JPS62441B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、超音波パルスの反射時間を利用し
て被計測物の厚みを測定する超音波厚さ計に関
し、特に被計測物の表面直下に存在する欠陥を検
出する機能、即ち探傷機能を備えた超音波厚さ計
に関する。

従来、探傷機能を備えた超音波厚さ計において
は、鋼材等の被測定物の内部欠陥の存在を、計測
された肉厚値の異常という形で検出していた。被
計測物の表面直下に存在するキズを検知するため
には、使用する超音波の周波数を高くして分解能
を向上させる必要がある。しかし、10MHz以上
の周波数では超音波の減衰が大きくなり、探触子
ケーブルが長大になる自動探傷装置では分解能の
低下と相俟つて、被計測物の表面下１mm以内の浅
い位置に存在する欠陥を検出することは仲々困難
であつた。

この発明は被測定物の厚みを計測するほかに、
欠陥までの距離を直接測定せず、しかも使用する
超音波の周波数を高めることなく、被測定物の表
面直下、例えば0.2〜1.0mmの範囲内に存在する欠
陥を、表面直下に欠陥が存在するときの表面反射
エコー、欠陥多重エコー及び底面エコーの挙動か
ら確実に識別検出する探傷機能を備えた超音波厚
さ計を提供することを目的とする。

以下、本発明の一実施例を添付図面を参照して
詳細に説明する。

はじめに、被計測物の表面直下に欠陥が存在す
るときに得られる表面反射エコー、欠陥多重エコ
ー及び底面エコーの挙動について説明し、併せて
この発明における欠陥検出の原理を説明する。

被計測物の表面から被計測物内部のキズまでの
距離が所定の周期で送出される超音波パルスの１
波長よりも短いか又は同程度の場合には、表面と
キズとの間を往復する多重エコーが得られなくな
り、底面エコーも同時に得られなくなるという現
象を生ずる。従つて、超音波パルスの送出周期に
対応する表面反射エコーの周期を肉厚として検出
し、異常肉厚になる（肉厚の上限値を越える）。

又、表面からキズまでの距離が、使用する超音
波パルスの１〜３波長に相当する場合には、多重
エコーは得られるが、表面エコーから充分に分離
しない。従つて、見掛け上表面反射エコーのパル
ス幅は正常な測定値を得られているときに比べて
著しく広くなるという現象を生ずる。これは検波
回路の定数選択により強調することができる。

さらに、表面反射エコーに対し多重エコーが十
分分離する位置にキズがある場合には、多重エコ
ーを底面エコーと誤認するという現象を生じる。
従つて、キズまでの距離を肉厚とし、異常肉厚と
なる（肉厚の下限値に満たない）。

本発明は、底面エコーが消失する現象、表面反
射エコーの幅が規準パルス幅より広くなる現象及
び多重エコーを底面反射エコーとして誤認する現
象といつた被測定物の表面直下の欠陥に依存した
現象のいずれかを検知することにより、周波数５
〜10MHzの超音波パルスを用いて、被測定物の
表面直下（少なくとも0.2〜1.0mmの範囲内）にあ
る欠陥の存在を、肉厚表示によらずに検知するも
のである。

以上の原理から、表面直下に存在する欠陥の検
知が可能であることを、第１図の波形図により説
明する。第１図は、所定の周期で周波数10MHz
の超音波パルスを出力する水浸探触子を使用し
て、静的に0.2〜2.0mmの板厚を測定したときの受
信エコーのＡスコープ波形を示したもので、実質
的に被測定物の表面下0.2〜2.0mmに存在する欠陥
を検出した場合に相当する。

まず、第１図ａに示す肉厚が0.2mmでは、表面
反射エコーの往復による多重エコーが全くみられ
ない。従つて、超音波厚さ計は超音波パルスの送
出周期に対応する表面反射エコーの周期を肉厚と
して測定することになり、肉厚の上限値よりも大
きな肉厚を表示し、当然異常肉厚表示となる。

