JPH02110365A - 超音波探傷器のゲート回路 - 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】 本発明は、物体の内部の検査や表面形状の探査等を行な
う場合に用いられる超音波探傷器のゲート回路に関する
。

〔従来の技術〕

超音波探傷器は、物体内部の傷の存在の有無を当該物体
を破壊することなく検査し、又は物体表面の形状等を調
査する装置として良く知られている。この超音波探傷器
を図により説明する。

第５図は従来の超音波探傷器のブロック図である０図で
、１は被検査物体、１ｆは被検査物体１内に存在する欠
陥を示す。２は被検査物体１内に超音波を放射するとと
もに、反射してきた超音波に比例した電気信号を出力す
る探触子である。３は探傷器本体であり、超音波探触子
２に対して超音波発生パルスを出力し、かつ、探触子２
からの信号を受信し、この信号の波形を表示する。

超音波探傷器本体３は次の各要素で構成されている。即
ち、４は超音波探傷器本体３の動作に時量的規制を与え
る信号電圧を発生する同期回路、５は同期回路４の信号
により探触子２に超音波発生のためのパルスを出力する
送信部である。６は探触子２からの信号を受信する受信
部であり、抵抗器で構成される分圧器の組合せより成る
減衰回路６ａｓおよび増幅回路６ｂで構成される。７は
増幅回路６ｂからの信号を整流する検波回路、８は垂直
軸増幅回路である。

９は同期回路４からの同期信号により三角波を発生する
掃引回路、１０は掃引回路９の三角波信号を増幅する増
幅回路である。１１は探触子２からの信号波形を表示す
る表示部であり、横軸は増幅回路１０から出力される三
角波で定まる時間軸とされ、縦軸は垂直軸増幅回路８か
ら出力される信号の大きさとされる。表示部１１として
は陰極線管が用いられ、その表面にはスケールが表示さ
れている。１２は被検査物体１において、その表面から
の検査すべき範囲（測定範囲）を設定する測定範囲設定
部である。１３は掃引開始信号に遅れ時間をもたせて表
示部１１に表示される波形の位置を平行移動させる遅延
時間設定部である。

次に、上記従来の超音波探傷器の動作の概略を説明する
。同期回路４からの信号電圧により送信部５からパルス
が出力されると、探触子２はこのパルスにより励振され
て被検査物体１に対して超音波を放射する。放射された
超音波の一部は被検査物体１の表面から直ちに探触子２
に戻り、他は被検査物体１内を伝播し、被検査物体１の
底部に達し、ここで反射されて探触子２に戻る。一方、
被検査物体１に欠陥１ｆが存在すると、超音波は当該欠
陥１ｆにおいても反射されて探触子２に戻る。これら探
触子２に戻った超音波は探触子２をその大きさに比例し
て励起し、探触子２からはこれに応じた電気信号（エコ
ー信号）が出力される。

このエコー信号は減衰回路６ａに入力され、処理に適し
た大きさに調節され、増幅回路６ｂを経て検波回路７に
入力される。検波回路７は表示部１１の表示を片振り指
示とするため、入力信号を整流する。検波回路７の出力
信号は垂直軸増幅回路８を経て表示部１１に入力され、
その大きさが表示部１１の縦軸に表される。一方、掃引
回路９は同期回路４の同期信号により三角波電圧を発生
し、この電圧は増幅回路１０を経て表示部１１（陰極線
管）の偏向電極に印加され、電子ビームを掃引する。こ
の掃引と前記垂直軸増幅回路８からの入力信号により、
表示部１１には探触子２に戻った反射波の波形が表示さ
れる。

次に、この反射波の波形、即ちエコー信号の波形につい
て説明する。第６図は被検材内部の欠陥の位置および大
きさを示す図である０図で、１は被検材、２は探触子で
第５図に示すものと同じである。Ｓは被検材１の表面、
ｂは被検材１の底面、ｆ、、ｆ！、ｆ、は被検材１の内
部の欠陥を示す。

