JPS61202159A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、超音波が試験片の底面で反射することを積
極的に利用して探傷を行う超音波探傷装置に関する。

〔従来の技術〕

新しい超音波探傷法の一つにアレイ探傷法がある。この
概要は第８図に示すような超音波探傷装置を使用するも
のである。この超音波探傷装置は、通常の探傷装置と異
なり、まず探触子が多数の細かい振動子（アイセンサ）
Ｊａ〜１ｎが使用されている。

各振動子１ａ〜１ｎはそれぞれ個別の駆動回路２（図で
はまとめて一つに示している）で時間的なずれをもって
駆動するようになっている。

このため、各駆動回路２に制御回路３から遅延時間を有
する信号３ａで駆動回路２を駆動するようになっている
。

まだ、振動子１ａ〜１ｎから放射された超音波４は試験
片の欠陥位置５から反射され、各振動子１ａ〜１ｎで受
波されて電気信号に変換し、遅延回路６８〜６ｎを通し
て加算回路７に加え、表示装置８にて表示するようにな
っている。

各遅延回路６＆〜６ｎは、制御回路３からそれぞれ遅延
時間をもった信号３ｂにより制御されるようになってい
る、。

このように、これらの振動子１ａ〜１ｎには１個ずつ別
々に駆動可能力駆動回路２がついているため、駆動のタ
イミングを少しずつ変えて探傷することができる。たと
えば、第８図では、左の振動子は右の振動子より遅れて
駆動されている。

また、振動子１１〜１ｎが細かいと、振動子１ａ〜１ｎ
から出た超音波４の波面は、球面波状に伝播するため、
第８図では欠陥位置５で各振動子１・ａ〜１ｎの波面が
一致する。すなわち、振動子１１〜１ｎから出た超音波
は合成されて欠陥の方向に向かって進むとともに、１点
に収束する。

各振動子１ａ〜１ｎを駆動するタイミングは制御回路３
で任意に変えうろことから、振動子を実際に動かすこと
なく超音波の方向や焦点位置を変えることができる。

欠陥位置５からの反射の受信の場合も、遅延回路６ａ〜
６ｎも各振動子１ａ〜１ｎ毎に設けておき、１点からの
エコー（たとえば第８図では欠陥からのエコー）のタイ
ミングが一致するように遅延時間を制御し、これを加算
回路７で加算すれば、１点から出たエコーが強調される
ことになり、受信の場合も収束効果（および超音波の受
信方向性制御効果）を持たせることができる。

以上のようにアレイ探傷法では、電子制御で超音波の焦
点や方向を変えうるという大きな特徴を有している。ま
た、これら探傷結果は、リアルタイムで表示装置８で表
示できるという特徴も有している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような超音波探傷装置を利用して欠
陥の高さ測定を行なう場合、次のような問題がある。た
とえば第９図のような被検体１１の中の縦割れの欠陥１
２を振動子１（第８図の振動子１ａ〜１ｎを代表して示
す）、アレイ探傷装置（駆動回路など）１４で探傷し、
表示装置８に結果を表示する場合を考えると、合成され
た超音波ビーム４はその方向を変えながら探傷し、結果
が表示装置８で表示されるが、表示された結果は第９図
のようになる。

すなもち、欠陥の先端１２ｈから発星した端部エコーが
表示装置５上では点５ａと表示され、その他、被検体１
１の底面１１ａのエコーが表示装置５上では帯状５ｂの
ように表示される。

しかし、欠陥が微細であると、欠陥先端１２ａのエコー
も微小であシ、これを検出しうるように探傷感度を上げ
ると雑音レベルも高くなるため、結局、欠陥高さを測定
できなくなるというおそれがあった。このように、従来
のアレイ探傷装置では、超音波が被検体１１の底面で反
射することを考慮していないものである。

次に、欠陥面からのエコーレベル変化をもとに欠陥高さ
測定を行なう方法の例を示す（第１０図で説明する）こ
れはタンデム法として既知の技術である。

第１０図（ａ）において、探傷は二つの探触子１７ａ。

１１ｂを用いて行なう。この第１０図（、）において、
Ａは実体を示し、Ｂは底面に対する対象像を示し、１７
ａＯは底面に対する探触子１７ａの対象探触子である。

この第１０図（ａ）において、一方の探触子で超音波を
出し、他方の接触子で受信する。いま、一方の探触子の
指向性が広く、他方の探触子の指向性が狭い（たとえば
、焦点型探触子）とすると、指向性の狭い探触子を図中
Ｘ方向に走査し力から、エコーレベルを記録すると、第
１０図（ｂ）に示すようなデータが得られる。

