超聲波探傷方法及其裝置的製作方法

2023-10-24 13:05:47

專利名稱：超聲波探傷方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及超聲波探傷方法及其裝置。
背景技術：
專利文獻1 日本特開2003-130859號公報專利文獻2 日本專利第3704065號公報非專利文獻1 村上丈子、K S 二夕7 二 二工、三浦俊治、村井純一、西谷豊第 13回超音波(二 J 3非破壊評価* > f 」工,A講演論文集、PP. 33-38，(2006)非專利文獻2 橫野泰和7工4文K 7 l· ^ UT O標準化 現狀、NDI資料21776、 pp. 34-38(2006)非專利文獻3 水野正志、中瀨久生、香田浩；非破壊検查、37(11)、pp. 861-868， (1988)非專利文獻4 (社)日本鉄鋼協會共同研究會品質管理部會非破壊検查小委員會 編條鋼O超音波探傷法、PP. 79、(1993)在以往的使用單一的振子的探傷法中，在例如進行稜柱狀的棒材等的內部探傷的 情況下，不僅是棒材的軸向，而且還需要針對與軸向交差的剖面，沿著被檢材的剖面呈現的 矩形的邊，機械地掃描振子。在近年來普及的使用了相控陣列探測器(以下稱為陣列探測器(array probe)) 的被檢材的超聲波探傷中，使各個振子發送超聲波的定時錯開(進行相位控制)，不改變振 子的配置，而可以自由地設定超聲波的傳輸方向、其收斂位置(聚焦)(專利文獻1)。因此，在上述方案中代替沿著被檢材的邊機械地掃描，而電氣地進行掃描。其中，並非使各個振子本身物理性地移動，而是如專利文獻1的圖4所示，對於排 列的振子，使振子按照每規定個數的單位，時分割地依次振動。即，在掃描方向上排列的振 子中，從連續的規定組中發送超聲波，接下來在掃描方向移位(shift)而從接下來的組中 發送超聲波。通過這樣的移位，可以得到與物理性地掃描振子同樣的效果。另外，作為可以使上述以往的相控陣列探傷技術成為進一步高速並且高解析度、 高檢測性能的探傷的探傷技術，提出了體(volume)聚焦相控陣列(以下根據需要稱為體聚 焦)(非專利文獻1、專利文獻2)。上述相控陣列探傷法在其10餘年中得到了顯著的進步且利用在從便攜類型的探 傷器到自動探傷裝置的很多裝置中。其中，通過半導體技術、計算機技術的進步，可以實現 探傷器的高性能、低價格化，並且由於複合材料振子的出現，可以製作高性能且品質均勻的 陣列探頭(陣列探測器)。其應用範圍成為核電廠的ISI(In Service Inspection，在役檢查)、航空器的機 體或翼的檢查、鋼鐵關係的聯機裝置等的廣泛的範圍。另外，隨著積極推進規格化、標準化 (非專利文獻2)，在國內在PD(Performance Demonstration，驗證實施)中的超聲波認證制 度中也使用相控陣列法而提高了實際功績。
體聚焦是在這些應用中可以進一步實現高速且檢測能力、解析度更高的探傷的技 術。以下，根據體聚焦的原理敘述其應用例。作為體聚焦超聲波探傷裝置，提出了臺式型與聯機應對型的裝置。臺式型的裝置適合於現場用途或者研究目的，具有探傷數據的解析功能，可以對 應於後述的矩陣探測器。聯機應對型的裝置具有聯機自動探傷中所需的功能，具有高速判定功能，且可以 通過並行運轉使用多個探測器。此處，在說明體聚焦之前，對上述相控陣列探傷技術進行更詳細的說明。在以往的相控陣列檢查技術中，基本上對虛擬探測器設定延遲樣式(pattern)，以 使振子組(同時進行發送、接收的振子組虛擬探測器)得到與會聚透鏡相同的結果。陣列 探傷器的電氣電路通過分別不同的設定高速地掃描各發送脈衝(被稱為循環(cycle)或時 隙)。對於該動作，可以考慮為使不同的設定的虛擬探測器依次掃描而進行探傷即可。因 此，這樣的陣列探傷與單一探測器的探傷相比優勢非常高。但是，在該方法中，由於針對每個循環進行發送接收，所以與多模式探傷同樣地存 在時間上的限制。如果PRF(脈衝重複頻率/反覆頻率)增大，則由於表面的多重回波、材 料中的多重回波等而產生反常回波(ghost echo)，對探傷速度造成影響。該點與單一探測 器相同。BP,由於反覆在發送接收了超聲波後進行電子掃描進而進一步發送接收超聲波的 動作，所以直到通過前面的超聲波發送而產生的反常回波衰減而其影響消失為止，無法進 行接下來的超聲波發送接收，而不得不延長從前面的超聲波發送接收到接下來的超聲波發 送接收為止的周期。另一方面，作為可以進行高靈敏度並且高方位解析度的探傷的手法，有區段聚焦 (zone focus)技術。區段聚焦技術是指，對在深度方向上設定的區段，在發送接收中聚焦並 進行線性掃描的同時，進行探傷。可以階段性地設定焦點，通過在發送與接收中使焦點一致 而可以實現高靈敏度且方位解析度良好的探傷。另外，動態深度聚焦(以下稱為DDF)可以 針對一個發送附加多個接收聚焦，與針對一個虛擬探測器具有深度不同的焦點相同，對高 速化有效。但是，不論設為哪個方法，都針對每個虛擬探測器發送接收超聲波，同時進行(電 子)掃描，所以在高速化中存在界限，並且在現狀的16 32通道的虛擬探測器中，由於沒 有設置大的開口，所以無法取較長的焦距而在壁厚大的探傷中存在界限。體聚焦與上述以往的相控陣列不同，一次通過陣列探測器的所有元件進行發送， 之後通過所有元件進行接收，合成所存儲的各元件的A型(A-scope)波形而進行評價。發送波由於是從具有寬的開口的探測器發送的，所以在線性探測器的情況下作為 平面波而傳播。反射回波通過與所有元件連接的放大器被放大、A/D變換，之後存儲。艮口， 通過一次的發送，存儲所有元件量數量(例如128個)的A型波形。對於該探傷波形數據， 通過高速的DSP (Digital Signal Processor，數位訊號處理器)的信號處理，針對所設定的 每個孔徑(aperture)，進行DDF等接收延遲處理而進行評價。高速進行該處理，並且同時 進行多個處理，從而可以進一步提高處理速度。如果所有處理結束，則可以進行接下來的發送，如果在其期間反常回波消失，則可以發送。即，在一次的發送中，不會受到反常的影響， 而可以實現一剖面所有點的評價。體聚焦適合於高速探傷的原因在此。例如，在棒狀的被檢材中，通過沿著被檢材的外周配置陣列探測器而進行被檢材 的剖面的內部探傷，如果該剖面的探傷結束，則通過針對被檢材的軸向機械地掃描探測器 而進行軸向的其他位置的剖面的探傷，並針對上述各剖面中的探傷利用體聚焦，如果設為 上述結構，則可以極其縮短軸向的各位置處的探傷時間，所以可以針對一個棒材大幅降低 整體的探傷時間。圖10示出體聚焦的信號處理的時序圖。圖10的T1表示第1次的超聲波的發送波，圖10的T2表示第2次的超聲波的發 送波。在第1次、第2次中，S1是被檢材表面中的反射回波，B1是被檢材底面中的反射回 波，S2是通過B1在上述被檢材表面再次反射而產生的反射回波。S2 Sn被稱為上述反常 回波。使用圖11(A) (B)，通過使用了 128個元件的線性陣列探測器的探傷的例子，對區 段聚焦探傷與體聚焦探傷的差異進行說明。此處，作為以往的區段聚焦探傷，考慮使用具備128個振動元件(振子)的陣列探 測器，進行32元件的同時激勵而在深度方向上具有3階段的情況。具體而言，圖11(A)的上方的分割單元分別表示陣列探測器的各個元件，將左端 的分割單元表示的元件設為第1個元件，將其右鄰設為第2個，將進一步其右鄰設為第3個 元件。在該情況下，右端的元件成為第128個振子。各元件進行發送與接收。對於探傷的各階段，使第1個至第32個元件振動而進行第1次的超聲波的發送接 收，接下來，使第2個至第33個元件振動而進行第2次的超聲波的發送接收，接下來，使第3 個至第34個元件振動而進行第3次的超聲波的發送接收。這樣，使同時發送的32個元件 的組向右側移位，最後使第126個至第128個元件振動而進行合計第97次的發送接收。這 樣的動作是陣列探測器的電子掃描。在上述探傷中，對構成1次的發送接收的組的32個元件進行激勵的信號被分別施 加不同的延遲。另外，對通過基於該32元件的接收的振動得到的信號，也分別施加延遲。通 過這樣的發送接收的延遲處理，32個元件1次產生的超聲波聚焦到1點。然後，針對被檢材的深度方向，對成為第1階段的位置z-1設定陣列的聚焦，朝向 圖11(A)的箭頭方向進行上述電子掃描(將被檢材的深度方向在圖11(A)中設為上下方 向，箭頭方向如圖所示成為圖的左右方向)。如果在上述第1階段中箭頭方向的各位置的探 傷結束，則接下來向成為比第1階段深的第2階段的位置z-2設定陣列的聚焦，與上述同樣 地向箭頭方向進行電子掃描。如果該第2階段的探傷結束，則接下來向成為比第2階段深 的第3階段的位置z-3設定陣列的聚焦，與上述同樣地向箭頭方向進行電子掃描。這樣，在該例子中，在區段聚焦探傷中，需要3次電子掃描。因此，在該例子中，在元件方向上需要97次，在深度方向上需要3次掃描，進行 97X3 = 291次實際的超聲波的發送接收。另一方面，在體聚焦探傷中，可以通過一次的發送接收，進行針對上述3階段、其 以上的多個階段實施了 DDF的探傷。例如，在圖11(B)中示出了實施了 5階段的DDF的體聚焦處理，但該DDF的階段數的增加不會對PRF造成影響。進行具體說明。在圖Il(B)中，從陣列探測器出來並向下方延伸的多個平行的縱線表示所有通道 同時激勵的平面波，虛線表示接收的聚焦波束。黑圓點表示接收側的聚焦(焦點)。即，在 體聚焦探傷中，從上述128個元件同時發送超聲波，在 該發送時不聚焦，在接收時，通過延 遲處理，虛擬地得到焦點。