JPH08271485A - 延伸された加工物の欠陥検出方法及び装置 - Google Patents

延伸された加工物の欠陥検出方法及び装置

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JPH08271485A
JPH08271485A JP8097711A JP9771196A JPH08271485A JP H08271485 A JPH08271485 A JP H08271485A JP 8097711 A JP8097711 A JP 8097711A JP 9771196 A JP9771196 A JP 9771196A JP H08271485 A JPH08271485 A JP H08271485A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 管材1又は棒材を回転させずにエレクトロダ
イナミック変換器(W1〜W6)の近傍を軸方向に移動
させ、上記変換器で管材等の周方向に伝播する超音波を
発生させ、反射波、透過波を解析することにより欠陥を
検出する方法、装置において、管材等の直径が400m
m以上のときに適用できるものを提案する。 【解決手段】 変換器を2つづつ対にして(W1,W
2;W3,W4;W5,W6)、1つの変換器担体(1
1,11a,11b)に取り付け、これらの変換器担体
を周上に等角度間隔で配置、全変換器担体の一方の変換
器の組(W1,W3,W5)と他方の変換器の組(W
2,W4,W6)を交互に送信器と受信器として使用
し、1つの欠陥からの反射波、透過波を複数の変換器で
受信し、これらの複数の変換器の出力を解析して欠陥の
位置を同定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は請求項1の上位概念
に記載の例えば管材及び棒材等の延伸された加工物の欠
陥検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ドイツ特許出願公告第DE394322
6B1号公報に本発明の基本となる発明が開示されてい
る。そこで開示されている公知の方法では、試験体が回
転されずに少なくとも1つの定置のエレクトロダイナミ
ック変換器の側を軸方向に通過案内され、各クロック毎
にエレクトロダイナミック変換器により音波の波パルス
が試験体の中に作られ、波パルスは試験体の中で円周方
向の接線方向の両方向に伝播し案内される波の波長の1
/4の長さだけ送信場所に対してずらされている受信場
所で受信される。試験体の周方向の方向に同時に伝播し
ている波パルスを送信する場所と受信する場所は、両者
が受信場所で相殺的に干渉するように選択されている。
この場合それぞれのクロックにおいて、受信信号と、試
験体の回りを回転する波パルスの1回転時間の1/4の
時間より短く選択されている信号周期を有し欠陥無しの
加工物の場合に妨げられずに走行する波パルスの減衰時
間の長さに対応する信号幅を有する高いデューティ比の
バースト信号とが、ピーク検出器に供給され、ピーク検
出器の出力信号がデジタル化されて計算機に伝送され
る。
【0003】この方法の欠点は、大きい周縁長を有する
管、すなわち、直径が400mmより大きい管に適して
いないことにある。更に、欠陥個所の周縁座標に関する
情報が提供されない。これは、修理されるべき溶接管の
場合には容認されない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、直径
が400mmより大きい管,特に900mmより大きい
管に適し欠陥個所の円周上の座標を求めることを可能に
する管材及び棒材等の延伸された加工物における欠陥を
検出する方法を提供することにある。更に、必要な機械
的構造が簡単かつ安価であることも課題である。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によ
り、請求項1の特徴部分に記載の特徴により解決され
る。本発明の方法を実施する装置は、従属する請求項に
記載されている。
【0006】本発明では、試験体の中に、少なくとも4
つの対称的に周方向に分離されて位置する場所で周方向
の両方向に伝播する波パルスが発生され、それぞれの試
験クロックで全変換器の半数が交互にトリガされる。こ
