】
図２は、端部エコー法において２つの接近した波が干渉して分離が困難になる例を示している。この図において、（Ａ）は亀裂１の上端エコー８を示す波形を模擬している。（Ｂ）は下端エコー７を示す波形を模擬しており、（Ａ）よりは０．１７５μｓｅｃ遅れてエコーが生じている。（Ｃ）は（Ａ）と（Ｂ）を合成した波形である。
（Ｃ）から、（Ａ）と（Ｂ）の２つの波形（下端エコー７と上端エコー８）を分離することが実質的に不可能であり、この計測手段で微小な表面亀裂の深さを測定することは実質的に不可能であるといえる。
【０００８】
図３は従来のＴＯＦＤ法の説明図である。
この計測手段は、図に示すように、２つの斜角探触子（ＡとＢ）を亀裂１を挟んで対向して配置し、片方（ここでは斜角探触子Ａ）を送信用に、片方（ここでは斜角探触子Ｂ）を受信用に用いて超音波４ｄを送受信する。以下、斜角探触子を単に「探触子」と呼ぶ。
【０００９】
図３において、探触子Ａから送信された超音波４ｄの一部４ｅは表面を伝播し探触子Ｂに至る。また、一部の超音波は亀裂１の下端１ａで回折波４ｆを生じて、これが探触子Ｂに至る。このときの表面を伝播する超音波４ｅ（ラテラル波）と下端１ａで回折した超音波４ｆ（回折波）の伝播距離が異なり、受信した２つの波形に時間差Δｔを生じる。
一方、２つの波の時間差Δｔは亀裂深さｄに依存するので、幾何学的に次式（２）で求められる。なおこの式は、亀裂１が探触子Ａ，Ｂ間の中央にある場合である。
Δｔ＝［２・｛ｄ２＋（Ｌ／２）２｝１／２−Ｌ］／ｖ・・・（２）
ここで、Ｌは探触子の入射点間距離、ｄは亀裂の深さ、ｖは音速である。
【００１０】
この計測手段は、基本的には端部エコー法に似ているが、亀裂１の面で反射するエコーが受信側の探触子Ｂに入射しにくく、端部の回折波４ｆによるエコーを識別しやすいという特徴がある。
しかし、この手段においても微小亀裂の寸法を測定する上で限界がある。具体的には、仮に探触子の入射点間距離Ｌを３ｍｍとし、音速を５９００ｍ／ｓｅｃ（鋼中の縦波音速）とすると、０．２ｍｍ深さの亀裂の深さを測定しようとすると、上式より、ラテラル波４ｅと亀裂下端の回折波４ｆとの伝搬時間差は、わずか０．００４５μｓｅｃであり、端部エコー法で検討したときの０．１７５μｓｅｃの伝搬時間差よりはるかに小さくなり、２つの波を分離することが不可能で、測定できなくなる。
【００１１】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、部材表面に開口した亀裂の深さが１ｍｍ未満である微小亀裂であっても、その表面亀裂深さを正確に計測することができる表面亀裂深さの超音波計測方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、超音波を用いて被検査物の表面に開口した表面亀裂の深さを計測する表面亀裂深さの超音波計測方法であって、
（Ａ）前記被検査物の表面に接触媒体を塗布し、かつ表面亀裂の内部に前記接触媒体を充填し、
（Ｂ）前記表面亀裂の幅方向に設定された走査線に沿って斜角探触子を走査し、
（Ｃ）前記接触媒体を介して被検査物及び表面亀裂の内部に超音波を発信し、その反射波を受信し、
（Ｄ）前記反射波を被検査物の表面で反射された表面エコーと、接触媒体内での表面亀裂の下端からの媒体内エコーとに区分し、
（Ｅ）前記表面エコーと媒体内エコーから前記表面亀裂の深さを計算する、ことを特徴とする表面亀裂深さの超音波計測方法が提供される。
【００１３】
また本発明によれば、超音波を用いて被検査物の表面に開口した表面亀裂の深さを計測する表面亀裂深さの超音波計測装置であって、
被検査物の表面の垂線に対し、被検査物内への入射角が３０〜６０度であり、接触媒体内への入射角が１０〜３０度であり、かつ接触媒体内への入射幅が、前記表面亀裂の幅より大きく、計測深さの最大値より小さく設定されている斜角探触子と、
斜角探触子を制御して超音波を発信させ、かつその反射波を受信する制御装置と、
前記反射波を被検査物の表面で反射された表面エコーと、接触媒体内での表面亀裂の下端からの媒体内エコーとに区分し、これらから表面亀裂の深さを求める解析装置とを備える、ことを特徴とする表面亀裂深さの超音波計測装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
上記本発明の方法と装置によれば、斜角探触子と制御装置により、表面亀裂の幅方向に設定された走査線に沿って斜角探触子を走査し、接触媒体を介して被検査物及び表面亀裂の内部に超音波を発信し、その反射波を受信することができる。
また、解析装置により、前記反射波を被検査物の表面で反射された表面エコーと、接触媒体内での表面亀裂の下端からの媒体内エコーとに区分し、表面エコーと媒体内エコーから表面亀裂の深さを計算することができる。
【００１５】
上述した接触媒体内での媒体内エコーは、被検査物内での表面亀裂の下端からの部材内エコー（従来の下端エコー）よりも信号レベルが大きく、かつ表面エコーと媒体内エコーを分離してその時間差を容易に計測できるので、この時間差から表面亀裂の深さが１ｍｍ未満である微小亀裂であっても、正確に計算することができることが後述する実施例により確認された。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の端部エコー法の説明図である。
【図２】端部エコー法において２つの接近した波が干渉して分離が困難になる例を示す図である。
【図３】従来のＴＯＦＤ法の説明図である。
【図４】本発明による表面亀裂深さの超音波計測装置の全体構成図である。
【図５】媒体内エコーと部材内エコーの説明図である。
【図６】本発明の実施例における被検査物の模式図である。
【図７】本発明の実施例において受信した反射波を示す図である。
【図８】図７（Ｂ）に相当する領域の拡大図である。
【図９】図８に対応する媒体内エコーの波形を示す図である。
