JPH0288914A - 超音波厚み測定方法および測定装置 - 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、超音波プローブを用いて例えば鋼管等の被検
査体に対する肉厚測定さらには腐蝕等による減肉検査を
非破壊で行なうのに好適な超音波厚み測定方法および測
定装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、鋼管等の厚みを測定する場合には超音波の伝播
時間に基いて厚み測定を行なう超音波厚み計が有効であ
る。この厚み計は、超音波の送受信を行なう超音波プロ
ーブにより水などの媒質を介して被検査体に超音波を入
射し、被検査体からの表面エコーと底面エコー・とを検
知して、両エコーの受信時間差に音速を乗算することに
より厚みを算出するものである。すなわち、受信時間差
をｔ、音速をＣで表わすと、被検査体の厚みｄはｄ−ｔ
ｃ／２ で求められる。

ところで、上記のような超音波厚み計においては、受信
時間の基準となる各エコーの発生位置を正確に設定する
ことが測定精度の向上をはかる上で大変重要となる。特
に、底面エコーの場合は複数のエコーが発生するために
どのエコーを底面エコーとして選択するかによって精度
が著しく低下するおそれがある。

そこで従来の超音波厚み計においては、底面エコーに対
するしきい値ＳＬを設定し、底面エコーの受信範囲内に
おいて最初に上記しきい値を越えたエコーを底面エコー
とする第１ピーク検知方法と、同じく底面エコーに対す
るしきい値ＳＬを設定し、底面エコーの受信範囲内にお
いて上記しきい値を越えたエコーのうち最も感度の高い
エコーを底面エコーとする最高ピーク検知方法の２通り
が採用されていた。すなわち、第４図に示すような超音
波エコー信号Ｉと底面エコーゲート信号■とがあった場
合、前者の第１ピーク検知方法であればエコーＢ１が底
面エコーとして検知され、後者の最高ピーク検知方法で
あればエコーＢ２が底面エコーとして検知される。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに、上記従来の２通りの底面エコー検知方法にお
いてはそれぞれ次のような問題があった。

先ず、第１ピーク検知方法においては、しきい値ＳＬの
レベルが低いと表面エコーの残響やノイズを検知してし
まうことがあるので、しきい値レベルを超音波エコー信
号のノイズレベルに対して十分に高く設定することが要
求される。特に被検査体の肉厚測定においては底面エコ
ーとノイズとのＳ／Ｎ比が小さいのでしきい値を高レベ
ルに設定せざるを得ない。ところが、しきい値レベルを
高レベルに設定するために、測定条件が悪化して超音波
エコー信号のレベルが低下した場合にはエコーがしきい
値ＳＬを越えなくなり底面エコーを検知できなくなるお
それがあった。

一方、最高ピーク検知方法においては、腐蝕等による微
小ピットからの底面エコーよりも健全部からの底面エコ
ーの方が高いことがあり、このような場合には健全部か
らの底面エコーを検知してしまうため、微小ピットを検
出できなかった。

そこで本発明は、測定条件が悪化して超音波エコー信号
のレベルが低下しても確実に底面エコーを検知でき、か
つ微小ピットからの底面エコーよりも健全部からの底面
エコーの方が感度が良くても微小ピットを検出でき、厚
みδ１１定精度の向上をはかり得る超音波厚みＪＰＪ定
方決方法供しようとするものである。

また、本発明は、測定条件にとられれず厚み測定を高精
度に行ない得、微小ピットも確実に検出できる超音波厚
み測定装置を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の超音波厚みｎ１定方法は、底面エコーと比較さ
れるしきい値レベルを２段階とし、底面エコーが上位レ
ベルのしきい値を越えた場合には最初に越えた底面エコ
ーのピークを検出して表面エコーとの検知時間差データ
により被検査体の厚みを測定し、底面エコーが上位レベ
ルのしきい値を越えない場合には下位レベルのしきい値
を越えた底面エコーのなかで最も感度の高い底面エコー
のピークを検出して表面エコーとの検知時間差データに
より被検査体の厚みを測定するようにしたものである。

