JPS63188756A

JPS63188756A - 超音波探傷装置

Info

Publication number: JPS63188756A
Application number: JP62022125A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Katamine; 片峰　昭彦
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1987-02-02
Filing date: 1987-02-02
Publication date: 1988-08-04

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１本発明は超音波探傷装置に係り、特に、自己補償別面を
具えた超音波探傷装置に関する。

［従来技術およびその問題点１超音波探傷装置は、非破壊、無接触で、材質、寸法ある
いは内部の欠陥状況等を検査できることから、広く用い
られている装置である。

従来、ポータプル探傷装置としては、米国特許第３９８
．５０２２号明細占、特開昭５１−１５１１６’Ｏ号、
特開昭５８−２４７２９号等に示されるように、第７図
にブロック図および第８図（ａ）乃至（ｅ）に原理説明
図を示すような超音波厚み計測装置が代表的である。

この装置は、送信側および受信側の２振動子を具えてお
り、パルス発生器１０ｏがら発生せしめられた超音波パ
ルスを送信部１０１を介して送信側の振動子１０２ａに
送り、被測定物１０３がらのエコーを受信側の振動子１
０２ｂを介して受信部１０４にとり出し、更に時間Ｔｏ
の間のみ聞くように構成されたゲート１０５を介して計
数部１０６にン呻くもので、ｔ１数部ではクロック光振
器１０７からのクロックパルスの数によって−「○を算
出し、品速演粋部１０８においてこれを距離に換算づる
等の演算を行ない、表示部１０９で表示を行なうもので
ある。

第８図（ｂ）は送受信波形を示すタイムチャートである
が、Ｓは表面エコー、Ｒは欠陥エコー、Ｂは底面エコー
、Ｋはケーブル外乱ノイズによるノイズエコーを示す。

第８図ｆｃ）はゲートパルス、第８図ｆｄ）はクロック
パルス、第８図［０）は計数部１０６の出力を示す。

このようなポータプルタイプのＭ３音波深傷装置では、
汎用の探傷装置のＪζうに探伽波形をブラウン管オシロ
スコープに表示することはじず、通常はランプやブザー
で警報を出すがあるいはディジタル表示を行なうように
している。

従って、オシロスコープを用いた場合のように波形観察
により装置の異常を判断することはできない。このため
、上述のようなポータプルタイプの探傷装置では探触子
の異常やケーブル類の不良、さらには探触子と被測定物
との接触状況等を判断する機能を必要とし、装置の原理
を利用したいろいろな自己判断別面が開発されている。

その自己判断機能には、例えば、第９図（ａ）乃至ｆｄ
）に夫々そのフローチャートを示すような４つの自己判
断機能がある。

まず、第９図（ａ）に示すように表面エコーＳが存在す
るか否か（ｖＪ作２０１）によって、探触子、ケーブル
、本体のいずれにも不良がない（Ｙｅｓ２０２）かある
いは（Ｎｏ２０３）を判断している。

また、第９図（ｂ）に示すように、底面エコーＢを測定
する（６作３０１）ことにより、探触子と被測定物との
接触状態が良好である（Ｙｅｓ３０２）か否か（Ｎｏ３
０３）を判断する。

更にまた、第９図（Ｃ）に示す如く、表面エコーＳと底
面エコーＢとの間で欠陥（Ｒ）を検出することにより（
動作４０１）、被測定物に欠陥がある（Ｙｅｓ４０２）
か否か（ＮＯ’１０３）を判断する。

また、第９図（ｄ）に示す如く、ケーブル外乱ノイズに
の有無を検出しく動作５０１）、誤動作をしているか（
Ｙｅｓ５０２）、正常に動作しているか（Ｎｏ５０３）
を判断する。

ところで、このような２振動子タイプの超音波探傷装置
では、表面波を利用しているため、探傷面が粗面である
と乱反射が生じ、表面波との識別が困難となってしまう
という理由から、あらかじめ探１カ而を研磨して使用し
なければならないという問題がある。

そこで、本発明者は、複数の送信用超音波振動子および
１１１！Ｉの受信用超音波振動子を具えた探触子を用い
、送信用の各振動子から斜め方向に送出された超音波が
探触子に接する被測定物の表面から所定の距離ｄだけ離
れた位置で交差して合成されるようにし、この間にある
欠陥等被測定物の状態に起因するエコーを受信用超音波
探触子で検圧するマルチ探触子と槓杵する装置を提案し
く特願昭６０−９４６３３号）探傷物表面が粗面である
か否かにかかわらず、使用可能となった。

