JP2002323481A - 超音波探傷方法および装置 - Google Patents
超音波探傷方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 非金属介在物と、略球形など平坦でない形状
のボイド、および平坦な形状の未圧着のボイドとを識別
するとともに、視認しやすいよう表示する。 【解決手段】 超音波集束ビームを被検材１に送信し、
受信した反射波に基づいて、被検材中の異物からの反射
波を抽出し、その反射波の振幅を測定して異物を検査す
る超音波探傷方法において、異物が存在する深さ方向の
位置でビーム径が異なる複数の超音波集束ビームによっ
て被検材中の異物からの反射波の振幅を測定し、差をと
ることにより、異物の種類を判別する。
のボイド、および平坦な形状の未圧着のボイドとを識別
するとともに、視認しやすいよう表示する。 【解決手段】 超音波集束ビームを被検材１に送信し、
受信した反射波に基づいて、被検材中の異物からの反射
波を抽出し、その反射波の振幅を測定して異物を検査す
る超音波探傷方法において、異物が存在する深さ方向の
位置でビーム径が異なる複数の超音波集束ビームによっ
て被検材中の異物からの反射波の振幅を測定し、差をと
ることにより、異物の種類を判別する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波探傷方法お
よび装置に関し、特に超音波による被検材中の異物の種
類の判別、とりわけ、金属からなる被検材中の異物が非
金属介在物であるか、気泡（以下、ボイドとも称す）で
あるかを判別するための超音波探傷方法および装置に関
する。
よび装置に関し、特に超音波による被検材中の異物の種
類の判別、とりわけ、金属からなる被検材中の異物が非
金属介在物であるか、気泡（以下、ボイドとも称す）で
あるかを判別するための超音波探傷方法および装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】鋼板をはじめとする金属板は、溶融した
金属を鋳造し、凝固させた鋳片を、熱間や冷間で圧延し
て製造される。金属板の内部欠陥は、精錬の段階で、溶
融金属中に巻き込まれた、スラグ、脱酸材の酸化物など
の異物、あるいは鋳造する際に溶融金属中に巻き込まれ
たモールドパウダーなどの異物、あるいは鋳造の際に発
生したボイドのいずれかであり、いずれも圧延ではなく
金属の鋳造までの段階で生成する。前記したスラグ、脱
酸材の酸化物、モールドパウダーなどの異物は、具体的
には、主にアルミニウム、けい素、カルシウムの酸化物
か、これらの複合体であり、非金属介在物と総称されて
いる。金属板に含まれる非金属介在物は、厚板では水素
誘起割れの原因になり、薄板では、プレス、絞り、しご
きなどの塑性加工が加わったときにピンホールや割れが
発生する原因になるので、非金属介在物が少ない金属板
を製造することは、金属板の製造業において重要な課題
である。
金属を鋳造し、凝固させた鋳片を、熱間や冷間で圧延し
て製造される。金属板の内部欠陥は、精錬の段階で、溶
融金属中に巻き込まれた、スラグ、脱酸材の酸化物など
の異物、あるいは鋳造する際に溶融金属中に巻き込まれ
たモールドパウダーなどの異物、あるいは鋳造の際に発
生したボイドのいずれかであり、いずれも圧延ではなく
金属の鋳造までの段階で生成する。前記したスラグ、脱
酸材の酸化物、モールドパウダーなどの異物は、具体的
には、主にアルミニウム、けい素、カルシウムの酸化物
か、これらの複合体であり、非金属介在物と総称されて
いる。金属板に含まれる非金属介在物は、厚板では水素
誘起割れの原因になり、薄板では、プレス、絞り、しご
きなどの塑性加工が加わったときにピンホールや割れが
発生する原因になるので、非金属介在物が少ない金属板
を製造することは、金属板の製造業において重要な課題
である。
【０００３】上記課題の解決手段の１つとして、鋳片か
らサンプルを採取し、内部欠陥の生成状況を、超音波Ｃ
スキャン探傷法（丹羽登著、「超音波計測」、昭晃堂（１
９８８）、p16に示すＣスコープ探傷の解説などの例を
参照）を用いて評価する試験が実施されている。また、
熱間圧延後の金属板からサンプルを採取して、内部欠陥
の生成状況を、超音波Cスキャン探傷法を用いて評価す
る試験も実施されている。
らサンプルを採取し、内部欠陥の生成状況を、超音波Ｃ
スキャン探傷法（丹羽登著、「超音波計測」、昭晃堂（１
９８８）、p16に示すＣスコープ探傷の解説などの例を
参照）を用いて評価する試験が実施されている。また、
熱間圧延後の金属板からサンプルを採取して、内部欠陥
の生成状況を、超音波Cスキャン探傷法を用いて評価す
る試験も実施されている。
【０００４】鋳片から採取したサンプルには数多くのボ
イドが含まれている場合があるが、その後の圧延によっ
て殆んどのボイドが圧着する。圧着したものは、前述し
た客先でのプレス、絞り、しごきなどの塑性加工の際に
割れなど不具合を発生させる原因にはならない。未圧着
のボイドは、客先での塑性加工が軽度の場合には、割れ
など不具合を発生させる原因にはならないが、大きな変
形を伴う塑性加工の際に、割れなどの不具合を発生させ
る原因となる。従って、金属板の用途によっては、ボイ
ドを検出し、この情報を用いて、ボイドの生成を低減す
るための精錬・鋳造操業の改善を行う必要がある。この
ように、鋳片からサンプルを採取し、内部欠陥の生成状
況を評価する場合には、ボイドと非金属介在物とを識別
することが重要である。また、サンプル中の非金属介在
物やボイドの量がある一定値以上であれば、その金属板
の用途を非金属介在物やボイドが不具合発生の原因にな