如圖Il(B)的上述縱線所示，通過在上述一次中所有元件同時發送超聲波，針對 各元件接收的回波，施加延遲而虛擬地製作聚焦，例如，針對第1個至第32個元件接收的超 聲波，可以一起進行將圖Il(B)的左側端的上下6個黑圓點的各個設為焦點的接收處理，通 過接下來的接收處理，可以一起進行將上述左端的右鄰的上下6個黑圓點的各個設為焦點 的接收處理。通過將這樣的接收處理進行97次，可以完成深度方向的各階段的處理。如上所述，在該圖Il(B)所示的體聚焦探傷中，無需如圖Il(A)所示的區段聚焦探 傷那樣進行電子掃描，並且對深度方向的各位置能夠得到聚焦的結果，可以通過1次的超 聲波的發送接收，進行在區段聚焦探傷中通過多次的電子掃描進行了探傷的範圍的探傷。如果採用棒狀的被檢材的例子，則上述圖10中的T2表示針對被檢材的軸向與通 過Tl的發送進行了探傷的剖面不同的位置的接下來的剖面的探傷用的發送波。在該點，在 圖Il(A)的區段聚焦探傷中，Tl例如是為了得到1階段的最初的焦點而產生的發送波，T2 成為為了得到在1階段中針對電子掃描方向與該焦點相鄰的位置的接下來的焦點而產生 的發送波。在區段聚焦與動態聚焦中的任意的探傷中，在圖10的Sl與Bl (實際上比Bl稍微 靠近右側的B2的位置)之間，調查有無缺陷回波。在體聚焦中，針對該Sl與Bl間，進行A 型取入處理(比Bl出現在右側的B2等峰值波形是基於反常回波的波形，所以不需要，而不 取入)。但是，在區段聚焦中，針對與發送了被檢材的Tl的剖面相同的剖面發送接下來的 T2，所以直到針對Tl的反常回波消失為止，不進行T2的發送。本發明者與區段聚焦進行比較，針對體聚焦探傷的處理的高速性，作為角鋼片 (billet)，使用鋁試片而進行了驗證。設置在該試片中的人工缺陷是Φ0. 5mm的SDH(Side Drill Hole)。在區段聚焦與體聚焦中，都使用了 IOMHz、0. 5mm間距的陣列探測器。在區段 聚焦法中在深度方向上將焦深以15mm間隔設為3階段，在長度方向上以0. 5mm間距進行掃 描。為了避免反常而各循環的PRF成為2KHz，在整體中是2000 + 97 + 3 = 6. 8Hz。相對於 此，在體聚焦中，在128個元件同時激勵接收中，對32個元件的聚焦列在深度方向上實施 IOmm的DDF而進行了 0. 5mm間距的信號處理。此時的PRF波是437Hz。其是64倍的高速 探傷。另外，在區段聚焦中發送接收都可以聚焦，所以對解析度有利。另一方面，在體聚 焦中，由於DDF的效果而在深度方向中波束不擴展，而具有焦點。在體聚焦中，通過一次發 送得到該探傷的B型(B-scope)。如上所述，是與區段聚焦這樣的此前的探傷方法相比，在探傷速度的降低中極其 有利的上述體聚焦，但特別地，在進行被稱為角鋼片的剖面是四邊形的稜柱狀的金屬棒材 的內部探傷的情況下，無法進行充分的探傷的死區段(dead zone)的存在成為問題(對於以往的角鋼片的探傷參照非專利文獻3、4)。詳述該點。作為利用上述體聚焦的探傷，在剖面視中，沿著角鋼片剖面的四邊形的一邊，以大 致在該一邊的寬度，排列多個振子的方式，配置1個陣列探測器，而作為入射邊針對該一邊 進行垂直地入射通過從各振子同時發送超聲波而產生的準平面波的所謂垂直探傷法，則可 以通過1次的發送接收來完成角鋼片的內部整個區域的探傷。
但是，在現實中，由於在上述入射邊(上邊)產生的反射回波(表面回波)，在角鋼 片內部該入射邊付近的區域成為難以檢測缺陷回波的死區段(不靈敏帶)。進而，雖然在與上述入射邊中的死區段相比時非常小，但由於在與入射邊對向的 對向邊(底邊)中產生的反射回波(底面回波)，在角鋼片內部中在該對向邊付近也稍微地 產生死區段。另外，在剖面視四邊形的角鋼片的與上述入射邊鄰接的兩個鄰接邊附近中，如觀 察上述圖Il(B)的左右端可知，也存在無法通過接收處理形成聚焦的區域。

發明內容
本發明者經過仔細的研究，提出如下課題針對剖面是矩形的稜柱的被檢材，利用 體聚焦探傷實現探傷時間的縮短，並且抑制產生上述死區段。本申請第1發明提供一種超聲波探傷裝置，具備陣列探測器，具有能夠沿著被檢 材表面排列的多個振子；激勵單元，對陣列探測器的各振子進行激勵；波形存儲器，將由各 振子接收的超聲波接收回波作為每個振子的波形數據而存儲；相位合成單元，讀出存儲有 每個振子的波形數據的上述波形存儲器的內容並進行相位合成；以及焦點單元，在上述波 形存儲器的讀出中，將該各波形存儲器的地址作為與針對虛擬電子掃描範圍內的任意位置 的動態聚焦的波束路程距離相當的地址而提供，使用如下體聚焦探傷法從陣列探測器的 所有振子一起對被檢材發送超聲波，用所有振子接收其反射回波，通過相位合成單元合成 存儲在波形存儲器中的各元件的A型波形並進行評價，在上述超聲波探傷裝置中，採用如 下結構。S卩，該裝置進行剖面為大致矩形的被檢材的內部探傷，具備至少兩個上述陣列探 測器，在被檢材的剖面視中，對於陣列探測器的一個，沿著被檢材呈現的矩形的一邊，對於 陣列探測器的另一個，沿著與上述一邊鄰接的邊中的一個邊，排列了陣列探測器各自的多 個振子。激勵單元針對各陣列探測器，對各個振子同時進行激勵，從而能夠通過垂直探傷法 進行被檢材的探傷，進而對各個振子逐步錯開定時地進行激勵，從而能夠通過斜角探傷法 進行被檢材的探傷。激勵單元使各陣列探測器，將該陣列沿伸的各邊作為入射邊，通過垂直 探傷法以及斜角探傷法，通過多個振子的1次振動，從入射邊的各位置同時向被檢材內部 入射超聲波，使通過垂直探傷法入射的超聲波到達與入射邊對向的對向邊，使通過斜角探 傷法入射的超聲波到達與入射邊鄰接的鄰接邊中的一個邊。激勵單元將通過垂直以及斜角 探傷法入射的超聲波的實際的焦點設定到上述對向邊或鄰接邊的外側、或者不對焦，從而 不將超聲波的實際的焦點設定在被檢材內部。另外，上述虛擬電子掃描是指，與在以往的陣列探測器的發送接收中進行的電子 掃描不同，在發送側不進行電子掃描而針對探傷的範圍一起發送超聲波，在接收側接收的波形的存儲器讀出中進行與振子對應的存儲器讀出的掃描。即，作為用於得到體聚焦的接 收側的掃描，為了得到所有與振子的排列方向對應的存儲器的地址的配置方向(Y方向)的 各位置處的動態聚焦，使為了得到各個動態聚焦而所需的存儲器的地址依次在與振子的排 列方向對應的Y方向上移位而進行。本申請第2發明在上述本申請第1發明中，提供如下超聲波探傷裝置，具備四個陣 列探測器，將各陣列探測器相對剖面視矩形的被檢材的各邊而配置。本申請第3發明在上述本申請第1或第2發明中，提供如下超聲波探傷裝置，在利 用上述斜角探傷法的朝向鄰接邊的探傷時，針對該鄰接邊與對向邊所成的角內部，相位合 成單元代替實際的電子掃描，而通過存儲在波形存儲器中的波形的合成，虛擬地進行通過 電子掃描使折射角變化的扇區掃描。本申請第4發明提供具備以下結構的超聲波探傷裝置。S卩，該裝置進行剖面為大致矩形的被檢材的內部探傷，具備垂直探傷裝置與斜角 探傷裝置。兩種探傷裝置都具備陣列探測器，具有能夠沿著被檢材表面排列的多個振子； 激勵單元，對陣列探測器的各振子進行激勵；波形存儲器，將由各振子接收的超聲波接收回 波作為每個振子的波形數據而存儲；相位合成單元，讀出存儲有每個振子的波形數據的上 述波形存儲器的容並進行相位合成；以及焦點單元，在上述波形存儲器的讀出中，將該各波 形存儲器的地址作為與針對虛擬掃描範圍內的任意位置的動態聚焦的波束路程距離相當 的地址而提供，從陣列探測器的所有振子一起對被檢材發送超聲波，用所有振子接收其反 射回波，通過相位合成單元合成存儲在波形存儲器中的各元件的A型波形而進行評價。兩 種探傷裝置的陣列探測器在被檢材的剖面視中，沿著被檢材呈現的矩形的一邊，排列多個 振子。至少垂直探傷裝置的激勵單元針對各陣列探測器，對各個振子同時進行激勵，從而將 該陣列沿伸的各個邊作為入射邊，通過多個振子的1次振動，從入射邊的各位置同時向被 檢材內部入射超聲波，使超聲波不在被檢材內部收斂，而使入射的超聲波到達與入射邊對 向的對向邊。至少斜角探傷裝置的激勵單元通過對各個振子逐步錯開定時地進行激勵，將 該陣列沿伸的各個邊作為入射邊，從該入射邊，通過多個振子的1次振動，傾斜地向被檢材 內部入射超聲波，使超聲波不在被檢材內部收斂，而使入射的超聲波到達與入射邊鄰接的 鄰接邊。斜角探傷裝置具備角度校正單元，該角度校正單元在上述波形存儲器的讀出中，在 將根據入射角度使接收定時逐步錯開的校正值加到各地址後，使焦點單元進行上述處理。在本申請第5發明中，提供如下超聲波探傷裝置，上述斜角探傷裝置兼作上述垂 直探傷裝置，通過利用激勵單元的至少兩次的各振子的激勵，能夠進行上述垂直探傷與斜 角探傷，在角度校正單元中，將針對波形存儲器的各個地址的校正值設為0，從而能夠進行 垂直探傷。本申請第6發明提供一種利用體聚焦探傷法的超聲波探傷方法，使用具有能夠沿 著被檢材表面排列的多個振子的陣列探測器、對陣列探測器的各振子進行激勵的激勵單 元、將由各振子接收的超聲波接收回波作為每個振子的波形數據而存儲的波形存儲器、讀 出存儲有每個振子的波形數據的上述波形存儲器的內容並進行相位合成的相位合成單元、 以及在上述波形存儲器的讀出中將該各波形存儲器的地址作為與針對虛擬掃描範圍內的 任意位置的動態聚焦的波束路程距離相當的地址而提供的焦點單元，從陣列探測器的所有 振子對被檢材一起發送超聲波，用所有振子接收其反射回波，通過相位合成單元合成存儲在波形存儲器中的各元件的A型波形而進行評價，其中，採用如下手段。即，在該方法中，進行剖面為大致矩形的被檢材的內部探傷，準備至少兩個上述陣 列探測器，在被檢材的剖面視中，對於陣列探測器的一個沿著被檢材呈現的矩形的一邊，對 於陣列探測器的另一個沿著與上述一邊鄰接的邊中的一個邊，排列陣列探測器各自的多個 振子，通過激勵單元，針對各陣列探測器，對各個振子同時進行激勵，從而能夠通過垂直探 傷法進行被檢材的探傷，進而對各個振子逐步錯開定時地進行激勵，從而能夠通過斜角探 傷法進行被檢材的探傷。另外，該方法中，激勵單元使各陣列探測器，將該陣列沿伸的各個 邊作為入射邊，通過垂直探傷法以及斜角探傷法，根據多個振子的1次振動，從入射邊的各 位置向被檢材內部入射超聲波，使通過垂直探傷法入射的超聲波到達與入射邊對向的對向 邊，使通過斜角探傷法入射的超聲波到達與入射邊鄰接的鄰接邊中的一個邊，將通過垂直 以及斜角探傷法入射的超聲波的實際的焦點設定到上述對向邊或鄰接邊的外側、或者不對 焦，從而不將超聲波的實際的焦點設定在被檢材內部。本申請第7發明在本申請的上述第6發明中，其特徵在於，在上述探傷後，使上述 陣列探測器向與被檢查材剖面交差的方向物理性地掃描，從而對該交差方向的其他位置進 行上述探傷。本申請第8發明提供在本申請的上述第4發明中採用如下結構的超聲波探傷裝置。
