JPH0474962A - 超音波測定装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、板材のラミネーションなどの面状欠陥を測定
する超音波探傷装置に関する。

（従来の技術） 従来から圧延された金属板材のラミネーションなどの面
状欠陥を検出するときには、欠陥が表面に平行に生じる
ため、欠陥面に垂直に超音波が入射する垂直法による超
音波探傷装置が使われていた。

また、広い領域を確保するためには、シングル探触子を
なるべく増やして使用していた。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このような垂直法による超音波探傷装置にお
いては、被検査物内の超音波モードが縦波となり、音速
が速くなるため、距離分解能が低下して欠陥の深さを精
度よく測定することが困難であった。そのため、探傷周
波数を上げる方法もあるが、すると２超音波のビーム幅
が狭まくなって、複数の単独探触子を配置する従来の超
音波探傷法による超音波測定装置では、末深傷領域が広
く残るので、全面探傷を行うことができなかった。

更に、探傷密度を上げるために探触子を機械的に走査す
る方法では、高速探傷ができないので、オンラインでの
探傷ができなかった。

そこで本発明の目的は、板材の面状欠陥の深さ測定をオ
ンラインで全面探傷することのできる超音波探傷装置を
得ることである。

〔発明の構成〕

（Ｗ題を解決するための手段） 本発明は、超音波振動子群で構成された送信用アレイ探
触子及び受信用アレイ探触子と、この各超音波振動子を
ＯＮ・ＯＦＦする送受信制御器と、超音波送信パルスを
発生する送信器群と、各超音波振動子の受信エコーを選
択受信する受信器群と、欠陥の位置に合わせた送受信遅
延時間の設定を行う遅延時間制御器と、遅延時間に従っ
て受信エコーの位相制御を行い各振動子からの受信エコ
ーを加算する遅延加算器と、合成された受信エコーを増
幅する増幅器と、受信エコーを表示する波形器と、受信
エコーから欠陥位置を演算する演算処理器と、処理結果
を表示する表示器で構成されたことを特徴とする超音波
測定装置である。

（作　用） アレイ探触子を構成する各微小振動子は、送受信時に送
信器群の構成要素となる送信器、受信器と１対１で接続
され、１本の超音波ビームの送受信は、送受信制御器で
選択された微小振動子群で行われる。微小振動子群は超
音波ビーム毎に送受信独自に電子的に切換えが可能で、
超音波ビムは、高速で高密度に走査される。微小振動子
群の構成要素である各微小振動子には、超音波ビームの
偏向と集束を電子的に制御するための遅延時間が遅延制
御器５で与えられる。受信用アレイ探触子ＩＢの各微小
振動子で受信された受信エコーは、受信器群で各受信器
毎に遅延時間制御器によって与えられる遅延時間だけ位
相制御された後。

遅延加算器で加算され、増幅器で増幅されて波形表示器
に表示される。各超音波ビーム毎に得られる複数の受信
エコーは、演算処理器で処理されて欠陥の有無と欠陥の
深さが求められ、その結果が断面像として表示器に表示
される。

（実施例） 以下、本発明の超音波探傷装置の一実施例を図面を参照
して説明する。

第１図は、本発明の水浸２探触子法による超音波探傷装
置で板材を探傷するときの構成を示すブロック図である
。

同図において、ＩＡ、　ＩＢは、複数の微小振動子を所
定ピッチで１例えば、６４個直線状に配置したアレイ探
触子で、そのうち、アレイ探触子ＩＡは送信専用、同じ
＜ＩＢは受信専用である。超音波ビーム１３は、遅延時
間の制御による電子偏向被検査物表面に対して傾けられ
ており、その角度は被査物である板材１１中で横波が存
在する範囲に調整されている。板材１１中の欠陥１４は
、圧延過程で生じるため、表面に平行であり、このため
、アレイ探触子ＩＡ、　ＩＢは対称な位置関係で配置さ
れる。

また、アレイ探触子ＩＡ、　ＩＢと板材１１とは、音の
伝播を容易にするために例えば水１２で音響的に結合さ
れている。

このように構成された超音波探傷装置においては、超音
波ビーム１３は、被検査物の表面への入射時に屈折して
伝播する。入射角を縦波の臨界角以上に設定することに
よって、横波だけを被検査物内に伝播させることができ
る。横波は、音速が縦波の１／２近くと遅いので、路程
差による伝播時間差が縦波の約２倍となり、時間測定を
行ううえで有利である。また、波長も音速に比例して短
くなるため、微小な欠陥の検出にも有利である。

