JP3487491B2

JP3487491B2 - 斜角探傷法およびその波形表示方法

Info

Publication number: JP3487491B2
Application number: JP01633498A
Authority: JP
Inventors: 茂徳青木; 徹宮田; 征悟菊地; 茂三輪; 一水野谷
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1998-01-12
Filing date: 1998-01-12
Publication date: 2004-01-19
Anticipated expiration: 2018-01-12
Also published as: JPH11201948A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は斜角探傷法およびそ
の波形表示方法に関し、特に、被検体内の傷の両端部の
ピークホールド波形を検査者が同時に視認できるように
同じ表示画面に表示する波形表示方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波探傷器による斜角探傷法は、被検
体の表面に沿って超音波プローブを一定方向に移動させ
ながら、超音波プローブから被検体に対して或る角度で
傾斜させた方向に超音波を発射し、被検体の内部からの
反射エコーを検出する方法である。上記斜角探傷法によ
れば、例えば被検体の内部で深さ方向に割れや巣等の傷
が存在する場合に、傷の上側端部と下側端部で反射エコ
ーが大きくなるという特性を利用して、傷の上側端部と
下側端部を検出することができ、それによって例えば傷
の大きさを測定して傷の大きさを評価でき、同様にして
傷の形態や種類等も評価することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の斜角探傷法で
は、反射エコーの波形を表示する装置において、例えば
先に検出される上側端部の反射エコーの波形と後に検出
される下側端部の反射エコーの波形をそれぞれ別々の画
面に表示させ、検査者は、各々画面で自身の判断でその
ピークホールド波形を見つけるようにしていた。この作
業は、ピークホールド波形を見つけることが難しく、検
査者にとって面倒なものであった。

【０００４】また１つの画面には上側端部または下側端
部の１つの波形しか表示されないため、検査者が画面上
で傷を評価することをできないという不具合もあった。
さらに、検査結果を依頼者に報告する際にも、１つの画
面の上で傷の両端部の２つのピークホールド波形を示す
ことができれば、検査者にとって有効な検査情報を提供
できるという利点がある。

【０００５】さらに傷の大きさを求めるときには、検査
者は、上側端部のピークホールド波形の位置に関する情
報を書き留め、さらに下側端部のピークホールド波形の
位置に関する情報を情報を書き留めて、その後、手計算
で傷の大きさを算出するようにしていた。検査の現場
で、かかる計算を行うことは実際上面倒であった。

【０００６】本発明の目的は、上記の問題を解決するこ
とにあり、反射エコーの波形を表示する画面において傷
の両端部の反射エコーを容易に見出すことができ、画面
上で傷の種類や大きさを簡単に評価でき、さらに傷の深
さや大きさを自動的に算出でき、検査作業者の負担を軽
減した斜角探傷法およびその波形表示方法を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用】第１の本発明
（請求項１に対応）に係る斜角探傷法の波形表示方法
は、上記目的を達成するために、被検体の表面で超音波
プローブを移動させ、被検体の内部に存在する傷の両端
部のエコーの各々を検出し、そのピークホールド波形を
表示画面に表示し、傷の大きさを評価する斜角探傷法に
おいて、先に検出された第１端部のピークホールド波形
と後に検出された第２端部のピークホールド波形を表示
画面で同時に視認されるように表示画面上に固定表示す
る方法である。

【０００８】上記の本発明では、表示部の波形表示領域
の画面に第１端部および第２端部のピークホールド波形
の両方を同時に表示し、これにより検査者は両端部のピ
ークホールド波形を容易に見つけることが可能となり、
２つの端部エコーの関係に関する情報を容易に得ること
が可能となる。また同一画面にて共通時間軸に表示され
た２つの端部エコーを提示することにより、有効な検査
資料として活用することが可能である。

【０００９】第２の本発明（請求項２に対応）に係る
斜角探傷法の波形表示方法は、第１の発明において、第
１端部または第２端部のピークホールド波形が得られる
前の段階で、第１端部または第２端部の周辺のピークホ
ールド波形と、リアルタイム波形とが、表示画面で同時
に視認されるように表示される。これによれば、ピーク
ホールド波形とリアルタイム波形の比較を常に行うこと
ができるので、最大のピークホールド波形を容易に探し
出せる。