【図１０】本発明の実施例における表面亀裂の深さと伝播時間の関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１８】
図４は、本発明による表面亀裂深さの超音波計測装置の全体構成図である。
この図において、本発明の超音波計測装置は、斜角探触子１０、制御装置１２、及び解析装置１４を備える。なおこの図において、１は表面亀裂、６は被検査物である。
【００１９】
被検査物６は、例えば、ボイラの伝熱管であり、その表面に開口した表面亀裂１を有する。被検査物６の表面は、平面であることが好ましいが曲面であってもよい。
本発明において表面亀裂１の深さは、３ｍｍ未満であることが好ましく、後述する実施例では、０．１〜０．７５ｍｍである。
また、表面亀裂１の表面における開口形状は例えば細長い線状であり、表面における表面亀裂１の幅は、例えば０．２〜０．５ｍｍ程度である。
【００２０】
斜角探触子１０は、内部に超音波４の発信部を有し、その下面に対し斜めに超音波４を入射するようになっている。
斜角探触子１０の下面は、被検査物６の表面が平面である場合には平面、曲面である場合にはこれと整合する曲面であり、その間に介在する接触媒体１１の厚さが一定になるようになっている。
【００２１】
また斜角探触子１０は、被検査物６の表面の垂線に対し、被検査物６内への入射角が３０〜６０度であり、更に好ましくは４０〜５０度に設定されている。また、同様に接触媒体１１内への入射角が１０〜３０度であり、更に好ましくは４０〜５０度であり、更に好ましくは１５〜２０度に設定されている。
このように入射角を設定することにより、超音波４を被検査物６の内部には相対的に大きな入射角で、接触媒体１１の内部には相対的に小さな入射角で入射させることができ、後述する部材内エコー１５ｃと媒体内エコー１５ｂの区分を容易にすることができる。
【００２２】
斜角探触子１０から発信される超音波４の接触媒体１１内への入射幅は、表面亀裂１の幅より大きく、計測深さの最大値より小さく設定するのがよい。
この結果、斜角探触子１０の発信部の直径は、０．５〜３．０ｍｍの範囲であることが好ましい。
このように超音波４の接触媒体１１内への入射幅を設定することにより、従来不感帯と考えられていた表面近傍からのエコーを後述する部材内エコー１５ｃと媒体内エコー１５ｂに区分することが可能となる。
【００２３】
接触媒体１１は、斜角探触子１０と被検査物６の両方に密着し、その間で超音波４を効率よく伝播できる液体であるのがよい。また、接触媒体１１は、表面亀裂１の内部に容易に充填でき、気泡等を含まないことが好ましい。
このような接触媒体１１として、例えば表面活性剤を添加したグリセリン又は水を用いることができる。
【００２４】
制御装置１２は、斜角探触子１０を制御して超音波４を発信させ、かつその反射波１５を受信する。
反射波１５には、被検査物６の表面で反射された表面エコー１５ａ、接触媒体１１内での表面亀裂１の下端からの媒体内エコー１５ｂ、及び被検査物６内での表面亀裂１の下端からの部材内エコー１５ｃ（図５参照）が含まれる。
制御装置１２は、走査中における斜角探触子１０の位置と同時に、表面エコー１５ａ、媒体内エコー１５ｂ、及び部材内エコー１５ｃを検出する。
【００２５】
超音波４の発信レート及び反射波の受信レートは、高いほど良く、例えば２００〜４００ＭＨｚであるのがよい。
また、制御装置１２は、所定の走査線２（図１（Ａ）参照）に沿って一定の走査ピッチで斜角探触子１０を走査する。走査線２は、図１（Ａ）に示したように、表面亀裂１の幅方向に設定する。また走査ピッチは、表面における表面亀裂１を飛び越さないように、その幅より小さいことが好ましく、例えば０．１〜０．２ｍｍであるのがよい。
【００２６】
解析装置１４は、制御装置１２で受信した斜角探触子１０の位置、表面エコー１５ａ、媒体内エコー１５ｂ、及び部材内エコー１５ｃから、表面亀裂１の深さｄと表面亀裂１の位置を求める。
【００２７】
図５は、媒体内エコー（Ａ）と部材内エコー（Ｂ）の説明図である。
上述した表面エコー１５ａは、被検査物６の表面で反射されたエコーであり、上述した上端エコー８（図１（Ｂ）（Ｅ）参照）に相当する。
媒体内エコー１５ｂは、図５（Ａ）に示すように、接触媒体１１内での表面亀裂１の下端１ａからのエコーである。
また部材内エコー１５ｃは、被検査物６内での表面亀裂１の下端１ａからの端部エコーであり、図５（Ｂ）に示すように、上述した下端エコー７（図１（Ｂ）（Ｄ）参照）に相当する。
【００２８】
本発明の方法は、上述した装置を用い、超音波４を用いて被検査物６の表面に開口した表面亀裂１の深さｄを計測する表面亀裂深さの超音波計測方法である。
本発明の方法は、（Ａ）〜（Ｅ）の各ステップ（工程）からなる。
（Ａ）では、被検査物６の表面に接触媒体１１を塗布し、かつ表面亀裂１の内部に接触媒体１１を充填する。
（Ｂ）では、表面亀裂１の幅方向に設定された走査線に沿って斜角探触子１０を走査する。
（Ｃ）では、接触媒体１１を介して被検査物６及び表面亀裂１の内部に超音波４を発信し、その反射波１５を受信する。
（Ｄ）では、反射波１５を被検査物６の表面で反射された表面エコー１５ａと、接触媒体１１内での表面亀裂１の下端からの媒体内エコー１５ｂとに区分する。
（Ｅ）では、表面エコー１５ａと媒体内エコー１５ｂから表面亀裂１の深さｄを計算する。
【００２９】
図４に示すように、前記（Ｅ）において、被検査物６の表面で反射された表面エコー１５ａと、接触媒体１１内での表面亀裂１の下端からの媒体内エコー１５ｂとの時間差ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１を求め、これと予め較正された検量線（後述する）から表面亀裂の深さｄを求めることができる。
【００３０】
