JPS6159460B2

JPS6159460B2 -

Info

Publication number: JPS6159460B2
Application number: JP53037305A
Authority: JP
Inventors: Akio Takahashi; Hisao Yamaguchi
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1978-03-29
Filing date: 1978-03-29
Publication date: 1986-12-16
Also published as: JPS54128787A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は鉄鋼製品用非破壊検査機器として多用
されている超音波探傷器用の性能測定装置に関す
る。超音波探傷器は単に被検物における傷の有無を
検知する能力の外、傷の大小、存在部位等を定量
的に検知する能力も要求される。このような超音
波探傷器の性能を評価する方法としては、JIS
Z2344―1973「金属材料のパルス反射法による超
音波探傷試験方法」の付属書に種々規定されてお
り、これに基いて仕様の異る各種の超音波探傷器
の評価及び性能チエツクが行われる。ところでこ
の規格に定められた種々の試験項目の実施には高
度の技術を要し、また測定結果に測定者の読取誤
差等が混入する可能性も高いという問題点があ
る。本発明はこのような問題点を解決するために
なされたものであつて、上記規格に定められた試
験項目の一部及び該規格には定められていないも
のの、超音波探傷器の性能チエツク上重要な意味
を有する試験を容易且つ迅速に、また高い精度で
実施することを可能とする性能測定装置を提供す
ることを目的とする。以下本発明に係る超音波探傷器の性能測定装置
をその実施例を示す図面に基いて詳述する。まず本発明装置によつて測定される性能の項目
を列挙する。 (1) 超音波探傷器本体（以下被測定器という）の
受信増幅部及びCRTの増幅直線性（前記規格
の付属書１に対応） (2) 被測定器のCRTの時間軸直線性（前記規格
の付属書２に対応） (3) 被測定器のトリガ電圧 (4) 被測定器の最大感度 (5) 被測定器が発する超音波パルスの繰返し周波
数尚項目(3)，(4)及び(5)は前記規格には規定されて
いないものの、被測定器の評価上実用的に重要な
要素である。また前記規格の付属書３に規定され
た遠距離分解能、及び付属書５に規定された斜角
探触子の性能については探触子自体の性能に与る
ところが大きいのに対し、本発明装置は、探触子
より得られるエコー信号に替えて模擬エコー信号
を用い、超音波探傷器本体のみの性能を測定する
ように構成されているので、本発明装置の適用対
象外としているが、項目(4)は実質的に付属書４の
感度余裕値の測定に対応している。本発明に係る超音波探傷器の性能測定装置は、
超音波探傷器本体が発するトリガ信号に同期して
所定周期で模擬エコー信号を発振する発振器、入
力された複数の模擬エコー信号を夫々相異るレベ
ルに減衰させて超音波探傷器本体へ出力すべくな
した減衰器、該減衰器から入力された各模擬エコ
ー信号に対応して超音波探傷器本体の受信増幅部
を経て得られる超音波探傷器本体の出力信号のピ
ーク値を検出するピークホールド手段、該ピーク
ホールド手段にて検出した各ピーク値と、各模擬
エコー信号に対して前記減衰器により与えられる
減衰量夫々に対応させて予め定めてある各理想値
との偏差を演算するる第１偏差演算手段及び該第
１偏差演算手段にて演算した正の最大偏差の絶対
値と、負の最大偏差の絶対値との和を求める加算
手段を具備する増幅直線性測定手段と、前記トリ
ガ信号に基づいて均等時間間隔離隔する第１乃至
第５のタイミング信号を作るサンプリング制御手
段、前記超音波探傷器本体に設けられたCRTの
時間軸掃引信号を導き入れ、前記第１乃至第５の
タイミングで前記掃引信号の電圧値をサンプリン
グするサンプリング手段、第２、第３及び第４の
タイミングにおける各サンプリング値と、第２、
第３及び第４のタイミング夫々に対応させて予め
定めてある各理想値との偏差を演算する第２偏差
演算手段、及び該第２偏差演算手段にて演算され
た偏差のうち最大値の絶対値を被除数とし、第１
及び第５のタイミングにおけるサンプリング値の
差を除数とする演算の商を求める除算手段を具備
する時間軸直線性測定手段とを具備することを特
徴とする。以下本発明装置の構成及び動作を各項目別に詳
述する。 (1) 増幅直線性この測定項目(1)はパルス反射式超音波探傷器で
