专利名称：超声波探伤方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及超声波探伤方法及其装置。
背景技术：
专利文献1 日本特开2003-130859号公报专利文献2 日本专利第3704065号公报非专利文献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)非专利文献2 横野泰和7工4文K 7 l· ^ UT O標準化 現状、NDI資料21776、 pp. 34-38(2006)非专利文献3 水野正志、中瀨久生、香田浩；非破壊検查、37(11)、pp. 861-868， (1988)非专利文献4 (社)日本鉄鋼協会共同研究会品質管理部会非破壊検查小委員会 編条鋼O超音波探傷法、PP. 79、(1993)在以往的使用单一的振子的探伤法中，在例如进行棱柱状的棒材等的内部探伤的 情况下，不仅是棒材的轴向，而且还需要针对与轴向交差的剖面，沿着被检材的剖面呈现的 矩形的边，机械地扫描振子。在近年来普及的使用了相控阵列探测器(以下称为阵列探测器(array probe)) 的被检材的超声波探伤中，使各个振子发送超声波的定时错开(进行相位控制)，不改变振 子的配置，而可以自由地设定超声波的传输方向、其收敛位置(聚焦)(专利文献1)。因此，在上述方案中代替沿着被检材的边机械地扫描，而电气地进行扫描。其中，并非使各个振子本身物理性地移动，而是如专利文献1的图4所示，对于排 列的振子，使振子按照每规定个数的单位，时分割地依次振动。即，在扫描方向上排列的振 子中，从连续的规定组中发送超声波，接下来在扫描方向移位(shift)而从接下来的组中 发送超声波。通过这样的移位，可以得到与物理性地扫描振子同样的效果。另外，作为可以使上述以往的相控阵列探伤技术成为进一步高速并且高分辨率、 高检测性能的探伤的探伤技术，提出了体(volume)聚焦相控阵列(以下根据需要称为体聚 焦)(非专利文献1、专利文献2)。上述相控阵列探伤法在其10余年中得到了显著的进步且利用在从便携类型的探 伤器到自动探伤装置的很多装置中。其中，通过半导体技术、计算机技术的进步，可以实现 探伤器的高性能、低价格化，并且由于复合材料振子的出现，可以制作高性能且品质均勻的 阵列探头(阵列探测器)。其应用范围成为核电厂的ISI(In Service Inspection，在役检查)、航空器的机 体或翼的检查、钢铁关系的联机装置等的广泛的范围。另外，随着积极推进规格化、标准化 (非专利文献2)，在国内在PD(Performance Demonstration，验证实施)中的超声波认证制 度中也使用相控阵列法而提高了实际功绩。
体聚焦是在这些应用中可以进一步实现高速且检测能力、分辨率更高的探伤的技 术。以下，根据体聚焦的原理叙述其应用例。作为体聚焦超声波探伤装置，提出了台式型与联机应对型的装置。台式型的装置适合于现场用途或者研究目的，具有探伤数据的解析功能，可以对 应于后述的矩阵探测器。联机应对型的装置具有联机自动探伤中所需的功能，具有高速判定功能，且可以 通过并行运转使用多个探测器。此处，在说明体聚焦之前，对上述相控阵列探伤技术进行更详细的说明。在以往的相控阵列检查技术中，基本上对虚拟探测器设定延迟样式(pattern)，以 使振子组(同时进行发送、接收的振子组虚拟探测器)得到与会聚透镜相同的结果。阵列 探伤器的电气电路通过分别不同的设定高速地扫描各发送脉冲(被称为循环(cycle)或时 隙)。对于该动作，可以考虑为使不同的设定的虚拟探测器依次扫描而进行探伤即可。因 此，这样的阵列探伤与单一探测器的探伤相比优势非常高。但是，在该方法中，由于针对每个循环进行发送接收，所以与多模式探伤同样地存 在时间上的限制。如果PRF(脉冲重复频率/反复频率)增大，则由于表面的多重回波、材 料中的多重回波等而产生反常回波(ghost echo)，对探伤速度造成影响。该点与单一探测 器相同。BP,由于反复在发送接收了超声波后进行电子扫描进而进一步发送接收超声波的 动作，所以直到通过前面的超声波发送而产生的反常回波衰减而其影响消失为止，无法进 行接下来的超声波发送接收，而不得不延长从前面的超声波发送接收到接下来的超声波发 送接收为止的周期。另一方面，作为可以进行高灵敏度并且高方位分辨率的探伤的手法，有区段聚焦 (zone focus)技术。区段聚焦技术是指，对在深度方向上设定的区段，在发送接收中聚焦并 进行线性扫描的同时，进行探伤。可以阶段性地设定焦点，通过在发送与接收中使焦点一致 而可以实现高灵敏度且方位分辨率良好的探伤。另外，动态深度聚焦(以下称为DDF)可以 针对一个发送附加多个接收聚焦，与针对一个虚拟探测器具有深度不同的焦点相同，对高 速化有效。但是，不论设为哪个方法，都针对每个虚拟探测器发送接收超声波，同时进行(电 子)扫描，所以在高速化中存在界限，并且在现状的16 32通道的虚拟探测器中，由于没 有设置大的开口，所以无法取较长的焦距而在壁厚大的探伤中存在界限。体聚焦与上述以往的相控阵列不同，一次通过阵列探测器的所有元件进行发送， 之后通过所有元件进行接收，合成所存储的各元件的A型(A-scope)波形而进行评价。发送波由于是从具有宽的开口的探测器发送的，所以在线性探测器的情况下作为 平面波而传播。反射回波通过与所有元件连接的放大器被放大、A/D变换，之后存储。艮口， 通过一次的发送，存储所有元件量数量(例如128个)的A型波形。对于该探伤波形数据， 通过高速的DSP (Digital Signal Processor，数字信号处理器)的信号处理，针对所设定的 每个孔径(aperture)，进行DDF等接收延迟处理而进行评价。高速进行该处理，并且同时 进行多个处理，从而可以进一步提高处理速度。如果所有处理结束，则可以进行接下来的发送，如果在其期间反常回波消失，则可以发送。即，在一次的发送中，不会受到反常的影响， 而可以实现一剖面所有点的评价。体聚焦适合于高速探伤的原因在此。例如，在棒状的被检材中，通过沿着被检材的外周配置阵列探测器而进行被检材 的剖面的内部探伤，如果该剖面的探伤结束，则通过针对被检材的轴向机械地扫描探测器 而进行轴向的其他位置的剖面的探伤，并针对上述各剖面中的探伤利用体聚焦，如果设为 上述结构，则可以极其缩短轴向的各位置处的探伤时间，所以可以针对一个棒材大幅降低 整体的探伤时间。图10示出体聚焦的信号处理的时序图。图10的T1表示第1次的超声波的发送波，图10的T2表示第2次的超声波的发 送波。在第1次、第2次中，S1是被检材表面中的反射回波，B1是被检材底面中的反射回 波，S2是通过B1在上述被检材表面再次反射而产生的反射回波。S2 Sn被称为上述反常 回波。使用图11(A) (B)，通过使用了 128个元件的线性阵列探测器的探伤的例子，对区 段聚焦探伤与体聚焦探伤的差异进行说明。此处，作为以往的区段聚焦探伤，考虑使用具备128个振动元件(振子)的阵列探 测器，进行32元件的同时激励而在深度方向上具有3阶段的情况。具体而言，图11(A)的上方的分割单元分别表示阵列探测器的各个元件，将左端 的分割单元表示的元件设为第1个元件，将其右邻设为第2个，将进一步其右邻设为第3个 元件。在该情况下，右端的元件成为第128个振子。各元件进行发送与接收。对于探伤的各阶段，使第1个至第32个元件振动而进行第1次的超声波的发送接 收，接下来，使第2个至第33个元件振动而进行第2次的超声波的发送接收，接下来，使第3 个至第34个元件振动而进行第3次的超声波的发送接收。这样，使同时发送的32个元件 的组向右侧移位，最后使第126个至第128个元件振动而进行合计第97次的发送接收。这 样的动作是阵列探测器的电子扫描。在上述探伤中，对构成1次的发送接收的组的32个元件进行激励的信号被分别施 加不同的延迟。另外，对通过基于该32元件的接收的振动得到的信号，也分别施加延迟。通 过这样的发送接收的延迟处理，32个元件1次产生的超声波聚焦到1点。然后，针对被检材的深度方向，对成为第1阶段的位置z-1设定阵列的聚焦，朝向 图11(A)的箭头方向进行上述电子扫描(将被检材的深度方向在图11(A)中设为上下方 向，箭头方向如图所示成为图的左右方向)。如果在上述第1阶段中箭头方向的各位置的探 伤结束，则接下来向成为比第1阶段深的第2阶段的位置z-2设定阵列的聚焦，与上述同样 地向箭头方向进行电子扫描。如果该第2阶段的探伤结束，则接下来向成为比第2阶段深 的第3阶段的位置z-3设定阵列的聚焦，与上述同样地向箭头方向进行电子扫描。这样，在该例子中，在区段聚焦探伤中，需要3次电子扫描。因此，在该例子中，在元件方向上需要97次，在深度方向上需要3次扫描，进行 97X3 = 291次实际的超声波的发送接收。另一方面，在体聚焦探伤中，可以通过一次的发送接收，进行针对上述3阶段、其 以上的多个阶段实施了 DDF的探伤。例如，在图11(B)中示出了实施了 5阶段的DDF的体聚焦处理，但该DDF的阶段数的增加不会对PRF造成影响。进行具体说明。在图Il(B)中，从阵列探测器出来并向下方延伸的多个平行的纵线表示所有通道 同时激励的平面波，虚线表示接收的聚焦波束。黑圆点表示接收侧的聚焦(焦点)。即，在 体聚焦探伤中，从上述128个元件同时发送超声波，在 该发送时不聚焦，在接收时，通过延 迟处理，虚拟地得到焦点。如图Il(B)的上述纵线所示，通过在上述一次中所有元件同时发送超声波，针对 各元件接收的回波，施加延迟而虚拟地制作聚焦，例如，针对第1个至第32个元件接收的超 声波，可以一起进行将图Il(B)的左侧端的上下6个黑圆点的各个设为焦点的接收处理，通 过接下来的接收处理，可以一起进行将上述左端的右邻的上下6个黑圆点的各个设为焦点 的接收处理。