JPS5860253A - 超音波探傷装置 - 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】 本発明は超音波探傷装置に関する。特に、探傷厚みの異
なる被検材を超音波探触子を用いて探傷する装置であっ
て、このような被検材の全域またはその他任意域を連続
的に探傷できる超音波探傷装置に関する。

被検材を連続で超音波探傷を行なう技術は、従来より一
般的に用いられている。しかし従来技術は、後に詳述す
るが、被検材の一定探傷厚みについて、探傷面から底面
までの間に検知される反射信号を固定ゲート設定によシ
、欠陥反射信号として抽出するものである。この方法に
よると、探傷厚みの異なる被検材を探傷する際、欠陥反
射信号検出範囲の固定ゲート設定によって、探傷厚みが
大きいとゲート設定範囲よシ外れた探傷域の欠陥反射信
号が抽出されない、一方、探傷厚みが小さく、ゲート設
定範囲内に底面反射信号を検知すると底面反射信号と欠
陥反射信号との出力信号のみによる弁別が困難であるた
め、底面反射信号を欠陥反射信号として抽出するという
欠点を有している。前記欠点を解消すべく、探傷中に検
知される被検材底面反射信号を監視し、探傷厚みの異な
る底面反射信号を検知ごとく欠陥反射信号検出範囲のゲ
ート設定範囲を手動調整することも行なわれているが、
自動探傷中のゲート設定調整が追従できず、前記欠点を
解決することが不可能である。

以下、これらの従来技術についてさらに詳しく説明する
。

第１図において超音波探傷器１に超音波探触子−２が接
続され、一方、核超音波探傷器１にはレコーダ６と信号
飽理装ｒＩｔ７、記録装置８が接続されている。この構
成よりなる従来装置の動作を、以下、第１図から第３図
を用いて説明する。超音波探傷器ｌから送信されたパル
ス電圧は、超音波探触子２の振動子３を印加すると該振
動子３は振動し、接触媒質４を介して被検材５を振動さ
せ、この振動が超音波ＵＳとして被検材５の内部を伝播
する。該被検材５の内部を伝播する超音波ＵＳは、欠陥
Ｆ１またはＦ２から反射される。一方、底面Ｂ′または
Ｂ“からも反射する。欠陥及び底面から反射された超音
波ＵＳは、前記と逆の過程で超音波探触子２に受信し、
超音波探傷器１に送信され、該超音波探傷器１のブラウ
ン管にＡクコ−１表示する。超音波探傷器１のゲート設
定範囲に検知された反射信号は、レコーダ６ヘアナログ
信号出力で記録される。一方、信号処理装置７へはデジ
タル信号が出力され、欠陥大金さ、深さ、位置等の演算
を行ない、記録装置８へ記録される。自動超音波探傷法
は、超音波探触子２が被検材５の上を移動するか、被検
材５が移動して連続自動探傷を行なうが、いま、被検材
５の探傷厚みの異なるｘｌ及びＸ２位置についての欠陥
反射信号の抽出方法について述べる。探傷厚みの小さい
Ｘ１位置を基準とした欠陥反射信号の抽出は、被検材５
の探傷面Ｓと底面８１間の厚みに相当するゲート信号の
設定を第２図に示すゲート信号Ｇ１により、該ゲート信
号Ｇｌ内で検知された反射信号Ｆ１を欠陥反射信号とし
て抽出する。この状態で、探傷厚みの異なるＸ２位置へ
移動すると、欠陥反射信号Ｆ２はゲート信号Ｇ１から除
外され、抽出されなくなる。一方、Ｘ２位置を基準とす
る欠陥反射信号の抽出方法は、被検材５の探傷面Ｓから
底面Ｂ“間の厚みに相当するゲート設定を第３図に示す
ゲート信号Ｇ２により、該ゲート信号Ｇ２内で検知され
た反射信号Ｆ２を欠陥反射信号として抽出する。この状
態で、探傷厚みの異なるＸ１位置へ移動するとゲート信
号Ｇ２内の反射信号Ｆ１及びＢ′が検知され、Ｘ１位置
の底面Ｂ′の反射信号も欠陥反射信号として抽出するこ
とになる。

上述したように従来技術の自動超音波探傷法では、探傷
厚みの異なる被検材を、連続で自動探傷する際に、欠陥
反射信号の見落し、底面反射信号を欠陥反射信号にＩＩ
ＲＩＩ！して抽出する欠点を有する。

