JPH0850119A

JPH0850119A - 超音波探傷器

Info

Publication number: JPH0850119A
Application number: JP6187134A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hatada; 健畑田; Yoshiyuki Nagano; 好幸永野; Takenori Fujita; 健昇藤田
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1994-08-09
Filing date: 1994-08-09
Publication date: 1996-02-20

Abstract

(57)【要約】【目的】表示装置上のカーソルで指定された範囲に存
在する最大値を高速に検出することができる超音波探傷
器を提供する。【構成】タイミング回路２５より起動信号が出力され
ると、送信部５より超音波探触子２へパルスが送られ、
このパルスが超音波探触子２で超音波に変換されて被検
査物体１内へ放射される。被検査物体１からの反射波が
再び超音波探触子２内で電気信号に変換されて受信部６
へ送られ、Ａ／Ｄ変換部２２でサンプリングされた後、
波形メモリ２３に収容される。ＣＰＵ２６は、表示装置
３１の１画面で波形を表示できるように波形メモリ２３
に収容されている波形データをブロック化し、ブロック
ごとの最大値を求め、ＲＡＭ２７に収容する。このＲＡ
Ｍ２７に収容されたデータを使用して、校正データ入力
装置２９より入力された範囲内の路程値を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、受信した探傷信号をデ
ジタル値に変換して一旦メモリに記憶して処理するデジ
タル超音波探傷器に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタル超音波探傷器（以下、デジタル
探傷器）は、被検査物体内部の欠陥の存在の有無をこの
被検査物体を破壊することなく検査する装置であり、例
えば、特公平５−６１５８８号公報または特公平５−３
５９８８号公報等に開示されている。図２はこのような
従来のデジタル探傷器の一例を示す。図２において、１
は被検査物体、１ｆは被検査物体１内に存在する欠陥を
示す。２は被検査物体１内に超音波を放射するととも
に、反射してきた超音波に比例した電気信号をデジタル
探傷器３へ出力する超音波探触子である。デジタル探傷
器３は超音波探触子２に対してパルスを出力し、かつ超
音波探触子２からの電気信号を受信し、この電気信号の
波形を表示装置３１にて表示する。そして、被検査物体
１上で超音波探触子２を移動させながら１つのパルス毎
に上述の処理を繰り返して、被検査物体１全体の内部の
欠陥探傷をする。

【０００３】図２により、デジタル探傷器３について詳
述する。５は後述のタイミング回路２５からの起動信号
により超音波探触子２へパルスを出力する送信部、６は
超音波探触子２からの電気信号を受信する受信部、この
受信部６は抵抗器で構成される分圧器の組合せより成る
減衰回路６ａと増幅回路６ｂとで構成されている。７は
増幅回路６ｂからの信号を整流する検波回路である。２
２は受信部６の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／
Ｄ変換部、２３はＡ／Ｄ変換部２２で変換された値を記
憶する波形メモリ、２４は波形メモリ２３の各アドレス
を順に指定してゆくアドレスカウンタである。２５は送
信部５，Ａ／Ｄ変換部２２，アドレスカウンタ２４等へ
起動信号を送ることによって超音波探傷器３の動作に時
間的規制を与えるタイミング回路である。

【０００４】２６は所要の演算を行うＣＰＵ、２７は演
算のためのデータ等を一時記憶するＲＡＭ、２８はＣＰ
Ｕの処理手順を記憶するＲＯＭである。２９は被検査物
体の音速，測定範囲およびカーソル情報などの校正条件
を設定するための校正データ入力装置、３２はＣＰＵ２
６の演算の結果得られたデータに基づいて表示装置３１
の表示を制御する表示部コントローラである。そして表
示装置３１は、縦軸に反射波の電気信号の大きさを、横
軸に時間をとった図５（ａ）のような波形図が表示され
る。

【０００５】次に、このような従来のデジタル探傷器３
の動作の概略を図６も参照して説明する。一般に被検査
物体１を探傷する場合、必ずしもその表面から底面まで
全体を検査する必要は無く表面からある一定の深さの範
囲を検査するればよい場合が多い。この場合には、波形
の表示はその測定範囲のみの表示とすることが望まし
く、それによってより精度の高い分析を行うことができ
る。