即，上述角度校正單元對焦點單元提供校正量的樣式，該校正量的樣式是利用如 下參數確定的以相對入射邊傾斜的入射角度θ從探測器向被檢材入射為止的各振子的 發送波束之間的向入射邊的到達時間差、在以折射角θ 『入射後從入射邊到鄰接邊為止的 各波束之間的向鄰接邊的到達時間差、在鄰接邊反射後從鄰接邊到入射邊為止的各波束子 之間的向入射邊的到達時間差、以及從入射邊到探測器為止的各波束之間的向探測器的到 達時間差。本申請第9發明提供在本申請的上述第8發明中採用如下結構的超聲波探傷裝置。即，其特徵在於，上述焦點單元具備Υ方向計數器51，表示虛擬電子掃描位置y ；D 深度方向計數器52，表示聚焦的深度位置d ；以及動態聚焦相位校正存儲器414，存儲有動 態聚焦法中的各聚焦位置處的相位校正量。通過對該動態聚焦相位校正存儲器414的地址 提供Y方向計數器51與D深度方向計數器52的數據，得到聚焦位置(y、d)處的相位校正 量。上述角度校正單元對供給到動態聚焦相位校正存儲器414的地址的上述計數器的數據 加上關於上述入射角度θ的校正量的樣式。本申請第10發明提供在本申請的上述第9發明中採用如下結構的超聲波探傷裝置。即，角度校正單元具備接收延遲樣式保持部與接收側選擇保持部，接收延遲樣式 保持部保持與入射角度對應的校正量的延遲樣式，接收側選擇保持部通過入射角度的選 擇，確定接收延遲樣式保持部中的對應的延遲樣式。本申請第11發明提供在本申請的上述第10發明中採用如下結構的超聲波探傷裝置。在接收側，在斜角探傷中，與將入射角度設為恆定的朝向鄰接邊的探傷連續地，進行朝向由該鄰接邊與對向邊所成的角內部的探傷，對於該角內部的探傷，代替實際的電子 掃描，通過存儲在波形存儲器中的波形的合成，虛擬地進行在電子掃描中使入射角度逐步 變化的扇區掃描。根據本申請第1 11的發明，通過利用體聚焦，可以高速進行以角鋼片為代表的 剖面是矩形的稜柱狀的被檢材的探傷。特別，通過與利用體聚焦的垂直探傷法一起，進行利 用了體聚焦的斜角探傷法，還可以針對被檢材內部的僅通過以往的利用體聚焦的垂直探傷 法無法覆蓋的區域，可靠地進行探傷，減少了難以進行缺陷檢測的死區段。
具體而言，在斜角探傷法中，相對入射邊傾斜地入射超聲波，在被檢材內部中，超 聲波還傾斜地入射到與該入射邊鄰接的鄰接邊。因此，幾乎不產生鄰接邊的反射回波，可以 可靠地檢測鄰接邊附近的缺陷回波。本發明通過第1陣列探測器與上述垂直探傷法一起進行利用體聚焦的斜角探傷 法，從而朝向鄰接邊中的至少一個邊，進行超聲波的發送與其接收，可以可靠地檢測鄰接邊 附近的缺陷回波。而且，將與上述其它第2陣列探測器沿著上述鄰接邊的一個邊配置，並將 上述鄰接邊作為入射邊，與上述同樣地通過垂直探傷法以及斜角探傷法，進行超聲波的發 送接收，從而將在第1陣列探測器中成為死區段的入射邊附近、與該入射邊對向的對向邊 作為第2陣列探測器中的與入射邊鄰接的鄰接邊，通過利用第2陣列探測器的斜角探傷，不 會受到反射波的影響，而可以對第1陣列探測器的入射邊附近與其對向邊附近的缺陷回波 進行檢測。另外，通過改變了朝向的多個陣列探測器，針對具有方向性的缺陷，可以進行其評 價。特別，在該裝置以及方法中，通過體聚焦的用尖峰脈衝對超聲波變換器陣列的所 有振子進行激勵的激勵單元，消除超聲波的發送側的聚焦，向超聲波變換器陣列的前面放 射超聲波的準平面波、即發送無聚焦的(或者、聚焦到等於沒有的程度遠方、即聚焦到探傷 範圍以外的)超聲波的準平面波，從而不僅是垂直探傷，而且在斜角探傷中也獲得不會減 小探傷範圍這樣的優點，由此，可以進行缺陷檢測的精度更高的探傷。即，使用垂直探傷法 以及斜角探傷法，在兩種探傷法中，使相對被檢材的超聲波變換器陣列的設置範圍對應於 被檢材的檢查範圍的整個區域，通過一次的超聲波的發送向檢查範圍的所有範圍傳播超聲 波。而且，通過超聲波變換器陣列的各振子，接收來自檢查範圍內的反射源的反射回 波，作為波形數據存儲在各波形存儲器中。在該波形存儲器中，作為波形數據，相位擴散地 存儲所有檢查範圍內的缺陷(超聲波反射源)的位置和其大小(反射量)的信息。即，通 過1次的超聲波的發送和接下來的超聲波的接收，相位擴散地在波形存儲器中存儲該所有 檢查空間內的缺陷分布狀況。如果存在根據該相位擴散的各波形存儲器的內容，來高速地 逆運算檢查空間內的任意位置的缺陷分布狀況的單元，則可以再合成所有檢查空間內的缺 陷分布狀況，檢查時間被飛躍地縮短，檢查速度提高。其可以通過將各波形存儲器的地址作 為與針對虛擬電子掃描範圍內的任意位置的動態聚焦的波束路程距離相當的地址而提供 的焦點單元、和讀出各波形存儲器的內容並利用加法器進行相位合成的相位合成單元來實 現。


圖1是示出本發明的一個實施方式的裝置的陣列探測器的配置的概略剖面圖。圖2是示出上述配置的概略側面圖。圖3是示出上述裝置的概要的框圖。圖4是放大了圖3的框圖的要部的框圖。圖5是示出上述裝置的一個陣列探測器相對被檢材發送超聲波的狀態的概略剖 面圖。圖6是關於上述裝置的斜角探傷的說明圖。圖7是示出上述超聲波探傷裝置的控制步驟的流程圖。圖8是示出該超聲波探傷裝置的電子操作的圖形的說明圖。圖9是示出該超聲波探傷裝置的波形存儲器上的垂直探傷中的相位合成曲線的 圖形的說明圖。圖10示出體聚焦的信號處理的時序圖。圖Il(A)是區段聚焦探傷的說明圖，(B)是體聚焦探傷的說明圖。圖12㈧ (C)是示出本申請發明的裝置的探傷結果的說明圖。
具體實施例方式以下，根據附圖，對本發明的實施方式進行說明。圖1至圖9示出本發明的一個實施方式。圖1是示出本發明的一實施方式的裝置的陣列探測器的配置的概略剖面圖。圖2 是示出上述的配置的概略側面圖。圖3是該裝置的框圖。圖4是放大了圖3的框圖的要部 的框圖。圖5是示出上述裝置的一個陣列探測器相對被檢材發送超聲波的狀態的概略剖面 圖。圖6是關於上述裝置的斜角探傷的說明圖。圖7是示出上述超聲波探傷裝置的控制步 驟的流程圖。圖8是示出該超聲波探傷裝置的虛擬電子掃描的圖形的說明圖。圖9是示出 該超聲波探傷裝置的波形存儲器上的垂直探傷中的相位合成曲線的圖形的說明圖。該裝置進行剖面是大致矩形的被檢材的內部探傷。此處，以將被稱為角鋼片的剖 面是大致正方形的稜柱材設為被檢材的情況為例子而進行說明。該裝置如圖3所示，具備第1至第4這四個探傷單元kl k4、總體控制部100、以 及畫面顯示部110。在本實施方式中，探傷單元kl k4分別兼作垂直探傷裝置與斜角探傷裝置。在本實施方式中，探傷單元kl k4由於採用同一結構，所以都設為探傷單元k，而 一起說明。探傷單元k具備具有可以沿著被檢材表面排列的多個振子1. . . 1的陣列探測器 10 (以下根據需要稱為超聲波變換器陣列10)；對陣列探測器10的各振子1. . . 1進行激勵 的激勵單元；波形存儲器；相位合成單元；焦點單元；角度校正單元；門處理單元；以及A型 (A-scope)存儲器單元，在垂直探傷與斜角探傷中，可以分別進行如下體聚焦探傷法對被 檢材，從陣列探測器的所有振子一起發送超聲波，用所有振子接收其反射回波，通過相位合 成單元合成存儲在波形存儲器中的各元件的A型波形而進行評價。激勵單元將通過垂直以及斜角探傷法入射的超聲波的實際的焦點設定到上述對向邊或鄰接邊的外側、或者不對焦，從而不將超聲波的實際的焦點設定到被檢材內部。艮口， 激勵單元將通過垂直以及斜角探傷法入射的超聲波的實際的焦點設定到上述對向邊或鄰 接邊的外側、或者不對焦，從而可以使探測器發送準平面波。角度校正單元在上述波形存儲器的讀出中，在將根據入射角度使接收定時逐步錯 開的校正值加到各地址後，使焦點單元進行上述處理。另外，在上述中，設為使陣列探測器10的所有振子1. . . 1振動，但例如在振子 1...1的列的長度超過各鋼片的一邊的長度的情況下，可以設為僅使與該邊對應的範圍的 振子1... 1激勵來實施。即，此處所稱的所有振子是指，在陣列探測器10中，與被檢材的一 邊對應的所有振子1...1。如圖1所示，在作為角棒的被檢材的與軸向正交的剖面視中，沿著被檢材m的四個 邊ml m4的各個，分別配置有上述探傷單元kl k4的陣列探測器10. . . 10 (10a. . . IOd)。即，在被檢材m的剖面視中，如圖1所示，第1探傷單元kl的陣列探測器IOa是將 面對的邊作為第1邊ml並沿著該第1邊ml配置的，第2探傷單元k2的陣列探測器IOb是 將面對的邊作為第2邊m2並沿著該第2邊m2配置的，第3探傷單元k3的陣列探測器IOc 是將面對的邊作為第3邊m3並沿著該第3邊m3配置的，第4探傷單元k4的陣列探測器 IOd是將面對的邊作為第4邊m4並沿著該第4邊m4配置的。在上述中，各陣列探測器10具備的多個振子1. . . 1是與被檢材m的對向的各邊平 行地排列的。一個陣列探測器10的振子1. . . 1的列的長度優選為對應的邊的長度的60%以上。 但是，這樣的數值是可以變更的。