JPS6247253B2

JPS6247253B2 -

Info

Publication number: JPS6247253B2
Application number: JP55102295A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Uesugi; Kazuhiro Tsumura
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-07-25
Filing date: 1980-07-25
Publication date: 1987-10-07
Also published as: JPS5726743A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は金属その他の各種材料中の欠陥や溶接
部内の欠陥を検出する超音波探傷装置に係り、特
に探触子と被検体との接触状態すなわち音響的結
合状態をチエツクする手段の改良に関する。

超音波探傷装置は、一般に超音波の発信と受信
とを行なう超音波探触子と、この探触子を被検体
の表面に沿つて走査する駆動系と、被検体中に潜
在する欠陥部からのエコー信号を処理する装置
と、この装置で処理された信号に基いて欠陥の大
きさや形状等を示す表示装置とで構成されてい
る。かくしてこの超音波探傷装置は探触子から被
検体へ入射させた超音波信号に対する欠陥部から
のエコー信号の大きさ（レベル）によつて欠陥部
の状態を判定するものである。

上記構成の超音波探傷装置にあつては、探触子
と被検体とが音響的によく結合し、探触子から常
に一定のエネルギーを被検体に入射させ得るもの
でなければならない。すなわち、この装置は欠陥
部からのエコー信号のレベルの大きさによつて欠
陥部の大きさ等を判定するものであるため、欠陥
部への入射エネルギーが常に一定でないと、欠陥
部の大きさの判定が不可能になる。極端な場合に
は欠陥部が存在しているにも拘らず、そのエコー
を検出できず、無欠陥であると判定するおそれさ
えある。

しかるに被検体の表面は通常は凹凸の激しい平
面や曲率を有する円周面や球面等である場合が多
く、鏡面のようなきれいな表面であることはまれ
である。したがつてかかる多様な様相を呈する表
面から探触子の走査過程において常に一定のエネ
ルギーを入射させることは極めて困難である。そ
こで探触子と被検体との接触状態を髄時チエツク
し入射エネルギーが一定であることを保証する手
段が必要であるが、かかる手段として従来はいわ
ゆる底面エコーを利用していた。

第１図および第２図ａ，ｂは底面エコーを利用
して探触子１と被検体２との接触状態をチエツク
する手段の一例を示す図である。すなわち探触子
１と被検体２との接触状態が良好で所定の入射エ
ネルギーを入射させ得る場合には、底面３から十
分大きな底面エコーＡがはね返つてくる。なお第
１図の４は被検体２に潜在している欠陥部を示
し、Ｂは上記欠陥部４からのエコーを示してい
る。かくして上記の場合は第２図ａに示す如く十
分大きなレベルの底面エコー信号SAが探触子１
の出力端に現われる。一方また、接触状態が不良
で所定の入射エネルギーを入射させ得ない場合に
は、底面３からのエコーＡは極めて小さなものと
なる。したがつてこの場合は第２図ｂに示す如く
探触子１の出力端にはほぼ零レベルの底面エコー
信号SAしか現われない。そこで探触子１の出力
端に現われる底面エコー信号SAが規定レベル以
上のものか否かを検知することにより、探触子１
と被検体２との接触状態の良否を判定できるもの
である。

上記底面エコーＡを利用した従来の接触状態チ
エツク手段には次のような解決すべき問題があ
る。

被検体２の表面に対して垂直に超音波を入射
して欠陥部４の探傷を行なう型式の装置におい
ては、第３図ａに示すように底面３が傾斜して
いる場合や第３図ｂに示すように底面３の表面
状態が相当の粗さを有し且つ不揃いである場合
には、底面エコーＡの反射方向が不安定である
うえ、エコーＡのレベル変動が大きいため、エ
コーＡによつて探触子１の接触状態をチエツク
することは不可能に近い。

被検体２の表面に対して斜めに超音波を入射
させて欠陥部を探傷する型式の装置において
は、第４図に示すように本来具有している斜角
探触子１ａのみでは底面３からチエツク用の底
面エコーＡが得られない。したがつてチエツク
用底面エコーＡを得る目的で垂直用探触子１ｂ
を別途に設け、両者を併用しなければならな
い。したがつて探触子１が大形で高価格なもの
となるうえ、１ｂ自体はと同様の欠点を持つ
ている。また斜角探触子１ａの接触状態Ｍと垂
直用探触子１ｂの接触状態Ｎとが全く同じ状態
とはなり得ないので、チエツク結果に対する信
頼度が低い。