【０００６】そこで、最初に、校正データ入力装置２９
で所望の測定範囲Ｌ_rと最大値検出範囲を設定する。最
大値検出範囲は後述するように、表示画面上に２本のカ
ーソルＣ１，Ｃ２で表示されるもので、校正データ入力
装置２９から、その始点カーソルＣ１の位置と検出範囲
を入力する。また、被検査物体１内を伝播する音速Ｖs
も設定する（ステップＳ１）。被検査物体１内を超音波
が伝播する速度は一定であるので、被検査物体１の表面
から入射した超音波が測定範囲Ｌ_rの距離を進行して反
射する波が戻ってくるのに必要な時間ｔは次式（１）で
示される。この時間ｔを表示装置３１の波形図の横軸の
終端部とする。

【数１】ｔ＝２・Ｌ_r／Ｖ_s … （１）ｔ：超音波伝播時間Ｌ_r：測定範囲Ｖ_s：被検査物体１内の超音波の伝播速度これによって、測定範囲Ｌ_r内のデータを波形図の左右
端のスケール間に表示できる。

【０００７】ステップＳ２において、タイミング回路２
５からのトリガ信号で送信部５よりパルスを出力し、こ
のパルスを受けて超音波探触子２から被検査物体１内に
超音波が放射される。被検査物体１内からの超音波の反
射波は超音波探触子２により電気信号に変換され、この
電気信号は受信部６の中で以降の処理に適した値とな
る。ステップＳ３において、Ａ／Ｄ変換部２２で所定の
サンプリング周期τ_s毎にデジタル値に変換し、アドレ
スカウンタ２４が波形メモリ２３のアドレスを順次指定
し、このサンプリングされた波形データＤ₍₀₎，Ｄ₍₁₎，
……，Ｄ_(n-1)，Ｄ_(n)，Ｄ_(n+1)，……をアドレスＡＭ
₍₀₎，ＡＭ₍₁₎，……、ＡＭ_(n-1)，ＡＭ_(n),AM_(n+1)，…
…に対応づけて格納していく。以後の説明においては、
これら波形データとそのアドレスを一般形としてＤ_(i)
とＡＭ_(i)で表わす。

【０００８】ここで、サンプリングされた反射波信号波
形データの波形メモリ２３への格納について図５を用い
て説明する。図５（ａ）は前述の通り反射波信号の波形
図であり、Ｔは送信波、Ｆは欠陥１ｆからの反射波、Ｂ
は被検査物体１の底面からの反射波である。図５（ｂ）
は図５（ａ）の横軸を拡大したものである。時刻ｔ₀に
おいて、タイミング回路２５からＡ／Ｄ変換部２２およ
びアドレスカウンタ２４に起動信号が出力されると、Ａ
／Ｄ変換部２２ではその時の送信波Ｔの電圧をＡ／Ｄ変
換して波形データＤ₍₀₎を得る。このときアドレスカウ
ンタ２４で指定された波形メモリ２３のアドレスＡＭ
₍₀₎に波形データＤ₍₀₎を格納する。つづいて時間τ_s経
過後の時刻ｔ₁において、タイミング回路２５から再び
Ａ／Ｄ変換部２２およびアドレスカウンタ２４に起動信
号が出力されると、同じくその時の送信波Ｔの電圧がＡ
／Ｄ変換部２２で変換されて波形データＤ₍₁₎が得ら
れ、アドレスカウンタ２４は次のアドレスＡＭ₍₁₎を指
定し、波形メモリ２３のアドレスＡＭ₍₁₎に波形データ
Ｄ₍₁₎が格納される。この場合、時間τ_sがサンプリング
時間、例えば５０nsとなる。以下、同様にしてＴ、Ｆ、
Ｂの波形データが波形メモリ２３に記憶される。

【０００９】次に、図５（ａ）に示すように表示装置３
１上に表示されるカーソルＣ１，Ｃ２間の波形データの
中から最大値を求め、その路程値Ｌ_pを算出する（ステ
ップＳ４）。以下、路程値Ｌ_pの算出方法について説明
する。まず、ＣＰＵ２６は始点であるカーソルＣ１とカ
ーソルによる指示範囲を校正データ入力装置２９から読
み取り、カーソルＣ１，Ｃ２が表示装置３１の横軸のど
の表示ドットに位置するかを判断した後、表示部コント
ローラ３２にその情報を送る。表示部コントローラ３２
ではＣＰＵ２６の指示に従い、表示装置３１に波形デー
タと一緒にカーソルＣ１，Ｃ２が位置する表示ドットに
相当する表示メモリアドレスにカーソルデータを格納
し、表示メモリアドレス上のデータを表示する。