如圖1所示，在各陣列探測器10a. . . IOd與被檢材m表面之間，隔開間隔(空隙)， 在兩者之間存在成為超聲波的媒介的探傷水T。在該探傷裝置中，可以採用公知的水浸法或局部水浸法。如圖2所示，對於第1至第4各探傷單元kl k4的陣列探測器10a. . . IOd的各 個，配置在被檢材的不同的剖面，以不受到相互發送的超聲波、其反射波(包括反常回波) 的影響。例如，在其製造線中，沿著棒的長度方向、即棒的軸向移送作為稜柱棒(角鋼片) 的被檢材m。如圖2所示，在該移送方向E的不同的位置，分別配置陣列探測器10a. . . IOd0另外，這樣，在該移送線的途中，配置上述各陣列探測器10a. . . 10d，並以與上述移 送線交差的方式配置該振子1. . . 1的列，從而可以在角鋼片的生產線中，聯機(online)且 機械地掃描探測器。在本實施方式中，在作為鋼材等材料產品的被檢材的生產線(未圖示)中，與被檢 材的生產線的流向交差地，配置超聲波變換器陣列10，即設為超聲波變換器陣列10將生產 線橫斷且在橫斷的被檢材的至少檢查預定的整個寬度(橫寬)配置了振子1... 1的狀態， 從而通過線的移送，可以對被檢材的線的移送方向(縱寬方向)的各位置處的被檢材內部 的探傷預定的所有範圍依次進行探傷。但是，在不進行聯機探傷的情況下，如上所述，可以設為該探傷裝置具備針對被檢材的軸向，對於被檢材相對地移動的其他探測器的物理性的掃描單元而實施。在本實施方式中，四個陣列探測器IOa IOd在被檢材m的一剖面的探傷中，分別發送接收3次超聲波。具體而言，圖1所示的四個陣列探測器IOa IOd分別將對向的邊作為入射邊，通 過1次的超聲波的發送，使上述準平面波從該入射邊向被檢材內部入射，而到達與入射邊 對向的對向邊，從而進行垂直探傷。進而，四個陣列探測器IOa IOd通過各自的另1次的 超聲波的發送，使上述準平面波從該入射邊向被檢材內部入射，而到達與上述入射邊鄰接 的一個鄰接邊，從而進行斜角探傷。然後，四個陣列探測器IOa IOd通過各自的又1次的 超聲波的發送，使上述準平面波從該入射邊向被檢材內部入射，而到達與上述入射邊鄰接 的另一個鄰接邊，從而進行斜角探傷。
例如，如果觀察第1探傷單元kl的陣列探測器10a，則如圖5所示，通過1次的超 聲波的發送，將第1邊ml作為入射邊而從第1邊ml入射超聲波，使準平面波到達與第1邊 ml對向的第3邊m3，通過另1次的超聲波的發送，將第1邊ml作為入射邊而從第1邊ml 入射超聲波，使準平面波到達與第1邊ml鄰接的第2邊m2，通過又1次的超聲波的發送，將 第1邊ml作為入射邊而從第1邊ml入射超聲波，使準平面波到達與第1邊ml鄰接的第3 邊m3。3次的超聲波的發送順序是任意的。雖然省略了圖示，但在上述方案中，在第2陣列探測器IOb中第2片m2成為入射 邊，在第3陣列探測器IOc中第3片m3成為入射邊，在第4陣列探測器IOd中第4片m4成 為入射邊。如圖5所示，在被檢材m的剖面視中，第1探傷單元kl的垂直探傷中的探傷區域 是白圓點分布的區域。在該情況下，入射邊(第1邊ml)付近、即線段(假想線)eO-eO的 上方是最大的死區段即反射波的不靈敏帶。進而，白圓點分布的區域的左右的區域也是垂 直探傷中的死區段。另外，在該情況下，雖然在圖5中未示出，但在對向邊(第3邊m3)付近，雖然是程 度小，但也存在死區段。第1探傷單元kl的斜角探傷中的探傷區域是圖5所示的黑圓點分布的區域、即分 別被橢圓(假想線)包圍的區域e2、e3、e4、e5。但是，通常，對於各個鄰接邊與對向邊所成的角(corner)部分、即區域e4、e5，在 接收處理中的僅平面波的掃描中，成為死區段，而無法可靠地檢測缺陷回波。在圖5中，以第1探傷單元kl的探測器為例子進行了說明，但在其他探傷單元 k2 k4中，只有將第1 第4邊的某一個作為入射邊等的配置的朝向不同，入射邊、兩鄰接 邊、相對對向邊的探傷區域、以及死區段的相對位置關係與圖5所示的情況相同。在利用第1探傷單元kl的探傷中，可以通過與該第1探傷單元kl的陣列探測器 10正交或者對向的其他探傷單元k2 k3的各陣列探測器10大致覆蓋圖5所示的上述線 段(假想線)eO-eO的上方的死區段。另一方面，僅通過垂直探傷，對於入射邊付近與對向邊付近的死區段，即使通過朝 向不同的其他探傷單元的探測器也無法覆蓋，所以通過各個探傷裝置的斜角探傷來覆蓋。另外，對於通過利用上述平面波的斜角探傷也無法充分地覆蓋的上述區域e4、e5， 可以通過接收處理中的虛擬扇區掃描來覆蓋。該虛擬扇區掃描是指，針對以往的發送側的 伴隨電子掃描的扇區掃描，在發送側不進行電子掃描，而僅在接收部進行虛擬電子掃描，而 虛擬地進行扇區掃描。
圖3所示的上述各探傷單元kl k4分別採用圖4所示的結構。以下，使用圖4，對各探傷單元k的結構進行具體說明。如圖4所示，一個探傷單元k具有具備多個振子1. . . 1的超聲波變換器陣列10 ；脈衝器部20 ；接收器部30 ；與超聲波變換器陣列10的多個振子1. . . 1分別對應的多個信號 處理部40. . . 40 ；路程計數器50 ；Y方向計數器51 ；D深度方向計數器52 ；加法器53 ；檢波 電路54 ；門電路60 ；波形峰值保存電路70 ；以及控制部90。在圖4所示的該裝置具有的上述波束路程計數器50、Y方向計數器51、D深度方向計數器52、以及控制部90中，各計數器可以通過控制部90的信號清零或者遞增。控制部90至少由CPU、存儲器、程序ROM、畫面顯示部、以及通信部構成，是可以製作各種定時並發送到各部各電路，對各部提供數據，或者從各部讀出數據，並顯示其結果， 且可以與其他裝置進行通信的裝置。在該控制部90中，可以使用市面銷售的計算機。在圖4中，超聲波變換器陣列10由η元件的超聲波振子1構成，與脈衝器部20、接收器部30連接，向檢查空間發送超聲波，以及從檢查空間接收反射超聲波回波。脈衝器部20由與超聲波變換器陣列10的元件數η相同個數的尖峰脈衝器電路構成，通過來自控制部90的脈衝發送定時信號，尖峰脈衝器電路一起動作，超聲波變換器陣 列10被激勵。控制部90具備發送處理設定部91、接收處理設定部92、焦點設定部(未圖示)、以 及門位置存儲部(未圖示)。發送處理設定部91具備保持與相對入射邊的入射角度θ或者相對鄰接邊的角 度Φ (圖6)對應的提供給各振子的激勵信號的定時的延遲量的樣式的發送延遲樣式保持 部(未圖示)；以及選擇保持部(未圖示)。操作者在探傷前輸入相對鄰接邊的角度Φ，從 而在發送處理設定部91中，可以從發送延遲樣式保持部中選擇與該角度對應的校正量的 樣式，可以將該選擇結果保持在選擇保持部中。詳述上述角度。如圖6所示，如果以第1的探傷單元kl為例子，則對於鄰接邊的 一個邊(第2邊m2)，在被檢材的相對上述入射邊(第1邊ml)的超聲波的入射角度θ的 決定中，在斜角探傷時，考慮被檢材的超聲波的折射角度Θ'，得到相對作為目的的該鄰接 邊(第2邊m2)的角度Φ。在各溫度中由探傷水T內的音速與被檢材的材料內的音速來 決定上述折射角度θ 『(由材料與溫度決定)。另外，考慮S/N比等根據材料而不同的接 收條件，選擇最佳的角度Φ。如果通過操作者的總體控制部100的操作，與材料、探傷水的 溫度一起，接收到上述角度Φ的輸入，則在控制部90中，發送處理設定部91根據折射角度 θ 『確定對應的入射角度θ，選擇對應的發送的延遲樣式。另外，通過上述操作者的輸入， 還同時進行後述的接收處理設定部92的接收側的延遲樣式的選擇。對於針對與上述鄰接邊m2相反側的鄰接邊m4的斜角探傷的設定，對於上述角度 θ、θ 『 Φ，與圖6所示的部分的區別僅在於成為左右對稱(某入射角θ的正負相逆)，而 與上述同樣地設定上述角度θ、θ 『 φ。在超聲波的發送時，控制部90從發送處理設定部91的發送延遲樣式保持部與選 擇保持部中參照所選擇的上述延遲樣式，向尖峰脈衝器電路提供與延遲樣式對應的定時信號。為了從探測器發送準平面波，在發送處理設定部91的上述延遲樣式中，以使各振子以大致同一入射角θ發送超聲波的方式，從排列的振子組的一端到另一端，在鄰接的振 子間的各自中，提供大致相等的激勵的時間差。另外，在垂直探傷的情況下，事先在發送處理設定部91中，從發送延遲樣式保持 部中選擇將入射角度θ設為0、即在鄰接的振子間的各自中各振子的激勵的時間差成為0 的延遲樣式，並保持到選擇保持部中即可。總體控制部100可以通過上述操作者的總體控制部100的操作，一併進行各探傷 單元kl k4的控制部90中的發送接收的延遲樣式的選擇。另外，操作者還可以通過上述 總體控制部100的操作，來進行接收處理中的角部的探傷的設定。控制部90的接收處理設定部92構成上述接收角度校正單元。接收處理設定部92具備保持接收側的斜角探傷的校正量的樣式的接收延遲樣式 保持部與選擇保持部。通過操作者事先操作上述總體控制部100，在接收處理設定部92中，可以從接收 延遲樣式保持部中選擇與角度Φ對應的接收側的延遲樣式，可以將該選擇結果保持在選 擇保持部中。接收器部30由與超聲波變換器陣列10的元件數η相同個數的接收器電路構成， 超聲波接收回波在此被信號放大，並送到信號處理部40。信號處理部40由與超聲波變換器陣列10的元件數η相同個數的信號處理電路 41-1 41-η構成。各信號處理電路41由AD變換器411、超聲波波形存儲器412、切換器 413、以及動態聚焦相位校正存儲器414構成。AD變換器411對從接收器部30發送的超聲波信號進行AD變換，將AD變換後的信 號寫入到超聲波波形存儲器412中。AD變換的採樣頻率是超聲波振子的名義頻率的8倍以 上。從控制部90通過第1信號線(未圖示)供給該採樣信號。在本實施方式中，超聲波探傷裝置的上述激勵單元主要由脈衝器部20構成。上述 波形存儲器由上述接收器部30、該AD變換器411、以及超聲波波形存儲器412構成。