本発明はこのような事情を考慮してなされたも
のであり、その目的は被検体の底面形状や探触子
の型式等に全く関係なく、探触子と被検体との接
触状態を探傷動作時に適確にチエツクでき、常に
正確な探傷機能を発揮でき信頼度が高い上、構成
簡単で安価に製作可能な超音波探傷装置を提供す
ることである。

本発明はかかる目的達成のために、探触子への
印加電圧減衰特性を利用して探触子と被検体との
接触状態の良否判別をなす如く構成される。すな
わち探触子への印加電圧減衰特性は探触子と被検
体との接触状態によつて顕著な影響を受ける。こ
れを第５図により具体的に説明しよう。

探触子を、水あるいはグリースなどの音響カツ
プリング材を介して被検体に結合すると、探触子
の出力端子での電圧波形は接触状態如何によつて
第４図中曲線Ｃ_aあるいはＣ_bの如く変化する。曲
線Ｃ_aは接触状態が良好な場合であり、曲線Ｃ_bは
接触状態が不良な場合である。このような変化が
生じるのは探触子の放射インピーダンスが接触状
態によつて変るからである。かくして、一定の基
準電圧レベルＶ_sまで減衰するまでの時間Ｔ_aとＴ
_bとの差異あるいは一定の基準時刻Ｔ_sにおける減
衰電圧レベルＶ_aとＶ_bとの差異などから接触状態
の良否を判別するものである。

以下、本発明装置の具体的構成について第６図
以下の実施例によつて明らかにする。第６図は本
発明の一実施例の構成を示すブロツク図である。
第６図において１１は超音波振動子を内蔵したた
とえば垂直探傷用の探触子であり、金属その他の
被検体１２に対しグリースなどの音響カツプリン
グ部材１３を介して結合している。

一方、１４はシステム全体の制御・信号処理等
を行なうシステム制御・処理装置であり、１５は
上記装置１４からの信号により作動する走査制御
装置である。１６は上記走査制御装置１５からの
信号により作動し探触子１１を被検体１２の表面
に沿つて駆動走査させる駆動装置である。１７は
位置信号形成装置であり、駆動装置１６から得ら
れる信号により位置信号を形成し、これをシステ
ム制御・処理装置１４へ送出する。

１８は印加電圧発生装置であり、システム制
御・処理装置１４からの動作指令信号により所定
の印加電圧を発生し、その電圧を探触子１１へ与
える。１９は印加電圧検波装置であり、上記印加
電圧を選択して検波するものであり、２０は上記
検波された印加電圧の波形から減衰特性値を検知
する減衰特性値検知装置である。この減衰特性値
検知装置２０は、検波された信号が基準電圧レベ
ルＶ_sに達したときパルス信号を送出するレベル
比較回路２１と、上記パルス信号のパルス間隔
（時間）をクロツクパルスを用いて計測する時間
計測回路２２とで構成されている。なお上記時間
計測回路２２はシステム制御・処理装置１４に接
続されており、計測した時間信号を上記装置１４
へ供給するものとなつている。

２３はエコー信号増幅検波装置であり、探触子
１１に得られる欠陥部からのエコー信号のみを選
択して増幅し、かつ検波するものである。なおこ
の装置２３はシステム制御・処理装置１４からの
信号で制御される。２４はメモリであり、欠陥エ
コー信号を記憶し、システム制御・処理装置１４
からの読出し信号によつて上記記憶した欠陥エコ
ー信号をシステム制御・処理装置１４へ供給す
る。

２５はたとえばCRT（Cathode Ray Tube）
などの表示装置であり、システム制御・処理装置
１４にて処理された信号に基づき、探触子１１と
被検体１２との接触状態が良好であるときの欠陥
部形状等を表示する。

