JPH0379664B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、電子走査型超音波探傷装置における
探傷条件の補正法に関し、角鋼片等の中間製品の
ように、鋼板・棒鋼といつた最終製品に比べ表面
形状の悪いものの内部欠陥（皮下欠陥を含む）を
電子走査型超音波探傷装置によつて検出しようと
する場合に適用されるものである。勿論、最終製
品の探傷においても補正効果がある場合は適用さ
れることは云うまでもない。 （従来の技術） 電子走査型超音波探傷装置を用い、角鋼片の内
部探傷を行う方法として、本発明者は、電子リニ
ア走査による角鋼片の探傷法（特願昭57−233945
号）、電子セクター走査による角鋼片の探傷法
（特願昭57−233946号）、電子セクター・電子リニ
ア走査併用による角鋼片の探傷法（特願昭57−
233944号）を既に提案した。 上記各探傷法を比較した場合、電子リニア走査
では第１０図ａに示す如くアレイ型探触子１の超
音波の送受位置を順次変える方式であり、超音波
の入射点が順次移動するため、被検材２の入射面
に凹凸があると、材中への超音波の伝播方向が変
化し、所定の探傷領域が探傷できなくなり、欠陥
の位置評定精度も劣化するという短所がある。こ
れに対して、セクター走査では第１０図ｂに示す
如くアレイ型探触子１からの超音波ビームの傾き
角を順次変えるだけであるため、入射点の移動量
はわずかであり、入射面凹凸の影響はリニア走査
に比べて極めて少なくなる。さらに電子セクタ
ー・電子リニア走査併用による探傷の場合は、第
１１図に示すようにセクター走査時の入射点の移
動量に相当する分だけ、アレイ型探触子１の送受
信に使用するエレメント位置をシフト（リニア走
査）することにより、極力入射点の位置ずれをな
くしている（アレイ型探触子１のエレメントピツ
チの1/2以下の位置ずれは残る）。よつて、電子セ
クター・電子リニア走査併用の探傷法は、最も被
検材２の形状不良（特に入射面）の影響で探傷性
能が変化することの少ない探傷法と云える。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、この電子セクター・電子リニア
走査併用の探傷法で被検材２の入射面凹凸の影響
を全て解決できるわけではなく、次に述べるよう
な問題点がある。 光の屈折と同様に超音波も境界面に斜めに入射
すると、下式スネルの法則に従い屈折する。 sin ｉ／sin θ＝C₁／C₂ ｉ＝入射角， θ＝屈折角 C₁＝入射側の媒質の音速 C₂＝屈折側の媒質の音速 よつて第１２図に示すように境界面に凹凸があ
ると、面のレンズ効果によつて、C₁＜C₂であれ
ば凹面入射で集束（第１２図ａ）し、凸面入射で
拡散（第１２図ｂ）してしまう。またC₁＞C₂で
あれば全く逆に凹面入射で拡散し、凸面入射で集
束する。 即ち、入射面に凹凸があると、所定の探傷域を
集束ビームで探傷しようとしても、面のレンズ効
果でビームフオーミングが乱され、所定の探傷域
で正規の音圧が得られＨくなつてしまう。その一
例として、探触子１ａからレンズ３を介して発信
した超音波が鋼片ブロツク等の被検材２の下部コ
ーナ部４に集束するような条件で探傷した場合の
入射面の凹みによるビームフオーミングの変化を
示すと、第１３図ａ，ｂの如くなる。第１３図ａ
は平面入射時を示し、第１３ｂは凹面入射時を示
す。これらからも明らかなように、前項で述べた
角鋼片の内部探傷において、電子セクター・電子
リニア走査併用の方法を用いて、超音波ビームの
傾き角の違いによつて生じる入射位置の移動によ
るレンズ効果の変化は防げても、レンズ効果によ
るビームフオーミング条件の変化を防ぐことはで
きない。 （問題を解決するための手段） 本発明は、被検材２の入射面凹凸によるレンズ
