JPH11160289A - 超音波検査方法および装置 - Google Patents

超音波検査方法および装置

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JPH11160289A
JPH11160289A JP9326418A JP32641897A JPH11160289A JP H11160289 A JPH11160289 A JP H11160289A JP 9326418 A JP9326418 A JP 9326418A JP 32641897 A JP32641897 A JP 32641897A JP H11160289 A JPH11160289 A JP H11160289A
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Junichi Kajiwara
純一 梶原
Katsuyoshi Miyaji
勝善 宮路
Teru Morita
輝 森田
Toshimitsu Takahashi
利光 高橋
Takashi Kojo
隆 小條
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
UD Trucks Corp
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UD Trucks Corp
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    • GPHYSICS
    • 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

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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】減衰の大きな材質でも精度よく試料の良否を評
価する。 【解決手段】試料TPがセットされた試料台11を回転
させながら試料TPに超音波を照射し、試料TPからの
反射波を受信して試料TPの内部を検査する。試料TP
と超音波プローブ13とを相対移動させる間に超音波を
複数回照射して反射波を複数個取込み、複数個の反射波
の中から予め定めたしきい値を越える反射波を検出し、
検出された反射波の信号強度としきい値との差の総和を
算出し、その総和に基づいて試料TPを評価する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、試料と超音波プロ
ーブとを相対移動させながらを超音波を照射し、試料か
らの反射波を受信して試料の内部を検査する超音波検査
方法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、図6に示すように、モータ1
により回転する試料台2と、その試料台2にセットされ
た試料3に超音波を照射するとともに、試料3からの反
射波(反射エコー)を受信する超音波プローブ4と、受
信した反射波に基づいて試料の内部の状態を表わすAス
コープ信号を出力する信号出力回路5と、そのAスコー
プ信号波形を表示するモニタ6とを備える超音波検査装
置が知られている。試料3はたとえば円筒のように中心
軸に対して回転対称な形状のものであり、図6では2つ
の円筒3aと3bを互いの端面同士をレーザ溶接して接
合したものである。なお、図6に示すように、水が満た
された水槽7内に試料3を設置して検査が行われるの
で、水槽7と試料台2との間にはシール8が設けられて
いる。
【0003】このような超音波検査装置を用いて図7
(a)に示すような円筒3aと3bの接合面PLの溶接
状態を検査する場合、試料3と超音波プローブ4と相対
回転させ、所定回転角度ごとに超音波検査信号を試料3
に照射し、接合面からの反射エコーを受信する。通常
は、モータ1の回転によって出力されるエンコーダから
の所定周波数のパルス信号の立上がりに同期して超音波
プローブ4を駆動し、1回転当り1000個程度のデー
タをサンプリングする。接合面からの反射エコーの信号
強度は接合面の正常領域と剥離領域に応じて変動する。
図7(b)は試料3を1回転させたときの反射エコーの
信号強度を示す図であり、横軸が回転角度、縦軸が反射
エコー強度である。図7(b)からわかるように、正常
領域では強度が小さいが、剥離領域では強度が大きい。
【0004】従来は、反射エコーの強度に対するしきい
値を設定しておき、図8や図9に示すようにしきい値を
越えている回転角度範囲内の検査ポイントの数を算出
し、この算出ポイント数を総検査ポイント数で除すこと
により欠陥率を算出して評価している。しきい値は、予
め欠陥率が既知である試料を使用して計測し、計測結果
から算出した欠陥率が既知の欠陥率となるように決定さ
れる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図8は試料の材質が減
衰の大きなものの場合、図9は減衰が小さいものの場合
の検査結果である。図8のように減衰が大きな材質の場
合、欠陥からのエコー強度も小さくなり、しきい値が正
常なエコー強度に近づくことになる。そのため、試料表
面の仕上精度によっては、その粗さに起因したノイズが
エコー信号に重畳し、しきい値を越える場合がある。そ
のため、従来の欠陥率による評価方法では検査の精度が
十分でないことがある。
【0006】本発明の目的は、減衰の大きな材質でも精
度よく試料の良否を評価することのできる超音波検査方
法および装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図1
および図4に対応付けて説明する。 (1)請求項1の発明による超音波検査方法は、試料T
Pと超音波プローブ13とを相対移動させる間に超音波
を複数回照射して反射波を複数個取込み、複数個の反射
波の中から予め定めたしきい値を越える反射波を検出
