專利名稱：超聲波探傷裝置及超聲波探傷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在焊接區(qū)的檢查、或板材和管材等的檢查中采用的超聲波探傷裝置及超聲波探傷方法。
尤其是涉及采用以相對于被檢驗件的探傷面傾斜的角度發(fā)射的超聲波的所謂超聲波斜角探傷法。作為檢查、檢測一類術(shù)語以外的術(shù)語，雖然還有測定、測量等術(shù)語，但在這里將測定、測量等術(shù)語包含在檢查、檢測一類術(shù)語之內(nèi)進行處理。而檢查結(jié)果這一術(shù)語也按包含著檢驗結(jié)果和探傷結(jié)果等一類術(shù)語進行處理。
背景技術(shù)：
以往，關(guān)于這種超聲波斜角探傷法，例如在以下文獻中有詳細說明，即，「超聲波探傷法(修訂新版)」，日本學(xué)術(shù)振興會·制鋼第19委員會，日刊工業(yè)新聞社，昭和49年7月30日修訂新版發(fā)行，昭和52年12月20日修訂新版第3次印刷發(fā)行，第180頁～第199頁(以下，簡稱為「文獻A」)。
參照圖80說明現(xiàn)有的超聲波探傷裝置及超聲波探傷方法。圖80是從上述文獻A引用的用于說明現(xiàn)有超聲波斜角探傷法的圖。
在圖80中，被檢驗件1具有母材部2、表面3、底面4、及焊接區(qū)5。而在被檢驗件1的焊接區(qū)5的內(nèi)部，存在聲的不連續(xù)部(缺陷)6。該聲的不連續(xù)部6有各種形式，包括焊接時的根部焊道裂紋、焊接起點終點的火口裂紋、未熔合、未焊透、夾渣、氣孔、蟲形氣孔、高溫裂紋、因雜質(zhì)混入引起的與周圍介質(zhì)的材質(zhì)差異部位等。另外，與焊接作業(yè)無關(guān)而在材料本身原已存在著的雜質(zhì)混入部位、裂紋、傷痕等，也相當于聲的不連續(xù)部。以下，為簡單起見，在說明中將這些聲的不連續(xù)部稱作缺陷6。另外，在該圖中，將探頭7放置在被檢驗件1的表面3上。
從放置在相當于探傷面的被檢驗件1的表面3上的探頭7向被檢驗件1的內(nèi)部發(fā)射超聲波脈沖。圖中，超聲波脈沖的傳播方向以標有箭頭的實線表示，角度「θ」是超聲波束的折射角。入射在缺陷6上后從其反射的回波，再次由探頭7接收。
缺陷6按如下方式檢測。由圖中雖未示出但與探頭7電氣連接的超聲波探傷儀測量從探頭7發(fā)射超聲波脈沖的時間與再次接收到回波的時間的時間差、即超聲波脈沖在被檢驗件中傳播所需要的時間。由于該時間是超聲波脈沖從探頭7到缺陷6往復(fù)一次所需的時間，所以將其除2求出單程時間后，可由該單程時間和在被檢驗件1中的聲速求得單程的波程。該波程在圖中以「Wy」表示。
如圖所示，如假定被檢驗件1的厚度為「t」，則從探頭7到缺陷6的水平距離「y」及從被檢驗件1的表面3到缺陷6的深度「d」，由以下的式1、式2求得。
y＝Wy×sin(θ)...式1d＝2t-Wy×cos(θ)...式2另外，對于由上列式2給出的深度d，該式適用于從探頭7發(fā)射的超聲波脈沖在被檢驗件1的底面4上反射1次后入射到缺陷6的情況。當不利用底面反射而是直射時，即當從探頭7發(fā)射的超聲波脈沖直接入射到缺陷6并直接接收回波時，可采用從同樣的幾何學(xué)關(guān)系導(dǎo)出的下列式3。
d＝Wy×cos(θ) ...式3盡管這里沒有給出，但當超聲波脈沖在被檢驗件1的底面4或表面3上反復(fù)進行幾次反射而入射到缺陷6后才接收到回波時，也可采用從同樣的幾何學(xué)關(guān)系導(dǎo)出的表達式。
在超聲波斜角探傷法中，作為在被檢驗件1中傳播的超聲波，經(jīng)常使用橫波，但例如在特公昭55-36108號公報、特公昭56-17024號公報、特開昭53-74485號公報、特公昭57-1788號公報、特開昭61-169760號公報、特開昭61-239158號公報、特開昭63-261156號公報中所公開的，有時也采用縱波。
另外，在圖80中示出將1個探頭7兼作超聲波的發(fā)射接收使用的單探頭法，但例如在特開昭62-222160號公報、特開昭60-73453號公報、特開昭64-59152號公報、特開平5-322857號公報、特開平7-120439號公報、特公昭57-51062號公報、特開昭55-13845號公報、特開平5-288722號公報中所公開的，也使用對發(fā)射和接收分別采用獨立探頭的雙探頭法。
另外，代替以手動或自動方式使探頭7在被檢驗件1的表面3上在前后左右進行機械式掃查的探傷方法，例如在特開昭57-141549號公報、特公平1-46027號公報、特公平5-84464號公報、特公平6-64017號公報、特公平6-64027號公報、特公平3-50989號公報、特公平4-16174號公報、特開昭60-66159號公報、特開昭64-57165號公報、或特開平7-229879號公報中所公開的，已知還有對探頭7采用陣列形探頭進行電子掃查或改變折射角θ的方法。
再有，例如，如特開平5-288722號公報、特公昭62-28870號公報、特開昭64-9361號公報、或特開昭56-67750號公報中所公開的，還使用著在采用具有相同折射角θ的2個探頭的雙探頭法中使用被稱作串列法的機械掃查方法。
然而，在以上所述的任何一種方法中，雖然超聲波束實際上因衍射而擴散，但缺陷6的檢測都是采用忽視這種情況而只著眼于超聲波束的中心線并從幾何學(xué)關(guān)系建立的上述表達式進行，從回波高度推斷缺陷6的大小。因此，在缺陷6的形狀、大小、位置等的測量精度上存在問題。
另一方面，有一種為提高缺陷6的檢測精度而充分利用由衍射造成的超聲波束擴散的嘗試。例如，在特開平2-278149公報、特開平2-248855號公報、或特開平5-172789號公報中所公開的采用綜合孔徑信號處理的方法，就相當于這種嘗試。
但是，在這類采用綜合孔徑信號處理的方法中，對從探頭7到達缺陷6、并從缺陷6反射而再次回到探頭7的超聲波束的波程，只考慮了直射的1個波程并以此為前提進行信號處理，因此，在在缺陷6的形狀、大小、位置等的測量精度上仍存在問題。
在如上所述的現(xiàn)有超聲波探傷裝置及超聲波探傷方法中，雖然超聲波束實際上因衍射而擴散，但缺陷6的檢測都是采用忽視這種情況而只著眼于超聲波束的中心線并從幾何學(xué)關(guān)系建立的上述表達式進行，從回波高度推斷缺陷6的大小。因此，存在著缺陷6的形狀、大小、位置等的測量、檢測精度不是很好的問題。
另外，在其他超聲波探傷裝置及超聲波探傷方法中，即使對超聲波束因衍射而導(dǎo)致的擴散有所考慮，但對從探頭7到達缺陷6、并從缺陷6反射而再次回到探頭7的超聲波束的波程只考慮了直射的1個波程并以此為前提進行信號處理，因此，仍存在著缺陷6的形狀、大小、位置等的測量、檢測精度不是很好的問題。
本發(fā)明是為解決上述問題而開發(fā)的，其目的是提供一種能提高被檢驗件中的超聲波的檢查精度并能提高對缺陷等的形狀、大小、位置等的檢測能力、測量精度的超聲波探傷裝置及超聲波探傷方法。
發(fā)明的公開本發(fā)明的超聲波探傷裝置備有探頭，由發(fā)射信號驅(qū)動并相對于被檢驗件的探傷面傾斜地發(fā)射超聲波脈沖，同時按回波形式接收由上述被檢驗件中的聲的不連續(xù)部反射的上述超聲波脈沖；掃查機構(gòu)裝置，用于使上述探頭在上述被檢驗件上的規(guī)定掃查范圍內(nèi)移動，同時輸出上述探頭的空間位置；發(fā)射接收裝置，用于產(chǎn)生上述發(fā)射信號并向上述探頭輸出，從上述探頭輸入和存儲所接收的上述回波，同從上述掃查機構(gòu)裝置輸入和存儲在發(fā)射上述超聲波脈沖時及收到上述回波時的上述探頭的空間位置，根據(jù)上述探頭的空間位置和上述回波并考慮超聲波束因衍射導(dǎo)致的擴散而對上述聲的不連續(xù)部進行檢測。
另外，本發(fā)明的超聲波探傷裝置備有探頭，由發(fā)射信號驅(qū)動并相對于被檢驗件的探傷面傾斜地發(fā)射超聲波脈沖，同時按回波形式接收由上述被檢驗件中的聲的不連續(xù)部反射的上述超聲波脈沖；掃查機構(gòu)裝置，用于使上述探頭在上述被檢驗件上的規(guī)定掃查范圍內(nèi)移動，同時輸出上述探頭的空間位置；發(fā)射接收裝置，用于產(chǎn)生上述發(fā)送信號并向上述探頭輸出，從上述探頭輸入和存儲所接收的上述回波，同時從上述掃查機構(gòu)裝置輸入和存儲在發(fā)射上述超聲波脈沖時及收到上述回波時的上述探頭的空間位置，根據(jù)上述探頭的空間位置和上述回波并考慮超聲波束因衍射導(dǎo)致的擴散、以及當上述超聲波反射時從縱波向橫波、及從橫波向縱波的波型轉(zhuǎn)換而對上述聲的不連續(xù)部進行檢測。
本發(fā)明的超聲波探傷方法包括由掃查機構(gòu)裝置使探頭在被檢驗件上的規(guī)定掃查范圍內(nèi)移動的步驟；產(chǎn)生發(fā)射信號并向上述探頭輸出、由上述探頭相對于上述被檢驗件的探傷面傾斜地發(fā)射超聲波脈沖的步驟；由上述探頭按回波形式接收由上述被檢驗件中的聲的不連續(xù)部反射的上述超聲波脈沖的步驟；從上述探頭輸入和存儲所接收的上述回波、同時從上述掃查機構(gòu)裝置輸入和存儲在發(fā)射上述超聲波脈沖時及收到上述回波時上述探頭的空間位置的步驟；及根據(jù)上述探頭的空間位置和上述回波并考慮超聲波束因衍射導(dǎo)致的擴散而對上述聲的不連續(xù)部進行檢測的步驟。
另外，本發(fā)明的超聲波探傷方法包括由掃查機構(gòu)裝置使探頭在被檢驗件上的規(guī)定掃查范圍內(nèi)移動的步驟；產(chǎn)生發(fā)射信號并向上述探頭輸出、由上述探頭相對于上述被檢驗件的探傷面傾斜地發(fā)射超聲波脈沖的步驟；由上述探頭按回波形式接收由上述被檢驗件中的聲的不連續(xù)部反射的上述超聲波脈沖的步驟；從上述探頭輸入和存儲所接收的上述回波、同時從上述掃查機構(gòu)裝置輸入和存儲在發(fā)射上述超聲波脈沖時及收到上述回波時上述探頭的空間位置的步驟；及根據(jù)上述探頭的空間位置和上述回波并考慮超聲波束因衍射導(dǎo)致的擴散、以及當上述超聲波束反射時從縱波向橫波、及從橫波向縱波的波型轉(zhuǎn)換而對上述聲的不連續(xù)部進行檢測的步驟。
附圖的簡單說明圖1是表示本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置的探頭結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是表示用于說明本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖4是表示用于說明本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖5是表示用于說明本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖6是表示用于說明本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖7是表示用于說明本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖8是表示用于說明本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖9是表示用于說明本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖10是表示用于說明本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖11是表示用于說明本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖12是表示用于說明本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖13是表示用于說明本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖14是用于說明本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置的信號處理的流程圖。
圖15是表示用于說明本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置的信號處理的超聲波束傳播路徑的圖。
圖16是表示本發(fā)明實施例2的超聲波探傷裝置結(jié)構(gòu)的圖。
圖17是表示用于說明本發(fā)明實施例2的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖18是表示用于說明本發(fā)明實施例2的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖19是表示用于說明本發(fā)明實施例2的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖20是表示用于說明本發(fā)明實施例2的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖21是表示用于說明本發(fā)明實施例2的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖22是表示用于說明本發(fā)明實施例2的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖23是表示用于說明本發(fā)明實施例2的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖24是表示用于說明本發(fā)明實施例2的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖25是表示用于說明本發(fā)明實施例2的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖26是表示用于說明本發(fā)明實施例2的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖27是表示用于說明本發(fā)明實施例2的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖28是用于說明本發(fā)明實施例2的超聲波探傷裝置的信號處理的流程圖。
圖29是表示用于說明本發(fā)明實施例2的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖30是表示本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置結(jié)構(gòu)的圖。
圖31是表示本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置的探頭結(jié)構(gòu)的圖，圖32是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖33是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖34是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖35是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖36是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖37是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖38是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖39是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖40是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖41是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖42是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖43是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖44是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖45是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖46是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖47是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖48是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖49是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖50是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖51是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖52是用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的信號處理的流程圖。
圖53是表示用于說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的信號處理的波束傳播路徑的圖。
圖54是表示本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置結(jié)構(gòu)的圖。
圖55是表示本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的探頭結(jié)構(gòu)的圖。
圖56是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖57是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖58是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖59是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖60是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖61是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖62是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖63是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖64是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖65是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖66是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖67是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖68是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖69是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖70是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖71是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖72是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。
圖73是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的傳播波型的圖。
圖74是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的傳播波型的圖。
圖75是用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的信號處理的流程圖。
圖76是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的信號處理的超聲波束傳播路徑的圖。
圖77是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的信號處理的超聲波束傳播路徑的圈。
圖78是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的信號處理的超聲波束傳播路徑的圖。
圖79是表示用于說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的信號處理的超聲波束傳播路徑的圖。
圖80是用于說明現(xiàn)有的超聲波斜角探傷法的圖。
用于實施發(fā)明的最佳形態(tài)以下，參照


本發(fā)明的各實施例。
實施例1參照圖1和圖2說明本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置的結(jié)構(gòu)。圖1是表示本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置結(jié)構(gòu)的框圖。而圖2是表示本實施例1的超聲波探傷裝置的探頭結(jié)構(gòu)的圖。另外，圖2是從下列文獻引用的，即「新非破壞檢查便覽」(新無損檢測手冊)，(社)日本非破壞檢查協(xié)會編，日刊工業(yè)新聞社，1992年10月15日發(fā)行，第291頁～第292頁(以下，簡稱為「文獻B」)。在各圖中同一符號表示同一或相當部分。
在圖1中，超聲波探傷裝置備有放置在被檢驗件1上的探頭7、與探頭7連接的發(fā)射接收裝置8、及用于探頭7的掃查機構(gòu)部9。
另外，在該圖中，發(fā)射接收裝置8包括控制部81、發(fā)射部82、接收部83、信號處理部84、探頭7的位置檢測部85。而掃查機構(gòu)部9包括圖中未示出的探頭7的位置檢測傳感器。
在圖中，探頭7通過信號線連接于發(fā)射部82和接收部83。接收部83與信號處理部84連接。位置檢測部85連接于信號處理部84，控制部81連接著發(fā)射部82、接收部83、信號處理部84、位置檢測部85、及掃查機構(gòu)部9。
另外，在該圖中，掃查機構(gòu)部9與位置檢測部85連接。從掃查機構(gòu)部9的位置檢測傳感器輸出的信號輸入到位置檢測部85。由位置檢測部85檢測出的探頭7的位置信息輸入到信號處理部84。
信號處理部84，圖中雖未示出但在內(nèi)部具有存儲器。在該存儲器內(nèi)適當?shù)卮鎯Ω鞣N運算和計算結(jié)果，同時適當存儲輸入到信號處理部84的輸入信號。
另外，雖然圖中未示出，但從信號處理部84將表示處理狀況的信號適當?shù)剌斎氲娇刂撇?1?？刂撇?1根據(jù)該輸入信號則對發(fā)射部82、接收部83、信號處理部84、位置檢測部85、及掃查機構(gòu)部9輸出控制信號，執(zhí)行對各部分的控制。
在圖2中，探頭7包括由丙烯等材料構(gòu)成的楔塊71及由壓電陶瓷等壓電材料構(gòu)成的矩形或圓形振子72。此外，符號72A是視在振子，「H」是從被檢驗件1的表面3到視在振子72A的中心的高度。「W」是振子72的寬度，「W′」是視在振子72A的寬度，「p1」是楔塊內(nèi)的距離，「p1′」是視在的楔塊內(nèi)距離，「α」是楔塊71與被檢驗件1的表面3的交界面的超聲波入射角，「θ」是折射角。
為便于說明，在本說明書中使用的這些符號和名稱與上述文獻B不同。本說明書與文獻B的對應(yīng)如下。箭頭(→)的左側(cè)是文獻B中的名稱和符號，右側(cè)是本說明書中的名稱和符號。與在本說明書中使用著的符號H相當?shù)母叨龋谖墨IB中沒有記載。而原點O的位置與文獻B不同，如圖2所示，采用的是將視在振子72A的中心垂直投影到被檢驗件1的表面3上后的點。振子的高度H →振子72的寬度W振子的視在高度HR →振子72的視在寬度W楔塊內(nèi)距離11 →楔塊內(nèi)距離p1換算成被檢驗件中的距離后的楔塊內(nèi)距離12→視在楔塊內(nèi)距離P1′以上，采用了「視在的」這樣一種表述方式，其含義如文獻B所述，這是由于根據(jù)斯內(nèi)爾折射定律，從振子72向楔塊71內(nèi)發(fā)射的超聲波在與被檢驗件1的交界面、即表面3上發(fā)生折射，所以，從被檢驗件1一側(cè)觀察到的振子72的寬度W好象等效地變成了W′，如將楔塊內(nèi)距離p1換算成在被檢驗件1中的距離，則也好象等效地變成了p1′。如采用這些視在的物理量，則可將楔塊71看作如同是被檢驗件1而進行各種計算和信號處理。因此，在以下的說明中，將采用視在振子72A、其寬度W′、視在的楔塊內(nèi)距離P1′、及與視在振子72A的中心有關(guān)的高度H進行說明。
接著，參照圖3至圖15說明本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置的動作。
從圖3到圖13，是表示用于說明本實施例1的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。而圖14是用于說明本實施例1的超聲波探傷裝置的信號處理的流程圖。另外，圖15是表示用于說明圖14所示信號處理流程圖的波束傳播路徑的圖。
從發(fā)射接收裝置8的發(fā)射部82產(chǎn)生即使將其看作是脈沖也無問題的窄脈沖、或具有一定載頻的脈沖串信號等發(fā)射信號，并傳送給探頭7。探頭7由發(fā)射信號驅(qū)動，將超聲波脈沖向被檢驗件1的探傷面、即被檢驗件1的表面3傾斜地發(fā)射。在各實施例中都是以探傷面是表面為例進行說明的，但探傷面并不限于表面，有時也可以是底面或側(cè)面。超聲波脈沖在被檢驗件1中傳播并由缺陷6反射、散射、衍射。這里，反射這一術(shù)語，不只是指反射，而是作為包含散射和折射等的物理現(xiàn)象處理。即，術(shù)語反射應(yīng)解釋為超聲波的傳播受缺陷6的影響而進行與不存在缺陷6的情況相比在傳播的性能狀態(tài)上不同的動作的全部現(xiàn)象。尤其是將在缺陷6的尖端部發(fā)生的所謂尖端衍射回波或被稱作端部回波的回波也包括在由缺陷6反射的回波內(nèi)進行說明。該反射、散射、衍射的超聲波脈沖在被檢驗件1中傳播并再次由探頭7接收。該接收的回波由接收部83放大后傳送到信號處理部84。
另一方面，由掃查機構(gòu)部9檢測探頭7的空間位置信息，并傳送到位置檢測部85。從位置檢測部85來的探頭7的空間位置信息傳送到信號處理部84。將探頭7的空間位置信息及所接收的回波存儲在該信號處理部84中。
接著，由掃查機構(gòu)部9將探頭7移動到另一空間位置(坐標)。然后，用發(fā)射信號從探頭7發(fā)射超聲波脈沖，并與上述基本相同，將來自缺陷6的接收回波及探頭7的空間位置信息傳送并存儲在信號處理部84內(nèi)。
在所要求的探頭7的掃查范圍上進行該一系列的動作。在這之后，在信號處理部84中進行后文所述的信號處理。
