特許 7341793 超音波探傷装置、方法及び炉内構造物保全方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-01

(45)【発行日】2023-09-11

(54)【発明の名称】超音波探傷装置、方法及び炉内構造物保全方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/07 20060101AFI20230904BHJP

   G01N 29/26 20060101ALI20230904BHJP

【ＦＩ】

G01N29/07

G01N29/26

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019154273

(22)【出願日】2019-08-27

(65)【公開番号】P2021032756

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-02-14

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 摂

(72)【発明者】

【氏名】千星 淳

(72)【発明者】

【氏名】浦口 晃平

(72)【発明者】

【氏名】三橋 忠浩

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 駿介

【審査官】田中 洋介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１３８６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０４２０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１９５３４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－００２９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１５１０９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１４１２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２２１１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】鈴木 秀章，蒸発管炉内UT法の実証試験 蒸発管炉外内面の腐食疲労亀裂に対する炉内UT法の確立，技術開発ニュース，日本，中部電力，2004年11月01日，No.111，第１９頁～第２０頁，https://www.chuden.co.jp/resource/seicho_kaihatsu/kaihatsu/kai_library/news/news_2010/news_111_N11119.pdf

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００－２９／５２

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アレイプローブに配列する複数の超音波素子の各々に対し超音波を送信及び受信させる超音波送受信部と、
前記超音波の入射側の第１面及びその裏側の第２面のうち少なくとも前記第２面が平面と平面を接続面で接続した非連続平面で形成されている被検査対象の形状情報を保持するデータベースと、
前記超音波素子から送信された前記超音波が前記第２面を反射して前記第１面近傍の焦点に到達するまでの伝播時間を、前記形状情報を反映した伝播経路に基づいて演算する伝播時間演算部と、
複数の中から基準点として選択された前記超音波素子の前記伝播時間とその他の前記超音波素子の前記伝播時間との差分を遅延時間として計算する遅延時間計算部と、
前記遅延時間に基づいて前記超音波の前記送信及び前記受信の少なくとも一方のタイミングを調整し、各々の前記超音波素子で受信された複数のエコー波形を合成する波形合成部と、
前記焦点が前記第１面に沿って走査されるなかで、複数の前記エコー波形を合成した合成波形に基づいて前記被検査対象の探傷画像を生成する描画部と、を備え、
前記接続面を反射する前記伝播経路の前記エコー波形も前記合成波形に合成されている超音波探傷装置。

【請求項2】

請求項１に記載の超音波探傷装置において、
前記アレイプローブに配列する一部の超音波素子を素子群として選択し、この選択される前記素子群を走査することで、前記焦点を前記第１面に沿ってリニア走査させる走査部を備える超音波探傷装置。

【請求項3】

請求項２に記載の超音波探傷装置において、
前記基準点として選択された前記超音波素子から送信され前記第２面を反射した前記超音波が前記焦点に到達するときの到達角が一定になるように前記遅延時間が計算される超音波探傷装置。

【請求項4】

請求項１に記載の超音波探傷装置において、
前記基準点として選択された前記超音波素子から送信された前記超音波の前記伝播時間を走査するように演算し、前記焦点が前記第１面に沿ってセクタ走査させる走査部を備える超音波探傷装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波探傷装置において、
前記描画部は、前記合成波形の強度が、前記伝播時間に相当する描画範囲のグリッドに、プロットされることにより、前記探傷画像を生成する超音波探傷装置。

