JP2922507B1 - 超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 鋼材等の被検材の超音波探傷試験時に、被検
材表面付近に存在する欠陥を検出し、その位置情報から
被検材１本毎に欠陥深さ及び位置情報を生成することを
目的とする。 【解決手段】 垂直超音波探触子で送信した超音波が被
検材表面下に存在する欠陥から反射する超音波を斜角超
音波探触子が受信する探傷方法と、斜角一探法及び垂直
一探法を用いて、被検材毎に検出される欠陥の深さ（皮
下・表層・内部）及び位置を特定し、欠陥位置情報をマ
ップ化してグラインダへ情報伝送することにより、グラ
インダ研削の効率化及び省力化の効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は鉄や複合材料等の
被検材表面及び内部に存在する欠陥等の検出を非破壊で
検査するための超音波探傷装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来の超音波探傷装置のブロック
図である。図７において１は検査対象の被検材、２は被
検材１に対して超音波の送受信を行い、被検材１の内部
欠陥を検出するための垂直超音波探触子、３は被検材１
表面部分に存在する皮下欠陥及び表面垂直下に存在する
表層欠陥を検出するための斜角超音波探触子、４は垂直
超音波探触子２及び斜角超音波探触子３を内部に保持す
る探触子ホルダ、５は探触子ホルダ４に実装され被検材
１と接触するシュー、６は垂直超音波探触子２及び斜角
超音波探触子３と被検材１の間に形成される空間に水を
充填して形成される水柱形成部、７は水柱形成部６へ水
を供給する水路、８は探触子ホルダ４を保持する追従装
置、９は追従装置を走行移動させる走査モータ、１０は
追従装置９の走行一定距離毎にパルスを発信するパルス
ジェネレータ（ＰＬＧ）、１１は被検材１を保持し回転
させる回転機構、１２は回転機構１１を回転させる回転
モータ、１３は追従装置８を支持する機構装置、１４は
走査モータ９を動作させて追従装置８の走行制御を行
い、さらに回転モータ１２を動作させ回転機構１１を回
転させて、被検材１を回転させる制御装置、１５は垂直
超音波探触子２及び斜角超音波探触子３に対して超音波
の送受信を行い、探傷処理区間を設定する探傷処理装
置、１６はＰＬＧ１０より発信されたパルスを受信し
て、制御装置１４と探傷処理装置１５へパルスを分配
し、さらに探傷処理装置１５へはパルスを分周して送信
するパルス分配器、１７は制御装置１４の給水指令に基
づき水路７へ水を供給する給水装置である。

【０００３】図８はパルス分配器１６から探傷処理装置
１５へ供給される分周パルス毎に編集した探傷結果のメ
モリマップイメージ図である。図８において、１８は探
傷結果が格納される探傷処理装置１５内部に生成される
欠陥マップ、１９はパルス分配器１６から供給されるパ
ルスにしたがって探傷結果を一定距離毎にまとめるため
のデータ編集距離、２０は被検材１表面近傍に存在する
皮下表層欠陥、２１は探傷試験を完了し、結果データを
欠陥有りの場合検出フラグ「ＫＦ」、無しの場合に検出
フラグ「Ｋ０」を格納した探傷完了区間、２２は現在探
傷試験中及びこれから探傷試験を行い、結果データを格
納していない未探傷区間である。

【０００４】従来の超音波探傷装置は上記のように構成
されており、制御装置１４からの指令により給水装置１
７は水路７を通じて探触子ホルダ４内部の水柱形成部６
へ水の供給を開始し、制御装置１４からの指令に従い走
査モータ９を駆動させて追従装置８を試験開始位置まで
移動させ、同時に回転モータ１２も駆動させて回転機構
１１を回転することにより、被検材１を指定回転数で回
転させ、追従装置８を試験開始位置に移動完了時、探触
子ホルダ４を接材させた後、矢印ロ方向に走行し、端部
位置で停止後、水柱形成部６が満水となり、被検材１が
指定回転数で安定するまで待って、制御装置１４は探傷
処理装置１５へ探傷データ処理開始指令を出力し、探傷
処理装置１５は開始指令を受信後垂直超音波探触子２及
び斜角超音波探触子３に対して超音波の送受信を開始
し、探傷データ処理を開始する。

