JP2000283967A - 自動超音波探傷装置 - Google Patents
自動超音波探傷装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 サイズ替え時に発生する検査ラインの停止時
間を短縮し、安価で、かつ欠陥検出能の安定した自動超
音波探傷装置を得る。 【解決手段】 ウオームの回転を左右の水平方向に移動
させるウオームホイルシャフトと、互いに逆方向に超音
波を送受信する１種類の斜角探触子を取付けたスライド
プレートと、１種類の垂直探触子と１種類の探触子ホル
ダーとを備えたものである。
間を短縮し、安価で、かつ欠陥検出能の安定した自動超
音波探傷装置を得る。 【解決手段】 ウオームの回転を左右の水平方向に移動
させるウオームホイルシャフトと、互いに逆方向に超音
波を送受信する１種類の斜角探触子を取付けたスライド
プレートと、１種類の垂直探触子と１種類の探触子ホル
ダーとを備えたものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は鉄鋼ラインの中で
も特に断面形状が円柱状のビレット、棒材等の内部に存
在するきずをオンラインで検査するための自動超音波探
傷装置の改良に関するものである。
も特に断面形状が円柱状のビレット、棒材等の内部に存
在するきずをオンラインで検査するための自動超音波探
傷装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は従来の自動超音波探傷装置におけ
る探触子と探触子ホルダーを示す断面図である。図にお
いて１は丸棒等の被検材、２は被検材１の中心に対して
超音波を送受信する垂直探触子、３は反時計方向に被検
材１表面に対して斜めに超音波を送受信する第１の斜角
探触子、４は時計方向に被検材１表面に対して斜めに超
音波を送受信する第２の斜角探触子、５は上記垂直探触
子２を取付けるスペーサ、６は上記斜角探触子３、４を
取付けるスペーサ、７は上記スペーサ５、６を所定の位
置で固定する探触子ホルダー、８は探触子ホルダー７の
内側に満たされた水等から成る接触媒質、９は被検材１
のほぼ中心付近に存在するきず、１０は被検材１の外表
面付近に存在するきず、Ｌ１は垂直探触子２と被検材１
表面との距離、Ｌ２は斜角探触子３、４と被検材１表面
との距離である。
る探触子と探触子ホルダーを示す断面図である。図にお
いて１は丸棒等の被検材、２は被検材１の中心に対して
超音波を送受信する垂直探触子、３は反時計方向に被検
材１表面に対して斜めに超音波を送受信する第１の斜角
探触子、４は時計方向に被検材１表面に対して斜めに超
音波を送受信する第２の斜角探触子、５は上記垂直探触
子２を取付けるスペーサ、６は上記斜角探触子３、４を
取付けるスペーサ、７は上記スペーサ５、６を所定の位
置で固定する探触子ホルダー、８は探触子ホルダー７の
内側に満たされた水等から成る接触媒質、９は被検材１
のほぼ中心付近に存在するきず、１０は被検材１の外表
面付近に存在するきず、Ｌ１は垂直探触子２と被検材１
表面との距離、Ｌ２は斜角探触子３、４と被検材１表面
との距離である。
【０００３】従来の自動超音波探傷装置は図５のように
構成されており、例えば被検材１の外径範囲がφ１８か
らφ１３１まで存在する場合には上記外径範囲をφ１８
からφ３４までの範囲をサイズ１区分、φ３５からφ７
４までの範囲をサイズ２区分、φ７５からφ１３１まで
の範囲をサイズ３区分というように分類し、上記サイズ
区分内で所定のＳ／Ｎが確保できるように垂直探触子２
と斜角探触子３、４の条件（周波数、振動子寸法、音響
レンズの曲率半径）と、垂直探触子２と被検材１表面と
の距離Ｌ１、及び斜角探触子３、４と被検材１表面との
距離Ｌ２を設定する。また、上記サイズ区分毎に外径寸
法の異なる探触子ホルダー７をサイズ区分の数だけ備
え、被検材１の外径寸法が上記に示す１つのサイズ区分
の範囲内で変化する場合にはスペーサ５、６を交換して
常に垂直探触子２と被検材１表面との距離Ｌ１と、斜角
探触子２と被検材１表面との距離Ｌ２とを一定となるよ
うにして使用する。すなわち、上記の様にサイズ区分内
で距離Ｌ１、Ｌ２が一定であることは、特に垂直探触子
２と被検材１表面間を超音波が何回も往復して発生する
多重エコーのパターンが区分毎にほぼ決定されるため、
送信の繰返し周波数を容易に決定することができ、さら
に斜角探触子３、４においては被検材１表面に対して常
に一定の角度で超音波を送受信できる条件を整えること
になる。
構成されており、例えば被検材１の外径範囲がφ１８か
らφ１３１まで存在する場合には上記外径範囲をφ１８
からφ３４までの範囲をサイズ１区分、φ３５からφ７
４までの範囲をサイズ２区分、φ７５からφ１３１まで
