JPH07120438A

JPH07120438A - 球状被検体の検査装置

Info

Publication number: JPH07120438A
Application number: JP5264727A
Authority: JP
Inventors: Chie Nakayama; 智恵中山; Ichiro Furumura; 一朗古村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-10-22
Filing date: 1993-10-22
Publication date: 1995-05-12

Abstract

(57)【要約】【目的】球状被検体表層部の欠陥探傷において複雑な操
作機構を用いずに探傷し、欠陥位置検出精度の向上、作
業性の向上を図ることにある。【構成】球状被検体３側にその中心軸と同一線上に中心
軸を有する円錐状の凹部５が形成され、この凹部５内の
側面に超音波ビームを送受信する複数個の振動子２をリ
ング状に配置してなる探触子１と、この探触子の各振動
子により受信された信号が入力され、前記被検体の欠陥
位置の差異による検出感度の差異を補正する信号処理装
置９と、この信号処理装置９により処理された受信信号
を予め各振動子２に対応させて割り付けられた記憶領域
に保存する記憶装置１０と、この記憶装置１０に保存さ
れたデータを取込み３次元画像データとして出力するＣ
ＲＴ１１及びプリンタ１２とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、球状被検体全表面の表
層部の欠陥を超音波探触子により検出して検査する球状
被検体の検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックなど硬い材料では、加工時な
どに発生する微小な表面傷が大きく、品質に影響を及ぼ
すため、主に被検体表層部の微小欠陥手法の一つとして
超音波探傷法が実用化されている。

【０００３】この超音波探傷装置に多く用いられるパル
ス反射法は、大きく分けて垂直探傷法と傾斜探傷法の２
種類がある。垂直探傷法の原理は、図６（ａ）に示すよ
うに振動子２より発信された超音波ビーム６を被検体３
に垂直に入射し、この時進路上に欠陥１８ａ，１８ｂが
存在していると、超音波ビームはこの欠陥部より反射さ
れる。この反射されたビームを受信することで、探傷装
置のＣＲＴ１１上に反射エコー（欠陥エコー）２１ａ，
２１ｂとして表示され、欠陥が検出される。なお、図６
（ａ）において、１９は送信パルス、２０は表面エコ
ー、２２は底面エコーをそれぞれ示す。

【０００４】このような方法での探傷範囲は、図６
（ｂ）に示すように被検体３に対して超音波ビームが覆
う探傷領域１６のみで、被検体の全面を探傷するために
は、ビームの入射点を被検体の全面に走査する必要があ
る。特に球状の被検体では、図６（ｃ）に示すように被
検体３を回転させるか、探触子を図示１７方向に駆動制
御してビームの入射位置（被検体表面上の位置座標θ、
ψ）を変えることにより、探傷範囲１６ａ，１６ｂ，…
１６ｉを図示２３方向に推移させ、入射点を被検体の全
表面に走査する必要がある。

【０００５】しかし、被検体の全面を走査するには、複
雑な走査が必要となるため、機構事態が複雑になると共
に、高速化が困難であることから作業効率も悪く、機械
的な操作精度は必ずしも十分ではなく、検査結果の信頼
性も不十分である。さらに、被検体の表面に対して垂直
な探傷では、表層部欠陥に多い縦割れ欠陥に対して超音
波ビームが平行に入射するため、反射面が小さく、反射
波すなわち欠陥エコーの強度も小さくなり、結果として
垂直探傷法による縦割れ欠陥の検出が不可能な場合があ
る。

【０００６】そこで、従来では特開昭６３−２４３７５
１号公報にも示されているような図７（ａ）に示す射角
探傷法により、振動子２より発信される超音波ビーム６
が表面に沿って伝搬するようにビームを被検体３に入射
させる角度をある一定角度（臨界角）以上にすることで
ビームの伝搬経路に対して欠陥による反射面が大きくな
るようにし、縦割れ欠陥の検出を可能にしている。

【０００７】この表面波を用いた射角探傷法の探傷領域
は、前述した垂直探傷法のように超音波ビームの入射点
が覆う領域のみだけでなく、図７（ｂ）に示す斜線部の
超音波ビームの伝搬経路全体が探傷範囲となるため、１
回のビームの送受信による探傷範囲が広がることにな
る。この例では、図７（ｃ）に示すように超音波ビーム
６の入射点を被検体３の表面上のある一点に固定しなが
ら球状被検体を一定間隔で回転させ、ビームの入射方向
を変えて探傷する方法を提案している。

