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JP4287321B2 - Ultrasonic sensor - Google Patents

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JP4287321B2
JP4287321B2 JP2004113377A JP2004113377A JP4287321B2 JP 4287321 B2 JP4287321 B2 JP 4287321B2 JP 2004113377 A JP2004113377 A JP 2004113377A JP 2004113377 A JP2004113377 A JP 2004113377A JP 4287321 B2 JP4287321 B2 JP 4287321B2
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Description

本発明は、超音波探傷用のセンサに係り、特に、水ギャップ探傷用に好適な2分割型の超音波センサに関する。   The present invention relates to an ultrasonic flaw detection sensor, and more particularly, to a two-divided ultrasonic sensor suitable for water gap flaw detection.

鋼材など縦波と横波の双方の伝播を許す固体の非破壊検査方法として、超音波による手法(超音波探傷法)が従来から一般に用いられているが、このとき、超音波探触子から送信した超音波ビームが広がってしまうと、回折波の強度が低下して欠陥検出特性が低下してしまう虞れがある。   As a non-destructive inspection method for solids that allow both longitudinal and transverse waves to propagate, such as steel, an ultrasonic method (ultrasonic flaw detection method) has been generally used, but at this time, it is transmitted from the ultrasonic probe. If the ultrasonic beam spreads, the intensity of the diffracted wave may be reduced and the defect detection characteristics may be deteriorated.

そこで、この懸念を払拭する方法として、送信用探触子から出射される超音波ビームを集束させて欠陥先端に照射し、且つ受信用探触子による回折波検出領域も集束をさせて、回折波を効率良く検出する方法が従来技術にある(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)。   Therefore, as a method to dispel this concern, the ultrasonic beam emitted from the transmitting probe is focused and irradiated to the tip of the defect, and the diffracted wave detection area by the receiving probe is also focused and diffracted. There is a method for efficiently detecting waves in the prior art (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

この方法は、フェーズドアレー(フェーズドアレイ)方式と呼ばれ、更には電子走査方式又は電子スキャン方式とも呼ばれるもので、例えば圧電素子からなる複数の超音波振動素子をアレー状に配置した探触子、いわゆるアレー(アレイ)探触子を用い、超音波発生の契機となる電気信号を、このアレー探触子の各素子毎に所定の時間だけ遅延させて与え、各素子から発生した超音波に合成波を形成させるようにした超音波探傷法のことである。   This method is called a phased array (phased array) method, and further called an electronic scanning method or an electronic scanning method.For example, a probe in which a plurality of ultrasonic vibration elements made of piezoelectric elements are arranged in an array, Using a so-called array (array) probe, an electrical signal that triggers the generation of ultrasonic waves is delayed for a predetermined time for each element of this array probe, and synthesized with the ultrasonic waves generated from each element. It is an ultrasonic flaw detection method in which waves are formed.

また、このとき、2個のアレー探触子を一定間隔で固定配置し、送信用と受信用に使い分けし、TOFD法(Time of Flight Diffraction:飛行時間回折法)により被検査体内の欠陥を超音波探傷する装置も従来技術として知られている。   In addition, at this time, two array probes are fixedly arranged at regular intervals and used separately for transmission and reception, and the TOFD method (Time of Flight Diffraction) is used to overcome defects in the inspected body. An apparatus for ultrasonic flaw detection is also known as the prior art.

そして、このTOFD法の場合、送信用探触子から被検査体に入射させる超音波の角度(入射角)は通常、45度〜55度で、その超音波に基づく被検査体内の欠陥先端からの回折波を受信用探触子で受信する角度(受信角)も、通常は45度〜55度に設定していた(同じく、特許文献1参照。)。   In the case of this TOFD method, the angle (incident angle) of the ultrasonic wave incident on the inspection object from the transmitting probe is usually 45 to 55 degrees, and from the defect tip in the inspection object based on the ultrasonic wave. The angle at which the diffracted wave is received by the receiving probe (reception angle) is also usually set to 45 to 55 degrees (see also Patent Document 1).

ここで、回折波を効率良く検出しようとした場合、超音波の入射角は45度が効率上好ましいという点が公知である(例えば、特許文献2の第4−5頁、図2参照。)。   Here, when an attempt is made to detect diffracted waves efficiently, it is known that the incident angle of ultrasonic waves is preferably 45 degrees (see, for example, page 4-5 of Patent Document 2 and FIG. 2). .

このTOFD法と、電子走査方式又は電子スキャン方式を用いた従来例もある(例えば、特許文献3の第3−6頁と図1−12、参照。)。   There is also a conventional example using the TOFD method and an electronic scanning method or an electronic scanning method (see, for example, page 3-6 of Patent Document 3 and FIGS. 1-12).

次に、このフェーズドアレー方式の従来技術による超音波探傷装置の一例について、図14により説明すると、ここで、まず、この図14に示した超音波探傷装置は、図示のように、超音波探傷装置本体400と、送受信一体型アレーセンサ14に大別されていて、これらの間は信号ケーブル500により接続されている。   Next, an example of the conventional ultrasonic flaw detection apparatus of this phased array system will be described with reference to FIG. 14. Here, first, the ultrasonic flaw detection apparatus shown in FIG. The apparatus main body 400 and the transmission / reception integrated type array sensor 14 are roughly divided, and a signal cable 500 is connected between them.

そして、まず、送受信一体型センサ14(以下、センサ14と略称する)は、図15と図16に示すように、一方向、例えばW方向に配列された複数の超音波振動素子を配列方向に2分割し、一方を送信振動子列15とし、他方を受信振動子列19としたもので、それらによる探傷面が検査対象物である被探傷面に向かい合うようにして、当該検査対象材料21の表面に載置して使用されるようになっている。   First, as shown in FIGS. 15 and 16, the transmission / reception integrated sensor 14 (hereinafter abbreviated as the sensor 14) includes a plurality of ultrasonic vibration elements arranged in one direction, for example, the W direction, in the arrangement direction. Dividing into two, one is a transmission transducer array 15 and the other is a reception transducer array 19, with the flaw detection surface thereof facing the flaw detection surface that is the inspection target, and the inspection target material 21 It is designed to be mounted on the surface.

ここで、このような、一方向に配列された複数の超音波振動素子を配列方向に2分割し、一方を送信振動子列とし、他方を受信振動子列としたセンサは、2分割型超音波探触子(センサ)と称されている。   Here, such a sensor in which a plurality of ultrasonic transducer elements arranged in one direction is divided into two in the arrangement direction, one as a transmission transducer array and the other as a reception transducer array, It is called an acoustic probe (sensor).

なお、このときの探傷面とは、送信振動子列15から超音波が発生され、受信振動子列19により超音波か受信される面のことである。  The flaw detection surface at this time is a surface on which ultrasonic waves are generated from the transmission transducer array 15 and ultrasonic waves are received by the reception transducer array 19.

ここで、このような、一方向に配列された複数の超音波振動素子を配列方向に2分割し、一方を送信振動子列とし、他方を受信振動子列としたセンサは、2分割型超音波探触子(センサ)と定義されている。   Here, such a sensor in which a plurality of ultrasonic transducer elements arranged in one direction is divided into two in the arrangement direction, one as a transmission transducer array and the other as a reception transducer array, It is defined as an acoustic probe (sensor).

そして、このセンサ14の送信用アレーセンサを構成する送信振動子列15の各振動素子A、B、C、Dから検査対象物である検査対象材料21内に超音波16を送信し、この超音波16に基づいて検査対象材料21内で超音波16が欠陥22の下端で回折して発生した回折波を、受信用アレーセンサを構成する受信振動子列19の各振動素子O、P、Q、Rで受信し、各振動素子が回折波を受信したことにより発生した電気的信号を超音波探傷装置本体400に供給する働きをする。   Then, the ultrasonic wave 16 is transmitted from the vibrating elements A, B, C, and D of the transmission transducer array 15 constituting the transmission array sensor of the sensor 14 into the inspection target material 21 that is the inspection target, The oscillating elements O, P, and Q of the receiving transducer array 19 constituting the receiving array sensor are diffracted waves generated by diffracting the ultrasonic wave 16 at the lower end of the defect 22 in the inspection target material 21 based on the sound wave 16. , R and each vibration element serves to supply an electrical signal generated by receiving the diffracted wave to the ultrasonic flaw detector main body 400.

このように、送信振動子列15の各振動素子A、B、C、Dは、超音波の送信に用いられるので、送信用振動素子と定義でき、受信振動子列19の各振動素子O、P、Q、Rは超音波の受信に用いられるので受信用振動素子と定義できる。   As described above, the vibration elements A, B, C, and D of the transmission transducer array 15 are used for transmission of ultrasonic waves, and thus can be defined as transmission vibration elements. Since P, Q, and R are used for receiving ultrasonic waves, they can be defined as receiving vibration elements.

