JP5448030B2 - 超音波探傷方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、管などの被探傷材に存在する様々なきずを精度良く検出することが可能な超音波探傷方法及び装置に関する。特に、本発明は、複数の振動子を具備する超音波探触子を用いて被探傷材を探傷する際に、検出対象きずを精度良く検出する上で適正な振動子の切り替えピッチを容易に設定できる超音波探傷方法及び装置に関する。

管の超音波探傷においては、軸方向きず（管の軸方向に延びるきず）のみならず、周方向きず（管の周方向に延びるきず）や、ラミネーションと呼ばれる管の内外面に平行な面状のきずを検出する必要がある。

軸方向きずは、図１（ａ）に示すように、管Ｐの周方向に傾けた超音波探触子１’で超音波を送受信することにより、横波超音波を管Ｐの周方向に伝搬させて検出している。
また、周方向きずは、図１（ｂ）に示すように、管Ｐの軸方向に傾けた超音波探触子１’で超音波を送受信することにより、横波超音波を管Ｐの軸方向に伝搬させて検出している。
さらに、ラミネーションは、図１（ｃ）に示すように、管の肉厚方向に縦波超音波を伝搬させて検出している。
このように、異なる方向に延びたり異なる形状を有する様々なきずを検出するため、各きずに応じて複数の超音波探触子を併用するのが一般的である。

従来、上記いずれのきずに対しても、図２に示すように、探傷能率を高めるために管の軸方向に沿って配列された複数の超音波探触子１’（図２に示す例では、符号Ａ１〜Ａ４で示す４つの超音波探触子）を用いて、各超音波探触子１’から超音波を送受信すると共に、管を周方向に回転させながら軸方向に搬送（スパイラル搬送）することにより、超音波探傷を行っている。例えば、超音波探触子Ａ１は、図２中に斜線のハッチングを施した螺旋状の領域を探傷し、超音波探触子Ａ２は、図２中に灰色のハッチングを施した螺旋状の領域を探傷することになる。このように、管の軸方向に沿って複数の超音波探触子１’を配列することにより、管の全面探傷を実現している。

しかしながら、図２に示す従来の超音波探傷方法では、隣り合う超音波探触子１’がそれぞれ形成する音場の境界で音場強度が低下することに起因して、きず検出能が低下するという問題があった。図３は、機械加工によって管に形成した周方向きずのエコー強度のプロファイル例を示す。具体的には、図３は、周方向きずが形成された管を軸方向に移動させることにより各超音波探触子Ａ１〜Ａ４で得られたきずエコー強度を、周方向きずの軸方向位置と対応させてグラフ化したものである。図３に示すように、隣り合う超音波探触子１’の境界部（図３中に破線の円で囲んだ部分）において、きずエコー強度が著しく低下していることが分かる。従って、この境界部では、きず検出能も著しく低下することが明らかである。

上記のような問題を解決するため、例えば、特許文献１に記載の技術が提案されている。特許文献１に記載の技術においては、複数の超音波探触子を一直線上に配列し、この複数の超音波探触子のうち一定数の連続する超音波探触子からなる探触子群を選択して超音波を送受信し、選択する探触子群を順次切り替える。そして、この切り替えのピッチを、複数個の超音波探触子の幅分の長さにすると共に、１つの選択探触子群から照射される超音波の実効ビーム幅と等しいか、下回るように設定することを特徴としている。
なお、上記「実効ビーム幅」とは、超音波探触子の中央部分で得られる音場強度のピーク値に対してレベルが３ｄＢ低下するまでの幅と定義されている（特許文献１の段落０００５）。すなわち、「実効ビーム幅」とは、超音波探触子から送信する超音波ビームの音場強度のプロファイルから決定される値である。

しかしながら、特許文献１に記載の技術を、異なる方向に延びたり異なる形状を有する様々なきずを検出する必要のある管の探傷に適用するには、以下のような問題がある。
超音波探触子をその配列方向（図２に示す例では管の軸方向）に走査した際に得られるきずエコー強度のプロファイルは、音場強度のプロファイルのみでは一意に決定できず、超音波探触子の走査方向についてのきず形状が大きく影響する。
図４は、管に加工した軸方向きず及び周方向きずに対して、同一の超音波探触子を管の軸方向に走査した際に得られるきずエコー強度のプロファイル例を示す。
上記の例では、同一の超音波探触子を用いるため、音場強度のプロファイルは同一となるが、図４に示すように、きずが異なると、きずエコー強度のプロファイルは異なるものとなる。このため、音場強度のプロファイルから導出される実効ビーム幅では、前記切り替えのピッチを正しく決定できず、きずの見逃しが生じる虞がある。結局のところ、きずの種類毎に試行錯誤を繰り返して、切り替えのピッチを決定せざるを得ないという問題がある。
特許第３６７４１３１号公報

本発明は、斯かる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、複数の振動子を具備する超音波探触子を用いて被探傷材を探傷する際に、検出対象きずを精度良く検出する上で適正な振動子の切り替えピッチを容易に設定できる超音波探傷方法及び装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、特許請求の範囲の請求項１に記載の如く、所定の方向に沿って配列されたｎ個（ｎ≧２）の振動子を具備する超音波探触子を被探傷材に対向配置する配置ステップと、前記ｎ個の振動子のうち、ｍ個（ｎ＞ｍ≧１）の振動子を選択し、該選択したｍ個の振動子からなる選択振動子群から前記被探傷材に向けて超音波を送受信することにより、前記被探傷材を探傷する探傷ステップと、前記選択振動子群を順次切り替える走査ステップとを含み、前記探傷ステップと前記走査ステップとを交互に繰り返すことにより、前記被探傷材を超音波探傷する方法であって、前記選択振動子群で測定した検出対象きずのエコー強度のプロファイルから、前記選択振動子群の検出対象きずに対する有効ビーム幅を予め求めておき、前記走査ステップでは、前記ｎ個の振動子の配列方向と超音波が入射する前記被探傷材の表面との成す角度をθ（°）とし、前記切り替えた各選択振動子群の検出対象きずに対する有効ビーム幅をＷ１（ｍｍ）としたときに、下記の式（１）を満足する切り替えピッチ長さＰ（ｍｍ）で、前記選択振動子群を順次切り替え、
Ｐ≦Ｗ１・ｃｏｓθ ・・・（１）
前記探傷ステップでは、前記切り替えた各選択振動子群でそれぞれ受信する検出対象きずからの最大エコー強度が略同等となるように、前記各選択振動子群毎に予め調整された探傷感度で、前記被探傷材を探傷することを特徴とする超音波探傷方法を提供する。

なお、本発明において、「ｎ個の振動子の配列方向と超音波が入射する被探傷材の表面との成す角度」とは、被探傷材が管等の断面略円形の材料である場合、ｎ個の振動子の配列方向と、超音波の入射点における被探傷材の接平面との成す角度を意味する。
また、本発明において、「各選択振動子群の検出対象きずに対する有効ビーム幅」とは、各選択振動子群を振動子の配列方向に走査した場合に得られる検出対象きずのエコー強度のプロファイルにおいて、きずエコー強度が所定の強度（例えば、最大強度を０ｄＢとしたときに−３ｄＢ）以上となる範囲（超音波の入射点における被探傷材の表面に沿った範囲）の長さを意味する。
さらに、本発明において、「切り替えピッチ長さ」とは、隣り合う選択振動子群間の距離（振動子の配列方向についての距離、長さ単位）を意味する。

本発明によれば、走査ステップにおいて、式（１）を満足する切り替えピッチ長さＰ（ｍｍ）で、選択振動子群を順次切り替える。換言すれば、切り替えた各選択振動子群の検出対象きずに対する有効ビーム幅の範囲（各選択振動子群の中心を基準とした有効ビーム幅に相当する長さを有する範囲）が重複する部分を有するように、選択振動子群を順次切り替える。このため、検出対象きずが超音波探触子の探傷領域内の何れの位置に存在したとしても、当該検出対象きずは、何れかの選択振動子群の有効ビーム幅の範囲内に位置することになる。従って、当該検出対象きずのエコー強度は、所定の強度（例えば、当該選択振動子群によって得られるきずエコー強度の最大値を０ｄＢとしたときに−３ｄＢ）以上となる。

