本申請是申請?zhí)枮?01410636366.8，申請日為2014年11月6日，發(fā)明名稱為“超聲波探傷傳感器以及超聲波探傷方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。

本發(fā)明涉及使用了發(fā)送用傳感器和接收用傳感器的超聲波探傷傳感器以及超聲波探傷方法。

背景技術(shù)：

最初，說明一般的相控陣列超聲波探傷方法(以下將超聲波探傷記載為ut(ultrasonictesting))的原理。如圖8所示，構(gòu)成ut傳感器的長方體的超聲波元件(以下記述為元件)成為平行排列。通過調(diào)整元件之間的超聲波發(fā)出開始時間差(以下記述為延遲時間)而使超聲波同時到達焦點，提高焦點的聲壓來進行探傷。通過調(diào)整延遲時間來變更焦點位置，掃描超聲波。

由該結(jié)構(gòu)構(gòu)成的陣列傳感器的元件間距的制約因子如下所述。在使主瓣(mainlobe，以下記述為ml)收斂于焦點時，如圖9所示，除了ml以外，還產(chǎn)生超聲波的相位對齊的柵瓣(gratinglobe，以下記述為gl)。通過數(shù)學式(1)記述gl相對ml的發(fā)生角δφ(例如，參照非專利文獻1的p.3的第16行)。

2d·sinδφ＝n·λ數(shù)學式(1)

此處，

d：元件間距[mm]

n：整數(shù)

λ：超聲波波長[mm]。

在gl的入射方向上有反射源的情況下，發(fā)生誤識別為ml的反射波的偽信號。因此，傳感器的元件間距d被限定于不發(fā)生用數(shù)學式(2)記述的gl的范圍。

n·λ÷2d＝sinθ>1

d<λ÷2(n＝1)數(shù)學式(2)

另一方面，作為利用傳感器面積擴大的相控陣列ut的靈敏度提高方法，已知使超聲波元件間距成為λ/2以上的傳感器(例如參照專利文獻1)。另外，已知組合了相對檢查對象的設(shè)置角不同的多個陣列傳感器的超聲波探測器(例如參照專利文獻2)。

【專利文獻1】日本特開2009-293980號公報

【專利文獻2】日本特開2013-42974號公報

【非專利文獻1】http：//www.mlit.go.jp/chosahokoku/h16giken/h15/pdf/0502.pdf

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在專利文獻1所示那樣的傳感器中，發(fā)生gl。此處，在gl發(fā)生方向上有反射源的情況下，發(fā)生偽信號，所以需要與在ml中發(fā)生了的信號進行識別。

相對于此，在專利文獻2所示那樣的探測器中，通過組合相對檢查對象的設(shè)置角不同的多個陣列傳感器，能夠識別gl。

如圖10所示，在用該結(jié)構(gòu)的探測器的左側(cè)的陣列傳感器對反射源進行了探傷的情況下，由于入射ml，所以檢測強的回波。在用中央的傳感器探傷了的情況下，通過gl檢測弱的回波。在用右側(cè)的傳感器探傷了的情況下，未檢測到反射波。能夠利用這些陣列傳感器的每一個的反射回波舉動的差異，來識別gl所致的反射。

但是，在想要將專利文獻2記載那樣的傳感器應(yīng)用于外形為平面的檢查對象的情況下，存在無法使傳感器直接接觸這樣的問題。

本發(fā)明的目的在于提供一種即使在檢查對象的平面部分中設(shè)置了傳感器的情況下也能夠識別gl的ut傳感器以及ut方法。

為了達成上述目的，本發(fā)明具備：發(fā)送傳感器，將長方體的元件一維排列而構(gòu)成，發(fā)送中心頻率的波長為λ的超聲波；以及接收傳感器，將長方體的元件一維排列而構(gòu)成，接收所述超聲波的反射波，所述發(fā)送傳感器和所述接收傳感器被配置成夾著檢查對象，所述接收傳感器接收通過最小掃描角φmin以上且最大掃描角φmax以下的ml掃描時生成的gl產(chǎn)生的偽信號。

根據(jù)本發(fā)明，即使在檢查對象的平面部分中設(shè)置了傳感器的情況下也能夠識別gl。上述以外的課題、結(jié)構(gòu)以及效果通過以下的實施方式的說明將變得明確。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的第一實施方式的gl識別方法的概念圖。

圖2a是在不進行g(shù)l的識別的超聲波探傷中必要的接收傳感器的最短長度的說明圖。

圖2b是本發(fā)明的第一實施方式的超聲波探傷傳感器的結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本發(fā)明的第一實施方式的超聲波探傷方法的流程圖。