這里，在說明信號處理部84的信號處理程序之前，先說明被檢驗件1中的超聲波束的傳播特性。首先，參照圖3討論超聲波束的傳播路徑。圖中，取橫向為x軸，垂直方向為y軸。
假定相當于缺陷6的點反射源位于(x0、y0)。從視在振子72A發(fā)射的超聲波束因衍射而擴散，圖中，實線表示超聲波束的中心線，虛線表示由上述中心線上的聲壓、例如在發(fā)射接收的往復(fù)總超聲波束中聲壓為-6dB的點連接的線。即，2條虛線之間相當于在發(fā)射接收中總的有效波束寬度。與2條虛線對應(yīng)的折射角，如圖中所示，假定為「θL」「θH」。在這里采用了-6dB的波束寬度，但并不限于這個值，根據(jù)用途、目的，也可以是-3dB或-12dB，或者也可采用其他的值定義有效波束寬度。
以下，將參照圖4至圖9討論上述波束寬度內(nèi)的聲線。在圖4～圖9中，坐標原點(0，0)，與圖2相同，取視在振子72A的中心沿y軸投影到被檢驗件1的表面3上的點。點Q表示視在振子72A的中心，其坐標為(0，-H)。此外，位于(x0、y0)的白圓圈符號是與缺陷6對應(yīng)的反射源。
如圖4所示，與折射角θ1相當?shù)穆暰€如存在于上述波束寬度內(nèi)，即，如θL≤θ1≤θH，則可能存在如箭頭所示的超聲波束傳播路徑。這時，從探頭7發(fā)射的超聲波直射在缺陷6上并被直接反射，由探頭7作為回波接收。這里，θ1由式4給出。
θ1＝tan-1[x0/(y0+H)] ...式4另外，這時的往復(fù)總波程為2×L1，L1由下列的式5給出。而SQRT[]表示取[]內(nèi)的平方根的運算操作。
L1＝SQRT[x02+(y0+H)2] ...式5如圖5所示，如果與折射角θ1相當?shù)穆暰€存在于上述波束寬度內(nèi)、且與折射角θ2相當?shù)穆暰€也存在于上述波束寬度內(nèi)，即，如θL≤θ1≤θH、而且，如θL≤θ2≤θH，則可能存在這樣的傳播路徑，即從探頭7發(fā)射的超聲波如箭頭所示在底面4上反射1次后射在缺陷6上，由缺陷6反射后直接到達探頭7作為回波接收。
圖中雖未示出，但也可能存在與其相反的傳播路徑。即，從探頭7發(fā)射的超聲波直射在缺陷6上，由缺陷6反射并在底面4上反射1次后到達探頭7并作為回波接收。這里，θ2由式6給出。其中[t]為被檢驗件1的厚度。
θ2＝tan-1[x0/(2t-y0+H)]...式6另外，上述兩種情況的總波程為L1+L2，L2由下列的式7給出。
L2＝SQRT[x02+(2t-y0+H)2]...式7另外，如θL≤θ2≤θH，則存在如圖6所示的傳播路徑。即從探頭7發(fā)射的超聲波如箭頭所示在底面4上反射1次后射在缺陷6上，然后，由缺陷6反射的超聲波在底面4上反射1次后到達探頭7被作為回波接收。這時的總波程為2×L2。
如圖7所示，如果與折射角θ1相當?shù)穆暰€存在于上述波束寬度內(nèi)、而與折射角θ3相當?shù)穆暰€也存在于上述波束寬度內(nèi)，即，如θL≤θ1≤θH、而且，如θL≤θ3≤θH，則也可能存在以下的傳播路徑。
即，從探頭7發(fā)射的超聲波如箭頭所示在底面4上反射1次后，進一步在表面3上反射1次，然后，射在缺陷6上，由缺陷6反射后直接到達探頭7被作為回波接收。
圖中雖未示出，但也可能存在與其相反的傳播路徑。即，從探頭7發(fā)射的超聲波直射在缺陷6上，由缺陷6反射，然后，在表面3上反射1次，并進一步在底面4上反射1次后到達探頭7作為回波被接收。這里，θ3由下列的式8給出。
θ3＝tan-1[x0/(2t+y0+H)] ...式8另外，上述兩種情況的總波程為L1+L3，L3由下列的式9給出。
L3＝SQRT[x02+(2t+y0+H)2] ...式9由于存在θ3≤θ2≤θ1的關(guān)系，所以如果與折射角θ1相當?shù)穆暰€存在于上述波束寬度內(nèi)、且與折射角θ3相當?shù)穆暰€也存在于上述波束寬度內(nèi)，則因θL≤θ2≤θH成立，因而也可能存在圖8所示的波束傳播路徑。
即，從探頭7發(fā)射的超聲波如箭頭所示在底面4上反射1次，進一步在表面3上反射1次后，射在缺陷6上，由缺陷6反射并在底面4上反射1次后到達探頭7作為回波被接收。
圖中雖未示出，但也可能存在與其相反的傳播路徑。即，從探頭7發(fā)射的超聲波在底面4上反射1次后，射在缺陷6上，由缺陷6反射的超聲波在表面3上反射1次，然后，在底面4上反射1次后到達探頭7作為回波被接收。上述兩種情況的總波程為L2+L3。
另外，如θL≤θ3≤θH，則還可能存在如圖9所示的傳播路徑，即從探頭7發(fā)射的超聲波如箭頭所示在底面4上反射1次，進一步在表面3上反射1次后射在缺陷6上，由缺陷6反射后在表面3上反射1次，并進一步在底面4上反射1次后到達探頭7作為回波被接收。這時的總波程為2×L3。
以上，為簡化說明，僅討論到與折射角θ3相當?shù)穆暰€存在于有效超聲波束寬度內(nèi)的情況。即，僅討論到在波束路徑上在底面4上反射1次、在表面3上反射1次的情況。
下面，參照圖10至圖13討論波束寬度比在以上考察中作為對象的寬度更寬的情況。
在這種情況下，如圖10所示，還必須考慮從探頭7發(fā)射的超聲波在底面4上反射1次、然后在表面3上反射1次、并進一步在底面4上反射1次后射在缺陷6上的波束路徑及與其相反的路徑。因此，有可能存在如圖11～圖13所示的各種波束路徑及除圖4～圖9外與上述各圖中的路徑相反的傳播路徑。圖中，θ4由下列的式10給出。
θ4＝tan-1[x0/(4t-y0+H)]...式10在圖10中，討論的只是在底面4上反射2次、在表面3上反射1次的路徑，但當波束寬度進一步增大時，還要求考慮總計在底面4上反射2次、在表面3上反射2次的路徑。以下，隨著波束寬度增大，相對于應(yīng)考慮的路徑，增加在底面4或表面3上的反射次數(shù)。
本實施例1，如上所述，在提供考慮到超聲波束的擴散而以斜角探傷的裝置和方法這一點上與以往有很大區(qū)別。另外，在考慮到在表面3和底面4上的反射這一點上也與在特開平2-278149號公報、特開平2-248855號公報、或特開平5-172789號公報中所公開的現(xiàn)有技術(shù)完全不同。
其次，根據(jù)上述有關(guān)波束路徑的考察結(jié)果，參照圖14和圖15說明信號處理部84的信號處理程序。圖15中的坐標原點與圖2～圖13不同。顯然，可將原點確定在任何位置。當然，如果與探頭7在掃查時的原點不同，則必須進行適當?shù)淖鴺宿D(zhuǎn)換。
在信號處理部84中，如上所述，在存儲器內(nèi)存儲著使探頭7在所要求的掃查范圍上進行掃查時在掃查范圍內(nèi)的各空間(坐標)點上的回波波形及接收到該回波波形時的探頭7的空間位置(坐標)信息。此外，回波波形是以原始波形、即未經(jīng)整流、檢波等處理的AC波形存儲的，在圖14的步驟11中，確定所需要的圖象再生范圍。即，在圖15中，例如，按虛線所包圍的區(qū)域所示，確定想要進行圖象顯示的范圍，作為被檢驗件1的探傷結(jié)果。
在步驟12中，確定圖象再生點。圖象再生點是上述圖象再生范圍內(nèi)的點。該點的坐標，如圖15所示，假定為(xi，yi)。
在步驟13中，設(shè)與該再生點(xi，yi)對應(yīng)的輸出為P(xi，yi)，并將其值設(shè)定為零。即P(xi，yi)＝0、在步驟14中，從存儲器中選擇探頭7的空間位置即坐標、及在該位置接收到的回波波形。如圖15所示，探頭7的位置以點Q為代表進行討論，并假定其坐標為(xt，-H)。而點Q的含義與圖4～圖13相同。
在步驟15中，計算圖15中示出的角度(折射角)θ1、θ2、θ3、..、θn。這里，n為整數(shù)，可根據(jù)圖象再生范圍及探頭7的掃查范圍并考慮探頭7的有效波束寬度，預(yù)先決定，θ1～θn由下列的式11、式12、式13、式14、式15給出。m按如下方式給出。即當n為偶數(shù)時，m＝n，當n為奇數(shù)時，m＝n-1。
θ1＝tan-1[(xi-xt)/(yi+H)] ...式11θ2＝tan-1[(xi-xt)/(2t-yi+H)] ...式12θ3＝tan-1[(xi-xt)/(2t+yi+H)] ...式13θ4＝tan-1[(xi-xt)/(4t-yi+H)] ...式14θn＝tan-1[(xi-xt)/(mt-(-1)nyi+H)] ...式15另外，如將圖象再生點臨時看作反射源，并相應(yīng)地考慮從探頭7發(fā)射的超聲波到達該圖象再生點(xi，yi)的波束路徑及從探頭7到圖象再生點的單程波程，則這些角度θ1～θn如下所述。
角度θ1對應(yīng)于從探頭7發(fā)射的超聲波直射到該圖象再生點(xi，yi)時的路徑。如假定這時的單程波程為w1，則w1由下列的式16給出。
w1＝SQRT[(xi-xt)2+(yi+H)2] ...式16角度θ2對應(yīng)于從探頭7發(fā)射的超聲波在底面4上反射1次后射在該圖象再生點(xi，yi)時的波束路徑。如假定這時的單程波程為w2，則w2由下列的式17給出。
w2＝SQRT[(xi-xt)2+(2t-yi+H)2] ...式17角度θ3對應(yīng)于從探頭7發(fā)射的超聲波在底面4上反射1次后、進一步在表面3上反射1次、然后射在該圖象再生點(xi，yi)時的波束路徑。如假定這時的單程波程為w3，則w3由下列的式18給出。
w3＝SQRT[(xi-xt)2+(2t+yi+H)2] ...式18角度θ4對應(yīng)于從探頭7發(fā)射的超聲波在底面4上反射1次后、在表面3上反射1次、并進一步在底面4上反射1次后射在該圖象再生點(xi，yi)時的波束路徑。如假定這時的單程波程為w4，則w4由下列的式19給出。
w4＝SQRT[(xi-xt)2+(4t-yi+H)2] ...式19以下，對θ5～θn，同樣可以以此類推而不需要作特別的說明，所以其說明從略，但如假定與角度θn對應(yīng)的單程波程為wn，則wn由下列的式20給出。
wn＝SQRT[(xi-xt)2+(mt-(-1)nyi+H)2] ...式20另外，以上討論了使角度θ1～θn分別對應(yīng)于從探頭7發(fā)射的超聲波到圖象再生點的波程路徑。反之，如對上述各波程路徑考慮分別對應(yīng)于在圖象再生點反射的超聲波按完全相反的方向行進到探頭7的波程路徑，則也可以考慮使角度θ1～θn分別對應(yīng)于與這種反射有關(guān)的波束路徑。當然，從探頭7發(fā)射的超聲波到圖象再生點的波程路徑的路程w1～wn，分別等于與上述這些波束路徑行進方向相反的波束路徑的路程。
在步驟16中，判斷通過在步驟15中的計算求得的角度θ1～θn是否在超聲波束的有效波束寬度內(nèi)。然后，從角度θ1～θn中選出在有效波束寬度內(nèi)的角度。即，假定k為從1到n的整數(shù)，并選出滿足下列條件式21的θk。
θL≤θk≤θH ...式21這里，假定作為滿足上述條件的θk選出的角度為θp～θq。p及q是從1到n的范圍內(nèi)的整數(shù)。而當不存在滿足上述條件的θk時，進入步驟22。關(guān)于步驟22，如后文所述。
在步驟17中，選出分別與在步驟16中選出的角度θp～θq對應(yīng)的上述超聲波束的傳播路徑。即，在各角度θp～θq中，選出從探頭7發(fā)射的超聲波到圖象再生點(xi，yi)時的超聲波束傳播路徑(以下，稱為「射入時傳播路徑」)及與其相反的傳播路徑、即由圖象再生點(xi，yi)反射的超聲波到探頭7的傳播路徑(以下，稱為「返回時傳播路徑」)。并且，計算分別與角度θp～θq對應(yīng)的波程wp～wq，接著，對每個角度θp～θq選出由按如上方式選出的超聲波的射入時和返回時的傳播路徑構(gòu)成的往復(fù)傳播路徑的全部組合，并計算該往復(fù)的波程。這里，所謂往復(fù)的傳播路徑，是指從探頭7發(fā)射的超聲波到達圖象再生點(xi，yi)并在圖象再生點反射、然后在圖象再生點(xi，yi)反射的超聲波到達探頭7的傳播路徑。射入時傳播路徑與角度θp～θq中的某一個角度相對應(yīng)，返回時傳播路徑也與角度θp～θq中的某一個角度相對應(yīng)，當然，與射入時傳播路徑對應(yīng)的角度以及與返回時傳播路徑對應(yīng)的角度可以是相同角度的組合，也可以是不同角度的組合。
然后，對按如上方式選出的往復(fù)傳播路徑的全部組合，根據(jù)上述wp～wq分別計算往復(fù)的波程。由此可以計算出可能存在的全部往復(fù)波程。
在步驟18中，對在步驟17中求得的全部往復(fù)波程的每一個，根據(jù)在被檢驗件1中的聲速計算出應(yīng)接收回波的時間。即，時間＝波程/聲速。然后，調(diào)出與該時間對應(yīng)的回波振幅。而該回波就是在步驟14中選出的回波波形。
接著，將對各往復(fù)波程調(diào)出的回波振幅相加，并將該相加結(jié)果與P(xi，yi)相加。
在步驟19中，判斷在探頭7的整個掃查范圍上、或在預(yù)定的掃查范圍上，步驟14～步驟18的信號處理是否完成。如未完成時，進入步驟22，如已完成時，進入接著的步驟20。
在步驟20中，將P(xi，yi)的值、或其絕對值、或絕對值的平方值等作為圖象再生點(xi，yi)的再生圖象輸出。
在步驟21中，對所要求的圖象再生范圍內(nèi)的所需的全部再生點、或預(yù)定的再生點，判斷從步驟12到步驟20的信號處理是否完成。當判斷結(jié)果為尚未完成時，進入步驟23，如已完成時，信號處理部84的信號處理即全部完成。
在步驟22中，指定探頭7的掃查范圍內(nèi)的另一空間位置(坐標)，并繼續(xù)進行從步驟14到步驟19的信號處理。
在步驟23中，指定所要求的圖象再生范圍內(nèi)的另一所需的圖象再生點(坐標)，并反復(fù)進行從步驟12到步驟21的信號處理。另外，在步驟18中，對全部往復(fù)波程的每一個，計算出應(yīng)接收回波的時間，并在調(diào)出與該時間對應(yīng)的回波振幅后進行相加計算，但在該相加運算中，必須注意以下情況。即，超聲波在底面4上反射1次后，其相位發(fā)生變化。同樣，在表面3上反射后相位也發(fā)生變化，因此，相加運算必須在校正了這種與反射有關(guān)的相位變化量后進行。以下給出當與反射有關(guān)的相位變化為反相(180°)時的例。例如，假定有如下的往復(fù)波束路徑從探頭7發(fā)射的超聲波脈沖直射到缺陷6并由探頭7接收的路徑(第1路徑)；從探頭7發(fā)射的超聲波脈沖直射到缺陷6并由缺陷6反射后、在底面4上反射1次、然后由探頭7接收的路徑(第2路徑)；從探頭7發(fā)射的超聲波脈沖直射到缺陷6并由缺陷6反射后、在表面3上反射1次、然后在底面4上反射1次后由探頭7接收的路徑(第3路徑)。在這種情況下，在第2路徑中，由于在底面4上反射1次，所以與第1路徑相比，其相位旋轉(zhuǎn)180°。在第3路徑中，由于在表面3上反射1次、然后在底面4上又反射1次，所以其合計的相位與第1路徑相比旋轉(zhuǎn)360°，作為結(jié)果，意味著與第1路徑同相。因此，與第1路徑對應(yīng)的回波振幅及與第3路徑對應(yīng)的回波振幅，可直接相加，與第2路徑對應(yīng)的回波振幅的相位反轉(zhuǎn)后的值、即乘-1后的值，可以和與第1及第2路徑對應(yīng)的回波振幅相加。對全部往復(fù)波束路徑的每一個，必須在進行了相同的相位變化量校正后方可將回波的振幅相加。
另外，在如上所述的信號處理的步驟18中，當與往復(fù)波程對應(yīng)的時間內(nèi)的回波振幅只有小于所要求的信噪比(S/N)的值時，可將該振幅作為零進行處理，這樣將能減小噪聲對作為最終結(jié)果得到的再生圖象的影響。在這種情況下，僅從在步驟17中選出的可能存在的全部往復(fù)波程中選擇對應(yīng)的回波振幅具有有效的值的波程，并將與其對應(yīng)的回波振幅相加，然后將該相加結(jié)果與P(xi，yi)相加，采用這種方法可以獲得最理想的結(jié)果。
另外，選擇折射角并以其為依據(jù)選出往復(fù)波束傳播路徑的方法，只不過是一種抽出方法，還可以有其他方法。另外，也不一定需要將往復(fù)波束傳播路徑全部選出，只選出幾個供選用即可。
這樣，作為以上信號處理的結(jié)果，可以按圖象得到被檢驗件1中的檢查結(jié)果。下面，說明本實施例1的作用效果。
在本實施例1中，與以往不同，還考慮了超聲波在被檢驗件1的底面4及表面3上的反射，選出供選用的可能存在的超聲波束傳播路徑，通過運算求得與這些供選用的傳播路徑對應(yīng)的超聲波波程，并將與這些超聲波波程對應(yīng)的時間位置上的回波振幅相加。進而，將該相加結(jié)果相對于與在探頭7的掃查范圍內(nèi)的各探頭7的位置對應(yīng)的回波進行相加運算。進一步將該相加結(jié)果加到與探頭7的掃查范圍內(nèi)的各探頭7的位置對應(yīng)的回波。將該相加結(jié)果作為圖象再生點上的圖象輸出。因此，由于能再生出考慮到以往所沒有考慮的超聲波束傳播路徑的圖象，所以具有可獲得精度比以往高的檢查結(jié)果的作用、效果。
另外，當在與可能存在的上述超聲波束傳播路徑對應(yīng)的時間位置上的回波振幅只有小于所要求的信噪比的值時，僅從上述超聲波束傳播路徑中選擇對應(yīng)的回波振幅具有有效的值的超聲波波程，并只將與其對應(yīng)的回波振幅相加，然后將該相加結(jié)果與P(xi，yi)相加，所以能獲得更為清晰的圖象，因而可達到進行高精度檢查的作用、效果。
另外，如在發(fā)射超聲波束及接收超聲波束中分別采用-3dB的波束寬度作為由上述角度θL和θH規(guī)定的超聲波束寬度，則由于進行以主波束為對象的信號處理，所以具有可獲得更為清晰的圖象的作用、效果。
再有，在上述實施例1中，圖中雖未示出，但以以下情況為對象進行了說明，即，使探頭7在與x軸和y軸垂直的z軸上的某一特定的z值上、即在(x，y)斷面內(nèi)進行掃查，并通過對再生圖象的信號處理進行再生。但本發(fā)明的實施例1并不限于這種情況，如果也沿Z軸方向、即在不同的z值上進行同樣的探頭7的掃查及信號處理，而且作為最終結(jié)果以在被檢驗件1中的三維圖象進行再生和顯示，則還可以得到缺陷6的沿z軸方向的信息，所以可獲得能有效地應(yīng)用于缺陷6的分級、分類的作用、效果。
本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置及超聲波探傷方法，還能起到如下的作用、效果。例如，在象焊接區(qū)的焊道等那樣的被檢驗件表面嚴重凹凸不平的情況下，有時很難使探頭移動到接近缺陷并通過被檢驗件的表面進行超聲波的發(fā)射接收。在這種情況下，如果在靠近被檢驗件表面處存在缺陷，則由于對能夠良好地進行超聲波發(fā)射接收的探頭移動范圍存在著如上所述的限制，所以不能通過直射而捕捉到來自缺陷的回波此外，即使對被檢驗件表面上的探頭移動范圍不存在如上所述的限制，但在靠近表面處存在缺陷時，從發(fā)送出發(fā)射信號的時間起到接收到回波的時間很短，而另一方面，由于發(fā)射信號漏入接收電路側(cè)、即接收部側(cè)，因而使回波被該發(fā)射信號的泄漏所掩蓋，所以也不能正常地接收回波。在如上所述的情況下，必須將探頭配置在被檢驗件的底面?zhèn)龋缘酌鎮(zhèn)葹樘絺孢M行探傷檢驗。但是，如果被檢驗件是結(jié)構(gòu)物的一部分，則有時實際上不可能接近底面?zhèn)?，因而不能將底面?zhèn)茸鳛樘絺?。即使在如上所述缺陷靠近表面且對上述探頭的移動范圍存在限制、或存在發(fā)射信號泄漏問題的情況下，因在本發(fā)明實施例1的超聲波探傷裝置及超聲波探傷方法中，除采用直射外還采用著底面的超聲波反射或表面的超聲波反射，所以能通過采用上述的反射克服如上所述的限制，并能避免如上所述問題，進而能進行探傷檢驗。
另外，以上，說明了將探頭與被檢驗件探傷面直接接觸而進行探傷檢驗的情況，但本發(fā)明并不限于這種方式，也可采用將被檢驗件浸在水等液體中、通過該液體從探頭對被檢驗件進行超聲波的發(fā)射接收的所謂的浸漬法或水浸法?；蛘?，也可采用只在作為探頭正面的聲發(fā)射接收面、即探頭與被檢驗件的探傷面之間的局部空間設(shè)置水膜而對被檢驗件進行超聲波的發(fā)射接收的所謂的局部水浸法。在這種浸漬法或水浸法以及局部水浸法中，也能獲得與本發(fā)明相同的作用、效果。
另外，在圖1中，說明了掃查機構(gòu)部9具有使探頭7在空間掃查的功能及輸出探頭7的空間位置信息，并將其輸入到位置檢測部85，但收集和輸出探頭7的空間位置信息的功能，也可以由與掃查機構(gòu)部9分開獨立設(shè)置的位置信息發(fā)生部進行，即，由位置信息發(fā)生部收集和輸出并輸入到位置檢測部85。在這種情況下，掃查機構(gòu)部9僅承擔(dān)使探頭7在空間掃查的功能。此外，在這種情況下，位置信息發(fā)生部也必須與控制部81連接并與控制部81交換各種信號。
另外，在圖1中，說明了從掃查機構(gòu)部9輸出探頭7的空間位置信息并輸入到位置檢測部85，但由于探頭7的空間掃查范圍和移動距離等信息由控制部81控制和發(fā)生，所以在結(jié)構(gòu)上也可使掃查機構(gòu)部9只具有使探頭7在空間掃查的功能，并且不設(shè)位置檢測部85，而將來自控制部81的有關(guān)探頭7的掃查信息直接輸入并存儲在信號處理部84內(nèi)。
實施例2參照圖16說明本發(fā)明實施例2的超聲波探傷裝置的結(jié)構(gòu)。圖16是表示本發(fā)明實施例2的超聲波探傷裝置結(jié)構(gòu)的框圖。
在圖16中，超聲波探傷裝置備有放置在被檢驗件1上的發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B、與探頭7A、7B連接的發(fā)射接收裝置8A、及發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B用的掃查機構(gòu)部9A和9B。
另外，在該圖中，發(fā)射接收裝置8A包括控制部81、發(fā)射部82、接收部83、信號處理部84、探頭7A、7B的位置檢測部85。而掃查機構(gòu)部9A、9B包括圖中未示出的發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的位置檢測傳感器。
在該圖中，發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B通過信號線分別連接于發(fā)射部82和接收部83。接收部83與信號處理部84A連接。位置檢測部85連接于信號處理部84A?？刂撇?1連接著發(fā)射部82、接收部83、信號處理部84A、位置檢測部85、及掃查機構(gòu)部9A和9B。
另外，在該圖中，掃查機構(gòu)部9A和9B與位置檢測部85連接。從掃查機構(gòu)部9A、9B的位置檢測傳感器輸出的信號輸入到位置檢測部85。由位置檢測部85檢測出的探頭7A、7B的位置信息輸入到信號處理部84A。
信號處理部84A，與實施例1相同，圖中雖未示出但在內(nèi)部具有存儲器。在該存儲器內(nèi)相應(yīng)地存儲各種運算和計算結(jié)果，同時適當存儲輸入到信號處理部84A的輸入信號。
另外，圖中雖未示出，但從信號處理部84A將表示處理狀況的信號適當?shù)剌斎氲娇刂撇?1?？刂撇?1根據(jù)該輸入信號向發(fā)射部82、接收部83、信號處理部84A、位置檢測部85、及掃查機構(gòu)部9A、9B輸出控制信號，執(zhí)行對各部分的控制。
發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的結(jié)構(gòu)，與圖2所示結(jié)構(gòu)相同。與發(fā)射用探頭7A有關(guān)的與圖2所示折射角θ對應(yīng)的折射角θa、及與接收用探頭7B有關(guān)的與圖2所示折射角θ對應(yīng)的折射角θb，可以是相同的，也可以彼此不同。在彼此不同的情況下，有時能進一步提高對缺陷的檢測能力。
下面，參照圖17至圖29說明本發(fā)明實施例2的超聲波探傷裝置的動作。
從圖17到圖27，是表示用于說明本實施例2的超聲波探傷裝置的動作的超聲波束傳播路徑的圖。而圖28是用于說明本實施例2的超聲波探傷裝置的信號處理的流程圖。另外，圖29是表示用于說明圖28所示信號處理流程圖的波束傳播路徑的圖。
與上述實施例1一樣，從發(fā)射部82產(chǎn)生即使將其看作是脈沖也無問題的窄脈沖、或具有一定載頻的脈沖串信號等發(fā)射信號，并傳送給發(fā)射用探頭7A。該發(fā)射用探頭7A由發(fā)射信號驅(qū)動，將超聲波脈沖向被檢驗件1的探傷面、即被檢驗件1的表面3傾斜地發(fā)射。超聲波脈沖在被檢驗件1中傳播并由缺陷6反射、散射。該反射、散射的超聲波脈沖在被檢驗件1中傳播并由接收用探頭7B接收。所接收的回波由接收部83放大后傳送到信號處理部84。
另一方面，由掃查機構(gòu)部9A和9B檢測發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的空間位置信息，并傳送到位置檢測部85。來自該位置檢測部85的發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的空間位置信息被傳送到信號處理部84A。
將發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的空間位置信息及所接收的回波存儲在該信號處理部84A內(nèi)。
然后，在將發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B都固定在某個空間位置的狀態(tài)下，完成上述動作，并存儲發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的空間位置信息及回波信息。
接著，使發(fā)射用探頭7A保持固定其空間位置的狀態(tài)，由掃查機構(gòu)部9B將接收用探頭7B移動到另一空間位置。然后，根據(jù)發(fā)射信號從發(fā)射用探頭7A發(fā)射超聲波脈沖，并與上述基本相同，將來自缺陷6的接收回波及發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的空間位置信息傳送并存儲在信號處理部84A內(nèi)。在所要求的接收用探頭7B的掃查范圍上進行包括該接收用探頭7B的空間掃查的一系列動作。
接著，由掃查機構(gòu)部9A將發(fā)射用探頭7A移動到另一空間位置并在該點處固定。然后，根據(jù)發(fā)射信號從發(fā)射用探頭7A發(fā)射超聲波脈沖，并與上述基本相同，將來自缺陷6的接收回波及發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的空間位置信息傳送并存儲在信號處理部84A內(nèi)。在所要求的接收用探頭7B的掃查范圍上進行該一系列的動作。
以上的包括接發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的空間掃查的一系列的動作在所要求的發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的掃查范圍上進行。
通過上述操作，使發(fā)射用探頭7A在所要求的掃查范圍上進行空間掃查，并在該掃查范圍內(nèi)的發(fā)射用探頭7A的各個位置上，使接收用探頭7B在所要求的掃查范圍上進行掃查，將發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的各空間位置的信息及在這些位置上的回波信息存儲在信號處理部84A內(nèi)。在這之后，在信號處理部84A中執(zhí)行后文所述的信號處理。
在說明信號處理部84A的信號處理程序之前，先參照圖17～圖22說明被檢驗件1中的超聲波束傳播特性。
