JPH022930A - 自動超音波探傷装置 - Google Patents

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、材料を水浸法で検査する超音波探傷装置に係
り、特に、材料の音速や寸法が変化する材料についても
、自動で材料内部を探傷するのに好適な超音波探傷装置
に関する。

〔従来の技術〕

従来の超音波探傷器は、（日本学術振興会製鋼第１９委
員会編「超音波探傷法」　〔改訂新版〕−Ｐ６７７−）
に示す様に、ゲートスタート点とゲートの幅（範囲）を
マニアル操作によって調整する半固定式の探傷ゲート設
定方式となっていた。

しかし、探傷中に試験材表面から反射される表面エコー
（Ｓｌエコー）や試験材底面から反射される底面エコー
（Ｂｌエコー）が変動する場合の探傷ゲートの設定につ
いては考慮されていなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、ＳＬエコー検出時間が変化し、同時に
、Ｂ１エコー検出時間も変化するような状態での探傷ゲ
ートの設定という点について考慮されておらず、試験材
５中の音速が変化する場合（第３図（ａ））、及び、探
触子１から試験材表面２までの距離や試験材表面２から
底面３までの距離が変わる場合（第３図（ｂ））には、
第３図（ｃ）に示す様に、ＳＬエコー１１やＢ１エコー
１２が、探傷ゲート２０に入ったり、また、遠く煎れて
しまい不感帯が発生するため正常な探傷はできなかった
。

本発明の目的は、水浸法で探傷を行なう装置において、
材料中の音速や材料の寸法が異なる試験材を探傷する場
合に、試験材表面から底面までの試験範囲に探傷ゲート
が確実に設定できる機能を持った自動超音波探傷装置を
提供することにある。

本発明の他の目的は、自動超音波探傷装置において、探
傷を実施するに当り、試験材表面と底面間に数多くの欠
陥が存在する試験材を探傷する場合でも欠陥エコー（Ｆ
エコー）と８１エコーを確実に判別できるＢ１エコー判
別装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記自動超音波探傷装置の目的は、探傷ゲートスタート
点を、Ｓ１エコーで制御し、かつ、探傷ゲートエンド点
をパルサで発生した一つ前のパルスによって探触子が励
振し送波させた超音波から得られたＳ１エコーとＢ１エ
コーとの時間間隔で制御することにより、探傷ゲート範
囲を、常に、Ｓ１エコー直後から８１エコー直前までと
することができる。

Ｂ１エコー判別装置の目的は、試験材の寸法や音速が変
化することによって、Ｂ１エコーが変動する最大時刻に
相当するパルスを作り、Ｓ１工コー検出時刻からそのパ
ルス発生時刻までに検出されるエコーをすべて取込み、
そのパルス発生時刻の一つ前の時刻に出現するエコーを
検知することにより、常に、Ｂ１エコーを検出すること
ができる。

〔作用〕

本発明による自動探傷ゲート設定法では、一定周期の同
期信号を基卆にして、Ｓ１エコー、Ｂｌエコーの検出時
刻、及び、両者の時間間隔を測定して探傷ゲートのスタ
ート点、及び、エンド点を制御しながら、逐次、同期信
号によって探傷ゲート設定を行い探傷する。これにより
材料寸法が異なる試験材、及び、材料中の音速が不均一
な試験材を超音波探傷することが可能となる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を添付図を参考に説明する。第
１図は、第４図に示した通常の超音波探傷装置の基本構
成に本発明による自動探傷ゲート設定装置と探触子自動
走査装置を付加したものである。そこで第４図の基本的
な構成を先に説明する。第４図は試験材５と探触子１を
水４中に浸したもので、探触子１は、パルサ３１によっ
て励振され水４を介して試験材５に超音波を送り込む。