【０００８】しかし、このような探傷方法を用いても入
射位置を一点に固定しながら、ビームの入射方向をある
一定間隔毎に変化させるための複雑な制御を必要とする
問題点は完全には解決されていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の超音
波探傷装置においては、前述したように球状の被検体に
対して表層部探傷を行った場合、複雑な制御によって探
触子を操作しなければならないという問題点があり、欠
陥位置検出精度の向上や作業性の向上が望めないのが現
状である。

【００１０】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
もので、球状被検体表層部の欠陥探傷において複雑な操
作機構を用いずに探傷し、欠陥位置検出精度の向上、作
業性の向上を図ることができる球状被検体の検査装置を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により球状被検体の検査装
置を構成するものである。（１）球状被検体側にその中心軸と同一線上に中心軸を
有する円錐状の凹部が形成され、この凹部内の側面に超
音波ビームを送受信する複数個の振動子をリング状に配
置してなる探触子と、この探触子の各振動子により受信
された信号が入力され、前記被検体の欠陥位置の差異に
よる検出感度の差異を補正する信号処理手段と、この信
号処理手段により処理された受信信号を予め各振動子に
対応させて割り付けられた記憶領域に保存する記憶手段
と、この記憶手段に保存されたデータを取込み３次元画
像データとして出力する出力手段とを備えたものであ
る。（２）球状被検体の中心を含む平面を形成したときその
外周円上に超音波ビームを送受信する特性の等しい振動
子群を帯をかけるように配置してなる探触子と、この探
触子の各振動子により受信された信号が入力され、前記
被検体の欠陥位置の差異による検出感度の差異を補正す
る信号処理手段と、この信号処理手段により処理された
受信信号を予め各振動子に対応させて割り付けられた記
憶領域に保存する記憶手段と、この記憶手段に保存され
たデータを取込み３次元画像データとして出力する出力
手段とを備えたものである。

【００１２】

【作用】上記（１）又は（２）のような構成の球状被検
体の検査装置にあっては、探触子の各振動子より発信さ
れた超音波ビームは球状被検体のある一点より放射状に
伝搬するので、探触子を球状被検体に沿って複雑に操作
する必要がなくなる。また、受信された探傷データは信
号処理手段により感度補正されるので、欠陥検出位置に
関係なく均一の感度で検出することができ、さらに予め
各振動子に対応させて割り付けられた記憶領域に記憶さ
れた探傷データを取込んで、欠陥検出結果が３次元画像
として出力されるので、感覚的に欠陥寸法と位置を把握
することができる。従って、走査の簡易性による欠陥検
出位置の測定精度の向上と作業性の向上を図ることがで
きる。

【００１３】

【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は球状被検体用探触子部分の構成例を示すも
ので、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。図１に
おいて、１は円柱状の探触子であり、この探触子１の球
状被検体３側にその中心軸４と同一線上に中心軸を有す
る円錐状の凹部５が設けられ、この凹部５内の側面にｎ
個の振動子２ａ，２ｂ，２ｃ，…２ｎがリング状に配置
されている。この場合、振動子２より発信される超音波
ビーム６が被検体３に入射する角度θを、超音波ビーム
が被検体表面を伝搬するような条件（臨界角θ；sin θ
＝ｖ1 ／ｖ2 、但し、ｖ1 は超音波の媒体の音速、ｖ2
は被検体の音速を表わす）を満たすように（ｎ個の振動
子を配置した）円錐状の凹部５の頂角φを設定してあ
る。

【００１４】次に上記の探触子を用いた球状被検体の検
査装置の構成例を図２を用いて説明する。図２におい
て、探触子１はｎ個配置された振動子２により１回の送
受信で球状被検体３の全表面に対し超音波ビーム６を発
信し、被検体３の全表面の探傷を可能にしたもので、こ
の探触子により受信された信号波形はデータケーブル８
ａを通して多チャンネルパルサー／レシーバー７に受信
される。

【００１５】この多チャンネルパルサー／レシーバー７
で受信された信号波形は、データケーブル８ｂを通して
信号処理装置９に送られる。この信号処理装置９は内部
のメモリ部に有する距離振幅構成曲線（ＲＤＣ）データ
により、超音波ビームの伝搬距離によるビーム強度の減
衰を補正するもので、信号処理装置９で感度補正された
信号波形は、再びデータケーブル８ｃを通して記憶装置
１０に予め割り付けられた各振動子２ａ，２ｂ，２ｃ，
…２ｎに対応する記憶領域に記録（保存）し、その信号
波形を探傷結果としてデータケーブル８ｄを通してＣＲ
Ｔ１１及びプリンタ１２に出力する。

