JPH1183815A - 超音波探傷方法および装置 - Google Patents
超音波探傷方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、被検査板内部の非金属介在物など
の内部欠陥の検出を行うのに好適なラインフォーカス型
超音波探傷方法と装置を提供する。 【解決手段】 被検査板を挟んで対向配置したラインフ
ォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受
信子の対向する距離Ｌを下記式のLpでの反射エコー高さ
の-3dB以内とすることを特徴とする。 Lp ＝0.75(FT+FR)-｛(CS/CW)-1 ｝t 但し、FT：前記ラインフォーカス型超音波送信子の媒質
中での焦点距離 FR：前記ラインフォーカス型超音波受信子の媒質中での
焦点距離 CS：被検査板中での超音波の速度 CW：媒質中での超音波の速度 ｔ：被検査板の板厚
の内部欠陥の検出を行うのに好適なラインフォーカス型
超音波探傷方法と装置を提供する。 【解決手段】 被検査板を挟んで対向配置したラインフ
ォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受
信子の対向する距離Ｌを下記式のLpでの反射エコー高さ
の-3dB以内とすることを特徴とする。 Lp ＝0.75(FT+FR)-｛(CS/CW)-1 ｝t 但し、FT：前記ラインフォーカス型超音波送信子の媒質
中での焦点距離 FR：前記ラインフォーカス型超音波受信子の媒質中での
焦点距離 CS：被検査板中での超音波の速度 CW：媒質中での超音波の速度 ｔ：被検査板の板厚
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波探傷方法お
よび装置に係り、特に鋼板をはじめとする圧延金属板の
内部の非金属介在物などの内部欠陥の検出に用いるのに
好適な、一度に一定幅の線状領域の探傷が可能な超音波
探傷方法および装置に関する。
よび装置に係り、特に鋼板をはじめとする圧延金属板の
内部の非金属介在物などの内部欠陥の検出に用いるのに
好適な、一度に一定幅の線状領域の探傷が可能な超音波
探傷方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧延金属板の中の介在物などの内部欠陥
は、直径50μm 以上のものからプレス成型あるいは絞り
加工などにおいて割れの原因となるといわれており、非
常に微細な内部欠陥を検出することが要求されている。
通常、材料内部の内部欠陥などの欠陥の検出には、超音
波探傷法を用いることが最も適している。これは、材料
内部に超音波を伝播させ、内部欠陥による超音波伝播の
乱れを検出するものであるが、この方法を応用したもの
として、圧延金属板全体を鋼板の搬送ライン上で、探傷
する方法がある。例えば、特開平7-253414号公報におい
ては、媒質中で被検査材（圧延金属板）を挟んでライン
フォーカス型超音波送信プローブと１次元アレイ型超音
波プローブとを対向させて配置し、送信プローブから帯
状超音波ビームを被検査板に向けてほぼ垂直に送信し、
被検査板に入射した超音波によって生起された内部欠陥
からの反射波を１次元アレイ型超音波プローブによって
受信し、受信された超音波信号を増幅し、反射波のみを
抽出した後に所定の振幅に達した反射波の有無を検出す
ることを特徴とする超音波探傷方法および装置が提案さ
れている。
は、直径50μm 以上のものからプレス成型あるいは絞り
加工などにおいて割れの原因となるといわれており、非
常に微細な内部欠陥を検出することが要求されている。
通常、材料内部の内部欠陥などの欠陥の検出には、超音
波探傷法を用いることが最も適している。これは、材料
内部に超音波を伝播させ、内部欠陥による超音波伝播の
乱れを検出するものであるが、この方法を応用したもの
として、圧延金属板全体を鋼板の搬送ライン上で、探傷
する方法がある。例えば、特開平7-253414号公報におい
ては、媒質中で被検査材（圧延金属板）を挟んでライン
フォーカス型超音波送信プローブと１次元アレイ型超音
波プローブとを対向させて配置し、送信プローブから帯
状超音波ビームを被検査板に向けてほぼ垂直に送信し、
被検査板に入射した超音波によって生起された内部欠陥
からの反射波を１次元アレイ型超音波プローブによって
受信し、受信された超音波信号を増幅し、反射波のみを
抽出した後に所定の振幅に達した反射波の有無を検出す
ることを特徴とする超音波探傷方法および装置が提案さ
れている。
【０００３】しかしながら、上記の超音波探傷方法およ
び装置では、有効な探傷を行うためには、ラインフォー
カス型超音波送信プローブと１次元アレイ型超音波プロ
ーブとの間の距離Lsは、ラインフォーカス型超音波送信
プローブの水中での焦点距離をＦ、被検査板の板厚をｔ
としたとき、 Ls≦Ｆ−｛（CS／CW）−１｝ｔ＋5.5 (mm) （ただし、CS；金属板中での超音波の速度、CW；媒質で
の超音波の速度）の関係式を満足させる必要があった。
び装置では、有効な探傷を行うためには、ラインフォー
カス型超音波送信プローブと１次元アレイ型超音波プロ
ーブとの間の距離Lsは、ラインフォーカス型超音波送信
プローブの水中での焦点距離をＦ、被検査板の板厚をｔ
としたとき、 Ls≦Ｆ−｛（CS／CW）−１｝ｔ＋5.5 (mm) （ただし、CS；金属板中での超音波の速度、CW；媒質で
の超音波の速度）の関係式を満足させる必要があった。
【０００４】このことは、板厚4.5mm の鋼板を探傷する
場合において、ラインフォーカス型超音波送信プローブ
の水中での焦点距離をＦ＝38mmとしたとき、プローブ間
距離Lsを31mm以下とする必要のあることを示している。
場合において、ラインフォーカス型超音波送信プローブ
の水中での焦点距離をＦ＝38mmとしたとき、プローブ間