【請求項6】

アレイプローブに配列する複数の超音波素子の各々に対し超音波を送信及び受信させるステップと、
前記超音波の入射側の第１面及びその裏側の第２面のうち少なくとも前記第２面が平面と平面を接続面で接続した非連続平面で形成されている被検査対象の形状情報をデータベースに保持するステップと、
前記超音波素子から送信された超音波が前記第２面を反射して前記第１面近傍の焦点に到達するまでの伝播時間を、前記形状情報を反映した伝播経路に基づいて演算するステップと、
複数の中から基準点として選択された前記超音波素子の前記伝播時間とその他の前記超音波素子の前記伝播時間との差分を遅延時間として計算するステップと、
前記遅延時間に基づいて前記超音波の前記送信及び前記受信の少なくとも一方のタイミングを調整し、各々の前記超音波素子で受信された複数のエコー波形を合成するステップと、
前記焦点が前記第１面に沿って走査されるなかで、複数の前記エコー波形を合成した合成波形に基づいて前記被検査対象の探傷画像を生成するステップと、を含み、
前記接続面を反射する前記伝播経路の前記エコー波形も前記合成波形に合成されている超音波探傷方法。

【請求項7】

請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超音波探傷装置を用い、トランジションピースに嵌合するジェットポンプビームの接触面近傍に存在する欠陥を探傷する炉内構造物保全方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、フェーズドアレイ方式による超音波探傷技術および炉内構造物保全方法に関する。

【背景技術】

【0002】

超音波探傷試験は、非破壊で構造材の表面および内部の健全性を確認できる技術であり、様々な分野で欠かせない検査技術となっている。フェーズドアレイ方式の超音波探傷試験は、小型で超音波送受信用の圧電素子を複数並べたアレイプローブを用いるものである。このフェーズドアレイ方式では、複数の圧電素子からタイミング（遅延時間）をずらして超音波を発信する。これにより、アレイプローブを動かすことなく、超音波を任意の方向に入射させ任意の位置に収束させることができる。

【0003】

またフェーズドアレイ方式は、超音波の伝播ルートが固定される単眼方式に対し、超音波を走査することができ、プローブを固定したまま広範囲を探傷試験することができる。このようにフェーズドアレイ方式は、入射させるビームを制御することで、複雑な形状を持つ検査対象に対応することができ、様々な点で拡張性があり広く採用される。

【0004】

今般、原子力や火力等の大規模発電プラントや社会インフラ設備は、高経年化が進んでいる。このため超音波探傷の検査対象となる部位や検出すべき欠陥の種類が、従来に比べて多様化している。これまで検査対象となる部位は、検査を想定して設計されていたり、溶接等のように露出していたりと、超音波探傷試験時のアクセスが容易であった。

【0005】

一方、超音波探傷試験が想定されていない部位において、経年とともにリスクが顕在化してきているにもかかわらず通常の超音波探傷試験が適用できない場合がある。そのような部位として、一体鍛造等により検査対象の位置の形状が複雑である場合等が挙げられる。

【0006】

そのような部位を超音波探傷試験する従来技術として、表面から超音波が到達する経路が存在しない配管すみ肉溶接で接合された内管部座の欠陥等に対し、超音波を配管内面で１回反射させてから到達させるワンスキップと呼ばれる手法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１０－２５６７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、上述の提案されたワンスキップ手法は、スキップさせる反射面の形状が連続した平面であることが前提である。このスキップ面が平面でない場合は、予期せぬ方向へ超音波が反射したり散乱が起きたりするため、探傷試験の信頼性を保てない。

【0009】

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、超音波を反射させて欠陥に到達させるに際し、反射面が連続平面でなくとも、信頼性の高い試験結果が得られる超音波探傷技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

実施形態に係る超音波探傷装置において、アレイプローブに配列する複数の超音波素子の各々に対し超音波を送信及び受信させる超音波送受信部と、前記超音波の入射側の第１面及びその裏側の第２面のうち少なくとも前記第２面が平面と平面を接続面で接続した非連続平面で形成されている被検査対象の形状情報を保持するデータベースと、前記超音波素子から送信された前記超音波が前記第２面を反射して前記第１面近傍の焦点に到達するまでの伝播時間を前記形状情報を反映した伝播経路に基づいて演算する伝播時間演算部と、複数の中から基準点として選択された前記超音波素子の前記伝播時間とその他の前記超音波素子の前記伝播時間との差分を遅延時間として計算する遅延時間計算部と、前記遅延時間に基づいて前記超音波の前記送信及び前記受信の少なくとも一方のタイミングを調整し、各々の前記超音波素子で受信された複数のエコー波形を合成する波形合成部と、前記焦点が前記第１面に沿って走査されるなかで複数の前記エコー波形を合成した合成波形に基づいて前記被検査対象の探傷画像を生成する描画部と、を備え、前記接続面を反射する前記伝播経路の前記エコー波形も前記合成波形に合成されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明の実施形態により、超音波を反射させて欠陥に到達させるに際し、反射面が連続平面でなくとも、信頼性の高い試験結果が得られる超音波探傷技術が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態に係る超音波探傷装置のブロック図。

