超音波探傷装置
【課題】低粘性のカプラントを使用して、低周波の横波超音波を被検査材内部に送受信し探傷または板厚測定が可能な超音波探傷装置を提供する。
【解決手段】超音波探傷装置２０Ａにおいて、超音波振動子４２ａ，４２ｂは被検査材２１の探傷面２１ａに接し、時間遅延回路４１は時間遅延の値を信号処理系４５およびパルス発生器２６、２７に与える。パルス発生器２６、２７はパルスを順次各超音波振動子４２ａ，４２ｂに印加し、被検査材２１の内部に縦波超音波とともに遅れエコーとして横波超音波を発生させ探傷面２１ａに対し一定の角度で伝搬しその振動方向が探傷面２１ａに対し水平である水平偏波横波を送信し、被検査材２１の内部で反射した水平偏波横波を電気信号に変換し信号処理系４５に与え、信号処理系４５は時間遅延の値を参照して各水平偏波横波の受信時間を補正した後、加算して解析することにより被検査材の探傷あるいは板厚測定を行う。
【解決手段】超音波探傷装置２０Ａにおいて、超音波振動子４２ａ，４２ｂは被検査材２１の探傷面２１ａに接し、時間遅延回路４１は時間遅延の値を信号処理系４５およびパルス発生器２６、２７に与える。パルス発生器２６、２７はパルスを順次各超音波振動子４２ａ，４２ｂに印加し、被検査材２１の内部に縦波超音波とともに遅れエコーとして横波超音波を発生させ探傷面２１ａに対し一定の角度で伝搬しその振動方向が探傷面２１ａに対し水平である水平偏波横波を送信し、被検査材２１の内部で反射した水平偏波横波を電気信号に変換し信号処理系４５に与え、信号処理系４５は時間遅延の値を参照して各水平偏波横波の受信時間を補正した後、加算して解析することにより被検査材の探傷あるいは板厚測定を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を被検査材内部に送受信することで探傷あるいは板厚測定する超音波探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配管溶接部や圧力容器溶接部の欠陥検出手法として超音波探傷装置が利用されている。従来の超音波探傷装置１として図１０に示す装置がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
超音波探傷装置１は、時間制御装置２に信号ケーブル３を介してパルス発生器４と縦波用超音波探蝕子５とを直列に接続した構成である。縦波用超音波探蝕子５の内部には縦波用超音波振動子が設けられ、縦波用超音波振動子が被検査材６の探傷面６ａに面接触するように縦波用超音波探蝕子５が配置される。
【０００４】
時間制御装置２からトリガパルスがパルス発生器４に送信されると、パルス発生器４は電気信号パルスを縦波用超音波探蝕子５に印加する。縦波用超音波探蝕子５は、電気信号パルスを変換して被検査材６内部に探傷面６ａに垂直に縦波超音波Ｘを発生させる。この縦波超音波Ｘは被検査材６の内部を伝搬するが、被検査材６の内部に欠陥が存在すると欠陥部で縦波超音波Ｘが反射して再び縦波用超音波探蝕子５に到達する。
【０００５】
縦波用超音波探蝕子５は、反射した縦波超音波Ｘを電気信号パルスに変換して図示しない信号処理装置に伝送し、この信号処理装置において縦波超音波Ｘが発生してから再び縦波用超音波探蝕子５に到達するまでの時間を測定する。この時間に音速を乗じて被検査材６内部の欠陥の位置を計算する。
【０００６】
尚、被検査材６の探傷面６ａと反対側の面６ｂで反射した縦波超音波Ｘを測定することで、被検査材６の板厚計測が可能となる。
【０００７】
一方、図１１は、従来の超音波探傷装置の別の例を示す構成図である（例えば、非特許文献２参照）。
【０００８】
超音波探傷装置１Ａでは、縦波用超音波振動子１０が被検査材６の探傷面６ａに縦用超音波の伝搬方向と斜角となるように傾けて設けられる。このとき、縦波用超音波振動子１０と被検査材６の探傷面６ａとの隙間には、音響カプラとして油あるいはグリセリン等の低粘性の液体で構成されるカプラント１１が塗布される。
【０００９】
また、被検査材６は例えば２つの母材１２，１２を突き合わせて溶接され溶接ビード１３が形成された溶接材が対象となる。
【００１０】
縦波用超音波振動子１０から縦波超音波が発生し、カプラント１１中を伝搬した後、縦波超音波は被検査材６の探傷面６ａにおいてモード変換して垂直偏波横波（ＳＶ波：Ｓｈｅａｒ Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｗａｖｅ）Ｙとなる。
【００１１】
そして、このＳＶ波Ｙが被検査材６の内部に照射され、反射して再び被検査材６の探傷面６ａにおいてモード変換して縦波超音波となって縦波用超音波振動子１０に到達する。この反射した縦波超音波を検出して被検査材６内部の、例えば溶接ビード１３内部の欠陥１４の有無を判定する。
【非特許文献１】「新非破壊検査便覧」（日刊工業新聞社、１９９２年１０月１５日、初版第一刷発行、ｐ２５４、図２．３１８参照）
【非特許文献２】「新非破壊検査便覧」（日刊工業新聞社、１９９２年１０月１５日、初版第一刷発行、ｐ２９７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来の被検査材６の探傷面６ａに垂直に超音波を照射する超音波探傷装置１においては、測定精度向上のため、より高周波の縦波超音波Ｘが使用される。
【００１３】
しかし、周波数が高くなると被検査材６中における縦波超音波Ｘの減衰が大きくなり信号のＳＮ比が低下する一方、縦波超音波Ｘの周波数を上げるためには縦波用超音波振動子の厚さを薄くする必要があるため、縦波用超音波振動子の製造中に破損する恐れが発生する。
【００１４】
そこで、縦波超音波Ｘの代わりに横波超音波を使用することができれば、横波超音波の音速は縦波超音波Ｘの音速の約半分であるため、縦波超音波Ｘの約半分の周波数で同程度の測定精度を得ることができる。
【００１５】
一方、被検査材６の探傷面６ａに斜方向から超音波を照射する超音波探傷装置１Ａは、横波超音波であるＳＶ波Ｙを利用する方法であるが、ＳＶ波Ｙは液体中を伝搬しないため被検査材６の探傷面６ａにおけるモード変換現象を利用してカプラント１１中は縦波超音波として伝搬させる構成である。
【００１６】
しかし、ＳＶ波Ｙは、被検査材６の端面や欠陥１４部で再度モード変換するため、反射する超音波の減衰によるレベルの低下あるいは不必要な超音波モードの発生により、反射する超音波の正確な検出が困難となる。
【００１７】
そこで、水平偏波横波（ＳＨ波：Ｓｈｅａｒ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｗａｖｅ）の適用が考えられる。ＳＨ波はモード変換しないため、不必要な超音波モードの発生および超音波の減衰によるレベルの低下を伴わない。このＳＨ波は、電磁超音波探蝕子（ＥＭＡＴ：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）あるいは横波用圧電セラミックを使用して送受信させることができる。
【００１８】
ＥＭＡＴは、電磁力を利用してＳＨ波の送受信を行うものであるが、周波数の上限が１ＭＨｚ程度であるため、汎用の超音波探傷試験に必要な周波数が得られず実用化することができない。
【００１９】
一方、横波用圧電セラミックを利用してＳＨ波を送受信するためには、ＳＨ波を被検査材６内部に照射するために横波用圧電セラミックスをろう付けあるいは溶接等の接合方法により被検査材６に接合し、あるいは横波用圧電セラミックスを粘性の高いカプラント１１を介して被検査材６に押し付け、さらにＳＨ波の送受信の安定化に数分間の時間を必要とする。このため、横波用圧電セラミックは、超音波探蝕子の移動が不要な特殊な用途に限定される。
【００２０】
本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、従来使用される低粘性のカプラントを使用して、より低周波の横波超音波を被検査材内部に送受信することでより効率的かつ正確に探傷あるいは板厚測定することが可能な超音波探傷装置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】
【００２１】
本発明に係る超音波探傷装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、時間遅延回路と、この時間遅延回路に信号ケーブルを介して接続されたパルス発生器と、このパルス発生器に信号ケーブルを介して接続された複数の超音波振動子を内部に整列配置した超音波探触子と、前記超音波振動子および前記時間遅延回路に信号ケーブルを介して接続された信号処理系とを具備し、前記超音波探触子は内部の前記超音波振動子が被検査材の探傷面に接するように設けられ、前記時間遅延回路は一定の時間遅延の値を設定して前記信号処理系および前記パルス発生器に与え、このパルス発生器は前記時間遅延を伴ってパルスを順次各超音波振動子に印加し、さらに各超音波振動子は前記被検査材の内部に前記時間遅延を伴って縦波超音波とともに遅れエコーとして横波超音波を発生させて前記被検査材の探傷面に対し一定の角度で伝搬しかつその振動方向が前記被検査材の探傷面に対し水平である水平偏波横波を形成して送信し、かつ前記被検査材の内部で反射した水平偏波横波を受信して電気信号に変換し前記信号処理系に与え、この信号処理系は前記時間遅延の値を参照して各水平偏波横波の受信時間を補正した後、加算して解析することにより被検査材の探傷あるいは板厚測定を行うように構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る超音波探傷装置においては、従来使用される縦波用の超音波振動子および超音波探触子を使用して被検査材内部に、垂直方向、斜方向あるいは探傷面に沿う方向にモード変換を伴わない横波を伝搬させて送受信させることがきる。このため、汎用の低粘性のカプラントを使用して容易に移動可能な状態で、より安価な低い周波数の超音波により、短時間かつ高精度に被検査材を探傷あるいは板厚を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明に係る超音波探傷装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は本発明に係る超音波探傷装置の第１の実施形態を示す構成図である。
【００２５】
超音波探傷装置２０は、板状あるいはブロック状の被検査材２１の、対向する一方の面である探傷面２１ａに超音波送信系２２を、他方の面に超音波受信系２３をそれぞれ設けた超音波通過型の構成である。
【００２６】
超音波送信系２２は、時間制御装置２４に信号ケーブル２５，２５を介して正パルス発生器２６と負パルス発生器２７とが並列に設けられ、さらに正パルス発生器２６と負パルス発生器２７にそれぞれ送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂを信号ケーブル２５，２５を介して接続した構成である。
【００２７】
正パルス発生器２６は極性が正のパルス電圧を発生させて、送信用超音波振動子２８ａに印加させる機能を有する。一方、負パルス発生器２７は正のパルス電圧と位相が１８０度反転させた極性が負のパルス電圧を発生させて、送信用超音波振動子２８ｂに印加させる機能を有する。
【００２８】
送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂは、被検査材２１の探傷面２１ａに接触して、その内部に超音波を送信するための接触面２９，２９をそれぞれ有する。さらに、送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂは、予め分極される。そして、送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂは、それぞれ被検査材２１の一方の面である探傷面２１ａにその接触面２９，２９が接するように設けられる。さらに、被検査材２１と送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂとの隙間には、音響カプラとして油あるいはグリセリン等の低粘性の液体で構成されるカプラント３０が塗布される。
【００２９】
このとき、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの分極方向Ｐは同方向とされる。図１の例では、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの分極方向Ｐは共に、被検査材２１の探傷面２１ａから正パルス発生器２６あるいは負パルス発生器２７に向かう方向である。
【００３０】
一方、超音波受信系２３は、２つの受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂをそれぞれ信号ケーブル２５，２５を介してアンプ３２ａ，３２ｂに接続し、さらに各アンプ３２ａ，３２ｂを信号処理系の一例である単一の信号加算器３３に信号ケーブル２５を介して接続した構成である。
【００３１】
また、信号加算器３３には、信号ケーブル２５を介して波形表示装置３４が接続される。この波形表示装置３４はモニタを具備し、波形を表示して観測可能にする機能を有する。
【００３２】
受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂは、被検査材２１の探傷面２１ａに接触して、その内部から伝搬する超音波を受信するための接触面３５，３５をそれぞれ有する。さらに、受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂは、予め分極される。そして、受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂは、それぞれ被検査材２１の超音波送信系２２が設けられない反対側の面にそれぞれの接触面３５，３５が接するように設けられる。さらに、被検査材２１と受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂとの隙間には、音響カプラとして油あるいはグリセリン等の低粘性の液体で構成されるカプラント３０が塗布される。
【００３３】
このとき、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂは、被検査材２１の反対側に設けられる送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂに対向する位置付近にそれぞれ設けられる。さらに、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐは同方向とされる。図１の例では、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐは共に、被検査材２１の探傷面２１ａからアンプ３２ａ，３２ｂ側に向かう方向である。
【００３４】
次に超音波探傷装置２０の作用を説明する。
【００３５】
超音波探傷装置２０の作動により、時間制御装置２４から、トリガパルスが正パルス発生器２６および負パルス発生器２７に送信される。トリガパルス送信する時間の間隔は、被検査材２１に超音波を発振する発振間隔に対応する間隔とされる。
【００３６】
次に、正パルス発生器２６および負パルス発生器２７は、時間制御装置２４から送信されたトリガパルスにより、それぞれトリガパルスの間隔に応じた正パルスおよび負パルスを各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂに印加する。
【００３７】
送信用超音波振動子２８ａは、正パルス発生器２６から正パルスが印加されると、縦波超音波Ｘ１を発生するが、このとき振動様式の変換に伴う遅れエコーである横波超音波を発生する。一方、送信用超音波振動子２８ｂは、送信用超音波振動子２８ａと同様に、負パルス発生器２７から負パルスを印加されると、縦波超音波Ｘ２とともに遅れエコーである横波超音波を発生する。
【００３８】
そして、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂから発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波は、それぞれ各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂからカプラント３０を介して被検査材２１の内部に伝搬される。
【００３９】
このとき、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの分極方向Ｐが共に同方向であり、かつそれぞれ印加されるパルスの正負が逆相であるため、送信用超音波振動子２８ａが発生する縦波超音波Ｘ１の振動方向Ａ１と送信用超音波振動子２８ｂが発生する縦波超音波Ｘ２の振動方向Ａ２とは、互いに逆相となる。
【００４０】
例えば、送信用超音波振動子２８ａが発生する縦波超音波Ｘ１は、送信用超音波振動子２８ａから伝搬方向と平行な方向の引張応力を被検査材２１に発生させる縦波超音波Ｘ１となる。一方、送信用超音波振動子２８ｂが発生する縦波超音波Ｘ２は、送信用超音波振動子２８ｂから伝搬方向と平行な方向の圧縮応力を被検査材２１に発生させる縦波超音波Ｘ２となる。
【００４１】
同様に、遅れエコーである送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波の振動方向Ｂ１と送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波の振動方向Ｂ２とは、互いに逆相となる。
【００４２】
例えば、送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波は、送信用超音波振動子２８ａから伝搬方向と垂直な方向の圧縮応力を被検査材２１に発生させる。一方、送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波は、送信用超音波振動子２８ｂから伝搬方向と垂直な方向の引張応力を被検査材２１に発生させる横波超音波となる。
【００４３】
すなわち、２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの間においては、送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波の振動方向Ｂ１と送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波の振動方向Ｂ２とは互いに同じ方向となる。このため、２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの間においては、送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波と送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波とは互いに強め合い合成された横波超音波Ｙとなる。
