JPH01161147A - 超音波探傷のデータ取込み方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業−１−の利用分野〕 本発明１ま、超音波探傷の検出データを自動的に取込む
方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より、鋼材等の非破壊検査法として超音波の特性を
利用して探傷を行なうものが広く実用化されている。こ
の種の超音波探傷は、周知のように被検査体中を伝わる
超音波が欠陥や形状ｕｎぶつかると反射する性質を利用
し、この反射信号（以下、エコーと称する）をデータと
して取り込む。

具体的には、超音波の送受信を行なう超音波探触子を被
検査体−１−で走査させ、超音波探触子の走査位置が一
定＠変化する毎にエコーの高さ、ビーム路程、超音波探
触子の位置等の超音波データをデータ収録装置を介して
取込む。そして、この取込みデータを外部メモリへ記憶
し、信号の解析処理等を行なっていた。

なお、超音波探傷に関する従来技術としては、例えば特
公昭５９−１６０７５８号公報等に開示されたものがあ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、このような自動超音波探傷においては、材料
の組織の粗い被検査体、例えばオーステティ１−系ステ
ンレス等を超音波探傷する場合には、その組織の粗さな
どから超音波データに雑エコー（林状エコー等）が発生
することがある。また、探傷現場で溶接機等から電気的
なノイズの影響を受は易く、データ収録装置にデータと
して収録されてしまうこともある。これらのノイズや雑
エコーを受けると、データ量は増大し、かつその処理に
要する時間も増大し、その出力された結果も欠陥からの
正規のエコーか、ノイズや雑エコーなどからの判別を困
難にさせるなどの問題がある。

従って、超音波データが欠陥からのエコー信号か、ある
いは電気的なノイズや雑エコー信号かを判別し、データ
収録装置にできるだけ正確な超音波データを取込むこと
ができれば最も望ましい。

しかし、現状はこのような信号の判別が困難であるため
、信号の判別を行なわずにコンピュータに取込んでいる
。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、超音波探傷のデータをデータ収録装
置に取込む前に、検出される波形が被検査体の正規なエ
コー（欠陥を表わすエコーや形状を表わすエコー）かノ
イズ、雑エコーに基づくものか事前に判別し、有効なデ
ータの取込みを可能にして超音波探傷精度を向上させる
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、超音波探触子を被検査体」二で走査させ、
この走査経路の各データ取込み位置にて超音波探傷を行
ない、被検査体中から反射される超音波のエコー、この
エコー発生位置を示すビーム路程、超音波探傷の位置等
を超音波探傷データとして取込む方法において、データ
を取込むに際し次の工程を採用することで達成される。

すなわち、（１）先ず、超音波探傷により被検査体から
エコーらしき信号が受信された場合には、このエコーら
しき信号を受信したデータ取込み位置でのエコーに関す
る超音波探傷データの取込みを一時保留して超音波探触
子を次のデータ取込み位置まで移動させる。

（２）そして、この移動させたデータ取込み位置で超音
波探傷を行なうと共に、 （３）この位置移動後の今回の超音波探傷データと取込
み保留された前回の超音波探傷データとを比較して、今
回の超音波探傷データ中に前回の超音波探傷データ中の
ビーム路程とほぼ同じ位置にエコーらしき信号が発生し
ているか否か判定する。

（４）そして、この判定条件に適合している場合には、
前回の超音波探傷時に受信されたエコーらしき信号を正
規のエコーとして、このエコーに関する前回の超音波探
傷データを取込む。

〔作用〕

しかして、本発明のデータ取込み方法によれば、前述の
（１）の工程では、超音波探傷により被検査体からエコ
ー（欠陥エコーや形状エコー）らしき信号が受信される
と、この探傷位置でのエコーに関する超音波探傷データ
の取込みが一時保留されるので、雑エコーや電気的ノイ
ズをも直ちにエコー信号として取込むような不具合が回
避される。

そして、前述の（２）〜（４）の工程で、前回のデータ
取込み位置と移動後の今回のデータ取込み位置での超音
波探傷データとを比較して、今回の超音波探傷データに
前回の超音波探傷データ中のビーム路程とほぼ同じ位置
にエコーらしき信号が発生している判定された場合に、
前回のエコーらしき信号が正規の欠陥エコー（形状エコ
ーを含む）と判断して、この欠陥エコーに関する前回の
一時保留された超音波探傷データが取込まれる。