【０００５】制御装置１４は探傷開始指令出力後、シュ
ー５と被検材１を接触させ、かつ水柱形成部６内の水柱
を保ちながら、走査モータ９を駆動させることにより、
追従装置８を矢印イ方向に横行移動させて被検材１の探
傷試験を行っていた。

【０００６】さらに、探傷処理装置１５は追従装置８走
査中にパルス分配器１６から送信される分周パルス毎、
言い換えれば一定距離毎に探傷試験結果を編集するた
め、被検材１において検出した欠陥位置の情報は軸長方
向のみで、欠陥２０が同一断面の異なる表面位置に存在
して共に検出された場合には、同一断面位置に欠陥あり
として検出フラグ「ＫＦ」が欠陥マップ１８の該当エリ
アに格納されるのみで周方向についての位置情報が得ら
れなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の超
音波探傷装置は、被検材１の軸長方向についてのみの探
傷結果を格納した欠陥マップ１８が得られるため、被検
材１の表面近傍に存在する欠陥２０であって、同一断面
で異なる周方向の位置でかつ欠陥深さの異なる場合で
も、周方向の欠陥位置が不明であるため、欠陥有りとし
て欠陥マップの１８上に検出フラグ「ＫＦ］が格納され
た部分を輪切りに切断して、欠陥部分の除去を行ってい
た。

【０００８】さらに、検出欠陥の深さ方向の位置が不明
であるため、グラインダ等で除去できる表面近傍の欠陥
であるのか、切断による除去を行う以外方法のない欠陥
であるかの判断ができなかった。

【０００９】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたもので、被検材１で検出される表層近傍欠
陥の周方向の位置を特定し、グラインダ等で自動で研削
することにより、欠陥検出部分の切断除去という生産効
率を低下させる作業を低減することを目的としている。

【００１０】さらに、欠陥深さを特定することにより、
グラインダ等による研削可能な欠陥か、被検材１内部に
存在し、研削除去不可能で従来どうりの断面切断すべき
かを判断し、生産効率の向上及び無駄な研削部分をなく
すことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の発明による超音波
探傷装置は、被検材の一回転を検出するための原点マー
クを被検材に塗布し、それを原点マークセンサにて検出
することにより被検材の一回転を検出し、一回転に同期
したパルスを生成することにより、そのパルスを基点と
して被検材表面近傍欠陥の周方向検出位置を特定する機
能を設けたものである。

【００１２】また、第２の発明による超音波探傷装置
は、検出欠陥の周方向位置検出機能に加えて、垂直超音
波探触子から送信した超音波を斜角超音波探触子で受信
する（または、その逆の送受信方法を用いる）垂直斜角
二探法を用いて検出した欠陥の深さを特定する方法、垂
直一探法及び斜角一探法から、欠陥深さ方向の分解を１
／Ｎ周毎に実行する機能を設けたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は装置のブロ
ック図でこの発明の実施の形態１を示す図である。図中
の１〜２２は従来の装置と同一のものである。２３は被
検材１に塗布されている被検材１の一回転を検出するた
めの原点マーク、２４は原点マーク２３を被接触で検出
するための原点マークセンサ、２５は原点マークセンサ
２４が原点マーク２３を検出している間に基準信号とな
る原点パルスを送信する原点パルス発生装置、２６は原
点パルス発生装置２５から送信される原点パルスから１
／４８周パルスを生成する定倍パルス発生装置、２７は
定倍パルス発生装置２６から送信される信号と探傷処理
装置１５からの探傷処理信号から周方向の欠陥位置分解
処理を行うマップ処理装置、２８はマップ処理装置から
の探傷結果マップ情報を受信してグラインダ研削の情報
を編集する自動グラインダ処理装置である。