効果でビームフオーミングが乱れ、所定の探傷域
で正規の集束ビームが得られなくなることに対す
る探傷条件の補正法を提供するものであつて、そ
のための手段として、電子走査型超音波探傷装置
において、実際の探傷域の探傷走査を行う前に、
被検材の所定の反射源をその部位からの反射エコ
ーが最大となる集束条件（焦点距離）を基準に
し、その基準条件に対して所定割合で焦点距離を
補正した複数の集束条件（焦点距離系列）で反射
源を確認走査し、最も反射エコーの高かつた集束
条件と同等の補正率で焦点距離を補正した探傷条
件で実際の探傷域の探傷走査を行うものである。 （作 用） 以下、電子セクター・リニア走査併用による角
鋼片の斜角探傷を例に本発明の作用原理を説明す
る。155□ の角鋼片を被検材２として用い、振動
子径約70mmのアレイ型探触子１で面中央を入射点
とし、水距離を74mm取り、集束ビームで屈折角θ
＝20゜〜45゜の範囲で入射面に対し側面の下半分の
領域を探傷域とした場合、その入射面凹みと焦点
距離との関係は、第１図に示すようになる。即
ち、入射面が平坦で屈折角によらず、ほぼ水中換
算焦点距離fw＝800mmでは、第１図ａに示すよう
に探傷域で超音波ビームが集束している。ところ
が、入射面中央で凹み量１mm、曲率半径1250mmの
凹みがあると、正規の焦点距離fw＝800mmでは、
第１図ｂに示すように面のレンズ効果により探傷
域より手前で集束し、探傷域ではビームが拡散し
ている。よつて、探傷領域で集束ビームを得るた
めには、探触子１側の集束効果と材面凹凸による
レンズ効果とを成合した結果として、探傷域で集
束するような焦点距離を設定すればよい。この場
合、入射面凹みのため集束点が手前にきているの
で、探触子１の集束条件を正規のfw＝800mmから
fw＝1000mm（第１図ｃ），1200mm（第１図ｄ）と
遠方に補正することで、次第に探傷域近くで集束
するようになり、fw＝1400mm（第１図ｅ）でほ
ぼ平面入射のときと同様の集束条件となり、fw
＝1600mm（第１図ｆ）では若干探傷域より遠方で
集束されていることがわかる。 このように焦点距離を補正することによつて、
入射面凹凸によるビームフオーミングの乱れを補
正できることは確認できるが、実際の探傷におい
ては、入射面の凹凸量や曲率半径は未知であり、
焦点距離を補正したとき、探傷域でどのようなビ
ームフオームになつているか知るすべもない。仮
に何らかの方法で入射面凹凸量や曲率半径を計測
したとしても、その結果が出てから集束条件（焦
点距離）を変更するためにアレイ型探触子１の使
用エレメントの遅延時間を計算しセツテイングす
るのでは、オンラインの角鋼片搬送状態での探傷
は不可能であるし、集束条件変更処理中は材を停
止するとすれば、探傷処理能率が極端に低下して
しまう。 そこで、本発明では、実際の探傷域の探傷を行
う前に、被検材２の所定の反射源、ここでは角鋼
片の探傷域内のコーナ部を、標準の被検材形状で
その部位からの反射エコーが最大となる集束条
件、即ち、コーナ部に焦点が来る焦点距離を基準
にし、その基準条件に対して所定割合で焦点距離
を補正した複数の集束条件（焦点距離系列）で反
射源を確認走査できるよう、予め各焦点距離系列
毎にアレイ型探触子１の使用エレメントの遅延時
間を計算して確認走査用データテーブルを準備し
ておくと同時に、実探傷用の各屈折角毎の集束条
件に対応したアレイ型探触子１の使用エレメント
の遅延時間についても、反射源確認走査時の焦点
距離補正と同等の割合で反射源確認走査時と同数
の複数の焦点距離のみを補正した集束条件で遅延
時間を計算し、探傷用データテーブルを準備す
る。 そして、まず確認走査用データテーブルに従
い、順次各焦点距離系列で反射源確認走査を行