圖17是與從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波束有關(guān)的超聲波束傳播路徑。在圖17中，取橫向為x軸，垂直方向為y軸。與圖3相同，假定點反射源位于(x0、y0)。符號72A是與發(fā)射用探頭7A有關(guān)的視在振子?！窰a」是從被檢驗件1的表面3到視在振子72A的中心的高度。從與發(fā)射用探頭7A有關(guān)的視在振子72A發(fā)射的超聲波束因衍射而擴散，圖中，實線表示波束的中心線，虛線表示由中心線上的聲壓、例如由聲壓為-3dB的點連接的線。即，2條虛線之間相當于發(fā)射超聲波束的有效波束寬度。與2條虛線對應(yīng)的折射角，如圖中所示，假定為「θLa」「θHa」。
圖18是與由接收用探頭7A接收超聲波時的超聲波束有關(guān)的超聲波束傳播路徑。在圖18中，也取橫向為x軸，垂直方向為y軸。與圖3和圖17相同，假定點反射源位于(x0、y0)。符號72B是與接收用探頭7B有關(guān)的視在振子?！窰b」是從被檢驗件1的表面3到視在振子72B的中心的高度。由視在振子72B接收的超聲波束，如考慮到超聲波的衍射則以一定的擴散角度接收，圖中，實線表示波束的中心線，虛線表示由中心線上的聲壓、例如由聲壓為-3dB的點連接的線。即，2條虛線之間相當于接收超聲波束的有效波束寬度。與2條虛線對應(yīng)的折射角，如圖中所示，假定為「θLb」「θHb」。
在圖17和圖18中，分別采用了-3dB的波束寬度，但并不限于這個值，根據(jù)用途、目的，也可以是-6dB或-9dB，或者也可采用其他的值定義有效波束寬度。進而也可在發(fā)送和接收時分別采用不同的值來定義有效的波束寬度。
以下，將參照圖19～圖22討論上述發(fā)送超聲波束寬度內(nèi)、及接收超聲波束內(nèi)的聲線。在圖19～圖22中，坐標原點與圖17相同，取將發(fā)射用探頭7A的視在振子72A的中心沿y軸投影到被檢驗件1的表面3上的點。點「Qa」表示視在振子72A的中心，其坐標為(0，-Ha)。點「Qb」表示接收用探頭7B的視在振子72B的中心，其坐標為(xr，-Hb)。此外，位于(x0、y0)的白圓圈符號是與缺陷6對應(yīng)的反射源。
為說明簡單起見，限定到在被檢驗件1的底面4上的1次反射，首先，參照圖19～22進行討論。
如圖19所示，如果與折射角θ1a相當?shù)穆暰€存在于上述發(fā)射超聲波束寬度內(nèi)，與折射角θ1b相當?shù)穆暰€存在于上述接收超聲波束寬度內(nèi)，即，如θLa≤θ1a≤θHa、且θLb≤θ1b≤θHb，則可能存在如箭頭所示的超聲波束傳播路徑。這時，從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波直射在缺陷6上并被直接反射，而由接收用探頭7B作為回波接收。這里，θ1a和θ1b分別由式22和式23給出。
θ1a＝tan-1[x0/(y0+Ha)]...式22θ1b＝tan-1[(x0-xr)/(y0+Hb)] ...式23另外，這時的往復(fù)總波程為L1a+L1b，L1a和L1b分別由下列的式24和式25給出。
L1a＝SQRT[x02+(y0+Ha)2] ...式24L1b＝SQRT[(x0-xr)2+(y0+Hb)2]...式25另外，如圖20所示，如果與折射角θ1a相當?shù)穆暰€存在于上述發(fā)射超聲波束寬度內(nèi)、且與折射角θ2b相當?shù)穆暰€存在于上述接收超聲波束寬度內(nèi)，即，如θaL≤θ1a≤θHa、且，如θLb≤θ2b≤θHb，則可能存在這樣的傳播路徑，即如箭頭所示從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波直射在缺陷6上、由缺陷6反射后在底面4上反射1次、然后到達接收用探頭7B作為回波接收。這里，θ2b由式26給出。
θ2b＝tan-1[(x0-xr)/(2t-y0+Hb)] ...式26這時的總波程為L1a+L2b，L2b由下列的式27給出。
L2b＝SQRT[(x0-xr)2+(2t-y0+Hb)2]...式27另外，如圖21所示，如果與折射角θ2a相當?shù)穆暰€存在于上述發(fā)射超聲波束寬度內(nèi)、且與折射角θ1b相當?shù)穆暰€存在于上述接收超聲波束寬度內(nèi)，即，如θLa≤θ2a≤θHa、且，如θLb≤θ1b≤θHb，則可能存在以下的傳播路徑，即從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波如箭頭所示在底面4上反射1次后，射在缺陷6上，由缺陷6反射后直接到達接收用探頭7B作為回波接收。這里，θ2a由下列的式28給出。
θ2a＝tan-1[x0/(2t-y0+Ha)]...式28這時的總波程為L2a+L1b，L2a由下列的式29給出。
L2a＝SQRT[x02+(2t-y0+Ha)2]...式29另外，如θLa≤θ2a≤θHa、且，如θLb≤θ2b≤θHb，則還可能存在如圖22所示的傳播路徑。即，從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波如箭頭所示在底面4上反射1次后，射在缺陷6上，然后，由缺陷6反射的超聲波在底面4上反射1次后到達接收用探頭7B作為回波接收。這時的總波程為L2a+L2b。
以上，為簡化說明，僅討論到與折射角θ2a相當?shù)穆暰€存在于有效的發(fā)射超聲波束寬度內(nèi)、且與折射角θ2b相當?shù)穆暰€存在于有效的接收超聲波束寬度內(nèi)的情況。即，僅討論到在波束路徑上在底面4上反射1次的情況。
下面，參照圖23～圖27討論波束寬度比在以上考察中作為對象的寬度更寬的情況。圖23～圖27示出在底面4上反射1次、在表面3上反射1次的情況下、即與折射角θ1a～θ3a相當?shù)穆暰€如存在于上述發(fā)射超聲波束寬度內(nèi)、與折射角θ1b～θ3b相當?shù)穆暰€如存在于上述接收超聲波束寬度內(nèi)情況下可能存在的波束路徑。除圖19～圖22以外還可能存在圖23～圖27所示的波束傳播路徑。這里，θ3a和θ3b分別由式30和式31給出。
θ3a＝tan-1[x0/(2t+y0+Ha)]...式30θ3b＝tan-1[(x0-xr)/(2t+y0+Hb)] ...式31以下，說明圖23～圖27。圖23所示的路徑為，從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波如箭頭所示在底面4上反射1次、進一步在表面3上反射1次、然后射在缺陷6上、由缺陷6反射后直接到達接收用探頭7B作為回波接收。這時的總波程為L3a+L1b，L3a由下列的式32給出。
L3a＝SQRT[(x0)2+(2t+y0+Ha)2] ...式32圖24所示的路徑為，從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波直射在缺陷6上、由缺陷6反射、然后在表面3上反射1次并進一步在底面4上反射1次后到達接收用探頭7B作為回波而接收。這時的總波程為L1a+L3b，L3b由下列的式33給出。
L3b＝SQRT[(x0-xr)2+(2t+y0+Hb)2]...式33圖25所示的路徑為，從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波在底面4上反射1次、進一步在表面3上反射1次后、射在缺陷6上、由缺陷6反射的超聲波在底面4上反射1次后、到達接收用探頭7B作為回波接收。這時的總波程為L3a+L2b。
圖26所示的路徑為，從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波如箭頭所示在底面4上1反射1次后、射在缺陷6上、由缺陷6反射的超聲波在表面3上反射1次后、在底面4上反射1次、然后到達接收用探頭7B作為回波接收。這時的總波程為L2a+L3b。
圖27所示的路徑為，從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波如箭頭所示在底面4上反射1次、并進一步在表面3上反射1次后、射在缺陷6上、由缺陷6反射、然后在表面3上反射1次、并進一步在底面4上反射1次后到達接收用探頭7B作為回波接收。這時的總波程為L3a+L3b。
在有效的發(fā)射超聲波束寬度及有效的接收超聲波束寬度比在以上考察中作為對象的情況更寬的情況下，還必須考慮這樣的路徑，即從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波在底面4上反射1次、然后在表面3上反射1次后、接著進一步在底面4上反射1次后射在缺陷6上的波束路徑，以及由缺陷6反射的超聲波在底面4上反射1次、并在表面3上反射1次、進一步在底面4上反射1次后由接收用探頭7B接收的路徑。
如發(fā)射及接收的有效波束寬度更寬，則還必須考慮在底面4上反射2次、在表面3上反射2次的路徑。以下，隨著波束寬度增大，相對于應(yīng)考慮的路徑增加在底面4或表面3上的反射次數(shù)。
本實施例2，如上所述，在提供考慮到超聲波束的擴散而以斜角探傷的裝置和方法這一點上與以往有很大區(qū)別。另外，在考慮到在表面3和底面4上的反射這一點上也與在特開平2-278149號公報、特開平2-248855號公報、或特開平5-172789號公報中所公開的現(xiàn)有技術(shù)完全不同。
其次，根據(jù)對圖17～圖27所示超聲波束路徑的考察結(jié)果，參照圖28和圖29說明信號處理部84A的信號處理程序。圖29中的坐標原點與圖19～圖27不同。顯然，可將原點確定在任何位置。當然，如果與發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B掃查時的原點不同，則必須進行適當?shù)淖鴺宿D(zhuǎn)換。
在信號處理部84A中，如上所述，存儲著將發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B在所要求的掃查范圍上進行掃查時在掃查范圍內(nèi)的各空間點上的回波波形及接收到該回波波形時的發(fā)射用探頭7A的空間位置信息及接收用探頭7A的空間位置信息。此外，回波波形是以原始波形、即未經(jīng)整流、檢波等處理的AC波形存儲的。
在步驟31中，確定所需要的圖象再生范圍。即，在圖29中，例如，按虛線所包圍的區(qū)域所示，確定想要進行圖象顯示的范圍，作為被檢驗件1的探傷結(jié)果。
在步驟32中，確定圖象再生點。圖象再生點是上述圖象再生范圍內(nèi)的一點。該點的坐標，如圖29所示，假定為(xi，yi)。
在步驟33中，設(shè)與該再生點(xi，yi)對應(yīng)的輸出為P(xi，yi)，并將其值設(shè)定為零。即假定P(xi，yi)＝0。
在步驟34中，在發(fā)射用探頭7A的掃查范圍內(nèi)選擇接收回波的部位即發(fā)射用探頭7A的1個空間位置。如圖29所示，發(fā)射用探頭7A的位置以點Qa為代表進行討論，并假定其坐標為(xt，-Ha)。而點Qa的含義與圖17～圖27相同。
在步驟35中，計算圖29中示出的角度θ1a、θ2a、θ3a、θ4a、...、θna。這里，n為整數(shù)，可根據(jù)圖象再生范圍及發(fā)射用探頭7A的掃查范圍并考慮發(fā)射用探頭7A的有效波束寬度，預(yù)先決定。θ1a～θna由下列的式34～38給出。
θ1a＝tan-1[(xi-xt)/(yi+Ha)] ...式34θ2a＝tan-1[(xi-xt)/(2t-yi+Ha)]...式35θ3a＝tan-1[(xi-xt)/(2t+yi+Ha)]...式36θ4a＝tan-1[(xi-xt)/(4t-yi+Ha)]...式37θna＝tan-1[(xi-xt)/(mt-(-1)nyi+Ha)] ...式38這里，m按如下方式給出。即當n為偶數(shù)時，m＝n，當n為奇數(shù)時，m＝n-1。
另外，如將圖象再生點臨時看作反射源，并相應(yīng)地考慮從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波到達該圖象再生點(xi，yi)的波束路徑，則這些角度θ1a～θna如下所述。
角度θ1a對應(yīng)于從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波直射到該點(xi，yi)時的路徑。如假定這時的單程波程為w1a，則w1a由下列的式39給出。
w1a＝SQRT[(xi-xt)2+(yi+Ha)2] ...式39角度θ2a對應(yīng)于從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波在底面4上反射1次后射在點(xi，yi)時的波束路徑。如假定這時的單程波程為w2a，則w2a由下列的式40給出。
w2a＝SQRT[(xi-xt)2+(2t-yi+Ha)2] ...式40
角度θ3a對應(yīng)于從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波在底面4上反射1次后、進一步在表面3上反射1次、然后射在點(xi，yi)時的波束路徑。如假定這時的單程波程為w3a，則w3a由下列的式41給出。
w3a＝SQRT[(xi-xt)2+(2t+yi+Ha)2] ...式41角度θ4a對應(yīng)于從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波在底面4上反射1次后、在表面3上反射1次、并進一步在底面4上反射1次后射在點(xi，yi)時的波束路徑。如假定這時的單程波程為w4a，則w4a由下列的式42給出。
w4a＝SQRT[(xi-xt)2+(4t-yi+Ha)2] ...式42以下，對θ5a～θna，同樣可以以此類推而不需要作特別的說明，所以其說明從略，但如假定與角度θna對應(yīng)的單程波程為wna，則wna由下列的式43給出。
wna＝SQRT[(xi-xt)2+(mt-(-1)nyi+Ha)2]...式43在步驟36中，判斷通過在步驟35中的計算求得的角度θ1a～θna是否在發(fā)射用探頭7A的發(fā)射超聲波束的有效波束寬度內(nèi)。然后，從角度θ1a～θna中進行選擇并選出在發(fā)射超聲波束的有效波束寬度內(nèi)的角度。即，假定ka為從1到n的整數(shù)，并選出滿足下列條件式44的θka。這里，假定作為滿足上述條件式的θka選出的角度為θpa～θqa。pa及qa是從1到n的范圍內(nèi)的整數(shù)。
θLa≤θka≤θHa ...式44而當不存在滿足上述條件式的θka時，進入步驟48。關(guān)于該步驟48，如后文所述。
在步驟37中，選出分別與在步驟36中選出的角度θpa～θqa對應(yīng)的上述發(fā)射的超聲波束的傳播路徑。即，在各角度θpa～θqa中，選出從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波到圖象再生點(xi，yi)時的超聲波束傳播路徑(射入時傳播路徑)。并且，計算分別與角度θpa～θqa對應(yīng)的波程wpa～wqa。
在步驟38中，在由步驟34選出的發(fā)射用探頭7A的位置上使接收用探頭7B進行掃查的掃查范圍內(nèi)，選出接收到回波時的接收用探頭7B的1個空間位置。如圖29所示，接收用探頭7B的位置以點Qb為代表進行討論，并假定其坐標為(xr，-Hb)。而點Qb的含義與圖17～圖27相同。
在步驟39中，計算圖29中示出的角度θ1b、θ2b、θ3b、...、θub。這里，u為整數(shù)，可根據(jù)圖象再生范圍及接收用探頭7B的掃查范圍并考慮接收用探頭7B的有效波束寬度，預(yù)先決定。θ1b～θub由下列的式45～49給出。
θ1b＝tan-1[(xi-xr)/(yi+Hb)]...式45θ2b＝tan-1[(xi-xr)/(2t-yi+Hb)] ...式46θ3b＝tan-1[(xi-xr)/(2t+yi+Hb)] ...式47θ4b＝tan-1[(xi-xr)/(4t-yi+Hb)] ...式48θub＝tan-1[(xi-xr)/(vt-(-1)nyi+Hb)]...式49這里，v按如下方式給出。即當u為偶數(shù)時，v＝u，當u為奇數(shù)時，v＝u-1。
另外，如將圖象再生點臨時看作反射源，并相應(yīng)地考慮從該點反射源反射的超聲波到達接收用探頭7B并作為回波接收的波束路徑，則這些角度θ1b～θub如下所述。
角度θ1b對應(yīng)于在圖象再生點反射的超聲波直接到達接收用探頭7B時的路徑。如假定這時的單程波程為w1b，則w1b由下列的式50給出。
w1b＝SQRT[(xi-xr)2+(yi+Hb)2]...式50角度θ2b對應(yīng)于在圖象再生點反射的超聲波在底面4上反射1次后到達接收用探頭7B時的波束路徑。如這時的單程波程為w2b，則w2b由下列的式51給出。
w2b＝SQRT[(xi-xr)2+(2t-yi+Hb)2] ...式51角度θ3b對應(yīng)于在圖象再生點反射的超聲波在表面3上反射1次、并進一步在底面4上反射1次后到達接收用探頭7B時的波束路徑。如假定這時的單程波程為w3b，則w3b由下列的式52給出。
w3b＝SQRT[(xi-xr)2+(2t+yi+Hb)2]...式52角度θ4b對應(yīng)于在圖象再生點反射的超聲波在底面4上反射1次后、進一步在表面3上反射1次、再在底面4上反射1次后到達接收用探頭7B時的波束路徑。如假定這時的單程波程為w4b，則w4b由下列的式53給出。
w4b＝SQRT[(xi-xr)2+(4t-yi+Hb)2]...式53以下，對θ5b～θub，同樣可以以此類推而不需要作特別的說明，所以其說明從略，但如假定與角度θub對應(yīng)的單程波程為wub，則wub由下列的式54給出。
wub＝SQRT[(xi-xr)2+(vt-(-1)uyi+Hb)2]...式54在步驟40中，判斷通過在步驟39中的計算求得的角度θ1b～θub是否在接收用探頭7B的接收超聲波束的有效波束寬度內(nèi)。然后，從角度θ1b～θub中進行選擇并選出在接收超聲波束的有效波束寬度內(nèi)的角度。即，假定kb為從1到u的整數(shù)，并選出滿足下列條件式55的θkb。這里，假定作為滿足上述條件式的θkb選出的角度為θpb～θqb。pb及qb是在從1到u的范圍內(nèi)的整數(shù)。
θLb≤θkb≤θHb...式55而當不存在滿足上述條式件的θkb時，進入步驟49。關(guān)于步驟49，如后文所述。
在步驟41中，選出分別與在步驟40中選出的角度θpb～θqb對應(yīng)的上述接收的超聲波束的傳播路徑。即，在各角度θpb～θqb中，選出在圖象再生點(xi，yi)反射的超聲波到達接收用探頭7B的傳播路徑(返回時傳播路徑)。并且，計算分別與角度θpb～θqb對應(yīng)的波程wpb～wqb。
在步驟42中，根據(jù)在步驟37中選出的超聲波束射入時傳播路徑及在步驟40中選出的返回時傳播路徑，選出由這些射入時和返回時傳播路徑構(gòu)成的往復(fù)傳播路徑的全部組合。這里，如作進一步的說明，則所謂射入時傳播路徑，是指從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波到達圖象再生點(xi，yi)的路徑，而所謂返回時傳播路徑，是指在圖象再生點(xi，yi)反射的超聲波到達接收用探頭7B的傳播路徑。射入時傳播路徑與角度θpa～θqa中的某一個角度相對應(yīng)，返回時傳播路徑與角度θpb～θqb中的某一個角度相對應(yīng)。因此，往復(fù)傳播路徑可能存在各種各樣的路徑。
然后，對按如上方式選出的往復(fù)傳播路徑的全部組合，分別根據(jù)上述射入時的波程即wpa～wqa及上述返回時的波程即wpb～wqb計算往復(fù)中的波程。由此可以計算出可能存在的全部往復(fù)中的波程。
在步驟43中，對與在步驟34中選出的發(fā)射用探頭7A的空間位置和在步驟38中選出的接收用探頭7B的空間位置的組合位置對應(yīng)的回波波形，根據(jù)在被檢驗件1中的聲速計算出應(yīng)接收回波的時間，并調(diào)出與該時間對應(yīng)的回波振幅。然后，將對各個往復(fù)中的波程調(diào)出的回波振幅相加，并將該相加結(jié)果與P(xi，yi)相加。
在步驟44中，判斷在接收用探頭7B的整個掃查范圍上、或在預(yù)定的掃查范圍上、步驟38～步驟43的信號處理是否完成。當判斷結(jié)果為尚未完成時，進入步驟49，如已完成時，進入接著的步驟45。
這里，在步驟49中，將接收用探頭7B的位置移動到另一空間位置，繼續(xù)進行從步驟38到步驟43的信號處理。即，在步驟38中，在接收用探頭7B的掃查范圍內(nèi)，選出除到上次為止選出的空間位置之外的接收用探頭7B的新的空間位置(上述移動后的位置)，并完成直到步驟44的信號處理。
在步驟45中，判斷在發(fā)射用探頭7A的整個掃查范圍上、或在預(yù)定的掃查范圍上、步驟34～步驟44的信號處理是否完成。當判斷結(jié)果為尚未完成時，進入步驟48，如已完成時，進入接著的步驟46。
這里，在步驟48中，將發(fā)射用探頭7A的位置移動到另一空間位置，繼續(xù)進行從步驟34到步驟45信號處理。即，在步驟34中，在發(fā)射用探頭7A的掃查范圍內(nèi)，選出除到上次為止選出的空間位置之外的發(fā)射用探頭7A的新的空間位置(上述移動后的位置)，并完成直到步驟45的信號處理。
在步驟46中，將P(xi，yi)的值、或其絕對值、或絕對值的平方值等作為圖象再生點(xi，yi)的再生圖象輸出。
在步驟47中，對所要求的圖象再生范圍內(nèi)的所需的全部再生點、或預(yù)定的再生點，判斷從驟32到步驟46的信號處理是否完成。當判斷結(jié)果為尚未完成時，進入步驟50，如已完成時，信號處理部84A的信號處理即全部完成。
在步驟50中，指定所要求的圖象再生范圍內(nèi)的另一所需的圖象再生點，并反復(fù)進行從步驟32到步驟47的信號處理。
另外，在如上所述信號處理的步驟43中，與上述實施形態(tài)1相同，當與往復(fù)中的波程對應(yīng)的時間內(nèi)的回波振幅只有小于所要求的信噪比(S/N)的值時，可將該振幅作為零進行處理，這樣將能減小噪聲對作為最終結(jié)果得到的再生圖象的影響。在這種情況下，僅從由步驟42選出的可能存在的全部往復(fù)波程中選擇對應(yīng)的回波振幅具有有效的值的波程，并將與其對應(yīng)的回波振幅相加，然后將該相加結(jié)果與P(xi，yi)相加，采用這種方法可以獲得理想的結(jié)果。
另外，選擇折射角并以其為依據(jù)選出往復(fù)波束傳播路徑的方法，只不過是一種抽出方法，還可以有其他方法。另外，也不一定需要將往復(fù)波束傳播路徑全部選出，只選出幾個供選用即可。
這樣，作為以上信號處理的結(jié)果，在本實施例2中可以按圖象得到被檢驗件1中的檢查結(jié)果。其次，說明本實施例2的作用效果。
在本實施例2中，與以往不同，但與上述實施例1相同，還考慮了超聲波在被檢驗件1的底面4及表面3上的反射，選出供選用的可能存在的超聲波束傳播路徑，通過運算求得與這些供選用的傳播路徑對應(yīng)的超聲波波程，并將與這些超聲波波程對應(yīng)的時間位置上的回波振幅相加。進而，與實施例1不同，將該相加結(jié)果相對于與發(fā)射用探頭7A的掃查范圍內(nèi)的發(fā)射用探頭7A的各位置和接收用探頭7B的掃查范圍內(nèi)的接收用探頭7B的各位置的位置組合的時間位置對應(yīng)的回波進行相加運算。將該相加結(jié)果作為圖象再生點上的圖象輸出。因此，與實施例1相同，由于能再生出考慮到以往所沒有考慮的超聲波束傳播路徑的圖象，所以具有可獲得精度比以往高的檢查結(jié)果的作用、效果，同時，還由于使發(fā)射用探頭7A與接收用探頭7B一起進行空間掃查，因而與實施例1相比，可以增加相加次數(shù)，所以在某些情況下具有能獲得精度比實施例1高的檢查結(jié)果的作用、效果。
另外，當在與可能存在的上述超聲波束傳播路徑的超聲波波程對應(yīng)的時間位置上的回波振幅只有小于所要求的信噪比的值時，與實施例1相同，僅從上述超聲波束傳播路徑中選擇對應(yīng)的回波振幅具有有效值的超聲波束路徑，并只將與其對應(yīng)的回波振幅相加，然后將該相加結(jié)果與P(xi，yi)相加，所以能獲得更為清晰的圖象，因而可獲得進行高精度檢查的作用、效果。
另外，如在發(fā)射超聲波束中采用-3dB的波束寬度作為由上述角度θLa和θHa規(guī)定的超聲波束寬度、并在接收超聲波束中采用-3dB的波束寬度作為由上述角度θLb和θHb規(guī)定的超聲波束寬度，則由于發(fā)射和接收都進行以主波束為對象的信號處理，所以，與實施例1相同，具有可獲得更為清晰的圖象的作用、效果。
再有，在上述實施例2中，圖中雖未示出，但以以下情況為對象進行了說明，即，使發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B在與x軸和y軸垂直的z軸上的某一特定的z值上、即在(x，y)斷面內(nèi)進行掃查，并通過信號處理再生再生圖象，但本發(fā)明并不限于這種情況，如果也沿Z軸方向、即在不同的z值上進行同樣的發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的掃查及信號處理，而且作為最終結(jié)果以在被檢驗件1中的三維圖象進行再生和顯示，則與實施例1相同，還可以得到缺陷6的沿z軸方向的信息，所以可獲得能有效地應(yīng)用于缺陷6的分級、分類等的作用、效果。
另外，在本實施例2中，除與如上所述的實施例1相同的作用、效果外，還具有以下的作用、效果。即，根據(jù)缺陷6的形狀，在有些情況下，從缺陷6的反射特性具有空間指向性。例如，如果是平面狀的形狀，則射在該缺陷6上的超聲波脈沖呈現(xiàn)出鏡面反射或接近鏡面反射的反射特性。在這種情況下，入射到缺陷6的超聲波不向入射的方向反射。在與入射方向完全不同的方向發(fā)生強的反射。因此，由缺陷6反射的超聲波脈沖很難返回到發(fā)射超聲波脈沖的發(fā)射用探頭7A。在這種情況下，在實施例1中，幾乎不可能由探頭接收來自缺陷6的回波。與此相反，在本實施例2中，由于設(shè)有與發(fā)送用探頭7A分開的接收用探頭7B，由接收用探頭7B進行掃查并接收回波，所以即使如上所述從缺陷6的反射特性存在著空間指向性，可接收回波的概率仍是很高的。因此，與實施例1相比，可在實施例1的作用、效果的基礎(chǔ)上進一步獲得能提高對缺陷6的檢測能力、即不漏過缺陷6的能力的作用、效果。
另外，如果對發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B分別采用不同的折射角進而采用不同的組合并對其每種組合完成實施例2，則即使如上所述從缺陷6的反射特性具有指向性，也仍能以更高的概率進行檢測而不漏過缺陷6，因而可獲得能夠得到其清晰圖象的作用、效果。
本發(fā)明實施例2的超聲波探傷裝置及超聲波探傷方法，還能起到如下的作用、效果。例如，在象焊接區(qū)的焊道等這樣的被檢驗件表面嚴重凹凸不平的情況下，有時很難使發(fā)射用探頭和接收用探頭移動到接近缺陷并通過被檢驗件的表面進行超聲波的發(fā)射接收。在這種情況下，如果在靠近被檢驗件表面處存在缺陷，則由于對能夠良好地進行超聲波發(fā)射接收的發(fā)射用探頭和接收用探頭的移動范圍存在著如上所述的限制，所以不能通過直射而捕捉到來自缺陷的回波。在這種情況下，必須將發(fā)射用探頭和接收用探頭配置在被檢驗件的底面?zhèn)?，并以底面?zhèn)葹樘絺孢M行探傷檢驗，或者將發(fā)射用探頭配置在表面?zhèn)?，將接收用探頭配置在底面?zhèn)?，進行探傷試驗。但是，如果被檢驗件是結(jié)構(gòu)物的一部分，則有時實際上不可能接近底面?zhèn)?，因而不能將底面?zhèn)茸鳛樘絺?。即使在如上所述缺陷靠近表面的情況下，因在本發(fā)明的超聲波探傷裝置及超聲波探傷方法中，不只是采用直射而且還采用著底面的超聲波反射或表面的超聲波反射，所以可取得能通過采用上述的反射克服如上所述的限制從而能進行探傷檢驗的作用、效果。