另外， 上述相位合成單元由加法器53構成。而且，上述焦點單元由上述Y方向計數器51、上述D 深度方向計數器52、以及各動態聚焦相位校正存儲器414構成。超聲波波形存儲器412在寫入步驟(圖7的S12、S22、S32)中，寫入從AD變換器 411發送的超聲波波形數據，並且在讀出步驟(圖7的S13、S23、S33)中，讀出保存在該存 儲器412中的超聲波波形數據，並與加法器53連接。從切換器413供給該超聲波波形存儲 器412的地址。切換器413在寫入步驟(圖7的S12、S22、S32)中，對超聲波波形存儲器412的地 址發送波束路程計數器50的值，在讀出步驟(圖7的S13、S23、S33)中，對超聲波波形存儲 器412的地址發送動態聚焦相位校正存儲器414的內容。上述波束路程計數器50是確定取入到波形存儲器的數據的深度方向的範圍的計 數器。動態聚焦相位校正存儲器414在上述角度Φ的基礎上存儲了公知的動態聚焦法 中的各聚焦位置處的相位校正量，通過對該動態聚焦相位校正存儲器414的地址提供表示 虛擬電子掃描位置y的Y方向計數器51、與表示聚焦的深度位置d的D深度方向計數器52 的數據，從而得到聚焦位置(y、d)處的相位校正量，對超聲波波形存儲器412的讀出地址提供該相位校正量。從超聲波波形存儲器412，得到在該聚焦位置(y、d)進行動態聚焦的情況 的該振子貢獻的超聲波波形數據。在各信號處理電路41-1 41-n中同時進行上述步驟， 向加法器53發送各信號處理電路41-1 41-n的各超聲波波形存儲器412的內容、即超聲 波波形數據，進行動態聚焦的相位合成。另外，將各動態聚焦相位校正存儲器414的內容通 過第2信號線(未圖示)，預先存儲到控制部90具備的焦點設定部中。另外，Y方向計數器51的虛擬電子掃描位置y對應于振子的排列位置。焦點設定部保持的校正量是加入了關於由接收處理設定部92設定的 角度的校正 量的校正量。即，控制部90對上述焦點設定部，提供關於由接收處理設定部92預先設定的角度 (角度Φ)的校正量(延遲樣式)，加上上述聚焦中所需的相位校正量(延遲樣式)，將相加 後的校正量保持在焦點設定部中。如上所述，接收處理設定部92的接收延遲樣式保持部與被檢材的材料、探傷水的 溫度、以及材斜角探傷中的上述角度Φ對應地保持接收處理的延遲樣式，通過操作者事先 操作總體控制部100，受理被檢材的材料、探傷水的溫度、以及材斜角探傷中的上述角度Φ 的輸入，在所保持的延遲樣式中，選擇對應的接收延遲樣式，將該選擇的結果即樣式的設定 保持在接收處理設定部92的選擇保持部中。對於向上述焦點設定部賦予關於角度的校正量的賦予中，在該角度的設定後且在 探傷前，控制部90從接收處理設定部92的接收延遲樣式保持部以及選擇保持部中參照所 選擇的角度校正用的延遲樣式來進行。對相當於1振子的波束的存儲器，賦予一個校正量。因此，由提供給與進行斜角探 傷的多個波束相當的存儲器的校正量分別構成一個(角度校正用)延遲樣式。另外，對一 個角度提供一個(角度校正用)延遲樣式。通過圖6所示的與探傷水中的從探測器向入射邊(第1邊ml)的入射角度θ對 應的各發送波束間的到達時間差、與被檢材中的從入射邊(第1邊ml)向鄰接邊(第2邊 m2)的上述角度Φ ( θ + θ 『)對應的各波束間的到達時間差、與被檢材中的從鄰接邊(第 2邊m2)向入射邊(第1邊ml)的上述角度Φ (Θ + Θ 『)對應的各反射波束間的到達時間 差、以及與探傷水中的從入射邊(第1邊ml)向探測器的入射角度θ對應的各反射波束間 的到達時間差，來決定上述角度的校正中使用的接收處理的延遲樣式。如上所述，控制部90將對這樣的角度校正的延遲樣式加上用於聚焦到期望的位 置(圖5的黑圓點)的上述校正樣式而得到的延遲樣式保持在焦點設定部中。對形成動態 聚焦的每個聚焦列的焦點用延遲樣式加上角度校正用延遲樣式。每個聚焦列的焦點延遲樣 式是對應於與深度對應的多個角度的延遲樣式。在本實施方式中，在上述接收延遲樣式中，將對角部(圖5的區域e4、e5)的虛擬 扇區掃描的樣式也作為朝向鄰接邊的斜角探傷的樣式中的一部分，而從接收處理設定部92 的接收延遲樣式保持部中選擇，並保持到接收處理設定部92的選擇保持部中。通過進行針對角部(圖5的區域e4、e5)的虛擬扇區掃描時的中心角的設定，進行 上述虛擬扇區掃描的樣式的設定。例如，在接收側的處理中，可以與利用圖5的朝向第2邊m2的超聲波的區域e2的 處理連續地，在上述虛擬扇區掃描中進行區域e4的探傷處理，假設將角度Φ設為40度而在接收側進行區域e2的斜角探傷的處理，對於區域e4，將35度設為中心角而在士5度的範 圍、即30 40度的範圍中，使各個振子的接收波的角度逐步變化，而進行將區域e2與區域 e4作為對象的接收側的體聚焦。在該情況下，將區域e2作為對象的延遲樣式對應於一個角 度Φ，但將區域e4作為對象的扇區掃描的角度校正用延遲樣式需要多個角度量。因此，由 接收處理設定部92設定扇區掃描中所需的多個延遲樣式。即，接收處理設定部92 (的選擇 保持部)保持這樣的設定。在角部(圖5的區域e4、e5)的探傷中，除了上述扇區掃描以外，還可以設為固定成與針對區域e2、e3的斜角探傷不同的角度的斜角探傷。例如，在區域e2的探傷中，如果 將上述角度Φ設為35度，則可以把角度Φ固定成40度而實施區域e4的探傷。另外，在體聚焦中的接收側的處理中，使各聚焦列(是用於得到一個動態聚焦的 振子的組。例如將圖Il(B)中的32個振子設為一個聚焦列)移位，而得到多個動態聚焦， 在上述中，在朝向第2邊m2發送的超聲波的接收側的處理中，如果通過30個聚焦列(30次 的移位掃描)來進行，則可以對區域e2的斜角探傷分配其中的20個聚焦列，對區域e3的 虛擬扇區掃描分配10個聚焦列，而進行區域e2與區域e4的接收處理。上述焦點設定部將提供給該30個聚焦列各自的焦點用延遲的樣式保持為校正量 的樣式。加法器53對從與元件數η相同個數的超聲波波形存儲器412送來的各超聲波波 形數據進行相位合成。向檢波電路54發送該加法器53的輸出。在檢波電路54中進行全 波整流、+半波整流、以及_半波整流等檢波處理。檢波電路54的輸出與門電路60和波形 峰值保存電路70連接。門電路60具備回波高低存儲器61、比較器62、寫入控制電路63、回波深度存儲器 64、門產生電路65、門位置存儲器66、以及評價部(未圖示)。門電路60決定在通過檢波電路54檢波的波形數據的波束路程中判定有無缺陷的 範圍，並且判定在該範圍內有無缺陷。門電路60僅在各讀出步驟S13、S23、S33(圖7)時主動地發揮功能，在控制部更新 步驟S15、S27、S37(圖7)中僅進行存儲器61、存儲器64的訪問。回波高低存儲器61將表示虛擬電子掃描位置y的Y方向計數器51作為地址，臨 時存儲每個虛擬電子掃描位置y位置的門內峰值回波高低。在比較器62中對檢波電路54 的回波高低值、與存儲在回波高低存儲器61中的門內峰值回波高低進行比較，在檢波電路 54的回波高低值高時，向寫入控制電路63發送寫入信號。在寫入控制電路63中接收門產 生電路65的門信號，在門是導通(on)的期間，若送來上述比較器62的寫入信號，則對回波 高低存儲器61與回波深度存儲器64發送寫入脈衝。接收該脈衝，而在回波高低存儲器61 中，將作為檢波電路54的輸出數據的回波高低值寫入到該存儲器61中，更新回波高低存儲 器61的門內峰值回波高低。在控制部更新步驟S15(圖7)中使表示電子掃描位置y的Y 方向計數器51從0加1，同時依次讀出回波高低存儲器61的門內峰值回波高低，在讀出後， 將該內容清零，進行接下來的循環(接下來的剖面位置的探傷)的準備。回波深度存儲器64將表示虛擬電子掃描位置y的Y方向計數器51作為地址，臨 時存儲每個虛擬電子掃描位置y位置的門內峰值深度位置。來自上述寫入控制電路63的 寫入信號還成為該回波深度存儲器64的寫入脈衝。如果送來該寫入脈衝，則在回波深度存儲器64中將表示聚焦的深度位置d的D深度方向計數器52的值寫入到存儲器中，更新存儲在回波深度存儲器64中的門內峰值深度位置。在控制部更新步驟S15(圖7)中使表示 虛擬電子掃描位置y的Y方向計數器51從O加1，並且依次讀出回波深度存儲器64的門內 峰值深度位置，在讀出後，將該內容清零，進行接下來的循環的準備。門位置存儲器66將表示虛擬電子掃描位置y的Y方向計數器51作為地址，保存 每個虛擬電子掃描位置y位置的深度方向的門起點位置數據與門終點位置數據。如果更新 了表示虛擬電子掃描位置y的Y方向計數器51，則讀出門位置存儲器66的內容，向門產生 電路65發送由虛擬電子掃描位置y位置決定的深度方向的門起點位置的值與門終點位置 的值。通過第3信號線(未圖示)，從控制部90提供門位置存儲器66的內容，預先存儲 在控制部90的門存儲部中。如果通過總體控制部100在接收處理設定部92的選擇保持部 中，設定了與角度Φ對應的延遲樣式，則控制部90參照該接收處理設定部92的接收延遲 樣式保持部與角度保持部，使該接收延遲樣式反映到門存儲部的深度方向的門起點位置數 據與門終點位置數據中。具體而言，在斜角探傷的情況下，校正門存儲部的內容，以使圖6 所示的賦予了角度Φ的箭頭的長度dw成為波束路程的長度。在垂直探傷中，提供給門存 儲部的數據的校正值是0。在門產生電路65中，接收從上述門位置存儲器66發送的深度方向的門起點位置 的值與門終點位置的值，對該兩個值與表示聚焦的深度位置d的D深度方向計數器52的值 進行比較。在D深度方向計數器52處於兩個門位置之間時，將門信號設為導通(on)，否則 設為截至(off)，向寫入控制電路63發送門信號。評價部保持設為缺陷回波的峰值高低的數據，在門位置之間，對回波高低存儲器 61的門內峰值回波高低、與所保持的上述峰值高低進行比較，而判定有無缺陷。