通过将这样的接收处理进行97次，可以完成深度方向的各阶段的处理。如上所述，在该图Il(B)所示的体聚焦探伤中，无需如图Il(A)所示的区段聚焦探 伤那样进行电子扫描，并且对深度方向的各位置能够得到聚焦的结果，可以通过1次的超 声波的发送接收，进行在区段聚焦探伤中通过多次的电子扫描进行了探伤的范围的探伤。如果采用棒状的被检材的例子，则上述图10中的T2表示针对被检材的轴向与通 过Tl的发送进行了探伤的剖面不同的位置的接下来的剖面的探伤用的发送波。在该点，在 图Il(A)的区段聚焦探伤中，Tl例如是为了得到1阶段的最初的焦点而产生的发送波，T2 成为为了得到在1阶段中针对电子扫描方向与该焦点相邻的位置的接下来的焦点而产生 的发送波。在区段聚焦与动态聚焦中的任意的探伤中，在图10的Sl与Bl (实际上比Bl稍微 靠近右侧的B2的位置)之间，调查有无缺陷回波。在体聚焦中，针对该Sl与Bl间，进行A 型取入处理(比Bl出现在右侧的B2等峰值波形是基于反常回波的波形，所以不需要，而不 取入)。但是，在区段聚焦中，针对与发送了被检材的Tl的剖面相同的剖面发送接下来的 T2，所以直到针对Tl的反常回波消失为止，不进行T2的发送。本发明者与区段聚焦进行比较，针对体聚焦探伤的处理的高速性，作为角钢片 (billet)，使用铝试片而进行了验证。设置在该试片中的人工缺陷是Φ0. 5mm的SDH(Side Drill Hole)。在区段聚焦与体聚焦中，都使用了 IOMHz、0. 5mm间距的阵列探测器。在区段 聚焦法中在深度方向上将焦深以15mm间隔设为3阶段，在长度方向上以0. 5mm间距进行扫 描。为了避免反常而各循环的PRF成为2KHz，在整体中是2000 + 97 + 3 = 6. 8Hz。相对于 此，在体聚焦中，在128个元件同时激励接收中，对32个元件的聚焦列在深度方向上实施 IOmm的DDF而进行了 0. 5mm间距的信号处理。此时的PRF波是437Hz。其是64倍的高速 探伤。另外，在区段聚焦中发送接收都可以聚焦，所以对分辨率有利。另一方面，在体聚 焦中，由于DDF的效果而在深度方向中波束不扩展，而具有焦点。在体聚焦中，通过一次发 送得到该探伤的B型(B-scope)。如上所述，是与区段聚焦这样的此前的探伤方法相比，在探伤速度的降低中极其 有利的上述体聚焦，但特别地，在进行被称为角钢片的剖面是四边形的棱柱状的金属棒材 的内部探伤的情况下，无法进行充分的探伤的死区段(dead zone)的存在成为问题(对于以往的角钢片的探伤参照非专利文献3、4)。详述该点。作为利用上述体聚焦的探伤，在剖面视中，沿着角钢片剖面的四边形的一边，以大 致在该一边的宽度，排列多个振子的方式，配置1个阵列探测器，而作为入射边针对该一边 进行垂直地入射通过从各振子同时发送超声波而产生的准平面波的所谓垂直探伤法，则可 以通过1次的发送接收来完成角钢片的内部整个区域的探伤。
但是，在现实中，由于在上述入射边(上边)产生的反射回波(表面回波)，在角钢 片内部该入射边付近的区域成为难以检测缺陷回波的死区段(不灵敏带)。进而，虽然在与上述入射边中的死区段相比时非常小，但由于在与入射边对向的 对向边(底边)中产生的反射回波(底面回波)，在角钢片内部中在该对向边付近也稍微地 产生死区段。另外，在剖面视四边形的角钢片的与上述入射边邻接的两个邻接边附近中，如观 察上述图Il(B)的左右端可知，也存在无法通过接收处理形成聚焦的区域。
发明内容
本发明者经过仔细的研究，提出如下课题针对剖面是矩形的棱柱的被检材，利用 体聚焦探伤实现探伤时间的缩短，并且抑制产生上述死区段。本申请第1发明提供一种超声波探伤装置，具备阵列探测器，具有能够沿着被检 材表面排列的多个振子；激励单元，对阵列探测器的各振子进行激励；波形存储器，将由各 振子接收的超声波接收回波作为每个振子的波形数据而存储；相位合成单元，读出存储有 每个振子的波形数据的上述波形存储器的内容并进行相位合成；以及焦点单元，在上述波 形存储器的读出中，将该各波形存储器的地址作为与针对虚拟电子扫描范围内的任意位置 的动态聚焦的波束路程距离相当的地址而提供，使用如下体聚焦探伤法从阵列探测器的 所有振子一起对被检材发送超声波，用所有振子接收其反射回波，通过相位合成单元合成 存储在波形存储器中的各元件的A型波形并进行评价，在上述超声波探伤装置中，采用如 下结构。S卩，该装置进行剖面为大致矩形的被检材的内部探伤，具备至少两个上述阵列探 测器，在被检材的剖面视中，对于阵列探测器的一个，沿着被检材呈现的矩形的一边，对于 阵列探测器的另一个，沿着与上述一边邻接的边中的一个边，排列了阵列探测器各自的多 个振子。激励单元针对各阵列探测器，对各个振子同时进行激励，从而能够通过垂直探伤法 进行被检材的探伤，进而对各个振子逐步错开定时地进行激励，从而能够通过斜角探伤法 进行被检材的探伤。激励单元使各阵列探测器，将该阵列沿伸的各边作为入射边，通过垂直 探伤法以及斜角探伤法，通过多个振子的1次振动，从入射边的各位置同时向被检材内部 入射超声波，使通过垂直探伤法入射的超声波到达与入射边对向的对向边，使通过斜角探 伤法入射的超声波到达与入射边邻接的邻接边中的一个边。激励单元将通过垂直以及斜角 探伤法入射的超声波的实际的焦点设定到上述对向边或邻接边的外侧、或者不对焦，从而 不将超声波的实际的焦点设定在被检材内部。另外，上述虚拟电子扫描是指，与在以往的阵列探测器的发送接收中进行的电子 扫描不同，在发送侧不进行电子扫描而针对探伤的范围一起发送超声波，在接收侧接收的波形的存储器读出中进行与振子对应的存储器读出的扫描。即，作为用于得到体聚焦的接 收侧的扫描，为了得到所有与振子的排列方向对应的存储器的地址的配置方向(Y方向)的 各位置处的动态聚焦，使为了得到各个动态聚焦而所需的存储器的地址依次在与振子的排 列方向对应的Y方向上移位而进行。本申请第2发明在上述本申请第1发明中，提供如下超声波探伤装置，具备四个阵 列探测器，将各阵列探测器相对剖面视矩形的被检材的各边而配置。本申请第3发明在上述本申请第1或第2发明中，提供如下超声波探伤装置，在利 用上述斜角探伤法的朝向邻接边的探伤时，针对该邻接边与对向边所成的角内部，相位合 成单元代替实际的电子扫描，而通过存储在波形存储器中的波形的合成，虚拟地进行通过 电子扫描使折射角变化的扇区扫描。本申请第4发明提供具备以下结构的超声波探伤装置。S卩，该装置进行剖面为大致矩形的被检材的内部探伤，具备垂直探伤装置与斜角 探伤装置。两种探伤装置都具备阵列探测器，具有能够沿着被检材表面排列的多个振子； 激励单元，对阵列探测器的各振子进行激励；波形存储器，将由各振子接收的超声波接收回 波作为每个振子的波形数据而存储；相位合成单元，读出存储有每个振子的波形数据的上 述波形存储器的容并进行相位合成；以及焦点单元，在上述波形存储器的读出中，将该各波 形存储器的地址作为与针对虚拟扫描范围内的任意位置的动态聚焦的波束路程距离相当 的地址而提供，从阵列探测器的所有振子一起对被检材发送超声波，用所有振子接收其反 射回波，通过相位合成单元合成存储在波形存储器中的各元件的A型波形而进行评价。两 种探伤装置的阵列探测器在被检材的剖面视中，沿着被检材呈现的矩形的一边，排列多个 振子。至少垂直探伤装置的激励单元针对各阵列探测器，对各个振子同时进行激励，从而将 该阵列沿伸的各个边作为入射边，通过多个振子的1次振动，从入射边的各位置同时向被 检材内部入射超声波，使超声波不在被检材内部收敛，而使入射的超声波到达与入射边对 向的对向边。至少斜角探伤装置的激励单元通过对各个振子逐步错开定时地进行激励，将 该阵列沿伸的各个边作为入射边，从该入射边，通过多个振子的1次振动，倾斜地向被检材 内部入射超声波，使超声波不在被检材内部收敛，而使入射的超声波到达与入射边邻接的 邻接边。斜角探伤装置具备角度校正单元，该角度校正单元在上述波形存储器的读出中，在 将根据入射角度使接收定时逐步错开的校正值加到各地址后，使焦点单元进行上述处理。在本申请第5发明中，提供如下超声波探伤装置，上述斜角探伤装置兼作上述垂 直探伤装置，通过利用激励单元的至少两次的各振子的激励，能够进行上述垂直探伤与斜 角探伤，在角度校正单元中，将针对波形存储器的各个地址的校正值设为0，从而能够进行 垂直探伤。本申请第6发明提供一种利用体聚焦探伤法的超声波探伤方法，使用具有能够沿 着被检材表面排列的多个振子的阵列探测器、对阵列探测器的各振子进行激励的激励单 元、将由各振子接收的超声波接收回波作为每个振子的波形数据而存储的波形存储器、读 出存储有每个振子的波形数据的上述波形存储器的内容并进行相位合成的相位合成单元、 以及在上述波形存储器的读出中将该各波形存储器的地址作为与针对虚拟扫描范围内的 任意位置的动态聚焦的波束路程距离相当的地址而提供的焦点单元，从阵列探测器的所有 振子对被检材一起发送超声波，用所有振子接收其反射回波，通过相位合成单元合成存储在波形存储器中的各元件的A型波形而进行评价，其中，采用如下手段。即，在该方法中，进行剖面为大致矩形的被检材的内部探伤，准备至少两个上述阵 列探测器，在被检材的剖面视中，对于阵列探测器的一个沿着被检材呈现的矩形的一边，对 于阵列探测器的另一个沿着与上述一边邻接的边中的一个边，排列阵列探测器各自的多个 振子，通过激励单元，针对各阵列探测器，对各个振子同时进行激励，从而能够通过垂直探 伤法进行被检材的探伤，进而对各个振子逐步错开定时地进行激励，从而能够通过斜角探 伤法进行被检材的探伤。另外，该方法中，激励单元使各阵列探测器，将该阵列沿伸的各个 边作为入射边，通过垂直探伤法以及斜角探伤法，根据多个振子的1次振动，从入射边的各 位置向被检材内部入射超声波，使通过垂直探伤法入射的超声波到达与入射边对向的对向 边，使通过斜角探伤法入射的超声波到达与入射边邻接的邻接边中的一个边，将通过垂直 以及斜角探伤法入射的超声波的实际的焦点设定到上述对向边或邻接边的外侧、或者不对 焦，从而不将超声波的实际的焦点设定在被检材内部。本申请第7发明在本申请的上述第6发明中，其特征在于，在上述探伤后，使上述 阵列探测器向与被检查材剖面交差的方向物理性地扫描，从而对该交差方向的其他位置进 行上述探伤。本申请第8发明提供在本申请的上述第4发明中采用如下结构的超声波探伤装置。
