JPS6082855A - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、被検材の裏面直下にある欠陥部を検出する
パルスエコ一方式の超音波探傷装置に関するものである
。

〔従来技術〕

従来この種の超音波探傷装置としては、第１図に示すも
のがあった。第１図は従来の超音波探傷装置を示すブロ
ック構成図である。図において、１は厚さがａ、音速が
Ｃの板状の被検材、２は被検材１の表面Ｓから内部へ超
音波パルスを送信し、また、被検材１の表面Ｓ、裏面Ｂ
、欠陥部Ｆからのエコーを受信するトランスジューサ、
３はトランスジューサ２と被検材１との間を超音波パル
スが伝搬するための伝搬媒質、４はトランスジューサ２
かも超音波パルスを発生させるだめの送信回路、５はト
ランスジューサ２が受信した信号を増幅するための増幅
回路、６は増幅回路５の出力信号から被検材１の表面Ｓ
のエコーを検出する表面エコー検出回路、７は検出しよ
うとする被検材１の欠陥部Ｆの存在する深さ範囲を与え
る検出範囲設定器、８は検出範囲設定器７の設定値と、
表面エコー検出回路６の出力とからゲート信号を作るゲ
ート信号作成回路、９は増幅回路５の出力をさらに増幅
して欠陥エコーを顕著にするための増幅回路、１０は増
幅回路９の出力の中からゲート信号作成回路８の出力に
したがって、設定された検出範囲内のエコーを取り出す
ゲート回路、１１はゲート回路１０より取り出された信
号を処理し、欠陥部Ｆの有無、大きさなどの探傷に必要
な情報を得る信号処理装置、工２は送信のタイミングを
発生し、また、表面エコー検出回路６の基準を与える制
御回路である。なお、第１図中で、Ａ、　、　Ａ２は欠
陥検出範囲を決めるための距離範囲である。

第２図は、第１図の超音波探傷装置を説明するための各
主要部の出力信号波形を示す図である。

次に、上記第１図に示す従来の超音波探傷装置の動作に
ついて、第２図を参照して説明する。制御回路１２は周
期的に、第２図（ａ）に示す様なパルスを発生し、送信
回路４へ与える。送信回路４は上記パルスのタイミング
により、トランスジューサ２へ高電圧インパルスを与え
て超音波パルスを発生させる。この様にして発生、送信
された超音波パルスは、伝搬媒質３の中を被検材１に向
けて伝搬し、被検材１の表面Ｓで一部分が反射して表面
エコーを発生し、一部分が被検材１の中に侵入して行く
。被検材１中で欠陥部Ｆがあれば欠陥エコーが発生する
。また、超音波パルスが被検材１の裏面Ｂに達すると裏
面エコーが発生する。これらの各エコーはトランスジュ
ーサ２で受信され、増幅回路５で増幅される。増幅回路
５の出方信号波形は、第２図（ｂ）にその−例を示して
あり、図に示されるＴ。は、表面エコーから裏面エコー
までの時間で、２ａ＝ｃ、Ｔ、）の関係がある。増幅回
路５の出力は増幅回路９へ入力されてさらに増幅される
一方、表面エコー検出回路６へ入力される。伝搬媒質３
は、通常水が使用され、トランスジューサ２と被検材１
との間にエコーは発生しなし・ので、超音波パルスの送
信後、第１のエコーを表面エコーと認めることができる
から、表面エコー検出回路６では第１のエコーの先頭部
で立ち上る、第２図（ｃｌに示す様なパルスを発生ずる
。ところで、検出範囲設定器７には、第１図に示した各
距離範囲Ａ、及びＡ２が設定されており、この各距離範
囲Ａ、及びＡ２と表面エコー検出回路６の出力パルスが
ゲート信号作成回路８に与えられ、第２図（ｄ）に示す
様なゲート信号が作られる。ここで、第２図（ｄ）に示
される時間Ｔ、　、　Ｔ２は、次の様な値である。

