JPH06242086A - 超音波検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 探触子で検出した被検査物のミクロ欠陥信号
の中に多くのノイズが含まれていてもそのミクロ欠陥は
的確に検出できるようにする。 【構成】 探触子11に組み込まれ、しゃ音板17を介装す
る一方の斜角状の送受信用シュー13に設けられた送受信
用振動子12と、その他方の斜角状の受信用シュー15に設
けられた受信用振動子16と、上記送受信用振動子12に励
振パルスを与える高圧パルス発生回路22と、上記受信用
振動子16からの出力波形を記録するスペクトル分析器26
と、このスペクトル分析器26にあらわれた波形にノイズ
が含まれている場合、上記受信用振動子16からの出力波
形にもとづいて補正を加えて周波数解析する演算回路27
と、この演算回路27からの出力を記録する表示装置29と
を備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、金属材料、複
合材料およびセラミック等に生じている組織変化、ミク
ロ欠陥を探触子で検出するにあたり、探触子の検出信号
にノイズ信号が含まれている場合、ノイズを減衰させて
精度の高い検出信号を得る超音波検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属材料、複合材料およびセラミック等
の材料は外力や熱サイクル負荷に長年さらされると、素
材製造時には存在しなかった微視亀裂やボイド、硬度の
高い物質の析出などのミクロ欠陥や、製造時の微視組織
化らの組織の変化などが表面近傍に生ずる場合があり、
経年的に生ずるこれらの変化を把握することはそれら材
料で構成される機器の安全性を確保する上で重要であ
る。

【０００３】従来、このような材料の劣化や損傷を計測
評価する手段の一つとして超音波法が用いられており、
なかでもノイズ解析法は、構造部材や試験片の板厚の表
面および裏面間の反射波を用いる音速法や減衰法と異な
り、大型構造物のように半無限板に近いような部材にお
いても計測が可能であるために注目されている。

【０００４】しかしながら、このノイズ解析法は図８に
示す如く、被検査物１の表面１Ｓに探触子２を音響カプ
ラント３を用いて押し当て、超音波ビーム４を被検査物
１の表面１Ｓに垂直に入射し、探触子２で計測される超
音波信号５の中に含まれる、微視亀裂やボイド、硬度の
高い物質の析出などのミクロ欠陥６ａ、６ｂ、６ｃ、…
によって生ずる微弱な振幅の後方散乱超音波７ａ、７
ｂ、７ｃ、…の信号５Ｆを計測・評価する方法であるた
めに、図９のように被検査物１の表面１Ｓの荒さ１Ｒ等
に起因して音響カプラント３が充分に行きわたらない
と、図８に示した微弱な後方散乱超音波７ａ、７ｂ、７
ｃ、…の信号５Ｆの振幅がさらに低下し、計測結果に誤
差が生じてしまうために正しい評価ができない場合があ
る。

【０００５】また、図８に示したような被検査物１の板
厚方向の広い範囲にわたってミクロ欠陥６ａ、６ｂ、６
ｃ、…が発生する場合、探触子２は被検査物１に対し、
垂直に超音波を入射する方法で計測することが可能であ
るが、被検査物１の表面１Ｓ近傍に応力勾配が存在した
り、被検査物１が表面処理されており、ミクロ欠陥の発
生が予想される部分が図10のように表面近傍に限定され
ている場合、超音波信号５のビーム路程上における後方
散乱波信号５Ｆを計測すべき部分がごく僅かな領域にな
ってしまうために、精度の高い計測が不可能であるとい
う問題点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上に述べたように金
属材料、複合材料およびセラミックス等の材料で構成さ
れる機器の安全性を確保する目的で、素材や構造物の製
造時または定期検査時に行われる超音波による検査にお
いて、被検査面の表面近傍に局部的に存在する微視亀裂
やボイド、硬度の高い物質の析出などのミクロ欠陥を検
出することが可能であり、かつ超音波を伝える接触媒質
が充分に行きわたらない場合等に生ずる感度低下を正し
く評価しつつ計測し、あるいは感度低下を補正しつつ計
測する手段は、これまで知られてなかった。

