JPS58219453A - 超音波を用いた材料非破壊試験システムの調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は取付具内の互換性のあるトランスデユーサが
試験片の表面迄の距離を変更し、音波の入射角を変更し
、さらに焦点位置を変更する駆動装置に接続され、さら
に前記距離、音波の入射角および焦点位置の各実測値送
信機に接続され、前記駆動装置および前記実測値送信機
は、少くとも１つのメモリと入出力装置とを有した制御
手段に接続された、同一の形状および寸法の選択された
試験片を用いた超音波による材料の非破壊装置を試験に
必要な初期位置に調整する方法に関する。そのような方
法はすでに公知である（ドイツ公報２８４７８９８）。

この方法によれば、コンピータでの評価の後トランスデ
ユーサによって受信した信号は再びアナ５− ログ信号に変換され、表示装置に表示される。

この表示に基づいて制御コマンドがコンピュータに送ら
れ、超音波ヘッドと試験片との間の距離および音波の入
射角を調節するための駆動装置を作用させ、トランスデ
ユーサが試験片に対して最適な位置となるよう調整され
る。

この発明の目的はトランスデユーサが試験片に対して最
適であるような調整位置に移動させる上述の方法の改良
された方法を提供することである。

この発明によれば、前記取付具内に取付けられた各トラ
ンスデユーサおよび前記試験材料に対して調整された基
準片に対して、前記トランスデユーサの距離、音波の入
射角および焦点位置に関するメモリ内の調整データが、
前記試験片全前記装置内の試験位置に載置した後、前記
移動装置、実測位置通信機およびコンピュータから成る
制御ループに基準入力として供給され、前記制御ループ
は、変化が零又はほぼ零になる迄制御信号を前記駆動装
置に供給し、その後試６− 験材利として前記試験片を用いた第１の試験作動ステッ
プにおいて、前記試験片に対して調整された基準データ
で、前記測定値が所定の許容値にあるかどうか試験され
、前記許容値を超えている場合には、信号が発生しおよ
び／又は診断ステ、プが前記装置内で作られ、前記測定
値と基準データが一致する場合には受信機によって送達
された信号の時間遮蔽、並びに処理される受信信号のし
きい値が設定され、続いて起こる、試料としての試験片
を用いた次の試験作動ステップで前記試験片に存在する
外的および内的欠陥の増幅さ扛た測定値が比例配分され
た許容値に一致するように調整され、その後試験され、
一致が取れると実測値は格納され、解除信号が発生され
、前記許容値を超える振幅の場合には、前記振幅差は制
御信号として、前記音波の入射角に対する駆動装置に、
制御変動が零又はほぼ零となる迄印加され、その後前記
第１の試験作動ステップが再び開始され、それに続く試
験作動ステ、デによって継続されることにより目的が達
成される。

超音波手段により材料の非破壊試験を行う装置は手動で
調整することにより、テスト速度。

欠陥の検出能力、ＳＡ比および／又はどちらかというと
多大の経験と技量並びに時間のかかる再現能力に対して
も調整できる。しかしながら上述の方法によって、オペ
レータに関係無く効率の良い調整が可能である。特定の
形状および寸法の試験片に対してはトランスデユーサ距
離。

音波の入射角、焦点位置１時間しゃへい、信号しきい値
、テスト速度、パルス繰返しレート。

試験片の速度および測定精度といった・母うメータを一
度最適調整するだけで良い。これらの７４ラメータは格
納され、同じ又は同様の試験システムのその後の調整に
利用され、手動による調整操作を最小限にする。一度で
調整パラメータが決定できるのはテスト欠陥路又は自然
欠陥のテストに基づくからである。もう１つの決定方法
としては理論的な評価によりパラメータを調整すること
である。この方法は、上述した類のテストユニ、トな用
いてどちらかと言えば簡単な方法で行い得る。上述した
方法のもう一つの利点はテスト結果の再現能力がすぐれ
ているということである。さらに、リセット時間が各テ
ストすべき問題を自動的に設定することにより減少する
ことができる。この結果、経済的なテストが成され、ｉ
４養試験片ごとに装置を再構成するような場合には非常
に利点がある。

