超聲波探傷傳感器以及超聲波探傷方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種超聲波探傷傳感器以及超聲波探傷方法，能夠?qū)崿F(xiàn)三維超聲波探傷的高靈敏度化和高S/N化，不需要對(duì)每個(gè)檢查對(duì)象進(jìn)行傳感器的開發(fā)，降低了傳感器開發(fā)成本。利用將超聲波元件二維排列的超聲波探傷傳感器，在2dsinθ＝nλ中以n＝1～2的范圍調(diào)整用一個(gè)激勵(lì)器進(jìn)行一并激勵(lì)的元件的與超聲波掃描方向平行的方向的長(zhǎng)度d，其中，λ為超聲波波長(zhǎng)、n為整數(shù)、θ為超聲波入射角。
【專利說明】超聲波探傷傳感器以及超聲波探傷方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于三維超聲波檢查的超聲波探傷傳感器以及三維超聲波檢查的超聲波探傷方法。

【背景技術(shù)】
[0002]已經(jīng)開發(fā)出能夠以非破壞方式對(duì)檢查對(duì)象的內(nèi)部進(jìn)行檢查的超聲波探傷檢查。在近年開發(fā)的超聲波探傷檢查中，一般是三維超聲波探傷檢查，其使用由二維排列為矩陣狀的超聲波元件(以下稱為元件)構(gòu)成的矩陣陣列傳感器，調(diào)整延遲時(shí)間來對(duì)超聲波進(jìn)行三維掃描。在矩陣陣列傳感器中能夠在元件的分割方向上變更焦點(diǎn)方向，因此通過二維排列的元件構(gòu)成的矩陣陣列傳感器能夠在2個(gè)方向掃描超聲波。另外，也可以變更焦點(diǎn)距離，因此通過與二維掃描合并能夠進(jìn)行三維掃描。
[0003]專利文獻(xiàn)I中記載了在這樣的超聲波探傷檢查中，通過進(jìn)行傳感器孔徑的大型化能夠進(jìn)行深部的檢查，并且提高了 SN比的超聲波傳感器。在該文獻(xiàn)中，在使矩陣陣列傳感器的元件間距比λ/2寬時(shí)，除了主瓣以外還產(chǎn)生柵瓣，因此，通過元件的大型化而使陣列傳感器大孔徑化時(shí)，通過排列元件以便在探傷范圍外出現(xiàn)噪音，從而降低噪音的影響。
[0004]現(xiàn)有的傳感器使用使元件間隔為λ /2以下不產(chǎn)生柵瓣的傳感器。與此相對(duì)，如上述的專利文獻(xiàn)I那樣開發(fā)了一種矩陣陣列傳感器，其在三維超聲波探傷(以下稱為3D-UT)中為了擴(kuò)大傳感器的孔徑口徑使超聲波元件間隔為λ/2以上。
[0005]但是，雖然在專利文獻(xiàn)I中記載了在所記載的矩陣陣列傳感器中使一并激勵(lì)數(shù)增加時(shí)的旁瓣向超聲波掃描范圍外，但是沒有考慮使弱的入射強(qiáng)度的旁瓣持續(xù)入射到超聲波掃描范圍內(nèi)來提高信號(hào)強(qiáng)度的情況。另外，為了使一并激勵(lì)數(shù)增加時(shí)的柵瓣向超聲波掃描范圍外，每次需要按照檢查對(duì)象開發(fā)矩陣陣列傳感器。
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開2012-117825


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此在本發(fā)明中提供一種超聲波探傷傳感器以及超聲波探傷方法，能夠?qū)崿F(xiàn)三維超聲波探傷的高靈敏度化和高S/N化，不需要對(duì)每個(gè)檢查對(duì)象進(jìn)行傳感器的開發(fā)，降低了開發(fā)成本。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的特征為使用矩陣陣列傳感器，在2dsin0 =ηλ(λ:超聲波波長(zhǎng)、η:整數(shù)、Θ:超聲波入射角)中在η = I?2的范圍內(nèi)調(diào)整通過一個(gè)激勵(lì)器一并進(jìn)行激勵(lì)的超聲波兀件的與超聲波掃描方向平行的方向的長(zhǎng)度d。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，能夠一邊控制入射到超聲波掃描范圍內(nèi)的柵瓣的產(chǎn)生強(qiáng)度，一邊進(jìn)行超聲波探傷，因此能夠?qū)崿F(xiàn)三維超聲波探傷的高靈敏度化和高S/N化。另外，能夠通過相同的傳感器和探傷器控制柵瓣的產(chǎn)生強(qiáng)度，因此不需要對(duì)每個(gè)檢查對(duì)象進(jìn)行傳感器的開發(fā)，降低了開發(fā)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是3D-UT方法的說明圖。