即，上述角度校正单元对焦点单元提供校正量的样式，该校正量的样式是利用如 下参数确定的以相对入射边倾斜的入射角度θ从探测器向被检材入射为止的各振子的 发送波束之间的向入射边的到达时间差、在以折射角θ ‘入射后从入射边到邻接边为止的 各波束之间的向邻接边的到达时间差、在邻接边反射后从邻接边到入射边为止的各波束子 之间的向入射边的到达时间差、以及从入射边到探测器为止的各波束之间的向探测器的到 达时间差。本申请第9发明提供在本申请的上述第8发明中采用如下结构的超声波探伤装置。即，其特征在于，上述焦点单元具备Υ方向计数器51，表示虚拟电子扫描位置y ；D 深度方向计数器52，表示聚焦的深度位置d ；以及动态聚焦相位校正存储器414，存储有动 态聚焦法中的各聚焦位置处的相位校正量。通过对该动态聚焦相位校正存储器414的地址 提供Y方向计数器51与D深度方向计数器52的数据，得到聚焦位置(y、d)处的相位校正 量。上述角度校正单元对供给到动态聚焦相位校正存储器414的地址的上述计数器的数据 加上关于上述入射角度θ的校正量的样式。本申请第10发明提供在本申请的上述第9发明中采用如下结构的超声波探伤装置。即，角度校正单元具备接收延迟样式保持部与接收侧选择保持部，接收延迟样式 保持部保持与入射角度对应的校正量的延迟样式，接收侧选择保持部通过入射角度的选 择，确定接收延迟样式保持部中的对应的延迟样式。本申请第11发明提供在本申请的上述第10发明中采用如下结构的超声波探伤装置。在接收侧，在斜角探伤中，与将入射角度设为恒定的朝向邻接边的探伤连续地，进行朝向由该邻接边与对向边所成的角内部的探伤，对于该角内部的探伤，代替实际的电子 扫描，通过存储在波形存储器中的波形的合成，虚拟地进行在电子扫描中使入射角度逐步 变化的扇区扫描。根据本申请第1 11的发明，通过利用体聚焦，可以高速进行以角钢片为代表的 剖面是矩形的棱柱状的被检材的探伤。特别，通过与利用体聚焦的垂直探伤法一起，进行利 用了体聚焦的斜角探伤法，还可以针对被检材内部的仅通过以往的利用体聚焦的垂直探伤 法无法覆盖的区域，可靠地进行探伤，减少了难以进行缺陷检测的死区段。
具体而言，在斜角探伤法中，相对入射边倾斜地入射超声波，在被检材内部中，超 声波还倾斜地入射到与该入射边邻接的邻接边。因此，几乎不产生邻接边的反射回波，可以 可靠地检测邻接边附近的缺陷回波。本发明通过第1阵列探测器与上述垂直探伤法一起进行利用体聚焦的斜角探伤 法，从而朝向邻接边中的至少一个边，进行超声波的发送与其接收，可以可靠地检测邻接边 附近的缺陷回波。而且，将与上述其它第2阵列探测器沿着上述邻接边的一个边配置，并将 上述邻接边作为入射边，与上述同样地通过垂直探伤法以及斜角探伤法，进行超声波的发 送接收，从而将在第1阵列探测器中成为死区段的入射边附近、与该入射边对向的对向边 作为第2阵列探测器中的与入射边邻接的邻接边，通过利用第2阵列探测器的斜角探伤，不 会受到反射波的影响，而可以对第1阵列探测器的入射边附近与其对向边附近的缺陷回波 进行检测。另外，通过改变了朝向的多个阵列探测器，针对具有方向性的缺陷，可以进行其评 价。特别，在该装置以及方法中，通过体聚焦的用尖峰脉冲对超声波变换器阵列的所 有振子进行激励的激励单元，消除超声波的发送侧的聚焦，向超声波变换器阵列的前面放 射超声波的准平面波、即发送无聚焦的(或者、聚焦到等于没有的程度远方、即聚焦到探伤 范围以外的)超声波的准平面波，从而不仅是垂直探伤，而且在斜角探伤中也获得不会减 小探伤范围这样的优点，由此，可以进行缺陷检测的精度更高的探伤。即，使用垂直探伤法 以及斜角探伤法，在两种探伤法中，使相对被检材的超声波变换器阵列的设置范围对应于 被检材的检查范围的整个区域，通过一次的超声波的发送向检查范围的所有范围传播超声 波。而且，通过超声波变换器阵列的各振子，接收来自检查范围内的反射源的反射回 波，作为波形数据存储在各波形存储器中。在该波形存储器中，作为波形数据，相位扩散地 存储所有检查范围内的缺陷(超声波反射源)的位置和其大小(反射量)的信息。即，通 过1次的超声波的发送和接下来的超声波的接收，相位扩散地在波形存储器中存储该所有 检查空间内的缺陷分布状况。如果存在根据该相位扩散的各波形存储器的内容，来高速地 逆运算检查空间内的任意位置的缺陷分布状况的单元，则可以再合成所有检查空间内的缺 陷分布状况，检查时间被飞跃地缩短，检查速度提高。其可以通过将各波形存储器的地址作 为与针对虚拟电子扫描范围内的任意位置的动态聚焦的波束路程距离相当的地址而提供 的焦点单元、和读出各波形存储器的内容并利用加法器进行相位合成的相位合成单元来实 现。
图1是示出本发明的一个实施方式的装置的阵列探测器的配置的概略剖面图。图2是示出上述配置的概略侧面图。图3是示出上述装置的概要的框图。图4是放大了图3的框图的要部的框图。图5是示出上述装置的一个阵列探测器相对被检材发送超声波的状态的概略剖 面图。图6是关于上述装置的斜角探伤的说明图。图7是示出上述超声波探伤装置的控制步骤的流程图。图8是示出该超声波探伤装置的电子操作的图形的说明图。图9是示出该超声波探伤装置的波形存储器上的垂直探伤中的相位合成曲线的 图形的说明图。图10示出体聚焦的信号处理的时序图。图Il(A)是区段聚焦探伤的说明图，(B)是体聚焦探伤的说明图。图12㈧ (C)是示出本申请发明的装置的探伤结果的说明图。
具体实施例方式以下，根据附图，对本发明的实施方式进行说明。图1至图9示出本发明的一个实施方式。图1是示出本发明的一实施方式的装置的阵列探测器的配置的概略剖面图。图2 是示出上述的配置的概略侧面图。图3是该装置的框图。图4是放大了图3的框图的要部 的框图。图5是示出上述装置的一个阵列探测器相对被检材发送超声波的状态的概略剖面 图。图6是关于上述装置的斜角探伤的说明图。图7是示出上述超声波探伤装置的控制步 骤的流程图。图8是示出该超声波探伤装置的虚拟电子扫描的图形的说明图。图9是示出 该超声波探伤装置的波形存储器上的垂直探伤中的相位合成曲线的图形的说明图。该装置进行剖面是大致矩形的被检材的内部探伤。此处，以将被称为角钢片的剖 面是大致正方形的棱柱材设为被检材的情况为例子而进行说明。该装置如图3所示，具备第1至第4这四个探伤单元kl k4、总体控制部100、以 及画面显示部110。在本实施方式中，探伤单元kl k4分别兼作垂直探伤装置与斜角探伤装置。在本实施方式中，探伤单元kl k4由于采用同一结构，所以都设为探伤单元k，而 一起说明。探伤单元k具备具有可以沿着被检材表面排列的多个振子1. . . 1的阵列探测器 10 (以下根据需要称为超声波变换器阵列10)；对阵列探测器10的各振子1. . . 1进行激励 的激励单元；波形存储器；相位合成单元；焦点单元；角度校正单元；门处理单元；以及A型 (A-scope)存储器单元，在垂直探伤与斜角探伤中，可以分别进行如下体聚焦探伤法对被 检材，从阵列探测器的所有振子一起发送超声波，用所有振子接收其反射回波，通过相位合 成单元合成存储在波形存储器中的各元件的A型波形而进行评价。激励单元将通过垂直以及斜角探伤法入射的超声波的实际的焦点设定到上述对向边或邻接边的外侧、或者不对焦，从而不将超声波的实际的焦点设定到被检材内部。艮口， 激励单元将通过垂直以及斜角探伤法入射的超声波的实际的焦点设定到上述对向边或邻 接边的外侧、或者不对焦，从而可以使探测器发送准平面波。角度校正单元在上述波形存储器的读出中，在将根据入射角度使接收定时逐步错 开的校正值加到各地址后，使焦点单元进行上述处理。另外，在上述中，设为使阵列探测器10的所有振子1. . . 1振动，但例如在振子 1...1的列的长度超过各钢片的一边的长度的情况下，可以设为仅使与该边对应的范围的 振子1... 1激励来实施。即，此处所称的所有振子是指，在阵列探测器10中，与被检材的一 边对应的所有振子1...1。如图1所示，在作为角棒的被检材的与轴向正交的剖面视中，沿着被检材m的四个 边ml m4的各个，分别配置有上述探伤单元kl k4的阵列探测器10. . . 10 (10a. . . IOd)。即，在被检材m的剖面视中，如图1所示，第1探伤单元kl的阵列探测器IOa是将 面对的边作为第1边ml并沿着该第1边ml配置的，第2探伤单元k2的阵列探测器IOb是 将面对的边作为第2边m2并沿着该第2边m2配置的，第3探伤单元k3的阵列探测器IOc 是将面对的边作为第3边m3并沿着该第3边m3配置的，第4探伤单元k4的阵列探测器 IOd是将面对的边作为第4边m4并沿着该第4边m4配置的。在上述中，各阵列探测器10具备的多个振子1. . . 1是与被检材m的对向的各边平 行地排列的。一个阵列探测器10的振子1. . . 1的列的长度优选为对应的边的长度的60%以上。 但是，这样的数值是可以变更的。如图1所示，在各阵列探测器10a. . . IOd与被检材m表面之间，隔开间隔(空隙)， 在两者之间存在成为超声波的媒介的探伤水T。在该探伤装置中，可以采用公知的水浸法或局部水浸法。