JPH04184252A - 超音波探傷方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関、水車、ポンプ等の回転機械あるい
は鉄道車軸の軸頚を対象とする非破壊診断に適用される
超音波探傷方法に関する。

［従来の技術］ 従来、内燃機関、水車、ポンプ等の回転機械あるいは鉄
道車軸の軸頚を対象とする非破壊的な検査方法として、
被検体である軸の端面に横波垂直探触子を当接し、この
横波垂直探触子より横波を発生させて上記被検体の軸方
向に沿って横波モードの超音波を伝搬させ、その反射波
を検出する超音波探触方法がある。

第５図はこの方法を説明するためのものであり、１は被
検体である軸、５はこの軸１の一端面に当接された横波
垂直探触子、６はこの横波垂直探触子５を駆動する超音
波探触装置である。超音波探触装Ｗ６の駆動により横波
垂直探触子５より横波を発生させて上記被検体の軸方向
に沿って横波モードの超音波Ｓを伝搬させる。この超音
波Ｓの体中に欠陥Ｆがあった場合、その反射波を横波垂
直探触子５で検出することにより欠陥Ｆの位置を診断す
ることが可能となるものである。

この横波垂直探触子５により発生する横波モードの超音
波Ｓは、従来よりごく一般的に使用され＼ている縦波垂
直探触子を用いた超音波探触装置に比して、モード変換
に起因して１つの反射源から直接の反射波以外に表われ
る複数の付随反射波である遅れエコーの発生を抑制する
という点で優れている。

上記のような方法を用いて実際に探傷を行った場合を第
６図に示す。

第６図（１）は段付きの軸１に対してその一端面に横波
垂直探触子５を当接した状態を示し、第６図（２）は超
音波探触装置６のＡスコープで表示される図形を示す。

なお、Ａスコープ図形においては、横軸が時間軸として
超音波Ｓの伝搬時間を表わし、縦軸が反射波の強さを表
わす。

軸１の端面に横波垂直探触子５を当接し、横波の超音波
Ｓを軸１にその軸方向に伝搬させると、健全な軸ではそ
の形状に起因して軸径が変化する段差部及び対向する軸
の他端面からの反射波が、第６図（２）中に示すそれぞ
れ形状エコーＫｌ。

Ｋ２及びＢとして検出される。また、軸１の体内に図示
する如く欠陥Ｆｌ、Ｆ２が存在すると、その反射波が欠
陥エコーＦｌ、Ｆ２として検出され、Ａスコープに表示
される。したがって検査員は、Ａスコープを監視し、上
記形状エコーＫｌ、に２゜Ｂ以外に反射エコーが表われ
るか否かによって欠陥の有無を判断する。

［発明が解決しようとする課ｆｌ］ 上記従来の方法により、第６図（１）に示したような比
較的単純な形状の被検体で、゛欠陥が段差の位置と充分
に離れて存在する場合には、欠陥の有無が容品に判別で
きる。ところが、次に示すような場合には欠陥の判別が
非常に困難となり、Ａスコープ画面の解析に時間を要し
、かつ検査員のヒユーマンエラーが介在して誤診する可
能性も高くなる。すなわち、 （１）　非常に微細な欠陥を検出対象とした場合。

高感度で探傷するために、ノイズレベル（ここで［ノイ
ズＪとは、被検体の材料の結晶粒度、被検体の外周面の
表面粗度や微細な打ち痕などに起因する散乱波あるいは
反射波のことである）が高くなり、欠陥エコーの判別が
困難となる。

（２）　多数の段差や装着物を有する軸に適用した場合
。

形状エコーが多数人われ、欠陥エコーの判別が困難とな
る。

（３）　段差部あるいは装指物の近傍に欠陥が存在する
場合。

欠陥エコーが形状エコーに重なり、検出不可能あるいは
欠陥エコーと形状エコーとが分離困難となる。

以上に示した如く、従来の超音波探傷方法では、多数の
段差や装着物を有する複雑な形状の軸類に対して充分信
顆性のある検査方法とは言えず、通常は軸を分解して検
査を行なうようにしていた。