そして、このセンサ14は、検査対象材料21の表面で、その欠陥22の真上に、中央部(センサ14の中央部)が位置するようにして当該検査対象材料21の表面に載置される。ここで、この図では、送信振動子列15の振動素子Dと受信振動子列19の振動素子Oの間がセンサ14の中央部になっている。   The sensor 14 is placed on the surface of the inspection target material 21 so that the central portion (the central portion of the sensor 14) is positioned directly above the defect 22 on the surface of the inspection target material 21. . Here, in this figure, the center portion of the sensor 14 is between the vibration element D of the transmission transducer array 15 and the vibration element O of the reception transducer array 19.

次に、超音波探傷装置本体400は、図示のように、入力装置1とメモリ2、超音波制御装置3、情報処理装置4、I/O(入出力インターフェース)5、表示装置6、送信超音波振動子制御装置7、受信信号処理装置8、送信側アンプ制御装置9、受信側アンプ制御装置10、送信側アンプ11、それに受信側アンプ12を備えている。   Next, the ultrasonic flaw detector main body 400 includes an input device 1 and a memory 2, an ultrasonic control device 3, an information processing device 4, an I / O (input / output interface) 5, a display device 6, a transmission super device, as shown in the figure. A sound wave oscillator control device 7, a reception signal processing device 8, a transmission side amplifier control device 9, a reception side amplifier control device 10, a transmission side amplifier 11, and a reception side amplifier 12 are provided.

そして、まず、入力装置1から、超音波の送受信バタンを決定するための入力条件をメモリ2に入力する。ここで、この入力条件とは、欠陥を高感度で検出するのに必要な超音波送受信バタンを決定するための条件のことで、メモリ2に入力された後、超音波制御装置3に転送される。   First, an input condition for determining an ultrasonic transmission / reception pattern is input to the memory 2 from the input device 1. Here, the input condition is a condition for determining an ultrasonic transmission / reception pattern necessary for detecting a defect with high sensitivity, and is input to the memory 2 and then transferred to the ultrasonic control device 3. The

そこで、超音波制御装置3は、I/O5を介して、送信振動子列15の各振動素子A、B、C、Dから送信された超音波16が集束点17に集束され、回折波18が受信振動子列19の各振動素子○、P、Q、Rに効率的に受信されるのに必要な超音波制御信号を送信超音波振動子制御装置7と受信信号処理装置8に送信する。   Therefore, in the ultrasonic control device 3, the ultrasonic wave 16 transmitted from each vibration element A, B, C, D of the transmission vibrator array 15 is focused on the focusing point 17 via the I / O 5, and the diffracted wave 18. Transmits an ultrasonic control signal necessary for efficient reception to each vibration element ○, P, Q, R of the reception transducer array 19 to the transmission ultrasonic transducer control device 7 and the reception signal processing device 8. .

このとき、送信超音波振動子制御信号は、送信側アンプ11により増幅され、送信振動子列15の各振動素子A、B、C、Dに供給され、この結果、各振動素子A、B、C、Dから各々球面波からなる超音波16が発生されるが、このとき各球面波の発生に時間差があるため、検査対象材料21の内部にある集束点17の位置に超音波16が集束される。   At this time, the transmission ultrasonic transducer control signal is amplified by the transmission-side amplifier 11 and supplied to each vibration element A, B, C, D of the transmission transducer array 15, and as a result, each vibration element A, B, Ultrasonic waves 16 each consisting of spherical waves are generated from C and D. At this time, since there is a time difference in the generation of each spherical wave, the ultrasonic waves 16 are focused at the position of the focusing point 17 inside the inspection target material 21. Is done.

この図1の場合、超音波16を集束点17に集束させるためには、この集束点17から最も遠い位置にある振動素子Aに最も早く送信信号が入力されるようにしなければならないので、このときの送信超音波振動子制御信号のタイミングは図17に示すようになり、この結果、図18に示すように、時間差をもって順次、超音波が発生されることになる。   In the case of FIG. 1, in order to focus the ultrasonic wave 16 on the focusing point 17, the transmission signal must be input to the vibrating element A located farthest from the focusing point 17. The timing of the transmitted ultrasonic transducer control signal at that time is as shown in FIG. 17, and as a result, as shown in FIG. 18, ultrasonic waves are sequentially generated with a time difference.

このとき、超音波16を集束点17で集束させるのに必要な各振動素子A、B、C、Dに対する遅延時間TtAmn、TtBmn、TtCmn、……、TtDmn は、超音波制御装置3により計算される。   At this time, the delay times TtAmn, TtBmn, TtCmn,..., TtDmn for the vibration elements A, B, C, D necessary for focusing the ultrasonic wave 16 at the focusing point 17 are calculated by the ultrasonic control device 3. The

ここで、いま、集束点17の位置に欠陥端部があったとすると、この場合、超音波が欠陥端部で回折し、回折波18が現れる。そして、この回折波18は受信振動子列19の各振動素子O、P、Q、Rに時間差を持って入射する。   Here, if there is a defect end portion at the position of the focusing point 17, in this case, the ultrasonic wave is diffracted at the defect end portion, and a diffracted wave 18 appears. Then, this diffracted wave 18 is incident on each of the vibration elements O, P, Q, and R of the receiving transducer array 19 with a time difference.

この図14の場合、集束点17に最も近い受信側の振動素子Oに入射する回折波18が時間的に最も早く、集束点17から最も遠い振動素子Rに入射する回折波18が時間的に最も遅れる。   In the case of FIG. 14, the diffracted wave 18 incident on the receiving-side vibrating element O closest to the converging point 17 is temporally earliest, and the diffracted wave 18 incident on the vibrating element R farthest from the converging point 17 temporally. The most late.

こうして、受信振動子列19の各振動素子O、P、Q、Rに回折波18が入射されたとすると、各振動素子○、P、Q、Rから、各々に入射された回折波18の強度に応じたレベルの電気信号が発生され、これが受信側アンプ12により増幅されてから受信信号処理装置8に入力される。   Thus, assuming that the diffracted wave 18 is incident on each of the vibration elements O, P, Q, and R of the receiving transducer array 19, the intensity of the diffracted wave 18 incident on each of the vibration elements ◯, P, Q, and R is measured. An electric signal having a level corresponding to the signal is generated, amplified by the receiving-side amplifier 12, and then input to the received signal processing device 8.

受信信号処理装置8では、受信振動子列19の各振動素子O、P、Q、Rによる受信の集束点17(Fmn)と、受信振動子列19の各振動素子O、P、Q、Rの位置関係(距離関係)により、各超音波受信信号(電気信号)を合成する受信タイミングTrimn を制御した後、各超音波受信信号を加算して1つの超音波受信信号を作成する。   In the received signal processing device 8, the receiving focal point 17 (Fmn) by the vibrating elements O, P, Q, and R of the receiving vibrator array 19 and the vibrating elements O, P, Q, and R of the receiving vibrator array 19 are displayed. After controlling the reception timing Trimn for synthesizing each ultrasonic reception signal (electrical signal) according to the positional relationship (distance relationship), the ultrasonic reception signals are added to create one ultrasonic reception signal.

このときの受信タイミングTrimn は超音波制御装置3により計算され、入力条件により決定された受信の集束点(集束点17(Fmn)と同じ)に、受信振動子列19の各振動素子O、P、Q、Rによる受信の集束点を集束させるのに必要な値に決められる。   The reception timing Trimn at this time is calculated by the ultrasonic control device 3, and the respective vibration elements O, P of the reception transducer array 19 are arranged at the reception focal point (same as the focal point 17 (Fmn)) determined by the input conditions. , Q and R are determined to be values necessary for focusing the reception focusing point.

受信信号処理装置8で作成された超音波受信信号は、I/O5を介して情報処理装置4とメモリ2に転送される。そして、情報処理装置4により、所定の表示形態に応じて処理された上で、I/O5を介して表示装置6に供給され、探傷情報として表示される。   The ultrasonic reception signal created by the reception signal processing device 8 is transferred to the information processing device 4 and the memory 2 via the I / O 5. Then, after being processed by the information processing device 4 according to a predetermined display form, it is supplied to the display device 6 via the I / O 5 and displayed as flaw detection information.

こうして表示装置6に探傷情報として欠陥回折波信号が表示されると、この欠陥回折波信号の存在を根拠にして欠陥の存在を認識することができ、欠陥を検出することができ、更に、超音波を送信した時間と回折波の検出時間、つまり超音波の伝播時間により、欠陥の深さが求められ、欠陥サイジング(欠陥の大きさの計測)を可能にすることができる。   When the defect diffracted wave signal is displayed as flaw detection information on the display device 6 in this way, the presence of the defect can be recognized based on the presence of the defect diffracted wave signal, and the defect can be detected. The depth of the defect is determined based on the transmission time of the sound wave and the detection time of the diffracted wave, that is, the propagation time of the ultrasonic wave, thereby enabling defect sizing (defect size measurement).

