JPH02298863A - 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】 〔産業上の利用分野〕 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、ｌ「は被検査物体ｌ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紺合せより成る
減衰回路６ａ、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０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ｌ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（、：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。横波回路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。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ｌの表面、
ｂは被検材１の底面、ｆ、、ｆ、、ｆ、は被栓材ｌの内
部の欠陥を示す。

欠陥ｆ、と欠陥ｆ、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ｆ２の方が深い
。又、欠陥ｆ２と欠陥【、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ｆ、〜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、、ｆ、、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、ＦＩ、Ｆｚ、ＦＩはそれぞれ
欠陥ｆ１゜ｆ、、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、”＋　＋　　”Ｚ　＋　　ｔｘ　（Ｌ２　＝　ｔｘ
）は送信パルスＴから各エコー信号Ｆ＋、Ｆｚ、Ｆｔの
発生までの時間、Ｖｒ　＋　　３’ｔ　ｏ’ｚ＝Ｙ＋）
＊　　ｙ３はハ各エコーＦ、、Ｆ、、Ｆ、の信号レベル
の大きさを示す。

但し、被検材ｌは鋼材の様に均質な材質で、厚さも数Ｉ
Ｑｍｍ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Ｖ３％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■３，１゜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２．を知るには、時間Ｌ！Ｉ＋　　ｔｌ　と
既知の値１０から次式により計算される。

１　、−−　　×ｌ　０　　　・・・・・・・・・（２
）欠陥ｆ２．ｆ、（７）各位置１２．．ｌ、も（２）式
と同様の計算により求めることができる。

又、被検材り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、〜Ｆ、の信号レベルｙ１〜ｙ３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ｆ１〜ｒ、
の大きさを知ることができる。これらのことから、欠陥
ｆ。

〜ｆ、がさきに説明したａ様のものである場合には、エ
コー信号Ｆ、、　　Ｆｇの大きさがほぼ等しく、又、エ
コー信号Ｆｔ、Ｆｘ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の内部の欠陥の検査例であるが
、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０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
、はそれぞれある位置および他の位置のエコー信号、’
　Ｉｌ＋　　ｊ　ａｔ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ｌＷｌ＋水中の音速を■。とすると、距離
”Ｗｌは次式により求めることができる。

又、他の位置の距離１ｗ、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課題〕

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、′内に存在する工゛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す発信パルスＴとエコー信号Ｆ１
〜Ｆ３゜Ｓｌ、Ｓｔの発生値１との間隔を測定しなけれ
ばならず掻めて面倒で手間と時間を要するばかりでなく
、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、−Ｆ、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、こ
のゲート手段から出力された信号の最大値を順次保持し
てゆく最大値検出手段と、前記ゲート手段の出力信号出
前記最大値検出手段の出力信号を比較し当該最大値検出
手段の出力信号の方が大きくなった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を設けたこと
を特徴とする。

〔作用〕

被検材の検査対象部域を設定するとともに、ゲート手段
により当該検査対象領域内に存在する検波信号のみ出力
させる。又、前記ゲート手段から出力されたネ★波信号
の最大値を順次保持してゆく最大４ｆｉ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。そして、出力された前記
検波信号と最大値検出手段からの最大値とを比較し、後
者が前者より大きいとき、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。

〔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の検波信号の人出力を行な
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。

２８はバッファ２１から出力される検波信号とピークデ
テクタ２２から出力される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。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、、Ａ、’
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＋　、２４ｄｚはコンパレータ、２４ｅは
コンパレータ２４ｄ＋　、２４ｄｔ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）〜（ｄ）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
２４ａにゲート開始時間ｔ、に相当する値（カウンタ２
４Ｃのカウント値に対応せしめられたカウント値）Ｃ１
が、又ゲート終了点設定器２４ｂにゲート終了時間１ｂ
に相当する値（カウント値）Ｃ５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。即ち、（
＋１ＩＣａ　、Ｃｂは、発振器２５のクロック信号の周
期をτ０とするとＣＰｔＪ３０において、Ｃ，−ｔ。