Ａスコープ表示のものについて、受信増幅部及び
CRTの入力に対する出力の直線性を検査するも
のである。第１図は本発明装置における該増幅直
線性を測定するための増幅直線性測定部を略示し
ている。図においてUSTは被測定対象の超音波
探傷器本体であつて、探触子（図示せず）を接続
すべき入力端子には本発明装置の減衰器ATTか
ら模擬エコー信号IESを入力し、またUST側から
はUST内回路の反復同期起動信号たるトリガ信
号TRG及びCRTの垂直軸（探傷信号軸）信号を
出力して本発明装置に入力するようにしている。
なおUSTと本発明装置との間の信号入出力には
USTの仕様に応じたプリアンプ（図示せず）を
用いインピーダンスマツチングを取る（以下同
様）。トリガ信号TRGはタイミングジエネレータ
TMGに入力され模擬エコー信号IESを発生させ
るための発振器OSCをトリガ信号TRGに同期さ
せて駆動させるためのクロツクCLK１を供給す
るようにしている。発振器OSCはトリガ信号
TRG又はこれに同期する上記クロツクCLK１１
個につき複数個例えば５個の所定レベルの模擬エ
コー信号IESを出力し、これを反復的に減衰器
ATTに入力するようにしている。この減衰器
ATTはマイクロコンピユータMCP（例えば日本
システム開発製PLCS）によつて制御され、一定
時間内は模擬エコー信号IESをそのまま、すなわ
ち減衰量OdBで、次順の一チ定時間内は減衰量
2dBで減衰させて、というように減衰量を2dBス
プテツプで3OdBまで順次変化させてゆき、夫々
相異るレベルに減衰された模擬エコー信号を
USTに入力するようにしている。この減衰器の
順次増大する減衰量は表示器ATTDによつてデ
イジタル表示されるようにしている。一方、USTに入力された模擬エコー信号IESは
受信増幅部及びCRTを構成する垂直軸減衰器等
を経て垂直軸の偏向出力段に達し、CRTの垂直
軸偏向板に入力されCRTに表示されているが、
一対の垂直軸偏向板の電圧をとり出して本発明装
置のピークホールド回路PHLに入力している。
このピークホールド回路PHLは前記タイミング
ジエネレータTMGが発する他のクロツクCLK２
によつて同期制御されており、相異るレベルで減
衰されてUSTに順次入力された模擬エコー信号
IESに各対応するUSTよりの出力信号のピーク値
を順次ラツチし、ラツチされたピーク値はＡ―Ｄ
変換器Ａ―DCVTによりデイジタル信号に変換さ
れてマイクロコンピユータMCPに入力されるよ
うになつている。このマイクロコンピユータ
MCPは前記した第１偏差演算手段及び加算手
段、並びに次に説明する第２偏差演算手段及び除
算手段として機能する。即ち、このマイクロコン
ピユータMCPは夫々相異るレベルで減衰されて
USTに入力される模擬エコー信号夫々につい
て、UST回路内における増幅直線性が完全であ
つた場合に得られるはずであるところのピーク値
の理想値を有している。すなわち減衰器ATTで
の減衰量がOdBである場合のUST出力信号を100
％とすると2dB減衰の場合は79.4％、4dB減衰の
場合は63.1％…がこの理想値となる。マイクロコ
ンピユータMCPは各模擬エコー信号IESの入力に
対応するUSTからの出力信号のピーク値と、上
記理想値夫々との偏差を順次演算し、その結果得
られた正の最大偏差の絶対値と負の最大偏差の絶
対値との和を求めてフルスケールの百分率で表わ
した数値ｄをデータ表示器DPLに表示するように
している。叙上の如く構成された本発明装置の増幅直線性
測定部はこれを起動すると、TRGに同期するIES
がOSCから次々と発せられ、このIESは初めはそ
のまま、次いで2dB毎に減衰量を増すように制御
されるATTを経てUSTに順次入力される。なお
この場合においては減衰量がOdBである場合の
CRT表示がフルスケールの100％となるように予
めUST側回路のゲインを調整しておく。而してUSTは各IESの減衰量に対応するレベル
の出力信号を発し、PHL、Ａ―DCVTを経て
MCPに入力され前述の如き演算を行い、正負
夫々の最大偏差の絶対値の和ｄが％表示でDPLに
そのまま表示されることになる。このｄはUST
の増幅直線性の評価指数として前記付属書１に示
されたｄと等価であり、本発明装置による場合は
極めて簡単に、しかも測定者による誤差要因を排
除して高精度で増幅直線性を測定することが可能
となる。而して付属書１に規定するところと異
り、本発明装置は探触子を使用することなく測定
を行う。従つて探触子と標準試験片との音響的結
合の不整に基因する誤差も排除できる利点があ
る。 (2) 時間軸直線性この測定項目２はパルス反射式超音波探傷器で
