JPS62299760A - 電子走査型超音波探傷装置における探傷条件の補正法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は、電子走査型超音波探傷装置における探傷条件
の補正法に関し、角鋼片等の中間製品のように、鋼板・
棒鋼といった最終製品に比べ表面形状の悪いものの内部
欠陥（皮下欠陥を含む）を電子走査型超音波探傷装置に
よって検出しようとする場合に適用されるものである。

勿論、最終製品の探傷においても補正効果がある場合は
適用されることは云うまでもない。

（従来の技術） 電子走査型超音波探傷装置を用い、角鋼片の内部探傷を
行う方法として、本発明者は、電子リニア走査による角
鋼片の探傷法（特願昭５７−２３３９．１５号）、電子
セクター走査による角鋼片の探傷法（特願昭５７−２３
３９４６号）、電子セクター・電子リニア走査併用によ
る角鋼片の探傷法（特願昭５７−２３３９４４号）を既
に提案した。

上記各探傷法を比較した場合、電子リニア走査では第１
０図（ａｌに示す如くアレイ型探触子ｌの超音波の送受
位置を順次変える方式であり、超音波の入射点が順次移
動するため、被検材２の入射面に凹凸があると、材中へ
の超音波の伝播方向が変化し、所定の探傷領域が探傷で
きなくなり、欠陥の位置評定情度も劣化するという短所
がある。これに対して、セクター走査では第１０図山）
に示す如くアレイ型探触子１からの超音波ビームの傾き
角を順次変えるだけであるため、入射点の移動量はわず
かであり、入射面凹凸の影響はリニア走査に比べ極めて
少なくなる。さらに電子セクター・電子リニア走査併用
による探傷の場合は、第１１図に示すようにセクター走
査時の入射点の移動量に相当する分だけ、アレイ型探触
子１の送受信に使用するエレメント位置をシフト（リニ
ア走査）することにより、極力入射点の位置ずれをなく
している（７レイ型探触子１のエレメントピッチの〃以
下の位置ずれは残る）。よって、電子セクター・電子リ
ニア走査併用の探傷法は、最も被検材２の形状不良（特
に入射面）の影響で探傷性能が変化することの少ない探
傷法と云える。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、この電子セクター・電子リニア走査併用
の探傷法で被検材２の入射面凹凸の影響を全て解決でき
るわけではなく、次に述べるような問題点がある。

光の屈折と同様に超音波も境界面に斜めに入射すると、
下式スネルの法則に従い屈折する。

ｓｉｎ　　ｉ　　　Ｃ。

ｓｉｎ　θ　　Ｃ２ １＝入射角、　　　θ＝屈折角 Ｃ，＝入射側の媒質の音速 Ｃ２＝屈折側の媒質の音速 よって第１２図に示すように境界面に凹凸があると、面
のレンズ効果によって、ＣＩ　＜Ｃ２であれば凹面入射
で集束（第１２図（ａ））し、凸面入射で拡散（第１２
図１ｂ））　してしまう。またＣ１＞Ｃｚであれば全く
逆に凹面入射で拡散し、凸面入射で集束する。

即ち、入射面に凹凸があると、所定の探傷域を集束ビー
ムで探傷しようとしても、面のレンズ効果でビームフォ
ーミングが乱され、所定の探傷域で正規の音圧が得られ
なくなってしまう。その−例として、探触子１ａからレ
ンズ３を介して発信した超音波が鋼片ブロック等の被検
材２の下部コーナ部４に集束するような条件で探傷した
場合の入射面の凹みによるビームフォーミングの変化を
示すと、第１３図（ａｌ　（ｂｌの如くなる。第１３図
（ａ）は平面入射時を示し、第１３図（ｂｌは凹面入射
時を示す。これらからも明らかなように、前項で述べた
角鋼片の内部探傷において、電子セクター・電子リニア
走査併用の方法を用いて、超音波ビームの傾き角の違い
によって生じる入射位置の移動によるレンズ効果の変化
は防げても、レンズ効果によるビームフォーミング条件
の変化を防ぐことはできない。

（問題を解決するための手段） 本発明は、被検材２の入射面凹凸によるレンズ効果でビ
ームフォーミングが乱れ、所定の探傷域で正規の集束ビ
ームが得られなくなることに対する探傷条件の補正法を
提供するものであって、そのための手段として、電子走
査型超音波探傷装置において、実際の探傷域の探傷走査
を行う前に、被検材の所定の反射源をその部位からの反
射エコーが最大となる集束条件（焦点距離）を基準にし
、その基準条件に対して所定割合で焦点距離を補正した
複数の集束条件（焦点距離系列）で反射源を確認走査し
、最も反射エコーの高かった集束条件と同等の補正率で
焦点距離を補正した探傷条件で実際の探傷域の探傷走査
を行うものである。