しかしながら、第１０図に示すように送信側に２つ以上
の振動子１ａ、１ｂを用い、受信側の振動子１Ｃと合わ
せて３つの振動子を用いるようにしたマルチ探触子ユで
は表面エコーも底面エコーも存在しないため、表面エコ
ーおよび底面エコーを用いていた探触子、ケーブル、本
体のいずれも良好であるか否か、探触子と、被測定物１
６の接触状態が良好であるか否かの判断等ができず、従
来の２振動子タイプの超音波探傷装置で用いられる自己
判断機能をそのまま使用することはできないという問題
があった。

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、自己判断機
能を具えたマルチ探触子タイプの超音波探傷装置を提供
することを目的とする。

Ｅ問題点を解決するための手段］そこで本発明では、マルチ探触子を用いた超音波探傷装
置において、受信側の探触子の出力信号のレベルを、送
信パルスのレベルをＬｏとしたとき、０．ＩＬｏ　＜Ｌ
ｌ＜　　０．１４　Ｌｏ　、および０．２１０　＜１２
　＜　０．２８　Ｌｏにあるしきい値レベルＬ１および
１−２で区分し、Ｌｌから１２の範囲に出力信号がある
か否かを検出する判断回路を具備せしめるようにしてい
る。

また、本５１明では、送信波のレベル低下を検出づる低
下判断回路を具備するようにしている。

［作用］すなわら、本発明では、神々の実験を重ねた結果、マル
チ探触子を用いた場合に特有の被測定物表面における超
音波の乱反射に起因するノイズエコーが、あるしきい値
レベルの範囲内に存在するという事実を発見し、この事
実に着目してなされたもので、装置自体に不良がなく、
探触子と被測定物表面との接触状態が良好である時に出
力されるレベルＬ１からレベルＬ２の範囲内にあるノイ
ズエコーの存在の有無を検出する判断回路を具備してい
る。

そして、０からレベルし１の範囲にノイズエコーが存在
するときは、接触状態は良好であるか又は装置自体に不
良があることを示すため、０からレベルＬ１の範囲にノ
イズエコーがあるか否かを検出することにより、探触子
、ケーブル、本体等の装置自体の不良をも検出可能であ
る。

さらには、ケーブルの不良あるいは高周波成分の外乱等
によるケーブルノイズは探触子によらず必ず発生する。

たとえば、２振動子タイプの探触子では第８図（ｂ）に
示すように、送信パルス（Ｔｏ）と底面エコー（Ｂ）と
の間に光生ずるために、自己判ｔｆＩｉｔｖ能がケーブ
ルノイズ′により誤動作し、機能しなくなる（時間とし
てはＴ３＝１５〜２０μｓｅｃ以降の時間で発生する。

なお送信パルス（Ｔｏ）を０μｓｅｃとする）。

マルチ探触子では、第５図に示すように、その１能から
、ケーブルのノイズの発生時間（Ｔ３≧１５〜２０μｓ
ｅｃ　）内での信号（欠陥エコーや、接触状況を示すノ
イズエコーなど）を範囲として取扱うために、計測する
範囲を第５図中、Ｔ１　（≧２〜４μ５ｅＣ）〜Ｔ２（
＜１５〜２０μ５ｅＣ）と設定することで上述のような
誤動作が回避できる。

また、Ｔ３≧１５〜２０μｓｅｃ以降での信号を監視す
ることで、従来の装置では不可能だったケーブルの不良
等をチェックできる。

加えて、送信部への給電に用いられるバッテリが低下す
ると、１コーレベルも低下するため、バッテリ低下判断
回路を付加することにより誤動作を防ぐことが可能とな
る。

［実施例］以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。

第１図は、本発明実施例の超音波探傷装置のブロック図
、第２図は、マルチ探触子を示す図である。

この超音波探傷装置は、２つの送信用振動子ｉａ、ｉｂ
と受信用振動子１Ｃとを具えたマルチ探触子ユと、パル
ス発生回路２によってトリガされ、マルチ探触子の送信
用振動子１ａ、１ｂに所定の超音波振動を付与する送信
部３と、受信用振動子１Ｃによって受信されたエコーを
増幅する受信部４と、前記パルス発生回路２によってト
リガされ所定の期間たけゲート信号を出力することによ
り受信部４からの信号をＴの間だけ通過せしめるゲート
回路５と、ゲート回路５から出力されてくる信号レベル
が予め決められた信号レベルＬ１＝　　０．５Ｖ、Ｌ２
　＝　　１．ＯＶに対してＬｌからＬ２の間にあるか、
０からＬｌの間にあるかＬ２よりも高いかの判断を行な
うど共に、欠陥深さを検知する信号判１！Ｉｉ処理回路
６と、表示部７と、送信部に給電するためのバッテリー
回路８と、バッテリー回路の出力の低下を判断する低下
判断回路９とから構成されている。

