JP4380384B2 - 不等板厚材の自動超音波探傷方法 - Google Patents

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Description

本発明は、厚板鋼板等の不等板厚材の自動超音波探傷方法に係り、特に欠陥検出範囲を規定する欠陥エコーゲートを適切に設定し、高精度な内部欠陥検査を実現する際に適用して好適な不等板厚材の自動超音波探傷方法に関する。
従来より、厚板鋼板等の板材の内部欠陥を非破壊で検査するために超音波探傷が行なわれている。
図１には、探傷手段として、３つ以上の２振動子型の探触子１〜３を有する超音波探傷機により、厚さが一様に増加していく不等板厚材４を検査している様子を模式的に示す。但し、探触子に対しては、便宜上１〜３の符号のみを付してある。
探触子１を代表させて示すように、各探触子では送信振動子より板材４内に送信された超音波が、材料底面で反射されて受信振動子によりエコー信号が受信されるようになっている。このような探触子における信号の送受信状態を示したタイムチャートが図２である。
即ち、探触子において、送信波Ｔを送信した際、予め用意されている既知の材料情報（長さ方向の位置と板厚の関係等）から、底面位置の所定範囲に対応する時間幅として設定してある底面エコーゲートＷ内で、送信波Ｔに対する超音波エコーが検出され、その強度が底面エコー判定レベルＬを超えている場合に、該エコーを低面エコーＢであると判定し、該底面エコーＢが検出されるまでの時間を基準に欠陥検出範囲を規定するための時間幅として欠陥エコーゲートＸを設定する。
そして、この欠陥エコーゲートＸの範囲内で検出されるエコー信号に対しては、対象となる欠陥に応じた欠陥エコー判定レベル（図示せず）を予め設定しておき、そのレベルを超えたものを欠陥として認識することが行なわれている。
以上のような不等板厚材を対象とした従来の自動超音波探傷方法としては、前記欠陥エコーゲートの終点を、検出された底面エコーの位置に追従させて変更しながら検査する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
一般的には、前記図２に示したように、前記底面エコーゲートＷの範囲内で検出され、且つ底面エコー判定レベルＬを超えたエコー信号位置から底面エコーＢの位置を特定し、欠陥エコーゲートＸの終点を自動的に修正することが行なわれている。
ところで、実際に使用される超音波探傷機では、図３に示すように所定数ｍの探触子をまとめて収めた探傷ヘッドをｎ個、例えば板材の長さ方向に並べると共に、幅方向に走査することにより探傷を行なう。
この場合、探傷機に対する条件設定は、探触子を単位に行なうことも考えられるが、この方法では探触子毎に専用のハードが必要となる。厚板鋼板を探傷する通常の探傷機においては、探触子の数が１００個を超えていることが多いことから、この方法はコストアップ等の原因となるために実用的でない。
そのため、探傷ヘッドを単位に条件設定を行ない、底面エコーゲートの設定も探傷ヘッド毎に行なう方法が用いられている。この設定方法を不等板厚材に適用するためには、材料本来の板厚変化に伴なう底面エコーの検出洩れを防ぐために、通常の等板厚材より底面エコーゲートの設定範囲を広くする必要がある。
特開昭６１−１６１４４７号公報
しかしながら、図４に示すように材料４の底面近傍に欠陥５が存在する場合、探触子２による送受信状態の特徴を図５に抽出して示すように、該底面近傍の欠陥に起因する欠陥エコーＦが、底面エコーゲートＷ内で検出されることが有り得る。この欠陥エコーＦが底面エコーＢより手前に存在し、しかもその強度が底面エコー判定レベルＬを超えていると、探傷機はこの欠陥エコーＦを底面エコーＢと誤認識して、異常な底面エコーにより欠陥エコーゲートの終点を変更し、設定することになる。その結果、欠陥エコーゲートＸの終点位置が、前記図２に示した本来の位置よりＰだけ手前に移動することになるため、正確な欠陥エコーゲートの設定ができなくなるという問題があり、これは前記のように探傷ヘッドを単位に広い底面エコーゲートを設定する場合には特に問題となる。
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、検出される底面エコーに基づいて、欠陥エコーゲートの終点を修正しながら、不等板厚材の自動探傷を行なう際、板材の底面近傍に欠陥がある場合でも、欠陥エコーゲートの範囲（終点）を正確に設定し、結果として高精度な欠陥検査を実現することができる不等板厚材の自動超音波探傷方法を提供することを課題とする。