探触子の屈折角を４５°、欠陥を底面欠陥とすると第１
０図（ｂ）のデータからピークレベルよりも一６ｄＢの
範囲内の探触子の移動距離を測ると、理想的には欠陥高
さＤの２倍の値が求まる。これは第１０図（＆）に示す
ように底面１１ａに対して対象像を描いてみれば明らか
である。

このような方法では、欠陥面からのエコーレベル変化か
ら欠陥高さＤを測定するため、欠陥の端部エコーを検出
する方法より通常エコーレペルが高いためＳ／Ｎのよい
探傷ができる。しかしながら、探触子の移動が必要であ
る々ど、実際に適用するには不便な点も多い。

この発明は、上記従来の欠点を除去するために表された
もので、欠陥面からのエコーを検出して探傷を行え、Ｓ
／Ｎがよくかつ高精度で欠陥高さを測定できる超音波探
傷装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の超音波探傷装置は、複数の振動子で構成され
被検体に超音波を放射させ欠陥面および被検体の底面で
反射した反射波を中心付近の一つの振動子で受波して電
気信号に変換するアレイセンサと、コントロール回路か
らの情報に基づくアレイセンサが被検体の超音波の入射
点から欠陥に向って屈折する屈折角およびこの欠陥とア
レイセンサ間の距離または焦点を結ばせる位置から遅延
時間を計算してアレイセンサを駆動する手段と、アレイ
センサから出力される電気信号によす探傷結果を表示す
る表示装置〔作用〕 この発明においては、コントロール回路からの情報に基
づいて屈折角と欠陥アレイセンサ間の距＋１［Ｉ−！）
、たけ焦点を結ばせる位置から遅延時間を計算してアレ
イセンサを駆動し、アレイセンサから超音波を放射させ
、欠陥と被検体の底面からの反射波を中心付近の一つの
振動子のみで受波して電気信号に変換し、表示装置で探
傷結果を表示する。

〔実施例〕

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１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１図において、２１はコント
ロール回路であり、この超音波探傷装置全体の制御の主
体をなすものである。

このコントロール回路２１から送信遅延計算回路２２へ
、送信の屈折角θｔ（被検体３０の超音波の放射面から
欠陥に向ってビームが進行する方向、つまシ超音波の入
射点から欠陥に向って屈折する角度）、欠陥２３とアレ
イセンサ２４間の距離または焦点を結ばせたい位置ｙ（
アレイセンサ１１は動かせないので、ｙは一定）の情報
を送るようになっている。

この送信遅延回路２２から駆動回路２５へ出力するよう
になっている。駆動回路２５は送信遅延計算回路２２で
計算された遅延時間をもとにして、複数の振動子で構成
されるアレイセンサ２４の各振動子を駆動するようにな
っている。

これにより、アレイセンサ２４の各振動子から超音波が
被検体３０の欠陥２３に向って放射され、欠陥２３から
の反射波をアレイセンサ２４の中心付近の一つの振動子
のみで行うようになっている。この一つの振動子で受波
されると、電気偉号に変換して、増幅器２６に送出する
ようにしている。

増幅器２６の出力はｒイン補正回路２７に送出するよう
になっている。ダイン補正回路２７は増幅器２６の出力
信号のレベルを調整して、表示装置２８−に出力するよ
うになっている。表示装置２８は探傷欠陥を表示するも
のである。

なお、コントロール回路２１により、ダイン補正回路２
７、表示装置２８が動作制御され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
置の動作について説明する。被検体３０の欠陥２３とア
レイセンサ２４間距離または焦点を結ばせたい位置ｙと
屈折角θｔから焦点を結ばせる位置を計算する。この位
置に焦点を結ばせるようにコントロール回路２１から屈
折角θｔ１距離または位置ｙの情報を送信遅延計算回路
２２に送り、この送信遅延計算回路２２で送信遅延時間
を計算し駆動回路２５に送る。駆動回路２５はこのデー
タをもとにアレイセンサ２４の各振動子を駆動して超音
波を送信する。

この超音波の送信については超音波の屈折角θｔを決め
送信していることから、超音波は被検体３０内で屈折角
θｔの方向に進むと考えられる（第２図）。

次に欠陥２３があった場合、第３図に示すように超音波
は被検体３０の欠陥２３０面で反射し、次に被検体３０
の底面３０ａで反射しアレイセンサ２４の方へ帰ってゆ
く。

受信の振動子は一つのみを用いており、この指向性が広
いことからエコーを検出することができる。さらに屈折
角θｔが小さいと、第４図に示すように、まず被検体３
０の底面３０ｍで反射した後、欠陥２３にあたり、アレ
イセンサ２４でエコーが受信される。