このゲート信号は、第２図（ｅ）に示す様な増幅回路９
の出力に接続されたゲート回路１ｏの通過、遮断の制御
を行い、受信信号の中からあらかじめ設定した距離範囲
Ａ２内の、第２図（ｆ）に示す様なエコーのみの信号を
抽出する。この抽出された信号は信号処理装置１１に送
られ、その信号の大きさなどから欠陥部Ｆの評価が行わ
れる。

従来の超音波探傷装置は以上の様に構成されており、検
出範囲が被検材１の表面Ｓを基準如決められているので
、裏面Ｂ直下の欠陥部Ｆを探傷するために、検出範囲を
裏面Ｂぎりぎりに、すなわち距離範囲Ａ、　＋　Ａ、を
厚さａに極めて近付けなげればならないが、厚さａが変
動した場合に不感帯が発生したり、裏面エコーを欠陥エ
コーであると誤認したりする欠点があった。このことは
、第３図に明示する様に、被検材１の１３の部分で正常
動作する様に検出範囲、すなわち第３図の斜線で示す距
離範囲Ａ２を設定した場合、被検材１が１ｂの部分の様
に厚さａがやや薄くなると、検出範囲内に裏面Ｂが含ま
れ、欠陥部Ｆが存在しなくても裏面エコーが欠陥エコー
として抽出されてしまうことになる。また、被検材１が
１０の部分の様に厚さａがやや厚くなると、検出範囲は
裏面Ｂ直下から内部に移動し、第３図で示す赤部分が不
感帯となり、欠陥部Ｆの検出が不可能となる欠点があっ
た。

〔発明の概要〕

この発明は、上記の様な従来のものの欠点を改善する目
的でなされたもので、受信信号から被検材の裏面エコー
を取り出し、一方、遅延回路により遅延させられた受信
信号から、裏面エコーを基準にして被検材の欠陥エコー
を抽出する様にした構成を有し、被検材の板厚等が変動
したとしても、正確に被検材の欠陥部を検出できる様に
した超音波探傷装置を提供するものである。

し発明の実施例〕 以下、この発明の実施例４図りこり（・て説明する。

第４図はこの発明の一実施例である超音波探傷装置を示
すブロック構成図で、第１図と同一部分は同一符号を用
いて表示してあり、七の詳細な説明は省略する。図にお
いて、１００は表面エコー検出回路６の出力を時間基準
にして、増幅回路５の出力から裏面エコーを取り出す裏
面エコー抽出回路、２００は増幅回路９によって欠陥エ
コーを顕著にした受信信号を遅延させる遅延回路、３０
０は裏面エコー抽出回路１００の出力を時間基準に遅延
された受信信号から、裏面エコー直前の範囲内のエコー
を抽出する欠陥エコー抽出回路である。

第５図は、第４図の超音波探傷装置を説明するための各
主要部の出力信号波形を示す図である。

第６図は、第４図の超音波探傷装置における裏面エコー
抽出回路を詳細に示すブロック構成図である。図におい
て、１０１は被検材１の厚さａを数値又はアナログ値で
設定する厚さ設定器、１０２は被検材１中での音速を設
定する音速設定器、１０３は表面エコー検出回路６の出
力と、上記厚さ設定器１０１及び音速設定器１０２で設
定された厚さと音速からゲート信号を作るゲート信号作
成回路、１０４は受信信号の内、撮幅の小さいエコーを
除去するための閾値回路、１０５は閾値回路１０４の出
力信号から、ゲート信号作成回路１０３の出力により裏
面エコーを抽出するゲート回路である。

第７図は、第４図の超音波探傷装置における欠陥エコー
抽出回路を詳細に示すブロック構成図である。図におい
て、３０１は裏面エコーを２値化する２値化回路、３０
２は２値化された裏面エコーの立ち上り部で時限動作を
する単安定マルチバイブレータ、３０３は単安定マルチ
バイブレータ３０２の出力により遅延された受信信号か
ら欠陥エコーを抽出するゲート回路、３０４は２値化回
路３０１と単安定マルチバイブレータ３０２から成る時
限回路である。