（作　用） 以下、電子セクター・リニア走査併用による角鋼片の斜
角探傷を例に本発明の作用原理を説明する。１５５　’
の角鋼片を被検材２として用い、振動子径約７０鰭のア
レイ型探触子１で面中央を入射点とし、水距離を７４鰭
取り、集束ビームで屈折角θ＝２０°〜４５°の範囲で
入射面に対し側面の下半分の領域を探傷域とした場合、
その入射面凹みと焦点距離との関係は、第１図に示すよ
うになる。即ち、入射面が平坦で屈折角によらず、はぼ
水中換算焦点距離ｆｗ　−８００ｍｌでは、第１図（ａ
ｌに示すように探傷域で超音波ビームが集束している。

ところが、入射面中央で凹み量１議自、曲率半径１２５
０ｍｍの凹みがあると、正規の焦点距離７ｗ　＝８００
　ｍｍでは、第１図（ｂ）に示すように面のレンズ効果
により探傷域より手前で集束し、探傷域ではビームが拡
散している。よって、探傷領域で集束ビームを得るため
には、探触子１側の集束効果と材面凹凸によるレンズ効
果とを成金した結果として、探傷域で集束するような焦
点距離を設定すればよい。この場合、入射面凹みのため
集束点が手前にきているので、探触子１の集束条件を正
規の７ｗ　＝８００１ｍからｆＩＩｌ＝１０００鶴（第
１図［０１）　、　１２００龍（第１図（ｄ））と遠方
に補正することで、次第に探傷域近くで集束するように
なり、７ｗ　＝１４００ｍｍ　（第１図（ｅ））でほぼ
平面入射のときと同様の集束条件となり、７ｗ　＝１６
００１ｕ（第１図（ｒ））では若干探傷域より遠方で集
束されていることがわかる。

このように焦点距離を補正することによって、入射面凹
凸によるビームフォーミングの乱れを補正できることは
確認できるが、実際の探傷においては、入射面の凹凸量
や曲率半径は未知であり、焦点距離を補正したとき、探
傷域でどのようなビームフオームになっているか知るす
べもない。仮に何らかの方法で入射面凹凸量や曲率半径
を計測したとしても、その結果が出てから集束条件（焦
点距離）を変更するためにアレイ型探触子１の使用エレ
メントの遅延時間を計算しセツティングするのでは、オ
ンラインの角鋼片搬送状態での探傷は不可能であるし、
集束条件変更処理中は材を停止するとすれば、探傷処理
能率が極端に低下してしまう。

そこで、本発明では、実際の探傷域の探傷を行う前に、
被検材２の所定の反射源、ここでは角鋼片の探傷域内の
コーナ部を、標準の被検材形状でその部位からの反射エ
コーが最大となる集束条件、即ち、コーナ部に焦点が来
る焦点距離を基準にし、その基準条件に対して所定割合
で焦点距離を補正した複数の集束条件（焦点距離系列）
で反射源を１ｉ’ｉ認走査できるよう、予め各焦点距離
系列毎にアレイ型探触子１の使用エレメントの遅延時間
を計算して確認走査用データテーブルを準備してお（と
同時に、実探傷用の各屈折角毎の集束条件に対応したア
レイ型探触子１の使用エレメントの遅延時間についても
、反射源確認走査時の焦点距離補正と同等の割合で反射
源確認走査時と同数の複数の焦点距離のみを補正した集
束条件で遅延時間を計算し、探傷用データテーブルを準
備する。

そして、まず確認走査用データテーブルに従い、順次各
焦点距離系列で反射源確認走査を行う。その結果、反射
源からの反射エコー強度が最も強かった焦点距離系列と
同等の割合いで焦点距離を補正した系列を実探傷用デー
タテーブルから選択し実探傷走査を行う。

即ち、入射面凹凸量や曲率を直接計測してそのレンズ効
果を補正するのではなく、正規の焦点距離を基準に何通
りかの焦点距離で、基準となる反射源の確認走査を行い
、その反射エコーの強度が最も強くなる焦点距離補正量
で、探触子１側の集束効果と材面レンズ効果との合成後
の最適なビームフォーミング条件を決定しようとするも
のである。そして探傷用データテーブルを確認走査用デ
ータテーブルと同数の焦点距離系列毎だけ予め準備する
ことにより、補正量が確定すれば即実探傷に移行できる
ようにしている。

