超音波探傷用ウェッジ、及びこれを備えている装置
【課題】超音波探傷センサからの出力ノイズを低減させる。
【解決手段】超音波探傷センサ１０と被検体Ｓとの間に水を供給するウェッジ２０には、被検体の表面に対向する第一被検体対向面２２と、超音波探傷センサが装着されるセンサ装着面２１と、水を受け入れる受入口３２ａ，３２ｂと、受入口からの水が溜まるチャンバ３５と、センサ装着面２１から被検体対向面２２に貫通し、チャンバ３５からの水が流入する超音波伝播室４０と、が形成されている。チャンバ３５と超音波伝播室４０との間の仕切り壁４５には、チャンバから超音波伝播室に貫通した多数の貫通孔４７が形成されている。多数の貫通孔４７の超音波伝播室を臨む各流入開口４７ａは、超音波伝播室の周方向に一列に並び、且つ超音波伝播室のセンサ側開口４１と超音波伝播室の被検体側開口４２とのうち、被検体開口４２側に寄った位置に形成されている。
【解決手段】超音波探傷センサ１０と被検体Ｓとの間に水を供給するウェッジ２０には、被検体の表面に対向する第一被検体対向面２２と、超音波探傷センサが装着されるセンサ装着面２１と、水を受け入れる受入口３２ａ，３２ｂと、受入口からの水が溜まるチャンバ３５と、センサ装着面２１から被検体対向面２２に貫通し、チャンバ３５からの水が流入する超音波伝播室４０と、が形成されている。チャンバ３５と超音波伝播室４０との間の仕切り壁４５には、チャンバから超音波伝播室に貫通した多数の貫通孔４７が形成されている。多数の貫通孔４７の超音波伝播室を臨む各流入開口４７ａは、超音波伝播室の周方向に一列に並び、且つ超音波伝播室のセンサ側開口４１と超音波伝播室の被検体側開口４２とのうち、被検体開口４２側に寄った位置に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探傷センサが装着され、この超音波探傷センサと被検体との間に超音波の伝播媒質を供給する超音波探傷用ウェッジ、及びこれを備えている装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体を超音波探傷する場合、超音波探傷センサと被検体との間に超音波の伝播媒質を供給するウェッジを設けることがある。このウェッジを用いて被検体を超音波探傷する場合、超音波探傷センサと被検体との間の伝播媒質中に気泡が存在すると、超音波探傷センサは、この気泡を被検体の傷として誤検知することがある。
【０００３】
このため、例えば、以下の特許文献１に記載されているように、気泡の排除を促す技術が開発されている。この特許文献１に記載のウェッジは、伝播媒質である水を受け入れる受入口と、この受入口に連通しているチャンバと、超音波探傷センサが装着されるセンサ装着面から被検体の表面に対向する被検体対向面に貫通し、チャンバと連通している超音波伝播室と、を有している。チャンバと超音波伝播室との間の仕切り壁には、チャンバ内の水を超音波伝播室へ流入させるための多数の貫通孔が形成されている。この貫通孔の超音波伝播室を臨む流入開口は、超音波探傷センサの表面に積極的に水を供給するために、超音波伝播室の内周面であってセンサ装着面寄りに形成されている。また、この流入開口は長方形状を成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１４２２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は、チャンバから超音波伝播室に水が流入する流入開口の縁が、超音波の反射部分を成し、超音波探傷センサにとって比較的大きなノイズになってしまう、という問題点がある。
【０００６】
そこで、本発明は、このような従来技術の問題点に着目し、超音波探傷センサにとってのノイズを抑えることができる超音波探傷用ウェッジ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】
【０００７】
前記問題点を解決するための超音波探傷用ウェッジは、
被検体の表面に対向する被検体対向面と、超音波探傷センサが装着されるセンサ装着面と、伝播媒質を受け入れる受入口と、前記受入口と連通し、該受入口からの前記伝播媒質が溜まるチャンバと、前記センサ装着面から前記被検体対向面に貫通し、前記チャンバ内の前記伝播媒質が流入して、該伝播媒質で満たされる超音波伝播室と、が形成され、
前記チャンバと前記超音波伝播室との境界部には、仕切り壁が形成され、該仕切り壁には、該チャンバ内の前記伝播媒質を該超音波伝播室に流入させるために、該チャンバから該超音波伝播室に貫通した多数の貫通孔が形成され、前記多数の貫通孔の該超音波伝播室を臨む各流入開口は、該超音波伝播室の周面の周方向に一列に並び、且つ該超音波伝播室から前記センサ装着面に臨むセンサ側開口と、該超音波伝播室から前記被検体対向面に臨む被検体側開口とのうち、該被検体開口側に寄った位置に形成されている、ことを特徴とする。
【０００８】
当該超音波探傷用ウェッジのように、超音波伝播室に、流入開口が臨んでいる場合、この流入開口の縁が超音波反射源になる。すなわち、超音波探傷センサから発信された超音波の一部は、被検体の表面で反射してセンサ側に戻り、この反射波が流入開口の縁でさらに反射し、再び、被検体の表面で反射して、超音波探傷センサに入射する。この流入開口に関するセンサ出力は、被検体の傷とは関係のないものであるため、超音波探傷ではノイズである。
【０００９】
一般的に、超音波探傷センサの出力には、被検体中での超音波の減衰を考慮して、超音波の伝播距離が大きくなるに連れて大きな利得が掛けられる。したがって、想定の減衰が生じず、しかも、超音波反射源までの超音波伝播距離が大きい場合に、超音波探傷センサから出力は大きくなる。このため、特許文献１のように、超音波反射源である流入開口がセンサ装着面側に寄っていると、この流入開口までの超音波伝播距離が大きくなり、ノイズである流入開口に関するセンサ出力が大きくなる。
【００１０】
そこで、当該超音波探傷用ウェッジでは、多数の流入開口を、超音波伝播室の周面の周方向に一列に並ばせて、各流通開口までの超音波伝播距離を揃えつつ、各流入開口を、超音波伝播室のセンサ側開口と超音波伝播室の被検体側開口とのうち、被検体開口側に寄った位置に形成して、各流通開口までの超音波伝播距離を小さくしている。よって、当該超音波探傷用ウェッジによれば、ノイズである流入開口に関するセンサ出力を小さくすることができる。
【００１１】
ここで、前記超音波探傷用ウェッジにおいて、前記仕切り壁を貫通する前記多数の貫通孔は、前記チャンバから前記超音波伝播室に向かうに連れて、前記被検体側開口に近づく向きに傾斜していてもよい。
【００１２】
当該超音波探傷用ウェッジでは、超音波探傷センサから発信された超音波が被検体の表面で反射してセンサ側に戻り、この反射波が流入開口の縁でさらに反射したときに、流入開口の縁で反射した反射波の多くが、貫通孔内に向かい、再び、被検体の表面に向かう反射波が少なくなる。よって、当該超音波探傷用ウェッジでは、ノイズである流入開口に関するセンサ出力をより小さく抑えることができる。
【００１３】
また、超音波探傷用ウェッジにおいて、前記仕切り壁を貫通する前記多数の貫通孔の前記流入開口は、円形であってもよい。
【００１４】
当該超音波探傷用ウェッジでは、超音波探傷センサから発信された超音波が被検体の表面で反射してセンサ側に戻り、この反射波が流入開口の縁でさらに反射したときに、流入開口の縁で反射した反射波は各方向へ向かい、再び、被検体の表面に向かう反射波が少なくなる。よって、当該超音波探傷用ウェッジでは、ノイズである流入開口に関するセンサ出力をより小さく抑えることができる。
【００１５】
また、前記超音波探傷用ウェッジにおいて、前記被検体対向面は、前記被検体の表面に対向する第一被検体対向面及び第二被検体対向面を有し、前記第一被検体対向面から前記センサ装着面側に凹み、凹みの底面が前記第二被検体対向面を成す気泡滞留凹部が形成され、前記超音波伝播室は、前記センサ装着面から前記気泡滞留凹部の前記第二被検体対向面に貫通し、前記気泡滞留凹部は、前記超音波伝播室から該気泡滞留凹部の前記第二被検体対向面に臨む前記被検体側開口の縁のうち、前記センサ装着面に装着された前記超音波探傷センサの予め定められた走査方向と反対側の反走査方向側縁の全縁から該反対側に広がっていてもよい。
【００１６】
当該超音波探傷用ウェッジでは、超音波伝播室の被検体側への延長上に気泡が位置しても、ウェッジの走査方向への移動により、この気泡は、被検体側開口の回りに形成されている気泡滞留凹部内において、このウェッジに対して相対的に走査方向と反対側に直ちに移動してしまう。このため、当該超音波探傷用ウェッジによれば、傷の誤検知の一因になる気泡排除の促進を図ることができる。
【００１７】
また、超音波探傷用ウェッジにおいて、前記多数の貫通孔の流入開口は、前記センサ側開口と前記第一被検体対向面とのうち、該第一被検体対向面側に寄った位置に形成されていることが好ましい。
【００１８】
当該超音波探傷用ウェッジでは、気泡探傷用凹部が形成されている場合でも、各流通開口までの超音波伝播距離を小さくでき、ノイズである流入開口に関するセンサ出力を小さくすることができる。
【００１９】
また、前記超音波探傷用ウェッジにおいて、前記超音波探傷センサの前記予め定められた走査方向として、第一走査方向と、該第一走査方向と正反対の向きの第二走査方向とがあり、前記気泡滞留凹部は、前記被検体側開口の縁のうち、前記第一走査方向側の全縁から該第一走査方向側に広がっていると共に、該被検体側開口の縁のうち、前記第二走査方向側の全縁から該第二走査方向側に広がっていてもよい。
【００２０】
当該超音波探傷用ウェッジでは、第一走査方向、及びこの第一走査方向と正反対の向きの第二走査方向の両方向へ超音波探傷センサを走査する場合でも、超音波伝播室の被検体側への延長上に位置している気泡を、この位置から直ちに排除することができる。
【００２１】
また、前記超音波探傷用ウェッジにおいて、前記第二被検体対向面のうち、少なくとも前記被検体側開口の縁を含む開口縁部には、吸音材が施されていてもよい。
【００２２】
当該超音波探傷用ウェッジでは、被検体表面と気泡滞留凹部の底面との間で反射した超音波が吸音材で吸収されるため、気泡滞留凹部の底面に関するセンサ出力を小さくすることができる。
【００２３】
また、前記問題点を解決するための超音波探傷装置は、
上記いずれかの超音波探傷用ウェッジと、前記超音波探傷用ウェッジの前記センサ装着面に装着される前記超音波探傷センサと、を備えていることを特徴とする。
【００２４】
当該超音波探傷装置は、上記いずれかの超音波探傷用ウェッジを備えているので、ノイズである流入開口に関するセンサ出力をより小さく抑えることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明では、ノイズである流入開口に関するセンサ出力を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る一実施形態における超音波探傷装置の展開斜視図である。