在本發(fā)明的實施例2中，說明了將發(fā)射用探頭和接收用探頭配置在被試驗件的表面?zhèn)鹊慕Y(jié)構(gòu)，但在可以將被試驗件的底面?zhèn)扔米魈絺娴那闆r下，也可以將發(fā)射用探頭和接收用探頭中的一個配置在表面?zhèn)榷鴮⒘硪粋€配置在底面?zhèn)龋凑张c實施例2同樣的步驟進行探傷。
另外，以上，說明了將探頭與被檢驗件的探傷面直接接觸而進行探傷檢驗的情況，但本發(fā)明并不限于這種方式，也可采用將被檢驗件浸在水等液體中、通過該液體從探頭對被檢驗件進行超聲波的發(fā)射接收的所謂的浸漬法或水浸法?；蛘撸部刹捎弥辉谧鳛樘筋^的正面的聲發(fā)射接收面、即探頭與被檢驗件的探傷面之間的局部空間設(shè)置水膜而對被檢驗件進行超聲波的發(fā)射接收的所謂的局部水浸法。在這種浸漬法或水浸法以及局部水浸法中，也能獲得與上述相同的作用、效果。
另外，在圖1和圖16中，說明了掃查機構(gòu)部9、9A、9B具有使探頭7、7A、7B在空間掃查的功能及輸出探頭7、7A、7B的空間位置信息，并將其輸入到位置檢測部85，但收集和輸出探頭7、7A、7B的空間位置的信息的功能，也以可由與掃查機構(gòu)部9、9A、9B分開獨立設(shè)置的位置信息發(fā)生部進行。即，探頭7、7A、7B的空間位置信息由位置信息發(fā)生部收集和輸出并輸入到位置檢測部85。在這種情況下，掃查機構(gòu)部9、9A、9B僅承擔(dān)使探頭7、7A、7B在空間掃查的功能。此外，在這種情況下，位置信息發(fā)生部也必須與控制部81連接并與控制部81交換各種信號。
另外，在圖1和圖16中，說明了從掃查機構(gòu)部9、9A、9B輸出探頭7、7A、7B的空間位置信息并輸入到位置檢測部85，但由于探頭7、7A、7B的空間掃查范圍和移動距離等信息由控制部81控制和發(fā)生，所以在結(jié)構(gòu)上也可使掃查機構(gòu)部9、9A、9B只具有使探頭7、7A、7B在空間掃查的功能，并且不設(shè)位置檢測部85，而將來自控制部81的有關(guān)探頭7、7A、7B的掃查信息直接輸入并存儲在信號處理部84A內(nèi)。
實施例3參照圖30和圖31說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的結(jié)構(gòu)。圖30是表示本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置結(jié)構(gòu)的框圖。而圖31是表示本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的探頭結(jié)構(gòu)的圖。另外，圖31是從文獻B引用的。
在圖30中，超聲波探傷裝置備有放置在被檢驗件1上的探頭7、與探頭7連接的發(fā)送接收裝置8B、及用于探頭7的掃查機構(gòu)部9。
另外，在該圖中，發(fā)射接收裝置8B包括控制部81、發(fā)射部82、接收部83、信號處理部84B、探頭7的位置檢測部85。而掃查機構(gòu)部9包括圖中未示出的探頭7的位置檢測傳感器。
在該圖中，探頭7通過信號線連接于發(fā)射部82和接收部83。接收部83與信號處理部84B連接。位置檢測部85連接于信號處理部84B?？刂撇?1連接著發(fā)射部82、接收部83、信號處理部84B、位置檢測部85、及掃查機構(gòu)部9。
另外，在該圖中，掃查機構(gòu)部9與位置檢測部85連接。從掃查機構(gòu)部9的位置檢測傳感器輸出的信號輸入到位置檢測部85。由位置檢測部85檢測出的探頭7的位置信息輸入到信號處理部84B。
信號處理部84B，圖中雖未示出但在內(nèi)部具有存儲器。在信號處理部84B中在該存儲器內(nèi)適當?shù)卮鎯Ω鞣N運算和計算結(jié)果，同時適當存儲輸入到信號處理部84B的輸入信號。
另外，雖然圖中未示出，但從信號處理部84B將表示處理狀況的信號適當?shù)剌斎氲娇刂撇?1?？刂撇?1根據(jù)該輸入信號則向發(fā)射部82、接收部83、信號處理部84B、位置檢測部85、及掃查機構(gòu)部9輸出控制信號，執(zhí)行對各部分的控制。
在圖31中探頭7包括由丙烯等材料構(gòu)成的楔塊71及由壓電陶瓷等壓電材料構(gòu)成的矩形或圓形振子72。
這里，說明探頭7的動作。在超聲波斜角探傷中，作為從探頭7向被檢驗件1中發(fā)送的超聲波波型，廣泛地采用著橫波。在這種橫波專用探頭7中，從振子72向楔塊71內(nèi)發(fā)射縱波超聲波。在設(shè)計上，設(shè)計成使向楔塊71內(nèi)發(fā)射的縱超聲波根據(jù)斯內(nèi)爾反射、折射定律在楔塊71與被檢驗件1的交界面、即被檢驗件1的表面3上發(fā)生反射、折射，從而只是使橫波超聲波向被檢驗件1內(nèi)折射傳播。就是說，將探頭7設(shè)計成具有這樣的入射角「α」，即，在被檢驗件1與楔塊71的交界面上，如利用斯內(nèi)爾反射、折射定律進行計算，則從振子72向楔塊71內(nèi)發(fā)射的縱波在上述交界面上折射時，應(yīng)使折射的縱波不入射到被檢驗件1內(nèi)，而只是使折射的橫波入射。當接收在被檢驗件1內(nèi)傳播的橫波超聲波時，由于其走向是與上述過程相反的過程，所以按橫波專用設(shè)計成的探頭7在設(shè)計上只接收在被檢驗件1中傳播的橫波超聲波。
對于按上述方式設(shè)計的橫波專用探頭7，如進行如下討論則很容易理解其動作。在圖31中，符號72A是視在振子，「Hs」是從被檢驗件1的表面3到視在振子72A的中心的高度。另外，「W」是振子72的寬度，「W′」是視在振子72A的寬度，「p1」是楔塊內(nèi)的距離，「p1s′」是視在的楔塊內(nèi)距離，「α」是楔塊71與被檢驗件1的表面3的交界面的超聲波入射角，「θs」是折射角。
為便于說明，在本說明書(實施例3的說明)中使用的這些符號和名稱與上述文獻B不同。本說明書與文獻B的對應(yīng)如下。箭頭(→)的左側(cè)是文獻B中的名稱和符號，右側(cè)是本說明書中的名稱和符號。另外，在本說明書中使用著的與符號H相當?shù)母叨?，在文獻B中沒有記載。而原點O的位置與文獻B不同，如圖31所示，采用的是將視在振子72A的中心垂直投影到被檢驗件1的表面3上的點。振子的高度H →振子72的寬度W振子的視在高度HR →振子72的視在寬度Ws′楔塊內(nèi)距離11 →楔塊內(nèi)距離p1換算成被檢驗件中的距離后的楔塊內(nèi)距離12→視在楔塊內(nèi)距離P1s′以上，采用了「視在的」這樣一種表述方式，其含義如文獻B所述，這是由于根據(jù)斯內(nèi)爾折射定律，從振子72向楔塊71內(nèi)發(fā)射的縱波超聲波在與被檢驗件1的交界面、即表面3上發(fā)生折射并作為橫波超聲波向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射，所以，對于向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射的橫波超聲波來說，從被檢驗件1一側(cè)觀察到的振子72的寬度W好象等效地變成了Ws′，如將楔塊內(nèi)距離p1換算成在被檢驗件1中的距離，則也好象等效地變成了p1S′。如采用這些視在的物理量，則可將楔塊71看作如同是被檢驗件1而進行各種計算和信號處理。因此，在以下的說明中，將采用視在振子72A、其寬度WS′、視在的楔塊內(nèi)距離P1S′、及與視在振子72A的中心有關(guān)的高度Hs進行說明。此外，假定點Qs為視在振子72A的中心。點Qs的坐標為(0，-Hs)。
可是，即使是在作為在超聲波斜角探傷中廣泛采用著的橫波專用探頭7設(shè)計的探頭7中，由于探頭7的振子72的寬度W有限，所以也還是存在著折射縱波，盡管其強度比折射橫波低。即，折射縱波盡管其強度低但也發(fā)射到被檢驗件1內(nèi)。對于接收而言，由于其走向與上述過程相反，所以即使在按橫波專用設(shè)計的探頭7中也接收在被檢驗件1中傳播的縱波，但如與在被檢驗件1中傳播的橫波相比其接收強度低。這樣，從探頭7向被檢驗件1中發(fā)射縱波，反過來由探頭7接收在被檢驗件1中傳播的縱波，但對于所發(fā)射的縱波及所接收的縱波，根據(jù)我們(發(fā)明者)的實驗可知，與橫波的情況一樣，對于縱波也可采用視在的楔塊內(nèi)距離和視在振子等概念。因此，圖中雖未示出，但以點QL表示與縱波對應(yīng)的視在振子的中心。該點QL的坐標一般與對應(yīng)于橫波的點Qs不同。點QL的坐標以(xL，-HL)表示。
下面，參照圖32至圖53說明本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置的動作。
圖32、圖33和圖34是用于說明在被檢驗件與空氣的交界面上的超聲波反射的性質(zhì)的圖。從圖35到圖51是表示用于說明本實施例3的超聲波探傷裝置動作的超聲波束傳播路徑的圖。此外，圖52是用于說明本實施例3的超聲波探傷裝置的信號處理的流程圖。圖53是表示用于說明圖52所示信號處理流程圖的波束傳播路徑的圖。
從發(fā)射接收裝置8B的發(fā)射部82產(chǎn)生即使將其看作是脈沖也無問題的窄脈沖、或具有一定載頻的脈沖串信號等發(fā)射信號，并傳送給探頭7。探頭7由發(fā)射信號驅(qū)動，將超聲波脈沖傾斜地向被檢驗件1的探傷面、即被檢驗件1的表面3發(fā)射。在本實施例中是以探傷面為表面為例進行說明的，但探傷面并不限于表面，有時也可以是底面或側(cè)面。超聲波脈沖在被檢驗件1中傳播并由缺陷6反射、散射、衍射。這里，反射這一術(shù)語，不單是指反射，而是作為包含散射和衍射等物理現(xiàn)象處理。即，術(shù)語反射應(yīng)解釋為包括超聲波的傳播受缺陷6的影響而進行與不存在缺陷6的情況相比在傳播的性能狀態(tài)上不同的動作的全部現(xiàn)象。尤其是將在缺陷6的尖端部發(fā)生的所謂尖端衍射回波或被稱作端部回波的回波也包括在由缺陷6反射的回波內(nèi)進行說明。該反射、散射、衍射的超聲波脈沖在被檢驗件1中傳播并再次由探頭7接收。該接收的回波脈沖由接收部83放大后傳送到信號處理部84B。
另一方面，由掃查機構(gòu)部9檢測探頭7的空間位置信息，并傳送到位置檢測部85。來自位置檢測部85的探頭7的空間位置信息被傳送到信號處理部84B。將探頭7的空間位置信息及所接收的回波存儲在該信號處理部84B中。
接著，由掃查機構(gòu)部9將探頭7移動到另一空間位置(坐標)。然后，根據(jù)發(fā)射信號從探頭7發(fā)射超聲波脈沖，并與上述基本相同，將來自缺陷6的回波及探頭7的空間位置信息傳送并存儲在信號處理部84B內(nèi)。
在所要求的探頭7的掃查范圍上進行該一系列的動作。在這之后，在信號處理部84B中進行后文所述的信號處理。
這里，在說明信號處理部84B的信號處理程序之前，先參照圖32、圖33和圖34說明在被檢驗件1與空氣的交界面上的超聲波反射的性質(zhì)。在這些圖中，帶箭頭的實線相當于橫波，箭頭方向表示傳播方向。而帶箭頭的虛線相當于縱波，箭頭方向同樣表示傳播方向。在本實施例3的說明中，為了區(qū)別縱波和橫波，在實施例3的所有圖中，橫波由實線、縱波由虛線分別對應(yīng)表示。此外，對縱波和橫波，其傳播方向都用箭頭方向表示。作為被檢驗件1與空氣的交界面的例，以被檢驗件1的底面4為例進行說明。另外，在以下說明的與超聲波的反射有關(guān)的性質(zhì)，當然是以斯內(nèi)爾反射定律為基礎(chǔ)的。
圖32和圖33是表示在被檢驗件1中傳播的橫波傾斜地入射到底面4時的反射狀態(tài)的圖。圖32和圖33的不同之處在于，圖32的情況，與圖33的情況相比，在各圖中以符號「αs」表示的入射角大。如圖32所示，在橫波的入射角「αs」大的情況下，由底面4反射產(chǎn)生的超聲波只是橫波。然而，如圖33所示，如橫波的入射角「αs」小于一定值，則除αs等于零外、即除垂直入射的情況外，由底面4反射后，既產(chǎn)生橫波也產(chǎn)生縱波。而在圖32和圖33中，以符號「βs」表示的橫波反射角，與入射角αs相等。此外，在圖33中，以符號「βL」表示的縱波反射角，大于橫波反射角βs。
另一方面，圖34是表示在被檢驗件1中傳播的縱波傾斜地入射到底面4時的反射狀態(tài)的圖。圖中，以符號「αL」表示的角度，是縱波的入射角。以符號「βL」表示的角度是縱波的反射角度。以符號「βs」表示的角度，是橫波的反射角度。當縱波傾斜地入射到底面4時，入射角度αL，除等于零外、即除垂直入射的情況外，無論是大還是小，由底面4反射后，既產(chǎn)生橫波也產(chǎn)生縱波。此外，縱波的反射角度βL等于縱波的入射角度αL。而橫波的反射角度βs小于縱波的反射角度βL。
其次，考慮參照圖32、圖33和圖34說明的與超聲波的反射有關(guān)的上述性質(zhì)，說明被檢驗件1中的超聲波束的傳播特性。首先，參照圖35討論超聲波束傳播路徑。圖中，取橫向為x軸，垂直方向為y軸。
假定與缺陷6相當?shù)狞c反射源位于(x0、y0)。以下討論入射到被檢驗件1內(nèi)的超聲波為橫波的情況。從視在振子72A發(fā)射的橫波超聲波束因衍射而擴散，圖中，粗實線表示波束的中心線。而細實線表示在發(fā)射或接收的超聲波束中由中心線上的聲壓、例如聲壓為-3dB的點連接的線。即，2條細實線之間相當于在橫波發(fā)射或橫波接收中的有效波束寬度。與2條細實線對應(yīng)的折射角，如圖中所示，假定為θsL、θsH。在這里采用了-3dB的波束寬度，但并不限于這個值，根據(jù)用途、目的，也可以是-6dB或-9dB、或-12dB，也可采用其他的值定義有效波束寬度。
另外，在圖35中，粗虛線表示與縱波對應(yīng)的波束的中心線。而細虛線表示在發(fā)射或接收的縱波超聲波束中由中心線上的聲壓、例如聲壓為-3dB的點連接的線。即，2條細虛線之間相當于在縱波發(fā)射或縱波接收中的有效波束寬度。與2條細虛線對應(yīng)的圖中所示的角度，假定為θLL、θLH。這2個角度分別對應(yīng)于與橫波有關(guān)的折射角θsL、θsH。在這里采用了-3dB的波束寬度，但并不限于這個值，根據(jù)用途、目的，也可以是-6dB或-9dB、或-12dB，也可采用其他的值定義有效波束寬度。
以下，將參照圖36至圖51討論上述波束寬度內(nèi)的聲線。在圖36～圖51中，坐標原點(0，0)，與圖31相同，取將視在振子72A的中心沿y軸投影到被檢驗件1的表面3上的點。點Qs表示視在振子72A的中心，其坐標為(0，-Hs)。此外，位于(x0、y0)的白圓圈符號是與缺陷6對應(yīng)的反射源。
如圖36所示，與折射角θs1相當?shù)穆暰€如存在于上述波束寬度內(nèi)，即，如θsL≤θs1≤θsH，則可能存在如帶箭頭的實線所示的超聲波束傳播路徑。這時，從探頭7發(fā)射并入射到被檢驗件1內(nèi)的橫波超聲波直射在缺陷6上、并由缺陷6作為橫波直接反射后由探頭7作為回波接收。
在圖37中，直射在缺陷6上的橫波超聲波，根據(jù)缺陷6的性質(zhì)，可能產(chǎn)生經(jīng)波型變換而成為縱波后作為縱波反射的分量。該反射后的縱波超聲波，在圖中如帶箭頭的虛線所示，如果圖中以符號「θL1」表示的角度存在于與縱波的接收有關(guān)的有效波束寬度內(nèi)，即如θLL≤θL1≤θLH，則直接由探頭7作為強度低的回波接收。另外，圖中的點QL是與縱波對應(yīng)的視在振子的中心。點QL實際上位于點Qs附近，但為看圖方便，在圖37中，將QL和Qs這兩個點畫得彼此離得很遠。以下也同樣。
其次，如圖38所示，如果與折射角θs1相當?shù)穆暰€存在于上述橫波的波束寬度內(nèi)，且與折射角θs2相當?shù)穆暰€也存在于上述橫波的波束寬度內(nèi)，即，如θsL≤θs1≤θsH、且θsL≤θs2≤θsH，則可能存在這樣的傳播路徑，即從探頭7向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射的橫波超聲波，如帶箭頭的實線所示，在底面4上作為橫波超聲波反射1次、然后射在缺陷6上，由缺陷6作為橫波超聲波反射后、直接到達探頭7作為回波接收。
圖中雖未示出，但也可能存在與其相反的傳播路徑。即，從探頭7向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射的橫波超聲波，直射在缺陷6上、由缺陷6作為橫波超聲波反射、并在底面4上作為橫波超聲波反射1次、然后到達探頭7作為回波接收。
另外，如θsL≤θs1≤θsH、且θsL≤θs2′≤θsH，則也可能存在圖39所示的傳播路徑。就是說，可能存在這樣的傳播路徑，即從探頭7向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射的如帶箭頭的實線所示的橫波超聲波，如帶箭頭的虛線所示，在底面4上作為縱波超聲波反射1次、然后射在缺陷6上、由缺陷6進行波型轉(zhuǎn)換并作為橫波超聲波反射后、直接到達探頭7作為回波接收。
圖中雖未示出，但也可能存在與圖39所示傳播路徑相反的傳播路徑。即，從探頭7向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射的橫波超聲波，由缺陷6進行波型轉(zhuǎn)換并作為縱波超聲波反射后、在底面4上作為橫波超聲波反射1次、然后直接到達探頭7作為回波接收。
另外，如θsL≤θs1≤θsH、且θsL≤θs2≤θsH、且θsL≤θs2′≤θsH、且θLL≤θL1≤θLH、且θLL≤θL2≤θLH、且θLL≤θL2′≤θLH，則還可能存在圖40至圖43所示的傳播路徑。
在圖40中，從探頭7向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射的如帶箭頭的實線所示的橫波超聲波，如帶箭頭的實線所示，在底面4上作為橫波超聲波反射1次，然后射在缺陷6上，由缺陷6進行波型轉(zhuǎn)換并如帶箭頭的虛線所示作為縱波超聲波反射后，直接到達探頭7作為回波接收。
在圖41中，從探頭7向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射的如帶箭頭的實線所示橫波超聲波，如帶箭頭的虛線所示，在底面4上作為縱波超聲波反射1次，然后射在缺陷6上，并如帶箭頭的虛線所示，由缺陷6作為縱波超聲波反射后，直接到達探頭7作為回波接收。
在圖42中，從探頭7向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射的如帶箭頭的實線所示的橫波超聲波，如帶箭頭的實線所示，直射在缺陷6上，并如帶箭頭的實線所示，由缺陷6作為橫波超聲波反射，然后，如帶箭頭的虛線所示，在底面4上作為縱波超聲波反射1次后，直接到達探頭7作為回波接收。
在圖43中，從探頭7向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射的如帶箭頭的實線所示的橫波超聲波，如帶箭頭的實線所示，直射在缺陷6上，并如帶箭頭的虛線所示，由缺陷6進行波型轉(zhuǎn)換并作為縱波超聲波反射，然后，如帶箭頭的虛線所示，在底面4上作為縱波超聲波反射1次后，直接到達探頭7作為回波接收。
在圖40至圖43示出的傳播路徑中，與圖37所示的傳播路徑的情況一樣，由于用探頭7接收在被檢驗件1中傳播的縱波，所以在如上所述的橫波專用探頭7中，接收強度低。
而如果θsL≤θs2≤θsH、且θsL≤θs2′≤θsH、且θLL≤θL2≤θLH、且θLL≤θL2′≤θLH，則也可能存在圖44至圖51所示的傳播路徑。
在圖44中，從探頭7發(fā)射的橫波超聲波，如帶箭頭的實線所示，在底面4上作為橫波超聲波反射1次后，射在缺陷6上，并如帶箭頭的實線所示，由缺陷6作為橫波超聲波反射，然后，如帶箭頭的實線所示，在底面4上作為橫波超聲波反射1次后，到達探頭7作為回波接收。
在圖45中，從探頭7發(fā)射的橫波超聲波，如帶箭頭的實線所示，在底面4上作為橫波超聲波反射1次后，射在缺陷6上，并如帶箭頭的虛線所示，由缺陷6作為縱波超聲波反射，然后，如帶箭頭的實線所示，在底面4上作為橫波超聲波反射1次后，到達探頭7作為回波接收。
在圖46中，從探頭7發(fā)射的橫波超聲波，如帶箭頭的虛線所示，在底面4上作為縱波超聲波反射1次后，射在缺陷6上，并如帶箭頭的實線所示，由缺陷6作為橫波超聲波反射，然后，如帶箭頭的實線所示，在底面4上作為橫波超聲波反射1次后，到達探頭7作為回波接收。
在圖47中，從探頭7發(fā)射的橫波超聲波，如帶箭頭的虛線所示，在底面4上作為縱波超聲波反射1次后，射在缺陷6上，并如帶箭頭的虛線所示，由缺陷6作為縱波超聲波反射，然后，如帶箭頭的實線所示，在底面4上作為橫波超聲波反射1次后，到達探頭7作為回波接收。
在圖48中，從探頭7發(fā)射的橫波超聲波，如帶箭頭的實線所示，在底面4上作為橫波超聲波反射1次后，射在缺陷6上，并如帶箭頭的實線所示，由缺陷6作為橫波超聲波反射，然后，如帶箭頭的虛線所示，在底面4上作為縱波超聲波反射1次后，到達探頭7作為回波接收。
在圖49中，從探頭7發(fā)射的橫波超聲波，如帶箭頭的實線所示，在底面4上作為橫波超聲波反射1次后，射在缺陷6上，并如帶箭頭的虛線所示，由缺陷6作為縱波超聲波反射，然后，如帶箭頭的虛線所示，在底面4上作為縱波超聲波反射1次后，到達探頭7作為回波接收。
在圖50中，從探頭7發(fā)射的橫波超聲波，如帶箭頭的虛線所示，在底面4上作為縱波超聲波反射1次后，射在缺陷6上，并如帶箭頭的實線所示，由缺陷6作為橫波超聲波反射，然后，如帶箭頭的虛線所示，在底面4上作為縱波超聲波反射1次后，到達探頭7作為回波接收。
在圖51中，從探頭7發(fā)射的橫波超聲波，如帶箭頭的虛線所示，在底面4上作為縱波超聲波反射1次后，射在缺陷6上，并如帶箭頭的虛線所示，由缺陷6作為縱波超聲波反射，然后，如帶箭頭的虛線所示，在底面4上作為縱波超聲波反射1次后，到達探頭7作為回波接收。
在圖48至圖51示出的傳播路徑中，由于探頭7接收在被檢驗件1中傳播的縱波，所以接收強度低。
以上，討論了只從探頭7向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射橫波的情況，但如上所述，從探頭7還向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射縱波，盡管其強度很低。因此，除上述波束傳播路徑外，進一步還可能存在以下的傳播路徑。
試討論θLL≤θL1≤θLH的情況。以下，在最左側(cè)記述的波型，表示從探頭7向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射的超聲波的波型，通過箭頭，從左起第2個位置記述的波型(在最右側(cè)記述的波型)，表示由缺陷6反射后直接由探頭7接收的波型。
縱波→縱波縱波→橫波其次，在θLL≤θL1≤θLH、且θLL≤θL2≤θLH的情況下，可考慮的波束路徑如下所示。以下，在最左側(cè)記述的波型，表示從探頭7向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射的超聲波的波型，通過箭頭，從左起第2個位置記述的波型，表示從探頭7向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射的超聲波在底面4上反射后的波型，進一步通過箭頭，從左起第3個位置(最右側(cè))記述的波型，表示在底面4上反射的上述波型射在缺陷6上、并由缺陷6反射后直接由探頭7接收的波型。
縱波→縱波→縱波縱波→橫波→縱波縱波→縱波→橫波縱波→橫波→橫波另外，還可考慮如下所示的傳播路徑。以下，在最左側(cè)記述的波型，表示從探頭7向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射的超聲波的波型，通過箭頭，從左起第2個位置記述的波型，表示從探頭7向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射的超聲波由缺陷6反射后的波型，進一步通過箭頭，從左起第3個位置(最右側(cè))記述的波型，表示由缺陷6反射的上述波型射在底面4上、并在底面4上反射后直接由探頭7接收的波型。
縱波→橫波→縱波縱波→縱波→橫波縱波→橫波→橫波另外，還可考慮如下所示的傳播路徑。以下，在最左側(cè)記述的波型，表示從探頭7向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射的超聲波的波型，通過箭頭，從左起第2個位置記述的波型，表示從探頭7向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射的超聲波在底面4上反射后的波型，進一步通過箭頭，從左起第3個位置記述的波型，表示在底面4上反射的上述波型射在缺陷6上并由缺陷6反射后的波型，從左起第4個位置(最右側(cè))記述的波型，表示由缺陷6反射的上述波型的超聲波在底面4上反射后由探頭7接收的波型。
縱波→縱波→縱波→縱波縱波→縱波→橫波→縱波縱波→橫波→縱波→縱波縱波→橫波→橫波→縱波縱波→縱波→縱波→橫波縱波→縱波→橫波→橫波縱波→橫波→縱波→橫波縱波→橫波→橫波→橫波以上，為簡化說明，僅討論到與有關(guān)橫波的折射角θs2及與有關(guān)縱波的折射角θL2相當?shù)穆暰€存在于有效超聲波束寬度內(nèi)的情況。即，僅考慮到在波束路徑上在底面4上反射1次的情況。
在波束寬度比在以上考察中作為對象的寬度更寬的情況下，可能存在與以上所示的傳播路徑不同的更多的路徑。即，例如與有關(guān)橫波的折射角θs3及與有關(guān)縱波的折射角θL3相當?shù)穆暰€存在于有效超聲波束寬度內(nèi)的情況下，可能存在著在底面4上1次、在表面3上1次、合計發(fā)生2次反射的傳播路徑。這時，可能存在考慮到在底面4、表面3、以及缺陷6上分別進行的從橫波到縱波、反之、從縱波到橫波的波型轉(zhuǎn)換后而確定的各種傳播路徑。
進而，隨著波束寬度增大，還必須考慮到在底面4上反射2次、在表面3上反射1次的路徑并考慮波型轉(zhuǎn)換。當波束寬度進一步增大時，還必須考慮在底面4上反射2次、在表面3上反射2次的路徑并考慮波型轉(zhuǎn)換。
以下，隨著波束寬度增大，相對于應(yīng)考慮的路徑增加在底面4或表面3上的反射次數(shù)，而且，在各次反射時必須考慮波型轉(zhuǎn)換。
本實施例3，如上所述，在提供考慮到超聲波束的擴散而以斜角探傷的裝置和方法這一點上與以往有很大區(qū)別。另外，在考慮到在表面3和底面4上的反射這一點上也與在特開平2-278149號公報、特開平2-248855號公報、或特開平5-172789號公報中所公開的現(xiàn)有技術(shù)完全不同。另外，在考慮到在底面4、表面3、以及缺陷6的各次反射中分別進行的從橫波到縱波的波型轉(zhuǎn)換及從縱波到橫波的波型轉(zhuǎn)換這一點上也與現(xiàn)有技術(shù)不同。
其次，根據(jù)如上所述的有關(guān)波束路徑的考察結(jié)果，參照圖52和圖53說明信號處理部84B的信號處理程序。即使圖52中的坐標原點與圖31、圖35～圖51不同也可以。顯然，可將原點確定在任何位置。當然，如果與探頭7在掃查時的原點不同，則必須進行適當?shù)淖鴺宿D(zhuǎn)換。
在信號處理部84B中，如上所述，存儲著使探頭7在所要求的掃查范圍上進行掃查時在掃查范圍內(nèi)的各空間點上的回波波形及接收到該回波波形時的探頭7的空間位置信息。此外，回波波形是以原始波形、即未經(jīng)整流、檢波等處理的AC波形存儲的。
在圖52的步驟51中，確定所需要的圖象再生范圍。即，在圖53中，例如，按虛線所包圍的區(qū)域所示，確定想要進行圖象顯示的范圍，作為被檢驗件1的探傷結(jié)果。
在步驟52中，確定圖象再生點。圖象再生點是上述圖象再生范圍內(nèi)的1個點。該點的坐標，如圖52所示，假定為(xi，yi)。