次に上記の如く構成された本装置の動作を第７
図に示す各部波形図を参照し乍ら説明する。シス
テム制御・処理装置１４から第７図イのように時
刻ｔ１において動作指令信号SOが送出される
と、印加電圧発生装置１８が作動し、発生した電
圧信号SVを探触子１１に供給する。この電圧信
号SVは第７図ロに示すようなものであり、探触
子１１は上記印加電圧信号SVに応じて超音波を
発射する。このとき、上記印加電圧信号SVは探
触子１１と被検体１２との接触状態如何により所
定の減衰特性で減衰することになる。そして上記
印加電圧信号SVは、印加電圧検波装置１９によ
つて検波され第７図ニに示す如き波形の信号とな
つて減衰特性値検知装置２０に入力する。上記検
知装置２０に入力した信号はレベル比較回路２１
にて基準電圧レベルVSと比較される。その結果
レベルが一致した時刻つまり印加電圧が送出され
た時刻とほぼ同一の時刻ｔ１および電圧レベルＶ
_sまで減衰した時刻ｔ２にて第７図ホに示すよう
なパルス信号Ｐ１，Ｐ２が送出される。パルス信
号Ｐ１が時間計測回路２２に入ると、この時間計
測回路２２は第７図ヘに示す如きクロツクパルス
の計数動作を開始し、パルス電圧Ｐ２が時間計測
回路２２に入ると、この回路２２は上記計数動作
を停止する。その結果、パルス信号Ｐ１が入力し
た時刻ｔ１からパルス信号Ｐ２が入力した時刻ｔ
２までの時間T₁₁が計測されその値がシステム制
御・処理装置１４へ送られる。システム制御・処
理装置１４では上記計測値を、探触子１１と被検
体１２との接触状態が良好である場合の規定時間
Ta（第５図参照）と比較し、T₁₁＜Ｔ_aのときは
接触状態良好との判定される。

一方、探触子１１から被検体１２の内部へ入射
した超音波は欠陥部１０で反射され欠陥部エコー
Ｂとなつて探触子１１に時刻ｔ３において受信さ
れる。受信されたエコー信号SBはエコー信号選
択増幅検波装置２３により選択増幅され、かつ第
７図ハに示す如く検波される。この検波された信
号はメモリ２４に記憶される。

前述の如く探触子１１と被検体１２との接触状
態が良好であると判定された場合には、時刻ｔ４
においてシステム制御・処理装置１４からメモリ
２４に対し第７図トに示すような読出し信号SR
が与えられる。したがつてメモリ２４に記憶され
ている前記欠陥エコー信号SBが読出されシステ
ム制御・処理装置１４に送られる。

一方、システム制御・処理装置１４から送出さ
れた動作指令信号SOにより走査制御装置１５が
作動する。したがつて駆動装置１６が上記制御装
置１５によりコントロールされ探触子１１を駆動
走査する。このとき駆動装置１６の動きを示す信
号が位置信号形成装置１７に入力し処理されるの
で、上記装置１７により探触子１１の移動位置を
示す位置信号SPが取出される。この位置信号SP
はシステム制御・処理装置１４に入力し、前記メ
モリ２４から読出された超音波エコー信号とSB
と合成される。そしてこの合成された信号は表示
装置２５に送られる。したがつて表示装置２５に
より欠陥形状が表示される。

時刻ｔ５においてシステム制御・処理装置１４
から再び動作指令信号SOが送出されると、前回
の場合と同様の一連の動作が行なわれ、被検体１
２上の別の位置においての探傷が行なわれる。以
後同様の動作が繰返されることにより、被検体１
２の所要箇所全域に亘り探傷が行なわれる。

このように本装置においては、探触子１１と被
検体１２との接触状態を探触子１１に印加される
電圧の減衰特性値によつて判定するようにしてい
るので、被検体１２の底面形状に関係なく接触状
態の良否を検知できる。しかもメモリ２４に記憶
された欠陥部１０からのエコー信号SBは、減衰
特性値検知装置２０で検知された内容が接触良好
であると判定されたときに限り読出され、表示装
置２５にて形状表示されるので、接触不良にもと
づく誤つた探傷動作がなされるおそれはない。ま
た探触子１１が斜角探触子である場合においても
同様にして接触状態の良否を判定できる。このこ
とは従来のようにチエツク用の垂直探触子を別設
する必要がないことを意味するので、その分だけ
構成簡単で小形なものとなる。

