JPS5837504B2 - 超音波探傷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、底面エコーの不安定な被探傷物体の検査に
対しても適用可能であるとともに底面エコーの低下度合
（以下、底面エコ一方式と云う）にも採用できかつ被探
傷物体の変化物分における誤診の危険性を防止できるよ
うにした超音波探傷装置に関する。

一般の超音波探傷装置では、探触子よりパルス状の超音
波を発信し、この超音波を被探傷物体に伝播させ、その
反射波を受信して、被探傷物体の欠陥の有無を調べるも
のである。

第１図は直接接触法による従来の超音波探傷装置の概略
を示すものである。

この第１図における１は被探傷物体である。

との被探傷物体１の上面にカプラント２を介して探触子
３ａ，３ｂを接触させ、超音波４ａ＋４ｂを被探傷物体
１に伝播させるようにしたものである。

これにより、被探傷物体１における欠陥５の部分を検出
するようにしたものである。

第２図Ａ１第２図Ｂはそれぞれ第１図の超音波探傷装置
による都詐１］用ブラウン管で観測された波形を示すも
のである。

この第２図Ａ、第２図Ｂはそれそれ第１図における探触
子３ａ，３ｂに対応するものであり、この両図における
ＩＰは送信部（図示せず）から探触子３ａ，３ｂに送出
する送信パルスを示す。

１たＦは欠陥５により生ずる欠陥エコーを示し、Ｂ１は
底面エコーである。

このように超音波を利用して被探傷物体の欠陥を検出す
る方法としては、欠陥エコーの出現によるもの（以下欠
陥エコ一方式と云う）と、底面エコーの低下度合、すな
わち、既述した底面エコ一方式によるものとがある。

このいずれの方式においても、超音波を被探傷物体に安
定して伝’１せることか第１条件であり、超音波の伝播
損失が生ずると、欠陥エコ一方式では、欠陥が存在して
いても、欠陥エコーが現われないと云う欠点がある。

１た、底面エコ一方式では、欠陥が存在しなくても、底
面エコーが低下するので、いずれも誤った判断をするこ
とになる。

このような誤診を防止する目的で、自動探傷あるいは連
続探傷においては、欠陥エコーを検出すると同時に、超
音波の伝播度合を指示するものとして、底面エコーを検
出して、伝播損失を補正する方式が採用されている。

第３図はこの方式の構改を示すブロック図である。

この第３図における６は被探傷物体であり、カプラント
７を介して探触子８が接触されている。

探触子８は送信部９からの送信パルスを受けると、超音
波に変換して被探傷物体に伝播する。

１た、被探傷物体６からの反射エコーを探触子８で受、
信し、それを電気信号に変換して受信部１０を経てゲー
ト装置Ｇ１およびＧ２に送出する。

ゲート装置Ｇ１耘よびＧ２はそれぞれ特定の受信信号を
検出し、ゲート装置Ｇ１は、底面エコーを出力装置１１
に送出して記録計（図示せず）に出力する。

また、ゲート装置Ｇ２で検出された表面エコーは自動利
得コントロール回路（ＡＧＣ回路）１２に送出される。

これにより、ＡＧＣ回路１２は超音波の伝播損失を補正
するように、受信部１０をコントロールするものである
。

しかし、この第３図の方式では次に列挙するごとき欠点
を有するものである〔（１）被探傷物体の底面が安定し
た状態でないと、底面エコー振幅は超音波の伝播度合を
示さないので、適正な補正がなされない。

（２）薄肉材など分解能に関連して、底面エコ一方式を
用いる必要がある場合には、第３図に示す方式では目的
を達し得ない。

（３）水浸法において底面エコーの間隔（超音波の伝播
時間に相当）から、肉厚を測定する場合には、探触子の
保持角度、すなわち、入射角の誤差は次の第（１）式に
示すように、音速に関係して屈折し、被探傷物体中へ伝
播した後は約４培の屈折率になるので、底面エコーが低
下することになる（第４図）。