また、本発明によれば、探傷ステップにおいて、切り替えた各選択振動子群でそれぞれ受信する検出対象きずからの最大エコー強度が略同等となるように、各選択振動子群毎に予め調整された探傷感度（エコー強度の増幅度）で、被探傷材を探傷する。そして、前述のように、検出対象きずは、この最大エコー強度が略同等となるように探傷感度が調整された何れかの選択振動子群の有効ビーム幅の範囲内に位置することになる。このため、何れの選択振動子群で検出対象きずのエコーを検出したとしても、換言すれば、検出対象きずが超音波探触子の探傷領域内の何れの位置に存在したとしても、所定の強度（例えば、超音波探触子によって得られるきずエコー強度の最大値を０ｄＢとしたときに−３ｄＢ）以上のきずエコー強度を得ることができ、検出対象きずを精度良く検出することが可能である。

以上のように、本発明によれば、式（１）を満足するような選択振動子群の切り替えピッチ長さＰ（ｍｍ）を設定することにより、検出対象きずを精度良く検出することが可能である。すなわち、従来のように試行錯誤を繰り返す必要が無く、式（１）を満足する切り替えピッチ長さＰ（ｍｍ）を選択すれば良いため、検出対象きずを精度良く検出する上で適正な振動子の切り替えピッチを容易に設定可能である。

ここで、特許請求の範囲の請求項２に記載の如く、前記超音波探触子が具備する前記ｎ個の振動子が、等間隔ｄ（ｍｍ）の配列ピッチで配列されている場合には、前記走査ステップでは、前記ｎ個の振動子の配列方向と超音波が入射する前記被探傷材の表面との成す角度をθ（°）とし、前記切り替えた各選択振動子群の検出対象きずに対する有効ビーム幅をＷ１（ｍｍ）としたときに、下記の式（２）を満足する切り替えピッチ個数Ｋ（個）で、前記選択振動子群を順次切り替えることが好ましい。
Ｋ≦Ｗ１・ｃｏｓθ／ｄ ・・・（２）

なお、本発明において、「切り替えピッチ個数」とは、隣り合う選択振動子群間の距離（振動子の配列方向についての距離）を振動子の個数に換算した値を意味する。従って、切り替えピッチ個数Ｋは正の整数である。
前記探傷ステップでは、特許請求の範囲の請求項３に記載の如く、前記ｎ個の振動子の配列方向に沿った複数の異なる位置に存在し同等の寸法を有する複数の検出対象きずを用いて前記各選択振動子群毎に予め調整された探傷感度で、前記被探傷材を探傷することが好ましい。

また、前記課題を解決するため、本発明は、特許請求の範囲の請求項４に記載の如く、被探傷材としての管に発生し得る軸方向きずを検出するための第１の超音波探触子と、前記管に発生し得る周方向きずを検出するための第２の超音波探触子と、前記管に発生し得るラミネーションを検出するための第３の超音波探触子とをそれぞれ前記管に対向配置し、前記管を周方向に回転させると共に、前記第１〜第３の超音波探触子を前記管の軸方向に相対移動させながら、前記第１〜第３の超音波探触子がそれぞれ具備する振動子から前記管に向けて超音波を送受信することにより、前記管を超音波探傷する方法であって、前記第１〜第３の超音波探触子で測定した検出対象きずのエコー強度のプロファイルから、前記第１〜第３の超音波探触子の検出対象きずに対する実質的な有効ビーム幅を予め求めておき、前記第１〜第３の超音波探触子のうち、少なくとも１つの超音波探触子を請求項１〜３のいずれかに記載の超音波探触子とし、該超音波探触子が具備するｎ個の振動子の配列方向を前記管の軸方向に合致させて、該超音波探触子について請求項１〜３のいずれかに記載の超音波探傷方法を実行し、前記管の１回転当たりにおける前記第１〜第３の超音波探触子の前記管の軸方向への相対移動量を、前記第１〜第３の超音波探触子の検出対象きずに対する前記管の軸方向の実質的な有効ビーム幅のうち、最小の実質的な有効ビーム幅以下に設定することを特徴とする超音波探傷方法としても提供される。

なお、本発明において、「実質的な有効ビーム幅」とは、請求項１〜３のいずれかに記載の超音波探触子については、前述した各選択振動子群について得られる検出対象きずのエコー強度のプロファイルを合成し、該合成後のエコー強度のプロファイルにおいて、きずエコー強度が所定の強度（例えば、最大強度を０ｄＢとしたときに−３ｄＢ）以上となる範囲（超音波の入射点における被探傷材の表面に沿った範囲）を意味する。
また、単一の振動子を具備する超音波探触子については、当該超音波探触子を走査した場合に得られる検出対象きずのエコー強度のプロファイルにおいて、きずエコー強度が所定の強度（例えば、最大強度を０ｄＢとしたときに−３ｄＢ）以上となる範囲（超音波の入射点における被探傷材の表面に沿った範囲）を意味する。

本発明によれば、管の１回転当たりにおける第１〜第３の超音波探触子の管の軸方向への相対移動量を、第１〜第３の超音波探触子の検出対象きずに対する管の軸方向の実質的な有効ビーム幅のうち、最小の実質的な有効ビーム幅以下に設定する。このため、検出対象きずが管の何れの部位に存在したとしても、第１〜第３の超音波探触子の全てについて、検出対象きずのエコー強度が所定の強度以上となり、この結果、軸方向きず、周方向きず及びラミネーションの全てを精度良く検出することが可能である。

また、前記課題を解決するため、本発明は、特許請求の範囲の請求項５に記載の如く、所定の方向に沿って配列されたｎ個（ｎ≧２）の振動子を具備し、被探傷材に対向配置された超音波探触子と、前記ｎ個の振動子のうち、ｍ個（ｎ＞ｍ≧１）の振動子を選択し、該選択したｍ個の振動子からなる選択振動子群から前記被探傷材に向けて超音波を送受信させると共に、前記選択振動子群を順次切り替える送受信制御手段とを備え、前記選択振動子群で測定した検出対象きずのエコー強度のプロファイルから、前記選択振動子群の検出対象きずに対する有効ビーム幅は予め求められており、前記送受信制御手段は、前記ｎ個の振動子の配列方向と超音波が入射する前記被探傷材の表面との成す角度をθ（°）とし、前記切り替えた各選択振動子群の検出対象きずに対する有効ビーム幅をＷ１（ｍｍ）としたときに、下記の式（１）を満足する切り替えピッチ長さＰ（ｍｍ）で、前記選択振動子群を順次切り替え、
Ｐ≦Ｗ１・ｃｏｓθ ・・・（１）
前記送受信制御手段においては、前記切り替えた各選択振動子群でそれぞれ受信する検出対象きずからの最大エコー強度が略同等となるように、前記各選択振動子群毎に探傷感度が予め調整されていることを特徴とする超音波探傷装置としても提供される。

ここで、特許請求の範囲の請求項６に記載の如く、前記超音波探触子が具備する前記ｎ個の振動子が、等間隔ｄ（ｍｍ）の配列ピッチで配列されている場合には、前記送受信制御手段は、前記ｎ個の振動子の配列方向と超音波が入射する前記被探傷材の表面との成す角度をθ（°）とし、前記切り替えた各選択振動子群の検出対象きずに対する有効ビーム幅をＷ１（ｍｍ）としたときに、下記の式（２）を満足する切り替えピッチ個数Ｋ（個）で、前記選択振動子群を順次切り替えることが好ましい。
Ｋ≦Ｗ１・ｃｏｓθ／ｄ ・・・（２）
前記送受信制御手段においては、特許請求の範囲の請求項７に記載の如く、前記ｎ個の振動子の配列方向に沿った複数の異なる位置に存在し同等の寸法を有する複数の検出対象きずを用いて前記各選択振動子群毎に探傷感度が予め調整されていることが好ましい。