（実施例） 次に本発明を電子セクター・電子リニア走査併用の電子
走査型超音波探傷装置による角鋼片の斜角探傷に適用し
た例について説明する。

この電子走査型超音波探傷装置は、第２図に示すように
例えば総分割エレメント数３２個のアレイ型探触子１と
送受信器５とを遅延回路６を介して１対ｌに対応させて
接続し、その遅延回路６による遅延時間設定を順次変え
ることによって電子走査するようにしたものである。

アレイ型探触子１から超音波を発信して、第３図に示す
如＜１５５０鋼片（コーナＲ１Ｂｍｍ）の被検材２に面
中央より超音波を入射し、超音波入射面に対して側面下
半分の表層部を、屈折角θ１−２０゜からθ２＝４５°
の範囲を３２ステツプ（探傷ピンチ屈折角で約０．８°
）で電子セクター・電子リニア走査（以下この１進を１
セクター走査と称す）し探傷する場合には、被検材２の
下部コーナ部４を基準反射源とする。このコーナ部４の
反射エコーが最大となる屈折角θＣは、幾何学的に入射
点位置とコーナ部４の曲率の中心位置で決定され、θｃ
　＝２３．５°であるが、このコーナ部４の形状自体も
形状不良、寸法公差等があるので、ここではθＣ，＝２
１°からθｃｚ＝３０°の範囲を１０ステツプ（走査ピ
ッチ屈折角で１°）でコーナ部４の確認走査を行う。

コーナ部４からの反射エコーが最大となるのは、焦点が
コーナ部４にあるときであり、このときの焦点距離をコ
ーナ部基準焦点距離／Ｃとすると、第４図に示すように
、ｆｃ　（ｉ）＝　Ｃ（Ｉｔ　・ｆｃ　　（ｉ　＝１．
２．・・・６〕で表わされる６種類の焦点距離系列を確
認走査用データテーブルとして準備した。

補正係数の範囲は、被検材２である鋼片の面形状仕様を
もとに決定した。被検材２の面形状仕様と補正係数を表
１に示す。探傷用データテーブルについても、第５図に
示すように探傷域７を皮下２０ｍｍとして、各ステップ
で皮下１０鶴位置が焦点となる焦点距離１０１　（ｊ＝
１，２．・・・３２〕を基準に、コーナ確認と同等の補
正係数Ｃ（ｉｌで６種類の焦点距離系列を準備した。

く表１〉　被検材グループ別補正係数 ／ｃ　（１）＝Ｃ（ｉｉ　ｆｃ　　（ｉ＝１．２．−．
６）ｄ：入射面の凹みの深さ 被検材２としては、■グループの鋼片から１本（サンプ
ルＡ）、ＩＩグループの鋼片から２本（サンプルＢ、Ｃ
）をサンプリングし、性能！認のために第６図に示す位
置に人工欠陥■■■を設けた。

なお参考のため、各サンプルの入射面形状測定結果を第
７図（ａ）〜ｔｃ＋に示す。

まず、コーナ部確認走査の結果であるが、第８図（ａ）
〜（Ｃ）に示すように、ここでは各サンプルに対してコ
ーナｌｉ’ｆｆｌ　ＬＵ定走査３回実施し再現性の確認
も行った。結果的に各サンプルのデータ共に再現性があ
り、サンプルＡでは補正係数Ｃ（６１＝４．０　、サン
プルＢでは補正係数Ｃ（４１＝２．２．サンプルＣでは
補正係数Ｃ（２１＝１．４が選択されている。そして実
探傷においては、各サンプルのコーナｂＭ　認走査結果
に従い、サンプルＡでは／ｊ（６１の系列、サンプルＢ
では／ｊ（４１の系列、サンプルＣでは／ｊ（２）の系
列の探傷用データテーブルによって探傷走査が行われる
。

この焦点距離補正による欠陥検出能および欠陥位置評定
精度に及ぼす効果を見るため、補正していないときの探
傷結果と補正処理導入後の探傷結果を第９図に示す。

サンプルＡの欠陥■は補正なしでは検出できなかったも
のが、補正後は検出され欠陥位置精度が幅方向、深さ方
向共にｌ　ａｍ以内に入っている。欠陥■■についても
欠陥位置精度の大幅な向上が見られる。サンプルＢ、サ
ンプルＣについても、同様に欠陥位置精度が向上してい
る。サンプルＣで若干補正後の位置精度が他のサンプル
に比べ悪いのは、補正係数のピッチが０．４と比較的大
きいため、わずかな凹みに対しては少し過剰補正となっ
ているためである。必要に応じ補正係数の範囲、ピッチ
を変えることによって、更に精度を向上させることは可
能である。エコー高さについては、平面入射時の各部位
の同種人工欠陥の検出レベルと同等のレベルに向上して
いる。