【０００７】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、探触子の検出信号にノイズ信号が含まれていて
も、ノイズを減衰させて精度の高い検出信号を得るよう
にした超音波検査装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、探触子に組み
込まれ、しゃ音板を介装する一方の斜角状の送受信用シ
ューに設けられた送受信用振動子と、その他方の斜角状
の受信用シューに設けた受信用振動子と、上記送受信用
振動子に励振パルスを与える高圧パルス発生回路と、上
記送受信用振動子からの出力波形を記録するスペクトル
分析器と、このスペクトル分析器にあらわれた波形にノ
イズが含まれている場合、上記受信用振動子からの出力
に波形にもとづいて補正を加えて周波数解析をする演算
回路と、この演算回路からの出力を記録する表示装置と
を有するものである。

【０００９】

【作用】本発明の超音波検出装置の構成によれば、探触
子に、送受信用振動と受信用振動子とが設けられてお
り、送受信用振動子からの出力波形にノイズが含まれて
いても受信用振動子からの出力波形にもとづいて補正を
加える演算回路を設けているから、被検査物に欠陥があ
ってもノイズが多過ぎてもその欠陥の発見が困難であっ
たり、また探触子と被検査物との接触不良や被検査物の
表面にうねりや凹凸の存在によりノイズが多過ぎた場合
でも被検査物の欠陥を比較的精度の高い信号として検出
することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は、本発明の超音波検査装置の概略全体を
示すブロック図であり、また図２は本発明の超音波検査
装置に用いられる超音波探触子の概略図である。

【００１１】先ず、図２において、被検査物１の被検査
面１Ｓに置かれた探触子11は、送受信用シュー13と受信
用シュー15とを有する。送受信用シュー13、受信用シュ
ー15はともに斜角を形成し、その途中にしゃ音板17を介
装し、両シュー13、15からの超音波14の互の干渉を避け
ている。そして送受信用シュー13の斜角上に送受信用振
動子12を、また受信用シュー15の斜角上に受信用振動子
16をそれぞれ設けている。

【００１２】上記構成の探触子11において、送受信用振
動子12には励振パルス18が与えられ、その反射の一つで
ある超音波は送受信用振動子12からリード線20ＶＲを経
て出力波形19として出されている。また、その反射のも
う一つである超音波は受信用振動子16からリード線20Ｒ
を経て出力波形21として出されている。

【００１３】図１は、探触子11から出された出力波形を
処理するブロック図で、高圧パルス発生回路22からリー
ド線20ＶＲを経て探触子11に送られた励振パルス18は、
その一つを図２の送受信用振動子12からの出力波形19と
して、また他の一つを図２の受信用振動子16からの出力
波形21として出されている。

【００１４】これら出力波形19、21のうち、送受信用振
動子12からの出力波形19は、リミッタ回路23、増幅器24
ａを経てゲート回路25ａに案内され、ここで後方散乱超
音波の波形が含まれているとゲート設定されている。ゲ
ート設定されたゲート回路25ａからの出力波形は、スペ
クトル分析器26に案内され、周波数解析がなされてい
る。

【００１５】一方、図２の受信用振動子16からの出力波
形21は、増幅器24ｂを経てゲート回路25ｂに案内され、
ここでゲート設定された後、振幅値計測回路28でピーク
振幅値が求められている。振幅値計測回路28で算出した
ピーク振幅値は、スペクトル分析器26からの出力波形と
ともに、演算回路27に案内され、ここで、スペクトル分
析器26からの出力波形はピーク振幅値にもとづいて適正
な補正が加えられ、その結果が表示装置29に記録されて
いる。なお、符号30はタイミング制御回路を示し、ここ
から高圧パルス発生回路22、ゲート回路25ａ、25ｂ、ス
ペクトル分析器26、振幅値計測回路28、演算回路27、表
示装置29に経時的に動作信号が与えられている。次に、
本実施例の作用を説明する。

【００１６】図３において、送受信用振動子12から放射
され、送受信用シュー13を介して被検査物１の表面１Ｓ
に入射した超音波ビーム31は、被検査物１の表面近傍を
伝播するが、伝播経路上の表面近傍に微視亀裂やボイ
ド、硬度の高い物質の析出などのミクロ欠陥６ａ、６
ｂ、６ｃ、…が発生していると、超音波の一部は後方散
乱波32ａ、32ｂ、32ｃ、…として超音波の進行方向とは
逆に後方に伝播し、反射ビーム33は送受信用振動子12に
より受信される。送受信用振動子12により受信した反射
ビーム33は、図４に示したように出力波形34としてあら
わされる。この出力波形34に被検査物のミクロ欠陥がな
いと、ノイズとしての波形34Ｎがあらわれる。被検査物
にミクロ欠陥があると、出力波形34は、図５に示したよ
うに、ノイズを含むミクロ欠陥検出信号である波形34Ｆ
としてあらわれている。

