超声波探伤传感器以及超声波探伤方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用了发送用传感器和接收用传感器的超声波探伤传感器以及超声波探伤方法。
【背景技术】
[0002]最初，说明一般的相控阵列超声波探伤方法(以下将超声波探伤记载为UT(Ultrasonic Testing))的原理。如图8所示,构成UT传感器的长方体的超声波元件(以下记述为元件)成为平行排列。通过调整元件之间的超声波发出开始时间差(以下记述为延迟时间)而使超声波同时到达焦点，提高焦点的声压来进行探伤。通过调整延迟时间来变更焦点位置，扫描超声波。
[0003]由该结构构成的阵列传感器的元件间距的制约因子如下所述。在使主瓣(mainlobe，以下记述为ML)收敛于焦点时，如图9所示，除了 ML以外，还产生超声波的相位对齐的栅瓣(grating lobe,以下记述为GL)。通过数学式(I)记述GL相对ML的发生角Δ φ (例如，参照非专利文献I的P.3的第16行)。
[0004]2d.sin Δ φ = η.λ 数学式(I)
[0005]此处，
[0006]d:元件间距[mm]
[0007]η:整数
[0008]λ:超声波波长[mm]。
[0009]在GL的入射方向上有反射源的情况下，发生误识别为ML的反射波的伪信号。因此，传感器的元件间距d被限定于不发生用数学式(2)记述的GL的范围。
[0010]η.λ +2d = sin θ >1
[0011]d〈X+2(n=l)数学式(2)
[0012]另一方面，作为利用传感器面积扩大的相控阵列UT的灵敏度提高方法，已知使超声波元件间距成为λ /2以上的传感器(例如参照专利文献I)。另外，已知组合了相对检查对象的设置角不同的多个阵列传感器的超声波探测器(例如参照专利文献2)。
[0013]【专利文献I】日本特开2009-293980号公报
[0014]【专利文献2】日本特开2013-42974号公报
[0015]【非专利文献l】http://www.mlit.g0.jp/chosahokoku/hl6giken/h 15/pdf/0502.pdf
【发明内容】
[0016]在专利文献I所示那样的传感器中，发生GL。此处，在GL发生方向上有反射源的情况下，发生伪信号，所以需要与在ML中发生了的信号进行识别。
[0017]相对于此，在专利文献2所示那样的探测器中，通过组合相对检查对象的设置角不同的多个阵列传感器，能够识别GL。
[0018]如图10所示，在用该结构的探测器的左侧的阵列传感器对反射源进行了探伤的情况下，由于入射ML，所以检测强的回波。在用中央的传感器探伤了的情况下，通过GL检测弱的回波。在用右侧的传感器探伤了的情况下，未检测到反射波。能够利用这些阵列传感器的每一个的反射回波举动的差异，来识别GL所致的反射。
[0019]但是，在想要将专利文献2记载那样的传感器应用于外形为平面的检查对象的情况下，存在无法使传感器直接接触这样的问题。
[0020]本发明的目的在于提供一种即使在检查对象的平面部分中设置了传感器的情况下也能够识别GL的UT传感器以及UT方法。
[0021]为了达成上述目的，本发明具备:发送传感器，将长方体的元件一维排列而构成，发送中心频率的波长为λ的超声波；以及接收传感器，将长方体的元件一维排列而构成，接收所述超声波的反射波，所述发送传感器和所述接收传感器被配置成夹着检查对象，所述接收传感器接收通过最小扫描角Φη?η以上且最大扫描角C>max以下的ML扫描时生成的GL产生的伪信号。
[0022]根据本发明，即使在检查对象的平面部分中设置了传感器的情况下也能够识别GL0上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明将变得明确。
【附图说明】
[0023]图1是本发明的第一实施方式的GL识别方法的概念图。
[0024]图2A是在不进行GL的识别的超声波探伤中必要的接收传感器的最短长度的说明图。
[0025]图2B是本发明的第一实施方式的超声波探伤传感器的结构图。
[0026]图3是本发明的第一实施方式的超声波探伤方法的流程图。
[0027]图4是具备本发明的第一实施方式的超声波探伤传感器的超声波探伤系统的流程图。
[0028]图5是本发明的第二实施方式的GL识别方法的概念图。
[0029]图6A是在不进行GL的识别的超声波探伤中必要的发送传感器的最短长度的说明图。
[0030]图6B是本发明的第二实施方式的超声波探伤传感器的结构图。
[0031]图7是本发明的第二实施方式的超声波探伤方法的流程图。