さらに、前記課題を解決するため、本発明は、特許請求の範囲の請求項８に記載の如く、被探傷材としての管に対向配置され、前記管に発生し得る軸方向きずを検出するための第１の超音波探触子と、前記管に対向配置され、前記管に発生し得る周方向きずを検出するための第２の超音波探触子と、前記管に対向配置され、前記管に発生し得るラミネーションを検出するための第３の超音波探触子と、前記第１の超音波探触子が具備する振動子から前記管に向けて超音波を送受信させる第１の送受信制御手段と、前記第２の超音波探触子が具備する振動子から前記管に向けて超音波を送受信させる第２の送受信制御手段と、前記第３の超音波探触子が具備する振動子から前記管に向けて超音波を送受信させる第３の送受信制御手段と、前記管を周方向に回転させると共に、前記第１〜第３の超音波探触子を前記管の軸方向に相対移動させる駆動手段とを備え、前記第１〜第３の超音波探触子で測定した検出対象きずのエコー強度のプロファイルから、前記第１〜第３の超音波探触子の検出対象きずに対する実質的な有効ビーム幅は予め求められており、前記第１〜第３の超音波探触子のうち、少なくとも１つの超音波探触子が請求項５〜７のいずれかに記載の超音波探触子であって、該超音波探触子が具備するｎ個の振動子の配列方向が前記管の軸方向に合致しており、前記第１〜第３の送受信制御手段のうち、前記少なくとも１つの超音波探触子に対応する少なくとも１つの送受信制御手段が請求項５〜７のいずれかに記載の送受信制御手段であり、前記駆動手段は、前記管の１回転当たりにおける前記第１〜第３の超音波探触子の前記管の軸方向への相対移動量が、前記第１〜第３の超音波探触子の検出対象きずに対する前記管の軸方向の実質的な有効ビーム幅のうち、最小の実質的な有効ビーム幅以下となるように、前記管を周方向に回転させると共に、前記第１〜第３の超音波探触子を前記管の軸方向に相対移動させることを特徴とする超音波探傷装置としても提供される。

本発明によれば、複数の振動子を具備する超音波探触子を用いて被探傷材を探傷する際に、検出対象きずを精度良く検出する上で適正な振動子の切り替えピッチを容易に設定可能である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の実施形態について、被探傷材が管である場合を例に挙げて説明する。

＜第１実施形態＞
図５は、本発明の第１実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示す図であり、図５（ａ）は正面図（管については断面図）を、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す超音波探触子の拡大平面図（超音波探触子を傾けていない状態での拡大平面図）を示す。
本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、周方向きず検出用の超音波探傷装置である。図５に示すように、本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、管Ｐの軸方向に沿って配列された６４個の振動子１１（１１−１〜１１−６４）を具備し、管Ｐに対向配置された超音波探触子１と、６４個の振動子１１のうち、３０個の振動子１１を選択し（選択された３０個の振動子１１からなる振動子の集合体を選択振動子群１１Ｓという）、該選択振動子群１１Ｓから管Ｐに向けて超音波を送受信させると共に、選択振動子群１１Ｓを順次切り替える送受信制御手段２とを備えている。また、本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、送受信制御手段２からの出力信号を所定のしきい値と比較することにより、管Ｐに存在するきずを検出するきず判定部３を備えている。さらに、本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、管Ｐを周方向に回転させると共に、超音波探触子１を管Ｐの軸方向に相対移動させる駆動手段（図示せず）を備えている。

本実施形態の超音波探触子１は、管Ｐに対して距離Ｌ＝７０ｍｍだけ管Ｐから離間して配置されている。また、超音波探触子１は、管Ｐの法線に対して管Ｐの軸方向にα≒１９°だけ傾けて（超音波の入射角α≒１９°となるように）配置されている。これにより、屈折角γ＝４５°の横波超音波が管Ｐの軸方向に沿って伝搬することになる。なお、本実施形態の超音波探触子１の探傷周波数は５ＭＨｚとされている。

本実施形態の超音波探触子１が具備する各振動子１１は、同一の矩形状の振動子であり、管Ｐの軸方向に一直線状に配列されている。本実施形態の各振動子１１は、長さＬ１＝１０ｍｍ、幅Ｗ１＝０．４ｍｍとされ、０．１ｍｍの間隔を隔てて配列されている。すなわち、各振動子１１の管Ｐの軸方向の配列ピッチは、０．５ｍｍである。

本実施形態の送受信制御手段２は、送信部２１と、受信部２２と、制御部２３とを備えている。

送信部２１は、各振動子１１にそれぞれ接続され各振動子１１から超音波を送信させるためのパルス信号を供給するパルサー２１１と、各パルサー２１１から各振動子１１に供給するパルス信号の遅延時間（送信遅延時間）を設定するための遅延回路２１２とを具備する。

受信部２２は、各振動子１１にそれぞれ接続され各振動子１１で受信したエコーを増幅するためのレシーバ２２１と、各レシーバ２２１で増幅されたエコーの遅延時間（受信遅延時間）を設定するための遅延回路２２２と、各遅延回路２２２で遅延時間を設定されたエコーを合成するための波形合成回路２２３と、波形合成回路２２３で合成されたエコーを増幅するための増幅器２２４とを具備する。増幅器２２４の増幅度（探傷感度）は、後述するように制御部２３で切り替えた各選択振動子群１１Ｓでそれぞれ受信する検出対象きずからの最大エコー強度が略同等となるように、各選択振動子群１１Ｓ毎に予め調整されている。

制御部２３は、配列された６４個の振動子１１の内、超音波を送受信する３０個の振動子１１からなる選択振動子群１１Ｓを順次切り替える。この際、制御部２３は、振動子１１の配列方向（図５に示す矢符Ａの方向）と超音波が入射する管Ｐの表面（超音波の入射点における管Ｐの接平面）との成す角度をθ（°）とし、切り替えた各選択振動子群１１Ｓの検出対象きずに対する有効ビーム幅をＷ１（ｍｍ）としたときに、下記の式（１）を満足する切り替えピッチ長さＰ（ｍｍ）で、選択振動子群１１Ｓを順次切り替える。
Ｐ≦Ｗ１・ｃｏｓθ ・・・（１）
特に、本実施形態のように、超音波探触子が具備する６４個の振動子１１が、等間隔ｄ（ｍｍ）の配列ピッチで配列されている場合には、制御部２３は、下記の式（２）を満足する切り替えピッチ個数Ｋ（個）で、選択振動子群１１Ｓを順次切り替える。
Ｋ≦Ｗ１・ｃｏｓθ／ｄ ・・・（２）

図６は、略同時に超音波を送受信する３０個の振動子からなる一の選択振動子群を振動子の配列方向に沿って走査した際に得られる検出対象きず（周方向きず）のエコー強度のプロファイル例を示す。ただし、図６の横軸は、選択振動子群の走査位置を管軸方向位置に換算した値を示す。図６（ａ）は、外径１７８ｍｍで肉厚１０ｍｍの管Ｐに加工した周方向きず（深さ：肉厚の５％、周方向長さ：２５ｍｍ）のエコー強度のプロファイルを、図６（ｂ）は、外径１６０ｍｍで肉厚２０ｍｍの管Ｐに加工した周方向きず（深さ：肉厚の５％、周方向長さ：２５ｍｍ）のエコー強度のプロファイルを示す。最大強度を０ｄＢとしたときに−３ｄＢ以上となる範囲を有効ビーム幅Ｗ１とすると、図６（ａ）に示す例では、Ｗ１≒９．５ｍｍとなり、図６（ｂ）に示す例では、Ｗ１≒６．７５ｍｍとなることが分かる。

ここで、θ＝α≒１９°であるため、上記の式（１）に、このθの値、及び、上記Ｗ１の値を代入すると、
外径１７８ｍｍ、肉厚１０ｍｍの管Ｐについては、
Ｐ≦９．５×ｃｏｓ１９°＝９．５×０．９５＝８．９８ｍｍ
外径１６０ｍｍ、肉厚２０ｍｍの管Ｐについては、
Ｐ≦６．７５×ｃｏｓ１９°＝６．７５×０．９５＝６．３８ｍｍ
となる。