水４と試験材表面２との境界面や試験材５の底面から反
射する超音波、すなわち、Ｓ１エコーとＢ１エコーは、
探触子１によって電気信号に変換され、増幅器３２によ
り増幅され、さらに、検波器３３で検波されてビデオ増
幅器６９とゲート回路６７に送られる。また、ゲート回
路６７にはゲートマーカ発生器６６で、あらかじめ、設
定しておいた探傷ゲート信号、つまり、Ｓ１エコーとＢ
１エコー間の範囲にエコーが検出されるか否かを監視す
る信号が送られる。ゲート回路６７は探傷ゲート範囲内
にエコーが検出されると、そのデータをレコーダ６８に
出力する。一方、ビデオ増幅器７１は検波器３３で検波
された信号を増幅して表示器７０に出力する。

このとき、探触子１と試験材表面２との距離や試験材表
面２と底面３との距離が変動したり、試験材５中の音速
が変化する場合には、探傷ゲートを、その都度設定し直
して探傷しなければならずこの半固定式のゲート設定で
は、自動探傷法を適用できないことは、第３図で述べた
。

これらの問題を解決するために、第１図では、第４図の
基本構成に本発明による自動探傷ゲート設定装置と連結
器７１．スキャナ７２．スキャナコントローラ７３を付
加しである。

本発明による自動探傷ゲート設定装置について。

第１図と第２図を中心に添付図を使用して構成。

及び、動作を説明する。

同期回路３０は本装匝の各部の動作を同期させるための
矩形波のパルス列（第２図の（１）以下（１）と省略）
を発生し、パルサ３１．遅延回路３４、二安定のフリッ
プフロップ回路３７．Ｂｌｌエコー監視ゲート口回路４
５カウンタ回路６２にその同期信号（１）を出力する。

パルサ３１は同期回路３０のパルスを受けて探触子１を
励振するためのパルス電圧（２）を発生する。接触子１
が受信した超音波エコーは増幅器３２を経て、検波器３
３で超音波エコー信号（３）に検波される。

その超音波エコー信号（３）は、ゲート回路３５゜６７
に出力される。遅延回路３４はゲート回路３５の開く時
間を同期信号（１）から遅らせる回路で、そのゲートを
開く信号をゲート回路３５に送る。ゲート回路３５は検
波器３３から入力される超音波エコー信号（３）の送信
波１０の直後に開かれて、それ以降のエコー信号（３１
エコー１１．８１エコー１２．Ｆエコー１３）を検出す
るもので、その信号を波形整形器３６に伝えて波形整形
信号（４）に変換し、ＡＮＤ回路４０゜４１．６１に伝
える。

一方、安定フリップフロップ回路３７は、同期信号（１
）のｎ回目の立上り時刻でハイレベルとなり、ｎ＋１回
目の立上り時刻でローレベルになる信号、すなわち、フ
リップフロップ信号（５）を、ＡＮＤ回路３９，４０．
４１及びカウンタ回路３８，４２、レジスタ回路４４．
電圧比較回路５７、ＮＯＴ回路６０に出力する。

ＡＮＤ回路４１は、フリップフロップ信号（５）がハイ
レベル（ｎ回目の同期）のとき、波形整形信号（６）を
カウンタ回路４２に送くる。カウンタ回路４２は、第５
図（、）および（ｅ）に示す様に、フリップフロップ信
号（５）が入力されるとクリアーされ、ＡＮＤ回路４１
出力信号（２２）が入力するとそのパルス列の一番目の
パルス（ＳＬパルス１４）だけ出力する回路である。そ
のカウンタ回路、４２の出力信号（６）は、積分回路４
７，４９．５０，５１．５２に送られる。積分回路４７
，４９．５０，５１．５２はカウンタ回路４２の出力信
号（６）が入力するとパルス発生器４３が送られるパル
スで積分計算を開始する。

すなわち、ｎ回目の８１パルス１４の立上り時刻から計
算を開始する。

次に、ＡＮＤ回路４０は、ＡＮＤ回路４１と同様にフリ
ップフロップ信号（５）がハイレベルのとき、波形整形
信号（４）をカウンタ回路３８に伝える。カウンタ回路
３８は、第６図（ａ）。

（ｂ）に示す様に、ＡＮＤ回路４０出力信号（２３）の
パルス列の二番目のパルス位降のパルス（Ｆパルス１５
．Ｂｌパルス１６）を最大ｎ番目まで順次出力する回路
であり、カウンタ回路３８出力信号（７）を、レジスタ
回路４４に出力する。また。

