JPS5963563A - 中実部材の超音波自動探傷装置 - 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、丸棒ビレット、角ビレット等の中実部材の欠
陥を超音波によシ自動的に検知する中実部材の超音波自
動探傷装置に関する。

従来、丸棒ビレット等の超音波による自動探傷は、丸棒
ビレツトを水中に浸漬した状態で軸方向に搬送し、丸棒
ビレットの周囲に垂直探触子及び斜角探触子を複数個固
定して配列するか、又は１又は複数個の探触子を定速回
転させることで超音波により欠陥を検知するようにして
いる。

一方、角ビレットについては、角ビレツトの側面方向に
探触子を平行移動させることで、同様に軸方向に搬送さ
れる角ビレットの欠陥を検知するようにしている。

しかしながら、従来の超音波探傷装置は複数の探触子を
固定して配列するときには探傷できない領域を生じ、ま
た探触子の回転する機構は探傷装置本体に比べて探触子
の駆動機構が大・型化すると共にコスト的にも高価とな
り、また機械的に探触子を動かしていることから探傷速
度にも限度があり、機械的なブレで探傷精度も充分とは
云えなかった。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもの
で、探触子の駆動機構を不要にして装置の小型化及びコ
ストの低減ケ図ると共に探傷速度及び精度の向上ｒ図る
ことを目的とする。

この目的を実現するため、本発明においては、被検査体
となる中東部材の断面外形形状に合せた枠体形状に複数
のアレイ探触子を配列してなる探触子プレイを水中に固
定設置し、探触子アレイの所定数の探触子群を１グルー
プとして順次所定方向に切換え走査し、選択された１グ
ループの探触子群により焦点垂直探触子又は斜角焦点探
触子と等価な超音波ビーム特性が得られる送受信遅延を
施し、選択した探触子群より得られる受信合成信号に基
づ−て中実部材の欠陥を自動的に検知するようにしたも
のである。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

？−，１図は、本発明で用いる探触子アレイの一実施例
を示した説明図である。壕ず、構成を説明す状を有し、
軸周方向に複数の探触子を配列した枦造を有する。この
探触子アレイ１０は図示のように超音波伝搬媒体として
の水３内に浸漬した状態で固定設置される。

第２図は、第１図の軸方向の断面を示しだもので探触子
アレイ１０は丸棒ビレット２を所定間隔を離して通過可
能な内径を有し、探触子アレイ外１０を通過する丸棒ビ
レット２に対し探触子の切換え走査による超音波ビーム
の送出で欠陥を検知する。

第３，４及び第５図は第１．２図に示す探触子アレイ１
０による丸棒ビレット２に対する超音波ビーム特性を示
した説明図である。

す々わち、本発明の探触子アレイ１０は、例えば８個の
探触子を１グループとし、この８個の探触子群に幻する
超音波パル１４１号の供給により第３．４．５図に示す
超音波ビーム特性を作り出す。

第３図は８個の探触子群の右側となる丸棒ビレット２０
Ｐ、点ＶＣ収束する超音波ビーム特性を得るもので、こ
のＰ点に対する超音波ビームの収束を得るため、同一タ
イミングで会探触子に供給する送信パルス信号を偏角遅
延部１４及び焦点遅延部１２で遅延制御するようにして
いる。。又、第４図は１グループを形成する８＠の探触
子群の垂直位置となる丸棒ビレット２の１０点に超音波
ビームを収束させたもので、同一タイミングで各探触子
に供給する送信パルス信号を焦点遅延部１２のみで遅延
させることによりＰＩ）点に収束する超音波ビーム特性
を得ている。更に第５図は第３図を逆に探触子群の左側
となる丸棒ビレット２のＰ。

点に超音波ビームを収束きせるもので、第３図の実施例
と同様に偏角遅延部１４及び焦点遅延部１２全介して同
一タイミングで各探ｆＩＩｌｉ子に供給される送信パル
ス信号を遅延させるようにしているが、偏角遅延部１４
におけるｉ距樵ｔ：が第３１！２１に対し異った遅延量
の設定となっている点で異なる。

次に第３，４及び５図のそれぞれに示す超音波ビーム將
性を得るためのＭ延Ｒ：ｌＩ　Ｉａｌの原理を第６゜７
及び８図を参照して説明する。

まず第４図に示す探触子群のＪｌす面位置となるＰ。

点に超音波ビームを収束させる為の遅延は、第６図に示
す焦点遅倖部１２により行なわれる。焦点遅延部１２に
は８１４１の探触子に対応して遅延素子り、、Ｄ、・・
・Ｄ、が設けられ、両側の遅延素子り。