欠陥ｆ、と欠陥ｆ２とは、欠陥の大きさは同じであるが
、表面Ｓからの位置は欠陥ｆ１より欠陥ｆ。

の方が深い、又、欠陥ｆ、と欠陥ｆ、とは、表面Ｓから
の位置は同じであるが、欠陥ｆ、の方が欠陥の大きさが
大である。

第７図（ａ）〜（Ｃ）は第６図に示す各欠陥ｆ１〜ｆ、
のエコー信号の波形図である。各図はそれぞれ探触子２
を矢印方向に移動させ、各欠陥ｆ、、ｆ２．ｆ、の真上
に位置せしめたときの波形図で、Ｔは送信パルス、Ｂは
底面すからの反射パルス、Ｆ＋　、Ｆｚ　、Ｆ＊はそれ
ぞれ欠陥ｆｌ＋ｆｔ、ｆ、からのエコー信号の波形を示
す。又、各図は横軸に時間、縦軸に信号レベルがとって
あり、ｔｌは送信パルスＴから反射パルスＢの発生まで
の時間、ｔ＋　＊　　ｔｘ　＋　　ｔｓ　（ｔｓ−ｔｘ
）は送信パルスＴから各エコー信号Ｆｓ、Ｆｔ、Ｆｔの
発生までの時間、’ＪＩ＊　　”Ｙｘ　Ｄｚ＝）’＋）
＋　　Ｙｘはは各エコーＦ＋、Ｆｚ、Ｆ＊の信号レベル
の大きさを示す。

但し、被検材１は鋼材の様に均質な材質で、厚さも数１
０ｍｍ程度であり、減衰率は極微小であるとする。

今、被検材１内の音速をＶｓ、被検材１の厚みを１０と
すると、時間ｔ、は次式で表わされる。

（１）式から明らかなようにエコーが探触子２に戻るま
での時間は超音波の反射位置に比例し、かつ、その位置
は値ｖ３，１゜が既知であれば求めることができる。実
際上、表示部１１に表れた第７図（ａ）の波形から欠陥
ｆ、の位置らを知るには、時間ｊｌ＋　　ｔｌ　と既知
の値１０から次式により計算される。

１゜ ｆ、　　−ＸＪＩｏ　　　・・・・・・・・・　（２）
を婁 欠陥ｆ、、ｆ、の各位置１．．ｌ、も（２）式と同様の
計算により求めることができる。

又、被検材１と同一材料を用いて予め既知の大きさの人
工欠陥を作り、そのエコーの信号レベルｙを測定してお
けば、第７図（ａ）〜（ｃ）の表示波形の各エコー信号
Ｆ　ｌ−Ｆ　ｘの信号レベルＹ＋”’７ｓの大きさをそ
れぞれ信号レベルｙと比較することにより、各欠陥ｆ８
〜ｆ、の大きさを知ることができる。これらのことから
、欠陥ｆｌ〜ｆ、がさきに説明した態様のものである場
合には、エコー信号Ｆ＋、Ｆｔの大きさがほぼ等しく、
又、エコー信号Ｆ＊、Ｆｓが同一表示位置に現れること
が判る。

以上述べたのは被検材１の内部の欠陥のネ★査例である
が、超音波探傷器はそれ以外に、被検材の表面形状の検
査にも用いられる。第８図は被検材の表面形状の測定を
示す図である。図で、１′は被検材、２は探触子、Ｗは
被検材１′と探触子２との間に介在せしめられた水であ
る。探触子２から放射された超音波は被検材１′の表面
で反射して探触子２に戻る。したがって、表示部１１に
はそのエコー信号波形が表示される。

第９図（ａ）、　　（ｂ）は被検材１′の表面の反射エ
コー信号の波形図である。図で、横軸には時間、縦軸に
は信号レベルがとってあり、Ｔは送信パルス、Ｓ＋、Ｓ
ｔはそれぞれある位置および他の位置のエコー信号、ｔ
□＋ＥＳ１は各エコー信号Ｓ、、Ｓ、の発生時間を示す
。今、ある位置での探触子２と被検材１′表面との距離
をＡ　１．１１　＋水中の音速をＶ、１とすると、距１
ｉ１１Ｗｌは次式により求めることができる。