この第４図における１３は被探傷物体（鋼材）であり、
１４は水を示し、１５は探触子である。

探触子１５より水１４を経て被探傷物体１３に超音波が
入射角Ａθで伝播され、被探傷物体１３ではδの屈折角
で伝播することを示している。

この第（１）式において、 Ａθ：入射角 ＣＦ：被探傷物体（鋼材）の音速（約５９００ｍ／ｓ） ＣＷ：水中の音速（約１４９０ｍ／８） である。

一方、原子と蒸気発生器の細管の欠陥を検査する必要が
あり、この細管は上述のような超音波探傷装置により検
査する場合において、細管が被探傷物体となるわけであ
る。

この細管は肉薄であり、しかも検査条件としては、遠隔
操作が必要（放射能のため）なことから、探傷方式は底
面方式で誤診のない信頼性の高い検査法を採用する必要
がある。

そして、被探傷物体の表面持態の影響が比較的少ない（
表面粗度による伝播損失が少ない）方法として第４図に
示すような水浸法がある。

しかし、この水浸法では、入村角誤差の影響が大きいた
め、探触子の保持精度がシビアなことと、被探傷物体の
変形に対しては伝播損失が大きく、実用に際しては信頼
性が乏しいことが判った。

第５図はこの状況を示すものであり、横軸に入射角Ａθ
をとり、縦軸にエコー振幅をとって示すものである。

図中の８１，Ｓ２は表面エコーであり、Ｂ１−Ｂｎハ底
面エコーである。

このような低信頼性に対する方策として、前述の第３図
で示すようなＡＧＣ方式を採用していたが、底面エコ一
方式では採用不酊能であり、これに代る方式による超音
波探傷装置の出現が望１れていた。

この発明は、上記諸点にかんがみなされたもので、被探
傷物体に超音波を発射するとともに被探傷物体からの反
射エコーを受波する探触子と、との探触子に超音波を発
生させるための電気信号を送出しかつ探触子が受波した
反射エコーの信号を受信する送受信部と、この送受信部
から出力される反射エコーの信号のうち底面エコーの信
号を検出する第１の装置と、上記送受信部から出力され
る反射エコーの信号のうち表面エコーの信号を検出する
第２の装置と、この第２の装置で検出される信号より探
触子が上記被探傷物体に対して適正位置に保持されてい
るか否かの判定を行ないかつ探触子が不適正位置にある
と判定したときとの探触子を適正位置に指向するように
角度補正を行なう装置とよりなることを要旨とすること
により、底面エコ一方式にも適用可能であるとともに底
面エコーが不安定な欠陥エコ一方式にも適用できかつ被
探傷物体の変形部分における誤診の危険性を解消できる
超音波探傷装置を提供することを目的とする。

以下、この発明の超音波探傷装置の実施例について図面
に基づき説明する。

第６図はその一実施例の構成を示すブロック図である。

この第６図において、２１は送受信部である。

送受信部２１は探触子２２に電気信号を送出するように
なつ℃いる。

この探触子２２は水２４内に浸漬されており、送受信部
２１から電気信号が送出されると、パルス状の超音波に
変換するものである。

この探触子２２および被探傷物体２３は水２４に浸漬さ
れているものであり、超音波は水２４を伝播路として被
探傷物体２３に照射するようになっている。

そして、被探傷物体２３内に超音波が伝播した後、入射
時の伝播経路を辿って再び探触子２２に至り、との探触
子２２で受波されるようになっている。

探触子２２は被探傷物体２３からの反射エコーを受波す
ると、それを電気信号に変換して送受信部２１に送出す
るようになっている。

送受信部２１の出力端はゲート装置２５を介して出力装
置２６に接続されているとともに、ゲート装置２７を介
してイン汐一フエイス２８の入力端に接続されている。

ゲート装置２５．２７は送受信部２１から送出される信
号のうち、特定範囲の信号のみを選択して出力するもの
である。

オた、出力装置２６はゲート装置２５から出力される信
号を受けると、出力端子２９を通して図示しない記録装
置（観測用ブラウン管など、以下Ａスコープと云う）に
出力するものである。

