JP3036632B2 - 局部水浸式超音波探傷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、局部水浸式超音波
探傷装置に係り、特に、丸ビレットの表皮下欠陥の探さ
を測定する際に用いるのに好適な、発信用の垂直探触子
と受信用の斜角探触子を備えた局部水浸式超音波探傷装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】検査対象内部の欠陥を非接触で検出可能
な超音波探傷装置が広く用いられている。

【０００３】このうち、板の探傷に用いられているもの
として、発信用の垂直探触子と受信用の垂直探触子を近
接させて平行に配置し、垂直方向に入射した超音波の欠
陥による反射エコーを、やはり垂直方向で検出する垂直
二深法がある。

【０００４】この垂直二深法は、安価に構成可能である
が、本願が対象とする丸材に適用した場合、不感帯が大
きい。又、検査対象である探傷材に接触させるので、探
触子が壊れ易い。更に、ビームが絞れないため、小さな
欠陥が検出できない等の問題点を有する。

【０００５】一方、別の方法として、発信用の斜角探触
子と受信用の垂直探触子を用い、被検体表面に斜め方向
から入射した超音波が内部欠陥で反射されて生じた散乱
を、垂直方向で受信するデルタ法（斜角垂直法とも称す
る）も知られている。

【０００６】更に、探触子から探傷材に超音波を送受信
する際に、少なくとも探触子と探傷材間の超音波の通路
を水で満たす局部水浸法が用いられることもある。

【０００７】この局部水浸法によれば、探傷材に探触子
を接触させないので、探触子が壊れ難く、又、例えばア
クリルレンズによりビームが絞れるという特徴を有す
る。

【０００８】又、丸ビレットの表面から１．５〜８ｍｍ
の範囲の表皮下欠陥の深さを測定する超音波探傷技術と
しては、図１９に示す如く、丸ビレット等の探傷材１０
の表面に略垂直に超音波２２を送信するための発信用の
垂直探触子２０と、前記探傷材１０の表皮下欠陥１２に
よって反射された反射エコー２４を斜め方向で受信する
ための、前記垂直探触子２０を挟んで配置された一対の
斜角探触子２８を用いて、垂直探触子２０からの超音波
２２の欠陥１２による散乱波（２４）を斜角探触子２８
で受信し、これらの幾何学的関係から欠陥１２の深さ位
置を求める方法が提案されている。

【０００９】図において、２１、２９は、それぞれ、垂
直探触子２０、斜角探触子２８内に配設された、超音波
を送受信するための超音波振動子、３０は、前記垂直探
触子２０及び斜角探触子２８を保持するためのホルダ、
３２は、異なる径の丸ビレットに対応させるための着脱
可能なシュー、３４、３６、３８は、それぞれ、垂直探
触子２０とホルダ３０間、ホルダ３０と斜角探触子２８
間、斜角探触子２８とシュー３２間の水洩れを防止する
ためのシールであり、前記垂直探触子２０、ホルダ３
０、斜角探触子２８、シュー３２、探傷材１０で囲まれ
る空間３９には、水が充満されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この技
術を熱間圧延肌の丸ビレットに適用した所、丸ビレット
表面に多数存在するくぼみ１４に起因する、表面反射波
の疑似エコー（ノイズ）２５が非常に大きく、例えば直
径１７０ｍｍの丸棒の場合、直径１ｍｍの人工欠陥（横
穴）のＳ／Ｎが２．０程度と低く、欠陥からの散乱波を
安定して検出することができないという問題点を有して
いた。

【００１１】なお、超音波探傷装置に本発明のように遮
蔽板を用いた従来技術としては、例えば特開昭６３−１
８６１４３に、多数の超音波振動子が並設されたマルチ
型の探触子において、各振動子からの発信波相互の干渉
を防ぐために遮蔽板を用いることが記載されている。