／τ０　＋　　Ｃｂ　”　ｔｂ　／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。

同期回路４がらは第３図（ａ）に示すように周期Ｔ。の
トリガ信号が出力される。この周期Ｔ０は被検材ｌ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、必要とする探傷
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Ｔ。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、横波回路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のカラントイ直は常にコンパレータ２４
ｄ＋　、２４ｄｚ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Ｃ，およびゲート終了点設定
器２４ｂに設定された値Ｃ１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Ｃ，と一致すると、コンパレータ２４ｄ、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Ｃ１に達すると、第３図（６
）に示すようにコンパレータ２４ｄつからりセラトイ３
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、ゲートタイミング信号が高レベルの期間
（ゲート間の期間）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開の期間ｔ、〜ｔ２間
に存在する欠陥からのエコー信号Ｆのみである。なお、
第４図（ｂ）では時間軸および信号の大きさのいずれも
拡大されて描かれている。このようにゲートを設けるこ
とにより、仮に、第４図（ａ）に示すような検査に不要
なノイズＮｌ　、Ｎ！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、ゲート開の期間にバッファ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。ピークデテクタ２２に入力された検波信
号は、第４図（ｂ）に実線で示すように人力された検波
信号の最大値を検出する。第４図（ｂ）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ＣＰＵ３０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ＣＰ
Ｕ３０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。

一方、コンパレータ２８には、バッファ２１からの検波
信号とともに、第４図（ｂ）に示すピークデテクタ２２
の出力信号が入力され両者の比較がなされる。そして、
第４図（ｃ）に示すように、ピークデテクタ２２の出力
信号がバッファ２１の検波信号より大きい場合にはコン
パレータ２８から高レベル信号が出力され、又、逆にピ
ークデテクタ２２の出力信号がバッファ２１の検波信号
以下の場合には低レベル信号が出力される。上記高レベ
ル信号の出力時点は、検波信号が低い値に変化した時点
、即ち検波信号のピークが発生した時点を意味する。コ
ンパレータ２８からの高レベル信号（ラッチ信号）はゲ
ート用ラッチ２６に印加され、この時点でカウンタ２４
ｃから入力されているカラントイ直Ｃｇをラッチする。

したがって、第４図（ｄ）に示すように、ゲート用ラッ
チ２６では、時間ｔ、、でカウント値Ｃ，ｌがラッチさ
れ、時間Ｌｅｔではカウント値Ｃ１がラッチされること
になる。ＣＰＵ３０は、コンパレータ２８からのラッチ
信号がインタフェース２９を介して入力されると、その
都度、ピークデテクタ２２で得られたピーク値とゲート
用ラッチ２６にラッチされたカウント値をとり込み、図
示しない記憶部に記憶させ、ＪＦＩ後に、最も大きいピ
ーク値（最大値）とこれに対応するカウント値をとり出
し、このカウント値に基づいて欠陥（又は表面）までの
距離を演算する。欠陥までの距離ｌは、 ・・・・・・・・・（４） で求めることができる。なお、第８図に示す表面の場合
、その距ＭＮＷＩは、時間をｔｌ、カウント値をＣ１と
すると、 ・・・・・・・・・　（５） で求めることができる。

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、かつ、
迅速に検査を行なうことができる。又、検出される欠陥
の位置はエコー信号の最大値に対応する位置であるので
、正確な欠陥位置を得ることができる。

ここで、例えば被検材１が鋼材でその音速■３が５９０
０　ｍ　／　ｓ　、発振器２５の周波数が２０ＭＨ，（
周期τ。が５０ｎｓ）とすると、カウンタ２ＡＣ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−’ｘｓ　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４０ｍｍ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、検波信号と最大値検出手段の出力信号とを比較し
、後者の値が前者の値より大きくなったときカウンタの
カウント（直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）〜（ｄ）は各部の信号の波形図、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８８．２６・・・・・・・・・
ゲート用ラッチ、２８・・・・・・・・・コンパレータ
、３０・・・・・・・・・ＣＰＵ。 つ、５３図 １；４図 ｔａ　　　　　　　ｔｂ り 第７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、このゲート手段から出力された信号の最大
   値を順次保持してゆく最大値検出手段と、前記ゲート手
   段の出力信号と前記最大値検出手段の出力信号を比較し
   当該最大値検出手段の出力信号の方が大きくなつたとき
   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
   とを設けたことを特徴とする超音波探傷器のゲート回路
   。