れは、分離されて位置する発生場所を6個所又は8個所
とすることが可能であることを意味する。しかし、更に
発生場所の数を増加すると、全装置を作動するための電
子的及び機械的コストも増加する。
【0007】このように選択された配置は次の利点を有
する。新しい試験波の発射が行われる前に、先行の超音
波は消滅しなければならない。従って、できるだけ大き
いクロック周波数と、ひいては高い検査効率を得るため
に、半数、すなわち6つの変換器の配置の場合には3つ
の変換器が同時にトリガされる。これにより、全部で2
回の試験波の発射を行えば管の全周縁が重畳して試験さ
れることが保証される。
【0008】選択された対称的配置により、反射信号及
び透過信号は最小限にしか互いに妨げず、透過ピークの
間隔が一様になる。更に、この配置により、試験される
領域が最適に重畳して検査される。
【0009】発生データ量の処理は、反射波を用いる技
術において非常に重要である。ゲート区間発生器は、典
型的には33μsの周期及び99:1のデューティ比を
有する方形信号を発生する。方形信号(バースト信号)
の全パルス長は、直径に依存して、評価する信号のパル
ス長に合わされる。この方形信号は変換器を励振するス
トローブ信号として機能する。例えば、1メートルの直
径の管に対しては34個のゲート区間が設けられる。こ
れは、周方向で見て50mmを単位として検査すること
に相当する。管が軸方向に移動するので、50mmの幅
のラスタができる。通常の試験課題ではこの分解能で充
分である、何故ならば研磨個所は常に数cmの大きさで
あり、従って互いに隣接する領域も一緒に試験されるか
らである。
【0010】特別な場合、このラスタを20mm幅に減
じることが必要であることもある。この場合、信号の数
が増えるので、実際に重要な信号のみが処理されるよう
に、例えば6dBのノイズレベルより大幅に高い振幅値
のみが、ゲート区間の番号(波の伝播時間から求められ
る)を表す信号と一緒に中央演算装置に伝送される。
【0011】反射波が捕らえられたときその伝播時間に
対応するゲート区間の番号は既知であるので、それぞれ
の組合せられている変換器からの推定欠陥個所の距離が
情報として得られる。しかしこの場合まだ、欠陥個所が
変換器から見て時計の針の回転方向に位置するか又はそ
の反対の方向に位置するかは判断できない。
【0012】この判断を可能にするためには適切な論理
回路により、別の変換器の反射信号も一緒に考慮し、こ
れにより、いずれの周縁セグメント(例えば周囲を50
mm毎に区切った区間)の中に欠陥個所が位置するかを
求める。
【0013】適切な統計的なゆらぎ除去アルゴリズムに
より、試験動作の終了後にデータを評価でき、これによ
り例えば統計的ゆらぎに起因する孤立的データが除去さ
れる。2つの変換器が同一の場所に表示を検出すると初
めて、欠陥個所と推定される。
【0014】このように範囲が限定された欠陥個所に対
して、付加的に振幅値が得られ、これにより表示すべき
欠陥として評価することが可能となる。
【0015】前述の方法の利点は、第1に、ゲート区間
を適切に設定することにより、中央演算装置が処理する
データ量を最初から減少でき、第2に、欠陥個所の周縁
上の座標を求めることができることにある。
【0016】例えば精密管の場合には欠陥個所の周縁座
標を求めることは無益である、何故ならば所定の欠陥レ
ベルを越えると、その管は廃棄されなければならないか
らである。局所的修理は不可能であり、たとえ可能であ
ってもコストがかかりすぎる。
【0017】大型管の場合には修理が可能であること
は、重要である。この点に関して大型溶接管の場合に
は、更に次のことを注意しなければならない。本装置に
試験体を制御して供給する際、溶接継目が変換器の下に
位置しないことが保証されなければならない。何故なら
ば溶接継目が変換器の下に位置すると、この変換器とは
不定の不充分な結合となるからである。溶接継目は、あ
る程度は管全長にわたり予測される小さい反射波の表示
を生じさせる。この表示線は検出でき、継目に対応させ
ることができる。
【0018】本発明の反射波解析の技術と、公知の透過
波解析の技術とを一緒に利用することにより得られる利
点は、形態及び大きさが非常に異なる欠陥を確実に検出
できることにある。例えば、表面の浅い窪みは反射技術