好適実施例ではそれに続く試験作動ステップにより試験
片からの距離を変えることによりおよび／又はそれに続
く試験作動ステップにより音波の入射角を変えることに
より、および／またはそれに続く試験作動ステ、ゾによ
Ｑ焦点位置を変えることにより、所定値に対する測定値
の変動の増加又は減少が決定され、その変動を最小にす
るための上述した距離や、入射角や焦工°゛ 点位置が変えられる。最適な態様ｔぞこの方法を用いる
ことにより、この装置の最適調整が得られる。この最適
方法による開始点は調整パラメータの大きな不利益であ
る。従ってこれらの９− ノ９ラメータはさらに細かく調整される。例えば粗野な
調整はテスト周波数やテスト−＼ラドの類の評価が粗く
、それによって焦点の定まっていない線焦点又は点焦点
の音波の領域が発生するからである。

この発明の適切な実施例がクレーム３乃至６に記載され
る。

以下この発明の一実施例につき図面を参照して記載する
。

超音波手段を用いた材料の非破壊試験装置１０は取付具
１４に取付けられたトランスデユーサ１２を有している
。試験材料としてチューブ１６が示しである。このチュ
ーブの例えば内部損傷および外部損傷を調べるものとす
る。トランスデユーサ１２は例えば５　ＭＨｚのパルス
繰返しレートの試験周波数で帯電される。前記トランス
デユーサ１２は同時に音波の送受信器としても使用する
ことができ、受信側はプリアンプに接続され、その後に
メインアンプ２ｏが直列に接続されている。前記メイン
アンプ２ｏに１０− はアナログ−デジタル変換器２２が接続され、この変換
器２２の出力はコンピュータ２４に接続されている。ア
ナログ−デジタル変換器２２の出カドコンピュータ２４
の入口との間にはしきい値制御回路からなるデータ制限
回路２６が配列されている。前記しきい値はコンピータ
２４で調整される。前記アナログ−デジタル変換器２２
により比例配分されたデジタル値は前記データ制限回路
２６で設定されたしきい値を超えた場合にのみコンピュ
ータ２４に供給される。前記コンピュータ２４は例えば
１つ又は複数のマイクロプロセ、すを有することができ
、少くとも１つのメモリ２８にデータ／制御パス３０を
介して接続されている。前記データ／制御パス３０には
さらにキーが−ド入力装置３２゜プリンタ３４およびデ
ジタル−アナログ変換器３６が接続され、前記変換器３
６の出力は表示装置３８に供給される。さらに前記パス
３０には入出力回路４０が接続される。

前記入出力回路４０は３つの出力チャネル４２゜４４．
４６を供給する。これらのチャネル４２゜４４．４６は
各々トランスデユーサ１２と試験材料１６との間の距離
を変更する駆動装置４８゜音波の入射角を変更する駆動
装置５０．および焦点位置を変更する駆動装置５２に接
続されている。これらの駆動装置４ｇ、５０．５２はＩ
）Ｃモータで構成し得る。前記駆動装置４８は例えば２
つの軸の回りを回転しながら取付具１４が搬送されるス
ライドを駆動する。回転軸の一方は垂直に取付具１４と
トランスデユーサ１２の垂直軸に延在し、他方は前記垂
直軸に保持されている。前記第１の回転軸に対する取付
具１４とトランスデユーサ１２の回転運動は駆動装置５
０によって発生される。前記トランスデユーサ１２と取
付具１４の垂直軸の回りの回転運動は駆動装置５２によ
って生ずる。

前記駆動装置４Ｂ、５０．５２によって回転されること
により設定される前記距離、音波の入射角および焦点位
置の変更のための軸（詳細な説明を省略する）にはトラ
ンスきツタ（送信器）ｓｅ、ｓｓ、６ｏが接続されてい
る。前記トランス省ツタは入出力回路４０にチャネル６
２．６４．６６を介して接続される。この実測値トラン
スイ、り５６．５８．６０は試験材料１６とトランスデ
ユーサ１２との距離、初期角度位置に対する音波の入射
角の大きさ、およびあらかじめ設定された初期位置に対
する焦点角度の大きさの測定値を供給し、絶対値又は増
分変化量のコーディングによる角度コーグを形成してい
る。同様の回転体を実測値供給体として用いることがで
きる。しかしながらこのような回転体の場合、出力信号
をデジタル値に変換する必要がある。絶対値コーディン
グによる角度コーグはそれぞれの角度位置に比例する。