る可能性が低い用途に変更する対策をとることもでき
る。
イドが含まれている場合があるが、その後の圧延によっ
て殆んどのボイドが圧着する。圧着したものは、前述し
た客先でのプレス、絞り、しごきなどの塑性加工の際に
割れなど不具合を発生させる原因にはならない。未圧着
のボイドは、客先での塑性加工が軽度の場合には、割れ
など不具合を発生させる原因にはならないが、大きな変
形を伴う塑性加工の際に、割れなどの不具合を発生させ
る原因となる。従って、金属板の用途によっては、ボイ
ドを検出し、この情報を用いて、ボイドの生成を低減す
るための精錬・鋳造操業の改善を行う必要がある。この
ように、鋳片からサンプルを採取し、内部欠陥の生成状
況を評価する場合には、ボイドと非金属介在物とを識別
することが重要である。また、サンプル中の非金属介在
物やボイドの量がある一定値以上であれば、その金属板
の用途を非金属介在物やボイドが不具合発生の原因にな
る可能性が低い用途に変更する対策をとることもでき
る。
【０００５】一方、熱間圧延後の鋼板からサンプルを採
取して、内部欠陥の生成状況を超音波Cスキャン探傷法
を用いて評価する試験においても、非金属介在物と未圧
着のボイドとの判別が重要である。鋳片に存在したボイ
ドは、圧延によってその殆んどが圧着するが、圧延によ
って形状が平坦になったものの圧着はしていない未圧着
のボイドが非金属介在物とともに検出されるため、両者
を識別することが重要になる。未圧着のボイドは、前述
の通り、非金属介在物に比べ、その有害の程度は小さい
が、金属板の用途によっては、ボイドの生成を低減する
ための精錬・鋳造操業の改善のために、未圧着のボイド
の検出情報を役立てる。また、サンプル中の非金属介在
物やボイドの量がある一定値以上であれば、その金属板
の用途を非金属介在物やボイドが不具合発生の原因にな
る可能性が低い用途に変更する対策をとることもでき
る。
取して、内部欠陥の生成状況を超音波Cスキャン探傷法
を用いて評価する試験においても、非金属介在物と未圧
着のボイドとの判別が重要である。鋳片に存在したボイ
ドは、圧延によってその殆んどが圧着するが、圧延によ
って形状が平坦になったものの圧着はしていない未圧着
のボイドが非金属介在物とともに検出されるため、両者
を識別することが重要になる。未圧着のボイドは、前述
の通り、非金属介在物に比べ、その有害の程度は小さい
が、金属板の用途によっては、ボイドの生成を低減する
ための精錬・鋳造操業の改善のために、未圧着のボイド
の検出情報を役立てる。また、サンプル中の非金属介在
物やボイドの量がある一定値以上であれば、その金属板
の用途を非金属介在物やボイドが不具合発生の原因にな
る可能性が低い用途に変更する対策をとることもでき
る。
【０００６】このように、非金属介在物と、略球形など
平坦でない形状のボイド、および平坦な形状の非圧着の
ボイド、とを識別するとともに、視認しやすいように表
示するのが本発明の課題である。
平坦でない形状のボイド、および平坦な形状の非圧着の
ボイド、とを識別するとともに、視認しやすいように表
示するのが本発明の課題である。
【０００７】以下に念のため、超音波測定方法の原理を
説明する。超音波測定方法で利用される超音波は主とし
て空気や水などの媒体や固体を伝わる粗密振動（粗密波
とも呼ばれる）である。
説明する。超音波測定方法で利用される超音波は主とし
て空気や水などの媒体や固体を伝わる粗密振動（粗密波
とも呼ばれる）である。
【０００８】一般に超音波の被検材への送信は、圧電振
動子に電気パルスを印加して高周波のパルス振動を発生
させ、この振動を適当な接触媒質（水や油など）を介し
て被検材に導くことにより行われる。超音波の受信は送
信と逆の過程で行われ、圧電振動子が受けた振動によっ
て生起された電圧あるいは電流を適当な電気機器で観測
する。圧電振動子を内蔵し、受けた電気パルスにより超
音波を発振するセンサを超音波送信子と称し、圧電振動
子を内蔵し、受けた振動を電気信号に変換するセンサを
超音波受信子と称するが、両者は構造に特別な違いはな
く、圧電振動子を内蔵したセンサは、超音波の送信にも
受信にも使えるのが一般的である。また、前記センサは
超音波の送信および受信を兼用する場合が多く、このと
きこのセンサは、超音波送受信子と称される。また、超
音波送信子、超音波受信子、超音波送受信子という名称
は、センサの機能からつけられた名称であるが、探査を
行う道具という意味で、超音波プローブ（単にプローブ
とも称す）、あるいは、超音波探触子といった名称が多
く用いられる。
動子に電気パルスを印加して高周波のパルス振動を発生
させ、この振動を適当な接触媒質（水や油など）を介し
て被検材に導くことにより行われる。超音波の受信は送
信と逆の過程で行われ、圧電振動子が受けた振動によっ
て生起された電圧あるいは電流を適当な電気機器で観測
する。圧電振動子を内蔵し、受けた電気パルスにより超
音波を発振するセンサを超音波送信子と称し、圧電振動
子を内蔵し、受けた振動を電気信号に変換するセンサを
超音波受信子と称するが、両者は構造に特別な違いはな
く、圧電振動子を内蔵したセンサは、超音波の送信にも
受信にも使えるのが一般的である。また、前記センサは
超音波の送信および受信を兼用する場合が多く、このと
きこのセンサは、超音波送受信子と称される。また、超
音波送信子、超音波受信子、超音波送受信子という名称
は、センサの機能からつけられた名称であるが、探査を
行う道具という意味で、超音波プローブ（単にプローブ
とも称す）、あるいは、超音波探触子といった名称が多
く用いられる。
【０００９】圧電振動子による超音波送受信子を用いた
