水浸型走査型超音波トモグラフィー装置と滝型走査型超音波トモグラフィー装置はいずれもNDT（非接触検査）方式を採用しています。結合媒体として水を利用して、検査対象のワークピースに超音波を送信します。ただし、装置のコア原理、構造設計、用途、および利点と欠点の点で、それらは大きく異なります。
以下は 2 つの走査型音響断層撮影装置の体系的な比較です。
基本原則
結合方式 |
水浸超音波スキャン |
ウォーターフォール超音波スキャン |
全体的な浸漬カップリング。ワークピースとプローブ（またはそのうちの 1 つ）が水タンクに完全に浸されています。 |
ローカルカップリング。安定した水柱がノズルを通して形成され、プローブとワークピース間の結合ブリッジとして機能します。 |
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音のビーム経路 |
音波はワークに入る前に水中を長距離伝播します。音のビームは水中で拡散します。 |
音波は、非常に短い、または一定の長さの水柱を通ってワークピースに入ります。サウンドビームの広がりはうまく制御されています。 |
スキャン動作 |
通常、ワークは固定されており、プローブは X、Y、Z 軸に沿って正確に移動します。 |
通常、ガントリーまたはロボット アームを使用してスプレー ヘッド (一体型プローブ付き) を駆動し、固定または可動のワークピース上をスキャンします。 |
構造と構成
主要部品 |
水浸超音波スキャン |
ウォーターフォール超音波スキャン |
大型シンク（純水処理システムが必要） 高精度3Dスキャンフレーム 浸漬プローブと治具 ワーク固定具 水循環、濾過、恒温システム |
スプレーヘッド（超音波プローブとノズルが一体化） ガントリーまたはロボットアームのスキャン機構 独立した水循環供給システム（水タンク、水ポンプ、フィルター） 水リサイクル装置（オプション） ワークサポートプラットフォーム |
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システムの複雑さ |
比較的高い。大型の水槽や水質の維持管理が必要で、システムも大掛かりになります。 |
比較的低い。構造がコンパクトになり、大型の浸漬槽が不要になります。 |
柔軟性 |
比較的低い。水槽の大きさによりワークサイズが制限されるため、ワークサイズの交換が面倒です。 |
比較的高い。理論的には、スキャン機構がその領域をカバーする限り、どんな大きなワークピースでもスキャンできます。 |
性能と用途
検出精度 と解像度 |
水浸超音波スキャン |
ウォーターフォール超音波スキャン |
非常に高い。 安定した水環境、正確な音路制御、および簡単に達成できるフォーカシング (音響レンズまたはデジタルフォーカシング) により、非常に高い解像度と S/N 比が得られます。 |
高い。 水柱によりわずかな変動が生じる可能性がありますが、適切な設計により高い精度を達成できるため、高性能検出によく使用されます。 |
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スキャン速度 |
比較的遅い。 機械的スキャンの速度と加速度によって制限され、水の抵抗を考慮する必要があります。 |
通常はもっと速いです。 機械構造の軽量化により加速度が向上し、広範囲の高速スキャンに適しています。 |
適用ワーク |
中小型、複雑形状の高価値ワーク。 |
中・大型の板状または単純な曲面ワーク。 |
表面適応性 |
ワーク表面の平坦度に対する要求は高く、複雑な表面には 3D 経路計画と一定の水距離制御が必要です。 |
緩やかな曲面への追従性が高く、サーボシステムにより結合水柱の安定性を維持できます。ただし、高さのばらつきが大きい複雑な表面を扱う場合には、より大きな課題に直面します。 |
水 温度 インパクト |
センシティブ。水温の変化は音速とプローブの性能に影響を与えます。恒温システムが必要です。 |
感度が低い。水柱が小さく、熱交換が速いため、影響は比較的軽微です。 |
メリット・デメリットまとめ
水浸タイプ |
アドバンテージ |
短所 |
結合は最も安定しており、信号の一貫性と再現性が優れています。 |
機器は広い面積を占めるため、インフラストラクチャに多額の費用がかかります。 |
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最高の分解能を備え、微小欠陥の検出に特に適しています |
ワークのサイズはシンクによって制限されます。 |
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ビーム集束と複雑な角度検出 (フェーズド アレイ S スキャンなど) を簡単に実現 |
メンテナンスが煩雑（水質処理、防錆、洗浄） |
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プローブは長寿命で、穏やかな作業環境で動作します。 |
材料の積み下ろしが不便で、試験準備に時間がかかる。 |
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自動Cスキャン撮影に最適、高画質 |
水分に弱いワークや面倒な後処理が必要なワークには適しません。 |
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ウォーターフォール式 |
高い柔軟性を誇り、大型ワークの検出も可能です |
カップリングの安定性がやや悪く、水柱は振動、水流、表面状態の影響を受ける可能性があります。 垂直面や傾斜面の検出が困難。 水飛沫が発生する可能性があり、保護および 回復措置が必要です |
プローブがノズルと一体化しているため、メンテナンスや交換が面倒です。 非常に高い精度が要求される場合、水浸式に比べて分解能が低下します。 |
選択の提案
以下の主要な考慮事項を考慮する必要があります。
・ 次のような場合には水浸漬形をお選びください。
主なタスクは、検出精度、解像度、画質の要件を満たすことです (研究開発や高価なコンポーネントの完全な検査など)。
ワークピースは適度なサイズで可動性があります。
検査タスクの主な特徴は、複数の種類、少量のバッチ、および高い複雑さです。
十分な研究室スペースと機器メンテナンスのための予算がある。
• 次のような場合にはウォーターフォール型を選択してください。
ワークピースが大きすぎたり、重すぎたりして水没できない、または移動が困難です。
高い検出スループットとスキャン速度が必要です。
主な検査対象は平板、曲率の大きなパネル、長尺物です。
利用できるスペースは限られています。
上記 2 種類の走査型音響断層撮影装置は完全に代替可能なものではありません。最新のハイエンド システムには、「部分水浸タンク」や「ウォーター フォール カップリング」などのハイブリッド設計も搭載されており、両方の利点を組み合わせることを目指しています。一方、水浸式でも滝式でも、この装置は検出能力と効率を向上させるために、フェーズドアレイ超音波（PAUT）やトータルフォーカス法（TFM）などの高度なイメージング技術の組み合わせに重点を置いています。