また、前記（Ｄ）において、被検査物６内での表面亀裂の下端からの部材内エコー１５ｃを検出し、前記（Ｅ）において、部材内エコー１５ｃの位置から表面亀裂１の位置を求めることができる。
すなわち、斜角探触子１０の被検査物６への入射角は接触媒体１１への入射角より大きいので、前記（Ｃ）において、部材内エコー１５ｃが先に検出され、その後媒体内エコー１５ｂが検出される。従って、部材内エコー１５ｃが検出された斜角探触子１０の位置から、媒体内エコー１５ｂが検出される斜角探触子１０の位置が正確に予測できるので、その間の走査ピッチを粗くし又は省略することができる。
【実施例１】
【００３１】
図６は、本発明の実施例における被検査物の模式図である。
この図に示すように、一定の厚さを有する被検査物６に深さの異なる６つの表面亀裂１を設けた試験片を製作し、上述した装置を用いて本発明の方法を実施した。
６つの表面亀裂１の幅は、０．３〜０．５ｍｍであり、深さは、０．１，０．２，０．３，０．４，０．５，０．７５ｍｍとした。また表面亀裂１の幅方向間隔は、７．５ｍｍである。
試験片（被検査物６）の上面には、表面活性剤を添加したグリセリンを十分塗布し、表面亀裂１の内部にも気泡を含まないように充填した。
【００３２】
斜角探触子１０には、発信レート及び反射波１５の受信レートが２００ＭＨｚ、発信部の直径が３ｍｍ、被検査物６内への入射角が４５度のものを用いた。この場合、接触媒体１１内への入射角は約２０度である。
【００３３】
制御装置１２（図４参照）により、表面亀裂１の幅方向に設定した走査線に沿って０．１ｍｍの走査ピッチで斜角探触子１０を走査した。この走査は、図６に示すように、深さ０．７５ｍｍの表面亀裂１から順に深さ０．１ｍｍの表面亀裂１まで連続的に行った。
また、接触媒体１１を介して被検査物６及び表面亀裂１の内部に超音波４を発信し、その反射波１５を受信した。
【００３４】
図７は、この実施例において受信した反射波を示す図である。この図は、反射波１５の振幅強度を色で表示したＢイメージ法による画像であるが、この例では、単に無彩色で示している。
図７（Ａ）において、横軸は斜角探触子１０の位置（０．０〜６０．０ｍｍ）であり、縦軸は超音波４の発信から受信までの伝播時間（２．３１〜１５．５６μｍ）である。
この図から、伝播時間が５μｍ以下の領域に、表面エコー１５ａと媒体内エコー１５ｂが存在し、伝播時間が１２〜１５．５６μｍの領域に部材内エコー１５ｃが存在することがわかる。
なおこの図では、表面エコー１５ａを「開口部エコー」、媒体内エコー１５ｂを「モード変換表面波による端部エコー」、部材内エコー１５ｃを単に「端部エコー」と表示している。
【００３５】
図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の伝播時間が５．５μｍ以下の領域を拡大した図である。この図から表面エコー１５ａ（開口部エコー）と媒体内エコー１５ｂ（モード変換表面波による端部エコー）を明確に区分できることがわかる。
図７（Ｃ）は、図７（Ａ）の伝播時間が１２〜１６．０８５μｍの領域を拡大した図である。この図から部材内エコー１５ｃ（端部エコー）を明確に区分できることがわかる。
【００３６】
図７において、斜角探触子１０の位置を０．０ｍｍから６０．０ｍｍまで一定の走査ピッチ（この例では０．１ｍｍ）で連続的に走査した場合、部材内エコー１５ｃが先に検出され、その後、同一の表面亀裂１に対する媒体内エコー１５ｂが検出されることがわかる。
各媒体内エコー１５ｂ及び部材内エコー１５ｃの走査方向間隔は、表面亀裂１の幅方向間隔（７．５ｍｍ）と同一である。
従って、部材内エコー１５ｃが検出された斜角探触子１０の位置から、媒体内エコー１５ｂが検出される斜角探触子１０の位置が正確に予測できるので、その間の走査ピッチを粗くし又は省略することができる。
【００３７】
図８は、図７（Ｂ）に相当する領域の拡大図である。この図において、３本の破線は、表面亀裂１の深さｄが、０．２，０．３，０．７ｍｍの位置を示している。
【００３８】
図９は、図８に対応する反射波１５の波形を示す図である。この図は、反射波１５の振幅強度を色で表示したＢイメージ法による画像から求めることができる。この図において、（Ａ）はｄ＝０．２ｍｍ、（Ｂ）は０．３ｍｍ、（Ｃ）は０．７ｍｍの場合である。また各図において、横軸は超音波伝播時間、縦軸は振幅値である。
図９の各図において、Ｔ１は表面エコー１５ａの検出時間、Ｔ２は媒体内エコー１５ｂの検出時間である。従ってこれらの図から、時間差ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１を求めることができる。
【００３９】
図１０は、本発明の実施例における表面亀裂の深さと伝播時間の関係図である。この図において、横軸は表面亀裂の深さｄ、縦軸は伝播時間である。また図中の丸（●）は表面エコー１５ａの検出時間Ｔ１、四角（■）は媒体内エコー１５ｂの検出時間Ｔ２である。
この図から、表面エコー１５ａの検出時間Ｔ１は、表面亀裂の深さｄに無関係にほぼ一定であることがわかる。また、媒体内エコー１５ｂの検出時間Ｔ２は、表面亀裂の深さｄに比例して大きくなることがわかる。
図１０において、検出時間Ｔ２の計測データ（■）に近似する直線を本発明では検量線として設定する。この検量線を用いることにより、時間差ΔＴから表面亀裂１の深さｄを求めることができる。
【００４０】
上述した実施例において、表面エコー１５ａの検出時間Ｔ１と媒体内エコー１５ｂの検出時間Ｔ２との時間差ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１は、表面亀裂１の深さｄに比例し、以下の関係式（３）から表面亀裂１の深さｄを求めることができる。
ｄ＝（ΔＴ×Ｖ）／２・・・（３）
ここでＶは、接触媒体１１内の音速である。
【００４１】
接触媒体１１内の音速Ｖは、グリセリンの場合約１８００ｍ／ｓｅｃである。