[0011]圖2是相控陣UT檢查中的矩陣陣列傳感器的元件間隔的制約因素的說明圖。
[0012]圖3是相控陣UT檢查中的矩陣陣列傳感器的高靈敏度化方法的說明圖。
[0013]圖4是3D-UT的掃描方向的定義的說明圖。
[0014]圖5是實(shí)施例1的柵瓣發(fā)生方向控制方法的說明圖。
[0015]圖6是表示柵瓣發(fā)生角的元件間隔依存性的圖。
[0016]圖7是表示實(shí)施例1的元件間隔決定的算法的圖。
[0017]圖8是實(shí)施例1的超聲波探傷系統(tǒng)的框圖。
[0018]圖9是實(shí)施例1的激勵(lì)器和元件之間的連接的切換器的結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖10是實(shí)施例1的超聲波探傷方法的流程圖。
[0020]圖11是實(shí)施例2的柵瓣發(fā)生方向控制方法的說明圖。
[0021]圖12是使柵瓣發(fā)生方向控制變得容易的元件排列的說明圖。
[0022]圖13是使柵瓣發(fā)生方向控制變得容易的其它元件排列的說明圖。
[0023]圖14是實(shí)施例2的超聲波探傷系統(tǒng)的框圖。
[0024]圖15是實(shí)施例2的超聲波探傷方法的流程圖。
[0025]圖16是表示實(shí)施例2的超聲波掃描方向的關(guān)系的說明圖。
[0026]符號(hào)的說明
[0027]1:矩陣陣列傳感器、2:檢查對(duì)象、3:超聲波、5:元件、8:超聲波探傷裝置、9:個(gè)人計(jì)算機(jī)、10:連接元件切換器、21:CPU、22:硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)、23:隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、24:只讀存儲(chǔ)器(R0M)、25:1/0端口、26:鍵盤、27:記錄介質(zhì)、28:顯示器、29:A/D轉(zhuǎn)換器、30:D/A轉(zhuǎn)換器、31:繼電器開關(guān)、32:繼電器電路、33:表示一并激勵(lì)元件間隔的線、步驟101:超聲波探傷條件和傳感器信息的輸入步驟、步驟102:激勵(lì)模式的解析步驟、步驟103:連接元件切換步驟、步驟104:延遲時(shí)間解析步驟、步驟105:探傷步驟、步驟106:柵瓣強(qiáng)度評(píng)價(jià)步驟、步驟107:探傷結(jié)果顯示、收錄步驟、步驟201:超聲波探傷條件和傳感器信息的輸入步驟、步驟202:激勵(lì)模式的解析步驟、步驟203:激勵(lì)器連接元件切換步驟、步驟204:延遲時(shí)間解析步驟、步驟205:探傷步驟、步驟206:柵瓣強(qiáng)度評(píng)價(jià)步驟、步驟207:探傷結(jié)果顯示步驟、步驟208:數(shù)據(jù)收錄步驟。

【具體實(shí)施方式】
[0028]圖1 (a)表示相控陣法的原理。為了使超聲波同時(shí)到達(dá)所設(shè)定的焦點(diǎn)，調(diào)整構(gòu)成超聲波探傷傳感器的平行排列的一維排列的元件5的超聲波的發(fā)送開始時(shí)間差(以下稱為延遲時(shí)間)，由此通過使超聲波從各個(gè)元件5同時(shí)到達(dá)焦點(diǎn)提高焦點(diǎn)的聲壓來進(jìn)行探傷。通過按照焦點(diǎn)位置調(diào)整延遲時(shí)間來使超聲波進(jìn)行掃描。
[0029]圖1(b)表示三維超聲波探傷方法。使用由矩陣狀二維排列的元件5所構(gòu)成的矩陣陣列傳感器1，調(diào)整延遲時(shí)間來進(jìn)行探傷。能夠在元件的分割方向變更焦點(diǎn)方向，因此通過二維排列的兀件5而構(gòu)成的矩陣陣列傳感器I能夠在2個(gè)方向掃描超聲波3。另外，由于焦點(diǎn)距離也能夠變更，因此通過與二維掃描合并能夠進(jìn)行三維掃描。