また、軸に装着物が焼ばめされた部分では、その装着物
を取り外す必要があり、軸の点検に多大の工数と期間と
を必要としていた。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、多数の段差や装着部を有する複
雑な形状の軸類に対しても欠陥検出性能が高く、かつ、
誤診の少ない適確な探傷を行なうことが可能な超音波探
傷方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ すなわち本発明は、被検体の両端面より探傷を行なうこ
とに加えて、横波垂直探触子て得た反射波よりなる探傷
データ中から超音波の距離振幅特性を考慮した特定レベ
ルを越える反射波を抽出する抽出手段、被検体の形状、
装着物に起因する反射波の伝搬時間を想定した予測デー
タあるいは被検体が健全な状態で採取した基本探傷デー
タと探傷データとを照合する第１の照合手段、上記抽出
手段で検出された被検体の両端面の探傷データの時間関
係を反転して照合する第２の照合手段の３つの手段を組
み合わせて探傷を実施するようにした。

［作　用］ 上記のような手段をとることにより、被検体の両端面か
ら探傷を行なうことで段差部あるいは段差部の近傍に欠
陥が存在しても欠陥エコーを検出できるようになる。す
なわち、段差部などに起因する形状エコーは超音波の進
行方向に対向して軸系が小さくなる条件下で発生するの
で、逆の端面に超音波探触子を当接して探傷すればこの
条件をクリアして同一箇所に形状エコーが発生せず、欠
陥エコーが検出可能となる。

超音波探傷においては、より小さな欠陥を検出しようと
すれば高感度の探傷を行なうことか必ｆとなり、必然的
にノイズレベルに近いレベルをスレッシュホールドレベ
ルとして反射波のエコーレベルを抽出しても、欠陥エコ
ーだけてなくノイズによるエコーも抽出されるようにな
る。そこでノイズが混入する状態の中で欠陥エコーのみ
を分離すべく、上記抽出手段と第２の照合手段とを用い
る。

すなわち、超音波は伝搬過程で音波の拡散及び被検体中
での散乱により次第に減衰し、同一反射源であっても超
音波探触子に近いほうがエコーレベルが大きくなるとい
う距離振幅特性を有し、ノイズも同様の傾向を示すため
、上記抽出手段でこの距離振幅特性を考慮したスレッシ
ュホールドレベルを設定することにより、被検体の全長
にわたって均一なレベルで特異なエコーのみを抽出し、
超音波探触子の近傍におけるエコーを課題評価してしま
うことを避けるようにしたものである。そして、この抽
出手段によって得た特異なエコーの中から第２の照合手
段によりノイズ成分を除去し、欠陥エコーのみを抽出す
る。軸頚の検査、特にメンテナンス上で対象とする 欠陥は軸頚の中心軸に対して直交する方向に発生する疲
労亀裂によるものが圧倒的に多く、該欠陥は両端面から
の探傷により共に有効に反射し、反射エコーが検出され
る。このときの超音波の伝搬特性は次のようになる。す
なわち、 ｔ−ｔ＾＋ｔａ　　　　　　　　−１ｆ）（但し、ｔ：
被検体全長の超音波往復伝搬時間、ｔＡ　：Ａ端面から
の探傷による欠陥エコーの伝搬時間、 ｔ８　：Ｂ端面からの探傷による欠陥エコーの伝搬時間
。） 一方、ノイズは反射源が不特定であるため、上記（１）
式を満足することはなく、この点を利用して（１）式を
満足するか否かによりエコーが欠陥とノイズのいずれに
よるものであるかを照合するものである。なお、この照
合手段として、被検体全長の超音波往復伝搬時間をＵ準
に他方端面側からの探傷データの時間関係を反転して一
方端面側からの探傷データと照合すれば、時間が一致す
るものが欠陥エコーであり、一致しないものがノイズで
あると容易に判別できる。

また、上記第１の照合手段によって被検体の形状、装む
物に起因する反射波が同定及び除去できる。すなわち、
これらの反射波は反射源が明らかであり、その伝搬時間
は制作図面などから予知できるので、上記抽出手段で得
られた特異なエコーの中でこの想定される形状エコーの
伝搬時間と合致するものは形状エコーと同定するもので
ある。

また、形状エコーの予ｎ１に代えて、該被検体を製作し
た時点で基本探傷データを採取しておき、これを基本デ
ータとして記録媒体に記憶させておき、探傷データと比
較照合するようにしても同様の結果を得ることができる
。また、このようにすれば、同時に被検体の経年変化を
も検知することが可能となる。

結果として、上述した手段を用いることにより、段差部
や装着物の端部に近接する欠陥が検出可能となる、被検
体全長に渡って同一レベルで検査ができる、エコーの同
定及び経年変化の検知が可能となる、被検体に直交する
欠陥の検知が可能となる、等の効果を生し、多数の段差
や装着物を有する軸類に対して、分解することなく、軸
の端面のみを使用して信頼性の高い検査が可能となり、
軸頚の検査を短時間かつ低コストで実施できるようにな
る。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