本実施例では、凹面のサンプルのみを扱っているが、凸
面のサンプルについても補正係数を１．０以下にするこ
とによって、同様の補正効果があることは云うまでもな
い。

また、被検材の材質、形状等も角鋼片に限定されるもの
ではなく、基準反射源もコーナ部でなく、底面エコー等
であってもよい。走査方式についても、セクター走査、
リニア走査単独であってもよい。ただし、リニア走査で
は、入射点が大幅に移りＪするので、走査の各ステップ
毎或いは何ステップか毎に基準反射源での確認処理が必
要となり、処理能率的には若干悪くなる。

（発明の効果） 本発明は、電子走査型超音波探傷装置において、実際の
探傷域の探傷走査を行う前に、被検材の所定の反射源を
その部位からの反射エコーが最大となる集束条件（焦点
距離）を基準にし、その基準条件に対して所定割合で焦
点距離を補正した複数の集束条件（焦点距離系列）で反
射源を確認走査し、最も反射エコーの高かった集束条件
と同等の補正率で焦点距離を補正した探傷条件で実際の
探傷域の探傷走査を行うものであり、このような補正処
理を適用することにより、探傷処理能率を低下させるこ
となく、欠陥の検出能および欠陥位置評定精度を大幅に
向上させることができる。

【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って、第１図は入
射面凹みと焦点距離との関係を示す図、第２図は探傷装
置の構成図、第３図は電子セクター・電子リニア走査併
用による角鋼片の探傷域を示す図、第４図はコーナ部確
認走査用焦点距離系列の説明図、第５図は探傷用焦点距
離系列の説明図、第６図は人工欠陥の位置を示す図、第
７図はサンプルの入射面形状を示す図、第８図はコーナ
部確認走査の結果を示す図、第９図は焦点距離補正処理
による検出能および位置精度を示す図、第１０図はリニ
ア走査方式とセクター走査方式の比較を示す図、第１１
図はリニア・セクター走査方式を示す図、第１２図は入
射面凹凸によるレンズ効果を示す図、第１３図は入射面
凹みによるビームフォーミングの乱れを示す図である。 １・・・アレイ型探触子、２・・・被検材、３・・・エ
レメント、４・・・コーナ部、５・・・送受信器、６・
・・遅延回路。 第４図 第５図 第６図 ｚｓ、５Ｚ）　　　　　　７５　　　　　／ｗ／Ｗ第９
図 ずンブνＡ　　　　　　　　　　１ンフリレＢ　　　　
　　　　　１ンブｒＶＣ第１０図 Ｆ−第１１図□ Ｆ−一第１２図□ ■、事件の表示 商１６１年　特許側　第１４３６８３号２、発明の名称 電子走査型超音波オ召８装置における探傷条件の補正法
３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 （１１９）　株式会社神戸製鋼所 ４、代　理　人■５７７ 住所　大阪府東大阪市御厨１０１３番地昭和　　年　　
月　　　日　　（自　発６、補正の対象 ・明細書の発明の詳細な説明の欄 ・図　　　　面 ７、補正の内容 （１）　　明細書第１３頁第１４行目の「に示す。」の
次に「なお、サンプルＡ、Ｂ、Ｃの欠陥の深さは、欠陥
■が１．５ｕ、欠陥■が１．Ｏｍｍ、欠陥■が０゜７酊
である。」を追加する。 （２）図面の第９図を別紙の通り訂正する。 図 昭和６２年６月τ日 １．事件の表示 暇ロ６１年　特許願　第１４３６８３号２、発明の名称 電子走査型超音波探傷装置における探傷条件の補正法３
、補正をする者 事件との関係　特許出願人 （１１９）株式会社神戸製鋼所 ４、代　理　人■５７７ 住所　大阪府東大阪市御厨１０１３番地昭和　　年　　
月　　　日　　（自　匂６、補正の対象 ・明細書の発明の詳細な説明の欄 ７、補正の内容 ７、補正の内容 （１）明細書第１３頁第１４行目から第１５行目の「第
９図・・・・・・サンプルＡ」を次の通り訂正する。 ［第９図に示す。なお、サンプルＡ、Ｂ、Ｃの欠陥の深
さは、欠陥■■■ともｌ、Ｑｍｍである。 サンプルＡ」

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子走査型超音波探傷装置において、実際の探傷
   域の探傷走査を行う前に、被検材の所定の反射源をその
   部位からの反射エコーが最大となる集束条件（焦点距離
   ）を基準にし、その基準条件に対して所定割合で焦点距
   離を補正した複数の集束条件（焦点距離系列）で反射源
   を確認走査し、最も反射エコーの高かった集束条件と同
   等の補正率で焦点距離を補正した探傷条件で実際の探傷
   域の探傷走査を行うことを特徴とする電子走査型超音波
   探傷装置における探傷条件の補正法。