JPH0213973Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、モータ駆動等により検査材料に対す
る入射角を変化させることのできる可変角探触子
を使用した超音波探傷装置に関する。

（従来技術） 従来、この種の超音波探傷装置としては、例え
ば第１図に示すようなものがある。

第１図において、１は超音波探傷機であり、同
期発振部２、送信部３、受信部４、垂直偏向部
５、掃引部６、及びブラウン管７を有する。また
１０は入射角制御装置であり、可変角探触子２０
の入射角θを増加または減少させる入射角制御ス
イツチ１１、入射角制御スイツチ１１からの信号
を受けて可変角探触子２０の内蔵モータを正転ま
たは逆転させる入射角制御部１２、及び可変角探
触子２０の入射角θの値を表示する入射角表示部
１３を備え、入射角制御スイツチ１１としては、
例えば押釦スイツチやカムスイツチが用いられ
る。

更に、可変角探触子２０は、振動子２１、モー
タを内蔵した駆動装置２２、ポテンシヨメータや
ロータリエンコーダ等を使用した入射角検出器２
３で構成され、振動子２１は液体２４を充満した
タイヤ２５の中に浸漬され、駆動装置２２の内蔵
モータにより検査材料３０に対する入射角θを増
加または減少するように回転駆動され、入射角を
自由に設定することができる。

ところで、このような可変角探触子を使用した
超音波探傷としては、例えば板波超音波の伝搬を
利用した薄鋼板（板厚６mm以下の鋼板）の超音波
探傷があり、周知のように薄鋼板の中に板波超音
波を伝搬させるためには、探傷周波数（振動子の
励振周波数）、鋼板の厚さ、及び板波の伝搬モー
ドで定まる値に探触子の入射角を設定する必要が
ある。

そこで、第１図の従来装置では、可変角探触子
２０の入射角を設定するに際しては、テストピー
スに可変角探触子２０をセツトし、オペ−レータ
が超音波探傷器１のブラウン管７上のエコー波形
を観測しながら入射角制御スイツチ１１を操作
し、テストピースの基準欠陥または端面からの反
射波によるエコーレベルが最大となるように入射
角を決め、検査作業に入るようにしている。

しかしながら、このような従来の超音波探傷装
置にあつては、オペーレータの手動操作により可
変角探触子の入射角を設定していたため、検査作
業の開始前または検査材料の寸法変更時等に行な
う超音波探傷装置の校正作業が煩雑で作業工数が
かかり、またオペレータによつて校正精度に個人
差が出てしまうという問題があつた。

（考案の目的） 本考案は、このような従来の問題点に鑑みてな
されたもので、可変角探触子の試験材料に応じた
最適入射角の設定を自動化して構成作業の効率化
と精度の向上を図るようにした超音波探傷装置を
提供することを目的とする。

（考案の構成） この目的を達成するため本考案は、検査材料に
応じた入射角の目標値を入力すると、この目標値
に目標値設定手段で可変角探触子の入射角を設定
し、続いて目標値の前後に入射角を変化させ、こ
の入射角の変化で得られた基準材料よりの反射エ
コーが最大となる入射角の最適値を最適値検出手
段で検出し、最適値設定手段により検出最適値と
なるように可変角探触子の入射角を制御するよう
にしたものである。

（実施例） 第２図は本考案の一実施例を示したブロツク図
である。

まず構成を説明すると、１は超音波探傷機であ
り、同期発振部２、送信部３、受信部４、垂直偏
向部５、掃引部６およびブラウン管７を有し、更
に、受信部４で得られた受信エコーのみを抽出す
るゲート回路８と、ゲート回路８で抽出した受信
エコーの最大値に対応するデイジタル信号を出力
するAD変換器を設けている。尚、ゲート回路８
は同期発振部２の基準パルスを起点として受信エ
コーのみを通過させるゲート範囲の設定機能を備
えている。