[0030]圖2表示該結(jié)構(gòu)的傳感器的元件間隔的制約因素。在使超聲波聚焦于焦點(diǎn)時(shí)，在焦點(diǎn)以外也會(huì)產(chǎn)生超聲波的相位對(duì)齊的柵瓣。用公式(I)表述柵瓣相對(duì)于焦點(diǎn)的發(fā)生方向Θ O
[0031]2d.sin Θ = η.λ (公式 I)
[0032]這里，
[0033]d表示超聲波元件間隔[mm]
[0034]η表示整數(shù)
[0035]λ表不超聲波波長(zhǎng)[mm]
[0036]當(dāng)柵瓣入射到檢查的超聲波掃描范圍，并在入射方向上有反射源的情況下，產(chǎn)生偽信號(hào)。因此，在此之前的傳感器的超聲波元件間隔被限定為由公式(I)導(dǎo)出的公式(2)所記述的不產(chǎn)生柵瓣的范圍。
[0037]η.λ +2d = sin θ > I
[0038]λ +2 > d (η = I)公式(2)
[0039]在使用了將元件5進(jìn)行2維排列的傳感器的二維超聲波探傷中，超聲波的掃描方向只是I個(gè)方向，所以關(guān)于公式(2)所記述的元件間隔，通過公式(2)限制與超聲波掃描方向平行的方向的元件間隔。但是，與超聲波掃描方向垂直的方向的元件間隔可以是任意的，看到設(shè)為4λ的例子。另一方面，在矩陣陣列傳感器中，二維排列的元件的各邊的長(zhǎng)被制約為λ/2，因此存在傳感器面積相對(duì)于上述的4 λ的傳感器成為1/8，靈敏度下降的問題。
[0040]對(duì)此，在專利文獻(xiàn)I中通過使用由多個(gè)元件組成的矩陣陣列傳感器，使通過I個(gè)激勵(lì)器一并進(jìn)行激勵(lì)的與超聲波掃描方向垂直的方向的超聲波元件數(shù)增加，從而增加有效的傳感器面積。但是，專利文獻(xiàn)I所記載的傳感器如圖3(b)所示是將一并激勵(lì)數(shù)增加時(shí)的柵瓣設(shè)為超聲波掃描范圍外的，而沒有考慮如圖3(c)所示那樣使弱的入射強(qiáng)度的柵瓣持續(xù)入射到超聲波掃描范圍內(nèi)來提高信號(hào)強(qiáng)度的情況。
[0041]本發(fā)明提供一種在超聲波掃描范圍內(nèi)容許一定強(qiáng)度以下的柵瓣的入射的超聲波探傷方法，以下利用附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施例。
[0042][實(shí)施例1]
[0043]利用圖4?圖10以及公式⑴來說明本發(fā)明的實(shí)施例1。
[0044]圖4表不實(shí)施例1的矩陣陣列傳感器I的兀件5的排列和超聲波掃描方向的定義。本發(fā)明中使用將長(zhǎng)方形的元件5進(jìn)行二維排列的現(xiàn)有的矩陣陣列傳感器。將從上面看與長(zhǎng)方形的I邊平行且與上表面垂直的面定義為正面，將與另一邊平行且與上表面垂直的面定義為側(cè)面。通過正面上的角度(正面掃描角)和側(cè)面上的角度(側(cè)面掃描角)的2個(gè)角度來唯一決定掃描方向。
[0045]圖5表示柵瓣發(fā)生方向的控制方法的概念圖。圖5(a)是現(xiàn)有的超聲波探傷檢查中的通過I個(gè)激勵(lì)器激勵(lì)I(lǐng)個(gè)元件的情況下的概念圖，是正面、側(cè)面都為大范圍的超聲波探傷范圍時(shí)的激勵(lì)模式。對(duì)圖中的元件記載的帶有〇的數(shù)字與激勵(lì)該元件的激勵(lì)器對(duì)應(yīng)。這時(shí)，用I個(gè)激勵(lì)器激勵(lì)I(lǐng)個(gè)元件。圖5(a)中，元件的間隔窄，因此柵瓣成為超聲波掃描范圍夕卜。圖5(b)表不2個(gè)掃描范圍都相對(duì)于圖5 (a)窄的情況下的激勵(lì)模式。這時(shí)，正面方向和側(cè)面方向都使通過I個(gè)激勵(lì)器進(jìn)行一并激勵(lì)的元件數(shù)增加到9倍，不降低S/N地提高靈敏度。收發(fā)強(qiáng)度與傳感器面積的平方成比例，因此圖5(b)的激勵(lì)模式與圖5(a)的激勵(lì)模式比較，不增加噪音地使收發(fā)強(qiáng)度為81倍。但是，進(jìn)行一并激勵(lì)的元件的間隔變寬，因此與圖5(a)的情況相比，發(fā)生柵瓣的角度變窄，因此為了在超聲波掃描范圍內(nèi)不發(fā)生柵瓣，超聲波掃描范圍也隨著變窄。