超音波探傷方法は、油などを介して超音波送受信子を被
検材に当てがい超音波の送受信を行う直接接触法と、水
などの媒体を介在させて被検材に超音波を送受信する液
浸法（媒体が水の場合は水浸法）とに大別される。液浸
法は超音波送受信子と被検材とが接触しない利点、超音
波の被検材への入射強度を一定に維持することが容易で
ある利点があり、該被検材が移動物体である場合にも円
滑に測定できる、という点で有利である。前記利点か
ら、超音波送受信子を固定設置し、長尺の板、管、円柱
を移動させて行う連続測定や、被検材を静止させ、超音
波送受信子を走査しておこなう測定には、液浸法が用い
られる場合が多い。
超音波探傷方法は、油などを介して超音波送受信子を被
検材に当てがい超音波の送受信を行う直接接触法と、水
などの媒体を介在させて被検材に超音波を送受信する液
浸法（媒体が水の場合は水浸法）とに大別される。液浸
法は超音波送受信子と被検材とが接触しない利点、超音
波の被検材への入射強度を一定に維持することが容易で
ある利点があり、該被検材が移動物体である場合にも円
滑に測定できる、という点で有利である。前記利点か
ら、超音波送受信子を固定設置し、長尺の板、管、円柱
を移動させて行う連続測定や、被検材を静止させ、超音
波送受信子を走査しておこなう測定には、液浸法が用い
られる場合が多い。
【００１０】図３に示した水浸法（液浸法の一形態）を
例にとり、超音波探傷方法の原理を以下に簡単に説明す
る。超音波送信子が発した超音波を被検材に当てると、
その表面で超音波は反射して再度媒体を通り超音波送受
信子へ戻る（以下、この被検材表面からの反射波を、表
面エコーと称する）。一方、これと同時に、超音波が入
射した被検材表面に超音波振動が起こり、その振動が被
検材内に伝播する。被検材内に何らの欠陥もなければ、
伝播した超音波振動は、その被検材の反対側の表面（例
えば板の表面に超音波を当てたのであれば板の裏面。以
下、板以外の形状のものも総称するため、底面と称す
る。）まで伝わったのち、該底面で反射して被検材内を
逆向きに伝播し、被検材の表面に向かって戻り、再度媒
体を通り超音波送受信子へ戻る（以下、この反射波を、
底面エコーと称する）。
例にとり、超音波探傷方法の原理を以下に簡単に説明す
る。超音波送信子が発した超音波を被検材に当てると、
その表面で超音波は反射して再度媒体を通り超音波送受
信子へ戻る（以下、この被検材表面からの反射波を、表
面エコーと称する）。一方、これと同時に、超音波が入
射した被検材表面に超音波振動が起こり、その振動が被
検材内に伝播する。被検材内に何らの欠陥もなければ、
伝播した超音波振動は、その被検材の反対側の表面（例
えば板の表面に超音波を当てたのであれば板の裏面。以
下、板以外の形状のものも総称するため、底面と称す
る。）まで伝わったのち、該底面で反射して被検材内を
逆向きに伝播し、被検材の表面に向かって戻り、再度媒
体を通り超音波送受信子へ戻る（以下、この反射波を、
底面エコーと称する）。
【００１１】被検材内に何らかの欠陥があった場合は、
被検材に入射した超音波は該欠陥で反射し、底面エコー
よりも早く被検材の表面に向けて戻り、媒体を通り超音
波送受信子へ戻る（以下、欠陥エコーと称する）。欠陥
エコーが超音波送受信子へ戻るタイミングは、底面エコ
ーとの伝播路程の長さ（ビーム路程とも称する）の差に
応じて底面エコーよりも早くなる。
被検材に入射した超音波は該欠陥で反射し、底面エコー
よりも早く被検材の表面に向けて戻り、媒体を通り超音
波送受信子へ戻る（以下、欠陥エコーと称する）。欠陥
エコーが超音波送受信子へ戻るタイミングは、底面エコ
ーとの伝播路程の長さ（ビーム路程とも称する）の差に
応じて底面エコーよりも早くなる。
【００１２】この欠陥エコーを検出することが超音波探
傷方法の基本原理である。液浸法と併用することによ
り、被検材の内部欠陥を被検材の運動状態にかかわりな
く検出できる。
傷方法の基本原理である。液浸法と併用することによ
り、被検材の内部欠陥を被検材の運動状態にかかわりな
く検出できる。
【００１３】図３は検査する被検材を水に浸け、超音波
プローブ１１１から、水を介して被検材１１０に超音波
を送信し、該被検材１１０の表面および内部からの反射
波（エコー）を、水を介して超音波プローブ１１１によ
り受信して欠陥の検出を行う水浸探傷方法の一般的な構
成を示している。この場合、超音波プローブ１１１は超
音波の送信および受信を兼用している。
プローブ１１１から、水を介して被検材１１０に超音波
を送信し、該被検材１１０の表面および内部からの反射
波（エコー）を、水を介して超音波プローブ１１１によ
り受信して欠陥の検出を行う水浸探傷方法の一般的な構
成を示している。この場合、超音波プローブ１１１は超
音波の送信および受信を兼用している。
【００１４】図３の構成における表面エコー、欠陥エコ
ー、底面エコーの時間的な関係を図４に示す。図４にお
いて、１０１は表面エコー、１０２は底面エコー、１０
３は欠陥エコーである。１０４は、超音波プローブ１１
１が受信し、受信増幅器１１３で所定のレベルに増幅さ
れた信号（以下、受信信号と称する）から、欠陥エコー
を抽出するために用いられるゲート信号である。該ゲー
ト信号１０４は図３中にゲート回路１１４として示した
回路の開閉動作を制御するためにゲート回路１１４内部
で生成される制御信号であり、例えば所定時間だけ１の
ステータス、それ以外の間は０のステータスを有する信
号である。ゲート回路１１４において、ゲート信号１０
４と前記受信信号とがミキシング（乗算）され、ゲート
信号１０４が１のステータスの時間帯の信号のみが出力
される。表面エコー１０１および底面エコー１０２が現