【図2】素子群から送信される超音波の説明図。

【図3】（Ａ）（Ｂ）素子群における超音波素子の設定例の説明図。

【図4】第１実施形態に係る超音波探傷装置のリニア走査方式の説明図。

【図5】第２実施形態に係る超音波探傷装置のリニア走査方式の説明図。

【図6】第３実施形態に係る超音波探傷装置のセクタ走査方式の説明図。

【図7】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）超音波の伝搬経路及び合成波形の説明図。

【図8】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）遅延時間を計算する遅延時間計算部の説明図。

【図9】送信側遅延時間と受信側遅延時間を用いてエコー波形を合成する説明図。

【図10】描画部に表示される探傷画像を示す図。

【図11】描画部に表示される合成波形を示すグラフ。

【図12】（Ａ）ジェットポンプの正面図、（Ｂ）その部分拡大図。

【図13】ジェットポンプのトランジションピースとジェットポンプビームの嵌合部分の拡大断面図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１に示すように第１実施形態に係る超音波探傷装置１０は、アレイプローブ３０に配列する複数の超音波素子３１の各々に対し超音波Ｕを送信及び受信させる超音波送受信部１１と、超音波Ｕの入射側の第１面４１及びその裏側の第２面４２のうち少なくとも第２面４２が非連続平面で形成されている被検査対象４０の形状情報４５を保持するデータベース１２と、超音波素子３１から送信された超音波Ｕが第２面４２を反射して第１面４１近傍の焦点Ｆに到達するまでの伝播時間Ｔを形状情報４５に基づいて演算する伝播時間演算部１６と、複数の中から基準点Ｃとして選択された超音波素子３１の伝播時間Ｔとその他の超音波素子３１の伝播時間Ｔとの差分を遅延時間Δｔとして計算する遅延時間計算部１７と、遅延時間Δｔに基づいて超音波Ｕの送信及び受信の少なくとも一方のタイミングを調整し各々の超音波素子３１で受信された複数のエコー波形３５を合成する波形合成部１８と、を備えている。

【0014】

伝播時間演算部１６は、第１面４１及び第２面４２を有する被検査対象４０の形状情報４５を反映して、まず超音波Ｕの伝播経路の演算を行う。図１に示すように、ある超音波素子３１から送信された超音波Ｕは第１面４１ａの入射点Ｉにおいて入射角αで入射し、スネルの法則によって屈折角βの方向に伝播していく。入射点Ｉから屈折角βの方向に伸びる半直線と第２面４２との交点が反射点Ｒとなる。この反射点Ｒに入射した超音波Ｕは、反射点Ｒの接線の角度と屈折角βとの関係で全反射する成分が生じ、その全反射した超音波は第１面４１ｂの近傍の焦点Ｆに到達角γで到達する。なお到達角γを、第１面４１ｂの法線とのなす角で表しているが、第１面４１ａの法線となす角で表す等、任意の基準線を用いて表すことができる。

【0015】

そして、得られた超音波Ｕの伝播経路の距離を被検査対象４０の音速で除することにより、超音波Ｕが超音波素子３１から焦点Ｆに達するまでの伝播時間Ｔが得られる。このようにして、プローブ３０を構成する超音波素子３１の各々から焦点Ｆへの超音波Ｕの伝播時間Ｔを求めることができる。そして、超音波素子３１から送信される超音波Ｕの伝播経路及びその伝播時間Ｔは、入射角αを設定して求めることができ、また焦点Ｆを設定して求めることもできる。