しかし、上述した実施例の結果から、関係式（３）から表面亀裂１の深さｄを求める場合、音速Ｖを約１０００ｍ／ｓｅｃに設定する必要がある。
この理由は、接触媒体１１内の音速Ｖが気泡等の存在により遅くなっている、或いは媒体内エコー１５ｂの経路がジグザクになっている、等によるものと考えられる。
【００４２】
上述した本発明の方法と装置によれば、斜角探触子１０と制御装置１２により、表面亀裂１の幅方向に設定された走査線２に沿って斜角探触子１０を走査し、接触媒体１１を介して被検査物６及び表面亀裂１の内部に超音波を発信し、その反射波１５を受信することができる。
また、解析装置１４により、前記反射波１５を被検査物６の表面で反射された表面エコー１５ａと、接触媒体１１内での表面亀裂１の下端１ａからの媒体内エコー１５ｂとに区分し、表面エコー１５ａと媒体内エコー１５ｂから表面亀裂１の深さｄを計算することができる。
【００４３】
上述した接触媒体１１内での媒体内エコー１５ｂは、被検査物６内での表面亀裂１の下端１ａからの部材内エコー１５ｃ（従来の下端エコー７）よりも信号レベルが大きく、かつ表面エコー１５ａと媒体内エコー１５ｂを分離してその時間差を容易に計測できるので、この時間差から表面亀裂の深さが１ｍｍ未満である微小亀裂であっても、正確に計算することができること実施例により確認された。
【００４４】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 表面亀裂、１ａ 下端、１ｂ 上端、
２ 走査線、３ 探触子、
４ 超音波、４ａ，４ｂ，４ｃ 超音波ビーム、
４ｅ ラテラル波、４ｆ 回折波、
５ 送信パルス（パルス波）、６ 試験片（被検査物）、
７ 下端エコー（端部エコー）、８ 上端エコー（端部エコー）、
１０ 斜角探触子、１１ 接触媒体、
１２ 制御装置、１４ 解析装置、
１５ 反射波、１５ａ 表面エコー、
１５ｂ 媒体内エコー、１５ｃ 部材内エコー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いた表面亀裂深さの超音波計測方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラの伝熱管などの部材表面に、熱応力や熱疲労により微小な表面亀裂が発生することがある。これらの表面亀裂の深さは、部材の残存寿命等を判断するために、特に重要である。そこで、超音波を用いた表面亀裂深さの計測手段が、例えば特許文献１，２に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−３０４１５９号公報、「亀裂深さの測定方法」
【特許文献２】特開平２−６７４７号公報、「超音波亀裂測定装置」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超音波を用いた表面亀裂深さの計測手段として、従来、端部エコー法とＴＯＦＤ法が知られている。
【０００５】
図１は従来の端部エコー法の説明図である。
端部エコー法では、（Ａ）に示すように、表面亀裂１の深さを測定するには、亀裂１を通る位置で亀裂１の直交方向の走査線２に沿って探触子３を走査して行う。
（Ｂ）（Ｃ）に示すように、探触子３の位置Ａにおいては、超音波ビーム４ａは亀裂１に入射しないので、探傷波形としては、探触子３が励起されたときの振動波形である送信パルス５のみが現れる。なお、送信パルス５には、探触子３と試験片６の界面での反射波などのノイズが重なっている。
（Ｂ）（Ｄ）に示すように、探触子３の位置Ｂにおいては、超音波ビーム４ｂは、亀裂下端１ａを捉え、下端１ａで散乱波が生じて端部エコー（下端エコー７）を受信できる。
一方、（Ｂ）（Ｅ）に示すように、探触子３の位置Ｃにおいては、超音波ビーム４ｃにより、亀裂１の上端１ｂの開口部からの散乱波（上端エコー８）が発生する。一般には、この上端エコー８は送信パルス５に隠れて観察しにくい場合が多い。送信パルス５の発生を極力抑えることで、下端エコー７と上端エコー８を特定できれば、この２つの端部エコー７，８の伝搬時間差Δｔから次式（１）により亀裂１の深さｄを求めることができる。
ｄ＝Δｔ・ｖ・ｃｏｓθ／２・・・（１）
ここで、ｖは超音波の音速、θは探触子の屈折角である。
【０００６】
なお、上端エコー８がパルス波５に隠れて観察できない場合には、試験片表面にあたる上端位置の時間軸上の位置を予め求めておくこともできる。しかし、亀裂１の深さが小さい場合には、図１中の探触子位置Ｂ，Ｃの間隔がきわめて接近して、下端エコー７も送信パルス５に重なり識別できなくなると共に、Δｔも小さくなり、両者の時間差を測定することが困難になる。
具体的に言えば、屈折角４５度の横波斜角探触子（横波音速；３２３０ｍ／ｓｅｃ．）で０．２ｍｍの深さｄの亀裂を測定する場合では、Δｔは０．１７５μｓｅｃ．となり、一般に用いられる５ＭＨｚの波長０．２μｓｅｃより小さくなり、２つの波形（下端エコー７と上端エコー８）の分離が困難になることがわかる。
そのため、この計測手段は、測定精度に優れているが、反面微小な表面亀裂の深さ測定は困難である欠点があった。
【０００７】
図２は、端部エコー法において２つの接近した波が干渉して分離が困難になる例を示している。この図において、（Ａ）は亀裂１の上端エコー８を示す波形を模擬している。（Ｂ）は下端エコー７を示す波形を模擬しており、（Ａ）よりは０．１７５μｓｅｃ遅れてエコーが生じている。（Ｃ）は（Ａ）と（Ｂ）を合成した波形である。
（Ｃ）から、（Ａ）と（Ｂ）の２つの波形（下端エコー７と上端エコー８）を分離することが実質的に不可能であり、この計測手段で微小な表面亀裂の深さを測定することは実質的に不可能であるといえる。
【０００８】
図３は従来のＴＯＦＤ法の説明図である。
この計測手段は、図に示すように、２つの斜角探触子（ＡとＢ）を亀裂１を挟んで対向して配置し、片方（ここでは斜角探触子Ａ）を送信用に、片方（ここでは斜角探触子Ｂ）を受信用に用いて超音波４ｄを送受信する。以下、斜角探触子を単に「探触子」と呼ぶ。
