JPH026748A

JPH026748A - 超音波探傷装置

Info

Publication number: JPH026748A
Application number: JP63152870A
Authority: JP
Inventors: Junichi Kajiwara; 梶原　純一; Hiroyasu Nakamura; 中村　弘康; Yoshinori Suematsu; 末松　芳記
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1988-06-21
Filing date: 1988-06-21
Publication date: 1990-01-10

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］この発明は、超音波探傷装置に関し、詳しくは、亀裂か
欠陥かを判別することができるような携帯用の超音波探
触子等に適する超音波探傷装置に関する。

［従来の技術］金属表面開口亀裂の深さとか、内部の亀裂の寸法及び位
置等を超音波を用いて測定する方法の１つとして散乱波
法がある。第４図（ａ）は、この散乱波法を示すもので
あって、その例として材料内部の面状欠陥Ｆ（又は内部
亀裂）の欠陥寸法Ｈと欠陥位置ｄｅとを検出するもので
ある。この場合、そのＡスコープ像として第４図（ｂ）
に示すようなエコー受信信号を得ることによりその測定
が行われる。

なお、Ｔは送信パルス信号であり、波形Ｆｌは欠陥Ｆの
上部の端点からのエコーに対応し、その波形Ｆ２は下部
の端点からのエコーに対応している。そしてこれらのピ
ークのレベルがｈｌ、ｈ２である。また、Ｘｌ、Ｎ２は
、表面から欠陥Ｆの」−下の各端点までの距離を表して
いる。なお、図中、１は、超音波探触子（以下探触子）
であり、２は被検体である。

以−ヒは、面状欠陥Ｆ（又は内部亀裂）のものについて
であるが、表面開口亀裂も下側の端点の位置を検出する
ことで同様にして測定可能である。

第５図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、斜角端部エコー法で
金属等の表面開口亀裂の深さとか、内部の亀裂の寸法及
び位置等を測定する方式とその場合のエコー受信信号の
ピークレベルの変化の状態（軌跡）を示したものである
。

同図（ａ）は、内部亀裂Ｋを検出する場合であり、（ｂ
）は、底面に達する亀裂Ｋを検出する場合、そして（Ｃ
）は、表面開口亀裂Ｋを検出する場合である。なお、こ
れら各亀裂測定における屈折角はθであり探触子１によ
り被検体２を走査し、その走査に対応して得られるＡス
コープ像の受信エコー信号のピークレベルを観測するも
のである。

そこで、各亀裂の両端点（（Ｃ）の場合は一方の端点）
について、ピークレベルの包絡線を描くと、各図の下に
示すようなグラフとして表すことができる。

ここで、Ｎｌは、亀裂にの」二の端点からのエコー受信
信号によるピークレベルの包絡線であり、Ｎ２は、亀裂
にの下の端点からのエコー受信信号によるピークレベル
の包絡線である。なお、探触子を亀裂■くに近づくよう
に走査した場合には、先に下側の端点のピークレベルが
現れてて、これらの関係は逆転する。

この場合、包絡線Ｎｌ＋　Ｎ２における最大のピークレ
ベルに対応するピークレベルを得たとき（最大ピークレ
ベルの検出位置で）の時間軸上に示された計測時間（＝
距離）Ｘｌ＋　Ｎ２を読取ることで亀裂の大きさＨ（＝
Ｘ２−Ｘｔ　）を得ることができる。

第６図は、デルタ法と言われるものであって、垂直探触
子３が送信側となり、斜角探触子４が受信側となる測定
法である。亀裂Ｋに対してエコー信号波形Ｆｌ　　（そ
のピーク値ｈｔ　）を受信した場合、これら探触子３，
４の走査によりブラウン管」―で最大エコー受信時の時
間軸上のデータ値Ｘ１を求め、それか亀裂深さとなる。

なお、図中、Ｎは、ピークレベルの包絡線を示すグラフ
である。

また、この場合、送、受信探触子を交換しても同様であ
る。

［解決しようとする課題］以」二、超音波を用いることによって亀裂深さ（亀裂の
大きさの意味も含むものとして）を検出する各種の方法
について述べたが、これらのいずれの方法にあっても、
その測定は、ブラウン管に表示されたＡスコープ像を見
なから探触子を走査して被検体における亀裂等の検出を
行うものである。

