JPH0760150B2 - 超音波探傷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は，鉄鋼製造ラインにおいて搬送されてくる角
ビレツト鋼材内部に存在する欠陥の有無を超音波を利用
して検査する超音波探傷装置に関するものである。

［従来の技術］ 超音波探傷法は，一般に探触子と呼ばれる超音波センサ
ーから超音波を発信し，その超音波を水などの音響伝搬
媒体（接触媒質と呼ぶ。）を介して被検査材中に入射す
るとともに，被検査材中の欠陥からの反射エコーを受信
して欠陥の有無を検知するものであり，被検査材の形状
や寸法などに合わせて種々の装置が用いられており，例
えば特開昭58-61462号には複数の探傷接触子によるビレ
ツトの超音波探傷方法および装置が開示されている。

第４図は，従来の技術の一例として，角ビレツト用超音
波自動探傷装置の超音波探触子の配置と角ビレツト断面
における超音波ビームの概念を示すものである。

図において，（１）は被検査材である角ビレツト（断面
図），（2a）‐（2d）は上記の角ビレツトの一面に配置
された超音波探触子群で（3a）‐（3d）はそれぞれ（2
a）‐（2d）の各探触子に収納されている振動子，（4
a）‐（4d）はそれぞれ（3a）‐（3d）の各振動子が発
生する超音波の角ビレツト（１）内におけるビームの拡
がり（探傷範囲）を示すものである。また，（5a）‐
（5d），（6a）‐（6d），（7a）‐（7d）はいずれも角
ビレツトの別の面に配置された探触子群を表しており，
それぞれが（4a）‐（4d）と同様な超音波ビーム（図に
おいては省略）を発生する。角ビレツト用超音波自動探
傷装置では，この図の紙面に垂直方向に角ビレツトが搬
送されることによつて先端から後端までの全長にわたる
探傷が実行される。

第５図は角ビレツトの搬送ラインにおける探傷機構の一
例を示したもので，第５図（ａ）は正面図，第５図
（ｂ）は側面図である。図において，超音波探触子は上
部探触子ホルダー（8a）および下部探触子ホルダー（8
b）に収納され，被検査材である角ビレツトが搬送され
てくると上部追従機構（9a）および下部追従機構（9b）
を作動させることによつて，その先端で探触子ホルダー
が接材し後端で離材する動作を繰り返しながら探傷され
る。

従来の超音波自動探傷装置においては，第４図に示すよ
うに角ビレツトの内部欠陥の有無を検査するために，個
々の超音波探触子を角ビレツトの各面に並べて配置する
が，角ビレツトの平面寸法と探触子の幅とから並べられ
る探触子の数は自ずと制限を受け，一面当りの探触子数
は４個程度となるのが普通である。その場合，角ビレツ
ト内部にできるかぎり未探傷領域が発生しないようにす
るためには，図からも明らかなように個々の探触子の超
音波ビームが一定以上の幅を持つて拡がつていることが
必要である。また，垂直探触子だけでは角ビレツトのコ
ーナー部にある程度の未探傷領域ができるため，上記の
コーナー部探傷用として斜角探触子も具備している装置
が多く見られるようになつてきた。

一方，通常の超音波自動探傷装置においては，接触媒質
の厚さ（水ギヤツプ）や被検査材の寸法の変動に対し
て，できるかぎり未探傷部分が小さくなるように欠陥検
出用ゲートの位置が追従して変化するように，底面エコ
ーを用いて欠陥検出ゲート位置のトラツキング機能を持
つているのが普通である。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の超音波自動探傷装置において，角ビレツト内部に
できるかぎり未探傷領域が発生しないようにするために
は，垂直探触子が発生する超音波ビームはそれぞれが一
定以上の幅を持つて拡がつて内部を探傷し，残つたコー
ナー部を斜角探触子でカバーすることになる。さらに，
欠陥検出ゲートは常に底面ぎりぎりの位置までかかるよ
うに底面エコーの位置変動に追従しながらトラツキング
することが必要である。