の範囲をサイズ３区分というように分類し、上記サイズ
区分内で所定のＳ／Ｎが確保できるように垂直探触子２
と斜角探触子３、４の条件（周波数、振動子寸法、音響
レンズの曲率半径）と、垂直探触子２と被検材１表面と
の距離Ｌ１、及び斜角探触子３、４と被検材１表面との
距離Ｌ２を設定する。また、上記サイズ区分毎に外径寸
法の異なる探触子ホルダー７をサイズ区分の数だけ備
え、被検材１の外径寸法が上記に示す１つのサイズ区分
の範囲内で変化する場合にはスペーサ５、６を交換して
常に垂直探触子２と被検材１表面との距離Ｌ１と、斜角
探触子２と被検材１表面との距離Ｌ２とを一定となるよ
うにして使用する。すなわち、上記の様にサイズ区分内
で距離Ｌ１、Ｌ２が一定であることは、特に垂直探触子
２と被検材１表面間を超音波が何回も往復して発生する
多重エコーのパターンが区分毎にほぼ決定されるため、
送信の繰返し周波数を容易に決定することができ、さら
に斜角探触子３、４においては被検材１表面に対して常
に一定の角度で超音波を送受信できる条件を整えること
になる。
【０００４】次に超音波の伝搬について説明すると、垂
直探触子２から被検材１中心に向かって送信された超音
波は探触子ホルダー７内に充満された接触媒質８を経由
して中心付近のきず９に到達して、再び逆の経路で反射
して垂直探触子２に受信され、斜角探触子３から接触媒
質８を経由して被検材１表面の所定の位置に斜めに送信
された超音波はスネルの法則により被検材１の外表面部
方向に伝搬して外表面付近のきず１０に到達して再び逆
の経路で反射して斜角探触子３に受信される。
直探触子２から被検材１中心に向かって送信された超音
波は探触子ホルダー７内に充満された接触媒質８を経由
して中心付近のきず９に到達して、再び逆の経路で反射
して垂直探触子２に受信され、斜角探触子３から接触媒
質８を経由して被検材１表面の所定の位置に斜めに送信
された超音波はスネルの法則により被検材１の外表面部
方向に伝搬して外表面付近のきず１０に到達して再び逆
の経路で反射して斜角探触子３に受信される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の自動超音波探傷
装置では被検材１のサイズが変化する場合には探触子ホ
ルダー７の交換や、スペーサ５、６を交換するために検
査ラインを３０分程度止めて作業しなければならないと
言う課題があり、さらにサイズ区分毎に探触子ホルダー
７やスペーサ５、６を複数保有しなければならず、装置
の価格が高くなるという課題があった。
装置では被検材１のサイズが変化する場合には探触子ホ
ルダー７の交換や、スペーサ５、６を交換するために検
査ラインを３０分程度止めて作業しなければならないと
言う課題があり、さらにサイズ区分毎に探触子ホルダー
７やスペーサ５、６を複数保有しなければならず、装置
の価格が高くなるという課題があった。
【０００６】また、垂直探触子２が最低でも被検材１の
外径サイズ区分の数だけ必要となり、装置の価格が高く
なるという課題があった。
外径サイズ区分の数だけ必要となり、装置の価格が高く
なるという課題があった。
【０００７】また、斜角探触子３、４が最低でも被検材
１の外径サイズ区分の数だけ必要となり、装置の価格が
高くなるという課題があった。
１の外径サイズ区分の数だけ必要となり、装置の価格が
高くなるという課題があった。
【０００８】この発明はかかる課題を解決するためにな
されたものであり、被検材の外径サイズがφ１８からφ
１３１の範囲において１個の探触子ホルダーと１種類１
個の垂直探触子と１種類２個の斜角探触子で構成し、被
検材の外径サイズ変更時に発生する検査ラインの停止時
間の短縮と、安価な装置を提供することを目的としてい
る。
されたものであり、被検材の外径サイズがφ１８からφ
１３１の範囲において１個の探触子ホルダーと１種類１
個の垂直探触子と１種類２個の斜角探触子で構成し、被
検材の外径サイズ変更時に発生する検査ラインの停止時
間の短縮と、安価な装置を提供することを目的としてい
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明における自動超
音波探傷装置においては、２個の斜角探触子の被検材中
心からの垂直距離を一定に保ちつつお互いの２個の斜角
探触子の中心位置を被検材中心に対して水平方向で互い
に逆方向に移動させる右ネジ部と左ネジ部をそれぞれの
端に備えたウオームホイルシャフトと、上記ウオームホ
イルシャフトの右ネジ部に結合される第１のナットと、
左ネジ部に結合される第２のナットと、上記第１、第２
のそれぞれのナットに結合されたスライドプレートと、
上記スライドプレートに固定されて互いに逆方向に斜め
に超音波を送受信する２個の斜角探触子と、上記２個の