本発明は、上記従来技術の問題点を解消すべく、探傷厚
みの異なる被検材内部の任意域について、欠陥による信
号のみを確実に抽出し、欠陥反射信号の見落しや、底面
反射信号を欠陥反射信号と誤認することなどを確実に防
止し得る超音波探傷装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明においては、探傷厚み
の異なる被検材の探傷面から底面までの距離による底面
反射信号位置と、被検材の探傷開始位置から探傷厚みの
異なる被検材位置とを予め記憶させておき、連続探傷中
の反射信号に対して底面反射信号と欠陥反射信号の自動
弁別を行ない、これによって欠陥反射信号のみを抽出す
る構成をとる。

以下、図面を用いて本発明の一実施例について説明する
。第４図は、この例の全体構成を示した図である。

本発明は第４図に例示の如く、探傷厚みの異なる被検材
５を超音波探触子２を用いて探傷するもので、被検材５
または探触子２の少なくともいずれかを変位させて探傷
を行うようにし、かつ被検材５の探傷面Ｓから底面Ｂ１
〜Ｂ、までの距離ｔ、〜ｔ、と、探傷厚みが変化する位
置Ｘ１〜Ｘ。

とを予め設定し、この設定値に基づいて底面８１〜Ｂ、
からの反射信号と欠陥ｆからの欠陥反射信号とを自動弁
別させて、被検材５内部の欠陥ｆからの反射信号のみを
抽出することにより、探傷厚みの異なる被検材内部の任
意域を連続で探傷できるように構成して成るものである
。

さらに詳しくは、本実施例の超音波探傷装置は以下の如
くになっている。すなわちこの装置は、第４図に図示す
るように、超音波の探傷を行なう超音波探傷器１と超音
波探触子２、該超音波探触子２を走査する探触子走査装
置９、該超音波探触子２の走査位置の検出及び駆動を行
碌う位置検出部１０及び駆動部１１、該探触子走査装置
９を自動制御する探触子自動走査制御装置１２、該超音
波探傷器１で検知された超音波反射信号の自動弁別を行
なう信号自動弁別装置１３、被検材５の各省の探傷厚み
及び探傷厚みの異なる位置を予め設定する初期設定装置
１４、該初期設定装置１４で設定されたデータを格納す
るメモリ１５、該信号自動弁別装置１３で欠陥反射信号
のみ抽出し、欠陥評価の演算を行表う信号処理装置７、
該信号処理装置７で欠陥評価を行なった結果を記、録す
る記録装置８から構成される。

本例においては、厚肉円筒部材の、探傷厚みが異なるシ
ャフト等を被検材として、これを探傷するようになって
いる。つまりこのようなものは内孔５１を有するので、
その内孔面から超音波探触子２を回転させて、連続自動
的に探傷を行う構成とする。探触子２は図のＸ方向で変
位自在であるとともに、０方向で任意角度回転できる。

つまりこの例は被検材５を固定位置とし、探触子２の方
を移動させるものである。（勿論、被検材５の方を移動
させるようにしてもよいし、場合によっては探触子２、
被検材５の双方を移動可能にしてもよい。）この構成で
あるから、探触子自動走査装置１２からのドライブ信号
によシ、探触子走査装置９の駆動部１１によって超音波
探触子２は回転θ及び送りＸの動作を行ない、被検材５
の内孔面を自動走査する。

次にこの探傷における超音波の送受信信号の過程につい
て、第５図を４参照しつつ説明する。

いま、超音波探触子２が被検材５の最大探傷厚みである
Ｘ、とＸ、の間で探傷を行なっているとする。超音波探
傷器１に同期パルス信号（Ａ）が発生すると、該同期パ
ルス信号（Ａ）によって該超音波探傷器１から探触子２
の制御用発信パルス信号（Ｂ）が発信する（第５図参照
）、該発信パルス信号（Ｂ）により超音波探触子２から
超音波ＵＳが発生して、これが被検材５の内部を伝播す
る。伝播した超音波ＵＳは、欠陥ｆから反射されるが、
底面Ｂ、からも反射される。これらは、前記した送信と
逆の過程で、超音波探傷器１へ受信パルス信号（Ｃ）と
して受信される。

