JPH0679016B2 - 凹形角部の超音波検査方法および装置 - Google Patents

凹形角部の超音波検査方法および装置

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JPH0679016B2
JPH0679016B2 JP60144783A JP14478385A JPH0679016B2 JP H0679016 B2 JPH0679016 B2 JP H0679016B2 JP 60144783 A JP60144783 A JP 60144783A JP 14478385 A JP14478385 A JP 14478385A JP H0679016 B2 JPH0679016 B2 JP H0679016B2
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久雄 岡田
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は超音波探傷方法および装置に係り、特に被検体
の角部に存在する欠陥を検知するに好適な超音波検査方
法および装置に関する。
〔発明の背景〕
従来の超音波探傷方法では、反射波の有無によつて欠陥
の有無を判別してきた。しかしながら、被検体の加工面
が不連続となるようなところ、例えば凹形角部において
は、欠陥が有る場合に反射波が生じることはもちろんの
こと、欠陥が無い場合においても凹形角部から端部エコ
ーが生じ、これにより欠陥が存在しているものと誤認す
るという問題があり、当該部分の探傷を超音波で行う上
での大きな障害となつていた。
このような角部の探傷方法としては、例えば特開昭59−
141062号公報に示されるように、反射波の波形の違いに
着目する方法がある。しかしながら、このような方法で
は、被検査部分に角を形成する欠陥があるか否かを判定
できるだけであり、本発明で対象としているような凹形
被検体の角部に欠陥があるか否かを判定する方法につい
ては何ら示されていない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上述のような従来技術に鑑み、加工面
不連続部における欠陥をも検知するに有効な超音波検査
方法および装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、加工面不連続部からのエコーの発生状況と、
当該部分にわれ状欠陥が存在する場合におけるエコーの
発生状況との相異点を明らかにしたことに基づいてお
り、これにより、加工面不連続部からの端部エコーとそ
の部分に存在する欠陥による反射波とを識別することに
より、上記加工面不連続部に存在するわれ状欠陥等を確
実に検知するものである。
〔発明の実施例〕
第1図は、本発明の根拠となる凹形角部における超音波
の反射状況を示すものであり、(a)にはその探傷方法
のモデルが、(b)には被検体の凹形角部に欠陥がない
場合の探傷結果が、そして(c)には凹映角部に欠陥が
ある場合の探傷結果が示されている。ここで探傷結果は
被検体表面上で受信したエコーの信号レベル分布であ
る。
同図(a)において、加工面2aと2bが凹形角部3で不連
続になつている。このとき、超音波入射波I5が凹形角部
3に入射する場合において、凹形角部3にわれ状欠陥6
が存在する場合は当然ながらエコーRが生する。しかし
凹形角部にわれ状欠陥6が存在しない場合においても、
凹形角部の先端からいわゆる端部エコーRが生ずること
になり、凹形角部3に存在する欠陥を検知するに当つて
の障害となる。
いま、探触子4から入射波I5として横波超音波を凹形角
部3に入射させた場合、凹形角部3からの端部エコーは
広い指向角度範囲にわたつていることを実験的に明らか
にした。そのため探触子5で被検体表面1a上の多数の位
置で凹形角部3からの反射波Rを受信した場合の受信信
号レベルの分布は同図(b)のように凹形角部3の真上
Oの位置を中心としてほぼ対称な形になる。しかしなが
ら凹形角部3に加工面2aにほぼ垂直なわれ状欠陥が存在
する場合には、探触子5で被検体表面1a上の多数の位置
で反射波Rを受信した場合の受信信号レベルの分布は同
図(c)のように凹形角部3の真上Oを中心としてかな
り非対称な形になる。本発明は上述のように、凹形角度
での垂直われ状欠陥の存在によつて非検体表面上での受
信信号レベルの分布形態が異なることを利用して凹形角
部を有する被検体の欠陥を検知するものである。
次に信号レベル分布形態から欠陥の有無を判断する本発
明になる検査方法の原理について説明する。第1図
(b)において凹形角部3に欠陥が無い場合にはy軸を
境にしてグラフの右側の面積S+ と左側の面積S- がほぼ等しい。一方、凹形角部3に欠陥が存在している
場合には、第2図(c)に示すように、右側の面積S+
左側の面積S-に比べてはるかに大きくなる。よつて、S+
とS-の比Sr=S+/S-を調べて、Sr1ならば反射波は凹
形角部3からの端部エコーであり、欠陥は無しと判定
し、Sr》1ならば反射波は欠陥からのエコーであり、欠
陥有りと判定できるのである。そして実際には1よりや
や大きなしきい値Sthを設定して、Sr<Sthならば欠陥無
し、Sr≧Sthなら欠陥有りと判定する。以上に示したよ
うに、本発明では受信信号の絶対値ではなく、その相対
的な分布の形態からエコーを区別し、欠陥を検知するの