【００１４】図２は原点マークセンサ２４付近の断面を
被検材１の軸長方向より見た図であり、図２を示す紙面
の上下方向とのなす角αの位置で原点マーク２３を原点
マークセンサ２４が検出するように配置されている。

【００１５】図３は周方向の欠陥位置情報と被検材１と
の関係を示す図であり、２９は探傷結果を１／４８周に
分けて探傷結果を格納する周分解欠陥マップ、３０は被
検材１の表面及びその直下に存在し、斜角一探法にて検
出する皮下欠陥、３１は皮下欠陥より深い表層位置に存
在し、垂直斜角二探法により検出する表層欠陥であり、
皮下欠陥検出時には周分解欠陥マップ２９にデータとし
て検出フラグ「Ｋ１」を、表層欠陥検出時には検出フラ
グ「Ｋ２」を格納する。

【００１６】上記のように構成された超音波探傷装置に
おいて、図１に示される制御装置１４からの指令により
給水装置１７は水路７を通じて探触子ホルダ４内部の水
柱形成部６へ水の供給を開始し、制御装置１４からの指
令に従い走査モータ９を駆動させて追従装置８を試験開
始位置１ｍ手前まで移動後、探触子ホルダ４を接材さ
せ、同時に回転モータ１２も駆動させて回転機構１１を
回転することにより、被検材１を指定回転数で回転さ
せ、同時に原点パルス発生装置２５に対して原点マーク
センサ２４からの検出信号取り込み開始を指令する。追
従装置８が試験開始位置へ移動完了するまでに被検材１
の回転を安定させて、原点マーク２３が原点マークセン
サ２４を一定周期で回転する様になり、原点パルスは原
点パルス発生装置２５から定倍パルス発生装置２６へ送
信され、定倍パルス発生装置２６はＮ−１回目受信した
原点パルスとＮ回目に受信した原点パルスの時間を１／
４８に分割した周期の定倍パルスを、原点パルスとあわ
せてマップ処理装置２７へ送信する。追従装置８を試験
開始位置に移動完了時、水柱形成部６が満水となり、被
検材１が指定回転数で安定していることを確認と同時
に、制御装置１４は探傷処理装置１５へ探傷データ処理
開始指令を出力し、探傷処理装置１５は開始指令を受信
後垂直超音波探触子２及び斜角超音波探触子３に対して
超音波の送受信を開始し、探傷データ処理を開始する。

【００１７】制御装置１４は探傷開始指令出力後、従来
の装置と同様に走査モータ９を駆動させることにより、
追従装置８を矢印イ方向に横行移動させて被検材１の探
傷試験を実行するが、探傷処理装置１５は定倍パルス発
生装置２６から送信される１／４８周の定倍パルス毎
に、斜角一探法及び垂直斜角二探法により検出判定した
１／４８周毎の探傷結果をマップ処理装置２７へ伝送す
る。１／４８周毎に受信した探傷結果をマップ処理装置
２７は原点マーク２３の検出位置を１／４８周位置とし
て、斜角一探法については矢印ハ方向について検出する
ものについては、（１８０−（α＋β））゜の位置へ、
矢印ニ方向について検出するものについては１８０−α
＋βの位置へ、垂直斜角二探法で検出するものについて
は１８０−αの位置へ探傷結果を格納する。さらに、マ
ップ処理装置はパルス分配器１６からのデータ編集距離
毎に伝送される距離パルス毎の周方向に格納する探傷結
果位置を１つずつ進めていくことにより、被検材１表面
の周方向位置０゜から３６０゜を１／４８周に分解し、
かつ被検材１の軸長方向にデータ編集距離１９毎に展開
された欠陥検出情報、すなわち周分解欠陥マップ２９を
作成することとなる。