[0046]圖5(c)是正面的掃描范圍相對(duì)于圖5(a)窄的情況下的激勵(lì)模式，圖5 (d)是側(cè)面的掃描范圍相對(duì)于圖5(a)窄的情況下的激勵(lì)模式。在圖5(c)中將正面方向的通過I個(gè)激勵(lì)器進(jìn)行一并激勵(lì)的元件數(shù)增加到3倍，在圖5(d)中將側(cè)面方向的通過I個(gè)激勵(lì)器進(jìn)行一并激勵(lì)的元件數(shù)增加到3倍。這樣對(duì)應(yīng)于掃描范圍變更一并激勵(lì)元件，從而能夠不增加噪音地使收發(fā)強(qiáng)度提高9倍。但是，正面方向和側(cè)面方向各自的進(jìn)行一并激勵(lì)的元件的間隔變大，因此柵瓣的發(fā)生角度也隨之變窄。
[0047]圖6表示柵瓣發(fā)生方向的元件間隔依存性。深灰色的區(qū)域成為柵瓣相對(duì)于主瓣的相對(duì)強(qiáng)度為_20dB以上的強(qiáng)的范圍。淺灰色的區(qū)域的相對(duì)強(qiáng)度為-20?-40dB相對(duì)深灰色下降。白色區(qū)域成為相對(duì)強(qiáng)度為_40dB以下可以不考慮柵瓣的范圍。白色的區(qū)域用于現(xiàn)有的檢查，淺灰色的區(qū)域成為通過來自缺陷的反射信號(hào)強(qiáng)度和缺陷信號(hào)檢測(cè)時(shí)的通過柵瓣產(chǎn)生的噪音之間的強(qiáng)度比而知道可否使用的區(qū)域。在通過公式(I)記述的柵瓣發(fā)生方向的理論值的η = I到η = 2的范圍內(nèi)產(chǎn)生該知道可否使用的淺灰色的區(qū)域。因此，如圖7所示，本發(fā)明中對(duì)依次變更一并激勵(lì)元件數(shù)而使柵瓣發(fā)生角發(fā)生變化時(shí)的S/N進(jìn)行測(cè)量，決定一并激勵(lì)元件數(shù)以使所發(fā)生的柵瓣的強(qiáng)度在不影響探傷的值以下。
[0048]圖7(a)在柵瓣不入射到掃描范圍的一并激勵(lì)數(shù)的情況下，這時(shí)對(duì)于超聲波探傷范圍的所有區(qū)域能夠進(jìn)行探傷。但是，進(jìn)行一并激勵(lì)的超聲波元件數(shù)少，因此靈敏度降低。如圖7(b)所示那樣如果增加一并激勵(lì)數(shù)則低強(qiáng)度的柵瓣入射到掃描范圍。但是，由于能夠使進(jìn)行一并激勵(lì)的超聲波元件數(shù)增多，因此靈敏度提高。如圖7(c)所示那樣如果進(jìn)一步增加一并激勵(lì)數(shù)則高強(qiáng)度的柵瓣入射到掃描范圍。本實(shí)施例中，通過圖7(b)的入射情況進(jìn)行一并激勵(lì)，從而不降低S/N地提高缺陷信號(hào)強(qiáng)度。另外，如圖6所示，如果元件間隔為2 λ以上則柵瓣發(fā)生方向的元件間隔依存性變小。即，在元件間隔為2λ以上時(shí)，與2λ以下的情況進(jìn)行比較，即便使元件的間隔變化柵瓣發(fā)生角度的變化也變小。因此，如果不使2個(gè)相鄰的元件大小的總和為2λ以下，則柵瓣發(fā)生方向的控制范圍變窄。因此，在本實(shí)施例中將元件間隔設(shè)為2λ以下。這時(shí)由于將進(jìn)行一并激勵(lì)的多個(gè)元件的總和長(zhǎng)度設(shè)為2 λ以下，因此I個(gè)元件的最大長(zhǎng)度為λ以下。
[0049]利用圖8所示的實(shí)施例1的超聲波探傷系統(tǒng)的框圖、圖9所示的元件的激勵(lì)器和元件的連接的切換器的結(jié)構(gòu)圖以及圖10所示的實(shí)施例1的超聲波探傷方法的流程圖來說明本實(shí)施例的超聲波探傷方法。