ところで、以上に説明した超音波探傷装置の一例では、図14に示されているように、センサ14が検査対象材料21の表面に載置して使用されるようになっているが、これとは別に、例えば原子炉圧力容器の検査など、水中で超音波探傷を実施する場合には、センサを検査対象物の表面から離し、間に水の層が介在した状態で超音波探傷を実行するようにした、いわゆる水ギャップ法超音波探傷が従来技術として知られている。   By the way, in the example of the ultrasonic flaw detector described above, as shown in FIG. 14, the sensor 14 is placed on the surface of the material 21 to be inspected. Separately, when performing ultrasonic flaw detection in water, for example, inspecting a reactor pressure vessel, the ultrasonic flaw detection is performed with the water layer interposed between the sensor and the surface of the inspection object. The so-called water gap method ultrasonic flaw detection is known as the prior art.

そして、この水ギャップ法超音波探傷で使用されるセンサを2分割型超音波センサに適用した場合、超音波が送信振動子列から直接、受信振動子列に伝播してしまうのを抑えるため、送信振動子列と受信振動子列の間に板状遮音部材を設けている(例えば、特許文献4参照。)。   When the sensor used in this water gap method ultrasonic flaw detection is applied to a two-part ultrasonic sensor, in order to suppress the ultrasonic wave from propagating directly from the transmission transducer array to the reception transducer array, A plate-like sound insulation member is provided between the transmission transducer array and the reception transducer array (see, for example, Patent Document 4).

そこで、このような板状遮音部材を設けたセンサの一例について、図19により説明すると、このセンサ14は、送信振動子列15と受信振動子列19を探傷面、つまり超音波が出入りする入出射面となるエボキシ樹脂板101の上に設置し、樹脂102により位置を固定してケーシング100に収容したものである。   Thus, an example of a sensor provided with such a plate-like sound insulation member will be described with reference to FIG. 19. This sensor 14 has a flaw detection surface, that is, an entrance / exit of ultrasonic waves, passing through the transmitting transducer array 15 and the receiving transducer array 19. It is placed on the epoxy resin plate 101 that becomes the exit surface, and the position is fixed by the resin 102 and accommodated in the casing 100.

そして、ケーシング100と樹脂102の間には、例えばコルク材などの遮音材103が充填されているが、ここで、更に送信振動子列15と受信振動子列19の間にも、同じくコルクなど、超音波を反射し難い材料からなる板状遮音部材104を設け、これにより、送信振動子列15と受信振動子列19間の超音波のクロストークを抑え、ノイズの低減と検出感度の向上が図れるようにしている。   The space between the casing 100 and the resin 102 is filled with a sound insulating material 103 such as a cork material. Here, a cork or the like is also provided between the transmission transducer array 15 and the reception transducer array 19. In addition, a plate-like sound insulation member 104 made of a material that hardly reflects ultrasonic waves is provided, thereby suppressing crosstalk of ultrasonic waves between the transmission transducer array 15 and the reception transducer array 19 and reducing noise and improving detection sensitivity. Can be planned.

ここで、このセンサ14を水ギャップ法に適用する場合、板状遮音部材104を探傷面となるエボキシ樹脂板101から所定の長さLだけ突出させ、これにより水ギャップ寸法が規定されると共に、送信振動子列15から発射された超音波が、水ギャップ内で検査対象材料の表面で反射してそのまま受信振動子列19に到達してしまうのを阻止するという、いわゆる表面反射低減板の働きが得られるようにしている。
特開2001−228128号公報 特開2001−228126号公報 特開2002−62281号公報 特開平6−331610号公報
Here, when this sensor 14 is applied to the water gap method, the plate-like sound insulation member 104 is protruded from the epoxy resin plate 101 serving as the flaw detection surface by a predetermined length L, thereby defining the water gap dimension, The function of a so-called surface reflection reducing plate that prevents the ultrasonic waves emitted from the transmission transducer array 15 from being reflected on the surface of the material to be inspected within the water gap and reaching the reception transducer array 19 as it is. Is to be obtained.
JP 2001-228128 A JP 2001-228126 A JP 2002-62281 A JP-A-6-331610

上記従来技術は、2分割型超音波センサを水ギャップ法に適用した場合の水ギャップ寸法の変更に配慮がされておらず、所期の性能発揮の点に問題があった。   The prior art described above is not considered in changing the water gap dimension when the two-divided ultrasonic sensor is applied to the water gap method, and there is a problem in the expected performance.

つまり、上記従来技術では、2分割型超音波センサを水ギャップ法に適用した場合、その水ギャップ寸法が、センサの探傷面から板状遮音部材を突出させた長さ、例えば図19の従来技術によるセンサの場合、長さLで決められてしまうので、水ギャップ寸法が変更できず、所期の性能が発揮できなくなってしまうのである。   That is, in the above prior art, when the two-part ultrasonic sensor is applied to the water gap method, the water gap dimension is the length of the plate-like sound insulation member protruding from the flaw detection surface of the sensor, for example, the prior art in FIG. In the case of the sensor according to (1), since it is determined by the length L, the water gap dimension cannot be changed, and the desired performance cannot be exhibited.

ここで、水ギャップ法の超音波探傷における水ギャップ寸法の変更と、その必要性について説明すると、まず、この水ギャップ法の超音波探傷は、上記したように、原子炉圧力容器の検査に適用されることが多い。そこで、以下、この原子炉圧力容器の検査を例にとって説明する。   Here, the water gap size change and the necessity for water gap ultrasonic inspection will be explained. First, the water gap ultrasonic inspection is applied to the inspection of the reactor pressure vessel as described above. Often done. Therefore, the following description will be made by taking the inspection of the reactor pressure vessel as an example.

ここで、図20は、水ギャップ法超音波探傷装置を原子炉内の炉底部にあるCRD(制御棒駆動機構)ハウジングのスタブチューブ31及び当該原子力圧力容器32の近傍の探傷に適用した場合の一例を示したもので、この場合、センサ14は多関節マニピュレータ33に保持して使用され、このため、スタブチューブ31の先端部35と炉心支持板36により、検査装置の本体部34を圧力容器32の炉底部に固定保持させる。   Here, FIG. 20 shows a case where the water gap method ultrasonic flaw detector is applied to flaw detection in the vicinity of the stub tube 31 of the CRD (control rod drive mechanism) housing at the bottom of the nuclear reactor and the nuclear pressure vessel 32. In this case, the sensor 14 is used while being held by the articulated manipulator 33. For this reason, the main body portion 34 of the inspection apparatus is connected to the pressure vessel by the distal end portion 35 of the stub tube 31 and the core support plate 36. It is fixedly held at the bottom of 32 furnaces.

このとき、センサ14の信号ケーブルや多関節マニピュレータ33の信号ケーブル、動力ケーブル、それに高圧水ホースなどはケーブル及びホース37として一括して束ねられ、検査装置の本体部34から上部の運転/制御場所であるオペレーションフロアーまで延長され、それぞれの制御装置に接続されている。   At this time, the signal cable of the sensor 14, the signal cable of the articulated manipulator 33, the power cable, and the high-pressure water hose are bundled together as a cable and a hose 37. Are extended to the operation floor and connected to each control device.

ここで、マニピュレータ基部38は、上下回転機構39を介して検査装置の本体部34に保持され、これにより、マニピュレータ基部38は、本体部34に対して上下方向R1と回転方向S1に移動可能にされている。   Here, the manipulator base 38 is held by the main body 34 of the inspection apparatus via the vertical rotation mechanism 39, so that the manipulator base 38 can move in the vertical direction R1 and the rotation direction S1 with respect to the main body 34. Has been.

一方、マニピュレータ33は、3個の屈曲間接部40と2個の回転間接部41を備え、その先端にはハンド42が備えられ、これにより、センサ14の把持部43を掴んで保持する。   On the other hand, the manipulator 33 includes three bending indirect portions 40 and two rotation indirect portions 41, and a hand 42 is provided at the tip thereof, thereby gripping and holding the grip portion 43 of the sensor 14.

このとき、センサ14と把持部43の間には、X、Y、Zの3軸に渡って変移可能なコンプライアンス機構44が設置されていて、センサ14がCRDハウジングスタプチューブ31と原子力圧力容器32及びそれらの溶接部などの曲面にスムースに追従して姿勢が変えられるようにしてある。   At this time, between the sensor 14 and the gripping portion 43, a compliance mechanism 44 that can be shifted over three axes of X, Y, and Z is installed, and the sensor 14 is connected to the CRD housing stap tube 31 and the nuclear pressure vessel. The posture can be changed smoothly following the curved surfaces such as 32 and their welds.