である。
次に、本発明になる検査方法を具体的に実施するための
検査装置の一実施例を第2図によつて説明する。4は横
波超音波パルスビームを検査対象としている凹形角部3
に向けて超音波I5送出する超音波送波子であり、5は凹
形角部3からの反射波Rを受信する超音波受波子であ
り、7は上記受波子5を被検体1の表面で走査するため
の走査制御器である。8は走査制御器7に走査位置の指
示を与え、受信器9に走査位置に応じた反射波を取り込
むゲート時間の設定信号を与え、さらに発振器10に超音
波発振のタイミング信号を与える制御部である。11は上
記制御部8からの位置情報xと、受信器9により検出さ
れた反射波の受信信号レベルe(x)を取り込み、それ
らを焦置xの正負で分けて面積計算器12へ送る。面積算
器12では前述した面積S+とS-をそれぞれ面積計算器12a,
12bにより計算し、その結果を欠陥判定器13へ送る。こ
の欠陥判定器では、面積比S+/S-を計算し、その結果を
しきい値Sthと比較して、前述した判定方法で欠陥の有
無を判定する。その結果は表示器14及び記録器15に出力
する。
このとき、受波子5は、検査対象とする凹形角部3から
到来する縦波もしくは横波に対して感度を有するものと
する。また、その場合において、受波子5は走査される
ので、位置によつて反射波の受信角が異なり、受波子5
の出力には受波子5の指向性の影響が出る。そのため、
特定の方向に指向性を有する受波子、例えば縦波を受信
する場合には垂直探触子、横波を受信する場合にはY-Cu
t探触子を使つた場合には、第1図に示す受信信号レベ
ルの分布形態は受波子の指向性の影響が大きく作用して
しまい、反射波自身の指向性による形態への影響が小さ
くなつて、評価を難しくする。このため、受波子として
はその出力が反射波の指向性に対応するような指向性が
広いものを用いることが好ましい。
以上に説明したように、本発明によれば、凹形角部から
の端部エコーと凹形角部に存在するわれ状欠陥によりエ
コーとが区別され、凹形角部の欠陥の検出を的確に行う
ことができ、検査の信頼性を高めることができる。
以上に述べた実施例は本発明による検査方法を実現する
ための一手段として装置を構成したものであり、本発明
の発明思想が利用される限り、必ずしもこれに限定され
るものではない。つまり、上述の実施例では被検体の表
面上の多数の位置で反射波を受信するために1つの受波
子を機械的に走査しているが、第3図に示すように複数
の受波子を被検体表面上に多数配置し、それらを電子的
に切換えて走査してもよい。さらに最も簡単に本発明の
効果を奏する方法としては、第4図に示すように受信位
置を受信信号レベルが無欠陥の場合にほぼ同じになるよ
うな被検体の凹形角部3をはさむ2つの位置に設定する
ことによつて、2つの受信位置での受信信号レベルの比
から欠陥エコーと端部エコーとを区別でき、凹形角部3
の欠陥の有部を簡単に検知できる。特にこの場合には、
第2図に示す走査制御器7Rや制御部8等の装置が不要で
あり、また参照番号11,12,13で示される装置は1つにま
とめて単に2つの信号レベルを比べて欠陥の有無を判定
する装置とすればよく、装置の簡単化や低価格化が可能
となる。
以上に説明した実施例では反射波の分布形態を演算によ
つて判別し、これにより欠陥の有無を判定して表示装置
にその結判を表示するものであつた。このため、この方
法では演算が必要であるが、しかし、反射波の指向性を
的確にとらえるようにすることにより上記の様な演算が
不要となる。この根拠となる検査結果を第5図に示す。
凹形角部に欠陥が無い場合には、反射波の指向性はほぼ
等方法であるため、第5図(a)に示すように表面での
反射波の受信信号レベルはなだらかな分布となり、凹形
角部のほぼ真上の位置で最大値をとる。一方、凹形角部
に欠陥がある場合には、第5図(b)に示すように、凹
形角部の真上の位置よりずれたところで最大値をとる。
この位置は受信する波の種類と反射源の形状から理論的
に予測できる位置であり、この位置付近に受信信号の最
大値があることを検知することにより欠陥の有無を判定
することもできる。
第6図は上述の方法を実現した装置構成である。この装
置において特徴的な構成は参照番号19で示すn個の受信
モジユールである。この受信モジユールは燐酸するモジ
ユール間が接続されており、その内部構成は第7図に示
すものである。5は凹形角部からの反射波を効率良く受
信できるよう屈折角を調整した受波子、9は受信器であ
り反射波を取り込むゲート時間が前もつて特定されてお
り、タイミング信号の同期して受波子5の出力を取り込
む。14は表示器、20はこのモジユールの受信信号レベル
が最大値であるか否かを判定する判定器である。このよ
うな装置を使用して欠陥の有無の判定の方法を次の詳細
に説明する。k番目のモジユールの着目したとき、この
モジユールの受信信号レベルをe(k)としたとき、e
(k)が最大値であつた場合には、k−1番目とk+1
番目モジユールの受信号レベルをe(k−1),e(k+
1)としたとき次の関係がある。
e(k)≧e(k−1) ……(3) e(k)≧e(k+1) ……(4) つまり、この式で示される関係が成立すれば、モジユー
ルkの受信信号レベルe(k)は最大値であり得るわけ
である。そこでこの式で示される関係が成立するか否か
を判定器20で判定し、成立した場合には表示器14に表示
する。この表示器は単に関係の成立または不成立を表示