評價部將判 定結果的信號輸出到生產線的角鋼片的良·不良的區分單元。波形峰值保存電路70由波形峰值保存存儲器71、比較器72、寄存器73、比較器 74、以及寫入控制電路75構成。對波形峰值保存存儲器71的地址，連接表示深度位置d的 D深度方向計數器52，存儲各深度處的超聲波回波波形。比較器72對檢波電路54的回波高低值、與波形峰值保存存儲器71的內容進行比 較，在檢波電路54的回波高低值高時，向寫入控制電路75發送寫入信號。寄存器73保持Y方向電子掃描地址ys的內容，在波形峰值保存電路70中保持該 地址ys掃描線上的各深度的每一個的最大值。通過控制部90寫入該寄存器73的數據。比較器74對寄存器73的內容(ys)、與表示電子掃描位置y的Y方向計數器51進 行比較，在一致時，向寫入控制電路75發送電子掃描位置一致信號。寫入控制電路75在送來來自比較器74的電子掃描位置一致信號時，如果從比較 器72有寫入信號，則向波形峰值保存存儲器71輸出寫入脈衝。接收該寫入脈衝，在波形峰 值保存存儲器71中將檢波電路54的輸出數據寫入到存儲器，更新存儲器內容。在顯示以及通信步驟S40 (圖7)中，使表示深度位置d的D深度方向計數器52從 0加1，並且依次讀出存儲在波形峰值保存存儲器71中的超聲波波形即A型波形，在讀出 後，將該內容清零，進行接下來的循環的準備。然後，在控制部90內的畫面顯示部中顯示該 讀出的A型波形。
波形峰值保存電路70將用於操作者監視探傷的狀況的圖像顯示在畫面顯示部 110中。因此，進行產品(被檢材m)的是否合格判定、即由於存在缺陷而應設為不良品的產 品的區分即可，在無需操作者的監視的情況下，還可以不設置波形峰值保存電路70以及畫 面顯示部110而實施。接下來，使用圖7，對本申請發明的動作進行說明。在該圖7中，示出了一個探傷單元k中的流程(工序圖)。在各探傷單元kl k4 的各自中，採用與該圖7所示的流程同樣的流程。以下，將圖7設為第1探傷單元kl的流程而進行說明。圖7所示的該裝置的探傷工序具備關於垂直探傷的各步驟Sll S15、關於一個斜 角探傷(+斜角探傷)的各步驟S21 S27、關於另一個斜角探傷(_斜角探傷)的各步驟 S31 S37、和顯示以及通信步驟S40。S卩，作為關於垂直探傷的工序，具備垂直探傷發送步驟S11、垂直探傷寫入步驟 S12、垂直探傷讀出步驟S13、垂直探傷門評價處理步驟S14、以及控制部更新步驟S15。另 夕卜，作為一個斜角探傷(+斜角探傷)的工序，具備+斜角探傷發送步驟S21、+斜角探傷寫入 步驟S22、+斜角探傷讀出步驟S23、+斜角探傷門評價處理步驟S24、+角部讀出步驟S25、+ 角部探傷門評價處理步驟S26、以及控制部更新步驟S27。進而，作為另一個斜角探傷(_斜 角探傷)的工序，具備_斜角探傷發送步驟S31、-斜角探傷寫入步驟S32、-斜角探傷讀出 步驟S33、-斜角探傷門評價處理步驟S34、-角部讀出步驟S35、-角部探傷門評價處理步 驟S36、以及控制部更新步驟S37。這樣，設為第1探傷單元kl按照被檢材m的入射邊(第1邊ml)的垂直探傷、一 個鄰接邊(第2邊m2)的斜角探傷、以及另一個鄰接邊(第4邊m4)的斜角探傷的順序進 行探傷處理而進行說明。但是，該順序是可以變更的。如該圖7所示，如果步驟Sll S37的各步驟的處理循環一次，則轉移到被檢材m 的軸向(圖2的E方向)的其他位置的探傷，再次反覆步驟Sll S37。對於顯示以及通信步驟S40，根據需要而進行。依次對各步驟進行說明。在垂直探傷發送步驟Sll中，從控制部90，參照發送處理設定部91的發送延遲樣 式保持部與選擇保持部，製作一個脈衝發送定時信號，發送給脈衝器部20。在垂直探傷中， 設定角度Φ或者入射角度θ是0的樣式。在脈衝器部20中，接收該信號，向超聲波變換器陣列10的η元件的超聲波振子同 時發送尖峰脈衝。由此，各超聲波振子被同時激勵，朝向超聲波變換器陣列10的放射面方 向、即對向邊，準平面波狀地放射超聲波。超聲波在檢查空間中傳播，但如果遭遇到缺陷等 聲音反射面，則超聲波的一部分被反射，並由超聲波變換器陣列10接收。在垂直探傷寫入步驟S12中，由超聲波變換器陣列10接收的各振子的超聲波接收 回波被接收器部30放大後，發送到振子元件數η的信號處理電路41-1 41-η。在各信號處 理電路41中對超聲波接收回波進行AD變換，並存儲在超聲波波形存儲器412中。由波束路 程計數器50提供此時的存儲器地址，該計數器的時鐘與AD變換器411的時鐘相同。例如， 在本實施方式中，將超聲波振子的公稱頻率設為5MHz以下，將AD變換的時鐘設為50MHz。 但是，不限於這樣的頻率，而可以根據需要來變更這些頻率。
通常，波束路程計數器50在超聲波發送定時被清零，之後通過AD變換器的時鐘計數，但在電子掃描範圍的起始點是遠方的情況下，由控制部適當地控制被清零的定時。由 此，可以有效地利用超聲波波形存儲器412的容量。直到電子掃描範圍的最大波束路程傳 播時間為止進行該步驟。在垂直探傷讀出步驟S13中，針對檢查空間的深度方向D與探頭排列方向Y，讀出保存在超聲波波形存儲器412中的超聲波接收回波波形，並且通過動態聚焦法進行虛擬電 子掃描。圖8示出虛擬電子掃描的圖形。在該圖中，示出了超聲波變換器陣列、在放射了該 陣列的超聲波的檢查空間內從該深度d0到de的區間以及探頭的排列方向Y方向的從y0 到ye的區間中表示的虛擬電子掃描平面。在垂直探傷讀出步驟S13中，將Y方向計數器51、D深度方向計數器52清零或者 設置到起始點位置y0、d0,之後，使Y方向計數器51遞增，並且直到計數器值成為ye為止 進行。如果計數器超過ye，則接下來將該計數器清零或者設置到起始點位置y0，使D深度 方向計數器52+1遞增。反覆進行該動作，D深度方向計數器52成為de，直到在該位置Y方 向計數器51循環一次為止進行。這些計數器51、計數器52的時鐘以與AD變換的時鐘相同 的50MHz進行。在該期間，在各信號處理電路41-1 41-n中，對動態聚焦相位校正存儲器 414的地址，供給Y方向計數器51、D深度方向計數器52的值。該存儲器414輸出該電子掃 描位置(y、d)處的相位合成的各超聲波振子(1至η)的相位校正量、即波束路程位置。進 而，該波束路程位置成為超聲波波形存儲器412的讀出地址。聚焦相位校正存儲器414的 內容是參照接收處理設定部92而存儲的焦點設定部的內容。但是，由於是垂直探傷，所以 關於角度的校正是0。用圖8的虛擬電子掃描圖形上的虛擬電子掃描位置Pl的兩個箭頭Li、L2來例示 出該波束路程位置。此處，Ll表示在虛擬電子掃描位置Pl超聲波最初到來的傳播路徑，通 常成為虛擬電子掃描位置Pl與最接近的振子的距離。另外，L2表示在虛擬電子掃描位置Pl 超聲波被反射的情況的各振子(在圖8中用振子位置η例示)接收的超聲波的傳播路徑。 該兩個傳播路徑之和(L1+L2)成為虛擬電子掃描位置Pl處的振子η中的相位合成時的波 束路程位置。因此，從超聲波波形存儲器412，輸出在該虛擬電子掃描位置(y、d)相位合成 的各超聲波振子的超聲波波形數據。由各信號處理電路41-1 41-n輸出超聲波振子元件 數的該超聲波波形數據，其被送給加法器53而進行相位合成。圖8、圖9示出，通過上述步 驟，加法器53輸出由Y方向計數器51、D深度方向計數器52表示的虛擬電子掃描位置(y、 d)處的相位合成後的波形的上述關係。圖8的Pl點、P2點表示被進行電子掃描的平面上 的2點，該2點的地址(yl、dl)、(y2、d2)表示此時的D深度方向計數器52、Y方向計數器 51。圖9示出各超聲波波形存儲器412的地址與存儲器，示出虛擬電子掃描平面上的2點 P1、P2處的各超聲波波形存儲器412的相位合成曲線，在相位合成中按照該曲線，同時讀出 各存儲器412的內容，通過加法器53進行相位合成。此處，將這樣的方法稱為利用虛擬電 子掃描平面的動態聚焦法。在通過該虛擬電子掃描平面進行動態聚焦的期間，加法器53輸 出各個虛擬電子掃描位置處的相位合成結果數據，經由檢波電路54，送給門電路60與波形 峰值保存電路70。在門電路60中，進行門內的波形峰值回波高低與其深度方向位置的檢測。如圖8 所示，可以針對每個Y掃描位置獨立地設定門範圍，並且可以檢測每個Y掃描位置的波形峰值回波高低和其波束路程距離。門位置存儲器66事先寫入每個Y掃描位置的門範圍數據。 在讀出步驟S13的利用虛擬電子掃描平面的動態聚焦中，對門位置存儲器66的地址，提供 表示虛擬電子掃描平面的y位置的Y方向計數器51的值。該存儲器66的存儲器內容是該 y位置處的門範圍數據(起點位置gs、終點位置ge)，該數據與門產生電路65連接。在門產 生電路65中，對該門範圍數據、與表示虛擬電子掃描平面的d位置的D深度方向計數器52 進行比較，如果d位置處於門範圍，則向寫入控制電路63發送門導通(on)信號。門位置存 儲器66的內容如上所述是控制部的門位置存儲部的內容，反映了接收處理設定部92的校 正的內容，但由於是垂直探傷，所以在此基於角度的校正值是0。在門導通(on)的期間，在比較器62中，對存儲在回波高低存儲器61中的上次的 門內峰值回波高低、與來自檢波電路54的當前虛擬電子掃描位置的回波高低進行比較，在 當前虛擬電子掃描位置的回波高低大時，將當前虛擬電子掃描位置的回波高低寫入到回波 高低存儲器61中，並且將表示該當前虛擬電子掃描位置的d位置的D深度方向計數器52 的數據寫入到回波深度存儲器64中。由於對回波高低存儲器61、回波深度存儲器64的地址，提供了表示虛擬電子掃描 平面的y位置的Y方向計數器51，所以可以針對每個y位置保存門內的波形峰值回波高低 與其深度方向位置。