第８図は、第４図の超音波探傷装置において、被検材の
厚さが変化した場合を説明するための各主要部の出力信
号波形を示す図である。

次に、上記第４図に示すこの発明の一実施例である超音
波探傷装置の動作について、第５図ないし第８図を参照
して説明する。上記した第１図に示す従来例のものと同
様に、制御回路１２は周期的に、第５図（ａ）に示す様
なパルスを発生し、送信回路４へ与える。送信回路４は
上記ノくルスのタイミングにより、トランスジューサ２
へ高電圧インパルスを与えて超音波パルスを発生させる
。この様にして発生、送信された超音波ノくルスは、伝
搬媒質３の中を被検材１に向けて伝搬し、被検材１０表
面Ｓで一部分が反射して表面エコーを発生し、一部分が
被検材１の中に侵入して行く。被検材１中で欠陥部Ｆが
あれば欠陥エコーを発生する。また、超音波パルスが被
検材１の裏面ＢＶｃ達すると裏面エコーが発生する。こ
れらの各エコーはトランスジューサ２で受信され、増幅
回路５で増幅される。増幅回路５の出力信号波形は、第
５図（ｂ）にその−例を示しである。増幅回路５の出力
は増幅回路９へ入力されてさらに増幅される一方、表面
エコー検出回路６へ入力される。この表面エコー検出回
路６の出力信号波形は、第５図（ｃ）　ＶＣ示される様
である。表面エコー検出回路６からの信号は裏面エコー
抽出回路１００に与えられ、増幅回路５の出力信号から
裏面エコーのみを抽出する。この動作を、第６図につい
て説明する。第６図に示す厚さ設定器１０１には、被検
材１の大約の厚さａが、また、音速設定器１０２には、
被検材１中での音速Ｃがあらかじめ設定されていて、ゲ
ート信号作成回路１０３では、表面エコー検出回路６の
出力信号の立ち上りを基準にして、第５図（ｄ）に示す
様な出力信号波形を発生する。第５図（ｄｌに示す時間
Ｔａｇ。

Ｔ１１２は各々次式で与えられる。

ここで、Δａは被検材１の実際の厚さと、厚さ設定器１
０１であらかじめ設定された設定値との差の最大値であ
り、被検材ｌの厚さａが変動しても、裏面エコーの位置
が時間Ｔ［１２の中に含まれる様にしである。一方、増
幅回路５の出力信号は、閾値回路１０４　Ｋより振幅の
小さく・信号か除去され、第５図（ｅｌに示す様に表面
エコーや裏面エコーの様な振幅の大きい信号のみが抽出
される。さらに、この信号はゲート回路１０５に入力さ
れ、第５図（ｄ）に示す様なゲート信号作成回路１０３
の出力信号により、時間Ｔ［１２の間の信号、すなわち
第５図（ｆｌに示す様な裏面エコーのみが抽出される。

この様にして抽出された裏面エコーは、欠陥エコー抽出
回路３００に入力される。第７図に示す様な欠陥エコー
抽出回路３００の時限回路３０４に入力された裏面エコ
ーは、２値化回路３０１で、第５図（ｇｌに示す様に２
値化され、単安定マルチバイブレータ３０２の時限動作
トリガとして与えられる。したがって、単安定マルチバ
イブレータ３０２の出力は、第５図（、ｈ）に示す様に
裏面エコーの立ち上り部から時間ＴＦだけ活性状態にさ
れる。また一方、増幅回路５の出力は増幅回路９により
さらに増幅され、欠陥エコーを顕著にした後に、遅延回
路２００により、第５図（ｉ）に示す様に時間Ｔｏだけ
遅延される。時間Ｔ。