又、他の位置の距離ＩＩ　ｗ　ｔも（３）式と同様の計
算により求めることができる。そして、探触子２の矢印
方向の移動を小さなピッチで行ない、各ピッチ毎に得ら
れたエコー信号を綜合することにより被検材１′の表面
形状を検査することができる。

な°お、測定範囲設定部は波形の拡張、縮小を行なう手
段、遅延時間設定部１３は波形の移動（スクロール）を
行なう手段であり、いずれもより一層観察を容易にする
ためのものである。

〔発明が解決しようとする！！！！題〕上記のような被
検材の検査において、例えば第６図に示す内部欠陥の検
査には、表示部１１に表示された領域Ａ、内に存在する
エコー信号、第８図に示す表面形状の検査には、領域Ａ
ｇ’内に存在するエコー信号の信号波形に基づいて検査
が行なわれる。しかしながら、その検査は、表示部１１
に表示されるそれぞれの波形について検査員がスケール
により発信パルスＴとエコー信号Ｆ、〜Ｆ、。

Ｓ＋、Ｓｔの発生位置との間隔を測定しなければならず
極めて面倒で手間と時間を要するばかりでな（、その測
定は人間により行なわれるので極めて不正確である。特
に、第６図に示す内部欠陥の検査の場合は、さらにエコ
ー信号Ｆ＋”’Ｆｓの大きさの測定も必要となり、より
以上の手間と時間を要し、測定も又不正確となる。

本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、
迅速かつ正確に検査を行なうことができる超音波探傷器
のゲート回路を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明は、探触子を励振さ
せるパルスを出力する送信部と、前記探触子からの超音
波反射信号を受信検波する受信検波部とを備え、この受
信検波部の検波信号に基づいて被検材の検査を行なう超
音波探傷器において、前記被検材の検査対象領域を設定
する設定手段と、この設定手段により設定された前記検
査対象領域の検波信号のみを出力するゲート手段と、前
記検波信号に対する所定のしきい値を設定する設定手段
と、前記ゲート手段の出力１３号と前記しきい値とを比
較し前記出力信号が前記しきい値以上のときラッチ信号
を出力する比較手段と、前記パルス出力と同時にカウン
トを開始するカウンタと、前記ラッチ信号により前記カ
ウンタのカウント値をラッチするラッチ手段と、前記ゲ
ート手段の出力信号のうちの最大値を検出する最大値検
出手段とを設けたことを特徴とする。

〔作用〕

被検材の検査対象領域を設定するとともに、ゲート手段
により当該検査対Ｒ領域内に存在する検波信号のみ出力
させる。そして、所定の信号レベルのしきい値を設定し
ておき、出力された前記検波信号と当該しきい値とを比
較し、前者が後者以上のとき、探触子の励振と同時にカ
ウントを開始しているカウンタのその時点でのカウント
値をラッチする。このラッチされたカウント値により欠
陥等の位置が判る。又、前記ゲート手段から出力された
検波信号のうち最大値検出手段によりエコー信号の最大
値を検出する。この検出された最大値により欠陥等の大
きさが判る。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る超音波探傷器のゲート回
路のブロック図である。図で、第５図に示す部分と同一
部分には同一符号を付して説明を省略する。２０はゲー
ト回路を示す、このゲート回路２０は以下の構成を有す
る。即ち、２１は検波回路７の検波信号の入出力を行な
うバッファ、２２はバッファ２１から出力された検波信
号のうちの最大値を検出するピークデテクタ、２３はピ
ークデテクタ２２で検出された最大値をディジタル値に
変換するＡ／Ｄ変換器である。２４はゲート信号発生器
である。このゲート信号発生器２４の構成については第
２図を用いて後述する。２５はクロック信号を出力する
発振器、２６は後述するゲート信号発生器２４内のカウ
ンタのカウント値をラッチするゲート用ラッチである。