如图2所示，对于第1至第4各探伤单元kl k4的阵列探测器10a. . . IOd的各 个，配置在被检材的不同的剖面，以不受到相互发送的超声波、其反射波(包括反常回波) 的影响。例如，在其制造线中，沿着棒的长度方向、即棒的轴向移送作为棱柱棒(角钢片) 的被检材m。如图2所示，在该移送方向E的不同的位置，分别配置阵列探测器10a. . . IOd0另外，这样，在该移送线的途中，配置上述各阵列探测器10a. . . 10d，并以与上述移 送线交差的方式配置该振子1. . . 1的列，从而可以在角钢片的生产线中，联机(online)且 机械地扫描探测器。在本实施方式中，在作为钢材等材料产品的被检材的生产线(未图示)中，与被检 材的生产线的流向交差地，配置超声波变换器阵列10，即设为超声波变换器阵列10将生产 线横断且在横断的被检材的至少检查预定的整个宽度(横宽)配置了振子1... 1的状态， 从而通过线的移送，可以对被检材的线的移送方向(纵宽方向)的各位置处的被检材内部 的探伤预定的所有范围依次进行探伤。但是，在不进行联机探伤的情况下，如上所述，可以设为该探伤装置具备针对被检材的轴向，对于被检材相对地移动的其他探测器的物理性的扫描单元而实施。在本实施方式中，四个阵列探测器IOa IOd在被检材m的一剖面的探伤中，分别发送接收3次超声波。具体而言，图1所示的四个阵列探测器IOa IOd分别将对向的边作为入射边，通 过1次的超声波的发送，使上述准平面波从该入射边向被检材内部入射，而到达与入射边 对向的对向边，从而进行垂直探伤。进而，四个阵列探测器IOa IOd通过各自的另1次的 超声波的发送，使上述准平面波从该入射边向被检材内部入射，而到达与上述入射边邻接 的一个邻接边，从而进行斜角探伤。然后，四个阵列探测器IOa IOd通过各自的又1次的 超声波的发送，使上述准平面波从该入射边向被检材内部入射，而到达与上述入射边邻接 的另一个邻接边，从而进行斜角探伤。
例如，如果观察第1探伤单元kl的阵列探测器10a，则如图5所示，通过1次的超 声波的发送，将第1边ml作为入射边而从第1边ml入射超声波，使准平面波到达与第1边 ml对向的第3边m3，通过另1次的超声波的发送，将第1边ml作为入射边而从第1边ml 入射超声波，使准平面波到达与第1边ml邻接的第2边m2，通过又1次的超声波的发送，将 第1边ml作为入射边而从第1边ml入射超声波，使准平面波到达与第1边ml邻接的第3 边m3。3次的超声波的发送顺序是任意的。虽然省略了图示，但在上述方案中，在第2阵列探测器IOb中第2片m2成为入射 边，在第3阵列探测器IOc中第3片m3成为入射边，在第4阵列探测器IOd中第4片m4成 为入射边。如图5所示，在被检材m的剖面视中，第1探伤单元kl的垂直探伤中的探伤区域 是白圆点分布的区域。在该情况下，入射边(第1边ml)付近、即线段(假想线)eO-eO的 上方是最大的死区段即反射波的不灵敏带。进而，白圆点分布的区域的左右的区域也是垂 直探伤中的死区段。另外，在该情况下，虽然在图5中未示出，但在对向边(第3边m3)付近，虽然是程 度小，但也存在死区段。第1探伤单元kl的斜角探伤中的探伤区域是图5所示的黑圆点分布的区域、即分 别被椭圆(假想线)包围的区域e2、e3、e4、e5。但是，通常，对于各个邻接边与对向边所成的角(corner)部分、即区域e4、e5，在 接收处理中的仅平面波的扫描中，成为死区段，而无法可靠地检测缺陷回波。在图5中，以第1探伤单元kl的探测器为例子进行了说明，但在其他探伤单元 k2 k4中，只有将第1 第4边的某一个作为入射边等的配置的朝向不同，入射边、两邻接 边、相对对向边的探伤区域、以及死区段的相对位置关系与图5所示的情况相同。在利用第1探伤单元kl的探伤中，可以通过与该第1探伤单元kl的阵列探测器 10正交或者对向的其他探伤单元k2 k3的各阵列探测器10大致覆盖图5所示的上述线 段(假想线)eO-eO的上方的死区段。另一方面，仅通过垂直探伤，对于入射边付近与对向边付近的死区段，即使通过朝 向不同的其他探伤单元的探测器也无法覆盖，所以通过各个探伤装置的斜角探伤来覆盖。另外，对于通过利用上述平面波的斜角探伤也无法充分地覆盖的上述区域e4、e5， 可以通过接收处理中的虚拟扇区扫描来覆盖。该虚拟扇区扫描是指，针对以往的发送侧的 伴随电子扫描的扇区扫描，在发送侧不进行电子扫描，而仅在接收部进行虚拟电子扫描，而 虚拟地进行扇区扫描。
图3所示的上述各探伤单元kl k4分别采用图4所示的结构。以下，使用图4，对各探伤单元k的结构进行具体说明。如图4所示，一个探伤单元k具有具备多个振子1. . . 1的超声波变换器阵列10 ；脉冲器部20 ；接收器部30 ；与超声波变换器阵列10的多个振子1. . . 1分别对应的多个信号 处理部40. . . 40 ；路程计数器50 ；Y方向计数器51 ；D深度方向计数器52 ；加法器53 ；检波 电路54 ；门电路60 ；波形峰值保存电路70 ；以及控制部90。在图4所示的该装置具有的上述波束路程计数器50、Y方向计数器51、D深度方向计数器52、以及控制部90中，各计数器可以通过控制部90的信号清零或者递增。控制部90至少由CPU、存储器、程序ROM、画面显示部、以及通信部构成，是可以制作各种定时并发送到各部各电路，对各部提供数据，或者从各部读出数据，并显示其结果， 且可以与其他装置进行通信的装置。在该控制部90中，可以使用市面销售的计算机。在图4中，超声波变换器阵列10由η元件的超声波振子1构成，与脉冲器部20、接收器部30连接，向检查空间发送超声波，以及从检查空间接收反射超声波回波。脉冲器部20由与超声波变换器阵列10的元件数η相同个数的尖峰脉冲器电路构成，通过来自控制部90的脉冲发送定时信号，尖峰脉冲器电路一起动作，超声波变换器阵 列10被激励。控制部90具备发送处理设定部91、接收处理设定部92、焦点设定部(未图示)、以 及门位置存储部(未图示)。发送处理设定部91具备保持与相对入射边的入射角度θ或者相对邻接边的角 度Φ (图6)对应的提供给各振子的激励信号的定时的延迟量的样式的发送延迟样式保持 部(未图示)；以及选择保持部(未图示)。操作者在探伤前输入相对邻接边的角度Φ，从 而在发送处理设定部91中，可以从发送延迟样式保持部中选择与该角度对应的校正量的 样式，可以将该选择结果保持在选择保持部中。详述上述角度。如图6所示，如果以第1的探伤单元kl为例子，则对于邻接边的 一个边(第2边m2)，在被检材的相对上述入射边(第1边ml)的超声波的入射角度θ的 决定中，在斜角探伤时，考虑被检材的超声波的折射角度Θ'，得到相对作为目的的该邻接 边(第2边m2)的角度Φ。在各温度中由探伤水T内的音速与被检材的材料内的音速来 决定上述折射角度θ ‘(由材料与温度决定)。另外，考虑S/N比等根据材料而不同的接 收条件，选择最佳的角度Φ。如果通过操作者的总体控制部100的操作，与材料、探伤水的 温度一起，接收到上述角度Φ的输入，则在控制部90中，发送处理设定部91根据折射角度 θ ‘确定对应的入射角度θ，选择对应的发送的延迟样式。另外，通过上述操作者的输入， 还同时进行后述的接收处理设定部92的接收侧的延迟样式的选择。对于针对与上述邻接边m2相反侧的邻接边m4的斜角探伤的设定，对于上述角度 θ、θ ‘ Φ，与图6所示的部分的区别仅在于成为左右对称(某入射角θ的正负相逆)，而 与上述同样地设定上述角度θ、θ ‘ φ。在超声波的发送时，控制部90从发送处理设定部91的发送延迟样式保持部与选 择保持部中参照所选择的上述延迟样式，向尖峰脉冲器电路提供与延迟样式对应的定时信号。为了从探测器发送准平面波，在发送处理设定部91的上述延迟样式中，以使各振子以大致同一入射角θ发送超声波的方式，从排列的振子组的一端到另一端，在邻接的振 子间的各自中，提供大致相等的激励的时间差。另外，在垂直探伤的情况下，事先在发送处理设定部91中，从发送延迟样式保持 部中选择将入射角度θ设为0、即在邻接的振子间的各自中各振子的激励的时间差成为0 的延迟样式，并保持到选择保持部中即可。总体控制部100可以通过上述操作者的总体控制部100的操作，一并进行各探伤 单元kl k4的控制部90中的发送接收的延迟样式的选择。另外，操作者还可以通过上述 总体控制部100的操作，来进行接收处理中的角部的探伤的设定。控制部90的接收处理设定部92构成上述接收角度校正单元。接收处理设定部92具备保持接收侧的斜角探伤的校正量的样式的接收延迟样式 保持部与选择保持部。通过操作者事先操作上述总体控制部100，在接收处理设定部92中，可以从接收 延迟样式保持部中选择与角度Φ对应的接收侧的延迟样式，可以将该选择结果保持在选 择保持部中。接收器部30由与超声波变换器阵列10的元件数η相同个数的接收器电路构成， 超声波接收回波在此被信号放大，并送到信号处理部40。信号处理部40由与超声波变换器阵列10的元件数η相同个数的信号处理电路 41-1 41-η构成。各信号处理电路41由AD变换器411、超声波波形存储器412、切换器 413、以及动态聚焦相位校正存储器414构成。AD变换器411对从接收器部30发送的超声波信号进行AD变换，将AD变换后的信 号写入到超声波波形存储器412中。AD变换的采样频率是超声波振子的名义频率的8倍以 上。从控制部90通过第1信号线(未图示)供给该采样信号。在本实施方式中，超声波探伤装置的上述激励单元主要由脉冲器部20构成。上述 波形存储器由上述接收器部30、该AD变换器411、以及超声波波形存储器412构成。另外， 上述相位合成单元由加法器53构成。