は探傷しようとする被検材１の範囲を裏面Ｂかも深さを
ｄとすると、次式で与えられる。

また、上述した時間ＴＰは時間Ｔｏと等しくしておく。

この時の単安定マルチパイプレーク３０２の出力信号と
、遅延回路２００の出力信号との関係は、第５図（ｈ）
　、　（ｉ）に示される様になっている。したがって、
単安定マルチバイブレータ３０２の出力をゲート制御信
号とし、遅延回路２００の出力が与えられるゲート回路
３０３の出力には、第５図（ｊ）に示す様に裏面Ｂ直下
の欠陥エコーのみが抽出されて表われる。

次いで、被検材１の厚さａが変化した場合の動作を、第
８図を用いて説明する。第８図は、第５図に対応してい
て、被検材１の厚さａが厚くなって裏面Ｂの裏面エコー
が右側へ移動した状態を示している。第８図中で破線で
示したＢｕは第５図に示すＢを示している。第８図に明
示されている様に、欠陥エコーを抽出するための第８図
（ｈ）に示すゲート信号は裏面エコーの直前に作られて
いて、上述した不感帯を生ずることなく欠陥エコーを抽
出することが明らかに理解される。また、被検材１の厚
さａが薄くなった場合も、裏面エコーを基準にしてゲー
ト信号が作られるので、裏面エコーを欠陥エコーと誤認
することはあり得フヨ（・ことも明らかである。

上記実施例では、裏面エコー抽出回路１００として、第
６図に示す様に被検材１の厚さ及び音速をあらかじめ設
定し、ゲート回路１０５を用いて行う方式について説明
したが、被検材１中で発生するいか１．ｃる欠陥エコー
も裏面エコーと比べて著しく振幅が小さい場合には、第
９図に示す様に閾値回路１１１のみを用いて実行するこ
とができる。閾値回路１１１０入力信号及び出力信号は
、第９図（ａ）。

（１〕）に示す様になっている。ただし、この場合、裏
面Ｂかもの裏面エコーだけでなく、表面Ｓからの表面エ
コーや送信の回り込み信号Ｔも含まれるので、別途に、
第９図（ｃｌに示す様な信号を作り、第７図に示した単
安定マルチバイブレータ３０２の強制リセット信号とす
る必要がある。また、裏面エコー抽出回路１００は、第
１０図に示す様に、受信信号から被検材１の厚さａと音
速Ｃとを測定する様にしても良い。第１０図において、
１２１は被検材１の厚さ測定回路、１２６は厚さ測定回
路１２１で測定した結果の内、大きな欠陥エコーにより
誤測定したものを除去すると共に、被検材１の変動する
厚さａの平均値をめるための平均値算出回路、１２７は
平均値算出回路１２６の出力を記憶する記憶回路、１２
８は表面エコーを基準にし、記憶回路１２７の値にした
がって所定幅の）くルスを作るゲート信号作成回路、１
２２は増幅回路５の出力信号から振幅の小さな信号を除
去する閾値回路、１０５（ま閾値回路１２２の出力信号
から、ゲート信号作成回路１２８の出力を用（・て裏面
エコーを抽出するゲート回路である。また、１２３　、
１２４　、１．２５は、それぞれ被検材１の厚さａの測
定、すなわち伝搬時間測定のためのカウンタ、カウンタ
制御回路、クロック発生回路である。

また、上記実施例では、トランスジューサ２と被検材１
との間に十分な距離があって、表面エコーが明確に現わ
れる場合について説明したが、トランスジューサ２と被
検材１とが直接に接触さ一ヒた場合にも適用できる。こ
の場合は、表面エコーではなく、送信クイミングを基準
にして上言己各信号を作って行けば良い。