われる時間帯にはゲート信号１０４を０のステータスと
し、表面エコー１０１の振動が収束してから底面エコー
１０２が現われるまでの時間帯にゲート信号１０４を１
のステータスとすることにより、欠陥がある場合に、表
面エコー１０１と底面エコー１０２との間に現われる欠
陥エコーをピークディテクタ１１５に向け通過させ、欠
陥エコーだけを抽出することができる。
ー、底面エコーの時間的な関係を図４に示す。図４にお
いて、１０１は表面エコー、１０２は底面エコー、１０
３は欠陥エコーである。１０４は、超音波プローブ１１
１が受信し、受信増幅器１１３で所定のレベルに増幅さ
れた信号（以下、受信信号と称する）から、欠陥エコー
を抽出するために用いられるゲート信号である。該ゲー
ト信号１０４は図３中にゲート回路１１４として示した
回路の開閉動作を制御するためにゲート回路１１４内部
で生成される制御信号であり、例えば所定時間だけ１の
ステータス、それ以外の間は０のステータスを有する信
号である。ゲート回路１１４において、ゲート信号１０
４と前記受信信号とがミキシング（乗算）され、ゲート
信号１０４が１のステータスの時間帯の信号のみが出力
される。表面エコー１０１および底面エコー１０２が現
われる時間帯にはゲート信号１０４を０のステータスと
し、表面エコー１０１の振動が収束してから底面エコー
１０２が現われるまでの時間帯にゲート信号１０４を１
のステータスとすることにより、欠陥がある場合に、表
面エコー１０１と底面エコー１０２との間に現われる欠
陥エコーをピークディテクタ１１５に向け通過させ、欠
陥エコーだけを抽出することができる。
【００１５】ここで、一般的には、ゲート回路１１４と
ピークディテクタ１１５を一体化した、ゲーテッドピー
クディテクタを使用する場合もある。
ピークディテクタ１１５を一体化した、ゲーテッドピー
クディテクタを使用する場合もある。
【００１６】被検体中の欠陥の形態の識別を目的とした
超音波測定方法に関する公知文献として、特開平３−１
０２２５８、特公平７−１８８４２、特公平８−３０６
９８があげられる。
超音波測定方法に関する公知文献として、特開平３−１
０２２５８、特公平７−１８８４２、特公平８−３０６
９８があげられる。
【００１７】特開平３−１０２２５８、特公平７−１８
８４２は、音響インピーダンスの違いによる欠陥反射波
（欠陥エコー）の位相の違いに着目して欠陥の形態を判
別する方法である。内部が空洞のボイドと酸化物の塊で
ある非金属介在物とには大きな音響インピーダンスの違
いがあるため、この違いを利用して両者を識別すること
が考えられている。しかし、この方法は欠陥が球形など
の単純な形状の場合には有効であるが、非金属介在物の
ようなランダムな形状のものは、超音波の反射現象が複
雑になるので、欠陥反射波の波形が変化しやすく、安定
して位相の判別が行えない場合があるため、ボイドと非
金属介在物との判別がうまく行えない場合がある、とい
う問題がある。
８４２は、音響インピーダンスの違いによる欠陥反射波
（欠陥エコー）の位相の違いに着目して欠陥の形態を判
別する方法である。内部が空洞のボイドと酸化物の塊で
ある非金属介在物とには大きな音響インピーダンスの違
いがあるため、この違いを利用して両者を識別すること
が考えられている。しかし、この方法は欠陥が球形など
の単純な形状の場合には有効であるが、非金属介在物の
ようなランダムな形状のものは、超音波の反射現象が複
雑になるので、欠陥反射波の波形が変化しやすく、安定
して位相の判別が行えない場合があるため、ボイドと非
金属介在物との判別がうまく行えない場合がある、とい
う問題がある。
【００１８】特公平８−３０６９８は、超音波探触子か
らのエコー受信信号から、この超音波探触子が持つ受信
周波数帯域特性のピーク周波数値より低い第１の周波数
成分と高い第２の周波数成分を抽出して、これら周波数
成分の値の差又は和に対応する測定データを得て欠陥の
形態を判定することを特徴とする超音波測定方式であ
る。これは、周波数の違いによるビームの集束度の違い
を利用して、円板状の平面欠陥と球状欠陥の識別を行う
方法であるが、受信した波の主成分を成すピーク周波数
の波を測定に用いないことからS/Nが低くなり、欠陥映
像の鮮明度が低下する問題がある。
らのエコー受信信号から、この超音波探触子が持つ受信
周波数帯域特性のピーク周波数値より低い第１の周波数
成分と高い第２の周波数成分を抽出して、これら周波数
成分の値の差又は和に対応する測定データを得て欠陥の
形態を判定することを特徴とする超音波測定方式であ
る。これは、周波数の違いによるビームの集束度の違い
を利用して、円板状の平面欠陥と球状欠陥の識別を行う
方法であるが、受信した波の主成分を成すピーク周波数
の波を測定に用いないことからS/Nが低くなり、欠陥映
像の鮮明度が低下する問題がある。
【００１９】なお、非金属介在物と、略球形など平坦で
ない形状のボイド、および平坦な形状の未圧着のボイ
ド、の間でのＸ線の吸収度の違いを利用して、Ｘ線透過
試験によって、これらを識別することも考えられる。こ
こで、厚板の水素誘起割れや薄板の塑性加工時の不具合
発生の原因となる非金属介在物を試験の対象とする場合
には、検出すべき非金属介在物の大きさはφ５０μｍ以
上であり、微小な非金属介在物を検出する必要があるた
め、マイクロフォーカスＸ線装置を用いる必要がある。
この装置では、φ５〜２０μｍ程度の微小な径に絞った
電子線をターゲットに当てて、この微小スポットからＸ
線を発生させるため、透過像にボケが少ない特長があ
る。しかし、Ｘ線の輝度が低く、特にＸ線の吸収が大き
い鋼などの金属板の試験に適用した場合には、長時間の