在步驟53中，設(shè)與該再生點(xi，yi)對應(yīng)的輸出為P(xi，yi)，并將其值設(shè)定為零。即假定P(xi，yi)＝0、在步驟54中，從存儲器中選擇探頭7的空間位置即坐標、及在該位置接收到的回波波形。如圖53所示，當向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射的超聲波為橫波時，及由探頭7接收在被檢驗件1中傳播的橫波時，探頭7的位置以點Qs為代表進行討論，并假定其坐標為(xs，-Hs)。而點Qs的含義與圖31相同。另外，當向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射的超聲波為縱波時，及由探頭7接收在被檢驗件1中傳播的縱波時，探頭7的位置以點QL為代表進行討論，并假定其坐標為(xL，-HL)。而點QL的含義與圖31相同。
在步驟55中，在將圖象再生點看作缺陷6時，可選出這樣的波束傳播路徑，即，在與橫波有關(guān)的有效波束寬度內(nèi)、即大于θsL、小于θsH的范圍內(nèi)，從代表探頭7的點Qs按橫波發(fā)射，到達缺陷6，由缺陷6反射，并在與橫波有關(guān)的有效波束寬度內(nèi)、即大于θsL、小于θsH的范圍內(nèi)，在代表探頭7的點Qs處作為橫波接收。
另外，還可選出這樣的波束傳播路徑，即，在與橫波有關(guān)的有效波束寬度內(nèi)、即大于θsL、小于θsH的范圍內(nèi)，從代表探頭7的點Qs按橫波發(fā)射，到達缺陷6，由缺陷6反射，并在與縱波有關(guān)的有效波束寬度內(nèi)、即大于θLL、小于θLH的范圍內(nèi)，在代表探頭7的點QL處作為縱波接收。
另外，還可選出這樣的波束傳播路徑，即，在與縱波有關(guān)的有效波束寬度內(nèi)、即大于θLL、小于θLH的范圍內(nèi)，從代表探頭7的點QL作為縱波發(fā)射，到達缺陷6，由缺陷6反射，并在與縱波有關(guān)的有效波束寬度內(nèi)、即大于θLL、小于θLH的范圍內(nèi)，在代表探頭7的點QL處作為縱波接收。
進而，在以下的波束傳播路徑中選出可考慮的全部傳播路徑，即，在與縱波有關(guān)的有效波束寬度內(nèi)、即大于θLL、小于θLH的范圍內(nèi)，從代表探頭7的點QL作為縱波發(fā)射，到達缺陷6，由缺陷6反射，并在與橫波有關(guān)的有效波束寬度內(nèi)、即大于θsL、小于θsH的范圍內(nèi)，在代表探頭7的點Qs處作為橫波接收。
在以上的波束傳播路徑的選出中，應(yīng)全面地考慮有無被檢驗件1的底面4和表面3的波型變換、有無伴隨著缺陷的反射波型變換。在圖53中，由于畫出全部這些傳播路徑，使該圖變得很復(fù)雜，所以僅示出傳播路徑的幾個例。而有時上述傳播路徑可能并不存在。在這種情況下，進入步驟60。關(guān)于該步驟60，如后文所述。
在步驟56中，對在步驟55中求得的全部波束傳播路徑的每一個，根據(jù)在被檢驗件1中的縱波聲速及橫波聲速計算出應(yīng)接收回波的時間，并調(diào)出與該時間對應(yīng)的回波振幅。而該回波就是在步驟54中選出的回波波形。接著，將對各個波束傳播路徑調(diào)出的回波振幅相加，并將該相加結(jié)果與P(xi，yi)相加。
在步驟57中，判斷在探頭7的整個掃查范圍上、或在預(yù)定的掃查范圍上，步驟54～步驟56的信號處理是否完成。當判斷結(jié)果為尚未完成時，進入步驟60，如已完成時，進入步驟58。
在步驟58中，將P(xi，yi)的值、或其絕對值、或絕對值的平方值等作為圖象再生點(xi，yi)的再生圖象輸出。
在步驟59中，對所要求的圖象再生范圍內(nèi)的所需的全部再生點、或預(yù)定的再生點，判斷從驟52到步驟58的信號處理是否完成。當判斷結(jié)果為尚未完成時，進入步驟61，如已完成時，信號處理部84B的信號處理即全部完成。
在步驟60中，指定探頭7的掃查范圍內(nèi)的另一空間位置(坐標)，并繼續(xù)進行從步驟54到步驟57的信號處理。
在步驟61中，指定所要求的圖象再生范圍內(nèi)的所需的另一圖象再生點，并反復(fù)進行從步驟52到步驟59的信號處理。
另外，在如上所述信號處理的步驟56中，對全部波束傳播路徑的每一個計算出應(yīng)接收回波的時間，并調(diào)出與該時間對應(yīng)的回波振幅進行相加運算，但在該相加運算中必須注意以下情況。
即，超聲波在底面4上反射1次后，其相位發(fā)生變化。同樣，在表面3上反射后相位也發(fā)生變化。因此，相加運算必須在校正了與這種反射有關(guān)的相位變化量后進行。以下給出當與反射有關(guān)的相位變化為反相(180°)時的例。
例如，假定有如下的波束路徑從探頭7發(fā)射的橫波超聲波脈沖直射到缺陷6，由缺陷6作為橫波反射后由探頭7接收的路徑(第1路徑)；從探頭7發(fā)射的橫波超聲波脈沖直射到缺陷6并由缺陷6作為橫波反射后、在底面4上作為橫波反射1次、然后由探頭7接收的路徑(第2路徑)；從探頭7發(fā)射的橫波超聲波脈沖直射到缺陷6并由缺陷6作為橫波反射后、在表面3上作為橫波反射1次、然后在底面4上作為橫波反射1次后由探頭7接收的路徑(第3路徑)。
在這種情況下，在第2路徑中，由于在底面4上反射1次，所以與第1路徑相比，其相位旋轉(zhuǎn)180°。在第3路徑中，由于在表面3上反射1次、然后在底面4上又反射1次，所以其合計的相位與第1路徑相比旋轉(zhuǎn)360°，作為結(jié)果，意味著與第1路徑同相。因此，與第1路徑對應(yīng)的回波振幅及與第3路徑對應(yīng)的回波振幅，可直接相加，與第2路徑對應(yīng)的回波振幅的相位反轉(zhuǎn)后的值、即乘-1后的值，可以和與第1及第2路徑對應(yīng)的振幅相加。對于由缺陷6反射引起的相位變化也必須作同樣的考慮。對全部波束路徑的每一個，都必須在進行了與以上所述相同的相位變化量校正后方可將回波的振幅相加。
另外，在如上所述的信號處理的步驟56中，當與波束路徑對應(yīng)的時間內(nèi)的回波振幅只有小于所要求的信噪比(S/N)的值時，可將該振幅作為零進行處理，這樣將能減小噪聲對作為最終結(jié)果得到的再生圖象的影響。在這種情況下，僅從在步驟55中選出的可能存在的全部波束路徑中選擇對應(yīng)的回波振幅具有有效值的波程，并將與其對應(yīng)的回波振幅相加，然后將該相加結(jié)果與P(xi，yi)相加，采用這種方法可以獲得最理想的結(jié)果。
另外，選擇折射角并以其為依據(jù)選出波束往復(fù)傳播路徑的方法，只不過是一種選出方法，還可以有其他方法。另外，也不一定需要將波束往復(fù)傳播路徑全部選出，只選出幾個供選用即可。
這樣，作為以上信號處理的結(jié)果，可以按圖象得到被檢驗件1中的檢查結(jié)果。其次，說明本實施例3的作用效果。
在本實施例3中，與以往不同，還考慮了在被檢驗件1的底面4及表面3上超聲波反射及與反射同時發(fā)生的從橫波到縱波的波型轉(zhuǎn)換或從縱波到橫波的波型轉(zhuǎn)換，進而還考慮到在缺陷6的同樣的波型轉(zhuǎn)換，選出可能存在的供選用的超聲波束傳播路徑，并將與這些超聲波束路徑對應(yīng)的時間位置上的回波振幅相加。進而，將該相加結(jié)果相對于與在探頭7的掃查范圍內(nèi)的各探頭7的位置對應(yīng)的回波進行相加運算。將該相加結(jié)果作為圖象再生點上的圖象輸出。因此，由于能再生出考慮到以往所沒有考慮的超聲波束傳播路徑的圖象，所以具有可獲得精度比以往高的檢查結(jié)果的作用、效果。
另外，當在與可能存在的上述超聲波束傳播路徑對應(yīng)的時間位置上的回波振幅只有小于所要求的信噪比的值時，僅從上述超聲波束傳播路徑中選擇對應(yīng)的回波振幅具有有效值的超聲波波程，并只將與其對應(yīng)的回波振幅相加，然后將該相加結(jié)果與P(xi，yi)相加，所以能獲得更為清晰的圖象，因而可達到進行高精度檢查的作用、效果。
另外，如在發(fā)射超聲波束及接收超聲波束中分別采用-3dB的波束寬度作為由與橫波有關(guān)的上述角度θsL和θsH規(guī)定的超聲波束寬度，則由于進行以主波束為對象的信號處理，所以具有可獲得更為清晰的圖象的作用、效果。
再有，在上述實施例3中，圖中雖未示出，但以以下情況為對象進行了說明，即，使探頭7在與x軸和y軸垂直的z軸上的某一特定的z值上、即在(x，y)斷面內(nèi)進行掃查，并通過對再生圖象的信號處理進行再生。但本發(fā)明并不限于這種情況，如果也沿Z軸方向、即在不同的z值上進行同樣的探頭7的掃查及信號處理，而且作為最終結(jié)果以在被檢驗件1中的三維圖象進行再生和顯示，則還可以得到缺陷6的沿z軸方向的信息，所以可獲得能有效地應(yīng)用于缺陷6的分級、分類等的作用、效果。
本發(fā)明實施例3的超聲波探傷裝置及超聲波探傷方法，還具有如下的作用、效果。例如，在象焊接區(qū)的焊道等那樣的被檢驗件表面嚴重凹凸不平的情況下，有時很難使探頭移動到接近缺陷并通過被檢驗件的表面進行超聲波的發(fā)射接收。在這種情況下，如果在靠近被檢驗件表面處存在缺陷，則由于對能夠良好地進行超聲波發(fā)射接收的探頭移動范圍存在著如上所述的限制，所以不能通過直射而捕捉到來自缺陷的回波。此外，即使對被檢驗件表面上的探頭移動范圍不存在如上所述的限制，但在靠近表面處存在缺陷時，從發(fā)射出發(fā)射信號的時間起到接收到回波的時間很短，而另一方面，由于發(fā)射信號漏入接收電路側(cè)、即接收部側(cè)，因而使回波被該發(fā)射信號的泄漏所掩蓋，所以也不能正常地接收回波。在如上所述的情況下，必須將探頭配置在被檢驗件的底面?zhèn)?，以底面?zhèn)葹樘絺孢M行探傷檢驗。但是，如果被檢驗件是結(jié)構(gòu)物的一部分，則有時實際上不可能接近底面?zhèn)?，因而不能將底面?zhèn)茸鳛樘絺妗＜词乖谌缟纤鋈毕菘拷砻媲覍ι鲜鎏筋^的移動范圍存在限制、或存在發(fā)射信號泄漏問題的情況下，因在本發(fā)明的超聲波探傷裝置及超聲波探傷方法中，除采用直射外還采用著底面的超聲波反射或表面的超聲波反射，所以能通過采用上述的反射克服如上所述的限制，因而可取得能避免如上所述的問題而進行探傷檢驗的作用、效果。
另外，以上說明了將探頭與被檢驗件的探傷面直接接觸而進行探傷檢驗的情況，但本發(fā)明并不限于這種方式，也可采用將被檢驗件浸在水等液體中、通過該液體從探頭對被檢驗件進行超聲波的發(fā)射接收的所謂的浸漬法或水浸法?；蛘撸部刹捎弥辉谧鳛樘筋^正面的聲發(fā)射接收面、即探頭與被檢驗件的探傷面之間的局部空間設(shè)置水膜而對被檢驗件進行超聲波的發(fā)射接收的所謂的局部水浸法。在這種浸漬法或水浸法以及局部水浸法中，也能獲得與本發(fā)明相同的作用、效果。
另外，在圖30中，說明了掃查機構(gòu)部9具有使探頭7在空間掃查的功能及輸出探頭的空間位置信息，并將其輸入到位置檢測部85，但收集和輸出探頭7的空間位置信息的功能，也以可由與掃查機構(gòu)部9分開獨立設(shè)置的位置信息發(fā)生部進行，即，由位置信息發(fā)生部收集和輸出并輸入到位置檢測部85。在這種情況下，掃查機構(gòu)部9僅承擔(dān)使探頭7在空間掃查的功能。此外，在這種情況下，位置信息發(fā)生部也必須與控制部81連接并與控制部81交換各種信號。
另外，在圖30中，說明了從掃查機構(gòu)部9輸出探頭7的空間位置信息并輸入到位置檢測部85，但由于探頭7的空間掃查范圍和移動距離等信息由控制部81控制和發(fā)生，所以在結(jié)構(gòu)上也可使掃查機構(gòu)部9只具有使探頭7在空間掃查的功能，并且不設(shè)位置檢測部85，而將來自控制部81的有關(guān)探頭7的掃查的信息直接輸入并存儲在信號處理部84B內(nèi)。
實施例4參照圖54和圖55說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的結(jié)構(gòu)。圖54是表示本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置結(jié)構(gòu)的框圖。而圖55是表示本實施例4的超聲波探傷裝置的探頭結(jié)構(gòu)的圖。另外，圖55是從文獻B引用的。
在圖54中，超聲波探傷裝置備有放置在被檢驗件1上的發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B、與探頭7A、7B連接的發(fā)射接收裝置8C、及發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B用的掃查機構(gòu)部9A和9B。
另外，在該圖中，發(fā)射接收裝置8C包括控制部81、發(fā)射部82、接收部83、信號處理部84C、及探頭7A、7B的位置檢測部85。而掃查機構(gòu)部9A、9B包括圖中未示出的發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的位置檢測傳感器。
在該圖中，發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B通過信號線分別連接于發(fā)射部82和接收部83。接收部83與信號處理部84C連接。位置檢測部85連接于信號處理部84C。控制部81連接著發(fā)射部82、接收部83、信號處理部84C、位置檢測部85、及掃查機構(gòu)部9A和9B。
另外，在該圖中，掃查機構(gòu)部9A和9B與位置檢測部85連接。從掃查機構(gòu)部9A、9B的位置檢測傳感器輸出的信號輸入到位置檢測部85。由位置檢測部85檢測出的探頭7A、7B的位置信息輸入到信號處理部84C。
信號處理部84C，圖中雖未示出但在內(nèi)部具有存儲器。在該存儲器內(nèi)相應(yīng)地存儲各種運算和計算結(jié)果，同時適當存儲輸入到信號處理部84C的輸入信號。
另外，雖然圖中未示出，但從信號處理部84C將表示處理狀況的信號相應(yīng)地輸入到控制部81。控制部81根據(jù)該輸入信號則對發(fā)射部82、接收部83、信號處理部84C、位置檢測部85、及掃查機構(gòu)部9A、9B輸出控制信號，執(zhí)行對各部分的控制。
在圖55中，發(fā)射用探頭7包括由丙烯等材料構(gòu)成的楔塊71及由壓電陶瓷等壓電材料構(gòu)成的矩形或圓形振子72。而接收用探頭7B的結(jié)構(gòu)與圖55所示的發(fā)射用探頭7A的結(jié)構(gòu)相同。
這里，說明探頭7A(7B)的動作。在超聲波斜角探傷中，作為從探頭7A向被檢驗件1中發(fā)射的超聲波波型，廣泛地采用著橫波。在這種橫波專用探頭7A中，從振子72向楔塊71內(nèi)發(fā)射縱波超聲波。在設(shè)計上，設(shè)計成使從振子72向楔塊71內(nèi)發(fā)射的超聲波根據(jù)斯內(nèi)爾反射、折射定律在楔塊71與被檢驗件1的交界面、即被檢驗件1的表面3上發(fā)生反射、折射，從而只是使橫波超聲波向被檢驗件1內(nèi)折射和傳播。就是說，將探頭7A設(shè)計成具有這樣的入射角「α」，即，在被檢驗件1與楔塊71的交界面上，如利用斯內(nèi)爾反射、折射定律進行計算，則從振子72向楔塊71內(nèi)發(fā)射的縱波在上述交界面上折射時，應(yīng)使折射的縱波不入射到被檢驗件1內(nèi)，而只是使折射的橫波入射。在接收在被檢驗件1內(nèi)傳播的橫波超聲波時，由于其走向是與上述過程相反的過程，所以按橫向?qū)Ｓ迷O(shè)計成的探頭7A在設(shè)計上只接收在被檢驗件1中傳播的橫波超聲波。
對于按上述方式設(shè)計的橫波專用探頭7A，如進行如下討論則很容易理解其動作。在圖55中，符號72A是視在振子，「Hs」是從被檢驗件1的表面3到視在振子72A的中心的高度。另外，「W」是振子72的寬度，「W′s」是視在振子72A的寬度，「p1」是楔塊內(nèi)的距離，「p1s′」是視在的楔塊內(nèi)距離，「α」是楔塊71與被檢驗件1的表面3的交界面的超聲波入射角，「θs」是折射角。
為便于說明，在本說明書(本實施例4)中使用的這些符號和名稱與上述文獻B不同。本說明書與文獻B的對應(yīng)如下。箭頭(→)的左側(cè)是文獻B中的名稱和符號，右側(cè)是本說明書中的名稱和符號。另外，在本說明書中使用著的與符號H相當?shù)母叨?，在文獻B中沒有記載。而原點O的位置與文獻B不同，如圖55所示，采用的是將視在振子72A的中心垂直投影到被檢驗件1的表面3上的點。振子的高度H→振子72的寬度W振子的視在高度HR →振子72的視在寬度Ws′楔塊內(nèi)距離11 →楔塊內(nèi)距離p1換算成被檢驗件中的距離后的楔塊內(nèi)距離12 →視在楔塊內(nèi)距離P1s′以上，采用了「視在的」這樣一種表述方式，其含義如文獻B所述，這是由于根據(jù)斯內(nèi)爾折射定律，從振子72向楔塊71內(nèi)發(fā)射的縱波超聲波在與被檢驗件1的交界面、即表面3上發(fā)生折射并作為橫波超聲波向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射，所以，對于向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射的橫波超聲波來說，從被檢驗件1一側(cè)觀察到的振子72的寬度W好象等效地變成了Ws′，如將楔塊內(nèi)距離p1換算成在被檢驗件1中的距離，則也好象等效地變成了p1S′。如采用這些視在的物理量，則可將楔塊71看作如同是被檢驗件1而進行各種計算和信號處理。因此，在以下的說明中，將采用視在振子72A、其寬度WS′、視在的楔塊內(nèi)距離P1S′、及與視在振子72A的中心有關(guān)的高度Hs進行說明。此外，假定點Qs為視在振子72A的中心。點Qs的坐標為(0，-Hs)。
可是，即使是在作為在超聲波斜角探傷中廣泛采用著的橫波專用設(shè)計的探頭7A中，由于探頭7A的振子72的寬度W有限，所以也還是存在著折射縱波，盡管其強度比折射橫波低。即，折射縱波盡管其強度低但也發(fā)射到被檢驗件1內(nèi)。對于接收而言，由于其走向與上述過程相反，所以即使在按橫波專用設(shè)計的探頭7A中也接收在被檢驗件1中傳播的縱波，但如與在被檢驗件1中傳播的橫波相比其接收強度很低。這樣，從探頭7A向被檢驗件1中發(fā)射縱波，反過來由探頭7A接收在被檢驗件1中傳播的縱波，但對于所發(fā)射的縱波及所接收的縱波，根據(jù)我們(發(fā)明者)的實驗可知，與橫波的情況一樣，對于縱波也可采用視在的楔塊內(nèi)距離和視在振子等概念。因此，圖中雖未示出，但以點QL表示與縱波對應(yīng)的視在振子的中心。該點QL的坐標一般與橫波所對應(yīng)的點Qs不同。點QL的坐標以(xL，-HL)表示。
與發(fā)射用探頭7A有關(guān)的折射角θsa和與接收用探頭7B有關(guān)的同樣的折射角θsb，可以是相同的，也可以彼此不同。在彼此不同的情況下，有時能進一步提高對缺陷的檢測能力。
下面，參照圖56至圖79說明本發(fā)明實施例4的超聲波探傷裝置的動作。
圖56、圖57和圖58是用于說明在被檢驗件與空氣的交界面上的超聲波反射的性質(zhì)的圖。從圖59到圖74是表示用于說明本實施例4的超聲波探傷裝置動作的超聲波束傳播路徑的圖。此外，圖75是用于說明本實施例4的超聲波探傷裝置的信號處理的流程圖。從圖76到圖79是表示用于說明圖75所示信號處理流程圖的波束傳播路徑的圖。
從發(fā)射接收裝置8C的發(fā)射部82產(chǎn)生即使將其看作是脈沖也無問題的窄脈沖、或具有一定載頻的脈沖串信號等發(fā)射信號，并傳送給發(fā)射用探頭7A。發(fā)射用探頭7A由發(fā)射信號驅(qū)動，將超聲波脈沖傾斜地向被檢驗件1的探傷面、即被檢驗件1的表面3發(fā)射。超聲波脈沖在被檢驗件1中傳播并由缺陷6反射、散射、衍射。這里，反射這一術(shù)語，不只是指反射，而是作為包含散射和衍射等物理現(xiàn)象處理。即，術(shù)語反射應(yīng)解釋為超聲波的傳播受缺陷6的影響而進行與不存在缺陷6的情況相比在傳播的性能狀態(tài)上不同的動作的全部現(xiàn)象。尤其是將在缺陷6的尖端部發(fā)生的所謂尖端衍射回波或被稱作端部回波的回波也包括在由缺陷6反射的回波內(nèi)進行說明。該反射、散射、衍射的超聲波脈沖在被檢驗件1中傳播并由接收用探頭7B接收。該接收的回波脈沖由接收部83放大后傳送到信號處理部84C。
另一方面，由掃查機構(gòu)部9A和9B檢測發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的空間位置信息，并傳送到位置檢測部85。從位置檢測部85來的發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的空間位置信息傳送到信號處理部84C。
將發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的空間位置信息及所接收的回波存儲在該信號處理部84C內(nèi)。
然后，在將發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B都固定在某個空間位置的狀態(tài)下，完成上述動作，并存儲發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的空間位置信息及回波信息。
接著，使發(fā)射用探頭7A保持固定其空間位置的狀態(tài)，由掃查機構(gòu)部9B將接收用探頭7B移動到另一空間位置。然后，根據(jù)發(fā)射信號從發(fā)射用探頭7A發(fā)射超聲波脈沖，并與上述基本相同，將來自缺陷6的接收回波及發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的空間位置信息傳送并存儲在信號處理部84C內(nèi)。包括該接收用探頭7B的空間掃查的一系列的動作在所要求的接收用探頭7B的掃查范圍上進行。
接著，由掃查機構(gòu)部9A將發(fā)射用探頭7A移動到另一空間位置并在該點處固定。然后，根據(jù)發(fā)射信號從發(fā)射用探頭7A發(fā)射超聲波脈沖，并與上述基本相同，將來自缺陷6的接收回波及發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的空間位置信息傳送并存儲在信號處理部84C內(nèi)。該一系列的動作在所要求的接收用探頭7B的掃查范圍上進行。
以上的包括接發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的空間掃查的一系列的動作在所要求的發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的掃查范圍上進行。
通過上述操作，使發(fā)射用探頭7A在所要求的掃查范圍上進行空間掃查，并在該所要求的掃查范圍內(nèi)的發(fā)射用探頭7A的各個位置上，使接收用探頭7B在所要求的掃查范圍上進行掃查，將發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的各空間位置的信息及在這些位置上的回波信息存儲在信號處理部84C內(nèi)。在這之后，在信號處理部84C中執(zhí)行后文所述的信號處理。
這里，在說明信號處理部84C的信號處理程序之前，先參照圖56、圖57和圖58說明在被檢驗件1與空氣的交界面上的超聲波反射的性質(zhì)。在這些圖中，帶箭頭的實線相當于橫波，箭頭方向表示傳播方向。而帶箭頭的虛線相當于縱波，箭頭方向同樣表示傳播方向。在本實施例4的說明中，為了區(qū)別縱波和橫波，在實施例4的所有圖中，橫波由實線、縱波由虛線分別對應(yīng)表示。此外，對縱波和橫波其傳播方向都用箭頭方向表示。作為被檢驗件1與空氣的交界面的例，以被檢驗件1的底面4為例進行說明。另外，在以下說明的與超聲波的反射有關(guān)的性質(zhì)，當然是以斯內(nèi)爾反射定律為基礎(chǔ)的。
圖56和圖57是表示在被檢驗件1中傳播的橫波傾斜地入射到底面4時的反射狀態(tài)的圖。圖56和圖57的不同之處在于，圖56的情況，與圖57的情況相比，在各圖中以符號「αs」表示的入射角大。如圖56所示，在橫波的入射角「αs」大的情況下，由底面4反射產(chǎn)生的超聲波只是橫波。然而，如圖57所示，如橫波的入射角「αs」小于一定值，則除αs等于零外、即除垂直入射的情況外，由底面4反射后，既產(chǎn)生橫波也產(chǎn)生縱波。而在圖56和圖57中，以符號「βs」表示的橫波反射角，與入射角αs相等。此外，在圖57中，以符號「βL」表示的縱波反射角，大于橫波反射角βs。
另一方面，圖58是表示在被檢驗件1中傳播的縱波傾斜地入射到底面4時的反射狀態(tài)的圖。圖中，以符號「αL」表示的角度，是縱波的入射角度。以符號「βL」表示的角度是縱波的反射角度。以符號「βs」表示的角度，是橫波的反射角度。當縱波傾斜地入射到底面4時，入射角度αL，除等于零外、即除垂直入射的情況外，無論是大還是小，由底面4反射后，既產(chǎn)生橫波也產(chǎn)生縱波。此外，縱波的反射角度βL等于縱波的入射角度αL。而橫波的反射角度βs小于縱波的反射角度βL。
其次，考慮參照圖56、圖57和圖58說明的與超聲波的反射有關(guān)的上述性質(zhì)，說明被檢驗件1中的超聲波束傳播特性。首先，參照圖59和圖60討論超聲波的傳播路徑。在兩圖中，取橫向(與被檢驗件1的表面3平行的方向)為x軸，垂直方向(被檢驗件1的深度方向)為y軸。假定與缺陷6相當?shù)狞c反射源位于(x0、y0)。
圖59是與從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波束有關(guān)的超聲波傳播路徑圖。在圖59中，點Qsa是與發(fā)射用探頭7A的橫波有關(guān)的視在振子72A的中心，假定該點的坐標為(0，-Hsa)。這里，「Hsa」是從被檢驗件1的表面3到與發(fā)射用探頭7A的橫波有關(guān)的視在振子72A的中心的高度。此外，在圖59中，點QLa是與發(fā)射用探頭7A的縱波有關(guān)的視在振子的中心，假定該點的坐標為(xLa，-HLa)。這里，「xLa」是與發(fā)射用探頭7A的橫波有關(guān)的視在振子72A的中心和與縱波有關(guān)的視在振子的中心之間沿x軸方向的距離?！窰La」是從被檢驗件1的表面3到與發(fā)射用探頭7A的縱波有關(guān)的視在振子的中心的高度。另外，圖中，表示與發(fā)射用探頭7A的縱波有關(guān)的視在振子的中心的點QLa，實際上位于表示與發(fā)射用探頭7A的橫波有關(guān)的視在振子72A的中心的點Qsa的附近，但為看圖方便，在圖59中，將QLa和Qsa這兩個點畫得彼此離得很遠。以下也同樣。
另外，在以上的說明中，對于與發(fā)射用探頭7A的橫波有關(guān)的視在振子，標以符號72A進行了說明，但對于與縱波有關(guān)的視在振子，在說明中沒有特別標記符號。以下，按同樣方式進行說明。此外，對于接收用探頭7B，以下也同樣，對于與橫波有關(guān)的視在振子，標以符號72B進行說明，但對于與縱波有關(guān)的視在振子，在說明中也沒有特別標記符號。
首先，討論在圖59中從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1入射的超聲波為橫波的情況。從與發(fā)射用探頭7A的橫波有關(guān)的視在振子72A向被檢驗件1發(fā)射的發(fā)射橫波超聲波束因衍射而擴散，圖中，粗實線表示該波束的中心線。而細實線表示在該發(fā)射橫波超聲波束中由中心線上的聲壓、例如聲壓為-3dB的點連接的線。即，2條細實線之間相當于在發(fā)射橫波超聲波束的有效波束寬度。與2條細實線對應(yīng)的折射角，如圖中所示，假定為θsLa、θsHa。在這里采用了-3dB的波束寬度，但并不限于這個值，根據(jù)用途、目的，也可以是-6dB或-9dB、或-12dB，也可采用其他的值定義有效波束寬度。此外，作為超聲波的傳播波型有縱波和橫波，在本發(fā)明的說明書中為進行說明而采用的縱波超聲波和橫波超聲波這2個術(shù)語，其含義分別為以縱波波型傳播的超聲波和以橫波波型傳播的超聲波。