増分変換量のコーディングにより、回転位置に比例した
多くのノ４ルスが発生され、これらのノ４ルスは加算さ
れて回転角が決定される。

駆動装置４Ｂ、５０．５２がＤＣモータの場合、コンピ
ータ２４によって出力されたデジタル制御信号はデジタ
ル−アナログ変換器およ１３− びシリアンプによりアナログ信号に変換される。

しかしながらステップモータを用いて駆動装置４Ｂ、５
０．５２ｆ構成し、ノｆルス制御しても良い。この場合
前記ノ９ルスの数によって駆動装置４Ｂ、５０．５２の
回転のコースが決定される。前記駆動装置４Ｂ、５０．
５３がパルスの容赦によって決定される回転のコースを
正確にカバーする場合には、このパルス数は同時に各位
置の実際の値として採用することができる。

この場合、実測値供給器５６．５８．６０は不要となる
。従ってカウンタを実測値供給器として用い、ステップ
モータに供給されるパルス数をカウントすることができ
る。

前記入出力回路４０はコンピュータ２４によって出力さ
れたデジタル制御信号と実測値供給器５６．５８．６０
によって発生した位置データを格納するメモリに加えて
、実測値供給器に適したマツチング回路と駆動装置４Ｂ
、５０゜５２に適した駆動回路（詳細に図示せず）を有
している。調整ノ９ラメータとしては、トランス１４− デューサの距離、音波の入射角、焦点位置、受信信号の
時間じゃへい、データ抑制回路２６によって成されるデ
ータ抑制、試験速度、パルス繰返し周波数、試験材料の
速度および測定精度である。この試験速度は高速であり
、高分解能と良好な再現性を有している。試験材料によ
って与えられるような外形寸法から、トランステ１−サ
１２と試験材料の損傷の長さの焦点幅により試験材料の
特定の駆動速度が決定される。

焦点に関してトランスデユーサの種類は所望のテスト速
度、特定のパルス繰返し周波数、特定の速度の試験材料
、チューブデータで選択し得る。このチューブデータと
しては例えば材質。

表面特性および試験周波数である。又テストヘッドの種
類も、上述したパラメータを考慮することにより従前の
測定で得られた経験で決定できる。

このようにして選択されたトランスデユーサ１２が取付
具１４に取付けられる。さらに試験材料として試験片が
用いられ、装置１０内の開始点に移動される。次にこの
装置１０は自動調整のために開始位置に設定され、最適
試験が行われる。こ扛は対応するコマンドをキーボード
３２に供給することにより行われる。第２図はトランス
デユーサ１２の取付のフェーズおよびステップ６８で装
置調整に関連した構成と共にテスト材料１６の位置を示
す。テスト周波数の調整はステップ７０で示される。ス
テップ７２では、装＃１０が自動調整にセットされる。

そノ後、ステ、プ７４で調整が成される。この調整のた
めの基準データはメモリ２８に格納された、各試験片に
対して最も好しいトランスデユーサの距離の調整値、音
波の入射角および焦点位置に関するデータである。これ
はトランスデー−サ１２が焦点が取られた音波を発生す
るという条件付である。この調整の開始点は望しくけト
ランスデー−サ１２の定義された終端位置である。この
トランスデユーサ１２の終端位置をコンピュータ２４は
入出力回路４０を経由して実測値トランスミ、りにより
知らされる。ステップ７４では、駆動装置４Ｂ、５０，
５２゜実測値トランスミッタ５６１５８，６０およびコ
ンピュータ２４が、データ／制御パス３０および入出力
回路４０を介して１つの制御ループが形成される。コン
ピュータ２４は駆動装置４８．６０．５：Ｉに格納され
た基準データと実測値トランスイッタ５６．５８．６０
によって示された信号に比例する制御信号との差を供給
する。それに呼応して駆動装置４Ｂ、５０゜５２が移動
を開始し、取付具１４とトランスデユーサ１２と共にメ
モリ２８内データで決定される位置に移動させる。異る
駆動装置４Ｂ、５０゜５２に対して各々３つの制御ステ
、プ７６．７８゜８０が走る。