次に、第１図ｂ，ｃ，ｄ，ｅに示す肉厚が0.3
〜0.8mmの範囲では、表面反射エコーＳ１に続く
底面エコー、即ち欠陥多重エコーは表面反射エコ
ーと充分に分離しない。表面反射エコーＳ１のパ
ルス幅１μｓを規定値としておき、所定のスライ
スレベルで表面反射エコーＳ１のパルス幅を検出
すると、１μｓを越える大きなパルス幅となり、
異常肉厚が検知できる。

又、第１図ｄ，ｅ，ｆ，ｇに示す肉厚0.6〜1.2
mmの間では、表面反射エコーＳ１に続く多重エコ
ーを底面反射エコーＳ１と誤認する。従つて、被
測定物の肉厚の許容上限値及び下限値を設定して
おけば、異常肉厚として検知できる。

さらに、第１図ｈ，ｉに示す肉厚が1.5mm以上
では、欠陥多重エコーに相当する底面エコーが充
分分離されるので、真の肉厚、即ち欠陥までの距
離が実測される。

第２図は、本発明に係る探傷機能を備えた超音
波厚さ計の回路ブロツク図である。なお、表示部
及び同期制御系は省略している。

回路部１６（通常の超音波厚さ計回路部）は通
常の超音波厚さ計に用いられている回路で、被測
定物１０の表裏面間を往復する超音波パルスの反
射エコー探触子１４で取り出す。回路部１８は超
音波パルスの往復時間から肉厚に相当するアナロ
グ信号を作り出し、アナログ／デジタル変換器２
０（以下、Ａ／Ｄ変換器という）を介してデジタ
ル信号に変換し、図示しない表示器に被測定物１
０の肉厚を数値表示する。

又、Ａ／Ｄ変換器２０の出力は、被測定物１０
の肉厚の上限値及び下限値を設定している比較回
路２２に与えられる。比較回路２２はこの設定値
の範囲を外れるデジタル信号が入力されると、肉
厚の異常を判別し、検知信号を出力する。即ち、
底面エコーが消失し、超音波パルスの送出周期に
対応する表面反射エコーの周期を肉厚として検出
する現象及び多重エコーを底面反射エコーとして
誤認する現象により、Ａ／Ｄ変換器２０の出力は
肉厚の上限値及び下限値から外れることになる。

表面反射波検出回路２６は回路部１８で得られ
る受信ビデオ信号を入力し、その表面反射パルス
を所定のレベルでスライス整形して表面反射パル
ス幅を検出する。

パルス幅比較回路２８は表面反射波検出回路２
６で検出された表面反射エコーのパルス幅と正常
な表面反射エコーのパルス幅に相当する規準値と
を比較し、検出された表面反射エコーのパルス幅
が規準パルス幅を越えるとき判別信号を出力す
る。メモリー回路３０は判別出力が出力される
と、次の周期まで動作状態におかれる。

比較回路２２及びメモリ回路３０の出力は、オ
ア回路３２に入力される。オア回路３２は少なく
とも１つの入力が得られると警報回路３４を作動
して、その出力により被測定物１０の表面直下に
欠陥１２が存在することを表示させる。

以上のように、Ａ／Ｄ変換器２０及び比較回路
２２により肉厚の上限値及び下限値から外れた肉
厚を検知することで、底面エコーが消失し、超音
波パルスの送出周期に対応する表面反射エコーの
周期を肉厚として検出する現象及び多重エコーを
底面反射エコーとして誤認する現象による欠陥の
存在を検知する第１の回路部が構成されている。
又、表面反射波検出回路２６、パルス幅比較回路
２８及びメモリー回路３０によつて、表面反射エ
コーの幅が規準パルス幅より広くなる現象を検知
する第２の回路部が構成されている。

第３図は、第２図の実施例における各部の信号
波形を、0.6mmの肉厚部分を持つ被測定物の表面
に沿つて探触子１４を相対移動させた場合につい
て表わしたタイムチヤートである。但し、同期信
号と各検知信号とのズレは零として表わしてい
る。そこで、第３図のタイムチヤートを参照し
て、第２図の実施例における欠陥検出の動作を説
明する。被測定物１０に欠陥が存在しない場合に
は、被測定物１０の肉厚が実測されてＡ／Ｄ変換
器２０でデジタル信号に変換され、このデジタル
変換値は肉厚の上限値と下限値との範囲内にある
ことから比較回路２２の出力は“０”レベルにあ
る。