距離Lsを31mm以下とする必要のあることを示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、オンラ
インで通板される鋼板などの被検査板はその耳部や腹部
が波打ちとなっている場合があり、そのような被検査板
を31mm以下のプローブ間距離の間に通そうとすると、プ
ローブケースに波打った被検査板が接触して被検査板に
疵をつけることになる。また、プローブも、その接触に
よる衝撃により寿命が短くなることとなり、最悪の場合
は、プローブが破損することとなる。
インで通板される鋼板などの被検査板はその耳部や腹部
が波打ちとなっている場合があり、そのような被検査板
を31mm以下のプローブ間距離の間に通そうとすると、プ
ローブケースに波打った被検査板が接触して被検査板に
疵をつけることになる。また、プローブも、その接触に
よる衝撃により寿命が短くなることとなり、最悪の場合
は、プローブが破損することとなる。
【０００６】本発明は、以上のような波打った被検査板
であっても安定して通板できるプローブ間距離を有し、
しかも微細介在物などの内部欠陥を有効に探傷可能な超
音波探傷方法および装置を提供することを目的とする。
であっても安定して通板できるプローブ間距離を有し、
しかも微細介在物などの内部欠陥を有効に探傷可能な超
音波探傷方法および装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意研究
の結果、媒質中で被検査板を挟んでラインフォーカス型
超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子とを対
向配置し、該ラインフォーカス型超音波送信子から超音
波ビームを被検査板に向けてほぼ垂直に送信し、被検査
板に入射した超音波によって生起された内部欠陥からの
反射波を前記ラインフォーカス型超音波受信子により受
信し、受信された超音波を増幅し、反射波のみを抽出し
た後に所定の振幅に達した反射波の有無を検出する超音
波探傷方法において、前記ラインフォーカス型超音波送
信子と前記ラインフォーカス型超音波受信子の対向する
距離Ｌを、前記ラインフォーカス型超音波送信子の媒質
中での焦点距離FTと前記ラインフォーカス型超音波受信
子の媒質中での焦点距離FRとの和と、被検査板中での超
音波の速度CSと、媒質中での超音波の速度CWと、被検査
板の板厚ｔと、に基づいて決定することを特徴とする超
音波探傷方法により上記課題を解決したのである。
の結果、媒質中で被検査板を挟んでラインフォーカス型
超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子とを対
向配置し、該ラインフォーカス型超音波送信子から超音
波ビームを被検査板に向けてほぼ垂直に送信し、被検査
板に入射した超音波によって生起された内部欠陥からの
反射波を前記ラインフォーカス型超音波受信子により受
信し、受信された超音波を増幅し、反射波のみを抽出し
た後に所定の振幅に達した反射波の有無を検出する超音
波探傷方法において、前記ラインフォーカス型超音波送
信子と前記ラインフォーカス型超音波受信子の対向する
距離Ｌを、前記ラインフォーカス型超音波送信子の媒質
中での焦点距離FTと前記ラインフォーカス型超音波受信
子の媒質中での焦点距離FRとの和と、被検査板中での超
音波の速度CSと、媒質中での超音波の速度CWと、被検査
板の板厚ｔと、に基づいて決定することを特徴とする超
音波探傷方法により上記課題を解決したのである。
【０００８】また、前記距離Ｌを、内部欠陥からの反射
エコー高さが極大になる下記式のLp Lp ＝0.75(FT+FR)-｛(CS/CW)-1 ｝t での反射エコー高さの-3dB以内とすることを特徴とする
超音波探傷方法により上記課題を解決したのである。ま
た、媒質中で被検査板を挟んで対向配置された、超音波
ビームを被検査板に向けてほぼ垂直に送信するラインフ
ォーカス型超音波送信子と、被検査板に入射した超音波
によって生起された内部欠陥からの反射波を受信するラ
インフォーカス型超音波受信子と、該ラインフォーカス
型超音波受信子により受信された超音波を増幅する受信
増幅器と、該受信増幅器により増幅された超音波の反射
波のみを抽出するゲート手段と、所定の振幅に達した前
記反射波の有無を検出するコンパレータとから構成され
る超音波探傷装置において、前記ラインフォーカス型超
音波送信子と前記ラインフォーカス型超音波受信子の対
向する距離Ｌが下記式で表される距離Lpでの反射エコー
高さの-3dB以内となるようにそれら送信子と受信子を配
置したことを特徴とする超音波探傷装置を適用すること
で上記課題を解決したのである。
エコー高さが極大になる下記式のLp Lp ＝0.75(FT+FR)-｛(CS/CW)-1 ｝t での反射エコー高さの-3dB以内とすることを特徴とする
超音波探傷方法により上記課題を解決したのである。ま
た、媒質中で被検査板を挟んで対向配置された、超音波
ビームを被検査板に向けてほぼ垂直に送信するラインフ
ォーカス型超音波送信子と、被検査板に入射した超音波
によって生起された内部欠陥からの反射波を受信するラ
インフォーカス型超音波受信子と、該ラインフォーカス
型超音波受信子により受信された超音波を増幅する受信
増幅器と、該受信増幅器により増幅された超音波の反射
波のみを抽出するゲート手段と、所定の振幅に達した前
記反射波の有無を検出するコンパレータとから構成され
る超音波探傷装置において、前記ラインフォーカス型超
音波送信子と前記ラインフォーカス型超音波受信子の対
向する距離Ｌが下記式で表される距離Lpでの反射エコー
高さの-3dB以内となるようにそれら送信子と受信子を配
置したことを特徴とする超音波探傷装置を適用すること
で上記課題を解決したのである。
【０００９】Lp ＝0.75(FT+FR)-｛(CS/CW)-1 ｝t 但し、FT：ラインフォーカス型超音波送信子の媒質中で
