JPS62209356A - 板波探傷装置 - 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〕 乙の発明は、板波（Ｌａ＋ａｂ波）を用いて薄板の欠陥
を非破壊的に検査する板波探傷装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

第３図はミ従来の板波探傷装置の探触子部を示す図であ
る。図において、（１）は被検材、（２１＋よ圧電振動
子、（３）ば回転シュー、（４）は固定シューである。

（５）はこれらの（２）　、　＋３３　、　（４１の各
部材によって構成された可変角探触子であり、被検査材
（１）に密着させられている。

次に動作について説明する。圧電振動子（２）に電気パ
ルスが与えられると、圧電振動子（２）は振動して超音
波を回転シュー（３］に伝える。回転シュー（３）は、
境界面に入れられた油膜（図示せず）によりて、固定ン
ユー（４）と音響的に結合させたまま、回転させること
ができる。回転シュー（３）に伝わった超音波は固定シ
ュー（４）内へ進み、さらに、被検材（１）中へ進んで
行く。回転シュー（３）と固定シュー（４）とは同一材
料で作られているので、超音波がそれらの境界を通る時
に何ら影響されないが、一般に、被検材（１）はシュー
の材料と同じ材質では無いので、その境界で超音波は屈
折し、被検材（１）中に横波が発生する。この時の入射
角θｉと屈折角θｔとは次の関係にある。

汁　＝７８冒　　　　　（１） に こで、Ｃ１はシュー内での音速、Ｃ８は被検材中での横
波の伝搬速度である。

被検材（１）中に生じた横波はθＬの方向へ速度Ｃ３で
進み、被検材（１）の下面及び上面で反射をくり返しな
がら、被検材（１）中を右方向へ伝搬して行く。

この上下面での反射の繰り返しにより、被検材（１）の
材質、厚さ、超音波の周波数によって決まるモードの板
波が形成されろ。但し、このモードの形成には、角度θ
Ｌが適切な値をとることが必要である。板波には、ＩＩ
　ｌ＋　１１ｒｐ　”　２””ｓＯｐ　５ＩｐＳ２・・
・・と呼ばれる二種類の無限高次のモードが存在し、被
検材（１）の材質、厚さ及び超音波周波数を決めると、
存在し得ろモードが決まる。各モードは板厚×周波数の
値によりその位相速度Ｃｐｔ群速度Ｃｇが決まっている
。存在し得るモードを形成するには、次の関係が成立っ
ていなければならない。

ｓ ■丁ＵげＣｐ　　　　　　　　　　　　（２１式（１１
，（２＋より 　　Ｃｉ θ　１＝ｓｉロ　’　（−Ｃ５）　　　　　　　　　　
　　　　　（３）となる。これは、所望のモードの板波
を発生させるには、可変角探触子（５）の回転シュー（
３）の回転位置を調節しなければならないことを示して
いる。

被検材中で形成された板波は、被検材中に欠陥があれば
そこで反射され、探触子の方へ戻って来る。探触子では
、上述の板波の発生の場合と同じく、（３）式を満たす
モードの板波が検出される。

板波は欠陥に当ると、エネルギーの全てが同じモードの
まま反射されるのでは無く、いろいろなモードの波に変
換される。また、欠陥の形状や被検材の厚さ方向での位
置によって、反射されやすいモードもあれば、されにく
いモードもある。従って、一つの被検材について、一つ
だけのモードの板波を用いて探傷するのでは無く、いく
つかのモードで探傷する必要がある。このためには、可
変角探触子（５）の回転シュー（３）の回転位置を調節
する必要があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の板波探勝装置は、以上の様に構成されているので
、モード変換のために機械的に入射角を変えて７ＪｒＪ
整しなければならず、探傷に時間がかかった。また、一
つの探触子では、発生させろモードと検出するモードと
は同じにならざるを得なく、欠陥でのモード変換を観測
することができず、充分な探傷情報が得られないなどの
問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、発生及び検出するモードの変更・調節を電
子的に高速に行うことができ、かつ、欠陥の検出、形状
等の評価を行うに足りる情報が得られるようにした板波
探傷装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る板波探傷装置は、所定の間隔で並んだ複
数個のエレメントより成る探触子と、前記の各エレメン
トをそれぞれ独立に駆動するパルサ群と、各パルサに所
定の時間間隔を持って順次トリガを与える第１の遅延回
路群と、前記のエレメントが検出した信号を各々独立に
所定の時間遅らせる第２の遅延回路群と、該遅延回路群
の各出力を合成する加算回路とを備丸たもである。

