JP2002090354A - 超音波減衰異常判定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】超音波の減衰異常を、精度良くかつ高速で処理
することのできる超音波減衰異常判定装置を提供する。 【解決手段】被検査材Ｐに超音波を垂直に入射し、その
反射波を受信する超音波探触子１、超音波探触子１で受
信された信号を増幅する受信アンプ３、受信アンプ３で
増幅された信号を対数変換する対数変換器４、対数変換
器で対数変換された信号のうち２つの底面エコーに基づ
く信号を抽出するゲート回路７、ゲート回路７で抽出さ
れた２つの底面エコーに基づく信号の差を演算する引算
器９および引算器９で演算された結果を予め設定された
判定値と比較してその結果を出力する比較器１０を備え
る超音波減衰異常判定装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、金属材料中の超
音波の減衰異常を判定する超音波減衰異常判定装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、金属材料の結晶粒度は、強度や
靭性などの機械的性質、および耐食性などに密接な関係
があることが知られている。したがって、金属材料は、
鍛造、圧延などによる製造途中または製造後に、結晶粒
度を測定されることが多い。

【０００３】結晶粒度の測定方法は、例えばＪＩＳ Ｇ
０５５１に規定されている。しかし、この測定方法
は、試験材を切り出して測定するため、鋼管の全長の結
晶粒度のように、被検査材の全体の結晶粒度の測定を行
うことはできない。また、顕微鏡により標準図と比較し
て測定する方法であるため、測定に要する時間が長い。

【０００４】被検査材の全体の結晶粒度を能率良く測定
するために、超音波を用いた測定方法が知られている。
この測定方法は、被検査材中を超音波が伝搬する際に、
結晶粒が大きい（結晶粒度番号が小さい）ほど減衰の程
度が大きくなることを利用したもので、例えば、特開平
６−２２９９９０号公報、および特開平７−３５７３４
号公報に具体的な技術が示されている。

【０００５】特開平６−２２９９９０号公報に示される
結晶粒検査装置は、被検査材に超音波を斜めに入射する
超音波発信子と、被検査材中を伝搬した超音波を受信す
る超音波受信子と判定手段とを備える。検査の際は、超
音波発信子から被検査材に超音波を入射し、被検査材中
を伝搬した超音波を超音波受信子で受信する。この受信
された超音波の大きさと、予め設定された判定基準値と
を判定手段で比較して、受信された超音波の大きさが判
定基準値より小さければ、結晶粒が大きいと判定する。

【０００６】しかし、この装置では、超音波発信子と被
検査材との距離、超音波の入射角度、被検査材の表面粗
さなどにより、超音波の入射効率が異なる。超音波の入
射効率が異なると、同じ大きさの結晶粒であっても超音
波受信子で受信される超音波の大きさが異なる。そのた
め、正確な結晶粒度の判定は困難である。

【０００７】特開平７−３５７３４号公報に示される超
音波測定方法は、被検査材に超音波を垂直に入射すると
ともに被検査材中からの反射波を受信する超音波探触子
を備え、前記超音波探触子が受信した底面からの多重反
射エコーのうちの２つの底面エコーの大きさから、減衰
係数を算出して結晶粒度番号を測定する方法である。

【０００８】この方法では、２つの底面エコーの大きさ
を用いるため、前記の超音波の入射効率が異なっても相
殺されて、正確な結晶粒度の測定が可能となる。しか
し、減衰係数は、２つの底面エコーの大きさをＣＲＴ表
示器の表示画面から読みとって算出するようにしている
ため、測定速度が遅い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、結
晶粒度の異常判定のように超音波の減衰異常の判定を、
精度良くかつ高速度で処理することのできる超音波減衰
異常判定装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の要旨は、被検
査材に超音波を垂直に入射するとともに被検査材からの
反射波を受信する超音波探触子と、超音波探触子で受信
された信号を増幅する受信アンプと、受信アンプで増幅
された信号を対数変換する対数変換器と、対数変換器で
対数変換された信号のうち２つの底面エコーに基づく信
号を抽出するゲート回路と、ゲート回路で抽出された２
つの底面エコーに基づく信号の差を演算する引算器と、
引算器で演算された結果を予め設定された判定値と比較
してその結果を出力する比較器とを備える超音波減衰異
常判定装置である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の超音波減衰異常判定装置
を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の超音波減
衰異常判定装置の一例を示す回路図であり、図２は、多
重エコーの波形の一例を示す波形図である。

【００１２】図１において、超音波探触子１は、発信回
路２から印可されるパルス電圧に基づいて超音波を発生
させ、被検査材である管Ｐに超音波を垂直に入射する。
また、この超音波探触子１は、図２に示す管Ｐから反射
した表面エコーＳ、第１回底面エコーＢ１、第２回底面
エコーＢ２、第３回底面エコーＢ３などを受信して電圧
信号に変換し、受信アンプ３およびトリガ回路５に出力
する。なお、図２において、Ｔは送信波を示す。

