JP4579770B2 - Ultrasonic flaw detector - Google Patents
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Description
本発明は、超音波を被検体に入射し、被検体内部を通って反射または透過した超音波を観測することにより、被検体の内部を検査するための超音波探傷装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flaw detector for inspecting the inside of a subject by observing the ultrasonic wave incident on the subject and reflected or transmitted through the inside of the subject.
超音波探傷の作業中、検査者は一方の手でプローブ(超音波探傷プローブ)を掴んで被検体(検査物、被検査体、試験体)上を走査し、他方の手で被検体を保持するというように、基本的に両手を使っていることが多い。超音波探傷装置に表示される探傷波形を詳細に観察するため、表示された探傷波形のフリーズ等の操作をするためには、検査者は一旦プローブから手を離し、超音波探傷装置本体に手を伸ばすことがある。その行為によって、プローブが揺れ、探傷波形がぶれて、波形品質が落ちることがある。また、作業者が神経を使い、肉体的に疲れる原因となっている。そこで、通常は超音波探傷装置のリモート機能を使い、プローブに取り付けられたスイッチを操作することによって、手をプローブから離さずに機器の設定操作をプローブの手元で行うことが可能となっている(例えば特許文献1および特許文献2参照)。 During the operation of ultrasonic flaw detection, the inspector grasps the probe (ultrasonic flaw detection probe) with one hand, scans the object (inspection object, object under test, test object), and holds the object with the other hand. In many cases, basically, both hands are used. In order to observe the flaw detection waveform displayed on the ultrasonic flaw detector in detail, in order to perform operations such as freezing of the displayed flaw detection waveform, the inspector once removes his hand from the probe and hands on the ultrasonic flaw detector main body. May stretch. This action may cause the probe to shake, flaw detection waveforms, and waveform quality to deteriorate. In addition, the worker is nervous and causes physical fatigue. Therefore, by using the remote function of the ultrasonic flaw detector and operating the switch attached to the probe, it is possible to perform the setting operation of the device at the probe without removing the hand from the probe. (For example, refer to Patent Document 1 and Patent Document 2).
図7は従来の超音波探傷装置の外観を示しており、図8は従来の超音波探傷装置の内部構成を示している。超音波プローブ4(超音波探傷プローブ)には、検査者が操作するスイッチ40が設けられている。圧電素子41は超音波を送信し、被検体に入射すると共に、被検体の内部を通った超音波を受信する。超音波プローブ4のコネクタ42には本体の超音波探傷器5との接続用のケーブル6が接続されている。ケーブル6は、スイッチ40からの信号を超音波探傷器5へ伝送するスイッチケーブル60と、圧電素子41を駆動するための駆動信号、および圧電素子41から出力された受信信号を伝送する駆動ケーブル61とからなる。スイッチケーブル60は、スイッチケーブルコネクタ50を介して、駆動ケーブル61は、駆動ケーブルコネクタ51を介して超音波探傷器5に接続されている。
FIG. 7 shows the appearance of a conventional ultrasonic flaw detector, and FIG. 8 shows the internal configuration of the conventional ultrasonic flaw detector. The ultrasonic probe 4 (ultrasonic flaw detection probe) is provided with a
検査者がフリーズ等の指示を入力する場合、スイッチ40が押下される。すると、超音波探傷器5内部のスイッチ監視回路52は、スイッチ40が押下されたことを検出し、信号処理回路53へ、フリーズ等の指示を示す信号を出力する。この信号に基づいて信号処理回路53が所定の処理を行うことによって、検査者が所望の操作を行うことが可能となっている。
上述したように、従来は、プローブにスイッチを設け、超音波探傷装置をリモート操作することによって、検査者がプローブから手を離さずに機器の設定操作を行うことが可能となっているが、探傷信号用のケーブルとスイッチ操作の信号用のケーブルの2種類のケーブルが必要となる。このため、ケーブルの取り回し(取り扱い)が悪くなったり、ケーブルの断線の可能性が増えたりという問題があった。 As described above, conventionally, by providing a switch on the probe and remotely operating the ultrasonic flaw detector, it is possible for the inspector to perform the setting operation of the device without removing the hand from the probe. Two types of cables are required: a flaw detection signal cable and a switch operation signal cable. For this reason, there existed a problem that the handling (handling) of a cable worsened and the possibility of the disconnection of a cable increased.
