JPS60142248A - 分割型集束探触子による超音波探傷方法 - 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】 本発明は、分割型集束探触−ｒ−による超音波探傷方法
に関するものである、 例えば、舶用プ１′Ｊベラは船舶の航Ｖｉ状況によって
翼に激しいＬｉｄ、動応力が加わり、その応力分布は肺
表面で最大となるため、翼表面近傍に存在する欠陥は直
接破損につながる。従って舶用プロペラ翼の表面近傍の
鋳造欠陥は確実に検出する。；４．要かあり、その方法
として超音波による欠陥栓用システムが採用されている
。しかし、従来、既に市販されている分割型探触子は、
表面（波）工′：１−による表面不感帯が大であるため
、表面近傍に存在する欠陥を筒感度で検出することかで
きなかった。

そこで、斯かる問題点を解消−」るために、拡散ヒーム
を用いた２分割型録束探触子か開発されている。ごの探
触子は従来市販されている２分割型探触子に比べると、
表面不感４Ｂか少なく、かつ１小島１１振幅特性曲線（
距離感度特性）もなたらかであり、使い易いものと言え
る。しかし、唯一の欠点とＬ２て、表面波の影響と考え
られる定當工′：１−か探傷ゲート内に存在し、それが
深さに換算して、表面カラ３Ｉ１１程度（ｆ　＝２．２
５ＭｌＩ２を使用した時）までにある微小欠陥の認識を
困難にし、ていた。そのため、特に電子回路による検出
し・−、ル（しきい値）の設定が難しく、超音波探傷の
自動化上の１（ψ害となっていた。

本発明は、このような超音波探傷にお番）る１；ζｉ害
を克７１１＋７する分割型集束探触子ムこ、Ｊ：る超音
波探傷方法を１に供するものであって、その特徴とする
処は、送受信用の各振動子を集束型振動子とし、この各
振動子にターＩＬＬ、して設けられた遅延線の被検相側
端部に超音波ヒームの集束域が一致しかつこれより被検
相開で超音波ヒームが拡散する分割型集束探触子を使用
して被検材を超音波探傷するに際し、受信用振動子のエ
コー信号を空間微分して表面（波）エコＩ−を消去する
点にある。

以−ド、図示の実施例に基ついて本発明の詳細な説明す
る。

第１図は本発明に使用する２分割型の超音波探触子を示
し７、送受信の超音波を拡散ヒームにしたものである。

即ち、第１図において、１は送受信用振動子、２は受信
用振動子で、これら振動子ｌ・２は共に集束型振動子か
ら成り、ホルダ３・４に装着され、かつケース又は外殻
５内に収められている。６は音響セパレータで、ＩＨＧ
　動子１・２を音響的に隔絶するように設けられている
。７・８は各振動子１・２に対応する遅延線で、超音波
ヒームの集束領域９・ＩＯが該遅延線７・８の被検イイ
１１側端部に一致し、これよりも破検伺１１側では大き
く拡１挾するように設けられている。なお遅延線７・８
は水又はアクリル樹脂等から形成される。

集束型振動子はそれ自体が球面状ムこ形成されたものの
他、平板状の振動子と凹状の音響レンズとを組合せたも
のでも良い。

上記構成において、送・受信用振動子１・２とも、遅延
線７・８の被検材１１側端部と集束領域９・１０の終端
か一致するように設定しておりば、送信用振動子１から
被検＋、Ｉ’ｌｌに投入された超音波ヒームは急激に拡
散する。従って、表面近傍に欠陥が存在した場合、超音
波は欠陥において反射され、受信用振動子２で受信され
る。ここで、受信側の超音波も拡散しているため、探ｊ
Ｑ！ｌ子を探触面上でｘ−ｙ走査させたとき、欠陥から
の反射波を広範囲に渡り受信できることがら、従来の２
分割型探触子に比べて表面近傍の欠陥の検出回数が格段
に向上することになる。つまり、送受信用振動子１・２
の中心軸」二〇音圧より最大６ｄ１３まで感度が低くな
る領域、即ち一６ｄＢの範囲を有感帯１２とした場合、
拡１１にヒームを使用することにより、その有感、ｌ＋
ｌ；　Ｉ　２が従来の市販の探触子まりも広くできる。