上記反射信号のうち、探傷のために必要なのは欠陥反射
信号のみである。従って不要な底面反射信号は何らかの
手段でカットしておく方がよい。

このためゲート信号（Ｄ）を設定する。つまシ欠陥反射
信号は、超音波ＵＳが探傷面Ｓから底面Ｂ、まで行って
戻って来る時間ｔ、の範囲内で戻って来る筈のものであ
るから、該時間ｔ、すなわち底面反射信号の戻り時間を
ゲート信号（Ｄ）として設定し、該範囲内の信号のみを
欠陥反射信号として抽出するのである。従ってこの場合
、被検材５の最大探傷厚み部であるＸ８とＸ８位置間の
、探傷面Ｓから底面Ｂ、までの距離１ｓを超音波ＵＳが
伝播する時間をｔ、とすると、これに相当するゲート信
号（Ｄ）を設定する。この時間ｔ。

は、探傷面８と底面Ｂ、の往復距離２ｔ１、被検材５内
の音速をＶとすると、 ｔ、　＝２ｔ、　／Ｖ　　　　　・・・・・・・・・・
・・・・・・・・　（１）と表わせる。

このように設定したゲート信号（Ｄ）内で検知された反
射信号は、欠陥を示すものであるから、ゲーテッドビデ
オ信号（Ｅ）に変換されて、信号自動弁別装置１３に入
力される。

ところが、上述のようにゲート信号（Ｄ）を蝦大厚みｔ
、に対応して設定しておくと、該厚みｔ。

よりも小さい１．　、１．　、１４〜ＺＳ（底面Ｂ８゜
Ｂ、、８４〜Ｂ、に対応）の厚み部分については、欠陥
反射信号も底面反射信号も、識別されることなく入力さ
れることになる。これが従来技術の嬬点てあり、識別す
るため厚みが変わる位置でいちいちゲート信号を変換す
るなどの煩雑が手続をとらない限９、連続的な探傷はで
巻なかったのであるが、本例においてはこれを以下の構
成により克服している。

まず、予め、被検材５の探傷面Ｓから各底面Ｂ１〜Ｂ、
　ｔでの各距離ｔ、〜ｔ、を設定しておく。これは、初
期設定装置１４に各距離ｔ１〜ｔ、を設定することで、
（１）式に基づき、被検材５の探傷面Ｓから各底面Ｂ、
〜Ｂ＠への超音波伝播時間ｔ、、ｗｔ、をメモリ１５に
格納する。また、被検材５の、探傷厚みが変化するＸ方
向位置Ｘ−〜Ｘ１も、該初期設定装置１４に設定し、こ
れによシメモリ１５に格納する。

上記のようにしておいて、いまｓｔｓ　よシも小さい厚
みの部分であるＸ、〜Ｘ４間（厚み１．　）、Ｘ、〜Ｘ
１間（厚みｔｍ　）を連続して探傷する場合について説
明する。既述した如くゲート信号（Ｄ）は最大厚みｔ、
について設定しであるので、この部分を探傷すると底面
ｓ、、Ｂ＊からの反射信号も受信信号（Ｐ）、（Ｇ）と
して信号自動弁別装置に入力される。しかし一方、上記
説明した設定によシ、底面Ｂ４　＠　Ｂｇによる反射の
超音波伝播時間”４　＊　　’１が、それぞれ信号（Ｉ
）。

（Ｊ）としてメモリ１６に記憶されている。

よってこのような設定によシ記憶されたデータに基づき
、該記憶時間’４　＊　　’Ｉ　と一致する信号（Ｆ）
、（Ｇ）は底面反射信号であると識別することによって
、欠陥反射信号のみを抽出するのである。

具体的には、１６号自動弁別装置１３において、下記の
ような作用が行なわれる。メモリ１５にはＸ方向のＸ０
〜Ｘ・位置も格調されているから、実際の探触子２の走
査位置Ｘが探触子走査制御装置１２を介して信号自動弁
別装置１３に送られると、該位置Ｘとメモリ１５からの
記憶データｘ０〜Ｘ、とが対比されて、探触子２の現在
位置Ｘに該当する超音波伝播時間（’ｓ〜ｔ・のいずれ
か）が選択される。例えば探触子２が底面Ｂ４の位置に
あれば、そのことが信号弁別装置１３においてメモリ１
５のデータにより知られ、対応する時間ｔ４が同じく該
データの中から選ばれるのである。

このようにすると、各位置で検出された反射信号と、該
当する位置での超音波伝播時間ｔ１〜ｔ・とが比較され
て、該時間と一致する信号は底面反射信号として除外さ
れて、結局欠陥反射信号のみを抽出する。