[0032]图8是相控阵列超声波探伤方法的原理的说明图。
[0033]图9是GL的发生机构的说明图。
[0034]图10是使用了组合了相对检查对象的设置角不同的多个阵列传感器的传感器的GL的识别方法的说明图。
[0035](附图标记说明)
[0036]1:超声波探伤传感器；2:检查对象；5:超声波元件；8:超声波探伤装置；9:控制PC ；21:CPU(控制部)；22:硬盘驱动器(HDD) ；23:随机访问存储器(RAM) ；24:只读存储器(ROM) ；25:1/0端口 ；26:键盘；27:记录介质；28:监视器；29:A/D转换器；30:D/A转换器；100:超声波探伤系统；101:试验体形状、试验体音速、超声波探伤位置、构成元件数、元件间距的向控制PC的输入步骤；102:试验体上的传感器位置测定步骤；103:GL发生角的计算步骤；104:GL发生方向的反射源有无的评价步骤；105:GL接收位置的评价步骤；201:试验体形状、试验体音速、超声波探伤位置、构成元件数、元件间距的向控制PC的输入步骤；202:试验体上的传感器位置测定步骤；203:GL发生角的计算步骤；204:GL发生方向的反射源有无的评价步骤；205:GL入射方向的利用ML的探伤步骤；1:超声波探伤传感器；1T:发送传感器；1R:接收传感器；301:检查对象(试验体)。
【具体实施方式】
[0037](第一实施方式)
[0038]使用图1?图4以及数学式(I)、数学式(3)?(4)，说明本发明的第一实施方式的超声波探伤传感器以及超声波探伤方法。
[0039]最初，使用图1，说明第一实施方式中的GL识别方法的概要。UT传感器I具备发送传感器IT和接收传感器IR。发送传感器IT和接收传感器IR是以夹着检查对象301的方式配置的。发送传感器IT是将长方体的元件(压电元件)一维排列而构成的，并发送超声波。接收传感器IR也是将长方体的元件一维排列而构成的，并接收在检查对象内301产生的超声波的反射波。
[0040]在本实施方式的UT中，
[0041](i)通过超声波探伤，测定检查对象上的传感器的位置。
[0042]图1所示的箭头ARl表示从发送传感器IT发送了的入射波在检查对象301的角反射了的反射波。另外，箭头AR2表示从接收传感器IR发送了的入射波在检查对象301的角反射了的反射波。这样，通过测定发送传感器IT或者接收传感器IR与检查对象301的角等超声波反射率高的特征回波源的距离和角度，测定发送传感器IT以及接收传感器IR相对检查对象301的位置。进而，通过在发送传感器IT与接收传感器IR之间发送接收超声波，也可以通过测量传感器之间的相对位置，来提高位置测定精度。
[0043](ii)根据元件间距，使用数学式(1)，计算GL发生角，
[0044](iii)评价(判断)GL入射方向上的反射源的有无，
[0045](iv)在GL入射方向上有反射源的情况下，测定(评价)反射波的接收位置。接收传感器IR上的ML的接收位置和GL的接收位置不同，所以根据接收位置的测定结果，识别ML 和 GL。
[0046]接下来，使用图2，示出本发明的第一实施方式的UT方法的实施中所需的传感器结构。图2A是用于说明在不进行GL的识别的UT中必要的接收传感器的最短长度Lminl的图。Lminl通过数学式(3)记述。
[0047]Lminl = W{tan (C>max)-tan (Φη?η)}+LO (3)
[0048]此处，
[0049]W:检查对象宽度(试验体宽度)
[0050]Omax:超声波扫描角的最大值
[0051]Φη?η:超声波扫描角的最小值
[0052]LO:缺陷检测所需的传感器的长度
[0053]在图2Α中，关于粗线所示的检查范围AW，通过扫描角为Φπ?η以上并且Omax以下的ML实施扫描。缺陷检测所需的发送传感器IT的长度LO是为了检测规定的大小的缺陷而所需的发送传感器IT的长度的最小值，是规定值。
[0054]图2B是本发明的第一实施方式的UT传感器I的结构图。如图2B的记载那样，在本实施方式中，接收角度扩大GL的发生角△ Φ，所以超声波探伤所需的接收传感器IR的最短长度Lmin2通过数学式(4)记述。
[0055]Lmin2 = W {tan (Φ max+ Δ φ)-tan (Φη?η—Δ φ)} +LO (4)
[0056]这样，在本实施方式中，根据反射波的接收位置，识别ML和GL，所以使用比不进行ML和GL的识别的以往的UT方法的传感器更长的接收传感器IR。由此，能够用接收传感器IR，接收通过检查范围Λ W反射的在ML扫描时产生的GL。
[0057]接下来，使用图3以及图4，说明