の焦点距離 FR：ラインフォーカス型超音波受信子の媒質中での焦点
距離 CS：被検査板中での超音波の速度 CW：媒質中での超音波の速度 ｔ：被検査板の板厚 ここで、上記ラインフォーカス型超音波送信子とライン
フォーカス型超音波受信子とがそれぞれリニアアレイプ
ローブであることが探傷装置として好ましいことを見出
したのである。
の焦点距離 FR：ラインフォーカス型超音波受信子の媒質中での焦点
距離 CS：被検査板中での超音波の速度 CW：媒質中での超音波の速度 ｔ：被検査板の板厚 ここで、上記ラインフォーカス型超音波送信子とライン
フォーカス型超音波受信子とがそれぞれリニアアレイプ
ローブであることが探傷装置として好ましいことを見出
したのである。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照してこの発明を
詳細に説明する。図１は、本発明の基本構成を示してお
り、圧延金属板である被検査板10を挟んでラインフォー
カス型超音波送信子20とラインフォーカス型超音波受信
子30とを対向させて配置し、これらラインフォーカス型
超音波送信子20およびラインフオーカス型超音波受信子
30と被検査板10との間には、超音波伝播媒質として例え
ば水が介在される。ラインフォーカス型超音波送信子20
およびラインフォーカス型超音波受信子30としては、ラ
インフォーカス型の単素子プローブまたはラインフォー
カス型のリニア（１次元) アレイプローブを用いること
ができる。このときのラインフォーカス型超音波送信子
20およびラインフォーカス型超音波受信子30と被検査板
10との間の位置関係を図２に示す。ラインフォーカス超
超音波送信子20から送信されるラインフォーカス超音波
ビーム21の水中での焦点距離をFT、ラインフォーカス型
超音波受信子30によって形成されるラインフォーカス受
信ビーム31の水中での焦点距離をFRとしたとき、ライン
フォーカス型超音波送信子20とラインフォーカス型超音
波受信子30との間の距離Ｌとして 0.68(FT+FR) ≦Ｌ＋｛(CS/CW) −１｝ｔ≦ 0.81(FT+FR) …（１） （ただし CS: 圧延金属板中での超音波の速度、 CW: 水中での超音波の速度、 ｔ: 圧延金属板の板厚） を満足するように設定することが本発明の特徴である。
詳細に説明する。図１は、本発明の基本構成を示してお
り、圧延金属板である被検査板10を挟んでラインフォー
カス型超音波送信子20とラインフォーカス型超音波受信
子30とを対向させて配置し、これらラインフォーカス型
超音波送信子20およびラインフオーカス型超音波受信子
30と被検査板10との間には、超音波伝播媒質として例え
ば水が介在される。ラインフォーカス型超音波送信子20
およびラインフォーカス型超音波受信子30としては、ラ
インフォーカス型の単素子プローブまたはラインフォー
カス型のリニア（１次元) アレイプローブを用いること
ができる。このときのラインフォーカス型超音波送信子
20およびラインフォーカス型超音波受信子30と被検査板
10との間の位置関係を図２に示す。ラインフォーカス超
超音波送信子20から送信されるラインフォーカス超音波
ビーム21の水中での焦点距離をFT、ラインフォーカス型
超音波受信子30によって形成されるラインフォーカス受
信ビーム31の水中での焦点距離をFRとしたとき、ライン
フォーカス型超音波送信子20とラインフォーカス型超音
波受信子30との間の距離Ｌとして 0.68(FT+FR) ≦Ｌ＋｛(CS/CW) −１｝ｔ≦ 0.81(FT+FR) …（１） （ただし CS: 圧延金属板中での超音波の速度、 CW: 水中での超音波の速度、 ｔ: 圧延金属板の板厚） を満足するように設定することが本発明の特徴である。
【００１１】特開平7-253414号公報では、実験結果に基
づき、超音波送信子と超音波受信子との間の距離Lsを、
超音波送信子から送信されるラインフォーカスビームの
水中での焦点距離をF としたとき、 Ls ≦Ｆ−｛(CS/CW) −１｝ｔ＋5.5 (mm) …（２） となるように設定していた。これは、F ＝38mmのライン
フォーカスビームを送信できる超音波送信子を用いて、
Lsを約10mmから35mmまで変化させ、内部欠陥からの反射
エコー高さを測定した実験結果に基づくものである。
づき、超音波送信子と超音波受信子との間の距離Lsを、
超音波送信子から送信されるラインフォーカスビームの
水中での焦点距離をF としたとき、 Ls ≦Ｆ−｛(CS/CW) −１｝ｔ＋5.5 (mm) …（２） となるように設定していた。これは、F ＝38mmのライン
フォーカスビームを送信できる超音波送信子を用いて、
Lsを約10mmから35mmまで変化させ、内部欠陥からの反射
エコー高さを測定した実験結果に基づくものである。
【００１２】ところが、鋼板の接触事故防止のため、超
音波送信子と超音波受信子との間の距離を更に拡大する
ことを鋭意検討した結果、本発明のようにすることで、
超音波送信子と超音波受信子との間の距離を拡大しても
内部欠陥からの反射エコーを良好に受信できることが明
らかになったのである。図３は、水中焦点距離FTが38mm
のラインフォーカス型超音波送信子と水中焦点距離FRが
38mmのラインフォーカス型超音波受信子とを用い、板厚
4.5mm の鋼板に存在する幅50μｍ、長さ100 μｍの内部
欠陥を用いて、内部欠陥からの反射エコー高さと、ライ
ンフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音
波受信子との間の距離Ｌとの関係を調べた結果である。
距離35mmまでは、距離Ｌの増大に伴い、内部欠陥からの
反射エコー高さは低下する傾向が見られるが、距離35mm
を越えたところで急に増大し距離Ｌが約43mmで極大とな
り、その後再び低下することが確かめられた。