すなわち、本発明はデータ取込み位置（探傷位置）を移
動させても、仮に前回のデータ取込み位置と今回のデー
タ取込み位置とが接近してれば、共通のエコー信号を受
信した場合のビーｌ＼路程は大きく変動せず、はぼ同じ
路程であるという性質を利用したものである。換言すれ
は、超音波探傷に用いる送信用の超音波は、周期的に発
生するため、前回取込んだ超音波探傷データと今回取込
んだ超音波データを比較し、ビーム路程でほぼ同し位置
に発生したエコーらしき信号があれは、このイ１）号は
、真のエコーである確率が高い。この場合、はぼ同しビ
ーム路程の位置にエコーらしき信号が発生しているか否
かの判定は、例えは次のようにして判定できる。すなわ
ち、超音波データの超音波ビームはそれ自体拡がりやビ
ー１１幅などを有するので、エコー信号自体に幅をもた
せることができ、−１−記の如くほぼ同しビーム路程の
位置にエコーがある場合には、前回と今回のエコー信号
の幅が一部重なることが多い。従って、このエコー信す
の重なりがある時に、はぼ同じビーｊ１路程の位置にエ
コー信号が発生していると判断できる。

逆に、被検査体の相識の粗さに基づく鮒エコーは、超音
波探触子を微少幅移動させただけでも、発生態様が変わ
り、また、電気ノイズは同じ位置に繰返し生しる可能性
が極めて少なく、これらをビーム路程におきかえて着目
すれば、はとんど同じビーム路程位置に発生しなくなる
。

従って、本発明の如くデータ取込み位置を変えた後での
、前回と今回の超音波探傷におけるエコーらしき信号の
ビーム路程位置を判定して、この条イノ１にあったデー
タをコンピュータに取込むことにより、ノイズや雑エコ
ーなどの取込みは大幅に低減できる。

ここで、本発明のデータ取込みの原理を、更に内容の理
解を容易にするため第２図〜第４図に基づき説明する。

第２〜４図は本発明の詳細な説明するための図である。

第２図は被検査体の断面を示すものであり、探触子３は
被検査体表面をｘｏからＸ２の方向走査へ（摺動）させ
欠陥を検出するものである。この４梨触Ｙ３の中心ビー
ムをＢｏとし、Ｂｌ、＋３２はビーム幅を示ず。すなわ
ち、（業触子３から出さＪしる超音波は、ビーム幅を有
し、一般的に被検体内部ではビー１１幅が拡がる特性を
有する。

第３図は、第２図の探触子３を走査をしたとき、欠陥を
見出した時のエコー高さの変化を示すものであり、ビー
１１幅を有することからｘｌを中心にエコーか検出され
ることを示す、１ 第４図は、超音波探傷データの取込み工程を表わすエコ
ー信号のタイムチャーＩ・例を示す。第４図＜　ｉ−ｉ
　）は送受信信号の波形と探触子の位置の変化をＲに示
す。図中、Ｔ】〜′Ｊ゛７はある周期で繰返す送信波を
示し、Ｅ１〜Ｅ＋＋はエコーらしき受信信号（エコー、
雑エコー、或いは電気的ノイズのいずれか）を示す。ま
た、位置の変化Ｒは、変化状態を便宜上凹凸の繰返しで
表わしている。また、第４図（ｂ）〜（ｇ）は、第４図
（ａ）の各周期を個別的に表わして受信信号の時間関係
がわかるように表示したものである。これらの図中、Ｓ
は前回のデータ取込み位置の受信信号発生状況を表わし
、丁〕は今回のデータ取込み位置の受信信号発生状況を
表わし、ＡはＳとＩ〕の信号発生状況を比較して、ビー
ム路程的見地からＳとＰの受信（ｉ４号一致状態をアン
ド回路で判別したものである。