一方，斜角探触子の場合は底面エコーのレベルが非常に
低くて満足できる底面位置が得られないため欠陥検出ゲ
ートのトラツキング機能が不安定になりやすい。この発
明が解決しようとする課題は，斜角探触子においても未
探傷領域を最小限にするために欠陥検出ゲート位置のト
ラツキング機能を安定して実行することである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る超音波探傷装置は，斜角探触子の位置か
らビームが向かつているコーナー部までの距離を求める
ためには，ほぼ同じ位置に配置された垂直探触子で測定
した角ビレツトの厚さと，その探触子位置から側面まで
の既知の距離を使つて，計算し，その結果で斜角探触子
の欠陥検出ゲートの位置をトラツキングするようにした
ものである。

また，この発明は上記の斜角探触子のビームが向かつて
いる側面までの距離が角ビレツトの寸法によつて変化す
るような場合は，同じ接触子追従機構に取付けられ，上
記の側面とは対向する面に取付けられた垂直探触子でま
ず直交する角ビレツトの厚さを測定し，その値から一定
値を引くことで上記の斜角探触子のビームが向かつてい
る側面までの距離を知ることにして，同じ演算を行いな
がら欠陥検出ゲートの位置をトラツキングし未探傷領域
の発生をできるかぎり少なくしたものである。

［作用］ この発明においては，斜角探触子とほぼ同じ位置にある
垂直探触子で角ビレツトの厚さを測定し，その値と探触
子から角ビレツト側面までの距離を使つて演算すること
で，斜角探触子からビームの向かつているコーナー部ま
での距離を求め，その距離によつて欠陥検出ゲートの位
置を追従して変化させることてで，斜角探触子における
未探傷領域の発生を少なくなるようにする。

［実施例］ 第１図は，この発明による一実施例を示したものであ
り，同図において（１）は被検査材，（2n）は超音波垂
直探触子，（2a）は超音波斜角探触子,xおよびｙはそれ
ぞれ垂直および斜角探触子が発生する超音波ビームの中
心線，（5a）および（5n）はそれぞれ角ビレツトの隣の
面に配置された垂直および斜角探触子，（９）は上記の
探触子を保持し角ビレツトの面にあて追従機構，（10）
はそれぞれの探触子の電極に接続されている送受信回
路，（11）は送受信回路からの受信信号を受け，上記垂
直探触子で測定した角ビレツトの厚さと探触子の角ビレ
ツト側面までの距離とから斜角探触子のコーナーまでの
距離を求めるビーム路程演算回路である。また,Lは探触
子と送受信回路を接続する同軸ケーブルで,Rは受信信号
を示している。

いま，上記のように構成された超音波探傷装置で，垂直
探触子（2n）が出す超音波ビームｘは角ビレツトの底面
に垂直に当たるため安定した反射エコーが得られるが，
斜角探触子（2a）が出す探触子ビームｙは角ビレツトの
コーナー部に向かつているため安定した底面エコーが得
られない。その結果，欠陥検出ゲートの位置を底面エコ
ーの位置の変動に追従させるゲートトラツキングが不可
能となり，上記欠陥検出ゲートの終端位置はいかなると
きでも底面エコーを検出することがないように，一定の
余裕距離をもつて底面エコーの手前に固定して設定され
ることになる。従つて，その余裕距離の分だけ底面近傍
の未探傷領域が増えるのは止むを得ない。

第１図におけるこの発明による超音波探傷装置は，上記
の欠点を補うためになされたものである。いま，斜角探
触子（2a）の位置から角ビレツトの端面までの距離ｓが
既知である場合，第１図からも明らかなように斜角探触
子の底面までのビーム路程ｙは下記で表される。

上式から，垂直探触子（2n）の底面までのビーム路程ｘ
を知ることによつて,yを計算することができる。

第２図はこの発明による超音波探傷装置の他の実施例を
示したもので，第１図と同一部分には同一符号が付して
ある。いま，第２図では斜角探触子の位置が追従機構
（９）の端部に配置されているもので，斜角探触子の位
置と角ビレツトの端面までの距離ｓが角ビレツトの寸法
によつて変化し一定の値にならない。この場合は反対側
の端面までの距離ｔが角ビレツトの寸法によらず一定で
あることを利用し，まず同じ探触子追従機構に収納さ
れ,90°角度の異なる面にある垂直探触子（5n）の底面
までのビーム路程ｚを求める。その結果，斜角探触子
（2a）の端面までの距離ｓは下式で表される。