【0016】

遅延時間計算部１７は、アレイプローブ３０に配列する一部の超音波素子３１を素子群Ｅとして選択し、さらにこの素子群Ｅの中から基準点Ｃとなる超音波素子３１を選択する。そして、基準点Ｃの超音波素子３１の伝播時間Ｔとその他の超音波素子３１の伝播時間Ｔとの差分を遅延時間Δｔとして計算する。そして遅延時間Δｔだけタイミング調整されて電圧信号が、送信部１１ａから素子群Ｅを構成する各々の超音波素子３１に入力される。すると図２に示すように、素子群Ｅを構成する各々の超音波素子３１から送信される超音波Ｕは、第１面４１に入射して第２面４２を反射して、全て焦点Ｆに収束される。

【0017】

図３は素子群Ｅにおける超音波素子３１の設定例の説明図である。素子群Ｅは、設定された基準点Ｃの両側もしくはどちらか片側に位置する超音波素子３１を１以上選択し、この基準点Ｃの超音波素子３１も含めて定義される。図３（Ａ）のように素子群Ｅは、ある一塊の範囲を選定してもよいし、図３（Ｂ）のように疎な素子群Ｅとして選定してもよい。

【0018】

素子群Ｅの最大値はアレイプローブ３０を構成する超音波素子３１の全数までとることができる。また、走査される素子群Ｅを構成する超音波素子３１の選定においては、焦点Ｆや到達角γを微小変化させるに当り、好都合な座標に位置する超音波素子３１を選択することもできる。さらに、被検査対象４０を伝播する超音波Ｕについて、反射点Ｒから先を別モードの波として計算することもできる。例えば入射点Ｉから反射点Ｒまでは縦波、反射点Ｒから焦点Ｆまではモード変換した横波とすることもできる。

【0019】

（第１実施形態）
図４は、第１実施形態に係る超音波探傷装置１０のリニア走査方式の説明図である。第１実施形態における走査部２０（図１）は、アレイプローブ３０に配列する一部の超音波素子３１を素子群Ｅ（Ｅ₁～Ｅ₅）として選択し、この選択される素子群Ｅをリニア走査することで、焦点Ｆ（Ｆ₁～Ｆ₅）を第１面４１ｂに沿って走査させる。

【0020】

第１実施形態の超音波探傷装置１０では、基準点Ｃ（Ｃ₁～Ｃ₅）として選択された超音波素子３１から送信される超音波Ｕ（Ｕ₁～Ｕ₅）の被検査対象４０に入射するときの入射角αが一定になるように遅延時間Δｔが計算される。第１実施形態では、基準点Ｃ（Ｃ₁～Ｃ₄）となる超音波素子３１と入射角αとを初期条件として設定してから、形状情報４５に基づいて焦点Ｆが決定される。

【0021】

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る超音波探傷装置１０のリニア走査方式の説明図である。第２実施形態における走査部２０（図１）は、アレイプローブ３０に配列する一部の超音波素子３１を素子群Ｅ（Ｅ₁～Ｅ₄）として選択し、この選択される素子群Ｅを走査することで、焦点Ｆ（Ｆ₂～Ｆ₄）を第１面４１ｂに沿ってリニア走査させる。

【0022】

第２実施形態の超音波探傷装置１０では、基準点Ｃとして選択された超音波素子３１から送信され第２面４２を反射した超音波Ｕが焦点Ｆに到達するときの到達角γが一定になるように遅延時間Δｔが計算される。

【0023】

第１面４１ｂに沿ってリニア走査を行う場合、到達角γが一定となるように、超音波Ｕの伝播経路が２本以上平行に形成されることが求められる。ここでいう平行とは、想定する到達角γに対して±５°以内の誤差、好ましくは±２°以内の誤差を持つこととして定義される。第２実施形態では、焦点Ｆと到達角γとを初期条件として設定してから、形状情報４５に基づいて基準点Ｃ（Ｃ₁～Ｃ₄）となる超音波素子３１が決定される。