イン汐一フエイス２８の出力端は制御装置３０の入力端
に接続されており、ゲート装置２７から信号を受けると
、その信号により、被探傷物体２３に超音波が正しく入
射されるように、探触子２２が保持されているか否かを
判断し、探触子２２に保持誤差があることを判断した場
合に出力するようになっている。

このインターフエイス２８の出力が制御装置３０に加わ
ると、制御装置３０が作動して駆動装置３１を制御する
ようになっている。

駆動装置３１は制御装置３０の出力により、矢印Ｙ１方
向に探触子２２を１従動させ、探触子２２から放射され
る超音波が被探傷物体２３に正しく入射されるように探
触子２２を保持させるようになっている。

次に、以上のように構成されたこの発明の超音波探傷装
置の動作について、第７図および第８図を併用して説明
する。

第７図は水浸法で被探傷物体２３として、薄鋼板の垂直
探傷を行なう場合の探傷状況を示す図である。

この第７図では第６図と同一部分には同一附号が付され
ており、図中のＡ，Ｂ，Ｃはそれぞれ探触子２２の位置
を示している。

さた、第８図は第７図における探触子２２の位置Ａ，Ｂ
，Ｃに対応する探傷波形をＡスコープで観測したもので
あり、第６図における出力端子２９から得られる信号で
ある。

この人スコープの表示は、縦軸が反射波の強さ（以下、
エコー振幅と云う）であり、横軸が時間、すなわち、超
音波伝播物体中の距離を示す。

この場合、被探傷物体２３の肉厚に関連して、底面エコ
一方式で探傷を行なっている。

い渣、第７図において、探触子２２がＡの位置にある場
合から述べる。

この場合、１ず送受信部２１から電気信号が探触子２２
に送られ、そこで超音波に変換される。

この超音波は水２４を伝播して被探傷物体２３に入射し
、この被探傷物体２３の底面から反射エコーが入射時と
同様の経路で探触子２２に戻る。

との探触子２２で反射エコーが受波されると、それを電
気信号に変換して送受信部２１に送出する。

送受信部２１ぱ探触子２２からの電気信号を受けると、
第８図Ａにおける探傷波形で示すごとく信号を出力する
。

この信号におけるＩＰは送受信部２１から探触子２２に
送出される電気信号であり、Ｓ１，Ｓ２はそれぞれ被探
傷物体２３から反射される反射エコーの表面エコーであ
る。

そして、Ｂ１〜Ｂ６はそれそれ底面エコーであり、ゲー
ト装置２５、ゲート装置２７の欄はそれぞれゲート装置
２５．２７の出力波形を示すものであり、以下、第８図
Ｂ、第８図Ｃの場合も同様である。

い゛ま、第７図において、探触子２２がＡの位置にて探
傷しているときには、被探傷物体２３には欠陥がないも
のとすれば、第８図Ａより明らかなように、底面エコー
Ｂ１〜Ｂ６のエコー振幅が大きい。

この底面エコーＢ１〜Ｂ６はゲート装置２５で選択され
、出力装置２６に送出する。

出力装置２６はこのゲート装置２５からの信号を受けて
出力端子２９を通して記録装置に出力する。

これにより、底面エコーＢ１〜Ｂ６が記録され、被探傷
物体２３は、探触子２２がＡの位置にあるときには欠陥
がないことが判明する。

１た、表面エコー８２はゲート装置２７で検出される。

この表面エコー８２が検出されているときは、探触子２
２から放射される超音波が被探傷物体２３の表面に正し
く入射されている状態である。

換言すれば、探触子２２が被探傷物体２３の表面に対し
て適正位置で対向している状態であり、被探傷物体２３
０表面から反射される表面エコーが探触子２２で受波さ
れるとき、減衰度が少なく、エコー振幅が大きいときで
ある。