【００１２】又、特開昭５２−４５３８８に、発信ビー
ムを絞るために遮蔽体を設けることが記載されている。

【００１３】しかしながら、いずれにしても、本発明の
ように、丸材表面のくぼみで反射された表面反射波の疑
似エコーを防止するためのものではなかった。

【００１４】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、丸材表面にくぼみがある場合でも、
欠陥からの散乱波を正確に検出することを課題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、丸材表面近傍
の欠陥を検出するための、発信用の垂直探触子と受信用
の斜角探触子を備えた局部水浸式超音波探傷装置におい
て、前記斜角探触子の前面に、丸材表面のくぼみで反射
された表面反射波が、該斜角探触子に到達するのを防止
する遮蔽板を設け、該遮蔽板の両端をホルダで保持し、
該ホルダを、異なる径の丸材に対応させるための着脱可
能なシューの上部にはめ込むようにして、前記課題を解
決したものである。

【００１６】

【００１７】又、前記遮蔽板の少なくとも丸材と対向す
る表面を、吸音効果の大きい材質とすることにより、丸
材表面のくぼみからの反射エコーを吸収して、遠距離の
ノイズを低減できるようにしたものである。

【００１８】又、前記遮蔽板の内部を金属で補強して、
十分な強度を持たせられるようにしたものである。

【００１９】又、前記遮蔽板の先端と丸材表面の間隔を
１〜４ｍｍとして、広範囲の反射エコーを防止し、近距
離のノイズを低減できるようにしたものである。

【００２０】発明者の調査によると、ノイズの大きさ
は、図１及び図２に示す如く、丸ビレット表面のくぼみ
の深さと軸方向長さに相関があることが判明した。

【００２１】そこで、図３に示す如く、斜角探触子２８
の前面に遮蔽板４０を設け、該遮蔽板４０の構成及び斜
角探触子２８からの突出量Ｈ（探傷材１０表面との間隔
Ｇ）を変えて実験し、図４に示す如く、くぼみ１４の土
手１５で反射した表面反射波２５が斜角探触子２８に到
達しない条件を調査した。

【００２２】実験に用いた遮蔽板４０の第１例の構成
は、図５に示す如く、２枚の塩化ビニール板（塩ビ板と
略する）４２の表面を吸音ゴム４４で被覆し、更に、先
端をシリコン（Ｓｉ）ゴム４６で被覆したものである。
又、同じく第２例の構成は、図６に示す如く、２枚の塩
ビ板４２の表面を吸音ゴム４４で被覆しただけのもので
ある。又、同じく第３例の構成は、図７に示す如く、３
枚の塩ビ板４２の表面全体をステンレス（ＳＵＳ）テー
プで被覆したものである。厚みは、いずれも１．８ｍｍ
とした。

【００２３】前記３種類の遮蔽板について、前記突出量
Ｈを２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ（間隔Ｇは、それぞれ６ｍ
ｍ、４ｍｍ、２ｍｍ）の３水準に変化させて実験を行っ
た。

【００２４】実験の結果、得られた遮蔽板の突出量Ｈと
エコー高さの関係を図８に示す。図８のIX部に示す、遮
蔽板が無い状態では、図９に示す如く存在した表層範囲
のくぼみノイズ（虚エコー）が、図８のＸ部に示す、突
出量Ｈ＝６ｍｍの時には、図１０に示す如く、無くなっ
ている。なお、図１０は、塩ビ板＋Ｓｉゴムでのデータ
である。このように、探傷ゲート範囲の浅い位置（表面
から近距離）に出現するくぼみノイズに対しては、遮蔽
板を突出させることで、ノイズを低減でき、特にH ＝６
mmの時には、遮蔽板の構成に関係無く、ノイズを低減で
きる。

【００２５】同じく、探傷ゲートの深い位置（表面から
遠距離）に出現するくぼみノイズのエコー高さと、遮蔽
板先端部の材質との関係を図１１に示す。図１１のXII
部に示す、ＳＵＳテープ使用時（第３例）には、図１２
に示す如く存在した探傷ゲート範囲の深い位置（表面か
ら遠距離）に出現するくぼみノイズが、図１１のXIII部
に示す、塩ビ板とＳｉゴム使用時（第１例）には、図１
３に示す如く、無くなっている。このように、探傷ゲー
ト範囲の深い位置（遠距離）に出現するくぼみノイズに
対しては、遮蔽板先端の材質をＳｉゴムにした時が、最
もノイズを低減できる。