【００１０】第３の本発明（請求項３に対応）に係る斜
角探傷法の波形表示方法は、第１の発明において、同時
に視認可能に表示画面に表示された第１端部のピークホ
ールド波形と第２端部のピークホールド波形の位置関係
に基づいて傷を評価することを特徴とする。同じ画面に
上端部エコーと下端部エコーを表示することにより、傷
の評価を容易に行える。

【００１１】第４の本発明（請求項４に対応）に係る斜
角探傷法の波形表示方法は、上記の各発明において、好
ましくは、表示画面に表示された複数の波形の表示色は
互いに異なることを特徴とする。これにより、波形の識
別性を高めることが可能となる。

【００１２】さらに本発明（請求項５に対応）に係る斜
角探傷法は、被検体内で深さ方向に存在する傷から反射
される上端部エコーと下端部エコーに基づき傷の大きさ
を求める探傷法であり、上端部エコーと下端部エコーの
各波形を表示画面で同時に視認されるように表示画面上
に固定表示し、上端部エコーの波形と下端部エコーの波
形に基づき、自動的に、各波形の高さとビーム路程を算
出し、ビーム路程と超音波プローブから出射される超音
波の出射角とから傷の深さと大きさを算出する方法であ
る。表示画面に２つの端部エコーの波形を表示できるよ
うに構成し、傷の大きさを自動的に計算するように構成
される。これにより、検査者の検査作業の負担を軽減す
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。

【００１４】図１〜図３を参照して本発明に係る斜角探
傷法とその波形表示方法が適用される超音波探傷器を説
明する。図１は超音波探傷器の外観図、図２は超音波探
傷器の装置本体の正面図、図３は超音波探傷器の電気シ
ステムの構成を示すブロック図である。本実施形態の超
音波探傷器は本来的に携帯型装置であるが、図１では設
置状態での使用を示している。超音波探傷器１０は、超
音波を利用した探傷検査を行う装置本体１１と、装置本
体１１を取付けて据え置くための支持筐体１２とから構
成されている。

【００１５】支持筐体１２は例えば金属板を用いて箱状
に形成され、装置本体１１を支持するのに必要な強度を
備えている。支持筐体１２は、手前部分に装置本体１１
を取り付けるための開口部を有している。また支持筐体
１２の両側壁の間には、開口部に近い箇所で回転自在な
取手１３が設けられている。この取手１３は、設置型で
使用するときに支柱としての働きを有している。

【００１６】装置本体１１の正面部には液晶で作られた
表示部２１が設けられている。表示部２１の液晶として
例えばＴＦＴを利用し、好ましくは横長に形成され、カ
ラー大画面として作られる。表示部２１には測定で得ら
れたエコー波形等が表示される。表示部２１の周囲に
は、測定の際に用いられる各種の複数の操作キー２２、
電源スイッチ２３、ブザー２４、ＬＥＤ２５、入力端子
２６、出力端子２７などが設けられている。入力端子２
６には、超音波プローブ（以下プローブ）３６がケーブ
ル４６を介して接続されている。また装置本体１１の上
部には携帯用バンドを取り付けるための掛止部２８が両
側の２箇所に設けられている。

【００１７】上記装置本体１１の内部にはメイン基板が
内蔵され、このメイン基板上には、超音波探傷測定を実
行する目的で各種の制御処理および信号処理等を行う電
気回路部が設けられている。図３は当該電気回路部３０
のシステム構成を示す。この電気回路部３０は、超音波
の送信・受信の制御、測定データの演算・処理、表示部
２１の表示に関連する制御等を実行するＭＰＵ３１を含
んでいる。このＭＰＵ３１と入力部および出力部との間
には入出力制御回路３２が介設される。入出力制御回路
３２は、ＭＰＵ３１の指令を受けて入力部または出力部
を制御する。入力部としてはキースイッチ３３が含まれ
る。このキースイッチ３３は前述の各種の操作キー２２
に対応し、実際には複数のキースイッチが備えられる。
また出力部としては、例えばパルサ３４、レシーバ３
５、さらに前述のＬＥＤ２５やブザー２４等が含まれ
る。