しかして、第４図（ｂ）の′Ｊ゛１からスター１〜した
とき、この周期ではエコーらしき受信信号Ｓはなく、ま
た、Ｓ、Ｉ’）共にスレツシュホールドレベル以１−の
４１１号はない。その結果Ｓ信号と丁）信号のアント“
したＡ信号もＯレベルである１、次に、第４図（ｃ）で
は′Ｊ゛２の送信波に対し受信波Ｆ１が発生した。よっ
て、Ｓ信号が得られる。

Ｔ）イＲ号は前周期のＳ信号であるためＯレベルてあり
、Ａ信号はＯレベルである。よって、′１”２の周期で
１゛１の周期（すなわぢ前回のデータ取込位置Ｒ＋）に
おけるエコーらしき受信波はないと判断し、コンピュー
タなとのデータ収録装置へ受信波なしの超音波探傷デー
タが送られる。

第４図（ｄ）の′Ｊ″３の周期ては受信波がなく、Ｓ信
号はＯてあり、■）信号のみが発生している（Ｐ信号は
前周期のＳ信号を再現したもの）。そしてＳと１）をア
ンドしたＡ信号はＯてあり、−の場合にば′Ｉ゛２の周
期の受信波Ｅ１はないものと判断され、データ取込み位
置超音波探傷データには、受信波なしのデータが取込ま
れる。すなわち、Ｅｌの受信波はノイズと判断されデー
タは無視される。

第４図（ｅ）のＴ４の周期ではＥ２〜Ｅ４の受信波が発
生した。よって、Ｓ信号は３個の信号が得られる。しか
し、Ｐ信号は０レベルであるから、へ信号もＯとなり、
Ｔ３の周期のデータはなしと判断される。すなわち、こ
の場合には、データ取込み位置ＲＸ１の超音波探傷デー
タには、受信波なしのデータが取込まれる。

第４図（ｆ）のＴ５の周期ではＥ５〜Ｅ７の信号を受信
した。Ｓ信号は３個の信号を櫓る。Ｐ信号とＳ信号をア
ンドしたＡ信号は１個を得る。すなわち、ＥａとＥａの
信号が一致する部分があり、へ信号を得るが、Ｅ２　、
Ｅ４信号はＥ５　、Ｅ７信号などと一致しないため、Ｅ
３信号のみを受信波（エコー信号或いは形状信号）と判
断し、とのＥ３信号のみをデータ取込み位置Ｒ４での超
音波探傷データとして取込む。

第４図（ｇ）のＴ６の周期ではＥ８〜Ｅｌｆの４個のエ
コー信号が得られた。この場合、Ａ信号もＥａとＥＩＯ
，Ｅｌ　とＥｉｉとで一致する部分があり、Ｅｅ　、Ｅ
ｌを受信信号と判断し超音波探傷データとして取り込む
。

このように前周期（前回のデータ取込み位置）の受信信
号のスレッシュホールドレベル以−にの信号Ｐと現周期
（今回のデータ取込み位置）のスレッシュホールＩヘレ
ベル以上の信号Ｓとのアンドにより一致する部分がある
とき、これを受信波と判断し一周期遅れでデータを取り
込む。

ここで、第４図（ａ）の接触子の位置信号Ｒは説明を簡
単にするため各周期と同期して変化しているが、非同期
でも、また複数周期に１回の変化でもよい。すなわち、
第４図（ｂ）から（ｇ）の信号処理はこの探触子の位置
が変化するごとに行なうものである。１ 以上のように本発明によれば、第４図に示す如く、例え
ば、Ｅ２　、Ｅａ　、Ｅ５などは探触子の位置がわずか
に変化したことで急変するので、雑工コー信号やノイズ
信号などと判断される。また、ＥａとＥａは同一欠陥か
らのエコーであり、第２図、第３図からもわかるように
探触子の位置がわずかに変化してもエコーは通常十分に
受信でき、かつビーム路程もわずかな変動であるため、
一致する部分がある。なお、Ｅｌは本説明では雑エコー
であるが、Ｅｌｌと一致する部分があるため真のデータ
と判断される。しかして、本発明によれは、ノイズ、雑
エコーなどを大幅に除去でき、以後のコンピュータ等に
おける信号処理が楽くになり、メモリ容量の低減、処理
スピードの向上、処理結果の判定精度の向上化を図り得
る。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図、第５図、第６図に基づき説
明する。