Ａスコープ表示のものについてCRTに表示され
た水平軸（時間軸又は距離表示軸）の直線性を検
査するものである。第２図は本発明装置にける時
間軸直線性測定部を略示しており、図中USTは
被測定対象の超音波探傷器本体であり、またマイ
クロコンピユータMCP、タイミングジエネレー
タTMG、発振器OSC、減衰器ATT、Ａ―Ｄ変換
器Ａ―DCVT、データ表示器DPLは第１図の回路
のものを共用しており、マイクロコンピユータの
機能切換はフアンクシヨン信号の切換により、ま
た各回路装置の入出力信号の切換は図示しない切
換スイツチにより行うこととしている。而して
USTからはトリガ信号TRG及びCRTの水平増幅
回路出力端子すなわちCRTの一対の水平軸偏向
板に現れる時間軸掃引信号SWPを取り出して本
発明装置に入力し、逆に本発明装置からは発振器
OSCから出力される模擬エコー信号IESを減衰器
ATTを介して探触子を接続すべきUSTの入力端
子へ出力するようにしている。而してトリガ信号
TRGはコントロール回路CTRへも入力され、掃
引信号SWPはコントロール回路CTRによつてサ
ンプリングを制御されるサンプホールド回路
SHLへ入力され、均等時間離隔する第１乃至第
５のタイミングで掃引信号SWPの電圧値をサン
プリングする。第３図は掃引信号SWPを示して
おり図示のように第１、第２、第３、第４、第５
のタイミングt₁，t₂，t₃，t₄，t₅で夫々電圧値V₁，
V₂，V₃，V₄，V₅がサンプリングされ、Ａ―Ｄ変
換器Ａ―DCVTによりデイジタル信号に変換され
てマイクロコンピユータMCPに入力される。一
方マイクロコンピユータMCPは時間軸掃引信号
SWPが完全な直線性を示す場合に第２、第３、
第４のタイミングt₂，t₃，t₄において取るはずの
電圧値の理想値を有している。この理想値を第３
図に示すように夫々V₂i，V₃i，V₄iとすると、マ
イクロコンピユータMCPはV₂，V₃，V₄夫々と
V₂i，V₃i，V₄i夫々との偏差を求める。そして３
つの偏差のうち最大値の絶対値｜aVmax｜を選
択し｜aVmax｜／（V₅―V₁）を演算結果として％
表示でデータ表示器DPLに出力するようにしてい
る。上述した構成から明らかな如く、この時間軸直
線性測定部においてはCRTの時間軸掃引信号
SWPが完全な一次直線的に上昇する鋸歯状波で
ある場合には０％となる｜aVmax｜／（V₅―
V₁）×100％を時間軸直線性の評価指数として得
るようにしているが、これは前記付属書２におけ
る評価指数に対応している。すなわち付属書２の
規定に倣つて説明するとUSTのCRTの時間軸調
節を適当に行つて、第１の模擬エコー信号IES１
の立上り時点を時間軸フルスケールｂの20％の目
盛0.2bに、第５の模擬エコー信号IES５の立上り
時点を時間軸フルスケールｂの100％の目盛ｂに
位置させるように模擬エコー信号IESの表示を行
わせる。そして第２、第３、第の模擬エコー信号
IES２，IES３，IES４の立上り時点と目盛0.4b，
0.6b，0.8bとの偏差のうちの最大値の絶対値を｜
amax｜とし、本発明装置による測定ではCRTに
現れない探触子と試験片との界面よりのエコー信
号（２点鎖線で図示）が目盛０にあるものと想定
すると、付属書２にいうところの時間軸直線性の
評価指数ＬはＬ＝｜amax｜÷0.8b×100％であ
り、｜aVmax｜が｜amax｜に、また（V₅―V₁）
がｂ−0.2b＝0.8bに夫々対応している点に鑑みれ
ば、本発明装置によつて得られる評価指数｜
aVmax｜／（V₅−V₁）×100％が付属書２に規定
する評価指数と等価であることは明白である。こ
のように本発明装置による場合はCRTの時間軸
直線性も容易に、しかも自動的に測定できる。 (3) トリガ電圧被測定器の内部回路を同期的に動作させるトリ
ガ信号TRGの電圧を測定する項目である。この
トリガ信号TRGは探触子の超音波発振レベルを
その電圧値で制御する仕様としたものも存在する
のでこのトリガ電圧測定は、この意味からも重要
である。第５図はトリガ電圧測定部のブロツク図
であつて、トリガ信号TRGはUSTから本発明装
置のバツフアBFFに入力され、次いでピークホ
ールド回路PHLに入力されてトリガ信号TRGの
ピーク値がホールドされ、これをＡ―Ｄ変換器Ａ
―DCVTに入力してデイジタル信号に変換し、デ
ータ表示器DPLにこのピーク値を表示するように
している。なおトリガ信号TRGは上記回路装置
にも同期制御のためにクロツク信号に変換されて
入力されるようにしている。 (4) 最大感度被測定器にJIS Z2345に規定する標準試験片
STB―ＧのうちのV15―5.6を用いて得られる程