第２図は、本探触子と従来の２分割型探触子の距１チ１
１振ｌｌ′ｉｌｉ特性曲線（横軸に欠陥までの深さ、縦
軸にエコ１−高さをとっている）を示すものである。

本探触子の距離振幅特性曲線は、従来の探触子のものよ
りも緩やかであり、検出レベルの設定やＤＡＣ（距離振
幅補正）用の信号の生成が容易なものになっている。

しかし、本探触子にもその構造に起因した唯一の欠点が
ある。それは、第３図に示すように、拡散ヒーノ、＋４
被検祠ＩＩに入射する局、入射角が広い範囲にわたるた
め、不必要の表面波１３を励振するごとである。この表
面波Ｉ３は第４図に示すように、受信側の（栗触子で表
面直−トから約２波長程度の深さ６．二相リート→る時
間領域までの定常エコーとして検出される。この定常エ
コーの振幅は決して大きくはないが、第５図＋ａ）に示
すように、表面近傍に微小欠陥がある場合、表面（波）
エコーＳと欠陥エコーＦか干渉し、欠陥の大きさを定量
的にｉ、ｆ　ｊｌｆｉ　ｌ−ることか難しくなる。一方
、第５図（ｂｌに示し）こように欠陥が２波長よりも深
い位置に会った場合はその定量的な評価は容易である。

な第４図及びａ３５図中、Ｓは表面（波）エコー、Ｂ　
Ｉ　！Ｊ試験中の第１回底面反射エコー、Ｆは欠陥エコ
ー、１？゛　は欠陥の多重反射エコーを示す。

また、プｌ’ｌペラ翼のような鋳造品では、−Ｐｔに組
織の粒径か粗大で、かつ、場所により粒径が異なってい
る。そのため粒界エコーに起因した後方散乱ノイズか場
所により変化し、欠陥の大きさの定量的評価の障害にな
る。、二の後方散乱ノイスの場所による変化を第６図に
示す。

そこで、本発明者等は、このような状況のもとでも、欠
陥の検出レベルが容易Ｑこ設定どき、その大きさを定量
的に計価し得る方法を考案し、実施のための装置を装作
して、その効果を６％　ＬＱ　Ｌ２な。

基本的な手段は、空間フィルタリンクである。

Ｐｓ（ｘ）を表面（波）エコーの振幅の空間依存性、Ｎ
　（ｘ）を後方散乱ノイスθ月辰幅０空間依存性とする
。

Ｐｓ　（ｘ）は健全部においては、位置Ｘに依らずほぼ
一定であり、また、Ｎ（ｘ）圃場所により緩やかに変化
する関数である。一方、欠陥エコーの振幅ＰＦ（Ｘ）は
、場所により、急激に変化する関数である。従って、以
下に示す式が成り立つ。

表面近傍の欠陥に幻しては、受信されるエコーの振幅を
Ｐ、（ｘ）＝Ｐ、（ｘ）−＋ｌｓ　（ｘ）とすると、次
式により、欠陥の存在が検出できることがわかるら （３，４） また、後方散乱ノ・イスが重畳された場合にも、ＰＴ　
（ｘ）−ＰＦ　（ｘ）　ＩＮ　（ｘ）とし−乙　（３，
５）式に従って欠陥が検出できる。

（３，５） 占い換えれは、健全部の表面（波）エコーの振幅は、場
所に依らずほぼ一定であり、これを空間微分すれぽほぼ
Ｏになる。また、後方散乱ノイスの振幅の場所依存性は
緩やがてあり、これを空間微分ずれは、無視し得るはと
に小さくなる。一方、欠陥エコーの場所依存性は急激で
あるため、これを空間微分ずれは大きな値が得られ、他
の２つと明確に識別できるといフことである。