【００２６】以上の実験結果より、遮蔽板の突出量Ｈ
は、大きいほど近距離のノイズが低減できることがわか
る。これは、図１４に示す如く、探傷材１０のくぼみ１
４から直接斜角探触子２８に入ってくるエコーは、反射
面の形状によって反射する方向が異なるため、突出量を
大きくするほど、広範囲の反射エコーを防止するためだ
と考えられる。

【００２７】更に、先端をＳｉ系ゴムにすることによっ
て、遠距離のノイズが低減できる。これは、Ｓｉ系ゴム
により、くぼみ１４からの反射エコーが吸収されるため
だと考えられる。

【００２８】遮蔽板の第１例を５ｍｍ突出させたときの
欠陥検出感度の距離特性を図１５に示す。遮蔽板を５ｍ
ｍ突出させることにより、近距離、遠距離共に２〜３ｄ
Ｂの感度低下が発生するが、Ｓ／Ｎが大きく向上してい
るので、問題はない。

【００２９】なお遮蔽板の先端と丸材表面の間隔は１〜
４ｍｍであることが好ましい。それは、４ｍｍを越える
とノイズの遮断効果が小さくなるし、１ｍｍ未満になる
と丸材との接触による故障の危険性が大きくなるからで
ある。

【００３０】本発明は、このような知見に基づいて、な
されたものである。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００３２】本実施形態は、図１９に示したような従来
と同様の水浸式超音波探傷装置において、図１６に示す
如く、前記斜角探触子２８の前面に、探傷材１０表面の
くぼみ１４で反射された表面反射波が、該斜角探触子２
８に到達するのを防止する遮蔽板４０を設けたものであ
る。

【００３３】前記斜角探触子２８の超音波振動子２９
は、例えば図１７に示す如く、探傷材１０の長手方向
に、例えば１０対設けられている。

【００３４】前記遮蔽板４０は、図１８に詳細に示す如
く、その両端がホルダ５０で保持された状態で、前記シ
ュー３２の上部に嵌め込むようにされている。

【００３５】前記遮蔽板４０は、図５に示した最適例の
第１例と同様に、強度部材としての塩ビ板４２の垂直探
触子側表面を吸音ゴム４４で被覆し、特に、探傷材１０
先端はＳｉゴム４６で被覆した構成とされている。

【００３６】又、該遮蔽板４０先端の斜角探触子２８下
面からの突出量Ｈは、６ｍｍとされている。この場合、
遮蔽板４０の先端と探傷材１０表面の間隔Ｇは２ｍｍと
なる。

【００３７】本実施形態においては、遮蔽板４０の先端
をＳｉゴム４６で被覆しているので、遠距離のノイズを
低減できる効果が特に高い。なお、遮蔽板の構成はこれ
に限定されず、図６に示す第２例のように、Ｓｉ系ゴム
を省略することも可能である。

【００３８】又、遮蔽板の突出量Ｈ（遮蔽板先端と丸ビ
レット表面の間隔Ｇ）も６ｍｍ（Ｇ＝２ｍｍ）に限定さ
れず、４ｍｍ（Ｇ＝４ｍｍ）、２ｍｍ（Ｇ＝６ｍｍ）と
することも可能である。

【００３９】なお、前記遮蔽板の本体の材質や先端を被
覆する部材の材質は、塩ビ板やＳｉ系ゴムに限定され
ず、例えば、遮蔽板を金属で補強したり、あるいは金属
自体で遮蔽板本体を構成することも可能である。