斜角探触子の水平方向における中心線上で、かつ上記斜
角探触子に対して１８０゜対向する位置で固定配置され
る１個の垂直探触子と、上記ウオームホイルシャフトと
スライドプレートと２個の斜角探触子と１個の垂直探触
子とを保持しながら被検材の外周面上を回転するホルダ
ーとを備えたものである。
音波探傷装置においては、２個の斜角探触子の被検材中
心からの垂直距離を一定に保ちつつお互いの２個の斜角
探触子の中心位置を被検材中心に対して水平方向で互い
に逆方向に移動させる右ネジ部と左ネジ部をそれぞれの
端に備えたウオームホイルシャフトと、上記ウオームホ
イルシャフトの右ネジ部に結合される第１のナットと、
左ネジ部に結合される第２のナットと、上記第１、第２
のそれぞれのナットに結合されたスライドプレートと、
上記スライドプレートに固定されて互いに逆方向に斜め
に超音波を送受信する２個の斜角探触子と、上記２個の
斜角探触子の水平方向における中心線上で、かつ上記斜
角探触子に対して１８０゜対向する位置で固定配置され
る１個の垂直探触子と、上記ウオームホイルシャフトと
スライドプレートと２個の斜角探触子と１個の垂直探触
子とを保持しながら被検材の外周面上を回転するホルダ
ーとを備えたものである。
【００１０】また、垂直探触子は周波数を７ＭＨｚ、振
動子寸法を２０ｍｍ、音響レンズ（音速２５００ｍ／
ｓ）の曲率半径を８０ｍｍとしたものである。
動子寸法を２０ｍｍ、音響レンズ（音速２５００ｍ／
ｓ）の曲率半径を８０ｍｍとしたものである。
【００１１】また、斜角探触子は周波数を５ＭＨｚ、振
動子寸法を２８ｍｍ、音響レンズ（音速２５００ｍ／
ｓ）の曲率半径を４７．５ｍｍとしたものである。
動子寸法を２８ｍｍ、音響レンズ（音速２５００ｍ／
ｓ）の曲率半径を４７．５ｍｍとしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１を示す自動超音波探傷装置を示す断面図で
ある。図において１〜１０は従来の装置と同じであり、
１１はこの発明による垂直探触子、１２はこの発明によ
る斜角探触子、１３はウオーム、１４はウオームホイル
シャフト、１５はスライドプレート、１６ａは右ネジ
部、１６ｂは左ネジ部、１７は第１のナット、１８は第
２のナット、１９は探触子ホルダー、Ｘ−Ｘ’は被検材
１の中心を通る水平な中心線、Ｙ−Ｙ’は被検材１の中
心を通る垂直な中心線、Ｙ１は被検材１の中心から垂直
探触子１１表面までの距離、Ｙ２は被検材１の中心から
斜角探触子１２表面までの距離、Ｘ１は斜角探触子１２
の中心と被検材１中心線Ｙ−Ｙ’間の偏芯量である。
実施の形態１を示す自動超音波探傷装置を示す断面図で
ある。図において１〜１０は従来の装置と同じであり、
１１はこの発明による垂直探触子、１２はこの発明によ
る斜角探触子、１３はウオーム、１４はウオームホイル
シャフト、１５はスライドプレート、１６ａは右ネジ
部、１６ｂは左ネジ部、１７は第１のナット、１８は第
２のナット、１９は探触子ホルダー、Ｘ−Ｘ’は被検材
１の中心を通る水平な中心線、Ｙ−Ｙ’は被検材１の中
心を通る垂直な中心線、Ｙ１は被検材１の中心から垂直
探触子１１表面までの距離、Ｙ２は被検材１の中心から
斜角探触子１２表面までの距離、Ｘ１は斜角探触子１２
の中心と被検材１中心線Ｙ−Ｙ’間の偏芯量である。
【００１３】上記のように構成された自動超音波探傷装
置では垂直探触子１１は被検材１の垂直な中心線Ｙ−
Ｙ’上に固定されているため、被検材１の外径サイズが
φ１８からφ１３１まで変化しても超音波を必ず被検材
１の中心に向けて送受信することができる。一方斜角探
触子１２においては被検材１の外径サイズがφ１８から
φ１３１までの変化しても常に被検材１表面に対する超
音波の入射角を一定にするために、外径サイズの変化に
応じて斜角探触子１２の中心と被検材１の垂直な中心線
Ｙ−Ｙ’との偏芯量Ｘ１を可変させる必要がある。
置では垂直探触子１１は被検材１の垂直な中心線Ｙ−
Ｙ’上に固定されているため、被検材１の外径サイズが
φ１８からφ１３１まで変化しても超音波を必ず被検材
１の中心に向けて送受信することができる。一方斜角探
触子１２においては被検材１の外径サイズがφ１８から
φ１３１までの変化しても常に被検材１表面に対する超
音波の入射角を一定にするために、外径サイズの変化に
応じて斜角探触子１２の中心と被検材１の垂直な中心線
Ｙ−Ｙ’との偏芯量Ｘ１を可変させる必要がある。
【００１４】次に斜角探触子１２の偏芯量Ｘ１の可変方
法について説明する。探触子ホルダー９の外側に突出し
たウオーム１３を回転させると、その回転力はウオーム
ホイルシャフト１４に伝達されてウオームホイルシャフ
ト１４は回転する。この時ウオームホイルシャフト１４
の右端には右ネジ部１６ａ、左端には左ネジ１６ｂをそ