では確実には検出できない。しかしこのような窪みは透
過技術により確実に検出できる。
【0019】簡単かつ小コストの機械的構造のための選
択された配置は、とりわけ有利である。それぞれ2つの
変換器がそれぞれ1つの変換器担体に一緒に取付けられ
る。この変換器担体は全体として、管中心点を通り、管
軸線に垂直な軸線に沿って動かすことができ、この変換
器担体は、前述の軸線を中心に僅かな回転運動を行うこ
とができる。これにより、試験の間の管がずれを補償で
き、この機構は、例えば管径等に合わせるための寸法調
整の面で非常に簡単に構成できる。
【0020】一般的に言って、本発明では2・n個の変
換器(ただしnは2以上)が設けられ、1つの変換器担
体に取付けられている変換器と変換器との間の間隔は3
60゜/4/nである。それぞれ2つの変換器を有する
変換器担体と変換器担体との間の間隔は、360゜/n
である。
【0021】提案される方法は、内径が本機構構造の通
過を可能にする場合には管の内部試験にも適する。この
場合、本発明により得られる簡単な構造が有利である。
【0022】
【発明の実施の形態】図1には、本発明の方法を実施す
る原理的構成が示されている。
【0023】試験体1に僅かに間隔を置いて配置されて
いる全部で6つの変換器W1〜W6から同時に3つの変
換器(図1では変換器W1,W3,W5)が、試験体1
の周方向上の両方向に波パルスA,Bを放出する。この
例では、放出された波パルスA又はBは波状線により示
され、波パルスAは時計の針と同一の回転方向に定めら
れ、Bは時計の針とは反対の回転方向に定められてい
る。
【0024】両方の波パルスA,Bは周方向に幾度も回
り、周縁の一定の2つの点で再び出合う。それぞれの変
換器W1,W3,W5のそれぞれに正確180゜ずれて
位置するすなわち正確に対向して位置する個所がそれぞ
れ、Pos.2,Pos.3,Pos.4により示されてい
る。
【0025】図示の変換器W1〜W6は組合せ変換器と
呼ばれる、何故ならば変換器W1〜W6は送信巻線と受
信巻線を有するからである。必要な試験感度を保証する
ために、まず反射技術が使用される、すなわち欠陥個所
で反射された波成分が検出される。更に、透過信号も測
定され評価される。
【0026】大型管すなわち直径が900mmより大き
い管の場合に試験体の全周縁をくまなく監視できるため
には、組合せ変換器W1〜W6が必要である。これらの
6つの変換器W1〜W6は1つの平面の中に周縁の上に
位置−15゜,15゜(変換器W1,W2);105
゜,135゜(変換器W3,W4)及び225゜,25
5゜(変換器W5,W6)に配置されている。3つの送
信変換器W1,W3,W5又はW2,W4,W6はそれ
ぞれ、同時にトリガされる。
【0027】本発明ではそれぞれ2つの変換器、すなわ
ち変換器W1,W2;変換器W3,W4又は変換器W
5,W6は変換器担体に載置されて取付けられている。
変換器担体は、2つのホルダ9,10;9a,10a:
9b,10bから成り、これらの2つのホルダ9,1
0;9a,10a:9b,10bは回転中心点11,1
1a,11bを中心に回転させることができる。変換器
W1,W2の領域内の矢印12は、変換器担体の運動可
能方向を示す。これにより、異なる寸法への簡単な整合
が可能となる。
【0028】本発明の方法を説明するために、1つのク
ロックlの中で変換器W1を考察する。図2は概略的に
受信信号を示す。
【0029】送信巻線と受信巻線とのクロストークに起
因して変換器W1の直接下からの反射信号は受信できな
い。
【0030】増幅器の過励振が減衰した後、図示の区間
a,b(図1)からの反射信号が受信される。これは、
図2の区間5に相当する。
【0031】変換器W3,W5は変換器W1に対して対
称的に配置されているので、これらの変換器W3,W5
から発信された波は、実際の上で同時に変換器に到達
し、これらの波の振幅が大きいことに起因して変換器W
1の受信増幅器に過励振を生じさせる。両波列の重畳度
は定まらないので、この時間領域内での振幅測定は無益
である。
【0032】区間c及びd(図1)からの反射信号が後
続し、そして変換器W3及びW5からそれぞれ逆の周方
向に発信された波が同時に変換器W1に到達する。区間
c,dは図2の区間6に相当する。
【0033】より長い時間間隔での測定、すなわち区間