制御ステ、プ７６ではトランスデユーサ１２と取付具１
４がグリセ、トされた焦点ラインに調整される。その後
ステップ７８で試験材料１６の表面からのトランスデユ
ーサ１２の距離が格納された基準位置と一致するように
調整される。次にステ、プ８０においてトランスデー１
７− −サ１２が音波の入射角のプリセット位置に移動される
。第２図ではステップ７６　、　’１８．８０カ次々と
起こる。このような動作はコンピュータ２４の能力が他
のコンピュータタスクの他に１つの制御動作のみを実行
するのに十分である場合に利点がある。コンピータに十
分な能力がある場合には、特に高速の場合、ステップ７
６．７８．８０も同時に処理できる。トランスデユーサ
１２の位置制御に加えて速度制御を行うことは得策であ
る。これによりステップ６Ｂ、７０．７／２の時間が短
縮できる。位置制御は制御ノｆルスの数によって成され
、各制御ノ母ルスはコースの特定の増量変化分と一致し
ており、速度はこ扛らの・母ルスの周波数により制御で
きる。コンピュータ内に駆動装置４Ｂ、５０゜５２およ
びこれらの装置に接続された主要部に適したブレーク特
性を格納することができる。

この特性を用いて、基準点と実測値間の特定の距離差に
より基準点で駆動装置を正確に停止させることができる
。

１８− トランスデユーサ１２が距離、音波入射角および焦点位
置に対して設定した位置に到達したときは、ステップ７
４は終了する。次に第１の試験作動ステップ８２が自動
的に実行される。

この試験作動ステ、ゾは通路の試験片を有し、前記試験
片の損傷によって発生した測定値を特定の許容誤差を有
した基準データを用いてテストされる。前記試験片の通
路はステ、プ８４で示され比較作動ステップは８６で示
される。各試験片の損傷の種類、例えば外側の縦方向の
損傷、内側の横方向の損傷、外側の横方向の損傷等の基
準データは平均値である。これらの平均値に対する分散
値の許容誤差は得ることができる。これらの誤差が平均
値の上下方向で超えた場合、コンビ、−夕２４は対応信
号をステップ８８でＩＪｊす。従ってステ、プ８８で装
置１０は診断ステ、ゾにより試験される。この構成は以
下詳細に述べる。

前記試験された損傷の測定値が許容誤差内である場合に
は、コンピュータ２４は一致が取れたと判断し、ステッ
プ９０に移り、増幅器１８゜２０によって供給される信
号に対して時間じゃへいが設定される。この時間し中へ
いにより、測定に必要なエコー信号が選択される。すな
わちしゃへいが外部および内部損傷の表示範囲内に載置
される。ステ、プ９ｏが実行された後ステップ９２が実
行される。このステップ９２ではデータ抑制回路２６に
おいて得られた値の抑制が行われる。コンピュータ２４
の比例配分値によりしきい値を設定することにより干渉
信号をし中断することが可能である。ステップ９４では
外部および内部損傷データの振幅値はコンピュータ２４
の制御により互いに同期が取られる。これは増幅度を調
整することにより成される。ステ、プ９４に続いて、ス
テ、ゾ９６では信号振幅値が内部および外部損傷による
試験片のテスト中、比例配分された許容誤差内にあるか
どうかチェックされる。許容誤差内にある場合にはステ
、プ９８で調整動作の終了を表示する。その後装置には
試験材料の供給のために利用される。しかしながら許容
誤差内に無い場合ニハ、ステップ８０およびそれに続く
ステ、プが実行される。