前記信号判断処理回路６は、送信パルスのレベルＬｏ＝
５Ｖとしたとき、第１のしきい値レベル１＋　＝　０．
５Ｖと第２のしきい値レベルＬ２＝１゜ＯＶとによって
、信号レベルを分割し、ＬｌとＬ２の間に信号レベルが
あるか否かで被測定物とマルチ探触子との接触状態の可
否を判断するように構成されており、否であるときは表
示部７に警報が発生せしめられ、可であるときは、欠陥
エコーの右前を検出し、ある場合は出現時（ずなゎちし
きい値レベルＬ１との交差時）から欠陥の深さを等比す
るようにしたものである。

また、マルチ探触子１は、第２図に示す如く、ケース１
１の下部開口側に、アクリル樹脂がらなり互いに対称に
配置されたレンズ１２ａ、１２ｂとこれらのレンズ１２
ａ、１２ｂの外側面に形成された斜面Ｓ１．Ｓ２上に、
夫々配設せしめられた送信用の超音波振動子１ａ、１ｂ
とレンズ１２ａ、１２ｂの間に防振材１３を介してケー
ス１１の中心１．ｊに合致するように配設された受信用
振動子１Ｃとから構成されている。１４は吸音材、１５
は高ダンピング材である。

また上記斜面８１．８２は、各送信用振動子１ａ、１ｂ
の面に垂直な軸線がケース１１の中心軸線ｌに対しそれ
ぞれ等しい角度θをなすように形成されており、各撮動
子から同時に超音波が送出された場合、これらの波は各
レンズ１２ａ。

１２ｂを介して受信用振動子１ｃの下方に位置する中心
軸線！上の点Ｏで交差し合成される。

次に、この超音波探傷装置の動作について説明する。

第２図に示す如く、被測定物１６の表面にマルチ探触子
１を配置した状態でパルス発生回路２がら所定周期で同
期信号が出力されると、この同期信号によって送信部３
がトリガされる。

その結果、各送信用振動子１ａ、１ｂより所定周波数（
例えば５ＭＨ，ｚ）の超音波が上記同期信号の周期で同
時に送出され、被測定物を伝搬する。

そして、被測定物１６からのエコーを受信用振動子１Ｃ
を介してとり出し、受信部で層幅したのち、ゲート回路
に入力せしめる。

このゲート回路は、前記パルス発生回路２がらの同期信
号でトリガされてゲート信号を作成するように構成され
ており、ゲート信号の発生期間（Ｔ１〜Ｔ２　）中にお
いてのみ受信部の出力を通過させ、信号判断処理回路に
入力する。

ところで受信部の出力波形は第３図に示す如くであった
とする。

Ｐａは送信パルス（５Ｖ）であり、Ｎはノイズエコー、
Ｒは欠陥エコーを示すものと考えられる。

時刻Ｔ１からＴ２の間の出力が入力される信号判断処理
回路では、第４図にフローチャートを示ずように、ノイ
ズエコーがレベルし１とＬ２の間にあるか否かを判断し
く動作００１　）ＬｌとＬ２の間にあれば（Ｙ　ｅ　ｓ
　ＯＯ’２　）　ＩＺ触子、ケーブル、本体および探触
子と被測定物との間の接触状態も良好であり、否（Ｎｏ
００３）であれば、これらのいずれかに不良があると判
断する。またレベル上１以下であれば探触子、ケーブル
又は本体に不良があると判断する。

第３図に示すような出力波形を得た場合は、ノイズエコ
ーＮのレベルＬＮはＬｌ　＜ＬＮ　＜Ｌ２であるからす
べて良好であると判断され、判断処理回路では更に、欠
陥エコーＲの有無を判断し、ある場合は位置を検出し、
表示部に出力せしめる。

一方、不良である場合は、表示部に警報が出ざれる。

また、バッテリが低下すればエコーレベルは低下するた
め誤動作を招き易い。従って低下判断回路で所定の電圧
以下になった場合に、警報を出すようにしている。

このようにして容易に自己判断がなされ、誤った表示が
なされるのを防止している。

ところで、ケーブルノイズＫがあった場合は必ず、第５
図に示す如く、送信波の交差位置すなわち時間Ｔ３以降
に発生するため、第６図に示すように、信号処理判断回
路６０の入力ではな、く出力にゲート判断回路５０を接
続するようにし、ゲート判□断回路ではＴ１〜ｒ２．Ｔ
３以降と２段階の信号抽出を行なうことによりケーブル
ノイズによる不良も検出可能であるなお、実施例ではしきい値レベルＬ１，１２を送信パル
スのし、ベルＬｏ＝５Ｖに対し夫々０．５Ｖ。

１、ＯＶにとったが、送信パルスのレベルをＬｏとした
とき　　０．ＩＬｏ≦Ｌ１≦　０．１４　Ｌ。

Ｏ，２Ｌｏ≦Ｌ２≦０．２８　Ｌ。

の２式を満たすようにすればよいことが実験結果かられ
かっている。

また、実施例では２つの送信側振動子および１つの受信
側振動子を用いた例について説明したが、夫々２つおよ
び１つに限定されることなく更に多数の振動子を用いる
ようにしてもよいことはいうまでもない。