【図２】図１におけるII−II線断面図である。
【図３】図１におけるIII矢視図である。
【図４】本発明に係る一実施形態における超音波探傷用ウェッジの各部の寸法を示す説明図である。
【図５】本発明に係る一実施形態における超音波探傷センサの感度校正曲線を示すグラフである。
【図６】本発明に係る一実施形態における超音波探傷センサの出力波形を示すグラフである。
【図７】本発明に係る一実施形態における超音波探傷システムの構成を示す説明である。
【図８】本発明に係る一実施形態に対する変形例における超音波探傷用ウェッジの断面図である。
【図９】本発明に係る一実施形態に対する他の変形例における超音波探傷用ウェッジの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る超音波探傷装置の一実施形態、及びその各種変形例について、図面を用いて説明する。
【００２８】
「実施形態」
まず、本発明に係る超音波探傷装置の実施形態について、図１〜図７を用いて説明する。
【００２９】
本実施形態の超音波探傷装置１は、図７に示すように、超音波を被検体Ｓに向けて発信すると共に被検体Ｓからの超音波の反射波を受信する超音波探傷センサ（以下、単にセンサとする）１０と、このセンサ１０が装着され、センサ１０と被検体Ｓの表面との間に超音波伝播媒質である水を供給するウェッジ２０と、を有している。
【００３０】
この超音波探傷装置１は、この超音波探傷装置１を被検体Ｓの表面に沿って移動させる移動機構２上に搭載されている。この超音波探傷装置１のウェッジ２０には、超音波の伝播媒質である水を供給する水供給ライン７が接続されている。この水供給ライン７には、脱気器８及び気泡除去フィルタ９が設けられている。
【００３１】
本実施形態において、水の供給源は、例えば、水道蛇口である。水供給ライン７は、この水蛇口に接続されている。この水供給ライン７中に設けられる脱気器８は、水中に含まれている気体の分圧を真空ポンプ等で低下させて、この気体を排除する減圧式の脱気器８である。水供給ライン７中で、この脱気器８よりも下流側には、気泡除去フィルタ９が配置されている。
【００３２】
センサ移動機構２は、超音波探傷装置１を被検体Ｓの表面に押付ける押付機構３と、被検体Ｓの表面に押付けられた超音波探傷装置１を被検体Ｓの表面に沿って移動させる走査機構４と、を備えている。走査機構４は、超音波探傷装置１の走査方向に伸びるレール５と、このレール５に沿って移動する台車６と、を有している。なお、本実施形態の超音波探傷装置１は、被検体Ｓの下方から、被検体Ｓを超音波探傷するものである。このため、押付機構３は、超音波探傷装置１を下から上に押し上げるものである。また、ウェッジ２０は、被検体Ｓの下側に配置され、センサ１０は、このウェッジ２０の下側に配置される。
【００３３】
センサ１０は、図１に示すように、超音波を被検体Ｓに向けて発信すると共に被検体Ｓからの超音波の反射波を受信する超音波入出力面１１を有している。この超音波入出力面１１は、長方形を成し、その外周縁はセンサケーシング１９で囲まれている。このセンサ１０は、この長方形の超音波入出力面１１の短手方向のうち、一方の方向が第一走査方向で、正反対向きの方向が第二走査方向になっている。なお、以下では、説明の便宜上、長方形の超音波入出力面１１の短手方向をＹ方向、その長手方向をＸ方向、超音波入出力面１１に垂直な方向をＺ方向とする。
【００３４】
ウェッジ２０には、図１〜図３に示すように、センサ１０の超音波入出力面１１に対向するセンサ装着面２１と、被検体Ｓの表面と対向する被検体対向面２２，２６と、被検体Ｓの表面に水を供給する供給部３０と、前述の押付機構３に接続される接続フランジ２９と、が形成されている。
【００３５】
被検体対向面２２，２６は、ウェッジ２０の（＋）Ｚ側に形成され、センサ装着面２１は、ウェッジ２０の（−）Ｚ側に形成されている。被検体対向面２２，２６は、第一被検体対向面２２と第二被検体対向面２６とがある。ウェッジ２０には、第一被検体対向面２２からセンサ装着面側に凹み、凹みの底面が第二被検体対向面２６を成す気泡滞留凹部２５が形成されている。なお、第一被検体対向面２２は、気泡滞留凹部２５の回りに形成されている。接続フランジ２９は、ウェッジ２０の（−）Ｚ側であって、センサ装着面２１を挟んで（±）Ｘ側のそれぞれ形成されている。この接続フランジ２９には、外側からＸ方向に凹んだ丸型溝２９ａが形成されており、図７に示すように、この丸型溝２９ａに押付機構３と接続するためのピン１２が挿入される。よって、このウェッジ２０は、このピン１２を中心として揺動可能である。
【００３６】
第一被検体対向面２２上には、第一被検体対向面２２と被検体Ｓの表面との間に、気泡滞留凹部２５からの気泡が通れる隙間を確保するための隙間確保部５０が設けられている。この隙間確保部５０は、第一被検体対向面２２上であって、気泡滞留凹部２５から（＋）Ｙ方向側に離れた位置と、気泡滞留凹部２５から（−）Ｙ方向側に離れた位置とに設けられている。
【００３７】
各隙間確保部５０は、いずれも、（−）Ｚ側から見た形状が二等辺三角形形状を成し、この二等辺三角形の頂角５１は鋭角である。この隙間確保部５０は、二等辺三角形の中心軸がＹ方向を向き、且つ隙間確保部５０中でその頂角５１が最も気泡滞留凹部２５に近くなっている。この隙間確保部５０は、樹脂粘着テープを二等辺三角形状に切って、これを第一被検体対向面２２上に張り付いたものでもよいし、二等辺三角形形状の硬質樹脂片を被検体対向面２２上に固定したものであってもよい。また、被検体側ウェッジフレームＦａと一体成形したものであってもよい。
【００３８】
供給部３０は、水を受け入れる受入口３２ａ，３２ｂと、センサ装着面２１から気泡滞留凹部２５の底面である第二被検体対向面２６に貫通している超音波伝播室４０と、受入口３２ａ，３２ｂ及び超音波伝播室４０のそれぞれに連通しているチャンバ３５と、を有している。また、
【００３９】
超音波伝播室４０からセンサ装着面２１に臨むセンサ側開口４１、及び超音波伝播室４０から気泡滞留凹部２５の底面（第二被検体対向面）２６に臨む被検体側開口４２は、開口縁の形状及びサイズが互いに同じで、長方形の超音波入出力面１１よりも僅かに大きいものの、この超音波入出力面１１の形状及びサイズに対応している。具体的に、センサ側開口４１及び被検体側開口４２のＸ方向の幅寸法は、超音波入出力面１１の長手方向の長さ寸法より僅かに長く、センサケーシング１９の長手方向の長さ寸法より僅かに短い。また、そのＹ方向の幅寸法は、超音波入出力面１１の短手方向の長さ寸法より僅かに長く、センサケーシング１９の短手方向の長さよりも僅かに短い。
【００４０】
気泡滞留凹部２５は、Ｘ方向に長い被検体側開口４２の縁のうち、第一走査方向である（＋）Ｙ方向側の全縁から（＋）Ｙ方向に広がっていると共に、第二走査方向である（−）Ｙ方向側の全縁から（−）Ｙ方向に広がっている。気泡滞留凹部２５の底面（第二被検体対向面）２６は、長方形で、その長手方向がＸ方向を向き、その短手方向がＹ方向を向いている。気泡滞留凹部２５の底面２６のＸ方向の幅寸法は、被検体側開口４２のＸ方向の幅寸法と一致し、そのＹ方向の幅寸法は、被検体側開口４２のＹ方向の幅寸法より大きい。具体的に、気泡滞留凹部２５の底面２６の（＋）Ｙ側の縁は、被検体側開口４２の（＋）Ｙ側の縁から、（＋）Ｙ側へ、例えば、１０ｍｍ程度の位置に形成され、気泡滞留凹部２５の底面２６の（−）Ｙ側の縁は、被検体側開口４２の（−）Ｙ側の縁から、（−）Ｙ側へ、例えば、１０ｍｍ程度の位置に形成されている。また、気泡滞留凹部２５の深さ寸法は、例えば、５ｍｍ程度である。
【００４１】
気泡滞留凹部２５の側壁面のうちで、第一走査方向である（＋）Ｙ方向側の側壁面２７は、（＋）Ｚ側に向かうに連れて、第一走査方向である（＋）Ｙ方向側に曲がる曲面を成している。また、第二走査方向である（−）Ｙ方向側の側壁面２７は、（＋）Ｚ側に向かうに連れて、第二走査方向である（−）Ｙ方向側に曲がる曲面を成している。なお、気泡滞留凹部２５の（±）Ｙ方向側の側壁面２７の（＋）Ｚ側の部分は、曲面を成していなくてもよく、（＋）Ｚ側に向かうに連れて、被検体側開口４２から遠ざかる向きに傾斜しているテーパ面であってもよし、テーパ面と曲面とを滑らかに繋いだ面であってもよい。
【００４２】
チャンバ３５は、超音波伝播室４０のＺ方向のほぼ中央部分であって、この超音波伝播室４０の周面のうち、第一走査方向である（＋）Ｙ方向側の全周面から（＋）Ｙ方向に広がっていると共に、第二走査方向である（−）Ｙ方向側の全周面から（−）Ｙ方向に広がっている。このチャンバ３５は、直方体形状を成し、直方体の表面のうち、一対の対向している面は、それぞれ（±）Ｘ方向を向き、他の一対の対向している面は、それぞれ（±）Ｙ方向を向き、残りの一対の対向している面は、それぞれ（±）Ｚ方向を向いている。このチャンバ３５のＸ方向の幅寸法は、気泡滞留凹部２５の底面２６のＸ方向の幅寸法、及び被検体側開口４２のＸ方向の幅寸法と一致している。また、このチャンバ３５のＹ方向の幅寸法は、気泡滞留凹部２５の開口及び底面２６のＹ方向の幅寸法よりも大きい。
【００４３】
このチャンバ３５で、超音波伝播室４０を基準にして、第一走査方向である（＋）Ｙ方向側に広がっている空間が第一チャンバ部３５ａを成し、第二走査方向である（−）Ｙ方向側に広がっている空間が第二チャンバ部３５ｂを成す。
【００４４】
超音波伝播室４０と各チャンバ部３５ａ，３５ｂとの境界部には、仕切り壁４５が形成されている。具体的には、第一チャンバ部３５ａと超音波伝播室４０との境界部と、チャンバ３５の第二チャンバ部３５ｂと超音波伝播室４０との境界部とには、仕切り壁４５が形成されている。すなわち、超音波伝播室４０の周面のうちの（＋）Ｙ側の周面に沿った位置と、超音波伝播室４０の周面のうちの（−）Ｙ側の周面に沿った位置とに、仕切り壁４５が形成されている。この仕切り壁４５の超音波伝播室４０側の壁面４６は、この仕切り壁４５を基準にして、（＋）Ｚ側及び（−）Ｚ側に位置する超音波伝播室４０の周面４４と面一である。
【００４５】
各仕切り壁４５には、Ｙ方向に貫通する、つまり、各チャンバ部３５ａ，３５ｂから超音波伝播室４０に貫通する多数の貫通孔４７が形成されている。多数の貫通孔４７の超音波伝播室４０を臨む円形の流入開口４７ａは、Ｘ方向に等間隔で一列に並んでいる。また、多数の貫通孔４７の各流入開口４７ａは、Ｚ方向では、センサ側開口４１よりも第一被検体対向面２２側に寄っている。
【００４６】
具体的に、Ｚ方向における流入開口４７ａの中心位置は、第一被検体対向面２２から（−）Ｚ方向へ１２．９ｍｍの位置で、センサ側開口４１から（＋）Ｚ方向へ、１７.１ｍｍである。すなわち、図４に示すように、本実施形態のウェッジにおけるセンサ側開口４１（又はセンサ装着面２１）から第一被検体対向面２２までの距離Ｄは、３０ｍｍであり、第一被検体対向面２２から流入開口４７ａの中心までの距離ｄは、１２．９ｍｍである。なお、円形の流入開口４７ａの径は、本実施形態において、４ｍｍである。