そして、本実施形態では、前述のように、超音波探触子１が具備する６４個の振動子１１が、等間隔ｄ＝０．５（ｍｍ）の配列ピッチで配列されているため、上記の式（２）に、θ、Ｗ１及びｄの値を代入すると、
外径１７８ｍｍ、肉厚１０ｍｍの管Ｐについては、
Ｋ≦９．５×ｃｏｓ１９°／０．５＝９．５×０．９５／０．５＝１７．９６
であり、１７個以下の切り替えピッチ個数で、選択振動子群１１Ｓを順次切り替えれば良いことが容易に分かる。
また、外径１６０ｍｍ、肉厚２０ｍｍの管Ｐについては、
Ｋ≦６．７５×ｃｏｓ１９°／０．５＝６．７５×０．９５／０．５＝１２．７６
であり、１２個以下の切り替えピッチ個数で、選択振動子群１１Ｓを順次切り替えれば良いことが容易に分かる。

また、制御部２３は、各選択振動子群１１Ｓを構成する各振動子１１についての遅延回路２１２又は遅延回路２２２で設定される遅延時間を決定するように動作する。本実施形態では、各選択振動子群１１Ｓを構成する各振動子１１から略同時に超音波を送受信するため、各振動子１１に対して、同じ送信遅延時間及び受信遅延時間が設定される。

さらに、制御部２３は、各選択振動子群１１Ｓ毎に増幅器２２４の増幅度（探傷感度）を切り替えるように動作する。具体的には、増幅器２２４の増幅度は切り替え可能に構成されており、制御部２３は、各選択振動子群１１Ｓ毎に予め決められた増幅度となるように、切り替えた選択振動子群１１Ｓに応じて増幅度を切り替える制御信号を増幅器２２４に出力する。この各選択振動子群１１Ｓ毎の増幅度は、前述のように、切り替えた各選択振動子群１１Ｓでそれぞれ受信する検出対象きずからの最大エコー強度が略同等となるように、予め決められる。

本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、例えば、外径１７８ｍｍ、肉厚１０ｍｍの管Ｐについて、駆動手段で管Ｐを周方向に回転させると共に、超音波探触子１を管Ｐの軸方向に相対移動させながら、例えば、以下の探傷サイクルに従って超音波探傷を行う。そして、本実施形態の制御部２３は、以下の探傷サイクルに示すように、選択する振動子１１を１７個ずつずらす（すなわち、選択振動子群１１Ｓの切り替えピッチ個数は１７個）ことにより選択振動子群１１Ｓを切り替える。
＜探傷サイクル＞
（１）ステップ１：振動子１１−１〜１１〜３０の３０個の振動子からなる選択振動子群１１Ｓで超音波探傷する。
（２）ステップ２：振動子１１−１８〜１１〜４７の３０個の振動子からなる選択振動子群１１Ｓで超音波探傷する。
（３）ステップ３：振動子１１−３５〜１１〜６４の３０個の振動子からなる選択振動子群１１Ｓで超音波探傷する。
上記のステップ１〜３を繰り返すことにより、管Ｐ全体の超音波探傷が行われる。

また、前述したように、各選択振動子群１１Ｓ毎に切り替えられる増幅器２２４の増幅度は、具体的には、以下のようにして予め決められる。すなわち、上記のステップ１で切り替えられた振動子１１−１〜１１〜３０からなる選択振動子群１１Ｓで超音波を送受信したときに得られる周方向きずの最大エコー強度が、所定の強度（例えばＣＲＴ上で８０％の強度）となるように、増幅器２２４の増幅度を決定する。また、上記のステップ２で切り替えられた振動子１１−１８〜１１〜４７からなる選択振動子群１１Ｓで超音波を送受信したときに得られる周方向きずの最大エコー強度が、上記と略同等の強度（例えばＣＲＴ上で８０％の強度）となるように、増幅器２２４の増幅度を決定する。さらに、上記のステップ３で切り替えられた振動子１１−３５〜１１〜６４からなる選択振動子群１１Ｓで超音波を送受信したときに得られる周方向きずの最大エコー強度が、上記と略同等の強度（例えばＣＲＴ上で８０％の強度）となるように、増幅器２２４の増幅度を決定する。以上のようにして、各選択振動子群１１Ｓ毎に切り替えられる増幅器２２４の増幅度は予め決められ、制御部２３は、各選択振動子群１１Ｓ毎に予め決められた増幅度となるように、切り替えた選択振動子群１１Ｓに応じて増幅器２２４の増幅度も切り替える。

図７は、上記の各ステップで切り替えられた各選択振動子群１１Ｓについてそれぞれ得られる検出対象きず（周方向きず）のエコー強度のプロファイルを合成した例を示す。図７に示すように、合成後のきずエコー強度のプロファイルは、図６（ａ）に示した一の選択振動子群１１Ｓについて（一のステップについて）得られるきずエコー強度のプロファイルに比べて、管軸方向の広範囲に亘ってエコー強度の高い部分を有するプロファイルとなる。図７に示す合成後のきずエコー強度のプロファイルにおいて、最大強度を０ｄＢとしたときに−３ｄＢ以上となる範囲を実質的な有効ビーム幅とすると、この実質的な有効ビーム幅は約２５ｍｍとなる。また、図７より、各選択振動子群１１Ｓの境界部（図７中に破線の円で囲んだ部分）におけるきずエコー強度の低下は、−１．５ｄＢ程度に抑制できることが分かる。

以上のように、本実施形態に係る超音波探傷装置１００によれば、実質的な有効ビーム幅が広いため、検出対象きずが超音波探触子１の探傷領域内の何れの位置に存在したとしても、当該検出対象きずは、何れかの選択振動子群１１Ｓの有効ビーム幅の範囲内に位置することになり、所定の強度（超音波探触子１によって得られるきずエコー強度の最大値を０ｄＢとしたときに−３ｄＢ）以上のきずエコー強度を得ることができるため、検出対象きずを精度良く検出することが可能である。

＜第２実施形態＞
図８は、本発明の第２実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示す図であり、図８（ａ）は正面図を、図８（ｂ）は平面図を、図８（ｃ）は図８（ｂ）に示す超音波探触子の拡大平面図（超音波探触子を傾けていない状態での拡大平面図）を示す。
本実施形態に係る超音波探傷装置１００Ａは、溶接部に存在するきず検出用の超音波探傷装置である。図８に示すように、本実施形態に係る超音波探傷装置１００Ａは、管Ｐの溶接部Ｐ１の溶接線と直交する方向に沿って配列された１６個の振動子１１（１１−１〜１１−１６）を具備し、溶接部Ｐ１に対向配置された超音波探触子１Ａ、１Ｂと、１６個の振動子１１のうち、１０個の振動子１１を選択し（選択された１０個の振動子１１からなる振動子の集合体を選択振動子群１１Ｓという）、該選択振動子群１１Ｓから溶接部Ｐ１に向けて超音波を送受信させると共に、選択振動子群１１Ｓを順次切り替える送受信制御手段２（図示せず）とを備えている。また、本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、送受信制御手段２からの出力信号を所定のしきい値と比較することにより、管Ｐに存在するきずを検出するきず判定部３（図示せず）を備えている。さらに、本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、超音波探触子１Ａ、１Ｂを溶接部Ｐ１の溶接線の方向に沿って管Ｐに対して相対移動させる駆動手段（図示せず）を備えている。

本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、後述するように超音波探触子と管Ｐとの音響カップリングを評価するための好ましい構成として、一対の超音波探触子１Ａ、１Ｂを備えている。一対の超音波探触子１Ａ、１Ｂは、それぞれが具備する振動子１１から送信した超音波が溶接部Ｐ１の溶接線に直交する方向から見て溶接部Ｐ１の略同一点に入射するように、且つ、一方の超音波探触子１Ａが具備する振動子１１から送信した超音波のうち溶接部Ｐ１表面で反射したエコーを他方の超音波探触子１Ｂが具備する振動子１１で受信できるように、略Ｖ字状に配置されている。