透過Ｘ線の加算処理を行わないと明瞭な透過像が得られ
ないため、試験に長時間を要する問題がある。また、Ｘ
線は人体に有害であるため、安全管理を綿密に行う必要
もあり、そのための設備コストが上昇する。このような
事情から、Ｘ線透過試験による識別方法は、超音波測定
方法によって検出され、その位置が明確となっている欠
陥の検証にしか用いることができないのが実情である。
ない形状のボイド、および平坦な形状の未圧着のボイ
ド、の間でのＸ線の吸収度の違いを利用して、Ｘ線透過
試験によって、これらを識別することも考えられる。こ
こで、厚板の水素誘起割れや薄板の塑性加工時の不具合
発生の原因となる非金属介在物を試験の対象とする場合
には、検出すべき非金属介在物の大きさはφ５０μｍ以
上であり、微小な非金属介在物を検出する必要があるた
め、マイクロフォーカスＸ線装置を用いる必要がある。
この装置では、φ５〜２０μｍ程度の微小な径に絞った
電子線をターゲットに当てて、この微小スポットからＸ
線を発生させるため、透過像にボケが少ない特長があ
る。しかし、Ｘ線の輝度が低く、特にＸ線の吸収が大き
い鋼などの金属板の試験に適用した場合には、長時間の
透過Ｘ線の加算処理を行わないと明瞭な透過像が得られ
ないため、試験に長時間を要する問題がある。また、Ｘ
線は人体に有害であるため、安全管理を綿密に行う必要
もあり、そのための設備コストが上昇する。このような
事情から、Ｘ線透過試験による識別方法は、超音波測定
方法によって検出され、その位置が明確となっている欠
陥の検証にしか用いることができないのが実情である。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題点に着目してなされたもので、非金属介在物、略
球形など平坦でない形状のボイド、および平坦な形状の
未圧着のボイドとを識別すると同時に視認しやすいよう
表示することが可能な超音波探傷方法を提供することを
目的とする。
な問題点に着目してなされたもので、非金属介在物、略
球形など平坦でない形状のボイド、および平坦な形状の
未圧着のボイドとを識別すると同時に視認しやすいよう
表示することが可能な超音波探傷方法を提供することを
目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明は、超音波集束ビ
ームを被検材に送信し、受信した反射波に基づいて、被
検材中の異物からの反射波を抽出し、その反射波の振幅
を測定して異物を検査する超音波探傷方法において、異
物が存在する深さ方向の位置でビーム径が異なる複数の
超音波集束ビームによって被検材中の異物からの反射波
の振幅を測定し、差をとることにより、異物の種類を判
別することを特徴とする超音波探傷方法である。
ームを被検材に送信し、受信した反射波に基づいて、被
検材中の異物からの反射波を抽出し、その反射波の振幅
を測定して異物を検査する超音波探傷方法において、異
物が存在する深さ方向の位置でビーム径が異なる複数の
超音波集束ビームによって被検材中の異物からの反射波
の振幅を測定し、差をとることにより、異物の種類を判
別することを特徴とする超音波探傷方法である。
【００２２】また本発明は、前記ビーム径の異なる複数
の超音波集束ビームを、λ・（F/D）（ここで、λ：波
長、F：媒質中での焦点距離、D：振動子径）が異なる複
数の焦点型超音波プローブを用いて形成することを特徴
とする超音波探傷方法である。
の超音波集束ビームを、λ・（F/D）（ここで、λ：波
長、F：媒質中での焦点距離、D：振動子径）が異なる複
数の焦点型超音波プローブを用いて形成することを特徴
とする超音波探傷方法である。
【００２３】また本発明は、被検材中の同一被測定位置
の異物を検査する際に、それぞれ異なるビーム径の超音
波集束ビームを形成する、隣接した複数のプローブを備
えることを特徴とする超音波探傷装置である。
の異物を検査する際に、それぞれ異なるビーム径の超音
波集束ビームを形成する、隣接した複数のプローブを備
えることを特徴とする超音波探傷装置である。
【００２４】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態の一例を
図１を参照しつつ説明する。
図１を参照しつつ説明する。
【００２５】被検材１および超音波プローブ１１および
超音波プローブ１２は、水２が入った図示しない水槽に
水没されている。超音波プローブ１１および超音波プロ
ーブ１２は、図示しない走査機構によって、図１に示し
たようにX-Y走査されるようになっている。走査機構
は、走査コントローラ３０によりその動きが制御され、
超音波プローブ１１および超音波プローブ１２の位置
は、走査コントローラ３０により検出され、コンピュー
タ１７に送られるようになっている。
超音波プローブ１２は、水２が入った図示しない水槽に
水没されている。超音波プローブ１１および超音波プロ
ーブ１２は、図示しない走査機構によって、図１に示し
たようにX-Y走査されるようになっている。走査機構
は、走査コントローラ３０によりその動きが制御され、
超音波プローブ１１および超音波プローブ１２の位置
は、走査コントローラ３０により検出され、コンピュー
タ１７に送られるようになっている。
【００２６】前記超音波プローブ１１は、超音波ビーム
径が小さいプローブである。焦点型超音波プローブの焦
点位置でのビーム径は、λを超音波の波長、Fを焦点距
離、Dを超音波振動子の径とすると、｛λ・（F/D）｝に
比例するので、超音波の周波数、焦点距離F、超音波振
動子の径Dを変更することにより、焦点位置でのビーム
径を変更することができる。超音波プローブ１１は異物