【００４４】
さらに、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した横波超音波Ｙは互いに振動を強め合いながら、被検査材２１の内部を各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂに向かって伝搬する。
【００４５】
同様に、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２は、被検査材２１の内部を各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂに向かって伝搬する。
【００４６】
そして、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波Ｙは、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂが接する面に到達し、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂで受信されて電気信号に変換される。
【００４７】
ここで、縦波超音波Ｘ１，Ｘ２は各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂにおいて同時に受信される。同様に、横波超音波Ｙも各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂにおいて同時に受信される。さらに、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐは同じ方向であるため、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂにおいて変換した各縦波超音波Ｘ１，Ｘ２の電気信号の位相は各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２の位相から変化せずに互いに逆相となる。
【００４８】
同様に、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂにおいて変換した横波超音波Ｙ，Ｙの電気信号の位相も、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した横波超音波Ｙ，Ｙの位相から変化せずに互いに逆相となる。
【００４９】
例えば、受信用超音波振動子３１ａ近傍の横波超音波Ｙは、横波超音波Ｙの伝搬方向と垂直な方向の圧縮応力を被検査材２１に発生させる。一方、受信用超音波振動子３１ｂ近傍の横波超音波Ｙは、横波超音波Ｙの伝搬方向と垂直な方向の引張応力を被検査材２１に発生させる。
【００５０】
さらに、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂが受信した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波Ｙ，Ｙは、それぞれアンプ３２ａ，３２ｂに電気信号として送信され、各アンプ３２ａ，３２ｂにおいてそれぞれ増幅される。
【００５１】
各アンプ３２ａ，３２ｂにおいてそれぞれ増幅された縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波Ｙ，Ｙの電気信号は、共通の信号加算器３３に送信される。この信号加算器３３において受信用超音波振動子３１ａで受信した横波超音波Ｙおよび縦波超音波Ｘ１の位相あるいは受信用超音波振動子３１ｂで受信した横波超音波Ｙおよび縦波超音波Ｘ２の位相のうちいずれか一方が反転される。
【００５２】
この結果、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂが受信した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波Ｙ，Ｙは互いに同相となる。そして、同相となった縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波Ｙ，Ｙの各電気信号は加算され、加算縦波超音波と加算横波超音波とが得られる。
【００５３】
さらに、信号加算器３３は、加算縦波超音波と加算横波超音波とを波形表示装置３４に送信し、この波形表示装置３４において、時間を軸として加算縦波超音波と加算横波超音波とがそれぞれ波形表示される。そして、この加算縦波超音波と加算横波超音波とを分析して被検査材２１内部における欠陥の有無の判定あるいは板厚測定が実施される。
【００５４】
すなわち超音波探傷装置２０は、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２とともに遅れエコーである横波超音波Ｙを各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂで受信して横波超音波Ｙを利用した分析を可能とする構成である。
【００５５】
さらに、２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂから逆相の横波超音波Ｙ，Ｙをそれぞれ発生させて、波の干渉作用により横波超音波Ｙ，Ｙを互いに強め合い合成して伝播するように構成して減衰を抑制させるものである。
【００５６】
超音波探傷装置２０では、被検査材２１の探傷面２１ａに垂直方向に伝搬する横波超音波Ｙの送受信が可能となるため、より低い周波数の超音波を探傷検査に適用することができる。このため、より安価に探傷あるいは板厚測定の精度を向上させることができる。
【００５７】
また、従来は横波超音波Ｙを送受信する手段として横波用圧電セラミックの利用が可能であったが、超音波エコーの安定化に数分間の時間要し、かつ超音波振動子の移動が困難であった。
【００５８】
しかし、超音波探傷装置２０では、従来使用される縦波用の送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂあるいは受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂと低粘性のカプラント３０を使用して発生する横波超音波Ｙを利用するため、短時間で超音波エコーが安定し、かつ送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂあるいは受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの移動を容易とすることができる。
【００５９】
尚、超音波探傷装置２０は、２個の送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂを具備する構成としたが、単一の送信用超音波振動子２８ａのみで構成することも可能である。単一の送信用超音波振動子２８ａから超音波を発生する場合、伝搬する横波超音波Ｙおよび縦波超音波Ｘ１の振動方向は同相となる。
【００６０】
このため、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂで受信した縦波超音波Ｘ１は同相となる。しかし、受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの間の被検査材２１の対面に送信用超音波振動子２８ａを設ければ、送信用超音波振動子２８ａから被検査材２１の探傷面２１ａに垂直な方向に形成される横波超音波Ｙの伝搬中心線に対して、横波超音波Ｙの振動方向は線対称となる。
【００６１】
従って、超音波振動子１３ａと超音波振動子１３ｂで受信する横波超音波Ｙの振動方向は互いに逆向きとなる。このため、超音波振動子１３ａが受信した横波超音波Ｙの位相あるいは超音波振動子１３ｂが受信した横波超音波Ｙの位相のいずれか一方を反転させて加算すれば、横波超音波Ｙを強め合うことができる。
【００６２】
尚、超音波振動子１３ａ，１３ｂが受信した超音波の位相の一方を反転させて加算すると縦波超音波Ｘ１は互いに弱め合うこととなり、逆に位相を反転させないでそのまま加算すると、横波超音波Ｙは互いに弱め合う一方、縦波超音波Ｘ１は互いに強め合うこととなる。
【００６３】
図２は本発明に係る超音波探傷装置の第２の実施形態を示す構成図であり、図３は、図２に示す超音波探蝕子Ａが具備する複数の超音波振動子３５ａの配置方法を示す正面図である。
【００６４】
尚、図１に示す第１の実施形態による超音波探傷装置２０と同一の構成要素には同符号を付す。
【００６５】
超音波探傷装置２０Ａは、超音波反射型の探傷装置であり時間制御装置２４に信号ケーブル２５を介して複数の正パルス発生器２６および負パルス発生器２７を並列にそれぞれ設け、さらにこれら正パルス発生器２６および負パルス発生器２７を、信号ケーブル２５を介して単一の超音波探触子４０に接続した構成である。
【００６６】
時間制御装置２４に複数の信号ケーブル２５が設けられ、各信号ケーブル２５はそれぞれ時間遅延回路４１に接続される。さらに各時間遅延回路４１において信号ケーブル２５は分岐され、一方は正パルス発生器２６に、他方は負パルス発生器２７にそれぞれ接続される。
【００６７】
一方、超音波探触子４０は内部に複数の超音波振動子４２ａ，４２ｂを有する。図２および図３の例では、超音波振動子４２ａ，４２ｂは例えば１６個設けられる。各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、被検査材２１の探傷面２１ａに接触して、その内部に超音波を送信するための接触面をそれぞれ有する。そして、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、それぞれの接触面が共通の面上となるように整列配置される。
【００６８】
また、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、２個を１組としてペア組を構成し、各ペア組同士は所定の間隔ｐを有する位置に配置される。このため、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、例えば２列に整列される。さらに、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは接触面に垂直な方向に予め分極され、分極方向は全て同じ方向とされる。
【００６９】
そして、各正パルス発生器２６および負パルス発生器２７は、信号ケーブル２５を介して超音波探触子４０の内部に設けられた超音波振動子４２ａ，４２ｂにそれぞれ個別に接続される。このとき、超音波探触子４０の内部に設けられたペア組の一方の超音波振動子４２ａは正パルス発生器２６に接続され、ペア組の他方の超音波振動子４２ｂは負パルス発生器２７に接続される。すなわち、一方の列の超音波振動子４２ａは全て正パルス発生器２６に接続され、他方の列の超音波振動子４２ｂは全て負パルス発生器２７に接続される。
【００７０】
さらに、超音波探触子４０は、各超音波振動子４２ａ，４２ｂの接触面が音響カプラとしてのカプラント３０を介して面接触するように被検査材２１の探傷面２１ａに設けられる。このため、各超音波振動子４２ａ，４２ｂの分極方向は被検査材２１の探傷面２１ａに垂直でかつ互いに同方向となる。
【００７１】
また、各超音波振動子４２ａ，４２ｂと正パルス発生器２６あるいは負パルス発生器２７との間の各信号ケーブル２５にはそれぞれ分岐部４３が設けられ、これらの分岐部４３から信号ケーブル２５が分岐してそれぞれアンプ４４に接続される。
【００７２】
各アンプ４４は、それぞれ信号ケーブル２５を介して信号加算器３３に接続される。ただし、共通の時間遅延回路４１から分岐してペア組の超音波振動子４２ａ，４２ｂとともに接続された２つのアンプ４４は、共通の信号加算器３３に接続される。すなわち、各時間遅延回路４１および超音波振動子４２ａ，４２ｂの各ペア組に対応する同数の信号加算器３３が設けられる。
【００７３】
さらに、各信号加算器３３は信号ケーブル２５を介して共通の信号処理装置４５と接続され、信号処理装置４５は信号ケーブル２５を介して波形表示装置３４と接続される。
【００７４】
また、各時間遅延回路４１は、それぞれ信号処理装置４５に接続される。
【００７５】
尚、各信号加算器３３および信号処理装置４５は一体として構成してもよく、両者で信号処理系が形成される。
【００７６】
次に超音波探傷装置２０Ａの作用を説明する。
【００７７】
超音波探傷装置２０Ａを被検査材２１の探傷面２１ａ上に音響カプラであるカプラント３０を介して設置する。続いて超音波探傷装置２０Ａを作動させる。超音波探傷装置２０Ａの作動により、時間制御装置２４は、各時間遅延回路４１にトリガパルスを伝送する。
【００７８】
さらに各時間遅延回路４１は、一定の時間遅延をトリガパルスに与え、正パルス発生器２６および負パルス発生器２７にそれぞれ伝送する。すなわち、ある１つの正パルス発生器２６および負パルス発生器２７がトリガパルスを受信してから、所定の時間経過後に隣接する別の正パルス発生器２６および負パルス発生器２７がトリガパルスを受信する。
【００７９】
また、各時間遅延回路４１は、各正パルス発生器２６および負パルス発生器２７にトリガパルスを送信する際の各遅延時間の値を信号処理装置４５にそれぞれ送信する。
【００８０】
各正パルス発生器２６および負パルス発生器２７は、時間遅延回路４１からトリガパルスを受信すると、正パルスおよび負パルスを一定の時間遅延を伴ってそれぞれ超音波振動子４２ａ，４２ｂに印加する。
【００８１】
そして、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、正パルス発生器２６あるいは負パルス発生器２７から正パルスあるいは負パルスが印加されると、振動して縦波超音波とともに遅れエコーである横波超音波を発生する。
【００８２】
この横波超音波は振動方向が被検査材２１の探傷面２１ａに水平であるため、ＳＨ波（水平偏波横波：Ｓｈｅａｒ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｗａｖｅ）となる。
【００８３】
図４は、図２に示す被検査材２１の探傷面２１ａにおける横波超音波の振動方向Ｂを示す図であり、図５は、図４に示すＣ−Ｃ断面の断面図である。
【００８４】
図４に示すように、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、２個を１組としてペア組を構成し、各ペア組同士は所定の間隔ｐを有する位置に例えば２列に整列配置される。
【００８５】
各超音波振動子４２ａ，４２ｂの分極方向は同方向であり、かつ一方の列の超音波振動子４２ａに印加されるパルスと他方の列の超音波振動子４２ｂに印加されるパルスの符号が逆であるため、双方の列の超音波振動子４２ａ，４２ｂが発生する横波超音波は互いに逆相となる。
【００８６】
このため、図１に示す超音波探傷装置２０と同様に、双方の列の各超音波振動子４２ａ，４２ｂが発生した横波超音波の振動方向Ｂは被検査材２１の探傷面２１ａに平行な同心円状となるが、重ね合さって双方の列の各超音波振動子４２ａ，４２ｂの間では振動方向Ｂがそれぞれ同一となり互いに強め合う。
【００８７】
すなわち、一方の列の各超音波振動子４２ｂから他方の列の各超音波振動子４２ａに向かう振動が一様に強調される。
【００８８】
図５に示すように各ＳＨ波は、一定間隔pで整列した各超音波振動子４２ａ，４２ｂから順に一定の時間遅延Δｔを伴って被検査材２１の探傷面２１ａから内部に向かって伝搬する。各ＳＨ波の振動方向Ｂは、図５において同方向かつ紙面に垂直な方向であり、例えば紙面の手前から紙面を貫通する向きである。
【００８９】
このため、被検査材２１の探傷面２１ａに水平な方向にフェーズドアレイが形成される。そして、各ＳＨ波は互いに干渉し、被検査材２１の探傷面２１ａの法線と一定の角度θとなる斜方向のＳＨ波となる。すなわち、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは斜方向のＳＨ波を送受信することができる。
【００９０】
ここで、超音波振動子４２ａ，４２ｂ間の距離をｐ（ｍ）、ＳＨ波の伝搬方向と被検査材２１の探傷面２１ａの法線とのなす角をθ（度）とし、さらに被検査材２１中の横波超音波の音速をＶｓ（ｍ／ｓｅｃ）、時間遅延回路４１におけるトリガパルスの遅延時間をΔｔ（ｓｅｃ）とすると、式（１）に示す公知のフェーズドアレイの関係式が成立する。 ［数１］
Δｔ＝（ｐ／Ｖｓ）ｓｉｎθ ……（１）
式（１）に示すように時間遅延回路４１におけるトリガパルスの遅延時間Δｔの値を制御することで、ＳＨ波の伝搬方向と被検査材２１の探傷面２１ａの法線とのなす角θを任意の角度とすることができる。
【００９１】
すなわち、超音波探触子４０は、ＳＨ波の伝搬方向を制御可能なフェーズドアレイ式の超音波探触子４０として機能する。
【００９２】
そして、各超音波振動子４２ａ，４２ｂから被検査材２１の内部に向かって斜方向に発生したＳＨ波は、被検査材２１内部を伝搬して、超音波探触子４０が設けられない側の面、あるいは内部欠陥で反射して再び、各超音波振動子４２ａ，４２ｂに到達する。
【００９３】
さらに、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、被検査材２１内で反射したＳＨ波を受信して電気信号に変換し、信号ケーブル２５を介してそれぞれアンプ４４に送信する。そして、これらアンプ４４において、電気信号に変換されたＳＨ波は増幅され、共通の信号加算器３３に送信される。
【００９４】
ただし、信号加算器３３に送信された各電気信号は時間遅延回路４１が設定した一定の遅延時間を伴う。そこで信号加算器３３は、各時間遅延回路４１から受信した各遅延時間の値を参照して、同時刻に同相となるように遅延時間による位相差を補正してから各電気信号を加算して合成する。
【００９５】
そして、信号加算器３３において加算されたＳＨ波の電気信号は、波形表示装置３４に送信され、波形表示装置３４において、時間を軸として波形表示される。さらに、波形表示装置３４に表示された波形表示を分析して欠陥の有無を判定する。
【００９６】
すなわち超音波探傷装置２０Ａでは、複数の超音波振動子４２ａ，４２ｂを２列に整列配置して構成した超音波探触子４０を使用して、一定の遅延時間を伴うパルスを印加することで被検査材２１の探傷面２１ａに水平方向のフェーズドアレイを形成し、被検査材２１内の任意の方向にＳＨ波を強め合うように送受信することにより被検査材２１内部を探傷する構成である。
【００９７】
超音波探傷装置２０Ａでは、ＳＨ波を被検査材２１内に照射するため、モード変換を伴わない探傷を実施することができる。このため、異材継手部等の従来適用が困難であった部位の探傷が可能となり、配管や圧力容器等の構成部材の信頼性を向上させることができる。
【００９８】