第１図は本発明の適用例である。すなわち、第］−図は
、被検査体（配管等）１上で探触子３をスキャナ４によ
り走査させて、溶接部２を自動探傷する場合で、探触子
３の信号及び位置を検出し、この検出データ（超音波探
傷データ）を取込んで外部メモリ６に収録するデータ収
録装置５を有する。かつ、このシステムでは、外部メモ
リ　（フロッピーディスクあるいはカートリッジ形のＩ
Ｃメモリ等）６のデータを解析、処理するためのデータ
処理装置７を有する。このような自動超音波探傷装置に
おいて、探傷現場で溶接機などからの電気的なノイズの
影響を受け、データ収録装置にデータとして収録されて
しまう。また、オーステナイト系ステンレスなどを超音
波探傷する場合、被検体の組織の粗さなどから雑エコー
（林状エコー）などの信号が多く発生する。

本実施例では、このようなノイズや雑エコーなどを低減
してデータを収録するため、次のような手段を採用する
。以下、本実施例のデータ取込み方法を第５図、第６図
により説明する。

第５図は本実施例の超音波探傷データ取込法を具現化す
るためのブロック回路図、第６図はその動作を説明する
ための波形図である。なお、以下しこ述べる動作の説明
中、波形に使われるアルファベラ１−は第５．第６図の
アルファペラ１へに対応するものである。

第５図し；おいて、被検査体１の溶接部２を探傷する場
合、探触子３は駆動装置４により駆動さＪしる。２３ば
タロツク信号発生器であり、タイミング発生器２４に信
号を与える。タイミング発生器２４は、第６図の同期パ
ルス（ａ）を所定間隔で発生する。

８は超音波探傷器であり、その中の９は送信パルス（超
音波）発生器である。この送信波パルス発生器っけ、同
期信号（ａ）に同期して、第（５図（１））の１゛で表
わされる周期で超音波ビームを被検査体［中に送る。そ
して、送信ひ後に探触子３によりエコー信号が検出され
ると、増幅器１０で増幅される。

２５は波形整形回路で、この回路２５は、スレッシュホ
ールドレベルを定め、増幅器］０を介して送られる探触
子３の受信波を波形整形し、方形波（ｃ）に直すもので
ある。

また、波形（ｄ）は駆動装置４におけるエンコーダト：
Ｃの出力であり、この出力（、ｄ　）とタイミング゛発
生装置２４との同期信号（ａ）とに基づき、位置変化フ
ラタ゛レジスタ５０が各超音波探傷周期Ｔにおける位置
の変化を示す信号（ｅ）をアント回路（グー１〜）２６
に出力する１、この出力（ｃ）と（ｃ）＆アンド回路２
６でアンドし、その出力は（ｆ）となる。この（ｆ）を
信号弁Ｂす回路２７に与え、グー１へ信号（ｇ）、（ｈ
）を発生する。

なお（ｇ）、（ｈ）は同期信号から一定時間遅れてオン
になるようにする。これをアナログスイッチ↓１のアナ
ログ信号１−１２．１３に与え、ビータホール１〜回路
］、４．，１５にてケー　１−内のビータイ直をホール
ドする。このピーク１直は、エコー（１−１号のエコー
高さに相当するもので、このピータホール１〜回路１．
．４．　、１．５のアナログ信号がアナログマルチプレ
クサ〕Ｏを介して、Ａ　／　１．ｉ）変換器Ｆ７でディ
ジタル信号に変換される。第６図のい）。