したがって、この状態では、インターフエイス２８は出
力せず、制御装置３０および駆動装置３１はともに作動
しない。

これにより、探触子２２は被探傷物体２３に対する保持
位置は現状の１１である。

すなわち、探触子２２の保持位置の角度補正が行なわれ
ない。

次いで、第７図に示すごとく、探触子２２をＢの位置に
移動させて、とのＢの位置の部分における探傷に移行す
る。

この場合は被探傷物体２３には欠陥２３ａがあるものと
すると、第８図Ｂに示すごとく、探触子２２がＡの位置
にある場合と同様にして、送受信部２１の出力端には第
８図Ｂにおける探傷波形が得られる。

しかし、この場合は被探傷物体２３に欠陥２３ａがあり
、このため、被探傷物体２３に入射してこの被探傷物体
２３中に伝播する超音波は欠陥２３ａのために減衰され
る。

これにともない底面エコーＢ１〜Ｂ６のエコー振幅も低
下する。

このエコー振幅の低下した底面エコーＢ１〜Ｂ６はゲー
ト装置２５で選択され、出力装置２６、出力端子２９を
経て記録装置に送出される。

この記録装置では底面エコーＢ １ −Ｂ ６のエコー
振幅が低下して記録されるので、第７図のＢの位置では
被探傷物体２３に欠陥２３ａがあることを知ることがで
きる。

しかし、この場合においても、表面エコー８２はゲート
装置２７で検出され、探触子２２が被探傷物体２３の表
面に対して適正位置で保持されていることを判定するの
で、探触子２２の角度補正は行なわれない。

さらに、探触子２２が第７図のＣの位置、すなわち、被
探傷物体２３の変形部位に対応する位置に移動すると、
探触子２２が第７図のＡの位置とＢの位置と同様に被探
傷物体２３の表面に対して対向角度を変えなければ、被
探傷物体２３の変形部位２３ｂのために、探触子２２か
ら放射される超音波は被探傷物体２３の表面に対して入
射角誤差Ａθをもって入射されることになる。

したがって、探触子２２で受波される被探傷物体２３か
らの表面エコーＳ１，Ｓ２および底面エコーＢ１〜Ｂ６
はともにエコ十賑幅が低下される。

その結果、第８図Ｃに示すごとく、送受信部２１の出力
端には探傷波形が得られる。

この探傷波形のうち、底面エコーＢ１〜Ｂ６はゲート装
置２５で選択され、出力装置２６、出力端子２９を経て
記録装置で記録される。

したがって、この記録装置ではエコー振幅の低下した底
面エコーＢ１〜Ｂ６の記録結果から、被探傷物体２３に
欠陥があるとして誤診されることになる。

つ１り、第７図のＢの位置と第７図のＣの位置との区別
がつかなくなる。

しかし、この発明では、さらにゲート装置２７により表
面エコー８２も検出するようになっており、第７図Ｃの
位置では第８図Ｃからも明らかなように表面エコー８２
のエコー振幅も極端に減衰している。

この表面エコーＳ２のエコー振幅が低下すると、ゲート
装置２７はこれを検出できなくなる。

その結果、イン汐一フエイス２８が、探触子２２ぱ被探
傷物体２３に対して適正位置に保持されていないと判断
して出力端に最大値を示すように出力する。

これにより、制御装置３０が動作して１駆動装置３１を
動作させ、駆動装置３１により探触子２２の保持位置の
角度補正を行なわせる。

この探触子２２の保持角度の補正が行なわれると、被探
傷物体２３から反射されて探触子２２で受波されル表面
エコーＳｌ，Ｓ２およヒ底面エコーＢ１〜Ｂ６のエコー
振幅はともに大きくなる。

その結果、送受信部２１の出力端に現われる探傷波形は
第８図Ｃにおける「角度補正後」の欄で示すごとくにな
り、第８図Ａで示す場合と同様になる。

したがって、ゲート装置２５もエコー振幅の大きい底面
エコーＢ１〜Ｂ６を検出して、これを出力装置２６、出
力端子２９を経て記録装置に記録されるので、記録結果
より、被探傷物体２３に欠陥２３ａがないことが判明す
る。