【００４７】
ウェッジ２０には、その（−）Ｚ側の表面から第一チャンバ部３５ａに貫通する３つの第一貫通孔３１ａと、その（−）Ｚ側の表面から第二チャンバ部３５ｂに貫通する３つの第二貫通孔３１ｂと、が形成されている。第一貫通孔３１ａで、ウェッジ２０の（−）Ｚ側の表面を臨む開口が第一受入口３２ａを成し、第一チャンバ部３５ａに臨む開口が第一チャンバ流入口３３ａを成している。また、第二貫通孔３１ｂで、ウェッジ２０の（−）Ｚ側の表面を臨む開口が第二受入口３２ｂを成し、第二チャンバ部３５ｂに臨む開口が第二チャンバ流入口３３ｂを成している。３つの第一貫通孔３１ａは、Ｘ方向に並び、互いの間隔が等間隔である。また、３つの第二貫通孔３１ｂも、Ｘ方向に並び、互いの間隔が等間隔である。なお、ここでは、第一貫通孔３１ａ及び第二貫通孔３１ｂの数量がいずれも３つであるが、さらに多くてもよい。
【００４８】
第一被検体対向面２２、気泡滞留凹部２５を形成する各面、超音波伝播室４０の周面には、親水性を高める親水処理が施されている。具体的な親水処理の方法としては、例えば、アルコール、水溶性ポリマー、界面活性剤を含む噴射剤を処理対象面にスプレーする方法、メチルシリケート等の親水性材を処理対象面にコーティングする方法等がある。
【００４９】
ウェッジ２０は、製造上の都合により、第一被検体対向面２２が形成されている被検体側ウェッジフレームＦａと、センサ装着面２１が形成されているセンサ側ウェッジフレームＦｂと、両者を接続するネジ（不図示）とを有して構成されている。なお、被検体側ウェッジフレームＦａ及びセンサ側ウェッジフレームＦｂは、いずれも、音響インピーダンスの値が水の音響インピーダンスに近い材料、例えば、ナイロン、アクリル、ポリスチレン等の樹脂で形成されている。
【００５０】
被検体側ウェッジフレームＦａには、前述の第一被検体対向面２２の他、気泡滞留凹部２５、被検体側開口４２が形成されている。また、センサ側ウェッジフレームＦｂには、前述のセンサ装着面２１の他、センサ側開口４１、第一及び第二受入口３２ａ，３２ｂ、接続フランジ２９、仕切り壁４５が形成されている。また、チャンバ３５及び超音波伝播室４０は、いずれも、２つのウェッジフレームＦａ，Ｆｂの協同により形成されている。
【００５１】
本実施形態の超音波探傷システムで被検体Ｓを超音波探傷する際には、まず、水供給源からの水を脱気器８及び気泡除去フィルタ９を介して、ウェッジ２０に供給する。この水は、ウェッジ２０の複数の第一受入口３２ａからチャンバ３５の第一チャンバ部３５ａに流入すると共に、複数の第二受入口３２ｂからチャンバ３５の第二チャンバ部３５ｂに流入する。各チャンバ部３５ａ，３５ｂに流入した水は、ウェッジ２０の超音波伝播室４０を満たし、被検体側開口４２から外部に流出する。
【００５２】
次に、押付機構３を駆動させて、ウェッジ２０の第一被検体対向面２２を被検体Ｓの表面に押付ける。このとき、被検体側開口４２から流出した水は、気泡滞留凹部２５と被検体Ｓの表面との間、第一被検体対向面２２と被検体Ｓの表面との間の隙間と経て、これらの間から排出される。
【００５３】
次に、ウェッジ２０のセンサ装着面２１に装着されているセンサ１０を駆動する。すると、センサ１０の超音波入出力面１１から超音波が発信され、超音波伝播室４０及び気泡滞留凹部２５を満たしている水を介して、この超音波が被検体Ｓに達する。この超音波は、被検体Ｓの表面、その裏面、被検体Ｓの内部の傷等、音響インピーダンスが変化する箇所で反射し、一部が、気泡滞留凹部２５及び超音波伝播室４０を満たしている水を介して、センサ１０の超音波入出力面１１に入射する。センサ１０は、超音波入出力面１１に入射した超音波の反射波を電気信号に変換して、これを出力する。すなわち、センサ１０の駆動により、被検体Ｓの超音波探傷が開始される。
【００５４】
次に、走査機構４を駆動させて、超音波探傷装置１を第一又は第二走査方向に移動させる。この超音波探傷装置１の第一又は第二走査方向への移動により、この走査方向における超音波探傷が行われる。
【００５５】
超音波探傷では、被検体中の超音波の減衰を補償するために、ＴＧＣ（Time Gain Compensation）曲線又はＤＡＣ（Distance Amplitude Curve）等の感度校正曲線を予め作成し、この感度校正曲線に基づき、超音波伝播距離の増加に応じてセンサ出力の利得を大きくしている。
【００５６】
このため、超音波伝播距離が大きな位置に超音波反射源があると、仮に、この超音波反射源のサイズが小さくても、比較的大きなセンサ出力となる。
【００５７】
特に、被検体が単一の金属材で形成されておらず、減衰の大きい複合材で形成されている場合には、センサ出力にかける利得の値が大きくなり、例えば、図５のＴＧＣ曲線に示すように、被検体の厚さをｔとしたとき、距離ｔの位置での利得は距離０の位置での利得の２００倍になる。このため、被検体が減衰の大きい複合材で形成されている場合、超音波伝播距離の大きな位置に超音波反射源があった際のセンサ出力の増大は、より顕著になる。
【００５８】
本実施形態のように、超音波伝播室４０に、流入開口４７ａが臨んでいる場合、この流入開口４７aの縁が超音波反射源になる。具体的には、図４に示すように、超音波探傷センサの超音波入出力面１１から発信された超音波の一部は、被検体Ｓの表面で反射してセンサ側に戻り、この反射波が流入開口４７aの縁でさらに反射し、再び、被検体Ｓの表面で反射して、超音波入出力面１１に入射する。
【００５９】
仮に、流入開口がセンサ側開口４１に寄った位置にあったとすると、被検体Ｓと流入開口との間の距離が大きくなり、結果として、超音波伝播距離が大きくなる。このために、この流入開口に関するセンサ出力の利得も大きくなって、ノイズである流入開口に関するセンサ出力が比較的大きくなり、被検体Ｓ中の傷と誤判断してしまう恐れがある。
【００６０】
そこで、本実施形態では、流入開口に関する超音波伝播距離を小さくするため、前述したように、Ｚ方向において、流入開口４７ａの位置を第一被検体対向面２２側に寄せている。
【００６１】
ここで、前述したように、流入開口がセンサ側開口４１に寄った位置にあり、図６の示すように、この流入開口に関するセンサ出力ｓａが、ｔ＋βの位置に現れ、その出力値が許容ノイズレベルの５倍ほどもあるとする。なお、ここでは、被検体Ｓと同一材料からなる厚さtの校正用試験体裏面（表面から距離ｔの位置）に設けられた校正用欠陥について、そのセンサ出力値の１／２のセンサ出力値を許容ノイズレベルとしている。また、図６中、ｔの位置近傍に現れているセンサ出力は、被検体Ｓの裏面に関するセンサ出力である。
【００６２】
この場合、流入開口に関するセンサ出力値ｓａを許容ノイズレベル以下に抑えるためには、利得を６５倍以下にする必要があるため、図５に示すＴＧＣ曲線を参照すると、流入開口に関するセンサ出力の位置が被検体Ｓの表面から距離０．８ｔ以下でなければならない。つまり、流入開口の反射部分が被検体の表面から０．８ｔ以下の位置に存在する必要がある。
【００６３】
流入開口の反射部分が被検体Ｓの表面から０．８ｔの位置に存在する場合、超音波が被検体Ｓの表面で反射し、この反射波が再び被検体Ｓの表面に到達するまでの超音波伝播距離は、２×０．８ｔである。ところで、この超音波伝播距離は、被検体Ｓ中における伝播距離であり、実際の流入開口は水中に存在するので、以下のように、水中における伝播距離Ｌに換算する。
【００６４】
Ｌ＝（２×０．８ｔ）×Ｖｗ／Ｖｓ
なお、Ｖｗは、水中での超音波伝播速度（ｍ／ｓ）であり、Ｖｓは、被検体中の超音波伝播速度（ｍ／ｓ）である。
【００６５】
この超音波伝播距離Ｌは、前述したように、超音波が被検体Ｓの表面から流入開口の反射部分で反射して、再び被検体Ｓの表面に達するまでの距離であるから、被検体Ｓの表面と流入開口との間の距離は、その半分（Ｌ／２）である。
【００６６】
ここで、被検体Ｓの最大厚さｔを３６（ｍｍ）、水中での超音波伝播速度Ｖｗを１５００（ｍ／ｓ）、被検体中の超音波伝播速度Ｖｓを２９００（ｍ／ｓ）とすると、被検体Ｓの表面と流入開口との間の距離（Ｌ／２）は、以下に示すように、１４．９（ｍｍ）となる。
Ｌ／２＝〔（２×０．８×０．０３６）×１５００／２９００〕／２
＝０．０１４９（ｍ）＝１４．９（ｍｍ）
【００６７】
そこで、本実施形態では、図４に示すように、被検体Ｓの表面から流入開口４７ａの反射部分までの距離、言い換えると、第一被検体対向面２２から流入開口４７ａの縁のうちで最もセンサ側の縁までの距離ｄ０を１４．９（ｍｍ）にしている。この結果、本実施形態では、円形の流入開口４７ａの径が４ｍｍであることから、第一被検体対向面２２から流入開口４７ａの中心までの距離ｄが、前述したように、１２．９（ｍｍ）になる。
【００６８】
このように、本実施形態では、流入開口４７ａを第一被検体対向面２２側に寄せたことにより、図６に示すように、この流入開口４７ａに関するセンサ出力値ｓを許容ノイズレベル以下に抑えることができる。
【００６９】
また、本実施形態では、流入開口４７ａの形状を円形にしているため、センサ１０の超音波入出力面１１から発信された超音波が被検体Ｓの表面で反射してセンサ側に戻り、この反射波が流入開口４７aの縁でさらに反射したときに、流入開口４７aの縁で反射した反射波が各方向へ向かい、この反射波のうちで、再び、被検体Ｓの表面に向かう反射波の量は、背景技術の欄で例示した特許文献１に記載の長方形状の流入開口よりも、少なくなる。
【００７０】
よって、本実施形態では、ノイズである流入開口４７ａに関するセンサ出力を小さく抑えることができ、このノイズを被検体中の傷と誤判断してしまうことを回避することができる。
【００７１】
ところで、背景技術の欄で前述したように、センサ１０の超音波入出力面１１と被検体Ｓとの間の水中に気泡が存在すると、センサ１０は、この気泡を被検体Ｓの傷として誤検知することがある。センサ１０の超音波入出力面１１と被検体Ｓとの間の気泡には、水供給源の水中に既に含まれている気泡が超音波伝播室４０内に流入したものや、超音波探傷装置１を走査する過程で、ウェッジ２０の第一被検体対向面２２と被検体Ｓの表面との間に噛み込まれた気体が気泡として、センサ１０の超音波入出力面１１と被検体Ｓとの間に移動してきたものがある。
【００７２】
本実施形態では、水供給源の水中に既に含まれている気泡に関しては、水供給ライン７中に設けられている脱気器８及び気泡除去フィルタ９で除去する。しかしながら、水供給源の水中に既に含まれている気泡の全てを、脱気器８及び気泡除去フィルタ９で除去できない場合がある。また、気泡除去フィルタ９から流出した水に溶け込んでいた気体が、水の温度変化による飽和気体濃度変化で、気泡になる場合もある。これらの気泡は、ウェッジ２０に対する水の流入及び流出と同様、ウェッジ２０の複数の第一受入口３２ａからチャンバ３５の第一チャンバ部３５ａに流入すると共に、複数の第二受入口３２ｂからチャンバ３５の第二チャンバ部３５ｂに流入し、超音波伝播室４０を経て、被検体側開口４２から外部に流出する。