からの反射波の振幅h1を測定するために用いる。
径が小さいプローブである。焦点型超音波プローブの焦
点位置でのビーム径は、λを超音波の波長、Fを焦点距
離、Dを超音波振動子の径とすると、｛λ・（F/D）｝に
比例するので、超音波の周波数、焦点距離F、超音波振
動子の径Dを変更することにより、焦点位置でのビーム
径を変更することができる。超音波プローブ１１は異物
からの反射波の振幅h1を測定するために用いる。
【００２７】前記超音波プローブ１２は、超音波ビーム
径が超音波プローブ１１より大きいプローブである。異
物からの反射波（欠陥エコー）の振幅h2を測定するため
に用いる。
径が超音波プローブ１１より大きいプローブである。異
物からの反射波（欠陥エコー）の振幅h2を測定するため
に用いる。
【００２８】切替スイッチ１３は、超音波送受信器１４
と２個の超音波プローブ１１〜１２との接続を切り替え
るスイッチである。
と２個の超音波プローブ１１〜１２との接続を切り替え
るスイッチである。
【００２９】超音波送受信器１４は、超音波プローブ１
１または１２から超音波を送信するための電気パルスを
送信し、超音波プローブ１１または１２が受信した超音
波の反射信号（受信エコー）を所定のレベルに増幅す
る。
１または１２から超音波を送信するための電気パルスを
送信し、超音波プローブ１１または１２が受信した超音
波の反射信号（受信エコー）を所定のレベルに増幅す
る。
【００３０】ゲーテッドピークディテクタ１５は、超音
波の反射信号（受信エコー）から、被検材１の内部から
の反射信号（内部エコー）を抽出し、その振幅を測定す
る。前述の通り、ゲート回路とピークディテクタの機能
を一体化したのが、ゲーテッドピークディテクタであ
り、被検材１内部に欠陥がある場合には欠陥からの反射
波（欠陥エコー）が抽出され、その振幅が測定される。
従って、欠陥がある場合には、内部エコーの振幅は欠陥
エコーの振幅と同じになる。
波の反射信号（受信エコー）から、被検材１の内部から
の反射信号（内部エコー）を抽出し、その振幅を測定す
る。前述の通り、ゲート回路とピークディテクタの機能
を一体化したのが、ゲーテッドピークディテクタであ
り、被検材１内部に欠陥がある場合には欠陥からの反射
波（欠陥エコー）が抽出され、その振幅が測定される。
従って、欠陥がある場合には、内部エコーの振幅は欠陥
エコーの振幅と同じになる。
【００３１】A/D変換器16は、ゲーテッドピークディテ
クタ１５からの振幅信号をA/D変換する。
クタ１５からの振幅信号をA/D変換する。
【００３２】コンピュータ１７は、ディジタル化された
内部エコーの振幅を、走査コントローラ３０からの位置
データをもとに被検材１上での各超音波プローブ１１お
よび１２の位置と関連付けして、画像メモリＡ１８およ
び画像メモリＢ１９に記録する。また画像メモリＡ１８
および画像メモリＢ１９の差分を画像メモリＣ２０に記
録する。
内部エコーの振幅を、走査コントローラ３０からの位置
データをもとに被検材１上での各超音波プローブ１１お
よび１２の位置と関連付けして、画像メモリＡ１８およ
び画像メモリＢ１９に記録する。また画像メモリＡ１８
および画像メモリＢ１９の差分を画像メモリＣ２０に記
録する。
【００３３】画像メモリＡ１８は、超音波プローブ１１
を用いた場合の超音波反射波の振幅を、被検材１上での
超音波プローブ１１の位置と関連付けして記録するのに
用いる。
を用いた場合の超音波反射波の振幅を、被検材１上での
超音波プローブ１１の位置と関連付けして記録するのに
用いる。
【００３４】画像メモリＢ１９は、超音波プローブ１２
を用いた場合の超音波反射波の振幅を、被検材１上での
超音波プローブ１２の位置と関連付けして記録するのに
用いる。
を用いた場合の超音波反射波の振幅を、被検材１上での
超音波プローブ１２の位置と関連付けして記録するのに
用いる。
【００３５】画像メモリＡ１８および画像メモリＢ１９
には被検材１の同一の場所の測定結果が記録される。
には被検材１の同一の場所の測定結果が記録される。
【００３６】画像メモリＣ２０は、画像メモリＡ１８と
画像メモリＢ１９との差分を記録するのに用いる。
画像メモリＢ１９との差分を記録するのに用いる。
【００３７】被検材１上を超音波プローブ１１および１
２を走査して得られた内部エコーの振幅データが、画像
メモリＡ１８および画像メモリＢ１９に記録される。切
替スイッチ１３による切替は、走査中交互に超音波プロ
ーブ１１および１２と超音波送受信器１４とが接続され
るように行う。
２を走査して得られた内部エコーの振幅データが、画像
メモリＡ１８および画像メモリＢ１９に記録される。切
替スイッチ１３による切替は、走査中交互に超音波プロ
ーブ１１および１２と超音波送受信器１４とが接続され
るように行う。
【００３８】表示器２１には、画像メモリＣ２０に記録
された差分データが常時表示されるが、コンピュータ１
７を操作することにより、画像メモリＡ１８または画像
メモリＢ１９に記録された振幅データも表示できるよう
になっている。
された差分データが常時表示されるが、コンピュータ１
７を操作することにより、画像メモリＡ１８または画像
メモリＢ１９に記録された振幅データも表示できるよう
になっている。
【００３９】
【実施例】図２は、内部に平板状の未圧着のボイドと非
金属介在物が混在した厚さ０．４ｍｍの鋼板を対象と
し、本発明の方法を用いて、非金属介在物のみを抽出し
て映像化した結果である。
金属介在物が混在した厚さ０．４ｍｍの鋼板を対象と
し、本発明の方法を用いて、非金属介在物のみを抽出し
て映像化した結果である。
【００４０】５０MHzの超音波プローブを用いて測定し