第７図は、本発明方法を実施するためのフロック図を示
ず。２０は被検利１１の載置する台盤、２１は探触子ヘ
ットで、Ｘ方向スキャナ２２及びＹ方向スキャナ２３に
より支持され−どおり、ごの−、ノド２１４Ｊスキヤナ
２２・２３により被検材１１七を′：Ｊ１字状にスキャ
ニングされる。２４はＸ方向スキャナ２２の駆りＪ用の
ステッピングモータ、２５ばＹ方向スキャナ２３の駆動
用ステッピングモータである。２６はこれらステッピン
グモータ２４・２５を制御するためのコントローラであ
る。２７はタイミングジェネレニタて、コントローラ２
６から構成される装置信号に基づいて、探傷装置全体の
タイミングを生成する。２８はパルサで、位置信号に同
期して、送信用振動子１を励振する。そして受信用振動
子２で検出されたエコー信号は、増幅器２９で増幅しＤ
Ｃ検波され、ピークボルダ３０で振幅か検出される。

本実施例では、探傷領域を瀾さ方向に４つのチャンネル
に分割して探傷し、欠陥３１の深さ情報も同時前られる
ように、次段のピークボルタでは各チャンネル毎にザン
プルケートのｌ茅さに相当する位置を変えて、エコー振
幅を検出している。即ら、検出された１コ一据幅は、続
いて各チャンネル１段１」のり′ンブルポルダ３２〜３
５に移され、−特記１．ａされる。３６〜３７は各チャ
ンネル２段目のサンプルホルダＣあり、１段目のサンプ
ルホルダ３２〜３５に新しいエコー振幅が書き込まれる
直前に、旧エコー振幅（ひとつ前の場所におるニー１−
振幅）か移され、一時記憶される。こうして、１段１」
の勺ンプルホルタ３２〜３５には、探触子ヘット２１の
現在位置におけるエコー振幅が、また、２段目のサンプ
ルホルダ３６〜３９には、ひとつ前の位置におりるエコ
ー振幅が夫々記憶されている。

４０〜４３は各チャンネルの減算器であり、２段のサン
プルホルダ３２〜３５．３６〜３９に一特記ｆ、１され
′ζいる、現在位置におりるニジ−振幅とひと一つ前の
位置におけるエコＩ−振幅との減算を行゛う。この処理
は後方差分空間フィルタリングと呼はれており、この場
合係数を嵩慮しない空間微分処理と一致している。

４４〜４７は減算器４０〜４３のＡＣ出力をＤＣ検？皮
するだめのＤＣ検波器である。４８はチャンネルセクタ
で、ＤＣ検波器４４〜４７の出力が順番に崩ｊうごとに
同ＩＵ１シて各チャンネルを選択し、Ａ／１〕変換器４
９にＤＣ波形を供給している。５０はデータセレクタで
、後方１１に乱ノイスの振幅が場所に依存しこ変化しな
い場合には、Ｂ−Ｄのチャンネルでは空間微分の必要か
特にないので、微分回路がジャンプ（きるようにしであ
る。

５１！、Ｊコンビｊ、−夕５２とＡ／Ｄ変換器４９との
インタフェース部である。本実施例では、上記Ｄ　Ｃ波
形に検出し・＼ルを越えるものかある場合たり、コンピ
ュータ５２にデータΦム送コマンドが送出されるように
し７て、二１ンピュータ５２のメモリの節約とクラフィ
ックスのために十分な時間か割けるようにしている。ま
た、コンピュータ５２には、スギ中すコマンドし１−ラ
２６からの位置情報がインタフェース部５１を介して転
送される。５３はグラフィックティスプレ・イ、５４は
ハードコピー用のプリンタである。なお、二Ｉンビュー
タ５２は探傷結果のグラフィックスの他、探傷装置全体
の初期化、終了等の状聾設定も行っている。