【００１８】入出力制御回路３２から出力された超音波
出射信号はパルサ３４に供給され、パルサ３４はプロー
ブ３６に対してパルス信号を周期的に出力する。プロー
ブ３６は圧電素子を含み、圧電変換作用でパルス信号を
超音波３７に変換する。当該超音波３７は被検体３８の
内部に送信される。被検体３８の内部に欠陥があると、
そこで超音波の反射波すなわち欠陥エコーが発生し、プ
ローブ３６に戻り、受信される。欠陥エコーはプローブ
３６で電気的エコー信号に変換される。このエコー信号
はレシーバ３５に供給される。レシーバ３５では、入出
力制御回路３２からの制御信号を受けてゲイン等が設定
される。レシーバ３５で受信されたエコー信号（波形信
号）はＡ／Ｄ変換器３９でアナログ信号からディジタル
信号に変換され、波形メモリ４０に記憶される。

【００１９】操作キーの操作に対応して複数のキースイ
ッチ３３を通して入力される各種の操作信号は入出力制
御回路３２に入力される。各種のキースイッチ３３のオ
ン・オフ動作によって測定に関する各種の指令が入力制
御回路３２を経由してＭＰＵ３１に入力される。複数の
キースイッチ３３による指示内容としては、例えばゲイ
ンの設定、パルスやゲートの位置、ゲート幅、波形の拡
大、各種パラメータの設定等がある。また入出力制御回
路３２は、ＬＥＤ２５やブザー２４を駆動し、測定操作
者（検査者）に必要なメッセージを提供する。

【００２０】測定データの演算・処理等を行うＭＰＵ３
１に対して、前述の波形メモリ４０と、さらにタイミン
グ回路４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、表示部コントロ
ーラ４４がバス４５を経由して接続されている。タイミ
ング回路４１は、パルサ３４の出力動作とＡ／Ｄ変換器
３９の変換動作と波形メモリ４０の記憶動作のタイミン
グを調整する。ＲＯＭ４２の中には、ＭＰＵ３１におい
て各種機能部を実現するためのプログラムが格納されて
いる。本実施形態では、ＲＯＭ４２に、例えば演算部
（欠陥の深さの演算等）を形成するプログラム４２ａ、
斜角探傷法を実行するプログラム４２ｂ、本発明に係る
波形表示方法を実行するプログラム４２ｃ等が格納され
ている。ＭＰＵ３１は、ＲＯＭ４２に格納されたプログ
ラムを読み出して必要な機能部を実現する。表示部２１
は液晶表示部である。

【００２１】次に、図４〜６を参照して斜角探傷法（ま
たは斜角端部エコー法という）について説明する。図４
は被検体での検査状態を示す外観図、図５は当該検査状
態を示す縦断面図、図６は斜角探傷法の計算法を解説す
る図である。

【００２２】被検体３８の内部には探傷面（表面）３８
ａに対して垂直（深さ方向）に形成された割れ等の傷５
１が存在していると仮定する。傷５１の上端をＡとし、
下端をＢとする。傷５１は被検体３８の深さ方向に一定
の長さを有しかつその幅方向に長さＬを有している。図
４に示した例では、プローブ３６は、被検体３８の探傷
面３８ａ上において接触状態で、位置から位置へ移
動させ、さらに位置から位置へ移動させて超音波エ
コーを受信している。位置から位置へのプローブ３
６の移動状態（前後方向の移動とする）を断面図で示す
と、図５のごとくなる。図５では、位置でのプローブ
３６が送信した超音波３７が傷５１の上端Ａで反射さ
れ、上端部エコー波を検出する状態と、位置でのプロ
ーブ３６が送信した超音波３７が傷５１の下端Ｂで反射
され、下端部エコー波として検出される状態が示されて
いる。上記のように被検体３８の内部でその深さ方向に
傷５１が形成されている場合に、プローブ３６から或る
角度（後述の屈折角θ）の出射角で超音波３７を送信し
て斜角探傷を行うと、傷５１の上端と下端の各端部で反
射エコーが大きく生じる。従って反射エコー高さが大き
い２点すなわち傷５１の上端Ａと下端Ｂを見つけること
により、傷５１の大きさを評価できる。