まず第４図により装置の回路構成を示す。

同図中、５は横波モードの超音波を発生する横波垂直探
触子、６は横波垂直探触子５を駆動して超音波の送受を
行なう超音波探触装置である。超音波探触装置６は、横
波垂直探触子５へパルス状の電圧を印加する送信部６１
、横波垂直探触子５で受信した信号を受けて増幅する受
信部６２、スレッシュホールドレベル（以下ｒＳＨレベ
ル」と略称する）を設定してそのレベルを越える信号の
ピークをとらえるピーク検出部６３、送信部６１からの
動作開始の指令信号を受けてピーク検出部６３で検出し
た信号の発生時間（超音波伝搬時間）をカウントする時
間検出部６４及びピーク検出部６３で検出された信号の
レベルを測定するレベル変換部６５から構成される。

７はデータ収録装置であり、上記超音波探触装置６の時
間検出部６４で得られた探傷信号のピークの発生時間と
レベル変換部６５で得られたエコーレベルとを探傷デー
タとして収録し、後述する演算処理装置８へ送出する。

１ｏは入力装置であり、制作図面等を参考にして形状エ
コーを想定し、その伝搬時間とエコーレベルとを想定デ
ータとして入力する。

演算処理装置８は゛、データ収録装置７がらの探傷デー
タと入力装置１０からの想定データにより信号の時間反
転、減算処理、エコーの同定を行なう。１］はデータ再
生装置であり、予め被検体の製作時に採取してあった欠
陥のない基本探傷データ（以下「基本データ」と称する
）が図示しない記録姪体に記録させてあった場合はこれ
を読出して再生し、上記演算処理装置８へ送出する。

９は出力装置であり、ＳＨレベルを越えるエコーについ
て被検体の形状に対応させて、エコーの同定結果、すな
わちそのエコーが欠陥、形状、ノイズのいずれによるも
のであるかを出力する。

次いで上記構成による探傷方法について説明する。

第１図はその方法を処理順序にしたがって示すフローチ
ャート、第２図は多数の段差Ｋｌ　−Ｋｉｌｌと焼ばめ
装着された複数の羽車２〜４を有する被検体であるポン
プ主軸１の形状を示し、第３図は各処理過程における図
形を示す。

第３図（１−Ａ）（第３図（１−Ｂ））に示す図形はポ
ンプ主軸１のＡ　（Ｂ）側の端面に横波垂直探触子５を
当接して得られるＡスコープ図形をそのまま示すもので
あり、第１段階として２次曲線のＳＨレベルを越えるエ
コーのみをピーク検出部６３により抽出すると第３図（
ＩＩ−Ａ）（第３図（ＩＩ−Ｂ））に示す図形が得られ
る（ステップ５ｌ（Ｓ６））。

第３図（ＩＩＩ−Ａ）　　（第３図（ｍ　　Ｂ）　）　
ｌ：示？図形は、本ポンプ主軸１の形状及び装着物（羽
車２〜４）から想定されるＡスフ−１画面であり、入力
装置１０により入力される。この第３図（Ｉ［Ｉ−Ａ）
（第３図（ＩＩＩ−Ｂ））中における想定エコーは、対
向する軸端Ｂ　（Ａ）と前記のように超音波の進行方向
に向って軸系が小さくなる段差部が反射源となる。また
、本ポンプ主軸１のように装着物として羽車２〜４が焼
ばめ等の手段により圧入された状態では、装着物の超音
波進行方向に対向する端面も反射源となる。したがって
、Ａ側からの探傷では、段差に４．に５．に６．に８と
端面Ｂ及び羽車２〜４のＢ側の端面２Ｂ、３Ｂ。

４Ｂが反射源として想定される。同様にＢ側がらの探傷
では段差に７．に３．に２．Ｋｌと端面Ａ及び羽車２〜
４のＡ側の端面２Ａ、３Ａ、４Ａが反射源として想定さ
れる。

第２段階として、演算処理装置８が前記第３図（ｎ−Ａ
）（第３図（ＩＩ−Ｂ））に示す図形と第３図（ＩＩＩ
−Ａ）　　（第３図（Ｉ［［−Ｂ）　）に示す図形とを
照合し、形状エコーに該当しないエコー、すなわち時間
−が一致しないエコーのみを抽出して第３図（ＩＶ−Ａ
）（第３図（ＩＶ−Ｂ））に示すような図形を得る（ス
テップ５２（Ｓ７））。