〔作用〕

この発明におけろ板波探傷装置は、板波の位相速度に合
わせて各エレメントがパルサ群により順次駆動され、板
波が発生する。発生した板波は、板状の被検材中を伝指
し、欠陥があればそこで反射される。反射された板波は
、発生時と同じエレメントでそれぞれ検出され、位相速
度に合わせて第２の遅延回路群により順次遅らされた後
加算回路で合成され、所望の板波信号のエコーが得られ
る。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、（１５）はｎ個の微小エレメントから成ろ
探触子である。（２１）はシステムの動作タイミングを
司ると共に他の回路定数を制御するタイミング制御回路
、（２２）はタイミング制御回路のタイミング信号を基
準に所定の時間遅れたパルス群を作るための、ｎ個のデ
ィジタル遅延回路から成るディジタル遅延回路群である
。（２３）はディジタル遅延回路群（２２）のｎｇの出
力信号がトリガ信号として与丸られ、高電圧パルスを発
生するｎ個のパルサを有するパルサ群である。このｎ個
の出力は、探触子（１５）内のｎ個のエレメントに各々
接続されていて、各エレメントに振動を生じさせろ。（
３］）は各エレメントが検出した信号を各々増幅するプ
リアンプ群、（３２）はプリアンプ群（３１）の各出力
を各々所定の時間ずつ遅らせるためのｎｇのアナログ遅
延回路から成るアナログ遅延回路群、（３３）はアナロ
グ遅延回路群（３２）のｎ個の出力を加算する加算回路
、（３４）は加算回路（３３）の出力を増幅するための
アンプ、（３５）はアンプ（３４）の出力をタイミング
制御回路（２１）から出力される制御信号に従って表示
するための表示器である。

タイミング制御回９　（２１）は、一定周期でタイミン
グパルス信号を発生し、それはディジタル遅延回路群（
２２）の各遅延回路へ入力される。１番目の遅延回路は
、下記の時間Ｔｉだけ遅延されるようになっている。

ここで、ｌは１〜ｎ、Δｘ１は後述するが、探触子（１
５）内の各エレメントの間隔であり、Ｃは板波の位相速
度である。遅延された各タイミングパルス信号は、パル
サ群（２３）の各パルサに与えられ、パルスのトリガが
かけられる。探触子（１５）は第２図に示すように、ｎ
個の微小ニレメン！−（１５１）。

（１５２）・　、　（１５ｉ）、・・・・（１５れ）が
、Δｘ１の間隔で並べられている。パルサ群（２３）の
各パルサは、探触子（１５）の微小エレメント（１５ｉ
）に、順番に対応しているので、ニレメンｌ−（１５１
）がＷＢａされｈ後、時間’ｒ＋（＝Ａ−二）　後に、
ニレメンＩ−（１５２）が、ΔＸｉ 駆動され、時間Ｔ’　　（”り　　後にエレメント（１
５ｉ）が次々に駆動されて行く。

各エレメントを駆動することによって、第１番目のニレ
メン１−（１５１）を基準にするとのような波が発生し
、全体として、 Ｕ＝Σｕ　ｉ　　　　　　　　　　　　　　　（６１ｔ
Ｗ＋ なる波が、被検材（１）中を伝播して行く。ところで、
Ｔｉは式（４）のように決められているのでＵ＝ｎｕ・
ｅｏｓωｔ（７） のような波が発生し、伝播していく。

この波は被検材（１）中の欠陥Ｆで反射され、探触子（
１５）の方向へ戻って来る。探触子（１５）の下を通過
する時、各ニレメンＩ−（１５１）　、　（１５２）　
、・・・・・・（１５ｎ）により検出され、電気信号に
変換される。この信号は、次式で表される。

ｉ　　＝　　１〜　ｎ これらの信号は、プリアンプ群（３１）で各々増幅され
た後、アナログ遅延回路群（３２）で各々Ｔｉだけ遅延
される。

従って、遅延回路群（３２）の出力は、＝　ｖ　ｅＯ５
（ｃｌ　ｔ　　　　　　　　　　　　（１０）となり、
これらは、加算回路（３３）で加算されｖ＝ｎｖＣＯ５
ωｔ　　　　　　　　　　　（１１）となる。即ち、位
相速度がＣである波が検出される。この信号は、アンプ
（３４）で増幅された後、表示器（３５）に表示される
。表示器には、例えばオシロスコープが用いられ、その
掃引トリガ信号は、タイミング制御回路（２１）から、
発生するタイミングパルス信号が用いられる。