[0050]步驟101是超聲波掃描方向和焦點(diǎn)距離這樣的超聲波探傷條件以及傳感器的元件大小、結(jié)構(gòu)元件數(shù)、元件排列、頻率(波長(zhǎng))這樣的傳感器信息的輸入步驟。使用個(gè)人計(jì)算機(jī)9的鍵盤26、記錄介質(zhì)27中的一個(gè)以上的裝置來輸入這些信息，經(jīng)由個(gè)人計(jì)算機(jī)的I/O端口 25傳達(dá)到CPU21，記錄在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 23、硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD) 22中的一個(gè)以上的存儲(chǔ)介質(zhì)中。使用DVD、藍(lán)光光盤等作為記錄介質(zhì)。另外，使用磁存儲(chǔ)介質(zhì)、SSD等作為HDD。
[0051]步驟102是通過一個(gè)激勵(lì)器進(jìn)行一并激勵(lì)的元件的與超聲波掃描方向平行的方向的長(zhǎng)度d的解析步驟。將公式⑴的計(jì)算程序存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器(ROM) 24、RAM、HDD中一個(gè)以上的記錄介質(zhì)中，在公式(I)中將d設(shè)為η= I?2的范圍。將計(jì)算的d除以實(shí)際的元件間隔得到的商成為與超聲波掃描方向平行的方向的一并激勵(lì)元件數(shù)。該值為半整數(shù)，因此將小數(shù)點(diǎn)以下進(jìn)行四舍五入，舍去或增加后的值成為初期的一并激勵(lì)元件數(shù)。將計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)在RAM、HDD中一個(gè)以上的記錄介質(zhì)中，并且經(jīng)由I/O端口顯示在顯示器28上。
[0052]步驟103是根據(jù)步驟102的一并激勵(lì)元件的解析，切換激勵(lì)器和元件的連接的步驟。圖9是表示激勵(lì)器和元件之間的連接的切換器的結(jié)構(gòu)的圖，例示了在具有m個(gè)成為激勵(lì)器的D/A轉(zhuǎn)換器30的超聲波探傷裝置8的各個(gè)激勵(lì)器上連接了由η個(gè)元件5構(gòu)成的矩陣陣列傳感器I的情況。經(jīng)由連接元件切換器10的繼電器開關(guān)31將元件與各個(gè)激勵(lì)器進(jìn)行連接。通過繼電器開關(guān)的開和關(guān)來切換激勵(lì)器和元件之間的連接。在步驟102根據(jù)顯示器所顯示的解析結(jié)果來切換該繼電器開關(guān)的開和關(guān)。
[0053]步驟104是使用在步驟101中輸入的掃描條件和步驟102的激勵(lì)模式的解析結(jié)果來計(jì)算延遲時(shí)間的步驟。將解析延遲時(shí)間的程序存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器、HDD中的一個(gè)以上的記錄介質(zhì)中，用CPU進(jìn)行計(jì)算。將延遲時(shí)間的計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)在RAM、HDD中的一個(gè)以上的存儲(chǔ)介質(zhì)中。
[0054]在步驟105實(shí)施超聲波探傷。經(jīng)由個(gè)人計(jì)算機(jī)的I/O端口、超聲波探傷器的I/O端口通過D/A轉(zhuǎn)換器將激勵(lì)開始的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓，對(duì)矩陣陣列傳感器施加電壓。電壓變換為振動(dòng)，在檢查對(duì)象2內(nèi)被反射的振動(dòng)到達(dá)傳感器。到達(dá)矩陣陣列傳感器的振動(dòng)再次變換為電壓，通過A/D轉(zhuǎn)換器29變換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)由超聲波探傷器的I/O端口、個(gè)人計(jì)算機(jī)的I/O端口被傳達(dá)到CPU。用CPU將探傷數(shù)據(jù)記錄到RAM、HDD中的一個(gè)以上的記錄介質(zhì)中，并且經(jīng)由I/O端口在顯示器上顯示探傷結(jié)果。
