JPS62112059A - 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］ 本発明は金属材料や非金属材料等の被検材内部の欠陥を
セクター電子走査方式の超音波探傷法により探傷する超
音波探傷装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 金属材料や非金属材料等の内部を検査する方法としては
従来より超音波探傷法が用いられている。

なかでも、超音波送受波用の撮動子を複数個直線状に配
列したアレイ型超音波探触子を用い、それぞれの超音波
振動子の超音波送受信のタイミングを電子的に制御して
、超音波の集束、偏向および走査を行なう電子走査方式
の超音波探傷方法は高速に走査する超音波ビームにより
被検材内部を広範囲に探傷して実時間の８スコ一プ表示
が得られることから高精度探傷への期待が大きい。この
電子走査方式の超音波探傷方法の代表的なものには第３
図に示すリニア電子走査法と第４図に示すセクタ電子走
査法とがある。即ちリニア電子走査法は、第３図（ａ　
）に示すようにアレイ型超音波探触子１の作動する複数
の超音波振動子群２を順次切換えながら超音波ビーム３
を被検材４の断面方向で直線上に走査し、このリニア走
査に対応させて被検材４の断面画像（Ｂスコープ）を第
３図（ｂ）に示すようにＣＲＴ等の表示器５へ表示する
。セクタ電子走査方式は第４図（ａ）に示すようにアレ
イ型超音波探触子１の作動する複数個の超音波振動子群
２の超音波受信のタイミングを順次変更しながら超音波
ビーム３を被検材４の断面方向で扇形状に走査し、この
セクターを走査に対応させて被検材４の断面画像（Ｂス
コープ）を第４図（ｂ）に示すようにＣＲＴ等の表示器
５へ表示する。尚、第３図及び第４図において６は被検
材４中における欠陥であり、７は表示器５中における欠
陥像である。

上記いずれの方法においても被検材４の内部の欠陥６の
位置および形状に対応した断面画像（Ｂスコープ）とし
て表示し得るものである。

一方、第５図は点音源と見なせる微小超音波振動子によ
る超音波の発生を模式的に示す図である。

第５図において、被検材４に点音源と見なせる超音波撮
動子２を配置すると、図示の如く縦波超音波３１の他に
横波超音波３２、表面波３３をも発生することが一般に
よく知られている。電子走査法のアレイ型超音波探触子
には、一般に横波１表面波に対し感度を押さえ、縦波超
音波に対してのみ感度の高い超音波振動子が用いられる
。しかし乍、この縦波用超音波探触子であっても、完全
に横波及び表面波に対し感度をなくすことはできない。

従って、第６図（ａ　）に示すように縦波用超音波探触
子（アレイ型探触子）１を被検材４に配置して、欠陥６
を含む部位をセクタ電子走査すると、縦波超音波３１以
外に横波超音波３２が発生し、そのＢスコープ後は第６
図（ｂ）に示すように表示器５上に縦波欠陥エコー７１
以外に横波超音波によって疑似エコー７２が生じるため
、欠陥位置２分布を誤測定してしまう問題があった。

し発明の目的］ 本発明は上記事情にもとづいてなされたものであり、セ
クタ電子走査法によって得られた画像表示に於いて、縦
波超音波によって得られた欠陥画像であるか、横波超音
波で得られた欠陥画像であるかの判定が容易に行なえ、
探傷精度を向上させた電子走査方式の超音波探傷装置を
提供することを目的とする。

Ｅ発明の概要Ｊ 上記目的を達成するため本発明による椙音波探傷装置で
は、アレイ型超音波探触子を被検材へ直接接触させてセ
クター電子走査を行なう場合において、被検材の縦波超
音波の音速を用いてアレイ型超音波探触子のそれぞれの
超音波撮動子による送受信のタイミングを決定してセク
ター電子走査の制御を行ない、被検材の断面画像をＣＲ
Ｔ等の表示器上に画像表示を行なうが、ここで得られた
欠陥画像は、縦波超音波によるものと、横波超音波によ
るものと混在して表示されている。従ってこの欠陥像が
縦波超音波によるものか、横波超音波によるものかを判
断するために、画像表示器上の特定欠陥像に第１のマー
カーを設定表示する第１のマーカー設定手段と、その第
１のマーカー位置に対して一定の関係で連動して設定さ
れる第２のマーカー及び第３のマーカーを表示する第２
゜第３のマーカー設定手段と、それら第１のマーカー、
第２のマーカー及び第３のマーカーの位置の走査線のＡ
スコープ像をそれぞれ表示するＡノコ−１表示手段とを
備え、これらマーカーの位置に現われる欠陥エコーによ
り縦波超音波によるものか、横波超音波によるものかを
判断する。