其次，討論在圖59中從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1入射的超聲波為縱波的情況。從與發(fā)射用探頭7A的縱波有關(guān)的視在振子向被檢驗件1發(fā)射的發(fā)射縱波超聲波束也因衍射而擴散，圖59中，粗虛線表示該波束的中心線。而細虛線表示在該發(fā)射縱波超聲波束中由中心線上的聲壓、例如聲壓為-3dB的點連接的線。即，2條細虛線之間相當于發(fā)射縱波超聲波束的有效波束寬度。與2條細虛線對應(yīng)的圖中所示的折射角，假定為θLLa、θLHa。這2個角度分別對應(yīng)于與橫波有關(guān)的折射角θsLa、θsHa。在這里也采用了-3dB的波束寬度，但并不限于這個值，根據(jù)用途、目的，也可以是-6dB或-9dB、或-12dB，也可采用其他的值定義有效波束寬度。
圖60是與由接收用探頭7B接收超聲波時的超聲波束有關(guān)的超聲波束傳播路徑圖。在圖60中，點Qsb是與接收用探頭7B的橫波有關(guān)的視在振子72B的中心，假定該點的坐標為(0，-Hsb)。這里，「Hsb」是從被檢驗件1的表面3到與接收用探頭7B的橫波有關(guān)的視在振子72B的中心的高度。此外，在圖60中，點QLb是與接收用探頭7B的縱波有關(guān)的視在振子的中心，假定該點的坐標為(xLb，-HLb)。這里，「xLb」是與接收用探頭7B的橫波有關(guān)的視在振子72B的中心和與縱波有關(guān)的視在振子的中心之間沿x軸方向的距離?！窰Lb」是從被檢驗件1的表面3到與接收用探頭7B的縱波有關(guān)的視在振子的中心的高度。另外，圖中，表示與接收用探頭7B的縱波有關(guān)的視在振子的中心的點QLb，實際上位于表示與接收用探頭7B的橫波有關(guān)的視在振子72B的中心的點Qsb的附近，但為看圖方便，在圖60中，將QLb和Qsb這兩個點畫得彼此離得很遠。以下也同樣。
首先，討論在圖60中由接收用探頭7B接收超聲波時的超聲波為橫波的情況。由與接收用探頭7B的橫波有關(guān)的視在振子72B接收的橫波超聲波，如考慮超聲波的衍射，則在一定的擴散角度上進行接收，所以所接收的橫波超聲波的波束在一定的角度范圍上擴散。圖中，粗實線表示該接收橫波超聲波束的中心線。而細實線表示在該接收橫波超聲波束中由中心線上的聲壓、例如聲壓為-3dB的點連接的線。即，2條細實線之間相當于接收橫波超聲波束的有效波束寬度。與2條細實線對應(yīng)的折射角，如圖中所示，假定為θsLb、θsHb。在這里也采用了-3dB的波束寬度，但并不限于這個值，根據(jù)用途、目的，也可以是-6dB或-9dB、或-12dB，也可采用其他的值定義有效波束寬度。
其次，討論在圖60中由接收用探頭7B接收超聲波時的超聲波為縱波的情況。由與接收用探頭7B的縱波有關(guān)的視在振子接收時的接收縱波超聲波束也因衍射而擴散，在圖60中，粗虛線表示該波束的中心線。而細虛線表示在該接收縱波超聲波束中由中心線上的聲壓、例如聲壓為-3dB的點連接的線。即，2條細虛線之間相當于接收縱波超聲波束的有效波束寬度。與2條細虛線對應(yīng)的圖中所示的折射角，假定為θLLb、θLHb。這2個角度分別對應(yīng)于與橫波有關(guān)的折射角θsLb、θsHb。在這里也采用了-3dB的波束寬度，但并不限于這個值，根據(jù)用途、目的，也可以是-6dB或-9dB、或-12dB，也可采用其他的值定義有效波束寬度。
下面，參照圖61至圖74，討論在上述發(fā)射橫波超聲波束寬度內(nèi)、發(fā)射縱波超聲波束寬度內(nèi)、接收橫波超聲波束寬度內(nèi)及接收縱波超聲波束寬度內(nèi)的聲線。在圖61～圖74中，坐標原點(0，0)，與圖59相同，取與發(fā)射用探頭7A的橫波有關(guān)的視在振子72A的中心沿y軸投影到被檢驗件1的表面3上的點。點Qsa表示與發(fā)射用探頭7A的橫波有關(guān)的視在振子72A的中心，其坐標為(0，-Hsa)。點QLa表示與發(fā)射用探頭7A的縱波有關(guān)的視在振子的中心，該點的坐標為(xLa，-HLa)。點Qsb表示與接收用探頭7B的橫波有關(guān)的視在振子72B的中心，該點的坐標取(xr，-Hsb)。點QLb是與接收用探頭7B的縱波有關(guān)的視在振子的中心，該點的坐標為(xr+xLb，-HLb)。此外，位于(x0、y0)的白圓圈符號是與缺陷6對應(yīng)的反射源。
首先，參照圖61至圖64進行說明。
如圖61所示，如果與折射角θs1a相當?shù)穆暰€存在于上述發(fā)射橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)、且與折射角θs1b相當?shù)穆暰€存在于上述接收橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)，即，如θsLa≤θs1a≤θsHa、且θsLb≤θs1b≤θsHb，則可能存在如圖中帶箭頭的實線和帶箭頭的虛線所示的超聲波束傳播路徑。這時，從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1發(fā)射的橫波，直射在缺陷6上并由缺陷6作為橫波反射后，直接由接收用探頭7B作為回波接收。
如圖62所示，如果與折射角θs1a相當?shù)穆暰€存在于上述發(fā)射橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)、且與折射角θＬ1b相當?shù)穆暰€存在于上述接收縱波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)，即，如θsLa≤θs1a≤θsHa、且θLLb≤θＬ1b≤θLHb，則可能存在如圖中帶箭頭的實線和帶箭頭的虛線所示的超聲波束傳播路徑。即，從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1發(fā)射的橫波，如圖中帶箭頭的實線所示，直射在缺陷6上。直射在缺陷6上的橫波，根據(jù)缺陷6的性質(zhì)，可能產(chǎn)生經(jīng)波型轉(zhuǎn)換而成為縱波后作為縱波反射的分量。該反射后的縱波，如帶箭頭的虛線所示，直接由接收用探頭7B作為強度低的回波接收。
如圖63所示，如果與折射角θL1a相當?shù)穆暰€存在于上述發(fā)射縱波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)、且與折射角θs1b相當?shù)穆暰€存在于上述接收橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)，即，如θLLa≤θL1a≤θLHa、且θsLb≤θs1b≤θsHb，則可能存在如圖中帶箭頭的實線所示的超聲波束傳播路徑。即，從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1發(fā)射其強度比橫波分量低的縱波。該發(fā)射的縱波，如圖中帶箭頭的虛線所示，直射在缺陷6上。直射在缺陷6上的縱波，根據(jù)缺陷6的性質(zhì)，可能產(chǎn)生經(jīng)波型轉(zhuǎn)換而成為橫波后作為橫波反射的分量。該反射后的橫波，如帶箭頭的實線所示，直接由接收用探頭7B作為回波接收。
如圖64所示，如果與折射角θL1a相當?shù)穆暰€存在于上述發(fā)射縱波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)、且與折射角θL1b相當?shù)穆暰€存在于上述接收縱波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)，即，如θLLa≤θL1a≤θLHa、且θLLb≤θＬ1b≤θLHb，則可能存在如圖中帶箭頭的虛線所示的超聲波束傳播路徑。即，從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1發(fā)射其強度比橫波分量低的縱波。該發(fā)射的縱波，直射在缺陷6上，并由缺陷6作為縱波反射后，直接由接收用探頭7B作為強度低的回波接收。
以上，討論了從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1內(nèi)發(fā)射的超聲波直接射在缺陷6上、由缺陷6反射的超聲波直接由接收用探頭7B接收的傳播路徑。
以下，參照圖65至圖68，討論可能存在的其他傳播路徑。
如圖65所示，如果與折射角θs2a相當?shù)穆暰€存在于上述發(fā)射橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)、且與折射角θs1b相當?shù)穆暰€存在于上述接收橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)，即，如θsLa≤θs2a≤θsHa、且θsLb≤θs1b≤θsHb，則可能存在如圖中帶箭頭的實線所示的超聲波束傳播路徑。即，從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1發(fā)送的橫波超聲波，如帶箭頭的實線所示，在底面4上作為橫波超聲波反射1次，然后射在缺陷6上，并由缺陷6作為橫波超聲波反射后，直接到達接收用探頭7B并作為回波接收。
如圖66所示，如果與折射角θs2′a相當?shù)穆暰€存在于上述發(fā)射橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)、且與折射角θs1b相當?shù)穆暰€存在于上述接收橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)，即，如θsLa≤θs2′a≤θsHa、且θsLb≤θs1b≤θsHb，則可能存在如圖中沿箭頭方向的帶箭頭的實線、接在其后的帶箭頭的虛線、進一步接在其后的帶箭頭的實線所示的超聲波束傳播路徑。即，從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1發(fā)射的橫波超聲波，如帶箭頭的實線所示，向底面4傳播。然后，如帶箭頭的虛線所示，在底面4上作為縱波超聲波反射1次，并向缺陷6傳播。然后，該縱波超聲波，射在缺陷6上，并由缺陷6作為橫波超聲波反射。該反射后的橫波超聲波，如帶箭頭的實線所示，直接到達接收用探頭7B并作為回波接收。
如圖67所示，如果與折射角θs2a相當?shù)穆暰€存在于上述發(fā)射橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)、且與折射角θL1b相當?shù)穆暰€存在于上述接收縱波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)，即，如θsLa≤θs2a≤θsHa、且θLLb≤θＬ1b≤θLHb，則可能存在如圖中沿箭頭方向的帶箭頭的實線、接在其后的帶箭頭的實線、進一步接在其后的帶箭頭的虛線所示的超聲波束傳播路徑。即，從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1發(fā)射的橫波超聲波，如帶箭頭的實線所示，向底面4傳播。然后，如帶箭頭的實線所示，在底面4上作為橫波超聲波反射1次，并向缺陷6傳播。然后，該橫波超聲波，射在缺陷6上，并由缺陷6作為縱波超聲波反射。該反射后的縱波超聲波，如帶箭頭的虛線所示，直接到達接收用探頭7B并作為回波接收。
如圖68所示，如果與折射角θs2′a相當?shù)穆暰€存在于上述發(fā)射橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)、且與折射角θL1b相當?shù)穆暰€存在于上述接收縱波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)，即，如θsLa≤θs2′a≤θsHa、且θLLb≤θL1b≤θLHb，則可能存在如圖中沿箭頭方向的帶箭頭的實線、接在其后的帶箭頭的虛線、進一步接在其后的帶箭頭的虛線所示的超聲波束傳播路徑。即，從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1發(fā)射的橫波超聲波，如帶箭頭的實線所示，向底面4傳播。然后，如帶箭頭的虛線所示，在底面4上作為縱波超聲波反射1次，并向缺陷6傳播。然后，該縱波超聲波，射在缺陷6上，并由缺陷6作為縱波超聲波反射。該反射后的縱波超聲波，如帶箭頭的虛線所示，直接到達接收用探頭7B并作為回波接收。
以上，以從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1發(fā)射的超聲波為橫波超聲波的情況為對象，討論了該橫波超聲波在被試驗件1的底面4上反射后向缺陷6的方向傳播并由缺陷6反射后直接到達接收用探頭7B的傳播路徑。這時，考慮了底面4和缺陷6的波型轉(zhuǎn)換。
以下，參照圖69至圖72，討論可能存在的其他傳播路徑。
如圖69所示，如果與折射角θs1a相當?shù)穆暰€存在于上述發(fā)射橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)、且與折射角θs2b相當?shù)穆暰€存在于上述接收橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)，即，如θsLa≤θs1a≤θsHa、且θsLb≤θs2b≤θsHb，則可能存在如圖中帶箭頭的實線所示的超聲波束傳播路徑。即，從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1發(fā)射的橫波超聲波，如帶箭頭的實線所示，直射在缺陷6上并由缺陷6作為橫波超聲波反射，然后，在底面4上作為橫波超聲波反射1次后，到達接收用探頭7B并作為回波接收。
如圖70所示，如果與折射角θs1a相當?shù)穆暰€存在于上述發(fā)射橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)、且與折射角θs2′b相當?shù)穆暰€存在于上述接收橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)，即，如θsLa≤θs1a≤θsHa、且θsLb≤θs2′b≤θsHb，則可能存在如圖中沿箭頭方向的帶箭頭的實線、接在其后的帶箭頭的虛線、進一步接在其后的帶箭頭的實線所示的超聲波束傳播路徑。即，從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1發(fā)射的橫波超聲波，如帶箭頭的實線所示，向缺陷6傳播。然后，該橫波超聲波直射在缺陷6上，并由缺陷6作為縱波超聲波反射。該反射后的縱波超聲波，如帶箭頭的虛線所示，向底面4傳播。然后，該縱波超聲波在底面4上作為橫波超聲波反射1次。該反射后的橫波超聲波，如帶箭頭的實線所示，到達接收用探頭7B并作為回波接收。
如圖71所示，如果與折射角θs1a相當?shù)穆暰€存在于上述發(fā)射橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)、且與折射角θL2′b相當?shù)穆暰€存在于上述接收縱波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)，即，如θsLa≤θs1a≤θsHa、且θLLb≤θL2′b≤θLHb，則可能存在如圖中沿箭頭方向的帶箭頭的實線、接在其后的帶箭頭的實線、進一步接在其后的帶箭頭的虛線所示的超聲波束傳播路徑。即，從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1發(fā)射的橫波超聲波，如帶箭頭的實線所示，向缺陷6傳播。然后，該橫波超聲波直射在缺陷6上，并由缺陷6作為橫波超聲波反射。該反射后的橫波超聲波，如帶箭頭的實線所示，向底面4傳播。然后，該橫波超聲波在底面4上作為縱波超聲波反射1次。該反射后的縱波超聲波，如帶箭頭的虛線所示，到達接收用探頭7B并作為回波接收。
如圖72所示，如果與折射角θs1a相當?shù)穆暰€存在于上述發(fā)射橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)、且與折射角θL2b相當?shù)穆暰€存在于上述接收縱波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)，即，如θsLa≤θs1a≤θsHa、且θLLb≤θL2b≤θLHb，則可能存在如圖中沿箭頭方向的帶箭頭的實線、接在其后的帶箭頭的虛線、進一步接在其后的帶箭頭的虛線所示的超聲波束傳播路徑。即，從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1發(fā)射的橫波超聲波，如帶箭頭的實線所示，向缺陷6傳播。然后，該橫波超聲波直射在缺陷6上，并由缺陷6作為縱波超聲波反射。該反射后的縱波超聲波，如帶箭頭的虛線所示，向底面4傳播。然后，該縱波超聲波在底面4上作為縱波超聲波反射1次。該反射后的縱波超聲波，如帶箭頭的虛線所示，到達接收用探頭7B并作為回波接收。
以上，以從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1發(fā)射的超聲波為橫波超聲波的情況為對象，討論了該橫波超聲波直射在缺陷6上，由缺陷6反射后在底面4上反射1次后到達接收用探頭7B的傳播路徑。這時，考慮了缺陷6和底面4的波型轉(zhuǎn)換。
以下，參照圖73至圖74，以從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1發(fā)射的超聲波為縱波超聲波的情況為對象進行討論。在圖73中示出的從傳播路徑I到傳播路徑IV及在圖74中示出從傳播路徑V到傳播路徑VIII，是從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1發(fā)射的超聲波為縱波時可能存在的其他路徑。
在圖73中，從傳播路徑I到傳播路徑IV，圖中雖未示出，但其傳播路徑為從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的縱波超聲波，向被檢驗件1的底面4傳播，并在底面4上反射1次后向缺陷6傳播，由缺陷6反射后，直接向接收用探頭7B傳播并由接收用探頭7B作為回波而接收。
在這4條傳播路徑I到IV中，傳播路徑I是這樣一條傳播路徑，即，從發(fā)射用探頭7A到底面4的傳播波型是縱波，在底面4上作為橫波超聲波反射，從底面4到缺陷6的傳播波型變成橫波，進而，在缺陷6上作為橫波超聲波反射，從缺陷6到接收用探頭7B的傳播波型變成橫波。在圖73中，為簡化該傳播路徑I，僅代表性地記入了沿該傳播路徑I傳播的傳播波型。即，作為沿傳播路徑I的傳播波型，在表中從左側(cè)到右側(cè)依次記入縱波、橫波、橫波。就是說，所記入的第1個波型對應(yīng)于從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1發(fā)射并向被檢驗件1的底面4傳播的傳播波型，所記入的第2個波型對應(yīng)于在底面4上反射后、從底面4向缺陷6傳播的傳播波型，而所記入的第3個波型對應(yīng)于在缺陷6上反射后、從缺陷6向接收用探頭7B傳播的傳播波型。為供作參考，在圖73中記入上述3種波型的右側(cè)列出傳播路徑I相對于發(fā)射縱波超聲波束有效波束寬度、接收橫波超聲波束有效波束寬度、及接收縱波超聲波束有效波束寬度的可能存在的條件。另外，為供作參考，在圖73中作為備考還記入了是否在底面4上的反射及在缺陷6的反射的同時發(fā)生波型轉(zhuǎn)換。即，「有」意味著同時發(fā)生波型轉(zhuǎn)換，而「無」則意味著不同時發(fā)生波型轉(zhuǎn)換。以下，在圖73中，對傳播路徑II～IV的圖示方式是同樣的。
就是說，在圖73中，傳播路徑II是這樣一條傳播路徑，即，從發(fā)射用探頭7A到底面4的傳播波型是縱波，在底面4上作為縱波超聲波反射，從底面4到缺陷6的傳播波型變成縱波，進而，在缺陷6上作為橫波超聲波反射，從缺陷6到接收用探頭7B的傳播波型變成橫波。
在圖73中，傳播路徑III是這樣一條傳播路徑，即，從發(fā)射用探頭7A到底面4的傳播波型是縱波，在底面4上作為橫波超聲波反射，從底面4到缺陷6的傳播波型變成橫波，進而，在缺陷6上作為縱波超聲波反射，從缺陷6到接收用探頭7B的傳播波型變成縱波。
在圖73中，傳播路徑IV是這樣一條傳播路徑，即，從發(fā)射用探頭7A到底面4的傳播波型是縱波，在底面4上作為縱波超聲波反射，從底面4到缺陷6的傳播波型是縱波，進而，在缺陷6上作為縱波超聲波反射，從缺陷6到接收用探頭7B的傳播波型成為縱波。
其次，在圖74中，從傳播路徑V到傳播路徑VIII，圖中雖未示出，但其傳播路徑為從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的縱波超聲波，向缺陷6傳播，然后在缺陷6上反射后向底面4傳播，在底面4上反射1次后，向接收用探頭7B傳播并由接收用探頭7B作為回波接收。
在這4條傳播路徑V到VIII中，傳播路徑V是這樣一條傳播路徑，即，從發(fā)射用探頭7A到缺陷6的傳播波型是縱波，在缺陷6上作為橫波超聲波反射，從底面4到缺陷6的傳播波型變成橫波，進而，在底面4上作為橫波超聲波反射，從底面4到接收用探頭7B的傳播波型變成橫波。在圖74中，為簡化該傳播路徑V，僅代表性地記入了沿該傳播路徑V傳播的傳播波型。即，作為沿傳播路徑V的傳播波型，在表中從左側(cè)到右側(cè)依次記入縱波、橫波、橫波。就是說，所記入的第1個波型對應(yīng)于從發(fā)射用探頭7A向缺陷6傳播的傳播波型，所記入的第2個波型對應(yīng)于在缺陷6上反射后、從缺陷6向底面4傳播的傳播波型，而所記入的第3個波型對應(yīng)于在底面4上反射后、從底面4向接收用探頭7B傳播的傳播波型。為供作參考，在圖74中記入上述3種波型的右側(cè)列出傳播路徑V相對于發(fā)射縱波超聲波束有效波束寬度、接收橫波超聲波束有效波束寬度、及接收縱波超聲波束有效波束寬度的可能存在的條件。另外，為供作參考，在圖74中作為備考還記入了是否在底面4上的反射及在缺陷6的反射的同時發(fā)生波型轉(zhuǎn)換。即，「有」意味著同時發(fā)生波型轉(zhuǎn)換，而「無」則意味著不同時發(fā)生波型轉(zhuǎn)換。以下，在圖74中，對傳播路徑VI～VIII的圖示方式是同樣的。
就是說，在圖74中，傳播路徑VI是這樣一條傳播路徑，即，從發(fā)射用探頭7A到缺陷6的傳播波型是縱波，在缺陷6上作為縱波超聲波反射，從缺陷6到底面4的傳播波型成為縱波，進而，在底面4上作為橫波超聲波反射，從底面4到接收用探頭7B的傳播波型變成橫波。
在圖74中，傳播路徑VII是這樣一條傳播路徑，即，從發(fā)射用探頭7A到缺陷6的傳播波型是縱波，在缺陷6上作為橫波超聲波反射，從缺陷6到底面4的傳播波型變成橫波，進而，在底面4上作為縱波超聲波反射，從底面4到接收用探頭7B的傳播波型變成縱波。
在圖74中，傳播路徑VIII是這樣一條傳播路徑，即，從發(fā)射用探頭7A到缺陷6的傳播波型是縱波，在缺陷6上作為縱波超聲波反射，從缺陷6到底面4的傳播波型成為縱波，進而，在底面4上作為縱波超聲波反射，從底面4到接收用探頭7B的傳播波型變成縱波。
以上，為簡化說明，討論了如下的情況，即，與對應(yīng)于從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1發(fā)射的橫波超聲波的折射角θs1a相當?shù)穆暰€、與對應(yīng)于橫波超聲波的折射角θs2a相當?shù)穆暰€、與對應(yīng)于橫波超聲波的折射角θs2′a相當?shù)穆暰€，存在于發(fā)射橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)；與對應(yīng)于從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1發(fā)射的縱波超聲波的折射角θL1a相當?shù)穆暰€、與對應(yīng)于縱波超聲波的折射角θL2a相當?shù)穆暰€、與對應(yīng)于縱波超聲波的折射角θL2′a相當?shù)穆暰€，存在于發(fā)射縱波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)；與對應(yīng)于由接收用探頭7B接收的橫波超聲波的折射角θs1b相當?shù)穆暰€、與對應(yīng)于橫波超聲波的折射角θs2b相當?shù)穆暰€、與對應(yīng)于橫波超聲波的折射角θs2′b相當?shù)穆暰€，存在于接收橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)；與對應(yīng)于由接收用探頭7B接收的縱波超聲波的折射角θL1b相當?shù)穆暰€、與對應(yīng)于縱波超聲波的折射角θL2b相當?shù)穆暰€、與對應(yīng)于縱波超聲波的折射角θL2′b相當?shù)穆暰€，存在于接收縱波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)。即考慮到在超聲波束傳播路徑中在底面4上反射一次的情況。
在發(fā)射橫波超聲波束、發(fā)射縱波超聲波束、接收橫波超聲波束、及接收縱波超聲波束的各有效波束寬度比在以上考察中作為對象的寬度更寬的情況下，可能存在更多的與以上給出的傳播路徑不同的傳播路徑。即，例如，可能存在著在底面4上反射1次、在表面3上反射1次合計發(fā)生2次反射的傳播路徑。這時，可能存在考慮到在底面4、表面3、進而在缺陷6上分別發(fā)生的從橫波到縱波、反之、從縱波到橫波的波型轉(zhuǎn)換而確定的各種傳播路徑。
另外，隨著波束寬度增大，還必須考慮到在底面4上反射2次、在表面3上反射1次的路徑，并考慮在各次反射中的波型轉(zhuǎn)換。當波束寬度進一步增大時，還必須考慮在底面4上反射2次、在表面3上反射2次的路徑并考慮在各次反射中的波型轉(zhuǎn)換。
以下，隨著波束寬度增大，相對于應(yīng)考慮的路徑增加在底面4或表面3上的反射次數(shù)，而且，在各次反射時必須考慮波型轉(zhuǎn)換。
本實施例4，如上所述，在提供考慮到發(fā)射超聲波束及接收超聲波束的擴散而以斜角探傷的裝置和方法這一點上與以往有很大區(qū)別。此外，在作為發(fā)射超聲波束考慮到發(fā)射橫波超聲波束及發(fā)射縱波超聲波束、作為接收超聲波束考慮到接收橫波超聲波束及接收縱波超聲波束這一點上，也與以往不同。進而，在考慮到在表面3和底面4上的反射這一點上也與在特開平2-278149號公報、特開平2-248855號公報、或特開平5-172789號公報中所公開的現(xiàn)有技術(shù)完全不同。另外，在考慮到在底面4、表面3、以及缺陷6的各次反射中分別進行的從橫波到縱波的波型轉(zhuǎn)換及從縱波到橫波的波型轉(zhuǎn)換這一點上也與現(xiàn)有技術(shù)不同。