e,f(図1)からの信号の測定は無益である、何故な
らば個々の信号の同定はますます複雑になり、反射信号
は吸音に起因して振幅が小さすぎるからである。
【0034】現在の超音波が完全に消滅すると初めて、
すなわち回っている波の振幅がノイズとなって消滅する
と初めて、次の試験波を発射することに注意されたい。
【0035】変換器W3,W5の受信信号は、アナログ
構造を有する。それぞれの周縁セグメントa〜fは二重
に試験されるので、原理的には、反射表示がどこから到
来したのかを決定できる、何故ならば変換器W1〜W6
は両方向で動作するからである。
【0036】周縁全体を完全に監視するために、次のク
ロックllでは変換器W2,W4,W6を用いる。この
場合、監視されるセグメントの各端縁領域内では既にク
ロックlで監視されたと想定される、何故ならば通常、
1つのクロックの中で試験不可能な区間は、試験可能な
区間より短いからである。
【0037】反射信号の外に、それぞれの時間クロック
の中で透過信号も受信される。変換器W1に対する図2
の第2の振幅7は、例えば方向Aの変換器W3,W5の
透過信号を示し、図2の第3の振幅8は、反対の方向B
の変換器W3,W5の透過信号を示す。
【0038】周縁座標を求める方法を説明するために、
図2の区間5は欠陥個所の振幅13を示すとする。それ
ぞれの区間5と6の中に設定されるゲート区間14又は
15が概略的に画面表示装置の下方に示されている。
【0039】例として1つの区間毎に5つのゲート区間
が示されているが、しかし実際には非常に多数のゲート
区間が密に隣接して配置されている。同定は、ピーク検
出器が、ノイズレベル16から立ち上っている振幅13
を検出し、最大測定振幅値を記憶して行われる。
【0040】同時に、設定されたゲート区間の番号が計
数される。この場合、左側から数えてゲート区間列14
の2番目のゲート区間である。ゲート区間の番号は走行
時間に対応するので、幾mmだけ変換器W1から離れて
欠陥個所13が位置するかを簡単に計算できる。
【0041】変換器W2,W4,W6の次の試験波の発
射でこの欠陥個所13は再び変換器W2,W4,W6の
うちの1つにより検出されると、第1に、統計的ゆらぎ
でないことが確認され、第2に、これら2つの走行時間
を論理的に解析することにより欠陥個所13の周縁上の
座標を正確に求めることができる。
【0042】変換器対W1,W2;W3,W4;W5,
W6を試験体の円周上の位置に割当てるときの基準とな
る位置は、継ぎ目無管においては前もって管の表面に描
かれたパイロット線により行われ、溶接管では通常溶接
継目がこの機能を引受ける。
【0043】図3は概略的に、時間クロックlの中での
変換器W2での受信信号を示す。この時間クロックlの
中では変換器W1,W3,W5がトリガされている。図
1で既に示されているように方向Aは、図1において超
音波が時計の針の回転方向に回り、方向Bは、時計の針
の回転方向とは反対の方向に回ることを意味する。
【0044】この時間クロックの中で作動されている3
つの送信変換器から到来する超音波の受信信号と受信信
号との間の時間間隔は、超音波探触子の配置が対称的に
選択されていることに起因して等間隔である。
【0045】透過信号が飽和することを防止するために
増幅率は、反射信号の受信の場合に比して大幅に小さ
い。変換器W2の場合と同一の構造の透過信号を同時に
変換器W4及びW6の受信機が受信する。
【0046】第2の時間クロックllの中では変換器W
2,W4,W6がトリガされ、変換器W1,W3,W5
は透過信号を検出する。図示の試験は、試験体1を長手
方向に搬送しながら行われ、その際の線速度は10m/
minより大きい。試験の間、試験体1を回転させるこ
とは不要であり、上記変換器が試験体表面を機械的に走
査することも不要である。
【0047】図4,図5に本発明に係る方法を実施する
装置の電子回路の一例が示されている。
【0048】送信側では、中央演算装置ZRがよりトリ
ガされて信号発生源SGがバースト信号を発生する。
【0049】図1の例では、6個の変換器W1〜W6の
中のW1,W3,W5の組とW2,W4,W6の組を交
互に励振するために送信器マルチプレクサSMを用い
て、上記バースト信号が上記組の変換器に交互に送られ
る。
【0050】その信号は送信器用増幅器SVで増幅され
