JPS63246656A

JPS63246656A - 超音波探傷装置

Info

Publication number: JPS63246656A
Application number: JP62080077A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Furuya; 古谷　伸昭; Tsutomu Yano; 屋野　勉
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-04-01
Filing date: 1987-04-01
Publication date: 1988-10-13

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】産業上の利用分野本発明は、金属などの固体中の傷などを非破壊で探す超
音波探傷装置に関するものである。

従来の技術最近、固体中の傷など、内部状態を非破壊で検出する超
音波探傷装置が急速に発展し、実用化されている。この
従来の超音波探傷装置としては、例えば、「超音波技術
便覧」日刊工業新聞社などに記載されている構成が知ら
れている。以下、従来の超音波探傷装置について説明す
る。

金属などの被検物体の表面に送波装置の送波トランスデ
ューサを付着させ、これより被検物体に超音波（多くは
縦波）を送波し、被検物体中で反射、散乱１回折した超
音波を受波装置の受波トランスデューサで受ける（送波
と受波のトランスデューサが同一の場合も多い）。超音
波の伝播路中に傷などの欠陥がある場合、この傷などに
より超音波が反射、散乱、回折などしてそれが受波装置
により受波され、受信信号となる。そして受信信号に正
常では見られない信号を検出することにより、被検物体
中の傷や欠陥などを検出することができる。

発明が解決しようとする問題点しかし、以上のような従来の構成では、以下に述べるよ
うな問題点があった。

上述した受信信号は被検物体からの数多くの信号が重畳
している。すなわち、被検物体の端面の超音波反射によ
る信号や、端面で反射した超音波が本来の伝播方向と異
なる方向に伝播して被検物体の本来の伝播方向と異なる
部分での反射、散乱による信号などが混じるため、数個
以上の信号がしばしば重畳し、それらの信号を分離する
ことが困難なために傷や欠陥の判定が困難となる事が多
い。また、被検物体に具体的な割れなどの欠陥が生じる
前段階の大きな歪や応力が発生した状態では大きな反射
、散乱などが生ぜず判定が困難であった。

そこで、本発明は、被検物体中の傷や欠陥を明確に判定
することができ、また割れなどの欠陥が生じる前段階の
大きな歪や応力の状態も検出することができるようだし
た超音波探傷装置を提供しようとするものである。

問題点を解決するだめの手段そして上記問題点を解決するための本発明の技術的な手
段は、同一伝播方向で異なる複数変位方向の偏波を有す
る超音波を固体の被検物体中に送波する送波装置と、上
記各超音波に対応する受信信号を独立に受波する受波装
置と、この受波装置で受けた受波信号の偏波による差異
を検出する信号処理装置とを備えたものである。

作　　用上記技術的手段による作用は次のようになる。

すなわち、被検物体中に同一伝播方向で異なる複数変位
方向の偏波を有する超音波を送波し、被検物体中で反射
、散乱１回折、透過などしだ受波信号を受波装置により
受け、各受波信号の偏波による差異を信号処理装置によ
り検出するので、数多くの重畳した信号を区別し、被検
物本中の傷、欠陥、歪などを判定することができる。

実施例以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。

まず、本発明の第１実施例について説明する。

第１図は本発明の第１実施例における超音波探傷装置を
示す構成図である。第１図において、１は超音波の送波
装置で、几Ｆパルス発生器２、送波トランスデユーサ３
、送波切換器４より構成されている。５は超音波の受波
装置で、受波トランスデューサ６、受波切換器７．アン
プ８よシ構成されている。９は信号処理装置、１０は固
体の被検物体。１１は送波装置１より被検物体１０中に
送波された超音波、１２は被検物体１０の溝、１３は被
検物体１０の欠陥、１４は検出信号である。

次に上記実施例の動作について説明する。

、　　送波装置１の送波トランスデユーサ３より発生し
た超音波１１は被検物体１０の中で反射、散乱、回折、
透過などして受波装置５の受波トランスデユーサ６によ
り受波される。ここで、図示例のように被検物体１０の
溝１２が欠陥１３と近接するような場合には、欠陥１３
よりの反射超音波Ａ′と溝１２による反射超音波Ｂ′は
受波装置５で受けるとほぼ同時に受信信号となって重畳
し、非常に区別が困難となり、欠陥１３の有無を判定す
ることができない。しかし、固体の被検物本１０中を伝
播する超音波で横波は一般に偏波する性質がある。