【００１６】この場合、多チャンネルパルサー／レシー
バー７、信号処理装置９、記憶装置１０、ＣＲＴ１１、
プリンタ１２はＣＰＵ１３より信号線１４を介して入力
される制御信号により制御される。

【００１７】また、探傷結果は、それぞれ記憶領域の位
置により各探傷領域を示しているため、これをもとにＣ
ＲＴ１１に３次元の画像として再現される。ここで、各
振動子２ａ，２ｂ，２ｃ，…，２ｎから多チャンネルパ
ルサー／レシーバー７を介して記憶装置１０までのデー
タ転送方法について図３を参照して説明する。複数個の
振動子２ａ，２ｂ，２ｃ，…，２ｎはそれぞれ１対１に
対応する固有のデータケーブル８a1, ８a2, ８a3, …８
anを有し、また記憶装置１０にあっては振動子２ａ，２
ｂ，２ｃ，…，２ｎに１対１に対応する記憶領域１０
ａ，１０ｂ，１０ｃ，…１０ｎを持っている。各振動子
２ａ，２ｂ，２ｃ，…，２ｎからの反射波はそれぞれの
データケーブル８a1, ８a2, ８a3, …８anを通り、多チ
ャンネルパルサー／レシーバー７で受信される。ここで
受信された欠陥検出データ（各振動子固有のデータ）
は、データケーブル８b1, ８b2, ８b3, …８bnによって
信号処理装置９に送られ、ここで予め用意されている距
離振幅校正極線を示すデータにより感度補正が施され
る。

【００１８】次に感度補正後の信号波形は、データケー
ブル８c1, ８c2, ８c3, …８cnを通り、これも各振動子
に１対１に割り付けられている記憶領域１０ａ，１０
ｂ，１０ｃ，…１０ｎに送られ、ここに保存される。各
記憶領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，…１０ｎは、信号波
形を受信する振動子２ａ，２ｂ，２ｃ，…，２ｎに割り
付けられた番号と各振動子の伝搬距離により計算上一義
的に３次元の位置情報として記憶されるため、ここに保
存されている信号波形を３次元画像としてＣＲＴ１１及
びプリンタ１２に出力することができる。

【００１９】次に上記のように構成された球状被検体の
測定装置の作用について述べる。図４は本発明による探
触子１が内蔵する複数個の振動子２の配置図とこれらの
振動子より発信される超音波ビームの伝搬経路を示した
ものである。探触子１に内蔵されるｎ個の振動子２ａ，
２ｂ，２ｃ，…，２ｎは被検体３が持つ中心軸４と同一
の中心軸を持つ円錐面５を想定し、この円錐面５上にリ
ング状に配置される。

【００２０】このように位置された振動子２ａ，２ｂ，
２ｃ，…，２ｎから被検体に入射される超音波ビーム６
ａ，６ｂ，６ｃ，…６ｎの入射角θが臨界角になるよう
に規定されているため、被検体３に入射された超音波ビ
ーム６ａ，６ｂ，６ｃ，…６ｎは、被検体３の全表面を
伝搬し、１回の送受信による操作範囲１６は球状被検体
３の全表面となる。

【００２１】また、各振動子毎に発信された超音波の伝
搬経路は特定できるため、それぞれの伝搬経路に対して
送信波から反射波（欠陥エコー）までの時間差を用いて
計算的に超音波ビームの伝搬距離を測定し、伝搬経路と
伝搬距離の２次元の情報で、探傷結果には３次元の位置
情報が付加することができるため、探傷結果は３次元画
像としてＣＲＴに出力することができる。

【００２２】さらに、超音波ビームは材料中の減衰によ
りその伝搬距離が長くなると、強度が落ち、同一寸法、
同一形状の欠陥でも同じ高さの欠陥エコーが得られない
が、信号処理装置に距離振幅校正曲線（ＤＡＣ）を持た
せ、伝搬距離の違いによる感度補正を施すことで、同一
寸法、同一形状の欠陥であれば位置に関係なく、同一感
度で測定できる。