本発明は、超音波の送受信機能を有する探傷手段を用いて底面エコーを検出し、欠陥検出範囲を規定する欠陥エコーゲートの終点を、該底面エコーの検出位置に追従させながら不等板厚材の内部欠陥を探傷する不等板厚材の自動超音波探傷方法において、前記不等板厚材の表面に複数の探傷手段を配列させ、各探傷手段により、予め設定されている底面エコーゲート内のエコーを底面エコーとして検出し、隣接する探傷手段により検出された底面エコーの間で位置偏差を算出し、得られた位置偏差に基づいて底面エコーの正・異常を判定し、正常と判定された底面エコーの検出位置により前記欠陥エコーゲートの終点を決定する際、注目する探傷手段を中心とする２組の隣接する探傷手段について、前記位置偏差をそれぞれ算出することにより、前記課題を解決したものである。
本発明においては、又、前記隣接する探傷手段により検出する板材位置の間で、既知の材料情報から板厚偏差を算出し、前記底面エコーの間の位置偏差と比較し、両偏差が実質的に一致する場合に正常と判定するようにしてもよい。
本発明においては、又、前記底面エコーの間の位置偏差が、所定の基準値以下の場合に正常と判定するようにしてもよい。
本発明においては、又、前記探傷手段が、２振動子型探触子又は該探触子を複数含む探傷ヘッドであるようにしてもよい。
本発明によれば、検出される底面エコーに基づいて、欠陥エコーゲートの終点を修正しながら、不等板厚材の自動探傷を行なう際、板材の底面近傍に欠陥が存在する場合でも、欠陥エコーゲートの終点を正確に設定し、高精度な欠陥検査を実現することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本実施形態の自動超音波探傷方法を、前記図１に相当する図６に示すように、不等板厚材４の表面に接触させて配列した複数の探触子の中で、探触子１〜３を代表させて説明する。又、各探触子１〜３による超音波の送受信状態を、各所要時間ｔ1〜ｔ3と共にそれぞれ図７に示す。
本実施形態の自動探傷においては、前記図２の場合と同様に、不等板厚材４に関する長さ方向の設計板厚寸法等の既知の材料情報を基に、予め設定されている底面エコーゲートＷの範囲において、前記図３に示したような探傷ヘッドに格納されている各探触子１〜３により、判定レベルＬを超えている受信信号から底面エコーＢ1〜Ｂ3の各位置を検出すると共に、各探触子１〜３が接触する板材位置における板厚値を、同じく既知の材料情報から取得する。
次いで、探触子２に注目し、該探触子２を中心とする３つの探触子から構成される２組の隣接する探触子１、２及び探触子２、３について、検出された底面エコーの各位置から位置偏差をそれぞれ算出する。又、それと共に、前記探触子１、２、３によりそれぞれ検出する隣接する板材位置の間で、既知の材料情報から板厚偏差を算出する。
即ち、図６、７に示されるように、隣接する探触子１と探触子２によりそれぞれ検出する板材位置間での板厚偏差ΔＩ1-2と、実際に底面エコーとして検出されたエコーの各位置の偏差Δｔ1-2を比較する。同様に、隣接する探触子２と探触子３によりそれぞれ検出する板材位置間での板厚偏差ΔＩ2-3と、実際に底面エコーとして検出されたエコーの各位置の偏差Δｔ2-3（＝ｔ3−ｔ2）を比較する。
その際、ΔＩ1-2＝Δｔ1-2、ΔＩ2-3＝Δｔ2-3の関係が実質的に成り立つ場合は正常であり、成り立たない場合は、探触子２により底面エコーとして検出されたエコーの位置は欠陥エコーＦ2に起因するものとして無効とする。そして、この場合は、探触子１〜探触子ｎによる検出値で近似される底面エコー位置を基準として、探触子２に対応する欠陥エコーゲートの終点を設定する。これにより、前記図４に示した底面近傍の欠陥５があったとしても、前記図５に示したような欠陥エコーゲートの終点にＰ分の位置ずれを発生させることを防止でき、欠陥エコーゲートを正確に設定できる。
以下、具体例を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。
いま、例えば、長さが１０ｍで、先端から後端にかけて一様に２０ｍｍ厚くなる不等板厚材４に、少なくとも３つの探触子を、それぞれ２０ｍｍ間隔で前記図６のように配列する場合、各探触子間では０．０４ｍｍの厚さ変動になる。このとき、先端板厚を１０ｍｍとして、該先端近傍についての探傷ヘッド単位での底面エコーゲート位置（範囲）を、設定余裕代を考慮して、９．５ｍｍから１０．７ｍｍに設定する。
以上の既知の材料情報の下で、欠陥検出を行なった結果、前記図５に示したように欠陥エコーＦが底面エコーＢより手前（浅い方）に位置し、且つ底面エコーゲート位置内に存在し、しかも、その欠陥エコーＦの強度が底面エコー判定レベルＬを超えていれば、該欠陥エコーＦを底面エコーＢとして誤認識することが起り得る。
この場合、前記図６に示した探触子１と探触子２の間の板厚偏差ΔＩ1-2、探触子２と探触子３の間の板厚偏差ΔＩ2-3は、共に０．０４ｍｍである。ところが、前記図７に示した探触子１と探触子２の間の底面エコーの位置偏差Δｔ1-2は、探触子２における底面エコーの位置が実際の底面エコー位置より短いＰ2分だけ短くなり、逆に探触子２と探触子３の間の底面エコーの位置偏差Δｔ2-3は、探触子２における底面エコー位置が実際の底面エコー位置より短いＰ2分だけ長くなる。