[0055]步驟106是根據(jù)步驟105的探傷結(jié)果評(píng)價(jià)S/N的步驟。在根據(jù)缺陷檢測(cè)數(shù)據(jù)和應(yīng)力解析預(yù)測(cè)檢測(cè)出缺陷的焦點(diǎn)距離和折射角的噪音為基準(zhǔn)強(qiáng)度以下時(shí)，轉(zhuǎn)移到步驟107，將所記錄的探傷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到RAM、HDD中的一個(gè)以上的存儲(chǔ)介質(zhì)中并結(jié)束探傷。根據(jù)為了維持完整性而容許的缺陷尺寸來計(jì)算缺陷信號(hào)強(qiáng)度。最好決定該基準(zhǔn)S/N為缺陷信號(hào)的識(shí)別變得容易的6dB以上。另外，當(dāng)通過柵瓣所產(chǎn)生的噪音比基準(zhǔn)強(qiáng)度強(qiáng)時(shí)返回步驟102，減少一并激勵(lì)元件數(shù)，當(dāng)通過柵瓣所產(chǎn)生的噪音強(qiáng)度比基準(zhǔn)強(qiáng)度弱時(shí)返回步驟102，增加一并激勵(lì)元件數(shù)，再次實(shí)施到步驟106的步驟。另外，在事先評(píng)價(jià)柵瓣的強(qiáng)度成為容許范圍的一并激勵(lì)元件數(shù)時(shí)，可以省略步驟106。
[0056]步驟107是超聲波探傷結(jié)果的數(shù)據(jù)收錄步驟，在步驟106中S/N成為基準(zhǔn)范圍時(shí)，將在步驟105記錄的數(shù)據(jù)記錄為探傷結(jié)果。
[0057]關(guān)于折射角的掃描范圍為±20°時(shí)的S/N提升的最大值，根據(jù)圖6的賦予柵瓣的發(fā)生角20°的白色和淺灰色的邊界即現(xiàn)有元件間距1.6 λ和成為淺灰色和深灰色的邊界的本發(fā)明的最大元件間距2.2 λ，成為
[0058](2.2 + 1.6)2 = 1.9 倍。
[0059]另外，折射角的掃描范圍為±40°時(shí)的S/N提升值的最大值根據(jù)現(xiàn)有的元件間距0.7 λ和本發(fā)明的最大元件間距1.3 λ，成為
[0060](1.3 + 0.7)2 = 3.4 倍。
[0061]這樣構(gòu)成本發(fā)明，通過容許一定強(qiáng)度以下的柵瓣的入射，能夠擴(kuò)大傳感器的孔徑，從而能夠?qū)崿F(xiàn)三維超聲波探傷的高靈敏度化和高S/N化。另外，即使檢查對(duì)象發(fā)生變化，可以用相同的傳感器和探傷器檢查，因此不需要對(duì)每個(gè)檢查對(duì)象開發(fā)傳感器，減低開發(fā)成本。
[0062][實(shí)施例2]
[0063]利用圖11?圖16、公式(I)以及公式(3)來說明本發(fā)明的實(shí)施例2。
[0064]圖11是本實(shí)施例的激勵(lì)模式?jīng)Q定的算法。本實(shí)施例中增加從上面看的與超聲波掃描方向垂直的方向的同時(shí)激勵(lì)元件數(shù)，使從上面看的與掃描方向水平的方向的一并激勵(lì)的元件群的寬度為公式(I)中通過η = I?2所記述的范圍，由此不降低S/N地提高靈敏度。
[0065]因此檢查對(duì)象限制傳感器可設(shè)置面積，所以在該發(fā)明的探傷中，也希望排列元件以使元件和元件之間不產(chǎn)生間隙。作為不產(chǎn)生間隙的元件形狀，有4角形、6角形和3角形。
[0066]圖12表示6角形的超聲波元件排列。即使在從上面看的超聲波掃描方向發(fā)生變化的情況下，超聲波發(fā)送方向的一并激勵(lì)元件間隔的變化相比4角形要小，因此相同元件間隔的單一元件的面積增加。因此，具有能夠以相同元件數(shù)增大傳感器面積的優(yōu)點(diǎn)。另一方面，元件面積增加，表示多個(gè)超聲波發(fā)送方向的一并激勵(lì)元件間隔的線33(以下稱為元件間隔線)通過相同元件的次數(shù)增加，因此即使在任意的一并激勵(lì)元件群中進(jìn)行激勵(lì)，與超聲波掃描方向平行的方向的一并激勵(lì)元件間隔變長(zhǎng)，柵瓣強(qiáng)度變強(qiáng)。