また、超音波探傷装置２０Ａは、図１に示す超音波探傷装置２０と同様に、従来使用される縦波用の超音波振動子４２ａ，４２ｂと低粘性のカプラント３０を使用して発生する横波超音波９ａを利用するため、横波用圧電セラミックを利用して横波超音波９ａを発生させる場合に比べて短時間で超音波エコーが安定し、かつ超音波振動子４２ａ，４２ｂの移動を容易とすることができる。
【００９９】
尚、図２の例では、超音波振動子４２ａ，４２ｂの数を１６個として、８つのペア組を形成する８チャンネルの超音波探蝕子で構成したが、８チャンネルに限らず例えば４チャンネル、１６チャンネル、３２チャンネル等の任意数のチャンネルとしてもよい。
【０１００】
図６は本発明に係る超音波探傷装置の第３の実施形態を示す構成図である。
【０１０１】
図６に示された、超音波探傷装置２０Ｂでは、図２に示す第２の実施形態による超音波探傷装置２０Ａと同等の構成であるが、時間遅延回路４１が設定する遅延時間およびＳＨ波の伝搬方向が異なる。このため超音波探傷装置２０Ｂの構成および同一の作用については図示および説明を省略する。
【０１０２】
超音波探傷装置２０Ｂでは、時間遅延回路４１が設定する遅延時間は、ＳＨ波が被検査材２１の探傷面２１ａを伝搬するように設定される。すなわち、式（１）において、θ＝９０度となるように遅延時間Δｔが時間遅延回路４１において設定される。従って、時間遅延回路４１が設定する遅延時間は、式（２）で示される。
［数２］
Δｔ＝（ｐ／Ｖｓ） ……（２）
式（２）の条件を満たすＳＨ波は、振動方向が被検査材２１の探傷面２１ａに平行でありかつ被検査材２１の探傷面２１ａに沿って伝搬するいわゆる表面ＳＨ波となる。このため、超音波探傷装置２０Ｂでは表面ＳＨ波の送受信が可能となる。
【０１０３】
被検査材２１は、例えば板状の母材５０を付き合わせて溶接され、凸状の溶接ビード５１が形成される。表面ＳＨ波は、被検査材２１の母材５０の表面に平行な方向に伝搬するため、溶接ビード５１内の表面近傍に欠陥５２がある場合、この欠陥５２で表面ＳＨ波が反射する。このため、表面ＳＨ波を利用する検査では、溶接ビード５１内部の欠陥５２の検出が可能となる。
【０１０４】
従来、被検査材２１の欠陥５２を検出するためにレーリ波（表面波）Ｚが利用される。しかし、レーリ波Ｚを溶接ビード５１が形成された溶接部材の検査に適用すると、レーリ波Ｚは凸状である溶接ビード５１の内部ではなく表面に沿って伝搬するため、レーリ波Ｚを利用する検査方法では、溶接ビート５１内部の欠陥５２の検出は困難であった。
【０１０５】
しかし、超音波探傷装置２０Ｂでは、溶接部材の検査に溶接ビード５１内においても、伝搬方向が変わらずに母材５０の表面に平行な方向に伝搬する表面ＳＨ波を利用するため、溶接ビード５１内部の欠陥５２の検出を可能とすることができる。このため、溶接された配管や圧力容器等の溶接部の内部欠陥の検出が可能となり、溶接を伴う構成部材の信頼性を向上させることができる。
【０１０６】
また、超音波探傷装置２０Ｂは、図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同様に、従来使用される縦波用の超音波振動子４２ａ，４２ｂと低粘性のカプラント３０を使用して発生する横波超音波９ａを利用するため、横波用圧電セラミックを利用して横波超音波９ａを発生させる場合に比べて短時間で超音波エコーが安定し、かつ超音波振動子４２ａ，４２ｂの移動を容易とすることができる。
【０１０７】
図７は本発明に係る超音波探傷装置の第４の実施形態を示す構成図である。
【０１０８】
図７に示された、超音波探傷装置２０Ｃでは、図１に示す第１の実施形態による超音波探傷装置２０に対し、超音波送信系２２Ａの構成および超音波受信系２３Ａが具備する受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐが相違している。超音波探傷装置２０Ｃの他の構成は図１に示された超音波探傷装置２０と実質的に異ならないため、同一の構成については図１に示す第１の実施形態による超音波探傷装置２０と同符号を付して説明する。
【０１０９】
超音波探傷装置２０Ｃの超音波送信系２２Ａは、時間制御装置２４に信号ケーブル２５を介して単一のパルス発生器６０を設け、このパルス発生器６０に並列に２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂを信号ケーブル２５を介して接続した構成である。
【０１１０】
尚、パルス発生器６０は正パルス発生器２６あるいは負パルス発生器２７のいずれでもよい。
【０１１１】
送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂは、予め各接触面２９，２９に垂直な方向に分極され、それぞれ被検査材２１の一方の面である探傷面２１ａに接触面２９，２９が接するように設けられる。さらに、被検査材２１と送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂとの隙間には、油あるいはグリセリン等の低粘性の液体で構成されるカプラント３０が塗布される。
【０１１２】
このとき、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの分極方向Ｐは互いに逆向きとされる。図７の例では、一方の送信用超音波振動子２８ａの分極方向Ｐは、被検査材２１の探傷面２１ａからパルス発生器６０側に向かう方向であり、他方の送信用超音波振動子２８ｂの分極方向Ｐは、パルス発生器６０側から被検査材２１の探傷面２１ａに向かう方向である。
【０１１３】
一方、超音波受信系２３Ａの構成は、図１に示す超音波探傷装置２０と同等であるが、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐが異なる。
【０１１４】
すなわち、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐは互いに逆方向とされる。図７の例では、一方の受信用超音波振動子３１ａの分極方向Ｐは、アンプ３２ａ側から被検査材２１の探傷面２１ａに向かう方向であり、他方の受信用超音波振動子３１ｂの分極方向Ｐは、被検査材２１の探傷面２１ａからアンプ３２ｂ側に向かう方向である。
【０１１５】
次に超音波探傷装置２０Ｃの作用を説明する。
【０１１６】
超音波探傷装置２０Ｃを被検査材２１の探傷面２１ａ上に音響カプラであるカプラント３０を介して設置する。続いて超音波探傷装置２０Ｃを作動させる。超音波探傷装置２０Ｃの作動により、時間制御装置２４から、所定の時間間隔でトリガパルスがパルス発生器６０に送信され、さらにパルス発生器６０はトリガパルスの時間間隔に応じた正あるいは負の同相のパルスを各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂに印加させる。
【０１１７】
送信用超音波振動子２８ａは、パルス発生器６０から例えば正パルスが印加されると、縦波超音波Ｘ１とともに遅れエコーである横波超音波９ａを発生する一方、送信用超音波振動子２８ｂは、送信用超音波振動子２８ａと同様に、パルス発生器６０から例えば正パルスが印加されると、縦波超音波Ｘ２とともに遅れエコーである横波超音波９ｂを発生する。
【０１１８】
そして、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂから発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂは、それぞれ各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂからカプラント３０を介して被検査材２１の内部に放射状方向に伝搬する。
【０１１９】
このとき、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの分極方向Ｐが共に逆方向であり、かつそれぞれ印加されるパルスの正負が同相であるため、送信用超音波振動子２８ａが発生する縦波超音波Ｘ１の振動方向Ａ１と送信用超音波振動子２８ｂが発生する縦波超音波Ｘ２の振動方向Ａ２とは、互いに逆相となる。
【０１２０】
例えば、送信用超音波振動子２８ａが発生する縦波超音波Ｘ１は、送信用超音波振動子２８ａから伝搬方向と平行な方向の引張応力を被検査材２１に発生させる縦波超音波Ｘ１となる。一方、送信用超音波振動子２８ｂが発生する縦波超音波Ｘ２は、送信用超音波振動子２８ｂから伝搬方向と平行な方向の圧縮応力を被検査材２１に発生させる縦波超音波Ｘ２となる。
【０１２１】
同様に、遅れエコーである送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波９ａの振動方向Ｂ１と送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波９ｂの振動方向Ｂ２とは、互いに逆相となる。
【０１２２】
例えば、送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波９ａは、送信用超音波振動子２８ａから伝搬方向と垂直な方向の圧縮応力を被検査材２１に発生させる。一方、送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波９ｂは、送信用超音波振動子２８ｂから伝搬方向と垂直な方向の引張応力を被検査材２１に発生させる横波超音波９ｂとなる。
【０１２３】
すなわち、２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの間においては、送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波９ａの振動方向Ｂ１と送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波９ｂの振動方向Ｂ２とは互いに同じ方向となる。このため、２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの間においては、送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波９ａと送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波９ｂとは波の干渉により互いに強め合って重ね合わさり、各横波超音波９ａ，９ｂの減衰が抑制される。
【０１２４】
さらに、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した横波超音波９ａ，９ｂは互いに振動を強め合いながら、被検査材２１の内部を各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂに向かって伝搬する。
【０１２５】
同様に、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２は、被検査材２１の内部を各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂに向かって伝搬する。
【０１２６】
そして、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂは、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂが接する面に到達し、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂで受信されて電気信号に変換される。
【０１２７】
ここで、縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂは各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂにおいて同時に受信される。さらに、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐは逆方向であるため、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂにおける各縦波超音波Ｘ１，Ｘ２を変換した電気信号の位相は互いに同相となる。
【０１２８】
すなわち、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂ近傍および被検査材２１の内部においては各縦波超音波Ｘ１，Ｘ２の位相は逆相であるが、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐは逆方向であるため、縦波超音波Ｘ１，Ｘ２を電気信号に変換する際、一方の電気信号が反転する。このため、各縦波超音波Ｘ１，Ｘ２を変換した電気信号の位相は互いに同相となる。
【０１２９】
同様に、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂが横波超音波９ａ，９ｂを変換して得られた電気信号の位相も互いに同相となる。
【０１３０】
さらに、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂが受信した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂは、それぞれアンプ３２ａ，３２ｂに電気信号として送信され、各アンプ３２ａ，３２ｂにおいてそれぞれ増幅される。
【０１３１】
各アンプ３２ａ，３２ｂにおいてそれぞれ増幅された縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂの電気信号は、共通の信号加算器３３に送信される。この信号加算器３３において同相の縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂの各電気信号は加算され、加算縦波超音波と加算横波超音波とが得られる。
【０１３２】
さらに、信号加算器３３は、加算縦波超音波と加算横波超音波とを波形表示装置３４に送信し、この波形表示装置３４において、時間を軸として加算縦波超音波と加算横波超音波とがそれぞれ波形表示される。そして、この加算縦波超音波と加算横波超音波とを分析して被検査材２１内部における欠陥の有無の判定あるいは板厚測定が実施される。
【０１３３】
すなわち超音波探傷装置２０Ｃでは、パルス発生器６０から正または負の同相のパルスを２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂに印加し、かつ送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの分極方向Ｐを互いに逆方向とすることで、図１に示す超音波探傷装置２０と同様な、縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂを被検査材２１の内部に発生させる構成である。
【０１３４】
このため、超音波探傷装置２０Ｃでは、図１に示す超音波探傷装置２０と同様な効果に加えてパルス発生器６０の単一化が可能となりより簡易で安価な構成にすることができる。
【０１３５】
さらに、超音波探傷装置２０Ｃは、２つの受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐを逆方向にすることで電気信号に変換する際、縦波超音波Ｘ１，Ｘ２の一方の位相および横波超音波９ａ，９ｂの一方の位相をそれぞれ反転させ同相とする構成である。
【０１３６】
このため、超音波探傷装置２０Ｃでは、信号加算器３３において縦波超音波Ｘ１，Ｘ２の一方の位相および横波超音波９ａ，９ｂの一方の位相を反転する必要がなく、そのまま加算するのみで縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂを増幅させることができる。
【０１３７】
尚、超音波探傷装置２０Ｃでは、２つの受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐを逆方向にしたが、図１に示す超音波探傷装置２０と同様に２つの受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐを同方向として、さらに信号加算器３３において縦波超音波Ｘ１，Ｘ２の一方の位相および横波超音波９ａ，９ｂの一方の位相を反転して加算する構成としてもよい。
【０１３８】
図８は本発明に係る超音波探傷装置の第５の実施形態を示す構成図である。
【０１３９】
図８に示された、超音波探傷装置２０Ｄでは、図２に示す第２の実施形態の超音波探傷装置２０Ａに対し、正パルス発生器２６と負パルス発生器２７を共に同符号のパルス発生器７０とした点および超音波探触子４０Ａが具備する超音波振動子４２ａ，４２ｂの分極方向が相違する。他の構成については図２に示された超音波探傷装置２０Ａと実質的に同じ構成であるため同一の構成については同符号を付して説明を省略する。
【０１４０】
超音波探傷装置２０Ｄでは、図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同様に、時間制御装置２４に接続される複数の信号ケーブル２５が時間遅延回路４１に導かれ、この時間遅延回路４１において各信号ケーブル２５は２つの信号ケーブル２５に分岐される。そして、時間遅延回路４１において分岐された全ての信号ケーブル２５はそれぞれパルス発生器７０に接続される。
【０１４１】
各パルス発生器７０は正あるいは負のパルスを発生させるが、各パルス発生器７０は互いに同符号のパルスを発生させるように構成される。
【０１４２】
また、各時間遅延回路４１は、それぞれ信号処理系の一部である信号処理装置４５に接続される。
【０１４３】
一方、超音波探触子４０Ａの構成は図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同等であり、図８のように超音波探触子４０Ａの内部には例えば１６個の超音波振動子４２ａ，４２ｂが２列に整列して被検査材２１の探傷面２１ａに面接触するように設けられる。
【０１４４】
また、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは接触面に垂直な方向に予め分極されるが、分極方向は被検査材２１の探傷面２１ａに垂直でかつ一方の列と他方の列とで互いに逆向きとされる。例えば、一方の列の各超音波振動子４２ａの分極方向は信号ケーブル２５側から被検査材２１の探傷面２１ａに向かう方向であり、他方の列の各超音波振動子４２ｂの分極方向は、被検査材２１の探傷面２１ａから信号ケーブル２５側に向かう方向である。
【０１４５】
次に超音波探傷装置２０Ｄの作用について説明する。
【０１４６】
超音波探傷装置２０Ｄを被検査材２１の探傷面２１ａ上に音響カプラであるカプラント３０を介して設置する。続いて超音波探傷装置２０Ｄを作動させる。超音波探傷装置２０Ｄの作動により、時間制御装置２４は、各時間遅延回路４１にトリガパルスを伝送する。