れぞれ取付けておくことにより、上記右ネジ部１６ａと
左ネジ部１６ｂの回転力を受ける第１のナット１７と第
２のナット１８はそれぞれ被検材１の垂直な中心線Ｙ−
Ｙ’に対してお互いに接近したり、遠ざかったりするよ
うに線対称な動きをする。上記第１のナット１７と第２
のナット１８にはスライドプレート１５が取付けられ、
さらにスライドプレート１５にはそれぞれ斜角探触子１
２が取付けられているため、ウオーム１３の回転に合わ
せて２個の斜角探触子１２はそれぞれの偏芯量Ｘ１を可
変する動作が可能となり、被検材１の外径サイズがφ１
８からφ１３１まで変化してもウオーム１３の回転数を
自動制御するだけで被検材１表面に対するそれぞれの斜
角探触子１２から送受信される超音波の入射角を一定に
制御できる。
法について説明する。探触子ホルダー９の外側に突出し
たウオーム１３を回転させると、その回転力はウオーム
ホイルシャフト１４に伝達されてウオームホイルシャフ
ト１４は回転する。この時ウオームホイルシャフト１４
の右端には右ネジ部１６ａ、左端には左ネジ１６ｂをそ
れぞれ取付けておくことにより、上記右ネジ部１６ａと
左ネジ部１６ｂの回転力を受ける第１のナット１７と第
２のナット１８はそれぞれ被検材１の垂直な中心線Ｙ−
Ｙ’に対してお互いに接近したり、遠ざかったりするよ
うに線対称な動きをする。上記第１のナット１７と第２
のナット１８にはスライドプレート１５が取付けられ、
さらにスライドプレート１５にはそれぞれ斜角探触子１
２が取付けられているため、ウオーム１３の回転に合わ
せて２個の斜角探触子１２はそれぞれの偏芯量Ｘ１を可
変する動作が可能となり、被検材１の外径サイズがφ１
８からφ１３１まで変化してもウオーム１３の回転数を
自動制御するだけで被検材１表面に対するそれぞれの斜
角探触子１２から送受信される超音波の入射角を一定に
制御できる。
【００１５】また、被検材１の水平な中心線Ｘ−Ｘ’に
対して垂直探触子１１までの距離Ｙ１と斜角探触子１２
までの距離Ｙ２が被検材１の外径サイズによらずに一定
であるため、探触子ホルダー１９が被検材１の周囲を回
転する装置では常に安定したホルダー１９の回転バラン
スが得られることになる。
対して垂直探触子１１までの距離Ｙ１と斜角探触子１２
までの距離Ｙ２が被検材１の外径サイズによらずに一定
であるため、探触子ホルダー１９が被検材１の周囲を回
転する装置では常に安定したホルダー１９の回転バラン
スが得られることになる。
【００１６】実施の形態２．図２はこの発明による実施
の形態２を示す垂直探触子の断面図、表１は被検材１の
外径が１８ｍｍの時の垂直探触子の中心と被検材中心と
の偏芯による中心きずの感度変化量を示す表、表２は被
検材１が１３１ｍｍの時の垂直探触子の中心と被検材中
心との偏芯による中心きずの感度変化量を示す表であ
る。図において２０は超音波を送受信する振動子、２１
は樹脂から成る音響レンズ、２２はダンパ、Ａは振動子
２０の開口寸法、Ｒは音響レンズ２１の曲率半径、ΔＸ
は被検材１の垂直な中心線Ｙ−Ｙ’と垂直探触子１１の
中心との偏芯量である。
の形態２を示す垂直探触子の断面図、表１は被検材１の
外径が１８ｍｍの時の垂直探触子の中心と被検材中心と
の偏芯による中心きずの感度変化量を示す表、表２は被
検材１が１３１ｍｍの時の垂直探触子の中心と被検材中
心との偏芯による中心きずの感度変化量を示す表であ
る。図において２０は超音波を送受信する振動子、２１
は樹脂から成る音響レンズ、２２はダンパ、Ａは振動子
２０の開口寸法、Ｒは音響レンズ２１の曲率半径、ΔＸ
は被検材１の垂直な中心線Ｙ−Ｙ’と垂直探触子１１の
中心との偏芯量である。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】上記のように構成された垂直探触子１１で
は超音波を送受信する振動子２０の被検材１と対向する
前面側には超音波を収束する目的でエポキシ樹脂等のプ
ラスチックから成る音響レンズ２１を備え、振動子２０
の後面側には振動子２０の自由振動を抑制するダンパ２
２が備えられている。この発明による装置では被検材１
の水平中心Ｘ−Ｘ’と垂直探触子１１との距離Ｙ１が一
定であるため被検材１の外径サイズがφ１８の時は水平
距離Ｌ１が長くなり、外径サイズがφ１３１の時は水平
距離Ｌ１が短くなる。従って、垂直探触子１１の設計の
ポイントはφ１８の被検材１の内部で超音波がなるべく
狭くなる様にすることと、φ１３１の被検材１と垂直探
触子１１との偏芯に対する感度の安定性を両立させるこ
とが必要となる。すなわち、被検材１の表面形状が円筒
状、あるいは円柱状の場合には接触媒質８との音速差か
ら超音波的には被検材１表面は拡散型の音響レンズとな
るため、例えば直径１ｍｍの横穴から成る人工欠陥に対