【００７３】
仮に、受入口３２ａ，３２ｂからの水が、超音波伝播室４０の周面の周方向での各位置から、この超音波伝播室４０に均等な流量で流入しない場合には、この超音波伝播室４０内に水の淀みが発生し、ここに気泡が一時的に滞留してしまうことがある。すなわち、センサ１０の超音波入出力面１１と被検体Ｓとの間に、気泡が滞留してしまうことがある。
【００７４】
そこで、本実施形態では、超音波伝播室４０の上流側にチャンバ３５を設け、受入口３２ａ，３２ｂからの水の分散化を図り、超音波伝播室４０の周面の周方向での各位置から、この超音波伝播室４０に流入する水の流量の均等化を図っている。しかも、本実施形態では、チャンバ３５の第一チャンバ部３５ａ及び第二チャンバ部３５ｂに対する水の流入位置を分散化しているので、超音波伝播室４０の周面の周方向での各位置から、この超音波伝播室４０に流入する水の流量の更なる均等化を図ることができる。このため、超音波伝播室４０内に水の淀みが発生し難く、仮に、水の淀みが発生したとしても極めて小さい淀みになる。この結果、本実施形態では、脱気器８や気泡除去フィルタ９で除去できなかった気泡等が存在していたとしても、この気泡は、超音波伝播室４０内で滞留することなく、スムーズに被検体側開口４２から気泡を排出することができる。
【００７５】
また、本実施形態では、超音波伝播室４０の（＋）Ｚ側への延長上に位置する気泡Ｂは、図２に示すように、被検体側開口４２の回りに形成されている気泡滞留凹部２５内において、ウェッジ２０の走査方向への移動により、このウェッジ２０に対して相対的に走査方向と反対側に直ちに移動してしまい、センサ１０の超音波入出力面１１と被検体Ｓとの間には気泡が存在しなくなる。なお、超音波伝播室４０の（＋）Ｚ側への延長上に位置する気泡は、被検体側開口４２から排出されたものや、ウェッジ２０の被検体対向面２２と被検体Ｓの表面との間に噛み込まれた気体が気泡として、センサ１０の超音波入出力面１１と被検体Ｓとの間に移動してきたものである。
【００７６】
また、本実施形態では、気泡滞留凹部２５の（±）Ｙ方向側の側壁面２７を曲面で形成しているため、この気泡滞留凹部２５内に溜まった気泡Ｂが第一被検体対向面２２と被検体Ｓの表面との間の隙間に入り込み易くなり、気泡滞留凹部２５内の気泡Ｂの排出を促すことができる。さらに、本実施形態では、第一被検体対向面２２と被検体Ｓの表面との間の隙間が、隙間確保部５０により気泡の通れる隙間になっている上に、この隙間確保部５０の形状が、図３に示すよう、第一走査方向である（＋）Ｙ方向、及び第二走査方向である（−）Ｙ方向への気泡Ｂの移動に抵抗の少ない形状になっており、しかも、被検体対向面２２に親水性処理が施されているため、気泡滞留凹部２５から、被検体対向面２２と被検体Ｓの表面との間に入ってきた気泡Ｂの排出を促すことができる。
【００７７】
以上のように、本実施形態では、水中の気泡の排除を促進させることができるので、気泡によるノイズの発生を抑えることができると共に、ノイズである流入開口４７ａに関するセンサ出力を小さく抑えることができる。このため、被検体Ｓ中の傷をより確実に検知することができる。
【００７８】
「変形例」
次に、以上で説明したウェッジの各種変形例について説明する。
【００７９】
まず、図８を用いて、各チャンバ部から超音波伝播室へ貫通する貫通孔の変形例について説明する。
【００８０】
上記実施形態における貫通孔４７は、Ｚ方向に貫通している超音波伝播室４０に対して垂直な方向であるＹ方向に貫通している。この場合、センサ１０の超音波入出力面１１から発信された超音波が被検体Ｓの表面で反射してセンサ側に戻り、この反射波が貫通孔４７の流入開口４７aでさらに反射したときに、流入開口４７aで反射した反射波が、再び、被検体Ｓの表面に向かう可能性が比較的高い。
【００８１】
そこで、本変形例では、図８に示すように、貫通孔４７ｂの貫通方向を、各チャンバ部３５ａ，３５ｂから超音波伝播室４０に向かうに連れて、被検体側開口４２に近づく向きに傾斜させている。このように、貫通孔４７ｂを傾斜させると、センサ１０の超音波入出力面１１から発信された超音波が被検体Ｓの表面で反射してセンサ側に戻り、この反射波が流入開口４７aでさらに反射したときに、流入開口４７aで反射した反射波の多くが、貫通孔４７ｂ内に向かい、再び、被検体Ｓの表面に向かう反射波が少なくなる。
【００８２】
このため、本変形例では、上記実施形態よりも、ノイズである流入開口４７ａに関するセンサ出力を小さく抑えることができる。
【００８３】
なお、本変形例では、貫通孔４７ｂの流入開口４７ａの位置は、上記実施形態よりも、さらに第一被検体対向面２２側に寄っている。
【００８４】
次に、図９を用いて、気泡滞留凹部の変形例について説明する。
【００８５】
本変形例の気泡滞留凹部２５ａは、この気泡滞留凹部２５ａを成す凹みの底面に、吸音材５５、例えば、ゴムシートを貼り付けたものである。この場合、この吸音材５５の被検体側の面が第二被検体対向面５６となる。
【００８６】
上記実施形態では、センサ１０からの超音波で被検体Ｓの表面で反射した反射波のうち、一部が気泡滞留凹部２５の底面である第二被検体対向面２６に向かうと、この反射波は、第二被検体対向面２６と被写体Ｓの表面との間で反射を繰り返し、一部がノイズとしてセンサ１０に戻ってくる。上記実施形態の第二被検体対向面２６は、前述したように、音響インピーダンスの値が水の音響インピーダンスに近い樹脂等で形成されているため、超音波の反射率が低く、ノイズレベルが低いものの、第二被検体対向面２６と被写体Ｓの表面との間で反射を繰り返してセンサ１０に戻ってきた超音波は、ノイズであることに変わりはない。
【００８７】
そこで、本変形例では、気泡滞留凹部２５ａを成す凹みの底面に吸音材５５を施し、センサ１０からの超音波で被検体Ｓの表面で反射した反射波のうち、一部が気泡滞留凹部２５ａの底面である第二被検体対向面５６に向かった反射波を吸音材５５で吸音し、ノイズの低減化を図っている。
【００８８】
なお、本変形例では、気泡滞留凹部２５ａを成す凹みの底面の全体に吸音材５５を施しているが、この底面のうちで、被検体側開口４２に沿った部分のみに吸音材を施しても、ほぼ同様のノイズ低減効果を得ることができる。
【００８９】
以上、本発明に係る実施形態及び変形例を説明したが、本発明は、上記実施形態及び上記変形例に限定されるものでない。例えば、上記実施形態及び上記変形例では、超音波の伝播媒質がいずれも水であるが、本発明では、超音波の伝播媒質がオイル等であってもよい。また、受入口３２ａ，３２ｂは、ウェッジ２０の底面に限られず、他の位置に設けてもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１：超音波探傷装置、１０：超音波探傷センサ、１１：超音波入出力面、２０：ウェッジ、２１：センサ装着面、２２：第一被検体対向面、２５，２５ａ：気泡滞留凹部、２６，５６：第二被検体対向面、３０：供給部、３１ａ，３１ｂ：貫通孔、３２ａ，３２ｂ：受入口、３３ａ，３３ｂ：チャンバ流入口、３５：チャンバ、３５ａ：第一チャンバ部、３５ｂ：第二チャンバ部、４０：超音波伝播室、４１：センサ側開口、４２：被検体側開口、４５：仕切り壁、４７，４７ｂ：貫通孔、４７ａ：流入開口、５０：隙間確保部、５５：吸音材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探傷センサが装着され、この超音波探傷センサと被検体との間に超音波の伝播媒質を供給する超音波探傷用ウェッジ、及びこれを備えている装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体を超音波探傷する場合、超音波探傷センサと被検体との間に超音波の伝播媒質を供給するウェッジを設けることがある。このウェッジを用いて被検体を超音波探傷する場合、超音波探傷センサと被検体との間の伝播媒質中に気泡が存在すると、超音波探傷センサは、この気泡を被検体の傷として誤検知することがある。
【０００３】
このため、例えば、以下の特許文献１に記載されているように、気泡の排除を促す技術が開発されている。この特許文献１に記載のウェッジは、伝播媒質である水を受け入れる受入口と、この受入口に連通しているチャンバと、超音波探傷センサが装着されるセンサ装着面から被検体の表面に対向する被検体対向面に貫通し、チャンバと連通している超音波伝播室と、を有している。チャンバと超音波伝播室との間の仕切り壁には、チャンバ内の水を超音波伝播室へ流入させるための多数の貫通孔が形成されている。この貫通孔の超音波伝播室を臨む流入開口は、超音波探傷センサの表面に積極的に水を供給するために、超音波伝播室の内周面であってセンサ装着面寄りに形成されている。また、この流入開口は長方形状を成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１４２２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は、チャンバから超音波伝播室に水が流入する流入開口の縁が、超音波の反射部分を成し、超音波探傷センサにとって比較的大きなノイズになってしまう、という問題点がある。
【０００６】
そこで、本発明は、このような従来技術の問題点に着目し、超音波探傷センサにとってのノイズを抑えることができる超音波探傷用ウェッジ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】
【０００７】
前記問題点を解決するための超音波探傷用ウェッジは、
被検体の表面に対向する被検体対向面と、超音波探傷センサが装着されるセンサ装着面と、伝播媒質を受け入れる受入口と、前記受入口と連通し、該受入口からの前記伝播媒質が溜まるチャンバと、前記センサ装着面から前記被検体対向面に貫通し、前記チャンバ内の前記伝播媒質が流入して、該伝播媒質で満たされる超音波伝播室と、が形成され、
前記チャンバと前記超音波伝播室との境界部には、仕切り壁が形成され、該仕切り壁には、該チャンバ内の前記伝播媒質を該超音波伝播室に流入させるために、該チャンバから該超音波伝播室に貫通した多数の貫通孔が形成され、前記多数の貫通孔の該超音波伝播室を臨む各流入開口は、該超音波伝播室の周面の周方向に一列に並び、且つ該超音波伝播室から前記センサ装着面に臨むセンサ側開口と、該超音波伝播室から前記被検体対向面に臨む被検体側開口とのうち、該被検体開口側に寄った位置に形成されている、ことを特徴とする。
【０００８】
当該超音波探傷用ウェッジのように、超音波伝播室に、流入開口が臨んでいる場合、この流入開口の縁が超音波反射源になる。すなわち、超音波探傷センサから発信された超音波の一部は、被検体の表面で反射してセンサ側に戻り、この反射波が流入開口の縁でさらに反射し、再び、被検体の表面で反射して、超音波探傷センサに入射する。この流入開口に関するセンサ出力は、被検体の傷とは関係のないものであるため、超音波探傷ではノイズである。