そこで、本発明においては、切換器４で送波トランスデ
ューサ３を切換えることにより同一伝播方向で、異なる
２つの偏波した横波を発生可能にしてあり、例えば始め
に図中に示すＸ方向に変位方向がある偏波の横波を送波
するために、送波切換器４と受波切換器７を接点ａに接
続して装置全体を働かせ、受波装置５で受信した信号を
信号処理装置９に送り、その受信信号をデジタル化して
メモリなどに記録しておく。次に、Ｘ方向に変位方向が
ある偏波の横波を送波または受波するために、送波切換
器４と受波切換器７を接点すに接続して装置全体を働か
せ、受信した信号を信号処理装置９に送り、先に記録し
たＸ方向変位の受信信号と比較する。溝１２などの平担
で超音波の伝播方向と垂直な面からの反射はＸ方向偏波
とＸ方向偏波で同じため、受信信号はＸ方向偏波とＸ方
向偏波で差異を生じない。しかし、一般に超音波１１の
伝播方向と垂直でない傾いた面の反射は偏波面により反
射率が異り、欠陥１３などのように不規則な表面を持つ
場合は傾いた多くの面の集合体であるため１反射率が偏
波面により異なる（反射の振幅や位相が異なる）。その
ため、受信信号の振幅や位相に差異を生ずる。これによ
り、欠陥１３か溝１２かの判定が可能となる。ここでは
溝１２を例にとって説明したが、溝以外でも本来の被検
物体１０の構成の一部と近接した欠陥などに有効である
。

次に本発明の第２実施例について説明する。第２図は本
発明の第２実施例を示す構成図である。

第２図において、第１図と同一部材については同一符号
を付してその説明を省略する。

本実施例においては、送波装置１の送波トランスデュー
サ３と受波装置５の受波トランスデユーサ６が被検物体
１０を介して互いに対向するように配置されている。図
中、１５は被検物本１０中の応力が入った応力領域、１
６は内部応力方向を示している。

次に上記実施例の動作について説明する。

被検物体１０の内部に大きな応力や歪が生じた応力領域
１５が発生しているだけの場合には、超音波はほとんど
反射や散乱されず、また透過する超音波の振幅にも変化
を生じないため、従来は検出が非常に困難であった。し
かし、本発明においては、上記第１実施例で説明したと
同様に送波と受波の切換器４と７を接点ａに接続し、Ｘ
方向変位の偏波した横波で送波装置１から超音波１１を
被検物体１０に送波し、この超音波１１を受波装置５で
受信し、この受信信号を信号処理装置９に記録する。次
に送波と受波の切換器４と７を接点すに接続し、Ｘ方向
変位の偏波した横波で送波装置１から超音波１１を被検
物ｔ＊１０に送波し、この超音波１１を受波装置５で受
信し、この受信信号と先に記録されたＸ方向変位の受信
信号とを比咬する。応力領域１５に例えばＸ方向に内部
応力方向１６があるとすると、被検物体１０はＸ方向偏
波の横波とＸ方向偏波の横波の速度が応力領域１５では
わずかに異なってくるため、Ｘ方向とＸ方向の偏波の受
信信号で送信から受信までの時間が少し異なる事になる
。このわずかな時間差は通常、受信信号の位相の差とな
って表われるため、信号処理装置９により上記の異なる
偏波の信号の位相を比較することにより内部応力の検出
が可能となる。

以上述べたように、被検物体１０：の構造の一部と近接
した判別困難な欠陥や傷の判別や、内部応力や歪の大き
く入った状態の検出が可能となる。

なお、上記第１実施例では、送波トランスデューサ３と
受波トランスデユーサ６を別にしであるが、同一のトラ
ンスデユーサを電子的に切換えて使用することも可能で
ある。また上記各実施例では、直線偏差の直交する２つ
の横波を使用した場合について説明したが、この他、右
回りや左回りの円偏波や橢円偏波などを使用することも
できる。

次に、送波、受波トランスデユーサ３．６の具体例につ
いて第３図（ａ）〜（Ｃ）を参照しながら説明する。第
３図（ａ）〜（Ｃ）はトランスデユーサの構成図で、同
図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図、同図ｆｃ）は
底面図である。

第３図に示すように第１の圧電振動子３１と第２の圧電
撮動子３２とより構成されている。第１の圧電振動子３
１はＸカットのＬｉＮｂＯ３板などの圧電材料よりなる
第１の圧電層３３の両面に電極３４が設けられ、第１の
変位方向３７のように変位振動する。第２の圧電振動子
３２は上記第１の圧電層３３と９０’回転した方向の圧
電材料よりなる第２の圧電層３５の両面に電極３４が設
けられ、第２の変位方向３８のように変位移動する。