音波送信子と超音波受信子との間の距離を更に拡大する
ことを鋭意検討した結果、本発明のようにすることで、
超音波送信子と超音波受信子との間の距離を拡大しても
内部欠陥からの反射エコーを良好に受信できることが明
らかになったのである。図３は、水中焦点距離FTが38mm
のラインフォーカス型超音波送信子と水中焦点距離FRが
38mmのラインフォーカス型超音波受信子とを用い、板厚
4.5mm の鋼板に存在する幅50μｍ、長さ100 μｍの内部
欠陥を用いて、内部欠陥からの反射エコー高さと、ライ
ンフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音
波受信子との間の距離Ｌとの関係を調べた結果である。
距離35mmまでは、距離Ｌの増大に伴い、内部欠陥からの
反射エコー高さは低下する傾向が見られるが、距離35mm
を越えたところで急に増大し距離Ｌが約43mmで極大とな
り、その後再び低下することが確かめられた。
【００１３】内部欠陥からの反射エコー高さが極大とな
るラインフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス
型超音波受信子との距離Lpが下式で示されるが、このこ
とを説明する。 Lp ＝0.75(FT+FR)-｛(CS/CW)-1 ｝t …（３） ここで、 FT：ラインフォーカス型超音波送信子が送信するライン
フォーカスビームの水中での焦点距離、 FR：ラインフォーカス型超音波受信子が形成する受信ラ
インフォーカスビームの水中での焦点距離、 CS：被検査板中での超音波の速度、 CW：水中での超音波の速度、 ｔ：被検査板の板厚 上記の実験においてみられた現象は、ラインフォーカス
型超音波送信子が送信するラインフォーカスビームの焦
点距離FTおよびラインフォーカス型超音波受信子が形成
する受信ラインフォーカスビームの水中での焦点距離FR
と関係すると考えられる。この関係を確かめるため、水
中での焦点距離FTおよびFRがそれぞれ38mm、57mm、76mm
の３種類のラインフォーカス型超音波送信子およびライ
ンフォーカス型超音波受信子を用意して、表１に示すそ
れぞれに前記した実験と同様の実験を行って、内部欠陥
からの反射エコー高さが極大になる距離Lpを求めた。こ
の結果を図４に示す。横軸はラインフォーカス型超音波
送信子の焦点距離FTとラインフォーカス型超音波受信子
の焦点距離FRの和(FT+FR) であり、これと内部欠陥から
の反射エコー高さが極大になる距離Lpには直線的な相関
関係があり、その傾きは0.75となっている。従って、内
部欠陥からの反射エコー高さが極大になる距離Lpは下記
式で表される。
るラインフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス
型超音波受信子との距離Lpが下式で示されるが、このこ
とを説明する。 Lp ＝0.75(FT+FR)-｛(CS/CW)-1 ｝t …（３） ここで、 FT：ラインフォーカス型超音波送信子が送信するライン
フォーカスビームの水中での焦点距離、 FR：ラインフォーカス型超音波受信子が形成する受信ラ
インフォーカスビームの水中での焦点距離、 CS：被検査板中での超音波の速度、 CW：水中での超音波の速度、 ｔ：被検査板の板厚 上記の実験においてみられた現象は、ラインフォーカス
型超音波送信子が送信するラインフォーカスビームの焦
点距離FTおよびラインフォーカス型超音波受信子が形成
する受信ラインフォーカスビームの水中での焦点距離FR
と関係すると考えられる。この関係を確かめるため、水
中での焦点距離FTおよびFRがそれぞれ38mm、57mm、76mm
の３種類のラインフォーカス型超音波送信子およびライ
ンフォーカス型超音波受信子を用意して、表１に示すそ
れぞれに前記した実験と同様の実験を行って、内部欠陥
からの反射エコー高さが極大になる距離Lpを求めた。こ
の結果を図４に示す。横軸はラインフォーカス型超音波
送信子の焦点距離FTとラインフォーカス型超音波受信子
の焦点距離FRの和(FT+FR) であり、これと内部欠陥から
の反射エコー高さが極大になる距離Lpには直線的な相関
関係があり、その傾きは0.75となっている。従って、内
部欠陥からの反射エコー高さが極大になる距離Lpは下記
式で表される。
【００１４】
【表１】
【００１５】 Lp=0.75(FT+FR)＋α ( 但し、αは定数) …（４） 次に、定数αの値について検討する。図４からαの値を
求めると約-13.4(mm) となる。αが負となるのは、送信
ラインフォーカスビームおよび受信ラインフォーカスビ
ームのなかに被検査板が位置すると、ビームの屈折によ
って焦点距離FTおよびFRが短縮することが原因であり、
αの値は下記の通りとなることが予想される。
求めると約-13.4(mm) となる。αが負となるのは、送信
ラインフォーカスビームおよび受信ラインフォーカスビ
ームのなかに被検査板が位置すると、ビームの屈折によ
って焦点距離FTおよびFRが短縮することが原因であり、
αの値は下記の通りとなることが予想される。
【００１６】 α＝−｛(CS/CW)-1 ｝ｔ …（５） 鋼板ではCS=5950m/sec、常温の水中ではCW=1500m/secで
あり、今回の実験に用いた鋼板の板厚は4.5mm であるの
で、上記の式の右辺を計算すると、-13.35(mm)となっ
て、実験の結果と良く一致する。従って、内部欠陥から
の反射エコー高さが極大になる距離Lpは（３）式に書き
改めることができる。
あり、今回の実験に用いた鋼板の板厚は4.5mm であるの
で、上記の式の右辺を計算すると、-13.35(mm)となっ
て、実験の結果と良く一致する。従って、内部欠陥から
の反射エコー高さが極大になる距離Lpは（３）式に書き
改めることができる。
【００１７】また、実用上、前記の距離Lpで受信したピ