そこで、このような測定では、Ａスコープ像をブラウン
管でモニタすることが必要となるが、ブラウン管を内蔵
する超音波厚さ計とか、亀裂計では、ブラウン管の占有
体積が大きく、装置全体が大きくなって、しかも、その
重量も重く、携帯用としてはあまり適していない。

一方、亀裂計と同じような原理に基づいた超音波厚さ計
の中には、ブラウン管によるＡスコープ像を表示しない
でも測定できるポータプルなものがあるが、これは、単
に測定した厚さを数値的に表示するものに過ぎず、超音
波の減衰が大きかったり、形状が複雑になった場合には
、亀裂なのか、欠陥なのかの区別がつかないという問題
がある。

一〇− 本発明は、このような従来技術の問題点を解決するもの
であって、Ａスコープ像を表示しなくても亀裂と欠陥と
を区別して検出することができ、小型、軽量で携帯用に
適する超音波探傷装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明の特徴は、超音波を利用して亀裂を測定する場
合において、散乱波法、斜角端部エコー法、デルタ法な
とによって亀裂を検出したとき、亀裂と欠陥とは、それ
ぞれ最大のピークレベルに到るまでのピークレベルの推
移が相違するということに着１」シ、この相違を検出す
る検出手段を設けることで、測定対象となっているもの
が亀裂であるのか欠陥であるのかを判別し、Ａスコープ
像を表示することなく、亀裂又は欠陥のみの測定を行う
ことができるようにしたものである。

しかして、前記のような目的を達成するための第１の発
明の超音波探傷装置における構成は、走査に応して得ら
れるエコー受信信号のピークレベルの推移を示す第１の
表示器と測定値を表示する第２の表示器とを備えていて
、第１の表示器におけるピークレベルの推移状態により
亀裂であるか欠陥であるかを判別するものである。

第２の発明の超音波探傷装置における構成は、測定値を
表示する表示器と、走査に応じて得られるエコー受信信
号のピークレベルの変化率が所定値を越えるか否かによ
り測定対象が亀裂であるか欠陥であるかを判定する判定
手段とを備えていて、表示器が判定手段の判定結果に応
じて駆動され、亀裂及び欠陥のいずれか一方の測定値を
表示するものである。

［作用コこのように、少なくとも測定対象からのエコー受信信号
におけるピークレベルが最大となるまでのピークレベル
の推移を示す表示器、例えばレベル表示メータ等を設け
ておき、被検体を走査したときに、走査に応じて得られ
るエコー受信信号のピークレベルの変化について、直接
レベル表示メータにより振らせて表示するようにするか
、或いはピークレベルの変化率を判定手段で判定するよ
うにしているので、欠陥と亀裂との区別ができる。

したがって、亀裂部分を欠陥と区別して測定すことがで
き、又はその逆も可能であり、その反射エコーをＡスコ
ープ像として見るために用いていたブラウン管を用いず
に測定することが可能となる。その結果、小型軽量で、
かつ使い勝手の良い超音波亀裂部等の超音波探傷装置を
実現することができる。

［実施例コ以下、この発明の一実施例について図面を参照して詳細
に説明する。

第１図は、この発明の超音波探傷装置を亀裂部に適用し
た場合の一実施例の外観図であり、第２図は、その、他
の一実施例の超音波亀裂測定装置の内部構成を示すブロ
ック図、第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、そ
れぞれ亀裂と欠陥とのピークレベルの推移の相違につい
ての説明図である。

第１図において、２１は、超音波亀裂部であって、エコ
ー受信信号からそのピークレベルを検出するピークレベ
ル検出回路と、送信パルス信号Ｔからエコー受信信号の
ピークまでの時間を計測する時間計測回路、そして、ピ
ークレベル検出回路からの出力信号を受けてその最大の
ピークレベル状態のときに、そのときの最大のピークレ
ベルにおける測定時間を距離に換算する演算回路とを有
している。