なお、本発明は上述した一実施例に限定される
ものではなく、次のように変形実施することがで
きる。

前記実施例では印加電圧の減衰波形をチエツ
クするための基準電圧レベルＶ_sを一個設ける
場合を例示したが、上記基準電圧レベルを複数
個設け、それぞれについて時間幅を計測し、こ
れらの各時間幅がすべて条件を満たしたとき探
触子１１の接触状態が良好であると判定するよ
うにしてもよい。このようにすれば、一層信頼
度の高い入探傷を行なえる。

前記実施例では印加電圧を検波したのち基準
電圧レベルＶ_sとの比較を行ない、レベルが一
致した点の間隔をクロツクパルスを用いて時間
T₁₁，T₁₂…の計測を行なう場合を例示した
が、検波前の生の波形について第７図ロに示す
如くスレツシヨルドＬ_oを設定し、そのレベル
を超える電圧波形の波数をカウントすることに
より時間T₁₁，T₁₂…を計測するようにしても
よい。

前記実施例では電圧減衰波形のレベルが基準
電圧レベルＶ_sに達するまでの時間を計測しこ
れを規定時間Ｔ_aと比較して波形チエツクを行
なう例を示したが、第５図から明らかなよう
に、基準時刻Ｔ_sにおける電圧レベルを計測
し、これを規定電圧レベルＶ_aと比較して波形
チエツクを行なうようにしてもよい。この場合
と同様に基準時刻Ｔ_sを複数設けるようにし
てもよいのは勿論である。

前記実施例では接触状態が良好な場合にのみ
欠陥表示を行なう場合を示したが、接触状態が
不良である場合にその旨を同じ表示装置２５な
いし別設の表示器や警報器等により報知させる
ようにしてもよい。

前記実施例では電圧減衰波形を時間とレベル
との関係からチエツクする手段を示したが、減
衰波形の所定部位の微分値を計測し、この微分
値の大きさから減衰波形のチエツクを行なうよ
うにしてもよい。

前記実施例では欠陥形状を認識する手段とし
て表示装置を例示したが数値的に記録保持する
如き装置であつてもよい。

以上説明したように本発明によれば探触子と被
検体との接触状態すなわち音響的結合状態の良否
を探触子に印加される電圧の減衰特性値から判定
するので、被検体の底面形状等に左右されないの
は勿論、探触子の型式等に全く関係なく探触子と
被検体との接触状態を探傷動作時に適確にチエツ
クできると共に、性触状態が良好であると判定さ
れたときの欠陥エコー信号のみが探傷結果として
出力されるので、常に正確な探傷機能を発揮でき
信頼度が高いうえ、欠陥エコー検出用の探触子自
体を用いて接触状態のチエツクを行なうものであ
り、他の格別な探触子を用いるものではないの
で、構成は簡単であり安価に製作可能な超音波探
傷装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図ａ，ｂは探触子と被検体と
の接触状態を底面エコーを利用してチエツクする
従来装置のチエツク手段を示す図、第３図ａ，ｂ
および第４図は従来装置の欠点を説明するための
図、第５図は本発明で利用する印加電圧の減衰波
形と接触状態との関係を示す特性曲線図、第６図
は本発明の一実施例の構成を示すブロツク図、第
７図は同実施例の動作説明用の各部信号波形図で
ある。１，１１…探触子、２，１２…被検体、Ａ…底
面エコー、Ｂ…欠陥エコー。

Claims

【特許請求の範囲】１被検体の表面から被検体中に超音波を入射し
欠陥部からのエコーを得る探触子と、この探触子
に印加される電圧の減衰特性値を検知する手段
と、この手段で検知された減衰特性値を規定値と
比較し前記探触子と被検体との接触状態の良否を
判定する判定手段と、この判定手段で接触状態が
良好であると判定されたとき前記探触子で得た欠
陥部からのエコーに対応する信号を採取する手段
と、この手段にて採取されたエコー信号を前記探
触子の位置信号と合成して欠陥部の形状を認識す
る手段とを具備したことを特徴とする超音波探傷
装置。２探触子に印加される電圧の減衰特性値を検知
する手段は、上記印加電圧が一定の基準電圧レベ
ルまで減衰するに要した時間を計測するものであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
超音波探傷装置。３探触子に印加される電圧の減衰特性値を検知
する手段は、一定の基準時刻における印加電圧の
減衰レベルを計測するものであることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の超音波探傷装置。