【０００９】
一般的に、超音波探傷センサの出力には、被検体中での超音波の減衰を考慮して、超音波の伝播距離が大きくなるに連れて大きな利得が掛けられる。したがって、想定の減衰が生じず、しかも、超音波反射源までの超音波伝播距離が大きい場合に、超音波探傷センサから出力は大きくなる。このため、特許文献１のように、超音波反射源である流入開口がセンサ装着面側に寄っていると、この流入開口までの超音波伝播距離が大きくなり、ノイズである流入開口に関するセンサ出力が大きくなる。
【００１０】
そこで、当該超音波探傷用ウェッジでは、多数の流入開口を、超音波伝播室の周面の周方向に一列に並ばせて、各流通開口までの超音波伝播距離を揃えつつ、各流入開口を、超音波伝播室のセンサ側開口と超音波伝播室の被検体側開口とのうち、被検体開口側に寄った位置に形成して、各流通開口までの超音波伝播距離を小さくしている。よって、当該超音波探傷用ウェッジによれば、ノイズである流入開口に関するセンサ出力を小さくすることができる。
【００１１】
ここで、前記超音波探傷用ウェッジにおいて、前記仕切り壁を貫通する前記多数の貫通孔は、前記チャンバから前記超音波伝播室に向かうに連れて、前記被検体側開口に近づく向きに傾斜していてもよい。
【００１２】
当該超音波探傷用ウェッジでは、超音波探傷センサから発信された超音波が被検体の表面で反射してセンサ側に戻り、この反射波が流入開口の縁でさらに反射したときに、流入開口の縁で反射した反射波の多くが、貫通孔内に向かい、再び、被検体の表面に向かう反射波が少なくなる。よって、当該超音波探傷用ウェッジでは、ノイズである流入開口に関するセンサ出力をより小さく抑えることができる。
【００１３】
また、超音波探傷用ウェッジにおいて、前記仕切り壁を貫通する前記多数の貫通孔の前記流入開口は、円形であってもよい。
【００１４】
当該超音波探傷用ウェッジでは、超音波探傷センサから発信された超音波が被検体の表面で反射してセンサ側に戻り、この反射波が流入開口の縁でさらに反射したときに、流入開口の縁で反射した反射波は各方向へ向かい、再び、被検体の表面に向かう反射波が少なくなる。よって、当該超音波探傷用ウェッジでは、ノイズである流入開口に関するセンサ出力をより小さく抑えることができる。
【００１５】
また、前記超音波探傷用ウェッジにおいて、前記被検体対向面は、前記被検体の表面に対向する第一被検体対向面及び第二被検体対向面を有し、前記第一被検体対向面から前記センサ装着面側に凹み、凹みの底面が前記第二被検体対向面を成す気泡滞留凹部が形成され、前記超音波伝播室は、前記センサ装着面から前記気泡滞留凹部の前記第二被検体対向面に貫通し、前記気泡滞留凹部は、前記超音波伝播室から該気泡滞留凹部の前記第二被検体対向面に臨む前記被検体側開口の縁のうち、前記センサ装着面に装着された前記超音波探傷センサの予め定められた走査方向と反対側の反走査方向側縁の全縁から該反対側に広がっていてもよい。
【００１６】
当該超音波探傷用ウェッジでは、超音波伝播室の被検体側への延長上に気泡が位置しても、ウェッジの走査方向への移動により、この気泡は、被検体側開口の回りに形成されている気泡滞留凹部内において、このウェッジに対して相対的に走査方向と反対側に直ちに移動してしまう。このため、当該超音波探傷用ウェッジによれば、傷の誤検知の一因になる気泡排除の促進を図ることができる。
【００１７】
また、超音波探傷用ウェッジにおいて、前記多数の貫通孔の流入開口は、前記センサ側開口と前記第一被検体対向面とのうち、該第一被検体対向面側に寄った位置に形成されていることが好ましい。
【００１８】
当該超音波探傷用ウェッジでは、気泡探傷用凹部が形成されている場合でも、各流通開口までの超音波伝播距離を小さくでき、ノイズである流入開口に関するセンサ出力を小さくすることができる。
【００１９】
また、前記超音波探傷用ウェッジにおいて、前記超音波探傷センサの前記予め定められた走査方向として、第一走査方向と、該第一走査方向と正反対の向きの第二走査方向とがあり、前記気泡滞留凹部は、前記被検体側開口の縁のうち、前記第一走査方向側の全縁から該第一走査方向側に広がっていると共に、該被検体側開口の縁のうち、前記第二走査方向側の全縁から該第二走査方向側に広がっていてもよい。
【００２０】
当該超音波探傷用ウェッジでは、第一走査方向、及びこの第一走査方向と正反対の向きの第二走査方向の両方向へ超音波探傷センサを走査する場合でも、超音波伝播室の被検体側への延長上に位置している気泡を、この位置から直ちに排除することができる。
【００２１】
また、前記超音波探傷用ウェッジにおいて、前記第二被検体対向面のうち、少なくとも前記被検体側開口の縁を含む開口縁部には、吸音材が施されていてもよい。
【００２２】
当該超音波探傷用ウェッジでは、被検体表面と気泡滞留凹部の底面との間で反射した超音波が吸音材で吸収されるため、気泡滞留凹部の底面に関するセンサ出力を小さくすることができる。
【００２３】
また、前記問題点を解決するための超音波探傷装置は、
上記いずれかの超音波探傷用ウェッジと、前記超音波探傷用ウェッジの前記センサ装着面に装着される前記超音波探傷センサと、を備えていることを特徴とする。
【００２４】
当該超音波探傷装置は、上記いずれかの超音波探傷用ウェッジを備えているので、ノイズである流入開口に関するセンサ出力をより小さく抑えることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明では、ノイズである流入開口に関するセンサ出力を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る一実施形態における超音波探傷装置の展開斜視図である。
【図２】図１におけるII−II線断面図である。
【図３】図１におけるIII矢視図である。
【図４】本発明に係る一実施形態における超音波探傷用ウェッジの各部の寸法を示す説明図である。
【図５】本発明に係る一実施形態における超音波探傷センサの感度校正曲線を示すグラフである。
【図６】本発明に係る一実施形態における超音波探傷センサの出力波形を示すグラフである。
【図７】本発明に係る一実施形態における超音波探傷システムの構成を示す説明である。
【図８】本発明に係る一実施形態に対する変形例における超音波探傷用ウェッジの断面図である。
【図９】本発明に係る一実施形態に対する他の変形例における超音波探傷用ウェッジの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る超音波探傷装置の一実施形態、及びその各種変形例について、図面を用いて説明する。
【００２８】
「実施形態」
まず、本発明に係る超音波探傷装置の実施形態について、図１〜図７を用いて説明する。
【００２９】
本実施形態の超音波探傷装置１は、図７に示すように、超音波を被検体Ｓに向けて発信すると共に被検体Ｓからの超音波の反射波を受信する超音波探傷センサ（以下、単にセンサとする）１０と、このセンサ１０が装着され、センサ１０と被検体Ｓの表面との間に超音波伝播媒質である水を供給するウェッジ２０と、を有している。
【００３０】
この超音波探傷装置１は、この超音波探傷装置１を被検体Ｓの表面に沿って移動させる移動機構２上に搭載されている。この超音波探傷装置１のウェッジ２０には、超音波の伝播媒質である水を供給する水供給ライン７が接続されている。この水供給ライン７には、脱気器８及び気泡除去フィルタ９が設けられている。
【００３１】
本実施形態において、水の供給源は、例えば、水道蛇口である。水供給ライン７は、この水蛇口に接続されている。この水供給ライン７中に設けられる脱気器８は、水中に含まれている気体の分圧を真空ポンプ等で低下させて、この気体を排除する減圧式の脱気器８である。水供給ライン７中で、この脱気器８よりも下流側には、気泡除去フィルタ９が配置されている。
【００３２】
センサ移動機構２は、超音波探傷装置１を被検体Ｓの表面に押付ける押付機構３と、被検体Ｓの表面に押付けられた超音波探傷装置１を被検体Ｓの表面に沿って移動させる走査機構４と、を備えている。走査機構４は、超音波探傷装置１の走査方向に伸びるレール５と、このレール５に沿って移動する台車６と、を有している。なお、本実施形態の超音波探傷装置１は、被検体Ｓの下方から、被検体Ｓを超音波探傷するものである。このため、押付機構３は、超音波探傷装置１を下から上に押し上げるものである。また、ウェッジ２０は、被検体Ｓの下側に配置され、センサ１０は、このウェッジ２０の下側に配置される。
【００３３】
センサ１０は、図１に示すように、超音波を被検体Ｓに向けて発信すると共に被検体Ｓからの超音波の反射波を受信する超音波入出力面１１を有している。この超音波入出力面１１は、長方形を成し、その外周縁はセンサケーシング１９で囲まれている。このセンサ１０は、この長方形の超音波入出力面１１の短手方向のうち、一方の方向が第一走査方向で、正反対向きの方向が第二走査方向になっている。なお、以下では、説明の便宜上、長方形の超音波入出力面１１の短手方向をＹ方向、その長手方向をＸ方向、超音波入出力面１１に垂直な方向をＺ方向とする。
【００３４】
ウェッジ２０には、図１〜図３に示すように、センサ１０の超音波入出力面１１に対向するセンサ装着面２１と、被検体Ｓの表面と対向する被検体対向面２２，２６と、被検体Ｓの表面に水を供給する供給部３０と、前述の押付機構３に接続される接続フランジ２９と、が形成されている。
【００３５】
被検体対向面２２，２６は、ウェッジ２０の（＋）Ｚ側に形成され、センサ装着面２１は、ウェッジ２０の（−）Ｚ側に形成されている。被検体対向面２２，２６は、第一被検体対向面２２と第二被検体対向面２６とがある。ウェッジ２０には、第一被検体対向面２２からセンサ装着面側に凹み、凹みの底面が第二被検体対向面２６を成す気泡滞留凹部２５が形成されている。なお、第一被検体対向面２２は、気泡滞留凹部２５の回りに形成されている。接続フランジ２９は、ウェッジ２０の（−）Ｚ側であって、センサ装着面２１を挟んで（±）Ｘ側のそれぞれ形成されている。この接続フランジ２９には、外側からＸ方向に凹んだ丸型溝２９ａが形成されており、図７に示すように、この丸型溝２９ａに押付機構３と接続するためのピン１２が挿入される。よって、このウェッジ２０は、このピン１２を中心として揺動可能である。
【００３６】
第一被検体対向面２２上には、第一被検体対向面２２と被検体Ｓの表面との間に、気泡滞留凹部２５からの気泡が通れる隙間を確保するための隙間確保部５０が設けられている。この隙間確保部５０は、第一被検体対向面２２上であって、気泡滞留凹部２５から（＋）Ｙ方向側に離れた位置と、気泡滞留凹部２５から（−）Ｙ方向側に離れた位置とに設けられている。
【００３７】