た結果が、ビーム径が大きい方の超音波プローブ１２の
測定結果に相当する。これは超音波プローブ１２をX-Y
走査しつつ異物からの反射波（欠陥エコー）の振幅h2を
検出し、この反射波（欠陥エコー）の振幅h2と輝度を対
応させることにより、反射波（欠陥エコー）の振幅h2を
超音波プローブ１２の位置に対応させて２次元表示した
結果（画像メモリＡ１８に記録された振幅データに対
応）である。
た結果が、ビーム径が大きい方の超音波プローブ１２の
測定結果に相当する。これは超音波プローブ１２をX-Y
走査しつつ異物からの反射波（欠陥エコー）の振幅h2を
検出し、この反射波（欠陥エコー）の振幅h2と輝度を対
応させることにより、反射波（欠陥エコー）の振幅h2を
超音波プローブ１２の位置に対応させて２次元表示した
結果（画像メモリＡ１８に記録された振幅データに対
応）である。
【００４１】また、１００MHｚのプローブを用いて測定
した結果が、ビーム径が小さい方の超音波プローブ１１
の測定結果に相当する。これは超音波プローブ１１をX-
Y走査しつつ異物からの反射波（欠陥エコー）の振幅h1
を検出し、この反射波（欠陥エコー）の振幅h1と輝度を
対応させることにより、反射波（欠陥エコー）の振幅h1
を超音波プローブ１１の位置に対応させて２次元表示し
た結果（画像メモリＢ１９に記録された振幅データに対
応）である。
した結果が、ビーム径が小さい方の超音波プローブ１１
の測定結果に相当する。これは超音波プローブ１１をX-
Y走査しつつ異物からの反射波（欠陥エコー）の振幅h1
を検出し、この反射波（欠陥エコー）の振幅h1と輝度を
対応させることにより、反射波（欠陥エコー）の振幅h1
を超音波プローブ１１の位置に対応させて２次元表示し
た結果（画像メモリＢ１９に記録された振幅データに対
応）である。
【００４２】未圧着のボイドは表面形状が平坦なため、
超音波入射方向にほぼ垂直な面を持つ。この未圧着のボ
イドをビーム径が小さい超音波プローブ１１を用いて測
定しても、ビーム径が大きい超音波プローブ１２を用い
て測定しても、同様に振幅の大きな反射波が観測され
る。
超音波入射方向にほぼ垂直な面を持つ。この未圧着のボ
イドをビーム径が小さい超音波プローブ１１を用いて測
定しても、ビーム径が大きい超音波プローブ１２を用い
て測定しても、同様に振幅の大きな反射波が観測され
る。
【００４３】これに対し、非金属介在物は、表面形状が
ランダムであるため、超音波入射方向に垂直な面が少な
い。このため、非金属介在物をビーム径が小さい超音波
プローブ１１を用いて測定する場合には、超音波ビーム
内に超音波入射方向に垂直な面が存在する確率が低く、
超音波プローブ１１に戻る反射波が発生しにくいため、
反射波（欠陥エコー）の振幅が小さいものとなる。一
方、ビーム径が大きい超音波プローブ１２を用いて測定
する場合には、超音波ビーム内に超音波入射方向に垂直
な面が存在する確率が高くなり、超音波反射現象に形状
の影響が出にくく、反射波（欠陥エコー）の振幅は大き
くなる。
ランダムであるため、超音波入射方向に垂直な面が少な
い。このため、非金属介在物をビーム径が小さい超音波
プローブ１１を用いて測定する場合には、超音波ビーム
内に超音波入射方向に垂直な面が存在する確率が低く、
超音波プローブ１１に戻る反射波が発生しにくいため、
反射波（欠陥エコー）の振幅が小さいものとなる。一
方、ビーム径が大きい超音波プローブ１２を用いて測定
する場合には、超音波ビーム内に超音波入射方向に垂直
な面が存在する確率が高くなり、超音波反射現象に形状
の影響が出にくく、反射波（欠陥エコー）の振幅は大き
くなる。
【００４４】従って、共に反射波（欠陥エコー）の振幅
が大きな未圧着のボイドでは、超音波プローブ１２によ
り測定した振幅h2と超音波プローブ１１により測定した
振幅h1との差分がゼロに近い値になるのに対し、非金属
介在物では超音波プローブ１２により測定した振幅h2と
超音波プローブ１１により測定した振幅h1との差分がゼ
ロではない大きな値となる。図２には、この差分の映像
（画像メモリＣ２０に記録された差分データに対応）を
合せて示しており、両者の差分に応じて輝度を白く表示
するようにして非金属介在物が存在する部分として識別
表示できる。この結果の妥当性を検討するため、Ｘ線透
過試験結果との対比を行った。非金属介在物の塊は、周
囲の鋼とＸ線の吸収係数が異なるため、Ｘ線透過試験に
より識別して映像化できる。図２にはマイクロフォーカ
スＸ線透過試験の結果もあわせて示しており、輝度が高
い部分がＸ線透過強度が高い部分、即ち、Ｘ線吸収が鋼
よりも小さい非金属介在物である。超音波測定結果の差
分の映像とＸ線透過像との間には良い一致がみられ、本
発明の方法の妥当性が確認された。
が大きな未圧着のボイドでは、超音波プローブ１２によ
り測定した振幅h2と超音波プローブ１１により測定した
振幅h1との差分がゼロに近い値になるのに対し、非金属
介在物では超音波プローブ１２により測定した振幅h2と
超音波プローブ１１により測定した振幅h1との差分がゼ
ロではない大きな値となる。図２には、この差分の映像
（画像メモリＣ２０に記録された差分データに対応）を
合せて示しており、両者の差分に応じて輝度を白く表示
するようにして非金属介在物が存在する部分として識別
表示できる。この結果の妥当性を検討するため、Ｘ線透
過試験結果との対比を行った。非金属介在物の塊は、周
囲の鋼とＸ線の吸収係数が異なるため、Ｘ線透過試験に
より識別して映像化できる。図２にはマイクロフォーカ
スＸ線透過試験の結果もあわせて示しており、輝度が高
い部分がＸ線透過強度が高い部分、即ち、Ｘ線吸収が鋼