さらに、上記実施例では、各構成要素を専用〕・−ドウ
エアとして説明したが、増幅した受信信号をアナログ−
ディジタル変換器によりディジタル化し、計算機処理に
よって同様の機能を得ることができることは云うまでも
ない。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明した様に、超音波探傷装置において
、受信信号から被検材の裏面エコーを取り出し、一方、
遅延回路により遅延させられた受信信号から、裏面エコ
ーを基準にして被検材の欠陥エコーを抽出する様に構成
したので、被検材の厚さや音速が変動したとしても、不
感帯を生じたり、裏面エコーを欠陥エコーであると誤認
したりすることなく、極めて正確に、被検材の裏面直下
の欠陥部をも容易に検出することができると−・う優れ
た効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超音波探傷装置を示すブロック構成図、
第２図は、第１図の超音波探傷装置を説明するだめの各
主要部の出力信号波形を示す図、第３図は、第１図の超
音波探傷装置にお℃・て、被検材の厚さが変化した時の
動作を説明するための図、第４図はこの発明の一実施例
である超音波探傷装置を示すブロック構成図、第５図は
、第４図の超音波探傷装置を説明するための各主要部の
出力信号波形を示す図、第６図は、第４図の超音波探傷
装置における裏面エコー抽出回路を詳細に示すブロック
構成図、第７図は、第４図の超音波探傷装置における欠
陥エコー抽出回路を詳細に示すブロック構成図、第８図
は、第４図の超音波探傷装置において、被検材の厚さが
変化した場合を説明するための各主要部の出力信号波形
を示す図、第９図及び第１０図は、それぞれ第６図の裏
面エコー抽出回路の各変形例を示すブロック構成図と各
主要部の出力信号波形を示す図である。 図において、１・・・被検材、２・・・トランスジュー
サ、３・・・伝搬媒質、４・・・送信回路、５，９・増
幅回路、６・・・表面エコー検出回路、７・・・検出範
囲設定器、８　、１０３　、１２８・・・ゲート信号作
成回路、１０゜１０５　、３０３・・・ゲート回路、１
１・・信号処理装置、１２・・・制御回路、１００・・
・裏面エコー抽出回路、１０１・・・厚さ設定器、１０
２・・・音速設定器、１０４，１１１，１２２″　・・
・閾値回路、１２１・・・厚さ測定回路、１２３・・・
カウンタ、１２４・・・カウンタ制御回路、１２５・・
・クロック発生回路、１２６・・・平均値算出回路、１
２７・・・記憶回路、２００・・・遅延回路、３００・
・・欠陥エコー抽出回路、３０１・・・２値化回路、３
０２・・・単安定マルチバイブレータ、３０４・・・時
限回路である。 なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代理人　大岩増雄 第２図 （ｆ） 第３図 第５図 第６図 第７図 第８図 （Ｃ） 手続補正書（自発） ５９１２１Ｆ３− 昭和　年　月　日 １、事件の表示　特願昭　５８−１９０４６３号２、発
明の名称　超音波探傷装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号名　称　
（６０１）三菱電機株式会社 代表者片山仁八部 ４、代理人 ５、補正の対象　明細書のｌ−Ｆ！？許謂禾の範囲」の
欄、 ６補正の内容 （１）明細−潜の「特許請求の軸回」を別紙のとおりに
補正する、 別　紙 ２、４ｉＦ許請求の範囲 （３１受１ｇ信号の増幅回路にグー上回路を設けてエコ
ー信号を抽出する様にしたパルスエコ一方式）超１波探
傷装置において、前記受信信号から被検材の裏面エコー
を取り出す裏面エコー抽出回路と。 １］！１記受１ｇ信号を一定時間遅延させる遅延回路と
。 この遅延回路により遅延させられた受−１８ｉ＝号から
。 前記裏面エコーをｉＩｉ；準にして、前記被検材の欠陥
エコーを抽出する欠陥エコー抽出回路とを園えて成るこ
とを特徴とする超音波探傷装置。 ｉ２７前記前記上コー抽出回路は、数１面又はアナログ
頑で設定する厚さ設定器及び行速設定器と、超音波パル
ス送（ｇタイミング又は表面エコーを基準にして、前記
厚さ設定器及び廿妬設定−の設定値に括づいて２助作す
るゲート信号Ｉ／ｌｌ：１Ｊ５Ｆ、回路と、小レベルの
受信信号を除去する閾値回路と、この受４ｇ信号の通過