しかして、この場合、センサ14の探傷面と被検査対象面の間に間隙が残って、ここに水の層が介在されてしまうのが避けられず、必然的に水ギャップ法超音波探傷を採らざるを得なくなっている。   Therefore, in this case, a gap remains between the flaw detection surface of the sensor 14 and the surface to be inspected, and it is inevitable that a water layer is interposed here, and inevitably water gap method ultrasonic flaw detection is performed. It must be picked.

ところで、この水ギャップ法超音波探傷の場合、その水ギャップの寸法、つまり水の層の厚さが任意に変えられることが望ましいが、これは以下の理由による。   By the way, in the case of this water gap method ultrasonic flaw detection, it is desirable that the dimension of the water gap, that is, the thickness of the water layer is arbitrarily changed, for the following reason.

・欠陥の検出性と識別性の向上
CRDスタブチューブのような形状が複雑な部位の場合、まず超音波の入射方向を精度良く評価・推定することが困難であり、次に溶接金属部内部の音の曲がりに影響を与える組織流れや物性値を精度良く評価・推定することは困難である。
・ Improved defect detectability and discriminability In the case of a complex part such as a CRD stub tube, it is difficult to accurately evaluate and estimate the incident direction of the ultrasonic wave, It is difficult to accurately evaluate and estimate the tissue flow and physical properties that affect the bending of sound.

このため、超音波の電子的な走査と共に、超音波が入射する金属(被検査対象物)表面に対して超音波センサを傾けたり、金属表面からの距離を変え、つまり水ギャップの寸法を変えて、欠陥の先端に超音波を集束・照射できる条件を見出した後、欠陥をサイジングする必要があり、従って、欠陥の検出性と識別性の向上の見地から水ギャップ寸法の変更が必要になるのである。   For this reason, along with electronic scanning of ultrasonic waves, the ultrasonic sensor is tilted with respect to the surface of the metal (inspected object) on which ultrasonic waves are incident, or the distance from the metal surface is changed, that is, the size of the water gap is changed. Therefore, it is necessary to size the defect after finding the condition for focusing and irradiating the ultrasonic wave at the tip of the defect, and therefore, the water gap size needs to be changed from the viewpoint of improving the detectability and distinguishability of the defect. It is.

・表面多重反射エコーと欠陥エコーとの分別
いま、金属表面から欠陥の先端までの距離、つまり欠陥深さをLm[m]とし、超音波センサから金属表面までの距離、つまり水ギャップをLw[m]として探傷したとすると、超音波の伝播時間Ttotal[s]は次の(1)式で表わされる。
・ Difference between surface multiple reflection echo and defect echo Now, the distance from the metal surface to the tip of the defect, that is, the defect depth is Lm [m], and the distance from the ultrasonic sensor to the metal surface, that is, the water gap is Lw [ m], the ultrasonic propagation time Ttotal [s] is expressed by the following equation (1).

Ttotal =Tw+Tm
=2Lw/Vw+2Lm/Vm …………(1)
Ttotal:センサから超音波が出射してから欠陥先端エコーがセンサ
に入射するまでの時間[s]
Tw:超音波が水中を伝播する時間[s]
Tm:超音波が金属中を伝播する時間[s]
Lw:水ギャップ[m]
Lm:欠陥深さ[m]
Vw:水中での音速[m/s]
Vm:被検査対象となっている金属中での音速[m/s]
これに対して、超音波センサと金属表面間で起こる超音波の多重反エコーの伝播時間Tr は次の(2)式で表わされる。
Ttotal = Tw + Tm
= 2Lw / Vw + 2Lm / Vm (1)
Ttotal: Defect tip echo is detected after ultrasonic wave is emitted from the sensor
Time until incident on [s]
Tw: Time for ultrasonic waves to propagate in water [s]
Tm: Time for ultrasonic wave to propagate through metal [s]
Lw: Water gap [m]
Lm: Defect depth [m]
Vw: Speed of sound in water [m / s]
Vm: Speed of sound in metal subject to inspection [m / s]
On the other hand, the propagation time Tr of the multiple anti-echo of ultrasonic waves occurring between the ultrasonic sensor and the metal surface is expressed by the following equation (2).

Tr =n・Tw …………(2)
n:正の整数
そこで、いま、例えば、欠陥深さLm =20[mm]、水ギャップLw =5[mm]で探傷し、水中での音速Vw =1500[m/s]、それに金属中での音速Vm=6000[m/s]とすると、超音波の伝播時間Ttotal は6.67[μs]となる。
Tr = n · Tw (2)
n: positive integer Therefore, for example, flaw detection is performed at a defect depth Lm = 20 [mm], a water gap Lw = 5 [mm], and a sound velocity Vw = 1500 [m / s] in water, and in a metal. If the sound velocity Vm is 6000 [m / s], the propagation time Ttotal of the ultrasonic wave is 6.67 [μs].

このとき、表面多重反射エコーの伝播時間Tr は、n=1のとき、3.33[μs]、n=2では6.67[μs]、n=3では10.00[μs]、……となり、この場合、たとえ僅かな表面多重反射エコーが発生したとしても、欠陥を表わす信号である超音波の伝播時間Ttotal と多重反エコーの伝播時間Tr が一致してしまい(Ttotal=Tr=6.67[μs])、そのままでは、欠陥信号を見落としてしまうことになる。   At this time, the propagation time Tr of the surface multiple reflection echo is 3.33 [μs] when n = 1, 6.67 [μs] when n = 2, 10.00 [μs] when n = 3,... In this case, even if a slight surface multiple reflection echo is generated, the propagation time Ttotal of the ultrasonic wave, which is a signal representing the defect, coincides with the propagation time Tr of the multiple anti-echo (Ttotal = Tr = 6. 67 [μs]), the defect signal will be overlooked.

一方、上記と同じ条件で水ギャップLw だけを変え、例えば水ギャップLw =10[mm]にして探傷してみると、超音波の伝播時間Ttotal は10.00[μs]、n=1のとき表面多重反射エコーの伝播時間Tr は6.67[μs]]、n=2では13.33[μs]、n=3では20.00[μs]、……となるので、欠陥を表わす信号である超音波の伝播時間Ttotal と表面多重反射エコーの伝播時間Tr を異なったものにでき、欠陥信号が認識できるようになる。   On the other hand, if only the water gap Lw is changed under the same conditions as described above, for example, when flaw detection is performed with the water gap Lw = 10 [mm], the ultrasonic wave propagation time Ttotal is 10.00 [μs], and n = 1. The propagation time Tr of the surface multiple reflection echo is 6.67 [μs]], 13.33 [μs] when n = 2, 20.00 [μs] when n = 3, and so on. The propagation time Ttotal of a certain ultrasonic wave and the propagation time Tr of the surface multiple reflection echo can be made different so that a defect signal can be recognized.

そこで、この場合には、水ギャップLw を変えて、欠陥信号の見落しを防止する必要があり、従って、表面多重反射エコーと欠陥エコーの分別の見地からも水ギャップ寸法の変更が必要になるのである。   Therefore, in this case, it is necessary to change the water gap Lw to prevent the defect signal from being overlooked. Therefore, it is necessary to change the size of the water gap from the viewpoint of separating the surface multiple reflection echo from the defect echo. It is.

本発明の目的は、水ギャップ探傷に適用して所期の性能が発揮できるようにした2分割型の超音波センサを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a two-divided ultrasonic sensor that can be applied to water flaw detection so that desired performance can be exhibited.

このとき、本発明の基本的な考え方は、送信振動子列と受信振動子列の間に板状遮音部材を備えた水ギャップ探傷用超音波センサにおいて、前記板状遮音部材を、前記送信振動子列と前記受信振動子列の探傷面に対して垂直な方向に移動可能な状態で、前記送信振動子列と前記受信振動子列の間に保持させる点にある
At this time, the basic idea of the present invention is that in the ultrasonic sensor for water gap flaw detection provided with a plate-like sound insulation member between the transmission transducer row and the reception transducer row, the plate-like sound insulation member is connected to the transmission vibration. The point is that the element is held between the transmission transducer array and the reception transducer array while being movable in a direction perpendicular to the flaw detection surface of the slave array and the reception transducer array.

従って、上記目的は、送信振動子列と受信振動子列の間に板状遮音部材を備えた水ギャップ探傷用超音波センサにおいて、前記板状遮音部材が前記送信振動子列と前記受信振動子列の探傷面に対して垂直な方向に延び幅方向に並んで配列された複数の細条部材で構成され、これら複数の細条部材が各々独立に、各々の先端が前記探傷面から外部に露出する方向に弾性保持されるようにして達成される。
Accordingly, the object is to provide a water gap flaw detection ultrasonic sensor having a plate-like sound insulation member between a transmission transducer row and a reception transducer row, wherein the plate-like sound insulation member is the transmission transducer row and the reception transducer. It is composed of a plurality of strip members extending in a direction perpendicular to the flaw detection surface in a row and arranged in the width direction, and each of the plurality of strip members is independent of each other, and each tip is external to the flaw detection surface. This is achieved by being elastically held in the direction of exposure .