【００２３】図６（ａ），（ｂ）を参照して斜角探傷法
について詳述する。図６（ａ）は図５に示した探傷の状
態において各要素に符号を付しており、図６（ｂ）は送
信波形に対する２つの端部エコーの関係を共通の時間軸
上で示している。図６において、ｄは傷５１の深さ（単
位：ｍｍ）、ｄ₁は傷５１の上端Ａの深さ（ｍｍ）、ｄ
₂は傷５１の下端Ｂの深さ（ｍｍ）、Ｈは傷５１の高さ
（ｍｍ）、Ｗ₁は上端部エコー５２のビーム路程（ｍ
ｍ）、Ｗ₂は下端部エコー５３のビーム路程（ｍｍ）、
ｙ₁は傷５１から位置までの水平距離（ｍｍ）、ｙ₂
は傷５１から位置までの水平距離（ｍｍ）、θはプロ
ーブの屈折角（°）、ｈ₁は上端部エコー５２の高さ
（ｄＢ）、ｈ₂は下端部エコー５３の高さ（ｄＢ）であ
る。波形Ｔは送信波の波形を示している。

【００２４】図５または図６（ａ）に示されるように、
プローブ３６を走査移動させて探傷を行った場合、内部
の傷５１から反射エコーのピークは矢印５４のように変
化する。その結果、上端部エコー５２と下端部エコー５
３が生じる。図６（ｂ）に示された関係に基づき、音速
と反射エコーが戻るまでの時間とを利用して、送信波形
Ｔを基準としてのビーム路程Ｗ₁，Ｗ₂を求めることが
できる。次にビーム路程Ｗ₁，Ｗ₂とプローブの屈折角
θの三角関数から内部の傷５１の上端Ａと下端Ｂの深さ
ｄ₁，ｄ₂を算出する。次に深さｄ₁，ｄ₂の差から内
部の傷５１の高さＨを求め、さらに傷５１の深さｄを求
める。またビーム路程Ｗ₁，Ｗ₂と屈折角θによって水
平距離ｙ₁，ｙ₂を求める。さらに水平距離ｙ₁，ｙ₂
の差として位置，の間の距離を求める。なお斜角探
傷法における計算式は既に知られているので、ここでは
示すことを省略する。

【００２５】次に、表示部２１の画面例を示す図７〜９
とフローチャートを示した図１０を参照して本実施形態
による斜角探傷法とその波形表示方法を説明する。

【００２６】斜角探傷を行う前の段階で、超音波探傷器
１０の正面部に設けられた操作キー２２を操作して、プ
ローブ３６や音速等に関して各種のパラメータの設定を
行う（ステップＳ１１）。次に斜角探傷法（斜角端部エ
コー法）を起動する（ステップＳ１２）。そのときプロ
グラム４２ｂが読み出され実行される。このとき波形表
示プログラム４２ｃも併せて実行される。斜角探傷法に
従ってピークホールド機能が起動される（ステップＳ１
３）。以上の動作によって、プローブ３６から被検体３
８の内部へ屈折角θで超音波３７が送信され、被検体内
部からの反射エコーがプローブ３６で受信される。そし
て上記ピークホールド機能によって反射エコーのピーク
値が抽出され、波形データとして波形メモリ４０に記憶
される。波形メモリ４０に記憶された波形データは表示
部コントローラ４４等に基づき適時なタイミングで読み
出され、表示部２１にて時間軸上で表示される。被検体
３８の探傷面３８ａ上でプローブ３６を移動させること
により、傷５１の上端Ａのエコーを探す。表示部２１の
画面に表示されるエコー波形の中の最大値を探す。その
結果、図８に示されるように、表示部２１の画面（波形
表示領域）２１ａでは、送信波形Ｔと共に、最大エコー
高さとなるホールド波形６２が示される（ステップＳ１
４）。また画面２１ａではリアルタイム波形（図示せ
ず）も示され、そのため最大エコー高さのホールド波形
６２を容易に認識することができる。このホールド波形
６２が前述の上端部エコー５２に相当する。最大エコー
高さのホールド波形６２が見つかった段階でカーソル６
１を移動してホールド波形６２を選択してＳＥＴキー２
２を操作する（ステップＳ１５）。それによって図８に
示されるように、上端部エコーであるピークホールド波
形６２が固定表示される（ステップＳ１６）。上端部エ
コー波形が固定されると、カーソル６１内の最大値から
ｈ₁とＷ₁が算出される（ステップＳ１６）。