してＳ／Ｎ比を２６ｄＢ以上得られるようにするために
は超音波ビームを収束させる必要がある。しかし、極度
の収束は被検材１と垂直探触子１１との偏芯に対する感
度の変化を大きくすることになり兼ねないので、最適な
条件を求める必要がある。最適な条件設定においてφ１
８の被検材１外径では音響レンズ２１で超音波を収束す
るより、被検材１表面での超音波の拡散の影響が大きい
ので、表１に示すように振動子２０の開口寸法Ａと音響
レンズ２１の曲率半径Ｒとの組合せにおいて例えば−３
ｄＢより感度変化量が小さい条件の選択肢は広い。一
方、被検材１外径がφ１３１の方は垂直探触子１１に設
けられた音響レンズ２１の影響をまともに受けるので、
製鉄所の実ラインで許容する偏芯（約２ｍｍ）状態でも
欠陥検出感度が大幅（−３ｄＢ）に変化しないようにす
るためには、表２に示すように振動子２０の開口寸法Ａ
が１７．５ｍｍの場合には音響レンズ２１の曲率半径Ｒ
が８０ｍｍの組合せか、振動子２０の開口寸法Ａが２０
ｍｍの場合には音響レンズ２１の曲率半径Ｒが７０ｍｍ
と８０ｍｍの組合せに限定される。すなわち、表１と表
２において振動子２０の開口寸法Ａと音響レンズ２１の
曲率半径Ｒとの組合せ上最も感度変化の少ない条件は振
動子２１の開口寸法Ａが２０ｍｍで音響レンズ２１の曲
率半径Ｒが８０ｍｍで構成した垂直探触子１１となる。
尚、上記音響レンズの音速は２５００ｍ／ｓの場合であ
る。また、被検材１の表面で発生する表面エコーのパル
ス幅を狭くするために高い周波数を選択した方が良い
が、周波数が高すぎると被検材１の組織からの乱反射に
よる林状エコーが発生するため周波数は７ＭＨｚが最適
である。
は超音波を送受信する振動子２０の被検材１と対向する
前面側には超音波を収束する目的でエポキシ樹脂等のプ
ラスチックから成る音響レンズ２１を備え、振動子２０
の後面側には振動子２０の自由振動を抑制するダンパ２
２が備えられている。この発明による装置では被検材１
の水平中心Ｘ−Ｘ’と垂直探触子１１との距離Ｙ１が一
定であるため被検材１の外径サイズがφ１８の時は水平
距離Ｌ１が長くなり、外径サイズがφ１３１の時は水平
距離Ｌ１が短くなる。従って、垂直探触子１１の設計の
ポイントはφ１８の被検材１の内部で超音波がなるべく
狭くなる様にすることと、φ１３１の被検材１と垂直探
触子１１との偏芯に対する感度の安定性を両立させるこ
とが必要となる。すなわち、被検材１の表面形状が円筒
状、あるいは円柱状の場合には接触媒質８との音速差か
ら超音波的には被検材１表面は拡散型の音響レンズとな
るため、例えば直径１ｍｍの横穴から成る人工欠陥に対
してＳ／Ｎ比を２６ｄＢ以上得られるようにするために
は超音波ビームを収束させる必要がある。しかし、極度
の収束は被検材１と垂直探触子１１との偏芯に対する感
度の変化を大きくすることになり兼ねないので、最適な
条件を求める必要がある。最適な条件設定においてφ１
８の被検材１外径では音響レンズ２１で超音波を収束す
るより、被検材１表面での超音波の拡散の影響が大きい
ので、表１に示すように振動子２０の開口寸法Ａと音響
レンズ２１の曲率半径Ｒとの組合せにおいて例えば−３
ｄＢより感度変化量が小さい条件の選択肢は広い。一
方、被検材１外径がφ１３１の方は垂直探触子１１に設
けられた音響レンズ２１の影響をまともに受けるので、
製鉄所の実ラインで許容する偏芯（約２ｍｍ）状態でも
欠陥検出感度が大幅（−３ｄＢ）に変化しないようにす
るためには、表２に示すように振動子２０の開口寸法Ａ
が１７．５ｍｍの場合には音響レンズ２１の曲率半径Ｒ
が８０ｍｍの組合せか、振動子２０の開口寸法Ａが２０
ｍｍの場合には音響レンズ２１の曲率半径Ｒが７０ｍｍ
と８０ｍｍの組合せに限定される。すなわち、表１と表
２において振動子２０の開口寸法Ａと音響レンズ２１の
曲率半径Ｒとの組合せ上最も感度変化の少ない条件は振
動子２１の開口寸法Ａが２０ｍｍで音響レンズ２１の曲
率半径Ｒが８０ｍｍで構成した垂直探触子１１となる。
尚、上記音響レンズの音速は２５００ｍ／ｓの場合であ
る。また、被検材１の表面で発生する表面エコーのパル
ス幅を狭くするために高い周波数を選択した方が良い
が、周波数が高すぎると被検材１の組織からの乱反射に
よる林状エコーが発生するため周波数は７ＭＨｚが最適
である。
【００２０】実施の形態３．図３はこの発明による実施
の形態３を説明する断面図、図４は被検材外径がφ１８
における横軸を音響レンズの曲率半径Ｒ、縦軸を振動子
の開口寸法Ａとして横波による横穴欠陥エコーと縦波に
よる底面エコーとの比を相対変化量で現わしたＳ／Ｎ等
高線図である。図において３０は被検材１中に発生する
横波、３１は被検材１中の略中心を通過する縦波、イは
周波数＝５ＭＨｚ、振動子開口寸法Ａ＝１５ｍｍ、音響
