超聲波探傷傳感器以及超聲波探傷方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及使用了發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】
[0002]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(Ultrasonic Testing))的原理。如圖8所示,構成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。通過調整元件之間的超聲波發出開始時間差(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。通過調整延遲時間來變更焦點位置，掃描超聲波。
[0003]由該結構構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，還產生超聲波的相位對齊的柵瓣(grating lobe,以下記述為GL)。通過數學式(I)記述GL相對ML的發生角Δ φ (例如，參照非專利文獻I的P.3的第16行)。
[0004]2d.sin Δ φ = η.λ 數學式(I)
[0005]此處，
[0006]d:元件間距[mm]
[0007]η:整數
[0008]λ:超聲波波長[mm]。
[0009]在GL的入射方向上有反射源的情況下，發生誤識別為ML的反射波的偽信號。因此，傳感器的元件間距d被限定于不發生用數學式(2)記述的GL的范圍。
[0010]η.λ +2d = sin θ >1
[0011]d〈X+2(n=l)數學式(2)
[0012]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I)。另外，已知組合了相對檢查對象的設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)。
[0013]【專利文獻I】日本特開2009-293980號公報
[0014]【專利文獻2】日本特開2013-42974號公報
[0015]【非專利文獻l】http://www.mlit.g0.jp/chosahokoku/hl6giken/h 15/pdf/0502.pdf
【發明內容】
[0016]在專利文獻I所示那樣的傳感器中，發生GL。此處，在GL發生方向上有反射源的情況下，發生偽信號，所以需要與在ML中發生了的信號進行識別。
[0017]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置角不同的多個陣列傳感器，能夠識別GL。
[0018]如圖10所示，在用該結構的探測器的左側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。
[0019]但是，在想要將專利文獻2記載那樣的傳感器應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。
[0020]本發明的目的在于提供一種即使在檢查對象的平面部分中設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。
[0021]為了達成上述目的，本發明具備:發送傳感器，將長方體的元件一維排列而構成，發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成，接收所述超聲波的反射波，所述發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Φη?η以上且最大掃描角C>max以下的ML掃描時生成的GL產生的偽信號。
[0022]根據本發明，即使在檢查對象的平面部分中設置了傳感器的情況下也能夠識別GL0上述以外的課題、結構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】
[0023]圖1是本發明的第一實施方式的GL識別方法的概念圖。
[0024]圖2A是在不進行GL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。
[0025]圖2B是本發明的第一實施方式的超聲波探傷傳感器的結構圖。
[0026]圖3是本發明的第一實施方式的超聲波探傷方法的流程圖。
[0027]圖4是具備本發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的流程圖。
[0028]圖5是本發明的第二實施方式的GL識別方法的概念圖。
[0029]圖6A是在不進行GL的識別的超聲波探傷中必要的發送傳感器的最短長度的說明圖。
[0030]圖6B是本發明的第二實施方式的超聲波探傷傳感器的結構圖。
[0031]圖7是本發明的第二實施方式的超聲波探傷方法的流程圖。
[0032]圖8是相控陣列超聲波探傷方法的原理的說明圖。
[0033]圖9是GL的發生機構的說明圖。
[0034]圖10是使用了組合了相對檢查對象的設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。
[0035](附圖標記說明)
[0036]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:硬盤驅動器(HDD) ；23:隨機訪問存儲器(RAM) ；24:只讀存儲器(ROM) ；25:1/0端口 ；26:鍵盤；27:記錄介質；28:監視器；29:A/D轉換器；30:D/A轉換器；100:超聲波探傷系統；101:試驗體形狀、試驗體音速、超聲波探傷位置、構成元件數、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發生角的計算步驟；104:GL發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、構成元件數、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發生角的計算步驟；204:GL發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:發送傳感器；1R:接收傳感器；301:檢查對象(試驗體)。
【具體實施方式】
[0037](第一實施方式)
[0038]使用圖1?圖4以及數學式(I)、數學式(3)?(4)，說明本發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。
[0039]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I具備發送傳感器IT和接收傳感器IR。發送傳感器IT和接收傳感器IR是以夾著檢查對象301的方式配置的。發送傳感器IT是將長方體的元件(壓電元件)一維排列而構成的，并發送超聲波。接收傳感器IR也是將長方體的元件一維排列而構成的，并接收在檢查對象內301產生的超聲波的反射波。
[0040]在本實施方式的UT中，
[0041](i)通過超聲波探傷，測定檢查對象上的傳感器的位置。
[0042]圖1所示的箭頭ARl表示從發送傳感器IT發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IR發送了的入射波在檢查對象301的角反射了的反射波。這樣，通過測定發送傳感器IT或者接收傳感器IR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，測定發送傳感器IT以及接收傳感器IR相對檢查對象301的位置。進而，通過在發送傳感器IT與接收傳感器IR之間發送接收超聲波，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。
[0043](ii)根據元件間距，使用數學式(1)，計算GL發生角，
[0044](iii)評價(判斷)GL入射方向上的反射源的有無，
[0045](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IR上的ML的接收位置和GL的接收位置不同，所以根據接收位置的測定結果，識別ML 和 GL。
[0046]接下來，使用圖2，示出本發明的第一實施方式的UT方法的實施中所需的傳感器結構。圖2A是用于說明在不進行GL的識別的UT中必要的接收傳感器的最短長度Lminl的圖。Lminl通過數學式(3)記述。
[0047]Lminl = W{tan (C>max)-tan (Φη?η)}+LO (3)
[0048]此處，
[0049]W:檢查對象寬度(試驗體寬度)
[0050]Omax:超聲波掃描角的最大值
[0051]Φη?η:超聲波掃描角的最小值
[0052]LO:缺陷檢測所需的傳感器的長度
[0053]在圖2Α中，關于粗線所示的檢查范圍AW，通過掃描角為Φπ?η以上并且Omax以下的ML實施掃描。缺陷檢測所需的發送傳感器IT的長度LO是為了檢測規定的大小的缺陷而所需的發送傳感器IT的長度的最小值，是規定值。
[0054]圖2B是本發明的第一實施方式的UT傳感器I的結構圖。如圖2B的記載那樣，在本實施方式中，接收角度擴大GL的發生角△ Φ，所以超聲波探傷所需的接收傳感器IR的最短長度Lmin2通過數學式(4)記述。
[0055]Lmin2 = W {tan (Φ max+ Δ φ)-tan (Φη?η—Δ φ)} +LO (4)
[0056]這樣，在本實施方式中，根據反射波的接收位置，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IR。由此，能夠用接收傳感器IR，接收通過檢查范圍Λ W反射的在ML掃描時產生的GL。
[0057]接下來，使用圖3以及圖4，說明