回路部１８よりの受信ビデオより表面反射波検
出回路２６で取り出される表面反射エコーのパル
ス幅も規定パルス幅を越えないことから、パルス
幅検出回路２８の出力も“０”レベルで、これに
よりメモリー回路３０の出力も“０”レベルにお
かれる。そのためオア回路３２に対する入力信号
は全て“０”レベルとなり、警報回路３４は動作
しない。

探触子１４が欠陥１２の存在する位置、即ち第
３図のタイムチヤートでは第３図ａのｔの位置に
移動すると、欠陥の状況に応じて検知信号がオア
回路３２に入力され、警報回路３４を作動させ
る。即ち、底面エコーが消失したり、多重エコー
を底面エコーと誤認すると、Ａ／Ｄ変換器２０の
出力が肉厚の上限値と下限値との範囲から外れ、
比較回路２２の出力は“１”レベルに転ずる。

さらに、表面反射エコーと欠陥多重エコーとの
分離が充分でない場合には、表面反射波検出回路
２６の出力が“１”レベルとなつてメモリー回路
３０をオンしてその出力を“１”レベルとする。
このように、比較回路２２又はメモリー回路３０
の出力のいずれかが“１”レベルに転ずると、オ
ア回路３２が出力を生じて警報回路３４を動作さ
せ、被測定物１０の表面直下に欠陥が存在するこ
とを知らせる。

この発明の探傷機能を備えた超音波厚さ計は以
上説明したように、被測定物の表面直下に存在す
る欠陥に依存した超音波反射エコーの挙動に基づ
く異常肉厚測定及び表面反射エコー幅の広がりと
いう現象を個別に検知するための回路部を設け、
これら回路部の検知出力の少なくとも１つが得ら
れることにより欠陥を検知することができ、従来
困難であつた５〜10MHzの超音波パルスを用い
ることで少なくとも表面下0.2〜1.0mmの範囲内に
存在する欠陥の検出を可能とし、同時に使用する
超音波パルスの周波数を高める必要がないことか
ら、微少距離を計測する場合の最も重要な課題と
なる受信エコー間の分解能向上の問題をも解決で
きたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は表面直下に存在する欠陥による超音波
反射エコーの挙動を説明するため肉厚0.2〜3.0mm
の被測定材について得られた超音波反射波のＡス
コープ波形を示す説明図、第２図はこの発明によ
る探傷機能を備えた超音波厚さ計の一実施例を一
部省略して示す回路ブロツク図、第３図は第２図
の実施例における各部の信号波形を示すタイムチ
ヤート図である。 １０……被測定物、１２……欠陥、１４……探
触子、１６……通常の超音波厚さ計回路部、１８
……回路部（アナログ肉厚信号及び受信ビデオ出
力部）、２０……アナログ／デジタル変換器
（Ａ／Ｄ変換器）、２２……比較回路、３０……メ
モリー回路、２６……表面反射波検出回路、２８
……パルス幅検出回路、３２……オア回路、３４
……警報回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 探触子から被計測物に所定の周期で所定周波
   数の超音波パルスを繰り返して送出し、該被測定
   物の表面で反射した表面反射エコーの伝搬時間及
   び該被測定物の裏面で反射した底面エコーの伝搬
   時間に基づいて、該被測定物の厚さを計測する探
   傷機能を備えた超音波厚さ計において、計測され
   た前記被計測物の厚さと予め設定された該被測定
   物の肉厚の上限値及び下限値とを比較して、該計
   測された厚さが該上限値及び下限値から外れてい
   ることを検知し、検知信号を出力する第１の回路
   部と、前記表面エコーのパルス幅と予め設定され
   た規準パルス幅とを比較して、該計測されたパル
   ス幅が該規準パルス幅よりも大きいことを検知
   し、検知信号を出力する第２の回路部と、前記第
   １の回路部又は前記第２の回路部のいずれかが前
   記検知信号を出力したときに、前記被計測物の表
   面直下に欠陥が存在することを知らしめる警報回
   路とを備えたことを特徴とする探傷機能を備えた
   超音波厚さ計。