２７は検波信号に対しである定められたしきい値を設定
し出力するしきい値発生器、２８はバッファ２１から出
力される検波信号と上記しきい値とを比較するコンパレ
ータ、２９はインタフェースである。

３０は以上の構成よりなるゲート回路２０を制御すると
ともに他の種々の制御や演算を行なうｃｐＵ（中央処理
装置）である。

第２図は第１図に示すゲート信号発生器２４のブロック
図である０図で、第１図に示す部分と同一部分には同一
符号を付して説明を省略する。２４ａ、２４ｂはそれぞ
れゲート開始点設定器およびゲート終了点設定器であり
、ゲート（第６図および第８図に示す領域Ａ＠＋Ａｇ’
に相当する）の初めと終りの時間（位置）が設定される
。２４Ｃは発振器２５によりカウントが進められるカウ
ンタ、２４ｄ＋　、２４ｄｔはコンパレータ、２４ｅは
コンパレータ２４ｄ＋　、２４ａｇの出力信号により制
御されるフリップフロップ回路である。

次に、本実施例の動作を第３図（ａ）〜（ｆ）に示すタ
イムチャートおよび第４図（ａ）〜（８）に示す信号波
形図に基づいて説明する。最初、ゲート開始点設定器２
４ａにゲート開始時間ｔ、に相当する値Ｃ１が、又ゲー
ト終了点設定器２４ｂにゲート終了時間ｔ１に相当する
値Ｃ３が設定され、さらに、しきい値発生器２７にしき
い値ｙ０が設定される。これらの設定はＣＰＵ３０への
入力によりなされる。特に、値Ｃ−，Ｃｂは、発振器２
５のクロック信号の周期をτ。とするとＣＰＵ３０にお
いて、Ｃｍ−ｊａ／τＯ＊　　Ｃｂ　−Ｌ　ｂ／τ。の
演算を行なうことにより求められる。なお、上式で値Ｃ
−，Ｃｂが整数でない場合には整数化がなされる。又１
、しきい値ｙ０はエコー信号に含まれるノイズ成分を考
慮し、これより大きい値に選定される。

同期回路４からは第３図（ａ）に示すように周期Ｔ０の
トリガ信号が出力される。この周期Ｔ０は被検材１の材
質および探傷のサイクルタイムにより決定される。即ち
、被検材１の材質が超音波の減衰の度合が小さいもので
あれば、エコーが充分減衰されないうちに次の超音波が
送信されて互いに干渉を生じるし、又、必要とする深傷
サイクルタイムより極度に短かくすれば上記干渉が生じ
なくても電力消耗が不必要に大きくなる。したがって、
トリガ信号の周期Ｔ０はこれらを考慮して決定される。

同期回路４のトリガ信号により送信部５からパルスが出
力されて探触子を励振するとともに、カウンタ２４ｃお
よびゲート用ラッチ２６を０にリセットする。カウンタ
２４ｃはその直後、第３図＜ｃ＞に示すように発振器２
５のクロック信号により改めてカウントを開始し、その
カウント値は増加してゆく、一方、探触子２には被検材
１からのエコーが戻り、そのエコー信号は受信部６で増
幅され、検波回路７で検波される。検波回路７からの検
波信号はバッファ２１に入力されるが、最初バッファ２
１は遮断状態にあるので、入力された検波信号はバッフ
ァ２１から出力されない。