【００２３】以上述べた実施例によれば、球状の被検体
に対して複数個の振動子をリング状に配置し、各振動子
の入射角を設定するすることにより、全ての振動子から
発信されたビームは被検体表面上のある一点より入射さ
れ、この点より超音波ビームが球状被検体の全表面を放
射状に伝搬することで、従来の方法のように振動子の位
置を回転させるという複雑な制御を行うための操作機構
を用いるずに球状被検体の全表面が探傷でき、探傷結果
の測定精度の向上と作業性の向上を図ることができる。

【００２４】また、受信データは超音波ビームの伝搬経
路と伝搬距離により信号発生位置を３次元座標上のある
一点に確定することができ、欠陥検出感度もまた超音波
ビームの伝搬距離をもとに距離振幅校正曲線（ＤＡＣ）
を用いて感度補正を施しているので、球状被検体の全表
面において同一寸法、同一形状の欠陥が同一の画像とし
て３次元的に表示され、定量性、視覚性に優れた欠陥判
定（認識）が可能となる。

【００２５】図５は本発明による球状被検体の測定装置
の他の実施例における探触子の構成を示すもので、
（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）を中心軸線より切断し
た断面図である。本実施例では図５（ａ），（ｂ）に示
すように球状被検体に対して中心軸と同軸的に特性の等
しい一対の振動子群を球の円周上に帯びをかけるように
配置する構成としたものである。

【００２６】このような構成の探触子１において、探触
子を図５（ａ），（ｂ）に示すように配置したときの被
検体に対する超音波ビーム入射位置と伝搬経路は図５
（ｃ）に示すようになる。図５（ｃ）において、１５
ａ，１５ｂ，１５ｃ…１５ｎは超音波ビーム入射位置、
６ａ，６ｂ，６ｃ，…６ｎは伝搬経路を示している。

【００２７】このような構成の球状被検体の測定装置に
おいて、各振動子２ａ，２ｂ，２ｃ，…２ｎより放射さ
れた超音波ビーム６ａ，６ｂ，６ｃ，……６ｎは探触子
の配列されている中心線４（各ビームの入射点を結んだ
線）に対して垂直方向に球状被検体３の表面上を伝搬す
る。従って、超音波ビームは何ずれも均一に球状被検体
の円周上を一周するような形で伝搬するため、球体の全
表面を探傷することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、球状
被検体表層部の欠陥探傷において複雑な操作機構を用い
ずに探傷し、欠陥位置の測定精度の向上と作業性の向上
を図ることができる球状被検体の検査装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による球状被検体の検査装置の一実施例
における探触子の振動子配置を示す構成図。

【図２】同実施例の構成を示すブロック図。

【図３】同実施例における記憶領域へのデータ転送方法
を説明するための図。

【図４】同実施例における探触子の作用を説明するため
の図。

【図５】本発明の他の実施例における探触子の振動子配
置を示す構成図。

【図６】従来の垂直探傷法による球状被検体の探傷例を
示した図。

【図７】従来の射角探傷法による球状被検体の探傷例を
示した図。

【符号の説明】

１……探触子、２……振動子、３……被検体、４……中
心軸、５……円錐状の凹部、６……超音波ビーム、７…
…多チャンネルパルサ／レシーバ、８……データケーブ
ル、９……信号処理装置、１０……記憶装置、１１……
ＣＲＴ、１２……プリンタ、１３……ＣＰＵ、１４……
信号線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】球状被検体側にその中心軸と同一線上に
中心軸を有する円錐状の凹部が形成され、この凹部内の
側面に超音波ビームを送受信する複数個の振動子をリン
グ状に配置してなる探触子と、この探触子の各振動子に
より受信された信号が入力され、前記被検体の欠陥位置
の差異による検出感度の差異を補正する信号処理手段
と、この信号処理手段により処理された受信信号を予め
各振動子に対応させて割り付けられた記憶領域に保存す
る記憶手段と、この記憶手段に保存されたデータを取込
み３次元画像データとして出力する出力手段とを備えた
ことを特徴とする球状被検体の検査装置。
【請求項２】球状被検体の中心を含む平面を形成した
ときその外周円上に超音波ビームを送受信する特性の等
しい振動子群を帯をかけるように配置してなる探触子
と、この探触子の各振動子により受信された信号が入力
され、前記被検体の欠陥位置の差異による検出感度の差
異を補正する信号処理手段と、この信号処理手段により
処理された受信信号を予め各振動子に対応させて割り付
けられた記憶領域に保存する記憶手段と、この記憶手段
に保存されたデータを取込み３次元画像データとして出
力する出力手段とを備えたことを特徴とする球状被検体
の検査装置。