【００４０】なお、前記実施形態においては、垂直探触
子２０を挟むように設けられた斜角探触子２８の振動子
２９の対が、探傷材１０の長手方向に１０対設けられて
いたが、斜角探触子の配置や振動子の数はこれに限定さ
れず、例えば、探傷材の長手方向に１対のみとしたり、
あるいは、斜角探触子２８を垂直探触子２０の一方側に
のみ設けることも可能である。又、探傷対象も丸ビレッ
トに限定されない。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、丸材表面のくぼみで反
射された表面反射波が、斜角探触子に到達するのを防止
して、くぼみに起因するノイズを大幅に低減でき、検出
性能（Ｓ／Ｎ）を向上できる。

【００４２】第１例の遮蔽板を用いて、突出量Ｈ＝６ｍ
ｍ（間隔Ｇ＝２ｍｍ）で実験したところ、直径２ｍｍの
人工欠陥の信号レベルを２６ｄＢにするゲインにおける
ノイズは、遮蔽板を用いない従来法では１９〜２０ｄＢ
であったのが、本発明の実施形態によれば、１２〜１３
ｄＢとなり、大幅に減少することが確認できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための、丸ビレット表
面のくぼみの深さとノイズレベルの関係の例を示す線図

【図２】同じく、くぼみの軸方向長さとノイズレベルの
関係の例を示す線図

【図３】同じく、探傷材と斜角探触子の配置を示す断面
図

【図４】同じく、くぼみによる表面反射波の多重反射成
分を示す断面図

【図５】同じく、実験に用いた遮蔽板の第１例の構成を
示す断面図

【図６】同じく、遮蔽板の第２例の構成を示す断面図

【図７】同じく、遮蔽板の第３例の構成を示す断面図

【図８】同じく、遮蔽板突出量とエコー高さの関係の実
験結果を示す線図

【図９】図８のIX部における受信波形を示す線図

【図１０】図８のＸ部における受信波形を示す線図

【図１１】同じく、遮蔽板先端部の材質とエコー高さの
関係の実験結果を示す線図

【図１２】図１１のXII 部における受信波形を示す線図

【図１３】図１１のXIII部における受信波形を示す線図

【図１４】同じく、反射エコーと遮蔽板の関係を示す拡
大断面図

【図１５】同じく、遮蔽板と欠陥検出感度の関係の例を
示す線図

【図１６】本発明の実施形態の全体構成を示す断面図

【図１７】図１６のシュー及び遮蔽板を示す平面図

【図１８】前記実施形態における遮蔽板の配置を示す分
解斜視図

【図１９】従来の垂直斜角法が採用された超音波探傷装
置の全体構成を示す断面図

【符号の説明】

１０…探傷材（丸ビレット） １２…表皮下欠陥 １４…くぼみ ２０…垂直探触子 ２１、２９…超音波振動子 ２２…超音波 ２４…反射エコー ２８…斜角探触子 ３０、５０…ホルダ ３２…シュー ３４、３６、３８…シール ４０…遮蔽板 ４２…塩化ビニール板 ４４…吸音ゴム ４６…シリコンゴム ４８…ステンレステープ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】丸材表面近傍の欠陥を検出するための、発
   信用の垂直探触子と受信用の斜角探触子を備えた局部水
   浸式超音波探傷装置において、 前記斜角探触子の前面に、丸材表面のくぼみで反射され
   た表面反射波が、該斜角探触子に到達するのを防止する
   遮蔽板を設け、 該遮蔽板の両端をホルダで保持し、 該ホルダを、異なる径の丸材に対応させるための着脱可
   能なシューの上部にはめ込むようにした ことを特徴とす
   る局部水浸式超音波探傷装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の局部水浸式超音波探傷装
   置において、 前記遮蔽板の少なくとも丸材と対向する表面が、吸音効
   果の大きい材質とされていることを特徴とする局部水浸
   式超音波探傷装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２に記載の局部水浸式超音波
   探傷装置において、 前記遮蔽板の内部が、金属で補強されていることを特徴
   とする局部水浸式超音波探傷装置。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか一項に記載の局
   部水浸式超音波探傷装置において、 前記遮蔽板の先端と丸材表面の間隔が１〜４ｍｍとされ
   ていることを特徴とする局部水浸式超音波探傷装置。