更にこのとき、前記板状遮音部材は、先端に切欠きが備えられているようにしても、同じく上記目的が達成される。   Further, at this time, even if the plate-like sound insulating member is provided with a notch at the tip, the above-mentioned object is achieved.

本発明によれば、板状遮音部材の先端をCRDスタブチューブやシュラウドサポートのような複雑な形状をした部位に対しても容易に追従させ、接触させることができるので、表面反射波の抑制が抑制でき、2分割型超音波センサを水ギャップ法に適用して所期の性能を任意に発揮させることができる。   According to the present invention, the front end of the plate-like sound insulation member can be easily followed and brought into contact with a complicated shape such as a CRD stub tube or a shroud support. The two-part ultrasonic sensor can be applied to the water gap method and desired performance can be exhibited arbitrarily.

以下、本発明による超音波センサについて、図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, an ultrasonic sensor according to the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.

まず、図1は本発明の一実施形態である超音波センサ140を示したものであり、図2は、図1に示した超音波センサ140の詳細を示したもので、同図(a)は図1の正面から見た断面図で、同図(b)は、同じく側面図である。   First, FIG. 1 shows an ultrasonic sensor 140 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows details of the ultrasonic sensor 140 shown in FIG. 1 is a cross-sectional view as seen from the front of FIG. 1, and FIG.

そして、この超音波センサ140は、送信振動子列150と受信振動子列190を備えることにより2分割型のアレイセンサを構成し、これら送信振動子列150と受信振動子列190の間に表面反射低減板としても働く板状遮音部材154を設けることにより、水ギャップ法探傷用のセンサに適用できるようにしたものである。   The ultrasonic sensor 140 includes a transmission transducer array 150 and a reception transducer array 190 to form a two-divided array sensor, and a surface between the transmission transducer array 150 and the reception transducer array 190. By providing a plate-like sound insulation member 154 that also functions as a reflection reducing plate, it can be applied to a sensor for water gap method flaw detection.

ここで、送信振動子列150は、図19で説明した従来技術の超音波センサ14における送信振動子列15に相当し、受信振動子列190は、同じく図19の従来技術における受信振動子列19に相当したものであり、従って、詳しい説明は省略する。   Here, the transmission transducer array 150 corresponds to the transmission transducer array 15 in the conventional ultrasonic sensor 14 described with reference to FIG. 19, and the reception transducer array 190 is also the reception transducer array in the prior art of FIG. Therefore, detailed description thereof is omitted.

一方、板状遮音部材154は、同じく図19の従来技術における板状遮音部材104に相当したものであるが、但し、この実施形態では、図19の従来技術の場合のように、送信振動子列150と受信振動子列190の間に固定されているのではなく、可動可能に保持されている。   On the other hand, the plate-like sound insulation member 154 similarly corresponds to the plate-like sound insulation member 104 in the prior art of FIG. 19, but in this embodiment, as in the case of the prior art of FIG. It is not fixed between the row 150 and the receiving transducer row 190 but is held movably.

すなわち、この板状遮音部材154は、送信振動子列150と受信振動子列190の探傷面1501、1901に対して垂直な方向、つまり、これらの図では、矢印Aで示す方向に移動可能に、送信振動子列150と受信振動子列190に対して保持されているものである。   That is, the plate-like sound insulation member 154 is movable in a direction perpendicular to the flaw detection surfaces 1501 and 1901 of the transmission transducer array 150 and the reception transducer array 190, that is, in the direction indicated by the arrow A in these drawings. The transmission transducer array 150 and the reception transducer array 190 are held.

このため、送信振動子列150と受信振動子列190の間にはスペーサ部材200、201が挿入してあり、これにより、送信振動子列150と受信振動子列190の間に空間が形成され、この中に板状遮音部材154が収容され、移動できるように保持されるようになっている。   For this reason, spacer members 200 and 201 are inserted between the transmission transducer array 150 and the reception transducer array 190, thereby forming a space between the transmission transducer array 150 and the reception transducer array 190. The plate-like sound insulation member 154 is accommodated therein and held so as to be movable.

ここで、この板状遮音部材154の一方の端部、つまり送信振動子列150と受信振動子列190の探傷面1501、1901から外部に露出されている方の端部1541とは反対側の端部には、T字形の頂部1542が形成してある。   Here, one end portion of the plate-like sound insulating member 154, that is, the end portion 1541 on the opposite side to the end portion 1541 exposed to the outside from the flaw detection surfaces 1501 and 1901 of the transmitting transducer array 150 and the receiving transducer array 190 is provided. A T-shaped top 1542 is formed at the end.

そして、この頂部1542を内部に収容した形で、送信振動子列150と受信振動子列190の探傷面1501、1901とは反対側の端面にケース部210が取付けられていて、この中に頂部1542を押すようにしてコイルスプリングからなるバネ300が設けられている。   The case portion 210 is attached to the end surface of the transmitting transducer array 150 and the receiving transducer array 190 opposite to the flaw detection surfaces 1501 and 1901 in a form in which the top portion 1542 is accommodated therein. A spring 300 made of a coil spring is provided so as to push 1542.

このとき、バネ300は、図示の状態では、本来の長さ、つまり自由な状態のときの長さから所定の長さに縮ませた状態になるようにして、板状遮音部材154の頂部1542とケース部210の間に挿入されている。   At this time, in the illustrated state, the spring 300 is contracted to a predetermined length from the original length, that is, the length in the free state, so that the top portion 1542 of the plate-like sound insulating member 154 is obtained. And the case portion 210.

そして、これにより、板状遮音部材154の端部1541を押すと、板状遮音部材154は、その端部1541が送信振動子列150と受信振動子列190の探傷面1501、1901から内部に入り込む方向に移動されることができるようになり、このときの反力、つまり板状遮音部材154を押し込むのに必要な力は、バネ300に所望のバネ定数を持たせることにより、任意の強さにすることができる。   Thus, when the end portion 1541 of the plate-like sound insulation member 154 is pressed, the end portion 1541 of the plate-like sound insulation member 154 moves from the flaw detection surfaces 1501 and 1901 of the transmission transducer array 150 and the reception transducer array 190 to the inside. The reaction force at this time, that is, the force necessary to push in the plate-like sound insulation member 154 can be set to an arbitrary strength by giving the spring 300 a desired spring constant. Can be

次に、この超音波センサ140による探傷動作について、図3により説明する。ここで、この図3は、検査対象材料21の検査に超音波センサ140を用い、当該検査対象材料21に存在する欠陥22の深さ測定や欠陥サイジングを水ギャップ法により行なうときの状態を示したものである。   Next, the flaw detection operation by the ultrasonic sensor 140 will be described with reference to FIG. Here, FIG. 3 shows a state in which the ultrasonic sensor 140 is used to inspect the inspection target material 21, and the depth measurement and defect sizing of the defect 22 existing in the inspection target material 21 are performed by the water gap method. It is a thing.

この場合、超音波センサ140は、例えば図20で説明した多関節マニピュレータ33のハンド42に把持部43(図1)を掴ませて保持し、これにより、検査対象材料21の所望の表面の近傍に位置決めできるようにする。このときコンプライアンス機構44(図20)は使用しない。   In this case, the ultrasonic sensor 140 grips and holds the grip portion 43 (FIG. 1) on the hand 42 of the articulated manipulator 33 described with reference to FIG. 20, for example, so that the vicinity of the desired surface of the inspection target material 21 is obtained. To be able to position. At this time, the compliance mechanism 44 (FIG. 20) is not used.

そして、この超音波センサ140は、水ギャップ寸法Gをもって検査対象材料21の所望の表面の近傍に位置決めされ、且つ、板状遮音部材154の端部1541が検査対象材料21の表面に接触している状態にして超音波探傷を行ない、水ギャップ法による超音波探傷が得られるようにしている。   The ultrasonic sensor 140 is positioned in the vicinity of the desired surface of the inspection target material 21 with the water gap dimension G, and the end 1541 of the plate-like sound insulating member 154 contacts the surface of the inspection target material 21. In this state, ultrasonic flaw detection is performed to obtain ultrasonic flaw detection by the water gap method.

このとき、上述したように、欠陥の検出性と識別性の向上の見地や表面多重反射エコーと欠陥エコーの分別の見地から、水ギャップ寸法Gを変えて探傷を行なう必要がある。   At this time, as described above, it is necessary to perform flaw detection by changing the water gap dimension G from the viewpoint of improving defect detectability and discriminability and from the viewpoint of separating the surface multiple reflection echo from the defect echo.