其次，根據(jù)如上所述的有關(guān)超聲波束的傳播路徑的考察結(jié)果，參照圖75～圖79說明信號處理部84C的信號處理程序。從圖76到圖79中的坐標原點與圖56、圖57及圖61～圖72不同。顯然，可將原點確定在任何位置。當然，如果與發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B在掃查時的原點不同，則在信號處理部84C的信號處理中必須進行適當?shù)淖鴺宿D(zhuǎn)換。
在信號處理部84C中，如上所述，存儲著將發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B在所要求的掃查范圍上進行掃查時在掃查范圍內(nèi)的各空間點上的回波波形及接收到該回波波形時的發(fā)射用探頭7A的空間位置信息以及接收用探頭7B的空間位置信息。此外，回波波形是以原始波形、即未經(jīng)整流、檢波等處理的AC波形存儲的。
對于由信號處理部84C執(zhí)行的信號處理程序，為簡化說明，以只考慮在被檢驗件1的底面4上的1次反射的情況為例并參照圖75進行說明。對于考慮在表面3上的1次或2次以上的反射以及在底面4上的2次以上的反射的情況，通過將以下說明的信號處理程序加以擴展即可實現(xiàn)。
在圖75的步驟71中，確定所需要的圖象再生范圍。即，在圖76至圖79中，例如，按虛線所包圍的區(qū)域所示，確定想要進行圖象顯示的范圍，作為被檢驗件1的探傷結(jié)果。
在步驟72中，確定圖象再生點。圖象再生點是上述圖象再生范圍內(nèi)的1個點。該點的坐標，如圖76至圖79所示，為(xi，yi)。
在步驟73中，設(shè)與該再生點(xi，yi)對應(yīng)的輸出為P(xi，yi)，并將其值設(shè)定為零。即P(xi，yi)＝0、在步驟74中，在發(fā)射用探頭7A的掃查范圍內(nèi)選擇接收回波的部位即發(fā)射用探頭7A的1個空間位置。如圖76所示，當考慮有關(guān)發(fā)射橫波超聲波束的情況時，發(fā)射用探頭7A的位置，以與發(fā)射用探頭7A的橫波有關(guān)的視在振子72A的中心即點Qsa為代表進行討論，并假定其坐標為(xt，-Hsa)。而點Qsa的含義與圖59～圖72相同。另外，如圖77所示，當考慮有關(guān)發(fā)射縱波超聲波束的情況時，發(fā)射用探頭7A的位置以與發(fā)射用探頭7A的縱波有關(guān)的視在振子的中心即點QLa為代表進行討論，并假定其坐標為(xt+xLa，-HLa)。而點QLa的含義與圖59～圖72相同。
在步驟75中，計算圖76所示的角度θs1a、θs2a、θs2′a及圖77所示的角度θL1a、θL2a、θL2′a。
另外，如將圖象再生點臨時看作反射源，并相應(yīng)地考慮從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波到達該圖象再生點(xi，yi)的波束路徑，則這些角度θs1a、θs2a、θs2′a、θL1a、θL2a、θL2′a如下所述。
角度θs1a對應(yīng)于從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的橫波超聲波直射到該圖象再生點(xi，yi)時的波束傳播路徑。以下，將該波束傳播路徑稱為與角度θs1a對應(yīng)的射入時傳播路徑。
角度θs2a對應(yīng)于從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的橫波超聲波在底面4上作為橫波超聲波反射1次后到達該圖象再生點(xi，yi)時的波束傳播路徑。以下，將該波束傳播路徑稱為與角度θs2a對應(yīng)的射入時傳播路徑。
角度θs2′a對應(yīng)于從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的橫波超聲波在底面4上作為縱波超聲波反射1次后到達該圖象再生點(xi，yi)時的波束傳播路徑。以下，將該波束傳播路徑稱為與角度θs2′a對應(yīng)的射入時傳播路徑。
角度θL1a對應(yīng)于從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的縱波超聲波直射到該圖象再生點(xi，yi)時的波束傳播路徑。以下，將該波束傳播路徑稱為與角度θL1a對應(yīng)的射入時傳播路徑。
角度θL2a對應(yīng)于從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的縱波超聲波在底面4上作為縱波超聲波反射1次后到達該圖象再生點(xi，yi)時的波束傳播路徑。以下，將該波束傳播路徑稱為與角度θL2a對應(yīng)的射入時傳播路徑。
角度θL2′a對應(yīng)于從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的縱波超聲波在底面4上作為橫波超聲波反射1次后到達該圖象再生點(xi，yi)時的波束傳播路徑。以下，將該波束傳播路徑稱為與角度θL2′a對應(yīng)的射入時傳播路徑。
另外，這里，由于作為在底面4上的反射次數(shù)只考慮1次而且沒有考慮在表面3上的反射，所以只計算上述6個角度θs1a、θs2a、θs2′a、θL1a、θL2a、θL2′a。如考慮在底面4上的反射次數(shù)為2次以上以及在表面3上反射1次或2次以上的情況，則除上述6個角度外，還必須考慮在各面上的反射及與這些反射同時發(fā)生的波型轉(zhuǎn)換，并計算與從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的橫波超聲波及縱波超聲波到達圖象再生點(xi，yi)的射入時傳播路徑對應(yīng)的角度。
在步驟76中，判斷在步驟75中通過計算求得的角度θs1a、θs2a、θs2′a是否在發(fā)送用探頭7A的發(fā)射橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)。然后，從角度θs1a、θs2a、θs2′a中進行選擇并選出在發(fā)射橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)的角度。即，假定k為1、2、2′，并選出滿足下列條件式的θska。
θsLa≤θska≤θsHa這里，假定作為滿足上述條件的θska選出的角度為θspa～θsqa。p及q是在1、2、2′中存在的整數(shù)。
另外，在步驟76中，還判斷在步驟75中通過計算求得的角度θL1a、θL2a、θL2′a是否在發(fā)射用探頭7A的發(fā)射縱波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)。然后，從角度θL1a、θL2a、θL2′a中進行選擇并選出在發(fā)射縱波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)的角度。即，假定k為1、2、2′，并選出滿足下列條件式的θLka。
θLLa≤θLka≤θLHa這里，假定作為滿足上述條件的θLka選出的角度為θLp′a～θLq′a。p′及q′是在1、2、2中存在的整數(shù)。
在步驟76中，在只考慮在底面4上的1次反射的條件下，選出從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波到達圖象再生點(xi，yi)的超聲波束傳播路徑(射入時傳播路徑)。
另外，當滿足上述條件的θska、θLka都不存在時，進入步驟86，關(guān)于步驟86，如后文所述。
在步驟77中，在由步驟74選出的發(fā)射用探頭7A的位置上使接收用探頭7B進行掃查的掃查范圍內(nèi)，選出接收到回波時的接收用探頭7B的1個空間位置。如圖78所示，當考慮有關(guān)接收橫波超聲波束的情況時，接收用探頭7B的位置，以與接收用探頭7B的橫波有關(guān)的視在振子72B的中心即點Qsb為代表進行討論，并假定其坐標為(xr，-Hsb)。點Qsb的含義與圖59～圖72相同。此外，如圖79所示，當考慮有關(guān)接收縱波超聲波束的情況時，接收用探頭7B的位置，以與接收用探頭7B的縱波有關(guān)的視在振子的中心即點QLb為代表進行討論，并假定其坐標為(xr+xLb，-HLb)。點QLb的含義與圖59～圖72相同。
在步驟78中，計算圖78所示的角度θs1b、θs2b、θs2′b及圖79所示的角度θL1b、θL2b、θL2′b。
另外，如將圖象再生點臨時看作反射源，并相應(yīng)地考慮從該點反射源反射的超聲波到達接收用探頭7B并作為回波接收的波束路徑，則這些角度θs1b、θs2b、θs2′b、θL1b、θL2b、θL2′b如下所述。
角度θs1b對應(yīng)于由圖象再生點反射的橫波超聲波直接到達接收用探頭7B時的波束傳播路徑。以下，將該波束傳播路徑稱為與角度θs1b對應(yīng)的返回時傳播路徑。
角度θs2b對應(yīng)于由圖象再生點反射的橫波超聲波在底面4上作為橫波超聲波反射1次后到達接收用探頭7B時的波束傳播路徑。以下，將該波束傳播路徑稱為與角度θs2b對應(yīng)的返回時傳播路徑。
角度θs2′b對應(yīng)于由圖象再生點反射的縱波超聲波在底面4上作為橫波超聲波反射1次后到達接收用探頭7B時的波束傳播路徑。以下，將該波束傳播路徑稱為與角度θs2′b對應(yīng)的返回時傳播路徑。
角度θL1b對應(yīng)于由圖象再生點反射的縱波超聲波直接到達接收用探頭7B時的波束傳播路徑。以下，將該波束傳播路徑稱為與角度θL1b對應(yīng)的返回時傳播路徑。
角度θL2b對應(yīng)于由圖象再生點反射的縱波超聲波在底面4上作為縱波超聲波反射1次后到達接收用探頭7B時的波束傳播路徑。以下，將該波束傳播路徑稱為與角度θL2b對應(yīng)的返回時傳播路徑。
角度θL2′b對應(yīng)于由圖象再生點反射的橫波超聲波在底面4上作為縱波超聲波反射1次后到達接收用探頭7B時的波束傳播路徑。以下，將該波束傳播路徑稱為與角度θL2′b對應(yīng)的返回時傳播路徑。
這里，也由于在超聲波束的返回時傳播路徑中作為在底面4上的反射次數(shù)只考慮1次而且沒有考慮在表面3上的反射，所以只計算上述6個角度θs1b、θs2b、θs2′b、θL1b、θL2b、θL2′b。如考慮在底面4上的反射次數(shù)為2次以上以及在表面3上反射1次或2次以上的情況，則除上述6個角度外，還必須考慮在各面上的反射及與這些反射同時發(fā)生的波型轉(zhuǎn)換，并計算與由圖象再生點反射的橫波超聲波及縱波超聲波到達接收用探頭7B的返回時傳播路徑對應(yīng)的角度。
在步驟79中，判斷在步驟78中通過計算求得的角度θs1b、θs2b、θs2′b是否在接收用探頭7B的接收橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)。然后，從角度θs1b、θs2b、θs2′b中進行選擇并選出在接收橫波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)的角度。即，假定k為1、2、2′，并選出滿足下列條件式的θskb。
θsLb≤θskb≤θsHb這里，假定作為滿足上述條件的θskb選出的角度為θsp″a～θsq″a。p″及q″是在1、2、2′中存在的整數(shù)。
另外，在步驟79中，還判斷在步驟78中通過計算求得的角度θL1b、θL2b、θL2′b是否在接收用探頭7B的接收縱波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)。然后，從角度θL1b、θL2b、θL2′b中進行選擇并選出在接收縱波超聲波束的有效波束寬度內(nèi)的角度。即，假定k為1、2、2′，并選出滿足下列條件式的θLkb。
θLLb≤θLkb≤θLHb這里，假定作為滿足上述條件的θLkb選出的角度為θLpa～θLqa。p及q是在1、2、2′中存在的整數(shù)。
在步驟79中，在只考慮在底面4上的1次反射的條件下，選出由圖象再生點反射的橫波超聲波到達接收用探頭7B的超聲波束傳播路徑(返回時傳播路徑)。
另外，當滿足上述條件的θskb、θLkb都不存在時，進入步驟87，關(guān)于步驟87，如后文所述。
在步驟80中，根據(jù)在步驟76中選出的超聲波束射入時傳播路徑及在步驟79中選出的和返回時傳播路徑，選出由這些射入時和返回時的傳播路徑構(gòu)成的往復(fù)中的傳播路徑的全部組合。這里，如作進一步的說明，則所謂射入時傳播路徑，是指從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波到達圖象再生點(xi，yi)的路徑，而所謂返回時傳播路徑，是指由圖象再生點(xi，yi)反射的超聲波到達接收用探頭7B的傳播路徑。射入時傳播路徑與角度θspa～θsqa及θLp′a～θLq′a中的某一個角度相對應(yīng)，返回時傳播路徑與角度θsp″b～θsq″b及角度θLpb～θLqb中的某一個角度相對應(yīng)。因此，往復(fù)中的傳播路徑可能存在各種各樣的路徑。
在步驟81中，對按如上方式選出的往復(fù)中傳播路徑的組合，分別計算為在這些往復(fù)中傳播路徑上傳播超聲波所需要的傳播時間(以下，稱為往復(fù)中傳播時間)。而在該往復(fù)中傳播時間的計算中，如果往復(fù)中傳播路徑由作為縱波傳播的傳播路徑及作為橫波傳播的傳播路徑構(gòu)成，則在計算往復(fù)中傳播時間時，當然必須使縱波的聲速與對應(yīng)于作為縱波傳播的傳播路徑的波程(距離)對應(yīng)、使橫波的聲速與對應(yīng)于作為橫波傳播的傳播路徑的波程對應(yīng)。如果往復(fù)中傳播路徑僅由作為縱波傳播的傳播路徑構(gòu)成，則在計算往復(fù)中傳播時間時，顯然只需使縱波聲速與其波程對應(yīng)即可。而如果往復(fù)中的傳播路徑僅由作為橫波傳播的傳播路徑構(gòu)成，則在計算往復(fù)中傳播時間時，只需使橫波的聲速與其波程對應(yīng)即可。根據(jù)按如上方式對各往復(fù)中傳播路徑分別求得的往復(fù)中傳播時間，可以對與步驟74中選出的發(fā)射用探頭7A的空間位置和步驟77中選出的接收用探頭7B的空間位置的組合位置對應(yīng)的回波波形，計算出應(yīng)接收回波的時間。
在步驟81中，對按如上方式求得的各往復(fù)中傳播路徑，分別調(diào)出應(yīng)接收回波的對應(yīng)時間的回波振幅。另外，在步驟81中，將對各往復(fù)中傳播路徑調(diào)出的各回波振幅相加，并將其相加結(jié)果與P(xi，yi)相加。
在步驟82中，判斷在接收用探頭7B的整個掃查范圍上、或在預(yù)定的掃查范圍上、步驟77～步驟81的信號處理是否完成。當判斷結(jié)果為尚未完成時，進入步驟87，如已完成時，進入步驟83。
這里，在步驟87中，將接收用探頭7B的位置移動到另一空間位置，繼續(xù)進行從步驟77到步驟82的信號處理。即，在步驟77中，在接收用探頭7B的掃查范圍內(nèi)，選出除到上次為止選出的空間位置之外的接收用探頭7B的新的空間位置(上述移動后的位置)，并完成直到步驟82的信號處理。
在步驟83中，判斷在發(fā)射用探頭7A的整個掃查范圍上、或在預(yù)定的掃查范圍上、步驟74～步驟82的信號處理是否完成。當判斷結(jié)果為尚未完成時，進入步驟86，如已完成時，進入步驟84。
這里，在步驟86中，將發(fā)射用探頭7A的位置移動到另一空間位置，繼續(xù)進行從步驟74到步驟83的信號處理。即，在步驟74中，在發(fā)射用探頭7A的掃查范圍內(nèi)，選出除到上次為止選出的空間位置之外的發(fā)射用探頭7A的新的空間位置(上述移動后的位置)，并完成直到步驟83的信號處理。
在步驟84中，將P(xi，yi)的值、或其絕對值、或絕對值的平方值等作為圖象再生點(xi，yi)的再生圖象輸出。
在步驟85中，對所要求的圖象再生范圍內(nèi)的所需的全部再生點、或預(yù)定的再生點，判斷從驟72到步驟84的信號處理是否完成。當判斷結(jié)果為尚未完成時，進入步驟88，如已完成時，信號處理部84C的信號處理即全部完成。
在步驟88中，指定所要求的圖象再生范圍內(nèi)的另一所需的圖象再生點，并反復(fù)進行從步驟72到步驟85的信號處理。
另外，為簡化說明起見，以只考慮在被檢驗件1的底面4上的1次反射的情況為例，說明了供選用的往復(fù)中傳播路徑的選出程序。當考慮在底面4上的反射次數(shù)為2次以上以及在表面3上反射1次或2次以上的情況時，只須在步驟75至80中考慮在底面4或表面3上的反射及與這些反射同時發(fā)生的波型轉(zhuǎn)換并選出供選擇用的從發(fā)射用探頭7A經(jīng)圖象再生點到達接收用探頭7B的往復(fù)中傳播路徑即可。
另外，在步驟75至步驟80中，只不過是給出了當提供了發(fā)射用探頭7A的空間位置(坐標)、接收用探頭7B的空間位置、及圖象再生點的空間位置時用于選出供選擇用的從發(fā)射用探頭7A發(fā)射經(jīng)圖象再生點到達接收用探頭7B的往復(fù)中傳播路徑的信號處理程序的一個具體例。這些供選用的往復(fù)中傳播路徑，也可以按照與步驟75至步驟80所給出的信號處理程序不同的程序進行。關(guān)鍵在于，只要是當提供了發(fā)射用探頭7A的空間位置、接收用探頭7B的空間位置、及圖象再生點的空間位置時能夠選出供選用的從發(fā)射用探頭7A發(fā)射經(jīng)圖象再生點到達接收用探頭7B的往復(fù)中的傳播路徑的程序，就可以采用與圖75所示不同的程序。如在上述供選用的往復(fù)中傳播路徑的選出中需要假定伴隨在底面4和表面3上的超聲波脈沖反射的供選用的往復(fù)中傳播路徑，則在供選用的往復(fù)中傳播路徑的選出中，當然也必須考慮伴隨在底面4和表面3上的超聲波脈沖反射的路徑。
另外，在如上所述的信號處理的步驟81中，對各往復(fù)中傳播路徑，計算應(yīng)接收回波的時間，并將與該時間對應(yīng)的回波振幅調(diào)出后相加，但在該相加運算中，必須注意以下情況。即，超聲波在底面4上反射1次后，其相位發(fā)生變化。同樣，在表面3上反射后相位也發(fā)生變化。因此，必須在校正了與這種反射有關(guān)的相位變化量后進行相加運算。以下給出當與反射有關(guān)的相位變化為反相(180°)時的例。例如，作為往復(fù)中的傳播路徑，假定有如下的路徑從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的橫波超聲波脈沖直射到缺陷6，并由缺陷6作為橫波反射后直接由接收用探頭7B接收的路徑(第1路徑)；從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的橫波超聲波脈沖直射到缺陷6，并由缺陷6作為橫波反射后，在底面4上作為橫波反射1次，然后由接收用探頭7B接收的路徑(第2路徑)；從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的橫波超聲波脈沖直射到缺陷6，并由缺陷6作為橫波反射后，在表面3上作為橫波反射1次，然后在底面4上反作為橫波射1次后由接收用探頭7B接收的路徑(第3路徑)。在這種情況下，在第2路徑中，由于在底面4上反射1次，所以與第1路徑相比，其相位旋轉(zhuǎn)180°。在第3路徑中，由于在表面3上反射1次、然后在底面4上又反射1次，所以其合計的相位與第1路徑相比旋轉(zhuǎn)360°，作為結(jié)果，意味著與第1路徑同相。因此，與第1路徑對應(yīng)的回波振幅及與第3路徑對應(yīng)的回波振幅，可直接相加，與第2路徑對應(yīng)的回波振幅將其相位反轉(zhuǎn)后的值、即乘-1后的值，和與第1及第2路徑對應(yīng)的回波振幅相加。對于由缺陷6的反射引起的相位變化也必須作同樣的考慮。以上，說明了相位變化為180°的情況，但在其他角度的情況下，如果確定任何作為基準的相位，并對來自由反射引起的相位變化部分的上述基準值的偏差量進行校正，然后再將回波振幅相加，則可以得到更為清晰的再生圖象。
另外，在如上所述的信號處理的步驟81中，與其它實施例一樣當與往復(fù)中傳播路徑對應(yīng)的時間內(nèi)的回波振幅只有小于所要求的信噪比(S/N)的值時，可將該振幅作為零進行處理，這樣將能減小噪聲對作為最終結(jié)果得到的再生圖象的影響。在這種情況下，僅從在步驟80中選出的可能存在的全部往復(fù)中傳播路徑中選擇對應(yīng)的回波振幅具有有效值的往復(fù)中的傳播路徑，并將與其對應(yīng)的回波振幅相加，然后將該相加結(jié)果與P(xi，yi)相加，采用這種方法可以獲得最理想的結(jié)果。
另外，在如上所述的信號處理的步驟75至步驟80中，或在與這些步驟具有相同目的的步驟、即選出供選用的往復(fù)中傳播路徑的步驟中，也不一定需要將可能存在的往復(fù)中傳播路徑全部作為供選用的路徑選出。即使在可能存在的往復(fù)中傳播路徑中，也有不能作為具有有效強度的回波進行接收的路徑，但如根據(jù)理論和實驗?zāi)茴A(yù)先知道并將該路徑從供選用的路徑中預(yù)先除去而進行其余的供選用路徑的選出，則能簡化選出步驟?；蛘?，在根據(jù)理論和實驗預(yù)先知道作為高強度回波接收的往復(fù)中的傳播路徑的情況下，如在預(yù)先特定該路徑時進行信號處理，則能簡化信號處理步驟。在這種情況下，步驟75、步驟76、步驟78、步驟79、及步驟80就不需要了。只須在步驟81中根據(jù)在步驟74中選定的發(fā)射用探頭7A的空間位置及在步驟77中選定的接收用探頭7B的空間位置，對上述特定的往復(fù)中傳播路徑執(zhí)行步驟81即可。即，在步驟81中，可采用上述特定的往復(fù)中傳播路徑代替在步驟75至步驟80的步驟中選出的供選用的路徑。
另外，選擇折射角并以其為依據(jù)選出往復(fù)波束傳播路徑的方法，只不過是一種選出方法，還可以有其他方法。另外，也不一定需要將往復(fù)波束傳播路徑全部選出，只選出幾個供選用即可。
這樣，作為以上的信號處理結(jié)果，在本實施例4中，可以按圖象得到被檢驗件1中的檢查結(jié)果。下面，說明本實施例4的作用效果。
在本發(fā)明的實施例4中，與以往不同，還考慮到在被檢驗件1的底面4及表面3上超聲波反射，并選出可能存在的供選用的往復(fù)中傳播路徑，并將與這些往復(fù)中傳播路徑對應(yīng)的回波接收時間的回波振幅相加。另外，在上述供選用的往復(fù)中傳播路徑的選出中，在選擇供選用的路徑時，作為從發(fā)射用探頭7A向被檢驗件1發(fā)射的超聲波，不僅考慮到橫波，而且考慮到縱波，同時作為由接收用探頭7B接收的超聲波，也不僅考慮到橫波，而且考慮到縱波。在上述供選用的往復(fù)中傳播路徑的選出中，在選擇供選用的路徑時，還考慮到在被試驗件1的底面4、表面3、及缺陷6上的從橫波到縱波的波型轉(zhuǎn)換、以及在底面4、表面3、及缺陷6上的從縱波到橫波的波型轉(zhuǎn)換。進而，將與作為供選用的路徑選出的往復(fù)中傳播路徑對應(yīng)的回波接收時間的回波振幅的相加結(jié)果與在發(fā)射用探頭7A的掃查范圍內(nèi)的發(fā)射用探頭7A的各位置、及在接收用探頭7B的掃查范圍內(nèi)的接收用探頭7B的各位置的組合位置對應(yīng)的回波進行相加運算。并將按以上方式得到的相加結(jié)果作為圖象再生點上的圖象輸出。因此，由于能再生出考慮到以往所沒有考慮的超聲波束傳播路徑的圖象，所以具有可獲得精度比以往高的檢查結(jié)果的作用、效果。另外，還由于將發(fā)射用探頭7A與接收用探頭7B一起進行空間掃查，因而可以增加相加次數(shù)，所以具有能獲得精度更高的檢查結(jié)果的作用、效果，同時，由于能再生出考慮到在本發(fā)明的其他實施例中所沒有考慮的超聲波束傳播路徑的圖象，所以，與其他實施例相比，具有可獲得更高精度的檢查結(jié)果的作用、效果。
另外，在上述選出的供選用的往復(fù)中傳播路徑中，當與往復(fù)中傳播路徑對應(yīng)的回波接收時間的回波振幅只有小于所要求的信噪比的值時，(與本發(fā)明其他實施例相同)，僅從上述往復(fù)中的傳播路徑中選擇對應(yīng)的回波振幅具有有效的值的往復(fù)中傳播路徑，并只將與其對應(yīng)的回波振幅相加，然后將該相加結(jié)果與P(xi，yi)相加，所以能獲得更為清晰的圖象，因而可獲得進行高精度的檢查的作用、效果。
另外，如在發(fā)射橫波超聲波束中采用-3dB的波束寬度作為由上述角度θsLa和θsHa規(guī)定的與橫波有關(guān)的發(fā)射超聲波束寬度、并在接收橫波超聲波束中采用-3dB的波束寬度作為由上述角度θsLb和θsHb規(guī)定的與橫波有關(guān)的超聲波束寬度，則由于對發(fā)送和接收都進行以與橫波有關(guān)的主波束為對象的信號處理，所以具有可獲得更為清晰的圖象的作用、效果。
另外，如在發(fā)射縱波超聲波束中采用-3dB的波束寬度作為由上述角度θLLa和θLHa規(guī)定的與縱波有關(guān)的發(fā)射超聲波束寬度、并在接收縱波超聲波束中采用-3dB的波束寬度作為由上述角度θLLb和θLHb規(guī)定的與縱波有關(guān)的接收超聲波束寬度，則由于對發(fā)送和接收都進行以與縱波有關(guān)的主波束為對象的信號處理，所以具有可獲得更為清晰的圖象的作用、效果。
再有，在本實施例4中，圖中雖未示出，但以以下情況為對象進行了說明，即，使發(fā)送用探頭7A和接收用探頭7B在與x軸和y軸垂直的z軸上的某一特定的z值上、即在(x，y)斷面內(nèi)進行掃查，并通過對再生圖象的信號處理進行再生，但本發(fā)明并不限于這種情況，即使沿Z軸方向、即在不同的z值上進行同樣的發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的掃查及信號處理，而且作為最終結(jié)果以在被檢驗件1中的三維圖象進行再生和顯示，則還可以得到缺陷6的沿z軸方向的信息，所以可獲得能有效地應(yīng)用于缺陷6的分級、分類的作用、效果。
另外，在本實施例4中具有以下的作用、效果。即，根據(jù)缺陷6的形狀，在有些情況下，從缺陷6的反射特性具有空間指向性。例如，如缺陷6具有平面狀的形狀，則在缺陷6的反射中沒有同時發(fā)生波型轉(zhuǎn)換的情況下，射在該缺陷6上的超聲波脈沖將呈現(xiàn)出鏡面反射或接近鏡面反射的反射特性。在這種情況下，入射到缺陷6的超聲波不向入射的方向反射。在與入射方向完全不同的方向上發(fā)生強的反射。而如在缺陷6的超聲波反射中同時發(fā)生從橫波到縱波的波型轉(zhuǎn)換、或從縱波到橫波的波型轉(zhuǎn)換，則對于經(jīng)過波型轉(zhuǎn)換的超聲波脈沖，不是鏡面反射或接近鏡面反射的反射特性，而是如圖56至圖58所示，顯示出射向缺陷6的超聲波脈沖的入射角與反射角不同的反射特性。另外，與入射到缺陷6的超聲波脈沖的波型不同的其他波型的超聲波，有時會進行強的反射。因此，即使是發(fā)生上述波型轉(zhuǎn)換時，入射到缺陷6的超聲波也不向入射方向反射。在有些情況下，在與入射方向完全不同的方向上發(fā)生強的反射。如上所述，在從缺陷6的反射特性具有空間指向性的情況下，由缺陷6反射的超聲波脈沖很難返回到發(fā)射超聲波脈沖的發(fā)射用探頭7A，同時，與發(fā)射的超聲波波型不同的其他波型的超聲波，有時發(fā)生高強度的反射。
另外，在被檢驗件1的底面4和表面3的超聲波脈沖的反射中也沒有同時發(fā)生波型轉(zhuǎn)換時，呈現(xiàn)出鏡面反射或接近鏡面反射的反射特性。而在被檢驗件1的底面4和表面3的超聲波脈沖的反射中同時發(fā)生波型轉(zhuǎn)換時，顯示出超聲波脈沖的入射角與反射角不同的反射特性，同時，與入射的超聲波脈沖的波型不同的其他波型的超聲波，有時會以高強度進行反射。如上所述，與從缺陷6反射的情況相同，在被檢驗件1的底面4和表面3的超聲波脈沖的反射中，反射特性具有空間指向性。因此，可以認為由發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波脈沖不能以高的強度向發(fā)射用探頭7A的方向返回。