カウンタ２４ｃのカウント値は常にコンパレータ２４ｄ
＋　、２４ｄ＊に出力され、それぞれゲート開始点設定
器２４ａに設定された値Ｃ１およびゲート終了点設定器
２４ｂに設定された値Ｃｂと比較されている。そして、
カウンタ２４ｃのカウント値が第３図（ｃ）に示すよう
に値Ｃ１と一敗すると、コンパレータ２４ｄ１から第３
図（ｄ）に示すようにセット信号が出力されフリップフ
ロップ回路２４ｅをセット状態として第３図（ｆ）に示
すゲートタイミング信号（高レベル）の出力を開始する
。このゲートタイミング信号はバッファ２１に印加され
、バッファ２１を導通状態とするので、以後、検波回路
７から出力される検波信号はそのままバッファ２１の出
力信号となる。カウンタ２４ｃのカウント値が第３図（
Ｃ）に示すように設定値Ｃ５に達すると、第３図（ｅ）
に示すようにコンパレータ２４ｄアからリセット信号が
出力され、フリップフロップ回路２４ｅをリセットする
。これによりゲートタイミング信号は停止され、バッフ
ァ２１は再び遮断状態に戻る。即ち、第３図（ｆ）に示
すように、ゲートクイミ〉゛グ信号が高レベルの期間（
ゲート開の期間）だけバッファ２１から検波信号が出力
されることになる。

この状態が第４図（ａ）、　　（ｂ）に示されている。

即ち、検波回路７から出力される第４図（ａ）に示すよ
うな検波信号のうち、バッファ２１から出力されるのは
第４図（ｂ）に示すようにゲート間の期間ｔ、〜ｔ５間
に存在する欠陥からのエコー信号Ｆのみである。そして
、仮に、第４図（ａ）に示すような検査に不要なノイズ
Ｎ、、Ｎｔが存在してもこれらはゲート開によって除外
される。

一方、ゲート間の期間にバッファ２１から出力される検
波信号は、ピークデテクタ２２およびコンパレータ２８
に入力される。コンパレータ２８では、入力された検波
信号としきい値発生器２７に設定されたしきい値ｙｏと
が比較され、検波信号が値７０以上のとき、第４図（Ｃ
）に実線で示されるように高レベルのイベント信号が出
力される。第４図（Ｃ）で時間ｔ１はイベント信号の出
力時点を示す、このイベント信号は、第６図における欠
陥又は第８図における表面が検出されたことを意味する
信号である。イベント信号はゲート用ラッチ２６に印加
され、この時点でカウンタ２４Ｃから入力されているカ
ウント値Ｃ９をラッチする。以後、ゲート用ラッチ２６
は第４図（ｄ）に示すようにこのカウント（ＩＣ１を保
持する。ＣＰＵ３０は保持されたカウント値Ｃ，を入力
し、これに基づいて欠陥又は表面までの距離を演算する
。

第６図に示す欠陥ｆ、の場合、その距離！、ば、・・・
・・・・・・　（４） で求めることができ、又、第８図に示す表面の場合、そ
の距離ＩＷＩは、 ・・・・・・・・・　（５） で求めることができる。

さらに、イベント信号はインタフェース２９を介してＣ
ＰＵ３０に入力され、ＣＰＵ３０はこのイベント信号に
基づき、欠陥等を検出したことを意味する表示又は警報
を発生させる３４なお、イベント信号をＣＰＵ３０を介
することなく直接、表示又は警報のための信号として使
用することもできる。

一方、バッファ２１から出力された検波信号はピークデ
テクタ２２に入力され、第４図（ｅ）に実線で示すよう
に入力された検波信号の最大値を検出する。第４図（ｅ
）に点線で示すエコー信号波形の場合、最初のピークま
では検出値は波形どうりに増加し、最初のピークから低
下したときはそのピーク値を保持し、再び次のピークま
で増加してゆき、結局２つ目のピークの値が最大値とし
て保持される。このピーク値は欠陥の大きさを判断する
重要なデータであるので、ＣＰＵ３０で解析を行なうた
めに、Ａ／Ｄ変換器２３でディジタル値に変換してＣＰ
Ｕ３０に入力される。ＣＰＵ３０は、記憶されている手
順にしたがって、この最大値を解析する。

またピークデテクタ２２はＣＰＵ３０の指令によってＡ
／Ｄ変換処理後、図示しないリセット信号によってリセ
ットされる。

このように、本実施例では、ゲート回路２０を設けて欠
陥等の位置および大きさを数値として求めるようにした
ので、何等の手間や時間を要することなく容易、迅速、
かつ、正確に検査を行なうことができる。