（ｊ）はこのマルチプレクサＩＧの切替信号であり、（
ｋ）はＡ　／　Ｄ変換器１７のスター１−信号、＜　０
．　）はエン１へ信号である。（Ｉｎ）　、　　（ｎ）
はレジスタ］、、８．１９にＡ　／　Ｄ変換器１７のデ
ータを（］、　［ｉ　） ラッチするタイミング信号である。すなわち、信号弁別
回路２７から（ｍ）、（ｎ）の信号が出力されると、レ
ジスタ１．８．１９が順次Ａ　／　Ｄ変換器１−７のデ
ータ　（エコー高さのデータ）を取込み、更に後述する
タイミング信号（ｒ）でレジスタ１８．１．９のデータ
がレジスタ２０．２１−に退避される。ここで、タイミ
ング信号（ｒ）はタイミング発生回路２４から出力され
るもので、その発生タイミングは（ａ）の同期信号の直
前であり、このタイミングでレジスタ１８．１９のデー
タをレジスタ２０．２１に退避させることで、次の周期
の超音波探傷し３おけるエコーデータとレジスタ１８．
１９にラッチできる態勢（準備）を確保する。

２８は超音波探傷の送信波と受信波の時間を計測するカ
ウンタてあり、最終的には、以下に述へる過程を経て、
コンピュータ２２がこの時間と音速を乗じ欠陥等の距離
を求める。これをビーム路程という。カウンタ２８は同
期信号（ａ）の立上り点（Ｏ）てリセツトシ、カラン１
〜を開始する。

そして、カウントの開始後に、レジスタ２９が信号弁別
回路２７より出力される第１エコー信号（■））の立Ｉ
−り点てカウンＩ−値を記憶する。またレジスタ３０が
第１エコー信号（ｐ）の立下り点のカウント値を記憶す
る。更にレジスタ３１が第２エコー信号（ｑ）の立上り
点のノＪウン１へ値を、レジスタ３２が第２エコー信号
（（１）の族トリ点のカラン）〜値を記憶する。この第
１工］−信号（ｐ）及び第２エコー伯号（（１）は、超
音波受信波（ｃ）に対応するものである。そして、レジ
スタ２９〜３２のデータは、タイミング“イ言号（■・
）のタイミングで退避される。このタイミング（−号（
ｒ）は、カウンタ２８のカウントイ直をリセットする直
前に行なう。このレジスタ退避により、次回のエコー信
号のカラン１−値に関するデータがレジスタ２９〜３２
に取込み可能どなる。３８〜４↓はディジタルコンパレ
ータてあり、カウンタ２８のカラン１〜値と各レジスタ
３３〜３３６のエコーの）ｊ七り、立下り信号を比較し
、フリップフロップ４２．４３をそれぞれセラ１〜．リ
セソｌへすることにより、フリップフロップ４２．４３
は次の周期で第１．第２エコー信号ｐ、ｑと同じタイミ
ンク（ｓ）、（ｔ）のように波形を発生する。そして、
この次の周期で再現される前回の信号（Ｓ）。

（１）と波形整形回路２５から出力される現在（今回）
のエコーらしき信号（ｃ）とをアント回路４４，４．５
でアン１へすると、前周期（前取込み位置の周期をいう
。以下間し）のエコーと現周期のエコー信号とが重なる
部分があるか否かを知ることがてきる。４６はオア回路
であり、アンド回路４．４−．４５のいずれかからｒｒ
　ｉ　Ｉ＋倍信号出力されると、コンピュータ２２へ割
込み信号（ｕ）を与え、取込みデータがあることを知ら
せる。そして、この割込み信号にコンピュータ２２が入
力すると、レジスタ２０．２１に記憶された前周期のエ
コー信号が正規のエコー信号としてコンピュータ２２に
取込まれる。

なお、駆動装置４の位置検出力エンコーダが前周期と現
周期とに位置の変化があるか否かを知るには、カウンタ
４７．レジスタ４８．ディジタルコンパレータ４９及び
フリップフロップ５０により行なわれる。すなわち、カ
ウンタ４７はエンコーダの出力パルスをカウントするも
ので、通常可逆カウンタを用いる。そして、レジスタ４
８が前周期のカウンタ４７のカウント値を記憶し、ディ
ジタルコンパレータ／］９がカウンタ４７からの現周期
のカウンタ値とレジスタ４８からの前周期のカウンタ値
を比較し、一致していない場合には駆動装置４の位置の
移動があったものとしてフリップフロップ５０を　セッ
トする。そして、フリップフロップ５０がグー１−回路
２６を開き、以後は前述したように次回のデータ取込み
位置でのデータ取込みと、次回とその前の超音波探傷デ
ータのエコーの比較が順次行なわれる。また、ディジタ
ルコンパレータ４９は、データ取込み位置の変化があっ
たことをデータとして信号回線■を介してコンピュータ
２２に入力する。