【００１３】受信アンプ３は、超音波探触子１から入力
された信号を、その後の処理に必要な大きさに増幅し、
対数変換器４に出力する。

【００１４】対数変換器４は、受信アンプ３から入力さ
れた信号を対数変換し、その対数変換値に相当する信号
をゲート回路７に出力する。

【００１５】一般に、被検査材中の超音波の減衰定数α
は、２つの底面エコーの大きさ、例えば第１回底面エコ
ーＢ１の大きさＣ１および第２回底面エコーＢ２の大き
さＣ２と被検査材の厚さＨに基づいて、下記の（１）式
により求めうることが知られている。 α＝２０ｌｏｇ（Ｃ１／Ｃ２）／２Ｈ・・・（１） 従って、第１回底面エコーＢ１の大きさＣ１および第２
回底面エコーＢ２の大きさＣ２を検出し、このアナログ
信号をアナログ／デジタル変換器でデジタル信号に変換
して、例えばコンピュータにより前記（１）式により演
算すれば、減衰定数αを求めることができる。

【００１６】本発明の装置では、対数変換器４により、
第１回底面エコーＢ１の大きさＣ１および第２回底面エ
コーＢ２の大きさＣ２を、２０ｌｏｇ（Ｃ１）および２
０ｌｏｇ（Ｃ２）に対数変換する。対数変換器は、Ｌｏ
ｇアンプと呼ばれる汎用の安価な電気回路素子であり、
瞬時に対数変換することができる。

【００１７】一方、トリガ回路５は、超音波探触子１か
ら入力される電圧信号のうち、最も大きな反射波である
管Ｐの表面エコーＳに基づく電圧信号を検出し、その時
間信号をゲート発生回路６に出力する。

【００１８】ゲート発生回路６は、トリガ回路５から入
力された時間信号と、予め設定された２つの時間帯信号
ｇ１、ｇ２から、２つのタイミング信号をゲート回路７
に出力する。ここで時間帯信号ｇ１は、図２に示す表面
エコーＳを受信してから第１回底面エコーＢ１を受信す
るまでに必要な時間を含む微少時間帯の信号である。ま
た、時間帯信号ｇ２は、図２に示す表面エコーＳを受信
してから第２回底面エコーＢ２を受信するまでに必要な
時間を含む微少時間帯の信号である。

【００１９】ゲート回路７は、ゲート発生回路６から入
力される２つのタイミング信号に基づき、図２に示す探
傷ゲートＧ１およびＧ２が設定される。この探傷ゲート
Ｇ１およびＧ２により、対数変換器４から入力される信
号の中から、第１回底面エコーＢ１に基づく信号および
第２回底面エコーＢ２に基づく信号のみを抽出し、各信
号レベルに比例した電圧信号をピークホールド回路８に
出力する。

【００２０】ピークホールド回路８は、ゲート回路７か
ら入力された信号を一定時間保持した後、引算器９に出
力する。ゲート回路７から入力される信号は、測定周期
（数ＫＨｚから数１０ＫＨｚ）に応じて高速で変動す
る。そのため、第１回底面エコーＢ１に基づく信号、お
よび第２回底面エコーＢ２に基づく信号が瞬間的に異常
値を示すことがある。このように、第１回底面エコーＢ
１に基づく信号、および第２回底面エコーＢ２に基づく
信号が、瞬間的に異常値を示した場合であっても、十分
に認識できるように、このピークホールド回路８で信号
を一定時間保持する。

【００２１】引算器９は、対数変換器４で対数変換され
た後、ゲート回路７で抽出された第１回底面エコーＢ１
に基づく信号と、第２回底面エコーＢ２に基づく信号と
の差を、下記（２）式により演算する。

【００２２】 ２０ｌｏｇ（Ｃ１）−２０ｌｏｇ（Ｃ２）・・・（２） この演算結果を比較器１０、モニタ１１および外部に出
力する。

【００２３】前記のように減衰定数αは、被検査材の厚
さＨを考慮した前記（１）式により求めることができ
る。しかし、全体の厚さＨがほぼ等しい管Ｐの全体を連
続的に検査し、そのうち部分的に生じる減衰定数αの異
常を判定する場合は、厚さＨに関する項を無視しても差
し支えない。引算器９の出力である前記（２）式の結果
は、被検査材の厚さＨがほぼ等しい場合の、相対的な減
衰定数を表す。