し、検出された反射波の信号強度としきい値との差の総
和に相応する被評価量を算出し、その総和に相応する被
評価量に基づいて試料TPを評価することにより、上記
目的を達成する。 (2)請求項3の発明による超音波検査装置は、試料T
Pに対して相対移動しながら超音波を照射するととも
に、試料TPからの反射波を受信する超音波プローブ1
3と、試料TPと超音波プローブ13とを相対移動する
間に超音波を複数回照射して反射波を複数個取込むサン
プリング手段16(ステップS22)と、複数個の反射
波の中から予め定めたしきい値を越える反射波を検出す
る比較手段16(ステップS24)と、検出された反射
波の信号強度としきい値との差の総和に相応する被評価
量を算出する算出手段16(ステップS29)と、その
総和に相応する被評価量に基づいて試料TPを評価する
評価手段16(ステップS30)とを具備することによ
り、上述の目的を達成する。 (3)請求項2や4の発明のように、被評価量として、
検出された反射波の信号強度としきい値との差の総和を
用いるのが好ましい。
【0008】なお、上記課題を解決するための手段の項
では、本発明を分かり易くするために実施の形態の図を
用いたが、これにより本発明が実施の形態に限定される
ものではない。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について詳細に説明する。図1は本発明に係
る超音波検査装置を示している。この超音波検査装置
は、試料TPがセットされる試料台11と、この試料台
11を回転駆動するモータ12と、超音波信号を試料T
Pに向けて照射するとともに試料TPからの反射波を受
信する超音波プローブ13と、超音波プローブ13で受
信した反射波信号(以後、エコー信号と呼ぶ)を増幅し
て検波する増幅検波回路14と、この増幅検波回路14
から出力されるエコー信号のうち予め定められたゲート
期間内におけるピーク値を検出するピーク検出回路15
と、CPU、メモリ、A/D変換器、D/A変換器など
の周辺機器で構成される制御回路16と、エコー信号を
Aスコープ表示したり、検出結果を表示するモニタ17
と、モータ12の回転角度位置を検出するエンコーダ2
0と、モータ12を駆動するためのドライバ21とで構
成されている。
【0010】図2を参照して本発明による超音波検査装
置の処理手順を説明する。ステップS1でモータ12を
駆動し、ステップS2で試料TPが1回転したと判定さ
れるとステップS3に進む。これは回転が安定してから
計測を始めるための手順であり、エンコーダ20からの
パルス信号のカウント値に基づいて行われる。ステップ
S3では、エンコーダ20から出力されるパルス信号の
立ち上がりに同期させて超音波プローブ13から超音波
信号を試料に向けて発射し、試料TPからのエコー信号
を受信する。受信したエコー信号は増幅検波回路14で
増幅検波されてピーク検出回路15に送られる。
【0011】図3は超音波検査信号とエコー信号の一例
である。波形W1が超音波検査信号、W2が試料TPの
表面から反射する表面エコー信号、W3が試料TPの表
面から所定深さにある反射エコー信号、すなわちこの実
施の形態では接合面の欠陥や剥離からの反射エコー信号
である。ピーク検出回路15は試料TPの表面から所定
深さのエコー信号にゲートをかけてそのピーク値を検出
して制御回路16に送る。ステップS4では、エンコー
ダ20からのパルス信号に応じた回転角度位置に対応づ
けて、ピーク検出回路15で検出されたピーク値をA/
D変換してメモリに格納する。
【0012】ステップS5において、エンコーダ20か
らのパルス信号のカウント値に基づいて試料TPが1回
転したかを判定し、1回転していなければステップS
3、ステップS4を繰り返して、たとえば1000個の
データをサンプリングする。ステップS5で1回転した
ことが判定されると、ステップS6に進み、取込んだピ
ーク値データの強度レベルを、検出した試料の回転角度
位置に対応付けてモニタ17に表示するとともに、モー
タ12を停止する。ステップS7で試料が合格品か不良
品かを評価して図2の処理を終了する。
【0013】図4は図2のステップS7における試料の
評価手順を示すフローチャートである。ステップS21
において、変数iとjを初期化する。ステップS22に
おいて、制御回路16のメモリからサンプリングデータ
Riを読み込み、ステップS23で変数iに1を加算す
る。ここで、サンプリングデータRiは各サンプリング
点におけるエコー信号強度である。ステップS24にお
いて、データRiが予め定めたしきい値Rrを越えてい
ないと判定されると、ステップS22に戻って次のデー
タを読み込み、ステップS23で変数iに1を加算す
る。
【0014】ステップS24において、データRiが予
め定めたしきい値Rrを越えていると判定されると、ス
テップS25において、データRiからしきい値Rrを
減算して、差データΔRjとして記憶する。ステップS
26で変数jに1を加算してステップS27に進み、こ
こで変数iが1回転分のサンプリング総数Nを越えてい
ないと判定される場合には、ステップS2に戻り、以上
の処理を繰り返す。ステップS27で変数iがサンプリ
ング総数Nを越えていると判定されると、ステップS2
8において変数jを変数nに代入する。ステップS29
において、変数j=0〜nまでの差データΔRjの総和
を算出して総和データTRとして記憶する。ステップS
30で総和データTRが評価基準値TRrを越えている
と判定されるとステップS31で試料TPを不良品と
し、ステップS30で総和データTRが評価基準値TR
rを越えていないと判定されると、ステップS32で試
料TPを合格品として図4の処理を終了する。
【0015】図4の評価手順を図5を参照して説明す
る。図5は横軸がサンプリング回転角度、縦軸がエコー
信号の強度を示す。サンプリングデータR1〜サンプリ
ングデータR7はエンコーダ20から出力されるパルス