以上のように本実施例によれば、駆動装置（データ取込
み位置）の位置が変化し、かつ前周期と現周期の間に超
音波の受信波形が一致する部分がある場合、コンピュー
タへデータ取込みを指示することができる。その結果、
正規のエコー信号をデータとして取込み、ノイズ、雑エ
コーは排除できるので、超音波探傷データの取込みを精
度良く行なうことができる。更に、超音波受信データの
うち、ノイズや雑エコー信号などを削除してコンピュー
タのメモリなどへデータを収録することができるので、
メモリ容量の削減、コンピュータの処理速度の向上、処
理結果の判定の容易性の向上などの効果がある。

なお、この駆動装置の位置の変化の条件をなくし、前周
期と現周期のエコー信号の一致する部分がある場合のみ
にしてもノイズなどに対しての影響が受けにくくなり、
大きな効果がある。

本実施例では説明り便！のためアナログスイッチ要素１
２．１３を２つにして１送信波に対して、２受信波まで
の処理できる回路としであるが、さらに３受信波以−」
二あるいは］−受信波とすることは容易であるので説明
は省略する。また、駆動装置も一軸の位置の変化として
いるが、２軸以」二の位置の変化とすることも容易であ
るので説明は省略する。また、超音波探傷の受信波信号
（エコー信号）の幅を単安定マルチハイブレーク等で広
げてコンピュータ２２に入力させれば、コンピュータ２
２のデータ読込みが容易に行なえる。

〔発明の効果〕

以−４−のように本発明しこよれば、超音波探傷のデー
タをデータ収録装置に取込む前に、検出される波形が被
検査体の正規なエコーノイズ、雑エコーに基づくものか
事前に判別し、有効なデータの取込のを可能にして超音
波探傷粘度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の適用対象となる超音波探傷装置の構成
図、第２図は超音波探傷ビームの拡がりを表わす説明図
、第３図は超音波探傷によるエコー波形を表わす説明図
、第４図は本発明の原理を示すための信号波形のタイム
チャー１へ、第５図は本発明を具現化した超音波探傷デ
ータ取込みシステムの−・例を示す構成図、第６図は」
二記超音波探（Ｍデータ取込みシステムへの動作状態を
表わず信号波形のタイムチャ＝１−である。 ↓・被検査体、２・・溶接部、３　超音波深触子、４　
・駆動装置、５・・データ収録装置、６・外部メモリ、
７・・データ処理装置、Ｔ１〜’Ｉ−７送信波（超音波
ビーム）　、Ｅ＋−Ｅｌｌ・受信波（エコーらしき信号
）、Ｓ　現周期の受信波、Ｐ　前周期の再現受信波、Ａ
　アン１〜出力波。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、超音波探触子を被検査体上で走査させ、この走査経
   路の各データ取込み位置にて超音波探傷を行ない、被検
   査体中から反射される超音波のエコー、このエコー発生
   位置を示すビーム路程、超音波探傷位置等を超音波探傷
   データとして取込む方法において、前記超音波探傷によ
   り被検査体からエコーらしき信号が受信された場合には
   、このエコーらしき信号を受信したデータ取込み位置で
   のエコーに関する超音波探傷データの取込みを一時保留
   して、超音波探触子を次のデータ取込み位置まで移動さ
   せ、この移動させたデータ取込み位置で超音波探傷を行
   なうと共に、この位置移動後の今回の超音波探傷データ
   と取込み保留された前回の超音波探傷データとを比較し
   て、今回の超音波探傷データ中に前回の超音波探傷デー
   タ中のビーム経路とほぼ同じ位置にエコーらしき信号が
   発生しているか否か判定し、この判定条件に適合してい
   る場合には、前回の超音波探傷時に受信された前記エコ
   ーらしき信号を正規のエコーとして、このエコーに関す
   る前回の超音波探傷データを取込むことを特徴とする超
   音波探傷のデータ取込み方法。