【００１０】カーソル範囲内に存在する最大値は次のよ
うにして検出される。前述の通りカーソルデータが存在
する表示メモリアドレスが既知であるので、表示メモリ
アドレスからカーソル範囲内に存在する波形メモリ２３
のアドレスＡＭ_(i)がわかる。したがって、カーソル範
囲内に存在する波形メモリ２３のアドレスに格納されて
いる波形データを最初から総て比較していき、最大値を
探す。そして、その最大値が格納されている波形メモリ
２３のアドレスより、この最大値の路程値Ｌ_p、すなわ
ち被検査物体の表面からの位置を（２）式より算出する
ことができる。

【数２】Ｌ_p ＝（ｎ・τ_s・Ｖ_s）／２ …（２）ｎは波形メモリ２３のアドレスのインデックス番号そし
てステップＳ５で、路程値Ｌ_pを画面表示する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述の通り、カーソル
範囲内の路程値を計算する際に、カーソル範囲内の波形
メモリ２３の波形データを総て比較して最大値を検出し
ている。このため、カーソル範囲が広範囲にわたる場
合、最大値を検出するのに時間がかかり路程値の表示が
遅くなってしまう。

【００１２】本発明の目的は、表示装置上のカーソル間
に存在する最大値を高速に検出することができる超音波
探傷器を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】図１に対応づけて本発明
を説明すると、請求項１の発明は、超音波探触子２に対
して所定のパルスを出力する送信部５と、超音波探触子
２からの信号を受信する受信部６と、受信部６で受信さ
れた入力信号を選定されたサンプリング周期で順次に記
憶する第１のメモリ２３と、受信部６で受信された信号
に基づいて信号の波形を表示する表示部３１と、表示部
３１上に所望の範囲を設定する範囲設定手段２９と、第
１のメモリ２３に記憶された各信号を所定数ごとにブロ
ック化するブロック化手段２６Ａと、ブロック化された
所定数の信号の中から最大値をそれぞれのブロックごと
に検出する最大値検出手段２６Ｂと、各ブロック内の最
大値とその最大値を記憶する第１のメモリ２３のアドレ
スとを対応づけて記憶する第２のメモリ２７とを設けた
超音波探傷器３に適用される。そして、上述の目的は、
範囲設定手段２９で設定された範囲内の最大値を第２の
メモリ２７内の各ブロックの最大値から検索し、検索さ
れた最大値の第１のメモリのアドレスに基づいて路程値
を求める路程値演算手段２６Ｃを備えることにより達成
される。請求項２の発明は、請求項１記載の超音波探傷
器３に適用され、ブロック化手段２６Ａは、表示部３１
の１表示ドットがブロック化手段２６Ａによりブロック
化された各ブロックに対応するように、第１のメモリ２
３内の各信号を所定数ずつ１つのブロックに割り当てる
ことにより上述の目的は達成される。

【００１４】

【作用】請求項１の発明では、路程値演算手段２６Ｃは
範囲設定手段２９で設定された範囲内の最大値を第２の
メモリ２７内の各ブロックの最大値から検索して検索さ
れた最大値の第１のメモリのアドレスに基づいて路程値
を演算する。請求項２の発明のブロック化手段２６は、
表示部３１の１表示ドットがブロック化手段２６により
ブロック化された各ブロックに対応するように、第１の
メモリ２３内の各信号を所定数ずつ１つのブロックとし
てまとめる。

【００１５】

【実施例】以下、図２，図３および図４を参照して本発
明の一実施例を説明する。デジタル探傷器３のハードウ
ェア構成は図２に示す通りであり、以下では前述した従
来技術との相違点を主に説明する。図２に示すデジタル
探傷器３においては、波形データ数が表示装置３１の横
軸上のドット数より数倍多い。従来は、波形データを所
定間隔毎に抽出することにより表示装置３１の横軸の各
ドットに波形データをひとつずつ割り当てている。この
実施例では、波形データを所定間隔毎に抽出する代わり
に、複数の波形データを１組とする複数のブロックに波
形データを分割し、各ブロック内の最大値を抽出して表
示装置３１の横軸ドット数と同数の圧縮波形データを作
成しその波形を表示する。そして、圧縮波形データのう
ちカーソルＣ１、Ｃ２で規定された範囲内に含まれる圧
縮波形データの最大値よりその路程値Ｌ_pを求めて表示
する。このような処理を超音波探触子２を操作して超音
波を被検査物体に放射しながら繰り返して行なう。