而且，上述焦点单元由上述Y方向计数器51、上述D 深度方向计数器52、以及各动态聚焦相位校正存储器414构成。超声波波形存储器412在写入步骤(图7的S12、S22、S32)中，写入从AD变换器 411发送的超声波波形数据，并且在读出步骤(图7的S13、S23、S33)中，读出保存在该存 储器412中的超声波波形数据，并与加法器53连接。从切换器413供给该超声波波形存储 器412的地址。切换器413在写入步骤(图7的S12、S22、S32)中，对超声波波形存储器412的地 址发送波束路程计数器50的值，在读出步骤(图7的S13、S23、S33)中，对超声波波形存储 器412的地址发送动态聚焦相位校正存储器414的内容。上述波束路程计数器50是确定取入到波形存储器的数据的深度方向的范围的计 数器。动态聚焦相位校正存储器414在上述角度Φ的基础上存储了公知的动态聚焦法 中的各聚焦位置处的相位校正量，通过对该动态聚焦相位校正存储器414的地址提供表示 虚拟电子扫描位置y的Y方向计数器51、与表示聚焦的深度位置d的D深度方向计数器52 的数据，从而得到聚焦位置(y、d)处的相位校正量，对超声波波形存储器412的读出地址提供该相位校正量。从超声波波形存储器412，得到在该聚焦位置(y、d)进行动态聚焦的情况 的该振子贡献的超声波波形数据。在各信号处理电路41-1 41-n中同时进行上述步骤， 向加法器53发送各信号处理电路41-1 41-n的各超声波波形存储器412的内容、即超声 波波形数据，进行动态聚焦的相位合成。另外，将各动态聚焦相位校正存储器414的内容通 过第2信号线(未图示)，预先存储到控制部90具备的焦点设定部中。另外，Y方向计数器51的虚拟电子扫描位置y对应于振子的排列位置。焦点设定部保持的校正量是加入了关于由接收处理设定部92设定的 角度的校正 量的校正量。即，控制部90对上述焦点设定部，提供关于由接收处理设定部92预先设定的角度 (角度Φ)的校正量(延迟样式)，加上上述聚焦中所需的相位校正量(延迟样式)，将相加 后的校正量保持在焦点设定部中。如上所述，接收处理设定部92的接收延迟样式保持部与被检材的材料、探伤水的 温度、以及材斜角探伤中的上述角度Φ对应地保持接收处理的延迟样式，通过操作者事先 操作总体控制部100，受理被检材的材料、探伤水的温度、以及材斜角探伤中的上述角度Φ 的输入，在所保持的延迟样式中，选择对应的接收延迟样式，将该选择的结果即样式的设定 保持在接收处理设定部92的选择保持部中。对于向上述焦点设定部赋予关于角度的校正量的赋予中，在该角度的设定后且在 探伤前，控制部90从接收处理设定部92的接收延迟样式保持部以及选择保持部中参照所 选择的角度校正用的延迟样式来进行。对相当于1振子的波束的存储器，赋予一个校正量。因此，由提供给与进行斜角探 伤的多个波束相当的存储器的校正量分别构成一个(角度校正用)延迟样式。另外，对一 个角度提供一个(角度校正用)延迟样式。通过图6所示的与探伤水中的从探测器向入射边(第1边ml)的入射角度θ对 应的各发送波束间的到达时间差、与被检材中的从入射边(第1边ml)向邻接边(第2边 m2)的上述角度Φ ( θ + θ ‘)对应的各波束间的到达时间差、与被检材中的从邻接边(第 2边m2)向入射边(第1边ml)的上述角度Φ (Θ + Θ ‘)对应的各反射波束间的到达时间 差、以及与探伤水中的从入射边(第1边ml)向探测器的入射角度θ对应的各反射波束间 的到达时间差，来决定上述角度的校正中使用的接收处理的延迟样式。如上所述，控制部90将对这样的角度校正的延迟样式加上用于聚焦到期望的位 置(图5的黑圆点)的上述校正样式而得到的延迟样式保持在焦点设定部中。对形成动态 聚焦的每个聚焦列的焦点用延迟样式加上角度校正用延迟样式。每个聚焦列的焦点延迟样 式是对应于与深度对应的多个角度的延迟样式。在本实施方式中，在上述接收延迟样式中，将对角部(图5的区域e4、e5)的虚拟 扇区扫描的样式也作为朝向邻接边的斜角探伤的样式中的一部分，而从接收处理设定部92 的接收延迟样式保持部中选择，并保持到接收处理设定部92的选择保持部中。通过进行针对角部(图5的区域e4、e5)的虚拟扇区扫描时的中心角的设定，进行 上述虚拟扇区扫描的样式的设定。例如，在接收侧的处理中，可以与利用图5的朝向第2边m2的超声波的区域e2的 处理连续地，在上述虚拟扇区扫描中进行区域e4的探伤处理，假设将角度Φ设为40度而在接收侧进行区域e2的斜角探伤的处理，对于区域e4，将35度设为中心角而在士5度的范 围、即30 40度的范围中，使各个振子的接收波的角度逐步变化，而进行将区域e2与区域 e4作为对象的接收侧的体聚焦。在该情况下，将区域e2作为对象的延迟样式对应于一个角 度Φ，但将区域e4作为对象的扇区扫描的角度校正用延迟样式需要多个角度量。因此，由 接收处理设定部92设定扇区扫描中所需的多个延迟样式。即，接收处理设定部92 (的选择 保持部)保持这样的设定。在角部(图5的区域e4、e5)的探伤中，除了上述扇区扫描以外，还可以设为固定成与针对区域e2、e3的斜角探伤不同的角度的斜角探伤。例如，在区域e2的探伤中，如果 将上述角度Φ设为35度，则可以把角度Φ固定成40度而实施区域e4的探伤。另外，在体聚焦中的接收侧的处理中，使各聚焦列(是用于得到一个动态聚焦的 振子的组。例如将图Il(B)中的32个振子设为一个聚焦列)移位，而得到多个动态聚焦， 在上述中，在朝向第2边m2发送的超声波的接收侧的处理中，如果通过30个聚焦列(30次 的移位扫描)来进行，则可以对区域e2的斜角探伤分配其中的20个聚焦列，对区域e3的 虚拟扇区扫描分配10个聚焦列，而进行区域e2与区域e4的接收处理。上述焦点设定部将提供给该30个聚焦列各自的焦点用延迟的样式保持为校正量 的样式。加法器53对从与元件数η相同个数的超声波波形存储器412送来的各超声波波 形数据进行相位合成。向检波电路54发送该加法器53的输出。在检波电路54中进行全 波整流、+半波整流、以及_半波整流等检波处理。检波电路54的输出与门电路60和波形 峰值保存电路70连接。门电路60具备回波高低存储器61、比较器62、写入控制电路63、回波深度存储器 64、门产生电路65、门位置存储器66、以及评价部(未图示)。门电路60决定在通过检波电路54检波的波形数据的波束路程中判定有无缺陷的 范围，并且判定在该范围内有无缺陷。门电路60仅在各读出步骤S13、S23、S33(图7)时主动地发挥功能，在控制部更新 步骤S15、S27、S37(图7)中仅进行存储器61、存储器64的访问。回波高低存储器61将表示虚拟电子扫描位置y的Y方向计数器51作为地址，临 时存储每个虚拟电子扫描位置y位置的门内峰值回波高低。在比较器62中对检波电路54 的回波高低值、与存储在回波高低存储器61中的门内峰值回波高低进行比较，在检波电路 54的回波高低值高时，向写入控制电路63发送写入信号。在写入控制电路63中接收门产 生电路65的门信号，在门是导通(on)的期间，若送来上述比较器62的写入信号，则对回波 高低存储器61与回波深度存储器64发送写入脉冲。接收该脉冲，而在回波高低存储器61 中，将作为检波电路54的输出数据的回波高低值写入到该存储器61中，更新回波高低存储 器61的门内峰值回波高低。在控制部更新步骤S15(图7)中使表示电子扫描位置y的Y 方向计数器51从0加1，同时依次读出回波高低存储器61的门内峰值回波高低，在读出后， 将该内容清零，进行接下来的循环(接下来的剖面位置的探伤)的准备。回波深度存储器64将表示虚拟电子扫描位置y的Y方向计数器51作为地址，临 时存储每个虚拟电子扫描位置y位置的门内峰值深度位置。来自上述写入控制电路63的 写入信号还成为该回波深度存储器64的写入脉冲。如果送来该写入脉冲，则在回波深度存储器64中将表示聚焦的深度位置d的D深度方向计数器52的值写入到存储器中，更新存储在回波深度存储器64中的门内峰值深度位置。在控制部更新步骤S15(图7)中使表示 虚拟电子扫描位置y的Y方向计数器51从O加1，并且依次读出回波深度存储器64的门内 峰值深度位置，在读出后，将该内容清零，进行接下来的循环的准备。门位置存储器66将表示虚拟电子扫描位置y的Y方向计数器51作为地址，保存 每个虚拟电子扫描位置y位置的深度方向的门起点位置数据与门终点位置数据。如果更新 了表示虚拟电子扫描位置y的Y方向计数器51，则读出门位置存储器66的内容，向门产生 电路65发送由虚拟电子扫描位置y位置决定的深度方向的门起点位置的值与门终点位置 的值。通过第3信号线(未图示)，从控制部90提供门位置存储器66的内容，预先存储 在控制部90的门存储部中。如果通过总体控制部100在接收处理设定部92的选择保持部 中，设定了与角度Φ对应的延迟样式，则控制部90参照该接收处理设定部92的接收延迟 样式保持部与角度保持部，使该接收延迟样式反映到门存储部的深度方向的门起点位置数 据与门终点位置数据中。具体而言，在斜角探伤的情况下，校正门存储部的内容，以使图6 所示的赋予了角度Φ的箭头的长度dw成为波束路程的长度。在垂直探伤中，提供给门存 储部的数据的校正值是0。在门产生电路65中，接收从上述门位置存储器66发送的深度方向的门起点位置 的值与门终点位置的值，对该两个值与表示聚焦的深度位置d的D深度方向计数器52的值 进行比较。在D深度方向计数器52处于两个门位置之间时，将门信号设为导通(on)，否则 设为截至(off)，向写入控制电路63发送门信号。评价部保持设为缺陷回波的峰值高低的数据，在门位置之间，对回波高低存储器 61的门内峰值回波高低、与所保持的上述峰值高低进行比较，而判定有无缺陷。评价部将判 定结果的信号输出到生产线的角钢片的良·不良的区分单元。波形峰值保存电路70由波形峰值保存存储器71、比较器72、寄存器73、比较器 74、以及写入控制电路75构成。对波形峰值保存存储器71的地址，连接表示深度位置d的 D深度方向计数器52，存储各深度处的超声波回波波形。比较器72对检波电路54的回波高低值、与波形峰值保存存储器71的内容进行比 较，在检波电路54的回波高低值高时，向写入控制电路75发送写入信号。寄存器73保持Y方向电子扫描地址ys的内容，在波形峰值保存电路70中保持该 地址ys扫描线上的各深度的每一个的最大值。通过控制部90写入该寄存器73的数据。比较器74对寄存器73的内容(ys)、与表示电子扫描位置y的Y方向计数器51进 行比较，在一致时，向写入控制电路75发送电子扫描位置一致信号。写入控制电路75在送来来自比较器74的电子扫描位置一致信号时，如果从比较 器72有写入信号，则向波形峰值保存存储器71输出写入脉冲。接收该写入脉冲，在波形峰 值保存存储器71中将检波电路54的输出数据写入到存储器，更新存储器内容。在显示以及通信步骤S40 (图7)中，使表示深度位置d的D深度方向计数器52从 0加1，并且依次读出存储在波形峰值保存存储器71中的超声波波形即A型波形，在读出 后，将该内容清零，进行接下来的循环的准备。然后，在控制部90内的画面显示部中显示该 读出的A型波形。