【０００９】
図３において、探触子Ａから送信された超音波４ｄの一部４ｅは表面を伝播し探触子Ｂに至る。また、一部の超音波は亀裂１の下端１ａで回折波４ｆを生じて、これが探触子Ｂに至る。このときの表面を伝播する超音波４ｅ（ラテラル波）と下端１ａで回折した超音波４ｆ（回折波）の伝播距離が異なり、受信した２つの波形に時間差Δｔを生じる。
一方、２つの波の時間差Δｔは亀裂深さｄに依存するので、幾何学的に次式（２）で求められる。なおこの式は、亀裂１が探触子Ａ，Ｂ間の中央にある場合である。
Δｔ＝［２・｛ｄ２＋（Ｌ／２）２｝１／２−Ｌ］／ｖ・・・（２）
ここで、Ｌは探触子の入射点間距離、ｄは亀裂の深さ、ｖは音速である。
【００１０】
この計測手段は、基本的には端部エコー法に似ているが、亀裂１の面で反射するエコーが受信側の探触子Ｂに入射しにくく、端部の回折波４ｆによるエコーを識別しやすいという特徴がある。
しかし、この手段においても微小亀裂の寸法を測定する上で限界がある。具体的には、仮に探触子の入射点間距離Ｌを３ｍｍとし、音速を５９００ｍ／ｓｅｃ（鋼中の縦波音速）とすると、０．２ｍｍ深さの亀裂の深さを測定しようとすると、上式より、ラテラル波４ｅと亀裂下端の回折波４ｆとの伝搬時間差は、わずか０．００４５μｓｅｃであり、端部エコー法で検討したときの０．１７５μｓｅｃの伝搬時間差よりはるかに小さくなり、２つの波を分離することが不可能で、測定できなくなる。
【００１１】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、部材表面に開口した亀裂の深さが１ｍｍ未満である微小亀裂であっても、その表面亀裂深さを正確に計測することができる表面亀裂深さの超音波計測方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、超音波を用いて被検査物の表面に開口した表面亀裂の深さを計測する表面亀裂深さの超音波計測方法であって、
（Ａ）前記被検査物の表面に接触媒体を塗布し、かつ表面亀裂の内部に前記接触媒体を充填し、
（Ｂ）前記表面亀裂の幅方向に設定された走査線に沿って斜角探触子を走査し、
（Ｃ）前記接触媒体を介して被検査物及び表面亀裂の内部に超音波を発信し、その反射波を受信し、
（Ｄ）前記反射波を被検査物の表面で反射された表面エコーと、接触媒体内での表面亀裂の下端からの媒体内エコーとに区分し、
（Ｅ）前記表面エコーと媒体内エコーから前記表面亀裂の深さを計算する、ことを特徴とする表面亀裂深さの超音波計測方法が提供される。
【００１３】
また本発明によれば、超音波を用いて被検査物の表面に開口した表面亀裂の深さを計測する表面亀裂深さの超音波計測装置であって、
被検査物の表面の垂線に対し、被検査物内への入射角が３０〜６０度であり、接触媒体内への入射角が１０〜３０度であり、かつ接触媒体内への入射幅が、前記表面亀裂の幅より大きく、計測深さの最大値より小さく設定されている斜角探触子と、
斜角探触子を制御して超音波を発信させ、かつその反射波を受信する制御装置と、
前記反射波を被検査物の表面で反射された表面エコーと、接触媒体内での表面亀裂の下端からの媒体内エコーとに区分し、これらから表面亀裂の深さを求める解析装置とを備える、ことを特徴とする表面亀裂深さの超音波計測装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
上記本発明の方法と装置によれば、斜角探触子と制御装置により、表面亀裂の幅方向に設定された走査線に沿って斜角探触子を走査し、接触媒体を介して被検査物及び表面亀裂の内部に超音波を発信し、その反射波を受信することができる。
また、解析装置により、前記反射波を被検査物の表面で反射された表面エコーと、接触媒体内での表面亀裂の下端からの媒体内エコーとに区分し、表面エコーと媒体内エコーから表面亀裂の深さを計算することができる。
【００１５】
上述した接触媒体内での媒体内エコーは、被検査物内での表面亀裂の下端からの部材内エコー（従来の下端エコー）よりも信号レベルが大きく、かつ表面エコーと媒体内エコーを分離してその時間差を容易に計測できるので、この時間差から表面亀裂の深さが１ｍｍ未満である微小亀裂であっても、正確に計算することができることが後述する実施例により確認された。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の端部エコー法の説明図である。
【図２】端部エコー法において２つの接近した波が干渉して分離が困難になる例を示す図である。
【図３】従来のＴＯＦＤ法の説明図である。
【図４】本発明による表面亀裂深さの超音波計測装置の全体構成図である。
【図５】媒体内エコーと部材内エコーの説明図である。
【図６】本発明の実施例における被検査物の模式図である。
【図７】本発明の実施例において受信した反射波を示す図である。
【図８】図７（Ｂ）に相当する領域の拡大図である。
【図９】図８に対応する媒体内エコーの波形を示す図である。
【図１０】本発明の実施例における表面亀裂の深さと伝播時間の関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１８】
図４は、本発明による表面亀裂深さの超音波計測装置の全体構成図である。
この図において、本発明の超音波計測装置は、斜角探触子１０、制御装置１２、及び解析装置１４を備える。なおこの図において、１は表面亀裂、６は被検査物である。
【００１９】
被検査物６は、例えば、ボイラの伝熱管であり、その表面に開口した表面亀裂１を有する。被検査物６の表面は、平面であることが好ましいが曲面であってもよい。
本発明において表面亀裂１の深さは、３ｍｍ未満であることが好ましく、後述する実施例では、０．１〜０．７５ｍｍである。