另外，圖8示出虛擬電子掃描的時間關係的圖形，實際上在存儲器上，沒有設定圖 8所示那樣的門。在波形峰值保存電路70中進行圖8所示的虛擬電子掃描平面上的Y位置是ys的 假想探傷線上的超聲波波形的波形峰值保存處理。該超聲波波形通過個人計算機的畫面 顯示部來顯示，但通常，其顯示循環周期較長，是20msec左右(50Hz左右的頻率)。相比於 此，在本申請發明的上述裝置中，對電子掃描平面的所有範圍進行掃描的周期比其短，而無 法顯示所有假想探傷線上的超聲波波形。因此，波形峰值保存電路70在顯示循環周期內的 假想探傷線上的各超聲波波形中，保存各深度位置處的超聲波波形的峰值高低，在所有深 度位置保存該位置處的最大波形。寄存器73通過控制部90寫入表示假想探傷線上的Y位 置的數據(ys)。向比較器74發送該數據。在比較器74中，對表示電子掃描位置y的Y方 向計數器51與該寄存器73(ys)進行比較，在一致時向寫入控制電路75輸出一致信號，高 效地進行以下動作。對波形峰值保存存儲器71的地址，連接表示深度位置d的D深度方向 計數器52，從波形峰值保存存儲器71向比較器72提供相同深度位置d處的1次前的超聲 波峰值波形，從檢波電路54提供該相同深度位置d處的最新超聲波回波高低。在檢波電路 54高時向寫入控制電路75發送寫入信號，在寫入控制電路75中向波形峰值保存存儲器71 發送寫入脈衝，深度位置d處的超聲波峰值波形被更新成比上次高的回波高低。在各深度 進行該動作，並且在接二連三到來的探傷循環的各讀出步驟S13中也同樣地進行。在垂直探傷門評價處理的步驟S14中，通過評價部，在門位置之間，對回波高低存 儲器61的門內峰值回波高低與所保持的上述峰值高低進行比較，判定有無缺陷。評價部將 判定結果的信號輸出給生產線的角鋼片的良 不良的區分單元。在控制部更新步驟S15中，控制部90對提供存儲器61、存儲器64的地址的Y方 向計數器51進行操作，並且讀出門電路60的回波高低存儲器61、回波深度存儲器64的內 容，在其讀出後將這些存儲器的內容清零。
23
在上述控制部更新步驟S15後，轉移到+斜角探傷發送步驟S21。在+斜角探傷發送步驟S21中，由控制部90參照發送處理設定部91的發送延遲 樣式保持部與選擇保持部，製作一個脈衝發送定時信號，發送給脈衝器部20。在+斜角探傷中，設定了與角度Φ或者入射角度θ對應的樣式。
通過設定這樣的角度，從入射邊朝向一個鄰接邊，準平面波狀地放射超聲波。在該 步驟S21中，對於上述以外的點，與上述步驟S11相同。另外，+斜角探傷寫入步驟S22中的處理與上述垂直探傷寫入步驟S12中的處理 相同。在+斜角探傷讀出步驟S23中，也進行與垂直探傷讀出步驟S13同樣的處理，但由 於是斜角探傷，所以聚焦相位校正存儲器414的內容是被加上由接收處理設定部92根據角 度Φ設定的延遲樣式的內容。另外，門位置存儲器66的內容反映了接收處理設定部92的 校正的內容，進行了校正，以使與圖6的角度Φ對應的dw的長度成為波束路程的長度。根據與這樣的角度Φ對應的聚焦相位校正存儲器414以及門位置存儲器66的內 容，在+斜角探傷讀出步驟S23中，進行與垂直探傷讀出步驟S13同樣的處理。在+斜角探傷門評價處理的步驟S24中，根據反映了角度的校正的上述門位置存 儲器66的內容，進行與上述垂直探傷門評價處理的步驟S14同樣的評價處理。在+斜角探傷門評價處理的步驟S24的處理後，不將各存儲器清零，而接著進行+ 角部讀出步驟S25。在該步驟S25中，如上所述，通過接收處理設定部92對與斜角探傷中的 角度Φ對應的延遲樣式，附加了用於進行虛擬扇區掃描、基於角度Φ以外的固定角度的掃 描的所選擇的延遲樣式，根據包含該樣式的聚焦相位校正存儲器414以及門位置存儲器66 的內容，進行與+斜角探傷讀出步驟S23同樣的處理。在+角部探傷門評價處理步驟S26中，根據反映了針對角部的上述角度的校正的 上述門位置存儲器66的內容，進行門內回波評價處理。對於其他點，與+斜角探傷門評價 處理的步驟S24相同。在控制部更新步驟S27中，與控制部更新步驟S15同樣地，控制部90對提供存儲 器61、存儲器64的地址的Y方向計數器51進行操作，並且讀出門電路60的回波高低存儲 器61、回波深度存儲器64的內容，在該讀出後，將這些存儲器的內容清零。在作為另一個斜角探傷(_斜角探傷)的工序的-斜角探傷發送步驟S31、_斜角 探傷寫入步驟S32、-斜角探傷讀出步驟S33、-斜角探傷門評價處理步驟S34、-角部讀出 步驟S35、-角部探傷門評價處理步驟S36、以及控制部更新步驟S37中，由接收處理設定部 92設定的延遲樣式基於與上述一個斜角探傷(+斜角探傷)的各步驟中的角度Φ正負相 逆的角度。除此以外，上述另一個斜角探傷(_斜角探傷)的各步驟的處理與一個斜角探傷 (+斜角探傷)的各步驟中的處理相同。在顯示以及通信步驟S40中，判斷是否更新畫面的顯示。在不更新畫面的情況下， 結束該步驟S40中的處理，在更新畫面的情況下，控制部90對提供存儲器71的地址的D深 度方向計數器52進行操作，並且讀出波形峰值保存電路70的波形峰值保存存儲器71的內 容，在該讀出後，將該存儲器的內容清零。然後，顯示在控制部更新步驟S15、S27、S37中讀 出的各門內的回波高低以及回波深度的值，與外部進行通信其內容。另外，在顯示以及通信 步驟S40中讀出的峰值保存的超聲波波形在畫面顯示部中顯示為A型波形，將其波形數據與外部進行通信。 另外，在該實施例中門電路60僅為1組，但不限於此，還可以準備多個門電路，而 附加多個門範圍中的門處理。 這樣在本申請發明的上述超聲波探傷裝置中，對超聲波變換器陣列的各振子，在 與垂直探傷、斜角探傷對應的定時發送尖峰脈衝狀的發送脈衝，對由各振子接收的接收超 聲波回波進行AD變換，將其存儲在振子元件數的波形存儲器中。在電子掃描中，沿著該位 置處的相位合成曲線，從振子元件數的波形存儲器中同時讀出波形數據並進行相位合成。 艮口，對於電子掃描位置1點的相位合成後的波形，通過1次存儲器讀出循環進行。在本實施 方式中由於使用50MHz的時鐘，所以一點的計算以20nSec完成。如果在深度方向200點、Y 軸向200點的電子掃描平面中考慮，則為了將該範圍全部掃描，成為20女200女200nsec = SOOysec0另外，在該電子掃描的期間，在門電路中進行門處理，同時在波形峰值保存電路 中進行A型波形保存處理。作為超聲波反覆循環，除了上述800 μ sec的時間以外，還需要超 聲波發送時間、超聲波接收時間、以及門數據與A型波形的讀出時間，但如果設為200μ sec 左右，則在1000 μ sec (= lmsec)中上述電子掃描範圍的探傷循環完成。使探傷波束在Y 軸向上電子地移動，而在深度方向上通過動態聚焦法進行測量的以往技術的裝置中，通過 一次超聲波反覆循環而完成一個波束方向的探傷，為了對與上述相同的電子掃描範圍進行 探傷，需要200次的超聲波反覆循環。即使將超聲波反覆頻率設為ΙΟΚΗζ，為了對上述電子 掃描範圍進行探傷，也需要20msec的時間。本發明的上述裝置在本實施方式中，與以往技 術的裝置相比可以實現20倍高速的探傷。在上述實施方式中，在電子掃描的Y方向與D方向的處理順序中，首先使Y方向計 數器51計數，在Y方向計數器51循環一次之後使D深度方向計數器52工作，但還可以與 其相逆地，首先使D深度方向計數器52計數，在D深度方向計數器52循環一次之後使Y方 向計數器5ID工作。另外，在上述實施方式中，超聲波變換器陣列10在超聲波發送時，使所有振子 1...1振動。但是，如果具有超過交差方向上的探傷預定(希望)範圍的長度，且可以僅通 過一部分的振子1... 1(通過一次的超聲波的發送)覆蓋上述預定探傷面的所有面，則不限 於使所有振子1...1振動。進而，在生產線上不進行探傷(聯機探傷)的情況下，也可以將 超聲波變換器陣列10設為可以掃描，並使通過該掃描進行所有面探傷的位置依次改變(另 夕卜，即使如上所述進行了所有面探傷，通常，在該範圍中，僅在檢查作業者希望觀察的部位， 設定門)。另外，在該情況下不限於對預定探傷的所有範圍一起進行探傷(所有面探傷)， 而也可以針對探傷預定的範圍在多次的探傷中進行。即使這樣設定，與以往相比可以通過 一次超聲波的發射覆蓋的範圍更寬，所以可以降低探傷次數。但是，在設為通過一次超聲波 的發射來進行所有面探傷時，效率最佳，並且適合於聯機探傷。如上所述，該裝置在體聚焦探傷中，排除超聲波發送時的超聲波的實際的聚焦，而 使探傷的被檢材內部的各位置(坐標)對應於劃分的波形存儲器的地址，與通過實際的接 收時的電氣處理得到的各波形存儲器位置處的波形數據的相位合成進行比較，得知有異常 的波形存儲器的地址，從而檢測對應的被檢材的內部缺陷的位置，由此，可以獲得基於準平 面波的廣泛的探傷範圍，降低探傷循環，實現高速的探傷。即，體聚焦法是指，在發送側，通過一次的探測器的激勵而對被檢材較寬地發送超聲波，在接收側不進行實際的掃描(電子掃描)而進行虛擬電子掃描，對A型波形進行相位 合成而進行評價。在本發明中，將這樣的體聚焦不僅應用於垂直探傷法，而且還應用到斜角探傷法，針對通過利用體聚焦的垂直探傷法無法充分覆蓋的剖面視大致矩形的被檢材，使用利用體 聚焦的斜角探傷法，可以不損失處理的高速性地可靠地進行。在本實施方式中，如上所述，在體聚焦法中為了所有剖面探傷而使用4方向4個陣 列探頭，1個陣列探頭通過垂直探傷、+斜角探傷、以及_斜角探傷這3次的發送進行所有剖 面的大約60%的探傷。另外，針對角部進行斜角的發送，在接收側的處理中通過扇區掃描或改變折射角 等方法來進行探傷，所以無需對角用進行專用的發送。因此，可以通過3次發送進行探傷， 所以不會受到反常的影響而可以提高鋼片長度方向的脈衝密度。另外，由於可以並用DDF， 所以可以在所有剖面中提高檢測能力。可以在搬送速度30m/mim下實現脈衝密度5mm以下。 可以通過採用體聚焦探傷，實現與以往方法相比檢測能力以及處理能力非常高的檢查。如果觀察通過本實施方式的裝置得到的圖12 (A) (C)所示的A型(A-scope)的 圖像，則可知圖1所示的被檢材的剖面中央部的缺陷vl顯示為《1，鄰接邊附近的缺陷v2顯 示為w2，缺陷角部的缺陷v3顯示為w3。在該裝置中，通過上述四個探傷單元kl k4探傷的結果，在探傷單元kl k4中 的任意一個檢測到缺陷回波的情況下，將被檢材判定為不良品。但是，也可以綜合通過探傷 單元kl k4得到的探傷結果來判定被檢材的良·不良。另外，在上述實施方式中，設為斜角探傷裝置兼作垂直探傷裝置，但也可以分別設 為獨立的裝置，並將各個裝置具備的陣列探測器個別地配置在被檢材表面。進而，在上述實施方式中，設為使用kl k4這四個探傷單元k，但也可以準備1 3個探傷單元k來實施。例如，也可以設為僅準備探傷單元kl、k2這兩個，而針對被檢材的 四個邊分成2次來進行探傷。在該情況下，探測器既可以分別配置在鄰接的彼此邊上，或者 也可以分別配置在對向的邊。但是，對於可靠地排除死區段方面，優選配置在鄰接的彼此 邊。