う。その結果、反射源からの反射エコー強度が最
も強かつた焦点距離系列と同等の割合いで焦点距
離を補正した系列を実探傷用データテーブルから
選択し実探傷走査を行う。 即ち、入射面凹凸量や曲率を直接計測してその
レンズ効果を補正するのではなく、正規の焦点距
離を基準に何通りかの焦点距離で、基準となる反
射源の確認走査を行い、その反射エコーの強度が
最も強くなる焦点距離補正量で、探触子１側の集
束効果と材面レンズ効果との合成後の最適なビー
ムフオーミング条件を決定しようとするものであ
る。そして探傷用データテーブルを確認走査用デ
ータテーブルと同数の焦点距離系列分だけ予め準
備することにより、補正量が確定すれば即実探傷
に移行できるようにしている。 （実施例） 次に本発明を電子セクター・電子リニア走査併
用の電子走査型超音波探傷装置による角鋼片の斜
角探傷に適用した例について説明する。 この電子走査型超音波探傷装置は、第２図に示
すように例えば総分割エレメント数32個のアレイ
型探触子１と送受信器５とを遅延回路６を介して
１対１に対応させて接続し、その遅延回路６によ
る遅延時間設定を順次変えることによつて電子走
査するようにしたものである。 アレイ型探触子１から超音波を発信して、第３
図に示す如く155□ 鋼片（コーナR18mm）の被検
材２に面中央より超音波を入射し、超音波入射面
に対して側面下半分の表層部を、屈折角θ₁＝20゜
からθ₂＝45゜の範囲を32ステツプ（探傷ピツチ屈
折角で約0.8゜）で電子セクター・電子リニア走査
（以下この１巡を１セクター走査と称す）し探傷
する場合には、被検材２の下部コーナ部４を基準
反射源とする。このコーナ部４の反射エコーが最
大となる屈折角θcは、幾何学的に入射点位置とコ
ーナ部４の曲率の中心位置で決定され、θc＝
23.5゜であるが、このコーナ部４の形状自体も形
状不良、寸法公差等があるので、ここではθc₁＝
21゜からθc₂＝30゜の範囲を10ステツプ（走査ピツチ
屈折角で1゜）でコーナ部４の確認走査を行う。 コーナ部４からの反射エコーが最大となるの
は、焦点がコーナ部４にあるときであり、このと
きの焦点距離をコーナ部基準焦点距離fcとする
と、第４図に示すように、fc(i)＝Ｃ(i)・fc〔ｉ＝
１，２，…６〕で表わされる６種類の焦点距離系
列を確認走査用データテーブルとして準備した。
補正係数の範囲は、被検材２である鋼片の面形状
仕様をもとに決定した。被検材２の面形状仕様と
補正係数を表１に示す。探傷用データテーブルに
ついても、第５図に示すように探傷域７を皮下20
mmとして、各ステツプで皮下10mm位置が焦点とな
る焦点距離ｆ(j)〔ｊ＝１，２，…32〕を基準に、
コーナ確認と同等の補正係数Ｃ(i)で６種類の焦点
距離系列を準備した。

【表】 被検材２としては、グループの鋼片から１本
（サンプルＡ）、グループの鋼片から２本（サン
プルＢ，Ｃ）をサンプリングし、性能確認のため
に第６図に示す位置に人工欠陥を設けた。
なお参考のため、各サンプルの入射面形状測定結
果を第７図ａ〜ｃに示す。 まず、コーナ部確認走査の結果であるが、第８
図ａ〜ｃに示すように、ここでは各サンプルに対
してコーナ確認走査を３回実施し再現性の確認も
行つた。結果的に各サンプルのデータ共に再現性
があり、サンプルＡでは補正係数Ｃ(6)＝4.0，サ
ンプルＢでは補正係数Ｃ(4)＝2.2，サンプルＣで
は補正係数Ｃ(2)＝1.4が選択されている。そして
実探傷においては、各サンプルのコーナ確認走査
結果に従い、サンプルＡではfj(6)の系列，サンプ
ルＢではfj(4)の系列，サンプルＣではfj(2)の系列
の探傷用データテーブルによつて探傷走査が行わ
れる。 この焦点距離補正による欠陥検出能および欠陥
位置評定精度に及ぼす効果を見るため、補正して