２２は、レベル表示メータであって、前記ピークレベル
検出回路の出力値により駆動され、探触子１の被検体走
査に応じてそのときどきのエコー受信信号のピークレベ
ルを表示し、その推移を観察するためのものである。こ
のレベル表示メータ２２により、第４図〜第６図に示す
エコー受信信号波形Ｆｌ又は波形Ｆ２のピーク値を走査
に対応して追跡し、最大のピークレベルに到るまでのそ
の軌跡、或いは最大のピークレベル前後のピークレベル
の軌跡の変化状態をその針の振れ方で読取り、その推移
の相違を観察することで亀裂か欠陥かを判別する。

２３は、時間計測回路の最大ピークレベルにお１〇− ける測定時間に対して前記演算回路により換算された距
離を深さとしてデジタル値形式で表示する表示器であり
、２４は、ゲインボリュームであって、これにより亀裂
検出のための探傷器感度を設定する。２５は、受信端子
であり、２６は、送受信端子であって、送／受信別体形
の探触子を使用するときは、受信端子２５に受信側の探
触子が接続される。

ここで、測定対象が亀裂か欠陥かの判定は、レベル表示
メータ２２が最大振れに到るまで、又は最大振れから戻
るまでの間の振れの状態を観察することで行う。すなわ
ち、第３図（ａ）に見るように、欠陥Ｆを測定している
ときには、探触子１を走査することに伴って順次現れる
ピークレベルの軌跡は、同図（ｂ）のグラフＰＩのよう
に比較的急峻なカーブを描いて最大のピークレベルに到
り、そこから急に落ちる。

一方、表面開口亀裂等の亀裂Ｋを測定しているときには
、第３図（Ｃ）に見るように、探触子１を走査すること
に伴って順次現れるピークレベルの軌跡は、同図（ｄ）
のグラフＰ２のように比較的緩やかなカーブを描いて最
大のピークレベルに到り、そこからゆっくりと落ちる。

そこで、これら（ｂ）と（ｄ）との最大のピークレベル
が現れる状態を比較すると分かるように、欠陥Ｆの測定
では、最大のピークレベルの前後の特性が急峻であるの
に対し、亀裂にでは、それが緩やかとなっている。した
がって、これらの相違を観察できる表示器があれば、測
定対象が亀裂なのか欠陥なのかの判定が可能となる。

このピークレベルの軌跡を観察するために設けられたの
が、前記のレベル表示メータ２２であり、レベル表示メ
ータ２２の振れ状態により単なる欠陥であるか亀裂であ
るかを判定することができる。

そこで、オペレータは、亀裂探傷中は、常にレベル表示
メータ２２の針の振れ方をチエツクし、レベル表示メー
タ２２の最大振れまでが緩やかであれば亀裂とし、その
時の測定結果をデジタル値で表示する表示器２３から読
取る。このことで亀裂の深さを知ることができる。なお
、この場合の亀裂深さは、送信パルス信号Ｔから端点に
対するエコー受信信号までの計測時間ｘｔ　Ｉ　Ｘ２或
いはＸｔ　であって、超音波亀裂針２１の計測時間ＸＩ
　。

Ｘ２或いはＸｌ　は、内部の演算回路で距離（：ｍｍ）
に換算されて、デジタル数値の形で表示器２３に供給さ
れて亀裂深さとして表される。

なお、人間の丁によって探触子を走査させて被検体を探
傷している場合には、その探触子による探傷スピードが
ほぼ一定となるので、前記のような針の振れ方の相違は
十分判別できるものとなる。

以」−により、金属表面等の開］」亀裂の深さを検出で
きるが、これは、目視によるものであるため、測定対象
物によっては、それが本当に亀裂であるのか、或いは内
部の欠陥であるのか正確には判別し難い場合もある。

例えば、圧延ロールの場合等のように、再生したロール
なとでは、肉盛りしてロールができているので、ロール
内部に欠陥が内在している場合が十分にあって、これか
亀裂の検出と同しように検出されてしまうことがある。