上記処理のうち、コンピュータ５２への転送コマンＩ−
が生成されるまでのタイミンクを第８図に示し、５５も
Ｊスキャナコントローラ２６から構成される開部信！（
パルス）で、４パルス分の周期が各チャンネルＡ−Ｃの
探傷ピッチに相当している。即ち位置信号は４パルスを
１組にして、４つのチャンネルΔ〜Ｄに割り当てられて
いる。５６はエコー波形である。５７〜６０は各チャン
ネルＡ　−１）のディレィタイムであり、６５〜６８は
ザンプルゲートか開くタイミング（各チャンネルの探傷
深さ）を決定する。各チャンネルＡ−Ｄの工′】−振幅
は■ンプルケート６５〜６８内で検出される。本実施例
−ζはΔか表面近傍を、Ｒ，Ｃ，Ｄの順でより深いｆｉ
ｉｆ分を探傷している。従って、　ｊＤＡ＜　ｊｎＲ＜
　Ｌｃ　＜’、　ｊｎｎ−ζある。６１〜６４は各チャ
ンネルＡ　−Ｄ　ｏ：＋　１＋：：ン１」のサンプルホ
ルダ 幅を２段目のサンプルホルダ３６〜３９に移ずためのソ
フトパルスである。即ら、１段１」の刃ンプルホルタの
エコー振幅は、次の場所のエコー振幅か店き込まれる直
０；■に２段目のサンプルホルダ３（１〜；）１（に移
される。６９〜７２は（成分されたコー二Ｉ　Ｉｂｉ　
Ｉｆｉｆを」ンビュータ５２に転送するための転送コマ
ンドである。微分演算の結果が予め設定された検出レベ
ルを越える場合にのみ、ごの信死は生成される。そして
、この信号を受けてコンピュータ５２は微分信号、位置
１’Ｆ？　＋［Ｊ、チャンネル番号等を読み取る。

空間フィルタリングの実用効果例を第９図及び第１０図
に示−Ｊ。第９図は表面（波）エコーと表面近傍の欠陥
エコーとが干渉して欠陥としての認識が困ｙ１１な例を
示し、ａは微分処理前、（ｂｌは微分処理ｉ＆Ｃある。

これでは表面（波）エコー０）振幅のし・ヘルがＡＣ結
合の増幅器を介して観察しているため縦軸（住忌）のＯ
ｖ程度に相当しているが、表面から２鮎までの深さにあ
る欠陥からのエコー振幅は、表面（波）エコーとのモ渉
の結果、欠陥の検出レベルに４たないか、あるいは、検
出位置の範囲が減少する等の不利を被っている。しかし
、空間フィルタリングを実施することにより、何れの欠
陥からも表面（波）エコーのレベルをはるかに上回るエ
コー振幅が得られ、欠陥検出が容易になることが判る。

第１０図は位置により後方散乱ノイスが変化する例を示
し、（ａｌは微分処理前、（ｂｌは微分処理後である。

この第１０図（ａｌ．　（ｂｌに示すように、後方散乱
ノイスが探傷位置によって緩やかに変化しても、空間フ
ィルタリングを実施することにより、その変化（うねり
）は消去され、欠陥エコー振幅等に影響を及はさないも
のとなる。

第１１図には本装置を用い゛Ｃ平底穴の人口欠陥を設＆
ノた試験片を探傷した結果を、縦軸に微分処理したエコ
ー振幅の絶対値、横軸に座標をとって示す。これによれ
ば、φ４鰭平底穴の人］」欠陥が深さ１〜２０龍にわた
って明６五に検出てきていることが判る。この被検材は
、Ｉ３〜Ｄのチャンネルで、後方散乱ノイスの振幅が場
所により緩やかＣ，二変化する桐材−ζあり、微分処理
を施さないと、第６図に示したような場所によるうねり
か欠陥部：Ｉ−の十に虫・胃されζしまう。しかし、第
１１図のーｆーヤンネ月刈３．Ｃ．Ｄの曲線ではそのよ
つなうねりか消去されており、欠陥部だけか強調され、
欠陥の検出が容易なものになっている。