１０は入射角制御装置であり、可変角探触子２
０の入射角をモータ駆動により変化させるための
入射角制御部１２、および可変角探触子２０の入
射角θを表示する入射角表示部１３を有し、更に
マイクロコンピユータ等を用いたコントロールユ
ニツト１４と、入射角の設定指令および入射角度
を入力するためのデータ設定器１５を設けてお
り、データ設定器１５としては、例えばキーボー
ドもしくはデイジタルスイツチ等が用いられる。
コントロールユニツト１４の入力１に対してはデ
ータ設定器１５の出力が接続され、また入力２に
超音波探傷機１のAD変換器９でデイジタル信号
に変換された受信エコーの最大値が入力され、更
に入力３に可変角探触子２０の入射角θrが入力さ
れている。

次に、可変角探触子２０は超音波探傷機１に探
触子ケーブル３１をもつて接続された振動子２１
と、振動子２１の検査材料３０に対する入射角θ
をモータ駆動により増加または減少させる駆動装
置２２と、振動子２１の入射角を検出するポテン
シヨメータもしくはロータリエンコーダ等を用い
た入射角検出器２３を備え、振動子２１はタイヤ
２５内に充満した液体２４の中に浸漬されてい
る。

第３図は第２図の実施例におけるコントロール
ユニツト１４の具体的構成の一実施例を示したブ
ロツク図である。第３図において、４０は変動値
設定回路であり、第２図におけるデータ設定器１
５により入射角の目標値θsを設定したときに、こ
の目標値θsを中心に変動値△θの範囲で入射角を
前後に変化させるための変動値△θを設定する。
４１は減算器であり、入力１より与えられる入射
角の目標値θsから変動値△θを減算出力する。４
２は加算器であり入力１よりの入射角の目標値θs
に変動値△θを加えたた値を出力する。また、４
３は記憶回路であり、RAM（ランダムアクセス
メモリ）等が使用され、スイツチ４４を介して入
力２よりの受信エコーの最大値に対応したデイジ
タル値を記憶する。４５は最適値検出回路であ
り、記憶回路４３に記憶された受信エコーの値の
中から最大のエコーレベルとなる入射角θxを設
定入射角の最適値として検出する。４６は選択ス
イツチであり、減算器４１、加算器４２、最適値
検出回路４５の各出力を所定の手順に従つて順次
選択する。４７は偏差制御部であり、選択スイツ
チ４６で選択されたいずれかの入射角を制御目標
値とし入力３よりの検出入射角θrの偏差に応じた
信号を出力する。更に、４８はタイミング制御回
路であり、後の説明で明らかにする所定の手順に
従つてスイツチ４４、最適値検出回路４５および
選択スイツチ４６の制御を行なう。

次に、第４図のフローチヤートを参照して第
２，３図の実施例による入射角の設定制御を説明
する。

まず、可変角探触子２０の検査材料に応じたテ
ストピースにセツトし、入射角制御装置１０のデ
ータ設定器１５により入射角設定値、即ち目標値
θsおよび設定指令をコントロールユニツト１４に
対して行なう。このデータ設定器１５よりの設定
指令を受けてコントロールユニツト１４は入射角
設定値θsをブロツク５０で読み込み、ブロツク５
１において設定値θsから変動値△θを差し引いた
演算出力を生ずる。即ち、第３図においてタイミ
ング制御回路４１は切換スイツチ４６を切換接点
ａに切換えることで減算器４１よりの出力（θs−
△θ）を偏差制御部４７に出力する。