そこで、目視によることなく、ピークレベルの推移特性
の相違を判定するような判定手段を設ければ、内部欠陥
か、亀裂深さかをより正確に判別することができる。

すなわち、探触子１の内部欠陥や亀裂に対する走査の仕
方は、第３図の（ａ）、（Ｃ）に見るようなマニュアル
走査とすれば、欠陥エコーの場合には、同図の（ｂ）の
グラフＰｉ　に示されるように、そのエコー受信信号の
ピークレベルが最大になるまでの推移が短時間のうちな
される。これに対して、亀裂の場合には、亀裂先端から
のエコー以外に亀裂面からのエコー受信信号も生じてく
るので、第３図（ｄ）のグラフＰ２に示されるように、
亀裂Ｋに対するエコー受信信号では、その最大のピーク
レベルに到るまでの推移がグラフＰＩの場合に比べて緩
やかで、しかもその立ち上がり、立ち下がりの時間的変
化もゆっくりとしている。

そこで、第６図に示すように、走査に対応して得られる
エコー受信信号のその時々のピークレベルをＶｐとし、
それに対応する計測時間Ｘｉ　として計測時間Ｘ１　と
これに対するピークレベルＶｐとをマイクロコンピュー
タで読取って、ピークレベルＶｐの最大時点の計測時間
Ｘｉ　を亀裂深さとして表示するとともに、ピークレベ
ルＶｐの時間的変化率をマイクロコンピュータによりｔ
’ｌｌ　定し、そのサンプリング値の変化分（＝変化率
）が、あるレベルより大きい場合には内部欠陥とし、そ
れよりも小さい場合には亀裂とみなす判定処理をするこ
とができる。なお、この場合、第６図における包絡線の
グラフＮは、亀裂を測定したときのピークレベルＶｐの
軌跡となる。

第２図は、マイクロプロセッサを用いてプログラム処理
で亀裂か欠陥かの判定を行う超音波亀裂測定装置であっ
て、マイクロプロセッサは、常にピークレベルＶｐと計
測時間ＸＩ　とを得て、刻々変化するピークレベルＶｐ
の値の中で、１つ前のピークレベルＶｐｌ−１と現在の
ピークレベルＶｐｌの差の絶対値を採って、この絶対値
が所定値以下であるか否かを判定（変化率の判定）する
。そして、この絶対値が所定値以下のときにのみ、亀裂
と判定してその測定結果を表示するものである。

なお、この場合には、第１図におけるレベル表示メータ
２２は不要となる。

第２図において、２０は、超音波亀裂測定装置てあり、
探触子１に接続される超音波探傷器５と、超音波探傷器
５からの信号を受けて測定結果を演算して表示する処理
装置１６とからなる。

探触子１は、超音波探傷器５の超音波探傷器６に接続さ
れていて、超音波探傷器６は、探触子１に送信パルス信
号を送出してこれから超音波エコーを受ける。

超音波探傷器６は、いわゆるパルサ・レシーバと、エコ
ー受信信号からそのピークレベルを検出するピークレベ
ル検出回路と、送信パルス信号Ｔからエコー受信信号の
ピークまでの時間を計測する時間８１測回路を備えてい
て、検出したピークレベルとそのときの時間計測値をＡ
／Ｄ変換器７に送出する。

Ａ／Ｄ変換器７は、超音波探傷器６から送出されるピー
クレベルとそれに対応する時間計測値をデジタル値に変
換して処理装置１６へと送出する。

処理装置１６は、Ａ／Ｄ変換器７から得られるピークレ
ベルと時間計測値を順次受けて、これらをバッファメモ
リ９に順次記憶する。また、操作パネル８から入力され
る信号をインタフェース１０を介して受ける。

操作パネル８は、各種のスイッチからなり、測定開始ス
イッチ等の“ＯＮ　−ＯＦ　Ｆ　”に応じて超音波探傷
器６と処理装置１６とを制御するものであって、超音波
探傷器６では、操作パネル８からの制御信号に応じて送
信パルス信号Ｔを送出し、エコーを受信する。

一方、処理装置１６は、マイクロプロセッサ（以下ＣＰ
Ｕ）１２及びメインメモリ１４、表示メモリ１３、表示
器１５等を備えていて、これらと前記バッファメモリ９
．インタフェース１０とが相互にバス１１により接続さ
れている。