【0024】

（第３実施形態）
図６は第３実施形態に係る超音波探傷装置１０のセクタ走査方式の説明図である。第３実施形態では、基準点Ｃとして選択された超音波素子３１から送信された超音波Ｕの伝播時間Ｔが走査されるように演算され、焦点Ｆ（Ｆ₂～Ｆ₄）が第１面４１ｂに沿ってセクタ走査される。

【0025】

図１に戻って説明を続ける。アレイプローブ３０（以下、単に「プローブ３０」という）は、セラミクス製、複合材料、高分子フィルムもしくはその他の圧電効果により超音波を発生する圧電素子等の超音波素子３１と、超音波をダンピングするダンピング材と、超音波の発振面に取り付けられた前面板と、から構成されている。各実施形態においてプローブ３０は、圧電素子が１次元的に配列されたリニアアレイプローブが開示される。

【0026】

しかし、適用されるプローブ３０としては、リニアアレイプローブの奥行き方向に圧電素子を不均一な大きさで分割した１．５次元アレイプローブ、圧電素子が２次元的に配列されたマトリクスアレイプローブ、リング状の圧電素子が同心円状に配列されたリングアレイプローブ、リングアレイプローブの圧電素子を周方向で分割した分割型リングアレイプローブ、圧電素子が不均一に配置された不均一アレイプローブ、円弧の周方向位置に素子を配置した円弧状アレイプローブ、球面の表面に素子を配置した球状アレイプローブなどが挙げられる。

【0027】

またこれらに限定されることなく、他の形状の超音波アレイプローブを用いることもできる。また、これらの超音波アレイプローブを、種類を問わずに複数組合せて、タンデム探傷に適用することもできる。また上記の超音波アレイプローブは、コーキングやパッキングにより気中、水中を問わず利用できるものも含まれる。

【0028】

なおプローブ３０の設置に際しては、指向性の高い角度で超音波Ｕを被検査対象４０へ入射するために、楔（図示略）を利用することもある。この楔は、超音波が伝播可能で、音響インピーダンスが把握されている等方材が用いられる。具体的には、アクリル、ポリイミド、ゲル、その他の高分子等が挙げられ、プローブ３０の前面板と音響インピーダンスが近いかもしくは同じ材質が採用されるか、被検査対象４０と音響インピーダンスが近いかもしくは同じ材質が採用される。

【0029】

またこの楔は、段階的もしくは漸次的に音響インピーダンスを変化させる複合材料を採用してもよいし、上述した材料に限定されることなく、それ以外の材料も適用することができる。また、楔内の多重反射波が探傷結果に影響を与えないように楔内外にダンピング材を配置したり、山型の波消し形状を設けたり、多重反射低減機構を有する場合もある。なお本実施形態においては、プローブ３０から被検査対象４０へ超音波を入射させる際に、楔の記載を省略している。

【0030】

プローブ３０と楔、楔と被検査対象４０あるいはプローブ３０と被検査対象４０の間は音響接触媒質４７により、音響的に結合されている。音響接触媒質４７は、例えば水やグリセリン、マシン油、ひまし油、アクリル、ポリスチレン、ゲル等、超音波を伝播できる媒質とし、これらに限定されることなくその他のものも適用できる。また、本実施形態の説明においてプローブ３０から被検査対象４０へ超音波を入射させる際に音響接触媒質４７の記載を省略している場合もある。

【0031】

超音波送受信部１１は、送信部１１ａと受信部１１ｂとから構成されている。送信部１１ａは、接続される超音波素子３１に対し、任意波形の電圧信号を入力するものである。入力される電圧波形は、サイン波、のこぎり波、矩形波、スパイクパルス等が挙げられ、正負両極の値をもつバイポーラでもよいし、正負どちらか方振りのユニポーラでもよい。また、正負どちらかにオフセットを付加してもよい。また、電圧波形は単パルス、バーストもしくは連続波など印加時間や繰り返し波数を増減させることもできる。