【０１４７】
さらに各時間遅延回路４１は、一定の時間遅延の値を設定し、この時間遅延に相当する時間間隔でトリガパルスを順次パルス発生器７０にそれぞれ伝送する。このとき、各時間遅延回路４１は、各パルス発生器７０にトリガパルスを送信する際の各遅延時間の値を信号処理装置４５にそれぞれ送信する。
【０１４８】
各パルス発生器７０は、時間遅延回路４１からトリガパルスを受信すると、正パルスあるいは負パルスを一定の時間遅延を伴ってそれぞれ順次超音波振動子４２ａ，４２ｂに印加する。このため、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは振動して縦波超音波とともに遅れエコーである横波超音波を発生し、図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同様なフェーズドアレイが形成されて式（１）の関係を満たす方向にＳＨ波が送信される。
【０１４９】
また、各超音波振動子４２ａ，４２ｂに印加するパルスは同符号であり、かつ一方の列に属する超音波振動子４２ａの分極方向と他方の列に属する超音波振動子４２ｂの分極方向とは互いに逆向きである。このため、双方の列の超音波振動子４２ａ，４２ｂが発生する横波超音波は互いに逆相となって干渉し、ＳＨ波は重ね合わさって強め合う。
【０１５０】
そして、各超音波振動子４２ａ，４２ｂから被検査材２１の内部に向かって斜方向に発生したＳＨ波は、被検査材２１内部を伝搬して、超音波探触子４０Ａが設けられない側の面、あるいは内部欠陥で反射して再び、各超音波振動子４２ａ，４２ｂに到達する。
【０１５１】
さらに、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、被検査材２１内で反射したＳＨ波を受信して電気信号に変換し、さらにアンプ４４を経由して増幅され、共通の信号加算器３３に送信される。
【０１５２】
このとき、各列の超音波振動子４２ａ，４２ｂの分極方向は互いに逆向きであり、かつ印加されたパルスが同符号であるため、各超音波振動子４２ａ，４２ｂが変換した電気信号は互いに同相となる。
【０１５３】
そして、信号加算器３３において、ペア組をなす超音波振動子４２ａ，４２ｂから受信した同相の電気信号が加算され、さらに信号処理装置４５に送信される。
【０１５４】
ここで、信号処理装置４５に送信された各電気信号は時間遅延回路４１が設定した一定の遅延時間を伴う。そこで信号処理装置４５は、各時間遅延回路４１から受信した各遅延時間の値を参照して、同時刻に受信したものとみなせるように遅延時間による位相差を補正してから各電気信号を加算して合成する。
【０１５５】
そして、信号処理装置４５において加算されたＳＨ波の電気信号は、波形表示装置３４に送信され、波形表示装置３４において、時間を軸として波形表示される。さらに、波形表示装置３４に表示された波形表示を分析して欠陥の有無を判定する。
【０１５６】
すなわち超音波探傷装置２０Ｄでは、正パルス発生器２６と負パルス発生器２７の代わりに同符号のパルスを発生させるパルス発生器７０を設ける一方、超音波探触子４０Ａが具備するペア組の超音波振動子４２ａ，４２ｂの分極方向を互いに逆向きとすることで、図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同様なＳＨ波を被検査材２１内部に送受信させて、被検査材２１内部を探傷する構成である。
【０１５７】
このため超音波探傷装置２０Ｄでは、図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同様な効果に加え、構成要素の種類数を減らすことができる。
【０１５８】
尚、図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同様に、信号処理装置４５および信号加算器３３は一体として構成してもよく、両者で信号処理系が形成される。
【０１５９】
尚、図６に示す超音波探傷装置２０Ｂと同様に、超音波探傷装置２０Ｄの時間遅延回路４１が設定する遅延時間を、ＳＨ波が被検査材２１の探傷面２１ａを伝搬するように設定することができる。すなわち、時間遅延回路４１が設定する遅延時間を式（２）で示される関係を有する遅延時間とすると、ＳＨ波は、被検査材２１の探傷面２１ａに沿って伝搬し、振動方向が被検査材２１の探傷面２１ａに平行となるいわゆる表面ＳＨ波となる。
【０１６０】
このため、超音波探傷装置２０Ｄでは図６に示す超音波探傷装置２０Ｂと同等な作用および効果が得られるのみならず、構成要素の種類の数を減らすことができる。
【０１６１】
尚、図８の例では、超音波振動子４２ａ，４２ｂの数を１６個として、８つのペア組を形成する８チャンネルの超音波探蝕子で構成したが、８チャンネルに限らず例えば１６チャンネル、３２チャンネル等の任意数のチャンネルとしてもよい。
【０１６２】
図９は、本発明に係る超音波探傷装置の第６の実施形態を示す構成図である。
【０１６３】
図９示された、超音波探傷装置２０Ｅは、図８に示す第５の実施形態による超音波探傷装置２０Ｄに対し、超音波探蝕子４０Ｂが具備する超音波振動子４２ａの構成、パルス発生器７０の数、信号加算器３３を具備しない点および信号ケーブル２５の接続方法が相違する。超音波探傷装置２０Ｅのそれ以外の構成は、図８に示された超音波探傷装置２０Ｄの構成と実質的に異ならないため、同一の構成については超音波探傷装置２０Ｄと同符号を付して説明を省略する。
【０１６４】
超音波探傷装置２０Ｅでは、図８に示す超音波探傷装置２０Ｄと同様に、時間制御装置２４に接続される複数の信号ケーブル２５がそれぞれ時間遅延回路４１に導かれる。各時間遅延回路４１はそれぞれ個別のパルス発生器７０に接続される。
【０１６５】
このパルス発生器７０は正あるいは負のパルスを発生させるが、各パルス発生器７０は互いに同符号のパルスを発生させるように構成される。
【０１６６】
また、各時間遅延回路４１は、それぞれ信号処理系の一例である信号処理装置４５に接続される。
【０１６７】
一方、超音波探触子４０Ｂの内部には複数の８個の超音波振動子４２ａが１列に整列して被検査材２１の探傷面２１ａに面接触するように設けられる。各超音波振動子４２ａは接触面に対して垂直な方向に予め分極され、分極方向は互いに同方向とされる。
【０１６８】
そして、各パルス発生器７０は、信号ケーブル２５を介して超音波探触子４０Ｂの内部に設けられた超音波振動子４２ａにそれぞれ個別に接続される。
【０１６９】
また、各超音波振動子４２ａと各パルス発生器７０とを接続する信号ケーブル２５には分岐部４３がそれぞれ設けられ、この分岐部４３から分岐した各信号ケーブル２５は、それぞれアンプ４４を経由して共通の信号処理装置４５に接続される。
【０１７０】
次に超音波探傷装置２０Ｅの作用について説明する。
【０１７１】
超音波探傷装置２０Ｅを被検査材２１の探傷面２１ａ上に音響カプラであるカプラント３０を介して設置する。続いて超音波探傷装置２０Ｅを作動させる。超音波探傷装置２０Ｅの作動により、時間制御装置２４は、各時間遅延回路４１にトリガパルスを伝送する。
【０１７２】
さらに各時間遅延回路４１は、一定の時間遅延の値を設定し、この時間遅延に相当する時間間隔でトリガパルスを順次パルス発生器７０にそれぞれ伝送する。このとき、各時間遅延回路４１は、各パルス発生器７０にトリガパルスを送信する際の各遅延時間の値を信号処理装置４５にそれぞれ送信する。
【０１７３】
各パルス発生器７０は、時間遅延回路４１からトリガパルスを受信すると、同符号のパルス例えば正パルスを一定の時間遅延を伴ってそれぞれ順次超音波振動子４２ａに印加する。このため、各超音波振動子４２ａは、振動して縦波超音波とともに遅れエコーである横波超音波を発生し、被検査材２１の探傷面２１ａに水平方向にフェーズドアレイが形成される。
【０１７４】
このため、各超音波振動子４２ａからＳＨ波が式（１）の関係を満たす方向にそれぞれ送信される。
【０１７５】
そして、各超音波振動子４２ａから被検査材２１の内部に向かって斜方向に発生したＳＨ波は、被検査材２１内部を伝搬して、超音波探触子４０Ｂが設けられない側の面、あるいは内部欠陥で反射して再び、各超音波振動子４２ａに到達する。
【０１７６】
さらに、各超音波振動子４２ａは、被検査材２１内で反射したＳＨ波を受信して電気信号に変換し、さらにアンプ４４を経由して増幅され、共通の信号処理装置４５に送信される。
【０１７７】
ただし、信号処理装置４５に送信された各電気信号は時間遅延回路４１が設定した一定の遅延時間を伴う。そこで信号処理装置４５は、各時間遅延回路４１から受信した各遅延時間の値を参照して、同時刻に同相となるように遅延時間による位相差を補正してから各電気信号を加算して合成する。
【０１７８】
そして、信号処理装置４５において加算されたＳＨ波の電気信号は、波形表示装置３４に送信され、波形表示装置３４において、時間を軸として波形表示される。さらに、波形表示装置３４に表示された波形表示を分析して欠陥の有無を判定する。
【０１７９】
すなわち超音波探傷装置２０Ｅは、一列に整列させた複数の超音波振動子４２ａに同符号のパルスを一定の時間遅延を伴って印加することでフェーズドアレイを形成して斜方向のＳＨ波の送受信を可能とする構成である。
【０１８０】
このため、超音波探傷装置２０Ｅでは、被検査材２１の探傷の際にモード変換を伴わず、より正確な検査を実施できるとともに、超音波探傷装置２０Ｄよりもパルス発生器７０および超音波振動子４２ａ，４２ｂの数を減らすことが可能であるため装置を簡易化することができる。
【０１８１】
また、超音波探傷装置２０Ｅは、従来使用される縦波用の超音波振動子４２ａと低粘性のカプラント３０を使用して発生するＳＨ波を利用するため、横波用圧電セラミックを利用してＳＨを発生させる場合に比べて短時間で超音波エコーが安定し、かつ超音波振動子４２ａの移動を容易とすることができる。
【０１８２】
尚、図６に示す超音波探傷装置２０Ｂと同様に、超音波探傷装置２０Ｅの時間遅延回路４１が設定する遅延時間を、ＳＨ波が被検査材２１の探傷面２１ａを伝搬するように設定することができる。すなわち、時間遅延回路４１が設定する遅延時間を式（２）で示される関係を有する遅延時間とすると、ＳＨ波は、被検査材２１の探傷面２１ａに沿って伝搬し、振動方向が被検査材２１の探傷面２１ａに平行となるいわゆる表面ＳＨ波のモードとなる。
【０１８３】
このため、超音波探傷装置２０Ｅでは図６に示す超音波探傷装置２０Ｂと同等な作用および効果に加えさらに構成要素を減らして簡易化することができる。
【０１８４】
尚、図９の例では、超音波振動子４２ａの数を８個として、８チャンネルの超音波探蝕子で構成したが、８チャンネルに限らず例えば１６チャンネル、３２チャンネル等の任意数のチャンネルとしてもよい。
【０１８５】
また、各実施形態の超音波探傷装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅにおいて、電気信号を増幅する必要がない場合はアンプ３２ａ，３２ｂ，４４を設けなくてもよい。さらに、電気信号を波形表示せずに数値として表示する構成とすることも可能であり、この場合は波形表示装置３４を必ずしも設けなくてもよい。
【０１８６】
また、図２に示す超音波探傷装置２０Ａ、図８に示す超音波探傷装置２０Ｄおよび図９に示す超音波探傷装置２０Ｅにおいて、時間制御装置２４と時間遅延回路４１とは一体に構成してもよく、また超音波振動子４２ａ，４２ｂと接続される信号ケーブル２５は分岐部４３で２つの信号ケーブル２５，２５に分岐する構成としたが個別に設ける構成としても信号の送信あるいは受信が可能な接続形態であればよい。
【０１８７】
また、図１に示す超音波探傷装置２０および図７に示す超音波探傷装置２０Ｃにおいて、送信用超音波振動子および受信用超音波振動子の数は１つあるいは２つに限らない。すなわち、隣接する送信用超音波振動子および受信用超音波振動子が送受信する横波超音波が互いに強め合うように構成されれば任意数設ける構成としてもよい。
【０１８８】
例えば、隣接する送信用超音波振動子および受信用超音波振動子の分極方向Ｐの向きが互いに逆方向となるように複数個整列させ、かつ各送信用超音波振動子および各受信用超音波振動子に印加するパルスを号符号とする構成、あるいは分極方向Ｐが同方向となるように複数の送信用超音波振動子および受信用超音波振動子を整列させ、かつ隣接する送信用超音波振動子および受信用超音波振動子に印加するパルスを互いに逆符号とする構成としてもよい。
【０１８９】
また、図２に示す超音波探傷装置２０Ａおよび図８に示す超音波探傷装置２０Ｄにおいて、超音波振動子の列は２列に限らない。すなわち、隣接する列に属する超音波振動子が送受信する横波超音波が互いに強め合うように構成されれば、超音波振動子の列を２列以上の複数列としてもよい。
【０１９０】
例えば、隣接する列に属する超音波振動子の分極方向Ｐの向きが互いに逆方向となるように複数列に亘り超音波振動子を整列させ、かつ各超音波振動子に印加するパルスを同符号とする構成、あるいは超音波振動子の分極方向Ｐが同方向となるように複数列に亘り超音波振動子を整列させ、かつ隣接する列に属する超音波振動子に印加するパルスを互いに異符号とする構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１９１】
【図１】本発明に係る超音波探傷装置の第１の実施形態を示す構成図。
【図２】本発明に係る超音波探傷装置の第２の実施形態を示す構成図。
【図３】図２に示す超音波探蝕子が具備する複数の超音波振動子の配置方法を示す正面図。
【図４】図２に示す被検査材の探傷面における横波超音波の振動方向を示す図。
【図５】図４に示すＣ−Ｃ断面の断面図。
【図６】本発明に係る超音波探傷装置の第３の実施形態を示す構成図。
【図７】本発明に係る超音波探傷装置の第４の実施形態を示す構成図。
【図８】本発明に係る超音波探傷装置の第５の実施形態を示す構成図。
【図９】本発明に係る超音波探傷装置の第６の実施形態を示す構成図。
【図１０】従来の超音波探傷装置の構成図。
【図１１】従来の超音波探傷装置の別の例を示す構成図。
【符号の説明】
【０１９２】
２０，２０A，２０B，２０C，２０D，２０E 超音波探傷装置
２１ 被検査材
２１ａ 探傷面
２２，２２Ａ 超音波送信系
２３，２３Ａ 超音波受信系
２４ 時間制御装置
２５ 信号ケーブル
２６ 正パルス発生器
２７ 負パルス発生器
２８ａ，２８ｂ 送信用超音波振動子
２９ 接触面
３０ カプラント
３１ａ，３１ｂ 受信用超音波振動子
３２ａ，３２ｂ アンプ
３３ 信号加算器
３４ 波形表示装置
３５ 接触面
４０，４０Ａ，４０Ｂ 超音波探触子
４１ 時間遅延回路
４２ａ，４２ｂ 超音波振動子
４３ 分岐部
４４ アンプ
４５ 信号処理装置
５０ 母材
５１ 溶接ビード
５２ 欠陥
６０ パルス発生器
７０ パルス発生器
Ｐ 分極方向
Ａ１，Ａ２ 縦波超音波の振動方向
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２ 横波超音波の振動方向
Ｘ１，Ｘ２ 縦波超音波の伝搬方向
Ｙ 横波超音波の伝搬方向
Ｚ レーリ波（表面波）の伝搬方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を被検査材内部に送受信することで探傷あるいは板厚測定する超音波探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配管溶接部や圧力容器溶接部の欠陥検出手法として超音波探傷装置が利用されている。従来の超音波探傷装置１として図１０に示す装置がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
超音波探傷装置１は、時間制御装置２に信号ケーブル３を介してパルス発生器４と縦波用超音波探蝕子５とを直列に接続した構成である。縦波用超音波探蝕子５の内部には縦波用超音波振動子が設けられ、縦波用超音波振動子が被検査材６の探傷面６ａに面接触するように縦波用超音波探蝕子５が配置される。
【０００４】
時間制御装置２からトリガパルスがパルス発生器４に送信されると、パルス発生器４は電気信号パルスを縦波用超音波探蝕子５に印加する。縦波用超音波探蝕子５は、電気信号パルスを変換して被検査材６内部に探傷面６ａに垂直に縦波超音波Ｘを発生させる。この縦波超音波Ｘは被検査材６の内部を伝搬するが、被検査材６の内部に欠陥が存在すると欠陥部で縦波超音波Ｘが反射して再び縦波用超音波探蝕子５に到達する。
【０００５】
縦波用超音波探蝕子５は、反射した縦波超音波Ｘを電気信号パルスに変換して図示しない信号処理装置に伝送し、この信号処理装置において縦波超音波Ｘが発生してから再び縦波用超音波探蝕子５に到達するまでの時間を測定する。この時間に音速を乗じて被検査材６内部の欠陥の位置を計算する。
【０００６】
尚、被検査材６の探傷面６ａと反対側の面６ｂで反射した縦波超音波Ｘを測定することで、被検査材６の板厚計測が可能となる。
【０００７】
一方、図１１は、従来の超音波探傷装置の別の例を示す構成図である（例えば、非特許文献２参照）。
【０００８】
超音波探傷装置１Ａでは、縦波用超音波振動子１０が被検査材６の探傷面６ａに縦用超音波の伝搬方向と斜角となるように傾けて設けられる。このとき、縦波用超音波振動子１０と被検査材６の探傷面６ａとの隙間には、音響カプラとして油あるいはグリセリン等の低粘性の液体で構成されるカプラント１１が塗布される。
【０００９】
また、被検査材６は例えば２つの母材１２，１２を突き合わせて溶接され溶接ビード１３が形成された溶接材が対象となる。
【００１０】
縦波用超音波振動子１０から縦波超音波が発生し、カプラント１１中を伝搬した後、縦波超音波は被検査材６の探傷面６ａにおいてモード変換して垂直偏波横波（ＳＶ波：Ｓｈｅａｒ Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｗａｖｅ）Ｙとなる。
【００１１】
そして、このＳＶ波Ｙが被検査材６の内部に照射され、反射して再び被検査材６の探傷面６ａにおいてモード変換して縦波超音波となって縦波用超音波振動子１０に到達する。この反射した縦波超音波を検出して被検査材６内部の、例えば溶接ビード１３内部の欠陥１４の有無を判定する。
【非特許文献１】「新非破壊検査便覧」（日刊工業新聞社、１９９２年１０月１５日、初版第一刷発行、ｐ２５４、図２．３１８参照）
【非特許文献２】「新非破壊検査便覧」（日刊工業新聞社、１９９２年１０月１５日、初版第一刷発行、ｐ２９７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来の被検査材６の探傷面６ａに垂直に超音波を照射する超音波探傷装置１においては、測定精度向上のため、より高周波の縦波超音波Ｘが使用される。
【００１３】
しかし、周波数が高くなると被検査材６中における縦波超音波Ｘの減衰が大きくなり信号のＳＮ比が低下する一方、縦波超音波Ｘの周波数を上げるためには縦波用超音波振動子の厚さを薄くする必要があるため、縦波用超音波振動子の製造中に破損する恐れが発生する。