ークの反射波エコー高さから-3dB以内の範囲であればほ
ぼ同等の欠陥検出が可能であるので、これをもとに距離
L の許容値を求める。内部欠陥からの反射エコー高さが
距離Lpのとき比べ、-3dB以内となる距離L の範囲は、図
3 から38〜48mmとなる。上記の通り、内部欠陥からの反
射エコー高さが距離Ｌによって変化する現象は、ライン
フォーカス型超音波送信子が送信するラインフォーカス
ビームの焦点距離FTおよびラインフォーカス型超音波受
信子が形成する受信ラインフォーカスビームの水中での
焦点距離FRと関係するため、距離L の許容範囲も、ライ
ンフォーカス型超音波送信子の焦点距離FTとラインフォ
ーカス型超音波受信子の焦点距離FRの和(FT+FR) に係数
をかけて、記述することができる。
ークの反射波エコー高さから-3dB以内の範囲であればほ
ぼ同等の欠陥検出が可能であるので、これをもとに距離
L の許容値を求める。内部欠陥からの反射エコー高さが
距離Lpのとき比べ、-3dB以内となる距離L の範囲は、図
3 から38〜48mmとなる。上記の通り、内部欠陥からの反
射エコー高さが距離Ｌによって変化する現象は、ライン
フォーカス型超音波送信子が送信するラインフォーカス
ビームの焦点距離FTおよびラインフォーカス型超音波受
信子が形成する受信ラインフォーカスビームの水中での
焦点距離FRと関係するため、距離L の許容範囲も、ライ
ンフォーカス型超音波送信子の焦点距離FTとラインフォ
ーカス型超音波受信子の焦点距離FRの和(FT+FR) に係数
をかけて、記述することができる。
【００１８】L が38mmのときは、次のように書くことが
できる。 Lp＝0.68(FT+FR)-｛(CS/CW)-1 ｝t また、L が48mmのときは、次のように書くことができ
る。 Lp＝0.81(FT+FR)-｛(CS/CW)-1 ｝t したがって、距離L の許容値は、 0.68(FT+FR) ≦Ｌ＋｛(CS/CW)-1 ｝ｔ≦ 0.81(FT+FR) とあらわすことができる。
できる。 Lp＝0.68(FT+FR)-｛(CS/CW)-1 ｝t また、L が48mmのときは、次のように書くことができ
る。 Lp＝0.81(FT+FR)-｛(CS/CW)-1 ｝t したがって、距離L の許容値は、 0.68(FT+FR) ≦Ｌ＋｛(CS/CW)-1 ｝ｔ≦ 0.81(FT+FR) とあらわすことができる。
【００１９】以下に、本発明の実施の形態について、図
５を用いて詳細に説明する。被検査板である鋼板（被検
査板10、以下鋼板10と呼ぶ。）を挟んでラインフォーカ
ス型超音波送信子20とラインフォーカス型超音波受信子
30とを対向させて配置し、これらラインフォーカス型超
音波送信子20およびラインフォーカス型超音波受信子30
と鋼板10との間の超音波伝播媒質としては水を用いてい
る。ラインフォーカス型超音波送信子20とラインフォー
カス型超音波受信子30との間の距離L は、 0.68(FT+FR) ≦Ｌ＋｛(CS/CW)-1 ｝ｔ≦ 0.81(FT+FR) を満足する距離に設定した。ラインフォーカス型超音波
送信子20およびラインフォーカス型超音波受信子30はと
もにラインフォーカス型リニア（１次元) アレイプロー
ブであり、以下、ラインフォーカス型超音波送信子20お
よびラインフォーカス型超音波受信子30とをあわせてプ
ローブ対40と称する。なお、ラインフォーカス型リニア
(1次元) アレイプローブであるラインフォーカス型超音
波送信子20の素子数をNT（ここでは10) 、ラインフォー
カス型リニア（１次元) アレイプローブであるラインフ
ォーカス型超音波受信子30の素子数をNR（ここでは10)
とする。プローブ対40は、鋼板10の全面連続探傷のた
め、必要数鋼板10の幅方向に隙間なくならべて配置し
た。ラインフォーカス型超音波送信子20には素子数NTと
同数の電気パルス送信器511 〜51NTが素子ごとに接続さ
れている。電気パルス送信器511 〜51NTには1 個ないし
複数個（図５では1 個) の同期信号発生器50が接続さ
れ、電気パルス送信器511 〜51NTが電気パルスを全台同
時あるいは複数台同時に（図５では全台同時に) 送信す
るためのクロックパルスを出力する。同期信号発生器5O
からのクロックパルスを受け、電気パルス送信器511 〜
51NTから電気パルスが全台同時あるいは複数台同時に
（図５では全台同時に) 送信され、ラインフォーカス型
超音波送信子20の各素子に印加されることにより、ライ
ンフォーカス型超音波送信子20の各素子からラインフォ
ーカス送信ビーム211 〜21NTが送信される( 図５では全
素子同時に送信される) 。送信されたラインフォーカス
送信ビーム211 〜21NTは、水中を伝播して鋼板10の表面
に達すると、鋼板10の部に入射し、略板厚方向に伝播す
る。このとき、ラインフォーカス送信ビーム211 〜21 NT
はその伝播路程に内部欠陥が存在すると、これによって
反射される。その反射波はほかに鋼板10の表面または裏
面で1 回反射されて、鋼板10を通り抜けて水中を伝播
し、ラインフォーカス受信ビーム311 〜31NRを形成して
いる。ラインフォーカス型超音波受信子30に受信され
る。該反射波がラインフォーカス型超音波受信子30のど
の素子に受信されるかは、内部欠陥の鋼板10の幅方向で
の位置による。ラインフォーカス型超音波受信子30に受
信された反射波は、電気信号に変換されて、受信増幅器
521 〜52NRによって増幅され、ゲート手段531 〜53NRに
よって内部欠陥からの反射波のみが抽出され、コンパレ
ータ541 〜54NRに送られる。コンパレータ541 〜54NRは
振幅が所定レベル以上の反射波が入射されると、電気パ
ルスを出力し、これが内部欠陥の検出信号になる。
５を用いて詳細に説明する。被検査板である鋼板（被検
査板10、以下鋼板10と呼ぶ。）を挟んでラインフォーカ