【0032】

描画部１９は、複数のエコー波形３５を合成した合成波形Ｍに基づいて被検査対象４０の探傷画像３７を生成するものである。この描画部１９は、デジタルデータを表示できるものであればよく、ＰＣモニタ、テレビ、プロジェクタ等が考えられ、ブラウン管のように一度アナログ信号化してから表示させるものでもよい。また、この描画部１９は、設定した条件に応じて音や発光によりアラームを生じさせたり、タッチパネルとして操作を入力したりするユーザインタフェース機能を有してもよい。

【0033】

上述の各種機能部を制御する制御部（図示略）は、ＰＣに代表されるような汎用的に演算やデータ通信を行える機能を有する装置であって、上述した構成の中でプローブ３０以外のものを内包もしくはそれぞれの機能部を通信ケーブルで相互接続した構成をとる。

【0034】

被検査対象４０の片側の第１面４１は、プローブ３０を当接させることができる第１面４１ａと、障害物４８の存在によりプローブ３０を当接させることができない第１面４１ｂとを有している。そして、被検査対象４０の裏側の第２面４２は、プローブ当接面（第１面４１ａ）の裏側にある第２面４２ａと、このプローブ裏側面（第２面４２ａ）と互いの延長面が重なり合わず障害物４８の当接面（第１面４１ｂ）の裏側にある第２面４２ｂと、プローブ裏側面（第２面４２ａ）と障害物裏側面（第２面４２ｂ）とを接続する接続面４２ｃと、を有している。

【0035】

このような構造を有する被検査対象４０は、障害物当接面（第１面４１ｂ）の近傍に欠陥４６が存在する場合、この欠陥４６に対して直接的に超音波Ｕを伝播させることができない。つまり、この欠陥４６に対しては、プローブ当接面（第１面４１ａ）から入射させた超音波Ｕを、裏側の第２面４２（４２ａ，４２ｂ，４２ｃのいずれか）に反射させて、間接的に伝播させることしかできない。

【0036】

なお第１面４１ｂの形態としては、その上面に障害物４８が配置されている場合の他に、プローブ３０やその周辺機構の構造的な事情によりプローブ３０を当接できない場合も含まれる。第２面４２ａ，４２ｂは、それぞれ平面や曲面等の２次以下の次数の関数で表すことができる面である。これら第２面４２ａ，４２ｂを接続する接続面（第２面４２ｃ）は、２次関数で表されるものに限らないが、その始端と終端はそれぞれ第２面４２ａ，４２ｂとの境界を形成している。

【0037】

図７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）を参照して、超音波Ｕの伝搬経路及び合成波形Ｍについて説明する。なお、以降の図示において超音波Ｕは、被検査対象４０の裏面を反射せず、焦点Ｆに直接到達している場合で単純化して説明しているが、超音波Ｕが被検査対象４０の裏面を反射する場合も同様の説明が成り立つ。超音波の送信時はプローブ３０の中の１つの超音波素子３１から超音波Ｕを送信し、超音波Ｕの受信時は１つ以上の超音波素子３１でそれぞれ超音波Ｕを受信する。このようなシーケンスを、図７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、超音波を送信する超音波素子ｉ（ｉ＝１、２、３、…、Ｎ）を変えながら１回以上繰り返す。

【0038】

その結果、超音波素子ｉ（ｉ＝１～Ｎ）で送信され、超音波素子ｊ（ｊ＝１～Ｎ）で受信された超音波波形Ｕ（ｉ，ｊ）（エコー波形３５）が得られる。さらに詳しく説明すると、超音波Ｕの送受信は、１つの超音波素子３１で超音波Ｕを送信し、複数の超音波素子３１で超音波Ｕを受信し、超音波素子３１ごとに独立した状態で超音波波形Ｕ（ｉ，ｊ）が保持される。Ｎ個の超音波素子３１から成るプローブ３０を使用した場合、送信素子を変えていくと最大でＮ×Ｎパターンの超音波波形が収録される。