続いて、ブロツク５２で偏差制御部４７により
減算器４１よりの入射角（θs−△θ）となるよう
に可変角探触子２０の入射角を入射角検出器２３
よりの検出入射角θrに基づく偏差制御で行なう。
このように可変角探触子２０の入射角が（θs−△
θ）に制御されると、タイミング制御回路４８は
選択スイツチ４６を切換接点ｂに切換え、ブロツ
ク５３で演算された加算器４２よりの演算出力
（θs＋△θ）を偏差制御部４７に出力し、ブロツ
ク５４で入射角（θs−△θ）から入射角（θs＋△
θ）への制御を開始する。このブロツク５４の制
御開始による入射角の変化は、判別ブロツク５５
で監視されており、検出入射角θrが入射角（θs＋
△θ）に達するまで、例えば0.1度毎にブロツク
５６に進み、0.1度入射角が増える毎に超音波探
傷機１のゲート回路８で抽出された受信エコーの
最大値をデイジタル信号に変換したAD変換器９
の出力をタイミング制御回路４８によるスイツチ
４４の制御により記憶回路４３に検出入射角θrと
共に書き込む。このため検出入射角θrが（θs＋△
θ）に達するまでに0.1度刻みとなる検出入射角
毎に複数の受信エコーの検出値が記憶回路４３に
記憶される。

判別ブロツク５５で検出入射角θr＝θs＋△θが
判別されるとブロツク５７で入射角の制御を停止
し、続いてブロツク５８でタイミング制御回路４
８は最適値検出回路４５に制御信号を出力し、最
適値検出回路４５はそのとき記憶回路４３に記憶
されている複数の受信エコーの値の内の最大値に
対応する入射角を最適値θxとして検出し、次の
ブロツク５９でタイミング制御回路４８は選択ス
イツチ４６を切換接点ｃに切換えることにより最
適値検出回路４５で検出された入射角の最適値
θxが偏差制御部４７に与えられ、可変角探触子
２０の振動子２１を最適値θxに回転制御し、一
連の設定制御を終了する。

θs−△θおよびθs＋△θについてさらに説明す
る。

θsはあらかじめ定められた角度であるというこ
とができ、“最適値”に近い値に定められている
はずであるから、θsの前後、すなわちθs−△θ〜
θs＋△θの範囲で入射角の最適値を求める。例え
ば、超音波の周波数を2.25MHz、鋼板の厚さを２
mmとしたときに、入射角10゜，15゜，19゜，30゜，31゜
の近傍において板波が発生する。これらの角度の
どれを選んでも探傷可能ということはなく、とき
には速度分散が大きいためエコーの時間幅が広く
なつて探傷には不適格な角度もある。このため、
探触子の入射角を10゜近傍から40゜近傍まで変化さ
せてエコーが最大になる入射角を選んだとする
と、その入射角では速度分散が大きくて探傷困難
ということもあり得る。この問題を解決する一手
段として、ある板厚において板波発生可能な入射
角のうち一つの値を実験的に選択しておくのであ
り、これがθsである。そして前述の如くθs−△θ
〜θs＋△θの範囲でエコー最大になる入射角を求
めようとするものである。この△θはその値が小
さ過ぎるとθsの近傍における最適値を求めること
が出来ないし、大き過ぎると選択された板波振動
モードとは別のモードにおいて最適値を見つける
ことがありうる。△θは経験的に定めるしかな
く、通常は△θ＝１〜2゜である。

尚、コントロールユニツト１４による入射角の
自動設定制御は、第３図の回路ブロツクの他に第
４図のフローチヤートを実行する制御プログラム
を備えたマイクロコンピユータによつても実現で
きることは勿論である。

また、上記の実施例では、データ設定器１５に
より入射角の目標値を設定するようにしていた
が、マイクロコンピユータを用いたコントロール
ユニツト１４のメモリに、例えば試験材料の寸
法、材質等をパラメータとした入射角のテーブル
情報を予め記憶しておけば、データ設定器１５に
より試験材料の寸法、材質等を入力することによ
りデータテーブルから対応する入射角の目標値が
読み出され、この目標値に基づいて第４図に示し
た入射角が最適値となる設定制御を実行すること
ができる。