そこで、この場合は、位置決めした後、更に超音波センサ140を矢印S方向に動かすことになるが、このとき超音波センサ140では、その板状遮音部材154が矢印A方向に移動可能になっていて、しかもバネ300により弾性をもって押されている。   Therefore, in this case, after positioning, the ultrasonic sensor 140 is further moved in the arrow S direction. At this time, in the ultrasonic sensor 140, the plate-like sound insulation member 154 is movable in the arrow A direction. In addition, the spring 300 is pressed with elasticity.

このため、超音波センサ140を矢印S方向に動かしても、板状遮音部材154の端部1541が検査対象材料21の表面から離れてしまうことはなく、常に接触した状態に維持させることができる。   For this reason, even if the ultrasonic sensor 140 is moved in the arrow S direction, the end 1541 of the plate-like sound insulation member 154 is not separated from the surface of the inspection target material 21, and can always be kept in contact. .

但し、このためには、水ギャップ寸法Gの最大値が板状遮音部材154の移動ストローク未満に収まっていることが条件になるので、超音波センサ140を用いて水ギャップ法により超音波探傷を行なう際は、板状遮音部材154の移動ストロークを越えない範囲で水ギャップ寸法Gの変更を行なうようにする必要がある。   However, this requires that the maximum value of the water gap dimension G is within the moving stroke of the plate-like sound insulation member 154, so that ultrasonic flaw detection is performed by the water gap method using the ultrasonic sensor 140. When performing, it is necessary to change the water gap dimension G within a range not exceeding the moving stroke of the plate-like sound insulating member 154.

ここで、この板状遮音部材154の移動ストロークとは、この板状遮音部材154の移動が可能な長さのことであり、これは、超音波センサ140の設計事項として、所望の範囲で任意に決めることができる。   Here, the movement stroke of the plate-like sound insulation member 154 is a length that allows the plate-like sound insulation member 154 to move. This is an arbitrary design range of the ultrasonic sensor 140 within a desired range. Can be decided.

従って、この超音波センサ140によれば、水ギャップ法に適用して水ギャップ寸法を変えても、そのままで板状遮音部材154の端部1541が検査対象材料21の表面に接触した状態を維持させることができ、この結果、板状遮音部材154の機能が損なわれてしまう虞れがなく、2分割型超音波センサを水ギャップ法に適用したことによる性能を充分に発揮させることができる。   Therefore, according to the ultrasonic sensor 140, even if the water gap size is changed by applying to the water gap method, the state where the end portion 1541 of the plate-like sound insulating member 154 is in contact with the surface of the inspection target material 21 is maintained. As a result, there is no possibility that the function of the plate-like sound insulation member 154 is impaired, and the performance obtained by applying the two-part ultrasonic sensor to the water gap method can be sufficiently exhibited.

次に、本発明の他の実施形態について説明すると、まず、図4は、板状遮音部材154の移動にエアーシリンダ310を用いた場合の一実施形態で、このエアーシリンダ310は、図示のように、板状遮音部材154の頂部1542とケース部210の間に挿入されている。   Next, another embodiment of the present invention will be described. First, FIG. 4 shows an embodiment in which the air cylinder 310 is used to move the plate-like sound insulating member 154. The air cylinder 310 is shown in the drawing. The plate-like sound insulation member 154 is inserted between the top 1542 and the case part 210.

そこで、このエアーシリンダ310を、水ギャップ法により超音波探傷を行なう際、例えば水ギャップ寸法を変えたとき、必要に応じて適宜作動させてやれば、板状遮音部材154の頂部1542が押され、その端部1541が、水ギャップ寸法の変更に関わらず、検査対象材料21の表面に接触した状態を維持させることができる。   Therefore, when performing ultrasonic flaw detection by the water gap method, for example, when the water gap dimension is changed, if the air cylinder 310 is appropriately operated as necessary, the top portion 1542 of the plate-like sound insulation member 154 is pushed. The end 1541 can be kept in contact with the surface of the material 21 to be inspected regardless of the change in the water gap size.

従って、この図4の実施形態によっても、板状遮音部材154の機能が損なわれてしまう虞れを無くすことができ、2分割型超音波センサを水ギャップ法に適用したことによる性能を充分に発揮させることができる。   Therefore, the embodiment of FIG. 4 can also eliminate the possibility that the function of the plate-like sound insulation member 154 is impaired, and the performance obtained by applying the two-part ultrasonic sensor to the water gap method is sufficiently high. It can be demonstrated.

ここで、この図4では、エアーシリンダ310の可動部が、板状遮音部材154の頂部1542とは独立しているが、本発明の実施形態としては、これらを結合させ、エアーシリンダ310の可動部と板状遮音部材154を一体化してもよい。   Here, in FIG. 4, the movable portion of the air cylinder 310 is independent of the top portion 1542 of the plate-like sound insulation member 154. However, in the embodiment of the present invention, these are combined to move the air cylinder 310. The plate-like sound insulation member 154 may be integrated.

ところで、以上の実施形態の説明では、板状遮音部材154の端部1541の平面形状については、特に触れなかったが、これは、図5に示すように、平らな直線からなる方形にするのが一般的である。   By the way, in the description of the above embodiment, the planar shape of the end portion 1541 of the plate-like sound insulating member 154 has not been particularly mentioned. However, as shown in FIG. Is common.

ここで、この図5において、同図(a)は超音波センサ140の側面図で、同図(b)は正面図、そして同図(c)は検査対象材料21の表面に位置決めした状態を示した図であり、この場合、端部1541が直線状になっていても検査対象材料21の表面に接触させることができるので、特に問題は無い。   5A is a side view of the ultrasonic sensor 140, FIG. 5B is a front view, and FIG. 5C is a state where the ultrasonic sensor 140 is positioned on the surface of the material 21 to be inspected. In this case, there is no particular problem because the end 1541 can be brought into contact with the surface of the material 21 to be inspected even if it is linear.

一方、図6は、板状遮音部材154の端部1541を円弧状にし、平面形状を半円形にした場合の一実施形態で、ここでも、同図(a)は超音波センサ140を側面図で、同図(b)は正面図、そして同図(c)は検査対象材料21の表面に位置決めした状態を示した図である。   On the other hand, FIG. 6 shows an embodiment in which the end 1541 of the plate-like sound insulation member 154 has an arc shape and the planar shape is a semicircular shape. Here, FIG. 6A is a side view of the ultrasonic sensor 140. FIG. 4B is a front view, and FIG. 4C is a diagram showing a state where the surface is positioned on the surface of the inspection target material 21. FIG.

そして、この図6の場合、同図(c)に示すように、検査対象材料21の表面で円弧状になっている方向に沿って板状遮音部材154の端部1541を接触させ、超音波探傷を行なう場合に好適な実施形態を示したものであり、このとき、端部1541が円弧状になっているので、検査対象材料21の表面が円弧状になっていても、あまり隙間を残さないで接触させることができる。   In the case of FIG. 6, as shown in FIG. 6C, the end 1541 of the plate-like sound insulation member 154 is brought into contact with the surface of the inspection target material 21 along the arcuate direction, and the ultrasonic wave A preferred embodiment is shown when flaw detection is performed. At this time, since the end portion 1541 has an arc shape, even if the surface of the material 21 to be inspected has an arc shape, there is not much gap left. Can be contacted without.

次に、図7も本発明の一実施形態で、同図(a)は正面から見た断面図で、同図(b)は、同じく側面図であり、そして、この実施形態による超音波センサ140は、板状遮音部材154を、縦方向に延び幅方向に並んで配列さた複数の細条部材154A〜154Hで構成し、それぞれにコイルスプリングからなるバネ300A〜300Hを設けたものである。   Next, FIG. 7 is also an embodiment of the present invention, FIG. 7 (a) is a cross-sectional view seen from the front, FIG. 7 (b) is also a side view, and the ultrasonic sensor according to this embodiment Reference numeral 140 denotes a plate-like sound insulation member 154 that is composed of a plurality of strip members 154A to 154H extending in the vertical direction and arranged in the width direction, and provided with springs 300A to 300H made of coil springs, respectively. .

そして、これにより、複数の細条部材154A〜154Hが各々独立に移動可能に保持されていて、しかも各々の先端1541A〜1541Hが探傷面から外部に露出する方向に弾性保持されているようにしたものである。   As a result, the plurality of strip members 154A to 154H are held so as to be independently movable, and the respective tips 1541A to 1541H are elastically held in the direction exposed to the outside from the flaw detection surface. Is.