また、本発明の超音波厚み測定装置は、超音波の入射に
よる被検査体からの表面エコーを検知する表面エコー検
知手段と、２段階のしきい値を設定するしきい値設定手
段と、この設定手段により設定される２段階のしきい値
と超音波の入射による被検査体からの底面エコーとを比
較する比較手段と、この比較手段により底面エコーが上
位レベルのしきい値を越えたことが判定されると最初に
越えた底面エコーのピークを検出する第１のピーク検出
手段と、比較手段により底面エコーが上位レベルのしき
い値を越えていないことが判定され、かつ下位レベルの
しきい値を越えていることが判定されると下位レベルの
しきい値を越えた底面エコーのなかで最も感度の高い底
面エコーのピークを検出する第２のピーク検出手段と、
第１のピーク検出手段により底面エコーのピークが検出
されるとその底面エコーと表面エコー検出手段により検
出された表面エコーとの受信時間差データに基いて被検
査体の厚みを演算し、かつ第１のピーク検出手段による
底面エコーのピーク検出がなく第２のピーク検出手段に
より底面エコーのピークが検出されるとその底面エコー
と表面エコー検出手段により検出された表面エコーとの
受信時間差データに基いて被検査体の厚みを演算する厚
み演算手段とを備えたものである。

［作用］ このような構成の本発明方法および装置であれば、超音
波の入射による被検査体からの底面エコーのうち上位レ
ベルのしきい値を越えたものがあると、その上位レベル
のしきい値を最初に越えた底面エコーのピークが検出さ
れ、既に検知されている表面エコーとの検知時間差に基
いて被検査体の厚みがｌ！ＦＪ定される。これに対し、
底面エコーのうち上位レベルのしきい値を越えたものは
ないが下位レベルのしきい値は越えたものがあると、そ
の下位レベルのしきい値を越えた底面エコーのなかで最
も感度の高い底面エコーのピーク値が検出され、表面エ
コーとの検知時間差に基いて被検査体の厚みがｉｌｌ定
される。したがって、上位レベルのしきい値をノイズレ
ベルよりも十分に高くすることにより、測定条件が良好
であれば最初にしきい値を越えたエコーのピークが底面
エコーとして検知されるので、健全部では健全部からの
底面エコーが検知され、微小ピットを含む減肉厚部では
減肉厚部からの底面エコーが検知される。一方、下位レ
ベルのしきい値を表面エコーの残響や超音波プローブ固
有のノイズレベルと同等もしくは若干高めに設定するこ
とにより、たとえ測定条件の悪化により超音波エコー信
号のレベルが低下しても下位レベルのしきい値は越える
ので測定不能とはならず、健全部からの底面エコーと減
肉厚部からの底面エコーのうちの感度の高い底面エコー
が検知される。

［実施例］ 以下、本発明の測定方法を適用した測定装置の一実施例
を図面を参照しながら説明する。

第１図は同実施例装置の構成を示すブロック図である。

同図において１は超音波Ｔの送受信を行なう超音波プロ
ーブであって、鋼管等の被検査体２の表面に水等の媒質
３を介して当接され、パルス信号発生部４からのパルス
信号に応じて超音波を被検査体２へ向けて発信し、被検
査体からの表面エコーＳおよび底面エコーＢなどの超音
波エコーを順次受信する。この超音波プローブ１にて受
信された超音波エコー信号Ｉは、表面エコー検知部５と
底面エコー検知部６の２系統に伝送される。

そして、各検知部５，６にてそれぞれ表面エコーＳと底
面エコーＢとが検知され、厚み演算部７により両エコー
Ｓ、Ｂの検知時間差データに音速を乗じることにより被
検査体２の厚みが算出され、算出された厚みデータは出
力部８により表示出力あるいは印字出力されるものとな
っている。

上記底面エコー検知部６は、図示するように、第１．第
２．第３の比較器９，１０．１１、第１゜第２のしきい
値信号発生器１２．１３、遅延回路１４、ゲート回路１
５、エコーピーク検出回路１６、第１．第２のラッチ機
能付カウンタ１７゜１８および判定回路１９から構成さ
れる。そして、ゲート回路１５．第１．第２のカウンタ
１７゜１８および判定回路１９には底面エコーの受信範
囲時にハイレベルとなる底面エコ−ゲート信号■を発生
するゲート信号発生部２０が接続されている。