第１２図は探傷結果をグラフィックアウｌ，　したもの
である。◇口△のマークの大きさは夫々チャンネルＡ．
Ｂ．Ｃ．＋３で検出した欠陥の徹分信１弓の振幅に対応
している。チャンネルＡ２　［３ではマークの対角長が
、チャンネル０．１〕ではマークの底辺と＋％さの大き
さが微分（８号の振幅に比例するようにして、欠陥の大
きさも判定できるようにした。

以上実施例に静述したように本発明によれば、送受信用
の各振動子を集束型振動子とし、この各振動子に対応し
て設りられた遅延線の被検材側端部−（超音波ヒームか
集束しかつこれより被検祠側で超音波ヒームか拡１）々
する分割型集束探触子を使用して被検４１を超音波探傷
Ｊるに際し、受信用振動子−のにＩ−信号を空間微分し
て表面（波）エコーを消去Ｊるのζ、探触子の場所によ
らない定當エコーをＭＦ￥乙こ消去てき、従って、ブＩ
」ベラ翼のような組織の粒径か粗大な鋳造品に含まれる
欠陥−（、応力的に重要な意味を持つ表面直下から２０
１までの深さにあるものを正（而に検出することか６Ｊ
能ζある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を例示するものであって、第１図
は拡散ヒー１８を用いた２分割型探触子の構造を示す断
面図、第２図は拡散ヒーム型２分割型探触子と市販の２
分割型探触子の距１ｊｉｌｆ振幅特１！ｌ　＋１１１線
を示す図、第３図は拡散ヒームを用いた２勺割型探触子
におりる表面（波）」−コー発生のヒーム経路を示す図
、第４図はアルミソ１゛！ンス祠・１４扱試験片の健全
部の探傷波形を示Ｊ図、第５図は試験ｊ−′１の人１」
欠陥（平底穴）の探傷波形をボずし１（（８１人口欠陥
が探傷面的下にある場合、（ｂ１人１」欠陥か探（Ｕ而
から深い所にある場合〕、第（１図は後方１１々乱ノス
ルの位置による変化の例を示ずし１、第７図は探傷装置
の）ｔ」ノクレ１、第８財は同装置のタイムチャート、
第９図は表面（波）エコーとχ陥エコーか千６・シて表
面近傍の欠陥の認識か困・維な例を示−４図（（８１ｉ
：Ｉｔ骨分処理前（＋１）微分処理後］、第１（１図は
装置により後方散乱ノズルか変化する例を小１’図〔（
ａ）微分処理前、（ｂ）微分処理後〕、第１１図（ａｌ
〜ｆｌ’ｌは探傷結果を示ｊ図、第１２図は探錫結弔の
タラフィック例を示す図である。 ■・・送信用振動子、２・・・受信用振すノ子、７・）
（・・・遅延線、１１・・・被検祠、１２・・・有感（
１１，３０・・・ピークボルタ、３２〜３９・・・ザン
プルポルク、４０〜４３・・・ｉ／ＪＨ？器、４４〜４
７・・・＋１）　Ｃ検波器、４８・・・チャンネルセレ
クタ、４９・・・Δ／１〕変換器、５２・・・コンピュ
ータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｌ送受信用の各振動子を集束型振動子とし、この各振動
   子Ｇこ対応して設けられた遅廷線の被検材側端部に超音
   波ヒームの集束域の終端が一致しかつこれより被検祠側
   で超音波ヒームが拡散する分割型集束探触子を使用して
   被検材を超音波探（ｖ、するに際し、受信用振動子の１
   コ一信号を空間微分して表面（波）エコーを消去するこ
   とを特徴とする分割型集束探触子による超音波探傷方法
   。