第５図で示した例で言えば、底面Ｂ４からの反射信号（
Ｆ）については、位置検出の結果力為ら時間ｔ４が信号
（Ｉ）として選択されるので、この（Ｉ）と（Ｆ）との
両者の比較により、両者力監一致することにより、得ら
れた（Ｌ？）信号は底面反射信号であることを弁別して
、これを除外するようにするのである。比較は、計測ノ
（ルス信号（Ｈ）により行なえる。底面Ｂ、からの反射
信号（Ｇ）についても、信号（Ｊ）との比較から同様に
処理される。以上のようにして、底面反射信号を弁′ｆ
ＡＩ３してこれを除外し、欠陥を示す信号のみを抽出す
る。

信号自動弁別装置１３で抽出され九欠陥反射信号は、超
音波探触子２のＸ、０位置信号とともに信号処理装置７
で演算処理し、欠陥の大きさ・欠陥の深さ・欠陥の位置
等の肝価を行う。これをａ己録直重８へ記録する０以上
のようにして、探傷厚みが異なる被検材５についても、
厚みの変わる位置でのゲート信号の設定が賎の如きわず
られしい手間を要することなく、容易に、連続して超音
波探傷が可能になる。上記例は自動探傷であって、本発
明の如く構成した結果途中の操作が不要になったのでか
かる自動化が実現できたのである。厚みの変化がきわめ
て数多い場合を想定すれば、本発明の有利さは容易に理
解されよう。

上記の例は、最大厚みｔ、についての伝播時間ｔ、に相
当するゲート信号（Ｄ）を用い、弁別装置１４に入力さ
れた信号のうち底面反射信号（上記（Ｆ）や（Ｇ））を
各伝播時間ｔｉｚｌｓに対応する信号（（■）や（Ｊ）
）と比較して、これと一致するものを除外するという構
成である。

これに対し、以下に述べる変形例の如き構成をとること
もできる。これは、広範囲のゲート信号によυ全体を通
してすべての反射信号を入力して、その上で各位置に対
応して底面反射信号をカットするためのゲート信号を各
位１直ごとに用い、これによって底面反射信号を除外す
る構成としたものである。

この変形例につ遺、第６図を参照して説明する。

本例にあっては、超音波探傷器１により、被検材５の探
傷最大厚み部の超音波伝播時間より若干大きい時間１．
１のゲート信号（Ｄつを設定する。この結果、最厚みｔ
、においての受信パルス信号（Ｃ）で検知されたものは
、欠陥反射信号ｆは当然抽出されるとともに、第５図の
例と異なり、底面Ｂ。

の反射信号も該ゲート信ＳＤ　’）により抽出され、ゲ
ーテッドビデオ信号（Ｅ／）の受信信号となる。他の部
分においては、厚み１．　、１．　、１．〜ｔ。

がｔ３よシ小さいので、各部分の欠陥反射信号も底面反
射信号も、同様にゲート信号（Ｄ’）により抽出される
。例えば図の如く厚み１．　、１．の部分の底面反射信
号Ｂ、及びＢ、が、各々受信信号（Ｆ）、（Ｇ）として
抽出される。このような受信信号は、信号自動弁別装置
１３において、計測パルス信号（Ｈ）によって超音波伝
播速度が測定される。

一方、メモリ１５には予め被検材５のＸ方向厚み変化位
ｌｔＸ、〜Ｘ、と、探傷面Ｓから底面Ｂ。

〜Ｂ＠までの距＠１．〜ｔ−が格納されている。

従って、超音波探触子２の現在位置Ｘ信号が与えられれ
ば、該Ｘ方向位置に対応する超音波伝播時間”ｈ　＊　
ｔ４　＋　　’１等を呼出すことができる。この場合、
本例にあっては、各時間”＠　＊　’４　＊　’１等に
対して、図の如くゲート信号（Ｋ）、（Ｌ）。

（Ｍ）を設定する。つまり、受信信号（ｇ’）Ｋ−）い
ては、これが厚みｔ、部分での信号であるから、時間ｔ
、を呼出し、ゲート信号（Ｋ）が設定される。底面反射
信号Ｂ、はとのゲート信号（Ｋ）に掛らないから除外さ
れ、欠陥信号ｆのみが抽出されることになる。同様に、
受信信号（Ｅ）に対しては時間ｔ４に対応するゲート信
号（Ｌ）、受信信号（Ｇ）に対しては時間ｔ、に対応す
るゲート信号（Ｍ）が設定されて、それぞれ各ゲート信
号（Ｌ）、（Ｍ）内の受信信号のみ抽出することで、各
探傷厚み部分の各底面反射信号を除外し、欠陥反射信号
のみ番抽出することが可能になる。