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、超音波探傷プローブと超音波探傷装置の本体との接続を簡易にし、プローブから手を離さずに機器の設定操作を行うことができる超音波探傷装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and facilitates connection between the ultrasonic flaw detection probe and the main body of the ultrasonic flaw detection apparatus, and performs setting operation of the device without releasing the hand from the probe. An object of the present invention is to provide an ultrasonic flaw detection apparatus capable of performing the above.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、超音波の送受信を行う超音波探傷プローブを備えた超音波探傷装置において、送信された前記超音波が通る前記超音波探傷プローブ内の領域の音響インピーダンスを変化させる音響インピーダンス変更手段と、前記音響インピーダンス変更手段によって音響インピーダンスが変化した領域からの反射波を検出する検出手段とを備え、前記検出手段によって前記反射波が検出された場合に、所定の処理を行うことを特徴とする超音波探傷装置である。 The present invention has been made to solve the above problems, and the invention according to claim 1 is directed to an ultrasonic flaw detection apparatus including an ultrasonic flaw detection probe that transmits and receives ultrasonic waves. An acoustic impedance changing means for changing an acoustic impedance of a region in the ultrasonic flaw detection probe through which a sound wave passes, and a detecting means for detecting a reflected wave from a region where the acoustic impedance has been changed by the acoustic impedance changing means; When the reflected wave is detected by the means, the ultrasonic flaw detection apparatus performs a predetermined process.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の超音波探傷装置において、送信された前記超音波が通る前記超音波探傷プローブ内の領域には貫通穴が形成されており、前記音響インピーダンス変更手段は、前記貫通穴への挿入方向に沿って、音響インピーダンスの異なる2つの部材が結合しており、前記貫通穴への挿入距離が変更可能とされていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the ultrasonic flaw detection apparatus according to the first aspect, a through hole is formed in a region in the ultrasonic flaw detection probe through which the transmitted ultrasonic wave passes, and the acoustic impedance The changing means is characterized in that two members having different acoustic impedances are coupled along the direction of insertion into the through hole, and the insertion distance into the through hole can be changed.
本発明によれば、超音波が通る領域の音響インピーダンスを変更可能とし、超音波探傷プローブ内からの反射波が検出された際に、超音波探傷装置が所定の処理を行うので、探傷信号用の1種類のケーブルのみを用意すればよく、超音波探傷プローブと超音波探傷装置の本体との接続を簡易にし、プローブから手を離さずに機器の設定操作を行うことができるという効果が得られる。 According to the present invention, it is possible to change the acoustic impedance of the region through which the ultrasonic wave passes, and when the reflected wave from the ultrasonic flaw detection probe is detected, the ultrasonic flaw detection device performs a predetermined process. It is only necessary to prepare one type of cable, and it is possible to simplify the connection between the ultrasonic flaw detection probe and the main body of the ultrasonic flaw detection apparatus, and to perform the setting operation of the apparatus without removing the hand from the probe. It is done.
以下、図面を参照し、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置の外観を示している。超音波プローブ1(超音波探傷プローブ)は超音波を送信し、被検体(試験片)に入射すると共に、被検体の内部を通った超音波を受信する。一例として、本実施形態の超音波プローブ1は、被検体に斜め方向に超音波を入射する斜角探傷用プローブであるとする。超音波プローブ1の側面には、機器に対する所定の設定操作を行う場合に押下されるスイッチ10(音響インピーダンス変更手段)が設けられている。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the appearance of an ultrasonic flaw detector according to an embodiment of the present invention. The ultrasonic probe 1 (ultrasonic flaw detection probe) transmits ultrasonic waves, enters the subject (test piece), and receives the ultrasonic waves passing through the inside of the subject. As an example, it is assumed that the ultrasonic probe 1 of the present embodiment is an oblique flaw detection probe that injects ultrasonic waves obliquely to a subject. On the side surface of the ultrasonic probe 1, a switch 10 (acoustic impedance changing means) that is pressed when performing a predetermined setting operation on the device is provided.