そこで、この図7の実施形態による超音波センサ140の場合、検査対象材料21(図示してない)の表面に位置決めし、細条部材154A〜154Hの先端1541A〜1541Hを当該表面に接触させたとき、当該表面の形状に応じて細条部材154A〜154Hが個々に異なった位置まで押し込まれるようになる。   Therefore, in the case of the ultrasonic sensor 140 according to the embodiment of FIG. 7, the ultrasonic sensor 140 is positioned on the surface of the inspection target material 21 (not shown), and the tips 1541A to 1541H of the strip members 154A to 154H are brought into contact with the surface. At this time, the strip members 154A to 154H are pushed into different positions depending on the shape of the surface.

従って、この図7の実施形態によれば、検査対象材料21の表面がかなり複雑な曲面になってたとしても、細条部材154A〜154Hの先端1541A〜1541Hを個々に全て接触させることができ、2分割型超音波センサを水ギャップ法に適用したことによる性能を充分に発揮させることができる。   Therefore, according to the embodiment shown in FIG. 7, even if the surface of the material 21 to be inspected has a considerably complicated curved surface, the tips 1541A to 1541H of the strip members 154A to 154H can all be brought into contact with each other individually. The performance obtained by applying the two-divided ultrasonic sensor to the water gap method can be exhibited sufficiently.

ここで、以上の実施形態における板状遮音部材154の詳細について説明すると、これは、超音波を反射し難い材料で構成することが必要であり、このため、まず、図8(a)は、板状遮音部材154自体を、テフロン(登録商標)、コルク、天然ゴム、合成ゴム、多孔質材(発泡樹脂材、多孔性セラミックス)などの吸音材で構成した場合の一実施形態である。   Here, the details of the plate-like sound insulation member 154 in the above embodiment will be described. It is necessary to configure the material with a material that hardly reflects ultrasonic waves. For this reason, first, FIG. This is an embodiment in which the plate-like sound insulation member 154 itself is made of a sound absorbing material such as Teflon (registered trademark), cork, natural rubber, synthetic rubber, porous material (foamed resin material, porous ceramics).

次に図8(b)は、アルミニウムなどの金属材の本体154Aの表面に、テフロン(登録商標)、コルク、天然ゴム、合成ゴム、多孔質材(発泡樹脂材、多孔性セラミックス)などをコーティングして、吸音層154Bを形成させ、板状遮音部材154を構成した場合の一実施形態である。   Next, in FIG. 8B, the surface of the main body 154A of a metal material such as aluminum is coated with Teflon (registered trademark), cork, natural rubber, synthetic rubber, porous material (foamed resin material, porous ceramics), etc. In this embodiment, the sound absorbing layer 154B is formed and the plate-like sound insulating member 154 is configured.

ところで、この板状遮音部材154は、図3で説明したように、検査対象材料21の表面に接触させて使用される場合が多く、この場合、更に超音波センサ140が動いたとすると、検査対象材料21の表面で板状遮音部材154の端部1541が摺動されることがある。   By the way, the plate-like sound insulation member 154 is often used in contact with the surface of the inspection object material 21 as described with reference to FIG. 3, and in this case, if the ultrasonic sensor 140 further moves, the inspection object The end 1541 of the plate-like sound insulation member 154 may slide on the surface of the material 21.

そこで、図9(a)の実施形態では、板状遮音部材154の端部1541に金属やテフロン(登録商標)などの突起1541A、1541Bを設け、検査対象材料21の表面で滑らかに摺動するようにしたものである。   Therefore, in the embodiment of FIG. 9A, protrusions 1541A and 1541B such as metal and Teflon (registered trademark) are provided on the end 1541 of the plate-like sound insulation member 154, and smoothly slide on the surface of the inspection target material 21. It is what I did.

次に、図9(b)、(c)の実施形態では、板状遮音部材154の端部1541に金属やテフロン(登録商標)などのローラ1541C、1541Dを設け、検査対象材料21の表面で転動し、滑らかに移動できるようにしたものであり、ここで、図9(b)はローラ1541C、1541Dを板状遮音部材154の一方の面に設けた場合で、図9(c)はローラ1541C、1541Dを板状遮音部材154の両側面に設けた場合である。   Next, in the embodiment of FIGS. 9B and 9C, rollers 1541C and 1541D such as metal and Teflon (registered trademark) are provided on the end 1541 of the plate-like sound insulation member 154, and the surface of the material 21 to be inspected is provided. 9 (b) is a case where rollers 1541C and 1541D are provided on one surface of the plate-like sound insulation member 154, and FIG. 9 (c) This is a case where the rollers 1541C and 1541D are provided on both side surfaces of the plate-like sound insulation member 154.

次に、図10と図11は、本発明の更に別の一実施形態による超音波センサ140を示したもので、この場合、板状遮音部材154の端部1541に切欠き1542を形成したものであり、ここで、図10の実施形態は、図5の実施形態に切欠き1542を設けたもので、図11の実施形態は、図6の実施形態に切欠き1542を設けたものである。   Next, FIGS. 10 and 11 show an ultrasonic sensor 140 according to still another embodiment of the present invention. In this case, a notch 1542 is formed at the end 1541 of the plate-like sound insulating member 154. FIG. Here, the embodiment of FIG. 10 is provided with a notch 1542 in the embodiment of FIG. 5, and the embodiment of FIG. 11 is provided with a notch 1542 in the embodiment of FIG. 6. .

ところで、以上の実施形態において、超音波センサ140に設けられている板状遮音部材154の機能は、送信振動子列15から発射された超音波が、水ギャップ内で検査対象材料21の表面で反射してそのまま受信振動子列19に到達してしまうのを阻止することにあり、この観点からすれば、図10と図11の実施形態は、一見、矛盾しているように思われる。   By the way, in the above embodiment, the function of the plate-like sound insulation member 154 provided in the ultrasonic sensor 140 is that the ultrasonic waves emitted from the transmission transducer array 15 are on the surface of the inspection target material 21 in the water gap. From this point of view, the embodiments shown in FIGS. 10 and 11 seem to be contradictory to prevent reflection and reaching the receiving transducer array 19 as they are.

しかし、このとき切欠き1542の大きさを適宜設定し、送信振動子列15から切欠き1542を通って受信振動子列19に到達してしまう超音波の強度を制御してやれば、たとえ超音波を漏洩させたとしても、本来の超音波探傷のための反射波の検出にはほとんど影響が現れないようにすることができる。   However, at this time, if the size of the notch 1542 is appropriately set and the intensity of the ultrasonic wave that reaches the receiving transducer array 19 from the transmitting transducer array 15 through the notch 1542 is controlled, the ultrasonic wave is not generated. Even if it is leaked, it can be made to have little influence on the detection of the reflected wave for the original ultrasonic flaw detection.

しかも、このように切欠き1542を設け、強度が制御された状態で故意に超音波を漏洩させた場合、欠陥22の深さサイジングの精度を更に上げることができる。   In addition, when the notch 1542 is provided in this way and the ultrasonic wave is intentionally leaked in a state where the intensity is controlled, the accuracy of the depth sizing of the defect 22 can be further increased.

そこで、これら図10と図11の実施形態では、板状遮音部材154に切欠き1542を設けたものであり、以下、これら図10と図11の超音波センサ140による超音波探傷について、図12により説明する。   Therefore, in the embodiments of FIGS. 10 and 11, the plate-like sound insulating member 154 is provided with a notch 1542. Hereinafter, ultrasonic flaw detection by the ultrasonic sensor 140 of FIGS. 10 and 11 will be described with reference to FIG. Will be described.

ここで、まず、この図12は、超音波探傷におけるモニタの画像、いわゆるエコー画像を示したもので、このとき、図12の(a)は板状遮音部材154を設けていない場合で、同図(b)は板状遮音部材154を設け、超音波の漏洩をほぼ遮断した場合、そして、同図(c)は、図10と図11に示すように、板状遮音部材154の端部1541に切欠き1542を形成した場合である。   Here, FIG. 12 shows an image of a monitor in ultrasonic flaw detection, a so-called echo image. FIG. 12A shows a case where the plate-like sound insulation member 154 is not provided. FIG. 5B shows a case where a plate-like sound insulation member 154 is provided to substantially block leakage of ultrasonic waves. FIG. 10C shows an end portion of the plate-like sound insulation member 154 as shown in FIGS. This is a case where a notch 1542 is formed in 1541.

そして、まず、図12(a)の板状遮音部材154を設けていない場合は、検査対象材料21の表面で反射した強いエコーが「表面反射」として現われてしまう。そして、これが本来の超音波探傷のための反射波に重畳されてしまうため、ほとんど探傷結果が識別できなくなっていることが判る。   First, when the plate-like sound insulation member 154 shown in FIG. 12A is not provided, a strong echo reflected on the surface of the inspection target material 21 appears as “surface reflection”. Then, since this is superimposed on the reflected wave for the original ultrasonic flaw detection, it can be seen that the flaw detection result is hardly discernable.