Ｂ１エコー監視ゲート回路４５はＢ１エコーの変動範囲
より少し大きめにセットされたＢ１エコ一監視ゲート４
５信号（８）をＮＯＴ回路４６に伝え、その信号を反転
させて微分回路４６′に送る。

微分回路４６′は、Ｂ１エコー監視ゲートの閉じ時刻に
パルスを発生する信号、即ち、ＧＥパルス信号（９）を
作り、ＡＮＤ回路３９に送る。

Ａ　Ｎ　Ｄ回路３９は、フリップフロップ信号（５）が
ハイレベルのとき、ＧＥパルス信号（９）をレジスタ回
路４４及び積分回路４７に出力する。

次に、レジスタ回路４４の動作について第７図の１，２
を用いて説明する。レジスタ回路４４は、カウンタ回路
３８の出力信号（７）　　（Ｆ　パルス１５、Ｂｌパル
ス１６）が入力するとこのパルス列の一番目から端子１
，２・・・ｎに、順次、パルスを積分回路４９〜５ｏに
出力する。またＧＥパルス信号（９）が入力されるとそ
の時刻で、すなわち、Ｂ１エコー監視ゲートの閉じ時刻
で未出力端子金てに強制的にパルスを出力する回路であ
る。

このレジスタ回路の機能を得た回路の一例を第９図に示
した。

レジスタ回路４４の出力端１，２・・・ｎから出力され
たパルス信号は、各々積分回路４９，５０゜５１．５２
に入力され、それぞれのパルスの立上り時刻で積分計算
を終了させる。積分回路４９゜５０．５１．５２は、Ｓ
１パルスと入力パルスの間隔に比例した電圧を測定し、
積分回路４９゜５０．５１．５２出力信号（（ｊ）、（
ｋ）。

（Ｑ）、（ｍ））をそれぞれピークホールド回路５３．
５４，５５．５６に伝える。ピークホールド回路は、ピ
ーク電圧をホールドして、電圧比較回路５７にそれらの
電圧値（Ｖｌ　、Ｖｘ　＋・・・Ｖｎ）を送くる。

また、積分回路４７は、Ｓ１パルスの立上り時刻からＧ
Ｅパルス信号（９）の立上り時刻までを積分計算し、Ｓ
１パルスとＧＥパルスの間隔に比例した電圧値（Ｖａε
）を測定して、その信号（ｎ）をピークホールド回路４
８に伝える。ピークホールド回路４８は、その電圧値（
ＶＧＥ）をホールドして電圧比較回路５７に送る。

電圧比較回路５７は、積分回路（５１〜５４）で出力さ
れた電圧値（Ｖｌ、・・・ｖＴｈ）と積分回路４７で出
力された電圧値（ＶＧＥ）を比較する回路で、電圧値（
ＶＧＥ）と電圧値（ｖ、　）　、−、ｆＴｌ、正値（Ｖ
ｌ　）の順に比較しＶＧＥ＞Ｖのときその電圧値（Ｖ）
を出力する。第８図（ａ）、（ｂ）この実施例の場合に
は、　ｆ１分回路５０から入力される電圧値（ｖ２）の
とき、すなわち、Ｓ１パルスとＢ１パルスの間隔に比例
した電圧値でＶＧＥ＞Ｖ２となるので、電圧比較回路５
７出力信号（１５）をコンパレータ５８に出力する。

一方、ＮＯＴ回路６０は、フリップフロップ信号（５）
のローレベル信号が入力された時、すなわち、ｎ＋１回
目の同期が打たれた時にハイレベルの信号を発生し、Ａ
ＮＤ回路６１に出力する。