ＣＰＵ１２は、操作パネル８から指示される指令をイン
タフェース１０を介して受け、この指令に応じて、メイ
ンメモリ１４に格納されている所定の制御プログラムを
起動する。その制御とじては、例えば、バッファメモリ
９からピークレベルとその時間計測値のデータを読出し
て、所定の処理をし、測定対象が亀裂であるときに、エ
コー受信信号のピークレベルが最大となる状態を検出し
、そのときの送信パルス信号Ｔから亀裂或いは欠陥に対
するエコー受信信号のピーク位置までの時間を得て、そ
れを距離に換算し、この距離又はこの距離からさらに位
置若しくは長さ等を算出してその結果を測定値として表
示メモリ１３に記憶するものである。

そして、表示メモリ１３に記憶されたデータは、表示器
１５により読出され、測定結果として表示される。なお
、この表示器１５は、第１図における表示器２３に対応
し、亀裂深さを表示する。

ここで、メインメモリ１４には、亀裂欠陥判定プログラ
ム１４ａｔ亀裂深さ測定処理プログラム１４ｂと、判定
基準データ記憶領域１４Ｃ１その他のデータ記憶領域１
４ｄ等が設けられている。

そして、亀裂欠陥判定プログラム１４ａは、走査に応じ
て得られた各ピークレベルを順次取出して、それぞれの
前後の差値の絶対値を算出し、それと判定基準データ記
憶領域１４ｃに記憶された基準値とを比較して、最大と
なるピークレベルの前後においてこの差が基準値以下で
あることが数回具」二連続（例えば３回以−Ｌ）シたと
きに、亀裂と判定する。

一方、亀裂深さ測定処理プログラム１４ｂは、この亀裂
欠陥判定プログラム１４ａにより測定対象が亀裂と判定
されたときに起動されて、エコー受信信号のピークレベ
ルが最大となるときの時間計測値に基づいてそれを距離
に換算する処理を行い、この距離又はこの距離からさら
に位置若しくは長さ等を算出してそれを測定値として表
示メモリ１３に記憶する。その結果、ホ１１定データが
表示器１５により表示される。

そこで、判定データ記憶領域１４ｃの基準値を測定すべ
き対象に応じて設けておき、この基準を亀裂と欠陥の単
位時間当たりのピークレベルの変化又は１測定車位当た
りのピークレベルの変化の状態の限界値に設定しておけ
ば、ピークレベルが一定値以下でゆっくりと変化するも
のは亀裂と判定され、亀裂のみを測定することができる
。

ところで、このように超音波亀裂針としては、Ａスコー
プ波形を表示するブラウン管がなくてもヨ＜、エコー受
信信号のピークレベルを簡単なレベル表示メータで振ら
せ、送信タイミングよりエコー受信信号までの計測時間
を亀裂深さに換算して表示することでポータプルで使い
勝手のよい超音波亀裂針が実現できる。

また、マイクロプロセッサとその制御プロセッサとによ
り基準値を参照して亀裂か欠陥かを判定することにより
、亀裂の部分のみの測定データを得ることができる。し
たがって、圧延ローラのようなものでも、判定対象とな
る基準値を実験的に求めておけば、これを記憶すること
で正確な測定が可能となる。

以」二説明してきたが、実施例では、ピークレベルの推
移をレベル表示メータで観察して最大のピークレベルの
測定結果を示す表示器の値を読取るようにしているが、
ピークレベルの値が前の値より大きくなった時、その表
示の値を順次変えて表示器に表示するようにしてもよい
。

実施例では、１つのエコー受イ５信号についての測定を
中心に説明しているが、−回の測定で複数のエコー受信
信号が得られ、そのそれぞれの最大のピークレベルが２
つの山となるようなときには、それぞれについて連続し
て測定できることはもちろんである。

また、実施例では、亀裂を測定対象としているが、これ
は、欠陥のみを測定対象とするようにしてもよく、欠陥
と亀裂とをそれぞれ分けて双方測定することも可能であ
る。なお、欠陥を選択する場合の判定処理は、基準値以
上となるものを選択する逆の判定きするか、判定の仕方
を変えることなく、亀裂以外のものを選択すればよい。

また、判定にあたっては、前後の測定ピークレベルの差
の絶対値と基準値による比較をしているが、これは、ピ
ークの前後の状態を見るためであって、絶対値を採るこ
となく、単なる増加率の差をもって比較し、前側だけの
変化率を判定してもよい。