超音波プローブ1と本体の超音波探傷器2は、ケーブル3によって接続されている。ケーブル3は、超音波プローブ1内部に設けられた圧電素子を駆動するための信号を伝送する。ケーブル3は、超音波プローブ1に設けられたコネクタ11に挿通されると共に、超音波探傷器2に設けられたコネクタ20に挿通されている。
The ultrasonic probe 1 and the
従来、斜角探傷用プローブ内には超音波ビームを屈折するためのウェッジが設けられている(図9参照)。ウェッジは、超音波を伝送しやすいポリスチレン等の樹脂からなる。ウェッジには、圧電素子が取り付けられている面と、消音用ダンパーが取り付けられている面とがある。圧電素子から発せられた超音波は、ウェッジから被検体に伝搬する際に、主に探傷のために使用される屈折波と、ウェッジ内で反射され、探傷には不要である反射波とに分かれる。不要な反射波を吸収して消音するため、ダンパーがウェッジに貼り付けられている。 Conventionally, a wedge for refracting an ultrasonic beam has been provided in an oblique flaw detection probe (see FIG. 9). The wedge is made of a resin such as polystyrene that can easily transmit ultrasonic waves. The wedge has a surface to which a piezoelectric element is attached and a surface to which a silencer damper is attached. When the ultrasonic wave emitted from the piezoelectric element propagates from the wedge to the subject, it is divided into a refracted wave mainly used for flaw detection and a reflected wave that is reflected in the wedge and is unnecessary for flaw detection. . A damper is affixed to the wedge to absorb and mute unwanted reflected waves.
図2(a)および(b)に示されるように、本実施形態の超音波プローブ1の内部にはウェッジ12が設けられている。ウェッジ12には圧電素子13およびダンパー14が設けられている。圧電素子13は、超音波を送信し、被検体に入射すると共に、被検体の内部を通った超音波を受信する。すなわち、圧電素子13は、ケーブル3を介して超音波探傷器5から入力された電圧信号を超音波に変換すると共に、被検体から入射した超音波の振動を電圧信号に変換し、ケーブル3を介して超音波探傷器5へ出力する。ダンパー14は不要な反射波を吸収する。
As shown in FIGS. 2A and 2B, a
圧電素子13から送信された超音波が、被検体に入射するまでに通るウェッジ12内の、ダンパー14によって消音される音軸の途中には貫通穴15(貫通孔)が設けられている。図3に示されるように貫通穴15には、音響的結合が得られるよう、貫通穴15とほぼ同じ直径の部材16(音響インピーダンス変更手段)が挿入可能となっている。部材16は、超音波が通る領域の音響インピーダンスを変化させるためのものであり、貫通穴15の挿入方向(部材16の軸方向)に沿って直列に結合され、音響インピーダンスの異なる2つの部材16aおよび16bからなる。
A through hole 15 (through hole) is provided in the middle of the sound axis that is silenced by the
部材16aは、ウェッジ12と同じ音響インピーダンスを有する材料からなり、部材16bは、ウェッジ12と大きく異なる音響インピーダンスを有する材料(例えばAlやFe等の金属材料)からなる。部材16aおよび16bのそれぞれの軸方向の長さは、貫通穴15の長さとほぼ同じとなっている。部材16bはスイッチ10に結合しており、部材16aによって貫通穴15の大部分が占有されるように、ばね17によってスイッチ10とウェッジ12の間隔が保持されている。すなわち、通常は部材16aが貫通穴15に挿入された状態で、部材16がばね17によって係止されている(図2(a)、図3(a))。
The
検査者は、スイッチ10を介して部材16を押すことができ、検査者によってスイッチ10が押下された場合には、スイッチ10と連動してばね17が縮み、部材16aがウェッジ12から外部へ押出される方向へ、部材16が貫通穴15に沿って移動する。押下量に応じて、貫通穴15への部材16の挿入距離が変更可能である。この結果、ウェッジ12とは大きく音響インピーダンスが異なる部材16bがウェッジ12内に位置するようになる(図2(b)、図3(b))。検査者がスイッチ10から手を離すと、部材16は、ばね17によって、部材16bがウェッジ12から外部へ押出される方向へ付勢され、元の位置に戻る。
The inspector can press the
ウェッジ12と同じ音響インピーダンスを有する部材16bがウェッジ12内に位置しているときには、わずかな反射波が形成されるが、ほとんどの超音波はウェッジ12を透過してしまい、ダンパー14が設けられた面まで到達し、ダンパー14によって消音されてしまう。一方、ウェッジ12とは大きく音響インピーダンスが異なる部材16bがウェッジ12内に位置しているときには、ウェッジ12と被検体との接触面で反射された超音波は、部材16bによってそのほとんどが反射され、ウェッジ12と被検体との接触面で反射され、圧電素子13が設けられた面に到達する。
When the
超音波が送信されてから戻ってくるまでの伝播時間が計算で分かること、および被検体内からの反射波に基づいた探傷信号が戻ってくる期間とは異なる期間内に部材16bからの反射波が戻ってくることから、部材16bからの反射波を容易に判別することができる。そこで、本実施形態の超音波探傷装置は、部材16bからの反射波の戻ってくる期間内で所定の振幅以上の反射波をゲート機能で検出できるようになっている。ゲート機能で反射波が検出された場合、検査者が、予め設定した機能(フリーズ等)を要求したことになり、超音波探傷装置はフリーズ等に必要な所定の処理を行う。
The propagation time from when the ultrasonic wave is transmitted until it returns can be found by calculation, and the reflected wave from the