、Ｄｓが遅延素子の長手方向の大きさで示すように遅延
ダがＥも少なく、中央の遅延素子り、　　、Ｄ。

に向うにつれて順次遅延量を増加烙せている。このよう
な遅延素子り、〜Ｄ、の遅延量の設定により各探触子に
対し、同一タイミングで送信ノくルス信号を供給したと
すると、両側の遅延素子り、、Ｄ。

から中央の遅延素子Ｔ）、、Ｄ、の順に焦点遅延部１２
より探触子群に送信パルス偏分が供給され、両側の探触
子から中央の探触子に向って順次超音波ビームの送出が
行なわれ、これらの超音波ビームの合成ビームはＦ点に
収束するようになる。すなわち焦点遅延部１２による遅
延制御で破線で示す振動面を有する焦点探触子と等価な
超音波ビーム特性が得られる。従って第６図における焦
点Ｆ迄の距離りを第４図に示す探触子アレイ１０の振動
面より丸棒ビレット２の垂直位置Ｐ０点迄の距離に一致
するように遅延素子Ｄ１〜Ｄ８の遅延量を設定すること
で、８個の探触子群により焦点探触子と等価な超音波ビ
ーム特性が得られる。

第７図は第３．５図における偏角遅延部１４に上る超音
波ビームの偏角遅延制御を示しだ説明図であり、偏角遅
延部１４には各探触子に対応して遅遅素子Ｄ１゜、Ｄ、
。・・・Ｄ８ｏのそれぞれが設けられ、その遅延量は左
側の遅延素子Ｄ１０から右側の遅延素子り、。

に向うに従って順次遅延量を大きくす不ように設定して
いる。このような偏角遅延部１４における遅延素子り、
。〜Ｉ）ｇｏの遅延量の設定により、各探触子に対し同
一タイミングで送信ノくルス信号を供給したとすると、
遅延素子Ｄｔ０〜Ｉ）＠ｏによる遅延で左側の探触子か
ら右側の探触子に向って順次送信ノくルス信号が供給略
れ、探触子群より順次送出される超音波ビームの合成ビ
ームは探触子群の垂直方向に対し偏角Ｉを持った方向に
進行するようになる。

第８図は第６図に示す焦点遅延と第７図に示す偏角遅延
を組合せた時の超音波ビーム特性を示したもので、偏角
遅延部１４及び焦点遅延部１２を介して各探触子に供給
する送信パルス信号を遅延きせることにより、その超音
波ビーム特性は第６図の焦点探触子と等価なビー　ム特
性と第７図の斜角探触子と等価なビーム特性とを加え合
せた斜角焦点・ビーム特性となり、偏角ｉを持って探触
子群より踏部りを離れた焦点Ｆに収束する。すなわち第
８図に示す焦点遅延と偏角遅延の組合せにより第３図又
は第５図に示す丸棒ビレット２のＰ、又はＰ！点に収束
する超音波ビーム特性を実現することができる。なお、
第３図の偏角遅延部１４は偏角遅延部に設けた遅延素子
の遅延量を偏角方向と異なる左側の遅延素子の遅延量と
最小とし右側に向うに従って順次遅延量を増加させてお
シ、−力筒５図の偏角遅延部は右側の遅延素子の遅延量
が最小で左側に向うに従７つて遅延量を順次大きくする
ように設定している。又、−Ｆ記の遅延制御は超音波ビ
ームの送出を例にとるものであったが、超音波ビームの
受信についても焦点超音波ビー。

ム特性により得られた反射エコーの受信信号につぃて（
ｄ　：Ｊ　６図に示すように焦点遅延部１２の遅延素子
り、〜Ｄ８で遅延して取出すことで各探触子の受信タイ
ミングを同じにし、一方、斜角焦点超音波ビーム特性に
よる反射エコーの受信（Ｎ号については第８図に示すよ
うに焦点逝！延部１２及び偏角遅延部１４でＪ’Ａ　４
＞させて各探触子よりの蒙伯イ８号を取出すことで、同
一反射点からの伝搬距離が異なる受信信号の受傷タイミ
ングを一致させるようになる。