ス型超音波送信子20とラインフォーカス型超音波受信子
30とを対向させて配置し、これらラインフォーカス型超
音波送信子20およびラインフォーカス型超音波受信子30
と鋼板10との間の超音波伝播媒質としては水を用いてい
る。ラインフォーカス型超音波送信子20とラインフォー
カス型超音波受信子30との間の距離L は、 0.68(FT+FR) ≦Ｌ＋｛(CS/CW)-1 ｝ｔ≦ 0.81(FT+FR) を満足する距離に設定した。ラインフォーカス型超音波
送信子20およびラインフォーカス型超音波受信子30はと
もにラインフォーカス型リニア（１次元) アレイプロー
ブであり、以下、ラインフォーカス型超音波送信子20お
よびラインフォーカス型超音波受信子30とをあわせてプ
ローブ対40と称する。なお、ラインフォーカス型リニア
(1次元) アレイプローブであるラインフォーカス型超音
波送信子20の素子数をNT（ここでは10) 、ラインフォー
カス型リニア（１次元) アレイプローブであるラインフ
ォーカス型超音波受信子30の素子数をNR（ここでは10)
とする。プローブ対40は、鋼板10の全面連続探傷のた
め、必要数鋼板10の幅方向に隙間なくならべて配置し
た。ラインフォーカス型超音波送信子20には素子数NTと
同数の電気パルス送信器511 〜51NTが素子ごとに接続さ
れている。電気パルス送信器511 〜51NTには1 個ないし
複数個（図５では1 個) の同期信号発生器50が接続さ
れ、電気パルス送信器511 〜51NTが電気パルスを全台同
時あるいは複数台同時に（図５では全台同時に) 送信す
るためのクロックパルスを出力する。同期信号発生器5O
からのクロックパルスを受け、電気パルス送信器511 〜
51NTから電気パルスが全台同時あるいは複数台同時に
（図５では全台同時に) 送信され、ラインフォーカス型
超音波送信子20の各素子に印加されることにより、ライ
ンフォーカス型超音波送信子20の各素子からラインフォ
ーカス送信ビーム211 〜21NTが送信される( 図５では全
素子同時に送信される) 。送信されたラインフォーカス
送信ビーム211 〜21NTは、水中を伝播して鋼板10の表面
に達すると、鋼板10の部に入射し、略板厚方向に伝播す
る。このとき、ラインフォーカス送信ビーム211 〜21 NT
はその伝播路程に内部欠陥が存在すると、これによって
反射される。その反射波はほかに鋼板10の表面または裏
面で1 回反射されて、鋼板10を通り抜けて水中を伝播
し、ラインフォーカス受信ビーム311 〜31NRを形成して
いる。ラインフォーカス型超音波受信子30に受信され
る。該反射波がラインフォーカス型超音波受信子30のど
の素子に受信されるかは、内部欠陥の鋼板10の幅方向で
の位置による。ラインフォーカス型超音波受信子30に受
信された反射波は、電気信号に変換されて、受信増幅器
521 〜52NRによって増幅され、ゲート手段531 〜53NRに
よって内部欠陥からの反射波のみが抽出され、コンパレ
ータ541 〜54NRに送られる。コンパレータ541 〜54NRは
振幅が所定レベル以上の反射波が入射されると、電気パ
ルスを出力し、これが内部欠陥の検出信号になる。
【００２０】本発明に適用する距離設定手段は従来公知
の技術を用いて構成することができるが、この一例を図
６に示す。図６は、ラインフォーカス超音波受信子30の
位置を固定とし、ラインフォーカス超音波送信子20の位
置を変更することにより、距離L を上記の範囲に調整す
る例を示しており、モータ87からの動力をギヤボックス
86のなかのギヤ( 図示を略す) で変速してボールネジ84
を回転させることにより、ラインフォーカス超音波送信
子20を取り付けた上アーム81を上下に駆動させる構成で
ある。図が煩雑化するのを避けるため、ラインフォーカ
ス超音波送信子20およびラインフォーカス超音波受信子
30を各１個のみ図示しているが、必要数だけ、鋼板10の
幅方向に隙間なくならべて配置される。下アーム82、シ
ャフト83、ベース板85は固着されており、上アームはシ
ャフト83に対しスライド可能となっている。この例の他
にも、下アームの位置を変更する構成、上下アームの両
方の位置を調整する構成などが考えられるが、いずれも
従来公知の手段を用いて構成することができる。また、
上アーム81および下アーム82のもう一方の側面( シャフ
ト83の反対側) にもシャフトのような案内手段を設けて
も良い。
の技術を用いて構成することができるが、この一例を図
６に示す。図６は、ラインフォーカス超音波受信子30の
位置を固定とし、ラインフォーカス超音波送信子20の位
置を変更することにより、距離L を上記の範囲に調整す
る例を示しており、モータ87からの動力をギヤボックス
86のなかのギヤ( 図示を略す) で変速してボールネジ84
を回転させることにより、ラインフォーカス超音波送信
子20を取り付けた上アーム81を上下に駆動させる構成で
ある。図が煩雑化するのを避けるため、ラインフォーカ
ス超音波送信子20およびラインフォーカス超音波受信子
30を各１個のみ図示しているが、必要数だけ、鋼板10の
幅方向に隙間なくならべて配置される。下アーム82、シ
ャフト83、ベース板85は固着されており、上アームはシ
ャフト83に対しスライド可能となっている。この例の他
にも、下アームの位置を変更する構成、上下アームの両
方の位置を調整する構成などが考えられるが、いずれも
従来公知の手段を用いて構成することができる。また、
上アーム81および下アーム82のもう一方の側面( シャフ
ト83の反対側) にもシャフトのような案内手段を設けて
も良い。
【００２１】図７は、ラインフォーカス型リニア(1次
元) アレイプローブであるラインフォーカス型超音波送
信子20の構成を示している。幅方向にNT個の超音波振動
素子901 〜9ONTを密接に並べて構成され、個々の素子の