即ち、縦波超音波の音速Ｃ℃で超音波ビームをθ１なる
角度に層内制御した場合、横波の発生角度Ｏ３は、横波
超音波の音速をＣ３とすれば、Ｔｚ　　　Ｃ。

Ｔ　３（７，を 但し、ＴＳ：横波超音波の伝播時間 ＴＪｌ：縦波超音波の伝播時間 の関係にあることから、第１のマーカー位置角度θ１．
ビーム路程Ｔ１にある欠陥エコーが縦波超音波による真
の欠陥エコーであれば、横波超音波による疑似エコーの
発生角度θ２及びビーム路程で表わせ、この位置が第２
のマーカー表示位置となり、この位置に欠陥エコーが表
示されれば、このエコーは横波超音波による疑似エコー
として判定される。一方、この第２のマーカー内に欠陥
エコーが表示されない場合は、第１のマーカー内の欠陥
エコーが横波超音波による疑似エコーと考えられるが、
その場合、縦波超音波による真の欠陥エコーが表示され
る位置角度θ３．ビーム路程Ｔ−カー表示位置となり、
この位置に欠陥エコーが表示されれば、第１のマーカー
内欠陥エコーは横波超音波による疑似エコーと判定され
る。

このように、セクター電子走査方法による断面画像表示
に於いて、特定の欠陥エコーの表示位置に、第１のマー
カーを設定することにより、被検材の縦波音速および横
波音速から、第１のマーカー位置の欠陥エコーが縦波超
音波による真の欠陥エコーである場合に、横波超音波に
よる疑似エコーの発生位置を自動的に算出し、その位置
へ第２のマーカーを設定すると共に、第１のマーカー位
置の欠陥エコーが横波による疑似エコーである場合の縦
波超音波による真の欠陥エコーの発生位置の算出と、第
３のマーカーの表示を自動的に行なう手段を具備したこ
とにより、断面画像表示の欠陥エコーが横波超音波によ
る疑似エコーであるか、ｄ波超音波による真の欠陥エコ
ーであるかを容易に判定し得ることから、欠陥の検出能
及び欠陥位置９寸法端度を高めることを可能としている
。

［発明の実施例］ 以下本発明の実施例を図面にもとづいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。

アレイ型超音波探触子１はｎｍの超音波振動子９からな
る。これらの超音波撮動子９はそれぞれ受信パルスを発
生するｎ個の超音波送信器１０と結合されており、この
超音波送信器１０は送信遅延設定器１１からの送信パル
ス発生用トリガ信号によってｎ個全部あるいは一部の送
信器が選定されてそれぞれの対応する超音波振動子９へ
送信パルスを送り、これに応答して超音波振動子９が超
音波を送波するようにに構成されている。一方超音波振
動子９は可逆性を有しており、超音波の音圧変化に応じ
た電気信号を発生することもできる。

このように超音波ｊ辰勤子９は受信機能をも有している
ので、それぞれの超音波振動子９で検出した受信信号は
それぞれ対応する超音波受信器１２によって増幅された
後、対応する０周のＡ／′Ｄ変換器１３へ入力される。

このＡ／Ｄ変換器１３は超音波受信号を高速でディジタ
ル変換するものであり、超音波受信号のディジタル変換
開始用トリガ信号が受信遅延時間設定器１４からそれぞ
れ供給されている。このトリが信号を受けたｎ個全部あ
るいは一部のＡ／Ｄ変換器１３はトリが信号の入力時点
に同期して超音波受信波形がディジタル化される。信号
処理器１５は、受信遅延時間設定器１４、送信遅延時間
設定器１１に対して超音波送受信にかかわる超音波振動
子群２に対応する送信発生トリが信号およびＡ／Ｄ変換
開始用トリが信号の０Ｎ−ＯＦＦの設定を行なうと共に
、超音波ビームの送波および受波方向、さらに集束点距
離に応じたトリガ出力のタイミングの設定を行なう。ま
たＡ／Ｄ変換器１３にいったん保持された超音波撮動子
９による受信信号のディジタル波形はそれぞれのテイジ
タル化された時点をとらえ、ディジタル加算されて加算
メモリ１６に記憶される。加算メモリ１６の加算された
超音波受信号ディジタル波形は信号処理器１７へ入力さ
れ、所定の信号処理により画像信号として、表示器１８
へ出力される。

ここで信号処理器１７は、信号制御器１５によってあら
かじめ設定された超音波の送波および受波時の超音波ビ
ームの偏向角度によりＢスコープ表示の画像掃引の開始
点及び方向を定めＢスコープ表示のための掃引信号を表
示器１８へ出力すると共に前記加算メモリ１６からのデ
ィジタル加算された超音波信号Ｄ／Ａ変換した後、検波
し画像輝度信号として前述の画像信号と共に表示器１８
へ出力している。このように超音波ビーム偏向角度毎に
くり返し行なうことで被検材の断面画像を表示器１８に
表示するものである。