各隙間確保部５０は、いずれも、（−）Ｚ側から見た形状が二等辺三角形形状を成し、この二等辺三角形の頂角５１は鋭角である。この隙間確保部５０は、二等辺三角形の中心軸がＹ方向を向き、且つ隙間確保部５０中でその頂角５１が最も気泡滞留凹部２５に近くなっている。この隙間確保部５０は、樹脂粘着テープを二等辺三角形状に切って、これを第一被検体対向面２２上に張り付いたものでもよいし、二等辺三角形形状の硬質樹脂片を被検体対向面２２上に固定したものであってもよい。また、被検体側ウェッジフレームＦａと一体成形したものであってもよい。
【００３８】
供給部３０は、水を受け入れる受入口３２ａ，３２ｂと、センサ装着面２１から気泡滞留凹部２５の底面である第二被検体対向面２６に貫通している超音波伝播室４０と、受入口３２ａ，３２ｂ及び超音波伝播室４０のそれぞれに連通しているチャンバ３５と、を有している。また、
【００３９】
超音波伝播室４０からセンサ装着面２１に臨むセンサ側開口４１、及び超音波伝播室４０から気泡滞留凹部２５の底面（第二被検体対向面）２６に臨む被検体側開口４２は、開口縁の形状及びサイズが互いに同じで、長方形の超音波入出力面１１よりも僅かに大きいものの、この超音波入出力面１１の形状及びサイズに対応している。具体的に、センサ側開口４１及び被検体側開口４２のＸ方向の幅寸法は、超音波入出力面１１の長手方向の長さ寸法より僅かに長く、センサケーシング１９の長手方向の長さ寸法より僅かに短い。また、そのＹ方向の幅寸法は、超音波入出力面１１の短手方向の長さ寸法より僅かに長く、センサケーシング１９の短手方向の長さよりも僅かに短い。
【００４０】
気泡滞留凹部２５は、Ｘ方向に長い被検体側開口４２の縁のうち、第一走査方向である（＋）Ｙ方向側の全縁から（＋）Ｙ方向に広がっていると共に、第二走査方向である（−）Ｙ方向側の全縁から（−）Ｙ方向に広がっている。気泡滞留凹部２５の底面（第二被検体対向面）２６は、長方形で、その長手方向がＸ方向を向き、その短手方向がＹ方向を向いている。気泡滞留凹部２５の底面２６のＸ方向の幅寸法は、被検体側開口４２のＸ方向の幅寸法と一致し、そのＹ方向の幅寸法は、被検体側開口４２のＹ方向の幅寸法より大きい。具体的に、気泡滞留凹部２５の底面２６の（＋）Ｙ側の縁は、被検体側開口４２の（＋）Ｙ側の縁から、（＋）Ｙ側へ、例えば、１０ｍｍ程度の位置に形成され、気泡滞留凹部２５の底面２６の（−）Ｙ側の縁は、被検体側開口４２の（−）Ｙ側の縁から、（−）Ｙ側へ、例えば、１０ｍｍ程度の位置に形成されている。また、気泡滞留凹部２５の深さ寸法は、例えば、５ｍｍ程度である。
【００４１】
気泡滞留凹部２５の側壁面のうちで、第一走査方向である（＋）Ｙ方向側の側壁面２７は、（＋）Ｚ側に向かうに連れて、第一走査方向である（＋）Ｙ方向側に曲がる曲面を成している。また、第二走査方向である（−）Ｙ方向側の側壁面２７は、（＋）Ｚ側に向かうに連れて、第二走査方向である（−）Ｙ方向側に曲がる曲面を成している。なお、気泡滞留凹部２５の（±）Ｙ方向側の側壁面２７の（＋）Ｚ側の部分は、曲面を成していなくてもよく、（＋）Ｚ側に向かうに連れて、被検体側開口４２から遠ざかる向きに傾斜しているテーパ面であってもよし、テーパ面と曲面とを滑らかに繋いだ面であってもよい。
【００４２】
チャンバ３５は、超音波伝播室４０のＺ方向のほぼ中央部分であって、この超音波伝播室４０の周面のうち、第一走査方向である（＋）Ｙ方向側の全周面から（＋）Ｙ方向に広がっていると共に、第二走査方向である（−）Ｙ方向側の全周面から（−）Ｙ方向に広がっている。このチャンバ３５は、直方体形状を成し、直方体の表面のうち、一対の対向している面は、それぞれ（±）Ｘ方向を向き、他の一対の対向している面は、それぞれ（±）Ｙ方向を向き、残りの一対の対向している面は、それぞれ（±）Ｚ方向を向いている。このチャンバ３５のＸ方向の幅寸法は、気泡滞留凹部２５の底面２６のＸ方向の幅寸法、及び被検体側開口４２のＸ方向の幅寸法と一致している。また、このチャンバ３５のＹ方向の幅寸法は、気泡滞留凹部２５の開口及び底面２６のＹ方向の幅寸法よりも大きい。
【００４３】
このチャンバ３５で、超音波伝播室４０を基準にして、第一走査方向である（＋）Ｙ方向側に広がっている空間が第一チャンバ部３５ａを成し、第二走査方向である（−）Ｙ方向側に広がっている空間が第二チャンバ部３５ｂを成す。
【００４４】
超音波伝播室４０と各チャンバ部３５ａ，３５ｂとの境界部には、仕切り壁４５が形成されている。具体的には、第一チャンバ部３５ａと超音波伝播室４０との境界部と、チャンバ３５の第二チャンバ部３５ｂと超音波伝播室４０との境界部とには、仕切り壁４５が形成されている。すなわち、超音波伝播室４０の周面のうちの（＋）Ｙ側の周面に沿った位置と、超音波伝播室４０の周面のうちの（−）Ｙ側の周面に沿った位置とに、仕切り壁４５が形成されている。この仕切り壁４５の超音波伝播室４０側の壁面４６は、この仕切り壁４５を基準にして、（＋）Ｚ側及び（−）Ｚ側に位置する超音波伝播室４０の周面４４と面一である。
【００４５】
各仕切り壁４５には、Ｙ方向に貫通する、つまり、各チャンバ部３５ａ，３５ｂから超音波伝播室４０に貫通する多数の貫通孔４７が形成されている。多数の貫通孔４７の超音波伝播室４０を臨む円形の流入開口４７ａは、Ｘ方向に等間隔で一列に並んでいる。また、多数の貫通孔４７の各流入開口４７ａは、Ｚ方向では、センサ側開口４１よりも第一被検体対向面２２側に寄っている。
【００４６】
具体的に、Ｚ方向における流入開口４７ａの中心位置は、第一被検体対向面２２から（−）Ｚ方向へ１２．９ｍｍの位置で、センサ側開口４１から（＋）Ｚ方向へ、１７.１ｍｍである。すなわち、図４に示すように、本実施形態のウェッジにおけるセンサ側開口４１（又はセンサ装着面２１）から第一被検体対向面２２までの距離Ｄは、３０ｍｍであり、第一被検体対向面２２から流入開口４７ａの中心までの距離ｄは、１２．９ｍｍである。なお、円形の流入開口４７ａの径は、本実施形態において、４ｍｍである。
【００４７】
ウェッジ２０には、その（−）Ｚ側の表面から第一チャンバ部３５ａに貫通する３つの第一貫通孔３１ａと、その（−）Ｚ側の表面から第二チャンバ部３５ｂに貫通する３つの第二貫通孔３１ｂと、が形成されている。第一貫通孔３１ａで、ウェッジ２０の（−）Ｚ側の表面を臨む開口が第一受入口３２ａを成し、第一チャンバ部３５ａに臨む開口が第一チャンバ流入口３３ａを成している。また、第二貫通孔３１ｂで、ウェッジ２０の（−）Ｚ側の表面を臨む開口が第二受入口３２ｂを成し、第二チャンバ部３５ｂに臨む開口が第二チャンバ流入口３３ｂを成している。３つの第一貫通孔３１ａは、Ｘ方向に並び、互いの間隔が等間隔である。また、３つの第二貫通孔３１ｂも、Ｘ方向に並び、互いの間隔が等間隔である。なお、ここでは、第一貫通孔３１ａ及び第二貫通孔３１ｂの数量がいずれも３つであるが、さらに多くてもよい。
【００４８】
第一被検体対向面２２、気泡滞留凹部２５を形成する各面、超音波伝播室４０の周面には、親水性を高める親水処理が施されている。具体的な親水処理の方法としては、例えば、アルコール、水溶性ポリマー、界面活性剤を含む噴射剤を処理対象面にスプレーする方法、メチルシリケート等の親水性材を処理対象面にコーティングする方法等がある。
【００４９】
ウェッジ２０は、製造上の都合により、第一被検体対向面２２が形成されている被検体側ウェッジフレームＦａと、センサ装着面２１が形成されているセンサ側ウェッジフレームＦｂと、両者を接続するネジ（不図示）とを有して構成されている。なお、被検体側ウェッジフレームＦａ及びセンサ側ウェッジフレームＦｂは、いずれも、音響インピーダンスの値が水の音響インピーダンスに近い材料、例えば、ナイロン、アクリル、ポリスチレン等の樹脂で形成されている。
【００５０】
被検体側ウェッジフレームＦａには、前述の第一被検体対向面２２の他、気泡滞留凹部２５、被検体側開口４２が形成されている。また、センサ側ウェッジフレームＦｂには、前述のセンサ装着面２１の他、センサ側開口４１、第一及び第二受入口３２ａ，３２ｂ、接続フランジ２９、仕切り壁４５が形成されている。また、チャンバ３５及び超音波伝播室４０は、いずれも、２つのウェッジフレームＦａ，Ｆｂの協同により形成されている。
【００５１】
本実施形態の超音波探傷システムで被検体Ｓを超音波探傷する際には、まず、水供給源からの水を脱気器８及び気泡除去フィルタ９を介して、ウェッジ２０に供給する。この水は、ウェッジ２０の複数の第一受入口３２ａからチャンバ３５の第一チャンバ部３５ａに流入すると共に、複数の第二受入口３２ｂからチャンバ３５の第二チャンバ部３５ｂに流入する。各チャンバ部３５ａ，３５ｂに流入した水は、ウェッジ２０の超音波伝播室４０を満たし、被検体側開口４２から外部に流出する。
【００５２】
次に、押付機構３を駆動させて、ウェッジ２０の第一被検体対向面２２を被検体Ｓの表面に押付ける。このとき、被検体側開口４２から流出した水は、気泡滞留凹部２５と被検体Ｓの表面との間、第一被検体対向面２２と被検体Ｓの表面との間の隙間と経て、これらの間から排出される。
【００５３】
次に、ウェッジ２０のセンサ装着面２１に装着されているセンサ１０を駆動する。すると、センサ１０の超音波入出力面１１から超音波が発信され、超音波伝播室４０及び気泡滞留凹部２５を満たしている水を介して、この超音波が被検体Ｓに達する。この超音波は、被検体Ｓの表面、その裏面、被検体Ｓの内部の傷等、音響インピーダンスが変化する箇所で反射し、一部が、気泡滞留凹部２５及び超音波伝播室４０を満たしている水を介して、センサ１０の超音波入出力面１１に入射する。センサ１０は、超音波入出力面１１に入射した超音波の反射波を電気信号に変換して、これを出力する。すなわち、センサ１０の駆動により、被検体Ｓの超音波探傷が開始される。
【００５４】
次に、走査機構４を駆動させて、超音波探傷装置１を第一又は第二走査方向に移動させる。この超音波探傷装置１の第一又は第二走査方向への移動により、この走査方向における超音波探傷が行われる。
【００５５】
超音波探傷では、被検体中の超音波の減衰を補償するために、ＴＧＣ（Time Gain Compensation）曲線又はＤＡＣ（Distance Amplitude Curve）等の感度校正曲線を予め作成し、この感度校正曲線に基づき、超音波伝播距離の増加に応じてセンサ出力の利得を大きくしている。
【００５６】
このため、超音波伝播距離が大きな位置に超音波反射源があると、仮に、この超音波反射源のサイズが小さくても、比較的大きなセンサ出力となる。
【００５７】
特に、被検体が単一の金属材で形成されておらず、減衰の大きい複合材で形成されている場合には、センサ出力にかける利得の値が大きくなり、例えば、図５のＴＧＣ曲線に示すように、被検体の厚さをｔとしたとき、距離ｔの位置での利得は距離０の位置での利得の２００倍になる。このため、被検体が減衰の大きい複合材で形成されている場合、超音波伝播距離の大きな位置に超音波反射源があった際のセンサ出力の増大は、より顕著になる。
【００５８】