よりも小さい非金属介在物である。超音波測定結果の差
分の映像とＸ線透過像との間には良い一致がみられ、本
発明の方法の妥当性が確認された。
【００４５】略球形など平坦でない形状のボイドに関し
ては、表面形状がランダムではないため、ビーム径が小
さい超音波プローブ１１を用いた場合とビーム径が大き
い超音波プローブ１２を用いた場合との間で、反射波
（欠陥エコー）の振幅に差があらわれないため、両者に
よる測定結果の差分をとることにより、消去することが
可能であり、前記実施例と同様にボイドと非金属介在物
との識別が可能である。
ては、表面形状がランダムではないため、ビーム径が小
さい超音波プローブ１１を用いた場合とビーム径が大き
い超音波プローブ１２を用いた場合との間で、反射波
（欠陥エコー）の振幅に差があらわれないため、両者に
よる測定結果の差分をとることにより、消去することが
可能であり、前記実施例と同様にボイドと非金属介在物
との識別が可能である。
【００４６】なお、前記説明では、プローブ数が２とさ
れていたが、３以上であっても良い。
れていたが、３以上であっても良い。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、非金属介在物と、略球
形など平坦でない形状のボイド、および平坦な形状の未
圧着のボイドとを識別するとともに、視認しやすいよう
表示することが可能になるため、欠陥情報に基づく精錬
・鋳造の操業技術の改善による、非金属介在物やボイド
が少ない金属板の製造に有効に利用できる。また、サン
プル中の非金属介在物やボイドの量がある一定値以上で
あれば、その金属板の用途を非金属介在物やボイドが不
具合発生の原因になる可能性が低い用途に変更する対策
をとることもできる。
形など平坦でない形状のボイド、および平坦な形状の未
圧着のボイドとを識別するとともに、視認しやすいよう
表示することが可能になるため、欠陥情報に基づく精錬
・鋳造の操業技術の改善による、非金属介在物やボイド
が少ない金属板の製造に有効に利用できる。また、サン
プル中の非金属介在物やボイドの量がある一定値以上で
あれば、その金属板の用途を非金属介在物やボイドが不
具合発生の原因になる可能性が低い用途に変更する対策
をとることもできる。
【図１】本発明の実施形態の構成の概要を示すブロック
図
図
【図２】本発明の作用効果を示す図
【図３】従来の水浸探傷方法の一般的な構成を示すブロ
ック図
ック図
【図４】同じく測定原理を説明するためのタイムチャー
ト
ト
１…被検材 ２…水（媒体） １１、１２…プローブ １３…切替スイッチ １４…超音波送受信器 １５…ゲーテッドピークディテクタ １６…Ａ／Ｄ変換器 １７…コンピュータ １８、１９、２０…画像メモリ ２１…表示器 ３０…走査コントローラ
Claims (3)
- 【請求項１】超音波集束ビームを被検材に送信し、受信
した反射波に基づいて、被検材中の異物からの反射波を
抽出し、その反射波の振幅を測定して異物を検査する超
音波探傷方法において、 異物が存在する深さ方向の位置でビーム径が異なる複数
の超音波集束ビームによって被検材中の異物からの反射
波の振幅を測定し、差をとることにより、異物の種類を
判別することを特徴とする超音波探傷方法。 - 【請求項２】前記ビーム径が異なる複数の超音波集束ビ
ームを、λ・（F/D）（ここで、λ：波長、F：媒質中で
の焦点距離、D：振動子径）が異なる複数の焦点型超音
波プローブを用いて形成することを特徴とする請求項１
に記載の超音波探傷方法。 - 【請求項３】被検材中の同一被測定位置の異物を検査す
る際に、それぞれ異なるビーム径の超音波集束ビームを
形成する、隣接した複数のプローブを備えることを特徴
とする超音波探傷装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001132046A JP2002323481A (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 超音波探傷方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001132046A JP2002323481A (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 超音波探傷方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002323481A true JP2002323481A (ja) | 2002-11-08 |
Family
ID=18980119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001132046A Pending JP2002323481A (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 超音波探傷方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002323481A (ja) |
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| JP2007222884A (ja) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Jfe Steel Kk | 鋼の連続鋳造鋳片の製造方法および鋳片の表層欠陥手入システム。 |
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