紀９は第１，２図に示した探触子プレイを用いた木兄Ｏ
ｊ＋４の一実旋例を示したブロック図である。まず構成
を説明すると、１６は制御信号発生器であり、マイクロ
コンピュータ４４によるタイミング制御のもとに送信制
御信号、探触子アレイ１０を切換え走査する為の切換定
食信号、更に探触子アレイ１０で受信された受信１８号
を受信処理する為のタイミングを与える受イハ制御偏分
等を出力する。１８は送信遅延回路であり、切換走置信
号により選択されている探触子アレイ１０の８個の探触
子てなる１グループの探触子群に対する送信パルス信号
の遅延制御を行なう。この送信す１延回路１８による晋
延制御は、例えば同一グループのｗ８帥子群によって第
３．４及び５図に示す貿音波ビームの切替を順次行うよ
うにしていたとすると、１グループの探馴子群に対し、
制御信号発生器１６より３個の送信制御信号が順次出力
され、最初の送信制御信号を焦点遅延させて第３図に示
す丸棒ビレフト２のＰ８点にＭ４音波ビームを収束させ
る遅姑制抑を行う。続いて第２番目の送信制御ｍ号が入
力すると、偏角および焦点遅延を行って第４図に示す丸
棒ビレット２のＰ、点に収束すす超音波ビーム特性を作
り出し、更に３番目の送信制御信号が入力すると偏角及
び焦点遅延により第５図に示す丸棒ビレット２の１７点
に超音波ビームを収束させる遅延制御を行う。このよう
な送信遅延回路】８における偏角及び焦点遅延の具体的
な回路は送信制御信号がパルス信号であることから偏角
及び焦点普延景の設定はカウンタの計数出力を利用して
行ないアナログ的な遅延素子を使用しなくともよい。

２０は送信部であり、送信遅延回路１８より各探触子毎
に７出力される送信制御信号に基づいて超音波発４服器
を作動し、各探触子毎に送信パルス信号を出力する。２
２はアナログスイッチであり、制御信号発生器１６より
の切拗走査信号により探触子アレイｌＯの基準位置をス
タート位置とした８個の探触子群を選択接続し、送信部
２０よりの送信パルス信号を選択した探触子群に供給す
る。

又、アナログスイッチ２２の選択接続により探触子アレ
イ１０の８個の探触子群は同時にプリアンプ２４に接続
され、探触子群よシの受信信号を前置増幅するようにし
ている。２６はプリアンプ２４より出力される各探触子
群毎の受信信号を遅延して同一タイミングとなる受信（
Ｔｈ号を得る受信遅延回路であり、この受信遅延回路２
６の遅娘制御は送信遅延回路１８の遅延制御の切換えに
同期して行われる。また受信遅延回路２６における偏角
遅延部及び焦点遅延部は受信信号がアナログ信号である
ととから第６〜８図に示したアナログ遅延素子を使用し
ている。２８Ｆｉ加算器□であり、受信遅延回路２６に
より受傷タイミングが一致するように遅延された各探触
子よりの受信信号を加算合成し、焦点垂直探触子若しく
は斜角焦点探触子と等価な受信信号を出力するようにし
ている。

３０は主増幅器であシ、距離に対するレベル変化を補正
する距離振幅補正を施すと共に受信データの処理手段が
マイクロコンピュータ４４でアルコとから受信信号をデ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備えている。主増
幅器３０の受傷デジタル（ｇ号はバッファ：う２を介し
て混合−レベル比較器４０に入力され、基準レベルを上
回る受信デジタル信号を欠陥信号として比較判別する。

又混合−レベル比較器４２はバッファ３４，３６及び３
８金介して距ｌ１ｉｌｉ化号８探傷モード信号す及び欠
陥位置信号Ｃのそれぞれが入力きれている。ここで甲帷
信号ａＵ１九棒ビレットの搬送により、駆伸１されるパ
ルスジェネレータよりのイ％　Ｒｔ　ｉＨいており、丸
棒ビ、レットの基準位管に対する投手方向の距離を検出
する為に用いる。又梓１筋モードイパ号すは第４図に示
す垂直５傷と第３，５図に示す斜角探傷を識別する信号
であり、各探傷モードに応じて異った受信データ処理を
行う為に用いられる。

更に欠陥位随１８号Ｃけアナログスイッチ２２に対する
切換走査信号に基づいて探触子アレイ１ｏの基準位（随
に対する走査位置迄の角度信号、すなわち何番目の探触
子による受信信号であるかを示す為の角度４８号となる
。

混合−レベル比較器４０の出力は入力インタフェース４
２を介してマイクロコンピュータ４４に入力烙れており
、Ｉ’５ｉ定の受傷データ処理用プログラムにより欠陥
データ及び欠陥位置データを演算し、出力インタフェー
ス４６を介シてプリンタ４８、ＣＲＴ５０に打ち出し記
録するようにしている。更に５１は水田面゛を検出回路
であり、探触子プレイ１０が焦点定直探傷のとき、アレ
イ探触子と被検査材表面までの距離を表面エコーを使っ
て時間計測し、これをマイクロコンピュータ４４に入力
するものである。これによりアレイ各部と被検査材の水
路！φが補償される。また、垂直探傷における水距離の
検出データから斜角探傷における水距離は容易に演算す
ることができ、この演算データに基づき斜角探傷につい
ても水距離補償を行なうようになる。