そのため、仮にＰ2が０．２ｍｍであったとすると、
ΔＩ1-2＝０．０４ｍｍ≠Δｔ1-2≒−０．２ｍｍ、
ΔＩ2-3＝０．０４ｍｍ≠Δｔ2-3≒０．４ｍｍ
となる。この結果より、探触子２の底面エコーの位置は、欠陥エコーＦ2の誤認識であると判断し、探触子１から探触子ｎで検出された底面エコーの位置に対応する近似直線を引き、この近似直線により探触子２の底面エコー位置を推定し、設定する。
これにより、探触子２に対して、欠陥エコーゲートの終点を正しく設定することができ、底面近傍に欠陥があったとしても、その欠陥エコーを底面エコーとして誤認識せずに正確な欠陥エコーゲート位置（範囲）を設定でき、不等板厚材の探傷を正確に行なうことができるようになる。
又、この方法によれば、底面エコーかどうか判定した結果、底面エコーでないとされた場合には、そのエコーが欠陥エコー判断レベルを超えていれば欠陥として認識することもできる。
なお、以上の説明では、探傷手段が探触子であり、探触子単位での判定の例を示したが、探傷手段が探傷ヘッドであるとして、探傷ヘッドを単位に判定を行なうようにしてもよい。これにより、複数の探触子に跨る大きな欠陥が存在する場合にも適切に対応できるようになる。この場合、計算ロジックを簡単にするために、板厚として、例えば探傷ヘッド内の平均板厚を用いるようにしてもよい。
又、材料板厚の変化が一様でない場合、隣接する探触子間での底面エコーの位置偏差のみを用い、例えば位置偏差に上下限の基準値を設けて、その設定範囲を外れた場合に、一方の検出エコーは底面エコーでないと判定するようにしてもよい。
以上詳述した如く、本実施形態によれば、不等板厚材の自動探傷において、材料底面近傍に欠陥が存在した場合、探傷ヘッドに格納されている各探触子により底面エコーの位置を検出すると共に、既知の材料情報から得られる各探触子に対応する板材位置間での板厚偏差と、検出された底面エコーの位置偏差を比較することにより、底面エコーゲート範囲内で検出される欠陥エコーを底面エコーと誤認識するのを防止でき、欠陥エコーゲートの終点位置を正確に設定することができるようになった。又、この探傷方法を、探傷ヘッド毎に用いることにより、材料底面に大きな欠陥がある場合であっても、欠陥エコーゲートの終点位置を正確に設定することができる。
以上説明したとおり、本発明によれば、検出される底面エコーに基づいて欠陥エコーゲートの終点を修正しながら、不等板厚材の自動探傷を行なう際、板材の底面近傍に欠陥がある場合でも、欠陥エコーゲートの終点を正確に設定でき、結果として高精度な欠陥検査を行なうことができる。
探触子の構成と不等板厚材との関係を示す模式図 超音波探傷機による測定方法の概要を示す説明図 探傷ヘッドの構成を示す模式図 材料近傍に存在する欠陥を示す模式図 図４における探触子２により検出される超音波エコーを示す説明図 本発明に係る超音波探傷方法の一例を示す模式図 本発明の特徴を模式的に示す説明図
符号の説明
１…探触子１
２…探触子２
３…探触子３
４…不等板厚材
５…底面付近の欠陥
Ｂ…底面エコー
Ｆ…欠陥エコー
Ｉ…材料板厚
Ｐ…底面エコーの誤認識量
Ｔ…送信波
Ｗ…底面エコーゲートの幅
Ｘ…欠陥エコーゲートの幅

Claims (4)

  1. 超音波の送受信機能を有する探傷手段を用いて底面エコーを検出し、欠陥検出範囲を規定する欠陥エコーゲートの終点を、該底面エコーの検出位置に追従させながら不等板厚材の内部欠陥を探傷する不等板厚材の自動超音波探傷方法において、
    前記不等板厚材の表面に複数の探傷手段を配列させ、各探傷手段により、予め設定されている底面エコーゲート内のエコーを底面エコーとして検出し、隣接する探傷手段により検出された底面エコーの間で位置偏差を算出し、
    得られた位置偏差に基づいて底面エコーの正・異常を判定し、正常と判定された底面エコーの検出位置により前記欠陥エコーゲートの終点を決定する際、
    注目する探傷手段を中心とする２組の隣接する探傷手段について、前記位置偏差をそれぞれ算出することを特徴とする不等板厚材の自動超音波探傷方法。
  2. 前記隣接する探傷手段により検出する板材位置の間で、既知の材料情報から板厚偏差を算出し、前記底面エコーの間の位置偏差と比較し、両偏差が実質的に一致する場合に正常と判定することを特徴とする請求項１に記載の不等板厚材の自動超音波探傷方法。
  3. 前記底面エコーの間の位置偏差が、所定の基準値以下の場合に正常と判定することを特徴とする請求項１に記載の不等板厚材の自動超音波探傷方法。
  4. 前記探傷手段が、２振動子型探触子又は該探触子を複数含む探傷ヘッドであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の不等板厚材の自動超音波探傷方法。
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