【００１６】波形メモリ２３に記憶されている全波形デ
ータから測定範囲Ｌ_r分の波形データを表示装置３１に
表示する手順について、サンプリング時間τ_s＝５０n
s、測定範囲Ｌ_r＝２００mm、音速Ｖ_s＝５．９km/s、表
示メモリのアドレス（表示ドット数）数Ｄ_t＝２００点
として具体的に説明する。被検査物体１の表面から測定
範囲Ｌ_rの距離を超音波が進行して反射波として戻って
くるのに必要な時間をｔとすると、この時間ｔ内で波形
メモリ２３内に記憶される波形データの数ΔＡは（３）
式の通り、

【数３】 ΔＡ＝ｔ／τ_s ＝２・Ｌ_r／（τ_s・Ｖ_s） …（３）で表わされる。ＣＰＵ２６はΔＡ個の波形データをブロ
ック化して表示装置３１のＤ_t個のアドレスを有する表
示メモリに振り分ける。すなわち、Ｄ_t個のアドレスの
各々にはΔＡ／Ｄ_t個の波形データを振り分ける。具体
例で示すと、（３）式より、波形メモリ２３のアドレス
数、すなわちサンプリング数は、

【数４】 ΔＡ＝（２・２００）/（５０・１０^-9・５．９・１０⁶）＝１３５５．９…（４）となる。

【００１７】よって、表示メモリの各アドレスに振り分
けられるサンプリングデータの数は

【数５】 ΔＡ／Ｄ_t＝１３５５．９／２００＝６．７８ …（５）となる。波形メモリ２３のアドレス数は整数であるから
四捨五入して７となる。したがってＣＰＵ２６は、まず
１３５６個のサンプリングデータを７個ずつの１９４
（≒１３５６／７）ブロックに分ける。

【００１８】ＣＰＵ２６は各ブロック中の７個のサンプ
リングデータの大小を比較して最大値を検出し、この検
出された最大値を各ブロックを代表する圧縮データとす
る。ＣＰＵ２６は、この圧縮データと圧縮データが格納
されている波形メモリ２３のアドレスとをＲＡＭ２７上
にそれぞれ対応づけて記憶させる。この記憶された圧縮
データは路程値Ｌ_pを求めるときに読み出される。ＲＡ
Ｍ２７に格納された各圧縮データを表示メモリの各アド
レスにひとつずつ対応づけて格納することにより、表示
装置３１に圧縮データが表示される。

【００１９】以上が本実施例のデータ処理と表示処理の
基本的な手順であるが、上述したように本実施例では、
以下のようにして、カーソル範囲内の圧縮データの最大
値を検出し、その路程値Ｌ_pを求める。なお、これまで
は各ブロックが７個のサンプリングデータを保持するも
のとしているが、以下では、説明の都合上各ブロックは
４個のサンプリングデータを保持するものとする。図３
において、カーソル範囲内にはＮｏ.２１〜２５で示さ
れる５つのブロックが存在し、Ｎｏ.２１〜Ｎｏ.２５の
ブロックの各圧縮データの大小をそれぞれ比較してカー
ソル範囲内の最大値を求める。図３では、ブロックＮ
ｏ.２３に存在しているＣ５が最大値である。ここで、
図３の例では１ブロックに４個の波形データを割り当て
るものとしているので、従来技術では２０個（４×５）
の波形データの中から最大値を選ぶところを、本実施例
では５個の圧縮データの中から最大値を選べばよい。次
いで、最大値とされた圧縮データの波形メモリ２３上で
のアドレスをＲＡＭ２７の記憶内容から求める。図３で
はＣ５はアドレスＡＭ₍₈9₎に格納されているので、その
波形メモリ２３のアドレスから最大値の路程値Ｌpが前
述の（２）式より求まる。