［発明の効果］以上説明してきたように、本発明によれば、ろマルチ探
触子を用いた超音波探１カ装置において、出力エコーの
信号レベルを所定のしきい値Ｌ１．Ｌ２　　（送信パル
スのレベルをＬｏとしたとき０．１１０　＜１１　＜　
０．１４１ｏ　、　　０．２Ｌｏ　＜Ｌ２＜　０．２８
　Ｌｏ　）で区分し、Ｌｌ、Ｌ２の間にエコーレベルが
あるか否かを判断する判定手段を具備せしめているため
、装置自体および装置と被測定物との接触状態が良好で
あるか否かの自己判断が容易に可能であり、信頼性の高
い超音波探傷装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明実施例の超音波探傷装置のブロック図
、第２図は同装置で用いられるマルチ探触子を示す図、
第３図は受信部の出力波形を示す図、第４図は信号判断
処理回路のフローチャート図、第５図は、ケーブルノイ
ズのある場合の受信部の出力波形を示す図、第６図は、
本発明の変形例を示す図、第７図は、従来例のポータプ
ル探傷１ｊのブロック図、第８図（ａ）乃至［ｅ）は、
同装置の原理説明図、第９図［ａ）乃至（ｄ）は同装置
の自己判断動作のフローチャート、第１０図は、マルチ
探触子を用いた従来の超音波探傷装置を示す図である。１ａ、ｌｂ・・・送信用振動子、１Ｃ・・・受信用振動
子、ユ・・・マルチ探触子、２・・・パルス発生回路、
３・・・送信部、４・・・受信部、５・・・ゲート回路
、６・・・信号判ｌ！Ｆｉ処理回路、７・・・表示部、
８・・・バッテリー回路、９・・・低下判断回路、１１
・・・ケース、１２ａ。１２ｂ・・・レンズ、８１．８２・・・斜面、１３・・
・防振材、１４・・・吸音材、１５・・・高ダンピング
材、１６・・・被測定物、Ｐａ・・・送信パルス、Ｎ・
・・ノイズエコー、Ｒ・・・欠陥エコー、Ｋ・・・ケー
ブルエコー、１００・・・パルスＴｔ、生器、１０１・
・・送信部、１０２・・・振ｖＪ子、１０３・・・被測
定物、１０４・・・受信部、１０５・・・ゲート、１０
６・・・計数部、１０７・・・クロック発振器、１０８
・・・高速演算部、１０９・・・表示部。第１図 □時間第３図 □時間第５図第６図第７図第８図（０）第８図（ｂ）第８図（Ｃ）第８図（ｄ）第８図（ｅ）第９図（０）第９図（ｂ）第９図（Ｃ）第９図（ｄ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被測定物内の所定深さ位置で互いに交差するよう
に、被測定物に対して所定の角度を有して超音波を送信
せしめる複数の送信用振動子と、被測定物からのエコー
を受信する受信用振動子とを具えたマルチ探触子と、該受信用振動子の出力から被測定物の欠陥を検出する処
理回路と、該処理回路の出力に基ずいて被測定物の欠陥位置を表示
する表示部とを具えた超音波探傷装置において、前記処理回路が、受信用振動子の出力波を２つのしきい値Ｌ＿１およびＬ
＿２（０．１０Ｌ＿０≦Ｌ＿１≦０．１４Ｌ＿０、０．
２Ｌ＿０＜Ｌ＿２＜０．２８Ｌ＿０、Ｌ＿０：送信パル
スレベル）によって区分し、Ｌ＿１とＬ＿２の間にエコ
ーレベルが存在するか否かを判断し、装置および装置と
被測定物との接触状況の良否を自己判断する判断回路を
有することを特徴とする超音波探傷装置。
（２）被測定物内の所定深さ位置で互いに交差するよう
に、被測定物に対して所定の角度を有して超音波を送信
せしめる複数の送信用振動子と、被測定物からのエコー
を受信する受信用振動子とを具えたマルチ探触子と、該受信用振動子の出力から被測定物の欠陥を検出する処
理回路と、該処理回路の出力に基ずいて被測定物の欠陥位置を表示
する表示部とを具えた超音波探傷装置において、前記処理回路が、受信用振動子の出力波を所定のしきい値レベルによって
区分し、その区分された領域のうちいかなる領域にエコ
ーレベルが存在するかによって装置あるいは装置と被測
定物との接触状況の良否を自己判断する判断回路と、送信波のレベル低下を検出する低下判断回路とを有する
ことを特徴とする超音波探傷装置。