【００１４】
そこで、縦波超音波Ｘの代わりに横波超音波を使用することができれば、横波超音波の音速は縦波超音波Ｘの音速の約半分であるため、縦波超音波Ｘの約半分の周波数で同程度の測定精度を得ることができる。
【００１５】
一方、被検査材６の探傷面６ａに斜方向から超音波を照射する超音波探傷装置１Ａは、横波超音波であるＳＶ波Ｙを利用する方法であるが、ＳＶ波Ｙは液体中を伝搬しないため被検査材６の探傷面６ａにおけるモード変換現象を利用してカプラント１１中は縦波超音波として伝搬させる構成である。
【００１６】
しかし、ＳＶ波Ｙは、被検査材６の端面や欠陥１４部で再度モード変換するため、反射する超音波の減衰によるレベルの低下あるいは不必要な超音波モードの発生により、反射する超音波の正確な検出が困難となる。
【００１７】
そこで、水平偏波横波（ＳＨ波：Ｓｈｅａｒ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｗａｖｅ）の適用が考えられる。ＳＨ波はモード変換しないため、不必要な超音波モードの発生および超音波の減衰によるレベルの低下を伴わない。このＳＨ波は、電磁超音波探蝕子（ＥＭＡＴ：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）あるいは横波用圧電セラミックを使用して送受信させることができる。
【００１８】
ＥＭＡＴは、電磁力を利用してＳＨ波の送受信を行うものであるが、周波数の上限が１ＭＨｚ程度であるため、汎用の超音波探傷試験に必要な周波数が得られず実用化することができない。
【００１９】
一方、横波用圧電セラミックを利用してＳＨ波を送受信するためには、ＳＨ波を被検査材６内部に照射するために横波用圧電セラミックスをろう付けあるいは溶接等の接合方法により被検査材６に接合し、あるいは横波用圧電セラミックスを粘性の高いカプラント１１を介して被検査材６に押し付け、さらにＳＨ波の送受信の安定化に数分間の時間を必要とする。このため、横波用圧電セラミックは、超音波探蝕子の移動が不要な特殊な用途に限定される。
【００２０】
本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、従来使用される低粘性のカプラントを使用して、より低周波の横波超音波を被検査材内部に送受信することでより効率的かつ正確に探傷あるいは板厚測定することが可能な超音波探傷装置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】
【００２１】
本発明に係る超音波探傷装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、時間遅延回路と、この時間遅延回路に信号ケーブルを介して接続されたパルス発生器と、このパルス発生器に信号ケーブルを介して接続された複数の超音波振動子を内部に整列配置した超音波探触子と、前記超音波振動子および前記時間遅延回路に信号ケーブルを介して接続された信号処理系とを具備し、前記超音波探触子は内部の前記超音波振動子が被検査材の探傷面に接するように設けられ、前記時間遅延回路は一定の時間遅延の値を設定して前記信号処理系および前記パルス発生器に与え、このパルス発生器は前記時間遅延を伴ってパルスを順次各超音波振動子に印加し、さらに各超音波振動子は前記被検査材の内部に前記時間遅延を伴って縦波超音波とともに遅れエコーとして横波超音波を発生させて前記被検査材の探傷面に対し一定の角度で伝搬しかつその振動方向が前記被検査材の探傷面に対し水平である水平偏波横波を形成して送信し、かつ前記被検査材の内部で反射した水平偏波横波を受信して電気信号に変換し前記信号処理系に与え、この信号処理系は前記時間遅延の値を参照して各水平偏波横波の受信時間を補正した後、加算して解析することにより被検査材の探傷あるいは板厚測定を行うように構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る超音波探傷装置においては、従来使用される縦波用の超音波振動子および超音波探触子を使用して被検査材内部に、垂直方向、斜方向あるいは探傷面に沿う方向にモード変換を伴わない横波を伝搬させて送受信させることがきる。このため、汎用の低粘性のカプラントを使用して容易に移動可能な状態で、より安価な低い周波数の超音波により、短時間かつ高精度に被検査材を探傷あるいは板厚を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明に係る超音波探傷装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は本発明に係る超音波探傷装置の第１の実施形態を示す構成図である。
【００２５】
超音波探傷装置２０は、板状あるいはブロック状の被検査材２１の、対向する一方の面である探傷面２１ａに超音波送信系２２を、他方の面に超音波受信系２３をそれぞれ設けた超音波通過型の構成である。
【００２６】
超音波送信系２２は、時間制御装置２４に信号ケーブル２５，２５を介して正パルス発生器２６と負パルス発生器２７とが並列に設けられ、さらに正パルス発生器２６と負パルス発生器２７にそれぞれ送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂを信号ケーブル２５，２５を介して接続した構成である。
【００２７】
正パルス発生器２６は極性が正のパルス電圧を発生させて、送信用超音波振動子２８ａに印加させる機能を有する。一方、負パルス発生器２７は正のパルス電圧と位相が１８０度反転させた極性が負のパルス電圧を発生させて、送信用超音波振動子２８ｂに印加させる機能を有する。
【００２８】
送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂは、被検査材２１の探傷面２１ａに接触して、その内部に超音波を送信するための接触面２９，２９をそれぞれ有する。さらに、送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂは、予め分極される。そして、送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂは、それぞれ被検査材２１の一方の面である探傷面２１ａにその接触面２９，２９が接するように設けられる。さらに、被検査材２１と送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂとの隙間には、音響カプラとして油あるいはグリセリン等の低粘性の液体で構成されるカプラント３０が塗布される。
【００２９】
このとき、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの分極方向Ｐは同方向とされる。図１の例では、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの分極方向Ｐは共に、被検査材２１の探傷面２１ａから正パルス発生器２６あるいは負パルス発生器２７に向かう方向である。
【００３０】
一方、超音波受信系２３は、２つの受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂをそれぞれ信号ケーブル２５，２５を介してアンプ３２ａ，３２ｂに接続し、さらに各アンプ３２ａ，３２ｂを信号処理系の一例である単一の信号加算器３３に信号ケーブル２５を介して接続した構成である。
【００３１】
また、信号加算器３３には、信号ケーブル２５を介して波形表示装置３４が接続される。この波形表示装置３４はモニタを具備し、波形を表示して観測可能にする機能を有する。
【００３２】
受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂは、被検査材２１の探傷面２１ａに接触して、その内部から伝搬する超音波を受信するための接触面３５，３５をそれぞれ有する。さらに、受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂは、予め分極される。そして、受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂは、それぞれ被検査材２１の超音波送信系２２が設けられない反対側の面にそれぞれの接触面３５，３５が接するように設けられる。さらに、被検査材２１と受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂとの隙間には、音響カプラとして油あるいはグリセリン等の低粘性の液体で構成されるカプラント３０が塗布される。
【００３３】
このとき、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂは、被検査材２１の反対側に設けられる送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂに対向する位置付近にそれぞれ設けられる。さらに、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐは同方向とされる。図１の例では、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐは共に、被検査材２１の探傷面２１ａからアンプ３２ａ，３２ｂ側に向かう方向である。
【００３４】
次に超音波探傷装置２０の作用を説明する。
【００３５】
超音波探傷装置２０の作動により、時間制御装置２４から、トリガパルスが正パルス発生器２６および負パルス発生器２７に送信される。トリガパルス送信する時間の間隔は、被検査材２１に超音波を発振する発振間隔に対応する間隔とされる。
【００３６】
次に、正パルス発生器２６および負パルス発生器２７は、時間制御装置２４から送信されたトリガパルスにより、それぞれトリガパルスの間隔に応じた正パルスおよび負パルスを各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂに印加する。
【００３７】
送信用超音波振動子２８ａは、正パルス発生器２６から正パルスが印加されると、縦波超音波Ｘ１を発生するが、このとき振動様式の変換に伴う遅れエコーである横波超音波を発生する。一方、送信用超音波振動子２８ｂは、送信用超音波振動子２８ａと同様に、負パルス発生器２７から負パルスを印加されると、縦波超音波Ｘ２とともに遅れエコーである横波超音波を発生する。
【００３８】
そして、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂから発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波は、それぞれ各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂからカプラント３０を介して被検査材２１の内部に伝搬される。
【００３９】
このとき、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの分極方向Ｐが共に同方向であり、かつそれぞれ印加されるパルスの正負が逆相であるため、送信用超音波振動子２８ａが発生する縦波超音波Ｘ１の振動方向Ａ１と送信用超音波振動子２８ｂが発生する縦波超音波Ｘ２の振動方向Ａ２とは、互いに逆相となる。
【００４０】
例えば、送信用超音波振動子２８ａが発生する縦波超音波Ｘ１は、送信用超音波振動子２８ａから伝搬方向と平行な方向の引張応力を被検査材２１に発生させる縦波超音波Ｘ１となる。一方、送信用超音波振動子２８ｂが発生する縦波超音波Ｘ２は、送信用超音波振動子２８ｂから伝搬方向と平行な方向の圧縮応力を被検査材２１に発生させる縦波超音波Ｘ２となる。
【００４１】
同様に、遅れエコーである送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波の振動方向Ｂ１と送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波の振動方向Ｂ２とは、互いに逆相となる。
【００４２】
例えば、送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波は、送信用超音波振動子２８ａから伝搬方向と垂直な方向の圧縮応力を被検査材２１に発生させる。一方、送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波は、送信用超音波振動子２８ｂから伝搬方向と垂直な方向の引張応力を被検査材２１に発生させる横波超音波となる。
【００４３】
すなわち、２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの間においては、送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波の振動方向Ｂ１と送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波の振動方向Ｂ２とは互いに同じ方向となる。このため、２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの間においては、送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波と送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波とは互いに強め合い合成された横波超音波Ｙとなる。
【００４４】
さらに、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した横波超音波Ｙは互いに振動を強め合いながら、被検査材２１の内部を各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂに向かって伝搬する。
【００４５】
同様に、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２は、被検査材２１の内部を各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂに向かって伝搬する。
【００４６】
そして、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波Ｙは、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂが接する面に到達し、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂで受信されて電気信号に変換される。
【００４７】
ここで、縦波超音波Ｘ１，Ｘ２は各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂにおいて同時に受信される。同様に、横波超音波Ｙも各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂにおいて同時に受信される。さらに、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐは同じ方向であるため、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂにおいて変換した各縦波超音波Ｘ１，Ｘ２の電気信号の位相は各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２の位相から変化せずに互いに逆相となる。
【００４８】
同様に、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂにおいて変換した横波超音波Ｙ，Ｙの電気信号の位相も、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した横波超音波Ｙ，Ｙの位相から変化せずに互いに逆相となる。
【００４９】
例えば、受信用超音波振動子３１ａ近傍の横波超音波Ｙは、横波超音波Ｙの伝搬方向と垂直な方向の圧縮応力を被検査材２１に発生させる。一方、受信用超音波振動子３１ｂ近傍の横波超音波Ｙは、横波超音波Ｙの伝搬方向と垂直な方向の引張応力を被検査材２１に発生させる。
【００５０】
さらに、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂが受信した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波Ｙ，Ｙは、それぞれアンプ３２ａ，３２ｂに電気信号として送信され、各アンプ３２ａ，３２ｂにおいてそれぞれ増幅される。
【００５１】
各アンプ３２ａ，３２ｂにおいてそれぞれ増幅された縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波Ｙ，Ｙの電気信号は、共通の信号加算器３３に送信される。この信号加算器３３において受信用超音波振動子３１ａで受信した横波超音波Ｙおよび縦波超音波Ｘ１の位相あるいは受信用超音波振動子３１ｂで受信した横波超音波Ｙおよび縦波超音波Ｘ２の位相のうちいずれか一方が反転される。
【００５２】
この結果、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂが受信した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波Ｙ，Ｙは互いに同相となる。そして、同相となった縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波Ｙ，Ｙの各電気信号は加算され、加算縦波超音波と加算横波超音波とが得られる。
【００５３】
さらに、信号加算器３３は、加算縦波超音波と加算横波超音波とを波形表示装置３４に送信し、この波形表示装置３４において、時間を軸として加算縦波超音波と加算横波超音波とがそれぞれ波形表示される。そして、この加算縦波超音波と加算横波超音波とを分析して被検査材２１内部における欠陥の有無の判定あるいは板厚測定が実施される。
【００５４】
すなわち超音波探傷装置２０は、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２とともに遅れエコーである横波超音波Ｙを各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂで受信して横波超音波Ｙを利用した分析を可能とする構成である。
【００５５】
さらに、２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂから逆相の横波超音波Ｙ，Ｙをそれぞれ発生させて、波の干渉作用により横波超音波Ｙ，Ｙを互いに強め合い合成して伝播するように構成して減衰を抑制させるものである。
【００５６】