また、第５図（＆）に示すように、送信波が欠陥２３か
らずれると、もはやエコーが発生しなくなシ、第５図（
ｂ）のように、受信信号はなくなる。

以上のような探傷を行なうことにより、タンデム法と同
様の探傷を行なうことができる。

次に、このような探傷の結果を表示する場合について説
明する。たとえば、いま、送信波Ｔに対して受信波形Ｒ
が第６図のように受信エコーを含んでいるとする（なお
、エコーは被検体の底面で反射したものとする）。

；門信の超音波は屈折角θｔの方向をとることから、エ
コーはこの線上の点で発生したと考えることができる。

したがって、第７図に示すように、屈折角θｔの方向の
線上にあり、Ａ、Ｂ、Ｃのノ９スを通って受信される信
号で、Ａ点の位置は受信時間ｔａ（第６図）がわかれば
一義的に決まる（なお、被検体の板厚は既知とし、底面
では反射の法則を満たすとする）。この点をアレイセン
サ２４のうちの一つで受信して電気信号に変換して、増
幅器２６で増幅した後、ゲイン補正回路２７でコントロ
ール回路２ノからの制御信号により信号レベルを調節し
て表示装置２８に送ることにより、表示装置２８で表示
する。また、屈折角θｔを変える毎に同様の処理をすれ
ば、被検体３０の断面の表示を行なうことができ、非破
壊検査装置、形状などの計測装置に応用することができ
る。

なお、屈折角θｔの方向を変えると信号レベルが変化す
るおそれがあるので、このような場合にはゲイン補正回
路１３で、コントロール回路妙・・Ｐの制御信号をもと
に信号レベルを補正する。

また、計算された欠陥点が板厚よりも深い位置の場合（
屈折角が小さいとき）底面を基準に対称位置におり返し
て表示する。

〔発明の効果〕

以上のように、との発明の超音波探傷装置によれば、被
検体に超音波を放射する際に、被検体における入射点か
ら進行する超音波の屈折角と欠陥と複数の振動子で構成
されるアレイセンサとの間の距離あるいは焦点を結ばせ
たい位置に対応する遅延時間をもとにして超音波を放射
させ、欠陥および被検体の底面からの反射波を中心付近
の一つの振動子のみで受波して電気信号に変換して探傷
結果を表示装置に表示するようにしたのでＳ／Ｎのよい
探傷が可能であるとともに、アレイセンサを動かすこと
なく探傷できる。

さらに、通常のアレイ探傷と同様の動かし方もでき、端
部エコ一方式を行なうこともできるため、両者の結果を
もとに、よシ精度の高い欠陥高さ測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の超音波探傷装置の一実施例のブロッ
ク図、第２図ないし第４図および第５図（ａ）、第５図
（ｂ）はそれぞれ同上超音波探傷装置の動作を説明する
ための被検体内の超音波の進路および反射の状況を示す
図、第６図は同上超音波探傷装置に適用される超音波の
送信波と受信波を示す図、第７図は同上超音波探傷装置
におけるアレイセンサから放射される超音波゛を欠陥面
と被検体の底面から反射される反射波を受波する状態を
説明するための図、第８図は従来の超音波探傷装置の１
成および動作原理を説明するためのブロック図、第９図
は従来の超音２ノ・・・コントロール回路、２２・・・
送信遅延計算回路、２３・・・欠陥、２４・・・アレイ
センサ、２５・・・駆動回路、２７・・・ゲイン補正回
路、２８・・・表示装置、３０・・・被検体。 第９図 一、’（ｄＲ− 第１０図 （ａ） （ｂ） 手続補正書（方側 、、　６Ｑ、７．劣３□ 特許庁長官　　宇　賀　道　部　　殿 ■、事件の表示 特願昭６０−４３４４５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 （６２０）　　三菱重工業株式会社 ４、後代　理　人 昭和６０年６月２５日 浄書・別紙のとおり（内容に変更なし）Ｍ７−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の振動子で構成され被検体に超音波を放射させ欠陥
   面および被検体の底面で反射した反射波を中心付近の一
   つの振動子で受波して電気信号に変換するアレイセンサ
   と、コントロール回路からの情報に基づく上記アレイセ
   ンサが被検体の超音波の入射点から欠陥に向って屈折す
   る屈折角およびこの欠陥とアレイセンサ間の距離または
   焦点を結ばせる位置から遅延時間を計算して上記アレイ
   センサを駆動する手段と、上記アレイセンサから出力さ
   れる電気信号により探傷結果を表示する表示装置とより
   なる超音波探傷装置。