波形峰值保存电路70将用于操作者监视探伤的状况的图像显示在画面显示部 110中。因此，进行产品(被检材m)的是否合格判定、即由于存在缺陷而应设为不良品的产 品的区分即可，在无需操作者的监视的情况下，还可以不设置波形峰值保存电路70以及画 面显示部110而实施。接下来，使用图7，对本申请发明的动作进行说明。在该图7中，示出了一个探伤单元k中的流程(工序图)。在各探伤单元kl k4 的各自中，采用与该图7所示的流程同样的流程。以下，将图7设为第1探伤单元kl的流程而进行说明。图7所示的该装置的探伤工序具备关于垂直探伤的各步骤Sll S15、关于一个斜 角探伤(+斜角探伤)的各步骤S21 S27、关于另一个斜角探伤(_斜角探伤)的各步骤 S31 S37、和显示以及通信步骤S40。S卩，作为关于垂直探伤的工序，具备垂直探伤发送步骤S11、垂直探伤写入步骤 S12、垂直探伤读出步骤S13、垂直探伤门评价处理步骤S14、以及控制部更新步骤S15。另 夕卜，作为一个斜角探伤(+斜角探伤)的工序，具备+斜角探伤发送步骤S21、+斜角探伤写入 步骤S22、+斜角探伤读出步骤S23、+斜角探伤门评价处理步骤S24、+角部读出步骤S25、+ 角部探伤门评价处理步骤S26、以及控制部更新步骤S27。进而，作为另一个斜角探伤(_斜 角探伤)的工序，具备_斜角探伤发送步骤S31、-斜角探伤写入步骤S32、-斜角探伤读出 步骤S33、-斜角探伤门评价处理步骤S34、-角部读出步骤S35、-角部探伤门评价处理步 骤S36、以及控制部更新步骤S37。这样，设为第1探伤单元kl按照被检材m的入射边(第1边ml)的垂直探伤、一 个邻接边(第2边m2)的斜角探伤、以及另一个邻接边(第4边m4)的斜角探伤的顺序进 行探伤处理而进行说明。但是，该顺序是可以变更的。如该图7所示，如果步骤Sll S37的各步骤的处理循环一次，则转移到被检材m 的轴向(图2的E方向)的其他位置的探伤，再次反复步骤Sll S37。对于显示以及通信步骤S40，根据需要而进行。依次对各步骤进行说明。在垂直探伤发送步骤Sll中，从控制部90，参照发送处理设定部91的发送延迟样 式保持部与选择保持部，制作一个脉冲发送定时信号，发送给脉冲器部20。在垂直探伤中， 设定角度Φ或者入射角度θ是0的样式。在脉冲器部20中，接收该信号，向超声波变换器阵列10的η元件的超声波振子同 时发送尖峰脉冲。由此，各超声波振子被同时激励，朝向超声波变换器阵列10的放射面方 向、即对向边，准平面波状地放射超声波。超声波在检查空间中传播，但如果遭遇到缺陷等 声音反射面，则超声波的一部分被反射，并由超声波变换器阵列10接收。在垂直探伤写入步骤S12中，由超声波变换器阵列10接收的各振子的超声波接收 回波被接收器部30放大后，发送到振子元件数η的信号处理电路41-1 41-η。在各信号处 理电路41中对超声波接收回波进行AD变换，并存储在超声波波形存储器412中。由波束路 程计数器50提供此时的存储器地址，该计数器的时钟与AD变换器411的时钟相同。例如， 在本实施方式中，将超声波振子的公称频率设为5MHz以下，将AD变换的时钟设为50MHz。 但是，不限于这样的频率，而可以根据需要来变更这些频率。
通常，波束路程计数器50在超声波发送定时被清零，之后通过AD变换器的时钟计数，但在电子扫描范围的起始点是远方的情况下，由控制部适当地控制被清零的定时。由 此，可以有效地利用超声波波形存储器412的容量。直到电子扫描范围的最大波束路程传 播时间为止进行该步骤。在垂直探伤读出步骤S13中，针对检查空间的深度方向D与探头排列方向Y，读出保存在超声波波形存储器412中的超声波接收回波波形，并且通过动态聚焦法进行虚拟电 子扫描。图8示出虚拟电子扫描的图形。在该图中，示出了超声波变换器阵列、在放射了该 阵列的超声波的检查空间内从该深度d0到de的区间以及探头的排列方向Y方向的从y0 到ye的区间中表示的虚拟电子扫描平面。在垂直探伤读出步骤S13中，将Y方向计数器51、D深度方向计数器52清零或者 设置到起始点位置y0、d0,之后，使Y方向计数器51递增，并且直到计数器值成为ye为止 进行。如果计数器超过ye，则接下来将该计数器清零或者设置到起始点位置y0，使D深度 方向计数器52+1递增。反复进行该动作，D深度方向计数器52成为de，直到在该位置Y方 向计数器51循环一次为止进行。这些计数器51、计数器52的时钟以与AD变换的时钟相同 的50MHz进行。在该期间，在各信号处理电路41-1 41-n中，对动态聚焦相位校正存储器 414的地址，供给Y方向计数器51、D深度方向计数器52的值。该存储器414输出该电子扫 描位置(y、d)处的相位合成的各超声波振子(1至η)的相位校正量、即波束路程位置。进 而，该波束路程位置成为超声波波形存储器412的读出地址。聚焦相位校正存储器414的 内容是参照接收处理设定部92而存储的焦点设定部的内容。但是，由于是垂直探伤，所以 关于角度的校正是0。用图8的虚拟电子扫描图形上的虚拟电子扫描位置Pl的两个箭头Li、L2来例示 出该波束路程位置。此处，Ll表示在虚拟电子扫描位置Pl超声波最初到来的传播路径，通 常成为虚拟电子扫描位置Pl与最接近的振子的距离。另外，L2表示在虚拟电子扫描位置Pl 超声波被反射的情况的各振子(在图8中用振子位置η例示)接收的超声波的传播路径。 该两个传播路径之和(L1+L2)成为虚拟电子扫描位置Pl处的振子η中的相位合成时的波 束路程位置。因此，从超声波波形存储器412，输出在该虚拟电子扫描位置(y、d)相位合成 的各超声波振子的超声波波形数据。由各信号处理电路41-1 41-n输出超声波振子元件 数的该超声波波形数据，其被送给加法器53而进行相位合成。图8、图9示出，通过上述步 骤，加法器53输出由Y方向计数器51、D深度方向计数器52表示的虚拟电子扫描位置(y、 d)处的相位合成后的波形的上述关系。图8的Pl点、P2点表示被进行电子扫描的平面上 的2点，该2点的地址(yl、dl)、(y2、d2)表示此时的D深度方向计数器52、Y方向计数器 51。图9示出各超声波波形存储器412的地址与存储器，示出虚拟电子扫描平面上的2点 P1、P2处的各超声波波形存储器412的相位合成曲线，在相位合成中按照该曲线，同时读出 各存储器412的内容，通过加法器53进行相位合成。此处，将这样的方法称为利用虚拟电 子扫描平面的动态聚焦法。在通过该虚拟电子扫描平面进行动态聚焦的期间，加法器53输 出各个虚拟电子扫描位置处的相位合成结果数据，经由检波电路54，送给门电路60与波形 峰值保存电路70。在门电路60中，进行门内的波形峰值回波高低与其深度方向位置的检测。如图8 所示，可以针对每个Y扫描位置独立地设定门范围，并且可以检测每个Y扫描位置的波形峰值回波高低和其波束路程距离。门位置存储器66事先写入每个Y扫描位置的门范围数据。 在读出步骤S13的利用虚拟电子扫描平面的动态聚焦中，对门位置存储器66的地址，提供 表示虚拟电子扫描平面的y位置的Y方向计数器51的值。该存储器66的存储器内容是该 y位置处的门范围数据(起点位置gs、终点位置ge)，该数据与门产生电路65连接。在门产 生电路65中，对该门范围数据、与表示虚拟电子扫描平面的d位置的D深度方向计数器52 进行比较，如果d位置处于门范围，则向写入控制电路63发送门导通(on)信号。门位置存 储器66的内容如上所述是控制部的门位置存储部的内容，反映了接收处理设定部92的校 正的内容，但由于是垂直探伤，所以在此基于角度的校正值是0。在门导通(on)的期间，在比较器62中，对存储在回波高低存储器61中的上次的 门内峰值回波高低、与来自检波电路54的当前虚拟电子扫描位置的回波高低进行比较，在 当前虚拟电子扫描位置的回波高低大时，将当前虚拟电子扫描位置的回波高低写入到回波 高低存储器61中，并且将表示该当前虚拟电子扫描位置的d位置的D深度方向计数器52 的数据写入到回波深度存储器64中。由于对回波高低存储器61、回波深度存储器64的地址，提供了表示虚拟电子扫描 平面的y位置的Y方向计数器51，所以可以针对每个y位置保存门内的波形峰值回波高低 与其深度方向位置。另外，图8示出虚拟电子扫描的时间关系的图形，实际上在存储器上，没有设定图 8所示那样的门。