するだけで十分なので発光ダイオード等を用いれば十分
である。ただしこの方法で問題となり得るのは、関係が
成立した場合でも最大値ではなく極大値になる場合があ
ることである。しかし、このような問題も、表示器に信
号レベル自体の大きさをも含めて光の強度等で表すよう
にすれば解決できる。
以上に説明したように、上述の実施例では、複雑な演算
が不要であり、簡単な装置を用いて実時間(リアルタイ
ム)で高速に凹形角部の欠陥の検出を的確に行うことが
できる。
〔発明の効果〕
以上に述べたように、本発明になる超音波検査方法およ
び装置によれば、従来の方法では角部からの端部エコー
の発生によつて欠陥の有無が的確に検知することが困難
であつた角部に発生する欠陥、特にわれ状欠陥を確実に
検知することが可能となり、これによりより優れた検出
性能を有する検査装置及び方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1(a)〜(c)図は本発明の基体となる角部の検査
方法と本発明の根拠となる受信信号の分布形態を示す
図、第2図は本発明になる検査装置の一実施警の説明
図、第3図および第4図は本発明の他の実施例の構成を
示す図、第5(a),(b)図は本発明による他の実施
例における検査方法の根拠を示す図、第6図は第5図を
根拠とする検査装置の実施例の構成を示す図、第7図は
第6図の実施例で用いる受信モジユールの構成を示す
図。 1……被検体、2……加工面、3……角部、4……超音
波送波子、5……超音波受波子、6……われ状欠陥、12
……面積計算器、13……欠陥判定器、19……受信モジユ
ール、20……判定器。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】凹形角部を有する被検体の表面上の1つの
    位置に超音波送波子を設け、該凹形角部に向って超音波
    を入射させ、被検体の表面上の複数点で該凹形角部から
    の反射波を受信し、この受信した反射波信号により上記
    凹形角部での欠陥の有無を検知する方式の超音波検査方
    法において、 上記反射波信号の被検体表面でのレベル分布形態が、上
    記凹形角部を中心として左右対称か否かを調べ、左右非
    対称であると判断されたとき、欠陥有りと判定すること
    を特徴とする凹形角部の超音波検査方法。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項において、上記左右
    非対称であることの判断が、上記反射波信号の最大値が
    被検体表面上の上記凹形角部の位置から外れていること
    を条件としてなされるようにしたことを特徴とする凹形
    角部の超音波検査方法。
  3. 【請求項3】凹形角部を有する被検体の表面上に位置さ
    れ、上記被検体の凹形角部に向つて超音波を入射させる
    超音波送波子と、上記被検体の表面上の複数の点で反射
    波を受信する超音波受信子とを備え、この超音波受信子
    で受信した信号により上記凹形角部での欠陥の有無を判
    定するようにした凹形角部の超音波検査装置において、 上記超音波受信子で受信した信号の被検体表面上での凹
    形角部の左側と右側のレベル分布状態を各々演算する演
    算手段と、 該演算手段により演算された左側と右側のレベル分布状
    態を比較することにより欠陥の有無を判定する欠陥判定
    手段とを設け、 該欠陥判別手段は、上記左側と右側のレベル分布状態に
    差異を生じたとき、上記被検体の凹形角部に欠陥有りと
    判定するように構成されていることを特徴とする凹形角
    部の超音波検査装置。
  4. 【請求項4】特許請求の範囲第3項において、上記演算
    手段は、積分器で構成されていることを特徴とする凹形
    角部の超音波検査装置。
  5. 【請求項5】特許請求の範囲第3項において、上記欠陥
    判別手段は、 上記超音波受信子で受信した信号の最大値を検出する手
    段と、 被検体表面上で上記最大値が得られた位置を求める手段
    と、 この最大値が得られた位置が被検体の凹形角部の位置に
    あるか否かを判断する手段とで構成されていることを特
    徴とする凹形角部の超音波検査装置。
  6. 【請求項6】特許請求の範囲第3項において、上記超音
    波受信子は、走査手段により上記被検体表面上を走査さ
    れるように構成されていることを特徴とする凹形角部の
    超音波検査装置。
  7. 【請求項7】特許請求の範囲第3項において、上記超音
    波受信子は、上記被検体表面上に配置された複数の超音
    波受信子で構成されていることを特徴とする凹形角部の
    超音波検査装置。
JP60144783A 1985-07-03 1985-07-03 凹形角部の超音波検査方法および装置 Expired - Lifetime JPH0679016B2 (ja)

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CN104500136B (zh) * 2015-01-06 2016-09-21 中国矿业大学 一种局部地应力分布特征精细化探测方法
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