【００１７】このように、ミクロ欠陥が存在する場合の
変化は、ノイズレベルが僅かに上昇する程度であり、振
幅値からミクロ欠陥の存在を判別するのはミクロ欠陥の
発生の初期には困難であるので、図６に示したように、
出力波形34を周波数解析し、ミクロ欠陥の発生にともな
う周波数成分の変化を抽出するパラメータの演算を行
う。すなわち、図１に示した送受信用振動子12からの出
力波形19のうちゲート回路25ａで欠陥の発生が予想され
る部分のみ抜きだした出力に対する周波数分布Ｇ（ｆ）
をスペクトル分析器26で求め、求めた周波数分布Ｇ
（ｆ）のうち、図７に示したように、特定周波数区間ｆ
_a 〜ｆ_b まで積分し、さらに図１に示した受信用振動子
16の出力波形21から求めた周波数分布Ｇ（ｆ）（この周
波数分布は図６に示す全周波数区間ｆ_L 〜ｆ_U ）の積分
値に対する比率として、演算回路27で算出されている。
この演算回路27には、比率Ｐを求める演算式が次式とし
て与えられている。

【００１８】

【数１】 このようにして補正が加えられて算出された演算回路27
からの出力は、表示装置29によって記録される。

【００１９】なお、送受信用振動子12から増幅器24ａ、
ゲート回路25ａを経てスペクトル分析器26にあらわれた
出力波形34のうち、図５に示した波形34Ｆにノイズが多
すぎてミクロ欠陥が発見できない場合、図１に示すゲー
ト回路25ｂの出力を、上記ゲート回路25ａに逆数として
加えれば、ゲート回路25ａの出力はミクロ欠陥が鮮明に
あらわれ、精度の高い検出値になる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、金
属材料、複合材料およびセラミックス等の、被検査物の
局部的に存在する微視亀裂やボイド、硬度の高い物質の
析出などのミクロ欠陥を、多くの検出ノイズが含まれて
いても精度よく検出することが可能であり、かつ超音波
を伝える接触媒質が充分に行きわたらない場合等に生ず
る感度低下を補正しつつ計測しているので、これら欠陥
の検出に対する信頼性を著しく向上させることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波検査装置の一実施例を示す
全体概略ブロック図。

【図２】本発明による超音波検査装置に用いられる探触
子の概略図。

【図３】本発明による探触子における超音波の挙動を示
す図。

【図４】被検査物にミクロ欠陥がある場合の探触子から
の出力波形をあらわす図。

【図５】被検査物にミクロ欠陥がない場合の探触子から
の出力波形をあらわす図。

【図６】被検査物のミクロ欠陥の発生に伴う周波数スペ
クトルの変化を示すグラフ。

【図７】被検査物のミクロ欠陥の発生に伴う周波数スペ
クトルの変化を抽出するパラメータの求め方を示す図。

【図８】被検査物のミクロ欠陥を検出する従来の超音波
検査装置の実施例を示す概略図。

【図９】被検査物と探触子との接触に不具合がある場合
の問題点を指摘する説明図。

【図１０】被検査物にミクロ欠陥がある場合、探触子か
ら出力される波形を示す図。

【符号の説明】

１ 被検査物 １Ｓ 被検査面 11 探触子 12 送受信用振動子 13 送受信用シュー 15 受信用シュー 17 しゃ音板 22 高圧パルス発生回路 25ａ、25ｂ ゲート回路 26 スペクトル分析器 27 演算回路 28 振幅値計測回路 29 表示装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 探触子に組み込まれ、しゃ音板を介装す
   る一方の斜角状の送受信用シューに設けた送受信用振動
   子と、その他方の斜角状の受信用シューに設けた受信用
   振動子と、上記送受信用振動子に励振パルスを与える高
   圧パルス発生回路と、上記送受信用振動子からの出力波
   形を記録するスペクトル分析器と、このスペクトル分析
   器にあらわれた波形にノイズが含まれている場合、上記
   受信用振動子からの出力波形にもとづいて補正を加えて
   周波数解析をする演算回路と、この演算回路からの出力
   を記録する表示装置とを備えたことを特徴とする超音波
   検査装置。