在波形峰值保存电路70中进行图8所示的虚拟电子扫描平面上的Y位置是ys的 假想探伤线上的超声波波形的波形峰值保存处理。该超声波波形通过个人计算机的画面 显示部来显示，但通常，其显示循环周期较长，是20msec左右(50Hz左右的频率)。相比于 此，在本申请发明的上述装置中，对电子扫描平面的所有范围进行扫描的周期比其短，而无 法显示所有假想探伤线上的超声波波形。因此，波形峰值保存电路70在显示循环周期内的 假想探伤线上的各超声波波形中，保存各深度位置处的超声波波形的峰值高低，在所有深 度位置保存该位置处的最大波形。寄存器73通过控制部90写入表示假想探伤线上的Y位 置的数据(ys)。向比较器74发送该数据。在比较器74中，对表示电子扫描位置y的Y方 向计数器51与该寄存器73(ys)进行比较，在一致时向写入控制电路75输出一致信号，高 效地进行以下动作。对波形峰值保存存储器71的地址，连接表示深度位置d的D深度方向 计数器52，从波形峰值保存存储器71向比较器72提供相同深度位置d处的1次前的超声 波峰值波形，从检波电路54提供该相同深度位置d处的最新超声波回波高低。在检波电路 54高时向写入控制电路75发送写入信号，在写入控制电路75中向波形峰值保存存储器71 发送写入脉冲，深度位置d处的超声波峰值波形被更新成比上次高的回波高低。在各深度 进行该动作，并且在接二连三到来的探伤循环的各读出步骤S13中也同样地进行。在垂直探伤门评价处理的步骤S14中，通过评价部，在门位置之间，对回波高低存 储器61的门内峰值回波高低与所保持的上述峰值高低进行比较，判定有无缺陷。评价部将 判定结果的信号输出给生产线的角钢片的良 不良的区分单元。在控制部更新步骤S15中，控制部90对提供存储器61、存储器64的地址的Y方 向计数器51进行操作，并且读出门电路60的回波高低存储器61、回波深度存储器64的内 容，在其读出后将这些存储器的内容清零。
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在上述控制部更新步骤S15后，转移到+斜角探伤发送步骤S21。在+斜角探伤发送步骤S21中，由控制部90参照发送处理设定部91的发送延迟 样式保持部与选择保持部，制作一个脉冲发送定时信号，发送给脉冲器部20。在+斜角探伤中，设定了与角度Φ或者入射角度θ对应的样式。
通过设定这样的角度，从入射边朝向一个邻接边，准平面波状地放射超声波。在该 步骤S21中，对于上述以外的点，与上述步骤S11相同。另外，+斜角探伤写入步骤S22中的处理与上述垂直探伤写入步骤S12中的处理 相同。在+斜角探伤读出步骤S23中，也进行与垂直探伤读出步骤S13同样的处理，但由 于是斜角探伤，所以聚焦相位校正存储器414的内容是被加上由接收处理设定部92根据角 度Φ设定的延迟样式的内容。另外，门位置存储器66的内容反映了接收处理设定部92的 校正的内容，进行了校正，以使与图6的角度Φ对应的dw的长度成为波束路程的长度。根据与这样的角度Φ对应的聚焦相位校正存储器414以及门位置存储器66的内 容，在+斜角探伤读出步骤S23中，进行与垂直探伤读出步骤S13同样的处理。在+斜角探伤门评价处理的步骤S24中，根据反映了角度的校正的上述门位置存 储器66的内容，进行与上述垂直探伤门评价处理的步骤S14同样的评价处理。在+斜角探伤门评价处理的步骤S24的处理后，不将各存储器清零，而接着进行+ 角部读出步骤S25。在该步骤S25中，如上所述，通过接收处理设定部92对与斜角探伤中的 角度Φ对应的延迟样式，附加了用于进行虚拟扇区扫描、基于角度Φ以外的固定角度的扫 描的所选择的延迟样式，根据包含该样式的聚焦相位校正存储器414以及门位置存储器66 的内容，进行与+斜角探伤读出步骤S23同样的处理。在+角部探伤门评价处理步骤S26中，根据反映了针对角部的上述角度的校正的 上述门位置存储器66的内容，进行门内回波评价处理。对于其他点，与+斜角探伤门评价 处理的步骤S24相同。在控制部更新步骤S27中，与控制部更新步骤S15同样地，控制部90对提供存储 器61、存储器64的地址的Y方向计数器51进行操作，并且读出门电路60的回波高低存储 器61、回波深度存储器64的内容，在该读出后，将这些存储器的内容清零。在作为另一个斜角探伤(_斜角探伤)的工序的-斜角探伤发送步骤S31、_斜角 探伤写入步骤S32、-斜角探伤读出步骤S33、-斜角探伤门评价处理步骤S34、-角部读出 步骤S35、-角部探伤门评价处理步骤S36、以及控制部更新步骤S37中，由接收处理设定部 92设定的延迟样式基于与上述一个斜角探伤(+斜角探伤)的各步骤中的角度Φ正负相 逆的角度。除此以外，上述另一个斜角探伤(_斜角探伤)的各步骤的处理与一个斜角探伤 (+斜角探伤)的各步骤中的处理相同。在显示以及通信步骤S40中，判断是否更新画面的显示。在不更新画面的情况下， 结束该步骤S40中的处理，在更新画面的情况下，控制部90对提供存储器71的地址的D深 度方向计数器52进行操作，并且读出波形峰值保存电路70的波形峰值保存存储器71的内 容，在该读出后，将该存储器的内容清零。然后，显示在控制部更新步骤S15、S27、S37中读 出的各门内的回波高低以及回波深度的值，与外部进行通信其内容。另外，在显示以及通信 步骤S40中读出的峰值保存的超声波波形在画面显示部中显示为A型波形，将其波形数据与外部进行通信。 另外，在该实施例中门电路60仅为1组，但不限于此，还可以准备多个门电路，而 附加多个门范围中的门处理。 这样在本申请发明的上述超声波探伤装置中，对超声波变换器阵列的各振子，在 与垂直探伤、斜角探伤对应的定时发送尖峰脉冲状的发送脉冲，对由各振子接收的接收超 声波回波进行AD变换，将其存储在振子元件数的波形存储器中。在电子扫描中，沿着该位 置处的相位合成曲线，从振子元件数的波形存储器中同时读出波形数据并进行相位合成。 艮口，对于电子扫描位置1点的相位合成后的波形，通过1次存储器读出循环进行。在本实施 方式中由于使用50MHz的时钟，所以一点的计算以20nSec完成。如果在深度方向200点、Y 轴向200点的电子扫描平面中考虑，则为了将该范围全部扫描，成为20女200女200nsec = SOOysec0另外，在该电子扫描的期间，在门电路中进行门处理，同时在波形峰值保存电路 中进行A型波形保存处理。作为超声波反复循环，除了上述800 μ sec的时间以外，还需要超 声波发送时间、超声波接收时间、以及门数据与A型波形的读出时间，但如果设为200μ sec 左右，则在1000 μ sec (= lmsec)中上述电子扫描范围的探伤循环完成。使探伤波束在Y 轴向上电子地移动，而在深度方向上通过动态聚焦法进行测量的以往技术的装置中，通过 一次超声波反复循环而完成一个波束方向的探伤，为了对与上述相同的电子扫描范围进行 探伤，需要200次的超声波反复循环。即使将超声波反复频率设为ΙΟΚΗζ，为了对上述电子 扫描范围进行探伤，也需要20msec的时间。本发明的上述装置在本实施方式中，与以往技 术的装置相比可以实现20倍高速的探伤。在上述实施方式中，在电子扫描的Y方向与D方向的处理顺序中，首先使Y方向计 数器51计数，在Y方向计数器51循环一次之后使D深度方向计数器52工作，但还可以与 其相逆地，首先使D深度方向计数器52计数，在D深度方向计数器52循环一次之后使Y方 向计数器5ID工作。另外，在上述实施方式中，超声波变换器阵列10在超声波发送时，使所有振子 1...1振动。但是，如果具有超过交差方向上的探伤预定(希望)范围的长度，且可以仅通 过一部分的振子1... 1(通过一次的超声波的发送)覆盖上述预定探伤面的所有面，则不限 于使所有振子1...1振动。进而，在生产线上不进行探伤(联机探伤)的情况下，也可以将 超声波变换器阵列10设为可以扫描，并使通过该扫描进行所有面探伤的位置依次改变(另 夕卜，即使如上所述进行了所有面探伤，通常，在该范围中，仅在检查作业者希望观察的部位， 设定门)。另外，在该情况下不限于对预定探伤的所有范围一起进行探伤(所有面探伤)， 而也可以针对探伤预定的范围在多次的探伤中进行。即使这样设定，与以往相比可以通过 一次超声波的发射覆盖的范围更宽，所以可以降低探伤次数。但是，在设为通过一次超声波 的发射来进行所有面探伤时，效率最佳，并且适合于联机探伤。如上所述，该装置在体聚焦探伤中，排除超声波发送时的超声波的实际的聚焦，而 使探伤的被检材内部的各位置(坐标)对应于划分的波形存储器的地址，与通过实际的接 收时的电气处理得到的各波形存储器位置处的波形数据的相位合成进行比较，得知有异常 的波形存储器的地址，从而检测对应的被检材的内部缺陷的位置，由此，可以获得基于准平 面波的广泛的探伤范围，降低探伤循环，实现高速的探伤。即，体聚焦法是指，在发送侧，通过一次的探测器的激励而对被检材较宽地发送超声波，在接收侧不进行实际的扫描(电子扫描)而进行虚拟电子扫描，对A型波形进行相位 合成而进行评价。在本发明中，将这样的体聚焦不仅应用于垂直探伤法，而且还应用到斜角探伤法，针对通过利用体聚焦的垂直探伤法无法充分覆盖的剖面视大致矩形的被检材，使用利用体 聚焦的斜角探伤法，可以不损失处理的高速性地可靠地进行。在本实施方式中，如上所述，在体聚焦法中为了所有剖面探伤而使用4方向4个阵 列探头，1个阵列探头通过垂直探伤、+斜角探伤、以及_斜角探伤这3次的发送进行所有剖 面的大约60%的探伤。另外，针对角部进行斜角的发送，在接收侧的处理中通过扇区扫描或改变折射角 等方法来进行探伤，所以无需对角用进行专用的发送。因此，可以通过3次发送进行探伤， 所以不会受到反常的影响而可以提高钢片长度方向的脉冲密度。另外，由于可以并用DDF， 所以可以在所有剖面中提高检测能力。可以在搬送速度30m/mim下实现脉冲密度5mm以下。 可以通过采用体聚焦探伤，实现与以往方法相比检测能力以及处理能力非常高的检查。如果观察通过本实施方式的装置得到的图12 (A) (C)所示的A型(A-scope)的 图像，则可知图1所示的被检材的剖面中央部的缺陷vl显示为《1，邻接边附近的缺陷v2显 示为w2，缺陷角部的缺陷v3显示为w3。在该装置中，通过上述四个探伤单元kl k4探伤的结果，在探伤单元kl k4中 的任意一个检测到缺陷回波的情况下，将被检材判定为不良品。但是，也可以综合通过探伤 单元kl k4得到的探伤结果来判定被检材的良·不良。另外，在上述实施方式中，设为斜角探伤装置兼作垂直探伤装置，但也可以分别设 为独立的装置，并将各个装置具备的阵列探测器个别地配置在被检材表面。进而，在上述实施方式中，设为使用kl k4这四个探伤单元k，但也可以准备1 3个探伤单元k来实施。例如，也可以设为仅准备探伤单元kl、k2这两个，而针对被检材的 四个边分成2次来进行探伤。在该情况下，探测器既可以分别配置在邻接的彼此边上，或者 也可以分别配置在对向的边。但是，对于可靠地排除死区段方面，优选配置在邻接的彼此 边。