また、本実施形態の各超音波探触子１Ａ、１Ｂは、管Ｐに対して距離Ｌ＝７０ｍｍだけ管Ｐから離間して配置されている。さらに、各超音波探触子１Ａ、１Ｂは、管Ｐの法線に対して溶接線方向にα≒１９°だけ傾けて（超音波の入射角α≒１９°となるように）配置されている。これにより、屈折角４５°の横波超音波が溶接線方向に沿って伝搬することになる。なお、本実施形態の超音波探触子１Ａ、１Ｂの探傷周波数は５ＭＨｚとされている。

本実施形態の各超音波探触子１Ａ、１Ｂが具備する各振動子１１は、同一の矩形状の振動子であり、溶接部Ｐ１の溶接線と直交する方向（ビード幅方向）に一直線状に配列されている。本実施形態の各振動子１１は、長さＬ１＝１０ｍｍ、幅Ｗ１＝０．９ｍｍとされ、０．１ｍｍの間隔を隔てて配列されている。すなわち、各振動子１１の溶接線と直交する方向の配列ピッチは、１．０ｍｍである。各超音波探触子１Ａ、１Ｂは、振動子１１−８及び１１−９が溶接部Ｐ１のビード幅方向の中心に対向するように配置される。

本実施形態の送受信制御手段２は、第１実施形態の送受信制御手段２と同様の構成を有するため、その詳細な説明は省略するが、第１実施形態の送受信制御手段２と同様に、送信部２１と、受信部２２と、制御部２３とを備えている。ただし、本実施形態に係る超音波探傷装置１００Ａは、一方の超音波探触子１Ａに接続された送受信制御手段２と、他方の超音波探触子１Ｂに接続された送受信制御手段２とを備えている。本実施形態の制御部２３は、第１実施形態の制御部２３と同様に、前述した式（１）を満足する切り替えピッチ長さＰ（ｍｍ）で、選択振動子群１１Ｓを順次切り替える。特に、本実施形態のように、超音波探触子が具備する１６個の振動子１１が、等間隔の配列ピッチで配列されている場合には、制御部２３は、前述した式（２）を満足する切り替えピッチ個数Ｋ（個）で、選択振動子群１１Ｓを順次切り替える。

図９は、略同時に超音波を送受信する１０個の振動子からなる一の選択振動子群を振動子の配列方向（ビード幅方向）に沿って走査した際に得られる検出対象きず（内径１．６ｍｍの縦穴）のエコー強度のプロファイル例を示す。最大強度を０ｄＢとしたときに−３ｄＢ以上となる範囲を有効ビーム幅Ｗ１とすると、図９に示す例では、Ｗ１≒３．８ｍｍとなることが分かる。

ここで、振動子１１の配列方向（ビード幅方向）と超音波が入射する管Ｐの表面（超音波の入射点における管Ｐの接平面）との成す角度θ＝０°と考えることができるため、前述した式（１）に、このθの値、及び、上記Ｗ１の値を代入すると、
Ｐ≦３．８×ｃｏｓ０°＝３．８×１＝３．８ｍｍ
となる。

そして、本実施形態では、前述のように、超音波探触子１が具備する１６個の振動子１１が、等間隔ｄ＝１．０（ｍｍ）の配列ピッチで配列されているため、前述した式（２）に、θ、Ｗ１及びｄの値を代入すると、
Ｋ≦３．８×ｃｏｓ０°／１．０＝３．８×１／１．０＝３．８
であり、３個以下の切り替えピッチ個数で、選択振動子群１１Ｓを順次切り替えれば良いことが容易に分かる。

以上の結果より、本実施形態に係る超音波探傷装置１００Ａは、超音波探触子１を溶接部Ｐ１の溶接線の方向に沿って管Ｐに対して相対移動させながら、例えば、以下の探傷サイクルに従って超音波探傷を行う。そして、本実施形態の制御部２３は、以下の探傷サイクルのステップ１〜３のように、選択する振動子１１を３個ずつずらす（すなわち、選択振動子群１１Ｓの切り替えピッチ個数は３個）ことにより選択振動子群１１Ｓを切り替える。
＜探傷サイクル＞
（１）ステップ１：振動子１１−１〜１１〜１０の１０個の振動子からなる選択振動子群１１Ｓで超音波探傷する。
（２）ステップ２：振動子１１−４〜１１〜１３の１０個の振動子からなる選択振動子群１１Ｓで超音波探傷する。
（３）ステップ３：振動子１１−７〜１１〜１６の１０個の振動子からなる選択振動子群１１Ｓで超音波探傷する。
上記のステップ１〜３を繰り返すことにより、管Ｐ全体の超音波探傷が行われる。

また、各選択振動子群１１Ｓ毎に切り替えられる受信部２２が具備する増幅器２２４の増幅度（探傷感度）は、以下のようにして予め決められる。すなわち、上記のステップ１で切り替えられた振動子１１−１〜１１〜１０からなる選択振動子群１１Ｓで超音波を送受信したときに得られる、図１０（ａ）に示す縦穴Ｃ（溶接部のビード幅方向の中心から−５ｍｍずれた位置に加工した内径１．６ｍｍの縦穴）の最大エコー強度が、所定の強度（例えばＣＲＴ上で８０％の強度）となるように、増幅器２２４の増幅度を決定する。また、上記のステップ２で切り替えられた振動子１１−４〜１１〜１３の振動子からなる選択振動子群１１Ｓで超音波を送受信したときに得られる、図１０（ａ）に示す縦穴Ｂ（溶接部のビード幅方向の中心に加工した内径１．６ｍｍの縦穴）の最大エコー強度が、上記と略同等の強度（例えばＣＲＴ上で８０％の強度）となるように、増幅器２２４の増幅度を決定する。さらに、上記のステップ３で切り替えられた振動子１１−７〜１１〜１６の振動子からなる選択振動子群１１Ｓで超音波を送受信したときに得られる、図１０（ａ）に示す縦穴Ａ（溶接部のビード幅方向の中心から＋５ｍｍずれた位置に加工した内径１．６ｍｍの縦穴）の最大エコー強度が、上記と略同等の強度（例えばＣＲＴ上で８０％の強度）となるように、増幅器２２４の増幅度を決定する。以上のようにして、各選択振動子群１１Ｓ毎に切り替えられる増幅器２２４の増幅度は予め決められ、制御部２３は、各選択振動子群１１Ｓ毎に予め決められた増幅度となるように、切り替えた選択振動子群１１Ｓに応じて増幅器２２４の増幅度も切り替える。

なお、本実施形態では、好ましい構成として、全ての選択振動子群１１Ｓを順次用いた溶接部Ｐ１の一連の超音波探傷（前述したステップ１〜３）が終了し、次の一連の超音波探傷を開始する前に、超音波探触子１Ａ、１Ｂと鋼管Ｐとの音響カップリングを評価している。具体的には、一方の超音波探触子１Ａが具備する振動子１１−４〜１１−１３から超音波を送信し、該送信した超音波のうち溶接部Ｐ１表面で反射したエコーを他方の超音波探触子１Ｂが具備する振動子１１−４〜１１−１３で受信し、そのエコー強度の大小を評価している。上記の動作は、一方の超音波探触子１Ａに接続された送受信制御手段２と、他方の超音波探触子１Ｂに接続された送受信制御手段２との双方を制御する制御手段（図示せず）によって制御される。そして、上記の溶接部Ｐ１表面で反射したエコーの強度が所定のレベル以下であれば、前記制御手段により、警報が発せられる構成となっている。斯かる構成により、音響カップリングが正常となるように調整した後、再検査する処置を施すことができ、きず検出精度を安定化させることが可能である。