ここで、例えば被検材１が鋼材でその音速ｖ３が５９０
０ｍ／！、発振器２５の周波数が２０ＭＨｚ（周期τ。

が５０ｎｓ）とすると、カウンタ２４ｃのカウント値の
１ビツトあたりの分解能は０．１５ｍｍ　（５，９Ｘ　
１０’　Ｘ　１　ｏ−９ｘｓ　Ｏ／２）となる。この分
解能で、例えばカウント値に８ビツトを用いれば約４０
ｍｍ相当の厚さ、１６ビツトであれば約１０ｍ相当の厚
さの被検材１の検査が可能となる。

なお、上記実施例の説明では、オシログラフによる波形
表示については触れなかったが、これを共用してもよい
のは当然である。又、同期回路の周期はＣＰＵにより設
定することができる。さらに、同期回路のクロック信号
源として発振器を共用することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、検波信号に対してゲー
トを設け、ゲート内の検波信号の最大値を検出するとと
もに、検波信号としきい値とを比較し、検波信号がしき
い値以上のときカウンタのカウント値をラッチするよう
にしたので、スケールをもって表示波形を測定するとい
う手間と時間を必要とせず、容易、迅速、かつ、正確に
検査を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る超音波探傷器のゲート回
路のブロック図、第２図は第１図に示すゲート信号発生
器のブロック図、第３図（ａ）〜（ｆ）は第１図に示す
ゲート回路の動作を説明するタイムチャート、第４図（
ａ）〜（ｅ）はエコー信号の波形図、第５図は従来の超
音波探傷器のブロック図、第６図は被検材の欠陥を示す
図、第７図（ａ）〜（ｃ）は第６図に示す欠陥に対応す
るエコー信号の波形図、第８図は被検材の表面形状を示
す図、第９図（ａ）、（ｂ）は第８図に示す表面のエコ
ー信号の波形図である。 ２・・・・・・・・・探触子、４・・・・・・・・・同
期回路、５・・・・・・・・・送信部、６・・・・・・
・・・受信部、７・・・・・・・・・検波回路、２０・
・・・・・・・・ゲート回路、２１・・・・・・・・・
バッファ、２２・・・・・・・・・ピークデテクタ、２
３・・・・・・・・・Ａ／Ｄ変換器、２４・・・・・・
・・・ゲート信号発生器、２４ａ・・・・・・・・・ゲ
ート開始点設定器、２４ｂ・・・・・・・・・ゲート終
了点設定器、２４Ｃ・・・・・・・・・カウンタ、２４
ｄ＋　、２４ｄｚ・・・・・・・・・コンパレータ、２
５・・・・・・・・・発振！、２６・・・・・・・・・
ゲート用ラッチ、２７・・・・・・・・・しきい値発生
器、２８・・・・・・・・・コンパレータ、３０・・・
・・・・・・ＣＰＵ。 第３図 （ｆノゲートタイミング 信号 第４図 １゜ ｂ ｂ 第７図 ｔ３−一一一一一 第８図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 探触子を励振させるパルスを出力する送信部と、前記探
   触子からの超音波反射信号を受信検波する受信検波部と
   を備え、この受信検波部の検波信号に基づいて被検材の
   検査を行なう超音波探傷器において、前記被検材の検査
   対象領域を設定する設定手段と、この設定手段により設
   定された前記検査対象領域の検波信号のみを出力するゲ
   ート手段と、前記検波信号に対する所定のしきい値を設
   定する設定手段と、前記ゲート手段の出力信号と前記し
   きい値とを比較し前記出力信号が前記しきい値以上のと
   きラッチ信号を出力する比較手段と、前記パルス出力と
   同時にカウントを開始するカウンタと、前記ラッチ信号
   により前記カウンタのカウント値をラッチするラッチ手
   段と、前記ゲート手段の出力信号のうちの最大値を検出
   する最大値検出手段とを設けたことを特徴とする超音波
   探傷器のゲート回路。