超音波探傷装置２０では、被検査材２１の探傷面２１ａに垂直方向に伝搬する横波超音波Ｙの送受信が可能となるため、より低い周波数の超音波を探傷検査に適用することができる。このため、より安価に探傷あるいは板厚測定の精度を向上させることができる。
【００５７】
また、従来は横波超音波Ｙを送受信する手段として横波用圧電セラミックの利用が可能であったが、超音波エコーの安定化に数分間の時間要し、かつ超音波振動子の移動が困難であった。
【００５８】
しかし、超音波探傷装置２０では、従来使用される縦波用の送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂあるいは受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂと低粘性のカプラント３０を使用して発生する横波超音波Ｙを利用するため、短時間で超音波エコーが安定し、かつ送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂあるいは受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの移動を容易とすることができる。
【００５９】
尚、超音波探傷装置２０は、２個の送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂを具備する構成としたが、単一の送信用超音波振動子２８ａのみで構成することも可能である。単一の送信用超音波振動子２８ａから超音波を発生する場合、伝搬する横波超音波Ｙおよび縦波超音波Ｘ１の振動方向は同相となる。
【００６０】
このため、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂで受信した縦波超音波Ｘ１は同相となる。しかし、受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの間の被検査材２１の対面に送信用超音波振動子２８ａを設ければ、送信用超音波振動子２８ａから被検査材２１の探傷面２１ａに垂直な方向に形成される横波超音波Ｙの伝搬中心線に対して、横波超音波Ｙの振動方向は線対称となる。
【００６１】
従って、超音波振動子１３ａと超音波振動子１３ｂで受信する横波超音波Ｙの振動方向は互いに逆向きとなる。このため、超音波振動子１３ａが受信した横波超音波Ｙの位相あるいは超音波振動子１３ｂが受信した横波超音波Ｙの位相のいずれか一方を反転させて加算すれば、横波超音波Ｙを強め合うことができる。
【００６２】
尚、超音波振動子１３ａ，１３ｂが受信した超音波の位相の一方を反転させて加算すると縦波超音波Ｘ１は互いに弱め合うこととなり、逆に位相を反転させないでそのまま加算すると、横波超音波Ｙは互いに弱め合う一方、縦波超音波Ｘ１は互いに強め合うこととなる。
【００６３】
図２は本発明に係る超音波探傷装置の第２の実施形態を示す構成図であり、図３は、図２に示す超音波探蝕子Ａが具備する複数の超音波振動子３５ａの配置方法を示す正面図である。
【００６４】
尚、図１に示す第１の実施形態による超音波探傷装置２０と同一の構成要素には同符号を付す。
【００６５】
超音波探傷装置２０Ａは、超音波反射型の探傷装置であり時間制御装置２４に信号ケーブル２５を介して複数の正パルス発生器２６および負パルス発生器２７を並列にそれぞれ設け、さらにこれら正パルス発生器２６および負パルス発生器２７を、信号ケーブル２５を介して単一の超音波探触子４０に接続した構成である。
【００６６】
時間制御装置２４に複数の信号ケーブル２５が設けられ、各信号ケーブル２５はそれぞれ時間遅延回路４１に接続される。さらに各時間遅延回路４１において信号ケーブル２５は分岐され、一方は正パルス発生器２６に、他方は負パルス発生器２７にそれぞれ接続される。
【００６７】
一方、超音波探触子４０は内部に複数の超音波振動子４２ａ，４２ｂを有する。図２および図３の例では、超音波振動子４２ａ，４２ｂは例えば１６個設けられる。各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、被検査材２１の探傷面２１ａに接触して、その内部に超音波を送信するための接触面をそれぞれ有する。そして、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、それぞれの接触面が共通の面上となるように整列配置される。
【００６８】
また、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、２個を１組としてペア組を構成し、各ペア組同士は所定の間隔ｐを有する位置に配置される。このため、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、例えば２列に整列される。さらに、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは接触面に垂直な方向に予め分極され、分極方向は全て同じ方向とされる。
【００６９】
そして、各正パルス発生器２６および負パルス発生器２７は、信号ケーブル２５を介して超音波探触子４０の内部に設けられた超音波振動子４２ａ，４２ｂにそれぞれ個別に接続される。このとき、超音波探触子４０の内部に設けられたペア組の一方の超音波振動子４２ａは正パルス発生器２６に接続され、ペア組の他方の超音波振動子４２ｂは負パルス発生器２７に接続される。すなわち、一方の列の超音波振動子４２ａは全て正パルス発生器２６に接続され、他方の列の超音波振動子４２ｂは全て負パルス発生器２７に接続される。
【００７０】
さらに、超音波探触子４０は、各超音波振動子４２ａ，４２ｂの接触面が音響カプラとしてのカプラント３０を介して面接触するように被検査材２１の探傷面２１ａに設けられる。このため、各超音波振動子４２ａ，４２ｂの分極方向は被検査材２１の探傷面２１ａに垂直でかつ互いに同方向となる。
【００７１】
また、各超音波振動子４２ａ，４２ｂと正パルス発生器２６あるいは負パルス発生器２７との間の各信号ケーブル２５にはそれぞれ分岐部４３が設けられ、これらの分岐部４３から信号ケーブル２５が分岐してそれぞれアンプ４４に接続される。
【００７２】
各アンプ４４は、それぞれ信号ケーブル２５を介して信号加算器３３に接続される。ただし、共通の時間遅延回路４１から分岐してペア組の超音波振動子４２ａ，４２ｂとともに接続された２つのアンプ４４は、共通の信号加算器３３に接続される。すなわち、各時間遅延回路４１および超音波振動子４２ａ，４２ｂの各ペア組に対応する同数の信号加算器３３が設けられる。
【００７３】
さらに、各信号加算器３３は信号ケーブル２５を介して共通の信号処理装置４５と接続され、信号処理装置４５は信号ケーブル２５を介して波形表示装置３４と接続される。
【００７４】
また、各時間遅延回路４１は、それぞれ信号処理装置４５に接続される。
【００７５】
尚、各信号加算器３３および信号処理装置４５は一体として構成してもよく、両者で信号処理系が形成される。
【００７６】
次に超音波探傷装置２０Ａの作用を説明する。
【００７７】
超音波探傷装置２０Ａを被検査材２１の探傷面２１ａ上に音響カプラであるカプラント３０を介して設置する。続いて超音波探傷装置２０Ａを作動させる。超音波探傷装置２０Ａの作動により、時間制御装置２４は、各時間遅延回路４１にトリガパルスを伝送する。
【００７８】
さらに各時間遅延回路４１は、一定の時間遅延をトリガパルスに与え、正パルス発生器２６および負パルス発生器２７にそれぞれ伝送する。すなわち、ある１つの正パルス発生器２６および負パルス発生器２７がトリガパルスを受信してから、所定の時間経過後に隣接する別の正パルス発生器２６および負パルス発生器２７がトリガパルスを受信する。
【００７９】
また、各時間遅延回路４１は、各正パルス発生器２６および負パルス発生器２７にトリガパルスを送信する際の各遅延時間の値を信号処理装置４５にそれぞれ送信する。
【００８０】
各正パルス発生器２６および負パルス発生器２７は、時間遅延回路４１からトリガパルスを受信すると、正パルスおよび負パルスを一定の時間遅延を伴ってそれぞれ超音波振動子４２ａ，４２ｂに印加する。
【００８１】
そして、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、正パルス発生器２６あるいは負パルス発生器２７から正パルスあるいは負パルスが印加されると、振動して縦波超音波とともに遅れエコーである横波超音波を発生する。
【００８２】
この横波超音波は振動方向が被検査材２１の探傷面２１ａに水平であるため、ＳＨ波（水平偏波横波：Ｓｈｅａｒ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｗａｖｅ）となる。
【００８３】
図４は、図２に示す被検査材２１の探傷面２１ａにおける横波超音波の振動方向Ｂを示す図であり、図５は、図４に示すＣ−Ｃ断面の断面図である。
【００８４】
図４に示すように、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、２個を１組としてペア組を構成し、各ペア組同士は所定の間隔ｐを有する位置に例えば２列に整列配置される。
【００８５】
各超音波振動子４２ａ，４２ｂの分極方向は同方向であり、かつ一方の列の超音波振動子４２ａに印加されるパルスと他方の列の超音波振動子４２ｂに印加されるパルスの符号が逆であるため、双方の列の超音波振動子４２ａ，４２ｂが発生する横波超音波は互いに逆相となる。
【００８６】
このため、図１に示す超音波探傷装置２０と同様に、双方の列の各超音波振動子４２ａ，４２ｂが発生した横波超音波の振動方向Ｂは被検査材２１の探傷面２１ａに平行な同心円状となるが、重ね合さって双方の列の各超音波振動子４２ａ，４２ｂの間では振動方向Ｂがそれぞれ同一となり互いに強め合う。
【００８７】
すなわち、一方の列の各超音波振動子４２ｂから他方の列の各超音波振動子４２ａに向かう振動が一様に強調される。
【００８８】
図５に示すように各ＳＨ波は、一定間隔pで整列した各超音波振動子４２ａ，４２ｂから順に一定の時間遅延Δｔを伴って被検査材２１の探傷面２１ａから内部に向かって伝搬する。各ＳＨ波の振動方向Ｂは、図５において同方向かつ紙面に垂直な方向であり、例えば紙面の手前から紙面を貫通する向きである。
【００８９】
このため、被検査材２１の探傷面２１ａに水平な方向にフェーズドアレイが形成される。そして、各ＳＨ波は互いに干渉し、被検査材２１の探傷面２１ａの法線と一定の角度θとなる斜方向のＳＨ波となる。すなわち、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは斜方向のＳＨ波を送受信することができる。
【００９０】
ここで、超音波振動子４２ａ，４２ｂ間の距離をｐ（ｍ）、ＳＨ波の伝搬方向と被検査材２１の探傷面２１ａの法線とのなす角をθ（度）とし、さらに被検査材２１中の横波超音波の音速をＶｓ（ｍ／ｓｅｃ）、時間遅延回路４１におけるトリガパルスの遅延時間をΔｔ（ｓｅｃ）とすると、式（１）に示す公知のフェーズドアレイの関係式が成立する。 ［数１］
Δｔ＝（ｐ／Ｖｓ）ｓｉｎθ ……（１）
式（１）に示すように時間遅延回路４１におけるトリガパルスの遅延時間Δｔの値を制御することで、ＳＨ波の伝搬方向と被検査材２１の探傷面２１ａの法線とのなす角θを任意の角度とすることができる。
【００９１】
すなわち、超音波探触子４０は、ＳＨ波の伝搬方向を制御可能なフェーズドアレイ式の超音波探触子４０として機能する。
【００９２】
そして、各超音波振動子４２ａ，４２ｂから被検査材２１の内部に向かって斜方向に発生したＳＨ波は、被検査材２１内部を伝搬して、超音波探触子４０が設けられない側の面、あるいは内部欠陥で反射して再び、各超音波振動子４２ａ，４２ｂに到達する。
【００９３】
さらに、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、被検査材２１内で反射したＳＨ波を受信して電気信号に変換し、信号ケーブル２５を介してそれぞれアンプ４４に送信する。そして、これらアンプ４４において、電気信号に変換されたＳＨ波は増幅され、共通の信号加算器３３に送信される。
【００９４】
ただし、信号加算器３３に送信された各電気信号は時間遅延回路４１が設定した一定の遅延時間を伴う。そこで信号加算器３３は、各時間遅延回路４１から受信した各遅延時間の値を参照して、同時刻に同相となるように遅延時間による位相差を補正してから各電気信号を加算して合成する。
【００９５】
そして、信号加算器３３において加算されたＳＨ波の電気信号は、波形表示装置３４に送信され、波形表示装置３４において、時間を軸として波形表示される。さらに、波形表示装置３４に表示された波形表示を分析して欠陥の有無を判定する。
【００９６】
すなわち超音波探傷装置２０Ａでは、複数の超音波振動子４２ａ，４２ｂを２列に整列配置して構成した超音波探触子４０を使用して、一定の遅延時間を伴うパルスを印加することで被検査材２１の探傷面２１ａに水平方向のフェーズドアレイを形成し、被検査材２１内の任意の方向にＳＨ波を強め合うように送受信することにより被検査材２１内部を探傷する構成である。
【００９７】
超音波探傷装置２０Ａでは、ＳＨ波を被検査材２１内に照射するため、モード変換を伴わない探傷を実施することができる。このため、異材継手部等の従来適用が困難であった部位の探傷が可能となり、配管や圧力容器等の構成部材の信頼性を向上させることができる。
【００９８】
また、超音波探傷装置２０Ａは、図１に示す超音波探傷装置２０と同様に、従来使用される縦波用の超音波振動子４２ａ，４２ｂと低粘性のカプラント３０を使用して発生する横波超音波９ａを利用するため、横波用圧電セラミックを利用して横波超音波９ａを発生させる場合に比べて短時間で超音波エコーが安定し、かつ超音波振動子４２ａ，４２ｂの移動を容易とすることができる。
【００９９】
尚、図２の例では、超音波振動子４２ａ，４２ｂの数を１６個として、８つのペア組を形成する８チャンネルの超音波探蝕子で構成したが、８チャンネルに限らず例えば４チャンネル、１６チャンネル、３２チャンネル等の任意数のチャンネルとしてもよい。
【０１００】
図６は本発明に係る超音波探傷装置の第３の実施形態を示す構成図である。
【０１０１】
図６に示された、超音波探傷装置２０Ｂでは、図２に示す第２の実施形態による超音波探傷装置２０Ａと同等の構成であるが、時間遅延回路４１が設定する遅延時間およびＳＨ波の伝搬方向が異なる。このため超音波探傷装置２０Ｂの構成および同一の作用については図示および説明を省略する。
【０１０２】
超音波探傷装置２０Ｂでは、時間遅延回路４１が設定する遅延時間は、ＳＨ波が被検査材２１の探傷面２１ａを伝搬するように設定される。すなわち、式（１）において、θ＝９０度となるように遅延時間Δｔが時間遅延回路４１において設定される。従って、時間遅延回路４１が設定する遅延時間は、式（２）で示される。
［数２］
Δｔ＝（ｐ／Ｖｓ） ……（２）
式（２）の条件を満たすＳＨ波は、振動方向が被検査材２１の探傷面２１ａに平行でありかつ被検査材２１の探傷面２１ａに沿って伝搬するいわゆる表面ＳＨ波となる。このため、超音波探傷装置２０Ｂでは表面ＳＨ波の送受信が可能となる。
【０１０３】
被検査材２１は、例えば板状の母材５０を付き合わせて溶接され、凸状の溶接ビード５１が形成される。表面ＳＨ波は、被検査材２１の母材５０の表面に平行な方向に伝搬するため、溶接ビード５１内の表面近傍に欠陥５２がある場合、この欠陥５２で表面ＳＨ波が反射する。このため、表面ＳＨ波を利用する検査では、溶接ビード５１内部の欠陥５２の検出が可能となる。
【０１０４】
従来、被検査材２１の欠陥５２を検出するためにレーリ波（表面波）Ｚが利用される。しかし、レーリ波Ｚを溶接ビード５１が形成された溶接部材の検査に適用すると、レーリ波Ｚは凸状である溶接ビード５１の内部ではなく表面に沿って伝搬するため、レーリ波Ｚを利用する検査方法では、溶接ビート５１内部の欠陥５２の検出は困難であった。
【０１０５】
しかし、超音波探傷装置２０Ｂでは、溶接部材の検査に溶接ビード５１内においても、伝搬方向が変わらずに母材５０の表面に平行な方向に伝搬する表面ＳＨ波を利用するため、溶接ビード５１内部の欠陥５２の検出を可能とすることができる。このため、溶接された配管や圧力容器等の溶接部の内部欠陥の検出が可能となり、溶接を伴う構成部材の信頼性を向上させることができる。
【０１０６】
また、超音波探傷装置２０Ｂは、図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同様に、従来使用される縦波用の超音波振動子４２ａ，４２ｂと低粘性のカプラント３０を使用して発生する横波超音波９ａを利用するため、横波用圧電セラミックを利用して横波超音波９ａを発生させる場合に比べて短時間で超音波エコーが安定し、かつ超音波振動子４２ａ，４２ｂの移動を容易とすることができる。
【０１０７】
図７は本発明に係る超音波探傷装置の第４の実施形態を示す構成図である。
【０１０８】
図７に示された、超音波探傷装置２０Ｃでは、図１に示す第１の実施形態による超音波探傷装置２０に対し、超音波送信系２２Ａの構成および超音波受信系２３Ａが具備する受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐが相違している。超音波探傷装置２０Ｃの他の構成は図１に示された超音波探傷装置２０と実質的に異ならないため、同一の構成については図１に示す第１の実施形態による超音波探傷装置２０と同符号を付して説明する。
【０１０９】
超音波探傷装置２０Ｃの超音波送信系２２Ａは、時間制御装置２４に信号ケーブル２５を介して単一のパルス発生器６０を設け、このパルス発生器６０に並列に２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂを信号ケーブル２５を介して接続した構成である。
【０１１０】
尚、パルス発生器６０は正パルス発生器２６あるいは負パルス発生器２７のいずれでもよい。
【０１１１】
送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂは、予め各接触面２９，２９に垂直な方向に分極され、それぞれ被検査材２１の一方の面である探傷面２１ａに接触面２９，２９が接するように設けられる。さらに、被検査材２１と送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂとの隙間には、油あるいはグリセリン等の低粘性の液体で構成されるカプラント３０が塗布される。
【０１１２】
このとき、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの分極方向Ｐは互いに逆向きとされる。図７の例では、一方の送信用超音波振動子２８ａの分極方向Ｐは、被検査材２１の探傷面２１ａからパルス発生器６０側に向かう方向であり、他方の送信用超音波振動子２８ｂの分極方向Ｐは、パルス発生器６０側から被検査材２１の探傷面２１ａに向かう方向である。