最適ノｆラメータの設定は最適調整の過程で便宜的に行
われる。これにより量的な規準を設定する。この規準と
していくつかのノｆラメータがある。このような量の規
準は損傷がある場合に得られた測定値の分散ができるだ
け平均値からはずれないようにするためである。それゆ
え、測定値の分散は、試験作動ステ、プにょクコンピュ
ータ２４のデータから決定される。試行錯誤（近似法）
の過程でいくつかの試験作動ステ、プにより音波の入射
角、焦点位置および距離を変える。各変化はチェ、りさ
れ、分散が減少されたかどうか見る。分散の減少は調整
の補正値として利用され、従って次の試験作動ステ。

プの開始ベースとして利用される。最適動作では常に１
つだけのパラメータ例えば距離、焦点位置あるいは音波
の入射角が試験作動ステ、デ前に変更される。これらの
ノｆラメータを変化さ２１− せることによりもはや分散の減少が得られない場合には
利用可能な実際値がメモリ２８に最適値として格納され
る。これらの値は同一構造の試験作用片に対する装置の
設定に対して利用される。このようにしてノ量うメータ
の最適調整が成されると、試験結果７の・屑ｔＩ現゛性
が良くなる。

測定値および基準値の変動に対する原因の診断には損傷
の検出方法を含ませることが望しい。

最も簡単な場合には信号８８に続いて、異るテスト周波
数が設定される。但し採用されたトランスデユーサの構
成により、そのような動作態様が可能となる。そのよう
なテスト周波数を変更する場合、連続的に異る値は測定
値と基準値との間の要求されるような一致が得られない
。

従ってもっと複雑な損傷検出方法を適用する。

初めに、増幅器２０の振幅の度合いが変更される。続い
てステ、プ８２が実行される。前記測定値が許容誤差内
である場合には、リセットされた増幅度はメモリ２８に
格納され、将来利用されるこの方法はステ、プ９０へト
続く。

２２− 所望の一致が得られない場合、信号８８が再び与えられ
る。あるいは又引き続き信号８８のかわりに診断ステッ
プをさらに実行することが便宜的である。これらのステ
、プはある構成によって比例配分されたテスト信号のデ
ータ制御回路２６．メモリ２８および入出力回路４０へ
の供給を含んでいる。それにより、この装置内で実際に
利用可能な信号がもともとの試験データと比較される。

変動がある場合には、この損傷部ハコンビーータ２４に
よってその位置がつきとめられ、出力装置に表示される
。コンピュータ２４内の試験手順は、コンピュータ２４
に欠陥があるかどうかを発見すると同様にトリガできる
。

前ｉｄテストの結果、コンピュータ２４並びにこのコン
ピュータ２４に接続された制御素子が正しく動作してい
る場合には、更に診断ステ。

プにおいてトランスデユーサ１２に、テスト信号が供給
される。この場合トランスデユーサ１２は所定の受信信
号を返すはずである。受信信号が返ってこガい場合には
、トランスデユーサ１２の欠陥を示す信号が送信される
。

上述した診断ステップで装置１０内の欠陥が検出されず
、トランスデユーサに使用されるテスト周波が、試験片
の材料、試験片の表面構造。

所望のテスト速度、試験片の速度、所望の測定精度、比
例配分されたノｆルス繰返し周波数に関する格納データ
に基づいて決定されると、出力装置を介して表示される
。その後、新しいトランスデー−サを装置１０内に取付
けることができる。続いて第２図に示すような方法ステ
ップが再び実行される。

トランスデユーサの種類によって焦点に関する特性すな
わち非焦点、線焦点、あるいは点焦点型のトランスデユ
ーサであっても良い。高速の試験速度では、例えば線焦
点型の超音波ヘッドを用いて試験材料の表面に関するテ
スト点の、１ 十分に近接した位置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は材料の非破壊試験装置のプロ、り図：および 第２図は第１図に示す実施例に示す装置の調整で行われ
ゐ方法ステップの図である。 １０・・・非破壊試験装置、１２・・・トランス７′ユ
ーサ、１４・・・取付具、１６・・・チューブ、２０・
・・メインアンプ、２２・・・アナ四ダーデジタル変換
器、２４・・・コンビ、−タ、２６・・・データ制限回
路、２８・・・メモリ、３０・・・データ／制御パス、
３２・・・キーが一ド入力装置、３４・・・プリンタ、
３６・・・デジタル／アナログ変換器、３８・・・表示
装置、４０・・・入出力回路、４２，４４．４６・・・
出力チャネル、４Ｂ、５０．５２・・・駆動装置、５６
．５８．６０・・・送信器。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦２５− −２ε