權利要求
一種超聲波探傷裝置，具備陣列探測器，具有能夠沿著被檢材表面排列的多個振子；激勵單元，對陣列探測器的各振子進行激勵；波形存儲器，將由各振子接收的超聲波接收回波作為每個振子的波形數據而存儲；相位合成單元，讀出存儲有每個振子的波形數據的上述波形存儲器的內容並進行相位合成；以及焦點單元，在上述波形存儲器的讀出中，將該各波形存儲器的地址作為與針對虛擬電子掃描範圍內的任意位置的動態聚焦的波束路程距離相當的地址而提供，使用如下體聚焦探傷法從陣列探測器的所有振子一起對被檢材發送超聲波，用所有振子接收其反射回波，通過相位合成單元合成存儲在波形存儲器中的各元件的A型波形並進行評價，其中，上述超聲波探傷裝置是進行剖面為大致矩形的被檢材的內部探傷的超聲波探傷裝置，具備至少兩個上述陣列探測器，在被檢材的剖面視中，對於陣列探測器的一個，沿著被檢材呈現的矩形的一邊，對於陣列探測器的另一個，沿著與上述一邊鄰接的邊中的一個邊，排列了陣列探測器各自的多個振子，激勵單元針對各陣列探測器，對各個振子同時進行激勵，從而能夠通過垂直探傷法進行被檢材的探傷，進而對各個振子逐步錯開定時地進行激勵，從而能夠通過斜角探傷法進行被檢材的探傷，激勵單元使各陣列探測器，將該陣列沿伸的各邊作為入射邊，通過垂直探傷法以及斜角探傷法，利用多個振子的1次振動，從入射邊的各位置向被檢材內部入射超聲波，使通過垂直探傷法入射的超聲波到達與入射邊對向的對向邊，使通過斜角探傷法入射的超聲波到達與入射邊鄰接的鄰接邊中的一個邊，激勵單元將通過垂直以及斜角探傷法入射的超聲波的實際的焦點設定到上述對向邊或鄰接邊的外側、或者不對焦，從而不將超聲波的實際的焦點設定在被檢材內部。
2.根據權利要求1所述的超聲波探傷裝置，其特徵在於，具備四個陣列探測器， 將各陣列探測器相對剖面視矩形的被檢材的各邊而配置。
3.根據權利要求1或2所述的超聲波探傷裝置，其特徵在於，在利用上述斜角探傷法的 朝向鄰接邊的探傷時，針對該鄰接邊與對向邊所成的角內部，相位合成單元代替實際的電 子掃描，而通過存儲在波形存儲器中的波形的合成，虛擬地進行通過電子掃描使折射角變 化的扇區掃描。
4.一種超聲波探傷裝置，其特徵在於， 進行剖面為大致矩形的被檢材的內部探傷， 具備垂直探傷裝置與斜角探傷裝置， 兩種探傷裝置都具備陣列探測器，具有能夠沿著被檢材表面排列的多個振子； 激勵單元，對陣列探測器的各振子進行激勵；波形存儲器，將由各振子接收的超聲波接收回波作為每個振子的波形數據而存儲； 相位合成單元，讀出存儲有每個振子的波形數據的上述波形存儲器的內容並進行相位合成；以及焦點單元， 在上述波形存儲器的讀出中，將該各波形存儲器的地址作為與針對虛擬電 子掃描範圍內的任意位置的動態聚焦的波束路程距離相當的地址而提供，從陣列探測器的所有振子一起對被檢材發送超聲波，用所有振子接收其反射回波，通 過相位合成單元合成存儲在波形存儲器中的各元件的A型波形而進行評價，兩種探傷裝置的陣列探測器在被檢材的剖面視中，沿著被檢材呈現的矩形的一邊，排 列多個振子，至少垂直探傷裝置的激勵單元針對各陣列探測器，對各個振子同時進行激勵，從而將 該陣列沿伸的各個邊作為入射邊，通過多個振子的1次振動，從入射邊的各位置同時向被 檢材內部入射超聲波，使超聲波不在被檢材內部收斂，而使入射的超聲波到達與入射邊對 向的對向邊，至少斜角探傷裝置的激勵單元通過對各個振子逐步錯開定時地進行激勵，將該陣列沿 伸的各個邊作為入射邊，從該入射邊，通過多個振子的1次振動，傾斜地向被檢材內部入射 超聲波，使超聲波不在被檢材內部收斂，而使入射的超聲波到達與入射邊鄰接的鄰接邊，斜角探傷裝置具備角度校正單元，該角度校正單元在上述波形存儲器的讀出中，在將 根據入射角度使接收定時逐步錯開的校正值加到各地址後，使焦點單元進行上述處理。
5.根據權利要求4所述的超聲波探傷裝置，其特徵在於，上述斜角探傷裝置兼作上述 垂直探傷裝置，通過利用激勵單元的至少兩次的各振子的激勵，能夠進行上述垂直探傷與斜角探傷，在角度校正單元中，將針對波形存儲器的各個地址的校正值設為0，從而能夠進行垂直 探傷。
6.一種利用體聚焦探傷法的超聲波探傷方法，使用具有能夠沿著被檢材表面排列的多 個振子的陣列探測器、對陣列探測器的各振子進行激勵的激勵單元、將由各振子接收的超 聲波接收回波作為每個振子的波形數據而存儲的波形存儲器、以及讀出存儲有每個振子的 波形數據的上述波形存儲器的內容並進行相位合成的相位合成單元，從陣列探測器的所有 振子對被檢材一起發送超聲波，用所有振子接收其反射回波，通過相位合成單元合成存儲 在波形存儲器中的各元件的A型波形而進行評價，其特徵在於，進行剖面為大致矩形的被檢材的內部探傷，準備至少兩個上述陣列探測器，在被檢材的剖面視中，對於陣列探測器的一個，沿著被檢材呈現的矩形的一邊，對於陣 列探測器的另一個，沿著與上述一邊鄰接的邊中的一個邊，排列陣列探測器各自的多個振 子，通過激勵單元，針對各陣列探測器，對各個振子同時進行激勵，從而能夠通過垂直探傷 法進行被檢材的探傷，進而對各個振子逐步錯開定時地進行激勵，從而能夠通過斜角探傷 法進行被檢材的探傷，激勵單元使各陣列探測器，將該陣列沿伸的各個邊作為入射邊，通過垂直探傷法以及 斜角探傷法，利用多個振子的1次振動，從入射邊的各位置向被檢材內部入射超聲波，使通 過垂直探傷法入射的超聲波到達與入射邊對向的對向邊，使通過斜角探傷法入射的超聲波 到達與入射邊鄰接的鄰接邊中的一個邊，將通過垂直以及斜角探傷法入射的超聲波的實際的焦點設定到上述對向邊或鄰接邊 的外側、或者不對焦，從而不將超聲波的實際的焦點設定在被檢材內部。
7.根據權利要求6所述的超聲波探傷方法，其特徵在於，在上述探傷後，使上述陣列探 測器向與被檢查材剖面交差的方向物理性地掃描，從而對該交差方向的其他位置進行上述 探傷。
8.根據權利要求4所述的超聲波探傷裝置，其特徵在於，上述角度校正單元對焦點單 元提供利用如下參數確定的校正量的樣式以相對入射邊傾斜的入射角度9從探測器向 被檢材入射為止的各振子的發送波束之間的向入射邊的到達時間差、在以折射角9 『入射 後從入射邊到鄰接邊為止的各波束之間的向鄰接邊的到達時間差、在鄰接邊反射後從鄰接 邊到入射邊為止的各波束之間的向入射邊的到達時間差、以及從入射邊到探測器為止的各 波束之間的向探測器的到達時間差。
9.根據權利要求8所述的超聲波探傷裝置，其特徵在於，上述焦點單元具備Y方向計數器，表示虛擬電子掃描位置y ；D深度方向計數器，表示聚焦的深度位置d ；以及動態聚焦相位校正存儲器，存儲有動態聚焦法中的各聚焦位置處的相位校正量，通過對該動態聚焦相位校正存儲器的地址提供Y方向計數器與D深度方向計數器的數 據，得到聚焦位置處的相位校正量，上述角度校正單元對供給到動態聚焦相位校正存儲器的地址的上述計數器的數據加 上關於上述入射角度的校正量的樣式。
10.根據權利要求9所述的超聲波探傷裝置，其特徵在於，角度校正單元具備接收延遲 樣式保持部與接收側選擇保持部，接收延遲樣式保持部保持與入射角度對應的校正量的延 遲樣式，接收側選擇保持部通過入射角度的選擇，確定接收延遲樣式保持部中的對應的延 遲樣式。
11.根據權利要求10所述的超聲波探傷裝置，其特徵在於，在接收側，在斜角探傷中， 與將入射角度設為恆定的朝向鄰接邊的探傷連續地，進行朝向由該鄰接邊與對向邊所成的 角內部的探傷，對於該角內部的探傷，代替實際的電子掃描，通過存儲在波形存儲器中的波 形的合成，虛擬地進行在電子掃描中使入射角度逐步變化的扇區掃描。
全文摘要
本申請發明的超聲波探傷方法及其裝置使用體聚焦探傷法，在被檢材(m)的剖面視中，對於陣列探測器(10)中的一個沿著被檢材呈現的矩形的一邊，對於陣列探測器(10)的另一個沿著與上述一邊鄰接的邊的一個邊，排列了陣列探測器(10)各自的多個振子(1...1)。激勵單元在陣列探測器的各自中，將該陣列沿伸的各個邊作為入射邊，通過垂直探傷法以及斜角探傷法，根據多個振子的1次振動，從入射邊的各位置向被檢材內部入射超聲波，使通過垂直探傷法入射的超聲波到達與入射邊對向的對向邊，使通過斜角探傷法入射的超聲波到達與入射邊鄰接的鄰接邊的一個邊，而不將超聲波的實際的焦點設定在被檢材內部。
文檔編號G01N29/26GK101809439SQ200880109100
公開日2010年8月18日 申請日期2008年9月16日 優先權日2007年9月28日
發明者D·布拉科尼耶, 村井純一 申請人:日本克勞特克雷默爾株式會社