また、ディジタル遅延回路群（２２）とアナログ遅延回
路群（３２）の遅延時間は、タイミング制御回路（２１
）の指令によって変更できるようになっている。

従って、被検材の材質、厚さ、使用超波数および使用モ
ードが与えられると、物理現象として被検材中を伝わり
得る板波の位相速度Ｃが決まるので、式（４）２式（９
）によって遅延時間を選択設定することにより、所望の
モードの板波により探傷を行うことができろ。また、被
検材の材質が不詳などのために、位相速度Ｃが正確に求
められない場合は、遅延時間を順次変更して行き、感度
が最大となる点をさがすことが可能である。これは、電
子的な制御によるので、高速に行うことができる。

上記実施例では、探触子（１５）のエレメント間隔が異
なるように記したが、等しくしても良いのは言うまでも
ない。特に、等しくすると遅延回路の構成、制御が簡単
になる。

また、発生側のディジクル遅延時間と、検出側のアナロ
グ遅延時間とが等しいように記したが、異なる値に設定
することも可能である。これは、発生する板波モードと
検出する板波のモードとを異なるようにすることで、次
の理由により、探傷上、極めて有効である。即ち、板波
は、欠陥により反射するが、この時、欠陥への入射波と
同じモードのみで反射されるのでは無く、エネルギーは
、いくつかのモードに変換、分散される。この分散の仕
方は、欠陥の形状や被検材の厚さ方向での位置により異
なる。従って、あるモードの板波を発」 生させ、他のモードのエコーを観測することにより、欠
陥の分類を行うことができろ。欠陥の分類は、欠陥の有
害度を判断する上で重要である。

まｔコ、発生側の遅延回路は、タイミングパルス信号を
ディジタル的に遅延するような例を示したが、タイミン
グ制御回路（２１）で、アナログ的な信号を発生させ、
アナログ的に遅延させても良い。

また、検出側の遅延回路は、プリアンプの後、Ａ／Ｄ変
換し、ディジタル的に遅延させるようにしても良い。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、所望のモードの板波の
発生・検出を電子的に制御するようにしなので、高速に
モードの変更、調節ができ、また、従来できなかった欠
陥の分類のため発生する板波のモードと、検出する板波
のモードとを異なるようにすることができ、操作性が良
く、また、精度の高いものが得られるという効果が得ら
れてる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による板波探傷装置を示す
ブロック図、第２図は第１図に示す装置の構成要素の一
つである探触子の原理的構成図、第３図は従来の板波探
傷装置の探触子部を示す図である。 （１５）は探触子、（１５１）　、　（１５２）　、・
・・・・・（１５ｎ）は探触子（１５）を構成するニレ
メン＋−１（２２）はディジタル遅延回路群、（２３）
はパルサ群、（３２）はアナログ遅延回路群、（３３）
は加算回路。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の間隔で並んだ複数個のエレメントより成る
   探触子と、前記の各エレメントをそれぞれ独立に駆動す
   るパルサ群と、各パルサに所定の時間間隔を持って順次
   トリガを与える第１の遅延回路と、前記の各エレメント
   が検出した信号を各々独立に所定の時間遅らせる第２の
   遅延回路群と、該第２の遅延回路群の各出力を合成する
   加算回路と、を備えたことを特徴とする板波探傷装置。
2. （２）駆動時間間隔及び受信側遅延時間間隔は、隣接す
   るエレメントとの間隔（ΔＸｉ）と板波の位相速度（Ｃ
   ）との比（ΔＸｉ／Ｃ）に設定されていることを特徴と
   した特許請求の範囲第１項記載の板波探傷装置。
3. （３）各エレメントが等間隔（ΔＸ）に配置されている
   ことを特徴とした特許請求の範囲第２項記載の板波探傷
   装置。
4. （４）駆動時間間隔と受信側遅延時間間隔とを異ならせ
   、発生する板波のモードと受信する板波のモードとを違
   えたことを特徴とした特許請求の範囲第１項、第２項又
   は第３項記載の板波探傷装置。