上記第１の比較器９は、超音波エコー信号Ｉと第１のし
きい値信号発生器１２より発生された第１しきい値信号
ＳＬ１とを比較し、第１しきい値信号ＳＬ１のレベルを
越える超音波エコーがあった場合にはその最初のエコー
のピークを検知した時点で第１のラッチ機能付カウンタ
１７ヘラツチ信号を出力する。第２の比較器１０は、超
音波エコー信号■と第２のしきい値信号発生器１３より
発生された第２しきい値信号ＳＬ２とを比較し、第２し
きい値信号ＳＬ２のレベルを越える超音波エコーがあっ
た場合にはそのエコーを検知した時点でゲート回路１５
ヘゲート開信号を出力する。

なお、第り、第２のしきい値信号発生器１２゜１３とも
可変自在にしきい値信号ＳＬＩ、ＳＬ２のレベルを設定
できるものであるが、第１しきい値信号ＳＬＩの方が第
２しきい値信号ＳＬ２よりも高レベルであることを条件
とする。また、ゲート回路１５はゲート信号発生部２０
からの底面エコーゲート信号Ｈの立下がりに応動して閉
動作する。

第３の比較器１１は、ゲート回路１５を通過した超音波
エコー信号１と、超音波エコー信号工のピークレベルを
検出するピークレベル検出回路１６からのピークレベル
信号とを比較し、ピークレベル信号のレベルを越える超
音波エコーがあった場合にはそのエコーのピークを検知
した時点で第２のラッチ機能付カウンタ１８へラッチ信
号を出力する。なお、第２の比較器１０の出力によって
ゲート回路１５のゲートが開となるには数百ナノ秒の時
間を要するため、ゲート回路１５を通過する超音波エコ
ー信号Ｉをその遅れ時間よりも若干長く　（例えば１マ
イクロ秒）遅延させるための遅延回路１４がゲート回路
１５およびピークレベル検出回路１６の入力側に接続さ
れている。

第１．第２のカウンタ１７，１８はともにゲート信号発
生部２０からの底面エコーゲート信号■の立上りに応動
してカウントを開始し、ラッチ信号の入力によりそのカ
ウント値を保持する。そして、上記底面エコーゲート信
号Ｈの立下りに基づいてカウント値をリセットする。

判定回路１９は、ゲート信号発生部２０からの底面エコ
ーゲート信号■の立下りに応動して両カウンタ１７，１
８にてラッチされているカウント値を読込む。そして、
第１のカウンタ１７にてカウント値がラッチされていた
ならばそのカウント値を底面エコー検知時間データとし
て前記厚み演算部７へ出力する。これに対し、第１のカ
ウンタ１７にカウント値がラッチされておらず、第２の
カウンタ１８にカウント値がラッチされている場合には
第２のカウンタのカウント値を底面エコー検知時間デー
タとして前記厚み演算部７へ出力する。

次に本実施例装置の動作を説明する。被検査体２の厚み
を測定するための１回のサンプリング開始にしたがって
パルス信号発生部４からのパルス信号が発生されると超
音波プローブ１から被検査体２へ向けて超音波が発信さ
れる。そうすると、先ず、表面エコーＳが受信され、表
面エコー検知部５により表面エコーＳが検知されて、そ
の検知時間データが厚み演算部７へ出力される。

次に、底面エコーＢが受信され、底面エコー検知部６に
より底面エコーＢが検知されて、その検知時間データが
厚み演算部７へ出力される。すなわち、ゲート信号発生
部２０から出力される底面エコーゲート信号■がハイレ
ベルになった状態で、底面エコーＢを含む超音波エコー
信号Ｉは第２の比較器１０に供給されると同時に、遅延
回路１４を介して第１の比較器９．ゲート回路１５．ピ
ークレベル検出回路１６に供給される。そして、第１の
、比較器９にて超音波エコー信号Ｉのレベルが第１しき
い値信号ＳＬ１を越えたことが判定されると、このしき
い値レベルを越えた最初の超音波エコーのピークに応じ
て第１のカウンタ１７のカウント値がラッチされる。