本実施形態のように、超音波伝播室４０に、流入開口４７ａが臨んでいる場合、この流入開口４７aの縁が超音波反射源になる。具体的には、図４に示すように、超音波探傷センサの超音波入出力面１１から発信された超音波の一部は、被検体Ｓの表面で反射してセンサ側に戻り、この反射波が流入開口４７aの縁でさらに反射し、再び、被検体Ｓの表面で反射して、超音波入出力面１１に入射する。
【００５９】
仮に、流入開口がセンサ側開口４１に寄った位置にあったとすると、被検体Ｓと流入開口との間の距離が大きくなり、結果として、超音波伝播距離が大きくなる。このために、この流入開口に関するセンサ出力の利得も大きくなって、ノイズである流入開口に関するセンサ出力が比較的大きくなり、被検体Ｓ中の傷と誤判断してしまう恐れがある。
【００６０】
そこで、本実施形態では、流入開口に関する超音波伝播距離を小さくするため、前述したように、Ｚ方向において、流入開口４７ａの位置を第一被検体対向面２２側に寄せている。
【００６１】
ここで、前述したように、流入開口がセンサ側開口４１に寄った位置にあり、図６の示すように、この流入開口に関するセンサ出力ｓａが、ｔ＋βの位置に現れ、その出力値が許容ノイズレベルの５倍ほどもあるとする。なお、ここでは、被検体Ｓと同一材料からなる厚さtの校正用試験体裏面（表面から距離ｔの位置）に設けられた校正用欠陥について、そのセンサ出力値の１／２のセンサ出力値を許容ノイズレベルとしている。また、図６中、ｔの位置近傍に現れているセンサ出力は、被検体Ｓの裏面に関するセンサ出力である。
【００６２】
この場合、流入開口に関するセンサ出力値ｓａを許容ノイズレベル以下に抑えるためには、利得を６５倍以下にする必要があるため、図５に示すＴＧＣ曲線を参照すると、流入開口に関するセンサ出力の位置が被検体Ｓの表面から距離０．８ｔ以下でなければならない。つまり、流入開口の反射部分が被検体の表面から０．８ｔ以下の位置に存在する必要がある。
【００６３】
流入開口の反射部分が被検体Ｓの表面から０．８ｔの位置に存在する場合、超音波が被検体Ｓの表面で反射し、この反射波が再び被検体Ｓの表面に到達するまでの超音波伝播距離は、２×０．８ｔである。ところで、この超音波伝播距離は、被検体Ｓ中における伝播距離であり、実際の流入開口は水中に存在するので、以下のように、水中における伝播距離Ｌに換算する。
【００６４】
Ｌ＝（２×０．８ｔ）×Ｖｗ／Ｖｓ
なお、Ｖｗは、水中での超音波伝播速度（ｍ／ｓ）であり、Ｖｓは、被検体中の超音波伝播速度（ｍ／ｓ）である。
【００６５】
この超音波伝播距離Ｌは、前述したように、超音波が被検体Ｓの表面から流入開口の反射部分で反射して、再び被検体Ｓの表面に達するまでの距離であるから、被検体Ｓの表面と流入開口との間の距離は、その半分（Ｌ／２）である。
【００６６】
ここで、被検体Ｓの最大厚さｔを３６（ｍｍ）、水中での超音波伝播速度Ｖｗを１５００（ｍ／ｓ）、被検体中の超音波伝播速度Ｖｓを２９００（ｍ／ｓ）とすると、被検体Ｓの表面と流入開口との間の距離（Ｌ／２）は、以下に示すように、１４．９（ｍｍ）となる。
Ｌ／２＝〔（２×０．８×０．０３６）×１５００／２９００〕／２
＝０．０１４９（ｍ）＝１４．９（ｍｍ）
【００６７】
そこで、本実施形態では、図４に示すように、被検体Ｓの表面から流入開口４７ａの反射部分までの距離、言い換えると、第一被検体対向面２２から流入開口４７ａの縁のうちで最もセンサ側の縁までの距離ｄ０を１４．９（ｍｍ）にしている。この結果、本実施形態では、円形の流入開口４７ａの径が４ｍｍであることから、第一被検体対向面２２から流入開口４７ａの中心までの距離ｄが、前述したように、１２．９（ｍｍ）になる。
【００６８】
このように、本実施形態では、流入開口４７ａを第一被検体対向面２２側に寄せたことにより、図６に示すように、この流入開口４７ａに関するセンサ出力値ｓを許容ノイズレベル以下に抑えることができる。
【００６９】
また、本実施形態では、流入開口４７ａの形状を円形にしているため、センサ１０の超音波入出力面１１から発信された超音波が被検体Ｓの表面で反射してセンサ側に戻り、この反射波が流入開口４７aの縁でさらに反射したときに、流入開口４７aの縁で反射した反射波が各方向へ向かい、この反射波のうちで、再び、被検体Ｓの表面に向かう反射波の量は、背景技術の欄で例示した特許文献１に記載の長方形状の流入開口よりも、少なくなる。
【００７０】
よって、本実施形態では、ノイズである流入開口４７ａに関するセンサ出力を小さく抑えることができ、このノイズを被検体中の傷と誤判断してしまうことを回避することができる。
【００７１】
ところで、背景技術の欄で前述したように、センサ１０の超音波入出力面１１と被検体Ｓとの間の水中に気泡が存在すると、センサ１０は、この気泡を被検体Ｓの傷として誤検知することがある。センサ１０の超音波入出力面１１と被検体Ｓとの間の気泡には、水供給源の水中に既に含まれている気泡が超音波伝播室４０内に流入したものや、超音波探傷装置１を走査する過程で、ウェッジ２０の第一被検体対向面２２と被検体Ｓの表面との間に噛み込まれた気体が気泡として、センサ１０の超音波入出力面１１と被検体Ｓとの間に移動してきたものがある。
【００７２】
本実施形態では、水供給源の水中に既に含まれている気泡に関しては、水供給ライン７中に設けられている脱気器８及び気泡除去フィルタ９で除去する。しかしながら、水供給源の水中に既に含まれている気泡の全てを、脱気器８及び気泡除去フィルタ９で除去できない場合がある。また、気泡除去フィルタ９から流出した水に溶け込んでいた気体が、水の温度変化による飽和気体濃度変化で、気泡になる場合もある。これらの気泡は、ウェッジ２０に対する水の流入及び流出と同様、ウェッジ２０の複数の第一受入口３２ａからチャンバ３５の第一チャンバ部３５ａに流入すると共に、複数の第二受入口３２ｂからチャンバ３５の第二チャンバ部３５ｂに流入し、超音波伝播室４０を経て、被検体側開口４２から外部に流出する。
【００７３】
仮に、受入口３２ａ，３２ｂからの水が、超音波伝播室４０の周面の周方向での各位置から、この超音波伝播室４０に均等な流量で流入しない場合には、この超音波伝播室４０内に水の淀みが発生し、ここに気泡が一時的に滞留してしまうことがある。すなわち、センサ１０の超音波入出力面１１と被検体Ｓとの間に、気泡が滞留してしまうことがある。
【００７４】
そこで、本実施形態では、超音波伝播室４０の上流側にチャンバ３５を設け、受入口３２ａ，３２ｂからの水の分散化を図り、超音波伝播室４０の周面の周方向での各位置から、この超音波伝播室４０に流入する水の流量の均等化を図っている。しかも、本実施形態では、チャンバ３５の第一チャンバ部３５ａ及び第二チャンバ部３５ｂに対する水の流入位置を分散化しているので、超音波伝播室４０の周面の周方向での各位置から、この超音波伝播室４０に流入する水の流量の更なる均等化を図ることができる。このため、超音波伝播室４０内に水の淀みが発生し難く、仮に、水の淀みが発生したとしても極めて小さい淀みになる。この結果、本実施形態では、脱気器８や気泡除去フィルタ９で除去できなかった気泡等が存在していたとしても、この気泡は、超音波伝播室４０内で滞留することなく、スムーズに被検体側開口４２から気泡を排出することができる。
【００７５】
また、本実施形態では、超音波伝播室４０の（＋）Ｚ側への延長上に位置する気泡Ｂは、図２に示すように、被検体側開口４２の回りに形成されている気泡滞留凹部２５内において、ウェッジ２０の走査方向への移動により、このウェッジ２０に対して相対的に走査方向と反対側に直ちに移動してしまい、センサ１０の超音波入出力面１１と被検体Ｓとの間には気泡が存在しなくなる。なお、超音波伝播室４０の（＋）Ｚ側への延長上に位置する気泡は、被検体側開口４２から排出されたものや、ウェッジ２０の被検体対向面２２と被検体Ｓの表面との間に噛み込まれた気体が気泡として、センサ１０の超音波入出力面１１と被検体Ｓとの間に移動してきたものである。
【００７６】
また、本実施形態では、気泡滞留凹部２５の（±）Ｙ方向側の側壁面２７を曲面で形成しているため、この気泡滞留凹部２５内に溜まった気泡Ｂが第一被検体対向面２２と被検体Ｓの表面との間の隙間に入り込み易くなり、気泡滞留凹部２５内の気泡Ｂの排出を促すことができる。さらに、本実施形態では、第一被検体対向面２２と被検体Ｓの表面との間の隙間が、隙間確保部５０により気泡の通れる隙間になっている上に、この隙間確保部５０の形状が、図３に示すよう、第一走査方向である（＋）Ｙ方向、及び第二走査方向である（−）Ｙ方向への気泡Ｂの移動に抵抗の少ない形状になっており、しかも、被検体対向面２２に親水性処理が施されているため、気泡滞留凹部２５から、被検体対向面２２と被検体Ｓの表面との間に入ってきた気泡Ｂの排出を促すことができる。
【００７７】
以上のように、本実施形態では、水中の気泡の排除を促進させることができるので、気泡によるノイズの発生を抑えることができると共に、ノイズである流入開口４７ａに関するセンサ出力を小さく抑えることができる。このため、被検体Ｓ中の傷をより確実に検知することができる。
【００７８】
「変形例」
次に、以上で説明したウェッジの各種変形例について説明する。
【００７９】
まず、図８を用いて、各チャンバ部から超音波伝播室へ貫通する貫通孔の変形例について説明する。
【００８０】
上記実施形態における貫通孔４７は、Ｚ方向に貫通している超音波伝播室４０に対して垂直な方向であるＹ方向に貫通している。この場合、センサ１０の超音波入出力面１１から発信された超音波が被検体Ｓの表面で反射してセンサ側に戻り、この反射波が貫通孔４７の流入開口４７aでさらに反射したときに、流入開口４７aで反射した反射波が、再び、被検体Ｓの表面に向かう可能性が比較的高い。
【００８１】
そこで、本変形例では、図８に示すように、貫通孔４７ｂの貫通方向を、各チャンバ部３５ａ，３５ｂから超音波伝播室４０に向かうに連れて、被検体側開口４２に近づく向きに傾斜させている。このように、貫通孔４７ｂを傾斜させると、センサ１０の超音波入出力面１１から発信された超音波が被検体Ｓの表面で反射してセンサ側に戻り、この反射波が流入開口４７aでさらに反射したときに、流入開口４７aで反射した反射波の多くが、貫通孔４７ｂ内に向かい、再び、被検体Ｓの表面に向かう反射波が少なくなる。
【００８２】
このため、本変形例では、上記実施形態よりも、ノイズである流入開口４７ａに関するセンサ出力を小さく抑えることができる。
【００８３】
なお、本変形例では、貫通孔４７ｂの流入開口４７ａの位置は、上記実施形態よりも、さらに第一被検体対向面２２側に寄っている。
【００８４】
次に、図９を用いて、気泡滞留凹部の変形例について説明する。
【００８５】
本変形例の気泡滞留凹部２５ａは、この気泡滞留凹部２５ａを成す凹みの底面に、吸音材５５、例えば、ゴムシートを貼り付けたものである。この場合、この吸音材５５の被検体側の面が第二被検体対向面５６となる。
【００８６】