圖4是具備本發(fā)明的第一實施方式的超聲波探傷傳感器的超聲波探傷系統(tǒng)的流程圖。

圖5是本發(fā)明的第二實施方式的gl識別方法的概念圖。

圖6a是在不進行g(shù)l的識別的超聲波探傷中必要的發(fā)送傳感器的最短長度的說明圖。

圖6b是本發(fā)明的第二實施方式的超聲波探傷傳感器的結(jié)構(gòu)圖。

圖7是本發(fā)明的第二實施方式的超聲波探傷方法的流程圖。

圖8是相控陣列超聲波探傷方法的原理的說明圖。

圖9是gl的發(fā)生機構(gòu)的說明圖。

圖10是使用了組合了相對檢查對象的設(shè)置角不同的多個陣列傳感器的傳感器的gl的識別方法的說明圖。

(附圖標記說明)

1：超聲波探傷傳感器；2：檢查對象；5：超聲波元件；8：超聲波探傷裝置；9：控制pc；21：cpu(控制部)；22：硬盤驅(qū)動器(hdd)；23：隨機訪問存儲器(ram)；24：只讀存儲器(rom)；25：i/o端口；26：鍵盤；27：記錄介質(zhì)；28：監(jiān)視器；29：a/d轉(zhuǎn)換器；30：d/a轉(zhuǎn)換器；100：超聲波探傷系統(tǒng)；101：試驗體形狀、試驗體音速、超聲波探傷位置、構(gòu)成元件數(shù)、元件間距的向控制pc的輸入步驟；102：試驗體上的傳感器位置測定步驟；103：gl發(fā)生角的計算步驟；104：gl發(fā)生方向的反射源有無的評價步驟；105：gl接收位置的評價步驟；201：試驗體形狀、試驗體音速、超聲波探傷位置、構(gòu)成元件數(shù)、元件間距的向控制pc的輸入步驟；202：試驗體上的傳感器位置測定步驟；203：gl發(fā)生角的計算步驟；204：gl發(fā)生方向的反射源有無的評價步驟；205：gl入射方向的利用ml的探傷步驟；1：超聲波探傷傳感器；1t：發(fā)送傳感器；1r：接收傳感器；301：檢查對象(試驗體)。

具體實施方式

(第一實施方式)

使用圖1～圖4以及數(shù)學式(1)、數(shù)學式(3)～(4)，說明本發(fā)明的第一實施方式的超聲波探傷傳感器以及超聲波探傷方法。

最初，使用圖1，說明第一實施方式中的gl識別方法的概要。ut傳感器1具備發(fā)送傳感器1t和接收傳感器1r。發(fā)送傳感器1t和接收傳感器1r是以夾著檢查對象301的方式配置的。發(fā)送傳感器1t是將長方體的元件(壓電元件)一維排列而構(gòu)成的，并發(fā)送超聲波。接收傳感器1r也是將長方體的元件一維排列而構(gòu)成的，并接收在檢查對象內(nèi)301產(chǎn)生的超聲波的反射波。

在本實施方式的ut中，

(i)通過超聲波探傷，測定檢查對象上的傳感器的位置。

圖1所示的箭頭ar1表示從發(fā)送傳感器1t發(fā)送了的入射波在檢查對象301的角反射了的反射波。另外，箭頭ar2表示從接收傳感器1r發(fā)送了的入射波在檢查對象301的角反射了的反射波。這樣，通過測定發(fā)送傳感器1t或者接收傳感器1r與檢查對象301的角等超聲波反射率高的特征回波源的距離和角度，測定發(fā)送傳感器1t以及接收傳感器1r相對檢查對象301的位置。進而，通過在發(fā)送傳感器1t與接收傳感器1r之間發(fā)送接收超聲波，也可以通過測量傳感器之間的相對位置，來提高位置測定精度。

(ii)根據(jù)元件間距，使用數(shù)學式(1)，計算gl發(fā)生角，

(iii)評價(判斷)gl入射方向上的反射源的有無，

(iv)在gl入射方向上有反射源的情況下，測定(評價)反射波的接收位置。接收傳感器1r上的ml的接收位置和gl的接收位置不同，所以根據(jù)接收位置的測定結(jié)果，識別ml和gl。