このようにして、第７図Ｃの位置に示すごとく、被探傷
物体２３に変形部位２３ｂがあっても、探触子２２の保
持角度の補正を行なうので、被探傷物体２３には欠陥な
しとして正しく判断されることになる。

つ１り、この発明では、超音波の伝播度合を指示するも
のとして、表面エコーＳ２をモニタするようにしている
から、底面エコーが不安定な被探傷物体に対しても適用
できることになり、底面エコ一方式にも採用できるとと
もに、表面エコーＳ２を検出して、それに基づき探触子
２２の保持角度の補正制御を行なう、いわばフィードバ
ック形態により、探触子２２の保持角度を被探傷物体の
変形部位に応じて対処できるようにしているから、超音
波の伝播状態を一定状態に保持でき、誤診を未然に防止
できることがわかる。

以上詳述したように、この発明の超音波探傷装置によれ
ば、被探傷物体に超音波を発射するとともに被探傷物体
からの反射エコーを受波する探触子と、との探触子に超
音波を発生させるための電気信号を送出しかつ探触子が
受波した反射エコーの信号を受信する送受信部と、この
送受信部から出力される反射エコーの信号のうち底面エ
コーの信号を抽出する第１の装置と、上記送受信部から
出力される反射エコーの信号のうち表面エコーの信号を
検出する第２の装置と、この第２の装置で検出される信
号より探触子が上記被探傷物体に対して適正位置に保持
されているか否かの判定を行ないかつ探触子が不適正位
置にあると判定したときこの探触子を適正位置に指向す
るように角度補正を行なう装置とよりなることを要旨と
しているので、底面エコ一方式にも適用できるとともに
底面エコーが不安定な欠陥エコ一方式にも適用できるば
かりか、被探傷物体の変形部位における誤診の危険性を
未然に防止できる効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は直接接触法による従来の超音波探傷装置の原理
的構成を示す図、第２図Ａは第１図の超音波探傷装置に
よる欠陥エコーの検出波形を示す図、第２図Ｂは第１図
の超音波探傷装置における底面エコーの検出波形を示す
図、第３図はＡＧＣ方式を採用した従来の超音波探傷装
置の構成を示すブロック図、第４図は水浸法による探傷
方法を説明するための図、第５図は水浸法により被探傷
物体を超音波で探傷する場合における超音波の入射角と
エコー振幅との関係を示す図、第６図はこの発明の超音
波探傷装置の一実施例の構戒を示すブロック図、第７図
はくの発明の超音波探傷装置における被探傷物体の垂直
探傷を行なう場合の探傷状況を示す図、第８図人ないし
第８図Ｃはそれそれ第７図における探触子がＡないしＣ
の各位置での探傷波形とゲート装置の出力信号を示す図
である。 ２１・・・送受信部、２２・・・探触子、２３・・・被
探傷物体、２３ａ・・・欠陥、２３ｂ・・・変形部位、
２４・・・水、２５．２７・・・ゲート装置、２６・・
・出力装置、２８・・・イン汐−フエイス、３０・・・
制御装置、３ １・・・駆動装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被探傷物体に超音波を発射するとともに被探傷物体
   からの反射エコーを受波する探触子と、この探触子に超
   音波を発生させるための電気信号を送出しかつ探触子が
   受波した反射エコーの信号を受信する送受信部と、この
   送受信部から出力される反射エコーの信号のうち底面エ
   コーの信号を抽出する第１の装置と、上記送受信部から
   出力される反射エコーの信号のうち表面エコーの信号を
   検出する第２の装置と、この第２の装置で検出される信
   号より探触子が上記被探傷物体に対して適正位置に保持
   されているか否かの判定を行ないかつ探触子が不適正位
   置にあると判定したときとの探触子を適正位置に指向す
   るよう角度補正を行なう装置とよりなる超音波探傷装置
   。