て変換器の組W1,W3,W5あるいは変換器の組W
2,W4,W6の送信コイルSに送られる。
【0051】これにより管体、棒体等の試験内の表面に
音波が誘起され、これが試験内の表面に沿って伝播して
いく。
【0052】このサイクルでは送信器として動作しなか
った方の変換器の組が受信器として動作し、その変換器
の組の受信コイルEが伝播してきた波パルスを検出す
る。
【0053】各受信コイルEの出力は低ノイズの前置増
幅器VVでインピーダンス変換をしながら前置増幅され
る。各変換器の受信コイルEと前置増幅器VVの間のケ
ーブルの長さは、信号の減衰を防止するためにできるだ
け短くする。
【0054】前置増幅器VVで増幅された信号は主増幅
器HVで適当な信号レベルになるように増幅される。
【0055】反射波の信号レベルは透過波の信号レベル
より桁ちがいに小さいので、反射波の信号と受信波の信
号を共に用いて処理するために、反射波の信号について
は更に増幅するために固定増幅率の増幅器Vを通し、透
過波の信号についてはそのまま出力端子に出力するマル
チプレクサM1,M2が、変換器のそれぞれの組に設け
られている。
【0056】主増幅器HVのマルチプレクサM1,M2
を通った出力信号は、ピーク検出器PDに送られる。
【0057】他方中央演算装置ZRに制御されてゲート
区間発生器BGがゲート信号を発生し、そのゲート信号
はマルチプレクサM3を通って、変換器の一方の組ある
いは他方の組のピーク検出器PDに送られる。
【0058】ピーク検出器PDは、ゲート区間が開いて
いるときの信号のピーク値を検出する。ゲート信号は次
々に送られて来るので、各ゲート区間におけるピーク値
が検出される。波の伝播時間と、何番目のゲート信号で
あるかを対応づけることによって、欠陥の位置について
の情報となる。
【0059】ゲート信号の頻度は、試験体の直径、ある
いは検査目的によって選ばれる。
【0060】ピーク検出器PDの出力はアナログ/デジ
タル変換器ADでデジタル信号に変換され、前置計算器
Rに送られる。前置計算器Rでは、例えば、上記デジタ
ル信号の信号レベルが雑音レベルより充分大きいかどう
かを判断し、充分雑音レベル信号より大きい信号だけを
中央演算装置ZRに送るデータ選別等の処理をする.
【0061】中央演算装置ZRは、上記マルチプレクサ
M1,M2,M3を制御しており、ピーク検出器PDで
得られたピーク値は、どの変換器から送信され、どの変
換器で受信されたかを判断することができる。更に、変
換器の2つの組を交互に切り替えることによって、同一
の欠陥について、少なくとも2つのデータを得ることが
できる。また、何番目のゲート区間でピーク検出器PD
がピーク値を検出したかをも判断できる。これらのデー
タを総合することによって、中央演算装置ZRは、欠陥
の場所を同定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を実施する方法を概略的に示す断
面図である。
【図2】トリガされている送信変換器W1,W3,W5
の受信信号の線図である。
【図3】トリガされている変換器W1,W3,W5にお
ける変換器W2の受信信号を概略的に示す線図である。
【図4】送信側のブロック回路図である。
【図5】受信側のブロック回路図である。
【符号の説明】
1 試験体 W1〜W6 変換器 9,9a,9b,10,10a,10b ホルダ 11,11a,11b 回転中心点 12 変換器担体の運動の可能性を示す二重矢印 13 振幅 14,15 ゲート区間 A,B 波パルス ZR 中央演算装置 SG 信号発生源 SM 送信器マルチプレクサ SV 送信器用増幅器 S 送信コイル E 受信コイル VV 前置増幅器 HV 主増幅器 V 増幅器 M1,M2,M3 マルチプレクサ PD ピーク検出器 BG ゲート区間発生器 AD アナログ/デジタル変換器 R 前置計算器

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試験体の周方向に分離されて配置され試
    験体の近傍に定置のエレクトロダイナミック変換器の側
    を試験体が回転せずに軸方向に通過案内され、上記エレ
    クトロダイナミック変換器により前記試験体の中に試験
    クロック毎に交互に異なる場所で周方向の両方向に伝播