[0067]圖13表示3角形的超聲波元件排列。即使在從上面看的超聲波掃描方向發(fā)生變化的情況下，超聲波發(fā)送方向的同時(shí)激勵(lì)元件間隔的變化相比4角形大，因此相同元件間隔的單一元件的面積減少。因此，具有相同元件數(shù)傳感器面積縮小的缺點(diǎn)。但是，通過用2個(gè)三角形構(gòu)成I個(gè)4角形、用6個(gè)三角形構(gòu)成I個(gè)6角形來進(jìn)行代替，即使在4角形或6角形中對(duì)于I個(gè)元件通過2個(gè)元件間隔線的情況下，在3角元件中多個(gè)元件間隔線通過相同元件的情況減少，因此具有對(duì)于4角形和6角形能夠降低柵瓣的強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。
[0068]利用圖14的超聲波探傷系統(tǒng)的框圖以及圖15的超聲波探傷方法的流程圖來說明使用這些元件排列的傳感器依照?qǐng)D11的算法的超聲波探傷方法。
[0069]步驟201是和步驟101同樣的超聲波探傷條件和旁瓣強(qiáng)度的容許值以及傳感器信息的輸入步驟。在該步驟可以將在步驟101沒有輸入的從上面看的超聲波掃描方向加到超聲波探傷條件的輸入項(xiàng)目中。
[0070]步驟202是根據(jù)步驟201的輸入條件決定同時(shí)激勵(lì)模式的步驟。根據(jù)正面的掃描角Φ和側(cè)面的掃描角Θ來解析公式(3)記述的從上面看的掃描方向α (參照?qǐng)D16)。
[0071]tan ( a ) = tan ( θ ) /tan ( Φ)公式(3)
[0072]將通過公式(3)計(jì)算α的程序存儲(chǔ)在HDD、ROM中的一個(gè)以上的存儲(chǔ)裝置中，用CPU實(shí)施計(jì)算。另外，也可以將從上面看的掃描方向作為步驟201的輸入條件來省略該計(jì)笪
ο
[0073]接著，是通過一個(gè)激勵(lì)器進(jìn)行一并激勵(lì)的元件的與超聲波掃描方向平行的方向的元件間隔線間距d的解析步驟。將公式(I)的計(jì)算程序存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器(ROM) 24、RAM、HDD中的一個(gè)以上的存儲(chǔ)介質(zhì)中，在公式⑴中將d設(shè)為η = I?2的范圍。將計(jì)算的d除以實(shí)際的元件間隔得到的商成為與超聲波掃描方向平行的方向的一并激勵(lì)元件數(shù)。該值為半整數(shù)，因此將小數(shù)點(diǎn)以下進(jìn)行四舍五入，舍去或增加后的值成為初期的一并激勵(lì)元件數(shù)。這樣根據(jù)計(jì)算出的超聲波掃描方向和超聲波元件間隔由CPU來決定一并激勵(lì)元件。
[0074]步驟203是激勵(lì)器和元件的連接的切換器的操作步驟。本實(shí)施例中，將圖9的繼電器開關(guān)作為繼電器電路，從個(gè)人計(jì)算機(jī)的CPU經(jīng)由I/O端口將繼電器電路開關(guān)的信號(hào)傳達(dá)給切換器的D/A轉(zhuǎn)換器33，將切換信號(hào)轉(zhuǎn)換為電輸出，控制繼電器電路32的開和關(guān)。
[0075]步驟204是延遲時(shí)間解析步驟。解析方法與步驟104相同。
[0076]步驟205是探傷步驟。探傷順序與步驟105相同。
[0077]步驟206是柵瓣強(qiáng)度評(píng)價(jià)(噪音評(píng)價(jià))步驟。根據(jù)柵瓣強(qiáng)度的強(qiáng)弱來增減一并激勵(lì)元件，直到柵瓣強(qiáng)度成為合適的強(qiáng)度為止重復(fù)202?206的步驟。
[0078]步驟207是探傷結(jié)果的顯示和收錄步驟。在實(shí)施例1對(duì)于每個(gè)測(cè)定顯示探傷結(jié)果，比較柵瓣強(qiáng)度的大小，但在本實(shí)施例中自動(dòng)調(diào)整柵瓣強(qiáng)度，只顯示最終的探傷結(jié)果。