第３段階として、対向する端面Ｂ　（Ａ）の探傷データ
である第３図（ＩＩ−Ｂ）（第３図（ＩＩ−Ａ））を横
軸の時間軸について反転した第３図（Ｖ−Ａ）（第３図
（ＩＩ−Ｂ））ｌ；：示す図形を得（ステップＳ５　（
Ｓ４））　、これを第３図（ＩＶ−Ａ）（第３図（ＩＶ
−Ｂ））の図形と照合して時間的に一致するエコーを抽
出して第３図（Ｖｌ−Ａ）（第３図（Ｖｌ−Ｂ））に示
すような図形を得る（ステップＳ３　（Ｓ８））。この
図形において抽出されたエコーＦｌ　　（Ｆ２．Ｆｌ）
が欠陥エコーである。　以上に示したように、第２図に
おける欠陥Ｆ１は両端面Ａ、Ｂからの探傷ていずれも検
出することができたが、欠陥Ｆ２のように形状エコーの
反射源のごく近傍に位置する場合には、片側（ここでは
端面Ａ側）からの探傷ては欠陥エコーが形状エコーと重
なって検出できない場合があるが、反対側（ここでは端
面Ｂ側）からも探傷を行なうことで検出となる。また、
第３図に示すＡ端面側の探傷により、形状エコーに該当
しないエコーとして、欠陥エコー以外にも第３図（ＩＶ
−Ａ）に示すようなエコーＮが抽出されたが、該エコー
ＮはＢ端面側からの探傷では検出されないため、ノイズ
として処理することとなる。

［発明の効果］ 以上詳記した如く本発明によれば、段差部や装着物の端
部に近接する欠陥が検出可能となる、被検体全長に渡っ
て同一レベルで検査ができる、エコーの同定及び経年変
化の検知が可能となる、被検体に直交する欠陥の検知が
可能となる、等の効果を生じ、多数の段差や装着物を有
する複雑な形状の軸類に対して、分解することなく、軸
の端面のみを使用して信頼性の高い検査が可能となり、
軸頚の検査を短時間かつ低コストで実施可能な超音波探
傷方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る処理順序を示すフロー
チャート、第２図は被検体となるポンプ主軸の形状と反
射源位置を例示する図、第３図は各処理過程における探
傷データ図形を示す図、第４図は装置の回路構成を示す
ブロック図、第５図は従来の超音波探傷方法を例示する
図、第６図は第５図の方法により得られる探傷データ図
形を被検体となる軸の形状に対応して示す図である。 １・・・軸（ポンプ主軸）、２〜４・・・羽車、５・・
・横波垂直探触子、６・・・超音波探触装置、７・・・
データ収録装置、８・・・演算処理装置、９・・・出力
装置、１０・・・入力装置、１１・・・データ再生装置
、６１・・・送信部、６２・・・受信部、６３・・・ピ
ーク検出部、６４・・・時間検出部、６５・・・レベル
変換部。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 Ａ 」 窮３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体の端面に当接され、横波を発生して上記被
   検体の軸方向に沿って横波モードの超音波を伝搬させ、
   その反射波を検出する横波垂直探触子を用いた超音波探
   傷方法において、 上記横波垂直探触子を上記被検体の両端面に当接して得
   た反射波よりなる探傷データ中から超音波の距離振幅特
   性を考慮した特定レベルを越える反射波を抽出する抽出
   手段と、 上記探傷データと、上記被検体の形状、装着物に起因す
   る反射波の伝搬時間を想定した予測データとを照合する
   第１の照合手段と、 上記抽出手段で検出された被検体の両端面の探傷データ
   の時間関係を反転して照合する第２の照合手段と を具備したことを特徴とする超音波探傷方法。
2. （２）被検体の端面に当接され、横波を発生して上記被
   検体の軸方向に沿って横波モードの超音波を伝搬させ、
   その反射波を検出する横波垂直探触子を用いた超音波探
   傷方法において、 上記横波垂直探触子を上記被検体の両端面に当接して得
   た反射波よりなる探傷データ中から超音波の距離振幅特
   性を考慮した特定レベルを越える反射波を抽出する抽出
   手段と、 上記探傷データと、上記被検体が健全な状態で採取した
   基本探傷データとを照合する第１の照合手段と、 上記抽出手段で検出された被検体の両端面の探傷データ
   の時間関係を反転して照合する第２の照合手段と を具備したことを特徴とする超音波探傷方法。