信号の立上がりに同期してサンプリングされる。データ
R1〜R7のうちしきい値を越えるデータR3〜7のそ
れぞれについて、しきい値Rrとの差ΔRを算出し、差
ΔRの総和TRを算出する。そして、この総和TRが評
価基準値TRrを越えている場合に不良品と判定する。
【0016】上述したように、減衰の大きな試料では、
しきい値のレベルが正常レベルに近くなり、しきい値を
越えるノイズが不良品データに紛れ込むおそれがあり、
従来の欠陥率法では精度のよい評価が難しいという問題
があった。これに対して本実施の形態では、しきい値を
越えた全サンプリングデータに対して、その強度としき
い値との差の総和を算出し、その総和が評価基準値を越
えている場合に試料が不良品であると判定するようにし
たので、減衰の大きな材質の試料でノイズがしきい値を
越える場合があっても、精度よく試料の良否を評価する
ことができる。すなわち、ノイズに起因してサンプリン
グデータがしきい値を越える場合、しきい値との差は小
さいので総和はそれほど大きくならず、このような場合
に総和が評価基準値を越えることはない。
【0017】以上では、しきい値を越えた全サンプリン
グデータに対して、その強度としきい値との差の総和を
算出し、その総和が評価基準値を越えている場合に試料
が不良品であると判定するようにした。これに代り、し
きい値を越えた全サンプリングデータの強度そのものの
総和を算出し、その総和が評価基準値を越えている場合
に試料が不良品であると判定してもよい。また、図5に
おいて、しきい値を越えるサンプリングデータで囲まれ
る面積を求め、この面積で試料を評価してもよい。つま
り、サンプリングデータがただ単にしきい値を越えたか
否かではなく、どの程度しきい値を越えているかを1回
転分集計し、それを被評価量として評価基準値と比較す
る方法ならばどのようなものでもよい。
【0018】さらに、試料を1回転させてその間に試料
から得られる複数個の反射エコー信号により試料を評価
するようにしたが、2回転以上回転させる間に試料の表
面エコー信号を取込むようにしてもよい。さらにまた、
超音波プローブを固定し、試料を回転するようにした
が、試料を固定し、超音波プローブを回転させてもよ
い。また、試料の形状は円筒、円柱に限ることなく、歯
車などを検査する場合にも本発明を適用できる他、直線
状の検査部分を有する試料に対しても本発明を適用でき
る。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
しきい値を越えた全サンプリングデータに対して、その
強度としきい値との差の総和に相応する被評価量を算出
し、その被評価量に基づいてたとえば被評価量が評価基
準値を越えている場合に試料が不良品であると判定する
ようにしたので、減衰の大きな材質の試料で正常レベル
としきい値が接近してノイズがしきい値を越えるような
場合でも、精度よく試料を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る超音波検査装置の一実施の形態の
ブロック図
【図2】超音波検査装置の処理手順例を示すフローチャ
ート
【図3】超音波検査信号、表面エコー信号、欠陥信号を
示す図
【図4】評価処理手順例を示すフローチャート
【図5】評価処理を説明する図
【図6】超音波検査装置の一例を示す図
【図7】(a)2つの円筒を接合してなる試料の斜視
図、(b)は接合面からのエコー信号の波形
【図8】減衰が大きい材質の試料における接合面からの
エコー信号の波形図
【図9】減衰が小さい材質の試料における接合面からの
エコー信号の波形図
【符号の説明】
11 試料台 12 モータ 13 超音波プローブ 15 ピーク検出回路 16 制御回路 17 モニタ TP 試料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 輝 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 高橋 利光 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 小條 隆 埼玉県上尾市大字壱丁目1番地 日産ディ ーゼル工業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試料と超音波プローブとを相対移動させる
    間に超音波を複数回照射して反射波を複数個取込み、 前記複数個の反射波の中から予め定めたしきい値を越え
    る反射波を検出し、 検出された反射波の信号強度と前記しきい値との差の総
    和に相応する被評価量を算出し、 その総和に相応する被評価量に基づいて前記試料を評価
    することを特徴とする超音波検査方法。
  2. 【請求項2】請求項1の超音波検査方法において、 前記被評価量は、検出された反射波の信号強度と前記し
    きい値との差の総和であることを特徴とする超音波検査
    方法。
  3. 【請求項3】試料に対して相対移動しながら超音波を照
    射するとともに、前記試料からの反射波を受信する超音
    波プローブと、 前記試料と超音波プローブとを相対移動する間に前記超
    音波を複数回照射して前記反射波を複数個取込むサンプ
    リング手段と、 前記複数個の反射波の中から予め定めたしきい値を越え
    る反射波を検出する比較手段と、 検出された反射波の信号強度と前記しきい値との差の総
    和に相応する被評価量を算出する算出手段と、 その総和に相応する被評価量に基づいて前記試料を評価
    する評価手段とを具備することを特徴とする超音波検査
    装置。
  4. 【請求項4】請求項3の超音波検査装置において、 前記被評価量は、検出された反射波の信号強度と前記し
    きい値との差の総和であることを特徴とする超音波検査
    装置。
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