[0079]本發(fā)明如上所述那樣構(gòu)成，因此和第I實(shí)施例一樣容許一定強(qiáng)度以下的柵瓣的入射，由此能夠?qū)崿F(xiàn)三維超聲波探傷的高靈敏度化和高S/N化。另外，即使檢查對(duì)象發(fā)生變化，也可以用相同的傳感器和探傷器進(jìn)行檢查，因此不需要對(duì)每個(gè)檢查對(duì)象進(jìn)行傳感器的開發(fā)，降低開發(fā)成本。并且，電氣進(jìn)行激勵(lì)器和元件的連接切換，因此相對(duì)于第一實(shí)施例具有能夠使探傷高速化的優(yōu)點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波探傷傳感器，通過二維排列長(zhǎng)方形的超聲波元件而構(gòu)成，其特征在于， 使超聲波元件的最長(zhǎng)的邊的長(zhǎng)度為發(fā)送超聲波的波長(zhǎng)以下。
2.一種超聲波探傷傳感器，通過二維排列六角形的超聲波元件而構(gòu)成，其特征在于， 使超聲波元件的最長(zhǎng)的對(duì)角線的長(zhǎng)度為發(fā)送超聲波的波長(zhǎng)以下。
3.一種超聲波探傷傳感器，通過二維排列三角形的超聲波元件而構(gòu)成，其特征在于， 使超聲波元件的最長(zhǎng)的邊的長(zhǎng)度為發(fā)送超聲波的波長(zhǎng)以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波探傷傳感器，其特征在于， 使超聲波元件的最長(zhǎng)的邊的長(zhǎng)度為發(fā)送超聲波的波長(zhǎng)以下，用相鄰的2個(gè)三角形構(gòu)成權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)方形。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波探傷傳感器，其特征在于， 使超聲波元件的最長(zhǎng)的邊的長(zhǎng)度為發(fā)送超聲波的波長(zhǎng)的一半以下，用相鄰的6個(gè)三角形構(gòu)成權(quán)利要求2所述的傳感器的一個(gè)6角形。
6.一種超聲波探傷方法，其特征在于， 使用權(quán)利要求1?5中的任意一項(xiàng)所述的超聲波探傷傳感器， 具有: 輸入超聲波探傷條件和傳感器的元件形狀、元件間隔、元件數(shù)、元件排列的步驟； 決定用一個(gè)激勵(lì)器同時(shí)進(jìn)行激勵(lì)的元件的步驟； 收發(fā)超聲波來實(shí)施探傷的步驟； 根據(jù)探傷結(jié)果的SN比來評(píng)價(jià)用一個(gè)激勵(lì)器同時(shí)進(jìn)行激勵(lì)的元件排列的恰當(dāng)性的步驟；以及 在SN比不合適的情況下，再次決定用一個(gè)激勵(lì)器同時(shí)進(jìn)行激勵(lì)的元件的步驟， 在2dsin Θ = η λ中以η=1?2的范圍調(diào)整用該一個(gè)激勵(lì)器進(jìn)行一并激勵(lì)的元件的與超聲波掃描方向平行的方向的長(zhǎng)度山 其中，λ為超聲波波長(zhǎng)，η為整數(shù)、Θ為超聲波入射角。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲波探傷方法，其特征在于， 根據(jù)用一個(gè)激勵(lì)器同時(shí)進(jìn)行激勵(lì)的元件的計(jì)算結(jié)果切換用一個(gè)激勵(lì)器同時(shí)進(jìn)行激勵(lì)的元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲波探傷方法，其特征在于， 根據(jù)柵瓣強(qiáng)度的測(cè)定值重復(fù)進(jìn)行探傷直到使柵瓣強(qiáng)度為設(shè)定范圍為止，變更用一個(gè)激勵(lì)器同時(shí)進(jìn)行激勵(lì)的元件。
【文檔編號(hào)】G01N29/44GK104422732SQ201410408782
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】鈴木豐, 千葉弘明, 工藤健 申請(qǐng)人:三菱日立電力系統(tǒng)株式會(huì)社