第５図は本考案で用いる可変角探触子の他の実
施例を示した説明図であり、超音波探傷機１およ
び入射角制御装置１０は第２図の実施例と同じに
なる。

第５図の可変角探触子において、駆動装置２２
および入射角検出器２３は第２図の実施例と同じ
であるが、検査材料３０に対しては固定シユー３
５が乗せられ、固定シユー３５の円形外周面に摺
動シユー３６を摺動自在に設け、摺動シユー３６
の上部に図示しない超音波探傷機に探触子ケーブ
ル３１で接続されている振動子３２を固着してい
る。

この第５図の可変角探触子にあつては、入射角
制御装置１０よりの制御信号により駆動装置２２
に内蔵したモータの正転または逆転が行なわれ、
モータの正転、逆転に応じて摺動シユー３６が固
定シユー３５の外周面を入射角θを増加または減
少させる方向に摺動し、入射角制御装置１０より
の制御信号に基づいた入射角の最適値に設定制御
することができる。

（考案の効果） 以上説明してきたように本考案によれば、検査
材料に応じた入射角の目標値が設定されたとき
に、目標値の前後に入射角を変化させ、この入射
角の変化で得られた受信エコーの内の最大値を与
える入射角を最適値として検出し、検出した最適
値に可変角探触子の入射角を設定制御するように
したため、探傷作業を開始するとき、もしくは検
査材料を変更したときの校正作業が検査材料に応
じた入射角の目標値の設定入力操作のみをもつて
自動的に行なわれ、目標値の前後に入射角を変化
させることで受信エコーが最大となる入射角に自
動設定できるため、校正作業が極めて簡単とな
り、且つ極めて高い校正精度を得ることができ
る。

特に、設定入力する入射角の目標値そのものが
必ずしも受信エコーが最大となる入射角の最適値
に一致するとは限らず、このような場合に、目標
値の前後に入射角を変化させて実際に検出された
受信エコーが最大となる入射角の最適値に自動設
定することができ、探傷条件の正確な再現性と信
頼性が飛躍的に向上でき、特に板波超音波による
薄鋼板探傷においては、板波超音波伝搬が得られ
る最適モードの選択と最適角度となるように正確
に自動調整することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示したブロツク図、第２図は
本考案の一実施例を示したブロツク図、第３図は
第２図のコントロールユニツトの具体的実施例を
示したブロツク図、第４図は第２，３図の実施例
による入射角の設定制御を示したフローチヤー
ト、第５図は本考案で用いる可変角探触子の他の
実施例を示した説明図である。 １：超音波探傷機、２：同期発振部、３：送信
部、４：受信部、５：垂直偏向部、６：掃引部、
８：ゲート回路、９：AD変換器、１０：入射角
制御装置、１２：入射角制御部、１３：入射角表
示部、１４：コントロールユニツト、１５：デー
タ設定器、２０：可変角探触子、２１，３２：振
動子、２２：駆動装置、２３：入射角検出器、２
４：液体、２５：タイヤ、３０：検査材料、３
１：探触子ケーブル、３５：固定シユー、３６：
可変摺動シユー、４０：変動値設定回路、４１：
減算器、４２：加算器、４３：記憶回路、４４：
スイツチ、４５：最適値検出回路、４６：選択ス
イツチ、４７：偏差制御部、４８：タイミング制
御回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 モータ駆動等により入射角が変化する可変角探
   触子と、 該可変角探触子の入射角を検査材料に応じた目
   標値に設定する目標値設定手段と、 該目標値設定手段で設定した目標値の前後にお
   いて入射角を変化させ、該入射角の変化で得られ
   た基準材料よりの反射エコーが最大となる入射角
   の最適値を検出する最適値検出手段と、 該最適値検出手段で検出した最適値に前記可変
   角探触子の入射角を設定する入射角設定手段と、 入射角設定指令に基づいて前記目標値設定手
   段、最適値検出手段及び入射角設定手段を順次動
   作させるタイミング制御手段とを有することを特
   徴とする超音波探傷装置。