上記実施形態では、センサ１０からの超音波で被検体Ｓの表面で反射した反射波のうち、一部が気泡滞留凹部２５の底面である第二被検体対向面２６に向かうと、この反射波は、第二被検体対向面２６と被写体Ｓの表面との間で反射を繰り返し、一部がノイズとしてセンサ１０に戻ってくる。上記実施形態の第二被検体対向面２６は、前述したように、音響インピーダンスの値が水の音響インピーダンスに近い樹脂等で形成されているため、超音波の反射率が低く、ノイズレベルが低いものの、第二被検体対向面２６と被写体Ｓの表面との間で反射を繰り返してセンサ１０に戻ってきた超音波は、ノイズであることに変わりはない。
【００８７】
そこで、本変形例では、気泡滞留凹部２５ａを成す凹みの底面に吸音材５５を施し、センサ１０からの超音波で被検体Ｓの表面で反射した反射波のうち、一部が気泡滞留凹部２５ａの底面である第二被検体対向面５６に向かった反射波を吸音材５５で吸音し、ノイズの低減化を図っている。
【００８８】
なお、本変形例では、気泡滞留凹部２５ａを成す凹みの底面の全体に吸音材５５を施しているが、この底面のうちで、被検体側開口４２に沿った部分のみに吸音材を施しても、ほぼ同様のノイズ低減効果を得ることができる。
【００８９】
以上、本発明に係る実施形態及び変形例を説明したが、本発明は、上記実施形態及び上記変形例に限定されるものでない。例えば、上記実施形態及び上記変形例では、超音波の伝播媒質がいずれも水であるが、本発明では、超音波の伝播媒質がオイル等であってもよい。また、受入口３２ａ，３２ｂは、ウェッジ２０の底面に限られず、他の位置に設けてもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１：超音波探傷装置、１０：超音波探傷センサ、１１：超音波入出力面、２０：ウェッジ、２１：センサ装着面、２２：第一被検体対向面、２５，２５ａ：気泡滞留凹部、２６，５６：第二被検体対向面、３０：供給部、３１ａ，３１ｂ：貫通孔、３２ａ，３２ｂ：受入口、３３ａ，３３ｂ：チャンバ流入口、３５：チャンバ、３５ａ：第一チャンバ部、３５ｂ：第二チャンバ部、４０：超音波伝播室、４１：センサ側開口、４２：被検体側開口、４５：仕切り壁、４７，４７ｂ：貫通孔、４７ａ：流入開口、５０：隙間確保部、５５：吸音材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波探傷センサが装着され、該超音波探傷センサと被検体との間に超音波の伝播媒質を供給する超音波探傷用ウェッジにおいて、
前記被検体の表面に対向する被検体対向面と、
前記超音波探傷センサが装着されるセンサ装着面と、
前記伝播媒質を受け入れる受入口と、
前記受入口と連通し、該受入口からの前記伝播媒質が溜まるチャンバと、
前記センサ装着面から前記被検体対向面に貫通し、前記チャンバ内の前記伝播媒質が流入して、該伝播媒質で満たされる超音波伝播室と、
が形成され、
前記チャンバと前記超音波伝播室との境界部には、仕切り壁が形成され、該仕切り壁には、該チャンバ内の前記伝播媒質を該超音波伝播室に流入させるために、該チャンバから該超音波伝播室に貫通した多数の貫通孔が形成され、
前記多数の貫通孔の該超音波伝播室を臨む各流入開口は、該超音波伝播室の周面の周方向に一列に並び、且つ該超音波伝播室から前記センサ装着面に臨むセンサ側開口と、該超音波伝播室から前記被検体対向面に臨む被検体側開口とのうち、該被検体開口側に寄った位置に形成されている、
ことを特徴とする超音波探傷用ウェッジ。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波探傷用ウェッジにおいて、
前記仕切り壁を貫通する前記多数の貫通孔は、前記チャンバから前記超音波伝播室に向かうに連れて、前記被検体側開口に近づく向きに傾斜している、
ことを特徴とする超音波探傷用ウェッジ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の超音波探傷用ウェッジにおいて、
前記仕切り壁を貫通する前記多数の貫通孔の前記流入開口は、円形である、
ことを特徴とする超音波探傷用ウェッジ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波探傷用ウェッジにおいて、
前記被検体対向面は、前記被検体の表面に対向する第一被検体対向面及び第二被検体対向面を有し、
前記第一被検体対向面から前記センサ装着面側に凹み、凹みの底面が前記第二被検体対向面を成す気泡滞留凹部が形成され、
前記超音波伝播室は、前記センサ装着面から前記気泡滞留凹部の前記第二被検体対向面に貫通し、
前記気泡滞留凹部は、前記超音波伝播室から該気泡滞留凹部の前記第二被検体対向面に臨む前記被検体側開口の縁のうち、前記センサ装着面に装着された前記超音波探傷センサの予め定められた走査方向と反対側の反走査方向側縁の全縁から該反対側に広がっている、
ことを特徴とする超音波探傷用ウェッジ。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波探傷用ウェッジにおいて、
前記多数の貫通孔の流入開口は、前記センサ側開口と前記第一被検体対向面とのうち、該第一被検体対向面側に寄った位置に形成されている、
ことを特徴とする超音波探傷用ウェッジ。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の超音波探傷用ウェッジにおいて、
前記超音波探傷センサの前記予め定められた走査方向として、第一走査方向と、該第一走査方向と正反対の向きの第二走査方向とがあり、
前記気泡滞留凹部は、前記被検体側開口の縁のうち、前記第一走査方向側の全縁から該第一走査方向側に広がっていると共に、該被検体側開口の縁のうち、前記第二走査方向側の全縁から該第二走査方向側に広がっている、
ことを特徴とする超音波探傷用ウェッジ。
【請求項７】
請求項４から６のいずれか一項に記載の超音波探傷用ウェッジにおいて、
前記第二被検体対向面のうち、少なくとも前記被検体側開口の縁を含む開口縁部には、吸音材が施されている、
ことを特徴とする超音波探傷用ウェッジ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波探傷用ウェッジと、
前記超音波探傷用ウェッジの前記センサ装着面に装着される前記超音波探傷センサと、
を備えていることを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項１】
超音波探傷センサが装着され、該超音波探傷センサと被検体との間に超音波の伝播媒質を供給する超音波探傷用ウェッジにおいて、
前記被検体の表面に対向する被検体対向面と、
前記超音波探傷センサが装着されるセンサ装着面と、
前記伝播媒質を受け入れる受入口と、
前記受入口と連通し、該受入口からの前記伝播媒質が溜まるチャンバと、
前記センサ装着面から前記被検体対向面に貫通し、前記チャンバ内の前記伝播媒質が流入して、該伝播媒質で満たされる超音波伝播室と、
が形成され、
前記チャンバと前記超音波伝播室との境界部には、仕切り壁が形成され、該仕切り壁には、該チャンバ内の前記伝播媒質を該超音波伝播室に流入させるために、該チャンバから該超音波伝播室に貫通した多数の貫通孔が形成され、
前記多数の貫通孔の該超音波伝播室を臨む各流入開口は、該超音波伝播室の周面の周方向に一列に並び、且つ該超音波伝播室から前記センサ装着面に臨むセンサ側開口と、該超音波伝播室から前記被検体対向面に臨む被検体側開口とのうち、該被検体開口側に寄った位置に形成されている、
ことを特徴とする超音波探傷用ウェッジ。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波探傷用ウェッジにおいて、
前記仕切り壁を貫通する前記多数の貫通孔は、前記チャンバから前記超音波伝播室に向かうに連れて、前記被検体側開口に近づく向きに傾斜している、
ことを特徴とする超音波探傷用ウェッジ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の超音波探傷用ウェッジにおいて、
前記仕切り壁を貫通する前記多数の貫通孔の前記流入開口は、円形である、
ことを特徴とする超音波探傷用ウェッジ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波探傷用ウェッジにおいて、
前記被検体対向面は、前記被検体の表面に対向する第一被検体対向面及び第二被検体対向面を有し、
前記第一被検体対向面から前記センサ装着面側に凹み、凹みの底面が前記第二被検体対向面を成す気泡滞留凹部が形成され、
前記超音波伝播室は、前記センサ装着面から前記気泡滞留凹部の前記第二被検体対向面に貫通し、
前記気泡滞留凹部は、前記超音波伝播室から該気泡滞留凹部の前記第二被検体対向面に臨む前記被検体側開口の縁のうち、前記センサ装着面に装着された前記超音波探傷センサの予め定められた走査方向と反対側の反走査方向側縁の全縁から該反対側に広がっている、
ことを特徴とする超音波探傷用ウェッジ。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波探傷用ウェッジにおいて、
前記多数の貫通孔の流入開口は、前記センサ側開口と前記第一被検体対向面とのうち、該第一被検体対向面側に寄った位置に形成されている、
ことを特徴とする超音波探傷用ウェッジ。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の超音波探傷用ウェッジにおいて、
前記超音波探傷センサの前記予め定められた走査方向として、第一走査方向と、該第一走査方向と正反対の向きの第二走査方向とがあり、
前記気泡滞留凹部は、前記被検体側開口の縁のうち、前記第一走査方向側の全縁から該第一走査方向側に広がっていると共に、該被検体側開口の縁のうち、前記第二走査方向側の全縁から該第二走査方向側に広がっている、
ことを特徴とする超音波探傷用ウェッジ。
【請求項７】
請求項４から６のいずれか一項に記載の超音波探傷用ウェッジにおいて、
前記第二被検体対向面のうち、少なくとも前記被検体側開口の縁を含む開口縁部には、吸音材が施されている、
ことを特徴とする超音波探傷用ウェッジ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波探傷用ウェッジと、
前記超音波探傷用ウェッジの前記センサ装着面に装着される前記超音波探傷センサと、
を備えていることを特徴とする超音波探傷装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−６８２０６（Ｐ２０１２−６８２０６Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１５４０６（Ｐ２０１０−２１５４０６）
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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