図１０（ｂ）は、以上に説明した構成を有する超音波探傷装置１００Ａを用いて、図１０（ａ）に示す縦穴Ａ〜Ｃを超音波探傷した結果を示すグラフである。なお、図１０（ｂ）の横軸はビード幅方向の位置を、縦軸は受信部２２が具備する波形合成回路２２３から出力される各縦穴の内外面についての最大エコー強度を示す。
図１０（ｂ）から分かるように、本実施形態に係る超音波探傷装置１００Ａによれば、内外面のきずをその存在する位置（ビード幅方向位置）に関わらず精度良く検出することが可能である。

＜第３実施形態＞
図１１は、本発明の第３実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示す図であり、図１１（ａ）は正面図（管については断面図）を、図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示す超音波探触子の拡大平面図を示す。
本実施形態に係る超音波探傷装置１００Ｂは、ラミネーション検出用の超音波探傷装置である。図１１に示すように、本実施形態に係る超音波探傷装置１００Ｂは、管Ｐの軸方向に沿って配列された６４個の振動子１１（１１−１〜１１−６４）を具備し、管Ｐに対向配置された超音波探触子１Ｃと、６４個の振動子１１のうち、３６個の振動子１１を選択し（選択された３６個の振動子１１からなる振動子の集合体を選択振動子群１１Ｓという）、該選択振動子群１１Ｓから管Ｐに向けて超音波を送受信させると共に、選択振動子群１１Ｓを順次切り替える送受信制御手段２（図示せず）とを備えている。また、本実施形態に係る超音波探傷装置１００Ｂは、送受信制御手段２からの出力信号を所定のしきい値と比較することにより、管Ｐに存在するきずを検出するきず判定部３（図示せず）を備えている。さらに、本実施形態に係る超音波探傷装置１００Ｂは、管Ｐを周方向に回転させると共に、超音波探触子１Ｃを管Ｐの軸方向に相対移動させる駆動手段（図示せず）を備えている。

本実施形態の超音波探触子１Ｃは、管Ｐに対して距離Ｌ＝７０ｍｍだけ管Ｐから離間して配置されている。また、超音波探触子１Ｃは、送信した超音波が管Ｐの表面に対して垂直に入射するように配置されている。これにより、縦波超音波が管Ｐの肉厚方向に伝搬することになる。なお、本実施形態の超音波探触子１Ｃの探傷周波数は７ＭＨｚとされている。

本実施形態の超音波探触子１Ｃが具備する各振動子１１は、同一の矩形状の振動子であり、管Ｐの軸方向に一直線状に配列されている。本実施形態の各振動子１１は、長さＬ１＝１０ｍｍ、幅Ｗ１＝０．４ｍｍとされ、０．１ｍｍの間隔を隔てて配列されている。すなわち、各振動子１１の管Ｐの軸方向の配列ピッチは、０．５ｍｍである。

本実施形態の送受信制御手段２は、第１実施形態の送受信制御手段２と同様の構成を有するため、その詳細な説明は省略するが、第１実施形態の送受信制御手段２と同様に、送信部２１と、受信部２２と、制御部２３とを備えている。本実施形態の制御部２３は、第１実施形態の制御部２３と同様に、前述した式（１）を満足する切り替えピッチ長さＰ（ｍｍ）で、選択振動子群１１Ｓを順次切り替える。特に、本実施形態のように、超音波探触子が具備する６４個の振動子１１が、等間隔の配列ピッチで配列されている場合には、制御部２３は、前述した式（２）を満足する切り替えピッチ個数Ｋ（個）で、選択振動子群１１Ｓを順次切り替える。

図１２（ａ）は、略同時に超音波を送受信する３６個の振動子からなる一の選択振動子群を振動子の配列方向（管Ｐの軸方向）に沿って走査した際に得られる検出対象きず（ラミネーションを模擬した管Ｐの内面から加工した内径６．３５ｍｍの平底穴）のエコー強度のプロファイル例を示す。最大強度を０ｄＢとしたときに−３ｄＢ以上となる範囲を有効ビーム幅Ｗ１とすると、図１２（ａ）に示す例では、Ｗ１≒１３．７５ｍｍとなることが分かる。

ここで、振動子１１の配列方向（管Ｐの軸方向）と超音波が入射する管Ｐの表面（超音波の入射点における管Ｐの接平面）との成す角度θ＝０°と考えることができるため、前述した式（１）に、このθの値、及び、上記Ｗ１の値を代入すると、
Ｐ≦１３．７５×ｃｏｓ０°＝１３．７５×１＝１３．７５ｍｍ
となる。

そして、本実施形態では、前述のように、超音波探触子１Ｃが具備する６４個の振動子１１が、等間隔ｄ＝０．５（ｍｍ）の配列ピッチで配列されているため、前述した式（２）に、θ、Ｗ１及びｄの値を代入すると、
Ｋ≦１３．７５×ｃｏｓ０°／０．５＝１３．７５×１／０．５＝２７．５
であり、２７個以下の切り替えピッチ個数で、選択振動子群１１Ｓを順次切り替えれば良いことが容易に分かる。

以上の結果より、本実施形態に係る超音波探傷装置１００Ｂは、駆動手段で管Ｐを周方向に回転させると共に、超音波探触子１Ｃを管Ｐの軸方向に相対移動させながら、例えば、以下の探傷サイクルに従って超音波探傷を行う。そして、本実施形態の制御部２３は、以下の探傷サイクルに示すように、選択する振動子１１を２７個ずつずらす（すなわち、選択振動子群１１Ｓの切り替えピッチ個数は２７個）ことにより選択振動子群１１Ｓを切り替える。
＜探傷サイクル＞
（１）ステップ１：振動子１１−１〜１１〜３６の３６個の振動子からなる選択振動子群１１Ｓで超音波探傷する。
（２）ステップ２：振動子１１−２８〜１１〜６３の３６個の振動子からなる選択振動
上記のステップ１、２を繰り返すことにより、管Ｐ全体の超音波探傷が行われる。

また、各選択振動子群１１Ｓ毎に切り替えられる受信部２２が具備する増幅器２２４の増幅度（探傷感度）は、具体的には、以下のようにして予め決められる。すなわち、上記のステップ１で切り替えられた振動子１１−１〜１１〜３６からなる選択振動子群１１Ｓで超音波を送受信したときに得られる前述の平底穴の最大エコー強度が、所定の強度（例えばＣＲＴ上で８０％の強度）となるように、増幅器２２４の増幅度を決定する。また、上記のステップ２で切り替えられた振動子１１−２８〜１１〜６３からなる選択振動子群１１Ｓで超音波を送受信したときに得られる前述の平底穴の最大エコー強度が、上記と略同等の強度（例えばＣＲＴ上で８０％の強度）となるように、増幅器２２４の増幅度を決定する。以上のようにして、各選択振動子群１１Ｓ毎に切り替えられる増幅器２２４の増幅度は予め決められ、制御部２３は、各選択振動子群１１Ｓ毎に予め決められた増幅度となるように、切り替えた選択振動子群１１Ｓに応じて増幅器２２４の増幅度も切り替える。

図１２（ｂ）は、上記の各ステップで切り替えられた各選択振動子群１１Ｓについてそれぞれ得られる検出対象きず（平底穴）のエコー強度のプロファイルを合成した例を示す。図１２（ｂ）に示すように、合成後のきずエコー強度のプロファイルは、図１２（ａ）に示した一の選択振動子群１１Ｓについて（一のステップについて）得られるきずエコー強度のプロファイルに比べて、管軸方向の広範囲に亘ってエコー強度の高い部分を有するプロファイルとなる。図１２（ｂ）に示す合成後のきずエコー強度のプロファイルにおいて、最大強度を０ｄＢとしたときに−３ｄＢ以上となる範囲を実質的な有効ビーム幅とすると、この実質的な有効ビーム幅は約２７．２５ｍｍとなる。また、図１２（ｂ）より、各選択振動子群１１Ｓの境界部（図１２（ｂ）中に破線の円で囲んだ部分）におけるきずエコー強度の低下は、−２ｄＢ程度に抑制できることが分かる。