另外，也應(yīng)考慮到與從發(fā)射用探頭7A發(fā)射的超聲波波型不同的其他波型的超聲波以高強度進行反射的情況。由于在本實施例4中設(shè)有與發(fā)射用探頭7A分開的接收用探頭7B，并由發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B進行掃查以接收回波，所以即使如上所述從缺陷6的反射特性存在著空間指向性、或即使在被檢驗件1的底面4或表面3的反射特性也具有空間指向性，可以利用接收用探頭7B按橫波或縱波的回波接收由缺陷6反射的超聲波脈沖的概率仍是很高的。因此，可以獲得能提高對缺陷6的檢測能力、即不漏過缺陷6的能力的作用、效果。
另外，在本實施例4中，使發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B對在發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的每個空間位置接收的橫波或縱波回波進行空間掃查，并在信號處理部84C中對這些回波進行如上所述的加法運算，所以能使作為加法運算結(jié)果得到的回波的強度增大。因此，可以獲得能進一步提高對缺陷6的檢測能力的作用、效果。
如果對發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B分別采用不同的折射角并進一步采用各種不同的組合從而對這些組合中的每一個完成實施例4，則即使如上所述從缺陷6的反射特性存在著空間指向性、以及即使在被檢驗件1的底面4或表面3的反射特性具有空間指向性，仍能以更高的概率進行檢測而不漏過缺陷6，因而具有能獲得清晰圖象的作用、效果本發(fā)明的實施例4的超聲波探傷裝置及超聲波探傷方法，還具有如下的作用、效果。例如，象焊接區(qū)的焊道等這樣的被檢驗件表面的嚴重凹凸不平，有時很難使探頭移動到接近缺陷并通過被檢驗件的表面進行超聲波的發(fā)射接收。在這種情況下，如果在靠近被檢驗件表面處存在缺陷，則由于對能夠良好地進行超聲波發(fā)射接收的探頭的移動范圍存在著如上所述的限制，所以不能通過直射而捕捉到來自缺陷的回波。在這種情況下，必須將發(fā)射用探頭和接收用探頭配置在被檢驗件的底面?zhèn)?，以底面?zhèn)葹樘絺孢M行探傷檢驗，或者將發(fā)射用探頭配置在表面?zhèn)龋瑢⒔邮沼锰筋^配置在底面?zhèn)冗M行探傷檢驗。但是，如果被檢驗件是結(jié)構(gòu)物的一部分，則有時實際上不可能接近底面?zhèn)?，因而不能將底面作為探傷面。即使在如上所述缺陷靠近表面的情況下，因在本發(fā)明的超聲波探傷裝置及超聲波探傷方法中，除采用直射外還采用著底面的超聲波反射或表面的超聲波反射，所以能取得通過采用上述的反射克服如上所述的限制而進行探傷檢驗的作用效果。
另外，在本發(fā)明的實施例4中，說明了將發(fā)射用探頭和接收用探頭配置在被試驗件的表面?zhèn)鹊慕Y(jié)構(gòu)，但在可以將被試驗件的底面?zhèn)扔米魈絺娴那闆r下，也可以將發(fā)射用探頭和接收用探頭中的一個配置在表面?zhèn)榷鴮⒘硪粋€配置在底面?zhèn)?，并按照與實施例4同樣的程序進行探傷檢驗。
另外，以上，說明了將發(fā)射用探頭和接收用探頭與被檢驗件表面直接接觸而進行探傷檢驗的情況，但本發(fā)明并不限于這種方式，也可采用將被檢驗件浸在水等液體中、通過該液體從發(fā)射用探頭和接收用探頭對被檢驗件進行超聲波的發(fā)射接收的所謂的浸漬法或水浸法?；蛘撸部刹捎弥辉谧鳛榘l(fā)射用探頭和接收用探頭的正面的聲發(fā)射接收面、即發(fā)射用探頭和接收用探頭與被檢驗件的探傷面之間的局部空間設(shè)置水膜而對被檢驗件進行超聲波的發(fā)射接收的所謂的局部水浸法。在這種浸漬法或水浸法以及局部水浸法中，也能獲得與上述相同的作用、效果。
另外，在圖54中，說明了掃查機構(gòu)部9A、9B具有使發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B在空間掃查的功能及輸出發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的空間位置信息，并將其輸入到位置檢測部85，但收集和輸出發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的空間位置的信息的功能，也以可由與掃查機構(gòu)部9A、9B分開獨立設(shè)置的位置信息發(fā)生部進行，即，發(fā)送用探頭7A和接收用探頭7B的空間位置信息由位置信息發(fā)生部收集和輸出并輸入到位置檢測部85。在這種情況下，掃查機構(gòu)部9A、9B僅承擔(dān)使發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B在空間掃查的功能。此外，在這種情況下，位置信息發(fā)生部也必須與控制部81連接并與控制部81交換各種信號。
另外，在圖54中，說明了從掃查機構(gòu)部9A、9B輸出發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的空間位置信息并輸入到位置檢測部85，但由于發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的空間掃查范圍和移動距離等信息由控制部81控制和發(fā)生，所以在結(jié)構(gòu)上也可使掃查機構(gòu)部9A、9B只具有使探頭7在空間掃查的功能，并且不設(shè)位置檢測部85，而將來自控制部81的有關(guān)發(fā)射用探頭7A和接收用探頭7B的掃查信息直接輸入并存儲在信號處理部84C內(nèi)。
在產(chǎn)業(yè)上應(yīng)用的可能性本發(fā)明的超聲波探傷裝置，如上所述，備有探頭，由發(fā)射信號驅(qū)動并相對于被檢驗件的探傷面傾斜地發(fā)射超聲波脈沖，同時以回波形式接收由上述被檢驗件中的聲的不連續(xù)部反射的上述超聲波脈沖；掃查機構(gòu)裝置，用于使上述探頭在上述被檢驗件上的規(guī)定掃查范圍內(nèi)移動，同時輸出上述探頭的空間位置；發(fā)射接收裝置，用于產(chǎn)生上述發(fā)射信號并向上述探頭輸出，從上述探頭輸入和存儲所接收的上述回波，同時從上述掃查機構(gòu)裝置輸入和存儲發(fā)射上述超聲波脈沖時及收到上述回波時的上述探頭的空間位置，根據(jù)上述探頭的空間位置和上述回波并考慮超聲波束因衍射導(dǎo)致的擴散而對上述聲的不連續(xù)部進行檢測；所以，可以得到能提高被檢驗件中的超聲波檢查精度并能提高對聲的不連續(xù)部等的形狀、大小、位置等檢測能力及測量精度的效果。
另外，本發(fā)明的超聲波探傷裝置，如上所述，備有探頭，由發(fā)射信號驅(qū)動并相對于被檢驗件的探傷面傾斜地發(fā)射超聲波脈沖，同時以回波形式接收由上述被檢驗件中的聲的不連續(xù)部反射的上述超聲波脈沖；掃查機構(gòu)裝置，用于使上述探頭在上述被檢驗件上的規(guī)定掃查范圍內(nèi)移動，同時輸出上述探頭的空間位置；發(fā)射接收裝置，用于產(chǎn)生上述發(fā)射信號并向上述探頭輸出，從上述探頭輸入和存儲所接收的上述回波，同時從上述掃查機構(gòu)裝置輸入和存儲發(fā)射上述超聲波脈沖時及收到上述回波時的上述探頭的空間位置，根據(jù)上述探頭的空間位置和上述回波并考慮超聲波束因衍射導(dǎo)致的擴散、以及當上述超聲波束反射時從縱波向橫波、及從橫波向縱波的波型轉(zhuǎn)換而對上述聲的不連續(xù)部進行檢測；所以，可以起到能提高被檢驗件中的超聲波檢查精度并能提高對聲的不連續(xù)部等的形狀、大小、位置等檢測能力及測量精度的效果。
本發(fā)明的超聲波探傷方法，如上所述，包括由掃查機構(gòu)裝置使探頭在被檢驗件上的規(guī)定掃查范圍內(nèi)移動的步驟；產(chǎn)生發(fā)射信號并向上述探頭輸出、由上述探頭相對于上述被檢驗件的探傷面傾斜地發(fā)射超聲波脈沖的步驟；由上述探頭以回波形式接收由上述被檢驗件中的聲的不連續(xù)部反射的上述超聲波脈沖的步驟；從上述探頭輸入和存儲所接收的上述回波、同時從上述掃查機構(gòu)裝置輸入和存儲發(fā)射上述超聲波脈沖時及收到上述回波時的上述探頭的空間位置的步驟；及根據(jù)上述探頭的空間位置和上述回波并考慮超聲波束因衍射導(dǎo)致的擴散而對上述聲的不連續(xù)部進行檢測的步驟；所以可以得到能提高被檢驗件中的超聲波檢查精度并能提高對聲的不連續(xù)部等的形狀、大小、位置等檢測能力及測量精度的效果。
另外，本發(fā)明的超聲波探傷方法，如上所述，包括由掃查機構(gòu)裝置使探頭在被檢驗件上的規(guī)定掃查范圍內(nèi)移動的步驟；產(chǎn)生發(fā)射信號并向上述探頭輸出、由上述探頭相對于上述被檢驗件的探傷面傾斜地發(fā)射超聲波脈沖的步驟；由上述探頭作為回波接收由上述被檢驗件中的聲的不連續(xù)部反射的上述超聲波脈沖的步驟；從上述探頭輸入和存儲所接收的上述回波、同時從上述掃查機構(gòu)裝置輸入和存儲發(fā)射上述超聲波脈沖時及收到上述回波時的上述探頭的空間位置的步驟；及根據(jù)上述探頭的空間位置和上述回波并考慮超聲波束因衍射導(dǎo)致的擴散、以及當上述超聲波束反射時從縱波向橫波、及從橫波向縱波的波型轉(zhuǎn)換而對上述聲的不連續(xù)部進行檢測的步驟；所以可以起到能提高被檢驗件中的超聲波檢查精度并能提高對聲的不連續(xù)部等的形狀、大小、位置等檢測能力及測量精度的效果。
權(quán)利要求
1.一種超聲波探傷裝置，備有探頭，由發(fā)射信號驅(qū)動并相對于被檢驗件的探傷面傾斜地發(fā)射超聲波脈沖，同時按回波形式接收由上述被檢驗件中的聲的不連續(xù)部反射的上述超聲波脈沖；掃查機構(gòu)裝置，用于使上述探頭在上述被檢驗件上的規(guī)定掃查范圍內(nèi)移動，同時輸出上述探頭的空間位置；發(fā)射接收裝置，用于產(chǎn)生上述發(fā)射信號并向上述探頭輸出，從上述探頭輸入和存儲所接收的上述回波，同時從上述掃查機構(gòu)裝置輸入和存儲發(fā)射上述超聲波脈沖時和收到上述回波時的上述探頭的空間位置，根據(jù)上述探頭的空間位置和上述回波并考慮超聲波束因衍射導(dǎo)致的擴散而對上述聲的不連續(xù)部進行檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波探傷裝置，其特征在于上述探頭由發(fā)射信號驅(qū)動并以相對于被檢驗件的探傷面傾斜的發(fā)射角度發(fā)射超聲波脈沖，同時以相對于上述探傷面傾斜的與上述發(fā)射角度不同的接收角度按回波形式接收由上述被檢驗件中的聲的不連續(xù)部反射的上述超聲波脈沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波探傷裝置，其特征在于上述探頭由發(fā)射信號驅(qū)動并以相對于被檢驗件的探傷面傾斜的發(fā)射角度發(fā)射超聲波脈沖，同時以相對于上述探傷面傾斜的與上述發(fā)射角度相同的接收角度按回波形式接收由上述被檢驗件中的聲的不連續(xù)部反射的上述超聲波脈沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的超聲波探傷裝置，其特征在于上述發(fā)射接收裝置具有發(fā)射裝置，用于產(chǎn)生上述發(fā)射信號并向上述探頭輸出；接收裝置，用于從上述探頭輸入所接收的上述回波；位置檢測裝置，用于從上述掃查機構(gòu)裝置輸入上述探頭的空間位置；及信號處理裝置，根據(jù)上述存儲的探頭空間位置及上述存儲的回波并考慮超聲波束因衍射導(dǎo)致的擴散而對上述聲的不連續(xù)部進行檢測。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波探傷裝置，其特征在于上述信號處理裝置具有原始數(shù)據(jù)存儲裝置，用于存儲使上述探頭在規(guī)定的掃查范圍上掃查時接收到的回波及發(fā)射上述超聲波脈沖時和收到上述回波時的上述探頭的坐標；供選用路徑選出裝置，根據(jù)上述被檢驗件的規(guī)定圖象再生范圍內(nèi)的規(guī)定再生點及在上述原始數(shù)據(jù)存儲裝置內(nèi)存儲的上述探頭坐標，選出供選用的位于上述探頭的有效波束寬度內(nèi)的發(fā)射接收往復(fù)中的波束傳播路徑；振幅相加裝置，對各供選用的上述發(fā)射接收往復(fù)中的波束傳播路徑，求取應(yīng)接收回波的時間，從上述原始數(shù)據(jù)存儲裝置中取出與該時間對應(yīng)的回波振幅，并將取出的各回波振幅相加；及圖象再生裝置，將在上述探頭的規(guī)定掃查范圍上把上述回波振幅相加后的值，作為在規(guī)定再生點上的再生圖象輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲波探傷裝置，其特征在于上述信號處理裝置將上述圖象再生范圍內(nèi)的規(guī)定再生點上的各再生圖象作為三維圖象輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的超聲波探傷裝置，其特征在于當與上述求得的時間對應(yīng)的回波振幅為有效的值時上述振幅相加裝置將該振幅相加。
8根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的超聲波探傷裝置，其特征在于上述有效波束寬度為-3dB的波束寬度。
9.根據(jù)權(quán)利要求4、5或6所述的超聲波探傷裝置，其特征在于上述探頭由與上述發(fā)射裝置連接的發(fā)射用探頭和與上述接收裝置連接的接收用探頭構(gòu)成，上述掃查機構(gòu)裝置由與上述發(fā)射用探頭對應(yīng)設(shè)置的發(fā)射用掃查機構(gòu)部和與上述接收用探頭對應(yīng)設(shè)置的接收用掃查機構(gòu)部構(gòu)成。
10.一種超聲波探傷裝置，備有探頭，由發(fā)射信號驅(qū)動并相對于被檢驗件的探傷面傾斜地發(fā)射超聲波脈沖，同時按回波形式接收由上述被檢驗件中的聲的不連續(xù)部反射的上述超聲波脈沖；掃查機構(gòu)裝置，用于使上述探頭在上述被檢驗件上的規(guī)定掃查范圍內(nèi)移動，同時輸出上述探頭的空間位置；發(fā)射接收裝置，用于產(chǎn)生上述發(fā)射信號并向上述探頭輸出，從上述探頭輸入和存儲所接收的上述回波，同時從上述掃查機構(gòu)裝置輸入和存儲發(fā)射上述超聲波脈沖時和收到上述回波時的上述探頭的空間位置，根據(jù)上述探頭的空間位置和上述回波并考慮超聲波束因衍射導(dǎo)致的擴散、以及當上述超聲波束反射時的從縱波向橫波、和從橫波向縱波的波型轉(zhuǎn)換而對上述聲的不連續(xù)部進行檢測。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的超聲波探傷裝置，其特征在于上述探頭由發(fā)射信號驅(qū)動并以相對于被檢驗件的探傷面傾斜的發(fā)射角度發(fā)射超聲波脈沖，同時以相對于上述探傷面傾斜的與上述發(fā)射角度不同的接收角度按回波形式接收由上述被檢驗件中的聲的不連續(xù)部反射的上述超聲波脈沖。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的超聲波探傷裝置，其特征在于上述探頭由發(fā)射信號驅(qū)動并以相對于被檢驗件的探傷面傾斜的發(fā)射角度發(fā)射超聲波脈沖，同時以相對于上述探傷面傾斜的與上述發(fā)射角度相同的接收角度按回波形式接收由上述被檢驗件中的聲的不連續(xù)部反射的上述超聲波脈沖。
13.根據(jù)權(quán)利要求10、11或12所述的超聲波探傷裝置，其特征在于上述發(fā)射接收裝置具有發(fā)射裝置，用于產(chǎn)生上述發(fā)射信號并向上述探頭輸出；接收裝置，用于從上述探頭輸入所接收的上述回波；位置檢測裝置，用于從上述掃查機構(gòu)裝置輸入上述探頭的空間位置；及信號處理裝置，根據(jù)上述存儲的探頭空間位置及上述存儲的回波并考慮超聲波束因衍射導(dǎo)致的擴散、以及當上述超聲波束反射時的從縱波向橫波、和從橫波向縱波的波型轉(zhuǎn)換而對上述聲的不連續(xù)部進行檢測。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超聲波探傷裝置，其特征在于上述信號處理裝置具有原始數(shù)據(jù)存儲裝置，用于存儲使上述探頭在規(guī)定的掃查范圍上掃查時接收到的回波及發(fā)射上述超聲波脈沖時和收到上述回波時的上述探頭的坐標；供選用路徑選出裝置，根據(jù)上述被檢驗件的規(guī)定圖象再生范圍內(nèi)的規(guī)定再生點及在上述原始數(shù)據(jù)存儲裝置內(nèi)存儲的上述探頭坐標，選出供選用的位于上述探頭的有效波束寬度內(nèi)的發(fā)射接收往復(fù)中的波束傳播路徑；振幅相加裝置，對各供選用的上述發(fā)射接收往復(fù)中的波束路徑，求取應(yīng)接收回波的時間，從上述原始數(shù)據(jù)存儲裝置中取出與該時間對應(yīng)的回波振幅，并將取出的各回波振幅相加；及圖象再生裝置，將在上述探頭的規(guī)定掃查范圍上把上述回波振幅相加后的值，作為在上述規(guī)定再生點上的再生圖象輸出。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的超聲波探傷裝置，其特征在于上述信號處理裝置將上述圖象再生范圍內(nèi)的規(guī)定再生點上的各再生圖象作為三維圖象輸出。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的超聲波探傷裝置，其特征在于當與上述求得的時間對應(yīng)的回波振幅為有效的值時上述振幅相加裝置將該振幅相加。
17.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的超聲波探傷裝置，其特征在于上述有效波束寬度是與橫波有關(guān)的超聲波束的-3dB的波束寬度。
18.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的超聲波探傷裝置，其特征在于上述有效波束寬度是與縱波有關(guān)的超聲波束的-3dB的波束寬度。
19.根據(jù)權(quán)利要求13、14或15所述的超聲波探傷裝置，其特征在于上述探頭由與上述發(fā)射裝置連接的發(fā)射用探頭和與上述接收裝置連接的接收用探頭構(gòu)成，上述掃查機構(gòu)裝置由與上述發(fā)射用探頭對應(yīng)設(shè)置的發(fā)射用掃查機構(gòu)部和與上述接收用探頭對應(yīng)設(shè)置的接收用掃查機構(gòu)部構(gòu)成。
20.一種超聲波探傷方法，包括由掃查機構(gòu)裝置使探頭在被檢驗件上的規(guī)定掃查范圍內(nèi)移動的步驟；產(chǎn)生發(fā)射信號并向上述探頭輸出、由上述探頭相對于上述被檢驗件的探傷面傾斜地發(fā)射超聲波脈沖的步驟；由上述探頭按回波形式接收由上述被檢驗件中的聲的不連續(xù)部反射的上述超聲波脈沖的步驟；從上述探頭輸入和存儲所接收的上述回波、同時從上述掃查機構(gòu)裝置輸入和存儲在發(fā)射上述超聲波脈沖時和收到上述回波時的上述探頭的空間位置的步驟；及根據(jù)上述探頭的空間位置和上述回波并考慮超聲波束因衍射導(dǎo)致的擴散而對上述聲的不連續(xù)部進行檢測的步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的超聲波探傷方法，其特征在于上述發(fā)射步驟，產(chǎn)生發(fā)射信號并向上述探頭輸出，并由上述探頭以相對于上述被檢驗件的探傷面傾斜的發(fā)射角度發(fā)射超聲波脈沖；上述接收步驟，由上述探頭以相對于上述探傷面傾斜的與上述發(fā)射角度不同的接收角度按回波形式接收由上述被檢驗件中的聲的不連續(xù)部反射的上述超聲波脈沖。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的超聲波探傷方法，其特征在于上述發(fā)射步驟，產(chǎn)生發(fā)射信號并向上述探頭輸出，由上述探頭以相對于上述被檢驗件的探傷面傾斜的發(fā)射角度發(fā)射超聲波脈沖；上述接收步驟，由上述探頭以相對于上述探傷面傾斜的與上述發(fā)送角度相同的接收角度按回波形式接收由上述被檢驗件中的聲的不連續(xù)部反射的上述超聲波脈沖。
23.根據(jù)權(quán)利要求20、21或22所述的超聲波探傷方法，其特征在于上述存儲步驟，存儲使上述探頭在規(guī)定的掃查范圍上掃查時接收到的回波及發(fā)射上述超聲波脈沖時和收到上述回波時的上述探頭的坐標；上述檢測步驟包括根據(jù)上述被檢驗件的規(guī)定圖象再生范圍內(nèi)的規(guī)定再生點及上述所存儲的上述探頭坐標，選出供選用的位于上述探頭的有效波束寬度內(nèi)的發(fā)射接收往復(fù)中的波束傳播路徑的步驟；對各供選用的上述發(fā)射接收往復(fù)中的波束傳播路徑，求取應(yīng)接收回波的時間，取出與該時間對應(yīng)的回波振幅，并將取出的各回波振幅相加的步驟；及將在上述探頭的規(guī)定掃查范圍上把上述回波振幅相加后的值，作為在上述規(guī)定再生點上的再生圖象輸出的步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的超聲波探傷方法，其特征在于上述檢測步驟將上述圖象再生范圍內(nèi)的規(guī)定再生點上的各再生圖象作為三維圖象輸出。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的超聲波探傷方法，其特征在于上述振幅相加步驟，當與上述求得的時間對應(yīng)的回波振幅為有效的值時將該振幅相加。
26.根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的超聲波探傷方法，其特征在于上述有效波束寬度為-3dB的波束寬度。
27.根據(jù)權(quán)利要求20、21、22、23或24所述的超聲波探傷方法，其特征在于上述探頭由發(fā)射用探頭和接收用探頭構(gòu)成，上述掃查機構(gòu)裝置由與上述發(fā)射用探頭對應(yīng)設(shè)置的發(fā)射用掃查機構(gòu)部和與上述接收用探頭對應(yīng)設(shè)置的接收用掃查機構(gòu)部構(gòu)成；上述發(fā)射用探頭的上述超聲波脈沖的空間發(fā)射位置與上述接收用探頭的上述回波的空間接收位置不同。
28.一種超聲波探傷方法，包括由掃查機構(gòu)裝置使探頭在被檢驗件上的規(guī)定掃查范圍內(nèi)移動的步驟；產(chǎn)生發(fā)射信號并向上述探頭輸出、由上述探頭相對于上述被檢驗件的探傷面傾斜地發(fā)射超聲波脈沖的步驟；由上述探頭按回波形式接收由上述被檢驗件中的聲的不連續(xù)部反射的上述超聲波脈沖的步驟；從上述探頭輸入和存儲所接收的上述回波、同時從上述掃查機構(gòu)裝置輸入和存儲發(fā)射上述超聲波脈沖時和收到上述回波時的上述探頭的空間位置的步驟；及根據(jù)上述探頭的空間位置和上述回波并考慮超聲波束因衍射導(dǎo)致的擴散、以及當上述超聲波束反射時的從縱波向橫波、和從橫波向縱波的波型轉(zhuǎn)換而對上述聲的不連續(xù)部進行檢測的步驟。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的超聲波探傷方法，其特征在于上述發(fā)射步驟，產(chǎn)生發(fā)射信號并向上述探頭輸出，并由上述探頭以相對于上述被檢驗件的探傷面傾斜的發(fā)射角度發(fā)射超聲波脈沖；上述接收步驟，由上述探頭以相對于上述探傷面傾斜的與上述發(fā)射角度不同的接收角度按回波形式接收由上述被檢驗件中的聲的不連續(xù)部反射的上述超聲波脈沖。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的超聲波探傷方法，其特征在于上述發(fā)射步驟，產(chǎn)生發(fā)射信號并向上述探頭輸出，并由上述探頭以相對于上述被檢驗件的探傷面傾斜的發(fā)射角度發(fā)射超聲波脈沖；上述接收步驟，由上述探頭以相對于上述探傷面傾斜的與上述發(fā)射角度相同的接收角度按回波形式接收由上述被檢驗件中的聲的不連續(xù)部反射的上述超聲波脈沖。
31.根據(jù)權(quán)利要求28、29或30所述的超聲波探傷方法，其特征在于上述存儲步驟，存儲使上述探頭在規(guī)定的掃查范圍上掃查時接收到的回波及發(fā)射上述超聲波脈沖時和收到上述回波時的上述探頭的坐標；上述檢測步驟包括根據(jù)上述被檢驗件的規(guī)定圖象再生范圍內(nèi)的規(guī)定再生點和上述所存儲的上述探頭坐標，選出供選用的位于上述探頭的有效波束寬度內(nèi)的發(fā)射接收往復(fù)中的波束路徑的步驟；對各供選用的上述發(fā)射接收往復(fù)中的波束路徑，求取應(yīng)接收回波的時間，取出與該時間對應(yīng)的回波振幅，并將取出的各回波振幅相加的步驟；及將在上述探頭的規(guī)定掃查范圍上把上述回波振幅相加后的值，作為在規(guī)定再生點上的再生圖象輸出的步驟。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的超聲波探傷方法，其特征在于上述檢測步驟將上述圖象再生范圍內(nèi)的規(guī)定再生點上的各再生圖象作為三維圖象輸出。
33.根據(jù)權(quán)利要求31或32所述的超聲波探傷方法，其特征在于上述振幅相加步驟，當與上述求得的時間對應(yīng)的回波振幅為有效的值時將該振幅相加。
34.根據(jù)權(quán)利要求31或32所述的超聲波探傷方法，其特征在于上述有效波束寬度是與橫波有關(guān)的超聲波束的-3dB的波束寬度。
35.根據(jù)權(quán)利要求31或32所述的超聲波探傷方法，其特征在于上述有效波束寬度是與縱波有關(guān)的超聲波束的-3dB的波束寬度。
36.根據(jù)權(quán)利要求28、29、30、31或32所述的超聲波探傷方法，其特征在于上述探頭由發(fā)射用探頭和接收用探頭構(gòu)成，上述掃查機構(gòu)裝置由與上述發(fā)射用探頭對應(yīng)設(shè)置的發(fā)射用掃查機構(gòu)部和與上述接收用探頭對應(yīng)設(shè)置的接收用掃查機構(gòu)部構(gòu)成；上述發(fā)射用探頭的上述超聲波脈沖的空間發(fā)射位置與上述接收用探頭的上述回波的空間接收位置不同。
全文摘要
一種超聲波探傷裝置備有:探頭,對探傷面傾斜發(fā)射超聲波脈沖,同時接收由缺陷反射的回波;掃查機構(gòu)部,使探頭在掃查范圍內(nèi)移動,同時輸出探頭的空間位置;及發(fā)射接收裝置,它具有:發(fā)射部,產(chǎn)生發(fā)射信號并向探頭輸出;接收部,從探頭輸入回波;位置檢測部,從掃查機構(gòu)部輸入探頭空間位置;及信號處理部,根據(jù)探頭空間位置和回波并考慮超聲波束的擴散而檢測缺陷。能提高超聲波的檢查精度并能提高對缺陷等的形狀、大小、位置等的檢測能力及測量精度。
文檔編號G01N29/44GK1185837SQ97190279
公開日1998年6月24日 申請日期1997年2月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月28日
發(fā)明者木村友則, 和高修三, 龜山俊平, 小池光裕, 馬目裕一 申請人:三菱電機株式會社