接下來，使用圖2，示出本發(fā)明的第一實施方式的ut方法的實施中所需的傳感器結(jié)構(gòu)。圖2a是用于說明在不進行g(shù)l的識別的ut中必要的接收傳感器的最短長度lmin1的圖。lmin1通過數(shù)學式(3)記述。

lmin1＝w{tan(φmax)-tan(φmin)}+l0(3)

此處，

w：檢查對象寬度(試驗體寬度)

φmax：超聲波掃描角的最大值

φmin：超聲波掃描角的最小值

l0：缺陷檢測所需的傳感器的長度

在圖2a中，關(guān)于粗線所示的檢查范圍δw，通過掃描角為φmin以上并且φmax以下的ml實施掃描。缺陷檢測所需的發(fā)送傳感器1t的長度l0是為了檢測規(guī)定的大小的缺陷而所需的發(fā)送傳感器1t的長度的最小值，是規(guī)定值。

圖2b是本發(fā)明的第一實施方式的ut傳感器1的結(jié)構(gòu)圖。如圖2b的記載那樣，在本實施方式中，接收角度擴大gl的發(fā)生角δφ，所以超聲波探傷所需的接收傳感器1r的最短長度lmin2通過數(shù)學式(4)記述。

lmin2＝w{tan(φmax+δφ)-tan(φmin-δφ)}+l0(4)

這樣，在本實施方式中，根據(jù)反射波的接收位置，識別ml和gl，所以使用比不進行ml和gl的識別的以往的ut方法的傳感器更長的接收傳感器1r。由此，能夠用接收傳感器1r，接收通過檢查范圍δw反射的在ml掃描時產(chǎn)生的gl。

接下來，使用圖3以及圖4，說明第一實施方式的gl識別步驟。圖3是本發(fā)明的第一實施方式的ut方法的流程圖。圖4是具備本發(fā)明的第一實施方式的ut傳感器1的ut系統(tǒng)100的流程圖。ut系統(tǒng)100由控制pc9、ut裝置8、ut傳感器1構(gòu)成。

圖3所示的步驟101是向控制pc9的試驗體形狀、試驗體音速、超聲波探傷位置、構(gòu)成元件數(shù)、元件間距的輸入步驟。關(guān)于這些輸入?yún)?shù)，使用控制pc9的鍵盤26、記錄介質(zhì)27中的一個以上的裝置而輸入，經(jīng)由控制pc9的i/o端口25傳遞給cpu21。然后，輸入?yún)?shù)記錄于隨機訪問存儲器23(ram)、硬盤驅(qū)動器22(hdd)中的一個以上的存儲媒體。作為記錄介質(zhì)27，使用dvd、藍光等。另外，作為hdd22，使用磁存儲媒體、ssd等。

步驟102是檢查對象301上的傳感器位置測定步驟。通過ut來測定檢查對象301的角等反射源位置與發(fā)送用傳感器1t、接收用傳感器1r的距離、角度，測定檢查對象301上的傳感器位置以及傳感器之間的相對位置。

步驟103是gl發(fā)生角的計算步驟。由cpu21執(zhí)行在只讀存儲器24(rom)、ram23、hdd22中的一個以上的存儲媒體中儲存了的數(shù)學式(1)的計算程序，計算gl發(fā)生角δφ。計算結(jié)果存儲于ram23、hdd22中的一個以上的存儲媒體，并且經(jīng)由i/o端口25顯示于監(jiān)視器28。

步驟104是gl發(fā)生方向的反射源的有無的評價步驟。根據(jù)在步驟101中輸入了的檢查對象形狀、和在步驟102中測定了的檢查對象上的傳感器位置的測定結(jié)果，由cpu21評價gl發(fā)生方向的反射源的有無，在有反射源的情況下，計算接收位置。計算結(jié)果存儲于ram23、hdd22中的一個以上的存儲媒體，并且經(jīng)由i/o端口25顯示于監(jiān)視器28。

步驟105是接收傳感器1r上的反射波的接收位置的測定步驟。由cpu21根據(jù)接收強度最強的接收傳感器1r的元件位置，測定接收位置。接收位置的測定結(jié)果儲存于ram23、hdd22中的一個以上的存儲媒體，并且經(jīng)由i/o端口25顯示于監(jiān)視器28。

進而，通過比較在步驟104中計算了的gl的接收位置和測定了的反射波的位置，評價是否為在gl中產(chǎn)生了的偽信號。

如以上說明，根據(jù)本實施方式，即使在檢查對象的平面部分中設(shè)置了傳感器的情況下也能夠識別gl。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)相控陣列ut的高靈敏度化和高s/n化。

(第二實施方式)