以上のように、本実施形態に係る超音波探傷装置１００Ｂによれば、実質的な有効ビーム幅が広いため、検出対象きずが超音波探触子１Ｃの探傷領域内の何れの位置に存在したとしても、当該検出対象きずは、何れかの選択振動子群１１Ｓの有効ビーム幅の範囲内に位置することになり、所定の強度（超音波探触子１Ｃによって得られるきずエコー強度の最大値を０ｄＢとしたときに−３ｄＢ）以上のきずエコー強度を得ることができるため、検出対象きずを精度良く検出することが可能である。

なお、以上に説明した第１〜第３実施形態においては、超音波探触子１Ｃが、等間隔の配列ピッチで一直線状に配列された同一形状の複数の振動子１１を具備する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、例えば、図１３に示すように、一直線状に配列された複数の不均一な幅の振動子１１Ａ、１１Ｂ（振動子１１Ａの幅と振動子１１Ｂの幅が異なる）を具備する超音波探触子や、千鳥状に配列された複数の振動子を具備する超音波探触子を用いることも可能である。
ただし、図１３に示すような超音波探触子や、千鳥状に配列された複数の振動子を具備する超音波探触子を用いる場合であっても、第１〜第３実施形態の超音波探触子１Ｃを用いる場合と同様に、前述した式（１）を満足する切り替えピッチ長さＰ（ｍｍ）で、選択振動子群１１Ｓを順次切り替える必要がある。図１３に示す例では、ハッチを施した選択振動子群１１Ｓをステップ１からステップ３まで順次切り替えるに際し、ステップ１での選択振動子群１１Ｓとステップ２での選択振動子群１１Ｓとの距離で表される切り替えピッチ長さＰと、ステップ２での選択振動子群１１Ｓとステップ３での選択振動子群１１Ｓとの距離で表される切り替えピッチ長さＰとが、それぞれ前述した式（１）を満足する必要がある。また、切り替えた各選択振動子群１１Ｓでそれぞれ受信する検出対象きずからの最大エコー強度が略同等となるように、各選択振動子群１１Ｓ毎に探傷感度を予め調整することが必要である。

＜第４実施形態＞
図１４は、本発明の第４実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示す図であり、図１４（ａ）は正面図（管については断面図）を、図１４（ｂ）は平面図を、図１４（ｃ）は側面図を示す。
図１４に示すように、本実施形態に係る超音波探傷装置１００Ｃは、前述した第１実施形態と同様の構成を有する周方向きず検出用の超音波探触子１（２個）と、前述した第３実施形態と同様の構成を有するラミネーション検出用の超音波探触子１Ｃ（１個）と、単一の振動子を具備する軸方向きず検出用の超音波探触子１Ｄ（２個）とを具備する。

また、超音波探傷装置１００Ｃは、各超音波探触子１、１Ｃ、１Ｄにそれぞれ接続された送受信制御手段２（図示せず）を具備する。超音波探触子１、１Ｃにそれぞれ接続された送受信制御手段２は、前述した第１実施形態及び第３実施形態の送受信制御手段２と同様の構成を有し、選択振動子群１１Ｓから管Ｐに向けて超音波を送受信させると共に、選択振動子群１１Ｓを順次切り替える機能を有する。超音波探触子１Ｄに接続された送受信制御手段２は、超音波探触子１Ｄが具備する単一の振動子から管Ｐに向けて超音波を送受信させる機能を有する。

さらに、超音波探傷装置１００Ｃは、各送受信制御手段２からの出力信号を所定のしきい値と比較することにより、管Ｐに存在するきずを検出するきず判定部３（図示せず）と、管Ｐを周方向に回転させると共に、各超音波探触子１、１Ｃ、１Ｄを管Ｐの軸方向に相対移動させる駆動手段（図示せず）とを備えている。

本実施形態の駆動手段は、管Ｐの１回転当たりにおける超音波探触子１、１Ｃ、１Ｄの管Ｐの軸方向への相対移動量が、超音波探触子１、１Ｃ、１Ｄの検出対象きずに対する管Ｐの軸方向の実質的な有効ビーム幅のうち、最小の実質的な有効ビーム幅以下となるように、管Ｐを周方向に回転させると共に、超音波探触子１、１Ｃ、１Ｄを管Ｐの軸方向に相対移動させることを特徴としている。以下、具体的に説明する。

超音波探触子１についての管Ｐの軸方向の実質的な有効ビーム幅は、第１実施形態で述べたように、約２５ｍｍである。また、超音波探触子１Ｃについての管Ｐの軸方向の実質的な有効ビーム幅は、第３実施形態で述べたように、約２７．２５ｍｍである。さらに、超音波探触子１Ｄについては、詳細な記載は割愛するが、超音波探触子１Ｄが具備する単一振動子の管Ｐの軸方向に沿った長さを適当な値に設定することで、検出対象きず（軸方向きず）に対する管Ｐの軸方向の実質的な有効ビーム幅を２０ｍｍ程度にまで拡大することが可能である。

従って、本実施形態の駆動手段は、管Ｐの１回転当たりにおける超音波探触子１、１Ｃ、１Ｄの管Ｐの軸方向への相対移動量が、超音波探触子１、１Ｃ、１Ｄの検出対象きずに対する管Ｐの軸方向の実質的な有効ビーム幅のうち、最小の実質的な有効ビーム幅以下、すなわち、２０ｍｍ程度以下となるように、管Ｐを周方向に回転させると共に、超音波探触子１、１Ｃ、１Ｄを管Ｐの軸方向に相対移動させる。超音波探触子１、１Ｃ、１Ｄの管Ｐの軸方向への相対移動は、超音波探触子１、１Ｃ、１Ｄを静止させて、管Ｐを軸方向に移動させることで行っても良いし、或いは、管Ｐを静止させて、超音波探触子１、１Ｃ、１Ｄを管Ｐの軸方向に移動させることで行っても良い。

本実施形態に係る超音波探傷装置１００Ｃによれば、検出対象きずが管Ｐの何れの部位に存在したとしても、超音波探触子１、１Ｃ、１Ｄの全てについて、検出対象きずのエコー強度が所定の強度以上となり、この結果、軸方向きず、周方向きず及びラミネーションの全てを精度良く検出することが可能である。

図１は、管に存在する各種きずの超音波探傷方法を説明する説明図である。 図２は、従来の超音波探傷方法を説明する説明図である。 図３は、図２に示す超音波探傷方法によって得られる周方向きずのエコー強度のプロファイル例を示す。 図４は、管に加工した軸方向きず及び周方向きずに対して、同一の超音波探触子を鋼管の軸方向に走査した際に得られるきずエコー強度のプロファイル例を示す。 図５は、本発明の第１実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示す図である。 図６は、図５に示す超音波探触子が具備する一の選択振動子群をその配列方向に沿って走査した際に得られる検出対象きずのエコー強度のプロファイル例を示す。 図７は、図５に示す超音波探触子が具備する各選択振動子群について得られる検出対象きずのエコー強度のプロファイルを合成した例を示す。 図８は、本発明の第２実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示す図である。 図９は、図８に示す超音波探触子が具備する一の選択振動子群をその配列方向に沿って走査した際に得られる検出対象きずのエコー強度のプロファイル例を示す。 図１０は、図８に示す超音波探傷装置を用いて超音波探傷した結果の一例を示すグラフである。 図１１は、本発明の第３実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示す図である。 図１２は、図１１に示す超音波探触子が具備する一の選択振動子群をその配列方向に沿って走査した際に得られる検出対象きずのエコー強度のプロファイル例、及び、各選択振動子群について得られる検出対象きずのエコー強度のプロファイルを合成した例を示す。 図１３は、本発明で用いられる超音波探触子が具備する振動子の変形例を示す図である。 図１４は、本発明の第４実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示す図である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ・・・超音波探触子
２・・・送受信制御手段
３・・・きず判定部
１１・・・振動子
１１Ｓ・・・選択振動子群
２１・・・送信部
２２・・・受信部
２３・・・制御部
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ・・・超音波探傷装置
Ｐ・・・被探傷材（鋼管）

Claims (8)