なお、信号処理器１７は、表示器１８のＢスコープ像に
対し信号制御器のマーカー位置信号を受は任意の３点の
マーカーを表示する機能を有すると共に、第２の表示器
１９に対し、前記３点のマーカー位置に対応する走査線
のＡスコープをも同時に表示するための画像信号を表示
器１９に出力されている。

ここで前記３点のマーカーの第１のマーカーは、信号制
御器１５の外部データー人力手段により、任意の位置へ
手動で設定可能となっている。また、第２．第３のマー
カー位置は、第１のマーカーの設定に応じ、一定の関係
で自動的に表示位置算出し、マーカー位置信号を信号処
理器１７に出力するよう構成されている。

次に第２図を参照して本実施例にかかわる超音波探傷方
法について説明する。

第２図（ａ）では、アレイ型超音波探触子１を被検材４
の表面に直接接触させてセクター電子走査を行なう場合
について説明する。即ち被検材４に対し縦波超音波ビー
ム３１を回向角度θ１．集束距離ＦＳとなるために必要
なアレイ型探触子１１のそれぞれの振動子２（ｉ）にお
ける超音波送受信のタイミングは、遅延時間τ１で表わ
せば、次式で示される。

Ｆｚ：′ａ波超音波ビーム集束点距離 ＣＬ：被検材の縦波超音波音速 α　ニアレイ型超音波探触子の振動子 配列ピッチ ｎ　　ニアレイ型超音波探触子の振動子数 ｉ　　ニアレイ型超音波探触子の撮動子Ｎｏ、で　ｉ−
１〜ｎの値 ［］ｍａｘ：ｉ＝１〜ｎとした時の最大値をとる意味 従って信号制御器１５は、（１）式によって得られた遅
延時間τｉを所定超音波ビーム偏向角度毎に送信遅延制
御器１１および受信遅延制御器１４へ設定し超音波の送
受信を行なうことで、第２図（ｂ）に示すように、被検
材４のセクター電子走査による超音波探傷が実施され、
画像表示器１８に被検材４の断面画像を表示するもので
ある。

しかしながら、第５図に示した固体中の超音波発生の模
式図で説明したように固体中においては横波をも発生し
ており、前記第１式を横波超音波となり、第１式の縦波
超音波の音速ＣＺによる遅延時間と同一の遅延時間とな
り、横波超音波ビー音波の遅延時間制御を行なっている
にもががねらず横波音波による疑似エコーが生じる結果
となっている。

そこで、縦波超音波の遅延時間制御により得られた被検
材の断面画像においてその欠陥エコーが、縦波超音波に
よる真の欠陥エコーであるのか、横波超音波による疑似
エコーであるのかを判定するために、信号制弾器１５の
外部入力手段により、信号処理器１７への第１のマーカ
ー位置信号を出力し、表示器１８の断面画像表示上に第
１のマーカー２１を前記欠陥エコーの表示されている位
置θ１．Ｔ１に設定する。これにより、信号制御器１５
は、第２のマーカー２２の位置θ２．Ｔ２を第１のマー
カー内欠陥エコー７１が縦波超音波による真の欠陥エコ
ーと仮定した場合、その横波超音波により表われている
疑似エコーの表示位置として次式により算出し第２のマ
ーカー位置信号を信号処理器１７へ出力し、画像表示器
１８上に第２のマーカー２２を表示させる。

さらに、第１のマーカー２１内の欠陥エコーが横波超音
波による疑似エコーと仮定した場合、その縦波超音波に
より表われる真の欠陥エコーの表示位置として第３のマ
ーカー位置マーカー位置θ！、Ｔ３を同様に次式で締出
しそのマーカー位置信号を信号処理器１７に出力し画像
表示器１８上に第３のマーカー２３を表示させる。

但し１θ３１＜９０゜ また、信号処理器１７は、第１〜第２のマーカー位置信
号を信号制御器１５より入力されると、それぞれのマー
カー位置に対応する走査線θ１゜θ２．θ３のＡスコー
プ画像信号を第２の画像表示器１９へ出力し、第２図（
Ｃ）に示すようにＡスコープを表示する。