使用圖5～圖7以及數(shù)學式(1)、數(shù)學式(5)，說明本發(fā)明的第二實施方式中的ut傳感器以及ut方法。另外，在圖5～圖7中，對與圖1～圖4相同的部分，附加同一符號。

最初，使用圖5，說明第二實施方式中的gl識別方法的概要。

在本實施方式的超聲波探傷中，也與第一實施方式同樣地，

(i)通過超聲波探傷，測定檢查對象上的傳感器的位置，

(ii)使用數(shù)學式(1)，計算gl發(fā)生角，

(iii)評價gl入射方向上的反射源的有無。

與第一實施方式的不同點在于，

(iv)在有反射源的情況下，向gl發(fā)生方向入射ml，通過比較gl入射時和ml入射時的反射強度，識別gl。

圖6示出本實施方式中的傳感器結(jié)構(gòu)。圖6a是在不進行g(shù)l的識別的以往的ut中必要的發(fā)送傳感器的最短長度l1的說明圖。l1通過數(shù)學式(5)記述。

l1＝h1-w1·tan(φmax)+l0(5)

此處，

h1：檢查位置和最小掃描角發(fā)出中心位置的距離

w1：從發(fā)送傳感器設(shè)置位置至檢查對象位置的距離

為了成為不發(fā)生gl的ut傳感器，需要在l1全長下使元件間距成為λ/2以下。

另一方面，關(guān)于圖6b的本實施方式的發(fā)送傳感器1t的長度lt，成為lt≥l1，并且僅在從最小掃描角發(fā)出中心位置起±l0/2的范圍內(nèi)，使元件間距d成為λ/2以下。由此，成為從最小掃描角的超聲波發(fā)出位置不發(fā)生gl的傳感器結(jié)構(gòu)。

另外，使最大掃描角成為超聲波反射效率高的最大值55°，使gl的入射角成為55°以上、即反射效率低的入射角。在該情況下，在發(fā)送傳感器兩端進行了探傷的情況下，不發(fā)生gl，所以不需要其識別。另外，在從最小掃描角發(fā)出中心位置起±l0/2以外的長度范圍內(nèi)，能夠通過本實施例中的超聲波探傷方法來識別gl，所以能夠使元件間距d成為λ/2以上。

因此，能夠減少發(fā)送傳感器1t的元件數(shù)。另外，與第一實施方式不同，即使使接收傳感器1r成為用數(shù)學式(3)記述的以往的ut中的接收傳感器1r的長度，也能夠識別gl。

接下來，使用圖7以及圖4，說明第二實施方式的gl識別步驟。圖7是本發(fā)明的第二實施方式的ut方法的流程圖。

步驟201是與步驟101同樣的、試驗體形狀、試驗體音速、超聲波探傷位置、構(gòu)成元件數(shù)、元件間距的向控制pc9的輸入步驟。

步驟202是與驟102同樣的、檢查對象301上的傳感器位置的測定步驟。

步驟203是與步驟103同樣的、gl發(fā)生角的計算步驟。

步驟204是與步驟104同樣的、gl發(fā)生方向的反射源的有無的評價步驟。

步驟205是通過ml對gl發(fā)生方向進行探傷的步驟。ml與gl相比，強度更強，所以在ml入射時測定了強的反射的情況下，能夠判斷為由于gl的反射而產(chǎn)生了的噪聲。在向計算了的gl發(fā)生方向入射了ml時測定到了強的反射的情況下，判斷為偽信號。

如以上說明，根據(jù)本實施方式，即使在檢查對象的平面部分中設(shè)置了傳感器的情況下也能夠識別gl。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)相控陣列ut的高靈敏度化和高s/n化。

“另外，本發(fā)明不限于上述實施例，而包括各種變形例。上述實施例用于易于理解地說明本發(fā)明，并不一定限定為具有所說明的所有結(jié)構(gòu)。另外，還能夠?qū)⒛硞€實施例的結(jié)構(gòu)的一部分置換為其他實施例的結(jié)構(gòu)，還能夠?qū)δ硞€實施例的結(jié)構(gòu)附加其他實施例的結(jié)構(gòu)。另外，還能夠針對各實施例的結(jié)構(gòu)的一部分，實施其他結(jié)構(gòu)的追加·刪除·置換。”

另外，在第一實施方式中的ut中，也可以在步驟105之后實施步驟205。

另外，也可以將第一實施方式的接收傳感器1r用于第二實施方式中的ut方法，也可以將第二實施方式的發(fā)送傳感器1t用于第一實施方式中的ut方法。