表面を円筒状の凹面とすることにより、線状に集束する
ラインフォーカス送信ビームを送信することができる。
個々の素子よりラインフォーカス送信ビーム211 〜21NT
が送信される (図示を略す) が、全体としてラインフォ
ーカス送信ビーム21が形成される。なお、超音波振動素
子901 〜9ONTの幅 (素子配列方向) は、特開平7-253414
号公報において開示されているように2.0 〜15mmとする
のが好ましい。このようにして、公知の技術を用いて、
ラインフォーカス型リニア（１次元) アレイプローブで
あるラインフォーカス型超音波送信子20を構成すること
が可能である。
元) アレイプローブであるラインフォーカス型超音波送
信子20の構成を示している。幅方向にNT個の超音波振動
素子901 〜9ONTを密接に並べて構成され、個々の素子の
表面を円筒状の凹面とすることにより、線状に集束する
ラインフォーカス送信ビームを送信することができる。
個々の素子よりラインフォーカス送信ビーム211 〜21NT
が送信される (図示を略す) が、全体としてラインフォ
ーカス送信ビーム21が形成される。なお、超音波振動素
子901 〜9ONTの幅 (素子配列方向) は、特開平7-253414
号公報において開示されているように2.0 〜15mmとする
のが好ましい。このようにして、公知の技術を用いて、
ラインフォーカス型リニア（１次元) アレイプローブで
あるラインフォーカス型超音波送信子20を構成すること
が可能である。
【００２２】図８はラインフォーカス型リニア（１次
元) アレイプローブであるラインフォーカス型超音波受
信子30の構成を示しているが、前記のラインフォーカス
型超音波送信子20と同様の構成であるので詳細な説明を
略す。なお、超音波振動素子91 1 〜91NRの幅（素子配列
方向) は、特開平7-253414号公報において開示されてい
るように1.0mm 以上とするのが好ましい。このようにし
て公知の技術を用いて、ラインフォーカス型リニア（１
次元) アレイプローブであるラインフォーカス型超音波
受信子30を構成することが可能である。
元) アレイプローブであるラインフォーカス型超音波受
信子30の構成を示しているが、前記のラインフォーカス
型超音波送信子20と同様の構成であるので詳細な説明を
略す。なお、超音波振動素子91 1 〜91NRの幅（素子配列
方向) は、特開平7-253414号公報において開示されてい
るように1.0mm 以上とするのが好ましい。このようにし
て公知の技術を用いて、ラインフォーカス型リニア（１
次元) アレイプローブであるラインフォーカス型超音波
受信子30を構成することが可能である。
【００２３】
【実施例】このように構成された超音波探傷装置を用い
て、板厚2.0mm 、板幅1000mmの鋼板の探傷を行った。ラ
インフォーカス型リニア（１次元) アレイプローブであ
るラインフォーカス型超音波送信子20の素子数を10、個
々の素子から送信されるラインフォーカス送信ビームの
幅を６mm、ラインフォーカス型リニア（１次元) アレイ
プローブであるラインフォーカス型超音波受信子30の素
子数を10、個々の素子により形成されるラインフォーカ
ス受信ビームの幅Ｗを６mmとし、１つのプローブ対40に
より60mm長さの線状領域の探傷ができる。板幅1000mmの
鋼板をわずか17個のプローブ対40でその全面連続探傷す
ることができる。
て、板厚2.0mm 、板幅1000mmの鋼板の探傷を行った。ラ
インフォーカス型リニア（１次元) アレイプローブであ
るラインフォーカス型超音波送信子20の素子数を10、個
々の素子から送信されるラインフォーカス送信ビームの
幅を６mm、ラインフォーカス型リニア（１次元) アレイ
プローブであるラインフォーカス型超音波受信子30の素
子数を10、個々の素子により形成されるラインフォーカ
ス受信ビームの幅Ｗを６mmとし、１つのプローブ対40に
より60mm長さの線状領域の探傷ができる。板幅1000mmの
鋼板をわずか17個のプローブ対40でその全面連続探傷す
ることができる。
【００２４】そして、特開平7-253414号公報による設定
距離37.5mmよりも13.5mm大きくできた。本発明をオンラ
インに適用して１ヵ月間連続的にモニタして、波打った
鋼板のプローブ対40への接触は見られなかった。参考の
ため、特開平7-253414号公報による設定距離37.5mmとし
てモニタしたところ、１ヵ月に数回の接触が確認され
た。
距離37.5mmよりも13.5mm大きくできた。本発明をオンラ
インに適用して１ヵ月間連続的にモニタして、波打った
鋼板のプローブ対40への接触は見られなかった。参考の
ため、特開平7-253414号公報による設定距離37.5mmとし
てモニタしたところ、１ヵ月に数回の接触が確認され
た。
【００２５】
【発明の効果】オンライン操業において、被検査板への
疵付きが皆無となり、また、プローブ寿命も長くできる
ようになった。
疵付きが皆無となり、また、プローブ寿命も長くできる
ようになった。
【図１】本発明における被検査板の圧延方向とビームの
ライン方向との関係を示す基本的な概念図である。
ライン方向との関係を示す基本的な概念図である。
【図２】ラインフォーカス型超音波送信子とラインフォ
ーカス型超音波受信子とを被検査板を挟んで対向配置さ
せた様子を示す模式図である。
ーカス型超音波受信子とを被検査板を挟んで対向配置さ
せた様子を示す模式図である。
【図３】対向するプローブ間の距離と内部欠陥の反射エ
コー高さの関係を示す実験結果の図である。
コー高さの関係を示す実験結果の図である。
【図４】対向するプローブの媒質中での焦点距離の和と
欠陥エコー高さの極大値との関係を示す実験結果の図で
ある。
欠陥エコー高さの極大値との関係を示す実験結果の図で
ある。
【図５】本発明の超音波探傷装置の構成を示す概念図で
ある。
ある。