これにより、第１のマーカー２１内の欠陥エコーが、縦
波超音波による真の欠陥エコーであるか否かは、第２の
マーカー２２内、および第３のマーカー２３内のエコー
の有無によって判定し得るものである。即ち、第２のマ
ーカー内に欠陥エコーがあり、第３のマーカー内に欠陥
エコーがない場合が第１のマーカー内欠陥エコーが縦波
超音波による真の欠陥エコーであり、第２のマーカー内
の欠陥エコーは横波超音波による疑似エコーとして判定
できる。一方、第２のマーカー内に欠陥エコーがなく、
第３のマーカー内に欠陥エコーがあれば、それが縦波超
音波による真の欠陥エコーであり、第１のマーカー内の
欠陥エコーは横波超音波による疑似エコーと判定できる
。その結果Ｂスコープ表示器１８上に表示された被検材
４の断面画像の読み取りを正しく行ない得ることがら欠
陥の位置１寸法２分布を精度よく測定し得るものである
。

以上説明した実施例では縦波超音波によるセクター電子
走査の制御を行なって探傷する場合について説明したが
、横波超音波によるセクター電子走査の制御を行なって
探傷する場合についても、縦波超音波による疑似エコー
の発生が問題となるが、本実施例によれば、構成を何ら
変更することなく対応できるものであり、本発明に含ま
れるものである。

また、水浸法あるいは、シコー付セクター電子走査法に
よる場合であっても、第１〜第３のマーカー位置の計算
方法の変更だけで対応できこれについても本発明に含ま
れるものである。。

さらに、本発明の主旨を逸脱しない範囲で本実施例の構
成を変えることは、本発明の効果と何ら変わらないので
本発明に含まれないものである。

［発明の効果コ 以上実施例にもとづいて説明したように、本発明によれ
ば、被検材を縦波超音波によるセクター電子走査を行な
って探傷した場合において横波超音波による疑似エコー
が発生しても、任意の欠陥エコー表示に第１のマーカー
を設定することにより、その第１のマーカー位置から自
動的に第１のマーカー内欠陥エコーが縦波超音波による
欠陥エコーとして仮定した場合の横波超音波による疑似
欠陥エコーの表われる画像表示位置に第２のマーカーを
自動的に設定表示する共に、第１のマーカー内エコーが
横波超音波による疑似欠陥エコーとして仮定した場合の
縦波超音波による真の欠陥エコーの表われる画像表示位
置に第３のマーカーを自動的に設定表示するようにし、
さらに第１〜第３のマーカー位置に対応する走査線のＡ
スコープ波形をも第２の表示器にそれぞれ表示するよう
に構成したので、それぞれのマーカー位置に表示される
欠陥エコーの有無により、容易に第１のマーカー内欠陥
エコーが縦波超音波による真の欠陥エコーであるか、横
波超音波による疑似欠陥エコーであるのか容易に判定可
能となり、欠陥の検出能および欠陥の位置９寸法１分布
を正確に測定し得る超音波探傷装置が提供できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかわる超音波深間装置の
構成図、第２図は同実施例による信号制御器の作用を説
明するための図、第３図〜第６図はそれぞれ従来の技術
を説明するための図である。 １・・・アレイ型探触子、３・・・超音波ビーム、４・
・・被検材、１５・・・信号制御器、１７・・・信号処
理器、２１〜２３・・・マーカー、３１・・・縦波超音
波ビーム、３２・・・横波超音波ビーム、７１・・・真
の縦波超音波エコー、７２・・・横波超音波疑似エコー
。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第２図 第５図 第６図 （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属材料等の被検材表面に配置されたアレイ型探触子の
   各振動子による超音波の送波および受波のタイミングを
   電子制御し、被検材内部を扇形走査してＢスコープ表示
   画像を実時間で得る電子走査方式の超音波探傷装置にお
   いて、Ｂスコープ画像表示した任意の欠陥エコーに対し
   外部入力により第１のマーカーを設定する第１のマーカ
   ー設定手段と、被検材の縦波超音波音速と横波超音波音
   速と前記第１のマーカー位置より第１のマーカー位置内
   の欠陥エコーを縦波超音波と仮定した場合に横波超音波
   による疑似エコーが表われる位置を算出しその位置へ第
   ２のマーカーを設定表示する第２のマーカー設定手段と
   、第１のマーカー内欠陥エコーが横波超音波による疑似
   エコーと仮定した場合に縦波超音波による真の欠陥エコ
   ーが表われる位置を算出し、その位置へ第３のマーカー
   を設定表示する第３のマーカー設定手段と、上記第１〜
   第３のマーカー位置の走査線のＡスコープ波形を上記Ｂ
   スコープ画像表示と同時に第２の表示器に表示するＡス
   コープ表示手段とを備え、上記第１〜第３マーカー内に
   表われる欠陥エコーの有無により第１マーカー内欠陥エ
   コーが縦波超音波（横波超音波）による真の欠陥エコー
   であるか、横波超音波（縦波超音波）による疑似エコー
   であるのかの判定を容易にし、欠陥の検出能及び欠陥の
   位置、寸法、分布等測定の精度を高めたことを特徴とす
   る超音波探傷装置。