さらに、第２図の実施例では、超音波探傷器からピーク
レベルとそのときの時間計測値を得ているか、直接送信
パルス信号とエコー受信信号とをＡ／Ｄ変換して、処理
装置内部でピークレベルとか時間８１測値をプログラム
処理にて算出してもよい。

［発明の効果コ以上の説明から理解できるように、この発明にあっては
、少なくとも測定対象からのエコー受信信号におけるピ
ークレベルが最大となるまでのピークレベルの推移を示
す表示器、例えばレベル表示メータ等を設けておき、被
検体を走査したときに、走査に応じて得られるエコー受
信信号のピークレベルの変化について、直接レベル表示
メータにより振らせて表示するようにするか、或いはピ
ークレベルの変化率を判定手段で判定するようにしてい
るので、欠陥と亀裂との区別ができる。

したがって、亀裂部分を欠陥と区別して測定すことがで
き、又はその逆も可能であり、その反射エコーをＡスコ
ープ像として見るために用いていたブラウン管を用いず
に測定することが可能となる。その結果、小型軽量で、
かつ使い勝手の良い超音波亀裂４１等の超音波探傷装置
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】第１図は、この発明の超音波探傷装置を亀裂針に適用し
た場合の一実施例の外観図、第２図は、その、他の一実
施例の超音波亀裂測定装置の内部構成を示すブロック図
、第３図（ａ）、（ｂ）。（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ亀裂と欠陥とのピークレベ
ルの推移の相違についての説明図、第４図は、散乱波法
による探傷の一般的な説明図、第５図は、斜角端部エコ
ー法による探傷の一般的な説明図、第６図は、デルタ法
による探傷の一般的な説明図である。１．３．４・・・探触子、２・・・被検体、５・・・超
音波探傷部、６・・・超音波探傷器、７・・・Ａ／Ｄ変
換器、８・・・操作パネル、９・・・バッファメモリ、
１０・・・インタフェース、１２・・・マイクロプロセ
ッサ（ＣＰＵ）、１１・・・バス、１３・・・表示メモ
リ、１４・・・メインメモリ、１４ａ・・・亀裂欠陥判定プログラム、１４ｂ・・・亀
裂深さ測定処理プログラム、１４ｃ・・・判定基準デー
タ記憶領域、１４ｄ・・・その他のデータ記憶領域、２
０・・・超音波亀裂測定装置、２１・・・超音波亀裂計、２２・・・レベル表示メータ
、２３・・・表示器、２４・・・ゲインボリューム、２
５・・・送受信端子、２６・・・受信端子。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被検体を超音波探触子により走査してその測定対
象からのエコー受信信号を受信し、そのピークレベルが
最大になったときの前記被検体の表面から前記測定対象
までの距離、位置又は長さ等の測定値を表示する超音波
探傷装置において、前記走査に応じて得られる前記エコ
ー受信信号のピークレベルの推移を示す第１の表示器と
前記測定値を表示する第２の表示器とを備え、第１の表
示器におけるピークレベルの推移状態により亀裂である
か欠陥であるかを判別することを特徴とする超音波探傷
装置。
（２）被検体を超音波探触子により走査してその測定対
象からのエコー受信信号を受信し、そのピークレベルが
最大になったときの前記被検体の表面から前記測定対象
までの距離、位置又は長さ等の測定値を表示する超音波
探傷装置において、前記測定値を表示する表示器と、前
記走査に応じて得られる前記エコー受信信号のピークレ
ベルの変化率が所定値を越えるか否かにより前記測定対
象が亀裂であるか欠陥であるかを判定する判定手段とを
備え、前記表示器は、前記判定手段の判定結果に応じて
駆動され、亀裂及び欠陥のいずれか一方の前記測定値を
表示することを特徴とする超音波探傷装置。
（３）表示器は、被検体の表面から測定対象までの距離
、位置又は長さ等の測定値を表示する第１の表示器と亀
裂及び欠陥のいずれか一方であることを表示する第２の
表示器とからなり、判定手段の判定結果に応じて第２の
表示器が駆動されて亀裂及び欠陥のいずれか一方が表示
されることを特徴とする請求項２記載の超音波探傷装置
。