次に第９図の実施例の作用を説明する。第１゜２図に示
すように水中に固定設置された探触子アレイ１０に対し
被検査体としての丸棒ビレット２を一定速度で軸方向に
搬送し、丸棒ビレット２の先端を検出した時に探触子ア
レイ１０による自動探傷を開始する。すなわち、まずア
ナログスイッチ２２を制御信号発生器１６よりの切換走
査信号に昂づいて作動し、１４７４触子アレイ１０の基
準位置をスタート点とした８個の挨触子群を送信部２０
及びプリアンプ２４に選択接続する。続いて制御信号発
生器１６が弦点梓傷及び斜角焦点探傷を行なうための送
信制御年刊を順次出力し、送信１♀延回路ｊ８による遅
延ｆｆ１ｌｊ御のもとに送Ｇｉ剖２２よシアナログスイ
ッチ２２を介しで探触子アレイ１０の選択された探触子
群に遅延制御された送信パルスイ言号が供給声ね、夛ず
第４図に示す焦点垂直枠１′豚により丸棒ビレット２の
Ｐ、点を焦点探傷し、続いて第３図に示す斜角焦点探傷
に切換り、最終的に旭５図に示すＰ、点の斜角焦点探傷
を行う。

この順次イ」われる焦点及び斜角焦点の各探傷による超
音波ビームによる反射エコー−順次アナログスイッチ２
２を介してフリアンプ２４に入力づれ、受信遅延回路２
６で各作触子よりの受信信号の受信タイミングが同一と
なるようにＡ！延制御これた後、加算器２８で加算され
てその合成１８号を主増幅器３０に供給し、甲離振幅補
正を行った後にデジタル信号に変換し、バッファ３２を
介して混合−レベル比Ｎ器４０に供給する。この時、同
時にバッファ３４，３６．３８を介して距離信号ａ。

探傷モード信号す及び欠陥位置信号Ｃが混合−レベル比
較器４０に入力しており、混合−レベル比較器４０で基
準レベルを上回る欠陥信号を比較判別し、欠陥位置、す
なわち丸棒ビレットの長手方向の位置及び軸周方向の位
置、更に探傷モードを表わすデータと共に入力インタフ
ェース４２を介してマイクロコンピュータ４４に六方サ
レる。マイクロコンピュータ４４は所定の受信データ処
理プログラムに従って実行し、欠陥データ及び位置デー
タを演算し、出力インタフェース４６を介シてプリンタ
４’８　、５０に欠陥を検出した場合には　′欠陥位置
を表わすデータと共に欠陥の程度を表わすデータを打ち
出し記録する。

このような３段階の超音波ビーム特性による自動探傷が
終了すると、アナログスイッチ２２け８個の探触子を１
グループとして探触子１個分所定方向にずらした選択接
続を行い同様な自動探傷を繰返し、丸棒ビレットの全周
について欠陥を検知する。

なお、上記の実施例では探触アレイ１０の８個の探触子
群を１グループとして順次切換走査するようにしている
が、１グループを形成する探触子の数は任意の数とする
ことができる。

第１０図は本発明に用いる探触子アレイの他の実施例を
示した説明図であり、被検査体として角ビレット４を自
動探傷する為の探触子アレイを示しておシ、角ビレツト
４の断面形状に合せた枠体形状をもって複数の探触子を
配列しだ探触子プレイとしている。この第１０図の探触
子アレイ１゜についても第９図の実施例と同様な自動ｊ
探傷制御によシ水中に固定設置した探触子アレイ１ｏに
対し搬送されてくる角ビレット４の自動・探傷を行うこ
とができる。尚、角ビレットの々いところは第９図の水
距離検出回路５１で容易に検知できる。

第１１図は角ビレット４の自動探傷に用いる探触子アレ
イのイ１１！、の実施例を示した説明図であり、探触子
アレイ１０ａ、１０ｂに２分割し、その下側と上側に分
けて複数の探触子を配列したことを特徴とする。すなわ
ち第１０図に示すように複数の探触子を全局に配列する
ことは加工及び組立ての面から困難であり、また各探触
を等間隔で配列する為にはその寸法精度も高めなければ
ならない。