一方、第２の比較器１０にて超音波エコー信号Ｉのレベ
ルが第２しきい値信号ＳＬ２を越えたことが判定される
と、その時点でゲート回路１５ヘゲート開信号が出力さ
れ、これによりゲート回路１５が開動作して遅延回路１
４によりゲートが開くまでの時間以上遅延した超音波エ
コー信号Ｉがゲート回路１５を通過する・。また、ピー
クレベル検出回路１６においては上記遅延回路１４によ
り遅延した超音波エコー信号Ｉのピークレベルが検出さ
れている。そして、第３の比較器１１にてゲート回路１
５を通過した超音波エコー信号Ｉとピークレベル検出回
路１６からのピークレベル信号とが比較され、超音波エ
コーが現時点のピークレベルを越える毎にそのエコーピ
ークに応じて第２のカウンタ１８のカウント値がラッチ
される。

しかる後、底面エコーゲート信号■がローレベルに立下
ると、判定回路１９にて第１．第２のカウンタ１７，１
８にてラッチされているカウント値が読出される。ここ
で、第１のカウンタ１７にカウント値がラッチされてい
る場合にはそのカウント値が底面エコー検知時間データ
として厚み演算部７へ出力され、第１のカウンタ１７に
カウント値がラッチされておらず、第２のカウンタ１８
にカウント値がラッチされている場合にはその第２のカ
ウンタ１８のカウント値が底面エコー検知時間データと
して厚み演算部７へ出力される。

しかして、厚み演算部７においては表面エコー検知部５
からの表面エコー検知時間データと底面エコー検知部５
からの底面エコー検知時間データとにより両エコーの検
知時間差データが算出され、この検知時間差データに音
速が乗算されて被検査体２の厚みが算出され、この厚み
データが出力部８により表示出力まは印字出力される。

以上説明した１回のサンプリング動作を超音波プローブ
１または被検査体２を相対的に移動せしめて繰返すこと
により、被検査体２に対する厚み測定および微小ピット
などによる減肉厚部の検知等が可能となる。

以上のように動作する本実施例においては、第２図に示
すように底面エコーゲート信号■がハイレベルのときの
超音波エコー信号Ｉのなかで上位レベルの第１しきい値
ＳＬＩを越える超音波エコーがあった場合には、第１の
比較器９により第１しきい値ＳＬ１を越えた最初のエコ
ーＥ２のピークが検知された時点で第１のカウンタ１７
のカウント値がラッチされる。この結果、判定回路１９
によりこの第１のカウンタ１７にてラッチされたカウン
ト値が底面エコー検知時間データとして厚み演算部７へ
出力されるので、エコーＥ２が底面エコーとして検知さ
れたことになる。

一方、第３図に示すように底面エコーゲート信号■がハ
イレベルのときの超音波エコー信号Ｉのなかで上位レベ
ルの第１しきい値ＳＬ１を越える超音波エコーがなく、
下位レベルの第２しきい値ＳＬ２を越える超音波エコー
があった場合には、第３の比較器１１により前回のエコ
ーよりも感度の高いエコーのピークが検出される毎に第
２のカウンタ１８のカウント値がラッチされるので、第
２のカウンタ１８には最も感度の高いエコーＥ３のピー
クが検出された時点でのカウント値がラッチされている
。この結果、判定回路１９によりこの第２のカウンタ１
７にてラッチされたカウント値が底面エコー検知時間デ
ータとして厚み演算部７へ出力されるので、エコーＥ３
が底面エコーとして検知されたことになる。

かくして、本実施例によれば、上位レベルのしきい値Ｓ
ＬＩを表面エコーの残響やノイズレベル（例えば第２図
におけるエコーＥｌ）よりも十分に高く設定することに
より、測定条件が良好であれば最初に当該しきい値ＳＬ
Ｉを越えたエコーのピークが底面エコーとして検知され
るので、被検査体２の健全部では健全部からの底面エコ
ーを確実に検知でき、微小ビットを含む減肉厚部では減
肉厚部からの底面エコーを確実に検知できる。したがっ
て、測定条件が良好である限り底面エコーの発生位置を
確実に設定できるので、厚み測定精度の向上をはかり得
る。