ＡＮＤ回路６１は、ハイレベルの信号が入力されると、
波形整形回路３６から送られてくる波形整形信号（４）
をカウンタ回路６２に出力する。カウンタ回路６２は、
入力するパルス列の一番目のパルス（Ｓ１パルス１７）
だけ出力する回路（第５図（ｂ）、（ｃ））で、そのカ
ウンタ回路６２出力信号（１６）を遅延回路６３に出力
する。遅延回路６３は、ゲートスタート時刻を指定する
パルスを発生する回路で、Ｓ１パルス１７の立上り時刻
から８１エコー１１のパルス幅以上の時間だけ遅れた時
刻にパルスが発生するゲートスタート信号（１７）をゲ
ートマーカ発生器６６、積分回路６４に出力する。積分
回路６４は、積分定数設定器６５で少し大きめに設定さ
れた積分定数に基づいて、パルス発生器４３から送られ
るパルスにより遅延回路６３から入力されるゲートスタ
ート信号（１７）のパルス立上り時刻から積分計算を行
って積分回路６４出力信号（１８）をコンパレータ５８
に出力する。

コンパレータ５８は、電圧比較回路５７の出力信号（１
５）と積分回路６４出力信号（１８）を比較する装置で
あり、積分回路６４の出力信号（１８）の電圧がＶ２ど
なる時刻を検知して波形整形回路５９に出力する。波形
整形回路５９は、その検知された時刻、すなわち、探傷
ゲートを閉じさせる時刻にゲートエンド信号（１９）の
パルスをゲートマーカ発生器６６に出力する。

ゲートマーカ発生器６６は、遅延回路６３から入力され
るゲートスタート信号（１７）と波形整形器５９から入
力されるゲートエンド信号（１９）から探傷ゲート信号
（２ｏ）を作成しゲート回路６７に出力する。ゲート回
路６７は、探傷ゲート信号（２０）によりゲートを開閉
して特定の時間帯のみ検波器３３からの超音波エコー信
号（３）を通過させる回路である。本実施例では、欠陥
エコー信号１８がこの探傷ゲー１−を通過する。また、
ゲート回路６７は、レコーダ６８に接続され、ゲートを
通過した信号があれば、レコーダに記録することができ
る。

本発明による自動探傷設定方式は、一定同期の同期信号
をもとに、探触子は一定間隔で試験材中に超音波を送り
込み、試験表面、及び、底面で反射されるＳ１エコー、
及び、Ｂ１エコーを受波する。この場合、ｎ回目の同期
信号によって、探触子が受波した超音波エコーからゲー
トの閉じ時刻を決定する情報を採取し、また、ｎ＋１回
目のそれからはゲートスタート時刻を決定する情報を得
る。この両者の情報から探傷ゲートを作成し、ｎ＋１回
目の同期信号で探傷する。

次に探触子１は、連結器７１によりスキャナ７２と連結
され、スキャナ７２はスキャナコントローラ７３に接続
されている。スキャナ６５はスキャナコントローラから
Ｘ、Ｙ制御信号を入力されると、その信号に基づいて作
動し、探触子１を試験材５上でスキャナできる。

本実施例によれば、探触子を自動で走査させながら、探
触ゲートを必ず試験材表面２と底面３の間に設定でき、
試験材５中の欠陥を検出することができる。

今回、カーボングラファイト（黒鉛材）の超音波探傷試
験を行った。この材料は、試験材の材質や超音波伝搬方
向によって音速が異なる特性を持っていることが分った
。カーボングラファイトのブロック試験片の長手方向、
横方向、厚さ方向。

厚さ方向について、音速の異方性を測定した結果を添付
資料２に示す。材質、特に、密度によってその音速が異
なるほか、同一材料でもその方向によって差があり、今
回測定した三種類の材料では、最大９７０ｍ／ｓｅｅの
差があった。また、同一の超音波伝搬方向でも試験材の
位置によって音速が変化することが認められた。

水浸式自動超音波探傷を行う場合は、試験材の底面エコ
ーと欠陥エコーを区別して検出するために、ゲート回路
を使用するが、そのゲートの位置は音速の影響を受ける
ため、音速が不均等な部分の探傷や材質、探傷方向によ
って設定し直す必要がある。また、試験材は素材ブロッ
クの状態であること、材料の切断面は荒削りのため粗く
、寸法精度もよくないことなどから材料の表面エコーの
位置を変化する。従って、このような材料を幾つも益へ
て一度に探傷することは難かしい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、試験材の内部で音速が変化する材料や
試験材の寸法が変化する材料、あるいは。