レンズ曲率半径Ｒ＝５０ｍｍの時のＳ／Ｎ特性点、ロは
この発明による斜角探触子１２の条件（周波数＝５ＭＨ
ｚ、振動子開口寸法Ａ＝２８ｍｍ、音響レンズ曲率半径
Ｒ＝４７．５ｍｍ）を含むＳ／Ｎ特性範囲である。
の形態３を説明する断面図、図４は被検材外径がφ１８
における横軸を音響レンズの曲率半径Ｒ、縦軸を振動子
の開口寸法Ａとして横波による横穴欠陥エコーと縦波に
よる底面エコーとの比を相対変化量で現わしたＳ／Ｎ等
高線図である。図において３０は被検材１中に発生する
横波、３１は被検材１中の略中心を通過する縦波、イは
周波数＝５ＭＨｚ、振動子開口寸法Ａ＝１５ｍｍ、音響
レンズ曲率半径Ｒ＝５０ｍｍの時のＳ／Ｎ特性点、ロは
この発明による斜角探触子１２の条件（周波数＝５ＭＨ
ｚ、振動子開口寸法Ａ＝２８ｍｍ、音響レンズ曲率半径
Ｒ＝４７．５ｍｍ）を含むＳ／Ｎ特性範囲である。
【００２１】上記のように構成された斜角探触子１２で
は被検材１の外径サイズが最も小さい時に超音波ビーム
の副ビームが被検材１の中心付近を縦波３１で伝搬して
底面エコーとして受信されるが、上記縦波３１はＳ／Ｎ
特性のノイズの主要因となるため極力レベルを小さくし
なければならない。一方、上記縦波３１は被検材１の外
径が大きくなるにしたがって無視できるレベルまで低下
するため、被検材１の外径範囲としてφ１８からφ１３
１に１種類で対応する斜角探触子１２を得るためには最
小径のφ１８において横波３０によるきずエコーと縦波
３１による底面エコーの比を所定の値（例えば２６ｄＢ
以上）にすることが必要である。
は被検材１の外径サイズが最も小さい時に超音波ビーム
の副ビームが被検材１の中心付近を縦波３１で伝搬して
底面エコーとして受信されるが、上記縦波３１はＳ／Ｎ
特性のノイズの主要因となるため極力レベルを小さくし
なければならない。一方、上記縦波３１は被検材１の外
径が大きくなるにしたがって無視できるレベルまで低下
するため、被検材１の外径範囲としてφ１８からφ１３
１に１種類で対応する斜角探触子１２を得るためには最
小径のφ１８において横波３０によるきずエコーと縦波
３１による底面エコーの比を所定の値（例えば２６ｄＢ
以上）にすることが必要である。
【００２２】上記に示す被検材１の外径がφ１８におけ
る直径１ｍｍの横穴１０からの横波３０エコーと被検材
１の中心付近を通過する縦波３１エコーとの比をＳ／Ｎ
として計算した結果を図４にＳ／Ｎ等高線図として現わ
したが、イの点が周波数５ＭＨｚ、振動子２０の開口寸
法Ａ＝１５ｍｍ、音響レンズ２１の曲率半径Ｒ＝５０ｍ
ｍの条件の斜角探触子１２における実測のＳ／Ｎ点（＝
１６ｄＢ）であり、上記条件では目的のＳ／Ｎ（２６ｄ
Ｂ以上）に対して１０ｄＢ不足しているため、上記条件
を基準にして振動子２０の開口寸法Ａと音響レンズ２１
の曲率半径ＲをパラメータとしてＳ／Ｎ比が２６ｄＢ以
上を満足する条件を計算した結果、図中のロの領域が基
準としたＳ／Ｎ点イに対して９ｄＢから１２ｄＢのＳ／
Ｎ向上範囲であり、実際にこの範囲ロの条件で振動子２
０の開口寸法Ａを２８ｍｍ、音響レンズ２１の曲率半径
Ｒを４７．５ｍｍとして斜角探触子を製作してＳ／Ｎを
実測すると３０ｄＢのＳ／Ｎが得られた。図４によると
振動子２０の開口寸法Ａが２５．５ｍｍ以上の時で音響
レンズ２１の曲率半径Ｒが約４５ｍｍから４９ｍｍ位の
組合せでＳ／Ｎ比として２６ｄＢ以上を満足できるが、
斜角探触子１２の製造誤差を考慮しつつ小型化を図るた
めには振動子２０の開口寸法Ａを２８ｍｍ、音響レンズ
２１の曲率半径Ｒを４７．５ｍｍとするのが良い。尚、
上記音響レンズの音速は２５００ｍ／ｓの場合である。
また、被検材１の表面で発生する表面エコーのパルス幅
を狭くするために高い周波数を選択した方が良いが、周
波数が高すぎると被検材１の組織からの乱反射による林
状エコーが発生するため周波数は５ＭＨｚが最適であ
る。
る直径１ｍｍの横穴１０からの横波３０エコーと被検材
１の中心付近を通過する縦波３１エコーとの比をＳ／Ｎ
として計算した結果を図４にＳ／Ｎ等高線図として現わ
したが、イの点が周波数５ＭＨｚ、振動子２０の開口寸
法Ａ＝１５ｍｍ、音響レンズ２１の曲率半径Ｒ＝５０ｍ
ｍの条件の斜角探触子１２における実測のＳ／Ｎ点（＝
１６ｄＢ）であり、上記条件では目的のＳ／Ｎ（２６ｄ
Ｂ以上）に対して１０ｄＢ不足しているため、上記条件
を基準にして振動子２０の開口寸法Ａと音響レンズ２１
の曲率半径ＲをパラメータとしてＳ／Ｎ比が２６ｄＢ以
上を満足する条件を計算した結果、図中のロの領域が基
準としたＳ／Ｎ点イに対して９ｄＢから１２ｄＢのＳ／
Ｎ向上範囲であり、実際にこの範囲ロの条件で振動子２
０の開口寸法Ａを２８ｍｍ、音響レンズ２１の曲率半径
Ｒを４７．５ｍｍとして斜角探触子を製作してＳ／Ｎを