いないときの探傷結果と補正処理導入後の探傷結
果を第９図に示す。なお、サンプルＡ，Ｂ，Ｃの
欠陥の深さは、欠陥が1.5mm、欠陥が1.0mm、
欠陥が0.7mmである。 サンプルＡの欠陥は補正なしでは検出できな
かつたものが、補正後は検出され欠陥位置精度が
幅方向、深さ方向共に１mm以内に入つている。欠
陥についても欠陥位置精度の大幅な向上が見
られる。サンプルＢ，サンプルＣについても、同
様に欠陥位置精度が向上している。サンプルＣで
若干補正後の位置精度が他のサンプルに比べ悪い
のは、補正係数のピツチが0.4と比較的大きいた
め、わずかな凹みに対しては少し過剰補正となつ
ているためである。必要に応じ補正係数の範囲、
ピツチを変えることによつて、更に精度を向上さ
せることは可能である。エコー高さについては、
平面入射時の各部位の同種人工欠陥の検出レベル
と同等のレベルに向上している。 本実施例では、凹面のサンプルのみを扱つてい
るが、凸面のサンプルについても補正係数を1.0
以下にすることによつて、同様の補正効果がある
ことは云うまでもない。 また、被検材の材質、形状等も角鋼片に限定さ
れるものではなく、基準反射源もコーナ部でな
く、底面エコー等であつてもよい。走査方式につ
いても、セクター走査、リニア走査単独でもあつ
てもよい。ただし、リニア走査では、入射点が大
幅に移動するので、走査の各ステツプ毎或いは何
ステツプか毎に基準反射源での確認処理が必要と
なり、処理能率的には若干悪くなる。 （発明の効果） 本発明は、電子走査型超音波探傷装置におい
て、実際の探傷域の探傷走査を行う前に、被検材
の所定の反射源をその部位からの反射エコーが最
大となる集束条件（焦点距離）を基準にし、その
基準条件に対して所定割合で焦点距離を補正した
複数の集束条件（焦点距離系列）で反射源を確認
走査し、最も反射エコーの高かつた集束条件と同
等の補正率で焦点距離を補正した探傷条件で実際
の探傷域の探傷走査を行うものであり、このよう
な補正処理を適用することにより、探傷処理能率
を低下させることなく、欠陥の検出能および欠陥
位置評定精度を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであつて、第
１図は入射面凹みと焦点距離との関係を示す図、
第２図は探傷装置の構成図、第３図は電子セクタ
ー・電子リニア走査併用による角鋼片の探傷域を
示す図、第４図はコーナ部確認走査用焦点距離系
列の説明図、第５図は探傷用焦点距離系列の説明
図、第６図は人工欠陥の位置を示す図、第７図は
サンプルの入射面形状を示す図、第８図はコーナ
部確認走査の結果を示す図、第９図は焦点距離補
正処理による検出能および位置精度を示す図、第
１０図はリニア走査方式とセクター走査方式の比
較を示す図、第１１図はリニア・セクター走査方
式を示す図、第１２図は入射面凹凸によるレンズ
効果を示す図、第１３図は入射面凹みによるビー
ムフオーミングの乱れを示す図である。 １…アレイ型探触子、２…被検材、３…エレメ
ント、４…コーナ部、５…送受信器、６…遅延回
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電子走査型超音波探傷装置において、実際の
   探傷域の探傷走査を行う前に、被検材の所定の反
   射源をその部位からの反射エコーが最大となる集
   束条件（焦点距離）を基準にし、その基準条件に
   対して所定割合で焦点距離を補正した複数の集束
   条件（焦点距離系列）で反射源を確認走査し、最
   も反射エコーの高かつた集束条件と同等の補正率
   で焦点距離を補正した探傷条件で実際の探傷域の
   探傷走査を行うことを特徴とする電子走査型超音
   波探傷装置における探傷条件の補正法。