あるいは連断を前記ゲート信号作成回路の出力によって
制御するゲート回路とによって構成されることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の超音波探傷装置。 １３）前記裏面エコー抽出回路は、Ｉ闇値特性を持つ増
幅回路より成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の超杼波探傷装ｊＬ （４）前記裏面エコー抽出回路は、　１ｊｔｆ記超音液
パルス込１ｇタイミング又は：＆ｆｉｌ＋エコーを椿準
にして。 前記被検材の厚さを測定する厚さ測定回路と、この厚さ
測定回路の測尾結釆の平均１１μをめる平均！Ｉ１１．
．ｓ−出回路と、前記ｇｉｌｌだ結果の平均１１Ｎを記
ｔはしておく占己を意回絡と、ｇｉＪｉ己超汗Ｖ支パル
スＪ丞１訝タイミング又は表面エコーを基準にして、前
記記１．＠回路の記憶値に苓づいて動作するゲート・１
ｇ号作！戎回？６と。 このケート信号１・［成回路からのゲート１ｇ号によっ
て受１ｇ１ｇ号を通過あるいは週１所さぜるゲート回路
とによって構成されることを特徴とする特許Ｒ＃水の範
囲第１項記載の超肴彼探揚装置ぼ。 ｉ５１前記欠陥エコー抽出回路は、前記映面エコー抽出
回路により抽出された裏面エコーの立ち上りでトリガが
かかり、前記遅延回路の遅延時間と同−又はより短い時
限時間を有する時限回路と、この時限回路からの信号に
よって、迎延された受信信号を通過あるいは遮断させる
ゲート回路とによって構成されることを特徴とする時計
請求の範囲第１」Ｑ記載の超廿波深傷装置。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）受信信号の増幅回路にケート回路を設けてエコー
   信号を抽出する様にしたパルスエコ一方式の超音波探傷
   装置において、前記受信信号から被検材の裏面エコーを
   取り出す裏面エコー抽出回路と、前記受信信号を一定時
   間遅延させる遅延回路と、この遅延回路により遅延させ
   られた受信信号から、前記裏面エコーを基準にして、前
   記被検材の欠陥エコーを抽出する欠陥エコー抽出回路と
   を備えて成ることを特徴とｊる超音波探傷装置。
2. （２）前記裏面エコー抽出回路は、数値又はアナログ値
   で設定する厚さ設定器及び音速設定器と、超音波パルス
   送信タイミング又は表面エコーを基準にして、前記厚さ
   設定器及び音速設定器の設定値に基づいて動作するゲー
   ト信号作成回路と、小レベルの受信信号を除去する閾値
   回路と、この受信信号の通過あるいは遮断を前記ゲート
   信号作成回路の出力てよって制御するゲート回路とによ
   って構成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の超音波探傷装置。
3. （３）前記裏面エコー抽出回路は、閾値特性を持つ増幅
   回路より成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の超音波探傷装置。
4. （４）前記裏面エコー抽出回路は、前記超音波パルス送
   信タイミング又は表面エコーを基準にして、前記被検材
   の厚さを測定する厚さ測定回路と、この厚さ測定回路の
   測定結果の平均値をめる平均値算出回路と、前記測定結
   果の平均値を記憶しておく記憶回路と、前記超音波パル
   ス送信タイミング又は表面エコーを基準にして、前記記
   憶回路の記憶値に基づし・て動作するゲート信号作成回
   路と、このゲート信号作成回路からのゲート信号によっ
   て受信信号を通過あるいは遮断させるゲート回路とによ
   って構成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の超音波探傷装置。
5. （５）前記欠陥エコー抽出回路は、前記裏面エコー抽出
   回路により抽出された裏面エコーの立ち上りでトリガが
   かかり、前記遅延回路の遅延時間と同−又はより短い時
   限時間を有する時限回路と、この時限回路からの信号に
   よって、遅延された受信信号を通過あるいは遮断させる
   ゲート回路とによって構成されることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の超音波探傷装置。