1. 所定の方向に沿って配列されたｎ個（ｎ≧２）の振動子を具備する超音波探触子を被探傷材に対向配置する配置ステップと、
   前記ｎ個の振動子のうち、ｍ個（ｎ＞ｍ≧１）の振動子を選択し、該選択したｍ個の振動子からなる選択振動子群から前記被探傷材に向けて超音波を送受信することにより、前記被探傷材を探傷する探傷ステップと、
   前記選択振動子群を順次切り替える走査ステップとを含み、
   前記探傷ステップと前記走査ステップとを交互に繰り返すことにより、前記被探傷材を超音波探傷する方法であって、
   前記選択振動子群で測定した検出対象きずのエコー強度のプロファイルから、前記選択振動子群の検出対象きずに対する有効ビーム幅を予め求めておき、
   前記走査ステップでは、前記ｎ個の振動子の配列方向と超音波が入射する前記被探傷材の表面との成す角度をθ（°）とし、前記切り替えた各選択振動子群の検出対象きずに対する有効ビーム幅をＷ１（ｍｍ）としたときに、下記の式（１）を満足する切り替えピッチ長さＰ（ｍｍ）で、前記選択振動子群を順次切り替え、
   Ｐ≦Ｗ１・ｃｏｓθ ・・・（１）
   前記探傷ステップでは、前記切り替えた各選択振動子群でそれぞれ受信する検出対象きずからの最大エコー強度が略同等となるように、前記各選択振動子群毎に予め調整された探傷感度で、前記被探傷材を探傷することを特徴とする超音波探傷方法。
2. 前記超音波探触子が具備する前記ｎ個の振動子は、等間隔ｄ（ｍｍ）の配列ピッチで配列されており、
   前記走査ステップでは、前記ｎ個の振動子の配列方向と超音波が入射する前記被探傷材の表面との成す角度をθ（°）とし、前記切り替えた各選択振動子群の検出対象きずに対する有効ビーム幅をＷ１（ｍｍ）としたときに、下記の式（２）を満足する切り替えピッチ個数Ｋ（個）で、前記選択振動子群を順次切り替えることを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷方法。
   Ｋ≦Ｗ１・ｃｏｓθ／ｄ ・・・（２）
3. 前記探傷ステップでは、前記ｎ個の振動子の配列方向に沿った複数の異なる位置に存在し同等の寸法を有する複数の検出対象きずを用いて前記各選択振動子群毎に予め調整された探傷感度で、前記被探傷材を探傷することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波探傷方法。
4. 被探傷材としての管に発生し得る軸方向きずを検出するための第１の超音波探触子と、前記管に発生し得る周方向きずを検出するための第２の超音波探触子と、前記管に発生し得るラミネーションを検出するための第３の超音波探触子とをそれぞれ前記管に対向配置し、
   前記管を周方向に回転させると共に、前記第１〜第３の超音波探触子を前記管の軸方向に相対移動させながら、前記第１〜第３の超音波探触子がそれぞれ具備する振動子から前記管に向けて超音波を送受信することにより、前記管を超音波探傷する方法であって、
   前記第１〜第３の超音波探触子で測定した検出対象きずのエコー強度のプロファイルから、前記第１〜第３の超音波探触子の検出対象きずに対する実質的な有効ビーム幅を予め求めておき、
   前記第１〜第３の超音波探触子のうち、少なくとも１つの超音波探触子を請求項１〜３のいずれかに記載の超音波探触子とし、該超音波探触子が具備するｎ個の振動子の配列方向を前記管の軸方向に合致させて、該超音波探触子について請求項１〜３のいずれかに記載の超音波探傷方法を実行し、
   前記管の１回転当たりにおける前記第１〜第３の超音波探触子の前記管の軸方向への相対移動量を、前記第１〜第３の超音波探触子の検出対象きずに対する前記管の軸方向の実質的な有効ビーム幅のうち、最小の実質的な有効ビーム幅以下に設定することを特徴とする超音波探傷方法。
5. 所定の方向に沿って配列されたｎ個（ｎ≧２）の振動子を具備し、被探傷材に対向配置された超音波探触子と、
   前記ｎ個の振動子のうち、ｍ個（ｎ＞ｍ≧１）の振動子を選択し、該選択したｍ個の振動子からなる選択振動子群から前記被探傷材に向けて超音波を送受信させると共に、前記選択振動子群を順次切り替える送受信制御手段とを備え、
   前記選択振動子群で測定した検出対象きずのエコー強度のプロファイルから、前記選択振動子群の検出対象きずに対する有効ビーム幅は予め求められており、
   前記送受信制御手段は、前記ｎ個の振動子の配列方向と超音波が入射する前記被探傷材の表面との成す角度をθ（°）とし、前記切り替えた各選択振動子群の検出対象きずに対する有効ビーム幅をＷ１（ｍｍ）としたときに、下記の式（１）を満足する切り替えピッチ長さＰ（ｍｍ）で、前記選択振動子群を順次切り替え、
   Ｐ≦Ｗ１・ｃｏｓθ ・・・（１）
   前記送受信制御手段においては、前記切り替えた各選択振動子群でそれぞれ受信する検出対象きずからの最大エコー強度が略同等となるように、前記各選択振動子群毎に探傷感度が予め調整されていることを特徴とする超音波探傷装置。
6. 前記超音波探触子が具備する前記ｎ個の振動子は、等間隔ｄ（ｍｍ）の配列ピッチで配列されており、
   前記送受信制御手段は、前記ｎ個の振動子の配列方向と超音波が入射する前記被探傷材の表面との成す角度をθ（°）とし、前記切り替えた各選択振動子群の検出対象きずに対する有効ビーム幅をＷ１（ｍｍ）としたときに、下記の式（２）を満足する切り替えピッチ個数Ｋ（個）で、前記選択振動子群を順次切り替えることを特徴とする請求項５に記載の超音波探傷装置。
   Ｋ≦Ｗ１・ｃｏｓθ／ｄ ・・・（２）
7. 前記送受信制御手段においては、前記ｎ個の振動子の配列方向に沿った複数の異なる位置に存在し同等の寸法を有する複数の検出対象きずを用いて前記各選択振動子群毎に探傷感度が予め調整されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の溶接部の超音波探傷装置。
8. 被探傷材としての管に対向配置され、前記管に発生し得る軸方向きずを検出するための第１の超音波探触子と、
   前記管に対向配置され、前記管に発生し得る周方向きずを検出するための第２の超音波探触子と、
   前記管に対向配置され、前記管に発生し得るラミネーションを検出するための第３の超音波探触子と、
   前記第１の超音波探触子が具備する振動子から前記管に向けて超音波を送受信させる第１の送受信制御手段と、
   前記第２の超音波探触子が具備する振動子から前記管に向けて超音波を送受信させる第２の送受信制御手段と、
   前記第３の超音波探触子が具備する振動子から前記管に向けて超音波を送受信させる第３の送受信制御手段と、
   前記管を周方向に回転させると共に、前記第１〜第３の超音波探触子を前記管の軸方向に相対移動させる駆動手段とを備え、
   前記第１〜第３の超音波探触子で測定した検出対象きずのエコー強度のプロファイルから、前記第１〜第３の超音波探触子の検出対象きずに対する実質的な有効ビーム幅は予め求められており、
   前記第１〜第３の超音波探触子のうち、少なくとも１つの超音波探触子が請求項５〜７のいずれかに記載の超音波探触子であって、該超音波探触子が具備するｎ個の振動子の配列方向が前記管の軸方向に合致しており、
   前記第１〜第３の送受信制御手段のうち、前記少なくとも１つの超音波探触子に対応する少なくとも１つの送受信制御手段が請求項５〜７のいずれかに記載の送受信制御手段であり、
   前記駆動手段は、前記管の１回転当たりにおける前記第１〜第３の超音波探触子の前記管の軸方向への相対移動量が、前記第１〜第３の超音波探触子の検出対象きずに対する前記管の軸方向の実質的な有効ビーム幅のうち、最小の実質的な有効ビーム幅以下となるように、前記管を周方向に回転させると共に、前記第１〜第３の超音波探触子を前記管の軸方向に相対移動させることを特徴とする超音波探傷装置。

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