これに対し第１１図の実施例では探触子アレイの半分の
部分にしか探触子を配列していない為、加工及び組立て
が簡単であり、又探触子を一定間隔を隔てて配列する時
の寸法的な余裕も十分あり、実用性が高い。

勿論、第１１図に示す分割構造をもっ探触子プレイは第
１，２図に示した丸棒ビレットに用いられる探触子プレ
イについても同様である。

以上貢９明してきたように本発明によれば、被検査体と
なる中実部、相の断面外形形状に合せた枠体形状に複数
の探触子を配列して成る探触子プレイを水中に、固定設
置し、探触子アレイの剪定数の探触子群を１グループと
して順次所定方向に切換走査し、選択された１グループ
の探触子群により焦点垂直探触子又は斜角炸点探触子と
等価な超音波ビーム特性が得られる送信遅延回路し、選
択した探触子群より得られる受信合成１８号に基づいて
中実部拐、の欠陥を自動的に検知するようにした為、丸
棒ビレットもしくは角ビレットの自動探傷について探触
子を回転もしくは移動するだめの駆動機構が不要となり
、装置構成を大幅に簡略化してコストの低減を図り、更
に和気的な超音波ビームの切換走査であることから、探
傷速度が高く、又とレットに対する探触子アレイの距離
変動が少ない為、探Ｓ精度も高く、更に又ビレットのサ
イズが変った場合には予め準備しているサイズに適合し
た探触子プレイに交換するだけで異ったサイズを持つビ
レットの自動探傷を簡単且つ容易に行うことができると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本発明で用いる丸棒ビレット用の探触子ア
レイを示した説明図、第３．４．５図は探触子アレイに
おける超音波ビーム切換えを示した説明図、第６．７．
８図は斜角又は焦点探触子と等価なビーム特性を得るた
めの遅延制御の原理を示した説明図、第９図は本発明の
一実施例を示したブロック図、第９，１ｏ図は角ビレツ
ト用の探触子アレイの一実施例を示した説明図である。 ２・・・丸棒ビレット　　　　４・・・角ビレット１６
・・・制御信号発生器　　　１８・・・送信遅延回路２
０・・・送信部　　　　　　　　　２２・・・アナログ
スイッチ２４・・・プリアンプ　　　　　２６・０．受
信遅延回路２８・・・加算器　　　　　　３ｏ・・・主
増幅器３２．３４，３６．３８・・・バッファ　４ｏ・
・・混合−レベル比較器４２・・・入力インタフェース
　　４４・・・マイクロコンピュータ４６・・・出力イ
ンタフェース　４８・・・プリンタ５０・・・ＣＲＴ 特許出願人　　株式会社東京計器 代理人　弁理士　　　竹　　内　　　　進第８１４ 手続補正ｍ（方式） １．事１′１の表示 昭和５７年特檜願第１７４７５０号 ２、発明の名ｆ！ｌ。 中大部祠の超Ｆｉ波自動探傷装置 ３、補正をする右 事イ！１との関係　特許出願人 住所　東小８１１人ｍ区南蒲ｔｎ　２丁Ｉｌｌ　１６番
４０月名称　（３３ｆ３　）株式会社東余計器４、代理
人　〒１０５ 住所　東京都港区西新橋三丁目１５番８号西新１ｎ中央
ビル４階 昭和５８１１−２月２［Ｊ（発送［１昭和５８４■２月
２２０）０．１市ｊ１の対象 明ｌ１Ｉｌｌ　ｍの図面の簡ｊｌ　２＠説明の（閑７　
、　？＋Ｉｉ　、ｉ’Ｆの内容 用１１１；１３第２１貞第１　’Ｉ　ｉ’ｉ　Ｉｆ　ｌ
第９．１０図−１を、１第１０．１１図」ど補１１りる
１゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 水中に固定設置され、中実部材の断面形状に合せた枠体
   形状に複数のアレイ探触子を配列した探触子アレイと、 該探触子のアレイにおける所定数の探触子群を１グルー
   プとして所足方向に順次切換え走査する走査手段と、 該走査手段で選択した探触子群により焦点垂直探触子又
   は斜角焦点探触子と等価な超音波ビーム特進が得られる
   ように送信パルス信号を遅延する送信遅延手段と、 前記走査手段で選択した探触子群の各受信タイミングが
   一致するように各受信信号を遅延する受信遅延手段と、 該受信遅延手段よりの合成受信信号に基づいて前記探触
   子アレイ内を通過する中実部材の欠陥を検出表示する処
   理手段と、焦点探触子による自動水距離検出回路とを有
   することを特徴とする中実部材の超音波自動探傷袋Ｗｔ
   。