実測すると３０ｄＢのＳ／Ｎが得られた。図４によると
振動子２０の開口寸法Ａが２５．５ｍｍ以上の時で音響
レンズ２１の曲率半径Ｒが約４５ｍｍから４９ｍｍ位の
組合せでＳ／Ｎ比として２６ｄＢ以上を満足できるが、
斜角探触子１２の製造誤差を考慮しつつ小型化を図るた
めには振動子２０の開口寸法Ａを２８ｍｍ、音響レンズ
２１の曲率半径Ｒを４７．５ｍｍとするのが良い。尚、
上記音響レンズの音速は２５００ｍ／ｓの場合である。
また、被検材１の表面で発生する表面エコーのパルス幅
を狭くするために高い周波数を選択した方が良いが、周
波数が高すぎると被検材１の組織からの乱反射による林
状エコーが発生するため周波数は５ＭＨｚが最適であ
る。
【００２３】
【発明の効果】この発明は、上記に説明したように構成
されているので、以下に記載されるような効果を有す
る。
されているので、以下に記載されるような効果を有す
る。
【００２４】探触子ホルダー部にウオームとウオームホ
イルシャフトと右ネジ部と左ネジ部を設け、上記右ネジ
部と左ネジ部にナットを介してスライドプレートを設
け、上記スライドプレート上に斜角探触子を固定してい
るため、被検材のサイズが変更される場合でもウオーム
を回転させて斜角探触子を水平方向に移動させるだけで
良く、サイズ交換に伴う条件変更時間を大幅に短縮する
ことが可能となり、さらに探触子ホルダー、垂直探触
子、斜角探触子も被検材の外径サイズがφ１８からφ１
３１の範囲ではそれぞれ１種類で対応できるため低価格
な装置を実現できる。
イルシャフトと右ネジ部と左ネジ部を設け、上記右ネジ
部と左ネジ部にナットを介してスライドプレートを設
け、上記スライドプレート上に斜角探触子を固定してい
るため、被検材のサイズが変更される場合でもウオーム
を回転させて斜角探触子を水平方向に移動させるだけで
良く、サイズ交換に伴う条件変更時間を大幅に短縮する
ことが可能となり、さらに探触子ホルダー、垂直探触
子、斜角探触子も被検材の外径サイズがφ１８からφ１
３１の範囲ではそれぞれ１種類で対応できるため低価格
な装置を実現できる。
【００２５】また、垂直探触子の周波数を７ＭＨｚ、振
動子の開口寸法を２０ｍｍ、音響レンズの曲率半径を８
０ｍｍ（但しレンズの音速を２５００ｍ／ｓとした時）
としているため、１種類の探触子で被検材の外径範囲φ
１８からφ１３１に対して安定した高いＳ／Ｎ比を提供
できる。
動子の開口寸法を２０ｍｍ、音響レンズの曲率半径を８
０ｍｍ（但しレンズの音速を２５００ｍ／ｓとした時）
としているため、１種類の探触子で被検材の外径範囲φ
１８からφ１３１に対して安定した高いＳ／Ｎ比を提供
できる。
【００２６】また、斜角探触子の周波数を５ＭＨｚ、振
動子の開口寸法を２８ｍｍ、音響レンズの曲率半径を４
７．５ｍｍ（但しレンズの音速を２５００ｍ／ｓとした
時）としているため、１種類の探触子で被検材の外径範
囲φ１８からφ１３１に対して安定した高いＳ／Ｎ比を
提供できる。
動子の開口寸法を２８ｍｍ、音響レンズの曲率半径を４
７．５ｍｍ（但しレンズの音速を２５００ｍ／ｓとした
時）としているため、１種類の探触子で被検材の外径範
囲φ１８からφ１３１に対して安定した高いＳ／Ｎ比を
提供できる。
【図１】 この発明の実施の形態１の自動超音波探傷装
置を示す図である。
置を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態２の垂直探触子を示す
図である。
図である。
【図３】 この発明の実施の形態３の斜角探触子を示す
図である。
図である。
【図４】 この発明の実施の形態３の斜角探触子のＳ／
Ｎ等高線図である。
Ｎ等高線図である。
【図５】 従来の自動超音波探傷装置を示す断面図であ
る。
る。
１ 被検材、１１ 垂直探触子、１２ 斜角探触子、１
３ ウオーム、１４ ウオームホイルシャフト、１５ スライドプレート、１
６ａ 右ネジ部、１６ｂ 左ネジ部、１７ 第１のネット、１８ 第２のナット、
１９ 探触子ホルダー、２０ 振動子、２１ 音響レン
ズ、２２ ダンパ、３０ 横波、３１ 縦波、ロ 斜角
探触子のＳ／Ｎ領域。
３ ウオーム、１４ ウオームホイルシャフト、１５ スライドプレート、１
６ａ 右ネジ部、１６ｂ 左ネジ部、１７ 第１のネット、１８ 第２のナット、
１９ 探触子ホルダー、２０ 振動子、２１ 音響レン
ズ、２２ ダンパ、３０ 横波、３１ 縦波、ロ 斜角
探触子のＳ／Ｎ領域。
Claims (3)
- 【請求項１】 円柱状の被検材中心に対して垂直に超音
波を送受信する垂直探触子と、上記被検材に互いに逆方
向に斜めに超音波を送受信する第１、第２の斜角探触子
とを備えて被検材の内部に存在するきずを検査する自動
超音波探傷装置において、上記第１、第２の斜角探触子
の被検材中心からの垂直距離を一定に保ちつつお互いの