【０１１３】
一方、超音波受信系２３Ａの構成は、図１に示す超音波探傷装置２０と同等であるが、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐが異なる。
【０１１４】
すなわち、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐは互いに逆方向とされる。図７の例では、一方の受信用超音波振動子３１ａの分極方向Ｐは、アンプ３２ａ側から被検査材２１の探傷面２１ａに向かう方向であり、他方の受信用超音波振動子３１ｂの分極方向Ｐは、被検査材２１の探傷面２１ａからアンプ３２ｂ側に向かう方向である。
【０１１５】
次に超音波探傷装置２０Ｃの作用を説明する。
【０１１６】
超音波探傷装置２０Ｃを被検査材２１の探傷面２１ａ上に音響カプラであるカプラント３０を介して設置する。続いて超音波探傷装置２０Ｃを作動させる。超音波探傷装置２０Ｃの作動により、時間制御装置２４から、所定の時間間隔でトリガパルスがパルス発生器６０に送信され、さらにパルス発生器６０はトリガパルスの時間間隔に応じた正あるいは負の同相のパルスを各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂに印加させる。
【０１１７】
送信用超音波振動子２８ａは、パルス発生器６０から例えば正パルスが印加されると、縦波超音波Ｘ１とともに遅れエコーである横波超音波９ａを発生する一方、送信用超音波振動子２８ｂは、送信用超音波振動子２８ａと同様に、パルス発生器６０から例えば正パルスが印加されると、縦波超音波Ｘ２とともに遅れエコーである横波超音波９ｂを発生する。
【０１１８】
そして、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂから発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂは、それぞれ各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂからカプラント３０を介して被検査材２１の内部に放射状方向に伝搬する。
【０１１９】
このとき、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの分極方向Ｐが共に逆方向であり、かつそれぞれ印加されるパルスの正負が同相であるため、送信用超音波振動子２８ａが発生する縦波超音波Ｘ１の振動方向Ａ１と送信用超音波振動子２８ｂが発生する縦波超音波Ｘ２の振動方向Ａ２とは、互いに逆相となる。
【０１２０】
例えば、送信用超音波振動子２８ａが発生する縦波超音波Ｘ１は、送信用超音波振動子２８ａから伝搬方向と平行な方向の引張応力を被検査材２１に発生させる縦波超音波Ｘ１となる。一方、送信用超音波振動子２８ｂが発生する縦波超音波Ｘ２は、送信用超音波振動子２８ｂから伝搬方向と平行な方向の圧縮応力を被検査材２１に発生させる縦波超音波Ｘ２となる。
【０１２１】
同様に、遅れエコーである送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波９ａの振動方向Ｂ１と送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波９ｂの振動方向Ｂ２とは、互いに逆相となる。
【０１２２】
例えば、送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波９ａは、送信用超音波振動子２８ａから伝搬方向と垂直な方向の圧縮応力を被検査材２１に発生させる。一方、送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波９ｂは、送信用超音波振動子２８ｂから伝搬方向と垂直な方向の引張応力を被検査材２１に発生させる横波超音波９ｂとなる。
【０１２３】
すなわち、２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの間においては、送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波９ａの振動方向Ｂ１と送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波９ｂの振動方向Ｂ２とは互いに同じ方向となる。このため、２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの間においては、送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波９ａと送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波９ｂとは波の干渉により互いに強め合って重ね合わさり、各横波超音波９ａ，９ｂの減衰が抑制される。
【０１２４】
さらに、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した横波超音波９ａ，９ｂは互いに振動を強め合いながら、被検査材２１の内部を各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂに向かって伝搬する。
【０１２５】
同様に、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２は、被検査材２１の内部を各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂに向かって伝搬する。
【０１２６】
そして、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂは、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂが接する面に到達し、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂで受信されて電気信号に変換される。
【０１２７】
ここで、縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂは各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂにおいて同時に受信される。さらに、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐは逆方向であるため、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂにおける各縦波超音波Ｘ１，Ｘ２を変換した電気信号の位相は互いに同相となる。
【０１２８】
すなわち、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂ近傍および被検査材２１の内部においては各縦波超音波Ｘ１，Ｘ２の位相は逆相であるが、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐは逆方向であるため、縦波超音波Ｘ１，Ｘ２を電気信号に変換する際、一方の電気信号が反転する。このため、各縦波超音波Ｘ１，Ｘ２を変換した電気信号の位相は互いに同相となる。
【０１２９】
同様に、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂが横波超音波９ａ，９ｂを変換して得られた電気信号の位相も互いに同相となる。
【０１３０】
さらに、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂが受信した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂは、それぞれアンプ３２ａ，３２ｂに電気信号として送信され、各アンプ３２ａ，３２ｂにおいてそれぞれ増幅される。
【０１３１】
各アンプ３２ａ，３２ｂにおいてそれぞれ増幅された縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂの電気信号は、共通の信号加算器３３に送信される。この信号加算器３３において同相の縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂの各電気信号は加算され、加算縦波超音波と加算横波超音波とが得られる。
【０１３２】
さらに、信号加算器３３は、加算縦波超音波と加算横波超音波とを波形表示装置３４に送信し、この波形表示装置３４において、時間を軸として加算縦波超音波と加算横波超音波とがそれぞれ波形表示される。そして、この加算縦波超音波と加算横波超音波とを分析して被検査材２１内部における欠陥の有無の判定あるいは板厚測定が実施される。
【０１３３】
すなわち超音波探傷装置２０Ｃでは、パルス発生器６０から正または負の同相のパルスを２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂに印加し、かつ送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの分極方向Ｐを互いに逆方向とすることで、図１に示す超音波探傷装置２０と同様な、縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂを被検査材２１の内部に発生させる構成である。
【０１３４】
このため、超音波探傷装置２０Ｃでは、図１に示す超音波探傷装置２０と同様な効果に加えてパルス発生器６０の単一化が可能となりより簡易で安価な構成にすることができる。
【０１３５】
さらに、超音波探傷装置２０Ｃは、２つの受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐを逆方向にすることで電気信号に変換する際、縦波超音波Ｘ１，Ｘ２の一方の位相および横波超音波９ａ，９ｂの一方の位相をそれぞれ反転させ同相とする構成である。
【０１３６】
このため、超音波探傷装置２０Ｃでは、信号加算器３３において縦波超音波Ｘ１，Ｘ２の一方の位相および横波超音波９ａ，９ｂの一方の位相を反転する必要がなく、そのまま加算するのみで縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂを増幅させることができる。
【０１３７】
尚、超音波探傷装置２０Ｃでは、２つの受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐを逆方向にしたが、図１に示す超音波探傷装置２０と同様に２つの受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐを同方向として、さらに信号加算器３３において縦波超音波Ｘ１，Ｘ２の一方の位相および横波超音波９ａ，９ｂの一方の位相を反転して加算する構成としてもよい。
【０１３８】
図８は本発明に係る超音波探傷装置の第５の実施形態を示す構成図である。
【０１３９】
図８に示された、超音波探傷装置２０Ｄでは、図２に示す第２の実施形態の超音波探傷装置２０Ａに対し、正パルス発生器２６と負パルス発生器２７を共に同符号のパルス発生器７０とした点および超音波探触子４０Ａが具備する超音波振動子４２ａ，４２ｂの分極方向が相違する。他の構成については図２に示された超音波探傷装置２０Ａと実質的に同じ構成であるため同一の構成については同符号を付して説明を省略する。
【０１４０】
超音波探傷装置２０Ｄでは、図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同様に、時間制御装置２４に接続される複数の信号ケーブル２５が時間遅延回路４１に導かれ、この時間遅延回路４１において各信号ケーブル２５は２つの信号ケーブル２５に分岐される。そして、時間遅延回路４１において分岐された全ての信号ケーブル２５はそれぞれパルス発生器７０に接続される。
【０１４１】
各パルス発生器７０は正あるいは負のパルスを発生させるが、各パルス発生器７０は互いに同符号のパルスを発生させるように構成される。
【０１４２】
また、各時間遅延回路４１は、それぞれ信号処理系の一部である信号処理装置４５に接続される。
【０１４３】
一方、超音波探触子４０Ａの構成は図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同等であり、図８のように超音波探触子４０Ａの内部には例えば１６個の超音波振動子４２ａ，４２ｂが２列に整列して被検査材２１の探傷面２１ａに面接触するように設けられる。
【０１４４】
また、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは接触面に垂直な方向に予め分極されるが、分極方向は被検査材２１の探傷面２１ａに垂直でかつ一方の列と他方の列とで互いに逆向きとされる。例えば、一方の列の各超音波振動子４２ａの分極方向は信号ケーブル２５側から被検査材２１の探傷面２１ａに向かう方向であり、他方の列の各超音波振動子４２ｂの分極方向は、被検査材２１の探傷面２１ａから信号ケーブル２５側に向かう方向である。
【０１４５】
次に超音波探傷装置２０Ｄの作用について説明する。
【０１４６】
超音波探傷装置２０Ｄを被検査材２１の探傷面２１ａ上に音響カプラであるカプラント３０を介して設置する。続いて超音波探傷装置２０Ｄを作動させる。超音波探傷装置２０Ｄの作動により、時間制御装置２４は、各時間遅延回路４１にトリガパルスを伝送する。
【０１４７】
さらに各時間遅延回路４１は、一定の時間遅延の値を設定し、この時間遅延に相当する時間間隔でトリガパルスを順次パルス発生器７０にそれぞれ伝送する。このとき、各時間遅延回路４１は、各パルス発生器７０にトリガパルスを送信する際の各遅延時間の値を信号処理装置４５にそれぞれ送信する。
【０１４８】
各パルス発生器７０は、時間遅延回路４１からトリガパルスを受信すると、正パルスあるいは負パルスを一定の時間遅延を伴ってそれぞれ順次超音波振動子４２ａ，４２ｂに印加する。このため、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは振動して縦波超音波とともに遅れエコーである横波超音波を発生し、図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同様なフェーズドアレイが形成されて式（１）の関係を満たす方向にＳＨ波が送信される。
【０１４９】
また、各超音波振動子４２ａ，４２ｂに印加するパルスは同符号であり、かつ一方の列に属する超音波振動子４２ａの分極方向と他方の列に属する超音波振動子４２ｂの分極方向とは互いに逆向きである。このため、双方の列の超音波振動子４２ａ，４２ｂが発生する横波超音波は互いに逆相となって干渉し、ＳＨ波は重ね合わさって強め合う。
【０１５０】
そして、各超音波振動子４２ａ，４２ｂから被検査材２１の内部に向かって斜方向に発生したＳＨ波は、被検査材２１内部を伝搬して、超音波探触子４０Ａが設けられない側の面、あるいは内部欠陥で反射して再び、各超音波振動子４２ａ，４２ｂに到達する。
【０１５１】
さらに、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、被検査材２１内で反射したＳＨ波を受信して電気信号に変換し、さらにアンプ４４を経由して増幅され、共通の信号加算器３３に送信される。
【０１５２】
このとき、各列の超音波振動子４２ａ，４２ｂの分極方向は互いに逆向きであり、かつ印加されたパルスが同符号であるため、各超音波振動子４２ａ，４２ｂが変換した電気信号は互いに同相となる。
【０１５３】
そして、信号加算器３３において、ペア組をなす超音波振動子４２ａ，４２ｂから受信した同相の電気信号が加算され、さらに信号処理装置４５に送信される。
【０１５４】
ここで、信号処理装置４５に送信された各電気信号は時間遅延回路４１が設定した一定の遅延時間を伴う。そこで信号処理装置４５は、各時間遅延回路４１から受信した各遅延時間の値を参照して、同時刻に受信したものとみなせるように遅延時間による位相差を補正してから各電気信号を加算して合成する。
【０１５５】
そして、信号処理装置４５において加算されたＳＨ波の電気信号は、波形表示装置３４に送信され、波形表示装置３４において、時間を軸として波形表示される。さらに、波形表示装置３４に表示された波形表示を分析して欠陥の有無を判定する。
【０１５６】
すなわち超音波探傷装置２０Ｄでは、正パルス発生器２６と負パルス発生器２７の代わりに同符号のパルスを発生させるパルス発生器７０を設ける一方、超音波探触子４０Ａが具備するペア組の超音波振動子４２ａ，４２ｂの分極方向を互いに逆向きとすることで、図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同様なＳＨ波を被検査材２１内部に送受信させて、被検査材２１内部を探傷する構成である。
【０１５７】
このため超音波探傷装置２０Ｄでは、図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同様な効果に加え、構成要素の種類数を減らすことができる。
【０１５８】
尚、図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同様に、信号処理装置４５および信号加算器３３は一体として構成してもよく、両者で信号処理系が形成される。
【０１５９】
尚、図６に示す超音波探傷装置２０Ｂと同様に、超音波探傷装置２０Ｄの時間遅延回路４１が設定する遅延時間を、ＳＨ波が被検査材２１の探傷面２１ａを伝搬するように設定することができる。すなわち、時間遅延回路４１が設定する遅延時間を式（２）で示される関係を有する遅延時間とすると、ＳＨ波は、被検査材２１の探傷面２１ａに沿って伝搬し、振動方向が被検査材２１の探傷面２１ａに平行となるいわゆる表面ＳＨ波となる。
【０１６０】
このため、超音波探傷装置２０Ｄでは図６に示す超音波探傷装置２０Ｂと同等な作用および効果が得られるのみならず、構成要素の種類の数を減らすことができる。
【０１６１】
尚、図８の例では、超音波振動子４２ａ，４２ｂの数を１６個として、８つのペア組を形成する８チャンネルの超音波探蝕子で構成したが、８チャンネルに限らず例えば１６チャンネル、３２チャンネル等の任意数のチャンネルとしてもよい。
【０１６２】
図９は、本発明に係る超音波探傷装置の第６の実施形態を示す構成図である。
【０１６３】
図９示された、超音波探傷装置２０Ｅは、図８に示す第５の実施形態による超音波探傷装置２０Ｄに対し、超音波探蝕子４０Ｂが具備する超音波振動子４２ａの構成、パルス発生器７０の数、信号加算器３３を具備しない点および信号ケーブル２５の接続方法が相違する。超音波探傷装置２０Ｅのそれ以外の構成は、図８に示された超音波探傷装置２０Ｄの構成と実質的に異ならないため、同一の構成については超音波探傷装置２０Ｄと同符号を付して説明を省略する。
【０１６４】