    する波パルスが発生され、反射信号を受信する変換器が
    透過信号を受信する変換器とが異なり、受信信号の列が
    分離されて評価され、それぞれのクロックに対して受信
    信号とバースト信号とがピーク検出器に供給され、ピー
    ク検出器の出力信号がデジタル化されて計算機に伝送さ
    れる、例えば管材及び棒材等の延伸された加工物の欠陥
    検出方法において、 試験体の中に少なくとも4つの対称的に周方向に分離さ
    れて位置する場所で周方向の両方向に伝播する波パルス
    が発生され、それぞれの試験クロックで全変換器の半数
    が交互にトリガされ、透過信号の受信が反射信号の受信
    に比して大幅に小さい増幅率で行われ、試験課題に依存
    して所要場所分解能を提供するように反射信号の測定の
    ためのバースト信号の波形が構成され、バースト信号
    は、ゲート区間の中で測定されかつノイズレベルから選
    択された閾値以上の振幅値の信号のみが更に伝播される
    ように構成されていることを特徴とする延伸された加工
    物の欠陥検出方法。
  2. 【請求項2】 周方向の6つのエレクトロダイナミック
    変換器が両方向に波パルスを試験クロック毎に交互に発
    生することを特徴とする請求項1に記載の延伸された加
    工物の欠陥検出方法。
  3. 【請求項3】 大型管の場合、反射信号の測定のための
    バースト信号の周期が、5cm以下の周方向の場所分解
    能に相当するように選択されることを特徴とする延伸さ
    れた加工物の欠陥検出方法。
  4. 【請求項4】 欠陥個所で発生した反射波が少なくとも
    2つのエレクトロダイナミック変換器で検出され、中央
    演算装置の中の論理回路により両エレクトロダイナミッ
    ク変換器の出力が互いに論理結合され欠陥個所の周方向
    の座標をも求めることを特徴とする請求項1から請求項
    3のうちのいずれか1項に記載の延伸された加工物の欠
    陥検出方法。
  5. 【請求項5】 互いに離されて配置されている送信コイ
    ル及び受信コイルを有する複数のエレクトロダイナミッ
    ク変換器が試験体の一断面平面内で試験体の周縁から少
    しずらされて装置に固定されて配置され、上記エレクト
    ロダイナミック変換器が評価回路ユニットに結合され、
    1つのエレクトロダイナミック変換器が多数の送信コイ
    ルを有する場合には全て送信コイルが同じタクト信号で
    制御されて励振される、請求項1または2の方法を実施
    する装置において、2・n個(nは2以上の整数)のエ
    レクトロダイナミック変換器(W1〜W6)が対称的に
    配置され、それらのエレクトロダイナミック変換器は2
    個づつ対にして(W1,W2;W3,W4;W5,W
    6)1つの変換器担体の上に一緒に固定され、上記変換
    器担体は360°/nの角度の間隔で配置され、各エレ
    クトロダイナミック変換器(W1〜W6)は固有の前置
    電子回路と固有の評価回路を備えることを特徴とする、
    延伸された加工物の欠陥検出装置。
  6. 【請求項6】 変換器担体に配置されている2つのエレ
    クトロダイナミック変換器の間隔が360゜/4/nで
    あることを特徴とする請求項5に記載の加工物の欠陥検
    出装置。
  7. 【請求項7】 それぞれの変換器(W1〜W6)のため
    の変換器担体がホルダ(9,10,9a,10a,9
    b,10b)を有し、2つづつの変換器(W1,W2;
    W3,W4;W5,W6)が対をなして互いに固定さ
    れ、それらの間に位置する回転中心点(11,11a,
    11b)を中心に回転可能であることを特徴とする請求
    項5又は請求項6に記載の加工物の欠陥検出装置。
  8. 【請求項8】 エレクトロダイナミック変換器(W1〜
    W6)と、前記変換器(W1〜W6)に所属の前置電子
    装置との間のケーブル長が可能な限り短いことを特徴と
    する請求項5から請求項7のうちのいずれか1項に記載
    の加工物の欠陥検出装置。
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