【００２０】ここで、上述したようにサンプリング時間
τ_sを５０ns、被検査物体１内の超音波の伝播速度Ｖ_sを
５．９km/sとすると、路程値Ｌ_pは、

【数６】Ｌ_p ＝（８９・５０・１０^-9・５．９・１０⁶）／２＝１３．１mm …（６）と算出される。

【００２１】図４は以上の処理のためのＣＰＵ２６のフ
ローチャートである。ステップＳ１１で校正データを読
み込んだ後、ステップＳ１２でパルスを超音波探触子２
に印加する。超音波探触子２から放射されて被検査物体
１中を進行し被検査物体１から反射してきた超音波は超
音波探触子２で受信される。ステップＳ１３において、
Ａ／Ｄ変換器２２は受信信号をデジタル信号に変換して
波形メモリ２３に格納する。次いでステップＳ１４にお
いて、（３）式からサンプリングデータ数ΔＡを演算
し、（５）式で得た値を適宜整数化して表示メモリの一
つのアドレスに割り当てるデータ数である変数ｉを算出
する。

【００２２】ステップＳ１５では、サンプリングデータ
をｉ個ずつのグループに分け、各グループ内の最大値Ｄ
_(k)を求める。ステップＳ１６では、その最大値Ｄ_(k)と
そのアドレスＡＭ_(k)とを１組としてＲＡＭ２７に格納
する。ステップＳ１７では、入力されたカーソル情報よ
りカーソル範囲内での波形の最大値を求めてその路程値
Ｌ_pを算出する。さらに、各ブロックの最大値Ｄ_(k)を表
示メモリのアドレスＡＬ_(j)に圧縮データとして格納す
る。ステップＳ１８において、路程値Ｌ_pを圧縮波形と
ともに表示装置３１に表示する。

【００２３】以上の実施例の構成において、波形メモリ
２３が第１のメモリを、表示装置３１が表示部を、校正
データ入力装置２９が範囲設定手段を、ＣＰＵ２６がブ
ロック化手段２６Ａ，最大値検出手段２６Ｂおよび路程
値演算手段２６Ｃを、ＲＡＭ２７が第２のメモリをそれ
ぞれ構成する。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数の波形データを複数個ずつ複数のブロックにそれぞれ
割り当て、各ブロック内の複数の波形データの中の最大
値を算出するようにしたから、表示部上で設定された範
囲内の最大値を検索する際にその範囲内の全波形データ
を逐次比較することなく各ブロックの最大値どうしを比
較すればよく、従来に比べて検索時間が短縮される。ま
た、所定間隔に間引いたデータに基づいて範囲内の最大
値を検索する場合には真の最大値が間引かれてしまうが
おそれがあるが、本発明では真の最大値が確実に抽出さ
れるので信頼性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の原理を説明する図。

【図２】本発明による超音波探傷器の一実施例のブロッ
ク図。

【図３】波形メモリとＲＡＭと表示装置のドットとの対
応関係の一実施例を説明した図。

【図４】実施例の動作を説明するためのフローチャー
ト。

【図５】（ａ）は被検査物体から得られる反射波の１例
を示す図であり、（ｂ）は図５（ａ）の横軸を拡大した
図。

【図６】従来技術の動作を説明するためのフローチャー
ト。

【符号の説明】

１被検査物体２超音波探触子３デジタル探傷器５送信部６受信部２３波形メモリ２６ＣＰＵ２６Ａブロック化手段２６Ｂ最大値検出手段２６Ｃ路程値演算手段２７ＲＡＭ２９校正データ入力装置３１表示装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波探触子に対して所定のパルスを出
力する送信部と、前記超音波探触子からの信号を受信す
る受信部と、前記受信部で受信された入力信号を所定の
サンプリング周期で順次に記憶する第１のメモリと、前
記受信部で受信された信号に基づいて前記信号の波形を
表示する表示部と、前記表示部上に所定の範囲を設定す
る範囲設定手段と、前記第１のメモリに記憶された各信
号を所定数ごとにブロック化するブロック化手段と、ブ
ロック化された所定数の信号の中から最大値をそれぞれ
のブロックごとに検出する最大値検出手段と、各ブロッ
ク内の最大値とその最大値を記憶する第１のメモリのア
ドレスとを対応づけて記憶する第２のメモリとを設けた
超音波探傷器において、前記範囲設定手段で設定された
範囲内の最大値を前記第２のメモリ内の各ブロックの最
大値から検索し、検索された最大値の前記第１のメモリ
のアドレスに基づいて路程値を求める路程値演算手段を
備えたことを特徴とする超音波探傷器。
【請求項２】請求項１記載の超音波探傷器において、
前記ブロック化手段は、前記表示部の１表示ドットが前
記ブロック化手段によりブロック化された各ブロックに
対応するように、前記第１のメモリ内の各信号を所定数
ずつ１つのブロックに割り当てることを特徴とする超音
波探傷器。