【００１８】探傷試験完了時には、制御装置１４は探傷
処理装置１５及びマップ処理装置２７に対して処理終了
指令を出力し、探傷処理装置１５は指令に従って探傷処
理を終了、マップ処理装置２７は周分解欠陥マップ２９
を自動グラインダ処理装置２８に伝送する。周分解欠陥
マップ２９の情報を受信した自動グラインダ処理装置２
８は、受信した周分解欠陥マップ２９に該当する被検材
１が自動研削位置へ搬送された段階で、該当情報を使用
して表面近傍の皮下欠陥３０または表層欠陥３１を特定
し、研削除去することとなる。

【００１９】上記の実施の形態１をとることにより、探
傷試験において従来装置の様に皮下または表層部で検出
された欠陥の周方向及び軸長方向の位置をマップ処理装
置２７により周分解欠陥マップ２９として作成し、その
情報を自動グラインダ処理装置２８が使用して自動で皮
下欠陥３０または表層欠陥３１を研削できることから、
従来欠陥検出位置断面を切断除去していたものを被検材
１表面の研削のみで除去するため被検材１の全体生産量
についての歩留まりを向上でき、さらには皮下欠陥３０
又は表層欠陥３１除去のために長時間かかる切断工程を
実施しないことから全体の生産時間を短縮させることが
できる。

【００２０】実施の形態２．図４はこの発明の実施の形
態２を示す装置のブロック図である。図中の１〜２２は
従来の装置と同一のもの、２３〜３１は実施の形態１に
ついて示した図１及び図２の装置と同一のものなので説
明は省略する。図において、３２は垂直斜角二探法によ
り検出した欠陥を自動グラインダ処理装置で研削可能深
さである深さまでと研削除去不可能な深さに弁別する深
さ分離装置、３３は探傷処理装置１５より送信される垂
直一探法による探傷結果と、マップ処理装置２７から伝
送される周分解欠陥マップ２９とから、欠陥深さ判定処
理を実行する欠陥位置判定装置である。

【００２１】図５は垂直斜角二探法により欠陥を検出し
た状態におけるＡ−スコープモニタのイメージ図であ
り、３４は垂直超音波探触子２による送信エコー（Ｔエ
コー）、３５は斜角超音波探触子３により受信される表
面エコー（Ｓエコー）、３６は欠陥が存在する場合に斜
角超音波探触子３により受信される欠陥エコー（Ｆエコ
ー）、３７は欠陥検出のための反射エコー受信時間帯の
基点を設定するためのゲート起点設定用ゲート（Ｇ
Ｓ）、３８は欠陥エコー受信時間帯の長さを設定する欠
陥ゲート（ＧＬ）、３９はＧＳ３７の立ち下がり位置か
らＦエコー３６までの時間を計測する欠陥深さ計測ゲー
トで、垂直超音波探触子２の超音波送信間隔（ＰＲＦ）
毎にＧＬ３８内で検出した最大受信エコー位置を計測す
る。

【００２２】図６は周方向の欠陥位置及び深さ情報と被
検材１との関係を示す図であり、４０は被検材１の表面
下数１０ｍｍに存在する内部欠陥、４１は被検材１の中
心付近に存在する中心欠陥、４２は垂直一探法により内
部欠陥４０を検出した場合に、結果を３として格納する
内部欠陥マップ、４３は垂直一探法により中心欠陥４１
を検出した場合に、結果を４として格納する中心欠陥マ
ップである。