また、下位レベルのしきい値ＳＬ２を表面エコーの残響
や超音波プローブ固有のノイズレベルと同等もしくは若
干高めに設定することにより、たとえ■１定条件の悪化
により超音波エコー信号のレベルが低下してもこのしき
い値ＳＬ２は越えるので測定不能とはならず、健全部か
らの底面エコーと減肉厚部からの底面エコーのうちの感
度の高い底面エコーを検知できる。したがって、検査体
２への超音波入射角が変化したりしてΔｐＩ定条件が悪
化しても健全部あるいは減肉厚部からの底面エコーがノ
イズレベルよりも高ければ底面エコーを検知できるので
、被検査体２としての鋼管内を超音波プローブを有する
検査ピグを走行せしめて管内面から肉厚測定等を行なう
場合においてもその測定精度を向上できる。

しかも、しきい値信号発生器１２．１３により設定され
る２段階のしきい値レベルはともに可変自在なので超音
波プローブ１の特性やｎ１定条件に応じて適宜調節可能
である。

［発明の効果］ 本発明は、以上説明したように構成されているので、次
のような効果を奏する。

請求項１によれば、測定条件が悪化して超音波エコー信
号のレベルが低下しても確実に底面エコーを検知でき、
かつ微小ビットからの底面エコーよりも健全部からの底
面エコーの方が感度が良くても微小ビットを検出でき、
厚み測定精度の向上をはかり得る超音波厚み測定方法を
提供できる。

請求項２によれば、測定条件にとられれず厚み測定を高
精度に行ない得、かつ微小ビットも確実に検出できる超
音波厚み測定装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を適用した超音波厚み測定装置の一
実施例のブロック構成図、第２図および第３図は本発明
の底面エコー検知方法を説明するための概念図、第４図
は従来の底面エコー検知方法を説明するための概念図で
ある。 １・・・超音波プローブ、２・・・被検査体、３・・・
媒質、４・・・パルス信号発生部、５・・・表面エコー
検知部、６・・・底面エコー検知部、７・・・厚み演算
部、８・・・出力部、９．１０．１１・・・比較器、１
２．１３・・・しきい値信号発生器、１４・・・遅延回
路、１５・・・ゲート回路、１６・・・エコーピーク検
出回路、１７．１８・・・ラッチ機能付カウンタ、１９
・・・判定回路、２０・・・ゲート信号発生部。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 痕　３　＠

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波の入射による被検査体からの表面エコーと
   底面エコーとを検知し、両エコーの検知時間差データに
   基いて前記被検査体の厚みを測定する方法において、前
   記底面エコーと比較されるしきい値レベルを２段階とし
   、底面エコーが上位レベルのしきい値を越えた場合には
   最初に越えた底面エコーのピークを検出して前記表面エ
   コーとの検知時間差データにより前記被検査体の厚みを
   測定し、底面エコーが上位レベルのしきい値を越えない
   場合には下位レベルのしきい値を越えた底面エコーのな
   かで最も感度の高い底面エコーのピークを検出して前記
   表面エコーとの検知時間差データにより前記被検査体の
   厚みを測定することを特徴とする超音波厚み測定方法。
2. （２）超音波の入射による被検査体からの表面エコーを
   検知する表面エコー検知手段と、２段階のしきい値を設
   定するしきい値設定手段と、この設定手段により設定さ
   れる２段階のしきい値と前記超音波の入射による被検査
   体からの底面エコーとを比較する比較手段と、この比較
   手段により前記底面エコーが上位レベルのしきい値を越
   えたことが判定されると最初に越えた底面エコーのピー
   クを検出する第１のピーク検出手段と、前記比較手段に
   より底面エコーが上位レベルのしきい値を越えていない
   ことが判定され、かつ下位レベルのしきい値を越えてい
   ることが判定されると下位レベルのしきい値を越えた底
   面エコーのなかで最も感度の高い底面エコーのピークを
   検出する第２のピーク検出手段と、前記第１のピーク検
   出手段により底面エコーのピークが検出されるとその底
   面エコーと前記表面エコー検出手段により検出された表
   面エコーとの受信時間差データに基いて前記被検査体の
   厚みを演算し、かつ前記第１のピーク検出手段による底
   面エコーのピーク検出がなく前記第２のピーク検出手段
   により底面エコーのピークが検出されるとその底面エコ
   ーと前記表面エコー検出手段により検出された表面エコ
   ーとの受信時間差データに基いて前記被検査体の厚みを
   演算する厚み演算手段とを具備したことを特徴とする超
   音波厚み測定装置。