これら第１と第２の圧電振動子３１と３２は一体化され
、電極３４より端子３６ａ、３６ｂ、３’６ｃが引出さ
れている。

そして端子３６ａ、３６ｂ間経高周波電気信号を印加す
ると、第１の圧電振動子３１より第１の変位方向３７の
偏波を持つ横波を発生させ、端子３６ｂ、３６ｃ間に高
周波電気信号を印加すると、第２の圧電振動子３２より
第２の変位方向３８の偏波を持つ横波を発生させること
ができる。上記と逆の原理で、第１の圧電振動子３１に
より第１の変位方向の崩波を検出し、端子３６ａ、３６
ｂ間に電気的に出力し、第２の圧電振動子３２により第
２の変化方向の横波を検出し、端子３６ｂ、３６ａ間に
電気的に出力することができる。このトランスデューサ
は被検物体１０の表面に樹脂接着したり、粘性の高い材
料を間に入れて被検物体１００表面に押付けたりするこ
とにより送波や受波のトランスデユーサとして使用する
ことができる。

なお、被検物体１０に上記トランスデユーサの第２の、
圧電撮動子３２側の底面を付けると、第１の圧電振動子
３１の撮動は第２の圧電撮動子３２を通過して被検物体
１０に入るので、第２の圧電撮動子を超音波が通過する
時間遅れる。この遅れは遅延時間を偏波方向で厳密に比
較する時は問題となるが、この遅延時間は一定であるの
で、事前に測定して比較の時の補正をすれば良く、本質
的な問題とはならない。この事は受波トランスデユーサ
として使用した時にも言える。また第１の圧電撮動子３
１と第２の圧電振動子３２に位相差や据咥差を持った高
周派電気信号を印すロすることにより、右回りや左回り
の円偏波や橢円偏波の送波が可能な送波トランスデュー
サとしても動作させ、逆の原理で、第１の圧電振動子３
１と第２の圧電振動子３２の電気信号を位相差や振幅差
を与えて加算することにより右回りや左回りの円偏波や
橢円偏波の受波が可能な受波トランスデューサとして動
作させることができる。

発明の効果以上述べたように本発明によれば、送波装置より同一伝
播方向で異なる複数の変位方向の偏波を有する超音波を
固体の被検物本中に送波し、各受波信号を受波装置によ
り独立に受波し、信号処理装置により各受波信号の偏波
による差異を検出するようにしているので、被検物本中
の欠陥や傷を明確に判別することができ、また内部の応
力状態、　も検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例における超音波探傷装置を
示す構成図、第２図は本発明の第２実施例を示す構成図
、第３図（ａ）〜（Ｃ１は本発明に用いるトランスデュ
ーサの具体例を示し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂＪ
は正面図、同図１（Ａは底面図である。１・・・送波装置、２・・・ｎＦパルス発生器、３・・
・送波トランスデューサ、４・・・送波切換器、５・・
・受波装置、６・・・受波トランスデユーサ、７・・・
受波切換器、８・・・アンプ、９・・・信号処理装置、
１０・・・被検物体、１１・・・超音波、１３・・・欠
陥、３１・・・第１の圧電振動子、３２・・・第２の圧
電撮動子、３３・・・第１の圧電層、３４・・・電極、
３５・・・第２の圧電層。３６ａ、３６ｂ、３６ｃ　・一端子。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
蓼第２図５ｖ我峡１第３図３３菊ｚ、７１文盛方梠

Claims

【特許請求の範囲】

（１）同一伝播方向で異なる複数変位方向の偏波を有す
る超音波を固体の被検物体中に送波する送波装置と、上
記各超音波に対応する受波信号を独立に受波する受波装
置と、この受波装置で受けた各受波信号の偏波による差
異を検出する信号処理装置とを備えたことを特徴とする
超音波探傷装置。
（２）送波装置と受波装置のトランスデューサが一体化
されている特許請求の範囲第１項記載の超音波探傷装置
。
（３）送波装置と受波装置のトランスデューサが第１の
変位方向に変位振動する第１の圧電振動子と、この第１
の圧電振動子の変位方向と直交する第２の変位方向に変
位振動する第２の圧電振動子を一体化している特許請求
の範囲第１項または第２項記載の超音波探傷装置。