【００２３】図４に示すように構成された超音波探傷装
置においては、定倍パルス発生装置２６から送信される
１／４８周毎の信号を受信するタイミングで探傷処理装
置１５から垂直斜角二探法により検出された探傷結果デ
ータ（１／４８周区間内のＰＲＦ毎のデータの中で最大
欠陥エコーの高さとその深さ）を深さ分離装置３２へ伝
送し、深さ分離装置３２は図５に示すとおり、欠陥深さ
分離基準時間Ｌ０とＧＳ開始位置からＦエコー３６受信
までの時間Ｌの比較を行い、Ｌ＞Ｌ０の場合は欠陥は内
部位置と判断してマップ処理装置２７へ結果を伝送、Ｌ
≦Ｌ０の場合欠陥は表層位置と判断して結果を欠陥位置
判定装置３３へ伝送する。さらに、斜角一探法による検
出エリアが垂直斜角二探法のそれと重複する部分が存在
するため、斜角一探法においてのみ検出された欠陥につ
いては皮下欠陥３０と判断して、マップ処理装置２７へ
検出フラグ「Ｋ１」を、斜角一探法と垂直斜角二探法に
より同時に検出した欠陥で、かつ垂直斜角二探法で表層
と判断されれば表層欠陥３１としてマップ処理装置２７
へ検出フラグ「Ｋ２」を、内部と判断されれば内部欠陥
４０として欠陥位置判定装置３３へ検出フラグ「Ｋ３」
をそれぞれ伝送する。また、垂直超音波探触子２を用い
て検出する垂直一探法により内部欠陥４０が検出され
た、または中心欠陥４１が検出された場合には、探傷処
理装置１５からデータ編集距離１９毎に結果データ（Ｐ
ＲＦ毎のデータの中で最大欠陥エコー高さとその深さ）
を直接欠陥位置判定装置３３へ伝送する。欠陥位置判定
装置３３においては、内部欠陥４０検出時には内部欠陥
検出マップ４２へ検出フラグ「Ｋ３」を、中心欠陥４１
検出時には中心欠陥検出マップ４３へ検出フラグ「Ｋ
４」というデータを格納する。

【００２４】深さ分離装置３２にて内部欠陥４０と判定
され欠陥位置判定装置３３へ伝送されたデータについて
は、内部欠陥マップ４２中の該当するエリアに垂直一探
法により検出した場合と同様に３というデータを設定す
る。上記処理を採用することにより、被検材１の表面か
ら中心に向けて、内部、中心の断面エリア毎の深さ分離
及び皮下、表層部分の周方向の深さ分離を実現できる。

【００２５】上記の実施の形態をとることにより、被検
材１において断面及び周方向について全長及び全断面の
欠陥位置及び深さ分離が可能となり、自動グラインダ処
理装置２８において研削可能な欠陥か、切断除去すべき
欠陥かを判断できるため、探傷試験終了後に検出欠陥の
最適な除去方法を選択できる。

【００２６】

【発明の効果】第１の発明によれば、従来の超音波探傷
装置においては被検材の軸長方向についてのみしか位置
情報が得られなかったが、周方向及び軸長方向に表面近
傍で検出された欠陥の位置を記録した欠陥情報マップを
１本毎に全長に渡り作成し、周方向の欠陥位置の特定が
でき、超音波探傷装置の後に設置されているグラインダ
へマップ情報を伝送することにより、自動で被検材表面
近傍の欠陥を研削できるため歩留まり及び生産効率向上
の効果がある。

【００２７】また、第２の発明によれば、被検材１本毎
に欠陥位置情報を全断面について、被検材の軸長及び周
方向について位置及び深さを記録した欠陥位置及び深さ
情報を作成できるため、被検材表面近傍の欠陥研削とグ
ラインダ研削不可能な深さの欠陥の弁別を行い、欠陥部
分の表面研削か断面切断を判断し、表面研削であれば研
削深さを制御できるため、欠陥を持つ被検材に対して適
切な欠陥除去を選択できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１における超音波探傷
装置の構想図である。