次に、図12(b)の板状遮音部材154を設け、超音波の漏洩をほぼ遮断した場合は、表面反射によるエコーが現われないので、欠陥によるエコーが「先端」と「底面」として明瞭に表示されており、従って、板状遮音部材154により高い表面反射遮断機能が得られることが判る。   Next, when the plate-like sound insulation member 154 shown in FIG. 12B is provided and the leakage of the ultrasonic wave is almost blocked, the echo due to the surface reflection does not appear, so the echo due to the defect is clearly indicated as “tip” and “bottom”. Therefore, it can be seen that the plate-like sound insulating member 154 can provide a high surface reflection blocking function.

そこで、今度は、図12(c)の切欠き1542を形成した場合についてみると、この場合も、欠陥によるエコーが「先端」と「底面」として明瞭に表示されているが、このとき、更に「表面」として別のエコーが表示されていることが判る。   Therefore, this time, in the case where the notch 1542 of FIG. 12C is formed, the echo due to the defect is clearly displayed as the “tip” and the “bottom surface” in this case as well. It can be seen that another echo is displayed as “surface”.

そして、この「表面」として表示されるエコーは、検査対象材料21の表面で反射し、切欠き1542を通って検出された超音波によるものであるから、文字通り検査対象材料21の表面が表示されたものであり、従って、この「表面」と「先端」の間の距離は、このとき検出された欠陥の深さに正確に対応したものになる。   The echo displayed as the “surface” is reflected by the surface of the inspection object material 21 and is detected by the ultrasonic wave detected through the notch 1542. Therefore, the surface of the inspection object material 21 is literally displayed. Therefore, the distance between the “surface” and the “tip” accurately corresponds to the depth of the defect detected at this time.

ここで、図12(b)の場合と比較してみると、ここでも確かに欠陥によるエコーが「先端」と「底面」として明瞭に表示されているが、しかし、これだけでは、それらの深さは直ちには判らず、別途、所定の較正(キャリブレーション:目盛り合わせ)処理が必要である。   Here, when compared with the case of FIG. 12 (b), the echoes due to the defects are clearly displayed here as the “tip” and “bottom”, but only by this, their depth It is not immediately known, and a predetermined calibration (calibration: calibration) is required separately.

一方、図12(c)の場合は、上記したように、エコー画像から直ちに、しかも精度良く欠陥の深さが求められることになり、従って、図10と図11の実施形態によれば、欠陥の深さサイジングの精度を更に上げることができるのである。   On the other hand, in the case of FIG. 12 (c), as described above, the depth of the defect is obtained immediately and accurately from the echo image. Therefore, according to the embodiment of FIGS. The accuracy of depth sizing can be further increased.

次に、図13は、本発明の更に別の一実施形態で、この超音波センサ150は、板状遮音部材として、例えばゴムなどの伸縮可能な材料からなる板状遮音部材1540を用い、その先端に、例えば金属、テフロン(登録商標)などの硬い材料からなるチップを設けたものである。   Next, FIG. 13 shows still another embodiment of the present invention. This ultrasonic sensor 150 uses a plate-like sound insulation member 1540 made of a stretchable material such as rubber as the plate-like sound insulation member. For example, a tip made of a hard material such as metal or Teflon (registered trademark) is provided at the tip.

そして、まず、ゴム(天然ゴム及び合成ゴム)などの伸縮可能な材料からなる板状遮音部材1540は、図の矢印Aで示す方向に伸縮し、これにより、水ギャップGの変更のため超音波センサ150を動かしても、その先端が検査対象材料21の表面から離れないようにすることができる。   First, the plate-like sound insulation member 1540 made of a stretchable material such as rubber (natural rubber and synthetic rubber) expands and contracts in the direction indicated by the arrow A in FIG. Even if the sensor 150 is moved, the tip of the sensor 150 can be prevented from moving away from the surface of the material 21 to be inspected.

このとき、チップ1543が設けてあるので、検査対象材料21の表面で摺動したとき、滑らかな動きが得られることになる。   At this time, since the chip 1543 is provided, a smooth movement can be obtained when sliding on the surface of the inspection target material 21.

従って、この図13の実施形態によっても、2分割型超音波センサを水ギャップ法に適用したことによる性能を充分に発揮させることができる。   Therefore, even the embodiment of FIG. 13 can sufficiently exhibit the performance obtained by applying the two-divided ultrasonic sensor to the water gap method.

本発明による超音波センサの第1の実施形態の斜視図である。1 is a perspective view of a first embodiment of an ultrasonic sensor according to the present invention. 本発明の第1の実施形態の詳細説明図である。It is detailed explanatory drawing of the 1st Embodiment of this invention. 本発明による超音波センサの使用状況を表わす説明図である。It is explanatory drawing showing the use condition of the ultrasonic sensor by this invention. 本発明による超音波センサの第2の実施形態の説明図である。It is explanatory drawing of 2nd Embodiment of the ultrasonic sensor by this invention. 本発明による超音波センサの第3の実施形態の説明図である。It is explanatory drawing of 3rd Embodiment of the ultrasonic sensor by this invention. 本発明による超音波センサの第4の実施形態の説明図である。It is explanatory drawing of 4th Embodiment of the ultrasonic sensor by this invention. 本発明による超音波センサの第5の実施形態の説明図である。It is explanatory drawing of 5th Embodiment of the ultrasonic sensor by this invention. 本発明の超音波センサにおける板状遮音部材の説明図である。It is explanatory drawing of the plate-shaped sound insulation member in the ultrasonic sensor of this invention. 本発明の超音波センサにおける板状遮音部材の説明図である。It is explanatory drawing of the plate-shaped sound insulation member in the ultrasonic sensor of this invention. 本発明による超音波センサの第6の実施形態の説明図である。It is explanatory drawing of 6th Embodiment of the ultrasonic sensor by this invention. 本発明による超音波センサの第7の実施形態の説明図である。It is explanatory drawing of 7th Embodiment of the ultrasonic sensor by this invention. 本発明の第6と第7の実施形態に係る超音波センサによる探傷動作の説明図である。It is explanatory drawing of the flaw detection operation | movement by the ultrasonic sensor which concerns on the 6th and 7th embodiment of this invention. 本発明による超音波センサの第8の実施形態の説明図である。It is explanatory drawing of 8th Embodiment of the ultrasonic sensor by this invention. 従来技術による超音波探傷装置の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the ultrasonic flaw detector by a prior art. 従来技術による超音波センサの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the ultrasonic sensor by a prior art. フェーズドアレー方式による超音波探傷の説明図である。It is explanatory drawing of the ultrasonic flaw detection by a phased array system. フェーズドアレー方式における電気パルスの波形図である。It is a wave form diagram of an electric pulse in a phased array system. フェーズドアレー方式における超音波パルスの波形図である。It is a wave form diagram of an ultrasonic pulse in a phased array system. 従来技術による超音波センサの他の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows another example of the ultrasonic sensor by a prior art. 超音波センサを原子炉内の超音波探査に適用した場合の説明図である。It is explanatory drawing at the time of applying an ultrasonic sensor to the ultrasonic survey in a nuclear reactor.

符号の説明Explanation of symbols

140:超音波センサ
150:送信振動子列
154:板状遮音部材(表面反射低減板)
190:受信振動子列
200、201:スペーサ部材
210:ケース部
300:バネ
1501、1901:探傷面(送信振動子列と受信振動子列の探傷面)
1541:端部(板状遮音部材の端部)
1542:頂部(板状遮音部材のT字形の頂部)
140: Ultrasonic sensor 150: Transmitting transducer array 154: Plate-shaped sound insulation member (surface reflection reduction plate)
190: reception transducer array 200, 201: spacer member 210: case portion 300: spring 1501, 1901: flaw detection surface (flaw detection surface of transmission transducer array and reception transducer array)
1541: End portion (end portion of plate-like sound insulation member)
1542: Top (T-shaped top of plate-like sound insulation member)

Claims (1)

送信振動子列と受信振動子列の間に板状遮音部材を備えた水ギャップ探傷用超音波センサにおいて、
前記板状遮音部材が前記送信振動子列と前記受信振動子列の探傷面に対して垂直な方向に延び幅方向に並んで配列された複数の細条部材で構成され、
これら複数の細条部材が各々独立に、各々の先端が前記探傷面から外部に露出する方向に弾性保持されていることを特徴とする超音波センサ。
In the ultrasonic sensor for water gap flaw detection provided with a plate-like sound insulation member between the transmission transducer array and the reception transducer array,
The plate-like sound insulation member is composed of a plurality of strip members extending in a direction perpendicular to a flaw detection surface of the transmission transducer array and the reception transducer array and arranged in a width direction,
An ultrasonic sensor characterized in that each of the plurality of strip members is elastically held in a direction in which each tip is exposed to the outside from the flaw detection surface .
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