また、遅延時間を制御して超音波ビームを電子集束させ
れば、ビーム幅が狭くなって分解能と検出感度を上げる
ことができる。

次に、超音波パルスの伝播時間差測定の原理を第２図で
説明する。ここで、媒質である水の音速を０１、板材中
の横波の音速を０２８．入射角を０１゜屈折角を０２　
とし、面状欠陥が浅いときの媒質中の伝播距離をｅ□０
、反射を生じるまでの板材中の伝播距離をａ工２、反射
後の板材中の伝播距離をＱ２□、媒質中の伝播距離をＱ
２□とする。また、面状欠陥が深い場合は、板材中の伝
播距離は反射の前後ともΔＱ１□長くなる。すなわち、
各伝播距離間には、次の関係がある。

’！２２’　”Ｑ２２＋Δρ１□・・・・・・■Ｑ□１
　　”Ｑ２Ｌ”ら、′・・・・・・■従って、欠陥深さ
による路程差は　ΔＱ１．Ｘ２となり、伝播時間差は　
（ΔＱ１□Ｘ２）／Ｃ２Ｓ　　となる。

ところで、欠陥深さの差Δｄは、路程差ΔＱ工２と次の
関係にある。

Δｄ＝ΔＱｔｚＸｃＯ８θ２・・・・・・■従来法にお
ける縦波の音速をＣｚｔ　とすると、従来法による伝播
時間差と本発明による伝播時間の比ｔ′は、 ここで、Ｃ２ｔαＣ２５Ｘ２　であるから、次式のよう
になる。

すなわち、ｔ′は屈折角θ２に依存し、例えばθ２＝６
０°　　のとき、 となり、時間差が４倍に拡大して、周波数を上げること
なく、高精度の深さ測定を容易にできる。

また、アレイ探触子による電子走査を行えば、高速で高
密度の探傷が可能であり、さらに、電子集束で超音波ビ
ームを集束させれば、分解能と検出感度をあげることも
できる。この結果、従来法では困難であったオンライン
での板材の高精度全面探傷ができるので、圧延板材の分
留りを向上させることのできる超音波探傷装置となる。

なお、以上の説明では、第２図に示すように。

アレイ探触子ＩＡ、　ＩＢは板材１１に対して平行に配
置し、各超音波ビームの水中路程は同じになるときで説
明したが、第３図のように、アレイ探触子ＩＡ。

ＩＢを互いに向き合うよようにハ字状に傾けて配置した
ときでも類似の効果を得ることができる。

また、第４図のように、アレイ探触子ＩＡ、　ＩＢから
の超音波ビーム１３を電子偏向の機能により、偏向させ
て送受信した場合でも、同様に類似の効果を得ることが
できる。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、超音波振動子群で構成された送
信用アレイ探傷子及び受信用アレイ探傷子と、この各超
音波振動子をＯＮ・ＯＦＦする送受信制御器と、超音波
送信パルスを発生する送信器群と、各超音波振動子の受
信エコーを選択受信する受信器群と、被測定物の欠陥位
置に合わせた送受信遅延時間の設定を行う遅延時間制御
器と、遅延時間に従って受信エコーの位相制御を行い各
振動子からの受信エコーを加算する遅延加算器と、加算
された受信エコーを増幅する増幅器と、この増幅された
受信エコーを表示する波形表示器と。

受信エコーから欠陥位置を演算する演算処理器と、この
演算結果を表示する表示器で超音波探傷装置を構成した
ので、板材の面状欠陥の深さ測定をオンラインで全面探
傷することのできる超音波測定装置を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波探傷装置の一実施例を示す図、
第２図は本発明の超音波探傷装置の作用を示す説明図、
第３図は本発明の超音波探傷装置の他の実施例を示す要
部詳細図、第４図は本発明の超音波探傷装置の異なる他
の実施例を示す要部詳細図である。 ＩＡ・送信用アレイ探触子 ２・・・送受信制御器 ４・・・受信器群 ６・・遅延加算器 ８・波形表示器 １０パ・表示器 １３・・・超音波ビーム １Ｂ・受信用アレイ探触子 ３・・送信機群 ５・・・遅延時間制ｗ器 ７・・増幅器 ９・演算処理器 １１・・板材 １４・・欠陥 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 第 図 第 閉 第 閉 第 閉

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超音波振動子群で構成された送信用アレイ探傷子及び受
   信アレイ探傷子と、各超音波振動子をＯＮ・ＯＦＦする
   送受信用制御器と、超音波送信パルスを発生する送信器
   群と、前記各超音波振動子の受信エコーを選択受信する
   受信器群と、被測定物の欠陥位置に合わせた送受信遅延
   時間の設定を行う遅延時間制御器と、この遅延時間制御
   器で設定された遅延時間に従って前記受信エコーの位相
   制御を行い前記各超音波振動子からの前記受信エコーを
   加算する遅延加算器と、この加算された受信エコーを増
   幅する増幅器と、この増幅された受信エコーを表示する
   波形表示器と、前記受信エコーから前記欠陥位置を演算
   する演算処理器と、この演算結果を表示する表示器でな
   る超音波測定装置。