【図６】プローブ対の距離設定手段の例を示す模式図で
ある。
ある。
【図７】ラインフォーカス型超音波送信子の構成を示す
模式図である。
模式図である。
【図８】ラインフォーカス型超音波受信子の構成を示す
模式図である。
模式図である。
10 被検査板 15 内部欠陥 20 ラインフォーカス型超音波送信子 21 ラインフォーカス超音波ビーム 30 ラインフォーカス型超音波受信子 31 ラインフォーカス受信ビーム 40 プローブ対
Claims (4)
- 【請求項１】 媒質中で被検査板を挟んでラインフォー
カス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子
とを対向配置し、該ラインフォーカス型超音波送信子か
ら超音波ビームを被検査板に向けてほぼ垂直に送信し、
被検査板に入射した超音波によって生起された内部欠陥
からの反射波を前記ラインフォーカス型超音波受信子に
より受信し、受信された超音波を増幅し、反射波のみを
抽出した後に所定の振幅に達した反射波の有無を検出す
る超音波探傷方法において、前記ラインフォーカス型超
音波送信子と前記ラインフォーカス型超音波受信子との
間の距離Ｌを、前記ラインフォーカス型超音波送信子の
媒質中での焦点距離FTと前記ラインフォーカス型超音波
受信子の媒質中での焦点距離FRとの和と、被検査板中で
の超音波の速度CSと、媒質中での超音波の速度CWと、被
検査板の板厚ｔと、に基づいて決定することを特徴とす
る超音波探傷方法。 - 【請求項２】 前記距離Ｌを、内部欠陥からの反射エコ
ー高さが極大になる下記式のLpでの反射エコー高さの-3
dB以内とすることを特徴とする請求項１記載の超音波探
傷方法。 Lp ＝0.75(FT+FR)-｛(CS/CW)-1 ｝t - 【請求項３】 媒質中で被検査板を挟んで対向配置され
た、超音波ビームを被検査板に向けてほぼ垂直に送信す
るラインフォーカス型超音波送信子と、被検査板に入射
した超音波によって生起された内部欠陥からの反射波を
受信するラインフォーカス型超音波受信子と、該ライン
フォーカス型超音波受信子により受信された超音波を増
幅する受信増幅器と、該受信増幅器により増幅された超
音波の反射波のみを抽出するゲート手段と、所定の振幅
に達した前記反射波の有無を検出するコンパレータとか
ら構成される超音波探傷装置において、前記ラインフォ
ーカス型超音波送信子と前記ラインフォーカス型超音波
受信子の対向する距離Ｌが下記式で表される距離Lpでの
反射エコー高さの-3dB以内となるようにそれら送信子と
受信子を配置したことを特徴とする超音波探傷装置。 Lp ＝0.75(FT+FR)-｛(CS/CW)-1 ｝t 但し、FT：ラインフォーカス型超音波送信子の媒質中で
の焦点距離 FR：ラインフォーカス型超音波受信子の媒質中での焦点
距離 CS：被検査板中での超音波の速度 CW：媒質中での超音波の速度 ｔ：被検査板の板厚 - 【請求項４】 ラインフォーカス型超音波送信子とライ
ンフォーカス型超音波受信子とがそれぞれリニアアレイ
プローブであることを特徴とする請求項３記載の超音波
探傷装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24093297A JP3629913B2 (ja) | 1997-09-05 | 1997-09-05 | 超音波探傷方法および装置 |
| US09/647,554 US6474163B1 (en) | 1997-09-05 | 1999-03-03 | Ultrasonic flaw detection method and instrument therefor |
| AU32742/99A AU774737C (en) | 1997-09-05 | 1999-03-03 | Method and apparatus for ultrasonic flaw detection |
| PCT/JP1999/001024 WO2000052460A1 (fr) | 1997-09-05 | 1999-03-03 | Procede et appareil de detection de failles par ultrasons |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24093297A JP3629913B2 (ja) | 1997-09-05 | 1997-09-05 | 超音波探傷方法および装置 |
| PCT/JP1999/001024 WO2000052460A1 (fr) | 1997-09-05 | 1999-03-03 | Procede et appareil de detection de failles par ultrasons |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1183815A true JPH1183815A (ja) | 1999-03-26 |
| JP3629913B2 JP3629913B2 (ja) | 2005-03-16 |
Family
ID=26440101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24093297A Expired - Fee Related JP3629913B2 (ja) | 1997-09-05 | 1997-09-05 | 超音波探傷方法および装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6474163B1 (ja) |
| JP (1) | JP3629913B2 (ja) |
| AU (1) | AU774737C (ja) |
Cited By (3)
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