【００２７】次に、再びプローブ３６を被検体３８の探
傷面３８ａ上で前後に移動させ、傷５１の下端Ｂのエコ
ーを探す。画面２１ａに表示されるエコー波形の中の最
大値を探す。その結果、図９に示されるように、表示部
２１の画面２１ａでは、送信波形Ｔおよび上端部Ａのピ
ークホールド波形６２と共に、下端Ｂに対応する最大エ
コー高さとなるホールド波形６３が示される（ステップ
Ｓ１７）。上端Ａのピークホールド波形６２は波形メモ
リ４０に記憶される波形データを用いて表示が行われ
る。画面２１ａでは、図７に示されるようにリアルタイ
ム波形６４がホールド波形６２の周囲に示され、そのた
め最大エコー高さのホールド波形を容易に認識すること
ができる。このホールド波形６３が前述の下端部エコー
５３に相当する。最大エコー高さのホールド波形６３が
見つかった段階でカーソル６１を移動してホールド波形
６３を選択してＳＥＴキー２２を操作する（ステップＳ
１８）。それによって図９に示されるように、上端部エ
コーである上記ピークホールド波形６２と共に、下端部
エコーであるピークホールド波形６３が固定表示される
（ステップＳ１９）。下端部エコー波形が固定される
と、カーソル６１内の最大値からｈ₂とＷ₂が算出され
る（ステップＳ１９）。

【００２８】その後、ステップＳ２０では、前述の傷５
１の高さＨと深さｄと水平距離ｙが算出される。またス
テップＳ２１では位置から位置までの距離すなわち
傷５１の長さＬが入力される。最終のステップＳ２２で
は、演算結果が表示部２１の画面の一部に表示される。

【００２９】以上のごとく本実施形態による斜角探傷法
による波形表示方法によれば、図９に示すごとく、表示
部２１の画面２１ａに共通の時間軸の上で上端部エコー
に対応するピークホールド波形６２と下端部エコーに対
応するピークホールド波形６３を同時に表示することが
できる。それ故に、端部エコーを探し出すことが容易と
なり、上端部エコーと下端部エコーの位置的関係が明確
になる。さらに表示画面２１ａに表示された２つの端部
エコーを記録することができ、検査結果を明確な資料と
して残すことができる。検査者にとって、検査依頼者に
報告書で報告する場合に都合がよい。また共通の画面に
おいて上端部エコーと下端部エコーを確認できることに
より傷の評価を容易に行える。例えば傷が割れであるの
か、巣であるのかの判別を容易に行うことができる。

【００３０】また図１０のフローチャートで明らかなよ
うに、ステップＳ１６，Ｓ１９，Ｓ２０等で上端部エコ
ーや下端部エコーの高さｈ₁，ｈ₂、ビーム路程Ｗ₁，
Ｗ₂、傷５１の高さＨ、傷５１の深さｄ₁，ｄ₂，ｄ、
水平距離ｙ₁，ｙ₂を自動的に計算することができる。
従って検査者にとって検査作業の負担が軽減される。

【００３１】さらに表示部２１の画面２１ａにおいて、
上端部エコーに対応するピークホールド波形６２、ある
いは下端部エコーに対応するピークホールド波形６３を
探し出すときには、例えば図７に示されるようにピーク
ホールド波形６３と共にその周囲のリアルタイム波形６
４が表示されるため、最大のピークホールド波形を容易
に見つけることができる。