試験材寸法が多種類あるものを一緒に探傷する場合でも
、探傷ゲートを自動で、しかも確実に設定することがで
き、欠陥の見落しや誤評価等を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の装置の系統図、第２図は第
１図は装置の主要信号特性図、第３図（ａ）は従来の試
験材の音速が変った場合の説明図、第３図（ｂ）は従来
の試験材の寸法が変った場合の説明図、第３図（ｃ）は
従来の探傷ゲートが適用できないケースの説明図、第４
図は従来の超音波探傷装置の系統図、第５図（ａ）はカ
ウンタ回路４２の回路説明図、第５図（ｂ）はカウン夕
回路６２の回路図、第５図（Ｃ）はカウンタ回路４２．
６２の信号説明図、第６図（ａ）はカウンタ回路３８の
説明図、第６図（ｂ）はカウンタ回路３８の信号説明図
、第７図（ａ）はレジスタ回路４４の回路説明図、第７
図（ｂ）はレジスタ回路４４のフローチャート、第８図
（ａ）は電圧比較回路５７の回路説明図、第８図（ｂ）
は電圧比較回路５７のフローチャー１・、第９図はレジ
スタ回路４４の系統図である。 １・・・探触子、２・・・試験材表面、３・・底面、４
・・・水、（２１）揮イｌ、ｙＬ）イａｙ 墳Ｚω し−一一一 ｔｌ−） ＣＣ） Φ ５の ＣＣ） 、ＬＩＪ４シラ も４ 第６１２１ （Ｌ） Ｓ フ１ツγフＯ−、プ４已号（５） ＣＡ） 工ｎ４３号 （Ａ） （ｊン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超音波を送受波する振動子を備えた探触子と、前記
   振動子を励振するパルサと、前記振動子の受波信号を増
   幅するレシーバと、その受波信号のうち特定の時間帯の
   みの信号を通過させるゲート回路とを備えた超音波探傷
   装置において、前記探触子と試験材表面間の超音波伝播
   時間を、常時、検知する装置と、試験材の底面から反射
   される底面エコーを検出する底面エコー判別装置とを設
   けて、試験材表面と底面間の超音波伝播時間を常に検知
   することによりゲート位置、ゲート設定範囲を連続的に
   調整することを特徴とする自動超音波探傷装置。 ２、特許請求の範囲第１項の自動超音波探傷装置に於い
   て、 Ｂ１エコー判別装置のゲート閉じ信号を発生する回路に
   あつて、基準となるパルス数と入力パルス数とを比較す
   ることでゲート幅を調整することを特徴とする自動超音
   波探傷装置。 ３、特許請求の範囲第１項の自動超音波探傷装置に於い
   て、 発生する一連の超音波パルス列のうちの一つのパルスを
   トリガーにしてゲート幅を設定する信号を作成し、それ
   に続く次のパルスでゲート開を設定する信号を作成して
   探傷する。即ち、ゲート幅設定サイクルと探傷サイクル
   を交互に実行することを特徴とする自動超音波探傷装置
   。 ４、特許請求の範囲第１項の自動超音波探傷送置に於い
   て、 同期用クロックパルスの二倍の周期の矩形波を発生させ
   て、そのハイレベルを前記ゲート幅設定サイクルに使用
   し、そのローレベルを探傷サイクルの切替信号として使
   用することを特徴とする自動超音波探傷装置。 ５、前記底面エコー判別装置に於いて、予じめ変動する
   試験材の底面を監視するゲートを設定し、前記試験材の
   表面エコー発生時刻からこの監視ゲートの閉じ信号発生
   時刻までに発生するエコーを全て検知して、それらのエ
   コーのうち監視ゲート閉じ信号発生時刻の一つ手前に検
   知されたエコーを検出して、前記底面エコーを抽出する
   底面エコー判別装置を設けたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の自動超音波探傷装置。 ６、入力パルス数に比例した電圧を発生する積分回路の
   出力電圧と、予じめ設定された基準電圧とを比較してゲ
   ート閉じ信号を発生する回路と、前記回路に於いて、前
   記積分回路の積分定数を変更することによつて、ゲート
   幅を調整する手段とからなることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の自動超音波探傷装置。