度の小信号を入力し、CRT上に一定のレベル表
示が得られるようにUSTの感度を合せた場合の
UST減衰器（又は増幅器）のdb値を読みとる項
目である。この最大感度の測定は第１図に示した
増幅直線性測定部によつて実施される。すなわち
マイクロコンピユータMCPによつて減衰器ATT
による模擬エコー信号IESに対する減衰量をUST
への入力レベルが前記した小信号のレベルとなる
一定の値に制御する。この低レベルの模擬エコー
信号IESはUSTのCRTに表示されるがそのレベ
ルが所定値になるようにUSTの感度設定を行な
い、USTの減衰器（又は増幅器）のdB値を読取
ればよい。この減衰器（又は増幅器）の操作部は
クリツク式になつており、dB値の読取りに測定
者の個人差が入り込む余地はない。 (5) 超音波パルスの繰返し周波数超音波探傷に使用される周波数は一般に１〜
5MHzの範囲であるが、トリガ信号TRG1個につ
きこの周波数の超音波パルスが１個出力されるよ
うにしている。この項目(5)はこの超音波パルスの
繰返し周波数を測定するものであつて、具体的に
は第６図に示す繰返し周波数測定部の回路により
１秒間当りのトリガ信号の個数を計数して表示す
ることとしている。すなわちUSTからトリガ信
号TRGを取り出して本発明装置の周波数カウン
タCTRに導き入れ、タイミングジエネレータ
TMGから出力される１秒間につき１個のパルス
により、計数値をデータ表示器DPLに表示する一
方、周波数カウンタCRTをリセツトし、次の１
秒間の計数を行わせるようにしている。而して本発明装置による受信増幅部の増幅直線
性の測定に関して、従来の試験片による測定結果
と本発明装置による測定結果の一例を示す。被測
定探傷器はＡ社のものである。

【表】本発明装置と前記JISによる試験片を用いた測
定の結果はほぼ同じであり、他の測定項目につい
ても同様であつた。以上のように本発明装置によ
る場合は前記項目(1)〜(5)を殆んど自動的に測定す
ることができる。更に測定データはデイジタル表
示されるので測定者による読取誤差もなく、しか
も探触子の特性に影響されることがなく超音波探
傷装置本体のみの性能を高精度で測定でき、更に
多機能を有しているにも拘らず小型軽量に構成で
きるので携帯できる等の利点があり、更に本発明
装置による測定は従来の約1/3の時間で行え、測
定者の技量に関係なく、超音波探傷器の精度管理
を能率よく定量的に行える実益がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであつて、第
１図は本発明装置の増幅直線性測定部のブロツク
図、第２図は時間軸直線性測定部のブロツク図、
第３図、第４図は時間軸直線性測定部の測定原理
を説明するための説明図、第５図はトリガ電圧測
定部のブロツク図、第６図は超音波パルスの繰返
し周波数測定部のロツク図である。 MCP…マイクロコンピユータ、ATT…減衰
器、OSC…発振器、PHL…ピークホールド回
路、SHL…サンプルホールド回路、DPL…デー
タ表示器。

Claims

【特許請求の範囲】１超音波探傷器本体が発するトリガ信号に同期
して所定周期で模擬エコー信号を発振する発振
器、入力された複数の模擬エコー信号を夫々相異
るレベルに減衰させて超音波探傷器本体へ出力す
べくなした減衰器、該減衰器から入力された各模
擬エコー信号に対応して超音波探傷器本体の受信
増幅部を経て得られる超音波探傷器本体の出力信
号のピーク値を検出するピークホールド手段、該
ピークホールド手段にて検出した各ピーク値と、
各模擬エコー信号に対して前記減衰器により与え
られる減衰量夫々に対応させて予め定めてある各
理想値との偏差を演算する第１偏差演算手段及び
該第１偏差演算手段にて演算した正の最大偏差の
絶対値と、負の最大偏差の絶対値との和を求める
加算手段を具備する増幅直線性測定手段と、前記トリガ信号に基づいて均等時間間隔離隔す
る第１乃至第５のタイミング信号を作るサンプリ
ング制御手段、前記超音波探傷器本体に設けられ
たCRTの時間軸掃引信号を導き入れ、前記第１
乃至第５のタイミングで前記掃引信号の電圧値を
サンプリングするサンプリング手段、第２、第３
及び第４のタイミングにおける各サンプリング値
と、第２，３及び第４のタイミング夫々に対応さ
せて予め定めてある各理想値との偏差を演算する
第２偏差演算手段、及び該第２偏差演算手段にて
演算された偏差のうちの最大値の絶対値を被除数
とし、第１及び第５のタイミングにおけるサンプ
リング値の差を除数とする演算の商を求める除算
手段を具備する時間軸直線性測定手段とを具備することを特徴とする超音波探傷器の性
能測定装置。