図4は、本実施形態による超音波探傷装置の内部構成を示している。超音波探傷器2内にはパルサー/レシーバ21、信号処理回路22、およびゲート回路23(検出手段)が設けられている。パルサー/レシーバ21は、圧電素子13を駆動するための電圧信号を出力する。この電圧信号は、ケーブル3を介して超音波プローブ1に入力され、圧電素子13に印加される。圧電素子13は電圧信号を超音波に変換し、送信する。被検体あるいは部材16bからの反射波は圧電素子13に入射し、圧電素子13は超音波の振動を電圧信号に変換して出力する。この電圧信号は、ケーブル3を介して超音波探傷器2のパルサー/レシーバ21に入力される。
FIG. 4 shows the internal configuration of the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment. In the
パルサー/レシーバ21に入力された電圧信号は信号処理回路22およびゲート回路23へ出力される。信号処理回路22は、被検体内部からの反射波に基づいた探傷信号に対して、増幅処理、フィルタ処理、ピークホールド処理等の処理を行う。ゲート回路23は、部材16bからの反射波を検出する回路であり、部材16bからの反射波に基づいた所定電圧値以上の信号を所定期間内に検出した場合に、所定の操作が指示されたことを示す信号を信号処理回路22へ出力する。信号処理回路22は、この信号に基づいて、予め設定されたフリーズ等の所定の処理を行う。予め設定可能な機能として、フリーズ以外にゲインアップ、ゲインダウン、ゲート条件設定等がある。
The voltage signal input to the pulsar /
図5に示されるように、送信パルス101が圧電素子13に印加された後、被検体内部の欠陥部で反射された超音波に基づいた欠陥エコー103が検出される。検査者がスイッチ10を押下し、部材16bが貫通穴15に挿入された場合には、欠陥エコー103が検出されるよりも前に、部材16bからの反射波に基づいたエコー102が、ゲート回路23によって検出される。
As shown in FIG. 5, after the
図6は、超音波探傷装置内の回路構成を示している。なお、図6においては、所定操作を検出するための構成のみが示されており、他の構成は省略されている。送信パルス発生器201〜要求処理レジスタ210は超音波探傷器2に設けられている。送信パルス発生器201は送信タイミング信号を発生する。圧電素子駆動部202は、パルス入力をトリガとして、圧電素子13を振動駆動して超音波発生動作を行わせるための電圧信号を発生し、圧電素子13へ出力する。圧電素子13は、この電圧信号に基づいて超音波を発生する。圧電素子13によって受信された反射波は電圧信号に変換される。
FIG. 6 shows a circuit configuration in the ultrasonic flaw detector. In FIG. 6, only the configuration for detecting a predetermined operation is shown, and the other configuration is omitted. The
受信増幅部203は、反射波に基づいた電圧信号を増幅して出力する。ゲート電圧発生器204は、所定操作を検出するためのしきい値電圧となるゲート電圧を発生する。比較器205は、受信増幅部203によって増幅された電圧と、ゲート電圧発生器204によって発生されたゲート電圧とを比較し、比較結果に基づいて、HiまたはLowレベルの信号を出力する。例えば、受信増幅部203によって増幅された電圧がゲート電圧よりも高い場合には、比較器205はHiレベルの信号を出力し、ゲート電圧よりも低い場合には、比較器205はLowレベルの信号を出力する。ディレイカウンタ206は、所定の遅延を与えるためのカウントを行う。このディレイカウンタ206は、送信パルス発生器201からのパルスに同期してカウントを開始し、所定のカウントが終了した後、パルス信号をWIDTHカウンタ207へ出力する。
The
WIDTHカウンタ207は、このパルス信号をトリガとしてカウントを開始し、所定のカウントが終了するまでの間、Hiレベルの信号を出力する。WIDTHカウンタ207は、カウントを行っていない間はLowレベルの信号を出力する。比較器205およびWIDTHカウンタ207から出力された信号はANDゲート208に入力される。ANDゲート208は、2つの信号の積をとった信号を出力する。この結果、所定の期間内にゲート電圧以上の電圧が検出された場合に、ANDゲート208からHiレベルの信号が出力され、CPU209のINT端子に割り込み信号として入力される。CPU209は、割り込み信号を検出した際に、要求処理レジスタ210を参照し、要求処理レジスタ210に予め書き込まれている処理の内容に従って、フリーズ等の所定の処理を行う。
The
上述したように、本実施形態によれば、超音波探傷プローブ内に音響インピーダンスの異なる2つの部材を挿入し、超音波が通る領域の音響インピーダンスを変更可能としたので、被検体内部からの反射波が検出される期間とは異なる期間に超音波探傷プローブ内からの反射波が検出される。この反射波が検出された際に、超音波探傷装置が所定の処理を行うので、検査者はプローブから手を離さずに機器の設定操作を行うことができる。また、探傷信号用の1種類のケーブルのみが用いられるので、超音波探傷プローブと超音波探傷装置の本体との接続を簡易にすることができ、ケーブルの取り回しがよくなる。 As described above, according to the present embodiment, two members having different acoustic impedances are inserted into the ultrasonic flaw detection probe, and the acoustic impedance in the region through which the ultrasonic waves can be changed. The reflected wave from the ultrasonic flaw detection probe is detected in a period different from the period in which the wave is detected. When this reflected wave is detected, the ultrasonic flaw detector performs a predetermined process, so that the inspector can perform the setting operation of the device without releasing the hand from the probe. In addition, since only one type of cable for the flaw detection signal is used, the connection between the ultrasonic flaw detection probe and the main body of the ultrasonic flaw detection apparatus can be simplified, and the cable can be easily routed.