【0039】

ここで、受信は超音波素子３１ごとに独立した状態で波形を保持する機能を維持したまま、送信に用いる素子だけを複数化することも可能である。この場合、遅延時間Δｔで調整し超音波の平面波化、集束、拡散などを行うこともできる。被検査対象４０に入射された超音波Ｕは、被検査対象４０の表面や、被検査対象内部や表面に存在するき裂や介在物などに代表される欠陥４６によって反射・散乱され、その反射された超音波はプローブ３０の超音波素子で受信される。

【0040】

図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に基づいて遅延時間計算部１７における遅延時間Δｔの演算について説明する。ここで、素子群Ｅを構成する超音波素子３１を中心座標ｅ（ｅ１～ｅ７）で表している。そして基準点Ｃには伝播時間Ｔが一番長いｅ１位置の超音波素子３１を設定している。

【0041】

遅延時間Δｔは、各超音波素子３１の中心座標ｅと焦点Ｆの位置関係から算出される。ここで焦点Ｆは、合成波形Ｍを生成する素子群Ｅの各超音波素子３１の中心座標ｅ（ｅ１～ｅ７）から入射角、屈折角の経路を通過してある深さに至った座標である。各超音波素子３１の中心座標ｅ（ｅ１～ｅ７）から焦点Ｆまでの直線距離を被検査対象の音速で除することにより、各超音波素子３１から照射された超音波が焦点Ｆに達するまでの伝播時間Ｔがそれぞれ得られる。

【0042】

図８（Ｂ）（Ｃ）に示すように、全超音波素子３１の伝播時間Ｔを、伝播時間Ｔのうち最も長いもので減じ、正負を反転させたものが各超音波素子３１に付与される遅延時間Δｔとなる。音響接触媒質４７をプローブ３０と被検査対象４０の間に設ける場合は、スネルの法則を用いて各超音波素子３１から被検査対象４０に超音波が入射する点を算出し、音響接触媒質４７と被検査対象４０の音速をそれぞれ用いて、それぞれの伝播に要する伝播時間Ｔを演算してから遅延時間Δｔを算出する。

【0043】

遅延時間Δｔは、送信と受信双方の経路で演算される。この時用いる検査対象の表面形状は一般的な平面や傾いた平面だけに限らず曲率や凹凸部があっても、それを考慮した幾何計算を行うこともできる。これは、スネルの法則を用いる入射点の計算時に、超音波Ｕが入射する表面の点の角度情報（接線角度）を反映することで可能となる。

【0044】

波形合成部１８は、遅延時間計算部１７で得た遅延時間Δｔを、素子群Ｅを構成するそれぞれの超音波素子３１の中心座標ｅ（ｅ１～ｅ７）に割り当て、それぞれの超音波素子３１で得られたエコー波形３５の信号を遅延時間Δｔ分だけ時間軸方向にずらし、ずらし終わった各素子の同一時間における信号を合成することで合成波形Ｍを得る。

【0045】

図９は、送信した超音波を焦点に集束させるのに必要な送信側遅延時間と、受信した超音波を集束するのに必要な受信側遅延時間とを合算させて遅延時間にする場合を示している。なお、ここでは最も基本となる超音波波形Ｕ（ｉ，ｊ）を得てからオフラインで任意の合成波形Ｍを形成する手法を示しているが、オンラインで遅延時間を反映した超音波励起および超音波合成を行う通常のフェーズドアレイや開口合成法と同じ処理を行ってもよい。

【0046】

図１０は描画部１９（図１）に表示される探傷画像３７を示す図である。図１１は描画部１９に表示される合成波形Ｍを示すグラフである。描画部１９により、基準点Ｃから、入射点Ｉ、反射点Ｒ、焦点Ｆを結ぶ線上の一部または全部に、合成波形Ｍの波形強度を描画して探傷画像３７を得ることができる。図１１に示すように合成波形Ｍは、中心素子Ｃから入射点Ｉまでの経路、入射点Ｉから反射点Ｒまでの経路、反射点Ｒから焦点Ｆまでの経路に大別される。