【００３２】上記実施形態において、表示画面に表示さ
れる複数の波形について、表示色を互いに異ならせるよ
うに構成することも可能である。これにより波形の識別
性を高めることができる。

【００３３】また、プローブ３６の移動距離をエンコー
ダ等の移動距離計測器で測定するように構成することも
可能である。この移動距離計測器で計測された第１端部
のピークホールド波形と第２端部のピークホールド波形
の間の間隔と、超音波プローブから出射される超音波の
出射角とに基づいて傷の大きさを自動的に算出するよう
に斜角探傷法を構成することも可能である。さらに、Ｌ
の長さを測定して手入力を行っているが、エンコーダを
用いて図４のからまでの距離を同様に測定するよう
に構成すると、欠陥長さ（Ｌ）も容易に入力可能とな
る。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、斜角探傷法において上端部エコーの波形と下端部
エコーの波形を示画面に同時に表示するように構成した
ため、傷の両端部の反射エコーを容易に見出すことがで
き、画面上で傷の種類や大きさを簡単に評価できる。さ
らに傷の深さや大きさを自動的に算出でき、検査作業者
の負担を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】携帯型超音波探傷器の外観図である。

【図２】超音波探傷器の装置本体の正面図である。

【図３】超音波探傷器のシステム構成を示すブロック図
である。

【図４】検査状態を示す外観図である。

【図５】検査状態を示す縦断面図である。

【図６】斜角探傷法の計算法を詳述するための解説図で
ある

【図７】表示画面における波形表示のイメージを示す図
である。

【図８】表示画面において上端部エコー波形が表示され
た状態を示す図である。

【図９】表示画面において２つの端部エコー波形が表示
された状態を示す図である。

【図１０】波形表示処理と傷の大きさ等を算出する処理
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０超音波探傷器１１装置本体１２支持筐体２１表示部２１ａ表示画面２２操作キー３６超音波プローブ３７超音波３８被検体５１傷６２，６３ピークホールド波形

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三輪茂茨城県土浦市神立町650番地日立建機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者水野谷一茨城県土浦市神立町650番地日立建機エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献特開平９−113249（ＪＰ，Ａ) 特開平２−6747（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−141061（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−193347（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体の表面で超音波プローブを移動さ
せ、前記被検体の内部に存在する傷の両端部のエコーの
各々を検出し、そのピークホールド波形を表示画面に表
示し、前記傷の大きさを評価する斜角探傷法において、先に検出された第１端部の前記ピークホールド波形と後
に検出された第２端部の前記ピークホールド波形を、前
記表示画面で同時に視認されるように表示画面上に固定
表示することを特徴とする斜角探傷法の波形表示方法。
【請求項２】前記第１端部または前記第２端部のピー
クホールド波形が得られる前の段階で、前記第１端部ま
たは前記第２端部の周辺のピークホールド波形と、リア
ルタイム波形とを、前記表示画面で同時に視認されるよ
うに表示することを特徴とする請求項１記載の斜角探傷
法の波形表示方法。
【請求項３】同時に視認可能に前記表示画面に表示さ
れた前記第１端部のピークホールド波形と前記第２端部
のピークホールド波形の位置関係に基づき前記傷を評価
することを特徴とする請求項１記載の斜角探傷法の波形
表示方法。
【請求項４】前記表示画面に表示された複数の前記波
形の表示色は互いに異なることを特徴とする請求項１〜
３のいずれか１項に記載の斜角探傷法の波形表示方法。
【請求項５】被検体内で深さ方向に存在する傷から反
射される上端部エコーと下端部エコーに基づき前記傷の
大きさを求める斜角探傷法において、前記上端部エコー
と前記下端部エコーの各波形を表示画面で同時に視認さ
れるように表示画面上に固定表示し、前記上端部エコー
の波形と前記下端部エコーの波形に基づき、自動的に、
前記各波形の高さとビーム路程を算出し、前記ビーム路
程と超音波プローブから出射される超音波の出射角とか
ら前記傷の深さと大きさを算出することを特徴とする斜
角探傷法。