第１、第２の斜角探触子の中心位置を被検材中心に対し
て水平方向で互いに逆方向に移動させる右ネジ部と左ネ
ジ部をそれぞれの端に備えたウオームホイルシャフト
と、上記ウオームホイルシャフトの右ネジ部に結合され
る第１のナットと、上記左ネジ部に結合される第２のナ
ットと、上記第１、第２のそれぞれのナットに結合され
たスライドプレートと、上記スライドプレートに固定さ
れて互いに逆方向に斜めに超音波を送受信する第１、第
２の斜角探触子と、上記第１、第２の斜角探触子の水平
方向における中心線上で、かつ上記斜角探触子に対して
１８０゜対向する位置で固定配置される垂直探触子と、
上記ウオームホイルシャフトとスライドプレートと第
１、第２の斜角探触子と垂直探触子とを保持しながら被
検材の外周面上を回転するホルダーとを備えた事を特徴
とする超音波自動探傷装置。 - 【請求項２】 上記垂直探触子は被検材直径が１８ｍｍ
から１３１ｍｍの範囲において所定のＳ／Ｎ（φ１横穴
でＳ／Ｎ≧２６ｄＢ）を１種類の条件で確保できるよう
に周波数を７ＭＨｚ、振動子寸法を２０ｍｍ、音響レン
ズ（音速は２５００ｍ／ｓ）の曲率半径を８０ｍｍとし
た事を特徴とする請求項１記載の自動超音波探傷装置。 - 【請求項３】 上記斜角探触子は被検材直径が１８ｍｍ
から１３１ｍｍの範囲において所定のＳ／Ｎ（φ１横穴
でＳ／Ｎ≧２６ｄＢ）を１種類の条件で確保できるよう
に周波数を５ＭＨｚ、振動子寸法を２８ｍｍ、音響レン
ズ（音速は２５００ｍ／ｓ）の曲率半径を４７．５ｍｍ
とした事を特徴とする請求項１記載の自動超音波探傷装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09163299A JP3638814B2 (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 自動超音波探傷装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09163299A JP3638814B2 (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 自動超音波探傷装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000283967A true JP2000283967A (ja) | 2000-10-13 |
| JP3638814B2 JP3638814B2 (ja) | 2005-04-13 |
Family
ID=14031931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09163299A Expired - Fee Related JP3638814B2 (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 自動超音波探傷装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3638814B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110770578A (zh) * | 2017-07-03 | 2020-02-07 | 株式会社Ihi检查计测 | 相控阵探伤装置和方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5260045B2 (ja) * | 2007-12-27 | 2013-08-14 | 昭和電工株式会社 | 鋳造棒の超音波探傷検査方法および超音波探傷検査装置 |
| JP5419592B2 (ja) * | 2009-08-21 | 2014-02-19 | 三菱重工業株式会社 | 超音波検査用探触子および超音波検査装置 |
-
1999
- 1999-03-31 JP JP09163299A patent/JP3638814B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110770578A (zh) * | 2017-07-03 | 2020-02-07 | 株式会社Ihi检查计测 | 相控阵探伤装置和方法 |
| CN110770578B (zh) * | 2017-07-03 | 2023-07-25 | 株式会社Ihi检查计测 | 相控阵探伤装置和方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3638814B2 (ja) | 2005-04-13 |
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