また、表面亀裂１の表面における開口形状は例えば細長い線状であり、表面における表面亀裂１の幅は、例えば０．２〜０．５ｍｍ程度である。
【００２０】
斜角探触子１０は、内部に超音波４の発信部を有し、その下面に対し斜めに超音波４を入射するようになっている。
斜角探触子１０の下面は、被検査物６の表面が平面である場合には平面、曲面である場合にはこれと整合する曲面であり、その間に介在する接触媒体１１の厚さが一定になるようになっている。
【００２１】
また斜角探触子１０は、被検査物６の表面の垂線に対し、被検査物６内への入射角が３０〜６０度であり、更に好ましくは４０〜５０度に設定されている。また、同様に接触媒体１１内への入射角が１０〜３０度であり、更に好ましくは４０〜５０度であり、更に好ましくは１５〜２０度に設定されている。
このように入射角を設定することにより、超音波４を被検査物６の内部には相対的に大きな入射角で、接触媒体１１の内部には相対的に小さな入射角で入射させることができ、後述する部材内エコー１５ｃと媒体内エコー１５ｂの区分を容易にすることができる。
【００２２】
斜角探触子１０から発信される超音波４の接触媒体１１内への入射幅は、表面亀裂１の幅より大きく、計測深さの最大値より小さく設定するのがよい。
この結果、斜角探触子１０の発信部の直径は、０．５〜３．０ｍｍの範囲であることが好ましい。
このように超音波４の接触媒体１１内への入射幅を設定することにより、従来不感帯と考えられていた表面近傍からのエコーを後述する部材内エコー１５ｃと媒体内エコー１５ｂに区分することが可能となる。
【００２３】
接触媒体１１は、斜角探触子１０と被検査物６の両方に密着し、その間で超音波４を効率よく伝播できる液体であるのがよい。また、接触媒体１１は、表面亀裂１の内部に容易に充填でき、気泡等を含まないことが好ましい。
このような接触媒体１１として、例えば表面活性剤を添加したグリセリン又は水を用いることができる。
【００２４】
制御装置１２は、斜角探触子１０を制御して超音波４を発信させ、かつその反射波１５を受信する。
反射波１５には、被検査物６の表面で反射された表面エコー１５ａ、接触媒体１１内での表面亀裂１の下端からの媒体内エコー１５ｂ、及び被検査物６内での表面亀裂１の下端からの部材内エコー１５ｃ（図５参照）が含まれる。
制御装置１２は、走査中における斜角探触子１０の位置と同時に、表面エコー１５ａ、媒体内エコー１５ｂ、及び部材内エコー１５ｃを検出する。
【００２５】
超音波４の発信レート及び反射波の受信レートは、高いほど良く、例えば２００〜４００ＭＨｚであるのがよい。
また、制御装置１２は、所定の走査線２（図１（Ａ）参照）に沿って一定の走査ピッチで斜角探触子１０を走査する。走査線２は、図１（Ａ）に示したように、表面亀裂１の幅方向に設定する。また走査ピッチは、表面における表面亀裂１を飛び越さないように、その幅より小さいことが好ましく、例えば０．１〜０．２ｍｍであるのがよい。
【００２６】
解析装置１４は、制御装置１２で受信した斜角探触子１０の位置、表面エコー１５ａ、媒体内エコー１５ｂ、及び部材内エコー１５ｃから、表面亀裂１の深さｄと表面亀裂１の位置を求める。
【００２７】
図５は、媒体内エコー（Ａ）と部材内エコー（Ｂ）の説明図である。
上述した表面エコー１５ａは、被検査物６の表面で反射されたエコーであり、上述した上端エコー８（図１（Ｂ）（Ｅ）参照）に相当する。
媒体内エコー１５ｂは、図５（Ａ）に示すように、接触媒体１１内での表面亀裂１の下端１ａからのエコーである。
また部材内エコー１５ｃは、被検査物６内での表面亀裂１の下端１ａからの端部エコーであり、図５（Ｂ）に示すように、上述した下端エコー７（図１（Ｂ）（Ｄ）参照）に相当する。
【００２８】
本発明の方法は、上述した装置を用い、超音波４を用いて被検査物６の表面に開口した表面亀裂１の深さｄを計測する表面亀裂深さの超音波計測方法である。
本発明の方法は、（Ａ）〜（Ｅ）の各ステップ（工程）からなる。
（Ａ）では、被検査物６の表面に接触媒体１１を塗布し、かつ表面亀裂１の内部に接触媒体１１を充填する。
（Ｂ）では、表面亀裂１の幅方向に設定された走査線に沿って斜角探触子１０を走査する。
（Ｃ）では、接触媒体１１を介して被検査物６及び表面亀裂１の内部に超音波４を発信し、その反射波１５を受信する。
（Ｄ）では、反射波１５を被検査物６の表面で反射された表面エコー１５ａと、接触媒体１１内での表面亀裂１の下端からの媒体内エコー１５ｂとに区分する。
（Ｅ）では、表面エコー１５ａと媒体内エコー１５ｂから表面亀裂１の深さｄを計算する。
【００２９】
図４に示すように、前記（Ｅ）において、被検査物６の表面で反射された表面エコー１５ａと、接触媒体１１内での表面亀裂１の下端からの媒体内エコー１５ｂとの時間差ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１を求め、これと予め較正された検量線（後述する）から表面亀裂の深さｄを求めることができる。
【００３０】
また、前記（Ｄ）において、被検査物６内での表面亀裂の下端からの部材内エコー１５ｃを検出し、前記（Ｅ）において、部材内エコー１５ｃの位置から表面亀裂１の位置を求めることができる。
すなわち、斜角探触子１０の被検査物６への入射角は接触媒体１１への入射角より大きいので、前記（Ｃ）において、部材内エコー１５ｃが先に検出され、その後媒体内エコー１５ｂが検出される。従って、部材内エコー１５ｃが検出された斜角探触子１０の位置から、媒体内エコー１５ｂが検出される斜角探触子１０の位置が正確に予測できるので、その間の走査ピッチを粗くし又は省略することができる。
【実施例１】
【００３１】
図６は、本発明の実施例における被検査物の模式図である。
この図に示すように、一定の厚さを有する被検査物６に深さの異なる６つの表面亀裂１を設けた試験片を製作し、上述した装置を用いて本発明の方法を実施した。