权利要求
一种超声波探伤装置，具备阵列探测器，具有能够沿着被检材表面排列的多个振子；激励单元，对阵列探测器的各振子进行激励；波形存储器，将由各振子接收的超声波接收回波作为每个振子的波形数据而存储；相位合成单元，读出存储有每个振子的波形数据的上述波形存储器的内容并进行相位合成；以及焦点单元，在上述波形存储器的读出中，将该各波形存储器的地址作为与针对虚拟电子扫描范围内的任意位置的动态聚焦的波束路程距离相当的地址而提供，使用如下体聚焦探伤法从阵列探测器的所有振子一起对被检材发送超声波，用所有振子接收其反射回波，通过相位合成单元合成存储在波形存储器中的各元件的A型波形并进行评价，其中，上述超声波探伤装置是进行剖面为大致矩形的被检材的内部探伤的超声波探伤装置，具备至少两个上述阵列探测器，在被检材的剖面视中，对于阵列探测器的一个，沿着被检材呈现的矩形的一边，对于阵列探测器的另一个，沿着与上述一边邻接的边中的一个边，排列了阵列探测器各自的多个振子，激励单元针对各阵列探测器，对各个振子同时进行激励，从而能够通过垂直探伤法进行被检材的探伤，进而对各个振子逐步错开定时地进行激励，从而能够通过斜角探伤法进行被检材的探伤，激励单元使各阵列探测器，将该阵列沿伸的各边作为入射边，通过垂直探伤法以及斜角探伤法，利用多个振子的1次振动，从入射边的各位置向被检材内部入射超声波，使通过垂直探伤法入射的超声波到达与入射边对向的对向边，使通过斜角探伤法入射的超声波到达与入射边邻接的邻接边中的一个边，激励单元将通过垂直以及斜角探伤法入射的超声波的实际的焦点设定到上述对向边或邻接边的外侧、或者不对焦，从而不将超声波的实际的焦点设定在被检材内部。
2.根据权利要求1所述的超声波探伤装置，其特征在于，具备四个阵列探测器， 将各阵列探测器相对剖面视矩形的被检材的各边而配置。
3.根据权利要求1或2所述的超声波探伤装置，其特征在于，在利用上述斜角探伤法的 朝向邻接边的探伤时，针对该邻接边与对向边所成的角内部，相位合成单元代替实际的电 子扫描，而通过存储在波形存储器中的波形的合成，虚拟地进行通过电子扫描使折射角变 化的扇区扫描。
4.一种超声波探伤装置，其特征在于， 进行剖面为大致矩形的被检材的内部探伤， 具备垂直探伤装置与斜角探伤装置， 两种探伤装置都具备阵列探测器，具有能够沿着被检材表面排列的多个振子； 激励单元，对阵列探测器的各振子进行激励；波形存储器，将由各振子接收的超声波接收回波作为每个振子的波形数据而存储； 相位合成单元，读出存储有每个振子的波形数据的上述波形存储器的内容并进行相位合成；以及焦点单元， 在上述波形存储器的读出中，将该各波形存储器的地址作为与针对虚拟电 子扫描范围内的任意位置的动态聚焦的波束路程距离相当的地址而提供，从阵列探测器的所有振子一起对被检材发送超声波，用所有振子接收其反射回波，通 过相位合成单元合成存储在波形存储器中的各元件的A型波形而进行评价，两种探伤装置的阵列探测器在被检材的剖面视中，沿着被检材呈现的矩形的一边，排 列多个振子，至少垂直探伤装置的激励单元针对各阵列探测器，对各个振子同时进行激励，从而将 该阵列沿伸的各个边作为入射边，通过多个振子的1次振动，从入射边的各位置同时向被 检材内部入射超声波，使超声波不在被检材内部收敛，而使入射的超声波到达与入射边对 向的对向边，至少斜角探伤装置的激励单元通过对各个振子逐步错开定时地进行激励，将该阵列沿 伸的各个边作为入射边，从该入射边，通过多个振子的1次振动，倾斜地向被检材内部入射 超声波，使超声波不在被检材内部收敛，而使入射的超声波到达与入射边邻接的邻接边，斜角探伤装置具备角度校正单元，该角度校正单元在上述波形存储器的读出中，在将 根据入射角度使接收定时逐步错开的校正值加到各地址后，使焦点单元进行上述处理。
5.根据权利要求4所述的超声波探伤装置，其特征在于，上述斜角探伤装置兼作上述 垂直探伤装置，通过利用激励单元的至少两次的各振子的激励，能够进行上述垂直探伤与斜角探伤，在角度校正单元中，将针对波形存储器的各个地址的校正值设为0，从而能够进行垂直 探伤。
6.一种利用体聚焦探伤法的超声波探伤方法，使用具有能够沿着被检材表面排列的多 个振子的阵列探测器、对阵列探测器的各振子进行激励的激励单元、将由各振子接收的超 声波接收回波作为每个振子的波形数据而存储的波形存储器、以及读出存储有每个振子的 波形数据的上述波形存储器的内容并进行相位合成的相位合成单元，从阵列探测器的所有 振子对被检材一起发送超声波，用所有振子接收其反射回波，通过相位合成单元合成存储 在波形存储器中的各元件的A型波形而进行评价，其特征在于，进行剖面为大致矩形的被检材的内部探伤，准备至少两个上述阵列探测器，在被检材的剖面视中，对于阵列探测器的一个，沿着被检材呈现的矩形的一边，对于阵 列探测器的另一个，沿着与上述一边邻接的边中的一个边，排列阵列探测器各自的多个振 子，通过激励单元，针对各阵列探测器，对各个振子同时进行激励，从而能够通过垂直探伤 法进行被检材的探伤，进而对各个振子逐步错开定时地进行激励，从而能够通过斜角探伤 法进行被检材的探伤，激励单元使各阵列探测器，将该阵列沿伸的各个边作为入射边，通过垂直探伤法以及 斜角探伤法，利用多个振子的1次振动，从入射边的各位置向被检材内部入射超声波，使通 过垂直探伤法入射的超声波到达与入射边对向的对向边，使通过斜角探伤法入射的超声波 到达与入射边邻接的邻接边中的一个边，将通过垂直以及斜角探伤法入射的超声波的实际的焦点设定到上述对向边或邻接边 的外侧、或者不对焦，从而不将超声波的实际的焦点设定在被检材内部。
7.根据权利要求6所述的超声波探伤方法，其特征在于，在上述探伤后，使上述阵列探 测器向与被检查材剖面交差的方向物理性地扫描，从而对该交差方向的其他位置进行上述 探伤。
8.根据权利要求4所述的超声波探伤装置，其特征在于，上述角度校正单元对焦点单 元提供利用如下参数确定的校正量的样式以相对入射边倾斜的入射角度9从探测器向 被检材入射为止的各振子的发送波束之间的向入射边的到达时间差、在以折射角9 ‘入射 后从入射边到邻接边为止的各波束之间的向邻接边的到达时间差、在邻接边反射后从邻接 边到入射边为止的各波束之间的向入射边的到达时间差、以及从入射边到探测器为止的各 波束之间的向探测器的到达时间差。
9.根据权利要求8所述的超声波探伤装置，其特征在于，上述焦点单元具备Y方向计数器，表示虚拟电子扫描位置y ；D深度方向计数器，表示聚焦的深度位置d ；以及动态聚焦相位校正存储器，存储有动态聚焦法中的各聚焦位置处的相位校正量，通过对该动态聚焦相位校正存储器的地址提供Y方向计数器与D深度方向计数器的数 据，得到聚焦位置处的相位校正量，上述角度校正单元对供给到动态聚焦相位校正存储器的地址的上述计数器的数据加 上关于上述入射角度的校正量的样式。
10.根据权利要求9所述的超声波探伤装置，其特征在于，角度校正单元具备接收延迟 样式保持部与接收侧选择保持部，接收延迟样式保持部保持与入射角度对应的校正量的延 迟样式，接收侧选择保持部通过入射角度的选择，确定接收延迟样式保持部中的对应的延 迟样式。
11.根据权利要求10所述的超声波探伤装置，其特征在于，在接收侧，在斜角探伤中， 与将入射角度设为恒定的朝向邻接边的探伤连续地，进行朝向由该邻接边与对向边所成的 角内部的探伤，对于该角内部的探伤，代替实际的电子扫描，通过存储在波形存储器中的波 形的合成，虚拟地进行在电子扫描中使入射角度逐步变化的扇区扫描。
全文摘要
本申请发明的超声波探伤方法及其装置使用体聚焦探伤法，在被检材(m)的剖面视中，对于阵列探测器(10)中的一个沿着被检材呈现的矩形的一边，对于阵列探测器(10)的另一个沿着与上述一边邻接的边的一个边，排列了阵列探测器(10)各自的多个振子(1...1)。激励单元在阵列探测器的各自中，将该阵列沿伸的各个边作为入射边，通过垂直探伤法以及斜角探伤法，根据多个振子的1次振动，从入射边的各位置向被检材内部入射超声波，使通过垂直探伤法入射的超声波到达与入射边对向的对向边，使通过斜角探伤法入射的超声波到达与入射边邻接的邻接边的一个边，而不将超声波的实际的焦点设定在被检材内部。
文档编号G01N29/26GK101809439SQ200880109100
公开日2010年8月18日 申请日期2008年9月16日 优先权日2007年9月28日
发明者D·布拉科尼耶, 村井纯一 申请人:日本克劳特克雷默尔株式会社