超音波探傷装置２０Ｅでは、図８に示す超音波探傷装置２０Ｄと同様に、時間制御装置２４に接続される複数の信号ケーブル２５がそれぞれ時間遅延回路４１に導かれる。各時間遅延回路４１はそれぞれ個別のパルス発生器７０に接続される。
【０１６５】
このパルス発生器７０は正あるいは負のパルスを発生させるが、各パルス発生器７０は互いに同符号のパルスを発生させるように構成される。
【０１６６】
また、各時間遅延回路４１は、それぞれ信号処理系の一例である信号処理装置４５に接続される。
【０１６７】
一方、超音波探触子４０Ｂの内部には複数の８個の超音波振動子４２ａが１列に整列して被検査材２１の探傷面２１ａに面接触するように設けられる。各超音波振動子４２ａは接触面に対して垂直な方向に予め分極され、分極方向は互いに同方向とされる。
【０１６８】
そして、各パルス発生器７０は、信号ケーブル２５を介して超音波探触子４０Ｂの内部に設けられた超音波振動子４２ａにそれぞれ個別に接続される。
【０１６９】
また、各超音波振動子４２ａと各パルス発生器７０とを接続する信号ケーブル２５には分岐部４３がそれぞれ設けられ、この分岐部４３から分岐した各信号ケーブル２５は、それぞれアンプ４４を経由して共通の信号処理装置４５に接続される。
【０１７０】
次に超音波探傷装置２０Ｅの作用について説明する。
【０１７１】
超音波探傷装置２０Ｅを被検査材２１の探傷面２１ａ上に音響カプラであるカプラント３０を介して設置する。続いて超音波探傷装置２０Ｅを作動させる。超音波探傷装置２０Ｅの作動により、時間制御装置２４は、各時間遅延回路４１にトリガパルスを伝送する。
【０１７２】
さらに各時間遅延回路４１は、一定の時間遅延の値を設定し、この時間遅延に相当する時間間隔でトリガパルスを順次パルス発生器７０にそれぞれ伝送する。このとき、各時間遅延回路４１は、各パルス発生器７０にトリガパルスを送信する際の各遅延時間の値を信号処理装置４５にそれぞれ送信する。
【０１７３】
各パルス発生器７０は、時間遅延回路４１からトリガパルスを受信すると、同符号のパルス例えば正パルスを一定の時間遅延を伴ってそれぞれ順次超音波振動子４２ａに印加する。このため、各超音波振動子４２ａは、振動して縦波超音波とともに遅れエコーである横波超音波を発生し、被検査材２１の探傷面２１ａに水平方向にフェーズドアレイが形成される。
【０１７４】
このため、各超音波振動子４２ａからＳＨ波が式（１）の関係を満たす方向にそれぞれ送信される。
【０１７５】
そして、各超音波振動子４２ａから被検査材２１の内部に向かって斜方向に発生したＳＨ波は、被検査材２１内部を伝搬して、超音波探触子４０Ｂが設けられない側の面、あるいは内部欠陥で反射して再び、各超音波振動子４２ａに到達する。
【０１７６】
さらに、各超音波振動子４２ａは、被検査材２１内で反射したＳＨ波を受信して電気信号に変換し、さらにアンプ４４を経由して増幅され、共通の信号処理装置４５に送信される。
【０１７７】
ただし、信号処理装置４５に送信された各電気信号は時間遅延回路４１が設定した一定の遅延時間を伴う。そこで信号処理装置４５は、各時間遅延回路４１から受信した各遅延時間の値を参照して、同時刻に同相となるように遅延時間による位相差を補正してから各電気信号を加算して合成する。
【０１７８】
そして、信号処理装置４５において加算されたＳＨ波の電気信号は、波形表示装置３４に送信され、波形表示装置３４において、時間を軸として波形表示される。さらに、波形表示装置３４に表示された波形表示を分析して欠陥の有無を判定する。
【０１７９】
すなわち超音波探傷装置２０Ｅは、一列に整列させた複数の超音波振動子４２ａに同符号のパルスを一定の時間遅延を伴って印加することでフェーズドアレイを形成して斜方向のＳＨ波の送受信を可能とする構成である。
【０１８０】
このため、超音波探傷装置２０Ｅでは、被検査材２１の探傷の際にモード変換を伴わず、より正確な検査を実施できるとともに、超音波探傷装置２０Ｄよりもパルス発生器７０および超音波振動子４２ａ，４２ｂの数を減らすことが可能であるため装置を簡易化することができる。
【０１８１】
また、超音波探傷装置２０Ｅは、従来使用される縦波用の超音波振動子４２ａと低粘性のカプラント３０を使用して発生するＳＨ波を利用するため、横波用圧電セラミックを利用してＳＨを発生させる場合に比べて短時間で超音波エコーが安定し、かつ超音波振動子４２ａの移動を容易とすることができる。
【０１８２】
尚、図６に示す超音波探傷装置２０Ｂと同様に、超音波探傷装置２０Ｅの時間遅延回路４１が設定する遅延時間を、ＳＨ波が被検査材２１の探傷面２１ａを伝搬するように設定することができる。すなわち、時間遅延回路４１が設定する遅延時間を式（２）で示される関係を有する遅延時間とすると、ＳＨ波は、被検査材２１の探傷面２１ａに沿って伝搬し、振動方向が被検査材２１の探傷面２１ａに平行となるいわゆる表面ＳＨ波のモードとなる。
【０１８３】
このため、超音波探傷装置２０Ｅでは図６に示す超音波探傷装置２０Ｂと同等な作用および効果に加えさらに構成要素を減らして簡易化することができる。
【０１８４】
尚、図９の例では、超音波振動子４２ａの数を８個として、８チャンネルの超音波探蝕子で構成したが、８チャンネルに限らず例えば１６チャンネル、３２チャンネル等の任意数のチャンネルとしてもよい。
【０１８５】
また、各実施形態の超音波探傷装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅにおいて、電気信号を増幅する必要がない場合はアンプ３２ａ，３２ｂ，４４を設けなくてもよい。さらに、電気信号を波形表示せずに数値として表示する構成とすることも可能であり、この場合は波形表示装置３４を必ずしも設けなくてもよい。
【０１８６】
また、図２に示す超音波探傷装置２０Ａ、図８に示す超音波探傷装置２０Ｄおよび図９に示す超音波探傷装置２０Ｅにおいて、時間制御装置２４と時間遅延回路４１とは一体に構成してもよく、また超音波振動子４２ａ，４２ｂと接続される信号ケーブル２５は分岐部４３で２つの信号ケーブル２５，２５に分岐する構成としたが個別に設ける構成としても信号の送信あるいは受信が可能な接続形態であればよい。
【０１８７】
また、図１に示す超音波探傷装置２０および図７に示す超音波探傷装置２０Ｃにおいて、送信用超音波振動子および受信用超音波振動子の数は１つあるいは２つに限らない。すなわち、隣接する送信用超音波振動子および受信用超音波振動子が送受信する横波超音波が互いに強め合うように構成されれば任意数設ける構成としてもよい。
【０１８８】
例えば、隣接する送信用超音波振動子および受信用超音波振動子の分極方向Ｐの向きが互いに逆方向となるように複数個整列させ、かつ各送信用超音波振動子および各受信用超音波振動子に印加するパルスを号符号とする構成、あるいは分極方向Ｐが同方向となるように複数の送信用超音波振動子および受信用超音波振動子を整列させ、かつ隣接する送信用超音波振動子および受信用超音波振動子に印加するパルスを互いに逆符号とする構成としてもよい。
【０１８９】
また、図２に示す超音波探傷装置２０Ａおよび図８に示す超音波探傷装置２０Ｄにおいて、超音波振動子の列は２列に限らない。すなわち、隣接する列に属する超音波振動子が送受信する横波超音波が互いに強め合うように構成されれば、超音波振動子の列を２列以上の複数列としてもよい。
【０１９０】
例えば、隣接する列に属する超音波振動子の分極方向Ｐの向きが互いに逆方向となるように複数列に亘り超音波振動子を整列させ、かつ各超音波振動子に印加するパルスを同符号とする構成、あるいは超音波振動子の分極方向Ｐが同方向となるように複数列に亘り超音波振動子を整列させ、かつ隣接する列に属する超音波振動子に印加するパルスを互いに異符号とする構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１９１】
【図１】本発明に係る超音波探傷装置の第１の実施形態を示す構成図。
【図２】本発明に係る超音波探傷装置の第２の実施形態を示す構成図。
【図３】図２に示す超音波探蝕子が具備する複数の超音波振動子の配置方法を示す正面図。
【図４】図２に示す被検査材の探傷面における横波超音波の振動方向を示す図。
【図５】図４に示すＣ−Ｃ断面の断面図。
【図６】本発明に係る超音波探傷装置の第３の実施形態を示す構成図。
【図７】本発明に係る超音波探傷装置の第４の実施形態を示す構成図。
【図８】本発明に係る超音波探傷装置の第５の実施形態を示す構成図。
【図９】本発明に係る超音波探傷装置の第６の実施形態を示す構成図。
【図１０】従来の超音波探傷装置の構成図。
【図１１】従来の超音波探傷装置の別の例を示す構成図。
【符号の説明】
【０１９２】
２０，２０A，２０B，２０C，２０D，２０E 超音波探傷装置
２１ 被検査材
２１ａ 探傷面
２２，２２Ａ 超音波送信系
２３，２３Ａ 超音波受信系
２４ 時間制御装置
２５ 信号ケーブル
２６ 正パルス発生器
２７ 負パルス発生器
２８ａ，２８ｂ 送信用超音波振動子
２９ 接触面
３０ カプラント
３１ａ，３１ｂ 受信用超音波振動子
３２ａ，３２ｂ アンプ
３３ 信号加算器
３４ 波形表示装置
３５ 接触面
４０，４０Ａ，４０Ｂ 超音波探触子
４１ 時間遅延回路
４２ａ，４２ｂ 超音波振動子
４３ 分岐部
４４ アンプ
４５ 信号処理装置
５０ 母材
５１ 溶接ビード
５２ 欠陥
６０ パルス発生器
７０ パルス発生器
Ｐ 分極方向
Ａ１，Ａ２ 縦波超音波の振動方向
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２ 横波超音波の振動方向
Ｘ１，Ｘ２ 縦波超音波の伝搬方向
Ｙ 横波超音波の伝搬方向
Ｚ レーリ波（表面波）の伝搬方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間遅延回路と、この時間遅延回路に信号ケーブルを介して接続されたパルス発生器と、このパルス発生器に信号ケーブルを介して接続された複数の超音波振動子を内部に整列配置した超音波探触子と、前記超音波振動子および前記時間遅延回路に信号ケーブルを介して接続された信号処理系とを具備し、前記超音波探触子は内部の前記超音波振動子が被検査材の探傷面に接するように設けられ、前記時間遅延回路は一定の時間遅延の値を設定して前記信号処理系および前記パルス発生器に与え、このパルス発生器は前記時間遅延を伴ってパルスを順次各超音波振動子に印加し、さらに各超音波振動子は前記被検査材の内部に前記時間遅延を伴って縦波超音波とともに遅れエコーとして横波超音波を発生させて前記被検査材の探傷面に対し一定の角度で伝搬しかつその振動方向が前記被検査材の探傷面に対し水平である水平偏波横波を形成して送信し、かつ前記被検査材の内部で反射した水平偏波横波を受信して電気信号に変換し前記信号処理系に与え、この信号処理系は前記時間遅延の値を参照して各水平偏波横波の受信時間を補正した後、加算して解析することにより被検査材の探傷あるいは板厚測定を行うように構成したことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項２】
前記パルス発生器は、正パルス発生器と負パルス発生器とにより構成され、前記正パルス発生器に接続される前記超音波振動子は同列に整列される一方、前記負パルス発生器に接続される前記超音波振動子は前記正パルス発生器に接続される前記超音波振動子の列に隣接する列に整列され、かつ各超音波振動子の分極方向を同一として、隣接する列の前記超音波振動子は互いに逆相の前記横波超音波および前記水平偏波横波をそれぞれ発生させてこれら前記横波超音波および前記水平偏波横波が各前記被検査材の内部において干渉により互いに強め合うように構成され、さらに隣接する列の一方の列の前記超音波振動子により受信され電気信号に変換された水平偏波横波の位相を前記信号処理系で反転して各水平偏波横波の位相を同相とするように構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
【請求項３】
前記超音波振動子は複数の列で整列配置され、同列の前記超音波振動子の分極方向は同一に構成される一方、隣接する列の前記超音波振動子の分極方向は互いに逆方向に構成され、双方の列の前記超音波振動子は互いに逆相の前記横波超音波および前記水平偏波横波をそれぞれ発生させてこれら前記横波超音波および前記水平偏波横波が各前記被検査材の内部において干渉により互いに強め合うように構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
【請求項４】
前記時間遅延回路は、遅延時間の値を可変設定し、前記水平偏波横波の伝搬方向を制御可能に構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
【請求項５】
前記時間遅延回路は、前記水平偏波横波の伝搬方向が前記被検査材の探傷面に沿う方向となる時間遅延の値を設定するように構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
【請求項６】
前記被検査材の探傷面と前記超音波振動子との間にカプラントを塗布したことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
【請求項７】
前記超音波振動子は、縦波用の超音波振動子であることを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
【請求項８】
前記信号処理系にアンプを設け、前記信号処理系が受信した電気信号を増幅して解析するように構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
【請求項９】
前記信号処理系に波形表示装置を設け、前記信号処理系が受信した電気信号を加算して得られた結果を波形表示するように構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
【請求項１】
時間遅延回路と、この時間遅延回路に信号ケーブルを介して接続されたパルス発生器と、このパルス発生器に信号ケーブルを介して接続された複数の超音波振動子を内部に整列配置した超音波探触子と、前記超音波振動子および前記時間遅延回路に信号ケーブルを介して接続された信号処理系とを具備し、前記超音波探触子は内部の前記超音波振動子が被検査材の探傷面に接するように設けられ、前記時間遅延回路は一定の時間遅延の値を設定して前記信号処理系および前記パルス発生器に与え、このパルス発生器は前記時間遅延を伴ってパルスを順次各超音波振動子に印加し、さらに各超音波振動子は前記被検査材の内部に前記時間遅延を伴って縦波超音波とともに遅れエコーとして横波超音波を発生させて前記被検査材の探傷面に対し一定の角度で伝搬しかつその振動方向が前記被検査材の探傷面に対し水平である水平偏波横波を形成して送信し、かつ前記被検査材の内部で反射した水平偏波横波を受信して電気信号に変換し前記信号処理系に与え、この信号処理系は前記時間遅延の値を参照して各水平偏波横波の受信時間を補正した後、加算して解析することにより被検査材の探傷あるいは板厚測定を行うように構成したことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項２】
前記パルス発生器は、正パルス発生器と負パルス発生器とにより構成され、前記正パルス発生器に接続される前記超音波振動子は同列に整列される一方、前記負パルス発生器に接続される前記超音波振動子は前記正パルス発生器に接続される前記超音波振動子の列に隣接する列に整列され、かつ各超音波振動子の分極方向を同一として、隣接する列の前記超音波振動子は互いに逆相の前記横波超音波および前記水平偏波横波をそれぞれ発生させてこれら前記横波超音波および前記水平偏波横波が各前記被検査材の内部において干渉により互いに強め合うように構成され、さらに隣接する列の一方の列の前記超音波振動子により受信され電気信号に変換された水平偏波横波の位相を前記信号処理系で反転して各水平偏波横波の位相を同相とするように構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
【請求項３】
前記超音波振動子は複数の列で整列配置され、同列の前記超音波振動子の分極方向は同一に構成される一方、隣接する列の前記超音波振動子の分極方向は互いに逆方向に構成され、双方の列の前記超音波振動子は互いに逆相の前記横波超音波および前記水平偏波横波をそれぞれ発生させてこれら前記横波超音波および前記水平偏波横波が各前記被検査材の内部において干渉により互いに強め合うように構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
【請求項４】
前記時間遅延回路は、遅延時間の値を可変設定し、前記水平偏波横波の伝搬方向を制御可能に構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
【請求項５】
前記時間遅延回路は、前記水平偏波横波の伝搬方向が前記被検査材の探傷面に沿う方向となる時間遅延の値を設定するように構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
【請求項６】
前記被検査材の探傷面と前記超音波振動子との間にカプラントを塗布したことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
【請求項７】
前記超音波振動子は、縦波用の超音波振動子であることを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
【請求項８】
前記信号処理系にアンプを設け、前記信号処理系が受信した電気信号を増幅して解析するように構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
【請求項９】
前記信号処理系に波形表示装置を設け、前記信号処理系が受信した電気信号を加算して得られた結果を波形表示するように構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−１３９３２５（Ｐ２００８−１３９３２５Ａ）
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７１０３（Ｐ２００８−７１０３）
【出願日】平成２０年１月１６日（２００８．１．１６）
【分割の表示】特願２００２−３５８２３０（Ｐ２００２−３５８２３０）の分割
【原出願日】平成１４年１２月１０日（２００２．１２．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１６日（２００８．１．１６）
【分割の表示】特願２００２−３５８２３０（Ｐ２００２−３５８２３０）の分割
【原出願日】平成１４年１２月１０日（２００２．１２．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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