【００２４】比較器１０には、判定基準値Ｘが予め入力
されている。この判定基準値Ｘは、例えば、管Ｐの部分
的な結晶粒度の異常を判定する場合、管Ｐと同じ厚さ
で、結晶粒の大きさが許容最大値のときの、前記（２）
式による演算結果に相当する信号であり、事前の試験に
より求める。比較器１０は、引算器９から入力される信
号を、前記のようにして設定された判定基準値Ｘと比較
し、判定基準値Ｘより大きい場合は、結晶粒の大きさが
許容最大値を超える異常部分と判定し、警報信号を出力
する。

【００２５】モニター１１は、前記引算器９から出力さ
れる結果を監視するための例えばＣＲＴである。

【００２６】以上のように構成された本発明装置によ
り、管Ｐは、次のようにして粒度異常が判定される。

【００２７】管Ｐの外面から超音波が垂直に入射される
ように、超音波探触子１の姿勢を設定する。ゲート発生
回路６には、対象とする管Ｐの厚さを考慮した２つの時
間帯信号ｇ１、ｇ２を設定する。この設定により、ゲー
ト回路７には、図２に示す２つのゲートＧ１、Ｇ２が設
定される。また、比較器１０には、対象とする管Ｐの結
晶粒の許容最大値に対応した判定基準値Ｘを入力する。

【００２８】その後、管Ｐを回転させながらその軸方向
に搬送する。超音波探触子１から発信された超音波は、
その一部が管Ｐの外表面で反射して超音波探触子１によ
り表面エコーＳ（図２参照）として受信される。他の超
音波は、管Ｐの内部に入射され、管Ｐの内表面で垂直に
反射した第１回底面エコーＢ１、更に管Ｐの肉厚内部に
おいて外表面と内表面と間で多重反射した第２回底面エ
コーＢ２、第３回底面エコーＢ３（いずれも図２参照）
などが、超音波探触子１により受信される。

【００２９】これらの信号は、対数変換器４で対数変換
された後、ゲート回路７で第１回底面エコーＢ１と第２
回底面エコーＢ２の対数変換された信号のみが抽出され
て、引算器９に出力される。

【００３０】引算器９は、前記２つの信号の差を演算
し、比較器１０に出力する。比較器１０では、前記の信
号を、予め設定された判定基準値Ｘと比較し、判定基準
値Ｘより大きい場合は、警報信号を出力する。この警報
信号により、管Ｐの結晶粒の大きさが許容最大値を超え
る部分が判定される。

【００３１】上記の説明では、２つの底面エコーとし
て、第１回底面エコーＢ１と第２回底面エコーＢ２に基
づく信号を抽出したが、被検査材の厚さが薄く、表面エ
コーＳが第１回底面エコーＢ１に影響を及ぼす場合は、
ゲート回路７で設定されるゲートを変更して、第２回底
面エコーＢ２と第３回底面エコーＢ３に基づく信号を抽
出するようにしてもよい。

【００３２】また、部分的に大きな結晶粒が存在する場
合の、超音波減衰の異常判定について説明したが、管Ｐ
の内部に例えば介在物などの欠陥が存在すると、その部
分における超音波の減衰の程度が、正常な部分における
減衰の程度に比べて異なるため、介在物などの欠陥によ
る超音波の減衰異常も判定することができる。

【００３３】更に、被検査材が管の場合について説明し
たが、板であってもよい。なお、減衰定数αを前記
（１）式により求める必要のある場合は、引算器９の後
に割算器を設けて演算することもできる。

【００３４】

【発明の効果】この発明の装置によれば、アナログ／デ
ジタル変換器およびコンピュータを必要とせず、２つの
底面エコーの大きさを対数変換する対数変換器と、その
差を演算する引算器と、引算器による演算結果を判定基
準値と比較する比較器を備えるので、安価な装置で被検
査材の減衰異常を精度良くかつ高速度で判定することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波減衰異常判定装置の一例を示す
回路図である。

【図２】多重エコーの波形を示す波形図である。

【符号の説明】

１：超音波探触子、 ２：発信回路、 ３：受信アンプ、 ４：対数変換器、 ５：トリガ回路、 ６：ゲート発生回路、 ７：ゲート回路、 ８：ピークホールド回路、 ９：引算器、 １０：比較器、 １１：モニタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検査材に超音波を垂直に入射するととも
   に被検査材からの反射波を受信する超音波探触子と、超
   音波探触子で受信された信号を増幅する受信アンプと、
   受信アンプで増幅された信号を対数変換する対数変換器
   と、対数変換器で対数変換された信号のうち２つの底面
   エコーに基づく信号を抽出するゲート回路と、ゲート回
   路で抽出された２つの底面エコーに基づく信号の差を演
   算する引算器と、引算器で演算された結果を予め設定さ
   れた判定値と比較してその結果を出力する比較器とを備
   える超音波減衰異常判定装置。