６つの表面亀裂１の幅は、０．３〜０．５ｍｍであり、深さは、０．１，０．２，０．３，０．４，０．５，０．７５ｍｍとした。また表面亀裂１の幅方向間隔は、７．５ｍｍである。
試験片（被検査物６）の上面には、表面活性剤を添加したグリセリンを十分塗布し、表面亀裂１の内部にも気泡を含まないように充填した。
【００３２】
斜角探触子１０には、発信レート及び反射波１５の受信レートが２００ＭＨｚ、発信部の直径が３ｍｍ、被検査物６内への入射角が４５度のものを用いた。この場合、接触媒体１１内への入射角は約２０度である。
【００３３】
制御装置１２（図４参照）により、表面亀裂１の幅方向に設定した走査線に沿って０．１ｍｍの走査ピッチで斜角探触子１０を走査した。この走査は、図６に示すように、深さ０．７５ｍｍの表面亀裂１から順に深さ０．１ｍｍの表面亀裂１まで連続的に行った。
また、接触媒体１１を介して被検査物６及び表面亀裂１の内部に超音波４を発信し、その反射波１５を受信した。
【００３４】
図７は、この実施例において受信した反射波を示す図である。この図は、反射波１５の振幅強度を色で表示したＢイメージ法による画像であるが、この例では、単に無彩色で示している。
図７（Ａ）において、横軸は斜角探触子１０の位置（０．０〜６０．０ｍｍ）であり、縦軸は超音波４の発信から受信までの伝播時間（２．３１〜１５．５６μｍ）である。
この図から、伝播時間が５μｍ以下の領域に、表面エコー１５ａと媒体内エコー１５ｂが存在し、伝播時間が１２〜１５．５６μｍの領域に部材内エコー１５ｃが存在することがわかる。
なおこの図では、表面エコー１５ａを「開口部エコー」、媒体内エコー１５ｂを「モード変換表面波による端部エコー」、部材内エコー１５ｃを単に「端部エコー」と表示している。
【００３５】
図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の伝播時間が５．５μｍ以下の領域を拡大した図である。この図から表面エコー１５ａ（開口部エコー）と媒体内エコー１５ｂ（モード変換表面波による端部エコー）を明確に区分できることがわかる。
図７（Ｃ）は、図７（Ａ）の伝播時間が１２〜１６．０８５μｍの領域を拡大した図である。この図から部材内エコー１５ｃ（端部エコー）を明確に区分できることがわかる。
【００３６】
図７において、斜角探触子１０の位置を０．０ｍｍから６０．０ｍｍまで一定の走査ピッチ（この例では０．１ｍｍ）で連続的に走査した場合、部材内エコー１５ｃが先に検出され、その後、同一の表面亀裂１に対する媒体内エコー１５ｂが検出されることがわかる。
各媒体内エコー１５ｂ及び部材内エコー１５ｃの走査方向間隔は、表面亀裂１の幅方向間隔（７．５ｍｍ）と同一である。
従って、部材内エコー１５ｃが検出された斜角探触子１０の位置から、媒体内エコー１５ｂが検出される斜角探触子１０の位置が正確に予測できるので、その間の走査ピッチを粗くし又は省略することができる。
【００３７】
図８は、図７（Ｂ）に相当する領域の拡大図である。この図において、３本の破線は、表面亀裂１の深さｄが、０．２，０．３，０．７ｍｍの位置を示している。
【００３８】
図９は、図８に対応する反射波１５の波形を示す図である。この図は、反射波１５の振幅強度を色で表示したＢイメージ法による画像から求めることができる。この図において、（Ａ）はｄ＝０．２ｍｍ、（Ｂ）は０．３ｍｍ、（Ｃ）は０．７ｍｍの場合である。また各図において、横軸は超音波伝播時間、縦軸は振幅値である。
図９の各図において、Ｔ１は表面エコー１５ａの検出時間、Ｔ２は媒体内エコー１５ｂの検出時間である。従ってこれらの図から、時間差ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１を求めることができる。
【００３９】
図１０は、本発明の実施例における表面亀裂の深さと伝播時間の関係図である。この図において、横軸は表面亀裂の深さｄ、縦軸は伝播時間である。また図中の丸（●）は表面エコー１５ａの検出時間Ｔ１、四角（■）は媒体内エコー１５ｂの検出時間Ｔ２である。
この図から、表面エコー１５ａの検出時間Ｔ１は、表面亀裂の深さｄに無関係にほぼ一定であることがわかる。また、媒体内エコー１５ｂの検出時間Ｔ２は、表面亀裂の深さｄに比例して大きくなることがわかる。
図１０において、検出時間Ｔ２の計測データ（■）に近似する直線を本発明では検量線として設定する。この検量線を用いることにより、時間差ΔＴから表面亀裂１の深さｄを求めることができる。
【００４０】
上述した実施例において、表面エコー１５ａの検出時間Ｔ１と媒体内エコー１５ｂの検出時間Ｔ２との時間差ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１は、表面亀裂１の深さｄに比例し、以下の関係式（３）から表面亀裂１の深さｄを求めることができる。
ｄ＝（ΔＴ×Ｖ）／２・・・（３）
ここでＶは、接触媒体１１内の音速である。
【００４１】
接触媒体１１内の音速Ｖは、グリセリンの場合約１８００ｍ／ｓｅｃである。
しかし、上述した実施例の結果から、関係式（３）から表面亀裂１の深さｄを求める場合、音速Ｖを約１０００ｍ／ｓｅｃに設定する必要がある。
この理由は、接触媒体１１内の音速Ｖが気泡等の存在により遅くなっている、或いは媒体内エコー１５ｂの経路がジグザクになっている、等によるものと考えられる。
【００４２】
上述した本発明の方法と装置によれば、斜角探触子１０と制御装置１２により、表面亀裂１の幅方向に設定された走査線２に沿って斜角探触子１０を走査し、接触媒体１１を介して被検査物６及び表面亀裂１の内部に超音波を発信し、その反射波１５を受信することができる。
また、解析装置１４により、前記反射波１５を被検査物６の表面で反射された表面エコー１５ａと、接触媒体１１内での表面亀裂１の下端１ａからの媒体内エコー１５ｂとに区分し、表面エコー１５ａと媒体内エコー１５ｂから表面亀裂１の深さｄを計算することができる。