【図２】 この発明の実施の形態１における超音波探傷
装置追従装置近傍を被検材軸長方向からの見た図であ
る。

【図３】 この発明の実施の形態１における検出欠陥位
置情報を示すマップのイメージ図である。

【図４】 この発明による超音波探傷装置の実施の形態
２を示す構想図である。

【図５】 この発明の実施の形態２における垂直超音波
探触子で送信して、斜角超音波探触子で受信する状態を
Ａ−スコープモニタイメージで示した図である。

【図６】 この発明の実施の形態２における欠陥マップ
のイメージ図である。

【図７】 従来の超音波探傷装置の実施の形態を示す構
想図である。

【図８】 従来の超音波探傷装置における欠陥マップの
イメージ図である。

【符号の説明】 １ 被検材、２ 垂直超音波探触子、３ 斜角超音波探
触子、４ 探触子ホルダ、５ シュー、６ 水柱形成
部、７ 水路、８ 追従装置、９ 走査モータ、１０
パルスジェネレータ、１１ 回転機構、１２ 回転モー
タ、１３ 機構装置、１４ 制御装置、１５ 探傷処理
装置、１６ パルス分配器、１７ 給水装置、１８ 欠
陥マップ、１９ データ編集距離、２０ 皮下表層欠
陥、２１ 探傷完了区間、２２ 未探傷区間、２３ 原
点マーク、２４ 原点マークセンサ、２５ 原点パルス
発生装置、２６ 定倍パルス発生装置、２７ マップ処
理装置、２８ 自動グラインダ処理装置、２９ 周分解
欠陥マップ、３０ 皮下欠陥、３１ 表層欠陥、３２
欠陥位置判定装置、３３ 深さ分離装置、３４ 送信エ
コー、３５ 表面エコー、３６ 欠陥エコー、３７ ゲ
ート起点設定ゲート、３８ 欠陥検出ゲート、３９ 欠
陥検出深さ計測ゲート、４０ 内部欠陥、４１中心欠
陥、４２ 内部欠陥マップ、４３ 中心欠陥マップ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹久 修 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社 水島製鉄所内 (56)参考文献 特開 平８−114581（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−5616（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−95862（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−40983（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼材等の被検材に対して非接触で超音波
   の送受信を行う垂直探傷用の垂直超音波探触子及び斜角
   探傷用の斜角超音波探触子と、上記垂直超音波探触子及
   び上記斜角探触子を保持する探触子ホルダと、上記探触
   子ホルダを保持して上記被検材上を走査する追従装置
   と、上記追従装置を保持する探傷機構装置と、上記探触
   子ホルダへの給水を行う給水装置と、上記垂直超音波探
   触子及び上記斜角超音波探触子に対して超音波送信タイ
   ミングを制御し、かつ上記垂直超音波探触子及び斜角超
   音波探触子が受信した信号を処理して探傷データ処理及
   び探傷結果判定を行う探傷処理装置と、探傷データ処理
   の開始・終了タイミング及び上記探傷機構装置を制御す
   る制御装置と、上記被検材を回転保持する回転機構装置
   とからなる超音波探傷装置において、上記回転機構装置
   上において回転する上記被検材１回転毎に同期した基準
   信号を発生する原点パルス発生装置と、上記原点パルス
   発生装置から発信される基準信号を受信し、１回前に受
   信した基準信号と今回受信した基準信号の時間差から一
   定間隔に定倍した周波数の信号を生成する定倍パルス発
   生装置と、上記追従装置の一定走査距離毎に発信する距
   離信号を生成するパルスジェネレータと、上記基準信
   号、定倍信号、及び距離信号を受信して、斜角一探法、
   及び上記垂直超音波探触子で送信して上記斜角超音波探
   触子で受信する垂直斜角二探法により検出した欠陥を、
   上記被検材の周方向と軸長方向について位置を特定し、
   周方向及び軸長方向の欠陥位置情報を作成するマップ処
   理装置とを有することを特徴とした超音波探傷装置。
2. 【請求項２】 上記垂直斜角二探法を用いて、上記斜角
   探触子が受信した欠陥エコーの位置を基準距離と比較す
   ることにより、欠陥深さを特定する深さ分離装置と、上
   記斜角超音波探触子による斜角一探法及び上記垂直超音
   波探触子による垂直一探法にて検出した欠陥の有無から
   被検材の欠陥深さを皮下・表層・内部に分離して、欠陥
   の位置と深さ情報を記録する欠陥位置判定装置とを備え
   たことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。