ｓ＝ｚ−ｔ …（２） 上記（２）式を（１）式に代入すると，斜角探触子（2
a）のコーナー部までのビーム路程ｙが下式で求められ
る。

以上のように、送受信回路（10）を介して受信信号Ｒを
受信したビーム路程演算回路（11）において垂直探触子
の底面までのビーム路程をもとめることによつて，第１
図においては（１）式で，また第２図においては（３）
式で，斜角探触子の位置からビームの向かつているコー
ナー部までの距離を計算することができる。

第３図は，一般的な底面エコーによる欠陥検出ゲートの
終端位置のトラツキング動作を例示したもので,SGが表
面エコー検出用ゲート,FGが欠陥検出用ゲートである。
いま底面エコーＢの位置が何らかの要因によつてＢ′の
位置に移動した場合，その移動量に従つて，欠陥検出ゲ
ートもFG（実線）からFG′（破線）のように変化し，未
探傷領域の発生や底面エコーの誤検出を極力防止するよ
うに制御される。この発明においては，ビーム路程演算
回路（11）の出力である斜角探触子のコーナーまでのビ
ーム路程ｙの変動に従つて，上記欠陥検出ゲートの位を
追従させるようにしたものである。

［発明の効果］ 以上のように，この発明によれば垂直探触子の超音波ビ
ームによる底面までのビーム路程を利用し，斜角探触子
のコーナー部までの距離を演算で求めることによつて，
安定した欠陥検出ゲート位置のトラツキングが可能とな
り，未探傷領域の少ない信頼性の高い装置を提供するこ
とができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は，この発明による超音波探傷装置の一実施例を
示す図，第２図は同じくこの発明による超音波探傷装置
の他の実施例を示す図，第３図は欠陥ゲームトラツキン
グ動作の一例を示す図，第４図は従来技術の一例として
角ビレツト用超音波自動探傷装置における超音波探触子
の配置と断面における超音波ビームを示す図，第５図は
角ビレツトの搬送ラインにおける探傷機構の一例を示す
図である。 図において，（１）は被検査材，（２）は超音波探触
子，（３）は振動子，（４）は超音波ビーム（５），
（７）は超音波探触子，（８）は探触子ホルダー，
（９）は追従機構，（10）は送受信回路，（11）はビー
ム路程演算回路である。 なお，図中同一符号は同一または相当部分を示してい
る。

フロントページの続き (72)発明者 杉元 幸郎 神奈川県鎌倉市上町屋325番地 三菱電機 株式会社鎌倉製作所内 (72)発明者 三谷 幸雄 神奈川県鎌倉市上町屋325番地 三菱電機 株式会社鎌倉製作所内 (56)参考文献 特開 昭58−61462（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−88653（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−3254（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】角ビレツトの表面に対して垂直に超音波を
   入射する垂直探触子と，表面に対して斜めに超音波を入
   射する斜角探触子と，上記それぞれの探触子に接続され
   た複数の送受信回路とからなる超音波探傷装置におい
   て，角ビレツトの断面に対して上記の斜角探触子とほぼ
   同じ位置に配置された垂直探触子で測定した角ビレツト
   の厚さと，斜角探触子の位置からそのビームが向かつて
   いる方の角ビレツト側面までの距離とから，斜角探触子
   のビームが向かつている角ビレツトのコーナーまでの距
   離を求めるビーム路程演算回路を具備し，上記ビーム路
   程演算回路によつて求めた斜角探触子からコーナーまで
   の距離によつて，上記斜角探触子の欠陥検出ゲートの位
   置を追従するようにしたことを特徴とする超音波探傷装
   置。
2. 【請求項２】前記の斜角探触子の位置から斜角探触子の
   ビームが向かつている方の側面までの距離が角ビレツト
   の寸法によつて変化し，上記の側面とは対向するもう一
   方の側面までの距離が一定である場合，同じ探触子追従
   機構に取付けられ，上記の斜角探触子の接する面とは直
   交する隣の面にある垂直探触子で求められる角ビレツト
   の厚さから，上記の一定距離を引くことによつて，上記
   斜角探触子の位置からビームが向かつている方の側面ま
   での距離を得るようにしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項記載の超音波探傷装置。