【0047】

図１０に示すように、描画したい範囲をグリッドで区切り、各グリッドへの伝播時間に相当する合成波形Ｍの強度をプロットすることで、探傷画像３７が得られる。このとき、合成波形Ｍ全ての伝播経路を描画する必要はなく、一部例えば焦点Ｆ付近の値に限ってもよい。例えば焦点Ｆを複数取りそれぞれの焦点Ｆで得られる合成波形Ｍの強度のみをプロットしていくことで、開口合成像を得ることもできる。

【0048】

図１２（Ａ）はジェットポンプ５０の正面図であり、図１２（Ｂ）はその部分拡大図である。また図１３はジェットポンプ５０のトランジションピース５１とジェットポンプビーム５２の嵌合部分の拡大断面図である。

【0049】

ジェットポンプ５０は、原子力発電プラントの原子炉圧力容器内に据え付けられている。このジェットポンプ５０のジェットポンプビーム５２を被検査対象４０（図１）として、その嵌合部分に存在する欠陥４６を探傷する例について述べる。例えば定期検査等、プラントの運転が停止しかつ原子炉圧力容器の上部が解放されているとき、アクセス装置を用いてプローブ３０を、ジェットポンプビーム５２の第１面４１ａに超音波Ｕを入射できる位置に設置する。超音波Ｕの反射波の焦点Ｆを近傍（例えば１０ｍｍ以内）に形成させる第２面４２は、トランジションピース５１とジェットポンプビーム５２が嵌合している面となる。

【0050】

なお本実施例は、原子炉圧力容器内が水で満たされていることを前提にしており、音響接触媒質は水もしくは純水となる。したがって、ジェットポンプビーム５２の第１面４１ａから離れた位置にプローブ３０を配置することで、トランジションピース５１とジェットポンプビーム５２との嵌合面の探傷が可能となる。なお、探傷試験は、例示したトランジションピース５１とジェットポンプビーム５２との嵌合面に限定されることはなく、その他の炉内構造物を被検査対象４０として探傷試験を行うことができ、炉内構造物保全が可能となる。

【0051】

本発明の実施形態は、一般的にフェーズドアレイ超音波探傷試験と呼ばれる超音波探傷法に適用することができる。その中でも、一定方向に超音波Ｕを形成しながら、駆動させる超音波素子を電子走査させていくリニアスキャン法、駆動させる超音波素子を固定もしくは電子操作しながら超音波Ｕを形成する角度を扇状に変化させるセクタスキャン法、任意の座標領域に網羅的に焦点を設けてビームを集束させるＴｏｔａｌ Ｆｏｃｕｓｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ（ＴＦＭ）やいわゆる開口合成法等といった、超音波を用いた映像化が可能なものに好適に適用される。

【0052】

以上述べた少なくともひとつの実施形態の超音波探傷装置によれば、被検査対象の形状情報を保持することで、超音波を反射させて欠陥に到達させるに際し、反射面が連続平面でなくとも、信頼性の高い試験結果を得ることが可能となる。

【0053】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0054】

１０…超音波探傷装置、１１…超音波送受信部、１１ｂ…受信部、１１ａ…送信部、１６…伝播時間演算部、１７…遅延時間計算部、１８…波形合成部、１９…描画部、２０…走査部、３０…アレイプローブ（プローブ）、３１…超音波素子、３５…エコー波形、３７…探傷画像、４０…被検査対象、４１（４１ａ，４１ｂ）…第１面、４２（４２ａ，４２ｂ）…第２面、４２ｃ…接続面、４５…形状情報、４６…欠陥、４７…音響接触媒質、４８…障害物、５０…ジェットポンプ、５１…トランジションピース、５２…ジェットポンプビーム、Ｔ…伝播時間、Δｔ…遅延時間、Ｆ…焦点、α…入射角、β…屈折角、γ…到達角、Ｕ…超音波。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】