このように信号自動弁別装置１３で抽出された欠陥反射
信号と、超音波探触子２のＸ、θ位置信号とを、前記例
におけると同様信号処理装置７で演算処理して、欠陥の
大きさ・欠陥の深さ・欠陥の位置等の評価を行ない、記
録装置８に記録する。

上述のとおり、本例のような構成を用いても、探傷厚み
の異なる被検材５を連続で超音波探傷することが可能と
なり、自動探傷も容易にできるものである。

以上説明した如く、本発明の超音波探傷装置は第一に探
傷厚みの異なる被検材の探傷を行なう際、厚みの変化す
る位置で探傷を停止して探傷条件設定の変更をするとい
う手間が不要であって、しかも欠陥反射信号と底面反射
信号とを自動弁別して欠陥反射信号のみを抽出できる連
続探傷を可能ならしめたものである。当然走査効率も向
上する。

かつ手動探傷にも適用できるが、連続自動探傷装置とし
て、一層の効率化を図り得る。

第二に、探傷中での停止走査が不要であるから、停止位
置での欠陥の見落しを防止でき、また停止での走査装置
の機械的ガタなどによる探傷精度低下が生じることなく
、一定探傷感度によって、探傷厚みの異なる被検材の全
面（乃至は任意部分）の探傷（自動または手動）が実施
できるという効果を有する。

なお当然のことではあるが、本発明は図示の実施例にの
み限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の装置構成と実施例を示した図である
。第２図は探傷厚みが小の位置を基準とした探傷波形を
示した図である。第３図は探傷厚みが大の位置を基準と
した探傷波形を示した図である。第４図は本発明による
一実施例の装置構成を示した図である。第５図は第４図
に示した装置による１ぎ号自動弁別方式の例を示すもの
である。 第６図は第４図に示した装置による信号自動弁別方式の
別方法による例を示すものである。 １・・・超音波探傷器、２・・・超音波探触子、５・・
・被検材、１３・・・信号自動弁別装置、１４・・・初
期設定装置、１５・・・メモリ、ｔ１〜ｔ、・・・探傷
厚み、Ｂｌ〜Ｂ−・・・底面、Ｓ・・・探傷面、Ｘ０〜
Ｘ、・・・探傷厚みが変化する位置。 代理人　弁理士　秋本正実 篤　５０ 第　６　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、探傷厚みの異なる被検材を超音波探触子を用いて探
   傷する超音波探傷装置において、被検材また社探触子の
   少なくともいずれかを変位させて探傷を行うとともに、
   被検材の探傷面から底面まての距離と、探傷厚みが変化
   する位置とを予め設定し、該設定値に基づき底面からの
   底面反射信号と欠陥からの欠陥反射信号とを自動弁別さ
   せて、被検材内部の欠陥からの反射信号のみを抽出する
   ことによシ、探傷厚みの異なる被検材内部の任意域を連
   続で探傷できるように構成したことを特徴−とする超音
   波探傷装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の超音波探傷装置におい
   て、被検材の探傷面から底面までの最大厚みの間に検知
   する全反射信号に対し、該信号と予め設定し九探傷厚み
   の異なる底面反射信号設定−値とを比較し、これにより
   該信号のうち欠陥反射信号のみを抽出する構成としたこ
   とを特徴とする超音波探傷装置。 ’ｓ、＠許請求の範囲第１項記載の超音波探傷装置にお
   いて、探傷厚みの異なる被検材の探傷面から底面までの
   各々の厚みを予め設定し、該設定した厚みに対応するゲ
   ート信号を設けることによシ核厚みの範囲で検知される
   欠陥反射信号のみを抽出する構成としたことを特徴とす
   る超音波探傷装置よ、１ｔ　特許請求の範囲第１項乃至
   第３項のいずれかに記載の超音波探傷装置において、探
   触子は超音波探傷器からの送信信号によ抄探傷用超音波
   信号を発生するとともに受信した反射信号を該超音波探
   傷器に送るものであ如、探触子または被検体の少なくと
   もいずれかは制御装置によシ変位されるものであり、被
   検材の探傷面から底面までの距離と探傷厚みが変化する
   位置との設定は、初期設定装置にこれを設定することに
   より一メモリに格納することで達成し、信号の自動弁別
   は前記受信した反射信号と該メモリに格納された設定値
   、との比較によシ信号自動弁別装置において行なわれる
   ものであることを特徴とする超音波探傷装置。