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を垂直探傷用プローブに適用してもよく、斜角探傷用プローブと同様の構造および原理によって、同様の効果が得られる。 As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to these embodiments, and includes design changes and the like without departing from the gist of the present invention. . For example, the present invention may be applied to a vertical flaw detection probe, and the same effect can be obtained by the same structure and principle as those of the oblique flaw detection probe.
1,4・・・超音波プローブ、2,5・・・超音波探傷器、3,6・・・ケーブル、10,40・・・スイッチ、11,20,42,50,51・・・コネクタ、12・・・ウェッジ、13,41・・・圧電素子、14・・・ダンパー、15・・・貫通穴、16,16a,16b・・・部材、17・・・ばね、21・・・パルサー/レシーバ、22,53・・・信号所理回路、23・・・ゲート回路、52・・・スイッチ監視回路、60・・・スイッチケーブル、61・・・駆動ケーブル、201・・・送信パルス発生器、202・・・圧電素子駆動部、203・・・受信増幅部、204・・・ゲート電圧発生器、205・・・比較器、206・・・ディレイカウンタ、207・・・WIDTHカウンタ、208・・・ANDゲート、209・・・CPU、210・・・要求処理レジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,4 ... Ultrasonic probe, 2,5 ... Ultrasonic flaw detector, 3,6 ... Cable, 10, 40 ... Switch, 11, 20, 42, 50, 51 ... Connector , 12 ... Wedge, 13, 41 ... Piezoelectric element, 14 ... Damper, 15 ... Through hole, 16, 16a, 16b ... Member, 17 ... Spring, 21 ... Pulsar / Receiver, 22, 53 ... Signal management circuit, 23 ... Gate circuit, 52 ... Switch monitoring circuit, 60 ... Switch cable, 61 ... Drive cable, 201 ...
Claims (2)
送信された前記超音波が通る前記超音波探傷プローブ内の領域の音響インピーダンスを変化させる音響インピーダンス変更手段と、
前記音響インピーダンス変更手段によって音響インピーダンスが変化した領域からの反射波を検出する検出手段と、
を備え、前記検出手段によって前記反射波が検出された場合に、所定の処理を行うことを特徴とする超音波探傷装置。 In an ultrasonic flaw detector equipped with an ultrasonic flaw detection probe that transmits and receives ultrasonic waves,
Acoustic impedance changing means for changing the acoustic impedance of a region in the ultrasonic flaw detection probe through which the transmitted ultrasonic waves pass;
Detecting means for detecting a reflected wave from a region where the acoustic impedance is changed by the acoustic impedance changing means;
An ultrasonic flaw detector characterized by performing a predetermined process when the reflected wave is detected by the detection means.
前記音響インピーダンス変更手段は、前記貫通穴への挿入方向に沿って、音響インピーダンスの異なる2つの部材が結合しており、前記貫通穴への挿入距離が変更可能とされている
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波探傷装置。
A through hole is formed in a region in the ultrasonic flaw detection probe through which the transmitted ultrasonic wave passes,
The acoustic impedance changing means is characterized in that two members having different acoustic impedances are coupled along the direction of insertion into the through hole, and the insertion distance into the through hole can be changed. The ultrasonic flaw detector according to claim 1.
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