【００４３】
上述した接触媒体１１内での媒体内エコー１５ｂは、被検査物６内での表面亀裂１の下端１ａからの部材内エコー１５ｃ（従来の下端エコー７）よりも信号レベルが大きく、かつ表面エコー１５ａと媒体内エコー１５ｂを分離してその時間差を容易に計測できるので、この時間差から表面亀裂の深さが１ｍｍ未満である微小亀裂であっても、正確に計算することができること実施例により確認された。
【００４４】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 表面亀裂、１ａ 下端、１ｂ 上端、
２ 走査線、３ 探触子、
４ 超音波、４ａ，４ｂ，４ｃ 超音波ビーム、
４ｅ ラテラル波、４ｆ 回折波、
５ 送信パルス（パルス波）、６ 試験片（被検査物）、
７ 下端エコー（端部エコー）、８ 上端エコー（端部エコー）、
１０ 斜角探触子、１１ 接触媒体、
１２ 制御装置、１４ 解析装置、
１５ 反射波、１５ａ 表面エコー、
１５ｂ 媒体内エコー、１５ｃ 部材内エコー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を用いて被検査物の表面に開口した表面亀裂の深さを計測する表面亀裂深さの超音波計測方法であって、
（Ａ）前記被検査物の表面に接触媒体を塗布し、かつ表面亀裂の内部に前記接触媒体を充填し、
（Ｂ）前記表面亀裂の幅方向に設定された走査線に沿って斜角探触子を走査し、
（Ｃ）前記接触媒体を介して被検査物及び表面亀裂の内部に超音波を発信し、その反射波を受信し、
（Ｄ）前記反射波を被検査物の表面で反射された表面エコーと、接触媒体内での表面亀裂の下端からの媒体内エコーとに区分し、
（Ｅ）前記表面エコーと媒体内エコーから前記表面亀裂の深さを計算する、ことを特徴とする表面亀裂深さの超音波計測方法。
【請求項２】
前記（Ｅ）において、被検査物の表面で反射された表面エコーと、接触媒体内での表面亀裂の下端からの媒体内エコーとの時間差を求め、これと予め較正された検量線から表面亀裂の深さを求める、ことを特徴とする請求項１に記載の超音波計測方法。
【請求項３】
前記（Ｄ）において、被検査物内での表面亀裂の下端からの部材内エコーを検出し、
前記（Ｅ）において、前記部材内エコーの位置から表面亀裂の位置を求める、ことを特徴とする請求項１に記載の超音波計測方法。
【請求項４】
超音波を用いて被検査物の表面に開口した表面亀裂の深さを計測する表面亀裂深さの超音波計測装置であって、
被検査物の表面の垂線に対し、被検査物内への入射角が３０〜６０度であり、接触媒体内への入射角が１０〜３０度であり、かつ接触媒体内への入射幅が、前記表面亀裂の幅より大きく、計測深さの最大値より小さく設定されている斜角探触子と、
斜角探触子を制御して超音波を発信させ、かつその反射波を受信する制御装置と、
前記反射波を被検査物の表面で反射された表面エコーと、接触媒体内での表面亀裂の下端からの媒体内エコーとに区分し、これらから表面亀裂の深さを求める解析装置とを備える、ことを特徴とする表面亀裂深さの超音波計測装置。
【請求項１】
超音波を用いて被検査物の表面に開口した表面亀裂の深さを計測する表面亀裂深さの超音波計測方法であって、
（Ａ）前記被検査物の表面に接触媒体を塗布し、かつ表面亀裂の内部に前記接触媒体を充填し、
（Ｂ）前記表面亀裂の幅方向に設定された走査線に沿って斜角探触子を走査し、
（Ｃ）前記接触媒体を介して被検査物及び表面亀裂の内部に超音波を発信し、その反射波を受信し、
（Ｄ）前記反射波を被検査物の表面で反射された表面エコーと、接触媒体内での表面亀裂の下端からの媒体内エコーとに区分し、
（Ｅ）前記表面エコーと媒体内エコーから前記表面亀裂の深さを計算する、ことを特徴とする表面亀裂深さの超音波計測方法。
【請求項２】
前記（Ｅ）において、被検査物の表面で反射された表面エコーと、接触媒体内での表面亀裂の下端からの媒体内エコーとの時間差を求め、これと予め較正された検量線から表面亀裂の深さを求める、ことを特徴とする請求項１に記載の超音波計測方法。
【請求項３】
前記（Ｄ）において、被検査物内での表面亀裂の下端からの部材内エコーを検出し、
前記（Ｅ）において、前記部材内エコーの位置から表面亀裂の位置を求める、ことを特徴とする請求項１に記載の超音波計測方法。
【請求項４】
超音波を用いて被検査物の表面に開口した表面亀裂の深さを計測する表面亀裂深さの超音波計測装置であって、
被検査物の表面の垂線に対し、被検査物内への入射角が３０〜６０度であり、接触媒体内への入射角が１０〜３０度であり、かつ接触媒体内への入射幅が、前記表面亀裂の幅より大きく、計測深さの最大値より小さく設定されている斜角探触子と、
斜角探触子を制御して超音波を発信させ、かつその反射波を受信する制御装置と、
前記反射波を被検査物の表面で反射された表面エコーと、接触媒体内での表面亀裂の下端からの媒体内エコーとに区分し、これらから表面亀裂の深さを求める解析装置とを備える、ことを特徴とする表面亀裂深さの超音波計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２１５５２０（Ｐ２０１２−２１５５２０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８２１０４（Ｐ２０１１−８２１０４）
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（０００１９８３１８）株式会社ＩＨＩ検査計測 (132)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（０００１９８３１８）株式会社ＩＨＩ検査計測 (132)
【Ｆターム（参考）】
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