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、取付具内の互換性のあるトランスデユーサが試験片
   の表面迄の距離を変更し、音波の入射角を変更し、さら
   に焦点位置を変更する駆動装置に接続され、さらに前記
   距離、音波の入射角および焦点位置の各実測値送信機に
   接続され、前記駆動装置および前記実測値送信機は、少
   くとも１つのメモリと入出力装置とを有した制御手段に
   接続され、それにより、前記取付具内に取付けられた各
   トランスデユーサおよび前記試験試料に対して調整され
   た基準片に対して、前記トランスデユーサの距離、音波
   の入射角および焦点位置に関する調整データが、前記試
   験片を前記装置内の試験位置に載置した後、前記駆動装
   置、実測値送信機およびコンピュータから成る制御ルー
   プに基準入力として供給され、前記制御ループは、変化
   が零又はほぼ零になる迄制御信号を前記駆動装置に供給
   し、その後試験試料として、前記試験片を用いた第１の
   試験作動ステップにおいて、前記試験片に対して調整さ
   れた基準データで、前記測定値が所定の許容値内にある
   かどうか試験され、前記許容値を超えている場合には、
   信号が発生しおよび／又は診断ステ、ゾが前記装置内で
   作られ、前記測定値と基準データが一致する場合には受
   信機によって送達された信号の時間遮蔽、並びに処理さ
   れる受信信号のしきい値が設定され、続いて起こる、試
   料としての試験片を用いた次の試験作動ステ、プで、前
   記試験片に存在する外的および内的欠陥の増幅された測
   定値が比例配分された許容値に一致するように調整され
   、その後試験され、一致が取れると実測値は格納され、
   解除信号が発生され、前記許容値を越える振幅変動の場
   合には、前記振幅差は制御変動信号として、前記音波の
   入射角に対する駆動装置に、制御変動が零又はほぼ零に
   なる迄印加され、その後前記第１の試験作動ステップが
   再び開始されそれに続く試験作動ステップによって継続
   されること全特徴とする同一の形状および寸法の選択さ
   れた試験片を用いた超音波による材料の非破壊装ｒＩｔ
   を試験に必要な初期位置に調整する方法。 ２、前記第１のステ、ゾに続く試験作動ステ、ノで前記
   試別の距離を変更しおよび／又は前記第１のステ、プに
   続く試験作動ステ、ノで前記音波の入射角を変更し、お
   よび／又は前記第１のステップに続く試験作動ステップ
   で前記焦点位＃を変更することにより、所定の平均値に
   比較した場合の測定値の分散の増減が検出され、前記測
   定値の分散を最小にするように各変更を行うことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、　前記診断ステ、ゾにおいて前記受信機に直列接続
   された増幅器の振ｌＩｇ″ｉ′度が変化され、前記第１
   ステツプに続く試験作動ステップが始動され、再び許容
   値を超えた場合、前記増幅器の欠陥を示す信号が発生さ
   れ、前記測定値が前記許容値内である場合にはリセット
   された振幅係数が格納され、時間遮蔽としきい値調整か
   ら成る試験作動ステップが開始されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４、　前記信号に加えて、それ以降のステップにおいて
   前記増幅器に直列に接続された制御素子に、コンピュー
   タからのテスト信号が供給され、欠陥のある制御素子を
   検出した場合、各制御素子全示す信号が送信されること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項記賊の方法。 ５、　さらに別の診断ステップにおいて前記トランスデ
   ユーサに欠陥を検出するためのテスト信号が供給され、
   出力信号が所定値に対して変動する場合には前記トラン
   スデユーサの欠陥を示す信号が発生されることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６　欠陥を検出することなく診断ステップを終了した後
   、前記トランスデユーサの試験周波数および試験へ、ド
   が決定され、前記試験片の材料に関する格納データに基
   づいて前記試験片の表面構造、比例配分された試験速度
   、ノ臂ルス繰返し周波数前記試験片の速度および測定精
   度が表示されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の方法。