技術情報

フェイズドアレイ検査の歴史

最初の１０～２０年間、超音波機器は以下の三つの技術に全面的に依存していました。 先ず、一振動子探触子(single element transducers)と呼ばれるものでピエゾ圧電素子を使って音波を発信、受信するもの、次に二振動子探触子（dual element transducers）と云われる発信用と受信用に別々の圧電素子を用いたもの、そして三番目に ピッチ／キャッチ、もしくは透過法と称されるもので一対の一振動子探触子を組み合せて使用しています。これらの技術は工業用探傷及び厚さ測定用超音波機器の大半の製品に現在も使用されています。しかし、最近ではフェイズドアレイを使用した機器が超音波非破壊分野でその重要性を着実に増しています。

波動の干渉による強め合い、干渉による弱め合いの原理を最初に立証したのは英国科学者トーマスヤング（Thomas Young）です。彼は１８０１年に２点光源（two point sources of light）を用いて干渉パターンを造るという注目すべ実験をしました。その実験において２つの波が合った同相の場合は相互に波を強化し合う一方、２つの波が１８０度ずれた逆相の場合は相互に波を打ち消し合うことを立証しました。

位相シフト、あるいは位相整合は、言い換えると２点もしくはそれ以上の波の発生源(sources) から生成される波面を時間移動することによって相互作用を制御する方法であり、波面のエネルギーを曲げ、ステアリングし、フォーカスすることに使用できます。１９６０年代には研究者は超音波フェイズドアレイシステムの開発に着手しましたが、それは干渉パターンの制御によって音波ビームを導く様に発信のタイミングが制御された複数の振動素子（multiple point source transducers） を利用したものでありました。1970年代に入ると, 医療診断用に最初にフェイズドアレイシステムの商品が登場しますが、これは広い視野角でビーム走査を行い人体の断面像を作成したものでした。

当初 超音波フェイズドアレイシステムは概して云うと
医療用にその使用が限定されていました。そこには人体の組成及び構造は予測可能であり、機器設計及び画像解釈が比較的簡単であるという事実がありました。一方、工業用の利用には医療用に比べ大きな難題がありました。即ち、工業用試験の全般で遭遇する問題として、途方もない種類の厚さ及び形状が存在することは勿論、金属、複合材料、セラミックス、それにグラスファイバーなどの持つ多様な音響特性が存在するからです。最初の工業用フェイズドアレイシステムは１９８０年代に導入されましが、装置が極めて大きい上にデータ処理及び画像表示の為データをコンピューターに転送することが必要でした。こうしたシステムは最も典型的なアプリケーションとして稼働中の発電所の検査で使用されました。総じて云うと、この技術は原子力関連分野で積極的に推進されました。厳しい検査が要求される当分野では検出確率向上の為に先進技術を利用することが他の分野に比べ一層強く求められていたからです。その他の初期アプリケーションとして大型鍛造シャフトと低圧タービン部品があります。

ポータブル型でバッテリー駆動の工業用フェイズドアレイ機器は１９９０年代に登場します。アナログ設計ではビームステアリングに必要な多チャンネルUTシステムを造る為に大きな電気出力とスペースが必要でした。しかしデジタル化への移行と廉価な埋め込み型マイクロプロセッサーの急速な発達により次世代フェイズドアレイ機器の開発が一層加速されることになりました。 更に低電力電子部品、優れた省電力基本設計、そして表面実装基板設計の工業用全体での普及により先進技術の微細化が可能となりました。この結果、フェイズドアレイ機器は設定、データ処理、表示、および分析の全ての機能をポータブル機器の中に収めることが可能となり、工業用分野全体で更に普及する道が開けました。このことは逆に共通用途に標準フェイズドアレイプローブ仕様の特定化を促すことになりました。

続きを読む
現在ラインナップしている探傷装置のタイプ >>